JP2006518488A - 暗視野干渉共焦点顕微鏡使用の方法及び装置 - Google Patents

暗視野干渉共焦点顕微鏡使用の方法及び装置 Download PDF

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Abstract

対象を測定する微分干渉共焦点顕微鏡であり、この顕微鏡は、ソース側ピンホール・アレイ、検出器側ピンホール・アレイ、並びに、ソース側ピンホール・アレイのピンホール・アレイを、対象物が位置決めされた近辺の対象物平面の前方に配置された第１スポット・アレイ上と、対象物平面後方の第２スポット・アレイ上とに画像形成する干渉計を含み、それら第１及び第２のスポット・アレイが対象物平面の法線方向に相互に変位され、干渉計は、（１）検出器側ピンホール・アレイ後方である第１画像平面上に第１スポット・アレイを画像形成し、（２）その第１スポット・アレイを検出器側ピンホール・アレイによって規定される平面上に画像形成し、（３）検出器側ピンホール・アレイの前方である第２画像平面上に第２スポット・アレイを画像形成し、そして、（４）検出器側ピンホール・アレイによって規定される平面上に第２スポット・アレイを画像形成し、第１画像平面内における画像形成された第１スポット・アレイの各スポットは第２画像平面における画像形成された第２スポット・アレイの対応する異なるスポットと、検出器側ピンホール・アレイの対応する異なるピンホールとに整列し、検出器側アレイによって規定された平面における画像形成された第１スポット・アレイの各スポットは検出器側アレイによって規定された平面における画像形成された第２スポット・アレイの対応する異なるスポットと一致すると共に、検出器側ピンホール・アレイの対応する異なるピンホールと一致する。

Description

この発明は干渉共焦点顕微鏡に関する。
この出願は、下記の特許文献１及び２の利益を要求するものである。
多数の様々な形態の微分共焦点顕微鏡がある。１つの微分形態において、ノマルスキー顕微鏡は、画像平面内に重ねられた２画像の電気干渉信号と対応する共役直角位相の１成分を測定する。別の微分形態において、暗視野の共役直角位相は一時に一点で測定される。更に別の微分形態において、画像平面内に重ねられた２つの画像と対応する２つの視野の各々の共役直角位相は一時に一点で測定される。本願と同一譲受人に譲渡された特許文献３及び４は、横型微分干渉共焦点顕微鏡をどのようにして実施するかを教示している。また同じく本願と同一譲受人に譲渡された特許文献５及び６は、縦型微分干渉共焦点顕微鏡をどのようにして実施するかを教示している。引用された米国仮出願と米国特許出願との双方は、参照することで、それら全体をここに合体させる。
米国仮出願第６０／４４８，２５０号（２００３年２月１９日付け出願） 米国仮出願第６０／４４８，３６０号（２００３年２月１９日付け出願） 米国仮特許出願第６０／４４７，２５４号（ＺＩ−４０）、発明の名称「横型微分干渉共焦点顕微鏡」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル 米国特許出願第………号（２００４年２月１３日）（ＺＩ−４０）、発明の名称「横型微分干渉共焦点顕微鏡」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル 米国仮特許出願第６０／４４８，３６０号（ＺＩ−４１）、発明の名称「縦型方向微分干渉共焦点顕微鏡」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル 米国特許出願第………号（２００４年２月１９日）（ＺＩ−４１）、発明の名称「縦型方向微分干渉共焦点顕微鏡」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル
しかしながら、先行技術、先の２つの米国仮特許出願、或は、先の２つの米国特許出願の何れも、視野の共役直角位相から成るアレイが一緒に測定され、各共役直角位相の成分が一緒に測定され得て、各共役直角位相が、基板面上の共通箇所によって引き続き散乱／反射或は透過された収束ビームであって、その箇所から引き続き散乱／反射されたそれら収束ビームの１つがその基板面上方に配置された画像面に合焦されると共に、その箇所から引き続き散乱／反射されたそれら収束ビームの第２のものがその基板面下方に配置された画像面に合焦される収束ビームの共役直角位相の差を表している、微分干渉共焦点顕微鏡をどのように実施するかを教示していない。
また先行技術は、視野の共役直角位相から成るアレイが一緒に測定され、各共役直角位相の成分が一緒に測定され得て、各共役直角位相が、基板面上の共通箇所によって引き続き散乱／反射された収束ビームであって、その箇所から引き続き散乱／反射或は透過されたそれら収束ビームの１つがその基板面上方に配置された画像面に合焦されると共に、その箇所から引き続き散乱／反射或は透過されたそれら収束ビームの第２のものがその基板面下方に配置された画像面に合焦される収束ビームの共役直角位相の差を表しており、共役直角位相から成る上記アレイにおけるそれら共役直角位相の公称値はゼロ、即ち、測定されることになる視野は公称では暗い暗視野微分干渉共焦点顕微鏡をどのように実施するかを教示していない。
本発明の実施例は干渉共焦点顕微鏡システムを備え、視野の共役直角位相から成るアレイが一緒に測定され、各共役直角位相各々の成分が一緒に測定され得て、各共役直角位相が基板表面上の共通箇所によって引き続き散乱／反射或は透過され、その箇所から引き続き散乱／反射される収束ビームの内の１つが基板表面上方に配置された画像平面に合焦し且つその箇所によって引き続き散乱／反射或いは透過される収束ビームの内の第２のものが基板表面下方に配置された画像平面に合焦し、共役直角位相から成るアレイの共役直角位相内の公称値が、単一システム・パラメータを制御することによって集合としてゼロに設定されるように調整され得る。これら実施例は、暗視野モードでの動作用に構成された実施例を更に含む。
暗視野モードでの動作用に構成された本発明の実施例は、関連された干渉共焦点画像形成システムの横方向空間的解像度と略同一の横方向空間的解像度で、基板の表面上の薄膜の特性を測定すべく使用され得る。
また基板の反射／散乱特性は、本発明の実施例における測定ビームの様々な反射／散乱或は透過偏光状態に対して測定され得る。
一般に、一局面において、本発明は対象物を測定するための微分干渉共焦点顕微鏡を特徴付ける。この顕微鏡は、ソース側ピンホール・アレイと、検出側ピンホール・アレイと、ソース側ピンホール・アレイの複数のピンホールから成るアレイを、対象物が位置決めされている近辺に配置された対象物平面の前方に配置された複数スポットから成る第１アレイ上と、その対象物平面後方の複数スポットから成る第２アレイ上とに画像形成する干渉計と、を備え、複数スポットから成る第１及び第２アレイが前記対象物平面と垂直である方向に相互に対して変位させられ、前記干渉計が、（１）複数スポットから成る第１アレイを前記検出器側ピンホール・アレイ後方である第１画像平面上に画像形成し、（２）複数スポットから成る第１アレイを第２画像平面上に画像形成し、（３）複数スポットから成る第２アレイを前記第２画像平面上に画像形成し、そして、（４）複数スポットから成る第２アレイを、前記検出器側ピンホール・アレイによって規定される平面の前方である第３画像平面上に画像形成し、前記第１画像平面内における複数スポットから成る画像形成された第１アレイの内の各スポットが、前記第２画像平面内における複数スポットから成る画像形成された第２アレイの内の対応する様々なスポットと、前記検出器側ピンホール・アレイの対応する様々なピンホールとに整列させられ、前記第２画像平面内における複数スポットから成る画像形成された第１アレイの内の各スポットが、前記第２画像平面内における複数スポットから成る画像形成された第２アレイの内の対応する様々なスポットと合致すると共に、前記検出器側ピンホール・アレイの対応する様々なピンホールと整列させられることから構成される。
一般に、別の局面において、本発明は対象物を測定するための微分干渉共焦点顕微鏡を特徴付け、該顕微鏡が、複数の入力ビームから成るアレイを作り出すソース側ピンホール・アレイと、検出側ピンホール・アレイと、干渉計とを備え、該干渉計が、第１反射面を提供する第１光要素と、第２反射面を提供する第２光要素と、それら第１及び第２光要素の間に位置決めされたビーム-スプリッタとを含み、前記ビーム-スプリッタが、複数入力ビームから成る前記アレイから、複数の測定ビームから成る第１アレイと複数測定ビームから成る第２アレイを作り出し、前記第１反射面が、前記対象物空間内における第１対象物平面上の複数箇所から成る第１アレイ上への複数測定ビームから成る前記第１アレイの合焦に関与し、前記第２反射面が、前記対象物空間内における第２対象物平面上の複数箇所から成る第２アレイ上への複数測定ビームから成る前記第２アレイの合焦に関与し、それら第１及び第２の対象物平面が相互に平行すると共に変位し、複数測定ビームから成る前記第１アレイが前記対象物から複数の帰還ビームから成る第１アレイを発生し、複数測定ビームから成る前記第２アレイが前記対象物からの複数帰還ビームから成る第２アレイを発生し、前記第１及び第２反射要素が、帰還ビームから成る前記第１アレイから、（１）第１画像平面上の複数のスポットから成る第１アレイに収束する複数の収束ビームから成る第１アレイと、（２）第２画像平面上の複数スポットから成る第２アレイに収束する複数収束ビームから成る第２アレイと、の作成に関与し、前記第１及び第２反射要素が、複数帰還ビームから成る前記第２アレイから、（１）前記第２画像平面上の複数スポットから成る前記第２アレイに収束する複数収束ビームから成る第３アレイと、（２）第３画像平面上の複数スポットから成る第３アレイに収束する複数収束ビームから成る第４アレイと、の作成に関与し、前記第１及び第３画像平面が前記検出器側ピンホール・アレイと隣接すると共に該検出器側ピンホール・アレイと反対側にあり、前記第２画像平面が前記第１及び第３画像平面の間に横たわり、前記検出器側ピンホール・アレイが、複数出力ビームから成るアレイを形成すべく、収束ビームからそれぞれが成る前記第１、第２、第３、並びに、第４アレイとを結合することから構成されている。
他の実施例は、以下の特徴の内の１つ或はそれ以上を含む。単一ピンホール・アレイは、前記ソース側ピンホール・アレイ及び前記検出器側ピンホールとして役立っている。前記第１光要素が前記単一ピンホール・アレイ及び前記ビーム-スプリッタの間に配置され、前記第２光要素が前記対象物が使用中に位置決めされている箇所と前記ビーム-スプリッタの間に配置され、前記第１反射面が前記ビーム-スプリッタを通じて見た場合に対応する共役がある曲率中心を有し、前記第２反射面が前記第１反射面の前記曲率中心の前記対応する共役に対して変位される曲率中心を有する。前記第１反射面の前記曲率中心の前記共役と前記第２反射面の前記曲率中心とは、前記ビーム-スプリッタによって規定された平面と垂直である方向に相互に対して変位される。前記第１反射面は、前記ビーム-スプリッタを介して複数箇所から成る前記第１アレイ上に前記測定ビームから成る第１アレイを合焦させることに関与し、第２反射面は、前記ビーム-スプリッタを介して前記複数箇所から成る前記第２アレイ上に複数測定ビームから成る前記第２アレイを合焦させることに関与する。前記第１反射面が前記対象物上の一点を伴って略同心円状である。前記第２光要素は、前記対象物からの光線を受け取るべく、前記対象物及び前記ビーム-スプリッタの間に位置決めされた屈折面を提供する。第１反射面は、第１半径を有する球と略一致し、前記屈折面は、第２半径を有する球と一致し、前記第１半径が前記第２半径よりも大きい。前記第１光要素は前記ビーム-スプリッタ及び前記単一ピンホール・アレイの間に位置決めされた屈折面を提供する。前記第２反射面は、前記単一ピンホール・アレイ上の画像点を伴って略同心円状である。前記第２反射面は、第１半径を有する球と略一致し、前記屈折面が第２半径を有する球と一致し、前記第１半径が前記第２半径よりも大きい。前記単一ピンホール・アレイは２次元アレイである。前記２次元アレイは、同等間隔の複数ホールから成る。それら同等間隔ホールは円形アパーチャである。
本発明の少なくとも１つの実施例の長所として、基板面上の複数箇所から成る対によって散乱／反射或は透過されたビームの視野が単一共焦点ピンホールによって発生させられる。
本発明の少なくとも１つの実施例の別の長所として、共通スポットによって散乱／反射或は透過された収束ビームから成る対の視野の測定された共役直角位相と対応する電気的干渉信号の発生に使用される複数の基準ビームから成るアレイの基準ビーム成分が同等である。
本発明の少なくとも１つの実施例の別の長所として、基板面上の共通スポットで引き続き散乱／反射或は透過させられた測定ビーム成分によって発生させられるバックグランド・ビームの成分が、共焦点ピンホールで略同等である。
本発明の少なくとも１つの実施例の別の長所として、基板面上の共通スポットで散乱／反射或は透過させられた収束ビームの対の視野の空間濾過が単一共焦点ピンホールによって行われる。
本発明の少なくとも１つの実施例の別の長所は基板面についての情報が暗視野モードで動作している干渉共焦点画像形成システムによって獲得される。
本発明の少なくとも１つの実施例の別の長所として、基板面についての情報が低減された系統的且つ統計的エラーを伴って獲得される。
本発明の少なくとも１つの実施例の別の長所として、入力ビームが検出器システムの飽和なしに著しく増大され得るためにスループットに関する著しい増大の発生がある。
本発明の少なくとも１つの実施例の別の長所として、基板面上の共通スポットから成るアレイによって散乱／反射或は透過させられた収束ビームの複数対から成るアレイの視野の共役直角位相から成るアレイが、一緒に測定され、各共役直角位相の成分が一緒に測定され得る。
本発明の少なくとも１つの実施例の別の長所として、基板面上の複数の共通スポットから成るアレイによって散乱／反射或は透過させられた収束ビームから成る複数対のアレイの視野の共役直角位相から成るアレイが、測定ビームの様々な反射／散乱或は透過偏光状態を用いて測定される。
本発明の少なくとも１つの実施例の別の長所として、基板面上の副波長人工物の重要な寸法及び箇所についての情報が獲得される。
本発明の少なくとも１つの実施例の別の長所として、基板面上の副波長欠陥のサイズ及び箇所についての情報が獲得される。
本発明の少なくとも１つの実施例の別の長所として、基板面の１次元及び２次元のプロファイルについての情報が獲得される。
本発明の少なくとも１つの実施例の別の長所として、１００ｎｍの程度の横方向解像度と２００ｎｍの程度の縦方向解像度とでの基板面プロファイルの画像形成が、ｍｍの程度の作業距離で獲得され得る。
視野の共役直角位相から成るアレイは共焦点干渉計及び検出器システムによって干渉法的に測定され、各共役直角位相は基板上／基板内の共通スポットによって散乱／反射或は透過された収束ビームの対の視野の共役直角位相差と対応する。共役位相から成るアレイは一緒に即ち同時に測定される。加えて、各共役直角位相の成分は一緒に測定される。収束ビームは引き続き合焦ビームとして収束して、共通スポット上及び共通スポット下に配置されたスポットとなる。収束ビームの対の相対的位相は調整され得て、共通スポットによって散乱／反射或は透過された収束ビーム対の視野の複素振幅の差が公称ゼロとなる、即ち、干渉計と暗視野モードで動作している検出器システムで且つもし必要であれば測定ビームの様々な反射／散乱偏光状態を用いて、情報が基板について獲得され得る。暗視野モードでの動作は情報に関して低減された系統だったエラー及び統計的エラーの双方に至る。情報は、基板の１つ或はそれ以上の表面のプロファイルと、基板上／基板内の薄膜層の厚みプロファイルを、基板上の形状の重要な寸法と副波長欠陥のサイズ及び箇所とについての情報と共に含み得る。
一実施例において、干渉共焦点画像形成システムの画像平面は基板表面の２画像の重ね合わせを含み、それら２つの重ね合わせ画像の各々が基板表面上の共通箇所の部分的ピンぼけ画像と対応している。それら２つの部分的ピンぼけ画像は基板表面で相互に対して縦方向に変位された共役スポットと対応する。そうした重ね合わせ画像を表現している視野の共役直角位相から成るアレイは一緒に測定され、各共役直角位相の成分は一緒に測定され得る。基板表面の部分的ピンぼけ画像を発生するビームの画像平面の縦方向分離は、干渉共焦点画像形成システムの縦方向解像度の程度である。ａの各共役直角位相は、視野の直角位相ｘ（φ）がａｃｏｓφである場合にａｓｉｎφである。
別の実施例において、基板表面上の共通箇所で引き続き散乱／反射或は透過された２つの収束ビームの相対的位相は共焦点画像形成システム・パラメータによって調整され得て、その共通箇所によって散乱／反射或は透過された収束ビームの視野の共役直角位相から成るアレイにおける共役直角位相が公称ゼロとなり、即ち、暗視野モードで動作している干渉画像形成システムで基板表面についての情報が獲得される。測定ビームの反射／散乱或いは透過偏光の異なった状態も利用することができる。
本発明の様々な局面を組み入れている実施例の一般的な記載が先ず付与され、それら実施例は、シングル、ダブル、バイ、或は、クワッド・ホモダイン検出の何れかを用いる干渉システムを含み、そして、基板表面上の複数箇所から成る集合のアレイの部分的ピンぼけ画像から成る第１アレイ、並びに、基板表面上の複数箇所から成る同一集合のアレイの部分的ピンぼけ画像から成る第２アレイが干渉システムの画像平面上に重ね合わされる。基板表面の部分的ピンぼけ画像を発生しているビームの画像平面の縦方向分離は、干渉システムの縦方向解像度の程度である。基板の表面上における共通箇所に向かって、重ね合わせ空間において箇所の１対１マッピングが存在する。
図１ａで参照されるように、干渉システムが、数字１０で全般的に示される干渉計、ソース１８、ビーム-コンディショナー２２、検出器７０、電子プロセッサ・コントローラ８０、並びに、測定対象又は基板６０を含んで概略的に示されている。ソース１８及びビーム-コンディショナー２２は、１つ或はそれ以上の周波数成分を含む入力ビーム２４を発生する。ソース１８は脈動ソースである。入力ビーム２４の周波数成分の２つ或はそれ以上は空間的に同一の広がりであり得て、同一の一時的ウィンドウ関数を有し得る。
基準ビーム及び測定ビームは、ビーム２４の周波数成分の各々に対して干渉計１０内で発生する。干渉計１０内で発生した測定ビームはビーム２８の１成分であって、基板６０の表面上に部分的ピンぼけ画像の複数対から成るアレイを形成すべく結像される。ビーム２８は、基板６０の表面上の部分的ピンぼけ画像の複数対から成るアレイで、ビーム２８の測定ビーム成分の反射／散乱或は透過によって発生する反射／散乱された帰還測定ビームを含む。干渉計１０は、焦点ボケ画像の複数対のそうしたアレイで反射／散乱或は透過したビーム２８の２つのアレイ成分と対応する帰還測定ビームの成分から成る２つのアレイを重ね合わせて、ビーム２８の帰還測定ビーム成分から成る重ね合わせ画像の単一アレイを形成する。ビーム２８の帰還測定ビーム成分は、干渉計１０内の基準ビームと引き続き組み合わせされて、出力ビーム３２を形成する。
出力ビーム３２は検出器７０で検出されて、電気的干渉信号７２を発生する。検出器７０はアナライザーを含み得て、ビーム３２の基準及び帰還測定ビーム成分の共通偏光状態を選択して混合ビームを形成する。代替的には、干渉計１０はアナライザーを含み得て、基準及び帰還測定ビーム成分の共通偏光状態を選択して、ビーム３２が混合ビームとなるように為す。
２つの相互に異なるモードが、電気的干渉信号７２の取得のために説明される。説明される第１モードは段状且つ凝視モードであって、画像情報が所望される複数箇所と対応する固定された複数箇所の間に基板６０が段状となっている。第２モードはスキャニング・モードである。基板６０の１次元及び２次元表面プロファイルを発生する段状且つ凝視モードにおいて、ウェハー・チャック８４／ステージ９０に取り付けられた基板６０はステージ９０によって移動させられる。ステージ９０の位置は電子プロセッサ・コントローラ８０からのサーボ制御信号７８に従って変換器８２によって制御される。ステージ９０の位置は計測システム８８によって測定され、その測定システム８８によって取得された位置情報は電子プロセッサ・コントローラ８０に伝送されて、ステージ９０の位置制御に使用されるエラー信号を発生する。測定システム８８は、例えば、線形変位及び角変位干渉計とキャップ・ゲージとを含む。
電子プロセッサ・コントローラ８０はウェハー・ステージ９０の所望位置への移動を監督してから、４つの電気的干渉信号値から成る集合を取得する。それら４つの電気的干渉信号のシーケンスの取得後、電子プロセッサ・コントローラ８０はステージ９０の次の所望位置のための手続きを繰り返す。基板６０の高度及び角配向は変換器８６Ａ及び８６Ｂによって制御される。
電気的干渉信号値の取得のための第２モードが次に説明され、そこでは、電気的干渉信号値が１つ或はそれ以上の方向にスキャンされるステージ９０の位置で獲得される。スキャニング・モードにおいて、ソース１８は信号プロセッサ・コントローラ８０からの信号９２によって制御される時間に脈動される。ソース１８は、画像情報が所望される基板６０上及び／或は基板６０内の位置で、検出器７０の共焦点ピンホール或はピクセルの共役画像の位置合わせと対応する時間に脈動される。
第１実施例の第３変形例において使用される連続的なスキャニング・モードの結果として、ソース１８によって作り出されるビーム・パルスの持続時間又は「パルス幅」τplに対する制限がある。パルス幅τplはスキャン方向において空間的解像度に対する限定値を、下記の数式１で示される下方境界に部分的には制御するパラメータである。ここで、Ｖはスキャン速度である。例えば、τpl＝５０ナノ秒の値とＶ＝０．２０ｍ／秒のスキャン速度によって、スキャン方向における空間的解像度τplＶの限定値は以下の数式２のようになる。
Figure 2006518488
Figure 2006518488
 パルス幅τplは、バイ及びクワッド・ホモダイン検出方法において使用可能な最小周波数差も決定する。共役直角位相の視野間での干渉からの電気的な干渉信号に寄与なしの目的で、最小周波数間隔Δｆminは下記の数式３で表現される。
Figure 2006518488
 例えばτpl＝５０ナノ秒の場合、１／τpl＝２０ＭＨｚである。
特定の実施例に対して、入力ビーム２４の周波数は信号プロセッサ・コントローラ８０からの信号７４及び／或は９２によって制御されて、出力ビーム３２の基準及び帰還測定ビーム成分の間の所望位相シフトを生ずる周波数と対応する。代替的には、特定の他の実施例において、入力ビーム２４の基準及び測定ビーム成分の相対的位相は信号プロセッサ・コントローラ８０からの信号７４及び／或は９２によって制御されて、出力ビーム３２の基準及び帰還測定ビーム成分の間の所望位相シフトを生ずる周波数と対応する。第１モード、即ち段状及び凝視モードにおいて、４つの位相シフト値から成る集合と対応する４つの電気的干渉信号値のアレイから成る集合の各集合は、シングル及びバイ・モホダイン検出方法に対する検出器７０の単一ピクセル、クワッド・ホモダイン検出方法に対する検出器７０の２ピクセル、そして、ダブル・ホモダイン検出方法に対する検出器７０の４ピクセルによって発生させられる。電気的干渉信号値の取得のための第２モードにおいて、４つの電気的干渉信号値から成る各対応する集合は、４つのホモダイン検出方法の各々に対する検出器７０の４つの相互に異なるピクセルから成る共役集合によって発生させられる。こうして、取得の第１モードにおいて、ピクセル効率に関する差は、ダブル、バイ、並びに、クワッド・ホモダイン検出方法に対する信号プロセッサ・コントローラ８０によって信号処理中に補償され、取得の第２モードにおいて、ピクセル効率の差と共焦点ピンホール・アレイにおけるピンホールのサイズに関する差とは、ホモダイン検出方法の引き続く記載において説明されるように、信号プロセッサ・コントローラ８０によって信号処理中に補償される。電気的プロセッサ・コントローラ８０によって発生させられた視野の共役直角位相の共同測定は、引き続き、バイ及びクワッド・ホモダイン検出方法の記載において説明される。
事実上、公知の位相シフトは、２つの相互に異なる技術による出力ビーム３２の基準及び測定ビーム成分の間に導入される。一方の技術において位相シフトは、電子プロセッサ・コントローラ８０からの信号９２及び７４によって、それぞれ制御されるソース１８及びビーム-コンディショナー２２による少なくとも２つの周波数成分各々に対する基準及び測定ビーム成分の間に導入される。第２の技術において位相シフトは、電子プロセッサ・コントローラ８０からの信号９２及び７４によってそれぞれ制御されるソース１８及びビーム-コンディショナー２２による入力ビーム２４の周波数成分に導入された周波数シフトの結果、それら周波数成分各々に対する基準及び測定ビーム成分の間に導入される。
相互に異なる実施例の入力ビーム要件を達成すべく、ソース１８及びビーム-コンディショナー２２を構成するために様々な方法がある。図１ｂを参照すると、ビーム-コンディショナー２２が２周波数発生器及び位相シフターとして構成され、ソース１８が１つの周波数成分を伴うビーム２０を発生すべく構成されている。２周波数発生器及び位相シフターの構成は、音響光学変調器１０２０，１０２６，１０６４，１０６８；偏光ビーム-スプリッタ１０３０，１０４２，１０４４，１０５６；位相シフター１０４０，１０５２；半波長位相遅延板１０７２，１０７４；非偏光ビーム-スプリッタ１０７０；ミラー１０３６，１０３８，１０５０，１０５４，１０５６を含む。
入力ビーム２０が図１ｂの平面と平行する偏光面で音響光学変調器１０２０に入射する。ビーム２０の第１部分は、音響光学変調器１０２０によってビーム１０２２のように回折させられ、次いで音響光学変調器１０２６によって図１ｂの平面と平行する偏光を有するビーム１０２８のように回折させられる。ビーム２０の第２部分は、図１ｂの平面と平行する偏光面を有する非回折ビーム１０２４として透過させられる。音響光学変調器１０２０に対する音響力は、ビーム１０２２及び１０２４が公称では同一の強度を有するように調整される。
音響光学変調器１０２０及び１０２６は、非等方性ブラッグ回折タイプ或は等方性ブラッグ回折タイプの何れかであり得る。音響光学変調器１０２０及び１０２６によって導入される周波数シフトは同一符号であり、且つ、入力ビーム２４の２周波数成分間の所望周波数シフトの１／４に等しい。ビーム１０２８の伝播の方向もビーム１０２４の伝播の方向と平行している。
ビーム１０２４は音響光学変調器１０６４及び１０６８によって図１ｂの平面と平行する偏光を有するビーム１０８２として回折される。音響光学変調器１０６４及び１０６８は、非等方性ブラッグ回折タイプ或は等方性ブラッグ回折タイプの何れかであり得る。音響光学変調器１０６４及び１０６８によって導入される周波数シフトは同一符号であり、且つ、入力ビーム２４の２周波数成分間の所望周波数シフトの１／４に等しい。ビーム１０８２の伝播の方向もビーム１０２４の伝播の方向と平行している。
ビーム１０２８及び１０８２は半波長位相遅延板１０７２及び１０７４にそれぞれ入射し、ビーム１０７６及び１０７８としてそれぞれ透過する。これら半波長位相遅延板１０７２及び１０７４は、ビーム１０７６及び１０７８の偏光面が図１ｂの平面と４５°となるように配向させられる。図１ｂの平面と平行するように偏光されたビーム１０７６及び１０７８の成分は干渉計１０において測定ビーム成分として使用され、図１ｂの平面と直交するように偏光されたビーム１０７６及び１０７８の成分は干渉計１０において基準ビーム成分として使用される。
続けて図１ｂで参照されるように、ビーム１０７６は偏光ビーム-スプリッタ１０４４に入射して、測定及び基準ビーム成分がそれぞれビーム１０４６及び１０４８として透過及び反射される。測定ビーム成分１０４６は、ミラー１０５４による反射後に、ビーム１０５８の測定ビーム成分として偏光ビーム-スプリッタ１０５６によって透過させられる。基準ビーム成分１０４８は、ミラー１０５０による反射と位相シフター１０５２による透過との後に、ビーム１０５８の基準ビーム成分として偏光ビーム-スプリッタ１０５６によって反射させられる。ビーム１０５８はビーム-スプリッタ１０７０に入射され、その一部がビーム２４の１成分として反射させられる。
ビーム１０７８は偏光ビーム-スプリッタ１０３０に入射し、測定及び基準ビーム成分がそれぞれビーム１０３２及び１０３４として透過及び反射させられる。測定ビーム成分１０３２は、ミラー１０３６による反射後に、ビーム１０６０の測定ビーム成分として偏光ビーム-スプリッタ１０４２によって透過させられる。基準ビーム成分１０３４は、ミラー１０３８による反射と位相シフター１０４０による透過との後に、ビーム１０６０の基準ビーム成分として偏光ビーム-スプリッタ１０４２によって反射させられる。ビーム１０６０はビーム-スプリッタ１０７０に入射し、その一部がミラー１０５６による反射後にビーム２４の１成分として透過させられる。
位相シフター１０５２及び１０４０は、電子プロセッサ・コントローラ８０（図１ａ参照）からの信号７４に従って基準及び測定ビームの間に位相シフトを導入する。各位相シフトのスケジュールはホモダイン検出方法の引き続く議論において説明される。位相シフター１０５２及び１０４０は、例えば、プリズム及び圧電変換器を含む光学機械的タイプ、或は、電気光学変調器タイプであり得る。
２周波数発生器とビーム-コンディショナー２２の位相シフト構成とを出るビーム２４は、１つの周波数を有する１つの基準ビーム及び測定ビーム、第２周波数成分を有する第２の基準ビーム及び測定ビーム、並びに、電子プロセッサ・コントローラ８０によって制御される基準ビーム及び測定ビームの相対的位相を含む。
相互に異なる実施例の入力ビーム要件を達成すべく、ソース１８及びビーム-コンディショナー２２を構成する様々な方法の説明を続けると、図１ｃで参照されるように、ビーム-コンディショナー２２が２周波数発生器及び周波数シフターとして構成されている。２周波数発生器及び周波数シフター構成は、音響光学変調器１１２０，１１２６，１１３０，１１３２，１１４２，１１４６，１１５０，１１５４，１０５８、１０６２、ビーム-スプリッタ１１６８、並びに、ミラー１１６６を含む。
ソース１８は単一周波数成分を伴うビーム２０を発生するように構成されている。ビーム２０は、図１ｃの平面と平行する偏光面を伴う音響光学変調器１１２０に入射する。ビーム２０の第１部分は、ビーム１１２２として音響光学変調器１１２０によって、次いで図１ｃの平面と平行する偏光を有するビーム１１２８として音響光学変調器１１２６によって回折させられる。ビーム２０の第２の部分は、図１ｃの平面と平行する偏光を有する非回折ビーム１１２４として透過させられる。音響光学変調器１１２０に対する音響力は、ビーム１１２２及び１１２４が公称では同一強度を有するように調整される。
音響光学変調器１１２０及び１１２６は、非等方性ブラッグ回折タイプ或は等方性ブラッグ回折タイプの何れかであり得る。音響光学変調器１０２０及び１０２６によって導入される周波数シフトは同一符号であり、且つ、周波数シフトΔｆの１／２と等しく、それが干渉計１０において対応する基準ビームと周波数シフトと等しい周波数に関する相対的変化を有する測定ビームとの間に相対的なπ／２位相シフトを発生する。ビーム１１２８の伝播の方向はビーム１１２４の伝播の方向と平行している。
図１ｃを続けると、ビーム１１２８は音響光学変調器１１３２に入射し、電子プロセッサ・コントローラ８０からの制御信号７４（図１ａ参照）に従って、ビーム１１３４として音響光学変調器１１３２によって回折されるか、或は、ビーム１１３６として音響光学変調器１１３２によって透過させられる。ビーム１１３４が発生させられると、ビーム１１３４は、ビーム１１５２の周波数シフト・ビーム成分として、音響光学変調器１１４２，１１４６，１１５０によって回折させられる。音響光学変調器１１３２，１１４２，１１４６，１１５０によって導入される周波数シフトは全て同一方向であり、Δｆ／２と大きさにおいて等しい。よって、音響光学変調器１１３２，１１４２，１１４６，１１５０によって導入される正味の周波数シフトは±２Δｆであり、干渉計１０における基準及び測定ビームの間に相対的π位相を発生する。音響光学変調器１１２０，１１２６，１１３２，１１４２，１１４６，１１５０によって導入される正味の周波数シフトはΔｆ±２Δｆであり、干渉計１０における基準及び測定ビームの間にπ／２±π相対的位相シフトを発生する。
ビーム１１３６が発生させられると、該ビーム１１３６はビーム１１２８に対するビーム１１５２の非周波数シフト・ビーム成分として、電子プロセッサ・コントローラ８０からの制御信号７４に従って音響光学変調器１１５０によって透過させられる。音響光学変調器１１２０、１１２６，１１５０によって導入される周波数シフトはΔｆであり、干渉計１０における基準及び測定ビームの間にπ／２の相対的位相シフトを発生する。
ビーム１１２４は音響光学変調器１１３０に入射し、電子プロセッサ・コントローラ８０からの制御信号７４に従って、ビーム１１４０として音響光学変調器１１３０によって回折させられるか、或は、ビーム１１３８として音響光学変調器１１３０によって透過させられる。ビーム１１４０が発生させられると、該ビーム１１４０はビーム１１６４の周波数シフト・ビーム成分として音響光学変調器１１５４，１１５８，１１６２によって回折させられる。音響光学変調器１１３０，１１５４，１１５８，１１６２によって導入される周波数シフトは全て同一方向であり、±Δｆ／２と等しい。よって、音響光学変調器１１３０，１１５４，１１５８，１１６２によって導入される正味の周波数シフトは±Δｆ／２であり、干渉計１０を介して通過中の基準及び測定ビームの間にπの相対的位相シフトを発生する。音響光学変調器１１２０，１１３０，１１５４，１１５８，１１６２によって導入される正味の周波数シフトは±Δｆ／２であり、干渉計１０を介して通過中の基準及び測定ビームの間に±πの相対的位相シフトを発生する。
ビーム１１３８が発生させられると、ビーム１１３８はビーム１１６４の非周波数シフト・ビーム成分として、電子プロセッサ・コントローラ８０からの制御信号７４に従って音響光学変調器１１６２によって透過させられる。音響光学変調器１１２０，１１３０，１１６２によって導入される周波数シフトは０であり、干渉計１０を介して通過中において基準及び測定ビームの間に０の相対的位相シフトを発生する。
ビーム１１５２及び１１６４は、一実施例が入力ビームに対して空間的に分離された基準及び測定ビームを必要とする場合、入力ビーム２４として直に使用される。一実施例が同じ広がりの基準及び測定ビームを入力ビームとして必要とする場合、ビーム１１５２及び１１６４は次にビーム-スプリッタ１１６８により組み合わされて、ビーム２４を形成する。音響光学変調器１１２０，１１２６，１１３０，１１３２，１１４２，１１４６，１１５０，１１５４，１０５８，１０６２は非等方性ブラッグ回折タイプ或は等方性ブラッグ回折タイプの何れかであり得る。ビーム１１５２及び１１６４は、共に、非等方性ブラッグ回折タイプ或は等方性ブラッグ回折タイプの何れに対しても図１ｃの平面において偏光され、ビーム-スプリッタ１１６８が非偏光タイプである。
様々な実施例の入力ビーム要件を達成するべくソース１８及びビーム-コンディショナー２２を構成するべき様々な方法の説明の延長として、ソース１８は好ましくはパルス・ソースを含む。パルス・ソースを作り出すための多数の様々な方法がある（
Chapter 11 entitled “Lasers”, Handbook of Optics, 1, 1995 (McGraw-Hill, New York) by W. Silfvastを参照）。ソース１８の各パルスはモード・ロックドＱ-スイッチドＮｄ：ＹＡＧレーザによって発生させられるような単一パルス或はパルス列を含み得る。単一パルス列はここではパルス・シーケンスとして呼称され、パルス及びパルス・シーケンスがここでは相互に交換可能である。
ソース１８は、”Tunable, Coherent Sources For High-Resolution VUV and XUV Spectroscopy” by B. P. Stoicheff, J. R. Banie, P. Herman, W. Jamroz, P. E. LaRocque, and R. H. Lipson in Laser Techniques for Extreme Ultraviolet Spectroscopy, T. J. McLlrath and R. R. Freeman, Eds. (American Institute of Physics) p19(1982)に記載されるような技術やそこにある参考文献によって１つ或はそれ以上の周波数を発生するように特定の実施例では構成され得る。これら技術は、例えば、”Generation of Ultraviolet and Vacuum Ultraviolet Radiation” S. E. Harris, J. F. Young, A. H. Kung, D. M. Bloom, and G. C. Bjorklund in Laser Spectroscopy I, R. G. Brewer and A. Mooradi, Eds. (Plenum Press, New York) p59, (1974)、“Generation of Tunable Picosecond VUV Radiation” by A. H. Kung, Appln. Phys. Lett. 25, p 653 (1974)に記載されるような第２及び第３高調波発生及びパラメータ発生を含む。これら上記３つの文献の内容は引用することでここに合体させる。
２つ或は４つの周波数成分を含むソース１８からの出力ビームは、ビーム-スプリッタによってビーム-コンディショナー２２で組み合わされて、様々な実施例において必要とされるように、空間的に分離されるか或は同じ広がりを有するかの何れかである同じ広がりを有する測定及び基準ビームを形成する。ソース１８が２つ或は４つの周波数成分を供給すべく構成される場合、特定の実施例において必要とされている様々な成分の周波数シフトは、例えば、パラメータ発生器への入力ビームの周波数変調によってソース１８内に導入され得て、ビーム-コンディショナー２２における測定ビームに対する基準ビームの位相シフトは、例えば、プリズム或はミラー、並びに、圧電変換器を含む光学機械的タイプ位相シフト、或は、電気光学的変調器タイプの位相シフトによって達成され得る。
本発明の局面を組み入れている実施例の一般的な説明を図１ａを参照して続ける。入力ビーム２４は干渉計１０に入射して、基準及び測定ビームがその入力ビーム２４内に存在するか或は干渉計１０において入力ビーム２４から発生させられる。基準ビーム及び測定ビームは複数基準ビームから成る２つのアレイと、複数測定ビームから成る２つのアレイを含み、それらアレイは１要素から成るアレイを含み得る。測定ビームから成るアレイは、基板６０上及び／或は該基板６０内に入射するか或は合焦し、帰還測定ビームから成るアレイは基板による反射／散乱及び／或は透過によって発生させられる。基準ビーム及び測定ビームに対する単一要素アレイの場合、測定ビームは基板６０によって全般的に反射或は透過させられる。基準ビーム及び帰還測定ビームから成るアレイはビーム-スプリッタによって結合されて、出力ビーム成分から成る２つのアレイを形成する。出力ビーム成分から成るアレイは、干渉計１０内或は検出器７０内の何れかで偏光状態に対して混合される。出力ビームから成るアレイは、引き続き、必要に応じて多重ピクセルのピクセル上のスポット、或は、単一ピクセル・検出器に合焦して、電気的干渉信号７２を発生する。
干渉計実施例に用いられるホモダイン検出方法には４つの相互に異なる具現化例がある。それら４つの相互に異なる具現化例は、シングル(single)、ダブル(double)、バイ(bi、並びに、クワッド(quad)のホモダイン検出方法と呼称される。例えば、シングル・ホモダイン検出方法に対して、入力ビーム２４が単一周波数成分を含み、電気的な干渉信号７２から成るアレイの４つの測定値から成る集合が作成される。電気的干渉信号７２の４つの測定値の各々に対して、既知の位相シフトが基準ビーム成分と出力ビーム３２の帰還測定ビーム成分の間に導入される。単一周波数成分を含んでいる入力ビームに対する反射及び／或は散乱或は透過が為された帰還測定ビームの共役直角位相を抽出すべく使用される引き続くデータ処理手続きは、例えば、本願と同一譲受人に譲渡された米国特許である米国特許第６，４４５，４５３号（ＺＩ−１４）、発明の名称「スキャニング干渉近視野共焦点顕微鏡」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒルに記載されおり、その内容は、参照することでその全体をここに合体させる。
ダブル・ホモダイン検出方法は、４つの周波数成分を含んでいる入力ビーム２４と４つの検出器とを用いて、共役直角位相を獲得すべく引き続き用いられる電気的干渉信号の測定値を獲得する。４つの検出器要素の各検出器要素は４つの電気的干渉信号値の内の相互に異なる１つを獲得するが、それら４つの電気的干渉信号値は同時に獲得されて視野に対する共役直角位相を計算する。それら４つの電気的干渉信号値の各々は、共役直角位相の１つの直角成分と関連する情報のみを含む。ここで用いられているダブル・ホモダイン検出はSection IV of the article by G. M D’ariano and M G. A. Paris entitled “Lower Bounds On Phase Sensitivity In Ideal And Feasible Measurements”. Phys. Rev. A 49, 3022-3036 (1994)に関連している。従って、ダブル・ホモダイン検出方法は視野の共役直角位相の統合的な決定を為さず、各電気的干渉信号値は共役直角位相の２つの直角成分各々に関する情報を同時に含む。
バイ及びクワッド・ホモダイン検出方法は電気的干渉信号の測定値を獲得し、電気的干渉信号の各測定値は共役直角位相の２つの直角成分に関する情報を同時に含む。これら２つの直角成分は、米国仮特許出願第６０／４４２，８５８号（ＺＩ−４７）、及び米国特許出願（２００４年１月２７日出願）（ＺＩ−４７）、発明の名称「干渉計における対象による反射／散乱及び透過ビームの視野の共役直角位相の共同測定に対する装置及び方法」に記載されているように、共役直角位相の直角成分と対応している。
帰還測定ビームの視野の共役直角位相は、干渉計実施例におけるシングル、ダブル、バイ、並びに、クワッド・ホモダイン検出方法によって獲得される。それらホモダイン検出器方法各々に対して、電気的干渉信号７２から成るアレイの４つの測定値から成る集合が作成される。電気的干渉信号７２から成るアレイの４つの測定値の各々に対して、既知の位相シフトは基準ビーム成分と出力ビーム３２の帰還測定ビームの間に導入される。位相シフトから成る既知の集合の非限定例は、０、π／４、π／２、並びに、３π／２ラジアン、モジュロ２πを含む。
入力ビーム２４は、干渉計実施例に対して、シングル・ホモダイン検出方法に対する１周波数成分を含む。バイ・ホモダイン検出方法に対して、入力ビーム２４は２周波数成分を含み、ダブル及びクワッド・ホモダイン検出方法に対して、入力ビーム２４は４周波数成分を含む。位相シフトは、既知の周波数値間における入力ビーム２４の周波数成分の周波数をシフトすること、或は、入力ビーム２４の基準及び測定ビーム間に位相シフトを導入することの何れかで発生させる。干渉計実施例の特定例において、基準ビーム成分と干渉計１０における出力ビーム３２に対するような出力ビームの帰還ビーム成分との光路長の間に差が存在する。結果として、入力ビーム２４の周波数成分の周波数における変化は、対応する基準ビーム成分及び出力ビーム３２の帰還ビーム成分との間に相対的には位相シフトを発生する。
基準ビーム成分と出力ビーム３２の帰還測定ビーム成分との間における光路差Ｌに対して、下記の数式４の如くに、周波数シフトΔｆに対して対応する位相シフトφが存在し、
Figure 2006518488
ここで、ｃは光の自由空間速度である。留意すべきことは、Ｌは物理的な路長差ではなく、例えば測定ビーム及び帰還測定ビーム路の平均屈折率に依存することである。位相シフトφ＝π、３π、５π、．．．及びＬ＝０．２５ｍの値の例に対して、対応する周波数シフトはΔｆ＝６００ＭＨｚ、１．８ＧＨｚ、３．０ＧＨｚ、．．．である。
入力ビーム２４の成分の周波数はソース１８や、電子プロセッサ・コントローラ８０によって発生させられた制御信号９２及び７４に従ったビーム-コンディショナー２２の動作モードによって決定される。
バイ・ホモダイン検出方法に言及すれば、４つの電気的干渉信号値から成る集合は、本願と同一譲受人に譲渡された米国仮特許出願第６０／４４２，８５８号（ＺＩ−４７）、発明の名称「干渉計における対象による反射／散乱ビームの視野の共役直角位相の共同測定に対する装置及び方法」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル、及び２００４年１月 日出願の米国特許出願（ＺＩ−４７）、発明の名称「干渉計における対象による反射／散乱或は透過ビームの視野の共役直角位相の共同測定に対する装置及び方法」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒルに記載されるように、画像形成される基板６０内或は基板６０上のスポットの各対に対して獲得される。それら双方の米国仮特許出願及び米国特許出願の内容は、参照することで、それら全体をここに合体させる。画像形成される基板上及び／或は基板内における単一スポットに対する視野の共役直角位相を獲得するために使用される４つの電気的干渉信号値Ｓj、ｊ＝１，２，３，４から成る集合は、下記の数式５によって倍率以内のバイ・ホモダイン検出に対して表現される。ここで、係数Ａ1及びＡ2は入力ビームの第１及び第２周波数成分と対応する基準ビームの振幅を表し、係数Ｂ1及びＢ2は基準ビームＡ1及びＡ2と対応するバックグランド・ビームの振幅を表し、係数Ｃ1及びＣ2は基準ビームＡ1及びＡ2と対応する帰還測定ビームの振幅を表し、Ｐjはパルス／シーケンスのパルスjにおける入力ビームの第１周波数成分の統合された強度を表し、εj及びγjに対する値はテーブル（下記表１）に挙げられている。１から−１まで或は−１から１までのεj及びγjの値における変換は基準及び測定ビームの相対的位相における変化と対応している。係数ξj、ζj、並びに、ηjは、基板６０上及び／或は基板６０内におけるスポットの発生に使用されるサイズ及び形状等の４つのピンホールから成る共役集合に関する特性、且つ、基準ビーム、バックグランド・ビーム、並びに、帰還測定ビームに対する基板６０上及び／或は基板６０内におけるスポットと対応する４つの検出器ピクセルから成る共役集合の感度に関する特性における変動の効果を表す。
Figure 2006518488
Figure 2006518488

数式５で仮定されていることは、｜Ａ2｜／｜Ａ1｜の比はｊ或はＰjの値に依存しないことである。本発明の範囲或は精神の何れかから逸脱することなしに重要な特徴を提案するようにＳjの表現を簡略化するために、数式５に更に仮定されることは、Ａ2及びＡ1と対応する帰還測定ビームの振幅の比はｊ或はＰjの値に依存しないことである。しかしながら、比｜Ｃ2｜／｜Ｃ1｜は、Ａ2及びＡ1と対応する測定ビーム成分の振幅の比が比｜Ａ2｜／｜Ａ1｜と異なる場合、｜Ａ2｜／｜Ａ1｜とは異なる。
ビーム３２における対応する基準及び帰還測定ビーム成分の間の相対的な位相シフトの制御によるｃｏｓφA2C2＝±ｓｉｎφA2C1に注目すれば、上記の数式５は以下の数式６の如くに書き換え可能であり、
Figure 2006518488
ここで、関係ｃｏｓφA2C2＝±ｓｉｎφA2C1は本発明の範囲或は精神の何れかから逸脱することなしに使用されている。
εjに関する変化とに対する位相φA1B1εjφA2B2γjと、γjに関する変化に対する位相φA1B1εjφA2B2γjに関する変化はバックグランド・ビームがどこでそしてどのようにして発生させられるかに依存する実施例におけるπとは異なり得る。因子ｃｏｓφB1C1εjがｃｏｓ［φA1C1＋（φB1C1εj−φA1C1）］に書き換え可能であることを留意することは、バックグランド・ビームの効果の評価にとって価値あることであり、ここで、位相差（φB1C1εj−φA1C1）は、位相φA1B1εj、即ち、ｃｏｓφB1C1εj＝ｃｏｓ（φA1C1＋φA1B1εj）と同一である。
共役直角位相｜Ｃ1｜ｃｏｓφA1C1の成分と対応する数式６における項が、ゼロの平均値を有し、εjがｊ＝２．５に対して対称であるためにｊ＝２．５に対して対称である矩形関数であることは、数式６の検査から明らかである。加えて、数式６における共役直角位相｜Ｃ1｜ｓｉｎφA1C1の成分と対応する数式６における項が、ゼロの平均値を有し、γjがｊ＝２．５に対して反対称であるためにｊ＝２．５に対して反対称である矩形関数である。バイ・ホモダイン検出方法の設計による別の重要な特性は、共役直角位相｜Ｃ1｜ｃｏｓφA1C1及び｜Ｃ1｜ｓｉｎφA1C1の項が、εj及びγjがｊ＝１，２，３，４，即ち、
Figure 2006518488
の範囲にわたって直交していることである。
共役直角位相｜Ｃ1｜ｃｏｓφA1C1及び｜Ｃ1｜ｓｉｎφA1C1についての情報は対称及び反対称特性や、信号値Ｓjに付与された以下のディジタルフィルタ（数式７及び数式８）によって表現される数式６における共役直角位相項の直交特性を用いて獲得される。
Figure 2006518488

Figure 2006518488



ここで、ξ’j及びＰ’jはξj及びＰjを表現すべくディジタル・フィルタにおいて使用される値である
上記の数式７及び数式８におけるパラメータ（数式９）は共役直角位相の決定を完了すべく決定される必要がある。下記の数式９に付与されたパラメータは、例えば基準ビーム及び測定ビームの相対的位相にπ／２位相シフトを導入すると共に、共役直角位相に対する測定を繰り返すことによって測定可能である。第２測定からの（ｓｉｎφA1C1／ｃｏｓφA1C1）と対応する共役直角位相の振幅の比によって分割された第１測定からの（ｓｉｎφA1C1／ｃｏｓφA1C1）と対応する共役直角位相の振幅の比は、以下の数式１０と等しい。
Figure 2006518488
Figure 2006518488
留意すべきことは、数式７及び数式８における特定の因子は、倍率、例えば、以下の数式１１以内での４の公称値を有することである。
Figure 2006518488
それら倍率は、
Figure 2006518488
の平均値を仮定すれば、ξj'／ηj及びξj'／ζjの比に対する平均値と対応する。数式７及び数式８における因子の内の特定の他のものはゼロの公称値を有し、即ち、
Figure 2006518488
残りの因子は、
Figure 2006518488
であり、約ゼロから約４×余弦因子までにわたる公称大きさや、それに位相特性に依存する、（ｐj／Ｐj’）（ξjζj／ξj’2）或は（Ｐj／Ｐj’）（ζjηj／ξj’2）の何れかの因子の平均値を有する。第一の近似として測定ビームの位相を追跡しない位相を伴うバックグランドの一部に対して、数式１３に挙げられた項の全ての大きさは略ゼロとなる。第一の近似として測定ビームの位相を追跡しない位相を伴うバックグランドの一部に対して、数式１３に挙げられた項の大きさは略４×余弦因子であり、（Ｐj／Ｐj’）（ξjζj／ξj’2）或は（Ｐj／Ｐj’）（ζjηj／ξj’2）の何れかの因子の平均値を有する。
数式７及び数式８における２つの最大の項は、一般に、因子（｜Ａ1｜2＋｜Ａ2｜2）及び（｜Ｂ1｜2＋｜Ｂ2｜2）を有する項である。しかしながら対応する項は、数式１２に示されるように、一因子としての（｜Ａ1｜2＋｜Ａ2｜2）を有する項に対するξj‘の選択によって、且つ、一因子としての（｜Ｂ1｜2＋｜Ｂ2｜2）を有する項に対するζjの設計によって実質的に削除される。
バックグランドの効果からの最大の寄与は、基準ビームとビーム２８の測定ビーム成分によって発生させられたバックグランド・ビームの一部との間の干渉項への寄与によって表現される。バックグランドの効果のこの一部は、ゼロに設定されたビーム３２の帰還測定ビーム成分を伴うバックグランドの一部に対応する共役直角位相を測定することによって、即ち、除去された基板６０と、｜Ａ2｜＝０或は｜Ａ1｜＝０そしてその逆の何れか一方と、を伴う電気的干渉信号Ｓjを測定することによって、測定され得る。バックグランドの効果の一部における測定された共役直角位相は、所望に応じて、最終用途の適用に有利なバックグランド効果を補償すべく使用され得る。
バックグランド振幅２ξjζj｜Ａ1｜｜Ｂ1｜及び位相φA1B1εjの効果からの最大寄与についての情報、即ち、基準ビームと、ビーム２８の測定ビーム成分によって発生させられたバックグランド・ビームの一部との間の干渉項は、基準ビームと、除去された基板６０と、｜Ａ2｜＝０或は｜Ａ1｜＝０そしてその逆の何れか一方と、を伴うビーム２８の測定ビーム成分との間の相対的位相シフトの関数としてのＳj（ｊ＝１，２，３，４）を測定して、Ｓjの測定値をフーリエ分析することによって獲得され得る。そうした情報は、各バックグランドの起源を識別する補助を為すべく使用され得る。
他の技術は、本願と同一譲受人に譲渡された米国特許である米国特許第５，７６０，９０１号、発明の名称「バックグランド振幅低減及び補償を伴う共焦点干渉顕微鏡のための方法及び装置」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル、米国特許第５，９１５，０４８号、発明の名称「バックグランド及びファアグランド光源からの非合焦光信号から合焦画像を識別するための方法及び装置」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル、米国特許第６，４８９，２８５ Ｂ１号、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒルに記載されているように、本発明の範囲或は精神の何れか一方から逸脱することなしにバックグランド・ビームの効果を低減及び／或は補償すべく他の実施例に組み込み可能である。これら３つの特許文献各々の内容は、参照することで、それらの全体をここに合体させる。
ξj’に対する値の選択は干渉システムに存在する基準ビームだけでＳj（ｊ＝１，２，３，４）を測定することによって獲得され得る係数ξj（ｊ＝１，２，３，４）についての情報に基づいている。特定の実施例において、これは入力ビーム２４の測定ビーム成分の単なる阻止と対応し、そして特定の他の実施例において、これは除去された基板６０でのＳj（ｊ＝１，２，３，４）の単なる測定と対応し得る。ξj’に対する値から成る集合の正確性の試験は数式７及び数式８における（｜Ａ1｜2＋｜Ａ2｜2）項がゼロになる程度である。
係数ξjηj（ｊ＝１，２，３，４）についての情報は｜Ａ2｜＝０或は｜Ａ1｜＝０の何れか一方で、４つの共役検出器ピクセルと対応するスポットを通過した人工物をスキャニングすることによって、そして共役直角位相成分２｜Ａ1｜｜Ｃ1｜ｃｏｓφA1C1或は２｜Ａ1｜｜Ｃ1｜ｓｉｎφA1C1を測定することによって獲得され得る。２｜Ａ1｜｜Ｃ1｜ｃｏｓφA1C1或は２｜Ａ1｜｜Ｃ1｜ｓｉｎφA1C1項の振幅に関する変化は、ｊの関数としてのξjηjにおける変動と対応している。係数ξjηj（ｊ＝１，２，３，４）についての情報は、例えば、干渉システム１０の内の１つ或はそれ以上の要素の安定性をモニタすべく使用され得る。
バイ・ホモダイン検出方法は、視野の共役直角位相の決定に対する確固たる技術である。第１として、共役直角位相｜Ｃ1｜ｃｏｓφA1C1及び｜Ｃ1｜ｓｉｎφA1C1はディジタル式濾過値Ｆ1（Ｓ）及びＦ2（Ｓ）における主要項であり、それは、数式１２に関して先に議論したように、因子（｜Ａ1｜2＋｜Ａ2｜2）及び（｜Ｂ1｜2＋｜Ｂ2｜2）を伴う項は略ゼロとなるためである。
第２として、数式７及び数式８における｜Ｃ1｜ｃｏｓφA1C1及び｜Ｃ2｜ｓｉｎφA1C1項の係数は同等である。よって、振幅及び位相に関する帰還測定ビーム及び基準ビームの間の干渉項の高度に正確な測定、即ち、視野の共役直角位相の高度に正確な測定は測定可能であり、ξjにおける第１次変動と、（Ｐj／Ｐj’）及び（ξj 2／ξj’2）等の正規化における第１次エラーは第２次だけ或はより高度な程度に入る。この特性は重要な長所に転換する。また、４つの電気的干渉信号値から成る集合からの共役直角位相｜Ｃ1｜ｃｏｓφA1C1及び｜Ｃ1｜ｓｉｎφA1C1の各成分に対する寄与は同一のウィンドウ関数を有し、よって共同して決定された値として獲得される。
バイ・ホモダイン技術の他の際立つ特徴は数式７及び数式８において明かであり、数式１１の第１式と対応する数式７及び数式８における｜Ｃ1｜ｃｏｓφA1C1及び｜Ｃ1｜ｓｉｎφA1C1は、ξj及びηjに対する仮定された値におけるエラーとは独立して同等であり、数式１２の第４式と対応する数式７及び数式８における｜Ｃ1｜ｓｉｎφA1C1及び｜Ｃ1｜ｃｏｓφA1C1は、ξj’に対する仮定された値におけるエラーとは独立して同等である。よって、共役直角位相と対応する位相の高度に正確な値は、ξjにおける第１次変動で測定され得て、（Ｐj／Ｐj’）及び（ξj 2／ξj’2）等の正規化における第１次エラーは幾つかの高次効果を通じるものだけに入る。
また明かなことは、視野の共役直角位相がバイ・ホモダイン検出方法を用いる場合に一緒に獲得されるので、視野の共役直角位相のシングル・ホモダイン検出における可能性ある状況と異なって、位相冗長性の結果として、位相追跡に関するエラーに対するポテンシャルにおける重要な低減がある。
一緒に取得された量である視野の共役直角位相の結果として、バイ・ホモダイン検出の多数の長所がある。１つの長所としては、画像形成されることになる基板内或は基板上のスポットのオーバーレイ・エラーの効果、低減された感度であり、基板内及び／或は基板上の各スポットの４つの電気的干渉信号値の取得中、多重ピクセル検出器の共役ピクセルの共役画像は干渉共焦点顕微鏡を用いて画像形成される。オーバーレイ・エラーは、画像形成されるスポットに対する共役検出器ピクセルから成る集合の４つの共役画像から成る集合におけるエラーである。
別の長所は、スキャニング・モードで動作する際、スキャン中に異なる時間に画像形成される基板内或は基板上のスポットと共役である共焦点顕微鏡システムで使用される複数のピンホールから成る共役集合に関して、ピンホール毎の変動の効果に対する低減された感度がある。
別の長所は、スキャニング・モードで動作する際、スキャン中に異なる時間に画像形成される基板内或は基板上のスポットと共役である複数の共役ピクセルから成る集合内の特定のピクセル毎の変動の効果に対する低減された感度がある。
別の長所は、スキャニング・モードで動作する際、干渉計システムへの入力ビーム２４の複数パルスから成る共役集合のパルス毎の変動の効果に対する低減された感度がある。
多重ピクセル検出器の共役ピンホール及び共役ピクセルから成る集合の多重ピクセル検出器のピンホール及びピクセルは、多重ピクセル検出器の複数ピンホール及び／或は複数共役ピクセルから成るアレイの隣接ピンホールを含み得るか、或は、複数ピクセルから成るアレイからの複数ピンホール及び／或はピクセルから成るアレイから選択されたピンホールを含み得て、それら選択されたピンホール間の分離はピンホール分離の整数と、複数ピクセルから成るアレイ間の分離は、横方向及び／或は縦方向の解像度やＳ／Ｎ比の損失無しで、ピクセル分離の整数と対応している。対応するスキャン速度は共役ピンホールから成る集合、及び／或は、多重ピクセル検出器の読み取り速度によって分割される複数共役ピクセルから成る集合と共役な測定対象物６０上のスポットの間隔の整数倍と等しい。この特性は、単位時間当たりの画像形成される基板内及び／或は基板上のスポットの数に対する、干渉共焦点顕微鏡に対するスループットに関する著しい増大を許容する。
クワッド・ホモダイン検出方法に言及すれば、４つの電気的干渉信号値から成る集合は、ソース１８からの２つのパルス・シーケンスやビーム-コンディショナービーム-コンディショナー２２によって、画像形成される基板６０上及び基板６０内の各スポットに対して獲得される。画像形成される基板上及び／或は基板内の単一スポットに対する視野の共役直角位相を獲得するために用いられる４つの電気的干渉信号値Ｓj（ｊ＝１，２，３，４）から成る集合は、以下の数式１４乃至数式１７によってスケール・ファクター内でのクワッド・ホモダイン検出に対して表現され、
Figure 2006518488
Figure 2006518488
Figure 2006518488
Figure 2006518488

ここで、係数Ａ1、Ａ2、Ａ3、並びに、Ａ4は、入力ビーム２４の第１、第２、第３、並びに、第４の周波数成分と対応する基準ビームの振幅を表し、係数Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、並びに、Ｂ4は、基準ビームＡ1、Ａ2、Ａ3、並びに、Ａ4と対応するバックグランド・ビームの振幅を表し、係数Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、並びに、Ｃ4は、基準ビームＡ1、Ａ2、Ａ3、並びに、Ａ4と対応する帰還測定ビームの振幅を表し、Ｐ1及びＰ2は、入力ビーム２４の第１及び第２のパルス・シーケンスにおける第１周波数成分の統合された強度を表し、εj及びγjに対する値は表１に挙げられている。クワッド・ホモダイン検出方法に対する係数ξj、ζj、並びに、ηjの説明は、バイ・ホモダイン検出方法のξj、ζj、並びに、ηjに対して付与された説明の対応部分と同一である。
数式１４乃至数式１７において仮定されることは、｜Ａ2｜／｜Ａ1｜及び｜Ａ4｜／｜Ａ3｜の各比がｊ或はＰjの値に依存しないことである。本発明の範囲或は精神の何れか一方から逸脱することなしに、重要な特徴を提案するようにＳjの表現を簡略化するために、数式１４乃至数式１７において仮定されることは、｜Ａ2｜／｜Ａ1｜及び｜Ａ4｜／｜Ａ3｜と対応する帰還測定ビームの振幅の比が、ｊ或はＰjの値に依存しないことである。しかしながら、｜Ａ2｜／｜Ａ1｜及び｜Ａ4｜／｜Ａ3｜と対応する測定ビーム成分の振幅の比が比｜Ａ2｜／｜Ａ1｜及び｜Ａ4｜／｜Ａ3｜とそれぞれ異なる場合、比｜Ｃ2｜／｜Ｃ1｜及び｜Ｃ4｜／｜Ｃ3｜は比｜Ａ2｜／｜Ａ1｜及び｜Ａ4｜／｜Ａ3｜とはそれぞれ異なる。
ビーム３２における対応する基準及び測定ビーム成分の間での相対的な位相シフトの制御によるｃｏｓφA2C2＝±ｓｉｎφA1C1に留意すると、数式１４乃至数式１７は以下の如くに書き換え可能であり、
Figure 2006518488
Figure 2006518488
Figure 2006518488
Figure 2006518488

ここで、関係ｃｏｓφA2C2＝±ｓｉｎφA1C1は本発明の範囲或は精神の何れか一方から逸脱すること無しに使用された。
共役直角位相｜Ｃ1｜ｃｏｓφA2C2及び｜Ｃ1｜ｓｉｎφA1C1についての情報は、対称及び反対称特性や、信号値Ｓj（ｊ＝１，２，３，４）に付与される以下のディジタル・フィルタ（数式２２及び数式２３）によって表現される共役直角位相の直交特性を用いて獲得される。
Figure 2006518488
Figure 2006518488

クワッド・ホモダイン検出方法に対するξj’及びＰj’の説明は、バイ・ホモダイン検出方法におけるξj’及びＰj’に対して付与された対応する説明と同一である。数式１８乃至数式２３を用いて、以下の表現が共役直角位相の成分を含む濾過量｜Ｃ1｜ｃｏｓφA1C1及び｜Ｃ1｜ｓｉｎφA1C1用に獲得される：
Figure 2006518488
Figure 2006518488

パラメータ：
Figure 2006518488
Figure 2006518488
Figure 2006518488

は、特定のエンドユーザ用途に対する共役直角位相の決定を完了するために決定される必要がある。数式２６乃至数式２８で付与されたパラメータは、例えば、数式９によって特定化された量の測定に対するバイ・ホモダイン検出方法用に記載された手続きと類似の手続きによって測定され得る。
クワッド・ホモダイン検出方法の残りの説明は、バイ・ホモダイン検出方法用に付与された説明の内の対応する部分と同一である。
更に明かなことは、視野の共役直角位相がクワッド・ホモダイン検出を用いる場合に一緒に獲得されるので、視野の共役直角位相のシングル・ホモダイン検出において可能性のある状況とは異なって位相冗長性の結果として位相追跡に関するエラーに対するポテンシャルにおける重要な低減がある。
視野の共役直角位相が一緒に獲得された量である結果、クワッド・ホモダイン検出の多数の長所がある。
１つの長所は、画像形成される基板内或は基板上のスポットのオーバーレイ・エラーの効果や、干渉共焦点顕微鏡を用いて、画像形成される基板内及び／或は基板上の各スポットの４つの電気的干渉信号値の取得中、多重ピクセル検出器のピクセルから成る共役集合のピクセルの共役画像に関する低減された感度である。オーバーレイ・エラーは画像形成されるスポットに対する共役検出器ピクセルから成る集合の４つの共役画像から成る集合におけるエラーである。
別の長所は、スキャニング・モードでの動作の際、干渉計システムへの入力ビーム２４のパルスから成る共役集合のパルス毎の変動の効果に関する低減された感度がある。
別の長所は、スキャニング・モードでの動作の際、ソースのただ１つのパルスが少なくとも４つの電気的干渉値を発生すべく必要とされるので、スループットに関する増大がある。
第１実施例は、図２ａに概略的に示される第１実施例の干渉計１０を伴う図１ａ乃至図１ｃの干渉システムを備える。干渉計１０は、本願と同一譲受人に譲渡された米国仮特許出願第６０／４４７，２５４号（ＺＩ−４０）、発明の名称「縦型微分干渉共焦点顕微鏡」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル、及び米国特許出願第………号（２００４年２月 日）（ＺＩ−４０）、発明の名称「縦型微分干渉共焦点顕微鏡」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル等における干渉計を備える。これらの米国仮特許出願及び米国特許出願の内容は、参照することでその全体をここに合体させる。
第１実施例の干渉計１０は、番号１１０で全般的に示された第１画像形成システム、ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２、検出器７０、並びに、番号２１０で全般的に示された第２画像形成システムを備える。この第２画像形成システム２１０は大きな作業距離を有する低倍率の顕微鏡であり、例えば、ニコンＥＬＷＤ及びＳＬＷＤ対物レンズや、オリンパスＬＷＤ、ＵＬＷＤ、並びに、ＥＬＷＤ対物レンズ等である。第１画像形成システム１１０は、本願と同一譲受人に譲渡された米国仮特許出願第６０／４４２，９８２号（ＺＩ−４５）、発明の名称「ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタを組み入れている干渉共焦点顕微鏡」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル、及び米国特許出願第………号（２００４年１月２７日）（ＺＩ−４５）、発明の名称「ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタを組み入れている干渉共焦点顕微鏡」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒルに記載された干渉共焦点顕微鏡システムを備える。これらの米国仮特許出願及び米国特許出願の内容は、参照することでその全体をここに合体させる。
第１画像形成システム１１０は図２ｂに概略的に示されている。画像形成システム１１０は、本願と同一譲受人に譲渡された米国特許第６，５５２，８５２ Ｂ２号（ＺＩ−３８）、発明の名称「反射光学的及び反射屈折的な画像形成システム」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル、及び米国特許出願第１０／３６６，６５１号（ＺＩ−４３）、発明の名称「反射光学的及び反射屈折的な画像形成システム」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒルに記載されているような反射屈折システムであり、これら２つの引用特許出願の内容は、参照することでその全体をここに合体させる。
反射屈折画像形成システム１１０は、反射屈折要素１４０及び１４４、ビーム-スプリッタ１４８、並びに、凸レンズ１５０を含む。面１４２Ｂ及び１４６Ｂは名目上同一曲率半径を有する凹状球面であり、面１４２Ｂ及び１４６Ｂの曲率中心はビーム-スプリッタ１４８に対して共役点である。面１４２Ａ及び１４２Ｃは同一曲率中心を有する凸状球面であり、面１４６Ａ及び１４６Ｃは同一曲率中心を有する凸状球面である。面１４２Ａ，１４２Ｃ，１４６Ａ，１４６Ｃは、名目上、同一の曲率半径を有する。面１４２Ａ及び１４２Ｃの曲率中心は、ビーム-スプリッタ１４８に対して小さな変位（０，０，ｚ1’）だけシフトさせるか、或は、面１４６Ｂの曲率中心と同等であり、面１４６Ａおよび１４６Ｃは面１４２Ｂの曲率中心に対して小さな変位（０，０，−ｚ2’）だけシフトさせられている。相対的な変位（０，０，ｚ1’）及び（０，０，−ｚ2’）は、基板６０についての情報の取得に対して干渉計１０の性能を最適化すべく選択される。凸レンズ１５０の曲率中心は面１４２Ｂの曲率中心と同一である。面１４６Ｂの曲率半径は、画像形成システム１１０の使用可能な立体角に関する損失を最少化すべく、且つ、エンドユーザ用に受け入れ可能な画像形成システム１１０に対する作業距離、例えばｍｍ程度の距離を作り出すべく選択される。凸レンズ１５０の曲率半径は、反射屈折画像形成システム１１０の軸外収差が補償されるように選択される。要素１４０及び１４４の媒体は、例えば、ＣａＦ2、石英ガラス、或は、ＳＦ１１等の商業的に入手可能なガラスであり得る。凸レンズ１５０の媒体は、例えば、ＣａＦ2、石英ガラス、ＹＡＧ、或は、ＳＦ１１等の商業的に入手可能なガラスであり得る。要素１４０，１４４及び凸レンズ１５０の媒体の選択において重要な考慮事項は、ビーム２４の周波数に対する透過特性である。
留意すべきことは、今述べた小さな変位の結果として、ビーム-スプリッタ１４８を介して見える、面１４２Ａの曲率中心は面１４６Ａの曲率中心と合致しないことである。（或は、同等には、ビーム-スプリッタ１４８を通じて見える面１４６Ａの曲率中心は面１４２Ａの曲率中心と合致しない。）むしろ、これら２つの点は２つの面１４２Ａ及び１４６Ａの相互に対する小さな変位によって決定される量だけ変位される。それら相互に対する変位の方向はビーム-スプリッタ１４８の平面に対して垂直である。
凸レンズ１５２は、凸レンズ１５０の曲率中心と同一である曲率中心を有する。これら凸レンズ１５０及び１５２は、間におけるピンホール・ビーム-スプリッタ１１２と一緒に結着される。ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２は図２ｃに示されている。このピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタにおけるピンホールのパターンは、エンドユーザ用との要件と符合するように選択される。パターンの一例は、２つの直交方向における同等に離間されたピンホールから成る２次元アレイである。それらピンホールは、円状アパーチャ、矩形アパーチャ、或は、本願と同一譲受人に譲渡された米国特許出願第０９／９１７，４０２（ＺＩ−１５）、発明の名称「共焦点及び近視野の顕微鏡のための多重ソース・アレイ」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル、カイル・フェリオに記載されたようなそれらの組み合わせを含み得る。その内容は、参照することでその全体をここに合体させる。ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２のピンホール間の間隔は、図２ｃにおいて、ｂとして、アパーチャ・サイズａと一緒に示されている。
入力ビーム２４はピンホール・ビーム-スプリッタ１１２へ向かうようにミラー５４で反射され、その第１部分が出力ビーム成分１３０Ａ及び１３０Ｂ（図２ａ参照）の基準ビーム成分として透過され、そしてその第２部分がビーム成分１２６Ａ及び１２６Ｂの測定ビーム成分として散乱させられる。ビーム成分１２６Ａ及び１２６Ｂの測定ビーム成分は、基板６０の面から変位された画像平面内における画像スポットから成るアレイへのビーム成分１２８Ａ及び１２８Ｂの測定ビーム成分として画像形成される。
基板６０の面から変位させられた画像平面内における画像スポットから成るアレイは、画像スポットからそれぞれが成る第１及び第２アレイを含み、画像スポットから成る第２アレイは画像スポットから成る第１アレイに対して横方向或は縦方向に変位させられている。画像スポットから成る第１及び第２アレイのスポット１６４及び１６６の対応する対の箇所は、凸状面１４２Ａ、１４２Ｃ、１４６Ａ、並びに、１４６Ｃの変位ｚ1’＝ｚ2’の場合、図２ｄ及び図２ｅに概略的に示されている。スポット１６４及び１６６の対応する対はピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２のピンホール１６２から成る画像である。面１４２Ａの曲率中心の変位は正のｚ方向である。画像スポット１６４に寄与するビームの経路の例はビーム１２６Ｅであり、画像スポット１６６に寄与するビームの経路の例はビーム１２６Ｆである（図２ｄ参照）。
ビーム１２６Ｅの一部はビーム-スプリッタ１４８で二度反射され、凸状面１４２Ａ及び１４２Ｃで一度反射されて、ピンホール１６２の箇所（−ｘ1／ｎ，−ｙ1／ｎ，−２ｚ1／ｎ）で画像スポット１８４を形成し（図２ｄ参照）、ここで、ｘ1及びｙ1はピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２の平面内におけるピンホール１６２のｘ及びｙ座標であり、ｎは凸レンズ１５０及び１５２の屈折率である。加えて、ビーム１２６Ｆの一部はビーム-スプリッタ１４８で二度透過させられ、凸状面１４６Ａで一度反射させられて、箇所（−ｘ1／ｎ，−ｙ1／ｎ，２ｚ2／ｎ）で画像スポット１８６を形成する（図２ｄ参照）。これら画像スポット１８４及び１８６の箇所は、レンズ１５０及び１５２の曲率中心の箇所に対するピンホール１６２の箇所がｂ／４ ｍｏｄ ｂ或は（３／４）ｂ ｍｏｄ ｂの何れかであるように選択することによってピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２のピンホール間の中途となるように配列されている。
次に、基板６０の面による画像スポット１６４及び１６６を含むビームの反射部分に対する反射屈折画像形成システム１１０の影響を検討する。反射部分はビーム１２８Ａ及び１２８Ｂの帰還測定ビーム成分の一部であり、反射屈折画像形成システム１１０によってピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２の空間における４つのスポット１９０，１９２，１９４，１９６に画像形成される。ビーム１２６Ｅ及び１２６Ｆのピンホール・ソースに対するスポットの箇所は、［ｘ1，ｙ1，（２ｈ1−４ｚ1）／ｎ］、［ｘ1，ｙ1，（２ｈ1＋４ｚ2）／ｎ］、［ｘ1／ｎ，ｙ1／ｎ，２（ｈ1−ｚ1＋ｚ2）／ｎ］、並びに、［ｘ1／ｎ，ｙ1／ｎ，２（ｈ1−ｚ1＋ｚ2）／ｎ］であり、２ｚ1−ｈ1及び−２ｚ2＋ｈ1は、基板６０の面からスポット１６４及び１６６の変位である。
画像スポット１９０，１９２，１９４，１９６を形成しているビームの部分は、ビーム１２６Ｅ及び１２６Ｆのピンホール／ソースと対応するピンホールによって、ビーム成分１３０Ａ及び１３０Ｂの一成分として、透過させられる。画像スポット１８４及び１８６を形成しているビームは、画像スポット１８４及び１８６のビーム１２６Ｅ及び１２６Ｆのピンホール・ソースと対応するピンホールに対する変位のため、且つ、レンズ１５０及び１５２の曲率中心に対するピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２のピンホール箇所をｂ／４ ｍｏｄ ｂ或は（３／４）ｂ ｍｏｄ ｂの何れかとなるように選択することの結果として生ずる他のピンホールに対する変位のため、ビーム１２６Ｅ及び１２６Ｆのピンホール・ソースと対応するピンホールによって、或は、ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２の他のピンホールによって透過させられない。ピンホール・アレイ・スプリッタ１１２によって画像スポット１８４及び１８６を形成しているビームの部分の反射によって生ずる擬似ビームの効果を更に低減すべく、ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２の各面が反射防止コーティングで被覆されている。
ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２によって画像スポット１８４及び１８６を形成しているビームの部分の反射によって生ずる擬似ビームの効果は、画像スポット１８４，１８６，１９０，１９２，１９４，１９６から成るアレイがｘ−ｙ平面上に２つだけの重ね合わせ画像を形成するので、更に低減される。
基板６０の面上における副波長人工物及び／或は欠陥によって散乱させられる画像スポット１６４及び１６６を含むビームの部分における反射屈折画像形成システム１１０の影響の説明は、基板６０の面によって反射させられる画像スポット１６４及び１６６を含むビームの部分における反射屈折画像形成システム１１０の影響に対して付与された説明の基礎を形成している分析の変形である分析に基づく。
次のステップは、電気的干渉信号７２のアレイを発生するための、ＣＣＤ等の多重ピクセル検出器７０のピクセルと一致するスポットから成るアレイへの、画像形成システム２１０による出力ビーム成分１３０Ａ及び１３０Ｂの画像形成である。電気的干渉信号から成るアレイは、共役直角位相から成るアレイに対する引き続く処理のために、信号プロセッサ及びコントローラ８０に向かって透過させられる。
入力ビーム２４の説明は、図１ｃに示される２周波数発生器及び周波数シフターとして構成されるビーム-コンディショナー２２を伴う図１ａの入力ビーム２４に対して付与された説明の対応する部分と同一である。入力ビーム２４は、異なる周波数を有すると共に平面偏光の同一状態を有する２つの成分を含む。入力ビーム２４の各成分の周波数は、電気的プロセッサ及びコントローラ８０によって発生させられた制御信号７４に従ってビーム-コンディショナー２２によって様々な周波数値の間でシフトさせられる。ビーム２０は単一周波数成分を含む。
帰還測定ビームの視野の共役直角位相はバイ・ホモダイン検出方法を用いて獲得され、電気的干渉信号７２の４つの測定から集合は作成される。視野の共役直角位相から成るアレイは、干渉共焦点画像形成システム１０によって測定され、各共役直角位相は基板内或は基板上におけるスポットの対から散乱／反射させられたビームの視野の共役直角位相の差を含む。共役直角位相から成るアレイは一緒に測定され、即ち、同時に測定され、そして各共役直角位相の成分は一緒に測定される。
基板内或は基板上におけるスポットの対によって引き続き散乱／反射させられるビームの相対的位相は干渉計システム・パラメータ、例えば、基板６０内或は基板６０上におけるスポットの対の各スポットと対応する測定及び帰還測定ビーム成分の相対的光路長の制御によって調整される。これら相対的位相は、曲率中心に変化を導入することに無しに、凸状面１４２Ａ，１４２Ｃ，１４６Ａ，１４６Ｃの曲率半径に関する変化を為すことによって調整される。１４２Ａ，１４２Ｃ，１４６Ａ，１４６Ｃの凸状面の曲率半径に関する変化を導入する技術の例は、屈折率符合材を含む面に均一層を付加することである。相対的位相に関する変化を導入する技術の別の例は、凹状反射面を隣接する凸状面にエアギャップ厚みが調整され得るようにエアギャップを伴って付加することである。後者の例において、凸状部は反射防止被覆されている。
第１実施例における測定された共役直角位相は、近似値が以下の数式２９のように書かれる複素振幅Ｖ3（ｈ1，ｚ1，ｈ2，ｚ2，χ1，χ2，χ3，χ4）の成分と比例し、
Figure 2006518488
 ここで、Ｒ1 1/2は、スポット１６４及び１６６を形成しているビームの視野に対する基板６０の面の複素反射係数であり、χ1，χ2，χ3，χ4は、以下の数式３０乃至数式３３の如くに、曲率中心を一定に維持しながら、凸状面１４２Ａ，１４２Ｃ，１４６Ａ，１４６Ｃの曲率半径を変化することによって導入される位相シフトであり、
Figure 2006518488
Figure 2006518488
Figure 2006518488
Figure 2006518488
 ｊp（χ）は次数ｐ＝０，１，２，・・・・の球ベッセル関数であり、ｓｉｎθ0及びｓｉｎθ1は、明暗開口無しの画像形成システムの、そして基板６０の画像空間における遮蔽開口の開口数である。数式２９における２項に対する基礎を形成する誘導の説明は、T. Wilson, Confocal Microscopy, Academic Press (1990)等で参照され得て、その内容は、参照することで、それら全体をここに合体させる。
数式２９が書かれている形態は第１実施例の特定の重要な局面を反映しており、スポット１６４及び１６６（図２ｄ参照）を形成しているビーム各々に対するピンホール・ソースはピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２の同一ピンホールであり、スポット１９０，１９２，１９４，１９６を形成しているビームの共焦点空間濾過を実行するピンホールは、ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２の同一ピンホールであり（図２ｃ及び図２ｅ参照）、そして引き続き空間的に濾過される、即ち同一ピンホールによって透過させられるスポット１９０，１９２，１９４，１９６を形成しているビームの部分は検出器７０の同一ピクセルによって検出される。
第１実施例において、位相χ1，χ2，χ3，χ4はビーム１９４及び１９４がπだけ位相がずれて、相互に破壊的に干渉するように選択される。位相χ1，χ2，χ3，χ4上に配置された対応する条件は数式３４、
Figure 2006518488
 である。ｙ1＝０及びｚ1＝ｚ2の非制限仮定を伴って、先の数式２９は以下の数式３５の形態を帯びる。
Figure 2006518488
 第１実施例は、
Figure 2006518488
の場合暗視野モードで動作すべく更に構成される。暗視野要件は位相χ1，χ2，χ3，χ4上にｚ1上の条件と連携して第２条件を配置することによって達成され（数式３６）、
Figure 2006518488
 数式３４及び数式３６で表現される位相χ1，χ2，χ3，χ4上の２つの条件は組み合わされて、位相χ1，χ2，χ3，χ4の対間に、例えば以下の数式３７及び数式３８の関係を獲得する。
Figure 2006518488
Figure 2006518488
 条件χ1−χ3＝π／２及びχ2−χ4＝−π／２に対して、数式３５は以下の数式３９にまとまる。
Figure 2006518488
 Ｖ3（ｈ1，ｚ1，ｈ1，ｚ1，χ1，χ2，χ1−π／２，χ2＋π／２）＝Ｖ3（ｈ1，ｚ1）の省略表記を用いると共に、ｈ１に関する数式３９のべき級数展開を為すことで、以下の数式４０を得る。
Figure 2006518488
第１実施例の動作の暗視野モードは、数式４０における定数項がゼロとなるようにｚ1の値を選択することによって達成される。ｚ1に対する選択された値は下記の超越数式（数式４１）の解である
Figure 2006518488
 θ0＝６０度及びθ1＝１５度の例に対する超越数式α0ｚ1,m（ｍ＝１、２、並びに、３）の解の集合は表２に挙げられている。表２には、干渉共焦点画像形成システムの回折限界解像度λ／２ＮＡに対する共通スポットの対応するサイズＤm、半値全幅も挙げられている。
数式４１の超越数式が満たされた際、ピンホール・スプリッタ１１２でのビーム１９４及び１９６の視野は大きさに関して同等であり且つ反対位相である。位相が異なる擬似ビームが発生させられ、それらがビーム１９４及び１９６の視野の破壊的干渉の結果として１８０度位相を異にしている。明かなことは位相を異にする擬似ビームの一部は位相を異にする二次擬似ビームを発生し、それらがスポット１９０，１９２，１９４，１９６の発生と類似した方式でピンホール１６２近辺のスポットに合焦させられる。それら二次擬似ビームの効果の振幅はピンホール・アレイ１１２における対応するピンホールによって透過させられたスポット１９０及び１９２を形成しえるビームの部分の振幅よりも小さいか或は５％程度小さく、第１番に暗視野のレベルをもたらし、そして第２番目に最高測定への感度をもたらす。
数式４０の重要な特徴は、基板６０の面の高さの規定が基板６０の垂直位置と対応して、Ｖ3（ｈ1，ｚ1）＝０、即ち、対応する共役直角位相の値がゼロとなるように為す。数式４０におけるｈ1の係数は材料の特性の関数として測定される。数式４０におけるｈ1の係数の対応する値は表２に∂Ｖ3（ｈ1，ｚ1,m）／∂ｈ1として挙げられている。第１実施例はスキャニング・モードで動作し得て、共役直角位相の測定されたアレイはｈ1の係数の測定された特性を用いて高さプロファイルに変換され、即ち、基準フレームに対して面の高さを決定するために、ｈ1に関してスキャンする必要がない。
Figure 2006518488
 重要なことは、最終用途で表２に挙げられたｍ＝１解の使用は本質的には回折限界解像度を伴った基板６０の試験を許容することを留意することである。第１実施例のこの特徴は重要な長所を表現している。代替的には、最終用途で表２におけるｍ＝２解の使用は、横方向空間的解像度を犠牲にするが、ｍ＝１解の感度と比較された約１．８の感度に関する増大を伴って基板６０の試験を許容する。
暗視野モードでの動作は、共役直角位相及び増大されたスループットのアレイによって表現された情報に関する低減された系統的且つ統計的エラーの双方に導く。情報は、基板６０内或は基板６０上における基板６０の１つ或はそれ以上の面のプロファイルの横方向微分、基板６０の一次元、２次元、並びに、三次元の横方向微分画像、基板６０上或は基板６０内における形状或は人工物の重要な寸法、並びに、基板６０内或は基板６０上の副波長欠陥のサイズ及び箇所を含み得る。
共役スポットによる測定ビーム成分の散乱／反射によって発生させられた帰還測定ビームのバックグランド成分は同一であり、それ故に電気的干渉信号７２に寄与しない。従って、バックグランド成分は、第１及び第２実施例の双方に対して、その電気的干渉信号７２の平均値或は該電気的干渉信号７２における干渉項の何れかに寄与しない。
統計的エラーの低減は暗視野モードでの動作の直接的な結果でもある。バックグランド視野の寄与は、同一振幅及びπの位相差を有するように構成されたバックグランド視野の重ね合わせによって且つ強度の減算によらず、第２実施例において除去／削除される。暗視野の結果として、ビーム２４の強度は検出器７０の飽和無しに著しく増大され得て、統計的エラーに関する対応する低減が達成される。
スループットに関する増大は暗視野モードでの動作の直接的な結果である。共役直角位相の測定されたアレイに関する特定の精度を達成すべく必要とされる時間は、暗視野モードでの動作によって許容されるビーム２４の強度の増大によって低減される。暗視野の結果、ビーム２４の強度は検出器７０の飽和無しに著しく増大させられ得る。
また、暗視野モードでの動作の際、基板６０の局所的に等方性の区分における副波長人工物を含むスポットの対と対応する視野の測定された共役直角位相は、基準副波長人工物に対する副波長人工物についての情報を表現する。基準副波長人工物は局所的に等方性の区分の特性と人工物のそれらと同様な寸法とを有する。従って、測定された特性は基板６０内或は基板６０上に置ける副波長人工物の重要な寸法及び箇所についての情報を含む。
また、暗視野モードでの動作の際、基板６０の局所的に等方性の区分における副波長欠陥を含むスポットの対と対応する視野の測定された共役直角位相は、基準副波長欠陥に対する副波長欠陥についての情報を表現する。基準副波長欠陥は局所的に等方性の区分の特性と欠陥のそれらと同様な寸法とを有する。従って、測定された特性は基板６０内或は基板６０上における副波長欠陥の寸法及び箇所についての情報を含む。
バックグランド視野の干渉補償の正確性は幾つかの理由のために第１及び第２実施例において高い。干渉補償のこの高い正確性はピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２におけるピンホールの特性に依存せず、例えば、ピンホールの径は例えば２倍で変化しえるし、或はピンホールの形状が丸いアパーチャから正方形アパーチャに変化しえるし、或は、それらの双方でありえ、なおかつ関連バックグランド視野に対する干渉補償のレベルは変化しない。スポット対の第１スポットと関連されたバックグランド視野の振幅及び位相は、ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２におけるピンホールの特性とは独立しているスポット対の第２スポットと関連されたバックグランド視野の振幅及び位相と同一である。
第１実施例のスループットは、本願と同一譲受人に譲渡された下記の特許文献２２及び２３に記載されているような導波構造による入力ビーム２４と結合されたピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタの使用によって更に増大可能である。それらの米国仮特許出願第６０／４４５，７３９号（ＺＩ−３９）、発明の名称「共焦点及び近視野共焦点顕微鏡に対する導波構造及び共鳴構造によって供給された多重ソース・アレイ」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル、及び米国特許出願第………号（２００４年２月６日出願）（ＺＩ−３９）、発明の名称「共焦点及び近視野共焦点顕微鏡に対する導波構造及び共鳴構造によって供給された多重ソース・アレイ」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒルの内容は、参照することでその全体をここに合体させる。
第２実施例は基板の面上の薄膜の光学的厚みを測定するように構成されている。第２実施例は、基板６０の面上における薄膜を伴う第１実施例の干渉共焦点画像形成システムを含む。
Ｖ3（ｈ1，ｚ1,m）、Φ（ｈ1）の位相は、ｈ1が負値から正値まで変化すると共に２πだけ変化する。ｈ1＝０でのｈ1に関する位相Φ（ｈ1）の変化の速度は、薄膜の光学的厚みと関連されている。特に、ｈ1＝０でのｈ1に関する位相Φ（ｈ1）の変化の速度は、薄膜の厚みが増大するとともに減少する。電子プロセッサ・コントローラ８０は、薄膜の厚みプロファイルについての情報に対して、ｈ1＝０でのｈ1に関する位相Φ（ｈ1）の変化の速度のアレイに対する測定された共役直角位相のアレイを測定する。膜は検出され得て、その厚みは５ｎｍ以上或は５ｎｍ程度の厚みに対して測定される。
第２実施例の重要な特徴は、薄膜の特性が高い開口数、例えば０．９の開口数を伴って動作する干渉共焦点画像形成システムの回折限界解像度と略等しい横方向解像度で獲得され得ることである。
また第２実施例は、基板６０の特性を測定すべく、及び／或は、基板６０上の共通スポットから成るアレイからの反射／散乱ビームに対する様々な偏光状態の使用によって薄膜を測定すべく構成される。反射／散乱ビームに対する偏光状態は干渉計システム１１０の瞳をアポダイズすることによって選択される。このアポディゼーションは瞳を４つの同等のパイ区分に分割して２つの径方向で対向するパイ区分の透過を阻止することと対応している。例えばアポディゼーションは、ｓ或はｐ偏光の何れか一方を実質的に行わせるべく反射／散乱の制限を許容する。反射／散乱ビームに対する偏光の状態は入力ビーム２４の偏光状態を変化すること、及び／或は、アポダイズされたパイ区分を画像形成システムの光学軸周りに回転させることによって変化させる。
反射／散乱ビームに対する偏光の様々な状態の使用は重要な長所を表す。
第１及び第２実施例も、ここに記載されて下記の特許文献２４及び２５に記載されたようなクワッド・ホモダイン検出に対して構成され得る。
米国仮特許出願第６０／４４２，８５８号（ＺＩ−４７） ２００４年１月２７日付け出願の米国特許出願（ＺＩ−４７）、発明の名称「干渉計における対象物による反射／散乱ビームの視野の共役直角位相の同時測定のための装置及び方法」 第３実施例は図３に概略的に示されている。この第３実施例は第１及び第２実施例と機能的に同等であるように構成され得る。第１及び第２実施例と第３実施例との間の主要な違いは、ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２の従来の共焦点ピンホール・アレイ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃとの置き換えである。
図３で参照されるように、入力ビーム２４は偏光ビーム-スプリッタ３３０に入射し、その第１部分は干渉計４１０の測定ビームとして透過させられると共に、その第２部分はミラー３３２及び３３４での反射後、干渉計４１０の基準ビームとして反射させられる。これら測定ビーム及び基準ビームはピンホール・アレイ１１２Ａ及び１１２Ｂにそれぞれ入射する。これらピンホール・アレイ１１２Ａ及び１１２Ｂは、それぞれピンホール・アレイ１１２Ｃの共役である。
ピンホール・アレイ１１２Ｂに入射する基準ビームの一部はビーム-スプリッタ３４０で透過させられ、且つ、その一部はレンズ３６０によってピンホール・アレイ１１２Ｃ上のスポットから成るアレイに合焦させられる。
ピンホール・アレイ１１２Ａに入射する測定ビームの一部はビーム-スプリッタ３４０で透過させられ、且つ、その第１及び第２部分は基板６０上のスポットから成るアレイに合焦させられる。その第１部分は、偏光ビーム-スプリッタ３４２による反射及び透過の後、１／４波長板３４６を通る二重通過、凹状ミラー３５０による反射、そして、レンズ３５４による合焦によって、スポットから成る第１アレイに合焦する。第２部分は、偏光ビーム-スプリッタ３４２による反射及び透過の後、１／４波長板３４８を通る二重通過、凸状ミラー３５２による反射、そして、レンズ３５４による合焦によって、スポットから成る第２アレイに合焦する。スポットから成る第１及び第２アレイの説明は、第１及び第２実施例のスポットから成る対応するアレイの説明と同一である。スポットから成る第１及び第２アレイを相対的に横方向及び縦方向にシフトすることは、凸状ミラー３５２に対する凹状ミラー３５０の回転及び縦方向変位によって制御される。しかしながら、本発明の範囲或は精神を制限すること無しに説明を簡略化するために、実際上、図３の平面に対して４５度の角度である光学システム３１０の配向は図３内の平面内に配向されるように示されている。
スポットから成る第１及び第２アレイを形成する測定ビームの部分は、帰還測定ビーム成分の第１及び第２アレイとして、基板６０によって反射／散乱させられる。帰還測定ビーム成分の第１アレイは、画像形成システム３１０を通じて測定ビーム成分のその先駆アレイの経路を引き返し、その一部はビーム-スプリッタ３４０による反射の後にピンホール・アレイ１１２Ｃでスポットから成るアレイに合焦する。帰還測定ビーム成分の第２アレイは、画像形成システム３１０を通じて測定ビーム成分のその先駆アレイの経路を引き返し、その一部はビーム-スプリッタ３４０による反射の後にピンホール・アレイ１１２Ｃでスポットから成るアレイに合焦する。
ピンホール・アレイ１１２Ｃでのスポットから成る２つのアレイの説明は、スポットの変位が１／ｎ因数で低減されないことを除いて、ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２での第１及び第２実施例におけるスポットから成る対応するアレイに対して付与された説明の部分と同一である。ピンホール・アレイ１１２Ｃと隣接する媒体の屈折率は１であることが仮定されるが、本発明の範囲及び精神から逸脱すること無しに別のものであり得る。
スポットと基準ビームとの重ね合わせアレイの部分はピンホール・アレイ１１２Ｃで透過させられ、分析器３６２による透過後に検出器７０で検出されて、電気的干渉信号７２を発生する。分析器３６２は、スポットと基準ビームとの重ね合わせアレイの透過部分の偏光状態を混合する。
入力ビーム２４の説明は、図１ｂに示された２周波数発生器及び位相シフターとして構成されたビーム-コンディショナー２２と単一周波数成分を含むビーム２０とを伴う図１ａの入力ビーム２４に対して付与された説明の対応する部分と同一である。入力ビーム２４は異なる周波数を有する２成分を含んで、各成分は平面偏光の異なる状態の２つの成分を有する。入力ビーム２４の成分の相対的な位相は、ビーム-コンディショナー２２の議論で記載されたように電子プロセッサ・コントローラ８０によって発生させられる制御信号７４に従って異なる値間でシフトされる。
第３実施例の説明の残りの部分は第１及び第２実施例に対して付与された対応する部分と同一である。
幾つかの実施例において、ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２は基板６０のスキャン方向とは反対方向に、そして、ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１２のピンホールの共役画像が画像形成される基板６０上或は基板６０内におけるスポットと重ね合わさった状態でいるような速度でスキャンされ得る。動作のこのスキャニング・モードはスキャニング・モードで動作しているリソグラフィー・ツールの、レーティクル・ステージとウェハー・ステージの相対的運動と類似している。共焦点顕微鏡システムにおける共役共焦点ピンホールの従来の重大な整合の問題は存在しない、即ち、基準ビームのアレイを発生するピンホールと測定ビームのアレイを発生するピンホールとの見当合わせは自動的である。
特定の最終用途において、基板６０の内部が画像形成される。この場合、導入される収差がある。別の実施例において、収差に対する補償は、レンズ１５０とピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタ１１２との間に、共通の譲受人に譲渡された米国仮特許出願第６０／４４４，７０７号（ＺＩ−４４）、発明の名称「共焦点及び干渉共焦点顕微鏡における基板媒体インターフェースでの屈折率のミスマッチの効果の補償」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒル、及び２００４年２月４日付け出願の米国特許出願（ＺＩ−４４）、発明の名称「共焦点及び干渉共焦点顕微鏡における基板媒体インターフェースでの屈折率のミスマッチの効果の補償」、発明者：ヘンリー・Ａ・ヒルに記載されたような薄膜（この薄膜はレンズ１５０とは異なる屈折率を有する）を導入することによって達成される。これらの米国仮特許出願及び米国特許出願の内容は、参照することでその全体をここに合体させる。
第４実施例は、米国特許第５，７６０，９０１号に記載されたような干渉遠視野共焦点顕微鏡を含む干渉計１０を伴う図１ａ乃至図１ｃの干渉計システムを含む。この第４実施例において、ビーム-コンディショナー２２は、図１ｂに示される２周波数発生器及び位相シフターとして構成されている。下記の特許文献２８での実施例は反射或は透過モードの何れかで動作するように構成される。第４実施例は、その特許文献２８でのバックグランド低減特徴のために、バックグランドの低減効果を有する。
第５実施例は、上記の特許文献２８に記載されたような干渉遠視野共焦点顕微鏡を含む干渉計１０を伴う図１ａ乃至図１ｃの干渉計システムを含み、そこでは、位相マスクが除去されている。この第５実施例において、ビーム-コンディショナー２２は、図１ｂに示される２周波数発生器及び位相シフターとして構成されている。上記の特許文献２８での実施例は反射或は透過モードの何れかで動作するように構成される。特許文献２８の実施例の位相マスクが除去されている第５実施例は、基本形態での共焦点技術の適用例を表している。
第６実施例は、米国特許第６，４８０，２８５ Ｂ１号に記載されたような干渉遠視野共焦点顕微鏡を含む干渉計１０を伴う図１ａ乃至図１ｃの干渉計システムを含む。この第６実施例において、ビーム-コンディショナー２２は、図１ｂに示される２周波数発生器及び位相シフターとして構成されている。下記の特許文献２９での実施例は反射或は透過モードの何れかで動作するように構成される。第６実施例は、その特許文献２９でのバックグランド低減特徴のために、バックグランドの低減効果を有する。
第７実施例は、上記の特許文献２９に記載されたような干渉遠視野共焦点顕微鏡を含む干渉計１０を伴う図１ａ乃至図１ｃの干渉計システムを含み、そこでは、位相マスクが除去されている。この第７実施例において、ビーム-コンディショナー２２は、図１ｂに示される２周波数発生器及び位相シフターとして構成されている。上記の特許文献２９での実施例は反射或は透過モードの何れかで動作するように構成される。特許文献２９の実施例の位相マスクが除去されている第７実施例は、基本形態での共焦点技術の適用例を表している。
第８実施例は、下記の特許文献３０に記載されたような干渉近視野共焦点顕微鏡を含む干渉計１０を伴う図１ａ乃至図１ｃの干渉計システムを含む。この第８実施例において、ビーム-コンディショナー２２は、図１ｂに示される２周波数発生器及び位相シフターとして構成されている。下記の特許文献３０での実施例は反射或は透過モードの何れかで動作するように構成される。米国特許第６，４４５，４５３号（ＺＩ−１４）の第８実施例は、特に、基準ビームから分離されて、非共焦点画像形成システムによって画像形成される基板上に入射する測定ビームを伴って透過モードで動作するように構成されており、即ち、基板における測定ビームはピンホールから成るアレイの画像ではないが拡張されたスポットである。従って、第８実施例の対応する実施例は、非共焦点構成における測定ビーム用バイ・ホモダイン検出方法の適用例を表している。
他の実施例は、各種実施例の変形例としてのバイ・ホモダイン検出方法の代わりに、クワッド・ホモダイン検出方法を使用し得る。図１ａ乃至図１ｃに示される装置に基づく実施例に対して、クワッド・ホモダイン検出方法を用いる実施例の対応する変形例は図１ａ乃至図１ｃに示される装置の変形例を使用する。第１実施例で使用されるような装置の変形例において、顕微鏡２２０は直視プリズム等及び／或はダイクロイック・ビーム-スプリッタの様な分散要素を含むように変更される。ダイクロイック・ビーム-スプリッタで構成された場合、第２検出器はシステムに更に追加される。装置の変形例の説明は、米国仮出願第６０／４４２，９８２（ＺＩ―４５）及び２００４年１月２７日付け出願の米国特許出願第………号（ＺＩ−４５）、発明の名称「ピンホール・アレイ・ビーム-スプリッタを組み入れている干渉共焦点顕微鏡」における対応するシステムに対して付与された説明の対応する部分と同一である。
実施例の変形例は、共役直角位相の非共同測定の発生のためにダブル・ホモダイン検出方法を用いるように構成され得る。これら実施例の変形例の入力ビーム２４は、４つの周波数成分を含み、クワッド・ホモダイン検出方法を用いるように構成されている実施例に対して記載されたような直視プリズム等及び／或はダイクロイック・ビーム-スプリッタの分散の設計と、ビーム３２の４つの周波数成分の各々が検出器７０の異なるピクセルに向けられるような４つの周波数の選択とを含む。電気的干渉信号値から成る４つのアレイは同時に獲得され、シングル・ホモダイン検出方法に対してここで記載された手続きを用いて共役直角位相の振幅に対して処理される。
ａは、基板によって散乱／反射或は透過させられたビームの視野の共役直角位相の微分測定を為すべく使用される干渉システムの概略図である。ｂは、２周波数発生器及び位相シフターで操作すべく構成されたビーム-コンディショナーの概略線図である。ｃは、周波数発生器及び位相シフターで操作すべく構成されたビーム-コンディショナーの概略線図である。 ａは、共焦点顕微鏡システムの概略線図である。ｂは、反射屈折画像形成システムの概略線図である。ｃは、共焦点顕微鏡システムに用いられるピンホール・アレイでの複数スポットに合焦された複数ビームの概略線図である。ｄは、反射屈折画像形成システムでの複数スポットに合焦された複数ビームの概略線図である。ｅは、反射屈折画像形成システムでの複数スポットに合焦された複数ビームの概略線図である。 図３は、基板によって散乱／反射させられた複数ビームから成る視野の共役直角位相の微分測定を為すべく使用される干渉共焦点画像形成システムの概略線図である。
符号の説明
１０ 干渉計
１８ ソース
２２ ビーム-コンディショナー
２８ ビーム
６０ 基板
７０ 検出器
７２ 電気的干渉信号
８０ 電子プロセッサ・コントローラ

Claims (15)

  1. 対象物を測定するための微分干渉共焦点顕微鏡であって、
    ソース側ピンホール・アレイと、
    検出側ピンホール・アレイと、
    ソース側ピンホール・アレイの複数のピンホールから成るアレイを、対象物が位置決めされている近辺に配置された対象物平面の前方に配置された複数スポットから成る第１アレイ上と、その対象物平面後方の複数スポットから成る第２アレイ上とに画像形成する干渉計と、を備え、複数スポットから成る第１及び第２アレイが前記対象物平面と垂直である方向に相互に対して変位させられ、前記干渉計が、（１）複数スポットから成る第１アレイを前記検出器側ピンホール・アレイ後方である第１画像平面上に画像形成し、（２）複数スポットから成る第１アレイを第２画像平面上に画像形成し、（３）複数スポットから成る第２アレイを前記第２画像平面上に画像形成し、そして、（４）複数スポットから成る第２アレイを、前記検出器側ピンホール・アレイによって規定される平面の前方である第３画像平面上に画像形成し、
    前記第１画像平面内における複数スポットから成る画像形成された第１アレイの内の各スポットが、前記第２画像平面内における複数スポットから成る画像形成された第２アレイの内の対応する様々なスポットと、前記検出器側ピンホール・アレイの対応する様々なピンホールとに整列させられ、
    前記第２画像平面内における複数スポットから成る画像形成された第１アレイの内の各スポットが、前記第２画像平面内における複数スポットから成る画像形成された第２アレイの内の対応する様々なスポットと合致すると共に、前記検出器側ピンホール・アレイの対応する様々なピンホールと整列させられることから成る微分干渉共焦点顕微鏡。
  2. 対象物を測定するための微分干渉共焦点顕微鏡であって、
    複数の入力ビームから成るアレイを作り出すソース側ピンホール・アレイと、
    検出側ピンホール・アレイと、
    干渉計とを備え、該干渉計が、
    第１反射面を提供する第１光要素と、
    第２反射面を提供する第２光要素と、
    それら第１及び第２光要素の間に位置決めされたビーム-スプリッタと、を含み、
    前記ビーム-スプリッタが、複数入力ビームから成る前記アレイから、複数の測定ビームから成る第１アレイと複数測定ビームから成る第２アレイを作り出し、
    前記第１反射面が、前記対象物空間内における第１対象物平面上の複数箇所から成る第１アレイ上への複数測定ビームから成る前記第１アレイの合焦に関与し、前記第２反射面が、前記対象物空間内における第２対象物平面上の複数箇所から成る第２アレイ上への複数測定ビームから成る前記第２アレイの合焦に関与し、それら第１及び第２の対象物平面が相互に平行すると共に変位し、
    複数測定ビームから成る前記第１アレイが前記対象物から複数の帰還ビームから成る第１アレイを発生し、複数測定ビームから成る前記第２アレイが前記対象物からの複数帰還ビームから成る第２アレイを発生し、
    前記第１及び第２反射要素が、帰還ビームから成る前記第１アレイから、（１）第１画像平面上の複数のスポットから成る第１アレイに収束する複数の収束ビームから成る第１アレイと、（２）第２画像平面上の複数スポットから成る第２アレイに収束する複数収束ビームから成る第２アレイと、の作成に関与し、
    前記第１及び第２反射要素が、複数帰還ビームから成る前記第２アレイから、（１）前記第２画像平面上の複数スポットから成る前記第２アレイに収束する複数収束ビームから成る第３アレイと、（２）第３画像平面上の複数スポットから成る第３アレイに収束する複数収束ビームから成る第４アレイと、の作成に関与し、
    前記第１及び第３画像平面が前記検出器側ピンホール・アレイと隣接すると共に該検出器側ピンホール・アレイと反対側にあり、前記第２画像平面が前記第１及び第３画像平面の間に横たわり、
    前記検出器側ピンホール・アレイが、複数出力ビームから成るアレイを形成すべく、収束ビームからそれぞれが成る前記第１、第２、第３、並びに、第４アレイと結合することから成る微分干渉共焦点顕微鏡。
  3. 単一ピンホール・アレイが、ソース側ピンホール・アレイ及び検出器側ピンホール・アレイの双方として役立っている、請求項２に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
  4. 前記第１光要素が前記単一ピンホール・アレイ及び前記ビーム-スプリッタの間に配置され、前記第２光要素が前記対象物が使用中に位置決めされている箇所と前記ビーム-スプリッタの間に配置されており、前記第１反射面が前記ビーム-スプリッタを通して見た場合に対応する共役である曲率中心を有し、前記第２反射面が前記第１反射面の前記曲率中心の対応する共役に対して変位させられている曲率中心を有する、請求項３に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
  5. 前記第１反射面の前記曲率中心と前記第２反射面の前記曲率中心との共役が、前記ビーム-スプリッタによって規定された平面と垂直な方向に相互に変位させられている、請求項４に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
  6. 前記第１反射面が複数箇所から成る前記第１アレイ上への前記ビーム-スプリッタを介する測定ビームの前記第１アレイへの合焦に関与し、前記第２反射面が複数箇所から成る前記第２アレイ上への前記ビーム-スプリッタを介する測定ビームの前記第２アレイへの合焦に関与する、請求項５に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
  7. 前記第１反射面が前記対象物上の一点に関して略同心円状である、請求項６に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
  8. 前記第２光要素が前記対象物及び前記ビーム-スプリッタの間に位置決めされた屈折面を提供して、前記対象物からの光線を受け取る、請求項８に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
  9. 前記第１反射面が第１半径を有する球に略一致し、前記屈折面が第２半径を有する球に一致し、前記第１半径が前記第２半径より大きい、請求項９に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
  10. 前記第１光要素が前記ビーム-スプリッタ及び前記単一ピンホール・アレイの間に位置決めされた屈折面を提供する、請求項９に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
  11. 前記第２反射面が前記単一ピンホール・アレイ上の画像点と略同心円状である、請求項１０に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
  12. 前記第２反射面が第１半径を有する球に略一致し、前記屈折面が第２半径を有する球に一致し、前記第１半径が前記第２半径よりも大きい、請求項１１に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
  13. 前記単一ピンホール・アレイが２次元アレイである、請求項６に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
  14. 前記２次元アレイが同等間隔の複数ホールから構成されている、請求項１３に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
  15. 前記同等間隔の複数ホールが円形アパーチャである、請求項１４に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
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