KR102668017B1 - 광학적 3차원 토포그래피 측정을 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

광학적 3차원 토포그래피 측정을 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

물체의 표면의 3차원 토포그래피 측정을 위해, 패턴화된 조명은 대물 렌즈를 통해 표면 상에 투영된다. 물체와 대물 렌즈 사이의 상대적 이동이 수행되고, 표면의 복수의 이미지가 대물 렌즈를 통해 검출기에 의해 기록된다. 상대적 이동의 방향은 대물 렌즈의 광축과의 경사각을 포함한다. 표면 상의 주어진 위치에 대한 높이 정보는 각각의 위치로부터 기록된 강도의 변화로부터 도출된다. 또한, 패턴화된 조명 및 균일한 조명이 표면 상에 교대로 투영될 수 있는 반면, 표면의 이미지는 대물 렌즈의 광축을 따라 물체와 대물 렌즈의 상대적 이동 동안 기록된다. 균일한 조명은 표면 상의 경면 구조(specular structure)에 대한 높이 정보를 얻기 위해 사용되며, 패턴화된 조명은 표면의 다른 부분에 대한 높이 정보를 얻는 데 사용된다.

Description

광학적 3차원 토포그래피 측정을 위한 방법 및 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은 2016년 2월 1일에 출원된 미국 가출원 제62/289,889호의 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명은 물체의 표면의 3차원(3D) 토포그래피(topography) 측정을 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 여기서, 패턴화된 조명이 대물 렌즈를 통해 물체의 표면 상에 투영되고, 표면 상의 높이 정보가 물체와 대물 렌즈 사이의 상대적 이동동안에 기록된(recorded) 표면의 이미지로부터 얻어진다.
물체의 표면의 토포그래피에 대한 정보는 다양한 제조 영역에서 필요하다. 그러한 정보에 대한 필요성이 특히 두드러지는 영역은 반도체 제조인데, 여기서는 반도체 디바이스가 적절한 기능을 보장하기 위해 검사될 필요가 있다. 이러한 검사에는 웨이퍼 상의 디바이스를 구성하는 특정 구조뿐만 아니라 디바이스의 컴포넌트를 함께 유지하는 데 필요한 솔더 범프(solder bump)와 같은 엔티티도 포함된다. 예를 들어, 웨이퍼로부터 절단된 다이는 먼저 솔더 범프의 어레이로 칩의 핀에 접촉될 수 있다. 그런 다음 칩은 솔더 볼에 의해 외부 회로에 접촉될 수 있다. 품질 보증을 위해 기판에 대한 솔더 범프 및 솔더 볼의 높이는 솔더링을 완료하기 전에 검사되어야 한다.
3D 토포그래피 측정에 대한 여러 방법이 당 업계에 잘 알려져 있다. 이러한 방법들 중에는 백색광 간섭계(white light interferometry), 공초점 현미경(confocal microscopy), 구조화된 조명 기반의 방법 및 스테레오 비전을 이용한 레이저 삼각 측량(laser triangulation)이 있다. 이러한 모든 방법에는 특유의 장점과 단점이 있다.
백색광 간섭계는 매우 높은 정밀도의 높이 정보를 제공할 수 있다. 표면은 간섭계에서 한 파장보다 작은 스텝만큼 이동한다; 따라서, 반도체 디바이스를 검사할 때, 표면 상에 발생하는 높이 변화에 필적하는 범위에 걸쳐 스텝가 연장되어야 하므로, 표면의 다수의 프레임이 취해지고 처리될 필요가 있다.
공초점 현미경 및 구조화된 조명 기반의 방법 모두 오히려 표준 현미경 광학을 필요로 한다. 두 가지 방법 모두 일반적인 반도체 디바이스의 규모에서 표면 토포그래피를 검사하는 데 더 적합하다. 공초점 현미경은 일반적으로 구조화된 조명 기반의 방법보다 더 우수한 높이 해상도를 제공하지만, 보다 복잡하고 비싼 광학 설정을 또한 필요로 한다.
구조화된 조명 기반의 방법의 기본 개념은 물체의 표면에 격자(grating)와 같은 패턴을 투영하는 것이다. 두 가지 일반적인 접근 방법이 있다.
더 긴 작동 거리 및 더 큰 초점 심도가 가능한 예를 들어 0.1 미만의 낮은 개구 수(numerical aperture, NA)를 갖는 이미징 시스템의 경우, 패턴은 이미징 광축에 대해 소정 각도로 표면 상에 투영될 수 있다 . 이러한 배열은 라인 조명의 위치 시프트 대신 프린지 위상 시프트가 표면 높이를 추출하는 데 사용되므로 레이저 삼각 측량과 유사하다. 이 방법은 위상 시프트 프린지 투영 방법으로도 알려져 있다.
NA가 0.1보다 높은 이미징 시스템의 경우, 초점 심도 및 작동 거리가 모두 제한되어 있기 때문에, 경사 투영 또는 경사 이미징이 쉽게 구현되지 않는다. 여기서, 대신에, 패턴, 예를 들어 격자가 이미징 광학을 통해 표면 상에 투영되고, 이미징 광학의 광축은 물체의 표면에 대해 수직이고, 더 정확하게는 표면의 일반적인 거시적인 연장에 의해 정의된 평면에 수직이다. 이러한 배열 때문에, 프린지 위상 시프트으로부터 높이 정보를 추출할 수 없다. 대신에, 높이 정보는 물체를 광축에 평행한 방향으로 이동시키고, 투영된 패턴의 콘트라스트가 최대인이 방향을 따라 위치 시프트를 발견함으로써 얻어질 수 있다.
이러한 설정과 공초점 현미경 사이에는 유사점이 있지만 광학은 더 간단하며 릴레이 광학을 필요로 하지 않는다. 그러나, 패턴 이미지의 콘트라스트를 추출하기 위해서는 각각의 높이 위치에 대해 3개 이상의 프레임이 필요하기 때문에 더 높은 데이터 레이트가 요구된다.
표면에 수직인 구조화된 조명의 그러한 접근법의 한 예는 출원 13/309,244에 대해 발행된 미국 특허 US 8,649,024 B2에서 찾아볼 수 있다. 패턴은 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)에 의해 생성되고, 이미징 대물 렌즈의 광축을 따라 물체의 표면 상에 투영된다. 물체는 광축을 따라 대물 렌즈에 대해 상대적으로 이동되는 반면, SLM은 투영된 패턴을 변조하고 복수의 이미지가 기록된다. 표면 상의 특정 위치에서 투영된 패턴의 최대 콘트라스트는 각각의 위치에 대한 높이 정보를 산출한다.
위에서 언급한 3D 토포그래피 측정 방법 중 무엇이 최상인지는 특정 측정 어플리케이션의 요구 사항에 따라 다르다. 반도체 디바이스 검사의 경우, 몇 가지 핵심 요구 사항은 몇 μm의 표면의 거시적 확장에 의해 정의된 평면에서의 해상도, 1 μm 미만의 이 평면에 수직인 방향을 따라 물체를 위치시키는 반복성, 몇 백 μm의 수직 방향을 따라 움직이는 전체 범위이다. 이러한 관점에서, 구조화된 조명에 기초한 방법은 3D 토포그래피 측정에 의한 반도체 디바이스 검사에 가장 적합한 것처럼 보인다. 관련 시스템의 구성은 표면의 평면에서의 해상도와 평면에 수직인 반복성의 넓은 범위를 모두 포괄할 수 있으며, 이 방법은 법선 방향을 따라 넓은 범위의 상대적 이동을 달성한다. 광학은 비교적 간단하고 비용이 적게 들고, 법선 방향을 따라 조명과 이미징을 설정하는 것은 주로 경면 반사(specular reflection)가 있는 표면과 주로 확산 반사(diffuse reflection)가 있는 표면을 포함하여 매우 다양한 표면 종류에 적합하다. 특히, 솔더 범프의 검사와 관련하여, 더 큰 NA는 더 작은 범프의 구형 범프 상부에서 더 많은 수의 사용 가능한 픽셀을 산출한다.
위에서 개요가 서술되고 인용된 미국 특허 US8,649,024B2에서 예시된 구조화된 조명의 기본 개념은 요구되는 정밀도 및 정확도를 달성하지만, 미해결된 문제점은 항상 증가하는 처리량 요건을 바람직하게는 저비용으로 더욱이 스케일러블(scalable) 방식으로 충족시키는 동시에, 이러한 요구되는 특성을 어떻게 성취하는가 하는 것이다. 예를 들어, 패턴화된 조명을 생성하는데 사용되는 인용된 미국 특허 제8,649,024B2의 공간 광 변조기는 비싸고, 큰 시야를 커버하기 위한 해상도 및 픽셀 카운트를 갖지 않지만, 이는 더 높은 처리량에 필수적일 것이다.
본 발명의 목적은 용이하게 구현되고, 법선 방향을 따라 충분한 면내(in-plane) 해상도 및 반복성을 제공하고, 스케일러블한, 물체의 표면의 3차원 토포그래피 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 구성이 간단하고, 법선 방향을 따라 충분한 면내 해상도 및 반복성을 제공하며, 스케일러블하도록 모듈식이고 콤팩트한, 물체의 표면의 3차원 토포그래피 측정 시스템을 제공하는 것이다.
방법에 관한 목적은 청구항 제1항 또는 제11항에 따른 방법에 의해 달성된다.
시스템에 관한 목적은 청구항 제23항 또는 제33항에 따른 시스템에 의해 달성된다.
물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정을 위한 본 발명에 따른 방법에서, 패턴화된 조명은 물체의 표면 상에 대물 렌즈를 통해 투영된다. 물체와 대물 렌즈 사이의 상대적 이동이 수행된다. 상대적 이동의 방향은 대물 렌즈의 광축과의 경사각을 포함한다. 물체의 표면은 상대적 이동 중에 대물 렌즈의 초점면을 통과한다; 대물 렌즈의 광축은 초점면에 수직이다. 상대적 이동 중에, 표면의 복수의 이미지가 대물 렌즈를 통해 기록된다. 패턴화된 조명의 패턴은 대물 렌즈의 초점면에서 가장 잘 초점을 맞춘다; 초점면에 평행하지만 광축을 따라 초점면으로부터 오프셋된 평면에서, 패턴은 초점이 맞지 않는다. 표면의 이미지에서, 초점면에 있는 표면의 부분들은 이미지에서 최상의 초점으로 나타난다; 초점면에 있지 않은 표면의부분들은 초점을 벗어난 것처럼 보인다. 최상의 초점에서의 표면 상의 패턴(최상의 촛점에서 이미징됨)은 또한 높은 콘트라스트를 가지지만, 초점을 벗어난 표면 상의 패턴(촛점을 벗어나서 이미징됨)은 또한 표면의 기록된 이미지에서 콘트라스트가 감소된다. 광축을 따르는 표면의 부분들의 위치에 대한 콘트라스트의 의존성은 상대적 이동 동안 물체의 표면의 이들 부분으로부터 기록된 강도의 변화를 유도한다. 물체의 표면 상의 각각의 위치에 대한 높이 정보는 복수의 이미지 내의 각각의 위치로부터 기록된 강도의 변화로부터 도출된다.
표면 상의 위치의 높이는 기준면(reference plane)에 수직인 방향을 따라 기준면으로부터의 위치의 거리를 지칭한다. 일반적으로 기준면은 표면의 거시적 확장에 의해 정의된다; 예를 들어, 제조된 웨이퍼는 그 표면 상에 다수의 미세 구조를 가지지만, 육안으로 볼 때, 이 표면은 평면 표면으로 보이고, 따라서 평면을 정의한다. 이 방법을 수행하는 동안, 물체가 정확하게 정렬되면 기준면은 물체의 초점면에 평행하다. 표면 상의 모든 위치에 대한 높이는 표면의 토포그래피를 나타낸다. 상대적 이동 방향과 대물 렌즈의 광축 사이의 경사각으로 인해, 상대적 이동 중에 물체의 표면에 대한 패턴화된 조명의 패턴 위치가 변한다. 이는 구조화된 조명 또는 패턴화된 조명의 종래 기술 방법에서 필요로 하는 바와 같이, 패턴을 개별적으로 변조할 필요를 없애고, 따라서 상기 방법을 더 용이하게 구현하게 한다. 상대적 이동 중에 물체과 대물 렌즈 간의 상대적 이동은 측정될 표면의 임의의 특정 위치에 충돌하는 광 강도(light intensity)의 변조를 일으킨다. 이 변조는 한편으로는 위에서 막 논의된, 투영된 조명의 패턴과 표면 사이의 상대적인 이동에 기인하지만, 중요하게는 물체가 대물 렌즈에 대해 상대적으로 움직일 때, 특정 위치에서의 패턴의 콘트라스트의 변화로 인한 추가적인 원인을 포함한다. 결국, 이것은 복수의 이미지의 각각의 위치로부터 기록된 광 강도의 변조를 초래한다. 각각의 위치에 대한 높이는 기록된 광 강도의 변조로부터 유도된다. 예를 들어 복수의 이미지 각각이 각각 기록된 기준면이 광축과 교차하는 광축 상의 위치로서 표현되는, 광축을 따르는 물체의 각각의 위치는, 높이 정보를 도출하기 위한 분석에 사용되는 정보이다.
컴퓨터에 의한 방법 및 데이터 분석의 컴퓨터 구동 성능에 특히 적합한 유리한 실시 예에서, 복수의 이미지 각각은 디지털 이미지, 즉 픽셀의 어레이로서 기록된다. 디지털 이미지 처리에 의해, 각각의 이미지는 물체의 표면 상의 주어진 위치가 복수의 이미지의 모든 이미지에 대한 픽셀의 어레이 내의 하나의 동일한 픽셀에 대응하도록 시프트된다. 이 시프트는 대물 렌즈의 광축에 수직인 평면에서 대물 렌즈와 물체 사이의 변위를 보상하며, 이 변위는 물체와 대물 렌즈 사이의 상대적 이동의 경사각으로 인한 것이다. 이러한 방식으로 물체의 표면 상의 특정 위치로부터 기록된 광 강도의 변조는, 시프트 후의 모든 기록된 이미지의 표면 상의 위치를 나타내는 어레이의 특정 픽셀이 복수의 이미지의 다양한 이미지에서 추정하는 값에 의해 모니터링된다. 어레이에서의, 즉 디지털 이미지에서의 픽셀 수 및 해상도 요건에 따라, 하나보다 많은 픽셀의 값이 예를 들어, 합산 또는 평균화함으로써 결합될 수 있고, 그 결과는 방법의 추가 과정을 위해 물체의 표면 상의 각각의 위치로부터 기록된 광의 강도에 대응하는 것으로 간주될 수 있다. 복수 픽셀을 평균화하면 노이즈가 감소한다. 예를 들어, N × N 픽셀 어레이의 값은 예를 들어 N = 2, 3, 4 또는 5와 같이 평균화될 수 있다.
실시 예에서, 패턴화된 조명은 패턴 마스크의 인코히어런트(incoherent) 조명에 의해 생성된다. 패턴 마스크는 특히 격자일 수 있다. 보다 구체적으로, 격자는 진폭 격자 또는 위상 격자일 수 있다. 사용될 수 있는 격자 지오메트리의 비-제한적인 예는 라인 격자, 사인파 격자 또는 교차-라인 격자이다. 상기 격자는 또한 블레이즈드(blazed) 격자일 수 있다. 보다 일반적으로, 패턴 마스크는 이러한 옵션들에 제한되지 않고 체커보드 패턴 또는 핀홀 어레이를 가질 수 있다. 구조화된 조명을 생성하기 위해 당 업계에 공지된 임의의 패턴이 또한 본 발명에 따른 방법에 적합하다. 격자는 바람직하게는 기계적이고, 예를 들어 에칭된 금속 시트 또는 예를 들어 유리 위의 크롬(Cr)과 같은 금속 코팅된 유리 기판이다.
원칙적으로, 패턴화된 조명을 생성하기 위해 공간 광 변조기가 또한 고려될 수 있다. 그러나 패턴 마스크 또는 격자는 여러 가지 이유로 선호된다: 격자는 공간 광 변조기보다 상당히 더 높은 해상도로 이용 가능하며 픽셀 카운트에 의해 제한되지 않는다; 이는 광축에 수직인 평면에서의 해상도 및 시야 측면에서 모두 유리하다. 공간 광 변조기에 대해 이용 가능하고 예상되는 픽셀 카운트는 카메라, 예를 들어 CMOS 기반 카메라의 픽셀 카운트보다 훨씬 뒤떨어지며, 이는 본 발명의 방법에 따라 물체의 표면의 디지털 이미지를 기록하는데 사용될 수 있다. 이것은 여기에서 공간 광 변조기가 지배적인 한계가 되므로 피하여야 함을 의미한다. 또한, (픽셀 카운트에 의해 제한되는) 특정한 최소 파장의 변조를 생성할 수 있는 공간 광 변조기는 격자의 이웃 라인들 사이의 거리가 더 낮은 격자(gratings with an orders of magnitude lower distance)보다 훨씬 더 비싸다.
물체의 표면 상의 투영된 패턴화된 조명의 콘트라스트를 향상시키기 위해, 패턴화된 조명은 유리하게는 동일한 세기로 0차 회절 차수 및 하나의 회절 차수, 예를 들어 하나의 1차 회절 차수만을 포함하도록 생성될 수 있다. 이것은 예를 들어, 블레이즈드 격자를 사용하여 달성될 수 있다.
일반적으로 그리고 특정 실시 예와 관련하여 전술한 본 발명의 방법의 스텝는 다수의 물체에 대해 병렬로 수행되는 것이 유리할 수 있다. 이러한 방식으로 처리량을 늘릴 수 있다; 방법이 종래 기술의 방법보다 구현하기 쉽기 때문에, 이러한 처리량의 증가는 또한 용이하게 그리고 비교적 낮은 비용으로 달성될 수 있다.
물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정을 위한 본 발명에 따른 방법의 또 다른 일반적인 실시 예에서, 패턴화된 조명 및 균일한 조명은 물체의 표면 상에 대물 렌즈를 통해 교호하면서 투영된다. 따라서, 물체의 표면이 패턴화된 조명으로 조명되는 시간 간격들 및 물체의 표면이 균일한 조명으로 조명되는 시간 간격들이 있다.
물체와 대물 렌즈 사이의 상대적 이동이 수행된다. 상대적 이동의 방향은 대물 렌즈의 광축을 따른 성분을 포함한다; 표면은 상대적 이동 동안 대물 렌즈의 초점면을 통과한다. 광축은 초점면에 수직이다. 상대적 이동 중에, 표면의 복수의 이미지가 대물 렌즈를 통해 기록된다. 물체의 표면 상의 각각의 위치에 대한 높이 정보는 복수의 이미지 내의 각각의 위치로부터 기록된 강도의 변화로부터 도출된다.
표면 상의 위치의 높이는 기준면에 수직인 방향을 따라 기준면으로부터 위치의 거리를 지칭한다. 일반적으로 기준면은 표면의 거시적 확장에 의해 정의된다; 예를 들어, 제조된 웨이퍼는 그 표면 상에 다수의 미시적 구조를 가지지만, 육안으로 볼 때, 이 표면은 평면 표면으로 보이므로, 평면을 정의한다. 이 방법을 수행하는 동안, 물체가 정확하게 정렬되면 기준면은 물체의 초점면에 평행하다. 표면 상의 모든 위치에 대한 높이는 표면의 토포그래피를 나타낸다. 예를 들어 복수의 이미지 각각이 각각 기록된 기준면이 광축과 교차하는 광축 상의 위치로서 표현되는, 광축을 따르는 물체의 각각의 위치는, 높이 정보를 도출하기 위한 분석에 사용되는 정보이다.
물체와 대물 렌즈 사이의 상대적 이동 중에 기록된 복수의 이미지 중에서, 균일한 조명 하에서 일부 이미지가 기록되고, 패턴화된 조명 하에서 일부 이미지가 기록된다. 실시 예에서, 균일한 조명 하에서 기록된 복수의 이미지의 이미지는 표면 상의 경면(specular) 구조에 대한 높이 정보를 유도하는데 사용되며, 패턴화된 조명 하에서 기록된 복수의 이미지의 이미지는 경면 구조 사이의 표면의 위치에 대해 높이 정보를 도출하는데 사용된다. 예를 들어, 경면 구조는 표면 상의 솔더 범프일 수 있다. 솔더 범프에 대한 높이 정보는 그 후 균일한 조명 하에서 기록된 이미지로부터 도출되며, 솔더 범프 사이의 표면에 대한 높이 정보는 패턴화된 조명 하에서 기록된 이미지로부터 도출된다. 특정 실시 예에서, 예를 들어 솔더 범프와 같은 경면 구조에 대한 높이 정보는 경면 구조의 상단(top) 부분의 이미지의 크기로부터 도출된다. 이 크기는 균일한 조명 하에서 기록된 이미지들 사이에서 서로 다르며, 이 변화는 또한 다양한 이미지들의 상단 부분을 나타내는 이미지 내의 픽셀들에 대한 강도 변화를 구성한다. 대물 렌즈의 광축을 따른 경면 구조의 상단 부분의 위치는 이러한 크기 변화로부터 도출될 수 있고, 따라서 간접적으로 경면 구조에 대한 높이 정보가 얻어질 수 있다. 최상의 초점에서, 즉 경면 구조의 상단 부분이 초점면에 있을 때, 상단 부분의 이미지의 크기는 가장 작다. 대안으로서, 경면 구조에 대한 높이 정보는 상대적 이동의 과정에서 피크 픽셀 강도로부터 얻어질 수 있다. 경면 구조의 상단으로부터 기록된 강도, 및 따라서 경면 구조의 상단에 대응하는 픽셀의 값은 경면 구조의 상단이 대물 렌즈의 초점면에 있는 경우 가장 높다.
특정 실시 예에서, 상대적 이동의 방향은 대물 렌즈의 광축에 평행하다. 이들 실시 예에서, 디지털 이미지의 경우에, 대물 렌즈의 광축에 수직인 물체의 변위가 없기 때문에, 특히, 전술한 바와 같은 기록된 이미지의 시프트에 대한 필요가 없다. 기록된 디지털 이미지들의 픽셀 어레이 내의 주어진 픽셀은 그러한 시프트가없이 물체의 표면 상의 동일한 위치에 대응할 것이다.
패턴화된 조명 하에서 물체의 표면의 기록된 이미지에서의 패턴화된 조명의 패턴의 콘트라스트는 표면의 임의의 이미징된 부분 또는 표면 상의 이미징된 위치가 대물 렌즈의 광축을 따라 가지는 위치에 의존하기 때문에 상대적 이동의 과정에 따라 다르다. 표면의 이러한 부분 또는 표면 상의 위치가 대물 렌즈의 초점면에 있으면 콘트라스트가 가장 좋다. 따라서, 표면 상의 부분 또는 표면 상의 위치에 대한 높이 정보는 복수의 이미지에서의 패턴의 콘트라스트로부터 도출될 수 있다.
교번 조명을 갖는 실시 예에서, 패턴화된 조명은 또한 패턴 마스크의 인코히어런트 조명에 의해 생성될 수 있다. 패턴 마스크는 특히 격자일 수 있다. 보다 구체적으로, 격자는 진폭 격자 또는 위상 격자일 수 있다. 사용될 수 있는 격자 지오메트리의 비-제한적인 예는 라인 격자, 사인파 격자 또는 교차-라인 격자일 수 있다. 상기 격자는 또한 블레이즈드 격자일 수 있다. 보다 일반적으로, 패턴 마스크는 이러한 옵션들에 제한되지 않고 체커보드 패턴 또는 핀홀 어레이를 가질 수 있다. 구조화된 조명을 생성하기 위해 당 업계에 공지된 임의의 패턴이 또한 본 발명에 따른 방법에 적합하다. 격자는 바람직하게는 기계적이고, 예를 들어 에칭된 금속 시트 또는 예를 들어 유리 위의 크롬(Cr)과 같은 금속 코팅된 유리 기판이다.
또한, 물체의 표면 상의 투영된 패턴화된 조명의 콘트라스트를 향상시키기 위해 패턴화된 조명만을 갖는 실시 예와 유사하게, 패턴화된 조명은 유리하게는 동일한 세기로 0차 회절 차수 및 하나의 회절 차수, 예를 들어 하나의 1차 회절 차수만을 포함하도록 생성될 수 있다. 이것은 예를 들어, 블레이즈드 격자를 사용하여 달성될 수 있다.
패턴화된 조명만을 갖는 실시 예의 경우, 본 방법의 스텝들은 유리하게는 복수의 물체에 대해 병렬로 수행될 수 있다. 이러한 방식으로 처리량을 늘릴 수 있다; 방법이 종래 기술의 방법보다 구현하기 쉽기 때문에, 이러한 처리량의 증가는 또한 용이하게 그리고 비교적 낮은 비용으로 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정을 위한 시스템은 패턴화된 조명의 소스(source), 대물 렌즈, 검출기 및 대물 렌즈와 물체 사이의 상대적인 이동을 수행하는 수단을 포함한다.
대물 렌즈는 패턴화된 조명을 물체의 표면에 지향시키도록 배열(arrange)되고, 또한 물체의 표면을 검출기로 이미징시키도록 배열되고, 검출기는 결과적으로 물체의 표면의 복수의 이미지를 기록하도록 배열되고 구성된다. 검출기는 예를 들어 디지털 이미지를 기록하도록 구성된 카메라의 일부일 수 있다. 검출기는 예를 들어 CMOS 또는 CCD 기술에 기초할 수 있다. 대물 렌즈와 물체 사이의 상대적 이동을 수행하기위한 수단은 상대적 이동의 방향이 대물 렌즈의 광축과의 경사각을 포함하도록 구성된다. 그러므로 대물 렌즈와 물체 사이의 1차원 병진 상대적 이동을 수행할 수 있는 수단을 구현하는 것으로 충분하다. 종래 기술에서와 같이, 물체의 표면을 이미징하는데 사용되는 대물 렌즈의 광축을 따라, 예를 들어, 물체를 이동시킬 필요가 없고, 또한, 예를 들어, 공간 광 변조기를 사용함으로써 또는 격자를 추가적으로 움직임으로써 패턴화된 조명을 변조할 필요가 없다.
실시 예에서, 패턴화된 조명의 소스는 광원(light source) 및 패턴 마스크를 포함한다. 광원은 특히 인코히어런트 광원, 예를 들어, 하나 또는 복수의 발광 다이오드(light emitting diode, LED)일 수 있다.
실시 예에서, 패턴 마스크는 그것에 한정되지 않고 체커보드 패턴 또는 핀홀 어레이를 갖는다. 패턴화된 조명을 생성하는 것으로 당 업계에 공지된 다른 패턴이 또한 사용될 수 있다.
특히, 패턴 마스크는 격자일 수 있고, 보다 구체적으로 진폭 격자 또는 위상 격자일 수 있다. 격자는 예를 들어 라인 격자 또는 사인파 격자 또는 교차-라인 격자일 수 있다. 격자는 또한 블레이즈드 격자일 수 있다. 격자는 바람직하게는 기계적이고, 예를 들어 에칭된 금속 시트 또는 예를 들어 유리 위의 크롬(Cr)과 같은 금속 코팅된 유리 기판이다.
유리한 실시 예에서, 빔 스플리터는 패턴화된 조명의 소스와 대물 렌즈 사이의 조명 경로, 및 대물 렌즈와 검출기 사이의 이미징 경로 모두가 빔 스플리터를 통과하는 방식으로 배열된다. 특히, 대물 렌즈는 회절 제한 성능으로 보정될 수 있으며, 보정은 또한 빔 스플리터를 고려한다. 이러한 방식으로 고품질의 광학 설정이 이루어지며 동시에 이 설정은 비교적 콤팩트하고 간단한 구성으로 이루어진다. 결과적으로, 설정은 저비용 모듈로서 실현될 수 있고, 복수의 모듈은 복수의 물체에 대해 3D 토포그래피 측정을 병렬로 수행하기 위한 디바이스로 결합될 수 있다.
패턴 마스크 및 검출기를 공액 평면에 배치함으로써 이미징 오차의 추가 감소 및 궁극적으로 측정 정밀도의 증가가 달성된다.
물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템의 또 다른 일반적인 실시 예에서, 시스템은 패턴화된 조명의 소스 및 균일한 조명의 소스, 대물 렌즈, 검출기, 및 대물 렌즈와 물체 사이의 상대적 이동을 수행하는 수단을 포함한다.
대물 렌즈는 패턴화된 조명 및 균일한 조명 모두를 물체의 표면으로 지향시키고 물체의 표면을 검출기 상에 이미징하도록 배열되고, 검출기는 결과적으로 물체의 표면의 복수의 이미지를 기록하도록 배열되고 구성된다. 검출기는 예를 들어 디지털 이미지를 기록하도록 구성된 카메라의 일부일 수 있다. 검출기는 예를 들어 CMOS 또는 CCD 기술에 기초할 수 있다. 대물 렌즈와 물체 사이의 상대적 이동을 수행하기 위한 수단은 상대적 이동의 방향이 적어도 대물 렌즈의 광축을 따른 성분을 포함하도록 구성된다. 시스템은 패턴화된 조명의 소스 및 균일한 조명의 소스가 서로 독립적으로 활성화될 수 있도록 구성될 수 있다.
실시 예에서, 패턴화된 조명의 소스는 광원 및 패턴 마스크를 포함한다. 광원은 특히 인코히어런트 광원, 예를 들어, 하나 또는 복수의 발광 다이오드(LED)일 수 있다.
실시 예에서, 패턴 마스크는 그것에 한정되지 않고 체커보드 패턴 또는 핀홀 어레이를 갖는다. 패턴화된 조명을 생성하는 것으로 알려진 다른 패턴이 또한 사용될 수 있다.
특히, 패턴 마스크는 격자, 보다 구체적으로 진폭 격자 또는 위상 격자일 수 있다. 격자는 예를 들어 라인 격자 또는 사인파 격자 또는 교차-라인 격자일 수 있다. 격자는 또한 블레이즈드 격자일 수 있다. 격자는 바람직하게는 기계적이고, 예를 들어 에칭된 금속 시트 또는 예를 들어, 유리 위의 크롬(Cr)과 같은 금속 코팅된 유리 기판이다.
유리한 실시 예에서, 빔 스플리터는, 대물 렌즈와 검출기 사이의 이미징 경로, 및 패턴화된 조명의 소스와 대물 렌즈 사이의 조명 경로와 균일한 조명의 소스와 대물 렌즈 사이의 조명 경로 중 적어도 하나가 빔 스플리터를 통과하는 방식으로, 배열된다. 특히, 패턴화된 조명의 소스와 대물 렌즈 사이의 조명 경로, 및 균일한 조명의 소스와 대물 렌즈 사이의 조명 경로 모두 빔 스플리터를 통과할 수 있다. 대물 렌즈는 회절 제한 성능으로 보정될 수 있으며, 상기 보정은 또한 빔 스플리터를 고려한다. 이러한 방식으로 고품질의 광학 설정이 이루어지며 동시에 이 설정은 비교적 콤팩트하고 간단한 구성으로 이루어진다. 결과적으로, 설정은 저비용 모듈로서 실현될 수 있고, 복수의 모듈은 복수의 물체에 대해 3D 토포그래피 측정을 병렬로 수행하기 위한 디바이스로 결합될 수 있다.
패턴 마스크 및 검출기를 공액 평면에 배치함으로써 이미징 오차의 추가 감소 및 궁극적으로 측정 정밀도의 증가가 달성된다.
일 실시 예에서, 물체와 대물 렌즈 사이의 상대적 이동의 방향은 대물 렌즈의 광축에 평행하다.
본 발명에 따른 시스템은 일반적으로 시스템을 제어하고 및/또는 물체의 표면의 3차원 토포그래피 측정과 관련된 데이터 분석을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 컴퓨터를 포함하거나 이에 연결될 수 있다. 상기 시스템은 특히 본 발명에 따른 방법의 임의의 실시 예를 수행하기 위해 사용되며 적절히 제어될 수 있다. 하나 또는 복수의 컴퓨터는 임의의 적합한 공지된 데이터 처리 장치, 내장형 또는 비-내장형, 단일 프로세서, 멀티 프로세서, 단일 코어, 멀티 코어일 수 있으며; 복수의 컴퓨터는 시스템 및/또는 데이터 분석의 제어를 수행하기 위해 병렬로 동작할 수 있고, 로컬 접속 또는 인터넷과 같은 데이터 네트워크를 통해 서로 접속되고 시스템에 접속될 수 있다.
본 발명의 본질 및 동작 모드는 이제 첨부된 개략도와 함께 취해진 본 발명의 다음의 상세한 설명에서 보다 완전하게 기술될 것이다.
도 1은 물체의 표면의 3D 토포그래피 측정을 위한 시스템의 실시 예를 도시한다.
도 2는 물체의 표면의 개략적인 확대도이다.
도 3은 투영된 패턴을 갖는 물체의 표면의 상면도이다.
도 4a는 스텝 모양의 물체를 도시한다.
도 4b는 본 발명에 따른 방법으로 도 4a에서와 같은 물체로부터 얻어진 광 강도 신호를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 방법 및 시스템에서 사용되는 광학 구성을 도시한다.
도 6은 격자의 공간 주파수의 함수로서의 콘트라스트를 도시한다.
도 7은 격자 피치의 함수로서 반복성을 도시한다.
도 8은 회절 차수와 관련된 광학 설정을 도시한다.
도 9는 도 8의 설정을 위한 이미징 동공에 대한 회절 차수의 위치를 도시한다.
도 10은 회절 차수와 관련된 광학 설정을 도시한다.
도 11은 도 10의 설정을 위한 이미징 동공에 대한 회절 차수의 위치를 도시한다.
도 12는 물체의 표면의 3D 토포그래피 측정을 위한 시스템의 실시 예를 도시한다.
도 13은 솔더 범프를 이미징할 때의 광학 상황을 도시한다.
도 14는 도 12에 도시된 물체의 표면의 3D 토포그래피 측정을 위한 시스템의 실시 예의 동작 시퀀스를 도시한다
도 15는 높이 측정이 도 14에 도시된 동작 시퀀스로부터 어떻게 얻어지는지를 도시한다.
도 16은 작은 곡률의 표면의 경우 물체에 대한 조명 초점(focus point)의 픽셀 강도와 위치 사이의 관계를 도시한다.
도 17은 패턴화된 조명을 생성하기 위한 패턴 마스크의 몇 가지 예를 도시한다.
도 18은 물체의 표면의 3D 토포그래피 측정을 위한 시스템의 실시 예를 도시한다.
도 19는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 광학 모듈을 도시한다.
도 20은 복수의 물체를 평행하게 검사하는 시스템을 도시한다.
동일한 참조 번호는 다양한 도면 전반에 걸쳐 동일한 요소 또는 유사한 기능을 갖는 요소를 나타낸다. 또한, 각각의 도면의 설명에 필요한 참조 번호만이 도면에 도시되어 있다. 도시된 실시 예는 본 발명이 어떻게 수행될 수 있는지의 예를 나타낼 뿐이다. 이는 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
도 1은 물체(2)의 표면(21)의 3D 토포그래피 측정을 위한 시스템(1)의 실시 예를 도시한다. 시스템(1)은 패턴화된 조명의 소스(3)를 가진다; 도시된 실시 예에서, 패턴화된 조명의 소스(3)는 광원(31), 예를 들어 하나 또는 복수의 LED, 집광기 광학 기기(condenser optics)(32) 및 패턴 마스크(33)를 갖는다. 물체(2)의 표면(21)의 패턴화된 조명은 패턴 마스크(33)를 표면(21) 상에 투영함으로써 생성된다. 더 정확하게는 도시된 실시 예에서, 광원(31)으로부터의 광은 집광기(32) 및 패턴 마스크(33)를 통과한 후, 빔 스플리터(4)에 도달하고, 빔 스플리터(4)는 광의 적어도 일부를 대물 렌즈(5) 쪽으로 지향시키고, 대물 렌즈(5)를 통하여 광은 물체(2)의 표면(21)에 도달한다. 표면(21)으로부터의 광은 그 후 대물 렌즈(5)를 통과하여 빔 스플리터(4)에 도달하며, 빔 스플리터(4)는 표면(21)으로부터의 광의 일부를 여기에 도시된 바와 같이 카메라(6)의 일부일 수 있는 검출기(61)에 지향시킨다. 대물 렌즈(5)는 광축(51) 및 초점면(52)을 정의하고; 광축(51)은 초점면(52)에 수직이다. 투영된 패턴 마스크(33)는 초점면(52)에서 최상으로 초점을 맞춘다.
검출기(61)를 통해, 물체(2)과 대물 렌즈(5) 사이의 상대적 이동이 수행되는 동안 표면(21)의 복수의 이미지가 기록된다. 물체(2)와 대물 렌즈(5) 사이의 상대적 이동의 방향(22)은 광축(51)과의 경사각(23)을 포함한다. 상대적 이동 동안, 물체(2)의 표면(21)은 대물 렌즈(5)의 초점면(52)을 통과한다. 시스템(1)의 거시적인 뷰에서, 초점면(52)은 물체(2)의 표면(21)과 일치하는 것으로 도시된다. 초점면에 있는 표면(21)의 부분들은 검출기(61)를 통해 표면(21)에 기록된 이미지에서 최상의 초점으로 나타난다. 상대적 이동의 방향(22)과 광축(51) 사이의 경사각(23)으로인해, 패턴화된 조명의 패턴은 물체(2)의 표면(21)에 대해 이동한다; 또한, 표면의 이미지에 기록된 패턴의 콘트라스트는 방향(22)을 따른 상대적 이동의 과정에서 표면(21)이 초점면(52)을 통과함에 따라 변한다. 결과적으로, 표면(21) 상의 위치로부터 기록된 광 강도는 복수의 이미지의 이미지들 사이에서 다르다. 이러한 광 강도의 차이로부터, 표면(21) 상의 각각의 위치에 대한 높이 정보가 얻어질 수 있다. 완전성을 위해, 예를 들어, 물체(2)과 대물 렌즈(5) 간의 상대적 이동은 물체(2)을 이동시키거나 시스템(1)을 이동시킴으로써, 또는 물체(2)와 시스템(1)을 이동시킴으로써 달성될 수 있음을 언급한다.
도 2는 물체(2)의 표면(21)의 일부분의 개략 확대도로서, 표면(21)은 일반적으로 평면이 아니지만, 예를 들어 고도(elevation)(24)와 같은 구조를 갖는다는 것을 나타낸다. 본 발명에 관한 3D 토포그래피 측정은 여기서 고도(24)에 대해 명시적으로 도시된 이러한 구조의 높이(25)에 대한 정보를 얻는 것을 목표로 한다. 고도(24)의 높이(25)는 기준면(26)에 수직인 방향을 따라 기준면(26)에 대한 고도(24)의 연장으로서 이해된다. 또한, 대물 렌즈(5)(도 1 참조)의 광축(51) 및 관련 초점면(52)이 도시되어 있다. 물체(2)가 시스템(1)에서 정확하게 정렬되면, 초점면(52)은 기준면(26)에 평행하고, 따라서 광축(51)은 초점면(52) 및 기준면(26) 모두에 수직이다.
도 3은 패턴화된 조명의 소스(3)(도 1 참조)로부터 시작되는 투영된 패턴(34)을 도시하는, 물체(2)의 표면(21)의 평면도이다. 도시된 예 및 선행 도면들을 참조하면, 물체(2)는 대물 렌즈(5)에 대해 방향(22)을 따라 이동되므로, 이러한 상대적 이동은 기준면(26)에서 성분(221)을 갖는다. 결과적으로, 패턴(34)은 물체(2)의 표면(21)에 대해 성분(221)에 대향하는 방향(35)으로 이동한다. 이는 상대적 이동 동안 표면(21) 상의 주어진 위치에 입사하는 광 강도가 다를 것이고, 결과적으로 이 위치로부터 기록된 광 강도는 카메라(6)에 의해 표면(21)에 기록된 이미지들 사이에서 다를 것이다.
도 4a는 물체(2), 기준면(26) 및 대물 렌즈(5)의 광축(51)을 도시한다(도 1 참조); 광축(51)은 기준면(26)에 수직이다. 물체(2)는 부분(271) 및 부분(272)를 가지고, 그 높이 값은 기준면(26)에 대하여 양(251)만큼 상이하므로, 물체(2)는 스텝(27)을 갖는다. 도 4b에서 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어진 대응하는 강도 신호가 다이어그램에 도시되어 있다. 이 다이어그램에서, 가로 좌표(81)는 광축(51)을 따른 물체(2)의 위치에 대응하고, 세로 좌표(82)는 상대적 이동 중 물체(2) 상의 위치로부터, 여기서 더 정확하게는 스텝의 위치로부터 기록된 광 강도에 대응한다. 광 강도는 뚜렷한 변조의 두 부분(273 및 274)을 나타낸다. 도시된 경우에 가로 좌표(81)를 따라 증가하는 값이 대물 렌즈를 향한 물체의 이동에 대응한다고 가정하면, 변조 부분(273)은 부분(271)(부분(272)보다 높이가 더 높고, 대물 렌즈에 더 가까움)의 대물 렌즈의 초점면의 통과로부터 발생하고, 변조 부분(274)은 부분(272)의 대물 렌즈의 초점면의 통과로부터 발생한다. 가로 좌표(81) 상의 변조 부분(273 및 274)의 최대 위치의 차이는 물체(2)의 부분(271 및 272) 사이의 높이 차이(251)에 대응한다. 특히 변조 부분(273 및 274) 내에서 식별 가능한 광 강도의 고주파 변조는 물체와 대물 렌즈 사이의 상대적 이동 및 패턴의 결합된 효과로부터 생긴다. 예를 들어, 패턴이 라인 패턴인 경우, 이들 고주파 변조는 패턴의 밝고 어두운 라인이 도 4a의 물체(2)의 스텝(27)을 통과함에 따라 발생한다. 반면에 이들 고주파 변조의 진폭은, 물체의 표면, 여기서 더 정확하게는 물체(2)의 부분(271 및 272) 상의 라인 패턴의 콘트라스트에 의해 각각 결정된다. 콘트라스트는 가장 높고, 따라서 고주파 변조의 진폭은 부분(271 또는 272)이 각각 대물 렌즈(5)의 초점면(52)에 있을 때 가장 높다(도 1 및 도 2 참조).
도 5는 본 발명에 따른 방법에 사용될 수 있는 조명 브랜치에 대한 광학 구성을 나타낸다. 빔 스플리터와 카메라는 도 1에서와 같이 도시되지 않는다. 도 5에 도시된 광학 구성은 높이의 정확한 측정이 본 발명에 필수적이므로 측정 불확실성 및 이 분야의 가능한 개선을 논의하는데 사용된다.
도 1에서와 같이, 광원(31), 집광기(32), 격자(33), 광축(51)을 가진 대물 렌즈(5), 및 물체(2)의 표면(21)이 도시되어 있다. 대물 렌즈(5)는 동공(53)을 포함하여, 이미징 개구 수(imaging NA)(54)를 규정한다. 또한 조명 NA(36)가 표시되어 있다.
다음 논의를 위하여 우리는 직교 좌표, 광축(51)을 따른 z 좌표, 및 그에 수직인 x 좌표를 도입한다.
광축(51)에 수직인 임의의 평면에서, 평면 상에 투영된 격자의 이미지의 강도(I)는 다음과 같이 표현된다.
여기서, C(z)는 강도 변조의 진폭을 z의 함수로서 특정하고, Λ는 격자 피치, 즉 격자(33)의 2개의 이웃 라인들 사이의 거리이며, Φ는 위상 오프셋이다. 콘트라스트를 측정하고 도 4b에 도시된 273 및 274와 같은 변조 부분의 최대 값을 궁극적으로 결정하기 위해, 프린지 패턴은 x 방향으로 시프트되고, 이는 본 발명에 따른 방법에서 물체와 대물 렌즈 사이의 상대적 이동의 경사각에 의해 달성된다(도 3의 화살표(35) 참조). 이와 같은 프린지 패턴 시프트의 수 M은 하나의 격자 피치의 거리에 걸쳐 만들어지거나, 달리 말하면 M개의 이미지는 패턴이 상대적 이동으로 인해 하나의 격자 피치만큼 시프트되는 동안 기록된다. 예를 들어 해당 강도 값은 다음과 같다.
여기서 m은 프린지 패턴 시프트를 계산하는 것으로, 1≤m≤M이다. M의 최소값은 3이지만, 바람직하게는 M은 4 또는 심지어 더 높다. 프린지 콘트라스트는 "M-bucket" 알고리즘으로부터 값을 구할 수 있으며, 다음 계산 스텝에 의해 설명된다.
예를 들어, 1차원 사인파 격자가 사용되는 경우, z의 함수로서 격자의 투영된 이미지의 콘트라스트는 대략 다음과 같이 변한다.
여기서 NAi는 조명의 개구 수(36), NA는 이미징 개구 수(54), λ는 조명에 사용되는 광의 파장(또는 평균 파장), C0는 최상의 초점에서의 최대 프린지 콘트라스트이다.
오차 전파 이론은 프린지 콘트라스트의 분산에 대해 다음과 같은 식을 산출한다.
이것은 다음 식을 제공할 수 있다.
여기서 <σI>는 픽셀 강도의 평균 노이즈가며, <σI>/I0은 센서 노이즈가 제한된 경우의 검출기 동적 범위의 역수이고, 샷 노이즈(shot noise) 제한된 경우의 센서의 전체 웰 용량(full well capacity)의 제곱근의 역수이다.
피크의 64%에서 초점 응답의 기울기는 측정 반복성을 예측하는 데 사용될 수 있다.
여기서 N은 초점 심도의 z-스텝의 수이다. 그 다음, 측정 반복성은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
여기서 Nt = MN은 각 z-스텝에서 M개의 프린지 시프트로 인한 총 측정 수를 나타내고, 여기서 z-스텝은 투영된 패턴이 물체과 대물 렌즈 간의 상대적 이동으로 인하여 1개의 격자 피치만큼 이동하는 동안, 광축(51)을 따르는 위치의 변화이다.
이 오류 전파 모델을 개발하는 목표는 광학 파라미터가 기본 수준에서 어떻게 성능에 영향을 미치는지 보여주는 것이기 때문에 기계적인 동작 오류 및 센서 노이즈가 무시되는 이상적인 조건에서 파생된다. 이 모델은 최상의 경우의 시나리오를 나타낸다. 측정 반복성에 대한 위의 방정식은 측정 반복성이 다음에 의해 개선될 수 있음을 보여준다:
1 . 더 작은 격자 피치(Λ)
2. 더 높은 프린지 콘트라스트(C0)
3. 광학에 의해 제한되는 더 높은 조명 개구 수(NAi)
4. 센서에 의해 제한되는 더 높은 이미지 동적 범위의 역수
5. 데이터 속도 및 처리량에 따라 제한되는 더 많은 수의 측정.
따라서, 더 작은 격자 피치 및 더 높은 격자 콘트라스트가 선호된다. 그러나, 격자 피치 및 프린지 콘트라스트는 일반적으로 2개의 상충되는 요구 사항인데 그 이유는 원형 애퍼처를 갖는 인코히어런트 이미징 시스템의 광학 전달 함수에 대해 도 6에 도시된 바와 같이, 격자 피치가 더 작으면 프린지 콘트라스트가 감소하기 때문이다. 도 6에서 격자 피치는 사용된 최대 공간 주파수로 정규화된, 격자의 공간 주파수로서 도시되어 있다. 높은 공간 주파수는 단위 길이 당 많은 격자 라인을 의미하고, 따라서 격자의 인접한 라인들 사이의 작은 거리, 즉 작은 격자 피치를 의미한다.
인코히어런트 조명의 경우, 격자 피치의 함수로서의 프린지 콘트라스트는 다음과 같이 주어진다:
격자 피치의 함수로서의 측정 반복성 오류는 이 방정식과 σz에 대한 위의 방정식을 결합하여 얻어지고; 그 결과는 도 7에 도시되어 있다. 최적의 격자 피치는 컷-오프 피치()의 2배를 약간 상회하고, 단순화를 위해 다음과 같이 쓰여질 수 있다.
따라서 전체 NA 조명 및 샷 노이즈가 제한된 경우, 측정 반복성은 다음과 같이 주어진다:
그리고, 샷 노이즈 제한된 경우에는 다음과 같다.
여기에서 Ne는 이미징 센서의 전체 웰 용량을 나타낸다. 이것은 측정 성능의 기본 한계를 보여주는 가장 좋은 시나리오이다. 실제 측정은 z-포지셔닝 안정성과 같은 기계적 노이즈에 의해 종종 제한된다.
도 6에서 알 수 있듯이, 최적의 격자 피치에서(컷-오프 주파수의 절반에서) 투영된 격자 콘트라스트는 인코히어런트 이미징 시스템의 MTF(modulation transfer function)에 의해 주어질 때 약 40%이다. 낮은 콘트라스트는 격자가 투영되는 물체 평면에서의 회절 차수의 불균형 혼합 결과이다. 이는 도 8 및 도 9에서 더 설명된다.
도 8은 집광기(32), 격자(33), 광축(51) 및 동공(53)을 갖는 대물 렌즈(5) 및 물체(2)를 도시한다. 물체(2) 상에 투영되어 보이는 것처럼, 초점 심도(28) 및 격자 피치(331)가 또한 표시되어 있다. 0차, +1, -1 표시는 2개의 1차 차수 회절뿐 아니라, 0차 회절 차수를 지칭한다. 여기에서의 격자는 조명에 사용된 광의 파장을 동공(53)의 개구 수로 나눈 값과 동일한 피치를 갖는 것으로 가정된다.
도 9는 도 8의 설정을 위해, 조명 동공 상의 임의의 주어진 점에 대해, 2개의 1차 차수 회절 중 하나(즉, +1 또는 -1)만이 광학 기기를 통과하는 반면, 다른 하나는 동공 밖으로 회절되는 것을 도시한다. 따라서, 물체(2)의 표면 상의 격자(33)의 이미지는 간섭에 의해 격자의 이미지를 재생하는 회절 차수 0 및 +1로부터, 또는 회절 차수 0 및 -1로부터 형성된다. 1차 차수 중 하나에서 광의 강도가 표준 격자의 0차 차수에서의 광의 강도보다 낮기 때문에, 격자의 결과 이미지는 낮은 콘트라스트를 갖는다.
도 10은 콘트라스트를 향상시키는 방법을 보여준다. 집광기(32), 격자(33), 동공(53)을 갖는 대물 렌즈(5) 및 물체(2)가 도시되어 있다. 물체(2) 상에 나타나는 것처럼, 초점 심도(28) 및 격자 피치(331)가 또한 표시되어 있다. 여기에서 격자(33)는 조명에 사용된 광의 파장을 동공(53)의 개구 수로 나눈 값과 동일한 피치를 갖는 것으로 가정된다. 여기에서 격자(33)는 회절 차수 0 및 단지 하나의 1차 차수 회절(여기서는 -1)을 생성하고, 0차 회절 차수 및 단일 1차 차수 회절은 동일한 강도를 갖는다. 이것은 예를 들어 블레이즈드 격자로 달성될 수 있다.
도 11은 도 10의 설정으로, 0차 회절 차수 및 도시된 경우 회절 차수 -1의 간섭에 의해 격자의 이미지가 형성되는 것을 도시한다. 이 2개의 회절 차수가 도 10의 설정에서 동일한 강도를 갖기 때문에, 격자의 최종 이미지는 도 9에 도시된 상황과 비교하여 개선된 콘트라스트를 갖는다. 콘트라스트는 실제로 100%로 개선될 수 있고, 대응하는 측정 정밀도를 2배 이상 향상시킬 수 있다. 예를 들어 오프-액시스(off-axis) 애퍼처와 같이 도 10의 설정의 여러 변형이 가능하다.
향상된 콘트라스트는 연장된 초점 심도를 희생시키면서 얻어지는 것이 아니라는 것을 주목해야 한다. 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 도 8에서와 같은 인코히어런트 조명의 경우 및 도 10에 도시된 부분적 코히어런트 오프-액시스 조명의 경우 격자 콘트라스트가 최대의 절반으로 저하된 최상의 초점 위치로부터의 거리로서 정의된 기하학적 초점 심도는 대략 이다. 예를 들어, 조명에 대한 개구 수 NAi가 이미징 개구 수 NA보다 훨씬 더 작은 거의 코히런트한 조명의 경우, 프린지 피치는 λ/(2NA)의 최소(최대 공간 주파수에 대응)일 수 있고, 100%의 프린지 콘트라스트를 여전히 가질 수 있다. 실질적으로 무한히 큰 초점 범위를 통해 투영된 격자의 콘트라스트가 100%로 유지되는 시스템은 경면 반사면에 높이 감도를 갖지 않을 것이다.
도 12는 물체(2)의 표면(21)의 3D 토포그래피 측정을 위한 시스템(100)의 일 실시 예를 도시한다. 시스템(100)은 패턴화된 조명의 소스(3)를 가지고; 도시된 실시 예에서, 패턴화된 조명의 소스(3)는 광원(31), 예를 들어 하나 또는 복수의 LED, 집광기 광학 기기(32) 및 패턴 마스크(33)를 갖는다. 시스템(100)은 또한 균일한 조명의 소스(7)를 갖는다; 도시된 실시 예에서, 균일한 조명의 소스(7)는 광원(71), 예를 들어 하나 또는 복수의 LED 및 집광기 광학 기기(72)를 갖는다. 예를 들어, 반투명 거울과 같은 빔 스플리터와 같은 수단(73)이 균일한 조명의 소스(7)로부터의 광 및 패턴화된 조명의 소스(3)로부터 광 모두를 빔 스플리터(4)로 지향시키기 위해 제공된다. 빔 스플리터(4)는 광의 적어도 일부분을 대물 렌즈(5) 쪽으로 지향시키고, 대물 렌즈(5)를 통해 광이 물체(2)의 표면(21)에 도달한다. 표면(21)으로부터의 광은 그 후 대물 렌즈(5)를 통과하여 빔 스플리터(4)에 도달하고, 빔 스플리터(4)는 표면(21)으로부터의 광의 일부분을 검출기(61)에 지향시키며, 검출기(61)는 여기에 도시된 바와 같이, 카메라(6)의 일부일 수 있다. 대물 렌즈(5)는 광축(51) 및 초점면(52)을 정의하고; 광축(51)은 초점면(52)에 수직이다. 물체(2)의 표면(21) 상에, 특히 경면(specular) 구조일 수 있는 구조가 도시되어 있으며, 여기서는 특별히 솔더 범프(9)이다.
광원(31 및 71)을 교대로 작동시킴으로써, 물체(2)의 표면(21)의 교번 조명이 제공된다. 광원(71)이 작동되면, 즉 광을 방출하게 되면, 물체(2)의 표면(21)의 조명은 균일하다. 광원(31)이 작동되면, 즉 광을 방출하게 되면, 물체(2)의 표면(21)의 조명이 패턴화된다.
물체(2)과 대물 렌즈(5) 사이에서 상대적 이동이 수행되는 동안, 검출기(81)를 통해 표면(21)의 복수의 이미지가 기록된다. 표면(21)이 균일한 조명을 받는 동안 복수의 이미지 중 일부 이미지가 기록되고, 표면(21)이 패턴화된 조명을 받는 동안, 복수의 이미지 중 일부 이미지가 기록된다. 본 실시 예에서 물체(2)과 대물 렌즈(5) 사이의 상대적 이동의 방향(22)은 광축(51)과 평행하다. 상대적 이동 중, 물체(2)의 표면(21)은 대물 렌즈(5)의 초점면(52)을 통과한다. 시스템(100)의 이러한 거시적 관점에서, 초점면(52)은 물체(2)의 표면(21)과 일치하여 도시된다.
도시된 실시 예에서와 같이, 상대적 이동의 방향(22)은 대물 렌즈(5)의 광축(51)과 평행하며, 도 1의 실시 예와는 대조적으로, 투영된 패턴이 물체(2)의 표면(21)에 대해 시프트되지 않는다. 도 12의 실시 예는 특히 솔더 범프를 갖는 표면을 검사하는 것을 목적으로 한다. 솔더 범프는 전형적으로 표면(21) 상에 어레이로 배치되며, 단지 하나의 대표적인 솔더 범프(9)만이 도 12에 도시된다. 솔더 범프 사이의 거리가 표면 상에 투영된 패턴, 예를 들어 격자의 피치보다 큰 솔더 범프 사이의 영역에서, 솔더 범프들 사이의 표면의 높이는 표면에 대한 패턴의 시프트를 요구하지 않고 투영된 패턴의 콘트라스트로부터 측정될 수 있다. 이것은 종래 기술에서 필요로 하는 바와 같이, 광축(51)을 따라 물체(2)와 대물 렌즈(5) 사이의 각각의 상대 위치에 대해 복수의 이미지를 기록할 필요가 없다는 것을 의미한다.
본 실시 예에서, 솔더 범프(9) 사이의 표면 높이는 패턴화된 조명 하에서 기록된 이미지로부터 결정되는 반면, 솔더 범프(9)의 높이는 균일한 조명 하에 기록된 이미지로부터 결정된다.
도 12에 도시된 실시 예에서, 패턴화된 조명의 소스(3) 및 균일한 조명의 소스(7)는 각각 광원을 가지지만, 이것은 본 발명의 제한이 아니라는 점을 언급한다. 패턴화된 조명에 대한 소스(3) 및 균일한 조명에 대한 소스(7)가 공통 광원을 사용하는 실시 예가 고려될 수 있다. 이러한 경우, 패턴화되고 균일한 조명에 의해 물체의 표면의 교번 조명을 달성하기 위한 적절한 수단이 제공된다. 그러한 수단은 예를 들어, 전환 가능한 투과 필터일 수 있어서, 광원으로부터 패턴화된 조명을 위한 소스 및 균일한 조명을 위한 소스의 추가적 요소로의 광의 경로가 각각 교대로 차단될 수 있다. 각각의 조명 소스로부터의 광의 강도는 또한 각각의 필터의 투과율을 제어함으로써 제어될 수 있다. 대안적으로, 상기 수단은 광원으로부터의 광을 모으고, 패턴화된 조명을 위한 소스 및 균일한 조명을 위한 소스의 추가적 요소로 광을 각각 교대로 지향시키도록 하는 수단일 수 있다.
도 13은 여기서 반경 r의 솔더 범프(9)를 이미징할 때의 광학 상황을 도시한다. 반사성 솔더 범프(9)의 표면 곡률 때문에, 범프 상단의 단지 작은 부분만이 이미징될 수 있음이 밝혀졌다. 검출기가 볼 수 있는 범프 상단의 크기는 조명 개구 수 및 이미징 개구 수 모두에 의존한다. 전체 개구 수(NA) 조명에서, 검출기가 볼 수 있는 범프 상단의 전폭-반-최대 반경(full-width-half-maxiumum raius)은 D = rNA에 의해 주어진다. 광학 NA는 어레이 레이아웃의 개별 범프가 정확하게 측정될 수 있도록 충분한 광학 해상도를 제공할 만큼 충분히 커야 한다. 범프 레이아웃은 일반적으로 범프 간격과 범프 직경의 비율이 1 : 1이므로, 인접한 범프 간의 광학 혼선을 피하기 위해 이미징 PSF(point spread function)가 범프 반경 정도가 되어야 한다. 따라서 최소 NA는 다음과 같다.
그 다음, 또한, 가시적 범프 상단의 대응 최소 직경은 다음과 같다.
디바이스 토포그래피 검사의 경우, 전체 디바이스를 이미징하고 높은 처리량을 달성하기 위해 큰 필드 크기를 가지기 위하여 일반적인 NA는 NA = 0.1 - 0.3 정도이므로, 가시적인 범프 상단이 광학 PSF보다 작기 때문에 이미징 시스템의 점(point) 물체로서 취급될 수 있다. 이 경우 피크 픽셀 강도 또는 범프 상단 이미지의 크기 자체가 높이 측정에 사용될 수 있는데, 이는 초점을 통해 이미징 PSF가 어떻게 바뀌는지 밀접하게 따르기 때문이다.
도 13은 범프(9)의 표면의 점(P)이 여전히 동공(53)을 통해 조명을 받지만,이 점(P)으로부터 반사된 광은 동공(53)을 통과하지 않으므로 검출기(61)에 도달하지 않는다는 것을 보여준다(도 12 참조). 따라서, 솔더 범프(9)의 표면의 점(P)은 검출기(61)에 의해 기록된 이미지에서 보이지 않는다. 도 13으로부터, 반사광이 동공(53)을 통과하지 못하는 것은 주로 반사의 경면 특성이 범프(9)의 표면의 곡률과 결합된 것에 기인한 것임을 이해해야 한다.
도 14는 도 12에 도시된 시스템의 동작 시퀀스를 도시하며, 도 12는 패턴화된 조명의 소스(3) 및 균일한 조명의 소스(7)에 의해 생성된 교호 조명을 도시한다. 다이어그램의 가로 좌표는 위치 z를 도시하고, z는 방향(22)을 따라 이동하는 동안 대물 렌즈(5)의 광축(51)을 따르는 물체(2)의 위치이다(도 12 참조). 세로 좌표는 광원(31 및 71)에 의해 각각 방출된 광의 강도를 도시한다. 체커보드 패턴을 갖는 정사각형(143)은 패턴화된 조명에 대한 소스(3)의 동작을 상징하고(패턴은 체커보드으로 제한되지 않음), 빈 정사각형(147)은 균일한 조명을 위한 소스(7)의 동작을 상징한다. 다이어그램에서 정사각형으로부터 막대(144, 148)로 가리키는 화살표는 각각의 조명 소스가 동작하는(active) 광축을 따라 이동하는 스테이지들을 나타낸다. 따라서, 패턴화된 조명의 소스(3)는 동작하고, 즉, 막대(144)가 다이어그램에 도시되어 있는 광축(51)을 따른 이동 스테이지에 대해 조명을 제공하고, 균일한 조명의 소스(7)는 동작하며, 즉 막대(148)가 다이어그램에 도시되어 있는 광축(51)을 따라 이동 스테이지에 대해 조명을 제공한다.
막대(144)는 균일한 조명의 소스(7)에서 광원(71)의 강도를 제공하는 막대(148)보다 패턴화된 조명의 소스(3) 내의 광원(31)의 강도가 더 높음을 나타낸다. 이것은 광원의 강도가 측정이 각각 수행되는 표면(21)의 일부의 성질에 적응될 수 있음을 보여주기 위한 것이다. 경면 솔더 범프에 대한 측정의 경우, 일반적으로 솔더 범프 사이의 표면에서의 측정보다 더 낮은 강도가 적합하다.
도 15는 단지 예시를 목적으로, 균일한 조명 하에서 솔더 범프의 결합된 이미지(151) 및 패턴화된 조명 하에서 솔더 범프들 사이의 표면(21)을 나타낸다. 두 개의 다이어그램이 또한 도시되어 있다. 다이어그램(157)은 z-위치, 즉 광축(51)에 평행한 방향(22)(도 12 참조)을 따르는 위치의 함수로서, 솔더 범프(9)로부터 기록된 강도를 제공한다. 다이어그램(153)은 z-위치의 함수로서, 솔더 범프(9) 사이의 표면(21)으로부터 측정된 콘트라스트를 제공한다. 다이어그램(157)에 도시된 강도는 z-위치(158)에서 최대 값을 가지며, 다이어그램(153)에 도시된 콘트라스트는 z-위치(159)에서 최대 값을 갖는다. 각각의 최대 값이 발생하는 이들 z-위치(158, 159)는 솔더 범프(9)의 상단(최대 158) 및 표면(21)(최대 159)이 각각 초점면(52)을 통과하는 z-위치이다(도 12 참조). 따라서, 이들 z-위치(158 및 159) 사이의 차이(155)는 솔더 범프(9)의 높이이다.
다이어그램(153)에 입력되는 콘트라스트 값의 결정에 관해서는, 투영된 패턴이 검출기(61)(도 12 참조)의 픽셀 크기와 일치하는 체커보드 패턴인 경우, 이들은 최소 2×2 픽셀로부터 계산될 수 있다. 보다 큰 픽셀 영역, 즉 N > 2인 N×N 픽셀 영역이 또한 사용될 수 있다. 선택은 일반적으로 범프들(9) 간의 거리 및 광축(51)에 수직인 공간 해상도 요건들에 의존할 것이다. 더 큰 픽셀 영역들은 계산된 콘트라스트의 더 높은 정밀도로 이끌지만, 분명히 광축(51)에 수직인 더 낮은 공간 해상도를 야기한다.
도 16은 솔더 범프와 같은 작은 곡률의 표면에 대한 본 발명에 따른 방법에서의 픽셀 응답(예를 들어, 검출기의 대응 픽셀에 의해 기록된 광 강도를 나타내는 픽셀의 값)을 도시한다. 도면의 좌측에서, 5개의 이미지는 반구(163) 및 초점(165) 사이의 상이한 상대적 위치에 대해 반구(163)(솔더 범프)의 표면 상에 충돌하는 초점(165)(이미지들 중 2개에만 표시됨)으로 지향되는 광선(164)을 도시한다. 우측 다이어그램은 세로 좌표(162)에 픽셀 응답을 제공하는 반면, 가로 좌표(161)는 반구(163)와 초점(165) 간의 상대적 위치를 제공한다. 화살표는 다이어그램에서 픽셀 응답의 어느 부분이 좌측에 있는 다섯 개의 이미지 중 어느 것과 대응하는지 표시한다.
볼 수 있는 바와 같이, 픽셀 응답은 두 개의 최대 값을 가진다. 가로 좌표(161)의 더 작은 값을 갖는 최대 값은, 광선(164)의 초점(165)이 좌측에서 아래로부터 두번째 이미지에 도시된 바와 같이, 반구(163)의 상단에 있는 상황에 대응한다. 측정시, 솔더 볼의 상단이 대물 렌즈(5)의 초점면(52)에 있을 때 이 상황이 발생한다(도 12 참조). 두 번째 최대 값은 광선(164)의 초점(165)이 좌측에서 위로부터 두번째 이미지에 도시된 바와 같이, 반구(163)의 중심과 일치할 때 발생한다; 광선(164)은 실제로 반구(163) 내로 침투하지 않고, 그 표면에서 반사된다는 것을 주목해야 한다. 측정을 수행할 때, 물체(2)과 대물 렌즈(5) 간의 상대적 이동 방향은 알려져 있다; 따라서, 2개의 피크 중 어느 것이 초점면(52) 내의 솔더 볼의 상단에 대응하는지 명확하게 알 수 있다. 다른 피크는 범프 상단 표면의 곡률을 측정하는데 사용될 수 있으며, 이는 결국 캘리브레이션 목적으로 사용되어, 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 17은 패턴화된 조명을 생성하기 위한 패턴 마스크의 몇 가지 예를 도시한다. 이들 패턴 마스크는 패턴화된 조명만 있는 도 1에 도시된 유형의 실시 예들에서, 그리고 패턴화된 조명과 균일한 조명이 교대하는 도 12에 도시된 유형의 실시 예들에서 사용될 수 있다. 본 발명은 여기에 도시된 패턴 마스크의 유형에 제한되지 않는다. 도시된 특정 예는 사인파 격자(A), 체커보드(B), 라인 그리드 또는 교차-라인 격자(C) 및 핀홀 어레이(D)이다.
도 18은 물체(2)의 표면(21)의 3D 토포그래피 측정을 위한 시스템(200)의 실시 예를 도시한다. 도시된 실시 예는 도 12에 도시된 시스템(100)의 실시 예와 매우 유사하며, 도 18에 보이는 요소들의 대부분은 이미 논의되었다. 시스템(200)에서, 동공 마스크(74)는 균일한 조명의 소스(7)에 포함된다. 동공 마스크(74)는 조명 애퍼처로서 작용한다. 조명 애퍼처는 다양한 피처 모양의 이미지 콘트라스트 및 초점 응답을 향상시킬 수 있다. 동공 마스크(74)의 가능한 모양의 2개의 비-제한적인 예가 도 18에 또한 도시되어 있다. 동공 마스크 예(741)는 링 애퍼처이고, 동공 마스크 예(742)는 원형 애퍼처이다.
도 19는 본 발명에 따른 시스템의 일 실시 예이고 따라서 본 발명을 수행하는데 사용될 수 있는 광학 모듈(300)을 도시한다. 여기서 도시된 광학 모듈(300)의 구성은 도 1에 도시된 시스템(1)의 구성과 유사하다; 도 12의 시스템(100) 또는 도 18의 시스템(200)의 구성에 기초한 광학 모듈이 또한 고려될 수 있다.
패턴화된 조명을 위한 소스(3)는 광원(31), 집광기(32) 및 패턴 마스크(33)를 포함한다. 패턴화된 조명을 위한 소스(3)로부터 광은 빔 스플리터(4)에 도달하고, 빔 스플리터(4)는 광의 일부를 대물 렌즈(5)에 지향시키고, 대물 렌즈(5)로부터 광의 일부는 물체(2)에 도달하고, 물체(2)의 표면(21)의 패턴화된 조명을 제공한다. 대물 렌즈(5)는 동공(53)을 포함한다. 표면(21)으로부터의 광은 대물 렌즈(5) 및 빔 스플리터(4)를 통과한 다음 카메라(6)의 검출기(61)에 도달한다. 검출기(81)는 이미 전술한 바와 같이, 물체(2)과 대물 렌즈(5)의 상대적 이동 중에 표면(21)의 복수의 이미지를 기록하는데 사용된다.
모듈(300)은 콤팩트하고 간단하며, 따라서 복수의 물체의 병렬 검사에 사용하기에 적합하다. 매우 구체적이지만 비-제한적인 예를 제공하기 위해, 대물 렌즈(5)는 22㎜의 필드 직경, 0.2의 NA를 가질 수 있고, LED 조명의 전형적으로 30 ㎚인 파장 대역폭에 대해 보정될 수 있다; 이것은 바람직한데, 그 이유는 하나 또는 복수의 LED가 통상적으로 광원(31)으로서 사용되기 때문이다. NA는 서브-㎛ 측정 정확도를 달성할 만큼 충분히 크고, 필드 크기는 검사할 물체의 대부분의 크기를 커버할 수 있다. 이미징 측의 빔 스플리터 큐브(4)는 이미징 경로로부터 조명 경로를 분할(split)하고, 렌즈 설계의 통합된 부분이다. 이것은 조명 및 이미징 경로가 대물 렌즈와 튜브 렌즈 사이에 콜리메이션된 공간에서 분할되기 때문에 격자 투영이 추가적인 튜브 렌즈를 필요로 하는, 별도의 대물 렌즈 및 튜브 렌즈를 가진 종래의 이미징 현미경보다, 훨씬 더 간단하고 더 콤팩트한 설계이다. 이러한 설계의 또다른 장점은 패턴 마스크(33) 및 검출기(61)가 정확히 공액 평면에 있기 때문에, 잔류 필드 왜곡이 제거되고 투영된 패턴의 샘플링 앨리어싱이 제거된다는 것이다. 이 설계는 또한 초점 신호 왜곡(through focus signal distortion)을 최소화하기 위해 물체와 이미지 측 모두에서 텔레센트릭(telecentric)하다.
도 20은 복수의 물체(2)의 병렬 검사용 시스템(400)을 도시한다. 물체(2)는 픽-앤드-플레이스(pick-and-place) 디바이스(402)에 의해 컨베이어(401) 상에 배치된다. 컨베이어(401)는 물체(2)를 검사 모듈(404)의 배열(403)로 전달하고; 도시된 구체적인 예에서 시스템(400)은 3개의 검사 모듈(404)을 갖는다. 각각의 물체(2)는 하나의 검사 모듈(404)에 의해 검사된다. 각각의 검사 모듈(404)은 검사에 사용되는 각각의 물체(2)에 대해 본 발명에 따른 방법을 수행한다. 시스템(400)은 검사될 물체(2)의 수 및 처리량 요구 사항에 따라 검사 모듈(404)의 수가 변경될 수 있도록, 즉 검사 모듈(404)이 시스템(400)에 추가되거나 시스템(400)으로부터 제거될 수 있도록 구성될 수 있다고 또한 생각된다.
각각의 검사 모듈(404)은 예를 들어 도 19에서 설명된 모듈(300)일 수 있지만, 예를 들어 도 1에서 논의된 시스템(1), 도 12에서 논의된 시스템(100) 또는 도 18에 논의된 시스템(200)일 수 있다. 검사 모듈(404)은 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성된 임의의 시스템뿐만 아니라 일반적으로 도 1 내지 도 19의 맥락에서 논의된 본 발명에 따른 시스템들 중 임의의 것일 수 있다. 검사 모듈(404)은 패턴화된 조명, 및 상대적 이동의 방향과 대물 렌즈의 광축 사이의 경사각으로의 물체와 대물 렌즈 사이의 상대적 이동에 기초하여 본 발명에 따른 방법을 사용할 수 있거나, 또는 패턴화된 조명 및 균일한 조명을 번갈아 사용하는 발명에 따른 방법을 사용할 수 있다.
상기 설명에서, 본 발명의 실시 예에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 제공된다. 그러나, 본 발명의 도시된 실시 예들의 상기 설명은 완전한 것이거나(exhaustive) 본 발명을 개시된 정확한 형태로 한정하려는 의도는 아니다. 관련 기술 분야의 당업자는 본 발명이 하나 이상의 특정 세부 사항 없이 또는 다른 방법, 컴포넌트 등으로 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 경우에, 본 발명의 모호한 양태를 피하기 위해 잘 알려진 구조 또는 동작은 도시되거나 상세히 설명되어 있지 않다. 본 발명의 특정 실시 예 및 예가 설명의 목적으로 여기에 기술되었지만, 당업자라면 인식할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 다양한 균등한 수정이 가능하다.
이러한 수정은 상기 상세한 설명에 비추어 본 발명에 대해 행해질 수 있다. 다음의 청구범위에서 사용된 용어는 명세서 및 청구범위에 개시된 특정 실시 예에 본 발명을 국한시키는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해 결정되어야 하며, 청구범위는 확립된 청구항 해석 원칙에 따라 해석되어야 한다.
참조 부호의 목록
1 시스템 2 물체
21 물체의 표면 22 상대적 이동의 방향
221 상대적 이동의 성분 23 경사각
24 고도(elevation) 25 높이
251 높이 차이 27 스텝(step)
271 표면의 부분 272 표면의 부분
273 광 강도의 부분 274 광 강도의 부분
26 기준면(reference plane) 28 초점 심도(depth of focus)
3 패턴 조명의 소스 31 광원
32 집광기 33 패턴 마스크
331 격자 피치 34 패턴
35 표면에 대한 패턴의 이동의 방향 36 조명 애퍼처
4 빔 스플리터 5 대물 렌즈
51 광축 52 초점면
53 동공 54 이미징 애퍼처
6 카메라 61 검출기
7 균일한 조명의 소스 71 광원
72 집광기 73 수단(빔 분할)
74 동공(조명 애퍼처) 741 링 애퍼처
742 원형 애퍼처 81 가로 좌표
82 세로 좌표 9 솔더 볼
100 시스템 143 체커보드 정사각형
144 막대(bar) 147 빈 정사각형
148 막대 151 결합된 이미지
153 다이어그램 155 높이 차이
157 다이어그램 158 최대 (강도)
159 최대 (콘트라스트) 161 가로 좌표
162 세로 좌표 163 반구
164 광선 165 초점
200 시스템 300 모듈
400 시스템 401 컨베이어
402 픽-앤-플레이스 디바이스 403 (검사 모듈의) 배열
404 검사 모듈 A, B, C, D 패턴 마스크 예
Dmin 보이는 솔더 볼 상단의 최소 지름
P 솔더 볼 표면 상의 점

Claims (44)

  1. 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법에 있어서,
    상기 물체의 표면 상에 대물 렌즈를 통하여 패턴화된 조명을 투영하는 단계 - 상기 대물 렌즈는 상기 물체의 표면의 거시적 확장(macroscopic extension)에 대해 수직인 광축을 포함함 - ;
    상기 물체와 상기 대물 렌즈 사이의 상대적 이동 - 상기 상대적 이동의 방향은 상기 대물 렌즈의 광축과의 경사각을 포함하고, 상기 표면은 상기 상대적 이동 동안 상기 대물 렌즈의 초점면을 통과함 - 을 수행하는 단계;
    상기 상대적 이동 동안 상기 대물 렌즈를 통해 상기 표면의 복수의 이미지를 기록하는 단계;
    상기 복수의 이미지 내의 각각의 위치로부터 기록된 강도의 변화로부터 상기 상기 물체의 표면 상의 각각의 위치에 대한 높이 정보를 도출하는 단계
    를 포함하는, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 이미지 각각은 픽셀들의 어레이로서 기록되고, 상기 이미지 각각은 상기 물체의 표면 상의 주어진 위치가 상기 복수의 이미지의 모든 이미지에 대해 상기 픽셀들의 어레이 내의 하나의 동일한 픽셀과 대응하도록 시프트되는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 패턴화된 조명은 패턴 마스크의 인코히어런트(incoherent) 조명에 의해 생성되는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 패턴 마스크는 격자(grating)인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 격자는 진폭 격자 또는 위상 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 격자는 라인 격자 또는 사인파 격자 또는 교차-라인 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 격자는 블레이즈드 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  8. 제3항에 있어서, 상기 패턴 마스크는 체커보드 패턴 또는 핀홀 어레이를 갖는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  9. 제3항에 있어서, 상기 패턴화된 조명에 대하여, 상기 패턴 마스크로부터 발생하는 0차 회절 차수 및 하나의 회절 차수만이 사용되며, 상기 회절 차수 모두는 동일한 강도를 갖는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 단계들은 복수의 물체에 대해 병렬로 수행되는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  11. 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법에 있어서,
    상기 물체의 표면 상에 대물 렌즈를 통하여 패턴화된 조명 및 균일한 조명을 교대로 투영하는 단계 - 상기 대물 렌즈는 상기 물체의 표면의 거시적 확장에 대해 수직인 광축을 포함함 - ;
    상기 물체와 상기 대물 렌즈 사이의 상대적 이동 - 상기 상대적 이동의 방향은 상기 대물 렌즈의 광축을 따른 성분을 포함하고, 상기 표면은 상기 상대적 이동 동안 상기 대물 렌즈의 초점면을 통과함 - 을 수행하는 단계;
    상기 상대적 이동 동안 상기 대물 렌즈를 통해 상기 표면의 복수의 이미지를 기록하는 단계;
    상기 복수의 이미지 내의 각각의 위치로부터 기록된 강도의 변화로부터 상기 상기 물체의 표면 상의 각각의 위치에 대한 높이 정보를 도출하는 단계
    를 포함하는, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 균일한 조명 하에서 기록된 상기 복수의 이미지의 이미지는 상기 표면 상의 경면 구조에 대한 높이 정보를 도출하는데 사용되며, 상기 패턴화된 조명 하에서 기록된 상기 복수의 이미지의 이미지는 경면 구조들 사이의 상기 표면의 부분들에 대한 높이 정보를 도출하는데 사용되는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 경면 구조에 대한 높이 정보는 상기 경면 구조의 상단 부분의 이미지의 크기로부터 도출되는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 상대적 이동의 방향은 상기 대물 렌즈의 광축에 평행 한 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 패턴화된 조명은 패턴 마스크의 인코히어런트 조명에 의해 생성되는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 패턴 마스크는 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 격자는 진폭 격자 또는 위상 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 격자는 라인 격자 또는 사인파 격자 또는 교차-라인 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 격자는 블레이즈드 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 패턴 마스크는 체커보드 패턴 또는 핀홀 어레이를 갖는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  21. 제15항에 있어서, 상기 패턴화된 조명에 대하여, 상기 패턴 마스크로부터 발생하는 0차 회절 차수 및 하나의 회절 차수만이 사용되며, 상기 회절 차수 모두는 동일한 강도를 갖는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  22. 제11항에 있어서, 상기 단계들은 복수의 물체에 대해 병렬로 수행되는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 방법.
  23. 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템에 있어서,
    패턴화된 조명의 소스;
    상기 물체의 표면의 거시적 확장에 대해 수직인 광축을 포함하고, 상기 물체의 표면에 상기 패턴화된 조명을 지향시키도록 배열된 대물 렌즈;
    상기 대물 렌즈를 통하여 상기 물체의 표면의 복수의 이미지를 기록하도록 배열되고 구성된 검출기; 및
    상기 대물 렌즈의 광축과의 경사각을 포함하는 방향을 따라 상기 대물 렌즈와 상기 물체 사이의 상대적 이동을 수행하는 수단
    을 포함하는, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 패턴화된 조명의 소스는 광원 및 패턴 마스크를 포함하는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 패턴 마스크는 체커보드 패턴 또는 핀홀 어레이를 갖는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  26. 제24항에 있어서, 상기 패턴 마스크는 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 격자는 진폭 격자 또는 위상 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  28. 제26항에 있어서, 상기 격자는 라인 격자 또는 사인파 격자 또는 교차-라인 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  29. 제26항에 있어서, 상기 격자는 블레이즈드 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  30. 제23항에 있어서, 상기 패턴화된 조명의 소스와 상기 대물 렌즈 사이의 조명 경로, 및 상기 대물 렌즈와 상기 검출기 사이의 이미징 경로 모두가 빔 스플리터를 통과하는 방식으로, 빔 스플리터가 배열되는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 회절 한계 성능(diffraction limited performance)으로 보정되고, 상기 보정은 또한 상기 빔 스플리터를 고려하는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  32. 제24항에 있어서, 상기 패턴 마스크 및 상기 검출기는 공액 평면(conjugate plane)에 있는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  33. 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템에 있어서,
    패턴화된 조명의 소스;
    균일한 조명의 소스;
    상기 물체의 표면의 거시적 확장에 대해 수직인 광축을 포함하고, 상기 물체의 표면에 상기 패턴화된 조명과 상기 균일한 조명 모두를 지향시키도록 배열된 대물 렌즈;
    상기 대물 렌즈를 통하여 상기 물체의 표면의 복수의 이미지를 기록하도록 배열되고 구성된 검출기; 및
    상기 대물 렌즈의 광축을 따르는 성분을 적어도 포함하는 방향을 따라, 상기 대물 렌즈와 상기 물체 사이의 상대적 이동을 수행하는 수단
    을 포함하는, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  34. 제33항에 있어서, 상기 패턴화된 조명의 소스는 광원 및 패턴 마스크를 포함하는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  35. 제34항에 있어서, 상기 패턴 마스크는 체커보드 패턴 또는 핀홀 어레이를 갖는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  36. 제34항에 있어서, 상기 패턴 마스크는 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  37. 제36항에 있어서, 상기 격자는 진폭 격자 또는 위상 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  38. 제36항에 있어서, 상기 격자는 라인 격자 또는 사인파 격자 또는 교차-라인 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  39. 제36항에 있어서, 상기 격자는 블레이즈드 격자인 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  40. 제33항에 있어서, 상기 대물 렌즈와 상기 검출기 사이의 이미징 경로, 및 상기 패턴화된 조명의 소스와 상기 대물 렌즈 사이의 조명 경로와, 상기 균일한 조명의 소스와 상기 대물 렌즈 사이의 조명 경로 중 적어도 하나가 빔 스플리터를 통과하는 방식으로, 빔 스플리터가 배열되는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  41. 제40항에 있어서, 상기 패턴화된 조명의 소스와 상기 대물 렌즈 사이의 조명 경로, 및 상기 균일한 조명의 소스와 상기 대물 렌즈 사이의 조명 경로 모두가 상기 빔 스플리터를 통과하는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  42. 제40항에 있어서, 상기 대물 렌즈는 회절 한계 성능으로 보정되고, 상기 보정은 또한 상기 빔 스플리터를 고려하는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  43. 제34항에 있어서, 상기 패턴 마스크 및 상기 검출기는 공액 평면에 있는 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
  44. 제33항에 있어서, 상기 상대적 이동의 방향은 상기 대물 렌즈의 광축에 평행 한 것인, 물체의 표면의 광학 3차원 토포그래피 측정 시스템.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6189984B2 (ja) * 2016-02-12 2017-08-30 Ckd株式会社 三次元計測装置
NL2020619B1 (en) * 2018-01-16 2019-07-25 Illumina Inc Dual optical grating slide structured illumination imaging
KR102066129B1 (ko) * 2018-09-21 2020-01-14 한양대학교 산학협력단 도트 어레이를 이용하는 3차원 정보 생성 장치 및 방법
KR102008890B1 (ko) * 2019-01-25 2019-08-08 단국대학교 산학협력단 3차원 프로파일 측정 방법
KR102260563B1 (ko) * 2019-07-02 2021-06-07 한국과학기술연구원 체커보드 패턴 기반 구조 조명 현미경 시스템
US10921721B1 (en) * 2019-09-13 2021-02-16 Applied Materials, Inc. Measurement system and grating pattern array
US11053540B1 (en) 2020-01-17 2021-07-06 Element Biosciences, Inc. High performance fluorescence imaging module for genomic testing assay
CN111721231B (zh) * 2020-06-03 2021-11-19 华东师范大学 一种基于光频梳的植物生态监测系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6549288B1 (en) 1998-05-14 2003-04-15 Viewpoint Corp. Structured-light, triangulation-based three-dimensional digitizer
US20110122420A1 (en) * 2009-11-20 2011-05-26 Mitutoyo Corporation Method and apparatus for determining a height of a number of spatial positions on a sample
EP2437027A2 (de) 2010-10-03 2012-04-04 Confovis GmbH Vorrichtung und Verfahren zur dreidimensionalen optischen Abtastung einer Probe
US20120307259A1 (en) 2011-06-02 2012-12-06 Wing Hong Leung Apparatus and method for inspecting an object with increased depth of field
US20140093986A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Optically Monitoring and Controlling Nanoscale Topography
CN104180773A (zh) 2013-05-20 2014-12-03 沈阳同联集团高新技术有限公司 一种三维形貌测量装置
WO2015105980A1 (en) 2014-01-09 2015-07-16 Zygo Corporation Measuring topography of aspheric and other non-flat surfaces

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6249335B1 (en) * 1992-01-17 2001-06-19 Nikon Corporation Photo-mask and method of exposing and projection-exposing apparatus
US5248876A (en) * 1992-04-21 1993-09-28 International Business Machines Corporation Tandem linear scanning confocal imaging system with focal volumes at different heights
US5471303A (en) * 1994-04-29 1995-11-28 Wyko Corporation Combination of white-light scanning and phase-shifting interferometry for surface profile measurements
JPH11211439A (ja) * 1998-01-22 1999-08-06 Takaoka Electric Mfg Co Ltd 表面形状計測装置
GB9901365D0 (en) * 1999-01-22 1999-03-10 Isis Innovations Ltd Confocal microscopy apparatus and method
US6268923B1 (en) 1999-10-07 2001-07-31 Integral Vision, Inc. Optical method and system for measuring three-dimensional surface topography of an object having a surface contour
FI20001568A (fi) * 2000-06-30 2001-12-31 Thermo Radiometrie Oy Pinnan muotojen määrittäminen
US6724489B2 (en) * 2000-09-22 2004-04-20 Daniel Freifeld Three dimensional scanning camera
US6870609B2 (en) 2001-02-09 2005-03-22 August Technology Corp. Confocal 3D inspection system and process
US20020145734A1 (en) 2001-02-09 2002-10-10 Cory Watkins Confocal 3D inspection system and process
US6893800B2 (en) 2002-09-24 2005-05-17 Agere Systems, Inc. Substrate topography compensation at mask design: 3D OPC topography anchored
US7126699B1 (en) 2002-10-18 2006-10-24 Kla-Tencor Technologies Corp. Systems and methods for multi-dimensional metrology and/or inspection of a specimen
US7286246B2 (en) * 2003-03-31 2007-10-23 Mitutoyo Corporation Method and apparatus for non-contact three-dimensional surface measurement
DE10321888A1 (de) 2003-05-07 2004-12-02 Universität Stuttgart Messverfahren und Sensor, insbesondere zur optischen Abtastung bewegter Objekte
US7680013B2 (en) * 2005-11-29 2010-03-16 Canon Kabushiki Kaisha Optical information recording and reproducing apparatus
JP2008003520A (ja) * 2006-06-26 2008-01-10 Toshiba Corp フォトマスク及び半導体装置の製造方法
CN102394071A (zh) * 2006-11-01 2012-03-28 英法塞技术公司 单目全息数据存储系统结构
ATE557367T1 (de) 2008-06-05 2012-05-15 Univ Boston System und verfahren zur erzeugung eines optisch aufgeteilten bildes unter verwendung sowohl strukturierter als auch gleichförmiger beleuchtung
US8855265B2 (en) * 2009-06-16 2014-10-07 Koninklijke Philips N.V. Correction method for differential phase contrast imaging
ES2607052T3 (es) * 2009-06-17 2017-03-29 3Shape A/S Aparato de escaneo de enfoque
US8754936B2 (en) * 2009-07-03 2014-06-17 Koh Young Technology Inc. Three dimensional shape measurement apparatus
KR101121982B1 (ko) * 2009-07-03 2012-03-09 주식회사 고영테크놀러지 3차원 형상 측정장치
KR101921762B1 (ko) * 2010-05-07 2018-11-23 가부시키가이샤 니콘 높이 측정 방법 및 높이 측정 장치
US8649024B2 (en) * 2010-12-03 2014-02-11 Zygo Corporation Non-contact surface characterization using modulated illumination
US10048480B2 (en) * 2011-01-07 2018-08-14 Zeta Instruments, Inc. 3D microscope including insertable components to provide multiple imaging and measurement capabilities
DE102012017922B4 (de) * 2012-09-11 2024-03-14 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Optikanordnung und Lichtmikroskop
CN103292740B (zh) * 2013-05-24 2016-04-13 贵阳嘉瑜光电科技咨询中心 一种三维扫描仪测量方法及其装置
EP2840353B1 (en) * 2013-06-21 2019-08-07 3Shape A/S Scanning apparatus with patterned probe light
CN103424795B (zh) * 2013-09-03 2015-10-28 苏州大学 一种反射式分光光栅及干涉光刻系统
TWI489101B (zh) * 2013-12-02 2015-06-21 Ind Tech Res Inst 結合三維及二維形貌之量測方法及裝置
US9995944B2 (en) * 2014-06-13 2018-06-12 3M Innovative Properties Company Optical stacks for sparkle reduction
JP6355262B2 (ja) * 2015-03-10 2018-07-11 富士フイルム株式会社 計測システム、計測方法及び計測プログラム
JP6702669B2 (ja) * 2015-07-29 2020-06-03 キヤノン株式会社 撮像装置及びその制御方法
JP6682310B2 (ja) * 2016-03-18 2020-04-15 キヤノン株式会社 焦点検出装置および方法、および撮像装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6549288B1 (en) 1998-05-14 2003-04-15 Viewpoint Corp. Structured-light, triangulation-based three-dimensional digitizer
US20110122420A1 (en) * 2009-11-20 2011-05-26 Mitutoyo Corporation Method and apparatus for determining a height of a number of spatial positions on a sample
EP2437027A2 (de) 2010-10-03 2012-04-04 Confovis GmbH Vorrichtung und Verfahren zur dreidimensionalen optischen Abtastung einer Probe
US20120307259A1 (en) 2011-06-02 2012-12-06 Wing Hong Leung Apparatus and method for inspecting an object with increased depth of field
US20140093986A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Optically Monitoring and Controlling Nanoscale Topography
CN104180773A (zh) 2013-05-20 2014-12-03 沈阳同联集团高新技术有限公司 一种三维形貌测量装置
WO2015105980A1 (en) 2014-01-09 2015-07-16 Zygo Corporation Measuring topography of aspheric and other non-flat surfaces

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