KR20090018711A - 무한 보정 현미경의 자동 포커싱을 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무한 보정 현미경을 자동 포커싱하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 광빔은 관심 있는 시료를 향해 안내된 후 수렴되며 반사된 광으로부터 적어도 하나의 이미지가 형성된다. 이미지 또는 이미지들은 그런 후 재검토되고 상기 이미지로부터 캘리브레이션 측정값들이 구해진다. 이러한 캘리브레이션 측정값은 그런 다음 현미경을 자동 포커싱하는데 사용되는 포커싱 측정값들을 결정하는데 사용된다.
Description
본 발명은 일반적으로 광학 현미경에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 무한 보정 현미경(infinity corrected microscope)을 자동 포커싱하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
광학 현미경의 분야에서, 유의미한 이미지를 얻기 위하여, 현미경은 검사되는 물체, 즉 시료에 포커싱되어야만 한다. 현미경이 시료에 포커싱되고 있는 시간 동안, 현미경의 사용은 불가능하다. 이러한 이유로, 포커싱 시간을 최소화할 뿐만 아니라 공정을 자동화하기 위하여 많은 노력이 이루어져 왔다. 이는 일반적으로 자동-포커싱(auto-focussing; AF)이라고 불린다.
매체의 자동화 광학 검사(automated optical inspection; AOI)의 도입으로 인해, AF는 산업에서 더욱 널리 퍼지게 되었다. AOI 장비는 널리 사용되고 있으며, 특히 제조 공정 동안의 평판 디스플레이(flat panel display; FPD)의 조사 및 집적회로를 생산하는 동안의 실리콘 웨이퍼의 조사에서 사용되게 되었다. 이들 경우의 모두에서, 조사되는 시료는, 통상적으로 0.5mm×0.5mm인 현미경의 시야에 비하여 매우 크다.
현미경이 그 시야보다 더 큰 시료를 검사하기 위하여, 일반적으로 두 개의 기술이 채용되어 왔다. 첫번째 기술은 결함이 있는 것으로 의심되는 이전에 확인된 스팟들에 대해 현미경을 포커싱함으로써 수행되는 반면, 두번째 기술은 전체 시료를 체계적으로 스캔하기 위한 것이다. 이들 AOI 기술들 모두의 효율은 현재 가용한 AF 장비의 성능에 의해 크게 제한된다.
따라서, 무한 보정 현미경들을 자동-포커싱하기 위한 새로운 방법 및 장치를 제공할 것이 요구된다.
본 발명의 목적은 무한 보정 현미경을 자동-포커싱하기 위한 이전의 방법들 및 장치의 적어도 하나의 단점을 제거하거나 완화하는 것이다.
본 발명의 한 유형에서, 시료에 포커싱되도록 하기 위하여 무한 보정 현미경이 이동하여야 할 거리 및 방향을 결정하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 시료로부터 광을 반사하여 생성된 적어도 하나의 이미지로부터 캘리브레이션 측정값들을 구하고 처리함으로써, 거리 및 방향 측정값들이 계산될 수 있으며 그런 후 시료에 대해 현미경을 더욱 분명하게 포커싱하기 위하여 위치 재설정될, 시료가 놓여 있는 스테이지, 현미경 대물렌즈 또는 현미경을 이동시키는 전기 서보 모터에 그 값들이 전달될 수 있다.
계산은 캘리브레이션 측정값들의 특정한 특징을 결정한 후에 수행된다. 이는 이미지의 다양한 부분들의 크기 및 패턴을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 계산은 시료가 현미경의 렌즈로부터 떨어져 있는 거리를 결정하는데 도움을 준다. 이러한 공정은 TFT 어레이 또는 심지어 얇은 유리 기판과 같이 단순한, 패터닝되지 않은 조각을 포함하는 다양한 종류의 시료들에서의 사용을 가능케 한다.
첫번째 유형에서, 본 발명은, 시료의 이미지를 생성하는 단계; 캘리브레이션 측정값들을 구하기 위해 이미지를 처리하는 단계; 캘리브레이션 측정값들로부터 거리 측정값을 계산하는 단계; 캘리브레이션 측정값들로부터 방향 측정값을 계산하는 단계; 및 거리 및 방향 측정값들에 따라 현미경을 이동시키도록 모터에 거리 및 방향 측정값들을 전달하는 단계를 포함하는, 시료에 대해 무한 보정 현미경을 자동-포커싱하는 방법을 제공한다.
추가적인 실시예에서, 다수의 광빔을 제공하기 위한 광원을 포함하는 센서; 시료에 안내되는 수렴광(converging light)을 형성하고 수렴광의 결과로서 시료로부터 반사된 광에 기반한 이미지를 생성하기 위한 다수의 광학 소자들; 이미지를 디스플레이 하기 위한 초점 평면 어레이; 및 이미지를 기초로 무한 보정 현미경에 대한 자동-포커싱 측정값들을 계산하기 위한 프로세서를 포함하는, 시료에 대해 무한 보정 현미경을 자동-포커싱하는 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 유형들 및 특징들은 첨부된 도면들과 함께 본 발명의 특정한 실시예들에 대한 이하의 설명을 고려하여 본 기술분야의 당업자에게 명확하게 될 것이다.
본 발명의 실시예들은 이하의 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시적인 방법으로 설명될 것이다.
도 1a는 시료에 안내되는 광을 보여주는, 무한 보정 현미경을 자동 포커싱하기 위한 장치의 개략적인 도면이다.
도 1b는 시료로부터 광이 반사될 때의 도 1a의 장치의 개략적인 도면이다.
도 1c 및 도 1d는 광빔에 대한 3차원 도면이다.
도 1e는 시료의 표면에 안내되는 다수의 광빔들을 갖는 시료의 개략적인 평면도이다.
도 1f는 시료를 향해 안내되는 세 광빔들의 세트의 개략적인 도면이다.
도 2a는 시료로부터 광이 반사될 때의 위치들을 나타내는 한 세트의 도면들이다.
도 2b는 도 2a의 반사의 결과로서 형성되는 일련의 이미지들이다.
도 3a는 초점 평면 어레이에서 보았을 때의 한 세트의 이미지들이다.
도 3b는 무게중심(centre of gravity; COG) 이미지의 도면이다.
도 3c는 COG 값 대 시료로부터 대물렌즈의 거리의 그래프이다.
도 4는 무한 보정 현미경을 자동-포커싱하는 방법을 약술하는 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 상부 및 하부 표면을 갖는 유리 시료 위의 수렴광에 대한 개략적인 도면이다.
도 5c는 현미경이 보정 표면 위에 포커싱되는지를 결정하는 방법을 약술하는 흐름도이다.
일반적으로, 본 발명은 무한 보정 현미경을 자동-포커싱하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 본 발명은 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 조사, 포토리소그래피 마스크 조사, 실리콘 웨이퍼 조사 및 미세 가공 및 좌표 측정기(CMM; coordinate measuring machine)에서의 사용을 특히 가능케 한다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 무한 보정 현미경과 함께 사용하기 위한 자동-포커싱 장치의 일 실시예의 개략적인 도면이 도시되어 있다. 도 1a는 사출하는 광선을 제공하는 장치의 개략적인 도면을 제공하며, 도 1b는 사출하는 광선이 시료로부터 반사된 후의 반사 광빔의 개략적인 도면이고, 도 1c 및 도 1d는 사출하는 광빔의 3차원 도면이다.
도 1a에서, 무한 보정 현미경(10)이 센서와 같은 자동-포커싱 장치(12)와 함께 도시되어 있다. 비록 분리되어 도시되어 있지만, 상기 장치(12)는 현미경(10) 내에 통합되거나 또는 현미경에 장착될 수 있으며 통상적으로 현미경(10)에 대한 부속품인 것으로 이해될 것이다.
현미경(10)은 광학 포트(optical port)(16), 광학 포트 빔스플리터(18) 및 대물렌즈(20)를 포함한다. 장치(12)로부터의 신호를 수신한 후에 현미경(10)을 포커싱하도록 수직 방향으로 현미경(10) 또는 그의 일부분을 이동시키기 위하여 전기-서보 모터(14)가 현미경(10)에 부착되어 있다. 대신에, 현미경(10)을 포커싱하기 위하여 현미경(10)에 대해 수직 방향으로 시료(28)를 이동시키도록 시료(28)가 위치하고 있는 스테이지(15)에 전기-서보 모터(14)가 연결될 수도 있다. 이해하는 바와 같이, 현미경(10)의 선택된 부품들만이 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있어서, 도 1a 및 도 1b는 현미경(10)의 동작에 요구되는 모든 부품들을 나타내는 것이 아니라 본 발명과 함께 사용되는데 요구되는 부품들만을 나타내고 있다.
장치(12)는 광원(24), 바람직하게는 레이저 광원에 연결된 프로세서(23), 및 전하-결합 소자(CCD) 또는 상보 금속산화물 반도체(CMOS) 면적형 이미징 장치(area imager)와 같은 초점 평면 어레이(focal plane array)(42)를 수용하는 센서 하우징(22)을 포함한다. 초점 평면 어레이(42)는 라인형 스캔 또는 면적형 스캔 초점 평면 어레이일 수 있다. 광원(24)은, 이하에서 논의될 바와 같이, 시료(28) 상의 패턴을 조명하기 위한 다수의 광빔(26)을 제공한다.
본 실시예에서, 센서(12)는 또한 제 1 렌즈(30), 제 2 렌즈(32), 개구 조리개(34), 회절 격자(35), 조향 미러(36), 빔스플리터(38) 및 광학적 흑색 패드(40)를 더 포함한다. 본 실시예에서, 제 1 렌즈(30)는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 광원(24)과 분리되어 있다. 대신에, 제 1 렌즈(30)는 광원(24)과 일체화될 수도 있다.
제 1 렌즈(30)와 제 2 렌즈(32)는 광빔(26)의 직경을 확장하여 현미경 대물렌즈(20)의 입사 동공(entry pupil)의 최대 직경에 일치시키는데 사용된다. 현미경 대물렌즈(20)의 입사 동공 직경은 그 배율 및 설계에 따라 변화할 수 있다. 통상적으로, 현미경(10)은 검사되는 시료(28)에 따라 주기적으로 회전되는 다수의 대물렌즈(20)를 포함한다.
이하의 예에서는, 전기-서보 모터(14)가 현미경(10)에 연결되어 있다고 가정한다.
동작시에, 도 4의 흐름도에 도시된 바와 같이, 현미경(10)을 포커싱하는데 사용될 참조 도트(reference dot)들의 이미지와 같은 이미지를 생성하여 얻기 위하여 광빔(26)이 레이저 광원(24)으로부터 시료(28)를 향해 전달된다(단계 100). 광빔(26)은 상기 광빔(26)을 발산시키는 제 1 렌즈(30)를 향해 안내되며, 발산된 광빔(26a)의 일부는 광빔(26)을 반분(bisect)시키는 개구 조리개(34)를 향해 안내된다. 상기 개구 조리개(34)로 인해, 반분된 광빔, 또는 반분된 부분(26b)은 반원뿔형(half-cone)의 모양을 갖는다.
반분된 광빔(26b)은, 도 1d에 더욱 명확하게 도시된 바와 같이, 상기 반분된 빔(26b)을 다수의 반원뿔형 광빔(26c, 26d 및 26e)들로 분할하는 회절 격자(35), 바람직하게는 홀로그래픽 격자를 통과한다. 도 1d에는 단지 세 개의 분리된 광빔들이 도시되어 있지만, 회절 격자(35)는 반분된 광빔(26b)을 어떠한 개수의 광빔들로도 분할할 수 있다. 대신에, 단지 하나의 반분된 광빔만이 요구된다면, 회절 격자(35)가 제거될 수 있다. 시료(28)가 - 패터닝되지 않은 유리와 같은 - 균일한 재료라면 현미경(10)을 포커싱하는데 하나의 광빔으로 충분하다. 다수의 광빔들을 형성하기 위한 회절 격자(35)의 사용은, 이하에서 논의되는 바와 같이, TFT 어레이와 같은 패터닝된 시료의 경우에 유리하다.
그런 후 다수의 광빔(26c 내지 26e)들은 상기 다수의 반분된 광빔(26c 내지 26e)들을 콜리메이팅하는 제 2 렌즈(32)로 전달된다. 본 실시예에서, 반분된 광빔(26c 내지 26e)들은 조향 미러(36)를 통해 제 2 렌즈(32)로 안내된다. 반분된 광빔(26c 내지 26e)들이 바람직하게는 하프미러(half mirror)인 빔스플리터(38)를 통과할 때, 광의 일부가 흑색 패드(40)를 향해 반사되는데 흑색 패드는 반사광이 센 서(12)의 동작에 악영향을 주지 않도록 하기 위하여 빔스플리터(38)에 의해 반사된 잔여 광을 흡수하거나 감쇠시킨다.
대신에, 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이, 반분된 광빔(26c 내지 26e)들은 회절 격자(35)로부터 제 2 렌즈(32)로 직접 전달될 수도 있다.
콜리메이팅된 후에, 광빔(26c 내지 26e)들은 현미경(10)의 광학 포트(16)를 통과하는데 여기서 광빔들은 대물렌즈(20)를 향해 안내되어 통과한다.
일 실시예에서, 광빔(26c 내지 26e)들은 광학 포트(16)로부터, 대물렌즈(20)를 향해 광빔(26c 내지 26e)들을 수렴시키는 광학 포트 빔스플리터(18)로 안내된다. 광축(43)을 갖는 대물렌즈(20)는 그런 후, 도 1a 및 도 1f에 도시된 바와 같이, 광빔(26c 내지 26e)들을 시료(28)를 향해 안내한다. 대물렌즈(20)에 의해 안내된 광빔(26c 내지 26e)들은 반원뿔형의 모양을 가지며, 시료(28)에서 안내된, 높이 h를 각각 갖는 개별적인 수렴 광빔(40)들을 제공한다. 대물렌즈(20)를 통해 안내된 광빔(26c 내지 26e)들을 구비함으로써, 현미경(10)을 포커싱하는데 사용될 이미지가 대물렌즈(20) 바로 아래의 위치로부터 유도된다.
도시된 실시예에서, 원뿔형의 수렴 광빔(40)들의 정점(tip)이 시료(28)의 표면에 부딪히도록, 시료(28)는 대물렌즈(20)로부터 거리 h만큼 떨어져 위치한다. 도시된 바와 같이, 수렴 광빔(40)은 대물렌즈(20)와 축을 공유한다.
도 1b를 참조하면, 이미지를 생성하기 위하여 시료(28)로부터 반사되는 수렴광을 보이는 개략적인 도면이 도시되어 있다. 시료(28)로부터 반사된 후에, 반사된 광빔 또는 광빔(46)들은 반대 방향으로 안내되어 현미경(10) 내의 대물렌즈(20)를 통과하고 초점 평면 어레이(42) 상에 이미지를 형성한다(단계 102). 형성된 이미지는 일반적으로 수렴 광빔 또는 광빔(40)들이 시료(28)에 부딪혔을 때 형성된 참조 마크 또는 도트들의 이미지이며 시료 그 자체의 어떠한 상세한 부분들도 포함하고 있지 않다. 다른 실시예에서, 시료(28)의 상세한 부분들이 이미지 내에 포함되어 있을 수도 있다. 상이한 이미지들의 예가 도 2 및 도 3에 도시되어 있다.
반사된 광빔(46)들은 빔스플리터(18)로부터 반사되어 광학 포트(16)를 통과한 다음 제 2 렌즈(32)를 통해 센서(12)로 다시 들어온다. 튜브 렌즈(tube lens)로서 작용을 하는 이 제 2 렌즈(32)는, 공지된 방법을 통해, 수렴 광빔 또는 광빔(40)들이 시료(28)로부터 반사되었을 때 조명되었던 이미지를 형성한다. 이미지를 표현하고 있는 광빔들은 그런 후, 이미지를 형성하여 그 이미지가 프로세서(23)에 의해 검토될 수 있도록 하는 초점 평면 어레이(42)를 향해 광빔들을 안내하는 빔스플리터(38)로 안내된다(단계 104). 표면 상에 다수의 도트들을 갖는 시료의 평면도인 도 1e에 도시된 바와 같이, 만약 다수의 광빔들이 사용된다면, 프로세서(23)는 하나 또는 그 이상의 유효한(usable) 도트들을 선택한다. 어떠한 도트들이 유효하고 어떠한 것이 훼손되었는지를 결정하는데 디지털 영상 처리(DIP)가 사용될 수 있다. 이러한 공정의 예가 도 1e를 참조하여 이하에서 설명될 것이다. 이는, 프로세서(23)가 훼손된 도트들을 무시하고 유효한 도트들로부터의 정보만을 캡쳐하는 이점을 제공한다.
프로세서(23)는 이미지를 처리하여, 이미지의 다양한 부분들의 크기 또는 이미지의 특정 영역들에서의 광의 세기와 같은 이미지의 특징, 또는 캘리브레이션 측 정값들 구한다. 이미지를 처리한 후에, 이미지의 반경 또는 무게중심(COG) 값과 같은 한 세트의 포커싱 측정값들이 상기 특징, 또는 캘리브레이션 측정값들을 기초로 계산된다(단계 104). COG 값의 계산에 관한 더욱 상세한 설명이 도 3a 및 도 3b를 참조하여 이하에서 설명된다. 한 세트의 포커싱 측정값들은 그런 후 현미경(10)을 포커싱하도록 현미경(10)을 이동시키기 위하여 전기-서보 모터(14)에 대한 방향 및 거리 측정값들을 결정하는데 사용된다(단계 106). 방향 및 거리 측정값들은 그런 후 프로세서(23)에 의해 서보-전기 모터(14)로 전달된다(단계 108). 측정값들을 수신한 후에, 전기-서보 모터(14)는 현미경(10)을 이동시킴으로써 현미경(10)을 포커싱한다. 현미경을 더욱 분명하게 포커싱하기 위하여, 단계(100 내지 108)들이 반복적으로 수행될 수 있다.
도 1e는 다수의 도트들을 갖는 TFT 어레이와 같이 그 표면에 부딪히는 광빔들을 나타내는 시료의 개략적인 평면도를 제공한다. 도시된 바와 같이, 광빔 또는 광빔들이 회절 격자(35)를 통과한 결과로서 다수의 도트들이 표면 위에 위치한다. 도트들 중 일부는 - 크롬 트레이스(trace)와 같이 - 높은 반사성 재료와 - 인듐 산화물 전극과 같이 - 낮은 반사성 재료의 빠른 전이 영역들에 위치하기 때문에 훼손된다.
도 1e에서 50a, 50b, 50c, 50d, 50e 및 50f로 표시된 다수의 위치(50)들에 광을 수렴시킴으로써, 초점 평면 어레이(42)에 디스플레이 되는 다수의 캘리브레이션 측정값들을 갖는 이미지가 현미경(10)을 포커싱하기 위한 방향 및 거리 측정값들을 결정하는데 사용될 수 있다. 캘리브레이션 측정값들의 다수의 세트를 가짐으 로써, 캘리브레이션 측정값들이 평균화되거나 다수의 캘리브레이션 측정값들의 평균 또는 중간 값이 사용되기 때문에, 거리 및 방향 측정값들을 결정하는데 사용되는 더욱 정확한 측정값들을 얻을 수 있다.
프로세서(23) 내에, 또는 센서(12)의 분리된 구성으로서 디지털 처리(DIP) 장치를 포함시킴으로써, 왜곡된 이미지 내의 도트들은 제거될 수 있으며 깨끗한 이미지들만이 캘리브레이션 측정값을 결정하는데 사용될 수 있다. DIP는 어떠한 도트들이 훼손되고 어떠한 도트들이 사용 가능한지를 결정하기 위한 장치 또는 수단을 포함한다.
수렴 광빔(40)이 다수의 반사성 금속 트레이스(60)들 중 하나에 가깝게 안내되거나, 또는 도 1e에서 도트(50b 및 50f)로 도시된 것과 같은 두 개의 상이한 재료들 사이의 전이 영역에 안내된다면, 변형된 또는 훼손된 도트 또는 이미지 부분이 초점 평면 어레이(42) 상에 디스플레이 된다. 그러나, 도 1e에 도시된 바와 같이, 만약 수렴 광빔(41)이 높은 반사성 금속 트레이스(60)들로부터 떨어진 영역으로 안내되거나, 또는 도트(50a, 50c, 50d, 및 50e)로 도시된 것과 같은 단지 하나의 재료로 된 영역으로만 안내된다면, 도트 또는 이미지 부분이 초점 평면 어레이(42) 상에 디스플레이 된다. 이러한 방식으로, 비록 다수의 도트들이 사용되더라도 단지 하나의 이미지 캡쳐만이 COG 값을 구하는데 요구된다. 유효한 이미지 부분들을 결정한 후에, 각각의 이미지 부분에 대한 COG 값이 계산되며 사용된 캘리브레이션 측정값들은 무한 보정 현미경을 포커싱하기 위한 방향 및 거리 측정값들을 결정한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 시료(28)와 접촉하는 수렴 광빔(40)을 도시하는 추가적인 도면이 도시되어 있다. 현미경(10)의 대물렌즈(20)도 또한 도시되어 있다. 이하의 설명에서, 수렴 광빔(40)은 단일한 것으로 언급되지만, 다수의 광빔들이 존재한다면, 다수의 수렴 광빔들도 존재하며 동일한 방식으로 동작한다는 점을 이해할 것이다.
수렴 광빔(40)이 현미경 대물렌즈(20)에 존재한 후에, 높이 h를 갖는 반원뿔형의 광이 시료(28)를 향해 안내된다. 시료(28)는 수렴 광빔(40)의 높이에 대해 세 개의 위치에 위치할 수 있다.
시료(28b)로 표시된 바와 같이, 제 1 위치는 대물렌즈(20)로부터 거리 h만큼 떨어져 있는데, 그럼으로써 수렴 광빔(40)은 시료(28) 상의 한 점에 포커싱된다. 시료(28a)로 표시된 바와 같이, 제 2 위치는 대물렌즈(20)로부터 h보다 덜 떨어진 거리에 있는데, 그럼으로써 수렴 광빔(40)은 대물렌즈(20)의 광축(43)의 오른쪽에 반원형 패턴으로 시료(28)와 접촉한다. 시료(28c)로 표시된 바와 같이, 제 3 위치는 대물렌즈(20)로부터 h보다 더 떨어진 거리에 있는데, 그럼으로써 수렴 광빔(40)은 대물렌즈(20)의 광축(43)의 왼쪽에 반원형 패턴으로 시료(28)와 접촉한다. 이해하겠지만, 대물렌즈(20)로부터 출사할 때의 수렴 광빔(40)의 위치는 이미지 내의 반원형 패턴, 또는 광륜(halo)의 위치를 결정한다. 수렴 광빔(40)은, 현미경(10)을 포커싱하기 위해 사용되는 결과적인 이미지들의 위치가 표준화되고 따라서 방향 측정값들이 쉽게 결정될 수 있도록, 항상 동일한 위치로부터 출사한다.
만약 다수의 광빔들이 사용된다면, 다수의 도트들 또는 반원형 부분들이 이 미지 내에 보일 수 있다. 도트들의 각각은 하나의 이미지 부분을 나타낼 수 있다.
시료(28) 상의 수렴 광빔(40)의 접촉점은 세 개의 분리된 위치들에 대한 도 2b의 대응하는 이미지들의 세트로 더욱 명료하게 도시되어 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 수렴 광빔(40)은 시료(28)로부터 반사되어, 반사 광빔(46)과 같이, 대물렌즈(20)를 통과하여 초점 영역 어레이(42)로 거꾸로 진행하며, 그 결과 조명되고 있는 시료(28)의 이미지가 현미경(10)을 포커싱하기 위한 캘리브레이션 측정값들을 계산하는데 사용될 수 있다. 상기 이미지는 또한 어떠한 결함이 존재하는지 여부를 결정하기 위하여 시료(28)를 검토하는데 사용될 수도 있다.
본 기술분야의 당업자라면 이해하겠지만, 가장 잘 포커싱된 이미지는 시료(28)가 제 1 위치에 위치할 때 실현되며 따라서 현미경(10)이 초점이 맞는 것으로 결정된다. 다른 두 위치들에 대해, 반원형 패턴들을 포함하는 더욱 넓은 스펙트럼은 이미지에서 얻을 수 있는 덜 상세함을 갖는 것으로 보일 수 있다. 그러나, 이하에서 설명하는 바와 같이, 이들 다른 두 위치들의 각각에서 얻은 이미지들은 현미경(10)을 포커싱하기 위한 캘리브레이션 측정값들을 제공하는데 도움이 되도록 사용될 수도 있다.
도 3a를 참조하면, 현미경을 자동-포커싱하는데 사용되기 위한 시료의 조명 영역들을 보이는 한 세트의 독립적인 이미지들(3a-1 내지 3a-5)이 제공된다. 이해하겠지만, 이 예에서, 5개의 개별적인 이미지들이 도시되어 있다. 이해하겠지만, 무한 보정 현미경이 자동적으로 포커싱될 수 있도록 거리 및 방향 측정값들을 결정하는데는 상기 이미지들 중 단지 하나만이 요구된다. 거리 및 방향 측정값들을 결 정하기 위하여, 이에 한정된 것은 아니지만, 단위 면적당 에너지, 이미지 면적 및 이미지 폭 또는 높이와 같은 이미지의 특징이 캘리브레이션 측정값들을 결정하는데 사용된다.
도 2a와 같이, 수렴 광빔(40)의 높이보다 작은 두 개의 상이한 거리들(제 2 위치)에서 시료(28)가 조명될 때 두 개의 이미지(3a-1 및 3a-2)들이 제공되며; 수렴 광빔(40)의 높이와 동일한 거리(제 1 위치)에서 시료(28)가 조명될 때 중간 이미지(3a-3)가 제공되고, 수렴 광빔(40)의 높이보다 큰 두 개의 상이한 거리들(제 3 위치)에서 시료(28)가 조명될 때 두 개의 이미지(3a-4 및 3a-5)들이 제공되도록, 수렴 광빔(40)은 렌즈(20)의 오른쪽 편에서 대물렌즈(20)로부터 출사한다.
현미경(10)을 포커싱하기 위한 거리 및 방향 측정값들을 결정하기 위하여, 다양한 계산들이 수행된다. 일 실시예에서, 상기 이미지를 이용하여 무게중심(COG) 값이 프로세서(23)에 의해 계산된다. 도 3a의 이미지들의 각각에 있는 화살표들은 이미지들의 각각에 대한 COG 값을 가리킨다.
이미지(3a-5)와 유사한 초점 평면 어레이(42) 상의 한 이미지를 나타내는 도 3b를 참조하여, COG 값을 계산하는 하나의 방법이 이하에서 설명될 것이다. 도 3b는 단지 하나의 광빔이 시료로부터 반사된 경우의 이미지를 도시한다.
COG 값은 그래프에 매핑되는 초점 평면 어레이(42)의 중심을 참조하여 계산된다. 그래프로 개략적으로 도시된 바와 같이, 초점 평면 어레이(42)의 가시 영역(viewing area)은 i와 j로 표기된 두 개의 축들을 갖는다. 그런 다음 참조 도트 이미지가 그래프 상에 매핑되거나 또는 디스플레이 된다.
이러한 초점 평면 어레이(42)의 중심은, (ic,jc)로 표시되며 대물렌즈(20)가 시료(28)로부터 거리 h만큼 떨어져 있도록 현미경(10)이 초점이 맞을 때 예상되는 COG 값을 나타낸다.
icog, jcog로 표시된, 이미지에 대한 COG의 좌표들은 다음의 수학식과 같이 계산된다:
여기서, j = 1,... jmax이고 j는 열(column) 번호이며 jmax는 열의 총 개수이고; i = 1, ... imax 이고 i는 행(row) 번호이며 imax는 행의 총 개수이다. Pji는 열 j와 행 i의 교차점에서의 화소에 의해 등록된 이미지 세기를 나타낸다. 각각의 교차점에서의 세기 값을 계산함으로써, 더욱 정확한 COG 기록을 얻을 수 있다.
jcog 값은 화소 단위로 계산되며 현미경(10)을 포커싱하는데 요구되는 거리 측정값에 비례한다. 수렴 광빔(40)이 대물렌즈(20)를 통과하여 전달되기 때문에, 이러한 관계는 선형적이다. icog 값 좌표는 포커싱을 위해 거리를 변화시키는 것과 관련되지 않으며 단지 에러 체크를 위해 계산된다.
jcog 값을 결정한 후에, 화소 단위 값을 마이크로미터 단위의 거리 값으로 변환하기 위하여 이 값은 변환 계수에 의해 곱해지며, 그 결과 거리 측정값이 결정될 수 있다. 이해하겠지만, 이러한 변환 계수는 센서에 대한 다양한 측정값들 및 현미경(10)의 수직 위치와 관련된 다양한 다른 측정값들에 의해 결정된다. 이러한 변환 계수의 계산 또는 결정은 본 기술분야의 당업자에게 공지되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 캘리브레이션 측정값은 광륜, 고스트(ghost) 또는 반원형 이미지의 반경일 수 있다. 이러한 방식에서, 반경의 길이가 결정된 다음, 반경의 길이는, 현미경(10)을 포커싱하기 위한 거리 측정값을 결정하기 위하여, 위에서 논의된 변환 계수와 동일하거나 또는 그와 상이할 수 있는 변환 계수로 곱해진다.
본 예에서, 현미경(10)이 초점이 맞을 때, 이미지는, 이미지(3a-3)와 같이, 기하학적 중심 주위의 작은 거의 둥근 도트이며, 계산된 COG 값은 (0,0)과 같은데 - 이는 초점에 도달하였거나 또는 시료(28)가 대물렌즈(20)로부터 거리 h만큼 떨어져 있다는 것을 나타낸다.
COG 값의 사용은 다수의 측정값들을 요구할 때 바람직하며 단일한 반경 측정값을 사용하는 것보다 더욱 정확한 거리 측정값을 제공한다.
다수의 광빔들이 사용되는 경우에, COG 값들은 이미지 부분들의 각각에 대해 계산되며 더욱 정확한 전체적인 COG 값을 얻기 위하여 COG 값들이 평균화된다.
도 3c는 기하학적 무게중심으로부터의 거리에 대한 COG 값(화소 단위)을 나타내는 예시적인 그래프를 제공한다. 대물렌즈(20)를 통과하는 광을 전달함으로써 이미지가 형성되기 때문에, COG 값과 현미경(10)을 포커싱하기 위한 거리 측정값 사이의 관계는 선형적이다. 따라서, 기하학적 무게중심과 COG 값 사이의 거리는 변환 계수에 의해 곱해질 수 있으며 거리와 방향 측정값들을 결정하는데 사용될 수 있다.
방향 측정값은 통상적으로, 반원형 이미지가 어느 쪽에 있는지를 결정하며 그런 후 상기 이미지가 h보다 작은 거리에 있는지, 같은 거리에 있는지 또는 큰 거리에 있는지를 결정하는 디지털 영상 처리에 의해 결정된다.
다른 실시예에서, 방향 측정값에 있어서, 화소 단위의 COG 값이 소정의 문턱 전압 위에 있다면, 시료는 대물렌즈로부터 h의 값보다 작게 떨어져 있는 것으로 결정되며 따라서 대물렌즈는 시료(28)로부터 멀리 이동되어야 한다. 대신에, 화소 단위의 COG 값이 소정의 문턱 전압 아래에 있다면, 시료는 대물렌즈로부터 h의 값보다 크게 떨어져 있는 것으로 결정되며 따라서 대물렌즈와 시료(28)는 서로 더 가까이 이동되어야 한다. 만약 COG 값이 소정의 문턱 전압과 동일하다면, 시료는 초점에 있는 것으로 결정되며 조정이 요구되지 않는다.
몇몇 예들에서, 현미경(10)의 대물렌즈(20)는 거리 측정값이 불필요한 시료(28)로부터의 거리에 있을 수 있지만, 갱신된 방향 및 거리 측정값들을 결정하기 위해 이후의 이미지를 얻기 위하여 적절한 방향으로 현미경(10)을 이동시키도록 방 향 측정값이 여전히 요구된다.
다시 도 3a를 참조하면, 초기의 이미지가 최상부 이미지(3a-1)라면, COG 값이 계산된 후 그에 따라 현미경(10)이 이동한다. 이 계산된 COG 값은 현미경(10)의 초점을 향상시키기 위하여 현미경(10)과 시료(28)가 서로에 대해 더 멀리 위치하도록 할 수 있다. 위에서 나타낸 바와 같이, 시료가 대물렌즈(20)로부터 h보다 작은 거리에 떨어져 있을 때 이미지(3a-1)가 형성되며 현미경(10)은 현미경(10)을 더욱 분명하게 포커싱하기 위하여 시료(28)로부터 멀리 이동되어야 한다. 자동-포커싱은 Jcog가 0과 같아질 때까지의 연속적인 공정이다. 시료가 초점이 맞았는지를 확인하기 위해, 제 2 이미지(3a-2)와 같은 두번째 이미지가 검색된다. 그런 후 이 이미지에 대해 COG 값이 계산되고 서로에 대해 위치 설정된 현미경(10)과 시료(28)가 현미경(10)의 초점을 향상시킨다. 그런 후, 이미지(3a-3)와 같은 제 3 이미지가 검색되고 COG 값이 계산된다. 이 상황에서, 위에서 설명한 바와 같이, COG 값은 초점 평면 어레이(42)의 기하학적 중심과 같으며, 따라서 현미경(10)은 초점이 맞게 된다. 그러므로, 현미경(10)을 더 이동시킬 필요가 없으며 프로세서(23)는 전기-서보 모터(14)가 현미경(10)을 이동시키지 않도록 방향 측정값에 대해 0의 값을 그리고 거리 측정값에 대해 0의 값을 전달한다. 그러나, 현미경이 초점이 맞은 것으로 간주된 후에도, 현미경(10)이 초점이 맞은 상태를 유지하는 것을 보장하기 위하여 이미지들이 연속하여 얻어지며 COG 값 계산이 수행된다. 따라서, 캘리브레이션 공정은 계속되며 현미경(10)이 초점이 맞은 상태를 유지하는 한 거리 및 방향 측정값들 은 0과 같다. 다른 실시예에서, 현미경(10)이 초점이 맞았다면, 모터(14)로 신호가 전달되지 않는다.
대안적인 실시예에서, 거리 및 방향 측정값들이 계산된 후에, 현미경(10)이 초점을 지나치지 않는 것을 보장하기 위하여, 계산된 거리 측정값의 백분율인 갱신된 거리 측정값이 계산된다. 이는, 만약 현미경(10)이 시료(28)로부터 h보다 작은 거리에 떨어져 있다면, 현미경(10)이 시료로부터 거리 h보다 더 떨어진 위치로 이동되지 않는다는 것을 의미한다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 다른 유형이 도시되어 있다. 박막 트랜지스터(TFT) 조사 및/또는 수리와 관련된, 셀(cell)이나 모듈과 같은, 어떤 장비들을 다룰 때, 상기 장치(12)는 현미경이 어떠한 표면에 포커싱되어 있는지 그리고 이 표면이 사용자에 의해 요구된 표면인지를 결정하는데 사용될 수 있다. 이들 단계들은 도 5c에 추가적으로 반영되어 있으며 바람직하게는 현미경(10)이 시료(28) 상에 완전히 포커싱된 후에 실행된다. 본 실시예는, 얇은 유리 시트와 같이, 시료(28)의 상부 표면(28t)과 하부 표면(28b)이 투명하고 잘못된 이미지들을 얻을 수 있을 때 사용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 도 5a 및 도 5b는 현미경(10)의 대물렌즈(20) 아래의 영역에 관한 것이다.
특히 TFT 조사 및/또는 수리의 분야에서, TFT의 기판, 즉 시료는 얇다. 그 결과, 수렴 광빔(40)이 상부 표면(28t)이나 하부 표면(28b)에 포커싱될 때 그 맞은 편으로부터의 반사도 존재하기 때문에, 초점 평면 어레이(42)에서 형성되는 이미지는 시료(28)의 두 표면(28b 및 28t) 모두로부터의 이미지를 제공하며, 그럼으로써 중첩된, 또는 고스트나 광륜, 부분을 이미지가 포함하게 된다. 이는 도 5a 및 도 5b에 더욱 명료하게 도시되어 있다.
도 5a는 시료(28)의 상부 표면(28t)이 현미경 대물렌즈(20)로부터 거리 h만큼 떨어져 위치할 때의 모습을 제공하며, 도 5b는 시료(28)의 하부 표면(28b)이 현미경 대물렌즈(20)로부터 거리 h만큼 떨어져 위치할 때의 모습을 제공한다.
도 5a에 대응하는 이미지에서 알 수 있는 바와 같이, 초점 평면 어레이(42)에서 본 이미지는 하부 표면(28b)에서 반사된 고스트 이미지를 포함하며, 도 5b에 대해서도 이와 유사하게, 초점 평면 어레이(42)에서 본 이미지는 시료(28)의 상부 표면(28t)으로부터 반사된 이미지를 포함한다.
도 5a에 대한 이미지에서, 시료(28)의 하부 표면(28b)에서의 수렴 광빔(40)의 반사는, 시료(28)의 상부 표면(28t)으로부터 수렴 광빔(40)이 반사된 이미지를 나타내는 도트(54)를 둘러싸는, 초점 평면 어레이(42) 상에 디스플레이 되는 광륜이나 고스트 부분(52)을 형성한다.
유사하게, 도 5b에 대한 이미지에서, 시료(28)의 상부 표면(28t)에서의 수렴 광빔(40)의 반사는, 하부 표면(28b)으로부터 반사된 이미지를 나타내는 도트(58)를 둘러싸는 광륜(56)을 형성한다.
도 5c를 참조하면, 일단 현미경(10)이 시료(28)에 포커싱되었으면, 프로세서(23)는 현미경(10)이 어떠한 표면(28t 또는 28b)에 포커싱되었는지를 확인하거나 결정한다(단계 200). 중첩된 이미지들을 사용하여, 도트에 대한 광륜 부분의 위치를 결정함으로써와 같이, 현미경(10)이 어떠한 표면에 포커싱되었는지를 추측하거 나 확인할 수 있다. 이미지 도면들에서 알 수 있는 바와 같이, 광륜(52 및 56)들은 도트(54 및 58)들의 맞은 편에 있다. 이를 알기 위하여 프로세서(23)에게 요구되는 모든 것은 수렴 광빔(40)이 대물렌즈(20)의 어느 쪽에서 출사하는지 여부이다.
대신에, 프로세서(23)는 이미지로부터 이전에 구했던 캘리브레이션 측정값들을 사용하여 실행되는 또는 그 실행 직전에 이미지로부터 구한 캘리브레이션 측정값들을 사용하여 실행되는 표면 확인 알고리즘을 포함한다. 실행된 확인 알고리즘의 결과는 그런 후 현미경(10)이 사용자에 의해 요구된 표면에 포커싱되었는지 여부를 결정하도록 처리된다(단계 202).
만약 현미경이 표면에 제대로 포커싱되었다면, 현미경(10)은 정확한 표면에 포커싱된 것으로 간주된다(단계 204). 대신에, 만약 현미경이 표면에 제대로 포커싱되지 않았다면, 프로세서(23)는 정확한 표면에 포커싱되도록 현미경(10)을 이동시키기 위해 전기-서보 모터(14)에 신호를 전달한다(단계 206). 이 신호는 하부 표면(28b)으로부터 상부 표면(28t)으로의 상승, 또는 상부 표면(28t)으로부터 하부 표면(28b)으로의 하강과 같은 방향 측정값을 포함한다. 신호는 또한 유리의 두께를 나타내는 거리 측정값을 포함한다. 유리의 두께는 프로세서(23) 내에 미리 저장될 수 있거나 또는 프로세서(23)에 의해 접근 가능한 데이터베이스로부터 검색될 수 있다. 이러한 방식으로, 현미경(10)이 잘못된 표면에 포커싱된 것으로 일단 결정되면, 오류는 즉시 조정될 수 있다. 그런 후 이에 따라 현미경(10)이 이동하며 현미경(10)이 정확한 표면에 포커싱된 것으로 결정된다(단계 204).
추가적인 실시예에서, 현미경(10)이 거의 초점이 맞아 있으며 다수의 도트들 이 이미지에서 반사되도록 다수의 광빔들이 사용된다고 가정하면, 각각의 도트의 세기는 동일하지 않을 것이다. 따라서, 모든 도트들이 동일하게 보이고 더욱 정확한 COG 측정값을 얻을 수 있도록, 광원(24)의 세기는 초점 평면 어레이(42)의 동적 범위의 3/4과 같이 공칭(nominal) 값을 채택하도록 조절될 수 있다. 이는 또한 정보가 사라지는 이미지의 포화를 방지한다.
본 발명의 다른 이점은, 큰 매체의 조사 및 수리에서 사용될 때, 현미경(10)이 한 시료(28)로부터 다음으로 진행할 때 현미경(10)이 초점이 맞은 상태를 유지한다는 점이다. 본 발명이 센서(12)에 의해 제공되는 도트들로 그 포커싱을 수행하기 때문에, 시료들이 동일한 거리만큼 떨어져 위치하는 한, 현미경(10)은 초점이 맞은 상태를 유지한다. 한 시료(28)로부터 다음으로 진행할 때 현미경(10)을 다시 캘리브레이션 할 필요가 없으며 따라서 광학 현미경의 동작은 지연되지 않거나 또는 유휴(idle) 상태를 초래하지 않는다. 현재의 AF 장치들은 상이한 시료(28)마다 재포커싱을 필요로 하며 그 결과 동작 및 수리 시간을 증가시키는 원치 않는 시간 지연을 가져온다.
위의 설명에서, 설명의 목적상, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위하여 많은 상세한 내용들이 설명되었다. 그러나, 특정한 세부 내용들은 본 발명을 실시하는데 요구되지 않는다는 점이 본 기술분야의 당업자에게는 명백할 것이다. 다른 예들에서, 본 발명을 불명료하지 않게 하기 위하여 공지된 전기적 구조 및 회로들이 블록도의 형태로 도시되어 있다. 예를 들어, 여기서 기술된 본 발명의 실시예들이 소프트웨어 루틴, 하드웨어 회로, 펌웨어 또는 이들의 조합으로서 구현되는지 여부에 대한 특정한 세부 내용들은 제공되지 않는다.
본 발명의 실시예들은 기계-판독 가능 매체(또는 컴퓨터-판독 가능 매체, 프로세서-판독 가능 매체, 또는 내장된 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 사용 매체로도 불리는)에 저장된 소프트웨어 제품으로서 나타날 수도 있다. 기계-판독 가능 매체는 디스켓, 콤팩트 디스크 읽기 전용 메모리(CD-ROM), 메모리 소자(휘발성 또는 비휘발성), 또는 이와 유사한 저장 메커니즘을 포함하는 자기적, 광학적 또는 전기적 저장 매체를 포함하는 어떤 적절한 유형의 매체일 수도 있다. 기계-판독 가능 매체는, 실행될 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에서의 단계들을 프로세서가 수행하도록 하는 다양한 세트의 명령, 코드열, 구성 정보 또는 다른 데이터를 담고 있을 수도 있다. 본 기술분야의 당업자는 기술된 발명을 구현하는데 필요한 다른 명령들 및 동작들도 또한 기계-판독 가능 매체에 저장될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 기계-판독 가능 매체로부터 실행되는 소프트웨어는 기술된 작업들을 수행하도록 하는 회로 장치와 상호 작용할 수도 있다.
위에서 설명된 본 발명의 실시예들은 단지 예시적인 것이다. 여기에 첨부된 청구범위에 의해서만 정의되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 본 기술분야의 당업자에 의해 특정한 실시예들에 대해 변경, 변형 및 변동들이 달성될 수 있다.
Claims (20)
- 시료의 이미지를 생성하는 단계;캘리브레이션 측정값들을 구하기 위해 이미지를 처리하는 단계;캘리브레이션 측정값들로부터 거리 측정값을 계산하는 단계;캘리브레이션 측정값들로부터 방향 측정값을 계산하는 단계; 및상기 거리 및 방향 측정값들에 따라 현미경을 이동시키도록 모터에 상기 거리 및 방향 측정값들을 전달하는 단계를 포함하는 무한 보정 현미경을 시료에 자동-포커싱하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 생성 단계는:시료에 광을 전달하는 단계;시료로부터의 반사광을 수광하는 단계;반사광을 기초로 시료의 이미지를 형성하는 단계; 및처리를 위하여 초점 평면 어레이에 형성된 이미지를 얻는 단계를 포함하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 광을 전달하는 단계는:광원으로부터 광빔을 제공하는 단계;광빔을 반분하여 반분된 부분을 제공하는 단계;반분된 부분을 콜리메이팅하는 단계; 및콜리메이팅된 반분된 부분을 시료에 수렴시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 반분된 부분은 반원뿔형 광빔을 포함하는 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 형성하는 단계는 튜브 렌즈를 통해 수행되는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 거리 측정값을 계산하는 단계는:초점 평면 어레이를 나타내는 그래프 상에 이미지를 매핑하는 단계:이미지에 대한 무게중심 값을 계산하는 단계; 및무게중심 값의 일부를 거리 측정값으로서 설정하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 방향 측정값을 계산하는 단계는:전압 측정값을 소정의 문턱값과 비교하는 단계; 및상기 비교 단계를 기초로 방향 측정값을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,현미경이 시료의 정확한 표면에 포커싱되었는지를 확인하는 단계; 및현미경이 잘못된 표면에 포커싱되었다면 시료의 다른 표면으로 현미경을 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 확인하는 단계는:캘리브레이션 측정값들을 기초로 확인 알고리즘을 실행하는 단계; 및확인 알고리즘의 결과를 처리하여 현미경이 정확한 표면에 포커싱되었는지를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
- 다수의 광빔을 제공하는 광원;수렴광을 형성하여 상기 수렴광을 시료에 안내하고 안내된 수렴광의 결과로서 시료로부터 반사된 광을 기초로 이미지를 생성하는 다수의 광학소자;상기 이미지를 디스플레이 하는 초점 평면 어레이; 및상기 이미지를 기초로 무한 보정 현미경을 위한 자동-포커싱 측정값들을 계산하는 프로세서를 포함하는 센서를 포함하는, 무한 보정 현미경을 시료에 자동-포커싱하는데 사용하는 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 다수의 광학소자는:광을 제 1 부분과 제 2 부분으로 반분하는 제 1 렌즈;제 2 렌즈;상기 반분된 광의 제 1 부분을 상기 제 2 렌즈를 향해 안내하는 조향 미러; 및상기 반분된 광을 반원뿔형으로 수렴시키는 수렴 장치를 포함하는 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 광의 제 2 부분을 수광하는 개구 조리개를 더 포함하는 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 자동-포커싱 측정값들에 따라 현미경을 포커싱하기 위하여 현미경을 이동시키는 모터를 더 포함하는 장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 모터는 현미경의 대물렌즈를 이동시키는 장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 모터는 시료가 상부에 놓여 있는 스테이지를 이동시키는 장치.
- 제 10 항에 있어서,광은 현미경의 대물렌즈를 통과하여 안내되는 장치.
- 제 10 항에 있어서,현미경에 상기 장치를 탑재시키기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
- 제 17 항에 있어서,현미경에 상기 장치를 탑재하기 위한 장치.
- 제 10 항에 있어서,현미경에 상기 장치를 탑재시키기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
- 제 10 항에 있어서,현미경에 상기 장치를 탑재시키기 위한 수단을 더 포함하는 장치.
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