JP5337718B2 - 歪測定結像システム - Google Patents

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関連出願の説明

本出願は、２００７年２月２６日に出願された、米国特許出願第６０/９０３４４３号の恩典と優先権を主張する。上記出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含まれる。

本発明は歪測定結像システムに向けられる。

液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)は現在普及している技術である。ＬＣＤはテレビ及びコンピュータを含む多くの表示デバイスに用いられている。ＬＣＤガラス製造は非常に複雑なプロセスである。液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)のような、テレビまたはコンピュータ用途に使用できるガラスの作成に必要な許容度要件を満たすには、極めて許容幅の狭い制御が必要である。したがって、ＬＣＤの製造においては測定及び検査が肝要なプロセスであり、測定及び検査プロセスを可能にするために用いられる技術は、いかなるＬＣＤ製造作業においても肝要な構成要素である。肝要な測定及び検査装置の１つはＬＣＤガラスの歪を測定するために用いられる。歪は製造中に多くの原因で生じ得る。原因の中には、製造における熱または温度サイクルがある。ガラスの切断は応力を発生させ、ガラスを歪ませ得る。

測定及び検査装置の１つでは、ＬＣＤ基板内の歪を測定するために相対測定が用いられる。従来の測定及び検査装置は、基板を支持するために用いられる支持台及び、基板が動かないように、基板を引き付ける真空を備える。支持台は、基板の検査を行うために用いることができる、基準マーク及び手段を有する。次いで、基板にプロセスが施されて、基板が支持台上で再位置決めされる。次いで、歪量を決定するために、基板上の検査マークと基準マークの間の比較を行うことができる。

一般的に言って、相対測定には、上述した支持プレートのような、規準格子パターンを有する基準プレートの使用が含まれる。次いで、試料ＬＣＤガラス基板が基準プレートの上面上に置かれる。試料基板は同様の規準格子パターンを有する。基準プレート格子と試料ガラス格子は互いに対してオフセットされる。基準プレート格子規準と試料ガラス格子規準の間のベクトル距離は測定ノードと称される。図１は、基準ガラス格子、試料ガラス格子及びこれら２つの間のベクトル距離の従来技術例を示す。図１に示されるように、基準ガラス格子１００が示されている。試料ガラス格子も参照数字１１０で示されている。基準ガラス格子１００と試料ガラス格子１１０の間のベクトル距離１２０(すなわち測定ノード)も示されている。

従来の歪測定は２段階で実施される。第１段階は支持台上の格子パターンに対するガラス基板上のそれぞれのノードを測定する工程を含む。サブミクロン精度が必要であれば、格子パターンを弁別し、測定ノードの変化を観察するために、カメラのような光学装置が用いられる。第１段階は、プレート切断または温度サイクル印加のようなプロセスのガラス試料への実施に先立って行われる。そのようなプロセスが行われてしまうと、第２段階が行われる。第２段階は支持台上の格子パターンに対するガラス基板上のそれぞれのノードを測定する工程を含む。次いで、第１段階と第２段階の間での測定ノードの何らかの変化を測定することによってガラスの歪を計算することができる。ガラス変形を決定するためには、第１段階と第２段階の間の測定値の差に純粋な平行移動及び回転の補正が必要である。

図２は歪測定に用いられるコンポーネントの拡大図を示す。試料基板２００が示されている。工程１において、試料基板２００が基準基板２１０上に位置決めされる。工程２において、格子２３０が試料基板２００上に罫描かれる。基準基板２１０は参照数字２２０で示される真空ポートを有する。試料基板２００上に第１の格子パターン２３０が示されている。基準基板２１０上に第２の格子パターン２４０が示されている。カメラのようなビジョンシステム２５０が示されている。工程３において、格子パターン(２３０，２４０)が互いに向き合うように試料基板２００が裏返され、第２の格子パターン２４０に対する第１の格子パターン２３０の位置がビジョンシステム２５０を用いて測定される。次いで、工程４において、試料基板２００は取り外され、プロセス(すなわち、切断、温度サイクル)が実施される。工程５において、工程３と同様に格子パターンを互いに向き合わせて試料基板２００が再び位置決めされ、再び測定される。工程３の測定値と工程５の測定値の間の差(すなわち測定ノード)が試料基板の歪である。

検査されている試料基板上の規準格子はその上面上に印される。試料基板厚は０.４ｍｍ〜１.１ｍｍの範囲にある。規準格子はいずれも、測定誤差を低減するため、同時に測定される。したがって、従来方法では、試料基板の格子が基準基板の格子と同じ焦平面にあるように、試料基板が裏返される。大寸基板の裏返し後に規準格子を位置合せする(すなわち、全シートにわたり格子間のオフセットをほぼ±５０μｍにする)ことは極めて難題であり、この結果、特別なハンドリング技術が必要である。

基板の裏返しまたは反転にともなう問題に加えて、従来のビジョンシステムを用いる基準格子パターンと試料格子パターンの弁別において別の問題に遭遇する。詳しくは、試料基板の裏返し及び基準基板と同じ焦平面上の試料基板の格子パターンの配置がビジョンシステムの２つの格子パターンを弁別及び対比できる能力を低下させる。規準格子を結像させるための従来照明では明視野ケーラー照明が利用される。この照明は、明るい背景(すなわち、焦点を外れた基板の反射)及び暗い前景(すなわち、結像レンズのＮＡの外側の規準格子散乱)を生じさせる。この背景は規準格子のコントラストを低下させる２つの主要な要因の影響を受け易い。第１に、測定中に、試料ガラス基板の下面に真空が印加される。これには、試料プレートと基準プレートの間に相対変位がないことを保証することが必要であり、さらに試料ガラス基板に一貫した形状が与えられることも保証される必要がある。この結果、２つの基板の間の間隙はサブミクロンレベルまで最小限に抑えられ、結像される測定ノードのコントラストを激烈に低下させ得る干渉を２つの表面間におこさせ得るであろう。第２に、基準基板の上面には、試料基板の裏返し、清掃、塵埃等のような複数の原因による、掻き傷のような汚染が生じ易い。これも、像を劣化させ、試料基板の格子パターンと基準基板の格子パターンの間のコントラストを低下させる。コントラスト及び像品位の低下よりもさらに重要なことに、これらの干渉及び塵埃は第１の測定と第２の測定の間で異なるであろう。したがって、そのような干渉及び塵埃は２つの測定に異なる態様で影響を与え、重大な測定誤差を生させることになるであろう。

すなわち、基板の裏返しにともなう問題に対処することが有益であろう。例えば、基板の裏返し及び歪の測定にともなう、機械的問題、ハンドリング問題、位置合せ問題及び結像問題に対処することが有益であろう。

測定及び検査のための基板の裏返しにともなう、機械的問題、ハンドリング問題、位置合せ問題及び結像問題に対処するための方法及び装置が提供される。本発明の教示にしたがえば、基板の裏返しを必要としない結像方法及びコントラスト強調アセンブリが用いられる。一実施形態において、歪を決定するために二重焦平面結像方法が用いられる。第２の実施形態において、コントラスト強調アセンブリを作成するために、一様高反射面が基準基板の裏面に与えられる。基板の裏返しにともなう問題に対処するためにそれぞれの実施形態が個別に、または組み合わせられて、用いられ得ることは当然である。

本発明の教示にしたがえば、ガラス測定及び検査システムに二重焦平面結像が実施される。一実施形態において、二重焦平面結像は、基板厚で(すなわち、光軸に沿って０.４ｍｍ〜１.１ｍｍ)隔てられた２つの別々の焦平面を提供する、試料基板及び基準基板のそれぞれの上の規準格子を同時に結像させることにより高分解能を与えるために実施される。

本発明の教示にしたがえば、基準基板の結像システムとは逆の側に配される面に一様高反射面が与えられた、コントラスト強調アセンブリが提供される。高反射面(すなわち鏡面)は、干渉及び汚染による、試料基板と基準基板の間のコントラスト変動を最小限に抑えるために用いられる。別の実施形態において明白色面のような高反射拡散面も実施され得ることは当然である。

一実施形態において、結像システムが開示される。結像システムは結像副光学系及び照明副光学系を備える。結像システムは、焦平面複合、拡大、照明、光発生、像形成及び像検出に用いられる。

サブミクロンレベルの歪及び所要精度の結果、本発明の教示にしたがえば、基板の歪(すなわち測定ノードの変化)を弁別するためにはほぼ１５Ｘの倍率及びほぼ０.１の開口数(ＮＡ)が必要である。所要の倍率及びＮＡを達成するにはほぼ８８μｍの焦点深度が必要である。

図１は従来技術の測定ノードの図を示す。 図２は従来技術の測定及び検査システムの図を示す。 図３は本発明の教示にしたがって実施される照明副光学系を示す。 図４は本発明の教示にしたがって実施される結像副光学系を示す。 図５は本発明の二重焦平面光学系実施形態の概念図を示す。 図６は本発明のカラーフィルタ実施形態の概念図を示す。 図７は本発明の偽干渉計光学系実施形態の概念図を示す。 図８は本発明の教示にしたがって実施される高反射面と組み合わされたビジョンシステムを示す。

本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす添付図面は、本発明のいくつかの態様を示し、記述とともに本発明の原理を、無限定で、説明するに役立つ。

本発明の教示にしたがえば、ガラス測定及び検査システムに二重焦平面ビジョンシステムが実装される。一実施形態において、２００５年４月２８日に出願され、コーニング社(Corning Incorporated)に譲渡された、米国特許出願公開第２００６/０２１７８９１Ａ１号の明細書の、透明基板における寸法変化を測定するための方法及び装置に開示されるシステムのような、測定及び検査システムが本明細書に参照として含まれる。

二重焦平面結像システムは二重焦平面形成システム及び二重焦平面検出システムの両者を備える。二重焦平面ビジョンシステムは、２つの格子パターンをサブミクロンレベルで明瞭に測定できる１つの検出器像平面への２つの物焦平面の同時結像を容易にする、いずれかのビジョンシステムと考えることができる。一実施形態において、どちらの格子パターンが基準であり、どちらの格子パターンが基板であるかにかかわらず、ノードが測定される。本発明の教示にしたがえば、二重焦平面システムは、偏光多重化または色多重化を用いるか、あるいは偽干渉計構成によって、実施することができる。

本発明の教示にしたがえば、試料基板及び基準基板が互いに接して配置され、接平面に相互の界面を形成する。試料基板は基準基板よりも結像平面に近づけて配置される。試料基板の前面が第１の焦平面をなし、基準基板の前面(すなわち試料基板と接する面)が第２の焦平面をなす。一実施形態において、第１の焦平面及び第２の焦平面が二重焦平面と称される。試料基板及び基準基板は、罫描き線のような、位置情報を伝えるマーキングを有する。一時に様々な点で測定される、これらのマーキングの相対位置が基準基板に対する試料基板の相対形状に関する情報を伝える。さらに、位置情報は、それぞれの基板の幅及び長さ、互いに対する基板の横位置及び水平位置、等も含むことができる。位置情報は、基板の物理的境界及び／または基板の方位を表すいかなる情報も含むことができる。

入射光は二重焦平面で検出される。入射光は二重焦平面から反射され、反射光を形成する。一実施形態において、反射光は少なくとも２本の同行直交偏光ビームを含む。本発明の教示にしたがえば、同行は２本の光ビームの間の関係を定める幾何的術語であり、２本の光ビームは互いに重なって、実質的に同一の空間及び時間を占めている。２本のビームは非幾何的属性、すなわち偏光の方向により相互に弁別される。

少なくとも２本の同行直交偏光ビームは実質的に共通の光路を通過する。本発明の一実施形態において、実質的に共通の光路の通過は、２本のビームが同一空間を占め、同じ素子またはコンポーネントを同時間に通過することを表し、同一空間は、コンポーネントの移動が測定されるべき歪よりも小さい像移動を生じさせる空間として定義され、同時間は、測定されている歪よりも像が大きく移動できる時間より短い、２つの測定の間の時間として定義される。本発明の教示にしたがえば、空間測定値はナノメートルスケールで定められ、検出される。

実質的に共通な光路の通過後、二重焦平面からの位置情報は単一の像平面上に精確に再生され、精確な再生とは、測定しようとしている歪より小さいレベルでの再生である。一実施形態において、像平面には少なくとも１つの検出器が実装される。この結果、焦平面に関連付けられる位置情報(すなわち、基準マーキング、相対位置情報、等)と像平面上の位置の間に１対１の関係が表れる。一実施形態において、この１対１の関係の構成は結像と定義することができる。本明細書においては少なくとも１対１の関係が論じられ、説明されるが、このことが、１対多数の関係が定められる状況を排除するものではないことは当然である。

別の実施形態において、光路が定められる。光路に沿って光学コンポーネントが配置される。光路の一端に二重焦平面アセンブリが配置され、光路の二重焦平面に対向する端(すなわち光路の他端)に像平面が配置される。本発明の教示にしたがえば、光は互いに対して配置された二重焦平面から反射され(すなわち、位置情報を生成し)、光路を通過して像平面に進む。したがって、結像は、二重平面からの光の反射、実質的に共通の光路を通る反射光の処理、次いで光路の二重焦平面に対向する端に配置された像平面における１対１の関係の構成として定義される。

ナノメートルレベルでの１対１マッピング関係の形成により、多くの様々なタイプの二重焦平面の測定が可能になる。例えば、基板を結像させることができ、次いで温度サイクル印加のようなプロセスを基板に実施することができる。基板を再び配置すれば、試料基板を再び結像させることができ、歪測定値をとることができる。

一実施形態において、照明副光学系は図３に示される照明光路を有し、結像副光学系は図４に示される結像光路を有する。一実施形態において、図３の照明副光学系は明視野反射ケーラー照明光をつくる。照明光路及び結像光路はいずれもシステムのシグマ値調節能力を提供するための個別のアパーチャ絞りを有する。シグマ値は像開口数(結像光路のＮＡ)に対する照明開口数(照明光路のＮＡ)の比である。シグマ値が高くなるほど、結像ひとみの溢光の度合いが大きくなって、横及び焦点の変動変化にわたって照明光が一様になる。

図３は、本発明の教示にしたがって実施される照明副光学系を示す。図３に詳細に示される照明副光学系は一様なオンアクシステレセントリック照明光をつくる。一実施形態において、照明副光学系は、広帯域、中強度、安定、オンアクシス、テレセントリックの光をつくり、開口数を制御することができる。開口数はシステムが光を受け入れるかまたは放射することができる角度範囲の表示である。テレセントリックレンズは、レンズの入射ひとみまたは出射ひとみの中心を通る光線が、レンズの一方の側または両側で、像平面または物平面のいずれの領域において光線が終端または出発していようとも、全て光軸に平行であるレンズとして定義することができる。言い換えれば、テレセントリック結像及びテレセントリック照明は、全ての中心光線が光軸に平行になる光をつくる。副光学系は、その光軸が焦平面に直交するように配置される。一実施形態において、照明副光学系で発生される光を操作するために用いられる、レンズ及びアパーチャのような素子は、照明光路と称される光路を形成する。

白色発光ダイオード(ＬＥＤ)照明源３００が示される。一実施形態において、強度が一定の広帯域光をつくり、ほぼ３Ｗのパワーを発生する白色ＬＥＤ３００が実装される。白色ＬＥＤ３００が開示されるが、ニュートン環を最小限に抑えるようにコヒーレンスが抑えられたいかなる多色光源も本発明の教示にしたがって実装され得ることは当然である。

二重レンズ３１０が示される。集光レンズ３１０は白色ＬＥＤ３００で発生される光をコリメートするために用いられる。光源の全ての点から放射されるビームが集束する場所３２０に視野絞りが組み込まれる。この視野絞りは、照明のために、レンズ３３０及び３５０によって物上に結像される。よって、視野絞りの大きさを調節することで、物の照明領域の大きさを調節することができる。

アパーチャ絞りと呼ばれる第２のアパーチャが配置される中間の位置３４０に第２のレンズ３３０が光源を再結像させる。アパーチャ絞りの直径が照明のＮＡを制御する。アパーチャ絞りはレンズ３６０の背焦平面に配置され、よってアパーチャ絞りの中心からの光線は物側でこのレンズの光軸に平行に出てくる。すなわち、アパーチャ絞りの位置は物側で照明光路をテレセントリックにする。

ケーラー照明として知られるこの照明システムにより、照明の大きさ及びＮＡの制御が可能になり、一様照明が保証され、方向が物に垂直な光の円錐によって物のそれぞれの点が照明されることを意味する、テレセントリック照明も保証される。

ミラー(４２５)は最終的に、物で反射された光のビームスプリッタを通す集光を可能にする、５０％ビームスプリッタとすることができる。次いで、同じ装置において、照明及び結像機能を提供するため、図４に示される結像システムを図３に示される照明システムとともに用いることができる。

図４は本発明の教示にしたがって実施される二重焦平面結像システムの結像副光学系を示す。結像副光学系は２つの焦平面を少なくとも１つの検出器に結合させる手段を提供する。一実施形態において、二重焦平面ビジョンシステムを実施するために偏光多重化が用いられる。一実施形態において、偏光多重化を実施するために複屈折レンズが用いられる。本発明の教示にしたがって実装される複屈折レンズは結像光学系を用いて初期ビームを２つの異なる焦平面上に分離するために用いられる。複屈折レンズは、入射光線の偏光ベクトルの方位に依存する、異なる屈折率を有する。この結果、複屈折レンズは入射光線を２本の(すなわち、常光線及び異常光線と呼ばれることが多い)光線に分解する。異なる軸上位置にある２つの物を結像するための複屈折レンズの使用は既知であり、例えば、米国特許第４５６６７６２Ａ号明細書及び米国特許第５０７３０２１Ａ号明細書に説明されている。

単一の複屈折レンズが用いられる場合、いずれの偏光光線も倍率色収差として知られる波長依存シフトを受けるであろう。この収差を制御するため、複屈折レンズの光学能が最小限に抑えられる。一実施形態において、これは、物から発せられる光ビームを初めにコリメートし、次いでビームがコリメートされる場所に配置される低光学能複屈折レンズを用いることで達成される。

図４に、基準基板４００が示され、試料基板４１０が示される。本発明の教示にしたがえば、基準基板４００はアルミノホウケイ酸ディスプレイガラスで実施される。基準基板は約６.８ｍｍの厚さ４０５を有することができ、試料基板４１０は約０.７ｍｍの厚さ４１５を有することができる。試料基板４１０は、コーニング１７３７，コーニングＥａｇｌｅ２０００，等のような、アルミノホウケイ酸ガラスファミリーで実施される。上記ガラス名はコーニング社の商標である。試料基板は、参照数字４１０ａで示される前面すなわち第１の焦平面及び参照数字４１０ｂで示される背面すなわち第２の焦平面を有する。議論の目的のため、光は前焦平面４１０ａから反射され。背焦平面４１０ｂから反射される。一実施形態において、第２の焦平面４１０ｂは基板４１０と基準基板４００の接触配置によって実施される。基準基板４００も前面４０５ａ及び背面４０５ｂを有することにも注意すべきである。本発明の一実施形態において、試料基板４１０の背面４１０ｂと基準基板４００の前面４０５ａの間の界面は第２の焦平面を形成する。

図４に示されるように結像副光学系に入る照明光４２０が示される。一実施形態において、照明光４２０は図３の照明副光学系によって発生される。無偏光性プレートビームスプリッタ４２５が照明光４２０を受取り、照明光４２０を様々な物平面上に向ける。照明光４２０は複屈折レンズ４３０及び対物二重レンズ４３５を通過する。光は次いで焦平面４１０ａ及び４１０ｂのそれぞれから反射され、対物二重レンズを通って戻る。複屈折レンズ４３０は、撮像装置において光が適切に結合できるように、補正集束レンズとしてはたらく。アパーチャ４４５，デマルチプレクサ４５０及びＣＣＤ検出器４６０も示される。ビームスプリッタ４２５，複屈折レンズ４３０，像二重レンズ４３５，アパーチャ４４５，デマルチプレクサ４５０及びＣＣＤ検出器４６０はそれぞれ結像光路に沿って配置される。

動作中、図３に示される照明副光学系が図４に示される照明光４２０を発生する。照明光４２０はビームスプリッタ４２５を照射する。参照数字４６２で示されるように、照明光４２０の５０％が順向光路に沿って複屈折レンズ４３０に向けられ、参照数字４２２で示される５０％がビームダンプに向けて導かれる。光は複屈折レンズ４３０を通過し、二重レンズ４３５が光を試料４１０上に集束させる。

一実施形態において、逆方向で、反射光４６８は、光学系がＣＣＤ平面４６０において物を拡大(すなわち１５Ｘ〜１９Ｘに)するように配置された像二重レンズ４３５によって処理される。光は、第１及び第２の、２つの異なる直交偏光に作用する２つの異なる屈折率を有する、複屈折レンズ４３０を通過する。試料４１０の上面から反射される第１の直交偏光がＣＣＤ平面４６０に正しく集束されるように、５つの屈折率の内の大きい方の屈折率が第１の偏光に作用する。試料４１０と基準基板４００の間の界面から反射される第２の直交偏光がＣＣＤ平面４６０に正しく集束されるように、２つの屈折率の内の小さい方の屈折率が第２の偏光に作用する。一実施形態において、二重レンズ４３５及び複屈折レンズ４３０を有するステージ４４０を、試料基板厚４１５に関して正しく集束させるように調節された様々な二重レンズ４３５及び複屈折レンズ４３０が置き換えられて結像光路に入り得るように、回転させるためにタレット４４２が用いられる。

逆方向に、ビームスプリッタ４２５において、信号４６８の５０％が反射されて照明副光学系に戻り、５０％が(参照数字４７４で示されるように)逆向光路をアパーチャ絞り４４５の方向に進む。アパーチャ絞り４４５は結像光学系の開口数の制御を容易にする。アパーチャ絞り４４５はコントラストを変える(すなわち微調する)かまたはシグマ値を操作することによる、像品位を調節するためにフレキシビリティも提供する。

デマルチプレクサ４５０が２つの異なる焦平面に対応するアパーチャ絞り４４５から光４７６を受け取る。光４７６は同じ光軸を共有する異なる偏光に関する２つの光路を有する。それぞれの焦平面(すなわち、４１０ａ，４１０ｂ)は異なる偏光に関連付けられる。デマルチプレクサは第１の領域４５０ａ及び第２の領域４５０ｂを有する。デマルチプレクサ４５０の第１の領域４５０ａは第１の直交偏光を含む光を通し、第２の領域４５０ｂは第２の直交偏光を含む光を通す。

デマルチプレクサ４５０は、多くの目的を果たす。例えば、デマルチプレクサは２つの異なる焦平面に対応する光を分離する。デマルチプレクサはコントラストを高レベルに保つ。デマルチプレクサの使用は一方の焦平面からの情報が他方の焦平面からの情報に乗ることを避けるに役立つ。デマルチプレクサは異なる偏光を含む光を受取り、別々の偏光に分離する。デマルチプレクサ４５０の第１の領域４５０ａは光を受取り、第１の偏光を通す。デマルチプレクサ４５０の第２の領域４５０ｂは光を受取り、第２の偏光を通す。したがって、デマルチプレクサは第１の偏光４５５ａ及び第２の偏光４５５ｂを発生する。

最後に、逆向光路において、第１の偏光４５５ａ及び第２の偏光４５５ｂは、一実施形態において検出器を実装することができる、像平面４６０に伝えられる。本発明の教示にしたがえば、第１の偏光４５５ａ及び第２の偏光４５５ｂは像平面において、例えば検出器に結合される。像平面４６０の第１の領域４６０ａは第１の偏光４５５ａを受け取って処理し、像平面４６０の第２の領域４６０ｂは第２の偏光４５５ｂを受け取って処理する。

第２の実施形態においては、第１，第２，第３及び第４の偏光ビームが(参照数字４６８で示されるように)反射される。第１及び第２の偏光ビームは第１の焦平面４１０ａから反射され、第３及び第４の偏光ビームは第２の焦平面４１０ｂから反射される。

一実施形態において、光４６６は２本の直交偏光ビームを含む。２本の直交偏光ビームは第１の焦平面４１０ａから、また第２の焦平面４１０ｂから、反射される。反射光４６８は、様々な焦平面(すなわち、４１０ａ，４１０ｂ)及び高反射面４０２から反射される光を全体として表すために示される。

２本の同行直交偏光ビームは第１の焦平面４１０ａから反射され、対物二重レンズ４３５を通って進む。全体として反射光４６８で表される、２本の同行直交偏光ビームは、光学能／倍率を提供する、対物二重レンズ４３５によって処理される。複屈折レンズ４３０において、２本の同行直交偏光ビームは２つの異なる屈折率に出会うであろう。一実施形態において、第１の焦平面４１０ａから反射された光４６６(２本の同行直交偏光ビーム)は複屈折レンズ４３０の高屈折率すなわち高光学能領域で処理される。この結果、２本の同行直交偏光ビームは若干異なる距離に集束されるであろう。高屈折率によって処理された同行直交偏光ビームは検出器(すなわち焦平面)に集束されるであろう。他方の同行直交偏光ビームは検出器４６０の後方に集束されるであろう。本発明の一実施形態において、デマルチプレクサ４５０は第１のビームを通し、第２のビームを遮るであろうことに注意すべきである。２本の同行直交偏光ビームの相対集束位置は変えられているが、２本の同行直交偏光ビームは未だに同じ光軸上を進んでいる。

他方の２本の同行直交偏光ビーム(すなわち、第３及び第４のビーム)は第２の焦平面４１０ｂから反射され、対物二重レンズ４３５を通って進む。全体として反射光４６８で表される、２本の同行直交偏光ビームは、光学能／倍率を提供する、対物二重レンズ４３５によって処理される。複屈折レンズ４３０において、２本の同行直交偏光ビームは２つの異なる屈折率に出会うであろう。一実施形態において、第２の焦平面４１０ｂから反射された光４６６(２本の同行直交偏光ビーム)は複屈折レンズ４３０の低屈折率すなわち低光学能領域で処理される。この結果、２本の同行直交偏光ビームは若干異なる距離に集束されるであろう。低屈折率によって処理された一方の同行直交偏光ビーム(すなわち第３のビーム)は検出器４６０(すなわち焦平面)に集束されるであろう。他方の同行直交偏光ビーム(すなわち、第４のビーム)は検出器４６０の前方に集束されるであろう。本発明の一実施形態において、デマルチプレクサ４５０は第３のビームを通し、第４のビームを遮るであろうことに注意すべきである。２本の同行直交偏光ビームの相対集束位置は変えられているが、２本の同行直交偏光ビームは未だに同じ光軸上を進んでいる。

第３の実施形態において、光４６６は順向光路を進んだ後に試料４１０を照射し、３つの平面から反射される。試料４１０の上面が光を反射し、試料４１０と基準基板４００の間の界面が光を反射し、高反射面４０２が光を反射する。３つの反射の全てが、順向光路で試料に入る入射光４６６に比例する、反射光４６８を形成する。

反射光４６８と光４７６の間に共通光路が示されていることは当然である。続いて、デマルチプレクサ４５０と結像面４６０の間に、異なるビームすなわち直交偏光が分離され、異なる場所で結像面４６０に当たる、実質的に共通の光路が示される。

本発明の教示にしたがえば、焦平面４６０において様々な検出方法を実施することができる。一実施形態において、偏光ビームスプリッタがアパーチャ絞り４４５の後方に配置され、２つの直交偏光光路が同じ集束距離に配置された２つの異なるＣＣＤカメラに向けられる。第２の実施形態においては、ＣＣＤカメラの感光領域の前面に、感光領域の一方の部分が一方向の偏光(すなわち第１の直交偏光)を受け取り、感光領域の他方の部分が他方向の偏光(すなわち第２の直交偏光)を受け取るように、偏光子が配置される。第３の実施形態においては、感光領域がある期間第１の直交偏光で照射され、感光領域が別の期間第２の直交偏光で照射されるように、スイッチング方法(すなわち、回転ホイールに取り付けられた液晶素子または偏光子)を実施することができる。一実施形態において、複屈折レンズ焦点距離を用いて試料基板厚に相当する常焦平面と異常焦平面の間隔を達成することにより、プレート厚の異なるプレートの測定が達成される。

図５は、本発明の教示にしたがって実施される偏光多重化の概念的実施形態を示す。光は２つの平面から反射される。近平面５１０からの光は対物レンズ５２０を通過し、複屈折レンズ５４０を通過して、そこで第１及び第２の同行直交直線偏光ビームに分離される。第１のビームは複屈折レンズ５４０の高屈折率を受け、よって像平面５６０に正しく集束されるであろう。第２のビームは正しく集束されない。マルチプレクサ５５０が第１のビームを選択し、第２のビームを像平面の所望の領域から遮る。遠平面５００からの光も対物レンズ５２０を通過し、複屈折レンズ５４０を通過して、そこで第２の組の第１及び第２の同行直交直線偏光ビームに分離される。第２のビームは複屈折レンズ５４０の低屈折率を受け、よって像平面５６０に正しく集束される。第１のビームは正しく集束されない。マルチプレクサ５５０が第２のビームを選択し、第１のビームを像平面の所望の領域から遮る。

本発明の教示にしたがえば、二重焦点を形成するために色ビーム分離システムが測定及び検査システムに実装される。一実施形態において、それぞれの色が異なる焦平面に対応する光学系を作成するために色ビーム分離法が実施される。一実施形態において、ダイクロイックビームスプリッタがビーム経路に挿入される。ダイクロイックビームスプリッタは２つの色を分離し、次いでそれぞれの色は個別の光路に沿って進む。それぞれの光路は焦点距離の異なる発散レンズを有し、この結果試料基板厚に等しい光路長差が得られる。光路は次いで再合体されて共通結像面に進む。偏光多重化と同様に、ＣＣＤを２つのカラーフィルタで半分ずつに分割するかまたは一時にＣＣＤに進められる色を交互させるために色フィルタ回転ホイールを用いることによって、検出を行うことができるであろう。

色多重化の概念図が図６に示される。

照明光６２０がシステムに入り、５０％がビームスプリッタ６１５から反射され、対物レンズを通って平面６００及び６０５を照明する。残る５０％は透過してビームダンプに向かい、失われる。この光は、ダイクロイックフィルタで弁別できる少なくとも２つの波長を含む、白色光または多色光である。平面６００から反射される第１の光を考える。この第１の光は対物レンズ６１０に送られ、そこでほぼ像平面６９０に向けて集束される。次いで、５０％がビームスプリッタ６１５を透過し、残る５０％は反射されて光源に向けて戻り、失われる。第１の光は次いで、ダイクロイックフィルタ６２５と６５５、ミラー６４０と６７０及び第１のレンズ６４５と第２のレンズ６５０で構成される、色マルチプレクサ６９５に入る。多色光である、第１の光はダイクロイックフィルタ６２５によって第１及び第２の波長すなわち色に分離され、第１の波長は透過し、第２の波長は反射される。第１の波長は、第１の波長が像平面６９０上に精確に集束するであろうようにその焦点を調節する、チューブレンズ６４５を通過し、ミラー６７０から反射され、ダイクロイックフィルタ６５５から反射されて、チューブレンズ６８０を通過する。色デマルチプレクサ６８５は第１の波長を像平面６９０のある領域に通し、別のある領域から遮り、よって第１の波長は像平面のある領域上に平面６００の十分に集束された像を与える。第２の波長はミラー６４０から反射され、第２の波長が像平面６９０に集束しないであろうようにその焦点を調節する、チューブレンズ６５０を通過し、ダイクロイックフィルタ６５５を透過して、チューブレンズ６８０を通過する。色デマルチプレクサ６８５は第２の波長を像平面６９０の第２のある領域に通す。第２の波長は像平面６９０上に集束しないから、第２の波長は、拡散し、集束されておらず、像平面６９０の第２の領域にいかなる像も与えない、背景光を与える。

対称な態様で、平面６０５からの光も光学系を進み、同じく色マルチプレクサ６９５によって第１及び第２の波長に分離され、それぞれの波長はチューブレンズ６４５及び６５０のいずれか一方に送られる。この結果、第２の波長は像平面６９０の第２の領域上に平面６０５の十分に集束された像を与えるが、第１の波長は、拡散し、集束されておらず、像平面６９０の第１の領域にいかなる像も与えない、背景光を与える。

本発明の教示にしたがえば、平面６００及び６０５から像平面６９０への光路は実質的に一致していなければならない。これは、測定されるべき歪によって生じる移動より度合いが大きい、２つの波長の相対位置に影響を与えるであろう相対運動または移動がおこりえないように、色マルチプレクサ６９５のコンポーネントが設計されなければならないことを意味する。一実施形態において、これは、インバーのような低膨張金属またはＺｅｒｏｄｕｒ(登録商標)のような低膨張セラミック材料の基盤上に色マルチプレクサを作製することで達成することができる。別の実施形態において、これは、全ての光学素子をセメントで接合して擬一体構造ガラスアセンブリにすることで色マルチプレクサを作製することにより達成することができる。

図７は本発明の教示にしたがう偏光多重化を実施するために用いられる偽干渉計を示す。一実施形態において、２つの物表面が与えられた光路長だけ隔てられ、１つの結像面に結合される、偽干渉計が実施される。２つの表面を１つの共通結像焦平面に重ねるため、５０/５０ビームスプリッタがビーム路に組み込まれて２本の個別の光路を与える。２本の光路の長さは測定されている試料基板の厚さに相当する距離だけ相互にオフセットされる。これらの２本の光路は次いで再結合されて、以下に示されるように共通の像焦平面を与える。先の二重焦点結像方式とは異なり、この方法では２つの光路が多重化されず、したがって、一実施形態において、検出器は無デマルチプレックスで実装されることは当然である。

図７において、試料は参照数字７００で示される。照明光７２０がシステムに入り、ビームスプリッタによって５０％が反射され、対物レンズ７１０を通過して平面７００及び７０５を照射する。残り５０％は透過してビームダンプに向かい、失われる。平面７００から反射される第１の光を考える。第１の光は対物レンズ７１０を通過し、次いでビームスプリッタ７１５に向かい、５０％が透過して、光を像平面７９０に向けて集束させるチューブレンズ７３０に向かう。残り５０％は反射されて照明源に向けて戻り、失われる。この第１の光は次いで、ビームスプリッタ７５０及びミラー７６０と７７０で構成される、偽干渉計７９５に入る。第１の光はビームスプリッタによって分離され、５０％は透過してミラー７６０に向かい、５０％は反射されてミラー７７０に向かう。ビームスプリッタ７５０からミラー７６０までの距離は、例えば、ミラー７６０から反射される第１の光の５０％が透過して対物レンズに戻り、失われ、残る５０％が像平面７９０に向けて反射されて平面７００の十分に収束された像を形成するように、ビームスプリッタ７５０からミラー７７０までの距離より短い。ミラー７７０から反射されてビームスプリッタ７５０に戻る第１の光は、５０％が反射されて対物レンズに向かい、失われ、残る５０％が透過して像平面７９０に向かい、拡散し、集束されておらず、像平面にいかなる像も与えない、背景光を与える。

対称な態様で、平面７０５からの第２の光も光学系を進み、同じくビームスプリッタ７５０で分離され、５０％が透過してミラー７６０に向かい、５０％が反射されてミラー７７０に向かう。この結果、第２の光は像平面７９０上に平面７０５の十分に収束された像を与え、この十分に収束された像は第２の光のミラー７７０から反射されて像平面に実質的に到達する部分を含む。第２の光のミラー７６０から反射されて像平面に実質的に到達する部分は、拡散し、集束されておらず、像平面にいかなる像も与えない。

第１及び第２の光で形成される像は、第１及び第２の光の十分に収束された部分が像平面７９０の所望の場所に落ちるように、ビームスプリッタ７５０並びにミラー７６０及び７７０の１つまたは１つより多くに、若干の、例えば５°より小さい、回転角を導入することによって、一致するかまたは隣接するように配置することができる。回転角の導入は製造中に１回行われ、回転角は動作中一定であり、固定されている。

本発明の教示にしたがえば、平面７００及び７０５から像平面７９０までの光路は実質的に一致していなければならない。これは、測定されるべき歪によって生じる移動より度合いが大きい、第１の光と第２の光の相対位置に影響を与えるであろう相対運動または移動がおこりえないように、偽干渉計７９５のコンポーネントが設計されなければならないことを意味する。一実施形態において、これは、インバーのような低膨張金属または低膨張セラミック材料の基盤上に偽干渉計を作製することで達成することができる。別の実施形態において、これは、全ての光学素子をセメントで接合して擬一体構造ガラスアセンブリにすることで偽干渉計を作製することにより達成することができる。

最後に、物が異なる収束位置に置かれるという事実により、いくつかの像補正が必要になる。第１の補正は、物対像倍率が２つの焦平面で異なるという事実による。この問題を示すため、ｘ１及びｘ２にそれぞれ置かれた２つの物に関する測定ノードを考察しよう。測定の第１段階中のＣＣＤ上のそれぞれの位置は、
Ｙ１＝Ｇ１×ｘ１，
Ｙ２＝Ｇ２×ｘ２
で与えられるであろう。ここでＧ１及びＧ２は２つの焦平面についての２つの倍率係数である。第２段階において測定を反復する場合、いずれの物も、例えばビジョンシステムがノードに関して同じ位置に完全には中心が合わされていないため、ベクトルｄｘだけ平行シフトしていることがあり得る。したがって、この場合に位置は、
Ｙ'１＝Ｇ１×(ｘ１＋ｄｘ)，
Ｙ'２＝Ｇ２×(ｘ２＋ｄｘ)，
で与えられる。よって、倍率が互いに異なるという事実により、大きさが(Ｇ１−Ｇ２)×ｄｘの測定誤差が生じる。したがって、いずれの倍率も較正し、異なる倍率で測定値を補正する必要がある。最後に、データ補正が必要になり得る別の態様は視差効果に関係する。実際、物が互いに異なる集束位置にあれば、それぞれの見かけの距離はビジョンシステムの角度ずれによって影響を受ける。これは、ビジョンシステムの角安定性が十分に小さいままであることを保証するかまたはビジョンシステムの角度ずれをモニタしてデータ補正を行うことによって、最小限に抑えることができる。

図８は本発明の教示にしたがって実施されるコントラスト強調アセンブリを示す。試料基板８００が示される。試料基板８００は上面８０５及び下面８０７を有する。試料基板８００は基準基板８１０上に配置される。基準基板８１０は上面８１５及び下面８２０を有する。高反射面８６０が基準基板８１０の下面８２０に対して配置される。基準基板８１０は参照数字８５０で示される真空ポートを有する。基準基板８１０上に第１の格子パターン８４０が示される。試料基板８１０上に第２の格子パターン８３０が示される。本発明の教示にしたがうビジョンシステム８７０が実装される。ビジョンシステム８７０は(光線８８０及び８８５に対応する)２つの焦平面を同時に処理する。参照数字８８０で表される光線は位置８０５にある第１の焦平面における処理を表すように示され、参照数字８８５で表される光線は第２の焦平面８０７における処理を表すように示される。

測定及び検査システムに用いられる石英ハロゲン白色光源は、スペクトルが非常に広い出力を有する。したがって、システムの透過スペクトルはセンサとして用いられるＣＣＤカメラのスペクトル感度で制限される。一実施形態において、ＣＣＤカメラは約３５０〜９００ｎｍに感度を有する。この結果、コヒーレンス長は、ＣＬ＝λ^２/Δλ＝０.７１０μｍで与えられる。ここで。ＣＬはコヒーレンス長、λは中心波長、Δλはスペクトル幅である。したがって、２枚のプレートの間の間隙が０.７１０μｍより小さければ、干渉がおこるであろう。これは、試料基板が基準基板に真空で引き付けられている場合に実際におこる状況である。したがって、一貫した正確な測定結果を得るためにはこの干渉が最小限に抑えられることが必要である。図８は、ミラーのような、高反射面８６０を用いた場合に生じる反射を示す。一実施形態において、高反射面は反射率が１００％の理想ミラーと見なされる。一実施形態において、基板８００の上面８０５からの(参照数字８６５で示される)反射は４％である。基板８００の下面と基準基板５１０の、干渉界面としても知られる、界面からの(参照数字８９０で示される)反射はほぼ０と８％の間である。高反射面からの反射は８８％であり、参照数字８９５で示される。この結果、９６％±４％の反射が得られる。最悪の場合、変動は８/９２×１００＝８.７％である。要約すれば、干渉層の効果を理論的には最大で９１.３％低減することができる。

ミラー面反射は、試料ＬＣＤ基板８１０の下面と基準プレート８１５の上面の間の界面の効果を圧倒する。高反射面８６０の導入は照明方式を明視野反射から仮想明視野透過に変える。この照明は、露出表面上の表面汚染の効果を、第４の表面と比較した表面汚染反射の寄与が最小になるから、低減するであろう。

本出願明細書を通して、様々な公開文書が参照される。これらの公開文書の開示は、本明細書に説明される化合物、組成及び方法をより完全に説明するため、それぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。

本発明のいくつかの説明のための特定の態様に関して本発明を詳細に説明したが、添付される特許請求の範囲に定められるような本発明の広い範囲を逸脱することなく数多くの改変が可能であるから、本発明がそのような態様に限定されると見なされるべきではないことは当然である。

８００ 試料基板
８０５ 試料基板上面
８０７ 試料基板下面
８１０ 基準基板
８１５ 試料基板上面
８２０ 試料基板下面
８３０，８４０ 格子パターン
８５０ 真空ポート
８６０ 高反射面
８６５ 基板上面反射光
８７０ ビジョンシステム
８８０，８８５ 光線
８９０ 試料基板／基準基板界面反射光
８９５ 高反射面反射光

Claims (19)

1. 光を処理する方法において、
   (ａ)入射光ビームを２つの焦平面から反射させることによって位置情報を有する２本の同行直交偏光ビームを形成する工程であって、前記位置情報は前記２つの焦平面のそれぞれにおける点の相対位置を表すものである工程、
   (ｂ)前記２本の同行直交偏光ビームを同じ光路を通して処理し、次いで単一の像平面における処理のために分離する工程、及び
   (ｃ)前記単一の像平面において、前記２つの焦平面のそれぞれからの前記位置情報を、分離して再生する工程、
   を含むことを特徴とする光を処理する方法。
2. 前記単一の像平面における前記位置情報の再生に応じて歪を決定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光を処理する方法。
3. 前記単一の像平面における処理のための分離が、前記２本の同行直交偏光ビームを各々の偏光ビームに分離するデマルチプレクサにより行われることを特徴とする請求項１または２に記載の光を処理する方法。
4. 前記単一の像平面における処理のための分離が、偽干渉計により行われることを特徴とする請求項１または２に記載の光を処理する方法。
5. 前記再生する工程が、前記単一の像平面に配置された検出器であって、一方向の偏光を受け取る領域と他方向の偏光を受け取る領域とを有する検出器を用いて行われることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の光を処理する方法。
6. 基準基板に対する試料基板の相対形状を測定する方法において、
   第１の焦平面及び該第１の焦平面上に形成されたマーキングを有する前記試料基板を、第２の焦平面及び該第２の焦平面上に形成されたマーキングを有する前記基準基板上に位置決めする工程であって、前記第１の焦平面は前記第２の焦平面より結像位置に近いものである工程、
   前記第１の焦平面及び前記第２の焦平面をともに前記結像位置から同時に結像させる工程、及び
   前記結像位置からの前記第１の焦平面及び前記第２の焦平面の両者の同時結像に応じて前記基準基板に対する前記試料基板の相対形状を決定する工程、
   を含むことを特徴とする方法。
7. 前記位置決めする工程、前記結像させる工程及び前記相対形状を決定する工程が、前記試料基板にプロセスを実施する前後においてそれぞれ行われ、
   前記プロセスの前後において決定された前記基準基板に対する前記試料基板の前記相対形状の間の差を、前記プロセスにより生じた前記試料基板の歪として特定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 基準基板に対する試料基板の相対形状を測定する方法において、
   第１の焦平面及び該第１の焦平面上に形成されたマーキングを有する前記試料基板を、第２の焦平面及び該第２の焦平面上に形成されたマーキングを有する前記基準基板上に位置決めする工程であって、前記第１の焦平面は前記第２の焦平面より結像位置に近いものである工程、
   前記基準基板の前記第２の焦平面とは逆の側に反射面を配置する工程、
   前記第１の焦平面及び前記第２の焦平面をともに前記結像位置から同時に結像させる工程であって、光を前記第１の焦平面を透過させ、前記第２の焦平面を透過させ、前記反射面から反射させて、前記結像位置に戻す工程を含む工程、及び
   前記結像位置からの前記第１の焦平面及び前記第２の焦平面の両者の同時結像に応じて前記基準基板に対する前記試料基板の相対形状を決定する工程、
   を含むことを特徴とする方法。
9. 前記位置決めする工程、前記反射面を配置する工程、前記結像させる工程及び前記相対形状を決定する工程が、前記試料基板にプロセスを実施する前後においてそれぞれ行われ、
   前記プロセスの前後において決定された前記基準基板に対する前記試料基板の前記相対形状の間の差を、前記プロセスにより生じた前記試料基板の歪として特定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の焦平面及び前記第２の焦平面をともに前記結像位置から同時に結像させる工程が、偏光多重化を実施する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６から９いずれか１項に記載の方法。
11. 前記第１の焦平面及び前記第２の焦平面をともに前記結像位置から同時に結像させる工程が、色多重化を実施する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６から９いずれか１項に記載の方法。
12. 前記第１の焦平面及び前記第２の焦平面をともに前記結像位置から同時に結像させる工程が、偽干渉計を実施する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６から９いずれか１項に記載の方法。
13. 前記第１の焦平面及び前記第２の焦平面をともに前記結像位置から同時に結像させる工程が、前記第１及び第２の焦平面を結像させるためにほぼコリメートされたビーム部分内に低光学能複屈折レンズを実装する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
14. 前記結像位置の前方に偏光ビームスプリッタを実装して、２本の偏光光路を形成し、それぞれの光路を検出するために異なる検出器を用いることを特徴とする請求項１０または１３に記載の方法。
15. 検出器のそれぞれ半分の前面に異なる偏光子を配置し、よって、検出器の一方の半分の面が一方向の偏光を受取り、検出器の他方の半分の面が他方向の偏光を受け取るようになすことを特徴とする請求項１０または１３に記載の方法。
16. 前記第１の焦平面及び前記第２の焦平面と前記結像位置の間にスイッチング素子を配置し、前記結像位置に検出器を配置し、よって、前記検出器が時間の関数として交互に一方向の偏光検出と他方向の偏光の検出を行う、工程を含むことを特徴とする請求項１０または１３に記載の方法。
17. 前記マーキングの位置情報が、前記第１の焦平面及び前記第２の焦平面間で異なる倍率因子を考慮に入れるために補正されることを特徴とする請求項６から１６いずれか１項に記載の方法。
18. 視差効果を回避するため、結像光学系の角度ずれがモニタされるかまたは最小限に抑えられることを特徴とする請求項６から１７いずれか１項に記載の方法。
19. 照明の開口数が結像光路の開口数に対してかなり大きくつくられることを特徴とする請求項６から１８いずれか１項に記載の方法。

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