KR102329146B1

KR102329146B1 - 편파를 이용한 코히런트 경사도 감지 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102329146B1
Application number: KR1020160064153A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 지. 스타이츠
Original assignee: 케이엘에이 코포레이션
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2021-11-18
Also published as: NL2016866A; US20160363440A1; TW201643373A; NL2016866B1; US9784570B2; CN106247974A; TWI583921B; SG10201604688SA; KR20160147647A; JP2017003590A; CN106247974B

Abstract

정반사면의 적어도 하나의 형상-기반 특성을 측정하는 편파-기반 코히런트 경사도 감지 시스템 및 방법이 개시된다. 이 방법은; 형상정보를 포함하는 제2 원형 편파 레이저 빔을 형성하기 위해 제1 선형 편파 레이저 빔을 샘플의 표면으로부터 반사하는 단계; 제2 원형 편파 레이저 빔을 반사된 선형 편파 레이저 빔으로 변환하는 단계; 반사된 선형 편파 레이저 빔의 각각의 제1 및 제2 부분을 제1 및 제2 간섭계 아암을 구성하는 제1 및 제2 릴레이 어셈블리에 지향하는 단계;를 포함한다. 제1 및 제2 릴레이 어셈블리 각각은 각각의 제1 및 제2 이미지 센서에서 각각의 제1 및 제2 간섭 패턴을 생성하기 위해 축 방향 이격된 격자들의 쌍을 사용한다. 하나 이상의 표면-형상 특성을 결정하기 위해 제1 및 제2 이미지 센서로부터의 각각의 제1 및 제2 신호가 처리된다.

Description

편파를 이용한 코히런트 경사도 감지 시스템 및 방법{POLARIZATION-BASED COHERENT GRADIENT SENSING SYSTEMS AND METHODS}

본 개시는 광학 간섭계, 특히 코히런트 경사도 감지에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 편파를 이용한 코히런트 경사도 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

여기서 언급된 모든 간행물 또는 특허 문헌의 전체 개시내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함되며, 미국 특허 제3829219호, 제5526116호, 및 제6031611호와, M.P. Rimmer 등에 의해 "가변 전단을 갖는 횡-전단 간섭계를 이용한큰 수차의 평가 방법(Evaluation of large aberrations using lateral-shear interferometer having a variable shear)" 제목으로, 1974년 1월, App. Opt., 제4권 제1호, 페이지 142-150에 실린 간행물, 및 Schreiber 등에 의해 "연속된 2개의 론치 격자에 기초한 횡 전단 간섭계(Lateral shearing interferometer based on two Ronchi phase gratings in series)" 제목으로, 1997년 8월, App. Opt., 제36권 제22호, 페이지 5321-5324에 실린 간행물을 포함한다.

코히런트 경사도 감지(CGS: coherent gradient sensing)는 표면의 형상-기반 특성들(예컨대, 높이, 기울기 및 곡률) 중 하나 이상을 측정하기 위해 사용되는 간섭측정 기술이다. CGS 기술은 기본적으로 임의의 재료로 형성된 정반사면을 나타내는 형상 정보를 얻기 위해 광학 프로브로서 콜리메이트(collimated) 코히런트 광 빔을 이용한다. 상기 정반사면(specularly reflective surface)이 평평하지 않을 때, 반사된 프로브 빔의 파면은 왜곡되고 그에 의해 상기 반사된 프로브 빔에는 측정되는 표면의 형상과 관련된 위상 변화 또는 광 경로차가 발생한다.

측정을 위해 상기 왜곡된 파면을 조작하기 위해서, 서로 이격된 2개의 격자가 상기 반사된 프로브 빔의 경로 내에 배치된다. 제1 격자는 상기 반사된 프로브 빔을 회절시켜 상이한 차수의 회절 성분들을 공간적으로 분리한다. 제2 격자는 제1 격자에 의해 생성된 각각의 회절 성분들을 추가로 회절시킨다. 제2 격자와 관련하여 위치된 광학소자(예컨대, 렌즈)는, 제1 격자에 의해 생성된 2개의 상이한 회절 성분들을 회절시킴으로써, 제2 격자에 의해 생성된 2개의 선택된 회절 성분들을 결합한다. 상기 2개의 선택된 회절 성분들은 서로 간섭하여 간섭 패턴을 생성한다. 상기 2개의 격자에 의한 회절은 상기 2개의 선택된 회절 성분들 사이에 상대적 공간 변위를 일으키며, 이것은 전단 거리(shearing distance)로 지칭한다. 상기 간섭 패턴은, 상기 반사면 상의, 상기 전단 거리에 의해 분리된 두 지점 사이의 불연속 높이 차이(discrete height differences)의 추출을 허용하는 정보를 포함한다. 이 높이 차이는 국부 표면 경사도로서 해석될 수 있으며, 이어서 그것은, 수치 미분을 통한 곡률 정보 또는 수치 적분을 통한 토포그래피 정보를 얻기 위해, 추가로 처리된다.

기존 CGS 시스템들이 성공적이지만, 더 넓은 범위의 측정 응용에 걸쳐 더 큰 측정 기능을 제공하기 위해, 더 적은 측정 잡음과 더 큰 분해능(resolution)을 포함하는, 샘플 표면의 향상된 측정을 제공하는 CGS 시스템에 대한 요구가 증가하고 있다.

본 발명의 일 측면은 정반사면의 형상-기반 특성을 측정하는 방법이다. 이 방법은: 제1 원형 편파를 가진 콜리메이트 레이저 빔을 샘플의 표면에 지향하는 단계; 상기 정반사면의 형상 정보를 포함하고 제2 원형 편파를 가진 반사된 레이저 빔을 형성하기 위해 상기 샘플의 표면으로부터 상기 콜리메이트 레이저 빔을 반사하는 단계; 상기 제2 원형 편파를 가진 상기 반사된 레이저 빔을 반사된 선형 편파 레이저 빔으로 변환하는 단계; 제1 방향을 갖고 2개의 제1 회절 성분들을 형성하는 제1 쌍의 축 이격 격자들에 상기 반사된 선형 편파 레이저 빔의 제1 부분을 지향하고, 상기 2개의 제1 회절 성분들을 결합하여 제1 이미지 센서 위에 제1 간섭 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 갖고 2개의 제2 회절 성분들을 형성하는 제2 쌍의 축 이격 격자들에 상기 반사된 선형 편파 레이저 빔의 제2 부분을 지향하고, 상기 2개의 제2 회절 성분들을 결합하여 제2 이미지 센서 위에 제2 간섭 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 정반사면의 적어도 하나의 형상-기반 특성을 결정하기 위해 상기 제1 및 제2 간섭 패턴들을 처리하는 단계;를 포함하는, 방법.

본 발명의 다른 측면은, 반사된 선형 편파 레이저 빔의 제1 및 제2 부분을 지향하는 상기 단계는 상기 반사된 선형 편파 레이저 빔의 상기 제1 및 제2 부분을 각각의 제1 및 제2 릴레이 어셈블리에 보내기 위해 빔 스플리터를 사용하는 단계를 포함하는 방법이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 반사된 선형 편파 레이저 빔의 상기 제1 및 제2 부분은 실질적으로 같은 강도를 가진 방법이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 콜리메이트 레이저 빔을 지향하는 상기 단계는 레이저 소스로부터 최초 레이저 빔을 발생시키는 단계, 상기 최초 레이저 빔을 제1 빔 확대기를 통해 통과시켜 확대된 제1 레이저 빔을 형성하는 단계, 및 이어서 빔 확대 광학 시스템을 통과시켜 확대된 제2 레이저 빔을 형성하는 단계를 포함하는 방법이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 최초 레이저 빔 및 상기 확대된 제1 레이저 빔은 선형 편파되고, 상기 확대된 제1 레이저 빔을 4분의 1파장 지연판을 통해 통과시켜 콜리메이트 원형 편파 레이저 빔을 형성하는 단계를 포함하는 방법이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 제2 원형 편파를 가진 반사된 레이저 빔을 반사된 선형 편파 레이저 빔으로 변환하는 상기 단계는 상기 반사된 레이저 빔을 상기 4분의 1파장 지연판을 통해 통과시키는 단계를 포함하는 방법이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 2개의 제1 회절 성분들을 결합하는 상기 단계는 제1 릴레이 렌즈 시스템을 사용하여 제1 푸리에 애퍼처를 통해 상기 2개의 제1 회절 성분들을 통과시키는 단계를 포함하고, 2개의 제2 회절 성분들을 결합하는 상기 단계는 제2 릴레이 렌즈 시스템을 사용하여 제2 푸리에 애퍼처를 통해 상기 2개의 제2 회절 성분들을 통과시키는 단계를 포함하는 방법이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 제1 원형 편파를 가진 상기 콜리메이트 레이저 빔은 300mm와 400mm 사이의 지름을 가진 방법이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 콜리메이트 레이저 빔은 헬륨-네온 레이저에 의해 방출된 최초 레이저 빔으로부터 형성되는 방법이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 제 1 및 제2 쌍의 축 이격 격자들 각각은 위상 격자들로 구성되는 방법이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제1 이미지 센서에 형성된 제1 간섭 패턴이 상기 제2 이미지 센서에 형성된 제2 간섭 패턴과 동일한 크기를 갖도록, 상기 반사된 선형 편파 레이저 빔의 상기 제1 부분의 제1 배율을 제어하는 단계 및 상기 반사된 선형 편파 레이저 빔의 상기 제2 부분의 제2 배율을 제어하는 단계를 추가로 포함하는 방법이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제1 이미지 센서는 제1 픽셀들을 갖고 제1 카메라 렌즈와 결합하여 제1 카메라를 형성하며, 상기 제2 이미지 센서는 제2 픽셀들을 갖고 제2 카메라 렌즈와 결합하여 제2 카메라를 형성하며, 상기 제1 및 제2 카메라 각각은 상기 제1 및 제2 이미지 센서의 상기 제1 및 제2 픽셀들과 상기 샘플의 표면 사이에 표면-센서 픽셀 매칭을 수행하기 위한 다축 위치 제어를 가진 방법이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 적어도 하나의 형상-기반 특성은 상기 샘플의 표면상의 두 지점(location) 사이의 높이 차이, 기울기 및 곡률을 포함하는 방법이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 조정 가능 크기 및 조정 가능 축 위치를 가진 제1 조정 가능 애퍼처를 통해 상기 2개의 제1 회절 성분들을 지향하는 단계; 조정 가능 크기 및 조정 가능 축 위치를 가진 제2 조정 가능 애퍼처를 통해 상기 2개의 제2 회절 성분들을 지향하는 단계; 및 2개의 제1 회절 차수들 및 2개의 제2 회절 차수들 이외의 회절 차수들을 각각 차단하기 위해 상기 제1 및 제2 조정 가능 애퍼처들의 크기 및 축 위치 중 적어도 하나를 각각 조정하는 단계;를 포함하는 방법이다.

본 발명의 또 다른 측면은 정반사성의 표면을 가진 샘플의 적어도 하나의 형상-기반 특성을 측정하는 시스템이다. 상기 시스템은: 제1 선형 편파 레이저 빔을 방출하는 레이저 소스; 상기 제1 선형 편파 레이저 빔을 투과하도록 배열된 편파 빔 스플리터; 상기 편파 빔 스플리터에 의해 투과된 상기 제1 선형 편파 레이저 빔을 투과하여 제1 원형 편파 레이저 빔을 형성하도록 배열된 파장판; 상기 샘플의 표면에 대한 형상정보를 포함하고 제2 원형 편파를 가진 반사된 레이저 빔을 형성하기 위해 상기 제1 원형 편파 레이저 빔을 수광하고 상기 샘플의 표면에 상기 제1 원형 편파 레이저 빔을 지향하는 빔 확대 광학 시스템; 제2 선형 편파 레이저 빔의 각각의 제1 및 제2 부분을 통과 및 반사하도록 배열된 빔 스플리터; 상기 제2 선형 편파 레이저 빔의 상기 제1 부분을 수광하고 2개의 제1 회절 성분들을 형성하고 제1 방향을 가진 제1 쌍의 축 이격 격자들에 상기 제2 선형 편파 레이저 빔의 상기 제1 부분을 지향하도록 배열된 제1 릴레이 어셈블리; 상기 제2 선형 편파 레이저 빔의 상기 제2 부분을 수광하고 2개의 제2 회절 성분들을 형성하고 제2 방향을 가진 제2 쌍의 축 이격 격자들에 지향하도록 배열된 제2 릴레이 어셈블리; 및 정반사면을 가진 샘플의 상기 적어도 하나의 형상-기반 특성을 결정하기 위해 제1 및 제2 간섭 패턴을 처리하도록 구성된 프로세서;를 포함하고, 상기 빔 확대 광학 시스템에서, 상기 반사된 레이저 빔은 상기 빔 확대 광학 시스템을 나가서, 상기 파장판을 통과하고, 상기 편파 빔 스플리터로부터 반사되어 제2 선형 편파 레이저 빔을 형성하고, 상기 제1 릴레이 어셈블리에서, 상기 2개의 제1 회절 성분들은 결합되어 제1 이미지 센서 상에 제1 간섭 패턴을 형성하고, 상기 제2 릴레이 어셈블리에서, 상기 2개의 제2 회절 성분들은 결합되어 제2 이미지 센서 상에 제2 간섭 패턴을 형성한다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 적어도 하나의 형상-기반 특성은 상기 샘플의 표면상의 두 지점 사이의 높이 차이, 기울기 및 곡률을 포함하는 시스템이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 샘플의 표면은 지름을 가지며, 상기 빔 확대 광학 시스템은 상기 샘플의 표면의 지름과 동일하거나 큰 지름을 갖도록 상기 제1 원형 편파 레이저 빔을 확대하는 시스템이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제1 및 제2 축 이격 격자들은 홀로그램 격자에 의해 각각 형성되는 시스템이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제1 및 제2 릴레이 어셈블리 각각은 조정 가능 배율을 가진 시스템이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제1 릴레이 어셈블리는 보상판을 포함하는 시스템이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 레이저 소스와 상기 편파 빔 스플리터 사이에 조작 가능하게 배열되고 상기 제1 선형 편파 레이저 빔을 확대하도록 구성된 빔 확대기를 추가로 포함하는 시스템이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 빔 스플리터는 50:50 빔 스플리터인 시스템이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 제1 픽셀을 가진 상기 제1 이미지 센서와 함께 제1 카메라를 형성하는 제1 카메라 렌즈; 및 제2 픽셀을 가진 상기 제2 이미지 센서와 함께 제2 카메라를 형성하는 제2 카메라 렌즈;를 추가로 포함하고, 상기 제1 및 제2 카메라 각각은 상기 제1 및 제2 이미지 센서의 상기 제1 및 제2 픽셀과 상기 샘플의 표면 사이에 표면-센서 픽셀 매칭을 수행하기 위한 다축 위치 제어를 가진 시스템이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제1 쌍의 축 이격 격자들과 상기 제1 이미지 센서 사이에 조작 가능하게 배열되고, 조정 가능 크기 및 조정 가능 축 위치를 가진 제1 조정 가능 애퍼처; 및 상기 제2 쌍의 축 이격 격자들과 상기 제2 이미지 센서 사이에 조작 가능하게 배열되고, 조정 가능 크기 및 조정 가능 축 위치를 가진 제1 조정 가능 애퍼처;를 추가로 포함하는 시스템이다.

본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로는 다음의 상세한 설명, 청구범위, 첨부된 도면을 포함하여 본 명세서에 설명된 바와 같은 발명을 실행하는 것에 의해 인식되거나 또는 설명으로부터 당업자에게 용이하게 인식될 것이다. 전술한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 단지 예시적인 것이고 청구범위의 성질과 특성을 이해하기 위한 개관 또는 골격을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.

본 발명에 의하면, 더 넓은 범위의 측정 응용에 걸쳐, 샘플 표면의 향상된 측정을 제공하는 CGS 시스템을 제공하는 것이 가능하다.

첨부 도면은 본 발명의 추가 이해를 돕기 위한 것으로서 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 도시하고, 상세한 설명과 함께 여러 실시예들의 동작과 원리를 설명하는 역할을 한다. 따라서, 아래와 같은 첨부된 도면과 함께 발명의 상세한 설명을 참조함으로써 본 발명은 더욱 완전히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 편파-기반 CGS 시스템의 개략적인 다이어그램이다.
도 2는 도 1의 편파-기반 CGS 시스템의 실시예 광학 다이어그램이다.
도 3은 도 2의 편파-기반 CGS 시스템의 3차원 CAD에 의한 도면이다.

이제 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 가능한 한, 동일한 또는 유사한 참조 번호와 기호가 동일하거나 유사한 부분을 나타내도록 도면 전체에서 사용된다. 도면에서 축척은 필수적인 것은 아니며, 당해 기술분야의 숙련된 기술자는 본 발명의 주요 측면을 도시하기 위해 도면의 어느 부분이 간략화되었는지 인식할 수 있을 것이다.

첨부된 청구항들은 본 명세서의 상세한 설명에 병합되어 그 일부를 구성한다.

도면들 중 일부에서는 기준을 위해 직각좌표계가 제시되어 있으며 이것은 방향 또는 방위를 한정하려는 의도는 아니다.

도 1은 본 개시에 따른 예시적 편파-기반 CGS 시스템("시스템")(10)의 개략적인 다이어그램이다. 시스템(10)은 제1 광축(A1)을 따라 선형 편파된 레이저 빔(22L)을 방출하는 레이저 소스(20)를 포함하며, 양방향 파선 화살표에 의해 "X" 편파를 예로서 표시한다. 시스템(10)은 빔 확대기(30), 2개의 접이식 거울(fold mirror)(FM1, FM2), 그리고 제2 광축(A2)을 규정하는 편파 빔 스플리터(BSP)를 포함한다. 또한 시스템(10)은 제1 광축(A1)을 따라 파장판(WP)과 빔 확대 광학 시스템(50)을 포함하며, 광학 시스템(50)은 측정될 형상을 가진 표면(82)을 가진 샘플(80)에 인접하여 위치되어 있다. 일 실시예에서, 샘플(80)의 표면(82)은 정반사면이다. 또한, 일 실시예에서, 상기 형상은, 예컨대 단순한 파라볼라 형 곡률을 초과하여 비교적 복잡할 수 있다. 일 실시예에서, 시스템(10)은 측정되는 샘플(80) 표면(82)의 적어도 하나의 형상-기반 특성, 예를 들어 두 지점 사이의 높이 차이, 하나 이상의 지점에서의 기울기, 및 곡률 등을 측정한다.

또한, 시스템(10)은 제2 광축(A2)을 따라 제2 빔 스플리터(BS)를 포함하며, 이것은 제3 광축(A3)을 규정한다. 제3 광축(A3)을 따라 제1 릴레이 어셈블리(100)가 배치되어 있다. 또한, 제2 광축(A2)을 따라 접이식 거울(FM3)이 배치되어 제4 광축(A4)을 규정하고, 제4 광축(A4)을 따라 제2 릴레이 어셈블리(200)가 배치되어 있다. 제1 및 제2 릴레이 어셈블리(100, 200)는 제1 및 제2 간섭계 아암(arm)을 형성하여, X 방향 및 Y 방향에서(또는 보다 일반적으로는 임의의 두 방향에서) 동시에 표면-형상 정보를 수집하는 것을 가능하게 한다. 이것에 의해 측정 스루풋(throughput)이 높아지고 시스템이 단순해지며, 종래의 싱글-아암 시스템에 비해 움직이는 부품들의 개수가 감소되거나 제거된다. 제1 및 제2 릴레이 어셈블리(100, 200) 각각은 해당하는 데이터 세트를 생성하며, 이 데이터 세트는 샘플(80) 표면(82)의 하나 이상의 형상-기반 파라미터를 결정하기 위해 사용된다. 2개의 완전한 데이터 세트가 중첩을 제공하며(즉, 표면 형상 복원이 중첩 결정됨), 이것은, 예컨대 "불량" 픽셀을 폐기하거나 그것들에 대해 더 적은 가중치를 부여함으로써, 측정 신뢰성 향상 및 오류 최소화를 가능하게 한다.

도 2는 도 1의 시스템(10)의 더 상세한 광학 다이어그램이고, 도 3은 시스템(10)을 3차원 CAD에 의해 도시한 도면이다. 예시적 빔 확대 광학 시스템(50)은, 제1 광축(A1)을 따라 순서대로, 복렌즈(52), 포지티브 메니스커스 렌즈(positive meniscus lens)(54) 및 평볼록렌즈(56)를 포함한다. 제1 릴레이 어셈블리(100)는 제3 광축(A3)을 따라 보상판(104), 제1 격자 쌍(110)(전단 거리가 X축에 평행) 및 제1 릴레이 렌즈 시스템(120), 제1 푸리에 환형 애퍼처 플레이트(Fourier annular aperture plate)(130), 제1 카메라 렌즈(140) 및 제1 이미지 센서(150)를 포함하며, 이미지 센서(150)는 제1 픽셀들(150P)을 포함한다(도 1의 좌측 아래에 있는 삽도를 참조). 제1 카메라 렌즈(140)와 제1 이미지 센서(150)는 제1 카메라(151)를 구성한다.

제2 릴레이 어셈블리(200)는 제4 광축(A4)을 따라 제2 격자 쌍(210)(전단 거리가 y축에 평행) 및 제2 릴레이 렌즈 시스템(220), 제2 푸리에 애퍼처 플레이트(230), 제2 카메라 렌즈(240) 및 제2 이미지 센서(250)를 포함하며, 제2 이미지 센서(250)는 제2 픽셀들(250P)을 포함한다(도 1의 우측 아래에 있는 삽도를 참조). 제2 카메라 렌즈(240)와 제2 이미지 센서(250)는 제2 카메라(251)를 구성한다.

제1 및 제2 이미지 센서(150, 250)는 프로세서(300)에 전기적으로 접속되어 있다.

시스템(10)의 동작의 일 예에서, 레이저 소스(20)는 선형 편파된 레이저 빔(22L)을 방출하며, 이것은 상대적으로 작은(예컨대, 1mm) 초기 지름을 가진다. 빔 확대기(30)는 선형 편파된 레이저 빔(22L)을 수광하여 지름을 예컨대 50X 내지 200X 사이에서 예컨대 약 80mm까지 확대한다. 접이식 거울(FM1, FM2)은 선형 편파된 레이저 빔(22X)을 편파 빔 스플리터(BSP)를 통해 파장판(WP)까지 지향하는 역할을 한다. 편파 빔 스플리터(BSP)는, 후면에서 반사된 미사용 레이저 빔의 강도를 최소화하면서, 그것을 투과해서 통과하는 선형 편파된 레이저 빔(22X)의 강도를 극대화하도록 편파하고 정렬된다. 파장판(WP)은, 상기 선형 편파된 레이저 빔(22X)을 회전시켜, 원형 편파된 레이저 빔(22RH) 예컨대 우측 편파된 레이저 빔을 형성하는 수정 결정 4분의 1 파장 지연판을 포함한다. 상기 원형 편파된 레이저 빔(22RH)은 좌측 편파된 빔으로서 형성될 수도 있다.

우측 편파된 레이저 빔(22RH)은 빔 확대 광학 시스템(50)에 들어가며, 빔 확대 광학 시스템(50)은 우측 편파된 레이저 빔(22RH)을 수광하여 확대한다. 일 실시예에서, 빔 확대 양은 4X로서, 예컨대 80mm 지름 빔 내지 320mm 지름 빔으로 확대된다. 확대된 우측 편파된 레이저 빔(22RH)은 실질적으로 콜리메이트 레이저 빔으로서 샘플(80)의 표면(82)에 입사한다. 샘플(80)의 표면(82)은 샘플 평면(SP) 내에 위치한다. 주목할 것은 빔 확대가 샘플(80)의 크기에 기초하여 선택된다는 것이다. 따라서, 450mm 지름 웨이퍼의 경우, 선택된 크기(예컨대, 선택된 지름)를 가진 우측 편파된 레이저 빔(22RH)을 얻기 위해 빔 확대기(30) 및 빔 확대 광학 시스템(50)에 대해 상이한 빔 확대 양이 사용될 수 있다.

상기 콜리메이트 우측 편파된 레이저 빔(22RH)은 샘플(80)의 표면(82)으로부터 반사되어 원형 좌측 편파로 반전되며, 그것에 의해 좌측 편파 레이저 빔(22LH)을 형성한다. 좌측 편파 레이저 빔(22LH)은 웨이퍼 표면 변형 2X'(x,y) 및 2Y'(x,y) 기울기 분포의 3D-변형의 2배인 2·△Z(x,y)에 상당한 반사된 파면 오차를 획득한다. 좌측 편파 레이저 빔(22LH)은 빔 확대 광학 시스템(50)과 파장판(WP)을 통과하여 거꾸로 진행하며, 파장판(WP)은 좌측 편파 레이저 빔(22LH)이 Y 방향에서 선형 편파를 갖도록 변환한다. 즉 선형 편파된 레이저 빔(22Y)을 형성한다. 선형 편파된 레이저 빔(22Y)은 4배 감소된 빔(예컨대, 지름 80mm)으로서 빔 확대 광학 시스템(50)의 입력 단부를 나간다. 이 경우 웨이퍼 표면 기울기 분포는 8배이다(즉, 8X'(x,y) 및 8Y'(x,y)).

선형 편파된 레이저 빔(22Y)은 그 다음에 편파 빔 스플리터(BSP)로부터 제1 및 제2 릴레이 어셈블리(100, 200)를 향해 안내된다. 편파 빔 스플리터(BSP)는 제2 빔 스플리터(BS)에 입사하는 상기 반사된 선형 편파 레이저 빔(22Y)이 최대화되도록 정렬된다. 상기 BS는 일부는 투과하고 일부는 반사하는, 예를 들면 50:50 빔 스플리터이다. 따라서, 선형 편파 레이저 빔(22Y)의 절반은 제3 광축(A3)을 따라 아래로 진행하여 제1 릴레이 어셈블리(100)을 통과하도록 지향되는 반면, 다른 절반은 제2 릴레이 어셈블리(200)를 향해 아래로 진행하도록 FM3에 의해 지향된다. 주목할 것은 편파 빔 스플리터(BSP)가, X 편파 광 및 Y 편파 광을 각각에 대해서 거의 100% 효율로 반사하는 편파 빔 스플리터인 것이다. 따라서, 레이저 빔 강도가 실제로 분할되는 광 경로 내 유일한 지점은 제2 빔 스플리터(BS)에서이므로, 제1 및 제2 릴레이 어셈블리(100, 200) 각각은, 시스템(10)을 통과하여 진행하는 레이저 빔의 거의 절반에서, 다양한 상류 광학 인터페이스들(예컨대, 빔 확대 광학 시스템(50) 등의 렌즈소자 표면들)에서의 반사에 의해 일어나는 비교적 작은 광학 손실을 제외한 빔을, 수광한다.

선형 편파된 레이저 빔(22Y) 제1 릴레이 어셈블리(100)를 통과하여 진행하는 부분은 보상판(104)을 통과하며, 보상판(104)은, 선형 편파된 레이저 빔(22Y)이 제2 빔 스플리터(BS)를 통과하여 제2 릴레이 어셈블리(200)에 도달할 때 회득하는 추가의 광 경로을 보상한다. 보상판(104)에 추가하여, 제1 및 제2 릴레이 어셈블리(100, 200)는, 제1 및 제2 릴레이 어셈블리(100, 200)의 제1 및 제2 격자 쌍(110, 210)과 제2 빔 스플리터(BS) 사이의 총 광학 거리가 같도록, 물리적으로 위치된다. 선형 편파 레이저 빔(22Y)는 보상판(104)을 통과한 후 제1 격자 쌍(110)에 도달한다. 일 실시예에서, 제1 격자 쌍(110)은 한 쌍의 가변적으로 이격된 평행한 Ronchi 또는 회절 격자를 포함한다. 선형 편파된 레이저 빔(22Y)은 제1 격자 쌍(110)에 의해 상이한 상대 강도의 여러 개의 차수: 0^th; ±1^st; ±2^nd; 등으로 회절된다.

격자 쌍(110)에서 나오는 빔 중에서 2개의 빔 성분들이 관심 대상이다: 즉, 제1 격자 쌍(11)으로부터의 0^th 및 +1^st차수 성분과 제2 격자 쌍(210)으로부터의 +1^st 및 0^th 차수 성분. 주목할 것은 격자 쌍(110, 210) 내 2개 격자들로부터의 상이한 조합의 회절 차수(diffraction order)가 결합되어 간섭을 생성할 수 있다는 것이며; 실제에 있어서, 더 낮은 회절 차수들의 사용이 가장 바람직하다. 이러한 2개의 빔 성분들은 격자 공간 주파수와 제1 격자 쌍(110) 사이의 축 방향 분리(Z-거리)에 비례한 양만큼 "X 방향"(평면도에서 좌-우 방향)으로 측면으로 전단된다. 회절된 빔 성분들의 이들 및 다른 "쌍들"이 제1 릴레이 렌즈 시스템(120)에 들어가서 제1 푸리에 환형 애퍼처 플레이트(130)의 부근에서 집속된다. 제1 릴레이 렌즈 시스템(120) 및 제1 푸리에 환형 애퍼처 플레이트(130)는, 원하는 회절 차수들의 회절 각도에 평행하게 정렬된 광축을 규정한다. 제1 푸리에 환형 애퍼처 플레이트(130)의 중심 구멍(즉, 클리어 애퍼처(clear aperture))의 크기는 조정 가능하며, 회절된 빔 성분 중 모든 원치 않는 쌍들을 차단하여, 탠덤(tandem) 격자 쌍으로부터의 원하는 한 쌍의 전단된 1^st 차수 빔 성분들(BA1, BB1)만을 투과하도록, 선택된다.

제1 푸리에 환형 애퍼처 플레이트(130)의 크기(클리어 애퍼처) 및 최적 z-위치는 샘플(80) 표면(82)의 전체적인 형상에 따라 변할 수 있다. 완전 평평한 물체의 경우, 바람직한 회절 차수는 최소 지름에서 존재하고 원치 않는 차수들로부터의 최대 분리는 제1 릴레이 렌즈 시스템(120)의 푸리에 평면에서 존재할 것이다. 명목상 볼록한(아래로 굽은) 물체의 경우, 최소 지름의 평면이 제1 카메라(151)에 더 가까이 이동하는 반면, 명목상 오목한 물체(위로 굽은)의 경우, 최소 지름의 평면이 상기 푸리에 평면에 비해서 샘플(80)에 더 가까이 이동할 것이다. 애퍼처 축 위치 및 지름의 자동 조정은 시스템(10)으로 측정될 수 있는 물체 형상의 범위를 최대화한다.

상기 전단된 회절 빔 성분(BA1, BB1)은 제1 카메라 렌즈(140)에 의해 픽셀로 이루어진 (디지털) 제1 이미지 센서(150)(CCD, CMOS 등)로 집속되며, 여기서 각각의 빔 성분은 대응부와 간섭하여 제1 이미지 센서(150)에 공간 강도 분포(간섭 무늬)를 생성한다. 제1 릴레이 렌즈 시스템(120) 및 제1 카메라 렌즈(140)는 샘플 평면(SP)이 제1 이미지 센서(150)와 짝을 이루지만(conjugate) 약 20X 축소되도록, 예컨대 약 15mm의 빔 지름을 갖도록 구성된다. 더 일반적으로, 상기 축소는 제1 이미지 센서(150)상의 이미지의 크기를 최대화하도록 선택된다. 실제로 상기 축소는 통상적으로 10X 내지 40X이다. 각각의 밝고 어두운 무늬는 전단의 X 방향에서 웨이퍼 기울기의 8배에 대응하는 지점들의 궤적이며, 상기 밝은 무늬는 동일 위상의 전단된 회절 빔 성분들(BA1, BB1) N*π*λ에 대응하고(즉, 보강 간섭) 각각의 어두운 무늬는 동일 위상 성분 N*π*λ/2에 대응한다(즉, 상쇄 간섭).

마찬가지로, 선형 편파된 레이저 빔(22Y) 중 제2 릴레이 어셈블리(200)를 통과하는 부분은 제2 격자 쌍(210)을 통과하며, 제2 격자 쌍(210)은 일 실시예에서 한 쌍의 가변적으로 이격된 평행한 Ronchi 또는 회절 격자들이다. 상기 격자들은 제1 릴레이 어셈블리(100) 내의 제1 격자 쌍(110)에 직교하도록, 로컬 광축(A3)에 대해서 90도 만큼 회전된다. 제2 릴레이 어셈블리(200) 내를 진행하는 선형 편파된 레이저 빔(22Y)은 여러 개의 차수: 0^th; ±1^st; ±2^nd; 등으로 회절한다. 제1 및 제2 격자 쌍(110, 210)에서 나올 때, 관심 대상인 2개의 빔 성분이 있다: 제1 격자로부터의 0^th 및 +1^st차수 성분과 제2 격자로부터의 +1^st 및 0^th 차수 성분. 이러한 2개의 빔 성분들은 이제, 제2 격자 쌍(210) 사이의 축 방향 분리(Z-거리)와 격자 공간 주파수에 비례한 양만큼 "Y 방향"으로(평면도의 안에서 밖으로) 측면으로 전단된다. 회절된 빔 성분들(BA2, BB2)의 이들 및 다른 "쌍들"이 제2 릴레이 렌즈 시스템(220)에 들어가서 제2 푸리에 환형 애퍼처 플레이트(230)의 부근에서 집속된다.

제2 푸리에 환형 애퍼처 플레이트(230)의 크기 및 위치는, 회절된 빔 성분 중 모든 원치 않는 쌍들을 차단하여, 탠덤 격자 쌍(210)으로부터의 전단된 1^st 차수 빔 성분들의 원하는 한 쌍의 전단된 회절 빔 성분들(BA1, BB1)만을 투과할 수 있도록, 조정하는 것이 가능하다. 0, -1 및 -1, 0 회절 차수도 사용될 수 있으며, 일반적으로 임의의 홀수 차수라도 사용될 수 있다.

제1 푸리에 환형 애퍼처 플레이트(130)에서와 같이, 제2 푸리에 환형 애퍼처 플레이트(230)의 최적 z 위치 및 크기(클리어 애퍼처)는 샘플(80) 표면(82)의 전체적인 형상에 따라 변할 수 있다.

상기 전단된 회절 빔 성분(BA2, BB2)은 픽셀로 이루어진 (디지털) 제2 이미지 센서(250)(CCD, CMOS 등)에 제2 카메라 렌즈(240)에 의해 역시 집속되며, 여기서 상기 전단된 회절 빔 성분(BA2, BB2) 각각은 대응부와 간섭하여 제2 이미지 센서(250) 상에 공간 강도 분포(간섭 무늬)를 생성한다. 제2 릴레이 렌즈 시스템(220) 및 제2 카메라 렌즈(240)는, 샘플 평면(SP)이 제2 이미지 센서(250)와 짝을 이루지만 약 20X 축소되고 따라서 일 실시예에서 상기 전단된 회절 빔 성분(BA2, BB2)이 약 15mm의 빔 지름을 갖도록, 구성된다. 제1 릴레이 어셈블리(100)와 관련하여 전술한 것과 같이, 상기 축소는 제2 이미지 센서(250) 상의 이미지의 크기를 최대화하도록 선택된다. 또한, 2개의 릴레이 어셈블리(100, 200)의 전단 거리를 정합시키기 위해, 제1 및 제2 격자 쌍(110, 210)을 구성하는 격자들의 분리에 대해 작은 조정이 수행될 수 있다.

각각의 밝고 어두운 무늬는 전단의 Y 방향에서 웨이퍼 기울기의 8배에 대응하는 지점들의 궤적이며, 밝은 무늬는 동일 위상의 전단된 빔 성분들 N*π*λ에 대응하고(즉, 보강 간섭) 각각의 어두운 무늬는 동일 위상의 성분들 N*π*λ/2에 대응한다(즉, 상쇄 간섭).

일 실시예에서, 제1 및 제2 릴레이 어셈블리(100, 200) 각각은 전단 거리와 물체-센서 배율(magnification)에 대해서 그것들의 성능을 일치시킬 수 있도록 구성된다. 따라서, 예를 들어, 제1 및 제2 격자 쌍(110, 210)은 z-축에 평행하게 축 방향으로 조정될 수 있으며, 이것은 격자 분리가 전단 거리에 비례하는 격자 쌍(110, 210) 각각에 관련된 전단 거리의 제어를 가능하게 한다. 또한, 일 실시예에서, 제1 및 제2 릴레이 어셈블리(100, 200) 각각은 물체-센서 배율의 미세-조정을 가능하게 하는 배율 조정을 포함한다. 여기서, "미세-조정"은 렌즈 위치 제어의 분해능이 물체 표면(82)의 이미지 내 피처(예컨대, 1 픽셀)에 대해서 분해될 수 있는 것에 비해서 크다는 것을 의미한다.

일 실시예에서, 카메라(151, 251)는 표면-센서 픽셀 매칭을 가능하게 하는, 즉, 물체 표면(82)상의 위치와, 제1 및 제2 이미지 센서(150, 250) 상의 제1 및 제2 픽셀(150P, 250P)의 동일한 위치의 대응을 각각 매칭하는 다축 위치 제어를 구비한다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 릴레이 어셈블리(100, 200)에서의 배율 조정은, 제1 및 제2 릴레이 렌즈 시스템(120, 220) 각각 또는 제1 및 제2 카메라 렌즈 시스템(140, 240) 각각의 적어도 하나의 이동식 소자에 의해 제공된다.

제1 및 제2 이미지 센서(150, 250)는 제1 및 제2 센서 신호(S1, S2)를 각각 생성하며, 이 신호들은 프로세서(300)에 보내져, 샘플(80) 표면(82)의 하나 이상의 형상-기반 특성을 결정하기 위해 프로세서(300)에 의해 처리된다.

시스템(10) 내 편광 광학기기의 사용은 비 편광 광학기기의 사용에 비해서 광 손실 양을 4X 감소시킨다. 그 결과 더 강한 센서 신호들(S1, S2)이 얻어지므로, 더 양호한 샘플의 표면 측정치(예컨대, 더 적은 잡음)가 얻어지고 측정 분해능이 향상된다. 여기서 분해능은 디지털 이미지 센서 내의 픽셀 당 광자의 수에 종속한다. 또한, 시스템(10)의 상기 구성은 미광 등의 다른 광학적 부작용을 감소시키며, 간섭 빔 성분들(BA1, BB1 및 BA2, BB2) 내 강도의 밸런싱을 가능하게 한다. 또한, 상기 개선된 레이저 빔 스루풋은, 빔 균일성을 개선하기 위해, 빔의 꼬리는 폐기한 채로, 레이저 소스(20)로부터의 가우시안 빔(22X)의 중심 및 상대적으로 평탄한(즉, 균일한) 부분을 사용하는 것을 가능하게 한다. 이렇게 하여, 표면 형상 측정을 수행하기 위해 필요한 강도에 나쁜 영향을 거의 주지 않으면서, 조명 균일이 개선될 수 있다. 또한, 시스템(10) 내 가용한 강도를 최대화함으로써, 제1 및 제2 이미지 센서(150, 250)에서 노출 시간 단축이 가능하며, 이것은 진동(예컨대, 샘플 진동)에 의한 블러링(blurring)을 감소시킨다. 또한, 2-아암 시스템(10)의 더 높은 광 투과는 레이저 소스(20)에 대해서 더 낮은 파워와 더 안정적인 레이저를 허용한다.

일 실시예에서, 격자 쌍들(110, 210)은 괘선(ruled) 또는 홀로그램형의 2원체-광학기기(binary-optics)를 포함할 수 있고, 이것에 의해 0 및 +1 차수의 에너지 비율이 평형 상대 강도를 갖도록 설계될 수 있으며, 유령-빔 회절/간섭-무늬를 방지/최소화하고 더 높은 신호대잡음비(SNR)를 제공하는 무늬 콘트라스트를 개선하기 위해, 원치 않는 홀수 및 짝수 회절 차수 강도들이 최소화될 수 있다. 이것은 효율이 낮은 검은-바(black-bar)/개방-스페이스(open-space) Ronchi 격자들을 대체하며, 여기서 입사 레이저 빔의 50%가 각각의 격자의 바에 의해 "차단된다"(흡수된다). 또는, 각 쌍의 Ronchi 격자에 대해서 25% 미만의 투과가 얻어진다. 회절 위상 격자는, 2원체-광학기기 또는 컴퓨터 생성 (박막) 홀로그램(CGH) 또는 괘선/블레이즈(blazed) 격자 그루브 기하구조를 사용하여 어떻게 설계되는지에 따라, 각각의 회절 차수에 대해 효율이 (한계 내에서) 100%일 수 있으며; 이 모두는 일단 "마스터"가 생성되면 저비용의 방법으로 복제될 수 있다. 홀로그램형 격자를 위한 복제 공정은 바-스페이스 타입 격자에 비해 격자의 면내 크기에 걸쳐 훨씬 더 균일하고 격자마다 반복 가능하다. 예를 들면, 홀로그램 격자는 런-아웃(run-out) 또는 격자간 배율과 관련하여 문제가 없다. 따라서 (명목상) 12.7㎛의 유효 피치를 갖는 격자의 경우, 홀로그램 격자는 10nm 미만으로 일정하지만 바-스페이스 격자는 50 내지 100nm 사이에서 변한다.

이상에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 다양한 변형이 첨부된 청구항들에 정의된 것과 같은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음은 당해 기술분야의 숙련자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항과 그 균등물의 범위 안에 있는 한 본 발명에 대한 변경 및 변형을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

정반사면(specularly reflective surface)의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법에 있어서,
제1 원형 편광을 갖는 콜리메이트된 레이저 빔(collimated laser beam)을 샘플 표면에 지향시키는 단계;
상기 샘플 표면으로부터 상기 콜리메이트된 레이저 빔을 반사시켜서, 상기 정반사면의 형상 정보를 포함하고 제2 원형 편광을 갖는 반사된 레이저 빔을 형성하는 단계;
상기 제2 원형 편광을 갖는 상기 반사된 레이저 빔을 반사된 선형 편광 레이저 빔으로 변환시키는 단계;
제1 배향을 갖고 2개의 제1 회절 성분들을 형성하는 제1의 축 이격된 격자들의 쌍에 상기 반사된 선형 편광 레이저 빔의 제1 부분을 지향시키고, 상기 2개의 제1 회절 성분들을 결합하여 제1 이미지 센서 상에서 제1 간섭 패턴을 형성하는 단계;
상기 제1 배향에 직교하는 제2 배향을 갖고 2개의 제2 회절 성분들을 형성하는 제2의 축 이격된 격자들의 쌍에 상기 반사된 선형 편광 레이저 빔의 제2 부분을 지향시키고, 상기 2개의 제2 회절 성분들을 결합하여 제2 이미지 센서 상에서 제2 간섭 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 결정하기 위해 상기 제1 간섭 패턴과 상기 제2 간섭 패턴을 처리하는 단계
를 포함하는, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 반사된 선형 편광 레이저 빔의 제1 부분과 제2 부분을 지향시키는 것은 상기 반사된 선형 편광 레이저 빔의 제1 부분과 제2 부분을 각각의 제1 릴레이 어셈블리와 제2 릴레이 어셈블리에 보내기 위해 빔 스플리터를 사용하는 것을 포함하는 것인, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 반사된 선형 편광 레이저 빔의 제1 부분과 제2 부분은 실질적으로 동일한 세기를 갖는 것인, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 콜리메이트된 레이저 빔을 지향시키는 단계는, 레이저 소스로부터 초기 레이저 빔을 생성하는 단계, 및 상기 초기 레이저 빔이, 제1 빔 확대기(beam expander)를 통과하도록 하여 제1의 확대된 레이저 빔을 형성하고, 그런 후 빔 확대 광학 시스템을 통과하도록 하여 제2의 확대된 레이저 빔을 형성하는 단계를 포함하는 것인, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 초기 레이저 빔과 상기 제1의 확대된 레이저 빔은 선형 편광되고, 상기 제1의 확대된 레이저 빔이 1/4파장 지연판을 통과하도록 하여 콜리메이트된 원형 편광 레이저 빔을 형성하는 것을 포함하는 것인, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
제5항에 있어서,
상기 제2 원형 편광을 갖는 상기 반사된 레이저 빔을 상기 반사된 선형 편광 레이저 빔으로 변환시키는 단계는 상기 반사된 레이저 빔이 상기 1/4파장 지연판을 통과하도록 하는 단계를 포함하는 것인, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 2개의 제1 회절 성분들을 결합하는 것은 제1 릴레이 렌즈 시스템을 사용하여 상기 2개의 제1 회절 성분들이 제1 푸리에 애퍼처(Fourier aperture)를 통과하도록 하는 것을 포함하고,
상기 2개의 제2 회절 성분들을 결합하는 것은 제2 릴레이 렌즈 시스템을 사용하여 상기 2개의 제2 회절 성분들이 제2 푸리에 애퍼처를 통과하도록 하는 것을 포함하는 것인, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 원형 편광을 갖는 콜리메이트된 레이저 빔은 300㎜와 400㎜ 사이의 직경을 갖는 것인, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 콜리메이트된 레이저 빔은 헬륨 네온 레이저에 의해 방출된 초기 레이저 빔으로부터 형성된 것인, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1의 축 이격된 격자들의 쌍과 상기 제2의 축 이격된 격자들의 쌍은 각각 위상 격자들로 구성된 것인, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 이미지 센서 상에서 형성된 상기 제1 간섭 패턴이 상기 제2 이미지 센서 상에서 형성된 상기 제2 간섭 패턴과 동일한 크기를 갖도록, 상기 반사된 선형 편광 레이저 빔의 제1 부분의 제1 배율을 제어하고, 상기 반사된 선형 편광 레이저 빔의 제2 부분의 제2 배율을 제어하는 단계
를 더 포함하는, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 이미지 센서는 제1 픽셀들을 갖고 제1 카메라 렌즈와 결합하여 제1 카메라를 형성하며,
상기 제2 이미지 센서는 제2 픽셀들을 갖고 제2 카메라 렌즈와 결합하여 제2 카메라를 형성하며,
상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라 각각은 상기 제1 이미지 센서와 상기 제2 이미지 센서의 상기 제1 픽셀들 및 상기 제2 픽셀들과 상기 샘플 표면 간의 표면 대 센서 픽셀 매칭을 수행하기 위한 다축 위치 제어를 갖는 것인, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 형상 기반 특성은 상기 샘플 표면 상의 2개의 위치들 간의 높이 차이, 기울기, 및 곡률을 포함하는 것인, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
제1항에 있어서,
조정가능한 크기와 조정가능한 축 위치를 갖는 제1 조정가능 애퍼처를 통과하도록 상기 2개의 제1 회절 성분들을 지향시키는 단계;
조정가능한 크기와 조정가능한 축 위치를 갖는 제2 조정가능 애퍼처를 통과하도록 상기 2개의 제2 회절 성분들을 지향시키는 단계; 및
2개의 제1 회절 차수들 및 2개의 제2 회절 차수들 이외의 다른 회절 차수들을 차단하기 위해 상기 제1 조정가능 애퍼처와 상기 제2 조정가능 애퍼처의 크기와 축 위치 중 적어도 하나를 각각 조정하는 단계
를 더 포함하는, 정반사면의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하는 방법.
정반사성의 표면을 갖는 샘플의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하기 위한 시스템에 있어서,
제1 선형 편광 레이저 빔을 방출하는 레이저 소스;
상기 제1 선형 편광 레이저 빔을 투과하도록 배열된 편광 빔 스플리터;
상기 편광 빔 스플리터에 의해 투과된 상기 제1 선형 편광 레이저 빔을 투과시켜서 제1 원형 편광 레이저 빔을 형성하도록 배열된 파장판;
상기 샘플의 표면에 관한 형상 정보를 포함하고 제2 원형 편광을 갖는 반사된 레이저 빔을 형성하기 위해 상기 제1 원형 편광 레이저 빔을 수광하고 이를 상기 샘플의 표면에 지향시키는 빔 확대 광학 시스템 - 상기 반사된 레이저 빔은 상기 빔 확대 광학 시스템을 나가서, 상기 파장판을 통과하고, 상기 편광 빔 스플리터로부터 반사되어 제2 선형 편광 레이저 빔을 형성함 -;
제2 선형 편광 레이저 빔의 각각의 제1 부분과 제2 부분을 통과시키고 반사시키도록 배열된 빔 스플리터;
상기 제2 선형 편광 레이저 빔의 제1 부분을 수광하고, 이를 2개의 제1 회절 성분들을 형성하고 제1 배향을 갖는 제1의 축 이격된 격자들의 쌍에 지향시키도록 배열된 제1 릴레이 어셈블리 - 상기 2개의 제1 회절 성분들은 결합되어 제1 이미지 센서 상에서 제1 간섭 패턴을 형성함 -;
상기 제2 선형 편광 레이저 빔의 제2 부분을 수광하고, 이를 2개의 제2 회절 성분들을 형성하기 위해 제2 배향을 갖는 제2의 축 이격된 격자들의 쌍에 지향시키도록 배열된 제2 릴레이 어셈블리 - 상기 2개의 제2 회절 성분들은 결합되어 제2 이미지 센서 상에서 제2 간섭 패턴을 형성함 -; 및
정반사성의 표면을 갖는 상기 샘플의 상기 적어도 하나의 형상 기반 특성을 결정하기 위해 상기 제1 간섭 패턴과 상기 제2 간섭 패턴을 처리하도록 구성된 프로세서
를 포함하는 샘플의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하기 위한 시스템.
제15항에 있어서,
상기 적어도 하나의 형상 기반 특성은 상기 샘플의 표면 상의 2개의 위치들 간의 높이 차이, 기울기, 및 곡률을 포함하는 것인, 샘플의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하기 위한 시스템.
제15항에 있어서,
상기 샘플의 표면은 직경을 가지며,
상기 빔 확대 광학 시스템은 상기 샘플의 표면의 직경 이상인 직경을 갖도록 상기 제1 원형 편광 레이저 빔을 확대하도록 구성된 것인, 샘플의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하기 위한 시스템.
제15항에 있어서,
상기 제1의 축 이격된 격자들의 쌍과 상기 제2의 축 이격된 격자들의 쌍은 각각 홀로그래픽 격자들에 의해 형성된 것인, 샘플의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하기 위한 시스템.
제15항에 있어서,
상기 제1 릴레이 어셈블리와 상기 제2 릴레이 어셈블리 각각은 조정가능한 배율을 갖는 것인, 샘플의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하기 위한 시스템.
제15항에 있어서,
상기 제1 릴레이 어셈블리는 보상판을 포함하는 것인, 샘플의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하기 위한 시스템.
제15항에 있어서,
상기 레이저 소스와 상기 편광 빔 스플리터 사이에 동작가능하게 배열되어 있고, 상기 제1 선형 편광 레이저 빔을 확대하도록 구성된 빔 확대기
를 더 포함하는, 샘플의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하기 위한 시스템.
제15항에 있어서,
상기 빔 스플리터는 50:50 빔 스플리터인 것인, 샘플의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하기 위한 시스템.
제15항에 있어서,
상기 제1 이미지 센서와 결합되어 제1 카메라를 규정하는 제1 카메라 렌즈 - 상기 제1 이미지 센서는 제1 픽셀들을 가짐 -; 및
상기 제2 이미지 센서와 결합되어 제2 카메라를 규정하는 제2 카메라 렌즈 - 상기 제2 이미지 센서는 제2 픽셀들을 가짐 -
를 더 포함하며,
상기 제1 카메라와 상기 제2 카메라 각각은 상기 제1 이미지 센서와 상기 제2 이미지 센서의 상기 제1 픽셀들 및 상기 제2 픽셀들과 상기 샘플의 표면 간의 표면 대 센서 픽셀 매칭을 수행하기 위한 다축 위치 제어를 갖는 것인, 샘플의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하기 위한 시스템.
제15항에 있어서,
상기 제1의 축 이격된 격자들의 쌍과 상기 제1 이미지 센서 사이에서 상기 제1 릴레이 어셈블리 내에 동작가능하게 배열된 제1 조정가능 애퍼처 - 상기 제1 조정가능 애퍼처는 조정가능한 크기와 조정가능한 축 위치를 가짐 -; 및
상기 제2의 축 이격된 격자들의 쌍과 상기 제2 이미지 센서 사이에서 상기 제2 릴레이 어셈블리 내에 동작가능하게 배열된 제2 조정가능 애퍼처 - 상기 제2 조정가능 애퍼처는 조정가능한 크기와 조정가능한 축 위치를 가짐 -
를 더 포함하는, 샘플의 적어도 하나의 형상 기반 특성을 측정하기 위한 시스템.