KR20180041168A - 대상 표면의 토포그라피를 도출하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

대상 표면의 토포그라피를 도출하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180041168A
KR20180041168A KR1020187007216A KR20187007216A KR20180041168A KR 20180041168 A KR20180041168 A KR 20180041168A KR 1020187007216 A KR1020187007216 A KR 1020187007216A KR 20187007216 A KR20187007216 A KR 20187007216A KR 20180041168 A KR20180041168 A KR 20180041168A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reflected
polarized waves
wavelengths
linearly polarized
images
Prior art date
Application number
KR1020187007216A
Other languages
English (en)
Inventor
라르스 보오트
Original Assignee
큐에스오 인터페로메터 시스템즈 에이비
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 큐에스오 인터페로메터 시스템즈 에이비 filed Critical 큐에스오 인터페로메터 시스템즈 에이비
Publication of KR20180041168A publication Critical patent/KR20180041168A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02011—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using temporal polarization variation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02002—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies
    • G01B9/02005—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies using discrete frequency stepping or switching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02007—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02056—Passive reduction of errors
    • G01B9/02057—Passive reduction of errors by using common path configuration, i.e. reference and object path almost entirely overlapping
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02075—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration of particular errors
    • G01B9/02078—Caused by ambiguity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02083—Interferometers characterised by particular signal processing and presentation
    • G01B9/02087—Combining two or more images of the same region
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/50—Depth or shape recovery
    • G06T7/521—Depth or shape recovery from laser ranging, e.g. using interferometry; from the projection of structured light
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/50—Depth or shape recovery
    • G06T7/55—Depth or shape recovery from multiple images
    • G06T7/564—Depth or shape recovery from multiple images from contours
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/60—Analysis of geometric attributes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/70—Using polarization in the interferometer

Abstract

본 발명은 대상 표면(3)의 토포그라피 를 도출하기 위한 방법에 관한 것이다. 선형 편광파(102a, 103a)는 대상 표면(3) 및 기준 표면(2)을 향하여 조사된다. 복수의 파장을 위하여 반사되는 선형 편광파(102b, 103b)의 이미지들이 획득된다. 이미지들은 각각의 복수의 파장마다 적어도 4개의 편광을 위하여 획득된다. 반사되는 선형 편광파(102b, 103b)는 대상 표면(3)과 기준 표면(2)을 향하여 조사되는 선형 편광파(102a, 103a)의 반사파이다. 획득된 이미지에 기초하는 대상 표면(3)의 토포그라피가 획득된다.

Description

대상 표면의 토포그라피를 도출하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 대체로 방법 및 디바이스에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 대상 표면의 토포그라피를 도출하는 것에 관한 것이다.
표면 개질, 특히 연마는 여러 가지 산업 생산 분야에서 필요한 공정이다. 이러한 분야는 다음과 같은 것들을 포함한다.
Figure pct00001
예컨대 트렁크 덮개(boot lid), 라이트 커버 및 렌즈와 같은 플라스틱 부품들을 위한 몰드의 연마와 같은 자동차 분야
Figure pct00002
캠 축과 같은 엔진 부품 분야
Figure pct00003
예컨대 인공 고관절의 표면과 같은 의료용 임플란트 분야
Figure pct00004
보안경 및 콘택트 렌즈를 위한 인젝션 몰드와 같은 광학 분야
여러 타입의 대상에 있는 이러한 연마된 표면들은 그 크기가 수 제곱 미터일 수 있고, 1 마이크로미터 이하의 표면 정밀도를 필요로 한다. 게다가, 연마된 표면을 구비하는 대상은 매우 무거울 수 있다. 오늘날, 연마된 표면이 있는 대상은 연마 공정으로부터, 시간이 소요되는 공정 중 표면이 한번에 작은 영역에서 측정되는 실험실로 이동된다. 표면을 연마하는 목적은 소정의 표면 파라미터들, 예컨대 평활도(smoothness), 표면 토포그라피의 제곱 평균(Root Mean Square; RMS), 소정의 깊이에서의 함몰부(furrow)와 라인의 선명도(clearness), 특정 높이와 선예도(sharpness)의 피크, 구조들의 방향 등에 의해 정의되는 소정의 구조를 만들어 내는 것이다. 이러한 파라미터들은 산업 공정에 의해 도달되어야만 하고, 보통은 표면의 "품질(quality)"로 함께 정의된다. 더욱이, 대부분의 연마는 수동으로 행해지는데, 수동 연마작업은 대상을 관찰함으로써 품질을 확보하는데 비해, 로봇이나 레이저를 이용하는 자동화 과정은 대체로 공정 챔버로부터 대상을 끄집어 냄으로써 수동으로 체크되어야만 한다.
따라서, 본 발명의 목표는 상기 단점들 중 적어도 하나를 제거하는 것이고, 대상 표면의 토포그라피(또는 지형(topography); 이하 명세서 전체로 동일함)를 도출하는 것을 개선하는 것이다.
제 1 양태에 따르면, 본 목적은 대상 표면의 토포그라피를 도출하기 위한 방법에 의해 달성된다. 선형 편광파는 대상 표면과 기준 표면을 향하여 조사된다. 복수의 파장을 위하여 반사되는 선형 편광파의 이미지들이 획득된다. 이미지들은 각각의 복수의 파장마다 적어도 4개의 편광을 위하여 획득된다. 반사되는 선형 편광파는 대상 표면과 기준 표면을 향하여 조사되는 선형 편광파의 반사파이다. 대상 표면의 토포그라피는 획득되는 이미지들에 기초하여 도출된다.
제 2 양태에 따르면, 본 목적은 대상 표면의 토포그라피를 도출하기 위한 장치에 의해 달성된다. 장치는 선형 편광파를 대상 표면과 기준 표면을 향하여 조사하도록 되어있다. 장치는 복수의 파장을 위하여 반사되는 선형 편광파의 이미지들을 획득하도록 되어있다. 이미지는 각각의 복수의 파장마다 적어도 4개의 편광을 위하여 획득된다. 반사되는 선형 편광파는 대상 표면과 기준 표면을 향하여 조사되는 선형 편광파의 반사파이다. 장치는 획득된 이미지에 기초하여 대상 표면의 토포그라피를 도출하도록 되어있다.
복수의 파장을 위한 이미지들이 획득되기 때문에, 대상 표면의 토포그라피의 도출은 개선된다.
본 발명은 예시들에 관한 비 포괄적인 리스트가 다음에 오는 여러 가지 이점들을 제공한다.
본 발명은 큰 영역에 걸친 표면 기하학적 토포그라피를 결정하는데 유용하다. 본 발명은 단일 파장 간섭계의 정확도와 광 대역폭 백색 광 간섭계(wide-bandwidth white light interferometer)의 모호도(ambiguity)에 있어서 확실하면서 신속하다. 본 발명의 작업 거리는 그 길이가 10-50 mm인데, 이는 현재 사용되는 현미경 대물렌즈 시스템보다 더 길다. 위에서 사용된 정확도라는 용어는 측정, 계산 또는 열거의 결과가 정확한 값이나 기준에 일치하는 정도로 설명될 수 있다.
본 발명의 산업상 이용은 자동차, 의료용 툴 및 광학 산업용 툴, 몰드 및 제품을 위한 연마의 공정 루트 및 방법에 관한 판정부터 그 범위 내에 있다. 아래에서 설명되는 예시적인 경우에 있어서 4x4 mm에 해당하는 표면 영역 중 큰 부분에 관한 파장 이미지들의 가짓수의 4배만이 필요하므로, 단일 지점 측정 및 간섭측정 기구에 비해 진동에 대해 훨씬 더 민감하지 않으면서 신속하다. 아래에서 설명되는 예시적인 경우에 있어서 2-4 mm의 단계들로 전체 영역에 걸쳐 단계를 밟음으로써 전체 표면 영역도 측정될 수 있다.
본 발명의 추가적인 몇몇 이점이 있을 수 있다. 본 발명은 긴 작업 거리를 제공하는데, 이는 장치가 표적 영역으로부터 10-50 mm에 배치될 수 있기 때문이다. 본 발명에 있어서, 큰 대상 표면의 토포그라피는 신속한 측정을 이용하여 동시에 도출될 수 있다. 다른 이점은 연마에 대한 피드백으로서 큰 표면 영역에 걸친 정량 데이터가 제공된다는 것일 수 있다.
본 발명은 이어서 첨부의 도면을 참조하여 예시로써 설명될 수 있다.
도 1은 장치가 도시되어 있는 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 2는 위상과 주파수가 도시되어 있는 그래프이다.
도 3a는 백생 광 간섭계의 광원으로부터 방출되는 강도 스펙트럼이 도시되어 있는 그래프이다.
도 3b는 도 3a의 스펙트럼으로부터 계산되는 바와 같이 파워 딜레이 함수(power delay function)가 도시되어 있는 그래프이다.
도 4a는 430, 543, 635, 650 및 670 nm의 5개의 스펙트럼 선들의 강도 스펙트럼이 도시되어 있는 그래프이다.
도 4b는 도 4a에 있는 스펙트럼에 관한 결과생성 파워 딜레이 함수가 도시되어 있는 그래프이다.
도 5는 기저 표면과 투명한 레이어가 있는 대상이 도시되어 있는 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 6은 방법에 관한 실시예가 도시되어 있는 흐름도이다.
도 7은 장치의 실시예가 도시되어 있는 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 1은 일부 실시예에 따르는 장치(100)를 도시하고 있다. 사용된 좌표계는 도 1의 바닥에 화살표로 나타나 있다. x 축은 왼쪽으로부터 오른쪽으로 지면(paper)을 따라가는 수평방향 축이고, y 축은 일직선으로 지면 속으로 향하고 있고, z 축은 바닥으로부터 정상쪽으로 지면을 따라가는 수직방향 축이다.
검사를 받고 있는 대상은 표면 토포그라피를 가지는 대상 표면(3)을 구비한다. 대상 표면(3)은 표면으로 지칭될 수도 있다. 토포그라피(topography)는 물리적인 기하학적 3차원 특성(형상, 높이 및 깊이와 같은 것)의 3차원 배열, 즉 그 릴리프 부재(relief feature)와 그 부재의 포지션을 포함하는 표면의 구성을 지칭한다.
대상 표면(3)은 별개의 단색 광원으로부터 섬유(31, 32, 33)를 통해, 즉 여러 색으로 된 사인곡선형 신호(도 1에는 미도시)를 만들어 내는 레이저 광으로 조광된다. 섬유(31, 32, 33)는 섬유들(31, 32, 33) 사이에서 콜리메이터(collimator)(22)로 스위칭되도록 되어있는 광섬유 스위치(21)에 연결되어 있다. 콜리메이터(22)는 2개의 선형 편광 필터, 즉 제 1 선형 편광 필터(23)와 제 2 선형 편광 필터(24)를 통과하는 편평한 파면, 즉 편평한 표면에 걸쳐 동일한 위상을 가지는 파면을 생성하도록 되어있다. 제 1 선형 편광 필터(23)는 콜리메이터(22) 다음에 위치되어 있고, 제 2 선형 편광 필터(24)는 제 1 선형 편광 필터(23) 다음에 위치되어 있고, 즉 제 2 선형 편광 필터(24)는 빔 스플리터(1) 앞에 위치되어 있다. 빔 스플리터(1)는 이후 보다 상세하게 기술될 것이다. 콜리메이터(22)의 출력인 편평한 파면은 우선 제 1 선형 편광 필터(23)를 통해 지나가고, 두번째로 제 2 선형 편광 필터(24)를 통해 지나간다. 제 1 선형 편광 필터(23)는 콜리메이터(22)로부터 나오는 편평한 파면의 광 강도를 감쇠시키도록 되어있다. 제 2 선형 편광 필터(24)는 제 1 선형 편광 필터(23)로부터 나오는 감쇠된 편평한 파면을 특정 편광각(
Figure pct00005
)의 선형 편광파(101)로 변환하도록 되어있다. 광(light)이라는 용어는 광파(light wave)로 지칭되는 경우 사용될 수 있다.
위에서 사용되는 편광(polarization)이라는 용어는 이어서 간략하게 설명될 것이다. 편광은 하나 이상의 배향으로 진동할 수 있는 파장의 속성이다. 전자기파에서, 전기장과 자기장 양자 모두는 여러 방향이지만 진동하고 있다. 평면파의 형태의 광은 횡파로 전파되고, 전기장과 자기장 양자 모두는 진행하는 파의 방향에 대해 수직한다. 이들 전자기장의 진동은 단일 방향(선형 편광)일 수 있고, 또는 전자기장은 광학 주파수(원형 또는 타원형 편광)로 회전할 수 있다. 원형 또는 타원형 편광에서, 전자기장의 회전 및 그 결과 특정된 편광의 방향은 시계방향이거나 반시계방향일 수 있다.
빔 스플리터(beam-splitter)(1)는 선형 편광파(101)(즉 제 2 선형 편광 필터(24)로부터의 출력)를 기준 표면(2)을 향하여 그리고 대상 표면(3) 쪽으로 조사하도록 되어있는 디바이스이다. 기준 표면(2)은 표면 반사 광파(102b)가 진행하는 경로 거리에 대한 기준(reference)이다. 이 거리는 지연(또는 딜레이(delay); 이하 명세서 전체로 동일함)으로 지칭될 수도 있다. 빔 스플리터(1)는, 평평한 표면 조사 광파(102a)와 평평한 기준 조사 광파(103a)가 대상 표면(3)과 기준 표면(2)에 평평하게 부딪히도록 선형 편광파(101)에 대하여 45°의 각도로 포지셔닝되어 있다. 기준 표면(2)과 대상 표면(3)은 서로에 대해 평행하다. 표면 조사 광파(102a)와 기준 조사 광파(103a)는 양자 모두 선형 편광파이다.
기준 표면(2)을 향하여 조사되는 선형 편광파(101)는 기준 조사 광파(103a)로 지칭되고, 대상 표면(3)을 향하여 조사되는 선형 편광파(101)는 표면 조사 광파(102a)로 지칭될 수 있다.
따라서, 예컨대 와이어 그리드 편광자 또는 임의의 다른 적합한 디바이스일 수 있는 기준 표면(2)은, y 축을 따라 편광되는 하나의 선형 편광(즉 표면 조사 광파(102a))을 전송하도록 되어있되 x 축을 따라 편광되는 수직방향 편광 성분(즉 기준 반사 광파(103b))를 반사하는, 디바이스로 기술될 수 있다. 기준 반사 광파(103b)와 표면 반사 광파(102b)는 선형 편광 성분으로 지칭될 수 있다.
위에서 언급된 와이어 그리드 편광자(wire-grid polarizer)라는 용어는 이어서 간략하게 설명될 것이다. 편광자는 특정 편광의 광은 보내되 다른 편광들의 파장은 차단하는 광 필터로 기술될 수 있다. 게다가, 편광자는 미정의된 또는 혼합된 편광으로 된 라이트 빔을 잘 정의된 편광을 가진 빔으로 전환할 수 있다. 와이어 그리드 편광자는 입사하는 라이트 빔에 대해 수직인 평면에 배치되는 평행한 전도성 와이어들로 된 규칙적인 어레이를 구비하는 타입의 편광자이다. 와이어들에 대해 평행하게 정렬되어 있는 전기장들의 성분을 가지는 전자기파는 와이어들의 길이를 따르는 전자의 이동을 유발한다. 와이어들에 대해 평행한 전기장 성분들은 반사되고, 와이어들에 대해 수직인 전기장 성분들은 그리드를 통과한다.
도 1을 참조하면, 빔 스플리터(1)는 또한, 기준 표면(2)으로부터 반사되는 광들(이 특유의 광은 본 명세서에서 기준 반사 광파(103b)로 지칭됨) 및 표면(3)으로부터 반사되는 광들(이 특유의 반사광은 본 명세서에서 표면 반사 광파(102b)로 지칭됨)이, 예컨대 대물렌즈(13)에 의해 대상 표면(3)에 초점이 맞추어지는 이미지 캡처 디바이스(14)를 향하여 통하게 하도록 되어있다. 이미지 캡처 디바이스(14)는, 예컨대 전하 결합 소자(Charge Coupled Device; CCD) 카메라, 상보성 금속 산화막 반도체(Complementry Metal Oxide Semiconductor; CMOS) 카메라, 또는 이미지를 캡처하도록 되어있는 임의의 다른 적합한 타입의 이미지 캡처 디바이스와 같은 카메라일 수 있다. 이미지 캡처 디바이스(14)는 복수의 파장 및 적어도 4개의 편광을 위한 이미지를 캡처한다. 이는 각각의 복수의 파장마다 4개의 편광 사진(즉 주파수들의 가짓수의 4배)이 있다는 것을 의미한다. 이미지들은 직렬이나 병렬로 캡처될 수 있다. 이미지들은 적어도 3개의 파장들로 촬영될 수 있다. 파장(wavelength)과 주파수(frequency)라는 용어는 본 명세서에서 어느정도 상호교환가능하게 사용될 수 있는데, 이는 파장이 주파수와 역수관계이기 때문이다.
위에서 언급된 편광각(
Figure pct00006
)은 선형 편광 필터(24)에 의해 조정되어서, 기준 표면(2)으로부터 반사되는 기준 반사 광파(103b)는 대상 표면(3)으로부터 반사되는 표면 반사 광파(102b)와 같이 실질적으로 동일한 강도를 가진다. 다음으로, 대상 표면(3)으로부터 반사되는 표면 반사 광파(102b)의 강도는 I0로 표시되는 한편, 기준 표면(2)으로부터 반사되는 기준 반사 광파(103b)는 I90으로 표시된다.
2개의 표면 반사 광파(102b)와 기준 반사 광파(103b)는 빔 스플리터(1)를 통과하는 타원형 편광 광파(IW)(이는 빔 스플리터(1)를 통과하는 두번째 광임)를 형성하도록 조합되고, 수직방향 편광 성분과 관련하여 하나의 선형 편광 성분을 기준 반사 광파(103b)와 표면 반사 광파(102b)에 대해 45°로 지연시키는 쿼터 웨이브 딜레이 필터(quarter wave dealy filter)(11)를 통해 지나간다. 쿼터 웨이브 딜레이 필터(11)를 통과하고 난 후, 광은 이후 z 축을 중심으로 회전될 수 있는 선형 편광 필터(12)를 통과한다. 선형 편광 필터(12)의 출력은 필터링된 선형 편광파(104)로 지칭될 수 있다. 필터링된 선형 편광파(104)는 이후 이미지 캡처 디바이스(14)에 의해 대물렌즈(13)를 통해서 대상 표면(3)의 이미지로 캡처된다.
선형 편광파(101)는 성분(Ey)들, 즉 x 축을 따라 편광되어 진폭(A1)을 가지는 성분과 y 축을 따라 편광되어 진폭(A2)을 가지는 성분으로 나누어질 수 있다. 이들은 기준 표면(2)에서 다음과 같이 반사될 수 있다.
Figure pct00007
여기에서 E1 = A1, ω는 2πf이고, 여기에서 f는 선형 편광파(101)의 주파수이며, t는 기준 표면(2)에서의 기준 시간이다.
대상 표면(3)에서 반사되는 표면 반사 광파(102b)는 다음과 같다.
Figure pct00008
여기에서 ω는 2πf이고, 여기에서 f는 선형 편광파(101)의 주파수이며, t는 와이어 그리드에서의 기준 시간이다. 여기에서 E2 = A2는 대상 표면(3) 상의 포지션(x, y)에서의 표면 픽셀(surface pixel)의 반사 계수이고, δ는 2개의 반사된 신호들, 즉 표면 반사 광파(102b)와 기준 반사 광파(103b)사이의 위상차이다. 위상차는 다음과 같이 기재될 수 있다.
Figure pct00009
여기에서
Figure pct00010
τ는 기준 반사 광파(103b)에 비해서 표면 반사 광파(102b)의 여유 경로를 위한 지연이고, d는 대상 표면(3) 상의 기준 표면(2)과 표면 픽셀(x, y) 사이의 거리이며, λ는 선형 편광파(101)의 파장이다.
표면 반사 광파(102b)와 기준 반사 광파(103b)로부터 조합되는 타원형 편광 신호의 정규 스토크 파라미터(normalized Stokes parameters)가 다음과 같이 기재될 수 있다는 점은 잘 알려져 있다.
Figure pct00011
여기에서 E0 2 = E1 2 + E2 2이고, 점이 찍힌 괄호는 특정 시간대에 걸친 기대값들을 나타낸다.
이러한 스토크 파라미터가 다양한 전력 응답들의 차이의 합계로부터 계산될 수 있다는 점 또한, 예컨대 코헨(Cohen, M.H.: "전파 천문학 편광 측정 (Radio Astronomy Polarization Measurements)", Proc.IRE 통권 48, 페이지 172-183, 1958년 1월)에 알려져 있다. W0, W45, W90 및 W135는 x 축에 대한 각도가 0, 45, 90 및 135인 선형 편광 벡터들의 전력(또는 파워(power); 이하 명세서 전체로 동일함)이라고 가정한다. 또한, WL과 WR은 원형 편광 성분들,즉 좌원 편광 성분 및 우원 편광 성분 각각의 전력을 표시하는 것으로 가정한다. 이때, 정규 스토크 파라미터는 다음과 같이 기재될 수 있다.
Figure pct00012
Figure pct00013
또는 광 강도는 다음과 같다.
Figure pct00014
여기서 I0와 I90은 각각 기준 표면(2)과 대상 표면(3)으로부터 반사되는 포지션(x, y)에서의 픽셀로부터의 강도들을 나타낸다. I45와 I135은 각각 45°와 135°로 있는 편광 필터들을 통해 관찰되는 바와 같이 조합된 신호(IW)의 강도를 나타낸다. IR과 IL은 각각 우원 편광 및 좌원 편광에서 관찰되는 바와 같이 동일한 조합된 강도를 나타낸다.
선형 편광 조광 광파(101)의 2개의 파장 성분들(Ex, Ey) 사이의 위상차(δ)는 이어서 다음과 같이 결정될 수 있다.
Figure pct00015
및
Figure pct00016
d(x, y)는 z 축을 따라 포지션(x, y)에 있는 기준 표면(2)과 대상 표면(3) 사이의 거리이다. 여기에서 측정된 위상이 λ/2의 거리에 관한 모호도를 초래하는 2π의 모호도를 가진다는 점을 유의한다.
4개의 편광 강도들(I45, I135, IR 및 IL)은 도 1에 나타나 있는 장치(100)의 방식으로 측정될 수 있다. 쿼터 웨이브 딜레이 필터(11)는 이것에 대해 수직인 성분에 비해 90도의 위상만큼 x 축에 대해 45도 각도로 선형 편광 성분을 지연시킬 수 있도록 포지셔닝되어 있다. 선형 편광 필터(12)는 필터의 편광 축을 따라서 신호만을 통과할 것이다. 선형 편광 필터(12)는 0도, 45도, 90도 및 135도의 각도로 4개의 단계로 회전된다. 대물렌즈(13)에 의해 대상 표면(3)에 초점이 맞추어져 관찰되는 이미지들은 이후 편광 성분들(I45, I135, IR 및 IL)의 이미지들로 각각 기록된다. 경로차는 이후 각각의 이미지의 픽셀마다 개별적으로 계산된다. 경로차는 위상차로부터 계산되므로, 2π 모호도를 받게 되고, 즉 위상이 완전한 턴으로 바뀌었을 때, 위에서와 같이 측정되는 아크탄젠트 값은 위상 마이너스 풀 턴(full turn)과 같이 동일한 값을 가진다.
도 2는, 도 2의 x 축이 THz로 측정되는 주파수를 나타내고 도 2의 y 축이 라디안으로 측정되는 위상을 나타내는 그래프이다. 도 2의 위상은 7㎛의 지연 거리 및 각각의 주파수마다 2π 모호도를 가진다. x자는 다중 모호도 위상들로 측정된 위상들을 나타낸다. 도 2에서 볼 수 있는 라인은 위상 지점들에 걸친 이러한 기울기를 가진다. 데이터에 걸친 라인은 7㎛의 진정한 지연 거리를 나타낸다. 라인의 경사는 다음과 같다.
Figure pct00017
측정된 위상차는 다음과 같이 기재될 수 있다.
Figure pct00018
여기에서 υ1은 주파수이고, τ는 기준 표면(2)으로부터 대상 표면(3) 쪽으로 그리고 다시 지나가는 신호의 지연이다. 이는 측정된 양이고, 이는 이어서 합성 기구로 "관찰(observe)"할 수 있다. 합성 기구(synthetic instrument)는 물리적으로 존재하지 않는 기구이지만, 하나의 물리적 기구 또는 몇몇 물리적 기구들로부터의 데이터의 분석에 의해 컴퓨터에서 형성된다. 표면 반사 광파(102b)는 V(υ, t)에서와 같이 기준 포지션, 기준 표면(2)에 이를 수 있다. 기준 표면(2)에서 직접 반사되는 신호는 이 시간에는 지체된 파장 (V(υ, t+τ))일 수 있다. 이러한 파장들의 간섭은 다음과 같다.
Figure pct00019
이는 이들 모두가 기준 표면에 이르렀을 때 기준 표면(2)과 대상 표면(3)에서 반사되는 신호에 관한 상호 상관 함수이다. 딜레이 함수는 이어서 다음과 같이 기재될 수 있다.
Figure pct00020
여기에서 F는 강도 주파수 스펙트럼(I)에 관한 푸리에 변환(Fourier transform)을 표시하고, υ는 주파수이다. 딜레이 함수(S)는 다음에서 대역폭(
Figure pct00021
υ)을 가지는 강도 주파수 스펙트럼(I)에 의해 생성되는 "딜레이 빔(delay beam)"으로 표시되어 있다. 딜레이 빔은 스펙트럼의 시간 응답이다. 단일 스펙트럼 선(υ0)에 있어서, 딜레이 빔은 위에서 관찰되는 모호도와 같이 2π에서 메인 로브에 대한 동등한 강성의 사이드 로브(side lobe)를 가질 수 있다. 더 큰 대역폭은 메인 로브의 폭을 증가시킬 것이고, 사이드 로브의 수준을 감소시킬 것이다. 매우 큰 대역폭은 사이드 로브를 사라지게 할 것이다. 이러한 후자는 백색 광 간섭계가 딜레이 빔을 스캔하는데 사용되는 경우이다.
백광 간섭계에서, 광은 대상 표면(Vobj)에 대해 반사되고, 다시 기준 표면(Vref)에 대해 반사된다. 각각의 신호는 τobj 및 τref와 같은 기준 포지션으로부터 각각 지연된다. 2개의 신호는 다음과 같이 기재된다.
Figure pct00022
조합된 신호의 관찰되는 강도는 다음과 같이 기록되게 된다.
Figure pct00023
및
Figure pct00024
여기에서 I는 강도 이미지이다. 기록되는 이미지가 대상의 이미지(Iobj), 기준의 이미지(Iref) 및 제 3 간섭 조건의 합계라는 점을 유의한다. 간섭 강도는 음의 상쇄 간섭 및 양의 보강 간섭 양자 모두 일 수 있다.
2개의 다른 간섭 조건들이 위상의 신호에 의해서만 달라진다는 점을 유의한다. 이미지의 특정 픽셀에서 관찰되는 강도는 이후 대상을 이동시키거나 대상(τobj)또는 기준(τref)을 변경시킴으로써 변경될 수 있다. 대상과 기준 사이의 상대적인 거리는 이후 2개의 지연이 동등한 경우의 최대 강도를 발견하기 위해서 스캐닝된다.
본 발명은 각각의 2개의 대상의 이미지와 기준의 이미지의 방해없이 간섭 조건을 직접 획득한다. 기준 신호와 간섭 신호는 컴퓨터에서 분석하여 만들어지는데, 이는 대상 신호의 위상이 이미 알려져 있기 때문이다. Vobj는 다음과 같이 관찰되는 위상(δ)으로부터 계산된다.
Figure pct00025
그리고 Vref는 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00026
여기에서 τ는 기준에 삽입되는 지연이고, υ는 주파수이다.
본 발명은 다양한 파장에서 위상차(δ)를 관찰할 수 있다. 이러한 파장들은 이때 더 큰 대역폭과 관찰되는 지연 또는 간섭 조건에 걸쳐있고, 함수는 다음과 같이 줄어든다.
Figure pct00027
Vk는 파장/주파수(k)에서의 대상 신호이고, σk는 주파수(k)에서의 픽셀에서 측정되는 위상이고, σk,ref는 주파수(k)에서의 기준 픽셀에서 측정되는 위상이고, Vk,ref는 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00028
여기에서 τ는 기준에 삽입된 지연이다. 딜레이 함수는 이때 각각의 주파수에서 관찰되는 위상들로부터 계산되는 해석된 복소 전압(Vk)의 주파수 공간으로부터 지연 공간으로의 푸리에 변환이다.
이러한 딜레이 함수의 최대 진폭은, 모든 주파수 데이터가 양의 간섭, 즉 대상 표면(3)의 포지션으로 간섭적으로 추가되는 경우의 지연에 존재한다. 따라서, 딜레이 빔의 사이드 로브가 줄어들도록 주파수가 선택되는 경우라면, 모호도는 더 긴 간격들로 줄어들 수 있다. 필요한 주파수들의 개수는 주파수들 사이의 차이에 여유가 없도록 주파수들을 선택함으로써 매우 많이 줄어들 수 있다.
대상 표면(3)에 대한 지연은 기준 표면(2)과 대상 표면(3) 사이의 물리적인 거리에 따라 길어질 수 있고, 이러한 지연 또는 거리는 모호도 거리보다 길 수 있다. 기준 포지션은 알려진 지연(τ0)을 뺄셈함으로써 합성 기구에서 변위될 수 있다. 기준 표면(2)과 대상 표면(3) 사이의 실제 거리가 표면 데이터에 관한 어떠한 결론도 도출하지 못하기 때문에, 기준은 대상 표면(3)에서 일 포지션으로 변위될 수 있다. 기준 포지션에서의 위상은 모든 주파수들을 위하여 제로가 될 수 있는데, 이는 지연이 제로이기 때문이다. 따라서, 대상 표면(3)에서 일 포지션을 선택하는 것, 중심 좌표(x0, y0)를 잡는 것, 거기에서 측정되는 바와 같이 각각의 주파수에서 측정되는 위상을 저장하는 것, 그리고 이러한 각각의 위상들을 동일한 주파수들에서의 모든 다른 포지션들에서 측정되는 위상들로부터 뺄셈하는 것이 가능하다. 대상 표면(3)에서의 모든 다른 포지션들의 지연은 이때 중심 픽셀의 z 포지션에 대해 기준이 될 수 있다. 이 보정은 또한 다양한 주파수들의 측정들 사이에서 z 방향으로의 임의의 가능성 있는 움직임을 제거한다.
또한 관찰되는 위상이 몇몇 반사파나 지연의 조합인 경우라면, 위 분석이 수정된다는 점을 유의한다. 이 경우, 관찰되는 딜레이 함수는 각각의 반사파마다 별개의 피크를 가질 수 있고, 다중의 레이어는 이렇게 관찰되고 검파되어 측정될 수 있다.
도 3a에는 백광 간섭계의 램프로부터 방출되는 강도 스펙트럼이 도시되어 있다. 도 3a의 x 축은 나노미터(nm)로 측정되는 파장을 나타내고, 도 3a의 y 축은 임의의 전력 단위로 측정되는 각각의 주파수에서 측정되는 강도를 나타낸다. 도 3b의 x 축은 ㎛로 측정되는 거리를 나타내고, y 축은 임의의 전력 단위로 측정되는 전력을 나타낸다. 파워 딜레이 함수의 피크는 기준 포지션(0)에 존재한다.
도 4a에는 430, 543, 635, 650 및 670 nm의 5개의 스펙트럼 선들의 강도 스펙트럼이 도시되어 있다. 도 4a의 x 축은 nm로 측정되는 파장을 나타내고, 도 4a의 y 축은 전체 스펙트럼을 형성하도록 조합되면서 각각의 주파수에 걸쳐서 측정되는 강도를 나타낸다. 도 4b에는 도 4a에 있는 강도 스펙트럼의 관점에서 결과생성 파워 딜레이 함수가 도시되어 있다. 도 4b의 x 축은 ㎛로 측정되는 거리를 나타내고, y 축은 임의의 단위로 측정되는 전력을 나타낸다. 도 4b에 있는 딜레이 함수의 주요 전력 피크는 기준 포지션(0)에 존재한다.
일부 실시예에서, 상부 레이어(202)는 대상 표면(3)의 위쪽에 위치되어 있다. 이는 도 5에 도시되어 있다. 상부 레이어(202)는 불규칙적인 표면을 가질 수 있고, 또는 실질적으로는 평평한 표면일 수 있다. 상부 레이어(202)는 굴절률(n)을 가지는 반투명 재료로 이루어져 있다. 반투명 내지 실질적으로 투명이라는 용어는 본 명세서에서 상호교환가능하게 사용될 수 있다. 반사되는 신호는 이때 대상 표면(3)과 반투명 상부 레이어(202)의 표면으로부터 반사되는 신호들의 합계이고, 다음과 같이 기재될 수 있다.
Figure pct00029
및
Figure pct00030
여기에서 τ202는 기준 표면과 상부 레이어(202)의 표면 사이의 지연이고, n은 상부 레이어(202)의 굴절률이고, σk,3은 주파수(k)에서의 대상 표면(3)에 대한 위상이고, σref는 기준 표면(기준 표면은 대상 표면(3)이거나 상부 레이어(202)의 표면일 수 있음)에서의 기준 포지션에 대해 오프셋되어 있는 위상이고, σk,202는 상부 레이어(202)의 표면에 대한 위상이고, τ3는 기준 표면으로부터 대상 표면(3)까지의 기하학적 지연이고, k는 주파수 넘버이고, υ는 주파수이며, n은 상부 레이어(202)의 반투명 재료의 굴절률이다. 대응하는 딜레이 함수는 이때 상부 레이어(202)와 대상 표면(3)에서의 2개의 반사파를 위한 2개의 딜레이 함수의 합계가 된다. 대상 표면(3)으로부터 나오는 반사파는 반투명 상부 레이어(202)의 표면으로부터의 반사파에 비해 더 긴 경로 거리를 가진다. 이는, 대상 표면(3)으로부터의 반사파가 더 긴 기하학적 거리를 진행하기 때문이고, 광의 속도가 더 느린 반투명 재료를 통해 지나가기 때문이다. 따라서, 2개의 반사 레이어들은 떨어져 있을 수 있고, 양자 모두 결정될 수 있다.
연마되는 대상 표면(3)을 구비하는 대상이 툴(tool)인 경우의 일 예시를 생각해볼 수 있다. 툴 표면(3)은 사람이나 머신에 의해 연마되고 있다. 연마 공정은 소정의 평활도에 도달하기 위하여 연마 공정으로 진행되는 방식을 결정할 수 있도록 표면 거칠기를 나타내는 표면적들의 측정들을 필요로 한다. 이 예시에서, 표적은 2㎛의 초점 해상도에서 2048x2048 픽셀로 4x4mm의 블록들에서 검사된다.
표적 표면 상의 4x4mm 표면적의 이미지들은 2048x2048 그레이 스케일 픽셀을 가지는 도 1의 이미지 캡처 디바이스(14)를 나타내는 CCD 카메라로 기록된다. 툴 표면(3)에서 이미지 픽셀 포지션(m, n)의 강도는 주파수(k)에서 기록되는데, 여기에서 m은 x 축 상에서의 일 포지션이며 n은 y 축 상에서의 일 포지션이다. 4개의 이미지들은 1부터 k까지의 각각의 주파수(k)에서 4개의 편광들(45°, 135° 및 좌원 편광과 우원 편광)로 촬영된다.
Figure pct00031
여기에서 K는 양의 정수이다.
각각의 픽셀의 위상은 아래의 관계로 상술된 바와 같이 광 섬유 스위치(21)에 의해 스위칭되는 각각의 주파수(k)에서 계산된다.
Figure pct00032
하나의 픽셀(m0, m0)은 기준으로서 설계되어 있고, 각각의 픽셀과 각각의 주파수의 상대적인 복소 전압은 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00033
이것은 이후 상술된 바와 같이 모든 주파수에 걸친 푸리에 변환으로 되고, 딜레이 함수에서의 최대 파워의 포지션은 dmax(m,n)이 되는 거리로서 결정된다. 파장(λk)을 가지는 하나의 주파수가 선택되고, 위상 모호도는 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00034
제로 포지션(m0,n0)에 대한 픽셀(m,n)의 z 오프셋은 다음과 같이 계산된다.
Figure pct00035
이 계산된 오프셋은 단일 주파수의 위상에 의해 정의되는 해상도 및 주파수들의 총합에 의해 정의되는 모호도, 즉 백색광 간섭계의 모호도의 해상도 및 위상의 해상도, 또는 환언하자면 파장의 작은 부분을 가진다.
대상 표면(3)의 토포그라피를 도출하기 위한 방법은 이어서 도 6을 참조하여 기술될 것이다. 방법은 다음의 단계들 중 적어도 몇가지를 구비하는데, 이 단계들은 아래에 기술되는 것과 달리 임의의 적합한 순서로 실행될 수 있다.
단계 (601)
선형 편광파(102a, 103b)는 대상 표면(3)과 기준 표면(2)을 향하여 조사된다.
반투명 표면(202)은 대상 표면(3) 위쪽에 위치될 수 있다. 선형 편광파(102a, 103a)는 대상 표면(3), 대상 표면(3) 위쪽에 위치되어 있는 반투명 표면(202) 및 기준 표면(2) 모두를 향하여 조사될 수 있다.
선형 편광파(102a, 103a)는 수직방향으로, 또는 대상 표면(3)을 향하여 6도 미만의 각도로 조사될 수 있다.
기준 표면(2)은 와이어 그리드 편광자일 수 있다.
단계 (602)
복수의 파장을 위하여 반사되는 선형 편광파(102b, 103b)의 이미지들이 획득된다. 이미지들은 각각의 복수의 파장마다 적어도 4개의 편광을 위하여 획득된다. 반사되는 선형 편광파(102b, 103b)는 대상 표면(3)과 기준 표면(2)을 향하여 조사되는 선형 편광파(102a, 103a)의 반사파이다.
이미지는, 선형 편광파(102a, 103b)가 쿼터 웨이브 필터(11)와 선형 편광 필터(12)를 통과한다는 점에 의해, 적어도 4개의 편광에서 획득될 수 있다.
적어도 4개의 편광은 45°, 135°, 좌원 편광 및 우원 편광일 수 있다.
반사되는 선형 편광파(102b, 103b)는 대상 표면(3), 대상 표면(3) 위쪽에 위치되어 있는 반투명 표면(202) 및 기준 표면(2) 모두를 향하여 조사되는 선형 편광파(102a, 103a)의 반사파일 수 있다.
단계 (603)
대상 표면(3)의 토포그라피는 획득된 이미지들에 기초하여 도출된다.
단계 (603a)
이는 선택적 단계이다. 이 단계는 단계(603)의 하위단계(substep)로 볼 수 있다. 각각의 복수의 파장마다 각각의 적어도 4개의 편광을 위한 광 강도 이미지들이 획득될 수 있다.
단계 (603b)
이는 선택적 단계이다. 이 단계는 단계(603)의 하위단계, 또는 단계(603a) 후에 실행될 수 있는 하위단계로 볼 수 있다. 획득된 광 강도 이미지들에 기초하여, 각각의 복수의 파장마다 표면 반사 광파(102b)와 기준 반사 광파(103b) 사이의 위상차가 획득될 수 있다.
위상차는 문자(δ)로 지칭될 수 있고, 예컨대 다음에 오는 것과 같은 앞서 기술된 적합한 방정식들 중 임의의 것을 이용하여 획득될 수 있다.
Figure pct00036
단계 (603c)
이는 선태적 단계이다. 이 단계는 단계(603)의 하위단계, 또는 단계들(603a, 603b) 후에 실행될 수 있는 하위단계로 볼 수 있다. 기준 표면(2)과 표면(3) 사이의 거리는 획득된 위상차들에 기초하고 있다. 포지션(x,y)에서의 거리는 d로 표시될 수 있고, 예컨대 다음의 방정식과 같은 앞서 언급된 적합한 방정식들 중 임의의 것을 이용하여 획득될 수 있다.
Figure pct00037
반사되는 선형 편광파(102b, 103b)는 표면 반사 광파(102b)와 기준 반사 광파(103b)를 구비할 수 있다. 기준 반사 광파(103b)는 기준 표면(2)에서 반사되었던 수직방향 선형 편광파일 수 있다.
기준 반사 광파(103b)는 기준 표면(2) 상의 기준 포지션에 존재할 수 있고, 기준 포지션은 각각의 복수의 파장마다 지연을 뺄셈함으로써 변위될 수 있다. 기준 표면 상의 일 포지션으로 기준을 변경함으로써, 주파수들(즉 파장들) 사이의 보정이 달성된다. 각각의 주파수(즉 파장)를 위한 위상이 측정된다. 측정되는 위상 데이터를 조합함으로써, 거리/지연이 획득된다.
대상 표면(3)의 토포그라피를 도출하는 도 6에 나타나 있는 방법 단계들을 실행하기 위하여, 장치(100)는 도 7에 나타나 있는 바와 같은 배열을 구비할 수 있다. 배열은 도 7에 도시되어 있는 모듈들 중 적어도 몇가지를 구비할 수 있지만, 추가적인 모듈을 구비할 수도 있다.
대상 표면(3)의 토포그라피를 도출하기 위하여 도 6에 나타나 있는 방법 단계들을 실행하기 위하여, 장치(100)는, 예컨대 광 조사 모듈(701)을 이용하여, 선형 편광파(102a, 103b)를 대상 표면(3) 및 기준 표면(2)을 향하여 조사하도록 되어있다. 광 조사 모듈(701)은 도 1에 도시되어 있는 빔 스플리터(1)일 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 기준 표면(2)은 와이어 그리드 편광자일 수 있다. 광 조사 모듈(701)은 광 조사 유닛, 광 조사 수단, 광 조사 회로, 광을 조사히기 위한 수단 등으로 지칭될 수도 있다.
장치(100)는 또한, 예컨대 이미지 획득 모듈(703)을 이용하여 복수의 파장을 위하여 반사되는 선형 편광파(102b, 103b)의 이미지들을 획득하도록 되어있다. 이미지들은 각각의 복수의 파장마다 적어도 4개의 편광을 위하여 획득된다. 반사되는 선형 편광파(102b, 103b)는 대상 표면(3)과 기준 표면(2)을 향하여 조사되는 선형 편광파(102a, 103a)의 반사파이다. 이미지 획득 모듈(703)은 도 1의 이미지 캡처 디바이스(14)일 수 있다. 복수의 파장들은 적어도 3개의 파장들을 구비할 수 있다.
적어도 4개의 편광은 45°, 135°, 좌원 편광 및 우원 편광일 수 있다.
반사되는 선형 편광파(102b, 103b)는 대상 표면(3), 대상 표면(3) 위쪽에 위치되어 있는 반투명 표면(202) 및 기준 표면(2) 모두를 향하여 조사되는 선형 편광파(102a, 103a)의 반사파일 수 있다.
이미지 획득 모듈(703)은 이미지 획득 유닛, 이미지 획득 수단, 이미지 획득 회로, 이미지를 획득하기 위한 수단 등으로 지칭될 수도 있다.
장치(100)는 또한, 예컨대 도출 모듈(705)을 이용하여, 대상 표면(3)의 토포그라피를 획득된 이미지들에 기초하여 도출하도록 되어있다. 도출 모듈(705)은 도출 유닛, 도출 수단, 도출 회로, 도출하기 위한 수단 등으로 지칭될 수도 있다.
반사되는 선형 편광파(102b, 103b)는 표면 반사 광파(102b)와 기준 반사 광파(103b)를 구비할 수 이다. 기준 반사 광파(103b)는 기준 표면(2)에서 반사되었던 수직방향 선형 편광파일 수 있다.
기준 반사 광파(103b)는 기준 표면(2) 상의 기준 포지션에 존재할 수 있고, 기준 포지션은 각각의 복수의 파장마다 지연을 뺄셈함으로써 변위될 수 있다.
장치(100)는 또한, 예컨대 광 강도 획득 모듈(708)을 이용하여, 각각의 복수의 파장마다 각각의 적어도 4개의 편광을 위하여 광 강도 이미지들을 획득하도록 되어있다. 광 강도 획득 모듈(708)은 광 강도 획득 유닛, 광 강도 획득 수단, 광 강도 획득 회로, 광 강도를 획득하기 위한 수단 등으로 지칭될 수도 있다.
장치(100)는 또한, 예컨대 위상차 획득 모듈(710)을 이용하여, 획득된 광 강도 이미지들에 기초하여 각각의 복수의 파장마다 표면 반사 광파(102b)와 기준 반사 광파(103b) 사이의 위상차를 획득하도록 되어있을 수 있다. 위상차 획득 모듈(710)은 위상차 획득 유닛, 위상차 획득 수단, 위상차 획득 회로, 위상차를 획득하기 위한 수단 등으로 지칭될 수도 있다.
장치(100)는 또한, 예컨대 거리 획득 모듈(713)을 이용하여, 획득된 위상차들에 기초하여 기준 표면(2)과 대상 표면(3) 사이의 거리를 획득하도록 되어있을 수 있다. 거리 획득 모듈(713)은 거리 획득 유닛, 거리 획득 수단, 거리 획득 회로, 거리를 획득하기 위한 수단 등으로 지칭될 수도 있다.
장치(100)는, 예컨대 이미지 획득 모듈(703)을 이용하여, 선형 편광파(102a, 103a)가 쿼터 웨이브 필터(11)와 선형 편광 필터(12)를 통과한다는 점에 의해, 적어도 4개의 편광에서 이미지들을 획득하도록 되어있을 수 있다.
반투명 표면(202)은 대상 표면(3) 위쪽에 위치될 수 있다.
장치(100)는, 예컨대 광 조사 모듈(701)을 이용하여, 대상 표면(3), 대상 표면(3) 위쪽에 위치되어 있는 반투명 표면(202) 및 기준 표면(2) 모두를 향하여 선형 편광파(102a, 103a)를 조사하도록 되어있을 수 있다.
장치(100)는, 예컨대 광 조사 모듈(701)을 이용하여, 선형 편광파(102a, 103a)를 수직방향으로, 또는 대상 표면(3)을 향하여 6도 미만의 각도로 조사하도록 되어있을 수 있다.
장치(100)는 프로세서(715)와 메모리(720)를 구비할 수 있다. 메모리(720)는 프로세서(715)에 의해 실행가능한 명령(instruction)들을 구비할 수 있다.
메모리(720)는 하나 이상의 메모리 유닛을 구비할 수 있다. 메모리(720)는 장치(100)에서 실행되고 있는 경우 본 발명의 방법을 실행하기 위하여 광 강도 데이터, 파장 데이터, 주파수 정보, 광파 반사 데이터, 광파 데이터, 편광 데이터, 토포그라피 데이터, 이미지에 대해 사용되도록 배열되어 있다.
컴퓨터 프로그램은, 적어도 하나의 프로세서 상에서 실행되는 경우, 적어도 하나의 프로세서가 도 6에 따르는 방법을 실행해내게 하는 명령을 구비할 수 있다. 캐리어는 컴퓨터 프로그램을 구비할 수 있고, 그리고 캐리어는 전자적 신호, 광학적 신호, 라디오 신호 또는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 중 한가지 일 수 있다.
요약하자면, 본 발명은 연마 공정들 동안 표면 품질의 정량 측정을 위한 방법 및 디바이스를 제공한다. 본 발명은 일정 영역의 표면 토포그라피의 광학적 정량 측정을 위한 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은, 제 1 표면이 적어도 반투명한 경우라면, 기저 표면뿐만 아니라 표면의 토포그라피를 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 평행형 및 선형 편광 단색광의 빔이 대상 표면(3)을 향하여 수직방향으로 발사된다. 대상 표면(3)의 토포그라피는 이후 몇몇 파장에 걸쳐서 4개의 편광에서 편광 반사 광을 관찰함으로써 측정된다.
연마 공정 동안 일정 영역의 표면 정확도의 원위치 광학적 정량 측정은, 단색광 평면형 광파를 소정의 표면 영역을 향하여 조사하는 단계, 상기 표면 영역에 초점이 맞추어지는 카메라 및 렌즈 시스템으로 반사되는 광파의 이미지를 기록하는 단계, 및 기록된 이미지로부터 표면 정밀도 파라미터들을 도출해내는 단계에 의해 획득된다.
본 발명은 초점 픽셀 영역이 직경에 있어 100 파장 미만인 경우를 위하여 테스트되고 검증되어 왔다. 이는, 이미지 캡처 디바이스(14)의 픽셀들의 수에 관한 현재의 한계 때문에 이론적인 한계라기 보다는 현실적인 한계이다.
본 발명이 다양한 실시예들을 참조하여 기술되어 있지만, 당해 기술분야에서의 통상의 기술자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 변경이 행해질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 발명의 상세한 설명이 설명하기 위한 것으로 여겨진다는 점이 의도되어 있고, 모든 균등물을 포함하는 첨부의 청구범위가 본 발명의 범위를 정의하도록 의도되어 있다.

Claims (24)

  1. 대상 표면(3)의 토포그라피를 도출하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    선형 편광파(102a, 103a)를 대상 표면(3) 및 기준 표면(2)을 향하여 조사하는 단계(601);
    복수의 파장을 위하여 반사되는 선형 편광파(102b, 103b)의 이미지들을 획득하는 단계(602)로서, 이미지들은 각각의 복수의 파장마다 적어도 4개의 편광을 위하여 획득되고, 반사되는 선형 편광파(102b, 103b)는 대상 표면(3)과 기준 표면(2)을 향하여 조사되는 선형 편광파(102a, 103a)의 반사파인, 단계(602);
    획득된 이미지들에 기초하여 대상 표면(3)의 토포그라피를 도출하는 단계(603);
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 파장은 적어도 3개의 파장을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    반사되는 선형 편광파(102b, 103b)는 표면 반사 광파(102b)와 기준 반사 광파(103b)를 구비하고, 기준 반사 광파(103b)는 기준 표면(2)에서 반사되었던 수직방향 선형 편광파이고,
    획득된 이미지들에 기초하여 대상 표면(3)의 토포그라피를 도출하는 단계(603)는:
    각각의 복수의 파장마다 각각의 적어도 4개의 편광을 위한 광 강도 이미지들을 획득하는 단계(603a);
    획득된 광 강도 이미지들에 기초하여, 각각의 복수의 파장마다 표면 반사 광파(102b)와 기준 반사 광파(103b) 사이의 위상차를 획득하는 단계(603b); 및
    획득된 위상차들에 기초하여 기준 표면(2)과 대상 표면(3) 사이의 거리를 획득하는 단계(603c);
    를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기준 반사 광파(103b)는 기준 표면(2) 상의 기준 포지션에 존재하고, 기준 포지션은 각각의 복수의 파장마다 지연을 뺄셈함으로써 변위되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이미지들은, 선형 편광파(102a, 103a)가 쿼터 웨이브 필터(11)와 선형 편광 필터(12)를 통과한다는 점에 의해, 적어도 4개의 편광에서 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 4개의 편광은 45°, 135°, 좌원 편광 및 우원 편광인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반투명 표면(202)은 대상 표면(3) 위쪽에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    선형 편광파(102a, 103a)는 대상 표면(3), 대상 표면(3) 위쪽에 위치되어 있는 반투명 표면(202) 및 기준 표면(2) 모두를 향하여 조사되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반사되는 선형 편광파(102b, 103b)는 대상 표면(3), 대상 표면(3) 위쪽에 위치되어 있는 반투명 표면(202) 및 기준 표면(2) 모두를 향하여 조사되는 선형 편광파(102a, 103a)의 반사파인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    선형 편광파(102a, 103a)는 수직방향으로, 또는 대상 표면(3)을 향하여 6도 미만의 각도로 조사되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기준 표면(2)은 와이어 그리드 편광자인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 대상 표면(3)의 토포그라피를 도출하기 위한 장치(100)로서,
    상기 장치(100)는:
    선형 편광파(102a, 103a)를 대상 표면(3) 및 기준 표면(2)을 향하여 조사하도록 되어있는 광 조사 모듈(701);
    복수의 파장을 위하여 반사되는 선형 편광파(102a, 103b)의 이미지들을 획득하도록 되어있는 이미지 획득 모듈(703)로서, 이미지들은 각각의 복수의 파장마다 적어도 4개의 편광을 위하여 획득되고, 반사되는 선형 편광파(102b, 103b)는 대상 표면(3)과 기준 표면(2)을 향하여 조사되는 선형 편광파(102a, 103a)의 반사파인, 이미지 획득 모듈(703); 및
    획득된 이미지들에 기초하여 대상 표면(3)의 토포그라피를 도출하도록 되어있는 도출 모듈(705);
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치(100).
  13. 제 12 항에 있어서,
    복수의 파장은 적어도 3개의 파장을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치(100).
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    반사되는 선형 편광파(102b, 103b)는 표면 반사 광파(102b)와 기준 반사 광파(103b)를 구비하고, 기준 반사 광파(103b)는 기준 표면(2)에서 반사되었던 수직방향 선형 편광파이고, 그리고
    상기 장치(100)는:
    각각의 복수의 파장마다 각각의 적어도 4개의 편광을 위한 광 강도 이미지들을 획득하도록 되어있는 광 강도 획득 모듈(708);
    획득된 광 강도 이미지들에 기초하여, 각각의 복수의 파장마다 표면 반사 광파(102b)와 기준 반사 광파(103b) 사이의 위상차를 획득하도록 되어있는 위상차 획득 모듈(710); 및
    획득된 위상차들에 기초하여 기준 표면(2)과 대상 표면(3) 사이의 거리를 획득하도록 되어있는 거리 획득 모듈(713);
    을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 장치(100).
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기준 반사 광파(103b)는 기준 표면(2) 상의 기준 포지션에 존재하고, 기준 포지션은 각각의 복수의 파장마다 지연을 뺄셈함으로써 변위되는 것을 특징으로 하는 장치(100).
  16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치(100)는, 선형 편광파(102a, 103a)가 쿼터 웨이브 필터(11)와 선형 편광 필터(12)를 통과한다는 점에 의해, 적어도 4개의 편광에서 이미지들을 획득하도록 되어있는 것을 특징으로 하는 장치(100).
  17. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 4개의 편광은 45°, 135°, 좌원 편광 및 우원 편광인 것을 특징으로 하는 장치(100).
  18. 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반투명 표면(202)은 대상 표면(3) 위쪽에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(100).
  19. 제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치(100)는 대상 표면(3), 대상 표면(3) 위쪽에 위치되어 있는 반투명 표면(202) 및 기준 표면(2) 모두를 향하여 선형 편광파(102a, 103a)를 조사하도록 되어있는 것을 특징으로 하는 장치(100).
  20. 제 12 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반사되는 선형 편광파(102b, 103b)는 대상 표면(3), 대상 표면(3) 위쪽에 위치되어 있는 반투명 표면(202) 및 기준 표면(2) 모두를 향하여 조사되는 선형 편광파(102a, 103a)의 반사파인 것을 특징으로 하는 장치(100).
  21. 제 12 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치(100)는 선형 편광파(102a, 103a)를 수직방향으로, 또는 대상 표면(3)을 향하여 6도 미만의 각도로 조사하도록 되어있는 것을 특징으로 하는 방치(100).
  22. 제 12 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기준 표면(2)은 와이어 그리드 편광자인 것을 특징으로 하는 장치(100).
  23. 적어도 하나의 프로세서 상에서 실행되는 경우 적어도 하나의 프로세서가 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 실행해내게 하는 명령을 구비하는 컴퓨터 프로그램.
  24. 제 23 항의 컴퓨터 프로그램을 구비하는 캐리어로서, 상기 캐리어는 전자적 신호, 광학적 신호, 라디오 신호 또는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 중 하나인 것을 특징으로 하는 캐리어.
KR1020187007216A 2015-08-17 2015-08-17 대상 표면의 토포그라피를 도출하기 위한 방법 및 장치 KR20180041168A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2015/068844 WO2017028896A1 (en) 2015-08-17 2015-08-17 Method and apparatus for deriving a topograpy of an object surface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180041168A true KR20180041168A (ko) 2018-04-23

Family

ID=53887113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187007216A KR20180041168A (ko) 2015-08-17 2015-08-17 대상 표면의 토포그라피를 도출하기 위한 방법 및 장치

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11248899B2 (ko)
EP (1) EP3338053B1 (ko)
JP (1) JP2018525635A (ko)
KR (1) KR20180041168A (ko)
CN (1) CN107923735B (ko)
AU (1) AU2015406086A1 (ko)
BR (1) BR112018002995A2 (ko)
CA (1) CA2995635A1 (ko)
WO (1) WO2017028896A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4141379A1 (en) * 2021-08-27 2023-03-01 Mitutoyo Corporation Polarizing fizeau interferometer
CN114739318A (zh) * 2022-03-31 2022-07-12 杭州今誉信息科技有限公司 基于虚拟光学层析技术高速解析物体表面形貌的系统
CN114577121B (zh) * 2022-05-09 2022-09-06 中国科学技术大学 基于表面波定向性检测亚波长介质纳米线形貌的检测装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5488477A (en) * 1993-11-15 1996-01-30 Zygo Corporation Methods and apparatus for profiling surfaces of transparent objects
US6028670A (en) * 1998-01-19 2000-02-22 Zygo Corporation Interferometric methods and systems using low coherence illumination
US6188484B1 (en) * 1998-10-29 2001-02-13 Maxtor Corporation Method and apparatus for measuring angular displacement of an actuator arm relative to a reference position
CA2277855A1 (fr) * 1999-07-14 2001-01-14 Solvision Methode et systeme de mesure de la hauteur des billes de soudure d'un circuit imprime
US6304330B1 (en) * 1999-10-06 2001-10-16 Metrolaser, Inc. Methods and apparatus for splitting, imaging, and measuring wavefronts in interferometry
US6788422B2 (en) * 2001-04-17 2004-09-07 Zygo Corporation Method and apparatus for using quasi-stable light sources in interferometry applications
US6731380B2 (en) * 2001-06-18 2004-05-04 Applied Optics Center Of Delaware, Inc. Method and apparatus for simultaneous measurement of the refractive index and thickness of thin films
AU2002225629A1 (en) * 2001-12-05 2003-07-24 Semiconductor Technologies And Instruments, Inc. System and method for inspection using white light intererometry
NL1021457C2 (nl) * 2002-09-13 2004-03-16 Tno Werkwijze voor het meten van contourvariaties.
US7230717B2 (en) 2003-08-28 2007-06-12 4D Technology Corporation Pixelated phase-mask interferometer
JP2005189069A (ja) * 2003-12-25 2005-07-14 Sony Corp 表面形状測定方法及び表面形状測定装置
JP4357360B2 (ja) * 2004-05-14 2009-11-04 富士通株式会社 表面形状測定方法及び表面形状測定装置
CN100552375C (zh) * 2005-01-27 2009-10-21 4D技术公司 同时相移的斐索干涉仪
JP4939765B2 (ja) * 2005-03-28 2012-05-30 株式会社日立製作所 変位計測方法とその装置
JP4538388B2 (ja) 2005-07-21 2010-09-08 株式会社ミツトヨ 位相シフト干渉計
JP2007114071A (ja) * 2005-10-20 2007-05-10 Omron Corp 三次元形状計測装置、プログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、及び三次元形状計測方法
GB2435092A (en) * 2006-02-10 2007-08-15 Taylor Hobson Ltd Surface measurement instrument with adjustable sample support
US7619746B2 (en) 2007-07-19 2009-11-17 Zygo Corporation Generating model signals for interferometry
KR101294145B1 (ko) * 2011-11-04 2013-08-16 (주)마이크로모션텍 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계
US9377292B2 (en) * 2013-08-06 2016-06-28 Zygo Corporation Interferometry employing refractive index dispersion broadening of interference signals

Also Published As

Publication number Publication date
US11248899B2 (en) 2022-02-15
US20180238676A1 (en) 2018-08-23
JP2018525635A (ja) 2018-09-06
WO2017028896A1 (en) 2017-02-23
CN107923735A (zh) 2018-04-17
AU2015406086A1 (en) 2018-04-12
CN107923735B (zh) 2020-06-16
CA2995635A1 (en) 2017-02-23
BR112018002995A2 (pt) 2018-09-25
EP3338053B1 (en) 2019-12-04
EP3338053A1 (en) 2018-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101590241B1 (ko) 광학특성 측정장치 및 광학특성 측정방법
TWI671501B (zh) 用於特徵化一樣本之方法及白光干涉測量計、用於處理來自具有一圖案化結構之一樣本之白光干涉測量資料之方法及用於量測具有一圖案化結構之一樣本之白光干涉測量計
CN110914634B (zh) 全息干涉度量的方法及系统
CA2805443A1 (en) Method and apparatus for imaging
JP4188515B2 (ja) 光学式形状測定装置
CN108957910A (zh) 使用多相投影仪进行三维成像
KR20180041168A (ko) 대상 표면의 토포그라피를 도출하기 위한 방법 및 장치
KR102007004B1 (ko) 3차원 형상 측정장치
JP2002202109A (ja) 間隙測定方法、間隙測定装置、形状測定方法、形状測定装置並びに液晶装置の製造方法
KR101826127B1 (ko) 광학적 웨이퍼 검사 장치
KR20210041654A (ko) 반도체 기판 측정 장치, 이를 이용한 반도체 기판 처리 장치 및 반도체 소자 형성 방법
ES2664738T3 (es) Un método y un aparato para la medición cuantitativa de la precisión de la superficie de un área
KR101505745B1 (ko) 이중 검출 반사 공초점 현미경 및 이를 사용하는 시편의 높이의 정보를 검출하는 방법
KR101239409B1 (ko) ２ｄ 형상 정보와 ３ｄ 형상 정보의 동시 획득이 가능하며 레이저와 백색광을 광원으로 한 위상천이기반 형상측정장치 및 형상측정방법
Jackson et al. Demonstration of Interference Pattern Structured Illumination Imaging
JP2020153992A (ja) 白色干渉計による形状測定装置
JP3396284B2 (ja) 位相振幅測定装置
KR101677585B1 (ko) 고속 초점위치 이동을 위해 다중파장 광원을 이용하는 3차원 형상 측정장치
JP2012247361A (ja) 面形状計測装置
KR20140127551A (ko) 이미지 포인트 정렬이 용이한 피조우 간섭계
Li et al. Measurement of sectional profile of a thread gauge using a sinusoidally vibrating light with sinusoidal intensity