特表 2025-506571 平行面を有する基板の表面品質を分析するためのシステムおよび方法

(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】2025-03-11

(54)【発明の名称】平行面を有する基板の表面品質を分析するためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/16 20060101AFI20250304BHJP

【ＦＩ】

G01B11/16 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024571262

(86)(22)【出願日】2023-02-16

(85)【翻訳文提出日】2024-10-16

(86)【国際出願番号】 EP2023053887

(87)【国際公開番号】W WO2023156519

(87)【国際公開日】2023-08-24

(31)【優先権主張番号】2201527

(32)【優先日】2022-02-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524312096

【氏名又は名称】イマジン オプティック

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ルヴェク，グザヴィエ

(72)【発明者】

【氏名】ルフォードゥ，ニコラ

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA65

2F065BB03

2F065BB13

2F065BB22

2F065CC19

2F065FF00

2F065GG02

2F065GG04

2F065GG07

2F065GG18

2F065HH03

2F065HH15

2F065JJ03

2F065JJ09

2F065JJ26

2F065LL10

2F065LL12

2F065LL22

(57)【要約】

本明細書は、基板（１００）の表面品質を分析するための方法に関し、この方法は、前記基板の第１の面（Ａ）に入射する第１の光ビーム（２２１）を放出することと、第１の面による第１のビームの反射によってもたらされる第１の反射ビーム（２２２ａ）および基板の第２の面（Ｂ）による反射によってもたらされる第２の反射ビーム（２２２ｂ）の波面の組み合わせの特徴を示す第１の測定信号を少なくとも生成するために、波面分析手段（２４０）によって、第１の反射ビームと第２の反射ビームとを受け取ることと、第２の測定信号を生成するために、波面分析手段によって、第２の光ビームによる基板の透過によってもたらされる透過ビームを受け取ることと、第１および第２の測定信号から、第１の面および第２の面の変形をそれぞれ示す第１の信号および第２の信号を算出することと、を含む。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平行面を有する基板（１００）の表面品質を分析するための方法であって、
放出手段の少なくとも１つの第１の光源（２１０、２１０ａ）によって、時間的コヒーレンスの低い少なくとも１つの第１の光ビーム（２２１）を放出し、前記少なくとも１つの第１の光ビームは、前記基板の第１の面（Ａ）に入射し、前記基板は、前記第１の光ビームの少なくとも１つの波長に対して少なくとも部分的に透明であることと、
前記基板の前記第１の面（Ａ）による前記少なくとも１つの第１の光ビームの反射によってもたらされる少なくとも１つの第１の反射ビーム（２２２ａ）、および、前記第１の光ビームの前記基板への第１の透過とその後の前記基板の第２の面（Ｂ）による反射に続く前記基板への第２の透過とによってもたらされる第２の反射ビーム（２２２ｂ）の、各波面の組み合わせの特徴を示す、少なくとも１つの第１の測定信号を生成するために、波面分析手段の少なくとも１つの第１の波面アナライザ（２４０、２４０ａ）によって、前記少なくとも１つの第１の反射ビームおよび前記第２の反射ビームを受け取ることと、
前記放出手段によって放出される第２の光ビームの前記基板への少なくとも１つの第１の透過によってもたらされる少なくとも１つの第１の透過ビーム（２２３、２２３ａ）の波面の特徴を示す、第２の測定信号を生成するために、前記波面分析手段によって、前記少なくとも１つの第１の透過ビームを受け取ることと、
前記少なくとも１つの第１の測定信号および前記第２の測定信号から、第１の基準面に対する前記基板の前記第１の面の変形を示す少なくとも１つの第１の信号と、第２の基準面に対する前記基板の前記第２の面の変形を示す少なくとも１つの第２の信号とを算出することと、を含む、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも１つの第１の光ビームが、前記基板に対して実質的に垂直なように、前記基板に入射する、方法。

【請求項3】

請求項１および２のいずれかに記載の方法であって、
前記第２の光ビームは前記基板の前記第１の面（Ａ）に入射し、前記方法は、前記第２の測定信号の生成のために、
前記第２の光ビームに対して実質的に垂直なように配置された基準ミラーを、位置決めすることをさらに含み、
前記第１の透過ビーム（２２３）は、前記第２の光ビームの前記基板への第１の透過と、前記基準ミラーによる反射と、前記基準ミラーによって反射されたビームの前記基板への第２の透過とによってもたらされ、
前記第１および第２の反射ビームならびに前記第１の透過ビームは、前記波面分析手段の前記第１の波面アナライザ（２４０）によって受け取られる、方法。

【請求項4】

請求項３に記載の方法であって、前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームが前記第１の光源によって放出される、方法。

【請求項5】

請求項１および２のいずれかに記載の方法であって、
前記第２の光ビームは、前記基板の前記第１の面（Ａ）に入射し、
前記第１の透過ビーム（２２３、２２３ａ）は、前記第２の光ビームの前記基板への第１の透過によってもたらされ、
前記第１の透過ビームは、前記第１の波面アナライザとは別の前記波面分析手段の第２の波面アナライザ（２４０ｂ）によって、受け取られる、方法。

【請求項6】

請求項１および２のいずれかに記載の方法であって、
前記第２の光ビーム（２２１ｂ）は、前記第１の光源とは別の前記放出手段の第２の光源によって放出されて、前記基板の前記第２の面（Ｂ）に入射し、
前記第１の透過ビーム（２２３ｂ）は、前記第２の光ビームの前記基板への第１の透過によってもたらされ、
前記第１の透過ビームは、前記測定分析手段の前記第１の波面アナライザ（２４０）によって受け取られる、方法。

【請求項7】

請求項６に記載の方法であって、
前記第１の光源によって放出される前記第１の光ビームと、前記第２の光源によって放出される前記第２の光ビームとが、異なる波長および偏光の少なくとも一方を有し、前記方法はさらに、
前記第１の入射ビームの前記基板への第１の透過によってもたらされる第２の透過ビーム（２２３ａ）の波面の特徴を示す第３の測定信号を生成するために、前記第１の波面アナライザとは別の前記波面分析手段の第２の波面アナライザ（２４０ｂ）によって、前記第２の透過ビームを受け取ることと、
前記基板内の屈折率の変動の特徴を示す信号を生成するために、前記第１の透過ビームの波面の特徴を示す前記第２の測定信号と、前記第２の透過ビームの波面の特徴を示す前記第３の測定信号と、を比較することと、を含む、方法。

【請求項8】

平行面を有する基板の表面品質を分析するためのシステムであって、
分析される前記基板を受けるように構成された少なくとも１つの第１の支持体と、
前記基板が少なくとも部分的に透明となる少なくとも１つの波長を有する時間的コヒーレンスの低い少なくとも１つの第１の光ビームを、放出するための、少なくとも１つの第１の光源を、含み、動作中に前記少なくとも１つの第１の光ビームが前記基板に入射するように構成される、放出手段と、
少なくとも１つの第１の波面アナライザ（２４０、２４０ａ）を含む波面分析手段であって、動作中に、
前記基板の第１の面（Ａ）による前記少なくとも１つの第１の光ビームの反射によってもたらされる少なくとも１つの第１の反射ビーム（２２２ａ）、および、前記第１の光ビームの前記基板への第１の透過とその後の前記基板の第２の面（Ｂ）による反射に続く前記基板への第２の透過とによってもたらされる第２の反射ビーム（２２２ａ）の、各波面の組み合わせの特徴を示す、第１の測定信号を生成するために、前記第１の波面アナライザの分析表面において、前記少なくとも１つの第１の反射ビームおよび前記第２の反射ビームを受け取り、
前記放出手段によって放出される第２の光ビームの前記基板への少なくとも１つの第１の透過によってもたらされる少なくとも１つの第１の透過ビーム（２２３、２２３ａ）の波面の特徴を示す、第２の測定信号を生成するために、前記波面分析手段によって、前記少なくとも１つの第１の透過ビームを受け取るように構成される、前記波面分析手段と、
前記第１の測定信号および前記第２の測定信号から、第１の基準面に対する前記基板の前記第１の面の変形を示す少なくとも１つの第１の信号と、第２の基準面に対する前記基板の前記第２の面の変形を示す少なくとも１つの第２の信号と、を算出するように構成された処理ユニット（２６０）と、を含む、システム。

【請求項9】

請求項８に記載のシステムであって、前記放出手段が、動作中に前記少なくとも１つの第１の光ビームが前記基板に対して実質的に垂直なように、前記基板に入射するように、構成される、システム。

【請求項10】

請求項８および９のいずれかに記載のシステムであって、前記第１の波面アナライザの前記分析表面は、分析される前記基板と実質的に光学的に共役する、システム。

【請求項11】

請求項８～１０のいずれか一項に記載のシステムであって、
動作中前記第２の光ビームに対して実質的に垂直なように配置される基準ミラーを、受けるように構成される、第２の支持体をさらに含み、動作中に、
前記第１の透過ビーム（２２３）は、前記基板への前記少なくとも１つの第１の入射ビームの第１の透過と、前記基準ミラーによる反射と、前記基準ミラーによって反射されたビームの前記基板への第２の透過とによってもたらされ、
前記第１および第２の反射ビームならびに前記第１の透過ビームは、前記波面分析手段の前記第１の波面アナライザ（２４０）によって、受け取られる、システム。

【請求項12】

請求項８～１０のいずれかに記載のシステムであって、前記波面分析手段は、前記第１の波面アナライザとは別の第２の波面アナライザを含み、
前記放出手段は、動作中に前記第２の光ビームが前記基板の前記第１の面に入射するように構成され、前記第１の透過ビームは、前記第２の光ビームの前記基板への第１の透過によってもたらされ、
前記波面分析手段は、動作中に前記第１の透過ビームが前記波面分析手段の前記第２の波面アナライザによって受け取られるように構成される、システム。

【請求項13】

請求項８～１２のいずれかに記載のシステムであって、前記少なくとも１つの第１の波面アナライザが、ハルトマンおよびシャックハルトマン波面アナライザ、横方向シフト干渉計、モアレデフレクトメータ、ならびにシュリーレン法に基づくデバイスの中から選択される、システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、平行面を有する基板の表面品質を分析するためのシステムおよび方法に関し、より具体的には、このような基板の表面の変形の分析に関する。

【背景技術】

【0002】

本明細書においては単純に「基板」と呼ばれる平行面を有する材料の表面のトポグラフィは、多くの分野に関連し、これらの材料は、たとえばコンピュータのハードディスク用のガラス基板、半導体産業用のシリコンフォトマスクおよびウェハ、モバイルデバイス用のフラットスクリーンおよびガラスディスプレイ、窓、Ｘ線望遠鏡の光学系、光学フィルタ、ビームスプリッタ、ならびに、保護ドームなどを含み得る。

【0003】

このような基板の表面の任意の変形は、それらの基板を用いるシステムにおいて歪みを引き起こすことがあるため、それらの変形を調査および定量化できることが重要である。

【0004】

基板の表面品質を分析するための非接触の光学的方法が知られている。基板の面の表面品質の分析においてほとんどの方法が遭遇する困難の１つは、特に、測定に用いられる光源のスペクトル帯において透明な基板の場合、他方の面（後面）による反射の影響である。

【0005】

たとえば総説論文の［参考文献１］などにおいて、後面における反射の影響を克服し得る薄い透明材料の表面品質を分析するためのさまざまな計測方法が記載されている。

【0006】

特に、後面からの反射を抑制するために後面に適切な屈折率を有するコーティングを施したり、前面に高反射性のコーティングを施したりすることが知られているが、これらの方法はコーティングの塗布および洗浄作業を必要とし、それら自体が表面変形を引き起こすおそれがある。

【0007】

［参考文献１］は、位相シフト干渉法も記載しており、ここでは基板の両面の反射による寄生干渉を避けるために、白色光源または低コヒーレンスの光源が用いられる。たとえばマイケルソン干渉計などを用いるこれらの方法は、実装が困難であり、変形が厚さよりもはるかに小さい基板に限定される。

【0008】

［参考文献１］において説明されるように、周波数を調節可能なレーザ源を用いた位相シフト干渉法も検討されてもよい。たとえば、３つの表面（基準面、基板の前面、および後面）に対する干渉測定が、２つの異なる波長で順次行われてもよく、その後に再び２つの波長で新たな干渉測定が行われるが、基板を裏返して後面が基準面に向くようにする。そして、材料の平面および平行表面の干渉の寄与、ならびに特に前面と基準面との間の干渉による寄与は、数学的に分離され得る。しかし、この方法は試料の操作を必要とし、試料は２セットの測定を行うために反転される必要があり、これは壊れやすく変形しやすい材料の場合に不都合なことがある。より一般的には、周波数変動源を用いる公知の方法が存在し、ここでは干渉信号のスペクトルのフーリエ解析によって、異なる面のプロファイルが抽出され得る。これらの方法は、いずれも多数のデータ取得を必要とするため、環境、特に振動の影響を非常に受けやすい。

【0009】

［参考文献１］は、シャッターによって後面からの反射を遮断することを可能にする、前面および後面からの反射の空間的分離のための方法も記載している。これらの方法は、たとえば斜照明または球形の照明を用いた干渉法（「斜入射干渉法」としても知られている）などを含む。しかし、これらの方法はコンポーネントのアライメントに対して非常に敏感である。

【0010】

干渉に基づく方法に加えて、［参考文献１］は、シャックハルトマン（Ｓｈａｃｋ－Ｈａｒｔｍａｎｎ）波面アナライザを用いて薄い透明材料の面の光学的品質を分析するための方法を、紹介している。

【0011】

［参考文献１］から引用した図１に示されるように、シャックハルトマン波面アナライザは、マイクロレンズの配列２０と、基本的検出器の配列３０とを含む。たとえば平坦な基準波面などの基準波面がマイクロレンズ配列２０に入射すると、各マイクロレンズ（２０ｉ、２０ｊ、．．．）は偏向を伴わずに波面の一部を捕捉して焦点を合わせ、各焦点の重心が、基本的検出器の配列３０上に規則的に配置される。対照的に、図１に示されるように、波面１０が平坦な基準波面に対して変形して入射するとき、マイクロレンズ（２０ｉ、２０ｊ、．．．）は、局所的にゼロでない傾斜を有する波面の各部分（１０ｉ、１０ｊ、．．．）を捕捉する。この結果として、基本的検出器配列３０上の各焦点の重心が移動されることになる。このように決定された測定信号に基づき、移動の２次元マトリクスに従って、波面の局所的な傾斜のマトリクスを決定し、そこからたとえば局所的な傾斜の値の数値的な積分などによって、基準波面に対する各マイクロレンズにおいて測定される波面の値のマトリクスを導き出すことが可能である。分析される面の局所的な変形は波面の局所的な変形と正比例するため、こうしてシャックハルトマン測定信号に基づいて変形を決定することができる。

【0012】

上述の干渉技術と比較すると、シャックハルトマン波面アナライザを用いる計測方法、またはより一般的には、波面を直接分析する波面アナライザを実装するデバイスは、特に、時間的にインコヒーレントであるか、または時間的コヒーレンスが低い、通常レーザよりも安価な各光源を、用いることを可能にし、かつ、より制御されていない環境において動作することを可能にし、加えて、これらの解決策はコストがより低い。

【0013】

しかし、［参考文献１］において説明されるように、特に材料が少なくとも部分的に透明となる波長を含む光源を使用して作業をする場合、後面からの反射が前面の表面品質の測定に干渉することがある。よって、材料の透明領域のすべての波長をフィルタリングするためにスペクトルフィルタを設置すべきであること、または、分析される基板の材料により透過されることのない波長を有する光源を用いるべきであることが、提案されている。

【0014】

公開特許出願である［参考文献２］は、表面欠陥について測定される基板に対する、反射および透過の同時測定のための２つの波面アナライザ、この場合には横方向シフト干渉計（または「シヤリング干渉計」）の使用を記載している。シャックハルトマン波面アナライザと同様に、このような横方向シフト干渉計を用いて波面を直接測定し得る。横方向シフト干渉計は基準ビームとの干渉を用いず、波面の一次導関数に対して敏感である。反射測定は面のトポロジについての情報を提供し、透過測定は基板の厚さの変動についての情報を提供する。これら２つの測定を組み合わせて、基板の両面のトポロジについての情報を得ることができる。この方法は良好に機能するが、基板の一方の面の反射測定が第２の面からの反射に干渉されてはならないため、その実装は複雑である。この目的のために、基板材料が不透明すなわち吸収性である波長をこの反射測定に用いるべきであることが提案されている。これにより、たとえばＵＶまたは遠赤外域の波長などを選ぶことが必要になり、特殊なセンサおよび光学系を必要とするため、材料の選択およびコスト面での制約が生じる。

【0015】

本明細書の１つの目的は、［参考文献２］に記載されるデバイスおよび方法による制約を受けることなく、低い時間的コヒーレンスを有する１つ以上の光源の使用を可能にする波面アナライザを用いて、平行面を有する基板の２面の表面品質を分析するためのシステムおよび方法を提案することである。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0016】

本明細書において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」は、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」または「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」と同じ意味を有し、かつ包括的またはオープンであり、記載または表現されていないその他の構成要素を除外しない。

【0017】

さらに、本明細書において、「約」または「実質的に」は、それぞれの値の上側または下側の１０％の余裕（ｍａｒｇｉｎ）、たとえば５％などの余裕と同義（同じ意味）である。

【0018】

第１の態様によると、本明細書は、平行面を有する基板の表面品質を分析するための方法であって、放出手段の少なくとも１つの第１の光源によって、時間的コヒーレンスの低い少なくとも１つの第１の光ビームを放出し、前記少なくとも１つの第１の光ビームは、前記基板に入射し、前記基板は、前記第１の入射光ビームの少なくとも１つの波長に対して少なくとも部分的に透明であることと、前記基板の第１の面による前記少なくとも１つの第１の光ビームの反射によってもたらされる少なくとも１つの第１の反射ビーム、および、前記第１の光ビームの前記基板への第１の透過とその後の前記基板の第２の面による反射に続く前記基板への第２の透過とによってもたらされる第２の反射ビームの、各波面の組み合わせの特徴を示す、少なくとも１つの第１の測定信号を生成するために、波面分析手段の少なくとも１つの第１の波面アナライザによって、前記少なくとも１つの第１の反射ビームおよび前記第２の反射ビームを受け取ることと、前記放出手段によって放出される第２の光ビームの前記基板への少なくとも１つの第１の透過によってもたらされる少なくとも１つの第１の透過ビームの波面の特徴を示す、第２の測定信号を生成するために、前記波面分析手段によって、前記少なくとも１つの第１の透過ビームを受け取ることと、前記少なくとも１つの第１の測定信号および前記第２の測定信号から、第１の基準面に対する前記基板の前記第１の面の変形を示す少なくとも１つの第１の信号と、第２の基準面に対する前記基板の前記第２の面の変形を示す少なくとも１つの第２の信号とを算出することと、を含む、方法に関する。

【0019】

本明細書において、「平行面を有する基板」とは、第１の面および第２の面を有する光学素子であって、それらの面に垂直な軸に沿って測定された２面間の距離が光学素子全体にわたって実質的に一定である、すなわち±１０％未満の厚さの変動を有する光学素子を意味すると解釈される。平行面を有する基板は平坦であってもよく、その場合の前記各面間の角度は約５分（ｍｉｎｕｔｅｓ ｏｆ ａｒｃ）未満である。本明細書において、平行面を有する基板の他の形状が考えられてもよく、それはたとえば保護ドームなどの湾曲した基板などである。

【0020】

本明細書において、低い時間的コヒーレンスを有する光ビームは、基板の各面における反射ビーム間の任意の干渉効果をなくすために十分に低い時間的コヒーレンスを有する光ビームであり、このような干渉効果は測定に問題を引き起こす可能性がある。この目的のために、実際には、第１の光ビームの時間的コヒーレンスの長さを、分析される平行面を有する基板の光学的厚さの約２倍未満にすることが有利であり、基板の光学的厚さは、基板の厚さと基板を作っている材料の平均屈折率とを掛け合わせたものである。第１の光ビームの時間的コヒーレンスは約１００μｍ以下であるか、または有利には約１０μｍ以下である。よって、たとえば、約１０μｍ以下の時間的コヒーレンスを有する第１の光ビームによって、非常に薄い基板、すなわち数十ミクロンの厚さを有する基板の表面を分析できる。なお、第１の光ビームの時間的コヒーレンスの長さは、分析される基板に対する最小の厚さを設定するが、さらなる限定を課すことはない。たとえば、約１０μｍ以下の時間的コヒーレンスを有する同じ光源によって、数十センチメートルの厚さを有する基板も分析され得る。

【0021】

実施形態の１つ以上の例によると、前記少なくとも１つの第１の光ビームおよび前記第２の光ビームは空間的にコヒーレントである。

【0022】

たとえばシャックハルトマン波面アナライザが用いられるとき、第１および第２の光ビームは、もたらされる反射または透過ビームがマイクロレンズ配列に入射して、焦点を生成するマイクロレンズのサイズよりも小さいサイズを有する焦点を生成するために十分な空間的コヒーレンスを有する。

【0023】

原則として、光ビームを生成する光源の空間的コヒーレンスが減少するとき、すなわち光源の角度サイズが増加するときに、波面アナライザの精度も減少することが知られている。したがって、光ビームの空間的コヒーレンスは、適用の要件に適合する精度によるアナライザの測定を可能にするために十分でなければならない。たとえば、シャックハルトマンセンサに対して上記で説明されたように、アナライザの空間内に伸長する光ビーム放出源の角度サイズがマイクロレンズの回折角未満であるときは、測定の精度が大きくは影響されないことが知られている。

【0024】

実施形態の１つ以上の例によると、低い時間的コヒーレンスを有する前記少なくとも１つの第１の光ビームの放出のための前記少なくとも１つの第１の光源は、白熱灯、発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、モノモードファイバにファイバ化されてもよいスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＥＤ：ｓｕｐｅｒ－ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｏｄｅ）、および、モノモードファイバにファイバ化されてもよい、自身のレーザ効果生成閾値未満で使用されるレーザダイオードの中から選択される光源である。

【0025】

本明細書において、基板が自身を通過するビームの少なくとも１つの波長に対して少なくとも部分的に透明であると言われるのは、前記波長における前記ビームの透過率が少なくとも１０％に等しいか、または有利には少なくとも３０％に等しいときである。

【0026】

たとえば［参考文献２］に記載される方法などの先行技術に記載される方法とは対照的に、本明細書においては、分析される基板に入射する第１の光ビームが基板によって少なくとも部分的に透過されることを確実にすることによって、基板の第１および第２の面によって反射されたビームの波面の組み合わせが、波面分析手段の前記少なくとも１つの第１の波面アナライザによって分析され得る。

【0027】

本明細書において、光ビームの「波面」という用語は、前記ビームを形成する電磁波と同じ位相を有する表面に適用される。よって、たとえば欠陥のない基板の平坦な表面が平坦な基準波によって照らされるときは、反射ビームの波面も平坦である。表面が平坦な基準面に対する局所的な変形を有するとき、反射ビームの波面は平坦な基準波面に対して変形する。よって本明細書において、波面分析は、必ずしもそうではないがたとえば平坦な波面などである基準波面に対する、前記波面の変形の測定である。たとえば、湾曲した基板の分析において、基準波面は球形波面であり得る。

【0028】

よって本明細書において、第１の測定信号と、第２の測定信号と、基板の第１および第２の表面の変形の特徴を示す信号とはマトリクス信号であり、すなわち値の２次元マトリクスで構成された信号である。

【0029】

本明細書における「波面アナライザ」は、分析されるビームと基準ビームとの干渉を利用する干渉技術とは対照的に、分析されるビームの波面を直接測定するためのデバイスを示す。このようなデバイスは一般的に、波面の局所的な傾斜（すなわち、波面の一次導関数）を決定することを可能にし、これは通常、１つ以上の光学素子のセットと、通常は２次元の検出器と、を含む波面センサを用いて光線の移動の角度の変動を分析することに基づいている。

【0030】

実施形態の１つ以上の例によると、波面分析手段の前記少なくとも１つの第１の波面アナライザは、たとえば［参考文献３］などに記載されるハルトマンおよびシャックハルトマン波面アナライザ、たとえば［参考文献４］などに記載される横方向シフト干渉計、たとえば［参考文献５］などに記載されるモアレデフレクトメータ、ならびに、たとえば［参考文献６］などに記載されるシュリーレン法に基づくデバイスの中から選択される。

【0031】

実施形態の１つ以上の例によると、前記少なくとも１つの第１の光ビームが、前記基板に対して実質的に垂直なように、前記基板に入射する。第１の光ビームが垂線に対して傾斜を付けて基板に入射する配置を想定することも可能であるが、実質的に垂直の入射は光学アセンブリを単純化し、特に厚い基板の場合に第１の反射ビームと第２の反射ビームとの間に任意の横方向シフトを導入することを回避することを可能にするため、実質的に垂直の入射が好ましい。

【0032】

実施形態の１つ以上の例によると、前記第２の光ビームは前記基板の前記第１の面に入射し、前記方法は、前記第２の測定信号の生成のために、前記第２の光ビームに対して実質的に垂直なように配置された基準ミラーを、位置決めすることをさらに含み、前記第１の透過ビームは、前記第２の光ビームの前記基板への第１の透過と、前記基準ミラーによる反射と、前記基準ミラーによって反射されたビームの前記基板への第２の透過とによってもたらされ、前記第１反射ビームは、前記波面分析手段の前記第１の波面アナライザによって受け取られる。

【0033】

このように記載される方法は、単一の波面アナライザおよび単一の光放出源によって実装されてもよく、第１の光ビームおよび第２の光ビームは同じ光源から放出され得る。

【0034】

基準ミラーは、平行または湾曲面を有する平坦な基板の分析を目的とする場合は平坦であってもよいし、曲率がゼロではない基板の分析を目的とする場合はたとえば球形などであってもよい。

【0035】

実施形態のいくつかの例によると、基準ミラーは取り外し可能に配置されてもよい。実施形態の他の例において、基準ミラーはたとえばシャッターなどを用いてマスク可能であってもよいし、ミラーにより反射されたビームが波面分析手段に受け取られないように、モータ駆動式または非モータ駆動式の回転システムによって方向を調整可能であってもよい。どちらの場合も、これによって、ミラーが存在しないか、またはマスクもしくは回転された場合の前記第１および第２の反射ミラーの波面の組み合わせの特徴を示す第１の測定信号を得ることと、基準ミラーが存在してマスクも回転もされないときの前記透過ビームの波面の特徴を示す第２の測定信号を得ることとが可能になる。

【0036】

実施形態の１つ以上の例によると、前記第２の光ビームは、前記基板の前記第１の面に入射し、前記第１の透過ビームは、前記第２の光ビームの前記基板への第１の透過によってもたらされ、前記第１の透過ビームは、前記第１の波面アナライザとは別の前記波面分析手段の第２の波面アナライザによって、受け取られる。

【0037】

このように記載される方法は、同一であっても異なっていてもよい２つの別個の波面アナライザを含む波面分析手段によって実施される。前記第１および第２の光ビームは同じ光源から同時に放出され得るため、前記第１および第２の反射ビームの波面の組み合わせの特徴を示す第１の測定信号と、前記透過ビームの波面の特徴を示す第２の測定信号とを、基準ミラーの操作なしに同時に得ることができる。

【0038】

実施形態の１つ以上の例によると、前記第２の光ビームは、前記第１の光源とは別の前記放出手段の第２の光源によって放出されて、前記基板の前記第２の面に入射し、前記第１の透過ビームは、前記第２の光ビームの前記基板への第１の透過によってもたらされ、 前記第１の透過ビームは、前記測定分析手段の前記第１の波面アナライザによって受け取られる。

【0039】

このように記載される方法は、２つの別個の放出源を含む放出手段によって実施され、これらの放出源は同一であるか、また
、異なる。この方法は、前記第１および第２の反射ビームの波面の組み合わせの特徴を示す第１の測定信号と、前記透過ビームの波面の特徴を示す第２の測定信号とを、基準ミラーの操作なしに得ることを可能にする。

【0040】

したがって、実施形態の１つ以上の例によると、異なる種類の放出源の場合、前記第１の光源によって放出される前記第１の光ビームと、前記第２の光源によって放出される前記第２の光ビームとが、異なる波長および偏光の少なくとも一方を有する。前記方法はさらに、前記第１の入射光ビームの前記基板への第１の透過によってもたらされる第２の透過ビームの波面の特徴を示す第３の測定信号を生成するために、前記第１の波面アナライザとは別の前記波面分析手段の第２の波面アナライザによって、前記第２の透過ビームを受け取ることと、
前記基板内の屈折率の変動の特徴を示す信号を生成するために、前記第１の透過ビームの波面の特徴を示す前記第２の測定信号と、前記第２の透過ビームの波面の特徴を示す前記第３の測定信号と、を比較することと、を含んでもよい。

【0041】

第２の態様によると、本明細書は、第１の態様による分析方法の実装のための、平行面を有する基板の表面品質を分析するためのシステムに関する。

【0042】

したがって、第２の態様によるシステムは、分析される前記基板を受けるように構成された少なくとも１つの第１の支持体と、前記基板が少なくとも部分的に透明となる少なくとも１つの波長を有する時間的コヒーレンスの低い少なくとも１つの第１の光ビームを、放出するための、少なくとも１つの第１の光源を、含み、動作中に前記少なくとも１つの第１の光ビームが前記基板に入射するように構成される、放出手段と、少なくとも１つの第１の波面アナライザを含む波面分析手段であって、動作中に、前記基板の第１の面による前記少なくとも１つの第１の光ビームの反射によってもたらされる少なくとも１つの第１の反射ビーム、および、前記第１の光ビームの前記基板への第１の透過とその後の前記基板の第２の面による反射に続く前記基板への第２の透過とによってもたらされる第２の反射ビームの、各波面の組み合わせの特徴を示す、第１の測定信号を生成するために、前記第１の波面アナライザの分析表面において、前記少なくとも１つの第１の反射ビームおよび前記第２の反射ビームを受け取り、前記放出手段によって放出される第２の光ビームの前記基板への少なくとも１つの第１の透過によってもたらされる少なくとも１つの第１の透過ビームの波面の特徴を示す、第２の測定信号を生成するために、前記波面分析手段によって、前記少なくとも１つの第１の透過ビームを受け取るように構成される、前記波面分析手段と、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号から、第１の基準面に対する前記基板の前記第１の面の変形を示す少なくとも１つの第１の信号と、第２の基準面に対する前記基板の前記第２の面の変形を示す少なくとも１つの第２の信号と、を算出するように構成された処理ユニットと、を含む。

【0043】

実施形態の１つ以上の例によると、前記放出手段が、動作中に前記少なくとも１つの第１のビームが前記基板に対して実質的に垂直なように、前記基板に入射するように、構成される。

【0044】

実施形態の１つ以上の例によると、前記第１の波面アナライザの前記分析表面は、分析される前記基板と光学的に共役する。

【0045】

実施形態の１つ以上の例によると、システムは、動作中前記第２の光ビームに対して実質的に垂直なように配置される基準ミラーを、受けるように構成される、第２の支持体をさらに含み、動作中に、
前記第１の透過ビームは、前記基板への前記第２の入射ビームの第１の透過と、前記基準ミラーによる反射と、前記基準ミラーによって反射されたビームの前記基板への第２の透過とによってもたらされ、
前記第１および第２の反射ビームならびに前記第１の透過ビームは、前記波面分析手段の前記第１の波面アナライザによって、受け取られる。

【0046】

実施形態の１つ以上の例によると、前記波面分析手段は、前記第１の波面アナライザとは別の第２の波面アナライザを含み、前記放出手段は、動作中に前記第２の光ビームが前記基板の前記第１の面に入射するように構成され、前記第１の透過ビームは、前記第２の光ビームの前記基板への第１の透過によってもたらされ、前記波面分析手段は、動作中に前記第１の透過ビームが前記波面分析手段の前記第２の波面アナライザによって受け取られるように構成される。

【0047】

実施形態の１つ以上の例によると、波面分析手段の前記少なくとも１つの第１の波面アナライザは、たとえば［参考文献３］などに記載されるハルトマンおよびシャックハルトマン波面アナライザ、たとえば［参考文献４］などに記載される横方向シフト干渉計、たとえば［参考文献５］などに記載されるモアレデフレクトメータ、ならびに、たとえば［参考文献６］などに記載されるシュリーレン法に基づくデバイスの中から選択される。

【0048】

以下の図面によって示される説明に照らして、本発明のその他の利点および特徴が明らかになるだろう。

【図面の簡単な説明】

【0049】

【図1】上述の図１は、先行技術によるシャックハルトマンアナライザの原理を示す図である。

【図2A】本明細書による基板の表面品質を分析するためのシステムの第１の例を用いて、本明細書による基板の表面品質を分析するための方法の例の第１のステップを示す図である。

【図2B】図２Ａに示される基板の表面品質を分析するためのシステムを用いて、本明細書による基板の表面品質を分析するための方法の例の第２のステップを示す図である。

【図3A】図３Ａは、本明細書による基板の表面品質を分析するための方法のステップにおける、シャックハルトマンアナライザによる第１および第２の反射ビームの波面の組み合わせの特徴を示す信号の測定を示す図である。

【図3B】図３Ｂは、図３Ａに示される測定をより詳細に示す図である。

【図4A】図４Ａは、第１の面が平坦な基準面に対する表面欠陥を有する場合、基板の第１の面から反射される平坦な波面が受ける変形の例を示す図である。

【図4B】図４Ｂは、第２の面が表面欠陥を有する場合、最初に図４Ａに示される基板を透過し、次いで基板の第２の面から反射され、次いで基板を２回目に透過する平坦な波面が受ける変形の例を示す図である。

【図4C】図４Ｃは、図４Ｂに示される基板を透過し、次いで基準ミラーから反射されて基板を再び透過する平坦な波面が受ける変形の例を示す図である。

【図5A】曲率がゼロではない基板を分析するために適合された、本明細書による基板の表面品質を分析するためのシステムの第２の例を用いて、本明細書による基板の表面品質を分析するための方法の例の第１のステップを示す図である。

【図5B】図５Ａに示される基板の表面品質を分析するためのシステムを用いて、本明細書による基板の表面品質を分析するための方法の例の第２のステップを示す図である。

【図6】本明細書による基板の表面品質を分析するためのシステムの第３の例を用いて、本明細書による基板の表面品質を分析するための方法の例のステップを示す図である。

【図7】本明細書による基板の表面品質を分析するためのシステムの第４の例を用いて、本明細書による基板の表面品質を分析するための方法の例のステップを示す図である。

【図8】本明細書による基板の表面品質を分析するためのシステムの第５の例を用いて、本明細書による基板の表面品質を分析するための方法の例のステップを示す図である。

【図9】図２Ａおよび図２Ｂに示されるシステムによって得られた、基板の面の変形のマトリクスを表す実験画像を、示す図である。

【図10A】傾斜角を有する基板への第１の光ビームの入射に対して適合された、本明細書による基板の表面品質を分析するためのシステムの第６の例を用いて、本明細書による基板の表面品質を分析するための方法の例の第１のステップを示す図である。

【図10B】図１０Ａに示される基板の表面品質を分析するためのシステムを用いて、本明細書による基板の表面品質を分析するための方法の例の第２のステップを示す図である。

【図10C】図１０Ａに示される基板の表面品質を分析するためのシステムを用いて、基板の表面品質を分析するための方法の実装に対する制限を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0050】

より明確にするために、図面中の構成要素は縮尺どおりに示されていない。

【0051】

図２Ａおよび図２Ｂは、基板の表面品質を分析するためのシステムの第１の例を用いて、実質的に平行な面を有する基板１００の表面品質を分析するための方法の例の実施のための２つのステップを示す。この例における目的は、実質的に平行な面を有する平坦な基板の２つの表面の品質を分析することである。

【0052】

図２Ａおよび図２Ｂに示され、２００として参照される基板の表面品質を分析するためのシステムは、分析される基板１００を受けるように構成された少なくとも１つの第１の支持体（図面には示さず）と、ミラー２５０（図２Ｂ）を受けるように構成された第２の支持体（図面には示さず）とを含む。ミラーは、たとえば取り外し可能に配置されるか、または、たとえばシャッターなどを用いてマスク可能であってもよいし、ミラーから後に反射される入射光ビームが波面分析手段に受け取られないように、たとえばモータ駆動式または非モータ駆動式の回転システムなどによって方向を調整可能であってもよい。

【0053】

システム２００はさらに、基板１００が少なくとも部分的に透明となる少なくとも１つの波長を有し時間的コヒーレンス低い光のための放出源２１０を含む光放出手段を含む。

【0054】

一般的に、光放出源２１０は、白熱灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセント発光ダイオード（ＳＬＥＤ）、または、レーザ効果を生成するために自身の閾値未満で使用されるレーザダイオードを含んでもよい。

【0055】

光源の選択は、分析される基板に適合されてもよい。たとえば、スペクトルフィルタが分析されるとき、光放出源２１０は、干渉フィルタの透過スペクトル帯域から選択される波長を有するスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＥＤ）を含んでもよい。

【0056】

システム２００は、波面を分析する手段をさらに含み、それは、図２Ａおよび図２Ｂの例では、波面アナライザ２４０（たとえばシャックハルトマンアナライザなどであるがこれに限定されるものではない）を含む。

【0057】

システム２００はさらに、波面アナライザ２４０によって送信された測定信号を処理するように構成された処理ユニット２６０を含み、かつディスプレイユニット（図示せず）を含んでもよい。

【0058】

一般的に、本明細書において言及される処理ユニットは１つ以上の物理的実体を含んでもよく、１つ以上のコンピュータのエレメントの組み合わせであってもよい。本明細書において、特に方法のステップを実施するための計算または処理ステップが言及されるとき、各計算または処理ステップはソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、マイクロコード、または、これらの技術の任意の適切な組み合わせによって実施されてもよいことが理解されるべきである。ソフトウェアが用いられるとき、各計算または処理ステップは、コンピュータプログラム命令またはプログラムコード命令によって実施されてもよい。これらの命令は、処理ユニットによって読取り可能な記憶媒体に格納または送信されてもよいし、これらの計算または処理ステップを実施するために処理ユニットによって実行されてもよいし、その両方であってもよい。

【0059】

この例において、光源２１０は第１の光ビーム２２１を放出する。この例において、放出手段は、動作中に光ビーム２２１が基板に対して実質的に垂直なように、基板に入射（垂直入射）するように構成される。垂直入射が好ましいが、第１の光ビームが垂線に対して角度を付けて入射するように分析システムが適合され得る。この種の例は図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃに示される。

【0060】

図２Ａおよび図２Ｂの例における目的は、平行面を有する実質的に平坦な基板を分析することであり、放出手段は、動作中に光ビームが実質的に平坦な波面を伴って基板に入射するように構成される。たとえば、放出手段は、光源２１０に加えて、光学素子２１５を出る光ビームが実質的に平行になることを可能にし、かつ、前記ビームのサイズが分析される基板のサイズに適合されることを可能にする光学レンズ２１１、２１２、２１５のセットと、偏向素子２１３、２１４とを含む。有利には、光学レンズのセットはさらに、分析される基板と、波面アナライザの分析平面、たとえばシャックハルトマンアナライザの場合はマイクロレンズの配列の平面との間に光学的共役が実質的に提供されることを可能にする。

【0061】

図２Ａに示されるように、この例において実施される方法の第１のステップにおいて、第１の光ビーム２２１は、一方では、基板１００の第１の面Ａで反射されて第１の反射ビーム２２２ａを形成し、他方では、基板を透過して基板１００の第２の面Ｂで反射され、次いで基板を再び透過して第２の反射ビーム２２２ｂを形成する。

【0062】

以下に詳述されるように、波面分析手段は、第１の反射ビーム２２２ａおよび第２の反射ビーム２２２ｂの波面の組み合わせの特徴を示す第１の測定信号を生成するために、波面アナライザ２４０の分析表面上に前記第１および第２の反射ビームを受け取るように構成される。

【0063】

図２Ａおよび図２Ｂの例において、波面分析手段は、反射ビームを波面アナライザ２４０に向けるために、放出手段のものと共通の光学レンズ２１１、２１２、２１５のセットと、偏向素子２１３、２１４とを含む。システム２００はさらに、放出手段および分析手段を分離するように構成された光学ビーム分割エレメント２３０を含む。光学素子２３０は、たとえばビーム分割プレートまたはビーム分割キューブなどを含む。

【0064】

この例において、光学レンズ２１１、２１２、２１５のセットおよび偏向素子２１３、２１４は、反射ビーム２２１ａおよび２２１ｂならびに透過ビーム２２３のサイズを、波面アナライザ２４０の分析表面のサイズと、実質的に適合させることを可能にする。

【0065】

図２Ｂに示されるように、この例において実施される方法の第２のステップにおいては、基準ミラー２５０が設置される。

【0066】

ミラー２５０は、基板に入射する第２の光ビームが、基板を透過した後にミラー２５０に対して実質的に垂直なように、ミラー２５０に入射するようなやり方で配置される。この例において、第２の光ビームは第１の光ビームと同じ光源２１０から放出され、第１および第２のビームは同じ特性（コヒーレンスおよび波長）を有するため、第２の光ビームも２２１として参照されるが、第１および第２のビームは同時には放出されない。

【0067】

第２の入射ビームは、次いで最初に基板１００を透過し、基準ミラー２５０に反射されて、基板１００を再び透過する。この結果としてもたらされる透過ビーム２２３は、前記透過ビームの波面の特徴を示す第２の測定信号を生成するために、波面分析手段の波面アナライザ２４０に送られる。

【0068】

図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃを用いて以下に記載されるように、次いで、処理ユニット２６０によって前記第１の測定信号および前記第２の測定信号に基づいて、第１の基準面に対する基板の第１の面Ａの変形を示す少なくとも１つの第１の信号と、第２の基準面に対する基板の第２の面Ｂの変形を示す少なくとも１つの第２の信号とが算出され得る。

【0069】

なお、システム２００の光学素子は製造欠陥を有することがあり、行われる測定の品質への干渉を回避するために、較正ステップにおいてこの製造欠陥が考慮され得る。較正を行う実際のやり方は、分析される基板１００を取り除いた図２Ｂの構成において波面測定を行うことによってこれらの欠陥を測定するものである。このように測定された欠陥は、分析される基板１００の存在する状態で行われる測定値（以下に詳述される）から差し引かれる。

【0070】

実用上、基準ミラー２５０の光学的品質は、分析される基板１００の面ＡおよびＢにおける変形測定の所望の精度に基づいて選択され得る。なぜなら、これらの測定の精度は基準ミラー２５０の光学的品質よりも高くなり得ないからである。

【0071】

計算の原理は以下に記載され、また、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示される。

【0072】

その原理はシャックハルトマン波面アナライザの例を考えて記載されるが、あらゆるタイプの波面アナライザ、すなわち測定ビームを基準ビームと干渉させることなく波面を直接測定できるあらゆるタイプの測定システムに適用可能である。これらのアナライザに共通する特徴は、波面の導関数に敏感であることである。

【0073】

よって、図３Ａは、特にマイクロレンズの配列２０および基本的検出器の配列３０を有する、図１に示されるものと同一のシャックハルトマンアナライザを示す。

【0074】

平坦かつ実質的に平行な面を有する分析対象の基板の例を考慮して、この原理を説明する。よって、その目的は、平坦な基準面に対する基板の面ＡおよびＢの変形を見つけることである。しかし、以下に詳述されるように、計算の原理は平行面を有する他の形状の基板にも適用され得る。

【0075】

図２Ａおよび図２Ｂを用いて記載された方法の例の第１のステップにおいて、２つの反射ビーム２２２ａおよび２２２ｂが生成され、これらのビームはそれぞれ基板の面ＡおよびＢによる反射によってもたらされたものである。したがって図３Ａに示されるように、波面アナライザは反射ビーム２２２ａおよび２２２ｂの波面３１０ａおよび３１０ｂのそれぞれを同時に受け取る。各波面３１０ａ、３１０ｂは、たとえば平坦な波面などの基準波面に対して変形していることがある。

【0076】

図３Ａに示されるように、マイクロレンズの配列の各マイクロレンズ（２０ｉ、２０ｊ、．．．）は、波面３１０ａの波面部分（３１０ａ，ｉ、３１０ａ，ｊ、．．．）を捕捉して焦点を合わせ、波面３１０ｂの波面部分（３１０ｂ，ｉ、３１０ｂ，ｊ、．．．）を捕捉して焦点を合わせる。

【0077】

図３Ｂに示されるように、この結果として、一方では、波面３１０ａの波面部分（３１０ａ，ｉ、３１０ａ，ｊ、．．．）のマイクロレンズ（２０ｉ、２０ｊ、．．．）による焦点合わせによる焦点の部分（３３０ａ，ｉ、３３０ａ，ｊ，．．．）の重心の移動がもたらされ、他方では、波面３１０ｂの波面部分（３１０ｂ，ｉ、３１０ｂ，ｊ、．．．）のマイクロレンズ（２０ｉ、２０ｊ、．．．）による焦点合わせによる焦点（３３０ｂ，ｉ、３３０ｂ，ｊ，．．．）の重心の移動がもたらされる。

【0078】

実際には、基本的検出器の配列３０が、各マイクロレンズに対する、焦点（３３０ａ，ｉ、３３０ｂ，ｉ，．．．）および（３３０ａ，ｊ、３３０ｂ，ｊ，．．．）のエネルギの和である、光エネルギの分布（３３０ｉ、３３０ｊ、．．．）を検出する。２つの焦点３３０ａ，ｉおよび３３０ｂ，ｉのエネルギの和を得るためには、それらの焦点が干渉しないこと、および互いにインコヒーレントな２つのビームから生成されることを確実にすることである。実質的に平行な面を有する基板の２面での反射から生じる２つのビームの場合は、基板の光学的厚さの２倍未満のコヒーレンス長を有する照明源によって、このことが可能になる。

【0079】

実際的には、焦点（３３０ａ，ｉ、３３０ｂ，ｉ，．．．）および（３３０ａ，ｊ、３３０ｂ，ｊ，．．．）は重ね合わされるか、部分的に重ね合わされるか、または不連続であり得る。すべての場合に、公称の理論上の位置（たとえば、平坦な波面に由来する焦点の位置など）に対する結果として得られる光エネルギ分布（３３０ｉ、３３０ｊ、．．．）の移動は、反射ビーム２２２ａおよび２２２ｂの波面の重み付き平均の局所的な傾斜を示す。

【0080】

基板上の複数の反射が無視されるとき、前記重み付き平均を確立するための重み付け係数は、ビーム２２２ａに対しては面Ａの反射係数Ｒ_１であり、ビーム２２２ｂに対しては面Ｂの反射係数Ｒ_２に基板を形成する材料の透過係数Ｔの２乗を掛け、かつ（１－Ｒ_１）の２乗を掛けたものであることが決定され得る。（１－Ｒ_１）は、一方では、空気と面Ａとの界面において基板内に透過される照明ビームの割合であり、他方では、面Ｂから反射されて面Ａと空気との界面において空気中に透過されるビームの割合である。

【0081】

こうして決定された、移動の２次元配列に対応する測定信号に基づいて、反射波面２２２ａおよび２２２ｂの重み付き平均に対応する波面の局所的な傾斜のマトリクスを決定し、そこから各マイクロレンズにおいて測定される対応する波面の値のマトリクスを推定することが可能である。

【0082】

ここで図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃを用いて、例示の目的で提供される非限定的な例において、平坦な基準面に対する面ＡおよびＢの変形マトリクスαおよびβを決定し得るやり方のより詳細な説明が与えられる。

【0083】

図４Ａおよび図４Ｂは、図２Ａを参照して記載される方法の第１のステップに対応する。

【0084】

図４Ａは、この例においては平坦な表面である基準面４０１に対する面Ａの局所的な変形αを示す。

【0085】

面Ａによる入射ビーム２２１の反射によってもたらされる反射ビーム２２２ａは、光学経路の局所的な変動δを受ける。
［数１］
δ＝２α

【0086】

図４Ｂは、基板１００の両方の面ＡおよびＢを示す。

【0087】

図４Ｂは、面Ａの局所的な変形に加えて、この例においては平坦な表面である基準面４０２に対する面Ｂの局所的な変形βも示す。

【0088】

第１の光ビーム２２１による基板の透過に続く面Ｂからの反射によってもたらされる反射ビーム２２２ｂは、基板を再び透過する前に光学経路の局所的な変動δを受ける。
［数２］
δ＝２［α－ｎα＋ｎβ］

【0089】

ここでｎは基板の材料の屈折率であり、それはこの例において実質的に一定と考えられる。

【0090】

面ＡおよびＢの基準面に対する局所的な変形のために上記で説明したように局所的に変形した波面を有する反射ビーム２２２ａおよび２２２ｂは、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように波面アナライザによって同時に受け取られる。

【0091】

この結果として、前記第１の反射ビーム２２２ａおよび第２の反射ビーム２２２ｂの波面の重み付き平均の特徴を示すマトリクス形態の第１の測定信号Ｍ_１がもたらされる。重み付け係数は、それぞれＲ_１およびＲ_２＊Ｔ^２＊（１－Ｒ_１）^２である。
［数３］

【0092】

ここでＲ_１およびＲ_２はそれぞれ一定であると仮定される面Ａおよび面Ｂの反射係数であり、Ｔは一定であると仮定される基板材料の透過係数であり、αおよびβは面ＡおよびＢの変形のマトリクスである。

【0093】

図４Ｃは、図２Ｂを参照して記載される
方法の第２のステップに対応する。

【0094】

この例において、第２の光ビームの基板への第１の透過と、光ビームに対して実質的に垂直なように配置されたミラー２５０による反射と、その後の基板への第２の透過とによってもたらされる透過ビーム２２３は、光学経路の局所的な変動δを受ける。
［数４］
δ＝２（ｎ－１）（β－α）

【0095】

面ＡおよびＢの局所的な変形のために上記で説明したように局所的に変形した波面を有する透過ビーム２２３は、波面アナライザ２４０によって受け取られる。

【0096】

この結果として、透過ビームの波面の特徴を示すマトリクス形態の第２の測定信号Ｍ_２がもたらされる。
［数５］
Ｍ_２＝２（ｎ－１）（β－α）
測定値Ｍ_１およびＭ_２から、それらの基準面に対する変形マトリクスαおよびβが推定され得る。
［数６］

および
［数７］

【0097】

なお、αおよびβは基準面に対する面ＡおよびＢの変形であり、面ＡおよびＢ自体のプロファイルは、単に変形αおよびβをそれぞれの基準面に加えることによって、求めることができる。

【0098】

上記の計算において、Ｍ_１の計算における基板内の複数の反射の影響は無視できるものと仮定される。これは、基板の面の反射係数が約１０％以下のときは妥当である。なぜなら、この場合の測定値に対する複数の反射の影響は、波面アナライザが受け取る信号の１％未満だからである。

【0099】

反射係数が１０％より大きい場合については、式［数３］において特に困難なく複数の反射を考慮に入れることができ、その結果かなり複雑に数式になるが、ここでは再現しない。

【0100】

加えてＭ_２は、この測定が基板の各面からの反射に由来するどの信号によっても乱されないという仮定に基づいて決定される。反射信号は透過信号よりもかなり弱いため、この仮定は通常は許容できる。ただし、基板を数度傾けて測定範囲外の反射を排除することで、Ｍ_２の測定において反射信号を排除することができる。あるいは、透過ビームから生成される測定信号から反射信号を差し引くことができる。［数５］によって与えられる測定値Ｍ_２の数式において反射の存在を特に困難なく考慮に入れることも可能であり、ここでもその結果Ｍ_２のより複雑な数式がもたらされる。

【0101】

図５Ａおよび図５Ｂは、基板の表面品質を分析するためのシステムの第２の例を用いて、平行面を有する基板１００の表面品質を分析するための方法の例の実施のための２つのステップを示す。この例における目的は、平坦でない基板、つまり、少なくとも局所的にゼロ以外の曲率を有する基板の、表面の品質を分析することである。

【0102】

よって、図５Ａおよび図５Ｂに示される例における目的は、平行面を有する基板１００の面ＡおよびＢの表面品質を分析することであり、ここで基板の面は実質的に一定の有限の曲率半径を有する。このような基板は、たとえば保護ドームなどである。このような基板の面の曲率半径は、通常、数センチメートルから数メートルの間である。

【0103】

表面品質を分析するためのシステム５００は、図２Ａおよび図２Ｂに示されるものと実質的に同一であり、ただ放出手段および波面分析手段に共通の光学素子は、光源２１０によって放出される第１の光ビーム２２１が、この例においては平坦でない基板の面に対して実質的に垂直なように基板１００に入射するように適合されている。波面測定値を比較するための基準波面は、この例においては球形波面である。同様に、基板の面ＡおよびＢの変形を分析するための基準面は、球形の基準面である。

【0104】

よって、この例における放出手段は、分析される基板１００に対して光ビーム２２１がすべての点で実質的に垂直になるように光ビーム２２１を成形し、かつ、分析される基板と波面アナライザの分析表面との光学的共役を実質的に確立するための追加の光学レンズ２１６を含む。加えて、基準ミラー５５０の曲率半径および位置は、このミラーが光ビーム２２１に対してすべての点で実質的に垂直になるように選択される。

【0105】

実際には、光学素子２１６、２１５、２３０ならびにミラー２１３および２１４によって、波面アナライザ２４０が受け取る反射ビーム２２２ａおよび２２２ｂの波面は、基板１００の面ＡおよびＢの変形による変形に関するものを除き、前述の例と同様に、実質的に平坦となる。なぜなら、光学素子２１６、２１５、２３０ならびにミラー２１３および２１４が、分析される基板の位置における球形の基準波面を変換して、前述の例と同様に波面アナライザにおける平坦な基準波面にするからである。したがって、面ＡおよびＢの変形マトリクスを決定するために類似のプロセスが実行され得る。

【0106】

なお、波面アナライザにおいて球形波面を直接受け取ることも可能であり、その場合、波面アナライザにおける基準波面は球形となる。

【0107】

なお、システム５００の光学素子は製造欠陥を有することがあり、行われる測定の品質への干渉を回避するために、較正ステップにおいてこの製造欠陥が考慮され得る。これを行う実際のやり方は、分析される基板１００を取り除いた図５Ｂの構成において波面測定を行うことによって、これらの欠陥を測定するものである。このやり方で測定された欠陥は、分析される基板１００の存在する状態で行われる測定値から差し引かれる。

【0108】

実用上、基準ミラー５５０の光学的品質は、分析される基板１００の面ＡおよびＢにおける変形測定の所望の精度に基づいて選択され得る。なぜなら、これらの測定の精度は基準ミラー５５０の光学的品質よりも高くなり得ないからである。

【0109】

図６は、基板の表面品質を分析するためのシステムの第２の例を用いて、本明細書による平行面を有する基板１００の表面品質を分析するための方法の別の例の実施を示す。この例における目的は、平行面を有する平坦な基板１００の表面の品質を分析することである。

【0110】

図６に示され、６００として参照される基板の表面品質を分析するためのシステムは、分析される基板１００を受けるように構成された支持体（図面には示さず）を含むが、以後に記載されるように、行われ得る較正工程のときを除いて、図２Ａ、図２Ｂ、図５Ａ、図５Ｂに示される例と同様の基準ミラーは必要としない。

【0111】

システム６００は、この例においては基板１００が少なくとも部分的に透明となる少なくとも１つの波長を有する時間的コヒーレンスの低い光のための第１の放出源２１０ａを含む光放出手段を含む。たとえば、光放出源２１０ａは前述と同様に、白熱灯、ＬＥＤ、ＳＬＥＤ、またはレーザ効果生成閾値未満で動作するレーザダイオードを含んでもよい。

【0112】

放出手段は、基板１００が少なくとも部分的に透明となる少なくとも１つの波長を有する第２の放出源２１０ｂも含む。光源２１０ａとは異なり、光源２１０ｂは短いコヒーレンス長を有する必要がないため、可能性が広くなる。よって、この光源２１０ｂは前述と同様に、白熱灯、ＬＥＤ、ＳＬＥＤ、またはレーザ効果生成閾値未満で動作するレーザダイオードを含んでもよいし、実際にはそのレーザ効果生成閾値を超えて動作するレーザまたはレーザダイオードを含んでもよい。

【0113】

前述の光源は、空間的にコヒーレントであるという利点を有する。

【0114】

原則として、第１および第２の光ビームの放出のために、空間的にコヒーレントな光源が選択され得る。なぜなら、空間的にコヒーレントなビームによって、波面分析に対するより大きな測定精度が達成されるからである。

【0115】

たとえばシャックハルトマン波面アナライザが用いられるとき、第１および第２の光ビームは、結果として生じる反射ビームまたは透過ビームがマイクロレンズ配列に入射して焦点を生成するマイクロレンズのサイズよりも小さいサイズを有する焦点を生成するために十分な空間的コヒーレンスを、有してもよい。

【0116】

システム６００はさらに、図６の例では、波面アナライザ２４０（たとえばシャックハルトマンアナライザなどであるがこれに限定されるものではない）を含む波面分析手段と、波面アナライザ２４０から放出される測定信号を処理するように構成される処理ユニット２６０とを含む。

【0117】

この例において、第１の光源２１０ａは第１の光ビーム２２１ａを放出する。放出手段は、動作中に第１の光ビーム２２１ａが有利には基板に対して実質的に垂直なように基板の一方の面、この例においては面Ａに、入射するように構成される。図６の例における目的は、平行面を有する実質的に平坦な基板を分析することであり、放出手段は、動作中に光ビームが実質的に平坦な波面を伴って基板に入射するように構成される。たとえば、先行する例と同様に、放出手段は、光源２１０ａに加えて、光学レンズ２１１、２１２、２１５のセットおよび偏向素子２１３、２１４を含む。

【0118】

この例において、第２の光源２１０ｂは第２の光ビーム２２１ｂを放出する。放出手段は、動作中に第２の光ビーム２２１ｂが基板に対して実質的に垂直なように、基板の他方の面（たとえば、この例においては面Ｂであるが、必ずしもそうでなくてもよい）に入射するように構成される。図６の例における目的は、平行面を有する実質的に平坦な基板を分析することであり、放出手段は、動作中に第２の光ビームが実質的に平坦な波面を伴って基板に入射するように構成される。たとえば、放出手段は、光源２１０ｂに加えて、ビームを実質的に平行にしてそのサイズを分析対象の基板のサイズに適合させるための光学レンズ６１５のセットと、偏向素子６１３、６１４とを含む。

【0119】

図６に示されるように、この例において実施される方法の第１のステップにおいて、光源２１０ａが始動され、第１の入射光ビーム２２１ａは、一方では、基板１００の第１の面Ａで反射されて第１の反射ビーム２２２ａを形成し、他方では、基板を透過して基板１００の第２の面Ｂで反射され、基板１００を再び透過して第２の反射ビーム２２２ｂを形成する。

【0120】

前述されたように、波面分析手段は、第１の反射ビーム２２２ａおよび第２の反射ビーム２２２ｂの波面の組み合わせの特徴を示す第１の測定信号を生成するために、前記第１および第２の反射ビームを受け取るように構成される。

【0121】

図６の例において、波面分析手段は、先行する例と同様に、放出手段のものと共通の光学レンズ２１１、２１２、２１５のセットと偏向素子２１３、２１４とを含むことで、反射ビームが波面アナライザ２４０に向けられる。システム２００はさらに、前述と同様に、放出手段および分析手段を分離するように構成された光学ビーム分割エレメント２３０を含む。

【0122】

この例において実施される方法の第２のステップにおいて、光源２１０ｂが始動される一方で光源２１０ａはオフにされ、第２の光ビーム２２１ｂが基板１００を透過する。この結果としてもたらされる透過ビーム２２３は、前記透過ビームの波面の特徴を示す第２の測定信号を生成するために、波面分析手段の波面アナライザ２４０に送られる。

【0123】

そして、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃを用いて上述されたように、処理ユニット２６０によって、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号に基づいて、第１の基準面に対する基板の第１の面Ａの変形を示す少なくとも１つの第１の信号と、第２の基準面に対する基板の第２の面Ｂの変形を示す少なくとも１つの第２の信号とが算出され得る。
なお、基板の通過が単純であるため、［数５］は次のようになる。
［数８］
Ｍ_２＝（ｎ－１）（β－α）

【0124】

先行する例を参照して説明したように、システム６００の光学素子は製造欠陥を有することがあり、行われる測定の品質への干渉を回避するために、較正ステップにおいてこの製造欠陥が考慮され得る。２つの較正ステップが実施され得る。これらは透過ビームに対する第１の較正ステップと、反射ビームに対する第２の較正ステップとである。透過ビームを較正するステップを実行する実際のやり方は、分析される基板１００が取り除かれた、光源２１０ｂをオンにした（光源２１０ａはオフの）図６の構成において波面測定を行うことによって、光学系の欠陥を測定するものである。そして、このやり方で測定されたこれらの欠陥は、分析される基板１００の存在する状態で行われる透過測定値から差し引かれる。反射のビームを較正するステップは、図２Ａおよび図２Ｂに対して記載される較正と同一であり、ここでは基板が基準ミラーに置き換えられる（光源２１０ａはオンにされ、光源２１０ｂはオフにされる）。

【0125】

平坦な基板の分析の場合が示されているが、図６を用いて記載される方法は湾曲した基板の分析に適用され得る。この目的のために、たとえば光学素子６１５、６１４、６１３によって形成される放出源２１０ｂの像が、分析される基板の曲率の実質的中心に位置するように、光学素子６１５、６１４、６１３は特に適合されなければならない。

【0126】

図２Ａ、図２Ｂ、図５Ａ、および図５Ｂの実施形態の例と比較すると、たとえば図６に示されるようなシステムによって実施される基板の表面品質を分析するための方法はより高速であり得るが、それは、基準ミラーが較正工程に対してのみ有用であるため、測定自体のために基準ミラーを設置する必要がないからである。

【0127】

実施形態の例（図面には示さず）において、図６に記載されるシステムは、たとえば分離プレート、分離キューブ、またはダイクロイックプレートなどを用いて、第２の光源２１０ｂと並列に追加の光源を組み込んでもよい。この追加の光源は、光源２１０ｂに対して放出される第２の光ビームとは異なる波長および偏光の少なくとも一方を有する第３の光ビームを放出してもよい。この第３の光ビームは第２の透過ビームを生成し、かつ第１の透過ビームを生成する第２の光ビームと同一の光学経路をたどる。第２の透過ビームはアナライザ２４０によって受け取られ、前記第２の透過ビームの波面の特徴を示す第３の測定信号が生成される。第１の透過ビームの波面の特徴を示す第２の測定信号と、第２の透過ビームの波面の特徴を示す第３の測定信号との比較を用いて、基板内の屈折率の変動の特徴を示す信号が生成され得る。

【0128】

図７は、基板の表面品質を分析するためのシステムの第３の例を用いて、本明細書による平行面を有する基板１００の表面品質を分析するための方法の別の例の実施を示す。この例において、第１および第２の方法のそれぞれを得るための方法の２つのステップは、同時に実行されてもよい。この例における目的は、実質的に平坦な平行面を有する基板１００の表面の品質を分析することである。

【0129】

図７に示され、７００として参照される基板の表面品質を分析するためのシステムは、分析される基板１００を受けるように構成された支持体（図面には示さず）を含むが、以後に記載されるように、行われ得る較正のときを除いて、図２Ａ、図２Ｂ、図５Ａ、図５Ｂに示される例と同様に基準ミラーは必要としない。

【0130】

システム７００は、この例において、図２Ａ、図２Ｂ、図５Ａ、および図５Ｂの例と同様に、基板１００が少なくとも部分的に透明となる少なくとも１つの波長を有する時間的コヒーレンスの低い光のための単一の放出源２１０を含む光放出手段を含む。たとえば、光放出源２１０は、前述と同様に、白熱灯、ＬＥＤ、ＳＬＥＤ、またはレーザ効果生成閾値未満で動作するレーザダイオードを含んでもよい。

【0131】

システム７００はさらに、図７の例においては、第１の波面アナライザ２４０ａおよび第１の波面アナライザ２４０ａとは別の第２の波面アナライザ２４０ｂを含む波面分析手段であって、これらのアナライザは、たとえばシャックハルトマンアナライザなどであるがこれに限定されるわけではない、波面分析手段と、波面アナライザ２４０ａおよび２４０ｂにより放出される測定信号を処理するように構成される処理ユニット２６０とを含む。有利には、これらの波面アナライザは同一のタイプであるが、異なるタイプの波面アナライザも用いられ得る。

【0132】

この例において、光源２１０は第１の光ビーム２２１を放出する。放出手段は、動作中に第１の光ビーム２２１が基板に対して実質的に垂直なように基板の一方の面、この例においては面Ａに、入射するように構成される。図７の例における目的は、実質的に平坦な平行面を有する基板を分析することであり、放出手段は、動作中に光ビームが実質的に平坦な波面を伴って基板に入射するように構成される。たとえば、先行する例と同様に、放出手段は光源２１０に加えて、光学レンズ２１１、２１２、２１５のセットおよび偏向素子２１３、２１４を含む。

【0133】

図７に示されるように、この例において実施される方法の第１のステップにおいて、光源２１０が始動され、第１の入射光ビーム２２１は、一方では、基板１００の第１の面Ａにより反射されて第１の反射ビーム２２２ａを形成し、他方では、基板を透過し、そして、基板１００の第２の面Ｂにより反射され、基板１００を再び透過して第２の反射ビーム２２２ｂを形成する。

【0134】

前述されたように、波面分析手段は、第１の反射ビーム２２２ａおよび第２の反射ビーム２２２ｂの波面の組み合わせの特徴を示す第１の測定信号を生成するために、前記第１および第２の反射ビームを受け取るように構成される。

【0135】

図７の例において、波面分析手段は、先行する例と同様に、放出手段のものと共通の光学レンズ２１１、２１２、２１５のセットと、偏向素子２１３、２１４とを含むことで、反射ビームが波面アナライザ２４０ａに向けられ、かつ、分析される基板１００と波面アナライザ２４０ａの測定表面との光学的共役が実質的に確立される。システム７００はさらに、前述と同様に、放出手段および波面アナライザ２４０ａを分離するように構成された光学ビーム分割エレメント２３０を含む。

【0136】

この例において実施される方法の、第１のステップと同時に行われてもよい、第２のステップにおいて、前記透過ビームの波面の特徴を示す第２の測定信号を生成するために、第１の光ビーム２２１と一致してもよい第２の光ビームが基板を透過することによってもたらされる透過ビーム２２３が、波面分析手段の第２の波面アナライザ２４０ｂに送られる。

【0137】

図７の例において、波面分析手段は光学レンズ７１５、７１２のセットと、偏向素子７１４、７１３とを含むことで、透過ビーム２２３が波面アナライザ２４０ｂに向けられ、かつ、分析される基板１００と波面アナライザ２４０ｂの測定表面との光学的共役が実質的に確立される。

【0138】

そして、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃを用いて上述されたように、処理ユニット２６０によって、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号に基づいて、第１の基準面に対する基板の第１の面Ａの変形を示す少なくとも１つの第１の信号と、第２の基準面に対する基板の第２の面Ｂの変形を示す少なくとも１つの第２の信号とが算出され得る。

【0139】

図６の例と同様に、第２の光ビームは基板を単純に透過するため、式［数８］が適用可能である。

【0140】

前述と同様に、システム７００の光学素子は製造欠陥を有することがあり、行われる測定の品質への干渉を回避するために、較正ステップにおいてこの製造欠陥が考慮され得る。２つの較正ステップが提供され得る。これらは透過ビームに対する較正ステップと、反射ビームに対する較正ステップとである。透過ビームを較正するステップを実行する実際のやり方は、分析される基板１００が取り除かれた、光源２１０をオンにした図７の構成において波面測定を行うことによって、アナライザ２４０ｂによって光学系の欠陥を測定するものである。そして、このやり方で測定されたこれらの欠陥は、分析される基板１００の存在する状態で行われる透過測定値から差し引かれる。反射のビームを較正するステップは、図２Ａおよび図２Ｂに対して記載される較正と同一であり、ここでは基板が基準ミラーに置き換えられる。

【0141】

平坦な基板の分析の場合が示されているが、図７を用いて記載される方法は、湾曲した基板の分析に適用され得る。この目的のために、分析される基板の表面上にビーム２２１が実質的に垂直なように到達し、かつ、分析される基板１００と波面アナライザ２４０ａの測定表面とに光学的共役が実質的に確立されることを確実にするために、たとえばビーム２２１のサイズが分析対象の基板のサイズに適合されるように光学素子２１１～２１５を適合させなければならない。光学素子７１５、７１４、および７１３も、たとえば分析される基板１００における透過ビームのサイズをアナライザ２４０ｂの測定表面のサイズに適合させ、かつ、分析される基板１００と波面アナライザ２４０ｂの測定表面との光学的共役を実質的に確立させるように、適合させなければならない。

【0142】

図２Ａ、図２Ｂ、図５Ａ、および図５Ｂの実施形態の例と比較すると、たとえば図７に示されるようなシステムによって実装される基板の表面品質を分析するための方法はより高速であり得るが、それは、基準ミラーが較正工程に対してのみ有用であるため、測定自体のために基準ミラーを設置する必要がないからである。さらに、２つの波面アナライザが存在することによって、第１および第２の反射ビーム２２１ａ、２２１ｂを透過ビーム２２３と共に光ビーム２２１から同時に生成することができるため、Ｍ１およびＭ２の測定が同時に行われ得る。

【0143】

図８は、図６の例と同様に、第１の放出源２１０ａと、第１の放出源とは別の第２の放出源２１０ｂと、を有する放出手段を、含むシステム８００を示す。加えてシステム８００は、図７の例と同様に、第１の波面アナライザ２４０ａと、第１の波面アナライザ２４０ａとは別の第２の波面アナライザ２４０ｂと、を含む波面分析手段を含む。システム８００はさらに、波面アナライザ２４０ａおよび２４０ｂによって生成された測定信号を処理するように構成された処理ユニット２６０を含む。

【0144】

このようなシステムは、図７のシステムと同様の利点を有し、すなわち、第１の光源２１０ａにより放出された単一の光ビーム２２１ａが、第１の波面アナライザ２４０ａによって検出される反射ビーム２２２ａおよび２２２ｂを同時に生成して、前記第１および第２の反射ビームの波面の組み合わせの特徴を示す第１の測定信号を生成でき、かつ、第２の波面アナライザ２４０ｂによって検出される第１の透過ビーム２２３ａを生成して、前記透過ビームの波面の特徴を示す第２の測定信号を生成することができる。

【0145】

先行する例と同様に、この目的のために、波面分析手段は、放出手段のものと共通の光学レンズ２１１、２１２、２１５のセットと、偏向素子２１３、２１４とを含んでもよく、それによって反射ビームが波面アナライザ２４０ａに向けられ、かつ、分析される基板１００と波面アナライザ２４０ａの測定表面との光学的共役が実質的に確立される。システム８００はさらに、前述と同様に、放出手段および波面アナライザ２４０ａを分離するように構成された光学ビーム分割エレメント２３０を含んでもよい。加えて図８の例において、波面分析手段は光学レンズ８１５、８１２のセットと、偏向素子８１４、８１３とを含むことで、透過ビーム２２３ａが第２の波面アナライザ２４０ｂに向けられ、かつ、分析される基板１００と波面アナライザ２４０ｂの測定表面との光学的共役が実質的に確立される。

【0146】

さらに、この例において、第２の光源２１０ｂは、第１の光ビーム２２１ａと異なる波長および偏光の少なくとも一方を有する第２の光ビーム２２１ｂを放出するように構成される。

【0147】

そして、この方法は、実施形態の一例において、第２の透過ビーム２２３ｂの波面の特徴を示す第３の測定信号を生成するために、第１の波面アナライザ２４０ａによって、前記第２の光ビーム２２１ｂの基板への第１の透過によってもたらされる前記第２の透過ビームを受け取ることを含んでもよい。第１の透過ビームの波面の特徴を示す第２の測定信号と、第２の透過ビームの波面の特徴を示す第３の測定信号との比較を用いて、基板内の屈折率の変動の特徴を示す信号が生成され得る。

【0148】

図８に示されるように、放出手段は、必ずしもそうである必要はないがたとえば垂直入射などによって、第２の光ビーム２２１ｂを基板１００に向けて送るために、分析手段と共通の光学素子８１１および８１２～８１５、ならびに、分離エレメント８３０を含んでもよい。

【0149】

たとえば先行する図面に関連して記載されるものなどの較正工程が行われてもよい。

【0150】

図９は、本明細書による方法によって得られた、平行面を有する平坦な基板の面の変形を示す実験画像を示す。

【0151】

より正確には、この例において、基板は、両面研磨によってもたらされた厚さ３ｍｍの平坦な平行面を有する基板であり、２面のうちの一方（面Ａ）が研磨不良を有する。

【0152】

分析に用いられたシステムは、図２Ａおよび図２Ｂに示されるタイプのシステムである。放出源は、レーザ効果生成閾値未満で用いられたモノモードファイバに導入されたレーザダイオードであり、波面アナライザはシャックハルトマンアナライザである。

【0153】

変形マトリクスは、図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明されるように、第１および第２の反射ビームの波面の組み合わせの特徴を示す第１の測定信号Ｍ_１と、透過ビームの波面の特徴を示す第２の測定信号Ｍ_２とに基づいて、式［数６］および［数７］を用いて求められる。

【0154】

基板が分析され、平坦な基準面に対する面ＡおよびＢの変形αおよびβのマトリクスが決定されて、図９の左側および右側の画像にそれぞれ示される。

【0155】

特に面Ａにおいて、０．３１５μｍのＰ－Ｖ（ピークバレー（ｐｅａｋ ｔｏ ｖａｌｌｅｙ））振幅を有する研磨不良が観察される。一方の面のみに研磨不良を有するこの基板に対して予期されたように、面Ｂの測定は研磨不良を示さないことから、このテストはこの方法が明らかに２面を別々に測定できるようにすることを実証する。

【0156】

図２Ａ、図２Ｂ、図６、図７、および図８を用いて記載される実施形態の例において、分析される基板に対して実質的に垂直なように入射する第１の光ビームが考察された。

【0157】

これは有利な構成であるが、当業者であれば、特に、傾斜した基板の使用に好適な他の実施形態を、想定し得るであろう。

【0158】

よって図１０Ａは、垂線に対する傾斜角がゼロではない基板への第１の光ビームの入射に対して適合された、本明細書による基板の表面品質を分析するためのシステムの例を用いて、本明細書による基板の表面品質を分析するための方法の例の第１のステップを示す図を示し、図１０Ｂは、基板の表面品質を分析するための方法の例の第２のステップを示す図を示す。この例においては、図２Ａおよび図２Ｂの例と同様に、基準ミラー２５０が用いられる。

【0159】

この例における放出手段は２つの光放出源を含み、すなわちそれらは低い時間的コヒーレンスを有する第１の光ビーム２２１ａ（図１０Ａ）の放出のための光放出源２１０ａと、第２の光ビーム２２１ｂ（図１０Ｂ）の放出のための光放出源２１０ｂとである。

【0160】

図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、放出手段は、第１の光源２１０ａから放出される第１の光ビームおよび第２の光源２１０ｂから放出される第２の光ビームを基板１００に向けるための、光学レンズ１０１３、１０１８、１０１７、１０１４のセットおよび偏向素子１０１１、１０１２、１０１６、１０１５も含む。

【0161】

この例において、分析手段が放出手段のものと共通の光学レンズ１０１４、１０１７、１０１８のセットと偏向素子１０１５、１０１６とを含むことで、反射ビーム２２２ａ、２２２ｂが第１の波面アナライザ２４０ａに向けられ、かつ、分析される基板１００と波面アナライザ２４０ａの測定表面との光学的共役が実質的に確立される。分割素子２３０は、分析経路を放出経路から分離することを可能にする。

【0162】

図１０Ｃに示されるように、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して記載されるシステムは、特定の制限内で傾斜した基板を分析するために用いられ得る。特に、基板に対する垂線に対して第１の光ビーム２２１ａの傾斜角θが大き過ぎるとき、特に厚い基板の場合には、その結果として、反射ビーム２２２ｂにおける面Ｂの欠陥のフットプリントと、透過ビームにおけるそれら欠陥のフットプリントとの間にｄで示される空間的オフセットがもたらされることがあり、これは反射および透過における測定値からの面ＡおよびＢの変形の計算を歪ませ得る。この分野の知識を有する当業者であれば、予想される面Ｂの欠陥の空間的周期および波面アナライザの空間的分解能に対してオフセットｄが小さくなるように、基板の厚さに従って第１の光ビームの傾斜を制限するために光学アセンブリを適合させ得るであろう。

【0163】

特定数の例示的実施形態の形態で記載が行われたが、本明細書によるシステムおよび方法は、当業者には明らかな異なる変形、修正、および改善を包含し、これらの異なる変形、修正、および改善は、以下の請求項によって定義される本発明の範囲内にあるものとみなされる。

【参考文献】

【0164】

［参考文献１］Craig R. Forest et al., Metrology of thin transparent optics Shack-Hartmann wavefront sensing, Optical Engineering, 43(3), 2004, https://doi.org/10.1117/1.1645256.
［参考文献２］国際公開第２００４／０６８０８８号
［参考文献３］Principles and History of Shack-Hartmann, Journal of Refractive Surgery Volume 17, September/October 2001.
［参考文献４］米国特許第６５７７４０３
［参考文献５］米国特許出願公開第２０１０／０３１０１３０
［参考文献６］米国特許出願公開第２００５／００３６１５３

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【手続補正書】

【提出日】2024-12-18

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平行面を有する基板（１００）の表面品質を分析するための方法であって、
放出手段の少なくとも１つの第１の光源（２１０、２１０ａ）によって、時間的コヒーレンスの低い少なくとも１つの第１の光ビーム（２２１）を放出し、前記少なくとも１つの第１の光ビームは、前記基板の第１の面（Ａ）に入射し、前記基板は、前記第１の光ビームの少なくとも１つの波長に対して少なくとも部分的に透明であることと、
前記基板の前記第１の面（Ａ）による前記少なくとも１つの第１の光ビームの反射によってもたらされる少なくとも１つの第１の反射ビーム（２２２ａ）、および、前記第１の光ビームの前記基板への第１の透過とその後の前記基板の第２の面（Ｂ）による反射に続く前記基板への第２の透過とによってもたらされる第２の反射ビーム（２２２ｂ）の、各波面の組み合わせの特徴を示す、少なくとも１つの第１の測定信号を生成するために、波面分析手段の少なくとも１つの第１の波面アナライザ（２４０、２４０ａ）によって、前記少なくとも１つの第１の反射ビームおよび前記第２の反射ビームを受け取ることと、
前記放出手段によって放出される第２の光ビームの前記基板への少なくとも１つの第１の透過によってもたらされる少なくとも１つの第１の透過ビーム（２２３、２２３ａ）の波面の特徴を示す、第２の測定信号を生成するために、前記波面分析手段によって、前記少なくとも１つの第１の透過ビームを受け取ることと、
前記少なくとも１つの第１の測定信号および前記第２の測定信号から、第１の基準面に対する前記基板の前記第１の面の変形を示す少なくとも１つの第１の信号と、第２の基準面に対する前記基板の前記第２の面の変形を示す少なくとも１つの第２の信号とを算出することと、を含む、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも１つの第１の光ビームが、前記基板に対して実質的に垂直なように、前記基板に入射する、方法。

【請求項3】

請求項１および２のいずれかに記載の方法であって、
前記第２の光ビームは前記基板の前記第１の面（Ａ）に入射し、前記方法は、前記第２の測定信号の生成のために、
前記第２の光ビームに対して実質的に垂直なように配置された基準ミラーを、位置決めすることをさらに含み、
前記第１の透過ビーム（２２３）は、前記第２の光ビームの前記基板への第１の透過と、前記基準ミラーによる反射と、前記基準ミラーによって反射されたビームの前記基板への第２の透過とによってもたらされ、
前記第１および第２の反射ビームならびに前記第１の透過ビームは、前記波面分析手段の前記第１の波面アナライザ（２４０）によって受け取られる、方法。

【請求項4】

請求項３に記載の方法であって、前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームが前記第１の光源によって放出される、方法。

【請求項5】

請求項１および２のいずれかに記載の方法であって、
前記第２の光ビームは、前記基板の前記第１の面（Ａ）に入射し、
前記第１の透過ビーム（２２３、２２３ａ）は、前記第２の光ビームの前記基板への第１の透過によってもたらされ、
前記第１の透過ビームは、前記第１の波面アナライザとは別の前記波面分析手段の第２の波面アナライザ（２４０ｂ）によって、受け取られる、方法。

【請求項6】

請求項１および２のいずれかに記載の方法であって、
前記第２の光ビーム（２２１ｂ）は、前記第１の光源とは別の前記放出手段の第２の光源によって放出されて、前記基板の前記第２の面（Ｂ）に入射し、
前記第１の透過ビーム（２２３ｂ）は、前記第２の光ビームの前記基板への第１の透過によってもたらされ、
前記第１の透過ビームは、前記測定分析手段の前記第１の波面アナライザ（２４０）によって受け取られる、方法。

【請求項7】

請求項６に記載の方法であって、
前記第１の光源によって放出される前記第１の光ビームと、前記第２の光源によって放出される前記第２の光ビームとが、異なる波長および偏光の少なくとも一方を有し、前記方法はさらに、
前記第１の入射ビームの前記基板への第１の透過によってもたらされる第２の透過ビーム（２２３ａ）の波面の特徴を示す第３の測定信号を生成するために、前記第１の波面アナライザとは別の前記波面分析手段の第２の波面アナライザ（２４０ｂ）によって、前記第２の透過ビームを受け取ることと、
前記基板内の屈折率の変動の特徴を示す信号を生成するために、前記第１の透過ビームの波面の特徴を示す前記第２の測定信号と、前記第２の透過ビームの波面の特徴を示す前記第３の測定信号と、を比較することと、を含む、方法。

【請求項8】

平行面を有する基板の表面品質を分析するためのシステムであって、
分析される前記基板を受けるように構成された少なくとも１つの第１の支持体と、
前記基板が少なくとも部分的に透明となる少なくとも１つの波長を有する時間的コヒーレンスの低い少なくとも１つの第１の光ビームを、放出するための、少なくとも１つの第１の光源を、含み、動作中に前記少なくとも１つの第１の光ビームが前記基板に入射するように構成される、放出手段と、
少なくとも１つの第１の波面アナライザ（２４０、２４０ａ）を含む波面分析手段であって、動作中に、
前記基板の第１の面（Ａ）による前記少なくとも１つの第１の光ビームの反射によってもたらされる少なくとも１つの第１の反射ビーム（２２２ａ）、および、前記第１の光ビームの前記基板への第１の透過とその後の前記基板の第２の面（Ｂ）による反射に続く前記基板への第２の透過とによってもたらされる第２の反射ビーム（２２２ａ）の、各波面の組み合わせの特徴を示す、第１の測定信号を生成するために、前記第１の波面アナライザの分析表面において、前記少なくとも１つの第１の反射ビームおよび前記第２の反射ビームを受け取り、
前記放出手段によって放出される第２の光ビームの前記基板への少なくとも１つの第１の透過によってもたらされる少なくとも１つの第１の透過ビーム（２２３、２２３ａ）の波面の特徴を示す、第２の測定信号を生成するために、前記波面分析手段によって、前記少なくとも１つの第１の透過ビームを受け取るように構成される、前記波面分析手段と、
前記第１の測定信号および前記第２の測定信号から、第１の基準面に対する前記基板の前記第１の面の変形を示す少なくとも１つの第１の信号と、第２の基準面に対する前記基板の前記第２の面の変形を示す少なくとも１つの第２の信号と、を算出するように構成された処理ユニット（２６０）と、を含む、システム。

【請求項9】

請求項８に記載のシステムであって、前記放出手段が、動作中に前記少なくとも１つの第１の光ビームが前記基板に対して実質的に垂直なように、前記基板に入射するように、構成される、システム。

【請求項10】

請求項８および９のいずれかに記載のシステムであって、前記第１の波面アナライザの前記分析表面は、分析される前記基板と実質的に光学的に共役する、システム。

【請求項11】

請求項８～９のいずれか一項に記載のシステムであって、
動作中前記第２の光ビームに対して実質的に垂直なように配置される基準ミラーを、受けるように構成される、第２の支持体をさらに含み、動作中に、
前記第１の透過ビーム（２２３）は、前記基板への前記少なくとも１つの第１の入射ビームの第１の透過と、前記基準ミラーによる反射と、前記基準ミラーによって反射されたビームの前記基板への第２の透過とによってもたらされ、
前記第１および第２の反射ビームならびに前記第１の透過ビームは、前記波面分析手段の前記第１の波面アナライザ（２４０）によって、受け取られる、システム。

【請求項12】

請求項８～９のいずれかに記載のシステムであって、前記波面分析手段は、前記第１の波面アナライザとは別の第２の波面アナライザを含み、
前記放出手段は、動作中に前記第２の光ビームが前記基板の前記第１の面に入射するように構成され、前記第１の透過ビームは、前記第２の光ビームの前記基板への第１の透過によってもたらされ、
前記波面分析手段は、動作中に前記第１の透過ビームが前記波面分析手段の前記第２の波面アナライザによって受け取られるように構成される、システム。

【請求項13】

請求項８～９のいずれかに記載のシステムであって、前記少なくとも１つの第１の波面アナライザが、ハルトマンおよびシャックハルトマン波面アナライザ、横方向シフト干渉計、モアレデフレクトメータ、ならびにシュリーレン法に基づくデバイスの中から選択される、システム。

【国際調査報告】