KR20210018507A - 이중 간섭계 샘플 두께 게이지 - Google Patents

이중 간섭계 샘플 두께 게이지 Download PDF

Info

Publication number
KR20210018507A
KR20210018507A KR1020217003232A KR20217003232A KR20210018507A KR 20210018507 A KR20210018507 A KR 20210018507A KR 1020217003232 A KR1020217003232 A KR 1020217003232A KR 20217003232 A KR20217003232 A KR 20217003232A KR 20210018507 A KR20210018507 A KR 20210018507A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thickness
test sample
interferometer
sample
interference signals
Prior art date
Application number
KR1020217003232A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102509761B1 (ko
Inventor
아브너 사프라니
Original Assignee
케이엘에이 코포레이션
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 케이엘에이 코포레이션 filed Critical 케이엘에이 코포레이션
Publication of KR20210018507A publication Critical patent/KR20210018507A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102509761B1 publication Critical patent/KR102509761B1/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
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • 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
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0675—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating 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
    • 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
    • G01B9/02007—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
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/0201—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using temporal phase variation
    • 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
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02017—Interferometers characterised by the beam path configuration with multiple interactions between the target object and light beams, e.g. beam reflections occurring from different locations
    • G01B9/02021—Interferometers characterised by the beam path configuration with multiple interactions between the target object and light beams, e.g. beam reflections occurring from different locations contacting different faces of object, e.g. opposite faces
    • 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
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02027—Two or more interferometric channels or interferometers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

두께 측정 시스템은, 조명 소스, 조명 소스로부터의 조명을 두 개의 빔으로 분할하기 위한 빔 스플리터, 측정 방향을 따라 기준 샘플을 병진시키도록 구성되는 병진 스테이지, 테스트 샘플의 제1 표면과 기준 샘플의 제1 표면 사이의 제1 인터페로그램을 생성하기 위한 제1 간섭계, 및 테스트 샘플의 제2 표면과 기준 샘플의 제2 표면 사이의 제2 인터페로그램을 생성하기 위한 제2 간섭계를 포함할 수도 있다. 두께 측정 시스템은, 병진 스테이지가 기준 샘플을 스캐닝할 때 제1 및 제2 간섭계로부터 간섭 신호를 수신하고, 기준 샘플의 두께 및 간섭 신호의 포락선의 피크 사이의 병진 스테이지에 의해 이동되는 거리에 기초하여 테스트 샘플의 두께를 결정하기 위한 컨트롤러를 더 포함할 수도 있다.

Description

이중 간섭계 샘플 두께 게이지
본 출원은 2018년 7월 3일자로 출원된, 발명자가 Avner Safrani이고 발명의 명칭이 Dual Interferometry Wafer Thickness Gauge인 미국 가출원 일련 번호 제62/693,573호의 35 U.S.C. §119(e) 하에서의 이익을 주장하는데, 이 가출원은 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합된다.
본 개시는 일반적으로 샘플 두께 측정에 관한 것이고, 특히, 간섭계 샘플 두께 측정에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼와 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 얇은 샘플의 절대 두께의 정확한 측정은, 특히, 반도체 제조 및 계측에서 광범위하게 유용하다. 예를 들면, 샘플의 고분해능 두께 측정은, 잠재적인 결함을 나타낼 수도 있는 샘플 상의 제조된 피쳐와 관련되는 변형을 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 다른 예로서, X 선 계측 도구와 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 소정의 도구는 샘플 두께의 정확한 측정이 샘플의 효율적인 정렬을 용이하게 할 수도 있도록 상대적으로 느린 포커싱 메커니즘을 갖는다. 게다가, 패턴화된 및 패턴화되지 않은 샘플 또는 다양한 물리적, 광학적, 또는 기계적 특성을 갖는 샘플을 포함하는 다양한 샘플에 광범위하게 적용될 수도 있는 두께 측정 기술을 제공하는 것이 일반적으로 바람직하다. 추가적으로, 두께 측정에 대한 접근법은 비용, 시스템 복잡성, 및 시스템 신뢰성의 증가에 대해 균형을 맞추어야 한다. 따라서, 정확하고 효율적인 두께 측정을 위한 시스템 및 방법을 개발하는 것이 바람직할 수도 있다.
본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시형태에 따른 시스템이 개시된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 시스템은 제1 간섭계 및 제2 간섭계에 통신 가능하게 커플링되는 컨트롤러를 포함한다. 다른 예시적인 실시형태에서, 컨트롤러는 제1 간섭계로부터 제1 간섭 신호를 수신하는데, 여기서 제1 간섭계는, 테스트 샘플 또는 기준 샘플 중 적어도 하나가 측정 방향을 따라 스캐닝될 때 제1 조명 빔을 사용하여 테스트 샘플의 제1 표면과 공지된 두께를 갖는 기준 샘플의 제1 표면 사이의 제1 인터페로그램(interferogram)을 생성한다. 예를 들면, 제1 조명 빔은 빔스플리터로부터의 조명 빔의 제1 부분을 포함할 수도 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 컨트롤러는 제2 간섭계로부터 제2 간섭 신호를 수신하는데, 여기서 제2 간섭계는 제2 조명 빔을 사용하여 테스트 샘플의 제2 표면과 기준 샘플의 제2 표면 사이의 제2 인터페로그램을 생성한다. 예를 들면, 제2 조명 빔은 빔스플리터로부터의 조명 빔의 제2 부분을 포함할 수도 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 컨트롤러는 기준 샘플의 두께 및 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선(envelope)의 피크 사이의 병진 스테이지(translation stage)에 의해 이동되는 거리에 기초하여 측정 방향을 따르는 테스트 샘플의 두께를 결정한다.
본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시형태에 따른 시스템이 개시된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 시스템은 조명 소스를 포함한다. 다른 예시적인 실시형태에서, 시스템은 조명 소스로부터의 조명을 제1 조명 빔 및 제2 조명 빔으로 분할하도록 구성되는 빔 스플리터를 포함한다. 다른 예시적인 실시형태에서, 시스템은 측정 방향을 따라 기준 샘플을 선형적으로 병진시키도록 구성되는 병진 스테이지를 포함하는데, 여기서 기준 샘플은 공지된 두께를 갖는다. 다른 예시적인 실시형태에서, 시스템은 제1 조명 빔을 사용하여 테스트 샘플의 제1 표면과 기준 샘플의 제1 표면 사이의 제1 인터페로그램을 생성하도록 구성되는 제1 간섭계를 포함한다. 다른 예시적인 실시형태에서, 시스템은 제2 조명 빔을 사용하여 테스트 샘플의 제2 표면과 기준 샘플의 제2 표면 사이의 제2 인터페로그램을 생성하도록 구성되는 제2 간섭계를 포함한다. 다른 예시적인 실시형태에서, 시스템은 제1 및 제2 간섭계에 통신 가능하게 커플링되는 컨트롤러를 포함한다. 다른 예시적인 실시형태에서, 컨트롤러는 병진 스테이지가 측정 방향을 따라 기준 샘플을 스캐닝할 때 제1 및 제2 인터페로그램의 간섭 프린지 세기(interference fringe strength)를 포함하는 제1 및 제2 간섭 신호를 제1 및 제2 간섭계로부터 수신한다. 다른 예시적인 실시형태에서, 컨트롤러는 기준 샘플의 두께 및 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선의 피크 사이의 병진 스테이지에 의해 이동되는 거리에 기초하여 측정 방향을 따르는 테스트 샘플의 두께를 결정한다.
본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시형태에 따른 방법이 개시된다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 방법은 측정 방향을 따라 공지된 두께를 갖는 기준 샘플 또는 테스트 샘플 중 적어도 하나를 스캐닝하는 것을 포함한다. 다른 예시적인 실시형태에서, 방법은 제1 조명 빔을 사용한 테스트 샘플의 제1 표면과 기준 샘플의 제1 표면 사이의 제1 인터페로그램과 관련되는 제1 간섭계로부터 제1 간섭 신호를 수신하는 것을 포함하는데, 여기서 제1 조명 빔은 빔스플리터로부터의 조명 빔의 제1 부분을 포함한다. 본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시형태에 따르면, 방법은 제2 조명 빔을 사용한 테스트 샘플의 제2 표면과 기준 샘플의 제2 표면 사이의 제2 인터페로그램과 관련되는 제2 간섭계로부터 제2 간섭 신호를 수신하는 것을 포함하는데, 여기서, 제2 조명 빔은 빔스플리터로부터의 조명 빔의 제2 부분을 포함한다. 본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시형태에 따르면, 방법은 기준 샘플의 두께 및 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선의 피크 사이의 병진 스테이지에 의해 이동되는 거리에 기초하여 측정 방향을 따르는 테스트 샘플의 두께를 결정하는 것을 포함한다.
전술한 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명 둘 모두는 예시적인 것이고 설명만을 위한 것이며, 청구되는 바와 같은 본 발명을 반드시 제한하는 것이 아니다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에 통합되며 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부의 도면은, 본 발명의 실시형태를 예시하며, 일반적인 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하도록 기능한다.
첨부하는 도면에 대한 참조에 의해, 본 개시의 다양한 이점이 기술 분야의 숙련된 자에 의해 더 잘 이해될 수도 있는데, 도면에서:
도 1a는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 이중 간섭계 샘플 두께 게이지(dual-interferometer sample thickness gauge)의 개념도이다;
도 1b는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 소스 빔을 테스트 샘플 및 기준 샘플 상의 회절 제한 스팟 사이즈로 포커싱하도록 배열되는 샘플 두께 게이지의 개념도이다;
도 1c는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 미러를 기준 암에서는 포함하지만 그러나 제1 간섭계의 샘플 암에서는 포함하지 않는, 그러나 미러를 샘플 암에서는 포함하지만 그러나 제2 간섭계에서는 포함하지 않는 샘플 두께 게이지를 예시하는 개념도이다;
도 2a는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 이중 간섭계법(dual interferometry)에 기초하여 두께를 측정하기 위한 방법에서 수행되는 단계를 예시하는 흐름도이다;
도 2b는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 기준 샘플의 두께 및 피크 분리 거리에 기초하여 테스트 샘플의 두께를 결정하기 위한 하위 단계를 예시하는 흐름도이다;
도 2c는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 디지털 신호 프로세싱 기술을 사용하여 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선을 결정하기 위한 하위 단계를 예시하는 흐름도이다;
도 3은, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 각각의 간섭계의 샘플 암 및 기준 암의 개념도이다;
도 4a는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 샘플링된 간섭 신호, 재구성된 간섭 신호, 재구성된 간섭 신호의 포락선, 및 시뮬레이팅된 가우스 포락선(Gaussian envelope)의 플롯이다;
도 4b는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 샘플링된 제1 및 제2 간섭 신호, 재구성된 제1 및 제2 간섭 신호, 제1 및 제2 재구성된 신호의 포락선, 및 제1 및 제2 간섭계와 관련되는 제1 및 제2 간섭 프린지에 대한 가우스 포락선의 플롯이다;
도 5는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 원자력 현미경 검사(atomic force microscopy)에 의해 검증되는 높이를 갖는 계단 피쳐를 갖는 샘플의 공간적으로 분해된 이중 간섭계법 두께 측정(spatially-resolved dual interferometry thickness measurement)을 포함한다; 그리고
도 6은, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 776 ㎛의 공칭 두께를 갖는 300 mm 샘플 웨이퍼의 30 회 반복된 측정을 예시하는 플롯이다.
이제, 첨부의 도면에서 예시되는, 개시되는 주제에 대한 상세한 참조가 이루어질 것이다. 본 개시는 소정의 실시형태 및 소정의 실시형태의 특정한 피쳐와 관련하여 특별히 도시되고 설명된다. 본원에서 기술되는 실시형태는 제한하기보다는 예시적인 것으로 간주된다. 본 개시의 취지와 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부 사항에서 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수도 있다는 것이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 쉽게 명백해야 한다.
본 개시의 실시형태는 이중 간섭계 및 공통 기준 샘플을 사용하여 샘플의 절대 두께를 측정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본원에서 설명되는 바와 같은 이중 간섭계 두께 측정 시스템은 두 개의 대향하는 광학적으로 연마된 표면 및 공지된 두께를 갖는 기준 샘플의 대향하는 면 및 테스트 샘플의 대향하는 면 사이의 인터페로그램을 생성하도록 배열되는 두 개의 간섭계를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 제1 간섭계는 테스트 샘플의 제1 표면과 기준 샘플의 제1 표면 사이의 인터페로그램을 생성할 수도 있고, 제2 간섭계는 테스트 샘플의 제2 표면과 기준 샘플의 제2 표면 사이의 인터페로그램을 생성할 수도 있다. 이중 간섭계 두께 측정 시스템은, 간섭계의 암이 광원의 가간섭성 길이(coherence length)에 기초한 제한된 범위 내에서 매치되는 경우에만 간섭계가 간섭 프린지를 생성하도록, 광대역 레이저 소스와 같은, 그러나 이것으로 제한되지는 않는 저 가간섭성 광학적 광원(low-coherence optical light source)을 더 포함할 수도 있다. 특히, 간섭 프린지의 세기와 관련되는 포락선 함수(예를 들면, 프린지 포락선)는, 간섭계의 암이 매치하는 경우 피크를 나타낼 수도 있고 간섭계의 암 사이의 길이 차이가 어느 방향에서든 가간섭성 길이를 초과함에 따라 감소할 수도 있다.
몇몇 실시형태에서, 테스트 샘플의 절대 두께 측정은 측정 방향을 따라 테스트 또는 기준 샘플 중 어느 하나를 병진시키는 것 및 두 개의 간섭계의 프린지 포락선의 피크 사이의 병진된 샘플의 거리(예를 들면, 피크 분리 거리) 및 공지된 샘플 두께에 기초하여 테스트 샘플의 절대 두께를 결정하는 것에 의해 생성된다.
시스템 및 방법은 조명 조건 및 사용되는 검출기의 타입에 따라 테스트 샘플 상의 단일의 위치 또는 테스트 샘플의 확장된 영역에 대한 두께 측정을 제공할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 광원은 테스트 및 기준 샘플 상의 대향하는 스팟에 포커싱된다. 따라서, 각각의 간섭계는 조명된 위치와 관련되는 프린지 세기를 캡쳐하기 위해 단일 픽셀 검출기를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시형태에서, 광원은 시준되거나(collimated) 또는 그렇지 않으면 테스트 및 기준 샘플 상의 대향하는 확장된 영역으로 지향된다. 따라서, 각각의 간섭계는 조명 영역에서 복수의 스팟과 관련되는 프린지 세기를 동시에 캡쳐하기 위해 다중 픽셀 검출기를 포함할 수도 있다. 이와 관련하여, 조명된 영역 내의 이차원 두께 맵이 단일의 측정에서 캡쳐될 수도 있다.
본원에서 설명되는 이중 간섭계법 두께 측정은 고도로 정확하고 효율적인 두께 측정을 제공할 수도 있다는 것이 본원에서 인식된다.
예를 들면, 테스트 및 기준 샘플의 대향하는 면 사이의 인터페로그램을 동시에 생성하기 위한 두 개의 간섭계의 사용은, 피크 분리 거리와 테스트 샘플 두께 사이에서 선형 관계를 통해 두 개의 인터페로그램 사이에서 우수한 동기화를 제공하고, 따라서 고도로 정확한 측정을 가능하게 한다. 게다가, 측정 반복성은 기준 컴포넌트의 위치 에러가 아닌 병진 및 샘플링 시스템의 반복성에 기초할 수도 있다. 단일의 선형 스캐닝에 기초하여 이중 인터페로그램을 동시에 생성할 때, 측정 반복성은 병진 시스템에서의 선형 인코더의 반복성에 기초할 수도 있다. 예를 들면, 현재의 인코더 시스템은 +/-1 nm의 반복성을 제공할 수도 있지만, 그러나 이것으로 제한되지는 않는다.
추가적으로, 측정이 차동적이기(differential) 때문에, 전체 시스템이 안정화 될 필요가 있는 스캐닝 거리는, 대부분의 기계 부품이 최소 시스템 생성 소음과의 동작에 대해 적합하도록, 상대적으로 작다. 예를 들면, 300 mm 반도체 웨이퍼의 두께는 통상적으로 750과 850 ㎛ 사이에서 변하고, 그 결과, 800 nm 기준 샘플을 사용한 두께 측정은 대략적으로 50 ㎛ 범위에 걸쳐 안정적인 동작을 필요로 할 것이다. 비제한적인 예로서 250 mm/s의 병진 속도에서, 시간 안정성은 대략 200 ㎲에 불과하다.
다른 예로서, 본원에서 설명되는 이중 간섭계법 두께 측정은 패턴화된 또는 패턴화되지 않은 표면을 포함하는 다양한 광학적, 물리적, 또는 기계적 특성을 갖는 광범위한 샘플의 두께 측정에 적합할 수도 있다. 예를 들면, 광원은 측정될 테스트 샘플의 반사율에 대응하는 소망되는 스펙트럼을 제공하도록 선택되거나 또는 조정될 수도 있다. 게다가, 인터페로그램에 대한 샘플 상의 필름 층의 영향은, 두께 측정을 수행할 때 잘 이해되고 고려될 수도 있다.
도 1a는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 이중 간섭계 샘플 두께 게이지(100)의 개념도이다.
하나의 실시형태에서, 샘플 두께 게이지(100)는 제한된 또는 공지된 시간적 가간섭성 길이를 갖는 소스 빔(104)을 생성하기 위한 광원(102)을 포함한다. 이와 관련하여, 광원(102)은 저 가간섭성 소스, 부분 가간섭성 소스, 또는 등등일 수도 있다. 다른 실시형태에서, 샘플 두께 게이지(100)는, 소스 빔(104)의 일부가 간섭계(108)로 지향될 수도 있도록 소스 빔(104)을 분할하기 위한 소스 빔 스플리터(106)를 포함한다. 소스 빔 스플리터(106)는, 섬유(fiber) 기반의 빔스플리터, 큐브 빔스플리터, 또는 플레이트 빔스플리터를 포함하는, 그러나 이들로 제한되지는 않는, 기술 분야에서 공지되어 있는 임의의 타입의 빔스플리터를 포함할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 샘플 두께 게이지(100)는, 테스트 샘플(110)과 기준 샘플(112)의 대향하는 표면으로부터의 반사에 기초하여 인터페로그램을 생성하도록 배열되는 두 개의 간섭계(108)(예를 들면, 간섭계(108a 및 108b))를 포함한다. 게다가, 기준 샘플(112)은 측정 방향(120)을 따라 공지된 또는 교정된(calibrated) 두께를 갖는 두 개의 대향하는 광학적으로 매끄러운 표면을 포함할 수도 있다.
예를 들면, 도 1a에서 예시되는 바와 같이, 제1 간섭계(108a)는 테스트 샘플(110)의 제1 테스트 표면(114a)과 기준 샘플(112)의 제1 기준 표면(116a) 사이의 인터페로그램을 생성할 수도 있고, 한편, 제2 간섭계(108b)는 테스트 샘플(110)의 제2 테스트 표면(114b)과 기준 샘플(112)의 제2 기준 표면(116b) 사이의 인터페로그램을 생성할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 샘플 두께 게이지(100)는 측정 방향(120)(예를 들면, 테스트 샘플(110)의 두께가 측정될 방향)을 따라 기준 샘플(112) 또는 테스트 샘플(110) 중 적어도 하나를 병진하기 위한 적어도 하나의 선형 병진 스테이지(118)를 포함한다. 예를 들면, 도 1a는 측정 방향(120)을 따라 기준 샘플(112)을 병진시키도록 배치되는 선형 병진 스테이지(118)를 예시한다. 그러나, 비록 도시되지는 않지만, 샘플 두께 게이지(100)는 테스트 샘플(110)을 병진시키기 위한 선형 병진 스테이지(118)를 포함할 수도 있다. 게다가, 샘플 두께 게이지(100)는 기준 샘플(112) 및 테스트 샘플(110) 둘 모두를 배치하기 위한 두 개의 선형 병진 스테이지(118)를 포함할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 샘플 두께 게이지(100)는 컨트롤러(122)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 컨트롤러(122)는 메모리 매체(126)(예를 들면, 메모리) 상에 유지되는 프로그램 명령어를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서(124)를 포함한다. 이와 관련하여, 컨트롤러(122)의 하나 이상의 프로세서(124)는 본 개시의 전반에 걸쳐 설명되는 다양한 프로세스 단계 중 임의의 것을 실행할 수도 있다.
컨트롤러(122)의 하나 이상의 프로세서(124)는 기술 분야에서 공지되어 있는 임의의 프로세싱 엘리먼트를 포함할 수도 있다. 이러한 의미에서, 하나 이상의 프로세서(124)는 알고리즘 및/또는 명령어를 실행하도록 구성되는 임의의 마이크로프로세서 타입 디바이스를 포함할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 하나 이상의 프로세서(124)는, 본 개시의 전반에 걸쳐 설명되는 바와 같이, 샘플 두께 게이지(100)를 동작시키도록 구성되는 프로그램을 실행하도록 구성되는 데스크탑 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 프로세서, 또는 임의의 다른 컴퓨터 시스템(예를 들면, 네트워크형 컴퓨터)으로 구성될 수도 있다. 용어 "프로세서"는, 비일시적 메모리 매체(126)로부터의 프로그램 명령어를 실행하는 하나 이상의 프로세싱 엘리먼트를 구비하는 임의의 디바이스를 포괄하도록 광의적으로 정의될 수도 있다는 것이 또한 인식된다.
메모리 매체(126)는 관련된 하나 이상의 프로세서(124)에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어를 저장하기에 적절한 기술 분야에서 공지되어 있는 임의의 저장 매체를 포함할 수도 있다. 게다가, 메모리 매체(126)는 간섭계(108)에 의해 생성되는 인터페로그램과 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 샘플 두께 게이지(100)의 임의의 컴포넌트에 의한 사용을 위한 임의의 타입의 데이터를 저장할 수도 있다. 예를 들면, 메모리 매체(126)는 비일시적 메모리 매체를 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 메모리 매체(126)는, 리드 온리 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 메모리 디바이스(예를 들면, 디스크), 자기 테이프, 솔리드 스테이트 드라이브 및 등등을 포함할 수도 있지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다. 메모리 매체(126)는 하나 이상의 프로세서(124)와 함께 공통 컨트롤러 하우징에 수용될 수도 있다는 것을 또한 유의한다. 하나의 실시형태에서, 메모리 매체(126)는, 하나 이상의 프로세서(124) 및 컨트롤러(122)의 물리적 위치와 관련하여 원격에 위치될 수도 있다. 예를 들면, 컨트롤러(122)의 하나 이상의 프로세서(124)는, 네트워크(예를 들면, 인터넷, 인트라넷 및 등등)를 통해 액세스 가능한 원격 메모리(예를 들면, 서버)에 액세스할 수도 있다. 따라서, 상기의 설명은 본 발명에 대한 제한으로서 해석되어선 안되며 단지 예시로서 해석되어야 한다.
추가적으로, 컨트롤러(122) 및 임의의 관련 컴포넌트(예를 들면, 프로세서(124), 메모리 매체(126), 또는 등등)는 공통 하우징 또는 다수의 하우징 내에 수용되는 하나 이상의 컨트롤러를 포함할 수도 있다. 게다가, 컨트롤러(122)는 샘플 두께 게이지(100)의 임의의 컴포넌트와 통합될 수도 있고 및/또는 그 임의의 컴포넌트의 기능을 수행할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 컨트롤러(122)는 인터페로그램과 관련되는 간섭계(108)로부터 아날로그 신호를 샘플링하고 디지털화하기 위해 적어도 하나의 아날로그 투 디지털(analog to digital) 컨버터(128)를 포함한다. 게다가, 아날로그 투 디지털 컨버터(128)는 임의의 기술을 사용하여 신호를 샘플링할 수도 있다. 예를 들면, 아날로그 투 디지털 컨버터(128)는 내부 클록에 기초하여 정의된 간격에서 신호를 샘플링할 수도 있다. 다른 예로서, 아날로그 투 디지털 컨버터(128)는 트리거 신호에 기초하여 신호를 샘플링할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 선형 병진 스테이지(118)는 선형 병진 스테이지(118)의 선택된 위치에서 샘플링을 제공하기 위해 선택된 위치 간격에서 하드웨어 위치 트리거를 아날로그 투 디지털 컨버터(128)에 제공한다.
컨트롤러(122)는, 간섭계(108)로부터 인터페로그램을 수신하는 것, 인터페로그램을 분석하는 것, 또는 인터페로그램에 기초하여 테스트 샘플(110)의 두께 측정을 수행하는 것을 포함하는, 그러나 이들로 제한되지는 않는 본원에서 개시되는 임의의 수의 프로세싱 또는 분석 단계를 수행할 수도 있다. 게다가, 컨트롤러(122)는 임의의 수의 알고리즘, 프로세스 플로우, 또는 등등을 활용할 수도 있다.
이제, 일반적으로, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여, 샘플 두께 게이지(100)의 다양한 컴포넌트가 더 상세하게 설명될 것이다.
광원(102)은, 제한된 또는 다르게는 공지된 가간섭성 길이를 갖는 소스 빔(104)을 제공하기에 적절한 본 기술 분야에서 공지되어 있는 임의의 타입의 광원을 포함할 수도 있다. 간섭계(108)의 암이 동일한 길이를 가질 때, 간섭계(108)의 각각에서의 테스트 샘플(110)과 기준 샘플(112) 사이의 간섭 프린지의 신호 세기가 피크에 달할 것이다는 것이 본원에서 인식된다. 게다가, 간섭계(108)의 암 사이의 광학 경로 길이 차이가 소스 빔(104)의 시간적 가간섭성 길이를 초과함에 따라 간섭 프린지의 신호 세기는 하락할 것이다. 따라서, 간섭계(108)의 각각으로부터의 간섭 프린지의 신호 세기는, 간섭계(108)의 암 사이의 광학 경로 길이 차이가 매칭되는 곳에서 피크를 가지며 소스 빔(104)의 시간적 가간섭성 길이에 관련되는 절반 폭(half-width)을 갖는 포락선 함수에 의해 특성 묘사될 수도 있다. 따라서, 소스 빔(104)의 시간적 가간섭성 길이는 소망되는 포락선 폭을 제공하도록 선택될 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 광원(102)은 레이저 소스이다. 예를 들면, 광원(102)은 하나 이상의 슈퍼컨티늄(supercontinuum) 레이저 또는 백색광 레이저와 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 하나 이상의 광대역 레이저를 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 광원(102)은 하나 이상의 초발광 레이저 다이오드(superluminescence laser diode; SLD)를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 광원(102)은 하나 이상의 발광 다이오드(light emitting diode; LED)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 광원(102)은 아크 램프, 방전 램프, 무전극 램프(electrode-less lamp), 또는 등등과 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 램프 소스를 포함한다.
게다가, 광원(102)은 임의의 기술을 사용하여 소스 빔(104)을 제공할 수도 있다. 예를 들면, 광원(102)은 광섬유를 통해 소스 빔(104)을 제공할 수도 있다. 다른 예로서, 광원(102)은 소스 빔(104)을 자유 공간 빔으로서 제공할 수도 있다.
광원(102)은 임의의 파장 또는 파장의 범위를 갖는 소스 빔(104)을 제공할 수도 있다. 게다가, 소스 빔(104)의 스펙트럼은 특성 묘사될 샘플의 광학적 특성(예를 들면, 흡수, 반사율, 투과율, 또는 등등)에 기초하여 선택될 수도 있다. 소스 빔(104)의 스펙트럼 폭은, 소스 빔(104)의 스펙트럼 폭을 증가시키는 것이 시간적 가간섭성 길이를 감소시킬 수도 있고 그 반대의 경우도 가능하도록 시간적 가간섭성 길이에 반비례하여 관련될 수도 있다는 것이 본원에서 또한 인식된다.
하나의 실시형태에서, 샘플 두께 게이지(100)는 선택적으로 활용될 수도 있는 상이한 스펙트럼을 갖는 두 개 이상의 광원(102)을 포함한다. 다른 실시형태에서, 광원(102)은 조정 가능한 스펙트럼을 갖는 소스 빔(104)을 제공하기 위해 조정 가능한 광원(102)을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 샘플 두께 게이지(100)는 소스 빔(104)의 스펙트럼을 제어하기 위해 하나 이상의 스펙트럼 필터(예를 들면, 조정 가능한 스펙트럼 필터, 일련의 선택 가능한 고정 스펙트럼 필터, 또는 등등)를 포함한다.
간섭계(108)는 Michelson(마이켈슨) 간섭계 또는 Linnik(리니크) 간섭계를 포함하는, 그러나 이들로 제한되지는 않는, 테스트 샘플(110)과 기준 샘플(112) 사이에 간섭 프린지를 생성하기에 적절한 본 기술 분야에서 공지되어 있는 임의의 타입의 간섭계를 포함할 수도 있다. 게다가, 간섭계(108)는 소스 빔(104)을 테스트 샘플(110) 또는 기준 샘플(112) 상에서 임의의 소망되는 스팟 사이즈로 투영할 수도 있거나 또는 포커싱할 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 각각의 간섭계(108)는 각각의 소스 빔(104)을, 테스트 샘플(110)을 포함하는 샘플 암(132)(예를 들면, 샘플 암(132a, 132b)) 및 기준 샘플(112)로 지향되는 기준 암(134)(예를 들면, 기준 암(134a, 134b))을 갖는 두 개의 암으로 분할하도록 구성되는 빔스플리터(130)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 각각의 간섭계(108)는 두 개의 암으로부터의 결합된 반사 신호를 수신하도록 구성되는 검출기(136)를 포함한다. 이와 관련하여, 검출기(136) 상에서의 광의 세기는 테스트 표면(114)과 기준 표면(116) 사이의 간섭에 기초하여 변할 수도 있다.
각각의 간섭계(108)는 기술 분야에서 공지되어 있는 임의의 타입의 검출기(136)를 포함할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 검출기(136)는 포토다이오드, 애벌란시 포토다이오드(avalanche photodiode), 또는 등등과 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 적어도 하나의 단일 픽셀 검출기를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 검출기(136)는 상보성 금속 산화물 반도체(complementary metal-oxide-semiconductor; CMOS) 디바이스 또는 전하 결합 소자(charge-coupled device; CCD)와 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 적어도 하나의 다중 픽셀 검출기를 포함할 수도 있다. 이와 관련하여, 검출기(136)는, 각각의 픽셀에서의 광의 세기가 테스트 샘플(110)의 상이한 부분에 대응하는 테스트 샘플(110)의 확장된 조명 영역과 관련되는 이차원 인터페로그램을 생성할 수도 있다. 게다가, 이차원 인터페로그램은 확장된 조명 영역에 걸친 테스트 샘플(110)의 두께 변동을 결정하기 위해 사용될 수도 있다.
다른 실시형태에서, 각각의 검출기(136)는 컨트롤러(122)(예를 들면, 컨트롤러(122)의 아날로그 투 디지털 컨버터(128))에 연결되고, 그 결과, 컨트롤러(122)는 검출기(136)에 의해 생성되는 신호를 수신할 수도 있다.
샘플 두께 게이지(100)는 회전 미러(예를 들면, 미러(138)), 렌즈, 세기 필터, 또는 스펙트럼 필터와 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는, 소스 빔(104)을 지향 및/또는 수정하기 위한 하나 이상의 추가적인 광학 컴포넌트를 더 포함할 수도 있다.
도 1b는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 소스 빔(104)을 테스트 샘플(110) 및 기준 샘플(112) 상에서 회절 제한 스팟 사이즈로 포커싱하도록 배열되는 샘플 두께 게이지(100)의 개념도이다. 이와 관련하여, 샘플 두께 게이지(100)는 국소화된 지점(140)에서 테스트 샘플(110)의 두께를 결정할 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 샘플 두께 게이지(100)는 섬유 기반의 소스 빔 스플리터(106)에 커플링되는 섬유 기반의 광원(102)을 포함한다. 이와 관련하여, 각각의 간섭계(108)는 섬유(142)를 통해 소스 빔(104)의 일부를 수신할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 섬유(142)로부터의 소스 빔(104)은 빔스플리터(130)에 의해 샘플 암(132) 및 기준 암(134)으로 분할된다.
다른 실시형태에서, 적어도 하나의 간섭계(108)는 광섬유(142)로부터 소스 빔(104)을 수집하고 소스 빔(104)을 테스트 샘플(110) 및 기준 샘플(112)로 지향시키기 위해 하나 이상의 포커싱 엘리먼트(144)(예를 들면, 렌즈, 곡면 미러, 또는 등등)를 포함한다. 게다가, 하나 이상의 포커싱 엘리먼트(144)는 빔스플리터(130) 이전에, 샘플 암(132)에서, 기준 암(134)에서, 또는 이들의 임의의 조합에서 위치될 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 도 1b에서 예시되는 바와 같이, 포커싱 엘리먼트(144)는 소스 빔(104)을 테스트 샘플(110) 및 기준 샘플(112) 상으로(예를 들면, 회절 제한 스팟으로) 포커싱한다. 다른 실시형태에서, 비록 도시되지는 않지만, 포커싱 엘리먼트(144)는 테스트 샘플(110) 및 기준 샘플(112)의 확장된 영역을 조명하도록 소스 빔(104)을 시준한다.
테스트 샘플(110) 및 기준 샘플(112) 상에 소스 빔(104)을 포커싱하는 것은 확장된 영역을 조명하는 것에 비해 테스트 샘플(110) 또는 기준 샘플(112)의 레벨링 오류(mis-leveling)에 대해 더 큰 공차를 제공할 수도 있고, 반면, 소스 빔(104)을 사용한 확장된 조명은 (예를 들면, 테스트 샘플(110)의 변동, 테스트 샘플(110) 상의 제조된 피쳐, 또는 등등을 측정하기 위한) 단일 샷에서 확장된 두께 측정을 제공할 수도 있다는 것이 본원에서 인식된다. 다른 실시형태에서, 포커싱 엘리먼트(144)는 포커싱 조건이 조정될 수도 있도록 또는 그렇지 않으면 선택될 수도 있도록 조정 가능하거나 또는 제거 가능하다. 예를 들면, 간섭계(108)는 포커싱된 조명과 확장된 조명 사이를 선택적으로 전환하기 위해 제거 가능한 대물 렌즈를 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 간섭계(108)는 포커싱된 조명과 확장된 조명 사이를 선택적으로 전환하기 위해 조정 가능한 렌즈(예를 들면, 조정 가능한 배율을 갖는 렌즈, 병진 스테이지 상의 렌즈, 또는 등등)를 포함할 수도 있다.
다른 실시형태에서, 적어도 하나의 간섭계(108)는 테스트 샘플(110) 및 기준 샘플(112)로부터의 결합된 광을 검출기(136)로 지향시키기 위한 및/또는 포커싱하기 위한 하나 이상의 광학 집광기(optical condenser)(146)를 포함한다.
게다가, 제1 및 제2 간섭계(108a, 108b)는 도 1a 및 도 1b에서 예시되는 바와 같이 각각의 암에서 동일한 컴포넌트를 갖는 것이 반드시 사실은 아니다. 도 1c는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 미러(148)를 기준 암(134)에서는 포함하지만 그러나 제1 간섭계(108a)의 샘플 암(132)에서는 포함하지 않는, 그러나 미러(148)를 샘플 암(132)에서는 포함하지만 그러나 제2 간섭계(108b)에서는 포함하지 않는 샘플 두께 게이지(100)를 예시하는 개념도이다. 도 1c에서 예시되는 샘플 두께 게이지(100)의 구성에서, 기준 암(134)에서의 소스 빔(104)의 부분은 빔스플리터(130)를 통해 전파되고 기준 표면(116)에 입사하고, 반면, 샘플 암(132)에서의 소스 빔(104)의 부분은 빔스플리터(130)에 의해 반사되고 미러(148)에 의해 테스트 샘플(110)로 지향된다.
이제 도 2a 내지 도 2c를 참조하여, 이중 간섭계법에 기초하여 두께를 측정하기 위한 다양한 단계가 더 상세하게 설명된다.
도 2a는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 이중 간섭계에 기초하여 두께를 측정하기 위한 방법(200)에서 수행되는 단계를 예시하는 흐름도이다. 본 출원인은, 샘플 두께 게이지(100)의 맥락에서 본원에서 앞서 설명된 실시형태 및 인에이블링 기술은 방법(200)으로 확장되도록 해석되어야 한다는 점에 주목한다. 그러나, 방법(200)은 샘플 두께 게이지(100)의 아키텍쳐로 제한되지는 않는다는 것을 또한 유의한다.
하나의 실시형태에서, 방법(200)은 측정 방향(120)을 따라 테스트 샘플(110) 또는 기준 샘플(112) 중 적어도 하나를 스캐닝하는 단계(202)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 방법(200)은 스캐닝 동안 테스트 샘플(110)의 제1 테스트 표면(114a)과 기준 샘플(112)의 제1 기준 표면(116a) 사이의 제1 인터페로그램과 관련되는 제1 간섭계(108a)로부터 간섭 신호를 수신하는 단계(204)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 방법(200)은 스캐닝 동안 테스트 샘플(110)의 제2 테스트 표면(114b)과 기준 샘플(112)의 제2 기준 표면(116b) 사이의 제2 인터페로그램과 관련되는 제2 간섭계(108b)로부터 간섭 신호를 수신하는 단계(206)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 방법(200)은 기준 샘플(112)의 공지된 두께 및 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선의 피크 사이의 병진 스테이지에 의해 이동되는 거리에 기초하여 측정 방향(120)을 따르는 테스트 샘플(110)의 두께를 결정하는 단계(208)를 포함한다.
본원에서 앞서 설명되는 바와 같이, 간섭계(108)의 암이 동일한 길이를 가질 때, 간섭계(108)의 각각에서의 테스트 샘플(110)과 기준 샘플(112) 사이의 간섭 프린지의 신호 세기가 피크에 달할 것이다. 게다가, 간섭계(108)의 암 사이의 광학 경로 길이 차이가 소스 빔(104)의 시간적 가간섭성 길이를 초과함에 따라 간섭 프린지의 신호 세기는 하락할 것이다. 따라서, 기준 샘플(112)을 스캐닝하는 것은, 제1 테스트 표면(114a)과 제1 기준 표면(116a) 사이의 광학 경로 길이 차이가 제로인 경우에 피크를 이루는 제1 간섭계(108a)로부터의 간섭 프린지, 및 제2 테스트 표면(114b)과 제2 기준 표면(116b) 사이의 광학 경로 길이 차이가 제로인 경우에 피크를 이루는 제2 간섭계(108b)로부터의 간섭 프린지를 동시에 생성할 수도 있다. 기준 샘플(112)의 두께가 공지되어 있는 경우, 테스트 샘플(110)의 두께는 공지된 두께 및 제1 간섭계(108a) 및 제2 간섭계(108b)로부터의 신호와 관련되는 피크 위치 사이의 차이에 기초하여 결정될 수도 있다.
예를 들면, 도 1c의 제1 간섭계(108a)를 사용한 (예를 들면, 단계(208)에서의) 테스트 샘플(110)의 두께의 결정은 다음의 수학식에 의해 설명될 수도 있다. 그러나, 도 1c에서 예시되는 제1 간섭계(108a)의 구성뿐만 아니라 하기의 대응하는 수학식은 오로지 예시적인 목적만을 위해 제공되며 제한으로서 해석되어서는 안된다는 것이 이해되어야 한다. 오히려, 간섭계(108)의 추가적인 구성(예를 들면, 도 1c의 제2 간섭계(108b), 도 1b의 간섭계(108), 또는 임의의 대안적인 구성)에 대해 유사한 공식이 생성될 수도 있다.
검출기(136)에 투사되는 테스트 샘플(110)로부터 반사되는 광의 전기장(ES) 및 기준 샘플(112)로부터 반사되는 광의 전기장(ER)은 다음과 같이 설명될 수도 있는데:
Figure pct00001
여기서 tBS 및 rBS는 빔스플리터(130)의 투과 및 반사 계수이고, rS는 테스트 샘플(110)의 반사 계수이고, rR은 기준 샘플(112)의 반사 계수이고, rM은 미러(148)의 반사 계수이고, ω는 소스 빔(104)의 스펙트럼 주파수이고, c는 광의 속도이고, zS는 제1 간섭계(108a)의 샘플 암(132a)의 자유 공간 길이이고, zR은 제1 간섭계(108a)의 기준 암(134a)의 자유 공간 길이이고, ΦS는 샘플 암(132a)의 임의의 광학 컴포넌트에 의해 생성되는 위상이고, ΦR은 기준 암(134a)의 임의의 광학 컴포넌트에 의해 생성되는 위상이고, 그리고 E0(ω)는 소스 빔(104)의 형상을 설명한다.
그러면, 검출기(136) 상에서의 광의 세기(I(ω))는 다음과 같을 수도 있는데:
Figure pct00002
여기서 R은 검출기(136)의 응답성(responsivity)이다.
가우스 소스 빔(104)의 비제한적인 예에서, 검출기(136) 상에서의 광의 세기(I(ω))는 다음과 같이 기록될 수도 있는데:
Figure pct00003
여기서
Figure pct00004
Figure pct00005
이고, 여기서 A0은 최대 스펙트럼 세기이고, ωc는 피크 주파수이고, σω는 소스 빔(104)의 스펙트럼의 표준 편차이다.
그 다음, 검출기(136) 상에서의 전체 세기는 시간에 걸쳐 세기(I(ω))를 적분하는 것에 의해 획득될 수도 있는데:
Figure pct00006
여기서
Figure pct00007
이고, 그리고 deff는 간섭계(108)의 암에 있는 광학 컴포넌트에 관련되는 일정한 경로 길이이다.
이 모델의 결과는, 각각의 간섭계(108)(예를 들면, 간섭계(108a, 108b))가 가우스 포락선을 갖는 상승된 코사인의 형상을 갖는 간섭 신호를 스캐닝 동안 생성한다는 것이다. 게다가, 각각의 간섭계(108)에 대한 가우스 포락선의 피크는 수학식 (8)에 기초하는 다음의 조건
Figure pct00008
에 대응하는데, 이것은 그 간섭계(108)에 대해 샘플 암(132a) 및 기준 암(134a)의 경로 길이가 매치되는 위치에 대응한다.
결과적으로, 테스트 샘플(110)의 두께는 두 개의 간섭계(108)로부터의 간섭 신호의 피크 사이의 거리(예를 들면, 피크 분리 거리) 및 기준 샘플(112)의 두께에 관련될 수도 있다.
그러나, 가우스 빔과 관련되는 상기의 수학식은 오로지 예시적인 목적만을 위해 제공되며 제한으로서 해석되어서는 안된다는 것이 이해되어야 한다. 상이한 프로파일을 갖는 빔에 대해 유사한 수학식이 공식화될 수도 있다.
도 3은, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 각각의 간섭계(108)의 샘플 암(132) 및 기준 암(134)의 개념도이다. 간섭계(108)의 각각의 암의 특정한 광학 컴포넌트에 무관하게 도 3이 적용될 수도 있다는 것을 유의한다. 도 3에서 예시되는 바와 같이, 제1 간섭계(108a)의 샘플 암(132), 제2 간섭계(108b)의 샘플 암(132), 및 테스트 샘플(110)의 두께(TS)의 의 결합된 경로는 제1 간섭계(108a)의 기준 암(134), 제2 간섭계(108b)의 기준 암(134), 및 기준 샘플(112)의 두께(TR)의 결합된 경로와 동일하다. 이와 관련하여, 도 3에서 ZR = ZS이다.
게다가, 도 3은, 제2 테스트 표면(114b) 및 제2 기준 표면(116b)을 통합하는 제2 간섭계(108b)의 경로 길이가 동일한 기준 샘플(112)의 위치를 예시한다. 특히, 제2 간섭계(108b)의 경로 길이는 이 위치에서 다음의 조건을 충족하는데:
Figure pct00009
이것은 상기의 수학식 (8) 및 (12)에 기초하는 제2 간섭계(108b)로부터의 간섭 신호의 피크에 대응한다.
유사하게, Δzp의 거리(예를 들면, 피크 분리 거리)만큼 기준 샘플(112)을만큼 병진시키는 것은, 제1 테스트 표면(114a) 및 제1 기준 표면(116a)을 통합하는 제1 간섭계(108a)의 경로 길이를 동일하게 만든다. 이 위치(도시되지 않음)에서, 제1 간섭계(108a)의 경로 길이는 다음의 조건을 충족하는데:
Figure pct00010
이것은 상기의 수학식 (8) 및 (12)에 기초하는 제1 간섭계(108a)로부터의 간섭 신호의 피크에 대응한다.
일단 결정되면, 피크 분리 거리(Δzp)는 테스트 표면(114)의 두께(TS)에 관련될 수도 있다. 예를 들면, ZR = ZS를 고려하면:
Figure pct00011
이고, 이것은 다음으로 단순화된다:
Figure pct00012
이제, 피크 분리 거리(Δzp)를 결정하기 위한 단계가 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 2b는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, (예를 들면, 단계(208)과 관련되는) 기준 샘플(112)의 두께(TR) 및 피크 분리 거리(Δzp)에 기초하여 테스트 샘플(110)의 두께(TS)를 결정하기 위한 하위 단계를 예시하는 흐름도이다.
선형 병진 스테이지(118)의 스캐닝 동안 간섭 신호의 피크는 이론적으로는 관련된 간섭계(108)의 샘플 암(132) 및 기준 암(134)이 매치될 때 발생할 수도 있지만, 샘플링 해상도, 노이즈, 또는 다른 변동은, 피크 검출 값(예를 들면, 샘플링된 값)과 관련되는 선형 병진 스테이지(118)의 위치와 샘플 암(132) 및 기준 암(134)이 매치되는 위치 사이의 차이로 나타날 수도 있다는 것이 본원에서 인식된다. 따라서, 제1 및 제2 간섭 신호의 피크 위치를 결정하기 위한 정확하고 강건한 기술을 제공하기 위해 하나 이상의 신호 프로세싱 기술을 적용하는 것이 바람직할 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 단계(208)는 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선을 결정하는 단계(210)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 단계(208)는 제1 및 제2 간섭 신호의 피크(예를 들면, 피크 위치)에 대응하는 선형 병진 스테이지(118)의 위치를 결정하는 단계(212)를 포함한다. 다른 실시형태에서, 단계(208)는 기준 샘플(112)의 두께(TR) 및 피크 위치 사이의 거리(Δzp)에 기초하여 테스트 표면(114)의 두께(TS)를 결정하는 단계(214)를 포함한다. 예를 들면, 상기의 수학식 (16)은 기준 샘플(112)의 두께(TR) 및 피크 위치 사이의 거리(Δzp)에 기초하여 테스트 표면(114)의 두께(TS)를 결정하기 위해 사용될 수도 있다.
간섭 프린지의 상대적으로 느리게 변화하는 포락선 함수의 피크 위치를 결정하는 것은, 제1 및 제2 간섭 신호의 피크 위치를 직접적으로 결정하는 것보다는, 더 높은 정도의 정확도 및/또는 신뢰성을 가지고 결정될 수도 있는 경우가 있을 수도 있다. 게다가, 하기에서 더 상세하게 논의될 바와 같이, 간섭 신호가 샘플링되는 경우, 간섭 신호 중 적어도 하나가, 관련된 간섭계(108)의 암이 매치되는 선형 병진 스테이지(118)의 정확한 위치에서 샘플링되지 않는 경우가 있을 수도 있다.
제1 및 제2 간섭 신호와 관련되는 포락선 함수(예를 들면, 단계(210))는 기술 분야의 임의의 기술을 사용하여 결정될 수도 있다. 게다가, 단계(208) 및 상기의 관련된 하위 단계(예를 들면, 단계(210-214)) 중 임의의 것은 아날로그 또는 디지털 프로세싱 기술의 임의의 조합을 사용하여 구현될 수도 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 간섭 신호와 관련되는 포락선 함수(예를 들면, 단계(210))는, 간섭과 관련되는 고주파 발진을 제거하기 위해 제1 및 제2 간섭 신호에 저역 통과 필터(디지털 또는 아날로그 중 어느 하나)를 적용하는 것에 의해 결정될 수도 있다.
도 2c는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 디지털 신호 프로세싱 기술을 사용하여 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선을 결정하기 위한 하위 단계를 예시하는 흐름도이다. 하나의 실시형태에서, 단계(210)는 (예를 들면, 아날로그 투 디지털 컨버터(128)를 사용하여) 제1 및 제2 간섭 신호를 샘플링하는 단계(216)를 포함한다. 예를 들면, 스캐닝 동안 검출기(136)에서 생성되는 제1 및 제2 간섭 신호는 아날로그 신호인 경우가 있을 수도 있다. 따라서, 간섭 신호를 샘플링하는 것은 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선을 결정하기 위한 디지털 신호 프로세싱 기술의 사용을 가능하게 할 수도 있다.
제1 및 제2 간섭 신호는 본 기술 분야에서 공지되어 있는 임의의 기술을 사용하여 샘플링될 수도 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 간섭 신호는 선형 병진 스테이지(118)로부터의 하드웨어 위치 트리거에 기초하여 규칙적인 위치 간격에서 샘플링될 수도 있다. 다른 예로서, 제1 및 제2 간섭 신호는 클록 신호에 기초하여 규칙적인 시간 간격에서 샘플링될 수도 있다.
하나의 실시형태에서, 단계(210)는 샘플링된 제1 및 제2 간섭 신호로부터 제1 및 제2 간섭 신호를 재구성하는 단계(218) 및 재구성된 제1 및 제2 간섭 신호에 기초하여 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선을 결정하는 단계(220)를 포함한다. 재구성된 신호는 기술 분야에서 공지되어 있는 임의의 기술을 사용하여 (예를 들면, 단계(218)에서) 생성될 수도 있다. 예를 들면, 샘플링된 간섭 신호는, 샘플 데이터 포인트 사이의 샘플링되지 않은 데이터가 추정될 수도 있도록, 하나 이상의 보간 기술(예를 들면, 다항식 보간, 스플라인 보간(spline interpolation), 또는 등등)을 사용하여 재구성될 수도 있다. 다른 예로서, 샘플링된 간섭 신호는 하나 이상의 곡선 맞춤 기술(curve-fitting technique)(예를 들면, 회귀, 또는 등등)을 사용하여 이론 및/또는 시뮬레이션으로부터 유도되는 하나 이상의 함수에 적합될 수도 있다. 예를 들면, 샘플링된 간섭 신호는 상기의 수학식 (4)-(7)에 기초하여 적합될 수도 있다. 게다가, 하나 이상의 평활화 동작이 재구성된 간섭 신호에 적용될 수도 있다. 유사하게, 보간, 곡선 맞춤, 평활화 기술, 또는 등등의 임의의 조합이 (예를 들면, 단계(220)에서) 재구성된 간섭 신호에 기초하여 생성되는 포락선 신호에 적용될 수도 있다. 예를 들면, 재구성된 간섭 신호에 기초하여 생성되는 포락선 신호는, 주어진 간섭계(108)의 샘플 암(132) 및 기준 암(134)이 매치되는 선형 병진 스테이지(118)의 위치에 대응하는 피크 위치의 결정을 용이하게 하기 위해, 포락선에서의 노이즈 또는 다른 변동을 완화하도록 추가로 프로세싱될 수도 있다.
도 4a는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 샘플링된 간섭 신호(402), 재구성된 간섭 신호(404), 재구성된 간섭 신호의 포락선(406), 및 시뮬레이팅된 가우스 포락선(408)의 플롯이다. 예를 들면, 도 4a의 샘플링된 간섭 신호(402)는 100 nm의 샘플링 해상도를 가지며 재구성된 간섭 신호(404)는 10 nm 해상도를 가지고 생성된다.
이론적(또는 아날로그) 데이터와는 대조적으로 샘플링된 데이터로부터 생성되는 포락선의 정확도는, 일반적으로, 샘플링된 포인트가 이론적 데이터의 윤곽을 추적하는 정도에 따라 의존할 수도 있다는 것이 본원에서 인식된다. 도 4a에서 예시되는 바와 같이, 샘플링된 간섭 신호(402)는 간섭 프린지의 피크에서 샘플링된 포인트를 포함하지 않을 수도 있고, 그 결과, 오로지 샘플링된 간섭 신호(402)에만 기초하는 포락선 함수가 상당한 에러를 포함할 수도 있다. 대조적으로, 재구성된 간섭 신호(404)는 간섭 프린지의 피크에서 데이터를 제공하기에 충분한 해상도를 가지고 생성된다. 따라서, 샘플링된 간섭 신호(402)에 기초하여 생성되는 포락선에 대응하는, 재구성된 간섭 신호(406)의 포락선은 간섭 프린지의 피크를 밀접하게 추적한다. 게다가, 재구성된 간섭 신호(406)의 포락선은 (예를 들면, 상기의 수학식 (1)-(11)에 기초하는) 시뮬레이팅된 가우스 포락선(408)과 우수한 일치를 제공한다.
도 4b는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 샘플링된 제1 및 제2 간섭 신호, 재구성된 제1 및 제2 간섭 신호, 제1 및 제2 재구성된 신호의 포락선, 및 제1 및 제2 간섭계(108a, 108b)와 관련되는 제1 및 제2 간섭 프린지에 대한 가우스 포락선의 플롯이다.
특히, 신호의 가장 우측 세트는 제2 간섭계(108b)에 의해 생성되고 도 4a의 플롯에 대응하고, 한편, 신호의 가장 좌측 세트는 제1 간섭계(108a)에 의해 생성되며 샘플링된 간섭 신호(410), 재구성된 간섭 신호(412), 재구성된 간섭 신호의 포락선(414), 및 시뮬레이팅된 가우스 포락선(416)을 포함한다.
따라서, 피크 분리 거리(Δzp)는 제1 및 제2 재구성된 간섭 신호(406, 414)의 포락선의 피크 위치 사이의 차이에 기초하여 결정될 수도 있다. 게다가, (예를 들면, 단계(212)에서의) 피크의 위치뿐만 아니라 피크 분리 거리(Δzp)는 본 기술 분야에서 공지되어 있는 임의의 기술을 사용하여 결정될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 간섭 신호의 피크 위치는 피크 부근에서 간섭 신호(예를 들면, 제1 또는 제2 간섭 신호)의 제로 위상에 대응하는 위치를 식별하는 것에 의해 결정될 수도 있다. 예를 들면, 방법(200)은 피크 주변 부근에서 제1 및 제2 간섭 신호의 위상을 획득하는 것 및 제1 및 제2 간섭 신호의 위상이 제로인 위치로서 피크 위치를 식별하는 것을 포함할 수도 있다.
다시 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 방법(200)은 하나 이상의 검증 단계를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 방법(200)은 적어도 하나의 검출기(136) 상에서의 신호 세기가 선택된 임계치보다 더 높다는 것을 보장하기 위한 신호 세기 검증 단계를 포함할 수도 있다. 신호 세기가 선택된 임계치를 초과하지 않는 경우, 방법(200)은 하나 이상의 수정 단계를 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 방법(200)은 소스 빔(104)의 전력을 증가시키는 것을 포함할 수도 있다. 다른 예에서, 방법(200)은 소스 빔(104)의 스펙트럼(예를 들면, 동작 대역)을 수정하는 것을 포함할 수도 있다. 이와 관련하여, 소스 빔(104)의 스펙트럼은, 테스트 샘플(110)이 더 높은 반사율을 갖는 파장과 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는, 증가된 신호 세기를 제공하기에 적절한 파장을 포함하도록 조정될 수도 있다. 다른 예로서, 방법(200)은 어느 간섭계(108)에 대한 간섭 신호의 포락선의 형상 및/또는 적합(fit)을 검증하는 것을 (예를 들면, 단계(210)에서) 포함할 수도 있다. 예를 들면, 방법(200)은 포락선 함수가 선택된 공차 내에서 가우스 분포에 적합하다는 것을 포함할 수도 있다. 형상 및/또는 적합이 선택된 공차 내에 있지 않은 경우, 방법(200)은, 소스 빔(104)의 세기 및/또는 스펙트럼을 수정한 이후 측정을 반복하는 것, 또는 피크 분리 거리(Δzp)를 결정하기 위해 상이한 기술을 적용하는 것과 같은, 그러나 이들로 제한되지는 않는 하나 이상의 수정 단계를 포함할 수도 있다.
이제 도 5를 참조하면, 본원에서 설명되는 이중 간섭계법 두께 측정은 샘플의 다수의 위치에서 두께 변동을 측정할 수도 있다. 도 5는, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 원자력 현미경 검사에 의해 검증되는 높이를 갖는 계단 피쳐를 갖는 샘플의 공간적으로 분해된 이중 간섭계법 두께 측정을 포함한다. 특히, 플롯(502)은 517 nm의 공지된 계단 사이즈를 갖는 샘플의 측정치를 500 nm로서 포함하고, 플롯(504)는 4.7 ㎛의 공지된 계단 사이즈를 갖는 샘플 측정치를 4.6 ㎛로서 포함하고, 플롯(506)은 0.98 ㎛의 공지된 계단 사이즈를 갖는 샘플의 측정치를 1.0 ㎛로서 포함하고, 플롯(508)에는 9.4 ㎛의 공지된 계단 사이즈를 갖는 샘플의 측정치를 9.3 ㎛로서 포함한다.
본원에서 앞서 설명된 바와 같이, 본원에서 설명되는 바와 같은 이중 간섭계법 두께 측정은 다양한 기술을 통해 공간적으로 분해된 두께 측정을 제공할 수도 있다. 다른 예로서, 다중 픽셀 검출기와 커플링되는 공간적으로 확장된 빔을 사용하는 이중 간섭계법은 확장된 영역 내에서 샘플 상의 다수의 위치에 대한 두께 측정을 동시에 제공할 수도 있다.
이제 도 6을 참조하면, 이중 간섭계법은 짧은 측정 시간에 고도로 반복 가능한 측정을 제공할 수도 있다. 도 6은, 본 개시의 하나 이상의 실시형태에 따른, 776 ㎛의 공칭 두께를 갖는 300 mm 샘플 웨이퍼의 30 회 반복된 측정을 예시하는 플롯이다. 도 6에서 예시되는 바와 같이, 반복된 측정은 32 nm의 표준 편차를 갖는 776.010 ㎛의 평균 두께 값을 나타낸다.
본원에서 설명된 주제는, 때때로, 다른 컴포넌트 내에 포함되는, 또는 다른 컴포넌트와 연결되는 상이한 다른 컴포넌트를 예시한다. 그렇게 묘사된 아키텍쳐는 단순히 예시적인 것이다는 것, 및 실제로는, 동일한 기능성(functionality)을 달성하는 많은 다른 아키텍쳐가 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 개념적인 의미에서, 동일한 기능성을 달성하기 위한 컴포넌트의 임의의 배치는, 소망되는 기능성이 달성되도록, 유효하게 "관련"된다. 그러므로, 특정한 기능성을 달성하기 위해 본원에서 결합되는 임의의 두 개의 컴포넌트는, 아키텍쳐 또는 중간 컴포넌트에 관계없이, 소망되는 기능성이 달성되도록, 서로 "관련되는" 것으로 보일 수 있다. 마찬가지로, 그렇게 관련되는 임의의 두 개의 컴포넌트는 또한, 소망되는 기능성을 달성하도록 서로 "연결되는" 또는 "커플링되는" 것으로도 보일 수 있으며, 그렇게 관련될 수 있는 임의의 두 개의 컴포넌트는 또한, 소망되는 기능성을 달성하도록 서로 "커플링 가능한" 것으로 보일 수 있다. 커플링 가능한 것의 구체적인 예는, 물리적으로 상호 작용 가능한 및/또는 물리적으로 상호 작용하는 컴포넌트 및/또는 무선으로 상호 작용 가능한 및/또는 무선으로 상호 작용하는 컴포넌트 및/또는 논리적으로 상호 작용 가능한 및/또는 논리적으로 상호 작용하는 컴포넌트를 포함하지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다.
본 개시 및 그것의 수반하는 이점 중 많은 것은, 전술한 설명에 의해 이해될 것으로 믿어지며, 개시된 주제를 벗어나지 않으면서 또는 개시된 주제의 중요한 이점의 전체를 희생하지 않으면서, 컴포넌트의 형태, 구성 및 배치에서 다양한 변경이 이루어질 수도 있다는 것이 명백할 것이다. 설명되는 형태는 단지 설명을 위한 것이며, 그러한 변경예를 포괄하고 포함하는 것이 하기의 청구범위의 의도이다. 더구나, 첨부된 청구범위에 의해 본 발명이 정의된다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (29)

  1. 시스템으로서,
    제1 간섭계(interferometer) 및 제2 간섭계에 통신 가능하게 커플링되는 컨트롤러를 포함하되, 상기 컨트롤러는 프로그램 명령어를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 프로그램 명령어는 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금:
    상기 제1 간섭계 - 상기 제1 간섭계는, 테스트 샘플 또는 기준 샘플 중 적어도 하나가 측정 방향을 따라 스캐닝될 때, 제1 조명 빔을 사용하여 상기 테스트 샘플의 제1 표면과 공지된 두께를 갖는 상기 기준 샘플의 제1 표면 사이의 제1 인터페로그램(interferogram)을 생성하되, 상기 제1 조명 빔은 빔스플리터로부터의 조명 빔의 제1 부분을 포함함 - 로부터 제1 간섭 신호를 수신하게 하고;
    상기 제2 간섭계 - 상기 제2 간섭계는 제2 조명 빔을 사용하여 상기 테스트 샘플의 제2 표면과 상기 기준 샘플의 제2 표면 사이의 제2 인터페로그램을 생성하되, 상기 제2 조명 빔은 상기 빔스플리터로부터의 상기 조명 빔의 제2 부분을 포함함 - 로부터 제2 간섭 신호를 수신하게 하며;
    상기 기준 샘플의 상기 두께 및 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선(envelope)의 피크 사이의 병진 스테이지에 의해 이동되는 거리에 기초하여 상기 측정 방향을 따르는 상기 테스트 샘플의 두께를 결정하게 하는 것인, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 포락선의 폭은 상기 조명 소스로부터의 상기 조명의 시간적 가간섭성 길이(temporal coherence length)와 관련된 것인, 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭계는 상기 제1 및 제2 조명 빔을 상기 테스트 샘플의 상기 제1 및 제2 표면의 대향 지점으로 포커싱하되, 상기 측정 방향을 따르는 상기 테스트 샘플의 상기 두께는 상기 대향 지점 사이의 단일의 두께 측정치를 포함하는 것인, 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭계는 단일 픽셀 검출기를 포함하는 것인, 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭계는 상기 제1 및 제2 조명 빔을, 시준된 빔(collimated beam)으로서, 상기 테스트 샘플의 상기 제1 및 제2 표면의 대향 영역으로 지향시키되, 상기 측정 방향을 따르는 상기 테스트 샘플의 상기 두께는 상기 대향 영역 사이의 복수의 두께 측정과 관련된 것인, 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭계는 다중 픽셀 검출기를 포함하되, 상기 제1 및 제2 간섭 신호 각각은 상기 대향 영역 내의 상기 테스트 샘플의 상기 제1 및 제2 표면 상의 복수의 대향 지점과 관련되는 복수의 신호를 포함한 것인, 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조명 소스는 광대역 레이저 소스를 포함한 것인, 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조명 소스는 발광 다이오드(light-emitting diode; LED)를 포함한 것인, 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 LED는 초발광(super-luminescent) LED를 포함한 것인, 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 샘플링된 제1 및 제2 간섭 신호를 생성하기 위해 상기 제1 및 제2 간섭 신호를 선택되는 간격에서 샘플링하는 것인, 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 및 제2 간섭 신호를 샘플링하기 위한 아날로그 투 디지털(analog to digital) 컨버터를 포함하는 것인, 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 아날로그 투 디지털 컨버터는 상기 테스트 샘플 또는 상기 기준 샘플 중 적어도 하나를 스캐닝하는 병진 스테이지로부터 상기 선택된 간격에서 하드웨어 위치 트리거를 수신하면 상기 제1 및 제2 간섭 신호를 샘플링하는 것인, 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 기준 샘플의 상기 두께 및 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선의 피크 사이의 거리에 기초하여 상기 측정 방향을 따르는 상기 테스트 샘플의 두께를 결정하는 것은,
    상기 샘플링된 제1 및 제2 간섭 신호로부터 상기 제1 및 제2 간섭 신호를 재구성하는 것;
    상기 재구성된 제1 및 제2 간섭 신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 포락선을 결정하는 것;
    상기 제1 및 제2 간섭 신호의 피크 위치를 결정하는 것; 및
    상기 피크 위치에 기초하여 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 포락선의 상기 피크 사이의 상기 거리를 결정하는 것
    을 포함하는 것인, 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 피크에서 상기 병진 스테이지의 위치를 결정하는 것은,
    상기 피크 주변 부근에서 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 위상을 획득하는 것; 및
    상기 피크 위치를 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 위상이 제로인 위치로서 식별하는 것
    을 포함하는 것인, 시스템.
  15. 시스템으로서,
    조명 소스;
    상기 조명 소스로부터의 조명을 제1 조명 빔 및 제2 조명 빔으로 분할하도록 구성되는 빔 스플리터;
    측정 방향을 따라 기준 샘플 - 상기 기준 샘플은 공지된 두께를 가짐 - 을 선형적으로 병진시키도록 구성되는 병진 스테이지;
    상기 제1 조명 빔을 사용하여 테스트 샘플의 제1 표면과 상기 기준 샘플의 제1 표면 사이의 제1 인터페로그램을 생성하도록 구성되는 제1 간섭계;
    상기 제2 조명 빔을 사용하여 상기 테스트 샘플의 제2 표면과 상기 기준 샘플의 제2 표면 사이의 제2 인터페로그램을 생성하도록 구성되는 제2 간섭계; 및
    상기 제1 및 제2 간섭계에 통신 가능하게 커플링되는 컨트롤러
    를 포함하되, 상기 컨트롤러는 프로그램 명령어를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로그램 명령어는 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금:
    상기 병진 스테이지가 상기 측정 방향을 따라 상기 기준 샘플을 스캐닝할 때 상기 제1 및 제2 인터페로그램의 간섭 프린지 세기(interference fringe strength)를 포함하는 제1 및 제2 간섭 신호를 상기 제1 및 제2 간섭계로부터 수신하게 하며;
    상기 기준 샘플의 상기 두께 및 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선의 피크 사이의 상기 병진 스테이지에 의해 이동되는 거리에 기초하여 상기 측정 방향을 따르는 상기 테스트 샘플의 두께를 결정하게 하는 것인, 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 포락선의 폭은 상기 조명 소스로부터의 상기 조명의 시간적 가간섭성 길이와 관련된 것인, 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭계는 상기 제1 및 제2 조명 빔을 상기 테스트 샘플의 상기 제1 및 제2 표면의 대향 지점으로 포커싱하되, 상기 측정 방향을 따르는 상기 테스트 샘플의 상기 두께는 상기 대향 지점 사이의 단일의 두께 측정치를 포함하는 것인, 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭계는 단일 픽셀 검출기를 포함하는 것인, 시스템.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭계는 상기 제1 및 제2 조명 빔을, 시준된 빔으로서, 상기 테스트 샘플의 상기 제1 및 제2 표면의 대향 영역으로 지향시키되, 상기 측정 방향을 따르는 상기 테스트 샘플의 상기 두께는 상기 대향 영역 사이의 복수의 두께 측정과 관련된 것인, 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭계는 다중 픽셀 검출기를 포함하되, 상기 제1 및 제2 간섭 신호 각각은 상기 대향 영역 내의 상기 테스트 샘플의 상기 제1 및 제2 표면 상의 복수의 대향 지점과 관련되는 복수의 신호를 포함하는 것인, 시스템.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭계 중 적어도 하나는 마이켈슨(Michelson) 간섭계로서 구성된 것인, 시스템.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭계 중 적어도 하나는 리니크(Linnik) 간섭계로서 구성된 것인, 시스템.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 샘플링된 제1 및 제2 간섭 신호를 생성하기 위해 상기 제1 및 제2 간섭 신호를 선택된 병진 스테이지 위치에서 샘플링하는 것인, 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 및 제2 간섭 신호를 샘플링하기 위한 아날로그 투 디지털 컨버터를 포함하는 것인, 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 아날로그 투 디지털 컨버터는 상기 선택된 병진 스테이지 위치에서 하드웨어 위치 트리거를 수신하면 상기 제1 및 제2 간섭 신호를 샘플링하는 것인, 시스템.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 기준 샘플의 상기 두께 및 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선의 피크 사이의 상기 병진 스테이지에 의해 이동되는 거리에 기초하여 상기 측정 방향을 따르는 상기 테스트 샘플의 두께를 결정하는 것은,
    상기 샘플링된 제1 및 제2 간섭 신호로부터 상기 제1 및 제2 간섭 신호를 재구성하는 것;
    상기 재구성된 제1 및 제2 간섭 신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 포락선을 결정하는 것;
    상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 피크에서 상기 병진 스테이지의 피크 위치를 결정하는 것; 및
    상기 피크 위치에 기초하여 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 포락선의 상기 피크 사이의 상기 병진 스테이지에 의해 이동되는 상기 거리를 결정하는 것
    을 포함하는 것인, 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 피크에서 상기 병진 스테이지의 위치를 결정하는 것은,
    상기 피크 주변 부근에서 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 위상을 획득하는 것; 및
    상기 피크 위치를 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 위상이 제로인 위치로서 식별하는 것
    을 포함하는 것인, 시스템.
  28. 방법으로서,
    측정 방향을 따라 공지된 두께를 갖는 기준 샘플 또는 테스트 샘플 중 적어도 하나를 스캐닝하는 단계;
    제1 조명 빔 - 상기 제1 조명 빔은 빔스플리터의 조명 빔의 제1 부분을 포함함 - 을 사용한 상기 테스트 샘플의 제1 표면과 상기 기준 샘플의 제1 표면 사이의 제1 인터페로그램과 관련되는 제1 간섭계로부터 제1 간섭 신호를 수신하는 단계;
    제2 조명 빔 - 상기 제2 조명 빔은 상기 빔스플리터의 상기 조명 빔의 제2 부분을 포함함 - 을 사용한 상기 테스트 샘플의 제2 표면과 상기 기준 샘플의 제2 표면 사이의 제2 인터페로그램과 관련되는 제2 간섭계로부터 제2 간섭 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 기준 샘플의 상기 두께 및 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선의 피크 사이의 상기 병진 스테이지에 의해 이동되는 거리에 기초하여 상기 측정 방향을 따르는 상기 테스트 샘플의 두께를 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 기준 샘플의 상기 두께 및 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 포락선의 피크 사이의 상기 병진 스테이지에 의해 이동되는 거리에 기초하여 상기 측정 방향을 따르는 상기 테스트 샘플의 두께를 결정하는 단계는,
    샘플링된 제1 및 제2 간섭 신호를 생성하기 위해 상기 제1 및 제2 간섭 신호를 선택된 간격에서 샘플링하는 단계;
    상기 샘플링된 제1 및 제2 간섭 신호로부터 상기 제1 및 제2 간섭 신호를 재구성하여 재구성된 제1 및 제2 간섭 신호를 생성하는 단계;
    상기 재구성된 제1 및 제2 간섭 신호에 기초하여 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 포락선을 결정하는 단계;
    상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 피크의 피크 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 피크 위치에 기초하여 상기 제1 및 제2 간섭 신호의 상기 포락선의 상기 피크 사이의 상기 병진 스테이지에 의해 이동되는 상기 거리를 결정하는 단계
    를 포함하는 것인, 방법.
KR1020217003232A 2018-07-03 2019-07-02 이중 간섭계 샘플 두께 게이지 KR102509761B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862693573P 2018-07-03 2018-07-03
US62/693,573 2018-07-03
US16/447,637 2019-06-20
US16/447,637 US10782120B2 (en) 2018-07-03 2019-06-20 Dual-interferometry wafer thickness gauge
PCT/US2019/040213 WO2020010031A1 (en) 2018-07-03 2019-07-02 Dual-interferometry sample thickness gauge

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210018507A true KR20210018507A (ko) 2021-02-17
KR102509761B1 KR102509761B1 (ko) 2023-03-14

Family

ID=69060550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217003232A KR102509761B1 (ko) 2018-07-03 2019-07-02 이중 간섭계 샘플 두께 게이지

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10782120B2 (ko)
JP (1) JP7138734B2 (ko)
KR (1) KR102509761B1 (ko)
CN (1) CN112384750B (ko)
TW (1) TWI809137B (ko)
WO (1) WO2020010031A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019168339A (ja) * 2018-03-23 2019-10-03 株式会社コベルコ科研 形状測定装置および該方法
JPWO2020230489A1 (ko) * 2019-05-15 2020-11-19
US11226190B2 (en) * 2020-04-07 2022-01-18 Optoprofiler Llc Measurement of thickness and topography of a slab of materials
US10948356B1 (en) * 2020-06-22 2021-03-16 Quantum Valley Ideas Laboratories Measuring wavelength of light
CN113777287A (zh) * 2021-08-30 2021-12-10 歌尔光学科技有限公司 一种胶水固化收缩率的测试方法
CN114812427B (zh) * 2022-04-22 2023-05-02 重庆大学 一种具有纳米级分辨率的超快成像系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050280829A1 (en) * 2004-06-16 2005-12-22 Unruh Paul R Film thickness and boundary characterization by interferometric profilometry
US20120002213A1 (en) * 2009-01-28 2012-01-05 Kobelco Research Institute, Inc. Shape determining device
KR20170059450A (ko) * 2014-09-25 2017-05-30 포걀 나노떼끄 프로세싱 동안 웨이퍼들의 제어를 위한 표면 형상 측정을 위한 장치 및 방법

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2963890B2 (ja) 1998-03-09 1999-10-18 株式会社スーパーシリコン研究所 ウェーハの光学式形状測定器
JP2000234912A (ja) 1999-02-15 2000-08-29 Hitachi Electronics Eng Co Ltd ウエハ厚さ測定装置
AU2001260975A1 (en) * 2000-01-25 2001-08-20 Zygo Corporation Optical systems for measuring form and geometric dimensions of precision engineered parts
DE60118726T2 (de) * 2000-05-19 2006-08-24 Zygo Corp., Middlefield In-situ spiegel-charakterisierung
JP2003232617A (ja) 2001-12-07 2003-08-22 Kobe Steel Ltd 厚み分布測定装置およびその方法
US6847458B2 (en) * 2003-03-20 2005-01-25 Phase Shift Technology, Inc. Method and apparatus for measuring the shape and thickness variation of polished opaque plates
US7268887B2 (en) 2004-12-23 2007-09-11 Corning Incorporated Overlapping common-path interferometers for two-sided measurement
US7593100B2 (en) 2005-01-24 2009-09-22 Nikon Corporation Measuring method, measuring system, inspecting method, inspecting system, exposure method and exposure system, in which information as to the degree of the flatness of an object is pre-obtained
US7847954B2 (en) 2008-05-15 2010-12-07 Kla-Tencor Corporation Measuring the shape and thickness variation of a wafer with high slopes
JP2010014536A (ja) * 2008-07-03 2010-01-21 Yamagata Prefecture 加工装置に搭載される被測定物の計測方法および計測装置
JP5198418B2 (ja) 2009-01-28 2013-05-15 株式会社神戸製鋼所 形状測定装置，形状測定方法
US8068234B2 (en) 2009-02-18 2011-11-29 Kla-Tencor Corporation Method and apparatus for measuring shape or thickness information of a substrate
US8537369B1 (en) * 2009-07-16 2013-09-17 Kla Tencor Method and apparatus for measuring the shape and thickness variation of a wafer by two single-shot phase-shifting interferometers
US8379219B2 (en) * 2011-05-27 2013-02-19 Corning Incorporated Compound interferometer with monolithic measurement cavity
US9354526B2 (en) 2011-10-11 2016-05-31 Kla-Tencor Corporation Overlay and semiconductor process control using a wafer geometry metric
US20150176973A1 (en) 2011-12-09 2015-06-25 Kla-Tencor Corporation A dual interferometer system with a short reference flat distance for wafer shape and thickness variation measurement
US9121684B2 (en) 2012-01-17 2015-09-01 Kla-Tencor Corporation Method for reducing wafer shape and thickness measurement errors resulted from cavity shape changes
KR101693397B1 (ko) * 2012-02-27 2017-01-06 신크론 컴퍼니 리미티드 Led 광원장치, 막두께 측정장치 및 박막 형성장치
US20140293291A1 (en) 2013-04-01 2014-10-02 Kla-Tencor Corporation Wafer Shape and Thickness Measurement System Utilizing Shearing Interferometers
US9651359B2 (en) 2014-11-21 2017-05-16 Kla-Tencor Corporation Dual wavelength dual interferometer with combiner-splitter
CN105333816B (zh) * 2015-11-05 2018-04-10 北京交通大学 一种基于光谱色散全场的超横向分辨率表面三维在线干涉测量系统
FR3045813B1 (fr) * 2015-12-22 2020-05-01 Unity Semiconductor Dispositif et procede de mesure de hauteur en presence de couches minces
US9752865B1 (en) 2016-04-07 2017-09-05 International Business Machines Corporation Height measurement using optical interference
JP6829977B2 (ja) * 2016-10-12 2021-02-17 株式会社キーエンス 形状測定装置
KR101785075B1 (ko) 2016-10-20 2017-10-26 (주)오로스 테크놀로지 이송용 기준 미러를 사용한 웨이퍼 형상 변화값을 검출하는 장치
JP6402272B1 (ja) 2018-05-18 2018-10-10 大塚電子株式会社 厚み測定装置及び厚み測定方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050280829A1 (en) * 2004-06-16 2005-12-22 Unruh Paul R Film thickness and boundary characterization by interferometric profilometry
US20120002213A1 (en) * 2009-01-28 2012-01-05 Kobelco Research Institute, Inc. Shape determining device
KR20170059450A (ko) * 2014-09-25 2017-05-30 포걀 나노떼끄 프로세싱 동안 웨이퍼들의 제어를 위한 표면 형상 측정을 위한 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN112384750A (zh) 2021-02-19
JP2021530677A (ja) 2021-11-11
WO2020010031A1 (en) 2020-01-09
TWI809137B (zh) 2023-07-21
JP7138734B2 (ja) 2022-09-16
KR102509761B1 (ko) 2023-03-14
US10782120B2 (en) 2020-09-22
US20200011654A1 (en) 2020-01-09
TW202014669A (zh) 2020-04-16
CN112384750B (zh) 2022-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102509761B1 (ko) 이중 간섭계 샘플 두께 게이지
KR102549714B1 (ko) 광학 위상 측정 방법 및 시스템
US8705047B2 (en) Optical coherence tomography imaging system and method
US7936462B2 (en) Optical coherence tomography imaging system and method
KR102456213B1 (ko) 이미징 기반 오버레이 계측을 위한 포커스 최적화를 위한 시스템 및 방법
US10190867B2 (en) Real time dual mode full-field optical coherence microscopy with full range imaging
KR20180098255A (ko) 얇은 층이 있는 상태에서의 높이를 측정하기 위한 장치 및 방법
US9784561B2 (en) Optical coherence tomography imaging system and method
JPH09503065A (ja) 表面形状を測定する干渉計測方法及び装置
JP2021515218A (ja) 多層スタックの計測
US9631924B2 (en) Surface profile measurement method and device used therein
US20080174785A1 (en) Apparatus for the contact-less, interferometric determination of surface height profiles and depth scattering profiles
WO2013091584A1 (zh) 一种检测基质内缺陷的方法及装置
CN114894308A (zh) 一种基于低相干干涉的光谱仪标定方法与系统
Leahy et al. Multiple reference optical coherence tomography (MR-OCT) system
JP2007071685A (ja) 界面の位置測定方法および位置測定装置
Chen et al. Investigation on spectral-domain optical coherence tomography using a tungsten halogen lamp as light source
JP2006300664A (ja) フーリエ分光装置，測定タイミング検出方法
JP2015010920A (ja) 屈折率計測方法、屈折率計測装置および光学素子の製造方法
Zhu et al. Measurement of opaque film’s surface profile by broadband-light interference methods
Chen et al. Spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT) with a thermal light source
Yuwei et al. Spectral-domain optical coherence tomography based on a thermal light source with Gaussian spectral calibration
Sarunic et al. Instantaneous complex conjugate resolved spectral domain OCT using 3⨉ 3 fiber couplers
Ai et al. Removing autocorrelation in spectral optical coherence tomography

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant