JP2004505256A - 共振器により強化された光透過機能を有する多重光源アレイ - Google Patents
共振器により強化された光透過機能を有する多重光源アレイ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004505256A JP2004505256A JP2002515499A JP2002515499A JP2004505256A JP 2004505256 A JP2004505256 A JP 2004505256A JP 2002515499 A JP2002515499 A JP 2002515499A JP 2002515499 A JP2002515499 A JP 2002515499A JP 2004505256 A JP2004505256 A JP 2004505256A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light source
- multiple light
- source array
- light
- optical resonator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
- G01Q70/06—Probe tip arrays
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y35/00—Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
- G01Q10/04—Fine scanning or positioning
- G01Q10/06—Circuits or algorithms therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/18—SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
- G01Q60/22—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Lasers (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
標的を照射するための多重光源アレイにおいて、空間的に離間した開口部アレイを有する反射マスクと、マスクを基準に配置されマスクと光共振器を形成する少なくとも1つの光学部品と、光共振器に電磁放射を供給して光共振器がサポートするモードを共振励起する光源であって、動作中、共振器中に形成された電磁放射の一部が、マスク開口部を介して標的側へ漏れる前述の光源と、が含まれる多重光源アレイ。
Description
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、2000年7月27日、ヘンリー・ヒル(Henry.A.Hill)によって出願された仮出願番号第60/221,091、表題“共振器により強化された光透過機能を有する多重光源アレイ”の優先権を主張するものであり、その内容は、本明細書中で引用参照する。
【0002】
発明の背景
通常ならば不透明な材料に設けた開口部を介して、光エネルギを効率的に制御して伝達することは、数多くの光学測定装置において重要な面である。特に、この知見は、近視野顕微鏡法に適用可能であるが、この近視野顕微鏡法は、近視野顕微鏡法で用いる光線の自由空間波長より短い開口部(以下、サブ波長開口部と称す)を用いて、高空間分解能の像形成を実現する。近視野走査プローブとして用いるサブ波長プローブの光学的な効率が低い(通常10−4以下)場合、信号対雑音比及び測定帯域幅に悪影響が生じることがある。
【0003】
発明の概要
本発明は、開口部又は開口部アレイに隣接して光共振器が形成され、開口部又は開口部アレイを介した近視野プローブ光等のプローブ光の透過を強化した近視野干渉顕微鏡法及び干渉共焦点顕微鏡法のためのシステムと方法とを特徴とする。更に、開口部又は開口部アレイを用いる顕微鏡法システムは、サンプルのプロファイルを調べ、サンプルからの光学データを読取り、及び/又は光学データをサンプルに書込むように設計し得る。
【0004】
一般的に、1つの側面において、本発明は、標的を照射するための多重光源アレイを特徴とする。多重光源アレイには、以下のものが含まれる。すなわち、空間的に離間した開口部アレイを有する反射マスクと、マスクを基準に配置されマスクと光共振器を形成する少なくとも1つの光学部品と、光共振器に電磁放射を供給して光共振器がサポートするモードを共振励起する光源とが含まれる。動作中、共振器中に形成された電磁放射の一部が、マスク開口部を介して標的側へ漏れる。通常、光共振器は、共振励起モードに対して安定であるように設計されている。
【0005】
多重光源アレイの実施形態には、次の特徴のいずれかを含み得る。
励起モードは、反射マスクにおいて、各開口部の垂直横方向の大きさよりかなり大きい垂直横方向の大きさを有し得る。例えば、反射マスクにおける励起モードの垂直横方向の大きさは、各開口部の垂直横方向の大きさより、50倍以上、又は、更に500倍以上大きくてよい。
【0006】
各開口部の垂直横方向の大きさは、光源が供給する電磁放射線の真空中での波長より小さい。
各開口部の垂直横方向の大きさは、光源が供給する電磁放射線の真空中での波長と同等である。
【0007】
開口部は、反射マスクにおける孔によって形成し得る。
開口部は、反射マスクにおける誘電体領域によって形成し得る。
各開口部には、電磁放射の伝播モードをサポートするのに充分な垂直横方向の大きさを有する導波路が画成される誘電体領域を含み得る。動作中、導波路は、共振器中に形成された電磁エネルギをマスクの両端間において結合する。更に、反射マスクは、標的に隣接する縁端マスク部を含むことができ、この構成において、更に、各開口部には、縁端マスク部に形成された、また、対応する導波路に調心された2次開口部が含まれる。このような場合、各2次開口部の垂直横方向の大きさは、対応する導波路の垂直横方向の大きさより小さい。例えば、各2次開口部の垂直横方向の大きさは、光源が供給する電磁放射の真空中での波長より小さくてよい。更に、反射マスクには、導波路を囲む多層反射誘電体が含まれていてよく、また、縁端マスク部には、2次開口部を提供する金属層が含まれていてよい。更に、場合によっては、各導波路は、マスクの両端間において、第2光共振器を画成し、また、各導波路の長さは、電磁放射の対応する伝播モードと共振するように選択される。
【0008】
反射マスクには、多層反射誘電体を含み得る。更に、多層反射誘電体は、光共振器に隣接していてよく、更に、反射マスクには、標的に隣接して反射防止膜を含み得る。
【0009】
更に、多重光源アレイには、共振器においてマスクに接する誘電材料を含み得る。例えば、誘電材料は、アミシレンズを含み得る。光共振器は、線形光共振器でよい。例えば、少なくとも1つの光学部品は、1つの光学部品(例えば、ミラー又はレンズ)でよく、線形光共振器は、2つの面によって形成され、第1の面は、その光学部品によって画成され、第2の面は、反射マスクと誘電材料との間の界面によって画成される。更に、誘電材料は、2つの面間の隙間を満たしてよく、また、第1面は、光学部品と誘電材料との間の界面によって画成される。
【0010】
他の実施形態において、少なくとも1つの光学部品は、2つの光学部品でよく、また、共振器は、3つの面によって形成した折り返し式の共振器でよく、第1面は、第1光学部品で画成し、第2面は、第2光学部品で画成し、第3面は、反射マスクと、共振器におけるマスクと接する誘電材料との間の界面によって画成してよい。例えば、第1及び第2面は、折り返し式光共振器の端面を画成し得る。
【0011】
光共振器は、環状共振器でもよい。例えば、少なくとも1つの光学部品には、2つの光学部品を含んでよく、また、環状共振器は、3つの面によって形成してよく、第1面は、第1光学部品で画成し、第2面は、第2光学部品で画成し、第3面は、反射マスクと誘電材料との間の界面によって画成してよい。
【0012】
更に、多重光源アレイには、光共振器と光源によって供給される電磁放射との間の共振を維持するための能動フィードバックシステムを含み得る。例えば、能動フィードバックシステムは、光共振器で反射された電磁放射線の一部から生じたサーボ信号に応じて、光源が電磁放射線の波長を変えることができる電子制御装置を含み得る。また、このシステムには、少なくとも部分的に光共振器を満たす誘電材料を含むことができ、また、能動フィードバックシステムには、誘電材料と、電子制御装置とに接続された温度制御装置を含むことができるが、この電子制御装置によって、温度制御装置は、光共振器で反射された電磁放射線の一部から生じたサーボ信号に応じて、誘電材料の温度を変え得る。更に、能動フィードバックシステムは、光共振器を形成する光学部品の1つと、電子制御装置とに接続されたトランスデューサを含むことができ、この電子制御装置によって、トランスデューサは、光共振器で反射された電磁放射線の一部から生じたサーボ信号に応じて、接続された光学部品にディザをかけることができる。
【0013】
他の側面において、本発明は、標的の像形成のための顕微鏡法システムを特徴とする。顕微鏡法システムには、上述した多重光源アレイと、多重要素光検出器と、戻り光を多重要素検出器に誘導するように配置された像形成システムと、が含まれ、この構成において、戻り光には、標的に漏れ出した又開口部を介して散乱/反射された電磁放射線が含まれる。更に、顕微鏡法システムには、光検出器に隣接して配置されたピンホールアレイが含まれ、この構成において、各ピンホールは、離間した組の1つ以上の検出器要素と調心されており、また、像形成システムは、ピンホールアレイの対応するピンホール上で各開口部の共役像を生成する。更にまた、顕微鏡法システムには、光源からの電磁放射線を、光共振器に導かれる測定光と、基準光経路に沿って導かれ又戻り光と合成されて多重要素光検出器において干渉する基準光と、に分離する干渉計が含まれる。
【0014】
他の側面において、本発明は、標的の像形成を行なうための顕微鏡法システムを特徴とする。顕微鏡法システムには、次のものが含まれる。すなわち、上述した多重光源アレイと、空間的に離間した開口部アレイを含む多重検出器アレイと、多重要素光検出器と、信号光を多重要素検出器に誘導するように配置された像形成システムと、が含まれ、この構成において、信号光には、標的に漏れ出した又検出器アレイの開口部を介して標的によって透過された電磁放射線が含まれる。光源アレイの開口部は、検出器アレイの開口部と調心し得る。更に、顕微鏡法システムには、光検出器に隣接して配置されたピンホールアレイが含まれ、この構成において、各ピンホールは、離間した組の1つ以上の検出器要素と調心されており、また、像形成システムは、ピンホールアレイの対応するピンホール上で検出器アレイの各開口部の共役像を生成する。更にまた、顕微鏡法システムには、光源からの電磁放射線を、光共振器に導かれる測定光と、基準光経路に沿って導かれ又信号光と合成されて多重要素光検出器において干渉する基準光と、に分離する干渉計が含まれる。
【0015】
一般的に、他の側面において、本発明は、標的を照射するための光源を特徴とする。光源には、少なくとも1つの開口部を有する反射マスクと、マスクを基準にして配置されマスクと共に安定した光共振器を形成する少なくとも1つの光学部品と、が含まれ、この構成において、動作中、共振器中に形成された電磁エネルギの一部は、マスク開口部を介して標的側へ結合される。更に、光源には、多重光源アレイに対して上述した特徴のいずれかが含まれる。
【0016】
一般的に、他の側面において、本発明は、多重光源で標的を照射するための方法を特徴とする。この方法には、安定した光共振器のモードを共振励起する段階と、光共振器を画成する光学部品の1つにおける開口部アレイを介して、光共振器からの電磁放射線を標的側に結合する段階と、が含まれ、この構成において、励起モードの垂直横方向の大きさは、各開口部の垂直横方向の大きさよりかなり大きい。更に、この方法には、多重光源アレイに対して上述した特徴のいずれかに対応する特徴が含まれる。
【0017】
また、共焦点及び近視野共焦点顕微鏡法システムは、次の共有出願にも記載されている。すなわち、2000年8月2日、ヘンリー・ヒルによって出願された第09/631,320号、表題“走査干渉近視野共焦点顕微鏡法”及び2001年2月8日に発行された対応するPCT公報WO01/09662A2と、2000年7月27日、ヘンリー・ヒルとキール・フェリオ(Kyle.B.Ferrio)によって出願された仮出願第60/221,019号、表題“共焦点及び近視野顕微鏡法のための多重光源アレイ”及び2001年7月27日に出願された同一の表題を有し対応する通常出願第09/917,402号と、2000年7月27日、ヘンリー・ヒルによって出願された仮出願第60,221,086号、表題“バックグラウンド振幅の低減機能及び補償機能を有する走査干渉近視野共焦点顕微鏡法”及び2001年7月27日に発行された同一の表題を有し対応する通常出願第09/917,399号と、2000年7月27日、ヘンリー・ヒルによって出願された仮出願第60/221,287号、表題“近視野走査顕微鏡法におけるサブ波長開口部アレイの位置と方位の制御”及び2001年7月27日に出願された同一の表題を有し対応する通常出願第09/917,401号と、2000年7月27日、ヘンリー・ヒルによって出願された仮出願第60/221,295号、表題“差動干渉共焦点近視野顕微鏡法”及び2001年7月27日に出願された同一の表題を有し対応する通常出願第09/917,276号と、が含まれ、前述した各出願の内容は、本明細書中で引用参照する。前述した仮出願に開示された側面と特徴は、本出願に記述された実施形態に採り込み得る。
【0018】
本発明の実施形態には、次の利点のいずれかを含み得る。
1つの利点は、波長及びサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能である。
他の利点は、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能の位相制御である。
【0019】
他の利点は、電子機械式トランスデューサ、電気光学位相変調器、及び熱膨張効果の内の1つ以上を用いて、光線用の光共振器の共振周波数を調整することによって、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能を制御することである。
【0020】
他の利点は、光導波路が備えられた波長及び/又はサブ波長開口部アレイの開口部を介した光透過モードの励起である。
他の利点は、基準光と、透過機能が強化された波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介して透過した光線との間において、高い周波数での相対的な位相シフトの生成である。
【0021】
他の利点は、近視野プローブ光の光源波長が、紫外線、可視光、及び赤外線の範囲内でよいことである。更に、光源は、2つ以上の異なる波長を備え得る。
他の利点は、近視野光の干渉測定に基づく干渉プロファイルである。
他の利点は、近視野信号光の干渉解析が、サンプルによって散乱/反射された近視野光の複素振幅等、近視野情報の信号対雑音を改善し得ることである。
【0022】
他の利点は、干渉解析が、位相又は近視野信号光の複素振幅における変化をサンプル位置の関数として明らかにし得ることである。
他の利点は、本システム及び方法の共焦点の特徴によって、対象とする信号からバックグラウンドの影響を除去し得ることである。
【0023】
他の利点は、本システムと方法が、連続走査モードにおいて、パルス入力光線で動作し得ることである。
他の利点は、反射モードで動作する実施形態において、各マスク開口部は、近視野プローブ光をサンプルに結合し、また、近視野信号光を検出器側に結合することである。従って、各マスク開口部は、対応する近視野光に対して送受信器の双方であり、これによって、水平横方向の分解能が改善される。他の結果として、サンプルにおける任意の体積域において、対応する近視野信号光を生成する各近視野プローブ光の成分の伝播方向は、ほぼ同じであり、これによって、干渉信号からの近視野信号光の複素振幅を用いたサンプル特性を求めるための逆算が簡素化される。
【0024】
他の利点は、電気双極子、及び2つの異なる直交方位の磁気双極子を含む近視野プローブ光光源等、実質的に低次の電磁多極近視野光源を用いて、サンプルのプロファイルが描けることである。
【0025】
他の利点は、マスク開口部から散乱及び/又は反射されたバックグラウンド光に起因する干渉項の影響が補償し得ることである。干渉項には、バックグラウンド光と基準光との間、並びにバックグラウンド光と近視野信号光との間の干渉を含み得る。
【0026】
他の利点は、近視野信号光の測定した振幅と位相の統計的誤差が、反射又は散乱された近視野プローブ光のポアソン統計に基づく統計的誤差とほぼ同じであり得ることである。言い換えると、測定された振幅及び位相は、バックグラウンド信号が存在することによって大幅に劣化することがない。
【0027】
他の利点は、複数の波長を用いて、サンプルの特性解析ができることである。
他の利点は、近視野信号光の振幅及び位相の半径方向の依存度を測定するために、マスクとサンプルとの間の離間距離の変更ができることである。
【0028】
他の利点は、近視野信号光の振幅及び位相の角度方向の依存度を測定するために、マスクとサンプルとの相対的な水平横方向の位置の変更ができることである。
【0029】
他の利点は、本システムの空間分解能が、基本的に、マスク開口部の大きさと、サンプルからのそれらの距離によって決定され、また、マスク開口部から検出器アレイに出現する近視野信号光の像形成を行なう光学システムへの依存度が極めて弱いことである。
【0030】
他の利点は、サンプル走査が、“逐次移動”モード又は連続走査モードにおいて、実現し得ることである。
他の利点は、近視野プローブ光の光源が、パルス光源でよく、このパルス光源は、サンプル走査と同期化し得ることである。
【0031】
他の利点は、開口部アレイを有するマスクを用いることによって、サンプル上の一次元又は二次元アレイの位置に対して、ほぼ同時に複数の干渉項を測定し得ることである。更に、複数の干渉項におけるバックグラウンドノイズは、互いに相関関係がある。
【0032】
他の利点は、近視野プローブ光によって照射されたサンプルの領域において、近視野信号光の回転偏光に基づき、磁化の任意の状態を測定し得ることである。
他の利点は、本システムを用いて、光磁気材料等の光学データ記憶媒体に書込み得ることである。
【0033】
他の利点は、本システムは、標的に接触することなく、表面と、プロファイル化/像形成が行なわれる標的面付近の内部層とのプロファイルが描けることである。
【0034】
他の利点は、基準光と近視野信号光との間の干渉項の振幅及び位相を測定するために、ヘテロダイン又はホモダイン手法のいずれかを用い得ることである。
他の利点は、近視野信号光に対応する測定されたアレイの干渉データから、近視野プローブ光で照射される位置に在るサンプルの複素屈折率を求めることができ、この構成において、アレイの次元は、一次元及び二次元の空間に対応する一次元又は二次元と、マスクとサンプルの空間的な離間距離用の次元と、近視野プローブ光光源成分の各波長用の次元と、近視野プローブ光の多重極特徴付け用の次元と、を備え得ることである。
【0035】
他の利点は、光記憶媒体上及び/又は光記憶媒体内に記憶された多層の光学データが、マスクとサンプルとの間の複数の離間距離に対する干渉データを測定することによって読取り得ることである。
【0036】
他の利点は、光記憶媒体上及び/又は光記憶媒体内に記憶された多層の光学データが、近視野プローブ光における複数の波長及び/又は近視野プローブ光の異なる偏光状態に対する干渉データを測定することによって、ほぼ同時に読取り得ることである。
【0037】
他の利点は、マスクには、サブ波長厚の導体層内のサブ波長開口部、波長及びサブ波長フレスネル帯板、マイクロレンズ、及び/又は近視野プローブ光の特性を変えるための回折格子を含み得ることである。
【0038】
他の利点は、サンプル内又はサンプル上の部位における温度変化を、屈折率の複素数値の対応する変化として検出し得ることである。
他の特徴、側面、及び利点は、以下の通りである。
図面において、同様な参照文字は、幾つかの図全体において同様な要素を示す。
【0039】
発明の詳細な説明
本発明の実施形態には、開口部又は開口部アレイを介した光線の強化透過機能が備えられている。近視野用途の場合、1つ以上の開口部は、例えば、サブ波長開口部であって、その大きさ又は複数の大きさが、自由空間入射光の波長より小さい。他の用途においては、1つ以上の開口部は、例えば、波長開口部であって、その大きさ又は複数の大きさが、自由空間入射光の波長より小さいか、同等か、又は大きい。強化透過機能は、光共振器を用いることによって実現される。更に、実施形態には、反射又は透過モードのいずれかで動作する走査干渉近視野共焦点顕微鏡が備えられている。
【0040】
本発明の装置の用途は、広範な放射光源に及ぶが、以下、一例として、入射光が、光線等の電磁放射光である光学測定システムに関して説明を行なう。他の実施形態において、例えば、開口部又は開口部アレイに入射するビームには、音響放射ビーム、電子ビーム、及び原子ビームを挙げることができる。
【0041】
本発明の実施形態によって用いられる光線の光源には、単一及び複数波長光源との様々な組み合わせのCW及びパルス光源を挙げることができる。光共振器は、近視野プローブ光及び基準光の双方に対して、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した強化透過機能の生成に用いられる。
【0042】
また、本発明の装置の用途は、広範な像形成システムに及ぶが、以下、一例として、干渉共焦点近視野顕微鏡法測定システムに関しての説明を行なう。本明細書中において用いる光共振器は、これに限定されないが、走査及び逐次移動式干渉近視野共焦点顕微鏡法システム並びに走査及び逐次移動式共焦点及び干渉共焦点顕微鏡法システムにおける用途を有する。
【0043】
詳細に図面を参照すると、図1は、本発明の第1実施形態を示す概略図である。図1に示すように、第1実施形態には、干渉計、光源10、標的材112、標的材チャック160、チャックステージ162、変換機構164、検出器116、要素番号130で全体的に示す光共振器、及び基準標的130Rが備えられている。干渉計の構成は、当技術分野においては、マイケルソン干渉計として知られており、簡単に図示されている。偏光マイケルソン干渉計等、また、C.ザノニ(Zanoni)による文献、表題“距離及び角度測定用差動干渉計の構成:原理、利点、及び用途”(1989年、VDI・BerichteNR.749、99乃至106頁)に記載された当技術分野で知られている他の形態の干渉計は、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、図1の装置に搭載し得る。本明細書中で引用参照する前述した共有仮出願に記載されたもの等、他の形態の走査干渉近視野共焦点顕微鏡は、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、図1の装置に搭載し得る。
【0044】
レーザ等の光源10は、様々なレーザの内のどのようなものでもよい。例えば、このレーザは、当業者に知られている従来の様々な技術のいずれかで安定化し得るHeNeレーザ等のガスレーザでよい。この例として、T.ベール(Baer)らによる“0.633μmHe−Ne縦ゼーマンレーザの周波数安定化”、Applied・Optics、19、3173乃至3177(1980年)と、バーグワルド(Burgwald)らによる1975年6月10日発行の米国特許第3,889,207号と、サンドストローム(Sandstrom)らによる1972年5月9日発行の米国特許第3,662,279号と、を参照されたい。他の選択肢として、このレーザは、当業者に知られている従来の様々な技術のいずれかで周波数を安定化したダイオードレーザでよい。この例として、T.オーコシ及びK.キクチによる“ヘテロダイン型光通信システム用半導体レーザの周波数安定化”、Electronic・Letters、16、179乃至181頁(1980年)と、S.ヤマグチ及びM.スズキによる“クリプトンの光ガルヴァニ効果を用いることによるAlGaAs半導体レーザの周波数と出力の同時安定化”、IEEEJ、Quantum・Electronics、QE−19、1514乃至1519頁(1983年)と、を参照されたい。
【0045】
本明細書中に開示された幾つかの実施形態の場合、光源10に対応する光源は、パルス光源でもよい。パルス光源を生成するための手順には、幾つかの異なる手順がある(1995年、ニューヨーク、McGrw−Hill社、W.シルフバスト(Silfvast)によるHandbook・of・Optics、1、第11章、表題“レーザ”を参照)。パルス幅には、制約が伴うことがある。例えば、パルス幅は、走査最終利用用途及び/又は後述するような第1実施形態の特性強化に要求される空間分解能の検討に基づくことがある。
【0046】
第1実施形態の場合、好適には、光源10は、単色点光源又は光源面全体において空間的にインコヒーレント放射光源であり、好適には、レーザもしくはコヒーレント又は部分的にコヒーレントな同様の放射光源であって、偏光状態にあることが好ましい。光源10は、入力光線12を放出する。図1に示すように、入力光線12は、コリメータレンズ14に入射して入力光線16になる。入力光線16は、入力光線20として、位相遅延板18によって透過される。入力光線20の偏光面は、位相遅延板18によって回転を受けて、図1の面に平行又は垂直になる。しかしながら、入力光線20の他方向の偏光面を何らかの最終利用用途に用いても、利点が得られる場合がある。位相遅延板18の機能は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200からの信号128によって制御される。
【0047】
光線12の光源に用いられる専用装置は、光線12の直径と発散を決定する。ダイオードレーザ等、幾つかの光源の場合、例えば、従来の顕微鏡対物レンズ及び/又はアナモルフィックプリズム等、従来の光線成形光学部品を用いて、後続の要素のために適切な直径と発散とを光線12に提供しなければならない場合がある。光源がHeNeレーザの場合、例えば、光線成形光学部品は不要である。
【0048】
光線16は、平行光線として図1に示が、最終利用用途の要求に応じて、発散又は収束光線であってよい。
入力光線20は、非偏光ビームスプリッタ102に入射し、その第1部分は、測定光22として反射される。ビームスプリッタ102に入射する入力光線20の第2部分は、基準光50として透過される。測定光22の一部は、非偏光ビームスプリッタ104によって反射されて、ミラー112Aによって反射された後、測定光24になる。光線24は、光共振器130に入射する。非偏光ビームスプリッタ104の反射係数は、光線24の強度が大幅に低下しないように、約95%以上が好ましい。
【0049】
光共振器130を介した測定光24の伝播が、図2aにおいて、拡大して、概略的に示されている。本実施形態において、要素132は、アミシ型の対物レンズである。測定光24は、レンズ122及び132によって合焦されて、開口部アレイ要素142における少なくとも1つの波長又はサブ波長開口部アレイ及び開口部アレイ要素142における少なくとも1つの波長又はサブ波長散乱部位を網羅する光点になる。図2bに拡大して概略的に示す開口部アレイ要素142は、アミシ型レンズ132の面143上の導体層(例えば、反射層)である。
【0050】
波長又はサブ波長開口部と、波長又はサブ波長散乱部位とは、図2bに示すように、それぞれ要素30及び32である。波長及び/又はサブ波長散乱部位32は、好適には、開口部アレイ要素142の導体材料の複素屈折率とは異なる複素屈折率を有する非透過導体要素である。要素32が波長又はサブ波長散乱部位として効果的に機能するように、これらの複素屈折率は異なる。要素30及び32の直径は、aであり、λ1を測定光24の波長とすると、a<λ1、好適には、a<<λ1である。要素30及び32の離間距離は、bであり、b>a、好適には、b>>aである。開口部アレイ要素142の導体材料の厚さは、20nm程度であり、波長又はサブ波長30を含まない開口部アレイ要素142の部位によって透過される光の一部<<1であるように選択される。
【0051】
更に、開口部アレイ要素142における要素30の相対的な間隙は、第2波長又はサブ波長開口部の透過特性に対する1つの波長又はサブ波長開口部の影響を最小限に抑えるように選択される。
【0052】
波長又はサブ波長開口部30の直径は、図2bに概略的に示すように、単一の直径に制約する必要はないが、最終利用用途に対して、2つの以上の直径を備えると利点が得られる場合がある。更に、波長又はサブ波長開口部30の形状は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、例えば、正方形又は矩形等、円形以外の形状を備え得る。
【0053】
波長又はサブ波長開口部30の間隙は、図2bに概略的に示すように、単一の値に制約する必要はないが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、最終利用用途に対して、2つの以上の間隙を備えると利点が得られる場合がある。
【0054】
更に、波長又はサブ波長開口部30の構成は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な幾何的なパターン又はランダムなパターンに配置し得る。
要素142の開口部30は、マスク中の孔として、又は、これ以外の場合反射性である要素における透過ビアホール等、これ以外の場合非透過なマスクにおける透過誘電体領域として形成し得る。更に、開口部30を画成する要素142における誘電材料は、サンプルへの近視野プローブ光の透過を強化する導波路又は光共振器を形成し得る。例えば、前述の出願“共焦点及び近視野顕微鏡法のための多重光源アレイ”を参照されたい。更に、本実施形態において、要素142のマスク部は、それが反射性であることを示すために、伝導性として記述されている。他の実施形態において、要素142は、必ずしも伝導性である必要はないが、一般的に、透過性ではなく、サンプルへの近視野プローブ光の結合は、要素142の開口部30によって実現されている。
【0055】
例えば、幾つかの実施形態において、各開口部30における要素142の構造は、図9に示す要素910の形態を取り得る。
特に、要素910には、多層反射誘電体920と、2次開口部932のアレイを有する縁端マスク部930と、が含まれる。各開口部30には、多層誘電体920を介して延在する誘電材料924によって形成された導波路922と、2次開口部932と、が含まれる。更に、幾つかの実施形態において、縁端マスク部は、各導波路に対して、2つ以上の2次開口部を提供し得る。当分野において知られているように、多層誘電体920は、屈折率n1及びn2を有する交互に積層した誘電材料によって形成し得る。更に、導波路922を形成する誘電材料924の屈折率は、n3であり、n3>n1、また、n3>n2である。縁端マスク部930は、金属層によって形成でき、また、2次開口部932は、サブ波長開口部であるように選択し得る。言い換えると、2次開口部の垂直横方向の大きさは、誘電材料924における伝播モードをサポートするのに必要な大きさより小さくてよい。
【0056】
その結果得られる構造には、光共振器の面143に反射性の高い(多層反射誘電体によって形成された)界面を提供するという利点があり、これによって、共振器130に形成される放射が強化される。導波路922は、光共振器130からの放射を多層誘電体920の反対側に結合するが、ここで、縁端マスク部930に入射し、サブ波長2次開口部932を介して標的に放射する。
【0057】
更に、標的と、標的に最も近い要素910の面との間の多重反射を抑制するために、要素910は、更に、標的に最も近い要素910の面上に形成される反射防止層940を含み得る。例えば、反射防止層940は、図9に示すように、縁端マスク部930と導波路922とを取り囲むことができる。反射防止層940は、誘電層及び/又は金属層の何らかの組み合わせによって形成し得る。また更に、要素910は、多層誘電体920と反射防止層940との間に挟み込まれる金属層950を含み、その間の相互作用を最小限に抑え得る。
【0058】
反射防止膜用の適切な一連の層における1つの例は、次の通りである。すなわち、二酸化シリコンの51nmの第1層、ベリリウムの6nmの第2層、二酸化シリコンの51nmの第3層、それに続く二酸化シリコン基板上にあるアルミニウムの51nmの第4層であり、この構成において、反射防止膜は、第1層と空気との間の界面からの反射を防止するようになっている。
【0059】
また、導波路922は、これ以外では2次開口部932によって散乱される放射線の少なくともある部分を再循環させる第2共振器を形成するようにできる。このような場合、導波路922の長さは、放射線の波長で、第2共振器が共振するように、又は、少なくとも実質的に共振するように選択される。
【0060】
本発明の他の実施形態には、要素910に関連して説明した1つ以上の特徴を有する要素142が含まれる。更に、波長又はサブ波長開口部には、フレスネル帯板又はマイクロレンズが備えられ、何らかの最終利用用途では、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、波長又はサブ波長開口部アレイを介した透過を変更するという利点がある。他の何らかの最終利用用途では、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、反射/散乱又は透過される近視野プローブ光の空間フィルタとして動作する波長及び/又はサブ波長開口部アレイに回折格子を追加して、反射/散乱又は透過された近視野プローブ光の特性を変更し得る。
【0061】
光線24は、レンズ122の面123に入射し、面123によって透過された後、光共振器130に入射する。光共振器130には、レンズ122とアミシ型レンズ132との間の反射率が高い界面と、アミシ型レンズ132と、要素142とアミシ型レンズ132との間の反射界面と、が備えられている。レンズ122、アミシ型レンズ132、及び開口部アレイ要素142は、好適には、光学的な屈折率変化に合致する接着剤で共に結合されている。アミシ型レンズ132の面133は、レンズ122の面124と同じ面形状を有し、また、アミシ型レンズ132の面134は、開口部アレイ要素142の面143と同じ面形状を有するが、以下、それぞれ界面124及び143(要素番号133及び134は図2aには示さず)と称する。レンズ122には、好適には、光線24の波長に対して反射防止膜がコーティングされた面123と124が備えられている。
【0062】
アミシ型レンズ132の屈折率は、好適には、そこでの波長が実質的に小さくなるように、また、制約的な光学分解能を改善するように、大きい値が選択される。
【0063】
光共振器130は、界面124に入射する測定光によって励起され、対応する光線107が光共振器130内部に形成される。光線107の強度は、光線24の強度より大幅に大きく、こうして、開口部30を介した透過の強化が可能である。光線107の形成に関連する光共振器130の特性制御については、第1実施形態の説明において後述する。
【0064】
波長又はサブ波長開口部30に入射する光線107の第1部分は、近視野プローブ光として透過される。近視野プローブ光の一部は、標的材112に入射し、その一部は、反射及び/又は散乱されて、波長又はサブ波長開口部30に戻り、また、その一部は、近視野戻りプローブ光として透過される。
【0065】
標的材112と開口部アレイ要素142の隣接面の空間的な離間距離は、図2bに示すように、hである。hの値は、好適には、2a程度であり、水平横方向の分解能は、ほぼhに等しい。波長又はサブ波長開口部30に入射する光線107の第2部分は、第1バックグラウンド戻り光として、反射及び/又は散乱される。波長又はサブ波長散乱部位32に入射する光線107の一部は、第2バックグラウンド戻り光として、反射及び/又は散乱される。近視野戻りプローブ光、第1バックグラウンド戻り光、及び第2バックグラウンド戻り光は、図1において光線34A及び34Bとして示す戻り光34としてアミシ型レンズ132から透過され、ここで、戻り光34には、光線34Aと34Bとの間の光線が含まれる。戻り光34は、レンズ60によって、戻り光36として平行光になる。戻り光36は、図1において光線36A及び36Bとして示し、光線36には、光線36Aと36Bとの間の光線が含まれる。
【0066】
ミラー112Bによって反射され、また、非偏光ビームスプリッタ106に入射する基準光50の一部は、基準光52として反射される。基準光52は、基準標的130Rに入射し、その一部は、透過基準光54として透過される。光線54は、図1において光線54A及び54Bとして示し、光線54には、光線54Aと54Bとの間の光線が含まれる。光線54は、レンズ66によって平行光となり、透過基準光86として位相シフタ64によって透過される。光線56は、図1において光線86A及び86Bとして示し、光線56には、光線56Aと56Bとの間の光線が含まれる。位相シフタ64によって、透過基準光56に相対的な位相シフトχが生じる。位相シフトχの大きさは、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200からの制御信号158によって制御される。
【0067】
基準標的130Rを介した基準光52の伝播は、図2cに拡大して概略的に示す。基準標的130Rには、レンズ122R、誘電材料132R、開口部アレイ要素142R、及びアミシ型レンズ134が備えられている。基準光52は、基準標的130Rによって合焦され、開口部アレイ要素142Rにおいて、波長又はサブ波長開口部アレイを網羅する光点になる。開口部アレイ要素142Rは、アミシ型レンズ134Rの面上の波長又はサブ波長開口部アレイ30R及び32Rとして、図2bに拡大して概略的に示す。波長又はサブ波長開口部30R及び32Rは、光線54の透過基準光成分を生成し、これら透過基準光成分は、要素142の波長又はサブ波長要素30及び32にそれぞれ対応する。波長又はサブ波長開口部30R及び32Rの間隙b”並びにアミシ型レンズ134R及びレンズ66の像形成特性は、検出器上への後続の像形成によって分かるように、波長又はサブ波長開口部30R及び32R及び波長又はサブ波長要素30及び32が、それぞれ共役であるように選択される。波長又はサブ波長開口部30R及び32Rの直径a”は、透過基準光56の生成において効率的なように選択され、直径は、戻り光36の直径とほぼ同じである。波長又はサブ波長開口部30R及び32Rの相対的透過は、最終利用用途によって、同じか又は有益ならば異なってよい。
【0068】
基準標的130Rには、以下、基準光共振器と呼ぶ光共振器が備えられている。基準光共振器は、図2cに概略的に示すように、界面124R及び143Rによって画成され、波長又はサブ波長開口部アレイ142Rを介して、基準光52の透過を強化する。波長又はサブ波長開口部30R及び32Rの残りの説明は、波長又はサブ波長開口部30に対して行なった説明の対応する部分と同じである。基準光共振器の特性の説明は、光共振器130の特性に対して行なった説明の対応する部分とほぼ同じである。
【0069】
戻り光36は、ビームスプリッタ100に入射し、その一部は、光線38の戻り光成分として反射される。光線38は、図1において光線38A及び38Bとして示し、光線38には、光線38A及び38Bとの間の光線が含まれる。反射された基準光56は、ビームスプリッタ100に入射し、その一部は、光線38の透過基準光成分として透過される。光線38は、レンズ62に入射し、合成光線40として合焦される。光線40は、図1において光線40A及び40Bとして示す。像面114のピンホールが波長又はサブ波長開口部30又は波長又はサブ波長散乱部位32のいずれか1つの共役像となるように、光線40は、ピンホール面114に合焦される。
【0070】
ピンホール面114は、図2eに概略的に示す。ピンホールの直径は、cであり、ピンホール間の間隙は、dである。間隙dは、波長又はサブ波長開口部30と波長又はサブ波長散乱部位32との離間距離bに、ピンホール面114の対応するピンホール上に波長又はサブ波長開口部30と波長又はサブ波長散乱部位32との像形成を行なう像形成システムの倍率を乗じたものに等しい。直径cは、像形成システムによる点標的の回折限界像寸法のほぼ2倍になるように選択され、また、間隙dは、cより大きくなるように、好適には、像形成システムによる点標的の回折限界像寸法のほぼ4倍以上になるように選択される。波長又はサブ波長開口部30及び波長又はサブ波長散乱部位32における回折限界像の通常の振幅関数は、それぞれ点線及び実線プロファイルとして図2eに示す。
【0071】
光線40の一部は、ピンホール面114のピンホールによって透過され、検出器116によって検出されるが、好適には、光量子検出器によって検出される(1995年、ニューヨーク、McGrw−Hill社、P.R.ノートン(Norton)によるHandbook・of・Optics、1、第15章、第15.3節、表題“量子検出器”を参照)。検出器116には、画素アレイが備えられている。画素アレイには、最終利用用途の要件に基づき、一対の画素、一次元の画素アレイ、又は二次元の画素アレイのいずれかが備えられており、ピンホール面114のピンホールと検出器116の画素との一対一のマッピングがなされている。
【0072】
検出器116は、画素アレイに対応する信号値アレイ[Sn]が備えられている電気干渉信号を生成する。添え字nは、信号値アレイ[Sn]の要素を示す添数である。信号値アレイ[Sn]は、最終利用用途によって、一対の要素、少なくとも3つの要素を備える一次元のアレイ、又は二次元のアレイを備え得る。また、他の実施形態において、光線38の測定及び基準光成分の偏光は、異なる偏光、例えば、直交偏光であってよく、この場合、偏光子を追加して、光線38の測定及び基準光成分の偏光方向を合成して検出器116において、干渉信号を生成し得る。
【0073】
信号値アレイ[Sn]の精度の高い近似式は、以下の通り表現し得る。
【0074】
【数1】
ここで、項(SD)nは、波長又はサブ波長開口部30と関連する項又は波長又はサブ波長部位32と関連する項を表し、項(SI)nは、波長又はサブ波長開口部30と関連する又は波長又はサブ波長部位32と関連する干渉積項を表す。
【0075】
波長又はサブ波長開口部30と関連する(SD)n項は、近視野戻りプローブ光における対応する部分の振幅値の平方と、第1バックグラウンド戻り光の振幅値の平方と、並びに近視野戻りプローブ光の複素振幅と第1バックグラウンド戻り光の複素振幅との間の反射基準光及び干渉積項の振幅値の平方との和に比例する。波長又はサブ波長部位32と関連する(SD)n項は、第2バックグラウンド戻り光における対応する部分の振幅値の平方と、反射基準光の振幅値の平方との和に比例する。波長又はサブ波長開口部30と関連する(SI)n項は、近視野戻りプローブ光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の干渉積項と、並びに第1バックグラウンド戻り光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の干渉積項との和に比例する。波長又はサブ波長部位32と関連する(SI)n項は、第2バックグラウンド戻り光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の干渉積項に比例する。
【0076】
項(SD)nは、位相シフトχに対して独立である。項(SD)nは、位相シフトχの正弦関数であり、以下のように記述できる。
【0077】
【数2】
ここで、(|SI|)n及びφは、それぞれ、(SI)nに寄与する複素振幅に関係する振幅と位相である。
【0078】
図1、2a、2b、2c、2d、及び2eに示す本発明による第1実施形態の装置の動作は、信号値アレイにおける4つの測定値のシーケンスを得ることに基づく。χ0を位相シフトχの或る固定値とすると、4つの信号値アレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4のシーケンスは、検出器116によって得られ、位相シフタ64が、位相シフトχ0、χ0+π、χ0+π/2、χ0+3π/2ラジアンのシーケンスをそれぞれ導入する。4つの信号値アレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4は、信号131として、デジタル又はアナログのいずれかの形式で、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200に送出され、その後処理される。
【0079】
従来の変換回路すなわちアナログ対デジタル変換器は、検出器116又は電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200のいずれかに含まれ、4つのアレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4をデジタル形式に変換する。位相シフタ64によって導入される位相シフトχは、信号158によって制御され、ここで、信号158は、生成された後、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって送出される。位相シフタ64は、電気光学型のものでよい。
【0080】
次に、2つの信号値アレイの差[Sn]1―[Sn]2=[(SI)n]1―[(SI)n]2及び[Sn]3―[Sn]4=[(SI)n]3―[(SI)n]4は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって算出される。波長又はサブ波長開口部30に関連する画素に対応する信号値アレイの差の要素は、比較的高い効率で、実質的に2つの干渉積項のみを含むが、この2つの干渉積項は、近視野戻りプローブ光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の第1干渉積項と、第1バックグラウンド戻り光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の第2干渉積項と、である。波長又はサブ波長部位32に関連する画素に対応する信号値アレイの差の要素は、比較的高い効率で、実質的に第2バックグラウンド戻り光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の干渉積項のみを含む。
【0081】
測定信号値において、波長又はサブ波長開口部30及び波長又はサブ波長部位32に関連する光線振幅の影響を分離するための比較的高い効率は、パラメータc及びdを選択することによって制御される。
【0082】
近視野戻りプローブ光の複素振幅は、近視野戻りプローブ光の複素振幅と反射基準光の振幅との間の第1干渉項の振幅から、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって算出される。この計算には、サブ波長開口部30に関連する信号値差要素の測定値に対して、第1バックグラウンド戻り光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の第2干渉積項の寄与分を補償するために、第2バックグラウンド戻り光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の干渉積項の測定値を用いる段階が含まれる。この計算には、更に、ピンホール面114のピンホールによって透過され又検出器116によって検出される反射基準光部分の振幅の二乗値に対して測定値を用いる段階が含まれる。
【0083】
次に、入力光線20の偏光面は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200からの信号128に応じて、位相遅延板18によって90度回転される。測定信号値アレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4に対応する4つの信号値アレイの第2組[Sn]5、[Sn]6、[Sn]7、及び[Sn]8は、検出器116によって得られる。信号値アレイの差[Sn]1―[Sn]2=[(SI)n]1―[(SI)n]2及び[Sn]3―[Sn]4=[(SI)n]3―[(SI)n]4は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって算出される。直交偏光された入力光線20に対する近視野戻りプローブ光の複素振幅は、非回転偏光状態の入力光線20に対する近視野戻りプローブ光の複素振幅を算出するために用いられるものと同じアルゴリズムで、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって算出される。
【0084】
標的材112は、標的材チャック160に搭載される。標的材チャック160の角度方向及び高さは、チャックステージ162に取り付けられる3つのトランスデューサによって制御されるが、それらの内の2つを161A及び161Bとして示す。伝導要素28の面を基準にした標的材チャック160の角度方位及び高さは、誤差信号を生成するために、検出して用いる。誤差信号の検出と生成は、キャップゲージ、波数領域反射測定法を含む精密距離測定用干渉測定法、及び走査干渉近視野顕微鏡法等、当分野の既知の手法によって行なってよい。尚、波数領域反射測定法を含む精密距離測定干渉計に関しては、ヘンリー・A.ヒルによる共有米国特許出願第09/089,105号、表題“波数領域反射測定法及びバックグラウンド振幅低減及び補償を用いた共焦点干渉顕微鏡法のための方法と装置”(その内容は、本明細書中で引用参照する)を参照されたい。また、走査干渉近視野顕微鏡法に関しては、前述したヘンリー・ヒルによる仮出願、表題“近視野走査顕微鏡法におけるサブ波長開口部アレイの位置と方位の制御”を参照されたい。
【0085】
誤差信号は、信号166の成分として、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200に送出される。サーボ制御信号は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって誤差信号から生成され、信号166のサーボ制御信号成分として、チャックステージ162へ送出される。トランスデューサ161A、161B、及び第3トランスデューサ(図示せず)は、信号166のサーボ制御信号成分に基づき、標的材112の方向及び/又は高さを変更する。
【0086】
伝導要素28の面にほぼ平行な面におけるチャックステージ162の位置は、変換機構164によって制御される。チャックステージ162の位置は、精密距離測定用干渉測定法及等、当分野の既知の手法によって検出され、誤差信号が、信号168の誤差信号成分として、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200へ送出される(ピーター・デ・グルート(Peter・de・Groot)、ヘンリー・A.ヒル、及びフランク.C.デマレスト(Frank.C.Demarest)により、1999年2月18日出願された米国特許出願第09/252,266号、表題“屈折率及び光路長の影響を測定するための干渉計と方法”と、ヘンリー・A.ヒル、ピーター・デ・グルート、及びフランク.C.デマレストにより、1999年2月18日出願された米国特許出願第09/252,266号、表題“多段階干渉測定法を用いた空気の屈折率及び光路長の影響を測定するための装置と方法”と、(両出願の内容は、本明細書中で引用参照する)を参照されたい)。
【0087】
サーボ制御信号は、信号168の誤差信号成分から、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって生成され、信号168のサーボ制御信号成分として、変換機構164へ送出される。変換機構164は、信号168のサーボ信号成分に応じて、最終利用用途の要件に従って、1つ又は2つの直交方向及び1つ又は2つの直交方位面において、チャックステージ162の位置と方位を制御する。
【0088】
次に、最終利用用途の要件に基づき、標的材112は、標的材112の面にほぼ平行な1つ又は2つの直交方向の組み合わせにおいて、また、伝導要素28と標的材112の隣接面との空間的な離間距離において、走査される。測定信号値アレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4、並びに最終利用用途により必要な場合、測定信号値アレイ[Sn]5、[Sn]6、[Sn]7、及び[Sn]8が、走査パラメータの関数として、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって算出され、それぞれの近視野戻りプローブ光の複素振幅と反射基準光のそれぞれの複素振幅との間におけるそれぞれの干渉積項の振幅及び位相の関数として、得られる。
【0089】
標的材112に関する第1実施形態の装置の情報は、大幅に低減されたバックグラウンド信号が存在する状態で取り込まれる。バックグラウンド信号への寄与分の源には、第1バックグラウンド戻り光と、戻り測定光と、第1実施形態による装置における測定光に関連する他の光線の反射及び/又は散乱により生成されたバックグラウンドと、反射基準光に関連した対応する光線と、が含まれる。バックグラウンド信号は、大幅に低減されるが、これは、第1に、第1実施形態による装置が、共焦点光学像形成/検出システムを備えているためであり、第2に、第2バックグラウンド戻り光の測定に基づくバックグラウンド補償手順のためである。
【0090】
第2バックグラウンド戻り光の測定に基づくバックグラウンド補償手順は、第1実施形態による装置の共焦点像形成/検出特性によって識別されない第1バックグラウンド戻り光を補償する。第2バックグラウンド戻り光の測定に基づくバックグラウンド補償手順は、更に、第1実施形態による装置の共焦点像形成/検出特性によって識別されず像形成される面部位から変位した面部位において生成される散乱/反射光線を補償することに留意されたい。
【0091】
標的材112の面にほぼ平行な1つ又は2つの直交方向の組み合わせにおける、また、伝導要素28と標的材112の隣接面との空間的な離間距離における標的材112の走査は、第1実施形態の場合、“逐次移動”モードとして実現される。連続走査動作モード用に変更した第1実施形態については、本発明の第3実施形態として後述する。
【0092】
標的材112の面にほぼ平行な1つ又は2つの直交方向の組み合わせにおける、また、標的材112の隣接面からの開口部アレイ要素142の空間的な離間距離における標的材112の走査は、第1実施形態の場合、“逐次移動”モードとして実現される。連続走査動作モード用に変更した第1実施形態については、本発明の第3実施形態として後述する。
【0093】
一般的に、第1実施形態及びその変形例の場合、波長又はサブ波長開口部30に配置されたいずれかの多極光源により生成され近視野プローブ光に関連する電界の方向は、標的材112の或る特定の位置では、制約された範囲内にある。一般的に、この本発明の特徴によって、測定信号値アレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4、並びに最終利用用途により必要な場合、測定信号値アレイ[Sn]5、[Sn]6、[Sn]7、及び[Sn]8からの標的材112の特性に対する逆算が、干渉測定法の有無に関わらず、従来の光学システムを用いた像形成によって決定される空間分解能に依拠するプロファイラーで遭遇する逆算と比較して、より簡単になる。
【0094】
本発明において、逆算は、より簡単である。その理由は、プロファイル化/像形成が行なわれる標的の与えられた体積域における近視野プローブ光成分の伝播方向は、その体積域からの反射/散乱された近視野プローブ光の任意の測定された振幅及び位相に対するものとほぼ同じであることにより、ここで、体積域の大きさは、近視野プローブ光光源の大きさよりはるかに小さい。この逆算型の計算は、本発明において、更に簡略化されている。その理由は、プロファイル化/像形成が行なわれる標的の与えられた体積域からの反射/散乱された近視野プローブ光成分の伝播方向は、その体積域からの反射/散乱された近視野プローブ光の任意の測定された振幅及び位相に対するものとほぼ同じであることによる。また、この逆算型の計算は、本発明において、更に簡略化されている。その理由は、プロファイル化/像形成が行なわれる標的の与えられた体積域における近視野プローブ光成分の伝播方向、及びプロファイル化/像形成が行なわれる標的の体積域からのその結果生じる反射/散乱された近視野プローブ光成分の伝播方向は、その体積域からの反射/散乱された近視野プローブ光の任意の測定された振幅及び位相に対する方向とはほぼ反対であることによる。
【0095】
或る条件下の光共振器130は、光共振器130に入射する光線によって励起される安定した共振器である。第1実施形態に関する特に重要な或る特性は、次の通りである。すなわち、(1)光線107が光共振器130に入射して、これに対応して光共振器130内に光線107が蓄積されることにより、光共振器130を励起する共振条件と、(2)任意の垂直横モードに対する共振器安定化条件、(3)安定垂直横モードを励起するための条件、及び(4)光共振器130に対する安定垂直横モード波面の外乱の補償率に関する条件である。光線107を光共振器130内部で形成して光共振器130を励起すると、以下の時、最大値に達する。
【0096】
【数3】
ここで、η1は、波長λ1に対するアミシ型レンズ132の屈折率、d1は、界面124及び143間の間隙、p1は、整数である。光線107は、光共振器130中の定在波を含む。光線107の強度は、式(3)で表した共振条件が満たされた時、一般的に、光共振器130に入射する光線の強度より大きく、また、それぞれ界面124及び143の実効反射率R1及びR2によって、部分的に求められる。
【0097】
光共振器130に用い得る様々な共振器構成がある。わずかに湾曲した面を界面124及び143に用いると、界面124及び143が、双方共、平面である場合と比較して、垂直横モードの回折損がかなり小さくなり、また、わずかに湾曲した面構成の調心許容範囲の厳しさは、大幅に減少する。
【0098】
界面143の形状は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、最終利用用途に基づき湾曲し得るが、界面143の好適な形状は、平面である。従って、界面124の好適な面形状は、半径r1で湾曲される。しかしながら、界面124は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、平面でよい。界面143の曲率半径がr2として、安定垂直横モードに対する条件は、以下の式で与えられる。
【0099】
【数4】
従って、全ての共振器形状が、例えば、平面構成r1=r2=∞において、安定ではなく、また、半球形状r1=d1及びr2=∞において、安定と不安定の境目にある。
【0100】
安定モードには、光線が共振器内で前後に横切る際、それが発散して共振器から漏れるようにするよりもむしろ通常のパターンでそれを共振器軸側へ集中させる共振器構成から生じる光共振器130内の光線が含まれる。従って、共振条件が満たされた場合、光共振器130は、波長又はサブ波長開口部30及び波長又はサブ波長部位32側並びにその近傍において伝播する光線107の強度成分を、光共振器130が無い場合得られるであろうその強度全体において大きくする。共振条件が満たされた場合、界面124から離れる方向に伝播する界面124における光線107の成分強度の増加は、非吸収共振器の場合、次の式によって、極めて精度の高い近似値が与えられる。
【0101】
【数5】
ここで、非吸収界面の場合、T1=(1−R1)であるが、これは、(1)面122における光線107の波面の曲率半径が曲率半径r1に等しく、(2)光共振器130に入射する光線の幅と界面124における光線107の幅とが等しく、(3)界面124において光共振器130に入射する光線の振幅分布が、界面124における光共振器130の安定垂直横モードの振幅分布と一致する時である。
【0102】
界面124において光共振器130に入射する光線の幅が、光共振器130の安定垂直横モードの幅と一致する時、また、界面124において光共振器130に入射する光線の振幅分布が、界面124における光共振器130の安定垂直横モードの振幅分布と一致する時、光共振器130に入射する光線の幅と光線107の幅は、界面124において等しい。光共振器130に対する好適な安定垂直横モードは、TEM00モード、すなわち、ガウシアンモードである。
【0103】
励起ガウシアンモードの重要な特性として、式(3)の共振条件が満たされた時、界面143における関連する波面は、単一位相である。更に、界面143における関連する波面は、平面である。
【0104】
式(3)の共振条件は満たされるが、曲率半径r1が、界面124における光線107の波面の曲率半径に等しくない時、界面124において、その結果光共振器130に生じる蓄積光線の振幅分布は、安定モードの振幅分布及び光共振器130に入射する光線の振幅分布とは異なる。
【0105】
共振条件と、光共振器130に入射する光線によって励起される垂直横モードの条件とを満たすように構成された光共振器130の結果、式(5)で与えられる比に、界面124における共振器内光強度の直径とそれに対応する界面143における直径との比の二乗を乗じることによって、光共振器130が存在しない場合に得られる透過機能全体において、波長又はサブ波長開口部30を介した光透過機能が強化される。波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の第1実施形態において、このようなサポートによって、透過機能の強化が実現される。
【0106】
最大の強化は、式(5)により与えられる項が最大の時、得られる。式(5)により与えられる項は、反射率R1が、任意のR2の値に対して、以下の式が成り立つように選択される時、最大である。
【0107】
【数6】
また、反射率R2が値1側に大きくなるにつれて、強化状態は増加する。式(6)の導出にあたりT1+R1=1と仮定した。
【0108】
光線107は、界面143において、半径w1のくびれ部を形成する。寸法2w1は、開口部アレイ要素142の所定の部分を網羅するのに充分大きいように選択される。当分野で知られているように、値w1は、値d1とr1に関係している。
【0109】
システムに関する他の条件を考慮して、波長又はサブ波長開口部30を介した光線の透過機能を強化し得る。この条件は、界面143において、後ろ側へ散乱又は後方へ回折される光線の角度幅を考慮して、以下の式の通り、導出し得る。
【0110】
【数7】
ここで、a及びbは、それぞれ波長又はサブ波長開口部30の寸法と間隙に固有の長さである。この条件は、以下、再分配条件と呼ぶ。
【0111】
こうして、式(7)で表した再分配条件が、光共振器130及び波長又はサブ波長開口部30によって満たされる時、また、光線107が、波長又はサブ波長開口部30及び波長又はサブ波長部位32が無い場合の安定垂直横モードの特性を有する時、波長又はサブ波長開口部30が存在し、光線107の空間特性が、ほぼ同じである場合に対して、光共振器130における光パワーの有用な再分配が実現される。更に、光線107の空間的な特性が安定垂直横モードの空間特性とほぼ同じであることの結果として、反射率R2の値は、精度の高い近似値として、波長又はサブ波長開口部30及び波長又はサブ波長部位32によって占有されない界面143の一部の反射率の加重平均であり、また、光線を反射して光共振器130において励起される安定垂直横モードにするための波長又はサブ波長開口部30及び波長又はサブ波長部位32の反射率の加重平均である。
【0112】
波長λ1及び/又は光共振器130の光路長η1d1は、式(3)で表される共振条件を満足するように、第1実施形態において調整される。例えば、光源10の波長λ1は、ダイオードレーザを含む光源の注入電流を変更するによって、又は、レーザを含む光源10の共振器長を変更することによって、調整し得る。光共振器130の光路長η1d1は、要素132の温度を変更することによって調整し得る。
【0113】
光共振器130の測定反射率を用いて、基準光共振器の反射特性から導出されるサーボ制御信号186Rによって制御されないならばλ1、及び/又は共振器130の温度制御を介して光共振器130の光路長η1d1、のいずれかを制御するためのサーボ制御信号154を生成して、式(3)で表される共振条件を満たす。光源10の波長制御用のサーボ制御信号154は、図1に示す。光共振器130に入射する光線の一部は、ミラー112Aによる反射の後、非偏光ビームスプリッタ104に反射して戻され、ここで、その一部が、光線109として、非偏光ビームスプリッタ104によって透過される。
【0114】
光線109は、電気信号152として、検出器150によって検出されるが、好適には、光量子検出器によって検出される。(1995年、ニューヨーク、McGrw−Hill社、P.R.ノートンによるHandbook・of・Optics、1、第15章、第15.3節、表題“量子検出器”を参照)。信号152は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200に送出され、サーボ制御信号154が生成される。界面124における光共振器130の反射率RC1は、以下の式で与えられる。
【0115】
【数8】
ここで、
【0116】
【数9】
非吸収界面の場合、T2=(1−R2)であり、波数k1=2π/λ1である。
【0117】
制御信号154を生成する場合、波数k1は、振幅Δδ1で位相δ1を振幅変調するように、わずかな角周波数ω1で変調される。制御信号154が基づく誤差信号には、信号152の角周波数ω1における一次高調波の振幅と位相が含まれる。一次高調波の振幅と位相は、当業者には良く知られているヘテロダイン手法を用いて得られる。一次高調波の振幅は、式(3)により表される共振条件を満たす場合、ゼロである。
【0118】
値2πp1からの位相δ1のずれにより、光線24の位相を基準にして開口部アレイ要素142によって透過される光線146の位相との間において、対応する位相シフトΦ1が生じる。或る最終利用用途においては、位相シフトΦ1が分かっている必要はない。開口部アレイを介した透過機能が強化され、干渉顕微鏡法装置等、1つ以上の位置において波長又はサブ波長光源アレイが含まれる光源を生成する他の最終利用用途においては、位相シフトΦ1が分かっていることが必要な場合がある。
【0119】
光線146に対応する光線の一部が、例えば、第1実施形態の光線146で遭遇するような空間的な制約のためにビームスプリッタによって分割できない用途の場合、又は信号値アレイ[Sn]の特性が位相シフトΦ1を求めるために利用不可能な用途の場合、位相シフトΦ1は、光共振器130によって反射される光線の特性を測定し又監視することによって、測定して監視し得る。光共振器130の反射率RC1の測定から、光路長δ1は、式(8)を用いて、R1及びR2を独立に決定して、求め得る。好適には、R1及びR2の独立した決定は、δ1の変化に伴う共振器130の反射率RC1の振舞いを測定することに基づく。位相シフトΦ1は、精度の良い近似値として以下の式で示すように、光路長δ1に関係している。
【0120】
【数10】
従って、開口部アレイ要素142からの透過が強化された結果生じた光線146の位相シフトΦ1は、反射率RC1を測定し又監視することによって、また、対応するΦ1を計算するための式(10)を用いることによって、求め得る。
【0121】
光共振器130の重要な特性は、垂直横モードの蓄積及び/又は崩壊の時間が比較的短いことである。光共振器130における強度の蓄積又は崩壊時間に対する1/e時定数τ1は、以下の式で与えられる。
【0122】
【数11】
ここで、cは、自由空間における光の速度である。制限するものではないが、一例として、λ1=630nm、η1=3.3、R1=R2=0.99のリン化ガリウムが含まれる光共振器130で、d1=2.5mmの場合、
【0123】
【数12】
他の重要な論点は、例えば、光源10に対応する光源が、走査近視野顕微鏡のパルス光源である実施形態におけるパルス幅τp1である。開口部アレイ要素142を介した透過機能が強化され、走査モードでパルス光源を用いる時とほぼ同じである場合、また、非走査モードにおいて非パルス光源で動作する時とほぼ同じである場合、パルス幅τp1には、制約が存在する。パルス幅τp1への制約は、パルス光線を含む光線24の周波数幅と、開口部アレイ要素142を介した強化された透過光の周波数の半値全幅と、を考慮することによって求められる。
【0124】
光線24の周波数Δν1/2における半値全幅は、以下の式で示す通りである。
【0125】
【数13】
開口部アレイ要素142を介した強化透過光の周波数Δν1/2における半値全幅は、自由スペクトル範囲c/(2η1d1)と、光共振器130のフィネスF1とから得られる。フィネスF1は、以下の式で与えられる。
【0126】
【数14】
ここで、
【0127】
【数15】
ここでは、以下の通り。
【0128】
【数16】
パルス幅τp1への制約は、以下の要件に基づく。
【0129】
【数17】
又は、式(13)、(16)、(17)を組み合わせて、
【0130】
【数18】
従って、式(11)と(18)を組み合わせて、
【0131】
【数19】
制限するものではないが、一例として、λ1=630nm、η1=3.3、R1=R2=0.99のリン化ガリウムが含まれる光共振器130で、d1=2.5mmの場合、式(19)で表される制約パルス幅τp1は、以下の通りである。
【0132】
【数20】
式(18)で表される不等式の結果として、パルス幅τp1は、部分的に走査方向での空間分解能の限界値を以下の値に制御するパラメータである。
【0133】
【数21】
ここで、vは、走査速度である。例えば、値τp1=50nsec、走査速度v=0.20m/secで、走査方向でのτp1に関連する限界空間分解能は、以下の通りとなる。
【0134】
【数22】
従って、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した強化透過機能を生成するために第1実施形態に光共振器を用いることは、走査近視野顕微鏡の波長及びサブ波長空間分解能要件と、比較的短期間にサンプル面における高空間分解能プロファイルを得るための要件との両者に適合する。
【0135】
本発明の精神又は範囲のいずれからも逸脱することなく、TEM00以外の垂直横モードを用い得ることは、当業者には明らかであろう。他の垂直横モードは、光共振器130において適切な入射角の光線24によって、また、光共振器130において適切な空間特性を有する光線24の波面によって励起し得る。光共振器130においてTEM00以外の垂直横モードを用いると、開口部30を介した透過機能が、異なる振幅及び位相で、開口部アレイ要素142全体において、所定のパターンに応じて、強化された動作が可能になる。
【0136】
更にまた、本発明の精神又は範囲のいずれからも逸脱することなく、光共振器130に入射する光線による安定した共振器の垂直横モード励起のために挙げられた1つ以上の条件を様々に緩和することで、本明細書中で述べた最大値以下である波長/サブ波長開口部30を介した透過機能を強化し得ることは、当業者には明らかであろう。
【0137】
基準光共振器の測定された反射率を用いて、サーボ制御信号186Rが生成され、光共振器130の反射特性から導出されるサーボ制御信号154により制御されない場合λ1及び/又は基準光共振器の光路長η1Rd1R(図2c参照)のいずれかが制御されて、式(3)で表される共振条件が満たされる。光路長η1Rd1Rは、基準標的130Rの温度を制御することにより制御される。サーボ制御信号186R生成の説明は、基準共振器から検出器150Rへの反射光の検出によるサーボ制御信号154の生成についての説明における対応する部分と同じである。
【0138】
他の選択肢として、サーボ制御信号186Rは、基準光共振器の強化透過の測定値から生成し得る。透過基準光56の一部は、非偏光ビームスプリッタによって分割され、好適には光量子検出器により検出され、152R(非偏光ビームスプリッタ、検出器、及び152Rに対応する信号は図示せず)に対応する電子信号を生成する。152Rに対応する信号は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200に送出され、186Rに対応するサーボ制御信号を生成する。
【0139】
152Rに対応する信号の大きさで表されるように、基準光共振器の透過TC1は、以下の式によって与えられる。
【0140】
【数23】
186Rに対応する制御信号の生成には、TC1を変調するためにサーボ制御信号154の生成用に導入された波数k1の変調が用いられる。186Rに対応する制御信号が基づく誤差信号には、152Rに対応する信号の角周波数ω1での一次高調波の振幅と位相が含まれる。一次高調波の振幅と位相は、当業者には良く知られているヘテロダイン手法を用いて得られる。式(3)で表される共振条件が満たされる場合、一次高調波の振幅は、ゼロである。
【0141】
透過基準光56に対する位相シフトΦ1は、透過基準光56の特性を測定して監視することによって測定し監視し得る。TC1の測定値から、対応する光路長δ1は、対応するR1及びR2を独立して求めて、式(23)を用いて求め得る。好適には、対応するR1及びR2を独立して求めることは、対応するδ1の変化に伴う反射率TC1の振舞いを測定することに基づく。そして、透過基準光56に対する位相シフトΦ1は、式(10)に対応する式を用いて、対応するδ1に対する測定値から求められる。
【0142】
サーボ制御信号制御信号186R生成用の他の選択可能な手順の利点は、既述した基準光共振器の反射特性から情報を取り込む代わりに、光共振器130の反射特性から導出されるサーボ制御信号154により制御されない場合λ1及び/又は基準光共振器のいずれかを制御するために、開口部アレイ要素142Rにより強化透過機能の特性から直接情報を取り込むことである。
【0143】
光共振器の光路長の制御が、それぞれの光共振器の物理的な長さを変更することによって行なわれる第1実施形態の第1変形例を開示する。第1実施形態の第1変形例の説明は、第1実施形態の第1変形例における光共振器の光路長制御に関する以外、第1実施形態の対応する部分と同じである。第1実施形態の第1変形例における光共振器130は、図2fに概略的に示し、レンズ122の面124と面143とによって画成されている。面124は、反射率R1の高反射膜を有し、面123は、波長λ1に対して反射防止コーティングがなされている。レンズ122の軸方向の位置は、トランスデューサ162A及び162Bによって制御される。
【0144】
共振器130には、屈折率η1の要素132と、要素132とレンズ122との間の間隙と、が含まれている。面133は、波長λ1に対して反射防止コーティングがなされている。好適には、要素132とレンズ122との間の間隙は、気体又は真空で占有される。しかしながら、或る最終利用用途の場合、間隙は、例えば、光共振器130の光路における色収差補正の目的のために、部分的に光学媒体で充填してもよい。
【0145】
面124と133の曲率半径は、第1実施形態の式(4)に対応して、第1実施形態の第1変形例に対して安定垂直横モードが存在するための条件を満たすように選択する。
【0146】
第1実施形態における共振器130の光路長η1d1に対応する第1実施形態の第1変形例における光共振器130の光路長は、以下の式で表される。
【0147】
【数24】
第1実施形態の第1変形例における共振器130の測定反射率を用いて、光路長η1d1+d2の制御のためのサーボ制御信号186が生成され、式(3)で表される式に対応する共振条件が満たされる。第1実施形態の第1変形例におけるサーボ制御信号186の生成の説明は、第1実施形態におけるサーボ制御信号154の生成に対して行なった説明の対応する部分と同じである。光路長η1d1+d2は、サーボ制御信号186により制御されるトランスデューサ162A及び162Bによって、d2を変化させて制御する。
【0148】
第1実施形態の第1変形例における基準光共振器は、図2gに概略的に示し、レンズ122Rの面124R及び界面143Rによって画成されている。面124Rは、反射率R1の高反射膜を有し、面123R及び133Rは、波長λ1に対して反射防止コーティングがなされている。レンズ122Rの軸方向の位置は、トランスデューサ162A及び162Bによって制御される。第1実施形態の第1変形例における基準光共振器の制御に関する残りの説明は、第1実施形態における基準光共振器と、第1実施形態の第1変形例における光共振器130との制御に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0149】
第1実施形態の第1変形例における利点は、第1実施形態でのように波数k1及び/又は光路長を変更する代わりに、式(3)で表される共振条件に対応するそれぞれの共振条件を満たすように、それぞれの光共振器の物理的な長さを変化させて、関連する光共振器の特性が、制御されることである。
【0150】
第1実施形態の第1変形例に関する残りの説明は、第1実施形態に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
間隙d2及びd2Rは、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、波数k1を変調して角周波数ω1でそれぞれの位相δ1を振幅変調する代わりに、それぞれトランスデューサ162A及び162B並びにトランスデューサ162RA及び162RBによって変調し得ることは、当業者には明らかである。間隙d2及びd2Rの変調には、光線146及び146Rにおける波数k1が変調されないないという利点があるが、ここで、この光線は、それぞれ開口部アレイ要素142及び142Rを介した強化透過機能によりもたらされたものである。
【0151】
図面を参照すると、図3は、本発明による第2実施形態を概略的に示す。第2実施形態には、反射モードにおいて、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能により動作する走査干渉近視野共焦点顕微鏡が含まれている。更に、第2実施形態には、光共振器の特性を測定し監視するために干渉測定手法が取り込まれているが、一方、第1実施形態及びその変形例では、非干渉測定手法が用いられている。干渉測定手法によって、信号対雑音比が大きくなるという利点、光線間の相対的な位相を直接測定し得る利点、及び光線の周波数及び/又は光共振器特性のいずれかを変更せずに光共振器の特性を測定し得る利点、が提供される。
【0152】
第2実施形態には、第1実施形態の要素のような機能を行なう数多くの要素が含まれている。図1aの要素番号と同じ要素番号の図3の要素は、対応する要素であり、第1実施形態の対応する要素とほぼ同じ機能を果たす。
【0153】
第2実施形態の説明は、光共振器130と基準光共振器との光路長を制御するためのサーボ制御信号を生成することに関する以外、第1実施形態の対応する部分と同じである。光共振器130の特性からサーボ制御信号を生成する場合、光共振器130に入射する光線の一部は、ミラー112Aによる反射の後、非偏光ビームスプリッタ104に反射して戻され、ここで、その一部が、光線109の測定光成分として、非偏光ビームスプリッタ104によって透過される。
【0154】
光線22の第2部分は、光共振器130基準光として、非偏光ビームスプリッタ104によって透過される。光共振器130基準光は、反射光共振器130基準光として、ミラー74によって反射され、ビームスプリッタ104に戻り、ここで、その一部は、光線109の基準光成分として反射される。光線109の測定及び基準光成分の偏光面は、図3の面に平行である。
【0155】
光線109の基準光成分は、位相シフタ72を2回通過し、ここで、2重通過位相シフトχ2が生じる。位相シフトχ2は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ400からの電子信号166によって制御される。
【0156】
光共振器130に対する複素反射係数RC2は、非吸収共振器の場合、精度の高い近似値として、以下の式で与えられる。
【0157】
【数25】
ここで、
【0158】
【数26】
i=√(−1)であり、第2実施形態における反射係数R3及びR4並びに透過係数T3及びT4は、それぞれ第1実施形態における反射係数R1及びR2並びに透過係数T1及びT2に対応する。位相δ2は、波数k1を第2実施形態のk2に置き換えた式(9)に対応する式で与えられる。
【0159】
光線109は、好適には光量子検出器によるが、検出器150によって検出され、電気干渉信号152すなわち信号s2を生成する。信号s2は、精度の高い近似値として、以下のように表される。
【0160】
【数27】
ここで、ζ2は、Φ1又はχ2のいずれの関数でもない位相であり、A2は、光線109における基準光成分の振幅値に依存する比例定数である。
【0161】
電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ400は、一組のχ2の値に対するs2を測定することによって、信号s2の位相(Φ2+ζ2)を決定する。この組のχ2の値は、例えば、0、π/2、(3/2)π、及びπであるが、信号166を介して、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ400によって制御される。好適には、その組のχ2の値からの任意の値のχ2に対するs2の測定値は、光源10における1つ以上のパルスに対応する。Φ2の値は、独立して求められたζ2の値を減算することによって、測定した位相(Φ2+ζ2)から求められる。
【0162】
波数k2の関数としてs2の(Φ2+ζ2)及び振幅A2|RC2|1/2の双方を測定することによって、ζ2は、独立に求められる。振幅A2|RC2|1/2は、Φ2=0の時、最小値を示す[式(25)参照]。従って、A2|RC2|1/2の最小値における(Φ2+ζ2)の測定値は、ζ2を独立して求めることに対応する。
【0163】
電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ400は、誤差信号として測定値Φ2を用いて、サーボ制御信号154を生成する。位相Φ2は、Φ2=0に関して、位相δ2の反対称関数である[式(26)参照]。サーボ制御信号154は、光源10に送出され、制御信号186Rに対応する信号により制御されない場合、光線16の波長、又は186による光共振器温度の制御によって光共振器130の光路長を制御され、条件Φ2=0が維持され、従って、共振器130に対する共振条件が満たされる。
【0164】
条件Φ2=0は、光線16の波長又は光共振器130の光路長をサーボ制御することによって、或る確度のみで満たされる。この或る確度のダウンストリーム用途における影響は、第2実施形態では、位相シフトΦ2の測定値を用いて補償される。
【0165】
第2実施形態による基準光共振器に対するサーボ制御信号186Rの生成の説明は、第2実施形態によるサーボ制御信号186の生成に対して行なわれた説明の対応する部分と同じである。
【0166】
第2実施形態の残りの説明は、本発明による第1実施形態とその変形例に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
第2実施形態の利点は、干渉測定手法によって、第2実施形態による光共振器用のサーボ制御信号を生成して、その結果、信号対雑音比が大きくなること、光線間の相対的な位相を直接測定し得ること、及び光線の周波数及び/又は光共振器特性のいずれかを変更せずに光共振器の特性を測定し得ることである。
【0167】
サーボ制御信号154及び/又は186及び186Rを生成するために第2実施形態で用いられる手順に対する他の選択可能な手順は、χ2及びχ2Rの変調に基づく。位相(Φ2+ζ2)は、既知のヘテロダイン検出手法、又は、デジタルヒルバート変換位相検出器[1993年、ニューヨーク、McGrw−Hill社、R.E.ベスト(Best)による“位相ロックループ:理論、設計、及び応用“、第2版参照]、位相ロックループ(R.E.ベストによる同書参照)、基準位相として位相χを用いるスライディング窓TFT[1995年、J.ツイ(Tsui)による”広帯域受信機用デジタル技術“(Digital・Techniques・for・Wideband・Receivers)(ボストン、Artech・House)参照]等の非パルス信号用の位相感度が良好な検出手法を用いて求められる。
【0168】
時間的に均等にサンプリングされる関数の場合、その関数に関する情報を取り込むためのデジタル信号処理に基づき位相感度が良好な検出手法を実施すると、その関数のチェビシェフ多項式表現に基づく結果が得られることが知られている[H.A.ヒル及びR.T.ステビンス(Stebbins)による“宇宙物理学、J”200、484頁(1975年)参照]。次の式が成立するように、オフセットχ2,Oを中心にして走査される位相χ2の例について考察する。
【0169】
【数28】
ここで、Δχ2は、時間tの或る関数である。
χ2を走査すると、式(27)及び(28)に基づき、以下の式で表される成分が生成される。
【0170】
【数29】
次に、振幅A2|RC2|1/2及び位相(Φ2+ζ2)が、cosΔχ及びsinΔχの係数の位相感度が良好な検出方法によって得られる。位相感度が良好な検出方法には、s2にcosΔχを乗ずる段階と、s2cosΔχを時間に関して積分する段階と、s2にsinΔχを乗ずる段階と、s2sinΔχを時間に関して積分する段階と、が含まれている。振幅1、角周波数ω1で正弦関数であるΔχ、すなわち、
【0171】
【数30】
であり、また、s2が時間に関して均等にサンプリングされる場合、cosΔχ及びsinΔχの係数は、s2の或るチェビシェフ多項式係数として、効率的に表現し得る。
【0172】
この或るチェビシェフ多項式係数は、チェビシェフ多項式の既知の特性を用いて、以下のように表現し得る。
【0173】
【数31】
【0174】
【数32】
ここで、T=2π/ω1、T1及びV1は、それぞれタイプI及びIIの次数1チェビシェフ多項式であり、また、J0は、次数0の第1種ベッセル関数である(1968年、(ニューヨーク、Academic・Press社)、G.アーフカン(Arfken)による“物理学のための数学的な方法(Mathematical・Methods・for・Physicists)“の13.3節参照)。
【0175】
例えば、位相オフセットχ2,Oは、例えば、面が要求精度に合わせて平坦な溶解したシリカ等の等方性媒体を含む標的材112用のアレイ[Sn]の振幅アレイ[(|SI|)n]及び位相[(φ)n]をχ2の関数として取り込み、χ2及びχ2、maxのその値(この場合、[(|SI|)n]は最大値)を求めることによって求め得る。位相オフセットχ2,Oは、―χ2、maxに対応する。
【0176】
他の選択可能な手順用のサーボ制御信号186Rの生成に関する説明は、他の選択可能な手順用のサーボ制御信号154又は186の決定に対して行なわれた説明と同じである。
【0177】
第1実施形態の第1変形例に対応する第2実施形態には、変形例が存在することは、当業者には明らかであろう。
図面を参照すると、図4は、本発明による第3実施形態を概略的に示す。第3実施形態は、パルス光源を含み、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能を生成し、光共振器の特性を測定し監視するために干渉測定手法を取り込んでいる。パルス光源によって、連続走査モードでの近視野共焦点顕微鏡の動作が可能である。干渉測定手法によって、信号対雑音比が大きくなるという利点、光線間の相対的な位相を直接測定し得る利点、及び光線の周波数及び/又は光共振器特性のいずれかを変更せずに光共振器の特性を測定し得る利点、が提供される。
【0178】
第3実施形態には、第2実施形態の要素のような機能を行なう数多くの要素が含まれている。図3の或る要素の要素番号と同じ要素番号の図4の要素は、対応する要素であり、第2実施形態の対応する要素と同じ機能を果たす。
【0179】
光源1010は、パルス光源を作製するための数多くの様々な方法の1つによって生成されたパルス光源である(シルフバストによる前掲引用書)。光源1010は、図3の面で平面偏光された光線1016を生成する。光線1016は、変調器76に入射し、光線1018として変調器76から出てくる。変調器76は、ドライバ78によって励起される。例えば、変調器76は、音響光学装置、又は光線1016の一部を変調するための追加光学部品と音響光学装置との組み合わせである。変調器76は、音響光学的相互作用によって、光線1018の回折光成分として、光線1016の一部を回折する。光線1018の回折光成分の振動周波数は、光線1018の非回折非周波数シフト成分を基準にして、f3の量だけ周波数シフトされ、図4の面に垂直な方向において、線形偏光される。光線1018における非周波数シフト成分の偏光面は、図4の面に平行である。光線1018の回折成分は、偏光ビームスプリッタ302によって反射された後、測定光1022として、位相遅延板18によって透過される。光線1018の非回折成分は、偏光ビームスプリッタ302によって透過された後、測定光1052として、位相遅延板18Rによって透過される。パルス化された残りの光線の説明は、これ以外の場合、第2実施形態の対応する部分に対して行なった説明と同じである。
【0180】
光線40は、好適には光量子検出器によるが、検出器116によって検出され、信号値アレイ[Sn]が含まれる電気干渉信号1031を生成する。信号値アレイ[Sn]は、式(1)と同様に、精度の高い近似値として、以下のように表される。
【0181】
【数33】
ここで、ω3=2πf3、ζ3は、φ、χ、tのいずれの関数でもない位相である。
【0182】
電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600は、デジタル又はアナログ処理のいずれかによって、好適には、デジタル処理によって、時間ベースの位相検出法及び信号77によって電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600に送出されるドライバ78の位相を用いて、(SI)nの位相(φ+χ+ζ3)を求める。[(φ)n]のアレイの値は、最終利用用途において要求された場合独立して求められる位相アレイ[(χ+ζ3)n]を減ずることによって、測定位相アレイ[(φ+χ+ζ3)n]から求められる。
【0183】
一般的に、位相アレイ[(χ+ζ3)n]は、標的材112を走査する期間中不変であるという条件を満足する以外には、求める必要はない。異なる時間に得られた結果を比較するために、2つの異なる測定期間の間における時間中に起こり得る位相アレイ[(χ+ζ3)n]のあらゆる変動を求めることが必要な場合がある。例えば、[(χ+ζ3)n]の相対的な変化は、例えば、面が要求精度に合わせて平坦な溶解したシリカ等の等方性媒体を含む標的材112用の信号値アレイ[Sn]を取り込むことによって求め得る。
【0184】
パルス光線1016に対する可干渉時間τcは、パルス幅τp3にほぼ等しい。時間間隔Δt、Δt=τc、及びτc=1/f3に渡って、信号値アレイ[Sn]が検出器116によって積分値として測定される条件の場合、信号値[Sn]の説明は、第1実施形態による信号値アレイ[Sn]に対して行なった説明の対応する部分とほぼ同じであり、第1実施形態によるχは、次式で与えられる。
【0185】
【数34】
従って、光源1010がパルス可干渉時間τcのパルス光源である場合、第3実施形態の説明は、第2実施形態のχをω3t・modulo・2πで置換した第2実施形態の説明と等価である。光源1010のパルス時間は、ω3tが、一組の値を含むように選択し得るが、ここで、この組の各値は、2πの整数倍に有限の組の値(例えば、0、π/2、及び(3/2)π)を加算した値である。光源1010のパルスのタイミングは、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600により生成された信号254によって制御される。
【0186】
第2実施形態に対する第3実施形態の利点は、その周波数において、第2実施形態のχに対応する位相が変化し得る周波数である。第2実施形態におけるχと等価な位相である第3実施形態における位相modulo・2πの変化に対する周波数は、5Mhz程度と高くすることができ、また、τc=1/f3という条件と一致する。
【0187】
光源1010からのパルスのタイミングは、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600によって調整されて、走査速度v並びに要素142の要素30及び32の間隙に対して、第2実施形態の信号値アレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4に等価な情報が、第3実施形態の場合、取り込まれる。正規化が、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600によって行なわれ、近視野戻りプローブ光の複素振幅又は第2バックグラウンド戻り光の振幅と信号値アレイの1つの要素から次の要素への反射基準光との間の干渉積項の生成と検出の効率における変動が補償される。例えば、正規化に必要な情報は、面が要求精度に合わせて平坦な溶解したシリカ等の等方性媒体を含む標的材112用の信号値アレイ[Sn]を取り込むことによって求め得る。
【0188】
第3実施形態において、位相シフタ64を用いて、光源1010及び変調器76からのパルスのタイミングを組み合わせることによって生成される位相シフト値が所望の組の位相シフトと等価であることを確認し得る。
【0189】
第1実施形態の第3変形例による光源1010は、CW光源で置き換えもよいこと、また、信号値アレイ[Sn]の位相が、既知のヘテロダイン検出手法、又は、デジタルヒルバート変換位相検出器[1993年、ニューヨーク、McGrw−Hill社、R.E.ベストによる“位相ロックループ:理論、設計、及び応用“、第2版参照]、位相ロックループ(R.E.ベストによる同書参照)、スライディング窓TFT[1995年、J.ツイによる”広帯域受信機用デジタル技術“(Digital・Techniques・for・Wideband・Receivers)(ボストン、Artech・House)参照]等の非パルス信号用の位相感度が良好な検出手法を用いて求められることが、当業者には明らかであろう。
【0190】
また、第3実施形態は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、2000年7月27日に出願された、前述のヘンリー・ヒルによる米国仮出願、表題“走査干渉近視野共焦点顕微鏡法”の第1実施形態の第2変形例による教示内容に基づき、信号値アレイ[Sn]の2つ以上の同時測定値を得るように変形し得ることが、当業者には明らかであろう。
【0191】
標的材112の或る追加的な反射及び/又は散乱特性が、本発明の第4及び第5実施形態によって得られるが、ここでは、第1、第2、及び第3実施形態並びにその変形例において用いられた近視野プローブ光とは異なる近視野プローブ光が用いられる。第4及び第5実施形態と第1、第2、及び第3実施形態並びにその変形例との間の主な相違点は、開口部アレイ要素142の面における測定光の入射角度である。第1、第2、及び第3実施形態並びにその変形例の場合、入射角度は、開口部アレイ要素142の面に対してほぼ垂直である。第4及び第5実施形態の場合、対応する入射角度は、それぞれ、図5及び7に示すように、1ラジアンのオーダである。
【0192】
図面を参照すると、図5は、本発明による第4実施形態を概略的に示す。第4実施形態は、パルス光源を用いて、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能を生成する。更に、第4実施形態は、光共振器の特性を測定し監視するために干渉測定手法を取り込んでいる。干渉測定手法によって、信号対雑音比が大きくなるという利点、光線間の相対的な位相を直接測定し得る利点、及び光線の周波数及び/又は光共振器特性のいずれかを変更せずに光共振器の特性を測定し得る利点、が提供される。
【0193】
第4実施形態には、第3実施形態の要素のような機能を行なう数多くの要素が含まれている。図4の或る要素の要素番号と同じ要素番号の図5の要素は、対応する要素であり、第3実施形態の対応する要素と同じ機能を果たす。
【0194】
図5において全体的に要素番号230で示す第4実施形態の光共振器は、図6aに拡大して概略的に示す。光共振器230は、ミラー226A及び226B、アミシ型レンズ232、及びレンズ222A及び222Bが含まれる環状共振器である。面227A、227B、223B、225B、233B、233A、224A、及び223Aは、光線1022の波長に対して反射防止膜がコーティングされている。面228A及び228Bの塗膜は、高い反射率を有する。好適には、界面243は、高反射率を有する。開口部アレイ要素242の説明は、第1実施形態の開口部アレイ要素142に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0195】
光共振器230の共振器は、面228A及び228Bと界面243とによって画成される。光共振器230の特性に関する一般的な説明は、第1実施形態の光共振器130に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0196】
図5に示すように、光線1022は、非偏光ビームスプリッタ104に入射し、その一部は、光線24として、ミラー112Aによって、透過され又反射される。光線24は、面227Aによって透過され、面228Aに入射する(図6a参照)。面228Aに入射する光線は、第1実施形態の式(3)に対応する共振条件が満たされた場合、光共振器230を励起し、光207が蓄積される。
【0197】
レンズ222A及び222Bの焦点距離は、光共振器230のモードが安定であるように選択される。要素226Aの焦点距離は、光共振器330の安定垂直横モードが、面228Aに入射する光線によって励起されるように選択される。ミラー226Aの位置及び角度方向は、3つのトランスデューサ162A及び162B(第3のトランスデューサは図6aに示さず)によって制御され、ミラー226Bの位置及び角度方向は、3つのトランスデューサ162C及び162D(第3のトランスデューサは図6aに示さず)によって制御される。トランスデューサ162A及び162Bによって表されるトランスデューサは、サーボ制御信号286Aによって制御され、トランスデューサ162C及び162Dによって表されるトランスデューサは、サーボ制御信号286Bによって制御される。
【0198】
面228Aにおいて光共振器230に入射する光線24の一部は、光線25として反射される(図6a参照)。図5に示すように、光線25は、非偏光ビームスプリッタ108に入射し、ミラー112C及び112Dによる反射の後、光線109の測定光成分として、透過される。光線1022の第2部分は、非偏光ビームスプリッタ104によって反射され、その一部は、ミラー112Eによる反射の後、非偏光ビームスプリッタ108によって反射され、光線109の基準光成分として、位相遅延板72によって透過される。光線109は、合成光線であり、光線109の測定及び基準光成分の偏光面は、平行である。
【0199】
光線109は、好適には光量子検出器によるが、検出器150によって検出され、信号152を生成する。信号152は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600に送出され、サーボ制御信号286A及び286Bが生成される。サーボ制御信号286A及び286Bの生成に関する説明は、第3実施形態によるサーボ制御信号186の生成に対して行なった説明の対応する部分の説明と同じである。第4実施形態の場合、振幅が小さく、或る周波数で、1つの要素の一面における位置又は方向を変調するような、また、位相感度が良好な検出方法により、その周波数で位置の誤差を検出するような既知の手法によって、ミラー226A及び226Bのそれぞれの位置及び方向を制御するために、情報が得られる。この手順は、順次又は同時に各異なる自由度に対して異なる周波数を用いて、ミラー226A及び226Bの全自由度に対して繰返される。
【0200】
第4実施形態による基準標的130Rの基準共振器の生成に関する説明は、第3実施形態による基準標的130Rの基準共振器に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0201】
界面243における光207Aの入射角度は、図6a及び6bに示すようにθ4である。入射角度が垂直でない結果、隣接する波長又はサブ波長開口部30によって透過された近視野プローブ光間に位相シフトが生じる。この位相シフトφ4は、要素232の屈折率をη4とすると、以下の式で与えられる。
【0202】
【数35】
この発生した位相シフトφ4を、差動干渉共焦点近視野顕微鏡法等の或る最終利用用途で用いると利点が得られる[例えば、ヘンリー・ヒルによる、前述の米国仮出願、表題“差動干渉共焦点近視野顕微鏡法”参照]。
【0203】
第4実施形態の利点は、光共振器230の設計によって、バックグラウンドが低減されることである。
第4実施形態の残りの説明は、第3実施形態に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0204】
本発明の精神と範囲から逸脱することなく、光共振器230に対する共振条件が、2つの異なる波長に対して、同時に満足されるように、他の光学要素を、或る屈折率で光線207の光路に導入し得ることは、当業者には明らかであろう。その結果生じる色収差が補正された光共振器は、2つの異なる波長で光線パルスを生成するように構成された光源1010に用い得る。例えば、再構成された光源1010には、2つの光線がダイクロイックビームスプリッタによって合成される2つの独立したパルス光源が備えられている。
【0205】
図面を参照すると、図7は、本発明による第5実施形態を概略的に示す。第5実施形態は、パルス光源を用いて、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能を生成する。更に、第5実施形態は、光共振器の特性を測定し監視するために干渉測定手法を取り込んでいる。干渉測定手法によって、信号対雑音比が大きくなるという利点、光線間の相対的な位相を直接測定し得る利点、及び光線の周波数及び/又は光共振器特性のいずれかを変更せずに光共振器の特性を測定し得る利点、が提供される。
【0206】
第5実施形態には、第4実施形態の要素のような機能を行なう数多くの要素が含まれている。図5の或る要素の要素番号と同じ要素番号の図7の要素は、対応する要素であり、第3実施形態の対応する要素と同じ機能を果たす。
【0207】
図5において全体的に要素番号330で示す第5実施形態の光共振器は、図8aに拡大して概略的に示す。光共振器330は、ミラー326A及び326B並びにアミシ型レンズ332が含まれる折り返し式の共振器である。面327A、327B、333B、333Aは、光線1022の波長に対して反射防止膜がコーティングされている。面328A及び328Bの塗膜は、高い反射率を有する。好適には、界面343は、高反射率を有する。開口部アレイ要素342の説明は、第1実施形態の開口部アレイ要素142に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0208】
光共振器330の共振器は、面328A及び328Bと界面343とによって画成される。光共振器330の特性に関する一般的な説明は、第1実施形態の光共振器130に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0209】
図7に示すように、光線1022は、非偏光ビームスプリッタ104に入射し、その一部は、光線24として、ミラー112Eによって反射される。光線24は、面327Aによって透過され、面328Aに入射する(図8a参照)。面328Aに入射する光線は、第1実施形態の式(3)に対応する共振条件が満たされた場合、光共振器330を励起し、要素307A及び308Bとして示す光線が蓄積される。
【0210】
レンズ328A及び328Bの焦点距離は、光共振器330のモードが安定であるように選択される。要素326Aの焦点距離は、光共振器330の安定垂直横モードが、面328Aに入射する光線によって励起されるように選択される。要素326Aの位置及び角度方向は、3つのトランスデューサ162A及び162B(第3のトランスデューサは図8aに示さず)によって制御され、要素326Bの位置及び角度方向は、3つのトランスデューサ162C及び162D(第3のトランスデューサは図8aに示さず)によって制御される。トランスデューサ162A及び162Bによって表されるトランスデューサは、サーボ制御信号286Aによって制御され、トランスデューサ162C及び162Dによって表されるトランスデューサは、サーボ制御信号286Bによって制御される。
【0211】
面328Aにおいて光共振器330に入射する光線24の一部は、反射される(図6a参照)。図5に示すように、光線24の反射成分は、非偏光ビームスプリッタ108に入射し、ミラー112Fによる反射の後、光線109の測定光成分として反射される。光線1022の第2部分は、非偏光ビームスプリッタ104によって透過され、その一部は、まず位相遅延板72によって透過され、そして、ミラー112Fによる反射の後、非偏光ビームスプリッタ108によって、光線109の基準光成分として、透過される。光線109は、合成光線であり、光線109の測定及び基準光成分の偏光面は、平行である。
【0212】
光線109は、好適には光量子検出器によるが、検出器150によって検出され、信号152を生成する。信号152は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600に送出され、サーボ制御信号286A及び286Bが生成される。サーボ制御信号286A及び286Bの生成に関する説明は、第3実施形態によるサーボ制御信号186の生成に対して行なった説明の対応する部分の説明と同じである。第5実施形態の場合、振幅が小さく、或る周波数で、1つの要素の一面における位置又は方向を変調するような、また、位相感度が良好な検出方法により、その周波数で位置の誤差を検出するような既知の手法によって、ミラー326A及び326Bのそれぞれの位置及び方向を制御するために、情報が得られる。この手順は、順次又は同時に各異なる自由度に対して異なる周波数を用いて、要素326A及び326Bの全自由度に対して繰返される。
【0213】
第5実施形態による基準標的130Rの基準共振器の生成に関する説明は、第3実施形態による基準標的130Rの基準共振器に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0214】
界面243における光207Aの入射角度は、図8aに示すようにθ5である。入射角度が垂直でない結果、界面343に生成され生じた定在波パターンが存在する。定在波パターンの振幅の例を図8bに示す。定在波パターンの腹は、θ5の値と、光線307A及び307Bが認識する光共振器330の光路長とを選択することによって、波長又はサブ波長開口部30及び/又は32に一致するように構成し得る。従って、定在波パターンの振幅のΛ5は、要素332の屈折率をη5とし、また、ゼロではない整数をpとすると、以下の通りである。
【0215】
【数36】
波長又はサブ波長開口部30及び/又は32との腹の位置合わせは、サーボ制御信号286A及び286Bによる。更に、サーボ制御信号286A及び286Bの生成に対して述べた手順には、光線307A及び307Bが認識する光共振器330の光路長を変調する段階と、測定信号値[Sn]の選択された要素の変化を位相感度が良好な検出方法によって検出する段階と、が含まれる。選択された要素は、要素30及び/又は32の要素に対応し、これに対しては、腹との位置合わせが望まれる。
【0216】
第5実施形態の利点は、光共振器330の設計によって、バックグラウンドが低減されることである。
第5実施形態の他の利点は、光線1022を近視野プローブ光に結合する効率を改善し得る潜在的な可能性である。
【0217】
第5実施形態の残りの説明は、第4実施形態に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
本発明の精神と範囲から逸脱することなく、光共振器230に対する共振条件が、2つの異なる波長に対して、同時に満足されるように、他の光学要素を、或る屈折率で光線307A及び307Bの光路に導入し得ることは、当業者には明らかであろう。その結果生じる色収差が補正された光共振器は、2つの異なる波長で光線パルスを生成するように構成された光源1010に用い得る。例えば、再構成された光源1010には、2つの光線がダイクロイックビームスプリッタによって合成される2つの独立したパルス光源が備えられている。
【0218】
本発明の他の実施形態には、透過モードで動作するように上述したシステムを適合する段階が含まれる。一度、このような実施形態を図10に示す。
図10示す実施形態の数多くの要素は、前述の実施形態の要素と同様な機能を果たし、また、同じ要素番号が図1a示す第1実施形態の要素に対応する状態で図10示す。
【0219】
光線20は、非偏光ビームスプリッタ102に入射し、その第1部分は、測定光22Tとして透過される。次に、測定光22Tは、ミラー92によって反射され、次に、ミラー92によって反射された後、基板112Tにおいて点に合焦される。基板112Tには、光線20の波長で透過する基板と、光共振器及び波長及び/又はサブ波長開口部アレイを含む要素24Tと、が含まれる。要素24Tは、その要素は、散乱部位32を含まないこと以外では、第1実施形態の光共振器130に対応する。その点に合焦された測定光22Tの一部は、近視野プローブ光アレイとして、要素24Tの開口部によって透過される。開口部の説明は、第1実施形態の開口部アレイ30に対して行なった説明の対応する部分と同じである。点の直径は、開口部アレイを跨るのに充分な大きさである。
【0220】
近視野光アレイによって検査されるサンプル25は、アミシ型レンズ26Tの平坦面に配置される。近視野プローブ光アレイは、第5実施形態の装置による後続の処理に関して第1実施形態の光線34に対応する透過光線34として、サンプル25によって透過される。
【0221】
図10に示すように、光線20の第2部分は、基準光50Tとして、ミラー102によって反射される。基準光50Tは、ミラー94A、94B、及び94Cによって反射された後、基準光52として、レンズ60の開口部を介して透過される。次に、基準光50Tは、図2dに示すように、アミシレンズと、透過性基準要素30Rに対応する反射基準要素アレイとを含む基準標的20Rと接触する。反射要素は、図1aの実施形態においての通り、反射基準光54を生成する。残りの説明は、第1実施形態に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0222】
特筆すべき事として、他の実施形態において、図10を参照して述べた反射性基準要素は、前述の実施形態によるいずれかの透過性基準要素と置き換え得る。更に、他の実施形態は、基準共振器を含む必要はない。更にまた、他の実施形態において、このような実施形態は、前述の実施形態よりも、近視野信号光と干渉する基準光を結合することは少ないかも知れないが、基準標的は、平坦又は湾曲したミラー等の均一な反射性標的であってよい。
【0223】
他の側面、利点、及び修正は、前述の請求項の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す概略図。
【図2a】第1実施形態に用いる光共振器を示す概略図。
【図2b】第1実施形態に用いる波長又はサブ波長開口部アレイを示す概略図。
【図2c】第1実施形態に用いる基準標的を示す概略図。
【図2d】第1実施形態に用いる基準標的波長又はサブ波長開口部アレイを示す概略図。
【図2e】第1実施形態に用いる検出器開口部アレイを示す概略図。
【図2f】第1実施形態の第1変形例に用いる光共振器を示す概略図。
【図2g】第1実施形態の第1変形例に用いる基準標的を示す概略図。
【図3】本発明の第2実施形態を示す概略図。
【図4】本発明の第3実施形態を示す概略図。
【図5】本発明の第4実施形態を示す概略図。
【図6a】第4実施形態に用いる光共振器を示す概略図。
【図6b】第4実施形態に用いる波長又はサブ波長開口部アレイを示す概略図。
【図7】本発明の第5実施形態を示す概略図。
【図8a】第5実施形態に用いる光共振器を示す概略図。
【図8b】第5実施形態に用いる定在波パターンと波長又はサブ波長開口部アレイとの間の関係を示す概略図。
【図9】多層反射誘電体における導波要素によって形成されたマスクアレイを示す概略図。
【図10】透過モードで動作する本発明の実施形態を示す概略図。
関連出願の相互参照
本出願は、2000年7月27日、ヘンリー・ヒル(Henry.A.Hill)によって出願された仮出願番号第60/221,091、表題“共振器により強化された光透過機能を有する多重光源アレイ”の優先権を主張するものであり、その内容は、本明細書中で引用参照する。
【0002】
発明の背景
通常ならば不透明な材料に設けた開口部を介して、光エネルギを効率的に制御して伝達することは、数多くの光学測定装置において重要な面である。特に、この知見は、近視野顕微鏡法に適用可能であるが、この近視野顕微鏡法は、近視野顕微鏡法で用いる光線の自由空間波長より短い開口部(以下、サブ波長開口部と称す)を用いて、高空間分解能の像形成を実現する。近視野走査プローブとして用いるサブ波長プローブの光学的な効率が低い(通常10−4以下)場合、信号対雑音比及び測定帯域幅に悪影響が生じることがある。
【0003】
発明の概要
本発明は、開口部又は開口部アレイに隣接して光共振器が形成され、開口部又は開口部アレイを介した近視野プローブ光等のプローブ光の透過を強化した近視野干渉顕微鏡法及び干渉共焦点顕微鏡法のためのシステムと方法とを特徴とする。更に、開口部又は開口部アレイを用いる顕微鏡法システムは、サンプルのプロファイルを調べ、サンプルからの光学データを読取り、及び/又は光学データをサンプルに書込むように設計し得る。
【0004】
一般的に、1つの側面において、本発明は、標的を照射するための多重光源アレイを特徴とする。多重光源アレイには、以下のものが含まれる。すなわち、空間的に離間した開口部アレイを有する反射マスクと、マスクを基準に配置されマスクと光共振器を形成する少なくとも1つの光学部品と、光共振器に電磁放射を供給して光共振器がサポートするモードを共振励起する光源とが含まれる。動作中、共振器中に形成された電磁放射の一部が、マスク開口部を介して標的側へ漏れる。通常、光共振器は、共振励起モードに対して安定であるように設計されている。
【0005】
多重光源アレイの実施形態には、次の特徴のいずれかを含み得る。
励起モードは、反射マスクにおいて、各開口部の垂直横方向の大きさよりかなり大きい垂直横方向の大きさを有し得る。例えば、反射マスクにおける励起モードの垂直横方向の大きさは、各開口部の垂直横方向の大きさより、50倍以上、又は、更に500倍以上大きくてよい。
【0006】
各開口部の垂直横方向の大きさは、光源が供給する電磁放射線の真空中での波長より小さい。
各開口部の垂直横方向の大きさは、光源が供給する電磁放射線の真空中での波長と同等である。
【0007】
開口部は、反射マスクにおける孔によって形成し得る。
開口部は、反射マスクにおける誘電体領域によって形成し得る。
各開口部には、電磁放射の伝播モードをサポートするのに充分な垂直横方向の大きさを有する導波路が画成される誘電体領域を含み得る。動作中、導波路は、共振器中に形成された電磁エネルギをマスクの両端間において結合する。更に、反射マスクは、標的に隣接する縁端マスク部を含むことができ、この構成において、更に、各開口部には、縁端マスク部に形成された、また、対応する導波路に調心された2次開口部が含まれる。このような場合、各2次開口部の垂直横方向の大きさは、対応する導波路の垂直横方向の大きさより小さい。例えば、各2次開口部の垂直横方向の大きさは、光源が供給する電磁放射の真空中での波長より小さくてよい。更に、反射マスクには、導波路を囲む多層反射誘電体が含まれていてよく、また、縁端マスク部には、2次開口部を提供する金属層が含まれていてよい。更に、場合によっては、各導波路は、マスクの両端間において、第2光共振器を画成し、また、各導波路の長さは、電磁放射の対応する伝播モードと共振するように選択される。
【0008】
反射マスクには、多層反射誘電体を含み得る。更に、多層反射誘電体は、光共振器に隣接していてよく、更に、反射マスクには、標的に隣接して反射防止膜を含み得る。
【0009】
更に、多重光源アレイには、共振器においてマスクに接する誘電材料を含み得る。例えば、誘電材料は、アミシレンズを含み得る。光共振器は、線形光共振器でよい。例えば、少なくとも1つの光学部品は、1つの光学部品(例えば、ミラー又はレンズ)でよく、線形光共振器は、2つの面によって形成され、第1の面は、その光学部品によって画成され、第2の面は、反射マスクと誘電材料との間の界面によって画成される。更に、誘電材料は、2つの面間の隙間を満たしてよく、また、第1面は、光学部品と誘電材料との間の界面によって画成される。
【0010】
他の実施形態において、少なくとも1つの光学部品は、2つの光学部品でよく、また、共振器は、3つの面によって形成した折り返し式の共振器でよく、第1面は、第1光学部品で画成し、第2面は、第2光学部品で画成し、第3面は、反射マスクと、共振器におけるマスクと接する誘電材料との間の界面によって画成してよい。例えば、第1及び第2面は、折り返し式光共振器の端面を画成し得る。
【0011】
光共振器は、環状共振器でもよい。例えば、少なくとも1つの光学部品には、2つの光学部品を含んでよく、また、環状共振器は、3つの面によって形成してよく、第1面は、第1光学部品で画成し、第2面は、第2光学部品で画成し、第3面は、反射マスクと誘電材料との間の界面によって画成してよい。
【0012】
更に、多重光源アレイには、光共振器と光源によって供給される電磁放射との間の共振を維持するための能動フィードバックシステムを含み得る。例えば、能動フィードバックシステムは、光共振器で反射された電磁放射線の一部から生じたサーボ信号に応じて、光源が電磁放射線の波長を変えることができる電子制御装置を含み得る。また、このシステムには、少なくとも部分的に光共振器を満たす誘電材料を含むことができ、また、能動フィードバックシステムには、誘電材料と、電子制御装置とに接続された温度制御装置を含むことができるが、この電子制御装置によって、温度制御装置は、光共振器で反射された電磁放射線の一部から生じたサーボ信号に応じて、誘電材料の温度を変え得る。更に、能動フィードバックシステムは、光共振器を形成する光学部品の1つと、電子制御装置とに接続されたトランスデューサを含むことができ、この電子制御装置によって、トランスデューサは、光共振器で反射された電磁放射線の一部から生じたサーボ信号に応じて、接続された光学部品にディザをかけることができる。
【0013】
他の側面において、本発明は、標的の像形成のための顕微鏡法システムを特徴とする。顕微鏡法システムには、上述した多重光源アレイと、多重要素光検出器と、戻り光を多重要素検出器に誘導するように配置された像形成システムと、が含まれ、この構成において、戻り光には、標的に漏れ出した又開口部を介して散乱/反射された電磁放射線が含まれる。更に、顕微鏡法システムには、光検出器に隣接して配置されたピンホールアレイが含まれ、この構成において、各ピンホールは、離間した組の1つ以上の検出器要素と調心されており、また、像形成システムは、ピンホールアレイの対応するピンホール上で各開口部の共役像を生成する。更にまた、顕微鏡法システムには、光源からの電磁放射線を、光共振器に導かれる測定光と、基準光経路に沿って導かれ又戻り光と合成されて多重要素光検出器において干渉する基準光と、に分離する干渉計が含まれる。
【0014】
他の側面において、本発明は、標的の像形成を行なうための顕微鏡法システムを特徴とする。顕微鏡法システムには、次のものが含まれる。すなわち、上述した多重光源アレイと、空間的に離間した開口部アレイを含む多重検出器アレイと、多重要素光検出器と、信号光を多重要素検出器に誘導するように配置された像形成システムと、が含まれ、この構成において、信号光には、標的に漏れ出した又検出器アレイの開口部を介して標的によって透過された電磁放射線が含まれる。光源アレイの開口部は、検出器アレイの開口部と調心し得る。更に、顕微鏡法システムには、光検出器に隣接して配置されたピンホールアレイが含まれ、この構成において、各ピンホールは、離間した組の1つ以上の検出器要素と調心されており、また、像形成システムは、ピンホールアレイの対応するピンホール上で検出器アレイの各開口部の共役像を生成する。更にまた、顕微鏡法システムには、光源からの電磁放射線を、光共振器に導かれる測定光と、基準光経路に沿って導かれ又信号光と合成されて多重要素光検出器において干渉する基準光と、に分離する干渉計が含まれる。
【0015】
一般的に、他の側面において、本発明は、標的を照射するための光源を特徴とする。光源には、少なくとも1つの開口部を有する反射マスクと、マスクを基準にして配置されマスクと共に安定した光共振器を形成する少なくとも1つの光学部品と、が含まれ、この構成において、動作中、共振器中に形成された電磁エネルギの一部は、マスク開口部を介して標的側へ結合される。更に、光源には、多重光源アレイに対して上述した特徴のいずれかが含まれる。
【0016】
一般的に、他の側面において、本発明は、多重光源で標的を照射するための方法を特徴とする。この方法には、安定した光共振器のモードを共振励起する段階と、光共振器を画成する光学部品の1つにおける開口部アレイを介して、光共振器からの電磁放射線を標的側に結合する段階と、が含まれ、この構成において、励起モードの垂直横方向の大きさは、各開口部の垂直横方向の大きさよりかなり大きい。更に、この方法には、多重光源アレイに対して上述した特徴のいずれかに対応する特徴が含まれる。
【0017】
また、共焦点及び近視野共焦点顕微鏡法システムは、次の共有出願にも記載されている。すなわち、2000年8月2日、ヘンリー・ヒルによって出願された第09/631,320号、表題“走査干渉近視野共焦点顕微鏡法”及び2001年2月8日に発行された対応するPCT公報WO01/09662A2と、2000年7月27日、ヘンリー・ヒルとキール・フェリオ(Kyle.B.Ferrio)によって出願された仮出願第60/221,019号、表題“共焦点及び近視野顕微鏡法のための多重光源アレイ”及び2001年7月27日に出願された同一の表題を有し対応する通常出願第09/917,402号と、2000年7月27日、ヘンリー・ヒルによって出願された仮出願第60,221,086号、表題“バックグラウンド振幅の低減機能及び補償機能を有する走査干渉近視野共焦点顕微鏡法”及び2001年7月27日に発行された同一の表題を有し対応する通常出願第09/917,399号と、2000年7月27日、ヘンリー・ヒルによって出願された仮出願第60/221,287号、表題“近視野走査顕微鏡法におけるサブ波長開口部アレイの位置と方位の制御”及び2001年7月27日に出願された同一の表題を有し対応する通常出願第09/917,401号と、2000年7月27日、ヘンリー・ヒルによって出願された仮出願第60/221,295号、表題“差動干渉共焦点近視野顕微鏡法”及び2001年7月27日に出願された同一の表題を有し対応する通常出願第09/917,276号と、が含まれ、前述した各出願の内容は、本明細書中で引用参照する。前述した仮出願に開示された側面と特徴は、本出願に記述された実施形態に採り込み得る。
【0018】
本発明の実施形態には、次の利点のいずれかを含み得る。
1つの利点は、波長及びサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能である。
他の利点は、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能の位相制御である。
【0019】
他の利点は、電子機械式トランスデューサ、電気光学位相変調器、及び熱膨張効果の内の1つ以上を用いて、光線用の光共振器の共振周波数を調整することによって、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能を制御することである。
【0020】
他の利点は、光導波路が備えられた波長及び/又はサブ波長開口部アレイの開口部を介した光透過モードの励起である。
他の利点は、基準光と、透過機能が強化された波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介して透過した光線との間において、高い周波数での相対的な位相シフトの生成である。
【0021】
他の利点は、近視野プローブ光の光源波長が、紫外線、可視光、及び赤外線の範囲内でよいことである。更に、光源は、2つ以上の異なる波長を備え得る。
他の利点は、近視野光の干渉測定に基づく干渉プロファイルである。
他の利点は、近視野信号光の干渉解析が、サンプルによって散乱/反射された近視野光の複素振幅等、近視野情報の信号対雑音を改善し得ることである。
【0022】
他の利点は、干渉解析が、位相又は近視野信号光の複素振幅における変化をサンプル位置の関数として明らかにし得ることである。
他の利点は、本システム及び方法の共焦点の特徴によって、対象とする信号からバックグラウンドの影響を除去し得ることである。
【0023】
他の利点は、本システムと方法が、連続走査モードにおいて、パルス入力光線で動作し得ることである。
他の利点は、反射モードで動作する実施形態において、各マスク開口部は、近視野プローブ光をサンプルに結合し、また、近視野信号光を検出器側に結合することである。従って、各マスク開口部は、対応する近視野光に対して送受信器の双方であり、これによって、水平横方向の分解能が改善される。他の結果として、サンプルにおける任意の体積域において、対応する近視野信号光を生成する各近視野プローブ光の成分の伝播方向は、ほぼ同じであり、これによって、干渉信号からの近視野信号光の複素振幅を用いたサンプル特性を求めるための逆算が簡素化される。
【0024】
他の利点は、電気双極子、及び2つの異なる直交方位の磁気双極子を含む近視野プローブ光光源等、実質的に低次の電磁多極近視野光源を用いて、サンプルのプロファイルが描けることである。
【0025】
他の利点は、マスク開口部から散乱及び/又は反射されたバックグラウンド光に起因する干渉項の影響が補償し得ることである。干渉項には、バックグラウンド光と基準光との間、並びにバックグラウンド光と近視野信号光との間の干渉を含み得る。
【0026】
他の利点は、近視野信号光の測定した振幅と位相の統計的誤差が、反射又は散乱された近視野プローブ光のポアソン統計に基づく統計的誤差とほぼ同じであり得ることである。言い換えると、測定された振幅及び位相は、バックグラウンド信号が存在することによって大幅に劣化することがない。
【0027】
他の利点は、複数の波長を用いて、サンプルの特性解析ができることである。
他の利点は、近視野信号光の振幅及び位相の半径方向の依存度を測定するために、マスクとサンプルとの間の離間距離の変更ができることである。
【0028】
他の利点は、近視野信号光の振幅及び位相の角度方向の依存度を測定するために、マスクとサンプルとの相対的な水平横方向の位置の変更ができることである。
【0029】
他の利点は、本システムの空間分解能が、基本的に、マスク開口部の大きさと、サンプルからのそれらの距離によって決定され、また、マスク開口部から検出器アレイに出現する近視野信号光の像形成を行なう光学システムへの依存度が極めて弱いことである。
【0030】
他の利点は、サンプル走査が、“逐次移動”モード又は連続走査モードにおいて、実現し得ることである。
他の利点は、近視野プローブ光の光源が、パルス光源でよく、このパルス光源は、サンプル走査と同期化し得ることである。
【0031】
他の利点は、開口部アレイを有するマスクを用いることによって、サンプル上の一次元又は二次元アレイの位置に対して、ほぼ同時に複数の干渉項を測定し得ることである。更に、複数の干渉項におけるバックグラウンドノイズは、互いに相関関係がある。
【0032】
他の利点は、近視野プローブ光によって照射されたサンプルの領域において、近視野信号光の回転偏光に基づき、磁化の任意の状態を測定し得ることである。
他の利点は、本システムを用いて、光磁気材料等の光学データ記憶媒体に書込み得ることである。
【0033】
他の利点は、本システムは、標的に接触することなく、表面と、プロファイル化/像形成が行なわれる標的面付近の内部層とのプロファイルが描けることである。
【0034】
他の利点は、基準光と近視野信号光との間の干渉項の振幅及び位相を測定するために、ヘテロダイン又はホモダイン手法のいずれかを用い得ることである。
他の利点は、近視野信号光に対応する測定されたアレイの干渉データから、近視野プローブ光で照射される位置に在るサンプルの複素屈折率を求めることができ、この構成において、アレイの次元は、一次元及び二次元の空間に対応する一次元又は二次元と、マスクとサンプルの空間的な離間距離用の次元と、近視野プローブ光光源成分の各波長用の次元と、近視野プローブ光の多重極特徴付け用の次元と、を備え得ることである。
【0035】
他の利点は、光記憶媒体上及び/又は光記憶媒体内に記憶された多層の光学データが、マスクとサンプルとの間の複数の離間距離に対する干渉データを測定することによって読取り得ることである。
【0036】
他の利点は、光記憶媒体上及び/又は光記憶媒体内に記憶された多層の光学データが、近視野プローブ光における複数の波長及び/又は近視野プローブ光の異なる偏光状態に対する干渉データを測定することによって、ほぼ同時に読取り得ることである。
【0037】
他の利点は、マスクには、サブ波長厚の導体層内のサブ波長開口部、波長及びサブ波長フレスネル帯板、マイクロレンズ、及び/又は近視野プローブ光の特性を変えるための回折格子を含み得ることである。
【0038】
他の利点は、サンプル内又はサンプル上の部位における温度変化を、屈折率の複素数値の対応する変化として検出し得ることである。
他の特徴、側面、及び利点は、以下の通りである。
図面において、同様な参照文字は、幾つかの図全体において同様な要素を示す。
【0039】
発明の詳細な説明
本発明の実施形態には、開口部又は開口部アレイを介した光線の強化透過機能が備えられている。近視野用途の場合、1つ以上の開口部は、例えば、サブ波長開口部であって、その大きさ又は複数の大きさが、自由空間入射光の波長より小さい。他の用途においては、1つ以上の開口部は、例えば、波長開口部であって、その大きさ又は複数の大きさが、自由空間入射光の波長より小さいか、同等か、又は大きい。強化透過機能は、光共振器を用いることによって実現される。更に、実施形態には、反射又は透過モードのいずれかで動作する走査干渉近視野共焦点顕微鏡が備えられている。
【0040】
本発明の装置の用途は、広範な放射光源に及ぶが、以下、一例として、入射光が、光線等の電磁放射光である光学測定システムに関して説明を行なう。他の実施形態において、例えば、開口部又は開口部アレイに入射するビームには、音響放射ビーム、電子ビーム、及び原子ビームを挙げることができる。
【0041】
本発明の実施形態によって用いられる光線の光源には、単一及び複数波長光源との様々な組み合わせのCW及びパルス光源を挙げることができる。光共振器は、近視野プローブ光及び基準光の双方に対して、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した強化透過機能の生成に用いられる。
【0042】
また、本発明の装置の用途は、広範な像形成システムに及ぶが、以下、一例として、干渉共焦点近視野顕微鏡法測定システムに関しての説明を行なう。本明細書中において用いる光共振器は、これに限定されないが、走査及び逐次移動式干渉近視野共焦点顕微鏡法システム並びに走査及び逐次移動式共焦点及び干渉共焦点顕微鏡法システムにおける用途を有する。
【0043】
詳細に図面を参照すると、図1は、本発明の第1実施形態を示す概略図である。図1に示すように、第1実施形態には、干渉計、光源10、標的材112、標的材チャック160、チャックステージ162、変換機構164、検出器116、要素番号130で全体的に示す光共振器、及び基準標的130Rが備えられている。干渉計の構成は、当技術分野においては、マイケルソン干渉計として知られており、簡単に図示されている。偏光マイケルソン干渉計等、また、C.ザノニ(Zanoni)による文献、表題“距離及び角度測定用差動干渉計の構成:原理、利点、及び用途”(1989年、VDI・BerichteNR.749、99乃至106頁)に記載された当技術分野で知られている他の形態の干渉計は、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、図1の装置に搭載し得る。本明細書中で引用参照する前述した共有仮出願に記載されたもの等、他の形態の走査干渉近視野共焦点顕微鏡は、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、図1の装置に搭載し得る。
【0044】
レーザ等の光源10は、様々なレーザの内のどのようなものでもよい。例えば、このレーザは、当業者に知られている従来の様々な技術のいずれかで安定化し得るHeNeレーザ等のガスレーザでよい。この例として、T.ベール(Baer)らによる“0.633μmHe−Ne縦ゼーマンレーザの周波数安定化”、Applied・Optics、19、3173乃至3177(1980年)と、バーグワルド(Burgwald)らによる1975年6月10日発行の米国特許第3,889,207号と、サンドストローム(Sandstrom)らによる1972年5月9日発行の米国特許第3,662,279号と、を参照されたい。他の選択肢として、このレーザは、当業者に知られている従来の様々な技術のいずれかで周波数を安定化したダイオードレーザでよい。この例として、T.オーコシ及びK.キクチによる“ヘテロダイン型光通信システム用半導体レーザの周波数安定化”、Electronic・Letters、16、179乃至181頁(1980年)と、S.ヤマグチ及びM.スズキによる“クリプトンの光ガルヴァニ効果を用いることによるAlGaAs半導体レーザの周波数と出力の同時安定化”、IEEEJ、Quantum・Electronics、QE−19、1514乃至1519頁(1983年)と、を参照されたい。
【0045】
本明細書中に開示された幾つかの実施形態の場合、光源10に対応する光源は、パルス光源でもよい。パルス光源を生成するための手順には、幾つかの異なる手順がある(1995年、ニューヨーク、McGrw−Hill社、W.シルフバスト(Silfvast)によるHandbook・of・Optics、1、第11章、表題“レーザ”を参照)。パルス幅には、制約が伴うことがある。例えば、パルス幅は、走査最終利用用途及び/又は後述するような第1実施形態の特性強化に要求される空間分解能の検討に基づくことがある。
【0046】
第1実施形態の場合、好適には、光源10は、単色点光源又は光源面全体において空間的にインコヒーレント放射光源であり、好適には、レーザもしくはコヒーレント又は部分的にコヒーレントな同様の放射光源であって、偏光状態にあることが好ましい。光源10は、入力光線12を放出する。図1に示すように、入力光線12は、コリメータレンズ14に入射して入力光線16になる。入力光線16は、入力光線20として、位相遅延板18によって透過される。入力光線20の偏光面は、位相遅延板18によって回転を受けて、図1の面に平行又は垂直になる。しかしながら、入力光線20の他方向の偏光面を何らかの最終利用用途に用いても、利点が得られる場合がある。位相遅延板18の機能は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200からの信号128によって制御される。
【0047】
光線12の光源に用いられる専用装置は、光線12の直径と発散を決定する。ダイオードレーザ等、幾つかの光源の場合、例えば、従来の顕微鏡対物レンズ及び/又はアナモルフィックプリズム等、従来の光線成形光学部品を用いて、後続の要素のために適切な直径と発散とを光線12に提供しなければならない場合がある。光源がHeNeレーザの場合、例えば、光線成形光学部品は不要である。
【0048】
光線16は、平行光線として図1に示が、最終利用用途の要求に応じて、発散又は収束光線であってよい。
入力光線20は、非偏光ビームスプリッタ102に入射し、その第1部分は、測定光22として反射される。ビームスプリッタ102に入射する入力光線20の第2部分は、基準光50として透過される。測定光22の一部は、非偏光ビームスプリッタ104によって反射されて、ミラー112Aによって反射された後、測定光24になる。光線24は、光共振器130に入射する。非偏光ビームスプリッタ104の反射係数は、光線24の強度が大幅に低下しないように、約95%以上が好ましい。
【0049】
光共振器130を介した測定光24の伝播が、図2aにおいて、拡大して、概略的に示されている。本実施形態において、要素132は、アミシ型の対物レンズである。測定光24は、レンズ122及び132によって合焦されて、開口部アレイ要素142における少なくとも1つの波長又はサブ波長開口部アレイ及び開口部アレイ要素142における少なくとも1つの波長又はサブ波長散乱部位を網羅する光点になる。図2bに拡大して概略的に示す開口部アレイ要素142は、アミシ型レンズ132の面143上の導体層(例えば、反射層)である。
【0050】
波長又はサブ波長開口部と、波長又はサブ波長散乱部位とは、図2bに示すように、それぞれ要素30及び32である。波長及び/又はサブ波長散乱部位32は、好適には、開口部アレイ要素142の導体材料の複素屈折率とは異なる複素屈折率を有する非透過導体要素である。要素32が波長又はサブ波長散乱部位として効果的に機能するように、これらの複素屈折率は異なる。要素30及び32の直径は、aであり、λ1を測定光24の波長とすると、a<λ1、好適には、a<<λ1である。要素30及び32の離間距離は、bであり、b>a、好適には、b>>aである。開口部アレイ要素142の導体材料の厚さは、20nm程度であり、波長又はサブ波長30を含まない開口部アレイ要素142の部位によって透過される光の一部<<1であるように選択される。
【0051】
更に、開口部アレイ要素142における要素30の相対的な間隙は、第2波長又はサブ波長開口部の透過特性に対する1つの波長又はサブ波長開口部の影響を最小限に抑えるように選択される。
【0052】
波長又はサブ波長開口部30の直径は、図2bに概略的に示すように、単一の直径に制約する必要はないが、最終利用用途に対して、2つの以上の直径を備えると利点が得られる場合がある。更に、波長又はサブ波長開口部30の形状は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、例えば、正方形又は矩形等、円形以外の形状を備え得る。
【0053】
波長又はサブ波長開口部30の間隙は、図2bに概略的に示すように、単一の値に制約する必要はないが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、最終利用用途に対して、2つの以上の間隙を備えると利点が得られる場合がある。
【0054】
更に、波長又はサブ波長開口部30の構成は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な幾何的なパターン又はランダムなパターンに配置し得る。
要素142の開口部30は、マスク中の孔として、又は、これ以外の場合反射性である要素における透過ビアホール等、これ以外の場合非透過なマスクにおける透過誘電体領域として形成し得る。更に、開口部30を画成する要素142における誘電材料は、サンプルへの近視野プローブ光の透過を強化する導波路又は光共振器を形成し得る。例えば、前述の出願“共焦点及び近視野顕微鏡法のための多重光源アレイ”を参照されたい。更に、本実施形態において、要素142のマスク部は、それが反射性であることを示すために、伝導性として記述されている。他の実施形態において、要素142は、必ずしも伝導性である必要はないが、一般的に、透過性ではなく、サンプルへの近視野プローブ光の結合は、要素142の開口部30によって実現されている。
【0055】
例えば、幾つかの実施形態において、各開口部30における要素142の構造は、図9に示す要素910の形態を取り得る。
特に、要素910には、多層反射誘電体920と、2次開口部932のアレイを有する縁端マスク部930と、が含まれる。各開口部30には、多層誘電体920を介して延在する誘電材料924によって形成された導波路922と、2次開口部932と、が含まれる。更に、幾つかの実施形態において、縁端マスク部は、各導波路に対して、2つ以上の2次開口部を提供し得る。当分野において知られているように、多層誘電体920は、屈折率n1及びn2を有する交互に積層した誘電材料によって形成し得る。更に、導波路922を形成する誘電材料924の屈折率は、n3であり、n3>n1、また、n3>n2である。縁端マスク部930は、金属層によって形成でき、また、2次開口部932は、サブ波長開口部であるように選択し得る。言い換えると、2次開口部の垂直横方向の大きさは、誘電材料924における伝播モードをサポートするのに必要な大きさより小さくてよい。
【0056】
その結果得られる構造には、光共振器の面143に反射性の高い(多層反射誘電体によって形成された)界面を提供するという利点があり、これによって、共振器130に形成される放射が強化される。導波路922は、光共振器130からの放射を多層誘電体920の反対側に結合するが、ここで、縁端マスク部930に入射し、サブ波長2次開口部932を介して標的に放射する。
【0057】
更に、標的と、標的に最も近い要素910の面との間の多重反射を抑制するために、要素910は、更に、標的に最も近い要素910の面上に形成される反射防止層940を含み得る。例えば、反射防止層940は、図9に示すように、縁端マスク部930と導波路922とを取り囲むことができる。反射防止層940は、誘電層及び/又は金属層の何らかの組み合わせによって形成し得る。また更に、要素910は、多層誘電体920と反射防止層940との間に挟み込まれる金属層950を含み、その間の相互作用を最小限に抑え得る。
【0058】
反射防止膜用の適切な一連の層における1つの例は、次の通りである。すなわち、二酸化シリコンの51nmの第1層、ベリリウムの6nmの第2層、二酸化シリコンの51nmの第3層、それに続く二酸化シリコン基板上にあるアルミニウムの51nmの第4層であり、この構成において、反射防止膜は、第1層と空気との間の界面からの反射を防止するようになっている。
【0059】
また、導波路922は、これ以外では2次開口部932によって散乱される放射線の少なくともある部分を再循環させる第2共振器を形成するようにできる。このような場合、導波路922の長さは、放射線の波長で、第2共振器が共振するように、又は、少なくとも実質的に共振するように選択される。
【0060】
本発明の他の実施形態には、要素910に関連して説明した1つ以上の特徴を有する要素142が含まれる。更に、波長又はサブ波長開口部には、フレスネル帯板又はマイクロレンズが備えられ、何らかの最終利用用途では、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、波長又はサブ波長開口部アレイを介した透過を変更するという利点がある。他の何らかの最終利用用途では、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、反射/散乱又は透過される近視野プローブ光の空間フィルタとして動作する波長及び/又はサブ波長開口部アレイに回折格子を追加して、反射/散乱又は透過された近視野プローブ光の特性を変更し得る。
【0061】
光線24は、レンズ122の面123に入射し、面123によって透過された後、光共振器130に入射する。光共振器130には、レンズ122とアミシ型レンズ132との間の反射率が高い界面と、アミシ型レンズ132と、要素142とアミシ型レンズ132との間の反射界面と、が備えられている。レンズ122、アミシ型レンズ132、及び開口部アレイ要素142は、好適には、光学的な屈折率変化に合致する接着剤で共に結合されている。アミシ型レンズ132の面133は、レンズ122の面124と同じ面形状を有し、また、アミシ型レンズ132の面134は、開口部アレイ要素142の面143と同じ面形状を有するが、以下、それぞれ界面124及び143(要素番号133及び134は図2aには示さず)と称する。レンズ122には、好適には、光線24の波長に対して反射防止膜がコーティングされた面123と124が備えられている。
【0062】
アミシ型レンズ132の屈折率は、好適には、そこでの波長が実質的に小さくなるように、また、制約的な光学分解能を改善するように、大きい値が選択される。
【0063】
光共振器130は、界面124に入射する測定光によって励起され、対応する光線107が光共振器130内部に形成される。光線107の強度は、光線24の強度より大幅に大きく、こうして、開口部30を介した透過の強化が可能である。光線107の形成に関連する光共振器130の特性制御については、第1実施形態の説明において後述する。
【0064】
波長又はサブ波長開口部30に入射する光線107の第1部分は、近視野プローブ光として透過される。近視野プローブ光の一部は、標的材112に入射し、その一部は、反射及び/又は散乱されて、波長又はサブ波長開口部30に戻り、また、その一部は、近視野戻りプローブ光として透過される。
【0065】
標的材112と開口部アレイ要素142の隣接面の空間的な離間距離は、図2bに示すように、hである。hの値は、好適には、2a程度であり、水平横方向の分解能は、ほぼhに等しい。波長又はサブ波長開口部30に入射する光線107の第2部分は、第1バックグラウンド戻り光として、反射及び/又は散乱される。波長又はサブ波長散乱部位32に入射する光線107の一部は、第2バックグラウンド戻り光として、反射及び/又は散乱される。近視野戻りプローブ光、第1バックグラウンド戻り光、及び第2バックグラウンド戻り光は、図1において光線34A及び34Bとして示す戻り光34としてアミシ型レンズ132から透過され、ここで、戻り光34には、光線34Aと34Bとの間の光線が含まれる。戻り光34は、レンズ60によって、戻り光36として平行光になる。戻り光36は、図1において光線36A及び36Bとして示し、光線36には、光線36Aと36Bとの間の光線が含まれる。
【0066】
ミラー112Bによって反射され、また、非偏光ビームスプリッタ106に入射する基準光50の一部は、基準光52として反射される。基準光52は、基準標的130Rに入射し、その一部は、透過基準光54として透過される。光線54は、図1において光線54A及び54Bとして示し、光線54には、光線54Aと54Bとの間の光線が含まれる。光線54は、レンズ66によって平行光となり、透過基準光86として位相シフタ64によって透過される。光線56は、図1において光線86A及び86Bとして示し、光線56には、光線56Aと56Bとの間の光線が含まれる。位相シフタ64によって、透過基準光56に相対的な位相シフトχが生じる。位相シフトχの大きさは、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200からの制御信号158によって制御される。
【0067】
基準標的130Rを介した基準光52の伝播は、図2cに拡大して概略的に示す。基準標的130Rには、レンズ122R、誘電材料132R、開口部アレイ要素142R、及びアミシ型レンズ134が備えられている。基準光52は、基準標的130Rによって合焦され、開口部アレイ要素142Rにおいて、波長又はサブ波長開口部アレイを網羅する光点になる。開口部アレイ要素142Rは、アミシ型レンズ134Rの面上の波長又はサブ波長開口部アレイ30R及び32Rとして、図2bに拡大して概略的に示す。波長又はサブ波長開口部30R及び32Rは、光線54の透過基準光成分を生成し、これら透過基準光成分は、要素142の波長又はサブ波長要素30及び32にそれぞれ対応する。波長又はサブ波長開口部30R及び32Rの間隙b”並びにアミシ型レンズ134R及びレンズ66の像形成特性は、検出器上への後続の像形成によって分かるように、波長又はサブ波長開口部30R及び32R及び波長又はサブ波長要素30及び32が、それぞれ共役であるように選択される。波長又はサブ波長開口部30R及び32Rの直径a”は、透過基準光56の生成において効率的なように選択され、直径は、戻り光36の直径とほぼ同じである。波長又はサブ波長開口部30R及び32Rの相対的透過は、最終利用用途によって、同じか又は有益ならば異なってよい。
【0068】
基準標的130Rには、以下、基準光共振器と呼ぶ光共振器が備えられている。基準光共振器は、図2cに概略的に示すように、界面124R及び143Rによって画成され、波長又はサブ波長開口部アレイ142Rを介して、基準光52の透過を強化する。波長又はサブ波長開口部30R及び32Rの残りの説明は、波長又はサブ波長開口部30に対して行なった説明の対応する部分と同じである。基準光共振器の特性の説明は、光共振器130の特性に対して行なった説明の対応する部分とほぼ同じである。
【0069】
戻り光36は、ビームスプリッタ100に入射し、その一部は、光線38の戻り光成分として反射される。光線38は、図1において光線38A及び38Bとして示し、光線38には、光線38A及び38Bとの間の光線が含まれる。反射された基準光56は、ビームスプリッタ100に入射し、その一部は、光線38の透過基準光成分として透過される。光線38は、レンズ62に入射し、合成光線40として合焦される。光線40は、図1において光線40A及び40Bとして示す。像面114のピンホールが波長又はサブ波長開口部30又は波長又はサブ波長散乱部位32のいずれか1つの共役像となるように、光線40は、ピンホール面114に合焦される。
【0070】
ピンホール面114は、図2eに概略的に示す。ピンホールの直径は、cであり、ピンホール間の間隙は、dである。間隙dは、波長又はサブ波長開口部30と波長又はサブ波長散乱部位32との離間距離bに、ピンホール面114の対応するピンホール上に波長又はサブ波長開口部30と波長又はサブ波長散乱部位32との像形成を行なう像形成システムの倍率を乗じたものに等しい。直径cは、像形成システムによる点標的の回折限界像寸法のほぼ2倍になるように選択され、また、間隙dは、cより大きくなるように、好適には、像形成システムによる点標的の回折限界像寸法のほぼ4倍以上になるように選択される。波長又はサブ波長開口部30及び波長又はサブ波長散乱部位32における回折限界像の通常の振幅関数は、それぞれ点線及び実線プロファイルとして図2eに示す。
【0071】
光線40の一部は、ピンホール面114のピンホールによって透過され、検出器116によって検出されるが、好適には、光量子検出器によって検出される(1995年、ニューヨーク、McGrw−Hill社、P.R.ノートン(Norton)によるHandbook・of・Optics、1、第15章、第15.3節、表題“量子検出器”を参照)。検出器116には、画素アレイが備えられている。画素アレイには、最終利用用途の要件に基づき、一対の画素、一次元の画素アレイ、又は二次元の画素アレイのいずれかが備えられており、ピンホール面114のピンホールと検出器116の画素との一対一のマッピングがなされている。
【0072】
検出器116は、画素アレイに対応する信号値アレイ[Sn]が備えられている電気干渉信号を生成する。添え字nは、信号値アレイ[Sn]の要素を示す添数である。信号値アレイ[Sn]は、最終利用用途によって、一対の要素、少なくとも3つの要素を備える一次元のアレイ、又は二次元のアレイを備え得る。また、他の実施形態において、光線38の測定及び基準光成分の偏光は、異なる偏光、例えば、直交偏光であってよく、この場合、偏光子を追加して、光線38の測定及び基準光成分の偏光方向を合成して検出器116において、干渉信号を生成し得る。
【0073】
信号値アレイ[Sn]の精度の高い近似式は、以下の通り表現し得る。
【0074】
【数1】
ここで、項(SD)nは、波長又はサブ波長開口部30と関連する項又は波長又はサブ波長部位32と関連する項を表し、項(SI)nは、波長又はサブ波長開口部30と関連する又は波長又はサブ波長部位32と関連する干渉積項を表す。
【0075】
波長又はサブ波長開口部30と関連する(SD)n項は、近視野戻りプローブ光における対応する部分の振幅値の平方と、第1バックグラウンド戻り光の振幅値の平方と、並びに近視野戻りプローブ光の複素振幅と第1バックグラウンド戻り光の複素振幅との間の反射基準光及び干渉積項の振幅値の平方との和に比例する。波長又はサブ波長部位32と関連する(SD)n項は、第2バックグラウンド戻り光における対応する部分の振幅値の平方と、反射基準光の振幅値の平方との和に比例する。波長又はサブ波長開口部30と関連する(SI)n項は、近視野戻りプローブ光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の干渉積項と、並びに第1バックグラウンド戻り光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の干渉積項との和に比例する。波長又はサブ波長部位32と関連する(SI)n項は、第2バックグラウンド戻り光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の干渉積項に比例する。
【0076】
項(SD)nは、位相シフトχに対して独立である。項(SD)nは、位相シフトχの正弦関数であり、以下のように記述できる。
【0077】
【数2】
ここで、(|SI|)n及びφは、それぞれ、(SI)nに寄与する複素振幅に関係する振幅と位相である。
【0078】
図1、2a、2b、2c、2d、及び2eに示す本発明による第1実施形態の装置の動作は、信号値アレイにおける4つの測定値のシーケンスを得ることに基づく。χ0を位相シフトχの或る固定値とすると、4つの信号値アレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4のシーケンスは、検出器116によって得られ、位相シフタ64が、位相シフトχ0、χ0+π、χ0+π/2、χ0+3π/2ラジアンのシーケンスをそれぞれ導入する。4つの信号値アレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4は、信号131として、デジタル又はアナログのいずれかの形式で、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200に送出され、その後処理される。
【0079】
従来の変換回路すなわちアナログ対デジタル変換器は、検出器116又は電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200のいずれかに含まれ、4つのアレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4をデジタル形式に変換する。位相シフタ64によって導入される位相シフトχは、信号158によって制御され、ここで、信号158は、生成された後、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって送出される。位相シフタ64は、電気光学型のものでよい。
【0080】
次に、2つの信号値アレイの差[Sn]1―[Sn]2=[(SI)n]1―[(SI)n]2及び[Sn]3―[Sn]4=[(SI)n]3―[(SI)n]4は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって算出される。波長又はサブ波長開口部30に関連する画素に対応する信号値アレイの差の要素は、比較的高い効率で、実質的に2つの干渉積項のみを含むが、この2つの干渉積項は、近視野戻りプローブ光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の第1干渉積項と、第1バックグラウンド戻り光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の第2干渉積項と、である。波長又はサブ波長部位32に関連する画素に対応する信号値アレイの差の要素は、比較的高い効率で、実質的に第2バックグラウンド戻り光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の干渉積項のみを含む。
【0081】
測定信号値において、波長又はサブ波長開口部30及び波長又はサブ波長部位32に関連する光線振幅の影響を分離するための比較的高い効率は、パラメータc及びdを選択することによって制御される。
【0082】
近視野戻りプローブ光の複素振幅は、近視野戻りプローブ光の複素振幅と反射基準光の振幅との間の第1干渉項の振幅から、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって算出される。この計算には、サブ波長開口部30に関連する信号値差要素の測定値に対して、第1バックグラウンド戻り光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の第2干渉積項の寄与分を補償するために、第2バックグラウンド戻り光の複素振幅と反射基準光の複素振幅との間の干渉積項の測定値を用いる段階が含まれる。この計算には、更に、ピンホール面114のピンホールによって透過され又検出器116によって検出される反射基準光部分の振幅の二乗値に対して測定値を用いる段階が含まれる。
【0083】
次に、入力光線20の偏光面は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200からの信号128に応じて、位相遅延板18によって90度回転される。測定信号値アレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4に対応する4つの信号値アレイの第2組[Sn]5、[Sn]6、[Sn]7、及び[Sn]8は、検出器116によって得られる。信号値アレイの差[Sn]1―[Sn]2=[(SI)n]1―[(SI)n]2及び[Sn]3―[Sn]4=[(SI)n]3―[(SI)n]4は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって算出される。直交偏光された入力光線20に対する近視野戻りプローブ光の複素振幅は、非回転偏光状態の入力光線20に対する近視野戻りプローブ光の複素振幅を算出するために用いられるものと同じアルゴリズムで、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって算出される。
【0084】
標的材112は、標的材チャック160に搭載される。標的材チャック160の角度方向及び高さは、チャックステージ162に取り付けられる3つのトランスデューサによって制御されるが、それらの内の2つを161A及び161Bとして示す。伝導要素28の面を基準にした標的材チャック160の角度方位及び高さは、誤差信号を生成するために、検出して用いる。誤差信号の検出と生成は、キャップゲージ、波数領域反射測定法を含む精密距離測定用干渉測定法、及び走査干渉近視野顕微鏡法等、当分野の既知の手法によって行なってよい。尚、波数領域反射測定法を含む精密距離測定干渉計に関しては、ヘンリー・A.ヒルによる共有米国特許出願第09/089,105号、表題“波数領域反射測定法及びバックグラウンド振幅低減及び補償を用いた共焦点干渉顕微鏡法のための方法と装置”(その内容は、本明細書中で引用参照する)を参照されたい。また、走査干渉近視野顕微鏡法に関しては、前述したヘンリー・ヒルによる仮出願、表題“近視野走査顕微鏡法におけるサブ波長開口部アレイの位置と方位の制御”を参照されたい。
【0085】
誤差信号は、信号166の成分として、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200に送出される。サーボ制御信号は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって誤差信号から生成され、信号166のサーボ制御信号成分として、チャックステージ162へ送出される。トランスデューサ161A、161B、及び第3トランスデューサ(図示せず)は、信号166のサーボ制御信号成分に基づき、標的材112の方向及び/又は高さを変更する。
【0086】
伝導要素28の面にほぼ平行な面におけるチャックステージ162の位置は、変換機構164によって制御される。チャックステージ162の位置は、精密距離測定用干渉測定法及等、当分野の既知の手法によって検出され、誤差信号が、信号168の誤差信号成分として、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200へ送出される(ピーター・デ・グルート(Peter・de・Groot)、ヘンリー・A.ヒル、及びフランク.C.デマレスト(Frank.C.Demarest)により、1999年2月18日出願された米国特許出願第09/252,266号、表題“屈折率及び光路長の影響を測定するための干渉計と方法”と、ヘンリー・A.ヒル、ピーター・デ・グルート、及びフランク.C.デマレストにより、1999年2月18日出願された米国特許出願第09/252,266号、表題“多段階干渉測定法を用いた空気の屈折率及び光路長の影響を測定するための装置と方法”と、(両出願の内容は、本明細書中で引用参照する)を参照されたい)。
【0087】
サーボ制御信号は、信号168の誤差信号成分から、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって生成され、信号168のサーボ制御信号成分として、変換機構164へ送出される。変換機構164は、信号168のサーボ信号成分に応じて、最終利用用途の要件に従って、1つ又は2つの直交方向及び1つ又は2つの直交方位面において、チャックステージ162の位置と方位を制御する。
【0088】
次に、最終利用用途の要件に基づき、標的材112は、標的材112の面にほぼ平行な1つ又は2つの直交方向の組み合わせにおいて、また、伝導要素28と標的材112の隣接面との空間的な離間距離において、走査される。測定信号値アレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4、並びに最終利用用途により必要な場合、測定信号値アレイ[Sn]5、[Sn]6、[Sn]7、及び[Sn]8が、走査パラメータの関数として、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200によって算出され、それぞれの近視野戻りプローブ光の複素振幅と反射基準光のそれぞれの複素振幅との間におけるそれぞれの干渉積項の振幅及び位相の関数として、得られる。
【0089】
標的材112に関する第1実施形態の装置の情報は、大幅に低減されたバックグラウンド信号が存在する状態で取り込まれる。バックグラウンド信号への寄与分の源には、第1バックグラウンド戻り光と、戻り測定光と、第1実施形態による装置における測定光に関連する他の光線の反射及び/又は散乱により生成されたバックグラウンドと、反射基準光に関連した対応する光線と、が含まれる。バックグラウンド信号は、大幅に低減されるが、これは、第1に、第1実施形態による装置が、共焦点光学像形成/検出システムを備えているためであり、第2に、第2バックグラウンド戻り光の測定に基づくバックグラウンド補償手順のためである。
【0090】
第2バックグラウンド戻り光の測定に基づくバックグラウンド補償手順は、第1実施形態による装置の共焦点像形成/検出特性によって識別されない第1バックグラウンド戻り光を補償する。第2バックグラウンド戻り光の測定に基づくバックグラウンド補償手順は、更に、第1実施形態による装置の共焦点像形成/検出特性によって識別されず像形成される面部位から変位した面部位において生成される散乱/反射光線を補償することに留意されたい。
【0091】
標的材112の面にほぼ平行な1つ又は2つの直交方向の組み合わせにおける、また、伝導要素28と標的材112の隣接面との空間的な離間距離における標的材112の走査は、第1実施形態の場合、“逐次移動”モードとして実現される。連続走査動作モード用に変更した第1実施形態については、本発明の第3実施形態として後述する。
【0092】
標的材112の面にほぼ平行な1つ又は2つの直交方向の組み合わせにおける、また、標的材112の隣接面からの開口部アレイ要素142の空間的な離間距離における標的材112の走査は、第1実施形態の場合、“逐次移動”モードとして実現される。連続走査動作モード用に変更した第1実施形態については、本発明の第3実施形態として後述する。
【0093】
一般的に、第1実施形態及びその変形例の場合、波長又はサブ波長開口部30に配置されたいずれかの多極光源により生成され近視野プローブ光に関連する電界の方向は、標的材112の或る特定の位置では、制約された範囲内にある。一般的に、この本発明の特徴によって、測定信号値アレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4、並びに最終利用用途により必要な場合、測定信号値アレイ[Sn]5、[Sn]6、[Sn]7、及び[Sn]8からの標的材112の特性に対する逆算が、干渉測定法の有無に関わらず、従来の光学システムを用いた像形成によって決定される空間分解能に依拠するプロファイラーで遭遇する逆算と比較して、より簡単になる。
【0094】
本発明において、逆算は、より簡単である。その理由は、プロファイル化/像形成が行なわれる標的の与えられた体積域における近視野プローブ光成分の伝播方向は、その体積域からの反射/散乱された近視野プローブ光の任意の測定された振幅及び位相に対するものとほぼ同じであることにより、ここで、体積域の大きさは、近視野プローブ光光源の大きさよりはるかに小さい。この逆算型の計算は、本発明において、更に簡略化されている。その理由は、プロファイル化/像形成が行なわれる標的の与えられた体積域からの反射/散乱された近視野プローブ光成分の伝播方向は、その体積域からの反射/散乱された近視野プローブ光の任意の測定された振幅及び位相に対するものとほぼ同じであることによる。また、この逆算型の計算は、本発明において、更に簡略化されている。その理由は、プロファイル化/像形成が行なわれる標的の与えられた体積域における近視野プローブ光成分の伝播方向、及びプロファイル化/像形成が行なわれる標的の体積域からのその結果生じる反射/散乱された近視野プローブ光成分の伝播方向は、その体積域からの反射/散乱された近視野プローブ光の任意の測定された振幅及び位相に対する方向とはほぼ反対であることによる。
【0095】
或る条件下の光共振器130は、光共振器130に入射する光線によって励起される安定した共振器である。第1実施形態に関する特に重要な或る特性は、次の通りである。すなわち、(1)光線107が光共振器130に入射して、これに対応して光共振器130内に光線107が蓄積されることにより、光共振器130を励起する共振条件と、(2)任意の垂直横モードに対する共振器安定化条件、(3)安定垂直横モードを励起するための条件、及び(4)光共振器130に対する安定垂直横モード波面の外乱の補償率に関する条件である。光線107を光共振器130内部で形成して光共振器130を励起すると、以下の時、最大値に達する。
【0096】
【数3】
ここで、η1は、波長λ1に対するアミシ型レンズ132の屈折率、d1は、界面124及び143間の間隙、p1は、整数である。光線107は、光共振器130中の定在波を含む。光線107の強度は、式(3)で表した共振条件が満たされた時、一般的に、光共振器130に入射する光線の強度より大きく、また、それぞれ界面124及び143の実効反射率R1及びR2によって、部分的に求められる。
【0097】
光共振器130に用い得る様々な共振器構成がある。わずかに湾曲した面を界面124及び143に用いると、界面124及び143が、双方共、平面である場合と比較して、垂直横モードの回折損がかなり小さくなり、また、わずかに湾曲した面構成の調心許容範囲の厳しさは、大幅に減少する。
【0098】
界面143の形状は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、最終利用用途に基づき湾曲し得るが、界面143の好適な形状は、平面である。従って、界面124の好適な面形状は、半径r1で湾曲される。しかしながら、界面124は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、平面でよい。界面143の曲率半径がr2として、安定垂直横モードに対する条件は、以下の式で与えられる。
【0099】
【数4】
従って、全ての共振器形状が、例えば、平面構成r1=r2=∞において、安定ではなく、また、半球形状r1=d1及びr2=∞において、安定と不安定の境目にある。
【0100】
安定モードには、光線が共振器内で前後に横切る際、それが発散して共振器から漏れるようにするよりもむしろ通常のパターンでそれを共振器軸側へ集中させる共振器構成から生じる光共振器130内の光線が含まれる。従って、共振条件が満たされた場合、光共振器130は、波長又はサブ波長開口部30及び波長又はサブ波長部位32側並びにその近傍において伝播する光線107の強度成分を、光共振器130が無い場合得られるであろうその強度全体において大きくする。共振条件が満たされた場合、界面124から離れる方向に伝播する界面124における光線107の成分強度の増加は、非吸収共振器の場合、次の式によって、極めて精度の高い近似値が与えられる。
【0101】
【数5】
ここで、非吸収界面の場合、T1=(1−R1)であるが、これは、(1)面122における光線107の波面の曲率半径が曲率半径r1に等しく、(2)光共振器130に入射する光線の幅と界面124における光線107の幅とが等しく、(3)界面124において光共振器130に入射する光線の振幅分布が、界面124における光共振器130の安定垂直横モードの振幅分布と一致する時である。
【0102】
界面124において光共振器130に入射する光線の幅が、光共振器130の安定垂直横モードの幅と一致する時、また、界面124において光共振器130に入射する光線の振幅分布が、界面124における光共振器130の安定垂直横モードの振幅分布と一致する時、光共振器130に入射する光線の幅と光線107の幅は、界面124において等しい。光共振器130に対する好適な安定垂直横モードは、TEM00モード、すなわち、ガウシアンモードである。
【0103】
励起ガウシアンモードの重要な特性として、式(3)の共振条件が満たされた時、界面143における関連する波面は、単一位相である。更に、界面143における関連する波面は、平面である。
【0104】
式(3)の共振条件は満たされるが、曲率半径r1が、界面124における光線107の波面の曲率半径に等しくない時、界面124において、その結果光共振器130に生じる蓄積光線の振幅分布は、安定モードの振幅分布及び光共振器130に入射する光線の振幅分布とは異なる。
【0105】
共振条件と、光共振器130に入射する光線によって励起される垂直横モードの条件とを満たすように構成された光共振器130の結果、式(5)で与えられる比に、界面124における共振器内光強度の直径とそれに対応する界面143における直径との比の二乗を乗じることによって、光共振器130が存在しない場合に得られる透過機能全体において、波長又はサブ波長開口部30を介した光透過機能が強化される。波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の第1実施形態において、このようなサポートによって、透過機能の強化が実現される。
【0106】
最大の強化は、式(5)により与えられる項が最大の時、得られる。式(5)により与えられる項は、反射率R1が、任意のR2の値に対して、以下の式が成り立つように選択される時、最大である。
【0107】
【数6】
また、反射率R2が値1側に大きくなるにつれて、強化状態は増加する。式(6)の導出にあたりT1+R1=1と仮定した。
【0108】
光線107は、界面143において、半径w1のくびれ部を形成する。寸法2w1は、開口部アレイ要素142の所定の部分を網羅するのに充分大きいように選択される。当分野で知られているように、値w1は、値d1とr1に関係している。
【0109】
システムに関する他の条件を考慮して、波長又はサブ波長開口部30を介した光線の透過機能を強化し得る。この条件は、界面143において、後ろ側へ散乱又は後方へ回折される光線の角度幅を考慮して、以下の式の通り、導出し得る。
【0110】
【数7】
ここで、a及びbは、それぞれ波長又はサブ波長開口部30の寸法と間隙に固有の長さである。この条件は、以下、再分配条件と呼ぶ。
【0111】
こうして、式(7)で表した再分配条件が、光共振器130及び波長又はサブ波長開口部30によって満たされる時、また、光線107が、波長又はサブ波長開口部30及び波長又はサブ波長部位32が無い場合の安定垂直横モードの特性を有する時、波長又はサブ波長開口部30が存在し、光線107の空間特性が、ほぼ同じである場合に対して、光共振器130における光パワーの有用な再分配が実現される。更に、光線107の空間的な特性が安定垂直横モードの空間特性とほぼ同じであることの結果として、反射率R2の値は、精度の高い近似値として、波長又はサブ波長開口部30及び波長又はサブ波長部位32によって占有されない界面143の一部の反射率の加重平均であり、また、光線を反射して光共振器130において励起される安定垂直横モードにするための波長又はサブ波長開口部30及び波長又はサブ波長部位32の反射率の加重平均である。
【0112】
波長λ1及び/又は光共振器130の光路長η1d1は、式(3)で表される共振条件を満足するように、第1実施形態において調整される。例えば、光源10の波長λ1は、ダイオードレーザを含む光源の注入電流を変更するによって、又は、レーザを含む光源10の共振器長を変更することによって、調整し得る。光共振器130の光路長η1d1は、要素132の温度を変更することによって調整し得る。
【0113】
光共振器130の測定反射率を用いて、基準光共振器の反射特性から導出されるサーボ制御信号186Rによって制御されないならばλ1、及び/又は共振器130の温度制御を介して光共振器130の光路長η1d1、のいずれかを制御するためのサーボ制御信号154を生成して、式(3)で表される共振条件を満たす。光源10の波長制御用のサーボ制御信号154は、図1に示す。光共振器130に入射する光線の一部は、ミラー112Aによる反射の後、非偏光ビームスプリッタ104に反射して戻され、ここで、その一部が、光線109として、非偏光ビームスプリッタ104によって透過される。
【0114】
光線109は、電気信号152として、検出器150によって検出されるが、好適には、光量子検出器によって検出される。(1995年、ニューヨーク、McGrw−Hill社、P.R.ノートンによるHandbook・of・Optics、1、第15章、第15.3節、表題“量子検出器”を参照)。信号152は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200に送出され、サーボ制御信号154が生成される。界面124における光共振器130の反射率RC1は、以下の式で与えられる。
【0115】
【数8】
ここで、
【0116】
【数9】
非吸収界面の場合、T2=(1−R2)であり、波数k1=2π/λ1である。
【0117】
制御信号154を生成する場合、波数k1は、振幅Δδ1で位相δ1を振幅変調するように、わずかな角周波数ω1で変調される。制御信号154が基づく誤差信号には、信号152の角周波数ω1における一次高調波の振幅と位相が含まれる。一次高調波の振幅と位相は、当業者には良く知られているヘテロダイン手法を用いて得られる。一次高調波の振幅は、式(3)により表される共振条件を満たす場合、ゼロである。
【0118】
値2πp1からの位相δ1のずれにより、光線24の位相を基準にして開口部アレイ要素142によって透過される光線146の位相との間において、対応する位相シフトΦ1が生じる。或る最終利用用途においては、位相シフトΦ1が分かっている必要はない。開口部アレイを介した透過機能が強化され、干渉顕微鏡法装置等、1つ以上の位置において波長又はサブ波長光源アレイが含まれる光源を生成する他の最終利用用途においては、位相シフトΦ1が分かっていることが必要な場合がある。
【0119】
光線146に対応する光線の一部が、例えば、第1実施形態の光線146で遭遇するような空間的な制約のためにビームスプリッタによって分割できない用途の場合、又は信号値アレイ[Sn]の特性が位相シフトΦ1を求めるために利用不可能な用途の場合、位相シフトΦ1は、光共振器130によって反射される光線の特性を測定し又監視することによって、測定して監視し得る。光共振器130の反射率RC1の測定から、光路長δ1は、式(8)を用いて、R1及びR2を独立に決定して、求め得る。好適には、R1及びR2の独立した決定は、δ1の変化に伴う共振器130の反射率RC1の振舞いを測定することに基づく。位相シフトΦ1は、精度の良い近似値として以下の式で示すように、光路長δ1に関係している。
【0120】
【数10】
従って、開口部アレイ要素142からの透過が強化された結果生じた光線146の位相シフトΦ1は、反射率RC1を測定し又監視することによって、また、対応するΦ1を計算するための式(10)を用いることによって、求め得る。
【0121】
光共振器130の重要な特性は、垂直横モードの蓄積及び/又は崩壊の時間が比較的短いことである。光共振器130における強度の蓄積又は崩壊時間に対する1/e時定数τ1は、以下の式で与えられる。
【0122】
【数11】
ここで、cは、自由空間における光の速度である。制限するものではないが、一例として、λ1=630nm、η1=3.3、R1=R2=0.99のリン化ガリウムが含まれる光共振器130で、d1=2.5mmの場合、
【0123】
【数12】
他の重要な論点は、例えば、光源10に対応する光源が、走査近視野顕微鏡のパルス光源である実施形態におけるパルス幅τp1である。開口部アレイ要素142を介した透過機能が強化され、走査モードでパルス光源を用いる時とほぼ同じである場合、また、非走査モードにおいて非パルス光源で動作する時とほぼ同じである場合、パルス幅τp1には、制約が存在する。パルス幅τp1への制約は、パルス光線を含む光線24の周波数幅と、開口部アレイ要素142を介した強化された透過光の周波数の半値全幅と、を考慮することによって求められる。
【0124】
光線24の周波数Δν1/2における半値全幅は、以下の式で示す通りである。
【0125】
【数13】
開口部アレイ要素142を介した強化透過光の周波数Δν1/2における半値全幅は、自由スペクトル範囲c/(2η1d1)と、光共振器130のフィネスF1とから得られる。フィネスF1は、以下の式で与えられる。
【0126】
【数14】
ここで、
【0127】
【数15】
ここでは、以下の通り。
【0128】
【数16】
パルス幅τp1への制約は、以下の要件に基づく。
【0129】
【数17】
又は、式(13)、(16)、(17)を組み合わせて、
【0130】
【数18】
従って、式(11)と(18)を組み合わせて、
【0131】
【数19】
制限するものではないが、一例として、λ1=630nm、η1=3.3、R1=R2=0.99のリン化ガリウムが含まれる光共振器130で、d1=2.5mmの場合、式(19)で表される制約パルス幅τp1は、以下の通りである。
【0132】
【数20】
式(18)で表される不等式の結果として、パルス幅τp1は、部分的に走査方向での空間分解能の限界値を以下の値に制御するパラメータである。
【0133】
【数21】
ここで、vは、走査速度である。例えば、値τp1=50nsec、走査速度v=0.20m/secで、走査方向でのτp1に関連する限界空間分解能は、以下の通りとなる。
【0134】
【数22】
従って、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した強化透過機能を生成するために第1実施形態に光共振器を用いることは、走査近視野顕微鏡の波長及びサブ波長空間分解能要件と、比較的短期間にサンプル面における高空間分解能プロファイルを得るための要件との両者に適合する。
【0135】
本発明の精神又は範囲のいずれからも逸脱することなく、TEM00以外の垂直横モードを用い得ることは、当業者には明らかであろう。他の垂直横モードは、光共振器130において適切な入射角の光線24によって、また、光共振器130において適切な空間特性を有する光線24の波面によって励起し得る。光共振器130においてTEM00以外の垂直横モードを用いると、開口部30を介した透過機能が、異なる振幅及び位相で、開口部アレイ要素142全体において、所定のパターンに応じて、強化された動作が可能になる。
【0136】
更にまた、本発明の精神又は範囲のいずれからも逸脱することなく、光共振器130に入射する光線による安定した共振器の垂直横モード励起のために挙げられた1つ以上の条件を様々に緩和することで、本明細書中で述べた最大値以下である波長/サブ波長開口部30を介した透過機能を強化し得ることは、当業者には明らかであろう。
【0137】
基準光共振器の測定された反射率を用いて、サーボ制御信号186Rが生成され、光共振器130の反射特性から導出されるサーボ制御信号154により制御されない場合λ1及び/又は基準光共振器の光路長η1Rd1R(図2c参照)のいずれかが制御されて、式(3)で表される共振条件が満たされる。光路長η1Rd1Rは、基準標的130Rの温度を制御することにより制御される。サーボ制御信号186R生成の説明は、基準共振器から検出器150Rへの反射光の検出によるサーボ制御信号154の生成についての説明における対応する部分と同じである。
【0138】
他の選択肢として、サーボ制御信号186Rは、基準光共振器の強化透過の測定値から生成し得る。透過基準光56の一部は、非偏光ビームスプリッタによって分割され、好適には光量子検出器により検出され、152R(非偏光ビームスプリッタ、検出器、及び152Rに対応する信号は図示せず)に対応する電子信号を生成する。152Rに対応する信号は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ200に送出され、186Rに対応するサーボ制御信号を生成する。
【0139】
152Rに対応する信号の大きさで表されるように、基準光共振器の透過TC1は、以下の式によって与えられる。
【0140】
【数23】
186Rに対応する制御信号の生成には、TC1を変調するためにサーボ制御信号154の生成用に導入された波数k1の変調が用いられる。186Rに対応する制御信号が基づく誤差信号には、152Rに対応する信号の角周波数ω1での一次高調波の振幅と位相が含まれる。一次高調波の振幅と位相は、当業者には良く知られているヘテロダイン手法を用いて得られる。式(3)で表される共振条件が満たされる場合、一次高調波の振幅は、ゼロである。
【0141】
透過基準光56に対する位相シフトΦ1は、透過基準光56の特性を測定して監視することによって測定し監視し得る。TC1の測定値から、対応する光路長δ1は、対応するR1及びR2を独立して求めて、式(23)を用いて求め得る。好適には、対応するR1及びR2を独立して求めることは、対応するδ1の変化に伴う反射率TC1の振舞いを測定することに基づく。そして、透過基準光56に対する位相シフトΦ1は、式(10)に対応する式を用いて、対応するδ1に対する測定値から求められる。
【0142】
サーボ制御信号制御信号186R生成用の他の選択可能な手順の利点は、既述した基準光共振器の反射特性から情報を取り込む代わりに、光共振器130の反射特性から導出されるサーボ制御信号154により制御されない場合λ1及び/又は基準光共振器のいずれかを制御するために、開口部アレイ要素142Rにより強化透過機能の特性から直接情報を取り込むことである。
【0143】
光共振器の光路長の制御が、それぞれの光共振器の物理的な長さを変更することによって行なわれる第1実施形態の第1変形例を開示する。第1実施形態の第1変形例の説明は、第1実施形態の第1変形例における光共振器の光路長制御に関する以外、第1実施形態の対応する部分と同じである。第1実施形態の第1変形例における光共振器130は、図2fに概略的に示し、レンズ122の面124と面143とによって画成されている。面124は、反射率R1の高反射膜を有し、面123は、波長λ1に対して反射防止コーティングがなされている。レンズ122の軸方向の位置は、トランスデューサ162A及び162Bによって制御される。
【0144】
共振器130には、屈折率η1の要素132と、要素132とレンズ122との間の間隙と、が含まれている。面133は、波長λ1に対して反射防止コーティングがなされている。好適には、要素132とレンズ122との間の間隙は、気体又は真空で占有される。しかしながら、或る最終利用用途の場合、間隙は、例えば、光共振器130の光路における色収差補正の目的のために、部分的に光学媒体で充填してもよい。
【0145】
面124と133の曲率半径は、第1実施形態の式(4)に対応して、第1実施形態の第1変形例に対して安定垂直横モードが存在するための条件を満たすように選択する。
【0146】
第1実施形態における共振器130の光路長η1d1に対応する第1実施形態の第1変形例における光共振器130の光路長は、以下の式で表される。
【0147】
【数24】
第1実施形態の第1変形例における共振器130の測定反射率を用いて、光路長η1d1+d2の制御のためのサーボ制御信号186が生成され、式(3)で表される式に対応する共振条件が満たされる。第1実施形態の第1変形例におけるサーボ制御信号186の生成の説明は、第1実施形態におけるサーボ制御信号154の生成に対して行なった説明の対応する部分と同じである。光路長η1d1+d2は、サーボ制御信号186により制御されるトランスデューサ162A及び162Bによって、d2を変化させて制御する。
【0148】
第1実施形態の第1変形例における基準光共振器は、図2gに概略的に示し、レンズ122Rの面124R及び界面143Rによって画成されている。面124Rは、反射率R1の高反射膜を有し、面123R及び133Rは、波長λ1に対して反射防止コーティングがなされている。レンズ122Rの軸方向の位置は、トランスデューサ162A及び162Bによって制御される。第1実施形態の第1変形例における基準光共振器の制御に関する残りの説明は、第1実施形態における基準光共振器と、第1実施形態の第1変形例における光共振器130との制御に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0149】
第1実施形態の第1変形例における利点は、第1実施形態でのように波数k1及び/又は光路長を変更する代わりに、式(3)で表される共振条件に対応するそれぞれの共振条件を満たすように、それぞれの光共振器の物理的な長さを変化させて、関連する光共振器の特性が、制御されることである。
【0150】
第1実施形態の第1変形例に関する残りの説明は、第1実施形態に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
間隙d2及びd2Rは、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、波数k1を変調して角周波数ω1でそれぞれの位相δ1を振幅変調する代わりに、それぞれトランスデューサ162A及び162B並びにトランスデューサ162RA及び162RBによって変調し得ることは、当業者には明らかである。間隙d2及びd2Rの変調には、光線146及び146Rにおける波数k1が変調されないないという利点があるが、ここで、この光線は、それぞれ開口部アレイ要素142及び142Rを介した強化透過機能によりもたらされたものである。
【0151】
図面を参照すると、図3は、本発明による第2実施形態を概略的に示す。第2実施形態には、反射モードにおいて、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能により動作する走査干渉近視野共焦点顕微鏡が含まれている。更に、第2実施形態には、光共振器の特性を測定し監視するために干渉測定手法が取り込まれているが、一方、第1実施形態及びその変形例では、非干渉測定手法が用いられている。干渉測定手法によって、信号対雑音比が大きくなるという利点、光線間の相対的な位相を直接測定し得る利点、及び光線の周波数及び/又は光共振器特性のいずれかを変更せずに光共振器の特性を測定し得る利点、が提供される。
【0152】
第2実施形態には、第1実施形態の要素のような機能を行なう数多くの要素が含まれている。図1aの要素番号と同じ要素番号の図3の要素は、対応する要素であり、第1実施形態の対応する要素とほぼ同じ機能を果たす。
【0153】
第2実施形態の説明は、光共振器130と基準光共振器との光路長を制御するためのサーボ制御信号を生成することに関する以外、第1実施形態の対応する部分と同じである。光共振器130の特性からサーボ制御信号を生成する場合、光共振器130に入射する光線の一部は、ミラー112Aによる反射の後、非偏光ビームスプリッタ104に反射して戻され、ここで、その一部が、光線109の測定光成分として、非偏光ビームスプリッタ104によって透過される。
【0154】
光線22の第2部分は、光共振器130基準光として、非偏光ビームスプリッタ104によって透過される。光共振器130基準光は、反射光共振器130基準光として、ミラー74によって反射され、ビームスプリッタ104に戻り、ここで、その一部は、光線109の基準光成分として反射される。光線109の測定及び基準光成分の偏光面は、図3の面に平行である。
【0155】
光線109の基準光成分は、位相シフタ72を2回通過し、ここで、2重通過位相シフトχ2が生じる。位相シフトχ2は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ400からの電子信号166によって制御される。
【0156】
光共振器130に対する複素反射係数RC2は、非吸収共振器の場合、精度の高い近似値として、以下の式で与えられる。
【0157】
【数25】
ここで、
【0158】
【数26】
i=√(−1)であり、第2実施形態における反射係数R3及びR4並びに透過係数T3及びT4は、それぞれ第1実施形態における反射係数R1及びR2並びに透過係数T1及びT2に対応する。位相δ2は、波数k1を第2実施形態のk2に置き換えた式(9)に対応する式で与えられる。
【0159】
光線109は、好適には光量子検出器によるが、検出器150によって検出され、電気干渉信号152すなわち信号s2を生成する。信号s2は、精度の高い近似値として、以下のように表される。
【0160】
【数27】
ここで、ζ2は、Φ1又はχ2のいずれの関数でもない位相であり、A2は、光線109における基準光成分の振幅値に依存する比例定数である。
【0161】
電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ400は、一組のχ2の値に対するs2を測定することによって、信号s2の位相(Φ2+ζ2)を決定する。この組のχ2の値は、例えば、0、π/2、(3/2)π、及びπであるが、信号166を介して、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ400によって制御される。好適には、その組のχ2の値からの任意の値のχ2に対するs2の測定値は、光源10における1つ以上のパルスに対応する。Φ2の値は、独立して求められたζ2の値を減算することによって、測定した位相(Φ2+ζ2)から求められる。
【0162】
波数k2の関数としてs2の(Φ2+ζ2)及び振幅A2|RC2|1/2の双方を測定することによって、ζ2は、独立に求められる。振幅A2|RC2|1/2は、Φ2=0の時、最小値を示す[式(25)参照]。従って、A2|RC2|1/2の最小値における(Φ2+ζ2)の測定値は、ζ2を独立して求めることに対応する。
【0163】
電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ400は、誤差信号として測定値Φ2を用いて、サーボ制御信号154を生成する。位相Φ2は、Φ2=0に関して、位相δ2の反対称関数である[式(26)参照]。サーボ制御信号154は、光源10に送出され、制御信号186Rに対応する信号により制御されない場合、光線16の波長、又は186による光共振器温度の制御によって光共振器130の光路長を制御され、条件Φ2=0が維持され、従って、共振器130に対する共振条件が満たされる。
【0164】
条件Φ2=0は、光線16の波長又は光共振器130の光路長をサーボ制御することによって、或る確度のみで満たされる。この或る確度のダウンストリーム用途における影響は、第2実施形態では、位相シフトΦ2の測定値を用いて補償される。
【0165】
第2実施形態による基準光共振器に対するサーボ制御信号186Rの生成の説明は、第2実施形態によるサーボ制御信号186の生成に対して行なわれた説明の対応する部分と同じである。
【0166】
第2実施形態の残りの説明は、本発明による第1実施形態とその変形例に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
第2実施形態の利点は、干渉測定手法によって、第2実施形態による光共振器用のサーボ制御信号を生成して、その結果、信号対雑音比が大きくなること、光線間の相対的な位相を直接測定し得ること、及び光線の周波数及び/又は光共振器特性のいずれかを変更せずに光共振器の特性を測定し得ることである。
【0167】
サーボ制御信号154及び/又は186及び186Rを生成するために第2実施形態で用いられる手順に対する他の選択可能な手順は、χ2及びχ2Rの変調に基づく。位相(Φ2+ζ2)は、既知のヘテロダイン検出手法、又は、デジタルヒルバート変換位相検出器[1993年、ニューヨーク、McGrw−Hill社、R.E.ベスト(Best)による“位相ロックループ:理論、設計、及び応用“、第2版参照]、位相ロックループ(R.E.ベストによる同書参照)、基準位相として位相χを用いるスライディング窓TFT[1995年、J.ツイ(Tsui)による”広帯域受信機用デジタル技術“(Digital・Techniques・for・Wideband・Receivers)(ボストン、Artech・House)参照]等の非パルス信号用の位相感度が良好な検出手法を用いて求められる。
【0168】
時間的に均等にサンプリングされる関数の場合、その関数に関する情報を取り込むためのデジタル信号処理に基づき位相感度が良好な検出手法を実施すると、その関数のチェビシェフ多項式表現に基づく結果が得られることが知られている[H.A.ヒル及びR.T.ステビンス(Stebbins)による“宇宙物理学、J”200、484頁(1975年)参照]。次の式が成立するように、オフセットχ2,Oを中心にして走査される位相χ2の例について考察する。
【0169】
【数28】
ここで、Δχ2は、時間tの或る関数である。
χ2を走査すると、式(27)及び(28)に基づき、以下の式で表される成分が生成される。
【0170】
【数29】
次に、振幅A2|RC2|1/2及び位相(Φ2+ζ2)が、cosΔχ及びsinΔχの係数の位相感度が良好な検出方法によって得られる。位相感度が良好な検出方法には、s2にcosΔχを乗ずる段階と、s2cosΔχを時間に関して積分する段階と、s2にsinΔχを乗ずる段階と、s2sinΔχを時間に関して積分する段階と、が含まれている。振幅1、角周波数ω1で正弦関数であるΔχ、すなわち、
【0171】
【数30】
であり、また、s2が時間に関して均等にサンプリングされる場合、cosΔχ及びsinΔχの係数は、s2の或るチェビシェフ多項式係数として、効率的に表現し得る。
【0172】
この或るチェビシェフ多項式係数は、チェビシェフ多項式の既知の特性を用いて、以下のように表現し得る。
【0173】
【数31】
【0174】
【数32】
ここで、T=2π/ω1、T1及びV1は、それぞれタイプI及びIIの次数1チェビシェフ多項式であり、また、J0は、次数0の第1種ベッセル関数である(1968年、(ニューヨーク、Academic・Press社)、G.アーフカン(Arfken)による“物理学のための数学的な方法(Mathematical・Methods・for・Physicists)“の13.3節参照)。
【0175】
例えば、位相オフセットχ2,Oは、例えば、面が要求精度に合わせて平坦な溶解したシリカ等の等方性媒体を含む標的材112用のアレイ[Sn]の振幅アレイ[(|SI|)n]及び位相[(φ)n]をχ2の関数として取り込み、χ2及びχ2、maxのその値(この場合、[(|SI|)n]は最大値)を求めることによって求め得る。位相オフセットχ2,Oは、―χ2、maxに対応する。
【0176】
他の選択可能な手順用のサーボ制御信号186Rの生成に関する説明は、他の選択可能な手順用のサーボ制御信号154又は186の決定に対して行なわれた説明と同じである。
【0177】
第1実施形態の第1変形例に対応する第2実施形態には、変形例が存在することは、当業者には明らかであろう。
図面を参照すると、図4は、本発明による第3実施形態を概略的に示す。第3実施形態は、パルス光源を含み、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能を生成し、光共振器の特性を測定し監視するために干渉測定手法を取り込んでいる。パルス光源によって、連続走査モードでの近視野共焦点顕微鏡の動作が可能である。干渉測定手法によって、信号対雑音比が大きくなるという利点、光線間の相対的な位相を直接測定し得る利点、及び光線の周波数及び/又は光共振器特性のいずれかを変更せずに光共振器の特性を測定し得る利点、が提供される。
【0178】
第3実施形態には、第2実施形態の要素のような機能を行なう数多くの要素が含まれている。図3の或る要素の要素番号と同じ要素番号の図4の要素は、対応する要素であり、第2実施形態の対応する要素と同じ機能を果たす。
【0179】
光源1010は、パルス光源を作製するための数多くの様々な方法の1つによって生成されたパルス光源である(シルフバストによる前掲引用書)。光源1010は、図3の面で平面偏光された光線1016を生成する。光線1016は、変調器76に入射し、光線1018として変調器76から出てくる。変調器76は、ドライバ78によって励起される。例えば、変調器76は、音響光学装置、又は光線1016の一部を変調するための追加光学部品と音響光学装置との組み合わせである。変調器76は、音響光学的相互作用によって、光線1018の回折光成分として、光線1016の一部を回折する。光線1018の回折光成分の振動周波数は、光線1018の非回折非周波数シフト成分を基準にして、f3の量だけ周波数シフトされ、図4の面に垂直な方向において、線形偏光される。光線1018における非周波数シフト成分の偏光面は、図4の面に平行である。光線1018の回折成分は、偏光ビームスプリッタ302によって反射された後、測定光1022として、位相遅延板18によって透過される。光線1018の非回折成分は、偏光ビームスプリッタ302によって透過された後、測定光1052として、位相遅延板18Rによって透過される。パルス化された残りの光線の説明は、これ以外の場合、第2実施形態の対応する部分に対して行なった説明と同じである。
【0180】
光線40は、好適には光量子検出器によるが、検出器116によって検出され、信号値アレイ[Sn]が含まれる電気干渉信号1031を生成する。信号値アレイ[Sn]は、式(1)と同様に、精度の高い近似値として、以下のように表される。
【0181】
【数33】
ここで、ω3=2πf3、ζ3は、φ、χ、tのいずれの関数でもない位相である。
【0182】
電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600は、デジタル又はアナログ処理のいずれかによって、好適には、デジタル処理によって、時間ベースの位相検出法及び信号77によって電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600に送出されるドライバ78の位相を用いて、(SI)nの位相(φ+χ+ζ3)を求める。[(φ)n]のアレイの値は、最終利用用途において要求された場合独立して求められる位相アレイ[(χ+ζ3)n]を減ずることによって、測定位相アレイ[(φ+χ+ζ3)n]から求められる。
【0183】
一般的に、位相アレイ[(χ+ζ3)n]は、標的材112を走査する期間中不変であるという条件を満足する以外には、求める必要はない。異なる時間に得られた結果を比較するために、2つの異なる測定期間の間における時間中に起こり得る位相アレイ[(χ+ζ3)n]のあらゆる変動を求めることが必要な場合がある。例えば、[(χ+ζ3)n]の相対的な変化は、例えば、面が要求精度に合わせて平坦な溶解したシリカ等の等方性媒体を含む標的材112用の信号値アレイ[Sn]を取り込むことによって求め得る。
【0184】
パルス光線1016に対する可干渉時間τcは、パルス幅τp3にほぼ等しい。時間間隔Δt、Δt=τc、及びτc=1/f3に渡って、信号値アレイ[Sn]が検出器116によって積分値として測定される条件の場合、信号値[Sn]の説明は、第1実施形態による信号値アレイ[Sn]に対して行なった説明の対応する部分とほぼ同じであり、第1実施形態によるχは、次式で与えられる。
【0185】
【数34】
従って、光源1010がパルス可干渉時間τcのパルス光源である場合、第3実施形態の説明は、第2実施形態のχをω3t・modulo・2πで置換した第2実施形態の説明と等価である。光源1010のパルス時間は、ω3tが、一組の値を含むように選択し得るが、ここで、この組の各値は、2πの整数倍に有限の組の値(例えば、0、π/2、及び(3/2)π)を加算した値である。光源1010のパルスのタイミングは、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600により生成された信号254によって制御される。
【0186】
第2実施形態に対する第3実施形態の利点は、その周波数において、第2実施形態のχに対応する位相が変化し得る周波数である。第2実施形態におけるχと等価な位相である第3実施形態における位相modulo・2πの変化に対する周波数は、5Mhz程度と高くすることができ、また、τc=1/f3という条件と一致する。
【0187】
光源1010からのパルスのタイミングは、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600によって調整されて、走査速度v並びに要素142の要素30及び32の間隙に対して、第2実施形態の信号値アレイ[Sn]1、[Sn]2、[Sn]3、及び[Sn]4に等価な情報が、第3実施形態の場合、取り込まれる。正規化が、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600によって行なわれ、近視野戻りプローブ光の複素振幅又は第2バックグラウンド戻り光の振幅と信号値アレイの1つの要素から次の要素への反射基準光との間の干渉積項の生成と検出の効率における変動が補償される。例えば、正規化に必要な情報は、面が要求精度に合わせて平坦な溶解したシリカ等の等方性媒体を含む標的材112用の信号値アレイ[Sn]を取り込むことによって求め得る。
【0188】
第3実施形態において、位相シフタ64を用いて、光源1010及び変調器76からのパルスのタイミングを組み合わせることによって生成される位相シフト値が所望の組の位相シフトと等価であることを確認し得る。
【0189】
第1実施形態の第3変形例による光源1010は、CW光源で置き換えもよいこと、また、信号値アレイ[Sn]の位相が、既知のヘテロダイン検出手法、又は、デジタルヒルバート変換位相検出器[1993年、ニューヨーク、McGrw−Hill社、R.E.ベストによる“位相ロックループ:理論、設計、及び応用“、第2版参照]、位相ロックループ(R.E.ベストによる同書参照)、スライディング窓TFT[1995年、J.ツイによる”広帯域受信機用デジタル技術“(Digital・Techniques・for・Wideband・Receivers)(ボストン、Artech・House)参照]等の非パルス信号用の位相感度が良好な検出手法を用いて求められることが、当業者には明らかであろう。
【0190】
また、第3実施形態は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、2000年7月27日に出願された、前述のヘンリー・ヒルによる米国仮出願、表題“走査干渉近視野共焦点顕微鏡法”の第1実施形態の第2変形例による教示内容に基づき、信号値アレイ[Sn]の2つ以上の同時測定値を得るように変形し得ることが、当業者には明らかであろう。
【0191】
標的材112の或る追加的な反射及び/又は散乱特性が、本発明の第4及び第5実施形態によって得られるが、ここでは、第1、第2、及び第3実施形態並びにその変形例において用いられた近視野プローブ光とは異なる近視野プローブ光が用いられる。第4及び第5実施形態と第1、第2、及び第3実施形態並びにその変形例との間の主な相違点は、開口部アレイ要素142の面における測定光の入射角度である。第1、第2、及び第3実施形態並びにその変形例の場合、入射角度は、開口部アレイ要素142の面に対してほぼ垂直である。第4及び第5実施形態の場合、対応する入射角度は、それぞれ、図5及び7に示すように、1ラジアンのオーダである。
【0192】
図面を参照すると、図5は、本発明による第4実施形態を概略的に示す。第4実施形態は、パルス光源を用いて、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能を生成する。更に、第4実施形態は、光共振器の特性を測定し監視するために干渉測定手法を取り込んでいる。干渉測定手法によって、信号対雑音比が大きくなるという利点、光線間の相対的な位相を直接測定し得る利点、及び光線の周波数及び/又は光共振器特性のいずれかを変更せずに光共振器の特性を測定し得る利点、が提供される。
【0193】
第4実施形態には、第3実施形態の要素のような機能を行なう数多くの要素が含まれている。図4の或る要素の要素番号と同じ要素番号の図5の要素は、対応する要素であり、第3実施形態の対応する要素と同じ機能を果たす。
【0194】
図5において全体的に要素番号230で示す第4実施形態の光共振器は、図6aに拡大して概略的に示す。光共振器230は、ミラー226A及び226B、アミシ型レンズ232、及びレンズ222A及び222Bが含まれる環状共振器である。面227A、227B、223B、225B、233B、233A、224A、及び223Aは、光線1022の波長に対して反射防止膜がコーティングされている。面228A及び228Bの塗膜は、高い反射率を有する。好適には、界面243は、高反射率を有する。開口部アレイ要素242の説明は、第1実施形態の開口部アレイ要素142に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0195】
光共振器230の共振器は、面228A及び228Bと界面243とによって画成される。光共振器230の特性に関する一般的な説明は、第1実施形態の光共振器130に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0196】
図5に示すように、光線1022は、非偏光ビームスプリッタ104に入射し、その一部は、光線24として、ミラー112Aによって、透過され又反射される。光線24は、面227Aによって透過され、面228Aに入射する(図6a参照)。面228Aに入射する光線は、第1実施形態の式(3)に対応する共振条件が満たされた場合、光共振器230を励起し、光207が蓄積される。
【0197】
レンズ222A及び222Bの焦点距離は、光共振器230のモードが安定であるように選択される。要素226Aの焦点距離は、光共振器330の安定垂直横モードが、面228Aに入射する光線によって励起されるように選択される。ミラー226Aの位置及び角度方向は、3つのトランスデューサ162A及び162B(第3のトランスデューサは図6aに示さず)によって制御され、ミラー226Bの位置及び角度方向は、3つのトランスデューサ162C及び162D(第3のトランスデューサは図6aに示さず)によって制御される。トランスデューサ162A及び162Bによって表されるトランスデューサは、サーボ制御信号286Aによって制御され、トランスデューサ162C及び162Dによって表されるトランスデューサは、サーボ制御信号286Bによって制御される。
【0198】
面228Aにおいて光共振器230に入射する光線24の一部は、光線25として反射される(図6a参照)。図5に示すように、光線25は、非偏光ビームスプリッタ108に入射し、ミラー112C及び112Dによる反射の後、光線109の測定光成分として、透過される。光線1022の第2部分は、非偏光ビームスプリッタ104によって反射され、その一部は、ミラー112Eによる反射の後、非偏光ビームスプリッタ108によって反射され、光線109の基準光成分として、位相遅延板72によって透過される。光線109は、合成光線であり、光線109の測定及び基準光成分の偏光面は、平行である。
【0199】
光線109は、好適には光量子検出器によるが、検出器150によって検出され、信号152を生成する。信号152は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600に送出され、サーボ制御信号286A及び286Bが生成される。サーボ制御信号286A及び286Bの生成に関する説明は、第3実施形態によるサーボ制御信号186の生成に対して行なった説明の対応する部分の説明と同じである。第4実施形態の場合、振幅が小さく、或る周波数で、1つの要素の一面における位置又は方向を変調するような、また、位相感度が良好な検出方法により、その周波数で位置の誤差を検出するような既知の手法によって、ミラー226A及び226Bのそれぞれの位置及び方向を制御するために、情報が得られる。この手順は、順次又は同時に各異なる自由度に対して異なる周波数を用いて、ミラー226A及び226Bの全自由度に対して繰返される。
【0200】
第4実施形態による基準標的130Rの基準共振器の生成に関する説明は、第3実施形態による基準標的130Rの基準共振器に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0201】
界面243における光207Aの入射角度は、図6a及び6bに示すようにθ4である。入射角度が垂直でない結果、隣接する波長又はサブ波長開口部30によって透過された近視野プローブ光間に位相シフトが生じる。この位相シフトφ4は、要素232の屈折率をη4とすると、以下の式で与えられる。
【0202】
【数35】
この発生した位相シフトφ4を、差動干渉共焦点近視野顕微鏡法等の或る最終利用用途で用いると利点が得られる[例えば、ヘンリー・ヒルによる、前述の米国仮出願、表題“差動干渉共焦点近視野顕微鏡法”参照]。
【0203】
第4実施形態の利点は、光共振器230の設計によって、バックグラウンドが低減されることである。
第4実施形態の残りの説明は、第3実施形態に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0204】
本発明の精神と範囲から逸脱することなく、光共振器230に対する共振条件が、2つの異なる波長に対して、同時に満足されるように、他の光学要素を、或る屈折率で光線207の光路に導入し得ることは、当業者には明らかであろう。その結果生じる色収差が補正された光共振器は、2つの異なる波長で光線パルスを生成するように構成された光源1010に用い得る。例えば、再構成された光源1010には、2つの光線がダイクロイックビームスプリッタによって合成される2つの独立したパルス光源が備えられている。
【0205】
図面を参照すると、図7は、本発明による第5実施形態を概略的に示す。第5実施形態は、パルス光源を用いて、波長及び/又はサブ波長開口部アレイを介した光線の強化透過機能を生成する。更に、第5実施形態は、光共振器の特性を測定し監視するために干渉測定手法を取り込んでいる。干渉測定手法によって、信号対雑音比が大きくなるという利点、光線間の相対的な位相を直接測定し得る利点、及び光線の周波数及び/又は光共振器特性のいずれかを変更せずに光共振器の特性を測定し得る利点、が提供される。
【0206】
第5実施形態には、第4実施形態の要素のような機能を行なう数多くの要素が含まれている。図5の或る要素の要素番号と同じ要素番号の図7の要素は、対応する要素であり、第3実施形態の対応する要素と同じ機能を果たす。
【0207】
図5において全体的に要素番号330で示す第5実施形態の光共振器は、図8aに拡大して概略的に示す。光共振器330は、ミラー326A及び326B並びにアミシ型レンズ332が含まれる折り返し式の共振器である。面327A、327B、333B、333Aは、光線1022の波長に対して反射防止膜がコーティングされている。面328A及び328Bの塗膜は、高い反射率を有する。好適には、界面343は、高反射率を有する。開口部アレイ要素342の説明は、第1実施形態の開口部アレイ要素142に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0208】
光共振器330の共振器は、面328A及び328Bと界面343とによって画成される。光共振器330の特性に関する一般的な説明は、第1実施形態の光共振器130に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0209】
図7に示すように、光線1022は、非偏光ビームスプリッタ104に入射し、その一部は、光線24として、ミラー112Eによって反射される。光線24は、面327Aによって透過され、面328Aに入射する(図8a参照)。面328Aに入射する光線は、第1実施形態の式(3)に対応する共振条件が満たされた場合、光共振器330を励起し、要素307A及び308Bとして示す光線が蓄積される。
【0210】
レンズ328A及び328Bの焦点距離は、光共振器330のモードが安定であるように選択される。要素326Aの焦点距離は、光共振器330の安定垂直横モードが、面328Aに入射する光線によって励起されるように選択される。要素326Aの位置及び角度方向は、3つのトランスデューサ162A及び162B(第3のトランスデューサは図8aに示さず)によって制御され、要素326Bの位置及び角度方向は、3つのトランスデューサ162C及び162D(第3のトランスデューサは図8aに示さず)によって制御される。トランスデューサ162A及び162Bによって表されるトランスデューサは、サーボ制御信号286Aによって制御され、トランスデューサ162C及び162Dによって表されるトランスデューサは、サーボ制御信号286Bによって制御される。
【0211】
面328Aにおいて光共振器330に入射する光線24の一部は、反射される(図6a参照)。図5に示すように、光線24の反射成分は、非偏光ビームスプリッタ108に入射し、ミラー112Fによる反射の後、光線109の測定光成分として反射される。光線1022の第2部分は、非偏光ビームスプリッタ104によって透過され、その一部は、まず位相遅延板72によって透過され、そして、ミラー112Fによる反射の後、非偏光ビームスプリッタ108によって、光線109の基準光成分として、透過される。光線109は、合成光線であり、光線109の測定及び基準光成分の偏光面は、平行である。
【0212】
光線109は、好適には光量子検出器によるが、検出器150によって検出され、信号152を生成する。信号152は、電子制御装置、信号プロセッサ、及びコンピュータ600に送出され、サーボ制御信号286A及び286Bが生成される。サーボ制御信号286A及び286Bの生成に関する説明は、第3実施形態によるサーボ制御信号186の生成に対して行なった説明の対応する部分の説明と同じである。第5実施形態の場合、振幅が小さく、或る周波数で、1つの要素の一面における位置又は方向を変調するような、また、位相感度が良好な検出方法により、その周波数で位置の誤差を検出するような既知の手法によって、ミラー326A及び326Bのそれぞれの位置及び方向を制御するために、情報が得られる。この手順は、順次又は同時に各異なる自由度に対して異なる周波数を用いて、要素326A及び326Bの全自由度に対して繰返される。
【0213】
第5実施形態による基準標的130Rの基準共振器の生成に関する説明は、第3実施形態による基準標的130Rの基準共振器に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0214】
界面243における光207Aの入射角度は、図8aに示すようにθ5である。入射角度が垂直でない結果、界面343に生成され生じた定在波パターンが存在する。定在波パターンの振幅の例を図8bに示す。定在波パターンの腹は、θ5の値と、光線307A及び307Bが認識する光共振器330の光路長とを選択することによって、波長又はサブ波長開口部30及び/又は32に一致するように構成し得る。従って、定在波パターンの振幅のΛ5は、要素332の屈折率をη5とし、また、ゼロではない整数をpとすると、以下の通りである。
【0215】
【数36】
波長又はサブ波長開口部30及び/又は32との腹の位置合わせは、サーボ制御信号286A及び286Bによる。更に、サーボ制御信号286A及び286Bの生成に対して述べた手順には、光線307A及び307Bが認識する光共振器330の光路長を変調する段階と、測定信号値[Sn]の選択された要素の変化を位相感度が良好な検出方法によって検出する段階と、が含まれる。選択された要素は、要素30及び/又は32の要素に対応し、これに対しては、腹との位置合わせが望まれる。
【0216】
第5実施形態の利点は、光共振器330の設計によって、バックグラウンドが低減されることである。
第5実施形態の他の利点は、光線1022を近視野プローブ光に結合する効率を改善し得る潜在的な可能性である。
【0217】
第5実施形態の残りの説明は、第4実施形態に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
本発明の精神と範囲から逸脱することなく、光共振器230に対する共振条件が、2つの異なる波長に対して、同時に満足されるように、他の光学要素を、或る屈折率で光線307A及び307Bの光路に導入し得ることは、当業者には明らかであろう。その結果生じる色収差が補正された光共振器は、2つの異なる波長で光線パルスを生成するように構成された光源1010に用い得る。例えば、再構成された光源1010には、2つの光線がダイクロイックビームスプリッタによって合成される2つの独立したパルス光源が備えられている。
【0218】
本発明の他の実施形態には、透過モードで動作するように上述したシステムを適合する段階が含まれる。一度、このような実施形態を図10に示す。
図10示す実施形態の数多くの要素は、前述の実施形態の要素と同様な機能を果たし、また、同じ要素番号が図1a示す第1実施形態の要素に対応する状態で図10示す。
【0219】
光線20は、非偏光ビームスプリッタ102に入射し、その第1部分は、測定光22Tとして透過される。次に、測定光22Tは、ミラー92によって反射され、次に、ミラー92によって反射された後、基板112Tにおいて点に合焦される。基板112Tには、光線20の波長で透過する基板と、光共振器及び波長及び/又はサブ波長開口部アレイを含む要素24Tと、が含まれる。要素24Tは、その要素は、散乱部位32を含まないこと以外では、第1実施形態の光共振器130に対応する。その点に合焦された測定光22Tの一部は、近視野プローブ光アレイとして、要素24Tの開口部によって透過される。開口部の説明は、第1実施形態の開口部アレイ30に対して行なった説明の対応する部分と同じである。点の直径は、開口部アレイを跨るのに充分な大きさである。
【0220】
近視野光アレイによって検査されるサンプル25は、アミシ型レンズ26Tの平坦面に配置される。近視野プローブ光アレイは、第5実施形態の装置による後続の処理に関して第1実施形態の光線34に対応する透過光線34として、サンプル25によって透過される。
【0221】
図10に示すように、光線20の第2部分は、基準光50Tとして、ミラー102によって反射される。基準光50Tは、ミラー94A、94B、及び94Cによって反射された後、基準光52として、レンズ60の開口部を介して透過される。次に、基準光50Tは、図2dに示すように、アミシレンズと、透過性基準要素30Rに対応する反射基準要素アレイとを含む基準標的20Rと接触する。反射要素は、図1aの実施形態においての通り、反射基準光54を生成する。残りの説明は、第1実施形態に対して行なった説明の対応する部分と同じである。
【0222】
特筆すべき事として、他の実施形態において、図10を参照して述べた反射性基準要素は、前述の実施形態によるいずれかの透過性基準要素と置き換え得る。更に、他の実施形態は、基準共振器を含む必要はない。更にまた、他の実施形態において、このような実施形態は、前述の実施形態よりも、近視野信号光と干渉する基準光を結合することは少ないかも知れないが、基準標的は、平坦又は湾曲したミラー等の均一な反射性標的であってよい。
【0223】
他の側面、利点、及び修正は、前述の請求項の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す概略図。
【図2a】第1実施形態に用いる光共振器を示す概略図。
【図2b】第1実施形態に用いる波長又はサブ波長開口部アレイを示す概略図。
【図2c】第1実施形態に用いる基準標的を示す概略図。
【図2d】第1実施形態に用いる基準標的波長又はサブ波長開口部アレイを示す概略図。
【図2e】第1実施形態に用いる検出器開口部アレイを示す概略図。
【図2f】第1実施形態の第1変形例に用いる光共振器を示す概略図。
【図2g】第1実施形態の第1変形例に用いる基準標的を示す概略図。
【図3】本発明の第2実施形態を示す概略図。
【図4】本発明の第3実施形態を示す概略図。
【図5】本発明の第4実施形態を示す概略図。
【図6a】第4実施形態に用いる光共振器を示す概略図。
【図6b】第4実施形態に用いる波長又はサブ波長開口部アレイを示す概略図。
【図7】本発明の第5実施形態を示す概略図。
【図8a】第5実施形態に用いる光共振器を示す概略図。
【図8b】第5実施形態に用いる定在波パターンと波長又はサブ波長開口部アレイとの間の関係を示す概略図。
【図9】多層反射誘電体における導波要素によって形成されたマスクアレイを示す概略図。
【図10】透過モードで動作する本発明の実施形態を示す概略図。
Claims (38)
- 標的を照射するための多重光源アレイであって、
空間的に離間した開口部アレイを有する反射マスクと、
前記マスクを基準に配置され前記マスクと光共振器を形成する少なくとも1つの光学部品と、
前記光共振器に電磁放射を供給して前記光共振器がサポートするモードを共振励起する光源であって、動作中、前記共振器中に形成された前記電磁放射の一部が、前記マスク開口部を介して前記標的側へ漏れる前記光源と、が含まれる多重光源アレイ。 - 請求項1に記載の多重光源アレイであって、
前記励起モードは、前記反射マスクにおいて、各開口部の垂直横方向の大きさより実質的に大きい垂直横方向の大きさを有する多重光源アレイ。 - 請求項2に記載の多重光源アレイであって、
前記前記反射マスクにおける前記励起モードの前記垂直横方向の大きさは、各開口部の前記垂直横方向の大きさの50倍を超える多重光源アレイ。 - 請求項1に記載の多重光源アレイであって、
各開口部の垂直横方向の大きさは、前記光源が供給する前記電磁放射線の真空中での波長より小さい多重光源アレイ。 - 請求項1に記載の多重光源アレイであって、
各開口部の垂直横方向の大きさは、前記光源が供給する前記電磁放射線の真空中での波長と同等である多重光源アレイ。 - 請求項1に記載の多重光源アレイであって、
前記開口部は、前記反射マスクにおける孔によって形成される多重光源アレイ。 - 請求項1に記載の多重光源アレイであって、
前記開口部は、前記反射マスクにおける誘電体領域によって形成される多重光源アレイ。 - 請求項1に記載の多重光源アレイであって、
各開口部には、前記電磁放射の伝播モードをサポートするのに充分な垂直横方向の大きさの導波路を画成する誘電体領域が含まれ、動作中、前記導波路は、前記共振器中に形成された電磁エネルギを前記マスクの両端間において結合する多重光源アレイ。 - 請求項8に記載の多重光源アレイであって、
更に、前記反射マスクは、標的に隣接する縁端マスク部を含むことができ、更に、各開口部には、前記縁端マスク部に形成された、また、前記対応する導波路に調心された2次開口部が含まれ、各2次開口部の垂直横方向の大きさは、前記対応する導波路の前記垂直横方向の大きさより小さい多重光源アレイ。 - 請求項9に記載の多重光源アレイであって、
各2次開口部の前記垂直横方向の大きさは、前記光源が供給する前記電磁放射の真空中での波長より小さい多重光源アレイ。 - 請求項9に記載の多重光源アレイであって、
前記反射マスクには、前記導波路を囲む多層反射誘電体が含まれ、また、前記縁端マスク部には、金属層が含まれる多重光源アレイ。 - 請求項8に記載の多重光源アレイであって、
各導波路は、前記マスクの両端間において、第2光共振器を画成し、また、各導波路の長さは、前記電磁放射の前記対応する伝播モードと共振するように選択される多重光源アレイ。 - 請求項1に記載の多重光源アレイであって、
前記反射マスクには、多層反射誘電体が含まれる多重光源アレイ。 - 請求項13に記載の多重光源アレイであって、
前記多層反射誘電体は、前記光共振器に隣接しており、更に、前記反射マスクには、前記標的に隣接して反射防止膜が含まれる多重光源アレイ。 - 請求項1に記載の多重光源アレイであって、更に、
前記共振器において前記マスクに接する誘電材料が含まれる多重光源アレイ。 - 請求項15に記載の多重光源アレイであって、
前記誘電材料は、アミシレンズである多重光源アレイ。 - 請求項15に記載の多重光源アレイであって、
前記光共振器は、線形光共振器である多重光源アレイ。 - 請求項17に記載の多重光源アレイであって、
前記少なくとも1つの光学部品は、1つの光学部品を含み、前記線形光共振器は、2つの面によって形成され、第1の面は、前記光学部品によって画成され、第2の面は、前記反射マスクと前記誘電材料との間の界面によって画成される多重光源アレイ。 - 請求項18に記載の多重光源アレイであって、
前記誘電材料は、前記2つの面間の隙間を満たし、また、第1面は、前記光学部品と前記誘電材料との間の界面によって画成される多重光源アレイ。 - 請求項19に記載の多重光源アレイであって、
前記光学部品は、レンズである多重光源アレイ。 - 請求項1に記載の多重光源アレイであって、
前記少なくとも1つの光学部品は、2つの光学部品を含み、また、前記共振器は、3つの面によって形成した折り返し式の共振器であり、第1面は、第1光学部品で画成され、第2面は、第2光学部品で画成され、第3面は、前記反射マスクと誘電材料との間の界面によって画成される多重光源アレイ。 - 請求項21に記載の多重光源アレイであって、
第1及び第2面は、前記折り返し式光共振器の端面を画成する。 - 請求項1に記載の多重光源アレイであって、
前記光共振器は、環状共振器である多重光源アレイ。 - 請求項23に記載の多重光源アレイであって、
前記少なくとも1つの光学部品には、2つの光学部品が含まれ、また、前記環状共振器は、3つの面によって形成され、第1面は、第1光学部品で画成され、第2面は、第2光学部品で画成され、第3面は、前記反射マスクと誘電材料との間の界面によって画成される多重光源アレイ。 - 請求項1に記載の多重光源アレイであって、更に、
前記光共振器と前記光源によって供給される前記電磁放射との間の前記共振を維持するための能動フィードバックシステムが含まれる多重光源アレイ。 - 請求項25に記載の多重光源アレイであって、
前記能動フィードバックシステムは、前記光共振器で反射された前記電磁放射線の一部から生じたサーボ信号に応じて、前記光源が前記電磁放射線の波長を変えることができる電子制御装置を含む多重光源アレイ。 - 請求項25に記載の多重光源アレイであって、更に、
少なくとも部分的に前記光共振器を満たす誘電材料が含まれ、また、前記能動フィードバックシステムには、前記誘電材料と、電子制御装置とに接続された温度制御装置が含まれ、前記電子制御装置によって、前記温度制御装置は、前記光共振器で反射された前記電磁放射線の一部から生じたサーボ信号に応じて、前記誘電材料の温度を変える多重光源アレイ。 - 請求項25に記載の多重光源アレイであって、
前記能動フィードバックシステムは、前記光共振器を形成する光学部品の1つと、電子制御装置とに接続されたトランスデューサを含み、前記電子制御装置によって、前記トランスデューサは、前記光共振器で反射された前記電磁放射線の一部から生じたサーボ信号に応じて、前記接続された光学部品にディザをかける多重光源アレイ。 - 請求項1に記載の多重光源アレイであって、
前記マスクを基準にして配置された前記少なくとも1つの光学部品は、前記マスクと安定した光共振器を形成する多重光源アレイ。 - 標的の像形成のための顕微鏡法システムであって、
請求項1の前記多重光源アレイと、
多重要素光検出器と、
戻り光を前記多重要素検出器に誘導するように配置された像形成システムであって、前記戻り光には、前記標的に漏れ出した又開口部を介して散乱/反射された電磁放射線が含まれる前記像形成システムと、が備えられている顕微鏡法システム。 - 請求項30に記載の顕微鏡法システムであって、更に、
前記光検出器に隣接して配置されたピンホールアレイが含まれており、各ピンホールは、離間した組の1つ以上の検出器要素と調心されており、また、前記像形成システムは、前記ピンホールアレイの対応するピンホール上で各開口部の共役像を生成する顕微鏡法システム。 - 請求項30に記載の顕微鏡法システムであって、更に、
前記光源からの前記電磁放射線を、前記光共振器に導かれる測定光と、基準光経路に沿って導かれ又前記戻り光と合成されて前記多重要素光検出器において干渉する基準光と、に分離する干渉計が含まれる顕微鏡法システム。 - 標的の像形成のための顕微鏡法システムであって、
請求項1の前記多重光源アレイと、
空間的に離間した開口部アレイを含む多重検出器アレイと、
多重要素光検出器と、
信号光を前記多重要素検出器に誘導するように配置された像形成システムであって、前記信号光には、前記標的に漏れ出した又前記検出器アレイの開口部を介して前記標的によって透過された電磁放射線が含まれる前記像形成システムと、が備えられている顕微鏡法システム。 - 請求項33に記載の顕微鏡法システムであって、
前記光源アレイの開口部は、前記検出器アレイの開口部と調心される顕微鏡法システム。 - 請求項33に記載の顕微鏡法システムであって、更に、
前記光検出器に隣接して配置されたピンホールアレイが含まれており、各ピンホールは、離間した組の1つ以上の検出器要素と調心されており、また、前記像形成システムは、前記ピンホールアレイの対応するピンホール上で前記検出器アレイの各開口部の共役像を生成する顕微鏡法システム。 - 請求項33に記載の顕微鏡法システムであって、更に、
前記光源からの前記電磁放射線を、前記光共振器に導かれる測定光と、基準光経路に沿って導かれ又前記信号光と合成されて前記多重要素光検出器において干渉する基準光と、に分離する干渉計が含まれる顕微鏡法システム。 - 標的を照射するための光源であって、
少なくとも1つの開口部を有する反射マスクと、
前記マスクを基準にして配置され前記マスクと共に安定した光共振器を形成する少なくとも1つの光学部品と、が含まれ、動作中、前記共振器中に形成された電磁エネルギの一部は、前記マスク開口部を介して前記標的側へ結合される光源。 - 多重光源で標的を照射するための方法であって、
安定した光共振器のモードを共振励起する段階と、
前記光共振器を画成する光学部品の1つにおける開口部アレイを介して、前記光共振器からの電磁放射線を前記標的側に結合する段階と、が含まれ、前記励起モードの垂直横方向の大きさは、各開口部の垂直横方向の大きさより実質的に大きい方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US22109100P | 2000-07-27 | 2000-07-27 | |
PCT/US2001/023660 WO2002010829A2 (en) | 2000-07-27 | 2001-07-27 | Multiple-source arrays with optical transmission enhanced by resonant cavities |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004505256A true JP2004505256A (ja) | 2004-02-19 |
Family
ID=22826307
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002515499A Pending JP2004505256A (ja) | 2000-07-27 | 2001-07-27 | 共振器により強化された光透過機能を有する多重光源アレイ |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6847029B2 (ja) |
EP (1) | EP1373959A2 (ja) |
JP (1) | JP2004505256A (ja) |
AU (1) | AU2001279048A1 (ja) |
WO (1) | WO2002010829A2 (ja) |
Families Citing this family (48)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6403124B1 (en) * | 1997-04-16 | 2002-06-11 | Sigma-Tau Industrie Farmaceutiche Riunite S.P.A. | Storage and maintenance of blood products including red blood cells and platelets |
DE19918101A1 (de) * | 1999-04-22 | 2000-10-26 | Heidenhain Gmbh Dr Johannes | Optische Positionsmeßeinrichtung |
US7022978B2 (en) * | 2001-05-30 | 2006-04-04 | Xyratex Technology Limited | Method and apparatus including in-resonator imaging lens for improving resolution of a resonator-enhanced optical system |
US6677567B2 (en) * | 2002-02-15 | 2004-01-13 | Psia Corporation | Scanning probe microscope with improved scan accuracy, scan speed, and optical vision |
US7042577B1 (en) * | 2002-07-16 | 2006-05-09 | Actinix | Architectures for high-resolution photomask phase metrology |
US7869057B2 (en) | 2002-09-09 | 2011-01-11 | Zygo Corporation | Multiple-angle multiple-wavelength interferometer using high-NA imaging and spectral analysis |
US7139081B2 (en) | 2002-09-09 | 2006-11-21 | Zygo Corporation | Interferometry method for ellipsometry, reflectometry, and scatterometry measurements, including characterization of thin film structures |
US7084983B2 (en) * | 2003-01-27 | 2006-08-01 | Zetetic Institute | Interferometric confocal microscopy incorporating a pinhole array beam-splitter |
EP1606575A4 (en) * | 2003-01-27 | 2006-12-27 | Zetetic Inst | GUIDED WAVE LEAK MODES USED IN INTERFEROMETRIC CONFOCAL MICROSCOPY FOR MEASURING SLICED PROPERTIES |
JP2006516763A (ja) | 2003-01-27 | 2006-07-06 | ゼテテック インスティテュート | 干渉計測対象物による反射/散乱および透過ビームの、四半分角視野共時測定のための装置および方法。 |
JP2006516766A (ja) * | 2003-02-04 | 2006-07-06 | ゼテテック インスティテュート | 非共焦点、共焦点、および、干渉型共焦点顕微鏡観察で生じる基板−媒体界面における屈折率ミスマッチ作用の補償 |
WO2004072688A2 (en) * | 2003-02-07 | 2004-08-26 | Zetetic Institute | Multiple-source arrays fed by guided-wave structures and resonant guided-wave structure cavities |
JP2006518874A (ja) * | 2003-02-13 | 2006-08-17 | ゼテテック インスティテュート | 横型微分干渉共焦点顕微鏡 |
KR20050098952A (ko) * | 2003-02-19 | 2005-10-12 | 제테틱 인스티튜트 | 종방향 차분 간섭 공초점 현미경 검사 |
EP1595107A4 (en) * | 2003-02-19 | 2007-01-24 | Zetetic Inst | METHOD AND APPARATUS FOR INTERFEROMETRIC CONFOCAL MICROSCOPY ON A DARK BACKGROUND |
US7324214B2 (en) | 2003-03-06 | 2008-01-29 | Zygo Corporation | Interferometer and method for measuring characteristics of optically unresolved surface features |
EP1608934A4 (en) * | 2003-04-01 | 2007-03-21 | Zetetic Inst | DEVICE AND METHOD FOR ASSEMBLING FIELDS OF SPLIT OR REFLECTED OR IMPROVED ORTHOGONAL POLARIZED RADIATION THROUGH AN OBJECT IN INTERFEROMETRY |
US7054077B2 (en) | 2003-04-01 | 2006-05-30 | Zetetic Institute | Method for constructing a catadioptric lens system |
US7064838B2 (en) * | 2003-04-03 | 2006-06-20 | Zetetic Institute | Apparatus and method for measurement of fields of backscattered and forward scattered/reflected beams by an object in interferometry |
US20050031278A1 (en) * | 2003-05-16 | 2005-02-10 | Xiaolei Shi | Near-field sub-wavelength apertures |
US7324209B2 (en) * | 2003-07-07 | 2008-01-29 | Zetetic Institute | Apparatus and method for ellipsometric measurements with high spatial resolution |
US7084984B2 (en) | 2003-07-07 | 2006-08-01 | Zetetic Institute | Apparatus and method for high speed scan for detection and measurement of properties of sub-wavelength defects and artifacts in semiconductor and mask metrology |
WO2005026810A2 (en) * | 2003-09-10 | 2005-03-24 | Zetetic Institute | Catoptric and catadioptric imaging systems with adaptive catoptric surfaces |
WO2005031397A2 (en) * | 2003-09-26 | 2005-04-07 | Zetetic Institute | Catoptric and catadioptric imaging systems with pellicle and aperture-array beam-splitters and non-adaptive and adaptive catoptric surfaces |
US7312877B2 (en) * | 2003-10-01 | 2007-12-25 | Zetetic Institute | Method and apparatus for enhanced resolution of high spatial frequency components of images using standing wave beams in non-interferometric and interferometric microscopy |
JP2005309286A (ja) * | 2004-04-26 | 2005-11-04 | Brother Ind Ltd | 画像表示装置および放射源装置 |
WO2005108914A2 (en) * | 2004-05-06 | 2005-11-17 | Zetetic Institute | Apparatus and methods for measurement of critical dimensions of features and detection of defects in uv, vuv, and euv lithography masks |
WO2005114096A2 (en) * | 2004-05-18 | 2005-12-01 | Zygo Corporation | Methods and systems for determining optical properties using low-coherence interference signals |
US7298496B2 (en) * | 2004-05-21 | 2007-11-20 | Zetetic Institute | Apparatus and methods for overlay, alignment mark, and critical dimension metrologies based on optical interferometry |
US7161680B2 (en) * | 2004-08-16 | 2007-01-09 | Zetetic Institute | Apparatus and method for joint and time delayed measurements of components of conjugated quadratures of fields of reflected/scattered and transmitted/scattered beams by an object in interferometry |
WO2006023612A2 (en) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Zetetic Institute | Sub-nanometer overlay, critical dimension, and lithography tool projection optic metrology systems based on measurement of exposure induced changes in photoresist on wafers |
WO2006034065A2 (en) * | 2004-09-20 | 2006-03-30 | Zetetic Institute | Catoptric imaging systems comprising pellicle and/or aperture-array beam-splitters and non-adaptive and /or adaptive catoptric surfaces |
TWI428582B (zh) * | 2005-01-20 | 2014-03-01 | Zygo Corp | 用於檢測物體表面之特性的干涉裝置以及干涉方法 |
US7884947B2 (en) | 2005-01-20 | 2011-02-08 | Zygo Corporation | Interferometry for determining characteristics of an object surface, with spatially coherent illumination |
US7808023B2 (en) * | 2005-08-24 | 2010-10-05 | Aptina Imaging Corporation | Method and apparatus providing integrated color pixel with buried sub-wavelength gratings in solid state imagers |
US7469454B2 (en) * | 2005-08-25 | 2008-12-30 | Regents Of The University Of Colorado | Mounting system for optical frequency reference cavities |
US7799491B2 (en) * | 2006-04-07 | 2010-09-21 | Aptina Imaging Corp. | Color filter array and imaging device containing such color filter array and method of fabrication |
EP2097713A4 (en) | 2006-12-22 | 2010-09-15 | Zygo Corp | DEVICE AND METHOD FOR MEASURING SURFACE PROPERTIES |
US7889355B2 (en) | 2007-01-31 | 2011-02-15 | Zygo Corporation | Interferometry for lateral metrology |
WO2008151266A2 (en) * | 2007-06-05 | 2008-12-11 | Zygo Corporation | Interferometry for determining characteristics of an object surface, with spatially coherent illumination |
GB2451442B (en) * | 2007-07-30 | 2013-03-06 | Lein Applied Diagnostics Ltd | Optical measurement apparatus and method therefor |
WO2009064670A2 (en) | 2007-11-13 | 2009-05-22 | Zygo Corporation | Interferometer utilizing polarization scanning |
KR20100113513A (ko) * | 2007-12-10 | 2010-10-21 | 리서치 파운데이션 오브 더 시티 유니버시티 오브 뉴욕 | 물질 합성물의 광 조절에 대한 서브 파장 구조, 장치 및 방법 |
WO2009079334A2 (en) | 2007-12-14 | 2009-06-25 | Zygo Corporation | Analyzing surface structure using scanning interferometry |
US8120781B2 (en) | 2008-11-26 | 2012-02-21 | Zygo Corporation | Interferometric systems and methods featuring spectral analysis of unevenly sampled data |
WO2010126790A1 (en) * | 2009-04-27 | 2010-11-04 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | A novel multi-point scan architecture |
WO2011071819A1 (en) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Regents Of The University Of California | Optical-cavity phase plate for transmission electron microscopy |
US9215425B1 (en) * | 2013-02-04 | 2015-12-15 | Bruker Nano Inc. | Camera-aided focusing in optical metrology |
Family Cites Families (41)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4340306A (en) * | 1980-02-04 | 1982-07-20 | Balasubramanian N | Optical system for surface topography measurement |
US4390994A (en) * | 1980-07-14 | 1983-06-28 | Roberts James R | Laser utilizing coated, multicapillary array as output window |
US4659429A (en) * | 1983-08-03 | 1987-04-21 | Cornell Research Foundation, Inc. | Method and apparatus for production and use of nanometer scale light beams |
US4592058A (en) * | 1984-08-10 | 1986-05-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Frequency stabilized laser |
US4681451A (en) | 1986-02-28 | 1987-07-21 | Polaroid Corporation | Optical proximity imaging method and apparatus |
US5105403A (en) | 1988-01-27 | 1992-04-14 | Hitachi, Ltd. | Optical information reading apparatus with waveguide and diffraction grating |
US5105408A (en) | 1988-05-12 | 1992-04-14 | Digital Equipment Corporation | Optical head with flying lens |
DE69022318T2 (de) | 1989-07-19 | 1996-05-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fliegender optischer Kopf. |
US5150338A (en) | 1989-08-10 | 1992-09-22 | Hewlett-Packard Company | Optical disk reading and writing system having magnetic write head mounted on an air-bearing slider |
JP2626115B2 (ja) | 1990-01-10 | 1997-07-02 | 松下電器産業株式会社 | 光学ヘッド |
US5004307A (en) | 1990-04-12 | 1991-04-02 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Near field and solid immersion optical microscope |
US5223693A (en) * | 1990-04-28 | 1993-06-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Optical machining apparatus |
US5121256A (en) | 1991-03-14 | 1992-06-09 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Lithography system employing a solid immersion lens |
US5125750A (en) | 1991-03-14 | 1992-06-30 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Optical recording system employing a solid immersion lens |
DE69121201D1 (de) * | 1991-08-27 | 1996-09-05 | Ibm | Verfahren und Gerät zur Erzeugung hochauflösender optischer Bilder |
JPH0573980A (ja) | 1991-09-12 | 1993-03-26 | Ricoh Co Ltd | 光デイスクドライブ装置の光ヘツド |
JP2922698B2 (ja) | 1991-12-25 | 1999-07-26 | 京セラ株式会社 | 光ヘッド用スライダー |
JP3135389B2 (ja) | 1992-10-23 | 2001-02-13 | 松下電器産業株式会社 | 情報再生方法、情報記録再生方法、情報再生装置、記録媒体及び光ヘッド |
US5349443A (en) | 1992-11-25 | 1994-09-20 | Polaroid Corporation | Flexible transducers for photon tunneling microscopes and methods for making and using same |
US5442443A (en) | 1993-04-08 | 1995-08-15 | Polaroid Corporation | Stereoscopic photon tunneling microscope |
JP3303436B2 (ja) | 1993-05-14 | 2002-07-22 | キヤノン株式会社 | 投影露光装置及び半導体素子の製造方法 |
CA2170860C (en) | 1993-10-04 | 2002-07-23 | Bert Hecht | Near-field optical microscope |
US5371588A (en) | 1993-11-10 | 1994-12-06 | University Of Maryland, College Park | Surface profile and material mapper using a driver to displace the sample in X-Y-Z directions |
US5497359A (en) | 1994-08-30 | 1996-03-05 | National Business Machines Corporation | Optical disk data storage system with radiation-transparent air-bearing slider |
US5784400A (en) * | 1995-02-28 | 1998-07-21 | Massachusetts Institute Of Technology | Resonant cavities employing two dimensionally periodic dielectric materials |
DE69625292T2 (de) | 1995-08-04 | 2003-09-04 | Ibm | Interferometrischer Nahfeldapparat und Verfahren |
US5602820A (en) | 1995-08-24 | 1997-02-11 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for mass data storage |
JPH09210629A (ja) | 1996-02-02 | 1997-08-12 | Canon Inc | 面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
US5602643A (en) | 1996-02-07 | 1997-02-11 | Wyko Corporation | Method and apparatus for correcting surface profiles determined by phase-shifting interferometry according to optical parameters of test surface |
US5796487A (en) * | 1996-06-28 | 1998-08-18 | Polaroid Corporation | Dark field, photon tunneling imaging systems and methods for optical recording and retrieval |
US5689480A (en) | 1996-08-13 | 1997-11-18 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Magneto-optic recording system employing near field optics |
US5666197A (en) | 1996-08-21 | 1997-09-09 | Polaroid Corporation | Apparatus and methods employing phase control and analysis of evanescent illumination for imaging and metrology of subwavelength lateral surface topography |
US5760901A (en) | 1997-01-28 | 1998-06-02 | Zetetic Institute | Method and apparatus for confocal interference microscopy with background amplitude reduction and compensation |
US6201820B1 (en) * | 1997-03-05 | 2001-03-13 | Silkroad, Inc. | Optically modulated laser beam transceiver |
US5883872A (en) | 1997-05-29 | 1999-03-16 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Near field magneto-optical recording system employing slit illumination |
US5973316A (en) * | 1997-07-08 | 1999-10-26 | Nec Research Institute, Inc. | Sub-wavelength aperture arrays with enhanced light transmission |
JP3862845B2 (ja) * | 1998-02-05 | 2006-12-27 | セイコーインスツル株式会社 | 近接場用光プローブ |
US6154326A (en) | 1998-03-19 | 2000-11-28 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Optical head, disk apparatus, method for manufacturing optical head, and optical element |
US6248988B1 (en) * | 1998-05-05 | 2001-06-19 | Kla-Tencor Corporation | Conventional and confocal multi-spot scanning optical microscope |
EP1084378A1 (en) | 1998-06-02 | 2001-03-21 | Zetetic Institute | Methods and apparatus for confocal interference microscopy using wavenumber domain reflectometry and background amplitude reduction and compensation |
JP4162292B2 (ja) * | 1998-07-07 | 2008-10-08 | セイコーインスツル株式会社 | 情報記録媒体および情報再生装置 |
-
2001
- 2001-07-27 JP JP2002515499A patent/JP2004505256A/ja active Pending
- 2001-07-27 WO PCT/US2001/023660 patent/WO2002010829A2/en not_active Application Discontinuation
- 2001-07-27 EP EP01957288A patent/EP1373959A2/en not_active Withdrawn
- 2001-07-27 AU AU2001279048A patent/AU2001279048A1/en not_active Abandoned
- 2001-07-27 US US09/917,400 patent/US6847029B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6847029B2 (en) | 2005-01-25 |
EP1373959A2 (en) | 2004-01-02 |
US20020148955A1 (en) | 2002-10-17 |
WO2002010829A8 (en) | 2003-07-10 |
WO2002010829A2 (en) | 2002-02-07 |
AU2001279048A1 (en) | 2002-02-13 |
WO2002010829A3 (en) | 2003-01-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2004505256A (ja) | 共振器により強化された光透過機能を有する多重光源アレイ | |
US6775009B2 (en) | Differential interferometric scanning near-field confocal microscopy | |
US6667809B2 (en) | Scanning interferometric near-field confocal microscopy with background amplitude reduction and compensation | |
US6552805B2 (en) | Control of position and orientation of sub-wavelength aperture array in near-field microscopy | |
US9075227B2 (en) | High-resolution microscopy and photolithography devices using focusing micromirrors | |
US7084983B2 (en) | Interferometric confocal microscopy incorporating a pinhole array beam-splitter | |
EP1203257B1 (en) | Scanning interferometric near-field confocal microscopy | |
US7099014B2 (en) | Apparatus and method for joint measurement of fields of scattered/reflected or transmitted orthogonally polarized beams by an object in interferometry | |
US7046372B2 (en) | Transverse differential interferometric confocal microscopy | |
EP1647798A1 (en) | Position detection apparatus and method | |
US7064838B2 (en) | Apparatus and method for measurement of fields of backscattered and forward scattered/reflected beams by an object in interferometry | |
JP4198929B2 (ja) | レーザ測長器及びレーザ測長方法 | |
KR20050114611A (ko) | 간섭계에서 대상에 의해 반사/산란되고 투과되는 빔의 공액직교 필드의 공동 측정 장치 및 방법 | |
US20040201852A1 (en) | Compensation for effects of mismatch in indices of refraction at a substrate-medium interface in non-confocal, confocal, and interferometric confocal microscopy | |
US7324209B2 (en) | Apparatus and method for ellipsometric measurements with high spatial resolution | |
US7355722B2 (en) | Catoptric and catadioptric imaging systems with adaptive catoptric surfaces | |
Protopopov | Spectroscopic Techniques For Semiconductor Industry | |
WO2001009662A2 (en) | Scanning interferometric near-field confocal microscopy |