KR20180122434A - 웨이퍼와 같은 물체의 2d/3d 검사를 위한 방법 - Google Patents

웨이퍼와 같은 물체의 2d/3d 검사를 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광대역 광원(19)의 광학적 파장들이 색 측정 범위를 정의하는 서로 다른 축상 거리들에서 초점잡히도록 허용하는 색 렌즈(13) 및 복수의 광학적 측정 채널들(24)을 가지는 공초점 장치를 이용해, 3차원 구조들(11)을 포함하는 웨이퍼와 같은 물체(10)의 표면을 검사하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 공초점 구성에 있어서 상기 광학적 측정 채널들(24)의 적어도 일부에 의해 수집되는 광의 전체 스펙트럼에 걸친 전체 세기를 측정하는 것에 의해 상기 물체(10) 상의 복수의 측정 지점들(15)에서 상기 색 측정 범위 안에서 상기 물체(10)의 인터페이스 상에서 실제로 초점잡히는 광의 세기에 대응하는 세기 정보를 획득하는 단계를 포함한다.

Description

웨이퍼와 같은 물체의 2D/3D 검사를 위한 방법
본 발명은 웨이퍼와 같은 물체를 검사하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 범프들 또는 마이크로-범프들과 같은 구조들을 포함하는 물체를 검사하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 기술분야는, 이에 한정되지는 않지만, 반도체 산업에 있어서 2D-3D 검사 및 계측이다.
범프들, 마이크로-범프들, 솔더 범프들, 구리 필라, 구리 네일들, RDL(Re-Distribution Layers), UBM(Under Bump Metallization), 금속 패턴들과 같은 3차원 구조들은 반도체 산업에 있어서 상호연결들 및 다른 응용을 위해 점점 더 많이 널리 사용되고 있다. IC 패키징의 발전과 함께, 이 구조들의 중요한 치수들은 작아지는 경향이 있고 이들의 웨이퍼들 또는 칩들 상의 밀도는 커지는 경향이 있다. 수 개의 결함들이 대응하는 IC들에 결함을 부여하기에 충분하기 때문에, 동시에 생산 동안 고속에서 이 구조물들 모두를 검사할 수 있는 검사 시스템들에 대한 필요가 있다.
공초점 기술(Chromatic confocal technique)은, 특히 반도체 응용분야들에서, 3차원(3D) 표면 매핑 또는 프로필로메트리(profilometry)를 위한 잘 알려진 기술이다.
이 기술은 향상된 색수차(chromatism)를 가지는 색 렌즈(chromatic lens)의 이용에 의존하는데, 이것의 초점 길이는 광학적 파장에 강하게 의존한다. 이러한 렌즈를 가로지르는 광의 파장 각각은 서로 다른 거리에서, 또는 서로 다른 초점 평면에서 초점이 맞춰진다.
색 렌즈는 아웃 포커스 렌즈를 배제하기 위해 색 렌즈의 공초점 평면들에 배치되는 검출 핀홀들(보통 광섬유들 코어로 만들어지는) 및 소스를 가지는 공초점 장치(set-up)에 내장된다. 반사 표면이 색 렌즈 앞에 배치된 때, 그 초점 평면이 이 표면의 위치에 대응하는 파장을 가지는 광만이 검출 핀홀에 의해 전달된다.
검출은 분광계에 의해 수행되는데, 이것은 보통 광의 세기 스펙트럼을 획득하기 위해 분산 요소 및 선형 또는 매트릭스 센서(CCD 또는 CMOS)를 포함한다. 색 렌즈에 대한 표면의 높이(또는 거리)가 검출되는 광의 세기 스펙트럼을 분석하는 것에 의해 획득된다.
이러한 셋-업은 이 때 하나의 점 상에서 거리들을 측정하는 것을 허용한다. 그래서 모든 표면을 스캔하는 것에 의한 전체 웨이퍼 표면을 검사하는 것은 매우 시간 소모적일 수 있다. 실제로, 측정 속도를 제한하는 인자는 세기 스펙트럼을 획득하기 위한 선형 센서의 판독 시간이다.
획득 속도는 병렬로 수 개의 측정 채널들을 제공하는 것에 의해 개선될 수 있다.
예를 들어 수 개의 측정 채널들이 수 개의 광섬유들을 가지고 색 렌즈를 통해 제공되는 공초점 장치의 구현을 개시하는 문헌 US 2015/0260504를 알고 있다. 센서는 물체의 표면 상의 수 개의 지점들에서 동시에 거리 또는 높이를 측정하는 것을 허용한다.
하지만, 획득 속도가 개선될지라도, 전체 웨이퍼 표면을 검사하는 데 걸리는 시간은 여전히 매우 길다.
패터닝된 웨이퍼들을 측정 또는 검사할 때 다른 문제는 존재하는 구조들에 대한 측정 지점들의 정확한 위치측정(localization)이다. 이 문제는 보통 카메라와 같은 이미징 시스템 또는 2D(2차원) 검사를 이용해 해결된다.
예를 들어 이미징 카메라를 또한 포함하는 공초점 센서에 기초하는 검사 시스템을 기술하고 있는 문헌 US 6,934,019를 알고 있다. 측정들은 2 개의 단계들을 필요로 한다: 첫번째는 카메라를 가지고 웨이퍼의 이미지를 획득하고 또한 측정되어야 하는 구조들의 위치들의 맵을 계산하고; 두번째는 높이 측정들을 수행한다.
하지만, 카메라와 색 센서 사이의 스위칭은 시간 소모적이고 또한 측정되어야 하는 구조들 상에 카메라 또는 공초점 센서 중 하나를 위치시키기 위한 기계적인 변위들의 필요는 높이 측정에 있어서의 위치측정 정확도에 영향을 줄 수 있다.
본 발명의 목적은 웨이퍼와 같은 물체의 빠르고 정확한 2D(2차원 또는 평면 이미징) 검사를 허용하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 또한 웨이퍼와 같은 물체의 빠르고 정확한 3D(3차원 높이 측정들) 검사를 허용하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 또한 패턴들 또는 구조들을 가지는 웨이퍼와 같은 물체 상에서 세기 이미지(2D) 및 정확한 높이 측정들(3D)을 최소화된 위치 불확실성을 가지고 적어도 동일한 스캔 동안 또는 동시에 제공하는 것을 허용하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 또한 웨이퍼와 같은 물체 상의 구조들 또는 패턴들에 대한 높이 측정 탐침들의 정확한 위치잡이, 및/또는 높이 측정 위치들의 정확한 위치잡이를 허용하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 또한 위치 및 형태에 있어서 웨이퍼와 같은 물체의 구조들을(2D로 및/또는 3D로) 검사하거나 또는 특징짓는 것을 허용하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 또한 웨이퍼와 같은 물체 상의 범프들, 트렌치들 및 다른 패터닝된 구조들을 검사하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.
이러한 목적들은 광대역 광원(broadband light source)의 광학적 파장들이 색 측정 범위를 정의하는 서로 다른 축상 거리들에서 초점잡히도록 허용하는 색 렌즈(chromatic lens) 및 복수의 광학적 측정 채널들을 가지는 공초점 장치(confocal chromatic device)를 이용해, 3차원 구조들을 포함하는 웨이퍼와 같은 물체의 표면을 검사하기 위한 방법을 통해 달성되는데, 이 방법은 공초점 구성에 있어서 상기 광학적 측정 채널들의 적어도 일부에 의해 수집되는 광의 전체 스펙트럼에 걸친 전체 세기를 측정하는 것에 의해 상기 물체 상의 복수의 측정 지점들에서 상기 색 측정 범위 안에서 상기 물체의 인터페이스 상에서 실제로 초점잡히는 광의 세기에 대응하는 세기 정보를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이로써 이 세기 정보는 색 측정 범위 이상으로 확장된 초점 깊이를 가지고 획득된 물체의 이미지의 픽셀 요소에 대응할 수 있으며, 따라서 단일 파장에 대해 달성된 초점 깊이를 훨씬 초과할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 이 방법은
- 연장된 축상 색수차(extended axial chromatism)를 가지는 색 렌즈를 제공하는 단계;
- 서로 다른 축상 거리들에서 초점잡히는 복수의 광학적 파장들을 가지고 상기 색 렌즈를 통해 상기 물체를 조명하는 단계;
- 수집 구멍들을 가지는 복수의 광학적 측정 채널들을 이용해 복수의 측정 지점들에서 상기 색 렌즈를 통해 상기 물체에 의해 반사되는 광을 수집하는 단계;
- 세기 정보를 획득하기 위해 광학적 측정 채널들 중 적어도 하나에 의해 수집되는 광의 전체 세기를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 방법은 상기 색 측정 범위 안에서 축상 거리 정보를 획득하기 위해 광학적 측정 채널에 의해 수집되는 광의 스펙트럼 정보를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 방법은 세기 정보를 이용해 상기 물체의 표면 상의 구조를 위치잡기하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 방법은
- 세기 정보를 이용해 관심 측정 지점을 확인하는 단계;
- 상기 관심 지점에서 축상 거리 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 방법은
- 구조에 대한 관심 측정 지점을 확인하는 단계;
- 상기 구조의 정점에 대응하는 구조에 대한 관심 측정 지점을 확인하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 방법은 상기 구조의 높이 정보를 추론하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 방법은 이전에 확인된 관심 측정 지점에 대한 축상 거리 정보를 획득하기 위해 광학적 측정 채널을 위치시키기 위해 상기 물체와 상기 색 렌즈를 상대적으로 움직이는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 방법은 미리 정의된 스캔 궤적을 따라 상기 물체와 상기 색 렌즈를 상대적으로 움직이는 단계를 더 포함할 수 있고, 또한 하나의 스캔 위치에 있어서:
- 세기 정보를 획득하거나; 및/또는
- 이전에 확인된 관심 측정 지점에 대한 축상 거리 정보를 획득할 수 있다.
스캔 궤적을 따른 이동은 연속적으로 수행될 수 있고, 이 측정은 스캔 위치들에서 "온-더-플라이트"하게 획득된다. 스캔 궤적을 따른 이동은 또한 스캔 위치들에서 정지를 가지고, 단계별로 수행될 수 있다.
세기 정보는 물체의 표면의 이미지에 대응하는 2D 표현의 요소들 또는 화소들을 제공한다. 이후에 설명될 것과 같이, 이것은 획득 장치의 연장된 초점 깊이 덕분에 고해상도를 가지고 고속의 획득 속도에서 획득될 수 있다. 연장된 초점 깊이는 특히 고도 또는 깊이로 연장하는 물체의 표면의 패턴들 또는 구조들을 좋은 품질로 이미징하는 것을 허용한다.
이러한 세기 정보는 물체의 표면 상의 특정 패턴들 또는 구조들을 위치잡기하기 위해, 이로써 깊이 또는 거리 정보가 측정되어야 하는 관심 측정 지점들을 정확하게 위치잡기하기 위해 사용될 수 있다. 그래서, 훨씬 더 느린 깊이 측정들이 관련된 관심 지점들에서만 수행된다.
물론, 세기 정보 및 축상 거리/깊이 정보는 또한 물체의 표면에서 측정 지점들의 동일한 또는 다른 샘플링 패턴 상에서 체계적인 방식으로 획득될 수 있어, 이 표면의 2D 세기 이미지 및 3D 고도 지도(3D altitude map)를 제공하게 된다. 특히
- 세기 정보 및 축상 거리/깊이 정보는 2D 세기 이미지의 공간 해상도보다 거친 공간 해상도를 가지는 3D 고도 지도를 제공하기 위해, 서로 다른 샘플링 패턴들에 따라 획득될 수 있고;
- 축상 거리/깊이 정보는 세기 정보를 획득하기 위해 사용되는 샘플링 패턴의 서브셋인 샘플링 패턴에 따라 획득될 수 있다.
몇몇의 구현 모드들에 따르면, 본 발명의 방법은
- 측정 지점들의 간격을 변경하는 단계;
- 확대 렌즈를 이용해 측정 지점들과 상기 광학적 측정 채널들의 수집 구멍들의 공간적 재분리 사이의 배율 인자(scaling factor)를 변경하는 것에 의해 측정 지점들의 간격을 변경하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이로써 측정 지점들의 간격은, 확대 렌즈 또는 예를 들어 색 렌즈에 대한 광학적 측정 채널들의 수집 구멍들을 물리적으로 움직이는 것에 의하는 것과 같이, 다른 수단에 의해 조정될 수 있다.
몇몇의 구현 모드들에 따르면, 본 발명의 방법은
- 상기 물체 상의 구조들의 공간적 재분리를 고려하여 측정 지점들의 간격을 조정하는 단계;
- 상기 물체 상의 구조들의 간격을 실질적으로 매칭시키기 위해 측정 지점들의 간격을 조정하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
구조들의 간격은 예를 들어 중심끼리의 간격, 또는 측면끼리의 간격일 수 있다.
본 발명의 방법은
- 상기 물체에 대한 사전 지식(또는 물체의 설명 정보)을 이용해 상기 구조들의 간격에 대한 정보를 획득하는 단계;
- 이전에 획득된 축상 거리 정보 및/또는 세기 정보를 이용해 상기 구조들의 간격에 대한 정보를 획득하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
몇몇의 구현 모드들에 따르면, 본 발명의 방법은
- 상기 물체의 표면 상에 하부-요소들(sub-elements)을 위치시키기 위해, 상기 측정 지점들의 제1 간격을 가지는 복수의 측정 지점들에서 세기 정보 및/또는 축상 거리 정보를 획득하는 단계;
- 상기 하부-요소 상의 제1 간격보다 더 조밀한 상기 측정 지점들의 제2 간격을 가지는 복수의 측정 지점들에서 세기 정보 및/또는 축상 거리 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇의 구현 모드들에 따르면, 본 발명의 방법은 세기 정보 및/또는 축상 거리 정보를 이용해 축상 방향을 따라 물체와 색 렌즈를 상대적으로 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
축상 방향을 따른 이러한 위치시킴은 색 렌즈의 측정 범위 안에 물체의 표면을 위치시키기 위해 수행될 수 있다. 이것은
- 거리 측정 또는 범위 밖 정보(out-of-range information)(측정들 없음))를 직접 제공하는 축상 거리 정보를 이용해;
- 세기 정보를 이용해 수행될 수 있다. 이 해결책은 색 렌즈의 측정 범위 안에 물체를 위치시키기 위해 고속 획득 속도를 허용하는 장점을 가진다. 광학적 배치의 공초점 특성으로 인해, 유의미한 세기는 물체의 인터페이스가 측정 범위 안에 존재할 때에만 측정된다. 물론, 일단 범위 안에 위치되면, 조밀한 조정을 위해 축상 거리 정보도 이용될 수 있다.
몇몇의 구현 모드들에 따르면, 본 발명의 방법은
- 상기 물체의 관심 영역에서 획득되는 세기 정보를 결합하는 것에 의해 세기 이미지를 구축하는 단계; 및/또는
- 상기 물체의 관심 영역에서 획득되는 축상 거리 정보를 결합하는 것에 의해 높이 지도를 구축하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇의 구현 모드들에 따르면, 본 발명의 방법은 기준 값(들)과 획득된 축상 거리 정보를 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇의 구현 모드들에 따르면, 본 발명의 방법은 이하의 타입:
범프들(bumps), 마이크로-범프들(micro-bumps), 솔더 범프들(solder bumps), 구리 필라들(copper pilars), 구리 네일들(copper nails), RDL(Re-Distribution Layers), 금속 패턴들(metal patterns) 중 적어도 하나의 3차원 구조들을 검사하기 위해 구현될 수 있다.
본 발명의 방법은 양립가능한 특징들을 가지는 공초점 장치를 가지고 수행될 수 있다.
본 발명의 방법은 또한 웨이퍼와 같은 물체의 표면을 검사하기 위한 공초점 장치를 가지고 수행될 수 있는데, 이 장치는
- 연장된 축상 색수차(extended axial chromatism)를 가지는 색 렌즈(chromatic lens);
- 서로 다른 축상 거리들에서 초점잡히는 복수의 광학적 파장들을 가지고 상기 색 렌즈를 통해 상기 물체를 조명하기 위한 광원;
- 복수의 측정 지점들에서 상기 색 렌즈를 통해 상기 물체에 의해 반사되는 광을 수집하기 위해 배치되는 수집 구멍들(collection apertures)을 가지는 복수의 광학적 측정 채널들을 포함하고;
이때 복수의 광학 측정 채널들은 수집되는 광의 전체 세기를 측정하기 위한 세기 검출기를 가지는 광학적 측정 채널들을 포함한다.
색 렌즈는 예를 들어
- 광학적 측정 채널들 사이에서 공유되는 하나의 렌즈 또는 렌즈 조립체;
- 하나 또는 수 개의 광학적 측정 채널들에 의해 각각 사용되는 복수의 렌즈들 또는 마이크로렌즈들;
- 홀로그램 요소들;
- 회절 렌즈 또는 마이크로렌즈 요소들과 같이, 시야에 적절한 색수차(chromatic aberration)를 가지는 종류의 색 렌즈 또는 렌즈 조립체를 포함할 수 있다.
색 렌즈는 필요한 광학적 배치를 제공하는 데 필요한 다른 렌즈들, 및 분산 물질을 가지고 만들어지는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 이러한 렌즈는 강한 색수차를 제공하기 위해 잘 알려진 기술들에 따라 설계될 수 있고, 렌즈를 지나는 서로 다른 광학적 파장들이 측면 시야에서, 서로 다른 거리들에서 초점이 맞춰지는 것을 허용한다.
이로써 본 발명의 공초점 장치는 수 개의 광학적 측정 채널들을 포함한다. 각각의 광학적 측정 채널은 색 렌즈를 지나는 서로 다른 광학적 파장들의 초점 평면들에 대응하는 (렌즈의 광학 축에 실질적으로 평행한 방향으로) 축상 거리들 또는 높이들의 범위를 따라, 또한 색 렌즈의 광학 축에 수직하는 평면의 특정 측정 지점에서 반사되는 광에 민감하다. 측정을 허용하는 축상 거리들의 범위는 장치의 측정 범위로 정의될 수 있다.
다시 말하면, 측정 지점들은 수집 구멍들의 켤레 지점들에, 또는 보다 상세하게는, 색 렌즈의 광학 축에 수직하는 평면 상에 서로 다른 파장들에 있어서의 수집 구멍들의 켤레 지점들의 투사(projection)에 대응한다. 이 수집 구멍들은 전통적인 공초점 검출 스킴에 따라, 아웃 포커스 광을 거부하는 것을 허용하는 핀홀들로 작용한다.
광원은 색 렌즈의 색수차(chromatism)가 충분히 이용될 수 있는 스펙트럼 범위를 커버하는 복수의 파장들에서 광을 방출할 수 있는 종류의 광원을 포함할 수 있다. 이것은 예를 들어 발광 다이오드들(LED), 할로겐 램프들과 같은 열 광원들, 또는 가스-방출 램프들을 포함할 수 있다. 이것은 또한 파장가변 레이저(tunable laser), 백색 레이저(white laser) 또는 초광대역 광자 소스(supercontinuum photonic source)를 포함할 수 있다. 광원은 예를 들어 가시광선 범위에서 표면들 및/또는 투명 층들의 검사를 허용하는, 400 - 700 nm의 범위(가시광선 범위) 내의 파장들을 가지는 광을 생성할 수 있다. 또는, 광원은, 예를 들어 실리콘 또는 적외선 범위에서 투명한 다른 물질들의 층들을 통한 검사들을 허용하는, 적외선 범위에서 1 마이크론 이상의 파장들을 가지는 광을 생성할 수 있다.
광원은 모든 광학적 측정 채널들 사이에서 공유되는 하나의 광원을, 또는 그 각각이 수 개의 광학적 측정 채널들 사이에서 공유되는 복수의 광원들, 또는 광학적 측정 채널 마다 하나의 광원을 포함할 수 있다.
세기 검출기들은 광의 세기, 또는 스펙트럼 범위에 걸친 전역적인 광의 세기를 측정하는 광검출기를 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 세기 검출기들은
- 예를 들어 광트랜지스터들, 광다이오드들 또는 아발란쉬 광다이오드들과 같은, 각각의 광학적 측정 채널을 위한 별도의 또는 불연속적인 세기 검출기들; 및/또는
- 복수의 광학적 측정 채널 사이에서 공유되는 세기 검출기들을 포함할 수 있다. 이러한 세기 검출기들은 서로 다른 광학적 측정 채널들의 세기 측정들이 서로 다른 화소들 상에서 수행되는, 예를 들어 광다이오드 어레이, 라인 또는 매트릭스 CCD 또는 CMOS를 포함할 수 있다.
세기 검출기들은 측정 지점에서 전역적인 광의 세기를 제공한다. 이로써 이들은 물체의 2D 이미지 정보를 제공한다.
2D 측정들은 공초점 셋-업 때문에, 연장된 초점 깊이로부터 이익이 있다. 이 수단에 의해 획득되는 이미지는, 대부분 측정 범위에서 표면이 가질 수 있는 어떠한 위치에서든, 물체의 표면 상에서 초점잡히는 파장을 이용해 수행되기 때문에, 장치의 전체 측정 범위에서 인 포커스이거나 또는 초점이 잘 잡힌다. 그래서, 이미징을 위한 이용가능한 포커스 깊이는 색 렌즈의 색수차 정도에 의해 결정된다. 이로써 이것은 전통적인 무색성 렌즈를 가지고 이용가능할 수 있는 포커스 깊이보다 훨씬 더 크고, 이것은 색 렌즈를 가지고 단일 파장에서 이용가능한 포커스 깊이에 대응한다.
본 발명의 몇몇의 실현 모드들에 따르면, 상기 복수의 광학적 측정 채널들은 상기 수집된 광의 스펙트럼 정보를 측정하고 또한 축상 거리 정보를 추론하기 위한 스펙트럼 검출기를 가지는 적어도 하나의 광학적 측정 채널을 더 포함할 수 있다.
이러한 스펙트럼 검출기(들)은 예를 들어
- 예를 들어 라인 CCD, CMOS 또는 광다이오드 어레이와 같은, 서로 다른 파장들에 대한 광 세기를 수집할 수 있는 센서 및 격자 또는 회절 어레이와 같은 분산 요소를 가지는 분광계 타입의 장치들;
- 서로 다른 검출 영역들을 가지고 파장에 있어서 선택적인 검출을 허용하는, 라인 또는 매트릭스 검출기 앞에 색 필터들을 가지는 장치들과 같은, 광학적 파장들의 함수로서 광의 세기에 대한 정보를 제공할 수 있는 검출기를 포함할 수 있다.
스펙트럼 검출기는 또한 라인 또는 매트릭스 CCD 또는 CMOS와 같은, 수 개의 광학적 측정 채널들 사이에서 공유되는 검출기들을 포함할 수 있다. 이 경우에 있어서, 서로 다른 광학적 측정 채널들의 세기 스펙트럼들은 검출기의 서로 다른 영역들 또는 화소들 상에서 수집된다.
축상 거리 정보는 대부분 반사된 파장들 또는 스펙트럼에 있어서의 피크(들)을 확인하는 것에 의해 세기 스펙트럼으로부터 추론될 수 있는데, 이것은 측정 범위 내에서 물체의 대응하는 인터페이스들의 위치를 나타낸다. 물론, 수 개의 검출가능한 층들을 가지는 투명한 물체가 존재하면, 수 개의 인터페이스들까지의 광학적 거리들을 나타내는 수 개의 피크들은 확인될 수 있다.
그래서, 스펙트럼 검출기들은 측정 지점들에서 축상 거리, 또는 높이 정보를 제공한다. 이로써 이들은 공초점 센서들의 보통 목적인 3D 정보를 제공한다.
이로써 본 발명은 하나의 측정 헤드에 2D 및/또는 3D 검사 능력들을 가지는 센서를 수행하는 것을 허용한다. 2D 및 3D 검사를 위한 측정 지점들은 고정되고, 안정되고 또한 잘 알려진 공간적 관계에 있다.
2D 전체 세기 측정은, 획득 속도 측면에서의 제한만이 검출기의 통합 시간 또는 대역폭에 관련되기 때문에, 3D 축상 거리 측정들보다 훨씬 더 빨리 수행될 수 있다. 다른 한편으로, 3D 축상 측정 속도들은 적어도 분광계 센서들의 통합 시간 및 판독 시간에 의해 제한된다. 결과적으로, 2D 측정은 3D 측정들보다 획득 속도에서 10 배 또는 이보다 훨씬 더 빠르게 수행될 수 있다. 예를 들어 2D 측정은 수 십 kHz(예를 들어 50 kHz 내지 100 kHz)의 획득 속도에서 수행될 수 있는 한편, 3D 측정들은 수 kHz의 획득 속도들에서만 수행될 수 있다.
그래서, 본 발명의 장치는, 예를 들어
- 예를 들어 리포커싱 없이 측정 지점들에서 최적의 측면 해상도를 가지고 (범프들, 필라들, 네일들, ...과 같은) 연장된 3D 구조들을 가지는 물체의 표면의 검사를 허용하는, 연장된 포커스 깊이를 가지는 빠른 2D 검사; 및/또는
- 선택된 관심 지점들에서 온-더-플라이트(on-the-flight) 3D 측정 및 구조화된 물체의 표면의 빠른 2D 검사를 허용하기 때문에, 특히 고속 검사에 적합하다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 광학적 측정 채널들은 광학적 도파관들, 또는 평면 광학적 도파관들을 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 광학적 측정 채널들은 광섬유들을 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 광대역 광원은 색 렌즈와 수집 구멍들에 대한 공초점 구성으로 배치되는 조명 구멍들을 통해 전달될 수 있다.
본 발명의 장치는 이때 색 렌즈와, 조명 구멍들 및 수집 구멍들 각각 사이에 삽입되는 빔 분리기를 포함할 수 있다. 빔 분리기는 바람직하게 예를 들어 시준 렌즈들을 이용해, 전달 빔들이 시준되는 부분에 삽입될 수 있다. 물론, 수집 구멍들 및 조명 구멍들은, 빔 분리기 및 색 렌즈를 통해, 수집 구멍 및 조명 구멍이 동일한 측정 지점의 결레 지점들이 되도록 배치되어야 한다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 광학적 측정 채널들은 그 끝단이 조명 구멍들로 사용되는, 조명 광섬유들을 포함할 수 있다.
이 조명 광섬유들은 멀티모드, 또는 단일 모드 섬유들을 포함할 수 있다. 이들은 번들로 배치되거나 또는 그루핑될 수 있다. 이들은 예를 들어 정확한 위치잡기를 위한 v-홈들을 가지는 장착 피스에 위치되는 조명 구멍들에 대응하는 일 단을 가질 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 장치는 예를 들어
- 마스크 또는 벽 안의 관통공들과 같은, 핀홀들;
- 일 방향으로 긴 관통공에 대응하는, 입사 슬릿. 이것은 일렬로 배치되는 수 개의 광학적 측정 채널들을 위한 수 개의 수집 구멍들을 구체화시키고;
- 검출기의 화소들 또는 검출 요소들을 포함하는 수집 구멍들을 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 광학적 측정 채널들은 그 끝단이 수집 구멍들로 사용되는, 수집 광섬유들을 포함할 수 있다.
이 수집 광섬유들은 멀티모드, 또는 단일 모드 섬유들을 포함할 수 있다. 이들은 번들로 배치되거나 또는 그루핑될 수 있다. 이들은 예를 들어 정확한 위치잡기를 위한 v-홈들을 가지는 장착 피스에 위치되는 수집 구멍들에 대응하는 일 단을 가질 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 광대역 광원은 수집 광섬유들에 의해 전달될 수 있다.
광학적 측정 채널들은 이때 광원의 광을 수집 구멍으로 안내하고, 또한 수집 구멍에 의해 다시 수집되는 광을 검출기를 향해 안내하기 위한 커플러 또는 섬유 커플러를 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 장치는 이하의
- 하나의 광학적 측정 채널에 동시에 또는 순차적으로 측정들을 수행하기 위해 세기 검출기 및 스펙트럼 검출기를 이용하는 것;
- 복수의 광학적 측정 채널들을 가지고 세기 검출기 및/또는 스펙트럼 검출기를 선택적으로 이용하는 것 중 적어도 하나를 수행하는 것을 허용하는 적어도 하나의 광학적 라우팅 요소를 포함할 수 있다.
이러한 광학적 라우팅 요소는 예를 들어
- 세기 검출기와 스펙트럼 검출기 사이에서 광학적 측정 채널 상에서 수집되는 광을 분리시키기 위한 커플러. 이 경우에 있어서, 전체 세기 및 스펙트럼 정보는 병렬로(동기화된 또는 비동기화된 방식으로), 또는 순차적으로, 동일한 광학적 측정 채널 상에서 획득될 수 있고;
- 광학적 측정 채널 상에서 수집되는 광을 세기 검출기 또는 스펙트럼 검출기로 향하게 하는 광학적 스위치. 이 경우에 있어서, 전체 세기 및 스펙트럼 정보는 순차적으로 동일한 광학적 측정 채널 상에서 획득될 수 있고;
- 예를 들어 수 개의 광학적 측정 채널들 사이에서 이러한 세기 검출기(들) 및/또는 스펙트럼 검출기(들)을 공유하기 위해, 또는 하나의 광학적 측정 채널에 연결하기 위해 세기 검출기(들) 및/또는 스펙트럼 검출기(들)을 선택하기 위해, 수 개의 측정 채널들에 세기 검출기(들) 및/또는 스펙트럼 검출기(들)을 선택적으로 연결하기 위한, 예를 들어 수 개의 광학적 스위치들을 포함하는 광학적 멀티플렉서를 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 장치는 상기 수집 구멍들과 상기 색 렌즈 사이에 위치되고, 또한 수집 구멍들과 측정 지점들의 공간적 재분리 사이에 가변적인 또는 변경가능한 배율 인자를 도입하기 위해 배치되는, 확대 렌즈를 더 포함할 수 있다.
확대 렌즈는 어떠한 종류의 렌즈 또는 렌즈 조립체든 포함할 수 있다. 이것은 필수적으로 사용되는 파장들에 있어서 무색성(또는 검출기들에서 사용되는 광원의 파장들에 있어서 무색성)일 수 있다.
장치는 물론 수집 구멍들과 확대 렌즈들 사이에 배치되는 다른 렌즈들, 및/또는 확대 렌즈와 색 렌즈 사이에 배치되는 다른 렌즈들을 포함할 수 있다.
수 개의 구성들이 가능하다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 장치는 동시에
- 상기 확대 렌즈를 포함하는 렌즈 조립체를 위한 상기 수집 구멍들을 가지는 평면의 켤레 초점 평면; 및
- 상기 색 렌즈를 포함하는 렌즈 조립체를 위한 상기 측정 지점들을 가지는 평면의 켤레 초점 평면인, 중간 켤레 초점 평면(intermediate conjugate focal plane)을 제공하도록 배치되는 확대 렌즈 및 색 렌즈를 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 상기 중간 켤레 초점 평면은
- 유한 거리에 있거나; 또는
- 유한 거리에 있고 또한 상기 확대 렌즈와 상기 색 렌즈 사이에 있을 수 있다.
이것은 그후 수집 구멍들의 실제 이미지 평면을 형성할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 상기 중간 켤레 초점 평면은 시준되는 빔에 대응하는, 무한 거리에 있을 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 장치는 상기 수집 구멍들과 상기 확대 렌즈 사이에 위치되는 시준 렌즈를 더 포함할 수 있다.
이러한 시준 렌즈는 이전에 설명된 바와 같이 예를 들어 빔 분리기를 가지고 이용된다. 이것은 확대 렌즈에 시준된 빔들을 제공하기 위해, 그 초점 평면에 위치되는 시준 구멍들과 배치될 수 있다.
본 발명의 장치는 그후 무한초점 렌즈 배치를 가지는 확대 렌즈를 포함할 수 있다.
이러한 무한초점 렌즈 배치는 무한의 유효 초점 길이를 가진다. 이것은 예를 들어 그 간격이 이들의 초점 길이들의 합에 대응하도록(또는 이들의 중간 초점 평면들이 동일한 위치에 있도록) 위치되는, 2 개의 수렴 렌즈들을 가지고 수행될 수 있다.
모든 경우들에 있어서, 측정 지점들을 가지는 평면은 확대 렌즈 및 색 렌즈를 포함하는 전체 광학적 조립체에 의한 수집 구멍들을 가지는 평면의 이미지 평면(또는 켤레 평면)이다. 또는 다시 말하면, 측정 지점들은 전체 광학적 조립체에 의한 수집 구멍들의 개별적인 이미지들이다. 이러한 이미지들은 확대 렌즈에(물론 주어진 또는 특정한 색 렌즈에 있어서) 종속하는 측면 확대 인자를 가지고 형성된다. 그러므로, 확대 렌즈에 의해 제공되는 확대 인자를 변경하는 것은 색 렌즈를 변경하지 않고 배율 인자에 의해 측정 지점들의 공간적 재분리를 변경하는 것을 허용한다.
물론, 배율 인자 또는 확대 인자는 확대(1보다 높은 절대값), 축소(1보다 작은 절대값) 또는 1 확대(1과 같은 절대값)에 대응할 수 있다.
확대 렌즈의 이용은, 색 렌즈를 변경하지 않고, 이로써 색 렌즈의 색 분산에 의해 정의되는 측정 범위를 크게 변경하지 않고, 연속적으로 및/또는 불연속적인 단계들에 의해, 측정 지점들의 공간적 재분리를 변경하는 것을 허용한다.
이에 더하여, 색 렌즈에 대하여(또는 무한대에서) 광학 축을 따라 중간 켤레 초점 평면을 동일한 위치에 위치시키는 것을 허용하는 확대 렌즈들 배치들을 제공하는 것을 고려하는 것에 의해, 색 렌즈는 항상 유사한 조건들에서 사용된다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 장치는 가변적인 확대를 도입하는 것을 허용하는 줌 타입의 확대 렌즈를 포함할 수 있다.
확대 렌즈는 예를 들어 줌 렌즈, 또는 줌 타임의 확대 렌즈 또는 렌즈 조립체를 포함할 수 있다.
이러한 (줌 타입의) 확대 렌즈는
- (광학 축을 따라) 이동가능하고 또한 확대를 변경하는 것을 허용하는 적어도 하나의 렌즈;
- 유한 거리에서 중간 켤레 초점 평면과 상기 수집 구멍들의 평면 사이에 상기 확대를 변경하는 것을 허용하는 렌즈 배치;
- 무한 거리에서 중간 켤레 초점 평면을 가지고 작동하기 위해, 시준된 빔들의 폭을 변형하는 것을 허용하는 무한초점 줌 배치를 포함할 수 있다.
본 발명의 장치는
- 확대 렌즈,
- 확대 렌즈와 색 렌즈의 조합 중 적어도 하나를 변경하는 것을 허용하는 기계적인 마운트를 더 포함할 수 있다.
이 기계적인 마운트는 확대 렌즈를 변경하기 위한 예를 들어 터릿(turret) 또는 선형 대(linear stage)를 포함할 수 있다.
이것은 하나의 색 렌즈와 서로 다른 확대를 가지는 수 개의 확대 렌즈들을 결합하는 것을 허용할 수 있다. 예를 들어, 이것은 수집 구멍들과 색 렌즈 사이에 이들 중 하나를 위치시킬 수 있기 위해, (터릿 또는 선형 대와 같은) 이동 대 상에 수 개의 확대 렌즈들을 고정할 수 있다.
물론, 기계적인 마운트는 확대 렌즈들을 변경하는 것을 허용할 수 있고, 그 중의 적어도 일부는 줌 타입의 확대 렌즈이다.
이전에 기술된 바와 같이, 본 발명의 장치는
- 수 개의 색 렌즈들을 가지는 수 개의 확대 렌즈들;
- 수 개의 색 렌즈들을 가지는 하나의 확대 렌즈와 같이,
확대 렌즈와 색 렌즈의 결합을 변경하는 것을 허용하는 기계적인 마운트를 더 포함할 수 있다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 장치는 제1 라인 및 실질적으로 제1 라인에 실질적으로 평행한 제2 라인 각각을 따라 배치되는 수집 구멍들을 더 포함할 수 있고, 제1 라인은 세기 검출기를 가지는 광학적 측정 채널들의 수집 구멍들을 포함하고, 제2 라인은 스펙트럼 검출기를 가지는 광학적 측정 채널들의 수집 구멍들을 포함한다.
이러한 구성은 예를 들어 색 렌즈에 대한 물체의 단조로운 상대적인 변위 동안, 제1 라인의 광학적 측정 채널들을 이용해 더 높은 레이트(rate)로 무효화된 2D 전체 세기 정보를 이용하여, 선택된 관심 있는 측정 지점들 상에서 제2 라인의 광학적 측정 채널들을 가지고 3D 스펙트럼 정보를 획득하는 것을 허용한다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 장치는 물체와 색 렌즈를 상대적으로 움직이기 위한 기계적인 변위 대들을 더 포함할 수 있다.
기계적인 변위 대들은 병진운동 판들 및/또는 회전 판들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 방법들은, 제한하고자 하는 것은 아니고 단지 설명할 목적으로 주어진, 도면들을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 본 발명의 다른 측면들, 목적들 및 장점들은 이하에서 주어진 상세한 설명들로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 공초점 장치의 제1 실현 모드를 보여준다.
도 2는 본 발명의 방법을 수행하기 위한 공초점 장치의 제2 실현 모드를 보여준다.
도 3은 확대 렌즈를 가지는 측정 헤드의 제1 실현 모드를 보여준다.
도 4는 확대 렌즈를 가지는 측정 헤드의 제2 실현 모드를 보여준다.
도 5는 확대 렌즈를 가지는 측정 헤드의 제3 실현 모드를 보여준다.
도 6은 확대 렌즈를 가지는 측정 헤드의 제4 실현 모드를 보여준다.
도 7은 라인들로 배치되는 측정 지점들을 제공하는 측정 헤드의 실현 모드를 보여준다.
도 8은 본 발명의 방법의 흐름도를 보여준다.
이하에서 설명되는 실시예들은 제한하지 않는 것으로 이해된다. 이 특징들의 선택이 기술적인 장점을 부여하거나 또는 종래 기술의 상태에 대하여 본 발명을 구별하기에 충분하다면, 특히 다른 설명되는 특징들로부터 분리되어 이하에서 설명되는 특징들의 선택만을 포함하는 본 발명의 변형들이 예견될 수 있다. 이 선택은 이 파트만으로 기술적인 장점을 부여하거나 또는 종래 기술의 상태에 대하여 본 발명을 구별하기에 충분하다면 구조적인 상세사항들의 일 부분만을 가지고, 또는 구조적인 상세사항들 없이 적어도 하나의 바람직한 기능적인 특징을 포함한다.
특히, 설명된 변형들 및 실시예들 모두는 기술적인 관점에서 이 결합에 이의가 없다면 결합될 수 있다.
도면들에 있어서, 수 개의 도면들에 공통된 요소들은 동일한 참조부호들을 유지한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 방법을 수행하기 위한 공초점 장치를 설명할 것이다. 도 1 및 도 2는 장치의 몇몇의 서브파트들의 구현의 수 개의 변형들을 보여주는데, 이것들은 물론 결합될 수 있다.
공초점 장치는 색 렌즈(13)를 가지는 측정 헤드(12)를 포함한다. 이러한 렌즈는 강한 색수차를 제공하기 위해 잘 알려진 기술들에 따라 설계되게 되고, 렌즈를 지나는 서로 다른 광학적 파장들이 서로 다른 축상 거리들(이것은 렌즈의 광학적 축을 따른, 또는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 Z 축을 따른 거리들)에서 초점잡히는 것을 허용한다.
물론, 색 렌즈(13)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 렌즈를, 또는 잘 알려진 기술들에 따라 색 렌즈 조립체를 형성하는 수 개의 개별적인 렌즈들의 배치를 포함할 수 있다.
공초점 장치는 수 개의 광학적 측정 채널들(24)을 더 포함한다.
각각의 광학적 측정 채널(24)은 색 렌즈(13) 및 측정 헤드(12)로 및 이로부터의 광을 전달하기 위한 수집 광섬유(17)를 포함한다. 표시된 실현 모드에 있어서, 이 수집 광섬유들(17)은 번들로 배치되는 멀티모드 섬유들을 포함한다. 이 수집 섬유들(17)은 측정 헤드(12) 안에 위치되는 일 단(14)을 가지고, 이것은 공초점 검출 셋-업의 수집 구멍(14)을 구성한다. 이 수집 구멍들(14)은 색 렌즈(13)에 대하여 (도 1 및 도 2의 X-Y 평면에 대응하는) 수집 평면에 위치된다.
각각의 광학적 측정 채널(24)은 색 렌즈(13)에 대한 수집 평면의 켤레 평면인 (X-Y 평면에 대응하는) 물체 표면에 위치되는 측정 지점(15) 상에서 측정들을 수행하는 것을 허용한다. 그래서, 측정 지점들(15)은 색 렌즈(13)에 의한 수집 구멍들(14)의 이미지들에, 보다 상세하게는 색 분산 때문에, 물체 평면에서의 다양한 파장들에 대한 수집 구멍들(14)의 이미지들의 투사들에 대응한다. 그래서 물체 평면에서의 측정 지점들(15)의 공간적 재분리는 수집 평면에서의 수집 구멍들(14)의 공간적 배치에 의해 결정된다.
광학적 측정 채널들(24)은 광대역 광원(19)에 의해 조명된다. 제시된 실현 모드들에 있어서, 광원(19)은 열원(예를 들어 할로겐) 또는 예를 들어 400 - 700 nm의 범위(가시광선 범위) 안의 파장들을 가지는 광을 생성하는 LED 소스를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 실현 모드에 있어서, 광원(19)의 광은 광섬유들에 주입되고 광 커플러들(18)을 통해 수집 구멍들(14)로 전달된다. 커플러들(18)은 섬유 커플러들, 또는 예를 들어 평면 광학적 도파관들과 같은 다른 기술들로 만들어지는 커플러들을 포함할 수 있다. 이들은 각각의 광학적 측정 채널(24)에 대한 구별되는 요소들로, 또는 특히 평면 도파관 기술들을 이용할 때, 수 개의 측정 채널들(24)에 대한 수 개의 커플러들을 포함하는 성분들로 수행될 수 있다.
도 2에 도시된 실현 모드에 있어서, 광원의 광은 조명 광섬유들(27)에 의해 측정 헤드(12)로 전달된다. 측정 헤드(12)는 조명 구멍(28)(그들의 끝단)을 통해 색 렌즈(13)를 향해 조명 광섬유들(27)로부터 나오는 광을 안내하는 빔 분리기 큐브와 같은 빔 분리기(26)를 포함하고, 이것은 수집 광섬유들(17)의 수집 구멍들(14)로 물체(10)에 의해 다시 반사되는 광을 커플링하는 것을 허용한다. 2 개의 시준 렌즈들(29)은 조명 구멍들(28) 및 수집 구멍들(14) 앞에 각각 배치되어 빔 분리기(26)를 지나는 빔들이 필수적으로 시준되는 것을 보장한다. 물론 색 렌즈(13)는 이에 따라 배치된다.
조명 구멍들(28) 및 수집 구멍들(14)은 측정 지점(15)과 각각 한 쌍의 컬레 지점들을 형성하도록 공간적으로 배치된다. 이를 위해, 2 개의 유사한 시준 렌즈들(29)이 사용되고 또한 동일한 공간적 재분리가 조명 구멍들(28) 및 수집 구멍들(14)에 대하여 수행된다.
광원(19)의 광은 색 렌즈(13)에 의해 초점잡혀서 서로 다른 파장들은 측정 지점들(15) 상의 서로 다른 축상 위치들에서 초점잡히고, 이로써 측정 범위가 정의된다.
측정 범위 안에 위치되는 관심 물체(10)에 의해 측정 지점들(15)에서 반사되는 광은 수집 구멍들(14)로 다시 결합된다. 셋-업의 공초점 배치 덕분에, 물체(10)의 인터페이스 상에서 실제로 초점잡히는 광만이 수집 구멍들(14)에서 다시 결합되고, 아웃 포커스로 물체(10)에 의해 반사되는 광은 다시 결합되지 않는다. 이에 더하여, 색 렌즈(13)의 색 분산 덕분에
- 물체(10)의 인터페이스(또는 표면) 상에 초점잡히는 광은 색 렌즈(13)의 초점 길이가 (Z 축에 대응하는) 렌즈의 광학 축을 따른 인터페이스까지 축상 광학적 거리에 대응하는 하나의 파장 또는 파장의 그룹에 필수적으로 대응한다. 이로써 반사되는 광의 세기 스펙트럼을 분석하는 것에 의해, 인터페이스들까지의 축상 거리는 측정될 수 있다. 그 측정 모드는, 공초점 기술의 고전적인 사용에 대응하고, 프로필로메트리 모드 또는 3D 검출 모드로 지칭될 수 있고;
- 측정 범위 내의 어딘가에 위치되는 물체(10)의 인터페이스(또는 표면) 상에서의 반사 후 수집되는 광은 상당한 디포커싱된 광을 포함하지 않으며 그 인터페이스 또는 표면 상에서 초점잡힌 광만 포함한다. 그래서 이것은 초점에서 스팟 크기에 대응하는 물체 표면(X-Y)에 있어서의 측면 해상도를 가지고 세기 정보를 제공한다. 그리고 이러한 측면 해상도는 전체 측정 범위 안에 위치되는 인터페이스들 또는 표면들에 대해 달성된다. 그래서, 반사되는 광의 전체 세기를 분석하는 것에 의해, 셋-업은 연장된 포커스 깊이에 걸쳐 높은 측면 해상도를 가지고 물체(10)의 인터페이스들 또는 표면들을 이미징하는 것을 허용한다. 이 측정 모드는 이로써 2D(2차원) 검출 모드에 있어서 최적의 측면 해상도를 가지고 (도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이) 상당한 높이의 구조들(11)의 표면들의 세기 이미징을 허용하는 장점을 가진다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 장치는 수집되는 광의 전체 세기를 측정하기 위한 세기 검출기(20)를 가지는 광학적 측정 채널들(24)만 포함한다. 이 경우에 있어서 본 발명의 장치는 연장된 포커스 깊이를 가지는 빠른 2D 검사(세기 이미징)에 주어진다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 본 발명의 장치는 2D 검출 모드(세기 이미징) 및/또는 3D 검출 모드(프로필로메트리)에 있어서 데이터를 각각 획득하기 위해, 세기 검출기(20) 및/또는 스펙트럼 검출기(21)를 가지는(또는 이에 결합되는) 광학적 측정 채널들(24)을 포함한다.
모든 경우들에 있어서, 수집 구멍들(14)에서 다시 결합되는 광은 커플러들(18)에 의해, 도 1의 실현 모드에 있어서, 수집 광섬유들(17)에 의해 이 세기 검출기들(20) 및/또는 스펙트럼 검출기들(21)로 전달된다.
광학적 측정 채널들(24)을 가지는 또는 이와 관련된 세기 검출기들(20) 및 스펙트럼 검출기들(21)의 수 개의 배치들은 가능하다. 본 발명의 장치는 특히
- 세기 검출기(20) 또는 스펙트럼 검출기(21)를 포함하는 광학적 측정 채널들(24). 이 경우에 있어서, 이 광학적 측정 채널들(24)은 대응하는 측정 지점들(15)에서 세기(2D) 측정 또는 축상 거리(3D) 측정에 주어지고;
- 세기 검출기(20) 및 스펙트럼 검출기(21)를 포함하는 광학적 측정 채널들(24). 이 광학적 측정 채널들(24)은 수집 구멍들(14)에서 다시 결합되는 광을 세기 검출기(20) 및 스펙트럼 검출기(21)를 향해 동시에 또는 순차적으로 안내하기 위한, 도 1에 도시된 바와 같이 커플러(23) 또는 스위치(23)와 같은, 분기 요소(branching element, 23)를 더 포함한다. 이 경우에 있어서, 이 광학적 측정 채널들(24)은 대응하는 측정 지점(15)에서 세기 측정들(2D) 및 축상 거리 측정들(3D)을 수행하는 것을 허용하고;
- 상호연결 어레이로 작동하고 또한 재구성가능한 방식으로 복수의 광학적 측정 채널들(24)을 복수의 세기 검출기들(20) 및/또는 스펙트럼 검출기들(21)에 상호연결하는 것을 허용하는 도 2에 도시된 바와 같은 예를 들어 광학적 스위치들의 어레이를 가지는 광학적 멀티플렉서(25)를 포함할 수 있다. 이 경우에 있어서, 이 광학적 측정 채널들(24)은 대응하는 측정 지점(15)에서 세기(20) 측정 및/또는 축상 거리(3D) 측정을 요구시 수행하기 위해 구성될 수 있다.
도 1 및 도 2의 실현 모드들에 있어서 도시되어 있는 바와 같은 스펙트럼 검출기들(21)은
- 예를 들어 수집 광섬유(17)의 일 단에 대응하는, 입사 동공(entrance pupil), 및 입사 동공으로부터 나오는 인입 광(incoming light)을 시준하기 위한 제1 렌즈;
- 인입 광의 서로 다른 파장들을 각으로 분산시키기 위한 회절 어레이 또는 격자와 같은 분산 요소;
- 제2 렌즈 및 서로 다른 파장들이 센서의 서로 다른 화소들 상에서 초점잡히게 되는, 분산된 광을 재이미징하기 위한 라인 CDD와 같은 선형 검출기를 포함한다. 광의 세기 스펙트럼은 센서의 화소들에 대한 정보를 수집하는 것에 의해 획득된다. 측정 범위 안에 존재하는 물체(10)의 인터페이스는 대응하는 축상 위치에서 초점잡히는 파장 주위에서 세기 스펙트럼에 있어서의 피크가 발생한다. 그래서 세기 스펙트럼은 측정 범위 내에서 물체(10)의 표면 또는 인터페이스들의 위치 또는 축상 거리 정보를 획득하기 위해 분석된다.
서로 다른 측정 채널들(24)의 스펙트럼 검출기들(21)은 도 2에 도시된 바와 같이, 완전히 구별될 수 있는데, 이들은 검출기와 같은 몇몇의 요소들을 공유할 수 있다. 예를 들어, 수 개의 스펙트럼 검출기들(21)은 동일한 라인 또는 매트릭스 센서를 공유할 수 있고, 각각의 스펙트럼 검출기들(21)의 정보는 공유되는 검출기의 화소들의 별도의 세트 상에서 수집된다. 동일한 방식으로, 수 개의 스펙트럼 검출기들(21)은 동일한 분산 요소를 공유할 수 있다.
세기 검출기들(20)은 전체 스펙트럼에 걸쳐 광의 전체 세기를 측정하는 광다이오드들과 같은 점 검출기들(point detectors)을 포함한다.
서로 다른 측정 채널들(24)의 세기 검출기들(20)은 구별될 수 있거나(예를 들어 개별적인 광다이오드들을 이용해), 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 검출기와 같은 몇몇의 요소들을 공유할 수 있다. 예를 들어, 수 개의 세기 검출기들(20)은 동일한 광다이오드 어레이, 또는 동일한 라인 또는 매트릭스 센서(CCD 또는 CMOS)를 공유할 수 있고, 각각의 세기 검출기들(20)의 정보는 별도의 화소, 화소의 세트 또는 광다이오드 상에서 수집된다.
도 2의 실현 모드의 변형에 있어서, 수집 구멍들(14)은 세기 검출기들(20) 또는 스펙트럼 검출기들(21)의 레벨에 직접 배치될 수 있다. 이 경우에 있어서 측정 채널들(24)은 수집 광섬유들(17)을 포함하지 않고 또한 광학적 멀티플렉서(25)도 없다. 예를 들어, 본 발명의 장치는
- 측정 지점(15)을 가지는 물체 평면의 켤레 초점 평면인, 수집 구멍들(14)을 가지는 수집 평면에 위치되는 검출기의 센싱 요소 또는 센싱 표면에 위치되는 세기 검출기들(20). 이 수집 구멍들(14)은 그후 예를 들어 라인 또는 매트릭스 CCD를 이용할 때 화소들의 제한된 크기에 의해 또는 센싱 요소(예를 들어 광다이오드를 사용할 때)의 제한된 크기에 의해 직접 실현되고;
- 수집 평면에 위치되고 또한 수집 구멍들(14)을 실현하는 핀홀 마스크 또는 입사 슬릿 뒤에 위치되는 검출기의 센싱 요소 또는 센싱 표면에 위치되는 세기 검출기들(20). 입사 슬릿은 예를 들어 수 개의 세기 검출기들(20) 사이에서 공유되는 라인 또는 매트릭스 센서를 향하는, 라인으로 배치되는 수집 구멍들(14)의 시리즈를 실현하는 데 사용될 수 있고;
- 수집 평면에 위치되는 수집 구멍들(14)에 대응하는 입사 동공을 가지고 위치되는 스펙트럼 검출기들(21)을 포함할 수 있다. 이 입사 동공들은 핀홀로서 형성될 수 있다. 이들은 또한 예를 들어 동일한 분산 요소 및 매트릭스 검출기를 공유하는 스펙트럼 검출기들(21)의 시리즈의 입사 동공들을 실현하는 입사 슬릿에 대응할 수 있다.
본 발명의 장치는 제어 및 데이터 프로세싱을 위해 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러(22)를 더 포함한다.
웨이퍼와 같은 물체(10)의 검사를 허용하기 위해, 본 발명의 장치는 물체(10)를 고정하기 위한 홀더(예를 들어 웨이퍼 척) 및 측정 헤드(12)와 물체(10)를 상대적으로 움직이기 위한 기계적인 변위 단(mechanical displacement stage, 16)을 더 포함할 수 있다. 제안된 실현 모드에 있어서, 기계적인 변위 단(16)은 X, Y, 및 Z 축을 따른 선형 변위들을 위한 병진운동 판들, 및 X-Y 평면에서 물체(10)(웨이퍼)를 회전시키기 위한 회전 단계를 포함할 수 있다.
물론 측정 헤드(12)는 광원(19) 및 검출기들(20, 21)을 고정하는 장치의 파트들로부터 구별될 수 있거나, 또는 측정 헤드(12)를 포함하는 전체 시스템은 하나의 조립체로서 수행될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하여, 수집 구멍들(14)을 기계적으로 움직이지 않고 측정 지점들(15)의 공간적 분리를 조정하거나 또는 변경하는 것을 허용하는 본 발명의 장치의 몇몇의 실현 모드들을 이제 설명할 것이다.
이러한 실현 모드는 예를 들어 주기적인 구조들(11)을 가지는 물체(10)를 검사하는 데 유리할 수 있다. 구조들(11)의 주기에 매치하기 위해 측정 지점들(15)의 공간적 분리를 조정하는 것에 의해, 최적 속도에서 이 구조들(11)의 병렬 2D 및/또는 3D 검사는 수행될 수 있다.
이 실현 모드에 따르면, 측정 헤드(12)는 수집 구멍들(14)과 색 렌즈(13) 사이에 삽입되는 확대 렌즈(31) 또는 확대 렌즈 조립체(31)를 더 포함한다. 확대 렌즈(31)는 바람직하게 무색성 렌즈 배치이다.
도 3은 확대 렌즈(31)가 제1 확대 인자(G")를 가지는 광학 축(35)을 따라 중간 켤레 초점 평면(32)에 수집 구멍들(14)을 이미징하기 위해 배치되는 실현 모드를 보여준다. 수집 구멍들(14)이 광학 축(35)에 수직한 평면에서 거리(d) 만큼 분리된다면, 확대 렌즈(31)에 의한 이들의 이미지(33)는 거리 d" = G"d 만큼 분리된다. 색 렌즈(13)는 중간 켤레 초점 평면(32)이 또한 측정 지점들(15)을 가지는 물체 평면의 켤레 초점 평면이도록 배치된다. 그래서, 측정 지점들(15)의 평면과 중간 켤레 초점 평면(32) 사이 색 렌즈(13)에 대한 제2 확대 인자(G')를 가정하는 것에 의해, 거리 d'=Gd 만큼 분리된 측정 지점들(15)을 획득하게 되는데, 이때 G=G'G"은 확대 렌즈(31)와 색 렌즈(13)의 결합의 전역적인 확대 인자에 대응하는 확대 인자(G)이다. 물론, 제안된 모든 실현 모드들에 있어서, 확대 인자(G)는 확대, 축소, 또는 1 확대에 대응할 수 있다.
측정 지점들(15)의 측면 해상도에 대응하는, 이 측정 지점들(15)의 측면 크기는, 또한 확대 인자에 의해 변경되지만, 측정 지점들(15)에서의 분리 거리(d')와 측면 해상도 사이의 비는 유지되는데, 이것은 샘플링의 품질에 있어서 가장 중요한 것에 유의해야 한다.
도 4는 확대 렌즈(31)가 수집 구멍들(14)이 그 입사 초점 평면에 위치되도록 배치되는 실현 모드를 보여준다. 이 경우에 있어서, 중간 켤레 초점 평면은 무한대에 있고 확대 인자(G)는 확대 렌즈(31)와 색 렌즈(13)의 초점 길이들의 비에 의해 결정된다. 물론 색 렌즈(13)는 이러한 구성에서 작동하도록 배치된다.
도 5 및 도 6은 도 2에 도시된 장치의 실현 모드들에 있어서 기술된 바와 같이 벌크 빔 분리기(bulk beam splitter, 26)의 존재와 양립할 수 있는 확대 렌즈(31)를 가지는 측정 헤드(12)의 실현 모드들을 보여준다. 물론, 이 실현 모드들은 또한, 빔 분리기(26) 없이 그 초점 평면에 수집 구멍들을 가지도록 하기 위해 배치되는 시준 렌즈(29)를 이용해 도 1에 도시된 장치의 실현 모드들과 사용될 수 있다.
빔 분리기(26)를 이용하는 경우에 있어서, 확대 렌즈(31)는 빔 분리기(26)와 색 렌즈(13) 사이에 배치되어, 수집 구멍들(14)과 조명 구멍들(28)에 적용되는 동일한 확대 인자(G)를 가지게 된다.
도 5의 실현 모드에 있어서, 확대 렌즈(31)는 (시준 렌즈(29)와 결합하여) 배치되어 제1 확대 인자(G")를 가지고 중간 켤레 초점 평면(32)에 수집 구멍들(14)을 이미징하게 된다. 이 경우에 있어서, 제1 확대 인자(G")는 확대 렌즈(31)와 시준 렌즈(29)의 초점 길이들의 비에 의해 결정된다. 이전에서와 같이, 중간 켤레 초점 평면(32)과 측정 지점들(15)의 평면 사이 색 렌즈에 대한 제2 확대 인자(G')를 가정하는 것에 의해, 확대 렌즈(31)와 색 렌즈(13)의 조합에 대한 (전역적) 확대 인자(G)는 G=G'G"에 대응한다.
빔 분리기(26) 없이, 시준 렌즈(29)가 확대 렌즈 조립체(31)의 일부라면, 도 5의 실현 모드는 도 4의 실현 모드와 유사할 수 있음에 유의해야 한다.
도 6의 실현 모드에 있어서, 확대 렌즈(31)는 예를 들어 중첩되는 중간 초점 평면들을 가지는 2 개의 렌즈들을 가지는, 무한초점 렌즈 배치이다. 이 경우에 있어서, (확대 렌즈(31)와 색 렌즈(13) 사이의) 중간 켤레 초점 평면은 무한대에 있다. 확대 인자(G)는 곱 G=G'G"으로 결정될 수 있다:
- 색 렌즈(13)와 시준 렌즈(29)의 초점 길이들의 비에 대응하는 제1 확대 인자(G'); 및
- 확대 렌즈 시스템(31)에 포함되는 무한초점 렌즈 쌍의 렌즈들의 각각의 초점 길이들의 비에 대응하는 제2 확대 인자(G").
도 6의 실현 모드에 있어서, 확대 렌즈(31)는 무한의 유효 초점 길이를 가지거나, 또는 다시 말하면 입사 및 배출 켤레 초점 평면들이 무한대에 배치됨에 유의해야 한다. 그 구성은 광학 축(35)을 따른 확대 렌즈(31)의 위치잡기의 정확도는 성능에 있어서 중요하지 않은 장점을 가진다.
이전에 설명된 바와 같이, 확대 렌즈(31)의 목적은 연속적으로 또는 값들의 불연속적인 세트 내에서, 광학적 셋-업의 확대 인자(G)를 변경하는 능력을 제공하는 데 있다.
수 개의 실제 구현이 가능하다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 확대 렌즈(31)는 범위에 걸쳐서 확대 인자(G)를 연속적으로 변경하기 위한 줌 배치를 포함한다.
예를 들어, 도 6의 실현 모드에 있어서, 확대 렌즈(31)는 무한초점 줌 배치를 포함할 수 있다. 잘 알려진 구성에 따르면, 이러한 무한초점 배치는 동일한 초점 길이의 2 개의 수렴 렌즈들, 및 수렴 렌즈들 사이에 배치되는 수렴 렌즈들의 반보다 작은 절대 초점 길이를 가지는 발산 렌즈를 포함할 수 있다. 이러한 배치는 특히 비선형적 관계에서 광학축(35)을 따라 발산 렌즈 및 수렴 렌즈들 중 하나를 움직이는 것에 의해 확대를 변경하는 것을 허용한다.
몇몇의 실현 모드들에 따르면, 측정 헤드(12)는 확대 렌즈(31)를 변경시키기 위한 기계적인 마운트(34)를 포함한다.
측정 헤드(12)는 수 개의 확대 렌즈(31)를 고정하고 또한 병진 또는 회전 운동에 의해 수집 구멍들(14)과 색 렌즈(13) 사이에 삽입되는 확대 렌즈(31)를 변경하는 것을 허용하는, 예를 들어 터릿(34) 또는 선형 대(34)를 포함할 수 있다. 이 경우에 있어서, 서로 다른 확대 렌즈들(31)은 일단 제자리에 배치되면, 수집 구멍들(14)을 가지는 평면이 확대 렌즈(31) 및 색 렌즈(13)를 포함하는, 전체 광학적 시스템에 의해 측정 지점들(15)을 가지는 물체 평면의 켤레가 된다. (수집 구멍들(14)을 향하는 입사 평면 및/또는 중간 켤러 초점 평면(32)인) 확대 렌즈(31)의 켤레 초점 평면들 중 적어도 하나가, 도 3, 도 4 또는 도 5의 실현 모드들에 있어서의 경우인, 유한 거리에 있다면, 서로 다른 확대 렌즈들이 광학 축(35)을 따라 정확하게 위치될 필요가 있다. 확대 렌즈(31)의 켤레 평면들 모두가 도 6의 실현 모드에 있어서의 경우인, 무한 거리에 있다면, 광학 축(35)을 따른 위치잡기의 측면에서의 조건들은 느슨해진다.
측정 헤드(12)는 또한 하나의 고정된 확대 렌즈(31) 또는 수 개의 상호변경가능한 확대 렌즈들(31)을 가지고 사용되기 위해 수 개의 색 렌즈들(13)을 고정하는 터릿 또는 선형 대를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 6의 실현 모드들은 명확함을 위해 수 개의 측정 채널들(24)을 가지는 장치들을 보여준다. 물론, 실제로 본 발명의 장치는, 백 또는 그 이상의 차수로, 훨씬 더 많은 측정 채널들(24)을 포함할 수 있다.
측정 헤드(12)에 있어서 수집 구멍들(14)의 공간적 재분리 및 광학적 측정 채널들(24) 중에서 스펙트럼 검출기들(21) 및 세기 검출기들(20)의 재분리는 응용 분야들에 종속하여, 어떠한 종류일 수 있다.
도 7을 참조하여, 범프들 또는 마이크로-범프들(11)과 같은 구조들(11)을 가지는 웨이퍼(10)와 같은 물체의 표면의 고속 검사를 허용하기에 최적화된 장치의 실현 모드를 이제 설명할 것이다.
광학적 측정 채널들(24)에는 수집 구멍들(14)을 형성하는 그 끝단이 (예를 들어 섬유 끝단들이 정확하게 위치되도록 하기 위한 홈이 있는 요소들을 가지는) 장착 피스(43)에 위치되는 2 개의 평행한 행들로 배치되는, 수집 섬유들(17)이 마련된다.
제1 행(41)은 세기 검출기들(20)에 연결되는 측정 채널들(24)의 수집 섬유들(17)을 포함한다.
제 2 행(42)은 스펙트럼 검출기들(21)에 연결되는 측정 채널들(24)의 수집 섬유들(17)을 포함한다.
제1 행(41) 및 제2 행(42)은 도 4에 도시된 바와 같이, 동일한 수의, 또는 서로 다른 간격을 가지는 것이 가능하면, 서로 다른 수의, 수집 구멍들(14)을 가질 수 있다.
제2 행(42)은 하나의 스펙트럼 검출기(21)에 연결되는 하나의 수집 구멍들(14)을 가질 수 있다.
물론, 측정 지점들(15)의 공간적 재분리는 도 3 내지 도 6과 관련하여 설명된 바와 같이 확대 렌즈(31)를 이용해 조정될 수 있다.
특정한 배치의 주요 목적은, 이후에 설명되는 바와 같이, 동일한 스캔으로 축상 거리 정보 전에 세기 정보를 획득하는 것을 허용하는 장치를 제공하는 데 있다.
물론, 다른 재분리들이 가능하다. 특히, 수집 구멍들(14)은 하나의 행(41)으로 배치될 수 있다. 그리고 이 수집 구멍들(14)은
- 단지 세기 검출기들(20); 또는
- 세기 검출기들(20), 또는, 행(41)의 중심에 위치되는 하나 또는 수 개의 수집 구멍들에 대해서는, 스펙트럼 검출기들(21)에 광학적으로 연결될 수 있다.
도 8을 참조하여, 2D 및 3D 모드들로 물체의 표면을 검사하기 위한 방법을 이제 설명할 것이다.
일반적으로, 본 발명의 방법은
- 물체(10)의 표면에서 수 개의 측정 지점들(15) 상에서 수 개의 측정 채널들(24)을 가지고 세기 정보의 획득(단계 51);
- 상기 세기 정보 및 가능하다면 이전 단계들 동안 획득된 축상 거리 정보 및/또는 세기 정보를 이용한 축상 거리들 측정들을 위한 관심 지점들의 위치잡기(단계 52);
- 관심 지점에 대하여 스펙트럼 검출기(21)를 가지는 적어도 하나의 측정 채널(24)의 수집 구멍들(14)의 위치잡기(단계 53);
- 적어도 하나의 축상 거리 정보의 획득(단계 54);
- 물체(10)의 표면에서 프로세스의 반복 및 결과들의 계산(단계 55)을 포함한다.
계산은 예를 들어 이하의 적어도 하나를 포함할 수 있다: 높이 지도의 제작, 세기 지도의 제작, X-Y 평면에의 구조들의 위치시킴, 예상되는 값들과 구조들의 높이 또는 평면에의 치수들의 비교, 통과/실패 데이터의 발행.
선택적으로, 본 발명은 확대 렌즈를 이용한 수집 구멍들(14)의 공간적 재분리를 조정하는 단계를 포함할 수 있다(단계 50).
이 조정은 물체에 대한 사전 지식을 이용해, 또는 이전에 획득된 세기 정보 및/또는 축상 거리 정보를 이용해 수행될 수 있다. 이것은 측정들의 시작에 한번 또는 측정 프로세스 동안 여러 번 수행될 수 있다.
도 7과 관련하여 설명된 본 발명의 셋-업을 이용해, 본 발명의 방법은 특히 주기적인 방식으로 배치되는 범프들 또는 마이크로-범프들과 같은 구조들(11)을 가지는 웨이퍼(10)의 표면의 매우 고속 검사를 수행하는 것을 허용한다.
제1 단계에서, 측정 헤드(12) 및 웨이퍼(10)는 수집 구멍들(14)의 행들(41, 42)이 구조들(11)에 정렬되도록 배치된다. 선택적으로, 확대는 확대 렌즈(31)를 가지고 조정되어 측정 지점들(15) 사이의 거리는 구조들의 간격에 매칭되게 된다(예를 들어 도 7에 도시된 바와 같은 2 개의 구조들 사이의 하나의 측정 지점과 표면의 상단에 있는 하나의 측정 지점(15)을 가지고).
그후 측정 헤드는 수집 섬유들의 행들(41, 42)에 바람직하게 수직하는 변위(44) 방향으로 움직인다. 각각의 변위 단계에 있어서,
- 세기 정보는 제1 행(41)의 수집 구멍들(14)을 가지고 획득된다. 이것은 세기 지도를 구축하기 위해 이전에 획득된 세기 정보와 결합되고;
- 세기 지도는 X-Y 평면을 따라 새로이 나타난 구조들(11)의 위치를 잡기 위해 진행된다. 예를 들어 구조들(11)의 정점들에 대응하는 축상 거리들 측정들을 위한 다음 관심 지점들은, 이에 따라 계산되고;
- 제2 행(42)의 수집 구멍들(14)에 대응하는 측정 지점들(15)이 이전에 확인된 관심 지점들 상에 위치한다면, 대응하는 축상 거리 정보는 획득된다. 새로이 획득되는 축상 정보는 그후 높이 지도를 구축하기 위해 이전에 획득된 축상 정보와 결합된다.
이 프로세스는 웨이퍼의 관심 영역 전체에 걸쳐 반복되고 데이터는 예를 들어 이하 중 적어도 하나를 제공하기 위해 계산된다: 높이 지도, 세기 지도, X-Y 평면에의 구조들의 위치, 예상되는 값들과 구조들의 높이 또는 평면에의 치수들의 비교, 통과/실패 데이터.
이전에서와 같이, 확대는 물체에 대한 사전 지식 또는 측정 시작시에 한번 또는 변위 단계들 사이에서 측정 프로세스 동안 여러 번 이전에 획득된 세기 정보 및/또는 축상 거리 정보를 이용해 확대 렌즈(31)를 가지고 조정될 수 있다.
본 발명의 장치들 및 방법들은 유리하게도 여러 종류의 응용 분야들에 있어서 이용될 수 있다. 이것은 예를 들어
- 웨이퍼와 같은 물체(10);
- 캐리어 상의 다이들과 같은 웨이퍼 요소들, 또는 캐리어 또는 유리 캐리어 상의 웨이퍼와 같은 물체(10);
- 프레임 상의 다이들과 같은 웨이퍼 요소들, 또는 프레임 상의 웨이퍼와 같은 물체(10)를 검사하기 위해 사용될 수 있다.
특히, 캐리어 또는 프레임 상의 다이들과 같은 수 개의 합성 요소들로 만들어지는 물체(10)의 검사를 위한, 본 발명의 방법은
- X-Y 평면에서 및 가능하다면 높이 Z에서 캐리어 또는 프레임의 표면 상에 합성 요소들(또는 다이들)을 위치시키기 위해 거친 공간 해상도(및 고속)으로 이어지는 높은 확대를 가지고 이전에 설명되는 바와 같은 검사 단계들을 수행하는 단계; 및
- 예를 들어 이 합성 요소들 상의 솔더 범프들 상에서 보이는, 합성 요소들(또는 다이들) 중 적어도 일부를 검사하기 위한 정밀한 공간 해상도로 이어지는 낮은 확대를 가지고 이전에 설명되는 바와 같은 검사 단계들을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
이 발명은 다수의 실시예들과 연관시켜 설명되었지만, 많은 대체들, 변형들 및 변경들이 적용가능한 분야에서의 당업자들에게는 자명할 것이 명백하다. 따라서, 본 발명의 사상 및 범위 안에 있는 이러한 모든 대체들, 변형들, 균등물들 및 변경들을 포용하고자 한다.

Claims (15)

  1. 광대역 광원(19)의 광학적 파장들이 색 측정 범위를 정의하는 서로 다른 축상 거리들에서 초점잡히도록 허용하는 색 렌즈(13) 및 복수의 광학적 측정 채널들(24)을 가지는 공초점 장치를 이용해, 3차원 구조들(11)을 포함하는 웨이퍼와 같은 물체(10)의 표면을 검사하기 위한 방법에 있어서,
    공초점 구성에 있어서 상기 광학적 측정 채널들(24)의 적어도 일부에 의해 수집되는 광의 전체 스펙트럼에 걸친 전체 세기를 측정하는 것에 의해 상기 물체(10) 상의 복수의 측정 지점들(15)에서 상기 색 측정 범위 안에서 상기 물체(10)의 인터페이스 상에서 실제로 초점잡히는 광의 세기에 대응하는 세기 정보를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 색 측정 범위 안에서 축상 거리 정보를 획득하기 위해 광학적 측정 채널(24)에 의해 수집되는 광의 스펙트럼 정보를 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 세기 정보를 이용해 상기 물체(10)의 표면 상의 구조(11)를 위치잡기하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    - 세기 정보를 이용해 관심 측정 지점을 확인하는 단계;
    - 상기 관심 지점에서 축상 거리 정보를 획득하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    - 구조(11)에 대한 관심 측정 지점을 확인하는 단계;
    - 상기 구조(11)의 정점에 대응하는 구조(11)에 대한 관심 측정 지점을 확인하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 구조(11)의 높이 정보를 추론하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 이전에 확인된 관심 측정 지점에 대한 축상 거리 정보를 획득하기 위해 광학적 측정 채널(24)을 위치시키기 위해 상기 물체(10)와 상기 색 렌즈(13)를 상대적으로 움직이는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 미리 정의된 스캔 궤적을 따라 상기 물체(10)와 상기 색 렌즈(13)를 상대적으로 움직이는 단계를 포함하고, 또한 하나의 스캔 위치에 있어서:
    - 세기 정보를 획득하거나; 및/또는
    - 이전에 확인된 관심 측정 지점에 대한 축상 거리 정보를 획득하는, 방법.
  9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 측정 지점들(15)의 간격을 변경하는 단계;
    - 확대 렌즈(31)를 이용해 측정 지점들(15)과 상기 광학적 측정 채널들(24)의 수집 구멍들(14)의 공간적 재분리 사이의 배율 인자를 변경하는 것에 의해 측정 지점들(15)의 간격을 변경하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는, 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    - 상기 물체(10) 상의 구조들(11)의 공간적 재분리를 고려하여 측정 지점들(15)의 간격을 조정하는 단계;
    - 상기 물체(10) 상의 구조들(11)의 간격을 실질적으로 매칭시키기 위해 측정 지점들(15)의 간격을 조정하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는, 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    - 상기 물체(10)에 대한 사전 지식을 이용해 상기 구조들(11)의 간격에 대한 정보를 획득하는 단계;
    - 이전에 획득된 축상 거리 정보 및/또는 세기 정보를 이용해 상기 구조들(11)의 간격에 대한 정보를 획득하는 단계 중 적어도 하나는 더 포함하는 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 물체(10)의 표면 상에 하부-요소들을 위치시키기 위해, 상기 측정 지점들(15)의 제1 간격을 가지는 복수의 측정 지점들(15)에서 세기 정보 및/또는 축상 거리 정보를 획득하는 단계;
    - 상기 하부-요소 상의 제1 간격보다 더 조밀한 상기 측정 지점들(15)의 제2 간격을 가지는 복수의 측정 지점들(15)에서 세기 정보 및/또는 축상 거리 정보를 획득하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 물체(10)의 관심 영역에서 획득되는 세기 정보를 결합하는 것에 의해 세기 이미지를 구축하는 단계; 및/또는
    - 상기 물체(10)의 관심 영역에서 획득되는 축상 거리 정보를 결합하는 것에 의해 높이 지도를 구축하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제 2 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 기준 값(들)과 획득된 축상 거리 정보를 비교하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 이것은 이하의 타입:
    범프들, 마이크로-범프들, 솔더 범프들, 구리 필라들, 구리 네일들, RDL(Re-Distribution Layers), 금속 패턴들 중 적어도 하나의 3차원 구조들(11)을 검사하기 위해 구현되는, 방법.
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