JP6775421B2 - 照明パターン形成を用いた計測光学系及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、計測分野に関し、より詳細には、測定精度を高めるために照明パターン形成および瞳孔サンプリングを使用することに関する。

関連出願の相互参照
本出願は、その全体を本願に引用して援用する、２０１４年３月２０日に出願した米国仮特許出願第６１／９５５，７９３号の利益を主張するものである。

計測は、引き続き小型化する装置の構造の精度を改善するというさらに高まる課題に直面しており、したがって計測測定の情報の内容を強化しようと努力している。照明手法および検出手法の操作は、計測性能を改善する重要な特徴である。

米国特許出願公開第２０１０／０３１４５５４号

スペクトル範囲および／または偏光に関して照明瞳をパターン形成し、パターン形成された照明によって計測目標を照明し、収集パターンを瞳面の画素へ適用することによって瞳面において選択された瞳面の画素をそれぞれの単一の検出器へ向けることにより目標から散乱された放射を測定する方法およびシステムを提供する。

以下のものは、本発明の初期理解を与える簡素化された概要である。この概要は、必ずしも重要な要素を特定せず、または本発明の範囲を限定せず、以下の説明の導入としての役割を果たすものにすぎない。

本発明の一態様は、そのスペクトル範囲およびその偏光のうちの少なくとも１つに対して計測目標の照明をパターン形成するステップと、収集パターンを瞳面イメージの画素へ適用することによって瞳面から選択された瞳面の画素をそれぞれの少なくとも１つの単一の検出器へ集めることにより照射目標から散乱された放射を測定するステップとを含む方法を提供する。

これらの態様、さらなる態様、および／もしくは他の態様、ならびに／または本発明の利点は、後述する詳細な説明に記載されており、場合によっては詳細な説明から推論可能であり、および／または本発明の実施によって学習可能である。

本発明の実施形態をより良く理解するため、およびどのようにそれが実行できるかについて示すために、ここで添付図面の参照が単に一例によってなされる。ここで、同様の数字は、全体を通じて対応する要素またはセクションを示す。

本発明の一部の実施形態による計測光学系の高水準の概略ブロック図である。 本発明の一部の実施形態による、画素に分解された瞳面のサンプリング構成を備えた計測光学系の高水準の概略図である。 本発明の一部の実施形態による、スペクトルコーディングのためのスペクトルプログラマの高水準の概略図である。 本発明の一部の実施形態による、その偏光に関して目標の照明をパターン形成するように構成された偏光プログラマを概略的に示す図である。 本発明の一部の実施形態による方法を示す高水準の流れ図である。 本発明の一部の実施形態による方法を示す高水準の流れ図である。

詳細な説明を記載する前に、以下に使用されるいくつかの用語の定義を記載することが役立ち得る。

用語「パターン形成」または「コーディング」は、光学系の瞳面における光学パラメータの画素に関連した定義を指すために本出願で使用されている。例えば、スペクトルパラメータまたは偏光は、系の瞳面のいずれかにおける画素位置に対して取り扱うことができる。

ここで、図面を詳細に特に参照する場合、図示された特色は、一例によるものであり、本発明の好ましい実施形態の例示的説明のためにすぎず、最も有用であり本発明の原理および概念的態様の説明を容易に理解されると考えられるものを提供するために示されていることを強調しておく。この点について、本発明の基礎理解のために必要であるものよりも詳細に本発明の構造的詳細を示そうとはされておらず、この説明は、本発明のいくつかの形態が実際にどのように具体化することができるのか当業者に明らかにさせる図面を伴っている。

本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用時に以下の説明に記載された、または図面に示された構成要素の構造および配置の詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態に適用可能であり、または様々なやり方で実施または実行される。また、本明細書中に用いられている言い回しおよび専門用語は、説明のためであり、限定とみなされるべきではないことを理解されたい。

スペクトル範囲および／または偏光に関して照明瞳をパターン形成し、パターン形成された照明によって計測目標を照明し、収集パターンを瞳面の画素へ適用することによって瞳面において選択された瞳面の画素をそれぞれの単一の検出器へ向けることにより目標から散乱された放射を測定する方法およびシステムが提供される。単一の検出器の測定（圧縮センシング）が、照明レベルが照明パターン形成からの損失により減少しているときに感度を維持し、所定の計測パラメータに関して検出された散乱された放射の情報の内容をさらに強化するために利用されている。照明のパラメータ（例えば、スペクトル、偏光）は、例えば、主成分分析（ＰＣＡ）によって分析的に最適化することができる。すべての光子の自由度、すなわち、角度（瞳面、すなわち、画素における位置）、波長、および偏光を制御することによって、（後述されるように）測定についての相関情報を運ぶ光子だけで計測目標を照明することが可能であり、したがってその精度および感度を強化する。

図１は、本発明の一部の実施形態による計測光学系１００の高水準の概略ブロック図である。図１は、非常に概略的であり、以下により詳細に説明されるシステム１００の概念的構成を示す。計測光学系１００は、そのスペクトル範囲およびその偏光のうちの少なくとも１つに対して目標の照明をパターン形成するように構成されている照明源７０と、瞳面の画素のソーティング１０５のための収集パターンを瞳面の画素に適用することによって瞳面において選択された瞳面の画素を装置のそれぞれの少なくとも１つの単一の検出器９０へ向けることによりパターン形成された照明によって照明された目標から散乱された放射を測定するように構成されている圧縮センシング装置１１０とを備える。照明源７０において、（フィールド面における目標に対してのイルミネーション角度を構成する）瞳位置のスペクトルコーディング１２０、その偏光コーディング１３０、または目標の照明の両方のスペクトルコーディングおよび偏光コーディング１２５が実行されてもよい。

本発明の実施形態は、目標測定から取り出された計測情報の内容を増加させるために、スペクトル、偏光、および／または瞳面上の位置（すなわち、イルミネーション角度）に関してパターン形成された照明を使用する。結果として生じる厳しい光収支の制約は、主成分分析（ＰＣＡ）などの方法における測定量に対する感度の分析に従って強度の瞳の状態とともにスペクトルの状態および／または偏光瞳の状態を事前に用意することによって解決される。設計された状態において用意された光は、目標から散乱され、単一の検出器で測定されて、ノイズを減少させるとともにそれによって感度を強化して、パターン形成された照明の測定を可能にする。圧縮センシングは、計測量に対する異なる瞳の画素の感度を解析することによって低い光のレベルを克服するために使用され、挙動に相関した画素だけが測定に関与することを可能にする。いくつかの実施形態では、瞳面に配置された制御可能なミラー装置が、測定パラメータの変化値と相関したやり方で挙動する画素だけを含むように収集関数を成形するために使用される。次いで、反射した光子は、単一の検出器だけに結像される。複数の単一の検出器を与えるために、異なるパターンが使用されてもよい。例えば、ＳＣＯＬ（散乱計測オーバーレイ（ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ ｏｖｅｒｌａｙ））測定において、意図的なオーバーレイに応じて相関的に挙動する画素は、単一の検出器の中に反射され得る。次いで、異なる意図的なオーバーレイの値を有する異なるセルが測定され、瞳イメージの代わりに、検出器の読み値が収集される。この手順は、相関した画素の追加のセットについて繰り返すことができる。有利には、この方法は、瞳イメージセンサの画素の読み出しノイズを避け、単一の検出器の読み出しノイズだけに苦しむ。単一の検出器でより多くの光子を収集することは、ショットノイズの観点でも有利である。この改善されたＳＮＲ（信号対ノイズ比）は、測定値から追加の情報を得ることを可能にする瞳面における照明のパターン形成を可能にするために使用されている。上記のセンシング原理を実施するシステムは、「圧縮センシング」システムと本明細書中で呼ばれる。

図２〜図４は、本発明の一部の実施形態によるシステム１００およびその要素の概略図である。図２は、本発明の一部の実施形態による、画素に分解された瞳面のサンプリング構成１０５を備えた計測光学系１００の高水準の概略図である。図３は、本発明の一部の実施形態による、スペクトルコーディング１２０のためのスペクトルプログラマの高水準の概略図である。図３は、本発明の一部の実施形態による、偏光コーディング構成１３０の高水準の概略図である。

図２は、（場合によっては、光ファイバを用いて少なくとも部分的に運ばれる）レンズ、装置およびビームスプリッタから成る光学構成８０を介してウェハ６０上の目標６１を照明するスペクトルパターン形成１２０および／または偏光パターン形成１３０を有する照明源７０を概略的に示しており、ウェハ６０上の目標６１から散乱された放射（例えば、反射した回折次数）が光学構成８０を介して圧縮センシング装置１１０へ向けられている。圧縮センシング装置１１０は、信号のノイズレベルを減少させるとともにそれによってスペクトルおよび／または偏光パターン形成の適用から生じる低レベルの照明に対してのその感度を増加させるように収集パターンを用いて散乱された放射を単一の検出器９０へ向ける制御可能なミラー装置１０６（例えば、ＤＬＰ（デジタル光処理技術）に使用されるＤＭＤ（デジタルマイクロミラー装置））を有するものとして、非限定のやり方で概略的に示されている。米国特許出願第１４／５１１，８１０号は、その全体が本願に引用して援用され、現在開示されているシステムおよび方法に適用することができる圧縮センシング装置１１０に関してのさらなる詳細を教示する。

いくつかの実施形態、例えば、後述されるようなスペクトルまたは偏光パターン形成を適用するものは、角度による瞳状態の選択に使用されるＤＬＰから散乱された光をスペクトロメータのファイバに結合し、したがってそのような結合に関連した分光回析の困難を避ける従来技術の必要性をなくす。いくつかの実施形態は、モノクロメータを用いて源の波長をスキャンする従来技術の必要性をなくし、したがってそのようなスキャンに関連した厳しい測定時間の不利点を避ける。低光度ＳＮＲ（信号対ノイズ比）を改善することによって、圧縮センシング装置１１０は、従来技術のシステムに必要とされる広帯域の照明を用いることなく、システムの自由度を柔軟に制御することを可能にする。

図３は、本発明の一部の実施形態によるスペクトル範囲に関して目標の照明をパターン形成するように構成されたスペクトルプログラマ１２０を概略的に示す。スペクトルプログラマ１２０は、スペクトルパターン形成１２０を与えるように構成されている例示的実施形態であり、これはＷＩＰＯの国際公開第２０１４０９９９５９号に詳細に説明されている。スペクトルプログラマ１２０は、後述するように、照明範囲７０（例えば、白色光）を、回折格子２１０によるさらなる回折を伴うダイクロイックフィルタ２０４、２０６、２０８、２１２、２１４、および２１６を用いて異なる帯域へ分割するように構成されている。図２に記載の実施形態では、分散光は、出力スペクトルを決定するようにプログラムされた制御可能なミラー装置１０６のエリアにわたって分散され得る。スペクトルプログラマ１２０の実施形態は、１０ｎｍの分解能に届くことができ、波長スキャンニングよりも有効であり、従来技術の方法のファイバの結合感度および測定速度の不利点を解決する。

その全体が本願に引用して援用されるＷＩＰＯの国際公開第２０１４／０９９９５９号に記載されるように、スペクトル制御システム１２０（スペクトルプログラマ１２０とも呼ばれる）は、照明スペクトルのより幅広い広がりを可能にする複数の副分散経路および副結合経路を備える。照明源７０によって分散経路に沿って送り届けられる広帯域照明は、選択した個数の部分に分かれることができ、それぞれはスペクトル帯内にある。次いで、各部分は、照明スペクトルのより高い分解能の制御のために（分散格子２１０の隣に概略的に示された範囲の短いλ帯から長いλ帯によって示されている）複数のスペクトル連続体を形成する複数の分散部分に分散することができる。例えば、照明は、６つの副分散経路の間で分割することができ、単一線の分散経路を用いて達成できる分解能の６倍にもなる６つのそれぞれの分散要素２０６を導く。前述の例は、複数経路の分散で達成できるスペクトル制御の増加した分解能を示す。しかしながら、副経路の個数は任意であり、本明細書に与えられる例示的な例による限定は意図されていないことに留意されたい。一部の実施形態では、分散経路は、照明源２０２から分散経路に沿って向けられた照明を受信するように構成されている第１の複数のダイクロイックスプリッタ２０４を備えることができる。ダイクロイックスプリッタ２０４は、特定のスペクトル帯内またはそれぞれの分散要素２０６へ通じる副分散経路に沿った範囲内で部分照明を向けるようにさらに構成することができる。例えば、ダイクロイックスプリッタ２０６は、照明源２０２から受信した照明を３００から９００ｎｍの範囲内の複数の帯に分割するように構成することができる。分散経路は、照明の分散部分を各副分散経路から共通の経路に沿って少なくとも１つのスペクトルコントローラ２１０へ向けるように構成された第２の複数のダイクロイックスプリッタ２０８をさらに備えることができる。各副経路からの照明の分散部分は、スペクトルコントローラ２１０の表面へ向いている。照明をそれぞれのスペクトル帯内の複数の部分に分割し、次いで各部分を広がったスペクトル連続体に分散することによって、スペクトルコントローラ２１０は、各複数のスペクトル帯内の選択した部分を除外するように配置されている。スペクトルコントローラ２１０の照明がより大きい表面にわたって広げられる（例えば、表面積の６倍）ため、スペクトルコントローラ２１０は、照明スペクトルに影響を及ぼすように活性化／不活性化できる増加した個数のアレイ要素により分解能が改善された照明スペクトルの除外／伝達された選択を制御するように配置されている。過度の費用およびシステムの複雑さを伴わないより高い分解能は、照明を、単一の空間光変調器において向けられた複数のストリップに分離することによって実現することができる。さらに、共通の照明経路に沿ってスペクトル制御された照明の再結合は、照明源２０２のスペクトルの明るさを保存する。結合経路は、分散経路をミラーリングする逆の要素構成を含むことができる。例えば、結合経路は、それぞれの結合要素２１４へ通じる複数の副結合経路に沿ってスペクトルコントローラ２１０から分散照明の伝送部分を向けるように構成されている第１の複数のダイアクロック連結器２１２を備えることができる。結合経路は、各結合要素２１４（すなわち、各副結合経路）から共通の照明経路へ受信したほぼ同軸の（分散していない）照明を向けるように構成されている第２の複数のダイアクロック連結器２１６をさらに備えることができる。一部の実施形態では、照明経路は、スペクトル制御された照明の輝度レベルを制御するように構成された１つ以上の中性濃度フィルタ２１８をさらに備えることができる。上述したように、照明経路は、スペクトル制御された照明の少なくとも一部を光学構成８０へ送り届けるように構成された光ファイバ２２０などの任意の個数の光学要素によって表すことができる。用語「ダイクロイックスプリッタ」および「ダイアクロック連結器」は、照明分割または結合機能を指すために相互交換可能に利用することができることに留意されたい。しかしながら、用語「ダイクロイックスプリッタ」は、分散性の経路に沿って配設されたダイクロイックスプリッタ／連結器を指すために本明細書中で概して使用され、用語「ダイアクロック連結器」は、結合経路に沿って配設されたダイクロイックスプリッタ／連結器を指すために本明細書中で概して使用されている。したがって、どちらかの用語の使用も何ら本開示を限定すると理解されるべきでない。

図４は、本発明の一部の実施形態による、その偏光に関して目標の照明をパターン形成するように構成された偏光プログラマ１３０を概略的に示す。（スペクトルプログラミング１２０によって支持された）非偏光の照明７０は、レンズと、それを２つの成分、例えば、ｓ偏光成分およびｐ偏光成分に分割する偏光ビームスプリッタ３３０とを介して入る（７１）。この成分は、λ／４波長板３１２、３２２を通過し、それぞれのｐ−およびｓ−ミラーアレイ３１０、３２０によって反射されて、円偏光８１をもたらす。ＤＬＰ ｐ−およびｓ−ミラーアレイ３１０、３２０は、ｐ−偏光とｓ−偏光の両方のために独立した反射率プログラミングを与えるように接合した照明瞳に配置されている。ミラーアレイ３１０、３２０からの反射光は、（それぞれ）λ／４波長板３１２、３２２で回転リニアへ戻るように変更され、両偏光は、ビームスプリッタ３３０において再結合されて、偏光で構成された光８１を形成する。偏光プログラマ１３０は、瞳面全体にわたって偏光パターンと輝度パターンの両方を制御するように構成することができる。

いくつかの実施形態では、システム１００は、瞳面における対応するパターン形成によって相関関係にある角度（瞳面の画素の位置）−波長−偏光グループを生成して、単一の検出器によって感知される特定の画素を向けるために使用される画素の相関関係をもたらす。システム１００は、任意に照明パラメータに従ってパターン形成、およびそれぞれのグルーピングを用いることができる。

図５は、本発明の一部の実施形態による方法４００を示す高水準の流れ図である。方法４００は、そのスペクトル範囲および／または偏光に関して目標の照明をパターン形成するステップ（段階４１０）と、パターン形成された照明によって計測目標を照明するステップ（段階４２０）と、収集パターンを瞳面の画素に適用すること（段階４３５）によって実行される瞳面において選択された瞳面の画素をそれぞれの単一の検出器へ向けること（段階４４０）によって目標から散乱された放射を測定するステップ（段階４３０）とを含む。

いくつかの実施形態では、方法４００は、照明の瞳面におけるパターン形成を実行するステップ（段階４１２）と、そのスペクトル範囲とその偏光の両方に関して目標の照明をパターン形成するステップ（段階４１５）と、および／またはスペクトルプログラマによってそのスペクトル範囲に関して目標の照明をパターン形成するステップ（段階４１７）とをさらに含むことができる。方法４００は、収集パターンを照明パターン形成に関連付けるステップ（段階４３７）をさらに含むことができる。

上記説明において、ある実施形態は、本発明の一例または実施である。「一実施形態」、「ある実施形態」、「いくつかの実施形態」、または「一部の実施形態」の様々な出現は、必ずしも同じ実施形態をすべて指すものではない。

本発明の様々な特徴が、単一の実施形態の内容で説明され得るが、この特徴は、別個に与えることもでき、または任意の適切な組み合わせで与えることもできる。逆に、本発明を明確にするために別個の実施形態の内容において本明細書に説明してもよいが、本発明は、単一の実施形態において実施することもできる。

本発明のいくつかの実施形態は、上記開示した異なる実施形態からの特徴を含むことができるが、いくつかの実施形態は、上記開示した他の実施形態から要素を組み込むことができる。特定の実施形態の内容における本発明の要素の開示は、それらが特定の実施形態単独で使用されるのを制限するものとしてとらえられるべきではない。

さらに、本発明は様々なやり方で実施または実行することができ、本発明は上記説明に概説された実施形態以外のいくつかの実施形態において実施されてもよいことを理解されたい。

本発明は、それらの図に限定されず、または対応する説明に限定されない。例えば、流れは、示した各ボックスまたは状態を通じて移動する必要がなく、または例示および説明されたものと正確に同じ順序でなくてもよい。

本明細書中に使用される科学技術用語の意味は、別段の定めがない限り、本発明が属する当業界における当業者によるように一般に理解されるものである。

本発明を限られた個数の実施形態を参照して説明してきたが、これらは本発明の範囲の限定として解釈されるべきでなく、むしろ好ましい実施形態の一部の例示として解釈されるべきである。他の可能な改変、変形、および応用は、やはり本発明の範囲内である。したがって、本発明の範囲は、このようにこれまで説明してきたものによって限定されるべきでなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの適法な均等物によって限定されるものとする。

Claims (10)

1. 主成分分析を用いた測定量に対する感度の分析に従って、強度のパターンとともに、スペクトルのパターンと偏光のパターンの少なくともいずれかを事前に用意するステップと、
   パターン形成された照明を生成すべく、そのスペクトル範囲およびその偏光のうちの少なくとも１つに対して計測目標の照明をパターン形成するステップと、
   前記パターン形成された照明によって前記計測目標を照明するステップと、
   第１の意図的なオーバーレイと相関する画素群のみを含むように瞳面に配置された１つ又はそれ以上の制御可能なミラー装置で第１の収集関数を成形し、かつ第２の意図的なオーバーレイと相関する画素群のみを含むように第２の収集関数を成形することで、瞳面において選択された瞳面の画素を複数の単一検出器に向け、前記計測目標から散乱された放射を測定するステップであり、前記第１の意図的なオーバーレイと前記第２の意図的なオーバーレイは異なるオーバーレイの値を有する、ステップと、
   を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記パターン形成するステップは、前記照明の瞳面において実行される方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、収集パターンは、照明パターンに関連するように構成されている方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記計測目標の照明は、前記スペクトル範囲と前記偏光の両方に対してパターン形成される方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記計測目標の照明は、スペクトルプログラマによって前記スペクトル範囲に関してパターン形成される方法。
6. パターン形成された照明を生成すべく、そのスペクトル範囲およびその偏光のうちの少なくとも１つに対して計測目標の照明をパターン形成するように構成されている照明源と、
   圧縮センシング装置であって、第１の意図的なオーバーレイと相関する画素群のみを含むように瞳面に配置された１つ又はそれ以上の制御可能なミラー装置で第１の収集関数を成形し、かつ第２の意図的なオーバーレイと相関する画素群のみを含むように第２の収集関数を成形することで、瞳面において選択された瞳面の画素を圧縮センシング装置の複数の単一検出器に向け、前記計測目標から散乱された放射を測定するステップであり、前記第１の意図的なオーバーレイと前記第２の意図的なオーバーレイは異なるオーバーレイの値を有する、圧縮センシング装置と、
   を備え、主成分分析を用いた測定量に対する感度の分析に従って、強度のパターンとともに、スペクトルのパターンと偏光のパターンの少なくともいずれかが事前に用意される、
   計測光学系。
7. 請求項６に記載の計測光学系であって、前記パターン形成は、前記照明源の瞳面において実行される計測光学系。
8. 請求項６に記載の計測光学系であって、収集パターンは、前記パターン形成された照明のパターンに関連するように構成されている計測光学系。
9. 請求項６に記載の計測光学系であって、前記計測目標の照明は、前記スペクトル範囲とその前記偏光の両方に対してパターン形成されている計測光学系。
10. 請求項６に記載の計測光学系であって、前記スペクトル範囲に対して前記計測目標の照明をパターン形成するように構成されている、複数の副分散経路および副結合経路を備えるスペクトルプログラマをさらに備える計測光学系。

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