KR20180008721A - 투명 기판이 제공되는 박막을 위한 측정 장치 및 측정 방법 - Google Patents

투명 기판이 제공되는 박막을 위한 측정 장치 및 측정 방법 Download PDF

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Abstract

광 전파의 방향을 따라 순차적으로 배치되는, 광원(1), 콜리메이터 렌즈(2), 필터(3), 편광자(4), 빔 스플리터(5) 및 대물 렌즈(7)를 포함하는 투명 기판상의 박막을 측정하기 위한 측정 장치가 개시된다. 빔 스플리터(5)에는 평면 어레이 검출기(11) 및 프로세서(13)가 연결된다. 광원(1)에 의해 방사되는 광은 콜리메이터 렌즈(2), 필터(3), 편광자(4), 빔 스플리터(5) 및 대물 렌즈(7)를 순차적으로 통과하여 박막에 입사하는 측정광 박막을 형성한다. 대물 렌즈(7) 및 빔 스플리터(5)는 박막으로부터 반사된 광을 모으고, 평면 어레이 검출기(11) 및 프로세서(13)는 모아진 반사광에 기초하여 박막의 물리적 파라미터들을 측정한다. 장치는 측정 동안 투명 기판으로부터 반사된 간섭광을 차단하도록 구성되는 조리개를 더 포함한다.

Description

투명 기판이 제공되는 박막을 위한 측정 장치 및 측정 방법
본 발명은 박막 측정 장치들 및 그의 방법들에 관한 것이고, 특히, 투명 기판에서의 박막을 측정하기 위한 장치 및 그러한 장치의 사용을 위한 방법들에 관한 것이다.
박막들은 플라스틱, 접착제, 고무 또는 다른 재료들로 만들어진 얇고 부드러운 투명 시트들(sheets)이다. 그것들은 전자 제품, 기계 장치, 포장, 인쇄 및 다른 어플리케이션(application)에 광대하게 사용되었다. 박막은 클린룸(cleanroom)의 불충분한 청결 및 생산 라인에서의 결함 있는 롤러(defective roller)와 같은, 그것들의 실제 제조로 인해 발생하는 일부 이슈들(issues)로 인해 품질이 저하될 수 있다. 그러한 이슈들이 제조된 필름들의 열등한 품질을 제외하고, 적시에 확인되고 해결되지 않으면, 필름들이 사용되는 산업계들에 손실들을 가져올 수도 있다. 중국에서는, 박막 시장에서의 경쟁이 점점 치열 해지면서, 점점 더 엄격한 요구 사항들이 박막들의 품질에 부과된다. 전통적인 인간 눈 검사는 현재 고속 생산 프로세스들의 극도로 높은 요구 사항들보다 훨씬 뒤떨어져 있다. 이러한 맥락에서, 산업 발전의 필요성을 충족시키기 위하여, 머신 비전 검사(machine vision inspection)는 박막 표면 결함들을 감지하는 대체 솔루션(alternative solution)이 되는 경향이 있다.
전통적으로, 불투명 기판상의 박막을 검사하는 기술들이 확립되어 있는데, 반사계들 또는 분광타원계들이 일반적으로 사용된다. 그러나, 이러한 종래의 기술들은 투명 기판상의 박막의 검사에 사용하기에 적합하지 않다. 종래 기술에서, 광학 경로에 순차적으로 배치되는 광원, 광학 소자, 빔 스플리터(beam splitter), 대물 렌즈, 측정될 물체 및 물체를 운반하는 스테이지(stage)를 포함하는 박막 검사 장치가 개시되어 있다. 빔 스플리터에는 광학 수신 소자 및 시각 검출기가 순차적으로 연결되고, 프로세서는 시각 검출기 및 광학 소자와 관련하여 제공된다. 이 장치는 광원이 360°의 범위에서 변화하는 입사각을 갖는 평면 입사광(planar incident light)을 제공하는 각도 스펙트럼 방법을 이용한다. 광학 소자는 반사광 세기(reflected light intensity)를 측정하고 측정된 데이터를 프로세서에 공급하기 위한 이-차원 CCD 어레이(two-dimensional CCD array)를 포함하며, 이는 프로세서가 물체의 검사 결과들을 계산함에 기초한다. 그러나, 투명 기판의 물체의 경우, 투명 기판은 필연적으로 반사광에 영향을 미치고 검사 결과들에 영향을 미칠 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 투명 박막(83)으로부터의 반사광(84)을 따라, 투명 기판(82)으로부터의 반사광(81)은 대물 렌즈(85)에 입사하고 대물 렌즈(85)에 의해 대물 렌즈의 후방 초점면(86)으로 굴절된다. 투명 기판(82)으로부터의 반사광(81)이 후속하는 이미지 및 데이터 이송 전에 제거되지 않으면, 투명 박막(83)의 검사를 부정확하게 만들 수 있다. 따라서, 이 장치는 투명 기판상의 박막의 두께를 측정할 수 없다.
종래 기술에 개시된 다른 솔루션에서, 조명광은 작은 각으로 입사되어 투명 기판으로부터 반사된 간섭광을 감소시킨다. 또 다른 종래의 솔루션은 단일 파장의 광에 대한 반사율이 다양한 입사각 및 방위각으로 측정되는 각도 스펙트럼 방법 및 비스듬하게 입사되는 조명광을 이용한다. 측정들은 박막의 원하는 파라미터들을 획득하기 위해 평균화된다. 그러나, 이들 솔루션들 중 어느 것도 투명 기판으로부터 반사된 광으로부터의 간섭으로부터 완전히 안전하지 않는다. 따라서, 정확한 결과들을 얻을 수 없다.
따라서, 투명 기판의 박막의 두께 및 광학 상수들을 정확하게 측정하는 방법은 긴급한 해결책이 요구되는 문제로 남아있다.
상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 투명 기판으로부터 반사된 간섭광을 제거하여 투명 기판상의 박막을 정확하게 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제안한다.
이를 위하여, 제안된 장치는, 광 전파의 방향을 따라 순차적으로 배치되는, 광원(light source), 콜리메이터 렌즈(collimator lens), 필터(filter), 편광자(polarizer), 빔 스플리터(beam splitter) 및 대물 렌즈(objective lens)를 포함하고, 상기 빔 스플리터는 평면 어레이 검출기(planar array detector) 및 프로세서(processor)와 연결되고, 상기 광원에 의해 방사되는 조명광(illumination light)은 상기 콜리메이터 렌즈, 상기 필터, 상기 편광자, 상기 빔 스플리터 및 상기 대물 렌즈를 순차적으로 통과하여 상기 투명 기판상의 박막에 입사하는 측정광(measuring light)을 형성하고, 상기 대물 렌즈 및 상기 빔 스플리터는 상기 투명 기판상의 박막으로부터 반사된 광을 모으고(gathering light reflected), 상기 평면 어레이 검출기 및 상기 프로세서는 상기 모아진 반사광(reflected light)에 기초하여 상기 투명 기판상의 박막의 물리적 파라미터들을 측정하고, 상기 측정 장치는, 상기 측정 동안 상기 투명 기판으로부터 반사된 간섭광(interfering light)을 차단하도록 구성되는 조리개(stop)를 더 포함한다.
선택적으로, 상기 조리개는 상기 대물 렌즈의 후방 초점면(back focal plane)에 배치될 수 있다. 상기 조리개는 다음과 같이 계산되는 직경 L1을 가질 수 있다:
Figure pct00001
, 여기서,
Figure pct00002
,
Figure pct00003
,
Figure pct00004
는 상기 박막으로부터 반사되는 간섭광(interfered light)의 최대 개구 수(maximum numerical aperture)를 나타내고,
Figure pct00005
는 상기 대물 렌즈의 최대 개구 수를 표시하고, L2는 상기 대물 렌즈의 후방 초점면의 직경이고, n 은 상기 투명 기판의 굴절률이고, h는 상기 투명 기판의 두께이고, θ 1 는 상기 투명 기판 내 상기 측정광의 굴절각이고, L3는 상기 대물 렌즈의 최대 시야(maximum field of view)의 직경이고, L4는 상기 측정 동안 상기 광원의 조명 필드(field of illumination)의 직경임.
바람직하게는, 상기 조리개는 복수의 서브-조리개들(sub-stops)을 포함하는 조절 가능한 조리개(adjustable stop)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 광원은 할로겐 램프(halogen lamp) 또는 크세논 램프(xenon lamp)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 필터는 협대역 필터(narrow-band filter)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 편광자는 편광 플레이트(polarizing plate) 또는 편광 프리즘(polarizing prism)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 빔 스플리터는 직각 분할 프리즘(right-angle splitting prism) 또는 반-은도금 거울(half-silvered mirror)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 평면 어레이 검출기는 전하-결합 소자 검출기(charge-coupled device detector) 또는 상보형 금속 산화물 반도체 검출기(complementary metal-oxide-semiconductor detector)일 수 있다.
또한, 본 발명은 투명 기판상의 박막의 물리적 파라미터들을 측정하기 위한 방법을 제공하며, 다음의 단계들을 포함한다:
1) 상기 투명 기판상의 박막을 측정하기 위한 측정 장치를 제공하는 단계, 상기 측정 장치는 광 전파의 방향을 따라 순차적으로 배치되는, 광원, 콜리메이터 렌즈, 필터, 편광자, 빔 스플리터, 대물 렌즈 및 조리개를 포함하고, 상기 조리개는 상기 대물 렌즈의 후방 초점면에 배치되고;
2) 상기 콜리메이터 렌즈, 상기 필터 및 상기 편광자를 순차적으로 통과하고 상기 빔 스플리터에 의해 반사되는 조명광을 상기 광원에 의해 제공하는 단계, 평면 어레이 검출기 및 프로세서는 상기 빔 스플리터에 연결되고;
3) 측정광을 형성하도록 단계 2)로부터 나온 상기 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해 통과시키고 상기 투명 기판상의 박막에 상기 측정광을 입사시키는 단계;
4) 상기 대물 렌즈의 후방 초점면 상에 상기 투명 기판상의 박막으로부터 반사된 광을 수렴시키고, 상기 투명 기판으로부터 반사된 간섭광을 상기 조리개에 의해 차단하고, 상기 평면 어레이 검출기 상에 비차단된 반사광을 상기 빔 스플리터에 의해 반사하여 이미지(image)를 형성하고 상기 프로세서에 상기 이미지의 신호들을 공급하는 단계; 및
5) 상기 평면 어레이 검출기로부터 피드백된(fed back) 상기 이미지의 신호들을 처리함으로써 상기 박막의 물리적 파라미터들을 상기 프로세서에 의해 측정하는 단계.
바람직하게는, 상기 박막의 물리적 파라미터들의 측정은 상기 투명 기판의 두께, 상기 대물 렌즈의 시야의 직경, 상기 측정 동안 상기 광원의 조명 필드의 직경 및 상기 조리개의 직경에 기초하여 상기 투명 기판으로부터 반사된 상기 광에 의해 간섭되는 상기 박막으로부터 산란된(scattered) 광에서의 각도 스펙트럼 신호들(angular spectrum signals)을 필터링(filtering)함으로써 달성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 조리개의 직경은 L1으로 표시되고 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00006
, 여기서
Figure pct00007
,
Figure pct00008
,
Figure pct00009
는 상기 박막으로부터 반사된 간섭광의 최대 개구 수를 나타내고,
Figure pct00010
는 상기 대물 렌즈의 최대 개구 수를 표시하고, L2는 상기 대물 렌즈의 후방 초점면의 직경이고, n 은 상기 투명 기판의 굴절률이고, h는 상기 투명 기판의 두께이고, θ 1 는 상기 투명 기판 내 상기 측정광의 굴절각이고, L3는 상기 대물 렌즈의 최대 시야의 직경이고, L4는 상기 측정 동안 상기 광원의 조명 필드의 직경임.
또한, 본 발명은 투명 기판상의 박막의 물리적 파라미터들을 측정하기 위한 다른 방법을 제공하며, 다음의 단계들을 포함한다:
1) 상기 투명 기판상의 박막을 측정하기 위한 측정 장치를 제공하는 단계, 상기 측정 장치는 광 전파의 방향을 따라 순차적으로 배치되는, 광원, 조리개, 콜리메이터 렌즈, 필터, 편광자, 빔 스플리터 및 대물 렌즈를 포함하고, 상기 조리개는 상기 광원의 조명 광학 경로(illumination optical path)의 퓨필 평면(pupil plane)의 콘주게이트(conjugate)에 배치되고;
2) 작은 입사각들(angles of incidence)을 구비한 구성 요소들이 상기 조리개에 의해 차단되고 큰 입사각들을 구비한 구성 요소들을 통과시키는 조명광(illumination light)을 상기 광원에 의해 제공하는 단계, 상기 콜리메이터 렌즈, 상기 필터 및 상기 편광자를 순차적으로 통과하고 상기 빔 스플리터에 의해 반사되는 환형 조명광(annular illumination light)이 나오고, 평면 어레이 검출기 및 프로세서는 상기 빔 스플리터에 연결되고;
3) 측정광을 형성하도록 단계 2)로부터 나온 상기 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해 통과시키고 상기 투명 기판상의 박막에 상기 측정광을 입사시키는 단계, 이는 작은 각도들에서 입사하는 상기 조명광의 구성 요소들의 반사로부터 나온 간섭광 신호들의 초점을 회피하며;
4) 같은 각도에서 상기 투명 기판상의 박막에 의해 반사되는 광을 상기 대물 렌즈를 통해 통과시키고 상기 평면 어레이 검출기 상에 상기 빔 스플리터에 의해 반사하여 이미지를 형성하고 상기 프로세서에 상기 이미지의 신호들을 공급하는 단계; 및
5) 상기 평면 어레이 검출기로부터 피드백된 상기 이미지의 신호들을 처리함으로써 상기 박막의 물리적 파라미터들을 상기 프로세서에 의해 측정하는 단계.
바람직하게는, 상기 박막의 물리적 파라미터들의 측정은 상기 투명 기판의 두께, 상기 대물 렌즈의 시야의 직경, 상기 측정 동안 상기 광원의 조명 필드의 직경 및 상기 조리개의 직경에 기초하여 상기 투명 기판으로부터 반사된 상기 광에 의해 간섭되는 상기 박막으로부터 산란된 광에서의 각도 스펙트럼 신호들을 필터링함으로써 달성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 조리개의 직경은 L1으로 표시되고 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00011
, 여기서
Figure pct00012
,
Figure pct00013
,
Figure pct00014
는 상기 박막으로부터 반사된 간섭광의 최대 개구 수를 나타내고,
Figure pct00015
는 상기 대물 렌즈의 최대 개구 수를 표시하고, L2는 상기 대물 렌즈의 후방 초점면의 직경이고, n 은 상기 투명 기판의 굴절률이고, h는 상기 투명 기판의 두께이고, θ 1 는 상기 투명 기판 내 상기 측정광의 굴절각이고, L3는 상기 대물 렌즈의 최대 시야의 직경이고, L4는 상기 측정 동안 상기 광원의 조명 필드의 직경이고, k는 배율 계수임.
바람직하게는, 상기 조리개는 조절 가능한 조리개일 수 있다.
종래 기술과 비교하여, 본 발명은 작은 각도들로 입사하는 광으로부터 나와 투명 기판으로부터 반사된 광에 의해 간섭되는 반사광의 일부분이 투명 기판의 두께, 대물 렌즈의 크기, 조명 필드의 크기, 박막의 두께 및 관련 광학 데이터의 계산을 위해 데이터 프로세서로 전송되는 이미지를 형성하는 반사광의 나머지에 기초한 수학식에 따라 계산된 적절한 직경의 조리개에 의해 차단된다. 그러므로, 본 발명의 장치는 다른 박막들에 대해 다른 조리개들의 설계, 간단한 작동 및 정확한 측정을 허용한다.
도 1은 종래 기술에 따른 투명 기판 및 투명 박막에 의한 광의 반사를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 장치의 구조 개략도이다.
도 3은 본 발명의 원리를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 장치의 구조 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 장치의 구조 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 조리개의 평면도이다.
도 1에서, 80, 입사광; 81, 기판으로부터 반사된 광; 82, 투명 기판; 83, 투명 박막; 84, 투명 박막으로부터 반사된 광; 85, 대물 렌즈; 86, 대물 렌즈의 후방 초점면을 나타낸다.
도 2에서, 1, 광원; 2, 콜리메이터 렌즈; 3, 필터; 4, 편광자; 5, 빔 스플리터; 6, 제1 조리개; 7, 대물 렌즈; 8, 측정될 물체; 9, 물체를 운반하는 스테이지; 10a, 입사광; 10b, 반사광; 11, 평면 어레이 검출기; 12, 대물 렌즈의 후방 초점면; 13, 프로세서; 14, 조명 광학 경로의 퓨필 평면의 콘주게이트; 15, 제2 조리개; 16, 제3 조리개; 91, 측정될 박막; 92, 측정 시스템에서의 대물 렌즈의 시야; 93, 광학 시스템의 조명 필드; 94, 기판; 95, 소정 각으로 그에 입사하는 광의 기판에 의한 반사로부터 나온 광; 96, 대물 렌즈의 후방 초점면; 97, 대물 렌즈; θ 1 , 굴절각을 나타낸다.
본 발명의 특정 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 아래 설명될 것이며, 그래서 상기 발명의 목적, 특징 및 이점은 더 명백해질 것이다.
실시예 1
도 2는 본 발명에 따른 투명 기판상의 박막을 측정하기 위한 장치를 도시하며, 광 전파의 방향을 따라 순차적으로 배치되는, 이는 광원(1), 콜리메이터 렌즈(2), 필터(3), 편광자(4), 빔 스플리터(5) 및 대물 렌즈(7)를 포함한다. 측정될 물체(8), 즉 투명 기판상의 박막은 스테이지(9)상에 둔다. 빔 스플리터(5)에는 평면 어레이 검출기(11) 및 프로세서(13)가 순차적으로 연결된다. 장치는 측정 동안 투명 기판으로부터 반사된 간섭광을 차단하기 위한 제1 조리개(6)를 더 포함한다.
바람직하게는, 도 3에서: h는 기판(94)의 두께; n은 기판(94)의 굴절률; L4는 광학 시스템의 조명 필드(93)의 직경; L3은 측정 시스템에서의 대물 렌즈의 최대 시야(92)의 직경이고; L2는 대물 렌즈의 후방 초점면(96)의 직경을 나타낸다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 굴절각 θ 1 는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00016
.
대물 렌즈(97)에 의해 수신 가능한 최대 개구 수는 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00017
따라서, 제1 조리개(6)의 직경(L1)은 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00018
,
NA_interference은 투명 박막으로부터 반사된 간섭광에 대한 최대 개구 수, 즉, 대물 렌즈(97)에 의한 수신을 위한 최대 개구 수를 나타내고, NA_objective는 대물 렌즈(97)에 의해 수신될 수 있는 최대 개구 수이다. 따라서, 실제 사용에서, 제1 조리개(6)는 기판(94)의 두께, 광학 시스템의 조명 필드(93)의 직경(L4) 및 다른 데이터에 기초하여 크기가 정해질 수 있다. 또한, 제1 조리개(6)의 크기는 광원(1)을 튜닝함으로써(tuning) 변경될 수 있다.
여기서, 투명 박막으로부터 반사된 간섭광은 투명 기판으로부터 반사된 광 및 박막으로부터 반사된 광 모두를 포함하는 광을 지칭한다.
바람직하게는, 광원(1)은 할로겐 램프(halogen lamp) 또는 크세논 램프(xenon lamp)이다.
바람직하게는, 필터(3)는, 예를 들어 780 nm, 633 nm, 550 nm, 441 nm 또는 360 nm의 파장의 광의 통로를 허용하는 협대역 필터(narrow-band filter)이다.
바람직하게는, 편광자(4)는 편광 플레이트 또는 편광 프리즘이다.
바람직하게는, 빔 스플리터(5)는 직각 분할 프리즘 또는 반-은도금 거울(half-silvered mirror)이다.
바람직하게는, 평면 어레이 검출기(11)는 전하-결합 소자(CCD; charge-coupled device) 검출기 또는 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS; complementary metal-oxide-semiconductor) 검출기이며, 이는 필터(3)를 나가는 광에 잘 응답한다.
바람직하게는, 제1 조리개(6)는 대물 렌즈의 후방 초점면(12)에 배치된다.
또한 본 발명은 상기 정의된 바와 같은 장치를 사용하여 투명 기판상의 박막을 측정하는 방법을 제공한다. 방법은 다음 단계들을 포함한다.
단계 1에서, 스테이지(9)상에 두는, 측정될 대상물(8), 즉, 투명 기판상의 박막이 제공된다.
단계 2에서, 광원(1)은 콜리메이터 렌즈(2), 필터(3) 및 편광자(4)를 순차적으로 통과하여 빔 스플리터(5)에 의해 반사되는 조명광을 제공한다.
단계 3에서, 단계 2로부터 나온 반사광은 대물 렌즈(7)를 통과하여 물체(8)에 입사된다(이후 (10a)로 표시되고 입사광으로서 지칭함). 대물 렌즈(7)는 큰 개구 수를 가지고, 입사광은 소정의 수렴각(certain angle of convergence)으로 물체(8) 상에 수렴되어 작은 조명광 스폿(small illumination light spot)을 형성한다.
단계 4에서, 같은 각도로 물체(8)로부터 반사된 광(10b)은 제1 조리개(6)에 의해 차단되는 투명 기판으로부터의 산란광을 간섭하면서, 대물 렌즈(7)의 후방 초점면(12) 상에 수렴되어, 필름으로부터 반사된 광만 빔 스플리터(5)에 의해 평면 어레이 검출기(11) 상에 반사된다. 검출기는 물체의 이미지를 형성하고 이미지의 데이터를 프로세서(13)에 공급한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 투명 기판상의 필름에 입사한 광 빔(80)은 필름에 의해 반사되어 다중 반사광 빔(84)을 형성하고, 투명 기판에 의해 반사되어 반사광 빔(84)과 같은 각도로 진행하는 반사광 빔(81)을 형성한다. 조리걔(4)의 상기 설명에서 사용된 "같은 각도로 반사된 광"이라는 용어는 같은 각도로 진행하는 이들 반사광 빔들(84, 81)을 지칭한다.
제1 조리개(6)의 크기는 다음 수학식에 따른 광학 시스템의 조명 필드(93)의 직경(L4) 및 기판(94)의 두께에 기초하여 결정될 수 있다:
Figure pct00019
, 여기서
Figure pct00020
,
Figure pct00021
, L1은 제1 조리개(6)의 크기를 표시하고, h는 기판(94)의 두께이고, n은 기판(94)의 굴절률이고, L4는 광학 시스템의 조명 필드(93)의 직경, L3은 측정 시스템에서 대물 렌즈의 최대 시야(92)의 직경이고, 및 L2는 대물 렌즈의 후방 초점면(96)의 직경이다.
단계 5에서, 프로세서(13)는 평면 어레이 검출기(11)로부터의 이미지 신호들을 처리하고, 프로세서(13)는 나머지 반사광의 각도 스펙트럼 신호들(angular spectrum signals)을 시뮬레이션 데이터와 비교하여 물체(8)의 박막의 물리적 파라미터들을 역으로 감한다(deduct). 이 실시예에서, 물리적 파라미터들은 박막의 광학 상수 및/또는 두께에 대한 정보를 포함한다.
실시예 2
도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예는 대물 렌즈(7)의 후방 초점면에 둔 제1 조리개(6)가 제거되고 제2 조리개(15)가 조명 광학 경로의 퓨필 평면(pupil plane)의 콘주게이트(conjugate)(14)에 대신 위치되는 점에서 실시예 1과 다르다. 제2 조리개(15)는 k1×L1의 직경을 가지며, 여기서 k1은, 특히 조리개(15)와 대물 렌즈의 퓨필 평면 사이의, 배율 계수를 나타내며, L1은 실시예 1과 같은 방식으로 계산되므로, 간결함을 위해 다시 설명되지 않는다. 제2 조리개(15)는 더 작은 각도들(smaller angles)로 입사하는 광을 제거함으로써 환형 조명(annular illumination)을 허용한다. 그 결과, 대물 렌즈(7)에 의해 수집된 광 신호들은 모두 물체(8)로부터 나오며 투명 기판으로부터의 광에 의해 간섭되지 않는다. 또한, 환형 조명은 또한 광학 경로에서의 미광(stray light)의 제어를 용이하게 하고 따라서 더 높은 신호대 잡음비를 달성한다.
여기서, 더 작은 각도들은, 예를 들어, 도 1의 광(80)과 같은 광이 박막의 표면 상에 입사하는 것들을 지칭한다. 광학 시스템의 고유한 특성들로 인해, 광(80)이 더 작은 각도로 입사되면, 박막으로부터의 반사광(84) 및 투명 기판으로부터의 반사광(81)은 모두 대물 렌즈에 의해 수집될 것이다(이는 본 발명에서는 바람직하지 않고, 박막으로부터의 반사광(84)만이 필요하다). 그러므로, 이러한 각도들로 입사하는 광을 제거할 필요가 있다. 실제 광학 시스템에서, 광이 박막에 입사하는 각각의 각도는 대물 렌즈의 퓨필 평면에서의 각각의 위치에 대응한다. 따라서, 특정 범위 내에서 더 작은 각도들로 입사하는 광의 제거는 대물 렌즈의 퓨필 평면의 대응하는 영역을 차폐함으로써 달성될 수 있다. 차폐될 특정 영역은 위에 주어진 수학식으로부터 파생될 수 있다.
실시예 3
도 5에 도시된 바와 같이, 이 실시예는 대물 렌즈(7)의 후방 초점면에 둔 제1 조리개(6)가 제거되고, 제3 조리개(16)가 콜리메이터 렌즈(2)의 퓨필 평면의 콘주게이트(14)에 대신 위치되는 점에서 실시예 1과 다르다. 제3 조리개(16)는 조절 가능하며 k2×L1의 직경을 가지며, 여기서 k2는 배율 계수를 나타낸다. 이 실시예에서, 제3 조리개(16)는 일련의 상이한 크기의 서브-조리개들(series of differently sized sub-stops)(160)로 구성된다(크기는 실제 테스트들의 필요에 따라 선택된다). 　k2는 실시예 2에서의 k1 과 같을 수 있으며, 즉, 조리개(16)와 대물 렌즈의 퓨필 평면 사이의 배율 계수일 수 있다. L1은 실시예 1과 같은 방식으로 계산되므로, 개시의 간략함을 위해 다시 설명되지 않는다. 이와 같이, 실제 작동에서, 적절한 서브-조리개는 선택될 수 있거나, 테스트 배열에 따라, 그의 광-차단부(light-blocking portion)은 구성될 수 있다. 도 6을 참조하면, 제3 조리개(16)에서의 각 서브-조리개는 도면에서 흑색 영역으로 도시된, 광-차단부 및 도면에서 백색 영역으로 도시된, 광-투과부(light-transmitting portion)를 갖는다. 제3 조리개(16)를 회전시킴으로써 서브-조리개들 중 적절한 하나를 선택하는 것 또는 선택된 서브-조리개의 광-차단부를 적절하게 조절하는 것은 실제 필요에 충족할 수 있는 광원의 환형 조명 패턴이 될 수 있다. 이러한 방식으로, 작은 각도들로 입사하는 광은 실제 작동 조건들에 따라 직접적으로 배제될(precluded) 수 있어, 물체(8)는 물체(8) 아래에 있는 투명 기판으로부터 반사된 광에 의해 간섭되지 않는 대물 렌즈(7)에 의해 수집된 신호들에 기초하여 측정된다.
여기서, 더 작은 각도들은, 예를 들어, 도 1의 광(80)과 같은, 광이 박막의 표면 상에 입사하는 것들을 지칭한다. 광학 시스템의 고유한 특성들로 인해, 광(80)이 더 작은 각도로 입사되면, 박막으로부터의 반사광(84) 및 투명 기판으로부터의 반사광(81)은 모두 대물 렌즈에 의해 수집될 것이다(이는 본 발명에서는 바람직하지 않고, 박막으로부터의 반사광(84)만이 필요하다). 그러므로, 이러한 각도들로 입사하는 광을 제거할 필요가 있다. 실제 광학 시스템에서, 광이 박막에 입사하는 각각의 각도는 대물 렌즈의 퓨필 평면에서의 각각의 위치에 대응한다. 따라서, 특정 범위 내에서 더 작은 각도들로 입사하는 광의 제거는 대물 렌즈의 퓨필 평면의 대응 영역을 차폐함으로써 달성될 수 있다. 차폐될 특정 영역은 위에 주어진 수학식에서 파생될 수 있다.
당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 대한 다양한 수정들 및 변형들을 할 수 있음은 명백하다. 따라서, 첨부된 청구 범위 및 그의 등가물의 범위 내에 있는 모든 그러한 수정들 및 변형들이 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (19)

  1. 투명 기판상의 박막을 측정하기 위한 측정 장치에 있어서,
    광 전파의 방향을 따라 순차적으로 배치되는, 광원, 콜리메이터 렌즈, 필터, 편광자, 빔 스플리터 및 대물 렌즈를 포함하고,
    상기 빔 스플리터는 평면 어레이 검출기 및 프로세서와 연결되고,
    상기 광원에 의해 방사되는 조명광은 상기 콜리메이터 렌즈, 상기 필터, 상기 편광자, 상기 빔 스플리터 및 상기 대물 렌즈를 순차적으로 통과하여 상기 투명 기판상의 박막에 입사하는 측정광을 형성하고,
    상기 대물 렌즈 및 상기 빔 스플리터는 상기 투명 기판상의 박막으로부터 반사된 광을 모으고,
    상기 평면 어레이 검출기 및 상기 프로세서는 상기 모아진 반사광에 기초하여 상기 투명 기판상의 박막의 물리적 파라미터들을 측정하고,
    상기 측정 장치는,
    상기 측정 동안 상기 투명 기판으로부터 반사된 간섭광을 차단하도록 구성되는 조리개를 더 포함하는
    측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조리개는 상기 대물 렌즈의 후방 초점면에 배치되는
    측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조리개는 다음과 같이 계산되는 직경 L1을 가지는:
    Figure pct00022
    , 여기서
    Figure pct00023
    ,
    Figure pct00024
    ,
    Figure pct00025
    는 상기 박막으로부터 반사되는 간섭광의 최대 개구 수를 나타내고,
    Figure pct00026
    는 상기 대물 렌즈의 최대 개구 수를 표시하고, L2는 상기 대물 렌즈의 후방 초점면의 직경이고, n 은 상기 투명 기판의 굴절률이고, h는 상기 투명 기판의 두께이고, θ 1 는 상기 투명 기판 내 상기 측정광의 굴절각이고, L3는 상기 대물 렌즈의 최대 시야의 직경이고, L4는 상기 측정 동안 상기 광원의 조명 필드의 직경임
    측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조리개는 상기 광원의 조명 광학 경로의 퓨필 평면의 콘주게이트에 배치되고, 상기 광원은 환형 조명을 제공하는
    측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조리개는 상기 콜리메이터 렌즈의 퓨필 평면의 콘주게이트에 배치되고, 상기 광원은 환형 조명을 제공하는
    측정 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 조리개는 다음과 같이 계산되는 직경 L1을 가지는:
    Figure pct00027
    , 여기서
    Figure pct00028
    ,
    Figure pct00029
    ,
    Figure pct00030
    는 상기 박막으로부터 반사된 간섭광의 최대 개구 수를 나타내고,
    Figure pct00031
    는 상기 대물 렌즈의 최대 개구 수를 표시하고, L2는 상기 대물 렌즈의 후방 초점면의 직경이고, n 은 상기 투명 기판의 굴절률이고, h는 상기 투명 기판의 두께이고, θ 1 는 상기 투명 기판 내 상기 측정광의 굴절각이고, L3는 상기 대물 렌즈의 최대 시야의 직경이고, L4는 상기 측정 동안 상기 광원의 조명 필드의 직경이고, k는 배율 계수임
    측정 장치.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 조리개는 복수의 서브-조리개들을 포함하는 조절 가능한 조리개인
    측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 할로겐 램프 또는 크세논 램프인
    측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 필터는 협대역 필터인
    측정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 편광자는 편광 플레이트 또는 편광 프리즘인
    측정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는 직각 분할 프리즘 또는 반-은도금 거울인
    측정 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 평면 어레이 검출기는 전하-결합 소자 검출기 또는 상보형 금속 산화물 반도체 검출기인
    측정 장치.
  13. 투명 기판상의 박막의 물리적 파라미터들을 측정하기 위한 측정 방법에 있어서,
    1) 상기 투명 기판상의 박막을 측정하기 위한 측정 장치를 제공하는 단계, 상기 측정 장치는 광 전파의 방향을 따라 순차적으로 배치되는, 광원, 콜리메이터 렌즈, 필터, 편광자, 빔 스플리터, 대물 렌즈 및 조리개를 포함하고, 상기 조리개는 상기 대물 렌즈의 후방 초점면에 배치되고;
    2) 상기 콜리메이터 렌즈, 상기 필터 및 상기 편광자를 순차적으로 통과하고 상기 빔 스플리터에 의해 반사되는 조명광을 상기 광원에 의해 제공하는 단계, 평면 어레이 검출기 및 프로세서는 상기 빔 스플리터에 연결되고;
    3) 측정광을 형성하도록 단계 2)로부터 나온 상기 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해 통과시키고 상기 투명 기판상의 박막에 상기 측정광을 입사시키는 단계;
    4) 상기 대물 렌즈의 후방 초점면 상에 상기 투명 기판상의 박막으로부터 반사된 광을 수렴시키고, 상기 투명 기판으로부터 반사된 간섭광을 상기 조리개에 의해 차단하고, 상기 평면 어레이 검출기 상에 비차단된 반사광을 상기 빔 스플리터에 의해 반사하여 이미지를 형성하고 상기 프로세서에 상기 이미지의 신호들을 공급하는 단계; 및
    5) 상기 평면 어레이 검출기로부터 피드백된 상기 이미지의 신호들을 처리함으로써 상기 박막의 물리적 파라미터들을 상기 프로세서에 의해 측정하는 단계
    를 포함하는 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 박막의 물리적 파라미터들의 측정은 상기 투명 기판의 두께, 상기 대물 렌즈의 시야의 직경, 상기 측정 동안 상기 광원의 조명 필드의 직경 및 상기 조리개의 직경에 기초하여 상기 투명 기판으로부터 반사된 상기 광에 의해 간섭되는 상기 박막으로부터 산란된 광에서의 각도 스펙트럼 신호들을 필터링함으로써 달성되는
    측정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 조리개의 직경은 L1으로 표시되고 다음과 같이 계산되는:
    Figure pct00032
    , 여기서
    Figure pct00033
    ,
    Figure pct00034
    ,
    Figure pct00035
    는 상기 박막으로부터 반사된 간섭광의 최대 개구 수를 나타내고,
    Figure pct00036
    는 상기 대물 렌즈의 최대 개구 수를 표시하고, L2는 상기 대물 렌즈의 후방 초점면의 직경이고, n 은 상기 투명 기판의 굴절률이고, h는 상기 투명 기판의 두께이고, θ 1 는 상기 투명 기판 내 상기 측정광의 굴절각이고, L3는 상기 대물 렌즈의 최대 시야의 직경이고, L4는 상기 측정 동안 상기 광원의 조명 필드의 직경임
    측정 방법.
  16. 투명 기판상의 박막의 물리적 파라미터들을 측정하기 위한 측정 방법에 있어서,
    1) 상기 투명 기판상의 박막을 측정하기 위한 측정 장치를 제공하는 단계, 상기 측정 장치는 광 전파의 방향을 따라 순차적으로 배치되는, 광원, 조리개, 콜리메이터 렌즈, 필터, 편광자, 빔 스플리터 및 대물 렌즈를 포함하고, 상기 조리개는 상기 광원의 조명광학 경로의 퓨필 평면의 콘주게이트에 배치되고;
    2) 작은 입사각들을 구비한 구성 요소들이 상기 조리개에 의해 차단되고 큰 입사각들을 구비한 구성 요소들을 통과시키는 조명광을 상기 광원에 의해 제공하는 단계, 상기 콜리메이터 렌즈, 상기 필터 및 상기 편광자를 순차적으로 통과하고 상기 빔 스플리터에 의해 반사되는 환형 조명광이 나오고, 평면 어레이 검출기 및 프로세서는 상기 빔 스플리터에 연결되고;
    3) 측정광을 형성하도록 단계 2)로부터 나온 상기 반사광을 상기 대물 렌즈를 통해 통과시키고 상기 투명 기판상의 박막에 상기 측정광을 입사시키는 단계, 이는 작은 각도들에서 입사하는 상기 조명광의 구성 요소들의 반사로부터 나온 간섭광 신호들의 초점을 회피하며;
    4) 같은 각도에서 상기 투명 기판상의 박막에 의해 반사되는 광을 상기 대물 렌즈를 통해 통과시키고 상기 평면 어레이 검출기 상에 상기 빔 스플리터에 의해 반사하여 이미지를 형성하고 상기 프로세서에 상기 이미지의 신호들을 공급하는 단계; 및
    5) 상기 평면 어레이 검출기로부터 피드백된 상기 이미지의 신호들을 처리함으로써 상기 박막의 물리적 파라미터들을 상기 프로세서에 의해 측정하는 단계
    를 포함하는 측정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 박막의 물리적 파라미터들의 측정은 상기 투명 기판의 두께, 상기 대물 렌즈의 시야의 직경, 상기 측정 동안 상기 광원의 조명 필드의 직경 및 상기 조리개의 직경에 기초하여 상기 투명 기판으로부터 반사된 상기 광에 의해 간섭되는 상기 박막으로부터 산란된 광에서의 각도 스펙트럼 신호들을 필터링함으로써 달성되는
    측정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 조리개의 직경은 L1으로 표시되고 다음과 같이 계산되는:
    Figure pct00037
    , 여기서
    Figure pct00038
    ,
    Figure pct00039
    ,
    Figure pct00040
    는 상기 박막으로부터 반사된 간섭광의 최대 개구 수를 나타내고,
    Figure pct00041
    는 상기 대물 렌즈의 최대 개구 수를 표시하고, L2는 상기 대물 렌즈의 후방 초점면의 직경이고, n 은 상기 투명 기판의 굴절률이고, h는 상기 투명 기판의 두께이고, θ 1 는 상기 투명 기판 내 상기 측정광의 굴절각이고, L3는 상기 대물 렌즈의 최대 시야의 직경이고, L4는 상기 측정 동안 상기 광원의 조명 필드의 직경이고, k는 배율 계수임
    측정 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 조리개는 조절 가능한 조리개인
    측정 방법.
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