KR101842291B1 - 광학 장치 및 구조화된 물체들을 조사하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조화된 물체들을 조사하는 현미경 장치에 관한 것이다. 상기 현미경 장치는 카메라(1), 상기 카메라(1) 상에, 시계에 따라 상기 물체(4)의 이미지를 생성할 수 있고, 상기 물체(4) 측 상에 배치되는 말단 렌즈(3)를 가지는, 광학 이미징 수단(2), 및 적어도 하나의 분리된 광학 기준과 상기 측정 빔의 재귀반사들 사이의 간섭들을 이용해 측정들을 생성할 수 있는, 측정 빔을 포함하는 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계(5)를 포함한다. 상기 장치는 또한 상기 빔이 상기 말단 렌즈를 관통하는 방식으로 상기 측정 빔을 상기 광학 이미징 수단으로 주입하는 커플링 수단(7)을 포함하고, 상기 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계가 상기 물체까지 상기 빔에 의해 커버되는 상기 광학 거리에 근접하는 광학 거리들에서 발생하는, 상기 측정 빔 재귀반사들만이 측정들을 생성하는 방식으로 유지된다.

Description

광학 장치 및 구조화된 물체들을 조사하는 방법{Optical Device and Method for Inspecting Structured Objects}
본 발명은 구조화된 물체를 3차원적으로 조사하는 장치에 관한 것이다. 이것은 또한 이러한 장치에 구현된 구조화된 물체를 조사하는 방법으로 안내된다.
본 발명의 분야는 보다 상세하게는, 마이크로전자공학(microelectronics) 및 마이크로시스템들(MEMs)의 분야에서 측정 및 차원적으로 제어하는 장치에 관한 것이지만, 이에 한정되지 않는다.
마이크로전자공학 및 마이크로시스템들(MEMs, MOEMs)에 있어서의 제조 기술들은, 특히 이러한 시스템들의 기능들의 더 나은 부피 통합을 가능하게 하는, 복잡한 부피 구조체들을 만드는 것으로 발전하고 있다.
이러한 기술들의 발전은, 정확히 이러한 부피 측면에서 더 많은 것들을 고려하기 위해 측정 및 차원적인 제어 수단에 있어서 필요한 변화를 생성한다.
특히 이미징 및 간섭에 기초한, 광학 측정 기술들은 산업 환경에 통합될 수 있고 또한 수 밀리미터부터 1 나노미터보다 작은 측정 범위까지에서 정확한 정보를 제공할 수 있기 때문에, 광범위하게 사용되고 있다. 이들은 또한 접촉 없이, 저하(degradation) 없이, 샘플들의 준비 없이, 저렴히 구입할 있는 장치들을 가지고 측정할 수 있는 장점을 가지고 있다.
특히 종래의 현미경에 기초한 이미징 기술들은 보통 반사로, 관찰 축에 실질적으로 수직한 평면 상에서 이미지 분석에 의해 표면들 및 패턴들이 조사되고 차원적인 측정들이 수행되도록 해 준다고 알려져 있다. 이러한 장치들은 보통 광원, 카메라, 및 적절한 배율을 가지는 이미징 광학렌즈들(optics)을 포함한다. 1 마이크로미터 차수(order)의, 측면 해상도는, 광학 회절 현상, 배율 및 광학렌즈들의 품질에 의해 본질적으로 결정된다. 이 측정들은 보통 광 스펙트럼의 가시광선 또는 자외선에 가까운 부분에서 수행되는데, 이것은 회절을 제한적으로 되게 하고, 합리적인 비용의 카메라들 및 광학렌즈들이 사용될 수 있게 한다.
(관찰 축에 평행한) 깊이 정량적인 측정들을 획득하기 위해, 간섭 현미경 기술에 따라, 상기 이미징 현미경은 간섭 측정들에 의해 보충될 수 있다. 이 장치는 그후 측정되어야 하는 상기 구조화된 물체의 표면으로부터의 광(측정파)과, 기준표면에 의해 반사되고 또한 동일한 광원으로부터의 기준 광파가 상기 카메라 상에서 중첩될 수 있도록 하는 간섭 측정계에 의해 보충된다. 간섭들은 그러므로 1 나노미터 차수로 표면의 위상기하학(topology)이 깊이 해상도를 가지고 측정되도록 해 주는 상기 측정 및 기준 파들 사이에서 획득된다. 이미징 현미경의 경우와 유사한 구현 이유로, 측정들은 보통 광 스펙트럼의 가시광선 부분에서 수행된다.
간섭 측정계 현미경은, 예를 들어, 제1면 상의 지형학(topography) 측정들, 또는 실질적으로 사용되는 파장들에 투명한(transparent) 얇은 층들의 두께 측정들이 효과적으로 수행될 수 있도록 해준다. 한편, 이것은 실행하기 까다로운 광학적 보상 없이, 수십 마이크론 이상의 물질들의 두께 측정들을 하기 어렵게 만들 수 있고, 또한 물론 이것은 이 물질이 가시광선 파장들에 투명하지 않다는 것을 고려하면 실리콘 두께들이 측정되도록 할 수 없다.
두께들의 측정에 있어서의 문제점은 특히 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계에 기초한, 간섭 측정계의 측정 기술들에 의해 효과적으로 해결된다. 사실, 실리콘 또는 갈륨 비소(gallium arsenide)와 같은 마이크로전자공학 및 마이크로시스템들에 널리 사용되는 많은 물질들은 실질적으로 적외선 근방에서의 파장들에 대해서는 투명하다. 이것들은 일반적으로 포인트 측정 시스템들인데, 상기 구조화된 물체의 표면의 하나의 포인트에서 (층들의 스택들 상의 측정들의 경우에 있어서) 말 그대로 하나 또는 그 이상의 높이들 또는 두께들을 측정할 수 있는 것이다.
마이크로시스템들 및 마이크로전자공학에서의 다른 문제점은 큰 깊이 대 폭 비율(소위 "종횡비(aspect ratio)"라고 함)을 가지는 패턴들의 높이들의 측정이다. 특히 깊은 플라즈마 식각에 의해 만들어진("Deep RIE"), 이러한 패턴들은, 예를 들어, 수 마이크로미터 폭 및 수십 마이크로미터 깊이의 트렌치들 또는 홀들의 형태를 가질 수 있다. 이들의 깊이의 측정은 정확히 종횡비 때문에 특히 어렵다. 많은 수의 구멍을 가지는 광학 측정 빔에 기초한 모든 기술들은, 간섭 측정계인지 아닌지에 상관없이, 이미징에 기초한 기술들, 및 공초점 기술들을 포함하는데, 이것들은 상기 빔이 사용가능한 조건들 하에서 구조들의 바닥에 도달할 수 없기 때문에 제대로 작동하지 않는다.
코트빌(Courteville)의 문헌 FR 2 892 188는 높은 종횡비를 가지는 패턴들의 높이를 측정할 수 있는 장치 및 방법을 설명한다. 상기 장치는 실질적으로 정확한 측정 빔을 포함하는데, 이것은 상기 구조화된 물체의 표면 상에 제한된 영역을 커버한다. 이 빔에 의해 커버되는 패턴들의 높이 측정은 패턴들의 높은 부분 및 낮은 부분 사이의 입사 파두(wave front)를 분리하고, 전형적인 필터링 단계 후 파두들의 이러한 부분들 사이에서 유도된 위상 변이들을 간섭 측정계적으로 측정하는 것에 의해 획득된다. FR 2 892 188에서 설명된 장치는 반도체 물질들의 층들의 두께들을 동시에 측정하기 위해 적외선 파장들에서 유리하게 구현될 수 있다.
종종 마이크로전자공학 또는 마이크로시스템들에서 요소들을 특성화하는 것에 있어서, 특정 장소에서 수행되는 높이 또는 두께 측정들 및 위상기하학 측정들이 동시에 필요하다. 이러한 높이 또는 두께 측정들의 위치결정은 때때로 예를 들어 수십 또는 수백 마이크로미터 이격된 수 마이크로미터 폭의 구멍들 또는 비아들이 반도체 기판을 관통하는 "칩 레벨 패키징" 응용 분야에 있어서, 매우 정확해야 한다. 다른 경우들에 있어서, 높이 및 두께 측정들은 일부 패턴들만 고려하기 위해 제한된 범위를 가지는 영역에서 수행되어야 한다. 모든 경우들에 있어서, 적외선 측정 빔은 그러므로 상기 구조화된 물체의 표면 상의 위치 및/또는 배율에서 정확하게 조정되어야 한다.
칸터룹(Canteoup) 등의 문헌 FR 2 718 231은 카메라 상에서 보이는 위치의 포인트 측정 빔을 이용해 높이 또는 두께 측정 방법을 설명하는 것으로 알려져 있다. 이 측정 빔은 상기 카메라의 이미징 광학렌즈들을 관통하여 시계 안에 나타난다. 이 장치는 상기 측정 빔이 상기 구조화된 물체의 표면 상에 정확하게 위치할 수 있도록 한다. 하지만, 간섭 측정계 측정의 파장은 이 경우에 있어서 이미징 광학렌즈들이 최적화되기 위한 이미징 파장들에 포함된다. 이것은 FR 2 718 231에 설명된 구현에 있어서 커다란 제한인데, 이것은 간섭 측정계 측정 기술들은 대부분 광학렌즈들이 동작하는 파장에 최적화되지 않았을 때 필연적으로 나타나는 기생 반사, 복수 광학 경로들, 및 파두들의 다른 수차들(aberrations)에 매우 민감하다는 사실에 특히 관련이 있다. 특히, FR 2 718 231에 설명된 방법은 적외선 영역의 간섭 측정계 측정 시스템에 적합하다.
FR 2 892 188 FR 2 718 231
본 발명의 목적은 지형학 측정들, 층 두께 및 패턴 높이 측정들을 동시에 생성할 수 있는, 구조화된 물체를 검사하는 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 구조화된 물체(structured object)를 조사하는 현미경 장치에 있어서,
- 카메라,
- 상기 카메라 상에, 시계(field of view)에 따라 상기 구조화된 물체의 이미지를 생성할 수 있는, 광학 이미징 수단으로, 상기 광학 이미징 수단은 상기 구조화된 물체 측 상에 배치되는 말단 렌즈(distal lens)를 가지고, 및
- 복수의 적외선 파장들을 가지는 측정 빔을 포함하고, 적어도 하나의 분리된 광학 기준과 상기 측정 빔의 재귀반사들 사이의 간섭들을 이용해 측정들을 생성할 수 있는, 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계(low-coherence infrared interferometer)를 포함하고,
- 상기 말단 렌즈를 관통하고, 상기 이미징 수단의 시계 안에 실질적으로 포함되는 측정 영역에 따라서 상기 구조화된 물체를 가로막는 방식으로 측정 빔을 상기 광학 이미징 수단으로 주입하는 커플링 수단을 더 포함하고,
- 상기 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계가 측정 범위를 정의하는, 상기 구조화된 물체까지 상기 빔에 의해 커버되는 상기 광학 거리에 근접하는 광학 거리들에서 발생하는, 상기 측정 빔 재귀반사들만이 측정들을 생성하는 방식으로 유지되는 것을 특징으로 하는 장치에 의해 달성된다.
상기 말단 렌즈는 가시광선 파장들에서 이미지들을 생성하도록 설계될 수 있다. 이것은 현미경 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 광학 이미징 시스템은 그러므로, 종래에 현미경에 사용되던 구성요소들을 포함할 수 있는데, 이것은 비용 및 산업 발전 측면에서 실질적인 장점들을 가진다. 상기 카메라는 CDD 카메라일 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 200 내지 1100 나노미터 범위 안에 실질적으로 포함되는 광학 파장 또는 복수의 광학 파장들에서 상기 구조화된 물체의 이미지를 생성할 수 있는데, 이것은 자외선 근방(대략 200 내지 400 nm), 가시광선(대략 400 내지 780 nm) 및/또는 적외선 근방(대략 780 내지 1100 nm) 안에 있다.
상기 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계는, 제한적이지 않은 방식으로, 상기 광학 이미징 시스템의 광학 축에 실질적으로 평행한 축들을 따라 수행되는 차원적인 측정들, 예를 들어, 층 두께 또는 높이 측정들을 생성할 수 있다. 적외선 파장들을 사용하는 덕분에, 이러한 측정들은 실리콘 및 갈륨 비소와 같은 가시광선 파장들에 투명하지 않은 물질들을 통해 수행될 수 있다.
상기 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계의 측정 빔은 1100과 1700 나노미터 사이의 파장들을 포함할 수 있다. 이것은 특히 1310 nm(나노미터) 및/또는 1550 nm 근방에 위치하는 파장들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 그러므로,
- 구조화된 물체 또는 샘플이 현미경과 같은 광학 이미징 시스템에 의해 보여지고 촬상되고 측정되고,
- 또한 측정들이 상기 적외선 간섭 측정계를 가지고 상기 구조화된 물체의 정확하게 확인된 영역들에서 수행되는 것이 동시에 가능하게 한다.
본 발명의 특히 유리한 특징들에 따르면, 상기 적외선 간섭 측정계를 이용한 측정들은 상기 이미징 광학렌즈들의 말단 부분을 통해 수행되고, 모든 측정들이 실제로 통합되는 것이 가능하게 한다.
이러한 구성은 간섭 측정계들이 일반적으로 상기 측정 빔에 의해 겪게 되는 기생 반사들에 매우 민감하기 때문에 특별한 어려움을 발생시키는데, 이것은 측정된 위상들의 특징을 빠르게 저하시킨다. 이것은 일반적으로 상기 간섭 측정계들이 광학 이미징 시스템들로부터 또는 작동 파장에 최적화된 광학렌즈들을 가지는 경우에 있어서, 특히 반사방지 코팅들(antireflection coatings)에 대하여, 분리되어 구현되기 때문이다.
이 문제점은 상기 측정 범위에 실질적으로 대응하는 "코히어런스 윈도우(coherence window)"가 정의되는 것을 가능하게 하는 간섭 측정계들을 구현하는 것에 의해, 본 발명에 따른 장치로 해결된다. 이러한 방식으로, 상기 측정 범위에 대응하는 미리 결정된 광학 거리들에서 발생하는 간섭 측정계로 되돌아가는 반사들인, 상기 측정 빔의 재귀반사들만이, 실질적으로 간섭 현상에 기여하게 된다. 상기 광학 거리는 광에 의해 "보이는(seen)" 거리이고, 굴절률(refractive index, n)을 가지는 매체에서, 상기 굴절률(n)에 의해 곱해지는 기하학적 거리에 대응한다. 그러므로 상기 측정은 실제로 상기 이미징 광학렌즈들에서 상기 측정 빔에 의해 겪게 되는 방해들(disturbances)에 의해 영향을 받지 않는다.
본 발명에 따른 장치는 실질적으로 동일한 비율(proportions)로 상기 측정 영역의 치수(dimension) 및 시계를 동시에 변경하도록 상기 광학 이미징 수단의 배율(magnification)을 변경하기 위한 제1 확대 수단을 더 포함할 수 있다.
이러한 제1 확대 수단은 상기 이미징 빔과 상기 측정 빔이 동시에 통과하는 광학 요소들일 수 있다. 이것들은 관찰되는 상기 영역(상기 시계) 및 상기 구조화된 물체의 표면에서 상기 측정 빔에 의해 커버되는 상기 측정 영역이 동시에 조정되어, 측정되는 상기 구조화된 물체의 패턴들의 특징적인 치수들로 조정하는 것이 가능하게 한다.
이러한 제1 확대 수단은
- 현미경 렌즈들과 같이, 서로 다른 배율들을 가지는 광학렌즈들이 구비된 터릿(turret), 및
- 플로팅 렌즈들(floating lenses) 또는 대체가능 렌즈들(replaceable lenses)을 가지는 줌(zoom)과 같이, 다양한 배율 광학렌즈들(variable magnification optics)로부터 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 상기 시계에 대하여 상기 측정 영역의 치수를 변경하도록, 상기 측정 빔의 배율을 변경하기 위한 제2 확대 수단을 더 포함할 수 있다.
이러한 제2 확대 수단은, 상기 측정 빔만이 통과하는 광학 요소들일 수 있는데, 이는 상기 측정 영역의 치수를 설정하기 위한 추가의 자유도(further degree of freedom)를 상기 장치에 제공하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 장치는 상기 구조화된 물체 및 상기 광학 이미징 수단의 상대적인 변위 수단을 더 포함하여, 상기 시계가 상기 구조화된 물체 상의 원하는 위치에 위치되는 것이 가능하게 한다.
본 발명에 따른 장치는 또한 상기 구조화된 물체 및 상기 측정 빔의 상대적인 변위 수단을 더 포함하여, 상기 측정 영역이 상기 시계 안으로 이동되는 것이 가능하게 한다.
본 발명에 따른 장치는 상기 말단 렌즈를 통해 상기 구조화된 물체를 조명하도록 배치되는, 가시광선 파장들을 가지는 조명 빔(lighting beam)을 생성하는, 조명 수단(lighting means)을 더 포함할 수 있다. 이 구성은 종래의 반사 현미경 구성에 대응한다.
일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 장치는, 상기 말단 렌즈에, 상기 카메라 상에, 상기 구조화된 물체의 이미지와 중첩되는 간섭 무늬들(inteference fringes)을 생성할 수 있는 전계 간섭 측정계(full field interferometer)를 더 포함하여, 이로부터 상기 구조화된 물체의 상기 표면의 지형학을 추론하게 한다.
마이켈슨(Michelson), 미라우(Mirau), 리닉(Linnk) 간섭 측정계 등과 같은, 이러한 전계 간섭 측정계를 만드는 다양한 잘 알려진 방법들이 있다. 그 원리는 상기 조명 빔의 샘플링 부분에서, 기준 표면 상에 반사시키고 또한 상기 카메라 상에 상기 구조화된 물체에 의해 반사된 광에 중첩시키는 것으로 구성된다. 이로써 생성된 상기 간섭 무늬들은 상기 구조화된 물체의 표면의 고도 측정(altitude measurement)이 상기 이미지의 각 지점에서 계산되어, 공간에서의 그 형태가 이로부터 추론될 수 있게 한다.
전계 간섭 측정계는 상기 측정 빔의 상기 파장들에 실질적으로 투명한 다이크로익 요소(dichroic element)를 포함할 수 있다. 이 다이크로익 요소는 예를 들어, 사용되는 간섭 측정계의 타입에 따라, 미러(mirror), 빔 분리기 판(beam splitter plate) 또는 빔 분리기 큐브(beam splitter cube)일 수 있다. 이것은 상기 적외선 간섭 측정계 측정 빔이 상기 전계 간섭 측정계를 관통하는 반사들의 최소를 겪도록 배치될 수 있는데, 이것은 상기 광학 이미징 시스템의 관련 파장들이 계속 완전히 기능하도록 해준다.
이 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 상기 구조화된 물체의 표면의 3차원 형상인 프로필로미터 측정들(profilopmetry measurements) 및 적외선 간섭 측정계를 통해서만 접근가능한 측정들이 동시에 수행될 수 있게 한다.
일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 1 마이크로미터 이상의 파장들을 가지는 광원을 포함하는, 상기 이미징 수단에 대하여 상기 구조화된 물체의 반대에 배치되는 조명 수단을 더 포함할 수 있다.
이 실시예에 따르면, 상기 측정들은 그러므로 전파(transmission)에 의해 생성된다. 이 실시예는 특히 예를 들어 마이크로전자 부품들의 배면(즉 기판) 상에서 적외선 간섭 측정계를 이용한 측정들을 수행하는 것에 흥미가 있다. 그러므로, 광 밀도의 변동(light density variations)에 따라, 특히 이러한 요소들에 대하여 정확하게 상기 적외선 간섭 측정계의 측정 영역을 위치결정하기 위해 금속 트랙들과 같은 불투명 영역들을 보는 것이 가능하다. 상기 구조화된 물체의 실리콘 기판이 투명해지기 위한 1 마이크로미터 이상의 파장들에서 충분한 민감도(sensitivity)를 유지하는, 실리콘에 기초한 센서를 가지는 카메라들을 가지고 이러한 실시예를 구현하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 장치에 구현되는 상기 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계는, 제한하지 않는 방식으로, 상기 측정 범위에서 이하의 요소들,
- 상기 측정 빔의 파장들에 실질적으로 투명한 물질의 적어도 하나의 층의 광학적 두께,
- 인접 층들 사이에서 실질적으로 서로 다른 굴절률들을 가지는, 상기 측정 빔의 파장들에 실질적으로 투명한 물질들의 스택의 층들의 광학적 두께,
- 예를 들어 FR 2 892 188에서 설명하는 방법에 따라, 상기 측정 범위 안에 포함되는 적어도 낮은 부분 및 적어도 높은 부분의 패턴들의 높이,
- 상기 측정 범위에서, 상기 측정 빔 및 상기 구조화된 물체 사이의 접촉 점들의 절대 높이,
- 상기 구조화된 물체 상의 서로 다른 위치들에서 상기 구조화된 물체와 상기 측정 빔 사이의 접촉 점들 사이의 높이에서의 차이 중 적어도 하나를 측정하는 것이 가능하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 장치에 구현되는 상기 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계는 또한 예를 들어 그렇지 않다면 그 기하학적 두께들이 결정될 수 있는 물질들의 층들의 광학 두께를 측정함으로써, 굴절률들의 측정들을 수행할 수 있다. 이러한 타입의 측정들은 예를 들어 점검되는 물질의 성질(nature)을 가능하게 한다.
시계에서 상기 측정 영역을 보기 위해, 본 발명에 따른 장치는 상기 측정 빔과 중첩하는 조망 빔(viewing beam)을 더 포함하고, 상기 조망 빔은 상기 카메라에 의해 검출가능한 적어도 하나의 파장을 포함한다.
이 조망 빔은 상기 측정 영역에 따라 상기 구조화된 물체의 표면을 가로막아서, 상기 카메라에 의해 생성되는 이미지 상에 상기 측정 영역이 직접 보이도록 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 상기 측정 영역의 디스플레이를 포함하는 상기 시계의 이미지를 생성할 수 있는, 디지탈 프로세싱 및 디스플레이 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 측정 영역의 디스플레이는 소프트웨어 수단에 의해 생성될 수 있고, 상기 구조화된 물체의 상기 표면의 이미지에 중첩될 수 있다.
다른 측면에 따라,
- 카메라 상에, 상기 구조화된 물체 측 상에 배치되는 말단 렌즈를 구현하는, 시계에 따라 상기 구조화된 물체의 이미지를 생성하는 단계, 및
- 복수의 적외선 파장들을 가지는 측정 빔을 방출하는 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계로부터, 적어도 하나의 분리된 광학 기준과 상기 측정 빔의 재귀반사들 사이의 간섭들에 의해 측정들을 생성하는 단계를 포함하고,
- 상기 말단 렌즈를 관통하고, 상기 이미징 수단의 시계 안에 실질적으로 포함되는 측정 영역에 따라서 상기 구조화된 물체를 가로막는 방식으로 측정 빔을 상기 광학 이미징 수단으로 삽입하는 커플링을 더 포함하고,
- 상기 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계가 측정 범위를 정의하는, 상기 구조화된 물체까지 상기 빔에 의해 커버되는 상기 광학 거리에 근접하는 광학 거리들에서 발생하는, 상기 측정 빔 재귀반사들만이 측정들을 생성하는 방식으로 유지되는 것을 특징으로 하는 구조화된 물체를 조사하는 방법이 제안된다.
상기 시계의 상기 이미지 안에서의 상기 측정 영역의 위치는 사전 미세조정(prior calibration) 동안 특히 상기 이미징 수단 안에서, 따라서 상기 시계 안에서, 상기 측정 빔의 위치가 고정될 때 저장될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 특히 유리한 측면에 따르면, 상기 카메라와 상기 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계로부터의 정보는 상기 구조화된 물체의 3차원 표현(representation)을 생성하기 위해 결합될 수 있다.
그러므로, 상기 구조화된 물체의 표현은 추가적인 측면들에 따라 획득되는데, 이것은 매우 유용하고, 분리된 시스템들에서는 접근하기 어려운 정보를 제공한다. 사실, 특히
- 관찰하거나 또는 그 표면 상에서 확인한, 상기 구조화된 물체의 특징적인 요소들에 대하여 매우 정확하게 위치하는 층 두께 또는 패턴 높이 측정들을 생성하는 것,
- 이 표면에 대하여 정확하게 위치하는 아래 층들의 두께 및 상기 표면의 형태를 포함하는 상기 구조화된 물체의 3차원 표현을 생성하는 것,
- 프로필로미터들만으로는 작동하지 않는 (좁고 깊은) 패턴들의 높은 종횡비를 분석하기 위해, 적외선 간섭 측정계들에 의해 측정되는 실제 깊이를 가지는 패턴들의 표현에 의하여, 프로필로미터들에 의해 획득되는 상기 표면의 3차원 표현을 보충하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 장점들 및 특징들은 이에 한정되지 않는 구현들 및 실시예들의 상세한 설명, 및 이하의 첨부한 도면들을 읽음으로써 명백해질 것이다.
도 1에는 본 발명에 따른 조사 장치의 실시예가 도시되어 있다.
도 2에는 소위 마이켈슨 구성(도 2a) 및 소위 미라우 구성(2b)에 따른, 본 발명에 따른 조사 장치에 있어서의 전계 간섭 측정계들의 실시예들이 도시되어 있다.
도 3에는 본 발명에 따른 조사 장치에 있어서의 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계의 실시예가 도시되어 있다.
도 4b에는 도 4a에 도시된 구조화된 물체의 표면에서의 위치에 대하여, 본 발명에 따른 조사 장치로 획득되는 층들의 두께 측정들이 도시되어 있다.
도 5에는 도 5a에 도시된 구조화된 물체의 표면에서의 위치에 대하여, 본 발명에 따른 조사 장치로 획득되는 패턴의 높이 측정들이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 조사 장치는 이미징 경로 및 간섭 측정계 측정 경로를 포함하는데, 이는 조사되는 구조화된 물체(4)에 대하여 측정들을 제공하고자 하는 것이다.
상기 이미징 경로는 CDD 매트릭스 센서(17; 이하, '센서'라 약칭함)가 구비된, 카메라(1)를 포함한다. 또한 이것은 상기 카메라(1)의 센서(17) 상에 상기 구조화된 물체(4)의 이미지(50)를 형성할 수 있는 광학 이미징 수단(2)을 포함하는데, 이는 상기 광학 이미징 수단(2)의 배율 및 상기 센서(17)의 치수에 실질적으로 비례하는 시계에 따라 형성된다.
상기 광학 이미징 수단(2)은, 종래의 현미경 구성에 따라, 상기 구조화된 물체 측 상에 배치되는 말단 렌즈(3) 및 상기 구조화된 물체(4)로부터 및 상기 카메라(1)의 상기 센서(17) 상에 투사되는 광으로 구성되는 이미징 빔(22)이 관통하는 광학 릴레이 또는 튜브 렌즈(23)를 포함한다. 상기 말단 렌즈(3)는 가시광선 파장들에 최적화된 현미경 렌즈이다.
상기 적외선 간섭 측정계 측정 경로는 커플링 수단(7)에 의해 상기 광학 이미징 수단(2) 안에 삽입되는 적외선 측정 빔(6)을 포함하고, 상기 측정 빔(6)은 상기 이미징 경로의 시계 안에 실질적으로 포함되는 측정 영역에 따라 상기 구조화된 물체(4) 상에 입사된다.
상기 측정 빔(6)은 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계(5)로부터 나오고, 단일 모드 광섬유(21)에 의해 분광기(collimator, 20)까지 데려온다. 이 분광기(20)는 바람직하게는 이색성(dichroic)이며, 빔 분리판으로서 기능하는 커플링 수단(7)에 의해 상기 광학 이미징 수단(2) 안에 삽입되는 실질적으로 분광된 빔을 형성한다. 적외선은 반사하고 가시광선은 투과하는, 색선별 판의 사용이 상기 장치의 작동에는 필수적이지는 않지만, 상기 이미징 경로 및 상기 간섭 측정계 측정 경로 모두에 있어서 손실 및 기생 반사들을 최소화할 수 있다. 색선별 판으로서도 기능하는 상기 커플링 수단(7)에 의해 편향되고 실질적으로 분광되는 상기 측정 빔(6)은, 상기 말단 렌즈(3)에 의해 상기 구조화된 물체 상에 초점이 맞춰진 광학 축(24)에 실질적으로 평행한 방향을 따라 상기 광학 이미징 수단(2) 안으로 전파된다. 상기 분광기(20) 및 상기 말단 렌즈(3)는 상기 구조화된 물체(4)의 상기 측정 빔(6)이 나오는 상기 광섬유(21)의 코어를 이미지화하는 광학 이미징 시스템이다. 상기 구조화된 물체(4) 상의 상기 측정 빔(6)에 의해 커버되는 상기 측정 영역은 상기 광학 이미징 시스템(2)의 분광기(20)와 말단 렌즈(3)의 배율, 회절 및 발생할 수 있는 상기 측정 빔(6)의 약간의 초점이탈 효과에 의해 결정된다.
상기 측정 빔(6)이 상기 구조화된 물체(4)의 표면에 실질적으로 수직하는 방향을 따라 상기 구조화된 물체(4) 상에 입사할 때, 상기 말단 렌즈(3)에서 각 구멍(angular aperture)에 따른 오차 한계들 안에서, 상기 구조화된 물체(4)의 경계면들 상에서 발생하는 반사들이 상기 광섬유(21) 안에서 재결합되고 상기 간섭 측정계(5) 안에서 처리된다.
본 발명에 따른 장치는 상기 시계가 상기 구조화된 물체(4) 상의 원하는 장소에 위치될 수 있게 하는 변위 수단(10)을 포함한다. 이러한 변위 수단은 상기 구조화된 물체(4)를 지지하는 상기 샘플 홀더의 광학 축(24)에 수직하는 평면 안에 있는 변위 수단 및 상기 구조화된 물체(4)에 대하여 상기 전체 시스템의 상기 광학 축(24) 방향에 있는 변위 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 장치는 배율을 변경하기 위한 수단을 포함한다. 이로써,
- 상기 카메라(1) 상에 상기 구조화된 물체(4)의 표면에 그 시계가 조사되는 패턴들의 치수들에 맞게 변경되는 이미지를 형성하고, 또한
- 상기 측정 영역을 조정하여 또한 이것이 상기 구조화된 물체(4)의 패턴들의 치수에 맞게 변경되게 한다.
상기 배율은 색선별 판으로서 기능하는 커플링 수단(7)과 상기 구조화된 물체(4) 사이에 삽입되고, 이를 통해 상기 측정 빔(6) 및 상기 이미징 빔(22)이 동시에 통과되는 광학 요소들의 배율을 변경하는 것에 의해 조정되는데, 이로써 실질적으로 동일한 비율로 상기 측정 영역의 치수 및 시계가 동시에 영향받게 된다.
상기 배율은 상기 말단 렌즈(3)를 바꾸는 것에 의해 변경되는데, 이로써 주로 상기 이미징 경로 상에서 x2 내지 x50의 차수의 배율들이 획득된다. 자동 레벨이 요구되는 것에 따라서, 본 발명에 따른 장치에는 상기 말단 렌즈(3)가 용이하게 바뀔 수 있게 해 주는, 가능하다면 동력이 있는, 렌즈 홀더 터릿이 구비되어 있다.
상기 배율을 이러한 방식으로 조정함으로써, 상기 시계(상기 카메라(1) 상의 시계) 및 (상기 적외선 계측법의) 상기 측정 영역의 물리적 치수들은 상기 구조화된 물체의 표면에서 실질적으로 유사한 비율들로, 동시에 조정된다. 다시 말하면, 배율 x20을 가지는 말단 렌즈(3)를 이용해, 렌즈 x10를 이용할 때보다 2배 작은 시계가 상기 구조화된 물체(4) 상에 보여지고, 상기 구조화된 물체(4) 상의 상기 측정 영역의 크기 또한 실질적으로 2배 작아진다. 이것은 또한 단일 작업으로, 이미징 및 적외선 계측법의 해상도를 상기 구조화된 물체(4)의 특성에 맞게 변형하는 것을 가능하게 한다. 또한 상기 카메라(1)의 센서(17)에 의해 "보여지는" 것과 같은 상기 측정 영역의 픽셀 크기가 실질적으로 상기 말단 렌즈(3)의 배율에 독립적이고, 그로 인해 이 측정 영역이 어떠한 배율들에서도 이미징을 이용하여 정확하게 위치될 수 있다는 것에 주목할 가치가 있다.
본 발명에 따른 장치는 그 방출 스펙트럼이 가시광선 파장들을 포함하는 광원(12)을 포함한다. 이 광원(12)은 백색 광 방출 다이오드들(LED)을 포함한다. 이것은 상기 구조화된 물체(4)를 조명하여 반사에 의해 이미지화될 수 있는 조명 빔(25)을 방출한다. 명확함을 위해, 상기 조명 빔(25)은 상기 판(18) 뒤에 도 1에 도시되지 않았다.
도 3을 참조하면, 상기 간섭 측정계(5)는 실리콘과 같은 마이크로전자공학들에 있어서 매우 유용한 물질들이 실질적으로 투명한 파장들에서, 적외선 영역에서 작동하는 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계이다.
상기 간섭 측정계(5)는 가시광선 파장들에서 최적화되어 있고 현미경 검사에서는 표준인, 광학 이미징 수단(2) 및 특히 상기 말단 렌즈(3)를 통해 작동되고자 한다. 그러나 가시광선 파장들에 최적화된 광학렌즈들의 반사방지 코팅들은, 그 반대로, 상기 적외선 영역에서 표면들의 반사력(reflectivity)을 때로는 30%까지 증가시키는 경향이 있는데, 이것은 적외선 간섭 측정계에 있어서는 매우 가혹한 측정 조건이다. 상기 간섭 측정계(5)에 구현된 방법은 정확히 기생 반사들에는 실질적으로 덜 민감하게 만들 수 있다.
이 결과는 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계 원리를 구현하는 것에 의해 달성되는데, 이것은 (적어도 상기 측정 빔(6)을 따라 상기 분광기(20)와 상기 구조화된 물체(4) 사이의 광학 거리와 균등한 광학 거리에서 또는) 상기 구조화된 물체(4)의 경계면들을 둘러싸는 범위 또는 측정 영역에서 발생하는 상기 측정 빔(6)의 반사들만이 사용가능한 간섭들을 야기시킬 수 있다는 것이다.
상기 간섭 측정계(5)의 코어는 단일 모드 광섬유에 기초한 마이켈슨 듀얼 간섭 측정계이다. 이것은 그 중심 파장이 1300 nm 내지 1350 nm의 차수이고 그 스펙트럼 폭이 60 nm의 차수인 초발광 다이오드(superluminescent diode, SLD)인 광섬유 광원(42)에 의해 조명된다. 이러한 파장의 선택은 특히 구성요소 가용성 기준에 대응한다.
상기 광원으로부터의 광은 상기 측정 빔(6)을 만들기 위해, 커플러(40) 및 상기 광섬유(21)를 거쳐 상기 분광기(20)로 안내된다. 상기 빔의 일부는 상기 분광기(20)에서 상기 광섬유(21) 안으로 반사되어, 반사파를 만든다.
상기 구조화된 물체(4)로부터 나오는 재귀반사들은 상기 광섬유(21) 안에서 결합되어 기준파와 함께 상기 광 커플러(41) 주위에 구축된 디코딩 간섭 측정계로 안내된다. 이 디코딩 간섭 측정계는 양측 팔(arm ; 44, 45)이 각각 고정된 기준(44)과 시간 지연 라인(45)으로 구성되는 광학 상관기(optical correlator)의 기능을 가진다. 상기 고정된 기준(44)과 상기 지연 라인(45)에서 반사된 신호들은, 상기 광 커플러(41)를 통해, 광다이오드(photodiode)인 검출기(43) 상에서 결합된다. 상기 지연 라인(45)의 기능은 입사파와 반사파 사이의 광학 지연을 도입하는 것으로서, 이것은 알려진 방식으로 시간에 따라 변하고 예를 들어 미러를 이동시키는 것에 의해 획득된다.
상기 디코딩 간섭 측정계의 상기 팔들(44, 45)의 길이는 조정되어, 상기 지연 라인(45)을 이용해 상기 분광기(20)에서 반사된 반사파와 상기 구조화된 물체(4)로부터의 재귀반사들 사이의 광학 경로들에 있어서의 차이가 재생산될 수 있게 한다. 이 경우에 있어서, 상기 검출기(43)에서, 간섭 피크(52)는 상기 광원(42)의 스펙트럼 특성에 따라 그 형태와 폭이 달라진다 (상기 광원(42)의 스펙트럼이 넓어질수록, 상기 간섭 피크(52)는 좁아진다).
그러므로, 상기 측정 범위는 상기 디코딩 간섭 측정계의 상기 팔들(44, 45) 사이의 광학 길이에 있어서의 차이, 및 상기 지연 라인(45)의 최대 스트로크에 의해 결정된다. 게다가, 상기 기준파가 상기 광학 이미징 수단(2) 외부의 상기 분광기(20)에서 생성되므로, 상기 광학 이미징 시스템에 있어서의 기생 반사들은 간섭들에 크게 기여하지 않는다.
도 4 및 도 5는 컴퓨터(16) 상에서 획득 및 프로세싱 후의, 상기 장치의 작동이 도시된 예시적인 측정들을 보여준다. 포인트 측정들은 상기 적외선 간섭 측정계를 이용해 상기 구조화된 물체(4)의 표면의 특정 지점들에서, 상기 구조화된 물체의 상기 이미지들(50) 상에 보여지는 위치들(51)에서 수행되어, 상기 구조화된 물체(4)의 표현을 생성한다.
도 4는 예시적인 두께 측정을 보여준다. 도 4b는 상기 간섭 측정계(5)를 이용해 획득되는 간섭 측정계 신호(52)를 보여주는데, 이것은 공기 공간(Tg)이 후속하는 실리콘 층(Ts)의 두께 측정에 대응한다. 상기 측정 빔(6)에 의해 만나고 재귀반사를 발생시키는 각각의 경계면은 간섭 피크를 생성한다. 피크들 사이의 거리들은 상기 층의 광학 두께에 대응하는데, 이것은 유효 두께(effective thickness)를 낳기 위해 반사율(relective index)에 의해 나누어진다. 도 4b는 상기 측정 장소의 상기 위치(51)를 가지는 상기 구조화된 물체(4)의 표면의 이미지(50)를 보여준다.
도 5는 FR 2 892 188에서 설명되는 방법에 따라 구현되는 바와 같이, 파두들의 분할에 의해, 상기 간섭 측정계(5)를 이용해 획득되는 예시적인 패턴 높이 측정을 보여준다. 상기 측정 패턴들은 홀들이다. 도 5b는 홀의 높이(H)를 측정하기 위해, 상기 간섭 측정계(5)를 이용해 획득되는 간섭 측정계 신호(52)를 보여준다. 상기 홀 표면 및 바닥 각각은 상기 입사 측정 빔(6)의 파두의 부분(fraction)을 반사하고, 이로써 간섭 피크가 생성된다. 상기 피크들 사이의 거리는 상기 홀의 높이(H)에 대응한다. 도 5a는 상기 측정 장소의 상기 위치(51)를 가지는 상기 구조화된 물체(4)의 표면의 상기 이미지(50)를 보여준다.
상기 지연 라인(45)에서, 상기 광학 경로들에 있어서의 차이들이 상기 분광기(20)에서 생성되는 기준파와 상기 구조화된 물체(4)로부터의 반사들 사이에서 재생산된다는 것을 고려하면, 상기 간섭 측정계(5)는 상기 구조화된 물체 상의 절대 거리들 또는 고도들을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 사실, 상기 측정 범위 안에서 상기 간섭 피크들(52)의 위치는 상기 측정 빔(6)에 의해 이동되는 경로를 따라 상기 구조화된 물체(4)와 상기 분광기(20)의 대응하는 간섭 사이의 광학 거리에 따라 달라진다. 그러므로 상기 구조화된 물체(4)를 상기 광학 이미징 수단(2)에 대하여 이동시킴으로써, 또한 상기 측정 범위에서 상기 간섭 피크들(52)의 상기 위치에서의 전개(evolution)를 주목함으로써, 패턴들 또는 다른 제거 요소들(relief elements), 또는 지형학의 높이들을 측정하는 것이 가능하다.
상기 이미지(50) 안의 상기 측정 영역의 위치는 상기 장치의 사전 미세조정 작업에 의해 수행되어, 보여지는 이미지가 상기 측정 영역의 상기 위치에 대응하는 마크에 중첩될 수 있다. 이 마크는 도 5a의 상기 이미지(50) 안의 상기 위치(51)에서 볼 수 있다. 상기 미세조정은 예를 들어 상기 구조화된 물체 대신, 상기 적외선 측정 빔(6)을 상기 카메라 상에 보여지도록 할 수 있는 적외선 보기 맵(infrared viewing map)을 배치함으로써 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 카메라(1)에 의해 검출가능한 파장들을 가지는 광 빔인 조망 빔(15)은 상기 측정 빔(6)과 중첩된다. 상기 중첩은 예를 들어 상기 분광기(20) 앞의 상기 간섭 측정계(5)에 삽입되는 광 커플러를 이용해 수행될 수 있다. 상기 조망 빔(15)은 실질적으로 상기 광학 이미징 수단(2) 안의 상기 측정 빔(6)과 동일한 경로를 이동하고, 상기 구조화된 물체(4)의 표면 상에 상기 카메라(1)에 의해 검출가능한 점을 생성하고, 예를 들어 도 5a에서 볼 수 있다. 그러므로 사전 미세조정 없이 상기 이미지(50) 상의 상기 측정 영역의 상기 위치를 직접 보는 것이 가능하다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 상기 말단 렌즈(3)에 삽입되는, 전계 간섭 측정계(13)를 더 포함한다. 이 전계 간섭 측정계(13)는 상기 이미징 장치가 상기 구조화된 물체(4)의 표면의 3차원 표현 또는 고도 매핑을 생성할 수 있는, 광학 프로필로미터로 변환되도록 할 수 있다. 상기 표면의 고도는 잘 알려진 방법들에 따라, 상기 카메라(1)의 상기 센서(17) 상에 상기 구조화된 물체(4)에 의해 반사된 광에, 상기 구조화된 물체(4)에 의해 반사된 상기 광과 동일한 상기 센서(17)까지의 광학 거리를 실질적으로 이동한 상기 동일한 광원(12)으로부터의 기준파를 중첩시킴으로써, 획득된다. 이 기준파는 상기 간섭 측정계(13)의 상기 팔들 중 하나에 위치하는 기준 미러(31)에 의해 생성된다. 이것은 상기 센서(17) 상에 그 모양이 상기 기준 미러(31)와 상기 구조화된 물체(4)의 표면 사이의 형태에 있어서의 차이에 따라 달라지는 간섭 무늬들을 생성한다. 측정 시퀀스를 수행함으로써, 이때 예를 들어, 상기 간섭 측정계(13)의 팔들의 상대적인 길이가 미리 결정된 방식으로 변화되고, 상기 구조화된 물체(4) 또는 상기 말단 렌즈(3) 및 상기 간섭 측정계(13) 조립체가 이동함으로써, 복수의 간섭 형태들이 획득되어, 상기 표면의 상기 3차원 형태가 높은 정확도를 가지고 계산될 수 있게 된다.
특히 상기 말단 렌즈들의 작업 거리 및 배율에 따라서, 서로 다른 종류의 간섭 측정계들(13)이 사용가능하다. 대표적인 예들 중에서,
- 도 2a에 도시된, 마이켈슨 구성. 이에 따라 빔 분리기 큐브(30)(또는 빔 분리기판)은 상기 말단 렌즈(3) 아래에 삽입되고 상기 입사 조명 빔(25)의 부분을 다시 기준 미러(31)로 돌려준다;
- 리닉 구성. 이것은 상기 마이켈슨 구성의 대체로서, 상기 간섭 측정계(13)의 각각의 팔들에 렌즈를 포함한다.
- 도 2b에 도시된, 미라우 구성. 이에 따라 반-반사 판(semi-reflective plate, 32)은 상기 입사 조명 빔(25)의 부분을 이 빔(25)의 중심에 삽입된 기준 미러(31)로 돌려준다.
명확함을 위해, 상기 조명 빔(25)은 도 2a 및 도 2b에 도시하지 않았다. 상기 기준 미러(31)와 상기 구조화된 물체(4) 상의 반사들로부터의 상기 이미징 빔들(22)만이 표시되었다.
상기 프로필로미터 안에 상기 간섭 측정계(5)를 통합하기 위해, 상기 기준 미러(31) 상에 상기 측정 빔(6)의 반사를 제한하는 것이 바람직하다. 이 조건은 필수적이지는 않지만 높은 강도의 기생 피크의 존재를 측정들에서 피할 수 있게 한다. 이 결과는 상기 측정 빔(6)의 파장들에 실질적으로 투명한 빔 분리기 큐브(30) 또는 반-반사 판(32)을 사용함으로써 달성되고, 이것은 상기 광학 이미징 시스템의 파장들에 소망하는 반사력(예를 들어 50%의 차수로)을 보여준다. 또한 이색성 기준 미러(31)를 구현하는 것이 가능한데, 이것은 상기 측정 빔(6)의 파장들을 거의 또는 전혀 반사하지 않는다.
적외선 간섭 측정계와 광학 프로필로미터가 통합된 본 발명에 따른 장치는 구조화된 물체(4)의 3차원 모델이 단일 표현으로 모든 측정들을 결합하는 것에 의해 생성되는 것을 가능하게 한다. 이 장치는 특히 도 5a에 도시된 홀들과 같은 좁고 깊은 식각들을 제어하는 데 효과적이다. 사실, 상기 이미징 빔(22)의 수많은 구멍 때문에(즉 상기 말단 렌즈(3)로부터 상기 초점까지의 거리에 대한 상기 말단 렌즈(3)에서의 그 폭의 1/2 비율), 상기 광학 프로필로미터 측정은 그 깊이를 측정하기 위해 상기 홀들의 바닥에 접근할 수 없다. 한편, 이 측정은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 적외선 간섭 측정계(5)에는 접근가능하다. 그러므로 측정들의 조합은 상기 프로필로미터에 접근불가한 영역들 포함하여, 표면의 한층 완성된 3차원 표현을 획득할 수 있도록 해 준다.
일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 상기 구조화된 물체(4)가 지나가는 것에 의해 조명될 수 있는 빔(19)을 방출하는 광원(14)을 포함한다. 이 실시예는 상기 구조화된 물체(4)의 전파에 있어서 이미징이 생성될 수 있도록 해준다. 명확함을 위해, 상기 조명 빔(19)은 상기 구조화된 물체(4) 너머 도 1에 도시되지 않았다.
특히 마이크로전자공학에 있어서의 응용을 위해, 상기 광원(14)은, 실리콘이 더 이상 전체적으로 불투명하지 않은, 1 마이크로미터 이상의 파장들로 상기 적외선 근방에서 확장되는 방출 스펙트럼을 보여주도록 설계된다. 이 광원(14)은 할로겐 램프일 수 있다. 이때, 그 센서(17)가 실리콘에 기초한 카메라(1)를 이용하더라도, 예를 들어 웨이퍼(4) 상에 위치되는 회로들의 요소들이 상기 적외선 간섭 측정계(12)를 이용해, 식각된 요소들에 반대되는 웨이퍼의 배면을 통해 정확한 장소들에서 측정들이 수행되는 것이 가능한 이미지를 조사하는 것에 의해 획득하는 게 가능하다.
특정 실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 장치에 있어서 적외선 근방(대략 780 내지 1100 nm 사이의 파장들) 및/또는 자외선 근방(대략 780 내지 1100 nm 사이의 파장들)에서 연장되는 방출 스펙트럼을 가지는 광원(14)을 구현하고, 상기 광원(14)의 하나 또는 그 이상의 이러한 파장들에서 상기 구조화된 물체(4)의 표준(par) 반사의 이미징을 수행하는 것이 가능하다. 또한 이러한 광원(14)을 가지는 전계 간섭 측정계(13)를 구현하는 것이 가능하다.
특정 실시예들에 따르면, 상기 카메라(1)는 구조화된 물체의 이미지들을 수행할 수 있는 어떠한 장치라도 포함할 수 있다. 예를 들어,
- CMOS 타입 매트릭스 센서(17),
- 상기 시계의 모든 지점들을 커버할 수 있는, 스캐닝 수단과 연관된 포인트 또는 라인 센서들,
- 측정들이 선들로 획득될 수 있는, 스캐닝 수단과 연관될 수 있는 포인트 또는 라인 센서들.
특정 실시예들에 따르면:
- 상기 빔 분리기 판들(7, 18)은 빔 분리기 큐브들, 편광 구성요소들 등과 같이, 빔들을 분리하기 위한 어떠한 수단들로 교체될 수 있다;
- 상기 분광기(20)는 상기 측정 빔(6)의 위치가 이동될 수 있어, 그로 인해 상기 측정 영역의 위치가 상기 이미징 수단(2)에 의해 커버되는 상기 시계에 대하여 상기 구조화된 물체 상에서 이동될 수 있는 변위 수단(11)을 포함할 수 있다;
- 상기 장치는 상기 측정 빔(6) 및 이미징 빔(22)들이 동시에 통과하는, 다양한 배율을 가지는 추가적인 광학렌즈들(8)을 포함할 수 있고, 이것은 상기 시계 및 상기 측정 영역의 치수가 실질적으로 동일한 비율 하에서 상기 구조화된 물체의 표면에서 동시에 변경될 수 있게 한다. 이러한 추가 광학렌즈들(8)의 배율은 광학 요소들을 이동시키는 것에 의해 연속적으로, 또는 광학 요소들을 교체하는 것에 의해 불연속적으로, 조정될 수 있다;
- 상기 광학 릴레이(23)는 다양한 배율 광학렌즈들을 포함할 수 있는데, 이것은 상기 시계 및 상기 측정 영역의 크기를 상기 카메라(1) 상에서 가변되도록 할 수 있다. 상기 배율은 광학 요소들을 이동시키는 것에 의해 연속적으로, 또는 광학 요소들을 교체하는 것에 의해 불연속적으로 조정될 수 있다;
- 상기 광원(12)은 할로겐 광원을 포함할 수 있다;
- 상기 광원(12)은 상기 카메라(1)에 의해 검출가능한 스펙트럼 내용을 가지는 어떠한 광원이라도 포함할 수 있다;
- 상기 간섭 측정계(5)는 어떠한 적외선 파장들에서, 특히 1100 nm와 1700 nm 사이, 및 특히 대략 1550 nm에서 구현될 수 있다. 상기 광원(40)은 연속적 또는 불연속적 스펙트럼에 따른 복수의 파장들을 생성하는, 어떠한 종류의 광원 또는 적외선 광원들의 조합일 수 있다;
- 상기 간섭 측정계(5)는 어떠한 종류의 낮은 코히어런스 간섭 측정계라도 포함할 수 있다. 이것은 둘 중 하나의 팔에 지연 라인을 가지는 단일 마이켈슨 간섭 측정계일 수 있다. 광학 지연들은 스펙트럼 분석 기술들에 의해 주파수 도메인에서 디코딩될 수 있다;
- 상기 간섭 측정계(5)는 자유 전파 광학렌즈들(free propagation optics)을 이용해 부분적으로 또는 전체적으로 만들어질 수 있다. 이 간섭 측정계(5)는 또한 통합된 광학렌즈들, 특히 평면파 안내에 기초하여 부분적으로 또는 전체적으로 만들어질 수 있다.
물론, 본 발명은 단지 설명을 위한 예들에 한정되지 않고, 많은 변경물들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이러한 예들로 생성될 수 있다.

Claims (19)

  1. 구조화된 물체(4)를 조사하는 현미경 장치에 있어서,
    카메라(1);
    상기 구조화된 물체(4) 측에 배치되는 말단 렌즈(3)를 포함하고, 상기 카메라(1) 상에 시계에 따른 상기 구조화된 물체(4)의 이미지를 생성할 수 있는 광학 이미징 수단(2);
    복수의 적외선 파장들을 가지는 측정 빔(6)을 포함하고, 적어도 하나의 분리된 광학 기준과 상기 측정 빔(6)의 재귀반사 사이의 간섭을 이용해 측정을 생성할 수 있는, 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계(5); 및
    상기 간섭 측정계(5)의 광섬유(21)로부터 나온 측정 빔이 상기 말단 렌즈(3)를 통과하고, 또한 상기 측정 빔이 상기 광학 이미징 수단(2)의 시계 안에 실질적으로 포함되는 측정 영역에 따라서 상기 구조화된 물체(4)를 가로막도록, 상기 간섭 측정계(5)의 광섬유(21)로부터 나온 측정 빔을 광학 이미징 수단(2)으로 도입하기 위한 분광기(20)와 커플링 수단(7);을 포함하며,
    상기 광섬유(21) 및 상기 분광기(20)는, 상기 측정 빔의 일부가 상기 분광기(20)에서 상기 광섬유(21)로 반사되어 상기 광학 기준을 생성하도록 배치되고,
    낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계(5)는 고정된 기준을 갖는 팔과 시간 지연 라인을 갖는 팔을 가지는 디코딩 간섭계를 포함하며, 상기 구조화된 물체의 경계면을 둘러싸는 측정 범위에서 발생하는 측정 빔(6)의 재귀반사만이 광학 기준과 함께 사용 가능한 간섭을 생성하고, 상기 광학 이미징 수단(2)에서의 기생 반사는 상기 간섭에 영향을 주지 않도록, 상기 팔들의 광학 길이 차이 및 상기 지연 라인의 최대 스트로크가 조정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 말단 렌즈(3)는 가시광선 파장들에서 이미지들을 생성하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 말단 렌즈(3)는 현미경 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 빔(6)은 1100 과 1700 나노미터 사이의 파장들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 실질적으로 동일한 비율로 상기 측정 영역의 치수 및 시계를 동시에 변경하도록 상기 광학 이미징 수단(2)의 배율을 변경하기 위한 제1 확대 수단(3, 8)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 확대 수단(3, 8)은 서로 다른 배율들을 가지는 광학렌즈들 및 다양한 배율 광학렌즈들이 구비된 터릿으로부터 적어도 하나의 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 시계에 대하여 상기 측정 영역의 치수를 변경하도록, 상기 측정 빔(6)의 배율을 변경하기 위한 제2 확대 수단(9)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 구조화된 물체(4) 및 상기 광학 이미징 수단(2)의 상대 변위 수단(10)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 구조화된 물체(4) 및 상기 측정 빔(6)의 상대 변위 수단(11)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 말단 렌즈(3)를 통해 상기 구조화된 물체(4)를 조명하는 방식으로 배치되는, 가시광선 파장들을 가지는 조명 빔(25)을 생성하는, 조명 수단(12)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 말단 렌즈(3)에, 상기 카메라(1) 상에, 상기 구조화된 물체의 이미지와 중첩되는 간섭 무늬들을 생성할 수 있는 전계 간섭 측정계(13)를 더 포함하여, 이로부터 상기 구조화된 물체(4)의 표면의 지형학을 추론하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전계 간섭 측정계는 상기 측정 빔(6)의 상기 파장들에 실질적으로 투명한 이색성 요소인 빔 분리기 큐브(30), 기준 미러(31), 반-반사 판(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 1 마이크로미터 이상의 파장들을 가지는 광원을 포함하는, 상기 이미징 수단에 대하여 상기 구조화된 물체의 반대에 배치되는 조명 수단(14)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계(5)는 상기 측정 범위에서 이하의 요소들,
    상기 측정 빔의 파장들에 실질적으로 투명한 물질의 적어도 하나의 층의 광학적 두께,
    상기 측정 영역 안에 포함되는 적어도 낮은 부분 및 적어도 높은 부분의 패턴들의 높이,
    상기 측정 범위에서, 상기 측정 빔(6) 및 상기 구조화된 물체(4) 사이의 접촉 점들의 절대 높이 중 적어도 하나를 측정하도록 허용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 빔(6)과 중첩하는 조망 빔(15)을 더 포함하고, 상기 조망 빔(15)은 상기 카메라(1)에 의해 검출가능한 적어도 하나의 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 영역의 디스플레이를 포함하는 시계의 이미지를 생성할 수 있는, 디지탈 프로세싱 및 디스플레이 수단(16)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 구조화된 물체(4)를 조사하는 방법에 있어서,
    상기 구조화된 물체(4) 측에 배치되는 말단 렌즈(3)를 마련하고, 카메라(1) 상에 시계에 따른 상기 구조화된 물체(4)의 이미지를 생성하는 단계;
    복수의 적외선 파장들을 가지는 측정 빔(6)을 방출하는 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계(5)로부터, 적어도 하나의 분리된 광학 기준과 상기 측정 빔(6)의 재귀반사 사이의 간섭에 의한 측정을 생성하는 단계; 및
    상기 간섭 측정계(5)의 광섬유(21)로부터 나온 측정 빔이 상기 말단 렌즈(3)를 통과하고, 또한 상기 측정 빔이 상기 광학 이미징 수단(2)의 시계 안에 실질적으로 포함되는 측정 영역에 따라서 상기 구조화된 물체(4)를 가로막도록, 분광기(20)와 커플링 수단(7)을 이용하여, 상기 간섭 측정계(5)의 광섬유(21)로부터 나온 측정 빔을 광학 이미징 수단(2)으로 도입하는 단계;를 포함하며,
    상기 광섬유(21) 및 상기 분광기(20)는, 상기 측정 빔의 일부가 상기 분광기(20)에서 상기 광섬유(21)로 반사되어 상기 광학 기준을 생성하도록 배치되고,
    낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계(5)는 고정된 기준을 갖는 팔과 시간 지연 라인을 갖는 팔을 가지는 디코딩 간섭계를 포함하며, 상기 구조화된 물체의 경계면을 둘러싸는 측정 범위에서 발생하는 측정 빔(6)의 재귀반사만이 광학 기준과 함께 사용 가능한 간섭을 생성하고, 상기 광학 이미징 수단(2)에서의 기생 반사는 상기 간섭에 영향을 주지 않도록, 상기 팔들의 광학 길이 차이 및 상기 지연 라인의 최대 스트로크가 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 시계의 상기 이미지 안에서의 상기 측정 영역의 위치는 사전 미세조정 동안 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17 항 또는 제 18항에 있어서, 상기 카메라(1)와 상기 낮은 코히어런스 적외선 간섭 측정계(5)로부터의 정보는 상기 구조화된 물체(4)의 3차원 표현을 생성하기 위해 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
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