KR101159380B1 - 파면 조정 및 향상된 3?ｄ 측정을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 광학 시스템의 영상면과 같은 중간 평면의 출력에 기반한, 광학 시스템에서의 위상 및 진폭 정보, 및 3D 측정값을 포함하는 파면 분석을 수행하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 박막 코팅의 존재하에서 표면 형태의 측정 또는 다층된 구조의 개별의 층들의 측정이 설명된다. 위상 및 진폭 매핑과 조합하여 다중 파장 분석이 이용된다. 맥스웰 방정식의 해법에 기반한 가상 파면 전파를 이용하여, 파면 전파와 재 포커싱에 의해 위상과 표면 형태 측정의 향상된 방법이 설명된다. 광학 영상 시스템에서의 간섭성 잡음의 감소는 그러한 위상 조정 방법 또는 광대역 소스 및 간섭성 소스의 조합을 이용한 방법에 의해 취득된다. 이 방법은 콘트라스트 향상 또는 3-D 이미지화에 의해 단일 촬영 이미징에서의 오버레이 측정 기술을 향상시키기 위해 집적회로 검사에 적용된다.

Description

파면 조정 및 향상된 3?Ｄ 측정을 위한 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR WAVEFRONT MANIPULATIONS AND IMPROVED 3-D MEASUREMENTS}

본 발명은 메트로로직(metrologic) 애플리케이션, 특히 박막을 포함하는 집적회로의 측정 애플리케이션 및 이미지 처리 애플리케이션에서 복합 광학 파면 측정을 이용하는 분야에 관한 것이다.

본 명세서에는 현재 계류중이고 공동으로 양도된 PCT 출원 제 PCT/IL/01/00335호(WO 01/77629호로 공개됨), 미국특허 제6,819,435호 및 PCT 출원 PCT/IL02/00833호(WO 03/062743호로 공개됨)의 전체가 참조로서 포함되어 있으며, 이들 문서에는 표면 매핑은 물론 파면 분석, 위상 변화 분석, 스펙트럼 분석, 대상물 검사, 저장 데이터 검색, 3-차원 이미징 및 파면 분석을 이용하는 기타 적합한 애플리케이션을 위한 방법 및 시스템이 기재되어 있다.

이들 방법의 일부 이론이 도 1 및 도 2에 도시된다. 도 1은 파면 분석 기능을 부분적으로 개요적이고, 부분적으로 도시적으로 도시한다. 도 1의 기능은 다음의 부차 기능들(sub functionalities):

I. 진폭과 위상을 갖는, 분석되는 파면에 대응하는 복수의 상이하게 위상 변화된 변환 파면(phase changed transformed wavefronts)을 취득한 단계;

II. 복수의 위상 변화된 변환 파면의 복수의 세기 맵(intensity maps)을 취득하는 단계; 및

III. 분석되는 파면의 위상 및 진폭 양자 중 적어도 하나, 가능하다면 이들 모두를 나타내는 출력을 얻기 위해 복수의 세기 맵을 이용하는 단계를 포함하는 것으로 요약될 수 있다.

도1에 도시한 바와 같이, "A"로 지정된 제1의 부차-기능은 다음의 기능, 즉 복수의 점광원(point source of light)으로 표현될 수 있는 파면이 통상적으로 참조번호 100으로 도시된 것으로 구현될 수 있다. 파면(100)은 통상적으로 참조번호 102로 나타낸 실선으로 도시된 바와 같이 공간적으로 균일하지 않은 위상 특성을 갖는다. 또한, 파면(100)은 통상적으로 참조번호 103으로 나타낸 점선으로 도시된 바와 같이 공간적으로 균일하지 않은 진폭 특성을 갖는다. 이러한 파면은 DVD 또는 컴팩 디스크(104) 등의 광디스크를 판독하는 것과 같이 어떤 대상으로부터 광을 수신하는 것에 의해 종래 방법으로 취득가능하다.

이 방법은 참조번호 102로 나타낸 것과 같은 위상 특성 및 참조번호 103으로 나타낸 것과 같은 진폭 특성의 측정을 향상된 방식으로 가능하게 한다. 위상 정의에 의해, 위상 특성은 상대적인 특성이기 때문에, 이 용어는 상대적인 위상 맵 또는 파면 내의 임의의 2지점 사이의 위상 차로 언급될 수도 있다는 것에 주목해야 한다. 일반적으로, 이 출원 및 청구의 범위에서, "위상"의 측정 또는 계산에 관한 모든 참조 또는 위상 맵과 같은 유사한 용어는 위상 시프트 또는 위상 차 또는 그 위치의 설명하에서 특정 위상 문맥으로서 언급된 상대적인 위상 등의 측정 또는 계산을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

참조번호 106의 기호로 명시된 변환은 분석중인 파면(100)에 적용되고, 따라서 참조번호 108의 기호로 명시된 변환된 파면이 취득된다. 광 경로 지연 110, 112, 및 114로 나타낸, 바람직하게 공간적 위상 변화인 복수의 상이한 위상 변화가 변환된 파면(108)에 가해지고, 따라서 각각 참조번호 120, 122 및 124로 나타낸 복수의 상이하게 위상 변화된 변환 파면이 취득된다. 복수의 상이하게 위상 변화된 변환 파면의 각각의 것들 사이의 차이점은 변환된 파면의 부분들이 나머지 것들과 비교하여 다르게 지연되는 것이다.

"B"로 지정된 제2의 부차-기능은 복수의 상이하게 위상 변화된 변환 파면에 변환, 바람직하게는 퓨리에 변환을 적용하는 것이다. 마지막으로 기능 B는 복수의 상이하게 위상 변화된 변환 파면의 세기 특성의 검출을 요구한다. 이 검출의 출력은 세기 맵이고, 일례로 참조번호 130, 132, 및 134로 표시된다.

"C"로 지정된 제3의 부차-기능은 다음의 기능, 즉 컴퓨터(136) 등의 수단으로, 분석중인 파면 및 복수의 상이한 위상 변화의 진폭 및 위상의 적어도 하나의 수학 함수로서, 맵 130, 132, 및 134 등의 복수의 세기 맵을 표명(expressing)하고 - 여기서 위상 및 진폭의 적어도 하나 또는 양자 모두 알지 못하고, 변환된 파면(108)에 대한 광 경로 지연(110,112,114)으로 표시된 복수의 상이한 위상 변화는 알고 있음 - , 컴퓨터(136) 등의 수단으로, 파면(100)의 위상 특성(102) 및 진폭 특성(103)으로 각각 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 참조번호 138로 도시된 위상 함수 및 참조번호 139로 도시된 진폭 함수로 도시된 분석중인 파면의 위상 및 진폭의 적어도 하나, 가능하다면 양자 모두를 이용하는 것으로 구현될 수 있다. 파면(100)은 본 예에서 컴팩트 디스크 또는 DVD(104)와 같은 측정된 대상의 높이 맵 또는 내포된 정보를 도시할 것이다.

도 1의 기능을 수행하기 적합한 파면 분석 시스템의 일례가, 부분적으로 개요적이고, 부분적으로 블록도로서 도 2에 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 참조번호 150으로 나타낸 파면은 렌즈(152)에 의해 바람직하게 렌즈(152)의 포커스 평면에 위치된 위상 조정기(154) 상에 포커싱된다. 위상 조정기(154)는 위상 변화를 생성하고, 예를 들면, 공간 광 변조기 또는 일련의 상이한 투과성의 공간적으로 균일하지 않은 물체일 수 있다. 제2 렌즈(156)는 CCD 검출기 등과 같은 검출기(158) 상에 파면(150)을 이미징하도록 배열된다. 바람직하게 제2 렌즈(156)는 검출기(158)가 그 포커스 평면 내에 있도록 배열된다. 바람직하게 검출기(158)의 출력은 도 1을 참조해서 설명한 기능 "C"를 바람직하게 수행하는 데이터 저장 및 처리 회로(160)에 공급된다.

도 1의 기능 및 구조를 채용하는 표면 매핑을 위한 시스템의 부분적으로 개요적이고, 부분적으로 도식적인 예로 도 3에 단순하게 도시된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 광 또는 음파 에너지 등과 같은 방사 빔이 방사원(200)으로부터 빔 신장기(202)를 거쳐 빔 분할기(204)로 광학적으로 공급되고, 빔 분할기는 검사될 표면(206) 상에 방사선의 적어도 일부를 반사한다. 검사면(206)으로부터 반사된 방사 선은 진폭과 위상을 갖는 표면 매핑 파면이고, 표면(206)에 대한 정보를 포함한다. 표면(206) 상에 입사된 방사선의 적어도 일부분은 표면(206)으로부터 반사되고, 빔 분할기(204)를 거쳐 전달되고, 포커싱 렌즈(208)를 통해 방사원(200)의 영상면에 바람직하게 위치된 위상 조정기(210) 상에 포커싱 된다. 위상 조정기(210)는 예를 들면 공간 광 변조기 또는 일련의 상이한 투과성의 공간적으로 균일하지 않은 물체일 수 있다. 제2 렌즈(212)는 CCD 검출기와 같은 검출기(214) 상에 표면(206)을 이미징하도록 배열된다. 바람직하게 제2 렌즈(212)는 검출기(214)가 그 포커스 면 내에 있도록 배열된다. 참조번호 215로 나타낸 세기 맵의 세트의 일례인 검출기(214)의 출력은 도1을 참조해서 설명한 기능 "C"를 바람직하게 수행하는 데이터 저장 및 처리 회로(216)에 공급되고, 표면 매핑 파면의 위상 및 진폭 중 적어도 하나 또는 양자 모두를 나타내는 출력을 제공한다. 이 출력은 표면의 지리학적 편차 및 표면의 반사율과 같은 표면(206)에 대한 정보를 취득하기 위해 바람직하게 더 처리된다. 위상 조정기(210)는 표면(206)으로부터 반사된 방사선 파면에 복수의 상이한 공간 위상 변화를 인가하고, 렌즈(208)에 의해 퓨리에 변환되는 것으로 설명된다. 복수의 상이한 공간 위상 변화의 응용은 검출기(214)에 의해 순차적으로 검출될 수 있는 복수의 상이하게 위상 변화된 변환 파면을 제공한다.

알고리즘과 계산 방법의 통상적인 이론이 도 4에 도시되고, 도4는 도1의 일부 기능을 나타내는 단순화된 기능 블록도이다. 도 4에 도시된 예시적인 배열에서, 분석중인 파면에 인가되는 변환은 퓨리에 변환이고, 적어도 3개의 상이한 공간 위상 변화가 이 변환된 파면에 인가되고, 적어도 3개의 세기 맵이 파면의 위상 및 진 폭 중 적어도 하나의 도수(indication)를 얻기 위해 채용된다. 도 4에 도시되고, 도1에서 부차-기능 "C"로 나타낸 바와 같이, 세기 맵은 분석중인 파면의 위상 및 진폭의 적어도 하나 및 가능하면 양자 모두의 출력 도수를 취득하기 위해 채용된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 분석중인 파면은 제 1 복소 함수

로 표기되고, 여기서 'x'는 공간 위치의 통상 도수이다. 복소 함수는 분석중인 파면의 진폭과 위상에 일치하는 진폭 분포 A(x)와 위상 진폭 φ(x)를 갖는다. 제1 복소 함수

는 참조번호 300으로 표시된다. 복수의 상이한 공간 위상 변화의 각각은 변환된 파면의 소정 공간 영역에 대해 기지의 값을 갖는 공간적으로 균일한 공간 위상 지연을 인가함으로써 변환된 파면에 바람직하게 인가된다. 도4에 도시한 바와 같이, 이들 상이한 위상 변화를 지배하는 공간 함수는 'G'로 지정되고, θ의 위상 지연에 대한 그 일례는 참조번호 304로 도시된다. 함수 'G'는 변환된 파면의 각각의 공간 위치에 인가되는 위상 변화의 공간 함수이다. 참조번호 304로 도시된 특정 예에서, θ의 값을 갖는 공간적으로 균일한 공간 위상 지연은, 어느 경우에도 함수 값보다 큰 θ값을 갖는 함수의 중심부로 지시되는 바와 같이, 변환된 파면의 공간 중심 영역에 인가된다.

I1(x), I2(x), 및 I3(x)로 나타낸 복수의 기대 세기 맵(expected intensity maps)은 참조번호 308로 나타낸 바와 같이 제1 복소 함수 f(x)와 공간 함수 G의 함수로서 각각 표현된다. 다음으로, 절대값 │S(x)│와 위상 α(x)를 갖는 제2 복소 함수 S(x)는 제1 복소 함수 f(x)와 공간 함수 'G'의 퓨리에 변환의 회선(convolution)으로 정의된다. 참조번호 312로 나타낸 이 제2 복소 함수는 방정식

로 지정되고, 여기서 심볼 '*'는 회선을 나타내고,

는 함수 'G'의 퓨리에 변환이다. 파면의 위상인 φ(x)와, 제2 복소 함수의 위상인 α(x) 사이의 차는 참조번호 316으로 나타낸 바와 같이 Ψ(x)로 지정된다.

참조번호 308로서 나타낸 바와 같은 함수 f(x)와 G로서의 각각의 기대 세기 맵의 표현, 참조번호 312로 나타낸 바와 같은 S(x)의 절대값과 위상의 정의, 참조번호 316으로 나타낸 바와 같은 Ψ(x)의 정의는, 각각의 기대 세기 맵의 표현을 파면의 진폭의 제3 함수 A(x), 제2 복소 함수의 절대값 │S(x)│, 파면의 위상과 제2 복소 함수의 위상 사이의 차 Ψ(x), 및 적어도 3개의 세기 맵 중 하나에 각각 대응하는 적어도 3개의 상이한 위상 변화 중 하나에 의해 생성된 공지의 위상 지연으로서 표현할 수 있게 해준다. 이 제3 함수는 참조번호 320으로 지정되고,

의 일반적인 형태를 각각 바람직하게 갖는 3개의 함수를 포함하고, 여기서 In(x)는 기대 세기 맵이고, n은 1, 2 또는 3이다. 3개의 함수에서, θ1, θ2, 및 θ3은 균일한 공간 위상 지연의 알려진 값이며, 이들 각각이 변환된 파면의 공간 영역에 인가되어, 세기 맵 I1(x), I2(x) 및 I3(x)를 생성하는 복수의 상이한 공간 위상 변화를 초래한다. 임의로 주어진 공간 위치 x0에서, 동일한 공간 위치 x0에서만 바람직하게 제3 함수가 A, Ψ 및│S│의 함수인 것은 명확하다. 세기 맵은 참조번호 324로서 지정된다.

제3 함수는 적어도 3개의 상이한 위상 지연 θ1, θ2, θ3에서 적어도 3개의 세기 값 I1(x0), I2(x0) 및 I3(x0)에 관련된 적어도 3개의 방정식의 해석에 의해 각각의 특정 공간 위치 x0에 대해 해석되고, 그에 따라 3개의 미지값인 A(x0), │S(x0)│ 및 Ψ(x0)의 적어도 일부를 얻을 수 있다. 이 처리는 통상적으로 모든 공간 위치에 대해 반복되고, 그 결과 참조번호 328로 나타낸 바와 같이, 파면의 진폭 A(x), 제2 복소 함수의 절대값 │S(x)│ 및 파면의 위상과 제2 복소 함수의 위상 사이의 차 Ψ(x)를 얻을 수 있다. 따라서, A(x),│S(x)│ 및 Ψ(x)를 알 수 있다면, 참조번호 312로 나타낸, 제2 복소 함수를 정의하는 방정식은 참조번호 332로 나타낸 바와 같이 제2 복소 함수의 위상 α(x)를 획득하기 위해 공간 위치 'x'의 실제 수에 대해 포괄적으로 풀이될 수 있다. 마지막으로, 분석중인 파면의 위상 φ(x)는 참조번호 336으로 나타낸 바와 같이 제2 복소 함수의 위상 α(x)를 파면의 위상과 제2 복소 함수의 위상 사이의 차 Ψ(x)에 인가함으로써 획득된다.

파면 분석 시스템은 이하의 도 5에 도시한 바와 같이 이미지화 기능과 이미지화된-파면 분석 기능이라는 2가지 기능을 포함할 수 있다. 분석될 파면 510은 이미지화 기능(520)에 의해 이미지화되어 이미지화된-파면(530)으로 된다. 이미지화된 파면은 이미지화된-파면 분석 기능(540)에 의해 분석되고, 파면에 대한 결과 정보는 데이터 저장 및 처리 구성요소(550)에 의해 순차적으로 처리되고 저장된다. 이미지화 기능(520)과 이미지화된 파면 분석 기능(540)은 동일한 결합 시스템의 2가지 부차-기능으로서 구현될 수 있고, 그 경우 이미지화된 파면(530)은 동일한 결합 시스템 내에서 내부적으로 생성된다.

본 발명은 특히 광학 시스템의 영상면과 같은 중간 평면(intermediate plane)의 출력의 분석에 기반하여 파면 분석 및 3D 측정을 수행하기 위한 향상된 구현 방법 및 장치를 제공한다. 제공되는 방법과 장치는 종래의 기타 파면 분석뿐 아니라 전술한 PCT 출원 PCT/IL/01/00335호, 및 PCT 출원 PCT/IL/02/00096호에 제공된 방법과 같은 각종 파면 분석과 측정 방법에 적용될 수 있다. 본 발명은 파면 분석을 위해 더 정교하고, 개선되었으며, 향상된 방법론 및 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 박막 코팅의 존재하에서의 표면 형태(topography)의 측정을 위한 새로운 장치 및 방법을 제공하고, 이는 종래 방법의 일부 단점 및 결점을 극복한다. 대상으로부터 반사 또는 투과된 파면을 분석하기 위한 몇 가지 종래의 방법과 전술한 참조 특허 문헌에 기재된 파면 분석 방법이 존재한다. 그러나, 대상의 표면에 코팅된 박막의 존재는 다중 반사로 인해 반사 또는 투과된 파면에 추가적인 위상 변화를 가져온다. 이 위상 변화는 파면이 반사되는 표면 형태를 계산함에 있어 에러를 일으킨다. 종래의 지식 또는 공지의 방법을 이용한 직접적인 측정을 통해 구성층의 박막 코팅 두께와 반사율을 알아야 다중 반사로 인한 추가된 위상 변화를 공지의 공식을 사용하여 계산할 수 있게 해준다. 이 추가적인 위상은 표면 형태를 정확하게 계산하기 위해 반사 또는 투과된 빛의 위상으로부터 제거되거나 차감된다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 박막 코팅이 존재하는 것과 같은 다층 대상물 상에서도 정확한 측정을 수행할 수 있는 위상-측정 시스템이 제공된다. 이 동작을 수행하기 위한 타원 편광분석기(ellipsometry)의 종래의 방법은 통상적으로 대형 조명 스폿(illumination spots)을 사용하는데, 넓은 입사 조명 각도가 이용될 때 이러한 대형 조명 스폿의 폭을 가로지르는 영역의 제한된 깊이로 인해, 열악한 공간 해상도와 열악한 2차원 이미징 능력이 제공된다. 이들은 전술한 참조 특허 문헌에 기재한 바와 같이, 다층 대상물의 검출 및 측정 능력은 측정 장치의 이미지화 광 시스템에 광대역 광원과 필터 휠을 추가하거나, 분광계(spectrometer)를 추가함으로써 향상된다. 필터 휠을 이용하면, 전체 시야로부터 반사되는 광은 대상물의 각각의 픽셀 또는 각각의 세그먼트에 대해서 독립적으로, 스펙트럼적으로 분석된다. 분광계를 사용하면, 대상물의 하나 또는 그 이상의 선택된 영역으로부터 반사된 광은 각각의 픽셀 또는 세그먼트에 대해 독립적으로, 스펙트럼적으로 분석된다. 분광계 또는 필터-휠의 추가는 대상물의 각각의 세그먼트 또는 각각의 픽셀에서 투명 또는 반투명한 다층의 두께를 측정할 수 있게 해준다. 위상 측정을 결합함으로써 상면 표면형태가 얻어진다. 박막 코팅 두께는 전술한 새로운 스펙트럼 분석 방법 및 다층 스택 내의 층들의 반사율과 두께의 미리 결정된 정보를 이용하고, 종래의 반사계 또는 타원 편광분석기 알고리즘을 구현함으로써 정확하게 계산될 수 있다. 대안적으로 그리고 역으로, 박막의 반사율은 전술한 스펙트럼 분석 방법, 다층 스택 내의 층들의 정확한 두께의 미리 결정된 정보, 및 종래의 반사계 또는 타원 편광분석기 알고리즘을 이용함으로써 정확하게 계산될 수 있다. 전술한 방법으로 계산된 것과 같은, 대상물의 각각의 픽셀 또는 각각의 세그먼트에서의 공지의 박막 코팅 두께를 이용하면, 박막 코팅의 존재로 인한 위상 변화는 공지의 공식에 의해 정확하게 계산될 수 있다. 반사율의 실수 및 복소수 성분으로부터 계산되는 것 같은 이 위상 변화는 표면 형태를 정확하게 취득하기 위해 반사 또는 투과된 광의 측정 위상으로부터 제거되거나 차감될 수 있다.

본 발명의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 다층을 포함하는 대상물을 측정할 때 다중 반사로 인한 위상 변화는 전술한 파면 분석의 방법에 퓨리에 변환 분광학(spectroscopy)을 결합하고, 광대역 광원을 사용함으로써 계산될 수 있다. 퓨리에 변환 분광학은 이하 단계의 수단에 의해 수행된다:

1. 기준 미러로서 이동 미러를 추가하고, 대상물 상에 충돌하는 광과 기준 미러로부터 반사된 광 사이에 간섭을 생성하고, 각각의 이동에 대해 간섭 패턴의 세기 이미지를 취득하는 단계;

2. 퓨리에 변환 분광학과 유사한 방법으로, 각각의 픽셀의 스펙트럼 반사율을 취득하기 위해 각각의 픽셀의 축적된 세기를 퓨리에 변환하는 단계;

3. 각각의 픽셀의 스펙트럼 반사율, 물질에 대한 미리 결정된 데이터, 및 현존하는 분광광도계(spectrophotometery) 또는 반사계(reflectometric) 모델을 이용하여 각각의 픽셀에서 층들의 두께를 취득하는 단계;

4. 종래의 알고리즘 및 각각의 픽셀에서 각각의 층의 물질의 두께와 반사율에 대해 취득된 데이터를 이용하여 각각의 픽셀 내에서 다층 스택에 의해 기인한 위상 변화를 계산하는 단계;

5. 전술한 파면 분석의 방법을 사용하여 반사된 파면 위상 및 진폭을 취득하는 단계 - 이 위상 데이터는 각각의 픽셀에서 다층 스택에 의해 생성된 위상 변화를 포함하고 있음 - ;

6. 실제 표면 형태를 취득하기 위해 파면 분석 방법에 의해 취득된 위상 데이터(5에서 전술한 바와 같음)로부터 각각의 픽셀에서 다층 스택에 의해 기인한 계산된 위상 변화(4에서 전술한 바와 같음)를 차감하는 단계에 의해 수행된다.

이는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제공되고, 또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 대상물의 평면의 상부에 배치되고, 평면에 수직인 광 축을 갖는 대물 렌즈;

(ii) 방사된 파장 범위를 갖는 조명 소스 - 소스는 렌즈의 상부에, 렌즈의 초점면(focal plane) 내에 필수적으로 배치되어, 렌즈는 그로부터 시준화 광속(colliminated beam)을 생성하고, 소스는 광 축으로부터 측면으로 오프셋되어, 시준화 광속은 비정규(non-normal) 입사 각도로 대상물을 조사함 - ;

(iii) 소스와 렌즈의 사이에 배치된 제1 편광 구성요소;

(iv) 렌즈에 의해 생성된 대상물의 영상면 내에 필수적으로 배치되고, 광 축으로부터 측면으로 오프셋 된 검출기 구성요소; 및

(v) 렌즈와 검출기의 사이에 배치된 제2 편광 구성요소를 포함하는 대상물의 두께를 측정하기 위한 광학 장치로서 더 제공된다.

렌즈는 0.5보다 큰 개구율(numerical aperture)을 바람직하게 갖는다. 또한, 조명 소스는 바람직하게 광대역(broadband) 소스일 수 있다. 또한, 조명 소스는 다수의 이산 파장(discrete wavelengths)을 갖는다. 검출기는 바람직하게 검출기 어레이이다.

본 발명의 더 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 대상물을 조명하고, 그로부터 반사된 파면의 진폭 및 위상을 측정하는 단계;

(ii) 대상물의 광대역 조명에 의해 투명층의 두께를 측정하고, 적어도 2개의 파장에서 대상물로부터의 반사된 세기를 분석하는 단계;

(iii) 두께 측정으로부터, 투명층으로부터의 다중 반사에 기인한 반사된 파면의 계산된 위상 맵을 계산하는 단계; 및

(iv) 대상물의 표면 형태를 취득하기 위해 계산된 위상 맵과 계산된 위상을 비교하는 단계를 포함하고, 여기서 단계(i)는,

(a) 진폭과 위상이 측정되는 파면에 대응하는 복수의 상이하게 위상 변화된 변환 파면을 취득하는 단계;

(b) 복수의 위상 변화된 변환 파면의 복수의 세기 맵(intensity map)을 취득하는 단계; 및

(c) 파면의 진폭 및 측정된 위상을 지시하는 출력을 취득하기 위해 복수의 세기 맵을 이용하는 단계를 포함하는 일부 투명층을 포함하는 대상물의 표면 형태를 측정하기 위한 방법이 제공된다.

전술한 방법에서, 비교하는 단계는 대상물 상의 동일한 위치에서 측정된 위상으로부터 계산된 위상 맵으로부터 취득된 위상 값을 차감하는 단계를 바람직하게 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 대상물을 조명하기 위한 간섭성 소스(coherent source);

(ii) 투명층으로부터의 반사율(reflectance)을 측정하기 위한 검출기;

(iii) 간섭성 조명에 의해 대상물로부터 반사된 위상을 측정하기 위한 간섭계(interferometer); 및

(iv) 대상물 내의 투명층의 두께가 취득되도록, 투명층의 두께와 광학 특성(properties)의 함수로서 기대(expected) 반사 위상과 기대 반사 진폭을 나타내는 수학적 모델(mathematical model)에서 측정된 위상과 반사율을 이용하는 처리 유닛을 포함하는 대상물 내의 투명층의 두께를 측정하기 위한 광학 장치가 제공된다.

간섭성 광원 조명으로부터 취득된 위상과 간섭성 광원의 반사율부터 취득된 진폭의 조합 및/또는 광대역 조명을 이용한 다양한 기술의 반사 분석이 이 실시예에 이용된다. 위상과 진폭의 조합은 투명층 두께의 양호한 측정을 제공한다. 위상 분석은 간섭성 조명을 이용하는 간섭계(interferometry) 방법으로부터 발휘될 수 있다. 반사 분석은 광대역 조명 및 표준 분석 기술(필터-휠, 분광광도계)로부터, 또는 복수의 간섭성 광원의 진폭 분석으로부터 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 적어도 하나의 미리 결정된 파장에서 간섭성 광으로 대상물을 조명하는 단계;

(ii) 간섭계를 제공하고, 대상물로부터 반사된 간섭성 광의 위상을 측정하는 단계;

(iii) 복수의 추가적인 미리 결정된 이산 파장의 광으로 대상물을 조명하는 단계;

(iv) 복수의 미리 결정된 이산 파장에서 광의 반사율을 측정하는 단계;

(v) 투명층의 두께와 광학 특성의 함수로서, 복수의 미리 결정된 이산 파장에서의 기대 위상과 진폭 특성을 나타내는 수학적 모델을 이용하는 단계; 및

(vi) 대상물 내의 투명층의 두께를 취득하기 위해 수학적 모델 내에서 측정된 위상과 반사율 값을 이용하는 단계를 포함하는 대상물 내의 투명층의 두께를 측정하기 위한 방법이 제공된다.

전술한 방법에서, 복수의 미리 결정된 이산 파장은 필터-휠 또는 분광광도계를 이용함으로써 바람직하게 취득될 수 있다. 또한, 복수의 미리 결정된 이산 파장은 적어도 하나의 간섭성 광원으로부터 바람직하게 취득될 수 있다.

전술한 방법의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 대상물 내의 적어도 하나의 포인트는 알려진 구조(structure)일 수 있고, 따라서 적어도 하나의 포인트에서의 기대 위상 특성 지연(delay)은 명백히 알려지고, 또한 이 방법은 전체 대상물에 걸친 절대 위상 차를 결정하기 위해 명백히 알려진 위상 특성을 이용하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 대상물을 조명하는 단계;

(ii) 대상물로부터 방사된 조명의 파면의 진폭 및 위상 정보를, 파면이 포커싱된 이미지를 필수적으로 생성할 필요가 없는 임의의 평면 내에서 취득하는 단계;

(iii) 파면의 전파 특성의 수학적 해법의 수단에 의해, 파면의 전파 경로 하측으로의 일련의 추가적인 평면에서의 파면의 형태를 계산하는 단계; 및

(iv) 추가적인 평면 중 어느 평면에서 파면이 포커싱된 이미지의 형태를 갖는지 결정하는 단계를 포함하는 대상물의 포커싱된 이미지를 취득하기 위한 방법이 제공된다.

이 방법에서, 추가적인 평면 중 어느 평면에서 파면이 포커싱된 이미지의 형태를 갖는지 결정하는 단계는, 추가적인 평면의 각각에서 파면의 적어도 하나의 광학 특성의 복소 함수(complex function)의 엔트로피(entropy)를 계산하는 단계 - 여기서, 엔트로피는 파면의 복소 함수의 누적 표면 면적의 측정으로부터 결정됨 - ; 및 엔트로피가 최소인 전파 스텝을 결정하는 단계를 바람직하게 포함한다. 파면의 복소 함수는 바람직하게 복소 진폭 함수, 복소 위상 함수 및 복소 진폭 및 위상 함수 중 적어도 하나일 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 대상물의 세그먼트를 모두 조명하는 단계;

(ii) 대상물로부터 방사된 조명의 파면의 진폭 및 위상 정보를, 파면이 포커싱된 이미지를 필수적으로 생성할 필요가 없는 임의의 평면내에서 취득하는 단계;

(iii) 파면의 전파 특성의 수학적 해법의 수단에 의해, 파면의 전파 경로 하측으로의 일련의 추가적인 평면에서의 파면의 형태를 계산하는 단계;

(iv) 추가적인 평면 중 어느 평면에서 파면이 제1 세그먼트의 포커싱된 이미지를 갖는지 결정하는 단계;

(v) 추가적인 평면 중 어느 평면에서 파면이 제2 세그먼트의 포커싱된 이미지를 갖는지 결정하는 단계; 및

(vi) 파면이 제2 세그먼트의 포커싱된 이미지의 형태를 갖는 추가적인 평면과, 파면이 제1 세그먼트의 포커싱된 이미지의 형태를 갖는 추가적인 평면 사이의 거리를 차감함으로써 높이 차를 취득하는 단계를 포함하는, 대상물의 제1 및 제2 세그먼트 사이의 높이 차를 측정하기 위한 방법이 더 제공된다.

전술한 방법에서, 2개의 세그먼트 사이의 높이 차는 다른 측정 방법에서 발생되는 위상 모호성(phase ambiguity)을 감소시키기 위해 추정 높이 차로서 바람직하게 이용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 제1 파장에서 대상물을 조명하고, 대상물 상에 충돌하는 제1 파면의 위상 정보를 결정하는 단계;

(ii) 제2 파장에서 대상물을 조명하고, 대상물 상에 충돌하는 제2 파면의 위상 정보를 결정하는 단계;

(iii) 대상물 내의 적어도 2개의 세그먼트를 정의하는 단계;

(iv) 제1 세그먼트 내의 제1 포인트 세트와, 제2 세그먼트 내의 제2 포인트 세트를 지정하는 단계 - 제1 세트 내의 포인트 중 하나는 제1 중심점(anchor point)로서 정의되고, 제2 세트 내의 포인트 중 하나는 제2 중심점로서 정의됨 - ;

(v) 제1 중심점와 제1 세트의 포인트 사이의 높이 차와, 제2 중심점와 제2 세트의 포인트 사이의 높이 차를 취득하기 위해, 제1 및 제2 위상 정보 중 적어도 하나를 해방(unwrapping)하는 단계;

(vi) 포인트 쌍의 세트에 대응하는 높이 차의 세트를 결정하기 위해, 제1 및 제2 위상 정보를 이용하여, 제1 세트 내의 포인트와 제2 세트 내의 포인트 사이의 높이 차를 계산하는 단계;

(vii) 근사적인 높이 모호성(approximate height ambiguities)의 세트를 취득하는 단계 - 각각의 근사적인 높이 모호성은 높이 차의 세트 내의 하나의 높이 차에 대응함 - ;

(viii) 제1 및 제2 중심점 사이의 근사적인 높이 모호성의 세트를 결정하기 위해 근사적인 높이 모호성의 세트를 이용하는 단계;

(ix) 제1 및 제2 중심점 사이의 근사적인 높이 모호성의 세트로부터, 제1 및 제2 중심점 사이의 높이 모호성의 가장 가능성 있는 값을 결정하는 단계; 및

(x) 모호성의 가장 가능성 있는 값을 이용하여 제1 및 제2 위상 정보 측정 사이의 2π 모호성을 해석하는 단계를 포함하는 위상 측정 시스템에서 2π 모호성(ambiguity)을 해석하기 위한 방법이 제공된다.

이 방법에서, 제1 및 제2 중심점 사이의 높이 모호성의 가장 가능성 있는 값은 제1 및 제2 중심점 사이의 근사적인 높이 모호성의 세트의 평균값에 가장 근접한 값이 바람직하게 취해질 수 있다. 대안적으로 그리고 바람직하게, 제1 및 제2 중심점 사이의 높이 모호성의 가장 가능성 있는 값은 제1 및 제2 중심점 사이의 근사적인 높이 모호성의 세트의 히스토그램 플롯(plot)의 최대값으로서 바람직하게 취해질 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 광학 시스템 내의 공간 필터링에 이용하기 위한 필터의 세트가 더 제공되고, 각각의 필터는 특유한 크기의 개구(characteristic-sized opening)와 특유한 스펙트럼 특징을 갖고, 각각의 필터의 개구 및 스펙트럼 특징은 시스템에서의 화상 대비(contrast)를 향상시키기 위해 선택된다. 각각의 필터의 개구 및 스펙트럼 특징은, 증가된 파장에 의한 이미지화된 광의 증가된 공간적인 산개(spatial spread)와, 증가된 조리개 크기(aperture size)에 의한 이미지화된 광의 감소된 공간적 산개의 영향을 상호 상쇄하도록 바람직하게 선택될 수 있다. 또한, 바람직하게 각각의 필터에 있어서, 필터가 동작하는 파장에 대한 필터의 개구의 비율은 필수적으로 일정하다. 전술한 필터의 세트 중 어느 하나에 있어서, 공간 필터링은 영상 시스템의 시야의 중심 영역과 주변 영역 사이에서 발마직하게 수행될 수 있다. 이들 필터의 세트의 사용은 기계적인 이동 없이 상이한 파장에 대해 상이한 조리개값(apertures)이 취득되게 해준다.

본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 적어도 2개의 개별 제어가능한 위상 변조 영역과 제1 축을 갖는 복굴절공간 광 변조기(birefringent spatial light modulator)를 제공하는 단계;

(ii) 복굴절 공간 광 변조기의 전방에 선형 편광 구성요소를 배치하는 단계 - 여기서 선형 편광 구성요소의 편광 방향은 공간 광 변조기의 제1 축과 일치하지 않음 - ;

(iii) 복굴절 광변조기후방에 선형 선형 편광 구성요소를 배치하는 단계;

(iv) 이미지의 출력 화상 대비가 최적으로 되도록 2개의 위상 변조 영역 사이에 요구되는 투과율(transmissivity ratio)을 결정하는 단계;

(a)각각의 파면 출력에서, 상이한 위상 지연이 2개의 위상 변조 영역 사이에서 취득되고, (b)모든 파면 출력은 2개의 위상 변조 영역에서 동일한 투과율을 가지며, (c) 동일한 투과율은 요구되는 투과율과 일치하도록

(v) 선형 편광 구성요소 중 적어도 하나를 회전시킴으로써 시스템으로부터 다중 파면 출력을 취득하고, 변조 영역 중 적어도 하나에서 위상 지연을 조정하는 단계를 포함하는 공간 필터링을 위한 영상 시스템에서 콘트라스트를 증가시키는 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 이미징될 대상물을 조명하는 단계;

(ii) 대상물로부터 방사되는 조명의 파면의 진폭 및 위상 정보를, 파면이 포커싱된 이미지를 생성하는 파면의 전파 경로를 따른 제1 평면에서 측정하는 단계;

(iii) 시스템 내의 이미지를 디포커싱 거리(defocusing distance)만큼 디포커싱하는 단계;

(iv) 대상물로부터 방사되는 조명의 파면의 디포커싱된 진폭과 위상을, 제1 평면으로부터 디포커싱 거리만큼 떨어진 제2 평면에서 취득하는 단계;

(v) 디포커싱된 진폭과 위상 파형 정보를 이용하여, 파면의 전파 특징의 수학적 해법의 수단에 의해, 제2 평면으로부터 디포커싱 거리만큼 떨어진 제1 포커싱된 평면에서 재 포커싱된 진폭과 위상 파형 정보를 계산하는 단계; 및

(vi) 이미지화된 대상물 내의 간섭성 잡음을 감소시키기 위해 측정된 진폭과 위상 파형 정보와 재 포커싱된 진폭과 위상 파형 정보를 결합하는 단계를 포함하는 광학 시스템 내의 간섭성 잡음을 감소시키기 위한 방법이 제공된다.

이 실시예에서, 결합의 단계는 평균화, 비교, 및 이미지 처리 중 적어도 하나에 의해 바람직하게 수행된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 소정의 평면에서 파면의 진폭 및 위상 정보를 측정하는 단계;

(ii) 파면의 전파 특성의 수학적 해법의 수단에 의해, 파면의 전파 경로 내의 추가적인 평면에서 파면의 진폭 및 위상 정보를 계산하는 단계;

(iii) 추가적인 평면의 어느 평면에서 파면이 최적으로 포커싱된 장애를 포함하는 이미지인지를 결정하는 단계;

(iv) 장애가 상쇄되도록 최적으로 포커싱된 위치에서 파면을 변경하는 단계; 및

(v) 변경된 파형을 이용하여, 파면의 전파 특성의 수학적 해법의 수단에 의해, 국부적인 장애로부터 발생하는 잡음없이 이미지가 취득될 수 있는 제1 평면에서 새로운 진폭과 위상 파형 정보를 계산하는 단계를 포함하는 제2 평면에 위치된 장애(disturbance)로 인해 발생된 파면 내의 잡음을 제1 소정의 평면에서 감소시키는 방법이 제공된다.

이 방법에서, 장애는 파면의 전파 경로 내의 먼지나 결함으로부터 발생될 수도 있다. 그 경우, 장애는 포커싱되지 않은 먼지 입자로부터의 동심의 프린지(concentric fringes)로서 바람직하게 나타날 수 있다. 이 경우, 장애는 이미지 처리에 의해 바람직하게 상쇄될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 파면의 진폭 및 위상 정보를 소정 평면에서 측정하는 단계;

(ii) 파면의 전파 특징의 수학적 해법의 수단에 의해, 파면의 전파 경로 내의 추가적인 평면에서 파면의 진폭 및 위상 정보를 계산하는 단계;

(iii) 추가적인 평면의 어느 평면에서 파면이 수차의 소스가 위치된 것인지 결정하는 단계;

(iv) 수차가 제거되도록 수차 소스 위치에서 파면을 변경하는 단계; 및

(v) 변경된 파형을 이용하여, 파면의 전파 특성의 수학적 해법의 수단에 의해, 수차가 없는 이미지가 취득될 수 있는 다른 평면에서 새로운 진폭 및 위상 파형 정보를 취득하는 단계를 포함하는 광학 시스템 내의 어떤 곳에서 발생된 파면 내의 수차(aberration)를 소정 평면에서 감소시키는 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 간섭성 조명 소스, 위상 변조기 및 다수의 광학 구성요소를 구비한 광 경로를 포함하는 영상 시스템을 제공하는 단계;

(ii) 영상면에서 대상물의 이미지를 나타내는 파면의 진폭 및 위상 정보를 측정하는 단계;

(iii) 대상물, 조명 소스 및 광학 구성요소의 적어도 하나 중 적어도 하나의 위치를 이동시키고, 재 포커싱하는 단계;

(v) 이동 및 재 포커싱 단계 후에 대상물의 이미지를 나타내는 파면의 진폭 및 위상 정보를 측정하는 단계; 및

(iv) 간섭성 잡음을 감소시키기 위해 이동 단계 전후에 파면의 진폭 및 위상 정보를 평균화하는 단계를 포함하는 대상물의 이미지 내의 간섭성 잡음을 감소하기 위한 방법이 또한 제공된다.

전술한 방법에서, 이동 단계는 소스를 적어도 하나의 축으로 이동시키는 단계; 및 이동하는 광원의 영상면 내에 유지되도록 위상 조정기의 이동을 대응시키는 단계를 바람직하게 포함하고. 이미지는 시간 영역 내에 통합된다. 또한, 위상 조정기는 소스의 영상면 내에 유지되고, 소스 상의 동일한 포인트가 이동 단계와 독립적으로 위상 조정기의 동일한 포인트 상에서 이미지화된다. 이동 단계는 대안적으로 그리고 바람직하게 다중 위상 변화된 변환 파면을 생성하기 위해 광 경로 내에서 위상 조정기를 이동시키는 단계를 포함하거나, 또는 대상물을 Z축을 따라 상이한 포커싱 및 디포커싱 상태까지 이동시키는 단계를 포함하거나, 또는 대상물을 축을 벗어난 상이한 위치로 또는 상이한 경사 각도로 이동하는 단계를 포함한다. 이 방법은 이미지 정합(registration) 단계를 바람직하게 포함할 수 있다.

전술한 방법의 단계의 일례는,

(i) 이미지를 광원과 PLM의 소정 위치에 배치하는 단계;

(ii) PLM을 그 임의의 축을 따라 이동시키는 단계;

(iii) 이동전에 광원의 이미지가 낙하되는 PLM의 동일한 위치 상에 광원의 이미지가 낙하되도록 광원을 이동시키는 단계;

(iv) PLM과 광원의 새로운 위치에 다른 이미지를 배치하는 단계 - 그 결과, 필요한 모든 정보는 광원과 PLM이 공액될 때에만 필요하기 때문에 두개의 이미지 내에 동일하게 유지되지만, 빔 주행은 시스템 내의 상이한 경로를 주행함으로, 상이한 공간 잡음 패턴, 즉 상이한 프린지(fringe)의 세트로 됨 - ;

(v) 신호대 잡음비를 향상시키기 위해 이 2개의 이미지를 평균화하는 단계;

(vi) 신호대 잡음비를 더욱 향상시키도록 여러 이미지에 대해 이 처리를 반복하는 단계; 및

(vii) 위상 측정 시스템에 대한 입력으로서 "평균 이미지"를 이용하여 잡음이 적은 위상을 취득하는 단계를 포함한다.

본 발명의 더욱 바람직한 실시예에 따르면, 광 경로는, 광 경로가 광학 구성요소의 다른 어떤 운동을 요구함이 없이 웨지(wedge)의 회전에 의한 공간 운동(spatial motion)을 수행하도록 배치된 회전 웨지를 발마직하게 포함할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 제1 레벨의 정밀도를 갖는 부드러운 이미지를 취득하기 위해 광대역 광원을 이용하여 대상물을 이미징하는 단계;

(ii) 위상 모호성의 제한 내에서 대상물의 피처(feature)의 제1 계산 높이를 결정하는 단계 - 제1 레벨의 정밀도는 광대역 소스의 짧은 간섭 길이에 의해 제한됨 - ;

(iii) 부드러운 이미지 보다 잡음은 많지만, 제1 레벨의 정밀도 보다 나은 제2 레벨의 정밀도를 갖는 이미지를 취득하기 위해 간섭성 광원을 이용하여 대상물을 이미징하는 단계; 및

(iv) 향상된 정밀도로 피처의 높이를 결정하기 위해, 간섭성 이미지에 의해 취득된 위상의 초기 입력으로서 대상물의 제1 계산된 높이를 이용하는 단계를 포함하는 영상 시스템 내의 간섭성 잡음을 감소시키기 위한 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 또 다름 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 최적 포커스 포인트 근방의 다수의 상이한 디포커싱된 거리에서 피처의 일련의 이미지를 생성하고, 이미지를 횡단하는 측면 거리의 함수로서 조명 레벨의 기록(record)을 생성하는 단계; 및

(ii)조명 레벨이 이미지를 횡단하는 공동 측면 거리에서 수렴하는 포인트에 대한 기록을 검사(inspecting)하는 단계 - 포인트는 피처의 에지의 위치임 - 를 포함하는 영상 시스템의 해상력(resolving power) 보다 나은 해상도(resoultion)로 대상물의 피처의 에지의 위치를 결정하기 위해 영상 시스템을 이용하는 방법이 제공된다.

마직막으로, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면,

(i) 다층 구조물을 조명하고, 다층 구조물의 제1 층에서의 평면의 이미지를 나타내는 제1 복소 파면 맵의 진폭 및 위상 정보를 생성하는 단계;

(ii) 파면의 전파 특성의 수학적 해법의 수단에 의해, 다층 구조물의 제2 층 내의 평면의 이미지를 나타내는 제2 복소 파면 맵의 진폭 및 위상 정보를 계산하는 단계; 및

(iii) 제1 및 제2 층의 오버레이에 대한 정보를 제공하기 위해 제1 및 제2 복소 파면 맵을 비교하는 단계를 포함하는 다층된 구조물에서 오버레이 측정을 수행하기 위한 방법이 더 제공된다.

이 방법에서, 오버레이 측정은 영상 시스템의 재 포커싱 없이 단일 이미징 처리에 의해 바람직하게 수행된다. 또한, 이 방법을 이용함으로써, 오버레이 측정에서의 진폭 및 위상 정보의 사용은 위상 정보를 이용하지 않는 이미징 방법에 비해 향상된 콘트라스트 측정을 가능하게 한다. 또한 이는 3차원 정보가 오버레이 측정에서의 진폭 및 위상 정보의 사용은 3차원 정보가 다층 구조에 대해 취득되는 것을 가능하게 하고, 그에 따라 위상 정보를 이용하지 않는 이미징 방법에 비해 비틀림(misregistration) 측정이 향상된다. 또한, 오버레이 측정에서의 위상 정보의 사용은 위상 정보를 이용하지 않는 이미징 방법에 비해 포커스 깊이가 향상된 측정을 가능하게 하고, 따라서 단일 이미징 처리에서 하나의 층 이상의 이미징이 가능하다.

본 발명은 첨부한 도면을 참조한 이하의 실시예의 설명을 통해 보다 명확하게 이해될 것이다. 도1 내지 도5는 배경기술에서 간단히 설명되고, 나머지 도면은 이하의 실시예의 설명에서 설명된다. 도면은 다음과 같이 요약된다.

도1은 파면 분석 기능을 부분적으로 개략적으로, 부분적으로 도식적으로 도 시한 도면.

도2는 도1의 기능을 수행하기에 적합한 파면 분석 시스템의 일례를 부분적으로 개략적으로, 부분적으로 블록도로 도시한 도면.

도3은 도1의 기능 및 구조를 채용한 표면 매핑을 위한 시스템을 부분적으로 개략적으로, 부분적으로 도식적으로 도시한 도면.

도4는 본 발명의 각종 실시예에 이용되는 알고리즘과 계산 방법의 일부를 나타내며, 도1의 기능의 일부를 기능 블록도로서 단순화해 도시한 도면.

도5는 이미지화 기능 및 이미지된-파면 분석 기능의 2가지 기능을 포함하는 갸략적인 파면 분석 시스템을 도시한 도면.

도6은 도1 내지 도5에 도시한 장치 및 방법에 기재된 위상 측정 방법을 이용하여, 타원 편광분석기의 수단에 의해 다층 대상물의 검출과 측정을 가능하게 하는 본 발명의 바람직한 제1 실시예의 구성요소를 개략적으로 도시한 도면.

도7은 3개의 상이한 파장에 대해 실리콘 상의 실리콘 산화물의 다층 스택으로부터 반사된 광의 위상과 진폭의 예를 도시한 도면.

도8은 적당한 조명 조건을 이용하여 다층으로 이루어진 대상물을 조명할 때 다중 반사로 인한 위상 변화의 영향을 감소하기 위한 방법을 개략적으로 도시한 도면.

도9는 측정된 위상 데이터가 동일한 반사율을 갖지만 상이한 위상 변화를 갖는 상이한 다층 스택 사이를 구별하기 위해 어떤 식으로 이용되는지를, 그리고 "백색-광" 방법에 의해서 구별될 수 없는지를 개략적으로 도시한 도면.

도10은 임의의 평면 내의 임의의 기지의 파면이 공지의 전파 공식을 이용하여 다른 소정의 평면으로 전파될 수 있는 파면 분석 방법을 도시하기 위해 Z 방향으로의 파면의 전파를 개략적으로 도시한 도면.

도11은 포커스 거리를 따른 그 전파 위치의 함수로서 임의의 파면의 엔트로피 플롯을 도시한 도면.

도12는 이미지 또는 파면의 상이한 세그먼트에 독립적으로 적용된 "최적 포커싱"의 방법을 개략적으로 도시한 도면.

도13은 입체경(stereoscope) 파면 전파 방법을 적용하여 획득된 최적 포커싱과 높이 측정을 이용하는 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 도시한 도면.

도14는 백색광 및 간섭성 광 결합 간섭계의 이용에 기반한 간섭계 장치를 개략적으로 도시한 도면.

도15는 상이한 파장에 대한 조리개 치수가, 상이한 스펙트럼 필터를 사용하는 것과 같이, 상이한 파장에 대해 상이한 투과율을 갖는 동심원을 포함하는 조리개 수단에 의해 어떤 식으로 변형되는지를 개략적으로 도시한 도면.

도16은 광 경로 내의 먼지나 결함으로부터 생성되는 것과 같은, 파면에서의 장애의 영향을 감소시키는 방법을 구현하기 위한 바람직한 방법을 개략적으로 도시한 도면.

도17은 영상 시스템 자체의 어떤 구성요소의 기계적 이동 없이, 영상 시스템의 광학부품(the optical)의 이동 방법을 구현하기 위한 바람직한 장치를 도시한 도면.

도18은 도18의 설명과 관련하여, 측면 해상도를 증가시키기 위해 광의 공간 간섭성을 감소시키도록 라인 소스를 이용하는 간섭성 영상 시스템을 도시한 도면 - Y 방향에서의 공간 간섭성이 제거됨 - .

도19는 50배 대물렌즈(objctive)를 갖는 현미경으로 촬상된 마이크로구조의 이미지를 도시한 도면으로, 이미지의 해상도를 향상시키기 위한 방법을 도시하는 도면.

도20은 도19의 이미지의 확대부를 도시하는 도면으로, 이미지의 에지의 세밀함이 현미경의 제한된 해상력으로 인해 얼마만큼 흐려지는지를 도시한 도면.

도21은 상이한 디포커싱(defocusing) 레벨에 대해, 도 20의 이미지에서의 구조물의 에지를 횡단하는 조명의 단면의 커브를 도시한 도면.

도22는 본 발명의 더 바람직한 실시예의 수단에 의해 그 세밀함이 해상되고, 특징되는 주기적인 서브-파장 구조의 단면을 개략적으로 도시한 도면.

이하 도6을 참조한다. 도6은 타원 편광분석기의 수단에 의해 다층 대상물의 검출과 측정을 가능하게 하고, 전술한 위상 측정 방법을 이용하는 본 발명의 바람직한 제1 실시예의 구성요소를 개략적으로 도시한 도면이다. 조명 광원(600)은 대상물(602)의 표면이 현미경 대물렌즈(604) 등의 영상 시스템을 통해, 대상물의 표면의 법선에 비례하는 기지의 입사 각도로, 경사진 평형 광선(606)에 의해 조명되는 방식으로 광학 시스템 내에 배치된다. 조명 광선(608)은 대상의 표면으로부터 반사되고, 큰 수의 조리개 대물 렌즈(604)의 수단에 의해 바람직하게 픽셀화된 어레이인 검출기(610) 상에서 재 포커싱 된다. 이 수단에 의해, 반사된 빔은 검출기 상에 넓은 시야로부터의 정보를 포함하는 이미지를 생성한다. 측정이 수행되는 입사 각도로 인해, s-편광(polarization) 및 p-편광의 반사율이 상이하고, 따라서 타원 편광분석기 수단에 의해 각각의 픽셀의 두께의 결정이 가능해진다. 편광 구성요소(612)는 입사 빔에, 바람직하게는 소스(600)와 대물 렌즈(604) 사이에 배치되고, 편광은 반사된 빔에, 바람직하게 대물 렌즈(604)와 검출기 구성요소(610) 사이에 위치된 편광 구성요소(614)의 수단에 의해 반사된 빔에서 편광자와 보상기(compensator)를 이용해 분석된다. 측정은 비교적 넓은 시야에 거쳐 한번에 수행되고, 이미징 타원 편광분석기의 사용은 높은 공간 해상도를 얻게 해준다. 이 취득된 측정값, 기지의 입사 각도, 반사율의 정보, 다층 스택 내의 층들의 공칭 두께 정보, 및 공지의 알고리즘을 사용하면, 대상물의 각각의 픽셀 또는 각각의 세그먼트에서의 박막 코팅 두께가 정확하게 계산될 수 있다. 대안적으로 그리고 역으로, 전술한 스펙트럼 분석, 다층 스택 내의 층들의 두께의 사전 정보, 및 공지의 알고리즘을 사용하면, 대상물의 각각의 픽셀 또는 각각의 세그먼트에서의 박막의 반사율이 정확하게 계산될 수 있다. 박막 코팅 두께와 반사율의 정보는 대상물의 각각의 픽셀 또는 각각의 세그먼트에서 박막의 존재로 인한 위상 변화가 공지의 공식에 의해 계산될 수 있게 해준다. 이 위상 변화는 표면 형태를 정확하게 획득하게 하기 위해 반사 또는 투과된 광의 위상으로부터 제거되거나 차감될 수 있다. 조명 광은 하나의 단일 파장을 포함하는 간섭성 광원, 복수의 간섭성 광원, 또는 광대역 광원 중 하나일 수 있다. 반사된 광은 박막 코팅 두께 또는 반사율을 계산하기 위한 더 많은 정보를 제공하도록 스펙트럼적으로 분석될 수 있다.

대상물로부터 반사된 파면은 2개의 편광 각각을 위해 2번 측정된다. 하나의 편광의 측정된 복소 진폭을 제2 편광의 측정된 복소 진폭으로 분할함으로써, 표면 형태에 의한 위상 변화가 상쇄될 수 있다. 이들 측정값, 기지의 입사 각도, 반사율의 사전 정보, 다층 스택 내의 층들의 두께의 사전 정보, 및 공지의 알고리즘을 이용함으로써, 대상물의 각각의 픽셀 또는 각각의 세그먼트에서의 박막 코팅 두께는 정확하게 계산될 수 있다. 대안적으로, 전술한 측정값, 다층 스택 내의 층들의 정확한 두께의 사전 정보, 및 공지의 알고리즘을 이용하면, 대상물의 각각의 픽셀 또는 각각의 세그먼트에서의 박막의 반사율이 정확하게 계산될 수 있다. 박막 코팅 두께와 반사율을 아는 것으로, 대상물의 각각의 픽셀 또는 각각의 세그먼트에서의 박막의 존재로 인한 위상 변화가 공지의 공식에 의해 계산될 수 있다. 이 위상 변화는 표면 형태를 정확하게 취득하기 위해 반사 또는 투과된 광의 위상으로부터 제거되거나 차감될 수 있다. 조명 광은 하나의 단일 파장을 포함하는 간섭성 광원, 복수의 간섭성 광원, 또는 광대역 광원 중 하나일 수 있다. 반사된 광은 박막 코팅 두께 또는 반사율을 계산하기 위한 더 많은 정보를 제공하도록 스펙트럼적으로 분석될 수 있다.

본 발명의 더 바람직한 실시예에 따르면, 반사된 광의 스펙트럼 정보는 다층 스택 내의 층들의 두께를 찾기 위해 측정된 반사 파면 위상과 공동으로 이용된다. 광대역 광원을 사용하면, 다층 대상물로부터 반사된 광원은 필터-휠 또는 분광계의 수단에 의해 분석된다. 또한, 반사된 파면의 위상 및 진폭은 하나 또는 그 이상의 파장을 갖는 간섭성 광원과 위상-측정 시스템을 사용함으로써 취득된다. 위상-측정 시스템에 의해 취득된 위상 데이터는 전술한 스펙트럼 분석에 추가적인 데이터를 부여한다. 전술한 위상-측정 시스템 및 스펙트럼 분석에 의해 취득된 위상 데이터는 다층 스택 내의 층들의 두께를 찾기 위해 결합된다. 상대적인 위상 데이터, 즉 절대적인 위상 시프트가 아닌 상이한 위치 사이의 상대적인 위상 차만이 취득될 수 있기 때문에, 박막 코팅의 두께가 고정밀도로 취득되는 위치가 시야 내에 존재하는 것이 바람직하다. 절대적 위상-시프트는 이 위치에서 수행된 측정에 의해 결정될 수 있다. 대안적으로, 투명층이 없는 시야 내의 위치는 두께가 고정밀도로 취득되는 위치로서 기능할 수 있다. 3개의 상이한 파장에 대해 실리콘 상의 실리콘 산화물의 다층 스택으로부터 반사된 광의 위상 및 진폭의 예가 도7에 도시된다.

도7은 위상 분석이 3개의 간섭성 광원의 간섭에 의해 수행되는 상황에 대응하는, 3개 파장의 위상 및 진폭에 있어서의 두께 의존성을 도시하는 것에 주의해야 한다. 이 도면으로부터 주의해야 할 다른 것은 두께의 위상 및 진폭 측정에 있어서의 모호성(ambiguity)의 종류가, 진폭 모호성이 주기적일 때 상이하다는 점이다. 따라서, 0.6의 진폭이 취득될 때, 도7a에 따라 두께가 ~0nm, ~180nm, ~350nm 등이라면 아무도 알 수 없다. 위상 측정 내의 "불확실한 범위"는 두께의 범위이고, 즉 하나의 파장에서 "1"의 위상이 얻어질 때, 400-500nm의 두께가 이 두께의 결과일 수 있다. 이들 2가지 종류의 데이터를 상이한 불확실성 또는 모호성과 결합하면 실질적으로 모호성이 없는 두께를 정확하게 지정할 수 있다. 본 발명의 더 바람직한 실시예에 따라, 박막의 존재하에서 위상 재구성(reconstruction)과 표면 형태를 위한 향상된 알고리즘을 이하 설명한다. 박막 코팅의 존재는 다중 반사로 기인하여 반사 또는 투과된 파면에 위상 변화를 추가시킨다. 이 위상 변화는 파면이 반사되는 표면 형태의 계산에서 에러(즉, 반사 대상물로부터 생성된 파면으로부터의 편차)를 유발한다. 박막 코팅 두께와 반사율을 알면, 추가된 위상 변화는 공지의 공식에 의해 계산될 수 있고, 정확하게 표면 형태를 계산하기 위해 반사 또는 투과된 광의 위상으로부터 제거되거나 차감될 수 있다. 본 발명의 이 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 중심점(anchor piont)가 시야에 제공되고, 여기에서 박막 코팅의 두께가 고정밀도로 취득될 수 있다. 박막 코팅이 존재하지 않는 시야 내의 위치는 중심점로서 기능할 수 있다. 또한, 대상물로부터의 하나 또는 그 이상의 파장에서 반사된 파면의 위상 데이터 또는 진폭 데이터, 또는 위상 데이터와 진폭 데이터의 조합이 주어질 수 있다. 이들 중심점는 앵커포인트가 어디에 위치하는 것과 무관하게 시야 내의 스택 구조물의 다른 영역 내에서 또는 다른 포인트에서 두께를 취득하는데 이용된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 적절한 조명 조건을 이용하여 다층으로 이루어진 대상물을 조명할 때, 다중 반사로 인한 위상 변화의 영향을 감소하기 위한 방법이 제공된다. 이는 도 8에 도시된다. 그러한 제1 실시예에 따르면, 다층을 포함하는 대상물(800)은 넓은 입사 각도로 경사진 광선(802)으로 조명된다. 넓은 입사 각도로 인해, 다중 반사의 진폭(808)은 좁아지고, 각각의 층의 각각의 사이드로부터의 하나의 반사만이 지배적으로 된다. 도 8에 도시한 실시예에서, 최 외곽 층의 앞면으로부터 하나의 반사(804)가 있고, 최외곽 층의 뒷면으로부터 하나의 반사(806)가 존재한다. 따라서, 각각의 층의 각각의 사이드로부터 단 하나의 반사만을 가정한 단순한 모델의 반사가 이용될 수 있다. 따라서, 다중 반사를 갖는 완전한 엘립소메트릭 모델을 이용한 위상 변화의 계산으로부터의, 단순화된 2-빔 모델을 이용한 위상 변화의 계산의 편차가 줄어든다. 다른 실시예에 따르면, 대상물은 최외곽 층과 이 최외곽 층의 바로 아래에 위치된 층 사이에서 브루스터(Brewster) 각도(하나인 경우)로 경사진 평행한 광선으로 조명된다. 이 경우, 이들 2개 층 사이의 표면으로부터의 광의 p-편광에 대한 반사는 존재하지 않고, 이 표면으로부터 s-편광만이 반사된다. 결과적으로, 모든 다중 반사 804, 808 등은 s-편광이다. 교차 편광자(crossed polarizer)가 반사 경로에 배치되면, p-편광만이 투과되고 측정되며, 이 s-편광은 제1 반사에서만 일어나기 때문에, 이 측정은 외측 표면 프로파일이 아래 층으로부터의 간섭없이 신속하게 측정될 수 있게 해준다.

이 실시예의 방법에 따르면, 하나 또는 다수의 투명층의 존재하에 표면형태 측정을 위해 백색광을 이용하는 알고리즘이 제시된다. 이 알고리즘은,

A. "표준" 백색광 간섭계 이미지 세기 데이터를 취득하는 단계;

B. 퓨리에 분광학과 유사한 방식으로, 각각의 픽셀의 스펙트럼 반사율을 취득하기 위해 각각의 픽셀의 세기 데이터를 퓨리에 변환하는 단계;

C. 각각의 픽셀에서 층의 정확한 두께를 취득하기 위해, 전술한 단계 B에서 설명한 바와 같이, 현존하는 "분광광도계", 각각의 픽셀에서 물질의 두께와 반사율에 대한 공지의 데이터, 및 각각의 픽셀에서 계산된 스펙트럼 반사율을 이용하는 단계;

D. 각각의 픽셀에서 다층 스택에 의해 기인하는 위상 변화를 계산하기 위해 각각의 픽셀에서 층의 물질의 두께와 반사율에 대한 데이터와 공지의 알고리즘을 이용하는 단계;

E. 파동-패킷(wave-packet)의 "최적 포커싱"에 의해 대상물의 윤곽(contours)을 취득하기 위해 백색광 간섭계에 의해 획득된 세기 데이터를 이용하는 단계; 및

F. 위상에 의해 기인하는 간섭성 포락선 피크(coherence envelope peak)의 에러를 수정하기 위해, 각각의 픽셀에서 다중 스택에 의해 기인하는 계산된 위상 변화를 이용하고, 수정된 표면 형태를 취득하는 단계를 포함한다.

높이 측정 범위를 증가시키거나 또는 상이한 다층 스택으로 이루어진 대상물에 영향을 주는 사전 정보를 추가하기 위해, 바람직하게 시야는 상이한 특징을 갖는 상이한 세그먼트로 분할되고, 각각의 상이한 세그먼트에 대해 그 특성의 상이한 사전 정보가 추가된다. 진폭 데이터에만 기반하여 분할을 수행하는 몇몇의 "백색광" 방법이 종래로부터 알려져 있다. 그러나, 본 발명의 이 바람직한 실시예에 따르면, 위상-측정 시스템에 의해 취득된 위상 및 진폭 데이터 모두가 조합된 방식으로 이용되어 대상물의 표면 분할을 취득하는 처리를 향상시킬 수 있다. 바람직한 실시예에서, 적어도 2개의 상이한 파장에서 대상물의 이미지를 나타내는 적어도 2개의 파면이 취득되고, 여기서 각각의 파면은 위상과 진폭 데이터를 가지며, 이들 위상과 진폭 데이터는 이미지의 분할을 수행하는데 이용된다. 이 방법은 공지의 방 법에 의해 "백색광"으로부터 취득된 분할을 수정하는데 이용될 수 있다. 대안적으로 그리고 바람직하게, 도9에 도시한 바와 같이, 이 데이터는 동일한 반사율을 갖지만 상이한 위상 변화를 갖는 상이한 다층 스택 사이를 구별하는데 이용될 수 있다("백색광" 방법으로는 구별될 수 없음).

전술한 파면 분석 방법에서, 복수의 상이한 공간 위상 변화 각각은, 바람직하게 기지의 값을 갖는 공간적으로 균일한 위상 지연을 변환된 파면의 소정의 공간 영역에 인가함으로써, 변환된 파면에 인가된다. 전술한 종래의 기술의 도4와 연관한 설명에서 알 수 있듯이, 이들 상이한 위상 변화를 지배하는 공간 함수는 'G'로 지정된다. 함수 'G'는 변환된 파면의 각각의 공간 위치에 인가된 위상 변화의 공간 함수이다. 바람직한 실시예에서, 공간 위상 변화는 변환된 파면의 중심부에 인가되고, 변환된 파면에 대한 저역통과 필터로서 작용한다. 그러나, 함수 'G'의 공간 치수가 클 때, 진정한 저역통과 필터로서 작용하지 않는다. 또한, 함수 'G'의 공간 치수는 이용된 파장에 따라 크기조정되고, 따라서 짧은 파장에 대해서 로우패스 필터로서 작용하지 않는다. 본 발명의 더 바람직한 방법에 따르면, 향상된 알고리즘이 구현된다. 향상된 알고리즘에 따르면, 작은 공간 치수를 갖는 "허위의(false)"'G'에 의해 기본 재구성이 수행된다. 이 재구성된 파면으로부터, 새로운 "S" 함수가 "진정한(true)" 공간 치수에 대응하는 디지털 저역통과 필터링에 의해 취득되고, α(x) 및 Ψ(x)의 수정된 값이 계산된다. 수정된 값은 수정된 재구성을 취득하는데 이용된다. 이 처리를 지속적으로 반복하면 재구성의 정밀도가 향상된다.

본 발명의 더 바람직한 방법에 따르면, 파면 전파와 재 포커싱에 의해 위상과 표면 형태 측정을 향상시키는 방법이 제공된다. 공지된 바와 같이, 맥스웰 방정식은 유일한 해(solution)를 갖기 때문에, 임의의 평면에서의 특정 해와 그 모든 경계 조건을 안다면, 어떤 다른 평면에서의 해는 절대적으로 결정될 수 있다. 따라서, 방사선 복소 진폭은 임의의 평면에서 전술한 파면 분석에 의해 또는 특정 평면에서 공지된 파면 검색 방법에 의해 분석되거나 검색될 수 있고, 공지의 공식에 의해 어떤 다른 소정의 평면으로 전파될 수 있다. Z 방향으로의 파면의 전파를 개략적으로 도시한 도10을 이하에 참조한다. 소정의 진폭을 갖는 박스(1000)의 형태인 파면은 평면 P1까지 거리 Z1으로 전파된다. 평면 P1에서 전파된 방사선의 복소 진폭은 함수 A(x,y)^eiφ(x,y)로 표현될 수 있다. P1 내의 진폭은 더 이상 균일하지 않다. 평면 P1에서 방사선의 복소 진폭은 평면 P2까지 거리 Zw로 더욱 전파된다. 파면 복소 진폭이 전파됨에 따라, 진폭과 위상은 변화되고, A'(x,y)^eiφ'(x,y)로 표현되는 상이한 복소 진폭이 평면 P2에서 취득된다. 하나의 평면에서 파면을 알고 있다면, 파면은 다른 평면에서도 계산될 수 있다. 전술한 PCT 국제 공보 WO 03/062743호에는, 파면의 물리적 전파를 계산하기 위해 소프트웨어 전파에 의해, 즉 맥스웰 방정식의 해법에 기반한 알고리즘을 사용함으로써 상이한 "포커스" 상태를 취득하기 위한 방법이 기재되어 있다. 이 방법론을 이용하여, 측정 장치가 측정될 대상물 상에 포커싱 되지 않으면, (포커싱 되지 않은)측정된 파면의 복소 진폭이 측정 평면으로부터 다른 소정의 평면으로 전파되어 포커싱된 이미지에 대응하는 파면이 취득된다.

따라서, 최적의 포커싱 평면은 소위 "최소 엔트로피"를 갖는 파면 또는 이미지를 찾아냄으로써 일련의 전파된 파면 또는 일련의 이미지로부터 취득될 수 있다. 여기에 함축된 엔트로피의 예는 파면의 복소 진폭의 누적 "표면 면적"이다. 이 표면 면적은, 예를 들면, 파면의 복소 진폭 함수의 적분에 의해 바람직하게 취득될 수 있다. 엔트로피의 다른 가능성 있는 예는 파면 단독의 진폭 함수의 누적 표면 면적이거나, 파면의 위상 함수의 누적 표면 면적이다. 일련의 파면은 공지의 전파 공식을 이용하여, 상이한 평면으로의 측정된 복소 파면의 소프트웨어 전파에 의해 취득될 수 있다. 일련의 이미지는 소프트웨어 재 포커싱으로부터 또는 대상물의 상이한 포커스 위치와 같은 기타 소스로부터 취득될 수 있다. 세기 이미지에 있어서, 엔트로피의 가능한 정의는 이미지의 세기 함수의 누적 표면 면적이다. 포커스 거리를 따른 그 전파 위치의 함수로서 임의의 파면의 엔트로피 플롯을 도시한 도11을 이하에 참조한다. 횡좌표의 영에서의 포커스 거리는 파면이 측정되는 개시 평면을 나타낸다. 포커스가 최적 포커스(1100)를 지나 진행됨에 따라, 엔트로피는 양호함으로 정의된 최소값을 지나게 된다. 그래프의 우측에서의 국소 최소값(1102)은 포커스로 접근하는 빔 제한 조리개의 위치로 인한 결과이다.

본 발명의 다른 바람직한 방법에 따라, 그리고 도12에 도시한 방법을 참조하면, "최적 포커싱"은 이미지 또는 파면(1200,1202)의 상이한 세그먼트에 독립적으로 적용된다. 하나의 세그먼트의 "최적 포커스(1204)"의 평면으로부터 다른 세그먼트의 "최적 포커스(1206)"의 평면으로의 파면 전파를 이용하여, 이들 2개의 세그먼트 사이의 높이 차는 도12에 개략적으로 도시한 바와 같이 2개의 포커싱 평면 사이 의 전파 길이로서 결정될 수 있다. 또한, 세그먼트의 엔트로피는 자체적으로 세그먼트의 디포커싱의 양에 대한 측정값 또는 개시 추정값으로서 적용될 수 있다. 즉, 상이한 세그먼트의 엔트로피를 측정함으로써, 엔트로피 함수의 수렴 비율의 미리 결정된 정보로부터 포커스 위치의 차이를 계산하거나 추정할 수 있고, 따라서 상이한 세그먼트 사이의 높이 차를 계산하거나 추정할 수 있다. 따라서, 이들 3가지 단계가 모두 높이 측정 방법에 포함될 수 있는데, 즉,

(i) 다수의 복소 파면 및 대응하는 이미지를 측정된 파면의 파면 전파에 의해 취득하는 단계 - 각각의 복소 파면은 상이한 포커스 상태에 대응함 - ;

(ii) 각각의 세그먼트에 대해 최소 엔트로피 알고리즘을 적용함으로써 세그먼트마다 "최적 포커스" 복소 파면을 결정하는 단계; 및

(iii) 제1 세그먼트에 대응하는 최적 포커스 복소 파면과 제2 세그먼트에 대응하는 최적 복소 파면 사이의 "전파 거리"에 의해 임의의 2개 세그먼트 사이의 높이 차를 계산하는 단계가 포함될 수 있다. 양자의 세그먼트가 포커싱된 이미지는 세그먼트 사이의 높이-차를 계산하지 않고도 전파에 의해 재구성될 수 있음에 주의해야 한다.

본 발명의 다른 바람직한 방법에 따르면, 최적 포커싱 및 높이 측정은 입체적(stereoscopic) 파면 전파를 적용함으로써 취득될 수 있다. 이하 도13을 참조한다. 도13은 이 접근법을 이용하여 관찰된 대상물(1300)을 도시하며, 여기서 파면은, 파면의 각도 스펙트럼의 일부만을 사용함으로써, 파면이 전파되는 방향을 따라 특정 방향으로만 전파되면서 이미지화된다. 이 소정의 방향으로의 전파는 가상 조 리개 스톱(1302)의 수단에 의해 취득된다. 이어서, 파면은 파면이 전파되는 방향을 따라 도13의 점선으로 도시한 각도 스펙트럼의 다른 일부분을 이미징하도록 조리개 스톱(1302')을 도13의 그 점선의 위치까지 가상적으로 이동시킴으로써 소프트웨어 수단에 의해 상이한 방향으로 재차 전파된다. 따라서, 상이한 방향으로의 2개의 상이한 파면 전파가 취득될 수 있다. 이는 입체 도면에서 취득되는 2개의 상이한 이미지와 유사하다. 이들 2개의 상이한 파면을 이용하여, 눈으로 깊이를 직관할 수 있는 아날로그식 방식으로 대상물에 관한 깊이와 높이 데이터가 취득될 수 있다.

최적 포커스 위치를 이용하는, 본 발명에 따른 바람직한 방법의 다른 애플리케이션을 이하에 설명한다. 다중 파장 파면 결정 방법을 이용하는 표면 형태 측정의 범위를 향상시키기 위해, 전술한 바와 같이, 시야 내의 상이한 세그먼트의 높이에 관한 사전 데이터가 필요할 때가 있고, 다중-파장 측정 해법의 능력을 제한하는 이미징 잡음을 해결하기 위해서는 2π 모호성을 극복해야 한다. 본 발명에 따르면, 시야 내의 상이한 세그먼트의 높이에 관한 사전 데이터는 각각의 세그먼트의 "최적 포커싱"으로부터 취득될 수 있다. 유사한 방식으로, 간섭의 2π 모호성을 해결하기 위한 사전 데이터는 시야 내의 각각의 세그먼트의 "최적 포커싱"으로부터 취득될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 표면 형태 측정의 범위를 향상시키기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 표면 형태 측정에서, 대다수의 경우 넓은 범위에 거쳐 높이를 측정할 필요가 있다. 높이 측정을 위한 간섭계 방법의 범위는 2π 모호성으로 인해 제한된다. 높이 범위를 향상시키기 위한 하나의 공지된 방법은 2π 모호성을 해결하기 위해 다수의 상이한 파장을 이용하는 것이다. 그러나, 이 방법은 잡음에 민감하다.

이 방법에 따르면, 상이한 세그먼트 내의 상이한 픽셀 사이의 2π 모호성의 계수(order)는, 이하의 알고리즘을 이용하여, 위상의 적어도 2개의 파장 재구성을 결합함으로써 계산될 수 있다.

A. 적어도 하나의 파장에서 재구성된 파면의 위상을 해방(unwrapping)한다(여기서, 단계와 동떨어진 영역에서 최종 위상 측정은 명백함).

B. 시야(이하 FOV) 내의 각각의 세그먼트에서 하나의 중심점를 선택한다.

C. 재구성된 파면의 위상을 이용하여, 각각의 세그먼트에서의 포인트의 다중 쌍의 명백한 높이 차를 계산하고, 여기서 각각의 쌍 중 하나는 세그먼트의 중심점이다. 높이 차는 각각의 세그먼트 내의 포인트의 쌍에서의 각각의 포인트가 상호 근접해 있으므로 명백하게 계산될 수 있다.

D. 2개의 세그먼트 내의 포인트의 각각의 쌍의 모호성 계수로부터, 하나는 각각의 세그먼트로부터, 이들 2개의 세그먼트의 2개의 중심점의 모호성 계수는 포인트의 각각의 쌍에 대해 반복적으로 유도된다.

E. 중심점의 이들 쌍의 모호성의 계수의 히스토그램이 설정되고, 계수에 대한 하나의 값이 선택된다. 이 값은 가장 가능성 있는 값, 평균에 근접한 값 또는 모호성 계수의 히스토그램으로부터의 기타 통계 유도값일 수 있다.

F. 선택된 계수 값은 고정밀도로 각각의 포인트의 모호성 계수를 재차 유도하기 위해 재차 사용된다.

이 방법은 정밀도를 향상시키고 내잡음성(rubustness to noise)을 향상시키기 위해 중심점의 상이한 쌍에 대해 반복될 수 있다.

다른 방법에 따르면, FOV 내의 상이한 세그먼트에서의 상이한 픽셀 사이의 2π 모호성의 계수는, 전술한 알고리즘과 수학적으로 등가인 이하의 알고리즘을 사용하여, 적어도 2개의 파장 재구성을 결합함으로써 계산될 수 있다.

A. 적어도 하나의 파장에서 재구성된 파면의 위상을 해방한다(여기서, 단계와 동떨어진 영역에서 최종 위상 측정은 명백함).

B. FOV 내의 임의의 2개의 세그먼트 S, T에 대해, 포인트 (M_i,N_i)의 다중 쌍을 선택하고, 여기서 M_i는 S의 포인트, N_i는 T의 포인트이고, 포인트 (M_i,N_i)의 각각의 쌍에 대해, 포인트 M_i의 높이와 포인트 N_i의 높이 사이의 명백한 차를 계산하기 위해 적어도 2개의 파장 재구성을 결합한다.

C. 포인트 N_i에서 해방된 높이(단계 A에서 취득됨)를 더하고, 포인트 M_i에서 해방된 높이(단계 A에서 취득됨)를 차감하고, 포인트 M_i에서 명백한 높이와 포인트 M_i에서 해방된 높이(단계 A에서 취득됨) 사이의 높이 차 △_i의 모호성 계수가 취득된다.

D. 차 △_i의 모호성의 계수의 히스토그램이 설정되고, 계수에 대한 하나의 값이 선택된다. 이 값은 가장 가능성 있는 값, 평균에 근접한 값 또는 모호성 계수의 히스토그램으로부터의 기타 통계 유도값일 수 있다.

본 발명의 보다 바람직한 방법에 따르면, 시야 내의 상이한 픽셀 사이의 2π 모호성의 계수는 그들의 위상을 취득하기 위해 적어도 2개의 파면 재구성을 결합함으로써 계산될 수 있고, 이하의 알고리즘을 이용한다.

A. 시야 내에서 복수의 기준 포인트와 하나의 중심점를 선택한다.

B. 시야 내의 각각의 픽셀과 기준 포인트 사이의 모호성 계수를 재구성된 파면의 위상을 이용하여 계산한다.

C. 특정 픽셀과 중심점 사이의 모호성 계수를 반복적으로 유도하기 위해, 각각의 픽셀과 기준 포인트 사이의 계산된 모호성 계수를 이용한다.

D. 특정 픽셀의 모호성 계수의 히스토그램을 설정하고, 가장 가능성 있는 계수를 선택한다.

이 방법은 정밀도를 향상시키기 위해 상이한 중심점에 대해 반복될 수 있다.

대상물의 표면 형태를 생성하기 위해 2개 또는 그 이상의 파장을 이용할 때, 각각의 파장에 대해 하나씩 2개 또는 그 이상의 단일-파장 재구성이 취득될 수 있다. 일반적으로, 단일 파장 위상 함수는 파면의 위상을 결정하는데 이용되는 반면 기타 파장 위상 함수는 이 파장의 위상의 2π 모호성을 해결하기 위해 결합된다. 그러나, 이들 2개 또는 그 이상의 분해된 단일-파장 재구성은 다음의 방식으로 향상된 재구성을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 시야 내의 각각의 위치에서, 이들 분해된 단일-파장 재구성 중 하나만이 파면의 위상을 결정하는데 이용되고, 그 하나는 국부적으로 최고의 품질을 갖는다. 따라서, 상이한 세그먼트에 대해, 각각의 세그먼트에서 각각의 파장에 대한 데이터의 품질에 따라 상이한 단일-파장 재구성 이 이용될 수 있다. 국부적으로 정밀하지 못한 기타 파장에서의 위상은 더 정밀한 파장 위상의 2π 모호성을 해결하기 위해 결합된다. 대안적으로, 모든 분해된 단일-파장 재구성의 특정 평균이 이용되고, 여기서 이 평균을 계산하기 위한 가중치(weight)는 각각의 단일-파장 재구성의 품질 맵에 의해 결정되고, 이는 FOV 내의 상이한 위치에 대해 상이할 수 있다.

"백색광 간섭계"에서, 프린지 패턴(fringe pattern)은 기준 미러에 대해 상이한 광 경로를 갖고 광 간섭성 길이가 적은 높이에서만 관찰될 수 있다. 따라서, 백색 광원을 간섭성 광원과 같이 사용할 때, "백색광 간섭계" 프린지 패턴은 간섭성 광원에 의한 간섭법의 모호성을 해결하기 위한 앵커 높이로서 기능할 수 있다. 일례로, 1㎛의 높이 차가 있는 FOV 내의 2개의 영역은, 다중 간섭성 파장을 이용하면 1㎛ 차 또는 4㎛ 차로 있는 것으로 관찰될 수 있지만, 백색광을 이용하면 이들 2개 영역이 상호 1㎛ 내에 있는지의 여부가 명백하게 결정될 수 있다. 대안적으로, 간섭성 광 간섭계와 함께 백색광 간섭을 이용하는 것은 간섭계에 대한 사전 데이터를 제공할 수 있다. 이하 도14를 참조한다. 도14는 결합된 백색광 및 간섭성 광 간섭계의 이용에 기반한 간섭계 장치의 개략적인 도면이다. 백색광(1400) 및 간섭성 광(1402)은 빔 분할기(1404,1406)의 수단에 의해 대상물(1401)로 향하고, 반사된 광은 CCD(1408) 상에 이미지화된다.

파면 분석을 위해 광대역 조명을 이용하는 것은 광대역 광의 제한된 간섭성 길이로 인해 높이 계산에 에러를 유발한다. 본 발명의 더 바람직한 실시예에 따르면, 충분히 낮은 에러율을 갖는 광대역 조명을 이용한 측정이 데이터 생성기로서 이용될 수 있고, 간섭성 광원 간섭계에 대한 사전 데이터를 제공할 수 있다.

본 발명의 더 바람직한 방법에 따르면, 파면 재구성에 있어서 콘트라스트를 향상시키기 위한 장치 및 광학 구성요소가 제공된다. 제르니케(zernike) 위상-콘트라스트 방법, 전술한 방법, 및 국제특허공보 WO 03/062743호 등과 같은 다양한 콘트라스트 방법에서, 이미징 콘트라스트는 조리개 크기와 파장에 의존하는데, 이는 위상 광 변조기(PLM)의 중심 영역과 주변 영역을 지나는 빛 사이의 간섭으로 인한 것으로, 콘트라스트는 이들 두 영역을 지나는 상대적 광 레벨에 의해 결정되기 때문이다. 두 영역 내에 에너지 레벨이 밀집할수록 화상 대비는 더 높다. 파장이 길수록 PLM의 평면 내의 광의 공간적 산개(spread)는 더 커진다. 추가적으로, 조리개가 더 작을수록 PLM의 평면 내의 광의 공간적 산개를 더 커진다. 따라서, 각각의 파장에 대한 최적의 콘트라스트를 취득하기 위해 파장의 함수로서 조리개 치수를 변형하는 것이 바람직하다.

상이한 파장에 대한 조리개 치수는, 도15에 도시한 바와 같이, 상이한 스펙트럼 필터를 이용하는 것과 같은 상이한 파장에 대해 상이한 투과율을 갖는 동심원을 포함하는 조리개의 수단에 의해 변형될 수 있다. 따라서, 각각의 파장 또는 파장-범위는 그 조리개에 의해 제공된다. 그러한 조리개 구성은 상이한 파장 또는 파장 범위에 대한 콘트라스트를 최적화할 수 있고, 조리개의 공간 치수는 이용된 파장에 따라 크기조정된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 시스템 조리개로서 스펙트럼 감응 필터를 이용하는 것 대신에, 중심부에 비해 PLM의 주변부의 투과율을 변화시키 기 위해 PLM에 밀착하여 배치될 수 있다. 이 영역의 투과율이 낮아지면, 콘트라스트는 향상된다. 이는 각각의 파장에 대한 콘트라스트를 상이하게 향상시킬 수 있다. 콘트라스트가 낮으면, PLM 공간 스펙트럼 투과 함수, 특히 PLM의 중심부와 주변부의 상대적인 스펙트럼 투과의 조정이 콘트라스트 향상을 위해 이용될 수 있다.

본 발명의 보다 바람직한 방법에 따르면, 각종 현미경 공간-필터링 방법에서의 영상면에서 취득되는 콘트라스트를 제어 및 최적화하기 위해, 편광자 및 제2 회전 편광자를 광학 시스템, 즉 복굴절 물질로 이루어진 위상 조정기의 전후에 추가하는 방법이 제공된다. 위상 조정기는 복수의 상이한 공간 성분을 갖는다. 각각의 성분에서, 광의 2개의 편광에 대해 상이한 광 경로 차가 각각의 성분으로 인가되는 제어 신호에 따라 선택될 수 있다. 편광자의 편광 상태와 각각의 성분에서의 광 경로 차는 광의 투과율과 위상 지연에 영향을 준다. 따라서, 광 경로 차를 변경하고, 제2 편광자를 회전시킴으로써 위상 조정기의 각각의 공간 성분에서 광의 투과율과 위상 지연을 제어할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 위상 조정기는 2개의 공간 성분을 갖고, 복굴절 물질의 광 축은 제1 편광자의 축에 대해 45°로 위치된다. 제1 편광자의 축이 X축에 평행하다면, 위상 조정기의 각각의 공간 성분의 투과율 τ은 다음과 같고,

여기서, θ_i는 특정 공간 위치 i에서 2개의 편광 사이의 위상 조정기에 의해 생성된 위상 지연이고, α는 X축에 대한 회전 편광자의 각도이다(제1 편광자의 축).

위상 조정기의 각각의 성분에서 회전 편광자를 지난 후의 광의 위상 지연은 다음과 같이 주어진다.

위상 조정기의 2개의 공간 성분 사이의 위상 지연 차는 다음과 같고,

여기서, 위상 지연 차는 파면 분석에 이용하기 위해 복수의 상이하게 위상 변화된 파면을 취득하도록 이용된다.

임의적으로 요구된 투과율 비

에 있어서, △θ에 대해 4개의 상이한 해가 존재하고, 여기서 α의 상이한 값이 필요로 될 수 있다. 결과적으로, 이들 4개의 해는 본 출원의 배경기술에서 설명한 바와 같이, 완전한 파면 결정을 제공하는데 필요한 4개의 상이한 이미지를 취득하는데 이용될 수 있다. 반대로, 제2 편광자가, 예를 들면 고정된 α로 고정되고, 요구되는 투과율을 취득하기 위해 PLM의 각종 공간 성분에서의 위상 지연의 조정에 의해 위상 차가 인가되면, θ에 대한 2개의 해가 존재하고, 따라서 θ'에 대해 4개의 해, 그리고 △θ에 대해 적어도 4개의 존재한다. 결과적으로, 이들 4개의 해는 본 출원의 배경 기술에서 설명한 바와 같이, 완전한 파면 결정을 제공하기 위해 필요한 4개의 상이한 이미지를 취득하는데 이용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 일정한 위상 조정기를 사용함으로써, 임의의 소정 투과율 비

에 대해 위상 조정기의 2개의 성분 사이에서 4개의 상이한 위상 지연을 찾을 수 있다. 바람직한 실시예에서, 일정한 위상 조정기는 그 앞에 하나의 편광자와 그 뒤에 회전 편광자를 갖는 복굴절 물질로 이루어진다. 위상 조정기의 복굴절 물질의 광 축은 제1 편광자에 대해 45°로 위치된다. 위상 변조기의 하나의 성분은

-파동-판(wave-plate)으로서 동작하고, 다른 성분은 λ-파동-판으로서 동작한다. 이 경우, 위상 조정기의

-파동-판 성분의 투과율은 항상 0.5이다. 위상 조정기의 λ-파동-판 성분에서의 투과율은 제2 편광자의 회전에 의해 제어될 수 있고, 다음과 같이 주어진다.

위상 조정기의 λ-파동-판 성분에서의 위상 지연은 항상 0이지만, 위상 조정기의

-파동-판 성분에서의 위상 지연은 다음과 같이 주어진다.

식(5)를 이용하면, 임의의 소정 투과율 비

에 대해 위상 조정기의 2개 성 분 사이에서 4개의 상이한 위상 지연을 찾을 수 있다.

본 발명의 보다 바람직한 방법에 따르면, 대상물의 간섭성 조명의 결과로서 유도된 잡음을 감소시킴으로써, 다수의 상이한 실시예에서 파면 재구성에 대한 이미지 품질을 향상시키기 위한 장치와 알고리즘이 제공된다. 그러한 제1 실시예에 따르면, 상이한 평면 내의 상이한 측정 전파 파면의 위상과 진폭 구성요소를 비교 또는 결합함으로써 파면 측정값을 수정하고 잡음을 감소시킬수가 있는데, 이는 이들 사이의 차가 실제 데이터의 결과가 아닌 잡음의 결과이기 때문이다. 이 방법에 따르면, 잡음 감소는 완전한 파면 재구성을 포함하는 포커스 평면에서 하나의 측정값을, 또한 완전한 파면 재구성을 포함하는, 시스템 하드웨어에 의해 기지의 양만큼 이미지가 디포커싱되는 평면에서의 다른 측정값을 취함으로써 취득될 수 있다. 이어서, 디포커싱된 파면은 전술한 바와 같이 인가된 디포커싱의 기지의 양만큼 전파 소프트웨어에 의해 재 포커싱되고, 따라서 제2 포커싱 파면이 생성되고, 평균화, 비교, 또는 기타 공지의 이미지 처리 함수의 수단에 의해 이들 파면의 결합이 잡음을 감소하기 위해 이용될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 잡음성 파면 - 여기서 잡음은 상이한 평면에서 광 경로 내의 먼지나 결합 등과 같은 국부적인 장애로 발생되고, 국부적 장애가 있는 평면으로 전파됨 - 이 포커싱된다. 그 평면에서, 장애는 이웃하는 영역의 보간법(interpolation) 또는 평균화에 의해, 또는 다른 방법에 의해 제거될 수 있다. 이어서 변경된 파면은 장애가 없는 파면을 생성하도록 원본의 평면 또는 기타 정의된 평면으로 역-전파된다(back-propagated). 동일한 방법이 이미지 수차를 수 정하기 위해 이용될 수 있는데, 여기서 파면은 알려진 형태를 갖는 수차의 소스가 존재하는 평면으로 전파될 수 있고, 이곳에서 수차가 제거되고, 파면은 수차가 없는 파면을 생성하기 위해 역으로 전파된다.

이하 도16을 참조한다. 도16은 장애의 원형 프린지의 빈도와 위치를 이용하여 어느 평면에 장애가 포커싱되는지, 장애의 소스의 위치를 직접적으로 계산함으로써, 광 경로 내의 먼지나 결함으로 인해 발생되는 파면 내의 장애의 영향을 감소시키는 방법을 구현하는 바람직한 방법을 개략적으로 도시하는 도면이다. 이 위치적인 정보는 실제 장애 소스를 상쇄하는 동일한 위치에 가상의 장애 소스를 추가는 것과 같이 장애를 제거하는데 이용될 수 있다. 장애는 포인트-소스 장애일 수 있고, 또는 광학적 구성요소에 의해 생성되는 것과 같은 다른 종류의 장애일 수 있다. 도16은 장애 소스의 위치(1602), 그 방사 파면(1606), 및 결과적인 프린지 패턴(1604)을 도시한다.

본 발명의 더 바람직한 방법은, 전술한 파면 분석의 결과로서, 광학적 이미징 경로 내의 어떤 구성요소의 이동을 통해 검사될 대상물의 이미지를 다수 취득함으로써, 이미징 특히 간섭성 이미징 내의 잡음 감소시키기 위해 이용될 수 있다. 이 이동은 이하에 설명될 이동의 하나 또는 조합일 수 있다.

I. 모든 3개의 축에서의 대상물-조명 광원의 이동, 및 이동 광원의 이미징 평면 내에 이를 유지하기 위한 광 경로 내의 PLM의 대응하는 이동, 여기서 이미지는 시간 영역에서 적분됨.

II. 다중 위상-변화된 변환 파면을 생성하기 위해광 경로 내에 이용된 PLM의 이동.

III. 상이한 포커싱 또는 디포커싱된 상태로 Z-축을 따른 대상물의 이동.

IV. 축을 벗어난 상이한 위치 또는 상이한 기울기 및 이미지 정합에서의 대상물의 이동.

V. 광 경로에서의 임의의 광학 구성요소의 이동.

이들 방법에 따르면, 이미지 정보가 추가적이고, 잡음은 각각의 이동 위치에 대해 공간적으로 상이하기 때문에, 잡음의 영향을 감소하기 위해 다중 이미지의 이동 및 평균화를 위한 보상이 수행되고, 따라서 평균화된다. 보상은 이들 다중 이미지의 정합과, 이들 정합된 이미지의 평균화에 의해 수행될 수 있다. 대안적으로 그리고 바람직하게, 이동은 하드웨어 수단에 의해 그리고 다중 이미지의 평균화에 의해 보상될 수 있다. 대안적으로, 이동은 파면의 전파 및 조정과 같은 소프트웨어 수단에 의해 바람직하게 보상될 수 있다. 이들의 정합, 보상 및 평균화는 이미지 세기 또는 대상의 재구성으로부터 일어나는 측정 결과 상에서 수행될 수 있다.

이하 도17을 참조한다. 도17은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 구성되고 동작하는 바람직한 장치를 도시하며, 이 장치는 조명원(1702)와 빔이 조사되는 PLM 상의 특정 포인트(1722) 사이의 광 경로를, 영상 시스템 자신의 어떤 구성요소의 기계적 이동없이 변화시키는 방법을 구현한다. 시스템을 통과하는 그 경로 중에, 대상을 조명하는 시준화 광속은, 언제나 동일한 스폿(1722)에서 PLM 상에 조사되는 방식으로 스티어링 된다. 이 빔은 상이한 광 경로를 따라, 도17에서 1704로 개략적으로 도시한, 광원과 PLM 사이의 영상 시스템을 통과하도록 형성된다. 대상 물을 조명하는 시준화 광속은 대상물을 조명하면서 스티어링 된고, 그 복귀 경로에서 그 입사 경로에 평행한 경로로 역으로 스티어링 된다. 도17에서, 회전 웨지(wedge)(1706)는 빔의 운동(motion)을 생성하는데 이용된다. 웨지는 조명 시스템의 광 축에 평행한 축(1720) 둘레를 바람직하게 회전한다. 웨지(1706)의 회전은 점선으로 도시한 경로를 갖는 입력 조명 빔(1710)이 회전 웨지로부터의 그 출력 포인트(1712)에서 비틀린 경로를 생성하도록 유발하고 - 웨지가 회전함에 따라 원형으로 유도된 경로를 설명함 - , 출력 포인트로부터의 전파 방향은 웨지의 회전 위치에 따라 순환된다. 도17에서, 경로는 회전 에지의 하나의 위치에 대해 도시한 것이다. 도17의 바람직한 실시예에서 비틀린 빔은 루프-펜타 프리즘(1708)으로 들어가고, 그곳으로부터 반사된 빔은 빔 분할기(1714)에서 더 반사되어 시스템(1704)의 이미징부로 들어가고, 이어서 PLM(1722)로 들어간다. X 및 Y 방향으로 홀수의 반사를 생성하도록 이용된 펜타 프리즘(1708)은 빔 분할기(1714)에서의 반사와 조합하여 짝수의 반사를 형성하고, 따라서 역반사 효과(retroreflection effect)가 생성되고, 복귀된 빔은 입사된 빔과 항상 평행하다. 소정 각도로 웨지로 입사하는 임의의 빔은 전체 광 경로를 횡단한 후에 동일한 각도로 복귀된다. 따라서, 소스와 PLM 상의 조사 포인트 사이의 이미징 관계는 이들 사이의 광 경로가 웨지가 회전함에 따라 공간 운동을 하는 경우에도 변화되지 않는다.

본 발명의 더 바람직한 실시예에 따르면, 측정값을 수정하고 그에 따라 잡음을 감소시키기 위해, 이미지화된 대상물의 퓨리에 변환의 계산 및 측정된 세기를 비교 또는 결합함으로써 영상 시스템 내의 간섭성 잡음을 감소시키는 방법이 제공 된다. 이를 수행하기 위한 하나의 바람직한 방법은, (i)완전 파면 재구성을 포함하는 대상물의 영상면에서 측정을 수행하고, 파면의 퓨리에 변환을 계산하는 단계, (ii)퓨리에 평면을 직접적으로 이미징함으로써, 대상물을 이미징하는 영상 시스템의 퓨리에 평면의 실제 세기 이미지를 취득하는 단계, (iii)계산된 퓨리에 변환의 미변경 원본 위상은 남겨두고, 퓨리에 평면에서 취득된 실제 세기 이미지로, 재구성된 파면으로부터 취득된 계산된 퓨리에 변환의 세기를 이미지 처리에 의해 처리하거나, 결합 또는 평균화하는 단계; 및 (iv)최소화된 잡음을 갖는 변형된 파면 재구성을 생성하기 위해 동일한 위상 함수를 이용하여 역 퓨리에 변환을 수행하는 단계를 바람직하게 포함할 수 있다.

따라서, 영상 시스템 내의 간섭성 잡음은 광대역 광원 및 간섭성 광원 등과 같은 광원의 조합을 이용함으로써 바람직하게 감소될 수 있다. 광대역 광원은 부드러운 이미지를 취득하고, 시야 내의 상이한 세그먼트를 정의하고, 광원의 제한된 간섭성 길이로 인해 계산된 높이가 정확하지는 않지만, 최초로 계산된 세그먼트 높이를 위상 모호성의 제한 내에서 정의하기 위해 이용된다. 최초로 계산된 높이는, 각각의 세그먼트의 정확한 높이를 결정하기 위해, 간섭성 광원에 의해 취득된 위상에 대한 초기 입력으로서 기능하고, 간섭성 광원을 이용하여 정확하게 결정될 것이다.

본 발명의 다른 바람직한 방법에 따르면, 영상 시스템 내의 간섭성 잡음은 대상물의 표면 형태를 생성하기 위해 2개 또는 그 이상의 파장을 이용함으로써 감소될 수 있고, 파장당 하나씩 2개 또는 그 이상의 단일-파장 재구성이 취득될 수 있다. 통상적으로, 단일 파장 위상 함수는 파면의 위상을 결정하는데 이용되고, 다른 파장 위장 함수들은 이 파장의 위상의 2π 모호성을 해결하기 위해 결합될 수 있다. 그러나, 이들 2개 또는 그 이상의 분해된 단일-파장 재구성은 이하의 방식으로 향상된 재구성을 생성하기 위해 이용될 수 있다. 시야의 각각의 위치에서, 상이한 단일-파장 재구성이 비교되고, 하나 또는 그 이상의 분해된 단일-파장 재구성이 특정 위치에서 부드러운 패턴을 부여할 때, 다른 단일-파장 재구성의 다른 패턴은 동일한 방식으로 부드러워진다. 부드러워짐은 부드러운 단일-파장 재구성의 품질 맵의 수단에 의한 가중치부여(weighting)과 같이, 보다 세밀한 가중치부여 알고리즘에 의해 영향받을 수 있다.

본 발명의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 영상 시스템 내의 간섭성 잡음은 2개의 상이한 편광에 의해 취득된 2개의 이미지의 결합 및 평균화를 이용함으로써 감소될 수 있다.

공간적으로 간섭성인 광에 의해 동작하는 영상 시스템은 많은 소스로부터 발생하는 프린지로 인해 잡음, 특히 광 경로 내의 상이한 층들 사이의 간섭 패턴이 있을 수 있다. 프진지를 제거하고 측면 해상도를 향상시키기 위해 광의 공간 간섭성을 감소시키는 것이 바람직하다. 그러나 복수의 위상 변화된 변환 파면으로부터나오는 복수의 세기 맵을 취득하기 위해서는, 공간 위상 변화가 인가되는 파면에 걸친 공간 간섭성이 바람직하다. 이 바람직한 방법에 따르면, 일차원에만 공간 간섭성을 갖는 광원이 바람직하게 이용된다. 이는, 예를 들면, 포인트 광원 대신 사용함으로써 이루어질 수 있다. 이 라인-광원은 검사된 대상물로부터의 광을 반사하 거나 부분적으로 투과성인 검사된 대상물을 통해 광을 투과시키기 위해 이용될 수 있다. 또한, 변환된 파면의 각각의 위치에 위상 변화의 공간 함수('G'로 전술함)는, 비교적 폭이 좁은 길죽한 형태의 라인-형상을 갖는 영역 내에서 공간적으로 균일한 공간 위상 지연을 생성하고, 변환된 파면의 중심 영역을 통과하는 라인 함수인 것이 바람직하다. 라인 광원과 함께 이 라인 공간 함수는 전술한 바와 매우 유사하게 계산 알고리즘을 감소시킨다. 이 라인 위상 지연은, 예를 들면, 도18에 도시한 바와 같은 퓨리에 평면 내의 필터에 의해 유도될 수 있다. 도18의 바람직한 실시예에서, 광은 라인 소스(1800)로부터 투사되고, 대상물(1802)을 통과한다. 취득되는 파형은 라인 위상 조정기(1806) 상의 렌즈(1804)에 의해 포커싱되는데, 바람직하게는 렌즈(1804)의 포커스 평면에 위치된다. 제2 렌즈는 검출기(1810) 상에 파면을 이미징하도록 배열된다.

도18에서 설명한 구성에서, Y 방향으로의 공간 간섭성은 제거된다. 영상면에서, 도18의 바람직한 실시예에서 카메라의 표면상에서 취득된 것과 같은 영상면에서, 대상물과 필터의 퓨리에 변환의 회선(convolution)은 하나의 차원(X)에서만 취득되고, 다른 차원(Y)에서는 취득되지 않는다. 따라서, 검사된 대상물의 측정에 필요한 계산은, 즉 분석중인 파면의 위상 및 진폭을 취득하는 것은, 단지 일차원에서 수행될 필요가 있고, 2개 차원에서 수행될 필요는 없다. 또한, 측정 및 분석 시스템은 측정이 반사에 의해서 수행되든지 또는 투과에 의해서 수행되든지 검사된 대상물의 Y축으로의 경사에는 보다 적게 감응한다. 검사된 대상물은 다른 차원에서의 경사 감도를 감소시키기 위해 순차적으로 회전될 수 있다. 라인형은 광원의 바람직 한 형태의 일례에 지나지 않으며, 포인트 소스 이외에 간섭성에 영향을 주는 어떤 형태라도 이용될 수 있다. 하나의 차원에서 광의 공간 간섭성이 차례대로 파손될 때마다, 2개의 이미지의 조합을 이용하여 검사된 대상물은 2차원으로 독립적으로 재구성될 수 있다. 이들 2개의 재구성은 대상물의 2-D 이미지에 3차원을 재구성하도록 결합될 수 있다.

2개의 일차원적 재구성은 광원과 퓨리에 평면 내의 위상 판을 동일한 방식으로 회전시킴으로써 바람직하게 취득된다. 대안적으로, 2개의 일차원적 재구성은 2개의 상이한 편광을 이용함으로써 취득될 수 있다. 각각의 편광은 그 소유의 일차원적 광원과 퓨리에 평면 내의 일차원적 위상 판을 갖는다. 회전 편광자는 한번에 하나의 세기 이미지를 카메라에 바람직하게 전달한다. 보다 바람직하게, 광원은 2개의 교차된 일차원적 광원(라인 광원)로 이루어질 수 있고, 이들 각각은 상이한 편광을 갖는다. 퓨리에 평면 내의 위상 판은 교차 패턴을 갖는 복굴절 물질로 이루어지고, 교차 내의 하나의 라인은 하나의 편광에 대해서만 적당한 위상 시프트를 수행하고, 교차 내의 직교 라인은 다른 편광에 대해서 적당한 위상 시프트를 수행한다. 회전 편광자는 한번에 하나의 세기 이미지를 카메라에 전달한다.

많은 애플리케이션에서, 광학 시스템에 의해 해상되는 작은 피처(feature)를 측정하는 것이 바람직하고, 또는 광학 시스템에 의해 해상될 수 있는 최소 크기보다 매우 작은 피처일지라도 측정되는 것이 바람직하다. 측정에 요구되는 정밀도는 광학 시스템의 해상력보다 몇 등급 상위의 등급을 필요로 할 수 있는데, 이 경우 이 피처는 흐릿하게 보이거나 종래의 이미징에 의해서는 관찰될 수 없다. 이하 도 19를 참조한다. 도19는 50배 대물렌즈를 갖는 현미경에 의해 촬영된 집적된 광학식 도파관 구조물(optics waveguide structure)의 이미지를 도시한다. 0.5μ의 해상도를 갖는 광학시스템을 이용하여, 0.05μ의 정밀도로 피처의 폭 또는 도파관 사이의 간격을 측정해야 한다.

이하 도20을 참조한다. 도20은 도19의 이미지의 마킹된 부분을 확대한, 도19의 이미지의 확대부를 도시하며, 이미지의 에지의 세밀함이 현미경의 제한된 해상도로 인해 얼마만큼 흐려지는지를 도시한다. 측정될 대상의 이미지가 상이한 디포커싱된 위치에서 촬영될 때, 이미지의 흐릿함은 디포커싱 레벨에 따라 변화된다.

이하 도21을 참조한다. 도21은 상이한 디포커싱 레벨에 대해, 장치의 이미지 내의 도파관의 에지를 횡단하는 조명의 단면의 커브를 도시한다. 도시한 바와 같이, 모든 단면은 동일한 높이 부분을 지나는 반면, 지시된 폭은 검은 선들의 실제 폭이다.

이 방법에 따르면, 측정될 대상의 복수 이미지는 상이한 디포커스 위치에서 바람직하게 촬영되고, 이미지의 상이한 피처의 에지를 횡단하는 조명의 단면은 플로팅(plot)된다. 에지 및 상이한 피처 사이의 간격의 정밀한 측정은, 조명이 상이한 포커싱 위치에 대해 측면 함수로서의 세기의 함수 내의 고정된 포인트에서 모든 커버리지를 플로팅하는 포인트를 찾음으로써 취득될 수 있다. 조명 광원은 임의의 등급의 간섭성을 가질 수 있다. 라인의 실제 폭을 결정하는 높은 정밀도는 좁은 라인들이 이미징 센서 제1 축에 대해 회전 각도에 위치될 때 취득될 수 있다. 이는 도19 및 도20에서 X축 및 Y축을 횡단하는 이미징 센서의 축에 대해 대각인 좁은 라 인으로 도시된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 측정될 대상의 다수의 측정이 상이한 디포커스 위치에서 파면 분석을 이용하여 취해진다. 이미지 내의 상이한 피처의 에지를 횡단하는 세기 또는 위상 또는 이들 모두의 단면이 플로팅된다. 에지 및 상이한 피처 사이의 간격의 정밀한 측정은 이들 플롯의 절반 높이 포인트를 찾음으로써 취득된다.

이하 도22를 참조한다. 도22는 본 발명의 더 바람직한 실시예의 수단에 의해 그 세밀함이 해상되고, 특징되는 주기적인 서브-파장 구조의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 이 실시예의 방법에 따르면, 분광학적 타원 편광분석기는 그러한 서브-파장 측정을 수행하는데 이용된다. 주기적인 구조는 다수의 가상 층으로 엄격하게 슬라이스(slice)된다. 각각의 층은 슬라이스를 구성하는 상이한 물질의 상이한 백분율로 인해 상이한 평균 광학 파라미터 n, 및 k를 갖는다. 도22의 바람직한 예에서, 물질은 구조 자체를 이루는 공기 및 기타 물질이다. 슬라이스된 주기적인 서브-파장 구조는 통상적인 다층 스택으로 고려되고, 각각의 슬라이스의 평균 광학 파라미터 n 및 k는 분광학적 타원 편광분석기 및 그와 관련된 알고리즘에 의해 취득될 수 있다. 따라서, 피처의 각각의 슬라이스에서의 상이한 물질의 상이한 백분율이 취득된다. 이 계산된 백분율은 설계된 구조에 따라 그 슬라이스에서의 상이한 물질의 기대 백분율과 비교될 수 있다. 각각의 슬라이스에서의 상이한 물질의 기대 백분율로부터의 어떤 편차라도 의도된 구조로부터 제작된 구조의 편차로서 해석될 수 있다.

대안적으로 그리고 바람직하게, 각각의 슬라이스의 측정된 평균 광학 파라미터 n 및 k는 기대 평균 광학 파라미터 n 및 k와 비교된다. 어떤 편차라도 설계된 구조로부터 제작된 구조의 편차로서 해석될 수 있다. 대안적으로, 각각의 슬라이스의 측정된 평균 광학 파라미터 n 및 k는 다수의 시뮬레이션된 주기적 서브-파장 구조의 뱅크에 저장된 n 및 k 관련 데이터와 바람직하게 비교된다. 저장된 데이터로부터의 편차는 시뮬레이션된 구조로부터 제조된 구조의 편차로서 해석될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 방법에 따르면, 주기적 서브-파장 구조는 전술한 바와 같이 본 발명의 파면 분석 시스템을 이용하는 분광학적 타원 편광분석기의 수단에 의해 측정될 수 있다. 또한, 그러한 경우, 이미지 파면에서의 각각의 픽셀은 상이한 주기적 서브-파장 구조에 대응하는 것으로 고려될 수 있다. 이어서 전술한 분광학적 타원 편광분석기 알고리즘은 이미지의 각각의 픽셀에 독립적으로 적용된다.

반도체 집적 회로(IC) 산업에서, 높은 회로 패킹 밀도에 대한 요구가 증가하고 있다. 이 요구는 증가된 패킹 밀도와 미크론-이하(sub-micron)의 소자 치수를 취득하기 위해 새로운 물질과 프로세스의 개발을 이끌고 있다. 그런 미세한 치수에서의 IC 제조는 회로에 복잡성을 더하고, 그들의 각종 제조 단계에서 집적회로를 검사하기 위한 향상된 방법을 요구한다. IC는 회로의 소자와 컨덕터를 형성하는 다층으로 구성된다. 오버레이는 리소그래피 공정 동안 형성된 층 사이의 비틀림(misregistration)이고, 오버레이 측정은 리소그래피 공정을 모니터링 하는데 이용된다.

이하 박막 정렬 및 측정에 대해 위상 데이터를 이용하는 방법에 기반하여, 향상된 오버레이 측정을 수행하기 위한 방법을 설명한다. 이 방법은 오버레이-대상 측정을 위한 현존의 방법보다 발달가능성 있는 사용과 장점을 갖는다. 본 발명의 방법에 따라, 오버레이 물질의 상면으로부터 다른 소정의 평면으로 측정된 파면의 복소 진폭을 전파함으로써, 상이한 층의 포커싱된 이미지가 취득된다. 상이한 평면의 이들 이미지는 하나의 단일 파면의 소프트웨어 조작에 의해 유도되고, 단일 이미징 절차에서 짧은 시간 프레임 내에 바람직하게 취득되고, 따라서 상이한 층들을 이미징하기 위해 상이한 포커싱 레벨에서 촬영된 다중 이미지로부터 기인하는 잡음이나 기계적 장애를 겪지 않는다. 이어서, 상이한 층에서의 상이한 이미지는 상호간에 측정, 비교 또는 정렬된다.

다른 바람직한 방법은 콘트라스트 강화에 이용된다. 일부의 오버레이 대상은 종래의 브라이트 필드(bright field) 이미징 스킴을 이용하여 관찰하기 곤란하다. 이들 대상은 화학-기계적 연마(CMP) 후에 오버레이 대상을 포함하거나, 이들 대상은 나노미터 등의 매우 얇은 층으로 이루어진다. 본 발명의 방법에 의해 인에이블된 콘트라스트 강화는, 이미지화된 층들 사이의 위상 차로 인한 낮은 콘트라스트가 강화될 수 있기 때문에, 그러한 대상에서의 보다 나은 식별을 허용한다. 또한, 이 방법은 통상 10nm 보다 작은 매우 얇은 층의 구별을 가능하게 해준다.

다른 바람직한 방법은 데이터 분석 및 비틀림 계산을 향상시키기 위해 검사된 대상의 완전한 표면형태에 대해 추가적인 실상 정보를 제공할 수 있는 3D 정보를 이용한다. 3D 데이터는 박스 층의 경사 또는 박스 에지의 상이한 기울기 등의 프로세스의 비대칭 현상(asymmetric phemomena)을 지시한다. 미세한 레벨에서의 층의 경사는 스텝퍼 피드백(stepper feedback) 또는 어떤 화학/기계적 공정의 제어에 이용될 수 있다. 경사 현상이 극미하다면, 소프트웨어에 의한 간단한 경사 해제(tilt cancellation)는 비틀림 계산의 정밀도와 반복성을 향상시킬 수 있다.

위상 분석 수단과 같은 본 발명의 방법은, 세기 이미지에서 포커스가 어긋나 있는 층이 위상 체제(regime)에서 양호하게 포커싱될 수 있기 때문에, 비교적 넓은 포커스 깊이로 FOC의 높이 맵의 재구성을 허용한다. 이 특징은 개별 층 상에 연속적으로 포커싱할 필요가 없이 단일 그랩(grab)에서 다수의 층의 검출을 허용한다. 그러한 다중 포커스 이미징은 "더블 그랩(double grab)"으로 공지되어 있지만, 이 종래 기술의 절차는 기계적 이동의 결과로 이미지의 오정렬 등과 같은 에러를 유발하기 쉽다. 또한, 각각의 이미징 단계에 요구되는 추가적인 시간이 회피되고, 따라서 단위처리량이 향상된다.

3D 정보는 약간 디포커싱된 상태에서도 취득될 수 있다. 이는 3D 측정에 대한 포커스의 유효 깊이가 동일한 광학계를 이용하는 종래의 2D 시스템의 포커스의 깊이보다 큰 것을 의미한다.

하나의 평면으로부터 다른 소정의 평면으로 공지의 공식에 의해 재구성된 파면의 복소 진폭을 전파함으로써, 확장된 3D 및대상물의 표면 매핑 범위는 더 이상의 스캐닝을 필요로 하지 않고 취득될 수 있다.

측정 장치를 측정될 대상 상에 포커싱할 필요가 없다. 하나의 평면에서 측정된 파면의 복소 진폭은 포커싱된 타겟의 이미지를 취득하기 위해 측정 평면으로부 터 다른 소정의 평면으로 전파될 수 있다.

포커싱된 대상의 이미지를 취득하기 위해 측정된 파면의 복소 진폭을 측정 평면으로부터 다른 소정의 평면으로 전파함으로써, 이들 두 평면 사이의 절대 거리가 계산될 수 있다.

포커싱된 이미지를 취득하기 위해 측정된 파면의 복소 진폭을 측정 평면으로부터 다른 소정의 평면으로 전파함으로써, 포커스 깊이가 큰 포커싱된 대상의 이미지가 취득될 수 있다.

본 발명에 따르면, 3D 센서는 현존하는 2D 오버레이 검사 시스템에 추가될 수 있다.

현존하는 2D에 추가된 3D 센서는 2D 측정에 대해서 광학적 포커스를 찾는데 이용될 수 있다.

포커스 시스템으로서 이용된 3D 센서는, 유전체 층의 반사율과 공칭 두께의 사전 정보가 존재한다면 반-투과성 층도 처리할 수 있다.

3D 정보는 장치 기인 편차(Tool Induced Shift, TIS)의 문제점을 예견하고, 따라서 데이터 분석과 포커스 수정을 허용하는 데이터를 제공할 수 있다.

2D 측정과 함께 3D 정보를 이용하면 합격(pass)/불합격(fail)(또는 0/1) 의사결정을 위한 "다수 투표(majority vote)"와 동일한 사상으로 비틀림의 분석이 향상된다.

3D 센서는 단일 파장(또는 좁은 대역)을 요구하기 때문에, 색수차(chromatic aberrations)가 제거된 향상된 성능을 갖는 광학 시스템이 설계될 수 있다.

대상의 이미지는 상이한 디포커스 위치에서 촬영된다. 각각의 대상의 위치는, 다양한 포커싱 위치를 이용하여 고해상도에서 라인의 폭을 찾고, 전술한 바와 같은 프로파일의 교차-포인트를 찾는 방법에 의해 더 나은 정밀도로 결정될 수 있다.

전술한 방법 및 구현은 간혹 구현의 세부항목이나 구성요소와 무관하게 설명되었다. 본 방법을 구현하는 장치의 가능성 있는 구성요소와 방법의 가능성 있는 세부항목의 일부와 함께, 이 방법과 장치를 넓게 연장하는 일부 가능성 있는 방식이 PCT 출원 PCT/IL/01/00335호, 미국특허 제6,819,435호, 및 PCT 출원 PCT/IL02/00833호에 기재되어 있다.

특정한 실시예가 이 방법의 하나의 가능성 있는 구현을 설명하기 위해 주어질 수 있고, 본 발명은 이런 실시예로 제한되지 않는다.

전술한 특징의 어떤 조합을 포함하는 방법 및 장치를 설명하는 이 명세서에의 특정 실시예는 가능성 있는 시스템 및 방법의 일례일 뿐이며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

개별적인 실시예의 문단에서 설명된 본 발명의 다양한 특징은 단일 실시예와의 조합으로 제공될 수 있으며, 따라서 단일 실시예의 문단에서 설명된 본 발명의 다양한 특징은 개별적으로 제공되거나 조합으로 제공될 수 있다.

Claims (52)

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14. 대상물의 포커싱된 이미지를 취득하기 위한 방법에 있어서,

    상기 대상물을 조명하는 단계;

    상기 대상물로부터 방사된 상기 조명의 파면의 진폭 및 위상 정보를, 상기 파면이 포커싱된 이미지를 필수적으로 생성할 필요가 없는 임의의 평면 내에서 취득하는 단계;

    상기 파면의 전파 특성의 수학적 해법의 수단에 의해, 상기 파면의 전파 경로 하측으로의 일련의 추가적인 평면에서의 파면의 형태를 계산하는 단계; 및

    상기 추가적인 평면 중 어느 평면에서 상기 파면이 포커싱된 이미지의 형태를 갖는지 결정하는 단계

    를 포함하는 방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 추가적인 평면 중 어느 평면에서 상기 파면이 포커싱된 이미지의 형태를 갖는지 결정하는 단계는,

    상기 추가적인 평면의 각각에서 파면의 적어도 하나의 광학 특성의 복소 함수(complex function)의 엔트로피(entropy)를 계산하는 단계; 및

    상기 엔트로피가 최소인 전파 단계를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 엔트로피는 파면의 상기 복소 함수의 누적 표면 면적의 측정으로부터 결정되는

    방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 파면의 복소 함수는 복소 진폭 함수, 복소 위상 함수 및 복소 진폭 및 위상 함수 중 적어도 하나인

    방법.
17. 제14항에 있어서,

    상기 대상물은 높이 차가 있는 제 1 세그먼트와 제 2 세그먼트를 포함할 때, 상기 추가적인 평면 중 어느 평면에서 상기 파면이 상기 제1 세그먼트의 포커스된 이미지의 형태를 갖는지 결정하는 단계, 및 상기 추가적인 평면 중 어느 평면에서 상기 파면이 제2 세그먼트의 포커싱된 이미지의 형태를 갖는지 결정하는 단계를 더 포함하고,

    여기서 상기 방법은,

    상기 파면이 상기 제 2 세그먼트의 포커싱된 이미지의 형태를 갖는 상기 추가적인 평면과, 상기 파면이 상기 제 1 세그먼트의 포커싱된 이미지의 형태를 갖는 상기 추가적인 평면 사이의 거리를 차감함으로써 상기 높이 차를 취득하는 단계

    를 더 포함하는 방법.
18. 제17항에 있어서,

    상기 추가적인 평면 중 어느 평면에서 상기 파면이 제1 세그먼트의 포커스된 이미지의 형태를 가지는지 판단하는 단계와, 상기 추가적인 평면 중 어느 평면에서 상기 파면이 제2 세그먼트의 포커스된 이미지의 형태를 가지는지 판단하는 단계는 각각의 세그먼트에 독립적으로 적용되는

    방법.
19. 제18항에 있어서,

    상기 추가적인 평면 중 어느 평면에서 상기 파면이 제1 세그먼트의 포커스된 이미지의 형태를 가지는지 판단하는 단계와, 상기 추가적인 평면 중 어느 평면에서 상기 파면이 제2 세그먼트의 포커스된 이미지의 형태를 가지는지 판단하는 단계는 각각의 세그먼트에 대해 최소 엔트로피 알고리즘(mininal entropy algorithm)을 적용하는 것에 의해 수행되는

    방법.
20. 제19항에 있어서,

    상기 각각의 세그먼트에 대해 최소 엔트로피 알고리즘(mininal entropy algorithm)을 적용하는 것은 상기 파면의 복소 진폭 함수 모듈의 누적 표면적을 계산하는 단계를 포함하는

    방법.
21. 제17항에 있어서,

    두개의 세그먼트 사이의 높이 차는 다른 측정 방법에서 발생되는 위상 모호성(phase ambiguity)을 감소하기 위한 추정 높이차로서 이용되는

    방법.
22. 제21항에 있어서,

    상기 다른 측정 방법은 다중 파장 파면 결정 방법을 포함하는

    방법.
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32. 제14항에 있어서,

    상기 임의의 평면에서 상기 파면은 디포커스된 이미지(defocused image)를 생성하고, 포커스된 진폭 및 위상 파면 정보가 상기 추가적인 평면 중 하나에서 획득되는지 판단하는 동안, 상기 평면은 상기 임의의 평면으로부터 리포커싱 거리만큼 떨어질 때, 상기 방법은,

    상기 리포커싱 거리만큼 상기 디포커스된 이미지를 리포커싱하는 단계;

    상기 임의의 평면으로부터 리포커싱 거리만큼 떨어진 상기 평면 내의 상기 대상물로부터 발산되는 조명 파면의 리포커스된 진폭과 위상 정보를 취득하는 단계; 및

    이미지화된 대상물 내의 코히어런스 잡음(coherence noise)을 줄이기 위해 상기 리포커스된 진폭과 위상 파면 정보와 상기 포커스된 진폭과 위상 파면 정보를 결합하는 단계를 더 포함하는

    방법.
33. 제32항에 있어서,

    상기 결합 단계는 평균화, 비교, 및 이미지 처리 중 적어도 하나에 의해 수행되는

    방법.
34. 제14항에 있어서,

    상기 임의의 평면에서 상기 파면은 제2 평면에 위치된 장애(disturbance)로 인해 발생하는 잡음을 나타내고, 상기 추가적인 평면 중 어느 평면에서 상기 파면이 최적으로 포커스된 장애를 포함하는 이미지인지가 결정될 때, 상기 방법은,

    상기 장애가 상쇄되도록 최적으로 포커스된 위치에서 상기 파면을 변경하는 단계;

    상기 변경된 파면을 이용하여, 상기 파면의 전파 특성의 수학적 해법의 수단에 의해, 국부적 장애로부터 발생하는 잡음없이 이미지가 취득될 수 있는 임의의 평면에서 새로운 진폭과 위상 파형 정보를 계산하는 단계

    를 더 포함하는 방법.
35. 제34항에 있어서,

    상기 장애는 포커싱되지 않은 먼지 입자로부터의 동심의 프린지(concentric fringes)로서 나타나는

    방법.
36. 제34항에 있어서,

    상기 장애는 이미지 처리에 의해 상쇄되는

    방법.
37. 제34항에 있어서,

    장기 장애는 상기 파면의 전파 경로 내의 먼지 또는 결함으로 인해 발생하는

    방법.
38. 제14항에 있어서,

    상기 임의의 평면에서의 상기 파면은 상기 대상물을 포함하는 광학 시스템에서 수차(aberration)를 나타낼 때, 상기 방법은,

    상기 추가적인 평면의 어느 평면에서 상기 파면이 상기 수차의 소스가 위치된 것인지 결정하는 단계;

    상기 수차가 제거되도록 상기 수차 소스 위치에서 상기 파면을 변경하는 단계; 및

    상기 변경된 파형을 이용하여, 상기 파면의 전파 특성의 수학적 해법의 수단에 의해, 수차가 없는 이미지가 취득될 수 있는 다른 평면에서 새로운 진폭 및 위상 파형 정보를 취득하는 단계

    를 더 포함하는 방법.
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48. 제14항에 있어서,

    상기 대상물은 제1층 및 제2층을 포함하는 다층 구조물이고,

    임의의 평면에서의 파면의 진폭 및 위상을 취득하는 단계는 상기 제1층의 평면의 이미지를 나타내는 제1 복소 파면 맵의 진폭 및 위상 정보를 취득하는 단계를 포함하고, 파면의 전파 특성의 수학적 해법의 수단에 의해 일련의 추가적인 평면에서 파면의 형태를 계산하는 단계는 상기 제2층 내의 평면의 이미지를 나타내는 제2 복소 파면 맵의 진폭 및 위상 정보를 계산하는 단계를 포함할 때,

    상기 방법은,

    상기 제1층 및 제2층의 오버레이에 대한 정보를 제공하기 위해 상기 제1 및 제2 복소 파면 맵을 비교하는 단계를 더 포함하는 방법.
49. 제48항에 있어서,

    상기 제1층 및 제2층의 오버레이 정보는 이미징 시스템의 재 포커싱 없이 단일 이미지화 처리에 제공되는 방법.
50. 제48항에 있어서,

    상기 진폭 및 위상 정보의 사용은 위상 정보를 이용하지 않는 이미지화 방법에 비해 향상된 대비(contrast) 측정을 가능하게 하는

    방법.
51. 제48항에 있어서,

    상기 진폭 및 위상 정보의 사용은 3차원 정보가 상기 다층 구조에 대해 취득되는 것을 가능하게 하고, 그에 따라 위상 정보를 이용하지 않는 이미지화 방법에 비해 비틀림(misregistration) 측정이 향상되는

    방법.
52. 제48항에 있어서,

    상기 위상 정보의 사용은 위상 정보를 이용하지 않는 이미지화 방법에 비해 증가된 깊이의 포커스 측정을 가능하게 하고, 따라서 단일 이미지화 처리로 한 층 이상의 이미지화가 가능한

    방법.

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