KR20150002964A - 이미지 획득 방법 및 이를 이용한 이미지 획득 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼와 같은 평탄한 측정 대상의 표면의 결함을 보다 상세하게 이미지할 수 있는 이미지 획득 방법 및 이를 이용한 이미지 획득 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 획득 방법은, 일정 크기의 픽셀 (pixel) 단위로 측정 대상의 표면의 이미지 (image) 를 얻는 이미지 획득 수단과, 상기 측정 대상을 이동시킬 수 있는 이동 수단을 포함하는 측정 장치를 이용하여 이미지를 얻는 방법에 있어서, 상기 이미지 획득 수단에 의해 상기 측정 대상의 표면 중 제1 영역의 이미지를 얻는 단계; 상기 이동 수단에 의해 상기 측정 대상을 이동시켜 상기 제1 영역과 다른 제2 영역의 이미지를 얻는 단계; 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 이미지 중 어느 하나의 이미지에서 다른 하나의 이미지를 감산하여 디퍼렌셜 이미지 (differential image) 를 얻는 단계; 및 상기 디퍼렌셜 이미지를 복수 회 중첩시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이미지 획득 방법 및 이를 이용한 이미지 획득 장치{IMAGE ACQUISITION METHOD AND IMAGE ACQUISITION APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 이미지 획득 방법 및 이를 이용한 이미지 획득 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 웨이퍼와 같은 평탄한 측정 대상의 표면의 결함을 보다 상세하게 이미지할 수 있는 이미지 획득 방법 및 이를 이용한 이미지 획득 장치에 관한 것이다.

주사탐침현미경 (SPM, Scanning Probe Microscope) 은 MEMS공정 등을 통하여 제작된 미세한 프로브를 시료의 표면 위로 훑고 지나가게 하면서 (Scanning), 그 시료의 표면 특성을 측정하여 3D 이미지로 보여주는 현미경을 말한다. 이러한 주사탐침 현미경은 측정 방식에 따라, 원자현미경 (AFM, Atomic Force Microscope), 주사터널링현미경 (STM, Scanning Tunneling Microscope) 등으로 세분화된다.

일반적으로, 원자현미경과 같은 주사탐침현미경은 탐침의 측정 위치를 결정하기 위해, 광학 비젼 시스템 (Optical Vision System) 을 사용한다. 광학 비젼 시스템은, CCD (Charged-coupled device, 전하결합소자) 나 CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor, 상보성 금속 산화막 반도체) 와 같은 이미지 센서를 이용한 디지털 방식의 카메라와, 측정 대상의 표면 측을 향한 대물 렌즈와, 카메라와 대물 렌즈를 광학적으로 연결하여 대물 렌즈에 맺힌 상을 카메라의 이미지 센서로 전달하는 경통 (鏡筒) 을 포함하여 구성된다.

주사탐침현미경을 이용하여 측정 대상의 표면을 측정할 때에는, 먼저 정밀 스테이지를 이용하여 상술한 광학 비젼 시스템을 Z 방향 (상하 방향) 으로 이동시켜 측정 대상의 표면에 초점을 맞춘다. 이에 따라, 이미지 센서에는 측정 대상의 표면의 상 (象) 이 맺히게 되며, 카메라에서 출력되는 신호를 모니터와 같은 표시 장치에 표시함으로써, 사용자는 대물 렌즈의 배율대로 확대된 측정 대상의 표면을 확인할 수 있다.

이후, 광학 비전 시스템으로 측정 대상의 표면을 확인하면서, 측정 대상을 XY 방향으로 이동시키는 XY 스테이지를 이용하여, 측정 대상을 원하는 위치로 이동시키고, 주사탐침현미경에 의한 측정을 행한다.

이러한 주사탐침현미경, 특히 원자현미경은 웨이퍼와 같은 평탄한 측정 대상의 결함 리뷰 (defect review) 에 많이 활용되고 있다. 이러한 결함 리뷰는 광학 비젼 시스템으로 결함의 위치를 확인하고 그 위치로 탐침을 이동시켜 (실제로는 측정 대상을 이동한다), 결함의 자세한 형상을 탐침을 통해 이미지함으로써 행하게 된다.

그런데, 웨이퍼와 같이 평탄한 측정 대상의 표면의 결함이 너비가 크지 않은 경우에는 광학 비젼 시스템으로 결함의 존재를 확인하기 어려워, 결국에는 주사탐침현미경에 의한 결함 리뷰가 불가능하거나 제한적으로 행하여지게 되는 경우가 종종 발생한다.

도 1a는 광학 비젼 시스템으로 본 웨이퍼의 표면 이미지이고, 도 1b는 도 1a의 표면 이미지를 로우 패스 필터를 사용하여 이미지 처리한 백그라운드 이미지이고, 도 1c는 도 1a의 이미지에서 백그라운드 이미지를 감산한 이미지이며, 도 1d는 도 1c의 이미지를 32번 중첩한 이미지이고, 도 1e는 도 1c의 이미지를 512번 중첩한 이미지이다.

도 1a를 참조하면, 육안으로는 웨이퍼 상의 결함을 발견하기 어렵다. 이에 따라, 결함을 두드러 보이게 하고자 통상은 로우 패스 필터 (low pass filter) 를 사용하여 고주파 영역의 노이즈 성분을 제거하여, 도 1b와 같은 백그라운드 이미지 (background image) 를 얻은 후, 도 1a의 이미지에서 백그라운드 이미지를 제거하여 도 1c와 같은 이미지를 얻는 처리를 행한다. 그러나, 도 1c를 참조하면, 이 경우에도 화살표로 표시된 부분에 위치하는 결함을 육안으로 확인하기는 어렵다는 점을 알 수 있다.

이에 따라, 애버리징 (averaging) 효과를 얻기 위해, 도 1c의 이미지를 여러 번 (32번) 중첩하여 도 1d와 같은 이미지를 얻는다. 신호 대 잡음비 (SNR; Signal-to-noise ratio) 가 중첩 횟수의 제곱근에 비례하기 때문에, 중첩을 반복할 경우에 노이즈에 비해 결함이 두드러져 보이게 된다. 따라서, 도 1d에 화살표로 표시된 정도의 결함은 더 두드러지게 보이게 되나, 이보다 작은 결함은 여전히 시인 불가능한 문제점을 가진다.

더욱이, 도 1e를 참조하면, 이러한 중첩도 효과는 미미하여, 이미지를 512번을 중첩하더라도 32번을 중첩한 경우에 비해 결함이 크게 두드러지게 보이지는 않는다.

따라서, 이미지의 중첩 처리를 행할 경우에도, 광학 비젼 시스템으로 시인할 수 있는 결함에는 한계가 분명히 존재하며, 이로 인하여 결함 리뷰를 행하여야 하는 결함임에도 불구하고 간과하는 경우가 많이 발생한다. 이는 이미지 센서의 픽셀 간 불균일성, 광학 시스템의 위치에 따른 불균일성 등이 원인일 것으로 생각된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 웨이퍼와 같은 평탄한 측정 대상의 표면의 결함을 보다 상세하게 이미지할 수 있는 이미지 획득 방법 및 이를 이용한 이미지 획득 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 획득 방법은, 일정 크기의 픽셀 (pixel) 단위로 측정 대상의 표면의 이미지 (image) 를 얻는 이미지 획득 수단과, 상기 측정 대상을 이동시킬 수 있는 이동 수단을 포함하는 측정 장치를 이용하여 이미지를 얻는 방법에 있어서, 상기 이미지 획득 수단에 의해 상기 측정 대상의 표면 중 제1 영역의 이미지를 얻는 단계; 상기 이동 수단에 의해 상기 측정 대상을 이동시켜 상기 제1 영역과 다른 제2 영역의 이미지를 얻는 단계; 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 이미지 중 어느 하나의 이미지에서 다른 하나의 이미지를 감산하여 디퍼렌셜 이미지 (differential image) 를 얻는 단계; 및 상기 디퍼렌셜 이미지를 복수 회 중첩시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 획득 방법은, 일정 크기의 픽셀 (pixel) 단위로 측정 대상의 표면의 이미지 (image) 를 얻는 이미지 획득 수단과, 상기 측정 대상을 이동시킬 수 있는 이동 수단을 포함하는 측정 장치를 이용하여 이미지를 얻는 방법에 있어서, 상기 이미지 획득 수단에 의해 상기 측정 대상의 표면 중 제1 영역의 이미지를 N 회 (여기서 N은 2 이상의 정수) 얻는 단계; N 개의 상기 제1 영역의 이미지를 합산하여 제1 합산 이미지를 얻는 단계; 상기 이동 수단에 의해 상기 측정 대상을 상기 제1 영역과 다른 제2 영역으로 이동시키는 단계; 상기 이미지 획득 수단에 의해 상기 측정 대상의 표면 중 제2 영역의 이미지를 M 회 (여기서 M은 2 이상의 정수) 얻는 단계; M 개의 상기 제2 영역의 이미지를 합산하여 제2 합산 이미지를 얻는 단계; 상기 제1 합산 이미지 및 상기 제2 합산 이미지 중 어느 하나에서 다른 하나를 감산하여 디퍼렌셜 이미지 (differential image) 를 얻는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 상기 이미지 획득 수단의 해상도의 크기 이상으로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 이미지 획득 방법.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 감지하고자 하는 감지대상의 크기보다 작은 크기만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 N과 상기 M은 동일한 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 획득 장치는, 일정 크기의 픽셀 (pixel) 단위로 측정 대상의 표면의 이미지 (image) 를 얻는 이미지 획득 수단; 상기 측정 대상을 이동시킬 수 있는 이동 수단; 및 상기 이미지 획득 수단에서 얻은 이미지를 수신하여 이미지 처리를 행하고, 상기 이동 수단의 구동을 제어하는 제어부; 를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 이미지 획득 수단에 의해 상기 측정 대상의 표면 중 제1 영역의 이미지를 얻고, 상기 이동 수단에 의해 상기 측정 대상을 이동시켜 상기 제1 영역과 다른 제2 영역의 이미지를 얻은 후, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 이미지 중 어느 하나의 이미지에서 다른 하나의 이미지를 감산하여 디퍼렌셜 이미지 (differential image) 를 얻고, 상기 디퍼렌셜 이미지를 복수 회 중첩시켜, 측정 대상의 표면의 이미지를 처리하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 획득 장치는, 일정 크기의 픽셀 (pixel) 단위로 측정 대상의 표면의 이미지 (image) 를 얻는 이미지 획득 수단; 상기 측정 대상을 이동시킬 수 있는 이동 수단; 및 상기 이미지 획득 수단에서 얻은 이미지를 수신하여 이미지 처리를 행하고, 상기 이동 수단의 구동을 제어하는 제어부; 를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 이미지 획득 수단에 의해 상기 측정 대상의 표면 중 제1 영역의 이미지를 N 회 (여기서 N은 2 이상의 정수) 얻고, N 개의 상기 제1 영역의 이미지를 합산하여 제1 합산 이미지를 산출하며, 상기 이동 수단에 의해 상기 측정 대상을 상기 제1 영역과 다른 제2 영역으로 이동시키고, 상기 이미지 획득 수단에 의해 상기 측정 대상의 표면 중 제2 영역의 이미지를 M 회 (여기서 M은 2 이상의 정수) 얻고, M 개의 상기 제2 영역의 이미지를 합산하여 제2 합산 이미지를 산출하며, 상기 제1 합산 이미지 및 상기 제2 합산 이미지 중 어느 하나에서 다른 하나를 감산하여 디퍼렌셜 이미지 (differential image) 를 산출하여, 측정 대상의 표면의 이미지를 처리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 이미지 획득 수단은 CCD 또는 CMOS 를 이용한 이미지 장치인 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 원자현미경은, 상술한 이미지 획득 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이미지 획득 방법과 이를 이용한 이미지 획득 장치에 따르면, 웨이퍼와 같은 평탄한 측정 대상의 표면의 결함을 보다 상세하게 이미지할 수 있게 되어, 결함 리뷰를 효과적으로 행할 수 있다.

도 1a는 광학 비젼 시스템으로 본 웨이퍼의 표면 이미지이다.
도 1b는 도 1a의 표면 이미지를 로우 패스 필터를 사용하여 이미지 처리한 백그라운드 이미지이다.
도 1c는 도 1b의 이미지에서 백그라운드 이미지를 감산한 이미지이다.
도 1d는 도 1c의 이미지를 32번 중첩한 이미지이다.
도 1e는 도 1c의 이미지를 512번 중첩한 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 획득 장치의 개략적인 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 획득 방법의 플로우 챠트이다.
도 4a는 웨이퍼의 제1 영역의 이미지이고, 도 4b는 웨이퍼의 제2 영역의 이미지이다.
도 5는 도 4a의 이미지와 도 4b의 이미지의 디퍼렌셜 이미지이다.
도 6a는 도 5의 디퍼렌셜 이미지를 32번 중첩한 이미지이며, 도 6b는 도 5의 디퍼렌셜 이미지를 512번 중첩한 이미지이다.
도 7은 측정 대상의 결함을 측면에서 개략화하여 본 도면이다.
도 8은 제1 영역과 제2 영역이 떨어져 있는 거리를 해상도보다 작게 한 경우에 측정 대상의 결함을 측면에서 개략화하여 본 도면이다.
도 9는 제1 영역과 제2 영역이 떨어져 있는 거리를 결함의 크기보다 크게 하였을 경우에 측정 대상의 결함을 측면에서 개략화하여 본 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 획득 방법의 플로우 챠트이며다.
도 11은 도 10의 이미지 획득 방법의 다양한 변형예들을 나타낸 시간 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 이미지 획득 방법 및 이를 이용한 이미지 획득 장치에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 획득 장치의 개략적인 개념도이다. 도 2를 참조하여, 먼저 본 발명의 이미지 획득 방법이 적용될 수 있는 이미지 획득 장치 (100) 에 대해 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 획득 장치 (100) 는, 이미지 획득 수단 (110) 과, 이동 수단 (130) 과, 제어부 (150) 와, 표시 장치 (170) 를 포함하여 구성된다.

이미지 획득 수단 (110) 은 일정 크기의 픽셀 (pixel) 단위로 측정 대상 (1) 의 표면의 이미지를 광학적으로 얻는 수단으로서, 본 실시예에서는 디지털 방식의 카메라 (111) 와, 경통 (112) 과, 대물 렌즈 (113) 와, 광원 (114) 을 포함하여 구성된다.

디지털 방식의 카메라 (111) 는 CCD나 CMOS 와 같은 이미지 센서를 장착한 카메라를 의미하며, 이미지를 픽셀 단위로 디지털화하여 제어부 (150) 로 송신한다. 이러한 카메라 (111) 는 디지털 방식이라면 어떠한 이미지 센서를 사용하여도 무방하며, 다양한 해상도의 카메라가 적용 가능하다. 예를 들어, 디지털 방식의 카메라 (111) 로서, 일본의 소니 (SONY) 사의 모델명 XCL-5005CR을 사용할 수 있다.

경통 (112) 은 카메라 (111) 가 그 상부에 장착되고, 그 하부에는 대물 렌즈 (113) 가 장착되어, 대물 렌즈 (113) 로 확대된 상을 카메라 (111) 의 이미지 센서로 전달하는 역할을 행한다. 또한, 광 파이버 (115) 와도 연결되어, 광원 (114) 으로부터 빛을 그 내부에 조사하여 측정 대상 (1) 의 표면의 이미지를 시인할 수 있게 해준다.

대물 렌즈 (113) 는 측정 대상 (1) 의 표면의 이미지를 확대하는 역할을 하며, 배율은 다양하게 설정될 수 있다. 즉, 5배, 10배, 20배의 배율의 대물 렌즈가 그 용도에 따라 다양하게 적용될 수 있으며, 예를 들어 웨이퍼 표면의 관찰의 경우 10배 배율의 대물 렌즈가 사용될 수 있다.

이미지 획득 수단 (100) 은 Z 스테이지 (120) 에 의해 상하로 이동될 수 있다. Z 스테이지 (120) 는 직선 이동 스테이지로서, 다양한 방식의 이동 스테이지가 사용될 수 있으며, 예를 들어 볼 스크류 방식의 이송 스테이지가 사용될 수 있다. 이러한 Z 스테이지 (120) 를 이용하여 대물 렌즈 (113) 에 상이 맺히도록 이미지 획득 수단 (100) 의 위치를 상하로 조정한다.

이동 수단 (130) 은, 측정 대상 (1) 을 XY 평면에서 이동시킬 수 있는 수단을 의미하며, 장거리 이송장치 (131) 와, 단거리 이송장치 (132) 를 포함하여 구성될 수 있다.

장거리 이송장치 (131) 는, 이송 정확도는 비교적 높지 않으나, 빠른 시간 내에 긴 거리의 이송이 가능한 장치로서, 예를 들어 공지의 볼 스크류 방식의 이송 스테이지일 수 있다.

반면, 단거리 이송장치 (132) 는, 이송 정확도가 높고, 짧은 거리의 이송이 가능한 장치로서, 예를 들어 원자현미경에서 사용되는 XY 스캐너 장치일 수 있다. 여기서 XY 스캐너 장치란, 원자현미경에서 측정 대상의 XY 스캔을 담당하는 피에조 구동 스캐너를 말하며, ㈜ 파크 시스템스의 XY 스캐너 장치일 수 있다. 자세한 사항은 ㈜ 파크 시스템스의 홈페이지 (www.parkafm.com) 에 개시되어 있다.

장거리 이송장치 (131) 와 단거리 이송장치 (132) 는 어느 하나만을 사용하여 구성될 수도 있으나, 같이 사용하는 것이 빠른 이송과 정확한 이송 모두를 만족할 수 있어 바람직하다.

제어부 (150) 는 이미지 획득 수단 (110) 및 이동 수단 (130) 을 제어하고, 이미지 획득 수단 (110) 에서 얻어진 이미지 데이터를 처리하여 표시 장치 (170) 에 측정 대상 (1) 의 표면 이미지를 표시한다. 제어부 (150) 를 이용한 자세한 제어 방법은 후술한다.

표시 장치 (170) 는, 제어부 (150) 에서 처리한 이미지를 외부의 사용자가 시인할 수 있도록 표시하는 장치를 의미하며, 공지의 LCD 모니터, CRT 모니터, OLED 모니터 등이 사용될 수 있다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 가진 이미지 획득 장치 (100) 를 이용하여 이미지를 획득하는 방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 획득 방법의 플로우 챠트이다. 또한, 도 4a는 웨이퍼의 제1 영역의 이미지이고, 도 4b는 웨이퍼의 제2 영역의 이미지이다. 또한, 도 5는 도 4a의 이미지와 도 4b의 이미지의 디퍼렌셜 이미지이다. 또한, 도 6a는 도 5의 디퍼렌셜 이미지를 32번 중첩한 이미지이며, 도 6b는 도 5의 디퍼렌셜 이미지를 512번 중첩한 이미지이다.

참고로 이하에서 설명할 도 4a, 도 4b의 이미지는 소니 사의 모델명 XCL-5005CR을 카메라 (111) 로 사용하여 얻은 것이며, 10배 배율의 대물 렌즈 (113) 를 통해 확대하여 얻은 것이다. 카메라 (111) 의 셀 사이즈 (cell size) 는 가로, 세로 3.45 ㎛ 이며, 화상 사이즈는 2448 X 2050 (5,018,400 픽셀) 이며, 프레임 레이트 (frame rate) 는 15 fps 이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 일 실시예에 따른 이미지 획득 방법은, 제1 영역의 이미지 획득 단계 (S110), 제2 영역의 이미지 획득 단계 (S120), 디퍼렌셜 이미지 획득 단계 (S130) 및 디퍼렌셜 이미지 중첩 단계 (S140) 를 포함하여 구성된다.

제1 영역의 이미지 획득 단계 (S110) 는, 측정 대상 (1) 의 표면 중 임의의 제1 영역의 이미지를 얻는 단계이다. 제1 영역의 이미지는 도 4a와 같이 얻어질 수 있다. 도 4a와 같은 이미지는 상술한 이미지 획득 수단 (110) 의 카메라 (111) 에서 얻어진 1개의 프레임의 이미지를 표시 장치 (170) 에 의해 나타낸 것을 캡쳐함으로써 얻어졌다.

이후, 도 4b와 같은 제2 영역의 이미지를 얻는다 (S120). 제2 영역은 제1 영역과 다른 영역을 의미하는데, 제1 영역과 대부분의 영역이 겹치더라도 일부만이라도 겹치지 않는다면 제2 영역이라고 할 수 있다. 또한, 제1 영역에서 제2 영역으로 측정 대상을 이송시키는 것은 이송 수단 (130) 이 담당하는데, 특히 단거리 이송장치 (132) 가 더욱 적합하게 이용될 수 있다.

본 실시예에서 제2 영역은, 이송 수단 (130) 에 의해 측정 대상 (1) 을 도 4a를 기준으로 할 때 우측으로 1 ㎛ 이동시킨 후에 이미지 획득 수단 (110) 에 의해 얻어진 이미지와 대응하는 영역으로 설정되었다. 여기서, 제2 영역의 다양한 설정 방법에 대해서는 후술하기로 한다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 육안으로는 측정 대상 (1) 인 웨이퍼 상의 결함을 발견하기는 어렵다. 이에 따라 제어부 (150) 에 의해 후술할 이미지 처리 (image processing) 를 행하게 된다.

단계 S120 이후에, 얻어진 제1 영역의 이미지 및 제2 영역의 이미지 중 어느 하나의 이미지에서 다른 하나의 이미지를 감산하여 디퍼렌셜 이미지 (differential image) 를 얻는다 (S130).

이미지를 감산하는 것은 각 픽셀 별로 이루어지게 되는데, 제1 영역의 (i, j) 지점에 위치하는 픽셀의 로 데이터 (raw data) 값을 제2 영역의 (i, j) 지점에 위치하는 픽셀의 로 데이터 값으로 제산함으로써 이루어질 수 있다. 도 5의 경우, 그레이 스케일 (gray scale) 로 미리 변환된 도 4a 및 도 4b의 데이터를 이용하여 계조값을 서로 제산함으로써, 이미지가 얻어졌다. 이러한 감산은 다양한 방법으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 R값, G값, B값을 각각 제산한 후에 평균을 내어 그레이 스케일로 변환하는 방법도 가능하며, G 채널의 값만을 제산하는 방법도 가능하다.

감산에 의해 도 5와 같이 평탄화된 이미지가 얻어졌으나, 이에 의하더라도 육안으로 결함을 확인하기가 어렵기 때문에, 단계 S130 이후에, 도 5와 같은 디퍼렌셜 이미지를 중첩하는 단계를 행한다 (S140).

본 단계의 이미지의 중첩은 각 셀의 계조값을 합하는 방식으로 행하여 지게 되는데, 중첩의 횟수가 많아질수록 결함이 더 도드라지게 보이게 된다. 도 6a와 같이 32번의 중첩을 행한 경우보다 도 6b와 같이 512번의 중첩을 행한 경우에 더 많은 결함을 시인할 수 있게 된다. 이러한, 중첩의 횟수는 시인하고자 하는 결함의 크기를 고려하여 다양하게 결정할 수 있다.

도 6b를 참고하면, 도 4a 및 도 4b에서 도저히 시인할 수 없었던 결함까지 시인할 수 있게 되어, 작은 결함도 원자현미경으로 결함 리뷰를 행할 수 있게 되므로, 더욱 자세한 결함 리뷰가 가능하다.

도 7은 측정 대상의 결함을 측면에서 개략화하여 본 도면이다. 특히, 도 7(a) 는 도 4a 및 도 4b에 대응하는 결함을 나타낸 도면이며, 도 7(b) 는 이의 디퍼렌셜 이미지를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하여, 상술한 본 발명의 이미지 획득 방법에 의해 얻어진 이미지에 의해 결함이 더욱 자세하게 시인 가능한 이유를 설명한다.

도 7(a) 를 참조하면, 제1 영역에서의 이미지 (실선으로 도시) 와 제2 영역에서의 이미지 (점선으로 도시) 에 있어서, 결함 (2) 은 일부는 겹쳐지도록 일부는 겹치지 않도록 이미지 된다. 여기서, 측정 대상 (1) 을 이동하더라도, 센서 및 광학시스템 등의 불균일성에 의한 백그라운드 이미지는 그대로 겹쳐지게 측정되므로, 결함 (2) 만이 이동되는 것과 같이 측정된다.

도 7(b) 를 참조하면, 제1 영역의 이미지에서 제2 영역의 이미지를 제산하여, 디퍼렌셜 이미지를 얻을 수 있다. 디퍼렌셜 이미지는 백그라운드 이미지가 완전히 제거되어 결함 (2) 외곽의 기준선 (3) 의 신호 강도 I가 0으로 수렴되고, 또한 이 디퍼렌셜 이미지의 경우 기준선 (3) 에 비해 높게 이미지되는 지점과 낮게 이미지되는 지점이 서로 인접하여 위치하게 되며, 그 사이에는 이미지의 계조값이 급격하게 변화하는 지점 (4) 이 존재하게 되어 반전된 이미지의 형태를 보인다. 즉, 기준선 (3) 에 비해 밝게 표시되는 영역 (5) 과 어둡게 표시되는 영역 (6) 이 서로 인접하여 위치하게 된다.

다시 도 7(b) 를 참조하면, 디퍼렌셜 이미지에서, 백그라운드 이미지가 기준선 (3) 과 같이 편평하게 변형되고, 또한 가장 밝게 표시되는 지점 (7) 과 가장 어둡게 표시되는 지점 (8) 이 서로 인접하여 위치됨에 따라, 이미지 중첩을 행할 경우에 백그라운드 이미지는 중첩에 의해 증폭되지 않고, 결함 (2) 부분의 계조값의 차이만이 증폭된다. 따라서, 하나의 이미지를 얻어 중첩하는 기존의 방법에 비하여 적은 수의 중첩을 행하고도, 백그라운드의 굴곡을 줄이면서 더 큰 계조값의 차, 즉 밝기의 차이를 얻을 수 있어, 시인성이 우수한 것이다.

도 8은 제1 영역과 제2 영역이 떨어져 있는 거리를 해상도보다 작게 한 경우에 측정 대상의 결함을 측면에서 개략화하여 본 도면이며, 도 9는 제1 영역과 제2 영역이 떨어져 있는 거리를 결함의 크기보다 크게 하였을 경우에 측정 대상의 결함을 측면에서 개략화하여 본 도면이다.

이하 도 8 및 도 9를 참조하여, 제1 영역과 제2 영역이 어느 정도 떨어져 있어야 효과적으로 결함 (2) 을 시인 가능한지에 대해 설명하도록 한다.

본 실시예에서는 이론적으로 카메라 (111) 의 셀 하나에 표시되는 영역은 가로, 세로 각각 3.45 ㎛ 의 영역이며, 측정 대상 (1) 은 10배의 대물 렌즈 (113) 에 의해 확대되어 표시되므로, 실제적으로 카메라 (111) 의 셀 하나에 표시되는 영역은 가로, 세로 각각 0.345 ㎛ 의 크기의 영역이다. 카메라 (111) 에서는 픽셀 단위로 데이터가 얻어지게 되므로, 픽셀의 크기가 식별이 가능한 최소 단위, 즉 해상도 (resolution) 라 할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 이미지 획득 장치 (100) 의 해상도는 이론적으로 0.345 ㎛ 가 될 수 있다.

그러나, 이는 해상도를 구하는 하나의 예시에 불과하고, 해상도란 이미지 획득 수단 (100) 에 의해 식별 가능한 최소 길이 단위를 의미한다. 즉 해상도는 상술한 바와 같이 이론적으로 계산되어질 수도 있으나, 대물 렌즈 (113) 의 광학적 특성, 광학 시스템의 품질 등에 의해 제한될 수 있다. 예를 들어, 여러가지 알려진 원인 (개구수 NA에 따른 Airy disk 지름 등) 에 의하여 대물 렌즈 (113) 의 해상도가 1 ㎛ 로 제한된다면, 카메라 (111) 의 해상도가 더 작다 하더라도, 이미지 획득 장치 (100) 의 해상도는 대물 렌즈 (113) 의 해상도인 1 ㎛ 로 제한될 수 있다.

도 8과 같이, 해상도 범위의 이내의 범위에서 제1 영역 (실선) 과 제2 영역 (점선) 이 떨어져 있다면, 제1 영역의 이미지와 제2 영역의 이미지를 감산하여 도 8(b) 와 같이 디퍼렌셜 이미지를 얻을 경우, 가장 밝게 표시되는 지점 (7) 과 가정 어둡게 표시되는 지점 (8) 간의 밝기 차이 (즉 신호의 크기 차이) 가 미세하게 됨에 따라, 결함을 그대로 측정하는 것에 비하여도 구별이 더욱 힘들어진다. 따라서, 제1 영역의 이미지와 제2 영역의 이미지는 최소한 이미지 획득 장치 (100) 의 해상도보다는 크게 떨어져 있는 것이 바람직하다.

반면, 도 9와 같이, 결함 (2) 이 서로 겹쳐지지 않도록 제1 영역 (실선) 과 제2 영역 (점선) 이 떨어져 있다면, 도 9(b) 와 같이 디퍼렌셜 이미지에서 가장 밝게 표시되는 지점 (7) 과 가장 어둡게 표시되는 지점 (8) 이 인접하지 않게 되어, 도 7(b) 에서와 같은 이미지의 계조값이 급격하게 변화하는 지점 (4) 이 존재하지 않게 됨에 따라, 시인성이 저하된다.

따라서, 최소한 이미지 획득 수단 (110) 의 해상도 이상 측정 대상 (1) 을 이동 수단 (130) 에 의해 이동시키는 것이 바람직하며, 또한 측정하고자 하는 결함 (2) 의 크기 (즉 XY 방향의 너비) 를 고려하여, 결함 (2) 의 크기 이하로 측정 대상 (1) 을 이동 수단 (130) 에 의해 이동시키는 것이 바람직하다. 여기서, 해상도는 카메라 (111) 의 종류 및 대물 렌즈 (113) 의 배율에 따라 변화되므로, 카메라 (111) 및 대물 렌즈 (113) 의 사양 (仕樣) 에 의해 결정될 수 있다.

본 실시예에서는 카메라 (111) 자체의 해상도는 0.345 ㎛ 이나, 대물렌즈 (113) 의 해상도가 1 ㎛ 로서, 이미지 획득 장치 (100) 의 해상도가 1 ㎛ 로 정해짐에 따라, 제1 영역에서 1 ㎛ 만큼 우측으로 측정 대상 (1) 을 이동시켜 제2 영역을 이미지하였으며, 이에 따라 1 ㎛ 이상의 결함의 시인성을 우수하게 하였다. 이러한 제1 영역과 제2 영역 간의 거리는 측정하고자 하는 결함의 크기에 따라 다양하게 설정할 수 있다.

한편, 제1 영역과 제2 영역이 좌우로 이격되어 위치하는 것으로 본 실시예에서 설명하였으나, 이에 국한되는 것은 아니며, 상하로 위치되어도 되며, 일정한 각도를 가지고 이격되어 위치되어도 상관없다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 획득 방법의 플로우 챠트이며, 도 11은 도 10의 이미지 획득 방법의 다양한 변형예들을 나타낸 시간 흐름도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 획득 방법은, 제1 영역의 이미지를 N회 (여기서 N은 2 이상의 정수) 획득하는 단계 (S210), 제1 영역의 이미지들을 합산하여 제1 합산 이미지를 얻는 단계 (S220), 이동 수단 (130) 에 의해 측정 대상 (1) 을 제1 영역과 다른 제2 영역으로 이동시키는 단계 (S230), 제2 영역의 이미지를 M회 (여기서 M은 2 이상의 정수) 획득하는 단계 (S240), 제2 영역의 이미지들을 합산하여 제2 합산 이미지를 얻는 단계 (S250) 및 제1 합산 이미지 및 제2 합산 이미지 중 어느 하나에서 다른 하나를 감산하여 디퍼렌셜 이미지를 얻는 단계 (S260) 를 포함하여 구성된다.

도 3의 이미지 획득 방법은 디퍼렌셜 이미지를 먼저 얻고, 이를 중첩하는 것을 특징으로 하나, 본 실시예의 이미지 획득 방법은 중첩을 먼저 행한 후에 디퍼렌셜 이미지를 얻는 것에서 차이가 있을 뿐이므로, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.

먼저, 제1 영역의 이미지를 N회 (여기서 N은 2 이상의 정수) 획득한다 (S210). 이는 카메라 (111) 를 통해 연속으로 N 개의 프레임의 이미지를 얻는 것으로 행하여진다. 본 실시예의 카메라 (111) 의 경우 프레임 레이트가 15 fps이므로, 1초에 15 프레임의 이미지를 얻을 수 있다. 즉, 일정 시간 동안 카메라 (111) 를 통해 프레임 단위의 이미지를 얻음으로써 본 단계를 행한다.

그 다음으로, 이미지 처리에 의해 S210 단계에서 얻어진 각 프레임의 이미지를 픽셀 단위로 합산하여, 제1 합산 이미지를 얻는다 (S220). 이는 제어부 (150) 에 의해 행하여질 수 있다.

그 다음으로, 이동 수단 (130) 에 의해 측정 대상 (1) 을 제1 영역과 다른 제2 영역으로 이동시킨다 (S230). 이에 대해서는 자세한 설명은 상술한 바와 같으므로 생략한다.

그 다음으로. 제2 영역의 이미지를 M회 (여기서 M은 2 이상의 정수) 를 획득한다 (S240). 이미지의 획득 방법은 S210 단계와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

그 다음으로, 이미지 처리에 의해 S240 단계에서 얻어진 각 프레임의 이미지를 픽셀 단위로 합산하여, 제2 합산 이미지를 얻는다 (S250). 이는 제어부 (150) 에 의해 행하여질 수 있다.

이후, 제1 합산 이미지 및 제2 합산 이미지 중 어느 하나에서 다른 하나를 감산하여 디퍼렌셜 이미지를 얻는다 (S260). 디퍼렌셜 이미지를 얻는 방법은 도 3의 S130 단계와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.

이에 따라 결과적으로 도 3과 같은 효과를 기대할 수 있어, 도 6b와 같은 이미지를 얻을 수 있게 된다.

한편, N과 M은 서로 동일할 필요는 없으나, 도 7(b) 와 같은 정확한 반전 효과를 위해서는 N과 M이 동일한 것이 바람직하다.

도 11(a) 를 참조하면, 제1 영역을 서쪽 (즉, 왼쪽) 에 위치시킨 후 N 프레임의 이미지를 획득하고, 연속적으로 제2 영역을 동쪽 (즉, 오른쪽) 에 위치시킨 후 M 프레임의 이미지를 획득하는 방법으로 도 10의 실시예를 행할 수 있다.

또한, 도 11(b) 를 참조하면, 제1 영역을 서쪽에 위치시킨 후 N 프레임의 이미지를 획득하고, 연속적으로 제2 영역을 동쪽에 위치시킨 후 M 프레임의 이미지를 획득하며, 이어서 서쪽에 위치한 제1 영역을 다시 P 프레임 동안 이미지하고, 또한 동쪽에 위치한 제2 영역을 다시 Q 프레임 동안 이미지하는 방법으로 도 10의 실시예를 행할 수 있다.

또한, 도 11(c) 를 참조하면, 제1 영역을 서쪽에 위치시킨 후 N 프레임의 이미지를 획득하고, 연속적으로 제2 영역을 동쪽에 위치시킨 후 N 프레임의 이미지를 획득하며, 이어서 제3 영역을 북쪽 (즉, 위쪽) 에 위치시킨 후 P 프레임의 이미지를 획득하고, 연속적으로 제4 영역을 남쪽 (즉, 아래쪽) 에 위치시킨 후 Q 프레임의 이미지를 획득하는 방법으로 도 10의 실시예를 행할 수 있다. 여기서 제1 영역을 합산한 이미지, 제2 영역을 합산한 이미지, 제3 영역을 합산한 이미지 및 제4 영역을 합산한 이미지 중 두 개 이상을 선택하여 디퍼렌셜 이미지를 획득할 수 있다.

상술한 M, N, P, Q 는 2 이상의 정수로서, 서로 동일하지 않아도 무방하나, 도 7(b) 와 같은 정확한 반전 효과를 위해서는 서로 동일한 것이 바람직하다.

한편, 제1 영역과 제2 영역이 좌우로 이격되어 위치하는 것으로, 제3 영역과 제4 영역이 상하로 이격되어 위치하는 것으로 본 실시예에서 설명하였으나, 이에 국한되는 것은 아니며, 제1 영역과 제2 영역 간이 상하로 위치되거나, 일정한 각도를 가지고 이격되어 위치되어도 무방하며, 또한 제3 영역과 제4 영역 간이 좌우로 위치되어도 되며, 일정한 각도를 가지고 이격되어 위치되어도 상관없다. 즉, 제1 영역 내지 제4 영역 간의 위치 관계는 자유롭게 설정될 수 있다.

이상과 같이 설명한 이미지 획득 방법과 이를 이용한 이미지 획득 장치는 원자현미경에 이용될 수 있다. 원자현미경에는 캔틸레버가 측정 대상의 표면의 어느 지점에 접촉하게 되는지 광학적으로 관찰하는 광학 비젼 시스템이 포함되는데, 상술한 이미지 획득 방법은 이러한 광학 비젼 시스템에 적용될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1…측정 대상 2…결함
110…이미지 획득 수단 111…카메라
112…경통 113…대물 렌즈
114…광원 115…광 파이버
120…Z 스테이지 130…이동 수단
131…장거리 이동장치 132…단거리 이동장치
150…제어부 170…표시 장치
100…본 발명의 일실시예에 따른 이미지 획득 장치

Claims (9)

1. 일정 크기의 픽셀 (pixel) 단위로 측정 대상의 표면의 이미지 (image) 를 얻는 이미지 획득 수단과, 상기 측정 대상을 이동시킬 수 있는 이동 수단을 포함하는 측정 장치를 이용하여 이미지 획득 방법에 있어서,
   상기 이미지 획득 수단에 의해 상기 측정 대상의 표면 중 제1 영역의 이미지를 얻는 단계;
   상기 이동 수단에 의해 상기 측정 대상을 이동시켜 상기 제1 영역과 다른 제2 영역의 이미지를 얻는 단계;
   상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 이미지 중 어느 하나의 이미지에서 다른 하나의 이미지를 감산하여 디퍼렌셜 이미지 (differential image) 를 얻는 단계; 및
   상기 디퍼렌셜 이미지를 복수 회 중첩시키는 단계; 를
   포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 획득 방법.
2. 일정 크기의 픽셀 (pixel) 단위로 측정 대상의 표면의 이미지 (image) 를 얻는 이미지 획득 수단과, 상기 측정 대상을 이동시킬 수 있는 이동 수단을 포함하는 측정 장치를 이용하여 이미지 획득 방법에 있어서,
   상기 이미지 획득 수단에 의해 상기 측정 대상의 표면 중 제1 영역의 이미지를 N 회 (여기서 N은 2 이상의 정수) 얻는 단계;
   N 개의 상기 제1 영역의 이미지를 합산하여 제1 합산 이미지를 얻는 단계;
   상기 이동 수단에 의해 상기 측정 대상을 상기 제1 영역과 다른 제2 영역으로 이동시키는 단계;
   상기 이미지 획득 수단에 의해 상기 측정 대상의 표면 중 제2 영역의 이미지를 M 회 (여기서 M은 2 이상의 정수) 얻는 단계;
   M 개의 상기 제2 영역의 이미지를 합산하여 제2 합산 이미지를 얻는 단계;
   상기 제1 합산 이미지 및 상기 제2 합산 이미지 중 어느 하나에서 다른 하나를 감산하여 디퍼렌셜 이미지 (differential image) 를 얻는 단계; 를
   포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 획득 방법.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 상기 이미지 획득 수단의 해상도의 크기 이상으로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 이미지 획득 방법.
4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 감지하고자 하는 감지대상의 크기보다 작은 크기만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 이미지 획득 방법.
5. 제2 항에 있어서,
   상기 N과 상기 M은 동일한 것을 특징으로 하는 이미지 획득 방법.
6. 일정 크기의 픽셀 (pixel) 단위로 측정 대상의 표면의 이미지 (image) 를 얻는 이미지 획득 수단;
   상기 측정 대상을 이동시킬 수 있는 이동 수단; 및
   상기 이미지 획득 수단에서 얻은 이미지를 수신하여 이미지 처리를 행하고, 상기 이동 수단의 구동을 제어하는 제어부; 를 포함하며,
   상기 제어부는, 상기 이미지 획득 수단에 의해 상기 측정 대상의 표면 중 제1 영역의 이미지를 얻고, 상기 이동 수단에 의해 상기 측정 대상을 이동시켜 상기 제1 영역과 다른 제2 영역의 이미지를 얻은 후, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 이미지 중 어느 하나의 이미지에서 다른 하나의 이미지를 감산하여 디퍼렌셜 이미지 (differential image) 를 얻고, 상기 디퍼렌셜 이미지를 복수 회 중첩시켜, 측정 대상의 표면의 이미지를 처리하는 것을 특징으로 하는 이미지 획득 장치.
7. 일정 크기의 픽셀 (pixel) 단위로 측정 대상의 표면의 이미지 (image) 를 얻는 이미지 획득 수단;
   상기 측정 대상을 이동시킬 수 있는 이동 수단; 및
   상기 이미지 획득 수단에서 얻은 이미지를 수신하여 이미지 처리를 행하고, 상기 이동 수단의 구동을 제어하는 제어부; 를 포함하며,
   상기 제어부는, 상기 이미지 획득 수단에 의해 상기 측정 대상의 표면 중 제1 영역의 이미지를 N 회 (여기서 N은 2 이상의 정수) 얻고, N 개의 상기 제1 영역의 이미지를 합산하여 제1 합산 이미지를 산출하며, 상기 이동 수단에 의해 상기 측정 대상을 상기 제1 영역과 다른 제2 영역으로 이동시키고, 상기 이미지 획득 수단에 의해 상기 측정 대상의 표면 중 제2 영역의 이미지를 M 회 (여기서 M은 2 이상의 정수) 얻고, M 개의 상기 제2 영역의 이미지를 합산하여 제2 합산 이미지를 산출하며, 상기 제1 합산 이미지 및 상기 제2 합산 이미지 중 어느 하나에서 다른 하나를 감산하여 디퍼렌셜 이미지 (differential image) 를 산출하여, 측정 대상의 표면의 이미지를 처리하는 것을 특징으로 하는 이미지 획득 장치.
8. 제6 항 또는 제7 항에 있어서,
   상기 이미지 획득 수단은 CCD 또는 CMOS 를 이용한 이미지 장치인 것을 특징으로 하는 이미지 획득 장치.
9. 제6 항 또는 제7 항에 따른 이미지 획득 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자현미경.

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