JP2004530106A

JP2004530106A - 目標物のマイクロレリーフ及び近表面層の光学的特徴を測定する方法及びその方法を実施する変調干渉顕微鏡

Info

Publication number: JP2004530106A
Application number: JP2002556278A
Authority: JP
Inventors: アンドリーヴ，ヴラディミール，アンドリーヴィッチ; インドゥカエフ，コンスタンティン・ヴァシリエヴィッチ; オシポフ，パヴェル・アルベルトヴィッチ
Original assignee: オブシェストヴォ・ス・オグラニチェンノイ・オトゥヴェストヴェンノスチュ＜ラボラトリー・アムフォラ＞
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2004-09-30
Also published as: EP1359451A1; CN1486444A; US7221458B2; RU2181498C1; US20040119984A1; WO2002056083A1

Abstract

【課題】
【解決手段】本発明は、光学技術、特に近表面層のマイクロレリーフ、材料の光学定数の分布を測定する方法に関し、また、マイクロエレクトロニクス技術、ナノ技術、材料科学、医薬及び生物学用に使用することができる。本発明の目的は、レリーフの幾何学的パラメータ及び材料の光学定数の分布を測定するため空間的分解能を向上させ、光学異方性定数を含む、画定される定数の範囲を拡張し、材料定数の画成精度を著しく増大させ且つ、検査される目標物の数を増加させることである。近表面層のマイクロレリーフ及び光学特徴を測定する、本発明の方法及び該方法を実施するための変調干渉顕微鏡も開示されている。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、特に、目標物の表面層のマイクロレリーフ及び材料の光学定数の分布を測定する方法に関し、マイクロエレクトロニクス、ナノ技術、材料科学、医薬及び生物学にて、検査のために使用することができる。
【０００２】
マイクロ目標物の界をコヒーレントな単色光線にて露光する工程と、目標物から反射された光線を像点に相応する電気信号に変換する工程とを含む、目標物のマイクロレリーフを視覚化する方法が既知である（ソ連の発明者証第１７３４０６６号、国際分類Ｇ０２Ｂ２１／００，１９９２）。
【０００３】
この方法は、古典的な増幅顕微鏡の分解能限界を顕著に上廻る空間的分解能を実現することを可能にする。
しかし、この方法は、単一材料から成り且つ、簡単な幾何学的形態を有する少数の比較的簡単な目標物に対してのみ高い空間的分解能を実現することを可能にする。
【０００４】
上記の方法の不利益な点は、次の通りである。
異なる光学的パラメータを有する材料が目標物の表面に存在するとき、普通程度の分解能にても目標物の位相像を有意義に解釈することが不可能であること；
マイクロ目標物の表面層の材料の光学定数に関して極めて多くの情報が得られるように検査することが不可能であること。
【０００５】
目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的特徴を測定する方法を行うことを可能にするマイクロ偏光解析計が既知である（ＳＰＩＥの議事録、Ｈ．ジェネウィン（Ｈ．Ｊｅｎｎｅｗｅｉｎ）、Ｈ．ゴッチェリング（Ｈ．Ｇｏｔｔｓｃｈｌｉｎｇ）、Ｔ．ギャンツ（Ｔ．Ｇａｎｚ）及びＴ．チュディ（Ｔ．Ｔｓｃｈｕｄｉ）による、異なる材料の表面における干渉計断面計測法（ＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃａｌＰｒｏｆｉｌｏｍｅｔｒｙａｔＳｕｒｆａｃｅｓｗｉｔｈＶａｒｙｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ）ＸＩＩＩ、Ｖｏｌ．３６７７ＩＩ（１９９９）、ｐ１００９のマイクロリソグラフィ用の計測学、検査及び工程管理（Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ，ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＭｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＸＩＩＩ，Ｖｏｌ．３６７７ＩＩ（１９９９）ｐ．１００９））。
【０００６】
既知の方法において、マイクロ目標物のレリーフのパラメータ及び表面層の合成屈折率が同時に測定される。この方法は、局部的な合成屈折率の値がレリーフ高さの公称値に与える効果を考慮し且つ、段付きレリーフの特別な場合に、その値を補正することを可能にする。
【０００７】
この既知の方法の不利益な点は、次の通りである。
屈折率の分布及びレリーフのパラメータの双方に関し横方向分解能が低いこと；
一般的な型式のレリーフ及び光学的に異方性の材料に対し材料及び幾何学的パラメータを同時に研究する方法を実施することが不可能であること；
この方法は、光学定数を測定するときの精度が低いこと。
【０００８】
技術的本質の点にて提案された方法に最も近い方法は、目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的性質を測定する方法であって、偏光変調を行う工程と、入射するコヒーレントな単色の偏光光束を、目標物の界を露光する目標光ビーム及び基準光ビームに分割する工程と、基準ビームの位相変調を行う工程と、光ビームの干渉混合を行う工程と、偏光の相互に直交する２つの成分を抽出し且つ、インターフェログラムを得る工程と、上記インターフェログラムの最小部分（画素）を選ぶ工程と、該部分の平均照射量をそれぞれの電気信号に変換する工程と、位相変調信号の可変成分の位相及び振幅を測定する工程と、目標ビームから画素に当たる光の位相、振幅及び偏光パラメータの値を計算する工程と、目標物の表面層の材料の光学定数を計算する工程とを備える、方法である（ロシア国特許第２０２９９７６号、国際分類Ｇ０２Ｂ２１／００、１９９５）。
【０００９】
しかし、既知の方法は、高消光率の偏光にて目標物を露光することを保証することが不可能であるから、光学定数を測定するときの精度が低く、また、暗く且つ、反射率が小さい目標物の場合、この方法は、基準ビーム及び目標ビームからの画素の露光を等しくすることが不可能であることに起因して、レリーフパラメータ及び材料の光学定数の分布を測定するときの空間的分解能が低い。
【００１０】
技術的本質の点にて提案された技術に最も近い装置は、レーザ装置と、位相変調器と、偏光変調器と、テレスコープと、分析器と、単一の光軸に沿って取り付けられた光検出器と、制御発生器と、信号処理装置と、交換バスを通じてコンピュータに接続し得る設計とされたコントローラとを備える、変調干渉顕微鏡である。この信号処理装置は、信号の可変成分の振幅計及び位相計を備えている（ロシア国特許第２０２９９７６号、国際分類Ｇ０２Ｂ２１／００、１９９５）。
【００１１】
しかし、既知の顕微鏡は、エレクトロオプティカル偏光変調器の消光率が小さいこと、マイクロレンズのレンズ系を光ビームが透過する量が２倍となるという負担を伴ってその消光率が更に減少すること、また、最適な変調モードを保証することが不可能であるということのため、光学定数を測定するとき高精度を許容しない。
【００１２】
既知の顕微鏡は、位相及び偏光によって不釣合いとされる分解能レベルを有し、このことは、光学定数の分布の高い空間分解能を得ることができない。既知の顕微鏡は、目標ビーム及び基準ビームにて光の強さの分布を常に、制御された状態で行うことが可能であるとは限らず、このことは、上記ビームによる所定の画素の露光を等しくすることを許容せず、これにより変調信号の可変成分の相対値を小さくし且つ、精度及び分解能の全てのパラメータを劣化させる。
【００１３】
この不利益な点は、暗い目標物、また、例えば、流体のような反射面が不良な目標物の場合、特に、顕著である。
提案された発明によって解決される技術的課題は、レリーフの幾何学的パラメータ及び材料の光学定数の分布を測定するときの空間的分解能を増大させ、光学的異方性定数を含む、測定される定数の数を増加させ、材料の定数の測定精度を大幅に向上させ、また、検査する目標物の範囲を拡張することである。
【００１４】
本発明における技術的結果は、目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的性質を測定する方法であって、偏光変調を行う工程と、入射するコヒーレントな単色偏光光束をマイクロレンズを通じて目標物の界を露光する目標光ビームと、基準光ビームとに分割する工程と、基準ビームの位相変調を行う工程と、光ビームの干渉混合を行う工程と、相互に直交する２つの偏光成分を抽出し且つ、インターフェログラムを得る工程と、上記インターフェログラムの最小部分（画素）を選ぶ工程と、上記部分の平均照射量をそれぞれの電気信号に変換する工程と、位相変調信号の可変成分の位相及び振幅を測定する工程と、目標ビームから画素に当たる光の位相、振幅及び偏光パラメータの値を計算する工程と、目標物の表面層の材料の光学定数を計算する工程とを備える方法によって実現され、本発明によれば、この方法は、光束を目標ビーム及び基準ビームに分割する工程と、これらのビームの間にて光束の強さを制御された状態で再分布させる工程と、目標ビーム及び基準ビーム（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｂｅａｍ）に対し偏光変調を別個に行う工程とを備え、目標物の界の露光が、目標ビームを内部からマイクロレンズの前面側レンズを透過させることにより行われ、光ビームの干渉混合を行う工程を備え、測定する前、基準ビームと目標ビームとの間の照射量の比を事前に確立し、目標ビームから画素に当たる光の位相及び振幅値が事前に計算され、全数の画素に対し操作を繰り返した後、目標ビーム及び基準ビームにて強さを再分布させることによりこれらのビームから１つの画素を別個に照射する量を等しくする工程と、変調信号の可変成分の位相及び振幅を測定する工程と、目標ビームから画素に当たる光の精密な位相及び振幅の値を計算する工程とを備えている。
【００１５】
本発明は、また、目標物の界の露光が直線状の２つの独立的な偏光にて順次に行われることも特徴としている。
偏光分析器を使用する間、このことは、次のような、マイクロ目標物の特徴を得ることを可能にする。
【００１６】
局所的な法線及びマイクロ目標物の高さのベクトルの分布；
異方性の目標物に対する合成屈折率の分布；
光軸を垂直に配置する場合を除いて、１軸、２ビームの屈折材料に対する光軸の配向及び合成屈折率の値。
【００１７】
本発明は、また、目標ビームから画素に当たる光に対して逆位相にて基準ビームの光の位相を設定することにより、目標ビームから画素に当たる光の振幅値を更に精密にする工程と、目標光ビーム及び基準光ビームの強さの比を変更することにより振幅の変調を行う工程と、画素の同一の照射量に相応する２つの異なる強さの比を測定する工程と、目標ビームから画素に当たる光の割合を計算する工程とを更に備えることを特徴としている。
【００１８】
このことは、反射率を測定するときの精度を向上させるという負担を伴なって材料の光学定数を測定するときの精度を向上させ、また、上記定数の分布の空間的分解能を向上させることを可能にする。
【００１９】
本発明は、また、目標ビームから画素に当たる光と同一位相にて目標ビームの位相を更に設定する工程と、目標ビームの偏光変調を連続的に行う工程と、偏光変調信号を測定する工程と、上記偏光変調信号の調波成分の位相及び振幅を計算し、その位相及び振幅により目標物の表面層の光学異方性のパラメータが計算されるようにする工程とを更に備えることを更に特徴としている。
【００２０】
このことは、全ての性質の光学異方性のパラメータを含んで、材料の光学定数の全ての集合値を測定することを可能にする。
本発明は、また、基準ビームの位相変調を同時に行うことにより目標ビーム及び基準ビームの偏光変調を行う工程と、目標ビームの位相変調周波数がビームの偏光変調の周波数よりも高く又は低いようにすることと、信号範囲の調波成分の位相及び振幅を測定する工程と、目標物の表面層の光学異方性のパラメータを含む材料の光学定数を計算する工程とを更に備えることも特徴としている。
【００２１】
このことは、１回の手順にて、光学異方性の特徴を事前に推定することなく、等方性及び異方性マイクロ目標物の双方を調べること、及び実質的に異方性のマイクロ目標物に対する全体的な入力時間の短縮化を確実にする可能性をもたらすことになる。
【００２２】
レーザ装置と、位相変調器を有する変調干渉計と、偏光変調器と光学的に接続されたコリメータと、ビームスプリッタと、マイクロレンズと、テレスコープと、偏光分析器装置と、単一の光軸に沿って取り付けられた光検出器と、交換バスを通じてコンピュータに接続し得る設計とされた制御及び信号処理装置とを備える変調干渉顕微鏡であって、本発明に従って、空間的マイクロ開口フィルタと、光ビームを偏向し且つ混合させる設計とされ且つ同一の光軸上に配置された要素とを更に備え、変調干渉器には、偏向光学要素の系によって第二の偏光変調器と光学的に接続された第二のコリメータと、位相補償器とが追加され、ビームスプリッタは調節可能とされ、また、１つの出力により系の偏向光学要素を通じて位相変調器と、偏光変調器と、コリメータと、光ビームを偏向し且つ混合させる設計とされた要素の一側部と直列に結合され、また、他の出力によって、位相補償器と、第二の偏光変調器と、第二のコリメータと、上記要素の反対側部と結合された、上記の変調干渉顕微鏡を提供することによって、提案された発明における技術的結果が達成される。
【００２３】
光ビームを偏向し且つ混合させる設計とされた要素を光軸に対しある角度で配置された両側部付きの平坦なミラーの形態にて形成することは、目標物を照射し、また、目標ビームと混合するように基準ビームを同時に偏向することを保証し、これにより変調干渉計の構造を簡略化することになる。
【００２４】
ミラーを半透明に形成することは、光軸付近にて目標物から来る目標ビームの光線の影を部分的に解消することになる。
不透明なミラーは、ビームの相互の有害な照射を解消する。
【００２５】
本発明は、また、光ビームを偏向し且つ混合させる設計とされた要素がマイクロレンズの正面側レンズの内部に配置されることも特徴としている。
このことは、レンズのマイクロレンズ系をバイパスして偏光変調器から高消光率にて偏光された光を供給し、これにより材料の光学定数を測定するときの精度を大幅に向上させることを可能にすることになる。
【００２６】
光学的に直列に接続され且つ配置された線形偏光フィルタ、制御された補償器、及び偏光面回転装置の形態にて偏光変調器を形成することは、ビーム内で任意の偏光を形成し且つ、所定の目標物に相応する変調計画を最適に選ぶことの可能性を拡張する任意の原則に従った時間内でこの状態を変更することを可能にすることになる。
【００２７】
直角な光軸から異なる角度にて位相変調器を光軸に対して配置し且つ、干渉計に対し、位相変調器と偏向する光学要素の系の１つの要素との間に配置された少なくとも１つの旋回型ミラーを更に設けることは、構造体全体の寸法を小型化することを可能にする。
【００２８】
目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的特性を測定する方法及び本発明を具体化する変調干渉顕微鏡の構造に関する以下の説明及び図面によって、提案された方法の要旨について説明する。
【００２９】
提案された変調干渉顕微鏡は、レーザ装置１と、空間的マイクロ−開口フィルタ２と、変調干渉計と、マイクロレンズ３と、テレスコープ４と、偏光分析器装置５と、光検出器６と、単一の光軸に沿って配置された要素３乃至６と、交換バス８を通じてコンピュータ（図示せず）に接続し得る設計とされた制御及び信号処理装置７とを備えている。
【００３０】
空間的マイクロ−開口フィルタ２は、位相正面波を一体化することを保証し、これにより空間的分解能パラメータの改良及び材料の光学定数を測定するときの精度を保証しつつ、全ての位相測定の精度を向上させる。
【００３１】
変調干渉計は、可調節型ビームスプリッタ９と、位相補償器と、コリメータ１１と光学的に接続された偏光変調器１０と、光ビームを偏向し且つ混合させる設計とされた要素１２と、位相変調器１３と、偏向光学要素の系の第二のコリメータ１５と光学的に接続された第二の偏向変調器１４とから成っている。
【００３２】
第二のコリメータ１５は、ビームを独立的に変調すること、及び目標ビームが目標物から反射した後、その精密さが適合することを保証する。
偏向光学要素の系は、６つの平坦ミラー１６、１７、１８、１９、２０、２１と、半透明とすることのできるミラー２２の要素とから成っている。ミラー２２は、位相変調器１３と偏光変調器１４との間に配置され且つ、可調節ビームスプリッタ９と光学的に結合されている。
【００３３】
ミラー２２を不透明に形成する場合、位相変調器１３のミラー２３は、相互に直角の１対の平坦ミラー（図３）又は隅部反射器（図示せず）の形態にて旋回型に形成される。
ミラー２２を半透明に形成する場合、位相変調器１３のミラー２３は、平坦なミラー（図２）の形態にて形成される。
【００３４】
位相変調器１３は、光軸に対して直角とは異なるある角度で配置することができる。この場合、変調干渉計には、偏向光学要素の系の要素の１つであるミラー２２の要素と位相変調器１３（図４及び図５）との間に配置された少なくとも１つの旋回型ミラー２４が更に設けられる。
【００３５】
位相変調器のミラー２３を相互に直角に１対の平坦なミラー又は隅部反射器（図５）の形態にて形成する場合、２つの旋回型ミラーを設けることが必要である。
互いに対し直角に傾斜させ且つ、上記直角の角度の二等分線に沿って線形動作駆動体２５が設けられたミラー１６、１７が位相補償器を構成する。
【００３６】
この構造において、位相補償器は、変調器干渉計ビームの光路長さを正確に等しくし、また、線形状態と異なる偏光状態を形成するときに現れるパンチャラントナム（Ｐａｎｃｈａｒａｎｔｎａｍ）位相を補償することを許容する。
【００３７】
ビームスプリッタ９は、位相補償器のミラー１６、１７を通じてその出力の１つによって、偏光変調器１０と、ミラー１８を通じてコリメータ１１と、ミラー１９を通じて要素１２の下側部と直列に接続されている。上述した構成要素は、集合体の形態において、干渉計の目標肩部を形成する。
【００３８】
半透明ミラー２２の場合、ビームスプリッタ９の他の出力は、このミラーを通じて位相変調器１３及び第二の偏光変調器１４と、ミラー２０を通じて第二のコリメータ１５と、また、ミラー２１を通じて要素１２の上側部と結合されている。
【００３９】
ミラー２２を不透明に形成する場合、このミラーと位相変調器１３との間に、少なくとも１つの偏向ミラー２４が更に配置される。
上述した構成要素は、干渉計の基準肩部を形成する。
【００４０】
ミラー１８、１９は、ミラー２０、２１と共に、対となるように配置されており、このため、ミラー１９から要素１２の下面及びミラー２１から要素１２の上面までの基準及び目標肩部の光軸の部分は共直線状となる。
【００４１】
光ビームを偏向し且つ混合させ得るよう設計された要素１２を形成し且つ配置することは、例えば、検査される物品の型式、材料の構造、及び特徴等に依存して異なるものとすることができる。
【００４２】
ビームスプリッタから別個に配置された、光ビームをコヒーレントに混合させる要素１２の構造体内に、基準ビーム及び目標ビームが存在することは、基準ビーム及び目標ビームの双方にて別個に独立的に偏光変調を行い、これにより偏光変調の可能性を拡大することを可能にする。
【００４３】
光ビームを偏向し且つ混合させる設計とされた要素１２は、例えば、正面側レンズ２６内にてマイクロレンズ３内に配置され、また、平坦なミラーの形態に形成され且つ、例えば、４５°にて光軸に対し斜めに配置されている。
【００４４】
マイクロレンズ３の正面側レンズ２６は、幾つかの部分、少なくとも２つの部分から成っており、要素１２の平面と一致する平面の取外し不能な継手を形成する。
偏光変調器１０、１４は、同様の構造を有し、また、光学的に接続され且つ、直列に配置された線形偏光フィルタ２７、制御された偏光補償器２８及び偏光面回転装置２９の形態にて形成されている。
【００４５】
当該技術分野にて既知であるように、線形エレクトロメカニカルサーボを有するバービンソレイル（Ｂａｂｉｎｅ−Ｓｏｌｅｉｌ）補償器を制御された偏光補償器２８として利用することができる。
【００４６】
当該技術分野にて既知であるように、エレクトロメカニカル回転サーボを有する半波板を偏光面回転装置２９として利用することができる。
ビームスプリッタ９は、調節可能に形成され、また、偏光ビームスプリッタ３０と、例えば、エレクトロメカニカル回転サーボ３２を有する半波板３１の形態にて形成された偏光面回転体とから成っている。
【００４７】
このことは、目標及び基準肩部から各画素を等しく照射することにより、最大の変調ファクタを保証し、その結果、目標物の局部的明るさと独立的に最適な信号／雑音比を保証し、これにより反射量が不良な目標物に対する精度及び分解能のパラメータを向上させることを可能にする。
【００４８】
コリメータ１１、１５は、同一であり且つ次ぎのように配置される、すなわちコリメータ１１から要素１２の下面までの光学路及び要素１２の下面から目標物平面までの二重の光学路の合計がコリメータ１５から要素１２の上面までの光学路に等しいように配置される。
【００４９】
可調節型ビームスプリッタ９、偏光変調器１０、位相変調器１３、第二の偏光変調器１４、位相補償器、偏光分析器装置５及び光検出器６は、制御及び信号処理装置７と接続されている。
【００５０】
このようにして、制御及び信号処理装置７は、可変成分の振幅計及び位相計と、一定成分の振幅計と、コントローラ（図示せず）とを備えることができる。
変調干渉計は、色々なオプト−エレクトロメカニカル基体上に形成することができる。
【００５１】
変調干渉計が古典的な顕微鏡要素の基体上に形成されるならば、変調干渉計の要素は、マイクロレンズ３の外側に完全に又は部分的に配置される（図２乃至図５）。
この場合、ビームの１つの光部分がビームスプリッタ９を透過した後、そのレンズの間の空間内で又はその１つを通って横方向にマイクロレンズ３を透過し得るように偏向要素の系が形成される。
【００５２】
変調干渉計がマイクロエレクトロメカニカルシステムの構成要素の基体上に形成されるならば、レーザ装置１、及びマイクロ開口フィルタ２、並びに干渉計の要素に対するそれらの相互の位置を正確な縮尺ではなく示す、図６及び図７に図示するように、変調干渉計は、その正面側レンズ２６の付近にてマイクロレンズ３内部に完全に配置される。
【００５３】
このようにして、ビームの１つの光部分はビームスプリッタを通った後、正面側レンズを横方向に透過するように偏光要素の系が形成されている。
提案された変調干渉顕微鏡は次のように作動する。
【００５４】
レーザ装置１によって放射され且つ、空間マイクロ開口フィルタ２を透過するコヒーレントな単色、線形に偏光された光束は、可調節型ビームスプリッタ９に供給され、この場合、光束は、目標ビーム及び基準ビームという２つのビームにコヒーレントに分割される。ビームの各々は、これに相応して変調干渉計の目標及び基準肩部に沿って伝播する。
【００５５】
光束パワーは、入射ビームの偏光ベクトルと偏光ビームスプリッタの軸との間に設定された角度から既知の依存程度に従って肩部の間にて再分布される。
最初に、検査される目標物の中間明るさに基づいて操作者肩部の強さの比を選び、その後、各画素に対しその強さの比が怠慢に（ｄｅｆａｕｌｔ）に設定される、すなわち自動的に選ばれる。
【００５６】
後者の場合、マイクロレンズの所定の部分により反射される測定した光の強さが考慮され、肩部内の光の強さを再分布させ、基準ビーム及び相応する目標部分から画素に供給される光の強さを等しくする。
【００５７】
次に、目標ビーム及び基準ビームに対し偏向変調が別個に行われる。
目標ビームの偏光変調は次のようにして行われる。
光の目標ビームは、位相補償器のミラー１６、１７、偏光変調器１０、ミラー１８、コリメータ１１及びミラー１９を順次に透過して要素１２の下側部に達する。
【００５８】
目標ビーム及び基準ビームの光学路の光学長さは、ミラー１６、１７を同時に動かすことによって位相補償器により等しくされる。
偏光モジュール１０において、目標ビームは、線形偏光フィルタ２７を透過するとき、高消光率の線形偏光を実現する。
【００５９】
制御された補償器２８において、目標ビームの偏光は、一般的な場合、楕円形の半軸の特定の所定の方位を有する楕円形のビームに変換される。パンチャラントナム位相によって現れる追加的な位相シフトは、位相補償器により補償され又は更なるコンピュータ計算のときに考慮される。
【００６０】
次に、偏光面回転装置２９の助けを受けて、楕円形の半軸は所定の位置に設定され又は任意の側に回転させる。
このように、偏向変調器を透過した後、目標ビーム内に任意の所定の偏光が形成される。この状態のパラメータは、任意の基準により制御可能な時間内で変化する。
【００６１】
コリメータ１１内の光の偏光目標ビームは、収斂ビームに形成され、該収斂ビームは要素１２によって下方に目標物平面に反射される。このように、目標物の界の露光が行われる。
【００６２】
目標物にて散乱した後、マイクロレンズ３の開口内に当たる目標ビームの光の一部分は、テレスコープ４及び偏光分析器装置５を通じて光検出器６に供給される。
基準ビームの偏光変調は次のように行われる。
【００６３】
基準ビームは、ミラー要素２２を通じて位相変調器１３に、第二の偏向変調器１４に、ミラー２０を通じて第二のコリメータ１５に、及びミラー２１を通じて要素１２の上側部に供給される。
【００６４】
位相変調器１３は、変調器のミラー２３の制御された動作によって基準ビームの光学長さを変化させ、また、既知の時間の原則に従って基準ビームの位相を変化させる。
基準肩部の第二の偏向変調器１４は、目標肩部の偏向変調器１０と同様の設計とされ且つ、同様に作動し、任意の基準により基準ビームの偏光を制御された状態で変化させる。パンチャラントナム位相の補償は、位相変調器１３によって行われる。
【００６５】
その光学的パラメータにより目標肩部のコリメータ１１と同一である第二のコリメータ１５は、収斂ビームを形成し、この収斂ビームは、要素１２の上方を向いた傾斜側部に供給され、上方に反射し且つ、マイクロレンズ３、テレスコープ４及び偏光分析器装置５を通じて光検出器６に供給される。
【００６６】
線形成分を各ビームから抽出することは、偏光分析器装置５内で行われる。
次に、これらの成分は、光検出器６にて互いにコヒーレントに混合され、時間にて変化する２次元的明るさの分布を表す干渉パターンがこの光検出器にて形成される。
【００６７】
更に、干渉パターンは、別個の空間的最小部分（画素）に分割され、その各々に対し、測定可能な単調な機能に依存することにより、画素の現在の普通程度の照射量の交番的な電気信号（変調信号）への変換が行われる。
【００６８】
変調信号は、制御及び信号処理装置７に供給され、ここで、変調信号自体、又はその調波成分の何れかの位相及び振幅並びに信号の一定成分の値の測定が行われる。該測定結果は、その後の分析のため、交換バス８を通じてコンピュータ（図示せず）に伝送される。
【００６９】
目標マイクロレリーフ及び表面層の光学的特性を測定する方法を実現するため、次の操作が行われる。
操作者は、Ｒ₀は検査される目標部分の反射係数であるとき、目標ビーム及び基準ビームの光強さの比を１／Ｒ₀として設定する。
【００７０】
白色光にて作業するとき、Ｒ₀の最初の近似的推定が為される。特徴的な線形程度は、検査される目標部分の表面にて明らかとなる。
次に、目標ビーム内に線形偏光又は円形の偏光を形成する。このためには、制御された補償器２８によって、遅れを線形偏光に対しゼロに設定し、また、円形の偏光に対し波長の１／４に設定する。
【００７１】
明らかとなった線形程度を考慮しつつ、偏光面回転装置２９の助けを得て、操作者は線形偏光ベクトルの方向を選ぶ。
最初の位置において、画素は選んだ部分のパターン内に配置される。
【００７２】
次に、目標ビーム内で設定された偏光状態の特徴（線形又は円形）に依存して、一連の４回の測定が行われる。４回の測定の全ては、位相変調及び変調信号パラメータの測定から成っており、偏光変調器の状態によってのみ互いに相違する。
【００７３】
線形偏光の場合；
１．目標ビームにおける状態と同一の偏光状態を基準ビーム内に形成する。分析器装置は、基準ビーム内で偏光ベクトルと平行に配置する。
【００７４】
２．基準ビームの偏光ベクトルの方向を最初の方向に対し垂直に変化させ、偏光分析器装置の位置を最初の位置に対し垂直となるように変更する。
３．目標ビームの偏光ベクトルを最初の位置に対し直角に位置に設定する。
【００７５】
４．基準ビームの偏光ベクトル及び偏光分析器装置を最初の位置に設定する。
円形偏光状態の場合；
１．目標ビーム内の状態と同一（逆）の偏光を基準ビーム内に形成する。操作者は、明らかとなった線形程度を考慮しつつ又は任意に分析器装置を配置する。
【００７６】
２．偏光分析器装置の位置を最初の位置と垂直となるように変更する。
３．目標ビーム及び基準ビームの偏光を逆の状態となるように変更する。
４．偏光分析器装置の位置を最初の位置に対し垂直となるように変更する。
【００７７】
連続的な偏光変調に対する測定値を除く位相及び振幅の全ての更なる測定が上述したものと同様の一連の４回の測定に従って行われる。
制御及び信号処理装置７を使用して、変調信号の位相、振幅及び一定成分の計算が行われる。目標ビームから各所定の画素に当たる光の位相及び振幅が上述した測定結果に従って測定される。上述した操作を画素の新たな位置の各々に対して繰り返す。
【００７８】
次に、検査される目標物の部分の表面全体に重なるように画素を順次に配置する。この場合、画素は、任意の隙間を伴い且つ、任意の重なり合い状態で連続的に配置することができる。
【００７９】
次に、ビームスプリッタ９を使用して、目標ビーム及び基準ビームの強さを再分布させ、基準ビームからの画素の設定照射量がそれ以前に測定した目標ビームからの照射量に等しいようにする。
【００８０】
次に、画素の各々に対し再度、位相変調が行われる。制御及び信号処理装置７を使用して、変調信号の可変成分の位相及び振幅並びに一定成分の値が計算される。上述した測定結果によれば、目標肩部から所定の画素の各々に当たる光の位相及び振幅の最初に画成した値が計算される。
【００８１】
その後、位相変調器１３を使用して、基準ビームの位相が、目標ビームから所定の画素に当たる光の位相と逆位相にて設定され、後者の位相は、それ以前の操作時に測定される。ビーム内の光の強さの比は、可調節型ビームスプリッタ９を使用して設定され、このため、目標肩部から画素に当たる光の設計強さは、基準肩部からの強さの値よりも大きい値又は小さい値を実現する。
【００８２】
次に、画素の照射強さが再度、初期値を実現するように、強さを再分布させる。
上述した操作は、画素の照射量に対する異なる初期値にて数回、繰り返される。
画素の同様の総照射量に相応する、ビームにおける得られた強さの比の対の値によれば、上述した比の値は、目標ビーム及び対照ビームからの画素の等しい照射量に相応して計算され、この値から目標ビームから所定の画素に当たる光の振幅の第二の画成値が計算される。
【００８３】
肩部からの画素の各々の照射量は、目標肩部からの第二の照射量の画成値を考慮に入れたとき、等しくなり、また、位相変調が再度、行われ、目標ビームから画素に当たる光の位相の第二の画成値が考慮に入れられる。
【００８４】
画素の各々に目標ビームから当たる光の順次に画成された位相及び振幅の集合値によれば、上記集合値は、偏光変調器及び分析器の４つの色々な状態に相応する４回の連続的な一連の測定からの各結果であり、マイクロ目標物の次のパラメータが計算される。
【００８５】
−局部的法線の真の高さ及びベクトルの分布；
−異方性目標物に対するマイクロ目標物材料の表面層の合成屈折率の分布；
−１軸２ビーム屈折材料に対する２つの屈折率及び光軸の方位（該光軸が垂直方向に方向決めされる場合を除く）；
−ファラデーの回転能力。
【００８６】
この方法を実施するためには、目標ビーム及び基準ビームの偏光変調がその位相変調と共に同時に行われ、基準ビームの位相変調周波数はビーム変調周波数よりも高く又は低く、信号範囲の可変成分の調波成分の位相及び振幅が測定される。上述した点を除いて、２軸結晶の屈折率及び軸の方位を含む、各材料の光学的異方性の全てのパラメータが計算される。
【００８７】
変調干渉計がマイクロレンズ内に完全に又は部分的に配置された装置の双方の実施の形態において、干渉計は、改変した交換可能なマイクロレンズを有する単一の装置である。
開口面積の１％以下の面積を有するミラー要素１２を目標物から反射した光線の途中で正面側レンズの内部に位置決めすることから成る、標準的なマイクロレンズの改変は、標準的な改変前のマイクロレンズにて行い得る任意の顕微鏡測定をそのマイクロレンズの助けを受けて同時に実現することを妨げることはない。
【００８８】
かかる実施の形態は、近代的な汎用型の顕微鏡プラットフォームモジュールの１つとして、また、例えば、エレクトロニクス業界における技術モニタリング用の設備のような、特殊な装置を構成するとき、該装置を使用することを可能にする。このモジュールは、構造的に、顕微鏡タレット組立体の標準ジャック内に配置される改変したマイクロレンズにてブロックされた変調干渉計から成っている。レーザの発光源は、その型式に依存して、上述したモジュールに直接、配置するか又は顕微鏡の外側に取り付けることができる。テレビジョンカメラ及びその他の光検出器用として設計された標準的な顕微鏡ジャックを使用してモジュール光検出器が配置される。目標物は、白色光にて又は、所定の顕微鏡プラットフォームに対して利用可能なその他の顕微鏡装置を使用して検査することができ、その後、レンズを再配置せず、また、受け取りモジュールがその上に配置されている受け取りジャックの光学路に顕微鏡の光学路を切り換えることにより再焦点決め及び照準決めすることなく、提案された方法に従って、目標物の検査が行われる。
【００８９】
図２に示した構成は、装置の実施例の一例として作用することが可能である。この場合、周波数の二重化機能を有するシングルモードの半導体レーザがレーザ光線の発生源として使用され、レーザは、５３２ｎｍの波長にて作用し且つ、２ＭＷのパワー及び線形偏光を有する。偏光ビームスプリッタとエレクトロメカニカルサーボを有する半波長板との組み合わせ体は、可調節型ビームスプリッタとして使用される。双方の偏光変調器の線形偏光フィルタは、グラン−トンプソン（Ｇｌａｎｎ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）プリズムの形態にて形成され、また、制御されたリターダは、線形のエレクトロメカニカルユニット駆動体を有するバービンソレイル補償器の形態にて形成され、偏光回転体は、エレクトロメカニカルサーボを有する半波長板の形態にて形成される。基準ビーム及び目標ビームを偏向し且つ混合させ得る設計とされた要素１２は、このレンズの２つの部分の分離平面内でマイクロレンズの正面側レンズの軸付近で斜めに配置されており、また、半透明の非偏光型ミラーフィルムである。分析器は、フィルム偏光要素の形態にて形成される。位相変調は、約０．６μｍの振動振幅及び約５ｋＨｚの周波数を有する圧電駆動体を使用して行われる。電磁石収束−偏向システム（ＦＤＳ）を有するディセクタが光検出器として使用される。画像平面内での標準的部分の位置決めは、ＦＤＳを使用して行われ、画素は、全スクリーン内で及び随意に選んだその部分内の双方に配置することができる。画素の配置は、随意的な空間分離により、及び各々を随意に重ね合わせること（異なる座標内での異なる重なり合いを含む）により行うことができる。
【００９０】
あらゆる型式の変調を平行ビーム内で行い、これにより、変調器によってビームの位相変調構造体内に導入される歪みを、大幅に減少させることを許容することができる。目標ビームを偏光変調器から目標物の平面内に供給し、最小の反射量にて単一の長焦点レンズ（コリメータ）を通るマイクロレンズを避けることにより、既知の偏光顕微鏡装置にて実現できないその極めて高い消光率を維持することが可能となる。同程度に高い消光率が基準ビーム内でも維持され、これにより、全体として、材料の光学定数を測定するときのこれまでにない高レベルの精度を保証する。
【００９１】
提案された顕微鏡の簡略化した型式のものは、提案された方法の有効性は、レイッツ（Ｌｅｉｔｚ）の顕微鏡ＤＭＲに基づいて実現されることを確認した。１０ＭＷのパワー及び６３２．８ｎｍの波長を有するヘリウム・ネオンレーザをレーザ照射源として使用した。圧電要素を位相変調器駆動体として使用し、半波長板及び四分の一波長板を手で再配置することにより、偏光変調を行った。中立フィルタを干渉計の基準肩部内に導入することにより、照射強さを再分布させた。マイクロ開口フィルタ及び制御されたリターダを利用しなかった。性質の異なるマイクロ目標物にて行った測定結果から、横方向分解能の最大限界値は約２５ｎｍであり、また、高さの分解能は約０．５ｎｍであることが分かった。また、異なる屈折率を有する材料の境界における横方向分解能の値は、約２５ｎｍであり、光軸方向へ大きく相違する２ビーム屈折材料の結晶間の分離境界の位置は、ほぼ同一の分解能にて測定された。仮想画素の値を測定する横方向分解能は、ディセクタで切った開口の寸法により、また、こによる光学系の増加により制限された。垂直方向分解能は、一方にて、選んだ高さの離散値（０．３ｎｍ）により制限され、また、他方にて、マイクロフォンの高さ位置によって制限された。このように、技術的意味にてかなり困難である、干渉計の光学系自体を改良することによるのみならず、像投影処理システム、信号処理システムのパラメータ、及び重大な問題ではない環境的監視を最適化することによっても装置の分解能パラメータを顕著に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】変調干渉顕微鏡の線図である。
【図２】位相変調器が平坦なミラーを有する変調干渉計の線図である。
【図３】位相変調器が隅部旋回型ミラーを有する変調干渉計の線図である。
【図４】位相変調器が隅部旋回型ミラーを有し、変調器が光軸に対し平行に配置された、変調干渉計の線図である。
【図５】位相変調器が平坦ミラーを有し、変調器が光軸に対し斜めに配置された変調干渉計の線図である。
【図６】マイクロレンズ内に完全に配置された変調干渉計の線図である。
【図７】図６の頂面図である。
【図８】偏光変調器の線図である。

Claims

偏光変調を行う工程と、
入射するコヒーレントな単色偏光光束を、マイクロレンズを通じて目標物の界を露光する目標光ビームと、基準光ビームとに分割する工程と、
基準ビームの位相変調を行う工程と、
光ビームの干渉混合を行う工程と、
相互に直交する２つの偏光成分を抽出し且つ、インターフェログラム（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｇｒａｍ；干渉写真）を得る工程と、
前記インターフェログラムの最小部分（画素）を位置決めする工程と、
前記部分の平均照射量をそれぞれの電気信号（変調信号）に変換する工程と、
変調信号の可変成分の振幅及び位相、並びに変調信号の一定成分の値を測定する工程と、
目標ビームから画素に当たる光の位相、振幅及び偏光パラメータの値を計算する工程と、
目標物のマイクロレリーフ及び目標物の表面層の材料の光学的材料定数を計算する工程とを備える、目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的性質を測定する方法において、
光束を目標ビーム及び基準ビームに分割し、これらのビームの間にて光束の強さを制御された状態で再分布させる工程と、該再分布工程と同時に、目標ビーム及び基準ビームに対し偏光変調を別個に行う工程とであって、目標物の界の露光が、目標ビームを、マイクロレンズの前面側レンズの前面を内部から透過させることにより行われる前記再分布工程及び偏光変調を別個に行う工程と、
光ビームの干渉混合を行う工程であって、測定する前、基準ビームと目標ビームとの間の照射量の比を事前に確立し、目標ビームから画素に当たる光の位相及び振幅値が事前に計算される前記干渉混合を行う工程と、
全数の画素に対し操作を繰り返した後、目標ビーム及び基準ビームにて強さを再分布させることによりこれらのビームから１つの画素を別個に照射する量を等しくする工程と、
次に、可変成分の位相及び振幅並びに変調信号の一定成分の値を測定する工程と、
目標ビームから画素に当たる光の精密な位相及び振幅の値を計算する工程とを備えることを特徴とする、目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的性質を測定する方法。
請求項１の目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的性質を測定する方法において、
目標物の界の露光が直線状の２つの独立的な偏光にて順次に行われることを特徴とする、目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的性質を測定する方法。
請求項１の目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的性質を測定する方法において、
目標ビームから画素に当たる光に対して逆位相にて基準ビームの光の位相を設定することにより、目標ビームから画素に当たる光の振幅値を追加的に精密にする工程と、
目標光ビーム及び基準光ビームの強さの比を変更することにより振幅の変調を行い且つ画素の同一の照射量に相応する２つの異なる強さの比を測定する工程と、
目標ビームから画素に当たる光の割合（ｆｒａｃｔｉｏｎ）を計算する工程とを更に備えることを特徴とする、目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的性質を測定する方法。
請求項１又は２の目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的性質を測定する方法において、
目標ビームから画素に当たる光と同一位相にて目標ビームの位相を追加的に設定する工程と、
目標ビームの偏光変調を連続的に行う工程と、
偏光変調信号を測定する工程と、
前記偏光変調信号の調波成分の位相及び振幅を計算し、その位相及び振幅により目標物の表面層の光学異方性のパラメータが計算されるようにする工程とを更に備えることを特徴とする、目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的性質を測定する方法。
請求項１の目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的性質を測定する方法において、
前記基準ビームの位相変調を同時に行うことにより目標ビーム及び基準ビームの偏光変調を行う工程であって、目標ビームの位相変調周波数がビームの偏光変調の周波数よりも高く又は低いようにする前記工程と、
信号範囲の調波成分の位相及び振幅を測定する工程と、
レリーフのバラメータと、目標物の表面層の光学異方性の全てのパラメータを含む材料の光学定数とを計算する工程とを更に備えることを特徴とする、目標物のマイクロレリーフ及び表面層の光学的性質を測定する方法。
レーザ装置と、
位相変調器を有する変調干渉計と、
偏光変調器と光学的に接続されたコリメータと、
ビームスプリッタと、
マイクロレンズと、
テレスコープと、
偏光分析器装置と、
単一の光軸に沿って取り付けられた光検出器と、
交換バスを通じてコンピュータに接続し得る設計とされた制御及び信号処理装置とを備える変調干渉顕微鏡において、
空間的マイクロ開口フィルタと、
光ビームを偏向し且つ混合させる設計とされ且つ同一の光軸上に配置された要素とを更に備え、
変調干渉計には、偏向光学要素の系によって第二の偏光変調器に光学的に接続された第二のコリメータと、位相補償器とが追加され、
ビームスプリッタは調節可能とされ、また、１つの出力により前記系の偏向光学要素を通じて位相変調器と、偏光変調器と、コリメータと、光ビームを偏向し且つ混合させる設計とされた要素の一側部と直列に結合され、また、他の出力により、位相補償器と、第二の偏光変調器と、第二のコリメータと、前記要素の反対側部と結合されることを特徴とする、変調干渉顕微鏡。
請求項６の変調干渉顕微鏡において、
光ビームを偏向し且つ混合させる設計とされた前記要素が、光軸に対しある角度で配置された両側部付きの平坦なミラーの形態にて形成されることを特徴とする、変調干渉顕微鏡。
請求項７の変調干渉顕微鏡において、
ミラーが半透明に形成されることを特徴とする、変調干渉顕微鏡。
請求項７の変調干渉顕微鏡において、
ミラーが不透明に形成されることを特徴とする、変調干渉顕微鏡。
請求項６の変調干渉顕微鏡において、
光ビームを偏向し且つ混合させる設計とされた要素が、マイクロレンズの正面側レンズの内部に配置されることを特徴とする、変調干渉顕微鏡。
請求項６の変調干渉顕微鏡において、
偏光変調器が、光学的に直列に接続され且つ配置された、線形偏光フィルタ、制御された補償器、及び偏光面回転装置の形態にて形成されることを特徴とする、変調干渉顕微鏡。
請求項６の変調干渉顕微鏡において、
位相変調器が、光軸に対して直角とは異なる角度にて位相変調器を配置され、
干渉計に対し、位相変調器と偏向する光学要素の系の１つの要素との間に配置された少なくとも１つの旋回型ミラーが更に提供されることを特徴とする、変調干渉顕微鏡。