JP2020516861A - 空間出力からスペクトル形状を回復すること - Google Patents
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Abstract
Description
[0001] 本出願は、RECOVERING SPECTRAL SHAPE FROM SPATIAL OUTPUTという名称の2017年4月9日出願の米国出願第62/483,423号、及びRECOVERING SPECTRAL SHAPE FROM SPATIAL OUTPUTという名称の2017年7月17日出願の米国出願第15/651,935号の利益を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
[00077]
[00078] 式中、S(λk)はλkに等しい波長λ555での(光学スペクトル107から決定された)スペクトル強度550であり、A(m,k)は波長λkと空間領域435(m)との(行列520pから決定された)マッピングである。この方程式は、第1種フレドホルム積分方程式の離散バージョンである。行列乗算の観点から、この方程式はより簡単にF=A×Spと書くことができ、式中Fはフリンジパターン571であり、Aは行列520pであり、Spは光学スペクトル107である。図6Aでは、簡潔にするために、最大値を有する等高線しか示されていない。
[00080]
[00081] 式中、Inormは規格化因子であり、Fはエタロン463のフィネス係数であり、nは平面463A、463Bの反射面間の材料の屈折率であり、deは平面463A、463Bの反射面間の距離であり、Rは空間領域435の半径方向距離であり、空間領域435と干渉パターン474の中心GCとの間の距離である。さらに、検出器430は出力レンズ464の焦点面に配置され、焦点面は出力レンズ464から距離fDのところに位置する。
を乗じて、
とすべきである。ここで2次元行列520は予備2次元行列520pの擬似逆行列である。したがって、スペクトルSp107は、この行列関係
によって与えられる。図6Bはこの関係を行列形式で示している。図6Bに表された2次元行列
は、簡潔にするために最大値の等高線しか示されていないが、示されているよりも多くの構造を含むことができる。2次元行列
の計算は、メトロロジシステム100及びフォトリソグラフィシステム210の他の態様を説明した後に、以下でさらに詳しく考察される。
を計算できる前に、スペクトロメータ415のための予備2次元行列A520pを決定しなければならない。図7を参照すると、スペクトロメータ415のための予備2次元行列A520pを決定するのに試験装置700を使用する。試験装置700は、任意のスペクトロメータ115のための予備2次元行列A120pを決定するのに使用することができる。
は、次に述べるように予備2次元行列A520pの擬似逆行列として計算することができる(1145)。予備2次元行列A520pは通常、正則であるか又は正則に近いため、厳密にいうと逆行列
が存在しない可能性がある。一般に、擬似逆2次元行列
は、エタロン463が高い又は無限のフィネスを有する制限的な状況では逆行列
である。この制限的な状況は一般的ではないため、擬似逆2次元行列
は単純な理論を用いて計算することができず、特別な数学理論を用いる必要がある。
を決定するのに特異値分解が用いられる。特異値分解と呼ばれる、次のような予備2次元行列A520pの因数分解が存在する。
[000131] A=UΣVT
[000132] 式中、Σは対角線上に非負実数を持つ対角行列であり、Uは直交行列(つまり実成分を持つ正方行列であり、その共役転置行列UTと等しい逆行列を有する)であり、Vは直交行列である。物理的に、行列Σは、スペクトル特徴(例えば波長)空間から空間領域空間への減衰ファクタである特異値が入力される。行列Uの列は左特異ベクトルであり、空間領域空間の正規直交基底を与える。これらの左特異ベクトルは、空間領域言語の文字と考えることができる。行列VTの列は右特異ベクトルであり、スペクトル特徴空間の正規直交基底を与える。これらの右特異ベクトルはスペクトル特徴空間言語の文字と考えることができる。この実装形態では、擬似逆2次元行列
は次式によって与えられる。
[000133]
[000134] 式中、Σ−1はΣの逆行列である。例えばσjが行列Σの特異値であり、δjkが(j=kのとき値が1で、j≠kのとき値が0の関数である)クロネッカーのデルタである場合は、Σ−1 jk=(1/σj)δjkである。
の概略的表現を示すが、実際の擬似逆2次元行列
はより複雑である。予備2次元行列A520pから計算された擬似逆2次元行列
の一例が図13に示されている。この例示的な擬似逆2次元行列
では、暗色の主要な特徴は、フリンジパターン571に対応する波長(スペクトル特徴)を抽出する一方、正及び負の発振(明色の線)は、フリンジを前述の特異値分解プロセスの一部として分解した特異ベクトルの一般的な発振特性を示す。
を決定するための特異値分解を含む手順は雑音増幅を起こしやすい。したがって、雑音を除去するために、擬似逆2次元行列
にフィルタリングを適用することができる。フィルタリングは行列Σ−1中の特定の値を0に置き換えることによって行うことができる。0に置き換えられる値はフリンジパターン571の信号対雑音比に基づいて選ばれる。例えば値Σ−1 jjは、j>jtruncの場合に0に置き換えることができる。ここでjtruncはフリンジパターン571の信号対雑音比に基づいて選ばれる。
[000139]
[000140] 式中、κはフリンジパターン571の信号対雑音比に基づいて選ばれ、σjは行列Σの特異値である。
と、フリンジパターン571の形態を取り得る検出された光ビーム特性アレイとの行列乗算を行うことによって光学スペクトル107を推定する(1220)。
光ビームの光学スペクトルを推定する方法であって、方法が、
それぞれが光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを受け取る、スペクトロメータの個別の空間領域に光ビームを投影すること、
投影した光ビームの特性をスペクトロメータの個別の空間領域のそれぞれで検出すること、
各成分が1つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供する2次元行列であって、スペクトロメータの入出力関係に関連する2次元行列を受け取ること、及び
光ビームの光学スペクトルを検出した光ビーム特性と受け取った2次元行列とをともに使用した解析に基づいて推定すること、
を含む方法。
スペクトロメータの個別の空間領域に光ビームを投影することが、
各フィルタリングされたバージョンを異なる方向又は異なる角度に沿って送ることを含む、光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを分離すること、及び
これらの分離したフィルタリングされたバージョンを各空間領域に投影すること、
を含む、条項1に記載の方法。
スペクトロメータの個別の空間領域に光ビームを投影することが、
互いに干渉する複数の光ビームを生成すること、及び
光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンが、スペクトロメータの透過の際の異なる光共振から生じること、
を含む、条項1に記載の方法。
投影した光ビームの特性を個別の空間領域で検出することが、投影した光ビームを通って延びる少なくとも1つの半径方向経路に沿って光ビームの強度を検出することを含む、条項1に記載の方法。
投影した光ビームの特性を個別の空間領域で検出することが、光学スペクトルのフィルタリングされたバージョンによって空間領域に付与されたエネルギーを検出することを含む、条項1に記載の方法。
試験光ビームをスペクトロメータと相互作用させること、
試験光ビームのスペクトル特徴を、N個の個別のスペクトル特徴の範囲にわたって変化させること、及び
範囲内の各スペクトル特徴について、
試験光ビームの特性を各空間領域で検出すること、
試験光ビームの検出した特性を、スペクトロメータの入出力関係を捉えた予備2次元行列のスペクトル特徴に基づいて割り当てられた列として、スペクトロメータのM個の空間領域のそれぞれに記憶すること、及び
2次元行列を予備2次元行列に基づいて計算すること、
によって2次元行列を作成することをさらに含み、
2次元行列の行の数及び予備2次元行列の列の数はNに等しく、2次元行列の列の数及び予備2次元行列の行の数はMに等しい、条項1に記載の方法。
光ビームの光学スペクトルを推定することが、2次元行列と検出した光ビーム特性との行列乗算を実行することを含む、条項6に記載の方法。
個別のスペクトル特徴の数Nが、推定した光学スペクトルの解像度を決定する、条項6に記載の方法。
スペクトロメータの入出力関係を捉えた予備2次元行列の擬似逆行列を計算することによって2次元行列を作成すること、
2次元行列を記憶すること、をさらに含み、
光ビームの光学スペクトルを推定することが、2次元行列と検出した光ビーム特性との行列乗算を実行することを含む、
条項1に記載の方法。
予備2次元行列の擬似逆行列を計算することが、予備2次元行列に特異値分解を行うことを含む、条項9に記載の方法。
雑音からの寄与が信号からの寄与を上回る行列積の成分を減らすことによって、雑音の影響を減らすことをさらに含む、条項10に記載の方法。
投影した光ビームの検出した特性をアレイに記憶することをさらに含み、アレイの行の数が、1つの空間方向のスペクトロメータの個別の空間領域の行の数に一致し、アレイの列の数が、もう1つの空間方向のスペクトロメータの個別の空間領域の列の数に一致する、条項1に記載の方法。
アレイの列の数が1に等しく、アレイの行の数がMに等しく、
2次元行列の列の数がMに等しい、
条項12に記載の方法。
推定した光学スペクトルに基づいてスペクトル特徴を計算することをさらに含み、スペクトル特徴が、波長及び帯域幅の1つ以上を含む、条項1に記載の方法。
光ビームの経路にあるスペクトロメータと、
スペクトロメータに接続された制御システムと、を備えたメトロロジ装置であって、
スペクトロメータが、
光ビームを光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンに分離するように構成されたスペクトル分散装置と、
投影した光ビームの経路にあり、個別の空間領域を画定する検出器であって、光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを各空間領域で受け取り、投影した光ビームの特性を各個別の空間領域で検出するように構成された検出器と、を備え、
制御システムが、
各成分が1つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供する2次元行列であって、スペクトロメータの入出力関係に関連する2次元行列を受け取り、
検出した光ビーム特性及び受け取った2次元行列を解析し、
解析に基づいて光ビームの光学スペクトルを推定するように構成されたメトロロジ装置。
各空間領域が、検出器の1つ以上の結像素子で構成された表面である、条項15に記載のメトロロジ装置。
スペクトル分散装置が、
互いに干渉する複数の光ビームを生成することによって、光ビームを光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンに角度分離するように構成されたエタロンと、
異なるフィルタリングされたバージョンを検出器の個別の空間領域に投影するように構成されたレンズと、を備えた干渉光学装置を備え、
検出器の空間領域が、半径方向に沿って中心領域から配置される、
条項15に記載のメトロロジ装置。
2次元行列の行の数がNに等しく、Nが2次元行列の行に記憶されている個別のスペクトル特徴の範囲に等しく、個別のスペクトル特徴の範囲がエタロンの少なくとも1つの自由スペクトル領域に及び、個別のスペクトル特徴の数Nが、推定した光学スペクトルの解像度を決定する、条項15に記載のメトロロジ装置。
検出器が、一方向に沿って延びるフォトダイオード検出器のアレイを備える、条項15に記載のメトロロジ装置。
制御システムが、検出した投影した光ビームの特性をアレイに記憶するように構成されたメモリを備え、アレイの行の数が、第1の空間方向の検出器の個別の空間領域の行の数に一致し、アレイの列の数が、第2の空間方向の検出器の個別の空間領域の列の数に一致する、条項15に記載のメトロロジ装置。
第1の空間方向が半径方向であり、第2の空間方向が半径方向に垂直である、条項20に記載のメトロロジ装置。
スペクトロメータが相互作用する試験光ビームを生成するように構成された試験光源と、
試験光ビームのスペクトル特徴を制御するスペクトル特徴駆動装置と、
をさらに備えた、条項15に記載のメトロロジ装置。
スペクトル特徴駆動装置が、試験光ビームがスペクトロメータと相互作用する間、N個の個別のスペクトル特徴の範囲にわたって試験光ビームのスペクトル特徴を変化させるように構成され、
検出器が、試験光ビームの特性を各空間領域で検出するように構成され、
制御システムが、試験光源及びスペクトル特徴駆動装置に接続され、範囲内の各スペクトル特徴について、試験光ビームの検出した特性を、スペクトロメータの入出力関係を捉えた予備2次元行列のスペクトル特徴に基づいて割り当てられた列として、スペクトロメータのM個の空間領域のそれぞれに記憶することによって、2次元行列を作成するように構成された、条項22に記載のメトロロジ装置。
試験光ビームが、光ビームの帯域幅よりも5から500,000倍小さい帯域幅を有する、条項22に記載のメトロロジ装置。
試験光源が単一周波数全固体レーザを含む、条項22に記載のメトロロジ装置。
Claims (25)
- 光ビームの光学スペクトルを推定する方法であって、
スペクトロメータの個別の空間領域に前記光ビームを投影し、前記空間領域のそれぞれが前記光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを受け取ること、
前記投影した光ビームの特性を前記スペクトロメータの前記個別の空間領域のそれぞれで検出すること、
各成分が1つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供し、前記スペクトロメータの入出力関係に関連する、2次元行列を受け取ること、及び
前記光ビームの前記光学スペクトルを前記検出した光ビーム特性と前記受け取った2次元行列とをともに使用した解析に基づいて推定すること、
を含む方法。 - 前記スペクトロメータの個別の空間領域に前記光ビームを投影することが、
各フィルタリングされたバージョンを異なる方向又は異なる角度に沿って送ることを含む、前記光学スペクトルの前記異なるフィルタリングされたバージョンを分離すること、及び
これらの分離したフィルタリングされたバージョンを各空間領域に投影すること、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記スペクトロメータの個別の空間領域に前記光ビームを投影することが、
互いに干渉する複数の光ビームを生成すること、及び
前記光学スペクトルの前記異なるフィルタリングされたバージョンが、前記スペクトロメータの透過の際の異なる光共振から生じること、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記投影した光ビームの特性を前記個別の空間領域で検出することが、前記投影した光ビームを通って延びる少なくとも1つの半径方向経路に沿って前記光ビームの強度を検出することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記投影した光ビームの特性を前記個別の空間領域で検出することが、前記光学スペクトルの前記フィルタリングされたバージョンによって前記空間領域に付与されたエネルギーを検出することを含む、請求項1に記載の方法。
- 試験光ビームを前記スペクトロメータと相互作用させること、
前記試験光ビームのスペクトル特徴を、N個の個別のスペクトル特徴の範囲にわたって変化させること、及び
前記範囲内の各スペクトル特徴について、
前記試験光ビームの特性を各空間領域で検出すること、
前記試験光ビームの前記検出した特性を、前記スペクトロメータの前記入出力関係を捉えた予備2次元行列の前記スペクトル特徴に基づいて割り当てられた列として、前記スペクトロメータのM個の空間領域のそれぞれに記憶すること、及び
前記2次元行列を前記予備2次元行列に基づいて計算すること、
によって前記2次元行列を作成することをさらに含み、
前記2次元行列の行の数及び前記予備2次元行列の列の数はNに等しく、前記2次元行列の列の数及び前記予備2次元行列の行の数はMに等しい、請求項1に記載の方法。 - 前記光ビームの前記光学スペクトルを推定することが、前記2次元行列と前記検出した光ビーム特性との行列乗算を実行することを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記個別のスペクトル特徴の数Nが、前記推定した光学スペクトルの解像度を決定する、請求項6に記載の方法。
- 前記スペクトロメータの前記入出力関係を捉えた予備2次元行列の擬似逆行列を計算することによって前記2次元行列を作成すること、
前記2次元行列を記憶すること、をさらに含み、
前記光ビームの前記光学スペクトルを推定することが、前記2次元行列と前記検出した光ビーム特性との行列乗算を実行することを含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記予備2次元行列の前記擬似逆行列を計算することが、前記予備2次元行列に特異値分解を行うことを含む、請求項9に記載の方法。
- 雑音からの寄与が信号からの寄与を上回る行列積の成分を減らすことによって、雑音の影響を減らすことをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記投影した光ビームの前記検出した特性をアレイに記憶することをさらに含み、前記アレイの行の数が、1つの空間方向の前記スペクトロメータの個別の空間領域の行の数に一致し、前記アレイの列の数が、もう1つの空間方向の前記スペクトロメータの個別の空間領域の列の数に一致する、請求項1に記載の方法。
- 前記アレイの前記列の数が1に等しく、前記アレイの前記行の数がMに等しく、
前記2次元行列の列の数がMに等しい、
請求項12に記載の方法。 - 前記推定した光学スペクトルに基づいてスペクトル特徴を計算することをさらに含み、前記スペクトル特徴が、波長及び帯域幅の1つ以上を含む、請求項1に記載の方法。
- 光ビームの経路にあるスペクトロメータと、
前記スペクトロメータに接続された制御システムと、を備えたメトロロジ装置であって、
前記スペクトロメータが、
前記光ビームを光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンに分離するように構成されたスペクトル分散装置と、
投影した光ビームの経路にあり、個別の空間領域を画定する検出器であって、前記光学スペクトルの異なるフィルタリングされたバージョンを各空間領域で受け取り、前記投影した光ビームの特性を各個別の空間領域で検出するように構成された検出器と、を備え、
前記制御システムが、
各成分が1つ以上の空間領域と各スペクトル特徴との関係を提供する2次元行列であって、前記スペクトロメータの入出力関係に関連する2次元行列を受け取り、
前記検出した光ビーム特性及び前記受け取った2次元行列を解析し、
前記解析に基づいて前記光ビームの光学スペクトルを推定するように構成されたメトロロジ装置。 - 各空間領域が、検出器の1つ以上の結像素子で構成された表面である、請求項15に記載のメトロロジ装置。
- 前記スペクトル分散装置が、
互いに干渉する複数の光ビームを生成することによって、前記光ビームを前記光学スペクトルの前記異なるフィルタリングされたバージョンに角度分離するように構成されたエタロンと、
前記異なるフィルタリングされたバージョンを前記検出器の前記個別の空間領域に投影するように構成されたレンズと、を備えた干渉光学装置を備え、
前記検出器の前記空間領域が、半径方向に沿って中心領域から配置される、
請求項15に記載のメトロロジ装置。 - 前記2次元行列の行の数がNに等しく、Nが前記2次元行列の前記行に記憶されている個別のスペクトル特徴の範囲に等しく、前記個別のスペクトル特徴の範囲が前記エタロンの少なくとも1つの自由スペクトル領域に及び、前記個別のスペクトル特徴の数Nが、前記推定した光学スペクトルの解像度を決定する、請求項15に記載のメトロロジ装置。
- 前記検出器が、一方向に沿って延びるフォトダイオード検出器のアレイを備える、請求項15に記載のメトロロジ装置。
- 前記制御システムが、前記検出した前記投影した光ビームの特性をアレイに記憶するように構成されたメモリを備え、前記アレイの行の数が、第1の空間方向の前記検出器の個別の空間領域の行の数に一致し、前記アレイの列の数が、第2の空間方向の前記検出器の個別の空間領域の列の数に一致する、請求項15に記載のメトロロジ装置。
- 前記第1の空間方向が半径方向であり、前記第2の空間方向が前記半径方向に垂直である、請求項20に記載のメトロロジ装置。
- 前記スペクトロメータが相互作用する試験光ビームを生成するように構成された試験光源と、
前記試験光ビームのスペクトル特徴を制御するスペクトル特徴駆動装置と、
をさらに備えた、請求項15に記載のメトロロジ装置。 - 前記スペクトル特徴駆動装置が、前記試験光ビームが前記スペクトロメータと相互作用する間、N個の個別のスペクトル特徴の範囲にわたって前記試験光ビームのスペクトル特徴を変化させるように構成され、
前記検出器が、前記試験光ビームの特性を各空間領域で検出するように構成され、
前記制御システムが、前記試験光源及び前記スペクトル特徴駆動装置に接続され、前記範囲内の各スペクトル特徴について、前記試験光ビームの前記検出した特性を、前記スペクトロメータの前記入出力関係を捉えた予備2次元行列の前記スペクトル特徴に基づいて割り当てられた列として、前記スペクトロメータのM個の空間領域のそれぞれに記憶することによって、前記2次元行列を作成するように構成された、請求項22に記載のメトロロジ装置。 - 前記試験光ビームが、前記光ビームの帯域幅よりも5から500,000倍小さい帯域幅を有する、請求項22に記載のメトロロジ装置。
- 前記試験光源が単一周波数全固体レーザを含む、請求項22に記載のメトロロジ装置。
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