KR960020553A - 회절 광학장치를 이용한 표면 윤곽 묘사방법 및 묘사기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광원(30), 2개 이상의 회절격자로 이루어진 회절 광학 조립체(70,72,73), 홀로그램 또는 기타의 회절 광학장치(120,130;122,132;123,133), 전자 검출수단 및 간섭 데이타로 부터 표면 높이를 결정하는 디지탈 신호처리수단(10, 110)을 구비하는 표면 윤곽 측정용 광학 시스템에 관한 것이다.

회절 광학 조립체(70,72,73)는 입사광을 2개의 광선(150,160;152,162;153,163)으로 분할하며, 그 광선들은 계속해서 대상물(20) 표면(70)상의 같은 위치에 다른 입사각으로 부딪힌다. 그 광선들은 대상물 표면으로 부터 반사된 후 뒤로 분리하여 회절 광학 조립체를 통과하며, 그후, 그 광선들이 다시 한번 조합하여 표면 윤곽을 나타내는 간섭 패턴을 형성한다. 결과적으로 간섭 패턴의 등가 파장은 파장보다 훨씬 더 길다.

Description

회절 광학장치를 이용한 표면 윤곽 묘사방법 및 묘사기

본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음

제1도는 대상물, 광원, 회절요소, 전자 카메라, 그리고 대상물을 조명하고 간섭패턴을 조정하는데 필요한 추가의 광학요소들을 보여주는 본 발명의 바람직한 실시예의 도면,

제5도는 이상(移相)간섭을 수행하는 추가적인 수단을 포함하는 제1도의 장치의 변형예를 보여주는 도면,

제9도는 회절 광학 조립체가 시준렌즈를 대체하는 홀로그래픽 요소들로 구성되는, 제1도의 본 발명의 다른 한 변형예를 보여주는 도면,

제11도는 1도의 본 발명의 또 다른 한 변형예를 보여주는 도면.

Claims (55)

1. 둔감한 간섭 줄무늬를 이용하여 유용한 작동거리에 있는 대상물 표면 윤곽을 묘사하는 방법으로서, 광원을 이용하여 회전 광학 조립체를 조명하는 조명 단계와, 상기 회절 광학 조립체를 조명하는 광원 빛을, 상기 회절 광학 조립체를 통해서 2개의 다른 방향으로 전파하고 상기 광학적 조립체를 나와서 적절한 작동 거리에 있는 상기 대상물 표면에서 실질적으로 중첩함과 아울러 2개의 다른 입사각으로 실질적으로 같은 위치에서 상기 대상물 표면상에 충돌하는 2개의 광선으로 분할하는 광원 빛 분할단계와, 상기 대상물 표면의 윤곽을 나타내는 간섭 패턴을 형성하기 위하여 상기 회절 광학 조립체를 통해서 돌아오는 상기 반사 광선을 재조합하는 반사 광선 재조합 단계를 포함하며, 상기 간섭 패턴은 표면 변형 및 표면 거칠기에 대하여 낮은 민감도를 가지며, 상기 대상물 표면을 비교직 먼 작동거리에 위치될 수 있는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 조명 단계가 광대역의 공간적 비밀착 광원을 이용하여 상기 회절 광학 조립체를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 광대역의 비밀착광원의 백색광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 백색광원이 확산 백색광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 대상물 표면이 부분적으로 투명한 평면평행형 대상물의 표면 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 광원이 백열 전구를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
7. 제2항에 있어서, 상기 광원이 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 조명단계가 광대역의 공간적 밀착 광원을 이용하여 상기 회절 광학 조립체를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 조명단계가 협대역의 공간적 비밀착 광원을 이용하여 상기 회절 광학 조립체를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 조명 단계가 협대역의 공간적 밀착광원을 이용하여 상기 회절 광학 조립체를 조명하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 묘사 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 협대역의 공간적 밀착 광원이 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 재조합 단계가 상기 간섭 패턴에 대응하는 전자 화상을 발생시키도록 상기 재조합된 광선을 감광 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상을 표면 윤곽 묘사 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 대상물 표면의 화상을 제공하기 위하여 상기 전자화상을 데이타 처리하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 간섭 패턴과 관련된 데이타로 부터 표면높이를 결정하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 광원 빛이 관련 조명파장을 가지며, 상기 간섭패턴은 상기 조명파장보다 더 긴 관련 등가파장을 가지며, 유효파장은 상기 대상을 표면상의 상기 입사각에 종속되는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
16. 제15항에 있어서, 원하는 최적의 유효파장을 제공하기 위하여 상기 입사각을 변화시키는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 유효파장이 다음식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.

    (식 중, Λ는 유효파장이고, dφ는 대상물로부터 상기 회절 광학 조립체까지의 거리 h에 있어서의 작은 변화 dh에 대응하는 작은 간섭 위상 변화이며, φ는 상기 대상물 표면상에 충돌하는 상기 2개의 광선간의 간섭 위상차로서 식로 표현되고, 이 식에서 λ는 평균 조명 파장이고 OPD는 2개의 광선이 횡단하는 광로차이다.)
18. 제17항에 있어서, 상기 회절 광학 조립체가 한쌍의 회절격자를 포함하고, 상기 2개의 광선이 횡단하는 광로차가 다음식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.

    (식 중, θ는 방출 광선의 대상물 표면에 대한 입사각이고, φ는 상기 회절 광학 조립체를 통과하는 상기 광선들 중 하나의 상기 대상물 표면에 대한 입사각이며, h는 대상물 표면으로 부터 그 표면에 가장 근접한 회절 격자까지의 거리이고, h′는 상기 회절 광학 조립체를 구성하는 회절격자간 거리이며, 상기 작동거리는 상기 대상물 표면에 가장 근접한 회절 격자의 두께보다 작은 거리 h를 포함한다.)
19. 제15항에 있어서, 상기 유효파장이 다음식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤과 묘사 방법.

    (식 중, θ는 방출광선의 대상물 표면에 대한 입사각이고, φ는 상기 회절 광학 조립체를 통과하는 상기 광선중 하나의 상기 대상물 표면에 대한 입사각이며, 이로써, 어떤 유효파장 Λ(≥λ)도 상기 각도 θ 및 φ를 적절히 선택함에 의해 발생될 수 있다.)
20. 제5항에 있어서, 상기 대상물 표면이 전방표면 및 후방표면을 갖는 부분적으로 투명한 평면평행형 대상물의 전방표면을 포함하며, 상기 방법은 상기 부분적으로 투명한 평면평행형 대상물의 전방표면과 후방표면을 독립적으로 측정하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 회절 광학 조립체가 한쌍의 회절격자를 포함하며, 2개의 광선이 횡단하는 광로차는 다음식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.

    (식 중, θ는 방출 광선의 대상물 표면에 대한 입사각이고, φ는 상기 회절 광학 조립체를 통과하는 상기 광선들 중 하나의 상기 대상물 표면에 대한 입사각이며, h는 대상물 표면으로 부터 그 표면에 가장 근접한 회절 격자까지의 거리이고, h′는 상기 회절 광학 조립체를 구성하는 회전격자간 거리이며, 상기 작동거리는 상기 대상물 표면에 가장 근접한 회절 격자의 두께보다 작은 거리 h를 포함한다.)
22. 제21항에 있어서, 윤곽이 묘사될 대상물 표면을 상기 회절 광학 조립체에 대하여 상기 거리 h에 위치시키는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
23. 제21항에 있어서, 상기 광원 빛이 관련 조명 파장을 가지며, 상기 간섭 패턴은 상기 조명 파장보다 더 긴 관련 등가 파장을 가지며, 유효파장은 상기 대상물 표면상의 상기 입사각에 종속되는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 유효파장이 다음식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤과 묘사 방법.

    (식 중, θ는 방출광선의 대상물 표면에 대한 입사각이고, φ는 상기 회절 광학 조립체를 통과하는 상기 광선 중 하나의 상기 대상물 표면에 대한 입사각이며, 이로써, 어떤 유효파장 Λ(≥λ)도 상기 각도 θ 및 φ를 적절히 선택함에 의해 발생될 수 있다.)
25. 제1항에 있어서, 상기 간섭 패턴에 제어된 이상을 발생시키는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
26. 제23항에 있어서, 상기 제어된 이상을 발생시키는 단계는 상기 대상물 표면에 대하여 상기 회절 광학 조립체의 적어도 일부를 변위시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
27. 제1항에 있어서, 상기 회절 광학 조립제가 홀로그래픽 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 표면 윤곽 묘사 방법.
28. 유용한 작동 거리에서 둔감한 간섭 줄무늬를 이용하여 대상물 표면의 윤곽을 묘사하는 광학적 표면 윤곽 묘사기로서, 조명광원과, 그 조명광원과 상기 대상물 표면사이에서 광학적으로 정렬된 회절 광학 조립체를 구비하며, 상기 조명광원은 상기 회절 광학 조립체를 조명하고, 상기 회절 광학 조립체는, 상기 회절 광학 조립체를 조명하는 광원 빛을 상기 회절 광학 조립체를 통해서 2개의 다른 방향으로 전파하고 상기 회절 광학 조립체를 나와서 상기 대상물 표면상에서 실질적으로 같은 위치에 2개의 다른 입사각으로서 충돌하는 2개의 광선으로 분할하며, 상기 대상을 표면은 충돌하는 광선을 그 표면으로 부터 후방으로 상기 회절 광학 조립체를 향하여 다른 방향으로 반사하며, 그 반사된 광선은 뒤로 상기 회절 광학 조립체를 다른 방향으로 통과하며, 상기 광학적 표면 윤곽 묘사기는 상기 대상물 표면의 표면 윤곽을 나타내는 간섭 패턴을 형성하도록 상기 반사된 광선을 재조합하는 수단을 또한 구비하며, 이로써, 표면 변형 및 거칠기에 대한 민감성이 낮은 간섭 패턴을 이용하여 상기 회절 광학 조립체와 상기 대상물 표면간의 비교직 먼 작동 거리가 확보 되는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
29. 제28항에 있어서, 상기 조명원이 광대역의 공간적 비밀착 광원의 단계를 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
30. 제29항에 있어서, 상기 광대역의 비밀착광원이 백색광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
31. 제30항에 있어서, 상기 백색광원이 확산 백색광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
32. 제29항에 있어서, 상기 대상물 표면이 부분적으로 투명한 평면 평행형 대상물의 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
33. 제32항에 있어서, 상기 대상물 표면이 전방 및 후방 표면을 구비하는 상기 부분적으로 투명한 평면 평행형 대상물의 전방 표면을 포함하며, 상기 윤곽 묘사기는 상기 후방 표면이나 상기 전방 표면을 공통 평면상에 선택적으로 배치하기 위하여 상기 대상물을 병진 이동시키는 수단을 또한 포함하며, 상기 광선들은 상기 공통 평면에 선택적으로 배치된 대상물 표면상의 같은 위치에 2개의 다른 입사각으로 충돌하는 한편, 다른 대상물 표면은 상기 공통 평면으로 부터 이격됨으로써 상기 부분적으로 투명한 평면 평행형 대상물의 전후방 표면들의 독립적으로 측정될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
34. 제33항에 있어서, 상기 회절 광학 조립체가 한쌍의 회절 격자를 포함하고, 상기 2개의 광선이 횡단하는 광로차가 다음식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.

    (식 중, θ는 방출 광선의 대상물 표면에 대한 입사각이고, φ는 상기 회절 광학 조립체를 통과하는 상기 광선들 중 하나의 상기 대상물 표면에 대한 입사각이며, h는 대상물 표면으로 부터 그 표면에 가장 근접한 회절 격자까지의 거리이고, h′는 상기 회절 광학 조립체를 구성하는 회절격자간 거리이며, 상기 작동거리는 상기 대상물 표면에 가장 근접한 회절 격자의 두께보다 작은 거리 h를 포함한다.)
35. 제34항에 있어서, 상기 병진 이동시킨 수단이 윤곽이 묘사될 상기 대상물 표면을 상기 회절 광학 조립체에 대하여 상기 거리 h에 위치시키는 수단을 포함하며, 상기 거리 h는 상기 공통 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
36. 제34항에 있어서, 상기 광원 빛이 관련 조명 파장을 가지며, 상기 간섭 패턴은 상기 조명 파장보다 더 긴 관련 등가 파장을 가지며, 유효 파장은 상기 대상물 표면상의 상기 입사각에 종속되는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
37. 제36항에 있어서, 상기 유효파장이 다음식으로 포현되는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.

    (식 중, θ는 방출광선의 대상물 표면에 대한 입사각이고, φ는 상기 회절 광학 조립체를 통과하는 상기 광선 중 하나의 상기 대상물 표면에 대한 입사각이며, 이로써, 어떤 유효파장 Λ(≥λ)도 상기 각도 θ 및 φ를 적절히 선택함에 의해 발생될 수 있다.)
38. 제29항에 있어서, 상기 광원이 백열 전구를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 모사기.
39. 제28항에 있어서, 상기 조명 광원이 광대역의 공간적 밀착 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
40. 제28항에 있어서, 상기 조명 광원이 협대역의 공간적 비밀착 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
41. 제28항에 있어서, 상기 조명 광원이 협대역의 공간적 밀착 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
42. 제41항에 있어서, 상기 협대역의 공간적 밀착 광원이 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
43. 제29항에 있어서, 상기 조명 광원이 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학직 표면 윤곽 묘사기.
44. 제28항에 있어서, 상기 광원 빛이 관련 조명 파장을 가지며, 상기 간섭 패턴은 상기 조명 파장보다 더 긴 관련 등가 파장을 가지며, 유효 파장은 상기 대상물 표면상의 상기 입사각에 종속되는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
45. 제44항에 있어서, 상기 유효파장이 다음식으로 표현된 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.

    (식 중, Λ는 유효파장이고, dφ는 대상물로부터 상기 회절 광학 조립체까지의 거리 h에 있어서의 작은 변화 dh에 대응하는 작은 간섭 위상 변화이며, φ는 상기 대상물 표면상에 충돌하는 상기 2개의 광선간의 간섭 위상차로서 식로 표현되고, 이 식에서 λ는 평균 조명 파장이고 OPD는 2개의 광선이 횡단하는 광로차이다.)
46. 제45항에 있어서, 상기 회절 광학 조립체가 한상의 회절 격자를 포함하고, 상기 2개의 광선이 횡당하는 광로차가 다음식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.

    (식 중, θ는 방출 광선의 대상물 표면에 대한 입사각이고, φ는 상기 회절 광학 조립체를 통과하는 상기 광선들 중 하나의 상기 대상물 표면에 대한 입사각이며, h는 대상물 표면으로 부터 그 표면에 가장 근접한 회절 격자까지의 거리이고, h′는 상기 회절 광학 조립체를 구성하는 회절 격자간 거리이며, 상기 작동거리는 상기 대상물 표면에 가장 근접한 회절 격자의 두께보다 작은 거리 h를 포함한다.)
47. 제44항에 있어서, 상기 유효파장이 다음식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.

    (식 중, θ는 방출광선의 대상물 표면에 대한 입사각이고, φ는 상기 회절 광학 조립체를 통과하는 상기 광선 중 하나의 상기 대상물 표면에 대한 입사각이며, 이로써, 어떤 유효파장 Λ(≥λ)도 상기 각도 θ 및 φ를 적절히 선택함에 의해 발생될 수 있다.)
48. 제28항에 있어서, 상기 간섭 패턴에 제어된 이상(移相)을 발생시키는 이상 발생 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
49. 제48항에 있어서, 상기 이상 발생 수단이 상기 대상물 표면에 대해 상기 회절 격자조립체를 변위시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
50. 제49항에 있어서, 상기 회절 광학 조립체가 적어도 2개의 이격된 회절 격자를 포함하며, 상기 변위수단이 상기 회절 격장 중 적어도 하나를 다른 것들에 대하여 변위시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
51. 제28항에 있어서, 상기 회절 광학 조립체가 홀로그래픽요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
52. 제28항에 있어서, 상기 회절 광학 조립체가 복수의 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
53. 제28항에 있어서, 상기 재조합 수단이 상기 재조합된 광선들로부터 상기 간섭 패턴에 해당하는 전자화상을 발생시키는 감광성 변환 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
54. 제53항에 있어서, 상기 대상물 표면의 화상을 제공하기 위하여 상기 전자화상을 데이타 처리하는 데이타 처리수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.
55. 제44항에 있어서, 원하는 최적의 유효파장을 제공하기 위하여 상기 입사각을 변화시키는 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 표면 윤곽 묘사기.

    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.