KR20230129981A - 입자의 크기를 결정하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 입자의 크기를 결정하는 방법으로서, (a) 비금속 표면이 상기 비금속 표면 상에 입자를 갖는 기판을 제공하는 단계; (b) 기판의 비금속 표면 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 입자에 금속층을 증착시켜, 각각의 상기 입자에 각각의 단일 금속층이 제공되고 입자가 없는 상기 비금속 표면 영역에 금속층이 제공되도록 하는 단계; (c) 상기 입자 상의 상기 금속층 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층을 전자기선으로 조사(照射)하여, 상기 전자기선이 상기 입자 상의 금속층에 의해 산란되어 각각 산란된 전자기선을 생성하거나, 상기 입자 상의 상기 금속층 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층을 조사하여, 상기 전자기선의 적어도 일부가 상기 입자 상의 금속층에 흡수되고 상기 전자기선의 다른 일부가 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층에 의해 반사되어 반사된 전자기선을 생성하는 단계; (d) 포토다이오드 어레이에서 산란된 전자기선을 수신하거나; 포토다이오드 어레이에서 상기 반사된 전자기선을 수신하는 단계; (e) 픽셀을 포함하는 이미지를 형성하는 단계; 및 (f) 상기 형성된 이미지를 처리하여 입자의 크기를 결정하는 단계를 포함하고, 각 입자에 대해, 상기 입자 상의 금속층과 상기 비금속 표면 상의 금속층 사이에 갭이 있으며, 이미지의 각 픽셀은 상기 어레이에서 각각의 포토다이오드에 해당하고, 상기 이미지의 각 픽셀의 컬러는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기선의 강도 및/또는 주파수에 해당하는 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 입자의 크기를 결정하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입자 및 비금속 표면에 금속층을 제공하는 단계; 입자 및 기판의 금속 표면 상의 상기 금속층을 전자기파로 조사(照射)하는 단계; 산란된 전자기선 또는 반사된 전자기선을 이용하여 이미지를 형성하는 단계; 및 상기 이미지를 처리하여 입자의 크기를 결정하는 단계를 포함하는 비금속 표면(예컨대, 실리콘 웨이퍼)에서 입자의 크기를 결정하는 방법에 관한 것이다.
입자의 크기를 결정하기 위한 기존 기술은 부적절한 것으로 입증되었다. 기존 기술들은 기판 상에 금속 표면을 제공하고, 그런 다음 상기 금속 표면 상에 입자를 제공하며; 다음으로 입자 및 기판의 금속 표면 상에 금속층을 제공하고; 입자 및 기판 상의 금속층을 전자기선으로 조사하여 산란된 전자기선 또는 반사된 전자기선을 이용하여 이미지를 형성하고, 그 이미지를 처리하여 입자의 크기를 결정하는 것을 포함한다.
이러한 종래 기술들에서는, 입자의 크기를 결정하기 위해 기판에 금속 표면이 제공되어야 하고, 입자가 기판의 금속 표면 상에 제공되어야 한다는 단점이 있다(즉, 이러한 종래 기술들은 입자가 금속 표면 상에 제공될 때만 작동한다).
기존 기술들이 입자 및 비금속 표면 상에 금속층을 제공하도록 적용될 경우, 금속층이 불연속적으로 형성되고, 금속층에 갭이 생기면 이미지에 노이즈가 발생하여 입자의 크기를 정확하게 결정할 수 없게 되므로, 기존 기술들은 작동하지 않을 것이다.
또한, 금속층의 두께를 증가시켜 금속층이 보다 연속적이 되도록 하면(갭의 수를 줄이면), 더 작은 크기의 입자(즉, 금속층의 두께보다 작은 크기를 갖는 입자) 대다수가 금속층 내에 완전히 매몰되고, 금속층 내에 완전히 매몰된 입자는 전자기선 또는 반사된 전자기선을 산란시키지 않으므로 이미지에 나타나지 않게 된다. 즉, 매우 큰 크기의 입자 크기만 결정될 수 있다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술과 관련된 단점을 완화하거나 제거하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 본 출원의 독립항 1에 기재된 단계를 갖는 방법에 의해 달성되며, 종속항은 바람직한 실시예의 선택적 특징을 기재한다.
이점적으로, 본 발명의 방법으로, 비금속 표면 상에 있는 입자의 크기가 결정된다. 이는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 표면상의 입자의 크기를 결정하는 데 특히 유용하다.
본 발명은 예로써 제공되고 도면에 의해 예시되는 실시예에 대한 설명의 도움으로 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행할 때 취하는 단계의 흐름도를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행할 때 취하는 단계의 흐름도를 나타낸다.
본 발명에 따르면, 입자 크기를 결정하는 방법으로서,
(a) 비금속 표면이 상기 비금속 표면 상에 입자를 갖는 기판을 제공하는 단계;
(b) 기판의 비금속 표면 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 입자에 금속층을 증착시켜, 각각의 상기 입자에 각각의 단일 금속층이 제공되고 입자가 없는 상기 비금속 표면 영역에 금속층이 제공되도록 하는 단계;
(c) 상기 입자 상의 상기 금속층 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층을 전자기선으로 조사(照射)하여, 상기 전자기선이 상기 입자 상의 금속층에 의해 산란되어 각각 산란된 전자기선을 생성하거나, 상기 입자 상의 상기 금속층 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층을 조사하여, 상기 전자기선의 적어도 일부가 상기 입자 상의 금속층에 흡수되고 상기 전자기선의 다른 일부가 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층에 의해 반사되어 반사된 전자기선을 생성하는 단계;
(d) 포토다이오드 어레이에서 산란된 전자기선을 수신하거나; 포토다이오드 어레이에서 상기 반사된 전자기선을 수신하는 단계;
(e) 픽셀을 포함하는 이미지를 형성하는 단계; 및
(f) 상기 형성된 이미지를 처리하여 입자의 크기를 결정하는 단계를 포함하고,
각 입자에 대해, 상기 입자 상의 금속층과 상기 비금속 표면 상의 금속층 사이에 갭이 있으며,
이미지의 각 픽셀은 상기 어레이에서 각각의 포토다이오드에 해당하고, 상기 이미지의 각 픽셀의 컬러는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기선의 강도 및/또는 주파수에 해당하는 방법이 제공된다.
예를 들어, 일 실시예에서, 형성된 이미지는 흑백 이미지이다; 이 실시예에서, 형성된 이미지에서 픽셀의 '컬러'는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기선의 '강도'에 의해 정의된다(픽셀의 강도는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드에 입사한 광자의 수에 정비례할 것이다). 다른 실시예에서, 형성된 이미지는 컬러 이미지이다; 이 실시예에서, 형성된 이미지에서 픽셀의 '컬러'는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기파의 '주파수' 및 '강도'에 의해 정의된다(예를 들어, '적색' 컬러 픽셀은 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기선이 430-480 THz 범위 내의 주파수를 갖는 것을 의미하며, '적색' 컬러 픽셀의 '강도'는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 430-480 THz 범위 내의 주파수 내에 있는 광자의 수에 비례할 것이다; '주황색' 컬러 픽셀은 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기파의 주파수가 480-510 THz 범위에 있음을 의미하며, '주황색' 컬러 픽셀의 '강도'는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 480-510 THz 범위의 주파수 내에 있는 광자의 수에 비례할 것이다; '노란색' 컬러 픽셀은 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기파의 주파수가 510-540 THz 범위에 있임을 의미하며, '노란색' 컬러 픽셀의 '강도'는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 510-540 THz 범위의 주파수 내에 있는 광자의 수에 비례할 것이다; '녹색' 컬러 픽셀은 그 픽셀에 대응하는 포토다이오드가 수신한 전자기파가 540-580 THz 범위 내의 주파수를 갖는 것을 의미하며, '녹색' 컬러 픽셀의 '강도'는 그 픽셀에 대응하는 포토다이오드가 수신한 540-580 THz 범위 내의 주파수 내에 있는 광자의 수에 비례할 것이다.
예를 들어, 형성된 이미지에서 픽셀의 컬러는, 하나의 주파수 대역만이 산란된 전자기선에 있는 경우, 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 광자의 수로 수치적으로 표현될 수 있다(이미지는 2차원 행렬로 표현될 수 있다). 다른 예에서, 형성된 이미지에서 픽셀의 컬러는 다수의 주파수 대역이 산란된 전자기선에 있는 경우, 그 픽셀에 대응하는 포토다이오드가 각 주파수 대역과 함께 수신한 광자의 수로 수치적으로 표현될 수 있다(이미지는 3차원 행렬로 표현될 수 있다). 또 다른 예에서, 산란된 전자기선에 단 하나의 단일 주파수 대역만 있는 경우 또는 산란된 전자기선이 하나의 단일 주파수 대역에 조합되는 다른 주파수 대역을 갖는 경우, 형성된 이미지에서 픽셀의 컬러는 밝기로 (예를 들어, 서로 다른 주파수 대역의 서로 다른 강도를 합산하여) 단순화될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은:
(a) 비금속 표면이 상기 비금속 표면 상에 입자를 갖는 기판을 제공하는 단계;
(b) 기판의 비금속 표면 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 입자에 금속층을 증착시켜, 각각의 상기 입자에 각각의 단일 금속층이 제공되고 입자가 없는 상기 비금속 표면 영역에 금속층이 제공되도록 하는 단계;
(c) 상기 입자 상의 상기 금속층 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층을 전자기선으로 조사(照射)하여, 상기 전자기선이 상기 입자 상의 금속층에 의해 산란되어 각각 산란된 전자기선을 생성하는 단계;
(d) 포토다이오드 어레이에서 산란된 전자기선을 수신하는 단계;
(e) 픽셀을 포함하는 암시야 이미지를 형성하는 단계; 및
(f) 상기 암시야 이미지를 처리하여 입자의 크기를 결정하는 단계를 포함하고,
각 입자에 대해, 상기 입자 상의 금속층과 상기 비금속 표면 상의 금속층 사이에 갭이 있으며,
이미지의 각 픽셀은 상기 어레이에서 각각의 포토다이오드에 해당하고, 상기 이미지의 각 픽셀의 컬러는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기선의 강도 및/또는 주파수에 해당한다.
단계 (a)
단계 (a)는, 상기 비금속 표면에 입자를 갖는 비금속 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계를 포함한다.
단계 (a)는, 바람직하게는, 비금속 표면을 갖는 기판을 제공하는 것을 포함하며, 비금속 표면은 바람직하게는, 실리콘, SiO2(유리), 석영, 갈륨 비소, Si3N4, TiO2, HfO2, ZnSe, ZnS, ZrO2, Nb2O5, LaTiO3, To2O5, LiF, MgF2, Na3AlF6, 포토레지스트, 부식 억제제층 또는 접착 촉진제층 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 포토레지스트의 예로는 폴리하이드록시스티렌(PHS), 아크릴 폴리머 및 페놀 수지를 포함하되 이에 국한되지 않는다; 부식 억제제의 예로는 벤조트리아졸을 포함하되 이에 국한되지 않는다; 접착 촉진제층의 예로는 헥사메틸디실라잔(HMDS)을 포함하되 이에 국한되지 않는다. 본 발명에서 비금속 표면은 실리콘, SiO2(유리), 석영, 갈륨 비소, Si3N4, TiO2, HfO2, ZnSe, ZnS, ZrO2, Nb2O5, LaTiO3, To2O5, LiF, MgF2, Na3AlF6, 포토레지스트, 부식 억제제층 또는 접착 촉진제층 중 적어도 하나 이상을 요구하는 것에 국한되지 않음을 이해해야 한다. 오히려 비금속 표면은 다른 적합한 비금속 물질/화합물을 포함할 수 있다.
비금속 표면은 바람직하게는 100 옹스트롬 미만의 거칠기를 갖는다. 가장 바람직하게는, 비금속 표면은 50 옹스트롬 미만의 거칠기를 갖는다. 거칠기를 측정하기 위한 임의의 적절한 공지된 수단을 사용하여 비금속 표면의 거칠기를 결정할 수 있다; 예를 들어, 거칠기 측정은 특정 거리에서 측정된 원자력 현미경으로 측정된 제곱평균 제곱근일 수 있다.
단계 (b)
단계 (b)는 기판의 비금속 표면 상에 그리고 기판의 상기 비금속 표면 상에 있는 상기 입자 상에 금속층을 증착하여, 상기 입자 각각에 각각의 단일 금속층이 제공되고 입자가 없는 상기 비금속 표면의 영역에 금속층이 제공되며, 각 입자에 대해, 해당 입자의 금속층과 상기 비금속 표면의 금속층 사이에 갭이 존재하도록 하는 단계를 포함한다.
단계 (b)는 기판의 비금속 표면의 전체 및/또는 기판의 비금속 표면의 상기 전체에 있는 상기 입자 모두에 금속층을 증착하는 단계를 필요로 하는 것에 국한되지 않고; 오히려, 다른 실시예에서, 층 또는 금속은 기판의 비금속 표면의 선택된 부분에만 그리고 기판의 비금속 표면의 선택된 부분에 있는 입자에만 증착된다는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 선택된 부분은 비금속 표면을 가로지르는 스트립일 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 기판의 비금속 표면 상에 그리고 상기 기판의 비금속 표면 상에 있는 상기 입자 상에 증착된 금속층은 복수의 상이한 크기의 그레인을 포함한다. 다시 말해, 증착된 금속층은 멀티그레인이다. 가장 바람직하게는, 증착된 금속층 내의 모든 그레인의 평균 크기는 10nm-100nm 범위 내에 있다. 증착된 금속층 내의 일부 그레인은 100nm보다 큰 크기를 가질 수 있고, 증착된 금속층 내의 일부 그레인은 10nm보다 작은 크기를 가질 수 있지만, 증착된 금속층 내에 있는 모든 그레인의 평균 크기는 10nm-100nm 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 증착된 금속층 내의 그레인의 적어도 85%는 10nm-100nm 범위의 크기를 갖는다.
일 실시예에서, 증착된 금속층 내의 모든 입자의 평균 크기는 10nm-70nm 범위 내에 있다. 일 실시예에서, 증착된 금속층 내의 모든 입자의 평균 크기는 10nm-35nm 범위 내에 있다.
평균 입자 크기는 다음 양태: 금속층의 증착 속도; 금속층이 증착될 때 기판의 온도 중 하나 이상에 의해 영향을 받을 수 있다. 일 실시예에서, 금속층이 증착될 때 기판의 온도는 -100℃ 내지 80℃사이일 수 있다. 일 실시예에서, 금속층이 증착될 때 기판의 온도는 0℃ 내지 40℃사이일 수 있다. 일 실시예에서, 금속층이 증착될 때 기판의 온도는 20℃일 수 있다. 일 실시예에서, 기판의 온도는 척의 온도를 제어함으로써 제어된다(척은 금속층이 증착될 때 기판을 고정하는 부품이다); 척의 온도는 고체 상태(열전기) 가열/냉각 또는 유체 보조 가열/냉각과 같은 당업자에게 알려진 방법을 사용하여 제어될 수 있다. 바람직하게는, 폐쇄 루프 제어를 사용하여 기판의 온도를 사전 정의된 온도 범위 내에서 유지한다(또는 척의 온도를 유지하고, 따라서 기판의 온도를 간접적으로 유지한다).
본 출원에서, 입자의 '크기'는 임의의 측정 가능한 치수(예를 들어, 직경, 길이, 폭, 높이 등을 포함하되 이에 국한되지 않음)에 의해 정의될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 가장 바람직한 실시예에서, 각 입자는 구형인 것으로 가정되고, '크기'는 '직경', 즉 구형 입자의 직경에 의해 정의된다. 크기가 측정되는 입자 중 일부는 구형이 아닐 수도 있지만, 그럼에도 불구하고, 비구형 입자에 대해 본 발명에서 얻어진 크기 측정은 바람직하게는 조사(照射) 시 동등한 수준의 산란 전자기선을 제공하는 해당 구형 입자의 직경이다.
바람직한 실시예에서, 상기 입자 상에 증착된 각각의 금속층은 연속적이거나 실질적으로 연속적이다; 즉, 각각의 입자 상에 제공되는 층은 갭이나 공극이 없거나 실질적으로 갭이나 공극이 없다. 예를 들어, 일 실시예에서, 각각의 입자 상에 제공되는 층은 사전 정의된 크기보다 큰 공극이 없다(예를 들어, 직경이 10nm보다 큰 공극이 없다). 이는 각각의 입자가 단일 질량의 금속층을 갖도록 보장한다. 바람직하게는, 각각의 입자상의 단일 질량의 금속층과 기판의 비금속 표면에 제공된 금속층 사이에 갭이 존재한다; 이는 각각의 입자상에 거의 고립된 단일 질량의 금속층이 광원으로 여기될 때 진동하는 전기 쌍극자를 형성할 수 있게 한다; 갭은 증폭된 광산란 및/또는 증폭된 광흡수를 제공하는 데 유리하게 작용할 것이다.
기판의 비금속 표면에 증착된 금속층 및 상기 입자 상에 증착된 금속층은 W, Co, Ag, Au, Al, Cu 중 적어도 하나를 포함한다: 일 실시예에서, 기판의 비금속 표면 상에 증착된 금속층 및 상기 입자 상에 증착된 금속층은 W, Co, Ag, Au, Al, Cu 금속 중 적어도 75 중량%를 포함하는 합금을 포함한다. 다른 실시예에서, 기판의 비금속 표면에 증착된 금속층 및 상기 입자 상에 증착된 금속층은 Ag, Au, Al 중 적어도 90 중량%를 포함하는 합금을 포함한다.
기판의 비금속 표면에 증착된 금속층 및 상기 입자 상에 증착된 금속층은, 대안으로, Au, Ag, Al, Cu, Co, W, Ir, Pt, Pd, Ti, Fe, Cr, Sb, Ce, Dy, Er, Eu, Gd, Ge, Hf, In, Lu, Mg, Mn, Mo, Ni, Nb, Re, Ru, Ta, Zn, Y, V, Sn, Tm 중 적어도 하나 및/또는 10% 이하의 임의의 다른 적절한 금속을 갖는 합금을 포함할 수 있다:
일 실시예에서, 상기 방법은, 크기가 결정될 입자의 최소 크기를 정의하는 단계를 더 포함하고; 기판의 비금속 표면에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께가 상기 정의된 최소 크기보다 크다.
일 실시예에서, 기판의 비금속 표면은 무기물이고, 기판의 비금속 표면 상에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께는 10nm-150nm 범위 내에 있다. 바람직하게는, 기판의 비금속 무기 표면에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께는 20nm-80nm 범위 내에 있다. 더욱 바람직하게는, 기판의 비금속 무기 표면에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께는 40nm-70nm 범위 내에 있다. 가장 바람직하게는, 기판의 비금속 무기 표면에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께는 50 나노미터이다.
다른 실시예에서, 기판의 비금속 표면은 유기물이고, 기판의 비금속 유기물 표면 상에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께는 20nm-160nm 범위 내에 있다. 바람직하게는, 기판의 비금속 유기 표면에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께는 40nm-100nm 범위 내에 있다. 더욱 바람직하게는, 기판의 비금속 유기 표면에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께는 40nm-70nm 범위 내에 있다. 가장 바람직하게는, 기판의 비금속 유기 표면 상에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께는 50nm이다.
일 실시예에서, 단계 (b)는 0.2 옹스트롬/s 내지 50 옹스트롬/s 범위의 증착 속도로 기판의 비금속 표면 상에 금속층 및 상기 입자 상에 금속층을 증착하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 증착 속도는 0.8 옹스트롬/s 내지 5 옹스트롬/s 범위이다. 가장 바람직하게는, 증착 속도는 1.2 옹스트롬/s이다.
예를 들어, 가장 바람직한 실시예에서, 비금속 표면은 실리콘을 포함한다; 기판의 비금속 표면 상에 증착된 금속층 및 상기 입자 상에 증착된 금속층은 은(Ag)을 포함한다; 기판의 비금속 표면에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께는 40nm-70nm 범위(가장 바람직하게는 상기 두께는 50nm)이다; 상기 단계 (b)는 상기 기판의 비금속 표면에 금속층 및 상기 입자 상에 금속층을 0.8 옹스트롬/s 내지 5 옹스트롬/s 범위의 증착 속도로 증착하는 단계를 포함한다(가장 바람직하기로, 증착 속도는 1.2 옹스트롬/s이다).
기판의 비금속 표면 상에 상기 금속층을 증착하고 상기 입자 상에 상기 금속층을 증착하기 위해 물리적 기상 증착(PVD)이 바람직하게 사용되어, 상기 입자 각각에 각각의 금속층이 제공되고 입자가 없는 상기 비금속 표면의 영역에 금속층이 제공된다. 대안으로, 펄스 레이저 증착, 전자빔 증착 또는 열 증착이 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 스퍼터링은 기판 및 상기 입자의 비금속 표면 상에 상기 금속층을 증착하기 위해 사용되어, 상기 입자 각각에 각각의 금속층이 제공되고 입자가 없는 상기 비금속 표면의 영역에 금속층이 제공된다.
일 실시예에서, 스퍼터링(예컨대, 마그네트론 스퍼터링)(스퍼터링은 물리적 기상 증착의 일종임)이 기판의 비금속 표면 상에 상기 금속층을 증착하고 상기 입자 상에 상기 금속층을 증착하는 데 사용되어, 상기 입자 각각에 각각의 금속층이 제공되고 입자가 없는 상기 비금속 표면 영역에 금속층이 제공되도록 한다. 스퍼터링이 사용되는 이 실시예에서, 바람직하게는 기판이 챔버 내에 제공된다. 스퍼터링의 형태로 PVD를 시작하기 전에, 챔버 내의 압력을 7E-5mbar보다 낮은 수준으로(바람직하게는 5E-5mbar보다 낮은 수준으로, 그리고 가장 바람직하게는 3E-5mbar보다 낮은 수준으로) 가져온다. 그런 다음, 챔버를 불활성 가스/노블 가스로 채워서 사전 정의된 작동 압력에 도달한다. 불활성 가스/노블 가스는 바람직하게는 아르곤(Ar)이다. 그런 다음, 챔버 내의 압력을 1E-3mbar 내지 1E-1mbar 범위의 압력 레벨로 가져온다(바람직하게는 챔버 내의 압력은 1E-2mbar 내지 8E-2mbar 범위의 압력 레벨로 가져오고, 가장 바람직하게는 챔버 내의 압력은 2E-2mbar 내지 7E-2mbar 범위의 압력 레벨로 가져온다). 이때, 스퍼터링이 시작될 수 있으며, 금속이 기판의 비금속 표면에 증착되어 기판의 비금속 표면에 금속층을 형성하고 상기 각 입자 각각에 금속층을 형성한다. 이 실시예에서, 상기 금속이 타겟으로부터 챔버 내로 그리고 기판의 비금속 표면으로 배출된다.
기판의 비금속 표면에 증착되는 금속층 및 각각의 입자 상에 증착되는 상기 금속층이 보다 균일하도록 하기 위해, 당업자에게 공지된 임의의 적절한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 기판의 비금속 표면 상에 증착되는 금속층 및 각각의 입자 상에 증착되는 상기 금속층을 보다 균일하게 만들기 위해, 상기 방법은 금속층이 증착되는 동안 기판을 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다; 기판은 기하학적 중심을 중심으로 회전되거나 기하학적 중심으로부터 오프셋된 점을 중심으로 회전될 수 있다. 회전축은 타겟의 기하학적 중심과 정렬되거나 정렬되지 않을 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 복수의 금속 소스가 제공될 수 있으며, 각 소스는 PVD 공정 동안 증착될 금속을 공급할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 자기장 변조가 스퍼터링에 사용될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 기판은 PVD 공정 동안 평행 배향으로부터 오프셋되도록 배향될 수 있다.
단계 (c)-(e)
단계 (c)는, 상기 입자 상의 상기 금속층 및 상기 기판의 비금속 표면 상의 상기 금속층에 전자기선을 조사(照射)하여, 상기 전자기선이 상기 입자 상의 금속층에 의해 산란되어 각각 산란된 전자기선을 생성하도록 하는 단계를 포함한다; 또는 상기 입자 상의 금속층 및 상기 기판의 비금속 표면 상의 금속층을 조사하여, 상기 전자기선의 적어도 일부가 상기 입자 상의 금속층에 의해 흡수되고, 상기 전자기선의 다른 일부가 상기 기판의 비금속 표면 상의 금속층에 의해 반사되어 반사된 전자기파를 생성하도록 하는 단계를 포함한다; 가장 바람직한 실시예에서, 단계 (c)는 전자기선이 상기 입자 상의 상기 금속층 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층을 전자기선으로 조사하여, 상기 전자기선이 상기 입자 상의 금속층에 의해 산란되어 각각 산란된 전자기선을 생성하도록 하는 단계를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 금속층은 (상기 입자 전체의 금속층을 포함한) 금속층 전체가 조사될 때까지 부분적으로 조사된다. 그러나, 단계 (c)는 기판의 비금속 표면 전체에 있는 금속층 전체 및/또는 기판의 비금속 표면 전체에 있는 상기 입자 모두에 있는 금속층 전체를 조사할 것을 필요로 하는 것에 국한되지 않는다는 것을 이해해야 한다; 오히려, 다른 실시예에서는, 비금속 표면 상의 전체 금속층의 일부만이 조사되고 입자 상의 금속층의 일부만이 조사된다; 그러한 실시예에서, 금속층은 부분적으로 조사되지만 전체 금속층의 선택된 부분(또는 복수의 선택된 부분)만이 조사된다.
단계 (d)는, 포토다이오드의 어레이에서 산란된 전자기선을 수신하는 단계; 또는 포토다이오드의 어레이에서 상기 반사된 전자기선을 수신하는 단계를 포함한다. 가장 바람직한 실시예에서, 단계(d)는, 포토다이오드의 어레이에서 산란된 전자기선을 수신하는 단계를 포함한다.
단계 (e)는, 픽셀을 포함하는 이미지를 형성하는 단계로서, 이미지의 각 픽셀은 상기 어레이 내의 각각의 포토다이오드에 해당하고, 상기 이미지의 각 픽셀의 컬러는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신하는 전자기파의 강도 및/또는 주파수에 해당한다. 가장 바람직한 실시예에서, 단계 (e)는 픽셀을 포함하는 암시야 이미지를 형성하는 단계를 포함하며, 이미지의 각 픽셀은 상기 어레이 내의 각각의 포토다이오드에 해당하고, 상기 이미지의 각 픽셀의 컬러는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신하는 산란광의 강도 및/또는 주파수에 해당한다.
일 실시예에서, 형성된 이미지는 흑백 이미지이다; 이 실시예에서, 형성된 이미지에서 픽셀의 '컬러'는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기파의 '강도'에 의해 정의된다(픽셀의 강도는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드에 입사된 광자의 수에 정비례할 것이다). 다른 실시예에서, 형성된 이미지는 컬러 이미지이다; 이 실시예에서, 형성된 이미지에서 픽셀의 '컬러'는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기파의 '주파수'에 의해 정의된다(예를 들어, '빨간색' 컬러 픽셀은 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기파가 430-480 THz 범위의 주파수를 갖는 것을 의미할 것이다; '주황색' 컬러 픽셀은 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기파가 480-510 THz 범위의 주파수를 갖는 것을 의미한다; '노란색' 컬러 픽셀은 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기파가 510-540 THz 범위의 주파수를 갖는 것을 의미한다; '녹색' 컬러 픽셀은 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기파가 540-580 THz 범위의 주파수를 가짐을 의미한다.
일 실시예에서, 포토다이오드의 어레이에 입사되는 전자기선은 120nm-750nm 범위의 파장을 갖는다. 가장 바람직한 실시예에서, 포토다이오드의 어레이에 입사되는 전자기선은 280nm 내지 500nm 범위의 파장을 갖는다.
일 실시예에서, 산란된 전자기선은 레일리 산란 전자기선을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 각 입자 상의 금속층 및 기판의 상기 비금속 표면상의 금속층은 설정된 암시야에서 전자기선으로 조사되고, 상기 전자기선의 적어도 일부가 상기 각 입자 상의 금속층에 의해 산란되어 산란된 전자기선(예를 들어, 레이리 산란)을 생성한다. 산란된 전자기선은 포토다이오드 어레이에서 수신된 후 픽셀로 구성된 암시야 이미지가 형성되며, 암시야 이미지의 각 픽셀은 상기 어레이의 각 포토다이오드에 해당한다. 상기 암시야 이미지의 각 픽셀의 컬러는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 산란 전자기파의 강도 및/또는 주파수에 해당한다. 더 많은 비율의 산란 전자기선을 수신한 포토다이오드는 더 적은 비율의 산란 전자기선을 수신한 포토다이오드에 해당하는 픽셀보다 더 밝게 나타난다. 즉, 암시야 이미지의 각 픽셀은 어레이의 해당 포토다이오드가 수신한 산란 전자기선의 강도 및/또는 주파수에 해당하는 컬러를 갖는다. 상기 금속층에 의해 상기 각 입자에 산란된 전자기선은 암시야 이미지에서 밝은 컬러의 픽셀을 생성한다.
암시야 이미지를 사용하는 상기 전술한 실시예에서, 바람직하게는, 전자기선은 상기 각 입자 상의 금속층 및 상기 기판의 비금속 표면 상의 금속층에 기판의 상기 비금속 표면 상의 금속층 표면의 평면에 90도까지 오프셋되는 각도로 입사된다. 바람직하게는, 전자기선은 광대역 조명(예를 들어, 백색광)으로 상기 입자 및 금속 표면 상의 상기 금속층을 비춤으로써 제공된다.
상기한 실시예 각각에서, 바람직하게는, 상기 입자 상의 상기 금속층 및 기판의 비금속 표면 상의 금속층은, 상기 입자 및 비금속 표면 상의 상기 금속층을 광대역 조명(예를 들어, 백색광)으로 조명함으로써 전자기선으로 조사된다.
실시예에서, 암시야 이미지 또는 명시야 이미지를 포착하기 위해, 상기 각 입자 상의 상기 금속층 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층은 복수의 상이한 광원으로부터 방출되는 전자기선에 의해 조사된다; 즉, 상기 각 입자 상의 상기 금속층 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층을 조사하는 전자기선은 복수의 상이한 광원으로부터 제공된다. 실시예에서, 상기 복수의 상이한 광원은 각각 상이한 주파수 대역을 갖는 복수의 상이한 광원을 포함한다.
실시예에서, 방법은 복수의 픽셀을 하나의 픽셀로 결합하는 단계를 포함하는 픽셀 비닝 단계를 더 포함할 수 있다. 이 단계는 단계 (d)에서 사전 정의된 특정 유형의 포토다이오드를 사용할 때 수행될 수 있으며, 이는 단계 (e)에서 형성되는 이미지의 노이즈를 감소시키기 위한 것이다.
단계 (f)
단계 (f)는, 입자의 크기를 결정하기 위해 상기 형성된 이미지를 처리하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 형성된 이미지는 암시야 이미지이므로, 단계 (f)는 입자의 크기를 결정하기 위해 상기 암시야 이미지를 처리하는 단계를 포함한다.
본 출원에서, 입자의 '크기'는 임의의 측정 가능한 치수(예를 들어, 직경, 길이, 폭, 높이 등을 포함하되 이에 국한되지 않음)에 의해 정의될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 가장 바람직한 실시예에서, 각 입자는 구형인 것으로 가정되고, '크기'는 '직경', 즉 구형 입자의 직경에 의해 정의된다. 크기가 측정되는 입자 중 일부는 구형이 아닐 수도 있지만, 그럼에도 불구하고 비구형 입자에 대해 본 발명에서 얻어지는 크기 측정은 바람직하게는 조사 시 동등한 수준의 산란 전자기선을 제공하는 해당 구형 입자의 직경이다; 따라서, 바람직한 실시예에서, 크기가 측정되는 입자 중 일부가 비구형이더라도 이들 입자의 '크기'는 여전히 '직경'으로 정의된다. 따라서, 본 발명의 단계 (f)에서, 입자의 '크기'를 결정하는 단계는 바람직하게는 각 입자의 직경을 결정하는 단계를 의미한다.
바람직한 실시예에서, 입자의 크기를 결정하기 위해 상기 형성된 이미지를 처리하는 단계(f)를 수행하기 전에, 먼저 이미지의 노이즈를 감소시키기 위해 형성된 이미지를 처리한다. 예를 들어, 노이즈를 줄이도록 형성된 이미지를 처리하기 위해, 이미지 스무딩 또는 적절한 노이즈 필터링 기법이 이미지에 수행될 수 있다.
실시예에서, 입자의 크기를 결정하기 위해 상기 형성된 이미지를 처리하는 단계(F)를 수행하기 전에, 형성된 이미지에서 배경을 제거하는 단계가 수행된다. 이 실시예에서, 먼저 형성된 이미지의 배경이 임의의 적절한 수단을 사용하여 추정되고; 그런 다음, 추정된 배경이 형성된 이미지에서 차감된다. 예를 들어, 형성된 이미지의 배경은 형성된 이미지의 모든 픽셀의 컬러의 중앙값을 결정하여 추정되거나, 형성된 이미지의 배경은 형성된 이미지에서 하나 이상의 픽셀 클러스터의 컬러의 중앙값을 결정하여 추정될 수 있다(각 클러스터는 임의의 적절한 수의 픽셀을 가질 수 있다, 예를 들어, 클러스터는 1000 픽셀일 수 있다). 다른 예에서, 형성된 이미지의 배경은, 상기 비금속 표면에 입자가 전혀 없는 비금속 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계; 기판의 비금속 표면 상에 금속층을 증착하는 단계; 기판의 상기 비금속 표면 상에 상기 금속층을 전자기선으로 조사하는 단계; 포토다이오드의 어레이에서 임의의 산란된 전자기파를 수신하는 단계; 픽셀을 포함하는 이미지를 형성하는 단계를 포함하는 보정 단계에서 이전에 결정되었을 수 있다고, 이미지의 각 픽셀은 상기 어레이의 각각의 포토다이오드에 해당하고, 상기 이미지의 각 픽셀의 컬러는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기파의 강도 및/또는 주파수에 해당한다; 비금속 표면은 입자가 없으므로, 형성된 이미지는 배경의 추정치를 정의한다. 다른 예에서, 형성된 이미지의 배경은 형성된 이미지에 다차원 평면(단색(흑백) 이미지의 경우 2차원, 다색(전자기선의 여러 주파수 대역) 이미지의 경우 3차원)을 피팅함으로써 추정될 수 있으며, 바람직하게는 고차미분에 대한 제약이 있는 제약적 최소 제곱(Constrained Least Squares)과 같은 최적화 알고리즘이 사용된다. 미분은 픽셀의 컬러 변화이므로 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드에 입사된 산란 광선으로부터의 광자 수의 변화를 나타낸다는 점에 유의해야 한다. 입자는 일반적으로 컬러에 더 큰 고차미분을 유발한다는 점에 더 유의해야 한다. 따라서, 충분히 작은 미분이 있는 평면을 피팅하고 이 평면을 배경으로 사용하면 입자를 보존할 수 있다. 바람직하게는, 작은 미분들은 감지해야 하는 가장 작은 입자들의 미분의 절반보다 작은 미분을 의미한다. 감지되어야 하는 가장 작은 입자로부터의 미분은, 바람직하게는, 입자가 없는 비금속 표면에 그러한 입자를 증착하는 단계; 기판의 비금속 표면 및 상기 입자에 금속층을 증착하는 단계; 기판의 상기 비금속 표면의 상기 금속층 및 상기 입자 상의 금속층을 전자기선으로 조사하는 단계; 포토다이오드의 어레이에서 임의의 산란된 전자기파를 수신하는 단계; 픽셀을 포함하는 이미지를 형성하는 단계에 의해 추정된다는 점에 유의해야 하고, 이미지의 각 픽셀은 상기 어레이의 각각의 포토다이오드에 해당하고, 상기 이미지의 각 픽셀의 컬러는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신해 상기 이미지에서 입자의 평균 미분을 계산한 전자기파의 강도 및/또는 주파수에 해당한다.
입자의 크기를 결정하기 위해 상기 형성된 이미지를 처리하는 단계는, 바람직하게는, (i) 이미지를 사전 정의된 모델에 입력하는 단계; ii) 상기 이미지로부터 특성을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 특성과 일치하는 사전 정의된 입자 크기를 식별하는 단계; 및 상기 추출된 특성과 일치하는 사전 정의된 이미지 특성의 조합을 식별하는 단계; 및 (iii) 상기 추출된 특성과 일치하는 상기 사전 정의된 이미지 특성들의 식별된 조합과 관련된 사전 정의된 입자 크기를 출력하는 단계를 포함하고, 사전 정의된 모델은 사전 정의된 이미지 특성의 상이한 조합을 정의하며, 사전 정의된 입자 크기는 사전 정의된 이미지 특성의 상이한 조합 각각과 연관되고, 출력된 사전 정의된 입자 크기는 이미지에 나타난 입자의 크기와 일치한다.
예를 들어, 일 실시예에서, 컬러 임계값이 정의된다; 클러스터 내의 각 픽셀이 컬러 임계값을 초과하는 단계 (e)에서 형성된 이미지 내의 픽셀의 클러스터가 식별된다; 각 클러스터에 대해 해당 클러스터를 구성하는 픽셀의 수가 계수된다. 픽셀 수와 입자 크기를 연관시키는 사전 정의된 보정 곡선이 제공된다(즉, 곡선은 픽셀 수와 입자 크기 간의 그래프이다); (이 사전 정의된 보정 곡선은 알려진 크기의 입자 이미지를 캡처하여 픽셀의 클러스터를 갖는 이미지를 발생시키는 보정 단계에서 결정되는 것이 바람직하며, 클러스터 내의 각 픽셀은 컬러 임계값을 초과하는 컬러를 갖는다; 각 입자에 대한 클러스터 내의 픽셀 수가 기록되어 픽셀 수를 입자의 크기와 관련시키는 보정 곡선이 형성될 수 있음에 유의해야 한다). 상기 계수된 픽셀 수와 연관된 보정 곡선의 입자 크기는 그 픽셀 클러스터가 나타내는 입자의 크기에 해당한다. 이러한 방식으로 각 입자의 크기를 결정할 수 있다. 컬러 임계값은 크기가 결정될 최소 크기의 입자에 기초하여 선택될 수 있다. 이 실시예는 바람직하게는 큰 크기의 입자에 사용된다(일반적으로 큰 크기의 입자는 50nm 보다 큰 크기(예를 들어, 직경)를 갖는 입자이다; 그러나, 큰 입자는 다수의 픽셀들이 클러스터에서 임계값을 초과하게 하기 때문에(그리고 잠재적으로 포토다이오드를 포화시켜 따라서 정보가 손실될 수도 있기 때문에), 큰 크기의 입자를 구성하는 것은 조명 강도, 광학기의 효율, 포토다이오드의 효율, 포토다이오드의 크기와 같은 변수 요인들에 의존한다는 것을 이해해야 한다; 클러스터에서 임계값을 초과하는 픽셀의 수는 입자 크기와 관련된다.
큰 크기의 입자(예를 들어, 50㎚보다 큰 크기의 입자)는 더 많은 전자기선을 산란시킨다; 따라서, 입자가 클수록 형성된 이미지에서 픽셀들(더 많은 광자 수를 나타내는 컬러)이 더 밝아진다. 그러나, 작은 크기의 입자(예를 들어, 일반적으로 작은 크기의 입자는 50nm보다 작은 크기(예를 들어, 직경)를 갖는 입자이다; 그러나, 작은 크기의 입자를 구성하는 것은 조명 강도, 광학기의 효율, 포토다이오드의 효율, 포토다이오드의 크기와 같은 다양한 변수 요인에 따라 달라지나, 적은 양의 산란을 발생하고, 따라서 산란된 전자기선의 양이 적어져 형성된 이미지에서 컬러 임계치 이상의 컬러를 갖는 픽셀들의 수가 적어질 것임을 이해해야 한다; 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 형성된 이미지의 픽셀의 컬러는 입자의 크기를 추정하는 데 사용된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 픽셀 컬러과 연관된 입자 크기를 항목으로 갖는 룩업 테이블이 제공된다; 이 룩업 테이블은 알려진 크기를 갖는 입자의 이미지가 형성되고, 룩업 테이블에서 상이한 각각의 입자 크기와 연관된 상이한 픽셀 컬러 값을 갖도록 이미지의 픽셀의 강도가 기록된 보정 단계에 의해 결정될 수 있다. 본 발명의 실시예는, 크기가 결정될 최소 크기의 입자를 정의하는 단계; 정의된 최소 크기의 입자에 해당하는 입자 크기와 연관된 픽셀 컬러 값을 사전 정의된 룩업 테이블로부터 검색하는 단계를 더 포함할수 있고, 재시도된 픽셀 컬러 값은 입자 크기에 해당한다.
형성된 이미지에 나타나는 높은 배경 신호는 이미지 내의 입자와 유사하게 보일 수 있다; 따라서, 방법의 결과를 손상시킬 수 있는 노이즈의 원인이 된다; 따라서, 이미지에 높은 배경 신호가 있을 것으로 예상되는 경우 입자 검출을 조정하는 것이 바람직하다; 예로써, 이는 검출할 최소 크기의 입자의 임계값을 증가시킴으로써 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 형성된 이미지는 배경 신호를 추정하기 위해 처리된다. 바람직하게는, 프로세스는 (i) 이미지를 사전 정의된 모델에 입력하는 단계; (ii) 상기 이미지로부터 특성을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 특성과 일치하는 사전 정의된 배경 신호 특성을 식별하는 단계; 및 (iii) 상기 추출된 특성과 일치하는 사전 정의된 이미지 특성들의 상기 식별된 조합과 관련된 배경 신호 특성을 출력하는 단계로 구성되고, 사전 정의된 모델은 사전 정의된 이미지 특성 및 사전 정의된 이미지 특성의 상이한 조합 각각과 연관된 사전 정의된 배경 신호 특성의 상이한 조합을 정의하며; 출력된 배경 신호 특성은 이미지에 나타난는 배경 신호 특성에 해당한다. 바람직하게는, 배경 신호에 의해 야기된 것으로 추정되는 특성은 입자의 감지 및 크기 추정에서 무시된다.
예를 들어, 이미지의 중간 컬러가 계산되고 배경 신호를 추정하는 데 사용된다. 본 발명의 실시예는, 추정된 배경 신호와 연관된 크기가 신뢰성 있게 검출될 수 있는 최소 크기의 입자를 사전 정의된 룩업 테이블로부터 검색하는 단계를 더 포함할 수 있다.
더 큰 크기의 입자는 더 많은 양의 전자기선을 산란시킨다; 이러한 많은 양의 산란으로 형성된 이미지의 인근 픽셀에 노이즈(잠재적으로 "간섭 패턴"이라고도 함)를 발생시킬 수 있으며, 이러한 노이즈는 다른 입자로 오인될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 상기 방법은 임계 입자 크기를 정의하는 단계; 큰 크기의 입자를 나타내는 형성된 이미지 내의 픽셀의 클러스터를 식별하는 단계; 및 상기 식별된 클러스터로부터 사전 정의된 임계 거리 내에 있는 형성된 이미지 내의 픽셀을 제거하는 단계를 더 포함하고, 임계 입자 크기는 큰 크기의 입자를 구성하기 위해 입자가 가져야 하는 최소 크기를 정의한다.
다른 실시예에서, 인접한 픽셀들 사이의 색의 미분은 픽셀이 입자의 이미지를 나타내는지 또는 노이즈인지를 결정하기 위해 사용된다. 예를 들어, 픽셀이 컬러 임계값을 크게 초과하는 컬러를 갖는 것으로 식별되지만, 그 식별된 픽셀에 인접한 모든 픽셀들이 컬러 임계값보다 훨씬 낮은 컬러를 갖는 경우, 상기 식별된 픽셀의 컬러는 입자의 존재로 인한 것이 아니라 노이즈 때문이라고 가정할 수 있다(즉, 입자에 의해 산란된 전자기선에 의한 것이 아니다). 바람직하게는, 식별된 픽셀의 컬러과 식별된 픽셀에 인접한 픽셀의 컬러 사이의 차이가 사전 정의된 임계값을 초과하는 경우, 상기 식별된 픽셀의 컬러는 입자의 존재에 기인하지 않고 노이즈에 기인하는 것으로 가정된다. 반면에, 식별된 픽셀의 컬러과 식별된 픽셀에 인접한 픽셀의 컬러의 차이가 사전 정의된 임계값 이하인 경우, 상기 식별된 픽셀과 그 주변의 인접 픽셀이 입자를 나타내는 것으로(즉, 입자에 의해 산란된 전자기파에 의한 것으로) 가정되며, 이 경우 입자의 크기를 결정할 때 식별된 픽셀에 인접한 픽셀을 고려한다. 예를 들어, 픽셀의 컬러를 입자의 크기와 관련시키는 사전 정의된 보정 곡선이 제공된다; 따라서, 상기 식별된 픽셀 및 그 주변 인접 픽셀의 강도가 합산되고, 그런 후 픽셀의 컬러를 입자의 크기와 관련시키는 상기 사전 정의된 보정 곡선으로부터 입자의 해당 크기가 결정된다. 이러한 사전 정의된 보정 곡선은 알려진 크기의 입자의 이미지가 캡처되는 보정 단계에서 결정되는 것이 바람직하고, 각 입자에 대해, 이미지에서 각각의 입자를 나타내는 픽셀의 강도가 합산되어, 픽셀의 합산된 강도를 입자의 크기와 관련시키는 보정 곡선을 제공한다는 점에 유의해야 한다.
일 실시예에서, 상기 단계 (e)에서 형성된 이미지는 기판의 전체 표면적의 일부에만 해당하는 이미지이므로, 이 실시예에서는 기판의 전체 표면적에 대한 이미지가 처리될 때까지 복수의 이미지 각각에 대해 단계 (i)-(iii)가 반복된다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 상기 입자 상의 금속층 및 상기 비금속 표면상의 상기 금속층이 조사(照射)됨에 따라 상기 포토다이오드 어레이가 기판 상에서 상이한 위치로 이동되어, 상기 포토다이오드 어레이가 기판의 상이한 영역에서 산란된 전자기선을 수신하여, 기판 영역의 상이한 영역의 이미지가 포착되도록 한다; 이러한 단계는 기판의 전체 표면적을 포괄하는 이미지가 포착될 때까지 반복된다. 다른 실시예에서, 상기 단계 (e)에서 형성된 이미지는 기판의 전체 표면적에 해당하는 단일 이미지이므로, 상기 단일 이미지에 대해 단계 (i)-(iii)는 단 한 번만 수행하면 된다.
다른 실시예에서, 방법은 입자의 크기 분포를 결정하기 위해 결정된 입자의 크기를 사용하는 단계를 더 포함한다. 이는 복수의 입자의 크기가 결정된 후에 수행될 수 있다. 그런 다음, 분포는 사전 정의된 크기 범위 내에 있는 입자의 수로 표시될(예를 들어, 사전 정의된 크기 범위 8nm 및 12nm 내에 'X' 수의 입자가 있고, 사전 정의된 크기 범위 13nm 내지 20nm 내에 'Y' 수의 입자가 있는 것으로 결정될) 수 있다.
다른 실시예에서, 방법은 단계 (e)에서 형성된 이미지를 사용하여 기판의 상기 비금속 표면 상에서 입자의 위치를 추정하는 단계를 더 포함한다. 이 실시예에서, 포토다이오드 어레이가 산란된 전자기선을 수신하는 시간 동안, (예를 들어, 단계 (d)가 수행될 때 포토다이오드 어레이가 사전 정의된 물리적 위치에서 유지됨으로써) 기판에 대한 포토다이오드 어레이의 상대 위치가 알려져 있다. 기판에 대한 포토다이오드 어레이의 상대 위치를 알고, 초점 거리와 같은 포토다이오드 어레이의 파라미터를 알면, 상기 입자를 묘사하는 형성된 이미지의 픽셀 위치로부터 형성된 이미지에 묘사된 입자의 기판 상의 물리적 위치를 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 방법은 기판 상에 알려진 물리적 위치를 갖는 참조 마커를 나타내는 형성된 이미지 내의 픽셀들을 식별하는 것을 포함하며, 참조 마커를 나타내는 이러한 픽셀들을 참조로 사용하여, 참조 마커를 나타내는 픽셀들에 대한 형성된 이미지 내의 픽셀들의 위치로부터 형성된 이미지에 묘사된 입자의 기판 상에 물리적 위치가 결정될 수 있다.
단계 (e)에서 형성된 이미지가 기판의 상기 비금속 표면 상의 입자의 위치를 추정하는 데 사용되는 경우, 기판의 표면 상의 크기 분포도 또한 결정될 수 있다.
단계 (e)에서 형성된 이미지가 상기 비금속 표면 상의 입자의 위치를 추정하는 데 사용되는 일 실시예에서, 상기 방법은, 라만 레이저 소스를 입자 위치 위로 이동시키는 단계; 라만 레이저 소스에 의해 방출된 라만 레이저로 입자의 위치에서 금속층을 조사하는 단계; 대물 렌즈에서 상기 산란광을 수신하는 단계; 수신된 산란광으로부터 레일리 산란광을 필터링하고 라만 산란광만 상기 대물 렌즈를 통해 통과시키는 단계; 광분산 격자를 사용하여 라만 산란광을 다른 주파수로 분산시키는 단계; 분산된 라만 산란광을 복수의 픽셀을 갖는 선형 포토다이오드로 수신하는 단계; 픽셀당 광자 수를 결정하는 단계; 및 주파수당 획득된 광자 수를 플로팅하여 라만 스펙트럼을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 라만 레이저는 상기 금속층에 의해 산란되어 산란광을 발생하며, 상기 산란광은 라만 산란광 및 또한 레일리 산란광을 모두 포함하고, 각 픽셀은 사전 정의된 상이한 광 주파수와 연관되며, 픽셀당 광자 수는 소정 주파수에 대한 광 강도에 해당한다. 상기 방법은 라만 스펙트럼을 사용하여 입자의 재료를 특성화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 특성화는 참조 스펙트럼 라이브러리를 사용하여 수행될 수 있다. 참조 스펙트럼 라이브러리는, 표면에 코팅된 알려진 입자에 기초하여 참조 스펙트럼이 확립된 이전 실험을 통해 확립될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전술한 방법 실시예 중 어느 하나를 실행하기 위해 작동 가능한 어셈블리가 제공된다. 상기 어셈블리는 적어도, 상기 비금속 표면 및 기판의 상기 비금속 표면의 상기 입자 상에 금속층을 증착하기 위한 수단을 포함하여, 상기 입자 각각에 각각의 금속층이 제공되고 입자가 없는 상기 비금속 표면의 영역에 금속층이 제공되도록 하는 수단을 포함하는 스테이션; 상기 입자 및 금속 표면 상의 상기 금속층을 전자기선으로 조사하여, 상기 전자기선이 상기 입자상의 금속층에 의해 산란되어 각각 산란된 전자기선을 생성하거나; 상기 입자 및 비금속 표면상의 상기 금속층을 전자기선으로 조사하여, 상기 전자기선의 적어도 일부가 상기 입자 상의 금속층에 흡수되고 상기 전자기선의 다른 일부가 기판 상의 비금속 표면에 제공된 금속층에 의해 반사되어 반사된 전자기선을 생성하도록 하는 수단을 포함하는 스테이션; 포토다이오드 어레이에서 산란된 전자기선을 수신할 수 있거나 상기 반사된 전자기선을 수신할 수 있는 포토다이오드 어레이를 포함하는 스테이션; 픽셀을 포함하는 이미지를 형성하는 수단을 포함하는 스테이션; 및 입자의 크기를 결정하기 위해 상기 형성된 이미지를 처리하기 위한 수단을 포함하는 스테이션을 포함하고, 각 입자에 대해, 입자 상의 금속층과 상기 비금속 표면의 금속층 사이에 갭이 존재하며, 상기 이미지의 각 픽셀은 상기 어레이 내의 각각의 포토다이오드에 해당하며, 상기 이미지의 각 픽셀의 컬러는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기파의 강도 및/또는 주파수에 해당한다.
기술된 본 발명의 실시예들에 대한 다양한 수정 및 변형은 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 상기 방법은: 상기 비금속 표면에 입자를 갖는 비금속 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계; 즉, 입자가 이미 상기 비금속 표면에 존재하는 단계를 포함한다. 이는, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼가 제공되고 웨이퍼의 표면에 입자(또는 파편)가 있는 경우에 해당할 수 있다. 다른 실시예에서, 깨끗한 비금속 표면을 갖는 기판이 제공되고 입자가 깨끗한 비금속 표면에 도포된다; 이러한 실시예는 입자를 포함하는 유체 샘플을 기판의 상기 비금속 표면과 접촉시키는 단계; 상기 비금속 표면과 접촉하게 된 유체를 상기 비금속 표면으로부터 제거하여, 상기 유체 샘플에 있던 입자만이 기판의 비금속 표면에 남도록 하여, 비금속 표면이 상기 비금속 표면에 입자를 갖는 상기 기판을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 본 실시예는 상기 샘플 유체가 기판의 상기 비금속 표면과 접촉될 때 상기 기판을 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 실시예는 비금속 표면으로부터 샘플 유체를 증발시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명이 특정 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 청구된 본 발명이 그러한 특정 실시예에 지나치게 국한되어서는 안 된다는 것을 알아야 한다.
Claims (18)
- 입자의 크기를 결정하는 방법으로서,
(a) 비금속 표면이 상기 비금속 표면 상에 입자를 갖는 기판을 제공하는 단계;
(b) 기판의 비금속 표면 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 입자에 금속층을 증착시켜, 각각의 상기 입자에 각각의 단일 금속층이 제공되고 입자가 없는 상기 비금속 표면 영역에 금속층이 제공되도록 하는 단계;
(c) 상기 입자 상의 상기 금속층 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층을 전자기선으로 조사(照射)하여, 상기 전자기선이 상기 입자 상의 금속층에 의해 산란되어 각각 산란된 전자기선을 생성하거나, 상기 입자 상의 상기 금속층 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층을 조사하여, 상기 전자기선의 적어도 일부가 상기 입자 상의 금속층에 흡수되고 상기 전자기선의 다른 일부가 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층에 의해 반사되어 반사된 전자기선을 생성하는 단계;
(d) 포토다이오드 어레이에서 산란된 전자기선을 수신하거나; 포토다이오드 어레이에서 상기 반사된 전자기선을 수신하는 단계;
(e) 픽셀을 포함하는 이미지를 형성하는 단계; 및
(f) 상기 형성된 이미지를 처리하여 입자의 크기를 결정하는 단계를 포함하고,
각 입자에 대해, 상기 입자 상의 금속층과 상기 비금속 표면 상의 금속층 사이에 갭이 있으며,
이미지의 각 픽셀은 상기 어레이에서 각각의 포토다이오드에 해당하고, 상기 이미지의 각 픽셀의 컬러는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기선의 강도 및/또는 주파수에 해당하는 방법. - 제1항에 있어서,
(a) 비금속 표면이 상기 비금속 표면 상에 입자를 갖는 기판을 제공하는 단계;
(b) 기판의 비금속 표면 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 입자에 금속층을 증착시켜, 각각의 상기 입자에 각각의 단일 금속층이 제공되고 입자가 없는 상기 비금속 표면 영역에 금속층이 제공되도록 하는 단계;
(c) 상기 입자 상의 상기 금속층 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 금속층을 전자기선으로 조사(照射)하여, 상기 전자기선이 상기 입자 상의 금속층에 의해 산란되어 각각 산란된 전자기선을 생성하는 단계;
(d) 포토다이오드 어레이에서 산란된 전자기선을 수신하는 단계;
(e) 픽셀을 포함하는 암시야 이미지를 형성하는 단계; 및
(f) 상기 암시야 이미지를 처리하여 입자의 크기를 결정하는 단계를 포함하고,
각 입자에 대해, 상기 입자 상의 금속층과 상기 비금속 표면 상의 금속층 사이에 갭이 있으며,
이미지의 각 픽셀은 상기 어레이에서 각각의 포토다이오드에 해당하고, 상기 이미지의 각 픽셀의 컬러는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기선의 강도 및/또는 주파수에 해당하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
단계 (a)는 비금속 표면을 갖는 기판을 제공하는 단계를 포함하고, 비금속 표면은 실리콘, SiO2(유리), 석영, 갈륨 비소, Si3N4, TiO2, HfO2, ZnSe, ZnS, ZrO2, Nb2O5, LaTiO3, To2O5, LiF, MgF2, Na3AlF6, 포토레지스트, 부식 억제제층 또는 접착 촉진제층 중 적어도 하나 이상을 포함하는 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
기판의 비금속 표면 상에 증착된 금속층 및 상기 입자 상에 증착된 금속층은 W, Co, Ag, Au, Al, Cu 중 적어도 하나인 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
크기가 결정될 입자의 최소 크기를 정의하는 단계를 포함하고,
기판의 비금속 표면 상에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께는 상기 정의된 최소 크기보다 큰 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
기판의 비금속 표면은 무기물이고, 기판의 비금속 표면 상에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께는 10nm-150nm 범위인 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
기판의 비금속 표면은 유기물이고, 기판의 비금속 표면 상에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께는 20nm-160nm 범위인 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 (b)는 기판의 비금속 표면 상에 금속층 및 상기 입자 상에 금속층을 0.2 옹스트롬/s 내지 50 옹스트롬/s 범위의 증착 속도로 증착하는 단계를 포함하는 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
기판의 비금속 표면 상에 증착된 금속층 및 상기 입자 상에 증착된 금속층은 은(Ag)을 포함하고; 기판의 비금속 표면 상에 증착된 금속층의 두께 및 상기 입자 상에 증착된 금속층의 두께는 40nm-70nm 범위이며; 단계 (b)는 0.8 옹스트롬/s 내지 5 옹스트롬/s 범위의 증착 속도로 기판의 비금속 표면 상에 금속층 및 상기 입자 상에 금속층을 증착하는 단계를 포함하는 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
전자기선이 180nm-750nm 범위의 파장을 갖는 방법. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
입자의 크기를 결정하기 위해 상기 형성된 이미지를 처리하는 단계는:
(i) 사전 정의된 모델에 이미지를 입력하는 단계;
(ii) 상기 이미지로부터 특성을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 특성과 일치하는 사전 정의된 이미지 특성의 조합을 식별하는 단계; 및
(iii) 상기 추출된 특성과 일치하는 상기 사전 정의된 이미지 특성의 식별된 조합과 연관된 사전 정의된 입자 크기를 출력하는 단계를 포함하고,
사전 정의된 모델은 사전 정의된 이미지 특성의 상이한 조합을 정의하며,
사전 정의된 입자 크기는 사전 정의된 이미지 특성의 상이한 조합들 각각과 연관되고,
출력된 사전 정의된 입자 크기는 이미지에 나타난 입자의 크기에 해당하는 방법. - 제11항에 있어서,
단계 (e)에서 형성된 상기 이미지는 기판의 전체 표면적의 일부에만 해당하는 이미지이고, 단계 (i)-(iii)는 기판의 전체 표면적에 대한 이미지가 처리될 때까지 또는 기판의 표면적의 선택된 부분에 대한 이미지가 처리될 때까지 복수의 이미지 각각에 대해 반복되거나;
단계 (e)에서 형성된 상기 이미지는 기판의 전체 표면적에 해당하는 단일 이미지이고, 단계 (i)-(iii)는 상기 단일 이미지에 대해 1회 수행되거나;
단계 (e)에서 형성된 이미지는 기판의 표면적의 선택된 부분에 해당하는 단일 이미지이고, 단계 (i)-(iii)는 상기 단일 이미지에 대해 1회 수행되는 방법. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 형성된 이미지를 사용하여 상기 비금속 표면 상의 입자의 위치를 추정하는 단계를 포함하는 방법. - 제13항에 있어서,
라만 레이저 소스를 입자의 위치 위로 이동시키는 단계;
입자의 위치에서 금속층을 라만 레이저 소스에 의해 방출되는 라만 레이저로 조사(照射)하는 단계;
대물 렌즈에서 상기 산란광을 수신하는 단계;
수신된 산란광에서 레일리 산란광을 필터링하고 라만 산란광만을 상기 대물렌즈에 통과시키는 단계;
광분산 격자를 사용하여 라만 산란광을 다른 주파수로 분산시키는 단계;
분산된 라만 산란광을 복수의 픽셀을 갖는 선형 포토다이오드로 수신하는 단계;
픽셀당 광자 수를 결정하는 단계; 및
주파수당 획득한 광자 수를 플로팅하여 라만 스펙트럼을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 라만 레이저는 상기 금속층에 의해 산란되어 산란광을 생성하며, 상기 산란광은 라만 산란광 및 또한 레일리 산란광을 포함하고,
각 픽셀은 사전 정의된 상이한 광 주파수와 연관되며,
픽셀당 광자 수는 특정 주파수에 대한 광 강도에 해당하는 방법. - 제14항에 있어서,
라만 스펙트럼을 사용하여 입자의 재료를 특성화하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증착된 금속층은 복수의 상이한 크기의 그레인을 포함하고; 상기 금속층의 모든 그레인의 평균 크기는 10nm-100nm 범위인 방법. - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
기판의 비금속 표면 및 상기 입자 상에 상기 금속층을 증착하기 위해 물리적 기상 증착이 사용되어, 각각의 상기 입자에 각각의 금속층이 제공되고 입자가 없는 상기 비금속 표면 영역에 금속층이 제공되며, 각 입자에 대해, 해당 입자 상의 금속층과 상기 금속 표면 상의 금속층 사이에 갭이 있는 방법. - 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 동작가능한 어셈블리로서,
상기 비금속 표면 및 기판의 상기 비금속 표면 상의 상기 입자에 금속층을 증착시켜, 각각의 상기 입자에 각각의 단일 금속층이 제공되고 입자가 없는 상기 비금속 표면 영역에 금속층이 제공되도록 하는 수단을 포함하는 스테이션;
상기 입자 및 비금속 표면 상의 상기 금속층을 전자기선으로 조사(照射)하여, 상기 전자기선이 상기 입자 상의 금속층에 의해 산란되어 각각 산란된 전자기선을 생성하거나, 상기 입자 및 비금속 표면 상의 상기 금속층을 전자기선으로 조사하여, 상기 전자기선의 적어도 일부가 상기 입자 상의 금속층에 의해 흡수되고 상기 전자기선의 다른 일부가 기판의 비금속 표면에 제공된 금속층에 의해 반사되어 반사된 전자기선을 생성하도록 하는 수단을 포함하는 스테이션;
포토다이오드 어레이에서 산란된 전자파를 수신할 수 있거나, 상기 반사된 전자기선을 수신할 수 있는 포토다이오드 어레이를 포함하는 스테이션;
픽셀을 포함하는 이미지를 형성하기 위한 수단을 포함하는 스테이션; 및
입자의 크기를 결정하기 위해 상기 형성된 이미지를 처리하기 위한 수단을 포함하는 스테이션을 포함하고,
각 입자에 대해, 상기 입자 상의 금속층과 상기 비금속 표면 상의 금속층 사이에 갭이 있으며,
이미지의 각 픽셀은 상기 어레이의 각각의 포토다이오드에 해당하고, 상기 이미지의 각 픽셀의 컬러는 그 픽셀에 해당하는 포토다이오드가 수신한 전자기선의 강도 및/또는 주파수에 해당하는 어셈블리.
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