JP2015531060A - 局所測定を用いた試料の特徴付けのための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、試料の一点において該試料の物理特性を決定するのに適した測定器（２０）を含む、試料（１１）を特徴付けるための装置（１０）に関する。より詳細には、本発明の特徴付け装置は、絶対的に試料上に局所化された測定点における測定値を取得するために、試料に対して測定器を位置決めするのに適した位置決めシステム（３０）を含む。この目的で、本発明は、試料と一体にされ、該試料にリンクした座標系を定義する局所化ターゲット（３１）と；画像取得及び解析手段であって、局所化ターゲットを照明するための照明手段（３２１）と、測定器と一体にされ、局所化ターゲットの少なくとも１つの部分画像（３１Ｐ）を取得するのに適した光学画像化システム（３２２）と、局所化ターゲットに対する光学画像化システムの位置及び配向を決定するために局所化ターゲットの部分画像を解析するのに適した画像解析手段（３３）と、を含む画像取得及び解析手段と；光学画像化システムに対する測定器の相対位置を決定するための較正手段（３４、３４Ａ）と；試料にリンクした座標系における局所測定点の絶対位置を決定するのに適した、画像解析結果及び較正結果を処理するための手段（１３）と、を含み、測定器は、局所測定点における測定のために位置決めされ、試料の物理特性は、局所測定点において測定器によって決定される、位置決めシステムを含む特徴付け装置を提供する。【選択図】 図２

Description

本発明は、試料の物理特性を測定することを意図した特徴付け装置に関する。
本発明は、より詳細には、少なくとも、測定器と、該測定器を試料に対して絶対的に位置決めすることを可能にする位置決めシステムとを含む、特徴付け装置に関する。
本発明はまた、２つの測定器を含み、２つの測定器によって、位置決めシステムが試料上で共局在化測定を行うことを可能にする特徴付け装置に関する。

ナノテクノロジーの発達に伴い、ナノメートルスケールで、多様な構成要素の製造、操作及び経時変化を制御するために、非常に正確な測定を行う能力が必須になってきている。そのとき頻発する問題は、異なる測定器を用いて又は異なる時点で行われる測定の「共局在化（ｃｏ−ｌｏｃａｌｉａｔｉｏｎ）」である。

測定の共局在化とは、異なる測定を試料の同じ場所で行う可能性を意味する。
測定の共局在化は、一方で、高度な空間的精度を必要とし、すなわち測定器は、時間的に厳密な測定中に、特徴付けされる試料に対して非常に正確に位置決めされなければならない。
他方で、これは高い測定繰返し精度を必要とする。実際、異なる場面で同じ測定を行うこと、及び、安定な試料について同じ結果を得ることができることが必須である。

計測学分野において、試料特徴付け装置は、この試料の物理特性を該試料の一点で決定するのに適した測定器を含むことが知られている。
かかる特徴付け装置を用いるときには、試料を測定器に対して正確に位置付けして、試料の特定の一点で測定が行われるようにすることが有用である。

例えば特許文献１から、試料の１つの局所測定点（ｌｏｃａｌｉｚｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｏｉｎｔ）において特徴付けされる試料に対して測定器を位置決めすることを可能にする位置決めシステムをさらに含む、特徴付け装置が公知である。特許文献１の位置決めシステムは、具体的には、試料がその上に配置される試料キャリアプレートを備えており、このプレートを正確かつ繰返し可能な方式で変位させる案内手段が設けられる。これは、試料がキャリアプレートと一体にされている場合で、かつ２回の測定間に試料を扱うことがない場合には、２回の測定を２つの実質的に同一の測定点で行うことを可能にする。
しかし、特許文献１の位置決めシステムは、試料に対する測定器の位置を正確に知ること、すなわち測定器を試料に対して絶対的に位置決めすることを可能にしない。

さらに、特許文献２から、特徴付けされる試料の所定の点の上に測定器を正確に位置決めすることを可能にする位置決めシステムを含む、特徴付け装置が公知である。
特許文献２は、１回目に、この文献では光学顕微鏡で形成された位置決めシステムを用い、２回目に走査トンネル顕微鏡を含む測定器を用いる特徴付け装置を開示する。従って、位置決め操作と測定操作は同時には行われない。

米国特許第７６３０６２８号明細書 米国特許第５１７７１１０号明細書

本発明の目的の１つは、多様な測定器に関してナノメートルスケールでの測定を共局在化し、それにより、試料のマルチモード方式での特徴付けを行うこと、すなわち試料を異なる技法で解析することである。

上記の従来技術の問題点を解消するために、本発明は、試料に対する測定器の絶対的な位置決めを可能にする、試料の特徴付けのための装置を提示する。

この目的のため、本発明は、試料を特徴付けするための装置であって、
−試料の一点において該試料の物理特性を決定するようなっている測定器と、
−試料の１つの局所測定点において、特徴付けされる前記試料に対して測定器を位置決めするようになっている位置決めシステムと、
を含み、位置決めシステムは、
−試料にリンクした座標系を定める、試料と一体にされた局所化ターゲットと、
−画像取得及び解析手段であって、
−局所化ターゲットを照明する手段と、
−測定器と一体であり、局所化ターゲットの少なくとも１つの部分画像を取得するようになっている、光学画像化システムと、
−局所化ターゲットの部分画像を解析して、局所化ターゲットに対する光学画像化システムの位置及び配向を決定するようになっている画像解析手段と、
を含む、画像取得及び解析手段と、
−光学画像化システムに対する測定器の相対位置を決定するようになっている較正手段と、
−試料にリンクした座標系における局所測定点の絶対位置を決定するようになっている、画像解析結果及び較正結果を処理するための手段と
を含み、
測定器は、局所測定点における測定のために位置決めされ、試料の物理特性は、局所測定点において測定器によって決定されることを特徴とする装置に関する。

従って、本発明の特徴付け装置は、その位置決めシステムにより、試料にリンクした座標系における試料の局所測定点の位置を検出することを可能にする。

実際、位置決めシステムの画像取得及び解析手段による少なくとも局所化ターゲットの部分画像の取得及び解析は、試料と一体にされた局所化ターゲットに対する、従って試料に対する、光学画像化システムの位置及び配向を正確に知ることを可能にする。

較正手段により、光学画像化システムに対する測定器の相対位置、すなわち光学画像化システムにリンクした座標系における測定器の相対位置をさらに決定することにより、位置決めシステムは、測定器を局所測定点における測定のために位置決めしたときに、試料にリンクした座標系における局所測定点の絶対位置を決定することができる。

本発明による特徴付け装置により、特徴付けされる試料のみならず局所化ターゲットも、局所測定点の位置が位置決めシステムによって決定される時点と、測定器によって試料の測定が行われる時点との間で、動かされることはない。従って位置決め操作と試料測定操作が同時に行われる。

位置決めシステムは、局所化ターゲットの対応する位置を読み取ることにより、試料の任意の局所測定点に測定器を位置決めすることを可能にする。従って、特徴付け装置は、特徴付けされる試料の一部又は全体の正確な地図作成（ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｙ）を行うことが可能になる。

さらに、本発明による特徴付け装置は、たとえ２回の連続する測定の間に試料を測定器に対して変位させたとしても、測定器が試料に対して時間を空けた２回の測定を同じ局所測定点で行うことを可能にする。

本発明による特徴付け装置は、より具体的には、同じ試料を、同じ局所測定点で測定を行うか又は２つの別個の局所測定点で測定を行う、２つの異なる測定器によって特徴付けすることが望まれる場合に適合している。

従って、本発明はまた、
−試料の一点において該試料の別の物理特性を決定するようになっている別の測定器を含む特徴付け装置であって、位置決めシステムは、試料の第２の局所測定点において該試料に対して他の測定器を位置決めするようになっており、光学画像化システムはまた、他の測定器とも一体であり、位置決めシステムの較正手段は、光学画像化システムに対する他の測定器の相対位置を決定するようになっており、結果処理手段は、試料にリンクした座標系における第２の局所測定点の絶対位置を決定するようになっており、試料の他の物理特性は、第２の測定点において他の測定器によって決定される、特徴付け装置、
−試料の一点において該試料の別の物理特性を決定するようになっている別の測定器を含む特徴付け装置であって、位置決めシステムは、試料の第２の局所測定点において該試料に対して他の測定器を位置決めするようになっており、該特徴付け装置は、局所化ターゲットの少なくとも１つの部分の別の画像を取得するようになっている、他の測定器と一体の別の光学画像化システムを含み、画像解析手段は、局所化ターゲットの部分の他の画像を解析して、局所化ターゲットに対する他の光学画像化システムの位置及び配向を決定するようになっており、位置決めシステムの較正手段は、他の光学画像化システムに対する他の測定器の相対位置を決定するようになっており、結果処理手段は、試料にリンクした座標系における第２の局所測定点の絶対位置を決定するようになっており、試料の他の物理特性は、第２の測定点において他の測定器によって決定される、特徴付け装置、及び
−試料の一点において該試料の別の物理特性を決定するようになっている別の測定器を含む特徴付け装置であって、位置決めシステムは、試料の第２の局所測定点において該試料に対して他の測定器を位置決めするようになっており、
−局所化ターゲットの少なくとも１つの部分の別の画像を取得するようになっている、他の測定器と一体の別の光学画像化システムを含み、画像解析手段は、局所化ターゲットの部分の他の画像を解析して、局所化ターゲットに対する他の光学画像化システムの位置及び配向を決定するようになっており、位置決めシステムはさらに、
−他の光学画像化システムに対する他の測定器の相対位置を決定するようになっている他の較正手段を含み、
結果処理手段は、試料にリンクした座標系における第２の局所測定点の絶対位置を決定するようになっており、試料の他の物理特性は、第２の測定点において他の測定器によって決定される、特徴付け装置、
に関する。

従って、この特徴付け装置は、有利には、多くの測定器を互いに順応させることを可能にする位置決めシステムを提供しなければならない。
かかる特徴付け装置を用いて、異なる測定器で、空間的及び／又は時間的に分離した、試料上の同じ場所又は別個の場所における相互局所測定を行うことができる。
従って、この特徴付け装置は、異なる測定器に実装された事実上異なる測定技法を結び付けることを可能にする。このことは、試料に対してマルチモードの研究を行う要求を満たす。

さらに、特徴付け装置は、特に、局所測定点の周りを実質的に中心とする拡張された領域上での試料の物理特性を単一測定の間に決定する測定器を含むことができる。

上記のような特徴付け装置において使用することができる測定器の中でも、例えば以下の測定器を挙げることができる。
−可視、紫外及び赤外領域における、広視野又はレーザ走査型（共焦点顕微鏡）、コントラスト吸収型、反射型、弾性散乱型又はラマン型、位相型、干渉型、偏光型又は蛍光型デジタル光学顕微鏡、
−局部プローブ顕微鏡（例えば、原子間力顕微鏡）、
−走査型、透過型又は走査型透過電子顕微鏡、オージェ分光光度計、Ｘ線光電子分光光度計、
−機械式プロフィルメータ、
−表面プラズモン共鳴イメージングシステム、
−質量分光光度計
−Ｘ線吸収又は蛍光分光光度計
−陰極線ルミネセンス分光光度計。

さらに、特徴付け装置の他の有利で非限定的な特徴は、以下の通りである。
−局所化ターゲットは、機械的技法若しくはフォトリソグラフィ技法で試料の上又は中に食刻されるか、又はインキング若しくはセリグラフィで試料上に印刷される。
−局所化ターゲットは、試料に取り付けられる可撓性又は剛性の支持体を含み、支持体を試料と一体にする。
−局所化ターゲットは、接着シートで形成される。
−局所化ターゲットは、第１の面及び第２の面を含む試料の第２の面と一体にされ、局所測定点は、試料の第１の面上に位置する。
−局所化ターゲットは、測定器によって特徴付けされることが意図された試料の測定領域よりも広い局所化領域を空間的に覆って拡がる。
−局所化ターゲットは、試料の第２の面全体を覆って拡がる。
−局所化ターゲットは、試料と同時に製造される。
−局所化ターゲットは、マイクロ又はナノ構造パターンを含む。
−局所化ターゲットは、規則的な二次元ペーブメントを形成する複数の基本セルで形成される。
−各基本セルは、試料にリンクした座標系における基本セルの位置を示す位置決めパターンと、試料にリンクした座標系における基本セルの配向を示す配向パターンとを含む。
−各基本セルは、試料に対する基本セルの位置決め精度を高めることを可能にする周期的パターンを含む。
−各基本セルは、試料及び／又は局所化ターゲットに関する情報をコード化する識別パターンを含む。
−識別パターンは、基本セルの各々について同一である。
−光学画像化システムは、局所化ターゲットの部分画像が周期的パターンの画像を含むように配置される。
−光学画像化システムは、局所化ターゲットの部分画像が識別パターンの画像を含むように配置される。

マイクロ又はナノ構造パターンを有する局所化ターゲットの使用は、０．１マイクロメートル（μｍ）を下回る、試料に対する測定器の位置決め精度を達成することを可能にする。これは、特に、例えばラマン顕微分光光度計、原子間力顕微鏡又は電子顕微鏡型の測定器には特に有利である。

本発明は、特に、第１の面及び第２の面を含む実質的に平面的な試料を特徴付けするための装置であって、
−測定器は、光学顕微鏡が透過モードで用いられる場合に集光器を受け入れることを意図した場所を備えた光学顕微鏡を含み、
−局所化ターゲットは、試料の第２の面と一体にされ、局所測定点は、試料の第１の面上に位置し、
−光学画像化システムは、集光器の場所に配置される、
装置に関する。

本発明は、最後に、試料を、該試料の一点において物理特性を決定するようになっている測定器によって特徴付けるための方法であって、
ａ）測定器と一体の光学画像化システムに対する該測定器の相対位置を決定するステップ、
ｂ）特徴付けされる試料を、該試料の少なくとも１つの局所測定点において測定器によって測定されるような条件で配置するステップであって、局所化ターゲットが試料と一体にされ、該局所化ターゲットが試料にリンクした座標系を定める、ステップ、
ｃ）局所化ターゲットを照明し、光学画像化システムによって局所化ターゲットの少なくとも１つの部分画像を取得するステップ、
ｄ）局所化ターゲットの部分画像の解析から、局所化ターゲットに対する光学画像化システムの位置及び配向を決定するステップ、及び
ｅ）測定器が測定のために局所測定点に位置決めされたときに、試料にリンクした座標系における局所測定点の絶対位置をステップａ）及びステップｄ）から推定して、局所測定点における試料の物理特性を測定器によって決定するステップ
から成るステップを含む、方法に関する。

本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

測定器及び位置決めシステムを含む特徴付け装置の概略図である。 測定器として光学顕微鏡を含む特徴付け装置の第１の実施形態の概略図である。 試料にラベルとして添付される局所化ターゲットの構造の概略図を示す。 基本セルの規則的配置を有する局所化ターゲットをその下面に含む、試料の概略図である。 マイクロ構造パターンを含む、図４の４つの基本セルの詳細図である。 図５の基本セルの概略図である。 図６の基本セルの概略図であり、何らかの情報がこの基本セルの２つの領域内にどのようにコード化されるかを示す。 図６の基本セルの詳細図である。 光学画像化システム及び照明手段を含むターゲット画像化システムの概略図である。 検出器アレイ、及び関連した画像座標系の概略図である。 一部分が図１０の検出器アレイによって取得された、図４の局所化ターゲットの画像の概略図である。 検出器アレイ、及び局所化ターゲットの部分画像を示す、図１１の詳細図である。 幾つかの基本セルの画像、並びに検出器アレイの座標系及び局所化ターゲットの座標系を示す、図１２の詳細図である。 特徴付け装置の較正ステップの際に用いることができる較正ターゲットの一例の概略図を示す。 較正ステップの際の図１の特徴付け装置の概略図を示す。 ２つのレンズを装備した光学顕微鏡を含む特徴付け装置の第２の実施形態の概略図である。 原子間力顕微鏡及び光学顕微鏡を含む特徴付け装置の第３の実施形態の概略図略図である。

図１は、測定器２及び位置決めシステム３を含む特徴付け装置１の概略図を示す。図１の特徴付け装置１は、装置内に配置された試料１１を特徴付けする役割を果たす。
測定器２は、試料１１の物理特性を該試料の一点において決定することを可能にする。
位置決めシステム３は、測定される試料１１に対して測定器２を位置決めすることを可能にし、測定器２は、試料１１の１つの局所測定点における物理特性の測定を行う。

図１の特徴付け装置１はまた、試料１１にリンクした座標系における局所測定点の絶対位置を、測定器２及び位置決めシステム３から受け取った情報に基づいて推定する、画像解析結果及び較正結果を処理するための手段１３を含む。それゆえ、試料１１の物理特性が、測定器２によって局所測定点において決定される。

図２、図１６及び図１７に、試料１１の特徴付けを意図した異なる実施形態の特徴付け装置１０、１１０、２１０を示す。

この試料１１は、超小形電子回路が食刻された注目領域１１Ｃを有する一片のシリコンウェハから成る。
試料１１は、実質的に平面であり、第１の面１１Ａ及び第２の面１１Ｂを有する。
以後、第１の面１１Ａを上面と呼び、第２の面１１Ｂを下面と呼ぶ。
上面１１Ａは、異なる特徴付け装置１０、１１０、２１０によって行われる測定が行われる、試料１１の面である。

試料１１は、正方形であり、幅５０ミリメートル（ｍｍ）及び長さ５０ｍｍを有する。その厚さは、ここでは２７５マイクロメートル（μｍ）に等しいものとする。
試料１１の上面１１Ａ上の注目領域１１Ｃに食刻された超小形電子回路は、数百ナノメートル（１ｎｍ＝１０^−３マイクロメートル）のオーダーの特有のサイズを有する。

図２、図１６及び図１７の特徴付け装置１０、１１０、２１０はそれぞれ、各々が同じ位置決めシステム３０を含む。
位置決めシステム３０は、第一に局所化ターゲット３１を含み、これもまた実質的に平面である。局所化ターゲット３１は、具体的には、試料１１に取り付けられて局所化ターゲット３１を試料１１と一体にする、接着シートの形態の可撓性支持体を含む。一体とは、局所化ターゲット３１が、試料１１の特徴付けの間、該試料に対して動かないことを意味する。

有利には、局所化ターゲット３１は、数ヶ月から数年のオーダーの時間スケールで安定な寸法特性及び物理特性を有する。局所化ターゲット３１は、実験室条件下での温度及び湿度変動の影響に対して耐性があり、高真空条件に耐えることが好ましい。

変形例として、位置決めシステムは、例えば、上面及び下面を有する実質的に平面的な試料キャリアを含むことができる。この場合、試料は、試料キャリアの上面に固定することができ、局所化ターゲットは、その下面に固定することができる。

局所化ターゲット３１は、試料１１の下面１１Ｂに固定される接着ラベルの形態である。
図３は、試料１１に付着する前の接着ラベル内に含まれる様々な層を有する、局所化ターゲット３１の断面構造の略図を示す。
接着ラベルは、５つの層３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ及び３１Ｅを含み、その全厚は、ここでは２００μｍ未満である。

第１の層３１Ａは、接着層で形成された第２の層３１Ｂのための保護フィルムで形成される。局所化ターゲット３１を試料１１に付着する際に、接着層３１Ｂを試料１１の下面１１Ｂに押し付けて貼付することができるように保護フィルム３１Ａが除去される。第２の層３１Ｂを用いて、局所化ターゲット３１をガラス、金属、プラスチック、結晶、半導体又はセラミックといった多くの支持体上に付着することができる。接着層３１Ｂの接着力は、特徴付け装置１０、１１０、２１０による試料１１の特徴付けの全工程の間、局所化ターゲット３１が試料１１から剥がれないようなものとする。

第３の層３１Ｃは、可視領域の光を光学的に遮蔽する不透明層である。この遮蔽層３１Ｃは、光を吸収すること又は反射することのいずれかによって、光が局所化ターゲット３１を通過することを防止する。

第４の層３１Ｄは、パターンを含む層であり、何らかの情報を局所化ターゲット３１内にコード化することを可能にする光学的コントラストを有する層である。この光学的コントラスト層３１Ｄ内のパターンの配置は、後述する。

第５の、最後の層３１Ｅは、光学的コントラスト層３１Ｄの保護層である。これは、局所化ターゲット３１を試料１１の下面１１Ｂに貼付している間、第４の層３１Ｄを保護することを可能にする。この第５の層３１Ｅは、第４の層３１Ｄが光学的コントラストを有する波長範囲において光学的に透明であり、そのことにより、光学的コントラスト層３１Ｄは最後の層３１Ｅを通して観察したときに可視である。
第５の層３１Ｅは、ここでは可視領域の光に対して光学的に透明であるものとする。

変形例として、局所化ターゲットは、機械的技法又はフォトリソグラフィ技法によって試料の上又は中に食刻することができる。
別の変形例として、局所化ターゲットは、インキング又はセリグラフィで試料上に印刷することができる。
変形例として、局所化ターゲットは、ガラス製の顕微鏡スライドであり、その上にフォトリソグラフィでパターンが作られ、試料はスライド上に貼り付けられ及び／又は付着される。

図４には、試料１１の下面１１Ｂ並びにその上に付着した局所化ターゲット３１を表した試料１１の模式的な底面図を示す。局所化ターゲット３１は、試料１１の下面１１Ｂの主要部を覆って広がっている。
有利には、局所化ターゲット３１は、測定器１０、１１０、２１０によって特徴付けされることが意図された試料１１の測定領域を構成する注目領域１１Ｃよりも広い局所化領域を空間的に覆って広がる。
変形例として、局所化ターゲットは、例えば、試料の下面全体を覆って広がることができる。

本発明の全ての実施形態において、局所化ターゲット３１は、マイクロ又はナノ構造パターンを有するマイクロ又はナノスケールでの横方向パターン付けを含む。これらのパターンは、上述の光学的コントラスト層３１Ｄのパターンに対応する。
従って、局所化ターゲット３１は、ここでは、局所化ターゲット３１の平面内に規則的な二次元ペーブメントを形成する複数の基本セル３１０で形成される。従って、基本セル３１０は、ここでは図４において互いに直交する軸Ｘ_ｍｉｒｅ及びＹ_ｍｉｒｅによって表される２つの直交する方向１１Ｘ、１１Ｙに沿って周期的に分布する。
さらに、局所化ターゲット３１の左上隅に配置された点３１Ｒ（図４参照）を考える。この点３１Ｒは、局所化ターゲット３１の固定基準点を構成し、これは試料１１と一体になっている。この基準点３１Ｒは、従って、試料１１にリンクした点でもある。
従って、基準点３１Ｒ、軸１１Ｘ及び１１Ｙが一緒になって、試料１１にリンクした座標系３１Ｒ、１１Ｘ、１１Ｙを形成し、この試料１１の任意の点をこの座標系に対して絶対的に位置決定することが可能である。

図５には、局所化ターゲット３１の４つの基本セル３１０１、３１０２、３１０３、３１０４の詳細図を示し、これら４つの基本セル３１０１、３１０２、３１０３、３１０４は、図４において黒い正方形３１００で示したものである。各基本セル３１０１、３１０２、３１０３、３１０４は、ここでは一辺が約２００μｍの正方形である。
好ましくは、各基本セル３１０１、３１０２、３１０３、３１０４は、軸１１Ｘ、１１Ｙに沿って４０μｍと１ｍｍとの間に含まれる寸法を有する。

各基本セル３１０１、３１０２、３１０３、３１０４は、異なるマイクロ構造パターンを含み、それらの機能を以下、詳述する。
その目的で、図６において、図５の正方形３１００の左上隅に位置するセルである基本セル３１０１を考える。
この基本セル３１０１は、４つの互いに異なるサブセル３１０１Ａ（基本セル３１０１の左上隅にあるサブセル）、３１０１Ｂ（右上隅）、３１０１Ｃ（左下隅）、及び３１０１Ｄ（右下隅）に分割することができる。各サブセル３１０１Ａ、３１０１Ｂ、３１０１Ｃ、３１０１Ｄは、ここでは一辺が約１００μｍの正方形である。

サブセル３１０１Ａ（図６）
基本セル３１０１のサブセル３１０１Ａを最初に考える。このサブセル３１０１Ａは、それ自体を図７に示すように５×５＝２５個のサブ・サブセルに細分することができる。
サブセル３１０１Ａの左上隅に位置する４つのサブ・サブセルは、配向パターン３１０１Ａ１を含む。配向パターン３１０１Ａ１は、ここでは、直角定規状を有し、この直角定規の各部分は、サブセル３１０１Ａのサブ・サブセルのサイズに等しい長さを有する。
配向パターン３１０１Ａ１の形は、局所化ターゲット３１の平面に平行な平面内での回転無しで不変であるという幾何学的性質を配向パターンに与える。

配向パターン３１０１Ａ１は、該配向パターン３１０１Ａ１を形成する直角定規の各々の部分の方向に配向する２つの直交軸３１０１Ｘ及び３１０１Ｙを定めるように、最初の４つのサブ・サブセル内に配置される。従って、配向パターン３１０１Ａ１は、基本セル３１０１に関連した直交座標系を定義する。
図７の場合、直交軸３１０１Ｘ及び３１０１Ｙは、各々、基本セル３１０１の一辺に対して平行であるので、２つの直交軸３１０１Ｘ及び３１０１Ｙは、それぞれ、２つの直交軸Ｘ_ｍｉｒｅ及びＹ_ｍｉｒｅに平行である。
従って、配向パターン３１０１Ａ１は、試料１１にリンクした座標系３１Ａ、１１Ｘ、１１Ｙにおける基本セル３１０１の配向を示す。

変形例として、配向パターンは、任意の様式で基本セルの内側に配置することができ、配向パターンによって定められる基準軸が、その配向パターンが属する基本セルの辺に平行にならないようにすることができる。

さらに図４及び図５において、各基本セル３１０、３１０１、３１０２、３１０３、３１０４は、配向パターンがその中に位置する基本セル３１０、３１０１、３１０２、３１０３、３１０４内に同じ様に配置され配向した、同じ形及び同じサイズの同一の配向パターンを含むことが観察される。

従って、基本セル３１０、３１０１、３１０２、３１０３、３１０４の配向パターンによって定義された直交座標系は全て、局所化ターゲット３１に対して同じ様に配向している。特にここでは、基本セル３１０、３１０１の軸３１０１Ｘ及び３１０１Ｙは、それぞれ、局所化ターゲット３１の軸１１Ｘ及び１１Ｙ（図４参照）に平行であることに留意されたい。

サブセル３１０１Ａのその他の２１個のサブ・サブセルについては、そのコード化原理を以下で説明する、位置決めパターン３１０１Ａ２をコード化する。
サブセル３１０１Ａのその他の２１個のサブ・サブセルは、１から２１まで番号付けされ、その番号付けは、上から下、及び左から右に行われる（図７参照）。
図８から分かるように、各サブ・サブセルは、白（サブ・サブセル＃１から３、５から８、１０、１２から１７、及び１９の場合）、又は黒（サブセル＃４、９、１１、１８、２０及び２１の場合）のいずれかとすることができる。それゆえ、これらは、位置決めパターン３１０１Ａ２を形成する。
位置決めパターン３１０１Ａ２は、試料１１にリンクした座標系３１Ａ、１１Ｘ、１１Ｙにおける基本セル３１０１の位置を示す。

この目的で、サブ・サブセルの各々に対して、以下の規則に従って二進数字（又は「ビット」）が割り当てられる。
−サブ・サブセルが黒の場合、そのサブ・サブセルに割り当てられたビット値は０に等しい。
−サブ・サブセルが白の場合、そのサブ・サブセルに割り当てられたビット値は１に等しい。

従って、１から２０まで番号付けされた２０個のサブ・サブセルにより、２つの二進数を以下のように形成することができる。
−１（最下位ビット）から１０（最上位ビット）までの番号のサブ・サブセルのビットで形成された第１の二進数、及び
−１１（最下位ビット）から２０（最上位ビット）までの番号のサブ・サブセルのビットで形成された第２の二進数。

第１の二進数は、軸１１Ｘに沿った基本セル３１０１の位置をコード化し、第２の二進数は、軸１１Ｙに沿った基本セル３１０１の位置をコード化する。

２１番目のサブ・サブセル（図７の番号２１）のビットは、可能性のあるデコードの誤りを訂正するために用いられる。これは、最初の２０ビット（サブ・サブセル＃１から２０）の和に対応し、すなわち、この和が奇数であれば「１」に等しく、この和が偶数であれば「０」に等しい。

図８に示すように、基本セル３１０１の位置決めパターン３１０１Ａ２は、
−第１の二進数が０１００００１０００、
−第２の二進数が１０１００００００１、及び
−２１番目のビットが１に等しい（最初の２０ビットの和が５に等しく、奇数である）
ようになっている。

図５において、位置決めパターン３１０１Ａ２は、基本セル３１０１、３１０２、３１０３及び３１０４の各々について異なっていることに注目することができ、いずれの場合も、試料１１にリンクした座標系３１Ｒ、１１Ｘ、１１Ｙにおける基本セル３１０１、３１０２、３１０３及び３１０４の異なる位置をコード化するようになっている。

サブセル３１０１Ｂ及び３１０１Ｃ（図６）
図８において、基本セル３１０１は、サブセル３１０１Ｂ及び３１０１Ｃの各々の中に周期的パターンを含むことが観察される。これらのサブセルは、実際には、白色の正方形３１０１Ｂ１、３１０１Ｃ１と黒色の正方形３１０１Ｂ２、３１０１Ｃ２とを有するチェッカー盤で形成される。各チェッカー盤は、１０行（又は１０列）の白と黒が交互の１０個の正方形、すなわち全部で１００個の正方形を含む。チェッカー盤の各正方形は、ここでは一辺約１０μｍである。
好ましくは、チェッカー盤の正方形は、２μｍと５０μｍとの間に含まれる寸法を有するものとすることができる。

図４及び図５から分かるように、各基本セル３１０、３１０、３１０２、３１０３、３１０４は、サブセル３１０１Ｂ及び３１０１Ｃと同様に形成された、すなわち白色正方形及び黒色正方形のチェッカー盤を有する、２つのサブセルを含む。
以下、これらの周期的パターンが、試料１１に対するターゲット画像化システム３２０の位置決めの精度をどのようにして向上させるかを示す。

サブセル３１０１Ｄ（図６）
サブセル３１０１Ｄは、図７に示すように２５個のサブ・サブセルに細分することができる。これらのサブ・サブセルは、１から２５まで番号付けされ、その番号付けは、上から下、及び左から右に行われる。
サブセル３１０１Ａのように、及び図８から分かるように、各サブ・サブセルは、白（サブセル＃１及び２、５及び６、１２から２０、２２、２３及び２５の場合）又は黒（サブセル＃３及び４、７から１１、２１及び２４の場合）のいずれかとすることができる。
従って、サブセル３１０１Ｄの最初の２４個のサブ・サブセルは、図８に示す識別パターン３１０１Ｄ１を形成する。
基本セル３１０１の識別パターン３１０１Ｄ１は、試料１１及び局所化ターゲット３１に関する情報をコード化する。
実際には、サブセル３１０１Ａの場合と同様に、サブセル３１０１Ｄのこれらのサブ・サブセルの各々に関連付けられたビットの値から、１つ又は幾つかの二進数が形成される。サブ・サブセルが黒であればビット値は０に等しく、サブ・サブセルが白であればビット値は１に等しいことを思い出して欲しい。

本発明の実施形態において、１から２４まで番号付けされた最初の２４個のサブ・サブセルは、以下のように２つの二進数を形成する。
−１（最下位ビット）から１２（最上位ビット）までの番号のサブ・サブセルの１２ビットで形成された第１の二進数、及び
−１３（最下位ビット）から２４（最上位ビット）までの番号のサブ・サブセルの１２ビットで形成された第２の二進数。

第１の二進数は、ここでは、試料１１のレファレンスをコードし、第２の二進数は、サブセル３１０１Ｂ及び３１０１Ｃのチェッカー盤の正方形のサイズをコードする。
２５番目のサブ・サブセル（図７の番号２５）のビットは、やはり、可能性のあるデコードの誤りを訂正するために用いられる。これは、最初の２４ビット（サブ・サブセル＃１から２４）の和に対応し、すなわち、この和が奇数であれば「１」に等しく、この和が偶数であれば「０」に等しい。

図８に示すように、基本セル３１０１の識別パターン３１０１Ｄ１は、
−第１の二進数が１０００００１１００１１、
−第２の二進数が０１１０１１１１１１１１、及び
−２５番目のビットが１に等しい（最初の２４ビットの和が１５に等しく、奇数である）
ようになっている。

好ましくは、本発明の３つの実施形態に関して、識別パターン３１０１Ｄ１は、局所化ターゲット３１の基本セル３１０の各々に対して同一である。従って、図５において、識別パターン３１０１Ｄ１は、例えば、基本セル３１０１、３１０２、３１０３、及び３１０４の各々について同じであることが観察され、いずれの場合も、試料１１に関する及び局所化ターゲット３１に関する同じ情報、ここでは試料１１のレファレンス、及びサブセルＢ又はＣのチェッカー盤の正方形のサイズをコード化するようになっている。

変形例として、識別パターンは、例えば局所化ターゲットのレファレンス、基本セルのスケール、局所化ターゲットの局所化の情報を正しく解釈することを可能にするコードを、コード化することができる。次いで、関連付けられたサブセルの最初の２４個のサブ・サブセルを用いて、必要なだけ多くの二進数を形成する
別の変形例として、識別パターンは、例えば、局所化ターゲットの各々の基本セルごとに異なるものとすることができる。

特徴付け装置１０、１１０、２１０の位置決めシステム３０はまた、ここでは試料１１の下面１１Ｂの側に配置されたターゲット画像化システム３２０及び画像解析手段３３を含む、画像取得及び解析手段も含む。このように配置されることで、ターゲット画像化システム３２０は、局所化ターゲット３１に面して、局所化ターゲット３１の部分画像を撮像することができるようになっている。

図９に、本発明の３つの実施形態において用いられるターゲット画像化システム３２０を示す。このターゲット画像化システム３２０は、まず、局所化ターゲット３１を照明することが可能な照明手段３２１を含む。これらの照明手段３２１は、ここでは、
−光軸に沿って可視光又は近赤外光を発するエレクトロルミネセンスダイオード、
−照明手段３２１から来た光を局所化ターゲット３１に向けて伝達するスプリッティングキューブ（ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｃｕｂｅ）３２５、及び
−照明手段３２１から来た光を局所化ターゲット３１に向けてコリメートして、該局所化ターゲットを照明することを可能にする、第１群の光学レンズ３２３、
を含む。

変形例として、特徴付け装置の測定器が光源を含む場合、照明手段は、例えばこれらの同じ光源を用いることができる。従って、有利には、測定器が光学顕微鏡の場合、照明手段は、白色電球、又はレーザを含むことができる。

照明手段３２１、スプリッティングキューブ３２５、及び第１群のレンズ３２３は、ここでは光軸３２６が局所化ターゲット３１に対して垂直になるように配置される。
入射光（光軸３２６に平行な光線）は、次いで局所化ターゲット３１によって反射、散乱又は回折され、有利には、局所化ターゲット３１の部分画像を形成するために用いることができる。

その目的で、ターゲット画像化システム３２０はまた、
−スプリッティングキューブ３２５で反射された光を屈折させる第２群の光学レンズ３２４、及び
−第２の二重レンズ系３２４で屈折された光を集光する光学画像化システム３２２
も含む。

光学画像化システム３２２は、ここでは、単色検出器の平面アレイ３２２Ａを有するＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）型のデジタルカメラを含む。
図１０は、検出器平面アレイ３２２Ａの詳細図を示す。平面アレイは、検出器アレイ３２２Ａの行及び列に沿った２方向に周期６μｍで６４０×４８０ピクセル３２２Ｂの矩形アレイを含む。
検出器アレイ３２２Ａの６４０×４８０ピクセル３２２Ｂは、規則的に配置され、２つの直交軸Ｘ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｘ及びＹ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｙを以下のように定めることができる（図１０参照）。
−Ｘ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｘは、検出器アレイ３２２Ａのピクセルの行に平行になるように配向され、
−Ｙ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｙは、検出器アレイ３２２Ａのピクセルの列に平行になるように配向される。

次いで検出器アレイ３２２Ａの画像座標系を、検出器アレイ３２２Ａの第１番目の行の第１番目の列に位置する第１のピクセル３２２Ｄをこの画像座標系の原点とし、２つの直交軸Ｘ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｘ及びＹ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｙをこの画像座標系の直交する基線として考えることにより定義することができる。以後、局所化ターゲット３１に対する光学画像化システム３２２の配向は、直交軸Ｘ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｘ及びＹ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｙによって定めることができることが分かる。

検出器アレイ３２２Ａは、最後に、その中心に位置する画像中心３２２Ｃを備える（図１０参照）。以後、局所化ターゲット３１に対する光学画像化システム３２２の位置は、この画像中心３２２Ｃにより定めることができる。

ターゲット画像化システム３２０の光学画像化システム３２２は、局所化ターゲット３１の少なくとも１つの部分画像３１Ｐを取得し、この画像３１Ｐは、検出器アレイ３２２Ａの平面内に形成される。

光学画像化システム３２２の被写体視野は、ここでは局所化ターゲット３１の全てをカバーしておらず、光学画像化システム３２２によって画像化される局所化ターゲット３１の部分（図１１参照）は、検出器アレイ３２２Ａを示す黒色矩形によって区切られた部分である。

図１１において、一方で、検出器アレイ３２２Ａの画像中心３２２Ｃは局所化ターゲット３１の中心に位置しておらず、他方で、直交軸Ｘ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｘ及びＹ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｙのどちらも、局所化ターゲット３１の直交軸Ｘ_ｍｉｒｅ１１Ｘ又はＹ_ｍｉｒｅ１１Ｙのどちらに対しても平行になるように配向されていないことが分かる。

実際、局所化ターゲット３１に対する光学画像化システム３２２の配置に関して、局所化ターゲットを適切に照明すること以外はいかなる特別な対策も講じられていないので、光学画像化システム３２２は、局所化ターゲット３１に対して任意の位置及び配向を有する。

局所化ターゲット３１に対する光学画像化システム３２２の位置及び配向を決定するために、位置決めシステム３０は、光学画像化システム３２２で取得された局所化ターゲット３１の部分画像３１Ｐを解析する画像解析手段３３をさらに含む。

以下、画像解析手段３３が、取得した画像３１Ｐ、並びに局所化ターゲット３１の基本セル３１０内にコード化された特定の情報を利用して、どのようにしてこの決定を行うかを説明する。

局所化ターゲットに対する光学画像化システムの位置及び配向の決定
図１２は、光学画像化システム３２２で取得された局所化ターゲット３１の部分画像３１Ｐを示す。この局所化ターゲット３１の部分画像３１Ｐは、局所化ターゲット３１の幾つかの基本セル３１０の画像３１０Ｐを含む。

特に、光学画像化システム３２２は、ここでは、局所化ターゲット３１の部分画像３１Ｐが、
−位置決めパターン及び配向パターンの画像、
−サブセルを形成する周期的パターンの画像、及び
−識別パターンの画像
を含むように配置されることが有利である。

局所化ターゲット３１の部分画像３１Ｐは、位置決めシステム３０の画像解析手段３３によって解析される。従来の形状認識技術によって、画像解析手段３３は、画像３１Ｐ内の全ての配向パターンを識別し、２つの軸Ｘ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｘ及びＹ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｙに対するそれらの各々の共通配向を決定する。

これは、図１２内の黒い円で定められた領域内の局所化ターゲット３１の部分画像３１Ｐの拡大図を表した図１３により理解することができる。図１３には、光学画像化システム３２２の検出器アレイ３２２Ａに付属した２つの直交軸Ｘ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｘ及びＹ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｙも示されている。

配向パターンの識別に基づいて、画像解析手段３３は、局所化ターゲット３１が図１３に示すように２つの他の直交軸Ｘ_ｍｉｒｅ１１Ｘ又はＹ_ｍｉｒｅ１１Ｙに従って配向していることを決定する。
従って、画像解析手段３３は、
−光学画像化システム３２２が、２つの直交軸Ｘ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｘ及びＹ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｙに従って配向していること、及び
−局所化ターゲット３１が、２つの直交軸Ｘ_ｍｉｒｅ１１Ｘ又はＹ_ｍｉｒｅ１１Ｙに従って配向していること
を決定する。
従って、比較により、画像解析手段３３は、局所化ターゲット３１に対する光学画像化システム３２２の配向を決定する。

図１３に示す場合、この相対配向は、例えば、軸Ｘ_{ｉｍａｇｅ}３２２Ｘと軸Ｘ_ｍｉｒｅ１１Ｘとの間に配向した角度の測定によって、単純な方法で定量することができる。

同様に、画像解析手段３３は、局所化ターゲット３１に対する光学画像化システム３２２の位置を決定する。その目的で、画像解析手段３３は、局所化ターゲット３１の部分画像３１Ｐの解析により、画像中心３２２Ｃの位置を決定する。
画像解析手段３３は、特に、画像中心３２２Ｃを含む中心基本セル３１０Ｃを識別する。画像解析手段３３は次に、中心基本セル３１０Ｃの位置決めパターンをデコードして、局所化ターゲット３１に対する画像中心３２２の第１の位置決めを決定する。

画像解析手段３３はまた、形状認識によって、中心基本セル３１０Ｃの位置決めパターンを識別し、そこから、軸１１Ｘに沿った中心基本セル３１０Ｃの位置をコードする第１の２進数の値、及び、軸１１Ｙに沿った中心基本セル３１０Ｃの位置をコードする第２の２進数の値を推定する。

画像解析手段３３は次に、局所化ターゲット３１に対する画像中心３２２の第２の位置決めを決定する。この第２の、より正確な位置決めは、中心基本セル３１０Ｃの周期的なチェッカー盤パターンを含むサブセルによって行われる。

実際には、従来の画像処理技術によって、画像解析手段３３は、これらのサブセルのサブピクセル位置決めを可能にする。すなわち、これらのサブセルの各々の位置は、ピクセルの３／１００より高精度で決定される。その目的で、ターゲット画像化システム３２０の倍率は、チェッカー盤の各正方形が約６乃至１２個のピクセルに等しい表面を覆うように選択される。

従って、サブセルの周期的パターンは、局所化ターゲット３１に対する画像中心３２２Ｃの位置決めの精度を高めることを可能にする。
この方法で、これらの周期的パターンは、試料１１に対する光学画像化システム３２２の位置決めの精度を高めることを可能にする。

要約すると、画像解析手段３３は、局所化ターゲット３１の部分画像３１Ｐから、
−画像３１Ｐ内に存在する異なる基本セル３１０の配向パターンの識別により、局所化ターゲット３１に対する光学画像化システム３２２の配向を決定し、
−中心基本セル３１０Ｃの位置決めパターンの読み取り、及び、中心基本セル３１０Ｃの周期的パターンを含むサブセルのサブピクセル位置決めにより、局所化ターゲット３１に対する光学画像化システム３２２の位置を決定する。

以下で説明する特徴付け装置の様々な実施形態は全て、上述のような局所化ターゲット３１並びに画像取得及び解析手段を含む位置決めシステムを含む。

第１の実施形態
図２に示す第１の実施形態において、特徴付け装置１０は、デジタル光学顕微鏡２０である測定器を含む。
本発明によれば、測定器２０及び光学画像化システム３２２は、互いに一体である。このことは、それらの間に機械的カップリングが存在することを意味し、すなわち、試料１１に平行な平面内での測定器２０のいかなる変位も、試料１１に対する光学画像化システム３２２の同一の変位を引き起こすことを意味する。
これは、図２において、光学顕微鏡２０と位置決めシステム３０のターゲット画像化システム３２０との間の実線１２で示される。

有利には、光学画像化システム３２２は、ここでは光学顕微鏡２０の集光器の場所に配置される。

デジタル光学顕微鏡２０は、
−試料１１の注目領域１１Ｃの部分の画像化を可能にする、Ｘ１０倍率レンズ２１、及び
−注目領域１１Ｃの部分の画像を取得することを可能にするデジタルカメラ２２
をさらに含む。

ここで、測定器２０は、注目領域１１Ｃ上で試料１１の光学的コントラストを決定するものと考える。単一測定の間に、局所測定点の周りを実質的に中心とする拡張された領域上で試料１１の光学的コントラストが測定される。この局所測定点は、ここではデジタル光学顕微鏡２０によって取得される画像３１Ｐの画像中心３２２Ｃである。

測定器２０はまた、デジタルカメラ２２で取得した試料１１の注目領域１１Ｃの部分の全デジタル画像上の光学的コントラストを決定することを可能にする画像処理手段２３も含む。画像処理手段２３は、特に、試料１１の局所測定点における光学的コントラストを決定する。

従って、特徴付け装置１０は、
−試料１１の局所測定点における試料１１の光学的コントラストを決定する測定器２０、及び
−局所化ターゲット３１に対する、従ってそれと一体の試料１１に対する、光学画像化システム３２２の位置及び配向を決定することを可能にする位置決めシステム３０
を含む。

さらに、光学画像化システム３２２に対する測定器２０の相対位置を決定するために、特徴付け装置１０の位置決めシステム３０は、較正手段も含む。
これらの較正手段は、第１に、光学顕微鏡で従来用いられているような薄いガラススライド３４を含む。このガラススライド３４は、サブミクロンの食刻分解能を可能にするフォトリソグラフィの従来技術によってガラススライド３４の上面に食刻された較正ターゲット３４Ａを含む。
較正ターゲット３４Ａは、試料１１上に固定された局所化ターゲット３１と類似した構造を有することが有利である。較正ターゲット３４Ａは半透明であることが好ましく、例えば、黒く見えるパターンは、少なくとも部分的に透明な背景上で、不透明である。

変形例として、較正ターゲットは、例えば、図１４に示すようなマルチスケール・マルチモード・タグを含む。これは、自己相似構造であり、回転対称性を有さず、幾つもの機器技術で観察可能である。このような較正ターゲットは、ガラススライド上への金属蒸着によって作製することができ、これは、一方で、様々な倍率の光学顕微鏡及び電子顕微鏡によって観察するのに十分なコントラストを与え、他方で、原子間力顕微鏡によって観察可能なトポグラフィ構造を与える。このタグの位置は、正確に知ることができるが、その理由は、該タグが位置パターンに属するものであって位置パターンと同時に製造されたものであり、この場合には、該タグは、例えば既知の基本セルの識別パターンを置き換えるからであり、又は、該タグが較正ターゲットを含む支持体上に後で蒸着されたものであり、その位置は、既に較正された測定器、例えば低倍率デジタル光学顕微鏡によって測定されるからである。

較正ステップの際には、ガラススライド３４を試料１１と同様のやり方で特徴付け装置１０の中に配置する。この状況を図１５に示す。
従って、ガラススライド３４は特徴付け装置１０内に置かれ、較正ターゲット３４Ａは、両側から同時に観察することができ、上方からはデジタル光学顕微鏡２０で、下方からはターゲット画像化システム３２０で画像化することができる。
一方の側から、位置決めシステム３０の画像解析手段３３が、局所化ターゲット３１の場合と同じ方法で、較正ターゲット３４Ａに対する、すなわち較正ターゲット３４Ａにリンクした座標系における、光学画像化システム３２２の位置及び配向を決定する。
他方の側から、測定器２０の画像処理手段２３が、やはり同じ方法で、較正ターゲット３４Ａに対する、すなわち較正ターゲット３４Ａにリンクした同じ座標系における、測定器２０の位置及び配向を決定する。

変形例として、マルチスケール・マルチモード・タグを用いる場合、測定器でこれを観測することが望ましい。次いで従来の画像処理技術がその正確な位置及び配向を決定することを可能にする。

較正手段はまた、データ処理手段３５を含み、これに対して
−画像解析手段３３によって、較正ターゲット３４Ａにリンクした座標系における光学画像化システム３２２の位置及び配向が送信され、及び
−画像処理手段２３によって、較正ターゲット３４Ａにリンクした座標系における測定器２０の位置及び配向が送信される。

次いでデータ処理手段３５は、光学画像化システム３２２に対する測定器２０の相対位置を決定する。この相対位置は、光学画像化システム３２２にリンクした座標系における、測定器２０で観測した較正ターゲット３４Ａの局所測定点と、光学画像化システム３２２の画像中心３２２Ｃとの間のベクトルのシフトに対応する。

データ処理手段３５は、この相対位置を記録することを可能にするデータ記憶手段を含んでいるので、この相対位置を後で特徴付け装置１０が利用することができる。

特徴付け装置１０の第１の実施形態の動作をより良く理解するために、試料を構成するシリコンウェファ１１を特徴付けることを可能にする本発明の特徴付け方法をここで説明する。

特徴付け方法
ａ）較正
オペレータは、較正ターゲット３４を特徴付け装置１０内に配置し、これをその両面から、片側からは光学顕微鏡２０で、もう一方の側からは光学画像化システム３２２で観察できるようにする。
光学顕微鏡２０は、較正ターゲット３４の第１の部分画像を取得し、これを画像処理手段２３が処理して、較正ターゲット３４Ａに対する光学顕微鏡２０の位置及び配向を決定する。
光学画像化システム３２２は、較正ターゲット３４の第２の部分画像を取得し、これを画像解析手段３３が解析して、較正ターゲット３４Ａに対する光学画像化システム３２２の位置及び配向を決定する。
次いでデータ処理手段３５が、光学画像化システム３２２に対する光学顕微鏡２０の相対位置を決定する。

ｂ）試料のセッティング
オペレータは、特徴付けされるシリコンウェファ１１を入手し、シリコンウェファ１１の下面１１Ｂに局所化ターゲット３１を接着によって固定する。従って、局所化ターゲット３１は試料１１と一体にされる。局所化ターゲット３１は、図４に示すタイプのものである。これらのパターンによって、この局所化ターゲット３１は、試料１１にリンクした座標系を定義する。
次に、オペレータは、シリコンウェファ１１を測定のために特徴付け装置１０内に配置する。光学顕微鏡２０は、注目領域１１Ｃの部分画像を取得し、この画像は局所測定点を中心とする。この注目領域１１Ｃの部分画像を画像処理手段２３で処理し、これは次に、局所測定点における試料１１の光学的コントラストの値を決定する。

ｃ）局所化ターゲットの画像の取得
ターゲット画像化システム３２０は、照明手段３２１により局所化ターゲット３１を照明し、光学画像化システム３２２は、局所化ターゲット３１の少なくとも１つの部分画像を取得する。

ｄ）取得画像の解析
先に光学画像化システム３２２が取得した画像を画像解析手段３３によって解析し、これは次に、局所化ターゲット３１に対する光学画像化システム３２２の位置及び配向を決定する。

ｅ）測定点の位置の決定
画像解析手段３３は、局所化ターゲット３１に対する、すなわちシリコンウェファ１１にリンクした座標系における、光学画像化システム３２２の位置及び配向をデータ処理手段３５に送信する。
特徴付け装置１０は、画像解析結果及び較正結果を処理するための手段１３をさらに含み、該手段に対して、一方で、画像処理手段２３により、局所測定点における光学的コントラストの測定結果が送信され、他方で、データ処理手段３５により、光学画像化システム３２２に対する光学顕微鏡２０の相対位置が送信される。
次いで画像解析結果及び較正結果を処理するための手段１３は、そこから、試料１１にリンクした座標系における局所測定点の絶対位置を推定する。

従って、特徴付け装置１０のオペレータは、特徴付け手順の終了時には、
−局所測定点における試料１１の光学的コントラストの値、及び
−試料１１にリンクした座標系における局所測定点の絶対位置
を知ることになる。

第２の実施形態
図１６に、本発明による特徴付け装置１１０の第２の実施形態を示す。
第２の実施形態において、特徴付け装置１１０は、回転プレート１２４と、回転プレート１２４に固定された第１のＸ１０倍率レンズ１２１Ａと、デジタルカメラ１２２と、画像処理手段１２３とを含む第１の測定器１２０Ａ（図１６の点線参照）を含む。
特徴付け装置１１０はまた、第２の測定器１２０Ｂ（図１６の点線参照）も含む。この第２の測定器１２０Ｂは、第１の測定器１２０Ａと、回転プレート１２４、デジタルカメラ１２２及び画像処理手段１２３を共有する。
第２の測定器１２０Ｂはさらに、回転プレート１２４に固定された第２のＸ５０倍率レンズ１２１Ｂを含む。
回転プレート１２４は、その平面内で回転することができ、特徴付け装置１１０を用いるオペレータが測定の際にどちらの対物レンズを使用するかを選択することを可能にする。

この第２の実施形態では、特徴付け装置１１０は、第１の実施形態のものと同一の位置決めシステム３０を含み、同じ様に、試料１１と一体の局所化ターゲット３１に対する光学画像化システム３２２の位置を決定するように動作する。

例えば試料１１の同じ局所測定点に位置付けられた測定を行うために、試料１１をそれぞれ２つのレンズ１２１Ａ、１２１Ｂを装備した第１及び第２の測定器１２０Ａ、１２０Ｂによって研究することを望むオペレータは、上記で第１の実施形態に関して説明した特徴付け方法を２回実施することになる。
有利には、オペレータは、２つのレンズ１２１Ａ、１２１Ｂによる連続的な測定を行う前に、２つのレンズ１２１Ａ及び１２１Ｂの較正ステップを逐次行うことができる。

２つのレンズ１２１Ａ、１２１Ｂの間の光学軸が数１０マイクロメートル、シフトしている場合、同じ較正手順を行うことはもはやできず、そのため測定器１２０Ａ、１２０Ｂのデジタルカメラ１２２の視野は、狭くなり過ぎる。
較正は、同じ較正試料を（図１５のガラススライドをその較正ターゲットと共に）用いて、配向パターンが見える状態で較正ターゲットの画像がデジタルカメラの視野内に入るように注意して行うことができる。光学顕微鏡のデジタルカメラから来る画像を取得し記録することによって、配向パターンが（手動で又は自動的に）探索され、画像中心に対するその相対位置、並びにその配向が決定される。未だ、第１の較正の際にその絶対位置が決定された較正ターゲットの同じ領域内にあるという仮説を立てることにより、高倍率の光学顕微鏡の視野の絶対位置及び配向に戻ることが可能である。

変形例として、マルチスケール・マルチモード・タグ（図１４参照）を用いることができる。この場合、光学顕微鏡の異なるレンズ間の小さいシフトを想定する必要はない。

従って、ターゲット画像化システムは、その観測中心、すなわち光学画像化システムの画像中心が、測定器の又はその観測視野の中心の測定点と一致するか又は十分に近くなるように配置することが有利であり得る。

第３の実施形態
図１７に、本発明による特徴付け装置２１０の第３の実施形態を示す。
この第３の実施形態において、特徴付け装置２１０は、２つの測定器、すなわちデジタル光学顕微鏡２０及び原子間力顕微鏡２２０（以後、ＡＦＭと呼ぶ）を含む。
デジタル光学顕微鏡２０は、第１の実施形態（図２参照）で用いられるものと同一であり、レンズ２１、デジタルカメラ２２、及びデジタルカメラ２２で取得した画像を処理する画像処理手段２３を含む。
ＡＦＭ２２０は、先端部２２１、増幅器２２２、及び増幅器２２２から出た信号を処理する信号処理手段２２３を含む。ＡＦＭはまた、ＡＦＭ２２０の先端部２２１で探索される領域の画像を取得することを可能にする可視化装置２２４も含む。可視化装置２２４はここでは、低倍率下で試料１１の画像を提供するビデオカメラを含む。

この第３の実施形態において、特徴付け装置２１０の位置決めシステム２３０は、
−第１の光学画像化システム（図示せず）を含み、第１の画像解析手段３３に関連付けられた第１のターゲット画像化システム３２０、及び
−第２の光学画像化システム（図示せず）を含み、第２の画像解析手段２３３に関連付けられた第２のターゲット画像化システム２３２０
を含む。

図１７には図式化されていないが、この第３の実施形態において、一方で、第１の光学画像化システムはデジタル光学顕微鏡２０と一体であり、他方で、第２の光学画像化システムはＡＦＭ２２０と一体である。

第１及び第２のターゲット画像化システム３２０、２３２０は、それぞれ第１及び第２の画像解析手段３３、２３３に関連付けられており、２つの前記実施形態の場合と同様の方式で動作する。
特に、較正ステップ又は測定ステップの間に、これらは、観測しているターゲット（較正の際には較正ターゲット、測定の際には局所化ターゲット）に対する第１及び第２の光学画像化システムの位置及び配向を決定し、データ処理手段３５に送信する。

この第３の実施形態では、位置決めシステム３０の較正手順は、２つのターゲット画像化システム３２０、２３２０の各々で別々に行われ、一方で、第１の光学画像化システムに対する第１の測定器２０の相対位置、他方で、第２の光学画像化システムに対する第２の測定器２２０の相対位置が決定される。
特に、先端部２２１の較正は、高倍率光学レンズの較正と同じ様に行われる（第２の実施形態参照）。較正ターゲットが設けられたガラススライドのような較正試料の表面のＡＦＭトポグラフィ測定を行い、配向パターンの位置及び配向を見いだす。
原子間力顕微鏡の場合、デジタル光学顕微鏡の場合と同じ様に進めることによって、可視化装置２２４の較正に進むことができる。
代替的な実施形態において、原子間力顕微鏡のための較正手段と光学顕微鏡のための較正手段は異なるものとすることができる。
ひとたび測定器２０、２２０の各々の較正が終了したら、特徴付け装置２１０は試料１１の測定に進むことができる。

この第３の実施形態により、シリコンウェハ１１を２つの非常に異なる測定器で研究することが可能である。特に、この試料１１を同じ局所測定点において２つの異なる技術で特徴付けすることが可能である。

要約すると、特徴付け装置は全て、研究される試料と一体の局所化ターゲットを恒久的に観測する光学画像化システムを装備する。局所化ターゲットの画像を解釈することにより、位置決めシステムは、試料それ自体の座標系における観測場所の絶対位置を推定することを可能にする。位置決めシステムは、試料が１つの測定器からもう１つの別の測定器に移されるとき、又は連続的な観測が同じ測定器を用いるが別の時点で行われるときに、観測点を再現することを可能にする。

本発明の利点は、ナノメートルスケールでの測定を、多様な測定器について共局在化可能にすることである。

１、１０、１１０、２１０：特徴付け装置
２、２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、２２０：測定器
３、３０、２３０：位置決めシステム
１１：試料
１１Ａ：試料の第１の面
１１Ｂ：試料の第２の面
１３：結果処理手段
２１、１２１Ａ、１２１Ｂ：レンズ
２２：デジタルカメラ
２３、１２３、２２３：画像処理手段
３１：局所化ターゲット
３１Ｐ：局所化ターゲットの部分画像
３３、２３３：画像解析手段
３４：ガラススライド
３４Ａ：較正ターゲット
３５：データ処理手段
１２４：回転プレート
２２１：先端部
２２２：増幅器
２２４：可視化装置
３１０、３１０１、３１０２、３１０３、３１０４：基本セル
３１０：中心基本セル
３２０、２３２０：ターゲット画像化システム
３２１：照明手段
３２２、２３２２：光学画像化システム
３２２Ａ：検出器アレイ
３２２Ｂ：ピクセル
３２２Ｃ：画像中心
３１０１Ａ、３１０１Ｂ、３１０１Ｃ、３１０１Ｄ：サブセル
３１０１Ａ１：配向パターン
３１０１Ａ２：位置決めパターン
３１０１Ｄ１：識別パターン

Claims (11)

1. 試料（１１）を特徴付けするための装置（１、１０、１１０、２１０）であって、
   −前記試料（１１）の一点において該試料（１１）の物理特性を決定するようなっている測定器（２、２０、１２０、２２０）と、
   −前記試料（１１）の１つの局所測定点において、特徴付けされる前記試料（１１）に対して前記測定器（２、２０、１２０、２２０）を位置決めするようになっている位置決めシステム（３、３０、２３０）と、
   を含み、前記位置決めシステム（３、３０、２３０）は、
   −前記試料（１１）にリンクした座標系を定める、前記試料（１１）と一体にされた局所化ターゲット（３１）と、
   −画像取得及び解析手段であって、
   −前記局所化ターゲット（３１）を照明する手段（３２１）と、
   −前記測定器（２、２０、１２０、２２０）と一体であり、前記局所化ターゲット（３１）の少なくとも１つの部分画像（３１Ｐ）を取得するようになっている、光学画像化システム（３２２）と、
   −前記局所化ターゲット（３１）の前記部分画像（３１Ｐ）を解析して、前記局所化ターゲット（３１）に対する前記光学画像化システム（３２２）の位置及び配向を決定するようになっている画像解析手段（３３）と、
   を含む、画像取得及び解析手段と、
   −前記光学画像化システム（３２２）に対する前記測定器（２、２０、１２０、２２０）の相対位置を決定するようになっている較正手段（３４、３４Ａ）と、
   −前記試料（１１）にリンクした前記座標系における前記局所測定点の絶対位置を決定するようになっている、前記画像解析結果及び前記較正結果を処理するための手段（１３）と
   を含み、
   前記測定器（２、２０、１２０、２２０）は、前記局所測定点における測定のために位置決めされ、前記試料（１１）の前記物理特性は、前記局所測定点において前記測定器（２、２０、１２０、２２０）によって決定される、
   ことを特徴とする装置（１、１０、１１０、２１０）。
2. 前記試料（１１）の一点において該試料（１１）の別の物理特性を決定するようになっている別の測定器（１２０）を含む請求項１に記載の特徴付け装置（１１０）であって、前記位置決めシステム（３０）は、前記試料（１１）の第２の局所測定点において該試料（１１）に対して前記他の測定器（１２０）を位置決めするようになっており、前記光学画像化システム（３２２）はまた、前記他の測定器（１２０）とも一体であり、前記位置決めシステム（３０）の前記較正手段（３４、３４Ａ）は、前記光学画像化システム（３２２）に対する前記測定器（１２０）の相対位置を決定するようになっており、前記結果処理手段（１３）は、前記試料（１１）にリンクした前記座標系における前記第２の局所測定点の絶対位置を決定するようになっており、前記試料（１１）の前記他の物理特性は、前記第２の測定点において前記他の測定器（１２０）によって決定されることを特徴とする、請求項１に記載の特徴付け装置（１０）。
3. 前記試料（１１）の一点において該試料（１１）の別の物理特性を決定するようになっている別の測定器（２２０）を含む請求項１に記載の特徴付け装置（２１０）であって、前記位置決めシステム（２３０）は、前記試料（１１）の第２の局所測定点において該試料（１１）に対して前記他の測定器（２２０）を位置決めするようになっており、前記局所化ターゲット（３１）の少なくとも１つの部分の別の画像を取得するようになっている、前記他の測定器（２２０）と一体の別の光学画像化システム（２３２２）を含み、前記画像解析手段（２３３）は、前記局所化ターゲット（３１）の前記部分の前記他の画像を解析して、前記局所化ターゲット（３１）に対する前記他の光学画像化システム（２３２２）の位置及び配向を決定するようになっており、前記位置決めシステム（２３０）の前記較正手段（３４、３４Ａ）は、前記他の光学画像化システム（２３２２）に対する前記他の測定器（２２０）の相対位置を決定するようになっており、前記結果処理手段（１３）は、前記試料（１１）にリンクした前記座標系における前記第２の局所測定点の絶対位置を決定するようになっており、前記試料（１１）の前記他の物理特性は、前記第２の測定点において前記他の測定器（２２０）によって決定されることを特徴とする、請求項１に記載の特徴付け装置（２１０）。
4. 前記試料（１１）の一点において該試料（１１）の別の物理特性を決定するようになっている別の測定器（２２０）を含む請求項１に記載の特徴付け装置（２１０）であって、前記位置決めシステム（２３０）は、前記試料（１１）の第２の局所測定点において該試料（１１）に対して前記他の測定器（２２０）を位置決めするようになっており、
   −前記局所化ターゲット（３１）の少なくとも１つの部分の別の画像を取得するようになっている、前記他の測定器（２２０）と一体の別の光学画像化システム（２３２２）を含み、前記画像解析手段（２３３）は、前記局所化ターゲット（３１）の前記部分の前記他の画像を解析して、前記局所化ターゲット（３１）に対する前記他の光学画像化システム（２３２２）の位置及び配向を決定するようになっており、前記位置決めシステムはさらに、
   −前記他の光学画像化システム（２３２２）に対する前記他の測定器（２２０）の相対位置を決定するようになっている他の較正手段を含み、
   前記結果処理手段（１３）は、前記試料（１１）にリンクした前記座標系における前記第２の局所測定点の絶対位置を決定するようになっており、前記試料（１１）の前記他の物理特性は、前記第２の測定点において前記他の測定器（２２０）によって決定される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の特徴付け装置（２１０）。
5. 前記局所化ターゲット（３１）は、機械的技法若しくはフォトリソグラフィ技法で前記試料（１１）の上又は中に食刻されるか、又はインキング若しくはセリグラフィで前記試料（１１）上に印刷されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の特徴付け装置（１、１０、１１０、２１０）。
6. 前記局所化ターゲット（３１）は、前記試料（１１）に取り付けられる可撓性又は剛性の支持体を含み、前記支持体を前記試料（１１）と一体にすることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の特徴付け装置（１、１０、１１０、２１０）。
7. 前記局所化ターゲット（３１）は、マイクロ又はナノ構造パターンを含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の特徴付け装置（１、１０、１１０、２１０）。
8. 前記局所化ターゲット（３１）は、規則的な二次元ペーブメントを形成する複数の基本セル（３１０）で形成されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の特徴付け装置（１、１０、１１０、２１０）。
9. 前記基本セル（３１０）の各々は、
   −前記試料（１１）にリンクした前記座標系における前記基本セル（３１０）の位置を示す位置決めパターン（３１０１Ａ２）と、
   −前記試料（１１）にリンクした前記座標系における前記基本セル（３１０）の配向を示す配向パターン（３１０１Ａ１）と、
   を含むことを特徴とする、請求項８に記載の特徴付け装置（１、１０、１１０、２１０）。
10. 第１の面（１１Ａ）及び第２の面（１１Ｂ）を含む実質的に平面的な試料（１１）のための特徴付け装置（１０、１１０）であって、
    −前記測定器（２０、１２０）は、光学顕微鏡が透過モードで用いられる場合に集光器を受け入れることを意図した場所を備えた光学顕微鏡を含み、
    −次に、前記局所化ターゲット（３１）は、前記試料（１１）の前記第２の面（１１Ｂ）と一体にされ、前記局所測定点は、前記試料（１１）の前記第１の面（１１Ａ）上に位置し、
    −前記光学画像化システム（３２２）は、前記集光器の場所に配置される
    ことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の特徴付け装置（１０、１１０）。
11. 試料（１１）を、前記試料（１１）の一点において物理特性を決定するようになっている測定器（２、２０、１２０、２２０）によって特徴付けるための方法であって、
    ａ）前記測定器（２、２０、１２０、２２０）と一体の光学画像化システム（３２２、２３２２）に対する前記測定器（２、２０、１２０、２２０）の相対位置を決定するステップと、
    ｂ）特徴付けされる前記試料（１１）を、前記試料（１１）の少なくとも１つの局所測定点において前記測定器（２、２０、１２０、２２０）によって測定されるような条件で配置するステップであって、局所化ターゲット（３１）が前記試料（１１）と一体にされ、前記局所化ターゲット（３１）が前記試料（１１）にリンクした座標系を定める、ステップと、
    ｃ）前記局所化ターゲット（３１）を照明し、前記光学画像化システム（３２２、２３２２）によって前記局所化ターゲット（３１）の少なくとも１つの部分画像（３１Ｐ）を取得するステップと、
    ｄ）前記局所化ターゲット（３１）の前記部分画像（３１Ｐ）の解析から、前記局所化ターゲット（３１）に対する前記光学画像化システム（３２２、２３２２）の位置及び配向を決定するステップと、
    ｅ）前記測定器（２、２０、１２０、２２０）が測定のために前記局所測定点に位置決めされたときに、前記試料（１１）にリンクした前記座標系における前記局所測定点の絶対位置をステップａ）及びステップｄ）から推定して、前記局所測定点における前記試料（１１）の前記物理特性を前記測定器（２、２０、１２０、２２０）によって決定するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。

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