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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-06-26
(45)【発行日】2025-07-04
(54)【発明の名称】測定システム及び光の回折方法
(51)【国際特許分類】
G01B 11/02 20060101AFI20250627BHJP
G01B 11/26 20060101ALI20250627BHJP
【ＦＩ】
G01B11/02 G
G01B11/26 G
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021560248
(86)(22)【出願日】2020-04-06
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-06-23
(86)【国際出願番号】 US2020026829
(87)【国際公開番号】W WO2020214444
(87)【国際公開日】2020-10-22
【審査請求日】2023-04-03
(31)【優先権主張番号】62/834,219
(32)【優先日】2019-04-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/539,930
(32)【優先日】2019-08-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】フー， ジンシン
(72)【発明者】
【氏名】ワン， イーフェイ
(72)【発明者】
【氏名】マクマッキン， イアン マシュー
(72)【発明者】
【氏名】マイヤー ティマーマン タイセン， ラトガー
(72)【発明者】
【氏名】ゴデット， ルドヴィーク
(72)【発明者】
【氏名】オルソン， ジョセフ シー．
(72)【発明者】
【氏名】エヴァンズ， モーガン
【審査官】國田 正久
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１７６３４８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－１５２３７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－００２３１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２４２２９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２１５０５９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ １１／００ － １１／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板支持面を有するステージであって、走査経路で前記ステージを移動させ且つ前記基板支持面に直交する軸を中心に前記ステージを回転させるように構成されたステージアクチュエータに結合されたステージと、前記軸が延びる方向に光学アームを走査し且つ前記軸を中心に前記光学アームを回転させ、前記光学アームに、ビーム角θの光路に沿って前記基板支持面に配置された基板上へと光ビームを投射させるように構成されたアームアクチュエータに結合された光学アームであって、
第１の検出器に隣接する前記光路に位置付けされたビームスプリッタに隣接して位置付けされたレーザであって、前記ステージへの前記光路に沿って前記ビーム角θで偏向された光ビームを前記ビームスプリッタに投射するように動作可能なレーザ、及び
前記ビームスプリッタを通過する前記光路において前記光学アームへ反射された光ビームを検出するように動作可能な、前記光学アームに配置された前記第１の検出器
を含む光学アームと、
検出器アームであって、
前記光学アームによって生成された前記光ビームの回折光が前記検出器アームに入射するように、前記軸が延びる方向に前記検出器アームを走査し且つ前記軸を中心に前記検出器アームを回転させるように構成された検出器アクチュエータと、
第１の集束レンズと、
前記第１の集束レンズに投射される初期のＲ ０ ビームの第１の入射スポットを前記第１の集束レンズの光学中心から離れさせる第１のデルタ距離Δ １ を取得して、局所的な歪み情報を決定するように構成された第２の検出器と、
を含む検出器アームと、
を備える測定システム。
【請求項2】
前記光学アームが更に、前記ステージへの前記光路に沿って白色光を前記ビーム角θで投射するように動作可能な白色光源と、
前記第１の検出器に結合され、前記第１の検出器に偏向された前記光ビームの波長を決定する分光器と、
を備える、請求項１に記載の測定システム。
【請求項3】
前記光学アームが更に、前記レーザと前記ビームスプリッタとの間に位置付けされた偏光子と、
前記光路で前記ビームスプリッタに隣接して位置付けされた１／４波長板と、
を備える、請求項１に記載の測定システム。
【請求項4】
前記第１の検出器の解像度は約Δ１未満である、請求項１に記載の測定システム。
【請求項5】
第２の集束レンズと第３の集束レンズとを更に備える、請求項１に記載の測定システム。
【請求項6】
前記初期のＲ０ビームは、前記第１の集束レンズによって第１のＲ０ビームに集束され、前記第１のＲ０ビームは、前記第２の集束レンズによって第２のＲ０ビームに集束され、前記第２のＲ０ビームは、前記第３の集束レンズによって第３のＲ０ビームに集束される、請求項５に記載の測定システム。
【請求項7】
前記第３のＲ０ビームは、前記第３の集束レンズに第３の入射スポットで入射し、前記第３の入射スポットは、前記第３の集束レンズの光学中心から第２のデルタ距離Δ２だけ離れており、
前記第２のデルタ距離Δ２は、前記第１のデルタ距離Δ１よりも大きい、
請求項６に記載の測定システム。
【請求項8】
基板支持面を有するステージであって、走査経路で前記ステージを移動させ且つ前記基板支持面に直交する軸を中心に前記ステージを回転させるように構成されたステージアクチュエータに結合されたステージと、前記軸が延びる方向に光学アームを走査し且つ前記軸を中心に前記光学アームを回転させ、前記光学アームに、ビーム角θの光路に沿って前記基板支持面に配置された基板上へと光ビームを投射させるように構成されたアームアクチュエータに結合された光学アームであって、
第１の検出器に隣接する前記光路に位置付けされたビームスプリッタに隣接して位置付けされたレーザであって、前記ステージへの前記光路に沿って前記ビーム角θで偏向された光ビームを前記ビームスプリッタに投射するように動作可能なレーザ、及び
前記ビームスプリッタを通過する前記光路において前記光学アームへ反射された光ビームを検出するように動作可能な、前記光学アームに配置された前記第１の検出器
を含む光学アームと、
第１の検出器アーム及び第２の検出器アームであって、それぞれが、
前記第１の検出器アーム又は前記第２の検出器アームを走査するように構成された検出器アクチュエータと、
第１の集束レンズと、
前記第１の集束レンズに投射される初期のＲ ０ ビームの第１の入射スポットを前記第１の集束レンズの光学中心から離れさせる第１のデルタ距離Δ １ を取得して、局所的な歪み情報を決定するように構成された第２の検出器と、
を含む第１の検出器アーム及び第２の検出器アームと、
を備える測定システム。
【請求項9】
前記第２の検出器アームは、前記光学アームの後方に配置される、請求項８に記載の測定システム。
【請求項10】
前記光ビームが前記ステージに配置されたワークピースで反射して反射Ｒ１ビームとなり、前記反射Ｒ１ビームは前記第２の検出器アームの前記第１の集束レンズに、前記第２の検出器アームの第１の入射スポットで入射し、前記第２の検出器アームの前記第１の入射スポットは、前記第２の検出器アームの前記第１の集束レンズの前記光学中心から第３のデルタ距離Δ３だけ離れている、
請求項９に記載の測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［０００１］本開示の実施形態は、装置及び方法に関し、より具体的には、光を回折させる測定システム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
［０００２］バーチャルリアリティとは、一般的には、コンピュータによって生成された、ユーザが実際に存在しているかのような模擬環境のことを指す。バーチャルリアリティ体験は、３Ｄで生成され、眼鏡などのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、あるいはニアアイディスプレイパネルをレンズとした他のウェアラブルディスプレイデバイスで見ることで、実際の環境に代わるバーチャルリアリティ環境を表示することができる。
【0003】
［０００３］しかし、拡張現実では、ユーザがメガネや他のＨＭＤデバイスのディスプレイレンズを通して周囲の環境を見ながら、ディスプレイ用に生成された仮想オブジェクトの画像を環境の一部として見ることができるという体験が可能である。拡張現実には、音声や触覚入力などのあらゆる種類の入力だけでなく、ユーザが体験する環境を強化または拡張する仮想画像、グラフィックス、ビデオなどが含まれ得る。拡張現実体験を実現するために、周囲の環境に仮想画像を重ねる必要があり、その重ね方は光学装置によって行われる。
【0004】
［０００４］当技術分野における欠点の一つは、製造された光学装置が、格子ピッチや格子配向（格子方向）など、不均一な特性を持つ傾向があることである。また、堆積した光学装置は、基板の局所的な反りや変形など、それらの基板の不均一性を引き継ぐ可能性がある。また、支持面に欠陥や粒子があるなど、凹凸のある支持面に配置された基板に堆積が行われると、基板が傾く場合があり、堆積した光学装置もその歪みを引き継ぐ可能性がある。
【0005】
［０００５］そのため、当技術分野で必要とされているのは、光学装置の不均一性を検出する装置と方法である。
【発明の概要】
【0006】
［０００６］一実施形態では、ステージと、光学アームを走査し且つ軸を中心に光学アームを回転させるように構成されたアームアクチュエータに結合された光学アームと、検出器アームとを含む測定システムが提供される。ステージは基板支持面を有する。ステージは、走査経路でステージを移動させ且つ軸を中心にステージを回転させるように構成されたステージアクチュエータに結合されている。光学アームは、光検出器に隣接する光路に位置付けされたビームスプリッタに隣接して位置付けされたレーザを含み、レーザは、ステージへの光路に沿ってビーム角θで偏向された光ビームをビームスプリッタに投射するように動作可能である。検出器アームは、検出器アームを走査し且つ軸を中心に検出器アームを回転させるように構成された検出器アクチュエータと、第１の集束レンズと、検出器とを含む。
【0007】
［０００７］別の実施形態では、ステージと、光学アームを走査し且つ軸を中心に光学アームを回転させるように構成されたアームアクチュエータに結合された光学アームと、第１の検出器アームと、第２の検出器アームとを含む測定システムが提供される。ステージは基板支持面を有する。ステージは、走査経路でステージを移動させ且つ軸を中心にステージを回転させるように構成されたステージアクチュエータに結合されている。光学アームは、光検出器に隣接する光路に位置付けされたビームスプリッタに隣接して位置付けされたレーザを含み、レーザは、ステージへの光路に沿ってビーム角θで偏向された光ビームをビームスプリッタに投射するように動作可能である。検出器アームはそれぞれ、検出器アームを走査するように構成された検出器アクチュエータと、第１の集束レンズと、検出器とを含む。
【0008】
［０００８］更に別の実施形態では、波長λｌａｓｅｒを有する光ビームを、固定ビーム角θ０及び最大配向角（最大方向角）φｍａｘで第１の基板の第１のゾーンに投射することと、変位角Δθを取得することと、目標最大ビーム角θｔ－ｍａｘを決定することであって、θｔ－ｍａｘ＝θ０＋Δθである、目標最大ビーム角θｔ－ｍａｘを決定することと、修正格子ピッチ式Ｐｔ－ｇｒａｔｉｎｇ＝λｌａｓｅｒ／（ｓｉｎθｔ－ｍａｘ＋ｓｉｎθ０）により、テスト格子ピッチＰｔ－ｇｒａｔｉｎｇを決定することとを含む光の回折方法が提供される。
【0009】
［０００９］測定システム及び測定方法では、光学装置の領域の局所的不均一性、例えば、格子ピッチ及び格子配向などを測定する。局所的不均一性の値は、光学装置の性能を評価するのに役立つ。
【0010】
［００１０］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は典型的な実施形態を単に示すものであり、したがって、実施形態の範囲を限定するものと見なすべきではなく、他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1A】いくつかの実施形態に係る測定システムの構成を示す概略図である。
【図1B】いくつかの実施形態に係る測定システムの構成を示す概略図である。
【図1C】いくつかの実施形態に係る測定システムの構成を示す概略図である。
【図2】Ａ～Ｃは、いくつかの実施形態に係るビーム位置検出器を示す概略図である。
【図3】一実施形態に係る第１のゾーンを示す概略断面図である。
【図4A】幾つかの実施形態に係る１又は複数の検出器アームを含む測定システムを示す概略図である。
【図4B】幾つかの実施形態に係る１又は複数の検出器アームを含む測定システムを示す概略図である。
【図4C】幾つかの実施形態に係る１又は複数の検出器アームを含む測定システムを示す概略図である。
【図4D】幾つかの実施形態に係る１又は複数の検出器アームを含む測定システムを示す概略図である。
【図5】一実施形態に係る光の回折方法工程のフロー図である。
【0012】
［００１６］理解を容易にするために、可能な限り、図面に共通の同一要素を示すのに同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる詳述なしに他の実施形態に有益に組み込まれ得ると考えられる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
［００１７］本開示の実施形態は、光学装置の局所的不均一性を測定するための測定システム及び方法に関するものである。測定システムは、ステージと、光学アームと、１または複数の集束レンズを含む１または複数の検出器アームとを含む。光学アームから投射された光は、ステージに配置された基板で反射し、基板表面からの反射光が検出器に入射する。集束レンズの光学中心からのたわみを使用して、光学装置の局所的不均一性が決定される。光の回折方法は、基板表面からの散乱光ビームを測定することを含み、測定値から局所的歪みが取得される。本書に開示の実施形態は、光学システムの局所的均一性の測定に特に有用であり得るが、これに限定されない。
【0014】
［００１８］本明細書で使用する用語「約」は、公称値から＋／－１０％の変動を意味する。上記変動は、本明細書で提示される任意の値に含まれ得ることを理解されたい。
【0015】
［００１９］図１Ａは、一実施形態に係る測定システム１０１の第１の構成１００Ａを示す概略図である。図示したように、測定システム１０１は、ステージ１０２と、光学アーム１０４Ａと、１または複数の検出器アーム１５０とを含む。測定システム１０１は、光学アーム１０４によって生じた光を回折させるように構成されている。光学アーム１０４によって生じた光は、ステージ１０２の上に配置された基板に向けられ、回折光が１又は複数の検出器アーム１５０に入射する。
【0016】
［００２０］図示したように、ステージ１０２は、支持面１０６と、ステージアクチュエータ１０８とを含む。ステージ１０２は、支持面１０６上に基板１０３を保持するように構成されている。ステージ１０２は、ステージアクチュエータ１０８に結合されている。ステージアクチュエータ１０８は、Ｘ方向及びＹ方向に沿ってステージ１０２を走査経路１１０で移動させ、Ｚ軸を中心にステージ１０２を回転させるように構成されている。ステージ１０２は、測定システム１０１の動作中に、光学アーム１０４Ａからの光が基板１０３の異なる部分または領域に入射するように、基板１０３を移動及び回転させるように構成されている。
【0017】
［００２１］基板１０３は、格子１０９の１または複数の領域１０７を有する１または複数の光学装置１０５を含む。各領域１０７は、配向角φ及びピッチＰを有する格子１０９を有しており（図３）、Ｐは、隣接する第１のエッジ３０１又は隣接する格子１０９の質量中心など、隣接する点間の距離として定義される。第１の領域１１１における格子１０９のピッチＰ及び配向角φは、１又は複数の領域１０７の第２の領域１１３における格子１０９のピッチＰ及び配向角φとは異なり得る。また、基板１０３の局所的な反り又はその他の変形により、局所的なピッチＰ´の変動及び局所的な配向角φ´の変動が生じ得る。測定システム１０１は、各光学装置１０５の領域１０７のそれぞれについて、格子１０９のピッチＰ及び配向角φを測定するために用いられ得る。基板１０３は、約１５０ｍｍから約４５０ｍｍの半径を有する等、任意のサイズの単結晶ウエハであり得る。図示したように、光学アーム１０４Ａからの光ビーム１２６Ａが領域１０７から散乱して初期のＲ０ビーム４５０となるが、これについては以下で詳細に説明する。
【0018】
［００２２］光学アーム１０４、検出器アーム１５０、及びステージ１０２は、コントローラ１３０に結合されている。コントローラ１３０は、本明細書で説明した格子１０９のピッチＰ及び配向角φを測定する方法の制御及び自動化を容易にする。コントローラは、中央処理装置（ＣＰＵ）（図示せず）、メモリ（図示せず）、及び支援回路（またはＩ／Ｏ）（図示せず）を含み得る。ＣＰＵは、産業界で様々なプロセス及びハードウェア（例えば、モータ及びその他のハードウェア）を制御する、及びプロセス（例えば、移送装置の位置及び走査時間など）を監視するために使用される、任意の形態のコンピュータプロセッサの１つであり得る。メモリ（図示せず）は、ＣＰＵに接続されており、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの容易に入手可能なメモリであり得る。ソフトウェアの命令及びデータを符号化してメモリに記憶し、ＣＰＵに指示することができる。また、従来の方法でプロセッサを支援するための支援回路（図示せず）もＣＰＵに接続されている。支援回路は、従来のキャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、サブシステムなどを含み得る。コントローラが読み取り可能なプログラム（またはコンピュータ命令）は、基板１０３上で実行可能なタスクを決定する。プログラムは、コントローラが読み取り可能なソフトウェアであってよく、例えば、基板の位置や光学アームの位置などを監視及び制御するコードを含み得る。
【0019】
［００２３］図示したように、光学アーム１０４Ａは、白色光源１１４Ａ、第１のビームスプリッタ１１６Ａ、第２のビームスプリッタ１１８Ａ、レーザ１２０、検出器１２２、及び分光器１２４を含む。白色光源１１４は、ファイバ結合光源であり得る。第１のビームスプリッタ１１６Ａは、白色光源１１４に隣接する光路１２６Ａに位置付けされている。白色光源１１４は、一実施形態によれば、基板１０３への光路１２６Ａに沿ってビーム角θで白色光を投射するように動作可能である。レーザ１２０は、ファイバ結合光源であり得る。レーザ１２０は、第１のビームスプリッタ１１６Ａに隣接して位置付けされている。レーザ１２０は、光ビームが基板１０３への光路１２６Ａに沿ってビーム角θで偏向されるように、波長を有する光ビームを第１のビームスプリッタ１１６Ａに投射するように動作可能である。第２のビームスプリッタ１１８Ａは、第１のビームスプリッタ１１６Ａに隣接して光路１２６Ａに配置されている。第２のビームスプリッタ１１８Ａは、基板１０３で反射した光ビームを検出器１２２に偏向させるように動作可能である。分光器１２４は、検出器１２２に結合されており、検出器１２２に偏向された光ビームの波長を決定する。本書に記載の光ビームは、レーザビームであり得る。光学アーム１０４は、光路１２６に沿って光ビームを送出し、その光が基板１０３によって偏向され、１又は複数の検出器アーム１５０によって測定されるようにする。
【0020】
［００２４］図１Ｂは、一実施形態に係る測定システム１０１の第２の構成１００Ｂを示す概略図である。図示したように、光学アーム１０４Ｂは、レーザ１２０、ビームスプリッタ１２８、及びビーム位置検出器１３２を含む。ビーム位置検出器１３２は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサを含み得る。ビームスプリッタ１２８は、ビーム位置検出器１３２に隣接して光路１２６Ｂに位置付けされている。レーザ１２０は、ビームスプリッタ１２８に隣接して位置付けされている。レーザ１２０は、光ビームが基板１０３への光路１２６Ｂに沿ってビーム角θで偏向されるように、波長を有する光ビームをビームスプリッタ１２８に投射するように動作可能である。光学アーム１０４Ｂは、一実施形態によれば、半波長板等の偏光子１５６と、１／４波長板１５８とを含む。偏光子１５６は、レーザ１２０とビームスプリッタ１２８との間にある。偏光子１５６は、ビームスプリッタ１２８によって偏向された光ビームの効率を、ビーム角θで最大化する。１／４波長板１５８は、光路１２６Ｂにあり、ビームスプリッタ１２８に隣接して位置付けされている。１／４波長板１５８は、基板１０３で反射した光ビームがビーム位置検出器１３２に到達する効率を最大化し、レーザ１２０に反射する光ビームを低減する。
【0021】
［００２５］図１Ｃは、一実施形態に係る測定システム１０１の第３の構成１００Ｃを示す概略図である。光学アーム１０４Ｃは、レーザ１３４ａ、１３４ｂ、・・・１３４ｎ（総称して「複数のレーザ１３４」と称する）と、ビームスプリッタ１３６ａ、１３６ｂ、・・・１３６ｎ（総称して「複数のビームスプリッタ１３６」と称する）とを含む。複数のビームスプリッタ１３６は、ビーム位置検出器１３２に隣接して、光路１２６Ｃに互いに隣接して位置付けされている。レーザ１３４ａは、第１の波長を有する光ビームを、第１の波長の光ビームが基板１０３への光路１２６ｃに沿ってビーム角θで偏向されるように、ビームスプリッタ１３６ａに投射するように構成されている。レーザ１３４ｂは、第２の波長を有する光ビームを、第２の波長の光ビームが基板１０３への光路１２６ｃに沿ってビーム角θで偏向されるように、ビームスプリッタ１３６ｂに投射するように構成されている。レーザ１３４ｎは、第３の波長を有する光ビームを、第３の波長の光ビームが基板１０３への光路１２６Ｃに沿ってビーム角θで偏向されるように、ビームスプリッタ１３６ｎに投射するように構成されている。
【0022】
［００２６］光学アーム１０４Ｃは、偏光子１５６ａ、１５６ｂ、．．．１５６ｎ（総称して「複数の偏光子１５６Ｃ」と称する）と、１／４波長板１５８とを含み得る。複数の偏光子１５６Ｃは、複数のレーザ１３４と複数のビームスプリッタ１３６との間にある。複数の偏光子１５６Ｃは、複数のビームスプリッタ１３６によって偏向された光ビームの効率を、ビーム角θで最大化する。１／４波長板１５８は、光路１２６Ｃにあり、ビームスプリッタ１３６ｎに隣接して位置付けされている。１／４波長板１５８は、基板１０３で反射した光ビームがビーム位置検出器１３２に到達する効率を最大化する。１／４波長板１５８は、所望の波長に合わせて交換可能である。
【0023】
［００２７］上記構成１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃのいずれかにおいて、光学アーム１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃは、アームアクチュエータ１１２を含んでいてよく、アームアクチュエータは、光学アーム１０４をｚ軸を中心に回転させ、ｚ方向に光学アームを走査するように構成されている。測定を行っている間、光学アーム１０４は固定され得る。
【0024】
［００２８］第２の構成１００Ｂ及び第３の構成１００Ｃのビーム位置検出器１３２は、基板１０３で反射した光ビームのビーム位置検出器１３２へのビーム位置を決定するように動作可能である。図２Ａは、一実施形態に係る位置感応検出器２０１Ａ、すなわち、横方向センサとしてのビーム位置検出器１３２を示す図である。図２Ｂは、一実施形態に係るビーム位置検出器１３２を四象限センサ２０１Ｂとして示す図である。図２Ｃは、いくつかの実施形態に係る、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイまたは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）アレイなどのイメージセンサアレイ２０１Ｃとしてのビーム位置検出器１３２を示す図である。
【0025】
［００２９］図４Ａは、一実施形態に係る検出器アーム１５０を示す概略図である。図示したように、検出器アーム１５０は、検出器４１０、検出器アームアクチュエータ１５２、及び第１の集束レンズ４０１を含む。検出器アームアクチュエータ１５２は、ｚ軸を中心に検出器アーム１５０を回転させ、検出器アーム１５０をｚ方向に走査するように構成されている。図４Ａ～図４Ｄでは、光路１２６からの光は、基板１０３の領域１０７で反射する。この光は、初期のＲ０ビーム４５０に反射され、第１の集束レンズ４０１によって第１のＲ０ビーム４１１に集束される。第１のＲ０ビーム４１１は、検出器４１０に入射する。検出器４１０は、ＣＣＤアレイやＣＭＯＳアレイなど、光を検出するために当技術分野で使用される任意の光学装置である。
【0026】
［００３０］領域１０７の測定の前に、既知の基板１０３で測定システム１０１が較正され得、検出器アーム１５０は、第１のＲ０ビーム４１１が第１の集束レンズ４０１の光学中心４０１ｃに入射するように位置付けされ得る。上述及び後述の測定システム１０１のいずれも、本明細書に記載したように、既知の基板１０３で較正され得る。領域１０７の局所的な歪みのために、基準領域１０７における初期のＲ０ビーム４５０が、もはや集束レンズ４０１の光学中心４０１ｃに入射しなくなる。例えば、領域１０７での基板１０３の局所的な反り、又は全体的なウエハの傾き、ウェッジ、反り、たわみ（ボウ）などがあり得る。支持面上の粒子の存在により、支持面１０６上で基板１０３に傾きが生じる場合があり、基板１０３と支持面との間に配置された粒子は、領域１０７の高さの上昇、支持面に対する領域の傾き（図４Ａ～図４Ｄでは傾いた基板１０３ｔとして示す）など、局所的及び／または全体的な歪みの原因となる。傾いた基板１０３ｔを有するこれらの場合、初期のＲ０ビーム４５０ｔは、一実施形態によれば、第１の角度Δθ１で第１の集束レンズ４０１に入射し、第１のＲ０ビーム４１１ｔは、既知の基板１０３の集束された第１のＲ０ビーム４１１から第１のデルタ距離Δ１程度離れた検出器４１０の部分に集束される。第１のデルタ距離Δ１は、Δ１＝ｆ１
＊ｔａｎ（Δθ１）で求められ、ｆ１は、集束レンズ４０１の焦点距離である。このように、第１のデルタ距離Δ１と第１の角度Δθ１を使用して、以下で更に詳しく説明するように、局所的な歪み情報を取得することができる。一実施形態によれば、検出器４１０の解像度は約Δ１未満である。
【0027】
［００３１］図４Ｂは、一実施形態に係る検出器アーム１５０を示す概略図である。図示したように、検出器アーム１５０は、第２の集束レンズ４０２及び第３の集束レンズ４０３を更に含む。初期のＲ０ビーム４５０ｔは、第１の集束レンズ４０１にΔθ１の角度で入射し、第１の集束レンズは、初期のＲ０ビームを第１のＲ０ビーム４１１ｔに集束する。第１のＲ０ビーム４１１ｔは、第２の集束レンズ４０２に入射し、第１の集束レンズは、第１のＲ０ビームを第２のＲ０ビーム４１２ｔに集束する。第２のＲ０ビーム４１２は、一実施形態によれば、第３の集束レンズ４０３上の第２の入射スポットに入射し、第３の集束レンズは、第２のＲ０ビームを、既知の基板の集束された第３のＲ０ビームから第２のデルタ距離Δ２程度離れた検出器４１０の部分への第３のＲ０ビーム４１３ｔに集束し、Δ２＝Δ１
＊ｆ３／ｆ２であり、ｆ２は第２の集束レンズの焦点距離であり、ｆ３は第３の集束レンズの焦点距離である。更に、Δ２＝ｆ３
＊ｆ１
＊ｔａｎ（Δθ１）／ｆ２である。したがって、第２のデルタ距離Δ２を使用して、以下で更に詳しく説明するように、第１の角度Δθ１を通して局所的な歪み情報を取得することができる。いくつかの実施形態では、第２のデルタ距離Δ２は第１のデルタ距離Δ１よりも大きく、これにより、検出器が第２のデルタ距離Δ２の大きさによってのみ制限されるため、より低い解像度を有する検出器４１０を使用することが可能である。一実施形態によれば、検出器４１０の解像度は約Δ２未満である。
【0028】
［００３２］上述のように３つの集束レンズ４０１、４０２、４０３が検出器アーム１５０に含まれているが、任意の数の集束レンズが使用され得ると考えられ、レンズは、検出器４１０によって測定される更に大きなデルタ距離が生じるように、上述したのと同様に構成され得る。
【0029】
［００３３］図４Ｃは、一実施形態に係る第１の検出器アーム１５０及び第２の検出器アーム１５０´を備えた測定システム１０１を示す概略図である。第１の検出器アーム１５０は、図４Ａで上述した検出器アームと実質的に類似している。図示したように、第２の検出器アーム１５０´は、第１の集束レンズ４０１´、検出器４１０´、及び検出器アクチュエータ１５２´を含む。この実施形態では、光路１２６をたどる光が後方散乱して、反射Ｒ１ビーム４５０ｔ´が生成される。第２の検出器アーム１５０ｔ´は、一実施形態によれば、光学アーム１０４の後方に位置し、光学アームは、反射Ｒ１ビーム４５０ｔ´に対して少なくとも部分的に透明である。
【0030】
［００３４］反射Ｒ１ビーム４５０ｔ´は、一実施形態によれば、第１の集束レンズの光学中心４０１ｃ´から第３のデルタ距離Δ３の第１の集束レンズ４０１´上の第３の集束スポットに入射し、第１の集束レンズは、反射Ｒ１ビームを第１のＲ１ビーム４１１ｔ´に集束する。第３のデルタ距離Δ３は、Δ３＝ｆ１´＊ｔａｎ（Δθ２）で求められ、ｆ１´は集束レンズ４０１´の焦点距離である。このように、第３のデルタ距離Δ３と第２の角度Δθ２を使用して、以下に更に詳しく説明するように、局所的な歪み情報を取得することができる。検出器４１０´の解像度は、一実施形態によれば、約Δ３未満である。変位角Δθは、Δθ＝Δθ２－Δθ１で求められ、変位角Δθは、以下に更に詳述するように、格子Ｐｔ－ｇｒａｔｉｎｇのピッチの局所的な歪みを提供するものである。
【0031】
［００３５］図４Ｄは、一実施形態に係る第１の検出器アーム１５０及び第２の検出器アーム１５０´を備えた測定システム１０１を示す概略図である。第１の検出器アーム１５０は、図４Ｂで上述した検出器アームと実質的に類似している。図示したように、第２の検出器アーム１５０´は、第１の集束レンズ４０１´、第２の集束レンズ４０２´、第３の集束レンズ４０３´、検出器４１０´、及び検出器アクチュエータ１５２´を含む。この実施形態では、光路１２６をたどる光が後方散乱して、反射Ｒ１ビーム４５０ｔ´が生成される。第２の検出器アーム１５０´は、一実施形態によれば、光学アーム１０４の後方に位置し、光学アームは、反射Ｒ１ビーム４５０´に対して少なくとも部分的に透明である。
【0032】
［００３６］反射Ｒ１ビーム４５０ｔ´は、一実施形態によれば、第１の集束レンズの光学中心４０１ｃ´から第３のデルタ距離Δ３の第１の集束レンズ４０１´の第３の集束スポットに入射し、第１の集束レンズは、反射Ｒ１ビームを第１のＲ１ビーム４１１ｔ´に集束する。第１のＲ１ビーム４１１ｔ´は、第２の集束レンズ４０２´に入射し、第１の集束レンズは、第１のＲ１ビームを第２のＲ１ビーム４１２ｔ´に集束する。第２のＲ１ビーム４１２ｔ´は、第３の集束レンズ４０３´の光学中心４０３ｃ´から第４のデルタ距離Δ４の第４の集束スポットに入射し、第３の集束レンズは、既知の基板の集束された第３のＲ１ビームから第４のデルタ距離Δ４程度離れた検出器４１０´の部分に対して、第２のＲ１ビームを第３のＲ１ビーム４１３ｔ´に集束する。このように、第４のデルタ距離Δ４を使用して、第２のデルタ距離Δ２と同様に、局所的な歪み情報を取得することができる。
【0033】
［００３７］いくつかの実施形態では、第４のデルタ距離Δ４は第３のデルタ距離Δ３よりも大きく、これにより、検出器が第４のデルタ距離Δ４の大きさによってのみ制限されるため、より低い解像度を有する検出器４１０´を使用することが可能になる。２つのデルタ距離Δ２、Δ４により、領域１０７の局所的な歪みをより詳細に測定することができる。一実施形態によれば、第３のデルタ距離Δ３は、第１のデルタ距離Δ３よりも大きい。検出器４１０´の解像度は、一実施形態によれば、約Δ４未満である。一実施形態によれば、第１の検出器アーム１５０の第１の集束レンズ４０１の焦点距離は、第１の検出器アームの第２の集束レンズ４０２の焦点距離とは異なり、第１の検出器アームの第２の集束レンズの焦点距離は、第１の検出器アームの第３の集束レンズ４０３の焦点距離とは異なる。
【0034】
［００３８］図４Ｃ～図４Ｄに、同じ数の集束レンズを備えた２つの検出器アーム１５０、１５０´を有する測定システム１０１を示したが、各検出器アームには任意の奇数のレンズを使用できることを理解されたい。例えば、第１の検出器アーム１５０が１つの集束レンズを有することができ、第２の検出器アーム１５０´が３つの集束レンズを有することも可能であり、あるいはその逆も可能である。他の例では、第１の検出器アーム１５０は５つの集束レンズを有し、第２の検出器アーム１５０´は３つの集束レンズを有する。
【0035】
［００３９］上記及び以下のすべての実施形態において、Δ１、Δ２、Δ３、及びΔ４は、約１０ｕｍから約１ｍｍの範囲であり、Δθ１、Δθ２、Δθ３、及びΔθ４は、約０．００１°から約１°の範囲であり、例えば、約０．００１°から約０．１°の範囲である。
【0036】
［００４０］図５は、一実施形態に係る光の回折方法５００工程のフロー図である。本方法工程を、図５に関連して説明しているが、当業者であれば、本方法工程を任意の順序で実行するように構成された任意のシステムが、本明細書に記載の実施形態の範囲内に入ることを理解するであろう。
【0037】
［００４１］方法５００は、工程５４０で開始し、波長λを有する光ビームが、固定ビーム角θ０及び最大配向角φｍａｘで第１の基板１０３の第１の領域１０７に投射される。方法５００は、測定システム１０１の図１Ａ～図１Ｃ、図４Ａ～図４Ｄの構成１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃのいずれか、及び検出器アーム１５０の構成のいずれかを用い得る。白色光源１１４は、基準領域１０７への光路１２６Ａに沿って固定ビーム角θ０で白色光を投射し、基準領域１０７は１又は複数の格子１０９を有し、θ０＝ａｒｃｓｉｎ（λｌａｓｅｒ／２Ｐｇｒａｔｉｎｇ）であり、Ｐｇｒａｔｉｎｇは格子の設計／平均ピッチである。
【0038】
［００４２］工程５５０では、変位角Δθが取得される。変位角度Δθは、いくつかの実施形態によれば、Δθ１がΔ１＝ｆ１
＊ｔａｎ（Δθ１）で求められる第１の角度Δθ１と、上述のように測定された変位距離Δ１とに等しい。いくつかの実施形態では、変位角Δθは、Δθ＝Δθ２－Δθ１によって求められ、上記式において、第２の角度Δθ２は、上述したように、Δ２＝ｆ１
＊ｆ３
＊ｔａｎ（Δθ２）／ｆ２によって求められる。
【0039】
［００４３］工程５６０では、固定ビーム角θ０での初期強度最大値（初期Ｉｍａｘ）が測定されるまでステージ１０２を回転させ、最大配向角φｍａｘを取得する。最大配向角φｍａｘは、基準領域１０７における１または複数の格子１０９の配向角φに対応する。目標最大ビーム角θｔ－ｍａｘが計算され、θｔ－ｍａｘ＝θ０＋Δθである。Δθを使用した目標最大ビーム角θｔ－ｍａｘの計算では、基板の全体の傾きや反りなどの全体的な歪みを考慮している。
【0040】
［００４４］工程５７０では、最大配向角φｍａｘでテスト格子ピッチＰｔ－ｇｒａｔｉｎｇが決定される。初期ピッチの決定には、固定ビーム角θ０と最大配向角φｍａｘで白色光を投射することと、式Ｐｔ－ｇｒａｔｉｎｇ＝Ｐｇｒａｔｉｎｇ＋ΔＰ＝λｌａｓｅｒ／（ｓｉｎθｔ－ｍａｘ＋ｓｉｎθ０）を解くこととが含まれる。更に、測定されたピッチの変化ΔＰは次のように求められる。
【0041】
【0042】
［００４６］測定されたピッチΔＰの変化は、約１ｐｍから約５ｎｍであり得る。
【0043】
［００４７］一実施形態では、工程５４０、５５０、５６０、及び５７０が繰り返される。工程５７０では、ステージ１０２が走査経路１１０に沿って走査され、１又は複数の光学装置１０５の１又は複数の領域１０７の後続のゾーンに対して工程５４０、５５０、５６０が繰り返される、または後続の領域に対して工程５４０、５５０、５６０が繰り返される。更に、基板１０３全体をｚ軸を中心に約１８０°回転させた後に工程５４０、５５０、５６０、及び５７０を繰り返すことで、ウエハウェッジの全体的な測定が可能となる。
【0044】
［００４８］上述したように、光学装置の局所的不均一性を測定するように構成された装置及び方法が含まれる。検出器アームによって、反射レーザ光が検出される。検出器アームは１または複数の集束レンズを含み、１または複数の集束レンズが光をカメラなどの検出器に集光する。テスト基板に対する反射光の変位を使用して、存在する局所的不均一性を計算する。基板の異なる領域の不均一性を測定できるように、基板を走査することが可能である。
【0045】
［００４９］この測定システム及び方法では、基板上の光学装置の不均一な特性、例えば、格子ピッチや格子配向などを測定することができる。更に、この測定システム及び方法は、下地基板の局所的な反りや変形を決定することができる。また、下地となる支持面の欠陥、例えば粒子の不完全さなども、基板や光学装置が許容できる特性を持っているか否かを決定するために位置付けることができる。測定は、様々なサイズ及び形状の基板又は光学装置で実行され得る。
【0046】
［００５０］前述の内容は本開示の実施形態を対象としているが、以下の特許請求の範囲によって決定されるその基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他のさらなる実施形態を考案することが可能である。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】