JP2012108488A - 検査システム及び高速焦点変更方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速焦点変更能力を有する検査システムを提供する。
【解決手段】検査システムが、入射光ビームに適用される第１の焦点調節機能に対して高速焦点変更を行うように構成された第１の焦点調節装置４０を含む。移動レンズ音響光学装置５０が、第１の焦点調節機能により焦点調節された光ビームを受光し、無線周波数信号に応答して生じる複数の移動レンズを使用して集束点を形成するように構成される。これらの移動レンズが第２の焦点調節機能を適用し、移動レンズ音響光学装置が第２の焦点調節機能を高速で変更するように構成される。この検査システムは、集束点を被検査オブジェクト上に導くとともに、被検査オブジェクト２００からの放射をセンサへ導くように構成された光学素子も含む。
【選択図】図３

Description

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１０年１０月１０日に出願された米国仮特許出願第６１／３９１、６７２号の非仮出願であり、前記仮特許出願の優先権を主張するとともにこれを組み入れる。

本発明は、検査システム及び高速焦点変更方法に関する。

最新の製造工程では、ナノメートルの構造要素を有するオブジェクトを生成することができる。このような被検査オブジェクトは、半導体ウェハ、レチクル、太陽電池パネルなどの場合がある。このような被検査オブジェクトの被検査面は平坦でないため、焦点誤差が発生することがある。

徐々に生じる焦点誤差は、被検査オブジェクトを上昇又は下降させることができる機械モジュールによって補正することができる。この補正は比較的速度が遅く、機械的制約により制限される。

Ｇｅｒａｌｄ Ｆ．Ｍａｒｓｈａｌｌ編集、「光走査」、１１章（１９９１年、ＭａｒｃｅｌＤｅｋｋｅｒ社により出版）、６７５〜６７７頁

高速焦点誤差補正方法、及び高速焦点変更能力を有する検査システムを提供する必要性が高まっている。

検査システムを提供することができ、この検査システムは、センサと、被検査オブジェクトとセンサの間の距離を第１の速度よりも低い速度で変更するように構成された機械モジュールと、第１のビームを受光し、第１の方向に沿って第１の焦点調節機能を適用して第２のビームを供給するように構成されるとともに、第１の焦点調節機能を第１の速度を上回る速度で変更するように構成された第１の焦点調節装置と、各々が第２のビームの少なくとも一部を受光し、第２の方向に沿って第２の焦点調節機能を適用して複数の集束点を生成するように構成された複数の移動レンズを無線周波数信号に応答して生じるように構成されるとともに、第２の焦点調節機能を第１の速度を上回る速度で変更するように構成された移動レンズ音響光学装置と、複数の集束点を被検査オブジェクト上に導くとともに、被検査オブジェクトからの放射をセンサへ導くように構成された光学素子とを備える。

焦点調節装置を提供することができ、この焦点調節装置は、複数の小面を有するコアと、コアの第１の小面に結合された第１の電極の組と、コアの第２の小面に結合された第２の電極の組とを含むことができ、コアの屈折率は、コア上に印加される電場に対応し、このコアは、紫外線に耐久性のある材料で作製され、電極が、略放物形を有する大きさの電場を第１の方向に沿って生じさせた場合、コアが、第１及び第２の小面と異なるコアの小入射面を介してコアに入射する第１の光ビーム上に、第１の光ビームの伝搬方向に配向された第１の方向に沿って第１の焦点調節機能を適用し、電場を高速変化させることにより、第１の焦点調節機能が高速変更されるようになる。

焦点補正方法を提供することができる。この方法は、所望の焦点誤差補正量を受け取るステップと、第１の焦点調節機能及び第２の焦点調節機能の少なくとも一方の焦点調節機能を、第１の速度を上回る速度で、及び所望の焦点誤差補正量に応答して変更するステップとを含むことができ、第１の速度が、被検査オブジェクトとセンサとの間の距離を変更するように構成された機械モジュールによって適用される距離変更の速度よりも速く、第１の焦点調節機能が、第１の焦点調節装置によって第１の方向に沿って適用され、第２の焦点調節機能が、無線周波数信号に応答して複数の移動レンズを生じるように構成された移動レンズ音響光学装置によって適用され、個々の移動レンズが、第２のビームの少なくとも一部を受光し、第２の方向に沿って第２の焦点調節機能を適用して複数の集束点を生成するように構成される。

方法を提供することができる。この方法は、機械モジュールにより、機械モジュールによって被検査オブジェクトとセンサとの間の距離を第１の速度よりも低い速度で変更するステップと、第１の焦点調節モジュールによって第１のビームを受光し、第１の方向に沿って第１の焦点調節機能を適用して第２のビームを供給するステップと、移動レンズ音響光学装置により、無線周波数信号に応答して複数の移動レンズを生じさせるステップと、個々の移動レンズによって第２のビームの少なくとも一部を受光するステップと、個々の移動レンズにより、第２の方向に沿って第２の焦点調節機能を適用して複数の集束点を生成するステップと、複数の集束点を被検査オブジェクト上に導くステップと、被検査オブジェクトからの放射をセンサへ導くステップと、センサにぶつかる放射を感知するステップと、第１の焦点調節機能を、第１の速度を上回る速度で変更するステップと、第２の焦点調節機能を、第１の速度を上回る速度で変更するステップとを含むことができる。

焦点変更方法を提供することができる。この方法は、紫外線に耐久性のある材料で作製されたコアの小入射面を介して第１の光ビームを受光するステップを含み、コアの屈折率はコア上に印加される電場に対応し、小入射面とは異なるコアの第１の小面に接続された第１の電極の組により、略放物形を有する大きさの電場を第１の方向に沿って生じさせ、これによりコアが第１の光ビーム上に、第１の光ビームの伝搬方向に配向された第１の方向に沿って第１の焦点調節機能を適用するようにするステップと、第１の電極の組によって生じた電場の高速変化を行うことにより、第１の焦点調節機能の高速変更を行うステップとをさらに含むことができる。

本発明のさらなる詳細、態様及び実施形態を、図面を参照しながらほんの一例として説明する。図面では、同じ又は機能的に類似する要素を識別するために同じ参照番号を使用する。図中の要素は、簡潔さ及び明瞭さを目的として示すものであり、必ずしも尺度通りに描いたものではない。

本発明の実施形態による検査システムを示す図である。 本発明の実施形態による検査システムを示す図である。 本発明の実施形態による検査システムを示す図である。 本発明の実施形態による第１の焦点調節装置を示す図である。 本発明の実施形態による、第１の焦点調節装置のコアの横断面にわたって発生した電場を示す図である。 本発明の実施形態による、第１の焦点調節装置のコアの横断面にわたって発生した電場を示す図である。 本発明の実施形態による、第１の焦点調節装置のコアにわたって発生した遅延を示す図である。 本発明の実施形態による、第１の焦点調節装置のコアの横断面にわたって発生した電場を示す図である。 本発明の実施形態による、第１の焦点調節装置のコアの横断面にわたって発生した電場を示す図である。 本発明の実施形態による、第１の焦点調節装置のコアの横断面にわたって発生した電場を示す図である。 本発明の実施形態による、第１の焦点調節装置から出射する第２のビームの波面を示す図である。 本発明の実施形態による、楕円横断面を有する第１のビーム及び第１の焦点調節装置のコアの横断面にわたって発生した電場を示す図である。 本発明の実施形態による第１の焦点調節装置を示す図である。 本発明の実施形態による方法を示すフロー図である。 本発明の実施形態による方法を示すフロー図である。 本発明の実施形態による方法を示すフロー図である。 本発明の実施形態による第１の焦点調節装置を示す図である。

発明と見なされる主題については、本明細書の結論部分において具体的に示し、明確に特許請求する。しかしながら、添付図面とともに以下の詳細な説明を参照することにより、本発明を、その目的、特徴、及び利点とともに機構及び動作方法の両方に関して最も良く理解することができる。

説明図を簡潔かつ明確にするために、図に示す要素は必ずしも縮尺通りに描いていない。例えば、明確にするために要素の一部の寸法を他の要素に対して誇張している場合がある。さらに、適当であると考えられる場合、図中で参照番号を繰り返して、対応する又は類似する要素を示している場合がある。

以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解をもたらすために数多くの具体的な詳細を記載する。しかしながら、当業者であれば、これらの具体的な詳細を伴わずに本発明を実施できることが理解されよう。その他の場合、本発明を曖昧にしないために、周知の方法、手順、及び構成要素については詳細に説明していない。

以下の詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態についてのものであるが、当業者には明らかであろうように、本発明には修正及び補足構造を加えることができるので、本発明はこれらの例示的な実施形態に限定されるものではない。具体的には、ただし限定的な意味ではなく、例示的な実施形態は、被検査オブジェクトの共通の側に配置された光源及び検出装置を使用して反射光を検出すること（「反射システム」）による被検査オブジェクト面の検査に関して開示することができるが、当業者には、被検査オブジェクトを挟んで光源と反対側にある検出装置で透過光を検出すること（「透過システム」）による被検査オブジェクトの検査にも本教示を容易に適用できることがすぐに明らかになるであろう。反射システム及び透過システムは、例えば透過システムにはビームスプリッタが存在しない点で異なるが、本発明の原理は両方の種類のシステムに適用可能である。当業者であれば理解するであろうが、本発明によれば、被検査オブジェクトの検査において両方の種類のシステムを別個に又はともに利用することができる。

以下の例では、座標及び方向の組を定義する。これらの定義は、説明を簡潔にするためにのみ行うものである。方向については、互いに垂直であり、Ｘ、Ｙ及びＺ軸に平行であるように示している。これは必ずしもそうではない。図１〜図４に記載する例では、光がＺ軸に沿って伝搬し、移動レンズがＸ軸に沿って移動し、焦点誤差補正は焦点面を上昇又は下降させることを目的としており、第１の方向はＹ軸に平行であり、第２及び第３の方向はＸ軸に平行である。

図１は、本発明の実施形態による検査システム１０及び被検査オブジェクト２００を示す図である。

限定ではなくほんの一例として、被検査オブジェクト２００は、いくつかの製造段階のいずれかにおける、上部に複数の半導体デバイスを有する８インチ又は１２インチウェハなどのいずれかの半導体製品、又は製造工程で使用されるマスク、レチクルなどとすることができ、このような被検査オブジェクトを、欠陥、異物、又はパターン精度を目的に検査することができる。このようなシステムでは、被検査オブジェクト面に見られる構造、欠陥又はオブジェクトのサイズ、位置及び種類を、高い精度及び信頼性を持って識別することが望ましい。検査及び品質保証段階に充てられる製造工程の遅延を最小限に抑えるために、このような識別を高速で行うことも望ましい。

システム１０は、初期ビーム２９を生成する連続（又はパルス）レーザ２０などの明るい光源に依拠することができる。この初期ビーム２９が、従来の設計を有するビームシェイパ３０に印加され、このビームシェイパ３０が、当業で公知の方法でビーム２９を拡張及び平行化して均一な強度のビームプロファイルを有する第１のビーム３９を形成する。ウェハ検査では、レーザが、安定した出力電力（又は安定したパルスエネルギー及びパルス繰り返し数）、安定した横モード及び安定したビーム指向で高い解像度を生じるために、例えば２４８ｎｍ又は１９３ｎｍなどの短い波長で動作することが好ましい。

本発明の実施形態によれば、ビームシェイパ３０が、所望の横断面を実現するために、焦点調節、焦点ずらし、フィルタ処理、又はその他の周知の技術を使用することにより、第１のビーム３９の横断面を成形することができる。例えば、図１２に示すように、第１のビーム３９は楕円形を有することができ、図中、第１のビーム３９の横断面１６０１は、第１の軸線に沿った長軸と、第３の軸線に沿ったはるかに小さな短軸とを有する狭い楕円形を有する。

第１のビーム３９は、第１の焦点調節装置４０に供給される。第１の焦点調節装置４０は、第２のビーム４９を出射する。

第２のビーム４９は、第２のビーム４９を複数のビーム５９に変換する移動レンズ音響光学装置５０上に照射される。便宜上、図１には一例として３本のビーム５９を示しているが、ビーム数はこれより多くてもよく、例示的な実施形態では１０本又はそれ以上の同時走査ビームとすることができる。

移動レンズ音響光学装置５０は、無線周波数発生器５１、無線周波数入力部５２及び結晶５３を含む。無線周波数（ＲＦ）発生器５１は、チャープしたＲＦパルス５６を生成してＲＦ入力部５２へ送り、この場合単一のＲＦパルスによって単レンズ５４が生成され、一連のパルスによって移動レンズ音響光学装置５０の結晶５３内に複数の直列レンズが形成される。

個々のレンズ５４は、第２のビーム４９又はその一部を受光して出射部において合焦させることにより所望の数のビームを形成する。ＲＦパルス５６が結晶５３を通って移動すると、関連するレンズが移動して、これらのビームの各々が走査の性質を持って移動するようになる。

音響光学セルの基本的理論、構造及び材料は、Ｇｅｒａｌｄ Ｆ．Ｍａｒｓｈａｌｌ編集、「光走査」、１１章（１９９１年、ＭａｒｃｅｌＤｅｋｋｅｒ社により出版）に記載されている。６７５〜６７７頁に説明があるように、単一ビームの周波数チャープ走査は、線形周波数掃引（「チャープ」）が適用される音響光学ブラッグセルを伴う。セルの光学的開口にわたって生じる周波数勾配が、チャープレートに基づく焦点距離を有する円柱レンズとして機能する。線形掃引音響周波数により回折された光は収束又は分岐していることがあり、これを相補的光学レンズによって補正することができる。

結晶５３は、ＵＶ光源に適合する、好ましくは溶融石英、ＧａＡｓ又はＴｅＯ２ガラスで作製された音響光学媒体を有する材料で作製することができるが、ＵＶ光との適合性があるその他の公知の材料を使用してもよい。結晶５３は、両側を０．５％未満に定格された反射防止コーティングを個々の主要面に有することができる。装置は、１３０ＭＨｚの帯域幅で、２６６ｎｍの波長及び２００ＭＨｚの中心周波数の縦音響モードで動作する。ＲＦ電力は、３．０ワット未満とすることができる。１つの例示的な実施形態では、装置のアクティブアパーチャを１．０ｍｍ「Ｈ」×６０ｍｍ「Ｌ」とすることができる。

ＲＦ発生器５１は、一連の「チャープ」又はパルスＲＦ波形５６を提供することができ、例示的な実施形態ではこれらの持続時間及び振幅が最適に全く同じであるが、移動レンズの所望の光学効果によれば、ＲＦ入力ポート５２とは異なる場合がある。ＲＦ入力ポート５２は、光の経路に対して横向きとなるように位置決めされ、ＲＦ波形が結晶５３の縁部に注入されて、例示的な実施形態では５．９６ｍｍ／マイクロ秒又はほぼ音速の速さで結晶５３の長さを横切る圧力波を構築できるようにする。結晶媒体の中を伝搬する圧力波は、結晶５３の上面に入射して結晶５３の下面から出射する第２の光ビーム４９のための直列焦点調節レンズ５４を提供するように位置合わせされる。

結晶５３（音響光学装置５０のアクティブ領域）内に複数の直列レンズ５４が形成される効果により、これらの形成されたレンズごとに、移動レンズ音響光学装置５０の焦点面に飛点５９を有するビームレット５８を生成できるようになる。飛点５９を光学素子１２０によって被検査オブジェクト２００上に結像して、被検査オブジェクト２００の上面上に複数の点を形成することができる。

被検査オブジェクト２００から反射された光は、光学素子１２０の少なくとも一部を再び通過してセンサ７０へ導かれる。

センサ７０は、センサにぶつかる光に応答して検出信号を生成する。これらの検出信号を、プロセッサ１１０によって処理することができる。

プロセッサ１１０は、焦点誤差を計算又は別様に検出して、第１の焦点調節装置４０、移動レンズ音響光学装置５０、又はこれらの両方の焦点調節特性を制御することができる。従って、飛点の焦点面を（被検査オブジェクト２００の方に向かって伝播軸に沿って測定した場合）より高い点又はより低い点に定めることができるとともに、第１の焦点調節装置４０の焦点面もより高い点又はより低い点に定めることができる。

基本的に、点の焦点を距離Ｊだけ上昇させることによって焦点誤差を修正した場合、第１の焦点調節装置４０及び移動レンズ音響光学装置５０の各々に、それぞれの焦点面をＫだけ変更するように指示することができ、この場合、光学素子１２０の伝達関数により、これらの２つの構成要素（４０及び５０）によるＫの焦点面の変化を被検査オブジェクト２００の面に近いＪの焦点面変化に「変換」することができるので、ＫはＪ及びこの伝達関数に対応する。

なお、焦点補正では、別個の光路、別個のセンサ及び別個の焦点誤差計算機のいずれか１つを使用することができるが、説明を簡潔にするためにこのような別個の構成要素は図示していない。

図２は、本発明の実施形態による検査システム１１及び被検査オブジェクト２００を示す図である。

検査システム１０の光学素子１２０は、検査システム１１のコリメーティングレンズ６２、円柱レンズ６０、ビームスプリッタ６５、望遠鏡８０、及び対物レンズ９０に置き換えられている。

円柱レンズ６０は、第１の方向又は第２の方向に沿った固定焦点調節機能を実行することができる。

円柱レンズ６０の次に、ビームレット５８を平行にして平行ビームを供給するコリメーティングレンズ６２を設置することができる。これらの（個々の移動レンズの）平行ビームはビームスプリッタ５９へ送られ、このビームスプリッタ５９が、これらのビームを望遠鏡８０及び対物レンズ９０の方へ通過させて被検査オブジェクト２００の表面上に一連の飛点を形成する。被検査オブジェクト２００からの光は、対物レンズ９０及び望遠鏡８０を通じて導かれ、ビームスプリッタ６５にぶつかり、このビームスプリッタ６５が光をセンサ７０の方へ導く。

図３は、本発明の実施形態による検査システム１２及び被検査オブジェクト２００を示す図である。

検査システム１２は、（ｉ）第１の焦点調節装置４０の手前の、第１の焦点調節装置４０が非平行光を受光するように入射ビームの焦点を調節するための焦点調節レンズ３１と、（ｂ）第１の焦点調節装置４０の後に位置する、移動レンズ音響光学装置５０に到達する前に第１の光ビーム３９を平行にするためのコリメーティングレンズ３２とを有することにより検査システム１１とは異なる。

焦点調節レンズ３１は、第１のビーム３９を第１の焦点調節装置のコアの小入射面４９上に合焦させ、或いは第１のビーム３９を、小入射面２９が位置する面Ａ１３１の前又は後の他のいずれかの面上に合焦させることができる。

第１のビーム３９を合焦させること、又は第１のビームの横断面の幅を第３の方向に沿って別様に狭めることにより、第１の焦点調節装置４０により（第３の方向に沿って）加えられる望ましくない焦点ずれを低減することができる。なお、第１のビーム３９の成形をビームシェイパ３０によって（少なくとも部分的に）実行することもできる。

図４は、本発明の実施形態による第１の焦点調節装置４０を示す図である。第１の焦点調節装置４０は、多重電極に接続されたコア４３を含む。電極は、１組からそれ以上の電極の組の形で構成することができる。

コア４３は、対称芯を欠いた結晶で作製することができ、すなわち結晶の原子構造が対称芯を有していない。コアの屈折率は、コア上に印加される電場に対応することができる。

コア４３は、耐久性のある紫外線材料（及び特に耐久性がある深紫外線（ＤＵＶ）材料）で作製すべきであり、これらの材料は、（ほとんどの放射が透過できる）良好な光学特性及び大きなＥＯ係数も有するべきである。非限定的な例として、リン酸二重水素カリウム（ＫＤ＊Ｐ）、ＫＨ₂ＰＯ₄（ＫＤＰ）、リン酸二水素アンモニウム（ＡＤＰ）及び二酸化シリコン（Ｓｉ０２）が挙げられる。

コア４３は、ＫＤ＊Ｐで作製したものである。ＫＤ＊Ｐは水溶性であるため、電極は水のない処理で蒸着すべきであり、従って化学処理を使用することはできない。コア４３は、上部小面４６及び下部小面４５上の均一な金層によって気化することができる。その後、集束赤外線レーザビームを使用して金にスクライビングし、コア４３の表面にわたって線を焼き付けることができる。スクライビング処理中に生じたくずは、空気圧によって回収することができる。

電極の境界面を保護し、コア４３を湿気に触れることから保護するために、個々の電極を、端子線に半田付けされた金の先端に接続することができる。端子線は、電圧源４４に接続される。他の代替の解決策を適用してもよい。

図４には、第１の電極の組４１及び第２の電極の組４２を示している。これらの２つの電極の組は、電圧源装置４４から電圧を受け取る。個々の電極が異なる電圧レベルを受け取って、コア４３が１又はそれ以上の焦点調節機能を適用するようにすることもできる。

図４には、（図５及び図６に４６及び４５で示す）２つの対向する小面に接続された２つの電極の組４１及び４２を示している。なお、コアの２つよりも多くの小面に電極を接続してもよく、コア４３を異なる方法で成形してもよい。例えば、コア４３を、図１６に示すような等電位形状に基づいて成形することもできる。

図４には、互いに平行な電極を示しており、個々の電極はＺ軸に沿って延びることができる。なお、電極を異なる方法で位置決めし、異なる形状を有するようにすることができる。例えば、電極を格子として形成してもよく、或いはＺ軸に沿って異なる電圧値を実現できるように別様に形成してもよい。

さらに、組ごとの電極数は、（図５及び図６に示すような）９個又は（図４に示すような）６個とは異なってもよい。

コア４３は、第１の方向にほぼ垂直な第３の方向に沿って第３の焦点調節機能を適用することもできる。このことを、例えば図１５に示す。第１の焦点調節機能が、第１のビームを第１の方向に沿って合焦させる場合、第３の焦点調節機能が、第１のビームの焦点を第３の方向に沿ってずらす。

本発明の実施形態によれば、１つの電極の組４２が、コアの中心に近づくにつれて増加する大きさの電場を第１の方向に沿って生じさせるように構成される。第２の電極の組４１は、コアの中心に近づくにつれて減少する大きさの電場を第１の方向に沿って生じさせるように構成することができる。

これらの電極は、コア４３を第１の方向に沿って正レンズとして機能させ、第３の方向に沿って負レンズとして機能させる電場を生じさせるように構成される。これらの電極には、コア４３を第１の方向に沿って正レンズとして機能させ、第３の方向に沿って負レンズとして機能させることができる異なる電圧を供給することができる。

図５は、本発明の実施形態による、第１の焦点調節装置のコアの横断面にわたって発生した電場を示す図である。この横断面は、面Ａ１３１及びＢ１３２の間に位置する面Ｘ−Ｙに沿って切り取ったものである。

曲線３０２は、第１の方向に沿って略逆放物形を有する、電極の組４２によって生じた大きさの電場を示している。

曲線３０１は、第１の方向に沿って略放物形を有する、電極の組４１によって生じた大きさの電場を示している。

図６は、本発明の実施形態による第１の焦点調節装置のコアの横断面にわたって発生した電場を示す図である。

実際には、有限数の離散ステップによって、放物形の電場を大まかに近似させることができる。この大まかな近似は、電場に不連続部が生じないようにコア４３の中心へ向けて円滑化され、従って中心付近で次第にかつ円滑に変化すると予想される。不連続部は、無限の電荷密度が存在する場合にのみ生じる可能性があり、発明者らのモデルでは結晶内部に（巨視的）電荷は存在しない。一方で、シミュレーションから分かるように、電極近くでは、電場の大きさに急激な「ジャンプ」が生じるようになる。

曲線３０４は、電極の組４２により第１の方向に沿って生じた逆放物形の大まかな近似である大きさの電場を示している。

曲線３０３は、電極の組４１により第１の方向に沿って生じた放物形の大まかな近似である大きさの電場を示している。

図７は、光が結晶（コア）を通過することにより生じる位相遅延（遅延）を、結晶の長さ及び結晶の屈折率を考慮することによって電場の理想的なＥｙ成分から計算される位置の関数として示す図である。

図８は、コア内のＸ−Ｙ面に沿った等電位線を示す図である。

図９は電場のＥｘ成分を示す図であるのに対し、図１０は電場のＥｙ成分を示す図である。

図１１は、本発明の実施形態による、第１の焦点調節装置４０から出射する第２のビームの波面を示す図である。波面１５０１は、第１の方向に沿って放物形を、及び第３の方向に沿って逆放物形（鞍状）を有する。

図１３は、本発明の別の実施形態による第１の焦点調節装置４０を示す図である。

第１の焦点調節装置４０は、第１の焦点調節装置４０内を伝搬する第１のビーム３９の光路長を変化させることにより焦点面を変化させる。

第２の鏡１４２は、ビームスプリッタ１４５と第２の鏡１４２の間の距離Ｄ１４９を変化させ、従って光路長を変化させるように（モータ１４３により）Ｘ軸に沿って移動可能である。第２の鏡１４２は小型かつ軽量であり、比較的すばやく移動することができる。

第１のビーム３９は、第１の焦点調節装置４０にＺ軸と平行に入射する。このビーム３９は、ビームスプリッタ１４５により第２の鏡１４２の方へ反射される。第２の鏡１４２は、ビームスプリッタ１４５を通過する光を第１の鏡１４１にぶつかるまで反射する。第１の鏡１４１は、このビームを反射して、垂直に伝搬する第２のビーム４９を供給する。

図１４は、本発明の実施形態による方法１８００を示す図である。

方法１８００は、所望の焦点誤差補正量を受け取るステップ１８１０から開始する。所望の焦点誤差補正量は、いずれかの従来の手段により計算することができる。

ステップ１８１０の後、ステップ１８２０において、第１の焦点調節機能及び第２の焦点調節機能の少なくとも一方の焦点調節機能を（第１の速度を上回る速度で、及び所望の焦点誤差補正量に応じて）変更する。

第１の速度は、被検査オブジェクトとセンサの間の距離を変更するように構成された機械モジュールにより適用される距離変更の速度よりも速い。

第１の焦点調節機能は、第１の焦点調節装置により第１の方向に沿って適用される。

第２の焦点調節機能は、無線周波数信号に応答して複数の移動レンズを生じるように構成された移動レンズ音響光学装置により適用される。個々の移動レンズは、第２のビームの少なくとも一部を受光し、第２の方向に沿って第２の焦点調節機能を適用して複数の集束点を生成するように構成される。

図１５は、本発明の実施形態による方法１９００を示す図である。

方法１９００は、第１の焦点調節モジュールによって第１のビームを受光し、第１の方向に沿って第１の焦点調節機能を適用して第２のビームを供給するステップ１９２０から開始する。

ステップ１９２０の後、ステップ１９３０において、移動レンズ音響光学装置により、無線周波数信号に応答して複数の移動レンズを生じさせる。

ステップ１９３０の後、ステップ１９４０において、個々の移動レンズによって第２のビームの少なくとも一部を受光する。

ステップ１９４０の後、ステップ１９５０において、個々の移動レンズにより、第２の方向に沿って第２の焦点調節機能を適用して複数の集束点を生成する。

ステップ１９５０の後、ステップ１９６０において、複数の集束点を被検査オブジェクト上に導く。

ステップ１９６０の後、ステップ１９７０において、被検査オブジェクトからの放射をセンサへ導く。

ステップ１９７０の後、ステップ１９８０において、センサにぶつかる放射を感知する。

方法１９００では、焦点誤差補正を行うステップ１９９０によって示すように、ステップ１９２０〜１９８０の実行中に焦点誤差補正も行う。

ステップ１９９０は、ステップ１９９２、１９９３及び１９９４のいずれか１つを含むことができる。

ステップ１９９２は、機械モジュールにより、被検査オブジェクトとセンサの間の距離を第１の速度よりも低い速度で変更するステップを含む。

ステップ１９９３は、第１の焦点調節機能を第１の速度を上回る速度で変更するステップを含む。

ステップ１９９４は、第２の焦点調節機能を第１の速度を上回る速度で変更するステップを含む。

図１６は、本発明の実施形態による方法２０００を示す図である。

方法２０００は、ステップ２０１０及び２０２０により開始する。

ステップ２０１０は、紫外線に耐久性のある材料で作製されたコアの小入射面を介して第１の光ビームを受光するステップを含み、コアの屈折率は、コア上に印加される電場に対応する。

ステップ２０２０は、小入射面とは異なるコアの第１の小面に接続された第１の電極の組により、第１の光ビームの伝搬方向に沿って配向された第１の方向に沿って略放物形を有する大きさの電場を生じさせることにより、コアに第１の光ビームに対して第１の方向に沿って第１の焦点調節機能を適用させるステップを含む。

ステップ２０１０及び２０２０は、複数回繰り返すことができる。

これらのステップを実行することに平行して、方法２０００は、第１の電極の組によって生じた電場を高速変化させることにより第１の焦点調節機能の高速変更を行うステップ２０３０によって示すように、焦点誤差補正処理を行うステップを含むこともできる。この変更が高速となる理由は、被検査オブジェクト、光学素子などを移動（上昇又は下降）させることを必要とする焦点の変更よりも高速（及びはるかに高速）なためである。

図１７は、本発明の別の実施形態による第１の焦点調節装置４０を示す図である。

第１の焦点調節装置４０は、コア４３、回転光学素子１７０１及び追加のコア４３’を含む。コア４３は、コア４３に対して（Ｚ軸を中心に）約９０°回転している。例えば、電極の組４１及び４２が、図１７を含むページの面と平行に存在する場合、追加のコア４３’の電極の組４１’及び４２’は、図１７を含むページの面と垂直になる。

第１のビームは、コア４３上にぶつかった場合、Ｙ軸に平行な長軸を有する狭い楕円形の横断面１７１０を有し、従って第３の方向に沿った望ましくない合焦又は焦点ずれの影響が最小限に抑えられる。

コア４３から出射するビームは、（プリズムの組などのいずれかの公知の回転光学素子を含むことができる）光学素子１７０１を回転させることにより約９０°回転し、追加のコア４３’にぶつかったときに、横断面が、Ｘ軸に平行な長軸を有する狭い楕円形となる。

この構成により、第１及び第３の方向に沿った焦点調節を制御できるようになり、移動レンズ音響光学装置５０によって適用される焦点調節機能を変更することに加え、或いはこれの代わりにこの構成を適用することができる。

計算、理論
以下の計算により、コア４３などの光電気レンズ（電位によって電力を制御できるレンズ）上に印加する電場の例が得られる。生じるレンズはグレーデッドインデックス型である。このレンズは放物線状の屈折率を有し、焦点調節レンズとして機能するので、非ゼロの電気光学係数を有する材料を採用して振幅がｘ²の関数として変化する電場をレンズ内に生じさせることによりレンズが形成される。電気光学テンソルを使用することにより、新たな屈折力の楕円体を計算し、レンズ性能を評価して最適化することができる。

電場計算
放物線状の屈折率を得るために、電場を以下の形にすべきである。

或いは、以下のより一般的な形にすべきである。

電場は、マクスウェルの方程式に従わなければならない。

これらの２つの方程式により、以下の方程式が得られる。

これらの方程式を積分して以下の方程式を得ることができる。

Ｅ_yはｘ方向では２次式でなければならないので、この方程式により以下の制限が課される。

ｇ（ｙ）について解くと以下のようになる。

ｇ及びｆが得られたので、電場を計算することができる。

これらの方程式から、電位を計算することができる。

また、直接積分によって以下のようになる。

実際的見地から、φ（ｘ，ｙ）＝φ（ｘ，−ｙ）となることが望ましい。

これにより対称的な供給電圧を使用できるようになる。

この条件は、ａ₁＝０を意味する。Ｃ及びｄ₁は固定場にのみ寄与するので、最終結果は以下のようになる。

Ｅ_yは望んだように機能するが、Ｅ_xはこの望ましい目標とは異なり、従って結晶にＥＯテンソルを結合するときにはこの電場成分について注意すべきであることが分かる。

Ｅ_y電場は鞍点の形（逆放物形）を有するので、一方向では正レンズが提供され、直交方向では負レンズが提供されることが分かる。

リン酸二重水素カリウムは、以下の屈折率楕円体方程式を有する。

座標系は結晶系である。混乱を無くすために、結晶座標システムを、結晶のｃ方向（異なる屈折率を有する方向）をｔとする（ｘ，ｙ，ｚ）⇒（ｓ，ｖ，ｔ）として示す。

ＥＯレンズを得るために、Ｅ_yをｔ方向に適用する。屈折率楕円体方程式は以下のようになる。

座標変形により、この方程式を対角化することができる。
定義：

すると、屈折率楕円体方程式は以下のようになる。

電場の効果は屈折率を変更することであったので、結晶方向に対して４５°の新しい光方向が作成された。屈折率の変化は以下のように計算することができる。

光が結晶の１１０方向に伝播し、偏向が１１０方向である場合、屈折率は、ｎ_s'となる。

電場内では方程式Ｅ_xを排除できないので、これが屈折率に及ぼす影響を検討すべきである。Ｅ_xを有する屈折率楕円体は、以下の通りである。

いくつかの代数を使用すると以下のようになる。

屈折率楕円体の新たな主方向を発見するために、二次形式行列の固有値及び固有ベクトルを求めるべきである。

行列式は以下のようになる。

は非常に小さいので、ルート
の補正を求めるためにニュートンラフソン法を用いて、ルートの摂動として処理することができる。すなわち、

このようにして、ルートの補正が得られる。

の補正である
は、
に比例し、これはｎ_Oの補正であるｒ₆₃Ｅ_yと比較して非常に小さく、従ってＥ_xがレンズを阻害するはずがないことが分かる。

図９に、１０ｍｍ長の結晶の図１２に示す電位の位相遅延を示す。

本明細書では、本発明のいくつかの特徴を示して説明したが、当業者には、多くの修正物、置換物、変更物及び同等物が思い浮かぶであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、このような全ての修正物及び変更物を本発明の真の思想に含まれるものとして含むことが意図されていると理解されたい。

Claims (25)

1. 検査システムであって、
   センサと、
   被検査オブジェクトと前記センサの間の距離を第１の速度よりも低い速度で変更するように構成された機械モジュールと、
   第１のビームを受光し、第１の方向に沿って第１の焦点調節機能を適用して第２のビームを供給するように構成されるとともに、前記第１の焦点調節機能を前記第１の速度を上回る速度で変更するように構成された第１の焦点調節装置と、
   各々が第２のビームの少なくとも一部を受光し、第２の方向に沿って第２の焦点調節機能を適用して複数の集束点を生成するように構成された複数の移動レンズを無線周波数信号に応答して生じるように構成されるとともに、第２の焦点調節機能を前記第１の速度を上回る速度で変更するように構成された移動レンズ音響光学装置と、
   前記複数の集束点を前記被検査オブジェクト上に導くとともに、前記被検査オブジェクトからの放射を前記センサへ導くように構成された光学素子と、
   を備えることを特徴とするシステム。
2. 前記第１の焦点調節装置が、前記第１の方向にほぼ垂直な第３の方向に沿って第３の焦点調節機能を適用するように構成され、前記第１の焦点調節機能が前記第１の方向に沿って前記第２のビームを焦点調節する場合、前記第３の焦点調節機能が、前記第２のビームの焦点を前記第３の方向に沿ってずらす、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の焦点調節装置が、紫外線に耐久性のある材料で作製されたコア、又はリン酸二重水素カリウム、ＫＨ₂ＰＯ₄、リン酸二水素アンモニウム及び二酸化シリコンで構成されるリストから選択された材料で作製されたコアの一方を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１の焦点調節装置が、対称芯を欠く結晶で作製されたコアを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記コアの屈折率が、前記コア上に印加される電場に対応する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記第１の焦点調節装置が電極をさらに含み、該電極が、略放物形を有する大きさの電場を前記第１の方向に沿って生じさせるように構成される、
   ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 前記第１の焦点調節装置が電極の組をさらに含み、１つの電極の組が、放物形を有する大きさの電場を前記第１の方向に沿って生じさせるように構成され、第２の電極の組が、逆放物形を有する大きさの電場を前記第１の方向に沿って生じさせるように構成される、
   ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
8. 前記第１の焦点調節装置が電極の組をさらに含み、１つの電極の組が、前記コアの中心に近づくにつれ増加する大きさの電場を前記第１の方向に沿って生じさせるように構成され、第２の電極の組が、前記コアの中心に近づくにつれ減少する大きさの電場を前記第１の方向に沿って生じさせるように構成される、
   ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
9. 前記第１の焦点調節装置が電極をさらに含み、該電極が、前記コアを前記第１の方向に沿って正レンズとして機能させ、前記第３の方向に沿って負レンズとして機能させる電場を生じさせるように構成される、
   ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
10. 前記第１の焦点調節装置が電極をさらに含み、該電極が、前記コアを前記第１の方向に沿って負レンズとして機能させ、前記第３の方向に沿って正レンズとして機能させる電場を生じさせるように構成される、
    ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
11. 前記第１の焦点調節装置が、前記コアの互いに逆を向いた２つの小面上に位置する２つの電極の組をさらに含む、
    ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
12. 前記第３の方向に沿って一定の焦点調節機能を適用する円柱レンズをさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
13. 前記第１のビームが前記第１の焦点調節装置に到達したときに、前記第１の方向に沿った前記第１のビームの横断面の幅が前記第３の方向に沿った前記第１のビームの前記横断面の長さよりも狭くなるように前記第１のビームを成形するためのビームシェイパをさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
14. 前記ビームシェイパが、前記第１のビームの前記横断面が楕円形となるように前記第１のビームを成形するように構成される、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
15. 前記ビームシェイパが、前記第１のビームを前記第１の焦点調節装置上に合焦するように構成され、前記システムが、前記第１の焦点調節装置と前記移動レンズ音響光学装置との間に位置するコリメーティングレンズをさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
16. 前記第１の焦点調節装置が鏡を含み、前記第１の焦点調節装置が、前記鏡を移動させることにより前記第１の焦点調節機能を変更するように構成される、
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
17. 複数の小面を有するコアと、
    前記コアの第１の小面に結合された第１の電極の組と、
    前記コアの第２の小面に結合された第２の電極の組と、
    を備え、
    前記コアの屈折率が、前記コア上に印加される電場に対応し、前記コアが、紫外線に耐久性のある材料で作製され、
    前記第１及び第２の電極の組が、略放物形を有する大きさの電場を第１の方向に沿って生じさせた場合、前記コアが、前記第１及び第２の小面とは異なる前記コアの小入射面を介して前記コアに入射する第１の光ビーム上に、該第１の光ビームの伝搬方向に沿って配向された前記第１の方向に沿って第１の焦点調節機能を適用し、
    前記電場を高速変化させることにより、前記第１の焦点調節機能が高速変更されるようになる、
    ことを特徴とする焦点調節装置。
18. 前記コアが、リン酸二重水素カリウム、ＫＨ₂ＰＯ₄、リン酸二水素アンモニウム及び二酸化シリコンのうちの１つで作製される、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の焦点調節装置。
19. 前記第１及び第２の電極の組のうちの第１の組が、放物形を有する大きさの電場を前記第１の方向に沿って生じさせるように構成され、前記第１及び第２の電極の組のうちの第２の組が、逆放物形を有する大きさの電場を前記第１の方向に沿って生じさせるように構成される、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の焦点調節装置。
20. 前記第１及び第２の電極の組のうちの第１の組が、前記コアの中心に近づくにつれ増加する大きさの電場を前記第１の方向に沿って生じさせるように構成され、前記第１及び第２の電極の組のうちの第２の組が、前記コアの中心に近づくにつれ減少する大きさの電場を前記第１の方向に沿って生じさせるように構成される、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の焦点調節装置。
21. 前記第１及び第２の電極の組が、前記コアを前記第１の方向に沿って正レンズとして機能させ、前記第３の方向に沿って負レンズとして機能させる電場を生じさせるように構成される、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の焦点調節装置。
22. 前記第１及び第２の電極の組が、前記コアを前記第１の方向に沿って負レンズとして機能させ、前記第３の方向に沿って正レンズとして機能させる電場を生じさせるように構成される、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の焦点調節装置。
23. 焦点補正方法であって、
    所望の焦点誤差補正量を受け取るステップと、
    第１の焦点調節機能及び第２の焦点調節機能の少なくとも一方の焦点調節機能を、第１の速度を上回る速度で、及び前記所望の焦点誤差補正量に応答して変更するステップと、
    を含み、
    前記第１の速度が、被検査オブジェクトとセンサとの間の距離を変更するように構成された機械モジュールによって適用される距離変更の速度よりも速く、前記第１の焦点調節機能が、第１の焦点調節装置によって第１の方向に沿って適用され、前記第２の焦点調節機能が、無線周波数信号に応答して複数の移動レンズを生じるように構成された移動レンズ音響光学装置によって適用され、前記移動レンズの各々が、前記第２のビームの少なくとも一部を受光し、第２の方向に沿って第２の焦点調節機能を適用して複数の集束点を生成するように構成される、
    ことを特徴とする方法。
24. 機械モジュールによって被検査オブジェクトとセンサとの間の距離を第１の速度よりも低い速度で変更するステップと、
    第１の焦点調節モジュールによって第１のビームを受光し、第１の方向に沿って第１の焦点調節機能を適用して第２のビームを供給するステップと、
    移動レンズ音響光学装置により、無線周波数信号に応答して複数の移動レンズを生じさせるステップと、
    前記複数の移動レンズの個々の移動レンズによって前記第２のビームの少なくとも一部を受光するステップと、
    前記複数の移動レンズの個々の移動レンズにより、第２の方向に沿って第２の焦点調節機能を適用して複数の集束点を生成するステップと、
    前記複数の集束点を被検査オブジェクト上に導くステップと、
    前記被検査オブジェクトからの放射をセンサへ導くステップと、
    前記センサにぶつかる放射を感知するステップと、
    前記第１の焦点調節機能を前記第１の速度を上回る速度で変更するステップと、
    前記第２の焦点調節機能を前記第１の速度を上回る速度で変更するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
25. 焦点変更方法であって、
    紫外線に耐久性のある材料で作製されたコアの小入射面を介して第１の光ビームを受光するステップを含み、前記コアの屈折率が、前記コア上に印加される電場に対応し、
    前記小入射面とは異なる前記コアの第１の小面に接続された第１の電極の組により、略放物形を有する大きさの電場を第１の方向に沿って生じさせ、これにより前記コアが前記第１の光ビーム上に、前記第１の光ビームの伝搬方向に沿って配向された前記第１の方向に沿って第１の焦点調節機能を適用するようにするステップと、
    前記第１の電極の組によって生じた前記電場の高速変化を行うことにより、前記第１の焦点調節機能の高速変更を行うステップと、
    をさらに含むことを特徴とする方法。