KR102687194B1 - 표면 변형들의 이미지 기반 계측 - Google Patents

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Abstract

이미징 반사광도계 측정을 이용하여 샘플 상의 국부적인 기울기 영역을 검출하는 방법은 샘플로부터 반사된 어떠한 광도 차단하지 않고 제1 이미지를 획득하는 단계, 및 애퍼쳐 평면에서 샘플로부터 반사된 일부 광을 차단하면서 제2 이미지를 획득하는 단계를 포함한다. 국부적인 기울기 영역은 제1 이미지에서의 픽셀들의 제1 반사율 강도 값들을 제2 이미지에서의 대응하는 픽셀들의 제2 반사율 강도 값들과 비교함으로써 검출된다.

Description

표면 변형들의 이미지 기반 계측{IMAGE BASED METROLOGY OF SURFACE DEFORMATIONS}
관련 출원들에 관한 상호 참조문헌
[0001] 본 출원은 2020년 5월 19일에 출원된 US 16/877,866호를 우선권으로 주장한다. 이러한 문헌의 개시는 전체적으로 및 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함된다.
분야
[0002] 본원에 기술된 구현예들은 일반적으로, 샘플 형상을 맵핑하고/하거나 이미지 기반 계측 측정들을 이용하여 샘플 상에서 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 것에 관한 것이다.
[0003] 반도체 웨이퍼들과 같은 샘플들 상에 박막들의 증착은 종종 국부 응력의 발생을 초래한다. 처리하지 않은 채로 두는 경우에, 제공된 응력 프로파일은 "감자 칩핑(potato chipping)"으로 때때로 지칭되는, 대개 2차원 뒤틀림(warping)의 형태로 샘플 형상을 왜곡시킬 수 있다. 일부 후속 가공 단계들에서, 샘플이 처킹되어(chucked) 샘플을 평평하게 하고 뒤틀림을 줄일 수 있지만, 특정 양의 보정되지 않은 잔류 변위가 남을 수 있다. 이는 포토리소그래피와 같은 공정들에서 허용되지 않는 오차들을 야기시킬 수 있다.
[0004] 샘플 형상의 맵은 변형을 줄이거나 보정하기 위한 노력으로 후속 공정들을 조정하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 맵핑 기술이 가공 도구에 통합되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 계측 해법이 견고하고, 신뢰할 수 있고, 비교적 저렴한 것이 바람직하다.
[0005] 샘플 형상에 대한 정보를 제공하기 위한 현재 방법들은 전역 샘플 간섭계들, 다중-스폿 국부 기울기 계측, 및 큰 격자들을 이용한 전체 샘플의 전단 간섭 측정을 포함한다. 다중-스폿 방법들은 맵핑에서 연속성이 부족하며, 전역 간섭측정 시스템은 복잡하고, 고가이다. 또한, 이러한 시스템들은 통상적으로, 단지 하나의 기능을 수행하도록, 즉, 이미지들 또는 임의의 패턴 특징들과 같은 임의의 수반되는 정보를 제공하지 않으면서 표면 변형을 검출하도록 설계된다. 실제로, 샘플 형상 또는 지형을 결정하기 위한 여러 기존 방법들은 패턴화된 샘플에서 작동하는 데 종종 어려움을 갖는다.
[0006] 이에 따라, 국부 경사 또는 뒤틀림을 초래하는 샘플 형상 및 지형 변화를 맵핑하기 위한 개선된 기술들이 요망된다.
[0007] 본원에 기술된 구현예들은 샘플 형상을 맵핑하고 샘플 상에서 국부적인 기울기 또는 뒤틀림의 영역들을 검출하기 위한 개선된 방법들을 제공한다. 다양한 구현예들은 이미지 기반 반사 측정들을 이용하지만, 다른 이미징 기술들이 또한 유사한 방식으로 샘플 형상을 맵핑하고 국부적인 기울기 영역들을 검출하기 위해 사용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 단지, 구현예의 일 예로서, 다중 이미지 기반 반사 측정들은 반사율 강도의 변화를 검출하기 위해 이용된다. 하나의 이미지는 검출기의 애퍼쳐 평면에서 임의의 광을 차단하지 않고 획득될 수 있으며, 다른 이미지는 애퍼쳐 평면에서 광의 일부를 차단하면서 획득될 수 있다. 차단된 광은 평평하지 않은 샘플의 부분들로부터 반사된 부분일 수 있다. 이러한 샘플의 부분들은 뒤틀려지거나, 국부적인 기울기를 갖는다. 샘플의 이러한 부분들로부터의 광은 애퍼쳐 평면에서 이동되어 이의 부분을 차단할 수 있게 하고, 이에 따라, 이미지에서 대응하는 지점들은 감소된 강도를 갖는다. 이에 따라, 이미지들 간의 반사율 강도의 비교는 샘플 상에서 뒤틀림 또는 국부적인 기울기를 검출하기 위한 수단을 제공한다. 다른 구현예들 및 기술들은 본원에 기술된다.
[0008] 특정 구현예에 따르면, 예를 들어, 이미징 반사계를 이용하여 샘플 상의 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 방법은 입력 빔을 이용하여 샘플 상의 측정 영역을 비추는 단계, 및 제1 이미징 반사 측정을 수행하는 단계를 포함한다. 제1 이미징 반사 측정을 수행하는 단계는 이미징 센서에서, 샘플에서 반사된 제1 이미징 빔을 수신하는 것을 포함한다. 이미징 반사계의 애퍼쳐 평면에 정위된 아이리스(iris)는, 제1 이미징 빔이 아이리스의 동공을 통과하며 아이리스가 샘플에서 반사된 제1 빔의 어떠한 부분도 차단하지 않도록 구성된다. 측정 영역의 제1 이미지는 샘플에서 반사되고 이미징 센서에서 수신된 제1 이미징 빔을 이용하여 획득된다. 본 방법은 또한, 이미징 센서에서, 샘플에서 반사된 제2 이미징 빔을 수신함으로써 제2 이미징 반사 측정을 수행하는 것을 포함한다. 이미징 반사계의 애퍼쳐 평면에 정위된 아이리스는, 제2 이미징 빔이 아이리스의 동공을 통과하며 아이리스가 샘플에서 반사된 제2 빔의 부분을 차단하도록 구성된다. 측정 영역의 제2 이미지는 샘플에서 반사되고 이미징 센서에서 수신된 제2 이미징 빔을 이용하여 획득된다. 본 방법은 또한, 제1 이미지에서의 픽셀들의 제1 반사율 강도 값들을 제2 이미지에서의 대응하는 픽셀들의 제2 반사율 강도 값과 비교함으로써 측정 영역 내에서 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 것을 포함한다.
[0009] 다른 구현예에 따르면, 암시야 측정들을 위해 구성된 이미징 반사계를 이용하여 샘플 상에서 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 방법은 입력 빔을 이용하여 샘플 상의 측정 영역을 비추는 단계로서, 입력 빔의 부분은 조명 동공을 통과하는 단계; 이미징 센서에서, 샘플 상의 국부적인 기울기 영역들에서 반사된 이미징 빔의 부분들을 수신하는 단계로서, 국부적인 기울기 영역들에서 반사된 이미징 빔의 부분들은 이미징 동공을 통과하며, 여기서, 이미징 동공은 샘플 상의 평평한 영역들에서 반사된 이미징 빔의 부분들을 차단하도록 구성된 단계; 샘플 상의 국부적인 기울기 영역들에서 반사되고 이미징 센서에서 수신된 이미징 빔의 부분들을 이용하여 측정 영역의 제1 이미지를 획득하는 단계; 및 제1 이미지 내의 명점(bright spot)들의 위치들을 기초로 하여 측정 영역 내의 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 단계를 포함한다.
[0010] 다른 구현예에 따르면, 이미징 반사계를 이용하여 샘플 상의 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 방법은 입력 빔을 이용하여 샘플 상의 측정 영역을 비추는 단계, 및 제1 이미징 반사 측정을 수행하는 단계를 포함한다. 제1 이미징 반사 측정을 수행하는 단계는 이미징 센서에서, 샘플에서 반사된 제1 이미징 빔을 수신하는 것을 포함한다. 이미징 반사계의 애퍼쳐 평면에서 정위된 아이리스의 동공은 제1 이미징 빔의 부분이 아이리스의 동공을 통과하며, 제1 이미징 빔의 부분이 아이리스에서 차단되도록, 샘플에서 반사된 제1 빔에 대해 측면으로 오프셋된다. 측정 영역의 제1 이미지는 아이리스의 동공을 통과하고 이미징 센서에서 수신된 제1 이미징 빔의 부분을 이용하여 획득된다. 본 방법은 또한, 이미징 센서에서, 샘플에서 반사된 제2 이미징 빔을 수신함으로써 제2 이미징 반사 측정을 수행하는 것을 포함한다. 이미징 반사계의 애퍼쳐 평면에 정위된 아이리스의 동공은 제2 이미징 빔의 부분이 아이리스의 동공을 통과하며 제2 이미징 빔의 부분이 아이리스에서 차단되도록, 샘플에서 반사된 제2 빔에 대해 측면으로 오프셋된다. 측정 영역의 제2 이미지는 아이리스의 동공을 통과하고 이미징 센서에서 수신된 제2 이미징 빔의 부분을 이용하여 획득된다. 본 방법은 또한, 제1 이미지에서의 픽셀들의 제1 반사율 강도 값들을 제2 이미지에서의 대응하는 픽셀들의 제2 반사율 강도 값들과 비교함으로써 측정 영역 내에서 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 것을 포함한다.
[0011] 또 다른 구현예에 따르면, 이미징 반사계를 이용하여 샘플 상에서 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 방법은 입력 빔을 이용하여 샘플 상에 측정 영역을 비추는 단계; 이미징 센서에서, 샘플에서 반사된 이미징 빔을 수신하는 단계로서, 샘플에서 반사된 이미징 빔은 이미징 동공을 통과하는 단계; 및 샘플에서 반사되고 이미징 센서에서 수신된 이미징 빔을 이용하여 측정 영역의 제1 이미지를 획득하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 입력 빔을 이용하여 샘플 상에서 측정 영역을 비추는 단계로서, 입력 빔의 부분은 조명 동공에서 차단되는 단계; 이미징 센서에서, 샘플에서 반사된 이미징 빔을 수신하는 단계로서, 샘플에서 반사된 이미징 빔은 이미징 동공을 통과하는 단계; 및 샘플에서 반사되고 이미징 센서에서 수신된 이미징 빔을 이용하여 측정 영역의 제2 이미지를 획득하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 측정 영역 내에서 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 단계, 및 제1 이미지에서의 대응하는 픽셀들의 휘도와 비교하여 제2 이미지 내의 픽셀들의 휘도의 양의 변화를 기초로 하여 국부적인 기울기 영역들의 경사를 결정하는 단계를 포함한다.
[0012] 일 구현예에서, 입력 빔의 대략 절반은 조명 동공에서 차단된다.
[0013] 다른 구현예에서, 양의 및 음의 경사를 갖는 상기 제2 이미지의 측정 영역 내의 국부적인 기울기 영역들은 상기 제1 이미지와 비교하여, 더 큰 또는 더 낮은 휘도, 또는 그 반대의 영역들로서 나타난다.
[0014] 추가 양태들, 장점들, 및 특징들은 청구항들, 설명, 및 첨부된 도면들로부터 명백하다.
[0015] 본원에 기술된 다양한 구현예들은 그 특징들 및 장점들과 함께, 구성(organization) 및 작동 방법 둘 모두에 관하여, 하기 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다.
[0016] 도 1은 이미징 반사계의 단순화된 단면도이다.
[0017] 도 2는 다중-파장 광원의 단순화된 단면도이다.
[0018] 도 3은 샘플의 반사율을 측정하는 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
[0019] 도 4a 내지 도 4c는 일부 구현예들에 따른 이미징 반사계의 애퍼쳐 평면에서 애퍼쳐를 통과하는 광의 단순화된 단면도들이다.
[0020] 도 5는 일 구현예에 따른 샘플 상의 국부적인 기울기 영역 주변의 상이한 지점들에서 측정된 반사율 강도를 예시하는 단순화된 다이아그램이다.
[0021] 도 6은 다른 구현예에 따른 샘플 상의 국부적인 기울기 영역 주변의 상이한 지점들에서 측정된 반사율 강도를 예시하는 단순화된 다이아그램이다.
[0022] 도 7a 및 도 7b는 일 구현예에 따른 제공된 방향의 국부적인 기울기를 결정하기 위해 나이프 에지 배열들이 어떻게 사용될 수 있는 지를 예시한 단순화된 다이아그램들이다.
[0023] 도 8은 일 구현예에 따른 조명-기반 구현을 예시한 단순화된 다이아그램이다.
[0024] 도 9a 및 도 9b는 일 구현예에 따른 암시야 구현의 단순화된 다이아그램들이다.
[0025] 도 10a 및 도 10b는 다른 구현예에 따른 암시야 구현의 단순화된 다이아그램들이다.
[0026] 도 11 및 도 12는 일부 구현예들에 따른 이미징 반사계를 이용하여 샘플 상의 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 방법들을 예시한 흐름도들이다.
[0027] 예시의 단순성 및 명료성을 위해, 도면들에 도시된 요소들이 반드시 일정한 비율로 그려진 것이 아니라는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 요소들 중 일부의 치수들은 명료성을 위해 다른 요소들에 비해 과장될 수 있다. 또한, 적절하다고 고려되는 경우에, 도면들 간에 참조 번호들이 반복되어 대응하거나 유사한 요소들을 나타낼 수 있다.
[0028] 하기 상세한 설명에서, 본원에 기술된 구현예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 특정 세부사항들이 기술된다. 그러나, 다양한 구현예들이 이러한 특정 세부사항들 없이 실행될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 다른 경우들에서, 널리 공지된 방법들, 절차들, 및 성분들은 기술된 특징들을 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않는다.
[0029] 다양한 구현예들이 상세히 언급될 것이며, 이의 하나 이상의 예들은 도면들에서 예시되어 있다. 각 예는 설명을 위해 제공되고, 제한적인 것으로 의미하지 않는다. 또한, 일 구현예의 일부로서 예시되거나 기술된 특징들은 다른 구현예들에 또는 이와 함께 사용되어, 또 다른 구현예들을 형성할 수 있다. 설명은 이러한 변형들 및 변화들을 포함하도록 의도된다.
[0030] 본원에서 지칭되는 "시편," "샘플," 또는 "웨이퍼"는 반도체 웨이퍼, 반도체 워크피스, 포토리소그래피 마스크, 및 다른 워크피스들, 예를 들어, 메모리 디스크들, 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 본원에 기술된 다른 구현예들과 결합될 수 있는, 일부 구현예들에 따르면, 시스템들 및 방법들은 표면 계측 적용들, 예를 들어, 반사 측정을 위해 구성되거나 이러한 것에 적용된다.
[0031] 본원에 기술된 구현예들은 일반적으로, 웨이퍼 형상을 맵핑하고/하거나 웨이퍼 상의 국부적인 기울기 영역들을 검출하기 위한 개선된 방법들에 관한 것이다. 일부 구현예들에서, 검출기의 애퍼쳐 평면에서 어떠한 광도 차단하지 않고 하나의 이미지가 획득되며, 애퍼쳐 평면에서 광의 일부를 차단하면서 다른 이미지가 획득된다. 이미지들 간의 반사율 강도의 변화들은 웨이퍼 상의 뒤틀림 및/또는 국부적인 기울기를 식별하기 위해 이용될 수 있다.
[0032] 도 1은 일 구현예에 따른 이미징 반사계(100)의 단순화된 단면도이다. 이러한 예에 도시된 이미징 반사계(100)는 본원에 기술된 방법들을 구현하기 위해 이용될 수 있다. 그러나, 이미징 반사계(100)는 단지 일 예로서 도시된 것이며, 다른 이미징 반사계들 및/또는 다른 이미징 기술들은 기술된 방법들을 수행할 수 있다. 단지 일 예로서, 전체 샘플보다 오히려 샘플의 일부의 이미지들을 획득하도록 구성된 이미징 반사계들, 및/또는 단일 또는 다중-파장 광원들을 이용한 이미징 반사계들은 본 방법들을 수행하기 위해 이용될 수 있다.
[0033] 도 1의 예에서, 소스 모듈(102)로부터의 광은 광 가이드(106)를 통해 균질기(108)로 전달된다. 균질기(108)로부터의 광(116)은 조명 동공(114)을 통과하고, 빔 스플리터(120) 쪽으로 유도된다. 광(116)의 부분(138)은 빔 스플리터(120)에 의해 기준 센서(134) 쪽으로 반사되며, 광의 부분(122)은 빔 스플리터(120)를 통과하고, 광학 경로를 따라 샘플(130) 쪽으로 계속 간다.
[0034] 빔 스플리터(120)를 통과한 광(116)의 부분(122)은 렌즈(126)에 의해 샘플(130) 상에 이미징된다. 샘플(130)에서 반사된 광은 렌즈(126)의 적어도 일부분을 통해 유도되고, 빔 스플리터(120)에 의해 이미징 센서(158) 쪽으로 반사된다.
[0035] 이미징 반사계(100)는 샘플(130)을 비추고, 기준 센서(134)를 비추고, 광을 다른 렌즈들(예를 들어, 120, 140, 144)로 유도하고, 샘플에서 반사된 광을 이미징 센서(158)로 유도하기 위해 광학 경로들을 따라 광을 형상화하고/하거나 유도하는 다수의 다른 렌즈들(예를 들어, 110, 112, 118, 136)을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 예를 들어, 광은 하나 이상의 편광자들(예를 들어, 편광자들(110, 154))을 통과할 수 있다. 하나 이상의 편광자들은 샘플(130)의 상이한 특징들에 대한 향상된 감도를 제공하기 위해 조명 및/또는 이미징 경로에 삽입될 수 있다. 파장판들은 또한, 편광의 위상을 변경하기 위해 삽입될 수 있다. 파장판들 및/또는 편광자들은 고정된 각도들에서 편광된 반사 측정들을 제공하기 위한 것일 수 있거나, 타원 편광분석 측정들을 제공하기 위해 회전될 수 있다. 본원에 기술된 구현예들에 따른 이미징 반사계들이 도 1의 예에 도시된 광학 요소들 모두를 포함하지 않을 수 있고/있거나, 이러한 예에 포함되지 않은 다른 광학 요소들을 포함할 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
[0036] 이러한 예에서 소스 모듈(102)은 각각 좁은 파장 범위를 갖는 상이한 광 빔들을 순차적으로 발생시킬 수 있는 다중-파장 광원을 제공한다. 일부 구현예들에서, 다중-파장 광원은 개별적으로 활성화될 수 있는 복수의 광원들에 의해 제공된다. 광원들 각각은 광 빔을 발생시키며, 광 빔들 중 적어도 일부는 상이한 공칭 파장들을 갖는다.
[0037] 다른 구현예들에서, 다중-파장 광원은 상이한 공칭 파장들을 갖는 광 빔들을 발생시키기 위해 소스 모듈(102)에 대한 소스 출력(source power)을 조정함으로써 제공된다. 각 파장의 출력(power)은 독립적으로, 각 파장에서 측정된 반사율의 동적 범위를 최적화하기 위해 제어될 수 있다.
[0038] 또 다른 구현예들에서, 다중-파장 광원은 광대역 광원 및 한 세트의 대역 통과 필터들에 의해 제공된다. 광대역 광원은 선택된 공칭 파장들에서 광 빔들을 발생시키기 위해 대역 통과 필터들과 함께 이용될 수 있다.
[0039] 또 다른 구현예들에서, 소스 모듈(102)은 복수의 광원들, 광대역 광원, 및 한 세트의 대역 통과 필터들 둘 모두를 포함할 수 있다.
[0040] 일 구현예에서, 렌즈(126)는 전체-샘플 이미지들이 광을 스캐닝하거나 스테이지(132)를 이동하지 않으면서, 이미징 센서(158)에 의해 획득될 수 있도록 샘플(130)의 크기보다 약간 더 큰 측정 필드 크기(또는 조명 영역)를 갖는다. 예를 들어, 렌즈(126)는 300 mm 직경을 갖는 반도체 웨이퍼를 측정하기 위해 300 mm 이상의 측정 필드 크기를 가질 수 있다. 렌즈(126)는 렌즈(126)에서 샘플(130)로 이동하는 광선들이 샘플(130)의 표면에 대해 실질적으로 수직인 광축과 대략적으로 평행하게 하는 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)일 수 있다. 이는 전체 샘플(130) 위에 또는 전체 측정 영역에 걸쳐 실질적으로 정상 조명을 제공한다. 이는 조명 각도들이 대략 동일하기 때문에 측정 오차를 감소시킬 수 있다. 텔레센트릭 이미징은 전체 필드에 걸쳐 실질적으로 동일한 각도에서 반사된 광이 이미징 센서에 도달할 수 있게 한다. 일 구현예에서, 예를 들어, 샘플(130)을 비추는 광은 약 350 nm 내지 약 1200 nm의 파장 범위에 걸쳐 0.3도 미만의 텔레센트리시티 오차(telecentricity error), 및 일부 구현예들에서, 약 350 nm 내지 약 1100 nm의 파장 범위에 걸쳐 1% 미만의 텔레센트리시티 오차를 가질 수 있다. 본원에서 사용되는 텔레센트리시티 오차는 입사하고 웨이퍼 표면에서 법선으로(또는 광축으로) 반사된 광선의 각도 편차의 척도이다.
[0041] 일부 구현예들에서, 렌즈(126)는 샘플(130)보다 더 작은 필드 크기를 갖는 렌즈일 수 있다. 이러한 경우에, 영역(또는 측정 영역)은 이미징되며, 옵틱(optics) 및/또는 스테이지(132)가 이동될 수 있고/있거나, 광학 모듈은 인접한 필드들을 이미징하기 위해 스캐닝될 수 있다. 적용에 따라, 측정 영역은 다이 또는 스텝퍼(stepper) 필드와 대략 동일한 크기일 수 있다. 인접한 이미지들은 다중-필드 또는 전체-샘플 이미지들을 제공하기 위해 공지된 기술들을 이용하여 함께 스티칭될 수 있다.
[0042] 이미징 센서(158)는 샘플(130)에서 반사되고 애퍼쳐 평면(150)에서 동공을 통과하는 광(142)을 포착하기 위한 하나 이상의 디지털 카메라들을 포함하는 영역 이미징 센서일 수 있다. 이미징 센서(158)는 수신된 광(142)을 기초로 한 샘플(130)의 이미지를 제공한다. 이미징 센서(158)는 일부 구현예들에서 샘플(130)의 전체 표면을 이미징하도록 구성된 단일 카메라를 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 이미징 센서(158)는 샘플(130)의 일부를 이미징하도록 구성된 단일 카메라를 포함할 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 이미징 센서(158)는 각각이 샘플(130) 상의 인접한 또는 약간 중첩한 필드들(또는 측정 영역들)을 이미징하는 다수의 카메라들을 포함할 수 있다. 인접한 이미지들은 공지된 기술들을 이용하여 함께 스티칭될 수 있다. 이미지 해상도는 더 고해상도 이미징 센서를 이용하거나 각각이 더 작은 필드를 이미징하는 다수의 이미징 센서들을 이용함으로써 증가될 수 있다.
[0043] 이미징 반사계(100)는 샘플(130)에 광을 제공하는 조명 경로 및 이미징 센서(158)에 반사된 광을 제공하는 이미징 경로를 포함한다. 이는 조명 애퍼쳐 수(NA) 및 이미징 NA를 독립적으로 제어할 수 있다. 단지 일 예로서, 이미징 센서(158)가 5120 픽셀들 × 5120 픽셀들의 어레이 크기를 가지며, 이미징 NA가 약 0.004이면, 샘플(130) 상의 픽셀 크기는 300 mm 웨이퍼에 대해 약 60 ㎛이며, 이는 365 nm의 파장에서 약 55 ㎛의 레일리 해상도(Rayleigh resolution), 및 1 ㎛의 파장에서 약 153 ㎛의 레일리 해상도를 갖는다. 일반적으로, 조명 NA는 잔류 색체 텔레센트릭 오차들을 보정하고 샘플(130)의 기울기 및 휨(bow)에 대한 허용 오차를 제공하기 위해 이미징 NA보다 더 크다. 일부 구현예들에서, 조명 NA는 약 0.005 내지 약 0.5의 범위일 수 있으며, 이미징 NA는 약 0.003 내지 약 0.2의 범위일 수 있다.
[0044] 기준 센서(134)는 빔 스플리터(120)에서 반사된 광(138)을 포착하기 위한 하나 이상의 디지털 카메라들을 포함할 수 있다. 기준 센서(134)는 이미징 센서(158)보다 낮은 해상도를 가질 수 있다. 기준 센서(134)는 광(138)의 균일성 및 안정성을 모니터링하고 이미징 센서(158)에 의해 이루어진 반사율 측정들의 실시간 보정을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 기준 센서(134)에서의 측정들은 공간적 및 시간적 보정들을 제공하도록 광원들의 특징들(예를 들어, 출력 전력(output power))을 조정하기 위해 이용될 수 있다.
[0045] 도 2는 일 구현예에 따른 다중-파장 광원의 단순화된 단면도이다. 다중-파장 광원은 예를 들어, 도 1의 이미징 반사계(100)의 소스 모듈(102)의 부분으로서 이용될 수 있다. 다중-파장 광원은 복수의 광원들(202) 및 복수의 광섬유들(206)을 포함한다. 광원들(202)은 각각 하나 이상의 발광 다이오드들(LED) 및/또는 레이저 다이오드들(LD)을 포함할 수 있다. 광원들(202)은 각각 광섬유들(206) 중 하나에 의해 균질기(208)와 광학적으로 커플링된다. 광원들(202) 각각은 빔을 발생시키며, 빔들 중 적어도 일부는 상이한 공칭 파장들을 가질 수 있다. 균질기(208)로부터의 광은 도 1과 관련하여 기술된 바와 같이, 렌즈로 유도되고 샘플을 이미징하기 위해 이용될 수 있다.
[0046] 일 구현예에서, 다중-파장 광원은 입력 빔들 중 상이한 빔들을 순차적으로 발생시키고, 다수의 입력 빔들의 조합들을 순차적으로 발생시킨다. 빔들은 샘플 상의 동일한 필드의 파장 당 하나의 이미지를 달성하기 위해 이미징 센서(예를 들어, 도 1에 도시된 이미징 센서(158))의 프레임 속도와 일반적으로 동일한 스위칭 레이트(switching rate)로 순차적으로 발생될 수 있다. 센서의 프레임 속도는 일부 구현예들에서 파장 스위칭 레이트보다 더 빠를 수 있다. 더 빠른 스위칭 레이트는 더 높은 신호 대 잡음 비를 달성하기 위해 각 파장에서 다수의 이미지들을 평균화할 수 있다. 광원들(202) 각각에 대한 출력 전력 및/또는 통합 시간(integration time)은 신호 대 잡음 비를 최대화하기 위해 각 파장에서 센서 신호가 포화(saturation)에 가깝도록 독립적으로 제어되고 조정될 수 있다. 광원들(202) 각각은 고속 측정들(또는 이미징 센서의 판독 속도에서 또는 그 부근에서의 측정들)을 가능하게 하는 충분한 출력 전력을 가질 수 있다.
[0047] 일부 구현예들에서, 광학 처리량은 광섬유들(206)과 균질기(208) 사이에 확산기들을 삽입함으로써 증가될 수 있다. 다수의 광원들(202)은 이색빔 스플리터들과 같은 다른 수단에 의해 결합될 수 있으며, 광원들(202)은 자유 공간 광학 릴레이(free space optics relay)와 같은 다른 수단에 의해 균질기(208)와 결합될 수 있다.
[0048] 일부 구현예들에서, 대역 통과 필터들은 각 파장의 대역폭을 좁히기 위해 광원들(202) 각각과 이들의 개개 광섬유(206) 사이에 삽입될 수 있다. 더 좁은 대역폭들은 샘플의 표면 상에 두꺼운 필름 스택들 또는 조밀한 패턴들의 측정에 대한 더 양호한 감도를 제공할 수 있다. 대역통과 필터들은 측정 정확도를 개선하기 위해 LED들의 파장 이동을 제거함으로써 측정 파장들을 정확하게 규정할 수 있다.
[0049] 이미징 센서(예를 들어, 도 1에 도시된 이미징 센서(158))는 높은 판독 속도(예를 들어, 초 당 50 내지 1000 프레임(FPS) 이상, 및 프레임 당 최대 1억 픽셀들 이상)를 가질 수 있다. 일 예로서, 100 FPS의 판독 속도에서, 이미징 센서는 분당 6000회 반사율 측정들을 수행할 수 있다. 측정들은 동일하거나 상이한 파장들에서 이루어질 수 있다. 동일한 파장에서 다수의 측정들을 획득하면 신호 대 잡음 비를 향상시키고 측정 감도를 개선시킬 수 있다.
[0050] 도 3은 이미징 반사계를 이용하여 샘플의 반사율을 측정하는 방법을 개략적으로 기술한 흐름도이다. 이러한 방법은 제1 스위칭 레이트로 복수의 입력 빔들을 순차적으로 발생시키는 것(302)을 포함한다. 일부 구현예들에서, 복수의 입력 빔들 각각은 상이한 광원에 의해 발생되며, 복수의 입력 빔들의 적어도 일부는 복수의 입력 빔들 중 다른 것들과는 상이한 공칭 파장들 및/또는 통합 시간들을 가질 수 있다. 다른 구현예들에서, 복수의 입력 빔들의 적어도 일부는 광대역 광원에 의해 발생되며, 복수의 입력 빔들 각각의 파장은 한 세트의 대역 통과 필터들을 이용하여 규정된다.
[0051] 복수의 입력 빔들 각각은 제1 NA를 갖는 조명 동공을 통해 유도된다(304). 조명 동공은 제1 광학 경로를 따라 배열될 수 있다. 일부 구현예들에서, 복수의 입력 빔들 각각은 분할될 수 있으며, 복수의 입력 빔들 각각의 제1 부분은 제1 광학 경로를 따라 기준 센서 쪽으로 유도될 수 있으며, 복수의 입력 빔들 각각의 제2 부분은 제1 광학 경로를 따라 계속될 수 있다.
[0052] 복수의 입력 빔들 각각의 적어도 일부분은 렌즈를 이용하여 이미징되는 샘플 위에 실질적으로 텔레센트릭 조명으로서 제공된다(306). 복수의 입력 빔들 각각의 일부분은 또한, 입력 빔들의 균일성 및 안정성을 모니터링하기 위해 기준 센서에 제공될 수 있다. 일부 구현예들에서, 렌즈의 측정 필드는 전체-샘플 측정들을 제공하기 위해, 이미징된 샘플보다 더 클 수 있다.
[0053] 샘플에서 반사된 실질적으로 텔레센트릭 조명의 반사된 부분들은 렌즈에서 수신되고, 조명 동공의 제1 NA보다 낮은 제2 NA를 갖는 이미징 동공을 통해 유도된다(308). 반사된 부분들은 빔 스플리터를 이용하여 이미징 동공을 통해 유도될 수 있다.
[0054] 반사된 부분들은 수신되며, 대응하는 이미지 정보는 이미징 센서 모듈에서 발생되며, 여기서, 이미지 정보는 제1 스위칭 레이트와 동일하거나 이보다 빠른 프레임 속도에서 발생된다(310). 이미지 정보는 기준 센서로부터의 정보를 기초로 하여 보정되거나 정규화될 수 있다.
[0055] 일부 구현예들에서, 이미지들은 공정 이상(process excursion)들을 식별하기 위해 가공될 수 있다. 이미지들은 공지된 이상 식별 기술들에 따라 가공될 수 있다. 예를 들어, 다수의 파장들에서 측정된 반사율들은 모델링된 반사율 또는 공지된 양호한 샘플들과 비교될 수 있다. 측정된 패턴들은 또한, 변동 및/또는 이상치(outlier)들을 식별하기 위해 샘플에 걸쳐 상이한 위치들에서 비교될 수 있다. 측정된 변동은 다수의 파장들에서 제곱 평균 제곱근(root-mean-squared; RMS) 차이를 계산함으로써 정량화될 수 있다. 측정 감도는 측정 데이터를 기초로 하여 가장 높은 감도를 갖는 파장 또는 파장들을 선택함으로써 향상될 수 있다. 다수의 파장 반사율은 필름 두께 및/또는 패턴의 CD를 유도하기 위해 이론적 모델에 대한 비-선형 회귀(non-linear regression)에 의해 가공될 수 있다.
[0056] 본원에 기술된 이미징 반사계들이 독립형 계측 툴들로서 구성되거나 다른 계측 또는 공정 툴들과 통합될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 일 예로서, 본원에 기술된 바와 같은 이미징 반사계는 공정 툴과 통합되고, 공정 챔버와 이미징 반사계를 분리시키는 윈도우 외측에 배열될 수 있다. 일부 구현예들에서, 윈도우 외측에 배열된 렌즈는 공정 챔버 내측에 배열된 샘플을 위한 조명을 제공한다. 렌즈는 샘플 전부 또는 부분에 조명을 제공하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 측정 영역은 다이 또는 스텝퍼 필드와 대략 동일한 크기일 수 있거나, 측면에 수 센티미터들과 같은 다른 크기일 수 있다). 이는 샘플들이 진공 챔버 내측에 있는 동안 가공 동안 및/또는 가공 직후에 반사 측정들을 수행할 수 있게 한다. 이는 제어 루프를 단축시키고, 공정 제어를 개선하고, 환경 중 공기에 의해 야기된 재료 손상을 방지할 수 있다.
[0057] 이미징 반사계들은 스펙트럼 이미징 구성을 이용할 수 있으며, 여기에서, 다양한 크기들의 필드들은 상이한 조명 파장들에서 순차적으로 이미징된다. 필드 당 통합 시간은 그러한 파장에서의 샘플 반사율에 따라 가변적일 수 있다. 각 파장에서 획득된 이미지들은 이미징 반사계에서 또는 원거리 저장소에서 저장될 수 있다.
[0058] 이미징 경로는 애퍼쳐 평면에서 동공 또는 애퍼쳐를 포함한다. 애퍼쳐 평면은 샘플에서 반사된 실질적으로 모든 광이 통과하는 영역에서 이미징 경로를 따라 위치된다. 이는 도 4a에 도시되어 있으며, 이러한 도면에서, 측정 영역 내의 샘플(432) 상의 지점들에서의 반사된 광(442)은 렌즈(440)에 의해 포커싱되고, 애퍼쳐 평면(450)의 애퍼쳐(452)를 통과한다. 애퍼쳐(452)를 통과한 후에, 광(442)은 렌즈(444)에 의해 이미징 센서(458)로 유도된다.
[0059] 실질적으로 모든 반사된 광(442)은 이미징 반사계의 정상 작동 동안 애퍼쳐(452)를 통과한다. 정상 작동은 샘플(432)의 표면이 광축에 실질적으로 직교하는 경우이다. 그러나, 샘플이 국부적인 기울기의 영역을 포함할 때, 경사진 지점에서 되돌아 오는 광의 위치는 이동된다. 이는 도 4b를 참조하여 더 잘 이해된다. 이러한 예에 도시된 바와 같이, 샘플(432)은 경사진 영역(456)에서 반사된 광(442a)의 이동을 야기시키는 경사진 영역(456)을 포함한다. 샘플(432)의 다른 영역들에서의 반사된 광(442)은 이동되지 않는다. 이러한 예가 예시하는 바와 같이, 경사진 영역(456)에서의 반사된 광(442a)은 애퍼쳐 평면이 위치되는 위치에서 이동된다. 도 4a에 도시된 애퍼쳐 평면은 경사진 영역(456)에서의 반사된 광(442a)의 이동을 더욱 명확하게 예시하기 위해 도 4b에 도시되어 있지 않다.
[0060] 정상 조건들 하에서, 이미징 시스템은 이러한 타입의 이동을 견딜 수 있도록 설계된다. 도 4a에서 알 수 있는 바와 같이, 애퍼쳐 평면(450)에서 광학 필드가 차단되지 않는 한, 샘플(432)에서의 반사된 광(442)은 이미징 센서(458) 상의 의도된 이미지 지점에 방해받지 않은 애퍼쳐(452)를 통과한다. 도 4b의 시나리오에서, 경사진 영역(456)의 유일한 효과는 경사진 영역(456)의 각도가 일반적으로 매우 작기 때문에 대개 인지할 수 없는 각도로 대응하는 이미지 지점에 반사된 광(442a)이 도달한다는 것이다.
[0061] 일부 구현예들에서, 애퍼쳐(452)는 가변성 애퍼쳐 또는 아이리스이다. 일부 이미징 반사 측정들은 반사된 광(442)이 애퍼쳐 평면(450)에서 차단되지 않도록 애퍼쳐(452)가 개방된 상태로 수행될 수 있다. 다른 이미징 반사 측정들은 정상 조건들 하에서 반사된 광의 물리적 크기만을 함유하기 위해 감소된 크기의 애퍼쳐(452)로 수행될 수 있다. 이러한 구성에서, 반사된 광(442)의 임의의 이동은 이미징 센서(458) 쪽으로 애퍼쳐(452)를 통과하는 에너지의 양의 적당한 변화를 가질 것이다. 이는 도 4c를 참조로 하여 설명될 수 있으며, 이러한 도면에서, 이동된 반사된 광(442a)의 일부는 애퍼쳐 평면(450)(또는 애퍼쳐 판)에서 차단된다. 이러한 단순화된 예에서, 이동된 반사된 광(442a)은 애퍼쳐 평면(450)을 통과하는 것으로서 도시된 것이지만, 실제 작동에서, 애퍼쳐 평면(450)은 더 적은 광이 이미징 센서(458)에 도달하도록 반사된 광(442a)의 일부를 차단한다. 이는 샘플(432) 상의 경사진 영역(456)에서 검출된 신호 수준의 변화를 야기시킬 것이다.
[0062] 신호 변화의 크기는 추정될 수 있다. 샘플(432)이 대물 렌즈의 명목 초점면에 있는 경우에, 샘플의 기울기 θ는 Fθ의 측면 이동을 초래하며, 여기서, F는 대물 렌즈의 초점 길이이다.
[0063] 경사진 영역(456)에서의 반사된 광(442a)의 위치는 샘플(432) 상의 경사진 영역(456)의 위치와는 무관하게 애퍼쳐 평면(450)에서 이동된다. 시야각 내에서 모든 경사진 영역들에서의 반사된 광은 이동된다. 샘플(432) 상의 하나의 지점에서 경사진 영역으로 인해 강도 변화를 발생시키는 애퍼쳐 평면(450)에서의 동일한 크기의 애퍼쳐(452)는 측정 영역(또는 시야각) 내의 모든 경사진 영역들에 대한 강도 변화를 발생시킨다. 즉, 이미지는 반사율 강도 값들을 제공하는 것 이외에 측정 영역에 걸쳐 국부적 지형에 대한 정보를 제공할 수 있다.
[0064] 샘플(432) 상의 임의의 제공된 지점에 대해, 및 임의의 제공된 파장의 광에 대해, 샘플(432) 상의 측정 영역의 이미지는 K(λ) * M(λ) * I(λ) * R(λ)로서 나타낼 수 있으며, 여기서, I는 제공된 파장 (λ)에서의 조명 강도이며, R은 파장 (λ)에서의 반사율이다. 여기에서, M은 애퍼쳐(452)를 통과하는 광의 백분율을 나타내며, K는 비례 상수이다. 이러한 표현은 적절하게 설계된 텔레센트릭 렌즈에 합리적인데, 왜냐하면, 샘플 상의 모든 지점에서의 반사된 광이 애퍼쳐(452)를 실질적으로 균일하게 채울 것이기 때문이며, 이에 따라, 애퍼쳐 평면(450)에서의 광 분포의 위치 이동이 에너지 양의 승수(multiplier)로서 나타낸다.
[0065] 일부 구현예들에 따르면, 반사율 및 기울기 정보 둘 모두는 이미징 반사 측정들로부터 획득될 수 있다. 반사율 정보는 아이리스가 샘플에서 반사된 광을 차단하지 않도록 아이리스의 애퍼쳐 또는 동공이 활짝 열린 상태로 측정을 수행함으로써 획득된다. 기울기 정보는 (i) 아이리스의 애퍼쳐 또는 동공이 활짝 열린 상태로 측정을 수행하고, (ii) 애퍼쳐 또는 동공의 크기를 감소시키고 측정을 수행함으로써 획득된다. 애퍼쳐 또는 동공의 크기는 경사진 영역들에 의해 이동된 광이 아이리스(또는 애퍼쳐 평면)에서 차단되도록 감소된다. 모든 측정들은 파장 감도 정보를 획득하기 위해 단일 파장 또는 다중 파장들에서 수행될 수 있다.
[0066] 단계 (i)에서 획득된 이미지는 반사율 강도 값들을 제공한다. 단계 (i)에서 획득된 이미지에 대해 단계 (ii)에서 획득된 이미지를 점 단위로 정규화함으로써, 기울기에 해당하는 파라미터(M)는 점 단위로 추출될 수 있다.
[0067] 기울기에 대한 검출된 신호의 의존성은 국부적 지형의 직접 측정이 아니고 오히려 특정 방향을 따라 샘플(432)의 지형(즉, 국부적 경사)의 파생물이다. 예를 들어, x-방향을 따르는 샘플(432) 상의 국부적인 기울기는 x-방향에서 애퍼쳐 평면(452)에서의 반사된 광(442a)의 이동을 야기시킨다. 유사하게, y-방향을 따르는 샘플(432) 상의 국부적인 기울기는 y-방향에서 애퍼쳐 평면(452)에서의 반사된 광(442a)의 이동을 야기시킨다. 다른 방향을 따르는 기울기는 개개 방향에서 애퍼쳐 평면(452)에서의 반사된 광(442a)을 유사하게 이동한다.
[0068] 도 5는 일 구현예에 따른 샘플 상의 국부적인 기울기 영역 주변의 상이한 지점들에서 측정된 반사율 강도를 예시한 단순화된 다이아그램이다. 이미지에 대한 기울기의 효과의 설명은 지금까지 애퍼쳐 평면에서 원형 아이리스에 의해 중단된 원형 광 분포의 배열을 가정하였다. 조사 광에 대한 샘플의 공칭 직교성의 경우, 및 아이리스의 동공에 대한 광 분포의 대칭적 정위화의 경우에 대해, 제공된 기울기는 아이리스의 동공을 통과하는 광이 샘플 상의 이웃하는 평평한 영역들에서의 광에 비해 감소된 강도를 갖도록 할 것이다. 이러한 반사율 신호의 감소는 경사가 양의 경사 또는 음의 경사를 갖든지 간에 적용된다. 이에 따라, 샘플 상의 대칭적 돌출부 또는 함몰부로부터의 이미지는 도시된 바와 같은 음성-진행 피크(negative-going peak)들을 갖는 쌍극자(dipole)이다. 즉, 아이리스의 동공에 대한 광 분포의 대칭적 정위화를 갖는 배열은 피쳐(feature)의 검출을 가능하게 하지만, 피쳐가 돌출부 또는 함몰부인 지의 여부의 결정을 가능하게 할 수 없다.
[0069] 이는 도 5에 도시되어 있으며, 이러한 도면에서, 돌출부의 피크를 포함하는, 샘플 상의 평평한 영역들에서의 반사된 광은 애퍼쳐 평면에서 차단되지 않으면서 애퍼쳐 평면에서 아이리스의 동공을 실질적으로 채운다. 이러한 지점들에서 측정된 반사율 강도는 일부 공칭 값이다. 샘플 상의 경사된 구역들에서, 상세하게는, 돌출부의 각 측면 상의 기울어진 구역들에서의 반사된 광은 애퍼쳐 평면에서 이동된다. 아이리스의 동공의 외측에 있는 빔의 부분들은 애퍼쳐 평면에서 차단되어, 이에 따라, 이러한 지점들에서 측정된 반사율 강도를 감소시킨다. 플롯의 우측 축은 표면 지형을 나타내며, 좌측 축은 반사율 강도를 나타낸다. 플롯 위의 원형들은 샘플 상의 대응하는 지점들에 대한 애퍼쳐 평면에서의 애퍼쳐를 나타내며, 원형 음영의 부분들은 애퍼쳐 평면에서 광을 나타낸다. 실제로, 모든 광은 애퍼쳐 평면에서 단일 애퍼쳐를 통과하지만, 애퍼쳐 및 각 지점에서의 광은 기울어진 영역들에서의 반사된 광의 이동을 예시하기 위해 이러한 도면에서 별도로 도시되어 있다. 유사한 반사율 강도 값들은 유사한 크기의 안쪽으로 기울어진 측벽들을 갖는 샘플 상의 함몰부로부터 획득될 것이다.
[0070] 일부 적용들에서, 피쳐의 특징들을 결정하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 경사가 국부적인 기울기 영역에 걸쳐 양수 또는 음수인지를 결정하는 것이 유리할 수 있다. 이는 돌출부 또는 함몰부로서 피쳐를 식별할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 아이리스의 동공의 위치는 고려되는 방향에 따라 애퍼쳐 평면에서의 광 분포에 대해 이동(또는 변위)된다(예를 들어, x-방향 또는 y-방향을 따라 변위됨). 이는 피쳐의 특징들을 결정할 수 있다. 이러한 배열은 도 6에 도시되어 있으며, 이러한 도면에서, 아이리스의 동공은 샘플 상의 평평한 영역들에서 반사된 일부 광(돌출부의 피크에서 반사된 광을 포함함)이 애퍼쳐 평면에서 차단되도록 수평 방향으로 이동된다. 이는 플롯 위의 원형 및 원형 음영 부분들에 의해 도시되어 있다. 광의 일부가 차단되기 때문에, 이러한 평평한 영역들로부터의 측정된 반사율 강도는 최대치 미만이다. 또한, 패턴화된 샘플의 경우에, 이러한 배열은 산란으로 인해 샘플에서 나오는 검출된 공간 주파수들의 크기를 약간 감소시킨다. 일부 구현예들에서, 아이리스의 동공의 이동은 이미지 휘도에 대한 영향이 최소화되도록 작을 수 있다.
[0071] 도 6에 도시된 바와 같이, 경사진 영역들(또는 돌출부의 측면들)에서 반사된 광은 평평한 영역들에서 반사된 광에 비해 이동된다. 양의 경사를 갖는 경사진 구역에 대해(돌출부의 좌측 측면 상), 반사된 광은 평평한 영역들에 비해 애퍼쳐 평면에서 더 많은 광이 차단되도록 이동된다. 음의 경사를 갖는 경사진 구역에 대해(돌출부의 우측 측면 상), 반사된 광은 평평한 영역들에 비해 애퍼쳐 평면에서 더 적은 광이 차단되도록 이동된다. 이에 따라, 이러한 예에서, 반사율 강도 값들은 양의 및 음의 경사들에 대해 상이하게 증가 및 감소한다. 이러한 배열을 이용하여, 피쳐의 이미지는 쌍극자이며, 이의 극성(즉, 음성 대 양성, 또는 양성 대 음성)은 피쳐(즉, 돌출부 또는 함몰부)의 특성을 결정한다. 일부 구현예들에서, 이동되는 아이리스의 동공의 양은 극성이 샘플 상의 모든 예상된 피쳐들에 대해 보존되도록 샘플 상의 예상되는 최대 기울기에 의해 결정된다.
[0072] 도 6의 예는 아이리스의 동공의 중심과 특정 방향을 따른(예를 들어, x-방향을 따른) 광 분포 간에 선형 오프셋이 존재하는 배열에 대해, 기울기에 대한 최대 감도가 또한 그러한 방향을 따름을 예시한다. 이러한 배열은 직교 방향에서(예를 들어, y-방향을 따르는) 기울기에 대해 덜 민감할 것이지만, 직교 방향에서 기울기로부터 일부 강도 변화가 여전히 존재할 수 있다.
[0073] 일부 적용들에서, 직교 방향(예를 들어, y-방향)을 따라 국부적인 기울기의 영향을 추가로 최소화하면서 제공된 방향(예를 들어, x-방향)에서 국부적인 기울기를 결정하는 것이 유리할 수 있다. 일부 구현예들에 따르면, 이는 도 7a 내지 7b에 도시된 바와 같은 나이프 에지 배열을 이용하여 제공된다. 도 7a에 도시된 제1 예에서, 1차원 배리어 또는 나이프 에지는 애퍼쳐 평면에서의 반사된 광의 일부를 차단하도록 배열된다. 2개의 원들 및 양방향 화살표는 x-축을 따라 기울기를 갖는 피쳐들로부터의 애퍼쳐 평면에서의 반사된 광의 이동을 나타낸다. 나이프 에지는 반사된 광의 이동에 따라 상이한 양들의 반사된 광을 차단한다. 이에 따라, 도 7a의 배열은 x-축을 따라 기울기를 갖는 피쳐들에 민감한다.
[0074] 도 7b에서, 나이프 에지는 도 7a와 동일한 방식으로 애퍼쳐 평면에 대해 배열된다. 도 7b에서 2개의 원들 및 양방향 화살표는 y-축을 따라 기울기를 갖는 피쳐들로부터의 애퍼쳐 평면에서의 반사된 광의 이동을 나타낸다. 이러한 경우에, 나이프 에지는 반사된 광의 이동과는 무관하게 동일한 양의 반사된 광을 차단한다. 이에 따라, 도 7b의 배열은 y-축을 따라 기울기를 갖는 피쳐들에 대해 민감하지 않다. 측정된 강도는 반사된 광의 이동과는 무관하게 동일할 것이다.
[0075] 나이프 에지는 임의의 방향을 따라 유사한 방식으로 배열되어 그러한 방향을 따라 경사진 피쳐들을 검출할 수 있다. 일 예로서, 나이프 에지는 y-방향을 따라 국부적인 기울기 영역들을 검출하기 위해 (도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이 수직으로보다) 수평으로 배열될 수 있다.
[0076] 도 8은 일 구현예에 따른 조명-기반 구현을 예시하는 단순화된 다이아그램이다. 이러한 배열에서, 조명 동공은 동공의 단지 일부로부터의 광이 샘플을 비추도록 부분적으로 차단될 수 있다. 적절하게 설계된 이미징 시스템에서, 조명 동공은 이미징 동공 상에 이미징된다. 샘플이 어떠한 국부적인 기울기 영역들도 가지지 않는 경우에, 조명 동공의 이미지가 부분적으로 차단된 이미지라는 결론에 이르게 된다. 그러나, 샘플이 국부적인 기울기 영역들을 지니는 경우에, 이미지는 측면 방향으로 이동되고, 이에 따라, 이미징 동공을 통과하는 광의 증가 또는 감소를 야기시킨다. 이에 따라, 시스템은 양의 및 음의 경사를 구별할 수 있다.
[0077] 도 9a 및 9b는 일 구현예에 따른 암시야 구현을 도시한 것이다. 이러한 배열에서, 조명 NA의 부분은 이미징 동공에서 차단된다(검정색 부분들이 차단됨). 샘플 상의 평평한 영역들에 대하여, 반사된 광 모두 또는 거의 모두는 이미징 동공에서(또는 애퍼쳐 평면에서) 차단된다. 샘플 상의 경사진 영역들에 대하여, 반사된 광은 이동될 것이며, 이에 따라 적어도 일부분은 이미징 동공에서 차단되지 않을 것이며, 이에 따라, 이러한 배열에서, 경사진 영역들은 측정된 반사율 강도의 증가를 가질 것이다.
[0078] 도 10a 및 10b는 일 구현예에 따른 1차원 동공 패턴을 갖는 2차원 표면 프로파일의 측정을 예시한 것이다. 이러한 도면들에서 사용된 패턴은 단지 일 예이며, 다른 패턴들은 다른 구현예들로 사용될 수 있다. 도 10a 및 10b에 도시된 바와 같이, 조명 동공에서의 패턴은 암시야 구현에 대한 이미징 동공에서의 패턴과 반대일 수 있다. 패턴은 특정 방향을 따라 연장하는 국부적인 기울기에 대한 감도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 10a 및 10b에서 이용되는 패턴은 x-축을 따라 연장하는 국부적 기울기에 대해 민감하지만, y-축을 따라 연장하는 국부적인 기울기에 대해 민감하지 않다(y-축을 따라 이동된 광은 암시야 구현으로 검출되지 않음). 일 구현예에 따르면, 패턴들은 상이한 방향들에서 연장하는 국부적인 기울기 영역들이 별도로 검출될 수 있도록 회전 가능하다.
[0079] 일부 구현예들에서, 패턴들은 또한, 조명을 위한 LED 어레이 및/또는 검출을 위한 LCD 어레이를 이용하여 구현될 수 있다. 조명 및 이미징을 위한 패턴들은 전자 제어 및/또는 기계적 패턴들에 의해 발생될 수 있다.
[0080] 도 11은 일 구현예에 따른 이미징 반사계를 이용하여 샘플 상의 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 방법을 예시한 흐름도이다. 본 방법은 입력 빔을 이용하여 샘플 상의 측정 영역을 비추는 것(1002)을 포함한다.
[0081] 본 방법은 또한, 제1 이미징 반사 측정을 수행하는 것(1004)을 포함한다. 제1 이미징 반사 측정을 수행하는 것은 이미징 센서에서, 샘플에서 반사된 제1 이미징 빔을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 이미징 반사계의 애퍼쳐 평면에 정위된 아이리스는 제1 이미징 빔이 아이리스의 동공을 통과하며 아이리스가 샘플에서 반사된 제1 빔의 어떠한 부분도 차단하지 않도록 구성될 수 있다. 측정 영역의 제1 이미지는 샘플에서 반사되고 이미징 센서에서 수신된 제1 이미징 빔을 이용하여 획득될 수 있다. 일부 구현예들에서, 아이리스의 동공의 크기는 가변적일 수 있다.
[0082] 본 방법은 또한, 제2 이미징 반사 측정을 수행하는 것(1006)을 포함한다. 제2 이미징 반사 측정을 수행하는 것은 이미징 센서에서, 샘플에서 반사된 제2 이미징 빔을 수신하는 것을 포함할 수 있다. 이미징 반사계의 애퍼쳐 평면에 정위된 아이리스는 제2 이미징 빔이 아이리스의 동공을 통과하며 아이리스가 샘플에서 반사된 제2 빔의 부분을 차단하도록 구성될 수 있다. 측정 영역의 제2 이미지는 샘플에서 반사되고 이미징 센서에서 수신된 제2 이미징 빔을 이용하여 획득될 수 있다. 일부 구현예들에서, 아이리스의 동공의 직경은 제1 이미징 반사 측정 동안보다 제2 이미징 반사 측정 동안에 더 작을 수 있다.
[0083] 본 방법은 또한, 측정 영역 내에서 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 것(1008)을 포함한다. 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 것은 제1 이미지에서의 픽셀들의 제1 반사율 강도 값들을 제2 이미지에서의 대응하는 픽셀들의 제2 반사율 강도 값들과 비교하는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 것은 제1 이미지에서의 픽셀들을 식별하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서, 제1 반사율 강도 값들은 제2 이미지에서의 대응하는 픽셀들의 제2 반사율 강도 값들과 사전결정된 양보다 더 많이 차이가 난다. 다른 구현예들에서, 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 것은 제1의 복수의 픽셀들 각각 및 제2의 복수의 픽셀들 각각에 대해, 제1 이미지에서의 픽셀의 제1 반사율 강도 값을 제2 이미지에서의 대응하는 픽셀의 제2 반사율 강도 값과 비교하는 것을 포함할 수 있다.
[0084] 제1 이미지에서의 픽셀들의 제1 반사율 강도 값들을 제2 이미지에서의 대응하는 픽셀들의 제2 반사율 강도 값들과 비교하는 것은 제2 이미지에서의 픽셀들의 제2 반사율 강도 값들을 제1 이미지에서의 대응하는 픽셀들의 제1 반사율 강도 값들로 나누는 것을 포함할 수 있다.
[0085] 샘플 상에서 국부적인 기울기 영역과 주변의 평평한 영역들 간의 높이 차이는 제1 이미지에서의 픽셀들과 제2 이미지에서의 대응하는 픽셀들 간의 반사율 강도 값들의 차이를 기초로 하여 결정될 수 있다.
[0086] 도 11의 방법은 또한, 샘플에서 반사된 제1 이미징 빔의 제1 부분 및 샘플에서 반사된 제2 이미징 빔의 제2 부분을 차단하기 위해 나이프 에지를 배열함으로써 국부적인 기울기 영역들과 관련된 기울기 방향을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 국부적인 기울기 영역들 내의 영역들은 기울기 방향이 제1 이미지와 제2 이미지 간의 반사율 강도 값들의 변화를 기초로 하여 나이프 에지에 직교하는 경우에 식별될 수 있다.
[0087] 일부 구현예들에 따르면, 이미징 반사계를 이용하여 샘플 상의 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 방법들은 아이리스의 동공이 샘플에서 반사된 제1 빔에 대해 측면으로 오프셋되는 배열을 이용하여 제1 및 제2 이미징 반사 측정들을 수행하는 것을 포함한다. 동공이 오프셋되기 때문에, 이미징 빔의 부분은 아이리스의 동공을 통과하며, 이미징 빔의 부분은 아이리스에서 차단된다. 오프셋 동공을 이용하면 양의 경사의 영역들 및 음의 경사의 영역들이 국부적인 기울기 영역들 내에서 식별될 수 있다.
[0088] 도 12는 일 구현예에 따른 암시야 측정들을 위해 구성된 이미징 반사계를 이용하여 샘플 상의 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 방법을 예시한 흐름도이다. 본 방법은 입력 빔을 이용하여 샘플 상의 측정 영역을 비추는 것(1102)을 포함한다.
[0089] 본 방법은 또한, 이미징 센서에서, 샘플 상의 국부적인 기울기 영역들에서 반사된 이미징 빔의 부분들을 수신하는 것(1104)을 포함한다. 국부적인 기울기 영역들에서 반사된 이미징 빔의 부분들은 샘플 상의 평평한 영역들에서 반사된 이미징 빔의 부분들을 차단하도록 구성된 이미징 동공을 통과할 수 있다. 일부 구현예들에서, 입력 빔의 부분은 제1 NA를 갖는 조명 동공을 통과할 수 있다. 이미징 동공은 제1 NA보다 더 큰 제2 NA를 가질 수 있다.
[0090] 본 방법은 또한, 샘플 상의 국부적인 기울기 영역들에서 반사되고 이미징 센서에서 수신된 이미징 빔의 부분들을 이용하여 측정 영역의 제1 이미지를 획득하는 것(1106)을 포함한다.
[0091] 본 방법은 또한, 제1 이미지 내의 명점들의 위치들을 기초로 하여 측정 영역 내의 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 것(1108)을 포함한다.
[0092] 일부 구현예들에서, 1차원 패턴은 조명 동공에 제공될 수 있으며, 1차원 패턴은 이미징 동공에서 제공될 수 있다. 조명 동공에서의 1차원 패턴은 이미징 동공에서의 1차원 패턴의 반대일 수 있다. 조명 동공에서 1차원 패턴의 배향은 이미징 동공에서의 1차원 패턴의 배향과 정렬될 수 있다. 국부적인 기울기 영역들과 관련된 기울기 방향은 조명 동공에서의 1차원 패턴 및 이미징 동공에서의 1차원 패턴을 약 90°도 회전시키고, 샘플 상의 국부적인 기울기 영역들에서 반사되고 이미징 센서에서 수신된 이미징 빔의 부분들을 이용하여 측정 영역의 제2 이미지를 획득하고, 제1 이미지와 제2 이미지 간의 반사율 강도 값들의 변화를 기초로 하여 국부적인 기울기 영역들과 관련된 기울기 방향을 결정함으로써 결정될 수 있다. 일부 구현예들에서, 조명 동공에서의 1차원 패턴 및/또는 이미징 동공에서의 1차원 패턴은 전자 제어에 의해 발생될 수 있으며, 조명 동공에서의 1차원 패턴 및/또는 이미징 동공에서의 1차원 패턴의 회전은 기계적 패턴 발생기를 회전시키기보다는 새로운 1차원 패턴을 전자적으로 발생시킴으로써 제공될 수 있다.
[0093] 도 11 및 도 12에 예시된 특정 단계들이 일부 구현예들에 따른 반사율을 측정하는 특정 방법들을 제공한다는 것이 인식되어야 한다. 단계들의 다른 순서들이 또한 대안적인 구현예들에 따라 수행될 수 있다. 예를 들어, 대안적인 구현예들은 상이한 순서로 상기에 개략적으로 설명된 단계들을 수행할 수 있다. 또한, 도 10 및 도 11에 예시된 개개 단계들은 다양한 순서들로 수행될 수 있는 다수의 하위-단계들을 포함할 수 있다. 또한, 추가 단계들은 특정 적용에 따라 부가되거나 제거될 수 있다.
[0094] 전술한 것이 특정 구현예들에 관한 것이지만, 이의 기본 범위를 벗어나지 않고 다른 및 추가 구현예들이 고안될 수 있으며, 이의 범위는 하기 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 이미징 반사계를 이용하여 샘플 상의 국부적인 기울기(localized tilt) 영역들을 검출하는 방법으로서,
    입력 빔을 이용하여 상기 샘플 상의 측정 영역을 비추는 단계;
    제1 이미징 반사 측정을 수행하는 단계로서, 상기 제1 이미징 반사 측정을 수행하는 단계는
    이미징 센서에서 상기 샘플에서 반사된 제1 이미징 빔을 수신하되, 상기 이미징 반사계의 애퍼쳐 평면(aperture plane)에 정위된 아이리스(iris)는 상기 제1 이미징 빔이 상기 아이리스의 동공(pulpil)을 통과하고 상기 아이리스가 상기 샘플에서 반사된 제1 빔의 어떠한 부분도 차단하지 않도록 구성되고;
    상기 샘플에서 반사되고 상기 이미징 센서에서 수신된 상기 제1 이미징 빔을 이용하여 상기 측정 영역의 제1 이미지를 획득하되, 상기 제1 이미지는 제1의 복수의 픽셀들을 포함하는 것을 포함하는 단계;
    제2 이미징 반사 측정을 수행하는 단계로서, 상기 제2 이미징 반사 측정을 수행하는 단계는
    상기 이미징 센서에서, 상기 샘플에서 반사된 제2 이미징 빔을 수신하되, 상기 이미징 반사계의 애퍼쳐 평면에 정위된 아이리스는 상기 제2 이미징 빔이 상기 아이리스의 동공을 통과하고 상기 아이리스가 상기 샘플에서 반사된 제2 빔의 부분을 차단하도록 구성되고,
    상기 샘플에서 반사되고 상기 이미징 센서에서 수신된 제2 이미징 빔을 이용하여 상기 측정 영역의 제2 이미지를 획득하되, 상기 제2 이미지는 제2의 복수의 픽셀들을 포함하는 것을 포함하는 단계;
    상기 측정 영역 내에서 상기 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 단계로서, 상기 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 단계는 상기 제1 이미지에서의 픽셀들의 제1 반사율 강도 값들을 상기 제2 이미지에서의 대응하는 픽셀들의 제2 반사율 강도 값들과 비교하는 것을 포함하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 단계가 상기 제1 반사율 강도 값들이 상기 제2 이미지에서의 대응하는 픽셀들의 제2 반사율 강도 값들과 사전결정된 양 이상으로 상이한 상기 제1 이미지에서의 픽셀들을 식별하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 샘플 상에서 국부적인 기울기 영역과 주변의 평평한 영역들 간의 높이 차이가 상기 제1 이미지에서의 픽셀들과 상기 제2 이미지에서의 대응하는 픽셀들 간의 반사율 강도 값들의 차이를 기초로 하여 결정되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 아이리스의 동공의 직경이 상기 제1 이미징 반사 측정 동안보다 상기 제2 이미징 반사 측정 동안 더 작은, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 아이리스의 동공의 크기가 가변적인, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 이미지에서의 픽셀들의 제1 반사율 강도 값들을 상기 제2 이미지에서의 대응하는 픽셀들의 제2 반사율 강도 값들과 비교하는 것이 상기 제2 이미지에서의 픽셀들의 제2 반사율 강도 값들을 상기 제1 이미지에서의 대응하는 픽셀들의 제1 반사율 강도 값들로 나누는 것을 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 국부적인 기울기 영역들을 검출하는 단계가 상기 제1의 복수의 픽셀들 각각 및 제2의 복수의 픽셀들 각각에 대하여, 상기 제1 이미지에서의 픽셀의 제1 반사율 강도 값을 상기 제2 이미지에서의 대응하는 픽셀의 제2 반사율 강도 값과 비교하는 것을 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 국부적인 기울기 영역들과 관련된 기울기 방향을 결정하는 단계를 추가로 포함하며,
    상기 기울기 방향을 결정하는 단계는,
    상기 샘플에서 반사된 상기 제1 이미징 빔의 제1 부분 및 상기 샘플에서 반사된 상기 제2 이미징 빔의 제2 부분을 차단하기 위해 나이프 에지(knife edge)를 배열하고;
    상기 국부적인 기울기 영역들 내에서, 상기 기울기 방향이 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지 간의 반사율 강도 값들의 변화를 기초로 하여 나이프 에지에 대해 직교하는 영역들을 식별하는 것을 포함하는, 방법.
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