(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-27
(54)【発明の名称】レーザ周波数シフトによる高速位相シフト干渉法
(51)【国際特許分類】
G02F 1/11 20060101AFI20230120BHJP
G01B 9/02002 20220101ALI20230120BHJP
【ＦＩ】
G02F1/11 503
G01B9/02002
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022529725
(86)(22)【出願日】2020-11-16
(85)【翻訳文提出日】2022-07-13
(86)【国際出願番号】 US2020060643
(87)【国際公開番号】W WO2021101819
(87)【国際公開日】2021-05-27
(31)【優先権主張番号】62/938,725
(32)【優先日】2019-11-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/090,822
(32)【優先日】2020-11-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】500049141
【氏名又は名称】ケーエルエー コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ファン ハイフェン
(72)【発明者】
【氏名】シ ルイ－ファン
(72)【発明者】
【氏名】ワック ダニエル シー
【テーマコード（参考）】
2F064
2K102
【Ｆターム（参考）】
2F064FF01
2F064GG12
2F064GG22
2F064GG53
2K102AA30
2K102BA05
2K102BB04
2K102BC07
2K102BD09
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2K102DA01
2K102DB04
2K102DC08
2K102EA04
2K102EA18
2K102EA21
2K102EA25
2K102EB02
2K102EB06
2K102EB10
2K102EB11
2K102EB14
2K102EB16
2K102EB20
2K102EB22
(57)【要約】
音響光学変調器（ＡＯＭ）レーザ周波数シフタシステムが、入射ビームを生成するように構成されたレーザと、レーザに光学的に結合されて、入射ビームを入射ビームの少なくとも１つの部分に分割するように構成された第１光学スプリッタと、第１光学スプリッタに光学的に結合されて、音響光学変調器（ＡＯＭ）を用いて第１光学スプリッタから受取られた入射ビームの少なくとも１つの部分から少なくとも１つの周波数被シフトビームを生成するように構成された少なくとも１つの位相シフトチャネルと、少なくとも１つの位相シフトチャネルから少なくとも１つの周波数被シフトビームを受取るように構成されて、少なくとも１つの周波数被シフトビームを用いて試料の干渉図形を取得するように構成された干渉計に少なくとも１つの周波数被シフトビームを指向させるように構成された第２光学スプリッタと、を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
音響光学変調器（ＡＯＭ）レーザ周波数シフタシステムであって、入射ビームを生成するように構成されたレーザと、
前記レーザに光学的に結合された第１光学スプリッタであって、前記第１光学スプリッタは、前記入射ビームを前記入射ビームの少なくとも１つの部分に分割するように構成されている、第１光学スプリッタと、
前記第１光学スプリッタに光学的に結合された少なくとも１つの位相シフトチャネルであって、前記少なくとも１つの位相シフトチャネルは、ＡＯＭを含み、前記少なくとも１つの位相シフトチャネルは、前記入射ビームの前記少なくとも１つの部分を受取るように構成され、前記ＡＯＭは、前記入射ビームの前記少なくとも１つの部分から少なくとも１つの周波数被シフトビームを生成するように構成されている、少なくとも１つの位相シフトチャネルと、
前記少なくとも１つの位相シフトチャネルから前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを受取るように構成された第２光学スプリッタであって、前記第２光学スプリッタは、前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを用いて試料の干渉図形を取得するように構成された干渉計に、前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを指向させるように構成されている、第２光学スプリッタと、
を備える、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム。
【請求項2】
前記少なくとも１つの位相シフトチャネル及び前記少なくとも１つの周波数被シフトビームは、前記入射ビームの第１部分を受取るように構成された第１位相シフトチャネルと、前記入射ビームの第２部分を受取るように構成された第２位相シフトチャネルと、前記入射ビームの少なくとも第３部分を受取るように構成された少なくとも第３位相シフトチャネルと、を含む、請求項１に記載のＡＯＭレーザ周波数シフタシステム。
【請求項3】
前記第１位相シフトチャネルは、前記入射ビームの前記第１部分から第１周波数被シフトビームを生成するように構成され、前記第２位相シフトチャネルは、第２周波数被シフトビームを生成するように構成され、前記少なくとも第３位相シフトチャネルは、少なくとも第３周波数被シフトビームを生成するように構成されている、請求項２に記載のＡＯＭレーザ周波数シフタシステム。
【請求項4】
前記少なくとも１つの位相シフトチャネルの周波数は、同調可能である、請求項１に記載のＡＯＭレーザ周波数シフタシステム。
【請求項5】
前記第２光学スプリッタと前記干渉計との間に光学的に結合された基準検出器を更に備え、前記基準検出器は、前記入射ビーム内のパワー変動に関して前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを監視するように構成されている、請求項１に記載のＡＯＭレーザ周波数シフタシステム。
【請求項6】
方法であって、レーザ源を用いて入射ビームを生成するステップと、
第１光学スプリッタを用いて前記入射ビームを前記入射ビームの少なくとも１つの部分に分割するステップと、
前記第１光学スプリッタを用いて音響光学変調器（ＡＯＭ）レーザ周波数シフタシステムの少なくとも１つの位相シフトチャネル内に前記入射ビームの前記少なくとも１つの部分を指向させるステップと、
前記ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムの前記少なくとも１つの位相シフトチャネル内でＡＯＭを用いて前記入射ビームの前記少なくとも１つの部分から少なくとも１つの周波数被シフトビームを生成するステップと、
第２光学スプリッタを用いて前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを受取るステップと、
前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを用いて試料の干渉図形を取得するように構成された干渉計に、前記第２光学スプリッタを介して前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを指向させるステップと、
を含む方法。
【請求項7】
前記少なくとも１つの位相シフトチャネル及び前記少なくとも１つの周波数被シフトビームは、前記入射ビームの第１部分を受取るように構成された第１位相シフトチャネルと、前記入射ビームの第２部分を受取るように構成された第２位相シフトチャネルと、前記入射ビームの少なくとも第３部分を受取るように構成された少なくとも第３位相シフトチャネルと、を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記第１位相シフトチャネルは、前記入射ビームの前記第１部分から第１周波数被シフトビームを生成するように構成され、前記第２位相シフトチャネルは、第２周波数被シフトビームを生成するように構成され、前記少なくとも第３位相シフトチャネルは、少なくとも第３周波数被シフトビームを生成するように構成されている、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記少なくとも１つの位相シフトチャネルの周波数は、同調可能である、請求項６に記載の方法。
【請求項10】
前記第２光学スプリッタと前記干渉計との間に光学的に結合された基準検出器を介して前記入射ビーム内のパワー変動に関して前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを監視するステップを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項11】
特性評価システムであって、試料の干渉図形を取得するように構成された干渉計と、
前記干渉計に光学的に結合された音響光学変調器（ＡＯＭ）レーザ周波数シフタシステムであって、前記ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムは、
入射ビームを生成するように構成されたレーザ、
前記レーザに光学的に結合された第１光学スプリッタであって、前記第１光学スプリッタは、前記入射ビームを前記入射ビームの少なくとも１つの部分に分割するように構成されている、第１光学スプリッタ、
前記第１光学スプリッタに光学的に結合された少なくとも１つの位相シフトチャネルであって、前記少なくとも１つの位相シフトチャネルは、ＡＯＭを含み、前記少なくとも１つの位相シフトチャネルは、前記入射ビームの少なくとも１つの部分を受取るように構成され、前記ＡＯＭは、前記入射ビームの前記少なくとも１つの部分から少なくとも１つの周波数被シフトビームを生成するように構成されている、少なくとも１つの位相シフトチャネル、及び
前記少なくとも１つの位相シフトチャネルから前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを受取るように構成された第２光学スプリッタであって、前記第２光学スプリッタは、前記干渉計に前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを指向させるように構成され、前記干渉計は、前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを用いて前記試料の前記干渉図形を取得するように構成されている、第２光学スプリッタ、
を備える、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムと、
を備える、特性評価システム。
【請求項12】
前記少なくとも１つの位相シフトチャネル及び前記少なくとも１つの周波数被シフトビームは、前記入射ビームの第１部分を受取るように構成された第１位相シフトチャネルと、前記入射ビームの第２部分を受取るように構成された第２位相シフトチャネルと、前記入射ビームの少なくとも第３部分を受取るように構成された少なくとも第３位相シフトチャネルと、を含む、請求項１１に記載の特性評価システム。
【請求項13】
前記第１位相シフトチャネルは、前記入射ビームの前記第１部分から第１周波数被シフトビームを生成するように構成され、前記第２位相シフトチャネルは、第２周波数被シフトビームを生成するように構成され、前記少なくとも第３位相シフトチャネルは、少なくとも第３周波数被シフトビームを生成するように構成されている、請求項１２に記載の特性評価システム。
【請求項14】
前記少なくとも１つの位相シフトチャネルの周波数は、同調可能である、請求項１１に記載の特性評価システム。
【請求項15】
前記第２光学スプリッタと前記干渉計との間に光学的に結合された基準検出器を更に備え、前記基準検出器は、前記入射ビーム内のパワー変動に関して前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを監視するように構成されている、請求項１１に記載の特性評価システム。
【請求項16】
前記干渉計は、センサに通じる１つ又は複数の光学経路を備え、前記１つ又は複数の光学経路のうちの１つの光学経路は、１組の試験光学系を含み、前記１組の試験光学系は、前記試料を含む、請求項１１に記載の特性評価システム。
【請求項17】
前記センサは、２次元センサである、請求項１６に記載の特性評価システム。
【請求項18】
周波数被シフトフィードバック（ＦＳＦ）レーザシステムを更に備え、前記ＦＳＦレーザシステムは、前記干渉計に光学的に結合されることにより前記１つ又は複数の光学経路の光学経路長を測定し、前記ＦＳＦレーザシステムは、前記１つ又は複数の光学経路の前記光学経路長を測定した後に前記干渉計から分離され、前記ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムは、前記ＦＳＦレーザシステムが分離された後に前記干渉計に光学的に結合される、請求項１６に記載の特性評価システム。
【請求項19】
前記ＦＳＦレーザシステムが前記干渉計に光学的に結合されているときに、ミラーが前記干渉計内に設置され、前記ミラーは、前記ＦＳＦレーザシステムを用いて前記１つ又は複数の光学経路の前記光学経路長を測定した後に前記干渉計から除去され、前記センサは、前記ＦＳＦレーザシステムが分離された後に前記ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムが前記干渉計に光学的に結合されているときに、前記干渉計内に設置される、請求項１８に記載の特性評価システム。
【請求項20】
方法であって、レーザ源を用いて入射ビームを生成するステップと、
第１光学スプリッタを用いて前記入射ビームを前記入射ビームの少なくとも１つの部分に分割するステップと、
前記第１光学スプリッタを用いて音響光学変調器（ＡＯＭ）レーザ周波数シフタシステムの少なくとも１つの位相シフトチャネル内に前記入射ビームの前記少なくとも１つの部分を指向させるステップと、
前記ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムの前記少なくとも１つの位相シフトチャネル内でＡＯＭを用いて前記入射ビームの前記少なくとも１つの部分から少なくとも１つの周波数被シフトビームを生成するステップと、
第２光学スプリッタを用いて前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを受取るステップと、
前記第２光学スプリッタを介して干渉計に前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを指向させるステップと、
前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを用いて前記干渉計内の試料の干渉図形を取得するステップと、
を含む方法。
【請求項21】
前記少なくとも１つの位相シフトチャネル及び前記少なくとも１つの周波数被シフトビームは、前記入射ビームの第１部分を受取るように構成された第１位相シフトチャネルと、前記入射ビームの第２部分を受取るように構成された第２位相シフトチャネルと、前記入射ビームの少なくとも第３部分を受取るように構成された少なくとも第３位相シフトチャネルと、を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
前記第１位相シフトチャネルは、前記入射ビームの前記第１部分から第１周波数被シフトビームを生成するように構成され、前記第２位相シフトチャネルは、第２周波数被シフトビームを生成するように構成され、前記少なくとも第３位相シフトチャネルは、少なくとも第３周波数被シフトビームを生成するように構成されている、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記少なくとも１つの位相シフトチャネルの周波数は、同調可能である、請求項２０に記載の方法。
【請求項24】
前記第２光学スプリッタと前記干渉計との間に光学的に結合された基準検出器を介して、前記入射ビーム内のパワー変動に関して前記少なくとも１つの周波数被シフトビームを監視するステップを更に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項25】
前記干渉計は、センサに通じる１つ又は複数の光学経路を備え、前記１つ又は複数の光学経路の光学経路は、１組の試験光学系を含み、前記１組の試験光学系は、前記試料を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項26】
前記センサは、２次元センサである、請求項２５に記載の方法。
【請求項27】
前記干渉計に周波数被シフトフィードバック（ＦＳＦ）レーザシステムを光学的に結合するステップと、前記ＦＳＦレーザシステムを用いて前記１つ又は複数の光学経路の光学経路長を測定するステップと、
前記干渉計から前記ＦＳＦレーザシステムを分離するステップと、
前記ＦＳＦレーザシステムが分離された後に、前記干渉計に前記ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムを光学的に結合するステップと、
を更に含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項28】
前記ＦＳＦレーザシステムが前記干渉計に光学的に結合されているときに、前記干渉計内部にミラーを設置するステップと、前記ＦＳＦレーザシステムを用いて前記１つ又は複数の光学経路の前記光学経路長を測定した後に、前記干渉計から前記ミラーを除去するステップと、
前記ＦＳＦレーザシステムが分離された後に前記ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムが前記干渉計に光学的に結合されているときに、前記干渉計内に前記センサを設置するステップと、
を更に含む、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して、光学計測の分野に関し、より具体的には、レーザ周波数シフトによる高速位相シフト干渉法のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
関連出願の相互参照
本出願は、出願人がＨａｉｆｅｎｇ Ｈｕａｎｇ、Ｒｕｉ－Ｆａｎｇ Ｓｈｉ、及びＤａｎ Ｗａｃｋであり、「ＰＨＡＳＥ－ＳＨＩＦＴ ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＹ ＢＹ ＬＡＳＥＲ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＳＨＩＦＴ」と題する、２０１９年１１月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／９３８，７２５号について、米国特許法第１１９条（ｅ）の下での利益を主張し、この出願は、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、出願人がＨａｉｆｅｎｇ Ｈｕａｎｇ、Ｒｕｉ－Ｆａｎｇ Ｓｈｉ、及びＤａｎ Ｗａｃｋであり、「ＰＨＡＳＥ－ＳＨＩＦＴ ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＹ ＢＹ ＬＡＳＥＲ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＳＨＩＦＴ」と題する、２０１９年１１月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／９３８，７２５号について、米国特許法第１１９条（ｅ）の下での利益を主張し、この出願は、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【0003】
光学干渉計及び光学波面干渉法等の計測システム及びプロセスが、試料の特定の特性を測定するために使用されてきた。光学波面干渉法は、入射波面を２つの波又はビーム、すなわち、試験光学系を探査して試験光学系の波面収差情報をもたらすために使用される試料ビームと基準ビームとに分割することを含んでもよい。試験ビームと基準ビームとは、次いで、干渉図形、又は干渉パターンを作成するために一緒に結合されてもよく、該干渉図形は、２次元センサによって記録される。試験ビームと基準ビームとの間の光学経路差（ＯＰＤ）に比例する、結合された試験ビームと基準ビームとにおける位相シフトの調整は、光学経路長（ＯＰＬ）を直接変化させることを含んでもよい。しかしながら、半導体デバイスに対する需要が増大するにつれて、製造設備特性評価能力（例えば、光学計測能力等）の改善についての必要性が、また継続して増加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０１８／０１４９４６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このように、上記の手法の欠点を改善するためのシステム及び方法を提供することが有益であろう。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の１つ又は複数の実施形態に従う音響光学変調器（ＡＯＭ）レーザ周波数シフタシステムが開示される。一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムは、入射ビームを生成するように構成されたレーザを含む。別の一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムは、レーザに光学的に結合された第１光学スプリッタを含む。別の一実施形態では、第１光学スプリッタは、入射ビームを入射ビームの少なくとも１つの部分に分割するように構成されている。別の一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムは、第１光学スプリッタに光学的に結合された少なくとも１つの位相シフトチャネルを含む。別の一実施形態では、少なくとも１つの位相シフトチャネルは、ＡＯＭを含む。別の一実施形態では、少なくとも１つの位相シフトチャネルは、入射ビームの少なくとも１つの部分を受取るように構成されている。別の一実施形態では、ＡＯＭは、入射ビームの少なくとも１つの部分から少なくとも１つの周波数被シフトビームを生成するように構成されている。別の一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムは、少なくとも１つの位相シフトチャネルから少なくとも１つの周波数被シフトビームを受取るように構成された第２光学スプリッタを含む。別の一実施形態では、第２光学スプリッタは、少なくとも１つの周波数被シフトビームを用いて試料の干渉図形を取得するように構成された干渉計に、少なくとも１つの周波数被シフトビームを指向させるように構成されている。
【0007】
本開示の１つ又は複数の実施形態に従う方法が開示される。一実施形態では、方法は、レーザ源を用いて入射ビームを生成することを含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、方法は、第１光学スプリッタを用いて入射ビームを入射ビームの少なくとも１つの部分に分割することを含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、方法は、第１光学スプリッタを用いて音響光学変調器（ＡＯＭ）レーザ周波数シフタシステムの少なくとも１つの位相シフトチャネル内に入射ビームの少なくとも１つの部分を指向させることを含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、方法は、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムの少なくとも１つの位相シフトチャネル内で、ＡＯＭを用いて入射ビームの少なくとも１つの部分から少なくとも１つの周波数被シフトビームを生成することを含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、方法は、第２光学スプリッタを用いて少なくとも１つの周波数被シフトビームを受取ることを含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、方法は、少なくとも１つの周波数被シフトビームを用いて試料の干渉図形を取得するように構成された干渉計に、第２光学スプリッタを介して少なくとも１つの周波数被シフトビームを指向させることを含んでもよいが、これに限定されない。
【0008】
本開示の１つ又は複数の実施形態に従う特性評価システムが開示される。一実施形態では、特性評価システムは、試料の干渉図形を取得するように構成された干渉計を含む。別の一実施形態では、特性評価システムは、干渉計に光学的に結合された音響光学変調器（ＡＯＭ）レーザ周波数シフタシステムを含む。別の一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムは、入射ビームを生成するように構成されたレーザを含む。別の一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムは、レーザに光学的に結合された第１光学スプリッタを含む。別の一実施形態では、第１光学スプリッタは、入射ビームを入射ビームの少なくとも１つの部分に分割するように構成されている。別の一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムは、第１光学スプリッタに光学的に結合された少なくとも１つの位相シフトチャネルを含む。別の一実施形態では、少なくとも１つの位相シフトチャネルは、ＡＯＭを含む。別の一実施形態では、少なくとも１つの位相シフトチャネルは、入射ビームの少なくとも１つの部分を受取るように構成されている。別の一実施形態では、ＡＯＭは、入射ビームの少なくとも１つの部分から少なくとも１つの周波数被シフトビームを生成するように構成されている。別の一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムは、少なくとも１つの位相シフトチャネルから少なくとも１つの周波数被シフトビームを受取るように構成された第２光学スプリッタを含む。別の一実施形態では、第２光学スプリッタは、少なくとも１つの周波数被シフトビームを干渉計に指向させるように構成されている。別の一実施形態では、干渉計は、少なくとも１つの周波数被シフトビームを用いて試料の干渉図形を取得するように構成されている。
【0009】
本開示の１つ又は複数の実施形態に従う方法が開示される。一実施形態では、方法は、レーザ源を用いて入射ビームを生成することを含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、方法は、第１光学スプリッタを用いて入射ビームを入射ビームの少なくとも１つの部分に分割することを含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、方法は、第１光学スプリッタを用いて、音響光学変調器（ＡＯＭ）レーザ周波数シフタシステムの少なくとも１つの位相シフトチャネル内に入射ビームの少なくとも１つの部分を指向させることを含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、方法は、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムの少なくとも１つの位相シフトチャネル内で、ＡＯＭを用いて入射ビームの少なくとも１つの部分から少なくとも１つの周波数被シフトビームを生成することを含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、方法は、第２光学スプリッタを用いて少なくとも１つの周波数被シフトビームを受取ることを含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、方法は、干渉計に第２光学スプリッタを介して少なくとも１つの周波数被シフトビームを指向させることを含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、方法は、少なくとも１つの周波数被シフトビームを用いて干渉計内の試料の干渉図形を取得することを含んでもよいが、これに限定されない。
【0010】
上記の概説と下記の詳細な説明の両方は、例示的であり、単に説明的であり、必ずしもクレームされるような本発明の限定ではないことを理解されたい。明細書内に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、そして、概説と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本開示についての多くの利点が、以下の添付図面を参照することによって、当業者によってよりよく理解され得る。
【0012】
【図1】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、干渉計についての簡略ブロック図である。
【図2A】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、干渉計についての簡略ブロック図である。
【図2B】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、干渉計についての簡略ブロック図である。
【図3A】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、音響光学変調器についての簡略ブロック図である。
【図3B】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、音響光学変調器についての簡略ブロック図である。
【図4】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、音響光学変調器レーザ周波数シフタシステムについての簡略ブロック図である。
【図5A】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、音響光学変調器レーザ周波数シフタシステムについての簡略ブロック図である。
【図5B】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、音響光学変調器レーザ周波数シフタシステムについての簡略ブロック図である。
【図6】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、干渉計についての簡略ブロック図である。
【図7A】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、干渉計及び音響光学変調器レーザ周波数シフタシステムを含む特性評価システムについての簡略ブロック図である。
【図7B】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、干渉計及び音響光学変調器レーザ周波数シフタシステムを含む特性評価システムについての簡略ブロック図である。
【図7C】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、干渉計及び音響光学変調器レーザ周波数シフタシステムを含む特性評価システムについての簡略ブロック図である。
【図8A】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、音響光学変調器を用いるレーザ周波数シフトのための方法又はプロセスを示す流れ図である。
【図8B】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、音響光学変調器を用いる干渉法のための方法又はプロセスを示す流れ図である。
【図8C】本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、音響光学変調器を用いる干渉法のための方法又はプロセスを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本開示は、ある実施形態及びその特定の特性に関して具体的に示され説明されている。本明細書に記載された実施形態は、限定的なものではなく例示的なものと考えられる。本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形式及び詳細における様々な変更及び修正を行われてもよいことが、当業者には直ちに明らかであろう。ここで、参照が、開示された主題に詳細になされ、該主題は、添付図に示されている。
【0014】
図１～８Ｃを概して参照すると、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、レーザ周波数シフトによる高速位相シフト干渉法のためのシステム及び方法が説明されている。
【0015】
本開示の実施形態は、音響光学変調器（ＡＯＭ）レーザ周波数シフタを使用することによって、数ミリ秒（ｍｓ）又はサブｍｓの期間に多重ステップ（例えば、Ｎ≧３）の位相シフト干渉法を実行して、熱ドリフト、機械的振動、音響ノイズ、及びエアウィグルの影響を大幅に低減することを目的とする。本開示の実施形態はまた、深紫外（ＤＵＶ）と赤外（ＩＲ）との間の広い波長範囲において、１０－５波よりも良好な位相シフトの正確度に達することを目的とする。本開示の実施形態はまた、周波数被シフトフィードバックレーザ等のレーザ周波数コーム技術を使用することによって、約１ミクロンの正確度まで干渉計内の試験経路と基準経路との間の光学経路差を測定することを目的とする。
【0016】
光学干渉計及び光学波面干渉法等の計測システム及びプロセスが、試料の特定の特性を測定するために使用されてきた。光学波面干渉法は、入射波面を２つの波又はビーム、すなわち、試験光学系を探査して試験光学系の波面収差情報をもたらすために使用される試料ビームと、基準ビームとに分割することを含んでもよい。試料ビームと基準ビームとは、次いで一緒に結合されることにより干渉図形、又は干渉パターンを作成してもよく、これはセンサによって記録される。
【0017】
図１は、例示的な干渉計１００（例えば、マッハ－ツェンダ干渉計）の簡略概略図を示す。一実施形態では、干渉計１００は、１つ又は複数の光学経路を含む。例えば、１つ又は複数の光学経路は、光学スプリッタ１０６によって生成された試験経路１０２及び基準経路１０４を含むが、これに限定されない。別の一実施形態では、試験経路１０２と基準経路１０４とは、光学スプリッタ１０８によって結合されている。例えば、光学スプリッタ１０６及び／又は光学スプリッタ１０８は、物理的ファイバスプリッタ、自由空間内のレンズ等を含んでもよいが、これに限定されない。
【0018】
別の一実施形態では、干渉計１００は、照明源１１０に（例えば、光学的に、物理的に、電気的に、及び／又は通信可能に）結合される。例えば、照明源１１０は、選択された波長の照明ビームを生成するように構成されてもよい。例えば、照明源１１０は、ほぼ深紫外（ＤＵＶ）（例えば、１５７ナノメートル（ｎｍ））乃至中赤外（ＭＩＲ）（例えば、６０００ｎｍ）の範囲の照明を放出することができる任意の光源を含んでもよいが、これに限定されない。別の一例として、照明源１１０は、ファイバレーザ、ファイバ結合型光源、ファイバ結合型半導体レーザ等を含む、当該技術分野で公知の任意の照明源を含んでもよいが、これに限定されない。別の一例として、照明源１１０は、光学カプラ１１４を介して干渉計１００に結合されてもよい。
【0019】
別の一実施形態では、干渉計１００は、センサ１１２に（例えば、光学的に、物理的に、電気的に、及び／又は通信可能に）結合される。例えば、センサ１１２は、２次元（２Ｄ）センサ１１２であってもよい。
【0020】
図１において、照明源１１０は、入射波面を生成し、該入射波面は、光学スプリッタ１０６によって、試験経路１０２に指向させられた試料ビームと、基準経路１０４に指向させられた基準ビームとに分割されている。試験経路１０２内において、試料ビームは、ミラー１１６によって試験光学系１１８に指向させられ、試験光学系１１８を通過した後に、試験光学系１１８の波面収差情報を光学スプリッタ１０８にもたらす。基準経路１０４内において、基準ビームは、ミラー１２０によって光学スプリッタ１０８に指向させられる。
【0021】
別の一実施形態では、センサ１１２は、基準経路１０４の基準ビームと試験経路１０２の試料ビームとの間の１つ又は複数の干渉パターン（すなわち、干渉図形）を捕捉してもよい。この点に関して、干渉図形の変調された強度は、試料ビームの光学経路の変動と関連している。ここで、光学経路の変動は、試料１１８ａの高さの変動（例えば、パターンの存在による）、又は試料ビームの経路に沿った屈折率の変動に起因することがあることに留意されたい。したがって、干渉パターン（干渉図形）は、試料１１８ａのトポロジーを示すことがある。
【0022】
一般に、ここで、干渉計１００は、試料１１８ａの一方又は両方の側において測定を行うように構成されていることに留意されたい。例えば、干渉計１００は、センサ１１２によって試料１１８ａの表面の２次元計測を行うように構成されてもよい。別の一例として、干渉計１００は、試料１１８ａの第１表面上で１つ又は複数の測定を実行するように構成された第１干渉計サブシステムと、第１表面の反対側の、試料１１８ａの第２表面上で１つ又は複数の測定を行うように構成された第２干渉計サブシステムと、を含んでもよい。別の一実施形態では、第１及び第２干渉計サブシステムは、試料１１８ａの両側で同時に測定を行うように構成されている。第１干渉計サブシステムと第２干渉計サブシステムとは、同一であってもよいが、全ての実施形態において同一である必要はない。
【0023】
試料１１８ａは、ウェーハ、半導体ウェーハ、レチクル、マスク等を含むが、これらに限定されない、当該技術分野で公知の任意の試料を含んでもよい。一実施形態では、試料１１８ａは、保持機構又は試料ステージ上／内に配設されてもよい。例えば、干渉計１００は、試料１１８ａを垂直に（又は、ほぼ垂直に）、水平に（又は、ほぼ水平に）等の状態に保持するように構成された保持機構又は試料ステージを含んでもよい。
【0024】
本明細書において、試験光学系１１８は、（例えば、照明源１１０から）試料１１８ａに試料ビームを提供すること、及び（例えば、センサ１１２に提供するために）試料１１８ａから偏向された照明を受取ることを可能にするように構成された任意の数及び／又はタイプの光学要素を含んでもよいことに留意されたい。例えば、１つ又は複数の光学要素は、コリメータ、レンズ、プリズム、円対称レンズ、円筒形レンズ、ビーム整形器、ミラー、波長板、偏光子、フィルタ等を含んでもよいが、これらに限定されない。例えば、１つ又は複数の光学要素は、非球面コリメートレンズを含んでもよいが、これに限定されない。１つ又は複数の光学要素は、照明ビームの直径を含むがこれに限定されない照明ビームの１つ又は複数の特性を変更するように構成されてもよい。一実施形態では、１つ又は複数の光学要素は、発散照明ビームをコリメートする。別の一実施形態では、１つ又は複数の光学要素は、センサ１１２に向かって伝搬される照明を、干渉縞が試料１１８ａの画像上にオーバーレイされるように指向及び／又は集束させるように構成されてもよい。それに加えて、本明細書において、試料１１８ａは、光学撮像システム、又は光学撮像システムの構成要素であってもよいことに留意されたい。
【0025】
光学スプリッタ１０８は、次いで、試料ビームと基準ビームとを一緒に結合し、そして結合波をセンサ１１２に指向させ、該センサは、干渉パターン又は干渉図形を記録する。式１は、干渉式であり、
ここに、Ｉｔ及びＩｒは、それぞれ試験及び基準ビーム強度である。φ０は、２つの波の間の位相差であり、該位相差は、試験光学系の波面収差情報を含み、そして後に測定され、δｉは、位相シフトであり、ｉ＝１．．．Ｎであり、Ｎは位相シフトステップの総数である。位相ステップδｉについて、対応する干渉図形強度Ｉｉが存在する。Ｎ≧３のとき、元の位相φ０、Ｉｔ、及びＩｒは、解くことができる。式１において、位相φ０は、式２で与えられるように、試験ビームと基準ビームとの間の光学経路差（ＯＰＤ）に比例し、
ここに、ｃは、真空中の光の速度であり、ＯＰＤは、２つの波の間の真空中の等価光学経路差であり、該等価光学経路差は、両方の光学経路における材料屈折率の影響を既に含んでいる。式２から、位相シフトは、ＯＰＤを変更する代わりに又はそれに加えて、レーザ周波数を変更することによって実現され得ることを理解されるべきである。式３は、それぞれの位相ステップδｉの決定を示し、
ここに、Δνｉは、ｉ番目の位相シフトステップに対するν０からのレーザ周波数シフトである。式３から、レーザ周波数シフトによる位相シフトの方法が、ＯＰＤがゼロでない場合にのみ作用することが理解されるべきである。
【数1】
【数2】
【数3】
【0026】
試験ビームと基準ビームとの間のＯＰＤに比例する、結合された試験ビームと基準ビームとにおける位相シフトについての調整は、光学経路長（ＯＰＬ）を直接変化させることを含んでもよい。図２Ａ及び２Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＯＰＤを測定するための例示的なシステムの簡略概略図である。
【0027】
ここで、マッハ－ツェンダ干渉計の追加の議論が、Ｈｅｒｂｅｒｔ Ｇｒｏｓｓによって編集されたＨａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、５巻（Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｗｉｌｅｙ－ＶＣＨ，２０１２）に見つけることができ、その内容が、全体として本明細書に組み込まれることに留意されたい。
【0028】
本開示の実施形態は、マッハ－ツェンダ干渉計であるような干渉計１００を示すけれども、ここで、「干渉計１００」という用語は、当該技術分野で公知の任意のタイプの干渉計（例えば、フィゾー干渉計、デュアルフィゾー干渉計、剪断干渉計等）まで拡大する及び／又は含むように解釈されるべきであることに留意されたい。一般に、干渉計１００は、表面高さ測定及び／又は表面勾配測定を行うように構成されてもよく、そして干渉計１００の様々な構成及び構成要素は、単に例示のために提供され、限定として解釈されるべきではない。多数の同等又は追加の光学構成が、本開示の範囲内で利用されてもよいことが想定される。この点に関して、干渉計１００は、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、任意の数の追加及び／又は代替の光学要素を含んでもよい。例えば、ウェーハ特性評価のためのフィゾー干渉法の使用は、２００３年３月２０日に出願された米国特許第６，８４７，４５８号、２０１１年１０月２７日に出願された米国特許第８，９４９，０５７号、及び２０１３年１月１５日に出願された米国特許第９，１２１，６８４号に概して記載されており、これらは、それぞれ、その全体が本明細書に組み込まれる。それに加えて、干渉計システムは、２０２０年１０月２０日に発行された米国特許第１０，８０９，０５５号、及び２０１９年１１月１９日に出願された米国特許出願第１６／６８８，５３９号に更に記載されており、これらは、それぞれ、その全体が本明細書に組み込まれる。そのため、上記の説明は、本開示の範囲を限定するものではなく、単なる例示であると解釈されるべきである。
【0029】
図２Ａにおいて、一実施形態では、干渉計１００は、干渉計１００に（例えば、光学的に、物理的に、電気的に、及び／又は通信可能に）結合されたフェムト秒レーザ２００を含む。例えば、フェムト秒レーザ２００は、光学カプラ１１４を介して干渉計１００に結合されてもよい。例えば、光学カプラ１１４は、物理的ファイバカプラ、自由空間内のレンズ等を含んでもよく、これに限定されない。
【0030】
別の一実施形態では、干渉計１００の基準経路１０４は、遅延線２０２を含む。例えば、遅延線２０２は、最初に、試験経路１０２と基準経路１０４の両方が同じ経路長を有する点に同調されてもよく、これが、センサ１１２が短いフェムト秒パルスによって干渉縞を見ることを可能にする。この等しいＯＰＬ点の正確度は、フェムト秒レーザ２００のパルス幅（例えば、１００フェムト秒（ｆｓ））によって制限される数十ミクロン（μｍ）程度であることに留意されたい。別の一例として、遅延線２０２は、試験経路１０２と基準経路１０４との間の目標ＯＰＤ（例えば、１メートル）の点に同調されてもよい。ここで、必要に応じて、フェムト秒レーザ分散能力が、試験経路１０２及び／又は基準経路１０４に追加されてもよいことに留意されたい。これに関して、ＯＰＤは、数十ミクロン程度の正確度まで測定されてもよい。
【0031】
別の一実施形態では、光学カプラ２０６が、光学スプリッタ１０８とセンサ１１２との間に配置される。例えば、光学カプラ２０６は、物理的ファイバカプラ、自由空間内のレンズ等を含んでもよく、これに限定されない。
【0032】
図２Ｂにおいて、一実施形態では、周波数被シフトフィードバック（ＦＳＦ）レーザシステム２１０が、干渉計１００に結合されている。別の一実施形態では、ＦＳＦレーザシステム２１０は、周波数コームレーザとして使用されるＦＳＦレーザ２１２を含む。例えば、ＦＳＦレーザ２１２は、イッテルビウムファイバベースのものであってもよく、そして近赤外（ＮＩＲ）領域において、約１ミクロンの測距精度、１メートル程度の検出範囲、及び１メガヘルツ（ＭＨｚ）までの測定速度で作動してもよい。
【0033】
別の一実施形態では、ＦＳＦレーザ２１２は、光学サーキュレータ２１４に（例えば、光学的に、物理的に、電気的に、及び／又は通信可能に）結合される。別の一実施形態では、光学サーキュレータ２１４は、干渉計１００に（例えば、光学的に、物理的に、電気的に、及び／又は通信可能に）結合される。例えば、光学サーキュレータ２１４は、光学カプラ１１４を介して干渉計１００に結合されてもよい。
【0034】
別の一実施形態では、光学カプラ１１４は、主ビームを伝送することに加えて、光学カプラ１１４上での表面の逆反射によって基準ビームを生成してもよい。例えば、基準ビームは、光学サーキュレータ２１４を通って検出器２１６まで通過してもよい。
【0035】
別の一実施形態では、光学カプラ１１４によって透過された主ビームは、第１光学スプリッタ１０６を介して試験経路１０２（例えば、試験光学系１１８を有する）と基準経路１０４とに分割され、そしてミラー２１８に衝突する前に光学スプリッタ１０８と結合される。別の一実施形態では、ミラー２１８は、試験ビームを反射させて試験経路１０２に戻すか、又は基準ビームを反射させて基準経路１０４に戻し、該ビームは、光学カプラ１１４及び光学サーキュレータ２１４を通って検出器２１６に到達する。
【0036】
別の一実施形態では、検出器２１６は、光学カプラ１１４によって生成された基準ビームと、ミラー２１８によって反射されたビームとの間のビート信号を測定して、試験経路１０２の選択されたＯＰＬ又は基準経路１０４の選択されたＯＰＬを測定する。例えば、ＯＰＬを選択することは、基準経路１０４を測定するために試験経路１０２を遮断するか、又は試験経路１０２を測定するために基準経路１０４を遮断することを含んでもよい。別の一実施形態では、試験経路１０２と基準経路１０４との間のＯＰＤは、試験経路１０２ＯＰＬ及び基準経路１０４ＯＰＬを別々に測定した後に計算される。例えば、光学カプラ１１４とミラー２１８との間の絶対距離が、試験経路１０２又は基準経路１０４のいずれかを介して測定され、その差がＯＰＤを決定する。
【0037】
別の一実施形態では、光学カプラ２０６は、光学スプリッタ１０８とミラー２１８との間に配置される。例えば、ミラー２１８は、ＦＳＦレーザシステム２１０が干渉計１００から交換されるときに、干渉計１００から交換されてもよい。
【0038】
ここで、ＯＰＤ測定レーザ波長は、波面計測において使用される波長とは異なっていてもよいことに留意されたい。このように、測定されるＯＰＤは、位相シフト量を計算するために式３を使用する前に、干渉計１００の正確な幾何学的サイズ及び屈折率を用いて波面計測波長のそれに変換される必要があり得る。
【0039】
それに加えて、ここで、ＦＳＦレーザを用いる正確な測距についての追加の議論が、Ｊ．Ｉ．Ｋｉｍらによる「Ｒａｎｇｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒｓ：Ｆｒｏｍ μｍ－Ｒａｎｇｅ Ａｃｃｕｒａｃｙ ｔｏ ＭＨｚ－Ｒａｎｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｒａｔｅ」（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｂ，１２２，２９５，２０１６）に見出されてもよく、その内容は、全体として本明細書に組み込まれることに留意されたい。
【0040】
図３Ａ及び３Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、位相シフトにおいて使用するための音響光学変調器（ＡＯＭ）３００の簡略概略図を概して示す。ＡＯＭ３００は、波形発生器３０２からの無線周波数（ＲＦ）波ｆを用いて音波を発生させてもよく、該音波は、ＡＯＭ結晶内の音波伝搬方向に沿って周期的な屈折率パターンを生成してもよい。例えば、波形発生器３０２からの無線周波数（ＲＦ）波ｆは、同調可能であってもよい。位置調整されると、０次レーザ周波数ν０を有する入射光は、ブラッグ回折によって０次から１次までの方向に偏向されることがある。例えば、位置調整に依存して、１次は、＋ｆ又は－ｆのレーザ周波数シフトのいずれかを有してもよく、ｆはＲＦ周波数である。位置調整されるとき、回折効率は、（例えば、可視波長又は赤外波長において）８５％よりも高いことがある。
【0041】
一例では、光ビームサイズが１ミリメートル（ｍｍ）であり、音波速度がＡＯＭ結晶中で３０００乃至５０００ｍ／ｓの範囲内にある場合、１次ビームのオン／オフ速度は、１マイクロ秒（μｓ）未満である。この例では、１次ビームと透過された０次ビームとの間の偏向角は、空気中で数度の角度であって、両次数が分離されることを可能にする。
【0042】
本明細書において、周波数変調（ＦＭ）はまた、レーザ周波数を正確に非常に高速（例えば、サブμｓ範囲）にシフトさせることがあるけれども、ＦＭは、多重周波数成分を同時に発生させ、該多重周波数成分は、空間的に分離することが困難であり、位相シフト干渉法の適用には便利ではないことがあることに留意されたい。
【0043】
それに加えて、本明細書において、ＡＯＭに関する追加の議論が、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌｕｍｅ ＩＩ，２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｃｈａｐｔｅｒ １２：ＡＣＯＵＳＴＯ－ＯＰＴＩＣ ＤＥＶＩＣＥＳ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＭｃＧｒａｗ－Ｈｉｌｌ，１９９５に記載されており、それが全体として本明細書に組み込まれていることに留意されたい。
【0044】
図４は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＯＭレーザ周波数シフタによる位相シフト実現のためのシステム４００の簡略概略図である。ここで、（例えば、図３Ａに示すような）周波数アップシフトモードは、図４について理解されるが、図４は、（例えば、図３Ｂに示すような）周波数ダウンシフトモードに適用可能であることに留意されたい。
【0045】
別の一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００は、１つ又は複数の位相シフトチャネル４０２を含み、それぞれの位相シフトチャネル４０２は、ＡＯＭ３００を含む。例えば、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００は、位相シフトステップの数Ｎに等しい数の位相シフトチャネル４０２を含んでもよい。別の一実施形態では、レーザ周波数は、１つ又は複数の位相シフトチャネル４０２のそれぞれにおいて、ＡＯＭ３００によって異なるＲＦ周波数ｆだけシフトされ、ＲＦ周波数ｆのそれぞれは、異なる位相ステップに対応してシフトする。例えば、１つ又は複数の位相シフトチャネル４０２は、波形発生器３０２からの無線周波数（ＲＦ）波ｆが同調可能であるので、同調可能であってもよい。図３Ａ及び３Ｂに示すゼロ次ビーム及びＲＦ周波数ｆ波は、明瞭にするために図４から除去されていることに留意されたい。
【0046】
一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００は、０次レーザ周波数ν０を有する入射ビームを生成するように構成されたレーザ４０４を含む。例えば、レーザ４０４は、連続波（ＣＷ）レーザであってもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００は、レーザ４０４から１つ又は複数の位相シフトチャネル４０２に光学系を分割するように構成された光学スプリッタ４０６を含む。別の一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００は、１つ又は複数の位相シフトチャネル４０２からの１つ又は複数の光学系を結合するように構成された光学スプリッタ４０８を含む。例えば、光学スプリッタ４０６及び／又は光学スプリッタ４０８は、物理的ファイバコンバイナ、自由空間内のレンズ等を含んでもよいが、これに限定されない。
【0047】
別の一実施形態では、それぞれの１つ又は複数の位相シフトチャネル４０２は、光学スプリッタ４０６とチャネル固有ＡＯＭ３００との間に光学カプラ４１０を含む。別の一実施形態では、それぞれの１つ又は複数の位相シフトチャネル４０２は、チャネル固有ＡＯＭ３００と光学スプリッタ４０８との間に光学カプラ４１２を含む。例えば、光学カプラ４１０及び／又は光学カプラ４１２は、物理的ファイバカプラ、自由空間内のレンズ等を含んでもよいが、これに限定されない。
【0048】
別の一実施形態では、多重位相シフトチャネル４０２が存在する場合に、１つのＡＯＭ３００のみが、そのＡＯＭ３００についてそれの特定の１次回折を生成するために一時的にアクティブであり、それにより、対応する位相シフトチャネル４０２のみがアクティブであり、そして下流のアプリケーションにつながる光学カプラ１１４に結合される。別の一実施形態では、別の位相シフトチャネル４０２内のレーザビームは、この時、ゼロ次であって偏向されない、すなわち、それらは、下流のアプリケーションにつながる光学カプラ１１４に結合されない。別の一実施形態では、ＡＯＭ３００（従って、対応する位相シフトチャネル４０２）同士の間での切替えのオン／オフシーケンスは、マイクロ秒のオーダーで、パルス型ＲＦ技術を使用して駆動ＲＦ波の非常に高速のオン／オフトグルを介して制御される。そのため、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００においてパルス型ＲＦ技術を用いることによって、ｍｓ又はサブｍｓさえの期間の光学干渉法において多重ステップ位相シフトプロセスを行い得る。
【0049】
１つの非限定的な例では、６３３ナノメートル（ｎｍ）の波長に対して、ν０は４．７ｘ１０１４Ｈｚである。ＯＰＤ＝１メートルであれば、レーザ周波数ν０は、２πの位相シフトを実現するために約３００ＭＨｚのｆだけシフトされる必要がある。測定されたＯＰＤが正確に３０μｍであれば、２πの位相シフトは、レーザ線幅が数キロヘルツ（ｋＨｚ）の場合、正確に１０－５波のレベルである。
【0050】
典型的な位相シフトステップが、位相シフト干渉法において０乃至２πの範囲内に等分布していることにここで留意されたい。例えば、６＋１対称位相シフトアルゴリズムは、π／３のステップを用い、７ステップを有する。６＋１対称位相シフトアルゴリズムについての議論が、Ｋ．Ｇ．Ｌａｒｋｉｎ及びＢ．Ｆ．Ｏｒｅｂによる「Ａ ｎｅｗ ｓｅｖｅｎ－ｓａｍｐｌｅ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ」（Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，１７５５，２，１９９２）に見られことがあり、その内容が全体として本明細書に組み込まれる。
【0051】
ＯＰＤ＝１メートルについて、６＋１対称位相シフトアルゴリズムは、０、５０、１００、１５０、２００、２５０、及び３００ＭＨｚのレーザ周波数シフトシーケンスに対応してもよく、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００は、６個の位相シフトチャネル４０２（又は０ＭＨｚのシフト無しがチャネルに付与される場合には７個）を含んでもよい。全ステップの位相ステップ正確度は、１０－５波よりも良い。ここで、駆動ＲＦ周波数がＨｚレベルの正確度に制御されることにより、ＲＦ周波数誤差からの位相シフト誤差が無視可能であることに留意されたい。この点に関して、このような高い位相ステップ正確度は、ＯＰＬを変化させる伝統的な方法によって（例えば、ＰＺＴを含むが、これに限定されるものではない高鉛含有圧電セラミックによって）実現され得ない。ここで、ＯＰＤが正確に知られていない（例えば、ＯＰＤ＝１ｍについて１ｍｍレベルまででしか知られていない）場合、ＡＯＭチャネルのＲＦ周波数を同調させて、π／３の等しく分離された、０乃至２πの範囲の６＋１対称位相シフトプロセスを実現してもよいことに留意されたい。
【0052】
入射レーザとＡＯＭとの間の位置調整は、駆動ＲＦ周波数ｆに依存する。例えば、それぞれのＡＯＭにおけるレーザ入射角は、最も高い回折効率に対してＡＯＭのブラッグの回折条件と一致する。このように、ＲＦ周波数ｆが５０ＭＨｚ乃至３００ＭＨｚで変化するとき、多重位相シフトチャネル４０２は、単一の位相シフトチャネル４０２がＡＯＭ３００のかなりの位置調整及び再位置調整を必要とするので、高い回折効率を実現することが必要とされる。
【0053】
ここで、全位相シフトは、位相シフトチャネル４０２同士の間で均一な間隔で分布していることにより、位相シフトチャネル４０２の数が全位相シフトの分割可能な数（例えば、０～３００ＭＨｚが、５０ＭＨｚの均一な分布を有する７チャネルを含んでもよい、すなわち、それぞれの後のチャネルは、０、５０、１００、１５０、２００、２５０、及び３００ＭＨｚチャネルを生成するために、前のチャネル以上の５０ＭＨｚのシフトｆを有する）に等しいことがある。それに加えて、ここで、全位相シフトは、位相シフトチャネル４０２同士の間で不均一な間隔で分布してもよいことに留意されたい。
【0054】
位相シフト干渉法では、位相シフトプロセスを行うときに、試験経路１０２及び基準経路１０４の強度を一定に保つことが重要である。図４の多重チャンネル４０２設計によって、光強度変化が、光学線内に基準ディレクタを挿入することにより補正されてもよい。図５Ａ及び５Ｂは、概して、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００のためのサブシステム５００についての簡略概略図である。
【0055】
図５Ａに示すような１つの例示的なサブシステム５００において、光学スプリッタ４０８は、サブシステム５００の光学カプラ５０２につながる。光学カプラ５０２は、光学スプリッタ５０４につながり、光学スプリッタは、基準検出器５０６及び光学カプラ５０８につながる。例えば、光学カプラ５０２及び／又は光学カプラ５０８は、物理的ファイバカプラ、自由空間内のレンズ等を含んでもよいが、これらに限定されない。光学カプラ５０８は、光学カプラ１１４につながる。ここで、図５Ａは、自由空間光学系を示すことに留意されたい。
【0056】
図５Ｂに示すような別の例示的なサブシステム５００では、光学スプリッタ４０８は、光学カプラ５０２、光学スプリッタ５０４、及び／又は光学カプラ５０８を必要とせずに、光学スプリッタ５１０を介して基準検出器５０６及び光学カプラ１１４につながる。ここで、図５Ｂは、図５Ａの光ファイバの変形を示すことに留意されたい。
【0057】
基準検出器５０６は、入射ビームのパワー変動を監視して補正してもよく、それにより、かなりの労力を要することなく、０．１％よりも良好であるようなＩｔ及びＩｒの安定性を可能にする。しかしながら、基準検出器５０６は、高速位相シフトについて、ＲＦオン／オフ中に可能な限り多くの信号遷移時間を減少させるために、及び入射ビームパワー変動を正確に記録するために、十分な大きさの帯域幅を必要とし得ることにここで留意されたい。
【0058】
別の一実施形態では、１つ又は複数のＡＯＭ３００、及び／又は１つ又は複数のＡＯＭ３００を含む１つ又は複数の位相シフトチャネル４０２は、コントローラ（例えば、本明細書で更に詳細に説明されるようなコントローラ７０２）を介して制御されてもよい。例えば、コントローラは、どのＡＯＭ３００が、どの位相シフトチャネル４０２が、及び／又はどの波形発生器３０２がオンであるかを決定してもよい。別の一例として、コントローラは、波形発生器３０２からの無線周波数（ＲＦ）波ｆを調整してもよい。しかしながら、１つ又は複数のＡＯＭ３００、１つ又は複数の位相シフトチャネル４０２、及び／又は波形発生器３０２が、手動で制御又は調整されてもよいことにここで留意されたい。そのため、上記の説明は、本開示の範囲を限定するものではなく、単なる例示として解釈されるべきである。
【0059】
図６は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う干渉計６００の簡略概略図を示す。例えば、干渉計６００は、共通経路モードファイバ先端回折干渉計（ＦＴＤＩ）を含んでもよいが、これに限定されない。
【0060】
一実施形態では、干渉計６００は、１つ又は複数の光学経路を含む。例えば、１つ又は複数の光学経路は、光学スプリッタ１０６によって生成された試験経路１０２及び基準経路１０４を含むが、これに限定されない。別の一実施形態では、干渉計６００は、試験経路１０２及び／又は基準経路１０４の光強度の制御を介して、干渉図形コントラストの選択レベルに対して線形偏光（例えば、ｓ偏光）を使用する。別の一実施形態では、干渉計６００は、偏光保持型（ＰＭ）光ファイバを使用して、構成要素を結合する。しかしながら、干渉計６００の構成要素の少なくとも一部が、自由空間内に配列されてもよいことにここで留意されたい。
【0061】
別の一実施形態では、干渉計６００は、光学カプラ１１４を含む。例えば、入射ビームは、光学カプラ１１４を介して受信されてもよい。別の一実施形態では、試験経路１０２と基準経路１０４とは、光学スプリッタ１０８と結合される。
【0062】
別の一実施形態では、試験経路１０２は、試験光学系１１８を含む。別の一実施形態では、試験経路１０２は、（例えば、干渉計６００が、ファイバ光学系を介して結合された構成要素を含むか、又は自由空間内に配列された構成要素を含むかに依存して）光学スプリッタ１０６から試験光学系１１８につながるファイバ先端又はピンホール回折を含む。別の一実施形態では、試験光学系１１８は、光学スプリッタ１０８につながる。
【0063】
別の一実施形態では、基準経路１０４は、光学スプリッタ１０８を有するファイバ先端（例えば、干渉計６００が光ファイバを介して結合された構成要素を含む場合）を含んでもよい。しかし、ここで、光学スプリッタ１０８は、試験経路１０２及び／又は基準経路１０４から独立していてもよい（例えば、干渉計６００が自由空間内に配列された構成要素を含む場合）ことに留意されたい。ここで、基準経路１０４からの反射及び光学スプリッタ１０８による試験経路１０２からの透過は、明瞭のために図示されていないことに留意されたい。
【0064】
別の一実施形態では、干渉計６００は、センサ１１２に結合されている。例えば、干渉計６００の光学スプリッタ１０８は、センサ１１２につながってもよい。
【0065】
別の一実施形態では、１つ又は複数の光学要素６０２は、光学スプリッタ１０８とセンサ１１２との間にインラインで配置される。例えば、１つ又は複数の光学要素６０２は、コリメータ、レンズ、プリズム等を含んでもよいが、これに限定されない。例えば、１つ又は複数の光学要素６０２は、非球面コリメートレンズを含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、１つ又は複数の光学要素６０２は、センサ１１２に向かって伝播される照明を指向、修正、及び／又は集束させるように構成されている。
【0066】
更に、ここで、図１、２Ａ及び２Ｂに示す構成要素を目的とする任意の実施形態は、図６に示す構成要素を目的とし得る。そのため、上記の説明は、本開示の範囲についての限定ではなく、単に例示であるとして解釈されるべきである。
【0067】
ここで、ＦＴＤＩについての追加の議論が、２０２０年３月１３日に出願された米国特許出願第１６／８１８，０５０号に見出されてもよく、この出願は、全体として本明細書に組み込まれる。
【0068】
別の一実施形態では、上記のような式２は、干渉計６００についての測定レーザの線幅の要件を設定する。例えば、６３３ｎｍの光について約０．１ｎｍＲＭＳ波面誤差であるφ０測定における１ミリラジアン（ｍｒａｄ）ＲＭＳの正確度に達することは、ＯＰＤ＝１ｍである場合にレーザ線幅を４８ｋＨｚ未満にすることを必要とし、これは、６．３キロメートル（ｋｍ）のコヒーレンス長を与える。１ｍのＯＰＤによって位相シフトステップの１０－５波正確度に達するためには、レーザ線幅は、数ｋＨｚ程程の低さを必要としてもよい。レーザ周波数計測コミュニティは、ｋＨｚレベルの線幅がレーザ周波数安定化技術によって容易に到達することを示した。レーザ周波数測定正確度の世界記録は、１０－１８のオーダーである。ここで、約ｋＨｚレベルの線幅についての追加の議論が、Ｔ．Ｂｏｔｈｗｅｌｌらの「ＪＩＬＡ ＳｒＩ ｏｐｔｉｃａｌ ｌａｔｔｉｃｅ ｃｌｏｃｋ ｗｉｔｈ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｏｆ ２ｘ１０－１８」（Ｍｅｔｒｏｌｏｇｉａ，５６（２０１９）０６５００４）に見出されてもよく、その内容が、全体として本明細書に組み込まれることに留意されたい。
【0069】
ここで、本開示の実施形態は、ＦＴＤＩであるような干渉計６００を例示しているが、本明細書では「干渉計６００」という用語は、当該技術分野で公知の任意のタイプの干渉計（例えば、フィゾー干渉計、デュアルフィゾー干渉計、剪断干渉計等）まで拡大する及び／又は含むように解釈されるべきであることに留意されたい。一般に、干渉計６００は、表面高さ測定及び／又は表面勾配測定を実行するように構成されてもよく、そして干渉計６００の様々な構成及び構成要素は、単に例示のために提供され、限定として解釈されるべきではない。多数の同等又は追加の光学構成が、本開示の範囲内で利用されてもよいことが想定されている。この点に関して、干渉計６００は、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、任意の数の追加及び／又は代替の光学要素を含んでもよい。例えば、ウェーハ特性評価のためのフィゾー干渉法の使用は、２００３年３月２０日に出願された米国特許第６，８４７，４５８号、２０１１年１０月２７日に出願された米国特許第８，９４９，０５７号、及び２０１３年１月１５日に出願された米国特許第９，１２１，６８４号に概して記載されており、これらの内容はそれぞれ全体として本明細書に組み込まれる。それに加えて、干渉計システムは、２０２０年１０月２０日に発行された米国特許第１０，８０９，０５５号、及び２０１９年１１月１９日に出願された米国特許出願第１６／６８８，５３９号に更に論じられており、これらの内容は、それぞれ全体として本明細書に組み込まれる。そのため、上記の説明は、本開示の範囲を限定するものではなく、単なる例示であるとして解釈されるべきである。
【0070】
ここで、図１～２Ｂに示す任意の光学スプリッタ１０６、１０８及び／又は図４Ａ～６に示す光学スプリッタ４０６、４０８は、干渉計１００、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００、及び／又は干渉計６００を通過する及び／又はこれらによって生成されるように構成されているように開示によって説明された様々なビームの方向に基づく光学結合器と考えられてもよいことに留意されたい。そのため、上記の説明は、本開示の範囲を限定するものではなく、単なる例示であるとして解釈されるべきである。
【0071】
図７Ａ～７Ｃは、概して、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、位相シフト干渉法のための例示的な特性評価システムを示す。
【0072】
ここで図７Ａを参照すると、一実施形態では、特性評価システム７００（例えば、位相シフト干渉計システム等）は、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００、干渉計６００、及びコントローラ７０２を含む。別の一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００は、干渉計６００に（例えば、光学的に、物理的に、電気的に、及び／又は通信可能に）結合される。例えば、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００の光学カプラ１１４は、干渉計６００の光学カプラ１１４に結合されてもよい。ここで、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００は、図４に示すようなものであってもよく、又は図５Ａ若しくは図５Ｂに示すようなサブシステム５００を含んでもよい。
【0073】
ここで図７Ｂを参照すると、一実施形態では、特性評価システム７１０（例えば、位相シフト干渉計システム）は、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００、干渉計１００、及びコントローラ７０２を含む。別の一実施形態では、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００は、干渉計１００に（例えば、光学的に、物理的に、電気的に、及び／又は通信可能に）結合される。例えば、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００の光学カプラ１１４は、干渉計１００の光学カプラ１１４に結合されてもよい。ここで、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００は、図４に示すようなものであってもよく、又は図５Ａ若しくは５Ｂに示すようなサブシステム５００を含んでもよいことに留意されたい。
【0074】
ここで図７Ｃを参照すると、１つの実施形態では、特性評価システム７２０（例えば、位相シフト干渉計システム）は、ＦＳＦレーザシステム２１０、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００、干渉計１００、及びコントローラ７０２を含む。ここで、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００は、図４に示すようなものであってもよく、又は図５Ａ若しくは５Ｂに示すようなサブシステム５００を含んでもよいことに留意されたい。
【0075】
別の一実施形態では、ＦＳＦレーザシステム２１０は、最初に干渉計１００に結合される。この実施形態では、ミラー２１８は、干渉計１００内部に設置される。例えば、干渉計１００内の光学差は、ＦＳＦレーザシステム２１０及びミラー２１８によって測定される。ここで、この実施形態は、図７Ｃ内で（１）の印が付けられている。
【0076】
別の一実施形態では、ＦＳＦレーザシステム２１０は、干渉計１００から分離され、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００は、次に干渉計１００に結合される。この実施形態では、センサ１１２は、ミラー２１８の代わりに干渉計１００内に交換される。ここで、この実施形態は、図７Ｃで（２）の印が付けられている。
【0077】
示していないが、ＦＳＦレーザシステム２１０は、（例えば、試験経路１０２及び／又は基準経路１０４のＯＰＬを測定するために）干渉計６００に結合されることにより、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００が干渉計６００に結合される前にＦＳＦレーザシステム２１０が干渉計６００に最初に結合されたときに、干渉計６００のセンサ１１２がミラー２１８によって切り換えられることが理解されるはずである。そのため、上記の説明は、本開示の範囲を限定するものではなく、単なる例示として解釈されるべきである。
【0078】
本開示の実施形態は、共有コントローラ７０２を示すが、ここで、ＡＯＭレーザ周波数シフトシステム４００及び／又はＦＳＦレーザシステム２１０は、干渉計１００又は干渉計６００に結合されたコントローラ７０２とは異なる１つのコントローラ７０２（又は複数のコントローラ７０２）に結合されてもよいことに留意されたい。そのため、上記の説明は、本開示の範囲を限定するものではなく、単に例示であるとして解釈されるべきである。
【0079】
本開示の実施形態は、共有光学カプラ１１４を示しているけれども、ここで、光学カプラ１１４は、連結構成要素を有する光学カプラアセンブリであってもよく、システム２００、４００、６００のそれぞれは、光学カプラアセンブリの連結構成要素の構成要素を含むことに留意されたい。そのため、上記の説明は、本開示の範囲を限定するものではなく、単なる例示であるとして解釈されるべきである。
【0080】
例示的な６＋１対称位相シフトアルゴリズムを再び参照すると、アルゴリズムは、センサの非線形性及び位相ステップ誤差に鈍感である。位相シフトプロセスを行うために、高速度カメラ（例えば、＞１０キロフレーム毎秒（ｋｆｐｓ））によって及びＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００を使用して、数ｍｓ又はサブｍｓの時間窓における多重ステップ位相シフト波面測定（例えば、Ｎ≧３）が実行され得る。環境制御によって、システム熱ドリフト、機械的振動、音響ノイズ、及びエアウィグルからのφ０への影響は、かかる短い時間窓においては小さいと予想される。それに加えて、多重高速測定の波面結果を平均化することが、正確度を更に向上させることになる。例えば、選択時間（例えば、数分間）の間、持続する波面計測プロセスに対して、フェムト秒レーザが使用されてＯＰＤドリフトを監視することにより、駆動ＲＦ周波数が標的位相シフトステップに到達することに対応して同調される。
【0081】
別の一実施形態では、図７Ａ～７Ｃに示すように、コントローラ７０２は、干渉計１００、干渉計６００、及び／又はＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００、並びに／或いは、干渉計１００、干渉計６００、及び／又はＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００の構成要素に（例えば、物理的に、電気的に、及び／又は通信可能に）結合される。例えば、コントローラ７０２は、保持機構又は試料ステージ、保持機構又は試料ステージのためのアクチュエータ、センサ、設置光学系、入射光源、波形発生器３０２、１つ又は複数の位相シフトチャネル４０２を制御する光学系、或いは干渉計１００、干渉計６００、及び／又はＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００の内部の別の構成要素に結合されてもよい。
【0082】
実施形態では、コントローラ７０２の１つ又は複数のプロセッサ７０４は、メモリ７０６に記憶された１組のプログラム命令を実行するように構成されてもよく、１組のプログラム命令は、１つ又は複数のプロセッサに本開示の様々なステップ及びプロセスを実行させるように構成されてもよい。別の一実施形態では、ユーザインタフェース７０８は、コントローラ７０２に（例えば、物理的に、電気的に、及び／又は通信可能に）結合される。
【0083】
ここで、コントローラ７０２及び干渉計１００の１つ又は複数の構成要素は、当該技術分野で公知の任意の方法で、システムの様々な別の構成要素に通信可能に結合されてもよいことに留意されたい。例えば、コントローラ７０２及び干渉計１００は、有線接続（例えば、銅線、光ファイバケーブル等）又は無線接続（例えば、ＲＦ結合、ＩＲ結合）、データネットワーク通信（例えば、ＷｉＦｉ、ＷｉＭａｘ、３Ｇ、４Ｇ、４ＧＬＴＥ、５Ｇ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等）を介して互いに及び別の構成要素に通信可能に結合されてもよい。
【0084】
一実施形態では、１つ又は複数のプロセッサ７０４は、当該技術分野で公知の任意の１つ又は複数の処理要素を含んでもよい。この意味で、１つ又は複数のプロセッサ７０４は、ソフトウェアアルゴリズム及び／又は命令を実行するように構成された任意のマイクロプロセッサタイプのデバイスを含んでもよい。一実施形態では、１つ又は複数のプロセッサ７０４は、デスクトップコンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、イメージコンピュータ、並列プロセッサ、又は別のコンピュータシステム（例えば、ネットワークコンピュータ）から構成されてもよく、これらは、本開示を通じて記載されているように、干渉計１００を動作させるように構成されたプログラムを実行するように構成されている。本開示全体を通して説明されたステップは、単一のコンピュータシステム、又は代替として多重コンピュータシステムによって実行されてもよいことが認識されるべきである。更に、本開示を通して説明されたステップは、１つ又は複数のプロセッサ７０４のうちの任意の１つ又は複数において実行されてもよいことが認識されるべきである。一般に、「プロセッサ」という用語は、メモリ７０６からのプログラム命令を実行する１つ又は複数の処理要素を有する任意のデバイスを包含するように広く定義されてもよい。更に、干渉計１００の異なるサブシステム（例えば、照明源１１０、ＦＳＦレーザシステム２１０、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００、センサ１１２、コントローラ７０２、ユーザインタフェース７０８）は、本開示を通して説明されたステップの少なくとも一部分を実行するのに適したプロセッサ又は論理要素を含んでもよい。そのため、上記の説明は、本開示についての限定ではなく、単なる例示として解釈されるべきである。
【0085】
メモリ７０６は、関連する１つ又は複数のプロセッサ７０４によって実行可能なプログラム命令、及び干渉計１００によって受取られた／生成されたデータを記憶するのに適した、当該技術分野で公知の任意の記憶媒体を含んでもよい。例えば、メモリ７０６は、非一時的記憶媒体を含んでもよい。例えば、メモリ７０６は、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気又は光学記憶装置（例えば、ディスク）、磁気テープ、ソリッドステートドライブ等を含んでもよいが、これに限定されない。更に、メモリ７０６は、１つ又は複数のプロセッサ７０４と共に共通のコントローラハウジング内に収容されてもよいことに留意されたい。別の一実施形態では、メモリ７０６は、プロセッサ７０４及びコントローラ７０２の物理的位置に対して遠隔に配置されてもよい。別の一実施形態では、メモリ７０６は、１つ又は複数のプロセッサ７０４に本開示を通して説明された様々なステップを実行させるためのプログラム命令を保持する。
【0086】
一実施形態では、ユーザインタフェース７０８は、コントローラ７０２に通信可能に結合されている。一実施形態では、ユーザインタフェース７０８は、１つ又は複数のデスクトップ、タブレット、スマートフォン、スマートウォッチ等を含んでもよいが、これに限定されない。別の一実施形態では、ユーザインタフェース７０８は、干渉計１００のデータをユーザに表示するために使用されるディスプレイを含む。ユーザインタフェース７０８のディスプレイは、当該技術分野で知られている任意のディスプレイを含んでもよい。例えば、ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ベースディスプレイ、又はＣＲＴディスプレイを含んでもよいが、これに限定されない。当業者であれば、ユーザインタフェース７０８と統合可能な任意の表示装置が本開示における実施に適していることを認識するはずである。別の一実施形態では、ユーザは、ユーザインタフェース７０８を介してユーザに表示されたデータに応答する選択及び／又は命令を入力してもよい。
【0087】
別の一実施形態では、コントローラ７０２の１つ又は複数のプロセッサ７０４は、図８Ａ～８Ｃに示すように、以下の方法又はプロセスの１つ又は複数のステップを実行するように構成されている。
【0088】
図８Ａは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、レーザ周波数被シフト光を生成するための方法又はプロセス８００を示す。ここで、方法又はプロセス８００のステップは、干渉計１００又は干渉計６００によって全体的又は部分的に実施されてもよい。しかしながら、方法又はプロセス８００は、追加又は代替のシステムレベルの実施形態が方法又はプロセス８００のステップの全部又は一部を実行することができる点で、干渉計１００又は干渉計６００に限定されないことを更に認識されたい。
【0089】
ステップ８０２において、入射光が０次レーザ周波数で生成される。一実施形態では、入射光は、レーザ４０４によって生成される。別の一実施形態では、入射光は、光学スプリッタ４０６を透過させられる。
【0090】
ステップ８０４において、第１レーザ周波数シフトを有する光が、音響光学変調器（ＡＯＭ）レーザ周波数シフタシステムの第１ＡＯＭチャネル内で、ＡＯＭを用いて入射光を偏光させることによって生成される。一実施形態では、光学スプリッタ４０６は、入射光を第１ＡＯＭチャネル４０２に指向させる。別の一実施形態では、第１ＡＯＭチャネル４０２は、アクティブであり、入射光は、第１ＡＯＭ３００を通過する。別の一実施形態では、ＡＯＭは、波形発生器３０２からの無線周波数（ＲＦ）波ｆに基づいて音波を生成する。別の一実施形態では、第１ＡＯＭ３００は、入射光を偏光させて、第１レーザ周波数シフトを有する光を生成する。別の一実施形態では、第１レーザ周波数シフトを有する光は、光学スプリッタ４０８に入射する。
【0091】
ステップ８０６において、第２レーザ周波数シフトを有する光が、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムの第２ＡＯＭチャネル内で、第２ＡＯＭを用いて入射光を偏光させることによって生成される。一実施形態では、光学スプリッタ４０６は、入射光を第２ＡＯＭチャネル４０２に指向させる。別の一実施形態では、第２ＡＯＭチャネル４０２はアクティブであり、入射光は、第２ＡＯＭ３００を通過する。別の一実施形態では、第２ＡＯＭ３００は、入射光を偏光させて、第２レーザ周波数シフトを有する光を生成する。別の一実施形態では、第２レーザ周波数シフトを有する光は、光学スプリッタ４０８に入射する。
【0092】
ステップ８０８において、少なくとも第３レーザ周波数シフトを有する光が、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムの少なくとも第３ＡＯＭチャネル内で、少なくとも第３ＡＯＭを用いて入射光を偏光させることによって生成される。一実施形態では、光学スプリッタ４０６は、第３ＡＯＭチャネル４０２に入射光を指向させる。別の一実施形態では、第３ＡＯＭチャネル４０２は、アクティブであり、入射光は、第３ＡＯＭ３００を通過する。別の一実施形態では、第３ＡＯＭ３００は、入射光を偏光させて、第３レーザ周波数シフトを有する光を生成する。別の一実施形態では、第３レーザ周波数シフトを有する光は、光学スプリッタ４０８に入射する。
【0093】
ここで、ステップ８０４、８０６、８０８は、１つのＡＯＭチャネル４０２のみが一度にアクティブになるように、連続的に実行されてもよいことに留意されたい。それに加えて本明細書では、上記のように、ＡＯＭチャネル４０２によって生成されたレーザ周波数シフトは、均一又は不均一な間隔で連続的に増加してもよいことに留意されたい。
【0094】
ここで、光学スプリッタ４０６は、入射光を全てのＡＯＭチャネル４０２に同時に指向させるように構成されてもよく、又は入射光をオンにされた又はアクティブなＡＯＭチャネル４０２にのみ指向させるように構成されてもよいことに留意されたい。それに加えて、ここで、光学スプリッタ４０８は、レーザ周波数シフトを有するビームを同時に受取るように構成されてもよく、或いはオンにされた又はアクティブなＡＯＭチャネル４０２からのみレーザ周波数シフトを有するビームを受取るように構成されてもよいことに留意されたい。そのため、上記説明は、本開示の範囲を限定するものではなく、単に例示であるものとして解釈されるべきである。
【0095】
ステップ８１０において、基準検出器を用いて、第１レーザ周波数シフトを有する光、第２レーザ周波数シフトを有する光、及び少なくとも第３レーザ周波数シフトを有する光が連続的に監視される。一実施形態では、レーザ周波数シフトを有する光（又は複数の光）の部分は、基準検出器５０６に分割される。例えば、ビームスプリッタ５０４は、レーザ周波数シフトを有する光（又は複数の光）の部分を基準検出器５０６に分割してもよい。
【0096】
ステップ８１２において、第１レーザ周波数シフトを有する光、第２レーザ周波数シフトを有する光、及び少なくとも第３レーザ周波数シフトを有する光は、位相シフト干渉法のための干渉計に連続的に転送される。
【0097】
図８Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、レーザ周波数被シフト光を生成するための方法又はプロセス８２０を示す。ここで、方法又はプロセス８２０のステップは、干渉計１００又は干渉計６００によって全体的に又は部分的を実施されてもよいことに留意されたい。しかし、方法又はプロセス８２０は、追加又は代替のシステムレベルの実施形態が方法又はプロセス８２０のステップの全部又は一部を実行し得ることから、干渉計１００又は干渉計６００に限定されないことが更に認識される。
【0098】
ステップ８２２において、音響光学変調器（ＡＯＭ）レーザ周波数シフタシステムを用いて連続的な位相シフトが実行されて、第１レーザ周波数シフトを有する光、第２レーザ周波数シフトを有する光、及び少なくとも第３レーザ周波数シフトを有する光を連続的に生成する。一実施形態では、方法又はプロセス８００の１つ又は複数のステップが、連続的な位相シフトのために実行される。
【0099】
ステップ８２４において、連続的に生成された光を使用する干渉計を用いる位相シフト干渉法が、第１レーザ周波数シフトを有する光、第２レーザ周波数シフトを有する光、及び少なくとも第３レーザ周波数シフトを有する光を用いて実行される。例えば、コントローラ７０２の１つ又は複数のプロセッサ７０４は、干渉計１００又は６００から１つ又は複数の取得された干渉図形を受取ることと、１つ又は複数の取得された干渉図形内の表面高さ測定値又は表面勾配測定値から１つ又は複数の表面高さ又は表面勾配マップを生成することと、を行うように構成されてもよい。ここで、コントローラ７０２は、当該技術分野で公知の任意の源から１つ又は複数の干渉計を受取るように構成されてもよいことに留意されたい。したがって、コントローラ７０２は、検査サブシステム１０２以外の源から干渉計を受取るように構成されてもよく、該検査サブシステムは、メモリ７０６、外部記憶装置、ネットワーク等を含むが、これに限定されない。
【0100】
図８Ｃは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、レーザ周波数被シフト光を生成するための方法又はプロセス８３０を示す。ここで、方法又はプロセス８３０のステップは、干渉計１００又は干渉計６００によって全部又は一部が実施されてもよいことに留意されたい。しかしながら、方法又はプロセス８３０は、追加又は代替のシステムレベルの実施形態が方法又はプロセス８３０のステップの全部又は一部を実行し得るので、干渉計１００又は干渉計６００に限定されないことを更に認識されたい。
【0101】
ステップ８３２において、干渉計内の試験経路と基準経路との間の光学経路差が、干渉計内の周波数被シフトフィードバック（ＦＳＦ）レーザシステム及びミラーを用いて測定される。一実施形態では、ＦＳＦレーザシステム２１０は、干渉計１００又は干渉計６００の試験経路１０２及び／又は基準経路１０４の光学経路長（ＯＰＬ）を測定するために使用される。例えば、両者のＯＰＬを測定する場合に、試験経路１０２と基準経路１０４とを別々に順番に測定する。
【0102】
ステップ８３４において、音響光学変調器（ＡＯＭ）レーザ周波数シフタシステムを有するＦＳＦレーザシステムが切り替えられ、２次元センサを有する干渉計内のミラーが切り替えられる。一実施形態では、ＦＳＦレーザシステム２１０は、干渉計１００又は干渉計６００から分離され、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００は、干渉計１００又は干渉計６００に結合される。別の一実施形態では、干渉計１００又は干渉計６００内部のミラー２１８は、センサ１１２によって切り替えられる。
【0103】
ステップ８３６において、ＡＯＭレーザ周波数シフタシステムを用いる連続的な位相シフトが実行されて、第１レーザ周波数シフトを有する光、第２レーザ周波数シフトを有する光、及び少なくとも第３レーザ周波数シフトを有する光を連続的に生成する。一実施形態では、方法又はプロセス８００の１つ又は複数のステップが、連続的な位相シフトのために実行される。
【0104】
ステップ８３８において、位相シフト干渉法が、連続的に生成された第１レーザ周波数シフトを有する光、第２レーザ周波数シフトを有する光、及び少なくとも第３レーザ周波数シフトを有する光を使用する干渉計を用いて実行される。例えば、コントローラ７０２の１つ又は複数のプロセッサ７０４は、干渉計１００又は６００からの１つ又は複数の取得された干渉図形を受取ることと、１つ又は複数の取得された干渉図形内の表面高さ測定値又は表面勾配測定値から１つ又は複数の表面高さ又は表面勾配マップを生成することと、を行うように構成されてもよい。ここで、コントローラ７０２が、当該技術分野で公知の任意の源から１つ又は複数の干渉計を受取るように構成されてもよいことに留意されたい。したがって、コントローラ７０２は、検査サブシステム１０２以外の源から干渉計を受取るように構成されてもよく、該検査サブシステムは、メモリ７０６、外部記憶装置、ネットワーク等を含むが、これに限定されない。
【0105】
本開示の実施形態は、ＦＳＦレーザシステム２１０とＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００との光学結合及び非結合を示すけれども、ここで、特性評価システム７００は、ＦＳＦレーザシステム２１０及びＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００の両方を組み込むことを可能にするように配列された光学構成要素を含んでもよく、それにより、ＦＳＦレーザシステム２１０とＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００との光結合及び分離が不要であることに留意されたい。それに加えて、ここで、干渉計１００及び／又は干渉計６００は、センサ１１２及びミラー２１８の両方の設置を可能にするように配列された光学構成要素を含んでもよく、それにより、センサ１１２及びミラー２１８の切り替えが不要であることに留意されたい。そのため、上記の説明は、本開示についての限定ではなく、単なる例示として解釈されるべきである。
【0106】
ここで、本開示の目的のために、「レーザ周波数シフトを有する光」と「周波数被シフトビーム」とは、同等であるとみなされてもよいことに留意されたい。
【0107】
方法又はプロセス８００、８２０、８３０のステップは、連続な動作（例えば、連続的な位相シフト作用、連続的な監視等）を含むけれども、ここで、１つの周波数被シフトビームのみが存在する場合には、連続的な動作が必要ではないことに留意されたい。そのため、上記の説明は、本開示の範囲についての限定ではなく、単なる例示であるとして解釈されるべきである。
【0108】
ここで、方法又はプロセス８００、８２０、８３０は、提供されたステップ及び／又はサブステップに限定されないことに留意されたい。方法又はプロセス８００、８２０、８３０は、より多くの又はより少ないステップ及び／又はサブステップを含んでもよい。例えば、ステップ８１０は、サブシステム５００がＡＯＭレーザ周波数シフタシステム４００内部に設置されていない場合、任意選択であってもよい。それに加えて、方法又はプロセス８００、８２０、８３０は、ステップ及び／又はサブステップを同時に実行してもよい。更に、方法又はプロセス８００、８２０、８３０は、提供された順序又は提供された以外の順序を含むステップ及び／又はサブステップを連続的に実行してもよい。そのため、上記の説明は、本開示の範囲についての限定ではなく、単なる例示であるとして解釈されるべきである。
【0109】
本明細書に記載された方法又はプロセスの全ては、方法又はプロセスの実施形態の１つ又は複数のステップの結果をメモリ内に記憶することを含んでもよい。結果は、本明細書に記載された結果のいずれかを含んでもよく、そして当該技術分野で公知の任意の方法で記憶されてもよい。メモリは、本明細書に記載された任意のメモリ、又は当該技術分野で公知の任意の別の適切な記憶媒体を含んでもよい。結果が記憶された後に、結果は、メモリ内でアクセスされ、本明細書に記載された方法又はシステム実施形態のいずれかによって使用され、ユーザへの表示のためにフォーマットされ、別のソフトウェアモジュール、方法、又はシステム等によって使用され得る。更に、結果は、「永久的に」、「半永久的に」、「一時的に」、又はある期間の間、保存されてもよい。例えば、メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であってもよく、結果は、必ずしもメモリ内に無期限に存続しなくてもよい。
【0110】
上記方法の実施形態のそれぞれが、本明細書に記載された任意の別の方法の任意の別の１つ又は複数のステップを含んでもよいことが更に想定される。それに加えて、上記の方法の実施形態のそれぞれは、本明細書に記載されたシステムのうちのいずれかによって実施されてもよい。
【0111】
これに関して、本開示の利点は、ＡＯＭレーザ周波数シフタを使用することによって、数ｍｓ又はサブｍｓの期間中に多重ステップ（例えば、Ｎ≧３）位相シフト干渉法を実行すること、熱ドリフト、機械的振動、音響ノイズ、及びエアウィグルの影響を大幅に低減することを含む。本開示の利点はまた、ＤＵＶとＩＲとの間の幅広い波長範囲内で１０－５波よりも良好な位相シフトの正確度に到達することを含み、これは、ＰＺＴを使用すること等の従来の位相シフト方法によって実行可能ではない。本開示の利点はまた、周波数被シフトフィードバックレーザ等のレーザ周波数コーム技術を使用することによって、干渉計内の試験経路と基準経路との間のＯＰＤを約１ミクロンの正確度まで測定することを含む。
【0112】
当業者であれば、本明細書に記載された構成要素、動作、デバイス、物体、及びそれらに付随する議論は、概念上の明瞭性のための例として使用され、様々な構成変更が考えられることを認識するであろう。したがって、本明細書で使用されるように、説明された特定の例及び付随する議論は、それらのより一般的なクラスを表すことが意図されている。一般に、任意の特定の例の使用は、そのクラスを表すことが意図されており、特定の構成要素、動作、デバイス、及び物体の非包含は、限定として解釈されるべきではない。
【0113】
本明細書で用いられるように、「頂部」、「底部」、「上方」、「下方」、「上部」、「上向き」、「下部」、「下の」、「下向き」等の方向を示す用語が、説明のために相対位置を提供することが意図されており、そして絶対座標系を示すことが意図されていない。説明された実施形態への様々な修正が、当業者にとって明らかであろう、そして、本明細書で規定された一般原理は、別の実施形態に適用されてもよい。
【0114】
本明細書において実質的に任意の複数及び／又は単数用語を使用することに関して、当業者であれば、文脈及び／又は適用に適切であるように、複数から単数に及び／又は単数から複数に変換し得る。様々な単数／複数の置換は、明確にするために、本明細書には明示的に記載されていない。
【0115】
本明細書に記載された主題は、ときには別の構成要素内に含まれるか、又は別の構成要素と接続された異なる構成要素を示す。このような描かれた構成は、単なる例示であり、実際に、同じ機能を達成する多くの別の構成が実施され得ることが理解されるべきである。概念的な意味において、同じ機能を達成するための構成要素の任意の配列は、所望の機能が達成されるように効果的に「関連付けられている」。従って、特定の機能を達成するために本明細書において組み合わされた任意の２つの構成要素は、所望の機能が構成又は中間構成要素に関係なく達成されるように互いに「関連付けられている」と考えられ得る。同様に、そのように関連付けられた任意の２つの構成要素はまた、所望の機能を達成するために互いに「接続」又は「連結」されていると見なされ得、そしてそのように関連付けられることができる任意の２つの構成要素はまた、所望の機能を達成するために互いに「連結可能である」と考えられ得る。結合可能な特定の例は、物理的に篏合可能な及び／又は物理的に相互作用する構成要素、及び／又は、無線相互作用可能構成要素及び／又は無線相互作用構成要素、及び／又は、論理的に相互作用する及び／又は論理的に相互可能な構成要素が含まれるが、これに限定されない。
【0116】
更に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義されることが理解されるべきである。当業者によれば、概して、本明細書、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の主部）において使用される用語は、概して、「オープン」タームとして意図されていることが理解されるであろう（例えば、「を含んでいる」という用語は、「を含んでいるが、これに限定されるものではない」として解釈されるべきであり、「を有する」という用語は、「を少なくとも有する」として解釈されるべきであり、「を含む」という用語は、「を含むが、これに限定されない」として解釈されるべきである、等）。特定の数の導入請求項が意図されている場合には、そのような意図は、請求項内に明示的に記載されることになり、そのような記載が存在しない場合には、そのような意図が存在しないことが、当業者によって更に理解されるであろう。例えば、理解を助けるものとして、以下の添付された特許請求の範囲は、請求項記載を導入するために、導入句「少なくとも１つの」及び「１つ又は複数の」の使用を含んでもよい。しかしながら、そのような句の使用は、同じ特許請求の範囲が導入句「１つ又は複数の」又は「少なくとも１つの」及び「ａ」又は「ａｎ」等の不定冠詞（例えば、「ａ」及び／又は「ａｎ」は、典型的に「少なくとも１つ」又は「１つ又は複数の」）を含むときでさえ、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」による請求項記載の導入部が、そのような導入請求項記載を含む任意の特定請求項を、ただ１つのそのような記載を含む発明に限定することを意味すると解釈されるべきでなく、同じことが、請求の範囲記載を導入するために使用される定冠詞の使用に当てはまる。それに加えて、特定の数の導入請求項が明示的に記載されている場合であっても、当業者であれば、そのような記載が、典型的に、少なくとも記載された数を意味する（例えば、別の修正を伴わない「２つの記載」というそのままの記載は、典型的には少なくとも２つの記載、又は２つ以上の記載を意味する）と解釈されるべきであると認識するであろう。更に、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ等」に類似した記法が使用されるような例では、一般に、このような構成は、当業者が記法を理解するであろう意味に意図される（例えば、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみを、Ｂのみを、Ｃのみを、ＡとＢとを一緒に、ＡとＣとを一緒に、ＢとＣとを一緒に、及び／又はＡとＢとＣとを一緒に有するシステムを含むが、これに限定されない、等）。「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つ、等」に類似した記法が使用されるような場合では、概して、そのような構成は、当業者がその記法を理解するであろう意味（例えば、「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみを、Ｂのみを、Ｃのみを、ＡとＢとを一緒に、ＡとＣとを一緒に、ＢとＣとを一緒に、及び／又はＡとＢとＣとを一緒に有するシステムを含むが、これに限定されない、等）において意図されている。当業者によれば更に理解されるであろうが、事実上、２つ以上の代替的な用語を提示する実質的に任意の無視可能な単語及び／又は句は、説明、特許請求の範囲、又は図面において、用語のうちの１つ、用語のいずれか、又は両方の用語を含む可能性を考慮するものと理解されるべきである。例えば、「Ａ又はＢ」という語句は、「Ａ」又は「Ｂ」又は「Ａ及びＢ」の可能性を含むと理解されるであろう。
【0117】
本開示及びその付随する利点の多くは、前述の説明によって理解されるであろう、そして開示された主題から逸脱することなく、又はその主題の利点の全てを犠牲にすることなく、構成要素の形式、構造及び配置において様々な変更がなされてもよいことは明らかであろう。説明した形式は、単に説明のためのものであり、そのような変更を包含すること及び含むことは、以下の特許請求の範囲が意図するものである。更に、本発明は、特許請求の範囲によって規定されることが理解されるべきである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【国際調査報告】