物体の表面トポグラフィを測定するための装置および方法

专利摘要:
物体の表面トポグラフィを測定するための装置が、物体の表面に第１の光ビームを向けること、第１の光ビームに対してコヒーレントでありかつ空間的に位相シフトされた第２の光ビームを生成すること、および第２の光ビームと、物体の表面からの第１の光ビームの反射ビームとから干渉ビームを発生させることができる光学配置を含む。この装置はさらに、干渉ビームを検出および測定するための少なくとも１つのライン走査センサを含む。
公开号:JP2011513703A
申请号:JP2010547624
申请日:2009-02-17
公开日:2011-04-28
发明作者:エム シュナイダー，ヴィトー；ピー トライス，ジェイムズ；アール ルブラン，フィリップ
申请人:コーニング インコーポレイテッド；
IPC主号:G01B9-02

专利说明:

[0001] 本出願は、２００８年２月２１日出願の米国特許出願第１２／０７０８４４号明細書の優先権の利益を主張し、これは、参照することにより本書に援用される。]
技術分野

[0002] 本発明は一般的に、物体の表面トポグラフィを測定する技術に関する。具体的には、本発明は、位相測定干渉法および物体の表面トポグラフィの測定装置に関する。]
背景技術

[0003] フラットパネルディスプレイ、能動電子デバイス、光起電装置、および生物学的な配列等の装置の作製に使用される基板は、一般に実質的に欠陥がなくかつ数マイクロメートル以内で平坦である表面を有する必要がある。それゆえ、欠陥および平坦に関してこれらの表面を比較的容易に検査できることが重要である。位相測定干渉法（ＰＭＩ）は、表面トポグラフィを測定するための光干渉法技術の一例である。ＰＭＩは一般的に、物体の表面と光ビームの相互作用によって干渉パターンを形成すること、および干渉パターンを検出することを伴い、検出された干渉パターンを使用して表面トポグラフィを再構築する。ＰＭＩは、一般的にエリアスキャンカメラに依存して干渉パターンを検出する。]
発明が解決しようとする課題

[0004] しかしながら、エリアベースのＰＭＩの使用は、フラットパネルディスプレイに使用されるもののような大きな基板の高速検査に限定されている。１つの課題は、エリアスキャンカメラの視野角が限られていることである。別の課題は、エリアスキャンカメラをスケーリングすることが困難であることである。一般に、エリアスキャンカメラが大きいほど、エリアスキャンカメラはより複雑となり、走査時間が長くなりかつコストが高くなる。]
課題を解決するための手段

[0005] 一態様では、本発明は、物体の表面トポグラフィを測定するための装置に関する。この装置は、（ｉ）物体の表面に第１の光ビームを向けること、（ｉｉ）第１の光ビームに対してコヒーレントでありかつ空間的に位相シフトされた第２の光ビームを生成すること、および（ｉｉｉ）第２の光ビームと、物体の表面からの第１の光ビームの反射ビームとから干渉ビームを発生させることができる光学配置を含む。装置はさらに、干渉ビームを検出および測定するための少なくとも１つのライン走査センサを含む。]
[0006] 別の態様では、本発明は、物体の表面に第１の光ビームを向ける工程、第１の光ビームに対してコヒーレントでありかつ空間的に位相シフトされた第２の光ビームを生成する工程、第２の光ビームと、物体の表面からの第１の光ビームの反射ビームとから干渉ビームを生成する工程、および少なくとも１つのライン走査センサを使用して干渉ビームを検出および測定する工程を含む、物体の表面トポグラフィを測定する方法に関する。]
[0007] さらに別の態様では、本発明は、物体の表面トポグラフィを測定する方法であって、物体の表面に第１の光ビームを向ける工程、第１の光ビームに対してコヒーレントでありかつ空間的に位相シフトされた第２の光ビームを生成する工程、第２の光ビームと、物体の表面からの第１の光ビームの反射ビームとから干渉ビームを生成する工程、干渉ビームの複数のコピーを作る工程、干渉ビームの各コピーを複数の空間位相スプリッタのうちの１つに通過させる工程、および複数の空間位相スプリッタに関連した複数のライン走査センサを使用して干渉ビームのコピーを検出および測定する工程を含む方法に関する。]
[0008] 本発明の他の特徴および利点は以下の説明および添付の特許請求の範囲から明らかとなる。]
[0009] 添付の図面は、以下説明するように、本発明の典型的な実施形態を示すものであり、本発明が同様な効果を与える他の実施形態にも適用可能であるために、本発明の範囲を限定するものであると考えるべきではない。図面は縮尺通りである必要はなく、明瞭および簡潔にするために、特定の特徴および特定の図面は縮尺を大きくしたりまたは概略的に示したりし得る。]
図面の簡単な説明

[0010] 物体の表面トポグラフィを測定するための装置のブロック図
物体の表面トポグラフィを測定するためのトワイマン−グリーンタイプの干渉計の概略図
物体の表面トポグラフィを測定するためのフィゾータイプの干渉計の概略図
線形ピクセル位相マスクおよびライン走査センサを含む撮像モジュールの概略図
線形ピクセル位相マスクの前に４分の１波長板がある図４の撮像モジュールの概略図
複数のピクセル位相マスクおよびライン走査センサを含む撮像モジュールの概略図
ライン走査センサに光学的に結合された線形プリズム位相シフタの斜視図
図７の線形プリズム位相シフタの正面図] 図４ 図７
実施例

[0011] 本発明を以下、添付の図面に例示するような数例の好ましい実施形態を参照して詳細に説明する。好ましい実施形態の説明では、本発明の理解を徹底させるために多数の具体的な詳細を説明する。しかしながら、これら具体的な詳細の一部またはすべてを用いずに本発明を実施し得ることが当業者には明白であろう。他の例では、本発明を不必要に分かりにくくしないように周知の特徴および／または工程段階については詳細には説明していない。加えて、同様のまたは同一の参照符号を使用して共通または類似の要素を特定する。]
[0012] 図１は、検査用物体１０２の表面トポグラフィを測定するための装置１００のブロック図である。装置１００は、検査用物体１０２の検査面１０４との光学的相互作用によって発生した干渉ビームパターンを測定する干渉計１０５を含む。干渉計１０５は光ビームを検査面１０４に向ける。ビームのサイズは一般に検査面１０４の表面積よりもはるかに小さい。干渉計１０５を並進移動段１７６に取り付け、かつ一連の被測定干渉計ビームパターンを得るために検査面１０４全体にわたって並進移動させてもよく、そのビームパターンから、検査面１０４の表面トポグラフィを再構築できる。あるいは、検査面１０４を、一連の被測定干渉計ビームパターンを得るために干渉計１０５に対して並進移動させてもよい。この場合、検査用物体１０２を並進移動段（図示せず）に結合して検査面１０４と干渉計１０５との間のそのような相対運動を可能にする。干渉計１０５によって調査されている検査面１０４の表面積は大きくても小さくてもよい。検査面１０４は平坦であってもよく、かつ、表面の欠陥を含んでも含まなくてもよい。干渉計１０５は、検査面１０４と参照面（図１には図示せず）との間の表面の高さ変動を測定することによって検査面１０４に欠陥を検出する。検査面１０４を有する検査用物体１０２は、フラットパネルディスプレイ、能動電子デバイス、光起電装置、生物学的な配列、およびセンサーアレイなどの、平坦度が高く表面欠陥が最小限である基板を必要とする装置に使用するための基板とし得る。フラットパネルディスプレイなどの装置を作製するための基板は、例えば３ｍ×３ｍと非常に大きくてもよい。検査面１０４を有する検査用物体１０２は、ガラス、ガラス−セラミック、およびプラスチック材料などの目的の適用に好適ないずれかの材料から作製し得る。] 図１
[0013] 干渉計１０５は、干渉ビーム発生器１０６、ビーム調整モジュール１０８、および撮像モジュール１１０を含む。干渉ビーム発生器１０６は、第１の光ビームを検査面１０４に向けて、第１の光ビームの反射ビームと第２の光ビームとから干渉ビームを生成させる光学配置を含み、ここで第２の光ビームは第１の光ビームに対してコヒーレントであり、かつ空間的に位相シフトされている。ここでおよび以下のパラグラフでコヒーレンスと称すものは時間コヒーレンスである。第２の光ビームの位相シフトは、検査面１０４のトポグラフィに従って変化する。ビーム調整モジュール１０８は、干渉ビーム発生器１０６の光学配置によって生じた干渉ビームを撮像モジュール１１０に向ける。ビーム調整モジュール１０８は、干渉ビームを成形しかつ干渉ビームを撮像モジュール１１０上に集めるために、コリメーティングレンズ、開口、および回折素子などの光学素子のいずれかの組み合わせを含み得る。撮像モジュール１１０は、干渉ビーム発生器１０６によって生じた干渉ビームを検出および測定する。装置１００は、撮像モジュール１１０からの測定したデータを集めるためのデータ収集モジュール１１２を含む。データ収集モジュール１１２は、撮像モジュール１１０と通信するための入出力インターフェース１７０、測定したデータを記録するためのデータ記録装置１７２、および記録したデータを処理するためのデータ処理装置１７４を含み得る。データ処理装置１７４は、測定したデータから検査面１０４の表面トポグラフィを再構築するプロセスを実行し得る。]
[0014] 干渉計１０５は、トワイマン−グリーン（Ｔｗｙｍａｎ−Ｇｒｅｅｎ）タイプ、フィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）タイプ、または位相測定干渉法（ＰＭＩ）に好適な他の干渉計タイプとし得る。しかしながら、表面トポグラフィを測定するための公知のＰＭＩベースの干渉計とは対照的に、干渉計１０５は、線形光学系のシステムを使用する。干渉計１０５は、１つまたは複数のライン走査センサに基づく撮像モジュール１１０を使用して、単一の干渉ビームから同時に複数のインターフェログラム検出および測定する。高分解能測定の場合、干渉計１０５のモジュールを、撮像モジュール１１０によって検出された干渉ビームが実質的に線形のプロファイルを有するように設計する。]
[0015] 図２に、トワイマン−グリーン構成における干渉計１０５を示す。図２では、干渉モジュール１０６は、検査面１０４の調査に使用される光ビームＢＩをもたらす光源１１４を含む。光ビームＢＩは、局所的でもまたは光源１１４から離れていてもよい能動部品および／または受動部品（別々には図示せず）を使用して与えることができる。能動部品が光源１１４から離れている場合、光ビームを、それが発生した離れた位置から光源１１４まで送るために、レンズ、ミラー、および光ファイバーなどの受動部品を使用し得る。光源１１４によって生成された光ビームＢＩは、低コヒーレンスレーザービームまたは他の低コヒーレンス光ビームとし得る。いくつかの実施形態では、干渉ビーム発生器１０６の光学配置は、光ビームＢＩを所望の形状に成形するビーム成形器１１６を含む。線形撮像モジュール１１０による能力を高めるために、ビーム成形器１１６は好ましくは、非線形の光ビーム、例えば円形ビームを、実質的に線形のビーム、例えばラインビーム、高楕円ビーム、または他の高アスペクト比のビームに成形するライン発生器である。ビーム成形器１１６は、例えば、回折素子またはホログラフィックディフューザとし得る。] 図２
[0016] 干渉ビーム発生器１０６の光学配置はさらに、偏光ビームスプリッタ１２２を含み、さらにレンズ１２５を含み得る。干渉ビーム発生器１０６では、光ビームＢＩがビーム成形器１１６を通過して、レンズ１２５によって偏光ビームスプリッタ１２２上に集められる。偏光ビームスプリッタ１２２は光ビームＢＩを２つの直交偏光されたビームＢＴおよびＢＲに分割する。概して、光ビームＢＲは光ビームＢＴに対してコヒーレントであり、かつ空間的に位相シフトされているか、または位相分離されている。干渉ビーム発生器１０６の光学配置は、参照面１２０を有する参照物体１１８を含み、参照面は平坦であり、かつ公知の表面トポグラフィを有する。一般に、参照物体１１８は前面ミラーであるか、または参照面１２０は反射性材料製のまたは反射性材料で被覆されている表面とし得る。偏光ビームスプリッタ１２２によって生じた光ビームＢＴおよびＢＲは、検査面１０４および参照面１２０にそれぞれ向けられる。光ビームＢＴおよびＢＲはそれぞれ検査面１０４および参照面１２０に当たり、それぞれ反射光ビームＢＴＲおよびＢＲＲとして反射して偏光ビームスプリッタ１２２に戻される。反射光ビームＢＴＲおよびＢＲＲの経路長はそれぞれ検査面１０４および参照面１２０のトポグラフィによる影響を受ける。]
[0017] 低コヒーレンスシステムの場合、偏光ビームスプリッタ１２２と、検査面１０４および参照面１２０の各々との間の光路長が光源１１４の光学的コヒーレンス長以内になるように、偏光ビームスプリッタ１２２を検査面１０４および参照面１２０に対して位置決めする。コヒーレンス長は、２つの光ビームの位相がランダムになる（それゆえ、干渉パターンは生成されない）前にその２つの光ビームが移動できる光学距離である。光ビームＢＴが検査面１０４に入射すると、光ビームＢＴの一部が反射して干渉計１０５に反射光ビームＢＴＲとして戻される。反射光ビームＢＴＲは参照面１０２からの反射光ビームＢＲＲと再び一緒になって干渉ビームＩＢを生成させ、それが撮像モジュール１１０において検出される。光源１１４のコヒーレンス長が検査用物体１０２の光学的厚さの２倍よりも大きい場合、検査面１０４を通過して検査用物体１０２の背面１０３に至る光ビームＢＴの部分もまた反射して干渉計１０５に戻され、反射光ビームＢＴＲおよびＢＲＲと再び一緒になり、干渉ビームＩＢに寄与する。背面反射が干渉パターンに寄与することを最小限にするかまたはそれを防止するために、低コヒーレンス長の光源１１４が望ましい。概して、および好ましくは、光源１１４のコヒーレンス長は検査用物体１０４の光学的厚さよりも小さい。概して、および一層好ましくは、光源１１４のコヒーレンス長は、検査用物体１０４の光学的厚さの２倍よりも小さい。検査用物体１０２の光学的厚さは、光ビームＢＴの入射方向（干渉計１０５の測定アームとしても公知）に沿って測定した検査用物体１０２の厚さ（Ｔ）と、検査用物体１０２の屈折率との積である。]
[0018] ４分の１波長板１２４、１２６を、偏光ビームスプリッタ１２２と検査面１０４および参照面１２０との間の光路にそれぞれ配置する。４分の１波長板１２４、１２６は、直線偏光した光を円偏光した光に変えるか、その逆を行う。順方向では、４分の１波長板１２４、１２６は、偏光ビームスプリッタ１２２において直線偏光された光ビームＢＴおよびＢＲを検査面１０４および参照面１２０において円偏光するように機能する。逆方向では、４分の１波長板１２４、１２６は、検査面１０４および参照面１２０において円偏光された反射光ビームＢＴＲおよびＢＲＲを偏光ビームスプリッタ１２２において直線偏光するように機能する。一部の実施形態では、集束レンズ１２８を使用して偏光ビームスプリッタ１２２または４分の１波長板１２４からの光ビームＢＴを検査面１０４上に集める。集束レンズ（図示せず）を同様に使用して、偏光ビームスプリッタ１２２または４分の１波長板１２６からのビームＢＲを参照面１２０上に集めてもよい。]
[0019] 偏光ビームスプリッタ１２２で受けた反射光ビームＢＴＲおよびＢＲＲは、偏光ビームスプリッタ１２２を出ると、再び一緒にされて再結合ビームＲＢを形成する。再結合ビームＲＢはビーム調整モジュール１０８で受けられて、ビーム調整モジュール１０８を干渉ビームＩＢとして出射する。撮像モジュール１１０は干渉ビームＩＢを検出して測定する。上述のように、ビーム調整モジュール１０８は、撮像モジュール１１０への調整および集束ビーム用の光学素子を含む。図２に示す例では、ビーム調整モジュール１０８は、再結合ビームＲＢを撮像モジュール１１０上に集めるための集束レンズ１２３を含む。ビーム調整モジュール１０８は、任意に再結合ビームのコピーを作りかつ再結合ビームのコピーを撮像モジュール１１０に提供するための光学素子モジュール１４９を任意に含んでもよい。光学素子モジュール１４９は、例えば回折素子またはホログラフィックディフューザを含んでもよい。下記で詳細に説明するように、光学素子モジュール１４９は、撮像モジュール１１０が干渉ビームを測定するために複数のライン走査センサを含むときに有用である。] 図２
[0020] 図３に、国際公開第２００６／０８０９２３号パンフレットで説明されているようなフィゾー構成の干渉計１０５を示す。図３では、干渉ビーム発生器１０６は、上述のような、検査用物体１０２の検査面１０４の調査に使用される光ビームＢＩをもたらす光源１１４を含む。光源１１４によってもたらされた光ビームＢＩは、上述のようにビーム成形器１１６、半波長板１６３、およびビーム拡大レンズ１６２を通過し、その後ビームスプリッタ１６０に入射する。光ビームＢＩはビームスプリッタ１６０に当たると、検査用物体１０２の検査面１０４および参照物体１６９の参照面１６７の方に反射する。ビームスプリッタ１６０からの光ビームＢＩは、コリメーションレンズ１６５によって面１０４、１６７上に集められてもよい。図３に示す構成では、検査面１０４および参照面１６７は一列に並んでおり、かつ、これらの面で反射したビームＢＴＲおよびＢＲＲが空間的に分離するように互いに対して傾いている。先の例で説明したように、光ビームＢＴＲおよびＢＲＲはまたコヒーレントである。概して、および好ましくは、光源１１４のコヒーレンス長は、検査用物体１０４と参照物体１６９の光学的厚さの合計よりも小さい。概して、および一層好ましくは、光源１１４のコヒーレンス長は、検査用物体１０４と参照物体１６９の光学的厚さの合計の２倍よりも小さい。検査用物体１０２の光学的厚さは上記で定義した。参照物体１６９の光学的厚さは、（干渉計１０５の測定アームに沿って測定された）参照物体１６９の厚さと参照物体１６９の屈折率との積である。図３に示す構成では、参照物体１６９は透明材で作製される。参照物体１６９を、例えば平坦な参照面１６７を備える透明レンズとし得る。反射ビームＢＴＲおよびＢＲＲはビームスプリッタ１６０を通過し、ビーム調整モジュール１０８で受けられる。ビーム調整モジュール１０８では、反射光ビームＢＴＲおよびＢＲＲはコリメーションレンズ１６４の焦点面のある点に集光する。空間偏光フィルタ１６６をコリメーションレンズ１６４の焦点面に配置して、反射光ビームが、コリメーションレンズ１６４を出射すると直交偏光状態を有するようにする。直交偏光状態を有する光ビームは、さらに結像レンズ１７１および偏光ビームスプリッタ１７３を通過し、ビーム調整モジュールを干渉ビームＩＢとして出射する。撮像モジュール１１０は干渉ビームＩＢを検出して測定する。] 図３
[0021] 図１〜図３を参照すると、撮像モジュール１１０はビーム調整モジュール１０８の下流に配置される。一部の実施形態では、図４に示すように、撮像モジュール１１０は、空間位相スプリッタとして線形ピクセル位相マスク１３０を含む。一部の実施形態では、線形ピクセル位相マスク１３０は繰り返しパターンの偏光素子１３４の線形アレイである。一部の実施形態では、線形アレイにおける偏光素子１３４の配置は、２つの隣接する偏光素子１３４が同じ偏光角を有しないようにする。ここでは、偏光角は、検出軸または干渉計（図１〜図３の１０５）の参照アームに対するものである。各繰り返しユニット１３２は、異なる偏光角を有する偏光素子１３４を含む。一部の実施形態では、各繰り返しユニットは４つの偏光素子１３４を含み、それぞれ、０°、９０°、１８０°、および２７０°から選択された偏光角を有する。一部の実施形態では、各繰り返しユニット内の偏光素子１３４は、隣接する偏光素子１３４間の偏光角の差が９０°であるように配置する。一例として、繰り返しユニット１３２は、偏光角０°を有する偏光素子１３４ａ、偏光角９０°を有する偏光素子１３４ｂ、偏光角１８０°を有する偏光素子１３４ｃ、および偏光角２７０°を有する偏光素子１３４ｄの一連の配置を含み得る。] 図１ 図２ 図３ 図４
[0022] 図５に、線形ピクセル位相マスク１３０の前に４分の１波長板１３６を備える図４の撮像モジュール１１０を示す。４分の１波長板１３６は、円偏光された入力ビームを直線偏光された入力ビームに変換し、かつその逆を行い、撮像モジュール１１０への入力ビームＩＢが円偏光されないときまたは直線偏光されるときに有用である。図４および図５では、線形ピクセル位相マスク１３０が、異なる位相遅延または位相シフトにおいて入力ビームの強度を調査する。位相シフトの数は、線形ピクセル位相マスク１３０内で示される異なる偏光状態の数に対応する。例えば、線形ピクセル位相マスク１３０が偏光素子の繰り返しユニットを有しおよび各繰り返しユニットが４つの異なる偏光角を含む場合、入力ビームで調査される位相遅延の数は４であったろう。これにより、撮像モジュール１１０は４つのインターフェログラムを同時に検出および測定できる。] 図４ 図５
[0023] 図４および図５では、撮像モジュール１１０はさらに、ピクセル位相マスク１３０を通過するインターフェログラムを検出および測定するためのピクセル位相マスク１３０に関連したライン走査センサ１４６を含む。ライン走査センサ１４６は、光素子１４８の線形アレイを含む。図４および図５に示す特定の構成では、ライン走査センサ１４６の光素子１４８と線形ピクセル位相マスク１３０の偏光素子１４８との間には１対１のマッピングがある。ライン走査センサ１４６は、線形ピクセル位相マスク１３０において示される異なる偏光状態および位相遅延で線形ピクセル位相マスク１３０を通過する干渉ビームの強度を検出および測定する。] 図４ 図５
[0024] 図６に、撮像モジュール１１０が直線偏光アレイ１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄを含む一例を示す。概して、撮像モジュール１１０は、もう２つの直線偏光アレイを有してもよく、少なくとも３つの直線偏光アレイが一般的に好ましい。直線偏光アレイ１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄの各々は一連の偏光素子を含む。一例では、直線偏光アレイ１３８ａは、第１の偏光角を有する偏光素子を含み、直線偏光アレイ１３８ｂは、第２の偏光角を有する偏光素子を含み、直線偏光アレイ１３８ｃは、第３の偏光角を有する偏光素子を含み、および直線偏光アレイ１３８ｄは、第４の偏光角を有する偏光素子を含み、第１、第２、第３、および第４の偏光角は異なる。一例として、第１、第２、第３、および第４の偏光角は、０°、９０°、１８０°、および２７０°から選択される。この構成では、直線偏光アレイ１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄの各々が、異なる位相遅延または位相シフトでの入力ビームの強度を調査する。図５にあるように、入力ビームが直線偏光される場合、直線偏光アレイ１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄの各々はそれらの前に４分の１波長板が置かれてもよい。偏光アレイ１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄは、各偏光アレイが単一の偏光状態のために設けられていることを除いて、線形ピクセル位相マスク（図４および図５の１３０）と同じように作用する。入力または干渉ビームＩＢの４つのコピーが、４つの偏光アレイ１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄに必要である。入力ビームＩＢの４つのコピーは、ビーム調整モジュール（図２の１０８）において、回折素子またはホログラフィックディフューザなどの光学素子モジュール（図２の１４９）によってもたらすことができる。入力ビームＩＢの４つのコピーをもたらす光学素子モジュールはまた、ビーム調整モジュールにではなく、撮像モジュール１１０の入力側に位置決めすることもできる。] 図２ 図４ 図５ 図６
[0025] 図６では、撮像モジュール１１０は、直線偏光アレイ１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄにそれぞれ関連したライン走査センサ１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ、１４６ｄを含む。ライン走査センサ１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ、および１４６ｄは、図４および図５に示すライン走査センサ１４６と類似しており、それぞれ直線偏光アレイ１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄを通過するインターフェログラムを検出する。] 図４ 図５ 図６
[0026] 図７および図８に、空間位相スプリッタとしておよび線形ピクセル位相マスク（図４〜図５の１３０および図６の１３８ａ〜ｄ）の代わりに使用できる線形プリズム位相シフタ１６０を示す。線形プリズム位相シフタ１６０は、ビームスプリッタ１６２、偏光ビームスプリッタ１６４、ビームスプリッタ１６６、およびプリズムまたはミラー１６８を含み、それらは直線的に積み重ねて配置されている。スプリッタ１６２、１６４、１６６およびプリズムまたはミラー１６８の積み重ねには、ベアプレート１６２ａ、４分の１波長板１６４ａ、ベアプレート１６６ａ、および４分の１波長板１６８ａがそれぞれ隣接しており、それらは直線的に積み重ねて配置されている。プレートの積み重ねには、三角プリズム１６２ｂ、１６４ｂ、１６６ｂ、および１６８ｂが隣接しており、それらは直線的に積み重ねて配置されている。図８を参照すると、入力ビームＩＢがビームスプリッタ１６２で受けられる。ビームスプリッタ１６２は入力ビームＩＢを２つの光ビームＩ１およびＩ２に分割する。ビームＩ１はベアプレート１６２ａを通過してプリズム１６２ｂに至る。ライン走査センサ（図７の１４６）の一部分がプリズム１６２ｂと整列されて、プリズム１６２ｂからの出力ビームを受ける。光ビームＩ２は偏光ビームスプリッタ１６４まで進行し、そこで、再び、直交偏光状態を有する２つの光ビームＩ２１およびＩ２２に分割される。光ビームＩ２１は４分の１波長板１６４ａを通過してプリズム１６４ｂに至る。ライン走査センサ（図７の１４６）の一部分が、プリズム１６４ｂからの出力ビームを受ける。光ビームＩ２２はビームスプリッタ１６６まで進行し、そこで、２つの光ビームＩ２２１およびＩ２２２に分割される。光ビームＩ２２１はベアプレート１６６ｂおよびプリズム１６６ｂを通過して、ライン走査センサ（図７の１４６）で受けられる。光ビームＩ２２２はプリズムまたはミラー１６８まで進行する。光ビームＩ２２２の反射ビームＩ２２２１は４分の１波長板１６８ａおよびプリズム１６８ｂを通過する。ライン走査センサ（図７の１４６）の一部分はプリズム１６８ｂの出力を受ける。ビームスプリッタおよび偏光ビームスプリッタ１６２、１６４、１６６、１６８を好ましくは、出力ビームの強度が厳密に適合し、かつ出力ビームが同様の信号対雑音比を有するように設計する。] 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
[0027] 図１〜図３を参照すると、干渉ビーム発生器１０６は、検査用物体１０２の検査面１０４との光学的相互作用によって干渉ビームを発生させる。干渉ビームＩＢはビーム調整モジュール１０８を通過し、撮像モジュール１１０上に集められる。撮像モジュール１１０内部では、撮像モジュール１１０のいずれの構成が使用されるかに依存して、入力ビームＩＢが、線形ピクセル位相マスク（図４および図５の１３０）または直線偏光アレイ（図６の１３８ａ〜ｄ）または線形プリズム位相シフタ（図７および図８の１６０）（まとめて空間位相スプリッタと呼ぶ）によって異なる位相遅延で調査される。撮像モジュール１１０の内部では、ライン走査センサ（図４および図５の１４６）または複数のライン走査センサ（図６の１４６ａ〜ｄ）が、撮像モジュール１１０のいずれの構成が使用されるかに依存して、線形ピクセル位相マスク（図４および図５の１３０）または直線偏光アレイ（図６の１３８ａ〜ｄ）または線形プリズム位相シフタ（図７および図８の１６０）（まとめて空間位相スプリッタと呼ぶ）を通過するインターフェログラムを検出および測定する。干渉計１０５は、検査面１０４にわたって線形に並進移動される一方、干渉ビーム発生器１０６は、検査面１０４にわたる干渉計１０５の各位置において干渉ビームを発生させる。あるいは、検査面１０４は、干渉計１０５に対して線形に並進移動される一方、干渉計ビーム発生器１０６は干渉ビームを発生させる。干渉計１０５によって発生された干渉ビームを、上述のように、撮像モジュール１１０によって検出および測定する。干渉ビーム発生器１０６によって発生された各干渉ビームの場合、撮像モジュール１１０は干渉ビームからの複数のインターフェログラムを同時に検出および測定する。測定したデータは、ＣｈｅｎｇおよびＷｙａｎｔ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、２４、３０４９頁（１９８５年）に記載されているように、データ収集モジュール（図１の１１２）に送信されて処理され、周知の技術を使用して表面トポグラフィを再構築する。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
[0028] 干渉計１０５の線形性によって、表面トポグラフィ測定システムのスケーラビリティが促進される。検査面の表面トポグラフィを測定するために、干渉計１０５のサイズは、１次元または第１の寸法に沿って検査面に適合すればよい。干渉計１０５が測定を行う間、全表面トポグラフィを、第１の寸法に対して実質的に直交する第２の寸法に沿った線形干渉計１０５と検査面との間の相対運動によって得る。撮像モジュール１１０の構成部品の線形のスケーリングは、比較的容易にかつ安価に行うことができる。なぜなら、必要なのは、空間位相スプリッタ（図４および図５の１３０；図６の１３８ａ〜ｄ、図７および図８の１６０）およびライン走査センサ（図４、図５、および図７の１４６；図６の１４６ａ〜ｄ）に対する線形方向に要素を追加することだけであるためである。あるいは、干渉計１０５の線形アレイを使用して第１の直線方向に沿って検査面を被覆することができ、および干渉計１０５の線形アレイと、第１の直線方向に対して実質的に直交する第２の直線方向に沿った検査面との間の相対運動を使用して２次元的な表面トポグラフィを発生させることができる。干渉計１０５の線形性のために、干渉計１０５を検査面と整列させることは比較的簡単である。これにより、製造環境におけるオンライン測定用の干渉計１０５の開発を促進する。] 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
[0029] 装置１００を物体の表面トポグラフィのオンライン測定に使用できる。測定された表面トポグラフィを使用して、物体の被測定面上の欠陥の存在を検出できる。フラットパネルディスプレイの作製に使用される基板などの物体では、これらの欠陥は、数百マイクロメートル〜数ミリメートル程度の長さあり、かつ物体の被測定面上のいずれの場所にも発生し得る。被測定面自体は、例えば３ｍ×３ｍと非常に大きくてもよい。高さが１マイクロメートル未満の欠陥の場合、振動が懸念される。装置１００は瞬間的な位相測定干渉法（ｉ−ＰＭＩ）を使用して、試験すなわち被測定面のラインに沿ってなされる測定に対する振動効果を実質的になくす。ｉ−ＰＭＩでは、複数のインターフェログラムが単一の干渉ビームから抽出される。干渉ビーム自体が、検査面が事実上「停止（ｆｒｏｚｅｎ）」している時間フレーム内にもたらされる。５マイクロ秒の干渉計の暴露で、５０マイクロメートルよりも大きい振幅および２０Ｈｚよりも高い周波数の検査面振動が事実上停止され、１ｎｍ以下の精度での表面トポグラフィを測定可能にする。加えて、干渉計１０５を高速な走査速度で被測定面に対して動かすことによって、２次元的な表面トポグラフィを、局所的な振動効果を最小にして生じさせることができる。高速な走査速度では、ラインに沿った測定および局所的な領域の測定の双方で振動は停止する。次いで、２次元的な表面トポグラフィは、局所的なトポグラフィ測定が連続したものであり、各局所的なトポグラフィ測定は、検査面が事実上「停止」しているときの時間フレーム中に獲得される。各局所的なトポグラフィ測定内で、欠陥の検出は一貫性があり、信頼性が高い。局所的な欠陥シグニチャ用により大きなトポグラフィマップを分析するための様々な方法がある。１つの方法は、大きなトポグラフィマップを、空間周波数（または走査速度が公知であるため時間周波数）のフーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）マップに変換し、その後、欠陥を隔離するために高域フィルタまたは帯域通過フィルタを適用することを含む。]
[0030] 装置１００はまた、Ｄｏｃｋｅｒｔｙに発行された米国特許第３，３３８，６９６号明細書および同第３，６８２，６０９号明細書（参照することにより本書に援用される）に説明されているように、フュージョンドロープロセス（ｆｕｓｉｏｎ ｄｒａｗ ｐｒｏｃｅｓｓ）を使用して材料のシートを形成する間に、表面トポグラフィの測定にも使用し得る。フュージョンドロープロセスでは、材料のシートを、延伸中、振動などの運動にさらしてもよい。材料のシートの振動よりも速い速度で干渉計１０５が材料のシート全体を掃引する場合、高分解能測定を行うことができる。]
[0031] 本発明を、限られた数の実施形態に関して説明したが、この開示による利益を有する当業者は、ここで説明した本発明の範囲を逸脱しない他の実施形態も考案できることを理解するであろう。従って、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。]

权利要求:

請求項1
物体の表面トポグラフィを測定する方法であって、前記物体の表面に第１の光ビームを向ける工程；前記第１の光ビームに対してコヒーレントでありかつ空間的に位相シフトされた第２の光ビームを生成する工程；前記第２の光ビームと、前記物体の前記表面からの前記第１の光ビームの反射ビームとから干渉ビームを生成する工程；および少なくとも１つのライン走査センサを使用して前記干渉ビームを検出および測定する工程、を含むことを特徴とする方法。
請求項2
前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームが実質的に線形であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
請求項3
前記干渉ビームを検出および測定する工程が、前記干渉ビームを異なる位相遅延で調査する空間位相スプリッタに前記干渉ビームを通過させる工程を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
請求項4
前記干渉ビームを生成する工程が、前記第２の光ビームを、公知のトポグラフィを有する参照面に向ける工程、および前記参照面からの前記第２の光ビームの反射ビームと、前記物体の前記表面からの前記第１の光ビームの反射ビームとから前記干渉ビームを生成する工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
請求項5
前記少なくとも１つのライン走査センサを使用して前記干渉ビームを検出および測定する工程が、前記干渉ビームから複数のインターフェログラムを同時に獲得する工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
請求項6
さらに、前記インターフェログラムを使用して前記物体の前記表面トポグラフィを再構築する工程を含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
請求項7
物体の表面トポグラフィを測定するための装置であって、（ｉ）前記物体の表面に第１の光ビームを向けること、（ｉｉ）前記第１の光ビームに対してコヒーレントでありかつ空間的に位相シフトされた第２の光ビームを生成すること、および（ｉｉｉ）前記第２の光ビームと、前記物体の前記表面からの前記第１の光ビームの反射ビームとから干渉ビームを発生させることができる光学配置；および前記干渉ビームを検出および測定するための少なくとも１つのライン走査センサ、を含むことを特徴とする装置。
請求項8
前記光学配置がさらに、光源光ビームを実質的に線形のビームに成形することができるビーム成形器を含むことを特徴とする、請求項７に記載の装置。
請求項9
さらに、前記干渉ビームを異なる位相遅延で調査するために前記少なくとも１つのライン走査センサに光学的に結合された少なくとも１つの空間位相シフタを含むことを特徴とする、請求項７または請求項８に記載の装置。