KR102395533B1

KR102395533B1 - 간섭계의 광학적 성능을 최적화하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102395533B1
Application number: KR1020197015722A
Authority: KR
Inventors: 레슬리 엘. 덱
Original assignee: 지고 코포레이션
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2022-05-06
Also published as: EP3542126A4; EP3542126A1; JP2019537726A; KR20190074307A; US20190346251A1; CN110836633A; US10962348B2; US20180143002A1; CN110836633B; JP7027422B2; CN109997010A; WO2018093637A1; CN109997010B; US10890428B2

Abstract

간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법은, a) 간섭계에 대한 초점 설정을 간섭계의 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치에 관련시키는 교정 정보를 제공하는 단계; b) 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치를 결정하는 단계; 및 c) 간섭계를 사용하여, 시험 대상물의 특성을 측정하는데 사용되는 시험 대상물의 간섭 측정 이미지를 모으는 단계를 포함한다.

Description

간섭계의 광학적 성능을 최적화하기 위한 방법 및 장치

본 출원은, 35 USC§119에 따라, 2016넌 11월 18일에 출원된 미국 가 특허 출원 62/423,856에 대해 우선권을 주장한다. 이 가 출원의 전체 내용은 전체적으로 본 명세서에 참조로 관련되어 있다.

광학적 파면(wavefront) 및 표면 지형(topography) 측정을 위한 간섭 측정은, 그 사용의 용이성, 성능 및 다용도성 때문에 고정밀 측정을 위한 인기 많은 기술이다. 위상 변이 간섭 측정("PSI")이 간섭 측정 기술의 하나이다. PSI는, 시험 표면에 초점 맞춤된 카메라로 공동부 간섭을 관찰하면서 예컨대 압전 트랜스듀서(PZT)를 사용하여 공동부의 표면 중의 하나(일반적으로 기준 표면)를 정밀하게 이동시키는 것을 포함한다. 간섭 패턴의 변화를 분석하여, 시험 표면과 기준 표면 사이의 차에 관련된 복합 광학 필드를 계산할 수 있다. 기준 표면 형태가 알려져 있다면, 시험 표면 형태는 측정된 필드로부터 높은 정밀도로 추출될 수 있다. 초점 맞추기는 일반적으로 수동으로 수행되는데, 작업자가 표면 피쳐(feature) 또는 에지가 시각적으로 가장 선명할 때까지 초점을 조절하게 된다. 그러나, 표면 피쳐가 없으면, 정확한 시각적 초점 맞추기는 사용자에게 어렵게 되고 종종 다른 방법에 의지하게 되는데, 예컨대, 예리한 에지를 갖는 연질의 비반사성 표면(종이 같은)을 시험 표면에 접촉시켜, 초점 맞출 대용 피쳐로서 작용하게 한다.

초기의 기구는 비교적 낮은 밀도의 화상 촬영기(즉, VGA 밀도, 320 x 240 또는 640 x 480 화소(pixel))를 사용하였는데, 왜냐하면, 당시에는 더 높은 밀도의 화상 촬영기는 이용 가능하지 않았거나 너무 비쌌기 때문이다. 이들 화상 촬영기로 얻어진 측정 가능한 공간 주파수는 적당하여 시각적 초점 맞추기가 충분하였다. 현대의 기구는 일반적으로 고밀도 결상(imaging) 포맷을 사용하는데, 일반적인 1Mpix 내지 4Mpix 카메라 및 더 큰 포맷(25Mpix)이 고려되고 있다.

현대의 간섭 측정 기구에 전형적인 고밀도 결상 포맷은 사용자가 시각적으로 분간할 수 있는 능력을 훨씬 넘는 공간 분해능을 얻을 수 있음을 알았고, 그래서 시각적 초점 맞춤이 여전히 사용된다는 사실은, 이들 기구는 최상의 초점에서 거의 운영되고 있지 않고, 이는 성능을 약화시킬 수 있음을 의미한다

기구를 초점 맞추거나 초점이 흐려진 상태를 보상하는 상호 작용형 또는 자동화된 방법으로서, 간섭 패턴의 라이브(live) 이미지의 시각적 해석 보다 우수한 방법이 요구된다. 이 요구를 해결하기 위해, 여기서의 실시 형태는 간섭 측정으로 발생된 표면 지형 또는 파면 맵의 품질을 최적화하기 위해 기구 초점을 측정하고 보상하는 방법과 장치를 제공한다.

일반적으로, 일 양태에서, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법이 개시된다. 이 방법은 a) 상기 간섭계에 대한 초점 설정을 간섭계의 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치에 관련시키는 교정 정보를 제공하는 단계; b) 상기 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치를 결정하는 단계; 및 c) 상기 간섭계를 사용하여, 상기 시험 대상물의 특성을 측정하는데 사용되는 시험 대상물의 간섭 측정 이미지를 모으는 단계를 포함한다. 예컨대, 초점 설정은 상기 간섭계에 의해 생성되는 대상물의 이미지에 대한 최선의 초점 위치일 수 있다. 본 방법은, ⅰ) 상기 간섭 측정 이미지의 초점도(degree of focus)를 개선하기 위해, 상기 간섭 측정 이미지 중의 적어도 일부를 모으기 전에, 상기 교정 정보 및 기준 표면에 대한 시험 대상물의 결정된 위치에 근거하여 간섭계의 초점을 하드웨어로 조절하는 단계; 및 ⅱ) 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 파면의 초점도를 개선하기 위해, 하나 이상의 전자 프로세서를 사용하여, 상기 교정 정보 및 기준 표면에 대한 시험 대상물의 결정된 위치에 근거하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 파면을 수학적으로 전파시키는 단계 중의 적어도 하나를 더 포함한다.

본 발명의 실시 형태는 다음과 같은 특징적 사항들 중의 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 간섭계는 상기 시험 대상물을 지지하기 위한 줄이 쳐진 스테이지(ruled stage)를 포함할 수 있고, 상기 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치를 결정하는 단계는 상기 줄이 쳐진 스테이지를 수동적으로 또는 자동적으로 읽는 것을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 간섭계는 가변 파장을 갖는 광원을 포함하고, 상기 간섭 측정 이미지는 상기 광원의 파장을 조절하는 중에 모여지고, 상기 기준에 대한 시험 대상물의 위치는 상기 광원의 파장을 조절하는 중에 모여진 간섭 측정 이미지에 근거하여 결정된다.

본 방법은 상기 간섭 측정 이미지의 초점도를 개선하기 위해 상기 간섭계를 하드웨어로 조절하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 조절은 상기 간섭 측정 이지의 초점도를 개선하기 위해 간섭계의 초점을 기계적으로, 광학적으로, 또는 전기 광학적으로 조절하는 것을 포함한다. 예컨대, 간섭계는 상기 간섭 측정 이미지를 검출하기 위해 사용되는 검출기를 포함할 수 있고, 상기 조절은 상기 검출기의 위치를 조절하거나 또는 검출기의 상류에 있는 초점 광학 요소를 조절하는 것을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 본 방법은, 상기 파면의 초점을 개선하기 위해, 상기 교정 정보 및 기준 에 대한 시험 대상물의 결정된 위치에 근거하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 파면을 수학적으로 전파시키는 것을 포함할 수 있고, 시험 대상물의 특성의 측정은 전파된 파면에 근거하여 결정된다.

상기 시험 대상물의 측정되는 특성은 표면 지형(topography), 두께 프로파일, 또는 재료 균일성 프로파일을 포함할 수 있다. 예컨대, 시험 대상물의 측정되는 특성은 두께 프로파일 또는 재료 균일성 프로파일을 포함하고, 본 방법은 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 다른 파면을 수학적으로 전파시키는 것을 더 포함할 수 있다.

본 방법은 상기 교정 정보를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 교정 정보를 결정하는 단계는, a) 상기 기준 표면에 대한 인공 대상물의 상이한 위치 각각에 대해, 상기 간섭계를 사용하여, 알려져 있는 표면 피쳐(feature)를 갖는 인공 대상물의 간섭 측정 이미지를 모으는 것; 및 b) 상기 인공 대상물의 상이한 위치 각각에 대해, 상기 간섭계에 의해 생성되는 인공 대상물의 이미지에 대한 최선의 초점 위치를 결정하기 위해, 하나 이상의 전자 프로세서를 사용하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 파면을 수학적으로 전파시키는 것을 포함할 수 있다.

일반적으로, 다른 양태에서, 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 간섭 측정 시스템이 개시된다. 이 시스템은 a) 시험 대상물의 간섭 측정 이미지를 모으기 위한 간섭계; 및 b) 모여진 간섭 측정 이미지를 분석하기 위해 상기 간섭계에 연결되어 있는 하나 이상의 전자 프로세서를 포함하고, 상기 하나 이상의 전자 프로세서는, 상기 간섭계에 대한 초점 설정을 간섭계의 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치에 관련시키는 교정 정보를 저장하도록 구성되어 있다. 예컨대, 초점 설정은 상기 간섭계에 의해 생성되는 대상물의 이미지에 대한 최선의 초점 위치일 수 있다. 하나 이상의 전자 프로세서는, ⅰ)상기 간섭 측정 이미지의 초점도를 개선하기 위해, 상기 간섭 측정 이미지 중의 적어도 일부를 모으기 전에, 상기 교정 정보 및 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치에 관한 정보에 근거하여 간섭계의 하드웨어를 조절하는 일; 및 ⅱ) 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 파면의 초점을 개선하기 위해, 상기 교정 정보 및 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치에 관한 정보에 근거하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 파면을 수학적으로 전파시키는 일 중의 적어도 하나를 행하도록 구성되어 있다.

본 시스템의 실시 형태는 다음과 같은 특징적 사항들 중의 어느 하나를 포함할 수 있다.

간섭계는, 상기 시험 대상물을 지지하기 위한 줄이 쳐진 스테이지, 및 상기 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치를 읽기 위한 판독기를 포함할 수 있고, 판독기는 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치에 관한 정보를 상기 하나 이상의 전자 프로세서에 제공한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 간섭계는 가변 파장을 갖는 광원을 포함할 수 있고, 간섭계는 상기 광원의 파장을 조절하는 중에 상기 간섭 측정 이미지를 모으도록 구성되어 있고, 상기 하나 이상의 전자 프로세서는, 상기 광원의 파장을 조절하는 중에 모여진 간섭 측정 이미지에 근거하여 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치에 관한 정보를 결정하도록 구성되어 있다.

전자 프로세서는 간섭 측정 이미지의 초점을 개선하기 위해 상기 교정 정보 및 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치에 관한 정보에 근거하여 간섭계의 하드웨어를 조절하도록 구성될 수 있고, 하드웨어 조절은 간섭 측정 이미지의 초점도를 개선하기 위해 기준 표면을 기계적으로, 광학적으로, 또는 전기 광학적으로 조절하는 것을 포함한다. 예컨대, 간섭계는 상기 간섭 측정 이미지를 검출하기 위해 사용되는 검출기를 포함할 수 있고, 상기 하드웨어 조절은 상기 검출기의 위치를 조절하는 것을 포함한다. 대안적으로 도는 추가적으로, 하나 이상의 전자 프로세서는, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 파면의 초점도를 개선하기 위해, 상기 교정 정보 및 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치에 관한 정보에 근거하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 파면을 수학적으로 전파시키도록 구성될 수 있고, 상기 하나 이상의 전자 프로세서는 전파된 파면에 근거하여 상기 시험 대상물의 특성을 결정하도록 더 구성되어 있다.

시험 대상물의 측정되는 특성은 표면 지형, 두께 프로파일, 또는 재료 균일성 프로파일을 포함할 수 있다. 예컨대, 시험 대상물의 측정되는 특성은 두께 프로파일 또는 재료 균일성 프로파일이고, 상기 하나 이상의 전자 프로세서는 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 다른 파면을 수학적으로 전파시키도록 더 구성될 수 있다.

일반적으로, 또 다른 실시 형태에서, 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 간섭 측정 시스템이 개시된다. 예컨대, 측정되는 특성은 표면 지형, 두께 프로파일, 또는 재료 균일성 프로파일을 포함할 수 있다. 본 시스템은 a) 시험 대상물의 간섭 측정 이미지를 모으기 위한 간섭계; 및 b) 모여진 간섭 측정 이미지를 분석하기 위해 상기 간섭계에 연결되어 있는 하나 이상의 전자 프로세서를 포함한다. 간섭계는 가변 파장을 갖는 광원을 포함하고, 또한 상기 광원의 파장을 조절하는 중에 상기 간섭 측정 이미지를 모으도록 구성되어 있다. 또한, 하나 이상의 전자 프로세서는, 상기 광원의 파장을 조절하는 중에 모여진 간섭 측정 이미지에 근거하여 간섭계의 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치에 관한 정보를 결정하도록 구성되어 있다. 하나 이상의 전자 프로세서는, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 파면의 초점도를 개선하기 위해, 상기 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치에 관한 결정된 정보에 근거하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 파면을 수학적으로 전파시키도록 더 구성되어 있다.

본 시스템의 실시 형태는 이전 시스템에 대해 전술한 바에 추가로 다음과 같은 특징적 사항들 중의 어느 하나를 포함할 수 있다.

하나 이상의 전자 프로세서는 전파된 파면에 근거하여 상기 시험 대상물의 특성을 결정하도록 더 구성될 수 있다.

하나 이상의 전자 프로세서는, 상기 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치에 관한 정보 및 상기 간섭계에 대한 초점 설정을 상기 기준 표면에 대한 시험 대상물의 위치에 관련시키는 교정 정보에 근거하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 파면을 수학적으로 전파시키도록 구성될 수 있다.

여기서 사용되는 바와 같이, "카메라" 및 "검출기" 및 "화상 촬영기"는 시험 대상물의 이미지(간섭 측정 이미지를 포함하여)를 기록하기 위한 장치를 나타내기 위해 상호 교환적으로 사용되고, 전하 결합 소자(CCD: charge-coupled device) 검출기, 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 검출기, 마이크로 볼로미터(bolometer) 검출기 및 다른 그러한 검출기를 비한정적으로 포함한다.

본 발명의 하나 이상의 실시 형태에 대한 상세 내용이 첨부 도면 및 이하의 설명 부분에 나타나 있다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점은 설명 부분, 도면및 청구 범위에서 명백하게 될 것이다.

도 1은 간섭 측정 시스템의 개략도이다.
도 2는 눈으로 초점 맞춤된(좌측) 그리고 100 mm 직경 필드에 대해 결상되는 4 MPix 화상 촬영기를 사용하여 디지털식으로 다시 초점 맞춤된(우측) 결상 시스템에 대한 기구 전달 함수("ITF")에 대한 그래프를 나란히 나타낸 것이다.
도 3은 초점 계량(스트렐(Strehl) 비)를 재초점 위치의 함수로 나타낸 그래프이다.
도 4는 시험 광학 플랫(flat)을 측정하기 위한 전형적인 피조(Fizeau) 간섭계에 대한 도 1의 간섭 측정 시스템의 다른 도로, TF-시험 플랫 공동부 길이는 G 이다.
도 5는 대상물 공간 처리를 사용하는 초점 기구의 교정을 도시하는 개략도이다.
도 6은 대상물 공간 처리를 사용하는 초점 기구의 교정을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 이미지 공간 처리를 사용하는 초점 기구의 교정을 도시하는 개략도이다.
도 8은 이미지 공간 처리를 사용하는 초점 기구의 교정을 도시하는 흐름도이다.
도 9는 주파수 변환 위상 변이 간섭 측정("FTPSI")을 실행하는 스캐닝 파장 위상 변이 간섭 측정("SWPSI") 시스템의 개략도이다.
도 10은 교정과 초점 기구를 사용하여 다시 초점 맞춤을 하는 것을 도시하는 개략도이다.
도 11은 교정과 초점 기구를 사용하여 다시 초점 맞춤을 하는 것을 도시하는 흐름도이다.
도 12는 교정 및 공동부 파면에 대한 복합 필드의 디지털식 전파를 사용하여 최선의 초점 위치로 다시 초점 맞춤을 하는 것을 도시하는 개략도이다.
도 13은 교정 및 공동부 파면에 대한 복합 필드의 디지털식 전파를 사용하여 최선의 초점 위치로 다시 초점 맞춤을 하는 것을 도시하는 흐름도이다.
도 14는 3-표면 공동부에서 교정 및 복수의 공동부 파면 각각에 대한 복합 필드의 디지털식 전파를 사용하여 최선의 초점 위치로 다시 초점 맞춤을 하는 것을 도시하는 개략도이다.
도 15는 3-표면 공동부에서 교정 및 복수의 공동부 파면 각각에 대한 복합 필드의 디지털식 전파를 사용하여 최선의 초점 위치로 다시 초점 맞춤을 하는 것을 도시하는 흐름도이다.
도 16은 4-표면 공동부에서 교정 및 복수의 공동부 파면 각각에 대한 복합 필드의 디지털식 전파를 사용하여 최선의 초점 위치로 다시 초점 맞춤을 하는 것을 도시하는 개략도이다.
도 17은 4-표면 공동부에서 교정 및 복수의 공동부 파면 각각에 대한 복합 필드의 디지털식 전파를 사용하여 최선의 초점 위치로 다시 초점 맞춤을 하는 것을 도시하는 흐름도이다.
여러 도에서 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 나타낸다.

표면 지형, 형태 또는 텍스쳐(texture) 또는 광학적 파면을 측정하는 간섭계가 여기에 개시되며, 이 간섭계는 거리 측정 시스템을 사용하여 시험 받는 대상물의 위치를 결정하기 위한 수단, 및 최종 지형 이미지의 품질과 분해능을 최적화하기 위해 간섭계의 광학적 초점 맞춤 특성을 자동적으로 또는 상호 작용적으로 조절하기 위한 수단을 포함한다. 간섭계 사용 방법도 개시된다.

간섭계 사용 방법의 어떤 실시 형태에서, 최종 지형 이미지의 최적화는 다음과 같은 3개의 단계, 즉 ⅰ) 시험 대상물 위치의 함수로 기준 위치에 대한 적절한 초점 설정을 결정하는 초기 교정 단계; ⅱ) 거리 측정 시스템에 의해 기준 위치에 대한 시험 대상물 표면의 위치를 결정하는 단계; 및 ⅲ) 시험 대상물 표면을 최선으로 초점 맞춤을 위해 기구를 하드웨어 또는 소프트웨어로 조절하는 단계를 포함한다.

일반적으로, 기준 위치는 전형적인 간섭계에 있는 기준 플랫(flat)과 같은, 매우 낮은 공간 주파수를 갖는 표면에 대응한다.

잘 알려져 있는 표면 피쳐를 갖는 인공물 또는 다른 부분을 사용하여 초점 기구를 구성하고 교정할 수 있다. 이는, 관심 대상인 표면 높이 변화를 갖거나 아니면 최적의 초점 위치의 결정에 대한 피쳐가 없는 시험 샘플과는 대조적인 것이다. 이 교정은 단지 한번만, 주기적으로, 또는 모든 측정 전에 행해질 수 있다.

어떤 실시 형태에서, 거리 측정 시스템은, 기준 표면에 대한 시험 대상물 표면의 위치를 표시하기 위해 시험 대상물 스테이지에 있는 눈금자와 같은 간단한 기계적 시스템일 수 있다. 눈금자는 사용자에 의해 직접 읽힐 수 있거나, 또는 자동화된 광학식 판독기를 사용하여, 시험 대상물 표면의 위치에 관한 정보를 간섭 측정 시스템을 작동시키기 위한 전자 제어기에 제공할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 단순한 눈금자 대신에, 기준 위치에 대한 시험 대상물 표면 상에서의 시험 대상물의 위치는 광학식 판독기를 사용하여 인코더로부터 판독될 수 있다.

더욱이, 어떤 실시 형태에서, 기준 표면에 대한 시험 대상물 표면의 거리 측정은, 광원의 파장을 조절하면서 얻어진 간섭 측정 데이타를 분석하여 결정될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 거리 측정 시스템은, 아래에서 더 설명하는 바와 같이, 파장 스캐닝 간섭 측정 시스템을 위한 전체적인 데이타 분석 시스템의 일부분이다. 또한, 이러한 실시 형태에서, 시험 받는 대상물은 복수의 표면(예컨대, 샘플의 전방 표면과 후방 표면)을 포함할 수 있고, 데이타 분석 시스템은 하나 이상의 표면에 선택적으로 초점 맞춤을 하고/하거나 초점 흐림을 보정하기 위해 기준 표면에 대한 시험 대상물의 복수의 표면 각각의 위치를 결정할 수 있다.

일반적으로, 거리 측정 대한 요망되는 정확도는 적어도 시험 받는 대상물을 카메라에 결상하기 위해 사용되는 결상 시스템의 초점 깊이의 정도이고, 많은 실행의 경우 그 초점 깊이는 대상물 공간에서 수백 미크론 또는 심지어 수 밀리미터 정도이다.

초점 위치의 보정이 하드웨어로 실행되는 경우, 실시 형태는 시험 대상물의 초점을 조절하기 위한 기계식 수단, 광학식 수단 또는 전기 광학식 수단 중의 어떤 것이라도 포함할 수 있다. 예컨대, 카메라를 지지하는 자동화된 기계적 스테이지를 사용하여 거리 측정에 근거하여 카메라의 위치를 조절할 수 있고, 그래서 시험 대상물 표면이 초점 맞춤된 상태로 된다. 또 다른 예에서, 시험 대상물을 검출기에 결상하기 위한 하나 이상의 광학 요소의 위치 및/또는 동력을 조절하여, 시험 표면을 카메라 상에 더 잘 초점 맞춤시킬 수 있다.

초점 위치의 보정이 소프트웨어로 실행되는 경우, 간섭 측정 이미지를 분석하기 위한 전자 처리 시스템이 관심 대상의 각 시험 표면과 기준 표면에 의해 형성되는 공동부에 대응하는 파면을 추출하고 또한 거리 측정에 근거하여 그 파면을 더 좋은 초점 위치로 디지털식으로 전파시키게 된다.

카메라에 의해 모여진 간섭 측정 이미지에 대한 초점 위치를 개선한 후에, 시스템은, 표면 높이 프로파일, 두께 프로파일 및/또는 재료 균일성 프로파일과 같은 정보를 포함하여, 시험 대상물에 관한 정보를 더 큰 정확도로 결정할 수 있다.

예시적인 간섭 측정 시스템

도 1은 피조(Fizeau) 간섭계(100)를 포함하는 실시 형태를 나타낸다. 이 피조 간섭계(100)는 광원(102)을 포함한다. 광원(102)은 633 nm의 파장(λ)을 갖는 빛을 방출하는 헬륨-네온(HeNe) 레이저와 같은 레이저원일 수 있다. 렌즈로서 개략적으로 나타나 있는 광학 요소(102)(도 1에는 하나의 요소만 도시되어 있음)를 사용하여 광원(102)에서 방출된 빛을 평행하게 할 수 있다. 빛의 일부분은, 부분 투명 후방 기준 표면(115)을 갖는 부분 투명 기준 광학 요소(114)에 부딪히기 전에 비임 분할기(108)를 투과하게 된다. 부분 투명 기준 표면(115)은 빛을 기준 비임과 측정 비임으로 분할한다. 측정 비임은 후방 기준 표면(115)을 투과하고 관심 대상물(104) 쪽으로 전파되고, 이 관심 대상물의 전방 표면은 평면(106) 내에 위치된다. 교정(calibration)(아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같은) 중에, 관심 대상물(104)은, 알려져 있는 특성을 갖는 하나 이상의 표면 피쳐(도 1에는 도시되어 있지 않음)를 포함하는 인공물일 수 있다. 이들 특성은 피쳐의 높이, 피쳐의 선폭 및/또는 피쳐 사이의 간격을 포함할 수 있다.

측정 비임과 기준 비임은 비임 분할기(108)에 의해 반사되고 광학 요소(112)(도 1에서 단일 요소로서 나타나 있음)에 의해 검출기(110) 상으로 결상된다. 인공물(104)의 전방 표면으로부터 반사된 빛은, 결과적인 간섭 패턴을 전자적으로 결상하는 검출기(110)에서, 기준 광학 요소(114)의 후방 표면(115)에서 반사된 기준 빛과 조합된다. 검출기(110)는 2차원 화소(pixel) 어레이를 갖는 CCD 카메라와 같은 2차원 검출기일 수 있다. 반송 줄무늬 간섭 측정은 여기서 설명하는 방법과 장치가 사용될 수 있는 수단의 한 종류이다. 예컨대, 반송 줄무늬 간섭 측정에서, 반사된 측정 비임 및 기준 비임은, 검출기(110)에 밀한 간섭 줄무늬가 있게 하는 각도로 있다. 필드를 가로지르는 줄무늬의 수를 반송 주파수라고 하고, 이 반송 주파수는 매우 높을 수 있고, 기구의 관측 시야(FOV)에 대해 수 백개 정도의 줄무늬일 수 있다. FOV는 기구에 의해 관찰될 수 있는 공간적 범위이고 광학적 구성에 의존할 수 있다. FOV는 일반적으로 예컨대 기구 "줌(zoom)"을 조절하여 변경될 수 있다. 반송 줄무늬 방법에서, 위상 정보의 공간적 인코딩이 있다. 줌을 증가시키면, 관찰 가능한 공간적 범위가 감소되지만, 샘플링 밀도가 증가되어 일반적으로 더 미세하고 상세한 분해가 가능하다.

위상 변이 기술을 사용하는 시스템과 같은 다른 간섭계 기구가 사용될 수 있다. 위상 변이 기술에서, 위상 정보가 일시적으로 변화되어 일련의 간섭도(interferogram) 프레임을 발생시킨다. 일반적으로, 여기서 설명되는 방법과 장치는 임의의 간섭계, 즉 인공물 표면의 지형 표현을 생성하는 간섭계에 사용될 수 있다.

검출기(110)에 의해 기록된 측정 데이타(118)가 전자 프로세서(114)에 보내진다. 보내진 측정 데이타(118)는 검출된 간섭 패턴을 포함할 수 있고. 이 패턴은 대상물(104)의 전자 이미지 평면 홀로그램이고, 반사된 대상물 파면의 디지털 이미지가 그 홀로그램으로부터 푸리에 처리를 사용하여 계산될 수 있다. 푸리에 처리는 넓게 DFT, FFT 및 공간적으로 주기적인 피쳐를 공간 주파수로 또한 그 반대로 변환시키는 다른 주파수 변환을 포함한다. 전자 프로세서(114)는, 파면의 위상을 직접 측정하고 또한 대상물 표면의 전자적인 3D 이미지를 발생시키기 위해 이들 홀로그램을 처리할 수 있는 소프트웨어를 내장한다. 전자 프로세서(114)는 또한 위치 설정 장치(119)로부터 정보(116)를 받을 수 있고, 그 위치 설정 장치는 스테이지(117) 상에 지지되는 시험 대상물(104)의 적어도 하나의 z-위치를 보고한다. 위치 설정 장치(119)는 예컨대 광학적, 음향적 또는 기계적인 기반으로 있을 수 있거나, 또는 초점 맞춤용으로 요구되면 위치 설정 정밀도를 제공하는 어떤 다른 방법이라도 사용할 수 있다. 예컨대, 한 실시 형태에서, 위치 설정 장치(119)는 광학 인코더 시스템이다.

또한, 초점 보정이 하드웨어로 실행되는 실시 형태의 경우, 시스템은, 프로세서(114)의 정보(123)(시험 대상물(104)에 관한 z-위치 정보에 근거함)에 근거하여, 카메라(110)(또는 대안적으로 결상 광학 기구)를 광학적 축선을 따라 이동시켜 시험 표면을 초점 맞춤시키는 인코딩된 동력화된 초점 기구(121)를 포함할 수 있다.

초점 설정 성능의 결정

특수하게 설계된 인공물의 측정을 통해 간섭계의 기구 전달 함수("IFT")를 정확하게 평가하는 방법이, "간섭계의 광학적 성능을 최적화하기 위한 방법 및 장치"라는 명칭으로 2015년 12월 31일에 출원된 공동 소유의 미국 가출원 62/273,972에 기재되어 있고, 이 미국 가출원의 내용은 전체적으로 본 명세서에 관련되어 있다. 여기서 이러한 방법을 실행하여, 먼저 시험 대상물을 지지하기 위한 스테이지에 의해 지지되는 인공물의 초점도(degree of focus) 측정하여 그 스테이지에 대한 최적의 위치를 결정할 수 있다. 인공물은 위상 또는 세기 피쳐를 포함할 수 있다. 구체적으로, 위에서 언급된 가출원에는, 측정된 복합 필드의 광학적 전파 후에 인공물의 측정된 표면 피쳐로부터 구해지는 스트렐 비(Strehl ratio)에 대략 근거하여 계량(metric)을 최적화하여 최선의 초점 평면까지의 거리를 결정하기 위해 인공물의 PSI(phase shifting interferometry)로부터 얻어진 복합 파면을 어떻게 처리하는지가 기재되어 있다(여기서는 "초점 처리"라고 하는 공정). 도 2는 시험 받는 표면에 대한 정확한 초점 맞춤의 중요성을 나타낸다. 구체적으로, 도 2는, 여기서 설명되어 있고 또한 위에서 언급된 가출원에도 설명되어 있는 바와 같이, 순수하게 시각적인 초점 맞춤(좌측 그래프) 및 디지털식으로 다시 초점 맞춤을 하는 경우(우측 그래프)에 근거한 상이한 공간 주파수에서의 간섭 측정 시스템의 ITF 성능을 비교한다.

광학적 계측을 위해 현재 제조된 상업적인 간섭계는 시각적 초점 맞춤 방법을 사용하여 초점을 설정한다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 횡방향 분해능을 증가시키기 위해 새로운 고밀도 화상 촬영기가 간섭계에 포함됨에 따라, 시각적 초점 맞춤은 불충분하다. 도 1의 간섭계 및 그의 작동과 같은, 여기서 설명되는 실시 형태는, 이들 기구를 자동적으로 또한 최적으로 초점 맞춤시키는 방법과 시스템을 설명한다.

카메라(110)에 의해 기록되는 간섭 이미지에 근거하여, 전자 프로세서는 기준 플랫(114)의 기준 표면 및 시험 대상물(104)의 전방 표면에 의해 형성되는 공동부에 대한 "복합 필드"를 추출하고, 여기서 복합 필드는 시험 대상물의 횡방향 좌표(예컨대, x 및 y 좌표)의 함수이다. 예컨대, 위상 변이 간섭 측정("PSI") 시스템의 경우, N개의 다른 위상 변이에 대한 일련의 N개 이미지가 기록된다. 위상 변이(광학 파장의 정도이고 광학 결상 시스템의 초점 깊이 보다 훨씬 작음)는 시험 대상물을 지지하는 스테이지(117) 상에 있는 압전 트랜스듀서에 의해 도입될 수 있다. 이 경우, 복합 필드는 다음과 같이 PSI 획득 중에 얻어지는 일 세트의 위상 변이 프레임으로부터 결정된다.

N-프레임 PSI 알고리즘에 대한 복합 계수를 C_j라 하고, 여기서 j = 0...N-1 이다. 다양한 N-프레임 PSI 알고리즘은 당 업계에 잘 알려져 있다(예컨대, 공동 소유의 미국 특허 5,473,434 및 7,933,025를 참조하면 되고, 이의 내용은 전체적으로 본 명세서에 참조로 관련되어 있음). 화소(x)에 대한 N개의 피측정 세기는 I_x,j 로 나타나 있다. "복합 필드"(F_x)는 다음의 식으로 표현된다:

(1)

여기서, 화소(x)에 대한 위상(

)은 다음의 식을 통해 결정되고:

(2)

그리고 진폭(A_x)은 다음의 식으로 결정된다:

(3).

상대 세기는 │F_x│² =A_x ² 이다.

초점 맞춤을 개선하기 위해 소프트웨어로 주어진 공동부에 대응하는 광학적 파면을 수학적으로 전파시키기 위해, 새로운 Z' 평면으로 전파되어 F_x'가 되는 것은 이 복합 필드(F_x)이고, 이로부터 개선된 초점을 갖는 위상 맵이 추출될 수 있고,

이다. 이러한 "광학적 전파"는, J.Goodman의 교과서("Introduction to Fourier Optics", 3판, Roberts and Co.,(2005))에 기재되어 있는 바와 같이, z-방향을 따른 프레넬(Fresnal) 전파를 사용하여 실행될 수 있다.

예컨대, z₁에서 z_z로 전파하는 평면 파에 근거한 분해 및 재구성을 위한 단계는,

a.

에서 복합 파면을 푸리에 변환시켜 각도 주파수 스펙트럼

을 얻는 단계(여기서 α, β는 x, y을 따른 방향 코사인),

b. 각도 주파수 스펙트럼에 전파 커널(kernel)

을 곱하는 단계(여기서 z₂ - z₁ 은 초기 파면 평면과 전파된 파면 평면 사이의 거리를 나타냄),

c. 소멸 주파수를 제거하는 단계(α² + β² ＞ 1인 주파수를 없앰), 및

d. 역 푸리에 변환으로 새로운 평면 U(x, y, z₂)에서 복합 파면을 얻는 단계이다.

구형 파면에 대해서는, 전파 중에 배율의 변화를 설명하기 위해 Sziklas 좌표 변환을 사용하여 위의 수학적 이론이 수정된다(예컨대, E. Sziklas & A. Siegman, "Diffraction Calculations using FFT methods," Proc. IEEE, 410-412, 1974 참조). 모든 z'는 이제 비임 허리 위치에 대해 측정된다. 따라서, z₁ - z₂까지의 구형 파면 전파의 경우에, 단계는,

a.

및

로 좌표 변환하는 단계, 및

b. 이들 변환으로 전파가 위의 평면파 시퀀스와 동일하게 진행하는 단계이다.

주어진 초점 설정의 성능을 결정하기 위해, 교정 인공물은 간섭 측정 시스템에 의해 측정되어 복합 필드를 결정한다. 이 복합 필드를 처리하여, ITF를 나타내는 계량을 추출할 수 있다. 더욱이, 복합 필드는 동일한 계량이 계산되는 다른 초점 위치로 디지털식으로 전파될 수 있다. 상이한 초점 위치에 대한 결과를 비교하여, 최적의 초점 위치가 결정될 수 있다. 위에서 언급되었고 또한 전체적으로 본 명세서에 관련되어 있는 미국 가출원 62/273,972에는, 이 초점 성능 계량을 계산하기 위한 다양한 방법과 기술이 기재되어 있다. 주어진 공동부에 대응하는 파면의 이러한 "초점 처리"의 한 예는, 파면 및 스텝 에지를 갖는 교정 인공물에 대한 복합 필드에 적용되는 다음과 같은 단계를 포함한다:

1) 새로운 z-평면까지의 광학적 전파;

2) 새로운 z-평면에 있는 각 트레이스(trace)(교정 인공물의 스텝 에지에 중심을 두고 있고 또한 그 스텝 에지에 수직인 일련의 화소)에 대해,

a. 전파된 필드로부터 트레이스 위상 프로파일을 추출하고;

b. 프로파일을 스텝에 피팅(fitting)하여 스텝 높이 및 위상 경사(즉, 전체적인 샘플 경사)를 결정하며;

c. 위상 경사를 제거하고 또한 피팅으로 결정된 스텝 높이로 나누어 트레이스를 정규화하고;

d. 정규화된 트레이스를 위치(예컨대, 최근접 주변 차)에 대해 미분하고 푸리에 구역(이는 DC 성분의 변화로 인한 에러를 최소화함)을 적용하며;

e. 트레이스를 그의 중심(스텝의 위치) 주위로 원형 변이시키고;

f. 역 푸리에 변환을 하며;

g. 각 주파수 성분에서 위상과 진폭을 계산하고;

h. 가중된 선형 피트로 위상 경사를 계산하며(가중은 진폭으로부터 구해짐);

i. 위상 경사를 제거하여 위상 잉여를 얻고;

j. 트레이스를 그의 중심 주위로 원형 변이시키며(이리하여 단계 2.e에서의 변이가 제거됨); 그리고

k. 각 주파수에서 위상 잉여 및 진폭을 사용하여 복합 스펙트럼을 재구성한다(단계 e∼j는 트레이스를 디지털식으로 처리하여 스텝 에지를 트레이스의 중간에 있게 하고 또한 광학적 축선에 수직하게 함을 유의해야 함);

3) 모든 복합 트레이스 스펙트럼의 평균을 낸다(복합적인 값의 평균을 내면 확률적인 잡음이 줄어드는 경향이 있음을 유의해야 함). 인공물 스텝이 완벽하다고 가정하면, 결과는 단계 2.d의 미분 및 단계 2.c의 정규화로 인해 ITF와 동등하게 된다.

4) 평균낸 스펙트럼의 적어도 일부분의 스펙트럼 성분을 합한다.

5) 단계 4에서 합이 최대로 될 때까지 상이한 초점 평면에 대해 단계 1 ∼ 4를 반복한다.

일단 최선의 초점 평면이 찾아지면, 표면 필드는 이 평면으로 프레넬 전파되고 단계 2 및 3을 사용하여 최종 ITF를 계산한다.

단계 2에서의 순서 개요는 한 가능한 순서임을 유의해야 한다. 다른 순서도 사용될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 결과적으로 스텝의 위상 탈경향 스펙트럼이 나타나는 것이 바람직하다. 구체적으로, 화상 촬영기 샘플링 점에 대한 스텝 에지의 정렬 불량을 설명하는 것이 중요하다.

이 절차에서는, 스텝 높이가 선험적으로 알려져 있을 필요는 없다(스텝 에지는 각 트레이스에서 측정됨). 에지의 횡방향 변이는 푸리에 영역에서의 위상 경사와 동등하므로, 위상 경사를 제거하면 각 트레이스에서 에지 정렬 불량이 없어진다. 마지막으로, 복합 트레이스 스펙트럼을 평균내면, 단일 트레이스 푸리에 진폭의 무작위한 변동이 최소화된다.

초점 계량으로서 스펙트럼 성분의 합을 사용하는 것이 매우 효과적이고 또한 스트렐 비에 느슨하게 관련된다. 도 3은, 공칭적으로 초점이 맞은 상태인 표면에 대해 이 계량의 값을 필드 전파 거리의 함수로 나타낸 것이다. 최선의 초점 위치는 초점 계량 최대치가 나타나는 위치로 표시된다.

예시적인 피조 간섭 측정 시스템에 대한 초점 교정

도 4는 도 1의 간섭계(100)와 유사한 간섭계의 다른 개략도를 나타낸다. 이 간섭계는 시험 대상물 플랫(도 4의 "시험 플랫")의 표면 지형을 측정하기 위한 것이고 피조 기하 구조를 갖는다. 투과 플랫(도 4의 "TF")은 간섭 기준으로서 역할하고 시험 플랫은 TF로부터 좀 떨어져 위치되며, 간섭 줄무늬가 카메라에 생성되도록 정렬된다. 간섭계는 또한 인코딩된 동력화된 초점 기구(도 4의 "초점 기구")를 포함하며, 이 기구는 카메라(또는 대안적으로 결상 광학 기구)를 광학적 축선을 따라 이동시켜 시험 표면을 초점 맞춤시킨다. 컴퓨터는 측정 과정을 제어하고, 데이타를 분석하며 또한 결과를 계산하고 나타낸다. 도 4의 간섭계는, 카메라로 기록된 이미지의 위상 변이 시퀀스에 위상 변이를 도입하기 위한 압전 트랜스듀서(도 4의 "PZT 위상 변조기")를 더 포함한다.

도 4를 참조하면, TF-시험 표면 공동부 길이(G)는 알려져 있다고 가정하고, 시험 플랫이 알려져 있는 특성을 갖는 표면 피쳐(세기 또는 위상)를 포함한다면, PSI 측정된 복합 필드의 (전술한 바와 같은) 초점 처리는 대상물 공간에서 시험 표면으로부터 최선의 초점 평면까지의 추가 거리(△)를 찾을 수 있다. TF 위치는 시스템에서 고정되어 있기 때문에 TF에 대한 최선의 초점 위치를 측정하는 것이 편리하고, 이는 단순히 G와 이 전파 거리(△)의 합이다. 그 대상물 공간 위치는 이미지 공간 내의 화상 촬영기의 위치와 광학적으로 켤레(conjugate) 관계에 있다. 따라서, 이들 두 켤레 위치가 결정될 수 있다. 방금 설명한 초점 처리는 대상물 공간에서 일어나지만, 때로는, 예컨대, 대상물 공간에서의 샘플링이 불량하게 알려져 있으면 이를 이미지 공간에서 수행하는 것이 유리할 수 있다.

따라서, 이 기본적인 방법에서는, 공동부 길이(G), 및 공동부에서의 광학적 분포를 기술하는 복합 필드를 알고 있는 것이 필요하다. 그러나, 공동부 길이에 대한 정보는, 예컨대 파장 조정(아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같은)을 사용하여, 선험적으로 결정될 수 있고, 시험 대상물의 z-위치의 검사로부터 결정될 수 있으며 그리고/또는 간섭 측정 데이타 자체로부터 결정될 수 있다. 유사하게, 공동부에서의 광학적 분포를 기술하는 복합 필드는, 예컨대, 일련의 위상 변이 간섭 측정 이미지를 처리하여 기록되는 것을 포함하여, 카메라로 기록된 간섭 이미지로부터 알 수 있다. 이 방법에서의 변화를 사용하여, 초점을 찾고, 인코딩된 초점 기구를 교정하며 또한 초점이 흐려진 측정을 보정한다.

초점 기구가 사용될 수 있기 전에, 피조 간섭계를 교정하여, 어느 이미지 위치가 특정한 대상물 위치에 대한 최선의 초점에 대응하는지를 파악한다. 이 교정은 이미지 또는 대상물 공간에서 수행될 수 있다. 도 5는 교정 인공물을 사용하는 대상물 공간에서의 교정을 도시한다. 시준기(collimator)는 TF의 바로 좌측에 위치되고 TF는 피조 간섭계에 고정되어 있기 때문에, TF는 편리한 이미지/대상물 공간 경계로서 역할하는데, 좌측에 이미지 공간이 있고 우측에는 대상물 공간이 있다.

교정 인공물이 나타나 있는 바와 같이 위치된 상태에서(도 5의 "인공물"), PSI 측정으로 공동부 복합 필드가 얻어진다. TF-인공물 공동부 길이(D1) 및 대상물 공간에서의 공간 샘플링 모두가 알려져 있다고 가정하면, 인공물 표면과 최선의 초점(대상물 공간 내의 D2) 사이의 거리는 공동부 복합 필드의 초점 처리로 얻어질 수 있다. 그러면 대상물 공간 위치(D1 + D2)는 인코더 위치(P)에 위치되는 이미지징 평면과 켤레 관계에 있게 된다. 상이한 인코더 위치에 배치되어 있는 화상 촬영기(즉, 카메라)로 이 측정을 반복하여 초점 인코더는 전체 측정 공간에 걸쳐 교정될 수 있다. 이 예시적인 절차는 도 6에 개괄적으로 나타나 있다. 구체적으로, 이 절차에서, 카메라의 복수의 위치 각각에 대해, 시험 대상물에 대한 최선의 초점 위치는, 전파 거리의 함수로 전파된 복합 필드로부터 구해지는 ITF에 근거하여 가치 함수(merit function)를 최적화하여 결정된다.

대안적으로, 교정은 도 7에 나타나 있는 바와 같은 이미지 공간에서 수행될 수 있다. 이 경우, 시험 인공물의 복수의 위치 각각에 대해, 이미지 공간에서의 최선의 초점 위치는 이미지 공간 복합 필드의 초점 처리로 결정된다. 대상물 공간과 이미지 공간 사이의 변환은 일반적으로, 대상물 공간에 있는 시험 인공물의 알려져 있는 피쳐 및 이미지 공간에 있는 카메라의 알려져 있는 화소 간격에 따라 측정된 이미지에 근거할 수 있다. 초점 인코더는, 인공물이 상이한 대상물 공간 위치에 배치된 상태에서 이 측정을 반복하여 전체 측정 공간에 대해 교정될 수 있다. 이러한 예시적인 절차는 도 8에 개괄적으로 나타나 있다.

초점 측정 기구

교정 기술은 기준 표면과 인공물 표면 사이의 공동부 길이("D1")가 알려져 있다고 가정한다. 더욱이, 교정 및 다음의 초점 보정을 시험 대상물에 적용할 때, 공동부 길이(D1)를 알고 있을 필요가 있다. 이 정보를 얻기 위한 많은 가능한 방법이 있지만, 2개의 방안을 상세히 설명한다.

(1) 눈금자 또는 인코딩된 스테이지를 사용하는 공동부 길이의 직접 측정

눈금자 또는 줄이 쳐진 스테이지가 가장 간단한 방안이다. 그래서 공동부 길이 정보는 시스템에 수동으로 입력될 수 있다. 대안적으로, 시험 대상물이 지지되는 스테이지를 인코딩하고 또한 광학식 판독기를 포함하면, 간섭 측정 시스템이 인코더를 자동적으로 판독하여, 공동부 길이를 수동으로 입력할 필요가 없어지게 된다. 예컨대, 이는 전술한 도 1의 간섭계에 도시되어 있고, 이 간섭계에서는 위치 설정 장치(119)가 카메라(110)에 의해 촬상된 간섭 이미지를 처리하는데 사용되는 전자 프로세서(114)에 z-위치 정보(116)를 제공한다.

(2) 기계적인 PSI를 파장 조정 및 FTPSI 처리로 대체하기

또 다른 실시 형태에서, 기계적인 위상 변이 대신에, 파장 조정을 사용하여, 일련의 위상 변이 간섭 이미지에 대응하는 위상 변이를 도입한다. 구체적으로, 간섭계를 위한 광원은 파장 조정 가능한 레이저이고, 일련의 파장 변이에 대해 일련의 간섭 이미지가 카메라에 의해 기록되며, 그리하여 일련의 위상 변이 간섭도를 얻는 대안적인 비기계적 수단이 제공된다. 이러한 기술은 기계적인 PSI와 구별되는 소인 파장(Swept Wavelength) PSI("SWPSI")이라고 할 수 있다. 더욱이, 공동부 길이를 정확하게 결정하기 위해 주파수 변환 PSI("FTPSI") 분석 기술이 SWPSI 데이타에 적용될 수 있다. 또한, 서로 간섭 측정 공동부를 생성하는 하나 이상의 추가적인 표면 및 기준 표면을 갖는 시험 샘플의 경우, FTPSI는 모든 그러한 공동부에 대해 공동부 길이를 얻을 수 있다. 추가로, FTPSI 처리를 갖는 SWPSI는, 완전히 구형인 공동부를 측정할 때, 개선된 균질성 측정을 제공하고 또한 공간적으로 의존적인 위상 변이를 없애 주는 것으로 입증되었다. FTPSI는 공동 소유의 미국 특허 6,882,432 및 6,924,898에 기재되어 있고, 이의 내용은 전체적으로 본 명세서에 참조로 관련되어 있다. 완전을 기하기 위해, FTPSI를 실행하는 SWPSI 간섭계의 한 실시 형태를 아래에서 설명하다.

SWPSI 간섭계 시스템 및 FTPSI 처리의 예

이러한 SWPSI 간섭계 시스템(900)의 개략도가 도 9에 나타나 있다. 이 시스템(900)은 투명한 측정 대상물(901)(예컨대, 광학 플랫)의 전방 표면(902)과 후방 표면(903)로부터의 반사 사이의 광학적 간섭을 측정하도록 되어 있다. 측정된 광학적 간섭은, 기준 대상물(910, 920)의 표면(911, 921)로부터의 추가 반사로부터의 기여를 각각 포함한다. 예컨대, 기준 대상물(910, 920)은 잘 특성화된 표면을 갖는 기준 플랫일 수 있다. 표면(902)은 표면(921)으로부터 틈(925)으로 분리되어 있고, 표면(903)은 표면(911)으로부터 다른 틈(915)으로 분리되어 있다. 시스템(900)은 대상물(901)을 기준 대상물(910, 920)에 대해 위치시키기 위한 마운트(나타나 있지 않음) 및 컴퓨터(990)를 포함한다. 시스템(900)은 조정 가능한 광원(940)(예컨대, 레이저 다이오드), 광원의 출력의 광학적 주파수를 조절하기 위해 광원(940)에 연결되어 있는 구동기(945), 비임 분할기(950), 평행화 광학 기구(930), 결상 광학 기구(960), 카메라(970), 및 카메라(970)에 의해 검출된 이미지를 저장하기 위한 프레임 그래버(frame grabber)(980)를 추가로 포함한다. 어떤 실시 형태에서는 단일의 장치가 제어 기능과 측정 기능 둘 다를 수행할 수 있다(예컨대, 프레임 그래버(980)는 컴퓨터(990)에 포함될 수 있음). 구동기(945)는 공칭 광학적 주파수(ν₀) 주변의 주파수 범위(△ν)에 걸쳐 광원(140)의 광학적 주파수(ν)를 조정한다.

작동 동안에, 제어기(990)에 의해 구동기(945)는 광원(940)에 의해 방출된 빛의 광학적 주파수를 제어하고 또한 프레임 그래버(980)는 특정된 광학적 주파수 각각에 대해 카메라(970)에 의해 검출된 광학적 간섭의 이미지를 저장한다. 프레임 그래버(980)는 각 이미지를 제어기(990)에 보내고, 이 제어기는 PSI 알고리즘을 사용하여 그 이미지를 분석한다. 어떤 실시 형태에서, 구동기(945)는, 일련의 간섭 이미지가 기록되고 있을 때 광원(940)의 광학적 주파수를 선형적으로 변조한다. 대안적으로, 다른 실시 형태에서, 구동기는 개별적인 단계에서 또는 다른 기능에 따라 광학적 주파수를 변조할 수 있다.

작동 동안에, 광원(940)은 광학적 주파수(ν)를 갖는 빛을 비임 분할기(950)에 보내고, 이 비임 분할기는 그 빛을 평행화 렌즈(930)에 보내어 빛을 평면 필드로 평행화한다. 선택적으로, 제 2 비임 분할기(나타나 있지 않음)가 빛의 일부분을 광학적 주파수 모니터에 보낸다. 표면(921)은 빛의 제1 부분을 반사시켜 제1 기준 파면(905a)을 형성하고, 대상물(901)의 표면(902, 903)은 빛의 추가적인 부분을 반사시켜 파면(905b, 905c)을 각각 형성한다. 표면(911)이 또한 빛의 일부분을 반사시켜 제2 기준 파면(905d)을 형성한다. 그리고 렌즈(930, 960)는 파면(905a, 905b, 905c, 905d)을 카메라(970) 상으로 결상하고, 그 카메라에서 그들 파면은 광학적 간섭 패턴을 형성한다. 광학적 간섭 패턴은 또한 공동부(909) 내부에서 일어나는 더 높은 차수의 반사로부터의 기여를 포함한다. 더 높은 차수의 반사는 예컨대 표면(921)으로부터 반사되는 빛과, 먼저 표면(902)에서 반사되고 그런 다음에 표면(921)에 의해 반사되어 다시 표면(902)에 의해 반사되는 빛 사이의 간섭을 포함한다.

이하의 분석에서, 기본적인 2-표면 간섭계 공동부(예컨대, 표면(921)과 표면(902)에 의해 형성되는 공동부)에서의 광학적 주파수 조정으로 생성되는 광학적 간섭 패턴을 먼저 고려한다. 표면들은 물리적 틈(L)으로 분리되어 있고, 굴절률(n)을 갖는 매체를 포함한다. 예컨대, 그 틈은 공기로 채워질 수 있고, 이 공기는 약 1의 굴절률을 갖는다. 굴절률과 틈 두께의 곱(nL)을 광학적 두께라고 한다(공기의 경우 이 광학적 두께는 물리적 거리(L)와 같음). 표면(902)으로부터 반사되는 파수(κ)를 갖는 광선과 표면(903)으로부터 p회 반사되는 광선 사이의 총 위상차(

)는 아래의 식으로 주어진다:

(4)

여기서, ν는 빛의 광학적 주파수이고, c는 빛의 속도이며, Φ는 대체로 일정한 위상이다. 틈(L)과 위상(

)의 x 및 y 의존성이 식 4에 명시적으로 나타나 있어, 공간적인 위상 변화를 나타낸다. 어떤 실시 형태에서, 굴절률(n)도 x 및 y 의존성을 가질 수 있다. 이 위상 변화 프로파일 또는 위상 맵의 추출은, 전형적으로 PSI에 관심이 있는 정보이다. 이 명시적인 x 및 y 의존성은 명료성을 위해 이하의 식에서는 생략될 것이다.

근원의 광학적 주파수(ν)를 조정하여 간섭 측정 위상 변화(

)를 얻고, 이 변화는 다음의 식과 같이 광학적 주파수 조정율(

) 및 공동부의 광학적 경로 차(2pnL)에 의존한다:

(5)

여기서, 점은 시간에 대한 미분을 나타낸다. 그러므로 공동부 간섭은 주파수(f_C)로 변하고, 이 주파수는 다음과 같이 주어진다:

(6)

따라서, 기본적인 공동부에서, 다수의 반사 이벤트에 의해, 1차(즉, p=1) 주파수의 고조파인 주파수에서 간섭이 생기게 된다.

어떤 실시 형태에서, 광학적 두께(nL)에 대한 공칭 값 및 광학적 주파수 조정률(

)이 알려져 있으면, 주파수(f_C)는 식 6으로부터 결정될 수 있다.

추가로, 주파수(f_C)는, 카메라(970)에 의해 측정된 간섭 세기 데이타를 주파수 영역으로 변환시켜(예컨대, 푸리에 변환을 사용하여) 주파수 스텍트럼을 만들고 또한 그 스펙트럼 내의 대응 피크의 주파수를 식별하여 식별될 수 있다.

일단 f_C가 결정되면, 그리고 실질적으로 선형적인 주파수 조정에 대해, 기본적인 공동부의 간섭 측정 위상이 간섭의 이산 푸리에 변환(DFT)의 복합 진폭으로부터 회수될 수 있고, 그 공동부에 대해 대표적인 1차 주파수(f_C)에서 아래와 같이 계산된다:

(7)

여기서,

(8)

식 8에서, I_j는 광학적 주파수 조정의 j 번째 광학적 주파수에서 측정되는 세기 샘플이다. N은 얻어진 세기 샘플의 총 수이다. W_j는 푸리에 구역(W)과 관련된 샘플링 가중치이고, f_S는 샘플링률이다. 푸리에 구역(W)은 일반적으로 f_C와 다른 추가적인 주파수 및 유한한 관찰 간격의 효과로부터의 위상 평가에 대한 기여를 억제하도록 선택된다. 푸리에 구역의 예는 Hamming 구역 및 Tukey 구역을 포함한다. Tukey 구역은 f_C에 가까운 하나 이상의 추가적인 주파수 피크를 갖는 실시 형태에서 유리할 수 있는데, 그 구역의 테이퍼 폭이 f_C에서 이들 추가적인 주파수에 효과적으로 제로 가중치를 주도록 선택될 수 있기 때문이다.

모든 화소에 대한 식 8의 DFT(f_C)의 복합 값은, 기계적인 PSI 분석을 위한 식 1과 유사하게, 공동부에 대응하는 파면에 대한 "복합 필드"를 준다. 또한, 공동부 길이(D1)는 식 6의 nL에 대응하고, 이는 추출된 1차(p=1) 주파수(f_C)와 광학적 주파수 조정률(

)로부터 계산될 수 있다.

각 카메라 화소에 대한 위상(

)의 추출은, 공동부에 대한 위상 분포(

)(즉, 위상 맵)를 준다. 광학적 두께(즉, 상대적인 광학적 두께)의 변화가 식 4에서 결정될 수 있다. 더욱이, 기준 표면(921)의 표면 프로파일이 이미 알려져 있는 경우에 대해, 위상 분포를 사용하여, 표면(902)의 표면 프로파일을 결정할 수 있다. 식 7 및 8에 의해 정의된 위상 추출의 결과로 위상 모듈로(modulo) 2π가 발생됨을 유의해야 한다. 이들 위상 모호성은, 일반적으로 당업계에 알려져 있는 종래의 2π 위상 모호성 펼침 기술을 사용하여 위상 맵에서 설명될 수 있다.

위에서 논의된 위상 추출 분석에 의해, 공동부에 관한 상대적인 정보(즉, 화소간 변화)가 얻어진다. 또한, 공동부에 관한 절대적인 정보를 결정할 수 있다. 식 6에 따라, 1차 피크 주파수(f_C)와 주파수 조정률(

)로부터 절대적인 광학적 두께(nL)를 결정할 수 있다. 그러나, 이 결정의 정확도는 f_C 및

이 결정될 수 있는 정확도에 달려 있다. 더욱이, 절대적인 광학적 두께(nL)의 x 및 y 의존성은, 카메라(970)의 각 화소에 대응하는 간섭 세기 데이타로부터 1차 주파수(f_C)를 개별적으로 식별하여 결정될 수 있다.

어떤 실시 형태에서, f_C를 정확하게 결정하기 위해, 공동부의 작은 부분(예컨대, 하나의 카메라 화소에 대응함)의 고분해 주파수 스펙트럼이 얻어질 수 있다. 이로부터, 공동부의 광학적 두께에 대한 정확한 값이 공동부의 그 부분에 대해 결정될 수 있다. 별도의 측정으로, 전체 공동부의 저분해 주파수 스펙트럼이 얻어질 수 있다. 식 7 및 8을 사용하여, 이 정보를 사용하여, 공동부의 위상 맵 및 광학적 두께 변화를 결정할 수 있다. 그래서 전체 공동부의 광학적 두께는, 공동부의 작은 부분에 대해 결정된 광학적 두께에 대해 광학적 두께의 변화를 참조하여 결정될 수 있다. 주파수 스펙트럼 분해 및 스펙트럼 분해 한계에 영향을 주는 파라미터를 아래에서 논의한다.

위의 분석은 대상물(901)이 불투명한 경우를 적절히 설명하고, 그 대상물(901)의 표면(902)으로부터의 반사만 고려될 필요가 있다. 그러나, 어떤 실시 형태에서, 대상물(901)은 투명하며, 표면(921, 902, 902)으로부터의 반사가 고려되어야 한다. 이하의 분석에서, 기준 플랫(910)의 표면(911)으로부터의 반사는 무시될 수 있다. 예컨대, 기준 플랫(910)은 비반사성 비임 조리개로 대체될 수 있다. 이제, 표면 쌍(921, 902; 921, 903; 902, 903)에 각각 대응하는 3개의 기본적인 2-표면 공동부가 있다. 표면(921, 902)은 거리(L)(즉, 틈(925))으로 분리된다. 이하, 틈(925)은 공기로 채워지고 또한 1과 같은 굴절률을 갖는 것으로 가정한다. 대상물(901)은 두께(T) 및 굴절률(n)을 갖는다. 간섭계는 모든 기본적인 공동부가 고유의 OPD를 갖도록 구성되어 있다고 가정한다. 그래서 1차 주파수는 스펙트 분리되고, 임의의 기본적인 공동부의 간섭 측정 위상이 식 7 및 8에 의해 주어진 주파수 분해 및 위상 추출을 사용하여 추출될 수 있다. 따라서, 상대적인 그리고 절대적인 광학적 두께 프로파일이 복수의 기본적인 공동부에 대해 동시에 만들어질 수 있다.

각 공동부에 대해 피크 주파수(f_C)(정확한 절대적인 광학적 두께 측정에 필요함)를 정확히 결정하기 위해, 관심 대상의 각 피크를 스펙트럼 분해하는 것이 필요하다. 푸리에 분해의 스펙트럼 분해 한계는 관찰 시간에 반비례하고, 그래서 최소 분해 가능 간섭 주파수는 다음과 같이 주어진다:

(9)

모든 1차 주파수는 분해되기 위해 f_min으로 분리되어야 한다. 파라미터(μ)는 실용적인 것으로서 도입된다. 이론적인 분해 한계는 μ=0에서 생기지만, 실제로는, 잠재적인 기구 결함 및 위상 에러 민감성을 설명하기 위해 최소 분해 가능 주파수는 다소 더 커야 한다.

f_C= f_mi으로 설정할 때, 식 6에 따르면, △ν_max의 조정 범위에 대한 최소 분해 가능 광학적 경로 차는 다음과 같이 주어진다:

(10)

이는, 예컨대, μ = 0인 경우 80 GHz의 최대 조정 범위에 대해서는 3.75 mm 인 것으로 나타났다. 1차 주파수를 분리하기 위해 주 공동부 틈은 식 10에 의해 주어지는 한계 보다 커야 한다. 또한, 1차 피크 주파수를 정확하게 결정하는 것이 바람직하다면, 조정 범위는 식 10에 의해 요구되는 것 보다 커야 한다.

이제, 채택된 분석 방법을 요약할 수 있다. 간섭계 공동부는 각 기본적인 공동부에 대한 고유의 OPD를 생성하도록 구성되어, 식 6을 통해 고유의 간섭 주파수를 보장한다. 그리고 간섭도는 광학적 주파수가 변화되고 있을 때 샘플링된다. 그런 다음 각 화소에서 기록된 간섭도는 푸리에 변환과 같은 주파수 변환으로 스펙트럼 분해될 수 있고, 기본적인 공동부에 대응하는 1차 주파수 피크는 변환된 데이타로부터 식별된다.

어떤 실시 형태에서, 식 8을 사용하는 특정한 1차 주파수에서의 주파수 변환을 데이타에 적용하여, 각 기본적인 공동부의 위상 맵을 개별적으로 평가한다(식 7을 사용하여). 위상 맵을 사용하여, 예컨대, 공동부 표면들 중 하나 이상의 표면 프로파일 및/또는 기본적인 공동부들 중 하나 이상의 상대적인 광학적 두께와 같은 정보를 결정할 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 조정 범위가 충분한 분해를 제공한다면, 피크 주파수 값 자체를 사용하여, 대응하는 공동부의 절대적인 광학적 두께를 결정할 수 있다. 각 공동부의 광학적 두께 및 광학적 두께 변화에 관한 정보를 조합하여, 각 공동부의 완전한 광학적 두께 프로파일을 결정할 수 있다.

교정된 초점 기구를 사용한 초점 설정

일단 초점 기구가 교정되면, 시험 대상물에 피쳐가 없어 카메라에 의한 시험 대상물의 단순한 관찰로는 상대적인 초점에 관한 정보를 얻지 못한다 하더라도, 시스템은 교정된 공간 내에 있는 시험 대상물에 대한 어떤 위치에도 초점을 맞출 수 있다. 도 10에 나타나 있는 바와 같이, 관심 대상의 시험 표면이 간섭계에 배치되어 있고 공동부 길이(D1)가 결정된다(예컨대, 인코딩된 스테이지의 수동적인 또는 자동화된 검사에 의해 또는 SWPSI 간섭계의 경우에는 FTPSI 처리에 의해). D1을 입력으로서 사용하여, 교정을 저장하는 전자 프로세서는 그 교정에 근거하여 최선의 초점을 위한 이미지 위치(P)를 결정하고 또한 초점 기구가 화상 촬영기(즉, 카메라)를 위치(P)로 구동시키게 하여 시험 표면을 초점 맞춤시킨다. 그런 다음 시스템은 초점이 맞은 표면을 측정한다. 절차 단계들은 도 11에 개괄적으로 나타나 있다.

교정된 초점 기구를 사용한 초점 흐림 보정

또 다른 실시 형태에서, 초점이 흐려진 상태에서 측정된 시험 표면은 도 12에 도시되어 있는 바와 같이 보정될 수 있다. 관심 대상의 시험 표면이 간섭계에 배치되어 있고, 공동부 길이(D1)가 결정되고 PSI(또는 FTPSI) 측정에 의해, (초점을 벗어난) 복합 필드가 얻어진다. D1 및 교정을 사용하여, 최선의 초점을 위한 대상물 위치가 결정되고(D1 + D2), 시스템은, 예컨대 전술한 바와 같은 프레넬 전파를 사용하여, 복합 필드를 거리(D2) 만큼 그 위치로 디지털식으로 전파시킨다. 그런 다음 시험 표면 위상 정보가 전파된 필드로부터 회수된다. 절차의 단계들은 도 13에 개괄적으로 나타나 있다.

SWPSI 및 FTPSI를 사용한 복수의 공동부 기하 구조에서의 초점 맞추기

복수의 광학적 공동부를 생기게 하는 시험 대상물을 위한 복수의 공동부 길이를 정확하게 결정할 수 있는 FTPSI의 능력은 적절한 초점 맞추기의 여기서 설명된 문제와 많이 관련되어 있다. 구체적으로, 관심 대상의 한 표면이 물리적으로 초점 맞춤이 되더라도, 관심 대상의 하나 이상의 다른 시험 표면은 초점이 맞지 않는다는 암시가 필연적으로 있게 된다. 그러나, SWPSI 간섭계 및 FTPSI를 사용하여, 하나 이상의 공동부에 대응하는 복합 필드는 최선의 초점 위치로 디지털식으로 전파될 수 있으며, 그래서, 최적의 초점 맞춤으로 얻어질 수 있는 개선된 횡방향 분해로 다음 위상 추출이 수행될 수 있다. 기준 표면 또는 복수의 표면의 경우에는 기준 표면들은 초점 효과의 스케일로 매끄럽다고 가정한다.

전술한 바와 같이, 그리고 위에서 언급되었고 본 명세서에 참조로 관련된 공동 소유의 미국 특허 6,882,432 및 6,924,898에서 설명한 바와 같이, SWPSI 및 FTPSI는, 한번의 획득으로 플랫의 양 표면에 대한 개별적인 측정치, 광학적 두께, 물리적 두께 및 균질성을 제공하기 위해 평행한 광학 플랫을 측정하기 위해 다양한 공동부 기하 구조에 적용될 수 있다. 표면들은 광학적 축선 상의 서로 다른 위치를 차지하므로, 측정 중에 모든 표면이 동시에 초점 맞춤되는 것은 불가능하다. 여기서 설명한 기술은 이 문제를 해결할 수 있다. 도 14에 나타나 있는 3-표면 피조 기하 구조를 고려하는데, 이는 전방 표면(S1) 및 플랫의 광학적 두께(nT)(물리적 두께(T) × 광학적 지수(n))를 측정하기 위해 사용된다. 화상 촬영기는 어떤 점(P)에 위치되고, 그리고 초점 기구 교정으로 결정된 켤레 초점 위치는 BF 이다. TF에서 BF까지의 거리(L)는 P 및 초점 기구 교정으로부터 결정되고, 거리(D1, nT)는 FTSPI 처리 또는 몇몇 다른 수단으로 알 수 있다. TF:S1 공동부의 복합 필드는 거리(L - D1) 만큼 디지털식으로 전파되어 S1 표면을 다시 초점 맞춤시키고, TF:S2 공동부 필드는 거리(L - D1 - nT) 만큼 디지털식으로 전파되어 S2 표면을 다시 초점 맞춤시킨다. 절차의 단계들은 도 15에 개괄적으로 나타나 있다.

조명 파면이 시험 플랫을 통과함에 따라, 그 파면은 표면 및 지수 불균질성에 의해 변경된다. 파면은 하류로 전파함에 따라 더 회절된다. 초점 흐림에 대해 시험 플랫의 하류에 있는 표면(S2 표면과 같은)을 보정할 때, 방금 설명한 방법의 유효성은 조명 파면에 대한 시험 플랫의 기여의 공간 주파수 내용에 달려 있을 것이다. 시험 플랫의 파면 기여가 작은 충분한 공간 주파수 내용을 가져 회절 변화가 작다면, 초점 흐림 보정은 유효할 것이다. 그렇지 않으면, 발달하는 파면으로 인한 에러가 생길 수 있다

또 다른 실시 형태에서, 도 16에 나타나 있는 4-표면 피조 기하 구조가, 양 표면(S1, S2), 광학 플랫의 물리적 및 광학적 두께 그리고 균질성을 측정하기 위해 사용된다(빈 공동부 측정과 조합될 때). 예컨대, 초점 기구 교정으로부터 결정되는 켤레 초점 위치가 BF인 어떤 점(P)에 화상 촬영기를 위치시킨다. TF에서 BF까지의 거리(L)는 점(P) 및 초점 기구 교정으로부터 결정되고 D1, D2 및 nT는 FTSPI 처리로 알 수 있다. TF:S1 공동부의 복합 필드는 거리(L - D1) 만큼 디지털식으로 전파되어 S1 표면을 다시 초점 맞춤시킨다. S2:RF 푸리에 피크로부터 직접 계산되는 복합 필드는 TF에 대해 참조되지 않는다. S2:RF 공동부를 적절히 다시 초점 맞추기 위해, S2:RF = TF:RF - TF:S2 구성이 사용되고 TF:X 공동부 각각이 개별적으로 다시 초점 맞춤되는데, 왜냐하면 그 공동부가 TF에 대해 참조되기 때문이다. TF:S2 공동부 필드의 복합 필드는 거리(L - D1 - Tn) 만큼 디지털식으로 전파되어 S2 표면을 다시 초점 맞추고, 또한 TF:RF 공동부 필드의 복합 필드는 거리(L - D1 - Tn - D2) 만큼 디지털식으로 전파되어 RF 표면을 다시 초점 맞춘다. 그런 다음에, 다시 초점 맞춤된 각 필드로부터 얻어진 2개의 표면이 감해져 S2:RF 공동부로부터 초점 맞춤된 표면을 얻는다. 대안적으로 그리고 동등하게, 표면은 한 필드 및 켤레 관계인 다른 필드의 곱으로 얻어질 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, RF:S2 공동부의 초점 흐림 교정은 조명 파면에 대한 시험 플랫의 기여에 민감하게 될 것이다. 절차의 단계들은 도 17에 개괄적으로 나타나 있다.

범위

여기서 설명한 초점 보정 기술은 많은 다른 종류의 간섭계에 적용될 수 있다. 예컨대, 간섭계는 Fizeau, Twyman-Green, Mirau, Linnik, Michelson, Shearing, 또는 표면 또는 파면의 단면 프로파일 또는 완전한 3D 결상을 위한 임의의 다른 통상적인 종류의 간섭계 중의 어떤 것이라도 될 수 있다. 또한, 여기서 설명한 초점 보정은 간섭계에 사용되는 측정의 종류(표면 형태, 파형, 거칠기 등을 위한 것인지)에는 무관하다. 또한, 시험 받는 표면과 기준 사이의 간섭이 관찰되는 한, 초점 보정은 원래의 파장 또는 가간섭성(coherence)과는 무관한 간섭계에 적용될 수 있다. 더욱이, 특히, SWPSI 및 FTPSI를 사용할 때, 적절한 광학적 거리가 측정되거나 다른 식으로 결정되는 한, 초점 보정은 임의의 수의 표면 또는 공동부가 관련되는 측정에 적용될 수 있다.

데이타 처리 요소의 특징적 부분은 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어(firmware) 또는 이것들의 조합으로 실행될 수 있다. 그 특징적 부분은 프로그램 가능한 프로세서에 의해 실행될 수 있도록 정보 캐리어, 예컨대, 기계 판독 가능한 저장 장치에서 유형적으로 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품에서 실행될 수 있고, 또한 특징적 부분은 입력 데이타로 작동하고 출력을 발생시켜 전술한 실행의 기능을 수행하기 위해 지시의 프로그램을 실행하는 프로그램 가능한 프로세서로 수행될 수 있다. 설명한 특징적 부분은, 데이타 저장 시스템로부터 데이타와 지시를 받고 데이타와 지시를 그에 전송하도록 연결된 적어도 하나의 프로그램 가능한 프로세서, 적어도 하나의 입력 장치 및 적어도 하나의 출력 장치를 포함하는 프로그램 가능한 시스템에서 실행될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 어떤 기능을 수행하거나 어떤 결과를 얻기 위해 컴퓨터에 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있는 일 세트의 지시를 포함한다. 컴퓨터 프로그램은, 컴파일링된 또는 해석된 언어를 포함하여 어떤 형태의 프로그래밍 언어로도 작성될 수 있고, 또한, 독립적인 프로그램으로서 또는 모듈, 구성 요소, 서브루틴 또는 계산 환경에 사용되기에 적절한 다른 유닛으로서 전개되는 것을 포함하여, 어떤 형태로도 전개될 수 있다.

지시의 프로그램을 실행하기 위한 적절한 프로세서는, 임의의 종류의 컴퓨터의 다수의 프로세서 중의 하나인, 예컨대 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서를 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 읽기 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 모두로부터 지시와 데이타를 받을 것이다. 컴퓨터는 지시를 실행하기 위한 프로세서 및 지시와 데이타를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리를 포함한다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이타 파일을 저장하기 위한 하나 이상의 대량 저장 장치를 또한 포함하거나 그와 통신하도록 작동 가능하게 연결될 것이며, 이러한 장치는 내부 하드 디스크 및 제거 가능한 디스크와 같은 자기 디스크; 자기 광학 디스크; 및 광학 디스크를 포함한다. 컴퓨터 프로그램 지시 및 데이타를 유형적으로 구현하는데 적합한 저장 장치는, 예컨대 EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리 장치와 같은 반도체 메모리 장치; 내부 하드 디스크 및 제거 가능한 디스크와 같은 자기 디스크; 자기 광학 디스크; 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크를 포함하여, 모든 형태의 비휘발성 메모리를 포함한다. 프로세서 및 메모리는 ASIC(application-specific integrated circuit)으로 보충되거나 그에 포함될 수 있다.

사용자와의 상호 작용을 제공하기 위해, 특징적 부분은, 정보를 사용자에게 표시하기 위한 CRT(cathode ray tube), LCD(liquid crystal display) 모니터, 전자 잉크 디스플레이 또는 다른 종류의 디스플레이와 같은 디스플레이 장치, 사용자가 컴퓨터에 입력할 수 있게 해주는 키보드 및 마우스 또는 트랙볼과 같은 지시 장치를 갖는 컴퓨터에서 실행될 수 있다.

본 명세서는 많은 특정한 실행 상세점을 포함하지만, 이것들은 발명 또는 청구 대상의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되고, 오히려, 특별한 발명의 특별한 실시 형태에 특정적인 특징적 부분에 대한 설명인 것으로 해석되어야 한다.

개별적인 실시 형태와 관련하여 본 명세서에서 설명된 어떤 특징적 부분은 단일의 실시 형태에서 조합되어 실행될 수도 있다. 반대로, 단일의 실시 형태와 관련하여 설명된 다양한 특징적 부분들은 또한 복수의 실시 형태에서 개별적으로 또는 임의의 적절한 부분 조합으로 실행될 수 있다.

더욱이, 특징적 부분은 어떤 조합으로 작용하고 심지어 처음에 그 자체로 청구되는 것으로 위에서 설명되었지만, 청구된 조합의 하나 이상의 특징적 부분이 어떤 경우에는 그 조합으로부터 삭제될 수 있고, 청구된 조합은 부분 조합 또는 부분 조합의 변화에 대한 것일 수 있다.

유사하게, 작동은 도면에서 특정한 순서로 나타나 있지만, 이는, 바람직한 결과를 얻기 위해, 그러한 작동은 나타나 있는 특정한 순서 또는 순차적인 순서로 수행될 것을 것을 요구하거나 또는 모든 도시된 작동이 수행될 것을 요구하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 어떤 경우는, 다중 과업적이고 병렬적인 처리가 유리할 수 있다. 더욱이, 전술한 실시 형태에서 다양한 시스템 구성 요소의 분리는, 모든 실시 형태에서 그러한 분리를 요구하는 것으로 이해되어서는 안 되고, 또한 설명된 프로그램 구성 요소 및 시스템은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품에서 함께 통합되거나 복수의 소프트웨어 제품으로 패키징될 수 있음을 이해해야 한다.

이렇게 본 주제의 특정한 실시 형태가 설명되었다. 다른 실시 형태도 이하의 청구 범위에 포함된다. 어떤 경우에, 청구 범위에서 언급된 작용은 다른 순서로 수행될 수 있고 여전히 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 추가로, 첨부 도면에 나타나 있는 공정은, 바람직한 결과를 얻기 위해, 나타나 있는 특정한 순서 또는 순차적인 순서를 반드시 필요로 하는 것은 아니다. 어떤 실행에서는 다중 과업적이고 병렬적인 처리가 유리할 수 있다.

본 발명의 많은 실시 형태를 설명하였다. 그럼에도, 본 발명의 요지와 범위에서 벗어 남이 없이 다양한 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 다른 실시 형태도 이하의 청구 범위에 포함된다.

Claims

간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법에 있어서,
상기 간섭계에 대한 복수 개의 초점 설정을, 간섭계의 기준 표면에 대한 시험 대상물의 시험 표면의 대응하는 복수 개의 위치에 관련시키는 교정 정보를 제공하는 단계로서, 각각의 상기 복수 개의 초점 설정은, 상기 기준 표면에 대한 상기 시험 표면의 대응하는 위치에 대해 상기 간섭계에 의해 생성되는 시험 대상물의 시험 표면의 이미지에 대한 최선의 초점 위치인, 교정 정보 제공 단계;
상기 기준 표면에 대한 상기 시험 표면의 위치를 결정하는 단계; 및
상기 간섭계를 사용하여, 상기 시험 대상물의 특성을 측정하는 데 사용되는 시험 대상물의 간섭 측정 이미지를 모으는 단계를 포함하고,
상기 방법은,
상기 간섭 측정 이미지의 초점도(degree of focus)를 개선하기 위해, 상기 간섭 측정 이미지 중의 적어도 일부를 모으기 전에, 상기 교정 정보 및 기준 표면에 대한 시험 표면의 결정된 위치에 근거하여 간섭계의 초점을 하드웨어로 조절하는 단계; 및
상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 파면(wavefront)의 초점도를 개선하기 위해, 하나 이상의 전자 프로세서를 사용하여, 상기 교정 정보 및 기준 표면에 대한 시험 표면의 결정된 위치에 근거하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 파면을 수학적으로 전파시키는 단계;
중의 적어도 하나를 더 포함하는, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 간섭계는 상기 시험 대상물을 지지하기 위한 줄이 쳐진 스테이지(ruled stage)를 포함하고, 상기 기준 표면에 대한 시험 표면의 위치를 결정하는 단계는 상기 줄이 쳐진 스테이지를 수동적으로 또는 자동적으로 읽는 것을 포함하는, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 간섭계는 가변 파장을 갖는 광원을 포함하고, 상기 간섭 측정 이미지는 상기 광원의 파장을 조절하는 중에 모여지고, 기준 표면에 대한 시험 표면의 위치는 상기 광원의 파장을 조절하는 중에 모여진 간섭 측정 이미지에 근거하여 결정되는, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 방법이, 상기 간섭 측정 이미지의 초점도를 개선하기 위해, 상기 간섭계의 초점을 하드웨어로 조절하는 단계를 포함하는 경우, 상기 조절은 상기 간섭 측정 이미지의 초점도를 개선하기 위해 간섭계의 초점을 기계적으로, 광학적으로, 또는 전기 광학적으로 조절하는 것을 포함하는, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법.
제4항에 있어서,
상기 간섭계는 상기 간섭 측정 이미지를 검출하기 위해 사용되는 검출기를 포함하고, 상기 조절은 상기 검출기의 위치를 조절하거나 또는 검출기의 상류에 있는 초점 광학 요소를 조절하는 것을 포함하는, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 방법이, 상기 파면의 초점도를 개선하기 위해, 상기 교정 정보 및 기준 표면에 대한 시험 표면의 결정된 위치에 근거하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 파면을 수학적으로 전파시키는 단계를 포함하는 경우, 시험 대상물의 특성의 측정은 전파된 파면에 근거하여 결정되는, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 시험 대상물의 측정되는 특성은 표면 지형(topography), 두께 프로파일, 또는 재료 균일성 프로파일을 포함하는, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 시험 대상물의 측정되는 특성은 두께 프로파일 또는 재료 균일성 프로파일을 포함하고, 상기 방법은 상기 교정 정보에 근거하여 시험 대상물의 또다른 표면과 관련되는 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 다른 파면을 수학적으로 전파시키는 단계를 더 포함하는, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 교정 정보는, 알려져 있는 표면 피쳐(feature)를 갖고 시험 대상물과는 다른 인공 대상물로부터 결정되는, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법.
제9항에 있어서,
상기 교정 정보는, 상기 간섭계를 사용하여 시험 대상물의 간섭 측정 이미지를 모으기 전에 결정되는, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법.
제10항에 있어서,
상기 기준 표면에 대한 상기 인공 대상물의 상이한 위치 각각에 대해, 상기 간섭계를 사용하여, 상기 인공 대상물의 간섭 측정 이미지를 모으는 것; 및
상기 인공 대상물의 상이한 위치 각각에 대해, 상기 간섭계에 의해 생성되는 인공 대상물의 이미지에 대한 최선의 초점 위치를 결정하기 위해, 하나 이상의 전자 프로세서를 사용하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 파면을 수학적으로 전파시키는 것
에 의해 상기 교정 정보를 결정하는 단계를 더 포함하는, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법.
시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 간섭 측정 시스템으로서,
시험 대상물의 간섭 측정 이미지를 모으기 위한 간섭계; 및
모여진 간섭 측정 이미지를 분석하기 위해 상기 간섭계에 연결되어 있는 하나 이상의 전자 프로세서를 포함하고,
상기 하나 이상의 전자 프로세서는, 상기 간섭계에 대한 복수 개의 초점 설정을, 간섭계의 기준 표면에 대한 시험 대상물의 시험 표면의 대응하는 복수 개의 위치에 관련시키는 교정 정보를 저장하도록 구성되어 있고, 각각의 상기 복수 개의 초점 설정은, 상기 기준 표면에 대한 상기 시험 표면의 대응하는 위치에 대해 상기 간섭계에 의해 생성되는 시험 대상물의 시험 표면의 이미지에 대한 최선의 초점 위치이며,
상기 하나 이상의 전자 프로세서는,
상기 간섭 측정 이미지의 초점도를 개선하기 위해, 상기 간섭 측정 이미지 중의 적어도 일부를 모으기 전에, 상기 교정 정보 및 기준 표면에 대한 시험 표면의 위치에 관한 정보에 근거하여 간섭계의 하드웨어를 조절하는 것; 및
상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 파면의 초점을 개선하기 위해, 상기 교정 정보 및 기준 표면에 대한 시험 표면의 위치에 관한 정보에 근거하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 파면을 수학적으로 전파시키는 것;
중의 적어도 하나를 행하도록 구성되어 있는, 간섭 측정 시스템.
제12항에 있어서,
상기 간섭계는, 상기 시험 대상물을 지지하기 위한 줄이 쳐진 스테이지, 및 상기 기준 표면에 대한 시험 표면의 위치를 읽기 위한 판독기를 포함하고, 판독기는 기준 표면에 대한 시험 표면의 위치에 관한 정보를 상기 하나 이상의 전자 프로세서에 제공하는, 간섭 측정 시스템.
제12항에 있어서,
상기 간섭계는 가변 파장을 갖는 광원을 포함하고, 간섭계는 상기 광원의 파장을 조절하는 중에 상기 간섭 측정 이미지를 모으도록 구성되어 있고, 상기 하나 이상의 전자 프로세서는, 상기 광원의 파장을 조절하는 중에 모여진 간섭 측정 이미지에 근거하여 기준 표면에 대한 시험 표면의 위치에 관한 정보를 결정하도록 구성되어 있는, 간섭 측정 시스템.
제12항에 있어서,
상기 전자 프로세서가, 간섭 측정 이미지의 초점도를 개선하기 위해, 상기 교정 정보 및 기준 표면에 대한 시험 표면의 위치에 관한 정보에 근거하여 간섭계의 하드웨어를 조절하도록 구성되는 경우, 하드웨어 조절은 간섭 측정 이미지의 초점도를 개선하기 위해 기준 표면을 기계적으로, 광학적으로, 또는 전기 광학적으로 조절하는 것을 포함하는, 간섭 측정 시스템.
제15항에 있어서,
상기 간섭계는 상기 간섭 측정 이미지를 검출하기 위해 사용되는 검출기를 포함하고, 상기 하드웨어 조절은 상기 검출기의 위치를 조절하는 것을 포함하는, 간섭 측정 시스템.
제12항에 있어서,
상기 하나 이상의 전자 프로세서가, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 파면의 초점도를 개선하기 위해, 상기 교정 정보 및 기준 표면에 대한 시험 표면의 위치에 관한 정보에 근거하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 파면을 수학적으로 전파시키도록 구성되는 경우, 상기 하나 이상의 전자 프로세서는 전파된 파면에 근거하여 상기 시험 대상물의 특성을 결정하도록 더 구성되어 있는, 간섭 측정 시스템.
제12항에 있어서,
상기 시험 대상물의 측정되는 특성은 표면 지형, 두께 프로파일, 또는 재료 균일성 프로파일을 포함하는, 간섭 측정 시스템.
제12항에 있어서,
상기 시험 대상물의 측정되는 특성은 두께 프로파일 또는 재료 균일성 프로파일을 포함하고, 상기 하나 이상의 전자 프로세서는 상기 교정 정보에 근거하여 시험 대상물의 또다른 표면과 관련되는 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 다른 파면을 수학적으로 전파시키도록 더 구성되어 있는, 간섭 측정 시스템.
제12항에 있어서,
상기 교정 정보는, 알려져 있는 표면 피쳐를 갖고 시험 대상물과는 다른 인공 대상물로부터 결정되는, 간섭 측정 시스템.
시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 간섭 측정 시스템으로서,
시험 대상물의 간섭 측정 이미지를 모으기 위한 간섭계; 및
모여진 간섭 측정 이미지를 분석하기 위해 상기 간섭계에 연결되어 있는 하나 이상의 전자 프로세서를 포함하되, 여기서,
상기 간섭계는 가변 파장을 갖는 광원을 포함하고,
상기 간섭계는 상기 광원의 파장을 조절하는 중에 상기 간섭 측정 이미지를 모으도록 구성되어 있고,
상기 하나 이상의 전자 프로세서는, 상기 광원의 파장을 조절하는 중에 모여진 간섭 측정 이미지에 근거하여 간섭계의 기준 표면에 대한 시험 대상물의 시험 표면의 위치에 관한 정보를 결정하도록 구성되어 있고, 또한,
상기 하나 이상의 전자 프로세서는, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 파면의 초점도를 개선하기 위해, 상기 기준 표면에 대한 시험 표면의 위치에 관한 결정된 정보에 근거하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 파면을 수학적으로 전파시키도록 더 구성되어 있는, 간섭 측정 시스템.
제21항에 있어서,
상기 하나 이상의 전자 프로세서는 전파된 파면에 근거하여 상기 시험 대상물의 특성을 결정하도록 더 구성되어 있는, 간섭 측정 시스템.
제21항에 있어서,
상기 하나 이상의 전자 프로세서는, 상기 기준 표면에 대한 시험 표면의 위치에 관한 정보 및 상기 간섭계에 대한 복수 개의 초점 설정을 상기 기준 표면에 대한 시험 표면의 대응하는 복수 개의 위치에 관련시키는 교정 정보에 근거하여, 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 파면을 수학적으로 전파시키도록 구성되고, 각각의 상기 복수 개의 초점 설정은, 상기 간섭계에 의해 생성되는 시험 표면의 이미지에 대한 최선의 초점 위치인, 간섭 측정 시스템.
제23항에 있어서,
상기 시험 대상물의 측정되는 특성은 표면 지형, 두께 프로파일, 또는 재료 균일성 프로파일을 포함하는, 간섭 측정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 시험 대상물은 기준 표면과 함께 간섭 측정 공동부를 각각 형성하는 다수의 테스트 표면을 포함하고, 상기 시험 대상물의 측정되는 특성은 시험 대상물의 상기 다수의 테스트 표면에 관한 것이며 모여진 간섭 측정 이미지로부터 구해지는 것인, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법.
제25항에 있어서,
상기 하나 이상의 전자 프로세서를 사용해, 상기 교정 정보에 근거하여 상기 시험 대상물의 또다른 시험 표면과 관련되는 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 다른 파면을 수학적으로 전파시키는 단계를 더 포함하는, 간섭계로 시험 대상물의 특성을 측정하기 위한 방법.
제12항에 있어서,
상기 시험 대상물은 기준 표면과 함께 간섭 측정 공동부를 각각 형성하는 다수의 테스트 표면을 포함하고, 상기 시험 대상물의 측정되는 특성은 시험 대상물의 상기 다수의 테스트 표면에 관한 것이며 상기 하나 이상의 전자 프로세서에 의해 모여진 간섭 측정 이미지로부터 구해지는 것인, 간섭 측정 시스템.
제27항에 있어서,
상기 하나 이상의 전자 프로세서는, 상기 교정 정보에 근거하여 상기 시험 대상물의 또다른 시험 표면과 관련되는 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 다른 파면을 수학적으로 전파시키도록 더 구성되는, 간섭 측정 시스템.
제23항에 있어서,
상기 시험 대상물은 기준 표면과 함께 간섭 측정 공동부를 각각 형성하는 다수의 테스트 표면을 포함하고, 상기 시험 대상물의 측정되는 특성은 시험 대상물의 상기 다수의 테스트 표면에 관한 것이며 상기 하나 이상의 전자 프로세서에 의해 모여진 간섭 측정 이미지로부터 구해지는 것인, 간섭 측정 시스템.
제29항에 있어서,
상기 하나 이상의 전자 프로세서는, 상기 교정 정보에 근거하여 상기 시험 대상물의 또다른 시험 표면과 관련되는 상기 간섭 측정 이미지로부터 구해진 적어도 하나의 다른 파면을 수학적으로 전파시키도록 더 구성되는, 간섭 측정 시스템.