JP2021103163A - 試験表面の高さマップを測定するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反射率のばらつきを有する試験表面の測定を改良する。【解決手段】プレスキャンセンサ及び高さ測定センサを備えるマルチセンサ装置を用いて様々な反射率を有する試験表面の高さマップを測定するための方法が開示される。マルチセンサ装置は更に、試験表面を照明するように構成された１つ以上の光源及び空間光変調器を備える。空間光変調器は、１つ以上の光源とマルチセンサ装置の測定位置との間の光路に配置され、光源のうち少なくとも１つから放出された光を変調するように構成されている。この方法は、試験表面の照明強度マップを決定するための測定、及び試験表面の高さマップを実行するための測定を実行することを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、空間光変調器を含むマルチセンサ装置を用いて反射率のばらつきが大きい試験表面の高さマップを測定するための方法に関する。

ＥＰ２９７７７２０Ｂ１号は、試験表面の高精度の高さマップを測定するための方法を開示する。この方法では、プレマップセンサ及び高分解能センサを含む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）を利用する。この方法は、プレマップセンサを用いて粗い高さマップを測定することと、高分解能センサの視野に合わせて適宜、粗い高さマップを複数のセクションに細分することと、高分解能センサの焦点範囲で試験表面を走査することにより高分解能センサを用いて高精度の高さマップを測定することと、を含む。

共焦点白色光干渉法、フォーカス変動（ｆｏｃｕｓ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）、及び構造化照明顕微鏡法のような光学形状測定（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｒｙ）技法では、試験表面を照明する光源が利用される。通常、光源の照明強度は、測定装置の最良の性能を達成するように測定装置の信号強度に対して設定される。

実際のところ、試験表面は、測定装置の１つの視野内で大きな反射率の差を示す可能性がある。こういった差の原因となり得るのは、試験表面が視野内で様々な光学特性を有する異なる材料を含むこと、試験表面が異なる角度及び／又は高角度及び／又は大きい角度のばらつきを有すること、例えば試験表面の段差等の要素によって生じる試験表面上の影、並びに、試験表面上のシャープなエッジ又は欠陥からのグリント（ｇｌｉｎｔ）である。こういった反射率の差は、試験表面の測定の測定品質に負の影響を及ぼす。

試験表面における局所反射率のばらつきが大きい場合、当技術分野で既知の方法に従って、試験表面の高反射率領域から測定装置により受信される信号強度が測定装置に対して最適化されるように照明強度を設定することができる。この場合、例えば低反射率の領域のような暗い領域の信号は、測定装置が高品質測定のために充分な光を受け取らないので弱くなる。高反射率領域に対して最適化された照明設定は、暗い領域の測定品質に負の効果を与える。

同様に、測定センサが試験表面の低反射率領域から最適化された光強度を受けて、これらの領域の測定から高品質画像が得られるように、照明強度を設定することも可能である。この場合、例えば高反射率の領域のような明るい領域の画像品質は、例えば測定装置のセンサの過飽和のため低くなる。

この問題は、測定装置を用いた様々な照明強度の複数の測定を組み合わせることによって軽減され得る。この場合、光源の様々な光強度設定を用いて別個の測定が行われる。こういった別個の測定で得られた画像を合成して、試験表面の反射率の差の効果が低減された高品質の試験表面画像を生成する。例えば、適正な測定にとって過剰である光を反射した画像を、より低い光強度を用いて取得された画像の領域で置き換えることによって、画像を合成することができる。

画像品質を改善するためのこの手法では、試験表面の複数の高品質画像を撮像しなければならないので、測定装置のスループットが低下する。更に、連続した２回の測定間の高さドリフト効果（ｈｅｉｇｈｔ ｄｒｉｆｔ ｅｆｆｅｃｔ）などの影響によって組み合わせ測定に誤差が生じ、複数の測定が必要である場合に測定装置の性能に負の効果を与える恐れがある。

反射率のばらつきを有する試験表面の光学顕微鏡形状測定法を改良することが必要とされている。

従って、プレスキャンセンサ及び高さ測定センサを含むマルチセンサ装置を用いて様々な反射率を有する試験表面の高さマップを測定するための請求項１に従った方法が提供され、
マルチセンサ装置は更に、試験表面を照明するように構成された１つ以上の光源及び空間光変調器を備え、空間光変調器は１つ以上の光源とマルチセンサ装置の測定位置との間の光路に配置され、空間光変調器は光源のうち少なくとも１つから放出された光を変調するように構成され、
方法は、
マルチセンサ装置の測定位置に試験表面を配置することと、
光源のうち１つ以上を用いて試験表面を照明することと、
プレスキャンセンサを用いて、プレスキャンセンサの視野内において試験表面から反射した光量を測定することと、
プレスキャンセンサによる反射した光量の測定に基づいて、プレスキャンセンサの視野内における試験表面の反射率を決定することと、
プレスキャンセンサの視野内の反射率の決定に基づいて照明強度マップを決定することと、
光源のうち１つ以上、例えば、１つ以上の光源のうち別のものを用いて、試験表面を照明することと、
空間光変調器を用いて、光源のうち１つ以上によって放出された光を変調することで、照明強度マップに基づいて試験表面上に光の変調パターンを生成することと、
高さ測定センサによって試験表面の高さマップを測定することと、
を含む。

測定センサの最適な又は改良された信号は、実際には、最大信号強度が測定センサの飽和レベルをわずかに下回るように光強度を設定することによって達成され得る。このため、試験表面から反射した光を測定する測定センサでは、最適な光強度は、試験表面から反射した光からセンサが受信した最大信号強度がセンサの飽和レベルをわずかに下回るようになっている。

この方法は、空間光変調器を用いて、試験表面の反射率が低いエリアでは相対光強度を増大させると共に試験表面の反射率が高いエリアでは相対光強度を低減させることで、様々な反射率の試験表面の測定を可能とする。これにより、試験表面の反射率が低いエリアでは、高さ測定センサによる測定光強度を相対的に増大させることが可能となる。同様に、これにより、試験表面の反射率が高いエリアでは、高さ測定センサによる測定光強度を相対的に低減させることが可能となる。

この方法で使用されるマルチセンサ装置は、表面の反射率を決定するためのプレスキャンセンサと、試験表面の高さを測定するための高さ測定センサと、を備える。プレスキャンセンサは、必ずしも試験表面の高さを測定することができるセンサである必要はない。例えばプレスキャンセンサは、カメラを用いて試験表面の合焦２Ｄ画像を決定すればよい。別の実施形態では、プレスキャンセンサは、非撮像技法に基づいて試験表面の反射率又は他の照明関連特性を決定してもよい。例えばプレスキャンセンサは、反射率測定法（ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）又は散乱計測法（ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ）を利用することができる。このような方法は、試験表面の高さの測定には適切でない場合があるが、本方法に関連した反射率のような試験表面の表面状態の決定には適切であり得る。

高さ測定センサは、試験表面の高さマップを測定するために使用される。高さ測定センサは、白色光干渉法センサ、フォーカス変動センサ、又は（非走査）構造化照明顕微鏡とすることができる。高さ測定センサは、横方向走査又はポイントフロムフォーカス技法を用いて高さマップを決定することができる。好ましくは、プレスキャンセンサは、高さ測定センサが試験表面の高さマップを測定するよりも高速で試験表面の反射率の測定を実行する。例えば、高さ測定センサを用いた高さマップの測定は、プレスキャンセンサを用いた反射率の測定の２倍の時間を要する。

高さ測定センサの視野はプレスキャンセンサの視野とは異なる場合がある。例えば、高さ測定センサの視野は０．１×０．１ｍｍ²であるのに対し、プレスキャンセンサの視野の方がはるかに大きく、例えば１×１ｍｍ²であり得る。このような場合、試験表面の反射率を決定するために必要なプレスキャンの回数が少ないので、測定プロセスが高速化する。この例では、プレスキャンセンサの視野を完全にカバーするには高さ測定センサによる１００回の測定が必要である。別の例では、プレスキャンセンサの視野は試験表面全体を含むことができ、高さ測定センサの視野はそれより小さい。別の例では、プレスキャンセンサの視野及び高さ測定センサの視野は双方とも試験表面全体を含む。

マルチセンサ装置は更に、試験表面を照明するための１つ以上の光源を備える。測定顕微鏡では、試験表面を照明するための測定セットアップに対して使用可能な多くの光源及び使用可能な多くの光源配向があり得る。例えば、使用される試験表面及びセンサの種類に応じて、光源が放出する光の波長によって測定品質を向上させることが可能である。

本発明に従った方法で使用される測定装置の一実施形態において、光源による照明は、高さ測定センサ又はプレスキャンセンサの測定軸と同軸とすることができる。例えばこれは、白色光干渉法センサである高さ測定センサを用いて測定を実行する場合に適している。相対的な配向の他の選択肢は、照明が測定軸に対して斜角で提供されるか、又は照明が試験表面の下方から、例えばレンズ等の透明試験表面の下方から提供される測定セットアップである。高さ測定センサがフォーカス法（ｆｏｃｕｓ ｍｅｔｈｏｄ）の形状を利用する別の例では、測定は、使用される照明方法に大きくは依存しない。同様に、プレスキャンセンサが単純な撮像センサである場合、試験表面の反射率の測定中の光源はプレスキャンセンサと同軸である必要はない。

照明及び検知方法の最適な組み合わせは、測定されるサンプルの試験表面に応じて決まり得る。例えば試験表面が段差を含む場合、複数の方向からの照明により、段差が複数の方向から照明されて影の影響を最小限に抑えられるので、測定装置の性能を向上させることができる。

光の波長、波長分布、パルス周波数、及び／又はパルス長のような、測定装置における照明関連の他のファクタも、測定サンプルが与えられたプレスキャンセンサ及び／又は高さ測定センサに最適な照明を提供するよう構成することができる。

空間光変調器は、デジタルマイクロミラーデバイスタイプ、シリコン上の強誘電性液晶（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）タイプ、又は他の任意の適切なタイプの空間光変調器とすればよい。空間光変調器は、１つ以上の光源とマルチセンサ装置の測定位置との間の光路に配置される。１つ以上の光源のうち少なくとも１つにより放出され、高さマップの測定中に試験表面を照明するため用いられる光を、空間光変調器によって変調することができ、その後、この光はマルチセンサ装置の測定位置に配置された試験表面で反射する。これにより試験表面上に変調パターンが生成される。変調パターンによって、明るい領域は低い光強度を受け取り、暗い領域は高い光強度を受け取ることができる。変調パターンは様々な光強度レベルを含むことができる。例えば、いくつかの領域は異なる高い光強度を有し、いくつかの領域は異なる低い光強度を有する。

空間光変調器を用いて、照明強度マップに基づいて光を変調する。変調パターンは、高さ測定センサによる高さマップの測定を向上させるために用いられ、高さ測定センサに最適な光強度を与える。空間光変調器は、高さ測定センサの各画素の光強度が最適となり得るように光を変調できる。最適な光強度は、高さ測定センサが最適に機能すると共に最高の測定品質を提供することができる光強度であり得る。

高さ測定を実行する前にプレスキャンを実行する。プレスキャンは、試験表面を測定位置に配置するステップと、１つ以上の光源を用いて試験表面を照明するステップと、プレスキャンセンサを用いてプレスキャンセンサの視野内の試験表面の一部から反射した光量を測定するステップと、を含む。このように、プレスキャン測定を用いて、試験表面の様々なエリアで反射した光の強度を測定することにより、試験表面の反射率に関する情報を得る。

プレスキャン測定は更に、シャープなエッジの位置測定及び欠陥の位置特定を含み得る。高さ測定においてシャープなエッジ又は欠陥からのグリントに対処するためには、これらの要素の位置について知ることが有利である。例えば、高さ測定中に、空間光変調器を用いてグリントに関連する局所照明強度をゼロに設定することにより、グリントの効果を排除することができる。

この後、プレスキャンセンサによる反射光量の測定に基づいてプレスキャンセンサの視野内の表面の反射率を決定し、更に、プレスキャンセンサの視野内の反射率の決定に基づいて、照明強度マップ、好ましくは最適な照明強度マップを決定することにより、光強度情報は照明強度マップに変換される。照明強度マップは、試験表面の高さ測定の向上を可能とするため、試験表面に好適な変調パターンに関する情報を含む。

照明強度マップは、プレスキャン測定から得られた試験表面の反射率に関する情報並びに光源の照明設定及び空間光変調器の設定に関する情報を含む試験表面のマップと考えることができる。照明強度マップの分解能は、高さ測定センサの分解能及び／又はプレスキャンセンサの分解能に等しくすることができる。照明強度マップは更に、グリント又は欠陥の位置、試験表面の色に関する情報、及び／又は試験表面の材料の種類に関する情報などの追加情報も含み得る。

高さ測定を実行するため、光源の１つ以上を用いて試験表面を照明し、続いて空間光変調器を用いて、照明強度マップに基づき、１つ以上の光源のうち第２のものが放出した光を変調することで、試験表面上に変調パターンを生成する。好ましくは高さ測定センサのために改善した測定条件の間に、高さ測定センサによって高さマップを測定する。

試験表面上の変調パターンが、高さ測定センサによって受信される最大信号強度が測定センサの飽和レベルをわずかに下回るようなものである場合、測定品質は最適となり得る。好ましくは、高さマップの測定中に試験表面から反射される光は、最大信号強度が測定センサの飽和レベルをわずかに下回るように実質的に均一な強度を有する。

本発明に従った方法を使用することにより、特に、本発明の方法に従って空間光変調器を用いて光を変調し、試験表面上に変調パターンを生成することにより、試験表面の高さ測定が向上する。様々な照明強度を用いた複数の高さ測定を組み合わせる必要がないので、高いスループットを維持することができる。更に、この方法を用いて光強度を変調して、高さ測定センサの視野全体及び／又は試験表面の全体にわたって高さ測定向けに改善した値とすることにより、試験表面の明るい領域及び／又は暗い領域に対して光強度を設定することに伴う問題は軽減する。

本発明の一実施形態によれば、プレスキャンセンサは高さ測定センサよりも大きい視野を有し、方法は更に、
照明強度マップを、各々が高さ測定センサの視野に対応する複数のサブフィールドに細分することと、
光源のうち１つ以上を用いて試験表面のサブフィールドを照明することと、
空間光変調器を用いて、光源のうち１つ以上によって放出された光を変調することで、照明強度マップに基づいて試験表面の照明されたサブフィールド上に光の変調パターンを生成することと、
高さ測定センサによって照明されたサブフィールドの高さマップを測定することと、
試験表面の各サブフィールドについて上記の３つのステップを繰り返すことで、試験表面の各サブフィールドについて高さマップを取得することと、
サブフィールドの高さマップを繋ぎ合わせて（ｓｔｉｔｃｈ）試験表面の高さマップを形成することと、
を更に含む。

単一のプレスキャンを複数の高さ測定と組み合わせるとき、マルチセンサ装置のスループットを向上させることができる。プレスキャンは試験表面の大きい部分を測定できるのに対し、高さ測定は試験表面の高さマップを測定するために複数回実行する必要がある。実際にこの状況が生じ得るのは、プレスキャンセンサが高さ測定センサよりも大きい視野を有する場合である。

この方法においてプレスキャンセンサの大きい視野の利用を可能とするためには、照明強度マップを、高さ測定センサの視野にそれぞれ対応する複数のサブフィールドに分割すればよい。例えば、プレスキャンセンサは試験表面の１×１ｃｍ²の部分を測定しており、高さ測定センサは１×１ｍｍ²の視野を有し、照明強度マップは試験表面の１×１ｃｍ²の部分に対応することができ、これを１×１ｍｍ²の１００のサブフィールドに切り分けることができる。これにより、１回のプレスキャンの後に１００回の高さ測定を行ってプレスキャンセンサの視野の高さマップを測定できる。この場合、本方法では１００回のプレスキャンでなく１回のプレスキャンしか必要としないので、スループットが向上する。

照明強度マップを複数のサブフィールドに細分した後、試験表面の各サブフィールドは１つ以上の光源のうち１つによって照明される。各サブフィールドへ放出された光は、次いで空間光変調器によって照明強度マップに基づいて変調され、試験表面上の変調パターンが生成される。これにより、各サブフィールドにおける高さ測定中、そのサブフィールドの光強度を高さ測定センサに対して最適化することができる。

各サブフィールドにおける高さ測定の後、これらのサブフィールドの対応する複数の高さマップを共に繋ぎ合わせて、試験表面の高さマップを形成する。繋ぎ合わせは既知の方法によって実行すればよい。

一実施形態によれば、照明強度マップは更に、受信光強度に対するプレスキャンセンサの性能データに基づき、及び／又は、試験表面上の変調パターンは更に、受信光強度に対する高さ測定センサの性能データに基づく。

この実施形態によって、プレスキャンセンサと高さ測定センサとの間の測定技法の固有の相違を補償することができる。このような相違は、各測定技法ごとに向上させた光強度の差から、及び／又は使用される光源の差から生じ得る。性能データは、測定のシミュレーション、試行錯誤、及び／又はマルチセンサ装置の反復使用を通じて取得すればよい。

最適な光強度及び照明強度マップは、決定された試験表面の反射率の他に、追加のファクタに基づいて決定してもよい。この実施形態における照明強度マップは、受信光強度に対するプレスキャンセンサ間の性能データに更に基づいている。これにより、例えばプレスキャンセンサの既知のバイアスに基づいて照明強度マップを生成できる。

試験表面上の変調パターンは更に、受信光強度に対する高さ測定センサの性能データに基づいてもよい。

一実施形態によれば、変調光の変調パターンのサイズは高さ測定センサの分解能に対応する。この実施形態は、高さ測定センサの各画素について光強度を最適化することを可能とする。従って、空間光変調器により変調される光の変調パターンのサイズは高さ測定センサの画素サイズに対応し得る。これにより、高さ測定センサの各画素がその画素の飽和レベルをわずかに下回る信号を受信できるので、画像品質の向上が可能となる。

一実施形態によれば、方法は更に、高さ測定センサが測定を行っている時に照明を動的に変調することを含む。例えば、マイクロレンズ並びに同様の透明及び半透明オブジェクトの測定を最良に実行するには、空間光変調器による局所照明を１つの静的設定のため横方向に指定するだけでなく、測定の進行と共に照明を動的に変動させればよい。この方法を用いることで、マイクロレンズの上部を１つの照明設定で照明し、レンズの下面を別の照明設定で照明できる。また、この実施形態は、特に薄膜又は薄膜のエッジ付近の厚さにばらつきがある場合、薄膜の測定に有益である。これは更に、透明度が横方向で変動する材料の測定に有益であり得る。この実施形態の別の例では、ストロボ照明を用いることで、高さ測定センサが測定を行っている時に照明が動的に変調される。ストロボ照明中に、光源の１つ以上が放出した光の規則的なフラッシュを用いて試験表面が照明される。

一実施形態によれば、この方法は更に、試験表面の照明中に光源によって放出される光の波長、波長分布、パルス周波数、又はパルス長のうち少なくとも１つを設定することを含む。波長、言い換えると光の色を設定することで、測定効率が増大し得る。例えば、光の反射率は試験表面の色に依存する可能性があり、光が試験表面と同様の色を有する場合は反射率の向上が達成され得る。これによって、小さい波長帯を有する単色光及び広い波長帯を有する白色光の使用が可能となる。

光のパルス周波数及び／又はパルス長の構成は、例えば、測定プロセス中にストロボ照明を利用する場合に役立つ可能性がある。

一実施形態によれば、方法は更に、シャープなエッジの位置、試験表面の色、又は試験表面の材料の種類のうち少なくとも１つの追加情報を用いて照明強度マップを決定することを含む。

シャープなエッジの位置の知識は、高さ測定の向上を可能とする。更に、試験表面の色及び材料の種類は、例えば反射率の向上又はコントラストの改善により、高さ測定センサの性能に影響を及ぼし得る。高さマップの測定品質を向上させるため、この追加情報を用いることが役立つ。

一実施形態によれば、プレスキャンセンサは、照明強度マップを決定するために、シャープなエッジの位置、試験表面の色、又は試験表面の材料の種類のうち少なくとも１つの追加情報を測定するよう構成されている。プレスキャンを用いてこの情報を検出する場合、この情報を得るために他のセンサは必要ないので、測定装置のスループットを向上させることができる。

一実施形態によれば、プレスキャンセンサは、試験表面の最も暗い部分と最も明るい部分を含む光強度範囲を測定するように構成されている。試験表面の要素に応じて、試験表面のセクションのいくつかは試験表面の残り部分に対して極めて暗いか又は極めて明るく見えることがある。プレスキャンを用いた測定によって、これらのセクションの知識を取得できる。プレスキャンセンサが極めて明るいセクション又は極めて暗いセクションを正確に測定できないために複数回のプレスキャンを実行しなければならないことを避けるため、従って測定装置のスループットを向上させるため、プレスキャンセンサは好ましくは、試験表面の暗い部分と明るい部分の正確な反射率データを取得できるように構成されている。

一実施形態によれば、方法は更に、大きい被写界深度を有するプレスキャンセンサを用いて、プレスキャンセンサの視野内の試験表面によって反射された光量を測定することを含む。大きい被写界深度によるプレスキャンは、試験表面の高い部分と低い部分の双方において比較的シャープな試験表面の画像を取得できる。大きい被写界深度を有するプレスキャンセンサを用いると、反射率等の表面特性を判断するため試験表面を正確に合焦させなければならない必要性が緩和する。これにより、プレスキャン測定の高速化が可能となる。例えば試験表面が大きい高低差を有する場合、高い表面エリアと低い表面エリアの双方が充分にプレスキャンセンサに対して合焦しているならば、プレスキャン測定は１回の測定で実行できる。

一実施形態によれば、プレスキャンセンサは試験表面の高さを測定するように適合されており、好ましくは、高さ測定センサの高さ分解能の方がプレスキャンセンサの高さ分解能よりも高い。これにより、プレスキャン中に試験表面の粗い高さマップの測定が可能となる。好ましくは高い分解能を有する高さ測定センサを用いた測定の前に試験表面の高低差に関する情報を有すると、いくつかの利点が得られる。例えばこれにより、様々な測定エリアの繋ぎ合わせの高精度化、高さ測定センサを用いた高さ測定の高精度化、及び、高さ測定センサを用いた高さ測定の高速化が可能となる。

一実施形態によれば、プレスキャンセンサは、反射率測定法又は散乱計測法のような非撮像方法を用いて測定を行う。例えばプレスキャンセンサは、反射率測定法又は散乱計測法のような非撮像方法を用いて、反射した光量を測定するか、又は表面粗さや表面高さのような他の照明関連特性を測定する。これらのタイプのプレスキャンセンサは試験表面上でポイントごとに動作し、従って、試験表面エリアをカバーするために試験表面を横方向に走査しなければならない。

一実施形態によれば、高さ測定センサは、白色光干渉法、非走査構造化照明顕微鏡法、フォーカス変動法、又は横方向走査技法を用いて高さマップを測定する。

これより添付の概略図を参照して本発明の実施形態を一例としてのみ説明する。図において、対応する参照符号は対応する部分を示す。

本発明に従った方法のフローチャートを示す。 試験表面の高コントラストの例を示す。 試験表面から反射した光量を測定するマルチセンサ装置のプレスキャンセンサを示す。 図３のプレスキャン測定に基づいて試験表面の高さマップを測定するマルチセンサ装置の高さ測定センサを示す。 図３のプレスキャンセンサの視野を示す。 図３のプレスキャンセンサによる測定に基づく試験表面の視野の変調パターンを示す。 試験表面上の変調パターンの効果を示す。 図５ｂの変調パターンを用いて図４で測定された試験表面の高さマップを示す。

図１は本発明に従った方法のフローチャートを示す。プレスキャンセンサ３は高さ測定センサ４よりも大きい視野１０を有し、照明強度マップは複数のサブフィールドに細分されている。

フローチャートのボックスは本発明の方法に従ったステップを示す。本発明に従った第１のステップ１００では、マルチセンサ装置５の測定位置に試験表面２を配置する。試験表面２は好ましくは、図２に示されている試験表面２の例のように大きい反射率のばらつきを有する。マルチセンサ装置５の測定位置は例えば、試験表面２がプレスキャンセンサ３及び高さ測定センサ４の双方に対して合焦し得るように配置されている。測定位置は更に、試験表面２をこの位置に支持するための手段を備えてもよい。この手段は試験表面２を移動可能に支持してもよい。

第２のステップ１１０では、光源６のうち１つ以上を用いて試験表面２を照明する。試験表面２の照明を実行することで、プレスキャンセンサ３が、本発明に従って次のステップ１２０でプレスキャンセンサ３の視野１０内の試験表面２から反射した光量を測定することが可能となる。プレスキャンセンサが使用する測定方法に応じて、試験表面２の照明はプレスキャン測定と同軸で実行されるか、又は照明は別の軸に沿って実行され得る。本発明に従った実施形態では、照明の特性を構成することによってプレスキャン測定が向上し得る。例えば、使用される試験表面２及びセンサの種類に応じて、光源６が放出する光の波長によって測定品質を向上させることができる。

試験表面２から反射した光量を測定するためのプレスキャン測定１２０は、プレスキャンセンサ３を利用する。プレスキャンセンサ３は、必ずしも試験表面２の高さを測定できるセンサである必要はない。プレスキャンセンサ３は好ましくは、試験表面２から反射した光強度を測定するため最適化されている。プレスキャンセンサ３は、カメラを用いた試験表面２の合焦２Ｄ画像とすればよい。別の実施形態では、プレスキャンセンサ３は、反射率測定法又は散乱計測法を利用して反射率を決定してもよい。

プレスキャン測定１２０を実行した後、プレスキャンセンサ３の視野１０内の試験表面２の反射率を決定する（１３０）。段差及びシャープなエッジの存在、又は材料の種類違いなどの様々なファクタに応じて、試験表面２の反射率はプレスキャンセンサ３の視野１０内で変化する。試験表面２の反射率は、プレスキャンセンサ３が受け取った光量及び１つ以上の光源６が放出した光量に基づいて決定できる。プレスキャン測定において暗く見える領域１２は、プレスキャン測定において明るく見える領域１３よりも反射率が低い。プレスキャンセンサ３の視野１０が試験表面２を完全に測定するために充分でない場合は、試験表面２の反射率を決定するため複数のプレスキャンを実行すればよい。

プレスキャンセンサ３の視野１０内の反射率の決定に基づいて、照明強度マップを決定する（１４０）。照明強度マップは、高さ測定のために好適な照明設定に関する情報を含む。この情報は、空間光変調器７、１つ以上の光源６の設定、欠陥、段差、又はグリントの位置、及びその他の関連情報を含み得る。照明マップは更に、高さ測定センサ４を用いる試験表面２の高さ測定の向上を可能とするため試験表面２に投射される好適な変調パターン９に関する情報を含む。

照明強度マップの分解能は、高さ測定センサ４の分解能及び／又はプレスキャンセンサ３の分解能に等しくすることができる。

照明強度マップを、高さ測定センサ４の視野１１にそれぞれ対応する複数のサブフィールドに細分する（１５０）。好ましくは、照明強度マップは、これらのサブフィールドが照明強度マップを完全にカバーするようにサブフィールドに細分される。以降のステップにおいて、高さ測定センサ４は各サブフィールドで高さ測定を実行する。

プレスキャンを複数回の高さ測定と組み合わせると、マルチセンサ装置５のスループットを向上させることができる。プレスキャンセンサ３は試験表面２の大きい部分を測定できるのに対し、高さ測定は試験表面２の高さマップ１を測定するために複数回実行しなければならない。実際にこの状況が生じ得るのは、プレスキャンセンサ３が高さ測定センサ４よりも大きい視野１０を有する場合である。マルチセンサ装置５のスループットを最大化するため、好ましくは、サブフィールドの数を最小限に抑えつつサブフィールドによって照明強度マップをカバーする。

サブフィールドにおける高さ測定を実行する（１８０）前に、光源６のうち１つ以上によってサブフィールドを照明する（１６０）。空間光変調器７を用いて（１７０）、光源６のうち１つ以上が放出した光を変調し、照明強度マップに基づいて試験表面２の照明されたサブフィールド上に光の変調パターン９を生成する。

変調パターン９は、高さ測定センサ４による高さマップ１の測定を向上させるために用いられ、高さ測定センサ４に最適な光強度を与える。空間光変調器７は、高さ測定センサ４の各画素の光強度が最適となり得るように光を変調できる。

高さ測定センサ４によって、照明されたサブフィールドの高さマップ１を測定する（１８０）。照明されたサブフィールドを１つ以上の光源６によって照明する。この光は、空間光変調器７によって変調パターン９に変調され、高さマップ１の測定の向上を可能とする。

ステップ１６０、１７０、及び１８０を照明強度マップの各サブフィールドについて繰り返す。このようにして各サブフィールドの高さマップ１を測定する。試験表面２の高さマップ１を得るため、これらのサブフィールドに対応する高さマップ１を繋ぎ合わせて（１９０）、試験表面２の高さマップ１を形成する。繋ぎ合わせは既知の方法によって実行すればよい。

図２は試験表面２の高コントラストの例を示す。図２の試験表面２はクロムオンガラス（ｃｈｒｏｍｅ−ｏｎ−ｇｌａｓｓ）サンプルであり、試験表面２上の２つの四角形はクロム１４から形成され、試験表面２上の２つの四角形はガラス１５から形成されている。クロムの反射率は約９０％であるが、ガラスの反射率は４％である。

クロム１４の高さ測定の向上を可能とする照明強度を与えるように光源６を構成すると、ガラス１５の高さ測定を実行できない。これは、高さ測定センサ４に信号を与えるために充分な光がガラス１５によって反射されないからである。この結果、ガラス１５が暗い四角形として見える図２に示されているような画像が生じる。

ガラス１５の高さ測定の向上を可能とする照明強度を与えるように光源６が構成されている場合は、クロム１４が過剰な光を反射し、高さ測定センサ４は過飽和のため信号を提供しない。この可能性は図２には示されていない。

図３は、試験表面２から反射した光量を測定するように構成されたマルチセンサ装置５のプレスキャンセンサ３を示す。試験表面２は規則的なプロファイルを有する。プレスキャンセンサ３の視野１０において、試験表面２が暗い領域１２と明るい領域１３を含むことが示されている。暗い領域１２は試験表面２上に規則的に配置された球形である。球形の曲率のため、光は、球形の赤道付近でプレスキャンセンサ３から離れる方へ反射する。これらのエリアは暗く見える。球形の極及び背景は、光をプレスキャンセンサ３の方へ戻るように反射する。これらのエリアは明るく見える。

装置は、測定位置の試験表面２を照明するための光源６を備える。装置は更に、光源６により放出されて試験表面で反射される光を誘導するためのいくつかのレンズ１７を備える。光源６からの光を、プレスキャンセンサ３で捉えられる反射光と同軸とすることができるビームスプリッタ１６が配置されている。

プレスキャンセンサ３は、暗い領域１２と明るい領域１３を含む光強度範囲を測定するように構成されている。図に見られるように、最も明るい領域と最も暗い領域との間にはシャープなコントラストがある。プレスキャンセンサ３を用いた測定によって、これらの領域の反射率に関する詳細な知識が得られる。

図に見られるように、プレスキャンセンサ３の視野１０は試験表面２の表面よりも小さい。従って、好ましくは、プレスキャンセンサ３は複数回の測定を実行して試験表面２の反射率に関する情報を収集する。これらの複数回の測定で得られる複数の視野１０を繋ぎ合わせることで、試験表面２全体の反射率マップを作成できる。

図４は、図３のプレスキャン測定に基づいて試験表面２の高さマップを測定するマルチセンサ装置５の高さ測定センサ４を示す。装置は試験表面２を照明するための光源６を備える。光源６によって放出された光は、いくつかのレンズ１７を介して試験表面２へ進み、空間光変調器７と相互作用し、ミラー１８及びビームスプリッタ１６によって方向が変えられる。

図４において、高さ測定センサ４の視野１１は図３のプレスキャンセンサ３の視野１０とほぼ同じサイズである。

試験表面２から反射した光は高さ測定センサ４の方へ同軸に進む。

マルチセンサ装置５によって用いられる空間光変調器７は、デジタルマイクロミラーデバイスタイプ、シリコン上の強誘電性液晶、又は他のいずれかの適切なタイプの空間光変調器７とすればよい。図に見られるように、空間光変調器７は、１つ以上の光源６とマルチセンサ装置５の測定位置との間の光路８に配置されている。

光源６によって放出された光は、空間光変調器７によって変調された後、マルチセンサ装置５の測定位置に配置された試験表面２で反射される。これにより試験表面上に変調パターン９が生成される。これは図５ｂで見ることができる。変調パターン９によって、明るい領域は低い光強度を受け取り、暗い領域は高い光強度を受け取ることができる。変調パターン９は様々な光強度レベルを含むことができる。例えば、いくつかの領域は異なる高い光強度を有し、いくつかの領域は異なる低い光強度を有する。

空間光変調器７を用いて、照明強度マップに基づいて光を変調する。変調パターン９は、高さ測定センサ４による高さマップの測定を向上させるために用いられ、高さ測定センサ４に最適な光強度を与える。空間光変調器７は、高さ測定センサの各画素の光強度が最適となり得るように光を変調できる。

図５ａは、図３のプレスキャンセンサ３の視野１０を示し、図５ｂは、図３のプレスキャンセンサ３による測定に基づく試験表面２の視野の変調パターン９を示し、図５ｃは、試験表面上の変調パターンの効果を示し、図５ｄは、図５ｂの変調パターン９を用いて図４で測定された試験表面の高さマップ１を示す。

図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、及び図５ｄは全て、試験表面２の同一エリアに対応するか又は同一エリアを示す。図５ａは、図３のプレスキャンセンサ３の視野１０を示す。図５ｂは、本発明に従った照明マップに基づく対応する変調パターン９を示す。図５ｃは、図５ｂに示されている変調パターン９を用いて試験表面２を照明した場合の高さ測定センサ４の視野１１を示す。図５ｄは、本発明の方法を用いて得られた高さマップ１を示す。

図５ｂに見られるように、変調パターン９は、相対的に低い光強度が図５ａのより明るいエリアに到達することを保証する。この結果は図５ｃに示されており、図５ａに比べて球形上の光強度は均一である。この変調パターン９を用いて、高さ測定センサ４は、過飽和又は過少な光によって支障をきたすことなく試験表面２の高さを高精度に測定することができる。

Claims (13)

1. プレスキャンセンサ及び高さ測定センサを備えるマルチセンサ装置を用いて様々な反射率を有する試験表面の高さマップを測定するための方法であって、
   前記マルチセンサ装置は更に、前記試験表面を照明するように構成された１つ以上の光源及び空間光変調器を備え、前記空間光変調器は前記１つ以上の光源と前記マルチセンサ装置の測定位置との間の光路に配置され、前記空間光変調器は前記光源のうち少なくとも１つから放出された光を変調するように構成され、
   前記方法は、
   前記マルチセンサ装置の前記測定位置に前記試験表面を配置することと、
   前記光源のうち１つ以上を用いて前記試験表面を照明することと、
   前記プレスキャンセンサを用いて、前記プレスキャンセンサの視野内において前記試験表面から反射した光量を測定することと、
   前記プレスキャンセンサによる前記反射した光量の前記測定に基づいて、前記プレスキャンセンサの前記視野内における前記試験表面の反射率を決定することと、
   前記プレスキャンセンサの前記視野内の前記反射率の前記決定に基づいて照明強度マップを決定することと、
   前記光源のうち１つ以上、例えば、前記プレスキャンセンサ測定に用いたものとは別の前記１つ以上の光源のうち１つを用いて、前記試験表面を照明することと、
   前記空間光変調器を用いて、前記光源のうち１つ以上によって放出された光を変調することで、前記照明強度マップに基づいて前記試験表面上に光の変調パターンを生成することと、
   前記高さ測定センサによって前記試験表面の前記高さマップを測定することと、
   を含む方法。
2. 前記プレスキャンセンサは前記高さ測定センサよりも大きい視野を有し、前記方法は更に、
   前記照明強度マップを、各々が前記高さ測定センサの視野に対応する複数のサブフィールドに細分することと、
   前記光源のうち１つ以上を用いて前記試験表面のサブフィールドを照明することと、
   前記空間光変調器を用いて、前記光源のうち前記１つ以上によって放出された光を変調することで、前記照明強度マップに基づいて前記試験表面の前記照明されたサブフィールド上に光の変調パターンを生成することと、
   前記高さ測定センサによって前記照明されたサブフィールドの高さマップを測定することと、
   前記試験表面の各サブフィールドについて上記の３つのステップを繰り返すことで、前記試験表面の各サブフィールドについて高さマップを取得することと、
   前記サブフィールドの前記高さマップを繋ぎ合わせて前記試験表面の前記高さマップを形成することと、
   を更に含む、請求項１に記載の高さマップを測定するための方法。
3. 前記照明強度マップは更に、受信光強度に対する前記プレスキャンセンサの性能データに基づき、及び／又は、前記試験表面上の前記変調パターンは更に、受信光強度に対する前記高さ測定センサの性能データに基づく、請求項１から２のいずれか一項に記載の高さマップを測定するための方法。
4. 前記試験表面上の前記変調パターンのサイズは前記高さ測定センサの測定分解能に対応する、請求項１から３のいずれか一項に記載の高さマップを測定するための方法。
5. 前記方法は更に、前記高さ測定センサが測定を行っている時に前記照明を動的に変調することを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の高さマップを測定するための方法。
6. 前記方法は更に、前記試験表面の照明中に前記光源によって放出される前記光の波長、波長分布、パルス周波数、又はパルス長のうち少なくとも１つを設定することを含む、請求項１から５のうち１つ以上に記載の高さマップを測定するための方法。
7. 前記方法は更に、シャープなエッジの位置、前記試験表面の色、又は前記試験表面の材料の種類のうち少なくとも１つの追加情報を用いて前記照明強度マップを決定することを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の高さマップを測定するための方法。
8. 前記プレスキャンセンサは、前記照明強度マップを決定するため、シャープなエッジの位置、前記試験表面の色、又は前記試験表面の材料の種類のうち少なくとも１つの前記追加情報を測定するように構成されている、請求項７に記載の高さマップを測定するための方法。
9. 前記プレスキャンセンサは、前記試験表面の最も暗い部分と最も明るい部分を含む光強度範囲を測定するように構成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の高さマップを測定するための方法。
10. 前記方法は、大きい被写界深度を有するプレスキャンセンサを用いて、前記プレスキャンセンサの前記視野内の前記試験表面により反射された前記光量を測定することを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の高さマップを測定するための方法。
11. 前記プレスキャンセンサは前記試験表面の高さを測定するように適合され、好ましくは前記高さ測定センサの高さ分解能の方が前記プレスキャンセンサの前記高さ分解能よりも高い、請求項１から１０のいずれか一項に記載の高さマップを測定するための方法。
12. 前記プレスキャンセンサは、反射率測定法又は散乱計測法のような非撮像方法を用いて測定を行う、請求項１から１１のいずれか一項に記載の高さマップを測定するための方法。
13. 前記高さ測定センサは、白色光干渉法、非走査構造化照明顕微鏡法、フォーカス変動法、又は横方向走査技法を用いて前記高さマップを測定する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の高さマップを測定するための方法。

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