KR20220010548A - 복소-값 필드를 결정하는 계측 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
이미징 시스템을 사용하여 측정된 샘플에 관련된 복소-값 필드를 결정하는 방법이 개시된다. 이러한 방법은, 상기 이미징 시스템의 이미지 평면에 이미징되고 적어도 두 개의 상이한 변조 함수가 상기 이미징 시스템의 푸리에 평면에 부과되는, 상기 샘플의 이미지들의 시리즈에 관련된 이미지 데이터를 획득하는 단계; 및 부과된 변조 함수에 기반하여 상기 이미징 데이터로부터 복소-값 필드를 결정하는 단계를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019 년 6 월 17 일에 출원된 유럽 출원 번호 제 19180565.4, 2019 년 9 월 5 일에 출원된 유럽 출원 번호 제 19195599.6, 및 2019 년 10 월 8 일에 출원된 유럽 출원 번호 제 19202049.3의 우선권을 주장하고 이들은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다.
본 발명은 기판 상의 구조체의 특성을 결정하기 위한 계측 장치 또는 검사 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 기판 상의 구조체의 특성을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 원하는 패턴을 기판에 적용하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로 IC의 제조 시에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는 예를 들어 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크)에서의 패턴("디자인 레이아웃" 또는 "디자인"이라고도 불림)을 기판(예를 들어, 웨이퍼) 위에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층에 투영시킬 수 있다.
기판에 패턴을 투영하기 위하여, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이러한 방사선의 파장이 기판 상에 형성될 수 있는 피쳐의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되는 통상적인 파장은 365 nm(i-라인), 248 nm, 193 nm 및 13.5 nm이다. 4 - 20 nm의 범위, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm에 속하는 파장을 가지는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예를 들어 193 nm의 파장을 가지는 전자기 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 더 작은 피쳐를 기판 위에 형성하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 장치의 전통적인 분해능 한계보다 작은 치수의 피쳐를 처리하기 위하여 저-k1 리소그래피가 사용될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 분해능 공식은 CD = k1×λ/NA로 표현될 수 있는데, λ는 채용된 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치 내의 투영 광학기의 개구수이며, CD는 "임계 치수"(일반적으로 인쇄된 최소 피쳐 크기이지만 이러한 경우에는 하프-피치임)이고, k1은 경험적 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 더 작을수록 특정한 전기적 기능성과 성능을 얻기 위해서 회로 디자이너에 의하여 계획된 형상과 치수를 닮은 패턴을 기판 상에 재현하는 것은 더 어려워진다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 복잡한 미세-튜닝 단계들이 리소그래피 투영 장치 및/또는 설계 레이아웃에 적용될 수 있다. 예를 들어, 이것은 NA, 맞춤화된 조명 방식, 위상 시프트 패터닝 디바이스의 사용, 설계 레이아웃에서의 광학 근접 정정(optical proximity correction; OPC, 가끔 "광학 및 프로세스 정정"이라고도 불림)의 설계 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 일반적으로 "분해능 향상 기법(resolution enhancement techniques; RET)"이라고 규정되는 다른 방법을 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또는, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격 제어 루프가 낮은 k1에서 패턴의 재현을 개선하기 위하여 사용될 수 있다.
리소그래피 프로세스에서는, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위하여, 생성되는 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 스캐닝 전자 현미경 또는 다양한 형태의 계측 장치, 예컨대 산란계를 포함하는, 이러한 측정을 하기 위한 다양한 툴이 공지되어 있다. 이러한 툴을 가리키기 위한 일반적인 용어는 계측 장치 또는 검사 장치일 수 있다.
계측 디바이스는 계측 디바이스에 의하여 캡쳐되는 이미지에 수차 정정을 적용하기 위하여 계산을 통해 취출된 위상을 사용할 수 있다. 위상을 계산하기 위한, 설명된 한 가지 방법은 상이한 초점 조건에서의 동일한 타겟의 여러 이미지와 같은 다수의 다양한 이미지를 사용한다. 이것은 통상적으로 샘플(예를 들어, 타겟)의 기계적 이동을 요구한다. 또한, 초점을 통과해서 샘플을 이동시키는 것이 검출기를 초점을 통과해서 이동시키는 것과 균등하다는 것이 가정된다. 이러한 가정의 유효성에는 의문이 있을 수 있다. 더욱이, 이러한 가정이 유효한 디포커스 범위는 성공적인 재구성을 위한 충분한 정보를 얻기에는 너무 짧을 수 있다. 재구성 자체는 반복 알고리즘을 사용하여 수행되는데, 이것은 계산 비용이 많이 들고 최적 솔루션으로 수렴한다는 것이 확정될 수 없다. 또한, 공간적인 부분적 코히어런스가 재구성 결과에 어떻게 영향을 미치는지가 불분명하다.
복소-값 필드 측정을 수행할 때에 계산 시간을 줄이고 쓰루풋을 증가시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태는 청구항과 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 개시되어 있다.
본 발명의 제 1 양태에서, 이미징 시스템을 사용하여 측정된 샘플에 관련된 복소-값 필드를 결정하는 방법으로서, 상기 이미징 시스템의 이미지 평면에 이미징되고 적어도 두 개의 상이한 변조 함수가 상기 이미징 시스템의 푸리에 평면에 부과되는, 상기 샘플의 이미지들의 시리즈에 관련된 이미지 데이터를 획득하는 단계; 및 부과된 변조 함수에 기반하여 상기 이미징 데이터로부터 복소-값 필드를 결정하는 단계를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법이 제공된다.
본 발명의 제 2 양태에서, 제 1 양태의 방법을 수행하기 위한 계측 디바이스에 있어서, 샘플로부터 반사된 필드를 이미징하기 위한 이미징 시스템; 각각의 변조 함수를 규정하기 위한, 상기 이미징 시스템의 푸리에 평면에 있는 적어도 하나의 변조기; 및 상기 이미지 각각을 캡쳐하도록 상기 이미징 시스템의 이미지 평면에 있는 검출기를 포함하는, 계측 디바이스가 제공된다.
본 발명의 실시형태는 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 이제 예시하는 방식으로만 설명될 것이다:
- 도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요를 도시한다;
- 도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요를 도시한다;
- 도 3은 반도체 제조를 최적화하기 위한 세 개의 주요 기술들 사이의 협력을 나타내는, 홀리스틱 리소그래피의 개략도를 도시한다;
- 도 4는 산란측정 장치의 개략도이다;
- 도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 계측 장치의 개략도이다;
- 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복소-값 필드를 결정하는 비반복적인 제 1 방법의 개략도이다;
- 도 7은 도 6에 표시된 방법에서 사용될 수 있는 마스크들의 두 개의 쌍의 개략도이다;
- 도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 계측 장치의 개략도이다;
- 도 9는 본 발명의 추가적인 실시형태에 따른 계측 장치의 개략도이다;
- 도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복소-값 필드를 결정하는 비반복적인 제 2 방법에서 사용될 수 있는 격자 마스크의 개략도이다;
- 도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복소-값 필드를 결정하는 비반복적인 제 3 방법의 개략도이다;
- 도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복소-값 필드를 결정하는 비반복적인 제 4 방법의 개략도이다;
- 도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복소-값 필드를 결정하는 비반복적인 제 5 방법의 개략도이다;
- 도 14는 (a) 0차 자기-참조형 홀로그래피(self-referencing holography)에 적합한, 일 실시형태에 따른 계측 장치; 및 (b) 및 (c)도 14의 (a)의 계측 장치의 선택적인 분할된 대물 렌즈 실시형태의 세부사항의 개략도이다;
- 도 15는 리 홀로그램(Lee hologram) 기반 방법을 위해 적합한 실시형태에 따른 계측 장치의 개략도이다.
- 도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복소-값 필드를 결정하는 비반복적인 방법의 개략도이다; 그리고
- 도 17은 본 발명의 실시형태에 따른 방법을 구현하도록 지원할 수 있는 컴퓨터 시스템을 예시하는 블록도이다.
- 도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요를 도시한다;
- 도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요를 도시한다;
- 도 3은 반도체 제조를 최적화하기 위한 세 개의 주요 기술들 사이의 협력을 나타내는, 홀리스틱 리소그래피의 개략도를 도시한다;
- 도 4는 산란측정 장치의 개략도이다;
- 도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 계측 장치의 개략도이다;
- 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복소-값 필드를 결정하는 비반복적인 제 1 방법의 개략도이다;
- 도 7은 도 6에 표시된 방법에서 사용될 수 있는 마스크들의 두 개의 쌍의 개략도이다;
- 도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 계측 장치의 개략도이다;
- 도 9는 본 발명의 추가적인 실시형태에 따른 계측 장치의 개략도이다;
- 도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복소-값 필드를 결정하는 비반복적인 제 2 방법에서 사용될 수 있는 격자 마스크의 개략도이다;
- 도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복소-값 필드를 결정하는 비반복적인 제 3 방법의 개략도이다;
- 도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복소-값 필드를 결정하는 비반복적인 제 4 방법의 개략도이다;
- 도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복소-값 필드를 결정하는 비반복적인 제 5 방법의 개략도이다;
- 도 14는 (a) 0차 자기-참조형 홀로그래피(self-referencing holography)에 적합한, 일 실시형태에 따른 계측 장치; 및 (b) 및 (c)도 14의 (a)의 계측 장치의 선택적인 분할된 대물 렌즈 실시형태의 세부사항의 개략도이다;
- 도 15는 리 홀로그램(Lee hologram) 기반 방법을 위해 적합한 실시형태에 따른 계측 장치의 개략도이다.
- 도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 복소-값 필드를 결정하는 비반복적인 방법의 개략도이다; 그리고
- 도 17은 본 발명의 실시형태에 따른 방법을 구현하도록 지원할 수 있는 컴퓨터 시스템을 예시하는 블록도이다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 자외 방사선(예를 들어 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 가지는 방사선) 및 EUV(예를 들어 약 5-100 nm 범위의 파장을 가지는 극자외 방사선)를 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선을 망라하도록 사용된다.
"레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 본 명세서에서 채용될 때, 인입하는 방사선 빔에 기판의 타겟부 내에 생성될 패턴에 대응하여 패터닝된 단면을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 일반적 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다. "광 밸브"라는 용어도 이러한 콘텍스트에서 사용될 수 있다. 전통적인 마스크(투과성 또는 반사형; 이진, 위상-천이, 하이브리드 등) 외에, 다른 이러한 패터닝 디바이스들의 예에는 프로그램가능 미러 어레이 및 프로그램가능(LCD) 어레이가 포함된다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 묘사한다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 조절하도록 구성되는 조명 시스템(조명기(IL)라고도 불림), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 마스크지지체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT), 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 홀딩하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 기판 지지대를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 지지대(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT), 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함) 상에 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
동작 시에, 조명 시스템(IL)은 방사선 빔을 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 수광한다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하며, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광 컴포넌트, 예컨대 굴절식, 반사, 자기적, 전자기, 정전기 및/또는 다른 유형의 광 컴포넌트, 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 조명기(IL)는 방사선 빔(B)이 패터닝 디바이스(MA)의 평면 상에 그 단면에서 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 가지도록 조정하기 위하여 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템(PS)"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선(exposure radiation)에 대해 적합하거나 또는 침지액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한, 굴절형, 반사형, 반사 굴절형(catadioptric), 애너모픽(anamorphic), 자기식, 전자기식, 및/또는 정전식 광학 시스템, 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 모든 사용은 더 일반적인 용어인 "투영 시스템(PS)"과 같은 의미인 것으로 간주될 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)는 또한 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 커버될 수 있는 유형일 수 있고, 이것은 침지 리소그래피라고도 불린다. 침지 기법에 대한 더 많은 정보는 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는(US6952253)에서 제공된다.
리소그래피 장치(LA)는 두 개 이상 기판 지지대(WT)를 가지는 타입일 수도 있다("듀얼 스테이지"라고도 명명됨). 이러한 "다중 스테이지" 머신에서, 기판 지지대(WT)는 병렬적으로 사용될 수 있고, 및/또는 기판(W)의 후속 노광을 준비하는 단계들이, 다른 기판 지지대(WT) 상의 다른 기판(W)은 다른 기판(W) 상에 패턴을 노광하기 위해서 사용되고 있는 동안에 기판 지지대(WT) 중 하나 상에 위치된 기판(W)에 수행될 수 있다.
기판 지지대(WT)에 추가하여, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/또는 세척 디바이스를 홀딩하도록 배치된다. 센서는 투영 시스템(PS)의 속성 또는 방사선 빔(B)의 속성을 측정하도록 배치될 수 있다. 측정 스테이지는 다수의 센서를 홀딩할 수 있다. 세척 디바이스는 리소그래피 장치의 일부, 예를 들어 투영 시스템(Ps)의 일부 또는 침지액을 제공하는 시스템의 일부를 세척하도록 배치될 수 있다. 기판 지지대(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 멀어지면, 측정 스테이지는 투영 시스템(PS) 아래에서 이동할 수 있다.
동작 시에, 방사선 빔(B)은, 마스크 지지대(MT) 상에 홀딩되는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크(MA) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스(MA) 상에 존재하는 패턴(설계 레이아웃)에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(MA)를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔을 포커싱하는 투영 시스템(PS)을 통과한다. 제 2 위치설정(PW) 및 위치 측정 시스템(IF)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에서 상이한 타겟부들(C)을 포커싱되고 정렬된 위치에 위치설정하기 위하여, 기판 지지대(WT)가 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 가능하게는 다른 위치 센서(도 1에는 명확하게 묘사되지 않음)가, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치설정하기 위하여 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 도시된 바와 같은 기판 정렬 마크들(P1, P2)이 전용 타겟부를 점유하지만, 이들은 타겟부 사이의 공간에 위치될 수도 있다. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 이들이 타겟부들(C)의 사이에 위치되는 경우에는 스크라이브 레인 정렬 마크라고도 알려져 있다.
도 2에 도시된 것처럼, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀 또는 (리소)클러스터라고도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있고, 이는 또한 기판(W) 상에서 노광 전 그리고 노광 후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는, 예를 들어 레지스트층 내의 솔벤트를 조절하기 위해서 예를 들어 기판(W)의 온도를 조절하기 위하여, 레지스트층을 증착하기 위한 스핀 코터(spin coater; SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 냉각 플레이트(chill plate; CH), 및 베이크 플레이트(bake plate; BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하여, 이들을 상이한 공정 장치 간에 이동시키며, 기판(W)을 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(loading bay; LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는, 리소셀 내의 디바이스는 통상적으로 감독 제어 시스템(supervisory control system; SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치(LA)를 제어할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 기판을 검사하여 후속 층들 사이의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은, 패터닝된 구조체의 속성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 검사 툴(미도시)이 리소셀(LC) 내에 포함될 수 있다. 오차가 검출되면, 특히 검사가 동일한 배치 또는 로트의 다른 기판(W)이 여전히 노광되거나 처리되어야 하기 전에 이루어진다면, 예를 들어 후속 기판의 노광에 또는 기판(W) 상에서 수행될 다른 프로세스 단계에 조절이 이루어질 수 있다.
계측 장치라고도 불릴 수 있는 검사 장치가, 기판(W)의 속성, 및 구체적으로 상이한 기판(W)의 속성이 또는 동일 기판(W)의 상이한 층과 연관된 속성이 층에 따라 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 사용된다. 또는, 검사 장치는 기판(W) 상의 결점을 식별하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 리소셀(LC)의 일부일 수 있으며, 또는 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있고, 또는 심지어 독립형 디바이스일 수도 있다. 검사 장치는 잠상(노광 후의 레지스트 층 내의 이미지), 또는 반-잠상(노광후 베이크 단계(PEB) 후의 레지스트 층 내의 이미지), 또는 현상된 레지스트 이미지(레지스트의 노광되거나 비노광된 부분이 제거되었음), 또는 심지어 에칭된 이미지(에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후)의 속성을 측정할 수 있다.
통상적으로, 리소그래피 장치(LA) 내에서의 패터닝 프로세스는, 기판(W) 상의 구조체의 높은 치수 및 배치 정확도를 요구하는, 처리 중 가장 중요한 단계들 중 하나이다. 이러한 높은 정확도를 보장하기 위하여, 개략적으로 도 3에서 도시되는 것과 같은 소위 "홀리스틱" 제어 환경에서 세 가지 시스템이 통합될 수 있다. 이러한 시스템 중 하나는 계측 툴(MET)(제 2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제 3 시스템)에 (가상적으로) 연결되는 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "홀리스틱" 환경의 중요한 점은, 전체 프로세스 윈도우를 개선하고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행되는 패터닝이 프로세스 윈도우 내에 유지되도록 보장하기 위한 엄격 제어 루프를 제공하기 위하여, 이러한 세 개의 시스템들 사이의 협력을 최적화하는 것이다. 프로세스 윈도우는 그 안에서 특정한 제조 프로세스가 규정된 결과(예를 들어 기능성 반도체 디바이스)를 제공하는 프로세스 파라미터(예를 들어 선량, 초점, 오버레이)의 범위를 규정한다 - 통상적으로 리소그래피 프로세스 또는 패터닝 프로세스의 프로세스 파라미터는 그 안에서 변할 수 있다.
컴퓨터 시스템(CL)은, 사용할 분해능 향상 기법을 예측하기 위하여 패터닝될 디자인 레이아웃 그 일부)을 사용하고, 어떤 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 패터닝 프로세스의 최대 전체 프로세스 윈도우를 획득하는지를 결정하기 위하여(도 3에서 제 1 스케일(SC1)에서의 이중 화살표로 도시됨) 계산적 리소그래피 시뮬레이션 및 연산을 수행할 수 있다. 통상적으로, 분해능 향상 기법은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 매칭되도록 구현된다. 또한, 컴퓨터 시스템(CL)은, 예를 들어 최적에 미달하는 처리에 기인하여(도 3에서 제 2 스케일(SC2)에서 "0"을 가리키는 화살표로 표시됨) 결함이 존재할 수 있는지 여부를 예측하기 위해서, 프로세스 윈도우 내의 어디에서 리소그래피 장치(LA)가 현재 동작하고 있는지를 검출하기 위해 사용될 수 있다(예를 들어 계측 툴(MET)로부터의 입력을 사용함).
계측 툴(MET)은 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하는 입력을 컴퓨터 시스템(CL)에 제공할 수 있고, 예를 들어 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태에 있을 수 있는 드리프트(도 3에서 제 3 스케일(SC3)에서 여러 화살표로 표시됨)를 식별하기 위한 피드백을 리소그래피 장치(LA)에 제공할 수 있다.
리소그래피 프로세스에서는, 예를 들어 프로세스 제어 및 검증을 위하여, 생성되는 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 스캐닝 전자 현미경 또는 다양한 형태의 계측 장치, 예컨대 산란계를 포함하는, 이러한 측정을 하기 위한 다양한 툴이 공지되어 있다. 공지된 산란계의 예들은 흔히 전용 계측 타겟, 예컨대 언더필된 타겟(측정 빔이 격자보다 작은 스폿을 생성하게 하기에 충분히 큰, 상이한 층들 내의 단일 격자 또는 중첩하는 격자의 형태인 타겟) 또는 오버필된 타겟(이것에 의하여 조명 스폿이 타겟을 부분적으로 또는 완전히 포함하게 됨)의 보급에 의존한다. 더 나아가, 계측 툴, 예를 들어 언더필된 타겟, 예컨대 격자를 조명하는 각도 분해된 산란계를 사용하면, 산란된 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델의 상호작용을 시뮬레이션하고 시뮬레이션 결과를 측정 결과와 비교함으로써 격자의 속성이 계산될 수 있는 소위 재구성 방법을 사용할 수 있게 된다. 모델의 파라미터는 시뮬레이션된 상호작용이 실제 타겟으로부터 관측된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조절된다.
산란계는, 산란계의 대물렌즈의 퓨필과 함께 퓨필 또는 공액 평면 내에 있는 센서를 가짐으로써(보통 퓨필 기반 측정이라고 불림), 또는 이미지 평면 또는 이미지 평면과 공액인 평면 내에 센서를 가짐으로써(이러한 경우, 측정은 보통 이미지 또는 필드 기반 측정이라고 불림), 리소그래피 프로세스의 파라미터의 측정을 허용하는 다기능 기구이다. 이러한 산란계 및 연관된 측정 기법은 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 특허 출원 US20100328655, US2011102753A1, US20120044470A, US20110249244, US20110026032 또는 EP1,628,164A에서 더 설명된다. 앞서 언급된 산란계는 하나의 이미지 내에서 다수의 격자 중의 다수의 타겟을, 소프트 x-선으로부터 나오고 근-IR 파 범위에서 보이는 광을 사용하여 측정할 수 있다.
계측 장치, 예컨대 산란계가 도 4에 도시된다. 이것은 방사선(5)을 기판(W) 상에 투영하는 브로드밴드(백색 광) 방사선 프로젝터(2)를 포함한다. 반사되거나 산란된 방사선(10)은 분광계측 검출기(4)에 통과되며, 이것은 정반사(specular reflected) 방사선(10)의 스펙트럼(6)(즉, 파장 λ의 함수인 세기 I의 측정치)을 측정한다. 이러한 데이터로부터, 예를 들어 정밀 결합 파 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 또는 시뮬레이션된 스펙트럼(simulated spectra)의 라이브러리와의 비교에 의해, 검출된 스펙트럼을 초래하는 구조 또는 프로파일(8)이 처리 유닛(PU)에 의해 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위해서는, 그 구조의 전반적인 형태가 알려져 있으며 일부 파라미터는 이 구조를 제조하는 프로세스에 대한 정보로부터 가정되어, 이 구조의 소수의 파라미터만이 산란측정 데이터(scatterometry data)로부터 결정되도록 남게 된다. 이러한 산란계는 수직 입사(normal-incidence) 산란계 또는 경사 입사(oblique-incidence) 산란계로서 구성될 수 있다.
제 1 실시형태에서, 산란계(MT)는 각도 분해된 산란계이다. 이러한 산란계에서, 격자의 속성을 재구성 또는 계산하기 위해서, 재구성 방법이 측정된 신호에 적용될 수 있다. 이러한 재구성은, 예를 들어 산란된 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델의 상호작용을 시뮬레이션하고, 시뮬레이션 결과를 측정된 것과 비교함으로써 초래될 수 있다. 수학적 모델의 파라미터는 시뮬레이션된 상호작용이 실제 타겟으로부터 관측된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조절된다.
제 2 실시형태에서, 산란계(MT)는 분광식 산란계(MT)이다. 이러한 분광식 산란계(MT)에서는, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선이 타겟 상으로 지향되고, 타겟으로부터의 반사되거나 산란된 방사선은 분광계 검출기를 향해 지향되며, 이것이 정반사된 방사선의 스펙트럼을 측정한다(즉 파장의 함수인 세기의 측정). 이러한 데이터로부터, 예를 들어 정밀 결합 파 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 또는 시뮬레이션된 스펙트럼(simulated spectra)의 라이브러리와의 비교에 의해, 검출된 스펙트럼을 초래하는 타겟의 구조 또는 프로파일이 재구성될 수 있다.
제 3 실시형태에서, 산란계(MT)는 편광 해석(ellipsometric) 산란계이다. 편광 해석 산란계는 각각의 편광 상태에 대한 산란된 방사선을 측정함으로써 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정할 수 있게 한다. 이러한 계측 장치는, 예를 들어 계측 장치의 조명 섹션 내의 적절한 편광 필터를 사용하여, 편광된 광(예컨대 선형, 원형, 또는 타원형)을 방출한다. 이러한 계측 장치에 적합한 소스는 편광된 방사선을 역시 제공할 수 있다. 현존하는 편광 해석 산란계의 다양한 실시형태가 US 특허 출원 제 11/451,599, 제 11/708,678, 제 12/256,780, 제 12/486,449, 제 12/920,968, 제 12/922,587, 제 13/000,229, 제 13/033,135, 제 13/533,110 및 제 13/891,410 호에 기술되고, 이들은 그 전체가 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다.
산란계(MT)의 일 실시형태에서, 산란계(MT)는 반사된 스펙트럼 및/또는 검출 구조(detection configuration) 내의 비대칭을 측정함으로써 두 개의 오정렬된 격자 또는 주기적 구조체의 오버레이를 측정하도록 적응될 수 있는데, 비대칭은 오버레이의 정도에 관련된다. 두 개의(통상적으로 중첩) 격자 구조체가 두 개의 상이한 계층(반드시 연속층일 필요는 없음) 내에 적용될 수 있고, 웨이퍼 상의 실질적으로 동일한 위치에 형성될 수 있다. 산란계는 임의의 비대칭이 분명하게 구별가능하도록, 예를 들어 공동 소유인 특허 출원 제 EP 1,628,164A에 설명된 바와 같은 대칭적 검출 구조를 가질 수 있다. 이것은 격자에서 오정렬을 측정하기 위한 간단한 방법을 제공한다. 타겟이 주기적 구조체의 비대칭을 통해서 측정될 때 주기적 구조체를 포함하는 두 층들 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위한 추가적인 예는 PCT 특허 출원 공개 번호 제 WO 2011/012624 또는 US 특허 출원 제 US 20160161863에서 발견될 수 있는데, 이들은 그 전체가 본 명세서에 원용에 의해 통합된다.
다른 관심 파라미터는 초점 및 선량일 수 있다. 초점 및 선량은, 본 명세서에서 그 전체가 원용에 의해 통합되는 US 특허 출원 US2011-0249244에 설명된 바와 같은 산란측정에 의해서(또는 대안적으로는 스캐닝 전자 현미경 검사에 의하여) 동시에 결정될 수 있다. 초점 에너지 매트릭스(FEM(focus energy matrix) - 초점 노광 매트릭스라고도 불림) 내의 각각의 포인트에 대해서 임계 치수 및 측벽각 측정치의 고유한 조합을 가지는 단일 구조체가 사용될 수 있다. 임계 치수 및 측벽각의 이러한 고유한 조합이 이용가능하다면, 초점 및 선량 값은 이러한 측정치들로부터 고유하게 결정될 수 있다.
계측 타겟은, 대부분 레지스트 내에서 형성되지만, 예를 들어 에칭 프로세스 이후에도 리소그래피 프로세스에 의해 형성되는, 합성 격자들의 앙상블일 수 있다. 통상적으로, 계측 타겟으로부터 도착하는 회절 차수를 캡쳐할 수 있기 위해서, 격자 내의 구조체의 피치 및 선폭은 측정 광학기(특히 광학기의 NA)에 크게 의존한다. 앞서 표시된 바와 같이, 회절된 신호는 두 개의 층 사이의 천이('오버레이'라고도 불림)를 결정하기 위하여 사용될 수 있고, 또는 리소그래피 프로세스에 의해 생산되는 원본 격자의 적어도 일부를 재구성하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 재구성은 리소그래피 프로세스의 품질을 가이드를 제공하기 위하여 사용될 수 있고, 리소그래피 프로세스의 적어도 일부를 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 타겟은 타겟 내의 디자인 레이아웃의 기능성 부분의 치수를 복제하도록 구성된 더 작은 서브-세그멘테이션을 가질 수 있다. 이러한 서브-세그멘트화에 기인하여, 전체 프로세스 파라미터 측정치들이 디자인 레이아웃의 기능성 부분을 더 잘 닮도록, 타겟은 디자인 레이아웃의 기능성 부분과 더 유사하게 동작할 것이다. 타겟은 언더필된 모드 또는 오버필된 모드에서 측정될 수 있다. 언더필된 모드에서, 측정 빔은 전체 타겟보다 작은 스폿을 생성한다. 오버필된 모드에서, 측정 빔은 전체 타겟보다 큰 스폿을 생성한다. 이러한 오버필된 모드에서는, 상이한 타겟들을 동시에 측정함으로써, 상이한 처리 파라미터를 동시에 결정하는 것도 가능할 수 있다.
특정한 타겟을 사용하는 리소그래피 파라미터의 전체 측정 품질은 이러한 리소그래피 파라미터를 측정하기 위하여 사용되는 측정 레시피에 의해서 적어도 부분적으로 결정된다. "기판 측정 레시피"라는 용어는 측정 자체의 하나 이상의 파라미터, 측정되는 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터, 또는 양자 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에서 사용된 측정이 회절-기반 광학 측정이라면, 측정의 파라미터 중 하나 이상은 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 상대적인 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 상대적인 방사선의 배향 등을 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하기 위한 기준들 중 하나는, 예를 들어 처리 변동에 대한 측정 파라미터들 중 하나의 감도일 수 있다. 더 많은 예들이 본 명세서에서 그 전체가 원용에 의해 포함되는 US 특허 출원 제 US2016-0161863 및 공개된 US 특허 출원 제 US 2016/0370717A1에 기술된다.
계산을 통한 이미징/위상 취출 접근법을 채용하는 계측 장치는 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 미국 특허 출원 제 US2019/0107781에 설명된 바 있다. 이러한 계측 디바이스는 평범하거나 심지어 상대적으로 보통인 수차 성능을 가지는 상대적으로 간단한 센서 광학기를 사용할 수 있다. 이와 같이, 센서 광학기는 수차를 가지도록 허용되고, 따라서 상대적으로 열악한 이미지를 생성할 수 있다. 물론, 간단하게 말하면, 이러한 광학 수차의 효과를 보상하기 위한 무언가가 수행되지 않는 한, 센서 광학기가 그 안에서 큰 수차를 가질수록 이미지 품질에는 허용될 수 없는 영향이 생길 것이다. 그러므로, 센서 광학기 내의 수차 성능을 완화시키는 부정적인 효과를 보상하기 위해서 계산을 통한 이미징 기법이 사용된다.
이러한 접근법에서는, 타겟의 세기 및 위상이 타겟의 하나 또는 다수의 세기 측정으로부터 취출된다. 위상 취출은 계측 타겟의 종래의 정보를 사용할 수 있다(예를 들어, 위상 취출 알고리즘을 유도/설계하기 위한 시작점을 형성하는 손실 함수에 포함되도록). 대안적으로 또는 종래 정보 접근법과 조합되어, 다양성 측정이 이루어질 수 있다. 다양성을 얻기 위해서, 이미징 시스템은 측정들 사이에서 약간씩 변경된다. 다양성 측정의 일 예는 쓰루-초점 스테핑(through-focus stepping), 즉, 상이한 초점 위치에서 측정치를 획득하는 것에 의한 것이다. 다양성을 도입하기 위한 대안적인 방법은, 예를 들어 상이한 조명 파장 또는 상이한 파장 범위를 사용하는 것, 조명을 변조하는 것, 또는 측정들 사이에서 타겟 상의 조명의 입사각을 변경하는 것을 포함한다. 위상 취출 자체는 앞서 언급된 US2019/0107781, 또는 특허 출원 제 EP17199764(역시 본 명세서에서 원용에 의해 통합된다)에서 설명된 것에 기반할 수 있다. 이러한 출원은 타겟 및 조명 방사선 사이의 상호작용이 그 전기장 또는 복소 필드에 관하여 기술되도록(여기에서 "복소(complex)"는 진폭 및 위상 정보 모두가 존재한다는 것을 의미함), 세기 측정으로부터 대응하는 위상 취출을 결정하는 것을 기술한다. 세기 측정은 종래의 계측에서 사용된 것보다 낮은 품질일 수 있고, 따라서 설명된 바와 같이 초점이 맞지 않는(out-of-focus) 상태일 수 있다. 설명된 상호작용은 타겟 바로 위의 전기장 및/또는 자기장의 표현을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 조명된 타겟 전기장 및/또는 자기장 이미지는 타겟과 평행한 평면에 있는 (예를 들어, 2-차원) 표면 상의 무한소(infinitesimal) 전기 및/또는 자기 전류 쌍극자를 이용하여 등가 소스 기술(equivalent source description)로서 모델링된다. 이러한 평면은, 모델 평면의 위치는 중요하지 않지만 예를 들어 타겟 바로 위의 평면, 예를 들어 레일리(Rayleigh) 기준에 따라서 초점이 맞는 상태인 평면일 수 있다: 하나의 평면에서의 진폭 및 위상이 알려지면, 이들은 임의의 다른 평면(초점이 맞는 평면, 초점이 맞지 않는 평면, 또는 심지어 퓨필 평면)으로 계산을 통하여 전파될 수 있다. 또는, 이러한 기술(description)은 타겟 또는 그 2-차원 등가체의 복소 투과(complex transmission)를 포함할 수 있다.
위상 취출은, 조명 방사선 및 타겟 사이의 상호작용의 회절된 방사선에 대한 영향을 모델링하여 모델링된 세기 패턴을 획득하는 것; 및 모델링된 세기 패턴 및 검출된 세기 패턴 사이의 차이를 최소화하기 위해서 모델 내의 전기장/복소 필드의 위상 및 크기를 최적화하는 것을 포함할 수 있다. 좀 더 구체적으로는, 측정 포착(measurement acquisition) 도중에, 이미지(예를 들어, 타겟의 이미지)가 검출기 상에서(검출 평면에서) 캡쳐되고, 그 세기가 측정된다. 예를 들어, 타겟과 평행한(예를 들어, 타겟 바로 위의) 평면에서의 전기장의 진폭 및 위상을 결정하기 위하여 위상 취출 알고리즘이 사용된다. 위상 취출 알고리즘은, 타겟을 계산을 통해 이미징하여 검출 평면에서의 필드의 세기 및 위상에 대한 모델링된 값을 획득하기 위해서, 센서의 순방향 모델을 사용한다(예를 들어, 수차가 고려됨). 타겟 모델은 요구되지 않는다. 모델링된 세기 값 및 검출된 세기 값 사이의 차이는 위상 및 진폭에 관하여 최소화되고(예를 들어, 반복적으로), 결과적으로 얻어지는 대응하는 모델링된 위상 값은 취출된 위상이 된다. 계측 애플리케이션에서 복소 필드를 사용하기 위한 특정한 방법은 역시 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 PCT 출원 PCT/EP2019/052658에서 설명된다.
이러한 반복식 알고리즘은 계산 비용이 많이 들고, 따라서 한 솔루션으로 수렴하기까지 시간이 오래 걸리며, 이것이 언제 수렴할지, 또는 그러한 솔루션이 최적 솔루션인지를 보장하지 않는다. 그러므로 세기 이미지로부터 복소 필드를 결정하기 위한 여러 비-반복식 방법이 설명될 것이다. 또한, 의심스러운 유효성을 가지는 초점 다양성 측정을 사용하는 데에는, 샘플을 초점을 통해서 이동시키는 것이 검출기를 초점을 통과해서 이동시키는 것과 균등하다는 가정과 같은 내재적인 가정이 존재한다. 이와 같이, 본 명세서에서 설명되는 방법(반복적으로 계산된 복소 필드 실시형태를 추가적으로 포함함)은 이러한 초점을 통과하는 다양한 측정에 대한 필요성을 피한다.
본 명세서에서 설명되는 방법은, 이미지들 사이에서 샘플(예를 들어, 타겟)에 의해 반사된 방사선의 푸리에 평면(또는 퓨필 평면)에서 하나 이상의 변경(alteration)이 이루어진 복수 개의 다양한 이미지를 획득하는 단계를 포함한다. 푸리에 평면 내에 적절한 (진폭 및/또는 위상) 변조를 적용함으로써(예를 들어, 변조기 또는 마스크를 사용함), 이미지 평면 내의 이미지들의 시퀀스를 캡쳐하는 것이 가능하고, 그로부터 복소-값 필드가 비-반복식으로 재구성될 수 있다.
도 5는 명세서에서 설명되는 실시형태 중 많은 것에 대해서 사용될 수 있는 기본적인 구성을 예시한다. 이것은 샘플 평면(SP) 내의 샘플(S) 또는 타겟이다. 샘플(S)로부터 반사된 방사선 필드는 이미징 렌즈(또는 이미징 시스템)(L) 및 빔 스플리터(BS)를 통과하여 푸리에 평면(FP)에 있는 마스크(M) 또는 진폭 변조기로 간다. 마스크(M)는 샘플(S)에 의해 반사된 필드의 푸리에 변환의 진폭(푸리에 변환된 반사된 필드)을 변경 또는 변조한다. 이미지 평면(IM)에 있는 제 1 검출기(IDET) 또는 카메라는 마스크(M)에 의하여 푸리에 필터링된 이후의, 샘플에 의해 반사된 필드의 이미지를 검출한다. 선택적인 제 2 검출기 또는 카메라(FDET)는 마스크(M)에 의해 변조되기 전에 샘플에 의하여 반사된 필드의 세기 푸리에 변환을 이미징하기 위하여 푸리에 평면(FP)에 위치될 수 있다.
제 2 검출기(FDET) 및 연관된 푸리에 이미징 브랜치(및 따라서 빔 스플리터(BS))는 선택적이다. 이들은 특정 마스크 속성 또는 변조가 이상적으로 필드의 푸리에 변환의 특정 구역에 적용되어야 하는 도 6에 예시된 것(이하 설명된다)과 같은 실시형태들에서 유용하다. 이와 같이, 제 2 검출기(FDET)에 의하여 푸리에 평면에서 기록된 이미지는 어떤 진폭 변조가 적용되어야 하는지를 결정하는 것을 도울 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이러한 이미지는 반복식 위상 취출 알고리즘을 사용하여 재구성을 정제하기 위한 추가적 정보로서 사용될 수 있다.
도 6은 마스크들의 복수 개의 매칭 쌍(M1, M1P)이 푸리에 변환된 반사된 필드(FT)에 적용되는 일 실시형태를 예시하는데, 한 쌍의 각각의 마스크는 (예를 들어, 작은) 섭동 구역(perturbation region; P) 내에서만 서로 다르다. 마스크는, 예를 들어 마스크들의 각각의 쌍에 대해서 두 개의 상이한 변조를 제공하는 (예를 들어, 디지털) 이진 진폭 변조기(예를 들어 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD))에 의해서 구현될 수 있다.
샘플로부터의 반사된 필드는 샘플 진폭 성분 A 및 (미지의) 샘플 위상 성분 φ를 포함한다. 이미징 렌즈(L)의 푸리에 평면(FP) 내의 마스크/이진 진폭 변조기(및 존재할 경우 푸리에 검출기(FDET)) 상에 입사하는 필드인 푸리에 변환된 반사된 필드(FT)는, 마스크들의 매칭 쌍 중 첫 번째 것, 즉, 비섭동(unperturbed) 마스크(M1)를 사용하여 변조된다. 푸리에 변조된 필드로부터 초래되는 이미지 평면 내의 이미지(Im1)가 캡쳐되고 기록된다(예를 들어, 이미지 평면 검출기(IDET)에 의하여). 마스크들의 매칭 쌍 중 두 번째 것, 즉, 섭동 마스크(M1P)는 이제 푸리에 변환된 반사된 필드(FT)를 변조하기 위하여 사용되고, 이미지 평면 내의 결과적으로 얻어지는 이미지(Im2)는 캡쳐되고 기록된다(예를 들어, 이미지 평면 검출기(IDET)에 의하여). 푸리에 변환(FTM1')의 재구성 부분은 두 개의 기록된 이미지(Im1, Im2) 각각의 푸리에 역변환들의 차이로부터 재구성될 수 있다.
일 실시형태에서, 두 개의 상이한 변조 함수(M1, M1P)는 이진 진폭 변조기(즉, 이진 진폭 변조기를 사용하여 구현된 마스크(M))에 의하여 적용된다. 명구역(R1) 내에서, 방사선은 변경되지 않고 반사되지만(또는, 셋업에 의존해서는 투과됨), 암구역(R2) 내에서는 진폭이 0으로 설정된다. 두 개의 변조 함수들의 차이는 진폭이 하나의 마스크에서만 변조되고 다른 마스크에서는 변조되지 않는 작은 섭동 구역(P)이다. 일 실시형태에서, 작은 섭동은 본질적으로 "핀홀"을 포함할 수 있는데, 이것은 방사선을 섭동 마스크(M1P) 내에서 반사하지만, 비섭동 마스크(M1) 내에서는 반사하지 않는다(예를 들어, 진폭이 제로로 설정됨). 이러한 실시형태에서, 섭동 구역은 재구성 구역(R1)(예를 들어, 반사된 영역)의 경계에 있을 수 있다. 또한, 재구성 스킴이 노이즈 견실성을 가지기 위해서는 섭동 구역은 푸리에 변환의 진폭이 높은 위치에 있어야 한다. 이미징 렌즈의 푸리에 평면에 있는 카메라(FDET)가 이러한 구역을 식별하는 것을 돕기 위해서 사용될 수 있다.
푸리에 변환된 전체 반사된 필드(FT)를 커버하기 위해서(예를 들어, 섭동 마스크(M1P-M8P)에 대해서 공통인 섭동 구역 외에), 이러한 단계들이 반사된 영역이 주위로 이동되는 여러 다른 마스크들의 쌍(M2-M8)(즉, 각각은 대응하는 섭동 마스크(M2P-M8P)를 가짐(미도시))에 대해서 반복된다. 결과적으로 얻어지는 재구성된 부분(FTM1'-FTM8')(오직 FTM1' 만이 표시됨)을 예를 들어 서로 이어붙임에 의해서 조합함으로써, 거의 전체 푸리에 변환 FT'를 비-반복식으로 재구성하는 것이 가능하다(즉, 섭동 구역(P)을 제외하고 모두). 결과를 푸리에 역변환하면 샘플에 의해 반사된 복소-값 필드 A', φ'의 재구성이 얻어진다. 더 많은 쌍의 마스크가 사용될수록, 측정은 더 견실해질 것이다. 그러나, 이들 중 적어도 두 개가 더 큰 반사된 구역을 가진다면, 전체 필드가 마스크들의 오직 네 개의 쌍(예를 들어, M1, M4, M5 및 M6)(그들의 섭동된 상대방(counterpart)과 함께)만으로 재구성될 수 있다는 것이 쉽게 명백해질 것이다.
그러므로, 재구성 방법은 자기-참조형 홀로그램 방법이라고 기술될 수 있는데, 그 더 상세한 내용은 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 간행물인 Y. Shao 등, "Spatial coherence measurement and partially coherent diffractive imaging using self-referencing holography", Opt. Express 26, 4479-4490 (2018)에서 발견될 수 있다.
이론상, 재구성 구역은 요구된 측정의 개수를 줄이기 위해서 더 크게 만들어질 수 있다. 도 7은 마스크들의 두 개의 쌍(M9, M9P 및 M10, M10P)이 있는 일 예를 예시한다. 그러나, 이들을 사용하면 스킴의 노이즈 감도가 증가될 수 있는데, 그 이유는 섭동 구역 내의 총 필드가 재구성 구역 내의 총 필드와 비교할 때 강해야 하고, 측정치에 더 적은 리던던시가 존재하므로 이것이 반복식 알고리즘을 사용한 최종 정제의 신뢰도를 떨어뜨리기 때문이다.
푸리에 변환이 섭동 구역(진폭이 통상적으로 높은 구역) 내에서 재구성되지 않기 때문에 최종 재구성이 완벽하지 않다는 것에 주의한다. 이것을 해결할 수 있는 여러 방법들이 존재한다. 첫 번째 예에서는, 이미징 렌즈의 푸리에 평면에서 푸리에 카메라(FDET)에 의해 기록된 이미지가 섭동 구역 내의 진폭을 추론하기 위하여 사용될 수 있다. 또는, 전술된 비-반복식 재구성 스킴이 적어도 두 개의 상이한 섭동 구역에 대해서 수행될 수 있는데, 이러한 재구성 중 하나가 다른 것을 완성시키기 위해서 사용된다. 다른 대안으로서, 재구성은 반복식 알고리즘을 사용하여 정제될 수 있다. 비-반복식 재구성을 위해 사용된 데이터 세트는 푸리에 타이코그래피(Fourier ptychography)를 사용한 재구성도 허용한다. 양호한 초기의 예측이 가능하다는 사실 때문에(예를 들어, 푸리에 카메라(FDET)로부터 추론됨) 수렴하지 않고 계산 비용이 높은 문제점을 피할 수 있다.
마스크는 이진 진폭 변조기 대신에 위상 변조기를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 재구성은 세 번의 위상-천이를 섭동 구역 내에 적용함으로써 수행될 수 있다(이것은 위상 천이 홀로그래피/간섭측정이라고 알려져 있고, 정량적 제르니케 위상 콘트라스트 현미경 검사(본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 P. Gao 등, "Phase-shifting Zernike phase contrast microscopy for quantitative phase measurement", Opt. Lett. 36, 4305-4307 (2011) 참조)라고도 불린다). 이러한 경우에, 섭동 구역은 재구성 구역의 에지에 있을 필요가 없고, 그 대신에 재구성 구역 안에 있을 수 있다. 따라서, 서로 이어붙임될 필요가 있는 상이한 구역에 대해서 다수의 비-반복식 재구성을 수행할 필요가 없다. 단점에는 위상 변조기가 진폭 변조기보다 고가이고, 파장 독립적이 아니라는 것이 포함될 수 있다.
도 8은 마스크가 기계적으로 이동하는 마스크(RM), 예컨대 회전 마스크를 포함하는 다른 대안을 예시한다. 이러한 마스크는 픽셀화(pixelation)를 겪지 않을 것이다. 더욱이, 이와 같이 마스크가 투과성이기 때문에, 빔은 빔 스플리터(BS)를 추가적으로 통과하도록 요구되지 않고, 따라서 세기 손실이 감소된다. 그러나, 이러한 실시형태는 기계적인 이동을 도입하고 있다. 마스크(RM)는 선택적(예를 들어, 개폐될 수 있는) 섭동 구역(P)을 가지는 회전 마스크일 수 있다. 일 예에서, 섭동 구역(P)은 회전 마스크(RM)의 회전축과 일치한다.
여러 다른 실시형태가 도 9에 개략적으로 예시된 단순화된 구조에 관련되어 설명될 것이다. 이것은 샘플 평면(SP)에 있는 샘플(S), 이미징 렌즈(L), 마스크(M) 및 이미지 평면(IP)에 있는 검출기(DET)를 보여준다. 이러한 실시형태 각각은 전술된 바와 같은 퓨필/푸리에 평면 이미징 브랜치를 가질 수 있다.
도 10은 마스크(M)가 레퍼런스 핀홀(RP)이 있는 격자(G)를 포함하는 일 실시형태를 예시한다. 샘플(S)은 제한된 크기의 스폿으로 조명된다. 샘플에 의해 반사된 필드는 이미징 렌즈(L)에 의해서 이미징된다. 레퍼런스 핀홀(RP)이 있는 진폭 격자(G)가 렌즈(L)의 푸리에 평면(FP)에 배치된다. 레퍼런스 핀홀(RP)은 필드 진폭이 높은 위치에 있을 것이다. 이미징 렌즈(L)의 이미지 평면(IP)에 있는 검출기 또는 카메라(DET)는 단일 이미지 내에서, 격자(G)에 의해 생성된 다수의 회절 차수를 검출한다.
재구성 방식을 해석하는 두 가지 방법이 존재한다. 한 가지 방법은 이것을 푸리에 변환 홀로그래피의 인스턴스로 간주하는 것이다. 다른 방법은 이것을 다수의 인터페로그램(interferogram)이 격자를 사용하여 동시에 생성되는 위상 천이 홀로그래피의 인스턴스로 간주하는 것이다. 푸리에 변환 홀로그래피 해석법에서는, 이진 진폭 격자가 특정한 서포트(support)를 가진다. 격자의 서포트 및 레퍼런스 핀홀의 위치는, 마스크의 자기상관이 격자의 직접 재구성을 포함하도록 한다; 이와 같이 마스크 자기상관으로부터 격자 재구성을 추출하는 것이 단순하다(즉, 마스크 자기상관은 세기 이미지를 푸리에 변환함으로써 획득됨). 복소 값을 가지는 필드를 이러한 방법을 사용하여 재구성하기 위한 이러한 방법의 더 많은 세부사항은 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 Lu 등; "Noniterative spatially partially coherent diffractive imaging using pinhole array mask" Advanced Photonics, 1(1), 016005 (2019)에서 발견될 수 있다. 병렬 위상 천이 홀로그래피 해석법에서는, 레퍼런스 핀홀이 필드와 간섭하는 레퍼런스 평면파를 이미지 평면 내에 생성한다. 위상 천이 홀로그래피가 동작하려면, 이러한 레퍼런스 평면파의 위상이 이미지 필드에 대해서 천이되어야 한다. 격자를 도입함으로써, 이미지 필드의 사본(즉, 회절 차수들)이 생성되고, 이들은 레퍼런스 평면파에 대해서 상이한 위상을 가진다. 따라서, 단일 측정에서 다수의 회절 차수를 측정함으로써, 단일-샷(single-shot) 재구성이 가능하다.
그러므로, 재구성을 위해서 단일 측정 및 단일 푸리에 변환이면 충분하고, 컴포넌트의 기계적 이동이 요구되지 않는다. 그러나, 카메라는 본 명세서에서 설명되는 다른 실시형태들 중 많은 것과 비교할 때 훨씬 더 넓은 가시 범위를 가지도록 요구된다.
도 11은 이미징 렌즈의 푸리에 평면에 있는 이진 진폭 변조기(예를 들어, 도 9의 마스크(M)는 이진 진폭 변조기를 포함함)를 사용하여 구현될 수 있는 추가적인 자기-참조형 홀로그램의 실시형태를 예시한다. 이러한 실시형태에서, 세 개의 구역(A1, A2, 및 B)이 푸리에 평면(FP)에서 규정된다. 비-반복식 위상 취출 방법은 몇 가지 단계를 포함한다.
첫 번째 단계에서, 구역 B 내의 필드는 마스크(M11)를 사용하여(또는 견실성을 개선하기 위하여 두 개의 마스크(M11, M11')를 사용하여) 푸리에 변환 홀로그래피를 통해서 재구성된다. 암구역은 차단된 구역을 나타내고, 명구역은 투과된 구역을 나타내며, 투과된 구역은 푸리에 평면에서 규정된 바와 같은 재구성 구역(B) 및 복수 개의 레퍼런스 포인트(RP)를 포함한다.
그러면, 다음 두 번의 측정이 이루어진다: 구역(A1+B) 내의 필드가 마스크에 의해 투과되는 첫 번째 측정, 및 구역(A1) 내의 필드만이 투과되는 두 번째 측정. 이러한 두 번의 측정으로부터, 구역 A1 내의 필드와 구역 B 내의 필드의 콘볼루션을 직접적으로 추출하는 것이 가능하다. 이것은 도 6에서 설명된 실시형태와 관련하여 이미 설명된 방법들과 유사한 방법(예를 들어, 두 개의 측정들을 감사하고, 결과를 푸리에 역변환하며, 트윈 이미지를 잘라냄(crop) 함으로써)을 사용하여 달성될 수 있다. 어떻게 이것이 이루어지는지에 대한 세부 사항과 관련하여, 양자 모두가 본 명세서에서 원용되어 본원에 통합되는 전술된 Y. Shao 등, "Spatial coherence measurement and partially coherent diffractive imaging using self-referencing holography" 또는 O. Raz 등, "Direct phase retrieval in double blind Fourier holography", Opt. Express 22, 24935-24950 (2014)를 참조할 수 있다. 구역(A1) 내의 필드를 재구성하기 위하여, 이전의 단계에서 획득된 디콘볼루션이 구역 B 내의 재구성 필드(첫 번째 단계에서 얻어짐)에 적용된다.
구역(A2+B) 내의 필드가 어디에서 마스크에 의해 투과되는지의 세 번째 측정, 및 어디에서 구역(A2) 내의 필드만이 투과되는지의 네 번째 측정이 이제 수행되고, 동일한 프로시저가 구역(A2) 내의 필드를 재구성하기 위하여 수행된다. 그러면, 구역(A1, A2, 및 B) 내의 필드의 재구성이 푸리에 평면에서 전체 필드를 재구성하기 위해서 조합될 수 있다. 재구성 품질은 레퍼런스 포인트(RP)의 유한 크기, 및 구역 B의 유한 폭에 기인하여 열화된다. 그러므로, 반복식 위상 취출을 사용한 최종 정제가 수행될 수 있다.
도 6 및 도 10에 예시된 실시형태와 비교할 때의 이러한 실시형태의 장점은, 이것이 진폭이 높을 것으로 가정되는 단일 레퍼런스 포인트에 의존하지 않는다는 것이다. 그 대신에, 구역 B 내의 어느 곳에 높은 진폭을 가지는 적어도 하나의 포인트가 존재한다는 것이 가정되는데, 이것은 관심 대상 샘플에 대해서 참이다. 그러므로, 마스크는 상이한 샘플에 대해서 상이한 위치로 천이될 필요가 없다.
또한, 일 실시형태에서, 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 O. Raz 등, "Direct phase retrieval in double blind Fourier holography", Opt. Express 22, 24935-24950 (2014)에서 설명되는 바와 같은 이중-블라인드 푸리에 홀로그래피를 구현하는 것이 가능해진다. 이러한 경우에, 세 번의 측정만이 요구되고, 각각은 도 12에 도시되는 세 개의 마스크(M12, M13, M14) 중 하나를 사용한다. 세 번의 대응하는 측정으로부터, 선형 연립 방정식이 구성되고 비-반복식으로 풀이될 수 있다. 그러나, 각각의 시스템이 매우 크고 많은 시스템이 존재하기 때문에(카메라가 N x N 픽셀을 가진다면, 2N 개의 시스템이 존재함), 2N 개의 시스템이 병렬적으로 풀이될 수 있지 않는 한 계산 시간이 앞서 제안된 방법보다 훨씬 길어질 것이다.
추가적인 하이브리드 위상 취출 접근법이 이제 설명될 것인데, 이것은 앞서 설명된 자기-참조형 홀로그램 실시형태(예를 들어, 도 6, 도 7, 도 8, 도 10 또는 도 11)중 임의의 것과 어느 정도의 유사도를 보여준다. 해당 실시형태 및 이러한 실시형태 모두는 각각 소위 '트윈 문제(twin problem')를 다룬다. 트윈 문제는, 이미지의 공간적 콘텐츠가 선형 이미징에서 두 가지 항을 포함한다는 문제인데(완벽해지려면, 소위 이미징 프로세스의 실효 선형화(effective linearization)에서 추가적으로 논의될 비선형 이미징의 세 번째 항이 존재함), 여기에서 선형 이미징 항 중 하나는 정규 이미지(특히 정규 필드)라고 불리고, 선형 항 중 다른 것은 이것이 포인트-반전된 대상 파-필드에 관련되기 때문에 트윈 이미지(특히 트윈 필드)라고 불린다. 따라서, 수학적으로, I(+ G )로 표시되는 동일한 이미지 세기에 기여하는 다음의 두 가지 선형 항이 존재한다(푸리에 공간 내에서, G 는 푸리에 공간 내의 2D 공간-주파수 벡터임)(간략화를 위하여, 메인(제 1) 공간 주파수가 렌즈의 광축을 따라 전파된다고 가정함):
-
정규 이미지 항: O(+ G )에 의해 표현된 대상의 푸리에 계수에 관련됨(O는 대상 필드의 (복소값) 푸리에 변환이고, G 는 출사 퓨필의 푸리에 공간 내의 2D 공간-주파수 벡터임); 및
-
트윈 이미지 항: O*(- G )로 표현된 대상의 푸리에 계수에 관련됨(여기에서 *는 복소 공액을 나타냄).
이러한 실시형태에서, 도 6, 도 7, 도 8, 도 10 또는 도 11 중 하나에 의해 설명된 애퍼쳐 구조보다 더 한정된 애퍼쳐 선택이 제안된다; 애퍼쳐 선택이 더 제한되는 것은 이미징 프로세스에서 제 1 회절 차수가 존재/생략되는지에만 영향을 준다. 이러한 애퍼쳐 선택은 결과적으로 선택된 더 높은 회절 차수(예를 들어, 제 1 회절 차수)를 가지는 제 1 이미지 및 선택된 더 높은 회절 차수를 가지지 않는(그렇지 않다면 유사해지는) 제 2 이미지를 초래한다. 제 1 이미지로부터 제 2 이미지를 감산하면 위상-취출 이전에 이미징 프로세스의 실효 선형화가 초래된다. 이러한 선형화는, 역시 트윈-문제를 해결하는 초점 변동과 조합될 경우에 직접적 비-반복식 위상 취출 프로시저를 가능하게 한다(트윈 문제를 직접적으로 해결하는 도 11에 의해 예시된 더 많은 정교한 애퍼쳐 선택에 반대로 트윈 문제는 제한된 애퍼쳐 선택 때문에 이슈를 남김). 또한, 이것은 전술된 자기-참조형 홀로그래피 실시형태에서 약 절반 이하만이 이용된 것과 반대로 이미징을 위해서 출사 퓨필의 대부분이 사용되는 것을 보장하는데, 그러면 샷(shot) 노이즈에 대한 견실성이 향상된다.
도 13은 예시적인 실시형태에 따른 기본적인 이미징 기법을 예시한다. 이러한 도면은 제 1 이미지를 얻기 위한 구성을 예시하는 제 1 푸리에 평면 표현(FP1) 
및 제 2 이미지를 얻기 위한 구성을 예시하는 제 2 푸리에 평면 표현(FP2) 
를 각각 보여주는데(z는 초점 설정임), 이들은 함께 제 1 이미지 쌍을 만든다. 제 1 푸리에 평면 표현에서는 선택된 더 높은 회절 차수 피크, 예를 들어 제 1 회절 차수 피크는 차단되지 않고, 제 2 제 1 푸리에 평면 표현에서는 선택된 더 높은/제 1 회절 차수 피크가 차단된다. 예를 들어, 초점 설정 z마다의 하나의 쌍의 쓰루-초점 시퀀스 내에 여러 이미지 쌍이 획득되는 것이 제안되며, 차이가 이러한 이미지 쌍들 각각에 대해서 계산된다; 이것이 전술된 실효 선형화를 실현한다.
퓨필의 나머지에 최소의 영향만을 주면서 푸리에 평면 내의 제 1 회절 차수를 선택적으로 차단하기 위한(예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같은 적절하게 구성된 마스크(M) 또는 진폭 변조기에 의하여) 임의의 적절한 구성이 이러한 실시형태를 위하여 사용될 수 있다. 도시된 예에서, 제 1 회절 차수를 선택적으로 차단하기 위하여(푸리에 평면의 중심에서) 서로를 향해 그리고 멀어지게 이동될 수 있는 두 개의 대각선으로 또는 비스듬하게 배향된 기다란 차광부(obscuration)(M15a, M15b)가 존재한다. 차광부(M15b)로서 구성될 경우의 선택적으로 차단된 제 1 회절 차수 이외에 회절된 방사선의 차단을 최소화하기 위하여, 차광부의 배향은 회절 패턴에 대하여 비스듬해야 한다(예를 들어, 45 도).
제 1 이미지 
는 선형 및 비선형 항 양자 모두를 포함할 것인 반면에, 제 2 이미지 
는 비선형 항만을 포함할 것이다. 수학적으로 표현하면:
이고
여기에서 
는 출사 퓨필에서의 2D-좌표(푸리에 평면에서의 공간 주파수)이고, 
은 퓨필에서의 제 1 회절 차수의 2D-좌표이며, 
는 푸리에 평면에서의 타겟의 복소 필드이고, 
는 푸리에 평면에서의 위상 전달 함수이다.
이와 같이, 두 이미지 사이의 차이 
는 선형 항만을 포함하여야 한다:
그러므로, 복소-값 필드는 후속하여 두 개의 선형 방정식이 되는 간단한 근사화 문제로서 취출될 수 있다. 
에 의하여 기술되는 선형화된 이미지 세기는 트윈 이미지 및 정규 이미지의 합을 포함한다:
여기에서, x, y는 두 개의 미지수를 포함한다. 쓰루-초점 시퀀스 내의 초점 다양성은, 예를 들어, 두 개의 미지수 x, y에 대한 간단한 선형 이차 근사화를 풀이함으로써 트윈 이미지가 정규 이미지로부터 분리될 수 있게 한다(그리고 따라서 트윈 문제를 해결함):
(z∈{z1, z2, ..., zN})
여기에서 x가 취출되고, 즉, 
이고, 다음 단계는 복소-값 필드 
을 얻기 위해서 
을 취출하는 것이다. 항 
은 제로 위상을 가지도록 자유롭게 선택될 수 있다. 이러한 진폭을 B로 표현하면, 각각의 디포커스 값 z에 대해서, 진폭이 이미지 쌍( 
및 
)의 양자 모두의 이미지의 DC-성분을 통하여 결정될 수 있는데, 그 이유는:
이기 때문이다.
B의 이러한 값이 각각의 위상-취출 단계에서 결정될 수 있는 것이 바람직하다는 것에 주의해야 한다(예를 들어 +1차 및 -1차 암시야 이미징을 초래하는 두 개의 조명 설정에 대하여).
참조를 위하여 핀홀(섭동 구역)에 의존하는 본 명세서에서 설명되는 자기-참조형 홀로그래피 방법 중 일부(예를 들어, 도 6, 도 7, 도 8 및 도 10과 관련하여 설명된 바와 같음)의 다른 이슈는, 핀홀이 필드 세기가 높은 포인트에 위치될 필요가 있기 때문에 마스크가 상이한 샘플에 대해서 상이한 위치로 천이될 필요가 있을 수 있다는 점이다. 상이한 샘플이 상이한 피치를 가지는 타겟을 가진다면, 높은 세기를 가지는 필드 내의 포인트의 천이가 있을 것이다. 이것을 해결하기 위하여, 산란된 방사선으로부터의 0차(즉, 샘플로부터 정반사된 방사선)를 레퍼런스로서 사용하는 대안적인 측정 구조가 제안된다.
도 14의 (a)는 0차 자기-참조형 홀로그래피를 획득하기 위한 구조를 개략적으로 도시한다. 포인트 소스(예를 들어, 조명 핀홀(PH))가 하나 이상의 입력 렌즈(IL)에 의하여 제 1 렌즈(L1)(예를 들어, 대물 렌즈)의 퓨필 평면 상에 이미징된다. 제 1 렌즈(L1)는 조명 빔(IB)을 기판(W) 상의 샘플(T) 위로 포커싱하고, 반사된 0차(실선) 및 적어도 하나의 더 높은 회절 차수인 일차(예를 들어, +/- 1차 - 점선)를 캡쳐한다. 제 2 렌즈(L2)는 중간 이미지 평면(IIP)에 중간 이미지를 생성한다. 중간 이미지는 (예를 들어, 단일) 제 3 렌즈(L3)로써 재이미징된다. 마스크 핀홀(PH')을 포함하는 마스크(M)가 렌즈(L3)의 푸리에 평면(FP)에 위치된다. 마스크 핀홀(PH')의 위치는 0차와 일치한다. 이전의 경우에서와 같이, 다음 두 개의 이미지가 취해진다: 마스크 핀홀(PH')이 개방된 것, 및 마스크 핀홀(PH')이 차단된 것. 선택적으로, 마스크 핀홀(PH')에서의 필드가 검출기(DET)에서 균질한 평면파를 생성하지 않는다면, 마스크 핀홀(PH')에 의해서 투과된 필드만을 포함하는 제 3 이미지가 취해질 수 있다.
마스크(M)는 마스크 핀홀(PH)(푸리에 평면 내의 0차의 위치와 일치하는 고정된 위치에 있음)의 선택적 개폐가 아니라 전체 필드(전체 제 1 회절 차수를 포함함)를 실질적으로 전달하는 애퍼쳐를 포함할 수 있다. 도 10의 실시형태에 대하여, 0차를 레퍼런스로 사용한다는 것은, 핀홀이 격자의 내부가 아니라 격자(G)의 에지에 위치될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 0차에 있는 핀홀이 제 1 차수인 재구성 구역으로부터 충분히 멀리 있으면 격자가 필요 없는데, 그 이유는 정규의 단일-샷 푸리에 변환 홀로그래피가 이러한 실시형태의 방법을 사용하여 적용될 수 있기 때문이다.
다시 말하건대, 재구성 방법은 이것은 도 6에서 설명된 실시형태와 관련하여 이미 설명된 방법들과 유사한 방법(예를 들어, 두 개의 측정들을 감사하고, 결과를 푸리에 역변환하며, 트윈 이미지를 잘라냄(crop) 함으로써)을 포함할 수 있다. 핀홀이 균질 평면파를 생성하지 않으면(핀홀의 유한 크기에 기인함), 재구성 이미지를 푸리에 변환하고(퓨필 평면으로부터 이미지 평면으로 가도록), 결과를 제 3 측정의 제곱근으로 나눔으로써 선택적인 제 3 이미지가 이것을 정정하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시형태에서, 핀홀은 더 부드러운 레퍼런스 빔을 생성하기 위하여 아포다이징될 수 있다.
조명 및 검출을 위하여 동일한 렌즈를 사용한다는 것은, 기판으로 향하는 도중에 더 강한 조명 빔이 광학 시스템을 통과해야 한다는 것을 의미한다. 표면으로부터의 임의의 내부 반사 또는 산란은, 특히 타겟으로부터의 회절이 약한 경우에는 이미징 오차를 초래할 수 있는 부유 광을 초래한다.
도 14의 (b) 및 (c)는 도 14의 (a)에서의 제 1 렌즈(대물 렌즈)(L1) 대신에 분할된 제 1 렌즈(L1')를 사용함으로써, 이중 반사 및 산란을 완화시키는 대물 렌즈 구조의 단순화된 구성을 예시한다. 분할된 제 1 렌즈(L1')는 제 1 렌즈(L1)를 세 개의 렌즈 부분(LP1, LP2, LP3)으로 분할하는 갭(LG)을 포함한다. 갭(LG)은 렌즈 부분들(LP1, LP2, LP3) 사이의 광 커플링을 방지하도록 충분히 커야 한다. 이러한 콘텍스트에서 충분히 크다는 것은 광의 파장보다 훨씬 큰 것일 수 있다(예를 들어, 100λ). 갭(LG)은 선택적으로 흡수 재료로 충진될 수 있다. 조명 및 검출을 위하여 단일 렌즈를 사용하면, 이미징 조건이 만족되고 0차 및 1차의 경로 길이가 매칭되는 것이 보장된다.
제 1 렌즈 부분(LP1)은 조명 빔(IB)을 샘플(T) 상에 포커싱하기 위해 사용되고, 제 2 렌즈 부분(LP2)은 더 높은 회절 차수(들)(1차)를 캡쳐하기 위하여 사용되며, 제 3 렌즈 부분(LP3)은 정반사로 반사된 0차를 캡쳐하기 위하여 사용된다. 0차 레퍼런스 빔을 공간적으로 필터링하기 위하여 필터링 핀홀(FPH)이 제공될 수 있다. 그러면, 0차 및 1차 빔이 제 2 렌즈(L2)(도 14의 (c)에는 미도시)에 의하여 중간 이미지 평면(IIP)에 포커싱될 것이다. 렌즈가 제 1 렌즈 부분(조명 빔에 대한 것임) 및 제 2 부분(회절 차수에 대한 것임)만을 포함할 수 있지만 분할된 렌즈의 개념이 전술된 실시형태에도 사용될 수 있다는 것에 주의하는데, 그 이유는 그러면 0차가 통상적으로 캡쳐되지 않기 때문이다.
이러한 구조에서는 (선택적으로), 조명 섬유(IF)의 섬유 팁을 분할된 제 1 렌즈(L1')의 퓨필 평면에 배치된 포인트 소스로서 직접적으로 사용하기 때문에, 빔 스플리터(BS)를 사용하는 것도 회피할 수 있다. 이것은 빔 스플리터를 사용하는 것과 비교할 때 시스템을 콤팩트하고 광 효율적으로 만든다. 그러나, 이것에는 이제 오버레이가 웨이퍼 회전 모드에서만 측정가능하다는 대가가 따른다.
이러한 0차 자기-참조형 홀로그래피 방법의 장점은, 마스크가 더 이상 천이될 필요가 없다는 것이다. 더 높은 차수(예를 들어, +1차 또는 -1차)를 재구성하면서 0차와 일치하도록 핀홀을 배치함으로써, 강한 레퍼런스 파가 보장되고, 핀홀의 위치는 상이한 샘플에 대해서 동일할 수 있다(0차의 위치가 고정되기 때문임). 또한, 수행될 필요가 있는 오직 하나의 재구성은 핀홀의 일측에 대한 것 뿐이다: 도 6의 구성이 별개로 각각 재구성된 상이한 재구성 구역들을 이어붙이는 것을 요구하는 것과 대조된다. 그러나, 시스템은 이제 감소된 NA를 가질 것인데, 그 이유는 NA의 일부가 조명을 위해서 사용되고 일부는 0차를 캡쳐하기 위하여 사용되기 때문이다. 또한, 부유 광이 생길 위험성이 더 높다: 조명 빔 및 0차(양자 모두는 높은 세기를 가짐)가 대물 렌즈를 통과해야 한다는 사실은 이미징 프로세스와 간섭을 일으키는 부유 광의 위험을 높인다(비록 이것이 설명된 바와 같은 분할된 렌즈를 사용하여 완화될 수 있지만).
다른 자기-참조형 홀로그래피 방법은 고속 푸리에 변환 계산이 없는 위상-천이 홀로그래피에 의해서 단일-샷 위상 취출을 수행하기 위하여 이진 홀로그램 또는 리(Lee) 홀로그램을 사용할 수 있다.
도 15는 이러한 일 실시형태의 단순화된 구조의 개략도이다. 샘플(S)은 샘플 표면에 대해서 특정 각도로 입사하는 조명 방사선(IR)에 의해서 조명된다. 샘플 표면으로부터의 산란된 방사선(SR)은 제 1 렌즈(L1)(예를 들어, 계측 디바이스의 대물 렌즈)에 의해서 수집되고, 후속하여 제 2 렌즈(L2)(예를 들어, 튜브 렌즈)에 의하여 제 1 이미지 평면(IP1) 상에 이미징된다. 제 1 이미지 평면(IP1)에 있는 샘플의 이미지를 절단하여 세 개의 캡쳐된 이미지의 중첩을 방지하기 위하여 애퍼쳐(AP)가 사용된다. 구성 및 샘플/조명 파라미터가 이미지가 어느 경우에도 애퍼쳐를 포함시키지 않고 분리되게 하는 경우에는, 애퍼쳐가 없을 수 있다는 것에 주의해야 한다. (절단된) 제 1 이미지는 이제 제 3 렌즈(L3)에 의하여 검출기(DET)(예를 들어, CCD 카메라)가 위치된 검출 평면 상에 재이미징된다. 공간 광 변조기(SLM)를 포함할 수 있고 특히 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)를 포함할 수 있는 변조기(M)가 제 3 렌즈(L3)의 푸리에 평면에 배치된다. DMD는 복수 개의(예를 들어, 수백만 개의) 소형 스위칭가능 미러를 포함하는 미세전자기계 시스템 디바이스이다. 이러한 소형 미러는 마이크로미터-스케일 치수를 가질 수 있고, 각각의 미러(또는 픽셀)는 개별적으로 제어/스위칭될 수 있다. DMD는 레이저 빔을 성형하고 다양한 상이한 횡방향 레이저 모드, 예컨대 라게르(Laguerre)-가우시안 빔, 잉세(Ince)-가우시안 모드 및 원통형 대칭 벡터-와류 빔(cylindrically symmetric vector-vortex beam)을 생성하도록 성공적으로 적용되었다. 변조기(M)는 이진 변조를 이러한 푸리에 평면에서 산란된 방사선에 부과한다.
일 실시형태에 따르면, 변조기(M)에 의해 부여된 패턴은 광 위상 및 진폭의 복소 필드 변조의 이진 홀로그램 표현, 예를 들어 리 홀로그램일 수 있다. 변조기가 DMD를 포함하는 경우, DMD가 이진 진폭 변조만을 적용할 수 있기 때문에, 두 번의 변환 단계가 채용될 수 있다. 첫 번째 단계는, 의도된 복소값 변조를 양의 실수-값 리 홀로그램 F(x)에 관한 표현으로 변환하는 것을 포함할 수 있는데, 즉,
이고, H(x)는 복소값 리 홀로그램의 의도된 복소값 변조이고 및 e ivx 는 반송파를 규정한다. 양의 실수-값 리 홀로그램, 즉 수학식 1의 F(x) 는 이제, 예를 들어 양의 실수-값 리 홀로그램 F(x)를 디더링(dithering)함으로써 이진 홀로그램으로 변환될 수 있다.
조명 방사선의 푸리에 평면에서의 양의 실수-값 변조 F(x)의 결과는 세 개의 차수 C, 
가 생성되는 것인데, 이들은 검출 평면에서 공간적으로 분리된다; 이들 각각은 
에 대한 앞선 수학식의 세 항들의 각각의 계수에 대응한다. 예를 들어, 세 개의 공간적으로 분리된 방사선 빔은 다음을 포함한다: 1) 상수 계수 C에 대응하는 무변조된 빔; 2) 변조 계수 H(x)에 대응하는 첫 번째 변조된 빔; 및 3) 변조 계수 H(x) * 에 대응하는 두 번째 변조된 빔.
H(x)에 대해서 적절한 값을 선택함으로써; 예를 들어, 레퍼런스 포인트 x 0 에 대한 위상 천이 
를 포함하기 위하여, 검출기 평면에서 측정된 세 개의 차수는 위상-천이 간섭측정을 위해 요구되는 이미지에 대응할 것이다: 즉 각각의 빔에 대하여 
, 0, 및 
라디안만큼 각각 천이된 평면파와 간섭을 일으키는 필드임. 복소-값 필드는 이러한 세 개의 이미지의 선형 조합을 취함으로써 간단하게 재구성될 수 있다.
위상 취출에 대한 상이한 종류의 다양성을 얻기 위해서 H(x)를 다르게 선택하는 것이 적용될 수 있다는 것에 주의해야 한다. 예를 들어, H(x)가 이차 위상 프로파일이 되도록 선택되면, 세 개의 쓰루-초점 이미지를 반복식 위상 취출에서 사용될 수 있는 단일 샷 내에서 측정하는 것이 가능해진다.
이러한 방법의 장점은 DMD들이 고속이고 넓은 파장 범위에 걸쳐서 동작할 수 있으며, 기계적 이동을 요구하지 않는다는 것이다. 또한, 위상 취출은 단일 샷만을 요구하고 FFT를 요구하지 않는다. 다른 장점은, 하나의 변조 디바이스(예를 들어, DMD)가 위상 취출 및 수차 정정 양자 모두를 동시에 수행할 수 있다는 것이다. 수차 정정 기능을 부과하도록 DMD를 제어함으로써(예를 들어, 계측 시스템의 광 수차의 사전-특성화 또는 최적화될 때까지 부과된 정정을 변경하면서 이미지 품질을 모니터링하는 것에 기반한 최적화 방법에 기반하여), 제 1 변조된 방사선 빔 H(x)는 수차 정정된 이미지를 포함할 것이다.
도 16은 복수 개의 핀홀(PH)을 포함하는 회전 핀홀 마스크(M15)를 사용한 푸리에 타이코그래피 위상 취출 실시형태를 예시한다. 그 회전축이 빔 경로 밖에 있는 핀홀 마스크(M16)가 푸리에 평면 내에서 회전된다. 이것은 일련의 공지된 진폭 변조를 도입하고, 이것이 재구성 구역 RR(짙은 음영)에 대한 푸리에 타이코그래피 위상 취출에서 사용될 것이다. 푸리에 타이코그래피는 공지된 방법이고(하지만 통상적으로는 다르게 구현됨), 예를 들어 G. Zheng 등, "Wide-field, high-resolution Fourier ptychographic microscopy". Nature photonics 7.9 (2013): 739를 참조한다(본 명세서에서 원용에 의해 통합됨).
이러한 마스크는 견실한 재구성을 보장할 수 있는데, 그 이유는 각각의 핀홀이 강한 국지화 제약을 부과하기 때문이다. 이미지 평면 내에서 높은 세기가 검출되면, 이것이 핀홀에 의해 규정된 제한된 영역으로부터 나온 것이 틀림없다는 것이 가정될 수 있다. 핀홀을 주위에서 이동시켜서 상이한 핀홀 위치에 대한 이미지들의 시퀀스를 획득함으로써(마스크(M16')는 회전된 동일한 마스크임), 재구성은 거의 조합(combinatorics)의 문제가 된다: 각각의 이미지 내에서, 핀홀에 대응하는 영역으로부터 각각 나온 높은 세기를 검출하는 것이 보장될 수 있다(핀홀 위치는 알려져 있음). 그러므로, 측정들의 세트 모두가 높은 세기를 포함한다면, 이러한 이미지 모두에 대해서 공통인 핀홀에 의해 커버된 영역이 결정될 수 있고, 이것은 이제 검출된 에너지의 소스가 된다. 대조적으로, 초점 변동을 적용하면 푸리에 평면에 적용된 위상 변조가 나타나는데, 이것은 이러한 국지화 제약을 제공하지 않는다.
이와 같이, 재구성 방법은 추정된 이미지 진폭(공지된 변조, 즉 핀홀 위치에 의해 제약된 푸리에 평면 내의 추정된 필드로부터 계산됨) 및 측정된 이미지 진폭 사이의 차이를 반복하여 최소화하는 것을 포함할 수 있다.
위상은 이러한 실시형태에서 반복적으로 계산되지만(다른 실시형태와 다름), 위상 취출 알고리즘의 요구된 반복의 횟수는 초점 다양성에 기반한 방법과 비교할 때 크게 적어질 것이라는 것이 기대될 수 있다(예를 들어, 약 10 배만큼).
도 17은 본 명세서에 개시된 방법 및 흐름을 구현하는 것을 보조할 수 있는 컴퓨터 시스템(1600)을 예시하는 블록도이다. 컴퓨터 시스템(1600)은 정보를 통신하기 위한 버스(1602) 또는 다른 통신 메커니즘, 및 정보를 처리하기 위하여 버스(1602)와 커플링되는 프로세서(1604)(또는 여러 프로세서(1604 및 1605))를 포함한다. 컴퓨터 시스템(1600)은 프로세서(1604)에 의하여 실행될 정보 및 명령을 저장하기 위하여 버스(1602)에 커플링되는, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 다른 동적 스토리지 디바이스와 같은 메인 메모리(1606)를 더 포함한다. 메인 메모리(1606)는 프로세서(1604)에 의하여 실행될 명령이 실행되는 도중에 일시적 변수 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해서도 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(1600)은 프로세서(1604)에 대한 정적 정보 및 명령을 저장하기 위하여 버스(1602)에 커플링된 판독 전용 메모리(ROM)(1608) 또는 다른 정적 스토리지 디바이스를 더 포함한다. 자기적 디스크 또는 광학적 디스크와 같은 스토리지 디바이스(1610)가 제공되고 정보 및 명령을 저장하기 위하여 버스(1602)에 커플링된다.
컴퓨터 시스템(1600)은 정보를 컴퓨터 사용자에게 디스플레이하기 위하여, 버스(1602)를 통해서 음극선관(CRT) 또는 평판 또는 터치 패널 디스플레이와 같은 디스플레이(1612)에 커플링될 수 있다. 영숫자 키와 다른 키들을 포함하는 입력 디바이스(1614)는 정보 및 커맨드 셀렉션을 프로세서(1604)로 통신하기 위하여 버스(1602)에 커플링된다. 다른 타입의 사용자 입력 디바이스는, 지시 정보와 커맨드 셀렉션을 프로세서(1604)로 통신하고 디스플레이(1612) 상에서의 커서 움직임을 제어하기 위한, 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향 키와 같은 커서 콘트롤(1616)이다. 이러한 입력 디바이스는 통상적으로 두 개의 축인 제 1 축(예를 들어, x)과 제 2 축(예를 들어, y)에서 2-자유도를 가져서, 디바이스가 평면에서의 위치를 특정하게 한다. 터치 패널(스크린) 디스플레이가 입력 디바이스로서 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 설명되는 방법 중 하나 이상은, 프로세서(1604)가 메인 메모리(1606) 내에 포함된 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 실행하는 것에 응답하여 컴퓨터 시스템(1600)에 의해 수행될 수 있다. 이러한 명령들은 스토리지 디바이스(1610)와 같은 다른 컴퓨터-판독가능 매체로부터 메인 메모리(1606)로 독출될 수 있다. 메인 메모리(1606)에 포함된 명령의 시퀀스를 실행하면, 프로세서(1604)는 본 명세서에서 설명되는 프로세스 단계를 수행하게 된다. 메인 메모리(1606)에 포함된 명령의 시퀀스를 실행하기 위하여, 다중 처리 장치 내의 하나 이상의 프로세서가 채용될 수도 있다. 대안적인 실시형태에서, 소프트웨어 명령 대신에 또는 이와 조합하여 유선 회로부가 사용될 수 있다. 따라서, 본 명세서의 설명은 하드웨어 회로와 소프트웨어의 임의의 특정한 조합으로 한정되지 않는다.
"컴퓨터-판독가능 매체"라는 용어는 본 명세서에서 사용될 때 실행되도록 프로세서(1604)로 명령을 제공하는 데에 참여하는 임의의 유형의(tangible) 매체를 가리킨다. 이러한 매체는 비-휘발성 매체, 휘발성 매체, 및 송신 매체를 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 많은 형태를 취할 수도 있다. 비-휘발성 매체는 예를 들어, 스토리지 디바이스(1610)와 같은 광학적이거나 자기적 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는 메인 메모리(1606)와 같은 동적 메모리를 포함한다. 송신 매체는 동축 케이블, 구리 배선, 및 버스(1602)를 포함하는 와이어를 포함하는 섬유 광학계(fiber optics)를 포함한다. 송신 매체는 무선 주파수(RF) 및 적외선(IR) 데이터 통신 중에 생성되는 것과 같은 음파 또는 광파의 형태를 띨 수도 있다. 컴퓨터-판독가능 매체의 공통 형태는, 예를 들어 플로피 디스크, 가요성 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 및 임의의 다른 자기적 매체, 자기-광학적 매체, CD-ROM, DVD, 임의의 다른 광학적 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 홀들의 패턴을 가진 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, 및 EPROM, FLASH EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 후술될 반송파, 또는 컴퓨터가 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다.
다양한 형태의 컴퓨터 판독가능 매체들이 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 실행되도록 프로세서(1604)로 운반하는 것에 수반될 수 있다. 예를 들어, 명령들은 처음에 원격 컴퓨터의 자기적 디스크 상에 보유될 수도 있다. 원격 컴퓨터는 명령들을 자신의 동적 메모리 내로 로딩하고 명령들을 모뎀을 사용하여 전화선을 통해 전송할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1600)에 국지적으로 보유되는 모뎀은 전화선에서 데이터를 수신하고, 적외선 송신기를 사용하여 이러한 데이터를 적외선 신호로 변환한다. 버스(1602)에 커플링된 적외선 검출기는 적외선 신호에서 운반되는 데이터를 수신하고, 이러한 데이터를 버스(1602)에 로딩할 수 있다. 버스(1602)는 데이터를 메인 메모리(1606)로 운반하며, 프로세서(1604)는 이로부터 명령들을 취출하고 실행한다. 메인 메모리(1606)로부터 수신된 명령들은 프로세서(1604)에 의한 실행 이전에 또는 그 이후에 선택적으로 스토리지 디바이스(1610)에 저장될 수 있다.
컴퓨터 시스템(1600)은 버스(1602)에 커플링된 통신 인터페이스(1618)를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(1618)는 국소 네트워크(1622)에 연결된 네트워크 링크(1620)로 양-방향 데이터 통신 커플링을 제공한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(1618)는 대응하는 타입의 전화선에 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 종합 정보 통신망(integrated services digital network; ISDN) 카드 또는 모뎀일 수 있다. 다른 예로서, 통신 인터페이스(1618)는 호환가능한 LAN에 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 근거리 네트워크(LAN) 카드일 수 있다. 무선 링크가 구현될 수도 있다. 임의의 이러한 구현형태에서, 통신 인터페이스(1618)는 다양한 타입의 정보를 나타내는 디지털 데이터 스트림을 운반하는 전기적, 전자기적이거나 광학적 신호를 전송하고 수신한다.
네트워크 링크(1620)는 통상적으로 하나 이상의 네트워크를 통해 다른 데이터 디바이스로 데이터 통신을 제공한다. 예를 들어, 네트워크 링크(1620)는 국소 네트워크(1622)를 통해 호스트 컴퓨터(1624) 또는 인터넷 서비스 제공자(ISP)(1626)에 의하여 작동되는 데이터 장비로 연결을 제공할 수 있다. 이제 ISP(1626)는, 현재 일반적으로 "인터넷(1628)"이라고 불리는 월드와이드 패킷 데이터 통신 네트워크를 통해 데이터 통신 서비스를 제공한다. 국소 네트워크(1622)와 인터넷(1628) 양자 모두는 디지털 데이터 스트림을 운반하는 전기적, 전자기적이거나 광학적 신호를 사용한다. 컴퓨터 시스템(1600)으로의 또는 그로부터의 디지털 데이터를 운반하는, 다양한 네트워크들을 통과하는 신호와 네트워크 링크(1620)를 통과하고 통신 인터페이스(1618)를 통과하는 신호는 정보를 수송하는 반송파의 예시적인 형태들이다.
컴퓨터 시스템(1600)은 네트워크(들), 네트워크 링크(1620), 및 통신 인터페이스(1618)를 통해서, 메시지를 전송하고 프로그램 코드를 포함하는 데이터를 수신할 수 있다. 인터넷의 예에서, 서버(1630)는 애플리케이션 프로그램에 대한 요청된 코드를 인터넷(1628), ISP(1626), 국소 네트워크(1622) 및 통신 인터페이스(1618)를 통해 송신할 수 있다. 이러한 다운로드된 하나의 애플리케이션은, 예를 들어 본 명세서에서 설명되는 기술 중 하나 이상을 제공할 수 있다. 수신된 코드는 수신될 때 프로세서(1604)에 의하여 실행되고, 및/또는 추후에 실행되도록 스토리지 디바이스(1610), 또는 다른 비-휘발성 스토리지에 저장될 수 있다. 이러한 방식으로, 컴퓨터 시스템(1600)은 애플리케이션 코드를 반송파의 형태로 획득할 수 있다.
추가적인 실시형태가 다음 나열된 절들에서 개시된다:
1. 이미징 시스템을 사용하여 측정된 샘플에 관련된 복소-값 필드를 결정하는 방법으로서,
상기 이미징 시스템의 이미지 평면에 이미징되고 적어도 두 개의 상이한 변조 함수가 상기 이미징 시스템의 푸리에 평면에 부과되는, 상기 샘플의 이미지들의 시리즈에 관련된 이미지 데이터를 획득하는 단계; 및
부과된 변조 함수에 기반하여 상기 이미징 데이터로부터 복소-값 필드를 결정하는 단계를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
2. 제 1 절에 있어서,
상기 적어도 두 개의 상이한 변조 함수는 변조 함수들의 복수 개의 쌍을 포함하고, 변조 함수들의 쌍 각각은 섭동 구역(perturbation region) 내에서만 서로 다른 변조 함수들을 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
3. 제 2 절에 있어서,
각각의 변조 함수는 대응하는 재구성 구역 및 차단된 구역을 포함하고,
상기 재구성 구역은 변조 함수들의 각각의 상이한 쌍에 대한 푸리에 평면의 상이한 부분을 커버하는, 복소-값 필드 결정 방법.
4. 제 2 절 또는 제 3 절에 있어서,
상기 변조 함수들의 쌍은 이진 진폭 변조기에 의하여 실현되는, 복소-값 필드 결정 방법.
5. 제 2 절 또는 제 3 절에 있어서,
상기 변조 함수들의 쌍이 상기 섭동 구역에서 변조 함수들에 있어서의 차이를 제공하기 위해 선택적으로 폐쇄되는 애퍼쳐를 가지는 이동식 마스크에 의하여 실현되는, 복소-값 필드 결정 방법.
6. 제 5 절에 있어서,
상기 이동식 마스크는 회전 마스크이고, 상기 선택적으로 폐쇄되는 애퍼쳐는 회전축에 위치되는, 복소-값 필드 결정 방법.
7. 제 2 절에 있어서,
상기 변조 함수들의 쌍은 위상 변조기에 의하여 실현되는, 복소-값 필드 결정 방법.
8. 제 7 절에 있어서,
상기 섭동 구역은 상기 재구성 구역 내에 위치되는, 복소-값 필드 결정 방법.
9. 제 2 절 내지 제 8 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 섭동 구역은 상기 푸리에 평면 내의 고강도(high intensity) 구역에 위치되는, 복소-값 필드 결정 방법.
10. 제 2 절 내지 제 9 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 이미지들의 시리즈를 푸리에 역변환하고 상기 변조 함수들의 복수 개의 쌍 각각에 대응하는 이미지들의 쌍들에 대한 결과들 사이의 차이를 결정함으로써, 복수 개의 부분 재구성된 푸리에 변환을 결정하는 단계;
재구성된 푸리에 변환을 획득하도록 상기 부분 재구성된 푸리에 변환을 조합하는 단계; 및
상기 재구성된 푸리에 변환으로부터 상기 복소-값 필드를 결정하는 단계를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
11. 제 2 절 내지 제 10 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 섭동 구역에서의 진폭을 상기 푸리에 평면의 대응하는 이미지로부터 추론하는 것;
상기 방법을 수행하여 두 개 이상의 섭동 구역에 대해 재구성하고, 재구성들 중 하나를 사용하여 나머지 재구성의 섭동 구역을 재구성하는 것;
푸리에 타이코그래피(ptychography)를 사용하여 상기 섭동 구역에서 필드를 반복적으로 재구성하는 것
중 하나 이상을 수행함으로써, 상기 섭동 구역에서 필드를 재구성하는 단계를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
12. 제 1 절에 있어서,
상기 변조 함수는 진폭 격자 및 레퍼런스 핀홀을 포함하고,
상기 방법은,
단일 이미지 내에서 상기 격자에 의해 회절된 다수의 회절 차수를 캡쳐하는 단계; 및
이미징된 다수의 회절 차수로부터 상기 복소-값 필드를 결정하는 단계를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
13. 제 12 절에 있어서,
상기 복소-값 필드는 푸리에 변환 홀로그래피 또는 병렬 위상 천이 홀로그래피 중 하나를 사용하여 상기 이미징 데이터로부터 결정되는, 복소-값 필드 결정 방법.
14. 제 12 절 또는 제 13 절에 있어서,
상기 레퍼런스 핀홀은 상기 푸리에 평면 내의 고강도 구역에 위치되는, 복소-값 필드 결정 방법.
15. 제 1 절에 있어서,
상기 방법은,
제 1 재구성 구역, 제 2 구역 및 제 3 구역인 적어도 세 개의 구역을 상기 푸리에 평면 내에서 규정하는 단계;
적어도 제 1 변조 함수로부터 획득된 상기 이미지 데이터로부터 상기 제 1 재구성 구역에 대한 필드를 재구성하는 단계 - 상기 제 1 변조 함수는 상기 제 1 재구성 구역 내에서 그리고 복수 개의 레퍼런스 포인트에서만 투과하거나 반사함 -;
상기 2 구역 및 제 3 구역에 대한 필드를,
상기 제 1 재구성 구역 및 상기 제 2 구역에 대한 필드의 제 1 콘볼루션을, 상기 제 1 재구성 구역 및 상기 제 2 구역 내에서만 투과하거나 반사하는 제 2 변조 함수 및 상기 제 2 구역 내에서만 투과하거나 반사하는 제 3 변조 함수로부터 획득된 이미지 데이터로부터 결정하는 것,
상기 제 1 재구성 구역 및 상기 제 3 구역에 대한 필드의 제 2 콘볼루션을, 상기 제 1 재구성 구역 및 상기 제 3 구역 내에서만 투과하거나 반사하는 제 4 변조 함수 및 상기 제 3 구역 내에서만 투과하거나 반사하는 제 5 변조 함수로부터 획득된 이미지 데이터로부터 결정하는 것, 및
상기 제 1 구역에 대한 필드를 재구성하도록 상기 제 1 콘볼루션을 디콘볼루션하고, 상기 제 1 재구성 구역에 대한 재구성된 필드를 사용하여 상기 제 2 구역에 대한 필드를 재구성하도록 상기 제 2 콘볼루션을 디콘볼루션하는 것
에 의하여 재구성하는 단계; 및
상기 복소-값 필드를 결정하도록, 상기 제 1 재구성 구역, 제 2 구역 및 제 3 구역에 대한 재구성된 필드를 조합하는 단계를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
16. 제 1 절에 있어서,
재구성될 전체 필드에 대응하는 제 1 변조 함수로부터 적어도 획득된 제 1 이미지, 상기 전체 필드 중 첫 번째 절반에 대응하는 제 2 변조 함수로부터 획득된 제 2 이미지 및 상기 전체 필드 중 두 번째 절반에 대응하는 제 3 변조 함수로부터 획득된 제 3 이미지를 적어도 포함하는 상기 이미지 데이터로부터 복수 개의 선형 연립 방정식을 구성하는 단계; 및
이중-블라인드 푸리에 홀로그래피(double-blind Fourier holography)를 사용하여 상기 복수 개의 선형 연립 방정식을 비-반복식으로 풀이하는 단계를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
17. 제 1 절에 있어서,
적어도 두 개의 상이한 변조 함수는, 이미지 쌍 중 제 1 이미지를 획득하기 위하여 사용되는 제 1 변조 함수 및 이미지 쌍 중 제 2 이미지를 획득하기 위하여 사용되는 제 2 변조 함수를 포함하고,
상기 변조 함수들 사이의 유일한 실질적 차이는, 상기 제 2 변조 함수가 선택된 더 높은 회절 차수를 차단하고, 상기 제 1 변조 함수는 선택된 더 높은 차수를 차단하지 않는 것은, 복소-값 필드 결정 방법.
18. 제 17 절에 있어서,
상기 제 1 변조 함수 및 제 2 변조 함수는 푸리에 평면에 의하여 형성되는 영역 중 10% 또는 5% 미만을 각각 차단하는, 복소-값 필드 결정 방법.
19. 제 17 절 또는 제 18 절에 있어서,
상기 제 1 변조 함수 및 제 2 변조 함수는, 상기 제 2 변조 함수에 의한 선택된 더 높은 차수의 차단이 아니라, 회절된 방사선의 최소량을 차단하도록 구성되는, 복소-값 필드 결정 방법.
20. 제 17 절 내지 제 19 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 이미지 쌍 각각에 대한 제 1 이미지 및 제 2 이미지의 차분 이미지를 결정하는 차분 이미지를 더 포함하고,
상기 차분 이미지 각각은 상기 이미지를 선형 이미징 항에 관해서만 기술하는, 복소-값 필드 결정 방법.
21. 제 20 절에 있어서,
상기 방법은,
복수 개의 초점 레벨 중 하나에 각각 관련된 복수 개의 상기 이미지 쌍을 캡쳐하는 단계;
상기 차분 이미지의 쓰루-초점 시리즈(쓰루-focus series)를 획득하도록, 각각의 이미지 쌍에 대한 차분 이미지를 결정하는 단계; 및
상기 차분 이미지의 쓰루-초점 시리즈에 걸친 두 개의 미지수의 선형 근사화에 의하여 상기 결정된 차분 이미지 각각 내의 정규 이미지로부터 트윈 이미지를 분리하는 단계를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
22. 제 1 절에 있어서,
두 개의 상이한 변조 함수는 섭동 구역을 규정하는 레퍼런스 핀홀의 선택적 개폐에 의해서만 다르고, 상기 섭동 구역은 샘플로부터의 반사된 방사선의 0차와 푸리에 평면 내에서 정렬되며,
상기 복소-값 필드를 결정하는 단계는, 상기 0차를 사용하여 참조된 자기-참조형(self-referenced) 홀로그래피 방법에 의해서 수행되는, 복소-값 필드 결정 방법.
23. 제 22 절에 있어서,
상기 섭동 구역이 상기 두 개의 상이한 변조 함수 중 하나 내에서만 차단되는 것이 아니라, 상기 두 개의 상이한 변조 함수 각각은 상기 푸리에 평면의 전체 필드를 통과하는, 복소-값 필드 결정 방법.
24. 제 22 절 또는 제 23 절에 있어서,
상기 결정하는 단계는,
두 개의 상이한 변조 함수 중 제 1 변조 함수에 대응하는 제 1 측정 및 두 개의 상이한 변조 함수 중 제 2 변조 함수에 대응하는 제 2 이미지의 차이를 결정하는 것; 및
재구성 복소 필드를 획득하도록 이러한 결과를 푸리에 역변환하는 것을 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
25. 제 24 절에 있어서,
상기 결정하는 단계는,
재구성된 복소 필드로부터 트윈 필드를 잘라내기(crop out)하는 것을 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
26. 제 24 절 또는 제 25 절에 있어서,
상기 방법은,
상기 섭동 구역이 아닌 전체 필드를 차단하는 제 3 변조 함수에 대응하는 제 3 측정을 획득하는 단계; 및
상기 제 3 측정을 사용하여 상기 섭동 구역의 유한 크기의 효과에 대해서 상기 재구성된 복소 필드를 정정하는 단계를 더 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
27. 제 22 절 내지 제 26 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
포인트 소스를 샘플 상에 포커싱하는 단계;
0차 및 적어도 하나의 더 높은 회절 차수를 중간 이미지 평면에 포커싱하는 단계; 및
상기 변조 함수를 상기 중간 이미지 평면을 재이미징하는 렌즈의 푸리에 평면에 부과하는 단계를 더 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
28. 제 22 절 내지 제 27 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 방법은,
분할된 대물 렌즈를 사용하여 상기 샘플을 조명하고, 0차 방사선 및 적어도 하나의 더 높은 회절 차수를 캡쳐하는 단계를 포함하고,
상기 분할된 대물 렌즈는 갭에 의해 분리되는 복수 개의 부분을 포함하며,
상기 복수 개의 부분은 조명 방사선을 상기 샘플 상에 포커싱하기 위한 제 1 부분, 적어도 하나의 더 높은 회절 차수를 캡쳐하기 위한 포커싱, 및 0차를 캡쳐하기 위한 제 3 부분을 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
29. 제 22 절 내지 제 28 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 레퍼런스 핀홀은 아포다이즈되는(apodized), 복소-값 필드 결정 방법.
30. 제 1 절 내지 제 29 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 복소-값 필드를 결정하는 단계는, 적어도 상기 복소-값 필드의 다수에 대하여 비-반복식으로 수행되는, 복소-값 필드 결정 방법.
31. 제 1 절에 있어서,
상기 변조 함수는 상기 이미지들의 시퀀스 중 상이한 이미지들에 대하여 상이한 배향에 있는 복수 개의 핀홀 애퍼쳐가 있는 마스크를 포함하고,
상기 복소-값 필드를 결정하는 단계는, 상기 복소-값 필드를 재구성하기 위하여 반복식 푸리에 타이코그래피 재구성(iterative Fourier ptychography reconstruction)을 사용하는 것을 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
32. 제 1 절에 있어서,
상기 변조 함수는 의도된 복소값 변조의 이진 표현을 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
33. 제 32 절에 있어서,
상기 의도된 복소값 변조의 이진 표현은 의도된 복소값 변조의 리 홀로그램 표현(Lee hologram representation)을 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
34. 제 33 절에 있어서,
상기 방법은,
무변조 차수(unmodulated order) 및 의도된 복소값 변조 및 상호 반대-부호 반송파에 의해 변조된 두 개의 차수인 세 개의 공간적으로 분리된 차수를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
35. 제 33 절 또는 제 34 절에 있어서,
상기 의도된 복소값 변조는 레퍼런스 포인트에 대한 
의 위상 천이를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
36. 제 35 절에 있어서,
상기 의도된 복소값 변조는 이미징 시스템 내의 수차를 정정하기 위한 수차 정정 성분을 더 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법.
37. 제 1 절 내지 제 36 절 중 어느 한 절의 방법을 수행하기 위한 계측 디바이스에 있어서,
샘플로부터 반사된 필드를 이미징하기 위한 이미징 시스템;
각각의 변조 함수를 규정하기 위한, 상기 이미징 시스템의 푸리에 평면에 있는 적어도 하나의 변조기; 및
상기 이미지 각각을 캡쳐하도록 상기 이미징 시스템의 이미지 평면에 있는 검출기를 포함하는, 계측 디바이스.
38. 제 37 절에 있어서,
상기 계측 디바이스는 상기 변조 이전에 푸리에 평면을 이미징하기 위한 제 2 검출기를 더 포함하는, 계측 디바이스.
39. 적절한 장치에서 실행될 때, 제 1 절 내지 제 36 절 중 어느 한 절의 방법을 수행하도록 동작가능한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
40. 제 39 절의 컴퓨터 프로그램을 포함하는 비-일시적 컴퓨터 프로그램 캐리어.
41. 제 39 절의 컴퓨터 프로그램을 실행시키도록 동작가능한 처리 디바이스.
42. 제 22 절 내지 제 29 절 중 어느 한 절의 방법을 수행하기 위한 계측 디바이스로서,
샘플로부터 반사된 필드를 이미징하기 위한 이미징 시스템;
각각의 변조 함수를 규정하기 위한, 상기 이미징 시스템의 푸리에 평면에 있는 적어도 하나의 변조기; 및
상기 이미지들 각각을 캡쳐하기 위하여 상기 이미징 시스템의 이미지 평면에 있는 검출기를 포함하고,
상기 이미징 시스템은,
포인트 소스를 상기 샘플 상에 포커싱하고, 0차 및 적어도 하나의 더 높은 회절 차수를 캡쳐하기 위한 제 1 렌즈,
상기 캡쳐된 0차 및 적어도 하나의 더 높은 회절 차수를 중간 이미지 평면에 포커싱하기 위한 제 2 렌즈; 및
상기 중간 이미지 평면을 재이미징하는 제 3 렌즈를 포함하며,
상기 변조기는 상기 제 3 렌즈의 푸리에 평면에 위치되는, 계측 디바이스.
43. 제 42 절에 있어서,
상기 제 1 렌즈는 갭에 의해 분리된 복수 개의 부분을 가지는 분할된 렌즈를 포함하고,
상기 복수 개의 부분은 포인트 소스를 샘플 상에 포커싱하기 위한 제 1 부분, 적어도 하나의 더 높은 회절 차수를 캡쳐하기 위한 제 2 부분 및 0차를 캡쳐하기 위한 제 3 부분을 포함하는, 계측 디바이스.
44. 제 42 절 또는 제 43 절에 있어서,
상기 계측 디바이스는,
상기 포인트 소스로서 상기 제 1 렌즈 상에 포커싱된 조명 섬유 또는 핀홀을 더 포함하는, 계측 디바이스.
45. 제 42 절 내지 제 44 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 변조기는 제 1 변조 함수 및 제 2 변조 함수를 각각 규정하도록 선택적으로 개폐될 수 있는 핀홀 애퍼쳐를 포함하고,
상기 핀홀 애퍼쳐는 상기 푸리에 평면에서 0차와 일치하는 위치에 있으며,
그렇지 않으면, 상기 제 1 변조 함수 및 제 2 변조 함수 각각은 상기 푸리에 평면의 전체 필드를 통과하는, 계측 디바이스.
본 명세서에서 IC를 제조하는 분야에 리소그래피 장치를 이용하는 것에 대해 특히 언급될 수 있지만, 본원에서 기술된 리소그래피 장치는 다른 응용예를 가질 수 있음이 이해돼야 한다. 가능한 다른 적용예는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory) 용 가이드 및 검출 패턴(guidance and detection pattern), 평판 디스플레이, LCD(Liquid Crystal Display), 박막 자기 헤드 등의 제조를 포함한다.
비록 본 명세서에서 검사 또는 계측 장치의 맥락에서 본 발명의 실시형태가 특정하게 참조되었지만, 본 발명의 실시형태는 다른 장치에서도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시형태는 마스크 검사 장치, 리소그래피 장치, 또는 웨이퍼(또는 다른 기판) 또는 마스크(또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정하거나 처리하는 임의의 장치의 일부가 될 수 있다. "계측 장치"라는 용어는 검사 장치 또는 검사 시스템을 더 가리킬 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태를 포함하는 검사 장치는 기판의 결함 또는 기판 상의 구조체의 결함을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 기판 상의 구조체의 관심 특성은, 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 상의 원치않는 구조체의 존재에 관련될 수 있다.
비록 "계측 장치 / 툴 / 시스템" 또는 "검사 장치 / 툴 / 시스템"이라고 특정하여 가리키지만, 이러한 용어는 동일하거나 유사한 타입의 툴, 장치 또는 시스템을 가리킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태를 포함하는 검사 또는 계측 장치는 기판 또는 웨이퍼 상의 피쳐의 특성을 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태를 포함하는 검사 또는 계측 장치는 기판 또는 웨이퍼의 결함 또는 기판 상의 구조체의 결함을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 기판 상의 구조체의 관심 특성은, 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 또는 웨이퍼 상의 원치않는 구조체의 존재에 관련될 수 있다.
비록 특정한 참조가 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서의 본 발명의 실시형태의 사용에 대하여 이루어졌지만, 콘텍스트가 허용하는 경우 본 발명은 광학 리소그래피로 한정되지 않고, 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있다는 것이 인정될 것이다.
전술된 타겟 또는 타겟 구조체(좀 더 일반적으로는 기판 상의 구조체)가 측정을 위하여 특히 설계되고 형성된 계측 타겟 구조체인 반면에, 다른 실시형태들에서는 기판 상에 형성된 디바이스의 기능적 부분인 하나 이상의 구조체 상의 관심 속성이 측정될 수도 있다. 많은 디바이스는 정규의 격자형 구조체를 가진다. 구조체, 타겟 격자 및 타겟 구조체라는 용어는 본 명세서에서 사용될 때 해당 구조체가 수행되는 중인 측정을 위해서 특히 제공되었다는 것을 요구하지 않는다. 더 나아가, 계측 타겟의 피치 P는 산란계의 광학 시스템의 분해능 한계에 가까울 수도 있고 더 작을 수도 있지만, 타겟부(C) 내에서 리소그래피 프로세스에 의해 제조되는 통상적 제품 피쳐의 치수보다는 훨씬 클 수 있다. 실제로, 타겟 구조체 내의 오버레이 격자의 라인 및/또는 공간은 제품 피쳐와 치수에 있어서 유사한 더 작은 구조체를 포함하도록 제작될 수 있다.
비록 본 발명의 특정한 실시형태가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 위의 설명은 한정적인 것이 아니라 예시적인 의도로 제공된다. 따라서, 다음 진술되는 청구항의 범위로부터 벗어나지 않으면서, 설명된 바와 같은 본 발명에 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.
Claims (15)
- 이미징 시스템을 사용하여 측정된 샘플에 관련된 복소-값 필드(complex-valued field)를 결정하는 방법으로서,
상기 이미징 시스템의 이미지 평면에 이미징되고 적어도 두 개의 상이한 변조 함수가 상기 이미징 시스템의 푸리에 평면에 부과되는, 상기 샘플의 이미지들의 시리즈에 관련된 이미지 데이터를 획득하는 단계; 및
부과된 변조 함수에 기반하여 상기 이미징 데이터로부터 복소-값 필드를 결정하는 단계를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 상이한 변조 함수는 변조 함수들의 복수 개의 쌍을 포함하고, 변조 함수들의 쌍 각각은 섭동 구역(perturbation region) 내에서만 서로 다른 변조 함수들을 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법. - 제 2 항에 있어서,
각각의 변조 함수는 대응하는 재구성 구역 및 차단된 구역을 포함하고,
상기 재구성 구역은 변조 함수들의 각각의 상이한 쌍에 대한 푸리에 평면의 상이한 부분을 커버하는, 복소-값 필드 결정 방법. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
- 변조 함수들의 쌍이 이진 진폭 변조기에 의해 실현되는 것, 및
- 변조 함수들의 쌍이 상기 섭동 구역에서 변조 함수들에 있어서의 차이를 제공하기 위해 선택적으로 폐쇄되는 애퍼쳐를 가지는 이동식 마스크에 의해 실현되는 것
중 적어도 하나로 구성되고,
선택적으로, 상기 이동식 마스크는 회전 마스크이며,
상기 선택적으로 폐쇄되는 애퍼쳐는 회전축에 위치되는, 복소-값 필드 결정 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 변조 함수들의 쌍은 위상 변조기에 의하여 실현되고,
선택적으로, 상기 섭동 구역은 재구성 구역 내에 위치되는, 복소-값 필드 결정 방법. - 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 섭동 구역은 상기 푸리에 평면 내의 고강도(high intensity) 구역에 위치되는, 복소-값 필드 결정 방법. - 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 이미지들의 시리즈를 푸리에 역변환하고 상기 변조 함수들의 복수 개의 쌍 각각에 대응하는 이미지들의 쌍들에 대한 결과들 사이의 차이를 결정함으로써, 복수 개의 부분 재구성된 푸리에 변환을 결정하는 단계;
재구성된 푸리에 변환을 획득하도록 상기 부분 재구성된 푸리에 변환을 조합하는 단계; 및
상기 재구성된 푸리에 변환으로부터 상기 복소-값 필드를 결정하는 단계를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법. - 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 섭동 구역에서의 진폭을 상기 푸리에 평면의 대응하는 이미지로부터 추론하는 것;
상기 방법을 수행하여 두 개 이상의 섭동 구역에 대해 재구성하고, 재구성들 중 하나를 사용하여 나머지 재구성의 섭동 구역을 재구성하는 것; 및
푸리에 타이코그래피(ptychography)를 사용하여 상기 섭동 구역에서 상기 필드를 반복적으로 재구성하는 것
중 하나 이상을 수행함으로써, 상기 섭동 구역에서 상기 필드를 재구성하는 단계를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 변조 함수는 진폭 격자 및 레퍼런스 핀홀을 포함하고,
상기 방법은,
단일 이미지 내에서 상기 격자에 의해 회절된 다수의 회절 차수를 캡쳐하는 단계; 및
이미징된 다수의 회절 차수로부터 상기 복소-값 필드를 결정하는 단계를 포함하며,
선택적으로, 상기 복소-값 필드는 푸리에 변환 홀로그래피 또는 병렬 위상 천이 홀로그래피 중 하나를 사용하여 상기 이미징 데이터로부터 결정되고,
선택적으로, 상기 레퍼런스 핀홀은 상기 푸리에 평면 내의 고강도 구역에 위치되는, 복소-값 필드 결정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 방법은,
제 1 재구성 구역, 제 2 구역 및 제 3 구역인 적어도 세 개의 구역을 상기 푸리에 평면 내에서 규정하는 단계;
적어도 제 1 변조 함수로부터 획득된 상기 이미지 데이터로부터 상기 제 1 재구성 구역에 대한 필드를 재구성하는 단계 - 상기 제 1 변조 함수는 상기 제 1 재구성 구역 내에서 그리고 복수 개의 레퍼런스 포인트에서만 투과하거나 반사함 -;
상기 2 구역 및 제 3 구역에 대한 필드를,
상기 제 1 재구성 구역 및 상기 제 2 구역에 대한 필드의 제 1 콘볼루션을, 상기 제 1 재구성 구역 및 상기 제 2 구역 내에서만 투과하거나 반사하는 제 2 변조 함수 및 상기 제 2 구역 내에서만 투과하거나 반사하는 제 3 변조 함수로부터 획득된 이미지 데이터로부터 결정하는 것,
상기 제 1 재구성 구역 및 상기 제 3 구역에 대한 필드의 제 2 콘볼루션을, 상기 제 1 재구성 구역 및 상기 제 3 구역 내에서만 투과하거나 반사하는 제 4 변조 함수 및 상기 제 3 구역 내에서만 투과하거나 반사하는 제 5 변조 함수로부터 획득된 이미지 데이터로부터 결정하는 것, 및
상기 제 1 구역에 대한 필드를 재구성하도록 상기 제 1 콘볼루션을 디콘볼루션하고, 상기 제 1 재구성 구역에 대한 재구성된 필드를 사용하여 상기 제 2 구역에 대한 필드를 재구성하도록 상기 제 2 콘볼루션을 디콘볼루션하는 것
에 의하여 재구성하는 단계; 및
상기 복소-값 필드를 결정하도록, 상기 제 1 재구성 구역, 제 2 구역 및 제 3 구역에 대한 재구성된 필드를 조합하는 단계를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법. - 제 1 항에 있어서,
재구성될 전체 필드에 대응하는 제 1 변조 함수로부터 적어도 획득된 제 1 이미지, 상기 전체 필드 중 첫 번째 절반에 대응하는 제 2 변조 함수로부터 획득된 제 2 이미지 및 상기 전체 필드 중 두 번째 절반에 대응하는 제 3 변조 함수로부터 획득된 제 3 이미지를 적어도 포함하는 상기 이미지 데이터로부터 복수 개의 선형 연립 방정식을 구성하는 단계; 및
이중-블라인드 푸리에 홀로그래피(double-blind Fourier holography)를 사용하여 상기 복수 개의 선형 연립 방정식을 비-반복식으로 풀이하는 단계를 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복소-값 필드를 결정하는 단계는, 적어도 상기 복소-값 필드의 대부분 대하여 비-반복식으로 수행되는, 복소-값 필드 결정 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 변조 함수는 상기 이미지들의 시퀀스 중 상이한 이미지들에 대하여 상이한 배향에 있는 복수 개의 핀홀 애퍼쳐가 있는 마스크를 포함하고,
상기 복소-값 필드를 결정하는 단계는, 상기 복소-값 필드를 재구성하기 위하여 반복식 푸리에 타이코그래피 재구성(iterative Fourier ptychography reconstruction)을 사용하는 것을 포함하는, 복소-값 필드 결정 방법. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 계측 디바이스에 있어서,
샘플로부터 반사된 필드를 이미징하기 위한 이미징 시스템;
각각의 변조 함수를 규정하기 위한, 상기 이미징 시스템의 푸리에 평면에 있는 적어도 하나의 변조기; 및
상기 이미지 각각을 캡쳐하도록 상기 이미징 시스템의 이미지 평면에 있는 검출기를 포함하는, 계측 디바이스. - 적합한 장치에서 실행될 때, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 동작가능한 프로그램 명령을 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
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