KR20220104821A

KR20220104821A - 큰 표면들의 반사 푸리에 타이코그래피 (reflective fourier ptychography) 이미징

Info

Publication number: KR20220104821A
Application number: KR1020227022550A
Authority: KR
Inventors: 콜린 마이클 앤더슨; 로데릭 모슬리; 네리사 수 드래거; 제롬 에스. 후벡
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2022-07-26
Also published as: TW202136753A; JP2023504151A; CN115053122A; WO2021113131A1; US20220413276A1

Abstract

다양한 실시 예들은 RFPM (reflective-mode Fourier ptychographic microscope) 장치들 및 RFPM을 사용하기 위한 방법들을 포함한다. 일 예에서, RFPM은 방사선을 표면으로 지향시키도록 구성된 복수의-컴포넌트 광원을 포함한다. 복수의-컴포넌트 광원은 각각이 개별적으로 활성화되도록 구성되는 다수의 개별 광원들을 갖는다. RFPM은 표면으로부터 반사되고 산란되거나 그렇지 않으면 방향 전환된 방사선을 수용하기 위한 집광계들, 및 집광계들로부터 수신된 광-에너지를 전기-신호 출력부로 변환하기 위한 센서 엘리먼트를 더 포함한다. 다른 장치들, 설계들 및 방법들이 개시된다.

Description

큰 표면들의 반사 푸리에 타이코그래피 (REFLECTIVE FOURIER PTYCHOGRAPHY) 이미징

개시된 주제는 일반적으로 표면들 및 표면들 근방 상의 결함들 (표면 하 (sub-surface) 결함들) 을 검출하는 분야와 관련된다. 보다 구체적으로, 개시된 주제는 반사 푸리에 타이코그래피 (reflective Fourier ptychography) 시스템을 사용한 결함들의 자동화된 검출과 관련된다.

표면들에 대한 동시 카메라 검사 기법들은 큰 시계 (field of view) 와 저 해상도를 갖는 고가의 카메라들, 또는 고배율과 고해상도를 갖지만 작은 시계와 커플링된 시스템들을 활용한다. 예를 들어, 현재 머신-비전 (machine-vision) 기술들은 (예를 들어, 대략 0.25 ㎡의 면적일 수도 있는) 전체 부품의 표면을 충분한 해상도로 적시에 검사할 수 없다.

투과 모드 기법들을 활용하는 일 종래의 시스템은 집광계 (collection optics) 를 사용하는 동안 작은 어퍼처 수를 갖고, 따라서 보다 큰 이미지 영역의 샘플링을 허용하는 동안 고 배율 기법들을 허용한다. 도 1을 참조하면, 프로그램 가능한 LED 어레이 (110) 의 형태로 멀티플렉싱된 조명을 갖는 종래 기술의 투과 모드, 푸리에 타이코그래피 현미경 (transmissive-mode, Fourier ptychographic microscope; TFPM) 장치 (100) 의 간략화된 도면이 도시된다. TFPM 장치 (100) 는 광원으로서 프로그램 가능한 LED 어레이 (110) 를 갖는 종래의 명시야 (brightfield) 현미경 (120) 을 사용한다. 프로그램 가능 LED 어레이 (110) 는 샘플 (103) 의 푸리에 평면 (109) 에서 조명 (101) 의 의도적인 패터닝을 허용한다. 샘플 (103) 로부터의 광 (105) 은 명시야 현미경 (120) 의 제 1 광학 렌즈 (107) 및 제 2 광학 렌즈 (111) 를 통해 지향된다. 투과성 광 (113) 은 이미징 디바이스 (115) 에 의해 수신된다. 이미징 디바이스 (115) 는 카메라를 포함할 수도 있다. 이미징 디바이스 (115) 로부터 획득된 이미지 데이터는 컴퓨팅 디바이스 (117) 에 전기적으로 커플링된다. 이미지 데이터는 프로세싱 및 모니터 (미도시) 상의 최종 디스플레이를 위해 이미징 디바이스 (115) 로부터 컴퓨팅 디바이스 (117) 로 전송된다.

LED 어레이 (110) 는 미리 결정된 패턴 및 시간적 시퀀스에서 시간의 함수로서, LED 어레이 (110) 의 면 위에 배치된 발광 다이오드들 중 하나 이상을 조사하도록 (illuminate) 구성된 프로그램 가능한 제어기 (미도시지만 당업자에게 이해 가능) 를 포함한다. 따라서, 도 1의 다이어그램은 큰 시계 (field-of-view; FOV) 를 갖는 저 어퍼처 수 (numerical-aperture; NA) 대물 렌즈를 사용할 수 있게 하는, 푸리에 타이코그래피를 사용하는 종래 기술의 시스템을 도시한다. 저 NA 대물 렌즈를 사용하여도, 푸리에 타이코그래피 장치는 다양한 광원들 및 생성된 광 패턴들로 인해 전체 이미지에 걸쳐 고 레벨의 해상도를 획득할 수 있다. 도시된 LED 어레이 (110) 에 더하여, 푸리에 타이코그래피 현미경 장치들의 다양한 종래 기술 예들은 또한 샘플에 대해 틸팅 (tilt) 및 재배치될 (reposition) 수 있는 조명 소스 (예를 들어, LED) 를 사용한다.

그러나, TFPM 장치 (100) 및 유사한 종래 기술의 장치들이 투과형 현미경 관찰에 대해 다수의 유용한 애플리케이션들을 갖지만, TFPM 장치 (100) 는 광이 투과되게 하는 대상들 (예를 들어, 생물학적 샘플들) 에 대해서만 유용하다. 따라서, TFPM 장치 (100) 는 반사 현미경 및 이미징 기법들에 적응 가능하지 않다. 또한, TFPM 장치 (100) 는 상기 주지된 바와 같이 표면적들을 갖는 큰 샘플들을 스캐닝하는데 용이하게 적응할 수 없다.

이 섹션에 기술된 정보는 이하의 개시된 주제에 대한 맥락을 당업자에게 제안하도록 제공되고, 인정된 종래 기술로 간주되지 않아야 한다.

우선권 주장

본 출원은 전체가 본 명세서에 참조로서 인용된, 2019 년 12 월 2 일에 출원된, 명칭이 "REFLECTIVE FOURIER PTYCHOGRAPHY IMAGING OF LARGE SURFACES"인 미국 특허 출원 번호 제 62/942,636 호에 대한 우선권 이익을 주장한다.

도 1은 프로그래밍 가능한 LED 어레이의 형태로 멀티플렉싱된 조명을 갖는 종래 기술의 투과 모드, 푸리에 타이코그래피 현미경 (transmissive-mode, Fourier ptychographic microscope) 장치의 간략화된 도면을 도시한다.
도 2는 개시된 주제의 다양한 실시 예들에 따른 반사 모드 푸리에 타이코그래피 현미경 (reflective-mode Fourier ptychographic microscope; RFPM) 장치의 도면의 예시적인 실시 예를 도시한다.
도 3a는 개시된 주제의 다양한 실시 예들에 따른 RFPM 장치의 도면의 또 다른 예시적인 실시 예를 도시한다.
도 3b 및 도 3c는 도 3a의 RFPM 장치와 함께 사용될 수도 있는 광원들의 배열들의 예시적인 실시 예들을 도시한다.

이하의 기술 (description) 은 개시된 (disclose) 주제의 다양한 양태들을 구현하는 예시적인 예들, 디바이스들, 및 장치들을 포함한다. 이하의 기술에서, 설명의 목적들을 위해, 발명 주제의 다양한 실시 예들의 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 개시된 주제의 다양한 실시 예들이 이들 구체적인 상세들 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자들에게 자명할 것이다. 또한, 공지된 구조체들, 재료들, 및 기법들 (techniques) 은 다양한 예시된 실시 예들을 모호하게 하지 않기 위해 상세히 도시되지 않았다.

이하에 논의된 다양한 예시적인 실시 예들은 반사 모드 푸리에 타이코그래피 현미경 (reflective-mode Fourier ptychography microscopy; RFPM) 장치에 초점을 맞춘다. 본 명세서에 제공된 개시를 읽고 이해하면, 당업자는 다양한 기법들, 설계들 및 예들이 모두 다양한 조합들로 적용될 수도 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 주제에 대한 도입부로서, 몇몇 실시 예들이 이하의 단락들에서 간략하고 일반적으로 기술될 것이고, 이어서 도면들을 참조하여 보다 상세한 기술이 뒤따를 것이다.

부품을 검사하기 위해 제작사들에 의해 사용된 현재 검사 시스템들 및 방법들은 부품의 (예를 들어, 대략 500 ㎛ 이상의 "직경"을 갖는) 큰 결함들을 검출하기 위한 인간 검사, 및 작은 결함들 (예를 들어, 대략 10 ㎛ 이상) 을 검출하도록 부품의 표면의 작은 백분율이 검사되는 기계 검사 모두를 포함한 기법들에 의존한다. 다양한 제작사들 (예를 들어, 반도체 프로세스 및 계측 툴들의 제작사들) 에 의해 사용된 이들 검사 시스템들 및 방법들은 일반적으로 부품 표면의 약 0.0003 ％ 내지 약 0.0007 ％만을 검사하고 전체 부품의 품질에 대한 추론하고 (extrapolate) 추정하기 위해 이 작은 샘플을 사용한다. 부품의 이 작은 검사된 백분율은 단지 검사된 표면이 부품의 실제 품질 상태를 나타낸다는 약 2 ％ 내지 약 4 ％의 신뢰도를 제공한다. 현대의 시스템들 및 방법들이 매우 적은 백분율의 부품만을 검사하는 이유는 이하에 간략하게 기술된 바와 같이 광학의 물리학에 기초한다.

당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 현미경-기반 검사 시스템들은 일반적으로 대상 (object) 으로부터 투과되거나 반사된 광을 수집하기 위해 현미경 대물 렌즈를 사용한다. 숙련된 기술자는 레일리 해상도 한계 (Rayleigh limit-of-resolution), L_R (현미경이 얼마나 작은 피처들을 분석할 수 있는가) 이 다음 방정식에 기초한다는 것을 인식한다:

여기서 λ는 대상을 조사하기 (illuminate) 위해 사용된 광의 파장이고, NA는 현미경 대물 렌즈의 어퍼처 수 (numerical aperture) 이다. NA는 렌즈와 대상 사이의 매질의 굴절률 및 렌즈로 들어가는 광각 (angle-of-light) 과 관련된다:

여기서 n은 렌즈가 동작하는 매질의 굴절률이다 (예를 들어, n은 공기에 대해 약 1.00과 같고, 물에 대해 약 1.33과 같고, 그리고 고 굴절률 침지 오일들 (immersion oils) 에 대해 약 1.52와 같다); θ는 대물 렌즈에 진입 (또는 진출) 할 수 있는 광추 (cone-of-light) 의 최대 반각이다. 따라서, 어퍼처 수, NA가 증가함에 따라, 해상도 한계, L_R이 감소하여, 결함들과 같은 보다 작은 피처들의 검사를 허용한다.

그러나, NA가 증가함에 따라, 피사계 심도 (depth-of-field) (예를 들어, 이미지 깊이) 및 가시 영역 (viewable area) 은 상당히 감소한다. 예를 들어, 피사계 심도 DOF는 다음 방정식에 따라 어퍼처 수 NA의 제곱만큼 감소한다:

결과적으로, 해상도 한계가 감소함에 따라 (점점 보다 작은 피처 사이즈들의 인터로게이션들 (interrogations) 을 허용함), 피사계 심도는 훨씬 보다 빠르게 감소한다. 가시 영역은 또한 비례하여 감소한다. 따라서, 개시된 주제는 작은 피처들의 인터로게이션을 허용하지만 큰 피사계 심도 및 큰 검사 영역을 갖는 시스템을 제공한다.

예를 들어, 개시된 주제의 장치들 및 방법들은 종래 기술의 표준 현미경-기반 시스템들과 유사한 해상도로, 상기 기술된 샘플링된 약 0.0003 ％ 내지 약 0.0007 ％에 대한 효율의 약 13,000 배 초과의 증가를 주는, 약 30 분 미만에 부품의 전체 표면을 검사할 수 있고, 따라서 최대 대략 약 95 ％ 내지 약 99.9997 ％ 신뢰도의 레벨의 측정 신뢰도의 상당한 개선을 제공할 수 있다.

개시된 주제의 다양한 실시 예들은 예를 들어, 단단한 물질 표면들 (예를 들어, 비-생물학적, 예컨대 무기 또는 비-유기 물질) 을 검사하도록 반사 모드에서 동작한다. 표면들은, 예를 들어, 많은 다른 타입들의 표면들 및 재료들이 개시된 주제의 실시 예들을 사용하여 검사될 수 있지만, 다양한 금속성 (예를 들어, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸), 세라믹 (예를 들어, 알루미나, Al₂O₃) 표면들, 세라믹-코팅된 표면들, 원소 및 화합물 반도체 기판 표면들, 다양한 타입들의 플라스틱들, (당업계에 공지된 다양한 타입들의) 유리 표면들, 양극 산화된 표면들, 및 산화된 표면들을 포함할 수도 있다. 일 예에서, 부품은 직경이 대략 559 ㎜ (대략 22 인치, 일 측면에서 약 0.25 ㎡의 표면적을 가짐) (또는 다른 특징 면적 치수) 일 수도 있고, 부품은 대략 약 5 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 이상의 특징 치수를 갖는 결함들에 대해 검사될 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 부품은 대략 약 5 ㎛ 내지 약 10 ㎛의 특징 치수를 갖고 수 제곱미터까지의 면적에 걸쳐 보다 큰 결함들에 대해 검사될 수도 있다.

개시된 주제의 다양한 실시 예들은 또한 예를 들어, 재료-조성 변화들, 결정-구조 변화들, 또는 재료 내의 입자 경계들을 식별하도록 사용될 수 있다. 상이한 조성들 또는 상이한 결정 구조들을 갖는 재료들은 재료의 특성으로서 상이한 굴절률을 갖는다. 굴절률은 빛이 재료를 통해 반사되고 굴절되는 방식에 영향을 준다. 결과적으로, 다양한 굴절률들은 센서 상에 충돌하는 상이한 강도들의 광을 생성하고, 이에 따라 예를 들어, 조성적 또는 구조적 경계들의 검출을 허용한다. 이에 더하여, 세라믹 또는 금속과 같은 재료의 입자 사이즈가 대략 미크론 (micron) 이면, 일반적으로 관찰하기 위해 훨씬 보다 높은 배율을 필요로 하는 입자 경계들 및 다른 결함들이 개시된 주제의 다양한 실시 예들을 사용하여 검출 가능하다. 또한, 광의 복수의 각도들로부터 취해진 입자 경계들에서 산란된 광은 전통적인 광학계가 검출하거나 식별할 수 있는 것보다 큰 스케일의 보다 큰 결함들에 더하여 입자 경계 정보를 식별하는 이미지를 생성할 수 있다.

개시된 주제는 여전히 고 해상도를 획득하면서 큰 시계 (field-of-view) 를 갖는 카메라를 활용한다. 기술된 장치의 실시 예들은 공간적으로 생성되고 시간적으로 생성된 복수의 각도들의 입사광을 사용하고, 이는 이어서 검사될 부품의 큰 표면적에 걸쳐 그렇게 하는 동안 해상도를 증가시키기 위해 계산적으로 결합된다. 검사된 부품의 표면 상에 충돌하는 많은 수의 입사광-빔들로 인해, 통상적인 단일, 고강도 광 빔으로부터의 아티팩트들 (artifacts) 이 또한 감소되거나 제거된다. 개시된 장치는 전체 표면의 품질에 대해 높은 신뢰도를 가지면서 표면의 일부만을 인터로게이팅하도록 통계 및 머신 러닝을 사용할 수 있다. 또한, 개시된 주제의 다양한 실시 예들은 필요로 하는 특정한 애플리케이션을 충족시키기 위해 다양한 타입들의 렌즈들 (예를 들어, 대물 렌즈들) 및 파장들로 수정될 수 있다. 부가적으로, 본 명세서에 기술된 다양한 실시 예들은 전체 표면을 스캔하도록 자동화될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 검사된 표면적을 증가시키기 위해, RFPM 디바이스는 래스터 스캐닝되거나 (raster scan) 그렇지 않으면 검사될 표면의 상이한 부분들로 이동될 수도 있다. 또 다른 실시 예에서, 표면은 RFPM 디바이스에 대해 변환될 (translate) 수도 있다. 여전히 다른 실시 예들에서, RFPM 디바이스는 래스터 스캐닝되고 표면은 RFPM 디바이스에 대해 동시에 변환된다. 또한, 다양한 실시 예들은 통과 가능한 부품에 대해 미리 결정된 기준들을 가질 수도 있어서, 오퍼레이터에 의해 검출된 하나 이상의 결함들의 해석에 대한 필요성을 제거한다.

특정한 예시적인 실시 예에서, 개시된 주제는 RFPM (reflective-mode Fourier ptychography microscopy) 장치를 포함한다. RFPM 장치는 복수의 컴포넌트 광원 (예를 들어, LED 어레이 또는 다른 방사선 소스), 검사 중인 대상으로부터 반사광 (specular) 및 산란된 광 (표면으로부터 반사되거나 그렇지 않으면 방향 전환된 광) 을 수용하기 위한 집광계 (collection optics) 를 포함하는 렌즈, 및 반사광 센서를 활용하는 반사 모드에서 동작한다. 다양한 실시 예들에서, 반사광 센서는 (표면에 직교하는) 수직으로부터 특정한 수의 각도만큼 오프셋될 수도 있다. 시스템은 표면의 이미지의 푸리에 공간을 샘플링하기 위해 명시야-이미징 (brightfield-imaging) 및 암시야-이미징 (darkfield-imaging) 모두에서 상이한 조명 조건들 (예를 들어, 복수의-컴포넌트 광원의 반원 (half-circle) 조명) 을 갖는 복수의 이미지들을 취한다. 이어서 이들 이미지들은 해상도를 증가시키고 수차 (aberrations) 를 감소시키기 위해 계산적으로 재구성되고 오버레이된다. 재구성 후, 이미지들은 머신 러닝 알고리즘들을 사용하여 결함들에 대해 인터로게이팅되고 부품 품질은 미리 결정된 기준들에 기초하여 결정된다.

이제 도 2를 참조하면, 개시된 주제의 다양한 실시 예들에 따른 RFPM (reflective-mode Fourier ptychographic microscope) 장치 (200) 의 도면의 예시적인 실시 예가 도시된다. RFPM 장치 (200) 는 광원 어레이 (210), 집광계 (230), 및 샘플 표면 (203) 을 포함하는 것으로 도시된다. 광원 어레이 (210) 는 다수의 개별 광원들 (210A, 210B, …, 210N) 을 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 개별 광원들 (210A, 210B, …, 210N) 은 각각 다수의 실질적으로 단색 광원들을 포함할 수도 있다. 광원 어레이 (210) 는 하나 이상의 파장들, 하나 이상의 편광 상태들, 또는 다른 특징들을 갖는 개별 광원들을 포함할 수도 있다. 특정한 예시적인 실시 예에서, 개별 광원들 (210A, 210B, …, 210N) 은 상관된 색 온도 (correlated color temperature; CCT) 또는 비가시적 색들을 포함하는 파장들의 범위 (예를 들어, 자외선 또는 적외선) 에 대해 각각 튜닝 가능한 (tunable) 특정한 파장의 개별 LED들 또는 LED들의 클러스터들을 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 개별 광원들은 자외선 범위 내로 깊게 연장하는 파장들을 갖는 다른 타입들의 비가시적 광원들을 포함할 수도 있다. 활용된 광의 타입과 무관하게, 개별 광원들 (210A, 210B, …, 210N) 각각은 프로그래밍 가능하고 별도로 활성화 (턴 온 또는 턴 오프) 될 수 있다.

집광계 (230) 는 이미징 렌즈 (207) 및 센서 엘리먼트 (209) 를 포함한다. 이미징 렌즈 (207) 가 양면 볼록 렌즈인 것으로 도시되지만, 이미징 렌즈 (207) 가 당업계에 공지된 바와 같이 다양한 렌즈들, 또는 렌즈 그룹들 중 하나 이상을 포함할 수도 있기 때문에 이러한 제한은 암시되지 않는다. 이미징 렌즈 (207) 는 렌즈로 들어가는 광추 (205) 의 전체 각도를 갖는 것으로 도시된다. 특정한 예시적인 실시 예들에서, 이미징 렌즈 (207) 는 거울들과 같은 다른 광학 엘리먼트들과 함께 대체되거나 사용될 수도 있다. 특정한 예시적인 실시 예에서, 집광계 (230) 는 현미경 대물 렌즈를 포함한다. 센서 엘리먼트 (209) 는 수신된 광 에너지를 전기 신호 출력 (예를 들어, 광 검출기) 로 변환하는 당업계에 공지된 다양한 타입들의 광-센싱 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 특정한 예시적인 실시 예에서, 센서 엘리먼트 (209) 는 CCD-어레이를 포함한다.

광원 어레이 (210) 는 샘플 표면 (203) 을 기준으로 각도 (211) 로 배치될 수 있다. 각도 (211) 는 당업자가 이해할 수 있는 다수의 인자들에 따라 고정되거나 가변적일 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 각도 (211) 는 0 ° 내지 약 2 °, 0 ° 내지 약 3 °, 0 ° 내지 약 5 °, 또는 그 이상일 수도 있다. 또한, 개별 광원들 (210A, 210B, …, 210N) 은 다양한 양의 빔 확산 (201) 을 가질 수도 있다. 빔 확산은 (예를 들어, 레이저 또는 LED 소스에 대해) 0 °에서 또는 근사할 수도 있고 또는 다른 타입들의 광원에 대해 0 °보다 클 수도 있다.

집광계 (230) 는 샘플 표면 (203) 을 기준으로 각도 (213) 로 배치될 수 있다. 각도 (213) 는 당업자가 이해할 수 있는 다수의 인자들에 따라 고정되거나 가변적일 수도 있다. 다양한 실시 예들에서, 각도 (213) 는 0 ° 내지 약 2 °, 0 ° 내지 약 3 °, 0 ° 내지 약 5 °, 또는 그 이상일 수도 있다. 특정한 예시적인 실시 예에서, 각도 (213) 는 광원 어레이 (210) 의 각도 (211) 와 거의 같다. RFPM 장치 (200) 의 집광계 (230) 는 샘플 표면 (203) 으로부터 집광계 (230) 를 향해 다시 반사되거나 산란되는 반사들을 수집한다.

따라서, 일련의 이미지들 각각은 예를 들어, 코히어런트 (coherent) 광원으로부터 조명의 결과로서 캡처된다. 그러나, 복수의 광원들로 인해, 복수의 입사각들이 있고, 이들 중 다수가 실질적으로 동시에 이용 가능하다. 광들의 다양한 타입들의 시간적 또는 공간적 패터닝이 일련의 이미지들을 수집하도록 RFPM 장치 (200) 에 의해 채용될 수도 있다.

따라서, 이동하는 부품이 없는 다양한 실시 예들에서 미리 규정된, 시간적 및 공간적 패턴들에 따라 활성화될 (턴 온 및 턴 오프될), 광원 어레이 (210) 내의 개별 광원들 (210A, 210B, …, 210N) (예를 들어, LED들) 중 적절한 광원들을 단순히 선택함으로써, 다양한 이미징 양상들이 도 2의 동일한 광학 설정을 사용하여 달성된다. 결과적으로, 개별 광원들 각각, 또는 광원 어레이 (210) 내의 개별 광원들 중 복수의 광원들의 패턴들은 고유한 각도 또는 각도들의 범위에서 샘플 표면 (203) 의 조명에 대응한다. 따라서, 패터닝될 수 있는 조명 각도들의 범위는 집광계들 (230) 을 통과하고 따라서 집광계들 (230) 의 어퍼처 수에 의해 설정되지 않는 각도들의 범위보다 훨씬 크다. 그 결과, 광원 어레이 (210) 의 중심 영역에 보다 가까운 개별 광원들에 의한 샘플 표면 (203) 의 조명은 명시야 이미지들을 생성하는 한편, 광원 어레이 (210) 의 외측 주변부 (집광계 (230) 의 어퍼처 수 밖) 에 보다 가까운 개별 광원들에 의한 샘플 표면 (203) 의 조명은 암시야 이미지들을 생성한다. 명시야 이미지들 및 암시야 이미지들은 당업자에 의해 이해되고 공지된다.

예를 들어, 광원 어레이 (210) 의 절반 (예를 들어, 선택된 대칭선에 걸쳐) 상의 LED들을 갖는 한 쌍의 이미지들을 순차적으로 취하여, RFPM 장치 (200) 로 하여금 차동-위상 대비 (differential-phase contrast; DPC) 기법들에 의한 위상 도함수 측정 값들을 획득하게 한다. DPC 기법들을 사용하여, 광원 어레이 (210) 로부터 상이한 소스 패턴들로 캡처된 이미지들로부터 정량적인 위상차들이 획득된다. 따라서, 상보적인 비대칭-조명 패턴들을 사용하여 취해진, 예를 들어, 2 개의 이미지들로부터 정량적 위상이 복구된다. 2 개의 이미지들 사이의 차는 비대칭 축을 따라 샘플 표면 (203) 의 위상 도함수와 관련된다. 따라서 DPC 기법은 부분적으로 코히어런트 이미징 기법이다 (LED들 중 단일 LED로부터의 조명만이 코히어런트 광원을 포함한다). 광원 어레이 (210) 를 사용하여 구현될 수 있는 다양한 패터닝 기법들로 인해, DPC 측정들은 어떠한 이동 가능한 부품도 사용하지 않고, 실질적으로 실시간으로 그리고 다수의 비대칭 축들을 따라 RFPM 장치 (200) 내에서 구현될 수 있다. 따라서, DPC 기법들을 구현하는 것은 RFPM 장치의 조명 측면 (광원 어레이 (210) 측면) 또는 검출 (후면-반사되거나 산란된) 측면 (집광계 (230) 측면) 상에서 어떠한 기계적 변경 없이 가능하다. 따라서, 광원 어레이 (210) 의 다양한 조명 전략들은 상이한 타입들의 표본들 및 이미징 필요성들을 수용하도록 개발될 수 있다.

당업자는 광학 및 광 산란의 일반적인 기술에서, 높이 정보가 복수의 이미지들의 위상차 또는 위상차들을 취하고 높이 특징 (예를 들어, 결함의 특징 높이 치수) 을 추출하기 위해 이 정보를 사용함으로써 추출될 수 있다. 명시야 이미지들을 사용하는 반사 현미경법에서, 예를 들어, 2 개의 반달 조명들 (예를 들어, 좌측, 우측 또는 상단, 하단) 이 취해질 수 있다. 축외 (off-axis) 조명 상황에서, 위상은 대비와 실질적으로 선형으로 가변할 것이다. 그러나, 단일 이미지에서, 위상 정보 및 진폭 정보 모두는 발생되는 신호 내에서 분리 불가능하게 컨볼루션되고, 결과적으로 위상은 신호로부터 개별적으로 추출될 수 없다. 상이한 각도들로부터의 복수의 이미지들은 동일한 진폭 대비를 갖지만 상이한 위상 대비를 가질 것이다. 따라서, 이미지들 간의 차를 취할 때, 위상 대비는 격리될 (isolate) 수 있다.

위상은 방정식에 의해 반사 모드의 높이 또는 깊이와 관련될 수 있다

여기서

는 수신된 신호의 위상이고,

는 z-방향의 파동 벡터이고, 그리고 h는 관심 피처의 높이이다. 파동 벡터,

는 다음과 같이 결정될 수 있다.

여기서 θ는 이미징 축과 조명 지점 사이의 각도이고 (상하로 일직선이라면 수직과 LED가 위치하는 곳 사이의 각도) λ는 광의 파장이다. 따라서, 위상이 이미지에 의해 결정될 수 있고, 조명 각도 및 광의 파장이 공지되면, 상대적인 높이 맵이 결정될 수 있다. 이는 결함들이 부품의 일반적으로 편평한 평면 위 또는 아래에 있는지 또는 아래에 있는지 여부를 나타낼 것이다.

상기 제공된 기술은 일반적으로 단일 반사들 (송신된 신호들이 아님) 에 대해 유효하지만, 유사한 수학 세트가 보다 복잡하지만, 송신된 신호들로부터 유사한 정보를 추출하도록 사용될 수 있다. 고체 표면 상의 투명한 코팅의 경우, 다양한 타입들의 반사들을 직면할 수도 있다. 그러나, 당업자는 이러한 반사들이 상기 주어진 방정식들에 어떻게 포함될 수도 있는지 인식할 것이다.

이제 도 3a를 참조하면, 개시된 주제의 다양한 실시 예들에 따른 RFPM 장치 (300) 의 도면의 또 다른 예시적인 실시 예가 도시된다. RFPM 장치 (300) 는 좌측 광원 어레이 (310L) 및 우측 광원 어레이 (310R) 를 포함하는 것으로 도시된다. 광원 어레이들 (310L, 310R) 각각은 다수의 개별 광원들 (미도시지만 도 2의 광원 어레이 (210) 와 동일하거나 유사할 수도 있음) 을 포함한다. 좌측 광원 어레이 (310L) 및 우측 광원 어레이 (310R) 는 각각 하나 이상의 각도들 (301L 및 301R) 에 있을 수도 있다. 좌측 광원 어레이 (310L) 및 우측 광원 어레이 (310R) 각각은 마주 보는 측면 상의 각도에 대해 상이한 하나 이상의 각도들 (301L 및 301R) 에 있을 수도 있다. 좌측 광원 어레이 (310L) 및 우측 광원 어레이 (310R) 각각에 대한 각각의 각도들 (301L 및 301R) 은 고정되거나 가변적일 수도 있다. 부가적으로, 명시적으로 도시되지 않았지만, RFPM 장치 (300) 는 광원 어레이들 (310L, 310R) 중 적어도 하나가 집광계들 (230) 의 빔 경로에 실질적으로 직교하게 배치될 수도 있도록 빔 스플리터 엘리먼트를 포함할 수도 있다. 이러한 빔 스플리터 설계들은 관련 기술에 공지되어 있다. 다른 실시 예들에서, 광원 어레이는 집광계 (230) 를 둘러싸고 집광계 (230) 를 하우징하는 디바이스 내에 위치될 수도 있다. 또한, 도 3a는 좌측 광원 어레이 (310L) 및 우측 광원 어레이 (310R) 가 평면형 (planar) 엘리먼트들이라는 것을 암시하고, 이러한 제한은 도 3b 및 도 3c를 참조하여 이하에 논의된 바와 같이 추론되지 않는다.

도 3b 및 도 3c는 도 3a의 RFPM 장치 (300) 와 함께 사용될 수도 있는 광원들의 배열들의 예시적인 실시 예들을 도시한다. 도 3b는 다수의 개별 광원들 (330A, 330B, …, 330N) 을 갖는 광원 어레이 (330) 의 배열 (320) 을 도시한다. 결과적으로, 최하부 부분 (예를 들어, 표면에 가장 근접한 광원 어레이 (330) 의 아랫면) 이 도시된다. 개별 광원들 (330A, 330B, …, 330N) 의 인접한 행들 사이의 각도 (331) 는 미리 결정된 사이즈 및 검사될 표면의 다른 특징들에 필요한 광원들 중 다수의 개별 광원들에 기초하여 결정될 수도 있다. 각도 (331) 가 서로 대략 45 ° 이격된 개별 광원들 (330A, 330B, …, 330N) 의 인접한 행들을 갖는 것으로 도시되지만, 각도 (331) 에 대한 이러한 제한은 추론되지 않아야 한다.

또한, 개별 광원들 (330A, 330B, …, 330N) 은 선형 어레이들로 배열되지 않을 수도 있다. 개별 광원들은 다양한 공간-주기적 (spatially-periodic) 및 비공간-주기적 (랜덤 포함) 어레이로 배열될 수도 있다. 예를 들어, 특정한 예시적인 실시 예에서, 개별 광원들은 인접한 행 각각이 이전 행 또는 후속 행과 동일한 수의 개별 광원들을 갖는 일련의 동심원들로 배열된다. 또 다른 특정한 예시적인 실시 예에서, 개별 광원들은 일련의 동심원들로 배열되고, 인접한 행 각각은 이전 행 또는 후속 행보다 많거나 보다 적은 수의 개별 광원들을 갖는다. 또 다른 특정한 예시적인 실시 예에서, 개별 광원들은 아르키메데스 나선 또는 다른 기하학적 배열로 배열된다. 부가적으로, 광원 어레이 (330) 는 (예를 들어, 어레이의 내측으로부터 외측 주변으로) 국부적으로 평면형 표면을 포함할 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 광원 어레이 (330) 는 오목한 표면 또는 볼록한 표면, 또는 열거되거나 고려되는 임의의 기하학적 조합들을 포함할 수도 있다.

예를 들어, 도 3b는 도 3a의 RFPM 장치 (300) 의 배열의 3 차원 측면도 (340) 를 도시한다. 이 측면도에서, RFPM 장치 (300) 는 실질적으로 절두 원추형 (frustoconical) 인 형상을 갖는 것으로 도시된다. 각도 (341) 는 0 ° 또는 대략 0 ° 내지 45 ° 이상일 수도 있다.

개시된 주제의 판독 및 이해에 기초하여, 당업자는 RFPM 장치의 다양한 실시 예들 각각이 다양한 사이즈들의, 다양한 재료들의 표면들 상에서, 그리고 큰 표면적들 (예를 들어, 아주 작은 (fractions of) 제곱미터로부터 수 제곱미터 이상까지) 에 걸쳐 결함들을 측정하도록 사용될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 매우 큰 표면들의 경우, RFPM 장치는 관련 기술 분야에 공지된 다양한 타입들의 변환 스테이지들 (예를 들어, x-y 스테이지 또는 R-θ 스테이지) 상에 장착될 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 샘플 자체는 RFPM 장치에 대해 변환될 수도 있다. 여전히 다른 실시 예들에서, 샘플 및 RFPM 장치는 모두 서로에 대해 변환될 수도 있다. 이어서 발생되는 획득된 이미지들 각각은 단일 이미지를 형성하도록, 예를 들어, 소프트웨어를 통해 함께 프로세싱되고 스티칭될 (stitch) 수도 있다. 검출된 결함들의 사이즈 범위는 검출된 결함의 특징적인 치수의 약 50 ㎚ 내지 약 50 ㎜일 수 있다. 단위 면적 당 (예를 들어, 약 5 ㎛ 또는 약 10 ㎛와 같은 미리 결정된 사이즈에 걸친) 검출된 결함들의 총 수가 검출될 수 있다. 부가적으로, 다양한 실시 예들은 표면의 전부 또는 일부들의 전체 거칠기 레벨 (예를 들어, RMS-거칠기 값, R_RMS) 을 결정하도록 사용될 수 있다.

명시적으로 도시되지 않았지만 당업자가 이해할 수 있는 또 다른 실시 예들에서, 개시된 주제의 판독 및 이해에 기초하여, 개시된 주제의 다양한 실시 예들은 또한 반도체 제조의 다양한 프로세스 단계들에서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 개시된 주제는 막 또는 막들이 기판 (예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상에 증착될 때 결함들, 막 두께들, 및 막 거칠기 레벨들을 모니터링하기 위해 인 시츄로 (in-situ), 증착-프로세스 챔버 내에서 또는 증착-프로세스 챔버에 근접하게 사용될 수도 있다. 이어서 이러한 인 시츄 프로세스 모니터링으로부터의 결과들은 실질적으로 실시간으로 최종 사용자에게 보고될 수도 있고 또는 일련의 시간적 이미지들로서 획득되고 보고될 수도 있다.

본 명세서에 개시된 다양한 실시 예들 중 하나 이상을 사용하여, RFPM의 다양한 실시 예들을 사용하는 일 실시 예는, 예를 들어,

⑴ RFPM의 오퍼레이터는 부품의 배향을 고정하는 픽스처 (fixture) 상에 검사될 부품을 수동으로 로딩하고;

⑵ 오퍼레이터는 상기 기술된 RFPM의 적어도 일부 양태들을 실행하고 제어하기 위한 프로그램을 선택하고 시작하고, 프로그램은 인간-기계 인터페이스 또는 다른 그래픽 사용자-인터페이스를 사용하여 실행될 수도 있고;

⑶ RFPM은 부품의 표면 전체에 걸쳐 또는 미리 결정된 부분들 (예를 들어, 명시된 위치에서 샘플링되는 부품의 미리 결정된 백분율) 에 걸쳐 자동으로 부품의 이미지들을 캡처하고 (예를 들어, 1 ㎛ 이상 500 ㎛ 결함들은 실질적으로 동시에 검출될 수 있다);

⑷ 일단 요청된 데이터가 수집되면, 관련 기술 분야에 공지된 계산 방법들이 예를 들어, 결함들을 분석하고 정량화하도록 사용되는 머신 러닝을 사용하여 이미지들을 프로세싱하도록 사용되고; 그리고

⑸ 미리 결정된 입력들의 세트 (예를 들어, 단위 면적 당 미리 결정된 사이즈 이상의 결함들의 수, 스캐닝된 부품의 분획 (fraction) 또는 전체에 걸친 거칠기의 레벨, 및 본 명세서에 기술된 다른 입력들 및 파라미터들) 에 기초하여, 프로그램 컴퓨터는 프로그램 및 분석된 결함들에 기초하여 부품이 검사를 통과하는지 실패하는지를 결정한다.

상기 기술된 바와 같은 이러한 방법들은 이하에 보다 상세히 기술된 바와 같이 다양한 타입들의 디바이스들 상에서 실행될 수도 있다. 디바이스들은 예를 들어, 상기 기술된 개시된 주제의 하나 이상의 양태들에 따라, 컴퓨터 또는 마이크로프로세서, 소프트웨어, 펌웨어로, 또는 하드웨어 구현 예로서 프로그래밍되는 FPGA (field programmable gate array) 또는 ASIC (application-specific integrated circuit) 와 같은 특수 목적 프로세서를 포함한다.

본 명세서 전반에서, 복수의 예들이 단일 예로서 기술된 컴포넌트들, 동작들, 또는 구조체들을 구현할 수도 있다. 하나 이상의 방법들의 개별 동작들이 별도의 동작들로 예시되고 기술되었지만, 개별 동작들 중 하나 이상은 동시에 수행될 수도 있고, 동작들이 예시된 순서로 수행될 것을 요구하지 않는다. 예시적인 구성들에서 별도의 컴포넌트들로서 제시된 구조체들 및 기능성은 결합된 구조체 또는 컴포넌트로서 구현될 수도 있다. 유사하게, 단일 컴포넌트로서 제시된 구조체들 및 기능성은 별도의 컴포넌트들로서 구현될 수도 있다. 이들 및 다른 변동들, 수정들, 부가들, 및 개선들이 본 명세서의 주제 범위 내에 속한다.

특정한 실시 예들이 로직 또는 다수의 컴포넌트들, 모듈들, 또는 메커니즘들을 포함하는 것으로 본 명세서에 기술된다. 모듈들은 소프트웨어 모듈들 (예를 들어, 머신-판독 가능 매체 상에 또는 송신 신호로 구현된 코드) 또는 하드웨어 모듈들을 구성할 수도 있다. "하드웨어 모듈"이 특정한 동작들을 수행할 수 있고 특정한 물리적 방식으로 구성되거나 배열될 수도 있는 유형의 (tangible) 유닛이다. 다양한 실시 예들에서, 하나 이상의 컴퓨터 시스템들 (예를 들어, 독립형 컴퓨터 시스템, 클라이언트 컴퓨터 시스템, 또는 서버 컴퓨터 시스템) 또는 컴퓨터 시스템의 하나 이상의 하드웨어 모듈들 (예를 들어, 프로세서 또는 프로세서들의 그룹) 이 본 명세서에 기술된 바와 같은 특정한 동작들을 수행하도록 동작하는 하드웨어 모듈로서 소프트웨어 (예를 들어, 애플리케이션 또는 애플리케이션 부분) 에 의해 구성될 수도 있다.

일부 실시 예들에서, 하드웨어 모듈은 기계적으로, 전기적으로, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 하드웨어 모듈은 특정한 동작들을 수행하도록 영구적으로 구성되는 전용 회로망 (circuitry) 또는 로직을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 하드웨어 모듈은 FPGA (Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC와 같은, 특수 목적 프로세서일 수도 있다.

하드웨어 모듈은 또한 특정한 동작들을 수행하도록 소프트웨어에 의해 일시적으로 구성되는 프로그래밍 가능한 로직 또는 회로망을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 하드웨어 모듈은 범용 프로세서 또는 다른 프로그래밍 가능한 프로세서 내에 포함된 소프트웨어를 포함할 수도 있다. 전용 및 영구적으로 구성된 회로망에서, 또는 일시적으로 구성된 (예를 들어, 소프트웨어에 의해 구성된) 회로망에서, 하드웨어 모듈을 기계적으로 구현하기 위한 판단이 비용 및 시간 고려사항들에 의해 구동될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.

이에 따라, 구 "하드웨어 모듈"은 특정한 방식으로 동작하도록 또는 본 명세서에 기술된 특정한 동작들을 수행하도록 물리적으로 구성되고, 영구적으로 구성되고 (예를 들어, 하드웨어 내장됨), 또는 일시적으로 구성되는 (예를 들어, 프로그래밍됨) 엔티티 (entity) 인, 유형의 엔티티를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "하드웨어-구현된 모듈"은 하드웨어 모듈을 지칭한다. 하드웨어 모듈들이 일시적으로 구성되는 (예를 들어, 프로그래밍되는) 실시 예들을 고려하면, 하드웨어 모듈들 각각이 시간의 임의의 일 순간에 구성되거나 예시될 필요는 없다. 예를 들어, 하드웨어 모듈이 특수 목적 프로세서가 되도록 소프트웨어에 의해 구성된 범용 프로세서를 포함하면, 범용 프로세서는 상이한 시간들에 각각 (예를 들어, 상이한 하드웨어 모듈들을 포함하는) 상이한 특수 목적 프로세서들로 구성될 수도 있다. 소프트웨어는 이에 따라, 예를 들어, 시간의 일 순간 (instance) 에 특정한 하드웨어-모듈을 구성하고 그리고 시간의 상이한 순간에 상이한 하드웨어 모듈을 구성하도록 프로세서를 구성할 수도 있다.

하드웨어 모듈들은 다른 하드웨어 모듈들로 정보를 제공할 수 있고, 이로부터 정보를 수신할 수 있다. 이에 따라, 기술된 하드웨어 모듈들은 통신 가능하게 커플링된 것으로 간주될 수도 있다. 복수의 하드웨어 모듈들이 동시에 존재하면, 통신은 하드웨어 모듈들 중 2 개 이상 간의 신호 송신을 통해 (예를 들어, 적절한 회로들 및 버스들을 통해) 달성될 수도 있다. 복수의 하드웨어 모듈들이 상이한 시간들에 구성되거나 예시되는 실시 예들에서, 이러한 하드웨어 모듈들 간 통신들은 예를 들어, 복수의 하드웨어 모듈들이 액세스하는 메모리 구조체들에서 정보의 저장 및 검색을 통해 달성될 수도 있다. 예를 들어, 일 하드웨어 모듈은 동작을 수행하고 통신 가능하게 커플링되는 메모리 디바이스에 동작의 출력을 저장할 수도 있다. 이어서, 추가 하드웨어 모듈이 나중에 저장된 출력을 검색하고 프로세싱하기 위해 메모리 디바이스에 액세스할 수도 있다. 하드웨어 모듈들이 또한 입력 또는 출력 디바이스들과의 통신을 개시할 수도 있고, 리소스 (예를 들어, 정보의 집합 (collection)) 상에서 동작할 수 있다.

본 명세서에 기술된 예시적인 방법들의 다양한 동작들은 적어도 부분적으로, 관련 동작들을 수행하도록 (예를 들어, 소프트웨어에 의해) 일시적으로 구성되거나 영구적으로 구성되는 하나 이상의 프로세서들에 의해 수행될 수도 있다. 일시적으로 구성되든 영구적으로 구성되든, 이러한 프로세서들은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 동작들 또는 기능들을 수행하도록 동작하는 프로세서-구현된 모듈들을 구성할 수도 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "프로세서-구현된 모듈"은 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 구현된 하드웨어 모듈을 지칭한다.

유사하게, 본 명세서에 기술된 방법들은 적어도 부분적으로 프로세서-구현된 프로세서일 수도 있고, 프로세서는 하드웨어의 일 예일 수도 있다. 예를 들어, 방법의 동작들 중 적어도 일부는 하나 이상의 프로세서들 또는 프로세서 구현된 모듈들에 의해 수행될 수도 있다. 게다가, 하나 이상의 프로세서들은 또한 "클라우드 컴퓨팅" 환경에서 또는 "SaaS (Software as a Service)"로 관련 동작들의 성능을 지지하도록 동작할 수도 있다. 예를 들어, 적어도 일부 동작들은 네트워크 (예를 들어, Internet) 를 통해 그리고 하나 이상의 적절한 인터페이스들 (예를 들어, API (Application Program Interface)) 을 통해 액세스 가능한 이들 동작들로, (프로세서들을 포함하는 머신들의 예들로서) 컴퓨터들의 그룹에 의해 수행될 수도 있다.

특정한 동작들의 성능은 단일 머신 내에 존재할 뿐만 아니라 다수의 머신들에 걸쳐 배치된, 하나 이상의 프로세서들 사이에 분산될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 하나 이상의 프로세서들 또는 프로세서-구현된 모듈들은 단일 지리적 위치 (예를 들어, 가정 환경 (home environment), 오피스 환경, 또는 서버 팜 (server farm)) 에 위치될 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 하나 이상의 프로세서들 또는 프로세서-구현된 모듈들이 다수의 지리적 위치들에 걸쳐 분산될 수도 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "또는"은 포괄적이거나 배타적인 의미로 해석될 수도 있다. 또한, 다른 실시 예들은 제공된 개시를 읽고 이해하면 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 본 명세서에 제공된 개시를 읽고 이해하면, 당업자는 본 명세서에 제공된 기법들 및 예들의 다양한 조합들이 모두 다양한 조합들에서 적용될 수도 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

다양한 실시 예들이 개별적으로 논의되었지만, 이들 개별적인 실시 예들은 독립적인 기법들 또는 설계들로 고려되도록 의도되지 않았다. 상기 나타낸 바와 같이, 다양한 부분들 각각은 상호 연관될 수도 있고, 각각은 개별적으로 또는 본 명세서에 논의된 반사 푸리에 타이코그래피 시스템의 다른 실시 예들과 조합하여 사용될 수도 있다. 예를 들어, 방법들, 동작들, 및 프로세스들의 다양한 실시 예들이 기술되었지만, 이들 방법들, 동작들, 및 프로세스들은 다양한 조합들로 또는 개별적으로 사용될 수도 있다.

결과적으로, 본 명세서에 제공된 개시를 읽고 이해하면 당업자에게 명백할 바와 같이, 많은 수정들 및 변동들이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 열거된 것들에 더하여, 본 개시의 범위 내의 기능적으로 동등한 방법들 및 디바이스들은 전술한 기술들로부터 당업자에게 분명할 것이다. 일부 실시 예들의 부분들 및 특징들은 다른 실시 예들의 부분들 및 특징들에 포함될 수도 있고, 또는 이들을 대체할 수도 있다. 이러한 수정들 및 변동들은 첨부한 청구항들의 범위 내에 속하도록 의도된다. 따라서, 본 개시는, 첨부된 청구항들에 의해 권리가 부여되는 등가물들의 전체 범위와 함께, 이러한 청구항들의 조건들에 의해서만 제한된다. 본 명세서에 사용된 용어는 특정한 실시 예들만을 기술할 목적을 위한 것이고, 제한하는 것으로 의도되지 않았다는 것이 또한 이해된다.

본 개시의 요약은 독자로 하여금 기술적 개시의 본질을 신속하게 규명하게 하도록 제공된다. 요약은 청구항들을 해석하거나 제한하도록 사용되지 않을 것이라는 이해와 함께 제출되었다. 또한, 전술한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서, 다양한 특징들이 본 개시를 간소화할 목적을 위해 단일 실시 예에서 함께 그룹화될 수도 있다는 것을 알 수도 있다. 개시의 이 방법은 청구항들을 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 따라서, 이하의 청구항들은 본 명세서에서 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 통합되고, 청구항 각각은 개별적인 실시 예로서 독립된다.

이하의 번호가 붙여진 예들은 개시된 주제의 실시 예들이다

예 1: 개시된 주제의 실시 예는 부품의 표면 상의 결함들을 검출하기 위해 RFPM (reflective-mode Fourier ptychographic microscope) 을 동작시키는 방법을 기술한다. 방법은 부품을 RFPM의 홀딩 픽스처 (holding fixture) 상으로 로딩하는 단계; 표면 상에 방사선을 지향시키도록 구성된 복수의 컴포넌트 (multiple-component) 광원으로부터 적어도 하나의 발광 패턴 (lighting pattern) 을 생성하는 단계로서, 복수의 컴포넌트 광원은 각각이 개별적으로 활성화되도록 구성된 복수의 개별 광원들을 갖고, 적어도 하나의 발광 패턴은 시간적 패턴들 및 공간적 패턴들을 포함하는 복수의 패턴들로부터 선택되는, 적어도 하나의 발광 패턴을 생성하는 단계; 표면으로부터 재지향된 방사선을 센서 엘리먼트에서 수집하는 단계; 센서 엘리먼트에 의해 수집된 방사선으로부터 차동-위상 대비 (differential-phase contrast; DPC) 기법들에 의해 위상 도함수 측정 값들을 획득하는 단계; 표면으로부터 센서 엘리먼트까지 이미징 축 사이의 각도를 결정하는 단계; 및 표면 상의 하나 이상의 결함들의 적어도 높이 특징을 결정하는 단계를 포함한다.

예 2: 예 1의 방법은, 표면의 영역에 걸쳐 적어도 하나의 생성된 광 패턴을 래스터 스캐닝하는 단계를 더 포함한다.

예 3: 예 1 또는 예 2의 방법은, 적어도 하나의 생성된 광 패턴 아래에서 부품을 이동시킴으로써 표면의 영역에 걸쳐 래스터 스캔을 수행하는 단계를 더 포함한다.

예 4: 상기 예들 중 어느 하나의 방법은, 표면의 영역에 걸쳐 적어도 하나의 생성된 광 패턴을 스캐닝하는 단계; 및 적어도 하나의 생성된 광 패턴 아래로 부품을 이동시키는 단계에 의해 표면의 영역에 걸쳐 래스터 스캔을 수행하는 단계를 더 포함한다.

예 5: 선행하는 예들 중 어느 하나의 방법은, 영역은 표면에 걸쳐 적어도 약 0.25 제곱 미터가 되도록 선택된다.

예 6: 상기 예들 중 어느 하나의 방법은, 복수의 개별 광원들 중 선택된 광원들에 대해 적어도 하나의 파장을 결정하는 단계를 더 포함한다.

예 7: 선행하는 예들 중 어느 하나의 방법에서, 적어도 하나의 조명 패턴은 다수의 입사각들로 표면을 조사하도록 선택된다.

예 8: 선행하는 예들 중 어느 하나의 방법에서, 시간적 패턴들 및 공간적 패턴들은 미리 결정된다.

예 9: 선행하는 예들 중 어느 하나의 방법에서, 시간적 패턴을 선택하는 단계는, 복수의 개별 광원들 중 활성화할 광원을 선택하는 단계; 및 선택된 복수의 개별 광원들 중 어느 것이, 선택된 복수의 개별 광원들 중 남아 있는 광원들에 대하여, 시간 맞춰 (in time) 활성화되는지를 결정하는 단계를 더 포함한다.

예 10: 선행하는 예들 중 어느 하나의 방법에서, 공간적 패턴을 선택하는 단계는 실질적으로 균일한 시간 기간 동안 활성화할 복수의 개별 광원들을 선택하는 단계를 포함한다.

예 11: 선행하는 예들 중 어느 하나의 방법은, 적어도 하나의 생성된 광 패턴의 중간 점이 표면을 기준으로 수직으로부터 미리 결정된 수의 각도만큼 법선으로부터 오프셋되는 각도를 결정하는 단계를 더 포함한다.

예 12: 선행하는 예들 중 어느 하나의 방법은, 복수의 개별-광원들의 광의 파장 및 미리 결정된 어퍼처 수에 대해 레일리 해상도 한계에 걸쳐 검출된 결함들의 해상도를 상승시키도록 표면으로부터 재지향되는 수집된 방사선 중 적어도 하나를 계산적으로 결합하는 단계를 더 포함한다.

예 13: 선행하는 예들 중 어느 하나의 방법은, 미리 결정된 어퍼처 수로부터 센서 엘리먼트 상에 수집된 방사선을 포커싱하도록 집광계를 선택하는 단계를 더 포함한다.

예 14: 선행하는 예들 중 어느 하나의 방법에 있어서, 복수의-컴포넌트 광원은 LED 어레이를 포함한다.

예 15: 선행하는 예들 중 어느 하나의 방법에 있어서, 적어도 하나의 조명 패턴을 생성하는 단계는 LED 어레이로부터 LED들의 그룹을 포함하도록 복수의 개별 광원들 중 하나를 선택하는 단계를 포함한다.

예 16: 선행하는 예들 중 어느 하나의 방법에 있어서, 다수의 개별 광원들 각각은 LED를 포함한다.

예 17: 개시된 주제의 실시 예는 RFPM (reflective-mode Fourier ptychographic microscope) 을 동작시키는 방법을 기술한다. 방법은 픽스처 상으로 검사될 비생물학적 부품을 로딩하는 단계; 및 RFPM의 하나 이상의 양태들을 실행하고 (run) 제어할 프로그램을 선택하는 단계를 포함하고, 양태들은 복수의-컴포넌트 광원의 공간적 패턴, 복수의-컴포넌트 광원의 시간적 패턴, 검출될 결함 사이즈들의 범위, 검사될 부품의 영역, 하나 이상의 검출된 결함들에 대한 적어도 하나의 높이 특징, 및 기록할 비-생물학적 부품의 다수의 이미지들의 수를 포함하는 양태들로부터 선택 가능하다.

예 18: 예 17의 방법은, 기록된 이미지들에 기초하여 부품의 영역의 적어도 일부의 거칠기 레벨을 결정하는 단계를 더 포함한다.

예 19: 예 17 또는 예 18의 방법은, 검출될 결함들의 사이즈 범위를 선택하는 단계를 더 포함한다.

예 20: 예 17 내지 예 19 중 어느 하나의 방법은, 복수의-컴포넌트 광원이 부품으로 방사선을 지향시키는 각도들의 범위를 선택하는 단계를 더 포함한다.

예 21: 예 17 내지 예 20 중 어느 하나의 방법에 있어서, 비-생물학적 부품은 금속 표면들, 세라믹 표면들, 세라믹-코팅된 표면들, 원소 반도체 기판 표면들, 화합물 반도체 기판 표면들, 유리 표면들, 양극 산화된 표면들, 플라스틱들 및 산화된 표면들을 포함하는 재료들로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함한다.

예 22: 예 17 내지 예 21 중 어느 하나의 방법에 있어서, 검출될 결함들의 사이즈 범위는 검출된 결함의 특징적인 치수의 약 50 ㎚ 내지 약 50 ㎜ 범위를 포함한다.

예 23: 개시된 주제의 실시 예는 부품의 표면 상의 결함들을 검출하기 위해 RFPM (reflective-mode Fourier ptychographic microscope) 을 동작시키는 방법을 기술한다. 방법은 표면 상에 방사선을 지향시키도록 구성된 복수의 컴포넌트 (multiple-component) 광원으로부터 적어도 하나의 발광 패턴을 생성하는 단계로서, 복수의 컴포넌트 광원은 복수의 개별 광원들을 갖고, 복수의 개별 광원들 각각은 개별적으로 활성화되도록 구성되고, 적어도 하나의 발광 패턴은 시간적 패턴들 및 공간적 패턴들로부터 선택되는, 적어도 하나의 발광 패턴을 생성하는 단계; 표면의 이미지의 푸리에 공간을 샘플링하기 위해 명시야-이미징 및 암시야-이미징 모두를 사용하는 단계; 표면으로부터 재지향된 방사선을 센서에서 수집하는 단계; 센서에 의해 수집된 재지향된 방사선으로부터 결함에 근접한 영역에서 DPC (differential-phase contrast) 기법들에 의해 위상 도함수 측정 값들을 획득하는 단계; 표면으로부터 센서까지 이미징 축 사이의 각도를 결정하는 단계; 및 표면 상의 하나 이상의 결함들의 적어도 높이 특징을 결정하는 단계를 포함한다.

예 24: 예 23의 방법에 있어서, 검출된 결함들의 특징적인 치수는 약 5 ㎛이고 수 제곱 미터까지의 면적에 걸쳐 사이즈가 보다 크다.

예 25: 예 23 및 예 24 중 어느 하나의 방법에 있어서, 부품은 비-생물학적 부품이다.

예 26: 예 25의 방법에 있어서, 비-생물학적 부품은 금속 표면들, 세라믹 표면들, 세라믹-코팅된 표면들, 원소 반도체 기판 표면들, 화합물 반도체 기판 표면들, 유리 표면들, 양극 산화된 표면들, 플라스틱들 및 산화된 표면들을 포함하는 재료들로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함한다.

예 27: 예 23 내지 예 26 중 어느 하나의 방법에 있어서, 공간적 패턴은 선택된 공간적 패턴에 대한 시간 기간 동안 실질적으로 동시에 다수의 입사각들로 표면을 조사하도록 선택된다.

예 28: 예 23 내지 예 27 중 어느 하나의 방법에 있어서, 시간적 패턴을 선택하는 단계는, 복수의 개별 광원들 중 활성화할 광원을 선택하는 단계; 및 선택된 복수의 개별 광원들 중 어느 것이, 선택된 복수의 개별 광원들 중 남아 있는 광원들에 대하여, 시간 맞춰 (in time) 활성화되는지를 결정하는 단계를 더 포함한다.

예 29: 예 23 내지 예 28 중 어느 하나의 방법에 있어서, 공간적 패턴을 선택하는 단계는 실질적으로 균일한 시간 기간 동안 활성화할 복수의 개별 광원들을 선택하는 단계를 포함한다.

Claims

부품의 표면 상의 결함들을 검출하기 위해 반사 모드 푸리에 타이코그래피 현미경 (reflective-mode Fourier ptychographic microscope; RFPM) 을 동작시키는 방법에 있어서,
부품을 RFPM의 홀딩 픽스처 (holding fixture) 상으로 로딩하는 단계;
표면 상에 방사선을 지향시키도록 구성된 복수의 컴포넌트 (multiple-component) 광원으로부터 적어도 하나의 발광 패턴 (lighting pattern) 을 생성하는 단계로서, 상기 복수의 컴포넌트 광원은 각각이 개별적으로 활성화되도록 구성된 복수의 개별 광원들을 갖고, 상기 적어도 하나의 발광 패턴은 시간적 패턴들 및 공간적 패턴들을 포함하는 복수의 패턴들로부터 선택되는, 상기 적어도 하나의 발광 패턴을 생성하는 단계;
상기 표면으로부터 재지향된 방사선을 센서 엘리먼트에서 수집하는 단계;
상기 센서 엘리먼트에 의해 수집된 방사선으로부터 차동-위상 대비 (differential-phase contrast; DPC) 기법들에 의해 위상 도함수 측정 값들을 획득하는 단계;
상기 표면으로부터 상기 센서 엘리먼트까지 이미징 축 사이의 각도를 결정하는 단계; 및
상기 표면 상의 하나 이상의 결함들의 적어도 높이 특징을 결정하는 단계를 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 표면의 영역에 걸쳐 상기 적어도 하나의 생성된 광 패턴을 래스터 스캐닝하는 (raster scan) 단계를 더 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 생성된 광 패턴 아래로 상기 부품을 이동시킴으로써 상기 표면의 영역에 걸쳐 래스터 스캔을 수행하는 단계를 더 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 표면의 영역에 걸쳐 상기 적어도 하나의 생성된 광 패턴을 스캐닝하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 생성된 광 패턴 아래로 상기 부품을 이동시키는 단계에 의해, 상기 표면의 상기 영역에 걸쳐 래스터 스캔을 수행하는 단계를 더 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 검사될 표면의 영역 위의 영역은 상기 표면에 걸쳐 적어도 약 0.25 제곱미터가 되도록 선택되는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 개별 광원들 중 선택된 광원들에 대한 적어도 하나의 파장을 결정하는 단계를 더 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 조명 패턴은 다수의 입사각들로 상기 표면을 조사하도록 (illuminate) 선택되는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 시간적 패턴들 및 상기 공간적 패턴들은 미리 결정되는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 시간적 패턴을 선택하는 단계는,
상기 복수의 개별 광원들 중 활성화할 광원을 선택하는 단계; 및
상기 선택된 복수의 개별 광원들 중 어느 것이, 상기 선택된 복수의 개별 광원들 중 남아 있는 광원들에 대하여, 시간 맞춰 (in time) 활성화되는지를 결정하는 단계를 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 공간적 패턴을 선택하는 단계는 상기 복수의 개별 광원들 중 실질적으로 균일한 시간 기간 동안 활성화할 광원을 선택하는 단계를 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 생성된 광 패턴의 중간 점이 상기 표면을 기준으로 수직으로부터 미리 결정된 수의 각도들만큼 법선으로부터 오프셋되는 각도를 결정하는 단계를 더 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 개별 광원들의 광의 파장 및 미리 결정된 어퍼처 수 (numerical aperture) 에 대해 레일리 해상도 한계 (Rayleigh limit-of-resolution) 에 걸쳐 상기 검출된 결함들의 해상도를 상승시키도록 상기 표면으로부터 재지향되는 수집된 방사선 중 적어도 하나를 계산적으로 (computationally) 결합하는 단계를 더 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
미리 결정된 어퍼처 수로부터 상기 센서 엘리먼트 상으로 상기 수집된 방사선을 포커싱하도록 집광계 (collection optics) 를 선택하는 단계를 더 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의-컴포넌트 광원은 LED 어레이를 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 조명 패턴을 생성하는 단계는 상기 LED 어레이로부터 LED들의 그룹을 포함하도록 상기 복수의 개별 광원들 중 하나를 선택하는 단계를 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 개별 광원들 각각은 LED를 포함하는, RFPM 동작 방법.
RFPM (reflective-mode Fourier ptychographic microscope) 을 동작시키는 방법에 있어서,
검사될 비-생물학적 부품을 픽스처 상에 로딩하는 단계; 및
RFPM의 하나 이상의 양태들을 실행하고 (run) 제어할 프로그램을 선택하는 단계를 포함하고, 상기 양태들은 복수의-컴포넌트 광원의 공간적 패턴, 복수의-컴포넌트 광원의 시간적 패턴, 검출될 결함 사이즈들의 범위, 검사될 부품의 영역, 하나 이상의 검출된 결함들에 대한 적어도 하나의 높이 특징, 및 기록할 비-생물학적 부품의 다수의 이미지들의 수를 포함하는 양태들로부터 선택 가능한, RFPM 동작 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 기록된 이미지들에 기초하여 상기 부품의 상기 영역의 적어도 일부의 거칠기의 레벨을 결정하는 단계를 더 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 17 항에 있어서,
검출될 결함들의 사이즈 범위를 선택하는 단계를 더 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 복수의-컴포넌트 광원이 상기 부품으로 방사선을 지향시키는 각도들의 범위를 선택하는 단계를 더 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 비-생물학적 부품은 금속 표면들, 세라믹 표면들, 세라믹-코팅된 표면들, 원소 반도체 기판 표면들, 화합물 반도체 기판 표면들, 유리 표면들, 양극 산화된 표면들, 플라스틱들 및 산화된 표면들을 포함하는 재료들로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 검출될 결함들의 사이즈 범위는 상기 검출된 결함의 특징적인 치수의 약 50 ㎚ 내지 약 50 ㎜의 범위를 포함하는, RFPM 동작 방법.
부품의 표면 상의 결함들을 검출하기 위해 RFPM (reflective-mode Fourier ptychographic microscope) 을 동작시키는 방법에 있어서,
표면 상에 방사선을 지향시키도록 구성된 복수의 컴포넌트 (multiple-component) 광원으로부터 적어도 하나의 발광 패턴을 생성하는 단계로서, 상기 복수의 컴포넌트 광원은 복수의 개별 광원들을 갖고, 상기 복수의 개별 광원들 각각은 개별적으로 활성화되도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 발광 패턴은 시간적 패턴들 및 공간적 패턴들로부터 선택되는, 상기 적어도 하나의 발광 패턴을 생성하는 단계;
상기 표면의 이미지의 푸리에 공간을 샘플링하기 위해 명시야-이미징 (brightfield-imaging) 및 암시야-이미징 (darkfield-imaging) 모두를 사용하는 단계;
상기 표면으로부터 재지향된 방사선을 센서에서 수집하는 단계;
상기 센서에 의해 수집된 상기 재지향된 방사선으로부터 결함에 근접한 영역에서 DPC (differential-phase contrast) 기법들에 의해 위상 도함수 측정 값들을 획득하는 단계;
상기 표면으로부터 상기 센서까지 이미징 축 사이의 각도를 결정하는 단계; 및
상기 표면 상의 하나 이상의 결함들의 적어도 높이 특징을 결정하는 단계를 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 검출된 결함들의 특징적인 치수는 약 5 ㎛이고 수 제곱 미터까지의 면적에 걸쳐 사이즈가 보다 큰, RFPM 동작 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 부품은 비-생물학적 부품인, RFPM 동작 방법.
제 25 항에 있어서,
상기 비-생물학적 부품은 금속 표면들, 세라믹 표면들, 세라믹-코팅된 표면들, 원소 반도체 기판 표면들, 화합물 반도체 기판 표면들, 유리 표면들, 양극 산화된 표면들, 플라스틱들 및 산화된 표면들을 포함하는 재료들로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 공간적 패턴은 선택된 공간적 패턴에 대한 시간 기간 동안 실질적으로 동시에 다수의 입사각들로 상기 표면을 조사하도록 선택되는, RFPM 동작 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 시간적 패턴을 선택하는 단계는,
상기 복수의 개별 광원들 중 활성화할 광원을 선택하는 단계; 및
상기 선택된 복수의 개별 광원들 중 어느 것이, 상기 선택된 복수의 개별 광원들 중 남아 있는 광원들에 대하여, 시간 맞춰 (in time) 활성화되는지를 결정하는 단계를 포함하는, RFPM 동작 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 공간적 패턴을 선택하는 단계는 상기 복수의 개별 광원들 중 실질적으로 균일한 시간 기간 동안 활성화할 광원을 선택하는 단계를 포함하는, RFPM 동작 방법.