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公開番号2025013339
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2024169100,2023533665
出願日2024-09-27,2021-11-03
発明の名称光学計測デバイスのための焦点システム
出願人オントゥーイノヴェイションインコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01N 21/17 20060101AFI20250117BHJP(測定;試験)
要約【課題】本発明は、光学計測デバイスのための焦点システムを提供する。
【解決手段】光学計測デバイスからの光は、集束システムを用いて試料上の測定スポットに集束される。集束システムは、測定スポットから反射された光の画像を使用して、試料の所望の位置における最良の焦点位置を決定する。集束システムは、集束に使用するために、偏光状態又は波長などの反射光の特性を選択する。焦点位置を決定する際に使用するために選択される反射光の特性は、試料の異なる部分によって異なる影響を受ける。例えば、試料の上面から反射された光は、下にある層によって反射された光とは異なる特性を有し得る。反射光の選択された特性は、試料の上面又は下にある層に測定スポットを集束させるために、集束システムによって使用される。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
光学計測デバイスの焦点位置を決定するための集束システムであって、前記集束システムは、
反射光の光路に配置されたビームスプリッタであって、前記反射光の部分を測定検出器に向け、前記反射光の残りの部分を焦点検出器に向けるように構成されたビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタからの前記反射光の前記残りの部分を受け取るように配置される前記焦点検出器であって、前記焦点検出器は、前記反射光の画像を検出器アレイ上で受け取り、前記反射光の前記画像は、前記試料の上面から反射された光の第１の画像及び前記上面の下にある１つ以上の層から反射された光の第２の画像のうちの少なくとも１つ、又はそれらの組み合わせを含み、前記画像の位置と、前記第１の画像及び前記第２の画像のうちの少なくとも１つを識別する前記反射光の特性とに基づいて信号を生成する、前記焦点検出器と、
前記焦点検出器から前記信号を受信し、前記信号に基づいて前記光学計測デバイスの前記焦点位置を決定するように結合された少なくとも１つのプロセッサと、を含む、集束システム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記光学計測デバイスの前記焦点位置を決定するために、前記検出器アレイ上の前記反射光の前記画像の前記位置を見つけるように構成される、請求項１に記載の集束システム。
【請求項３】
前記検出器アレイ上の前記試料からの反射光の前記画像は、前記試料の前記上面から反射された光の前記第１の画像と、前記上面の下にある前記１つ以上の層から反射された光の前記第２の画像との両方を含み、前記反射光の前記特性は、前記第１の画像と前記第２の画像とを区別する、請求項１に記載の集束システム。
【請求項４】
前記反射光の前記特性が偏光である、請求項１に記載の集束システム。
【請求項５】
前記焦点検出器は、複数のマクロピクセルを備える偏光検出器であり、各マクロピクセルは、前記検出器アレイの対応するピクセルと位置合わせされたマイクロ偏光子のマイクロ偏光子アレイを備え、マクロピクセル内の各マイクロ偏光子は、離散偏光配向を有し、前記少なくとも１つのプロセッサは、前記試料の上面又は前記試料の前記上面の下にある層のうちの１つ以上から反射された光に敏感な偏光状態に基づいて、前記焦点検出器からの前記信号を選択するように構成される、請求項４に記載の集束システム。
【請求項６】
前記試料に斜めに入射する前記光を偏光させる回転偏光子を更に含み、
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記回転偏光子によって生成された前記光の偏光の変化に応答して、前記焦点検出器からの前記信号を選択するように構成される、請求項５に記載の集束システム。
【請求項７】
前記光学計測デバイスは、偏光状態発生器及び偏光状態分析器を備える偏光解析器であり、前記ビームスプリッタは、前記反射光の前記光路において前記偏光状態分析器の前に配置される、請求項１に記載の集束システム。
【請求項８】
前記反射光の前記特性が波長範囲である、請求項１に記載の集束システム。
【請求項９】
前記焦点検出器は、前記試料の上面から反射される紫外光を検出する検出器アレイを備える、請求項８に記載の集束システム。
【請求項１０】
前記ビームスプリッタと前記検出器アレイとの間に配置され、第１の範囲の波長を有する前記反射光の前記残りの部分が前記検出器アレイ内の第１のセットのピクセルに入射して前記反射光の前記画像を形成することを可能にするように構成されたフィルタを更に備え、前記第１の範囲の波長を有する光が前記試料の上面に対して敏感である、請求項８に記載の集束システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０２０年１２月０２日に出願された「ＦＯＣＵＳＳＹＳＴＥＭＦＯＲＯＰＴＩＣＡＬＭＥＴＲＯＬＯＧＹＤＥＶＩＣＥ」と題した米国特許仮出願第１７／１１０，２１０号に対する優先権を主張するものである。
続きを表示（約 3,100 文字）【０００２】
（発明の分野）
本発明は、光学計測に関し、特に光学計測デバイスの集束に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体及び他の同様の産業では、加工中に基板を非接触で評価するために光学計測装置が使用されることが多い。光学計測では、被試験試料に対して、例えば、単一の波長又は複数の波長の光を照射する。試料と相互作用した後、生じた光を検出、分析して、試料の所望の特性を決定する。
【０００４】
いくつかの光学計測デバイスは、試料に斜めに入射し、検出される前に試料から反射又は散乱する光を使用する。斜めの入射角を使用する光学計測デバイスの一例は、偏光解析器である。偏光解析器は、試料の特性を測定するために、試料の表面から反射された光の偏光状態の変化を検出する光学計測デバイスである。反射率計などの他のタイプの光学計測デバイスも、斜めの入射角の光を使用することができる。
【０００５】
偏光解析器及び反射率計のような傾斜光学測定デバイスは、試料上に適切に集束されなければならない。いくつかのシステムは、独立した集束システム、すなわち、光学計測デバイスに取り付けられているが、試料に対する集束システム、したがって光学計測デバイスの位置を決定するために独立した光路を使用するシステムを使用する。しかしながら、このような集束システムは非常に正確な位置合わせを必要とし、これは高価で困難である。一体化された集束システムは、アパーチャを有するミラーを使用することがあり、ミラーは、試料から反射された光の外側光線を焦点検出器に反射し、一方、反射光の内側光線は、アパーチャを透過し、光学計測デバイスの検出器によって受け取られる。しかしながら、このようなデバイスは迷光による不正確さの影響を受けやすい。
【発明の概要】
【０００６】
光学計測デバイスからの光は、集束システムを用いて試料上の測定スポットに集束される。集束システムは、測定スポットから反射された光の画像を使用して、試料の所望の位置における最良の焦点位置を決定する。集束システムは、焦点位置を決定するために試料から反射される光の特性を選択するように構成され得る。選択された特性は、例えば、光の偏光状態又は波長であってもよい。例えば、いくつかの試料の上面から反射された光は、下にある層によって反射された光とは異なる偏光状態を有し得る。同様に、試料の上面から反射された光は、下にある層によって反射された光とは異なる波長特性を有し得る。例えば、上面は、紫外線（ＵＶ）及び可視波長の両方の光を反射してもよく、一方、底面は、可視波長の光のみを反射してもよい。したがって、集束システムは、反射光の選択された特性、例えば偏光状態又は波長に基づいて、試料の上面からの反射と下にある層からの反射とを区別し、選択された特性を使用して測定スポットを所望のレベルに集束させるように構成することができる。
【０００７】
一実装形態では、光学計測デバイスの焦点位置を決定するための集束システムは、反射光の光路に配置されたビームスプリッタを含むことができる。ビームスプリッタは、反射光の部分を測定検出器に向け、反射光の残りの部分を焦点検出器に向けるように構成される。集束システムは、ビームスプリッタからの反射光の残りの部分を受け取るように配置された焦点検出器を更に含むことができる。焦点検出器は、検出器アレイ上で反射光の画像を受け取り、反射光の画像は、試料の上面から反射された光の第１の画像及び上面の下にある１つ以上の層から反射された光の第２の画像のうちの少なくとも１つ、又はそれらの組み合わせを含み、画像の位置と、第１の画像及び第２の画像のうちの少なくとも１つを識別する反射光の特性とに基づいて信号を生成する。例えば、反射光の特性は、光の偏光状態又は波長（例えば、ＵＶ又は可視ＮＩＲ）であってもよい。少なくとも１つのプロセッサが、焦点検出器から信号を受信し、信号に基づいて光学計測デバイスの焦点位置を決定するように結合される。
【０００８】
一実装形態では、光学計測デバイスの焦点位置を決定する方法は、試料からの反射光の第１の部分を測定検出器に向けて誘導することと、反射光の第２の部分を焦点検出器に向けて誘導することとを含むことができる。反射光の画像は、焦点検出器を用いて検出され、反射光の画像は、試料の上面から反射された光の第１の画像、及び上面の下にある１つ以上の層から反射された光の第２の画像のうちの少なくとも１つ、又はそれらの組み合わせを含む。反射光の部分は、第１の画像及び第２の画像のうちの少なくとも１つを識別する反射光の特性に基づいて選択され、光学計測デバイスの焦点位置を決定する。例えば、反射光の特性は、光の偏光状態又は波長（例えば、ＵＶ又は可視ＮＩＲ）であってもよい。光学計測デバイスの焦点位置は、焦点検出器上の画像の位置と反射光の選択された部分とを用いて決定される。
【０００９】
一実装形態では、光学計測デバイスの焦点位置を決定するための集束システムは、反射光の光路に配置されたビームスプリッタを含むことができる。ビームスプリッタは、反射光の部分を測定検出器に向け、反射光の残りの部分を焦点検出器に向けるように構成されてもよい。焦点検出器は、反射光の残りの部分を受光するように配置されてもよい。焦点検出器は、検出器アレイ上で反射光の画像を受け取り、反射光の画像は、試料の上面から反射された光の第１の画像、及び上面の下にある１つ以上の層から反射された光の第２の画像のうちの少なくとも１つ、又はそれらの組み合わせを含む。光学計測デバイスは、光学計測デバイスの焦点位置を決定するために、第１の画像及び第２の画像のうちの少なくとも１つを識別する反射光の特性に基づいて反射光の部分を選択するための手段を更に含むことができる。例えば、反射光の特性は、光の偏光状態又は波長（例えば、ＵＶ又は可視ＮＩＲ）であってもよい。光学計測デバイスは、反射光の画像及び反射光の選択された部分に基づいて光学計測デバイスの焦点位置を決定するための手段を更に含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
集束システムを有する斜角光学計測デバイスを示す。
焦点検出器のセンサアレイと、光学計測デバイスの焦点位置を決定するために使用されるセンサアレイ上の光のスポットとの上面図を示す。
焦点検出器のセンサアレイ上に複数の反射を生成するフィルムスタックを含む試料を示す。
集束システムにおける焦点検出器として使用され得る偏光検出器を示す。
複数の反射を生成するフィルムスタックと、反射光の偏光に基づいて試料からの異なる反射に敏感であるピクセルを含む偏光検出器とを含む試料を示す。
フィルムスタックから反射された光の波長感度を示すグラフである。
１つ以上の波長フィルタを含む集束システムを有する光学計測デバイスの部分を示す。
１つ以上の波長フィルタを含む集束システムを有する光学計測デバイスの部分を示す。
複数の反射を生成するフィルムスタックと、反射光の波長に基づいて試料からの異なる反射に敏感である検出器とを含む試料を示す。
光学計測デバイスの集束する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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