KR20160107267A

KR20160107267A - 비구면 표면과 그 외의 비-평탄 표면의 토포그래피의 측정

Info

Publication number: KR20160107267A
Application number: KR1020167021782A
Authority: KR
Inventors: 토마스 드레즐; 얀 라이스너; 그루트 피터 제이. 드
Original assignee: 지고 코포레이션
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2016-09-13
Also published as: EP3092459A1; TWI600924B; EP3092459B1; WO2015105980A1; CN106030241A; SG11201605108VA; EP3092459A4; US20150192769A1; KR102214296B1; TW201643501A; JP6306724B2; JP2017505434A; US9798130B2; CN106030241B; TWI553342B; TW201539031A

Abstract

비-평탄 표면의 합성 이미지를 생성하는 방법은: 현미경을 사용하여, 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 다수의 이미지를 획득하는 단계로서, 각각의 이미지는 적어도 하나의 인접한 이미지와의 중첩 지역을 가지고, 상기 현미경은 10 마이크론 이하의 측면 치수와 10 nm 이하의 높이를 가지는 비-평탄 표면 상의 미세구조를 삼차원으로 이미징하기에 충분한 분해능을 가지는, 단계; 이미지의 각각에 대하여, 상기 이미지 내의 테스트 오브젝트의 포지션 및 방위를 공통 좌표계와 관련시키는 강체 파라미터의 세트를 결정하는 단계로서, 상기 강체 파라미터의 세트는 상기 이미지 내의 중첩 지역 내의 분해된(resolved) 미세구조를 인접한 이미지의 중첩 지역 내의 대응하는 미세구조와 맞춤함으로써 결정되는, 단계; 및 상기 합성 이미지를 생성하도록, 상기 다수의 이미지를 상기 강체 파라미터의 세트에 기초하여 결합하는 단계를 포함한다.

Description

비구면 표면과 그 외의 비-평탄 표면의 토포그래피의 측정{MEASURING TOPOGRAPHY OF ASPHERIC AND OTHER NON-FLAT SURFACES}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2014 년 1 월 9 일에 출원된 미국 가출원 번호 61/925,570 호에 대한 우선권을 주장한다. 가출원의 전체 내용은 원용에 의하여 본 명세서에 통합된다.

본 개시물은 비구면 표면과 그 외의 비-평탄 표면의 토포그래피를 측정하는 것에 관한 것이다.

소형화된 카메라를 이용하는 모바일 디바이스(예를 들어, 모바일 폰)의 제조 및 판매가 최근에 눈에 띄게 증가해 왔다. 이러한 카메라는 통상적으로 작은 비구면 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리를 필요로 한다. 비구면 렌즈에는, 하나의 또는 양자 모두의 표면이 구형도 아니고 원통형도 아닌 형상을 가지는 렌즈가 포함된다. 비구면 렌즈는 몰드의 다이아몬드 선삭(turning)과 이러한 몰드들의 플라스틱 복제본을 제조하기 위한 그 후의 사출 성형을 사용하여 대량으로 생산될 수 있다. 현재의 산업적인 실무에는 기계적 좌표 측정 머신(mechanical coordinate measuring machines; CMMs)을 사용하여 몰드 및 렌즈를 측정하는 것이 포함된다.

모바일 폰 렌즈 어셈블리에서 발견되는 것들과 같은 비구면 렌즈 표면의(그리고 그 외의 비-평탄 표면의) 광학적 측정은 상당히 난해할 수 있다: 모바일 폰 렌즈 어셈블리에서 현재 사용되는 비구면 표면들 중 많은 것들은 걸-윙 또는 팬케이크 형상을 가진다. 이들은 그들의 높은 표면 경사 및/또는 상대적으로 큰 표면적 때문에, 이러한 렌즈들은 종래의 광계측 기법에 의해서는 적절하게 프로파일링될 수 없다. 무늬 투영(fringe projection) 시스템, 코히어런스 스캐닝 간섭측정, 위상-천이 간섭측정, 샤크-하트만(Shack-Hartmann) 센서와 같은 파면 센서, 또는 시어링 간섭계(shearing interferometers)와 같은 기법들을 통해서, 표면 토포그래피의 에어리얼(aerial) 2½-d 측정을 전달할 수 있는데 그러한 기법에 기초한 시스템들은 제한된 가시범위 및 제한된 경사 허용 범위를 가진다. "2½-d 측정"이라는 용어는 본 명세서에서 높이 값과 같은 하나의 측정량을 측방향 포지션의 주어진 그리드의 각각의 포인트로 할당하는 측정을 가리킨다. 예를 들어, 광 프로파일러(optical profiler)에서, 경사 성능(slope capability)은 여러 요인 중에서 이미징 시스템의 허용 조리개(acceptance aperture)에 의하여 제한된다. 통상적으로 이것은 1mm의 작은 가시범위에 대해서도 겨우 몇 도(degrees)에 지나지 않는다. 많은 표면들이 기구의 가시범위 또는 경사 범위 중 하나를 또는 양자 모두를 초과한다. 비구면 표면과 렌즈 어셈블리 내에 비구면들을 적층하고 정렬하기 위하여 사용되는 주위의 보조 표면 사이의 관련성 측정(relational measurement)을 제공하는 것이 가끔 필요하기 때문에, 모바일 디바이스에 대하여 비구면 표면들을 광학적 프로파일링하는 작업은 더 복잡해진다. 몇 가지 경우에, 광학적 프로파일링 시스템의 가시범위는 연장될 수 있지만 경사 허용을 좁혀야 하는 부담이 발생되고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 가장 어려운 표면은 큰 필드 및 높은 허용 각도 양자 모두를 요구하기 때문에, 단일 에어리얼측정은 전체 표면을 측정하기에는 일반적으로 충분하지 않다.

기구의 가시범위를 감소시키고 경사 범위를 연장함으로써, 카메라의 채워진 가시범위에 상응하여 테스트 오브젝트의 표면에 대한 데이터의 데이터가 측정되는 절충점을 찾는 것이 가능하다. 이와 같은 측정된 표면-패치들 사이에 충분한 중첩이 존재한다면, 표면의 다수의 뷰들이 소프트웨어에서 융합되어, 기구의 가시범위를 증가시킬 수 있다. 이러한 경우에도, 표면 경사가 심하고 및/또는 표면이 매우 매끄럽다면 비-평탄 표면을 프로파일링하는 것에 수반되는 복잡한 문제점이 여전히 대두될 수 있다. 특히, 가파른 경사가 있으면, 엄격한 측정 불확정성 요구 사항이 있는 애플리케이션에서 테스트 오브젝트의 상대적인 병진 및/또는 회전에 대한 정확한 좌표를 제공하는 것은 어렵고 비용이 많이 발생한다. 추가적으로, 인접한 표면-패치 상의 피쳐들 사이에 단지 수 나노미터의 매칭 에러가 있어도 큰 에러를 야기할 수 있다. 이것은 측정되는 표면이 낮은 조도를 가지는 경우(예를 들어, 결함이 없는 연마된 표면)에 특히 문제가 되는데, 그 이유는 포지션 마커로서 사용될 수 있는 스크래치와 같은 결함이 없으면, 인접한 이미지들의 방위(orientation)를 결정하는 것이 어려워지기 때문이다.

본 개시물의 기술 요지는, 높은 분해능을 가지는 지면-표면(areal-surface) 토포그래피 현미경을, 테스트 오브젝트의 현미경에 상대적인 6 자유도까지의 그리고 큰 각도 범위에 걸친(예를 들어, 약 30° 이상의 팁-틸트(tip-tilt) 범위) 상대 운동을 가능하게 하는 스테이징(staging)과 결합함으로써 앞서 언급된 문제점들을 해결한다. 현미경과 통신하는 전자 프로세서는 테스트 오브젝트의 표면의 상이한 영역들의 다수의 3-차원의 이미지를 표면의 하나의 더 큰 이미지로 결합한다. 스테이징에 의하여 큰 각도 범위 및 추가적 자유도가 제공되면, 이미징 시스템의 경사 허용은 비-평탄 테스트 오브젝트 표면에 대해서 증가될 수 있다. 더욱이, 현미경의 측면 분해능이 높기 때문에, 심지어 연마된 표면들의 중첩하는 이미지들도 공통 고-주파수 표면 피쳐(예를 들어 이미징 시스템의 대략 반전 분해능인 공간 주파수를 가지는 표면 피쳐)를 식별함으로써 결합될 수 있다. 사실, 몇 가지 경우에, 테스트 오브젝트의 최종 합성 이미지는 초-정밀 스테이징 좌표를 요구하지 않고 획득될 수 있다. 추가적으로, 이미지 및/또는 시스템을 주의 깊게 캘리브레이션하고 보상하면 고-주파수 피쳐들의 정확한 매칭이 보장된다.

일반적으로, 몇 가지 양태들에서, 본 개시물의 기술 요지는 지면 토포그래피(areal topography)-측정 현미경, 토포그래피 측정 현미경에 대한 테스트 오브젝트의 포지션 및 방위를 조절하기 위한 기계적 스테이징, 및 데이터 처리 유닛을 포함하는 장치에 구현될 수 있다. 토포그래피-측정 현미경은 표면 형태, 구부러진 표면의 미세구조, 및/또는 표면의 요동(waviness) 양자 모두를 관찰하기에 충분한 측면 분해능을 가진다. 토포그래피 체제에서 미세구조는 일반적으로 표면 조도 및 텍스쳐와 연관된다.

다른 양태들에서, 본 개시물의 기술 요지는, 현미경의 뷰 내에 테스트 오브젝트를 포지셔닝 한 이후에 테스트 오브젝트 표면의 제 1 부분 또는 서브-조리개의 지면 토포그래피(areal topography)를 측정하는 단계를 포함하는 방법에서 구현될 수 있다. 그 뒤에, 테스트 오브젝트의 상대 위치 및 방위가 기계적 스테이징을 사용하여, 토포그래피-측정 현미경에 대하여 조절된다. 다음으로, 제 1 서브-조리개와 상이한 테스트 오브젝트 표면의 제 2 부분 또는 서브-조리개가 측정된다. 이러한 프로세스가 두 개 이상의 서브-조리개에 대하여 반복되어, 결과적으로 부분적으로 중첩하는 서브-조리개 토포그래피 측정들의 라이브러리를 얻을 수 있다. 다음 단계에서, 데이터 처리 유닛은 부분적으로-중첩하는 서브-조리개 토포그래피 측정들을 분석하여, 중첩하는 영역 내의 서브-조리개 측정들 사이의 미세구조 토포그래피에 있는 차분을 부분적으로 최소화하는 방법을 사용하여 강체 파라미터의 세트를 결정한다. 그러면, 데이터 처리 유닛은 강체 파라미터의 세트를 서브-조리개 토포그래피 이미지와 결합하여 부분 표면의 최종 3-차원의(3D) 표면 토포그래피 맵을 생성한다.

일반적으로, 다른 양태에서, 본 개시물의 기술 요지는, 비-평탄 표면의 합성 이미지를 생성하는 방법은: 현미경을 사용하여, 테스트 오브젝트의 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 다수의 이미지를 획득하는 단계로서, 각각의 이미지는 적어도 하나의 인접한 이미지와의 중첩 지역을 가지고, 상기 현미경은 10 마이크론 이하의 측면 치수와 10 nm 이하의 높이를 가지는 비-평탄 표면 상의 미세구조를 삼차원으로 이미징하기에 충분한 분해능을 가지는, 단계; 이미지의 각각에 대하여, 상기 이미지 내의 테스트 오브젝트의 포지션 및 방위를 공통 좌표계와 관련시키는 강체 파라미터의 세트를 결정하는 단계로서, 상기 강체 파라미터의 세트는 상기 이미지 내의 중첩 지역 내의 분해된(resolved) 미세구조를 인접한 이미지의 중첩 지역 내의 대응하는 미세구조와 맞춤함으로써 결정되는, 단계; 및 상기 표면의 합성 이미지를 생성하도록, 상기 복수 개의 이미지를 상기 강체 파라미터의 세트에 기초하여 결합하는 단계를 포함하는 방법에서 구현될 수 있다.

일반적으로, 다른 양태에서, 본 개시물의 기술 요지는, 테스트 오브젝트의 비-평탄 표면의 합성 이미지를 생성하는 시스템으로서, 테스트 오브젝트의 비-평탄 표면 상의 미세구조를 삼차원으로 이미징하기에 충분한 분해능을 가지는 현미경으로서, 10 마이크론 이하의 측면 치수 및 10 nm 이하의 높이를 가지는, 현미경; 상기 테스트 오브젝트를 상기 현미경에 상대적으로 정렬하기 위한 스테이지로서, 상기 스테이지는 현미경에 상대적인 적어도 하나의 회전 자유도를 가지고, 상기 현미경에 상대적인 상기 테스트 오브젝트의 변동하는 각도 방위에 대해 10° 이상의 각도 범위를 가지는, 스테이지; 및 상기 현미경과 통신하는 전자 프로세서를 포함하고, 동작 시에 상기 현미경은 상기 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 다수의 이미지를 획득하고, 각각의 이미지는 적어도 하나의 인접한 이미지와의 중첩 지역을 포함하고, 이미지들 중 적어도 일부는 대물 렌즈(대물 렌즈)에 대한 상기 테스트 오브젝트의 상이한 각도 방위들에 대하여 획득되며, 상기 전자 프로세서는 상기 현미경으로부터 상기 이미지를 수신하고, 상기 이미지의 각각에 대하여 상기 테스트 오브젝트의 포지션 및 방위를 공통 좌표계와 관련시키는 강체 파라미터의 세트를 결정하며 - 상기 강체 파라미터의 세트는 상기 이미지 내의 중첩 지역 내의 분해된 미세구조를 인접한 이미지의 중첩 지역 내의 대응하는 미세구조와 맞춤함으로써 결정됨 -, 상기 강체 파라미터의 세트에 기초하여 상기 복수 개의 이미지를 결합하여 상기 표면의 합성 이미지를 생성하도록 프로그래밍되는, 합성 이미지 생성 시스템에서 구현될 수 있다.

장치, 방법 및 시스템의 다양한 구현형태들이 가능하다. 예를 들어, 몇 가지 구현형태들에서, 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 다수의 이미지들은 3-차원의 이미지이다. 몇 가지 구현형태들에서, 합성 이미지는 3-차원의 이미지이다.

몇 가지 구현형태들에서, 지면 표면 토포그래피 현미경은 본 명세서에서 위상 천이 간섭측정(PSI) 현미경, 코히어런스-스캐닝 간섭측정 현미경(CSI), 공초점 현미경, 초점-스캐닝 현미경, 디지털 홀로그래피 현미경, 구조-조명 현미경, 또는 색채 공초점 현미경과 같은 광 프로파일러라고 지칭되는 광학기기를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 현미경은 단면 프로파일에 반대인 지면 표면 토포그래피를 측정할 수 있는 스타일러스-타입 기구를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 현미경은 언제나 최선의 초점의 포지션에서 데이터를 획득하도록 구성되는 광학기기를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 현미경은 가시파장에서, 또는 자외선 또는 적외선 파장에서 동작하는 광학기기를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 현미경은 폭이 1 내지 10 마이크론이고 및 표면 높이가 0.1 내지 10 nm인 피쳐를 측정하기에 충분할 만큼 민감하다. 이러한 값들은 약 0.4 마이크론 내지 0.8 마이크론의 가시파장에서 광학적으로 매끄럽거나 연마된 표면이라고 흔히 이해되는 것과 일치한다.

몇 가지 구현형태들에서, 현미경은, 예를 들어 하나의 기술을 사용하여 미세구조를 그리고 다른 기술을 사용하여 표면 형태를 측정 또는 검출하기 위한 두 개 이상의 감지 기술을 내장한다.

몇 가지 구현형태들에서, 스테이징은 예를 들어 회전 운동의 하나의 운동축을 가지거나 회전 운동과 함께 일어나는 측방향 변위를 통합하는 수 개의 운동축을 가진다.

몇 가지 구현형태들에서, 스테이징은 부분만을, 현미경만을, 부분 및 현미경 양자 모두를 조절한다.

몇 가지 구현형태들에서, 스테이징은 정밀도를 개선하기 위하여 광학적 인코더 또는 간섭계와 같은 추가적 계측기를 내장한다.

몇 가지 구현형태들에서, 데이터 처리는 스테이지 포지션 정보가 아니라 현미경 토포그래피 이미지에 의존하여 최종 3D 표면 맵을 생성한다.

몇 가지 구현형태들에서, 데이터 처리는 현미경 토포그래피 이미지와 스테이지 포지션 정보에 모두 의지하여 최종 3D 표면 맵을 생성한다.

몇 가지 구현형태들에서, 이러한 방법은 분리된 표면들을 측정하고 이들을 치수에 맞게(dimensionally) 서로 관련시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 투명 오브젝트의 후면에 대하여 전면을 관련시키거나, 부분의 탑재 표면(mounting surfaces)을 동작 표면(operational surface)에 대하여 관련시킨다.

몇 가지 구현형태들에서, 상기 방법은 시스템적 에러를 보상하기 위한 하나 이상의 캘리브레이션 단계를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 데이터 처리는 모든 측정들을 동시에 글로벌 맞춤(global fit)하는 것을 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 데이터 처리는 하나의 측정을 다음 측정에 순차적으로 맞춤시켜, 결국 최종 3D 토포그래피를 얻는 것을 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 데이터 처리는 중첩하는 측정들의 쌍들 사이의 맞춤을 포함하고, 이것의 결과적인 강체 파라미터는 글로벌 최적화를 거친다.

몇 가지 구현형태들에서, 테스트 오브젝트 표면 토포그래피는 평탄 표면, 구형 표면, 비구면 표면, 및 자유형태(freeform) 표면을 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 테스트 오브젝트 크기는 임의의 하나의 치수에 대하여 최대 크기로서 약 0.1 mm 내지 약 10 mm를 가지는 미시형(microscopic)이거나, 임의의 하나의 치수에 대하여 최대 크기로서 약 10 mm 내지 약 1000 mm를 가지는 거시형(macroscopic)이다.

몇 가지 구현형태들에서, 비-평탄 표면은 20 도보다 큰, 30 도보다 큰, 45 도보다 큰, 또는 60 도보다 큰 각도를 형성하는 각각의 법선들을 가지는 적어도 두 개의 위치를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 강체 파라미터의 세트는 적어도 두 개의 병진 좌표 및 적어도 두 개의 각도 좌표를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 강체 파라미터의 세트는 적어도 5 개의 좌표를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 강체 파라미터의 세트는 6 개의 좌표를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 강체 파라미터의 세트는 상기 비-평탄 표면의 적어도 두 개의 위치의 방위들을 서로 관련시키기에 충분하고, 상기 적어도 두 개의 위치는 10 도보다 큰, 20 도보다 큰, 30 도보다 큰, 45 도보다 큰, 또는 60 도보다 큰 각도를 형성하는 각각의 법선들을 가진다.

몇 가지 구현형태들에서, 강체 파라미터의 세트는 3 개의 직교 회전각을 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 다수의 이미지들의 상이한 영역들은 10 도보다 큰, 20 도보다 큰, 30 도보다 큰, 45 도보다 큰, 또는 60 도보다 큰 각도를 형성하는 각각의 법선들을 가지는 적어도 두 개의 위치를 포함한다. 현미경을 사용하여 이미지를 획득하는 단계는, 상기 위치가, 현미경의 축에 실질적으로 평행한 그들의 각각의 법선들을 가지도록, 상기 테스트 오브젝트를 순차적으로 지향시키는 단계를 포함할 수 있다. 현미경은 상기 테스트 오브젝트를 홀딩하고, 상기 위치의 법선들을 순차적으로 상기 현미경의 축에 실질적으로 평행하게 하기에 충분한 방위들의 범위에 걸쳐 상기 테스트 오브젝트를 지향시키도록 구성되는 마운트를 포함할 수 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 현미경 및 스테이지는 상기 테스트 오브젝트 상의 위치의 법선들이 순차적으로 상기 현미경의 광학 축에 실질적으로 평행하게 하기에 충분한 방위들의 범위에 걸쳐 상기 테스트 오브젝트를 지향시키도록 구성된다. 몇 가지 구현형태들에서, 현미경 및 스테이지는 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 다수의 이미지들 중 연속 이미지들 사이에서 서로에 대해 테스트 오브젝트를 병진시키도록 구성된다. 스테이지는 상기 테스트 오브젝트를 상기 현미경에 상대적으로 병진시키기 위한 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 현미경 및 스테이지는 다수의 이미지들 중 연속 이미지들 사이에서 테스트 오브젝트를 서로에 대하여 회전시키도록 구성된다. 스테이지는 상기 테스트 오브젝트를 상기 현미경에 상대적으로 회전시키기 위한 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 합성 이미지의 면적은 상기 현미경의 가시범위보다 더 크다.

몇 가지 구현형태들에서, 테스트 오브젝트는 연속 이미지들에 대하여 상기 현미경에 상대적으로 병진된다.

몇 가지 구현형태들에서, 테스트 오브젝트는 연속 이미지들에 대하여 상기 현미경에 상대적으로 회전된다.

몇 가지 구현형태들에서, 테스트 오브젝트는 상기 비-평탄 표면의 곡률에 기초하여 회전되어, 상기 현미경의 가시범위 내의 상기 비-평탄 표면의 부분을 상기 현미경을 사용한 이미징에 적합하게 지향시킨다.

몇 가지 구현형태들에서, 이미지 중 적어도 일부에 대한 상기 테스트 오브젝트의 상대적인 회전은 10° 이상이다.

몇 가지 구현형태들에서, 비-평탄 표면은 1 nm 이하의 RMS 표면 조도를 가진다.

몇 가지 구현형태들에서, 비-평탄 표면은 광학적으로 매끄러운 표면이다.

몇 가지 구현형태들에서, 테스트 오브젝트는 비구면 렌즈이다.

몇 가지 구현형태들에서, 강체 파라미터의 세트를 결정하는 단계는, 분해된 미세구조를 맞춤하기 이전에 비-평탄 표면 상이한 영역들의 다수의 이미지를 캘리브레이션하는 단계를 포함한다. 다수의 이미지를 캘리브레이션하는 단계는, 현미경을 사용하여, 참조 미러의 이미지를 획득하는 단계, 및 참조 미러 이미지를 비-평탄 표면의 영역들의 이미지의 각각으로부터 감산하는 단계를 포함할 수 있다. 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 다수의 이미지를 획득하는 단계는, 다중-요소 검출기를 사용하여 이미지를 검출하는 단계를 포함할 수 있는데, 다수의 이미지를 캘리브레이션하는 단계는: 다중-요소 검출기에서 선정의된 주기적 표면 패턴을 가지는 참조 샘플의 이미지를 검출하는 단계; 측정된 참조 샘플의 픽셀 패턴의 오류를 결정하는 단계; 및 픽셀 패턴 내의 에러에 대하여 이미지의 각각을 보상하는 단계를 포함한다. 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 다수의 이미지를 획득하는 단계는, 다중-요소 검출기를 사용하여 상기 이미지를 검출하는 단계를 포함할 수 있고, 각각의 이미지에 대하여 다수의 이미지를 캘리브레이션하는 단계는, 각각의 이미지의 두 개의 직교 방향에 따르는 표면 경사를 결정하는 단계; 상기 이미지의 각각의 픽셀에 대하여, 대응하는 리트레이스 에러(retrace error) 함수를 계산하는 단계; 및 상기 리트레이스 에러 함수를 상기 이미지 내의 대응하는 픽셀로부터 감산하는 단계를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 상기 방법은 광학 현미경을 사용하여 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 다수의 이미지를 획득하는 단계를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 상기 방법은, 코히어런스 스캐닝 간섭측정 현미경, 위상-천이 간섭측정 현미경, 공초점 현미경, 초점-스캐닝 현미경, 디지털 홀로그래피 현미경, 구조적-조명(structured-illumination) 현미경, 또는 색채 공초점(chromatic confocal) 현미경을 사용하여 상기 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 다수의 이미지를 획득하는 단계를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 다수의 이미지를 획득하는 단계는, 코히어런스 스캐닝 간섭측정을 사용하여 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 각각의 토포그래피 맵을 획득하는 단계를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 다수의 이미지를 획득하는 단계는, 스타일러스를 사용하여 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 각각의 토포그래피 맵을 측정하는 단계를 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 강체 파라미터의 세트를 결정하는 단계는, 상기 이미지의 중첩 지역에 걸쳐 상기 분해된 미세구조의 글로벌 맞춤(global fit)을 적용하여 각각의 이미지에 대한 상기 강체 파라미터의 최적화된 세트를 획득하는 단계를 포함한다. 글로벌 맞춤을 적용하는 단계는, 다수의 이미지의 중첩 지역에 걸쳐 상기 분해된 미세구조의 최선의 맞춤(best fit)을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 이미지 내의 중첩 지역 내의 분해된 미세구조를 인접한 이미지의 중첩 지역 내의 대응하는 미세구조와 맞춤하는 단계는 일련의 인접한 이미지 쌍에 대하여 순차적으로 수행된다. 각각의 인접한 이미지 쌍에 대하여, 맞춤 동작의 결과로서 쌍 내의 이미지들 사이에서 테스트 오브젝트의 상대 위치 및 방위를 관련시키는 강체 파라미터의 중간 세트가 얻어지고, 강체 파라미터의 세트를 결정하는 단계는 글로벌 최적화를 수행하여 파라미터의 중간 세트와 최적으로 매칭하는 강체 파라미터의 최종 세트를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 현미경은 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 다수의 이미지를 검출하기 위한 다중-요소 검출기를 포함하는데, 프로세서는 다중-요소 검출기에 의하여 검출된 다수의 이미지를 캘리브레이션하도록 구성된다.

몇 가지 구현형태들에서, 전자 프로세서는 분해된 미세구조의 글로벌 맞춤을 다수의 이미지에 걸쳐 적용하여 각각의 이미지의 중첩 지역의 강체 파라미터의 최적화된 세트를 획득하도록 프로그래밍된다. 전자 프로세서는 다수의 이미지의 중첩 지역에 걸쳐 분해된 미세구조의 최선의 맞춤을 획득하도록 프로그래밍될 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 전자 프로세서는, 일련의 인접한 이미지 쌍에 대하여, 상기 이미지 내의 중첩 지역 내의 분해된 미세구조를 상기 인접한 이미지의 중첩 지역 내의 대응하는 미세구조와 순차적으로 맞춤하도록 프로그래밍되고, 각각의 인접한 이미지 쌍에 대하여, 맞춤의 결과 상기 쌍 내의 이미지들 사이의 상기 테스트 오브젝트의 상대 위치 및 방위와 관련되는 강체 파라미터의 중간 세트가 제공되고, 상기 전자 프로세서는 파라미터의 상기 중간 세트와 최선으로 매칭하는 강체 파라미터의 최종 세트를 획득하도록 글로벌 최적화를 수행하도록 더 프로그래밍된다.

몇 가지 구현형태들에서, 현미경은 상기 미세구조를 검출하도록 구성되는 제 1 센서 및 상기 테스트 오브젝트의 표면 형태를 검출하도록 구성되는 제 2 센서를 포함한다.

하나 이상의 실시예들의 세부사항들은 첨부 도면들 및 다음의 설명에서 언급된다. 다른 특징들 및 이점들은 상세한 설명, 도면, 및 청구항들로부터 명백해질 것이다.

도 1 은 코히어런스 스캐닝 현미경의 일 예를 예시하는 개략도이다.
도 2 는 현미경 대물 렌즈 헤드 아래의 적층된 회전 스테이지의 일 예를 예시하는 개략도이다.
도 3 은 테스트 오브젝트를 이미징하고 테스트 오브젝트의 3D 표현을 생성하기 위한 프로세스 흐름(300)을 도시하는 흐름도이다.
도 4 는 광 프로파일러 센서 헤드 및/또는 테스트 오브젝트 스테이지의 회전 경로를 예시하는 개략도이다.
도 5 는 글로벌 메리트 함수(merit function)를 사용한 3D-스티칭의 원리 및 표면 토포그래피 맵의 최적화를 예시하는 개략도이다.
도 6 은 실제 테스트 오브젝트 샘플에 대한 스티칭 맞춤 품질을 표시하는 실험적 교차-상관 플롯이다.
도 7 은 본 명세서에서 개시된 기법을 사용하여 프로파일링될 수 있는 렌즈의 일 예를 예시하는 개략도이다.
도 8 은 미세구조를 검출하기 위한 복굴절 현미경이 전체 형태의 신속한 측정을 위하여 무늬 투영 현미경과 결합된 시스템의 일 예를 나타내는 개략도이다.

높은 곡률을 나타내는 표면 지역을 가지는 테스트 오브젝트를 이미징하기 위하여, 광 프로파일러와 같은 지면 표면 토포그래피 현미경의 경사 허용이 프로파일러 가시범위를 감소시킴으로써 연장될 수 있다. 테스트 오브젝트가 감소된 가시범위보다 더 큰 표면적을 역시 갖는다면, 전체 테스트 오브젝트 표면의 이미지는 감소된 가시범위로 다수의 지역("표면-패치" 또는 "서브-조리개")을 이미징하고, 전자 프로세서를 사용하여 측정된 이미지를 함께 융합시켜서 획득될 수 있어서, 결과적으로 기구의 가시범위를 증가시킨다.

테스트 오브젝트의 상이한 서브-조리개 이미지의 측정을 획득하는 것은, 테스트 오브젝트의 표면 상의 상이한 포지션이 표면에 대한 적합한 센서 방위로 측정되도록, 현미경의 센서 헤드에 상대적으로 테스트 오브젝트를 조작하는 것을 수반한다. 적합한 스테이징(staging)과 전용 복원 알고리즘을 사용하면, 이러한 접근법은 종래의 광 프로파일러 기법과 연관된 가시범위 및 경사 제한사항을 극복할 수 있다; 심지어 반구를 넘어서 연장하는 표면 기하학적 구조도 2½-d 데이터만을 전달하는 기구를 가지고 측정가능해질 수 있다.

이러한 원리의 일 예는 도 1 에 도시되는 CSI 현미경(100)과 같은 간섭 현미경을 사용하여 설명될 수 있다. 도 1 의 CSI 현미경(100)과 같은 간섭 측정식 이미징 시스템은 관심 대상인 표면으로부터 반사된 측정 파면(measurement wavefront)을 참조 표면으로부터 반사된 참조 파면과 결합하여 간섭 패턴을 생성한다. 간섭 패턴의 세기 프로파일에 있는 공간적 변동은, 참조 표면에 상대적인 오브젝트 표면의 프로파일 내의 변동에 의하여 야기되는 결합된 측정 파면과 참조 파면들 사이의 위상차에 대응한다. 측정된 위상차, 간섭 측정식 이미징 시스템은 복잡한 표면 구조, 예컨대 박막(들), 다른 재료의 이산 구조, 또는 간섭 현미경의 광학적 분해능에 의하여 과소-분해되는 이산 구조를 가지는 오브젝트의 표면 토포그래피 및/또는 다른 특성을 측정하기 위하여 사용된다.

이미징 시스템의 참조 및 측정 레그들 사이의 광로 길이차(OPD)가 스캐닝되어 각각의 카메라 픽셀에 대한 스캐닝 간섭측정 신호를 생성한다. 시간 상 특정 포인트에 대하여 카메라에 걸쳐 생성된 간섭 패턴은 인터페로그램(interferogram)에 대응한다. 낮은 코히어런스 스캐닝 간섭계에서, 광로 길이차는 간섭하는 파면들의 코히어런스 길이와 비슷하거나 이보다 더 긴 범위에 걸쳐 스캐닝된다. 예를 들어, 백색-광원을 사용함으로써 스캐닝 간섭 측정식 이미징 시스템에 제한된 코히어런스 길이가 생성될 수 있는데, 이것은 스캐닝 백색 광 간섭측정(SWLI) 또는 좀 더 일반적으로는 코히어런스 스캐닝 간섭측정이라고 불린다. 통상적 CSI 신호는 제로 OPD 포지션에 가까이 국부화된 수 개의 무늬들이다. 이러한 신호는 통상적으로 종형(bell-shaped) 무늬-콘트라스트 포락선을 가지는 정현 캐리어 변조("무늬")에 의하여 특징지어진다. CSI 이미징 시스템에서 최선의-초점의 포지션은 통상적으로 무늬 포락선의 피크 또는 중심, 즉 OPD가 제로인 포지션에 대응한다.

도 1 에 도시되는 CSI 현미경(100)은 미라우(Mirau)-타입 간섭 측정식 이미징 시스템이다. 이러한 예의 목적을 달성하기 위하여, 도 1 의 y-축은 지면에 수직이라고 가정된다. 소스 모듈(105)은 조명 광(106)을 빔 분할기(140)로 제공하는데, 이것이 광을 편광 광학기(180)를 통해 미라우 간섭 측정식 대물 렌즈 어셈블리(108)로 지향시킨다. 평면(145)은 어셈블리(108)의 퓨필 평면에 대응한다. 어셈블리(108)는 측정 대물 렌즈(150), 참조 미러(115)를 규정하는 그것의 중앙 소부분에 반사성 코팅을 가지는 참조 플랫(112), 및 빔 분할기(113)를 포함한다. 동작 시에, 대물 렌즈(150)는 조명 광을 참조 플랫(112)을 통과하여 테스트 오브젝트(109)를 향해 집속시킨다. 빔 분할기(113)는 포커싱 광의 제 1 부분을 참조 미러(115)로 반사시켜 참조 광(122)을 규정하고, 포커싱 광의 제 2 부분을 테스트 오브젝트(109)로 투과시켜 측정 광(124)을 규정한다. 그러면, 빔 분할기(113)는 테스트 오브젝트(109)로부터 반사된(또는 산란된) 측정 광을 참조 미러(115)로부터 반사된 참조 광과 재결합하고, 대물 렌즈(150) 및 이미징 렌즈(130)는 결합된 광이 검출기(125)(예를 들어, 다중요소 CCD 또는 CMOS 검출기) 상에서 간섭하도록 이미징한다.

검출기(125)는 테스트 오브젝트 및 참조 미러 상의 상이한 포인트에 대응하여 측정 광과 참조 광 사이의 간섭을 독립적으로 측정하는 다중 요소(즉, 멀티-픽셀) 카메라이다(즉, 간섭 패턴에 대한 공간적 분해능을 제공함). 검출기(125) 테스트 오브젝트의 상대 위치가 스캐닝됨에 따라 검출기의 하나 이상의 픽셀에서의 광학적 간섭의 세기를 측정하고, 이러한 정보를 분석을 위해 컴퓨터(128)로 전송한다. 분석 시에, 컴퓨터(128)(또는 전자 프로세서를 가지는 다른 시스템)는 스캐닝 간섭측정 신호로부터 테스트 표면의 파장-의존적인 복잡한 반사성(reflectivity)을 결정한다. 예를 들어, 각각의 검출기 요소에서의 스캐닝 간섭측정 신호는 푸리에 변환되어 파장에 대한 신호의 크기 및 위상을 제공할 수 있다. 컴퓨터(128)는 크기 및 위상 정보로부터, 샘플에 대한 높이 정보를 획득한다. 그러면 각각의 검출기 요소로부터의 높이 정보가 이미징된 지역에 대한 높이/토포그래피 맵에 포함된다.

소스 모듈(105)은 소스(110)(예를 들어, 점소스 또는 공간적으로 연장된 소스), 렌즈(102 및 103)에 의하여 형성된 현미경, 및 렌즈(102)의 후면 초점면(렌즈(103)의 전면 초점면과 일치함)에 포지셔닝된 스톱(120)을 포함한다. 이러한 장치는 소스를 미라우 간섭 측정식 대물 렌즈 어셈블리(108)의 퓨필 평면(145) 상에 이미징하는데, 이것은 쾰러 조명의 일 예이다. 스톱(120)의 크기는 테스트 오브젝트(109) 상의 조명 필드의 크기를 제어한다. 다른 실시예들에서, 소스 모듈은 소스가 테스트 오브젝트 상에 직접적으로 이미징되는 구성을 포함할 수 있는데, 이것은 임계 조명이라고 알려져 있다.

다른 스캐닝 간섭 측정식 이미징 시스템은 예를 들어, 미켈손(Michelson), 및 리닉(Linnik) 간섭 대물 렌즈를 포함한다. 미라우 기하학적 구조에 반대로, 리닉 타입 및 미켈손 타입 간섭 대물 렌즈 양자 모두에서의 참조 빔 경로는 테스트 빔 경로에 수직이다. 리닉의 경우에, 테스트 빔 및 참조 빔을 분리하고 재결합시키는 빔분할기는 측정 대물 렌즈 및 참조 대물 렌즈 이전에 위치된다. 미켈손의 경우에, 테스트 빔 및 참조 빔을 분리하고 재결합시키는 빔분할기는 단일 대물 렌즈에 후속한다.

스캐닝 간섭 측정식 이미징 시스템은 후속하는 피쳐들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 몇 가지 실시예들에서, 스캐닝 간섭측정 신호를 생성하기 위하여 사용되는 광은 백색 광원, 또는 좀 더 일반적으로는, 스펙트럼이 광대역인 광원에 기초한다. 다른 실시예들에서, 광원은 단색 광원일 수 있고, 좀 더 일반적으로는 스펙트럼이 협대역인 광원일 수 있다. 광원의 예에는 발광 다이오드 또는 레이저, 아크 램프, 및 열적 소스, 예컨대 백열 전구가 포함된다. 다양한 조리개수(numerical aperture; NA) 값을 가지는 측정 간섭 대물 렌즈가 스캐닝 간섭 측정식 이미징 시스템에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 간섭 대물 렌즈는 약 0.01 내지 약 0.9 의 NA를 정의할 수 있다. 사용될 수 있는 간섭 대물 렌즈의 예에는 유리, 오일/물 이머전 타입 및 고체 이머전 타입이 포함된다. 소스에 의하여 제공되는 광은 편광되지 않거나 편광될 수 있으며, 선형, 원형, 또는 구조화된 편광된 광을 포함한다. 광은 전자기 스펙트럼의 가시파장, 자외선 파장, 또는 적외선 파장을 가질 수 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 간섭 측정식 이미징 시스템은 테스트 오브젝트에 입사하고 그로부터 출사되는 광에 대한 원하는 편광을 선택하기 위한 편광 광학기를 포함할 수 있다. 스캐닝 간섭 측정식 이미징 시스템에 대한 추가적인 기술은 예를 들어 미국 특허 번호 제 7,106,454 호 및 제 7,271,918 호에서 찾을 수 있는데, 이들 각각은 그 전체가 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다.

비록 CSI 현미경이 도 1 에 도시되지만, 다른 광 프로파일러가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 광 프로파일러는 테스트 오브젝트를 이미징하기 위하여 PSI를 사용하는 위상-천이 간섭측정(PSI) 현미경, 공초점 현미경, 초점-스캐닝 현미경, 테스트 오브젝트를 이미징하기 위하여 디지털 홀로그래피를 사용하는 디지털 홀로그래피 현미경, 구조적-조명 현미경, 또는 색채 공초점 현미경을 포함할 수 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 현미경은 단면 프로파일에 반대인 지면 표면 토포그래피를 측정하기 위하여 스타일러스를 사용할 수 있는 스타일러스-타입 기구(예를 들어, 원자 힘 프루브 기구)이다. 바람직하게는, 사용되는 광 프로파일러는 10 마이크론 이하의 측면 치수 및 10 nm 이하의 높이를 가지는 테스트 부분 표면 상의 미세구조를 삼차원으로 이미징하기에 충분한 분해능을 가진다.

CSI 현미경(100)은 상이한 6 동작 자유도에 따라 현미경대물 렌즈에 상대적으로 테스트 오브젝트를 포지셔닝하도록 구성될 수 있다. 상이한 동작 자유도는 피스톤(예를 들어, z-축에 따른 테스트 오브젝트와 대물 렌즈 사이의 오프셋), x-병진, y-병진, 회전, x-틸트, 및 y-틸트를 포함한다. 간섭 현미경(100)에서, 피스톤 운동은 미라우 간섭 측정식 대물 렌즈 어셈블리(108)에 커플링된 액츄에이터/트랜스듀서(예를 들어, 압전 트랜스듀서(PZT); 107)를 사용하여 이루어질 수 있다. 액츄에이터/트랜스듀서(107)는 대물 렌즈(150)의 광축에 따라 테스트 오브젝트(109)에 상대적으로 어셈블리(108)를 스캔하여 카메라의 각각의 픽셀에서의 스캐닝 간섭측정 데이터를 제공하도록 구성되는데, 여기에서 ζ는 스캔 좌표이고 h는 테스트 오브젝트의 표면의 상대 높이이다. 대안적으로는, 액츄에이터/트랜스듀서는 어셈블리(108)가 아니라 테스트 오브젝트를 홀딩하는 스테이지(170)에 커플링되어 이들 사이에 상대 운동을 제공할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 스캐닝은 대물 렌즈의 광축에 따라서 테스트 오브젝트에 상대적으로 전체 현미경을 이동시키는 선형 스테이지에 의하여 제공될 수 있다. 다른 추가적인 실시예들에서, 스캐닝은 참조 미러(115) 및 빔 분할기(113) 중 하나 또는 모두를 대물 렌즈(150)의 광축에 따라서 대물 렌즈(150)에 상대적으로 이동시킴으로써 제공될 수 있다. 트랜스듀서들(예를 들어, CSI 현미경(100)에 부착된 액츄에이터/트랜스듀서 및 스테이지(170)에 부착된 트랜스듀서) 각각은 컴퓨터(128)에 커플링되어, 컴퓨터(128)가 트랜스듀서의 속도 및 동작을 제어하게 한다.

테스트 오브젝트 스테이지(170)는 다른 자유도에 따른 테스트 오브젝트의 병진을 제공하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 몇 가지 구현형태들에서, 테스트 오브젝트 스테이지(170)는 적층된 스테이지의 세트를 포함할 수 있는데, 각각의 스테이지는 하나 이상의 상이한 자유도에 따른 테스트 오브젝트의 운동을 가능하게 한다. 도 2 는 회전 대칭적인 표면 샘플(206)을 측정하는 경우에 대한 적층된 스테이지(200)의 일 예를 예시하는 개략도인데, 적층된 스테이지(200) 및 스테이지에 탑재된 샘플은 측정 광(208)으로 샘플(206)을 조명하는 CSI 현미경의 현미경 대물 렌즈 헤드(108) 아래에 위치된다. 도 1 에서와 같이, x-축과 z-축은 지면 안에서 연장되는 반면에 y-축은 지면 안으로 그리고 밖으로 연장된다(즉, 지면의 법선에 따라). 적층된 스테이지(200)는 제 2 외부 스테이지(204)에 커플링된 제 1 내부 스테이지(202)를 포함한다. 내부 스테이지(202)는 자신의 회전축(도 2 에 도시되는 개략도의 평면 안에서 연장되는 C-축, 즉 내부 스테이지(202)의 중심을 관통하여 연장되는 선분) 중심으로 부분을 회전(R_θ)시키게 한다. 내부 스테이지 어셈블리(202)는 CSI 현미경(100)에 의하여 이미징되는 현재의 표면-패치의 법선을 회전(R_u)하게 하는(도 2 에서 지면 밖으로 연장되는 y-축과 평행한 B-축 중심으로) 외부 회전 스테이지(204) 상에 탑재되어, 법선이 센서 헤드(108) 내부를 포인팅하게 한다. 몇 가지 구현형태들에서, 어셈블리(200)는 선형 병진(예를 들어, x-축 및/또는 y-축에 따라서)을 제공하여 헤드가 테스트 오브젝트 상의 상이한 방사상 포지션에 어드레싱할 수 있게 하는 제 3 스테이지를 포함한다. 어셈블리 내의 각각의 스테이지(예를 들어, 내부 스테이지(202) 및 외부 스테이지(204))는 작동용 트랜스듀서를 포함할 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 도 2 에 도시된 바와 같이, 현미경 대물 렌즈 헤드(108)는 x-축 및/또는 y-축에 따라서 선형으로 병진될 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 몇 가지 구현형태들에서, 트랜스듀서는 대물 렌즈 헤드(108)에 탑재될 수도 있는데, 트랜스듀서는 대물 렌즈(108)를 x-축 및/또는 y-축에 따라서 병진시킬 수 있다. 대물 렌즈 헤드(108)는 또한 z-축을 따라서 이동하여 기구의 높이 캡쳐 범위 내에 표면을 위치시킬 수 있다. z-축에 따른 대물 렌즈(108)의 병진은 x- 축 및/또는 y-축에 따른 병진을 제공하는 것과 동일한 트랜스듀서에 의하여 제공될 수 있다. 또는, 별개의 트랜스듀서가 사용될 수 있다. 일반적으로, 테스트 오브젝트 스테이지 및/또는 현미경은 다수의 자유도에 따라 테스트 오브젝트를 이미징하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 스테이지는 현미경에 상대적인 적어도 하나의 회전 자유도를 가지고 현미경에 상대적인 테스트 오브젝트의 변동하는 각도 방위에 대해 10° 이상의 각도 범위를 가진다. 이하 더 설명되는 바와 같이, 다른 스테이징 기하학적 구조가 상이한 애플리케이션에 대하여 가능하다.

현미경 대물 렌즈와 테스트 오브젝트가 여러 자유도에 따라서 서로에 대하여 포지셔닝될 수 있기 때문에, 스캐닝 현미경이 테스트 샘플의 다수의 상이한 표면-패치를 이미징하기 위하여 사용된다. 예를 들어, 도 1 의 현미경(100)을 참조하면, 테스트 오브젝트를 현미경(100)의 뷰 내에 포지셔닝한 이후에, 테스트 오브젝트 표면의 제 1 부분("제 1 표면-패치")의 지면 토포그래피는 기록된 간섭 데이터로부터 높이 맵을 획득함으로써 이미징된다. 표면-패치 이미지는 최선의 초점의 포지션에 대응하는 위치에서 획득된다. 다음 단계에서, 스테이징은 CSI 현미경(100)의 대물 렌즈 헤드(108)에 대한 부분의 상대 위치 및 방위를 조절한다(예를 들어, 이를 통하여 테스트 오브젝트 표면 상의 로컬 평면형 지역의 법선이 대물 렌즈(108)의 광축에 평행하게 지향되게 한다). 다음 단계에서, 현미경은 제 1 표면-패치와 상이한 제 2 표면-경로의 지면 토포그래피를 측정하는데, 여기에서 제 2 표면-패치는 제 1 표면-패치와 부분적으로 중첩한다. 중첩의 양은 변경될 수 있고, 예를 들어 두 이미지들 사이에 약 10% 내지 50%의 중첩을 포함할 수 있다. 이러한 프로세스는 적어도 두 개의 표면-패치에 대하여 반복되어, 결과적으로 토포그래피 맵/표면-패치 이미지들의 라이브러리를 얻을 수 있다. 표면-패치 이미지가 획득되면, 컴퓨터(128) 또는 다른 전자 프로세서는 표면-패치들을 하나의 더 큰 이미지로 결합(또는 "스티칭")한다. 특히, 컴퓨터(128)는 각각의 이미지의 토포그래피 측정을 분석하여 강체 파라미터의 세트를 결정하고 정제한다(refine).

강체 파라미터는 이미지 내의 테스트 오브젝트의 포지션 및 방위를 글로벌 좌표계(예를 들어, 최종 스티칭된 이미지가 표시될 좌표계)와 관련시킨다. 강체 파라미터의 정제는 서브-조리개 이미지들 사이의 중첩 지역에 있는 토포그래피차(topographic difference)를 최소화하기 위하여 강체 파라미터를 반복적으로 수정하는 선형 또는 비선형 맞춤 루틴을 적용함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 또는 위의 맞춤 루틴을 돕는 중간 단계로서, 강체 파라미터는 잠재적으로 평면 맞춤 루틴과 조합되는 중첩하는 서브-조리개들의 고 주파수 콘텐츠 사이의 상관 분석의 결과(상관 결과의 일 예는 도 6 에 도시됨)에 기초하여 정제될 수 있다. 강체 파라미터는 병진 좌표들(예를 들어, x-, y-, 및 z-좌표들) 및/또는 각도 좌표들(예를 들어, 피치, 요 및 롤)을 포함할 수 있다. 몇 가지 구현예들에서, 강체 좌표는 적어도 4 개의 좌표(예를 들어, 적어도 두 개의 병진 좌표 및 적어도 두 개의 각도 좌표)를 포함한다. 몇 가지 구현예들에서, 강체 좌표는 5 개의 좌표들(예를 들어, 3 개의 병진 좌표 및 두 개의 각도 좌표)을 포함한다. 몇 가지 구현형태들에서, 강체 좌표는 6 개의 좌표(3 개의 병진 좌표 및 3 개의 각도 좌표)를 포함한다. 강체 파라미터 세트가 6 개의 파라미터의 풀 세트보다 더 작게 설정된 구현형태는 하나 이상의 자유도에서 충분히 정밀한 운동을 제공하기 위하여 스테이징에 의존할 수 있다. 강체 운동 파라미터의 정제된 세트에 기초하여, 컴퓨터(128)는 서브-조리개 토포그래피 이미지들을 결합하여 부분 표면의 최종 3-차원(3D) 또는 2 ½D 표면 토포그래피 맵을 생성한다.

이론 상, 스테이징이 충분한 병진 및 회전 정확도를 가능하게 한다면, 이미지의 중첩을 요구하는 스티칭 알고리즘을 사용하지 않고 컴퓨터 메모리 내에서 데이터를 합성할 수 있다. 이러한 접근법은 측정 불확정성 요구 사항이 엄격하지 않은 애플리케이션에서 및/또는 다른 인자들이, 예를 들어 거시 부분 상의 픽셀 크기가 예를 들어 약 100 μm 이상인 경우 획득가능한 정확도에 제한을 가하는 애플리케이션에서 구현될 수 있다. 그러나, 더 엄격한 불확정성을 요구하는 애플리케이션에 대해서는, 적합한 스테이징에 의하여 요구된 좌표를 제공하는 것은 점점 어려워지고 점점 비용이 많이 들게 된다. 특정 현미경 애플리케이션에 대하여, 픽셀은 200 nm이하만큼 작을 수 있고, 수 nm의 매칭 에러가 발생하면 장식적으로 문제가 발생할 수 있다. 만일 기계적 스테이지의 적층이 이러한 숫자의 일부에게 외부 좌표를 제공해야 한다면, 이것은 가장 정밀한 에어 베어링(air bearing) 및 인코더 시스템에 대해서도 기술적인 도전이 된다.

발명자들은, 현재 입수가능한 최고 품질의 고-연마된 표면도 고-주파수 표면 텍스쳐를 나타낸다는 것을 알아 냈다. 따라서, 광 프로파일러(예를 들어, 간섭 현미경)가 충분히 높은 분해능을 가진다면, 이것은 이러한 고-주파수 표면 텍스쳐를 검출하고 이것을 사용하여 스테이징으로부터의 초고-정밀 좌표, 또는 심지어 스테이징으로부터의 임의의 좌표에 의존할 필요가 없이 표면의 다수의 뷰를 스티칭하기 위한 가이드를 제공할 수 있다. 이것은 컴퓨터(128) 또는 다른 전자 프로세서를 사용하여 서브-픽셀 정확도로 수행될 수 있다. 즉, 컴퓨터(128)는 두 개 이상의 인접한 서브-조리개 이미지 내의 동일한 고-주파수 피쳐를 식별하고, 식별된 피쳐를 사용하여 이미지들을 함께 스티칭하기에 최선의 매칭을 획득하기 위하여 인접한 이미지들의 적합한 조절(예를 들어, 병진, 회전, 팁 또는 틸트)을 결정한다. 예를 들어, 몇 가지 구현형태들에서, 현미경은 폭이 1 내지 10 마이크론이고 및 표면 높이가 0.1 내지 10 nm인 피쳐를 측정하기에 충분할 만큼 민감하다. 이러한 값들은 약 0.4 마이크론 내지 0.8 마이크론의 가시파장에서 광학적으로 매끄럽거나 연마된 표면이라고 흔히 이해되는 것과 일치한다. 개개의 표면 패치를 조합하기 위하여 테스트 오브젝트의 표면으로부터의 형태 및 고-주파수 정보를 사용함으로써, 이러한 방법은 완전히 자기-참조형(self-referencing)이 될 수 있고, 즉, 스테이징의 포지셔닝/방위에 대한 정보가 필요하지 않을 수 있다. 오히려, 토포그래피 맵으로부터 획득된 정보만이 개개의 표면 맵을 함께 홀딩하는 스캐폴드(scaffold)를 복원하기 위하여 사용되고, 표면을 전체로서 기술한다. 몇 가지 구현형태들에서(예를 들어, 토포그래피 이미지를 서로 매칭시키기 위하여 매우 작은 표면 피쳐에 의존하지 않는 경우), 스테이지 포지셔닝에 대한 정보는 테스트 오브젝트의 최종 표면 맵을 구성할 때에 전자 프로세서에 의하여 여전히 사용될 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 현미경은 두 개 이상의 감지 기술을 통합한다. 예를 들어, 제 1 검출 기술이 고-주파수 미세구조를 검출하기 위하여 사용되는 반면에, 상이한 검출 기술이 테스트 오브젝트의 표면 형태, 조도 및/또는 요동을 검출하기 위하여 사용된다. 특히 표면 조도에 민감한 감지 기술의 예에는 위상 콘트라스트 마이크로스코피(microscopy), 차분 간섭 콘트라스트 마이크로스코피, 위상-변조 휨 측정(deflectometry), 및 초점 감지가 포함된다. 표면 형태 측정에 적합한 기법들에는 전술된 광 프로파일러 기술에 추가하여 무늬 투영 마이크로스코피 및 적외선 스캐닝 마이크로스코피가 포함된다. 그러한 기술들 중 일부의 추가적인 세부사항은 예를 들어 M. Pluta, "Specialized Methods," in Advanced Light Microscopy, Vol. 2, (Elsevier, Amsterdam, Warsaw, 1989), 발명의 명칭이 "NON-CONTACT SURFACE CHARACTERIZATION USING MOUDLATED ILLUMINATION"인 X. Colonna De Lega의 미국 특허 출원 번호 제 2012/0140243 호, 및 발명의 명칭이 "INFRARED SCANNING INTERFEROMETRY APPARATUS AND METHOD"이고 특허권자가 X. Colonna De Lega 등인 미국 특허 번호 제 6,195,168 호에서 발견될 수 있는데, 이들 각각은 그 전체가 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다. 표면 형태, 조도, 텍스쳐 및 요동에 관련된 정보는 예를 들어 국제표준화기구(ISO) 표준 25178, 4287, 및 10110 에서 발견될 수 있다.

듀얼-센서 기술의 예시적인 실시예로서, 도 8 은 미세구조를 검출하기 위한 복굴절 현미경(1000)이 전체 표면 형태의 신속한 측정을 위하여 무늬 투영 현미경과 결합된 시스템의 일 예를 나타내는 개략도이다. 도 8 은 다른 피쳐들 중에서, 도면의 평면에 있고 평면에 수직하게 지향되는 자신의 두 개의 복굴절 축들에 따라 지향되는 복굴절 렌즈(1010), 컴퓨터 제어에 따라 회전가능한 선형 편광판(1006), 공간 광 변조기(1050), 초점 스캐너(1020), 광원(1015), 빔 분할기(1060), 및 편광 위상 천이기(1040)를 도시한다. 선형 편광에 대해 표시된 두 개의 방위가 존재한다: 면내(1071) 및 면외(1072).

무늬 투영 현미경으로서 동작될 때, 컴퓨터 콘트롤(1005)은 선형 편광판(1006)을 회전시켜 면내 편광(1071)을 가지는 빔만이 카메라로 전달되고 면외- 편광 빔(1072)은 전체적으로 차단되게 한다. 대물 렌즈(1010)의 초점 스캔 도중에, 컴퓨터 콘트롤(1005)은 공간 광 변조기(1050)가 샘플(1090) 상에 투영된 무늬를 생성하도록 명령한다. 샘플(1090)의 이미지가 이러한 투영된 무늬와 함께 카메라(1099)에 의하여 검출된다. 편광 위상 천이기(1040)는 비활성화된다. 3D 형태를 생성하기 위한 데이터 획득 및 처리 방법론은 발명의 명칭이 "Non-contact surface characterization using modulated illumination"인 X. Colonna De Lega의 공개된 미국 특허 출원 2012/0140243 호에 상세히 설명된다. 이러한 방법론은 보통 CSI에 대한 것보다 더 빠른 고속 형태 측정이 가능하게 하지만, 낮은 배율에서 미세구조를 검출하기에는 높이 민감도가 불충분하다.

미세구조-이미징 시스템으로서 동작되는 경우, 컴퓨터 콘트롤(1005)은 선형 편광판(1006)을 회전시켜서 도면에 대해 수직(1072) 및 평행(1071)인 편광을 가지는 빔을 합성한다. 따라서 카메라(1099)는 두 개의 상이한 초점 구성에 대응하는 서로 간섭을 일으키는 두 개의 이미지를 동시에 바라본다(view): 하나는 표면의 정밀한 이미징에 대응하고(도면의 면 내에 1071 처럼 편광된 빔) 다른 것은 전체적으로 블러링된다(도면의 면에 직교하는 1072 처럼 편광된 빔). 컴퓨터 콘트롤(1005)은 편광 위상 천이기(1040)가 직교하는 편광(1071 및 1072)을 가지는 빔들 사이의 상대 위상을 변조하도록 명령하여, 결과적으로 카메라(1099)에 변조된 간섭 패턴을 생성한다. 데이터 처리는 전체 내용이 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 Tsujiuchi, 등의 논문, "Phase-shifting common-path interferometers using double-focus lenses for surface profiling"(Proc. SPIE 1720, 133-141, 1992)에 기술된 바와 같이 진행한다.

위에서 표시된 바와 같이, 다른 광학적 감지 기술도 사용될 수 있다. 그러나, 코히어런스 스캐닝 간섭 측정식(CSI) 마이크로스코피는 적어도 다음 이유들 때문에 본 명세서에 개시된 광학적 프로파일링 프로세스에 대해 적합하다. 첫 째로, CSI는 평탄면(flat)에 대해 측정된 2½-차원을 공급하는데, 이것은 구형 캐비티를 채용하는 간섭계의 경우에 통상적으로 그러한 것처럼 데이터로부터 특정 형상이 광학적으로 제거되지 않았다는 것을 암시한다. 둘째로, 이론대로 CSI 현미경은 언제나 최선의 초점에서 각각의 표면 포인트를 측정하는데, 이것은 CSI의 자동-초점 성질이라고 알려진다. 이러한 방식으로, 부분 피쳐들은 최적으로 분해되는데, 이것은 특히 높은 공간 주파수 피쳐를 정확하게 캡쳐하기 위하여 중요하다. 셋째로, CSI는 상이한 인터페이스로부터 분리되는 신호들을 분리할 수 있는데, 이것은 투명 또는 반-투명 샘플(모바일 전화기 렌즈와 같은)을 측정할 경우에 매우 중요하다. 거의 모든 광학 기법이 테스트 중에 렌즈의 후면으로부터 나오는 반사 때문에 크게 곤란을 겪는다. 흔히 이러한 문제는 후면을 다른 재료로 코팅하고 이를 통해서 반사를 감소시킴으로써만 극복될 수 있다. CSI를 사용하면, 이러한 문제는 간섭 신호를 적절하게 처리함으로써 유리하게 해결되는데, 따라서 테스트 대상 샘플을 물리적으로 변경할 필요가 없이 후면 반사를 억제하게 한다. 더욱이, 상이한 인터페이스들로부터의 정보를 동시에 수집하는 능력은, 렌즈에 걸쳐 관련성 측정을 수행하게 하기 때문에 다른 기계적인 방법에 비해서 매우 큰 장점이 될 수 있다. 일 예로서, 렌즈의 광학적 두께는 CSI를 사용하여 렌즈의 광축에 따라서 일측으로부터 측정될 수 있다.

동일한 표면의 다수의 뷰를 스티칭하기 위하여, 개개의 맵은 병합시키기 이전에 가능한 한 ㅇ테러가 없어서 중첩하는 데이터 지역이 가능한 한 충돌이 없게 하여야 한다. 매우 정확한 측정을 획득하기 위하여, 광 프로파일러 시스템은 조심스럽게 캘리브레이션되고 보상되어야 한다. 이에 상응하여, 하나 이상의 캘리브레이션 단계가 토포그래피 맵들을 서로 스티칭하기 이전에 데이터를 준비시키기 위하여 이에 상응하여 후속 수행되어야 한다. CSI의 경우에, 현미경 캘리브레이션은 적어도 후속하는 정적 에러 소스에 대한 캘리브레이션을 포함하지만 이것으로 한정되는 것은 아니다.

참조 미러 표면은 형태 에러: 이러한 에러는 가능하게는 평균화 기법과 함께 표준 평탄면을 사용하여 특징지어질 수 있다. 첫째로, 참조 미러 토포그래피 맵이 획득된다. 그러면, 참조 미러 토포그래피 맵은 측정된 검출기 데이터로부터 감산됨으로써 각각의 CSI 측정으로부터의 에러를 제거한다.

왜곡 에러/측방향 캘리브레이션: 왜곡은 예를 들어 에칭된 직사각형 우물의 엄격히 주기적인 그리드와 같은 알려진 주기적 패턴(측방향 캘리브레이션 표준)을 측정함으로써 특징지어질 수 있는, 필드에 의존적이지만 퓨필로부터는 독립적인 에러이다. 이러한 패턴의 데이터로부터, 분명한 패턴 피쳐 위치의 필드 의존적인 측방향 천이가 계산될 수 있고, 이러한 에러에 대해서 각각의 후속 CSI 측정이 정정될 수 있어서 결과적으로 왜곡이 없는 표면 패치가 얻어진다. 이러한 계산과 함께 기구의 측방향 캘리브레이션(즉, 오브젝트 공간 또는 시스템의 배율에 있어서의 픽셀 스페이싱)도 역시 결정된다.

리트레이스 에러(Retrace error): CSI 마이크로스코피는 2-빔 간섭측정에 기초한다. 이것은 통상적으로 테스트 중인 부분을 이미징하기 위하여 미라우 또는 미켈손 간섭 대물 렌즈를 사용한다. 높은 경사를 포함하는 표면 패치를 측정할 경우, 이러한 시스템은 리트레이스 에러를 겪는데: 비-제로 경사에서 간섭이 공통 경로 조건을 위반한다. 이것은, 측정 및 참조 빔이 카메라에서 마지막으로 재결합되어 간섭 패턴을 형성할 때까지 광학계를 통해 상이한 경로를 따라 이동한다는 것을 의미한다. 이러한 상이한 경로에 따른 광로차는 표면 높이 결과 직접적으로 반영된다. 그러므로, 이러한 리트레이스 에러를 특징짓고 이들을 정정하는 것이 중요할 수 있다. 리트레이스 에러는 필드 및 경사 변수 양자 모두에 의존한다(이는 표면 경사가 주광선(chief ray) 경사각으로 직접적으로 전환되기 때문이다). 즉, 리트레이스 에러 함수는 4차원 함수이다:

여기에서 R은 리트레이스 에러를 나타내고, x 및 y는 필드 좌표이며, sx 및 sy는 표면 경사를 기술하는 변수이다. 이러한 4-차원 함수를 특징짓기 위하여 사용될 수 있는 다양한 방법들이 존재한다(그 전체가 본 명세서에 원용에 의해 통합되는, Yue Zhou, Young-Sik Ghimc, and Angela Davies, "Self calibration for slope-dependent errors in optical Profilometry by using the random ball test", Proc. of SPIE Vol. 8493(2012) 참조). 이러한 함수가 알려지면, 각각의 표면 패치가 정정될 수 있다. 첫째로, 표면 데이터는 수치적으로 미분되어 각각의 픽셀 포지션(x, y)에 대한 sx 및 sy를 연산한다. 후속하여, 리트레이스 에러 함수는 측정된 표면 맵으로부터 감산된다:

앞에서,

는 측정된 표면 맵이고

는 정정된 표면 맵이다. 기구의 더 완전한 캘리브레이션은 측면으로 천이된 위치에서 발생되는 표면 피쳐를 초래하는 리트레이스 에러 도 역시 고려하는데, 두 측면 방향에서의 천이 크기는 로컬 경사 및 필드 좌표에 의존한다.

도 3 은 도 1 의 CSI 현미경(100)과 같은 광 프로파일러를 사용하여 테스트 오브젝트를 이미징하고 테스트 오브젝트의 3D 표현을 생성하기 위한 프로세스 흐름(300)을 도시하는 흐름도이다. 제 1 단계(302)에서, 프로세스(300)는 테스트 샘플을 탑재하고 샘플을 현미경 대물 렌즈의 가시범위 안에 초기 포지셔닝하는 것을 포함한다. 후속하여, 테스트 샘플의 상이한 서브-조리개 지역의 다수의 토포그래피 맵이 광 프로파일러를 사용하여 획득되는데(304), 여기에서 인접한 서브-조리개 토포그래피 맵들은 서로 중첩한다. 상이한 토포그래피 맵을 획득하는 것은 광 프로파일러에 대한 테스트 샘플의 상대적인 병진 및 회전을 변경하는 것을 수반한다. 예를 들어, 현미경으로 이미지를 획득하는 것은, 해당 테스트 오브젝트를 순차적으로 지향시켜서 테스트 오브젝트 표면 상의 위치가 현미경의 광축과 실질적으로 평행한 그들의 각각의 법선들을 가지도록 하는 것을 포함할 수 있다. 그러면 컴퓨터(128)는 각각의 높이 맵에 대한 예비 강체 운동 파라미터를 스테이징 정보(예를 들어, 각각의 서브-조리개 이미지와 연관된 스테이징 포지션 좌표들)에 기초하여 획득한다(306). 또한 컴퓨터(128)는 계속하여 높이 맵을 캘리브레이션하여 정정된 서브-조리개 토포그래피 맵을, 예를 들어 위에서 설명된 캘리브레이션 프로시저 중 하나 이상을 사용하여 획득한다(308). 도 3 에 도시되는 예시적인 흐름 프로세스에서, 캘리브레이션 프로시저는 획득된 이미지로부터 원시 서브-조리개 토포그래피 맵을 획득하는 것, 기구 특정한 정적 에러 소스에 대하여 원시 토포그래피 맵을 보상하는 것, 그리고 에러 보상에 후속하여 획득된 캘리브레이션된 서브-조리개 토포그래피 맵을 제공하는 것을 포함한다. 캘리브레이션된 높이 맵을 사용하면, 컴퓨터는 인접한 서브-조리개의 중첩하는 지역에서 발생하는 고 주파수 미세구조를 매칭(예를 들어, 맞춤) 시켜서 각각의 서브-조리개 맵에 대한 예비 강체 운동 파라미터의 세트를 정제하여 최종 강체 운동 파라미터를 획득한다(310). 후속하여, 컴퓨터(128)는 정정된 서브-조리개 맵들을 결합한다(312). 그러면 컴퓨터(128), 예를 들어 비디오 스크린에 테스트 오브젝트의 3D 맵과 같은 최종 표면 표현을 출력한다(314).

스테이지(staging)

위에서 도 1 을 참조하여 설명된 바와 같이, 테스트 오브젝트는 다수의 자유도에 따라서 운동을 제공하는 스테이지에 탑재될 수 있다. 대체예로서 또는 추가적으로, 광 프로파일러는 대물 렌즈/감지 헤드의 포지션을 조절하여 테스트 오브젝트와 프로파일러 사이의 상대적인 포지셔닝을 획득하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 다양한 조절가능한 스테이지들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 몇 가지 실시예들에서, 스테이지는 하나 이상의 자유도에 따라서 운동을 각각 제공하는 개개의 스테이지들의 적층된 세트를 포함할 수 있다. 테스트 오브젝트에 대한 스테이지는 모터식(motorized) 선형 스테이지, 모터식 회전 스테이지, 및/또는 모터식 수직 스테이지를 포함할 수 있다. 모터식 스테이지는 전자 프로세서(예를 들어, 컴퓨터(128))로부터 수신된 커맨드에 응답하여 스테이지 운동을 구동하는 액츄에이터에 커플링될 수 있다. 스테이지는 현미경이 전체 테스트 오브젝트 표면에 걸쳐 스캔하게 하도록 충분한 범위를 가진다. 예를 들어, 선형 스테이지는 임의의 하나의 치수에 대하여 최대 크기로서 약 0.1 mm 내지 약 1000 mm의 스캔 범위를 제공하도록 구성된다(예를 들어, 극미세 오브젝트에 대하여 약 0.1 mm 내지 약 10 mm 또는 매크로스코픽 오브젝트에 대하여 약 10 mm 내지 약 1000 mm). 선형 병진 스테이지의 최소 증분 운동은 약 0.0002 마이크론 내지 약 100 마이크론(예를 들어, 적어도 0.01 마이크론, 적어도 0.05 마이크론, 적어도 0.1 마이크론, 적어도 1 마이크론, 또는 적어도 10 마이크론)의 범위에 있을 수 있다. 회전 스테이지는 또한, 매핑되는 각각의 표면-패치가 자신의 표면 법선이 센서/대물 렌즈 헤드 내로 포인팅하도록(예를 들어, 대물 렌즈의 광축과 정렬됨) 지향될 수 있도록 충분한 회전을 제공해야 한다. 예를 들어, 회전 스테이지는 10 도 이상의(예를 들어, 20 도까지, 30 도까지, 45 도까지, 90 도까지, 180 도까지, 또는 360 도까지) 회전 범위를 제공하도록 구성되어야 한다. 최소 증분 회전은 약 0.0002 도 내지 약 1 도의 범위(예를 들어, 적어도 약 0.001 도, 적어도 약 0.01 도, 또는 적어도 약 0.1 도) 내에 있을 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 테스트 오브젝트를 탑재시키기 위하여 사용되는 스테이지는 오브젝트를 하나의 축에 따라서(예를 들어, 회전), 두 개의 축에 따라서(예를 들어, x-축 및 롤(θz),) 3 개의 축들에 따라서(예를 들어, x-축 및 y-축들 및 롤(θz)), 4 개의 축들에 따라서(예를 들어, x-, y-, z-축들 및 롤(θz)), 5 개의 축들에 따라서(예를 들어, X-, y-, z-축들 및 피치(θx) 및 롤(θz)) 또는 6 개의 축들에 따라서(예를 들어, x-, y-, 및 z-축들, 및 피치, 요, 및 롤(θx, θy, θz)) 포지셔닝한다. 모터식 스테이지를 구동하기 위하여 사용되는 액츄에이터는 무엇보다도 스테퍼 모터, DC 서보 모터, 또는 피에조 액츄에이터를 포함할 수 있다. 모터식 스테이지에서는, 스테이지의 운동이 자동화될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터(128)는 서브-조리개 토포그래피 맵이 획득되는 동안에 테스트 오브젝트와 광 프로파일러의 상대 위치를 자동적으로 조절하도록 프로그래밍될 수 있다. 대안적으로는, 사용자는 스테이지에 대한 원하는 포지션 좌표들 및 운동을 컴퓨터(128)에 입력할 수 있을 수도 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 스테이지는 모터식 스테이지 대신에 수동으로 작동된다. 그러면 스테이지는 조절 스크류 및/또는 마이크로미터를 사용하여 조절될 수 있다.

이러한 기술의 상이한 애플리케이션들은 상이한 스테이징 기하학적 구조를 요구할 수 있다. 후속하는 설명에서, 다수 개의 애플리케이션의 몇 가지 바람직한 기하학적 구조를 논의하여 가능성에 대한 인상을 제공한다. 그러나, 각각의 셋업에 대하여 적층된 스테이지의 순서 및 종료(breakup) 기법은 변경되어 많은 수의 가능한 치환예를 생성하기 때문에 이러한 섹션에서 주어진 목록은 절대로 완성된 것이 아니다. 모든 예에서, 예를 들어 오브젝트를 초점이 맞게 하고 및/또는 CSI 측정 원리의 일부로서 OPD 스캔을 수행하기 위하여, 대물 렌즈는 자신의 광축에 따라 이동될 수도 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 단일 추가적 운동의 축이면 충분할 것이다. 예를 들면, 밸브 시트에 의하여 제공되는 것과 같은 고리(또는 그러한 대상에 대한 많은 다른 실링 표면)를 고-분해능 측정하는 경우를 고려한다. 이러한 경우에 대물 렌즈 헤드를 고리의 제 1 기동 패치 상에 포지셔닝하면 충분하다. 그러면 고리는 관심 대상인 전체 표면을 커버하는 여러 타일들을 획득하도록 센서 헤드 밑에서 회전된다.

다른 애플리케이션은 막대 오브젝트(예를 들어, 비구면 단면이 있는 실린더)를 측정하는 것이다. 일 예로서, 막대 오브젝트는 한 번에 측정되기에 너무 길 수 있지만(실린더 축에 따라 측정될 때) 해당 부분의 단면은 광 프로파일러의 가시범위 및 경사 캡쳐 범위에 속할 만큼 충분히 작을 수 있다. 그러면 중첩하는 측정으로 해당 부분을 완전히 커버하기 위하여 해당 부분 또는 센서를 1 -차원 병진 축에 따라 이동시키면 충분하다.

막대 단면이 캡쳐 범위 밖에 있다면, 막대 회전, 막대 병진 및 z-센서 리포지셔닝(예를 들어, 리포지셔닝 대물 렌즈의 광축에 평행한 축에 따른 리포지셔닝)의 조합이 측정으로 전체 부분을 커버하기 위하여 필요하다. 예를 들면, 이것은 큰 개구 각도를 가진 원통형 렌즈(고속 원통형 렌즈)를 측정할 수 있게 한다.

회전 대칭 표면에 대한 기하학적 구조의 제 1 예가 도 2 에 도시되었다. 본 출원에 대한 스테이지 기하학적 구조의 대안적 예는 도 4 에 도시된다. 도 4 의 개략도에 도시된 바와 같이, 광 프로파일러 센서 헤드(400)(예를 들어, 현미경 대물 렌즈) 또는 샘플 스테이지(402)는 센서 헤드(400)가 회전하는 동안 테스트 오브젝트의 상이한 서브-조리개를 이미징할 수 있도록 경로(404)(쇄선 내의 지역에 의하여 표시됨)를 따라갈 수 있다. 도 4 에 도시되는 예에서, 샘플 스테이지(402)는 다수의 서브-스테이지(402a, 402b)를 포함하는데, 이들 각각은 추가 방향에서 샘플의 병진 및/또는 회전을 더 제공할 수 있다.

가장 일반적인 경우는 자유 형태 표면의 경우이다. 모든 다른 표면들은 자유 형태 표면의 특수한 경우들이다. 자유 형태 표면의 간단한 예들은 원환체(torics) 또는 쌍원추(biconic) 표면에 의하여 제공된다. 이러한 가장 일반적인 경우에 대한 적합한 스테이징이 있는 하나의 가능한 기하학적 구조는 예를 들면 범용 조인트(카르단(cardan) 조인트, 김벌 마운트(gimbal mount))에 놓인 센서 헤드를 사용하여 이것이 공간 내의 모든 가능한 방향으로 지향될 수 있게 할 것이다. 아래의 부분은 2-축(x, y) 스테이지에 탑재되어 헤드가 해당 부분 상의 모든 가능한 포지션에 포지셔닝될 수 있게 할 것이다.

알고리즘

위에 언급된 캘리브레이션 알고리즘 외에, 광 프로파일러 시스템의 전자 프로세서(예를 들어, 컴퓨터(128)의 전자 프로세서)는 스티칭 알고리즘을 사용할 때에 서브-조리개 토포그래피 맵을 서로 결합한다(도 3 의 단계(312) 참조). 그렇게 함에 있어서, 프로세서는 인접한 서브-조리개 토포그래피 맵들의 중첩하는 지역 내에 위치된 표면 피쳐(예를 들어, 고-주파수 표면 피쳐)를 식별하고, 스테이지에 의하여 제공된 지식을 넘어 테스트 오브젝트 좌표들을 결정한다. 이를 위하여, 측정된 표면 피쳐는 테스트 오브젝트의 형태 및 텍스쳐에 기초하여 식별된다. 결과적으로, 매우 정확한 스테이지 좌표들에 대한 요구 사항들이 크게 감소될 수 있다.

각각의 서브-조리개 토포그래피 맵은 3-차원의 공간 안의 한 포지션과 연관되고, 이러한 연관된 3D 포지션을 조작함으로써 가상 3D 공간에서 타일과 유사하게 이동될 수 있다. 주어진 애플리케이션 및 스테이지 성능에 따라서, 6 자유도까지의 자유도가 각각의 타일 포지션에 대하여 선언될 수 있다. 상이한 자유도는 상이한 강체 운동 파라미터에 대응한다. 어떤 애플리케이션에 대하여, 6 동작 자유도 미만의 자유도가 사용될 수 있는데, 하지만 거의 모든 일반적인 경우에 각각의 타일이 3D 공간 내에서 속박되지 않고 이동할 수 있도록 6 자유도 모두가 사용될 것이다.

수학 문제 하나에 고유한 해가 있게 하기 위하여, 타일들 중 하나(소위 참조 타일)로부터 자유도를 제거하여 타일이 공간에 고정되도록 선택할 수 있다. 다른 타일 모두는 고정된 참조 타일 주위로 이동할 수 있다. 데이터 획득 단계에서 알려진 스테이지 좌표들은 모든 측정된 서브-조리개 표면 맵에 대하여 양호한 기동 포지션을 정의하도록 사용된다. 스테이징이 적합하면, 모든 타일의 기동 포지션은 수 픽셀과 등가인 정도까지 이미 양호하고, 몇 가지 경우에는 그것보다 더 양호하다.

후속하여, 수치 최적화 알고리즘은 타일 포지션을 조작하고(예를 들어, 타일과 연관된 강체 운동 파라미터를 변경하고) 맞춤을 수행하여 최선의 배치를 식별한다. 예를 들어, 알고리즘은 글로벌 맞춤, 예컨대 글로벌 메리트 함수를 사용할 수 있다. 메리트 함수는 최선의 맞춤에 대응하는 타일 포지션 및 방위를 결정하도록 중첩하는 지역 내의 이웃하는 타일들의 매치(match)를 측정한다. 최선의 맞춤은 글로벌 메리트 함수가 최소화될 때에 발생한다. 메리트 함수는, 예를 들어 기여하는(contributing) 토포그래피 맵의 제곱 평균 제곱근(RMS) 차분에 픽셀 단위로 의존할 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 전자 프로세서는 토포그래피 맵의 각각이 맞춤될 때까지, 하나의 토포그래피 맵으로부터 다음 인접한 맵으로의 순차적인 맞춤을 구현할 수 있다. 예를 들어, 미세구조를 식별하는 것에 기초한 최적화는 인접한 타일들 사이에서만 순차적으로 이루어지는데, 그 결과 인접한 타일 내의 테스트 오브젝트의 상대 위치 및 방위를 기술하는 중간 강체 파라미터가 얻어진다. 후속하여, 순차적인 맞춤으로부터 결정되었던 파라미터들의 중간 세트와의 가장 가능한 컴플라이언스(compliance)를 제공하는 타일에 대하여 강체 파라미터의 전체 세트를 찾기 위해서 검색하는 글로벌 최적화 루틴이 수행된다. 이러한 경우에 글로벌 최적화를 중간 강체 파라미터에만 적용되고, 테스트 오브젝트 상의 표면 미세구조에 대한 정보를 더 이용하지 않는다. 최선의 가능한 컴플라이언스를 결정하기 위하여, 강체 파라미터의 최적화된 세트는 강체 파라미터의 중간 세트와 동일한 파라미터 공간으로 변환되고, 비교된다.

순차적인 맞춤 및 후속하는 글로벌 최적화 루틴은, 중첩 지역 모두 안에서 한 번에 미세구조를 매칭해야 하는 글로벌 최적화 루틴과 비교할 때에, 계산 시간이 크게 감소되게 할 수 있다. 이것은, 순차적인 맞춤 루틴에서 최적화될 강체 파라미터의 총 개수가 자유도 D에 중첩하는 이미지 지역의 개수 N을 곱한 것과 같기 때문이다. 이에 반해, 글로벌 최적화를 모든 이미지에 한 번에 적용할 때에 최적화될 파라미터의 총 개수는 훨씬 더 커서, 더 긴 처리 시간이 필요할 수 있다. 특히, 파라미터의 개수는 인접한 타일들 사이의 중첩하는 지역들의 개수와 중첩하는 지역 내의 픽셀들의 개수의 곱에 의하여 결정된다.

RMS 맞춤이 아닌 맞춤 기법은 또한 토포그래피 맵을 서로 스티칭하기 위하여 사용될 수 있고, 예를 들어 최소제곱 맞춤 기법을 포함한다.

비-평탄 표면과 연관될 수 있는 가파른 경사 때문에, 타일의 방위는 큰 각도 범위에 걸쳐서 조작될 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 타일들은 타일의 피치, 요, 또는 롤일 수 있고 적어도 10 도 이상이 변경될 수 있다.

도 5 는 글로벌 메리트 함수 및 타일 포지션의 선형 또는 비선형 최적화를 사용한 3D-스티칭의 원리를 예시하는 개략도이다. 도 5 에 도시되는 프로세스는 예를 들어 도 1 에 도시되는 광 프로파일러의 컴퓨터(128)를 포함하는 임의의 적합한 컴퓨터 시스템에 의하여 수행될 수 있다. 도 5 의 예에서, 광 프로파일러는 일련의 중첩하는 서브-조리개 토포그래피 맵(502)(도 5 에서 "표면 타일"로 식별됨)을 획득했는데, 각각은 테스트 오브젝트 표면의 상이한 지역을 나타낸다. 중심 맵(502a)은 고정되는 반면에 컴퓨터의 전자 프로세서(504)("최적화기"로 표현됨)는 각각의 맵(502)에 대한 병진/회전의 다수의 상이한 축들(508)로 표시되는 바와 같이(예를 들어, 다른 주위의 토포그래피 맵의 강체 운동 파라미터를 변경함으로써) 다른 주위의 토포그래피 맵(502)들의 포지션 및 방위를 자유롭게 조작할 수 있다. 중첩하는 지역의 각각의 포인트의 차분에 기초한 메리트 함수(506)(도 5 에서 타원으로 식별됨)는 프로세서가 최소값을 식별할 때까지 각각의 새로운 배치에 대하여 다시 계산된다.

글로벌 메리트 함수의 경우에, 최소값이 식별된 이후에, 컴퓨터에 의하여 저장된 정보는 이제 최적화된 3D 포지션, 즉 테스트되는 전체 표면의 소위 아틀라스(atlas) 표현이 있는 맵들의 세트를 포함한다. 마지막으로, 아틀라스 표현은 풀 3D 표현으로 렌더링될 수 있고, 또는 대안적으로는 테스트 중인 재결합된 표면의 적절한 2½-d 표현마다 렌더링될 수 있다.

그러면 이러한 표면 결과는, 예를 들면 글로벌 강체 운동을 제거함으로써 또는 주어진 표면 디자인 수학식으로부터 측정된 표면의 편차를 계산함으로써 더욱 처리될 수 있다. 이러한 계산된 표면 편차는 표면 테스팅 및 제작 프로세스 품질 제어에 있어서의 많은 애플리케이션들에 대한 일차 측정 결과이다. 다른 애플리케이션들은 수치 모델을 풀 표면 데이터에 맞춤하는 것을 요구할 수 있다. 이것은, 예를 들어 리버스-엔지니어링 애플리케이션에서 중요한 단계이다.

어떤 구현형태에서는, 타일의 선형 또는 비선형 최적화를 적용할지 여부의 선택은 이미징되는 표면의 속성에 의하여 이루어진다. 예를 들어, 팁-틸트 및 피스톤 에러에 의하여 야기되는 서브-조리개 이미지의 중첩하는 지역에 있는 토포그래피 차분은 선형일 수 있는 반면에, 표면 법선들 인근의 접선 시어링(tangential shear) 또는 회전에 의하여 야기되는 토포그래피 차분은 마커로서 사용되고 있는 미세구조의 무작위성과 고주파 속성에 기인하여 매우 비선형적일 수 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 초기 강체 파라미터가 정확하게 결정된다면(예를 들어, 포지션이 1 μm 미만의 에러로 보고된다면), 이러한 문제점은 선형이 될 수 있다.

도 6 은 실제 테스트 오브젝트 샘플에 대한 스티칭 맞춤 품질을 표시하는 교차-상관 플롯인데, 스티칭은 테스트 샘플에서의 마이크로 조도의 식별에 의존하였다. 이러한 예에서 테스트 오브젝트는 매우 매끄러우며, 0.06 nm RMS의 조도를 가진다. 이러한 테스트 샘플의 마이크로-조도는 고-주파수 피쳐의 일 예이다. 이러한 매우 매끄러운 부분에서 조차도, 교차 상관 플롯에서 피크에 의하여 표시되는 바와 같은, 두 개의 토포그래피 맵들 사이에 최선의 매치를 결과적으로 제공하는 측방향 시어 강체 파라미터를 결정하기 위하여 이용가능한 충분히 분해가능한 구조가 존재했다. 계산은 교차-상관 플롯의 우측에 도시된 플롯 "측정 1" 및 "측정 2"와 같은 두 개의 100 x100 픽셀 토포그래피 맵에 기초했다. 실험은 Zygo NewView^TM CSI 현미경에서 특히 낮은 노이즈 측정 모드로 측정된 슈퍼-연마된 평탄면을 사용하여 이루어졌다. 도 6 의 이미지를 획득하기 위하여 사용된 실험에서 기구 캘리브레이션은 참조 미러 형태 에러를 보상하는 것으로 제한되었다.

비록 본 명세서에서 개시된 기법이 높은 경사를 가지는 표면을 측정하기에 유용하지만, 테스트 오브젝트 표면 토포그래피는 평탄 표면, 구형 표면, 및/또는 자유형태 표면을 포함하는 비구면 표면 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 비구면 표면의 경우에, 테스트 오브젝트 표면은 10 도보다 큰, 20 도보다 큰, 30 도보다 큰, 45 도보다 큰, 60 도보다 큰, 75 도보다 큰, 및 90 도보다 큰 각도를 포함하는 각도를 형성하는 각각의 법선들을 가지는 적어도 두 개의 위치를 포함할 수 있다.

도 7 은 본 명세서에서 설명된 기법들을 사용하여 이미징될 수 있는 예시적인 테스트 오브젝트(700)의 개략도이다. 테스트 오브젝트(700)는 모바일 전화기 카메라에서 사용되는 렌즈와 유사하나 렌즈이다. 이러한 예에서 볼 수 있는 바와 같이, 오브젝트(700)는 서로에 대하여 크게 상이한 각도로 지향된 구부러진 지역 및 평면형 지역 양자 모두를 가진다. 3D 표면 프로파일링에 대하여 본 명세서에서 개시되는 기법들은, 상이한 지역들 사이의 측벽 각도(702), 상이한 포지션에서의 테스트 오브젝트의 두께(704), 표면 편차(706), 및 상이한 표면 피쳐(708) 사이의 관련성 측정, 예컨대 기능성 표면 피쳐, 인터록 및 측벽을 측정하기 위하여 사용될 수 있다.

추가적 구현형태

몇 가지 구현형태들에서, 광 프로파일러와 테스트 오브젝트 사이에 상대 운동을 제공하도록 사용되는 스테이징은 정밀도를 개선하기 위한 추가적 계측기를 포함한다. 예를 들면, 스테이징은 광학적 인코더 또는 간섭계를 포함할 수 있다. 일 예로서, 스테이지는 하나 이상의 측면에 형성된 하나 이상의 1D 또는 2D 인코더 그레이팅을 포함할 수 있다. 인코더 스케일, 및 따라서 스테이지의 변위에 대한 매우 정밀한 포지션 정보는 인코더 스케일(들)로부터 회절된 하나 이상의 빔의 위상 정보에 기초하여 획득될 수 있다.

인코더 스케일의 하나 이상의 변위 방향의 변동을 정확하게 측정하는 인코더 시스템은: 상이한 주파수를 가지는 두 개의 선형 직교식으로 편광된 성분을 포함하는 주파수 안정화된 조명의 소스 빔; 하나의 또는 양자 모두의 컴포넌트를 스테이지에 부착된 인코더 스케일로 지향시키기 위한 광 어셈블리; 인코더 스케일로부터 회절된 빔의 하나의 또는 양자 모두의 성분을 수광하기 위한 광 어셈블리; 양자 모두의 주파수 성분을 결합 및 믹싱하여 헤테로다인(heterodyne) 신호를 생성하기 위한 광 어셈블리; 전기적 측정 신호를 생성하기 위한 광전 검출기를 포함하는 검출기 모듈; 및 측정 신호로부터의 측정된 위상을 표시하는 위상 미터를 포함할 수 있다. 측정된 위상은 인코더 스케일의 회절 구조 및 감지 방향에 따르는 인코더 스케일의 변위에 관련된다. 측정된 위상으로부터, 풀 3D 운동까지의 스테이지 운동에서의 변동(예를 들어, 팁, 틸트, 병진, 회전)에 대한 정보가 결정될 수 있다. 변위를 추적하기 위한 인코더 시스템의 예들은 발명의 명칭이 "INTERFEROMETRIC ENCODER SYSTEMS"인 Leslie L. Deck 등의 미국 특허 번호 8,300,233 호에 기술되는데, 이것은 그 전체가 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다.

간섭 측정식 이미징 시스템은 에러를 감소시키기 위하여 다른 프로시저를 채용할 수도 있다. 예를 들어, 몇 가지 실시예들에서, 간섭 측정식 이미징 시스템은 진동에 대한 측정 민감도를 감소시키기 위한 기술을 사용할 수 있다. 이러한 구현형태는 상당한 진동에 노출되는 환경, 예컨대 제조 설비 내에서 특히 유용할 수 있다. 코히어런스 스캐닝 간섭측정 시스템의 진동 민감도를 감소시키기 위한 기술의 예는 발명의 명칭이 "FIBER-BASED INTERFEROMETER SYSTEM FOR MONITORING AN IMAGING INTERFEROMETER" 인 Leslie Deck 등의 미국 특허 번호 8,379,218 호 및 발명의 명칭이 "INTERFEROMETRIC SYSTEMS AND METHODS FEATURING SPECTRAL ANALYSIS OF UNEVENLY SAMPLED DATA"인 Jan Liesener 등의 미국 특허 번호 8,120,781 호에 기술되는데, 이들은 각각 전체로서 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다.

애플리케이션

본 명세서에서 설명된 기법들은 계측 분야의 상이한 영역에 폭넓게 적용가능하다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 기법들은: 콤팩트 이미징 시스템, 예컨대 모바일 전자 디바이스(예를 들어, 모바일 폰, 태블릿, 자동차)에서 사용되는 이미징 시스템에서 사용되는 렌즈 또는 렌즈 몰드의 결함 검사; 비구면의 표면 토포그래피를 측정하는 것; 실린더 및 원추체(acylinders)와 같은 막대 오브젝트의 표면 토포그래피를 측정하는 것; 토릭 및 어토릭(atorics)의 표면 토포그래피를 측정하는 것; 바이코닉(biconics) 및 어바이코닉(abiconics)의 표면 토포그래피를 측정하는 것; 자유 형태 표면의 일반적인 특성; 불연속적 표면들을 가지는 것들을 포함하는 오브젝트의 일반적 3D 프로파일링을 포함할 수 있다.

일반적으로, 위에서 설명된 계측 분석 방법 중 임의의 것은 컴퓨터 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 양자 모두의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 몇 가지 실시예들에서, 전자 프로세서는 컴퓨터에 설치될 수 있고 하나 이상의 간섭 측정식 이미징 시스템에 연결될 수 있으며, 간섭 측정식 이미징 시스템으로부터의(예를 들어, 다중-요소 검출기로부터의 또는 트랜스듀서로부터의) 신호들의 분석을 수행하도록 구성될 수 있는 모듈의 일부이거나 그러한 모듈일 수 있다. 분석은 본 명세서에서 설명되는 방법 및 도면(figure)을 따르는 표준 프로그래밍 기법을 사용하여 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 프로그램 코드는 입력 데이터에 인가되어 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하고 출력 정보를 생성한다. 출력 정보는 비디오 디스플레이 모니터와 같은 하나 이상의 출력 디바이스에 인가된다. 각 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하는 고수준 절차 또는 객체 지향 프로그래밍 언어로 구현될 수도 있다. 그러나, 그 프로그램은 바람직하다면, 어셈블리 또는 머신 언어로 구현될 수 있다. 어느 경우에나, 그 언어는 컴파일식 또는 인터프리트식 언어일 수도 있다. 더욱이, 프로그램은 그 목적을 위한 전용 집적 회로에서 실행할 수 있다.

각각의 이러한 컴퓨터 프로그램은 바람직하게는 스토리지 미디어 또는 디바이스가 본 명세서에서 설명되는 프로시저를 수행하기 위하여 컴퓨터에 의해 판독될 때 컴퓨터를 구성하고 작동시키기 위하여, 범용 또는 특수 목적 프로그래밍가능한 컴퓨터에 의하여 판독가능한 스토리지 매체 또는 디바이스(예를 들어, ROM 또는 자기적 디스켓)에 저장된다. 컴퓨터 프로그램은 또한 프로그램 실행 도중에 캐시 또는 메인 메모리에 상주할 수 있다. 또한 분석 방법은 컴퓨터 프로그램으로써 구성된 컴퓨터-판독가능 저장 매체로서 구현될 수 있는데, 여기에서 이와 같이 구성된 스토리지 매체는 컴퓨터가 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하기 위하여 특정하고 선정의된 방식으로 작동하도록 한다.

다수 개의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 변형이 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않으면서 이루어질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims

테스트 오브젝트의 비-평탄 표면의 합성 이미지를 현미경을 사용하여 생성하는 방법으로서,
현미경을 사용하여, 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 복수 개의 3-차원의 이미지를 획득하는 단계로서, 각각의 이미지는 적어도 하나의 인접한 이미지와의 중첩 지역을 가지고, 상기 현미경은 10 마이크론 이하의 측면 치수와 10 nm 이하의 높이를 가지는 비-평탄 표면 상의 미세구조를 삼차원으로 이미징하기에 충분한 분해능을 가지는, 현미경을 사용하여 이미지를 획득하는 단계;
이미지의 각각에 대하여, 상기 이미지 내의 테스트 오브젝트의 포지션 및 방위를 공통 좌표계와 관련시키는 강체 파라미터의 세트를 결정하는 단계로서, 상기 강체 파라미터의 세트는 상기 이미지 내의 중첩 지역 내의 분해된(resolved) 미세구조를 상기 인접한 이미지의 중첩 지역 내의 대응하는 미세구조와 맞춤(fitting)함으로써 결정되는, 강체 파라미터의 세트를 결정하는 단계; 및
상기 표면의 합성 이미지를 생성하도록, 상기 복수 개의 이미지를 상기 강체 파라미터의 세트에 기초하여 결합하는 단계를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 비-평탄 표면은 20 도보다 큰, 30 도보다 큰, 45 도보다 큰, 또는 60 도보다 큰 각도를 형성하는 각각의 법선들을 가지는 적어도 두 개의 위치를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 강체 파라미터의 세트는 적어도 두 개의 병진 좌표 및 적어도 두 개의 각도 좌표를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 강체 파라미터의 세트는 적어도 5 개의 좌표를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 강체 파라미터의 세트는 6 개의 좌표를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 강체 파라미터의 세트는 상기 비-평탄 표면의 적어도 두 개의 위치의 방위들을 서로 관련시키기에 충분하고,
상기 적어도 두 개의 위치는 10 도보다 큰, 20 도보다 큰, 30 도보다 큰, 45 도보다 큰, 또는 60 도보다 큰 각도를 형성하는 각각의 법선들을 가지는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 강체 파라미터의 세트는 3 개의 직교 회전각을 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
복수 개의 3 차원의 이미지들의 상이한 영역들은, 10 도보다 큰, 20 도보다 큰, 30 도보다 큰, 45 도보다 큰, 또는 60 도보다 큰 각도를 형성하는 각각의 법선들을 가지는 적어도 두 개의 위치를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 현미경을 사용하여 이미지를 획득하는 단계는,
상기 위치가, 현미경의 축에 실질적으로 평행한 그들의 각각의 법선들을 가지도록, 상기 테스트 오브젝트를 순차적으로 지향시키는 단계를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 현미경은 상기 테스트 오브젝트를 홀딩하고, 상기 위치의 법선들을 순차적으로 상기 현미경의 축에 실질적으로 평행하게 하기에 충분한 방위들의 범위에 걸쳐 상기 테스트 오브젝트를 지향시키도록 구성되는 마운트를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 합성 이미지의 면적은 상기 현미경의 가시범위보다 큰, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 테스트 오브젝트는 연속 이미지들에 대하여 상기 현미경에 상대적으로 병진되는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 테스트 오브젝트는 연속 이미지들에 대하여 상기 현미경에 상대적으로 회전되는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 테스트 오브젝트는 상기 비-평탄 표면의 곡률에 기초하여 회전되어, 상기 현미경의 가시범위 내의 상기 비-평탄 표면의 부분을 상기 현미경을 사용한 이미징에 적합하게 지향시키는, 합성 이미지 생성 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 이미지 중 적어도 일부에 대한 상기 테스트 오브젝트의 상대적인 회전은 10° 이상인, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 비-평탄 표면은 1 nm 이하의 RMS 표면 조도(surface roughness)를 가지는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 비-평탄 표면은 광학적으로 매끄러운 표면인, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 테스트 오브젝트는 비구면 렌즈인, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 강체 파라미터의 세트를 결정하는 단계는, 분해된 미세구조에 맞춤하기 이전에 상기 복수 개의 3-차원의 이미지를 캘리브레이션하는 단계를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 복수 개의 3-차원의 이미지를 캘리브레이션하는 단계는,
상기 현미경을 사용하여 참조 미러의 이미지를 획득하는 단계; 및
상기 3-차원의 이미지들 각각으로부터 참조 미러 이미지를 감산하는 단계를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 복수 개의 3-차원의 이미지를 획득하는 단계는,
다중-요소(multi-element) 검출기를 사용하여 상기 이미지를 검출하는 단계를 포함하고,
상기 복수 개의 3-차원의 이미지를 캘리브레이션하는 단계는,
상기 다중-요소 검출기에서, 선정의된 주기적 표면 패턴을 포함하는 참조 샘플의 이미지를 검출하는 단계;
측정된 참조 샘플의 픽셀 패턴 내의 에러를 결정하는 단계; 및
상기 픽셀 패턴 내의 에러에 대하여 상기 3-차원의 이미지의 각각을 보상하는 단계를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 복수 개의 3-차원의 이미지를 획득하는 단계는,
다중-요소 검출기를 사용하여 상기 이미지를 검출하는 단계를 포함하고,
상기 복수 개의 3-차원의 이미지를 캘리브레이션하는 단계는, 각각의 3-차원의 이미지에 대하여:
상기 3-차원의 이미지의 각각의 픽셀에 대하여, 두 개의 직교 방향에 따르는 표면 경사를 결정하는 단계;
상기 3-차원의 이미지의 각각의 픽셀에 대하여, 대응하는 리트레이스 에러(retrace error) 함수를 계산하는 단계; 및
상기 리트레이스 에러 함수를 상기 3-차원의 이미지 내의 대응하는 픽셀로부터 감산하는 단계를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 합성 이미지 생성 방법은,
광학 현미경을 사용하여 상기 복수 개의 3-차원의 이미지를 획득하는 단계를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 합성 이미지 생성 방법은,
코히어런스 스캐닝 간섭측정 현미경, 위상-천이 간섭측정 현미경, 공초점 현미경, 초점-스캐닝 현미경, 디지털 홀로그래피 현미경, 구조적-조명(structured-illumination) 현미경, 또는 색채 공초점(chromatic confocal) 현미경을 사용하여 상기 복수 개의 3-차원의 이미지를 획득하는 단계를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 3-차원의 이미지를 획득하는 단계는, 코히어런스 스캐닝 간섭측정을 사용하여 상기 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 각각의 토포그래피 맵을 획득하는 단계를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 3-차원의 이미지를 획득하는 단계는, 스타일러스를 사용하여 상기 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 각각의 토포그래피 맵을 측정하는 단계를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 강체 파라미터의 세트를 결정하는 단계는, 상기 복수 개의 3-차원의 이미지의 중첩 지역에 걸쳐 상기 분해된 미세구조의 글로벌 맞춤(global fit)을 적용하여 각각의 이미지에 대한 상기 강체 파라미터의 최적화된 세트를 획득하는 단계를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 27 항에 있어서,
상기 글로벌 맞춤을 적용하는 단계는, 상기 복수 개의 3-차원의 이미지의 중첩 지역에 걸쳐 상기 분해된 미세구조의 최선의 맞춤(best fit)을 획득하는 단계를 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 이미지 내의 중첩 지역 내의 분해된 미세구조를 인접한 이미지 내의 중첩 지역 내의 대응하는 미세구조와 맞춤하는 것은 일련의 인접한 이미지 쌍들에 대해서 순차적으로 수행되고,
각각의 인접한 이미지 쌍에 대하여, 상기 맞춤하는 것의 결과 상기 쌍의 이미지들 사이의 상기 테스트 오브젝트의 상대 위치 및 방위에 관련되는 상기 강체 파라미터의 중간 세트가 제공되고,
상기 강체 파라미터의 세트를 결정하는 단계는, 글로벌 최적화를 수행하여 파라미터의 상기 중간 세트에 최적으로 매칭하는(match) 강체 파라미터의 최종 세트를 획득하는 단계를 더 포함하는, 합성 이미지 생성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 합성 이미지는 3-차원 이미지인, 합성 이미지 생성 방법.
테스트 오브젝트의 비-평탄 표면의 합성 이미지를 생성하는 시스템으로서,
10 마이크론 이하의 측면 치수 및 10 nm 이하의 높이를 가지는 상기 비-평탄 표면 상의 미세구조를 삼차원으로 이미징하기에 충분한 분해능을 가지는 현미경;
상기 테스트 오브젝트를 상기 현미경에 상대적으로 정렬하기 위한 스테이지로서, 상기 스테이지는 현미경에 상대적인 적어도 하나의 회전 자유도를 가지고, 상기 현미경에 상대적인 상기 테스트 오브젝트의 변동하는 각도 방위에 대해 10° 이상의 각도 범위를 가지는, 스테이지; 및
상기 현미경과 통신하는 전자 프로세서를 포함하고,
동작 시에 상기 현미경은 상기 비-평탄 표면의 상이한 영역들의 복수 개의 3-차원의 이미지를 획득하고,
각각의 이미지는 적어도 하나의 인접한 이미지와의 중첩 지역을 포함하고, 이미지들 중 적어도 일부는 대물 렌즈(objective)에 대한 상기 테스트 오브젝트의 상이한 각도 방위들에 대하여 획득되며,
상기 전자 프로세서는,
상기 현미경으로부터 상기 이미지를 수신하고, 상기 이미지의 각각에 대하여 상기 테스트 오브젝트의 포지션 및 방위를 공통 좌표계와 관련시키는 강체 파라미터의 세트를 결정하며 - 상기 강체 파라미터의 세트는 상기 이미지 내의 중첩 지역 내의 분해된 미세구조를 인접한 이미지의 중첩 지역 내의 대응하는 미세구조와 맞춤함으로써 결정됨 -,
상기 강체 파라미터의 세트에 기초하여 상기 복수 개의 이미지를 결합하여 상기 표면의 합성 이미지를 생성하도록
프로그래밍되는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 강체 파라미터의 세트는 적어도 두 개의 병진 좌표 및 적어도 두 개의 각도 좌표를 포함하는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 강체 파라미터의 세트는 적어도 5 개의 좌표를 포함하는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 강체 파라미터의 세트는 6 개의 좌표를 포함하는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 강체 파라미터의 세트는 상기 비-평탄 표면의 적어도 두 개의 위치의 방위들을 서로 관련시키기에 충분하고,
상기 적어도 두 개의 위치는 10 도보다 큰, 20 도보다 큰, 30 도보다 큰, 45 도보다 큰, 또는 60 도보다 큰 각도를 형성하는 각각의 법선들을 가지는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 35 항에 있어서,
상기 현미경은, 상기 비-평탄 표면 오브젝트의 위치가 상기 현미경의 측정 축에 실질적으로 평행한 그들의 각각의 법선들을 가지도록 상기 테스트 오브젝트를 순차적으로 지향시킴으로써, 상기 복수 개의 3-차원의 이미지를 획득하도록 구성되는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 36 항에 있어서,
상기 현미경 및 스테이지는 상기 테스트 오브젝트 상의 위치의 법선들이 순차적으로 상기 현미경의 광학 축에 실질적으로 평행하게 하기에 충분한 방위들의 범위에 걸쳐 상기 테스트 오브젝트를 지향시키도록 구성되는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 현미경 및 스테이지는, 복수 개의 3-차원의 이미지 중 연속 이미지들 사이에서 상기 테스트 오브젝트를 서로에 대하여 병진시키도록 구성되는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 38 항에 있어서,
상기 스테이지는 상기 테스트 오브젝트를 상기 현미경에 상대적으로 병진시키기 위한 하나 이상의 액츄에이터를 포함하는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 현미경 및 스테이지는, 복수 개의 3-차원의 이미지 중 연속 이미지들 사이에서 상기 테스트 오브젝트를 서로에 대하여 회전시키도록 구성되는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 40 항에 있어서,
상기 스테이지는 상기 테스트 오브젝트를 상기 현미경에 상대적으로 회전시키기 위한 하나 이상의 액츄에이터를 포함하는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 현미경은 복수 개의 3-차원의 이미지를 검출하기 위한 다중-요소 검출기를 더 포함하고,
상기 프로세서는 상기 다중-요소 검출기에 의하여 검출된 복수 개의 3-차원의 이미지를 캘리브레이션하도록 구성되는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 현미경은 광학 현미경인, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 현미경은 CSI 현미경인, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 현미경은 PSI 현미경, 공초점 현미경, 초점-스캐닝 현미경, 디지털 홀로그래피 현미경, 구조적-조명 현미경, 또는 색채 공초점 현미경인, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 현미경은 상기 테스트 오브젝트의 토포그래피 맵을 측정하도록 구성된 스타일러스를 포함하는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 전자 프로세서는, 분해된 미세구조의 글로벌 맞춤을 복수 개의 3-차원의 이미지의 중첩 지역에 걸쳐 적용하여 각각의 이미지에 대한 강체 파라미터의 최적화된 세트를 획득하도록 프로그래밍되는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 47 항에 있어서,
상기 전자 프로세서는, 복수 개의 3-차원의 이미지의 중첩 지역에 걸쳐 상기 분해된 미세구조의 최선의 맞춤을 획득하도록 프로그래밍되는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 전자 프로세서는, 일련의 인접한 이미지 쌍에 대하여, 상기 이미지 내의 중첩 지역 내의 분해된 미세구조를 상기 인접한 이미지의 중첩 지역 내의 대응하는 미세구조와 순차적으로 맞춤하도록 프로그래밍되고,
각각의 인접한 이미지 쌍에 대하여, 맞춤의 결과 상기 쌍 내의 이미지들 사이의 상기 테스트 오브젝트의 상대 위치 및 방위와 관련되는 강체 파라미터의 중간 세트가 제공되고,
상기 전자 프로세서는 파라미터의 상기 중간 세트와 최선으로 매칭하는 강체 파라미터의 최종 세트를 획득하도록 글로벌 최적화를 수행하도록 더 프로그래밍되는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 현미경은 상기 미세구조를 검출하도록 구성되는 제 1 센서 및 상기 테스트 오브젝트의 표면 형태를 검출하도록 구성되는 제 2 센서를 포함하는, 합성 이미지 생성 시스템.
제 31 항에 있어서,
상기 합성 이미지는 3-차원 이미지인, 합성 이미지 생성 시스템.