KR101556430B1 - 간섭 결함 검출 및 분류 - Google Patents

Abstract

결함 검출 및 분류를 위해 공통로 간섭 영상화를 이용하는 시스템 및 방법이 서술된다. 조명 소스는 간섭성 광을 발생시키고 이를 샘플을 향해 지향시킨다. 옵티칼 영상화 시스템은 샘플에 의해 우월하게 회절되지 않는 분산된 성분 및 거울 성분을 포함하는 샘플로부터의 반사된 또는 전달된 광을 수집한다. 가변형 위상 제어 시스템은 이들이 영상 평면에서 간섭되는 방법을 변화시키기 위해 분산된 성분 및 거울 성분의 상대위상을 조정하는데 사용된다. 최종적인 신호는 샘플상의 동일 위치를 위한 기준 신호와 비교되며, 임계값에 대한 차이는 결함이 있는 것으로 간주된다. 처리는 상이한 상대위상 이동으로 여러번 반복되며, 각각의 결함 결함 위치 및 그 차이 신호는 메모리에 저장된다. 이런 데이터는 각각의 결함을 위한 진폭 및 위상을 계산하는데 사용된다.

Description

간섭 결함 검출 및 분류{INTERFEROMETRIC DEFECT DETECTION AND CLASSFICATION}

본 발명은 2008년 8월 12일자 출원된 미국 특허출원 제19/190144호의 장점과, 2008년 6월 3일자 출원된 미국 가특허출원 제61/130,729호의 장점과, 2008년 7월 22일자 출원된 미국 가특허출원 제61/136,616호의 장점과, 2008년 8월 20일자 출원된 미국 가특허출원 제61/189,508호의 장점과, 2008년 8월 20일자 출원된 미국 가특허출원 제61/180,509호의 장점과, 2008년 8월 20일자 출원된 미국 가특허출원 제61/189,510호의 장점과, 2009년 3월 19일자 출원된 미국 가특허출원 제61/210,513호의 장점을 청구한다.

본 발명은 공통로 간섭(common-path interferometry)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 장치 및 집적회로와 같은 마이크로 리토그래픽(microlithographic) 장치의 결함과 사진석판 레티클(photolithographic reticle)의 결함을 검출 및 분류하는데 사용하기 위한 고해상도 공통로 간섭 영상화(imaging)에 관한 것이다.

옵티칼 결함 검출 기술은 훨씬 소형인 트랜지스터를 제조하는 능력을 제한하는 주요한 기술중 하나가 되어 왔다. 상기 옵티칼 결함 검출 기술은 현재까지 전자 비임 현미경과 같은 다른 기술이 제공할 수 있는 고성능 및 고효율을 제공해 왔다. 그러나, IC 칩에 사용된 기하학적 형상이 계속 감소되기 때문에, 결함을 양호한 신뢰성으로 검출하는 것이 어려워지고 있다. IC 칩의 미래 세대의 디자인 규칙은 너무 작아서 현존의 그 어떤 옵티칼 결함 검출 기술이라도 작동될 수 없는 실질적 가능성을 갖게 된다. 따라서, 옵티칼 검사 기술의 수명을 미래 설비 세대로 연장하기 위해, 옵티칼 결함 검출 기술의 전반적인 정비가 요망된다.

현재 사용중인 옵티칼 결함 검출 시스템은 명시야(明視野: bright field) 시스템 및 암시야(暗視野: dark field) 시스템을 포함한다. 명시야 시스템과는 달리, 암시야 시스템은 영상(image)로부터 분산되지 않은 조명 비임을 배제하고 있다. 그러나, 특히 디자인 규칙이 점진적으로 감소됨에 따라 결함을 신뢰성있게 검출하는데 어려움을 유발시키는 현존의 암시야 및 명시야 결함 검출 시스템에는 한계가 존재한다. 분리형 통로 간섭 기술은 비임 분할기를 이용하여 2개의 비임과 탐침 및 기준 비임이 발생되고 또한 상이한 통로를 통한 영상 센서 또는 서브시스템으로 이동되는 것에 따라 제안되어져 왔다. 예를 들어, 결함 검출을 위해 설계된 분리형 통로 시스템은 미국 특허 제7,061,625호, 제7,095,507호, 제7,209,239호, 제7,259,869호에 개시되어 있다. 본 발명에 확인된 특허허여되지 않은 모든 문헌 뿐만 아니라 본 발명에 언급된 상기 특허 및 다른 특허들은 본 발명에 참조인용되었다. 고해상도 표면 프로파일링(profiling)을 위해 설계된 다른 분리형 통로 시스템은 린닉(Linnik) 간섭이다(M. Francon, "옵티칼 간섭", 아카데미 출판사, 뉴욕 및 런던, 1966, 289 페이지 참조). 이들 분리형 통로 간섭 시스템은 원칙적으로 결함 신호를 증폭할 수 있거나 또는 결함 신호의 증폭 및 위상을 측정할 수 있다. 그러나, 이들 시스템은 복잡하고 값비쌀 뿐만 아니라 심각한 결함을 갖고 있으며, 광자(photon) 소음 및 샘플 패턴 노이즈가 과도하며 또한 탐침과 기준 비임이 취하는 2개의 상이한 통로로 인해 불안정하다. 플로어(floor) 진동, 음향 장애, 온도 구배와 같은 작은 환경적 혼돈은 시스템을 쉽게 불안정하게 할 수 있다. 결과적으로, 이런 종류의 통로 간섭 시스템을 산업 환경에 사용하는 것은 어렵다.

종래의 위상차(contrast-contrast) 현미경은 거울 성분(specular component)에 대한 고정된 양의 위상 제어를, 통상적으로는 π/2 또는 -π/2 를 제공한다. 이러한 시스템은 통상적으로 아크 램프 또는 할로겐 램프와 같은 신장된 광원을 사용한다. 일반적으로 이들이 생물학적 샘플을 관찰하는데 적합할지라도, 종래의 위상차 현미경은 일반적으로 반도체 웨이퍼 및/또는 레티클에 존재하는 광범위한 결함을 검출하는데 적합하지 않다.

미국특허 제7,295,303호는 반도체 웨이퍼 및/또는 레티클에 존재하는 광범위한 결함을 검출하는데 적합하지 않은 위상차 현미경과 유사한 접근방법을 개시하고 있다.

미국특허 제7,365,858호 및 미국 출원공개 제2005/0105097A1호는 생물학적 샘플을 영상화하기 위한(for imaging) 시스템을 개시하고 있다. 2개의 작동모드 즉, "상 모드" 및 "진폭 모드"가 개시되어 있다. 논의된 진폭 모드의 목적은 높은 하이 콘트라스트 생 영상(high contrast raw image)를 얻는 것이다. 위상 모드에 있어서, 논의된 기술은 위상 정보만을 추출하려는 것이다. 상기 논의는 조명 파워 손실의 경향을 갖는 부가의 렌즈 그룹 및 비임 분할기의 사용을 통해 동공 공액(pupil conjugate)에서 실행되는 액정 공간 광변조를 언급하였다.

미국특허 제6,674,522호 및 미국 출원공개 제2008/0226157A1호는 결함 검출 시스템과 리토그래픽 마스크를 위한 방법을 개시하고 있다. 이들은 결함을 검출하기 위하여 디포커스(defocus) 또는 제르니크(Zernike) 포인트 스프레드 기능을 사용한다. 그 방법은 복잡하고 다량의 계산 리소스를 필요로 할 뿐만 아니라 작은 결함의 검출에도 적합하지 않다.

공통로 간섭 영상화 시스템 및 방법이 제공된다. 일부 실시예에 따르면, 샘플의 결함의 검출 및 분류를 위한 공통로 간섭 영상화 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 원적외선에서 EUV(13.5nm) 처럼 짧은 파장과 10 미크론처럼 긴 파장을 포함하는 광을 발생하기 위한 조명 소스와; 샘플에 의해 양호하게 분산되는 광의 분산된 성분과 샘플에 의해 양호하게 회절되지 않거나 공간적으로 반사되거나 전달되는 광의 거울 성분을 포함하며, 샘플로부터의 광의 일부를 수집하기 위한 광 영상화 시스템과; 분산된 성분과 거울 성분의 상대위상(relative phase)을 조정하기 위한 가변형 위상 제어 시스템과, 조합된 분산된 또한 공간 부품의 세기(intensity)를 측정하기 위한 감지 시스템과, 감지 시스템의 출력으로부터 샘플상의 포인트가 결함을 포함하는지의 여부를 결정하는 처리 시스템을 포함한다.

정밀한 위치조정(positioning) 시스템은 샘플상의 각각의 포인트로부터의 세기 신호가 컴퓨터에 의해 그 지점에 대한 기준 신호에 관해 정밀하게 언급되고 이와 비교될 수 있게 한다. 만일 그 차이가 설정된 포지티브 및 네거티브 임계값을 초과한다면, 샘플상의 그 위치는 샘플의 레벨과 그 위치에 대응한 기준 신호를 따라 가능한 결함 위치로서 기록되고 디스플레이된다.

일부 조건하에서는 주어진 위상 이동 세팅으로 결함이 누락될 수도 있으므로, 이러한 처리는 상이한 위상 이동 세팅으로 반복될 수 있다. 상이한 위상 이동을 갖는 제2스캔은 제1스캔중에 누락된 그 어떤 결함도 검출할 것 같지만, 2개의 스캔은 결함을 정밀하게 특징화하는데 필요한 부가 정보를 제공하지 않는다. 그러나, 제3위상 이동을 갖는 제3스캔은 위상과 결함의 진폭을 특징화하기에 충분한 데이터를 제공하며, 이런 데이터는 회로 요소에 대한 그 위치와 함께 유사한 결함의 집단화하는데 또한 보정되지 않은 상태로 남아있을 경우 제품 수율에 유사한 효과를 겨정하는데 유용하다.

샘플로부터의 신호가 비교되는 기준 신호는 결함이 존재하지 않는 것으로 가정한다면 샘플상에 있는 것으로 여겨지는 패턴 영상로부터 컴퓨터에 의해 발생된다. 만일 멀티플 패턴 카피(copy)가 가능하고 일부가 결함이 없는 것으로 알려지거나 또는 결함이 임의로 분배된 것으로 알려졌다면, 기준 신호는 동일 웨이퍼상에서 하나 이상의 인접한 다이상의 대응하는 위치 또는 유사한 웨이퍼상에서 하나 이상의 다이상의 대응하는 위치를 스캔하기 위해 동일한 위상 이동 및 파장을 이용하여 유사한 공통로 간섭 영상화 시스템에 의해 발생될 수 있다.

본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도1은 일부 실시예에 따른 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도2a 및 도2b는 일부 실시예에 따른 위상 제어기 및 감쇄기(attenuator)의 실시예를 도시한 도면.
도3은 일부 실시예에 따른 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도4a 및 도4b는 일부 실시예에 따라 옵티칼 통로 길이를 변화시킨 실시예를 도시한 도면.
도5는 일부 실시예에 따라 옵티칼 통로 길이를 변화시키는데 사용된 가동형 거울의 실시예를 도시한 도면.
도6은 일부 실시예에 따라 가동형 거울 위상 제어기를 사용하는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도7a 내지 도7c는 일부 실시예에 따라 간섭 결함 검출 시스템에 사용하기 위한 퓨리에 필터 스트립을 갖는 보상판(compensation plate)의 실시예를 도시한 도면.
도8은 일부 실시예에 따른 조명광을 위한 폴딩(folding) 프리즘의 배치의 실시예를 도시한 도면.
도9는 일부 실시예에 따른 편광 회전기와 조합된 위상 제어기를 도시한 도면.
도10은 일부 실시예에 따른 편광 제어기의 실시예를 도시한 도면.
도11은 일부 실시예에 따라 편광을 이용하는 연속가변형 감쇄기의 실시예를 도시한 도면.
도12는 도11에 도시된 감쇄기 타입을 사용하는 시스템의 예시적인 실시를 도시한 도면.
도13a 내지 도13c는 일부 실시예에 따라 동공 또는 개구 정지부(aperture stop)의 근방에서 시스템을 상세히 도시한 도면.
도14는 일부 실시예에 따라 λ/2 및 λ/4 판을 갖는 감쇄기의 실시예를 도시한 도면.
도15는 일부 실시예에 따라 고 입사각(high incidence angle) 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도16은 일부 실시예에 따라 고 입사각 조명 및 가변형 감쇄기를 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도17은 일부 실시예에 따라 로우 플레어(low-flare) 고 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도18은 일부 실시예에 따라 로우 플레어 고 입사각 조명 및 가변형 감쇄기를 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도19는 일부 실시예에 따라 방위각 회전가능한(azimuthally rotatable) 고 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도20은 일부 실시예에 따라 거울 성분을 위한 가변형 감쇄기를 갖는 방위각 회전가능한 고 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도21은 일부 실시예에 따라 방위각 회전가능한 고 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도22는 일부 실시예에 따라 거울 성분을 위한 가변형 감쇄기를 갖는 방위각 회전가능한 고 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도23은 일부 실시예에 따라 조명 관통 투과 샘플(illumination through transmissive sample)을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도24는 일부 실시예에 따라 반사 및 전달 모드를 통합한 샘플 검사 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도25 내지 도27은 일부 실시예에 따라 일련의 파장 모드에서 검출 시스템의 동작에 사용하기 위한 다양한 파장판(waveplate)의 실시예를 도시한 도면.
도28은 일부 실시예에 따라 2개의 파장을 위한 예시적인 시스템 형상을 도시한 도면.
도29는 일부 실시예에 따라 신장된 광원이 구비된 로우 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도30은 일부 실시예에 따라 신장된 광원이 구비된 고 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도31은 일부 실시예에 따라 분산된 광의 통로에서 신장된 광원 및 위상 제어부가 구비된 고 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도32a 및 도32b는 수치 시뮬레이션을 위해 사용된 결함의 형상을 도시한 도면.
도33 내지 도35b는 수치 시뮬레이션의 결과를 도시한 그래프.
도36은 거울 성분의 세기를 96% 로 감쇄함으로써 40nm 결함의 영상의 시뮬레이트된 향상된 콘트라스트를 도시한 도면.
도37은 거울 성분의 세기를 99.9% 로 감쇄함으로써 20nm 결함의 영상의 시뮬레이트된 향상된 콘트라스트를 도시한 도면.
도38은 시뮬레이트된 신호 세기 및 20nm 결함의 위상을 도시한 도면.
도39는 20nm 입자 및 20nm 공극(void)으로부터 결함 신호의 시뮬레이트된 위상을 도시한 도면.
도40은 결함 신호 성분의 공간 주파수 대역폭을 도시한 도면.
도41은 샘플 스캔의 갯수를 감소시키기 위한 시스템 형상의 실시예를 도시한 도면.
도42a 내지 도42c는 간섭 텀(term)의 크기와 상이한 결함 크기 및 샘플 반사력(reflectivity)을 위한 암시야 텀의 크기를 비교한 도면.
도43a 및 도43b는 반사굴절 영상화 시스템의 디자인 실시예를 도시한 도면.
도44a 내지 도44f는 간섭성(coherent)의 균일한 조명기 디자인을 도시한 도면.
도45a 내지 도45f는 자동초점 시스템 디자인을 도시한 도면.
도46a 내지 도46e는 분산된 개구 및 그 성능을 도시한 도면.

하기에 본 발명의 작업 본체(body of work)의 상세한 설명이 제공된다. 여러가지 실시예가 서술되었지만, 본 발명의 작업 본체는 어떤 하나의 실시예에 한정되지 않으며 상이한 실시예로부터 특징부들의 조합 뿐만 아니라 다양한 대안과 변경 및 등가물을 포함한다는 것을 인식해야 한다. 또한, 본 발명의 작업 본체의 철저한 이해를 제공하기 위해 하기의 서술에는 다양한 특정 항목들이 설명되었지만, 일부 실시예는 이러한 항목들의 일부 또는 전부 없이도 실행될 수 있다. 또한, 명확함을 위하여 관련 분야에 알려진 어떤 기술적 물질은 불필요하게 본 발명의 작업 본체를 불명확하게 하는 것을 피하기 위해 상세히 서술되지 않았다. "레티클" 및 "마스크" 라는 용어는 서로 호환가능하게 사용되며, 다른 패턴화된 물체를 생성하기 위한 마스터(master)로서 사용된 패턴화된 물체를 언급한다.

옵티칼 필드(field)는 복소 진폭(復素振幅: complex amplitude)으로 서술될 수 있다. 복소 진폭은 데카르트 또는 극좌표 시스템에서 편리하게 나타날 수 있다. 이것은 데카르트 좌표 시스템에서 실제 및 가상 부분으로 표시되며, 극좌표 시스템에서 진폭 및 위상 으로 표시된다. 따라서, 3개의 용어, 즉 "복소 진폭", "실제 및 가상 부분", 및 "진폭 및 위상" 은 여기서 사용되고 있는 바와 같이 서로 동일한 것이며, 상기 3개의 용어는 동일하게 취급되며 서로 호환될 수 있다.

또한, "광" 이라는 단어는 하기에 서술되는 바와 같이 매우 광범위한 가능 파장을 갖는 전자기 방사선을 위한 속기(shorthand)로서 사용된다. 또한, 실제로 반사의 거울 성분은 "실질적으로 거울" 이며, 이것은 거울반사된 광을 포함할 뿐만 아니라 매울 소량의 분산된 광을 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

Ⅰ. 결함 신호 방정식

제1원리로부터 시작하여, 협소한 시간 주파수(temporal frequency) 대역폭을 갖는 광선이 웨이퍼와 같은 샘플을 타격하였을 때, 대부분의 광은 흡수되거나 거울반사되며(또는 회절되지 않으며) 또한 회로 패턴과 웨이퍼의 결함에 의해 광의 작은 부분이 분산된다(또는 회절된다). 상기 광선은 여러개의 전기장 성분으로 분해될 수 있다. 광선의 각각의 필드 성분은 다음과 같이 설명된다.

b ≡｜b｜exp(iφ_b ); 거울 성분의 복소 진폭, φ는 신호 방정식의 보편성을 손상하지 않고 0 으로 설정될 수 있는 거울 성분의 위상이다.

a ≡｜a｜exp(i(φ_a + φ_b )) ≡ (a_x + ia_y )exp(iφ_b ); 그 편광이 b 의 편광과 동일한 회로 패턴에 의해 분산된 광선의 일부의 복소 진폭, φ_a 은 b 의 위상에 대한 a 의 위상이고, ax 및 ay 는 실제 축선이 b 의 방향을 향할 때 a 의 실제 성분 및 가상 성분.

s ≡｜s｜exp(i(φ_s + φ_b )) ≡ (s_x + is_y )exp(iφ_b ); 그 편광이 b 의 편광과 동일한 결함에 의해 분산된 광선의 일부의 복소 진폭, 신호라고도 불리우며, φ_s 은 b 의 위상에 대한 s 의 위상이고, sx 및 sy 는 실제 축선이 b 의 방향을 향할 때 s 의 실제 성분 및 가상 성분.

q_a ≡｜q_a｜exp(i(φ_qa + φ_b )); 그 편광이 b 의 편광에 직교하는 회로 패턴에 의해 분산된 광선의 일부의 복소 진폭.

q_s ≡｜q_s｜exp(i(φ_qs + φ_b )); 그 편광이 b 의 편광에 직교하는 결함에 의해 분산된 광선의 일부의 복소 진폭.

g ≡｜g｜exp(i(φ_g + φ_b )); 존재하는 그 어떤 스트레이 광(stray light)의 복소 진폭. 스트레이 광은 렌즈 표면 및 기계 부품으로부터의 불필요한 반사에 의해 발생되는 바람직하지 않은 비 영상 형성 광(non-image forming light)이다.

영상 센서가 검출하는 광 세기는 아래와 같이 표시될 수 있다. 영상화시, 협소한 시간 주파수 대역폭의 광은 동일한 세기를 갖는 단일의 시간 주파수의 광처럼 처리될 수 있음을 인식해야 한다. 이것은 직관적으로 정확할 뿐만 아니라 수학적으로 쉽게 증명될 수 있다.

영상 평면에서 검출기 요소에 의해 검출된 광 세기(I)는 전기장 거울 및 분산된 광을 위한 전기장 진폭의 곱의 총합이며, 스트레이 광 성분은 다음과 같이 주어진다.

상기 식에서 b^*, a^*, 및 s^* 는 각각 b, a, 및 s 의 복합 공액(conjugate) 이다.

거울 성분(b)은 동공면(pupil plane)에서 다른 영상 세기로부터 물리적으로 분리될 수 있기 때문에 식(1a)에서 분리된다. 복소 진폭은 샘플상에서의 위치의 함수인 것을 인식해야 한다. 또한, 상이한 성분들 사이의 상대위상들만 중요하다. 따라서, 거울 성분의 절대위상(Φ_b )은 그 어떤 역할도 하지 않으며, 보편성의 손실없이 0 으로 설정될 수 있다. 또한, 만일 Φ_b 이 0 으로 설정되었다면, 거울 성분의 복소 진폭은 사용된 복합 평면 좌표 시스템의 실제 축선의 방향을 한정하는 것을 인식해야 한다.

거울 성분에 대한 스트레이 광의 옵티칼 통로 길이 차이는 조명광의 간섭 길이 보다 큰 것으로 가정된다. 따라서, 스트레이 광은 식(1)에서 그 상대위상을 고려하지 않고 비논리적으로 부가되고 있다.

식(1c)은 영상이 결함 신호를 포함할 뿐만 아니라 다른 많은 불필요한 성분도 포함하고 있음을 나타내고 있다. 결함을 찾기 위하여, 결함 신호 이외의 성분은 어느 정도 가능하게 제거될 필요가 있다. 이것은 통상적으로 예를 들어 현재 다이의 영상으로부터 인접한 다이의 영상의 다이-다이 추출에 의해 실행된다. 일반적으로 적어도 2개의 다이-다이 추출에 있어서 결함 신호를 정확하게 확인하기 위해서는 예를 들어 [(현재 다이 영상)-(좌측 다이 영상)] 및 [(현재 다이 영상)-(우측 다이 영상)] 이 필요하다. 추출된 영상에 나타난 결함은 현재 다이에 속한다. 2개의 추출된 영상중 오직 하나에만 나타난 결함은 인접 다이에 속한다. 따라서, 2개의 추출된 영상을 비교함으로써, 어떤 결함이 어떤 다이에 속하는지 명백하게 말할 수 있다. 메모리 영역 검사를 위하여, 다이-다이 영상 추출이 아닌 셀-셀 영상 추출은 웨이퍼 패턴으로부터의 노이즈를 최소화하기 위해 실행된다. 이런 방법은 2개의 상이한 다이의 동일한 위치에서 결함을 가질 기회가 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에 효과적으로 작동된다. 다이-다이 추출후 영상 세기 차이는 아래와 같이 표현될 수 있다.

식(2c)은 일반적인 결함 신호 방정식이다. 여기에서의 결함의 정의는 관심있는 결함 뿐만 아니라 거의 관심없는 결함까지도 포함한다는 것을 인식해야 한다. 관심없는 결함의 양호한 실시예는 샘플 패턴 노이즈이다. 상기 샘플 패턴 노이즈는 실제로 노이즈가 아니며, 이런 텀은 여기에 사용될 때의 결함이다. 즉, 결함 신호 s 는 관심있는 결함 신호 뿐만 아니라 샘플 패턴 노이즈를 포함한다. 식(2c)은 2개의 신호를 존재하거나 존재하지 않는 결함과의 비교는 상이한 신호 성분의 혼합된 백(bag)이라는 것을 나타낸다. 첫번째 4개의 텀(the first four term)은 거울 성분이 여과되었더라도(여기서는 때로 "암시야 텀"으로 불리운다) 이들이 존재하기 때문에 암시야 신호를 구성한다. 암시야 시스템은 신호의 이런 부분을 검출한다. 식(1b)에서 첫번째 4개의 텀인 로우 암시야 신호는 항상 포지티브임을 인식해야 한다. 그러나, 이것은 관심있는 부분이 아니다. 오히려, 결함을 찾기 위해 사용하는 것은 식(2C)의 차이 신호(difference signal) 이다. 결함 신호의 암시야 부분, 즉 식(2c)에서 첫번째의 4개의 텀은 그 크기가 결함 패턴에만 의존할 뿐만 아니라 결함 주위의 회로 패턴에도 의존하는 포지티브 및 네거티브 텀의 조합이다. 따라서, 결함 신호의 암시야 부분은 결함 주위의 회로 패턴에 따라 포지티브일 수도 있고 네거티브일 수도 있으며, 또는 0 일 수도 있다. 이것은 암시야 시스템이 일관된 방식으로 결함을 검출할 수 없다는 것을 의미한다.

또한, 결함 크기가 파장 보다 커질수록, 암시야 신호의 진폭은 노이즈에 의해 용이하게 무력해질 수 있도록 작아지게 된다. 신호 방정식에서 마지막 텀은 간섭 텀이다(여기서 때때로 "간섭 부분" 으로 불리워진다). 즉, 마지막 텀은 결함 신호 진폭 및 거울 성분 사이의 간섭으로부터 유발된다. 간섭 텀의 사인(sign) 및 크기는 거울 성분의 강도 뿐만 아니라 결합 신호 크기와 거울 성분 사이의 상대위상(relative phase)에도 의존한다. 만일 결합 신호와 거울 성분 사이의 위상 차이가 ±90°이라면, 결함 신호는 검출되지 않는다.

현재의 명시야 시스템은 결합 신호 크기와 거울 성분 사이의 상대위상을 제어하지 않고서도 암시야 및 간섭 텀을 동시에 검출한다. 이 경우, 결함 신호는 낮을 뿐만 아니라 암시야 텀 및 간섭 텀은 결함 자체의 특성과 주변의 회로 패턴에 따라 서로 볼스터되거나(bolster) 삭제될 수도 있다. 이것은 현재의 명시야 시스템이 일관적인 결함 검출 성능을 제공할 수 없다는 것을 의미한다.

따라서, 현재의 암시야 및 명시야 시스템은 심각하게 불리하다. 더 많은 신호 분석에 따르면 명시야 시스템은 필연적으로 일부 결함 형태에 대해서는 불명확한 것으로 나타나고 있다. 이것은 고감도 모드를 서술한 하기의 섹션에서 나타날 것이다.

여기에 서술된 해결책은 신호 방정식(2c)과 관련되어 적어도 이론적으로 서술될 수 있지만, 이론적인 설명은 본 발명에 서술된 실시예의 실제 작동 특성을 한정하지 않는 이상적인 환경에 속할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 신호 방정식은 일관적인 성능을 위하여 결함 신호 진폭과 거울 성분 사이의 상대위상을 제어할 중요성을 나타내고 있다. 상대위상을 제어함으로써, 간섭 텀의 크기와 사인이 제어될 수 있다. 예를 들어, 만일 상대위상을 0 으로 설정하였다면, 간섭 텀의 크기는 포지티브 최대값을 얻을 수 있다. 만일 상대위상을 180°로 설정하였다면, 간섭 텀의 크기는 최소값(또는 네거티브 최대값)을 얻을 수 있다. 따라서, 거울 성분과 분산된 부품 사이의 상대위상의 제어는 간섭 텀의 크기를 최대로 하는데 사용될 수 있으며, 그 사인을 변화시키는데도 사용될 수 있다. 본 발명에서 최대화에 대한 기준은 매개변수의 증가를 언급하는 것이지만, 필수적으로 그 실제 최대값일 필요는 없으며, 최소화에 대한 기준은 매개변수를 감소시키는 것을 언급하고 있지만 필수적으로 그 실제 최소값일 필요는 없음을 인식해야 한다.

상대위상 이동을 변화시킴으로써 사인을 변화시키는 이런 능력으로 인해, 간섭 텀의 사인과 암시야 텀을 항상 매칭시키는 것이 가능하다. 간섭 텀 및 암시야 텀의 사인이 동일할 때는 이들은 서로 볼스터된다. 결함 신호 진폭과 거울 성분 사이의 상대위상의 제어를 통해 결함 신호를 최대화하는 것은 일관적인 시스템 성능으로 나타난다. 식(2c)이 나타내는 다른 중요한 특징은 닥각의 샘플 스캔을 위해 상이한 상대위상값으로 샘플을 여러번 스캐닝함으로써간섭 텀의 진폭 및 위상을 결정할 가능성을 나타내고 있다.

간섭 텀의 진폭 및 위상의 결정은 높은 결함 검출 감도 뿐만 아니라 더욱 정밀한 결함 분류를 촉진시킨다. 예를 들어, 결함 크기는 진폭 정보로부터 추정될 수 있으며, 결함 형태는 위상 정보로부터 결정될 수 있다. 결함의 광학 신호 진폭은 결함의 물리적 크기를 직접적으로 제공하지 않는다. 오히려, 상기 광학 신호 진폭은 결함의 "광학 크기" 만 제공한다. 물리적 크기와 광학적 크기 사이의 연관성은 광학 신호 진폭만으로 결함의 물리적 크기를 정밀하게 추정하는 것을 어렵게 하므로 복잡해질 수 있다. 그러나, 본 출원인은 실험이나 시뮬레이션을 통해 물리적 크기와 광학적 크기 사이의 일반적인 연관관계를 추정할 수 있다. 그리고, 결함의 물리적 크기는 상기 연관관계로부터 적절히 추정될 수 있다. 만일 유사한 결함 조성물 데이터, 레티클 패턴 데이터와 같은 다른 데이터가 부가적으로 사용된다면, 결함의 더욱 정밀한 특징화가 가능할 것이다.

결함의 더욱 정밀한 특징화는 수리를 요구하는지의 여부에 대해 더욱 정밀한 결정을 허용한다. 이러한 가능성은 하기의 캐치올(Catch-all) 모드에서 설명될 것이다. 정밀한 결함 분류는 반도체 제조시의 하나 이상의 값비싼 처리과정인 결함 관찰 처리과정에서 새간을 절약할 수 있기 때문에, 통상적으로 신뢰성있는 결함 검출만큼 중요하다.

상기 상대위상은 거울 성분의 위상이나 분산된 부품의 위상을 제어함으로써 제어될 수 있다. 그러나, 거울 성분의 에텐듀(etendue)가 분산된 부품의 에텐듀 보다 훨씬 작기 때문에 통상적으로는 거울 성분의 위상을 제어하는 것이 더욱 용이하다. 분산된 부품과 거울 성분 사이의 상대위상의 제어는 여기에 서술된 간섭 결함 검출 및 분류 기술의 주요한 특징중 하나이다. 그 중요성은 하기의 실시예로서 입증될 것이다.

신호 방정식은 다른 중요성 사실을 나타내고 있으며, 즉 간섭 텀,

은 거울 성분(b)에 의해 증폭된 실제의 결함 신호 이다. 즉, 본래의 결함 신호가 작더라도, 거울 성분이 통상적으로 매우 강렬하기 때문에 거울 성분에 의해 많은 양으로 증폭될 수 있다. 또한, 이런 증폭 과정은 노이즈리스(noiseless)로 판명되었다(예를 들어, 본 발명에 참조인용된 필립스 시. 디., "전자-광학 시스템 구축: 그 모든 거슬 가능하게 하는 것", 존 윌리 앤드 선즈 인코포레이티드, 2000, 30-32 페이지 및 123 페이지 참조). 이런 종류의 증폭은 ｜b｜가 증폭 매개변수인 "노이즈리스 매개변수 증폭" 으로 불리워진다. 노이즈리스 증폭에 관한 기본적인 이론 설명은 다음과 같다. 간섭 텀의 크기와 광자 노이즈는 상기 ｜b｜에 비례한다. 따라서, 2개의 양(quantity) 사이의 비율인 신호-노이즈 비율은 ｜b｜와는 독립적이다. 간섭 텀에서 요소 '2' 는 서로 긴밀하게 작동되는 실제의 2개의 신호 증폭기가 있다는 사실로부터 시작된다. 하나의 증폭기는 bs^* 로 표시되고, 다른 증폭기는 b^*s 로 표시된다. 이들은 상호 긴밀하지만 그러나 결함 신호와 거울 성분 사이의 상대위상에 따라 서로 구성적이거나 파괴적이다.

결함 신호의 증폭을 최대화하기 위하여, 결함 신호와 거울 성분 사이의 상대위상을 제어함으로써 상호 구성적인 방법으로 작동되도록 형성될 필요가 있다. 상호 구성은 상대위상이 0°또는 180°일 때 최대가 된다. 완전한 상호 구성은 상대위상이 ±90°일 때 발생된다. 본 출원인은 식(1b)으로부터 ｜b｜² 으로 표시되는 하나의 노이즈 증폭기만 있으며 광자 노이즈의 메인 소스라는 것을 알 수 있다. 이것은 거울 성분이 신호를 신호-노이즈 보다 2배 이상 증폭할 수 있다는 것을 의미한다.

따라서, 만일 영상 센서의 동적 범위가 충분히 넓다면, 거울 성분은 신호의 신호-노이즈 비율을 신호 자체에 내재된 고유의 신호-노이즈 비율 보다 2배 이상 증가시킬 수 있다. 요소 '2' 를 위해 지불한 값은 분산된 부품과 거울 성분 사이의 상대위상이 증폭을 최대로 하도록 제어되어야만 한다는 것이다. 따라서, 신호-노이즈 비율의 증가는 위상 제어를 필요로 한다. 위상 제어는 신호에 더 많은 정보를 부가하기 위해 상대위상에 관한 지식을 필요로 한다. 따라서, 신호-노이즈 비율의 증가는 정보 보존의 법칙을 위반하지 않는다.

고유의 신호-노이즈 비율은 신호와 신호-노이즈 사이의 비율이며, 노이즈는 신호 자체에 포함되어 있다. 신호-노이즈는 고유 노이즈로도 불리운다. 검출기의 동적 범위는 검출기의 최대 신호 범위와 최소한의 검출가능한 신호 사이의 비율이며, 이것은 통상적으로 검출기의 노이즈 레벨로 가정된다. 동적 범위는 통상적으로 검출기가 제공할 수 있는 그레이(gray) 레벨의 전체 숫자, 즉 노이즈 레벨에 의해 분할된 최대 신호 범위로서 한정된다.

광전자증배관(photo-multiplier tube)내의 다이노드(dynode)와 같은 가장 깨끗한 전자 증폭기를 포함하여 전자 증폭기는 신호-노이즈 비율을 증가시킬 수 있다. 이들은 단지 신호-노이즈 비율을 감소시킬 수 있다. 거울 성분에 의한 노이즈리스 증폭은 실제로 신호-노이즈 비율을 증가시킬 수 있다는 점에서 특수한 경우이다. 이것은 지금까지 알려진 가장 좋은 증폭기이다. 이것은 아주 작은 결함으로부터의 신호와 같은 미약한 신호를 위한 가장 적절한 증폭기이며, 성능에 있어서 모든 전자 증폭기 보다 우수하다.

여기에 서술된 시스템 및 방법은 아주 미세한 결함을 신뢰성있게 검출하기 위하여 거울 성분에 의한 노이즈리스 증폭의 파워를 완전히 이용한다. 간섭 검출은 2개의 간섭 비임이 동일한 시간 주파수를 갖는 호모다인(homodyne) 검출 버전이다.

거울 성분은 양날의 칼 임을 인식해야 한다. 만일 그 위상을 적절히 제어함으로써 증폭기로서 사용된다면, 그 장점은 매우 커질 수 있다. 그러나, 만일 그렇지 않다면, 중간 정도에 머무를 수 밖에 없으며, 광자 노이즈의 주 소스일 수 있다는 점에서 해로울 수도 있다. 이러한 부가의 노이즈는 명시가 검사 시스템이 어떤 경우에는 암시야 검사 시스템 보다 훨씬 열악하게 실행될 수 있다는 것을 나타내고 있다. 이것은 현존의 명시야 시스템이 일관되게 실행되지 않는 이유중의 하나이다. 여기에 서술된 주요한 사상중의 하나는 가장 유리한 방법으로 거울 성분을 이용하고 있다는 것이다.

하기의 표에 도시된 실시예는 노이즈리스 증폭의 파워를 나타내고 있다. 실시예는 미래에 하이엔드(high-end) 결함 검출의 실제 세계를 나타내도록 선택된다. 실시예에서, 거울 성분과 분산된 부품 사이의 상대위상은 노이즈리스 증폭을 최대화하기 위해 0°또는 180°로 설정된다. 과학적 등급인 CCD, TDI, CCD(시간 딜레이 및 집적 CCD)와 같은 전형적인 하이엔드 영상 센서가 고려된다. 검출기 노이즈는 부가물이며 신호 레벨과는 독립적인 것으로 가정된다. 광 세기는 우리가 궁극적으로 주의해야 할 것이 검출기에서 발생된 전자의 갯수이기 때문에, 광 비임의 광자가 아니라, 검출기에서 광발생된 전자의 유니트로 표시된다.

표1에 도시된 실시예에서, 결함 신호는 검출기 노이즈에 비해 매우 미약하지만, 그 고유의 노이즈에 비해서는 아직도 매우 강력하다. 하기의 표1은 종래의 결함 검출 시스템을 위한 검출할 수 없을 정도로 미약한 결함 신호가 강력한 거울 성분 및 넓은 영상 센서 동적 범위에 의해 제공된 대형의 노이즈리스 증폭을 통해 쉽게 검출할 수 있는 신호가 될 수 있는 방법을 나타내고 있다. 이런 실시예에서, 신호-노이즈 비율은 노이즈리스 증폭 처리과정에 의해 0.25로부터 12.0 으로 증가되었다.

하기의 표2는 아주 작은 결함으로부터의 극도로 미세한 신호가 강력한 거울 성분 및 영상 센서의 넓은 동적 범위에 의해 제공된 대형 노이즈리스 증폭을 통해 검출가능한 신호로 될 수 있는 방법을 나타내고 있다. 이 경우, 신호는 그 고유의 노이즈에 비해 미약하다는 것을 인식해야 한다. 그러나, 신호-노이즈 비율은 노이즈리스 증폭 처리과정에 의해 0.005 로부터 상당한 크기인 1.69 까지 증가되었다. 이것은 단일 광자 신호일지라도 매우 신뢰성있는 검출 가능성을 나타낸다.

두 경우에 있어서, 증폭된 신호의 신호-노이즈 비율은 신호 자체의 고유의 신호-노이즈 비율 보다 크다. 이것은 발명자의 지식으로는 이전에 인식할 수 없었거나 기대하지 않았던 여기에 서술된 기술의 놀라운 파워중의 하나이다. 신호-노이즈 비율은 신호의 제한된 증폭으로 인해 고유의 신호-노이즈 비율 보다 아직도 2배 작다. 상기 표는 우리에게 미래에 작거나 아주 작은 결함의 검출을 위해 거울 성분에 의한 신호의 노이즈리스 증폭의 중요성을 알려주고 있다. 노이즈리스 증폭은 신호의 고유 신호-노이즈 비율이 상당히 높은 한 시끄러운 영상 센서로 매우 미약한 결함 신호를 신뢰성있게 검출할 수 있게 한다. 결함 신호의 노이즈리스 증폭없이 이런 아주 작은 결함을 검출하는 것은 불가능하다.

실제 세계에서, 특히 고효율 결함 검출과 같은 고속 적용에서 만일 결함 신호가 표2에 도시된 예시적인 신호처럼 미약하다면, 신호의 다량의 노이즈리스 증폭으로 결함을 찾는 것이 쉽지 않다. 고속 적용에서 판독된 노이즈는 자주 주요한 노이즈 성분이 되는 것을 인식해야 한다. 그러나, 명시야 또는 암시야 기술과 같은 현존의 기술에 대한 여기에 서술된 시스템 및 방법의 관련 장점은 유지된다. 두 실시예에 있어서, 노이즈리스 증폭은 신호-노이즈 비율을 다량으로 증가시켰다. 기본적으로, 큰 노이즈리스 증폭은 검출기 노이즈를 방정식을 벗어나 하강시킨다. 오직 고유의 신호-노이즈 비율만 관계가 있다. 고유의 신호-노이즈 비율은 신호와 상기 신호 자체에 노이즈가 보유된 신호-노이즈 사이의 비율이다. 하기의 암시야 모드의 제한 섹션의 실시예를 통해 거울 성분에 의한 다량의 노이즈리스 신호 증폭은 낮은 반사력을 갖는 실시예일지라도 달성될 수 있음을 나타내고 있다.

신호 증폭에 있어서는 제1스테이지 증폭기의 품질이 가장 중요하다. 거울 성분은 노이즈리스 제1스테이지 신호 증폭의 가능성을 제공한다. 여기에 서술된 시스템 및 방법은 거울 성분의 진폭을 제어함으로써 또한 결함 신호 진폭과 거울 성분 사이의 상대위상을 제어함으로써 이런 장점을 취할 수 있다. 신호의 이런 노이즈리스 증폭을 실현함으로써, 만일 본래의 신호가 미약할 경우 서술된 기술로 높은 신호-노이즈 비율이 달성될 수 있다. 높은 신호-노이즈 비율은 결함 검출시 고감도 및 낮은 오검출 비율을 의미한다. 거울 성분을 이용한 결함 신호의 노이즈리스 증폭은 여기에 서술된 간섭 결함 검출 및 분류 기술의 주요한 특징중의 하나이다. 일반적으로, 노이즈리스 증폭이 높을수록 신호-노이즈 비율이 좋다.

높은 노이즈리스 증폭은 강한 거울 성분으로부터 얻어진다. 따라서, 감쇄되지 않은 강한 거울 성분이 일반적으로 선호된다. 이것은 생 영상의 콘트라스트를 향상시키기 위해 거울 성분이 차단되었거나 또는 심각하게 감쇄되는 종래 현미경과는 정반대이다. 여기에 서술된 시스템 및 방법에 있어서, 거울 성분은 영상 센서의 동적 범위가 적용을 위해 너무 제한될 때 감쇄된다.

불필요한 결함 신호의 증폭감소(deamplification)를 위해 위상 제어기가 사용될 수도 있다. 양호한 실시예는 실제로 노이즈가 아니라 불필요한 결함 신호인 웨이퍼 패턴 노이즈이다. 대부분의 결함 검출 적용시, 웨이퍼 패턴 노이즈를 억제하는 것이 바람직하다. 만일 웨이퍼 패턴 노이즈의 억제가 관심있는 결함 신호의 증폭 보다 중요하다면, 위상 제어기는 관심있는 결함 신호를 최대로 하기 보다는 웨이퍼 노이즈를 최소화하도록 설정될 수 있다. 패턴 노이즈에 관한 더 자세한 논의는 하기에 제공될 것이다. "샘플 패턴 노이즈", "웨이퍼 패턴 노이즈", "샘플 노이즈", "웨이퍼 노이즈" 라는 용어들은 동일한 종류의 노이즈를 말하는 것으로서 서로 호환가능하게 사용될 것이다.

신호 방정식을 실험함으로써 밝혀진 다른 중요한 사실은 간섭 텀의 중간 주파수 대역폭은 암시야 텀의 대역폭과는 상이하다는 점이다. 간섭 텀의 공간 주파수 대역폭은 공통로 형상에서 암시야 텀의 대역폭 보다 작다(예를 들어 40 페이지 참조). 정밀하지는 않지만 직관적으로 말하자면, 간섭 텀에 의해 형성된 결함 영상은 암시야 텀에 의해 형성된 결함 영상 보다 공간적으로 넓다. 이것은 고효율로 이어지기 때문에 유리할 수 있다. 작은 대역폭은 동일한 크기의 영상 센서로 영상화 시스템의 넓은 시야를 허용하는 샘플 영상의 거친 샘플링을 허용한다. 고효율은 통상적으로 넓은 시야로 달성될 수 있다. 암시야 텀의 대역폭은 영상화 시스템의 개구수(numerical aperture)가 고정되는 한 고정되며, 거울 성분의 광선 각도에 의존하지 않는다. 그러나, 간섭 텀의 대역폭은 영상화 시스템의 개구수 뿐만 아니라 거울 성분의 광선 각도에도 의존한다.

간섭 텀의 공간 주파수 대역폭은 거울 성분의 광선 각도를 최소화함으로써 최소화될 수 있다. 거울 성분의 광선 각도는 조명광의 방향이 샘플 표면에 수직하거나 거의 수직에 가까울 때 최소가 된다. 따라서, 오직 간섭 텀만 사용되거나 또는 간섭 텀이 지배적일 때, 고효율을 위하여 샘플의 수직 조명 또는 거의 수직에 가까운 조명이 선택될 수 있다. 수직하거나 또는 거의 수직에 가까운 조명은 입사각의 큰 조명에 비해 동공을 횡단하여 편광을 더욱 균일하게 한다는 부가의 장점을 제공한다. 동공을 횡단하는 더욱 균일한 편광은 더욱 높은 간섭 텀으로 이어진다. 관찰에 대한 다른 중요한 사실은 만일 결함이 파장 보다 작은 경우, 간섭 텀의 공간 형태는 바로 영상화 시스템의 진폭 점 확산 함수(amplutude point spread function: APSF)의 형상이다. 거울 성분의 공간 주파수가 0 이 아니더라도, 간섭 텀의 형태를 변화시키지 않는다. 그 효과는 간섭 텀에 0 이 아닌 캐리어 주파수를 제공하는 것이다.

만일 거울 성분이 단일 광선을 포함한다면, 간섭 텀은 캐리어 주파수 텀을 갖는 진폭 점 확산 함수(APSF)의 곱셈으로서 표시될 수 있다. 즉, 캐리어 주파수 텀은 항상 요소가 되지 않으며 별도로 처리될 수 있다. 만일 우리가 캐리어 주파수 텀을 별도로 처리한다면, 아주 작은 결함의 추출된 영상의 형태와 APSF 사이에는 차이가 없다. 이것은 검출기 어레이에 기여할 수 있는 미세한 폭의 샘플링 함수(sampling function)를 갖는 신속한 수치 디콘볼루션(deconvolution)을 허용한다.

샘플링 함수의 폭은 영상 센서의 각각의 픽셀에서 광감성 영역의 폭이다. 고감도 또는 고 동적범위는 일반적으로 넓은 광감 영역을 요구한다. 따라서, 어레이에서 미세한 크기의 검출기는 최대 신호 진폭을 어느 정도 감소시키는 작용을 하며, 디콘볼루션은 영상 확대의 등가물이다. 따라서, 수치 디콘볼루션을 갖는 광학적 영상 확대는 광학 시스템 비용을 절감시킨다. 이런 쟁점은 하기의 공간 주파수 대역폭의 섹션에서 상세히 언급된다.

때로는 조명광의 샘플 표면으로의 관통 깊이를 제어하는 것이 유용하다. 예를 들어, 만일 검출될 필요가 있는 결함이 샘플 표면에 배치되거나 샘플 표면 가깝게 있다면, 결함을 더욱 용이하게 검출하기 위해 조명광의 얕은 관통이 선호된다. 검출될 필요가 있는 결함이 깊은 트렌치(trench)의 바닥에 있다면, 결함을 더욱 용이하게 검출하기 위해서는 조명광의 깊은 관통이 선호된다. 조명광의 관통 깊이는 임의로 제어될 수 없다. 그러나, 만일 샘플상의 결함 주위의 인쇄된 패턴이 한쪽 방향을 향하고 있다면, 조명광의 관통 깊이는 조명광의 편광을 제어함으로써 어느 정도 제어될 수 있다. 예를 들어, 만일 조명광의 편광 방향이 샘플상의 인쇄된 패턴의 방향에 평행하도록 설정되었다면, 조명광은 가장 적은 양을 관통한다.

만일 조명광의 편광 방향이 샘플상의 인쇄된 패턴의 방향에 수직하도록 설정되었다면, 조명광은 가장 깊이 관통한다. 조명광의 관통 깊이를 제어하는 이런 방법은 높은 비율의 인쇄된 패턴이 양호한 엣지 방향을 갖기 때문에 결함 검출에 유용할 수 있다.

간혹 인쇄된 패턴의 방향에 평행하게 지향된 조명광의 편광이라도 조명광의 관통이 너무 깊을 수도 있다. 이 경우, 우리는 조명의 큰 입사각의 실행을 고려할 수 있다. 입사각은 광선과 수직한 표면(표면 자체가 아니다) 사이의 각도로서 한정되는 것을 인식해야 한다.

큰 입사각의 조명은 신호를 정밀하게 검출하기 위해 더욱 미세한 샘플링 그리드(grid)를 필요로 하기 때문에 효율 감소로 이어질 수도 있다. 이것은 동일한 검출기 크기에 대해 높은 확대 비율 또는 작은 시야를 이끈다. 그러나, 하이앵글(high angle) 조명을 갖는 유익한 효과일 수도 있다. 만일 하이앵글 조명의 s편광된 광과 조합된다면, 작은 입사각 조명에 비해 조명광의 샘플 표면으로의 관통을 더욱 효과적으로 감소시킬 수 있다. 하이앵글 입사는 "그레이징 입사(grazing incidence)"로 불리운다.

조명광의 웨이퍼 표면으로의 관통의 감소는 이른바 "웨이퍼 패턴 노이즈" 를 감소시킬 수도 있다. 웨이퍼 패턴 노이즈는 웨이퍼상의 프린트된 패턴이 웨이퍼를 횡단하는 제조 과정에서의 변화로 인해 다이로부터 다이까지 미세하게 변할 때 유발된다. 웨이퍼 패턴 노이즈는 2종류가 있다. 하나는 축방향 또는 길이방향 웨이퍼 패턴 노이즈로 불리우고, 다른 하나는 횡방향 웨이퍼 패턴 노이즈로 불리운다. 하이앵글 조명은 길이방향 웨이퍼 패턴 노이즈를 감소시킬 수 있다. 횡방향 웨이퍼 패턴 노이즈는 양호한 퓨리에 필터링과 개구 엣지 연화와 암흑화(obscuration)에 의해 감소될 수 있다. 개구 엣지의 연화와 암흑화의 효과적인 그리고 실질적인 방법은 하기의 분산된 개구 섹션에서 서술된다.

엄밀하게 말해, 웨이퍼 패턴 노이즈는 실제로는 노이즈가 전혀 아니다. 오히려 이것은 우리가 관심없어 하는 결함 신호의 종류이다. 조명광 관통의 감소는 만일 웨이퍼의 표면 외형이 매우 평탄하거나 또는 웨이퍼 패턴 엣지의 방향이 조명광의 s 편광의 방향에 평행할 경우 중요해질 수 있다. 그러나, 만일 웨이퍼가 y 방향 엣지 또는 패턴 엣지의 방향이 조명광의 s 편광의 방향에 평행하지 않을 때 웨이퍼가 많은 x 방향 엣지를 갖는다면 장점은 중요하지 않게 된다.

하이앵글 입사 조명의 실행은 매우 저렴해질 수 있다. 따라서, 하이앵글 입사 조명을 사용하려는 결정을 내리기 전에 비용에 대한 장점이 면밀하게 분석되어야 한다.

조명광의 관통 깊이 제어는 조명광의 편광 제어에 대한 이유뿐만이 아니다. 편광된 광과 결함과 그 주위 패턴과의 상호작용은 일반적으로 복잡하며, 예측을 위해서는 실험 측정 및/도는 수치 모델링을 필요로 한다. 하이앵글 조명 및 편광 제어에 관해서는 하기의 하이 입사각 조명의 섹션에서 더 논의될 것이다.

Ⅱ. 시스템 형상

실시예에 따른 간섭 결함 검출 시스템은 많은 상이한 방법으로 형성될 수 있다. 많은 실시예들은 공통로와, 결함 신호와 거울 성분 사이의 상대위상을 제어하기 위한 제공을 포함한다. 이 섹션에서는 일반적인 시스템 형상이 제공될 것이다. 구체적인 디자인 실시예 및 서브시스템 실시예는 하기의 다른 섹션에 제공될 것이다.

1. 시스템 형상의 실시예

도1은 간섭 결함 검출 시스템(100)의 실시예를 도시하고 있다. 광 비임(118)은 일 실시예에서 레이저와 같은 간섭성 소스인 조명 소스(112)에 의해 발생된다. 간섭 영상화 시스템의 기본 성분을 형성하는 것이 가능하다면 제공된 그 어떤 파장도 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 파장의 실시예는 자외선, 심 자외선(deep ultraviolet), 진공 자외선, 극 자외선(extreme violet), 가시광선(visible), 적외선, 원적외선 등을 포함한다.

도1에서 비임(118)은 샘플(110)의 표면을 향해 반사되고, 도시된 샘플 표면을 조명한다. 비임(118)은 샘플(110)의 표면의 영상의 관찰 시야(field of view)를 덮는다. 샘플(110)은 검사될 웨이퍼, 레티클, 또는 다른 샘플일 수도 있다. 샘플(110)은 조명 비임의 일부를 분산시키며(또는 회절시키며), 다른 부분을 거울상으로(specularly) 반사한다.

전방단부 렌즈 시스템(116) 및 후방단부 렌즈 시스템(114)을 포함하는 고해상도 광학 영상화 시스템은 광의 분산된 성분과 거울 성분을 수집하고 이들을 영상 센서(140)로 향하게 하도록 배치된다. 영상화 시스템의 궤도이탈(aberration)은 거울 성분과 분산된 성분 사이의 상대위상이 하나의 분산된 광선으로부터 다른 분산된 광선으로 변하게 할 수 있다. 이런 종류의 위상 변화는 시스템 성능을 악화시킬 수 있다. 따라서, 영상화 시스템은 실질적으로 회절이 제한되며, 즉 단지 소량의 궤도이탈을 갖게 된다. 광선 옵틱 기술이 사용되었지만, 유사한 회절 옵틱 기술이 사용될 수도 있으며 본 기술분야의 숙련자라면 그 등가물과 광학 현상의 광선 옵틱 및 회절 옵틱 설명을 이해할 수 있음을 인식해야 한다.

이러한 영상화 시스템의 디자인 및 제조는 공지의 기술이다. 전방단부 렌즈 시스템은 필드를 가로질러 균일한 성능을 달성하도록 샘플측에서 수직입사(telecentric)되도록 설계된다. 수직입사는 완전할 필요는 없다. 작은 도수(degree)와 같은 실질적인 양의 수직입수 에러는 통상적으로 참을 수 있다. 후방단부 렌즈 시스템(114)은 수직입사일 필요는 없다.

결함 검출을 포함하는 대부분의 적용에 있어서, 샘플의 영상은 상당량으로, 전형적으로는 100x 또는 그 이상 확대될 필요가 있다. 샘플 영상의 확대는 일반적으로 후방단부 렌즈 시스템(114)의 초점거리를 전방단부 렌즈 시스템(116)의 초점거리 보다 길게 함으로써 달성된다. 고성능을 달성하기 위하여, 영상화 시스템의 초점은 샘플 스캔중에는 정밀하게 유지될 필요가 있다. 영상화 시스템 초점의 정밀 유지는 일반적으로 서보제어형 자동초점 시스템을 필요로 한다. 서보제어형 초점 시스템의 실시예는 하기의 자동초점 시스템의 섹션에서 제공된다.

시스템(100)을 위해 다른 종류의 영상 센서가 사용될 수도 있음을 인식해야 한다. CCD, 타임딜레이 및 집적 CCD(TDI CCD)과 같은 2차원 영상 센서가 여러 적용에 적합한 것으로 밝혀졌다. 여기에 사용된 용어로서 "영상 센서" 라는 용어는 수광부가 아니라 전체 영상 감지 하드웨어 시스템을 의미한다. 예를 들어, 이런 실시예에서 영상 센서(140)는 하기에 상세히 서술될 제어기(142)를 포함한다.

영상 센서에는 고감도 및 고 정적 범위가 선호된다. 작은 신호를 검출하기 위해서는 일반적으로 신호의 높은 노이즈리스 증폭이 바람직하다. 그러나, 신호의 높은 노이즈리스 증폭은 영상 센서에 넓은 동적 범위를 필요로 한다. 따라서, 영상 센서 또는 센서 시스템의 동적 범위는 극도로 작은 결함이 검출될 필요가 있을 때 중요한 논제가 될 것이다.

도1에 도시된 바와 같이 시스템(100)의 예시적인 실시예는 시스템의 여러 성분들의 동작을 제어하도록 적용되는(예를 들어 컴퓨터판독가능한 또는 기계판독가능한 매체에 포함된 소프트웨어와 같은 명령을 통해) 컴퓨터 또는 이와 유사한 기계와 같은 같은 제어기(142)를 포함한다. 제어기(142)는 시스템(100)의 동작을 제어하도록 형성되며, 센서 시스템(140)에 연결되며 하기에 상세히 서술되는 바와 같이 상기 센서 시스템으로부터 디지탈화된 생(raw) 전자 신호를 수신 및 처리한 후 처리된 영상 신호를 형성하는 처리 유니트["프로세서(processor)"](152)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 프로세서(152)는 하기에 서술되는 바와 같이 결함이 존재하는지의 여부를 결정하기 위해 또한 그 결함을 특징화하기 위해, 생 신호를 처리하고 이를 다른 신호[예를 들어 메모리 유니트(154)에 저장되는, 인접한 필드 또는 이상적인 필드의 디지탈 영상]와 비교한다. 사용되고 있는 바와 같이, "전자 또는 전기 신호" 라는 용어는 아날로그 물리적 양 또는 다른 정보의 아놀로그 및 디지탈 표시를 포함한다.

제어기(142)는 센서 시스템(140)으로부터 전자 신호를 수신하고, 샘플의 결함을 특징화하거나 분류하기 위해 상기 신호를 처리한다. 서술되는 바와 같이, 제어기(142)는 프로세서(152)를 포함하며; 상기 프로세서는 일련의 소프트웨어 명령을 실행할 수 있는 프로세서나 장치이거나 또는 일반용 또는 특수용 마이크로프로세서, 유한 상태 기계(finete state machine), 제어기, 컴퓨터, 중앙처리장치(CPU), 그래픽 처리장치(GPU), 필드 프로그램가능한 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA), 또는 디지탈 신호 프로세서를 포함하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

메모리 유니트("메모리")(154)는 프로세서(152)에 작동가능하게 결합된다. 여기서 사용되고 있는 바와 같이, "메모리" 라는 용어는 프로세서(152)에 의해 실행될 수 있는 일련의 명령들이 저장되는 RAM, ROM, EPROM, PROM, EEPROM, 디스크, 플로피 디스크, 하드 디스크, CD-ROM, DVD 등을 포함하는 프로세서 판독가능한 매체를 언급하지만; 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예시적인 실시예에서, 제어기(142)는 CD-ROM, DVD 메모리 스틱 또는 유사한 저장 매체와 같은 제거가능한 프로세서 판독가능한 매체(158)를 수용하도록 적용된 포트 또는 드라이브(156)를 포함한다.

여기에 서술된 결함 검출 및 분류 방법은 여러 실시예에서 제어기(142)가 상기 방법과 운영 시스템(100)을 위한 제어 동작을 실행하기 위해 기계 판독가능한 명령(예를 들어, 컴퓨터 프로그램 및/또는 소프트웨어 모듈)을 포함하는 기계 판독가능한 매체[예를 들어, 메모리(154)]에서 실행된다. 예시적인 실시예에서, 컴퓨터 프로그램은 메모리(154)를 벗어나 프로세서(152)에서 작동되며; 제거가능한 매체(158)상에 저장되었을 때 디스크 드라이브 또는 포트(156)를 통해, 또는 제어기(142) 외부에 저장되었을 때 네트웍 연결 또는 모뎀 연결을 통해, 또는 컴퓨터 프로그램이 판독 및 이용될 수 있는 다른 형태의 컴퓨터 또는 기계 판독가능한 매체를 통해, 영구 저장부로부터 주 메모리로 전달된다.

컴퓨터 프로그램 및/또는 소프트웨어 모듈은 본 발명의 여러 방법들을 실행하기 위해 또한 시스템(100)의 여러 성분의 동작 및 기능을 제어하기 위해 멀티플 모듈 또는 물체(object)를 포함한다. 코드를 위해 사용된 컴퓨터 프로그래밍 언어의 형태는 처리식(procedural) 코드형 언어에서 물체 지향형 언어 사이에서 변화된다. 파일이나 물체는 프로그래머의 희망에 따라 서술된 모듈이나 방법에 대해 일 대 일 대응을 가질 필요는 없다. 또한, 상기 방법 및 장치는 소프트웨어, 하드웨어, 및 펌웨어의 조합을 포함한다. 펌웨어는 본 발명의 여러 예시적인 실시예를 실행하기 위해 프로세서(142)에 다운로드될 수 있다.

제어기(142)는 광범위한 문자숫자 및 그래픽 표시를 사용하여 정보를 디스플레이하는데 사용될 수 있는 디스플레이 유니트(146)를 선택적으로 포함한다. 예를 들어, 디스플레이 유니트(146)는 생 신호를 디스플레이하는데 유용하며, 또는 신호를 처리한다. 제어기(142)는 시스템(100)의 동작을 수동으로 제어하기 위해 시스템(100)의 사용자로 하여금 제어기(142)로 정보를 입력하게 하는 키보드와 같은 데이터 입력장치(148)를 선택적으로 포함한다.

예시적인 실시예에서, 제어기(142)는 센서 시스템(140)의 일부에 작동가능하게 연결되거나 또는 센서 시스템의 일부가 된다. 다른 예시적인 실시예에서, 제어기(142)는 샘플 및 감쇄기(144)를 위치조정하여 위상 제어기 및 감쇄기(122)를 이용하여 위상을 조정하기 위해 샘플 위치조정 시스템(150)에 작동가능하게 연결된다. 제어기는 간략한 도시를 위해 시스템(100)에만 도시되었지만, 여기에 서술된 모든 예시적인 실시예에 포함될 수 있다.

도1에 도시된 바와 같이, 분산된 성분(128) 및 거울 성분(124)은 동일한 옵티칼 시스템을 통과한다. 따라서, 이런 실시예는 공통로 간섭 시스템의 형태 이다. 이러한 특징은 시스템 성능의 안정성에 유리하다. 이것은 공통로 간섭에 대한 그 어떤 동요(disturbance)가 옵티칼 통로에 동일한 양으로 영향을 끼치고 분산된 성분과 거울 성분 사이의 상대위상이 유지되기 때문이다.

일부 실시예에서, 위상 제어기 및 감쇄기(122)는 거울 성분(124)의 통로에 설치된다. 거울 성분은 위상 제어기(122)를 통과하며, 그 상대위상은 결함 검출 감도를 최대화하거나 또는 각각의 결함 신호의 위상 및 진폭을 결정하기 위해 조정될 수 있다. 분산된 광 비임(128)은 거울 성분과 분산된 성분 사이의 다량의 통로 길이 차이를 보상하기 위해 보상판(130)을 통과한다. 보상판의 축방향 위치는 광선의 옵티칼 통로 길이가 보상판의 축방향 위치에 의존하지 않기 때문에 융통성을 갖는다. 즉, 대부분의 도면이 동일 평면에 보상판 및 위상 제어기를 도시하고 있다 해도 보상판은 보상판이 위상 제어기의 긴 옵티칼 통로 길이를 보상한다는 사실을 강조하기 위해 위상 제어기와 동일한 평면에 배치될 필요가 없다. 보상판은 위상 제어기의 상당한 위 또는 아래에 배치될 수 있다. 보상판의 축방향 배치에 대한 융통성은 보상판 둘레의 기계적 디자인을 촉진시킨다.

상 제어는 양호한 특징이며, 결함 검출 능력을 극적으로 개선시키는데 사용될 수 있으며, 하기에 상세히 서술될 것이다. 일부 실시예에 따르면, 특히 영상 센서의 동적 범위가 적용에 위해서는 너무 작은 경우, 영상 콘트라스트를 개선시키기 위해 그 통로에 핀홀(pinhole) 정지부를 부가함으로써 또는 위상 제어기 성분의 표면들중 하나에 반사 코팅을 부가함으로써 거울 성분(124)이 감쇄될 수 있다. 거울 성분(124)의 반사된 부분은 도1에 비임(126)으로 도시되어 있다. 위상 제어기 및 감쇄기는 주 동공 평면 또는 개구 정지부에 배치되며, 이것은 부가의 동공 릴레이 시스템과 비임 분할기 및 기타 필요하게 될 수도 있는 다른 부품으로 인한 파워 손실 및 복잡성을 피할 수 있다.

다른 많은 종류의 광원이 소스(118)를 위해 사용될 수 있다. 밝은 소스가 많은 적용으로 선호되는데, 그 이유는 밝은 소스가 옵티칼 영상 시스템의 동공 공액 평면에서 분산된 성분으로부터 거울 성분의 깨끗한 공간 분리를 허용하기 때문이다. 밝은 소스는 동공 평면에서 거울 성분을 위한 작은 족적(footprint)으로 인해 퓨리에 필터링을 매우 효과적이게 한다. 분산된 성분으로부터 거울 성분의 깨끗한 분리와 효과적인 퓨리에 필터는 여기에 서술된 시스템 및 방법의 최적의 성능을 위해 중요하다. 일반적으로, 소스가 밝을수록 더 좋다. 현재 사용할 수 있는 가장 밝은 소스는 레이저이다. 따라서, 레이저는 많은 적용로 선호되는 소스이다.

샘플은 간섭성 평태로 또는 비간섭성 형태로 레이저로 조명될 수 있다. 그러나, 레이저에 의한 비간섭성 조명은 간섭성 조명에 비해 일반적으로 값비싼 스페클 버스터(speckle buster)를 필요로 할 뿐만 아니라 퓨리에 필터링을 그다지 효과적이지 않게 한다는 심각한 결점을 갖고 있다. 따라서, 레이저 소스에 의한 간섭성 조명이 선호된다. 전체 필드에 균일한 조명 세기를 달성하는 방법은 하기의 간섭성 균일 조명기의 섹션에 제공된다.

상이한 많은 형태의 레이저가 조명 소스로서 적합하다. 예를 들어, 레이저는 연속파 형태 또는 모드로크형(mode-locked) 또는 Q-절환형 레이저 등가 같은 펄스 형태일 수 있다. 레이저는 다수의 일시적 모드 또는 미세한 일시적 대역폭을 가질 수 있다. 그러나, 일반적으로 간섭성 조명에는 단일의 공간 모드가 선호된다. 아크 램프, 발광 다이오드(LED)와 같은 다른 소스가 사용될 수도 있다. 그러나, 이런 파생된 소스로 거울 성분을 분산된 성분으로부터 분리하는 것이 어렵다. 이것은 분산된 성분의 일부가 동공 평면일지라도 거울 성분과 오버랩될 수 있기 때문이다. 이것은 분산된 성분과 거울 성분 사이의 상대위상의 정밀 제어를 어렵게 한다. 평면 제어의 감동은 열악한 성능으로 귀결된다. 또한 동공 평면에서 거울 성분의 상당히 큰 족적으로 인해 파생된 소스로 효과적인 퓨리에 필터를 실행하는 것도 어렵다.

광원으로서 레이저를 이용하는 것은 핫 스팟(hot spot) 을 손상시키거나 또는 일부 렌즈 성분의 손상을 유발시킬 수 있다. 이러한 문제는 렌즈 디자인과, 특별히 고안된 용융 실리카, 칼슘 플루오르화물, 리튬 플루오르화물과 같은 이중 렌즈 물질의 사용에 의해 완화될 수 있다.

상 제어기(122)는 거울 성분을 분산된 성분으로부터 깨끗한 형태로 공간분리할 수 있도록 또한 전체 영상 필드에 대해 균일한 성능을 달성할 수 있도록 옵티칼 영상화 시스템의 동공 또는 동공 공액에 배치되거나 이에 가깝게 배치되어야 한다. 이상적으로 옵티칼 시스템은 매우 간단하며, 옵티칼 영상화 시스템의 개구 정지부의 공액이 필요없다. 위상 제어기(122)는 도1의 영상화 시스템의 개구 정지부 평면에 배치되거나 이에 가깝게 배치된다. 여러 적용에서는 위상 제어기를 옵티칼 영상화 시스템의 개구 정지부 평면에 배치하거나 이에 가깝게 배치하는 것이 선호되는데, 그 이유는 부피가 크고 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 영상 품질 및 에너지 효율을 감소시킬 수 있기 때문이다. 광원(112)으로서 레이저가 사용되고 샘플(110)이 간섭성으로 조명되는 경우, 동공 공액 평면에서의 거울 성분의 크기는 통상적으로 1mm 로 작아지며, 이에 따라 위상 제어기는 매우 소형으로 되어 많은 공간을 차지하지 않거나 다른 시스템 성분과 간섭되지 않는다.

만일 영역이 협소하거나 다른 부품으로 붐비는 경우라도 위상 제어기를 옵티칼 영상화 시스템의 개구 정지부 평면에 배치하거나 이에 가깝게 배치하는 능력은 많은 적용에서 실질적인 장점이 된다. 이런 장점은 현존의 또는 미래의 결함 검출 시스템 디자인에서 특히 값진데, 그 이유는 더 많은 옵티칼 요소들을 부가하여 개구 정지부를 덜 붐비는 영역에 릴레이하는 것이 어렵고 또한 비용이 많이 소요되기 때문이다. 일부 다른 실시예에서, 개구 정지부의 영역이 너부 협소하거나 붐벼서 위상 제어기를 허용할 수 없는 경우, 개구 정지부 평면은 고품질 동공 릴레이 시스템으로 디자인함으로써 덜 붐비는 영역으로 릴레이될 수 있다. 그러나, 이런 디자인은 바람직하지 못한 부작용을 일으킨다. 이텐듀(etendue)가 높은 DUV 옵티칼 시스템을 위한 적절한 동공 릴레이 시스템으로 디자인하는 것이 어렵고 또한 비용이 많이 소요된다.

2. 위상 제어기

도2a 및 도2b는 위상 제어기 및 감쇄기의 실시예를 도시하고 있다. 위상 제어기는 샘플로부터의 광의 분산된 성분과 거울 성분 사이의 상대위상을 변화시키는데 사용된다. 절대위상(absolute phase)은 일반적으로 관심의 대상이 아님을 인식해야 한다. 오히려, 관심있는 대상은 분산된 성분과 거울 성분 사이의 상대위상이다. 따라서, 위상 제어기는 거울 성분이나 분산된 성분의 통로에 설치될 수 있다.

여기의 대부분의 도면은 거울 성분의 통로에 배치된 위상 제어기를 도시하고 있지만, 일부 실시예에서 위상 제어기는 분산된 성분의 통로에 설치된다. 광의 비임의 위상을 변화시키는데는 여러가지 방법이 있다. 위상을 변화시키기 위한 한가지 기술은 비임의 옵티칼 통로 길이를 변화시키는 것이다. 옵티칼 통로 길이는 비임이 통과하는 옵티칼 물질의 두께를 변화시킴으로써 쉽게 변화될 수 있다. 이런 종류의 위상 제어기는 여러가지 상이한 방식으로 제조될 수 있다. 한가지 방식은 도2a에 도시된 바와 같이 2쐐기형 유리판을 오버랩하는 것이다. 위상 제어기(122)는 상부 유리 쐐기(222) 및 하부 유리 쐐기(220)를 사용한다. 입사 광 비임(124)은 하부 쐐기(220)에 인입되고, 적어도 일부가 광 비임(212)으로서 상부 쐐기(222)를 통과한다. 쐐기형 판들중 하나를 화살표(250)로 표시된 방향으로 이동시킴으로써, 관통되는 비임의 옵티칼 통로 길이가 변화된다. 예를 들어, 상부 쐐기(222)는 통로 길이를 증가시키기 위해 우측으로 이동될 수 있고 통로 길이를 감소시키기 위해 좌측으로 이동될 수 있다.

상부 쐐기와 하부 쐐기 사이의 에어갭(air gap)은 거울형 성분 비임이 원하는 통로를 이탈할 수 있게 한다. 이것은 거울형 부품의 파면(wavefront)이 영상 평면에 기울어지게 할 수 있다. 경사진 파면은 필드를 통해, 특히 하기에 서술될 고감도 작동모드에서 성능 변화를 유발시킬 수 있다. 그러나, 이런 문제는 쉽게 해결될 수 있다. 거울형 성분 비임은 전체 위상 제어기 블록을 비임 이탈 방향과는 방향 방향으로 미세하게 경사지게 함으로써 그 원하는 통로로 복귀될 수 있다. 필요로 하는 경사량은 영상 평면에서 거울형 성분의 파면 경사를 측정함으로써 결정될 수 있다. 파면 경사는 필드를 통해 거울형 성분의 선형 위상 변화로 나타난다. 따라서, 파면 경사는 다음 섹션에 서술될 위상 제어기 보정 처리중에 측정될 수 있다. 비임을 그 원하는 통로로 복귀시키기 위해, 한쌍의 위상 차단 경사의 반복(iteration)이 예측된다.

상 제어기는 사용전에 보정될 필요가 있다. 보정은 제어기의 옵티칼 부분의 칫수 및 위치를 정밀하게 측정함으로써 순수하게 기계적으로 실행될 수 있다. 그러나, 더 좋은 방법은 이런 과정을 광학적으로 실행하는 것이며, 이것은 어려움없이 실행될 수 있다. 예를 들어, 위상 제어기는 그 둘레와는 작은 통로 차이를 각각 갖는 아일랜드(island)의 2차원 어레이로 구성된 위상 마스크와 같은 계단 위상 물체(step-phase object)를 이용하여 보정될 수 있다. 계단 위상 물체의 영상은 거울 성분의 위상이 90°지점을 통과할 때 위상 계단(phase-step) 영역 둘레에 콘트라스트 역전을 나타낸다. 영상 콘트라스트는 0 및 거울 성분의 180°위상각에서 극값(extrema)를 타격한다. 이런 현상과 위상 제어기의 기계적 특성을 이용하여, 위상 제어기는 정밀하게 보정될 수 있다. 작은 피트(pit), 작은 아일랜드, 협소한 계곡, 협소한 메사(mesa)와 같은 다른 패턴이 보정을 사용될 수 있다. 이런 보정 처리는 위상 기준 또는 제로 위상 이동 포인트(shift point)를 제공한다.

만일 다수의 동일한 패턴들이 필드를 횡단하여 배치되고 보정이 필드를 횡단하여 동시에 실행된다면, 우리는 위상 제어기의 더욱 정밀한 보정을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 필드를 횡단하여 위상 기준을 설정할 수도 있다. 위상 기준의 값은 만일 영상화 시스템이 완벽할 경우 모두 동일해야만 한다. 그러나, 실제 영상화 시스템은 완벽하지 않다. 필드를 통해 위상 제어기 경사, 이탈, 필드 곡률 등으로 인해 존재하는 위상 기준값의 약간의 변화가 예측된다. 필드를 통해 위상 기준값의 선형 변화 부분은 전체 위상 제어기 블록을 미세하게 경사지게 함으로써 제거될 수 있다. 변화의 비선형 부분은 영상화 시스템의 결점으로부터 기인된다.

영상화 시스템 결점의 첫번째 오더 효과(order effect)는 필드를 횡단하는 위상 기준값의 변화이다. 따라서, 위상 기준값의 변화의 크기는 영상화 시스템의 품질의 양호한 표시자가 된다. 필드를 통한 위상 기준값의 변화는 하기의 섹션에 제공되는 캐치올 작동모드 및 암시야 작동모드에서는 중요하지 않다. 그러나, 이것은 하기의 섹션에 제공될 고감도 작동모드를 위해 논제가 될 수 있다. 이것은 고감도 작동모드의 성능이 필드를 횡단하여 변하게 할 수 있기 때문이다. 따라서, 영상화 시스템의 품질을 높게 유지하는 것이 중요하다.

보정될 필요가 있는 고이 위상(Gouy phase)이라 불리우는 다른 위상이 있음을 인식해야 한다. 그러나, 위상 제어기가 보정되는 한 고이 위상의 보정은 용이하다. 고이 위상은 하기의 가변형 핀홀 정지부로 불리우는 섹션에서 서술된다.

예시적인 실시예에서, 감쇄기는 위상 제어기 성분의 하나 이상의 표면상에 반사 코팅을 형성함으로써 도2a에 도시된 위상 제어기의 종류에 부가된다. 예를 들어, 도2a에서 반사 코팅(224)은 도시된 바와 같이 하부 쐐기(220)의 표면에 배치된다. 이런 실시예에 따르면, 입사 비임(124)의 일부는 코팅(224)에 의해 반사되며, 덤프 비임(dump beam)(124)으로 도시된 바와 같이 덤프된다. 일부 실시예에 따르면, 감쇄량은 열(row)에서 여러개의 코팅을 상이한 반사율로 형성하고 성분을 이동가능하게 함으로써 계단식으로 변화될 수 있다.

도2b는 도2a의 선A-A'을 따라 도시된 반사 코팅(224)의 실시예를 도시하고 있다. 이러한 실시예에서, 코팅(224)은 화살표(240)의 방향으로 도시된 바와 같이 배치된 3개의 상이한 반사 코팅(230, 232, 234)으로 이루어진다. 하부 쐐기(220)를 이동함으로써, 상이한 감쇄 레벨이 달성될 수 있다.

도3은 간섭 결함 검출 시스템(300)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도3에서, 비임(128)으로 표시된 분산된 성분의 위상은 유리 쐐기(324)를 사용하여 변화된다. 간섭성 광원(112)은 샘플(110)의 표면을 향해 반사되는 조명 비임(118)을 발생시킨다. 반사된 광의 분산된 성분은 비임(128)으로 표시되고, 거울 성분은 비임(124)으로 표시된다. 하부 쐐기에 대해 상부 쐐기를 이동함으로써, 효과적인 통로 길이 및 이에 따른 분산된 성분의 위상이 변화된다. 거울 성분(124)은 거울 성분과 분산된 성분 사이의 통로 길이 차이를 보상하기 위해 성분 블록(326)을 통과한다. 전방단부 렌즈 시스템(316) 및 후방단부 렌즈 시스템(314)은 샘플(110)로부터 광을 수집한 후 그 광을 영상 센서(140)에 집중시킨다.

옵티칼 통로 길이를 변화시키는 다른 방법이 도4a 및 도4b에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 도4a에 도시된 바와 같이 광학적으로 투명한 액체(liquid)(410)는 링 커패시터(ring capacitor)의 전극(420, 422) 사이로 분사된다. 액체(410)의 두께는 커패시터 전극(420, 422)을 횡단하는 전압을 변화시킴으로써 변화된다. 표준 액체(regular liquid)가 아니라 액정도 액체(410)를 위해 사용될 수도 있다. 이 경우, 옵티칼 통로 길이는 액정 분자의 평균 방위를 변화시킴으로써 변화된다. 도4b는 선B-B' 을 따른 방향에서 도4A의 구조의 평면도를 도시하고 있다. 상부 전극(420)은 액정(410)을 따라 도시되어 있다.

가동형의 미세쐐기형 유리판 또는 투명한 필름 스트립도 간단한 연속가변형 위상 제어기로서 사용될 수 있다. 그러나, 이런 종류의 위상 제어기는 필연적으로 그 이상적인 통로로부터 광선을 이탈시키며, 결과적으로 시스템 성능에 악영향을 끼친다.

도5는 다른 실시예에 따라, 옵티칼 통로 길이를 변화시키는데 사용된 가동형 거울의 실시예를 도시하고 있다. 시스템은 반사면을 갖는 가동형 부재(530)를 포함한다. 입사 거울 반사 비임(520)은 부재(530)의 표면(534)으로부터 부분적으로 반사된다. 분산된 광 비임(510, 520)은 고정된 반사부재(536)로부터 반사된다. 가동형 거울 형태 위상 제어기는 미래 시대의 결함 검출 시스템에 사용되는 진공 초자외선 광 또는 극 초자외선 광과 같이, 극도로 짧은 파장의 광을 이용하는 적용에 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 이것은 이러한 파장을 위해 투과성 광학 물질을 찾거나 전개하기가 매우 어렵기 때문이다.

상 제어 거울은 항상 고반사성일 필요가 없다는 것을 인식해야 한다. 여러 적용에 있어서, 특히 영상 센서의 동적 범위가 좁을 때는 낮은 반사력이 선호되는데, 그 이유는 거울 성분의 감쇄가 적절한 영상 콘트라스틀르 달성하기가 유용하기 때문이다. 예를 들어, 그 어떤 코팅이 없는 맨유리(bare glass)는 일부 경우에 적절한 반사력을 제공할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 다른 실시예에서, 특히 빠른 응답이 바람직한 경우, 위상 제어기는 전자광학 성분을 이용하여 구성될 수 있다.

도6은 가동형 거울 위상 제어기를 사용하는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 입사 광 비임(618)은 웨이퍼, 레티클, 또는 검사될 다른 샘플일 수도 있는 샘플(610)의 표면을 향하게 된다. 비임(510, 512)으로 표시된 분산된 성분은 렌즈 시스템(616)을 통과하며, 비임을 영상 센서(640)로 향하게 하는 렌즈 시스템(614)을 통과하기 전에 반사 부재(536)로부터 반사된다. 거울 성분 비임(520)은 도5에 대해 서술한 바와 같이 가동형 반사 부재(530)의 표면으로부터 반사된다.

연속가변형 위상 제어기가 여기에 서술된 여러 실시예에 도시되었지만, 일부 실시예에 따르면, 분리가변형 위상 제어기가 사용될 수도 있음을 인식해야 한다. 예를 들어, 만일 위상 선택의 전체 횟수가 4회로 제한되었다면, 분리가변형 위상 제어기를 위한 위상값의 1회 선택은 0°, ±180°, ±90°이다. 3회의 분리된 위상 선택은 하기에 서술될 캐치올 작동모드와 같은 일부 적용에서 실행된다. 이 경우, 위상값의 1회 선택은 0°, ±120°이다. 위상 선택의 횟수를 2회로 감소시킨다면, 예를 들어 위상값의 1회 선택은 {0°,180°} 또는 {90°, -90°} 가 그다지 선호되지 않는데, 그 이유는 간섭 텀의 사인은 진폭 형태의 결함과 위상 형태의 결함을 위해 암시야 텀의 사인과 매칭될 수 없기 때문이다.

분리가변형 위상 제어기는 많은 상이한 방법으로 이루어질 수 있다. 분리가변형 위상 제어기를 제조하는 한가지 방법은 정확한 두께의 얇은 필름을 기판상에 침착(deposition)하거나 또는 상기 기판을 정확한 깊이로 에칭하는 것이다. 여기서, 분리가변형 위상 제어기가 연속가변형 위상 제어기와는 상이한 물리적 형상을 가질 수 있더라도, 이들은 개념상 상이한 종류의 위상 제어기로서 간주되지 않으며, 연속가변형 위상 제어기의 서브세트로서 간주되는데, 그 이유는 연속가변형 위상이 분리된 형태로 작동될 수 있기 때문이다.

단일의 위상 제어기는 다수의 파장에 의해 공유될 수 있거나 또는 광대역 조명으로 사용될 수 있다. 그러나, 이 경우 모든 파장에 대한 정밀한 위상 제어를 달성하기가 매우 어렵다.

만일 위상 제어기의 위상이 급속하게 변화될 수 있다면, 시스템은 주파수변환식 모드로 작동될 수 있다. 주파수변환식 모드는 상당한 양의 1/f 노이즈가 있을 경우 양호한 선택이 된다. 위상 제어기의 위상의 급속한 변화는 많은 상이한 방법으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 이것은 도2a에 도시된 위상 제어기의 유리 부재중 하나를 급속히 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 만일 위상 제어기가 전자광학 물질로 제조된다면, 매우 급속한 위상 변화는 위상 제어기를 전자광학적으로 제어함으로써 달성될 수 있다. 주파수변환식 시스템은 스캐닝 시스템, 특히 신속한 스캐팅 시스템에서 실행하기가 매우 어렵지만, 정적(static) 또는 스테핑 시스템과 같은 비 스캐팅 시스템을 실행하는 것은 매우 쉽다.

3. 퓨리에 필터링

동공 공액 또는 개구 정지부에서 불필요한 광의 차단을 퓨리에 필터링으로 불리워지는데, 그 이유는 동공 평면 또는 개구 정지부에서의 광 진폭 분포가 물체 평면에서의 광 진폭 분배의 퓨리에 변환이기 때문이다. 퓨리에 필터링은 맨하탄 마스크(Manhattan mask) 또는 웨이퍼 패턴에 의해 회절되는 검출 어레이에 도달되는 광의 양을 효과적으로 감소시킬 수 있기 때문에 여러 적용에서 바람직한 특징이다. 이것은 광자 노이즈 뿐만 아니라 샘플 패턴 노이즈도 감소시킨다. 또한 이것은 광의 세기를 필드를 횡단하여 더욱 균일하게 한다.

더욱 균일한 광 세기는 노이즈없는 신호 증폭을 위해 영상 센서의 동적 범위의 더욱 양호한 사용을 허용한다. 회로 패턴의 대부분은 x 또는 y 방향 엣지로부터 형성되며, 이에 따라 회로 패턴의 y 및 x 방향에 대응하는 동공에서 광을 2개의 협소한 대역(band)을 따라 분산(또는 회절)시킨다. 이러한 종류의 분산된 광은 결함에 대해 많은 정보를 이송하지 않지만 광자 노이즈 및 패턴 노이즈를 발생시키며, 영상 센서를 포화시킬 수 있다.

따라서, 이런 종류의 광을 여과하는 것이 바람직하다. 도7a 내지 도7c는 거의 수직 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템에 사용하기 위해 불투명 퓨리에 필터 스트립을 갖는 보상판의 실시예를 도시하고 있다. 도7a에 있어서, 보상판(730)은 협소한 퓨리에 필터 스트립 부재(750, 752, 754, 756)로 도시되어 있다. 거울 비임 근처의 분산된 광은 불투명 차단판(732)에 의해 차단되며, 이것은 거울 비임을 통과시키기에 충분하게 넓은 폭(p)의 개구를 보유한다. 이런 실시예에서, x 및 y 웨이퍼 패턴 형상에 의해 분산된 광은 동공 평면 또는 개구 정지부에서 필터 스트립 부재(750, 752, 754, 756)상에 안착된다. 이런 방법으로, 이러한 종류의 불필요한 광은 매우 효과적으로 여과된다. 필요한 것은 금속과 같은 불투명 물질의 한쌍의 교차된 스트립이다.

퓨리에 필터는 주기적 패턴으로부터 회절된 광을 차단할 뿐만 아니라 퓨리에 필터 스트립에 수직한 방향으로 지향된 긴 선 또는 엣지와 같은 비주기적 패턴으로부터 상기 회절된 광을 차단하는 것을 인식해야 한다. 스트립 부재(750, 752, 754, 756)는 마스크 또는 웨이퍼상에 맨하탄 패턴에 의해 발생된 불필요한 광의 대부분을 차단할 동안 결함 신호 광의 대부분을 차단하지 않음을 인식해야 한다. 불필요한 광을 2방향으로 차단하는 이런 종류의 퓨리에 필터는 2차원 퓨리에 필터로 불리운다. 2차원 퓨리에 필터링은 샘플상의 2차원 패턴으로부터 불필요한 광의 차단시 1차원 퓨리에 필터 보다 더욱 효과적이다. 이것은 2차원 퓨리에 필터가 1차원 퓨리에 필터에 비해 영상의 세기를 필드를 횡단하여 더욱 균일하게 한다는 것을 의미한다.

균일한 영상 세기는 결함 신호의 증폭을 위한 영상 센서의 동적 범위를 완전히 이용할 수 있게 하기 때문에 많은 적용에서 중요하다. 따라서, 효과적인 2차원 퓨리에 필터는 미약한 결함 신호의 고증폭 및 노이즈없는 증폭에 기본적인 사항이다. 이것은 영상 센서의 유용한 동적 범위를 개선시킨다.

퓨리에 필터의 폭은 균일할 필요가 없으며, 불필요한 광을 더욱 효과적으로 차단하기 위해 동공을 횡단하여 변화될 수 있다. 불필요한 광은 일반적으로 동공 평면에서 거울 성분의 근처에서 더욱 강력하다. 따라서, 퓨리에 필터 스트립은 일반적으로 그 성능을 최적화하기 위해 경사질 필요가 있다. 중간에서 넓고 맨끝에서 협소한 경사진 퓨리에 필터 스트립은 일반적으로 불투명 신호 광상의 그 충격을 최소화하면서 불필요한 광을 차단하는데 더욱 효과적이다.

스트립의 위치는 조명 비임(718, 780)이 동일 위치로 유지되는 한 변화될 필요가 없다. 따라서, 퓨리에 필터는 그 어떤 메카니즘을 구동시킬 필요가 없으며 영구적인 형태로 설치될 수 있다.

퓨리에 필터는 이중 기능을 가질 수 있음을 인식해야 한다. 퓨리에 필터 스트립은 그 내단부를 거울 성분이 통과하는 영역으로 신장시킴으로써 거울 성분을 위한 개구 정지부로서 사용될 수도 있다. 만일 개구 정지부가 변화될 필요가 있다면, 퓨리에 필터 스트립은 그 길이 방향을 따라 이동할 수 있도록 제조되어야 한다. 이동하는 퓨리에 필터와 고정된 보상판 사이의 기계적 마찰은 퓨리에 필터 스트립과 보상 판 사이에 큰 갭을 형성함으로써 쉽게 피할 수 있다. 퓨리에 필터 스트립과 보상판 사이에 상당히 큰 갭을 형성하면 보상판의 이동이 그 어떤 광선의 옵티칼 통로 길이에 영향을 끼치지 않기 때문에, 영상화 시스템의 성능에 영향을 끼치지 않는다.

따라서, 2차원 퓨리에 필터링은 간단하고 쉽게 달성될 수 있을 뿐만 아니라 신호 광에 대한 충격도 최소화된다. 도7a에는 상부 유리 쐐기(722) 및 하부 유리 쐐기(720)가 도시되어 있다. 도7b는 일부 실시예에 따라 선C-C' 를 따른 도7a의 배치의 단면도를 도시하고 있다. 보상판(730)은 상부 유리 쐐기(722) 및 하부 유리 쐐기(720)가 배치되는 개구를 갖는 것으로 도시되어 있다. 하부 유리 쐐기(720)의 상부면은 도시된 바와 같이 또한 도2a 및 도2b에 대해 서술한 바와 같이 가변형 반사면을 갖는다.

도7c는 일부 실시예에 따라 선D-D' 를 따른 도7a의 배치의 단면도를 도시하고 있다. 보상판(730)은 상부 유리 쐐기(722)와 반사면(724)을 갖는 하부 유리 쐐기(720)가 배치된 개구를 갖는 것으로 도시되어 있다. 상부 유리 쐐기와 하부 유리 쐐기 사이의 상대운동은 상부 유리 쐐기(722)에 연결된 신장 아암(726)과 작동기(770)에 의해 달성된다. 예측되는 바와 같이, 조명 입력 프리즘(780)의 중심과 거울 비임을 위한 직경(p)의 작은 동공 정지부는 도7 및 도8에서 서로 대향하여 대각선으로 배치된다.

대부분의 도면에 있어서, 보상판 및 위상 제어기는 보상판이 위상 제어기를 위해 옵티칼 통로 길이를 보상한다는 사실을 강조하기 위해 동일한 평면에 또는 이에 가깝베 배치되는 것을 인식해야 한다. 그러나, 이것은 상술한 바와 같이 보상판의 축방향 위치가 매우 융통성을 갖기 때문에 필요하지 않다. 보상판의 축방향 위치의 융통성은 퓨리에 필터와 위상 제어기 주위의 기계적 충돌 또는 어려움을 경감시킬 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 필요할 경우 샘플상의 맨하탄 패턴으로부터 발생되는 것 이외의 패턴 회절을 제거하기 위한 퓨리에 평면 차단기(blocker)가 부가될 수 있다. 이러한 종류의 특수한 퓨리에 차단기는 일반적으로 주문설계되며, 많은 상이한 방법으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 동공 평면에는 부가의 금속 스트립이 유도될 수 있다. 다른 방식은 동공 평면에 유리판 또는 인쇄 패턴을 보유한 펠리클(pellicle)을 삽입하는 것이다. 이러한 종류의 융통성은 거의 모든 종류의 웨이퍼 또는 마스크 패턴을 위해 노이즈 발생 광의 거의 완벽한 필터링을 허용한다. 이것은 여기에 서술된 시스템 및 방법의 또 다른 유리한 특징이 된다.

너무 많은 퓨리에 필터링은 퓨리에 필터가 노이즈 발생 광 뿐만 아니라 결함 신호 광을 차단하기 때문에 해로울 수도 있다. 신호 광의 차단은 최종 결함 신호에 2가지 방식으로 충격을 줄 수 있다. 즉, 이것은 신호 광의 전체량을 감소시킬 뿐만 아니라 결함의 영상을 회절을 통해 흐려지게도 한다. 통상적으로는 웨이퍼상의 패턴에 따른 최적량의 퓨리에 필터링이 있다. 따라서, 바람직한 퓨리에 필터링의 양은 특별한 적용에 의존하며, 본 기술분야의 숙련자에 의한 부적절한 실험없이 결정될 수 있다.

퓨리에 필터는 항상 금속 스트립과 같은 불투명 물질로 제조될 필요는 없다. 퓨리에 필터는 반투명 물질로 제조되거나 또는 심지어 유전체 필름과 같은 완전히 투명한 물질로도 제조될 수 있다. 이런 종류의 퓨리에 필터는 신호 또는 일부 패턴이나 특징부의 시계(visibility)를 증가시키는데 매우 효과적이다. 복잡한 패턴 또는 특징부의 관찰과 같은 일부 적용을 위하여, 영상 시계를 증가시키기 위해 매우 정교한 퓨리에 필터가 사용될 수 있다.

금속과 같은 흡수 물질로 제조된 퓨리에 필터는 작동중, 특히 일반적으로 강력한 광원이 사용되는 산업용으로는 고온이 될 수 없다. 고온 퓨리에 필터는 주위 공기를 가열할 수 있고 이것은 신호 광의 파면을 왜곡시킬 수 있기 때문에 기계적 문제 뿐만 아니라 광학적 문제도 유발시킨다. 그러나, 이런 종류의 열에 관한 문제점은 헬륨처럼 높은 열전도율을 갖는 가스를 퓨리에 필터 주위로 흐르게 함으로써 해결되거나 완화될 수 있다. 헬륨 가스는 굴절률이 매우 낮고 이에 따라 그 밀도에 매우 민감하지 않기 때문에 특히 적합하다.

4. 가변형 핀홀 정지부

여기에 서술된 시스템 및 방법은 거울 성분의 통로에 고정형 핀홀 정지부를 갖거나 또는 그 어떤 핀홀 또는 핀홀 정지부를 갖지 않더라도 작동된다. 그러나, 여러 적용에 있어서, 거울형 부품의 통로에 가변형 핀홀 정지부는 시스템 성능을 개선시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다.

상 제어기를 도시하고 있는 대부분의 도면, 즉 도2a, 도7b, 도7c, 도9, 도10, 도11, 도13b, 도13c, 및 도14는 위상 제어기의 상부에 거울 비임을 위한 작은 정지부를 갖는 것으로 도시되어 있다. 거울 비임 정지부를 위한 이상적인 위치는 동공 평면이다. 이것은 만일 핀홀 정지부가 동공 평면으로부터 멀리 배치되어 있다면 시스템 성능이 필드를 횡단하여 변화될 수 있기 때문이다. 주 동공 평면은 수직입사 디자인의 경우 전방단부 렌즈 시스템의 후방 초점 평면이다.

"거울 성분" 이라는 용어는 거울 성분과 분산된 성분 사이에 명확한 경계가 없기 때문에 정확하게 한정될 수 없다. 거울 성분은 미세한 크기를 가져야만 하므로 심지어 극도로 작은 양의 분산된(또는 회절된) 성분을 보유한다. 따라서, 거울 성분은 실제로 분산되지 않은(회절되지 않은) 광과 로우앵글 분산된 광의 조합을 의미한다. 여기에 사용되는 바와 같은 "거울 성분" 은 소량의 로우앵글 성분을 보유할 것이 허용된다.

거울 성분은 소량의 로우앵글 분산된 광을 보유하기 때문에, 거울 성분의 특징은 그 함유한 로우앵글 분산된 광의 양을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 거울 정지부의 크기의 변화는 거울 비임에서 분산된 광의 양을 변화시키는데 사용될 수 있는 가장 간단한 장치중 하나이다. 대형의 거울 정지부는 더 많은 분산된 광을 거울 비임에 인입시키며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 중요한 것은 정지부 크기가 영상 평면에서 거울 성분의 공간 균일성과 직접적으로 연관된다는 것이다. 대형의 정지부는 영상 평면에서 거울 성분의 공간 균일성을 제공하지 않는데, 그 이유는 더 많은 분산된 광을 통과시키기 때문이며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 달리 말하면, 대형의 거울 정지부는 영상 세기의 국부적 변화를 평준화시키며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

더욱 엄밀하게 말하자면, 대형의 거울 정지부는 영상 평면에서 거울 성분의 복소 진폭의 국부적 변화를 공간적으로 평준화시키며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 즉, 거울 정지부는 세기 또는 진폭 뿐만 아니라 시야를 횡단하는 거울 성분의 위상 변화도 공간적으로 평준화시킨다. 수학적으로 말하자면, 영상 평면에서 거울 성분의 복소 진폭은 영상 평면에서 거울 정지부의 회절 패턴과의 샘플 반사력 함수의 회선(convolution)이다.

따라서, 우리는 영상 센서에 도달할 수 있는 거울 성분의 전체량을 변화 뿐만 아니라 거울 정지부 크기를 변화시킴으로써 영상 평면에서 거울 성분의 공간 균일도를 변화시킬 수 있다. 가변형 거울 정지부 직경의 크기는 도7b 및 도7c에 직경(p)으로 도시되어 있다. 거울 성분의 이런 가변형은 결함 검출 능력을 개선시키는데 사용될 수 있다. 거울 정지부는 작은 정지부가 거울 성분을 적게 전송하기 때문에 거울 성분의 감쇄를 위해 사용될 수도 있다. 거울 성분을 감쇄시키는 다른 방법은 하기의 진폭 감쇄 섹션에서 서술된다.

만일 영상 센서의 동적 범위가 충분하지 않다면, 결함 신호는 검출기의 전체 동적 범위가 신호의 노이즈리스 증폭에 의해 완전히 이용되더라도 이용할 수 있는 그레이 레벨(gray level)의 한정된 수에 의해 빈약하게 특징화된다. 이 경우, 생 영상에서 적절한 콘트라스트를 달성하기 위해 거울 성분의 일부 감쇄량이 요구된다. 거울 정지부의 크기를 조정함으로써, 거울 성분의 적절한 감쇄가 쉽게 달성될 수 있다. 거울 정지부를 이용한 거울 성분의 감쇄는 거울 성분을 필드를 횡단하여 더욱 균일하게 하는 부수적인 효과를 갖는다.

거울 정지부를 갖는 다른 유리한 특징은 반사된 광이 옵티칼 시스템으로부터 쉽게 제거될 수 있기 때문에 고스트(ghost) 영상을 형성하지 않는다는 점이다. 잘 알려진 바와 같이, 반사 코팅을 갖는 감쇄기는 다른 표면과의 제2반사를 통해 고스트 영상을 생산할 수 있다. 그러나, 결점이 있다. 먼저, 거울 정지부는 거울 성분의 적절한 감쇄를 위해 많은 광에너지를 흡수해야만 하며, 이에 따라 매우 뜨거워질 것이다. 이것은 기계적 문제 뿐만 아니라 광학적 문제도 유발시킬 수 있는데, 그 이유는 뜨거운 정지부는 주위 공기를 가열시킬 수 있고 가열된 공기는 파면을 왜곡시킬 수 있기 때문이다. 그러나, 이러한 종류의 열에 관한 문제점은 헬륨처럼 높은 열전도율 및 낮은 굴절률을 갖는 가스로 렌즈 공동(cavity)을 충전함으로써 완화될 수 있다. 헬륨 가스는 그 굴절률이 매우 낮고 이에 따라 그 밀도에 매우 민감하기 때문에 좋은 선택이 된다.

두번째 결점은 핀홀 크기를 갖는 거울 성분의 위상 변화이다. 이러한 종류의 위상 변화는 고이 위상 이동으로 불리운다. 이것은 고유의 현상이며, 따라서 쉽게 피할 수 없다. 그러나, 고이 위상 이동은 정적이며, 따라서 필드 위로 쉽게 매핑되어(mapping) 보상된다. 따라서, 거울 정지부 크기와 연관된 거울 성분의 위상 변화는 참여시킬 필요가 있지만, 열렬한 갈채를 받지는 않는다. 실제로, 거울 정지부는 핀홀의 크기로 판명된다. 핀홀의 반사 대응부(counterpart)는 입사광의 일부를 반사하는 작은 거울(핀거울)이다. 거울 정지부 형태 및 형상의 선택은 그 적용과 옵티칼 시스템의 디자인에 의존한다. 투과성 및 반사성 핀홀은 동일한 광학 특성을 공유한다. 따라서, 투과성 거울 정지부와 연관된 모든 설명은 반사형 거울 비임 정지부에 직접적으로 적용될 수 있다.

대부분의 도면에 있어서, 거울 비임 정지부 및 퓨리에 필터 성분은 그 분리된 기능을 강조하기 위해 분리된 부품으로 도시되었다. 그러나, 실제 시스템 디자인에서는 기계적 디자인을 간략화하고 잠재적 기계 충돌을 최소화하기 위해 2개의 분리된 부품을 하나로 조합하는 것이 선호된다. 2개의 부품은 퓨리에 필터 스트립을 내향하여 신장하거나 또는 거울 비임 또는 핀홀 개구를 외향하여 신장시킴으로써 하나로 조합될 수 있다. 조합된 디자인에서, 핀홀 정지부의 크기는 그 길이방향을 따라 퓨리에 필터 스트립을 이동함으로써 조정될 수 있다.

5. 작동기

가변형 위상 제어기는 몇몇 종류의 기계적 또는 전기적 작동기를 필요로 한다. 작동기를 배치할 가장 편리한 장소는 위상 제어기 옆의 우측이다. 그러나, 작동기를 위상 제어기 옆의 우측에 배치하면 너무 많은 신호 광을 차단하게 된다. 일부 실시예에서, 작동기는 옵티칼 영상화 시스템의 주변에 배치되며, 이것은 작동기를 위해 더 많은 공간을 제공하기 때문에 매력적인 선택이 된다. 그러나, 이러한 선택의 단점은 작동기 운동을 위상 제어기로 전달하기 위해 약간의 메카니즘을 필요로 한다는 점이다. 운동 전달 메카니즘은 공동 반경을 걸쳐야만 하며, 신호 광을 차단할 수 있다. 그러나, 일부 실시예에 따르면, 광 차단의 문제점은 퓨리에 필터의 고정된 위치를 사용함으로써 해결된다. 퓨리에 필터 차단 스트립의 위 또는 아래에 가동형 또는 회전형 와이어와 같은 운동 전달 메카니즘을 설치함으로써, 광의 더 이상의 차단을 피할 수 있다.

도7a 및 도7c에는 퓨리에 필터 부재(754)의 통로를 따라 작동되는 운동 전달부재(726)가 제공된다. 운동 전달부재(726)는 작동기(770)에 의해 구동되며, 가변형 위상 이동 메카니즘에서 상부 쐐기형 유리 부재를 이동시킨다. 유사하게도, 가변형 핀홀 정지부 또는 파장판과 같은 다른 부품을 위한 운동 전달 메카니즘은 부가의 광 차단을 최소화하도록 실행될 수 있다. 운동 전달 메카니즘을 위한 충분한 공간은 보상판의 축방향 위치가 매우 융통을 갖기 때문에 쉽게 확보할 수 있다.

5. 암흑화

상 제어기 및 그 작동기는 불가피하게도 신호 광의 일부를 흐리게 한다(또는 차단한다). 이러한 종류의 광 차단은 영상 센서에 도달할 수 있는 신호 광의 전체량을 감소시킬 뿐만 아니라 광을 회절시킴으로써 옵티칼 시스템의 해상력도 감소시킨다. 이것은 가능한한 최대한 최소화되는 바람직스럽지 않은 부작용이다. 이를 달성하기 위해, 위상 제어기의 옵티칼 성분 및 작동기는 가능한 작게 제조되거나 또는 작동기는 옵티칼 영상화 시스템의 주변에 배치되어야 한다.

도8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 조명광을 위한 폴딩 프리즘의 배치에 대한 실시예를 도시하고 있다. 보상판(830)은 도7a에 도시된 바와 유사한 형태로 퓨리에 필터 스트립(850, 852, 854, 856)에 배치된다. 도8의 실시예에서, 암흑화의 부가적인 적은 감소는 도시된 바와 같이 조명광 비임(818)을 위한 폴딩 프리즘(880)을 퓨리에 필터 스트립(850)과 일치시켜 배치함으로써 달성될 수 있다. 또한, 암흑화의 엣지의 연화(softening) 및 옵티칼 영상화 시스템의 개구 정지부는 엣지 회절의 바람직하지 못한 부작용을 감소시킬 수 있다. 개구의 엣지의 연화 및 암흑화의 효과적인 및 실질적인 방법은 하기의 톱니형 개구의 섹션에 서술된다.

오히려 차단판(732)에 의해 유발된 대형 암흑화로부터 양호한 부작용이 얻어진다. 이러한 암흑화는 암시야 모드에서 보호 대역(guard band)으로서 작용한다. 2차원 퓨리에 피터를 따른 이러한 대형 보호 밴드는 암시야 모드를 더 어둡게 한다. 이것은 암시야 모드가 로우 노이즈(low noise)에 의해 특징화되고, 결과적으로 암흑화가 적은 암시야 모드에 비해 더 높은 결함 검출 감도를 유지할 수 있다.

7. 조명광의 편광 제어

조명광의 편광 방향을 제어함에 의한 샘플 표면으로의 조명광의 편광 깊이 제어에 대해서는 이미 설명하였다. 그러나, 관통 깊이 제어는 조명광의 편광을 위한 이유만은 아니다. 일부 결함 형태의 검출 감도는 조명광의 편광에 의존한다. 따라서, 조명광의 편광 방향을 변화시키는 능력은 중요한 특징이 될 수 있다. 조명광의 편광은 조명광 비임의 에텐듀가 작기 때문에 여기 서술된 배치에 의해 쉽고 정밀하게 제어될 수 있다. 현존의 편광 제어 장치가 사용될 수 있다. 만일 조명광의 편광이 조명 시스템을 통해 통과하는 도중에 변경된다면, 이것은 측정 및 보상될 수 있다. 결함과 그 주위 패턴이 나선형 구조를 갖지 않는 한, 결함 검출 감도를 최대로 하기 위해 선형 편광 이외의 편광은 필요없다. 이것은 반도체 웨이퍼 및 레티클을 위한 경우에 발견되었다. 그러나, 만일 서로 직교하는 선형 편광이 동시에 제공된다면, 대각선방향으로 선형이 또는 원형 편광이 사용될 수 있다. 그러나, 이 경우 결함 검출 감도는 타협될 수 있다.

8. 수집된 광의 편광 제어

신호 광의 편광은 거울 성분의 편광과는 상이할 수 있다. 높은 결함 검출 감도를 달성하기 위해, 거울 성분의 편광은 신호 광의 편광과 동일하게 가능한 한 크게 제조된다. 따라서, 일부 실시예에서, 거울 성분의 편광은 샘플과 검출기 사이의 통로에서 변화된다. 이것은 거울 성분의 에텐듀가 작기 때문에 쉽고 정밀하게 이루어질 수 있다.

도9는 일부 실시예에 적합한 편광 회전자(rotator)와 조합된 위상 제어기를 도시하고 있다. 도9는 반사 코팅(924)을 갖는 하부 쐐기형 유리판(920)과, 가동형의 상부 쐐기형 유리판(922)과, 가변형 거울 정지부(950)를 도시하고 있다. 회전가능한 λ/2 판(960)은 가변형 핀홀 정지부(950) 위에 배치된다. 입사 거울 광 비임(916)은 코팅(924)에 의해 부분적으로 반사되며, 비임(912)의 일부는 가동형의 쐐기형 유리판(922)과 정지부(950) 및 회전가능한 λ/2 판(960)을 통과한다. 도9에 도시된 배치의 편광 제어능력은 입사 거울 성분의 편광을 임의의 형태의 편광으로 전달할 수 없다는 점에서 다소 제한된다. 그러나, 상기 배치는 입사 선형 편광을 어떤 방향으로도 회전시킬 수 있다. 결함과 그 주변 패턴이 나선형 구조를 갖지 않는 한, 결함 검출 감도를 최대로 하기 위해 선형 편광 이외의 편광이 필요하지 않다. 이것은 반도체 웨이퍼 및 레티클을 위한 경우로 밝혀졌다. 따라서, 도9에 도시된 간단한 편광 제어장치는 웨이퍼 또는 레티클 결함 검출에 적절할 것이다.

더욱 일반적일 편광 제어가 요구될 경우, 도10에 도시된 약간 복잡한 편광 제어기가 사용될 수 있다. 도10은 반사 코팅(1024)을 갖는 하부 쐐기형 유리판(1020)과, 가동형의 상부 쐐기형 유리판(1022)과, 가변형 정지부(1050)를 도시하고 있다. 회전가능한 λ/2 판(1060)과 회전가능한 λ/4 판(1062)은 가변형 핀홀 정지부(1050) 위에 배치된다. 입사 거울 광 비임(1016)은 코팅(1024)에 의해 부분적으로 반사되며, 비임(1012)의 일부는 가동형의 쐐기형 유리판(1022)과, 정지부(1050)와, 회전가능한 λ/2 판(1060)과, 회전가능한 λ/4 판(1062)을 통과한다. 도10에 도시된 배치는 입사 편광을 그 어떠한 형태의 편광으로도 전환시킬 수 있다. 그 작업 원리는 본 발명에 참조인용된 R. M. A. Azzam and N. M. Bashara, "타원편광반사측정기(ellipsometry) 및 편광된 광", Elsevier Science B. V., 1999, pp 72-84 에 개시되어 있다.

그 편광이 거울 성분의 편광과 직교하는 분산된 성분의 일부는 거울 성분과 간섭되지 않으며, 따라서 영상의 암시야 부분에 기여한다. 일부 적용에 있어서, 분산된 성분에서 직교 편광의 이런 부분은 영상 콘트라스트를 증가시키거나 광자 노이즈를 감소시키기 위해 필터링된다. 분산된 광선 직교 편광의 필터링은 불필요한 편광 성분을 선형으로 편광시키기 위해 분산된 성분의 통로에 적절한 파장판에 삽입하고, 상기 불필요한 성분을 선형 편광기로 제거하고, 잔존된 광을 간섭 거울 비임의 편광과 매칭함으로써 달성될 수 있다.

9. 진폭 감쇄

상술한 바와 같이, 거울 성분은 결함 신호를 증폭시킨다. 거울 성분이 강력할수록 증폭도 커진다. 따라서, 대부분의 경우에는 감쇄되지 않은 또는 강한 거울 성분이 선호된다. 이것은 생 영상에서 높은 콘트라스트를 달성하기 위해 거울 성분이 차단되거나 또는 심하게 감쇄되는 종래 현미경과는 반대이다. 그러나, 너무 강한 거울 성분은 영상 센서를 포화시킬 수 있다. 영상 센서의 포화는 결함 신호를 바람직하지 않은 방법으로 감소시킬 뿐만 아니라 왜곡도 시킨다. 달리 말하면, 만일 동적 범위가 거울 성분에 의해 포화된다면, 결함 신호는 거울 성분에 의해 가능한한 많이 증폭되더라도 필요로 하는 그레이 레벨에 거칠 수 없다. 이 경우, 때로는 분산된 성분을 증가시키기 위해 조명광 세기의 증가와 함께 생 영상의 콘트라스트를 향상시키기 위해 거울 성분의 약간의 감쇄가 필요하다.

검출기 포화를 피하기 위해 거울 개구 정지부를 이용한 거울 성분의 감쇄는 이미 서술되었다. 이 섹션에서는 다른 감쇄 방법이 서술된다. 가장 간단한 방법은 약간의 광흡수 물질을 이용하여 거울 성분을 흡수하는 것이다. 그러나, 이런 간단한 감쇄 방법은 광흡수 감쇄기를 손상시킬 수도 있는 거울 성분의 높은 파워로 인해 웨이퍼 또는 레티클 결함 검출에 적합하지 않다.

가장 적절한 거울 성분의 감쇄 방법은 거울 성분의 과도한 부분을 센서 평면으로부터 멀리 반사하는 것이다. 이런 종류의 감쇄기는 도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이 위상 제어기중 하나에 반사성 유전체 코팅을 형성함으로써 쉽게 구성될 수 있다. 감쇄량은 상이한 반사력을 각각 갖는 여러개의 상이한 반사 코팅을 열(row)로 형성하고 이들을 도2b에 도시된 바와 같이 이동가능하게 함으로써 변화될 수 있다. 이런 종류의 감쇄기는 간단하며, 부가의 옵티칼 성분을 필요로 하지 않는다. 그러나, 이런 종류의 감쇄기는 높은 반사성 표면으로 인해 고스트 영상을 발생시킬 수 있다.

이러한 종류의 간단한 감쇄기로 지속적인 감쇄 변화를 달성하는 것은 어렵다. 증가된 성능을 위하여, 연속가변형 감쇄기가 사용될 수 있다. 연속가변형 감쇄기를 제조하는 한가지 방법은 광의 편광 특성을 이용하는 것이다. 연속가변형 감쇄기는 편광기를 선형편광된 비임의 축선 주위로 회전시킴으로써, 또는 선택적으로 고정된 편광기를 통과하는 비임의 편광 방향을 회전시킴으로써 구성될 수 있다는 사실은 널리 알려져 있다. 도11은 편광 비임 분할기를 이용하는 연속가변형 감쇄기의 실시예를 도시하고 있다. 도12는 도11에 도시된 감쇄기 형식을 이용하는 시스템의 예시적인 실행을 도시하고 있다. 도13a 내지 도13c는 일부 실시예에 따라 동공 또는 개구 정지부 근처의 시스템을 더욱 상세히 도시하고 있다.

도11에 있어서, 편광된 레이저 비임(1116)은 p편광된 광(1110)을 전달할 동안 s편광된 광(1126)을 반사하는 편광 비임 분할기(1164)에 인입된다. 회전가능한 λ/2 판(1162)을 이용하여 입사 광의 편광 방향을 제어함으로써, 편광 비임 분할기를 통과하는 거울 성분의 양은 연속적인 형태로 제어될 수 있다. 비임 분할기(1164)를 통과한 후, p편광된 광 비임(1110)은 상술한 바와 같이 가동형의 쐐기형 유리판(1122) 및 가변형 개구 정지부(1150)를 통과한다. 외측의 회전가능한 λ/2 판(1160)은 출사 광의 편광을 그 어떤 방향으로라도 재지향시키는데 사용될 수 있다. 이런 감쇄 방법은 웨이퍼 또는 레티클 검사에 매우 적합하다. 그러나, 이러한 방법은 일반적으로 완전하지 않다. 이것은 선형 편광을 양호하게 조작시킨다. 만일 더 일반적인 편광 상태가 사용될 필요가 있다면, 부기의 옵티칼 성분이 감쇄기에 부가될 수도 있다.

도14는 어떤 편광 상태를 달성하는데 사용될 수 있는 λ/2 및 λ/4 판을 갖는 감쇄기의 실시예를 도시하고 있다. 비임(1416)은 p편광된 광(1410)을 전달할 동안 s편광된 광(1426)을 반사하는 고정된 편광 비임 분할기(1464)에 인입된다. 회전가능한 λ/4 판(1466) 및 회전가능한 λ/2 판(1462)을 이용하여 입사광의 편광 방향을 제어함으로써, 편광 비임 분할기를 통과하는 거울 성분의 양은 연속적인 형태로 제어될 수 있다. 고정된 비임분할 편광기(1464)를 통과한 후, p편광된 광(1410)은 상술한 바와 같이 가동형의 쐐기형 유리판(1422) 및 가변형 정지부(1450)을 통과한다. 출력측상의 회전가능한 λ/2 판(1460) 및 회전가능한 λ/4 판(1468)은 어떤 상태에서도 여자된(exting) 광의 편광을 재지향시키는데 사용될 수 있다. λ/2 판 및 λ/4 판을 회전시킴으로써, 적절한 감쇄로 거울 성분의 어떤 종류의 편광이라도 얻을 수 있다.

도12에 있어서, 간섭 결함 검출 시스템(1200)은 간섭성 비임(1218)을 발생시키는 조명 소스(1212)를 포함한다. 비임(1218)은 도시된 바와 같이 샘플(1210)의 표면을 향해 지향된다. 샘플(1210)은 웨이퍼, 레티클, 또는 검사될 다른 부품일 수 있다. 샘플(1210)로부터의 분산된 성분은 비임(1228)에 의해 다시 제공되고, 거울 성분은 비임(1224)에 의해 다시 제공된다. 렌즈 시스템(1214, 1216)을 포함하는 고해상도 거울 성분은 광의 분산된 성분 및 거울 성분을 수집하고, 이들을 영상 센서(1240)로 지향시킨다. 서브시스템(1270)은 거울 성분(1224)의 통로에 배치되며, 위상 제어기와, 가변형 감쇄기와, 도11 내지 도14에 대해 도시 및 서술된 바와 같은 하나 이상의 편광 회전자를 포함한다. 분산된 광 비임(1228)은 거울 성분과 분산된 성분 사이의 통로 길이 차이를 보상하기 위하여 보상판(1230)을 통과한다. 비임 덤프(1226)는 가변형 감쇄기에 의해 감쇄된 거울 성분(1224)의 일부를 수용한다.

도13a에는 협소한 퓨리에 필터 스트립 부재(1350, 1352, 1354, 1356)를 갖는 보상판(1330)이 도시되어 있다. 조명 비임(1318)은 프리즘(1380)을 이용하여 샘플(도시않음)을 향해 반사된다. 서브시스템(1370)은 도시된 바와 같이 배치되며; 위상 제어기와, 가변형 감쇄기와, 도11 및 도14에 도시 및 서술된 바와 같은 하나 이상의 편광 회전자를 포함한다. 도13b 및 도13c는 선E-E' 및 F-F' 을 따른 도13a의 배치에 대한 단면도를 도시하고 있다. 도13b 및 도13c에는 서브시스템(1370)의 여러 부품이 배치된 개구를 갖는 보상판(1330)이 도시되어 있다. 편강 비임 분할기(1364)는 p편광된 광을 전달할 동안 s편광된 광을 반사한다. 회전가능한 λ/2 판(1362)을 이용하여 입사광의 편광 방향을 제어함으로써 편광 비임 분할기를 통과하는 거울 성분의 양은 연속적인 형태로 제어될 수 있다. p편광된 광은 가동형의 쐐기형 유리판(1322) 및 가변형 정지부(1350)를 통과한다. 외측상의 회전가능한 λ/2 판(1360)은 여자된 광의 편광을 그 어떤 방향으로 재지향시키는데 사용될 수 있다.

10. 높은 입사각 조명

고려될 수 있는 노이즈중 하나의 소스는 웨이퍼를 횡단하여 웨이퍼상의 인쇄된 패턴이 제조 과정의 변화로 인해 다이-다이로부터 미세하게 변화될 때 발생되는 웨이퍼 패턴 노이즈 이다. 웨이퍼 패턴 노이즈는 웨이퍼 표면으로의 조명광의 관통 깊이에 따라 증가된다. 따라서, 때로는 웨이퍼 표면으로의 조명광의 관통 깊이를 감소시키는 것이 바람직하다.

심 자외선 또는 극 자외선 광과 같은 단 파장의 광은 웨이퍼 표면을 많이 깊이 관통하지 않는데, 그 이유는 웨이퍼 패터닝을 위해 사용되는 대부분의 물질은 단파장 광의 그 강한 흡수로 인해 단파장 광에는 불투명하기 때문이다. 그러나, 가시광선 또는 거의 근 자외선(near ultravilet) 광과 같은 장파장의 광은 이런 파장에서 대부분의 물질에 의한 광의 낮은 흡수때문에 웨이퍼 표면을 상당히 깊이 관통할 수 있다. 샘플 표면으로의 조명광의 관통을 감소시키는 가장 일반적인 방법은 s편광된 광을 갖는 높은 입사각으로 샘플을 조명하는 것이다. 입사각은 광선과 표면 그 자체가 아닌 수직 표면(surface normal) 사이의 각도로 한정되는 것을 인식해야 한다. 극도로 큰 입사각은 소각 입사(grazing incidence)로 불리운다.

그러나, 이런 방법은 한쌍의 단점을 갖고 있다. 첫째로, 이것은 웨이퍼 패턴 노이즈 뿐만 아니라 결함 신호광의 강도를 감소시킬 수 있다. 둘째로, 이것은 영상 평면에서 식(2c)에 도시된 간섭 텀의 공간 주파수 대역폭을 증가시킬 수 있다. 공간 주파수 대역폭의 증가는 간섭 텀을 정확하게 검출하기 위해 영상의 미세한 샘플링을 요구한다. 이것은 하기의 섹션에서 서술될 캐치올 작동모드의 효율을 감소시킬 수 있다.

이러한 결점에도 불구하고 일부 적용에 있어서, 특히 장점이 단점 보다 큰 경우, 웨이퍼 패턴 노이즈를 감소시키기 위해 조명광의 입사각을 증가시키는 것이 바람직하다. 여기에 서술된 시스템 및 방법은 조명의 입사각에 대해 융통성이 있다. 상기 시스템 및 방밥은 낮은 입사각 뿐만 아니라 높은 입사각을 수용할 수 있다. 도15 내지 도18은 이런 실시예를 도시하고 있다.

도15는 높은 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 간섭 결함 검출 시스템(1500)은 도시된 바와 같은 샘플(1510)의 표면을 향해 지향된 조명 소스 비임(1518)을 포함한다. 샘플(1510)은 웨이퍼, 레티클, 또는 검사될 다른 샘플일 수 있다. 샘플(1510)로부터 분산된 성분은 비임(1528)으로 도시되며, 거울 성분은 비임(1524)으로 도시된다.

렌즈 시스템(1514, 1516)을 포함하는 고해상도 옵티칼 시스템은 광의 분산된 성분 및 거울 성분을 수집하고 이들을 영상 센서(1540)로 지향시킨다. 서브시스템(1570)은 거울 성분(1524)의 통로에 배치되며, 도2a 및 도2b에 도시 및 서술된 바와 같은 위상 제어기 및 감쇄기를 포함한다. 분산된 광 비임(1528)은 거울 성분 및 분산된 성분의 통로 길이를 동일하게 하기 위해 보상판(1530)을 통과한다. 비임 덤프(1526)는 감쇄기에 의해 거절된 거울 성분(1524)의 부분을 받아들인다.

도16은 입사각 조명 및 가변형 감쇄기를 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 간섭 결함 검출 시스템(1600)은 도시된 바와 같이 샘플(1610)의 표면을 향해 지향된 조명 소스 비임(1618)을 포함한다. 샘플(1610)은 웨이퍼, 레티클, 또는 검사될 다른 샘플일 수 있다. 샘플(1610)로부터 분산된 성분은 비임(1628)으로 도시되며, 거울 성분은 비임(1624)으로 도시된다. 렌즈 시스템(1614, 1616)을 포함하는 고해상도 옵티칼 시스템은 광의 분산된 성분 및 거울 성분을 수집하고 이들을 영상 센서(1640)로 지향시킨다. 서브시스템(1670)은 거울 성분(1524)의 통로에 배치되며, 도9 내지 도11에 도시 및 서술된 바와 같은 위상 제어기 및 감쇄기를 포함한다. 분산된 광 비임(1628)은 거울 성분 및 분산된 성분의 통로 길이를 동일하게 하기 위해 보상판(1630)을 통과한다. 비임 덤프(1626)는 가변형 감쇄기에 의해 거절된 거울 성분(1624)의 부분을 받아들인다.

도17은 낮은 영상 플레어(flare) 및 높은 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 플레어는 감지 평면상에 권취된 샘플로 가는 도중에 렌즈 표면들에 의해 반사되거나 분산되는 조명광이다. 간섭 결함 검출 시스템(1700)은 도시된 바와 같이 샘플(1710)의 표면을 향해 지향되는 조명 소스 비임(1718)을 포함한다. 샘플(1710)은 웨이퍼, 레티클, 또는 검사될 다른 샘플일 수 있다. 샘플(1610)로부터 분산된 성분은 비임(1728)으로 도시되며, 거울 성분은 비임(1724)으로 도시된다. 렌즈 시스템(1714, 1716)을 포함하는 고해상도 옵티칼 시스템은 광의 분산된 성분 및 거울 성분을 수집하고 이들을 영상 센서(1740)로 지향시킨다. 서브시스템(1770)은 거울 성분(1724)의 통로에 배치되며, 도2a 및 도2b에 도시 및 서술된 바와 같은 위상 제어기 및 감쇄기를 포함한다. 분산된 광 비임(1728)은 거울 성분 및 분산된 성분의 통로 길이를 동일하게 하기 위해 보상판(1730)을 통과한다. 비임 덤프(1726)는 감쇄기에 의해 거절된 거울 성분(1724)의 부분을 받아들인다.

도18은 일부 실시예에 따라 낮은 영상 플레어 및 높은 입사각 조명과 가변형 감쇄기를 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 간섭 결함 검출 시스템(1800)은 도시된 바와 같이 샘플(1810)의 표면을 향해 지향된 조명 소스 비임(1818)을 포함한다. 샘플(1810)은 웨이퍼, 레티클, 또는 검사될 다른 샘플일 수 있다. 샘플(1810)로부터 분산된 성분은 비임(1828)으로 도시되며, 거울 성분은 비임(1824)으로 도시된다. 렌즈 시스템(1814, 1816)을 포함하는 고해상도 옵티칼 시스템은 광의 분산된 성분 및 거울 성분을 수집하고 이들을 영상 센서(1840)로 지향시킨다. 서브시스템(1870)은 거울 성분(1824)의 통로에 배치되며, 도9 내지 도11 및 도14에 도시 및 서술된 바와 같은 위상 제어기 및 감쇄기를 포함한다. 분산된 광 비임(1828)은 거울 성분 및 분산된 성분의 통로 길이를 동일하게 하기 위해 보상판(1830)을 통과한다. 비임 덤프(1826)는 가변형 감쇄기에 의해 거절된 거울 성분(1824)의 부분을 받아들인다.

도15 내지 도18에 도시된 바와 같이, 동공 평면/개구 정지부의 엣지를 향해 비임 위치를 이동함으로써 또는 샘플상에 조명광을 외부에서 공급함으로써 높은 입사각의 조명이 달성될 수 있다. 조명광의 샘플로의 외부 루팅(routing)은 플레어 및 스트레이 광(stray light)을 상당히 감소시킬 것이다. 거울 성분의 위상 제어와 진폭 감쇄 및 편광 제어의 상술한 모든 기술이 사용될 수 있다.

11. 조명광의 방위각 회전

결함 검출 감도는 일반적으로 편각 뿐만 아니라 조명광의 입사 방위각에 의존한다. 방위각은 샘플상의 패턴과 샘플로의 입사 비임의 수직 투사부(normal projection) 사이의 각도로 한정된다. 일부 적용에 있어서 결함 검출 감도를 최대로 하기 위하여, 최적의 각도가 발견될 수 있도록 조명 방위각을 변화시키는 것이 바람직하다. 실제 방위각을 커버하는 효과적인 방법은 회전형 프리즘 또는 거울을 샘플의 공액 위치에 배치하는 것이다. 이런 계획은 도19 내지 도22에 도시되어 있다. 도19 및 도20의 형상은 더욱 융통성을 갖는데, 그 이유는 조명 시스템 및 수집 시스템이 렌즈 시스템의 높은 파워 부분만을 공유하기 때문이다.

도19는 방위각으로 회전가능한 높은 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 간섭 결함 검출 시스템(1900)은 거울 또는 프리즘과 같은 회전가능한 또한 경사가능한 표면(1920)을 향해 지향되는 조명 소스 비임(1918)을 포함한다. 반사된 비임은 렌즈 시스템(1912, 1916)을 통과하며, 도시된 바와 같이 샘플(1910)의 표면을 향해 지향된다. 샘플(1910)은 웨이퍼, 레티클, 또는 검사될 다른 샘플일 수 있다. 샘플(1910)로부터 분산된 성분은 비임(1928)으로 도시되며, 거울 성분은 비임(1924)으로 도시된다.

렌즈 시스템(1914, 1916)을 포함하는 고해상도 옵티칼 시스템과 비임 분할기(1972)는 광의 분산된 성분 및 거울 성분을 수집하고 이들을 영상 센서(1940)로 지향시킨다. 서브시스템(1970)은 거울 성분(1924)의 통로에 배치되며, 도2a 및 도2b에 도시 및 서술된 바와 같은 위상 제어기 및 감쇄기를 포함한다. 분산된 광 비임(1928)은 거울 성분 및 분산된 성분의 통로 길이를 동일하게 하기 위해 보상판(1930)을 통과한다. 비임 덤프(1926)는 감쇄기에 의해 거절된 거울 성분(1924)의 부분을 받아들인다. 서브시스템(1970)은 동공의 외주 둘레로 비임을 따라가기 위해 거울의 회전과 함께 이동해야만 한다. 만일 50/50 비임 분할기가 표면(1972)상에 사용된다면, 이런 계획의 옵티칼 효율은 비임 분할기를 통한 전달 및 반사 때문에 25% 보다 크지 않다. 만일 편광 비임 분할기가 표면(1972)을 위해 사용되고, 비임 분할기와 샘플 사이의 조명 통로에 1/4 파장판이 사용되면, 훨씬 높은 효율이 가능하다.

도20은 방위각으로 회전가능한 높은 입사각 조명과 적용을 발견할 수 있는 거울 성분을 위한 가변형 감쇄기를 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 간섭 결함 검출 시스템(2000)은 거울 또는 프리즘과 같은 회전가능한 또한 경사가능한 표면(2020)을 향해 지향되는 조명 소스 비임(2018)을 포함한다. 반사된 비임은 렌즈 시스템(2012, 2016)을 통과하며, 도시된 바와 같이 샘플(2010)의 표면을 향해 지향된다. 샘플(2010)은 웨이퍼, 레티클, 또는 검사될 다른 샘플일 수 있다. 샘플(2010)로부터 분산된 성분은 비임(2028)으로 도시되며, 거울 성분은 비임(2024)으로 도시된다. 렌즈 시스템(2014, 2016)을 포함하는 고해상도 옵티칼 시스템과 비임 분할기(2072)는 광의 분산된 성분 및 거울 성분을 수집하고 이들을 영상 센서(2040)로 지향시킨다. 거울 성분(2024)의 통로에 배치된 서브시스템(2070)은 도9 내지 도11 및 도14에 도시 및 서술된 바와 같은 위상 제어기 및 가변형 감쇄기를 포함한다. 서브시스템(2070)은 동공의 외주 둘레로 비임을 따라가기 위해 거울(2020)의 회전과 함께 이동해야만 한다. 분산된 광 비임(2028)은 거울 성분 및 분산된 성분을 위한 통로 길이를 동일하게 하기 위해 보상판(2030)을 통과한다. 비임 덤프(2026)는 가변형 감쇄기에 의해 감쇄된 거울 성분(2024)의 일부를 받아들인다.

일부 적용을 위해서는, 특히 대형 에텐듀 시스템을 위해서는 비임 분할기를 위한 렌즈 시스템의 중간 섹션에 유용한 작은 공간이 있다. 이 경우, 비임 분할기는 많은 공간이 이용될 수 있는 곳에 배치된 비임 분할기 또는 거울로 대체될 수 있다. 도21 및 도22는 가능한 형상을 도시하고 있다. 도21은 방위각으로 회전가능한 높은 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 간섭 결함 검출 시스템(2100)은 거울 또는 프리즘과 같은 회전가능한 또한 경사가능한 표면(2120)을 향해 지향되는 조명 소스 비임(2118)을 포함한다. 반사된 비임은 도시된 바와 같이 샘플(2110)의 표면을 향해 지향된다. 샘플(2110)은 웨이퍼, 레티클, 또는 검사될 다른 샘플일 수 있다. 샘플(2110)로부터 분산된 성분은 비임(2128)으로 도시되며, 거울 성분은 비임(2124)으로 도시된다. 렌즈 시스템(2114, 2116)을 포함하는 고해상도 옵티칼 시스템과 비임 분할기(2172)는 광의 분산된 성분 및 거울 성분을 수집하고 이들을 영상 센서(2140)로 지향시킨다. 거울 성분(2124)의 통로에 배치된 서브시스템(2170)은 도2a 및 도2b에 도시 및 서술된 바와 같은 위상 제어기 및 감쇄기를 포함한다. 서브시스템(2170)은 동공의 외주 둘레로 비임을 따라가기 위해 거울(2120)의 회전과 함께 이동해야만 한다. 분산된 광 비임(2128)은 거울 성분 및 분산된 성분을 위한 통로 길이를 동일하게 하기 위해 보상판(2130)을 통과한다. 비임 덤프(2126)는 감쇄기에 의해 감쇄된 거울 성분(2124)의 일부를 받아들인다.

도22는 일부 적용에 적합한 거울 성분을 위한 가변형 감쇄기를 구비한 방위각으로 회전가능한 높은 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 간섭 결함 검출 시스템(2200)은 거울 또는 프리즘과 같은 회전가능한 또한 경사가능한 표면(2220)을 향해 지향되는 조명 소스 비임(2218)을 포함한다. 반사된 비임은 샘플(2210)의 표면을 향해 지향된다. 샘플(2210)은 웨이퍼, 레티클, 또는 검사될 다른 샘플일 수 있다. 샘플(2210)로부터 분산된 성분은 비임(2228)으로 도시되며, 거울 성분은 비임(2224)으로 도시된다.

렌즈 시스템(2214, 2216)을 포함하는 고해상도 옵티칼 시스템과 비임 분할기(2272)는 광의 분산된 성분 및 거울 성분을 수집하고 이들을 영상 센서(2240)로 지향시킨다. 거울 성분(2224)의 통로에 배치된 서브시스템(2070)은 도9 내지 도11 및 도14에 도시 및 서술된 바와 같은 위상 제어기 및 가변형 감쇄기를 포함한다. 서브시스템(2270)은 동공의 외주 둘레로 비임을 따라가기 위해 거울(2220)의 회전과 함께 이동해야만 한다. 분산된 광 비임(2228)은 거울 성분 및 분산된 성분을 위한 통로 길이를 동일하게 하기 위해 보상판(2230)을 통과한다. 비임 덤프(2226)는 가변형 감쇄기에 의해 감쇄된 거울 성분(2224)의 일부를 받아들인다.

샘플의 수직 동공 초점면에 배치된 프리즘 또는 거울을 회전시킴으로써, 원칙적으로는 조명 비임의 방위각을 360°회전시키는 것이 가능하다. 그러나, 조명광의 360°방위각 회전능력은 실제로 다른 기계적 부품 또는 옵티칼 부품과의 기계적 마찰 때문에 달성하기가 어렵다. 일부 실시예에서는 조명광의 180°방위각 회전이 사용된다. 이 경우, 샘플에 대해 조명광의 360°범위의 방위각 회전은 샘플을 180°회전시킴으로써 달성된다. 샘플의 180°회전은 통상적으로 문제를 유발시키지 않는데, 그 이유는 웨이퍼 또는 레티클상의 패턴이 현저하게 0°-180°또는 90°-270°방향으로 지향되기 때문이다. 조명 비임의 방위각 회전은 편광 제어와 조합된다면 결함 검출 감도를 증가시키는데 매우 효과적일 수 있다. 조명의 편광 제어는 조명광의 방위각 회전과 기계적으로 결합될 필요는 없다. 따라서, 2가지 제어가 독립적으로 어려움없이 실행될 수 있다. 조명 비임의 방위각 회전이 변화될 때, 거울 성분의 통로에서 위상 제어는 조명 비임 통로를 따르기 위해 렌즈 축선 주위로 회전되어야만 한다는 것을 인식해야 한다.

12. 투과 형상(transmissive configuration)

레티클 및 생물학적 조직과 같은 일부 샘플은 반사 보다는 훨씬 투과적이다. 투과 샘플을 검사하기 위해, 시스템은 투과 모드일 수 있다.

도23은 투과 샘플을 통해 조명을 통과하도록 설계된 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 이전에 서술한 실시예와의 주요한 차이점은 조명 통로이다.

다른 특징들은 동일하다. 간섭 결함 검출 시스템(2300)은 간섭성 비임(2318)을 발생시키는 조명 소스를 포함한다. 비임(2318)은 도시된 바와 같이 투과 샘플(2310)을 향해 지향된다. 샘플(2310)은 웨이퍼, 레티클, 또는 검사될 다른 샘플일 수 있다. 샘플(2310)로부터 분산된 성분은 비임(2328)으로 도시되며, 거울 성분은 비임(2324)으로 도시된다.

렌즈 시스템(2314, 2316)을 포함하는 고해상도 옵티칼 시스템은 광의 분산된 성분 및 거울 성분을 수집하고 이들을 영상 센서(2340)로 지향시킨다. 서브시스템(230)은 거울 성분(2324)의 통로에 배치되며, 도2a-도2b, 도9-도11, 도14에 도시 및 서술된 바와 같은 위상 제어기와 가변형 감쇄기 및 하나 이상의 편광 제어기를 포함한다. 분산된 광 비임(2328)은 거울 성분 및 분산된 성분을 위한 통로 길이를 동일하게 하기 위해 보상판(2330)을 통과한다. 비임 덤프(2326)는 가변형 감쇄기에 의해 거절된 거울 성분(2324)의 일부를 받아들인다.

대부분의 레티클은 투과형 및 반사형이다. 그러나, 이들은 통상적으로 투가 모드로 사용된다. 이 경우, 레티클의 반사가 아닌 투과가 최종 관심대상이 된다. 종래의 레티클 검사 툴(tool)과는 달리, 레티클상의 하나의 포인트의 복합 투과계수는 다수의 상이한 위상 이동을 이용하여 전송된 광의 세기를 측정함으로써 결정될 수 있다. 따라서, 여기에 서술된 투과 형상은 성능 및 비용의 관점에서 레티클의 검사, 특히 위상 이동 레티클에 매우 효과적으로 사용될 수 있다.

13. 이중 모드 형상

일부 샘플은 반사형 및 투과성일 수 있다. 양호한 실시예는 레티클이다. 이런 종류의 샘플을 더욱 완벽한 형태로 검사하기 위해, 시스템은 반사 및 투과 모드를 동시에 통합할 수 있다.

도24에는 이런 종류의 시스템의 예시적인 형상이 도시되어 있다. 시스템(2400)은 반사형 검사 시스템(2402a) 및 투과형 검사 서브시스템(2402b)을 포함한다. 단일 소드의 비임(2418)은 예를 들어 레티클인 샘플(2410)을 향해 지향된다. 반사된 또한 전달된 광 비임은 2개의 분리된 영상 센서(2440a, 2440b)에 의해 동시에 검출된다. 위상 제어 및 감쇄는 각각의 서브시스템(2470a, 2470b)을 통해 달성된다. 여기에 서술한 이전의 작동 원리의 변경은 없다. 상대위상, 거울 진폭, 방위각 회전, 및 편광의 상술한 제어가 실행된다.

레티클 검사의 경우, 통상적으로 다이-다이 추출 기술이 사용될 수 없다. 이 경우, 무결함 레티클의 기준 영상은 레티클 패턴을 제조하는데 사용된 레티클 데이터로부터 발생될 수 있다. 이것은 통상적으로 컴퓨터에 의해 실행되는 심각한 계산 업무이다. 그후, 결함을 발견하기 위해 실제 레티클의 영상은 무결함 레티클의 컴퓨터발생된 영상과 비교된다. 신속한 데이터 처리를 촉진시키기 위해, 무결함 레티클의 영상은 매우 신속히 발생되어야만 한다. 레이저와 같은 완전히 간섭성인 조명 소스는 레티클 영상 구축에 요구되는 계산량을 최소화하므로, 최소한의 계산 소스로 신속한 영상 구축을 허용한다.

14. 멀티플 파장 형상

일반적으로, 보다 짧은 파장은 높은 결함 검출 감도를 제공한다. 그러나, 일부 결함의 검출 감도는 이런 일반적인 법칙을 따르지 않는다. 따라서, 일부 적용에 있어서, 다양한 결함을 더욱 효과적으로 검출하기 위해 멀티플 파장이 사용될 수 있다. 멀티플 파장은 연속적으로 작동되거나 또는 동시에 작동되는 형태로 비용면에서 효과적으로 실행될 수 있다.

연속적 멀티플 파장

이런 형상에서는 오직 하나의 영상만 사용되며, 결함을 검출하기 위해 한번에 하나의 파장이 사용된다. 하드웨어는 간단하지만, 연속적 멀티플 파장 동작을 위한 형상에 비해 동작에 시간이 더욱 소요된다. 연속가변형인 위상 제어기는 상이한 파장을 수용하기 위해 변경될 필요가 없지만, 진폭 감쇄 및 편광 제어를 위한 파장 판은 상이한 파장을 다루기 위해 변경되어야 한다.

도25 내지 도27은 π/2 판을 변화시키기 위한 일부 가능한 수단을 도시하고 있다. 도25는 각각 상이한 검사 파장을 위한 2개의 π/2 판을 지지하는 회전식 컨베이어(carrousel)(2510)의 실시예를 도시하고 있다. 도26은 상이한 파장을 위한 3개의 π/2 판을 지지하는 회전식 컨베이어(2610)의 실시예를 도시하고 있다. 도27은 4개의 상이한 파장을 위한 4개의 π/2 판을 지지하는 회전식 컨베이어(2710)의 실시예를 도시하고 있다. 도25 내지 도27에 도시된 바와 유사한 변형은 π/4 판에 적용될 수 있다. 파장이 절환되었을 때, 파장 판도 이에 따라 절환된다. 파장 판 절환은 파장 판 회전식 컨베이어를 적절한 양으로 회전시킴으로써 달성된다. 파장 판은 모든 가능한 진폭 감쇄 및 편광 상태를 담당하기 위해 최대 90°로 회전된다. 따라서, 4개의 상이한 파장을 위한 최대 4개의 파장 판이 도27에 도시된 바와 같이 단일의 장착부에 패키지될 수 있다. 만일 비임 크기가 각각의 파장 판의 영역에 비해 매우 작지 않다면, 도25 및 도26에 도시된 바와 같이 단일 장착부에 2개 또는 3개의 판이 더욱 실질적이다.

동시 멀티플 파장

각각의 파장을 위해 파장 분할기 및 분리된 영상 센서를 부가함으로써 멀티플 파장이 동시에 사용될 수 있다. 도28은 2개의 파장을 위한 예시적인 시스템 형상을 도시하고 있다. 샘플(2810)의 검사를 위한 시스템(2800)은 2개의 상이한 파장을 갖는 2개의 분리된 조명 소스 비임(2818a, 2818b)을 사용한다. 2개의 파장은 이색성(dichroic) 파장 분할기(2872)에 의해 조합 및 분리된다. 2개의 파장은 통상적으로 전체 옵티칼 시스템에서 가장 중요하고 또한 가장 값비싼 부품인 수집 옵틱(2816)의 동일한 전방 단부를 공유한다. 수집 옵틱(2816)의 전방 단부를 공유함으로써, 시스템은 간단성 뿐만 아니라 안정성을 달성한다. 낮은 옵티칼 파워를 가지며 그에 따라 값비싸지 않은 후방단부 렌즈 성분(2812, 2814)은 위상 제어시 최대의 가요성과, 배율(magnification) 조정, 센서 선택을 제공하기 위해 분리된다. 서브시스템(2870a, 2870b)은 도2a-2b, 도9-도11, 도14에 도시 및 서술된 바와 같은 위상 및 감쇄를 제어하는데 사용된다.

각각의 파장은 그 자신의 보상판(2830a, 2830b)과 영상 센서(2840a, 2840b)도 사용한다. 일부 실시예에서는 266nm 및 532nm 이 사용된다. 이런 2개의 파장을 생산하는 기술은 성숙되었으며, 단일의 레이저 시스템은 두 파장을 제공할 수 있으므로, 비적용 절감된다. 훨씬 높은 감도를 얻기 위해 193nm 과 같은 짧은 파장과, 진공 자외선, 극 자외선 등이 사용될 수 있음을 인식해야 한다. 그러나, 짧은 파장은 다루기가 어렵다. 일부 실시예에서는 후방단부 옵티칼 통로에 더 많은 파장 분할기를 부가함으로써 2개 이상의 파장이 사용된다.

파장 분할기를 제거하고 영상 센서를 보존하기 위해 모든 위상 제어기가 동일 동공 평면에 서로 곁에 배치되도록 이들을 배치할 수도 있다. 그러나, 이런 형상은 기계적 디자인을 더욱 어렵게 하고 동공 암흑화를 증가시킨다. 또한, 상기 시스템은 멀티플 파장이나 광대역 조명이 동일한 위상 제어기를 공유하도록 형성될 수도 있다. 이러한 형상은 위상 제어기의 갯수를 감소시키지만 위상의 정밀한 제어를 어렵게 한다.

15. 신장된 소스

여러 적용에 있어서, 매우 간섭성인 비임을 생산하는 공간 모드 레이저는 상술한 바와 같이 양호한 광원이다. 그러나, 일부 실시예에서, 단일 모드 레이저 이외의 광원이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 도29 내지 도31에 도시된 바와 같이 아크 램프와 같은 신장된 소스가 사용될 수 있다. 신장된 소스는 그 에텐듀가 그 파장의 곱(square) 보다 큰 비 간섭성 소스로서 한정된다.

도29는 낮은 입사각 조명 시스템을 가지며 신장된 소스를 사용하는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 입사 조명 비임(2918)은 비임 분할기(2972)를 사용하여 샘플(2910)을 향해 지향된다. 거울 반사된 성분은 비임(2924)로 표시되고, 도2a-2b, 도9-도11, 도14에 도시 및 서술된 바와 같은 서브시스템의 그것과 유사한 위상 제어기 및 감쇄기(2970)를 통과한다. 비임(2928)으로 표시된 분산된 성분은 보상판(2930)을 통과한다. 전방단부 옵티칼 시스템(2916) 및 후방단부 옵티칼 시스템(2914)은 샘플로부터의 광을 수집하고 이를 영상 센서(2970)를 향해 지향시킨다.

도30은 신장된 소스가 구비된 높은 입사각 조명을 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 입사 조명 비임(3018)은 비임 분할기(3072)를 사용하여 샘플(3010)을 향해 지향된다. 거울 반사된 성분은 도2a-2b, 도9-도11, 도14에 도시 및 서술된 바와 같은 서브시스템의 그것과 유사한 위상 제어기 및 감쇄기(3070)를 통과하는 비임(3024)으로 표시된다. 비임(3028)으로 표시된 분산된 성분은 보상판(3030)을 통과한다. 전방단부 옵티칼 시스템(3016) 및 후방단부 옵티칼 시스템(3014)은 샘플로부터의 광을 수집하고 이를 영상 센서(3040)를 향해 지향시킨다.

도31은 신장된 광원이 구비된 높은 입사각 조명과 분산된 광의 통로에 위상 제어를 갖는 간섭 결함 검출 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 입사 조명 비임(3118)은 비임 분할기(3172)를 사용하여 샘플(3110)을 향해 지향된다. 거울 반사된 성분은 비임(3124)으로 표시되고, 보상판(3130)을 통과한다. 비임(3128)으로 표시된 분산된 성분은 도2a-2b와 도9-도11 및 도14에 도시 및 서술된 바와 같은 서브시스템과 유사한 위상 제어기 및 감쇄기(3170)를 통과한다. 전방단부 옵티칼 시스템(3116) 및 후방단부 옵티칼 시스템(3114)은 광을 수집하고 이를 영상 센서(3140)를 향해 지향시킨다.

신장된 소스는 영상화 시스템 렌즈 성분의 넓은 영역 위로 광 에너지를 균일하게 펼친다는 장점을 갖는다. 이것은 조명 비임 또는 거울 비임 성분의 높은 파워 밀도에 의한 렌즈 손상의 가능성을 감소시킨다. 그러나, 신장된 광 소스에 관련된 단점도 있다. 예를 들어, 거울 성분을 분산된 성분으로부터 분리하는 것이 어렵다. 분산된 성분의 일부는 심지어 동공 평면에서 거울 성분과 필연적으로 오버랩된다. 이것은 분산된 성분과 거울 성분 사이의 상대위상의 정밀 제어를 어렵게 한다. 위상 제어의 부정확은 일반적으로 빈약한 성능으로 귀결된다. 또 다른 단점은 단일 광의 효율이 증가된 동공 암흑화 때문에 감소된다는 점이다. 또한, 일반적으로 동공 평면에서 차단 스트립의 상대적으로 큰 족적 때문에 퓨리에 필터가 신장된 광원으로 패턴 노이즈에 대한 식별을 더욱 어렵게 한다.

Ⅲ. 작동모드

여기에 서술된 시스템은 많은 상이한 방법으로 작동될 수 있다. 여러가지 상이한 작동모드에 대한 상세한 설명이 하기에 제공될 것이다.

1. 고감도 모드

이 모드는 특수한 형태의 결함, 특히 칩 생산수율에 악영향을 끼칠 수 있는 종류의 결함을 목표로 한다. 분산된 성분과 거울 성분 사이의 상대위상은 일반적으로 결함 신호를 최대화하도록 설정된다. 그러나, 상대위상은 웨이퍼 패턴 노이즈를 최소로 하거나 또는 결함 신호의 신호-노이즈 비율을 최대로 할 수 있다. 대부분의 경우, 이들은 서로 동등하다.

이미 설명한 바와 같이, 신호-노이즈 비율은 거울 성분에 의한 신호의 노이즈리스 증폭을 통해 고유의 신호-노이즈 비율의 2배까지 증가될 수 있다. 이미 도시된 바와 같이, 노이즈리스 증폭은 미약한 결함 신호의 검출에 중요하다. 만일 결함 및 주변 회로 패턴의 상세한 물리적 특성이 알려지지 않았다면, 바람직한 또는 이상적인 상대위상값은 실험적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 다음 섹션에 도입될 캐치올 모드는 최적의 위상값을 실험적으로 결정하기 위해 샘플상에서 작동될 수 있다. 한편, 만일 결함의 물리적 특성이 알려졌다면, 검출을 위한 최적의 위상값은 이론 또는 수치 시뮬레이션에 기초하여 설정될 수 있다.

식(2c)은 결함 신호 진폭과 거울 성분 사이의 상대위상을 나타내는 Φ_s 가 결함 신호를 최대화하는데 중요한 변수임을 나타내고 있다. 이것은 결함 신호의 극값은 Φ_s = 0°또는 180°일 때 발생되는 것을 나타내고 있다. 만일 Φ_s = 0°이라면, 간섭 텀의 값은 포지티브로 되고, 만일 Φ_s = 180°이라면, 간섭 텀은 네거티브가 된다. 상술한 바와 같이, 전체 결함 신호는 암시야 텀 및 간섭 텀으로 구성된다. 따라서, 전체 결함 신호를 최대로 하기 위해, 간섭 텀의 사인은 전체 암시야 텀과 동일한 사인으로 변경되어야만 한다. 전체 암시야 텀의 사인은 제어될 수 없다. 이것은 결함 및 주변 패턴의 물리적 특성에 따라 포지티브이거나 네거티브일 수 있다. 따라서, 최대 결함 신호를 얻기 위하여 간섭 텀의 위상이 제어될 수 있다.

만일 전체 암시야 텀의 사인이 포지티브라면, Φ_s = 0°의 선택은 전체 결함 신호를 최대화시킨다. 만일 전체 암시야 텀의 사인이 네거티브라면, Φ_s = 180°의 선택은 전체 결함 신호를 최대화시킨다. 서술된 시스템 및 방법의 장점을 명확하게 나타내기 위하여, 수치 시뮬레이션을 위해 실제적인 그러나 간단한 결함이 선택된다.

또한, 상술한 바와 같이, 상대위상은 거울 성분 또는 분산 성분의 위상을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 그러나, 실제로 일반적으로 거울 성분이 낮은 에텐듀를 갖기 때문에 거울 성분의 위상을 변화하는 것이 훨씬 용이하다. 따라서, 모든 수치 시뮬레이션에 있어서, 거울 성분의 위상은 최적의 상대위상값을 얻기 위해 변화된다. 수치 시뮬레이션이 특정 형태의 결함에 제한되더라도, 여기에 서술된 시스템 및 방법은 일반적으로 어떠한 종류의 결함 검출에도 적용될 수 있다.

도32a 및 도32b는 수치 시뮤레이션을 위해 사용된 결함의 형태를 도시하고 있다. 결함은 그 직경과 동일한 높이 또는 깊이를 갖는 원통형이다. 도32a는 "d" 의 직경 및 높이를 갖는 입자형 결함(3210)을 도시하고 있다. 도32b는 "d" 의 직경 및 깊이를 갖는 공극형 결함(3212)을 도시하고 있다. 결함 물질은 샘플 물질과 동일한 것으로 가정된다. 이런 종류의 결함은 반사된 광에 진폭 변화가 아닌 위상 변화를 유도하기 때문에 위상 결함으로 불리운다. 위상 한정일 경우, 이들은 가능한 결함 형태의 전체 스펙트럼의 극 단부에 있다.

결함의 다른 극단적 형태는 진폭한정 결함이다. 진폭한정 결함은 위상 결함과는 반대의 특성을 가지며, 이들은 0 의 높이를 갖지만, 그 주변 영역과는 상이한 반사력을 갖는다. 대부분의 실제 결함은 순순한 위상 형태도 아니며 순수한 진폭 형태도 아니다. 이들은 일반적으로 그 주변과는 위상 및 진폭 차이를 갖는다. 이 섹션에서는 위상 형태 결함으로부터의 신호만이 시뮬레이트되지만, 시뮬레이션을 위해 사용된 식 및 컴퓨터 프로그램은 일반적이므로 다른 형태의 절연된 원통형 결함을 다룰 수 있다.

여기에 서술된 시뮬레이션에는 266nm 의 파장이 사용되었으며, 신호 수집 시스템의 개구수(NA)는 0.9 이었다. 위상 제어기 및 그 장착부로 인한 중앙 암흑화는 0.2NA 로 가정되었다.

영상 형성을 위한 식이 하기에 유도되었고, 회절의 스칼라 원리에 기초하고 있다. 스칼라 식은 벡터 식 보다 정밀하지 않다. 그러나, 이들은 종래의 기술과 여기에 서술된 시스템 및 방법의 성능 비교에 충분할 정도로 정밀하다. 이들은 본 발명의 주요한 관심사인 1/4 파장 보다 작은 결함을 위한 신호 강도 및 형태의 매우 정밀한 양의 추정값도 제공한다. 또한, 스칼라 식은 일반적으로 젝터 식 보다 더욱 명확한 물리적 통찰력을 허용하며, 이에 따라 여기에 서술된 시스템 및 방법에 내포되어 있는 중요한 개념을 설명하기에 더욱 적절하다. 결함 높이의 효과는 급작스러운 위상 변화로 추정된다. 이러한 추정은 영상화 시스템이 광파의 오직 복사부분(radiative part)을 수집하는 것으로 가정하면 정당화된다. 이것은 광파의 복사부분을 수집하는 니어필드(near field) 현미경에서는 적절하지 않다. 유도된 식은 다른 형태의 절연된 원통형 결함을 다룰 수 있을 정도로 충분히 일반적이다. 하기의 표시는 식에 사용된다.

h: 결함 높이,

a: 결함의 상대 진폭

b: 주변 영역의 상대 진폭,

ρ₁: 영상화 시스템의 중앙 암흑화의 개구수

ρ₂: 영상화 시스템의 개구 정지부의 개구수

t: 감쇄기의 전달 진폭

Φ: 위상 제어기에 의해 거울 성분에 부가된 위상(라디안)

샘플 반사력의 복소 진폭[O(τ)]은 다음과 같이 표시될 수 있다.

상기 식(3)은 다음과 같이 다시 표시될 수 있다.

제1앵글형 브래킷은 순산한 위상 물체를 나타내며, 제2앵글형 브래킷은 반사력이 0 인 순순한 진폭 물체를 나타낸다. 따라서, 일반적으로 아주 작은 결함은 순수한 위상 결함 및 순순한 진폭 결함으로 분해될 수 있다고 말할 수 있다.

시스템의 원형 대칭을 유지하기 위해 수직 조명이 채택된다. 원형 대칭은 신호 그래프를 혼란스럽지 않도록 하기 위해 유지된다. 경사 조명은 수직 조명처럼 쉽게 모델링될 수 있다. 단위 세기를 갖는 수직 조명은 다음과 같이 표시된다.

Illu(x, y) = 1 ; 조명 (5)

반사된 광의 복소 진폭[W(x, y)]은 다음과 같이 표시된다.

만일 좌표가 파장으로 다시 표시된다면,

동공 평면에서 관찰된 회절 패턴 진폭[Q(α, β)]은 W(x', y') 의 퓨리에 변환이다. 따라서, 동공 평면에서의 복소 진폭은 다음과 같이 된다.

동공 전달(pupil transmission)[Pupil(ρ)]과, 거울 성분상의 위상 제어는 다음과 같이 표시된다.

검출기 또는 감지 평면상의 샘플 디포커스의 효과는 다음과 같이 동공에서 도입될 수 있다.

만일 동공 전달 및 디포커스 효과가 조합되면 다음과 같다.

동공에서의 반사된 광의 복소 진폭[V(α, β)]은 다음과 같다.

영상 평면에서 광의 복소 진폭은 V(α, β)의 역퓨리에 변환이며, 다음과 같다.

영상 평면에서의 광 세기[I(X')]는 다음과 같다

상기 식들은 모든 결함 신호 시뮬레이션을 위해 사용된다. 식(15)의 값은 예를 들어 파이선(Python) 프로그래밍 언어를 이용하여 수치적으로 계산된다.

도33 내지 도35b는 상기 프로그램을 이용한 수치 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. 도33은 40nm 직경의 결함에 대한 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. 곡선(3310)은 종래의 명시야 모드 시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 도시하며, 곡선(3312, 3314)은 고감도 모드와 거울 성분에 144°및 -36°로 각각 적용된 위상 각도를 이용하여 여기에 서술된 간섭 방법의 시뮬레이트된 결과를 도시하고 있다. 곡선(3316)은 종래 암시야 시스템에 대한 시뮬레이트 결과를 도시하고 있다.

도34는 20nm 직경의 결함에 대한 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. 곡선(3410)은 종래의 명시야 모드 시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 도시하며, 곡선(3412, 3414)은 거울 성분에 117°및 -63°의 위상 각도를 도입한 고감도 모드를 이용하여 여기에 서술된 간섭 방법에 대한 시뮬레이트된 결과를 도시하고 있다. 곡선(3416)은 종래 암시야 시스템에 대한 시뮬레이트 결과를 도시하고 있다.

도35a는 10nm 직경의 결함에 대한 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. 곡선(3510)은 종래의 명시야 모드 시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 도시하며, 곡선(3512, 3514)은 거울 성분에 104°및 -76°의 위상 각도를 도입한 고감도 모드를 이용하여 여기에 서술된 간섭 방법에 대한 시뮬레이트된 결과를 도시하고 있다. 곡선(3516)은 종래 암시야 시스템에 대한 시뮬레이트 결과를 도시하고 있다.

도면에 도시된 문자 "BF" 는 명시야 모드를 이용한 종래 시스템을 의미하며, 비교를 위해 도면에 포함되었다. 도면의 "HS" 는 고감도 모드를 의미한다. 각도값은 상술한 바와 같이 결함 신호의 2개의 극값을 얻기 위해 거울 성분에 도입된 위상 각도 이다. 포지티브 각도는 Φ_s = 0°인 경우에 대응하며, 네거티브 각도는 Φ_s = ±180°인 경우에 대응한다.

각도(Φ_s)는 거울 성분에 도입된 위상 각도가 아니다. 오히려, Φ_s 는 거울 성분에 도입된 위상 각도와 결함 신호와 거울 성분 위상의 고유의 위상 각도 차이의 총합이다. 고유의 위상 각도 차이는 종래의 명시야 모드 시스템이 가질 위상 각도 차이 이다. 시뮬레이트된 결함 신호의 고유의 위상 각도 차이는 40nm, 20nm, 10nm 결함에 대해 -144°, -117°이다. 이런 고유의 위상 각도 차이는 0°또는 ±180°와는 매우 상이하다. 이것은 종래 명시야 검사 모드가 양호하거나 안정하게 실행될 수 없기 때문이다.

상 제어기는 결함과 그 주변 사이에서 전체 위상 각도 차이를 0°또는 ±180°로 하기 위해 적절한 양의 위상 각도를 더하거나 뺀다. 시뮬레이트된 결함 신호에서, 위상 제어기는 전체 위상 차이를 0°로 하기 위해 40nm, 20nm, 10nm 결함으로부터 144°, 117°, 104°를 고유의 신호에 더한다. 또한, 위상 제어기는 전체 위상 차이를 -180°로 하기 위해 40nm, 20nm, 10nm 결함으로부터 -36°, -63°, -76°를 고유의 신호에 더한다.

도33 내지 도35b의 문자는 위상 제어기가 고유의 위상 각도 차이에 더한 위상 각도를 나타낸다. "BF" 는 위상 각도가 더해지지(또는 빼지지) 않았음을 나타낸다. 따라서, "BF" 는 "HS:0°" 와 등가이며, 거울 성분에 위상이 부가되지 않은 고감도 모드이다. 또한, 도면의 문자로부터 2개의 극단적인 결함 신호에 대응한 2개의 위상 각도 사이의 차이는 180°임을 인식해야 한다. 도면에서 "DF" 는 암시야 시스템을 나타낸다.

시뮬레이트 결과로부터 여러가기 중요한 사실이 유도될 수 있다. 첫째로, 암시야 신호의 강도는 결함의 크기가 파장의 1/4 보다 작아짐에 따라 매우 신속히 감소된다. 만일 주변 패턴으로부터 분산된 광과 구조적으로 간섭될 경우 암시야 신호는 도면에 도시된 것 보다 높다. 이런 종류의 간섭은 제어될 수 없으며, 완전히 행운에 의존한다. 따라서, 일반적으로 암시야 결함 신호는 너무 낮아서 그 크기가 파장의 1/4 보다 작은 결함에 대해서는 신뢰성있게 검출될 수 없을 것이 예측된다. 가까운 미래에 반도체 웨이퍼의 심각한 결합의 상당 부분이 파장의 1/4 보다 상당히 작을 것이 예측된다. 실제로 라인 폭은 파장이 193nm 에서 웨이퍼의 회절률에 의해 분리되는 193nm 인 1/4 파장에 접근할 것으로 예측된다. 따라서, 현재 암시야 검사 기술의 미래는 어둡게 보인다.

둘째로, 결함 신호와 거울 성분 사이의 상대위상을 0°또는 180°로 하기 위해 거울 성분상에 필요로 하는 위상 변화는 시뮬레이션에 사용된 결함이 위상 물체인 경우라도 필연적으로 ±90°가 아니다. 실제로 최대 결함 신호를 위해 거울 성분상에 요구되는 위상 변화의 양은 위상 물체의 크기에 의존한다. 이것이 이런 검사 기술과 최대 영상 콘트라스트를 위해 고정된 ±90°상이 거울 성분에 부가되는 위상차 현미경 사이의 중요한 차이점이다. 이런 간단한 실시예는 결함 신호와 거울 성분 사이의 상대위상의 연속적인 가변형이 신뢰성있는 결함 검출에 바람직하다는 것을 나타낸다. 만일 더욱 일반적인 결함으로부터의 신호가 시뮬레이트된다면, 이들은 위상 제어기에 연속적인 가변형을 갖는 희망을 더욱 명확하게 나타낼 것이다.

예를 들어, 만일 순수한 진폭 결함으로부터의 신호가 시뮬레이트된다면, 위상 제어기를 위한 최적의 위상값은 0°또는 180°일 것이다. 이런 위상값은 순수한 위상 결함의 실시예에 도시된 것과는 매우 상이하다. 실제로, 위상 제어기는 모든 종류의 결함을 신뢰성있게 검출하기 위해 그 어떠한 위상 이동값이라도 제공할 수 있다. 따라서, 위상 제어기의 연속적인 가변형은 바람직하지 않지만, 실제로 결함을 신뢰성있게 검출하고자 한다면 필요하다. 여기에 서술될 시스템 및 방법은 상대위상을 연속적인 방식으로 변화시킬 수 있는 위상 제어기를 사용한다.

셋째로, 결함 신호는 상대위상을 적절히 변화시킴으로써 종래의 명시야 신호에 대해 상당히 증폭된다. 또한, 신호 증폭은 결함 크기가 작아질 때 더욱 중요하다. 최대 결함 신호 모드의 작동상 장점은 개선된 신호 안정성이다. 이것은 신호 세기가 극단적인 경우 외부 교란(pertubation)에 대한 제1오더 신호 감도가 0 이기 때문이다. 따라서, 여기에 서술된 시스템 및 방법은 양호한 안정성과 함께 더욱 높은 결함 검출 감도를 제공할 수 있다.

상 제어기는 불필요한 결함 신호의 증폭감소를 위해 사용될 수도 있다. 양호한 실시예는 실제로 노이즈가 아니라 결함 신호인 웨이퍼 패턴 노이즈이다. 대부분의 결함 검출 시뮬레이션에서는 웨이퍼 패턴 노이즈를 억제하는 것이 바람직하다. 만일 웨이퍼 패턴 노이즈의 억제가 관심대상인 결함 신호의 증폭 보다 중요하다면, 위상 제어기는 관심대상인 결함 신호를 최대로 하기 보다는 웨이퍼 패턴 노이즈를 최소화하도록 설정될 수 있다.

도33 내지 도35a에 있어서, 명시야 신호는 아직 상당히 크다. 그러나, 중요한 사실은 이것이 시뮬레이션에 사용된 결함 형태에 대해 진실이라는 점이다. 명시야 신호는 일부 형태의 실제 결함 보다 상당히 작을 수 있다. 이러한 논제를 이해하기 위해, 결함 신호는 더욱 명시적으로 기록될 수 있다. 결함 신호(s)는 결함으로부터의 생 신호와 거울 성분 사이의 차이 이다[식(3) 참조]. 따라서, 결함의 위치에서 결함 신호 진폭은 다음과 같다.

여기서, R_d 는 결함의 반사력

h 는 결함의 높이

식(17)은 다음 사실을 알려준다.

여기서, R_sur 은 주변 영역의 반사력

결함 신호는 완전히 가상적이다. 즉, 결함 신호와 거울 성분 사이의 위상 편차인 Φ_s 는 ±π/2 이다. 이 경우, 식(2c)에 도시된 간섭 텀은 0 이 되며, 명시야 신호에 기여하지 않는다. 결과적으로, 명시야 신호는 작은 결함에 대해 매우 낮은 암시야 신호와 동일하다. 이것은 명시야 시스템은 일부 형태의 결함에 대해 필연적으로 불완전하다는 것을 나타낸다.

양호한 실시예는 실리콘 웨이퍼의 상부상의 작은 고 반사성 입자이다. 입자의 반사력은 그 반사력이 실리콘의 반사력 보다 크기 때문에 식(18)을 만족시킨다. 만일 입자가 식(18)을 적절히 만족시킨다면, 명시야 시스템은 이를 발견하는데 어려움을 갖게 될 것이다. 도35b는 문제를 명확하게 도시하고 있다. 결함 크기는 10nm 이지만, 식(18)에 부응하기 위해 주변 영역 보다 그 반사력은 26% 이다.

이런 조건하에서, 명시야(3521) 및 암시야(3522)는 실제로 0 이다. 그러나, 신호는 분산된 성분과 거울 성분 사이의 상대위상을 제어함으로써 완전히 회복된다. 90°관련 이동은 간섭 신호(3523)를 발생시키며, -90°관련 위상 이동은 신호(3524)를 발생시킨다. 이런 실시예는 여기에 서술된 간섭 결함 시스템 및 방법의 파워를 나타내고 있다.

명시야 시스템은 밝은 결함에 매우 불완전할 수 있다는 것은 반직관적인 것으로 보인다. 그러나, 실제로는 이유가 있다. 이것은 2개의 극단적인 상황을 생각함으로써 적어도 질적으로 이해된다. 우리는 우리의 직관으로부터 만일 결함의 반사력이 주변 영역의 반사력 보다 낮거나 동일할 경우 명시야 신호가 네거티브 사인, 즉 그 생 영상의 딥(dip), 기준을 추출하기 전의 신호를 갖는다는 것을 안다. 그러나, 우리는 우리의 직관으로부터 만일 결함의 반사력이 주변 영역의 반사력 보다 클 경우, 명시야 신호는 포지티브 사인, 즉 그 생 영상에서 정점을 갖는다는 것을 안다. 이것은 우리에게 명시야 신호는 일부 간헐적인 결함 반사력을 위해서는 0 이어야만 한다는 것을 알려준다. 따라서, 일부 형태의 결함에 대한 명시야 시스템의 치명적인 불완전성이 존재한다. 만일 결함이 상대적으로 크다면, 식(18)을 만족시키기 위한 기회는 적다.

따라서, 일부 큰 결함에 대해 명시야 시스템이 불완전하게 될 기회가 적다. 그러나, 만일 결함이 1/4 파장 보다 훨씬 크다면, 식(18)을 만족시키기 위한 결함의 기회는 상당히 커진다. 결함 크기는 매우 빨리 줄어들고 있다. 따라서, 명시야 시스템은 미래 기술과 연관된 매우 빨리 줄어들고 있는 결함 크기에 대해 신뢰성있게 결함을 검출할 수 없을 것으로 예측된다. 여기에 서술된 시스템 및 방법은 결함 신호와 거울 성분 사이의 상대위상을 이용한다. 상기 실시예에서, 만일 위상 제어기가 거울 성분의 위상을 ±π/2 로 변화시킨다면, 간섭 텀은 다시 전체 강도를 회복한다.

도33에서, 신호 곡선(3312)은 신호 곡선(3314) 보다 절대 진폭이 미세하게 크다. 이것은 식(2c)에 도시된 암시야 텀 및 간섭 텀이 동일한 사인을 이송하고 곡선(3312)을 위해 구조적으로 부가하기 때문이다. 그러나, 곡선(3314)을 위해, 암시야 텀 및 간섭 텀은 반대 사인을 이송하고 파괴적으로 부가한다. 따라서, 이런 특수한 실시예에서, 곡선(3312)은 곡선(3312) 보다 결함 검출에 양호한 선택이 된다. 이런 특수한 실시예에서, 2가지 선택 사이의 차이는 적다. 고감도 작동모드는 그 어떤 특수한 형태의 결함에 대해 우리가 최적의 신호 곡선을 선택할 수 있게 한다.

영상화 시스템 개구의 예리한 엣지로부터의 회절로 인해, 결함 신호는 신호 측정 지점이 도33 내지 도35b에 도시된 바와 같이 신호의 외주 부분을 향해 이동할 때 일반적으로 사인을 변화시킨다. 따라서, 만일 신호가 전체 신호를 최대로 하기 위해 공간적으로 집적될 필요가 있다면, 집적 전에 모든 신호 부분을 포지티브 값으로 전환하는 것이 중요하다. 노이즈의 양은 주 노이즈 소스가 거울 성분으로부터의 광자 노이즈이고, 이들 둘은 공간적으로 균일하기 때문에 공간적으로 균일하다. 따라서, 신호는 신호의 중앙 또는 정점에서 가장 큰 신호-노이즈 비율을 가지며 그 외주에서 낮은 신호-노이즈 비율을 갖는다.

만일 신호변환 처리과정이 신호의 높은 신호-노이즈 부분을 향해 높은 중량(weight)을 형성하고 신호의 낮은 신호-노이즈 비율을 향해 낮은 중량을 형성한다면 바람직하다. 예를 들어, 신호의 절대값의 제곱 및 테이킹(taking)은 신호의 모든 부분을 포지티브 값으로 전환한다. 그러나, 신호의 제곱은 자동적으로 신호의 높은 품질 부분을 향해 더욱 많은 중량을 형성하는 반면에 신호의 절대값의 테이킹은 모든 신호에 동일한 중량을 형성한다. 따라서, 신호의 제곱은 신호의 절대값의 테이킹 보다 양호한 전환 처리이다. 그러나, 신호의 제곱은 테이킹 처리 보다 계산 시간이 더 소요된다. 따라서, 실제 시스템에서 만일 계산 리소스가 제한된다면, 성능과 속도 사이의 일부 타협이 필요하다.

콘트라스트 강화

상술한 바와 같이, 강한 거울 성분은 결함 신호의 높은 노이즈리스 증폭을 의미한다. 결함 신호의 높은 노이즈리스 증폭은 추출된 영상에 높은 결함 콘트라스트를 이끈다. 이것은 다시 더욱 민감하고 안정적인 결함 검출 시스템으로 이어진다. 따라서, 일반적으로 강한 거울 성분이 선회된다. 강한 거울 성분은 추출된 영상의 콘트라스트를 강화하지만 생 영상의 콘트라스트는 감소시킴을 인식해야 한다. 결함 검출에 관한 콘트라스트는 추출 전의 생 영상이 아니라 추출된 영상의 콘트라스트이다. 이런 기준은 위상차 형태를 포함하는 종래의 모든 현미경 및 그 파생물과는 반대이며, 생 영상의 콘트라스트를 증가시키는데 노력한다. 그러나, 너무 강한 거울 성분은 그 동적 범위가 매우 넓지 않다면 영상 센서를 포화시킬 수 있으며, 따라서 바람직하지 않은 방법으로 결함 신호의 왜곡으로 나타난다. 이것은 신호에 그레이 레벨의 불충분한 갯수를 이끈다. 따라서, 영상 센서의 동적 범위가 포화될 때, 결함 신호의 왜곡을 피하기 위해 생 샘플 영상의 콘트라스트는 증가될 필요가 있으며, 거울 성분은 감소될 필요가 있다.

만일 결함 또는 웨이퍼 패턴이 파장 보다 너무 작다면, 적절히 높은 고 영상 콘트라스트를 얻기 위해 거울 성분의 상당한 감쇄가 유용하다. 수치 시뮬레이션은 콘트라스트 강화라는 이런 방법의 효과를 확인하였다.

도36은 거울 성분의 세기를 96% 로 감쇄함으로써 콘트라스트가 강화된 40nm 결함의 영상을 도시하고 있다. 곡선(3610)은 거울 성분을 감쇄한 후의 결과를 도시하고 있으며, 곡선(3612)은 거울 성분을 감쇄하기 전의 결과를 도시하고 있다.

도37은 거울 성분의 세기를 99.9% 로 감쇄함으로써 달성된 20nm 결함의 영상의 강화된 콘트라스트를 도시하고 있다. 곡선(3710)은 거울 성분을 감쇄한 후의 결과를 도시하고 있으며, 곡선(3712)은 거울 성분을 감쇄하기 전의 결과를 도시하고 있다. 시뮬레이션에 사용된 감쇄량은 과도했음을 인식해야 한다. 이들은 추천되지도 않고 많은 경우에서 실제적이지 않지만, 우리는 콘트라스트 강화를 위한 기술의 능력을 입증하기 위해 사용하였다.

예측된 바와 같이, 작은 결함은 동일한 영상 콘트라스트를 달성하기 위해 거울 성분의 강한 감쇄를 요구한다. 웨이퍼상의 결함 및 회로 패턴의 크기는 완만하게 지속적으로 감소될 것이며, 영상 센서에서 높은 동적 범위의 달성은 어렵고 값비싸질 수 있다. 따라서, 거울 성분의 강한 감쇄는 미래의 작은 결함에 대처하는데 필요하다. 이것은 많은 실시예에서 감쇄기가 거울 성분의 통로에 배치되는 이유이다.

이런 종류의 콘트라스트 강화 기술의 단점중 하나는 광 에너지의 큰 손실이다. 거울 성분의 감쇄로 인한 에너지 손실을 보상하기 위해, 조명 통로에 더 많은 광이 공급될 수 있으며, 또는 검출기 신호가 장시간동안 집적될 수 있다. 많은 적용에 있어서, 이런 선택사항중 그 어떤 것도 강렬한 조명 비임이 샘플을 손상시킬 수 있고 긴 검출기 집적 시간이 효율을 감소시킬 것이기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 콘트라스트 강화는 조심스럽게 사용되어야만 하며 다른 바람직하지 않은 부작용을 염두에 두어야 한다. 샘플상의 넓은 영역의 조명과 이에 비례한 대형 검출기 어레이의 사용은 효율을 보존하면서 강렬한 조명광에 의한 샘플 손상의 가능성을 감소시킬 수 있지만, 이것은 일반적으로 더욱 값비싼 설비 디자인을 필요로 한다.

바람직하게도, 콘트라스트 강화를 명확하게 나타내기 위해 거울 성분이 시뮬레이션에 심하게 감쇄되더라도, 대부분의 실제 경우는 더 많은 콘트라스트 강화가 현재의 결함 검출 시스템에 사용된 영상 센서의 넓은 동적 범위에 기인할 것을 필요로 하지 않는다. 적절한 콘트라스트 강화는 현재 관행상 허용될 뿐만 아니라 신호 증폭과 광에너지 사용 및 시스템 효율에 필요한 현재 요구사항을 고려할 것이 선호된다.

도36의 결함 영상(3610)과 도37의 결함 영상(3710)의 형태로부터 중요한 결론이 도출될 수 있다. 결함 영상의 형태는 간섭 텀이 거울 성분의 다량의 감쇄에도 우월하다는 것을 나타낸다. 만일 감쇄가 99.9% 라면, 간섭 텀은 아직도 우세하다. 간섭 텀은 거울 성분에 의한 신호의 노이즈리스 증폭에 의해 형성되며, 샘플의 낮은 반사력은 거울 성분의 높은 감쇄와 거의 동일한 효과를 갖는다. 따라서, 거울 성분의 매우 높은 감쇄에도 불구하고 간섭 텀의 우월성은 극도로 낮은 반사력의 샘플인 경우라도 거울 성분에 의한 노이즈리스 신호 증폭이 매우 효과적으로 작동되는 것을 의미하는 것으로 해석된다. 이것은 거울 성분에 의한 노이즈리스 신호 증폭에 의존하는 여기에 서술된 모든 시스템 및 방법이 어떠한 종류의 샘플에도 실질적으로 양호하게 작동된다는 것을 의미한다. 실제로, 결함이 작을수록, 거울 성분에 의한 결함 신호의 노이즈리스 증폭이 더욱 효과적이다. 더욱 정밀한 지지 실시예가 하기의 "암시야 모드의 제한" 이라는 섹션에서 서술될 것이다.

편광의 선택

상술한 바와 같이, 대부분의 경우에 결함 신호의 신호-노이즈 비율은 조명광 및 수집된 광의 편광 상태에 의존한다. 따라서, 관심있는 결함에 대한 정확한 편광을 선택하는 것이 중요하다. 정확한 편광의 선택은 직관, 이론적 모델링, 수치 시뮬레이션, 또는 실험에 따라 실행될 수 있다. 그러나, 일반적으로는 그 많은 갯수 때문에 모든 상이한 편광 조합을 검사하는 것이 비현실적이다. 결함과 그 인접한 패턴이 나선형 구조를 갖지 않는 한, 편광 선택은 선형 편광의 조합에 대해 제한될 수 있다.

2. 캐치올 모드

결함은 진폭 뿐만 아니라 분산된 광의 위상을 바꿀 수 있다. 상이한 종류의 결함은 분산된 광의 진폭 및 위상을 상이하게 영향을 끼친다. 따라서, 만일 분산된 광의 진폭 및 위상이 측정된다면, 더 많은 결함이 포착될 뿐만 아니라 결함에 대한 더 많은 정보도 얻을 수 있다. 캐치올 모드는 결함 신호의 진폭 및 위상의 결정에 의존한다. 결함 신호가 그 진폭 및 위상에 의해 완전히 결정되기 때문에, 만일 노이즈가 충분히 낮다면, 캐치올 모드는 원래 실질적으로 1회의 작동으로 모든 종류의 결함을 포착할 수 있다.

결함은 그 진폭 및 사이 정보가 유용할 경우 더욱 정밀하게 분류될 수 있다. 예를 들어, 결함의 크기는 만일 결함이 입자형이거나 공극형일 경우 또는 메사형이거나 계곡형일 경우 그 결정될 수 있는 진폭 정보 및 위상 정보로부터 추정될 수 있다. "3개의 스캔 방법" 의 섹션에서 실시예가 서술될 것이다.

만일 샘플 기질(substrate) 및 패턴 물질과 같은 다른 데이터와 주변의 패턴 형상 등이 부가적으로 사용된다면, 더욱 정밀한 결함 분류가 가능하다.

더욱 정밀한 결함 분류는 통상적으로 값비싼 결함 관찰 처리과정에서 상당한 시간 절감자(saver) 이다. 결함 관찰은 일반적으로 값비싼 그러나 느린 전자 현미경의 사용을 필요로 한다. 또한, 캐치올 작동모드에서 수집된 정보는 다른 작동모드의 적절한 셋업에 매우 유용할 수 있다. 다른 작동모드의 적절한 셋업을 위해 캐치올 모드의 사용은 셋업 시간을 절약할 뿐만 아니라 신속한 자동 셋업을 가능하게 할 것이다.

캐치올 모드는 캐치올 모드 자체의 셋업을 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 상이한 위상 이동에 각각 대응하는 상이한 갯수의 샘플 스캔으로 또한 상이한 편광으로 여러번 작동될 수 있다. 그후, 그 결과는 캐치올 모드 자체의 최적 사용을 위해 최적 갯수의 샘플 스캔과 최적의 편광 세팅을 결정하도록 서로 비교될 수 있다. 따라서, 상기 캐치올 모드는 강력한 모드이다. 캐치올 모드의 1회 작동은 여러번의 샘플 스캔을 필요로 한다. 그러나, 그 효율은 다른 모드에 비해 더 낮을 것으로 예측되지 않는데, 그 이유는 단일의 작동으로 모든 상이한 종류의 결함을 포착할 수 있고 여러번의 스캔 사이에 샘플 로딩/언로딩이 필요없기 때문이다. 또한, 효율 감소는 결함 관찰 처리시 효율 증가에 의해 양호하게 보상될 것이다. 따라서, 캐치올 모드는 그 낮은 효율에도 불구하고 대중적인 작동모드가다.

3회 스캔 방법

식(2c)은 간섭 텀이 진폭과 결함 신호의 상대위상의 코사인을 보유하는 것을 도시하고 있다. 결함 신호의 진폭 및 상대위상을 결정하기 위하여, 샘플의 적어도 3회 스캔이 사용될 필요가 있다. 2회 스캔은 다른 알 수 없는 전체 암시야 텀이 있기 때문에 충분치 않다. 거울 성분의 위상은 각각의 스캔을 위해 상이하게 세팅될 필요가 있다. 이것은 위상 제어기를 보정함으로써 달성될 수 있다. 위상 제어기를 위한 보정 방법은 이전의 섹션에서 서술되었다.

거울 성분의 초기 위상값은 중요하지 않으므로, 거울 성분의 그 어떤 위상 세팅이라도 사용될 수 있다. 예를 들어, 만일 샘플의 제1스캔을 위한 거울 성분의 위상값이 φ_b 이고, 제2 및 제3스캔을 위한 위상 변화가 θ₁ 및 θ₂ 라면, 제1 내지 제3스캔을 위한 거울 성분의 복소 진폭은 다음과 같이 표시된다.

3개의 샘플 스캔을 위한 영상 세기는 다음과 같이 표시된다.

다이-다이[또는 셀(cell)-셀] 추출된 세기는 다음과 같다.

다이-다이 추출된 세기는 결함 신호의 필요한 진폭 및 위상 정보를 보유한다. 따라서, 이들 다이-다이 추출된 세기는 전체 웨이퍼를 위해 저장될 필요가 있다. 이것은 메모리 공간의 비현실적인 양을 요구하는 것으로 보인다. 그러나, 실제로 많은 메모리 공간을 필요로 하지 않는데, 그 이유는 데이터가 결함 주위의 영역에서만 0 이 아니고 이것은 실제로 매우 드물기 때문이다. 0 이 아니 또는 설정된 임계값 보다 큰 값만 저장될 필요가 있다. 0 또는 임계값 보다 작은 값은 저장될 필요가 없다.

만일 θ₁ 및 θ₂ 이 0 이 아니도 θ₁ ≠ θ₂ 라면, 우리는 식(25),(26),(27)으로부터 결함 신호의 복소 진폭(또는 등가적으로 진폭 및 위상)을 결정할 수 있다. 증폭된 결함 신호의 복소 진폭의 실제 부분 및 가상 부분은 다음과 같다.

우리는 전체 암시야 텀이 다음과 같이 표시되는 것을 알 수 있다.

만일 θ₁ = -θ₂ = θ≠0 이라면, 식(28), (29), (30) 은 하기의 식을 감소시킨다.

θ1 및 θ2 값을 위해서는 여러가지 양호한 선택이 있다. 그러나, θ1 = - θ2 = 2π/3 인데, 그 이유는 식(38)으로 도시된 바와 같이 신호 세기 방정식의 최종적인 간단성 때문이다. θ₁ = -θ₂ = π/3 또는 θ₁ = π/3, θ₂ = 2π/3 과 같은 다른 선택도 마찬가지로 작동되지만, 신호 세기의 표시는 식(38)처럼 간단하고 대칭적이다. 만일 θ₁ = -θ₂ = 2π/3 라면, 식(32), (33), (34)은 하기의 식으로 더욱 감소된다.

이 경우 증폭된 결함 신호 세기(I_s)는 하기의 간단한 표현을 갖는다.

I_s 는 생 신호 세기이다. 그 크기는 조명광 뿐만 아니라 거울 성분의 세기에도 의존한다. 따라서, 결함 신호를 더욱 지속적으로 하기 위해, I_s 는 조명광 비임 및 거울 성분의 세기에 대해 표준적이어야 한다.

조명은 시야를 통해 매우 균일하게 이루어지지만, 거울 성분의 세기는 전체 시야에 대해 상당히 심하게 변화될 수 있다. 거울 성분의 세기 변화의 정화한 측정은 어렵다. 정상화를 위한 적절한 값은 미세하다. 거울 성분의 국부적 세기의 값은 대부분의 경우 전체 세기의 국부적 평균에 의해 추정될 수 있다. 따라서, 생 증폭된 결함 신호 세기(I_s)는 하기와 같이 적절히 정상화될 수 있다.

여기서 I_ill 은 샘플 평면에서 조명의 세기 이다.

I_local 은 영상 평면에서 전체 광 세기의 국부적 평균이다.

I'_s 는 증폭된 결함 신호의 정상화된 세기 이다. I_ill 은 ｜s｜² 를 정상화하며, I_local 은 ｜b｜² 를 정상화한다. 결함은 일반적으로 I'_s 의 정점값을 임계값으로 불리우는 설정값과 비교함으로써 검출된다. 전체 성능을 개선시키기 위해 더욱 면밀한 결함 검출 알고리즘이 사용될 수도 있다.

예를 들어, I'_s 는 공간적으로 집적되며, 정점값이 아닌 그 집적된 값은 설정된 임계값과 비교될 수 있다. 또한, 검출기 요소의 미세한 폭으로의 결함 영상의 수치 디콘볼루션도 다른 방법을 따라 적용될 수 있다. 신속한 디콘볼루션 방법은 "공간 주파수 대역폭" 의 섹션에서 서술될 것이다. 증폭된 결함 신호의 정상화된 세기는 결함의 존재를 폭로할 뿐만 아니라 결함의 크기에 관한 결정적인 정보를 제공한다.

옵티칼 신호는 결함의 물리적 크기 정보를 직접적으로 제공하지 않는다. 오히려, 결함의 "옵티칼 크기" 만을 제공한다. 물리적 크기와 옵티칼 크기 사이의 연관성은 복잡해질 수 있다. 따라서, 옵티칼 신호만으로 결함의 물리적 크기를 정확하게 추정하는 것이 어렵다. 그러나, 우리는 실험 또는 시뮬레이션을 통해 결함의 물리적 크기와 옵티칼 크기 사이의 일반적인 연관성을 설정할 수 있다. 그리고, 결함의 물리적 크기는 일반적인 연관성으로부터 적절히 추정될 수 있다. 만일 결함 조성물 데이터, 레티클 패턴 데이터 등과 같은 다른 데이터가 부가적으로 사용된다면 결함의 더욱 정밀한 특징이 가능할 것이다.

거울 성분에 대한 결함 신호의 위상(φ_s )은 다음과 같다.

더욱 의미있는 위상값은 φ_s 과 " 위상 제어기" 섹션에 서술된 기준 위상값 사이의 차이 이다. 따라서, 만일 기준 위상의 값이 0 이 아니라면, 우리는 φ_s 로부터 기준 위상값을 추출한다. 위상 정보는 더욱 정밀한 결함 분류를 위해 부가의 중요한 정보를 제공한다. 예를 들어, 위상 정보는 만일 결함이 입자형인지, 공극형인지, 메사형인지, 또는 계곡형인지의 여부를 즉시 결정한다. 정밀한 그리고 신뢰성이는 결함 분류는 신뢰성있는 결함 검출처럼 매우 중요하다. 현존의 기술은 결함 분류를 위해서만 부분적인 진폭 정보에 의존하며, 이것은 매우 신뢰할 수 없는 결함 분류로 귀결된다. 여기에 서술된 시스템 및 방법은 결함 분류를 위해 진폭 및 위상 정보를 이용하는 것을 허용한다. 두 식의 사용은 더욱 정밀한 신뢰성있는 결함 분류를 허용한다.

만일 결함 조성물 데이터, 레티클 패턴 데이터 등과 같은 부가의 정보가 사용된다면, 더욱 균일한 결함 분류가 가능할 것이다. 더욱 정밀한 그리고 신뢰성있는 결함 분류 능력은 여기에 서술된 시스템 및 방법의 중요한 특징중 하나이다. 결함 위상 정보는 고감도 작동모드를 위해 위상 제어기를 적절히 설정하는데 사용될 수도 있다.

웨이퍼 패턴 노이즈, 잘못된 결함 등과 같은 관심없는 결함은 실제로 진짜 결함이다. 캐치올 모드는 이러한 종류의 결함을 연구하거나 특징화하는데 매우 효과적으로 사용될 수도 있으므로, 이들은 가장 효과적으로 분별될 수 있다.

도38은 신호 세기와 20nm 의 위상을 실시예로서 도시하고 있다. 곡선(3810)은 신호 세기이고, 곡선(3812)은 대응하는 위상 이다. 이런 결함의 검출을 위하여, 일반적으로는 신호 세기의 정점값만 필요하다.

식(37)은 조명 세기로 정상화될 수 있으며, 암시야 신호의 강도를 평가하는데 사용되며, 이것은 암시야 작동모드가 결함을 신뢰성있게 발견하는데 사용될 수 있는지의 여부를 결정할 것이다.

식(35) 내지 식(39)는 실제 시스템에서 특히 유용한데, 그 이유는 이들을 계산하는데 계산시간이 많이 소요되지 않으며 이들은 위상 각도의 동일한 분할로 인해 임의의 노이즈에 대해 적어도 민감하기 때문이다. θ₁ = -θ₂ = 2π/3 을 선택하고 이들 식을 사용함으로써, 3회 스캔 방법은 결함 신호의 복소 진폭을 매우 효과적인 방식으로 완전하게 결정할 수 있다.

식은 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel) 평행 연산을 허용한다. 따라서, 거대한 평행 계산 기술을 이용함으로써 실시간 계산이 어려움없이 실현될 수 있다. 예를 들어, 수많은 그래픽 처리 유니트(GPU) 및 지지 칩 세트를 사용함으로써 현존의 기술로 강력한 거대 평행 컴퓨터가 값싸게 구축될 수 있다.

증폭된 결함 신호 세기인 식(38) 또는 식(39)는 결함 신호이 실제 부분이 아이나 전체의 세기이며, 따라서 결함의 존재에 대한 진정한 표시자(indicator)이다. 이를 설정된 임계값과 비교함으로써, 우리는 결함이 관심을 가질 정도로 충분히 큰지의 여부를 말할 수 있다. 결함이 관심대상이라면, 우리는 식(35, 36)을 이용하여 그 신호의 복소 진폭을 계산함으로써 이를 특징화할 수 있다. 이것은 결함이 어떤 종류인지에 대한 약간의 결정적인 정보를 제공한다.

예를 들어, 도39는 20nm 입자 및 20nm 공극으로부터 결함 신호의 위상을 도시하고 있다. 곡선(3910)은 20nm 공극의 위상을 도시하며, 곡선(3912)는 20nm 입자의 위상을 도시하고 있다. 도39로부터 입자 및 공극은 결함 신호의 복소 진폭에 반대 사인의 위상 각도를 제공하는 것을 알수 있다. 따라서, 결함 신호의 진폭이 동일하더라도, 우리는 어느 것이 입자형 결함인지 어느 것이 공극형 결함인지를 말할 수 있다.

만일 결함 크기가 수집 옵틱의 해상도와 비교할 수 있거나 상기 옵틱의 해상도 보다 크다면, 결함의 더욱 상세한 그림(picture)을 얻기 위하여 영상화 옵틱의 포인트 스프레드 함수의 복소 진폭으로 결함 신호의 복소 진폭을 디콘벌브(deconvolve)할 수 있다. 이런 능력은 결함 분류가 더욱 정밀해지는 것을 도울 것이다. 더욱 정밀한 결함 분류는 결함 관찰이 일반적으로 값비싸지만 느린 전자 현미경의 사용을 요구하기 때문에 일반적으로 매우 값비싸고 느린 결함 관찰 처리시 상당한 시간 절감으로 이어진다. 따라서, 멀티플 샘플 스캔으로 인한 효율 가소는 결함 관찰 처리시의 효율증가에 의해 양호하게 보상될 것이다.

다른 중요한 특징은 증폭된 결함 신호 세기의 강도를 나타내는 식(38) 또는 식(39)이 결함 신호의 위상값에 의존하지 않는다는 점이다. 이것은 캐치올 모드가 잠재적으로 그 어떤 종류의 패턴으로 둘러싸인 그 어떤 종류의 결함이라도 포착할 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 캐치올 모드가 강력한 모드인 이유이다. 종래의 기법은 결함 신호의 복소 진폭의 실제 부분 및 가상 부분을 측정할 수 없기 때문에 캐치올 모드를 지지할 수 없다. 이들은 오직 실제 부분만을 측정할 수 있다. 이 경우, 신호 세기는 결함 신호와 그 주변 패턴 위상의 상대위상값에 정밀하게 의존한다. 따라서, 종래의 기술은 모든 상이한 종류의 결함을 발견할 수 없다. 오히려, 종래의 기술은 상당수의 결함을 놓칠 수 있다.

2회 스캔 방법

상술한 바와 같이, 일반적으로 결함 신호의 복소 진폭을 완전하게 결정하기 위해서는 적어도 3회 샘플 스캔이 필요하다. 그러나, 만일 전체 신호의 암시야 부분이 간섭 부분에 비해 무시할 수 있다면, 결함 신호의 복소 진폭을 결정하기 위해서는 2회 샘플 스캔으로도 충분하다. 이것은 식(25) 및 식(26)으로부터 알 수 있다. 만일 식에서 암시야 부분을 무시하고 θ₁ = ±π/2 로 설정한다면, 상기 식은 다음을 제공한다.

증폭된 결함 신호 세기(I_s)는 다음과 같이 된다.

정상화된 증폭된 결함 신호 세기(I_s')는 다음과 같이 된다.

만일 영상 센서가 큰 동적 범위를 갖는다면, 전체 신호의 간섭 부분을 대량으로 부스트할 수 있다. 이 경우, 전체 신호의 암시야 부분은 너무 작아서, 우리는 캐치올 작동모드의 속도를 올리기 위해 2회 스캔 방법을 사용할 수 있다.

4회 스캔 방법

거울 성분의 4개의 위상값을 위한 간단한 선택은 0, π, π/2, -π/2 이다. 만일 1회 스캔당 거울 성분의 0, π, π/2, -π/2 로 위상값으로 샘플을 4회 스캔한다면, 다음과 같다.

다이-다이 추출된 세기는 다음과 같다.

증폭된 결함 신호의 복소 진폭의 실제 부분과 가상 부분은 다음과 같다.

이 경우 증폭된 결함 신호 세기(Is)는 하기의 간단한 표현을 갖는다.

정상화된 증폭된 결함 신호 세기는 다음과 같다.

거울 성분에 대한 결함 신호의 위상(Φ_s)은 다음과 같다.

이런 4회 스캔 방법은 간단한 방정식을 제공한다. 그러나, 그 주요한 결점은 결함 신호와 거울 성분 사이의 상대위상 각도가 45°로 커진다는 점이다. 3회 스캔 방법을 위한 최대 절대위상 각도는 30°임을 인식해야 한다. 이런 사실은 4회 스캔 방법이 3회 스캔 방법 보다 일부 결함에 대해 민감하지 않게 한다. 3회 스캔 방법 보다 양호한 감도를 달성하기 위해, {0, π, π/2, -π/2} 이외의 상이한 위상값이 선택될 수 있다. 가능한 상이한 선택은 {0, π/4, π/2, 3π/4}, {±π/8, ±3π/8} 등이다. 그러나, 다른 선택으로는 결함 신호를 결정하고 결함 신호의 분석된 표현을 더욱 복잡하게 하기 위해 회귀 방법(regression method)의 사용을 포함한다(결함 신호의 일반적 표현을 위한 다음 서브섹션 참조). 4회 스캔 방법의 또 다른 결점은 여분의 샘플 스캔을 필요로 하기 때문에 3회 스캔 방법에 비해 효율이 감소된다.

높은(higher) 스캔 방법

더욱 독립적인 영상 데이터는 양호한 신호-노이즈 비율로 이어진다. 따라서, 신호-노이즈 비율을 증가시키기 위해, 샘플은 각각의 스캔당 거울 성분의 상이한 위상 세팅으로 4회 이상 스캔될 수 있다. 이 경우, 데이터의 양은 결함 신호의 복소 진폭을 독특하게 결정하는데 필요한 양 보다 많다. 따라서, 결함 신호를 결정하기 위해 회귀 방법이 채택된다. 공지의 장점 및 단점을 갖는 유용한 많은 상이한 회귀 방법이 있다. 가장 대중적인 방법은 최소자승 회귀(least-square regression) 이다. 이것은 만일 노이즈가 랜덤이고 현재 경우에 대한 분석 접근을 허용할 경우 양호한 선택이 된다. 분석 회귀는 많은 계산 시간을 절감할 수 있기 때문에 중요하다. 만일 노이즈가 랜덤이 아니라면 다른 회귀 방법이 더 적절할 수 있지만, 그러나 이들은 분석 접근을 허용하지 않는다. 따라서, 여기에서는 최소자승 회귀가 제공된다.

샘플은 각각의 스캔당 상이한 위상 세팅으로 N회 스캔된다고 가정하면, n회 스캔시 이론적 다이-다이 추출된 영상 세기(△I_n ⁽⁰⁾)는 다음과 같이 표시된다.

오차 함수(error function)는 최소자승 회귀에서 다음과 같이 표시된다.

여기서 △In 은 n회 스캔시 실제 다이-다이 추출된 영상 세기이고,

△In(0) 은 n회 스캔시 이론적 다이-다이 추출된 영상 세기이다.

우리는 오차 함수를 최소화하는 D, s_x, s_y 값을 찾아야만 한다. D, s_x, s_y 에 대한 오차 함수의 슬로프(slope)는 그 최소값에서 0 이 된다. 따라서, 솔루션은 하기의 3개의 방정식을 만족시킨다.

그리고, 식(62)으로부터 ,

식(65)을 식(63) 및 식(64)으로 치환하면 다음과 같다.

식(66) 및 식(67)으로 부터,

식(73, 74)은 증폭된 결함 신호의 복소 진폭을 위해 일반적으로 가장 양호한 솔루션이다. 식(73) 및 식(74)을 식(65)으로 치환하면 다음과 같다.

신호 세기 및 위상은 신속히 계산되며, 상술한 방식으로 결함 검출 및 분류를 위해 사용된다. 식(75)은 조명 세기로 정상화될 수 있으며, 암시야 신호의 강도를 평가하는데 사용된다. 암시야 신호의 강도를 평가함으로써, 우리는 만일 암시야 작동모드가 결함을 발견하는데 사용될 수 있는지의 여부를 말할 수 있다.

일반적으로, 만일 N≥4 이라면, 우리는 회귀후 잔류 오차의 양을 계산함으로써 측정 데이터의 집적도를 추정할 수 있다. 잔류 오차는 식(73, 74, 75)을 식(61)에 치환하고 식에서 각각의 텀을 더함으로써 신속히 계산될 수 있다. 잔류 오차를 설장값과 비교함으로써, 우리는 측정의 사운드니스(soundness)를 말할 수 있다. 잔류 오차의 측정은 시스템 트러블 슈팅에 특히 도움이 된다. 이것은 일반적으로 시스템 슈팅 처리에서의 첫번째 단계이다.

식(73 내지 75)은 N=3 일 때 식(28 내지 30)으로 감소된다.

만일 위상 세팅이 하기의 조건을 만족시키도록 선택된다면,

[실시예로서, 상기 조건은 만일 모든 θn 이 그들 사이에 균일한 각도 간격(angular interval)로 선택될 겨우 충족될 수 있다]

그후,

그리고 결과적으로, 이 경우

식(78, 78)으로부터

식(78 내지 81)이 N=3 이고 θ₀ = 0, θ₁= -θ₂ = 2π/3 일 때 식(28 내지 30)으로 감소된다는 것을 아는 것은 쉽다. 또한, 이들은 N=4 이고 θ₀ = 0, θ₁= π, θ₂ = -Φ₃ =π/2 일 때도 식(53 내지 56)으로 감소시킨다.

도시된 바와 같이, 캐치올 모드를 위한 회귀 처리는 분석적으로 실행될 수 있다. 따라서, 캐치올 모드의 동작은 더욱 신뢰성있는 결함 신호를 얻기 위해 샘플이 3회 이상 스캔되는 경우라도 과도한 계산 시간을 요구하지 않는다. 한정적으로, 더 많은 스캔은 낮은 효율을 의미한다. 그러나, 만일 신호-노이즈 비율이 낮거나 또는 높은 신호-노이즈 비율이 필요하다면, 더 많은 샘플 스캔이 상당한 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 결함 신호의 정밀한 연구는 높은 신호-노이즈 비율의 결함 신호의 공급으로부터 이익을 얻을 수 있으며, 이것은 캐치올 모드를 수많은 샘플 스캔으로 작동시킴으로써 쉽게 얻어질 수 있다.

만일 N 이 크고 상대위상이 신속히 변화되고 측정 데이터가 급속히 수집될 수 있다면, 시스템은 주파수변환식(heterodyne) 모드로 작동될 수 있다. 주파수변환식 모드는 1/f 이하의 노이즈로 고통을 받으므로 일반적으로 명확한 측정 데이터를 제공할 수 있다. 주파수변환식 방법은 비교접 쉽게 정적인 또는 계단식 시스템에서 실행될 수 있지만, 그러나 일반적으로 스캐닝 시스템에서, 특히 빠른 스캐닝 시스템에서 실행하는 것은 어렵다.

콘트라스트 강화

만일 영상 센서의 동적 범위가 포화된다면, 영상의 콘트라스트는 신호 집적성을 보존하기 위해 캐치올 모드에서 증가될 필요가 있다. 이 경우, 고감도 모드 섹션에서 서술하였던 동일한 콘트라스트 강화 기술이 사용될 수 있다.

편광 부동(diversity)

상술한 바와 같이, 결함 신호의 강도는 조명광 및 분산된 광의 편광 상태에 의존할 수 있다. 따라서, 만일 관심대상인 결함이 상이한 종류의 결함으로 구성되었다면, 그 신호 강도는 편광 상태에 상이하게 의존하며, 모든 상이한 종류의 결함을 포착하기 위해 영상은 멀티플 상이한 편광 상태로 수집될 필요가 있다. 이것은 편광 부동으로 불리운다. 원리적으로 편광 부동에 대처하는 것은 위상 이동 및 편광 세팅의 상이한 조합으로 많은 스캔을 요구한다. 실제로, 이것은 실질적이지 않으며, 작은 결함 하나 또는 두개를 놓칠 가능성으로 효율의 평형을 맞추기 위한 양호한 선택이 요구된다. 광학물리학의 기본적인 이해가 편광 부동에의 대처에 도움을 준다. 예를 들어, 결함 및 그 인접 패턴이 나선형 구조를 갖지 않는 한, 사용된 편광 조합은 선형 편광 조합으로 제한될 수 있다.

공간 주파수 대역폭

수집 렌즈에 의해 수집된 옵티칼 신호의 복소 진폭 분배의 최대 공간 주파수는 NA/λ 이며, 상기 NA 는 수집 렌즈의 개구수 이다. 그러나, 세기 분배(intensity distribution)를 위한 최대 공간 주파수는 세기가 복소 진폭의 절대 스퀘어(absolute square)이기 때문에 2NA/λ 가 된다. 그러나, 만일 식(1)을 더 자세히 살펴보면, 실제로 오직 암시야 텀만이 2NA/λ 의 최대 공간 주파수를 갖는 것을 발견하게 된다. 간섭 텀의 최대 공간 주파수는 대략 NA/λ 일 뿐이다. 이것은 샘플을 거의 수직방향으로부터 조명함으로써 거울 성분의 최대 공간 주파수가 매우 작아질 수 있기 때문이다. 이런 사실은 도40에 도시되어 있으며, 상기 도40은 암시야 공간 주파수 대역폭으로 결함 신호 성분의 공간 주파수 대역폭과 조명의 수직 입사를 비교하고 있다. 고감도 모드 및 암시야 모드를 위한 최대 공간 주파수는 2NA/λ 인데, 그 이유는 이들은 그 영상 측정시 암시야 텀을 가지며 이들을 이용하기 때문이다. 그러나, 캐치올 모드는 신호 처리중 모든 암시야 모드를 강하시키며, 오직 간섭 텀에만 이용한다. 따라서, 캐치올 모드를 위한 최대 공간 주파수는 2NA/λ 가 이나라 NA/λ 이다. 이것은 상당한 암시를 내포하고 있다. 나이퀴스트-새넌(Nyquist-Shannon) 샘플링 정리는 영상 샘플링의 공간 주파수는 명상에서 모든 정보를 픽업하고 신호 에일리어싱(aliasing)을 피하기 위해 영상의 최대 공간 주파수 보다 적어도 2배 이어야 한다고 서술하고 있다. 상기 나이퀴스트-새넌 샘플링 정리는 영상 센서가 샘플링 장치의 한종류이기 때문에 영상센서에 적용된다.

이것은 만일 우리가 모든 모드를 위해 동일한 영상 센서를 사용한다면, 캐치올 모드를 위한 영상 배율은 결함에 관해 필요로 하는 모든 정보를 픽업하고 신호 에일리어싱을 피하기 위해 고감도 모드 또는 암시야 모드처럼 높을 필요가 없다는 것을 의미한다. 이것은 영상 센서는 캐치올 모드의 샘플 평면에서 커다란 관찰 시야를 담당할 수 있음을 의미한다. 커다란 관찰 시야는 높은 효율을 의미한다. 따라서, 이론적으로 적어도 멀티플 샘플 스캔으로 인한 캐치올 모드의 효율 감소는 관찰시야의 증가에 의해 상당히 보상될 수 있다.

만일 암시야 신호가 간섭 신호에 비해 작거나 무시할 수 있다면, 우리는 성능에 영향을 끼침없이 효율을 증가시키도록 고감도 작동모드를 위해 영상화 시스템의 배율을 감소시킬 수 있다. 결함 크기가 작아짐에 따라 암시야 신호도 적어지고, 덜 중요해진다. 암시야 신호는 미래에는 극히 작아지거나 무시할 수 있게 된다. 따라서, 간섭 결함 검출 시스템의 미래 세대는 고감도 모드 및 캐치올 모드를 위해 동일한 영상 배율을 사용할 수 있다. 또한, 간섭 결함 검출 시스템의 미래 세대에서 암시야 모드는 이런 신호 성분의 낮은 세기로 인해 다른 작동모드를 위한 영상 배율 보다 높은 영상 배율로 작동될 수 있다. 만일 조명 광선 통로가 고정된다면, 영상 배율은 변화될 필요가 없다. 이것은 동일한 고정된 영상 배율이 간섭 결함 검출 시스템의 미래 세대에서 모든 작동모드를 위해 사용된다는 것을 제안한다. 단일의 고정된 영상 배율은 시스템의 제조 비용을 절감시키면서 영상화 시스템을 안정시킬 뿐만 아니라 그 동작도 간단하게 할 것이다.

나이퀴스트-새넌 샘플링 정리가 샘플링 함수로서 델타 함수인 것으로 가정하는 것을 인식해야 한다. 그러나, 그 어떤 실제 샘플링 함수라도 델타 함수일 수는 없다. 실제 샘플링 함수는 미세한 폭을 가져야만 하는데, 그렇지 않다면 이들은 신호를 감지할 수 없다. 영상 센서는 일종의 공간 샘플링 장치이다. 샘플링 함수의 폭은 영상 센서의 각각의 픽셀에서 감광 영역의 폭 이다. 고감도 또는 높은 동적 범위는 일반적으로 넓은 감광 영역을 요구한다. 따라서, 나이퀴스트-새넌 샘플링 정리는 적절한 변경으로 실제 시스템에 적용된다. 그러나, 여기에 제공된 일반적인 토론은 아직도 지속된다.

샘플링 함수의 미세 폭의 폐단을 제거하는 표준 방법은 영상을 샘플링 함수로 디콘볼브(deconvolve)하는 것이다. 이것은 영상의 퓨리에 변환이 샘플링 함수의 퓨리에 변환의 역으로 곱해지는 역 퓨리에 필터링과 등가물이다. 그러나, 디콘볼루션의 처리는 일반적으로 실질적인 많은 계산 리소스를 요구한다. 이것은 고속 결함 검출에 특히 그러하다.

디콘볼루션 처리가 실질적으로 되도록, 처리는 상당히 간단해질 수 있으므로 신속히 실행될 수 있다. 디콘볼루션 처리의 간단화는 임의의 영상으로 매우 제한된다. 그러나, 디콘볼루션 처리의 상당한 간단화는 그 크기가 파장 보다 매우 작은 아주 작은 결함의 추출된 영상을 위해 가능하다. 이것은 아주 작은 결함의 추출된 영상에서는 간섭 텀이 우월하고 간섭 텀의 형태가 영상화 시스템의 진폭 포인트 스프레드 함수(APSF)의 형태와 동일하므로 이에 따라 영상화 시스템의 개구수가 고정되는 한 고정되기 때문이다.

도33 내지 도37은 이런 사실을 확인하고 있다. 거울 성분의 공간 주파수가 0 이 아니라도, 간섭 텀의 형태를 바꾸지 않는다. 그 효과는 간섭 텀에 0 이 아닌 캐리어 주파수를 제공한다.

만일 거울 성분이 단일의 광선으로 구성된다면, 간섭 텀은 APSF에 캐리어 주파수 텀을 곱한 것으로 표시될 수 있다. 즉, 캐리어 주파수 텀은 인수분해되어 별도로 처리될 수 있다. 만일 우리가 캐리어 주파수 텀을 별도로 처리한다면, 아주 작은 결함의 추출된 영상과 APSF 사이의 차이는 그 강도이다. 이 경우, 오직 한 종류의 신호 함수만 다룰 필요가 있기 때문에, 디콘볼루션 처리는 신호 함수의 개별적인 리스케일링(point by point rescaling)을 감소시킨다. 리스케일링 함수는 샘플링 함수의 미세 폭에 의해 영향을 받지 않는 이상적인 APSF 와 샘플링 함수의 미세 폭에 의해 영향을 받는 실제 APSF 사이의 비율을 취함으로써 쉽게 발생될 수 있다.

디콘볼루션 처리는 리스케일링 함수로 결함 영상의 간단한 개별적인 곱이다. 이것은 현대 컴퓨터로는 매우 빠른 처리이다. 따라서, 이 경우 디콘볼루션 처리는 아주 작은 결함을 위해 극도로 신속히 실행될 수 있다. 노이즈는 공간 주파수 도메인에 통계적으로 균일하게 분포되는 한, 디콘볼루션 처리에 의해 통계적 감각으로 증폭되지 않거나 영향받지 않는다. 디콘볼루션은 영상을 코움 함수(comb function)로 언급되고 검출기 어레이와 동일한 이격거리를 갖는 델타 함수의 어레이로 샘플링되는 것처럼 보이게 한다. 이런 형태의 데이타에 의해, 이상적인 신호 형태에 대응하는 함수를 정밀하게 적합하게 하고 이런 신호를 미세하게 이동할 수 있으므로, 기준 신호의 추출은 결함이 존재하지 않을 경우 거의 존재하지 않는 결과를 제공할 수 있다. 전체 신호의 디콘볼루션이 주어진 시스템 실시예에서 계산상 비현실적인 것으로 판명되는 경우, 상기 디콘볼루션 기술은 검출 처리의 정밀도를 향상시키기 위해 미약한 또는 경계선(feeble or borderline) 결함 신호에만 선택적으로 적용할 수 있다. 따라서, 여기에 제공된 신속한 디콘볼루션 방법은 저렴하고 매우 안정적이며 고성능의 고효율 결함 검출 시스템의 설계에 주요한 요소가 될 것이다.

샘플 스캔수 감소

효율을 증가시키는 한가지 방법은 샘플 스캔수를 감소시키는 것이다. 샘플 스캔수는 본래의 광 비임을 여러개의 비임으로 분할하고 각각의 비임 통로에 위상 제어기를 설치함으로써 감소될 수 있다.

도41은 예시적인 시스템(400)을 도시하고 있다. 조명 비임(4118)은 동공 평면 근처에서 영상화 시스템에 인입되고, 거의 수직 입사로 샘플을 타격하도록 작은 프리즘에 의해 절첩된다. 샘플(4110)로부터의 거울 비임 성분(4124)와 분산된 성분(4128)은 높은 NA 렌즈 조립체(4116)와 낮은 NA 렌즈 조립체(4114) 사이에서 동공 근처에 배치된 비임 분할기(4172)를 이용하여 2개의 비임으로 분할된다. 분기된 후, 위상 제어기(4112) 및 보상판(4130)이 각각의 비임 통로에 설치된다. 각각의 위상 제어기는 분산된 성분과 거울 성분 사이의 상대위상을 미리 설정된 값들중 하나로 설정한다. 2개의 분리된 영상 센서(4140)는 2개의 분리된 영상의 세기를 동시에 측정한다. 따라서, 1회의 샘플 스캔은 2개의 영상 데이터 세트를 동시에 생산할 수 있다. 결과적으로, 전체 샘플 스캔수는 예시적인 시스템에서 절반으로 감소될 수 있다. 부가의 비임 분할기를 이용하여 상기 2개의 비임을 각각 계속 분할함으로써 샘플 스캔수의 계속적인 감소가 쉽게 달성될 수 있다.

부가의 위상 제어기 및 영상 센서는 각각의 부가된 비임 통로에 설치될 필요가 있다. 각각의 위상 제어기는 분산된 성분과 거울 성분 사이의 상대위상을 설정된 값들중 하나로 설정한다. 다수의 분리된 영상 센서는 다수의 분리된 영상의 세기를 동시에 측정한다. 따라서, 1회의 샘플 스캔은 다수의 영상 데이타 세트를 동시에 생산할 수 있다. 결과적으로, 전체 샘플 스캔수도 이에 따라 감소될 수 있다. 폭포형(cascaded) 비임 분할은 물리적 공간이 이들을 허용하는 한 필요한 만큼 여러번 실행될 수 있다. 이런 방법은 목표된 결함이 다수의 상이한 종류의 결함을 보유할 때 최적의 검출을 위하여 각각의 결함이 상이한 위상 세팅을 필요로 하는 고감도 작동모드에도 적용될 수 있다. 이 경우, 각각의 위상 제어기는 각각 상이한 종류의 결함의 최상의 검출을 위해 최적의 위상값으로 설정된다. 실제 효과는 다수의 고감도 모드의 동시 작동이다. 이런 종류의 스캔수 감소는 비임 분할기 편광을 민감하게 함으로써 편광 부동 측정에도 적용될 수 있다. 그러나, 이런 종류의 스캔수 감소는 그 고유의 결점을 내포하고 있다. 이것은 복잡성 및 옵티칼 시스템의 비용 뿐만 아니라 신호 세기를 감소시킨다. 만일 신호 세기가 너무 낮아지면, 신호 세기를 허용가능한 레벨로 올리기 위해 스캔 속도는 감소되어야만 한다. 스캔 속도의 감소는 스캔수의 감소로 얻어질 수 있는 효율 이득을 감소시킬 수 있다.

3. 암시야 모드

암시야 모드는 거울 성분을 완전히 차단함으로써 실현된다. 이런 계획에서 광을 발생시키는 부가의 2차원 퓨리에 필터링은 암시야 모드를 매우 조용하게(또는 노이즈 레벨을 매우 낮게) 할 것이다. 이것은 전형적으로 라인 조명을 사용하는 현존의 유용한 설비에서 암시야 모드 보다 훨씬 적은 광자 노이즈를 가질 것이며, 이것은 오직 1차원 퓨리에 필터링만 허용한다. 그러나, 상술한 바와 같이, 2차원 퓨리에 필터링이라도 암시야 모드는 그 크기가 λ/4 보다 작은 미세한 결함의 검출에는 좋은 선택이 아니다. 그러나, 암시야 모드는 대형 결함의 빠른 검출에는 양호한 선택이 되는데, 그 이유는 이것은 다양한 상이한 종류의 대형 결함을 위한 충분히 강한 신호를 생산하고 일반적으로 샘플의 1회 스캔이 충분하기 때문이다. 만일 사전에 암시야 신호의 강도를 알기를 원한다면, 먼저 캐치올 모드가 샘플에 사용된다.

암시야 모드의 또 다른 양호한 사용은 영상 센서를 위한 최상의 초점을 찾는 것이다. 이것은 암시야 모드가 초점 정보를 이송하지 않지만 영상 포커중에 그 간섭을 통해 분산된 성분으로 영상에 영향을 끼칠 수 있는 거울 성분을 차단하기 때문이다. 암시야 모드는 거울 성분을 갖지 않기 때문에 다른 작동모드처럼 영상 센서상의 높은 동적 범위를 필요로 하지 않는다. 암시야 모드를 위한 영상 센서 시스템의 더욱 중요한 특징은 고감도 및 미세한 픽셀이다.

암시야 모드의 제한

암시야 모드는 위상 제어기의 조작을 필요로 하지 않기 때문에 작동이 쉽다. 또한, 1회의 샘플 스캔으로 다양한 결함을 포착할 수 있다. 따라서, 암시야 모드는 일반적으로 신호가 충분히 강하거나 또는 거울 성분에 의한 신호의 노이즈리스 증폭이 미약한 거울 성분으로 인해 미세할 경우의 첫번째 선택이 된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 암시야 모드는 노이즈리스 신호 증폭 능력의 결여로 인해 아주 작은 결함의 발견에 심각한 제한을 갖는다.

암시야의 제한은 암시야 모드를 이용한 효과없는 시도를 피하기 위해 보다 명확하게 알려질 필요가 있다. 암시야 모드의 제한을 더욱 명확하게 이해하기 위해, 절연된 결함으로부터의 신호는 시뮬레이트되며, 그후 암시야 부분과 간섭 부분으로 분리된다. 266nm 의 파장과 영상화 시스템의 0.9의 개구수가 가정되었다. 중앙 암흑화는 0.2NA 로 가정되었다. 위상 제어기는 간섭 텀을 최대화하도록 조정되었다.

도42a는 오직 1% 반사력의 샘플 표면상에서 80nm 절연된 결함으로부터 결함 신호의 암시야 부분(4210)과 간섭 부분(4220)을 도시하고 있다. 결함 자체의 반사력은 모든 시뮬레이트된 경우 100% 로 가정된다. 도42a는 결함이 매우 크고 샘플 표면의 반사력이 매우 낮더라도, 신호의 간섭 부분은 암시야 부분 보다 크다는 것을 나타내고 있다. 도42b는 오직 0.1% 반사력의 샘플 표면상에서 40nm 절연된 결함으로부터 결함 신호의 암시야 부분(4230)과 간섭 부분(4240)을 도시하고 있다. 즉, 주변 영역의 반사력은 결함 반사력의 1/1000 이다. 이것은 만일 결함의 크기가 1/4 파장 보다 작은 경우 극도로 낮은 샘플 반사력이더라도 결함 신호의 간섭 부분은 암시야 부분 보다 크다는 것을 나타내고 있다.

도42c는 오직 0.1% 반사력의 샘플상에서 20nm 절연된 결함으로부터 결함 신호의 암시야 부분(4260)과 간섭 부분(4250)을 도시하고 있다. 이 경우, 암시야 부분은 간섭 부분 보다 상당히 작다. 만일 샘플의 반사력이 큰 경우, 간섭 부분은 더욱 우월해진다. 따라서, 우리는 거의 모든 실제 상황에서, 간섭 텀은 모든 샘플에 우월하다고 말할 수 있다. 즉, 여기에 서술된 위상 제어 및 노이즈리스 증폭의 기술은 실제로 경험할 수도 있는 모든 상이한 형태의 웨이퍼 및 레티클에 양호하게 작동된다. 이것은 여기에 서술된 시스템 및 방법의 또 다른 중요한 장점이다. 암시야 모드는 결함의 크기가 1/4 파장 보다 클 때만 유용한 것으로 판명되었다. 그러나, 미래의 대부분의 임계 결함은 1/4 파장 보다 훨씬 작을 것으로 예측된다. 또한, 암시야 모드는 결함을 정밀하게 분류할 수 없므며, 따라서 미래에 대중적인 작동모드가 될 것으로 예측되지 않는다.

대부분의 실제 결함은 다른 특징부들과는 절연되지 않는다. 따라서, 절연된 결함으로부터 신호를 시뮬레이트함으로써 도달한 결론은 마지막 단어로 해석되지 않는다. 그러나, 절연된 결함의 경우는 많은 상이한 종류의 경우에 대한 평균값을 제공하며, 따라서 상기 결론은 적어도 대략적으로 정확하다. 투과 샘플이 반사성 샘플과 수학적으로 매우 유사하기 때문에 투과 샘플에 대해 유사한 결론에 도달할 수 있다.

Ⅳ. 영상화 시스템의 디자인 실시예

고품질 영상화 시스템은 대부분의 옵틱계 간섭 시스템의 주요한 부품 및 가장 값비싼 부품중 하나이다. 상술한 바와 같이, 여기에 서술된 시스템 및 방법은 디옵트릭(dioptric), 캐토프릭(catopric), 및 카타디옵트릭(catadioptric) 시스템을 포함하는 다양한 영상화 시스템에 사용될 수 있다. 디옵트릭 및 카타옵트릭 디자인은 이런 형태의 적용에 양호하게 알려져 있다. 수많은 책, 특허, 및 기타 다른 문헌은 디옵트릭 및 카타옵트릭 디자인을 포괄적으로 커버하고 있다.

카타옵트릭 디자인은 그다지 알려져 있지 않지만 매우 고성능이다. 2개의 고성능 카타옵트릭 영상화 시스템의 디자인 실시예가 여기에 제공될 것이다. 상기 디자인은 미국특허 제5,031,976호에 기초한다. 첫번째 디자인 실시예가 도43a에 도시되어 있다. 디자인 처방(prescription)이 하기에 도시되어 있다.

이런 디자인은 단일 파장 적용을 위한 것이다. 예시적인 디자인을 위해 266nm 의 파장이 선택되었다. 모든 렌즈와 2개의 카타옵트릭 성분(4313, 4311)은 예시적인 디자인에서 용융된 실리카로 제조된다. 용융된 실리카의 굴절률 값은 26nm 파장에 대해 1.499684 로 가정된다. 그러나, 칼슘 플루오르화물, 리튬 플루오르화물 등과 같은 다른 렌즈 물질도 사용될 수 있다.

렌즈 성분(4311)은 1.5mm 이격된 샘플(4310)과 대면하는 평탄측에 반사 코팅을 갖는 평면볼록 렌즈이다. 반사 코팅의 중앙 부분은 샘플로부터의 광이 렌즈를 통과할 수 있도록 제거된다. 렌즈(4311)를 통과한 후, 영상 비임은 또 다른 렌즈 요소(4312)를 통과하며, 거울 요소(4313)에서 표면(4314)상의 코팅에 의해 반사되며, 이로부터 다시 렌즈 요소(4312)를 통과하여 반사 코팅을 보유한 요소(4311)의 평탄측을 통과한다. 제2반사후, 광은 요소(4311)로부터 나와, 세번째로 요소(4312)를 통과하고, 표면(4314)상의 반사 코팅의 중앙 구멍을 통해 요소(4313)의 후방 근처의 중간 초점을 통과한다. 옵티칼 트레인(train)의 다른 렌즈 요소는 모두 굴절되며, 중간 영상을 도면의 좌측 멀리 검출기 어레이상에 간단히 재영상화시킨다.

조명은 도1에 도시된 계획을 사용하여 보상판(4315)을 통과하도록 도입된다. 거의 수직 입사 조명 비임(4316)을 도입하는 또 다른 방법은 렌즈/거울 요소(4313)상에 표면(4314)상의 반사 코팅의 작은 제2오프축선(off-axis) 구멍을 통과하는 것이다. 이것은 샘플(4310)로부터의 거울 성분이 표면(4314)의 반대똑으로부터 반사되고, 이에 따라 샘플로부터 검출기 평면까지 분산된 성분으로서 매우 유사한 통로를 따른다. 이런 조명 방법은 조명 비임이 소수의 옵티칼 성분을 통과하기 때문에 플레어를 적게 생산한다.

모든 렌즈 요소는 동일한 재료로 제조될 필요가 없다. 예를 들어 높은 레이저 세기에 배치된 렌즈는 칼슘 플루오르화물 처럼 레이저-손상 저항성 물질로 제조될 수 있으며, 나머지는 용융된 실리카로 제조될 수 있다. 모든 렌즈 표면은 구면형이다. 성능을 개선하기 위해 또는 렌즈 성분의 수를 감소시키기 위해 비구면 표면이 사용될수 있더라도 비구면 표면은 필요없다.

렌즈 표면은 극도의 곡률반경을 갖지 않는다. 이런 모든 렌즈 특징은 적당한 제조 공차로 이어진다. 따라서, 도43a에 도시된 렌즈 시스템은 극도의 어려움없이 제조될 수 있다. 디자인의 개구수는 0.9 이다. 그 관찰시야는 1.0mm 직경 필드로 매우 크다. 배율은 200x로 선택되지만, 시스템의 품질이나 성능에 영향을 끼치지 않고 쉽게 변화될 수 있다. 디자인 스트렐 비율(Strehl ratio)은 0.996 또는 전체 필드 보다 높다. 개구 정지부의 직경은 47mm 이다. 보상판(4315)은 렌즈 동공에 가깝게 놓이며, 간섭 영상화 적용에서는 위상 제어기 및 퓨리에 필터 차단 스트립을 보유한다. 보상판의 명확한 개구 직경은 개구 정지부의 47mm 직경과 거의 동일하다. 이것은 과도한 중앙 암흑화를 유발시키지 않고 위상 제어기를 중간에 설치하기에 충분하다. 또한, 상기 디자인은 매우 낮은 필드 곡률반경 및 왜곡을 갖는다. 디자인의 결점이라고는 실시예의 디자인에서 1.5mm 의 작은 작동 거리뿐이다. 실시예의 디자인은 전형적으로 박피 보호 때문에 큰 작업 거리를 요구하는 레티클 검사와 같은 적용로는 작동되지 않는다. 그러나, 상기 디자인은 큰 작업거리를 요구하지 않는 웨이퍼 검사와 같은 다른 적용에는 매우 적합하다.

도43b는 또 다른 카타디옵트릭 디자인 실시예를 도시하고 있다. 디자인 처방은 다음과 같다.

이런 디자인은 샘플 표면(4331)과 간섭 영상(4332) 사이의 부분이 이전의 디자인과 유사하지만, 그러나 동공 근처에 비임을 2개의 다리로 분할하는 이색성 파장 분할기(4333)를 보유하며, 상기 2개의 다리중 하나의 다리(4334)는 266nm 부부분이고, 나머지 하나의 다리(4335)는 532nm 부분이다. 각각의 다리는 그 자신의 보상판(4336) 및 위상 제어기(도시않음)를 보유한다. 용융된 실리카의 굴절률 값은 266nm 파장에 대해 1.499684 이고, 532nm 파장에 대해 1.460705 이다. BK7 유리의 굴절률 값은 532nm 파장에 대해 1.519473 으로 가정한다. 디자인은 단일 파장 디자인과 유사한 특성을 갖는다. 렌즈 시스템은 극도의 어려움없이 제조될 수 있다. 개구수 및 관찰시야는 이전의 디자인과 동일하다. 물리적 크기도 유사하다. 그러나, 2파장 적용로 설계되었다. 파장은 266nm 및 532nm 으로 선택된다. 동일한 디자인 형태에는 다른 파장도 선택될 수 있다. 이것은 파장 분할기와, 2개의 파장을 독립적으로 다룰 수 있도록 각각의 보상판에 보유된 2개의 분리된 위상 제어기를 갖는다.

처방으로부터 알 수 있듯이, 전방단부 렌즈 시스템은 두 파장에 의해 공유된다. 후방단부 렌즈 시스템은 렌즈 융통성을 최대로 하기 위해 완전히 분리된다. 디자인 스트렐 비율은 266nm 파장에 대해 0.996이고 전체 필드에 대해 532nm 파장에서는 적어도 0.985 이다. 필드 곡률반경 및 왜곡도 매우 낮다. 디자인은 후방단부 렌즈 시스템에 더 많은 파장 분할기를 삽입함으로써 더 만은 파장을 수용하도록 쉽게 변경될 수 있다. 이런 디자인 실시예는 여기에 서술된 결함 검출 시스템에도 적용될 수 있다.

Ⅴ. 서브시스템

여기에 서술된 시스템 및 방법은 어떤 특정의 조명 또는 초점 서브시스템에 의존하지 않는다. 이들은 거의 어떠한 서브시스템이라도 수용할 수 있다. 그러나, 성능 및 비용의 관점에서 모든 검사 설비의 최적화는 탁월한 영상화 시스템 디자인 뿐만 아니라 순응성의 조명 및 자동초점 시스템의 디자인을 요구하지 않는다.

간단하면서도 중요한 또 다른 부분은 개구 정지부로부터의 추출을 억제하는 것이다. 하기의 섹션에서, 새로운 조명 시스템 및 새로운 자동초점 시스템이 먼저 제공될 것이다. 그리고, 저회절 개구를 제조하는 새로운 방법이 완벽한 이론과 함께 제공될 것이다. 제공된 서브시스템은 간섭 검사 시스템에 특히 적합하다. 그러나, 이들은 다른 옵티칼 설비에도 효과적으로 사용될 수 있다.

1. 간섭성의 균일한 조명기

간섭계, 옵티칼 퓨리에 필터링 등과 같은 일부 적용에서는 부분적으로 간섭성인 또는 비간섭성 조명이 아닌 완전히 간섭성인 조명이 선호된다. 대부분의 이런 적용에 있어서, 탑해트(tophat) 비임 프로필을 갖는 물체 평면 위로 균일한 조명이 선호되거나 필요하다. 그러나, 레이저와 같은 간섭성 소스로부터 출력된 비임이 탑해트 세기 프로필이 아니라 가우시안을 갖기 때문에 또한 렌즈 어레이 및 광 파이프처럼 비간섭성 비임으로 양호한 균일성을 달성하는데 사용된 툴은 간섭성 조명 소스에는 작동되지 않기 때문에, 균일한 조명을 효과적으로 달성하는 것은 세련된 접근을 요구한다. 가우시안 비임 프로필을 탑해트 비임 프로필로 전환하는 널리 알려진 에너지효율적인 방법이 많이 있다. 일부 실시예에 따르면, 가우시안 비임 프로필을 탑해트 비임 프로필로 전환하기 위해 또 다른 방법이 제공된다.

가우시안 비임 프로필을 탑해트 비임 프로필로 전환하는 가장 정직한 방법은 흡수 물질을 이용하여 비임의 높은 세기 부분을 부분적으로 흡수하는 것이다. 그러나, 이런 방법은 에너지 비효율적일 뿐만 아니라 만일 입력 비임이 강렬하거나 짧은 펄스로 이루어진 경우 흡수 물질을 손상시키는 경향이 있다. 가우시안 비임 프로필을 탑해트 비임 프로필로 전환하기 위한 더욱 에너지 효율적이고 손상 경향이 적은 방법은 비임의 광에너지를 재배치하는 것이다. 이것은 서로 분리된 한쌍의 렌즈(또는 렌즈 집단)을 이용하여 실행될 수 있다.

도44a는 이런 방법을 도시하고 있다. 제1렌즈(4401)는 곡선(4407)로 도시된 바와 같은 가우시안 형태를 갖는 입력 비임(4402)에 의도적으로 적절한 양의 구면수차(球面收差)를 도입하는 것이다. 제1렌즈로부터의 구면수차는 자유공간을 통해 증식될 때 비임의 에너지를 재배치한다. 구면수차의 형태와 양 및 증식 거리를 조정함으로써, 가우시안 비임은 탑해트 형태의 균일한 비임으로 전환될 수 있다. 구면수차가 광에너지를 재배치할 뿐만 아니라 파면 왜곡을 도입하기 때문에, 제2렌즈(4403)가 사용된다. 상기 제2렌즈는 초점면(4405)에서의 에너지 왜곡이 곡선(4406)에 의해 도시되도록 제1렌즈에 의해 도입된 파면 왜곡을 보정한다. 따라서, 2개의 렌즈는 파면을 왜곡함없이 가우시안 비임을 탑해트 비임으로 전환할 수 있다.

이런 방법은 매우 에너지 효율적이며, 높은 파워 비임을 다룰 수 있다. 그러나, 이런 방법도 결점이 있으며, 그것은 도44a에 도시된 바와 같이 통상적으로 부가의 영상 릴레이 시스템(4404)을 필요로 한다는 것이다. 비임 프로필 전환기가 원하는 균일한 조명 필드에 가까운 제한된 작동 공간을 제공하기 때문에, 영상 릴레이 시스템이 사용된다. 결과적으로, 비임 프로필 전환기로부터의 탑해트 형태의 출력 비임 프로필은 영상화 시스템을 사용하여 조명 필드(4408)로 릴레이된다. 그렇지 않을 경우, 만일 비임이 그 이상적인 초점 공액으로부터 긴 거리를 증식해야만 한다면 탑해트 비임 프로필이 상당히 변할 수 있다. 곡선(4409)에 의해 도시된 릴레이 영상 평면의 광 분포는 곡선(4406)에 의해 도시된 초점 평면(4405)과 동일하다는 것을 인식해야 한다.

릴레이 시스템은 일반적으로 서로 분리된 적어도 2개의 렌즈를 필요로 한다. 이것은 상기 릴레이 시스템이 탑해트 비임 프로필을 릴레이시킬 것을 요구할 뿐만 아니라 조명 필드에 평탄한 파면을 보존할 것도 요구하기 때문이다. 때로는 릴레이 시스템을 위한 공간을 획득하는 것도 매우 어렵다. 일반적으로, 많은 기계적 간섭 문제점이 유발된다. 이런 문제는 만일 릴레이 시스템이 줌 시스템일 필요가 있을 경우 더욱 심각해진다. 여기에 서술된 실시예는 이런 문제점들을 완화시킨다.

도44b는 일부 실시예에 따른 본 발명의 동작을 도시하고 있다. 간략히 설명하면, 가우시안 입력 비임 프로필(4420)은 싱크함수(sinc function)에 대해 포위부를 형성하도록 형성된 프로필(4421)로 전환된다. 싱크함수 위치(4424)에서 비임은 싱크함수가 전달된 비임에서 180°상 변화를 생산하는 네거티브로 되도록 배치된 홈을 갖는 위상 판(4425)상에 입사된다. 자유공간을 통한 비임의 계속적인 증식은 이를 샘플 평면(4426)에서 탑해트 세기 프로필(4423)로 전환한다.

회절 이론은 우리에게 싱크함수형 비임의 먼 필드(far-field) 회절 패턴이 탑해트 형태인 것을 알려준다. 서술된 실시예는 종래기술 처럼 비임 프로필 전환기(4427)를 사용하지만, 상기 비임 프로필 전환기는 입력된 비임 프로필을 탑해트 프로필로 전환하지 않는다. 영상 평면(4424)에서 전환된 비임 프로필(4421)은 입력된 비임 프로필(4420) 보다 실제로 더욱 균일하지 않다. 전환된 비임(4421)의 프로필은 다소 싱크함수의 포위보처럼 보인다. 비임 프로필 전환기(4427)는 파면 왜곡을 도입하지 않고 입력된 비임을 원하는 프로필로 전환한다. 비임 프로필 전환기는 제1렌즈(4428)(또는 렌즈 집단)을 통해 적절한 양의 구면수차를 도입하고, 렌즈(4428)에 의해 도입된 파면 왜곡을 제2렌즈(4429)(또는 렌즈 집단)로 보정한다.

이런 실시예는 비임 프로필 전환기 후방에 배치된 "상 스테퍼(stepper)" 라 불리우는 또 다른 옵티칼 성분을 사용한다. 상기 위상 스테퍼는 도44b에 도시된 바와 같이 유리 기질상에 동등하지 않게 이격된 홈을 사각형 프로필로 형성함으로써 제조될 수 있다. 유리 기질상의 정밀 홈은 여러가지 상이한 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 이들은 유리 물질의 정밀 에칭 또는 침착에 이어지는 리토그래피 기술로 상기 홈을 패터닝함으로써 제조될 수 있다. 위상 스테퍼는 입사된 파면의 선택된 부분의 위상을 불연속 형태로 변화시킨다. 필요한 위상 스텝의 양은 약 180°이다.

상 스텝된 후, 발생되는 불균일한 비임(4422)은 다소 싱크함수 처럼 보이며, 자유공간을 통해 장거리로 증식될 것이 허용된다. 비임이 자유공간을 통해 증식될 동안, 비임 프로필은 탑해트 형태로 변화된다. 탑해트 비임으로 되기 위해 증식에 필요한 최소 거리는 다음과 같다.

최소 증식 거리 = 2D² / λ (82)

D: 위상 스테퍼에서 비임의 직경

λ: 파장

(참조: "퓨리에 옵틱으로의 도입, 제3판", 조셉 더블유. 굿맨, 로버츠 앤 컴파니, 콜로라도 이글우드, 2005년, 75 페이지). 자유공간 증식의 초기시 비임의 크기와 조명 필드시 탑해트 비임의 크기 사이에는 연관성이 있다. 이런 연관성은 공지되어 있으며, 동일한 참조 문헌에서 발견될 수 있다. 조명 필드(4426)의 비임은 완전히 균일하지 않지만, 도44b에 도시된 바와 같이 울려퍼지는 소리(ringing)를 포함한다. 이것은 증식(4424)의 초기 평면의 비임 프로필이 불완전한 싱크함수이고 미세한 크기를 갖기 때문이다. 이전의 불일치는 위상 스테퍼에 흡수기를 영리하게 부가함으로써 고정되며, 이것은 높은 입력 비임 파워에 의해 손상된다. 흡수기를 생략함으로써, 이런 실시예는 높은 파워를 다룰 수 있는 능력을 위한 일부량의 잔류 세기 비균일성을 교환한다.

대부분의 적용은 일부량의 세기 불균일성을 묵인한다. 따라서, 서술된 많은 실시예는 옵티칼 검사를 포함하는 많은 적용에 아직도 가치가 있다. 상술한 바와 같이, 서술된 실시예의 중요한 양호한 특징은 다른 부분 또는 서브시스템과의 심각한 기계적 충돌을 유발시킬 수도 있는 영상 릴레이 시스템이 필요없다는 것이다. 이런 특징은 실제 시스템의 설계시 상당한 도움을 준다.

도44c는 다른 실시예에 따른 형상을 도시하고 있다. 이것은 싱크함수형 비임(4422)을 그 초점면(4426)에서 탑해트 비임으로 변환시키는 변환 렌즈(transform lens)(4430)를 갖는다. 따라서, 이런 디자인에서 변환 렌즈의 기능은 이전 디자인에서 긴 자유공간 증식 통로와 동일하다. 기본적으로, 자유공간 증식 및 변환 렌즈는 입력 비임 프로필의 퓨리에 변환을 실행한다. 탑해트 비임의 크기는 변환 렌즈에 대한 입력 비임의 크기에 의존하며, 또한 변환 렌즈의 초점거리에도 의존하며, 입력 비임의 크기에 반비례하고, 변환 렌즈의 초점거리에 비례한다.

정확한 입력 비임 크기 및/또는 변환 렌즈를 위한 초점거리를 선택함으로써, 조명 필드에서 탑해트 비임의 크기가 조절될 수 있다. 변환 렌즈는 공간이 너무 제한되어 식(82)의 거리 요구사항에 부응할 수 없을 때 자유공간 증식의 값비싼 대안이 된다. 만일 변환 렌즈가 유용한 물리적 통로길이 보다 긴 초점거리를 가질 필요가 있다면, 망원 렌즈가 변환 렌즈로서 사용될 수 있다. 긴 전체 거리가 바람직한 반대의 경우, 역 망원 렌즈(reverse telephoto lens)가 변환 렌즈로서 사용될 수 있다.

도44c의 실시예에서, 렌즈 또는 렌즈들은 비임 증식 통로에 있다. 그러나, 변환 렌즈는 종래 시스템에서 필요했던 영상 릴레이 렌즈 보다 그 형상이 더욱 간단해지고 더욱 가요성이다. 따라서, 실시예는 비임 증식 통로에 렌즈를 사용하는 것을 포함하는 종래 기술에 비해 장점을 갖는다.

많은 실제적인 적용에서는 비임 엣지에서 높은 세기가 선호된다. 이런 종류의 비임은 "초균일 비임(superuniform beam)" 또는 "초탑해트 비임" 으로 불리운다. 도44d는 초균일 비임 프로필(4460)의 실시예를 도시하고 있다. 서술된 기술은 비임 프로필을 목표한 초균일 비임 프로필의 퓨리에 변환의 포위부와 같은 위상 스테퍼의 입력측에 형성함으로써 쉽게 발생될 수 있는 초균일 비임의 발생에 매우 적합하다. 실제로, 서술된 기술은 융통성을 가지므로 멀티플 험프(multiple hump)를 갖는 비임 프로필과 같은 광범위한 다른 비임 프로필의 발생에 사용될 수 있다.

도44e는 비임 프로필 전환기를 사용하지 않고 탑해트 프로필을 달성하기 위한 노력의 결과를 도시하고 있다. 입력 가우시안 비임(4440)은 곡선(4441)으로 도시된 바와 같이 일반적인 비임 프로필을 바꾸지 않고 위상을 변화시키는 위상 스테퍼(4425)를 통과한다. 조명 시야(4426)에서의 최종 결과인 곡선(4442)은 가우시안 프로필에는 양호하지만, 프로필 전환기로 얻은 만큼 좋지는 않다. 이런 시스템은 비임 프로필 전환기를 필요로 하지 않기 때문에 간단한 것이다. 그런데, 조명 시야에서의 비임은 도44b 및 도44c에 도시된 것에 비해 균일함이 떨어지고 및/또는 에너지-효율이 떨어진다.

지금까지 1차원의 균일한 조명을 고려하였다. 그러나, 일부 실시예에 따라, 2차원 분포로의 확장은 입력 비임의 가우시안 비임 프로필이 분리된 가변 형태로 있기 때문에 평이한 것이다. 실시예에 따라서, x- 및 y-방향은 완전하게 분리되어 독립적으로 처리할 수 있게 있다. 따라서, 이들 실시예는 1차원적 뿐만 아니라 2차원적 조명 분포를 얻는데에도 적용할 수 있다.

일부 적용에서는 동시적인 멀티플 시야의 조명을 필요로 한다. 예를 들면 공간적으로 분리된 멀티플 영상 센서를 가진 시스템이 있다. 멀티플 시야의 동시적 조명은 용이하게 달성할 수 있다. 도44f는 그 한 예를 나타낸 것이다. 멀티플 시야 조명은 위상 스테퍼(4425)의 전방이나 후방에 회절 격자(grating)를 삽입하여 이루어진다. 상기 격자는 간섭성 입사 비임을 멀티플 회절 오더로 회절시킨다. 각각의 회절 오더는 1개 시야를 조명한다.

도44f는 작동원리를 명료하게 설명하기 위해 오직 2개의 분리 조명 시야 만을 도시하였다. 따라서, 2개 이상의 조명 시야도 2개 이상의 회절 오더를 발생시키는 격자를 삽입하거나 또는 멀티플 회절 격자를 삽입하여 용이하게 이룰 수 있을 것이다. 조명 시야의 위치는 적절하게 격자(들)의 피치와 방위를 선택하여 제어될 수 있다. 도44f에서, 격자의 방위는 작동원리가 명료하게 나타나도록 위상 스테퍼의 방위와 동일하게 있게 설정되었지만, 그것이 필수사항은 아니다. 격자 방위는 사전 결정된 위치에 조명 시야를 배치하도록 임의적 방향으로 설정될 수 있다.

고 에너지 효율과 양호한 시야간 균일성도 적절한 격자 홈의 프로필을 설계하여 달성할 수 있다. 예를 들어, 상기 홈의 깊이와 형태를 조정하여 각 시야에서 양호하게 대응하는 조명 균일성을 달성할 수 있다. 또한, 아주 높은 에너지 효율도 격자 홈 프로필을 블레이징(blazing)하여 달성할 수 있다.

따라서, 에너지-효율, 균일성, 간섭성 조명이 단일 시야와 마찬가지로 멀티플로 제공된다. 본 발명의 간섭성 균일 조명기의 중요한 특징을 아래에 요약하였다.

1. 릴레이 렌즈 시스템을 사용하지 않고 탑해트 조명 프로필을 발생할 수 있음, 변환 렌즈 또는 변환 렌즈 시스템이 소용된다. 그러나 변환 렌즈 또는 렌즈 시스템은 릴레이 렌즈 시스템에 비해 간단하고 유연한 것이다.

2. 초 균일한 비임 프로필과 같은 다른 비임 프로필을 발생할 수 있다.

3. 조명 시스템 설계에 보다 많은 유연성을 제공한다.

4. 단일 또는 멀티플 시야 조명이 용이하게 구해진다.

2. 자동초점 시스템

대부분의 고 해상도 영상화 시스템은 서브시스템으로 적어도 1개의 자동초점 시스템을 필요로 한다. 간섭 결함 검출 시스템이 예외는 아니다. 기본적으로, 간섭식 결함 검출 시스템은 만일 환경이 조용하고 그리고 샘플 스테이지가 극히 정밀하다면 자동초점 시스템 없이 작동될 수 있을 것이다. 그러나, 이런 이상적인 조건은 실제의 세상에서는 거의 이용할 수 없는 것이다. 따라서, 일반적으로, 자동초점 시스템을 가지고 전체 시스템의 안정된 성능을 보장하는 것이 바람직하다.

자동초점 시스템은 일반적으로 중요한 서브시스템이다. 그 성능은 일반적으로 전체 시스템의 성능에 결정적인 것이다. 그런데, 자동초점 시스템은 오로지 성능 만이 필요한 것은 아니다. 자동초점 시스템은 이용가능한 공간에 설치되어야 한다. 또한, 그 가격도 합리적이어야 한다. 본 발명의 실시예는 이런 문제들을 겨냥한 것이다.

다수의 다른 자동초점 시스템이 있다. 그러나, 이들은 2개의 타입으로 분류될 수 있다. 즉, 오프-더-렌즈(off-the-lens) 타입과 트로우-더-렌즈(through-the-lens) 타입이다. 오프-더-렌즈 타입 자동초점 시스템은 그 자체의 장점을 갖는 것이다. 그런데, 대부분의 고 정밀 영상화 시스템은 이들이 온도 변화, 기압 변동 등과 같은 환경 불안에 둔감하기 때문에 트로우-더-렌즈 타입 자동초점 시스템을 필요로 한다.

대부분의 종래 기술에서, 고 정밀, 트로우-더-렌즈 자동초점 시스템은 레이저에 비해 밝기가 현저하게 떨어지는 LED, 아크 램프와 같은 비간섭성 광원을 사용한다. 밝기가 덜한 광원의 사용은 초점 신호 검출기에 충분한 광을 제공할 수 있도록 대형 에텐듀를 이용하게 종래 기술의 트로우-더-렌즈 자동초점 시스템을 강요한다. 자동초점 시스템이 만든 에텐듀의 크기는 물리적으로 대형이고 비쌀 뿐만 아니라 일탈 및 오정렬에 대해 민감한 것이다. 본 발명의 일부 실시예에 따라서, 레이저를 광원으로 사용한다. 광원의 변경은 더 높은 초점 신호를 제공할 뿐만 아니라 전체 자동초점 시스템의 단순화도 가능하게 한다. 마찬가지로 다른 독특한 특징들도 제공된다.

한 실시예에 따른 단일 채널 구조를 도45a에 나타내었고, 상기 도면은 교정 평판(130)과 고 NA 및 저 NA 영상화 렌즈 그룹(116, 114)에 대해 배치된 초점 시스템을 도시하였다. 상기 초점 시스템은 광원으로 단일 공간-모드 레이저(4501)를 사용한다. 반도체 레이저가 우수한 후보가 된다. 그런데, 레이저 비임은 일반적으로 이들의 위치와 포인팅 방향에서 매우 불안정한 것이다. 이들의 고유한 불안정성 때문에, 레이저를 직접 자동초점 옵티칼 시스템에 연결하지 않는 것이 바람직하다. 불안정한 레이저 비임은 초점 신호에 에러를 초래할 수 있다.

일부 실시예에 따라서, 레이저는 자동초점 옵티칼 시스템에 직접 연결되지 않는다. 대신, 레이저 비임은 긴 단일-모드 옵티칼 파이버(4502)를 통해 지나간다. 단일-모드 파이버는 레이저 광이 상기 파이버와의 불완전한 연결에 의해 일반적으로 일어나는 클래딩(cladding) 모드가 사라지도록 적어도 푸트(foot)를 길게 하는 것이 바람직하다. 단일-모드 옵티칼 파이버는 상기 광원 내의 원래 불안정성을 용이하게 눈금 측정할 수 있는 출력 세기의 변경으로 변환하여 비임 위치와 포인팅 방향을 안정적으로 할 수 있는 수동 장치이다. 비임 위치와 포인팅 방향의 변경은 레이저 비임의 연결 효율을 단일-모드-파이버로 변하게 한다. 입력 단부에서의 연결 효율의 변경은 출력 단부에서의 세기의 변화를 유발한다.

비임 안정기로서 단일-모드 파이버의 사용은 일부 실시예에 따른 중요한 특징이다. 상기 파이버의 출력 단부는 샘플 평면(110)상에 그리고 위치 감지 검출기(position sensitive detector: PSD) 표면(4511)상에 접합(또는 영상화)된다. 자동초점 광선이 렌즈(4503)에 의해 샘플 표면상에 비스듬하게 초점되기 때문에, 샘플 표면의 초점 이동이 PSD 표면(4511)에서 레이저 비임의 횡방향 이동을 일으킨다. 그런데, 상기 샘플의 소량의 경사는 영상화 렌즈(4504)의 구멍 너머로 상기 비임을 이동하지만, 위치 감지 검출기(4511)상에 위치를 변경하지는 않는다. 따라서, 상기 시스템은 샘플 초점 위치를 측정하지만 샘플 경사는 측정하지 않는다. 따라서, PSD로부터 상기 비임 위치를 읽어서, 샘플의 초점 변화 양을 판단할 수 있다. PSD에 연결된 컴퓨터 또는 컨트롤러가 PSD 출력을 읽고, 그것을 처리하여 초점 에러를 판단한다. 만일 초점 에러가 사전 정해진 값보다 크면, 컴퓨터 또는 컨트롤러는 초점 작동기(4518)로 적절한 초점 교정 신호를 송출하여 교정 동작을 한다. 초점 에러 검출 및 교정 동작은 개방 또는 폐쇄 루프에서 운영될 수 있다. PSD를 용이하게 이용하여, 다양한 선택을 제공한다.

기술된 실시예는 바람직하게 영상화 시스템에 또는 시스템으로부터 자동초점 광선을 연결하는데 비임 분할기를 사용하지 않는 것이다. 대신, 작은 프리즘(또는 거울)(4505)을 사용한다. 이러한 광 연결방법은 비임 분할기를 능가하는 다음과 같은 장점을 갖는다.

1. 간단한 옵티칼 연결.

2. 공간 점유가 적음.

3. 다른 성분과의 기계적 충돌 기회가 적음.

4. 거울 성분 만을 수집. 분산된(scattered) 광 거부(reject). 자동초점 광의 일 부분이 샘플에 의해 분산될 수 있음에 주의. 가변 확산 광이 초점 센서에 감아지면 초점 에러를 유발할 수 있음.

5. 자동초점 시스템의 에텐듀를 소형으로 유지.

6. 자동초점 옵티칼의 수차가 소형 비임 에텐듀를 갖기 때문에 매우 작게 만들 수 있음.

따라서, 많은 기술된 실시예는 양호한 실행을 예상할 뿐만 아니라 비용도 저렴하게 하였다.

자동초점 시스템의 성능은 편광의 선택에 상당히 따른다. 샘플 표면과 평행한 전기장을 가진 S-편광은 대부분 샘플 위상에서 p-편광에 비해 반사율과 위상의 변화가 적다. 이것은 s-편광이 p-편광보다 더 일관된 성능을 제공할 수 있음을 의미한다. 임의적 실시예에 따라, s-편광이 도45a 내지 도45c에 도시된 바와 같이 사용된다. s-편광은 비임 통로의 원형 도트의 어레이에 의해 나타난다. 오직 s-편광 만의 소스로부터 픽업을 보장하는 여러 다른 방식이 있다. 한 방식은 비임 통로에 편광자(polarizer)를 간단히 설치하는 것이다. 다른 방식은 소스 레이저와 자동초점 옵티칼 시스템으로의 유입구와의 사이에 편광-보존 단일 모드 파이버를 사용하는 것이다. 상기 편광-보존 파이버는 s- 및 p-편광을 받지만 다른 편광을 빠르게 감쇄시키면서 한 편광 만을 송출한다. 교정 방향으로 파이버 코어를 회전하여, 편광-보존 파이버가 오직 s-편광 만을 전송하도록 만들 수 있다. 만일 레이저 소스로부터 나오는 광이 편광되면, 상기 편광-보존 단일 모드 파이버는 다른 종류의 파이버에 비해 상당히 높은 에너지 효율을 제공할 수 있을 것이다.

대부분 자동초점 시스템에 있어서 일반적 문제는 초점 신호 프로세서에서의 시간 지연과 초점-에러 교정 시스템의 느린 반응으로 초점 에러 감지와 그 교정 사이에 시간 지연이 있는 것이다. 이것은 샘플이 영상화 시스템 밑에서 빠르게 스캔되는 고속도 스캐닝 시스템에 메인 초점 에러 소스 중의 하나가 된다. 이러한 경우, 초점 에러를 감소시키기 위해서, 초점 에러가 샘플의 영상화에 앞서 검출되어야 하고 그리고 초점 에러 교정 신호는 초점-에러 교정 시스템에 대해 전진방향으로 공급되어야 한다.

초점 에러를 앞서 검출하도록, 자동초점 비임이 샘플 스캔 방향으로 전방 위치에서 샘플 표면에 놓아야 한다. 이것은 자동초점 시스템이 스캔 속도와 방향으로 변화를 수용하도록 샘플 표면에서 횡방향으로 자동초점 비임 위치를 이동 할 필요가 있게 한다. 샘플 표면에서의 자동초점 비임 위치는 파이버의 출력 단부를 횡방향으로 이동하여 용이하게 횡방향으로 이동 될 수 있다. 이 방법은 이전 상태로서 파이버의 출력 단부가 샘플 표면상에 영상화되기 때문에 작업하는 것이다.

만일 횡방향 이동이 정밀하게 제어될 필요가 있다면, 경사가능한 유리 평판(4512)을 도45a에 도시된 바와 같이 사용할 수 있다. 상기 비임은 유리 평판을 경사시켜 횡방향으로 이동될 수 있다. 만일 입력 비임이 이동되면, 출력 비임도 마찬가지로 대응 양으로 이동된다. 비임과 PSD 사이의 상관 위치의 유지는 PSD의 전방으로 경사가능한 유리 평판을 도입하거나 또는 PSD(4511)의 위치를 간단히 이동하여 행해진다.

도45a에 도시된 단일 채널 자동초점 시스템은 일반적으로 기계적 구조의 불안정성 또는 온도 변화에 민감하기 때문에 매우 불안정한 것이다. 이러한 종류의 문제를 감소시키는 한 방법은 대칭적 방식으로 멀티플 채널을 설정하는 것이다. 대칭적 방식으로 구성된 멀티플 채널 자동초점 시스템은 공동 모드 기계적 이동에 대해 둔감하게 제조된다. 도45b는 멀티-채널 자동초점 시스템의 예를 나타낸다. 상기 도면은 대칭적 방식으로 구성된 2개의 채널을 갖는다. 샘플 평면에서의 비임 위치 이동은 유리 평판(4512)을 경사시켜 달성된다. PSD는 직접 이동 메카니즘(4511)에 의해 이동된다.

도45c는 2개-채널 자동초점 시스템의 다른 예를 나타낸다. 이 경우에, 입력 및 출력 비임은 유리 평판을 경사시켜 이동되며, 결과적으로 상기 PSD는 이동될 필요가 없다. 이러한 구조는 소수 부품만을 사용하지만, 2개의 채널이 경사가능한 유리 평판을 할당하여 연결되기 때문에 비임 정렬을 매우 곤란하게 만드는 것이다.

도45b 및 도45c에 도시한 바와 같이, 만일 한 채널의 비임 통로가 다른 채널의 비임 통로와 겹치게 되면, 비임 분할기(4513)가 사용되어 복귀 비임을 PSD로 향하게 한다. 그런데, 여기에는 비임 분할기의 사용이 갖는 문제와 연관이 된다. 한 문제는 광 에너지의 상실이다. 비-편광 비임 분할기의 사용은 적어도 75%의 이용가능한 광 에너지를 희생시킨다. 에너지 상실은 대부분의 샘플이 받아들일 수 있는 것이지만, 매우 낮은 반사율의 샘플에서는 받아들일 수 없는 것이다.

다른 문제는 한 채널로부터의 복귀 비임의 한 파트가 다른 채널의 소스 레이저로 다시 들어가는 것이다. 즉, 채널은 이들의 소스에서 서로 간섭한다. 이러한 간섭은 소스 레이저를 불안정하게 하며, 초점 에러를 일으킬 수 있다. 소스 레이저를 안정적으로 만들기 위해, 이들은 광학적으로 서로 떨어뜨린다. 이런 문제를 해결하는 2가지 해결법이 있다. 한 해결법은 이들이 도45d에 도시한 바와 같이 서로 겹쳐지지 않도록 2개 채널의 비임 통로를 정렬 배치하는 것이다. 이러한 정렬 배치에서 복귀 비임은 여전히 옵티칼 파이버의 코어를 타격하겠지만, 이러한 일이 일어날 때마다, 복귀 비임의 방향은 단일 모드 파이버의 수용 각도로부터 더 멀리 일탈하여 복귀 비임이 상기 파이버에 결합되게 한다.

다른 해결법은 비-편광 분할기보다는 편광 비임 분할기를 사용하여, 도45b 및 도45c에 도시한 바와 같이 비임 통로에 패러데이 회전자(4514)를 두는 것이다. 편광 비임 분할기는 p-편광을 전송하고 s-편광을 반사한다. 따라서, 편광 비임 분할기를 통과하는 레이저 비임은 완전한 선형 편광이 된다. 패러데이 회전자는 바람직하게 45도로 입사 선형 편광의 각을 회전하도록 설계된다. 상기 비임은 처음에는 입사 통로의 그리고 다음은 그들의 복귀 통로의 패러데이 회전자를 통과하는 2회 통과를 한다.

따라서, 레이저 비임의 선형 편광은 2개 패러데이 회전자에 의해 90도로 회전된다. 즉, 입사 통로의 비임 분할기를 통과하는 오리지널 p-편광은 복귀 통로의 비임 분할기에 s-편광으로 전환된다. 상기 복귀 통로의 비임 분할기는 PSD 쪽으로 전체 비임을 반사하며, 소스 레이저 쪽으로 복귀 레이저 비임을 전송하지 않는다. 따라서, 패러데이 회전자는 소스 레이저를 서로 격리시킨다. 만일 비임 분할기(4513)와 위치 감지 검출기(4511)가 비임 축을 중심으로 적절하게 회전하게 되면, 상기 레이저 비임은 이들이 샘플상에서 일어날 때 100% s-편광으로 될 수 있다. 따라서, 이런 방법은 고 에너지 효율, 채널간 비간섭 및 샘플 표면상에 s-편광을 동시에 달성할 수 있게 한다.

패러데이 회전자 대신에 1/4 파장판의 사용은 고 에너지 효율과 채널간 비간섭을 달성하게 한다. 그러나, 샘플 표면상에 s-편광을 달성할 수는 없다. 따라서, 패러데이 회전자가 1/4 파장판과 대비하여 많은 실시예에서 바람직한 것으로 선택되는 것이다.

도45e는 2개-채널 자동초점 시스템의 상부를 나타낸다. 자동초점 채널은 발신 비임 통로 안으로 들어가는 샘플로부터 회절되는 레이저로부터 광이 피해지도록 샘플에 대해 회전하게 된다. 이런 방법은 일반적으로 회절된 광이 동공 평면에서 x- 및 y-방향으로 매우 국소화 되기 때문에 샘플로부터 회절된 광을 피하는데 매우 효과적이다.

도45e에서, 2개 채널은 서로 가깝게 배치된다. 만일 기계적인 이동(drift) 또는 크립핑(creeping)이 있으면, 유사하게 서로 가깝게 배치된 2개 채널도 동일한 방향으로 이동 또는 크립핑 할 것이다. 멀티플 채널로부터 추출된 초점 신호는 채널의 이러한 종류의 공동-모드 동작에 둔감하게 만들어진다.

도45f는 멀티-채널 구조의 다른 예를 나타낸다. 이런 경우에, 2개 채널의 옵티칼 통로가 상기 샘플상에 초점 포인트에서 횡단하지만, 다르게 보면 완전하게 분리되는 것이다. 이런 구조는 보다 많은 파트를 필요로 하지만 에너지-효율이 좋고, 패러데이 회전자를 필요로 하지 않는다. 또한, 상기 비임 통로의 정렬은 2개 채널의 연결이 전혀 없기 때문에 이런 구조에서 용이하게 이루어지게 된다. 예를 든 구조에서 도시된 바와 같이, 실시예는 바람직한 실시뿐만 아니라 그 물리적 정렬이 간단하고 유연성이 있는 것이다.

새로운 자동초점 시스템의 중요한 특징을 요약하면 다음과 같다.

1. 트로우-더-렌즈 구조.

2. 광원으로서의 레이저.

3. 단일 광선(작은 에텐듀).

4. 단일 모드 파이버의 사용에 의한 소스 안정.

5. 샘플 표면에 s-편광.

6. 채널간 비간섭.

7. 소형 프리즘 또는 거울을 사용하여 영상화 시스템과 그 밖으로 연결(이런 목적용의 무 비임 분할기/조합기).

8. 회절된 광의 양호한 거절.

9. 피드-포워드 초점 에러 교정용 샘플 평면에서 레이저 점(spot)을 횡방향으로 이동하는 능력.

10. 주변 장애에 대해 둔감하게 배치된 대칭형 이중 또는 멀티플 채널.

새로운 자동초점 시스템의 장점을 요약하면 다음과 같다.

1. 간단한 시스템.

2. 많은 광.

3. 고 효율.

4. 안정적인 성능.

5. 웨이퍼 패턴에 대해 둔감.

6. 영상화 통로에 대한 적은 충격.

3. 톱니형 개구(Serrated Aperture)

대부분의 옵티칼 시스템들은 개구수를 한정하는 적어도 1개의 개구를 필요로 한다. 대부분의 개구는 중간에서 상당한 크기의 구멍을 가진 얇은 금속판으로 제조된다. 이런 종류의 개구는 생산이 용이하지만, 상기 개구에서의 예리한 엣지가 차례로 영상의 다른 파트 사이의 긴-범위 간섭을 유발하는 영상 평면에 긴-범위 회절을 생성한다. 긴-범위 간섭은 웨이퍼 패턴 노이즈에 대한 주요한 기여물 중의 하나이다.

이런 바람직하지 않은 효과를 줄이기 위해서, 상기 개구 엣지는 양호하게 연성으로 된다. 즉, 100% 전송구역과 무(no) 전송구역과의 사이에 경과부는 가파르지 않고 점진적이어야 한다. 점진적 경과는 많은 다른 방식으로 이루어진다. 개구 엣지의 톱니 방법은 이것이 올바르게 행해지면 다른 방법을 능가하는 많은 장점을 갖기 때문에 선택되어 진다. 한 장점은 톱니가 용이하게 제조될 수 있다는 것이다. 즉, 이들은 얇은 금속 평판에 직접 기계가공될 수 있거나, 또는 종래 반도체 구조기술을 사용하여 에칭에 의해 생성될 수 있다.

점진적 경과 개구를 만드는 가장 똑바른 방식 중의 하나는 상기 개구의 엣지에 근접하여 점진적 흡수 코팅(gradual absorbing coating)을 더하는 것이다. 이런 방법은 잘 알려진 종래 기술이다. 그런데, 이런 방법은 이론적으론 쉬운 것이지만, 점진적 흡수 코팅을 적절하게 생성하기가 어렵고, 또한 상기 코팅이 바람직하지 않은 부작용, 즉 특별한 위상 변화를 나타낼 수 있기 때문에 실질적으론 어려운 것이다. 다른 종래 기술은 흡수 물질로 제조된 네가티브 파워 렌즈를 사용하는 것이다. 그 효과는 점진적 코팅의 효과와 매우 유사하다. 그런데, 이것은 동일한 종류의 바람직하지 않은 부작용이 있다.

미국특허 6,259,055호는 톱니형 개구에 대하여 기술하였다. 그러나, 이것은 톱니형 개구를 올바르게 설계하는데 사용될 수 있는 어떠한 회절 공식을 제공한 것은 아니다. 또한, 톱니형 개구의 회절 성질에 대한 질적인 기술이 정확하지 않은 것이다. 본 발명의 실시예에 따라서, 엄격한 회절 공식이 톱니형 개구용으로 전개되며, 그것을 사용하여 어떻게 올바르게 톱니형 개구를 만드는지를 도면에 나타내었다.

톱니형 개구의 개략적인 다이어그램을 도46a에 도시하였다. 개구(4606)의 톱니는 무작위적인 피치가 아닌 일정 간격의 구조(4608)를 갖는다. 비-주기적 또는 무작위적 구조의 톱니는 이들의 회절 패턴이 바람직한 형태를 갖지 않기 때문에 본 발명에서는 고려되지 않는다. 바람직한 주기의 구조를 가지었더라도, 대량의 회절 양은 급작스런 톱니형 엣지의 전송 변화가 있기 때문에 피할 수 없는 것이다.

그런데, 주기적 톱니로부터의 회절 패턴은 불연속한 오더로 파괴될 수 있다. 제로 오더인, 최저 오더가 전송 시야의 평균 원에서 기인하여, 결과적으로 톱니의 엣지 형태에 영향을 미치지 않는다. 이런 사실은 제로 오더의 회절 패턴이 실제 점진적 경과 개구로부터의 패턴과 동일함을 의미한다. 따라서, 제로 오더의 회절 패턴은 톱니형 개구로부터 얻기를 원하는 것이다.

실제 점진적 경과 개구는 제로 오더의 회절 만을 생성한다. 그러나, 톱니형 개구는 제로 오더 뿐만 아니라 더 높은 회절 오더도 생성한다. 이들 높은 오더는 바람직하지 않은 것이다. 실제 점진적 경과 개구같은 톱니형 개구 작업물을 만들도록, 발명자들은 확실하게 제로 오더 만이 영상 센서를 통과하고 그리고 모든 높은 회절 오더가 영상 센서를 빗나가도록 할 것을 연구하여야 했다. 선형-주기식 톱니의 경우에, 모든 높은 회절 오더가 영상 센서를 빗나가거나 또는 그렇지 않으면, 판단하기가 용이하였다. (참고: 미국특허 7,397,557호) 그런데, 원형적-주기식 톱니의 경우에는, 모든 높은 회절 오더로 진행하는 곳에서 판단하기가 그렇게 용이하지 않았다. 따라서, 발명자들은 모든 높은 오더로 가는 것을 예상하도록 엄격한 회절 공식을 전개해야 했다.

다음의 기호는 이하의 방정식에 모두 사용되는 것이다.

(ρ, φ); 개구 평면에서의 극좌표

(r, θ); 영상 평면에서의 극좌표

J _k (r); 첫째 종류의 k번째 오더 베셀 함수

N; 톱니의 총 수

τ: 퓨리에 변환 연산자

물체에 의해 생성된 원거리 회절 패턴은 물체의 전송 패턴의 퓨리에 변환을 한다. 그런데, 톱니형 개구에 의한 회절 연산을 위해 퓨리에 변환을 적용하도록, 좌표(ρ, r)를 적절한 비율로 정해야 한다. 여기에는 스케일링 유니트(scaling units)로 사용될 수 있는 2개의 길이가 있다. 이들은 옵티칼 시스템의 파장과 초점 길이다. (ρ, r)가 퓨리에 변환 변수 쌍(pair)이 되도록, 만일 (ρ, r) 중의 하나가 파장으로 스케일링되면, 나머지 하나는 초점 길이로 스케일링되어야 한다. 가장 일반적인 측정 관습은 (ρ)가 초점 길이로 스케일링되고 그리고 (r)이 파장으로 스케일링되는 것이다.

만일 (ρ)가 초점 길이의 유니트로 표현되었으면, 이것은 중심으로부터 (ρ)에 동공 포인트를 통과하는 광선의 영상 공간 방향 코사인(image space direction cosine)과 동일한 것이 된다. 초점 길이 유니트로 표현된 (ρ)의 최대값은 옵티칼 시스템의 개구수(NA)를 칭하게 된다. 다른 말로 하면, 영상 공간 위치 좌표는 파장 유니트로 표현되고 그리고 영상 공간 광선 방향 코사인은 편리한 퓨리에 변환 변수 짝을 구성한다. 다른 방식, 즉 파장으로 (ρ)가 스케일링되고 초점 길이로 (r)이 스케일링되는 스케일링 관습을 변경하여 작업을 할 수도 있다. 이러한 경우에, (r)은 영상 평면에서 (r)에 놓인 광선의 개구 공간 방향 코사인과 동일한 것이 된다. 2개의 관습적인 것은 같은 것이다.

유도된 상기 회절 공식은 적절히 스케일링된 좌표계를 사용한다. 상기 회절 공식은 좌표 스케일링이 2개의 관습 사이에서 절환된다면 변경하지 않는다. 따라서, 회절 공식의 변경에 대한 걱정없이 자유롭게 2개의 스케일링 관습 사이에서 절환시킬 수 있다. 스케일링 관습의 절환은 실질적으로 상기 좌표 변수의 판단을 변경하는 것과 동일한 것이다. 이런 판단의 변경은 회절 공식에 대한 상당한 직관력(more intuition)을 제공할 수 있다.

상기 회절 공식은 간섭성 정상 조명에 대해서만 유도될 것이다. 이것은 비간섭성인 경우의 회절이 멀티플 간섭성 경우의 세기 가중(intensity summation)만이고 그리고 비스듬한 조명인 경우에 회절 공식은 퓨리에 변환의 "이동 정리"를 사용한 정상 조명으로부터 바로 유도될 수 있기 때문이다. (참고문헌; 미국 콜로라도 잉글우드 소재의 로버트 앤 컴퍼니, 죠셉 W. 굿맨, "퓨리에 옵티칼으로의 안내, 제3판" 2005, 페이지 8) 톱니는 다양한 다른 치형상(tooth shapes)을 가질 수 있다. 회절 패턴의 세부는 치형상에 따른다. 도46a는 예를 든 선형 치부(teeth)를 가진 톱니를 나타낸다. 그런데, 가장 관심을 갖는 각각의 회절 오더의 성질은 톱니 치부의 형상에 따르지 않고, 톱니 피치에만 따른다.

톱니형 개구의 진폭 전송, P(ρ, φ)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, (ρ)는 2개의 이웃한 톱니 치부 사이의 개구 폭이다.

회절 패턴을 얻기 위한 퓨리에 변환 방정식(83)이 필요하다. 만일 P(ρ, φ)이 분리된-가변 형태(separated-variable form), 즉, P(ρ, φ)=f(ρ)ㆍg(φ)을 가지면, 웨이티드 핸켈 변환(Weighted Hankel Transform)을 사용하여 용이하게 퓨리에 변환을 할 수 있다. (참고문헌; 미국 콜로라도 잉글우드 소재의 로버트 앤 컴퍼니, 죠셉 W. 굿맨, "퓨리에 옵티칼으로의 안내, 제3판" 2005, 페이지 10) 불행하게도, P(ρ, φ)의 형태는 분리된-가변 형태로 있지 않다. 그런데, 아직은 약간의 여분의 단계를 취하여 그것을 퓨리에 변환할 수 있다. 여기에는 그것을 행하는 2가지 방식이 있다. 한 방식은 exp(jmφ)함수의 가중합계로 N사각형 함수의 합을 나타내는 것이고, 여기서 m은 상기 참고문헌의 연습문제 2-7에서 제기된 프로세스에 따르고 정수이다. 다른 방식은 N사각형 함수의 합을 분리된-가변 함수의 통합으로 전환하고, 웨이티드 핸켈 변환을 사용한다. 오직 제2방법 만을 여기에선 나타내었더라도, 양쪽 방법은 정확하고, 동일한 결과를 생성하는 것이다.

N사각형 함수의 합은 델타 함수와 더미(dummy) 변수(ρ')를 사용하여 분리된-변수 함수의 통합으로 용이하게 전환될 수 있다. 즉:

다음, P(ρ, φ)는 다음의 형태로 변환된다.

이제, 퓨리에 변환을 P(ρ, φ)의 각 부분에 적용한다. 제1부분의 퓨리에 변환은 퓨리에-베셀 변환을 사용하여 구할 수 있다.

제2부분의 퓨리에 변환은 웨이티드 핸켈 변환을 사용하여 구할 수 있다.

방정식(89)에서 사각형 함수의 변환은 다음과 같이 수행될 수 있다.

이제, C_k는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

델타 함수의 핸켈 변환은 다음과 같이 된다.

이제, 방정식 (87)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

P(ρ, φ)의 퓨리에 변환은 이제 다음과 같이 나타낼 수 있다. (더미 통합 변수(ρ')는 지금은 (ρ)로 변경된다.)

방정식 (95)은 전체 회절이 이산 회절 오더로 구성된 것을 보여준다. 만일, 제2텀(term)으로부터 제로 오더가 취해지면, 다음:

만일 관계식을 사용하여 단일 회절 오더로 - m 회절 오더에 +m회절 오더를 합하면, sin(-x) = -sin(x) 그리고

방정식 (97)은 회절 공식을 전개한 최종 결과이다. 불행하게도, 아직은 수식적으로 실행되는데 필요한 일-차원적 통합을 갖는 것이다. 그런데, 수적 일-차원 통합이 수적 이-차원 퓨리에 변환을 필요로 하는 수적 이-차원 통합에 비해 훨씬 더 정확하고 빠르게 행할 수 있다.

방정식(97)에서 제1번째의 2개 텀은 제로번째 회절 오더를 구성하고, 톱니형 개구로부터 가지기를 원하는 것들이다. 만일 분리하여 제로 회절 오더를 기록한다면:

방정식 (97)의 마지막 텀은 영상 센서로부터 제외하여야 하는 모든 높은 회절 오더이다. 그런데, 제1회절 오더 만이 영상 평면에서 제로 오더에 대해 가장 강하고 그리고 최근접하게 있기 대문에 모든 비-제로 회절 오더에 대해 주의를 할 필요는 없다. 모든 다른 높은 오더는 제1오더보다 약할 뿐만 아니라, 제1오더에 비해 영상 평면에서의 제로 오더로부터 멀리 두는 것이 더 중요한 것이다. 따라서, 톱니형 개구 작업부를 만들도록, 재1회절 오더 만을 보고, 영상 센서 외측부에 그것을 두는 것을 확인할 필요가 있다. 만일 방정식 (97)의 최종 텀으로부터 제1회절 오더를 수행한다면:

제1오더 텀은 상기 방향을 따라 그의 최대 세기를 갖고, cos(Nθ) = ±1 이다. 따라서, 최대 세기의 방향을 따라 나타나는 진폭은 다음과 같이 된다.

톱니형 개구 작업을 하기 위해서는, 제1회절 오더를 영상의 외측에 두는 것으로 충분하다.

개구의 예리한 엣지와 임의적 엄폐의 예리한 엣지 모두는 긴 범위 회절 효과(long range diffraction effects)를 생성할 수 있다. 개구용으로 사용된 동일한 톱니 기술은 임의적인 엄폐에 의한 긴 범위 회절 효과를 감소하도록 엄폐에 적용될 수 있다. 보비넷의 원리(Babinet's principle) 때문에, 톱니형 엄폐를 위한 회절 공식은 진폭 사인의 반전(the reversal of the amplitude sign)을 제외한 톱니형 개구를 위한 것과 동일하다. (참고문헌: 캠브리지 대학 출판부, 1999년, 맥스 본과 에밀 월프, "옵티칼의 기본") 따라서, 엄폐에 대한 회절 공식의 새로운 도출이 필요하지는 않다.

분석적 회절 공식은 일반적이어서 임의적 치형상을 가진 톱니에 적용할 수 있다. 그런데, 아직은 상기 공식의 수치 값을 구하여 회절 패턴의 작용을 보아야 한다. 상기 회절 공식의 수치연산을 수행하도록 톱니 치부의 특정 형태를 선택하여 함수 w(ρ)로 분명하게 나타낸다. 도46a에 도시된 바와 같은 선형 치형상을 가진 톱니가 양호하게 이행하여 용이하게 제조된다. 따라서, 선형 치형상을 가진 톱니는 회절 패턴의 수치 값을 구하기 위해 선택된다. 선형 톱니 치부인 경우, 함수 w(ρ)는 다음과 같이 나타난다.

다른 형태의 치부를 가진 톱니형 개구로부터의 회절 패턴은 회절 공식에서 적절히 함수 w(ρ)를 변경하는 경우 선형 치부용으로 용이하게 연산될 수 있다. 상술한 상태로써, 적절한 톱니형 개구를 설계할 수 있도록 제로 및 제1회절 오더에서만 살펴 볼 필요가 있다. 따라서, 여기에선 제로 오더와 제1오더 만을 고려한다.

도46b 및 도46c는 영상 평면에서 제로 회절 오더의 세기의 방사 분포를 나타낸 도면이다. 방정식 (98) 및 (101)는 수치연산용으로 사용되었다. 값은 비-톱니형 개구에 의한 회절의 정점 진폭을 갖고 정상적으로 되었다. 정점 진폭은 회절 패턴의 중심(r=0)에 위치되고 그리고 그 값은:

비-톱니형 개구의 회절 세기는 대비 목적으로 포함된다. 양쪽 톱니형 개구는 최대 NA=0.9의 값을 갖는다. 그러나, 이들의 톱니 치아 길이는 다르다. 도46b에서, 곡선(4612)은 톱니형 개구의 제로 회절 오더의 영상 평면 세기(ρ₁=0.8NA, ρ₂=0.9NA)를 나타내며, 곡선(4610)은 비-톱니형 개구의 것이다. 도46c에서, 곡선(4614)은 톱니형 개구의 제로 회절 오더의 영상 평면 세기(ρ₁=0.7NA, ρ₂=0.9NA)를 나타내며, 곡선(4616)은 비-톱니형 개구의 것이다. 도46b 및 도46c는 다음과 같다.

(1)톱니형 개구는 비-톱니형 개구에 비해 가깝게 신장한 영상을 생성한다. 이런 특징이 발명자들이 톱니형 개구로부터 바로 원했던 것이다.

(2)상기 톱니 폭이 길수록, 영상에서의 긴 범위의 회절 효과는 작아진다.

(3)톱니는 영상 중심 근방에 영상 형태에 영향을 미치는데 효과적이지 않다.

(4)톱니 폭이 길수록, 영상의 정점 세기는 작아진다.

톱니는 긴 범위 회절 진폭을 감소하지만, 이들은 또한 이들이 유효한 개구 구역을 불가피하게 감소시키기 때문에 제로 회절 오더의 정점 높이도 감소시킨다. 이것은 톱니형 개구의 바람직하지 않은 부작용이고 그리고 일반적인 연성 개구에서도 부작용이다. 따라서, 톱니 폭을 판단하는 데에는 2개 효과 사이의 양호한 절충으로 실행할 필요가 있다.

상술한 바와 같이, 톱니형 개구 작업을 하기 위해서, 발명자들은 바람직하게 제로 회절 오더 만이 영상 센서에 도달하고 그리고 모든 그보다 높은 회절 오더는 영상 센서로부터 빗나감을 확인한다. 그런데, 제2 및 모든 높은 회절 오더가 제1오더에 비해 제로 오더로부터 더 멀리 간다. 즉, 만일 제1오더가 영상 센서를 빗나가면, 모든 높은 오더가 자동적으로 영상 센서를 빗나갈 것이다. 따라서, 발명자들은 제1오더 만은 주의를 기울이고 하였다.

발명자들은 주기적 구조에 의한 회절 이론으로부터 톱니 피치가 작을수록 제1오더가 제로 오더로부터 더 멀리 가는 것을 알았다. 만일 톱니가 충분히 양호하게 제조되었다면, 발명자들은 제1회절 오더를 제로 오더로부터 충분히 떨어진 원거리에 놓을 수 있을 것이다. 그런데, 톱니는 직선 엣지가 아닌 둥근 개구의 엣지에 있다. 이런 경우, 주기적 구성에 의한 회절 이론을 직접 적용할 수는 없다.

제1오더 광의 대부분이 제로 오더로부터 충분히 멀리 떨어져 있더라도, 아직은 제로 오더와 제1오더 광의 메인 파트와의 사이에 놓이는 소량의 제1오더 광이 있을 것이다. 이것은 제로 오더와 제1오더의 메인 파트와의 사이의 제1오더 광이무시할 수 없는 양인 경우, 심각한 문제가 될 수 있다. 간단한 방식으로 이런 종류의 성가신 광의 세기를 평가할 수는 없어 보인다. 따라서, 본 발명에서는 수치연산을 채택하였다.

제1회절 오더 세기 분포의 수치연산을 위해 방정식 (100)과 (101)이 사용되었다. 방정식(102)인, 제로 오더 경우와 동일한 정상화 요소가 세기의 정상화를 위해 사용되었다.

도46d에서, 곡선(4618)은 N=1000에 대한 제1회절 오더에서의 광의 방사 분포를 나타내고, 다음과 같은 사실을 가리킨다.

(1)제1회절 오더 광이 넓은 범위에 걸쳐 확산된다. 이것은 직선 엣지상에 톱니의 경우와 매우 다른 것이다.

(2)여기에선 실질적으로 제로 오더와 제1오더의 메인 파트와의 사이에 광이 없다. 이것은 톱니형 개구의 중요한 특징이다. 이런 특징은 톱니형 개구가 작업을 가능하게 한다. 발명자들은 제1오더 광이 존재하지 않는 지대에 영상 센서를 놓을 수 있었다. 만일 영상 센서가 너무 커서 제1오더 광이 없는 지대의 내측에 놓을 수 없으면, 발명자들은 상기 지대의 반경이 톱니 수에 대략적으로 비례하기 때문에 구역을 증가시키어 톱니의 수를 증가시킬 수 있었다.

도46e는 개구 원주 둘레에 다른 수의 톱니에 대한 제1오더 광의 방사 분포를 나타낸다. 곡선(4601)은 개구 원주 둘레에 10톱니에 대응하고, 곡선(4602)은 100톱니에 대응하고, 곡선(4603)은 1000톱니에 대응하고, 그리고 곡선(4604)은 10,000톱니에 대응한다. 이런 분석은 다음과 같은 사실을 가리킨다.

(1)무-제1-오더-광 지대(the no-first-order-light zone)의 반경은 톱니의 수에 대체로 비례적이다. 이런 사실은 특히 1000 보다 큰 (N)에 대해서 진실로 그러하다.

(2)톱니형 개구는 톱니 수가 감소하는 무-제1-오더-광 지대의 빠른 축소 때문에 톱니의 수가 100미만이면 양호하게 작업을 못한다.

(3)1000보다 큰 수치의 대형 (N)수용으로,

이 값은 주기적 구조에 의한 회절에 기초한 발명자들의 직관과 일치한다. 방정식(103)은 영상 센서의 외측에 제1 및 모든 높은 회절 오더를 놓는데 필요한 톱니의 수 또는 등가의 톱니 피치를 결정하는데 사용할 수 있다.

발명자들은 방정식(103)으로부터 제1회절 오더의 회절 각도(매우 정확한 방향 코사인) (θ₁)를 다음과 같이하여 연산할 수 있었다.

여기서, f는 개구과 영상 평면과의 사이에 배치된 렌즈 시스템의 초점 길이이고; 그리고

개구의 물리적 반경인, r은 다음과 같이 나타내며

그리고, 톱니의 물리적 피치인, p는 다음과 같이 나타내며

방정식(103) 내지 (106)으로부터 다음의 식을 나타낸다.

방정식(107)은 선형 엣지에서 톱니에 대한 회절 각도의 식과 동일하다. 선형 엣지에서 톱니에 대한 회절 각도의 식은 격자와 같은 주기적 구성에 대한 식과 동일하다. 이런 사실은 톱니 치형부의 피치가 엣지의 곡률 반경보다 훨씬 작은 경우, 엣지의 곡률을 무시할 수 있고 그리고 곡선 엣지에 톱니가 직선 엣지에 톱니처럼 처리될 수 있음을 의미한다.

이런 사실은 또한 짧은 곡선 구간이 직선 라인으로 고려될 수 있기 때문에 감지될 수도 있다. 이것은 엣지 톱니 기술이 엣지가 예리한 코너를 갖지 않고 그리고 톱니의 피치가 엣지의 곡률 반경보다 상당히 작게 있다면, 임의적 형상의 임의적 엣지에 적용될 수 있음을 의미한다. 예를 들면, 불규칙한 형상의 개구를 생각할 수 있다. 이런 경우, 개구 엣지의 곡률은 상기 엣지를 따라 변한다. 그런데, 상기 개구가 예리한 코너를 갖지 않는다면, 방정식(107)을 만족하여 톱니 피치를 구할 수 있다.

상기 톱니 피치는 모든 곳에서 동일할 필요는 없다. 피치가 엣지를 따라 느리게 변한다면, 본 발명에 기술된 톱니 기술은 적어도 어느 정도로 작업할 것으로 예견할 수 있다.

톱니형 개구의 장점은 다음과 같이 요약된다.

1.길지 않은-범위의 회절(less long-range diffraction). 영상의 중심 코어로부터 제거된 영역에서 회절-제한된 영상의 높이가 감소함.

2.톱니 피치를 주의 깊게 선택하여, 제1 및 높은 회절 오더가 영상 센서로부터 이격되어 있을 수 있음.

3.도입된 위상 변화 없음.

4.제조가 용이함.

VI. 간섭식 결함 검출 및 분류의 적용

상술된 실시예는 옵티칼 신호의 진폭과 위상 양쪽의 판단으로부터 유익한 이득을 취할 수 있는 고-해상 옵티칼 검사 또는 측정에 매우 적합한 것이다. 부분적으로 가능한 적용 리스트: 베어(bare) 웨이퍼의 결함 검출과 분류; 크리스털 결함 검출; 결함 리뷰; 위상 변화 성분을 가진 레티클에 결함을 포함한, 레티클 결함의 검출 및 분류.

다양한 실시예의 많은 장점들을 기술하였다. 그 장점은 다음과 같다. 높은 결함 신호; 높은 결함 검출 감도; 작은 오류 결함 검출; 작은 샘플 패턴 노이즈; 다른 종류의 결함을 동시에 잡아낼 수 있는 능력; 공극과 입자 또는 메사와 밸리 사이를 구별하는 능력; 매우 정확하고 신뢰할 수 있는 결함 분류; 향상된 검출 일관성; 유도 시야를 횡단하는 향상된 조명 균일함으로 결함 신호의 진폭에 대한 영상 센서의 동적 범위의 매우 유효한 활용; 작동 모드의 빠른 셋업; CW레이저보다 저렴한 가격의 모드-록(locked) 레이저 사용; 스페클 버스팅(speckle busting)의 필요를 없애어 가격을 저렴하게 함; 플루드 조명(flood illumination)의 사용에 대한 역량으로 웨이퍼 손상 기회의 저하; 양호하게 정의된 회절 오더로 이끄는 간섭성 조명의 사용에 대한 역량으로 직선방향 퓨리에 필터링을 제공; 가격을 낮추게 하는 단순한 시스템 구조; 가격을 낮추고 에너지 손실을 감소시키는 동공 또는 개구 정지부 릴레이의 제거; 및 효율적인 에너지 사용.

본 발명을 명료하게 설명하기 위해 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 기본 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서 상술한 설명의 발명은 임의적인 변경 및 개조를 할 수 있는 것이다. 본 발명에 기술된 공정 및 장치는 많은 선택적인 다른 방식으로 구현할 수 있는 것이다. 따라서, 상술한 실시예는 본 발명을 설명할 목적으로 기재한 것이고, 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명은 첨부 청구범위의 정신 내에서 변경 및 개조되는 기술구성을 포함하는 것이다.

110: 샘플 114, 116: 렌즈 시스템
118: 비임 122: 위상 제어기
140: 센서 시스템 142: 제어기
146: 디스플레이 유니트 154: 메모리 유니트
220: 하부 유리 쐐기 222: 상부 유리 쐐기
410: 액정 420, 422: 전기
530: 가동형 부재

Claims (57)

1. 샘플의 결함을 검출하기 위한 공통로 간섭 영상화 시스템에 있어서,
   광(118)을 발생시키고 이를 샘플(110)로 지향시키는 조명 소스(112)와,
   물체 평면과 영상 평면을 가지며 샘플을 상기 물체 평면에 배치하도록 형성되고 샘플로부터 광의 분산된 성분(128) 및 거울 성분(124)을 수집하도록 형성된 옵티칼 영상화 시스템(100)과,
   상기 옵티칼 영상화 시스템에 대해 작동가능하게 배치되고 상기 분산된 성분과 거울 성분 사이의 상대위상을 조정하도록 형성된 가변형 위상 제어 시스템(122, 130)과,
   상기 영상 평면에 배치되고 상기 상대위상이 조정된 후 분산된 성분 및 거울 성분의 조합의 적어도 일부를 감지하고 이를 나타내는 전자 신호를 발생시키는 감지 시스템(140)을 포함하며,
   상기 분산된 성분 및 거울 성분은 상대위상을 갖는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 전자 신호에 대응하는 샘플 위치정보를 제공하기 위해 샘플을 감지 시스템에 대해 배치하도록 형성된 샘플 위치조정 시스템(150)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 감지 시스템에 작동가능하게 연결되거나 통합되며, 결함의 존재 또는 부존재를 결정하기 위해 감지 시스템으로부터 전자 신호를 수신하고 이를 기준 신호와 비교하도록 형성된 신호 프로세서(152)를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
4. 제1항에 있어서, 가변형 위상 제어 시스템은 개구 정지부에 배치되거나 또는 그 근처에 배치되거나, 또는 옵티칼 영상화 시스템의 개구 정지부의 공액 평면에 배치되거나 그 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
5. 제1항에 있어서, 가변형 위상 제어 시스템은 거울 성분의 위상을 조정함으로써 상기 상대위상을 조정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
6. 제1항에 있어서, 샘플과 감지 시스템 사이에서 거울 성분의 통로에 배치된 가변형 감쇄 시스템(224)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
7. 제6항에 있어서, 거울 성분의 진폭은 감지 시스템에서 신호 변조를 증가시키도록 감쇄되는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
8. 제1항에 있어서, 샘플상의 입사 조명의 편광과 상기 감지 시스템에 도달되는 샘플로부터 거울 성분의 편광과 상기 감지 시스템에 도달되는 샘플로부터 분산된 성분의 편광이 변할 수 있도록 선택 및 배치된 편광 옵티칼 성분(1060, 1062)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
9. 제1항에 있어서, 샘플의 결함의 진폭 및 위상을 유도하기 위해 상이한 상대위상 이동으로 이루어진 샘플 포인트의 3회 이상의 비교를 사용하는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 조명 소스(2818a, 2818b)는 멀티플 파장에서 광을 발생시키며, 상기 시스템은 동시 멀티플 파장 동작을 위한 하나 이상의 파장 분할기(2872)를 포함하며, 상기 파장 분할기는 거울 성분 및 분산된 성분의 옵티칼 통로에 배치되어 선택적으로 파장의 일부를 전달하고 나머지 파장을 반사하며,
    상기 가변형 위상 제어 및 감지 시스템은 거울 샘플 성분 및 분산된 샘플 성분의 상대위상이 각각의 파장을 위해 조정될 수 있고 또한 각각의 파장을 위한 거울 성분 및 분산된 성분으로부터의 신호가 동일한 파장 및 위치를 위해 신호 프로세서에 의해 동시에 기준 신호와 비교될 수 있도록 배치된 각각의 파장을 위한 시스템(2870a, 2870b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
11. 제1항에 있어서, 개구 정지부에서 또는 개구 정지부의 근처에서 또는 옵티칼 영상화 시스템의 개구 정지부의 공액 평면 근처에서 광을 선택적으로 차단하기 위한 퓨리에 평면 필터링 시스템(730)을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
12. 제1항에 있어서, 샘플을 향해 지향된 광의 일부는 샘플의 표면으로부터 반사되고, 일부는 샘플을 통해 전달되어 거울 성분 및 분산 성분이라는 2개의 보완 세트를 발생시키며; 상기 시스템은 거울 성분 및 분산된 성분의 상대위상이 샘플로부터 전달된 비임 및 반사된 비임을 위해 조정될 수 있도록 제2영상화 시스템(2402b), 보상판, 제2가변형 위상 제어 시스템(2470b), 제2감지 시스템(2440b)을 부가로 포함하며; 상기 전달된 비임 및 반사된 비임을 위한 거울 성분 및 분산된 성분에 대응하는 신호는 신호 프로세서(152)에 의해 샘플상의 동일 위치에 대응하는 컴퓨터 발생된 반사 및 전달된 기준 신호와 비교되는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
13. 제9항에 있어서, 결함의 유도된 진폭 및 위상을 수용하며 상기 진폭과 위상 특성 사이의 유사성 및 차이를 이용하여 결함을 분류하도록 프로그램된 프로세서(152)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
14. 제1항에 있어서, 옵티칼 영상화 시스템은 하나 이상의 비임 분할기(2872)와, 멀티플 위상 제어기 시스템(2870a, 2870b)과, 샘플상의 포인트와 연관된 거울 성분 및 분산된 성분의 조합을 각각 포함하는 상이한 신호들의 동시발생을 가능하게 하는 멀티플 감지 시스템(2840a, 2840b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
15. 제1항에 있어서, 암흑화와 전달된 광에 노출된 엣지를 갖는 개구판(4606)을 보유한 동공 평면을 포함하며, 상기 각각의 엣지는 제1 및 고차수 영상을 감지 시스템으로부터 멀리 회절시키도록 형성된 다수의 톱니(4608)를 포함하며, 상기 톱니는 영상 시스템과 감지 시스템 사이의 렌즈의 초점거리를 곱하고 센서의 최대 필드 반경으로 나눈 광의 파장 보다 작은 거리로 이격되는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 시스템.
16. 샘플의 결함을 검출하기 위해 공통로 간섭 영상화를 이용하는 방법에 있어서,
    샘플을 향해 광을 지향시키는 단계와,
    샘플에 의해 우월하게 분산된 광의 분산 성분과 샘플에 의해 우월하게 반사되거나 전달된 광의 거울 성분을 옵티칼 영상화 시스템으로 샘플로부터 수집하는 단계와,
    가변형 위상 제어 시스템을 이용하여 분산된 성분 및 거울 성분의 상대위상을 조정하는 단계와,
    상기 위상 조정후 분산된 성분 및 거울 성분의 적어도 일부를 감지하고 이를 나타내는 제1전자 신호를 발생시키는 단계와,
    상기 제1전자 신호를 상기 제1전자 신호의 동일한 샘플 위치에 대응하는 기준 신호와 비교하여, 상기 동일한 샘플 위치에 결함이 존재하거나 존재하지 않는지의 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 이용 방법.
17. 제16항에 있어서, 영상 평면에 도달되는 거울 성분 세기를 변화시키는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 이용 방법.
18. 제16항에 있어서, 샘플상의 입사 조명의 편광과, 감지 평면에 도달되는 샘플로부터의 거울 조명의 편광과, 감지 평면에 도달되는 샘플로부터의 분산된 조명의 편광중 하나 이상을 변화시키는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 이용 방법.
19. 제16항에 있어서, 상이한 상대위상 이동으로 이루어지는 동일한 샘플 포인트의 3회 이상의 비교는 결함의 진폭 및 위상을 유도하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 이용 방법.
20. 제19항에 있어서, 그 진폭과 위상 특성 사이의 유사성 및 차이점에 적어도 일부 기초하여 하나 이상의 결함을 분류하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공통로 간섭 영상화 이용 방법.
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