JP6604769B2 - テスト表面の高精度高さマップを測定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のセンサを備えた光学プロファイラ（以下、マルチセンサ光学プロファイラと称す）を使用してテスト表面の高精度高さを測定する方法に関する。

３Ｄ光学プロファイルシステムは一般的に、高さマップ精度が、垂直走査範囲及び垂直走査速度に反比例する。高精度光学プロファイラセンサの視野は限られており、例えば、０．１×０．１ｍｍの視野に対し、テスト表面がはるかに大きいことがある。したがって、テスト表面全体の測定のためには、センサの下でテスト表面を、テスト表面の第１のセクションから続くセクションに移動させつつセクションごとに測定し、得られた複数の高さマップを結合する必要がある。高さマップ毎に、テスト表面がセンサの焦点深度及び走査範囲（適当であれば）内となる位置をオペレータが自動又は手動で見つける必要がある場合、テスト表面全体の測定に長い時間がかかり得る。

テスト表面の高精度高さマップの測定方法の改善のため、光学プロファイラセンサを使用し、テスト表面を高精度光学プロファイラセンサの合焦範囲内に位置決めする時間が最短化される方法が必要とされ得る。

光学プロファイラを使用して、テスト表面の高精度高さマップを測定する改善された方法を提供することが目的である。

マルチセンサ光学プロファイラを使用してテスト表面の高精度高さマップを測定する方法が提供され、本方法は、
光学プロファイラに設けられた、プレマップセンサを用いて、テスト表面の第１の高さマップを測定することと、
第１の高さマップをメモリに記憶することと、
第１の高さマップを、光学プロファイラに設けられたプレマップセンサよりも高い分解能の光学プロファイラセンサ（以下、高分解能光学プロファイラセンサ、垂直高分解能センサとも称す）の視野に応じたセクションに細分化することと、
テスト表面に対して、光学プロファイラセンサに対応するＸ、Ｙ、及びＺ位置を計算することと、
計算されたＸ、Ｙ、Ｚ位置を使用して、テスト表面に対する光学プロファイラセンサのためのＸ、Ｙ、Ｚ方向における軌跡を計算することと、
軌跡に従って、テスト表面に対して相対的に、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向において光学プロファイラを移動させることと、
光学プロファイラセンサを用いて第１の高さマップよりも高精度な第２の高さマップを測定することと、
を含む。

高精度高さマップの高速測定は、２つの高さセンサ、すなわち高速で、長い合焦範囲及び長い作動距離を有し、テスト表面をプレマップするプレマップセンサ、及び高精度高さマップ用に高い測定精度を有する第２のセンサ（光学プロファイラ）を使用することによって達成することができる。

プレマップセンサを使用すれば、テスト表面とプレマップセンサとの距離を前もって測定し得るため、測定された距離を使用して、高精度センサの限られた合焦範囲内でテスト表面を動かし得る。したがって、合焦範囲内のテスト表面を見つける時間を取らずに、高精度センサを直接測定に使用し得る。

一実施形態によれば、プレマップセンサは、共焦点センサ、三角測量合焦センサ、ナイフエッジ合焦センサ、クロマティックポイントセンサ、ポイントフロムフォーカスセンサ、構造化照明顕微鏡法センサ、垂直画像コントラストスルー合焦センサ（vertical image contrast through focus sensor）、側方画像コントラストスルー合焦センサ（lateral image contrast through focus sensor）、接触式センサ、又は容量センサを含む。また、他の高速合焦方法も除外されない。

一実施形態によれば、粗い高さマップは、プレマップセンサから得られる複数の測定値の統合（merge）、重複(overlay)、又は結合(join)から構成し得る。

プレマップセンサは理想的には、粗い高さマップを生成する。ここで、複数の測定値又は複数のセンサのアレイを組み合わせることにより、高さマップの作成に高速単一点合焦センサを使用してもよいことに留意されたい。プレマップセンサの複数の視野を接続すれば、測定可能なエリアを拡大し得る。

プレマップセンサによって得られた高さマップの関心エリアは、高精度高さマップセンサの視野サイズの連結又は重複するエリアに細分化される。さらに、プレマップセンサによる高さマップを使用して、より高精度の第２の光学プロファイラを使用する次の測定のための焦点走査について、適切な開始位置及び終了位置を決定し得る。最適な一構成では、まず、プレマップセンサを使用して関心エリア全体のマップを作成し、次に、高精度センサに切り換えて、より高精度で同じエリアのマップを作成し得る。両センサの視野は異なり得るが、これにより本方法が制限されることはない。２つのセンサを使用する利点は、プレマップデータの使用により、より低速でより高精度の第２の測定方法が走査範囲に関して最適化されることが保証され、それにより、測定速度及びロバスト性において大きな利益を得うることである。また、この２つのセンサを組み合わせ使用する測定方式が自動化に適することである。

しかし、他の測定方式も除外されない。単一の視野の測定も、高速でロバストなオートフォーカスを目的として第１のセンサを使用することで恩恵を受けるので、除外されない。

第１の測定に続く高精度高さ測定は、高精度走査３Ｄ光学プロファイル方法を使用して行うことができ、この方法は、構造化光照明プロファイリング、ポイントフロムフォーカスプロファイリング、スピニングディスク（ニプコー）共焦点プロファイリング、単一点共焦点プロファイリング、デジタルホログラフィプロファイリング、干渉法プロファイリングを含む。また、他の高速な光学高さマッピング方法も除外されない。

任意の高精度センサと任意のプレマップセンサについて、全ての組み合わせが可能である。プレマップセンサは、高精度センサと部分的に同じ光路を共有し得る。

最終的な高精度高さマップの少なくとも一部が重複する場合、高さマップについてステッチング方法を使用してそれらを結合し、１つのより大きな高さマップにし得る。高精度高さマップが連結される場合、それらをそのまま結合して、１つのより大きな高さマップにし得る。

最終的な高精度高さマップが重複せず、連結されない場合、ギャップを補間することによってそれらを結合し、１つのより大きな高さマップにし得る。

高さ変動が大きい場合、プレマップデータから得られる予測走査範囲が第２の走査時に適切ではないために測定を失敗することがある。これらの誤差は、プレマップデータと最後の高精度高さ走査とのオフセットを使用する補正により、未然に回避することができる。

一実施形態によれば、光学プロファイラ装置に対するテスト表面の移動は、Ｘ、Ｙ、及びＺステージによって作動させ得る。

この方法では、テスト表面の異なるエリアを光学プロファイラ装置の下に位置決めし得る。いずれの場合でも、センサに対してテスト表面を動かすコンピュータ制御（Ｘ、Ｙ、Ｚ）移動システムが必要となり得る。試料又はセンサを（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向に動かし得るが、他の方式も可能である。例えば、試料をＸＹ方向に動かし、センサをＺ方向に動かすことが可能である。試料をＺ方向に動かし、センサをＸＹ方向に動かすことも可能である。また、他の移動組み合わせも除外されない。

一実施形態によれば、Ｘ、Ｙ、及びＺにおける軌跡を計算する方法は、垂直高分解能センサが各セクションの高さマップを測定する順序をランダム化することを含む。

複数の重複視野をステッチングする際、傾斜誤差が生じることがある。そのような誤差は、システムの高さ変動と視野の測定順序との間に強い相関がある場合に生じる。そのような高さ変動は、環境温度変化により、又は光路若しくはサブシステム（機械的若しくは電気的）での内部加熱によって生じ得る。視野をランダムに測定することにより、この影響を最小化することができる。プレマップによる合焦手法では、高精度高さマップが測定される順序のランダム化が可能である。

一実施形態によれば、Ｘ、Ｙ、及びＺにおける軌跡を計算する方法は、軌跡を順序付けることを含む。

軌跡を順序付けることにより、テスト表面全体の測定時間が最短化される。

一実施形態によれば、高分解能光学プロファイラセンサの視野に適切なセクションに粗い高さマップを細分化することにより、重複又は隣接するセクションが生成される。

一実施形態によれば、垂直高分解能センサのためのＸ、Ｙ、Ｚ方向における軌跡を計算することは、プレマップセンサと垂直高分解能センサとの較正距離を粗い高さマップから減算することを含む。

垂直高分解能センサ及びプレマップセンサは、センサ間の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）オフセットをうまく較正することができるため、完全に独立であり得る。

一実施形態によれば、テスト表面の第１のセクションの高精度高さマップを測定することは、高分解能光学プロファイラセンサの合焦範囲を通してテスト表面を走査することを含む。

一実施形態によれば、高分解能光学プロファイラセンサは、白色光干渉センサ、位相シフト干渉センサ、波長走査干渉センサ、共焦点センサ、ポイントフロムフォーカスセンサ、又は構造化照明顕微鏡法センサである。

一実施形態によれば、
ユーザが、プレマップセンサによって作成される画像を見られるようにすること、及び
ユーザが、プレマップセンサから作成される画像から、関心のあるエリアを選択又は選択解除して、例えば、ステッチング問題を回避できるようにすること
を備える。

ステッチングの際、重複エリアに欠落データ又は誤ったデータがある場合、重複フィールドステッチング誤差が生じる。生じ得る典型的な欠落データ又は誤ったデータは、試料反射率の局所差、光学系の角度限界を超える局所試料角度、又は試料内の大きな段差の陰影の影響に起因する。ステッチング問題エリアは、プレマップデータの分析によって検出することができる。これにより、光学プロファイラを用いる最終走査中にこれらのステッチング誤差を未然に回避し得る。追加的視野を設けるか、光学プロファイラに対し視野をシフトするか、又は異なる強度で関係エリアを繰り返し測定して、これらを統合することにより、有効データが重複エリアに存在することが保証され、ステッチング誤差を回避することができる。

一実施形態によれば、プレマップセンサは三角測量センサを含む。プレマップセンサは、放射光ビームをテスト表面に向ける放射光システムと、テスト表面の放射光ビームの反射を受け取る検出器とを含み得る。検出器への反射を受け取る検出器上の位置は、プレマップセンサとテスト表面との距離を示すものである。

放射光システムは、ランプ、発光ダイオード、又はレーザであり得る。放射光システムは、広帯域放射光ビームを提供し得る。

一実施形態によれば、プレマップセンサは、例えば、フーコー構成（ Foucault configuration）を使用するナイフエッジ合焦センサを含む。

一実施形態によれば、プレマップセンサはクロマティックポイントセンサを含む。

一実施形態によれば、プレマップセンサは接触式センサを含む。

一実施形態によれば、プレマップセンサは容量センサを含む。

一実施形態によれば、プレマップセンサは共焦点型のセンサを含む。

実施形態の１つでは、高精度光学プロファイラは干渉計装置であり得る。試料のテスト表面の干渉信号を生成するために、光学プロファイラは、
広帯域照明ビームを提供する広帯域照明器と、
広帯域照明ビームを、参照リフレクタで反射される参照ビームと、合焦範囲を有する対物レンズを介してテスト表面で反射される測定ビームとに分割するビームスプリッタと、
参照リフレクタから反射した参照ビームと、テスト表面から反射した測定ビームとの干渉によって生じる干渉信号を受信する検出器と、
検出器に対して試料を位置決めするためのコンピュータ制御精密（Ｘ，Ｙ，Ｚ）テーブルと、
を含む。検出器を動かすこともできる。試料の移動とセンサの移動との組み合わせも可能である。

干渉計装置は、例えば、広帯域干渉計、例えば、ミロー、マイケルソン、及び／又はリニク干渉計装置であり得る。

検出器で受信される干渉信号は、参照ビームの距離が測定ビームの距離に等しい場合、最大値を有する。走査手段は、この最大値前後、数百μｍでテスト表面と装置との間の距離を変更して、表面の高さマップを特定し得る。したがって、本装置は、この最大値前後に限られた焦点深度を有し、テスト表面がある位置の大まかな指示を有さない場合、走査手段の走査範囲内でテスト表面を得るためにしばらく時間がかかり得る。

実施形態の１つでは、高精度３Ｄセンサは、スピニングディスク共焦点（ニプコー）装置、プログラマブルアレイ共焦点装置、又は単一点共焦点装置であり得る。

実施形態の１つでは、高精度３Ｄセンサは、ポイントフロムフォーカス（ＰＦＦ）センサとしても知られるシェイプフロムフォーカス（ＳＦＦ）センサであり得る。

実施形態の１つでは、高精度センサは構造化照明装置であり得る。照明ビームは、照明ビームの光軸に直交する少なくとも２つの方向において正弦波空間パターンを有し得、このパターンは異なる空間パターン位置に動かされる。テスト表面は、上記光軸に沿って異なる走査位置で走査し得る。連続する空間パターン位置間の移動距離と、連続する走査位置間の走査距離との間に、固定関係が存在する。テスト表面によって反射された光は、対応する空間パターン位置を有する空間パターンで、走査位置において検出される。

実施形態の１つでは、高精度光学プロファイラはデジタルホログラム装置であり得る。

実施形態の１つでは、高精度光学プロファイラは、使用されるプレマップセンサよりも高精度の任意の光学プロファイラであり得る。

更なる実施形態によれば、マルチセンサ光学プロファイラを使用してテスト表面の高さマップを測定する方法が提供され、本方法は、
光学プロファイラに設けられたプレマップセンサを用いて、テスト表面の部分を照射することと、
プレマップセンサを用いて、テスト表面の上記部分から受け取られる放射光強度を測定することと、
測定された放射光強度を、プレマップセンサ及び高分解能光学プロファイラセンサの照明特徴の相互関係に関する事前情報と組み合わせて、高分解能光学プロファイラセンサを用いてテスト表面の上記部分を照射するために必要な照明設定の計算を可能にすることと、
代替的に、上記部分に照射される放射光と、上記部分から受け取られる放射光との比率を計算し、これを、プレマップセンサ及び高分解能光学プロファイラセンサの照明特徴の相互関係に関する事前情報と組み合わせて、高分解能光学プロファイラセンサを用いてテスト表面の上記部分を照射するために必要な照明設定の計算を可能にすることと、
高分解能光学プロファイラセンサを用いて、必要とされる照明設定でテスト表面の上記部分を照射することと、
高分解能光学プロファイラセンサを用いて高精度高さマップを測定することと、
を含む。

上記部分に照射された放射光と、上記部分から受け取られる放射光強度との比率を計算することにより、テスト表面の上記部分が放射光をいかに拡散させ、且つ／又は反射させるかを特定することが可能になる。

この比率（又はより単純に、プレマップセンサによって測定される未処理照明強度）を事前情報と共に使用して、高分解能光学プロファイラセンサを用いてテスト表面の上記部分を照射するために必要な照明設定を計算することにより、高分解能光学プロファイラで適切な放射光を受け取ることがより容易になる。したがって、必要とされる照明を特定するために高分解能光学プロファイラセンサを用いて試験測定することを省いて、時間を節約し、光学プロファイラの生産性を上げることができる。

比率、プレマップセンサ照明レベル、事前情報、又は必要とされる照明設定は、メモリに記憶し得る。比率、プレマップセンサ照明レベル、事前情報、又は必要とされる照明設定は、高分解能光学プロファイラセンサを用いる測定中にメモリから検索し得る。

プレマップセンサは、共焦点センサ、三角測量合焦センサ、ナイフエッジ合焦センサ、クロマティックポイントセンサ、ポイント／シェイプフロムフォーカスセンサ、構造化照明顕微鏡法センサ、垂直画像コントラストスルー合焦センサ、又は側方画像コントラストスルー合焦センサを含み得る。高分解能光学プロファイラセンサは、白色光干渉センサ、位相シフト干渉センサ、波長走査干渉センサ、共焦点センサ、ポイントフロムフォーカスセンサ、又は構造化照明顕微鏡法センサであり得る。

これより、本発明の実施形態について、添付概略図面を参照して一実施例として説明する。図面中、対応する参照記号は対応する部品を示す。

一実施形態による干渉装置を示す。 関心エリアを選択し得る幾つかの隣接フィールドを表示する、プレマップセンサからのビューを示す。 必要とされる視野がいかに関心エリアにわたって自動的に分割され得るかを示す。 ユーザ操作により、視野がいかに選択解除されるか、又は追加のフィールドを作成し得るかを示す。 視野の位置決め及び重複割合をユーザ操作によっていかに調整し得るかを示す。 本方法をどのように使用して、実際の測定を行うことができるかを示す。 本方法をどのように使用して、実際の測定を行うことができるかを示す。 本方法をどのように使用して、実際の測定を行うことができるかを示す。 本方法をどのように使用して、実際の測定を行うことができるかを示す。 本方法をどのように使用して、実際の測定を行うことができるかを示す。 本方法をどのように使用して、実際の測定を行うことができるかを示す。

図１は、一実施形態における試料の特性を特定する干渉装置４を示す。示される干渉装置はミロー干渉計である。代替的に、マイケルソン及び／又はリニク干渉装置も同様に使用し得る。他の光学プロファイラを使用することも可能である。

干渉装置４は、広帯域照明ビーム９を提供する広帯域照明器２３を含み得る。広帯域照明器は、広帯域放射光源５、第１のレンズ６、第１のミラー７、及び第２のレンズ８を含み、広帯域照明ビーム９を提供し得る。広帯域照明ビームは平行し得る。広帯域照明ビーム９は、第２のビームスプリッタ１０で反射され、対物レンズ１７を透過してから、第１のビームスプリッタ１２に到達し、参照ビーム及び測定ビームに分割される。

参照ビームは参照ミラー１４で反射され得る。測定ビームは、試料１のテスト表面から反射され得る。参照ミラー１４から反射されたビームは、第１のビームスプリッタ１２で再び反射され得る。試料１のテスト表面から反射されたビームは、第１のビームスプリッタ１２を透過し得る。参照ビーム及び測定ビームは干渉し、対物レンズ１７、第２のビームスプリッタ１０、及び第３のレンズ１５を透過して、検出器１６に到達し得る。干渉ビームの強度は、検出器１６を用いて測定し得る。

参照ミラー１４、対物レンズ１７、及び第１のビームスプリッタ１２は一緒に、ミロー対物レンズを形成し得、スキャナ１１を用いて対物レンズ１７の光軸に沿って試料１に関して走査し得る。

検出器１６の各ピクセルの信号を読み出して、図１の枠内に示されるようなコレログラム２０を取得し得る。このコレログラム２０は、試料のＺ位置について、Ｚの関数としての受信強度Ｉを示す。したがって、装置は、検出器１６で受信する、ピクセル毎の干渉ビーム強度を表す信号と、スキャナ１１から得られる距離信号とを受信し、これらを結合して受信コレログラム２０を作成するコントローラ１８を備え得る。コレログラム２０は、ピクセル毎に、試料１からの走査距離の関数としての干渉放射光強度を表示する。コントローラ１８は、受信コレログラムに基づいて高精度高さマップを計算し得る。

干渉装置はプレマップセンサ３１を設け得る。このセンサは、試料１のテスト表面とプレマップセンサ３１との間の距離及び高さ変動（例えば、Ｚにおける）を測定する。試料１は試料テーブル２上に設置し得る。テーブル２は、モータ３により、Ｚ方向に直交するＸ、Ｙ方向に移動可能であり得、例えば、平坦モータステージ又はＸ−Ｙステージであり得る。

プレマップセンサ３１は、ＣＣＤカメラ又はテスト表面の画像を作成する任意の他の撮像装置等の画像センサであり得る。テスト表面の画像は、一方ではテスト表面の検査に、他方ではテスト表面と画像センサとの間の距離の測定に使用し得る。

画像センサは、プロセッサに動作可能に接続し得、プロセッサは、画像センサを用いて作成された画像を処理して、合焦範囲の方向における画像センサとテスト表面との間の距離にする。プロセッサは、テスト表面から受信した画像のコントラストを計算し得る。計算されたコントラストは、例えば、試料の移動によって変化し得、その変化はプロセッサによって処理されて、テスト表面と画像センサとの間の距離になり得る。画像コントラストの変化の使用は、センサとテスト表面との間の距離を測定する単純な方法である。

プレマップセンサ３１は、三角測量合焦センサ、エッジナイフ合焦センサ、クロマティックポイントセンサ、垂直画像コントラストスルー合焦センサ、側方画像コントラストスルー合焦センサ、接触式センサ、及び容量センサであり得る。三角測量合焦センサは、放射光ビームを直接テスト表面に向ける放射光システムと、テスト表面からの放射光ビームの反射を受信する検出器とを含み得る。反射が受信される検出器上の位置は、プレマップセンサとテスト表面との間の距離を示す。放射光システムは、ランプ、発光ダイオード、又はレーザであり得る。放射光システムは、広帯域放射光ビームを提供し得る。

プレマップセンサ３１は、例えば、フーコー構成を使用するナイフエッジ合焦センサを含み得る。

プレマップセンサはクロマティックポイントセンサを含み得る。そのようなセンサの一例は、米国特許第８１９４２５１Ｂ２号に記載されている。

プレマップセンサは接触式センサ又は容量センサを含む。

プレマップセンサは、共焦点型のセンサを含み得る。そのようなセンサの一例は、米国特許出願公開第２０１３０２７１９９５Ａ１号に記載されている。

干渉装置４及びプレマップセンサ３１は、合焦アクチュエータ、例えばスキャナ１１によってＺ方向において移動可能であり得る。プレマップセンサ３１は、試料１のテスト表面とプレマップセンサ３１との間の距離を測定し得る。測定距離は、プレマップセンサに接続されたコントローラ１８に転送し得る。コントローラ１８は、測定距離を干渉装置４の走査範囲と比較し得るが、ここで、走査範囲は、コントローラのメモリ１９に記憶され、事前較正し得る。コントローラ１８は、スキャナ１１を制御して、干渉装置４をＺ方向で移動させて、試料１のテスト表面を干渉装置４の走査範囲に運び得る。コントローラ１８は、Ｘ方向（及び必要な場合にはＹ方向でも）においてモータ３も制御して、プレマップセンサ３１の下にあったエリアを、干渉装置４の対物レンズ１７の下に動かし得る。したがって、対物レンズとプレマップセンサ３１との間の距離は、較正し、コントローラ１８のメモリに記憶し得る。プレマップセンサ３１の下にあったテスト表面が、対物レンズ１７の下にくると、干渉装置４は、広帯域照明器２３からのテスト表面の照射を開始し得、スキャナ１１は、干渉装置４の合焦範囲を通して試料のテスト表面を走査し得る。干渉パターンを検出器１６上に作成し得、ここから、Ｚ走査の関数として、コレログラム２０を作成し得る。

上記実施形態では、干渉装置４及びプレマップセンサ３１は、Ｚ方向において移動可能であり、一方、試料テーブル２は、Ｘ及びＹ方向において移動可能である。代替的には、干渉装置４は、干渉装置及びプレマップセンサ３１がＸ、Ｙ、及びＺ方向で移動可能とし、試料テーブル２が静止し得るように構築し得る。

代替的には、試料テーブル２をＸ、Ｙ、及びＺ方向において移動可能とし得る。この場合、干渉装置４及びプレマップセンサ３１は移動する必要がない。合焦アクチュエータは、試料及び試料テーブルをＺ方向において移動させ得る。また、試料テーブル及び干渉装置４について両方ともＺ方向において移動可能とし、例えば、合焦アクチュエータが広い範囲にわたって試料テーブル２を移動させる一方、スキャナ１１が比較的狭い範囲でのみ干渉装置４を移動させる場合もあり得る。

装置の使用中、干渉装置４に設けられたプレマップセンサ３１を用いて、テスト表面の第１のセクションのＺ方向における粗い高さマップを測定し得る。続けて、光学プロファイラは、試料１のテスト表面に関して、Ｚ方向に直交するＸ及びＹ方向に移動し、テスト表面の次の（後続の）セクションへ向かう。ここでも、テスト表面における当該次のセクションのＺ方向における粗い高さマップは、プレマップセンサを用いて測定される。第１及び後続のセクションの粗い高さマップを用いて、テスト表面に関する光学プロファイラのためのＸ、Ｙ、Ｚ方向における軌跡が、光学プロファイラの合焦範囲を考慮に入れて、コントローラ１８に設けられた計算器２１を用いて計算され得、これがメモリ１９に記憶され得る。

光学プロファイラは、軌跡に従ってＸ、Ｙ、Ｚ方向においてテスト表面に対して移動する。テスト表面の第１及び後続のセクションの高精度高さマップを、光学プロファイラを用いて測定し得る。Ｚ方向における粗い高さマップは、テスト表面の第１又は後続のセクションのＸ、Ｙ位置の関数として、コントローラ１８に設けられたメモリ１９に記憶し得る。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向における光学プロファイラの移動中、合焦アクチュエータ、例えば、スキャナ１１を使用して、光学プロファイラに対してテスト表面をＺ方向に移動させ得る。

テスト表面に対する光学プロファイラのためのＸ、Ｙ、Ｚ方向における軌跡を計算する前に、プレマップセンサ３１と光学プロファイラの合焦範囲との間の距離を較正し得る。プレマップセンサと光学プロファイラの合焦範囲との間の較正距離は、コントローラ１８に設けられたメモリ１９に記憶し得る。光学プロファイラのためのＸ、Ｙ、Ｚ方向における軌跡の計算は、メモリ１９に記憶されているプレマップセンサと光学プロファイラの焦点距離との間の較正距離を、粗い高さマップから計算器２１によって減算することを含み得る。この方法は、試料１のテスト表面全体が測定されるまで、後続のセクションに対して繰り返し得る。

上記で説明したのは光学プロファイラは白色光干渉装置であるが、位相シフト干渉装置又は波長走査干渉装置等の他の光学プロファイラを使用してもよい。

上記機器例の制御ソフトウェアは、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）に基づき得る。これにより、プレマップセンサ３１から得られる粗い高さマップの提示が可能になり、又は画像センサがプレマップセンサとして使用される場合、画像センサからのより大きな視野の画像の提示が可能になる。図２のように、プレマップセンサからの幾つかの隣接する視野４１の表示を提示することが可能であり得る。ソフトウェアは、高精度高さマップ光学プロファイラ、この例では干渉計によって測定される視野４３の、画面上でのインタラクティブな選択を可能にし得る。これは、ユーザ操作による関心エリアの選択によって行い得る。

続けて、干渉計の必要視野４５を関心エリアに適切なように自動的に分割させ得る（図３）。干渉計による測定に望ましい視野は、測定後にステッチングできるようにするため、領域４７に示すように、重複する領域が存在し得る。重複フィールドをプレマップセンサの視野内に格子として提示するように、重複の程度は固定し得る。次に、望ましくない視野４９をユーザ操作によって選択解除し得、又は所望に応じて作成された追加のフィールド５１を同様の手段によって選択し得る（図４）。

代替的には、位置決め及び重複割合（望む場合）は、ユーザ操作５３を介してユーザが指定し得、これにより、可能な限り大きな柔軟性を可能にする（図５）とともに、大きな高さ差を有する近傍フィールドでのステッチング問題を回避することができる。また、一定重複割合５５を選択することもできる。

選択又は選択解除のための上述したユーザ操作は、クリック、クリックアンドドラッグ、キー押下、ジョイスティック使用、タッチアンドタップ、又は制御ハードウェア及びソフトウェアの任意の他の相互作用であり得るが、これらに限定されない。

図６ａ〜図６ｆは、この方法をいかに使用して、実際の測定を行うことができるかを示す。図６ａでは、光学プロファイラに設けられたプレマップセンサを用いて測定された４つの測定高さマップ６１が示され、これらは図６ｂに示す粗い高さマップ６３に結合され、メモリに記憶される。図６ｂの粗い高さマップは、光学プロファイラに設けられた比較的高い分解能の光学プロファイラセンサの視野に適切なセクション６５に細分化される（図６ｃ参照）。続けて、テスト表面に対する高分解能光学プロファイラセンサの対応するＸ、Ｙ、及びＺ位置並びに、テスト表面に対する高分解能光学プロファイラセンサのためのＸ、Ｙ、Ｚ方向における軌跡が計算される。軌跡によれば、光学プロファイラは、テスト表面に対してＸ、Ｙ、Ｚ方向において移動し、テスト表面全体の高精度高さマップが測定されるまで、高精度高さマップ６７が、高分解能光学プロファイラセンサを用いて測定され（図６ｄ）、その後に個々のフィールドが結合される（図６ｅ）。高さマップを通して平面を当てはめることができ、当てはめられた平面を高精度高さマップから減算して、分解能を高め得る（図６ｆ）。

開示される実施形態が本発明の単なる例示であり、本発明を様々な形態で実施可能なことを理解されたい。したがって、本明細書に開示される特定の構造的詳細及び機能的詳細は、限定として解釈されるべきではなく、単に特許請求の範囲の基礎として、及び適宜詳細なあらゆる構造で本発明を様々に利用するための、当業者への教示の代表的な基礎として解釈されるべきである。さらに、本明細書で使用される用語及び語句は、限定を意図せず、むしろ、本発明の理解可能な説明の提供を意図する。

本明細書で使用される場合、含む及び／又は有するを含む用語は、包含（すなわち、他の要素又は手段を除外しない）として定義される。特許請求の範囲での任意の参照符号は、特許請求の範囲又は本発明の範囲の限定として解釈されるべきではない。特定の測定値が相互に異なる従属クレームに記載されているという事実だけでは、これらの測定値の組み合わせを使用して利益を得ることができないことを示さない。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。

１ 試料
２ 試料テーブル
３ モータ
４ 干渉装置
５ 広帯域放射光源
６ 第１のレンズ
７ 第１のミラー
８ 第２のレンズ
９ 広帯域照明ビーム
１０ 第２のビームスプリッタ
１１ スキャナ
１２ 第１のビームスプリッタ
１４ 参照ミラー
１５ 第３のレンズ
１６ 検出器
１７ 対物レンズ
１８ コントローラ
１９ メモリ
２０ コレログラム
２１ 計算器
２３ 広帯域照明器
３１ プレマップセンサ
４１、４３ 視野
４５ 必要視野
４７ 領域
４９ 望ましくない視野
５１ 追加のフィールド
５３ ユーザ操作
５５ 一定重複割合
６１ 測定高さマップ
６３ 粗い高さマップ
６５ セクション
６７ 高精度高さマップ

Claims (13)

1. マルチセンサ光学プロファイラを使用してテスト表面の高さマップを測定する方法であって、
   前記光学プロファイラに設けられたプレマップセンサを用いて、前記テスト表面の第１の高さマップを測定することと、
   前記第１の高さマップをメモリに記憶することと、
   前記第１の高さマップを、前記光学プロファイラに設けられた、前記プレマップセンサよりも高い分解能かつ小さな視野を備えた光学プロファイラセンサの視野に応じたセクションであって、少なくとも一部が互いに重複又は隣接するセクションに細分化することと、
   前記テスト表面に対して、前記光学プロファイラセンサに対応するＸ、Ｙ、及びＺ位置を計算することと、
   前記計算されたＸ、Ｙ、Ｚ位置を使用して、前記テスト表面に対する前記光学プロファイラセンサのためのＸ、Ｙ、Ｚ方向における軌跡を計算することと、
   前記軌跡に従って、前記テスト表面に対して相対的に、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ方向において前記光学プロファイラを移動させることと、
   前記光学プロファイラセンサを用いて、前記第１の高さマップよりも高精度な第２の高さマップを前記セクションごとに測定することと、
   前記セクションごとに測定された前記第２の高さマップをステッチングにより結合し、前記テスト表面の高さマップとすることと、
   を含む、方法。
2. 前記第１の高さマップを測定することは、前記光学プロファイラセンサより長い作動距離を備えた前記プレマップセンサを用いて測定することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記プレマップセンサは、共焦点センサ、三角測量合焦センサ、ナイフエッジ合焦センサ、クロマティックポイントセンサ、ポイントフロムフォーカスセンサ、構造化照明顕微鏡法センサ、垂直画像コントラストスルー合焦センサ、側方画像コントラストスルー合焦センサ、接触式センサ、又は容量センサを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の高さマップは、前記プレマップセンサから得られる個々の測定値の統合、重複、又は結合で構成し得る、請求項１に記載の方法。
5. 前記光学プロファイラに対する前記テスト表面の前記移動は、Ｘステージ、Ｙステージ、及びＺステージによって作動させ得る、請求項１に記載の方法。
6. 前記Ｘ、Ｙ、及びＺ方向における軌跡を計算する方法は、前記光学プロファイラセンサが前記セクションの前記第２の高さマップを測定する順序をランダム化することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記Ｘ、Ｙ、及びＺ方向における軌跡を計算する方法は、前記軌跡を順序付けることを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記光学プロファイラセンサのための前記Ｘ、Ｙ、Ｚ方向における軌跡を計算することは、前記プレマップセンサと前記光学プロファイラセンサとの較正距離を前記第１の高さマップから減算することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記テスト表面の前記セクションの前記第２の高さマップを測定することは、前記光学プロファイラセンサの合焦範囲を通して前記テスト表面を走査することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記光学プロファイラセンサは、白色光干渉センサ、位相シフト干渉センサ、波長走査干渉センサ、共焦点センサ、ポイントフロムフォーカスセンサ、又は構造化照明顕微鏡法センサである、請求項１に記載の方法。
11. ユーザが、前記プレマップセンサによって作成される画像を見られるようにすることと、
    前記ユーザが、前記プレマップセンサから作成される前記画像から、関心のあるエリアを選択又は選択解除できるようにすることと、
    を含む、請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法。
12. 重複するエリアに欠落データ又は誤ったデータがある場合、前記第２の高さマップを測定することは、追加的視野を設けるか、前記光学プロファイラに対し視野をシフトするか、又は異なる強度で前記重複するエリアを繰り返し測定してこれらを統合することを含む、請求項１〜１１の何れか１項に記載の方法。
13. 前記第１の高さマップを測定することは、前記プレマップセンサを用いて前記テスト表面の部分を照射し、前記部分から受ける放射光強度を測定することを含み、
    前記第２の高さマップを測定することは、測定された前記放射光強度を、前記プレマップセンサと前記光学プロファイラセンサの照明特徴の相互関係に関する事前情報と組み合わせて、前記部分を照射するために必要な照明設定を計算することと、
    前記光学プロファイラセンサを用いて、計算された前記照明設定で前記部分を照射することと、を含む、請求項１〜１２の何れか１項に記載の方法。