KR20060086938A - 포커싱 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

광원, 대물 렌즈 또는 렌즈 시스템, 상기 대물 렌즈 또는 렌즈 시스템를 통해 입사 광이 상기 물체에 의해 반사되도록 향하게 하는 수단, 상기 입사 광의 공간적 범위를 제한하고 조명 퓨필(pupil)로서의 역할을 하기 위한 조리개, 상기 반사된 광의 적어도 일부가 이미지 시스템으로 향하게 하는 수단, 및 상기 반사된 광을 결상시키는 이미지 시스템을 가지는 현미경을 자동으로 포커싱 하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면 광 빔은 현미경 시스템의 대물렌즈를 통하여 물체로 향하게 하여 광이 물체의 표면으로부터 반사되도록 하고; 상기 반사된 광의 적어도 일부를 수집하여 이미지 시스템에 향하게 하며, 여기서 상기 광의 입사 빔은 조명 퓨필을 형성하는 조리개를 이미징(imaging)함으로써 공간 범위(spacial extent)내에 제한되고, 상기 조명 퓨필의 조명 중심은 상기 기구의 입사 광축에 정렬되고, 반사된 광은 상기 광축으로부터 다르게 위치된 이미지 퓨필의 편심(eccentric) 단면으로부터 적어도 두개의 이미지를 포함하여 이루어지는 상기 이미지 시스템에 투사되고, 여기서 상기 생성된 이미지의 분리는 상기 물체 거리의 표시를 제공하도록 결정된 것을 특징으로 한다. 상기 방법을 구현하는 포커싱 시스템 및 그런시스템에 맞는 현미경이 또한 개시된다.

Description

포커싱 시스템 및 방법{Focusing System and Method}

본 발명은 포커싱 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 일반광학 현미경(bright field microscopy)에서 일반적으로 평면 물체(planar object)에 초점을 맞추기 위한, 예를 들면, 공정 제어의 목적을 위하여 실리콘 또는 다른 반도체 웨이퍼를 검사하는데 사용된 것과 같은 자동 포커싱 시스템 및 방법, 특히 오버레이 측정(metrology)에 관한 것이다.

광학 시스템의 자동 초점은 상기 물체 및 광학 시스템의 상대적인 위치에 대한 정보의 획득을 요구한다. 많은 경우에 있어서, 물체는 평면 반사 표면에 가깝고 자동 초점은 물체에 광빔(light beam)을 발사(project) 할 것이고 물체의 거리를 결정하기 위하여 물체로부터의 제로오더(zero-order) 반사(reflection)를 사용 할 것이다.

비록 그런 시스템들은 일부 성공하기는 하였지만, 그들은 다음과 같은 것들을 포함하는 여러가지 단점때문에 어려움을 겪고 있다:

1) 물체의 국부 지역내의 세부 표면은 제로 오더 반사에 영향을 미칠 것이고 몇몇 기구들에 있어서는 잘못된 독취(reading)를 가져올 것이다.

2) 초점 조사(focus investigation)를 위해 사용된 광빔은 의도된 작업을 수행할 때 광학 시스템에 의해 사용된 광과 동일한 색채(chromatic) 특성을 가지지 않을 수도 있다.

3) 초점 조사를 위해 사용된 광 경로가 의도된 작업을 수행할 때 광학 시스템에 의해 사용된 것과 실제적으로 다를 수 있다.

4) 그러한 시스템들은 조사시 물체의 일부분이 아닌 다양한 인공물(artifacts), 몇몇은 잘못된 독취에 기여할 수도 있는 것들을 사용할 수 있다.

본 발명은 공정 제어의 목적을 위하여 실리콘 웨이퍼들을 검사하는데 사용된 것과 같은 일반광학 현미경의 응용을 배경으로 하여 가장 잘 설명될 수 있을 것이다. 본 발명의 특히 바람직한 응용은 데이터가 모여진 초점 조건들은 그 데이터의 질(quality)에 실제적인 효과를 가진다는 오버레이 측정에 있어서 초점 정보의 측정에 대한 것이고, 이런 실시예가 여기에 상세하게 서술되었다. 그러나, 잠정적으로 본 발명은 공간적으로 집중된 광원이 있는 임의의 광학 시스템에 사용될 수도 있다.

오버레이 측정에 있어서, 광은 물체를 조명하기 위하여 현미경의 대물렌즈 상부 초점면에 주입된다. 물체로 부터 반사된 광은 동일한 대물렌즈에 의해 모아지고 광시스템을 통해 빔 스플리터에 의해 물체의 이미지를 형성하는 이미지 시스템 으로 향하게 된다. 전형적으로 이것은 씨씨디(CCD) 카메라와 같은 어레이 디텍터(detector) 또는 디텍터를 포함하여 이루어질 것이다. 물체는 실리콘 웨이퍼 상에 포토리소그래피(photolithography)에 의해 생성된 한 쌍의 마크(mark)로 구성된다. 오버레이 측정은 그 과정이며 그에 의해 두 개의 마크들의 상대적 위치가 측정된다. 역사적으로, 이들 마크들은 명목적으로 동심원으로 위치된 사방으로 통하는 회전 대칭을 가진 마크들이 되도록 의도되었다. 하나의 마크는 다른 것 보다 크고 결국 두 마크가 쉽게 구별될 수 있게 된다. 그들은 내부 마크 및 외부 마크와 같이 언급되었다. 오버레이 마크는 보통 직선 에지들을 가진다.

여기에 논의를 위한 목적으로, 포커스 데이터를 모으기 위해 사용된 광은 포커스 빔으로 언급될 것이고 상기 광학 시스템이 그의 의도된 작업(예를들면, 오버레이 측정)을 수행할 때 사용된 광은 측정(metrology) 빔으로 언급될 것이다.

물체에 대한 정확한 초점 거리가 결정될 수 있을 것 같은 한가지 방법은 상기 광학 시스템에 의해 형성된 상기 이미지로부터 데이터를 계속적으로 모으면서 점진적으로 물체 거리를 변경하는 것이다. 만약 "가장좋은 초점" 위치가 판단 될 수 있는 적절히 정의된 기준이 있다면(예를 들면, 상기 이미지의 최대 공간 주파수 내용, 최대 강도 기울기(gradient) 등), 상기 초점 거리가 변할 때 수집된 상기 데이터는 상기 정의된 기준이 가장 잘 따르는 초점 거리를 결정하기 위하여 분석될 수 있을 것이다. 이것에 이어서, 상기 초점 거리는 상기 확인된 최적의 초점 조건 에 설정될 수 있을 것이고 상기 광학 시스템은 측정을 위해 사용될 수 있다. 다르게는, 만약 충분한 데이터가 스루-포커스 스캔(through-focus scan) 동안 획득되었다면, 아웃 오브 포커스(out-of-focus) 조건에서 획득된 데이터는 버려질 것이고 인-포커스(in-focus) 조건에서 획득된 데이터는 측정을 위해 사용될 것이다.

이런 방법은 많은 데이터가 획득되고 분석될 필요가 있으며 나중에 버려질 데이터를 모으는데 시간 걸리기 때문에 불가피하게 시간이 걸리는 것이다. 이런 것을 피하기 위하여, 초점 데이터를 더 빨리 획득할 수 있는 자동-포커스 시스템들 및 자동-포커스 방법을 개발하기 위한 많은 시도들이 있었다.

많은 자동-포커스 시스템들에 있어서, 광 빔들은 빔-스플리터를 이용하여 상기 광학 시스템에 주입된다. 이들 주입된 빔들은 상기 대물렌즈로부터 나와서 상기 물체의 표면으로부터 반사되어 상기 광학 시스템에 되돌아 올 것이다. 상기 주입된 빔들은 상기 복귀하는 빔내에서 측정될 수 있고 상기 물체의 거리 변화에 의해 변경될 몇가지 특징을 가진다.

이들 방법들은 더욱 더 짧은 시간 간격내에 초점 정보를 줄 것이다. 이런 원리를 이용하는 시스템들은 레이저-스팟(spot) 포커스 시스템들, 쌍둥이(twin) 조리개(aperture) 측정 시스템들 및 비점수차(astigmatic) 빔 시스템들을 포함한다. 그런 자동-포커스 시스템들은 조건들의 범위에서 잘 동작할 수 있을 것이지만, 다수 의 실제적인 제한들을 겪을 것이다.

먼저, 이들 시스템들은 보통 상기 물체가 광축에 수직인 미러이고, 조사 중에 상기 물체의 제한된 영역(또는 몇가지 경우에는 영역들)의 시료(sample)로 가정한다. 상기 시료의 국소화된 토포그래피(topography)는 잘못된 독취를 가져올 수 있다. 측정되는 상기 광 빔의 특성이 변화할 때, 상기 시료의 반사율 변화(reflectance variation) 등은 얻어진 포커스 정보의 저하(degradation)를 야기할 수 있을 것이다. 이들 저하가 존재하지 않거나 무시할만한 많은 상황들이 있으며, 이들 자동-포커스 시스템들 몇몇은 제한된 배경(context)내에서 잘 동작할 것이다. 그러나, 오버레이 측정의 경우에 있어서 극도의(extreme) 초점 감도를 달성하기 위한 요구사항은 가능한 한 많은 잠재적인 불확실성의 근원(sources)들을 제거하는 것을 필요로 한다.

둘째로, 상기 포커스 빔은 사용될 수 있는 파장들내에 매우 제한 될 수 있는데, 예를 들면, 레이저 스폿 포커스 시스템은 보통 단(single) 파장에 제한될 것이다. 측정 빔에 있어서 상기 광은 광 대역 소스(broad band source)로부터 나올 수 있다. 색채 수차(chromatic aberration)가 완전히 제거되지 않은 임의의 시스템에 있어서(즉, 임의의 굴절 광학 시스템) 상기 포커스 빔을 사용하여 결정된 최적의 포커스 및 상기 측정 빔에 의해 요구된 상기 포커스와의 사이에 어느 정도의 오프셋(offset)이 있다. 상기 물체에 의한 상기 측정 빔의 어느정도의 색채 여과시(예 를 들면, 실리콘 웨이퍼의 표면상에 박막 여과) 상기 오프셋은 시료로 부터 시료까지 변할 수 있고 알려지지 않을 수도 있다.

따라서 상기 측정 빔에 대해 포커스 빔을 위하여 동일한 색채 특성을 가진 광을 사용하는 것이 유리할 것이다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 자동-포커스 시스템들 및 방법들의 상기 단점들의 몇몇 또는 전부를 완화하고자 하는 것이다.

본 발명의 특별한 목적은 최적의 자동 포커스 포인트(point)를 결정하기 위하여 요구된 데이터 더욱 빠르게 획득되고 및/또는 궁극적으로 여분의 포커스 데이터의 수집이 최소화되는 자동 포커스 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 특별한 목적은 주요한 관찰 빔에 대한 포커스 빔을 위하여 동일한 색채 특성을 가진 광을 사용 할 수 있고, 특히 광 대역 광원의 사용 및/또는 포커싱 및 관찰 단계를 위한 동일한 광원의 사용이 가능한 자동-포커스 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 동일한 광원의 사용은 포커스 분석 및 관찰 단계들이 동일한 색채 특성들을 가진 광을 사용하여 수행된 것을 보장한다.

본 발명은 광원, 대물 렌즈 또는 렌즈 시스템, 상기 대물 렌즈 또는 렌즈 시스템를 통해 입사 광이 상기 물체에 의해 반사되도록 향하게 하는 수단, 상기 입사 광의 공간적 범위를 제한하고 조명 퓨필(pupil)로서의 역할을 하기 위한 조리개, 상기 반사된 광의 적어도 일부가 이미지 시스템으로 향하게 하는 수단, 및 상기 반사된 광을 결상시키는 이미지 시스템을 가지는 현미경용 포커스 시스템들에 관한 것이다.

가장 넓은 측면에서 본 발명에 따르면, 그런 시스템을 자동으로 포커싱하는 방법은 광원으로부터의 광의 빔을 현미경 시스템의 대물렌즈를 통하여 물체로 향하게 하여 광이 물체의 표면으로부터 반사되도록 하고; 상기 반사된 광의 적어도 일부를 수집하여 이미지 시스템에 향하게 하는 단계들을 포함하여 이루어지고, 여기서 상기 광의 입사 빔은 조명 동공을 형성하는 조리개를 이미징(imaging)함으로써 공간 범위(spacial extent)내에 제한되고, 상기 조명 동공의 조명 중심은 상기 기구의 입사 광축에 정렬되고, 반사된 광은 상기 광축으로부터 다르게 위치된 이미지 퓨필의 편심(eccentric) 단면으로부터 적어도 두개의 이미지, 예를 들면 적어도 한 쌍의 이미지를 포함하여 이루어지는 상기 이미지 시스템에 투사되고, 여기서 상기 생성된 이미지의 분리는 상기 물체 거리의 표시를 제공하도록 결정된다.

초점 변화들로서의 상기 적어도 두개의 이미지들의 다른 변위는 분리 간격이 또한 상기 포커스 변화들처럼 변한다는 것을 의미한다. 상기 다른 변위는 범위 및/또는 방향에 있어서 다른 운동으로 이루어지며, 바람직하게는 한 쌍의 이미지들은 대향하는 방향들로 변한다.

본 발명에 따르면 신규한 포커스 시스템 및 방법이 개시되는데, 포커스 정보가 의도된 관찰 작업을 수행할 때 상기 광학 시스템에 의해 사용된 광원을 사용하여 이어지는 관찰(예를 들면 측정) 단계동안 초점을 맞추는 것이 바람직한 상기 물체의 관찰에 의한 상기 물체의 거리에 대하여 포커싱 단계 동안 모아진다.

상기 방법은 물체의 거리를 결정하는 매우 빠른 방법을 제공하며 따라서 최적의 포커스 위치를 결정하는데 이용될 수 있을 것이다. 입사 광 빔의 공간적 범위를 제한하기 위하여 상기 대물렌즈 경로내에 제공된 조리개의 사용 및 그에 의해 형성된 조명 동공에 관련된 측정의 사용을 만든다. 이것은 이하에 상세히 설명된다.

오버레이 측정 기구 또는 유사한 응용에 있어서 상기 대물렌즈의 상부 초점면에 주입된 상기 조명 빔은 그의 공간적 범위내에 제한된다. 광의 스폿의 경계는 조리개의 이미지화(imaging)에 의해 형성된다. 상기 대물렌즈의 상부 초점면내의 이런 조리개의 이미지는 여기에 사용된 용어인 조명 퓨필로서 종종 참조 된다.

만약 반사 현미경내에서 상기 이미징 동공이 상기 조명 동공의 제로 오더 프로젝션에 대해 편심되고 상기 이미지가 포커스 조건들에서 변화들을 가지고 측면으로 움직일 것이다. 상기 조명 동공의 정확한 집중에 의해서만 상기 이미지가 물체 거리의 변화들을 가지고 정지하도록 만들어질 수 있다. 이런 서술은 상기 조명 동공이 완전한 원이 아니거나 균일하게 조명되지 않은 경우에는 약간 정제되어야 한다. 이런 상황하에서, 기본적으로 요구된 조건은 상기 조명의 중심이 상기 광축상에 위치된다는 것이다. 그러나, 상기 동공이 원형인 바람직한 경우에 있어서 및 균일하게 조명된 동공은 상기 동공이 광축상에 중심을 가지는 요구와 동등하게 다루어질 것이다.

완전한 정렬의 기준은 상기 이미지 시스템에 의해 형성된 축이다. 만약 상기 이미지 동공이 축을 벗어나면, 상기 조명 동공에 의해 정의된 축에 의해 정의된 축과 비교되고 비슷한 효과가 발생할 것이다.

본 발명의 본질은 다른 편심들을 가진 상기 이미지 동공의 단면을 사용하여 상기 물체의 이미지를 만들고 예를 들면 단일 디텍터(detector) 어레이의 단일 이미지 수단에 이미지들을 투사하는 것이다. 이런 동공은 적당한 이미지 분리 광학의 도입에 의해 적어도 두개의 단면들로 쪼개질 수 있을 것이다. 적어도 두개의 그런 이미지들은 다른 이미지 영역들로, 바람직하게는 단일 이미지 시스템상의 상대적으로 인접한 영역들로 투사(projection)하기 위해 수집된다. 만약 상기 이미지 동공의 단면들이 독립적으로 완전한 정렬로부터 변화되면, 상기 별도의 이미지들은 다르게 움직일 것이다. 상기 이미지들의 분리의 계산은 상기 물체 거리의 측정을 제공할 것이다. 바람직한 실시예에서, 상기 이미지 동공의 단면들은 최대의 감도를 제공하기 위하여 반대방향으로 위치될 것이다.

하나의 가능한 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 이미지 동공의 편심 단면들로부터 분리하는 이미지 쌍들 및 예를 들면 반복적 공정의 일부로서 사용된 이미지들의 연속적 쌍들의 분리의 측정을 얻고 상기 포커싱 정보의 정확성을 개선하기 위하여 및/또는 물체를 공간적으로 가로질러 변화하는 포커싱 정보를 획득하고, 특히 평면으로부터 편차 각을 축적하기 위하여 상기 개략적인 방법 단계들을 연속적으로 반복하는 것으로 이루어진다. 그러나, 만약 가능하다면 단일 측정 스테이지(stage)에 있어서 초점으로부터 상기 거리를 결정하고 단일 조정(adjuste) 단계에서 조정하는 것이 종종 바람직하다.

초점 조사를 위해 사용된 상기 광은 측정을 위해 사용된 광과 동일한 색채 내용을 보통 가질 것이다. 바람직하게는 동일한 광원으로터 나올 것이다. 따라서 상기 시스템은 색채적으로 유도된 오프셋들을 제거하는 캘리브레이션(calibration)을 요구하지 않을 것이다.

별도의 광학 시스템 및 이미지 시스템은 상기 포커스 조건을 조사하기 위하여 사용될 수 있다. 이것은 상기 시료로부터 반사된 광을 뽑아내기 위하여 빔-스플리터를 요구할 것이다. 이런 별도의 초점 광학 시스템에 있어서, 상기 주요 이미지 시스템의 동공의 이미지는 릴레이 렌즈와 같은 적당한 릴레이 광학을 사용하여 형성된다. 이런 동공은 적당한 이미지 분리 광학의 도입에 의해 분리될 수 있을 것이며, 동공의 상기 별도의 단면은 상기 이미지 수단, 예를 들면 상기 포커스 광학 시스템 및 이미지 시스템의 부품으로서 제공된 디텍터 어레이상에 분리 이미지들을 형성하도록 적용될 것이다.

이런 경우에 있어서, 상기 포커스 광학 시스템은 포커스가 결정되면 상기 물체를 결상하는데 사용된 주요 관찰 광학 시스템으로부터 분리되고 측정 데이터 또는 다른 측정된 데이터 등을 얻는다. 그런 주요 관찰 광학 시스템은 상기 물체로부터 관찰 이미지 수단에 반사된 광을 향하게 하기 위한 광학적 요소들의 적당한 배치를 다시 포함하여 이루어질 것이며, 다시 바람직하게는 디텍터 어레를 포함한다. 대안으로, 공통 이미지 수단을 가진 단일 광학 시스템은 먼저 상기 포커스 조건을 조사하고 이어서 상기 물체의 관찰 및/또는 측정을 수행하기 위하여 사용될 수 있다.

여기에 설명된 바람직한 실시예에 있어서, 2면각 미러(dihedral)의 간단한 장치가 상기 이미지 분리 광학을 제공하는데 사용된다. 이것은 상기 동공을 둘로 분리하고 동시에 상기 두개의 반쪽으로부터의 광을 상기 포커스 광학 시스템의 부품으로서 제공된 씨씨디(CCD) 어레이의 다른 단면들로 향하게 한다. 이것은 단지 예이고 비록 이것은 특히 간단한 방법이지만 상기 동공을 분리하는 다른 시스템을 생각하는 것은 어렵지 않다.

그런 시스템에 있어서 상기 현미경이 상기 대물 렌즈 또는 광학의 하부 초점면에 있을 때 상기 두개의 이미지들사이의 상대적 변위는 상기 카메라 렌즈의 2면각 미러 각 및 초점 길이에만 의존한다. 만약 단일 센서가 사용된다면 부유 포커스 독취(readouts)를 가져오는 기계적인 변위들로부터의 면역(immunity)을 제공하면서 인-포커스 위치에서 상기 오프셋이 극히 안정하다.

상기 포커스 광학에 있어서 검출 수단들은 적어도 두개의 이미지들의 변위를 결정하도록 요구된다. 이들 이미지들은 많은 점에서 매우 유사하게 될 것이다. 따라서 패턴 인식/상관(correlation) 기술들(예를 들면 제 1 이미지의 일부를 저장하고 상기 저장된 일부와 상관하는 물체가 있는 제 2 이미지를 결정하는 것)을 사용하는 것은 합당하다(reasonable). 시작 점으로서 이미지의 제 1 부분의 위치를 사용하고, 조명의 변위의 방향을 알면, 조사가 필요한 제 2 이미지의 지역은 매우 작을 것이고 적은 처리를 요구할 것이다.

필드 스탑(field stop)은 바람직하게는 상기 광원으로부터의 조명 빔내에 제공된다. 이런 배열에 있어서 상기 필드 스탑은 이상적 포커스로부터의 오프셋을 평가하기 위하여 상기 포커싱 시스템에 의해 사용된 이미지의 특징을 제공한다. 상기 필드 스탑은 상기 시스템이 상기 포커스 조건을 조사하기 위해 사용될 때 형성된 두개의 이미지들이 겹치지 않는 다는 것을 보장하도록 배열된다. 상기 필드 스탑의 크기는 바람직하게는 이런 의도를 가지고 선택되지만, 관찰 단계의 동작동안 관찰된 이미지에 영향을 미치지 않는다는 것을 보장하는 것이다. 이런 스탑(stop)의 이미지는 높은 확대도(magnification)에서 수행된 관찰 단계동안 필드 시야보다 아마 크기 때문에 달성될 수 있지만, 포커스 조사를 위해 보통 사용될 수 있는 낮은 확대도에서 한계(limit) 스탑으로서 효과적이다. 상기 디텍터의 크기는 또한 관련이있다. 만약 디텍터 면적이 커지면 더 큰 스폿 사이즈가 허용될 것이다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 현미경 자동-포커스 시스템은 위의 방법의 구현을 위해 제공되며 현미경은 그런 시스템에 구비되어 제공된다.

특히, 그러한 현미경용 시스템은 광원, 대물 렌즈 시스템, 상기 대물 렌즈를 통해 입사 광이 상기 물체에 의해 반사되도록 향하게 하는 수단, 상기 입사 광의 공간적 범위를 제한하고 상기 광축상에 조명 중심을 가진 조명 퓨필(pupil)로서의 역할을 하기 위한 조리개, 상기 물체로 부터 반사된 광을 이미지 시스템으로 향하게 하는 수단, 및 이미지 시스템을 포함하여 이루어지고, 상기 시스템은 또한 반사된 광을 상기 광축으로부터 다르게 위치된 이미지 동공의 편심 단면으로부터의 적어도 두개의 이미지들을 포함하는 상기 이미지 시스템으로 발사하는(project) 수단 및 상기 이미지들의 분리를 측정하고 그에 의해 생성된 상기 물체 거리의 표시를 제공하기 위한 수단을 포함하여 이루어진다. 추가적으로 상기 포커스 시스템의 제어하에 상기 이미지 대물 렌즈로부터 관찰된 물체의 분리를 기계적으로 조정하는 수단이 있다. 예를 들면 상기 포커스 시스템 디텍터로부터의 상기 출력 신호 처리에 기초하여 상기 물체의 기계적 위치를 조정하는 능력을 제공하는 폐쇄된 루프 제어 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 제 1 광학 및 이미지 시스템은 제 1 포커싱 단계에서 최적의 포커스 위치를 결정하는데 사용되도록 포커스 이미지들에 대해 제공되며, 제 2 광학 및 이미지 시스템은 물체로부터 반사된 광을 이미지 시스템 및/또는 둘다에 부분적으로 우회시키기 위하여 배치된 빔 스플리터 및/또는 선택적 광학기(optics)를 가지며, 이어지는 관찰(예를 들면 측정) 단계에서 사용되도록 관찰 이미지를 위하여 제공된다.

반사된 광을 이미지 동공의 편심 단면으로부터 적어도 두개의 이미지들을 포함하는 상기 이미지 시스템에 발사하는 상기 수단은 위에 설명된 것과 같은 바람직하게는 2면각 미러(dihedral mirror)로 이루어지는 적당한 이미지 분리 광학기를 포함한다.

상기 시스템의 또 다른 바람직한 특징들은 상기 방법의 바람직한 특징들의 설명을 참고하여 유사하게 이해될 것이다.

본 발명은 본 발명에 따른 포커싱 시스템의 일예를 나타내는 첨부하는 도면 도 1을 참고하여 단지 실시예로서 설명될 것이다.

도 1 에 도시된 바와 같은 시스템은 오버레이 측정용에 적합한 장비(tool)로서 설치되었지만 더욱 많은 다양한 응용을 가지고 본 발명의 일반적인 원리들을 나타낼 것이다. 도 1에 도시된 상기 시스템은 포커스 조건을 조사하기 위하여 이미지 정보를 수집하고 측정용 이미지 정보를 수집하는 별도의 광학 시스템들을 포함한다. 이들은 포커스 CCD 카메라(11) 및 현미경 CCD(13)을 포함하여 이루어진다. 빔-스플리터(15)는 상기 물체로부터 반사된 광을 이들 이미지 시스템 둘다에 제공하도록 추출한다.

광원(21)은 조명 렌즈(23) 및 대물 렌즈(25)를 통하여 상기 물체 평면(26)에서 물체상에 점으로된 선(dotted line)으로 표현된 광 경로를 따라 광 빔을 향하게 한다. 대물렌즈의 상부 초점면은 참조번호(24)에 의해 확인된다. 반사된 광은 빔 스플리터(15)를 통과한다. 상기 반사된 광은 2면각 미러(28)상에 제 1 이미지 렌즈(27)의 이런 실시예로 구성되는 릴레이 광학 시스템을 경유하여 향하게 된다. 상기 본 발명의 본질적인 특징이 가능하게 된 것은 2면각 미러를 통해서이다. 상기 2면각 미러는 동시에 상기 조명 동공을 두개로 쪼개고 상기 제 2 이미지 렌즈(29)를 경유한 광을 상기 제 1 이미지 영역(31) 및 상기 제 2 이미지 영역(32)를 포함하는 상기 포커스 CCD(11)의 다른 단면들로 다시 향하게 한다.

상기 포커스 카메라에 상기 두개의 이미지들을 겹치지 않도록 하기 위하여, 바람직하게 필드 스탑(33)이 상기 현미경의 상기 조명 빔내에 포함된다. 이런 스탑의 이미지는 상기 측정 채널내의 필드 시야보다 더 크고 상기 포커스 카메라 시스템(11)은 낮은 확대로에서 작동하기 때문에 이것은 상기 측정에서 관찰된 상기 이미지에 영향을 미치지 않는다.

이런 스탑의 또 다른 잇점은 상기 스탑의 이미지가 또한 상기 물체의 이미지가 움직이는 동일한 길로 물체 거리를 가지고 이동한다는 것이다. 상기 필드 스탑의 이미지의 운동 비율은 상기 물체의 운동 비율에 2배이며, 상기 포커스 시스템의 감도에 크게 이롭다.

상기 포커스 조건의 분석을 위하여, 이미지 상관(correaltion) 방법들이 이용될 수 있다. 그런 방법들은 상기 필드 스탑의 이미지들의 분리의 초점을 가지고 변위를 평가한다. 그러나 이들 이미지들은 상기 필드 스탑의 이미지의 비율과 다른 비율에서 초점을 가지고 움직이는 상기 물체내에서의 특징들과 관련된 데이터를 포 함한다. 또한, 상기 이미지들은 만약 동공 단면이 편심이면 비대칭 이미지들을 생성하는 위상(phase) 정보를 포함한다. 결론적으로 상기 두개의 이미지 세그먼트들은 동일하지 않고 그 상세한 차이는 상기 포커스 조건을 가지고 변화한다. 이들 특징들을 필터링하는 몇몇 수단들은 상기 분석 결과들내에서 정확성의 손실을 방지하는데 필요하다. 다양한 기술들이 상세 이미지의 억제(suppression)를 위해 이용될 수 있을 것이고 이미지 처리 기술분야에 기술자에게는 익숙할 것이다.

포커스 조건이 조사되면, 상기 측정 카메라(13)는 측정 관찰용으로 사용된다. 광은 직접 상기 빔 스플리터(15) 및 현미경 결상 렌즈(35) 및 미러(36)를 경유한다.

Claims (15)

1. 광원, 대물 렌즈 또는 렌즈 시스템, 상기 대물 렌즈 또는 렌즈 시스템를 통해 입사 광이 상기 물체에 의해 반사되도록 향하게 하는 수단, 상기 입사 광의 공간적 범위를 제한하고 조명 퓨필(pupil)로서의 역할을 하기 위한 조리개, 상기 반사된 광의 적어도 일부가 이미지 시스템으로 향하게 하는 수단, 및 상기 반사된 광을 결상시키는 이미지 시스템을 가지는 현미경을 자동으로 포커싱 하는 방법에 있어서, 상기 방법은 광원으로부터의 광의 빔을 현미경 시스템의 대물렌즈를 통하여 물체로 향하게 하여 광이 물체의 표면으로부터 반사되도록 하고; 상기 반사된 광의 적어도 일부를 수집하여 이미지 시스템에 향하게 하는 단계들을 포함하여 이루어지고, 여기서 상기 광의 입사 빔은 조명 퓨필을 형성하는 조리개를 이미징(imaging)함으로써 공간 범위(spacial extent)내에 제한되고, 상기 조명 퓨필의 조명 중심은 상기 기구의 입사 광축에 정렬되고, 반사된 광은 상기 광축으로부터 다르게 위치된 이미지 퓨필의 편심(eccentric) 단면으로부터 적어도 두개의 이미지를 포함하여 이루어지는 상기 이미지 시스템에 투사되고, 여기서 상기 생성된 이미지의 분리는 상기 물체 거리의 표시를 제공하도록 결정된 것을 특징으로 하는 현미경을 자동으로 포커싱 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 빔은 그의 공간 범위내에 제한된 상기 대물렌 즈의 상부 초점면에 주입되고 상기 대물렌즈의 상부 초점면에 조명을 형성하기 위하여 조리개를 결상함으로써 경계가 표시된 것을 특징으로 하는
3. 제 2 항에 있어서 상기 물체의 다수의 이미지들의 형성은 다른 편심률(eccentricities)을 가진 상기 이미지 퓨필의 단면을 이용하고 단일 이미지 수단상에 상기 이미지들을 발사(projecting)하여 이루어진 것을 특징으로 하는
4. 이전 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미지 수단들은 단일 디텍터 어레이를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는
5. 상기 이미지 퓨필의 편심 단면들로부터 분리하는 이미지 쌍들 및 예를 들면 반복적 공정의 일부로서 사용된 이미지들의 연속적 쌍들의 분리의 측정을 얻고 상기 포커싱 정보의 정확성을 개선하기 위하여 및/또는 물체를 공간적으로 가로질러 변화하는 포커싱 정보를 획득하고, 특히 평면으로부터 편차 각을 축적하기 위하여 이전의 청구항들의 방법 단계들을 연속적으로 반복하는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 포커싱 방법.
6. 이전 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초점 조사를 위하여 사용된 광은 측정을 위하여 사용된 광과 같은 광원으로부터 나온 것을 특징으로 하는
7. 이전 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 빔 스플리터는 상기 시료로부터 반사된 광을 추출하고 포커스 조건을 조사하기 위하여 적용된 포커스 광학 시스템 및 이미지 시스템을 향하는 방향을 가지도록 하기 위하여 사용되며, 상기 포커스 광학 시스템은 포커스가 결정되면 상기 물체를 결상(image)하는데 사용된 주요 관찰 광학 시스템으로부터 분리되고, 측정 데이터 또는 다른 측정된 데이터 등을 얻는 것을 특징으로 하는
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 먼저 상기 초점 조건을 조사하고 이어서 공통 이미지 수단을 가지고 단일 광학 시스템을 경유하여 상기 물체의 관찰 및/또는 측정을 수행하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는
9. 이전 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 이미지 분리는 동시에 상기 퓨필을 두개로 분리하고 이미지 수단의 다른 단면으로 상기 두개의 부분으로부터의 광을 다시 향하게 하기 위한 2면각 미러에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는
10. 이전 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 필드 스탑은 광원으로부터의 조명 빔내에 제공된 것을 특징으로 하는
11. 이전 청구항 들 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 현미경 자동-포커스 시스템.
12. 광원, 대물 렌즈 시스템, 상기 대물 렌즈를 통해 입사 광이 상기 물체에 의해 반사되도록 향하게 하는 수단, 상기 입사 광의 공간적 범위를 제한하고 상기 광축상에 조명 중심을 가진 조명 퓨필(pupil)로서의 역할을 하기 위한 조리개, 상기 물체로 부터 반사된 광을 이미지 시스템으로 향하게 하는 수단, 및 이미지 시스템을 포함하여 이루어지고, 상기 시스템은 또한 반사된 광을 상기 광축으로부터 다르게 위치된 이미지 동공의 편심 단면으로부터의 적어도 두개의 이미지들을 포함하는 상기 이미지 시스템으로 발사하는(project) 수단 및 상기 이미지들의 분리를 측정하고 그에 의해 생성된 상기 물체 거리의 표시를 제공하기 위한 수단, 및 상기 포커스 시스템의 제어하에 상기 이미지 대물 렌즈로부터 관찰된 물체의 분리를 기계 적으로 조정하는 수단을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 현미경 자동-포커스 시스템.
13. 제 12 항에 있어서, 제 1 광학 및 이미지 시스템은 제 1 포커싱 단계에서 최적의 포커스 위치를 결정하는데 사용되도록 포커스 이미지들에 대해 제공되며, 제 2 광학 및 이미지 시스템은 물체로부터 반사된 광을 이미지 시스템 및/또는 둘다에 부분적으로 우회시키기 위하여 배치된 빔 스플리터 및/또는 선택적 광학기(optics)를 가지며, 이어지는 관찰(예를 들면 측정) 단계에서 사용되도록 관찰(observational) 이미지를 위하여 제공된 것을 특징으로 하는
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 반사된 광을 이미지 퓨필의 편심 단면으로부터 적어도 두 개의 이미지들을 포함하는 상기 이미지 시스템에 발사하는(project) 상기 수단은 2면각 미러를 포함하는 이미지 분리 광학기(optics)를 포함하는 것을 특징으로 하는
15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 자동 포커스 시스템이 구비된 현미경.

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