(57)【要約】  厚さ測定システムは、照明源、照明源からの照明を２つのビームに分割するビームスプリッタ、測定方向に沿って標準試料を並進するように構成された並進ステージ、試験試料の第１の表面と標準試料の第１の表面との間に第１の干渉図形を生成する第１の干渉計、及び試験試料の第２の表面と標準試料の第２の表面との間に第２の干渉図形を生成する第２の干渉計を含み得る。厚さ測定システムは、並進ステージが標準試料を走査する際に、第１及び第２の干渉計から干渉信号を受信し、標準試料の厚さと干渉信号の包絡線のピーク間の並進ステージが移動した距離とに基づいて、試験試料の厚さを決定するコントローラを更に含み得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の干渉計及び第２の干渉計に通信可能に結合されたコントローラであって、プログラム命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサを含んで、前記１つ以上のプロセッサに、
前記第１の干渉計から第１の干渉信号を受信させ、ここで前記第１の干渉計は、試験試料の第１の表面と既知の厚さを有する標準試料の第１の表面との間に、前記試験試料又は前記標準試料の少なくとも１つが測定方向に沿って走査される際に第１の照明ビームを用いて、第１の干渉図形を生成し、前記第１の照明ビームはビームスプリッタからの照明ビームの第１の部分を含み、
前記第２の干渉計から第２の干渉信号を受信させ、ここで前記第２の干渉計は、前記試験試料の第２の表面と前記標準試料の第２の表面との間に第２の照明ビームを用いて、第２の干渉図形を生成し、前記第２の照明ビームは前記ビームスプリッタからの前記照明ビームの第２の部分を含み、
前記測定方向に沿った前記試験試料の厚さを、前記標準試料の前記厚さと、前記第１及び第２の干渉信号の包絡線のピーク間の並進ステージが移動した距離とに基づいて決定させる、コントローラを備える、
システム。
【請求項２】
前記第１及び第２の干渉信号の前記包絡線の幅は、前記照明源からの前記照明の時間的コヒーレンス長に関連する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１及び第２の干渉計は、前記第１及び第２の照明ビームを前記試験試料の前記第１及び第２の表面の対向する点に集束させ、ここで前記測定方向に沿った前記試験試料の前記厚さは前記対向する点間の単一厚さ測定を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１及び第２の干渉計は単一ピクセル検出器を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１及び第２の干渉計は、前記第１及び第２の照明ビームを、コリメートされたビームとして前記試験試料の前記第１及び第２の表面の対向する領域に向け、ここで前記測定方向に沿った前記試験試料の前記厚さは、前記対向する領域間の複数の厚さ測定に関連する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１及び第２の干渉計はマルチピクセル検出器を含み、ここで前記第１及び第２の干渉信号は各々、前記対向する領域内の前記試験試料の前記第１及び第２の表面上の複数の対向する点に関連する複数の信号を含む。請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記照明源は、
広域レーザ源を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記照明源は、
発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記ＬＥＤは、
スーパールミネッセントダイオードを含む、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラは選択された間隔で前記第１及び第２の干渉信号をサンプリングして、サンプリングされた第１及び第２の干渉信号を作成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラは前記第１及び第２の干渉信号をサンプリングするためのアナログ-デジタル変換器を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記アナログ−デジタル変換器は、前記試験試料又は前記標準試料の少なくとも１つを走査する並進ステージから前記選択された間隔でハードウェア位置トリガを受信することで、前記第１及び第２の干渉信号をサンプリングする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記測定方向に沿った前記試験試料の厚さを、前記標準試料の前記厚さと、前記第１及び第２の干渉信号の包絡線のピーク間の距離とに基づいて決定することは、
前記サンプリングされた第１及び第２の干渉信号から前記第１及び第２の干渉信号を再構成することと、
前記再構成された第１及び第２の干渉信号に基づいて前記第１及び第２の干渉信号の前記包絡線を決定することと、
前記第１及び第２の干渉信号のピーク位置を決定することと、
前記第１及び第２の干渉信号の前記包絡線の前記ピーク間の前記距離を前記ピーク位置に基づいて決定することとを含む、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１及び第２の干渉信号の前記ピークでの前記並進ステージの位置を決定することは、
前記ピーク周辺の前記第１及び第２の干渉信号の位相を取得することと、
前記ピーク位置を前記第１及び第２の干渉信号の前記位相がゼロになる位置として識別することとを含む、
請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
照明源と、
前記照明源からの照明を第１の照明ビーム及び第２の照明ビームに分割するように構成されたビームスプリッタと、
測定方向に沿って標準試料を線形並進するように構成された並進ステージであって、前記標準試料は既知の厚さを有する、並進ステージと、
試験試料の第１の表面と前記標準試料の第１の表面との間に前記第１の照明ビームを用いて第１の干渉図形を生成するように構成された第１の干渉計と、
前記試験試料の第２の表面と前記標準試料の第２の表面との間に前記第２の照明ビームを用いて第２の干渉図形を生成するように構成された第２の干渉計と、
前記第１及び第２の干渉計に通信可能に結合されたコントローラであって、プログラム命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサを含み、前記１つ以上のプロセッサに、
前記第１及び第２の干渉図形の干渉縞強度を含む前記第１及び第２の干渉計からの第１及び第２の干渉信号を、前記並進ステージが前記測定方向に沿って前記標準試料を走査する際に受信させ、
前記測定方向に沿った前記試験試料の厚さを、前記標準試料の前記厚さと、前記第１及び第２の干渉信号の包絡線のピーク間の並進ステージが移動した距離とに基づいて決定させる、コントローラとを備える、
システム。
【請求項１６】
前記第１及び第２の干渉信号の前記包絡線の幅は前記照明源からの前記照明の時間的コヒーレンス長に関連する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１及び第２の干渉計は前記第１及び第２の照明ビームを、前記試験試料の前記第１及び第２の表面の対向する点に集束させ、ここで前記測定方向に沿った前記試験試料の前記厚さは、前記対向する点間の単一厚さ測定を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１及び第２の干渉計は単一ピクセル検出器を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１及び第２の干渉計は、前記第１及び第２の照明ビームを、コリメートされたビームとして前記試験試料の前記第１及び第２の表面の対向する領域に向け、ここで前記測定方向に沿った前記試験試料の前記厚さは前記対向する領域間の複数の厚さ測定に関連する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１及び第２の干渉計はマルチピクセル検出器を含み、ここで前記第１及び第２の干渉信号は各々、前記対向する領域内の前記試験試料の前記第１及び第２の表面上の複数の対向する点に関連する複数の信号を含む、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１及び第２の干渉計のうちの少なくとも１つはマイケルソン干渉計として構成される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１及び第２の干渉計のうちの少なくとも１つはリニック干渉計として構成される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２３】
前記コントローラは、選択された並進ステージ位置で前記第１及び第２の干渉信号をサンプリングして、サンプリングされた第１及び第２の干渉信号を作成する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２４】
前記コントローラはアナログ−デジタル変換器を含み、前記第１及び第２の干渉信号をサンプリングする、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記アナログ−デジタル変換器は、前記選択された並進ステージ位置でハードウェア位置トリガを受信することで、前記第１及び第２の干渉信号をサンプリングする、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記測定方向に沿った前記試験試料の厚さを、前記標準試料の厚さと、前記第１及び第２の干渉信号の包絡線のピーク間の並進ステージが移動した距離とに基づいて決定することは、
前記サンプリングされた第１及び第２の干渉信号から前記第１及び第２の干渉信号を再構成することと、
前記第１及び第２の干渉信号の前記包絡線を、前記再構成された第１及び第２の干渉信号に基づいて決定することと、
前記第１及び第２の干渉信号の前記ピークでの前記並進ステージのピーク位置を決定することと、
前記第１及び第２の干渉信号の前記包絡線の前記ピーク間の前記並進ステージが移動した前記距離を前記ピーク位置に基づいて決定することと、を含む、
請求項２３に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第１及び第２の干渉信号の前記ピークにおける前記並進ステージの位置を決定することは、
前記ピーク周辺の前記第１及び第２の干渉信号の位相を取得することと、
前記ピーク位置を前記第１及び第２の干渉信号の前記位相がゼロになる位置として識別することと、を含む、
請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
試験試料又は既知の厚さを有する標準試料のうちの少なくとも１つを測定方向に沿って走査する工程と、
第１の照明ビームを用いた前記試験試料の第１の表面と前記標準試料の第１の表面との間の第１の干渉図形に関連する第１の干渉計から第１の干渉信号を受信する工程であって、ここで前記第１の照明ビームはビームスプリッタからの照明ビームの第１の部分を含む工程と、
第２の照明ビームを用いた前記試験試料の第２の表面と前記標準試料の第２の表面との間の第２の干渉図形に関連する前記第２の干渉計から第２の干渉信号を受信する工程であって、ここで前記第２の照明ビームは前記ビームスプリッタからの前記照明ビームの第の部分を含む工程と、
前記測定方向に沿った前記試験試料の厚さを、前記標準試料の前記厚さと、前記第１及び第２の干渉信号の包絡線のピーク間の並進ステージが移動した距離とに基づいて決定する工程と、を含む
方法。
【請求項２９】
前記測定方向に沿った前記試験試料の厚さを、前記標準試料の前記厚さと、前記第１及び第２の干渉信号の包絡線のピーク間の前記並進ステージが移動した距離とに基づいて決定する工程は、
選択された間隔で前記第１及び第２の干渉信号をサンプリングして、サンプリングされた第１及び第２の干渉信号を作成する工程と、
前記サンプリングされた第１及び第２の干渉信号から前記第１及び第２の干渉信号を再構成して、再構成された第１及び第２の干渉信号を生成する工程と、
前記再構成された第１及び第２の干渉信号に基づいて、前記第１及び第２の干渉信号の前記包絡線を決定する工程と、
前記第１及び第２の干渉信号の前記ピークのピーク位置を決定する工程と、
前記ピーク位置に基づいて、前記第１及び第２の干渉信号の前記包絡線の前記ピーク間の前記並進ステージが移動した前記距離を決定する工程と、を含む、
請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、試料の厚さの測定、特に、干渉試料厚さの測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の定めにより、２０１８年７月３日に、「Ｄｕａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ  Ｗａｆｅｒ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｇａｕｇｅ」と題し、発明者をＡｖｎｅｒ  Ｓａｆｒａｎｉに指定して出願された米国仮出願シリアル番号第６２／６９３，５７３号の利益を主張し、その全体は参照することによって本明細書に組み込まれる。
【０００３】
薄い試料、例えば、限定するものではないが半導体ウェハなどの絶対厚さの正確な測定は、特に半導体製造及び計測において広く有用である。例えば、試料の高解像度厚さ測定を使用して、試料上に作製された特徴に関連する歪みを判断することができ、これは潜在的な欠陥を示す場合がある。別の例として、限定するものではないが、Ｘ線計測ツールなどの特定ツールは比較的遅い集束機構を有し、その結果、試料厚さの正確な測定は試料の効率的な位置合わせを容易にし得る。更に、パターン化試料及び非パターン化試料、又は多種多様な物理的、光学的、若しくは機械的特性を有する試料を含む多種多様な試料に広く適用され得る厚さ測定技術を提供することが一般的に望ましい。加えて、厚さ測定へのアプローチは、コスト、システムの複雑さ、及びシステムの信頼性における増加とのバランスをとる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０００２２１３号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／０２８０８２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、正確で効率的な厚さ測定のためのシステムと方法を開発することが望ましいとされ得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
システムは、本開示の１つ以上の例示的な実施形態により開示される。１つの例示的な実施形態では、システムは、第１の干渉計及び第２の干渉計に通信可能に結合されたコントローラを含む。別の例示的な実施形態では、コントローラは、第１の干渉計から第１の干渉信号を受信し、第１の干渉計は、試験試料の第１の表面と、既知の厚さを有する標準試料の第１の表面との間に、試験試料又は標準試料の少なくとも１つが測定方向に沿って走査される際に、第１の照明ビームを用いて第１の干渉図形を生成する。例えば、第１の照明ビームは、ビームスプリッタからの照明ビームの第１の部分を含んでもよい。別の例示的な実施形態では、コントローラは、第２の干渉計から第２の干渉信号を受信し、第２の干渉計は、試験試料の第２の表面と標準試料の第２の表面との間に、第２の照明ビームを用いて、第２の干渉図形を生成する。例えば、第２の照明ビームは、ビームスプリッタからの照明ビームの第２の部分を含んでもよい。別の例示的な実施形態では、コントローラは、測定方向に沿った試験試料の厚さを、標準試料の厚さと、第１の干渉信号及び第２の干渉信号の包絡線のピーク間の並進ステージが移動する距離とに基づいて決定する。
【０００７】
システムは、本開示の１つ以上の例示的な実施形態により開示される。１つの実施形態では、システムは照明源を含む。別の例示的な実施形態では、システムは、照明源からの照明を第１の照明ビーム及び第２の照明ビームに分割するように構成されたビームスプリッタを含む。別の例示的な実施形態では、システムは、測定方向に沿って標準試料を線形に並進させるように構成された並進ステージを含み、標準試料は既知の厚さを有する。別の例示的な実施形態では、システムは、試験試料の第１の表面と標準試料の第１の表面との間に、第１の照明ビームを用いて、第１の干渉図形を生成するように構成された第１の干渉計を含む。別の例示的な実施形態では、システムは、試験試料の第２の表面と標準試料の第２の表面との間に、第２の照明ビームを用いて、第２の干渉図形を生成するように構成された第２の干渉計を含む。別の例示的な実施形態では、システムは、第１の干渉計及び第２の干渉計に通信可能に結合されたコントローラを含む。別の例示的な実施形態では、コントローラは、第１の干渉図形及び第２の干渉図形の干渉縞強度を含む第１の干渉計及び第２の干渉計からの第１及び第２の干渉信号を、並進ステージが測定方向に沿って標準試料を走査する際に受信する。別の例示的な実施形態では、コントローラは、測定方向に沿った試験試料の厚さを、標準試料の厚さと、第１及び第２の干渉信号の包絡線のピーク間の並進ステージが移動する距離とに基づいて決定する。
【０００８】
方法は、本開示の１つ以上の例示的な実施形態により開示される。１つの例示的な実施形態では、この方法は、試験試料又は測定方向に沿って既知の厚さを有する標準試料のうちの少なくとも１つを走査することを含む。別の例示的な実施形態では、この方法は、第１の照明ビームを用いて、試験試料の第１の表面と標準試料の第１の表面との間の第１の干渉図形に関連する第１の干渉計からの第１の干渉信号を受信することを含み、第１照明ビームはビームスプリッタからの照明ビームの第１の部分を含む。本開示の１つ以上の例示的な実施形態によると、この方法は、第２の照明ビームを用いて、試験試料の第２の表面と標準試料の第２の表面との間の第２の干渉図形に関連する第２の干渉計からの第２の干渉信号を受信することを含み、第２の照明ビームは、ビームスプリッタからの照明ビームの第２の部分を含む。本開示の１つ以上の例示的な実施形態によると、この方法は、測定方向に沿った試験試料の厚さを、標準試料の厚さと、第１の干渉信号及び第２の干渉信号の包絡線のピーク間の並進ステージが移動する距離とに基づいて決定することを含む。
【０００９】
前述の一般的な説明、及び以下の詳細な説明の両方は、例示的かつ説明的なものであり、特許請求されるように本発明を必ずしも限定するものではないことを理解されたい。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を一般的な説明とともに示し、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の多くの利点は、添付の図面を参照することにより、当業者によってよりよく理解され得る。
【図１Ａ】本開示の１つ以上の実施形態による、デュアル干渉法試料厚さ計の概念図である。
【図１Ｂ】本開示の１つ以上の実施形態による、源ビームを試験試料及び標準試料上の回折限界スポットサイズに集束するように配置された試料厚さ計の概念図である。
【図１Ｃ】本開示の１つ以上の実施形態による、第１の干渉計の基準アームにミラーを含むが試料アームには含まず、第２の干渉計の試料アームにミラーを含む、試料厚さ計を示す概念図である。
【図２Ａ】本開示の１つ以上の実施形態による、デュアル干渉法に基づいて厚さを測定する方法で実行される工程を示す流れ図である。
【図２Ｂ】本開示の１つ以上の実施形態による、ピーク分離距離及び標準試料の厚さに基づいて試験試料の厚さを決定するためのサブ工程を示す流れ図である。
【図２Ｃ】本開示の１つ以上の実施形態による、デジタル信号処理技術を使用して第１の干渉信号及び第２の干渉信号の包絡線を決定するためのサブ工程を示す流れ図である。
【図３】本開示の１つ以上の実施形態による、各干渉計の試料アーム及び基準アームの概念図である。
【図４Ａ】本開示の１つ以上の実施形態による、サンプリングされた干渉信号、再構成された干渉信号、再構成された干渉信号の包絡線、及びシミュレートされたガウス包絡線のプロットである。
【図４Ｂ】本開示の１つ以上の実施形態による、サンプリングされた第１及び第２の干渉信号、再構成された第１及び第２の干渉信号、第１及び第２の再構成された信号の包絡線、並びに第１及び第２の干渉計に関連する第１及び第２の干渉縞のガウス包絡線のプロットである。
【図５】本開示の１つ以上の実施形態による、原子間力顕微鏡法によって検証された高さを備えた段差構造を有する試料の空間分解デュアル干渉法厚さ測定を含む図である。
【図６】本開示の１つ以上の実施形態による、７７６μｍの公称厚さを有する３００ｍｍの試料ウェハの３０回繰り返し測定を示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで開示された主題を詳細に参照し、主題は添付の図面に示されている。本開示は、特定の実施形態及びその特定の特徴に関して特に示され、説明される。本明細書に記載の実施形態は、限定的ではなく例示的であるとしている。本開示の趣旨及び範囲を逸脱することなく、形態及び詳細の様々な変更及び修正を行い得ることは、当業者にとって容易に明らかとなるべきである。
【００１２】
本開示の実施形態は、デュアル干渉計及び共通の標準試料を使用して試料の絶対厚さを測定するためのシステム及び方法に関する。本明細書に記載のデュアル干渉計厚さ測定システムは、２つの干渉計を含んでもよく、それらは試験試料の両側と、２つの対向する光学的に研磨された表面及び既知の厚さを有する標準試料の両側との間に干渉図形を生成するように配置される。例えば、第１の干渉計は、試験試料の第１の表面と標準試料の第１の表面との間に干渉図形を生成してもよく、第２の干渉計は、試験試料の第２の表面と標準試料の第２の表面との間に干渉図形を生成してもよい。デュアル干渉計厚さ測定システムは、低コヒーレンス光学光源、例えば、限定するものではないが、広域レーザ源を更に含み得て、その結果、干渉計は、干渉計のアームが光源のコヒーレンス長に基づいて制限された範囲内で一致する場合にのみ干渉縞を生成する。特に、干渉縞の強度に関連する包絡線関数（例えば、フリンジ包絡線）は、干渉計のアームが一致するときにピークを示してもよく、干渉計のアーム間の長さの差がいずれかの方向のコヒーレンス長を超える際に減少してもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態では、試験試料の絶対厚さ測定は、試験試料又は標準試料のいずれかを測定方向に沿って並進し、２つの干渉計のフリンジ包絡線のピーク間を並進された試料の並進距離（例えば、ピーク分離距離）及び既知の試料厚さに基づいて、試験試料の絶対厚さを決定することによって生成される。
【００１４】
システム及び方法は、照明条件及び使用される検出器のタイプに応じて、試験試料上の単一位置又は試験試料上の拡大エリアに対する厚さ測定を提供し得る。いくつかの実施形態では、光源は、試験試料及び標準試料上の対向するスポットに集束される。したがって、各干渉計は、単一ピクセル検出器を含み得て、照明位置に関連するフリンジ強度を取り込む。いくつかの実施形態では、光源は、コリメートされるか、そうでなければ、試験試料及び標準試料上の対向する拡大エリアに向けられる。したがって、各干渉計は、マルチピクセル検出器を含み得て、照明エリア内の複数のスポットに関連するフリンジ強度を同時に取り込む。これに関して、照明エリア内の２次元厚さマップは、単一測定で取り込まれ得る。
【００１５】
本明細書に記載のデュアル干渉法厚さ測定は、高精度で効率的な厚さ測定を提供し得ることが本明細書で認識される。
【００１６】
例えば、２つの干渉計を使用して、試験試料と標準試料の両側の間に干渉図形を同時に生成すると、ピーク分離距離と試験試料厚さとの間に線形関係を備えて、２つの干渉図形間で優れた同期が得られ、高精度測定が可能になる。更に、測定再現性は、基準構成要素の位置誤差よりもむしろ、並進及びサンプリングシステムの再現性に基づいてもよい。デュアル干渉図形が単一線形走査に基づいて同時に生成される場合、測定再現性は、並進システムにおける線形エンコーダの再現性に基づいてもよい。例えば、現在のエンコーダシステムは、限定するものではないが、＋／−１ｎｍの再現性を提供し得る。
【００１７】
加えて、測定は微分であるため、システム全体が安定される必要がある走査距離は比較的短く、その結果、ほとんどの機械部品は最小のシステム発生ノイズで動作するのに適する。例えば、３００ｍｍの半導体ウェハの厚さは、通常７５０〜８５０μｍの間で変動し、８００ｎｍの標準試料を用いる厚さ測定は、約５０μｍの範囲で安定した動作を必要とする。非限定的な例として２５０ｍｍ／秒の並進速度では、時間的安定性はわずか約２００μｓである。
【００１８】
別の例として、本明細書に記載のデュアル干渉法厚さ測定は、パターン化表面又は非パターン化表面を含む様々な光学的、物理的、又は機械的特性を有する広範囲の試料の厚さ測定に適してもよい。例えば、光源は、測定される試験試料の反射率に対応する所望のスペクトルを提供するように選択又は調整されてもよい。更に、干渉図形上の試料のフィルム層の影響は、厚さ測定を実行するときに十分に理解され、考慮に入れられてもよい。
【００１９】
図１Ａは、本開示の１つ以上の実施形態による、デュアル干渉計試料厚さ計１００の概念図である。
【００２０】
１つの実施形態では、試料厚さ計１００は光源１０２を含み、限定された、又は既知の時間的コヒーレンス長を有する源ビーム１０４を生成する。これに関して、光源１０２は、低コヒーレンス源、部分的コヒーレント源などであってもよい。別の実施形態では、試料厚さ計１００は、源ビームスプリッタ１０６を含んで源ビーム１０４を分割し、その結果、源ビーム１０４の一部分は干渉計１０８に向けられ得る。源ビームスプリッタ１０６は、当技術分野で周知の任意のタイプのビームスプリッタを含み得て、限定するものではないが、ファイバベースのビームスプリッタ、キューブビームスプリッタ、又はプレートビームスプリッタを含む。
【００２１】
別の実施形態では、試料厚さ計１００は、２つの干渉計１０８（例えば、干渉計１０８ａ及び１０８ｂ）を含み、それらは試験試料１１０及び標準試料１１２の対向する表面からの反射に基づいて干渉図形を生成する。更に、標準試料１１２は、測定方向１２０に沿って既知の又は較正された厚さを有する２つの対向する光学的に滑らかな表面を含み得る。
【００２２】
例えば、図１Ａに示されるように、第１の干渉計１０８ａは、試験試料１１０の第１の試験面１１４ａと標準試料１１２の第１の基準面１１６ａとの間に干渉図形を生成してもよく、一方、第２の干渉計１０８ｂは、試験試料１１０の第２の試験面１１４ｂと、標準試料１１２の第２の基準面１１６ｂとの間に干渉図形を生成してもよい。
【００２３】
別の実施形態では、試料厚さ計１００は、標準試料１１２又は試験試料１１０の少なくとも１つを測定方向１２０（例えば、測定される試験試料１１０の厚さに沿った方向）に沿って並進するための少なくとも１つの線形並進ステージ１１８を含む。例えば、図１Ａは、測定方向１２０に沿って標準試料１１２を並進させるように配置された線形並進ステージ１１８を示す。しかしながら、図示していないが、試料厚さ計１００は、試験試料１１０を並進させる線形並進ステージ１１８を含み得る。更に、試料厚さ計１００は、２つの線形並進ステージ１１８を含んでもよく、標準試料１１２と試験試料１１０の両方を配置する。
【００２４】
別の実施形態では、試料厚さ計１００は、コントローラ１２２を含む。別の実施形態では、コントローラ１２２は、１つ以上のプロセッサ１２４を含み、それはメモリ媒体１２６（例えば、メモリ）に維持されたプログラム命令を実行するように構成される。これに関して、コントローラ１２２の１つ以上のプロセッサ１２４は、本開示全体を通して説明される様々なプロセス工程のいずれかを実行してもよい。
【００２５】
コントローラ１２２の１つ以上のプロセッサ１２４は、当技術分野で周知の任意の処理要素を含み得る。この意味で、１つ以上のプロセッサ１２４は、アルゴリズム及び／又は命令を実行するように構成された任意のマイクロプロセッサタイプのデバイスを含み得る。１つの実施形態では、１つ以上のプロセッサ１２４は、デスクトップコンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、画像コンピュータ、並列プロセッサ、又は任意の他のコンピュータシステム（例えば、ネットワーク化コンピュータ）からなり得て、それらは本開示を通して説明されるように、試料厚さ計１００を動作するように構成されたプログラムを実行するように構成される。「プロセッサ」という用語は、１つ以上の処理要素を有し、それらが非一時的なメモリ媒体１２６からのプログラム命令を実行する、任意のデバイスを包含するように広く規定され得ることが更に認識される。
【００２６】
メモリ媒体１２６は、関連する１つ以上のプロセッサ１２４によって実行可能なプログラム命令を記憶するのに適した当技術分野で周知の任意の記憶媒体を含み得る。更に、メモリ媒体１２６は、試料厚さ計１００の任意の構成要素によって使用される任意のタイプのデータ、例えば、限定するものではないが、干渉計１０８によって生成された干渉図形を格納してもよい。例えば、メモリ媒体１２６は、非一時的なメモリ媒体を含み得る。別の例として、メモリ媒体１２６は、限定するものではないが、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気又は光メモリデバイス（例えば、ディスク）、磁気テープ、ソリッドステートドライブなどを含んでもよい。メモリ媒体１２６は、１つ以上のプロセッサ１２４を備えた共通のコントローラハウジングに収容され得ることを更に留意する。１つの実施形態では、メモリ媒体１２６は、１つ以上のプロセッサ１２４及びコントローラ１２２の物理的位置に関して遠隔に配置され得る。例えば、コントローラ１２２の１つ以上のプロセッサ１２４は、ネットワーク（例えば、インターネット、イントラネットなど）を介してアクセス可能なリモートメモリ（例えば、サーバ）にアクセスし得る。したがって、上記の説明は、本発明の制限として解釈されるのではなく、単なる例示として解釈されるべきである。
【００２７】
加えて、コントローラ１２２及び任意の関連する構成要素（例えば、プロセッサ１２４、メモリ媒体１２６など）は、共通のハウジング内又は複数のハウジング内に収容された１つ以上のコントローラを含み得る。更に、コントローラ１２２は、試料厚さ計１００内の任意の構成要素と統合され、及び／又は構成要素の機能を実行してもよい。
【００２８】
別の実施形態では、コントローラ１２２は、少なくとも１つのアナログ−デジタル変換器１２８を含み、干渉図形に関連付けられた干渉計１０８からのアナログ信号をサンプリングしてデジタル化する。更に、アナログ−デジタル変換器１２８は、任意の技術を用いて信号をサンプリングしてもよい。例えば、アナログ−デジタル変換器１２８は、内部クロックに基づいて定められた間隔で信号をサンプリングし得る。別の例として、アナログ−デジタル変換器１２８は、トリガ信号に基づいて信号をサンプリングし得る。１つの実施形態では、線形並進ステージ１１８は、選択された位置間隔でアナログ−デジタル変換器１２８にハードウェア位置トリガを供給し、線形並進ステージ１１８の選択された位置でサンプリングをする。
【００２９】
コントローラ１２２は、本明細書に開示される任意の数の処理又は分析工程を実行し得て、限定するものではないが、干渉計１０８から干渉図形を受信する工程、干渉図形を分析する工程、又は干渉図形に基づいて試験試料１１０の厚さ測定を実行する工程を含む。更に、コントローラ１２２は、任意の数のアルゴリズム、プロセスフローなどを用いてもよい。
【００３０】
ここで一般的に図１Ａ〜図１Ｃを参照すると、試料厚さ計１００の様々な構成要素がより詳細に説明される。
【００３１】
光源１０２は、限定された、又はそうでなければ既知のコヒーレンス長を有する源ビーム１０４を供給するのに適した、当技術分野で周知の任意のタイプの光源を含み得る。本明細書では、各干渉計１０８の試験試料１１０と標準試料１１２との間の干渉縞の信号強度は、干渉計１０８のアームが等しい長さを有するときにピークに達することが認識される。更に、干渉縞の信号強度は、干渉計１０８のアーム間の光路長差が源ビーム１０４の時間的コヒーレンス長を超えるにつれて低下する。したがって、干渉計１０８の各々からの干渉縞の信号強度は、干渉計１０８のアーム間の光路長差が一致するピークを有し、かつ源ビーム１０４の時間的コヒーレンス長に関して半値幅を有する包絡線関数によって特徴付けられ得る。したがって、源ビーム１０４の時間的コヒーレンス長は、所望の包絡線幅を供給するように選択され得る。
【００３２】
１つの実施形態では、光源１０２はレーザ源である。例えば、光源１０２は、１つ以上の広帯域レーザ、例えば、限定するものではないが、１つ以上のスーパーコンティニウムレーザ又は白色光レーザを含み得る。別の例として、光源１０２は、１つ以上のスーパールミネッセントレーザダイオード（ＳＬＤ）を含んでもよい。別の実施形態では、光源１０２は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。別の実施形態では、光源１０２は、限定するものではないが、アークランプ、放電ランプ、無電極ランプなどのランプ源を含む。
【００３３】
更に、光源１０２は、任意の技術を用いて源ビーム１０４を設けてもよい。例えば、光源１０２は、光ファイバを介して源ビーム１０４を設け得る。別の例として、光源１０２は、源ビーム１０４を自由空間ビームとして設けてもよい。
【００３４】
光源１０２は、任意の波長又は波長範囲を有する源ビーム１０４を設けてもよい。更に、源ビーム１０４のスペクトルは、特徴付けられる試料の光学特性（例えば、吸収、反射率、透過率など）に基づいて選択され得る。本明細書では、源ビーム１０４のスペクトル幅が時間的コヒーレンス長に反比例する場合があり、その結果、源ビーム１０４のスペクトル幅が増加すると時間的コヒーレンス長が減少する場合があり、逆もまた同様であることが更に認識される。
【００３５】
１つの実施形態では、試料厚さ計１００は、２つ以上の光源１０２を含み、それらは選択的に利用され得る異なるスペクトルを有する。別の実施形態では、光源１０２は、回動可能な光源１０２を含み得て、回動可能なスペクトルを有する光源ビーム１０４を供給する。別の実施形態では、試料厚さ計１００は、１つ以上のスペクトルフィルタ（例えば、回動可能なスペクトルフィルタ、一連の選択可能な固定スペクトルフィルタなど）を含み、源ビーム１０４のスペクトルを制御する。
【００３６】
干渉計１０８は、試験試料１１０と標準試料１１２との間に干渉縞を生成するのに適した当技術分野で周知の任意のタイプの干渉計を含み得て、限定するものではないが、マイケルソン干渉計又はリニック干渉計が挙げられる。更に、干渉計１０８は、源ビーム１０４を試験試料１１０又は標準試料１１２に任意の所望のスポットサイズで投射又は集束させ得る。
【００３７】
１つの実施形態では、各干渉計１０８は、それぞれの源ビーム１０４を２つのアームに分割するように構成されたビームスプリッタ１３０を含み、試料アーム１３２（例えば、試料アーム１３２ａ、１３２ｂ）は試験試料１１０を含み、基準アーム１３４（例えば、基準アーム１３４ａ、１３４ｂ）は標準試料１１２に向けられる。別の実施形態では、各干渉計１０８は、２つのアームからの結合された反射信号を受信するように構成された検出器１３６を含む。これに関して、検出器１３６上の光の強度は、試験面１１４と基準面１１６との間の干渉に基づいて変化し得る。
【００３８】
各干渉計１０８は、当技術分野で周知の任意のタイプの検出器１３６を含んでもよい。１つの実施形態では、検出器１３６は、少なくとも１つの単一ピクセル検出器を含むことができ、例えば、限定するものではないが、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオードなどである。別の実施形態では、検出器１３６は、少なくとも１つのマルチピクセル検出器、例えば、限定するものではないが、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイス又は電荷結合素子（ＣＣＤ）を含んでもよい。これに関して、検出器１３６は、各ピクセルでの光の強度が試験試料１１０の異なる部分に対応する、試験試料１１０の拡大された照明領域に関連する２次元干渉図形を生成し得る。更に、２次元干渉図形を使用して、拡大された照射領域にわたる試験試料１１０の厚さ変動を決定してもよい。
【００３９】
別の実施形態では、各検出器１３６は、コントローラ１２２（例えば、コントローラ１２２のアナログ−デジタル変換器１２８）に接続され、コントローラ１２２は検出器１３６によって生成された信号を受信し得る。
【００４０】
試料厚さ計１００は、１つ以上の追加の光学構成要素を更に含み得て、源ビーム１０４、例えば、限定するものではないが、回動ミラー（例えば、ミラー１３８）、レンズ、強度フィルタ、又はスペクトルフィルタを方向付け及び／又は修正する。
【００４１】
図１Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態による、源ビーム１０４を試験試料１１０及び標準試料１１２上の回折限界スポットサイズに集束させるように配置された試料厚さ計１００の概念図である。これに関して、試料厚さ計１００は、局所化された点１４０で試験試料１１０の厚さを決定してもよい。
【００４２】
１つの実施形態では、試料厚さ計１００は、ファイバベースの源ビームスプリッタ１０６に結合されたファイバベースの光源１０２を含む。これに関して、各干渉計１０８は、ファイバ１４２を介して源ビーム１０４の一部分を受けてもよい。
【００４３】
別の実施形態では、ファイバ１４２からの源ビーム１０４は、ビームスプリッタ１３０によって、試料アーム１３２と基準アーム１３４に分割される。
【００４４】
別の実施形態では、少なくとも１つの干渉計１０８は、１つ以上の集束素子１４４（例えば、レンズ、曲面ミラーなど）を含み、ファイバ１４２から源ビーム１０４を収集し、源ビーム１０４を試験試料１１０及び標準試料１１２に向ける。更に、１つ以上の集束素子１４４は、試料アーム１３２、基準アーム１３４、又はそれらの任意の組み合わせにおいて、ビームスプリッタ１３０の前に配置され得る。
【００４５】
１つの実施形態では、図１Ｂに示されるように、集束素子１４４は、源ビーム１０４を試験試料１１０及び標準試料１１２（例えば、回折限界スポット）に集束させる。別の実施形態では、図示されていないが、集束素子１４４は、源ビーム１０４をコリメートして、試験試料１１０及び標準試料１１２の拡大領域を照明する。
【００４６】
本明細書では、源ビーム１０４を試験試料１１０及び標準試料１１２に集束させることにより、拡大領域を照明することに比較して、試験試料１１０又は標準試料１１２のミスレベリングに対してより大きな許容度が供給され得るが、源ビーム１０４を用いた拡大照明は、単一ショットで拡大された厚さ測定を供給し得る（例えば、試験試料１１０の変動、試験試料１１０上に作製された特徴などを測定するために）ことが認識される。別の実施形態では、集束素子１４４は、調整可能又は取り外し可能であり、その結果、集束条件を調整又は他の方法で選択し得る。例えば、干渉計１０８は、取り外し可能な対物レンズを含み得て、集束照明と拡大照明とを選択的に切り替える。別の例として、干渉計１０８は、調整可能なレンズ（例えば、調整可能な度数を有するレンズ、並進ステージ上のレンズなど）を含み得て、集束照明と拡大照明とを選択的に切り替える。
【００４７】
別の実施形態では、少なくとも１つの干渉計１０８は、１つ以上の光学凝縮器１４６を含み、試験試料１１０及び標準試料１１２からの結合光を検出器１３６に向け、及び／又は集束させる。
【００４８】
更に、必ずしも、第１及び第２の干渉計１０８ａ、１０８ｂが、図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、それぞれのアームに同じ構成要素を有するとは限らない。図１Ｃは、本開示の１つ以上の実施形態による、ミラー１４８を第１の干渉計１０８ａの基準アーム１３４に含み、試料アーム１３２には含まず、ミラー１４８を第２の干渉計１０８ｂの試料アーム１３２にのみ含む試料厚さ計１００を示す概念図である。図１Ｃに示される試料厚さ計１００の構成では、基準アーム１３４において源ビーム１０４の一部分は、ビームスプリッタ１３０を通って伝播し、基準面１１６に入射され、一方、試料アーム１３２において源ビーム１０４の一部分は、ビームスプリッタ１３０によって反射され、ミラー１４８によって試験試料１１０に向けられる。
【００４９】
ここで図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、デュアル干渉法に基づいて厚さを測定するための様々な工程がより詳細に説明される。
【００５０】
図２Ａは、本開示の１つ以上の実施形態による、デュアル干渉法に基づいて厚さを測定するための方法２００で実行される工程を示す流れ図である。出願人は、試料厚さ計１００の文脈において本明細書で前述した実施形態及び可能な技術は、方法２００にまで及ぶと解釈されるべきであることを特に言及する。しかしながら、方法２００は、試料厚さ計１００のアーキテクチャに限定されないことを更に留意する。
【００５１】
１つの実施形態では、方法２００は、測定方向１２０に沿って試験試料１１０又は標準試料１１２のうちの少なくとも１つを走査する工程２０２を含む。別の実施形態では、方法２００は、走査中に、試験試料１１０の第１の試験面１１４ａと標準試料１１２の第１の基準面１１６ａとの間の第１の干渉図形に関連する第１の干渉計１０８ａからの干渉信号を受信する工程２０４を含む。別の実施形態では、方法２００は、走査中に、試験試料１１０の第２の試験面１１４ｂと標準試料１１２の第２の基準面１１６ｂとの間の第２の干渉図形に関連する第２の干渉計１０８ｂからの干渉信号を受信する工程２０６を含む。別の実施形態では、方法２００は、測定方向１２０に沿った試験試料１１０の厚さを、標準試料１１２の既知の厚さと、第１及び第２の干渉信号の包絡線のピーク間の並進ステージが移動した距離とに基づいて決定する工程２０８を含む。
【００５２】
本明細書で前述したように、各干渉計１０８の試験試料１１０と標準試料１１２との間の干渉縞の信号強度は、干渉計１０８のアームが等しい長さを有するときにピークに達する。更に、干渉縞の信号強度は、干渉計１０８のアーム間の光路長差が源ビーム１０４の時間的コヒーレンス長を超えるにつれて低下するであろう。したがって、標準試料１１２を走査することにより、第１の試験面１１４ａと第１の基準面１１６ａとの間の光路長差がゼロであるときにピークとなる第１の干渉計１０８ａからの干渉縞と、第２の試験面１１４ｂと第２の基準面１１６ｂとの間の光路長差がゼロであるときにピークとなる第２の干渉計１０８ｂからの干渉縞とが同時に生成され得る。標準試料１１２の厚さが既知である場合、試験試料１１０の厚さは、既知の厚さ、及び第１の干渉計１０８ａと第２の干渉計１０８ｂからの信号に関連するピーク位置間の差に基づいて決定され得る。
【００５３】
例えば、図１Ｃの第１の干渉計１０８ａを用いる、試験試料１１０の厚さの決定（例えば、工程２０８において）は、以下の方程式で表されてもよい。しかしながら、図１Ｃに示される第１の干渉計１０８ａの構成と、対応する以下の方程式とは、説明のみを目的として提供されており、限定的なものとして解釈されるべきではないことが理解される。むしろ、同様の定式化は、干渉計１０８の追加の構成（例えば、図１Ｃの第２の干渉計１０８ｂ、図１Ｂの干渉計１０８、又は任意の代替構成）に対して生成され得る。
【００５４】
試験試料１１０（ＥＳ）及び標準試料１１２（ＥＲ）から反射され、検出器１３６に投射された光の電場は、次のように説明され得る。
【数１】
2021530677.tif 000003
【数２】
2021530677.tif 000004
上式において、ｔＢＳ及びｒＢＳは、ビームスプリッタ１３０の透過係数及び反射係数であり、ｒＳは、試験試料１１０の反射係数であり、ｒＲは、標準試料１１２の反射係数であり、ｒＭは、ミラー１４８の反射係数であり、ωは源ビーム１０４のスペクトル周波数であり、ｃは光の速度であり、ｚＳは、第１の干渉計１０８ａの試料アーム１３２ａの自由空間長であり、ｚＲは、第１の干渉計１０８ａの基準アーム１３４ａの自由空間長であり、φＳは、試料アーム１３２ａ内の任意の光学構成要素によって生成される位相であり、φＲは、基準アーム１３４ａ内の任意の光学構成要素によって生成される位相であり、Ｅ０（ω）は、源ビーム１０４の形状を表す。
【００５５】
検出器１３６上の光の強度（Ｉ（ω））は、次に以下のようになり得る。
【数３】
2021530677.tif 000005
上式において、Ｒは検出器１３６の応答性である。
【００５６】
ガウス源ビーム１０４の非限定的な例では、検出器１３６上の光の強度（Ｉ（ω））は次のように書かれてもよい。
【数４】
2021530677.tif 000006
次を伴う。
【数５】
2021530677.tif 000007
【数６】
2021530677.tif 000008
【数７】
2021530677.tif 000009
上式において、それぞれ、Ａ０は最大スペクトル強度であり、ωｃはピーク周波数であり、σωは源ビーム１０４のスペクトルの標準偏差である。
【００５７】
次に、検出器１３６の全体的な強度は、強度Ｉ（ω）を経時的に積分することによって取得し得る。
【数８】
2021530677.tif 000010
上式において、
【数９】
2021530677.tif 000011
【数１０】
2021530677.tif 000012
【数１１】
2021530677.tif 000013
また、ｄｅｆｆは、干渉計１０８のアームにおける光学構成要素に関連する一定の光路長である。
【００５８】
このモデルの結果は、各干渉計１０８（例えば、干渉計１０８ａ、１０８ｂ）が、走査中に、ガウス包絡線を備える二乗余弦の形状を有する干渉信号を生成することである。更に、各干渉計１０８に対するガウス包絡線のピークは、方程式（８）に基づき、条件、
【数１２】
2021530677.tif 000014
に対応し、これは試料アーム１３２ａと基準アーム１３４ａの経路長がその干渉計１０８に対して一致する位置に対応する。
【００５９】
結果として、試験試料１１０の厚さは、２つの干渉計１０８からの干渉信号のピーク間の距離（例えば、ピーク分離距離）と標準試料１１２の厚さに関係し得る。
【００６０】
しかしながら、ガウスビームに関連する上記の方程式は、例示の目的のためだけに提供されており、限定として解釈されるべきではないことを理解する。同様の方程式は、異なるプロファイルを有するビームに対して定式化されてもよい。
【００６１】
図３は、本開示の１つ以上の実施形態による、各干渉計１０８の試料アーム１３２及び基準アーム１３４の概念図である。図３は、干渉計１０８の各アームの特定の光学構成要素に関係なく適用され得ることに留意する。図３に示されるように、第１の干渉計１０８ａの試料アーム１３２、第２の干渉計１０８ｂの試料アーム１３２、及び試験試料１１０の厚さ（ＴＳ）の結合経路は、第１の干渉計１０８ａの基準アーム１３４、第２の干渉計１０８ｂの基準アーム１３４、及び標準試料１１２の厚さ（ＴＲ）の結合経路に等しい。これに関して、図３ではＺＲ＝ＺＳである。
【００６２】
更に、図３は、第２の試験面１１４ｂと第２の基準面１１６ｂとを組み込んだ第２の干渉計１０８ｂの経路長が等しい、標準試料１１２の位置を示す。特に、第２の干渉計１０８ｂの経路長は、この位置で以下の条件を満たす。
【数１３】
2021530677.tif 000015
これは、上記の方程式（８）及び（１２）に基づく第２の干渉計１０８ｂからの干渉信号のピークに対応する。
【００６３】
同様に、標準試料１１２を距離Δｚｐ（例えば、ピーク分離距離）だけ並進させると、第１の試験面１１４ａと第１の基準面１１６ａとを組み込んだ第１の干渉計１０８ａの経路長は等しくなる。この位置（図示せず）では、第１の干渉計１０８ａの経路長は、以下の条件を満たす。
【数１４】
2021530677.tif 000016
これは、上記の方程式（８）及び（１２）に基づく第１の干渉計１０８ａからの干渉信号のピークに対応する。
【００６４】
一旦、決定されると、ピーク分離距離Δｚｐは、試験面１１４の厚さ（ＴＳ）に関連してもよい。例えば、ＺＲ＝ＺＳが与えられると、
【数１５】
2021530677.tif 000017
これは次のように簡略化される。
【数１６】
2021530677.tif 000018
【００６５】
ここで、ピーク分離距離Δｚｐを決定するための工程をより詳細に説明する。
【００６６】
図２Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態により、ピーク分離距離Δｚｐ及び標準試料１１２の厚さ（ＴＲ）（例えば、工程２０８に関連する）に基づいて、試験試料１１０の厚さ（ＴＳ）を決定するためのサブ工程を示す流れ図である。
【００６７】
本明細書では、線形並進ステージ１１８の走査中の干渉信号のピークは、理論的には、関連する干渉計１０８の試料アーム１３２と基準アーム１３４が一致するときに発生する場合があるが、サンプリング分解能、ノイズ、又は他の変動は、ピーク検出値（例えば、サンプリング値）に関連する線形並進ステージ１１８の位置と、試料アーム１３２及び基準アーム１３４が一致する位置との間に差をもたらす場合があることが認識される。したがって、１つ以上の信号処理技術を適用して、第１及び第２の干渉信号のピーク位置を決定するための正確でロバストな技術を提供することが所望され得る。
【００６８】
１つの実施形態では、工程２０８は、第１及び第２の干渉信号の包絡線を決定する工程２１０を含む。別の実施形態では、工程２０８は、第１及び第２の干渉信号のピークに対応する線形並進ステージ１１８の位置（例えば、ピーク位置）を決定する工程２１２を含む。別の実施形態では、工程２０８は、標準試料１１２の厚さ（ＴＲ）及びピーク位置間の距離（Δｚｐ）に基づいて試験面１１４の厚さ（ＴＳ）を決定する工程２１４を含む。例えば、上記の方程式（１６）を使用して、標準試料１１２の厚さ（ＴＲ）及びピーク位置間の距離（Δｚｐ）に基づき試験面１１４の厚さ（ＴＳ）を決定してもよい。
【００６９】
干渉縞の比較的緩やかに変化する包絡線関数のピーク位置を決定することは、第１及び第２の干渉信号のピーク位置を直接決定することよりも高い精度及び／又は信頼性で決定され得る場合がある。更に、以下でより詳細に論じられるように、干渉信号がサンプリングされる場合では、干渉信号の少なくとも１つは、関連する干渉計１０８のアームが一致する線形並進ステージ１１８の正確な位置で、サンプリングされない場合があり得る。
【００７０】
第１及び第２の干渉信号（例えば、工程２１０）に関連する包絡線関数は、当技術分野の任意の技術を使用して決定されてもよい。更に、工程２０８及び上記の関連するサブ工程のいずれか（例えば、工程２１０〜２１４）は、アナログ又はデジタル処理技術の任意の組み合わせを用いて実装され得る。例えば、第１及び第２の干渉信号（例えば、工程２１０）に関連する包絡線関数は、第１及び第２の干渉信号にローパスフィルタ（デジタル又はアナログのいずれか）を適用して、干渉に関連する高周波振動を除去することによって決定され得る。
【００７１】
図２Ｃは、本開示の１つ以上の実施形態による、デジタル信号処理技術を使用して第１及び第２の干渉信号の包絡線を決定するためのサブ工程を示す流れ図である。１つの実施形態では、工程２１０は、第１及び第２の干渉信号をサンプリングする（例えば、アナログ−デジタル変換器１２８を用いて）工程２１６を含む。例えば、走査中に検出器１３６によって生成される第１及び第２の干渉信号がアナログ信号である場合があり得る。したがって、干渉信号をサンプリングすることにより、第１及び第２の干渉信号の包絡線を決定するためのデジタル信号処理技術の使用が可能になり得る。
【００７２】
第１及び第２の干渉信号は、当技術分野で周知の任意の技術を使用してサンプリングされ得る。例えば、第１及び第２の干渉信号は、線形並進ステージ１１８からのハードウェア位置トリガに基づいて、規則的な位置間隔でサンプリングされ得る。別の例として、第１及び第２の干渉信号は、クロック信号に基づいて規則的な時間間隔でサンプリングされ得る。
【００７３】
１つの実施形態では、工程２１０は、サンプリングされた第１及び第２の干渉信号から第１及び第２の干渉信号を再構成する工程２１８と、再構成された第１及び第２の干渉信号に基づいて第１及び第２の干渉信号の包絡線を決定する工程２２０とを含む。再構成された信号は、当技術分野で周知の任意の技術を使用して生成されてもよい（例えば、工程２１８において）。例えば、サンプリングされた干渉信号は、１つ以上の補間技術（例えば、多項式補間、スプライン補間など）を使用して再構築され得て、試料データ点間の非サンプリングデータが推定され得る。別の例として、サンプリングされた干渉信号は、１つ以上の曲線フィッティング技術（例えば、回帰など）を使用して、理論及び／又はシミュレーションから導出された１つ以上の関数に適合され得る。例えば、サンプリングされた干渉信号は、上記の方程式（４）〜（７）に基づいて適合されてもよい。更に、１つ以上のスムージング操作を、再構成された干渉信号に適用し得る。同様に、補間、曲線フィッティング、スムージング技術などの任意の組み合わせは、再構成された干渉信号に基づいて生成された包絡線信号に適用され得る（例えば、工程２２０において）。例えば、再構成された干渉信号に基づいて生成された包絡線信号は、包絡線内のノイズ又は他の変動を軽減するために更に処理されて、所与の干渉計１０８の試料アーム１３２及び基準アーム１３４が一致する線形並進ステージ１１８の位置に対応するピーク位置の決定を容易にし得る。
【００７４】
図４Ａは、本開示の１つ以上の実施形態による、サンプリングされた干渉信号４０２、再構成された干渉信号４０４、再構成された干渉信号の包絡線４０６、及びシミュレートされたガウス包絡線４０８のプロットである。例えば、図４Ａのサンプリングされた干渉信号４０２は、１００ｎｍのサンプリング解像度を有し、再構成された干渉信号４０４は、１０ｎｍの解像度で生成される。
【００７５】
本明細書では、理論（又はアナログ）データに対して、サンプリングされたデータから生成された包絡線の精度は、一般に、サンプリングされた点が理論データの輪郭を追跡する範囲に依存し得ることが認識される。図４Ａに示されるように、サンプリングされた干渉信号４０２は、干渉縞のピークでサンプリングされた点を含まない場合があり、その結果、サンプリングされた干渉信号４０２のみに基づく包絡線関数は重大なエラーを含む場合がある。対照的に、再構成された干渉信号４０４は、十分な解像度で生成され、干渉縞のピークでデータを提供する。したがって、再構成された干渉信号４０６の包絡線は、サンプリングされた干渉信号４０２に基づいて生成された包絡線に対応し、干渉縞のピークを厳密に追跡する。更に、再構成された干渉信号４０６の包絡線は、シミュレートされたガウス包絡線４０８（例えば、上記の方程式（１）〜（１１）に基づく）との優れた一致を提供する。
【００７６】
図４Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態による、サンプリングされた第１及び第２の干渉信号、再構成された第１及び第２の干渉信号、第１及び第２の再構成された信号の包絡線、並びに第１及び第２の干渉計１０８ａ、１０８ｂに関連する第１及び第２の干渉縞のガウス包絡線のプロットである。
【００７７】
特に、信号の右側のセットは、第２の干渉計１０８ｂによって生成され、図４Ａのプロットに対応し、一方、信号の左側のセットは、第１の干渉計１０８ａによって生成され、サンプリングされた干渉信号４１０、再構成された干渉信号４１２、再構成された干渉信号４１４の包絡線、及びシミュレートされたガウス包絡線４１６を含む。
【００７８】
したがって、ピーク分離距離（Δｚｐ）は、第１及び第２の再構成された干渉信号４０６、４１４の包絡線のピーク位置間の差に基づいて決定され得る。更に、ピークの位置（例えば、工程２１２において）とピーク分離距離（Δｚｐ）は、当技術分野で周知の任意の技術を使用して決定されてもよい。１つの実施形態では、干渉信号のためのピーク位置は、ピークの近くの干渉信号（例えば、第１又は第２の干渉信号）のゼロ位相に対応する位置を識別することによって決定され得る。例えば、方法２００は、ピークの周辺の第１及び第２の干渉信号の位相を取得し、ピーク位置を第１及び第２の干渉信号の位相がゼロである位置として識別することを含み得る。
【００７９】
再度、図２〜図２Ｃを参照すると、方法２００は、１つ以上の検証工程を含み得る。例えば、方法２００は、信号強度検証工程を含み得て、少なくとも１つの検出器１３６の信号強度が選択された閾値を超えていることを保証する。信号強度が選択された閾値を超えない場合、方法２００は、１つ以上の補正工程を更に含み得る。例えば、方法２００は、源ビーム１０４のパワーを増加させることを含み得る。別の例では、方法２００は、源ビーム１０４のスペクトル（例えば、動作帯域）を変更することを含み得る。これに関して、源ビーム１０４のスペクトルは、増加した信号強度を供給するのに適した波長、例えば、限定するものではないが、試験試料１１０がより高い反射率を有する波長を含むように調整されてもよい。別の例として、方法２００は、いずれかの干渉計１０８に対して、干渉信号の包絡線の形状及び／又は適合を検証することを含み得る（例えば、工程２１０において）。例えば、方法２００は、包絡線関数が選択された許容範囲内でガウス分布に適合することを含み得る。形状及び／又は適合が選択された許容範囲内にない場合、方法２００は、１つ以上の補正工程、例えば、限定するものではないが、源ビーム１０４の強度及び／又はスペクトルを変更した後に測定を繰り返すこと、又は別の手法を適用してピーク分離距離（Δzｐ）を決定することを含み得る。
【００８０】
ここで図５を参照すると、本明細書に記載のデュアル干渉法厚さ測定は、試料の複数の位置で厚さ変動を測定し得る。図５は、本開示の１つ以上の実施形態による、原子間力顕微鏡法によって検証された高さを備える段差構造を有する試料の空間分解デュアル干渉法厚さ測定を含む。特に、プロット５０２は、５１７ｎｍの既知の段差サイズを５００ｎｍとする試料の測定を含み、プロット５０４は、４．７μｍの既知の段差サイズを４．６μｍとする試料の測定を含み、プロット５０６は、０．９８μｍの既知の段差サイズを１．０μｍとする試料の測定を含み、プロット５０８は、９．４μｍの既知の段差サイズを９．３μｍとする試料の測定を含む。
【００８１】
本明細書で前述したように、本明細書で説明したデュアル干渉法厚さ測定は、様々な技術を介して空間分解厚さ測定を提供し得る。別の例として、マルチピクセル検出器と結合された空間拡大ビームを用いたデュアル干渉法は、拡大エリア内の試料上の複数の位置の厚さ測定を同時に提供し得る。
【００８２】
ここで図６を参照すると、デュアル干渉法は、短い測定時間で再現性の高い測定を提供し得る。図６は、本開示の１つ以上の実施形態による、７７６μｍの公称厚さを有する３００ｍｍの試料ウェハの３０回の繰り返し測定を示すプロットである。図６に示されるように、繰り返し測定は、３２ｎｍの標準偏差で７７６．０１０μｍの平均厚さ値を示す。
【００８３】
本明細書に記載の主題は、他の構成要素内に含有される、又は他の構成要素と接続される異なる構成要素を示す場合がある。そのような描写されたアーキテクチャは単なる例示であり、実際に、同じ機能を実現する他の多くのアーキテクチャが実装され得ることが理解されるべきである。概念的な意味では、同じ機能を実現するための構成要素の任意の配置は、効果的に「関連付け」られて、所望の機能が実現される。したがって、特定の機能を実現するために組み合わされた本明細書の任意の２つの構成要素は、互いに「関連付けられている」と見なすことができ、その結果、所望の機能はアーキテクチャ又は中間構成要素に関係なく実現される。同様に、そのように関連付けられた任意の２つの構成要素はまた、互いに「接続」又は「結合」されて所望の機能を実現すると見なし得て、かつそのように関連付けられている可能性がある任意の２つの構成要素は、互いに「結合可能」であると見なして、所望の機能を実現し得る。結合可能な特定の例には、限定するものではないが、物理的に相互作用可能及び／又は物理的に相互作用する構成要素、及び／又は無線的に相互作用可能及び／又は無線的に相互作用する構成要素、及び／又は論理的に相互作用する及び／又は論理的に相互作用可能な構成要素を含む。
【００８４】
本開示及びその付随する利点の多くは、前述の説明によって理解されると考えられ、開示された主題から逸脱することなく、又はその重要な利点のすべてを犠牲にすることなく、構成要素の形態、構造、及び配置に様々な変更を加え得ることは明らかであろう。説明される形式は単なる説明であり、以下の特許請求の範囲の意図はそのような変更を包含及び含むことである。更に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義されることが理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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