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技術 複数の視野の高さマップを測定し、装置のドリフトに対する感度を最小限に抑えてこれらを合成高さマップに結合する方法

出願人 株式会社ミツトヨ
発明者 ヨハネスアンナクアエダッカーズアドリアーンティーマンザウダーウェフ
出願日 2016年8月10日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2016-157971
公開日 2017年2月23日 (4年6ヶ月経過) 公開番号 2017-040652
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による測長装置
主要キーワード シミュレーション測定 合成形状 周囲振動 周囲測定 装置振動 視野距離 非長方形 位相シフティング
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年2月23日)のものです。
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図面 (20)

課題

非接触表面形状測定装置を用いて、測定対象の表面の複数の視野の高さマップを測定し、これらを合成高さマップに結合する方法であって、当該非接触表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる方法を提供することを目的とする。

解決手段

非接触表面形状測定装置を用いて、測定対象の表面の複数の視野の高さマップを測定し、これらを合成高さマップに結合する方法であって、当該方法は、表面形状測定器を、ルートに沿って、1つの視野から別の視野に、測定対象に対して移動するステップと、表面形状測定器を用いて、ルートに沿って、表面について複数視野の高さマップを測定するステップと、表面の合成高さマップを生成するように、高さマップを互いに対して正規化することによって、測定された複数視野の高さマップを結合するステップとを含み、ルートは、複数の高さマップを結合する間、表面形状測定器の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられるように設定される。

概要

背景

特許文献1は、検査表面の隣接するセクションの高さ形状を結合して当該表面の合成形状を生成する方法について開示し、検査サンプルの表面の隣接するセクションを、装置の視野内に連続的に配置して、当該セクションの連続測定を行い、それらを位相シフティング又は垂直スキャニングによってプロファイリングすることから構成される。プロファイリングされる表面の1つのセクションから次の隣接するセクションへの連続測定間の顕微鏡のx−y方向移動は、当該セクションをオーバーラップすることによって行われ、これにより、測定間で空間的連続性が保持される。各セクションについて生成された高さデータは、次に、検査表面全体に対応するより大きい画像を形成するように結合され、x−y方向移動処理によって発生する不連続及び/又は誤差は、オーバーラップする部分を共通基準平面正規化することによって補正される。

オーバーラップする領域における測定された高さの各セットを通じて、平面がフィッティングされ、フィッティングされた各平面のチップチルト及びオフセットが補正されて、隣接するセクションにおける、一致するオーバーラップする高さデータが生成される。次に、各セクションの残りについて測定された高さデータも、チップ、チルト及びオフセットにおける同じ差によって補正され、連続的な正規化された画像が得られる。

光学測定システムは、照明点灯した瞬間からの又は環境温度の変化による光学コンポーネント及び/又はサンプルの加熱及び膨張による高さドリフトを有する。

時間が経過するに従って、高さドリフトは、システム及び/又はサンプルが熱平衡に近づくにつれて安定化しうる。高さドリフトによる影響を回避するために、光学システムの通常動作は、ウォーミングアップ時間を含んでよい。これは、システムにおける熱による高さドリフトの影響を未然に防ぐことができる(しかし、サンプルも、測定されるあらゆる個所全体がウォーミングアップされない限り、サンプルにおける影響は防げない)。しかし、これは、非常に時間がかかる。

ドリフトは、
周囲振動又は装置振動
周囲測定環境における不安定性(例えば周囲空気温度気圧又は他の該当する要因の変動)
・システムクリープ
といった他の原因も有しうる。このような状況では、高さの安定性は、完全に達成されることはなく、常に、装置のウォーミングアップによって未然に防ぐことができない多少のドリフトが残る。

1つの視野(FOV)よりも大きいワークピースの高さマップを測定するために複数の視野が結合される場合、個々の視野間の高さオフセットにドリフトがもたらされる。一例が、オプチカルフラットシミュレーション測定に見出される。この測定は、左下の視野から開始され、連続して進む(図1における測定シーケンスを参照)。図2に、シミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。

合成アルゴリズムの自由度に応じて、表面本来の全体的な傾斜及び位置が失われることがある。その結果、全体的な傾斜及び全体的な位置の再構成は、例えば最小二乗法によって、個々の測定された視野に平面をフィッティングすることによって行われてよい。測定順序ルーティング)に依存して、ドリフトによって誘発される高さオフセットは、最終結果の全体的な傾斜における誤差をもたらす。図2のデータセットステッチング又は結合したシミュレーション結果である図3に、このような傾斜誤差の一例が示される。

概要

非接触表面形状測定装置を用いて、測定対象の表面の複数の視野の高さマップを測定し、これらを合成高さマップに結合する方法であって、当該非接触表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる方法を提供することを目的とする。非接触表面形状測定装置を用いて、測定対象の表面の複数の視野の高さマップを測定し、これらを合成高さマップに結合する方法であって、当該方法は、表面形状測定器を、ルートに沿って、1つの視野から別の視野に、測定対象に対して移動するステップと、表面形状測定器を用いて、ルートに沿って、表面について複数視野の高さマップを測定するステップと、表面の合成高さマップを生成するように、高さマップを互いに対して正規化することによって、測定された複数視野の高さマップを結合するステップとを含み、ルートは、複数の高さマップを結合する間、表面形状測定器の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられるように設定される。

目的

本発明は、非接触表面形状測定装置を用いて、測定対象の表面について複数の視野で高さマップを測定し、これらを合成高さマップに結合する方法であって、当該非接触表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

非接触表面形状測定装置を用いて、測定対象の表面について複数視野の高さマップを測定し、これらを合成高さマップに結合する方法であって、前記非接触表面形状測定装置を、ルートに沿って、1つの視野から別の視野に、前記表面に対して移動するステップと、前記非接触表面形状測定装置を用いて、前記ルートに沿って、前記表面について前記複数の視野の複数の高さマップを測定するステップと、前記表面の前記合成高さマップを生成するように、測定された前記複数の視野の前記複数の高さマップを結合するステップと、を含み、前記ルートは、前記複数の高さマップを結合する間に、前記非接触表面形状測定装置の高さドリフトによって引き起こされる影響に対する感度を最小限に抑えるように設定される、方法。

請求項2

前記ルートは、第1の方向成分及び第2の方向成分を有する方向を含み、前記第2の方向成分は、前記第1の方向成分に実質的に垂直であり、前記非接触表面形状測定装置を前記表面に対して移動するステップは、前記複数の視野の前記複数の高さマップを測定する間に、前記第1の方向成分及び前記第2の方向成分の両方において、少なくとも1回、前進及び後退するステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記第1の方向成分及び前記第2の方向成分の両方において、前進及び後退するステップは、少なくとも2つの視野分、前記第1の方向において、前進及び後退するステップと、少なくとも2つの視野分、前記第2の方向において、前進及び後退するステップとを含む、請求項2に記載の方法。

請求項4

前記非接触表面形状測定装置を前記表面に対して移動するステップは、前記複数の視野の前記複数の高さマップの測定中に、前記第1の方向成分及び前記第2の方向成分の両方において、少なくとも2回、前進及び後退するステップを含む、請求項2又は3に記載の方法。

請求項5

前記ルートは、実質的にランダム順序で、前記複数の視野を測定するように設定される、請求項1乃至4の何れか一項に記載の方法。

請求項6

前記ルートは、スパイラル又はスパイラル状の形を有する、請求項1乃至5の何れか一項に記載の方法。

請求項7

前記表面の端の実質的に近くに位置付けられる複数の視野の複数の高さマップを連続して測定する及び/又は再測定するステップを含み、前記複数の高さマップを結合するステップは、前記合成高さマップを、全体的な位置及び傾斜について後で補正するように、測定及び/又は再測定された前記表面の端の実質的に近くに位置付けられる前記複数の視野を使用するステップを含む、請求項1乃至6の何れか一項に記載の方法。

請求項8

前記ルートは、複数回、前記表面の前記複数の視野の中心を横断することを含む、請求項1乃至7の何れか一項に記載の方法。

請求項9

1つ、2つ又は3つ以上の視野を間に残して、測定された1つの視野から、測定される次の視野に移動するステップを含む、請求項1乃至8の何れか一項に記載の方法。

請求項10

前記ルートを決定するために、アルゴリズムを使用するステップを含む、請求項1乃至9の何れか一項に記載の方法。

請求項11

前記非接触表面形状測定装置を用いて、前記表面の前記複数の視野の前記複数の高さマップを測定する間に、隣接する視野間にオーバーラップ又は接続領域が保持され、前記複数の高さマップを結合するステップは、前記表面の前記合成高さマップを生成するために、高低差を決定し、補正するように、前記オーバーラップ領域又は個々の視野高さ情報を使用するステップを含む、請求項1乃至10の何れか一項に記載の方法。

請求項12

前記非接触表面形状測定装置は、白色光干渉計(WLI)、位相シフト干渉計(PSI)、クロマティックポイントセンサCPS)、ポイントフロム‐フォーカスシェイプ‐フロム‐フォーカス(PFFSFF)センサ共焦点顕微鏡構造化照明顕微鏡SIM)又はレーザ干渉計顕微鏡である、請求項1乃至11の何れか一項に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、非接触表面形状測定装置を用いて、測定対象の表面について複数の視野で高さマップを測定し、これらを合成高さマップに結合する方法に関する。当該方法は、
表面形状測定装置を、ルートに沿って、1つの視野から別の視野に、測定対象に対して移動するステップと、
表面形状測定装置を用いて、ルートに沿って、表面について複数視野の高さマップを測定するステップと、
表面の合成高さマップを生成するように、測定された複数視野の高さマップを結合するステップと、を含む。

背景技術

0002

特許文献1は、検査表面の隣接するセクションの高さ形状を結合して当該表面の合成形状を生成する方法について開示し、検査サンプルの表面の隣接するセクションを、装置の視野内に連続的に配置して、当該セクションの連続測定を行い、それらを位相シフティング又は垂直スキャニングによってプロファイリングすることから構成される。プロファイリングされる表面の1つのセクションから次の隣接するセクションへの連続測定間の顕微鏡のx−y方向移動は、当該セクションをオーバーラップすることによって行われ、これにより、測定間で空間的連続性が保持される。各セクションについて生成された高さデータは、次に、検査表面全体に対応するより大きい画像を形成するように結合され、x−y方向移動処理によって発生する不連続及び/又は誤差は、オーバーラップする部分を共通基準平面正規化することによって補正される。

0003

オーバーラップする領域における測定された高さの各セットを通じて、平面がフィッティングされ、フィッティングされた各平面のチップチルト及びオフセットが補正されて、隣接するセクションにおける、一致するオーバーラップする高さデータが生成される。次に、各セクションの残りについて測定された高さデータも、チップ、チルト及びオフセットにおける同じ差によって補正され、連続的な正規化された画像が得られる。

0004

光学測定システムは、照明点灯した瞬間からの又は環境温度の変化による光学コンポーネント及び/又はサンプルの加熱及び膨張による高さドリフトを有する。

0005

時間が経過するに従って、高さドリフトは、システム及び/又はサンプルが熱平衡に近づくにつれて安定化しうる。高さドリフトによる影響を回避するために、光学システムの通常動作は、ウォーミングアップ時間を含んでよい。これは、システムにおける熱による高さドリフトの影響を未然に防ぐことができる(しかし、サンプルも、測定されるあらゆる個所全体がウォーミングアップされない限り、サンプルにおける影響は防げない)。しかし、これは、非常に時間がかかる。

0006

ドリフトは、
周囲振動又は装置振動
周囲測定環境における不安定性(例えば周囲空気温度気圧又は他の該当する要因の変動)
・システムクリープ
といった他の原因も有しうる。このような状況では、高さの安定性は、完全に達成されることはなく、常に、装置のウォーミングアップによって未然に防ぐことができない多少のドリフトが残る。

0007

1つの視野(FOV)よりも大きいワークピースの高さマップを測定するために複数の視野が結合される場合、個々の視野間の高さオフセットにドリフトがもたらされる。一例が、オプチカルフラットシミュレーション測定に見出される。この測定は、左下の視野から開始され、連続して進む(図1における測定シーケンスを参照)。図2に、シミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。

0008

合成アルゴリズムの自由度に応じて、表面本来の全体的な傾斜及び位置が失われることがある。その結果、全体的な傾斜及び全体的な位置の再構成は、例えば最小二乗法によって、個々の測定された視野に平面をフィッティングすることによって行われてよい。測定順序ルーティング)に依存して、ドリフトによって誘発される高さオフセットは、最終結果の全体的な傾斜における誤差をもたらす。図2データセットステッチング又は結合したシミュレーション結果である図3に、このような傾斜誤差の一例が示される。

先行技術

0009

米国特許第5987189号明細書

発明が解決しようとする課題

0010

したがって、本発明は、非接触表面形状測定装置を用いて、測定対象の表面について複数の視野で高さマップを測定し、これらを合成高さマップに結合する方法であって、当該非接触表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる方法を提供することを目的とする。当該高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられなければ、合成高さマップに傾斜誤差が生じる。

課題を解決するための手段

0011

したがって、非接触表面形状測定装置を用いて、測定対象の表面について複数の視野で高さマップを測定し、これらを合成高さマップに結合する方法が提供される。当該方法は、
表面形状測定装置を、ルートに沿って、1つの視野から別の視野に、表面に対して移動するステップと、
表面形状測定装置を用いて、ルートに沿って、表面について複数視野の高さマップを測定するステップと、
表面の合成高さマップを生成するように、測定された複数視野の高さマップを結合するステップとを含み、ルートは、複数の高さマップを結合する間に、表面形状測定装置の高さドリフトによって引き起こされる影響に対する感度が最小限に抑えられるように設定される。

0012

ルートを設定することによって、複数の視野を合成高さマップに合成することの表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる。当該高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられなければ、合成高さマップに傾斜誤差が生じる。

0013

更なる実施形態によれば、ルートは、第1及び第2の方向成分を有する方向を含み、第2の方向成分は、第1の方向成分に実質的に垂直であり、表面形状測定装置を表面に対して連続して移動するステップは、a)複数視野の高さマップを測定する間に、第1及び第2の方向成分の両方において、少なくとも1回、前進及び後退するステップを含む。

0014

複数視野の高さマップを測定する間に、第1及び第2の方向成分の両方において、少なくとも1回、前進及び後退することによって、視野は、表面全体に亘って、より良好に分割され、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる。

0015

ルートは、第1及び第2の方向に垂直である、高さに対応する第3の方向において規定されてもよい。

0016

更なる目的によれば、第1及び第2の方向成分の両方において、前進及び後退するステップは、少なくとも2つの視野分、第1の方向において、前進及び後退するステップと、少なくとも2つの視野分、第2の方向において(例えば左又は右)、前進及び後退するステップとを含む。

0017

複数視野の高さマップを測定する間に、少なくとも2つの視野分、第1及び第2の方向成分の両方において、少なくとも、前進及び後退することによって、視野は、表面全体に亘って、より良好に分割され、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる。

0018

更なる実施形態によれば、表面形状測定装置を表面に対して移動するステップは、複数視野の高さマップを測定する間中に、第1及び第2の方向成分の両方において、少なくとも2回、前進及び後退するステップを含む。

0019

第1及び第2の方向成分の両方において、少なくとも2回、前進及び後退することによって、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が更に最小限に抑えられる。高さドリフトに対する感度が更に最小限に抑えられなければ、合成高さマップに誤差が生じる。

0020

更なる実施形態によれば、ルートは、実質的にランダム順序で、視野を測定するように設定される。

0021

実質的にランダムな順序で、視野を測定するようにルートを設定することによって、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる。

0022

更なる実施形態によれば、ルートは、スパイラル又はスパイラル状の形を有する。

0023

スパイラル又はスパイラル状の形で、視野を測定するようにルートを設定することによって、複数の高さマップを結合する間、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる。

0024

更なる実施形態の目的によれば、方法は、時間を短縮し、これにより、測定間のドリフトを最小限に抑えるために、表面の端の実質的に近くに位置付けられる端の視野の測定及び/又は再測定を含む。全体的な傾斜の再構成は、これらの視野だけに基づいている。測定間の時間を短縮しつつ、これらの視野間の距離を最大にすることによって、合成高さマップの全体的な傾斜における誤差が最小限に抑えられる。

0025

更なる実施形態によれば、ルートは、複数回、表面の複数の視野の中心を横断することを含む。

0026

表面の複数の視野の中心を、複数回、横断することによって、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる。

0027

更なる実施形態によれば、方法は、1つ、2つ又は3つ以上の視野を間に残して、測定された1つの視野から、測定される次の視野に移動するステップを含む。

0028

1つ、2つ又は3つ以上の視野を間に残して、1つの視野から別の視野に移動するようにルートを設定することによって、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる。

0029

更なる実施形態によれば、表面形状測定装置を用いて、表面について複数視野の高さマップを測定する間に、隣接する視野間にオーバーラップ又は接続領域が保持するようにするとよい。オーバーラップ又は接続領域が保持されている場合には、複数の高さマップを結合するステップは、表面の合成高さマップを生成するために、視野間の高低差確立し、補正するように、オーバーラップ又は接続領域を使用するステップを含む。オーバーラップ又は接続領域が保持されていない場合、共通高さ基準を使用して、視野間の高低差が確立され、補正されて、表面の合成高さマップが生成される。これにより、合成高さマップが得られる。

0030

更なる実施形態によれば、方法は、ルートを決定するために、アルゴリズムを使用するステップを含む。

0031

これにより、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられるルートが決定される。

0032

次に、可能なアルゴリズムを実施する方法例のリストを提供する。このリストは、例に過ぎず、本発明は、同じ目的を果たす異なる変形態様、組み合わせ又は様々なアルゴリズムを排除するものではない。

0033

アルゴリズム1
このアルゴリズムによって決定される測定順序は、測定対象に対する視野(FOV)の構成の幾何学的中心からの距離に依存する。アルゴリズムは、最初に、表面の中心から最大距離を有するFOVを選択し、このFOVを、測定順序の一番目に据える。幾つかの視野が同じ距離にある場合、最初に選択される視野は、プログラミング言語アドレス指定順序に依存するが、基本的には、あまり重要ではない。1番目の視野が選択されると、アルゴリズムは、既に選択された視野を除き、中心から最も離れている視野を再び探し、次に測定する視野として、当該視野を、測定順序に追加する。この処理は、すべての視野が選択されるまで繰り返される。この順序は、略同じ結果をもたらすので、逆にされてもよい。

0034

アルゴリズム2
上記アルゴリズムと同様に、このアルゴリズムでは、中心から最大距離を有するFOVが特定され、このFOVが、測定順序の1番目に据えられる。しかし、次の視野は、中心からの最大視野距離ではなく、前の視野の場所からの最大幾何学的距離を見つけることによって決定される。この手順は、すべての視野が測定シーケンスに割当てられるまで従われる。この順序も、略同じ結果をもたらすので、逆にされてもよい。

0035

アルゴリズム3
アルゴリズム3は、幾分、より複雑である。ここでは、考え方としては、2つのFOVを1対として機能させることであり、これにより、これらの対における視野が、可能な限り、表面の幾何学的中心を挟んで反対であることを確実にする。

0036

上記アルゴリズムと同様に、1番目の視野は、中心から離れている最大距離を探すことによって選択される。次の視野は、1番目の視野の(中心について)略点対称位置に最も近い視野を探すことによって選択される。これらの2つの視野は、最初に、測定シーケンスに加えられる。

0037

第2の対(結果として、すべての後続の対)の第1の視野は、その位置が、中心への距離を最大にしつつ、前に選択された視野までの距離を最小限にするFOVを探すことによって選択される。この新しい対の第2の視野は、ここでも、第1の視野の(中心について)左右反対の位置に最も近いFOVを探すことによって選択される。この手順は、すべての対が測定シーケンスにおいて指定されるまで従われ、任意の残存している視野は、必要に応じて、測定順序に加えられる。この順序も、略同じ結果をもたらすので、逆にされてもよい。

0038

アルゴリズム4
アルゴリズム4は、第1の対を選択する方法では、アルゴリズム3と同様に開始する。しかし、次の新しい対(したがって、連続する複数の対)の第1のFOVは、先の対の第1の視野と同じ中心からの距離にあるが、中心周りに、90度、時計周りに回転されている場所にある仮想位置に対して最も近いFOVを探すことによって選択される。この新しい対の第2のFOVは、ここでも、第1の視野の(中心について)左右反対の位置に最も近いFOVを探すことによって選択される。

0039

第3の対(したがって、すべての後続の対)は、上記されたように、時計回りに回転し、最も近いFOVを見つけ、左右反対のFOVを見つける手順を繰り返すことによって、見つけられる。任意の残存している視野は、終わりにおいて、測定シーケンスに加えられる。この順序も、略同じ結果をもたらすので、逆にされてもよい。

0040

アルゴリズム5
アルゴリズム5は、上記アルゴリズムとはかなり異なる概念具現化する。ここでは、長方形構成のFOV形状の場合であり、4つの隅にある視野、即ち、端の実質的に近くに位置付けられる視野が連続して測定され、この後、第1の隅の視野が再測定され、形状の先端部周りの周回が完了する。全体的な位置及び傾斜の再確立は、これらの5つの視野だけに基づいている。

0041

隅の指定は、複数のFOVの中心座標のX及びYの最小値及び最大値を単純に見つけ、これらのFOVを、次の順序で、測定シーケンスリストに載せることによって達成される。
1.(Xmin,Ymin)
2.(Xmax,Ymin)
3.(Xmax,Ymax)
4.(Xmin,Ymax)
5.第1の視野が繰り返される。

0042

しかし、非長方形構成の場合、上記最初の4つのステップにおける検索によって決定される最大値及び最小値(X,Y)によって、同じFOVが、2回、特定される場合がある。一例は、T字型構成にあるFOVである。ここでは、これらのステップにおいて特定される第1及び第2の視野は、同じFOVであり、測定シーケンスに2回、正当に加えられる。これを阻止するために、ステップ4とステップ5との間に、一意性確認が行われる必要がある。これは、測定順序を保ちつつ、任意の重複を除去する。この順序も、略同じ結果をもたらすので、逆にされてもよい。

0043

更なる実施形態によれば、非接触表面形状測定装置は、白色光干渉計(WLI)、位相シフト干渉計(PSI)、クロマティックポイントセンサCPS)、ポイントフロム‐フォーカスシェイプ‐フロム‐フォーカス(PFFSFF)センサ共焦点顕微鏡構造化照明顕微鏡SIM)又はレーザ干渉計顕微鏡である。

図面の簡単な説明

0044

図1は、測定シーケンスを示す。
図2は、図1の測定シーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。
図3は、図2のデータセットをステッチングしたシミュレーション結果を示し、また、残存している傾斜誤差を示す。
図4は、一実施形態による測定シーケンスを示す。
図5は、図4の測定シーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。
図6は、図5のデータセットをステッチングしたシミュレーション結果を示し、また、残存している傾斜誤差を示す。
図7は、更なる実施形態による測定シーケンスを示す。
図8は、図7の測定シーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。
図9は、図8のデータセットをステッチングしたシミュレーション結果を示し、また、残存している傾斜誤差を示す。
図10は、更に別の実施形態による測定シーケンスを示す。
図11は、図10の測定シーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。
図12は、図11のデータセットをステッチングしたシミュレーション結果を示し、また、残存している傾斜誤差を示す。
図13は、更なる実施形態による測定シーケンスを示す。
図14は、図13の測定シーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。
図15は、図14のデータセットをステッチングしたシミュレーション結果を示し、また、残存している傾斜誤差を示す。
図16は、更なる実施形態による測定シーケンスを示す。
図17は、図16の測定シーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。
図18は、図17のデータセットをステッチングしたシミュレーション結果を示し、また、残存している傾斜誤差を示す。
図19は、本発明の第4の実施形態による測定シーケンスを示す。
図20は、本発明の第4の実施形態による測定シーケンスを示す。
図21は、図19の測定シーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。
図22は、図20の測定シーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。
図23は、図21及び図22のデータセットをステッチングしたシミュレーション結果を示し、また、残存している傾斜誤差を示す。
図24は、更なる実施形態による測定シーケンスを示す。
図25は、更なる実施形態による測定シーケンスを示す。
図26は、更なる実施形態による測定シーケンスを示す。
図27は、図24の測定シーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。
図28は、図25の測定シーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。
図29は、図26の測定シーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。
図30は、図27乃至図29のデータセットをステッチングしたシミュレーション結果を示し、また、残存している傾斜誤差を示す。
図31は、自動ルーティングアルゴリズムフローチャート例を示す。
図32は、5×5個の視野に対するアルゴリズムの使用例を示す。
図33は、シミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。
図34は、傾斜がほとんど残っていないシミュレーションステッチング結果を示す。

実施例

0045

本発明の実施形態を、一例として、添付概略図面を参照して説明する。図面中、対応する参照記号は、対応する部分を指している。

0046

図4は、本発明の一実施形態による測定シーケンスを示す。当該シーケンスは、非接触表面形状測定装置(以下、単に「表面形状測定装置」と称す)を、視野1から視野2まで、また、同様に続けて、視野25まで、表面に対して連続的に移動し、各視野1乃至25の高さマップを測定して対応する高さマップを生成することによって、表面形状測定装置を用いて、表面の個々の視野の高さマップを連続的に測定することから開始する。したがって、この方法は、
a1)表面形状測定装置を用いて、表面の第1の視野1の高さマップを測定し、
a2)表面形状測定装置を、第1の視野1から次の第2の視野2まで、表面に対して移動し、
a3)対応する高さマップを生成するように、表面形状測定装置を用いて、測定対象(例えば基板)の表面の複数の視野が測定されるまで、a1)及びa2)を繰り返すことによって、表面形状測定装置を用いて、表面について複数視野の高さマップを連続的に測定することを含む。これにより、測定対象の表面の複数の視野を測定することができる。

0047

視野を測定することにより生成された複数の高さマップは、当該高さマップを互いに対して正規化することによって結合され、表面の合成高さマップが生成される。このために、隣接する視野間のオーバーラップ領域Lが保持されてよい。測定された視野の複数の高さマップを結合することは、このオーバーラップ領域を使用して、視野間の高低差を決定し、補正することを含む。これにより、合成高さマップを得ることができる。

0048

ルートを設定することによって、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる。

0049

ルートは、第1及び第2の方向成分を有する方向を含む。(例えば図4では、左から右への)第2の方向成分は、(例えば図4では、下から上への)第1の方向成分に実質的に垂直である。表面形状測定装置を、表面に対して連続的に移動することは、複数視野の高さマップの測定中に、第1及び第2の方向成分の両方において、少なくとも1回、前進及び後退することを含む。複数視野の高さマップの測定中に、第1及び第2の方向成分の両方において、少なくとも1回、前進及び後退することによって、視野は、表面全体に亘って、より良好に分割され、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる。例えば、図4では、視野1から視野2に移動することは、第1の方向及び第2の方向において、前進することを含む。次に、視野3から視野4への移動は、第1の方向及び第2の方向において、後退することを含む。

0050

第1及び第2の方向成分の両方において前進及び後退することは、全測定シーケンス中に、少なくとも2つの視野分、第1の方向において、前進及び後退することと、少なくとも2つの視野分、第2の方向において、前進及び後退すること(例えば左又は右)とを含んでもよい。例えば、図4では、視野6から視野7に移動することは、少なくとも2つの視野分、第1の方向において、前進することを含み、視野7から視野8に移動することは、少なくとも2つの視野分、第2の方向において、前進することを含む。視野3から視野4への移動は、少なくとも2つの視野分、第1の方向及び第2の方向において、後退することを含む。

0051

図4におけるルートは、実質的にランダムな順序で、視野を測定するように設定されてよい。実質的にランダムな順序で、視野を測定するように設定することによって、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる。

0052

図5は、図4のシーケンスを使用する平面に対するシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。図6は、図5のデータセットを結合した後のシミュレーション結果を示し、また、残存している傾斜誤差を示す。図6図3と比較すると、図6では、図4のシーケンスを使用することによって、残存している高さ誤差は、大幅に減少されていることが分かる。

0053

図7におけるルートは、全測定シーケンス中に、少なくとも1つの視野分、第1及び第2の方向成分の両方において、前進及び後退することを含む。例えば図7では、視野5から視野6に移動することは、1つの視野分、第1の方向において、前進することを含み、視野1から視野2に移動することは、1つの視野分、第2の方向において、前進することを含む。視野9から視野10への移動は、第2の方向において、後退することを含み、視野13から視野14への移動は、1つの視野分、第1の方向において、後退することを含む。

0054

図7では、ルートは、視野1から視野25に移動するスパイラル又はスパイラル状の形を有する。視野を測定するためのルートを、スパイラル又はスパイラル状の形に設定することによって、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる。

0055

図8は、図7のシーケンスを使用してシミュレートされる個々のFOV測定結果を示す。図9は、図8のデータセットを結合した後のシミュレーション結果を示し、また、残存している傾斜誤差を示す。図9図3と比較すると、図9では、図8のシーケンスを使用することによって、残存している高さ誤差は、大幅に減少されていることが分かる。

0056

図10は、更なる実施形態による測定シーケンスを示す。ルートは、全測定シーケンス中に、少なくとも2つの視野分、第1の方向において、前進及び後退することと、少なくとも2つの視野分、第2の方向において、前進及び後退すること(例えば左又は右)とを含む。ルートは更に、複数回、表面の複数の視野の中心25を横断することを含む。表面の複数の視野の中心を、複数回、横断することによって、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる。ルートは、1つ、又は、2つ以上の視野を間に残して、1つの視野から別の視野に移動するように設定される。ルートを、1つ、又は、2つ以上の視野を間に残して、1つの視野から別の視野に移動するように設定することによって、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられる。

0057

図11は、図10のシーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。図12は、図11のデータセットを結合した後のシミュレーション結果を示し、また、残存している傾斜誤差を示す。図12図3と比較すると、図12では、図10のシーケンスを使用することによって、残存している高さ誤差は大幅に減少されていることが分かる。

0058

図13は、更なる実施形態による測定シーケンスを示す。ルートは、高さドリフトに対する感度を最小限に抑えるために、中心を横断することと、1つ、又は、2つ以上の視野を間に残して、少なくとも1つ又は2つの視野分、第1及び第2の方向において、前進及び後退することとを含む。

0059

図14は、図13のシーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。図15は、図14のデータセットを結合した後のシミュレーション結果を示し、また、残存している傾斜誤差を示す。図15図3と比較すると、図15では、図13のシーケンスを使用することによって、残存している高さ誤差は大幅に減少されていることが分かる。

0060

図16は、更なる実施形態による測定シーケンスを示す。ルートは、高さドリフトに対する感度を最小限に抑えるために、中心を横断することと、1つ、又は、2つ以上の視野を間に残して、少なくとも1つ又は2つの視野分、第1及び第2の方向において、前進及び後退することとを含む。

0061

図17は、図16のシーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。図18は、図17のデータセットを結合した後のシミュレーション結果を示し、また、残存している傾斜誤差を示す。図18図3と比較すると、図18では、図16のシーケンスを使用することによって、残存している高さ誤差は大幅に減少されていることが分かる。

0062

最も端にある視野の位置(例えば隅又は軸上の視野)において、直接的な時系列で、表面の端の実質的に近くに位置付けられる特定の視野の(再)測定と、これらの視野だけに、全体的な傾斜及び高さの取り出し(retrieval)を基づかせることとが考慮される。測定間の時間を短縮しつつ、横方向距離を最大にすることによって、傾斜誤差が最小限に抑えられる。

0063

図19及び図20は、このような更なる実施形態による測定シーケンスを示す。図19のルートは、表面の端の実質的に近くに位置付けられる端の視野1、2、3又は4の測定を含む。次に、図20に示すように残りの視野は、時間効率的なルート1乃至21で測定される。

0064

図21及び図22は、図19及び図20のシーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示す。図23は、図21及び図22のデータセットをステッチングしたシミュレーション結果を示し、これらは、ステッチングのための単一のデータセットを形成するように結合されるが、重要なことは、全体的な位置及び傾斜の再構成は、全体ではなく、図21におけるデータだけに基づいて行われる。

0065

図23図3と比較すると、図23では、図19及び図20のシーケンスを使用することによって、残存している高さ誤差は大幅に減少されていることが分かる。

0066

再構成に使用される視野のシーケンスの複数の繰り返しを組み合わせることによって、傾斜誤差は、更に一層、最小限に抑えられる。図24乃至図26は、更なる実施形態による測定シーケンスを示す。図24のルートは、表面の端の実質的に近くに位置付けられる端の視野1、2、3又は4の測定を含む。次に、図25に示すように残りの視野は、時間効率的なルート1乃至21で測定される。図26のルートは、表面の端の実質的に近くに位置付けられる端の視野1、2、3又は4の再測定を含む。

0067

図27乃至図29は、図24乃至図26のシーケンスを使用してシミュレートされた個々のFOV測定結果を示し、図30は、図27乃至図29のデータセットを結合したシミュレーション結果を示すが、図27及び図29におけるデータだけが、全体的な位置及び傾斜の再構成に使用され、また、残存している傾斜誤差を示す。図30図3と比較すると、図30では、図24乃至図26のシーケンスを使用することによって、残存している高さ誤差は大幅に減少されていることが分かる。

0068

図31に、測定順序が、測定領域の中心までの距離によって決定されることに基づいている自動ルーティングアルゴリズムのフローチャート例が見て取れる。したがって、最も離れている視野が、最初に測定され、測定は、内側に向けて進み、測定領域の中心点(の近く)で終了する。

0069

図31は、自動ルーティングアルゴリズムのフローチャート例を示す。自動ルーティングアルゴリズムは、次を含む。
311 測定領域の視野位置のリストを入力する
312 測定領域の中心点からのすべての視野の距離を決定する
313 中心まで最大距離を有する視野を決定し、選択する
314 選択された視野を測定順序リストに移す
315 選択された視野を入力リストから取り除く
316 残っている視野が2つ以下か?ノーの場合は313、イエスの場合は317
317 残っている視野を出力リストに追加する
318 終了

0070

一実施形態によれば、自動ルーティングアルゴリズム方法は、
測定領域の視野位置のリストを入力することと、
測定領域の中心点からのすべての視野の距離を決定することと、
中心まで最大距離を有する視野を決定し、選択することと、
選択された視野を測定順序リストに移すことと、
選択された視野を入力リストから取り除くことと、を含む。

0071

5×5個のFOV(視野)に対するこのアルゴリズムの使用例は、図32に見られるルーティングをもたらすことができる。このルーティングは、図13に示されるスパイラルルーティングに似ている。図33に、結果として生じるシミュレートされた個々のFOV測定結果が示される。図34に、シミュレートされたステッチング結果が示される。ここでも、図15における同様のステッチング結果において見られるように、図34には、傾斜がほとんど残っていない。これにより、表面形状測定装置の高さドリフトに対する感度が最小限に抑えられるルートを決定することができる。

0072

非接触表面形状測定装置は、白色光干渉計(WLI)、位相シフト干渉計(PSI)、クロマティックポイントセンサ(CPS)、ポイント‐フロム‐フォーカス/シェイプ‐フロム‐フォーカス(PFF/SFF)センサ、共焦点顕微鏡、構造化照明顕微鏡(SIM)又はレーザ干渉計顕微鏡であってよい。

0073

ルーティングオプションの選択は、手動で指定されても、又は、例えば視野の構成(構成形状を含む)、欠けている視野、視野数、装置の状態、ドリフトの大きさ又は任意の他の適切な要因を評価することによってアルゴリズムによって自動的に決定されてもよい。

0074

同じ目的を達成する任意の他のルーティングオプション及びアルゴリズムも検討されてよい。

0075

サンプル位置が、1つのFOVから次のFOVに移動するセンサの測定高さ範囲内にあることを確実にするために、隣接するFOVの高さを予測するフィードフォワード方法が使用されてもよい。なお、ドリフト補正を高めるためにフィードフォワード技術が使用される場合、ルーティングの選択は、スパイラルに限定されることに留意されなければならない。これは、フィードフォワードは、フィッティング及び外挿のために、1つの視野が、先の視野のすぐ隣にあることを必要とするからである。したがって、例えばランダムルーティングではうまくいかない。

0076

センサに対するサンプルのz位置を制御するフィードフォワード方法の代案として、プレスキャン方法を使用して、サンプルの粗い(精度の低い)マップが提供されてもよい。プレスキャン方法によって、最終的な高精度測定のためのランダムルーティングを含む任意のルーティングが可能になる。

0077

当然ながら、開示された実施形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明は、様々な形に具現化することができる。したがって、本明細書において開示される特定の構造上及び機能上の詳細は、限定と解釈されるべきではなく、単に、請求項の基礎として、また、当業者に、実質的に任意の適切に詳述される構造体において本発明を様々に採用できることを教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。更に、本明細書において使用される用語及び表現は、限定と解釈されることを意図しておらず、むしろ、本発明の理解可能な説明を提供することを意図している。

0078

本明細書において使用される「別の」との用語は、「少なくとも第2の又はそれ以上」と定義される。本明細書において使用される「含む」及び/又は「有する」は、「包含する」(即ち、他の要素又はステップを排除しない)と定義される。請求項における任意の参照符号は、請求項又は発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。本発明の範囲は、次の請求項によってのみ限定される。

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