JP5536667B2 - 低コヒーレンス走査干渉法における走査エラー補正 - Google Patents
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Description
本発明は、干渉法に関する。
干渉計法は、通常、被験物体に関する情報を得るために、例えば、被験物体表面のプロファイルを測定するために用いられる。そうするために、干渉計は、対象表面から反射した測定光と参照面から反射した参照光とを合成して、干渉像を生成する。干渉像の縞は、対象表面と参照面との間の空間的変動を示す。
様々な干渉計法が、被験物体を特徴付けるために用いられ効を奏している。これらの技法としては、低コヒーレンス走査技法及び位相シフト干渉（ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ：ＰＳＩ）技法が挙げられる。
ＰＳＩの場合、光学干渉パターンは、参照波面と試験波面との間の多重位相シフトの各々について記録され、例えば、少なくとも光学干渉の半サイクル（例えば、強め合う干渉から弱め合う干渉まで）にまたがる一連の光学干渉パターンを生成する。光学干渉パターンは、そのパターンの各空間位置の一連の強度値を定義するが、この場合、一連の各強度値は、位相シフトへの正弦波的依存性を有し、位相オフセットは、その空間位置の合成試験波面と参照波面との間の位相差に等しい。数値技法を用いて、各空間位置の位相オフセットは、参照面に対する試験面のプロファイルを提供する強度値の正弦波的依存性から抽出される。そのような数値技法は、一般的に、位相シフトアルゴリズムと称する。
ＰＳＩの位相シフトは、参照面から干渉計までの光路長に対する測定表面から干渉計までの光路長を変更することによって生成し得る。例えば、参照面は、測定表面に対して、移動し得る。他の選択肢として、位相シフトは、測定及び参照光の波長を変更することによって、一定のゼロでない光路差について導入し得る。後者の応用は、波長可変ＰＳＩとして知られており、例えば、ゾンマーグレン（Ｇ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎ）の米国特許第４，５９４，００３号明細書に述べられている。
他方、低コヒーレンス走査干渉法は、干渉試験光及び参照光のコヒーレンス長に匹敵する（例えば、干渉縞が発生する少なくとも干渉包絡線の何らかの変調が存在するような）又はより大きい範囲に渡る干渉計の参照区間と測定区間との間の光路長差（ＯＰＤ）を走査して、干渉像を測定するために用いられる各カメラ画素用の走査干渉信号を生成する。その光のコヒーレンス長は、ＰＳＩに通常用いられる光のコヒーレンス長と比較して、また、測定において走査されるＯＰＤの範囲に対して相対的に短い。短コヒーレンス長は、例えば、白色光源を用いることによって生成し得るが、これは、走査白色光干渉法（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＷＬＩ）と称される。通常の走査白色光干渉法（ＳＷＬＩ）信号は、ゼロＯＰＤ位置付近に局在する数本の縞である。この信号は、通常、鐘形縞コントラスト包絡線の正弦波キャリア変調（縞）を特徴とする。低コヒーレンス干渉法計測の根底にある従来の考え方は、縞の局在化を利用して、表面プロファイルを測定することである。
低コヒーレンス干渉処理技法には、２つの主要な傾向が含まれる。第１の取り組み方法は、１つのビームが物体表面から反射する２ビーム干渉計のゼロＯＰＤにこの位置が対応すると仮定して、包絡線のピーク又は中心を特定することである。第２の取り組み方法は、実質的に線形の勾配が物体位置に正比例すると仮定して、信号を周波数領域に変換し、波長の位相の変化率を計算することである。例えば、グルート（Ｐｅｔｅｒ ｄｅ Ｇｒｏｏｔ）の米国特許第５，３９８，１１３号明細書を参照されたい。この後者の取り組み方法は、周波数領域分析（ＦＤＡ）と称する。
低コヒーレンス走査干渉法は、薄膜（１つ又は複数）、異種の材料の不連続構造、又は干渉顕微鏡の光学解像度で過少解像される不連続構造等、複雑な表面構造を有する物体の表面地形及び／又は他の特性を測定するために用い得る。そのような測定値は、フラットパネル表示装置構成要素の特徴付け、半導体ウェーハ計測、及び現場での薄膜及び異種材料解析に適する。例えば、グルート（Ｐｅｔｅｒ ｄｅ Ｇｒｏｏｔ）らによる、２００４年９月３０日に発行された「走査干渉法を用いた複雑な表面構造のプロファイリング」と題する米国特許出願公開第２００４／０１８９９９９号明細書（この内容は、本明細書に引用・参照する）を参照されたい。また、グルート（Ｐｅｔｅｒ ｄｅ Ｇｒｏｏｔ）による、２００４年５月６日に発行された「薄膜構造の特徴付けを含む、楕円偏光法、反射光測定法、光波散乱法計測のための干渉法」と題する米国特許出願公開第２００４／００８５５４４号明細書（この内容は、本明細書に引用・参照する）を参照されたい。
本開示は、一般的に、干渉法測定値の不確定性を低減するための方法及びシステムに関する。具体的には、本方法及びシステムは、測定時の連続検出フレーム間の実際の光路長差（ＯＰＤ）増分が、公称ＯＰＤから乱された時、低コヒーレンス干渉測定において発生し得るエラーを低減するために用いられる。これらのエラーは、振動のような源から生じ、「走査エラー」と称する。
走査エラー問題の可能な解決策は、機器の真の走査履歴を特徴付ける又は監視することであり、また、この情報を信号処理に供給して、この情報を補正することである。この情報を収集する１つのやり方は、干渉計と同時に機能するレーザ変位測定干渉計（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＤＭＩ）による。具体的には、走査履歴は、ＯＰＤ走査範囲より長いコヒーレンス長を有する光源を用いて得られる監視干渉信号を用いて得ることができる。走査履歴に関する情報は、従来のＰＳＩアルゴリズムを用いて監視干渉信号から得ることができるが、出願人は、そのような解析が、干渉計の検出器フレームレートより高い周波数を有する振動により発生する走査エラーに関する情報を捕らえないことを認識した。しかしながら、多数の監視信号が得られ、異なる位相を有する場合、監視信号は、そのような高周波振動に起因する走査エラーに関する情報を求めるために用い得る。
従って、低コヒーレンス干渉データ取り込み時、開示されたシステムは、低コヒーレンス干渉データ取り込み用のものと同じ干渉計光学系を用いて、しかしながら、単一の波長（又は充分に大きなコヒーレンス長を有する光を提供する波長帯域）で動作する別個の検出器又は等価な検出手段で、ある範囲の位相又は干渉周波数オフセットを有する視野（ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）にある幾つかの点に渡る干渉データを同時に収集する。プロセッサは、低及び高振動周波数双方を含む振動周波数範囲の振動を含む監視装置干渉データから走査動作履歴を決定する。そして、この情報は、何らかの更なる処理に先立って、広帯域干渉データを補正するために用いられる。
一般的に、開示された方法及びシステムは、被験物体を検出器上に結像するように構成された（従来の撮像法の）干渉顕微鏡に、又は検出器上の位置が、（例えば、顕微鏡の瞳面を検出器上に撮像することによって）被験物体への照射の特定の入射角に対応するように構成された干渉顕微鏡に適用し得る。この後者の構成は、本明細書では、瞳面（Ｐｕｐｉｌ−Ｐｌａｎｅ）ＳＷＬＩ（ＰＵＰＳ）と称する。従来の撮像システムは、例えば、被験物体表面の特徴の３Ｄプロファイルを提供する。他方、ＰＵＰＳは、多層膜厚さ及び指数分析、及び測定領域内の光学的に未解像の特徴の寸法を含む、表面の小領域の詳細な構造情報を提供する。両測定モードは、通常、ビデオカメラ等の多素子検出器を用いて、表面画像又は瞳面画像を網羅する視野（ＦＯＶ）のデータを収集する。
従来の撮像法及びＰＵＰＳでは、データが、通常、１／１０から数秒の時間尺度に渡って取り込まれ、双方のモードは、データ取り込み時間中に起こる機械的外乱に敏感であり、この場合、走査エラーによって、システム雑音が増加する。
ＰＵＰＳを用いる光学的に未解像の特徴の測定では、系の寸法的な解像度は、干渉計で導出されたスペクトル振幅の雑音に反比例するが、これは、振動及び走査エラーの複素関数である。振動及び走査による雑音を低減することによって、ＰＵＰＳツールの解像度は、実質的に強化でき、また、特徴の大きさが減少するにつれて、ＰＵＰＳシステムが、例えば、半導体処理計測に追随し、有益であると思われる。
低コヒーレンス測定は、環境の管理状態が悪く重大な振動による雑音に至る生産場面において益々用いられる。これらの状況に高度な光学３Ｄ計測を用いたい場合、振動解決策、例えば、本明細書に開示される方法及びシステムにおいて提示された解決策は、極めて望ましい。
他の態様において、本開示は、一旦走査エラーに関する情報が得られると、低コヒーレンス干渉データを補正する方法を特徴とする。走査エラー情報は、上述した技法を用いて得ることができるが、他の実施例も可能である。例えば、走査エラーに関する情報は、様々な方法で、例えば、加速度計、接触式プローブ、静電容量式ゲージ、空気ゲージ、光学エンコーダ、及び／又は低コヒーレンス干渉データ自体の解釈に基づく技法を用いることによって得ることができる。
通常、一度取り込まれると、情報は、更なるデータ処理に提供され、乱れていないシステムのそれに出来るだけ近いデータになる。一般的に、走査エラーに関する情報は、走査干渉法測定の精度を改善するための様々な方法で用い得る。
幾つかの実施形態では、データ処理は、走査動作情報を用いるスペクトル解析法を伴い、また、データ処理チェーンの一部において、従来の離散フーリエアルゴリズムを置き換える。スペクトル解析方法は、しかしながら、一般的に、不均一な間隔で取られた任意の種類のデータに適用可能であり、従って、或る種類の用途に限定されない。
或る実施形態では、アルゴリズムが、所定の不均一な増分でサンプリングされた異なる周波数の純粋な振動信号に対応する一組の基底関数を生成することによって始まる。それらの基底関数は、変形した波として出現する。次に、対象の信号は、線形方程式系を解くことによって基底関数に分解され、均一にサンプリングされたデータセットの場合の通常の離散フーリエ変換（ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＤＦＴ）によって演算されるものと同様に、対象の信号の周波数成分を明らかにする。
線形方程式系を解くことは、行列の逆行列によって計算上で実施できるが、この場合、行列の列は、基底関数である。そして、逆行列には、スペクトル解析されたデータを含むベクトルを乗算する。
従来の撮像法を用いて得られた低コヒーレンス信号を解析するという状況では、同じ逆行列を全画素に用い得るということに留意すべきである。スペクトル解析は、従って、１つの行列の逆行列化と、ベクトルによる行列のＰ回の乗算とになるが、ここで、Ｐは画素の数である。計算コストの観点では、これは、高度に最適化されたアルゴリズムがＤＦＴには存在することから、通常のＤＦＴを実施する場合ほど速くはない。
他の選択肢として、本方法は、干渉計の視野の異なる位置に記録された信号が、異なる（しかし、既知の）サンプリング増分を有する時に用い得る。例えば、増分分布は、場合によっては、干渉空胴の傾斜及びピストン摂動の組合せとして記述してよい。
補正がほとんどない場合、本方法は、光源（例えば、顕微鏡の光源）の強度変動の影響を補正することも可能である。その場合、基底関数は、既知のサンプリング位置でサンプリングされる純粋な振動信号であり、この場合、各値には、独立した測定で知らなければならない対応する光源強度に比例する係数が乗ぜられる。
幾つかの実施形態において、走査エラーに関する情報は、複合参照体を用いて決定される。複合参照体は、少なくとも２つの参照境界面を有する参照物体である。参照境界面は、例えば、光学要素の表面や、２つの光学要素間の境界面や、光学要素と被覆層との間の境界面や、又は光学要素の２つの被覆層間の境界面であってよい。一次参照境界面は、従来の参照境界面として機能し、例えば、表面高さや他の特性について、物体表面を調査するための干渉系において参照光を提供する。一般的に、一次参照境界面によって生成された干渉縞は、コンピュータ又は他のデータ取り込み及び処理装置に接続される一次カメラ又は他の種類の撮像装置上で見ることができる。
二次参照境界面は、干渉顕微鏡のＯＰＤを走査する間、干渉顕微鏡に対する被験物体の変位の監視を可能にする情報を提供するように構成される。一般的に、二次参照境界面は、一次参照境界面に対して機械的に固定される。言い換えると、二次参照境界面の相対的な位置及び方位は、データ取り込み中、一次参照境界面に対して一定のままである。一次参照及び二次参照境界面の効果は、系の視野に渡って少なくとも同相で変動する視野依存の複素実効反射率を提供することである。一般的に、実効反射率は、干渉像に対して、全体的な又は低空間周波数位相オフセットを決定する段階を円滑化するように構成される。
幾つかの実施形態において、複合参照体の二次参照境界面の干渉の影響は、第２カメラ（監視カメラとも称する）に対して可視であるが、一次カメラに対してはそうではなく、後者では、一次参照境界面反射と、例えば、物体表面反射との間の干渉だけが分かる。
幾つかの実施形態において、一次参照境界面及び二次参照境界面は、相対的な傾斜を有しており、傾斜の方向の位相が急速に変動する実効反射率になる。
一般的に、例えば、監視カメラによって見える二次参照境界面だけに基づく干渉の影響の解析は、一次カメラによって見える一次参照境界面だけに基づく干渉の影響の解釈を円滑化する情報を提供する。
一般的に、例えば、監視カメラによって見える二次参照境界面だけに基づく干渉の影響の解析は、一次カメラによって見える一次参照境界面だけに基づく干渉の影響の解釈を円滑化する情報を提供する。
一次及び二次参照境界面に基づく干渉の影響間を区別するために、監視カメラは、一次カメラのそれと異なる光源スペクトルと共に動作し得る。例えば、監視カメラは、スペクトルが狭い光（例えば、単色光）だけを見ることができ、他方、一次カメラは、スペクトルが広い光を見ることができる。他の選択肢として、又は追加的に、監視カメラは、一次カメラに達する光と異なる波長の光を見ることができる。
更に又は他の選択肢として、二次参照境界面は、監視カメラだけによって検出されるようにその反射を分離し得る一次参照境界面に対して、充分に大きな角度であるように又は他の幾何学的な特性であるように調整可能である。例えば、二次参照から反射した光は、一次カメラから遮られる経路に沿って伝搬し得る。
幾つかの実施形態において、走査エラーに関する情報は、１つの又はファイバベースのＤＭＩを用いて得ることができる。ファイバベースのＤＭＩには、市販されている部品（例えば、電気通信部品）で形成される単純で小型のセンサを含み得る。一般的に、ファイバベースのセンサ系は、干渉系とは独立に動作するように構成可能であり、あるいは、例えば、システムを制御するための共通のプロセッサを用いることで、同期をとり得る。個々のセンサは、例えば、共通の光源及び共通の参照空胴を用いて、多重化できる。センサ系の例には、照射、ヘテロダイニング、光分布、光検出、及び位相抽出を行う構成要素を含み得る。幾つかの実施形態において、センサ系のセンサは、干渉系の異なる部品に取り付けられ、測定プロセスのために実施される様々な走査動作（自由度）を監視する。ファイバベースのＤＭＩからの情報は、干渉系の自動合焦に、例えば、干渉顕微鏡に用い得る。
本発明の様々な態様は、次のように要約される。
一般的に、一態様において、本発明は、被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成して、検出器上に干渉パターンを形成するための干渉計光学系を含む広帯域走査干渉計システムが含まれる装置を特徴とする。ここで、試験光及び参照光は、共通の光源から導出される。本干渉系には、更に、共通の光源から検出器への試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、検出器を含み、一連の各ＯＰＤ増分に対する干渉パターンを記録するための検出系が含まれる。ここで、各ＯＰＤ増分の周波数は、フレームレートと定義する。干渉計光学系は、ＯＰＤが走査される際、各々ＯＰＤの変化を示す少なくとも２つの監視干渉信号を生成するように構成される。ここで、検出系は、更に、監視干渉信号を記録するように構成されている。本装置には、更に、検出系及び走査ステージに電子的に結合され、また、フレームレートより高い周波数におけるＯＰＤ増分への摂動に対する感度でＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成された電子プロセッサが含まれる。
一般的に、一態様において、本発明は、被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成して、検出器上に干渉パターンを形成するための干渉計光学系を含む広帯域走査干渉計システムが含まれる装置を特徴とする。ここで、試験光及び参照光は、共通の光源から導出される。本干渉系には、更に、共通の光源から検出器への試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、検出器を含み、一連の各ＯＰＤ増分に対する干渉パターンを記録するための検出系が含まれる。ここで、各ＯＰＤ増分の周波数は、フレームレートと定義する。干渉計光学系は、ＯＰＤが走査される際、各々ＯＰＤの変化を示す少なくとも２つの監視干渉信号を生成するように構成される。ここで、検出系は、更に、監視干渉信号を記録するように構成されている。本装置には、更に、検出系及び走査ステージに電子的に結合され、また、フレームレートより高い周波数におけるＯＰＤ増分への摂動に対する感度でＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成された電子プロセッサが含まれる。
本装置の実施形態には、１つ又は複数の以下の特徴及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、走査ステージは、共通の光源のコヒーレンス長より大きい範囲に渡ってＯＰＤを走査するように構成し得る。走査ステージは、被験物体に対して干渉計光学系の焦点を変動させることによって、ＯＰＤを走査するように構成し得る。走査ステージは、被験物体に対して干渉計光学系の焦点を変動させることなくＯＰＤを走査するように構成し得る。走査ステージは、干渉計光学系に対して参照物体の位置を変動させることによって、ＯＰＤを走査し得る。
幾つかの実施形態において、干渉計光学系には、ミロー（Ｍｉｒａｕ）対物レンズ又はリンニク対物レンズが含まれる。干渉計光学系は、被験物体を検出器に結像するように構成し得る。
干渉計光学系は、瞳面を定義し、また、瞳面を検出器に結像するように構成される。走査ステージは、ＯＰＤが瞳面の位置に依存して変動する方法でＯＰＤを走査するように構成され、また、ＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階には、干渉パターンの位置依存性を説明する段階を含み得る。或る実施形態において、走査ステージは、被験物体に対して干渉計光学系の焦点を変動させることなくＯＰＤを走査するように構成される。
干渉計光学系には、干渉計光学系に提供された出力光から監視光を導出するように構成された光学部品を含み得る。ここで、出力光には、試験光及び参照光が含まれる。光学部品は、出力光の一部を検出器に向けるように、また、出力光の他の一部を監視干渉信号を記録するように構成された二次検出器に向けるように、構成されたビームスプリッタであってよい。他の選択肢として又は更に、光学部品には、出力光の一部を検出系に向けるように構成されたスペクトルフィルタが含まれる。ここで、監視干渉信号は、出力光の一部に基づき検出される。この光の部分は、出力光の単色部分であってよい。監視光は、共通の光源から導出し得る。監視光は、試験光及び参照光のスペクトル成分に対応し得る。干渉パターンは、出力光の強度プロファイルに対応し得る。監視光は、共通の光源と異なる二次光源から導出し得る。監視光源は、共通の光源のコヒーレンス長より長いコヒーレンス長を有し得る。
幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、対応する正弦波関数を少なくとも２つの各監視干渉信号と適合させることによって、ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される。監視干渉信号には、各々、検出器を用いて取り込んだ複数のサンプリングされたデータ点を含み得る。一方、ＯＰＤを走査する段階及び正弦波関数を監視干渉信号と適合させる段階には、サンプリングされたデータ点を補間して、補間された信号を提供する段階を含み得る。正弦波関数を監視干渉信号に適合させる段階には、更に、補間された信号に基づき、公称干渉位相に各干渉信号を関連付ける段階を含み得る。ＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階には、対応する公称干渉位相に基づき、監視干渉信号の測定された位相の偏差を計算する段階を含み得る。
少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる干渉位相を有し得る。少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる周波数を有し得る。
幾つかの実施形態において、検出器は、多素子検出器である。多素子検出器には、少なくとも２つの監視干渉信号を記録するように構成された要素を含み得る。
幾つかの実施形態において、検出器は、多素子検出器である。多素子検出器には、少なくとも２つの監視干渉信号を記録するように構成された要素を含み得る。
検出系には、一次検出器とは別の二次検出器を含むことが可能であり、また、二次検出器は、少なくとも２つの監視干渉信号を記録するように構成される。二次検出器は、要素の各々が対応する監視干渉信号を記録するように構成された多素子検出器であってよい。
電子プロセッサは、更に、検出器を用いて記録された干渉パターンに対応する一次干渉信号に基づき、被験物体に関する情報を決定するように構成できる。情報を決定する段階には、ＯＰＤ増分に関する情報に基づき、情報の不確定性を低減する段階が含まれる。
一般的に、更なる態様において、本発明は、走査干渉系を用いて生成された低コヒーレンス干渉信号を提供する段階が含まれる方法を特徴とする。ここで、走査干渉系は、干渉計光学系を用いて、被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成することによって、低コヒーレンス干渉信号を生成して、干渉パターンを記録する検出器上に干渉パターンを形成し、この間、一連の各ＯＰＤ増分について試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査する。ここで、各ＯＰＤ増分の周波数は、フレームレートを定義する。本方法には、更に、各々、干渉計光学系を用いて生成され、また、ＯＰＤ走査時のＯＰＤの変化を各々示す少なくとも２つの監視干渉信号を提供する段階と、監視干渉信号に基づき、フレームレートより高い周波数において、ＯＰＤ増分への摂動に対する感度でＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階と、が含まれる。
本方法の実施例には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、試験光及び参照光は、共通の光源から生成することができ、ＯＰＤは、共通光源のコヒーレンス長より大きい範囲に渡って走査される。ＯＰＤを走査する段階には、被験物体に対して干渉計光学系の焦点を変える段階が含まれる。ＯＰＤを走査する段階には、干渉計光学系に対して参照物体の位置を変える段階が含まれる。低コヒーレンス干渉信号を提供する段階には、被験物体を検出器に結像する段階を含み得る。
幾つかの実施形態において、干渉計光学系は、瞳面を定義し、低コヒーレンス干渉信号を提供する段階には、検出器に瞳面を結像する段階が含まれる。ＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階には、干渉パターンの位置依存性を説明する段階を含み得る。
少なくとも２つの監視干渉信号を提供する段階には、干渉計光学系によって提供された出力光から監視光を導出する段階が含まれ、出力光には、試験光及び参照光が含まれる。監視光は、検出器を用いて検出し得る。監視光は、干渉パターンを記録するために用いられる検出器とは異なる二次検出器を用いて検出し得る。監視光を導出する段階には、出力光をスペクトル的にフィルタ処理する段階を含み得る。幾つかの実施形態において、監視光は、試験光及び参照光として同じ光源から導出される。或る実施形態では、監視光は、試験光及び参照光の光源とは異なる光源から導出される。監視光の光源は、試験光及び参照光の光源より長いコヒーレンス長を有し得る。
ＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階には、対応する正弦波関数を少なくとも２つの各監視干渉信号と適合させる段階が含まれる。監視干渉信号には、各々、複数のサンプリングされたデータ点を含むことができ、また、正弦波関数を監視干渉信号と適合させる段階には、サンプリングされたデータ点を補間して、補間された信号を提供する段階を含み得る。正弦波関数を監視干渉信号と適合させる段階には、更に、補間された信号に基づき、公称干渉位相に各干渉信号を関連付ける段階を含み得る。ＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階には、更に、対応する公称干渉位相に基づき、監視干渉信号の測定された位相の偏差を計算する段階を含み得る。
少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる干渉位相を有し得る。少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる周波数を有し得る。
本方法には、更に、検出器を用いて記録された干渉パターンに対応する一次干渉信号に基づき、被験物体に関する情報を決定する段階を含み得る。情報を決定する段階は、ＯＰＤ増分に関する情報に基づき、情報の不確定性を低減し得る。
本方法には、更に、検出器を用いて記録された干渉パターンに対応する一次干渉信号に基づき、被験物体に関する情報を決定する段階を含み得る。情報を決定する段階は、ＯＰＤ増分に関する情報に基づき、情報の不確定性を低減し得る。
他の態様において、本発明は、表示パネルの構成要素を提供する段階と、上述した方法又は装置を用いて構成要素に関する情報を決定する段階と、構成要素を用いて、表示パネルを形成する段階と、が含まれる表示パネル作製プロセスを特徴とする。構成要素には、間隙によって分離された１対の基板を含み得る。また、情報には、その間隙に関する情報が含まれる。表示パネルを形成する段階には、情報に基づき間隙を調整する段階を含み得る。表示パネルを形成する段階には、液晶材料で間隙を埋める段階を含み得る。
構成要素には、基板と、基板上のレジスト層とを含み得る。情報には、レジスト層の厚さに関する情報が含まれる。レジスト層は、パターン化された層であってよく、また、情報には、パターン化された層の特徴の寸法又は重ね合わせ誤差に関する情報を含み得る。表示装置を形成する段階には、レジスト層の下の材料の層をエッチングする段階を含み得る。
構成要素には、スペーサが含まれる基板を含むことができ、情報には、スペーサに関する情報を含み得る。表示装置を形成する段階には、情報に基づき、スペーサを修正する段階を含み得る。
一般的に、他の態様において、本発明は、被験物体に１つ又は複数の干渉信号を提供する段階が含まれる方法を特徴とする。この場合、干渉信号は、雑音のために、全てが互いに等間隔に配置されていない一連の光路差（ＯＰＤ）値に対応する。本方法には、更に、一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報を提供する段階と、各々、異なる周波数に対応し、また、不等間隔のＯＰＤ値でサンプリングされる複数の基底関数からの寄与に各干渉信号を分解する段階と、多数の各基底関数から各干渉信号への寄与に関する情報を用いて、被験物体に関する情報を決定する段階と、が含まれる。
本方法の実施例には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。各干渉信号の各基底関数からの寄与への分解には、各干渉信号に対する各基底関数の振幅及び位相に関する情報を含み得る。各基底関数は、不等間隔のＯＰＤ値でサンプリングされる正弦波基底関数であってよい。分解は、線形分解であってよい
１つ又は複数の干渉信号には、被験物体の異なる位置に対応する多数の干渉信号を含み得る。これら１つ又は複数の干渉信号には、被験物体を照射して干渉信号を生成するために用いられる対物レンズ用の瞳面の異なる位置に対応する多数の干渉信号を含み得る。各干渉信号は、同じ複数の基底関数からの寄与に分解し得る。
１つ又は複数の干渉信号には、被験物体の異なる位置に対応する多数の干渉信号を含み得る。これら１つ又は複数の干渉信号には、被験物体を照射して干渉信号を生成するために用いられる対物レンズ用の瞳面の異なる位置に対応する多数の干渉信号を含み得る。各干渉信号は、同じ複数の基底関数からの寄与に分解し得る。
各干渉信号は、被験物体から出現する試験光が、異なる各ＯＰＤ値について検出器上で参照光と合成される時に測定された干渉強度値に対応し得る。ここで、試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、ＯＰＤは、共通の光源から検出器への試験光と参照光との間の光路長差である。
多数の基底関数には、非直交基底関数を含み得る。多数の基底関数は、線形独立基底関数であり得る。
干渉信号を分解する段階には、行列の各列が基底関数に対応する行列を形成する段階と、行列の逆行列をとる段階と、逆行列を各干渉信号に適用する段階と、を含み得る。各基底関数の要素の数は、基底関数の数を超過し得る。
干渉信号を分解する段階には、行列の各列が基底関数に対応する行列を形成する段階と、行列の逆行列をとる段階と、逆行列を各干渉信号に適用する段階と、を含み得る。各基底関数の要素の数は、基底関数の数を超過し得る。
各干渉信号は、被験物体から出現する試験光が、各異なるＯＰＤ値について検出器上で参照光と合成される時に測定された干渉強度値に対応し得る。この場合、試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、各基底関数は、エラーが無い干渉信号に対応する公称値からの測定干渉強度値の変動の根拠を示し得る。変動は、光源の強度レベルの変動に起因し得る。変動は、検出器の有限のフレーム蓄積時間に起因し得る。
一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報を提供する段階には、ＯＰＤの変化を示す少なくとも１つの監視干渉信号を生成する段階を含み得る。この場合、監視干渉信号は、一連のＯＰＤ値に対応する干渉信号が取り込まれる間、生成される。一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報には、多数の監視干渉信号を生成する段階を含み得る。監視干渉信号は、一連のＯＰＤ値に対応する干渉信号を生成するために用いられる同じ干渉計光学系を用いて生成し得る。
情報を用いる段階には、多数の各基底関数から各干渉信号への寄与に関する情報に基づき、補正された干渉信号を構築する段階と、補正された干渉信号に基づき、被験物体に関する情報を決定する段階と、を含み得る。
一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報は、例えば、変位測定干渉計、加速度計、接触式プローブ、静電容量式ゲージ、空気ゲージ、又は光学エンコーダ等のセンサを用いて生成し得る。
他の態様において、本発明は、表示パネルの構成要素を提供する段階と、上記態様に関連して議論された方法を用いて又は後述する装置を用いて、構成要素に関する情報を決定する段階と、構成要素を用いて表示パネルを形成する段階と、が含まれる表示パネル作製プロセスを特徴とする。構成要素には、間隙によって分離された１対の基板を含むことができ、また、情報には、間隙に関する情報が含まれる。表示パネルを形成する段階には、情報に基づき、間隙を調整する段階を含み得る。表示パネルを形成する段階には、液晶材料で間隙を埋める段階を含み得る。
構成要素には、基板と、基板上のレジスト層とを含み得る。情報には、レジスト層の厚さに関する情報が含まれる。レジスト層は、パターン化された層であってよく、また、情報には、パターン化された層の特徴の寸法又は重ね合わせ誤差に関する情報を含み得る。表示装置を形成する段階には、レジスト層の下の材料の層をエッチングする段階を含み得る。
構成要素には、スペーサが含まれる基板を含むことができ、情報には、スペーサに関する情報を含み得る。表示装置を形成する段階には、情報に基づき、スペーサを修正する段階を含み得る。
一般的に、他の態様において、本発明は、干渉系が含まれる装置を特徴とする。本干渉系には、被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成して、検出器上に干渉パターンを形成するための干渉計光学系が含まれる。この場合、試験光及び参照光は、共通の光源から導出される。干渉系には、更に、共通の光源から検出器への試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、検出器を含み、一連の各ＯＰＤ値用の干渉パターンを記録し、これによって１つ又は複数の干渉信号を提供するための検出系と、が含まれ、更に、検出系に結合され、また、１つ又は複数の干渉信号に基づき、被験物体に関する情報を決定するように構成された電子プロセッサと、が含まれる。一連のＯＰＤ値は、雑音のために、全てが互いに等間隔に配置されておらず、また、電子プロセッサは、各々異なる周波数に対応し、また、不等間隔のＯＰＤ値でサンプリングされる複数の基底関数からの寄与に各干渉信号を分解することによって、被験物体に関する情報を決定するように構成される。
本装置の実施形態には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、干渉計光学系は、被験物体を検出器に結像するように構成し得る。干渉計光学系は、瞳面を定義可能であり、また、検出器に瞳面を結像するように構成し得る。干渉計は、干渉顕微鏡の一部であり得る。走査ステージは、共通の光源のコヒーレンス長より大きい範囲に渡ってＯＰＤを走査するように構成し得る。
幾つかの実施形態において、本装置には、更に、電子プロセッサと通信状態にあるセンサが含まれ、センサは、不等間隔のＯＰＤ値に関する情報を電子プロセッサに提供するように構成される。センサは、干渉計光学系を用いて、被験物体から反射する監視ビームを導くことができる。センサは、変位測定干渉計、加速度計、接触式プローブ、静電容量式ゲージ、空気ゲージ、又は光学エンコーダであってよい。幾つかの実施形態において、センサは、入力放射光から第１波面及び第２波面を導出するように、また、第１及び第２波面とを合成して、出力放射光を提供するように構成される。出力放射光には、第１及び第２波面の経路間の光路長差に関する情報が含まれ、センサには、第１波面の経路に配置された反射性要素が含まれ、反射性要素は、対物レンズ又は走査ステージのいずれかに搭載される。また、センサには、入力放射光をセンサに出力するように又はセンサからの出力放射光をセンサ検出器に出力するように構成されたファイバ導波路が含まれる。
一般的に、他の態様において、本発明は、走査干渉系を含む装置を特徴とする。本走査干渉系には、或る範囲の照射角度に渡って試験光を被験物体に導くための、また、被験物体から反射した試験光と参照物体からの参照光を合成して、多素子検出器上に干渉パターンを形成するための干渉計光学系が含まれる。この場合、試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、干渉計光学系は、検出器の異なる要素が、試験光による被験物体の異なる照射角度に対応するように、少なくとも合成光の一部を検出器に向けるように構成される。本干渉系には、更に、共通の光源から検出器への試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、検出系と、が含まれる。検出系には、一連の各ＯＰＤ増分に対する干渉パターンを記録するための検出器が含まれる。走査干渉系は、更に、ＯＰＤが走査される際、ＯＰＤの変化を示す少なくとも１つの監視干渉信号を生成するように構成されている。本検出系には、更に、検出系及び走査ステージに電子的に結合され、また、ＯＰＤ増分への摂動に対する感度でＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成された電子プロセッサが含まれる。
本装置の実施形態には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、干渉計光学系は、瞳面を定義でき、また、瞳面を検出器に結像するように構成し得る。走査干渉系は、広帯域走査干渉系である。走査ステージは、共通の光源のコヒーレンス長より大きな又はより小さい範囲に渡ってＯＰＤを走査するように構成し得る。走査干渉系は、更に、ＯＰＤが走査される際、ＯＰＤの変化を示す少なくとも２つの監視干渉信号を生成するように構成し得る。各ＯＰＤ増分の周波数は、フレームレートを定義し、電子プロセッサは、フレームレートより高い周波数におけるＯＰＤ増分への摂動に対する感度でＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成し得る。走査干渉系は、干渉計光学系を用いて、少なくとも１つの監視干渉信号を生成するように構成し得る。
一般的に、他の態様において、本発明は、対物レンズと、対物レンズに対して移動可能なステージと、が含まれる干渉顕微鏡から構成された装置を特徴とする。本装置には、更に、入力放射光から第１波面及び第２波面を導出するように、また、第１波面と第２波面を合成して、第１波面と第２波面との経路間の光路長差に関する情報が含まれる出力放射光を提供するように、構成されたセンサが含まれる。センサは、第１波面の経路に配置された反射性要素を含み、反射性要素は、対物レンズ又はステージのいずれかに搭載される。本装置には、入力放射光をセンサに出力するように又はセンサからの出力放射光を対応する検出器に出力するように構成されたファイバ導波路と、センサからの情報に基づき、対物レンズに対するステージの変位を監視するように構成された電子コントローラと、が含まれる。
本装置の実施形態には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、干渉顕微鏡は、低コヒーレンス走査干渉顕微鏡であってよい。干渉顕微鏡には、干渉計光学系及び検出器を含むことができ、干渉計光学系は、ステージに配置された被験物体を検出器に結像するように構成される。干渉顕微鏡には、干渉計光学系及び検出器を含み得る。この場合、干渉計光学系は、瞳面を定義し、また、瞳面を検出器に結像するように構成される。
対物レンズは、ミロー（Ｍｉｒａｕ）対物レンズ又はリンニク対物レンズであってよい。
他の態様において、本発明は、検出サブシステムと、干渉計光学系と、走査ステージと、電子プロセッサと、が含まれる干渉系を特徴とする。検出サブシステムには、監視検出器が含まれる。干渉計光学系は、被験物体からの試験光と第１参照境界面からの一次参照光及び第２参照境界面からの二次参照光を合成して、監視検出器上に監視干渉パターンを形成する。ここで、第１及び第２参照境界面は、互いに及び試験光に対して機械的に固定される。走査ステージは、検出サブシステムが一連の各ＯＰＤ増分に対する監視干渉パターンを記録する間、監視検出器への試験光と一次及び二次参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成される。電子プロセッサは、検出サブシステム及び走査ステージに電子的に結合され、また、検出された監視干渉パターンに基づき、ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される。
他の態様において、本発明は、検出サブシステムと、干渉計光学系と、走査ステージと、電子プロセッサと、が含まれる干渉系を特徴とする。検出サブシステムには、監視検出器が含まれる。干渉計光学系は、被験物体からの試験光と第１参照境界面からの一次参照光及び第２参照境界面からの二次参照光を合成して、監視検出器上に監視干渉パターンを形成する。ここで、第１及び第２参照境界面は、互いに及び試験光に対して機械的に固定される。走査ステージは、検出サブシステムが一連の各ＯＰＤ増分に対する監視干渉パターンを記録する間、監視検出器への試験光と一次及び二次参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成される。電子プロセッサは、検出サブシステム及び走査ステージに電子的に結合され、また、検出された監視干渉パターンに基づき、ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される。
本干渉系の実施形態には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、本検出サブシステムには、一次検出器を含むことができ、また、干渉計光学系は、試験光と第１参照光を合成して、一次干渉パターンを一次検出器に形成するように構成される。一次干渉パターンは、監視干渉パターンとは異なる。電子プロセッサは、検出された一次干渉パターンに基づき、被験物体に関する情報を決定するように構成し得る。被験物体に関する情報を決定する段階には、ＯＰＤ増分に関する情報に基づき、干渉系の振動による被験物体に関する情報の不確定性を低減する段階を含み得る。
干渉計光学系は、一次検出器が二次参照光を一切受光しないように構成し得る。干渉計光学系には、一次検出器に試験光及び一次参照光を送るが、一次検出器からの二次参照光をブロックするように配置された開口絞りが含まれる。干渉計光学系には、試験光及び一次参照光を一次検出器に送るが、一次検出器からの二次参照光をブロックする波長フィルタを含み得る。
監視検出器は、多素子検出器であってよく、また、第１及び第２参照境界面は、一次参照光と二次参照光との間の相対位相差が、多素子検出器の視野全体で変動するように構成し得る。
第１及び第２参照境界面は、一次及び二次参照光が、監視検出器に非平行経路に沿って伝搬するように構成し得る。第１及び第２参照境界面は、面であってよい。第１及び第２参照境界面は、共通の光学要素の対向する面に対応し得る。共通の光学要素は、くさびであってよい。第１及び第２境界面は、異なる光学要素の面に対応し得る。
第２参照境界面は、平面境界面であってよい。例えば、一次参照境界面は、平面境界面である。幾つかの実施形態において、一次境界面は、非平面状境界面である。非平面状境界面は、球形境界面であってよい。一次参照境界面は、非球面境界面であってよい。
干渉計光学系は、光軸を定義でき、また、第１及び第２境界面は、光軸に対して、異なる角度を向いている。
干渉系には、試験光、一次参照光、及び二次参照光を生成するための照射サブシステムを含み得る。照射サブシステムには、試験光、一次参照光、及び二次参照光を生成する共通の光源を含み得る。幾つかの実施形態では、共通の光源は、広帯域光源である。照射サブシステムには、試験光及び一次参照光を提供するための一次光源と、二次参照光を提供するための監視光源と、を含み得る。一次光源は、広帯域光源であってよい。監視光源は、狭帯域光源（例えば、単色光源）であってよい。
干渉系には、試験光、一次参照光、及び二次参照光を生成するための照射サブシステムを含み得る。照射サブシステムには、試験光、一次参照光、及び二次参照光を生成する共通の光源を含み得る。幾つかの実施形態では、共通の光源は、広帯域光源である。照射サブシステムには、試験光及び一次参照光を提供するための一次光源と、二次参照光を提供するための監視光源と、を含み得る。一次光源は、広帯域光源であってよい。監視光源は、狭帯域光源（例えば、単色光源）であってよい。
照射サブシステムには、少なくとも試験光及び一次参照光を提供するための光源を含むことができ、また、走査ステージは、光源のコヒーレンス長より大きい範囲に渡ってＯＰＤを走査するように構成される。照射サブシステムには、少なくとも試験光及び一次参照光を提供するための光源を含むことができ、また、走査ステージは、光源のコヒーレンス長より短い範囲に渡ってＯＰＤを走査するように構成される。
干渉計光学系は、検出サブシステムにおいて多素子検出器に被験物体を結像するように構成し得る。干渉計光学系は、瞳面を定義することができ、また、干渉計光学系は、検出サブシステムにおいて瞳面を多素子検出器に結像するように構成し得る。多素子検出器は、監視検出器であってよい。
干渉計光学系は、フィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）干渉計、リンニク干渉計、又はミロー（Ｍｉｒａｕ）干渉計として構成し得る。
一般的に、他の態様において、本発明は、方法を特徴とする。本方法には、被験物体からの試験光と第１参照境界面からの一次参照光及び第２参照境界面からの二次参照光を合成して、監視検出器に監視干渉パターンを形成する段階が含まれる。ここで、第１及び第２参照境界面は、互いに及び試験光に対して機械的に固定される。更に、本方法には、監視検出器への試験光と一次及び二次参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査する段階と、一連の各ＯＰＤ増分に対する監視干渉パターンを記録する段階と、検出された監視干渉パターンに基づき、ＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階と、が含まれる。本方法の実施例には、他の態様の任意の特徴を含み得る。
一般的に、他の態様において、本発明は、方法を特徴とする。本方法には、被験物体からの試験光と第１参照境界面からの一次参照光及び第２参照境界面からの二次参照光を合成して、監視検出器に監視干渉パターンを形成する段階が含まれる。ここで、第１及び第２参照境界面は、互いに及び試験光に対して機械的に固定される。更に、本方法には、監視検出器への試験光と一次及び二次参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査する段階と、一連の各ＯＰＤ増分に対する監視干渉パターンを記録する段階と、検出された監視干渉パターンに基づき、ＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階と、が含まれる。本方法の実施例には、他の態様の任意の特徴を含み得る。
一般的に、更なる態様において、本発明は、干渉計光学系と、電子プロセッサと、が含まれる干渉系を特徴とする。干渉計光学系は、被験物体からの試験光と第１参照境界面からの一次参照光及び第２参照境界面からの二次参照光を合成して、監視検出器に第１干渉パターンを形成する。干渉計光学系は、更に、試験光と一次参照光を合成して、第２干渉パターンを一次検出器に形成する。この場合、第１及び第２参照境界面は、各々に対して機械的に固定される。電子プロセッサは、一次及び監視検出器に電子的に結合され、また、第２干渉パターンに基づき、被験物体に関する情報を決定するように構成される。被験物体に関する情報を決定する段階には、第１干渉パターンからの情報に基づき、干渉系の振動による被験物体に関する情報の不確定性を低減する段階が含まれる。干渉系の実施形態には、他の態様の特徴を含み得る。
一般的に、更なる態様において、本発明は、方法を特徴とする。本方法には、被験物体からの試験光と第１参照境界面からの一次参照光及び第２参照境界面からの二次参照光を合成して、監視検出器に第１干渉パターンを形成する段階が含まれる。本方法には、更に、試験光と一次参照光を合成して、第２干渉パターンを一次検出器に形成する段階と、が含まれる。この場合、第１及び第２参照境界面は、各々に対して機械的に固定される。本方法には、また、第２干渉パターンに基づき、被験物体に関する情報を決定する段階が含まれる。この場合、被験物体に関する情報を決定する段階には、第１干渉パターンからの情報に基づき、干渉系の振動による被験物体に関する情報の不確定性を低減する段階が含まれる。干渉系の実施形態には、他の態様の特徴を含み得る。
一般的に、他の態様において、本発明は、顕微鏡と、センサ系と、が含まれる装置を特徴とする。顕微鏡には、対物レンズ及び対物レンズに対して被験物体を位置決めするためのステージが含まれ、ステージは、対物レンズに対して移動可能である。センサ系には、センサ光源と、センサ光源からの光を受光するように構成され、また、光の第１部位と第２部位との間において、対物レンズとステージとの間の距離に関係する光路差（ＯＰＤ）を導入するように構成され、更に、光の第１と第２部位とを合成して、出力光を提供するように構成された干渉計センサと、が含まれる。センサ系には、更に、干渉計センサからの出力光を検出するように構成された検出器と、光をセンサ光源、干渉計センサ、及び検出器間に導くように構成されたファイバ導波路と、センサ光源及び干渉計センサからの光の経路中の調整可能な光学空胴と、検出器と通信状態にあり、検出された出力光に基づきＯＰＤに関する情報を決定するように構成された電子コントローラと、が含まれる。
本装置の実施形態には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、電子コントローラは、情報に基づき顕微鏡の焦点を調整するように構成し得る。顕微鏡は、干渉顕微鏡であってよい。干渉顕微鏡は、走査白色光干渉法（ＳＷＬＩ）顕微鏡であってよい。干渉顕微鏡は、瞳面ＳＷＬＩ顕微鏡である。対物レンズは、ミロー（Ｍｉｒａｕ）対物レンズ、リンニク対物レンズ、又はマイケルソン対物レンズであってよい。干渉顕微鏡は、被験物体を試験光で照射することによって、ステージ上に配置された被験物体に関する情報を決定するように、また、試験光と参照物体からの参照光を合成して、検出器に干渉パターンを形成するように構成し得る。この場合、試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、装置は、センサＯＰＤに関連した決定された情報に基づき、走査エラーによる被験物体に関する情報の不確定性を低減するように構成し得る。
幾つかの実施形態において、センサ系には、各々センサ光源からの光を受光するように構成された１つ又は複数の追加の干渉計センサが含まれる。各干渉計センサは、その対応する光の２つの構成要素間にＯＰＤを導入するように構成し得る。各ＯＰＤは、対応する軸に沿う対物レンズとステージとの間の対応する変位に関連する。電子コントローラは、少なくとも２つの干渉計センサについて対応するＯＰＤに関連した情報を決定する段階に基づき、対物レンズに対するステージの傾斜に関する情報を決定するように構成し得る。センサ系には、各々対応する干渉計センサからの出力光を受光するように構成された１つ又は複数の追加の検出器を含み得る。各追加干渉計センサは、センサ光源から光を受光し、対応するファイバ導波路を介して、出力光をその対応するセンサに導き得る。調整可能な光学空胴は、センサ光源から各干渉計センサへの光の経路中にあってよい。
干渉計センサには、ファイバ導波路を出る光を受光するように、また、光を下胴に合焦させるように、配置されたレンズを含み得る。レンズは、屈折率分布型レンズであってよい。レンズは、対物レンズに取り付け得る。他の選択肢として、レンズは、ステージに取り付け得る。幾つかの実施形態において、ファイバ導波路は、熱的拡大コアを備えたファイバである。
顕微鏡には、顕微鏡光源を含むことができ、対物レンズには、１つ又は複数の光学要素が含まれる。顕微鏡は、顕微鏡光源から被験物体に光を出力するように構成され、また、１つ又は複数の光学要素は、被験物体からの光を収光するように構成される。干渉計センサは、対物レンズの１つ又は複数の光学要素を介して、光をステージに向けるように構成し得る。
センサ光源は、広帯域光源であってよい。センサ光源は、９００ｎｍから１，６００ｎｍの範囲の波長において、ピーク強度を有し得る。センサ光源は、５０ｎｍ以下の半値全幅を有し得る。センサ光源は、約１００ミクロン以下のコヒーレンス長を有し得る。
調整可能な光学空胴には、光用の２つの光路を含むことができ、各経路には、ファイバ引伸ばしモジュールが含まれる。センサ光源及び検出器は、顕微鏡とは別のハウジング内に配置し得る。
情報は、対物レンズと軸に沿うステージとの間の変位に関するものであってよい。顕微鏡は、軸に平行にステージを走査するように構成し得る。情報は、対物レンズとステージとの間の絶対変位に関するものであってよい。他の選択肢として、情報は、対物レンズとステージとの間の相対距離に関するものであってよい。
顕微鏡には、顕微鏡光源を含んでよく、また、ステージに配置された被験物体に顕微鏡光源からの光を出力するように構成し得る。この場合、顕微鏡光源のピーク強度の波長は、センサ光源のピーク強度の波長から約１００ｎｍ以上である。顕微鏡光源のピーク強度の波長３００ｎｍから７００ｎｍの範囲であってよく、また、センサ光源のピーク強度の波長は、９００ｎｍから１，６００ｎｍの範囲である。
一般的に、更なる態様において、本発明は、撮像干渉計と、センサ系と、が含まれる装置を特徴とする。撮像干渉計には、１つ又は複数の光学要素と、１つ又は複数の光学要素に対して被験物体を位置決めするためのステージと、が含まれ、ステージは、１つ又は複数の光学要素に対して移動可能である。センサ系には、センサ光源と、センサ光源からの光を受光するように構成され、また、光の第１部位と第２部位との間において、１つ又は複数の光学要素とステージとの間の距離に関係する光路差（ＯＰＤ）を導入するように構成され、更に、光の第１部位と第２部位を合成して出力光を提供するように構成された干渉計センサと、が含まれる。センサ系には、更に、干渉計センサからの出力光を検出するように構成された検出器と、センサ光源、干渉計センサ及び検出器間に光を導くように構成されたファイバ導波路と、センサ光源及び干渉計センサからの光の経路中の調整可能な光学空胴と、検出器と通信状態にあり、検出された出力光に基づきＯＰＤに関する情報を決定するように構成された電子コントローラと、が含まれる。
本装置の実施形態には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、撮像干渉計は、干渉顕微鏡であってよい。撮像干渉計は、ＳＷＬＩ干渉計又はＰＵＰＳ干渉計であってよい。
一般的に、更なる態様において、本発明は、撮像干渉計と、センサ系と、が含まれる装置を特徴とする。撮像干渉計には、１つ又は複数の光学要素と、１つ又は複数の光学要素に対して被験物体を位置決めするためのステージと、が含まれ、ステージは、１つ又は複数の光学要素に対して移動可能である。センサ系には、センサ光源と、各々、センサ光源からの光を受光するように構成され、また、光の対応する第１部位と対応する第２部位との間に対応する光路差（ＯＰＤ）であって、１つ又は複数の光学要素とステージとの間の対応する距離に関係する各ＯＰＤを導入するように構成され、更に、光の対応する第１部位と第２部位を合成して、対応する出力光を提供するように構成された複数の干渉計センサと、が含まれる。センサ系には、更に、各々、対応する干渉計センサからの出力光を検出するように構成された複数の検出器と、センサ光源から干渉計センサへの光の経路中の調整可能な光学空胴と、検出器と通信状態にあり、各干渉計センサからの検出された出力光に基づきＯＰＤに関する情報を決定するように構成された電子コントローラと、が含まれる。本装置の実施形態には、他の態様の特徴の１つ又は複数を含み得る。
一般的に、更なる態様において、本発明は、顕微鏡と、センサ系と、を含む装置を特徴とする。顕微鏡には、対物レンズと、対物レンズに対して被験物体を位置決めするためのステージと、が含まれ、ステージは、対物レンズに対して移動可能である。センサ系には、センサ光源と、複数の干渉計センサと、複数の検出器と、調整可能な光学空胴と、電子コントローラと、が含まれる。複数の干渉計センサは、各々、センサ光源からの光を受光するように構成され、また、光の対応する第１部位と対応する第２部位との間に対応する光路差（ＯＰＤ）を導入するように構成され、各ＯＰＤが対物レンズとステージとの間の対応する距離に関連し、更に、複数の干渉計センサは、光の対応する第１及び第２部位を合成して、対応する出力光を提供するように構成される。複数の検出器は、各々、対応する干渉計センサからの出力光を検出するように構成される。調整可能な光学空胴は、センサ光源から干渉計センサへの光の経路中にある。電子コントローラは、検出器と通信状態にあり、各干渉計センサからの検出された出力光に基づき、ＯＰＤに関する情報を決定するように構成される。本装置の実施形態には、他の態様の特徴の１つ又は複数を含み得る。
多数のドキュメントを本出願に組み込み参照する。内容が矛盾する場合、本出願が優先する。
１つ又は複数の実施形態の詳細について、添付図面及び以下の説明において述べる。他の特徴及び利点は、該説明及び図面から、また、請求項から明らかである。
異なる図面における同様の参照記号は、同様の要素を示す。
異なる図面における同様の参照記号は、同様の要素を示す。
図１において、低コヒーレンス干渉系１００は、被験物体１７５を調査するように構成された干渉顕微鏡１１０を含む。干渉顕微鏡１１０は、汎用コンピュータ１９２と通信状態にあり、ここで、干渉顕微鏡１１０からのデータ信号の解析を実施して被験物体１７５に関する情報を提供する。直交座標系を参照のために設ける。
干渉顕微鏡１１０には、干渉対物系１６７と、ビームスプリッタ１７０と、が含まれる。ビームスプリッタ１７０は、顕微鏡１１０の光源サブシステムから干渉対物系１６７を介した被験物体１７５への照射を反射するように、また、被験物体１７５から反射した照射を検出サブシステムへ透過し後で検出するように構成されている。干渉対物系１６７は、ミロー（Ｍｉｒａｕ）タイプの対物系であり、また、対物レンズ１７７、ビームスプリッタ１７９、及び参照面１８１を含む。
光源サブシステムには、一次光源１６３と、二次光源１９７と、ビーム結合器１６４と、が含まれる。ビーム結合器１６４は、一次光源１６３及び二次光源１９７からの光を合成するように、また、中継光学系１６９及び１７１を介してビームスプリッタ１７０に光を導くように構成される。更に詳細に後述するように、一次光源１６３は、低コヒーレンス光を低コヒーレンス干渉測定に提供し、一方、二次光源１９７は、走査時、コヒーレンス長が長い光を走査履歴を監視するために提供する。
一次光源１６３は、空間的に拡がる広帯域光源であり、広帯域の波長（例えば、５０ｎｍ以上、又は好適には、１００ｎｍ以上の半値全幅を有する発光スペクトル）に渡って照射を行う。例えば、光源１６３は、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）、ハロゲン電球のフィラメント、キセノンアークランプ等のアークランプ、又は光学材料の非線形効果を用いて極めて広範囲の光源スペクトル（例えば、スペクトルのＦＷＨＭが約２００ｎｍ以上）を生成する所謂スーパーコンティニウム光源であってよい。
二次光源１９７は、一次光源１６３のコヒーレンス長より長いコヒーレンス長を有する。幾つかの実施形態において、二次光源１９７は、単一モードレーザ光源等の高コヒーレント光源である。光源１９７は、単色光源であってよい。
検出サブシステムは、更に、一次光源１６３に結合された輝度監視装置１６１を含む。監視装置１６１は、一次光源１６３の輝度に関する情報を提供し、これによって、システム１００は、この輝度変動の根拠を示し得る。
検出サブシステムには、一次検出器１９１と、二次検出器１９９と、干渉対物系１６７からの光を一次及び二次検出器に導くように構成したビームスプリッタ１９８と、が含まれる。一次検出器１９１及び二次検出器１９９は、双方共、多素子検出器（例えば、多素子ＣＣＤ又はＣＭＯＳ検出器）である。オプションとして、検出サブシステムには、二次検出器１９９に当たる光をフィルタ処理する帯域通過フィルタ１０１が含まれ、これによって、二次光源１９７からの光のみが二次検出器１９９に達し得る。
システム１００の動作時、一次光源１６３は、中継光学系１６９及び１７１並びにビームスプリッタ１７０を介して干渉対物系１６７に入力光１６５を提供する。二次光源１９７からの光は、ビーム結合器１６４によって入力光１６５と合成される。対物系１６７及び中継光学部品１８９は、被験物体１７５から反射した光１８３、１８７を検出器１９１に導き、被験物体１７５の像を検出器１９１の視野（ＦＯＶ）に形成する。ビームスプリッタ１９８は、更に、対物系１６７からの光の一部を二次検出器１９９に導く。尚、周辺光線は１８３によって示し、主光線は１８７によって示す。
ビームスプリッタ１７９は、光の一部（光線１８５によって示す）を参照面１８１に導き、参照面１８１から反射した光を被験物体１８５から反射した光と再合成する。検出器１９１において、被験物体１７５から反射した光（試験光と称する）と参照面１８１から反射した光（参照光と称する）との合成光は、検出器１９１上に光学干渉パターンを形成する。干渉顕微鏡１００は、従来の撮像用に構成されることから、光学干渉パターン（干渉写真像又は干渉像とも称する）は、試験面の像に対応する。
干渉顕微鏡１１０には、更に、被験物体１７５に対して干渉対物系１６７の位置を制御するアクチュエータ１９３を含む。例えば、アクチュエータ１９３は、干渉対物系１６７に結合して、被験物体１７５と干渉対物系１６７との間のＺ方向の距離を調整する圧電変換器であってよい。被験物体１７５と干渉対物系１６７との間のこのタイプの相対運動は、被験物体１７５に対して干渉対物系１６７の焦点面の位置を走査することから、焦点走査と称する。
動作時、アクチュエータ１９３は、被験物体１７５に対して干渉対物系１６７を走査し、これによって、試験光と参照光との間のＯＰＤを変動させ各検出素子において干渉信号を生成する。アクチュエータ１９３は、接続線１９５を介してコンピュータ１９２に接続し、接続線１９５を通して、コンピュータ１９２は、例えば、データ取込み時の走査速度を制御し得る。更に又は他の選択肢として、アクチュエータ１９３は、意図した走査増分等、走査動作に関する情報をコンピュータ１９２に提供し得る。
図２は、単一走査位置の場合の検出器１９１における代表的な光学干渉パターンを示し、被験物体の表面高さのＸ及びＹ方向の変化に関連した干渉縞を示す。検出器１９１における光学干渉パターンの強度値は、検出器１９１の異なる素子によって測定され、また、コンピュータ１９２の電子プロセッサに解析のために提供される。各検出素子は、或るフレームレート（例えば、約３０Ｈｚ以上、約５０Ｈｚ以上、約１００Ｈｚ以上）で強度データを取り込むが、フレームレートは、通常、走査中は一定である。検出素子で測定され、また、試験光と参照光との間の一連のＯＰＤ値と関連付けられた強度値は、低コヒーレンス干渉信号を形成する。
図３は、検出器１９１の単一の素子について検出強度Ｉｉのグラフを走査位置の関数として示す。このグラフは、通常の低コヒーレンス干渉信号を示し、正弦波干渉縞が試験光と参照光との間のＯＰＤがゼロの位置でガウス包絡線によって変調される。ガウス包絡線の幅は、一次光源１６３のコヒーレンス長に依存する。ＯＰＤ走査は、光源のコヒーレンス長より長い。
一次検出器１９１は、低コヒーレンス干渉信号を取り込むが、二次検出器１９９は、二次光源１９７からのコヒーレント光に基づき干渉信号を取り込む。図４は、二次検出器１９９の単一の画素について、そのような干渉信号のグラフを走査位置Ｚの関数として示す。二次検出器１９９を用いて取り込んだ干渉信号は、監視信号と称する。
通常、ＯＰＤは、一定速度で走査され、データ点は、等しい時間間隔で取り込まれる。原則として、各データ点は、均一なＯＰＤ変位増分で取り込まれる。しかしながら、走査は、通常、一定速度であると仮定されるが、走査動作は、例えば、機械的な不備又は動きを乱す振動により、線形動作から逸脱することが多い。従って、取り込んだ干渉データは、走査の不均一性に関連したエラーを含むことがあり、これにより、実際の走査位置は、測定強度値が関連付けられる公称走査位置からずれることがある。
そのようなエラーは、「走査エラー」と称するが、図５にグラフ化して示す。この図は、時間の関数としてｚのグラフを示し、ここで、ｚは、被験物体１７５と対物系１６７との間の相対変位である。本質的に、ｚは、試験光と参照光との間のＯＰＤに対応する。グラフは、一定速度の走査を表す線を示す。４つの取込み時間が示されている（ｔ１‐ｔ４）。走査エラーが無ければ、被験物体の位置ｚは、線上にある。しかしながら、走査エラーにより、この公称位置と、取込み時間における被験物体の実際の位置との間にずれが生じ、このため、データ点としてグラフに示す被験物体の実際の位置は、線から逸脱する。各取込み時間における走査エラーの大きさは、εｉとして示し、ここで、ｉ＝１・・・４である。
一般的に、システム１００を用いて得た走査エラーに対する測定値の感度は、走査エラー源の周波数に依存して変動する。例えば、システム感度は、システムが経験する振動の周波数に依存して変動し得る。図６では、或る低コヒーレンスシステムについて、振動に対する相対的な感度Ｓｖを振動周波数ｆｖｉｂの関数としてグラフ化するが、このシステムは、例えば、平均波長５７０ｎｍ、半値全幅スペクトル帯域幅２００ｎｍ、低ＮＡ対物レンズ、サンプリング走査間隔７１．５ｎｍ、及びフレームレート１００Ｈｚの一次検出器で動作する。感度は、２０乃至３０Ｈｚ及び７０乃至８０Ｈｚの周波数で低く、相対的に高い感度のピークは、それらの周波数帯間にある。代表的な縞搬送周波数（ｆｒｉｎｇｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）は、ＳＷＬＩの場合、約２５Ｈｚであり、従って、一次検出器は、各縞につき約４回サンプリングする。図６に示す周波数＜２５Ｈｚに対する高感度領域は、走査速度のエラーに関連し得ると考えられており、他方、周波数＞２５Ｈｚに対する高感度領域は、振動による走査増分の歪みに関連し得ると考えられている。歪みは、隣り合う走査位置について、例えば、記録したカメラフレームからカメラフレームまでのデータ取込みの間に、急激に符号が変化していることがある。一般的に、本明細書に用いる「低周波数の」走査エラー源（例えば、低周波振動）は、低コヒーレンス干渉信号を取り込むために用いられる検出器（例えば、一次検出器１９１）のフレームレート以下の周波数を指す。「高周波数の」走査エラー源（例えば、高周波振動）は、低コヒーレンス干渉信号を取り込むために用いられる検出器のフレームレートより大きい周波数を指す。
システム１００を用いて行った測定における走査エラーの影響を低減するために、コンピュータ１９２は、二次検出器１９９を用いて取り込んだ監視信号からの情報を用いて、一次検出器１９１を用いて取り込んだ低コヒーレンス信号における走査エラーの影響を低減する。監視信号はコヒーレント光源（二次光源１９７）に基づくため、縞は、走査長に渡って延在し、また、その解釈により、全走査範囲に渡る位相情報（それに応じて、相対変位情報）が提供される。後述するように、一般的に、二次検出器１９９のＦＯＶにおける多数の点について監視信号の解析を行うことにより、走査エラーを求めることが可能であり、例えば、振動に起因する走査エラー、具体的には、上述の如く定義した高周波数領域における走査エラーを求め得る。
走査監視信号の位相がＦＯＶに渡って幾つかの差異を示すと仮定すると、この位相多様性（即ち、少なくとも幾つかの監視信号の異なる位相オフセット）により、走査位置ごとに急激に変化し得る走査エラーの解釈における系統的エラーを訂正できる。従って、適切に解析されると、この特徴により、位相多様性を提供する複数の測定値が無ければ正しく測定されなかった高周波振動を正確に測定することができる。更に、監視信号のための像点の選択肢を広げると、半導体ウェーハ等、高度にパターン化された物体表面にも対応できる。
従って、一旦、コンピュータ１９２が走査動作の履歴を求めると、例えば、その低コヒーレンス信号について、真の（又は少なくとも更に正しい）走査動作を監視信号の解釈に基づき決定し得る。一次検出器１９１によって収集された低コヒーレンスデータの更なる処理により（例えば、三次式近似補間又は他のアルゴリズムによって）、このデータへの走査エラーの影響が低減される。監視信号データ及び低コヒーレンス信号データ双方のデータ解析については、更に詳細に後述する。
ＰＵＰＳ干渉系
上記議論は、被験物体を検出器に結像するように構成された干渉顕微鏡に関するが、走査エラー補正は、更に、他の構成に適用し得る。例えば、幾つかの実施形態では、干渉顕微鏡は、顕微鏡の瞳面を検出器に結像するように構成し得る。そのような構成をＰＵＰＳ構成と称する。この動作モードは、例えば、試験面の複素反射率を求めるために有用なことがある。
上記議論は、被験物体を検出器に結像するように構成された干渉顕微鏡に関するが、走査エラー補正は、更に、他の構成に適用し得る。例えば、幾つかの実施形態では、干渉顕微鏡は、顕微鏡の瞳面を検出器に結像するように構成し得る。そのような構成をＰＵＰＳ構成と称する。この動作モードは、例えば、試験面の複素反射率を求めるために有用なことがある。
図７は、図１に示すシステム１００に関連して上述の多数の要素を組み込んだＰＵＰＳ干渉系２００を示す。しかしながら、システム１００とは異なり、システム２００には、対物系１６７とビームスプリッタ１７０との間に位置する瞳面結像チューブレンズ２１３及び偏光子２１５が含まれる。システム２００では、瞳面２１７は、検出器１９１に結像される。視野絞り２１９は、サンプル照射を被験物体１７５上の小さい領域に制限する。システム１００は、上述したシステム１００と同じやり方でデータを取り込む。
解析のために、電子プロセッサ１９２は、一次検出器１９１からの干渉信号を周波数領域に変換し、また、一次光源１６３の異なる波長成分ごとに位相及び振幅情報を抽出する。光源スペクトルは広くてよいため、多くの独立したスペクトル成分を算出し得る。振幅及び位相データは、試験面の複素反射率に直接関連付けて、複素反射率を解析して被験物体に関する情報を求めることができる。
システム２００の構成により、一次検出器１９１の各検出素子は、特定の入射角及び偏光状態（偏光子２１５による）に対して多数の波長での測定値を提供する。検出素子の集合体は、従って、或る範囲の入射角、偏光状態、及び波長を網羅する。
図８は、焦点面２２９（例えば、被験物体）における光と瞳面２１７における光との間の関係を示す。瞳面２１７を照射する各光源点は、被験物体を照射する試験光用の平面波面を生成することから、瞳面２１７における光源点の半径方向の位置が、物体の法線に対するこの照射束の入射角を定める。従って、光軸から所定の距離ｒに配置された全ての光源点は、固定入射角θに対応し、これによって、対物レンズは、試験光を被験物体に結像する。透過光のための開口数ＮＡ及び半径方向の最大距離ｒｍａｘの瞳面結像チューブレンズの場合、瞳面２１７において光軸ＯＡから距離ｒにある点と焦点面２２９における入射角θとの間の関係は、ｓｉｎ（θ）＝（ｒ／ｒｍａｘ）ＮＡによって与えられる。
経路長走査
図１及び６に関連して述べた上記の実施形態では、双方共、焦点走査を提供するミロー対物系を利用する。しかしながら、一般的には、他の構成も可能である。例えば、リンニク対物系を含む干渉系を用いることができる。そのようなシステムを図９に示す。具体的には、システム３００には、被験物体１７５を検出器上に結像するように構成された干渉顕微鏡３１０が含まれる。システム３００には、システム１００に関して上述した多数の要素が含まれる。しかしながら、システム３００には、ミロー対物系ではなく、ビームスプリッタ３７９を特徴とするリンニク干渉対物系３２５が含まれ、このビームスプリッタは、ビームスプリッタ１７０からの光を対物系の異なるアームに沿った試験光及び参照光に分離する。対物系３２５は、試験光のアームに試験対物レンズ３２７を含み、また、対応する参照対物レンズ３２９を参照光アームに含む。参照物体３８１は、参照アーム内に配置され、参照光を反射してビームスプリッタ３７９に戻す。
図１及び６に関連して述べた上記の実施形態では、双方共、焦点走査を提供するミロー対物系を利用する。しかしながら、一般的には、他の構成も可能である。例えば、リンニク対物系を含む干渉系を用いることができる。そのようなシステムを図９に示す。具体的には、システム３００には、被験物体１７５を検出器上に結像するように構成された干渉顕微鏡３１０が含まれる。システム３００には、システム１００に関して上述した多数の要素が含まれる。しかしながら、システム３００には、ミロー対物系ではなく、ビームスプリッタ３７９を特徴とするリンニク干渉対物系３２５が含まれ、このビームスプリッタは、ビームスプリッタ１７０からの光を対物系の異なるアームに沿った試験光及び参照光に分離する。対物系３２５は、試験光のアームに試験対物レンズ３２７を含み、また、対応する参照対物レンズ３２９を参照光アームに含む。参照物体３８１は、参照アーム内に配置され、参照光を反射してビームスプリッタ３７９に戻す。
参照対物レンズ３２９及び参照物体３８１は、対物系３２５の他の構成要素にアクチュエータ３３１を介して結合される組立体に搭載される。動作時、アクチュエータ３３１は、ビームスプリッタ３７９に対して参照対物レンズ３２９及び参照面３８１を動かすことによって、試験光と参照光との間のＯＰＤを調整する。走査中、参照対物レンズ３２９と参照面３８１との間の経路長は、一定のままである。従って、試験光と参照光との間のＯＰＤは、物体焦点とは独立に変化する。このタイプの走査は、本明細書では、「経路長」走査と称する。システム３００では、経路長走査により、リンニク構成の参照脚部における平行空間の長さが増加し、これに対して、試験脚部では、走査中、物体は、同じ焦点位置に留まる。
リンニク対物系を特徴とする干渉系は、更に、ＰＵＰＳモード動作用に構成し得る。図１０において、例えば、システム４００は、干渉顕微鏡４１０を含み、干渉顕微鏡４１０は、リンニク対物系３２５を含み、また、上述したシステム２００と同様に一次検出器１９１に瞳面を結像するように構成される。
一般的に、走査エラーを補正する場合、走査動作解析は、干渉系の走査モード（例えば、焦点又は経路長走査）及び撮像モード（例えば、物体撮像又はＰＵＰＳ）に基づくべきである。例えば、低コヒーレンス信号における搬送縞周波数は、システムの動作モードに依存して変動し得る。ＰＵＰＳモードで動作するリンニク干渉系の場合、例えば、経路長走査により、瞳面像における全ての位置に対して同じ縞搬送周波数が生じる。これに対して、ＰＵＰＳモードで動作するミロー干渉計の場合、焦点走査（ＯＰＤと同時に物体の焦点を走査する）により、縞搬送周波数は、瞳面における光軸からの距離がｃｏｓ（θ）に比例して増加するにつれて、減衰し得る。ここで、θは、光線が物体平面において光軸と成す角度である（図８参照）。
リンニクの場合の経路長走査は、一般的に、瞳面全体において一定周波数の監視信号を生成するが、干渉空胴に２種類の摂動があり得ることに留意されたい。１つのタイプは、望ましくない走査動作の振動（例えば、非線形）であり、この走査動作は、対物レンズ３２９及び参照鏡３８１が単体として移動する際に参照脚部上で起こる。この場合、走査エラーにより、監視信号の光路変動が生じるが、この変動は、瞳面において監視信号が測定される位置と無関係である。もう１つのタイプは、物体脚部において起こる振動であり、これによりレンズ１２７と物体表面１７５との間の距離が変動する。この場合、振動により、物体空間における入射角の関数である（即ち、瞳面における半径方向の位置の関数である）監視信号の光路変動が生じる。そのような構成では、これら２つの運動成分を区別することは、後続の信号補正においてそれらを適切に説明するために必要である。
幾つかの実施形態では、縞搬送周波数の変動は、ゼロＯＰＤでのＰＵＰＳモードのＦＯＶ全体における複数の監視信号の位相多様性が小さい場合に用い得る。半径方向の位置に伴う縞搬送周波数の変動により、ゼロＯＰＤのいずれかの側で瞳面ＦＯＶ全体に位相の多様性が生じ、低及び高振動周波数に渡って走査増分を正確に決定するために必要な情報が提供される。
一般的に、本明細書で議論する走査エラー補正技法は、両走査方法並びに従来の及び瞳面撮像の双方と互換性があるが、データ処理、特に、ＰＵＰＳモードにおいて幾つかの差異がある。ＰＵＰＳ測定に適合したリンニク対物レンズ顕微鏡のように経路長を走査する場合（例えば、図１０を参照）、縞搬送周波数は、瞳面像の全画素について同じである。図７のミロー対物レンズ顕微鏡のように、ＯＰＤと同時に物体焦点を走査する場合、縞搬送周波数は、瞳面における光軸からの距離がｃｏｓ（θ）に比例して増加するにつれて低下する。ここで、θは、光線が物体平面において光軸と成す角度である。この周波数変動は、ゼロＯＰＤでのＰＵＰＳモードのＦＯＶ全体における位相多様性が小さい場合、有益であり得る。半径方向の位置に伴う周波数の変動により、ゼロＯＰＤのいずれかの側で瞳面ＦＯＶ全体に位相の多様性が生じ、全振動周波数に渡って走査増分を正確に決定するために必要な情報が提供される。
監視データからの走査位置決定
一般的に、様々な方法が、監視データから走査位置を求めるために利用可能である。例えば、解析を低周波源の走査エラーに限定する場合、特定のカメラフレーム及び特定の画素における監視信号の位相を推定するには、従来の位相シフト干渉法（ＰＳＩ）アルゴリズムを適用すれば充分である。例えば、カメラフレーム間の公称位相シフトがπ／２である場合、公知の位相シフトアルゴリズムは、次の形式をとる。
一般的に、様々な方法が、監視データから走査位置を求めるために利用可能である。例えば、解析を低周波源の走査エラーに限定する場合、特定のカメラフレーム及び特定の画素における監視信号の位相を推定するには、従来の位相シフト干渉法（ＰＳＩ）アルゴリズムを適用すれば充分である。例えば、カメラフレーム間の公称位相シフトがπ／２である場合、公知の位相シフトアルゴリズムは、次の形式をとる。
ｔａｎ［Φ（ｒ）］＝２（ｇ２−ｇ４）／｛−（ｇ１＋ｇ５）＋２ｇ３｝・・・（１）
ここで、ｒは、画素位置を指定するベクトルであり、また、ｇ１，２，…５は、データ取込み走査時に取り込まれた一連のカメラフレームに対するその画素における対応する強度測定値である（例えば、シュヴァイダー（Ｓｃｈｗｉｄｅｒ）ら、１９８３年、光学百科事典（Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ＿ｏｆ＿Ｏｐｔｉｃｓ）、ｐ．２１０１、表２を参照）。式（１）は、基本的には、中間フレームｇ３の位相Φを提供する。他の例として、走査位置を求めるために、デック（Ｌ．Ｄｅｃｋ、「耐振動性位相シフト干渉法（Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ＿ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｉｎｇ＿ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）」応用光学３５、６６５５−６６６２（１９９６））によって提案されたＰＳＩアルゴリズム、並びにオルスザック（Ｏｌｓｚａｋ）及びシュミット（Ｓｃｈｍｉｔ）（米国６，６２４，８９４）によって提案されたＰＳＩアルゴリズムを適用し得る。しかしながら、ＰＳＩアルゴリズム法は、低周波振動のみに効果的であるが、これは、アルゴリズムそれ自体が、低コヒーレンス信号と同様に高周波振動に敏感であるという理由による。
ここで、ｒは、画素位置を指定するベクトルであり、また、ｇ１，２，…５は、データ取込み走査時に取り込まれた一連のカメラフレームに対するその画素における対応する強度測定値である（例えば、シュヴァイダー（Ｓｃｈｗｉｄｅｒ）ら、１９８３年、光学百科事典（Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ＿ｏｆ＿Ｏｐｔｉｃｓ）、ｐ．２１０１、表２を参照）。式（１）は、基本的には、中間フレームｇ３の位相Φを提供する。他の例として、走査位置を求めるために、デック（Ｌ．Ｄｅｃｋ、「耐振動性位相シフト干渉法（Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ＿ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｉｎｇ＿ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）」応用光学３５、６６５５−６６６２（１９９６））によって提案されたＰＳＩアルゴリズム、並びにオルスザック（Ｏｌｓｚａｋ）及びシュミット（Ｓｃｈｍｉｔ）（米国６，６２４，８９４）によって提案されたＰＳＩアルゴリズムを適用し得る。しかしながら、ＰＳＩアルゴリズム法は、低周波振動のみに効果的であるが、これは、アルゴリズムそれ自体が、低コヒーレンス信号と同様に高周波振動に敏感であるという理由による。
低周波と同様に高周波振動を補償するためには、少なくとも２つの異なる画素位置の位相Φ（ｒ）を測定する方法を用いる。例えば、ＰＳＩアルゴリズム（例えば、式（１）に示すもの又は同様のもの）を用いる具体的な場合、Φ（ｒ）を求める際のエラーは、Φ（ｒ）の周波数の２倍で周期的であると考えられる。従って、矩象における２つ以上の位相（９０°だけ異なる）の測定値を平均することで、高周波振動に関連するエラーを相殺することができる。
更に一般的には、ＰＳＩの文脈において、干渉データから帰納的に実際の走査位置を求めるための幾つかの方法が開発されている。一般的に、これらの方法は、或る範囲の位相Φ（ｒ）及び／又は周波数を処理する場合に最も効果的である。或る範囲の位相Φ（ｒ）及び／又は周波数は、例えば、多素子検出器を用いて、多素子検出器のＦＯＶ全体の干渉像に（全ての監視周波数が同じ周波数を有する場合）幾つかの位相多様性をもたらす特徴と共に（例えば、上記の実施形態で述べたように）監視信号を取り込むことによって提供し得る。
位相多様性は、システムが従来の撮像モードで動作する場合、例えば、被験物体の固有の高さ変動によって導入されることがある。他の例として、位相多様性は、従来の撮像モードでは、干渉縞を導入するために被験物体又は参照物体を傾けることによって導入し得る。ＰＵＰＳモードでは、ミロー対物レンズ又は同様のものを用いたシステムにおいて、システムの幾何学的形状により、当然、検出器のＦＯＶ全体で或る範囲の干渉縞周波数が導入される。
以下の議論は、或る範囲の位相Φ（ｒ）を用いて走査位置を求める代表的な方法を提供する。最初に、（例えば、図１０に示す）ＰＵＰＳリンニクシステムを考える。このシステムでは、参照鏡及び対物レンズを剛体として光軸に沿って一緒に動かし経路長走査を実現する。瞳面の異なる点における鏡面反射の経路差は、ｚ（ｔ，ｒ）とする。ここで、ｔは、走査工程中の時間パラメータを示す。この経路差は、完全な走査とエラーの項から成る。
ｚ（ｔ，ｒ）＝ｚ０（ｔ，ｒ）＋ε（ｔ，ｒ）・・・（２）
上式において、ｚ０は、理想的走査を示し、εは、エラー又は雑音の項を示す。干渉計の位相は、次のように与えられる。
上式において、ｚ０は、理想的走査を示し、εは、エラー又は雑音の項を示す。干渉計の位相は、次のように与えられる。
Φ（ｔ，ｒ）＝Φ０（ｒ）＋２πｚ（ｔ，ｒ）／λ・・・（３）
上式において、Φ０は、画素面の異なる点に潜在的な位相差を与える位相オフセットである。二次光源からの光の波長は、λによって与えられ、また、ｒから独立していると仮定される。
上式において、Φ０は、画素面の異なる点に潜在的な位相差を与える位相オフセットである。二次光源からの光の波長は、λによって与えられ、また、ｒから独立していると仮定される。
ｒが瞳面における光軸に対応する点となるように原点を選び、また、θ（ｒ）が瞳面においてｒを通過する鏡の光線の物体焦点面における入射角を示すものとすると、次のアッベの正弦条件に従う。
（何らかの定数Ｋについて）ｓｉｎ［θ（ｒ）］＝Ｋ｜ｒ｜・・・（４）
経路差の走査は、リンニクシステムのように物体及び参照鏡が一緒に移動して、これにより平行空間における走査を実現する場合、θに依存しない。しかし、ミローシステムのように物体焦点を走査する場合、ＯＰＤは、θに依存する。従って、２つの制限的な場合がある。
経路差の走査は、リンニクシステムのように物体及び参照鏡が一緒に移動して、これにより平行空間における走査を実現する場合、θに依存しない。しかし、ミローシステムのように物体焦点を走査する場合、ＯＰＤは、θに依存する。従って、２つの制限的な場合がある。
ｚ０（ｔ，ｒ）＝ｚ０（ｔ）、（経路長走査の場合、ｒから独立）
ｚ０（ｔ，ｒ）＝ｃｏｓ（θ（ｒ））ｚ０（ｔ，０）、（焦点走査の場合）
・・・（５）
経路長及び焦点の双方を走査する場合（これは、例えば、リンニクシステムで可能）、ｚ０は、これら２種類の運動の算術和である。
ｚ０（ｔ，ｒ）＝ｃｏｓ（θ（ｒ））ｚ０（ｔ，０）、（焦点走査の場合）
・・・（５）
経路長及び焦点の双方を走査する場合（これは、例えば、リンニクシステムで可能）、ｚ０は、これら２種類の運動の算術和である。
上述したように、幾つかの実施形態において、走査は、名目上完全にｔの線形関数であり、瞳面の全ての点は、走査開始時、同じ公称ＯＰＤを有し、そして、理想的には、走査進行時、物体又は参照面の傾斜はない。この場合、以下のように書くことができる。
一般的に、誤差項εは、ｔ及びｒの双方に依存し得るが、物体は、走査時に全く回転しない剛体と仮定されることから、誤差は、更に簡単に以下のように表し得る。
ε（ｔ，ｒ）＝εｐ（ｔ）＋ｃｏｓ（θ（ｒ））εｆ（ｔ）・・・（７）
この式の第１の和は、平行空間における振動又は走査エラーを表す。また、ｃｏｓ（θ）に比例する第２項は、焦点エラーに起因する干渉計の高開口数空間における振動又は走査エラーを表す。εは、小さいと仮定する。
ε（ｔ，ｒ）＝εｐ（ｔ）＋ｃｏｓ（θ（ｒ））εｆ（ｔ）・・・（７）
この式の第１の和は、平行空間における振動又は走査エラーを表す。また、ｃｏｓ（θ）に比例する第２項は、焦点エラーに起因する干渉計の高開口数空間における振動又は走査エラーを表す。εは、小さいと仮定する。
二次検出器によって瞳面で検出される監視信号の干渉強度は、時間依存性であり、また、以下の公式によって与えられるように、干渉計における位相差に依存する。
Ｉ（ｔ，ｒ）＝［Ａ（ｒ）＋ｄＡ（ｔ，ｒ）］ｃｏｓ［Φ（ｔ，ｒ）］＋ｃ（ｒ）＋ｄｃ（ｔ，ｒ）・・・（８）
Ａ（ｒ）は、点ｒにおける干渉像の平均振幅を示す。ｄＡ（ｔ，ｒ）は、点ｒにおける干渉像の振幅の平均を中心とした変動を示す。Φ（ｔ，ｒ）は、ｒにおける位相を時間ｔの関数として示す。ｃ（ｒ）は、一般的にｒ依存である干渉像信号の平均オフセットを示す。ｄｃ（ｔ，ｒ）は、オフセットの平均を中心とした変動を示す。これは、通常、ゆっくりと変動する時間の関数である。
Ｉ（ｔ，ｒ）＝［Ａ（ｒ）＋ｄＡ（ｔ，ｒ）］ｃｏｓ［Φ（ｔ，ｒ）］＋ｃ（ｒ）＋ｄｃ（ｔ，ｒ）・・・（８）
Ａ（ｒ）は、点ｒにおける干渉像の平均振幅を示す。ｄＡ（ｔ，ｒ）は、点ｒにおける干渉像の振幅の平均を中心とした変動を示す。Φ（ｔ，ｒ）は、ｒにおける位相を時間ｔの関数として示す。ｃ（ｒ）は、一般的にｒ依存である干渉像信号の平均オフセットを示す。ｄｃ（ｔ，ｒ）は、オフセットの平均を中心とした変動を示す。これは、通常、ゆっくりと変動する時間の関数である。
強度Ｉ（ｔ、ｒ）は、時間の離散的な組｛ｔｉ｝及び瞳面における点の離散的な組｛ｒｉ｝においてサンプリングする。理想的な時間のサンプル点は、等間隔と仮定される。即ち、
ｔｉ＋１＝ｔｉ＋δｔ、（δｔはｉから独立）・・・（９）
点ｒについて、時間の完全な組｛ｔｉ｝は、一次元配列として考えられ、雑音項εｐ（ｔ）及びεｆ（ｔ）の推定を行うことができる。単一の画素では、上述したように、高振動周波数でこれら誤差項の信頼度の高い推定が得られない。しかし、多数のそのようなベクトルが異なる点｛ｒｉ｝にあれば、これらの各雑音項について数多くの推定を行い得る。最終的な推定は、測定値の組に中央値を適用することによって得られる。
ｔｉ＋１＝ｔｉ＋δｔ、（δｔはｉから独立）・・・（９）
点ｒについて、時間の完全な組｛ｔｉ｝は、一次元配列として考えられ、雑音項εｐ（ｔ）及びεｆ（ｔ）の推定を行うことができる。単一の画素では、上述したように、高振動周波数でこれら誤差項の信頼度の高い推定が得られない。しかし、多数のそのようなベクトルが異なる点｛ｒｉ｝にあれば、これらの各雑音項について数多くの推定を行い得る。最終的な推定は、測定値の組に中央値を適用することによって得られる。
以下のアルゴリズムは、単一のベクトル組｛ｔｉ｝に作用する。第１段階は、ベクトルＩ（ｔｉ，ｒ）のピークを正確に計算することである。これには、そのδｔが充分小さくて、干渉信号データの単一の正弦波におけるサンプルの数が、波当り８乃至３０サンプルの範囲であることが必要である。この細かいサンプリングの場合、サンプリングした点は、例えば、三次式近似を用いて補間し得る。
ＩＦｉｎｅ＝ｓｐｌｉｎｅ（ｚ，Ｉ，ｚｆｉｎｅ）・・・（１１）
ベクトルＩＦｉｎｅから、π／２の奇数倍の位相で起こる信号の極値（極大及び極小の双方）を計算し得る。
ベクトルＩＦｉｎｅから、π／２の奇数倍の位相で起こる信号の極値（極大及び極小の双方）を計算し得る。
ｐｅａｋｓ＝ｐｅａｋｆｉｎｄｅｒ（ＩＦｉｎｅ）・・・（１２）
これらのピーク値を用いて、以下の量、即ち、ｃ（ｔ）＋ｄｃ（ｔ）、Ａ＋ｄＡ（ｔ）、及び理想的位相Φｉｄｅａｌをｔの関数として全て推定することができる。Φｉｄｅａｌは、以下の関数形式をピークデータに近似させることによって求める。
これらのピーク値を用いて、以下の量、即ち、ｃ（ｔ）＋ｄｃ（ｔ）、Ａ＋ｄＡ（ｔ）、及び理想的位相Φｉｄｅａｌをｔの関数として全て推定することができる。Φｉｄｅａｌは、以下の関数形式をピークデータに近似させることによって求める。
ΦＩｄｅａｌ（ｔｉ，ｒ）＝ΦＩｄｅａｌ（ｔ０，ｒ）＋（ｉ−１）ΔΦＩｄｅａｌ（ｒ）・・・（１３）
上式において、経路長走査と焦点走査の場合、それぞれ
上式において、経路長走査と焦点走査の場合、それぞれ
この近似作業は、観察ピークが見つかった場合にその余弦関数をピークにする開始位相の最良値Φｉｄｅａｌ（ｔ０，ｒ）を求めることになる。
監視信号を近似する他の方法も可能である。例えば、ピーク発見に対する他の選択肢は、位相を推定するためのＦＦＴ手段である。しかしながら、ピークを用いる利点は、サンプル期間が走査長全体に均等に分かれる必要がないことであり、これは、ＰＵＰＳ解析のための瞳面において、サンプル期間は、リング毎に変動することから、焦点面を走査する場合、利点になり得る。
次の作業は、不正確な走査に起因するΦのエラーを推定することである。このことは、例えば、次のような逆余弦関数により行い得る（これは、０とπとの間の値を返すものと理解されたい）。
ｄΦ＝Φ−Φｉｄｅａｌ＝ｓｉｇｎ（ｓｉｎΦＩｄｅａｌ）＊（ｃｏｓ−１（（Ｉ−ｃ−ｄｃ）／（Ａ＋ｄＡ））−ΦＩｄｅａｌ・・・（１５）
この式は、ベクトルの全てのサンプル点に適用すべきである。一旦、ｄΦを推定すると、エラーε（ｔ，ｒ）を計算することは、簡単なことである。θの異なる値に対する複数のそのようなベクトルを処理することで、誤差項εｐ（ｔ）及びεｆ（ｔ）を分離するために充分な情報が提供される。例えば、ｎ個の監視信号が異なる入射角で解析される場合、収集した情報は、各時間サンプルｔについてｎ個の式を生成する。
この式は、ベクトルの全てのサンプル点に適用すべきである。一旦、ｄΦを推定すると、エラーε（ｔ，ｒ）を計算することは、簡単なことである。θの異なる値に対する複数のそのようなベクトルを処理することで、誤差項εｐ（ｔ）及びεｆ（ｔ）を分離するために充分な情報が提供される。例えば、ｎ個の監視信号が異なる入射角で解析される場合、収集した情報は、各時間サンプルｔについてｎ個の式を生成する。
低コヒーレンス信号データの補正
一般的に、走査エラーが明らかになると、低コヒーレンス干渉データは、エラーの根拠を示すために補正し得る。以下は、何らかの更なる処理に先立つ低コヒーレンス信号自体の補正を例示する更に詳細な例である。一旦、走査位置を測定すると、低コヒーレンス走査データは、三次補間又は他の種類の補間式によって補正し得る。Ｉｗ（ｔ，ｒ）は、低コヒーレンス走査データを示すものとする。走査エラー解析から、このデータは、時間｛ｔｉ｝にサンプリングされたのではなく、これらの時間プラス誤差項にサンプリングされたことが分かる。即ち、実際のサンプルは、時間
Ｔｉ（ｒ）＝ｔｉ＋Δｉ（ｒ）・・・（１６）
に発生した。上式において、
Δｉ（ｒ）＝［ｅｐ（ｔｉ）＋ｃｏｓ（θ（ｒ））ｅｆ（ｔｉ）］／（ｄｚｉｄｅａｌ（ｒ）／ｄｔ）・・・（１７）
上式において、経路長走査及び物体焦点走査の場合、それぞれ
一般的に、走査エラーが明らかになると、低コヒーレンス干渉データは、エラーの根拠を示すために補正し得る。以下は、何らかの更なる処理に先立つ低コヒーレンス信号自体の補正を例示する更に詳細な例である。一旦、走査位置を測定すると、低コヒーレンス走査データは、三次補間又は他の種類の補間式によって補正し得る。Ｉｗ（ｔ，ｒ）は、低コヒーレンス走査データを示すものとする。走査エラー解析から、このデータは、時間｛ｔｉ｝にサンプリングされたのではなく、これらの時間プラス誤差項にサンプリングされたことが分かる。即ち、実際のサンプルは、時間
Ｔｉ（ｒ）＝ｔｉ＋Δｉ（ｒ）・・・（１６）
に発生した。上式において、
Δｉ（ｒ）＝［ｅｐ（ｔｉ）＋ｃｏｓ（θ（ｒ））ｅｆ（ｔｉ）］／（ｄｚｉｄｅａｌ（ｒ）／ｄｔ）・・・（１７）
上式において、経路長走査及び物体焦点走査の場合、それぞれ
このように、値Ｉｗ（Ｔｉ，ｒ）を測定したが、測定したかったのはＩｗ（ｔｉ，ｒ）である。そこで、式
Ｉｗ（ｔｉ，ｒ）＝Ｉｗ（Ｔｉ−Δｉ（ｒ），ｒ）・・・（１９）
を用いることによってＩｗ（ｔｉ，ｒ）を概算するために、三次式近似補間を用いることができる。
Ｉｗ（ｔｉ，ｒ）＝Ｉｗ（Ｔｉ−Δｉ（ｒ），ｒ）・・・（１９）
を用いることによってＩｗ（ｔｉ，ｒ）を概算するために、三次式近似補間を用いることができる。
三次式近似を実施するためには、関数Ｉ＝Ｉ（ｔ）に対してｉ＝０、１、２、…、ｎについての点［Ｔｉ，Ｉｉ］の表を確立する。それにより、ｎ＋１個の点及びそれらの間のｎ個の間隔が作られる。三次式近似補間は、通常、表内の各値を通過する区分的連続曲線である。各間隔に別個の三次多項式があり、各々それ自体の係数
Ｓｉ（ｔ）＝ａｉ（ｔ−Ｔｉ）３＋ｂｉ（ｔ−Ｔｉ）２＋ｃｉ（ｔ−Ｔｉ）＋ｄｉ、ｔ∈［Ｔｉ，Ｔｉ＋１］の場合・・・（２０）
を有し、これら多項式セグメントは、合わせてスプラインＳ（ｔ）で示す。
Ｓｉ（ｔ）＝ａｉ（ｔ−Ｔｉ）３＋ｂｉ（ｔ−Ｔｉ）２＋ｃｉ（ｔ−Ｔｉ）＋ｄｉ、ｔ∈［Ｔｉ，Ｔｉ＋１］の場合・・・（２０）
を有し、これら多項式セグメントは、合わせてスプラインＳ（ｔ）で示す。
ｎ個の間隔があり、また、各々に４つの係数があることから、合計４ｎ個のパラメータが、スプラインＳ（ｔ）を定義するのに必要である。４ｎ個の独立した条件が、それらを確定するのに必要である。三次多項式は間隔の両端において表の値と一致しなければならないという要件から、各間隔について、２つの条件が得られる。即ち、
Ｓｉ（Ｔｉ）＝Ｉｉ、Ｓｉ（Ｔｉ＋１）＝Ｉｉ＋１・・・（２１）
これらの条件は、結果として区分的連続関数になることに留意されたい。２ｎ個の更なる条件が、依然として必要である。補間は、出来るだけ滑らかにすることが望ましいため、一次及び二次導関数も連続的であることを要求できる。
Ｓｉ（Ｔｉ）＝Ｉｉ、Ｓｉ（Ｔｉ＋１）＝Ｉｉ＋１・・・（２１）
これらの条件は、結果として区分的連続関数になることに留意されたい。２ｎ個の更なる条件が、依然として必要である。補間は、出来るだけ滑らかにすることが望ましいため、一次及び二次導関数も連続的であることを要求できる。
Ｓ’ｉ−１（Ｔｉ）＝Ｓ’ｉ（Ｔｉ），Ｓ’’ｉ−１（Ｔｉ）＝Ｓ’’ｉ（Ｔｉ）・・・（２２）
これらの条件は、ｉ＝１、２、…、ｎ−１、について当てはまり、結果的に２ｎ−１個の制約条件を生じる。従って、２つの更なる条件が、スプラインを完全に確定するのに必要である。幾つかの標準的な選択肢が、ユーザに残されている。即ち、
Ｓ’’０（Ｔ０）＝０，Ｓ’’ｎ−１（Ｔｎ），（「自然境界」と呼ばれる）・・・（２３）
Ｓ’０（Ｔ０）＝Ｉ’０，Ｓ’ｎ−１（Ｔｎ）＝Ｉ’ｎ，（「締境界」と呼ばれる）・・・（２４）
関数が周期的である場合、他の選択肢が考えられる。どれが最良であるかは、用途に依存する。
これらの条件は、ｉ＝１、２、…、ｎ−１、について当てはまり、結果的に２ｎ−１個の制約条件を生じる。従って、２つの更なる条件が、スプラインを完全に確定するのに必要である。幾つかの標準的な選択肢が、ユーザに残されている。即ち、
Ｓ’’０（Ｔ０）＝０，Ｓ’’ｎ−１（Ｔｎ），（「自然境界」と呼ばれる）・・・（２３）
Ｓ’０（Ｔ０）＝Ｉ’０，Ｓ’ｎ−１（Ｔｎ）＝Ｉ’ｎ，（「締境界」と呼ばれる）・・・（２４）
関数が周期的である場合、他の選択肢が考えられる。どれが最良であるかは、用途に依存する。
４ｎ個の係数及び４ｎ個の線形条件があれば、例えば、従来のアルゴリズムを用いてそれらを求める式を解くことは簡単である。
このように補正された低コヒーレンス干渉信号は、次に、表面構造のＰＵＰＳ解析であれ、従来の表面特徴の測定であれ、用途に応じて処理し得る。
このように補正された低コヒーレンス干渉信号は、次に、表面構造のＰＵＰＳ解析であれ、従来の表面特徴の測定であれ、用途に応じて処理し得る。
Ｊ行列法
幾つかの実施形態では、監視信号からの走査エラー情報を用いて、「Ｊ行列」法と称する取り組み方法を用いて干渉データを補正し得る。この取り組み方法については、後述する。
幾つかの実施形態では、監視信号からの走査エラー情報を用いて、「Ｊ行列」法と称する取り組み方法を用いて干渉データを補正し得る。この取り組み方法については、後述する。
完全に等間隔配置された信号サンプルを提供し走査エラーがない測定では、結果的に生じる非擾乱信号は、Ｍ要素ベクトルｕによって表すことができ、これは、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を実施することによってスペクトル解析が可能である。ＤＦＴは、線形方程式系を以下の行列形式で解くことと数学的に等価である。
次に、走査エラー（例えば、測定系における振動）又はデータ点欠損によって損なわれた名目的に均一なサンプリング増分等、不均一なサンプリング増分で取得された信号について考える。擾乱信号
ロム・スカーグル（Ｌｏｍｂ−Ｓｃａｒｇｌｅ）法は、サンプリング増分が既知である場合、不等間隔データのスペクトル解析を実施する１つのやり方である。一般的に、ロム・スカーグル法は、データへの正弦曲線の最小二乗近似を表す。パワースペクトル推定値は、対象の各周波数について独立に計算される。近似関数が互いに直交しないという事実は、異なる周波数成分間の何らかの漏れに至ることがある。従って、本方法は、一般的に、厳密な方法ではないが、それでも高い雑音レベルが存在する場合、極めて強力な方法である。
幾つかの実施形態では、不等間隔データのスペクトル解析のためにＤＦＴに近い方法を採用し得る。一般的に、ＤＦＴを用いた上記方法とは対照的に、修正した組の基底関数を用いて、新しいＭ×Ｍ行列
関数Ｙｎは、対象の周波数が何であるかを規定する。ＤＦＴの代わりに周波数解析を用いる用途の場合、関数Ｙｎは、例えば、以下のようになる。
行列形式の新しい線形方程式系
行列
低コヒーレンス干渉法のような用途では、通常、大量の（例えば、各カメラ画素につき１つの）データセットをスペクトル解析する必要がある場合、不均一なＯＰＤサンプリングは、全画素に対して同じであることから、同じＪ行列の逆行列
上述したように、実際の測定システムは、振動等に起因する走査エラーだけを受けるのではなく、１つ又は複数の記録データ点に不明な値を加える測定雑音（例えば、干渉計のカメラにおける散弾雑音又はデジタル化エラー）も受ける。
一般的に、Ｊ行列を用いるスペクトル解析の精度は、多数の要因によって影響されることがある。例えば、Ｊ行列を用いるスペクトル解析の結果が雑音によって影響される程度は、信号対雑音比とＪ行列及びその逆行列の条件との双方に依存する。
一般的に、走査増分が極端に不均一であり、異なるｍに対してＸｍがほぼ同一値であると、基底関数は、ほとんど独立ではなく、行列は、条件が悪くなり、従って、雑音が存在すると、計算したスペクトルの解は、不安定になる。
雑音による安定性の問題の場合、より高い安定性は、スペクトルの大きさがゼロより大きいと予想される周波数帯にスペクトル解析を限定することによって達成し得ると考えられる。Ｊ行列は、この時、（列が行より少ない）矩形になる。その結果、線形方程式系は、優決定状態となる。最小二乗法の定義における最適解を計算する。矩形行列の逆行列は存在しないため、その行列の疑似逆行列を計算することになるが、これは、例えば、特異値分解（ＳＶＤ）又は以下の形式のムーア・ペンローズ（Ｍｏｏｒｅ−Ｐｅｎｒｏｓｅ）逆行列を用いて行い得る。
数学的表現は、現時点では、不均一なサンプリング位置において取られたデータをスペクトル解析可能であり、もっと一般的な信号歪みを補償するためにも拡張し得る。これら追加の歪みは、カメラフレームｍの関数（干渉計用途における光源の変動等）や、周波数成分ｎの関数（測定構成における要素のスペクトルフィルタ効果等）や、その組合せ（スペクトル変動光源等）であり得る。これらの影響は、関数Ｉｍ，ｎに集約される。この関数を監視するには、独立した計測が必要である。場合によっては、サンプリング位置に関する情報を含む関数Ｉｍ，ｎ及び関数Ｘｍは、擾乱信号
幾つかの実施形態では、強度及びスキャナ位置は、カメラフレーム当り一度監視され、強度変化は、カメラフレーム内において小さく（例えば、カメラシャッタ時間が短い場合）、また、光源の輝度変動は、全周波数に同様に影響を及ぼす。式３４における平均の計算は、１つの被加量に限定される。Ｉは、フレームｍのみの関数となる。式３４は、光源の輝度変動を説明するＪ行列の式に簡略化される。
式３４の関数Ｉ、又は式２９及び３４の関数Ｘを全てのカメラ画素について同様に表すことのできない干渉法用途がある。そのような場合、Ｊ行列は、個々のカメラ画素又はカメラ画素のグループについて計算しなければならない。画素依存変動の理由としては、可能性として、干渉空胴がピストンのような走査動作を乱す先端のそり反ったような運動や、主に視野周辺部の画素に影響を及ぼす「けられ」や、走査動作に対する面法線角度の変動（例えば、参照球を備えたフィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）タイプの干渉計を用いて球面を測定する場合）が挙げられる。
信号それ自体のスペクトル解析を必要としない用途も、Ｊ行列法を用いる信号解析により恩典を得られる。上記手順は、ＤＦＴの代用と見なし得ることから、計算したスペクトルの逆ＤＦＴにより、元の信号と等価な信号が明らかになるが、この信号は、均一な増分でサンプリングされ、また、Ｊ行列の計算において考慮されたあらゆる他の影響（光源変動、有限のフレーム蓄積時間による縞コントラスト減少等）を受けない。
Ｊ行列法の３つの変種が、図１１、１２Ａ、及び１２Ｂに示すフローチャートに要約されている。具体的には、図１１のフローチャートは、Ｊ行列法を用いるスペクトル解析を示す。図１２Ａのフローチャートは、更なる信号歪みを補償する拡張Ｊ行列
図１１において、Ｊ行列法は、データ生成部（１１５１）及びスペクトル解析部（１１３３）を伴い、結果としてＮ個のスペクトル（１１５９）を生成する。データ生成１１５１には、例えば、データ取込み及び走査動作の決定（１１５３）が含まれ、これにより、Ｎ個の走査位置（１１５５）及びＮ個の干渉データセット（１１５７）がスペクトル解析部（１１３３）に提供される。Ｎ個の走査位置１１５５は、等距離でない場合もあるが、偏差は、決定された走査動作履歴から分かっている。Ｎ個の干渉データセット１１５７は、干渉系の一次光源及び検出器を用いて取り込んだ低コヒーレンス干渉信号に対応する。
スペクトル解析１１３３は、Ｎ個の干渉データセット１１５７のスペクトル分解を伴い、また、更なる解析用の出力として、Ｎ個のスペクトル１１５９を提供する。具体的には、スペクトル解析１１３３には、Ｊ行列を構築する段階（１１６１）と、Ｊ行列を逆行列にする段階（１１６３）と、逆Ｊ行列にデータセット１１５７を乗算する段階（１１６５）と、が含まれる。
Ｊ行列を構築するために、まず、異なる周波数に対応する基底関数を計算し（１１６１Ａ）、そして、基底関数を列とするＪ行列を形成する（１１６１Ｂ）。一般的に、基底関数は、所定の擾乱走査位置における純粋な振動信号の値に対応する。
Ｎ個のスペクトル１１５９は、走査の評価のために直接用いるか、又は他の選択肢もしくは追加として、例えば、ＤＦＴの（未修正の）基底関数に基づき、補正された干渉信号を再構築するために用い得る。
次に、図１２Ａにおいて、拡張Ｊ行列の場合、データ生成部（１２７１）は、Ｊ行列法と同様である。異なる点は、データ生成部が、追加的に更に信号を歪ませＪ行列を構成するためにも考慮される影響１２７３を測定することである。具体的には、拡張Ｊ行列の基底関数は、更に信号を歪ませる影響１２７３に応じて修正された所定の擾乱走査位置における純粋な振動信号の値に対応する。スペクトル解析１２３３には、Ｊ行列法と同様の段階が含まれる。しかしながら、Ｊ行列を構築する段階は、更に信号を歪ませる影響１２７３の記録に基づき修正される異なる周波数に対応する基底関数を計算する段階を伴う。
図１２Ｂに示すフローチャートは、拡張Ｊ行列の応用例を示す。この場合、Ｎ個のスペクトル１１５９は、図１２Ａにおいて略述した手順と同じやり方で計算される。その後、補正されたスペクトルは、逆ＤＦＴの適用１２１２によって導出されるＮ個の補正された干渉データセット１２１１の組を再構築するために用いられる。
図１３Ａ乃至１５Ｃは、異なる低コヒーレンス信号の例に適用された場合、Ｊ行列法が、従来のＤＦＴと比較してどのように機能するかについて数値実験を介して示す。
図１３Ａ乃至１３Ｅは、振動及びカメラ雑音のない信号（即ち、走査エラーを有さない信号）の場合のデータを示す。図１３Ａは、信号自体を示すが、これは、人工的に生成した余弦関数であり、ガウス包絡線を伴う。実線は、非擾乱連続信号であり、これに対して、実際のデータ点は、点によって示す。それら信号点は、ＳＷＬＩ信号全体の約４分の１だけを示す。図１３Ｂ乃至１３Ｅは、ＤＦＴ及びＪ行列法によって取得されたスペクトル振幅並びにスペクトルエラーの大きさを示す。具体的には、図１３Ｂ及び１３Ｄは、ＤＦＴ法を用いる場合のスペクトル及びスペクトルエラーを示し、一方、図１３Ｃ及び１３Ｅは、Ｊ行列法を用いる場合のスペクトル及びスペクトルエラーを示す。走査エラーの無い状態では、ＤＦＴ及びＪ行列周波数スペクトルは、同じガウス分布を有し、また、スペクトルエラーは、双方共ゼロである。
図１３Ａ乃至１３Ｅは、振動及びカメラ雑音のない信号（即ち、走査エラーを有さない信号）の場合のデータを示す。図１３Ａは、信号自体を示すが、これは、人工的に生成した余弦関数であり、ガウス包絡線を伴う。実線は、非擾乱連続信号であり、これに対して、実際のデータ点は、点によって示す。それら信号点は、ＳＷＬＩ信号全体の約４分の１だけを示す。図１３Ｂ乃至１３Ｅは、ＤＦＴ及びＪ行列法によって取得されたスペクトル振幅並びにスペクトルエラーの大きさを示す。具体的には、図１３Ｂ及び１３Ｄは、ＤＦＴ法を用いる場合のスペクトル及びスペクトルエラーを示し、一方、図１３Ｃ及び１３Ｅは、Ｊ行列法を用いる場合のスペクトル及びスペクトルエラーを示す。走査エラーの無い状態では、ＤＦＴ及びＪ行列周波数スペクトルは、同じガウス分布を有し、また、スペクトルエラーは、双方共ゼロである。
図１４Ａ乃至１４Ｅは、図１３Ａ乃至１３Ｅに示したものと同様のデータに対する図を示す。しかしながら、ここで、データ点は、依然として理想的な曲線上にあるが、不均一に分散した走査位置で取得されている。図１４Ｂで分かるように、ＤＦＴ法を用いる場合、走査エラーにより、周波数スペクトルは、理想的なガウス曲線から逸脱する。厳密なサンプル位置に関する情報は、標準的ＤＦＴ法使用時、失われ、従って、図１４Ｄから明らかなように、スペクトルにエラーが生じる。しかしながら、図１４Ｃ及び１４Ｅは、Ｊ行列法が、依然としてエラーの無いスペクトルを取得することを示す。
図１５Ａ乃至１５Ｅは、図１３Ａ乃至１３Ｅに示したものと同様の図を示すが、例外は、ここでは、不均一なサンプリング及びフロアノイズの双方が信号に影響を及ぼす点である。図１５Ａで分かるように、その結果は、データ点が、理想的な曲線から逸脱し、更に、不均一な走査増分で分布することである。図１５Ｂ乃至１５Ｅにおいて、フロアノイズにより、ＤＦＴ及びＪ行列のスペクトルは、双方共、滑らかに変動する関数であることから逸脱し、スペクトルにエラーが生じる。しかしながら、一般的に、エラーの大きさは、ＤＦＴ法の場合が、Ｊ行列法の場合より大きい。
図１３Ａ乃至１５Ｅに関連して上述した例では、サンプル位置は、厳密に等距離の位置から期間のＲＭＳの約１６分の１だけ逸脱するように設定し、また、図１５Ａ乃至１５Ｅにおけるカメラの雑音レベルは、全信号範囲の１％のＲＭＳであった。
実際には、Ｊ行列法を用いる恩典は、エラー源の組み合わせに依存する。例えば、振動が主なエラー源であり、その振動を監視できる場合、Ｊ行列は、測定精度を大幅に改善し得る。監視しない雑音が支配的である場合、Ｊ行列法は、あまり役に立たないことがある。
Ｊ行列法について、低コヒーレンス干渉計（例えば、ＳＷＬＩ干渉計）を用いて行う測定の精度を改善することに関して議論してきたが、Ｊ行列法は、更に一般的に、他の種類の干渉データに適用し得る。例えば、Ｊ行列法は、コヒーレンス長の長い干渉計を用いて取り込んだ（即ち、正弦波縞を含むが、ＳＷＬＩ信号のようにガウス包絡線で変調されない）信号を解析するために用い得る。理論による拘束は望まないが、数値実験を用いて、そのような信号に対するＪ行列の使用方法について実証する。図１６Ａ乃至１６Ｂにおいて、例えば、純粋な正弦波の８０期間から構成される信号を、所定間隔において完全にランダムなサンプリング位置で１００サンプルだけサンプリングする。図１６Ａは、信号の図を示し、この場合、サンプルデータ点は、正弦波曲線上の点によって示す。ナイキストの観点では、信号は、アンダーサンプリングである。特に図１６Ｂでは、１００個のデータ点が、１００×１００のＪ行列で解析されたが、この場合、Ｊ行列は、所定間隔区間及びそれらの負の片割れにおける５０乃至９９の期間に相当する基底関数から構成した。周波数成分に関する何らかの情報が存在すると仮定した。選択的な周波数帯を用いて、基底関数を定義した。データは、無雑音であった。Ｊ行列スペクトルは、間隔区間当り８０サイクルで明確なピークを示し、Ｊ行列法が高い信頼度で機能することを示す。
図１７Ａ乃至１７Ｃにおいて、図１６Ａに示すものと同じデータを用いて、信号範囲の２％に対応する追加の雑音を信号に付加して、第２の数値実験を実施した。２つのＪ行列解析をこのデータについて行った。特に図１７Ｂにおいて、第１解析では、悪条件の１００×１００のＪ行列法を用いて、エラー続出の周波数スペクトルを生成した。図１７Ｃにおいて、第２解析では、データは、１００×８０のＪ行列を用いて解析され、正しい周波数で明確なピークが生じた。
図１８において、補正された信号スペクトルの単なる計算とは反対に、有歪干渉信号を回復するために拡張Ｊ行列を用いる数値実験を実施した。本例は、低コヒーレンス干渉計で起こり得る６つの信号（（ａ）乃至（ｆ）で表記）を示す。この場合、信号（ｂ）から信号（ｅ）まで、信号を歪ませる作用をより多く追加した。この系列は、信号（ａ）から始まるが、無歪干渉信号を示す。信号（ｂ）は、不均一な走査増分による走査に対応する。或る程度の光源変動が、信号（ｃ）に追加されており、一方、信号（ｄ）には、有限のフレーム蓄積時間の影響が含まれていた。この効果は、フレーム１２８周辺で最も明らかである。追加した最後の雑音源は、カメラ雑音であり、結果的に有歪干渉信号（ｅ）が生じた。拡張Ｊ行列の基底関数には、信号を歪ませる作用が、全て含まれるが、独立に監視できないカメラ雑音は除く。スペクトルの計算後、逆ＤＦＴにより、補正した干渉信号（ｆ）が明らかになった。元の無歪信号は、比較のために破線として重ねている。この実験では、矩形２５６×１８１要素の拡張Ｊ行列が、高い周波数範囲を除去した状態で用いられた。
上述したように、不均一にサンプリングされた走査位置Ｘｍに関する情報は、様々な供給源から提供し得る。もちろん、幾つかの実施形態では、情報は、例えば、図１、７、９、及び１０に示した実施形態に関連して述べた監視システムの測定値に基づき提供される。しかしながら、更に一般的に、情報は、他の供給源から提供し得る。例えば、情報は、加速度計、接触式プローブ、静電容量式ゲージ、空気ゲージ、光学エンコーダ（例えば、線形光学エンコーダ）を用いて又は低コヒーレンス干渉データ自体の解釈に基づく技法により得ることができる。
複合参照体
幾つかの実施形態では、走査エラーに関する情報は、複合参照体を用いて決定する。複合参照体とは、少なくとも２つの参照境界面、即ち、一次参照境界面及び二次参照境界面を有する参照物体である。
幾つかの実施形態では、走査エラーに関する情報は、複合参照体を用いて決定する。複合参照体とは、少なくとも２つの参照境界面、即ち、一次参照境界面及び二次参照境界面を有する参照物体である。
一次参照境界面は、従来の参照境界面として構成され、他方、二次参照境界面は、干渉顕微鏡のＯＰＤを走査する間、情報を提供し、それにより干渉顕微鏡に対して被験物体の変位を監視できるように構成される。一般的に、二次参照境界面は、一次参照境界面に対して機械的に固定される。
一次参照及び二次参照境界面の効果は、視野に依存し、系の視野に渡って少なくとも位相が変動する複素実効反射率を提供することである。一般的に、実効反射率は、干渉像に関する全体的な又は低空間周波数の位相オフセットを円滑に決定するように構成される。
複合参照体の動作原理について、図１９乃至３１に関連して述べる。
図１９は、フィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）型レーザ干渉系２０００の一実施形態の略図を示す。フィゾー型レーザ干渉系２０００には、光源２１６３、ビームスプリッタ２１９８、被験物体２１７５及び複合参照体２１００によって形成された干渉空胴を含む。複合参照体２１００は、反射率ｒ１の一次参照面２１８１Ａ及び反射率ｒ２の二次参照面２１８１Ｂを有する。複合参照体２１００は、干渉走査を実施するために、アクチュエータ２１９３（移相器とも称する）でＺ方向に変位可能である。干渉系２０００は、更に、一次カメラ２１９１及び開口２１０６、並びに二次カメラ２１９９（監視カメラとも称する）を含む。図１９では、レンズ等の追加の光学要素、又は撮像干渉系の他の特徴を示さないが、その内の幾つかは、例えば、図２８に関連して説明する。
図１９は、フィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）型レーザ干渉系２０００の一実施形態の略図を示す。フィゾー型レーザ干渉系２０００には、光源２１６３、ビームスプリッタ２１９８、被験物体２１７５及び複合参照体２１００によって形成された干渉空胴を含む。複合参照体２１００は、反射率ｒ１の一次参照面２１８１Ａ及び反射率ｒ２の二次参照面２１８１Ｂを有する。複合参照体２１００は、干渉走査を実施するために、アクチュエータ２１９３（移相器とも称する）でＺ方向に変位可能である。干渉系２０００は、更に、一次カメラ２１９１及び開口２１０６、並びに二次カメラ２１９９（監視カメラとも称する）を含む。図１９では、レンズ等の追加の光学要素、又は撮像干渉系の他の特徴を示さないが、その内の幾つかは、例えば、図２８に関連して説明する。
二次参照面２１８１Ｂは、そこから反射した光が、一次カメラ２１９１からは遮られるが、二次カメラ２１９９には入射するように方向が決められる。監視カメラ２１９９及び複合参照体２１００は、協働して、アクチュエータ２１９３で始動する走査運動の開始位置を基準にした瞬間的平均光路長変化等の干渉空胴の特性（ピストンとも称する）を決定する。
監視カメラ２１９９は、複合参照体２１００の一次参照面２１８１Ａ、二次参照面２１８１Ｂ、及び被験物体２１７５によって生成された干渉パターンを捉え、他方、一次カメラ２１９１は、一次参照面２１８１Ａ及び被験物体２１７５の二表面の干渉だけを捉える。監視カメラ２１９９によって収集された干渉空胴に関する情報により、例えば、振動又は空気の乱れがある状態でも、被験物体２１７５への光路全体に関する情報を提供することによって、物体の３Ｄ面の高さを円滑に生成できる。
理論による拘束は望まないが、干渉信号は、システム２０００を用いて次のように生成する。図１９では、被験物体２１７５の表面は、複素反射率ｒ０を有し、一次参照面２１８１Ａは、反射率ｒ１を有し、また、二次参照面２１８１Ｂは、反射率ｒ２を有すると仮定する。これら全ての反射率は、横座標ｘ，ｙへの依存性を有し得る。光源２１６３から生じる光は、被験物体２１７５の表面からだけでなく、部分的に一次及び二次参照面２１８１Ａ及び２１８１Ｂの双方からも反射する。しかしながら、一次カメラ２１９１は、一次参照面２１８１Ａ及び被験物体２１７５から反射した光だけを検出する。これは、二次参照面２１８１Ｂは、その反射が開口２１０６によって遮られるように傾けられているためである。監視カメラ２１９９は、これに反して、開口を有さず、従って、３つ全ての反射を捉える。
一次カメラ２１９１で検出した干渉は、次のように記述し得る。
Ｒ０＝｜ｒ０｜２・・・（３８）
Ｒ１＝｜ｒ１｜２・・・（３９）
また、位相θは、物体表面の高さｈに比例する。
ｈ＝（λ／４π）θ・・・（４０）
θ＝ａｒｇ（ｒ０）・・・（４１）
また、参照体に関連した位相プロファイルオフセットは、
φ＝ａｒｇ（ｒ１）・・・（４２）
監視カメラ２１９９について、干渉は、次のように記述できる。
θ＝ａｒｇ（ｒ０）・・・（４１）
また、参照体に関連した位相プロファイルオフセットは、
φ＝ａｒｇ（ｒ１）・・・（４２）
監視カメラ２１９９について、干渉は、次のように記述できる。
Ｐ＝｜ρ１｜２・・・（４４）
ρ＝ｒ１＋ｒ２・・・（４６）
一例として、図２０は、複合型強度反射率プロファイルＰを示す。複合型強度反射率プロファイルＰは、１００×１００画素の格子に渡ってシミュレーションによって計算された。この場合、被験物体２１７５は、存在せず、一次参照面２１８１Ａと二次参照面２１８１Ｂとの間の相対的な傾きが、２波長分の光路差にまで蓄積され、視野（ＦＯＶ）全体に渡って一次反射率Ｒ１が４％、二次反射率Ｒ２が０．４％である。
一例として、図２０は、複合型強度反射率プロファイルＰを示す。複合型強度反射率プロファイルＰは、１００×１００画素の格子に渡ってシミュレーションによって計算された。この場合、被験物体２１７５は、存在せず、一次参照面２１８１Ａと二次参照面２１８１Ｂとの間の相対的な傾きが、２波長分の光路差にまで蓄積され、視野（ＦＯＶ）全体に渡って一次反射率Ｒ１が４％、二次反射率Ｒ２が０．４％である。
図２１Ａは、図２０の像のｘ（即ち、水平）方向の断面を示し、２つの参照面の組合せから生じる強度プロファイルＰ（式（４４））をより定量的に示す。図２１Ｂは、複合参照体２１００の複素位相
被験物体２１７５を導入して、図２２は、監視カメラ２１９９によって捉えられる監視装置の干渉パターンＩを示し、この場合、反射率Ｒ０＝２％の被験物体２１７５が、導入され、監視装置の干渉パターンＩの左上から右下までの対角線に沿って一次参照面２１８１Ａに対してわずかに傾けられている。強度変動は、主に複合参照体２１００と関連し、一次カメラ２１９１では見ることができない。
シミュレートした干渉像を一次カメラ２１９１で検出したものを図２３に示す。一次カメラ２１９１で検出した干渉と監視カメラ２１９９で検出した干渉との間の差異は、更に、図２４Ａ、２４Ｂ、２５Ａ、２５Ｂに示した横断プロファイルにおいて明らかである。具体的には、図２４Ａは、図１９の複合参照体について、わずかに傾いた反射率２％の被験物体２１７５との監視カメラ２１９９の干渉変動を示す。図２４Ｂは、監視カメラ２１９９によって捉えられた対応する位相変動を示す。
同じパラメータについて、図２５Ａは、複合参照体及びわずかに傾いた被験物体２１７５の一次カメラ２１９１上の干渉変動を示す。図２４Ｂは、一次カメラ２１９１によって捉えられた対応する位相変動を示す。
動作時、移相器２１９３は、被験物体２１７５に対して複合参照体２１００を機械的に変位させる。これにより、監視カメラ２１９９及び一次カメラ２１９１で捉えられる信号について一連の位相シフトが生じる。位相シフトは、干渉信号が図に示すように大きく異なっても、２つのカメラに対して同一である。従って、監視カメラ２１９９によって捉えられる位相シフトの決定は、一次カメラ２１９１によって取り込まれたデータ中の位相シフトを正確に解釈する際、有用であり得る。
ある期間に渡って取り込んだ単色の干渉データから位相シフトを決定するための幾つかの代表的なデータ処理技法について上述し、また、開始位相値の範囲が、全振動周波数に渡る干渉空胴の瞬間的光路長全体の決定を改善することを示す。
図２４Ｂ及び２５Ｂを比較すると、複合参照体２１００は、ＦＯＶ全体において、被験物体２１７５の構造から独立した位相変動を有しており、これは、監視カメラ２１９９と共に複合参照体２１００を用いた結果であることが分かる。
図２６に示すフローチャートでは、複合参照体２１００に基づき干渉系（例えば、干渉系２０００）を動作させる段階には、被験物体２１７５の監視データ及び干渉データのデータ取込み段階と、監視データのデータ処理と、監視データのデータ処理結果を用いた干渉データのデータ処理と、を含み得る。
具体的には、監視カメラによる監視干渉信号、及び一次カメラによる干渉信号を所定の位相シフト範囲に渡って取り込む（ステップ２０１０）。監視カメラは、一次及び二次参照境界面双方からの寄与を含む干渉パターンを捉え、他方、一次カメラは、一次参照からの寄与のみを含む干渉パターンを捉える。
そして、監視干渉信号を解析し、データ取込み中に起こった位相シフトを決定する（ステップ２０２０）。
そして、監視干渉信号から決定した位相シフトに関する情報を用いて、一次カメラで検出した干渉信号を解析し、例えば、被験物体表面の３Ｄ面の高さを決定する（ステップ２０３０）。
そして、監視干渉信号から決定した位相シフトに関する情報を用いて、一次カメラで検出した干渉信号を解析し、例えば、被験物体表面の３Ｄ面の高さを決定する（ステップ２０３０）。
図２６において略述したデータ処理は、干渉計に導入した複合参照体で取り込んだデータを用いるための取り組み方法例を示す。しかしながら、他の種類のデータ処理を採用して、複合参照体を用いて物体表面の特性を決定してもよい。例えば、高密度の縞パターンが含まれ図２０において明らかな強度パターンは、干渉縞位置を解釈する空間法を用いて解析し得る。追加の例は、例えば、ロビンソン（Ｄ．Ｗ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎ）及びレイド（Ｇ．Ｔ．Ｒｅｉｄ）（編集）「干渉像解析」（ブリストル及びフィラデルフィア、物理学会出版、１９９３）、ｐｐ．１４５‐１６６に記載のクジャウィンスカ（Ｍ．Ｋｕｊａｗｉｎｓｋａ）による「空間位相測定方法」に開示されている。この内容は、本明細書に引用・参照している。
図１９では、単一の光学要素を用いて第１及び第２参照面を提供するが、他の構成も可能である。例えば、幾つかの実施形態では、第１及び第２参照境界面は、異なる光学要素の一部であるが、この場合、光学要素は、互いに対して機械的に固定される。
例えば、図２７は、図１９に関連して述べた要素を多く含む干渉系２００１を示す。しかしながら、複合参照体２１００の代わりに複合参照体組立体２２００を用いており、一次及び二次参照面は、別個の光学要素の一部である。具体的には、複合参照体組立体２２００は、第１光学要素２２０２Ａ及び第２光学要素２２０２Ｂを含み、各々、共通の搭載フランジ２２０４に搭載されたおかげで、互いに対して機械的に固定されている。
図２８において、幾つかの実施形態では、干渉系２００１には、様々な光線誘導要素を含む光源・検出ユニット３２１０を含み得る。例えば、中継光学系２１６９及び２１７１は、光源２１６３からの光をビームスプリッタ２１６４に導き、そして、光は、開口２１０６を通過し、コリメータ光学系２１７７によって平行にされる。干渉空胴から戻ると、光は、結像レンズ２１８９で一次検出器２１９１上へ部分的に結像される。光は、更に、ビームスプリッタ２１９８で受光され監視カメラ２１９９に導かれ、レンズ２１９０によってそれに結像される。
干渉系２００１が、平面被験物体を調査するように構成される場合、他の構成も可能である。
例えば、図２９は、光源・検出ユニット３２１５及び複合参照体２２５０を含む干渉系２００２を示す。光源・検出ユニット３２１５は、光源・検出ユニット３２１０と同様である。しかしながら、複合参照体２２５０は、平面ではなく球面の波面を形成して、湾曲した被験物体３１７５を照射するように構成される点において、複合参照体２２００と異なる。具体的には、複合参照体２２５０は、第１光学要素２２５２Ａ、レンズ２２５８、及び第２光学要素２２５２Ｂを含む。レンズ２２５８及び第２光学要素２２５２Ｂは、共に単一ユニットに搭載され、これが、搭載フランジ２２０４を介して第２光学要素２２５２Ｂに機械的に固定される。第１光学要素２２５２Ａは、湾曲した第１参照面２１８１Ａを提供し、第２光学要素は、平面の第２参照面２１８１Ｂを提供し、これによって、干渉系２００２のＦＯＶにおいて位相が変動する干渉空胴の視野依存性複素実効反射率が提供される。
例えば、図２９は、光源・検出ユニット３２１５及び複合参照体２２５０を含む干渉系２００２を示す。光源・検出ユニット３２１５は、光源・検出ユニット３２１０と同様である。しかしながら、複合参照体２２５０は、平面ではなく球面の波面を形成して、湾曲した被験物体３１７５を照射するように構成される点において、複合参照体２２００と異なる。具体的には、複合参照体２２５０は、第１光学要素２２５２Ａ、レンズ２２５８、及び第２光学要素２２５２Ｂを含む。レンズ２２５８及び第２光学要素２２５２Ｂは、共に単一ユニットに搭載され、これが、搭載フランジ２２０４を介して第２光学要素２２５２Ｂに機械的に固定される。第１光学要素２２５２Ａは、湾曲した第１参照面２１８１Ａを提供し、第２光学要素は、平面の第２参照面２１８１Ｂを提供し、これによって、干渉系２００２のＦＯＶにおいて位相が変動する干渉空胴の視野依存性複素実効反射率が提供される。
例えば、図２０及び２７に示すもの等、幾つかの実施形態では、監視画像は、幾何学的形状によって一次画像から分離されるが（例えば、二次参照境界面からの光を一次カメラから遮断することによって）、他の構成も可能である。例えば、幾つかの実施形態では、監視画像は、波長によって一次画像から分離し得る。
一例として、図３０は、干渉顕微鏡のＯＰＤを走査する間、干渉顕微鏡に対して被験物体の変位を監視するために監視画像（例えば、単色の監視画像）を用いるように構成した干渉系２００３を示す。
具体的には、干渉系２００３は、干渉計台３３１０、監視装置組立体３３００、及び干渉対物系３１６７を含む。干渉計台３３１０は、広帯域光源３１６３、ビームスプリッタ３１７０、及び白色光カメラ３１９１上に干渉パターンを結像するための結像レンズ３１８９を含む。更に、干渉計台３３１０は、取出鏡３３０８、監視装置結像レンズ３１９０、及び監視カメラ３１９９を含む。
干渉計台３３１０は、被験物体２１７５に対して監視装置組立体３３００のサブシステム及び干渉対物系３１６７を変位させる機械式スキャナ３１９３を介し、監視装置組立体３３００及び干渉対物系３１６７に取り付ける。
監視装置組立体３３００には、二次光源３１９７（例えば、単色光源等の狭帯域光源）と、監視波長（１つ又は複数）専用の部分透過鏡３３０４（例えば、５０／５０鏡）と、参照レンズ３３０６と、二次参照面２１８１Ｂを備えた二次参照体３３０２Ｂと、が含まれる。
干渉対物系３１６７には、対物レンズと、干渉計ビームスプリッタ３１７９と、一次参照面２１８１Ａを備えた一次参照鏡３３０２Ａと、が含まれる。
被験物体２１７５の変位の監視は、監視画像を介して行い、別個の二次光源３１９７に依拠する。監視画像は、一次参照面２１８１Ａ及び二次参照２１８１Ｂの実効参照面の固定複素反射率を含む３面の干渉を介して形成される。監視画像は、位相シフト補正を決定するために用いる。幾つかの実施形態では、監視画像の品質が、ＳＷＬＩ干渉像より劣ることがある。
被験物体２１７５の変位の監視は、監視画像を介して行い、別個の二次光源３１９７に依拠する。監視画像は、一次参照面２１８１Ａ及び二次参照２１８１Ｂの実効参照面の固定複素反射率を含む３面の干渉を介して形成される。監視画像は、位相シフト補正を決定するために用いる。幾つかの実施形態では、監視画像の品質が、ＳＷＬＩ干渉像より劣ることがある。
一般的に、位相変調履歴は、監視画像の各画素において独立に、例えば、余弦変換によって評価し得る。ＳＷＬＩデータ取込みを補正するために、位相シフトの情報が、この時、白色ＳＷＬＩ画像を正確に解釈するために用いられ得る。この監視方法の恩典は、改造する必要のない（又はわずかに改造するだけで良い）従来型の干渉対物レンズを用い得ることである。従って、そのような構成の監視機構は、標準的な対物レンズ設計と互換性があるように構成し得る。
図１９乃至３０に関連して述べた干渉系は、ＳＷＬＩ用に構成されているが、他の選択肢としての動作モードも可能である。例えば、図３１において、干渉系２００４は、ＰＵＰＳ撮像用に構成されている。ここで、監視画像は、干渉系２００３と同様に波長によってＰＵＰＳ像から分離される。広帯域及び狭帯域光は、共通光源ユニットによって生成されるが、この共通光源ユニットは、干渉対物系５１６７への光を共通ビームスプリッタ５１７０を介してレンズ５１７７と結合する。光源ユニットは、広帯域光源５１６３、レンズ５１６９及び５１７１、監視光源５１９７、並びにビームスプリッタ５１６４を含む。照射は、被験物体２１７５上の単一点５４００に合焦される。干渉対物系５１６７は、並進ステージ５１９３により走査し得る。
干渉系２００４において、光学要素、例えば、チューブレンズ５１９８及びビームスプリッタ５１８９は、一次カメラ５１９１及び監視カメラ５１９９の双方が、試験対物系５１６７の瞳面と共役の面に配置されるように構成する。二次参照面２１８１Ｂを備えた二次参照体は、二次参照面２１８１Ｂが、一次参照面２１８１Ａに対して傾くように位置決めする。二次参照面２１８１Ｂは、監視波長（１つ又は複数）を部分的に反射し、これによって、結果的に生じる三面の干渉に或る範囲の位相オフセットをもたらす。
一次及び監視カメラ５１９１及び５１９９における画像情報は、プロセッサを備えた制御コンピュータ５１９２に提供される。制御コンピュータ５１９２は、更に、並進ステージ５１９３と交信する。
複合参照体を含む幾つかの実施形態について述べてきたが、一般的に、他の構成も可能である。例えば、複合参照体を特徴とする上述の実施形態は、全て、監視情報を取り込むための二次カメラを含むが、幾つかの実施形態では、単一のカメラを用いることができる。例えば、二次及び一次カメラは、一次及び監視画像のための別個のＦＯＶを有する単一のカメラに集約してもよい。
更に、時分割多重取込みを用いてもよく、又は、別個もしくは同時データ処理段階において全干渉位相オフセット及び物体表面特性を同時に決定するために処理される単一の画像を単に用いてもよい。
複合参照体は、任意の望ましい形状の２つ以上の参照反射体、例えば、平面、球面、非球面、又は他の形状の参照反射体から構成し得る。更に、複合参照体は、視野全体に渡って作用してもよく、視野の一部だけに作用してもよい。
変位測定干渉計
幾つかの実施形態では、走査エラーに関する情報は、変位測定干渉計（ＤＭＩ）を用いて決定するが、ＤＭＩは、干渉顕微鏡から分離されており（例えば、共通の光学部品を利用しない）、また、干渉顕微鏡のＯＰＤを走査する間、干渉顕微鏡に対して被験物体の変位を監視するように構成されている。そのようなシステムの例を図１９に示す。図は、二次光源１９７及び二次検出器１９９をもはや含まないように改造した干渉顕微鏡１１０を示す。むしろ、レーザ光源等を利用する変位測定干渉計１８０１が、ミロー（Ｍｉｒａｕ）対物系１６７に搭載され、また、測定ビームを導いて被験物体１７５から反射するように構成される。ＤＭＩ１８０１は、コンピュータ１９２に接続され、動作時、コンピュータ１９２に干渉信号を送る。コンピュータ１９２は、干渉信号に基づきミロー（Ｍｉｒａｕ）対物系１６７と被験物体１７５との間の相対変位を監視し、また、干渉顕微鏡１１０の動作と連係して、干渉顕微鏡１１０を用いて行われる測定に関連する走査エラーに関する情報を提供する。
変位測定干渉計
幾つかの実施形態では、走査エラーに関する情報は、変位測定干渉計（ＤＭＩ）を用いて決定するが、ＤＭＩは、干渉顕微鏡から分離されており（例えば、共通の光学部品を利用しない）、また、干渉顕微鏡のＯＰＤを走査する間、干渉顕微鏡に対して被験物体の変位を監視するように構成されている。そのようなシステムの例を図１９に示す。図は、二次光源１９７及び二次検出器１９９をもはや含まないように改造した干渉顕微鏡１１０を示す。むしろ、レーザ光源等を利用する変位測定干渉計１８０１が、ミロー（Ｍｉｒａｕ）対物系１６７に搭載され、また、測定ビームを導いて被験物体１７５から反射するように構成される。ＤＭＩ１８０１は、コンピュータ１９２に接続され、動作時、コンピュータ１９２に干渉信号を送る。コンピュータ１９２は、干渉信号に基づきミロー（Ｍｉｒａｕ）対物系１６７と被験物体１７５との間の相対変位を監視し、また、干渉顕微鏡１１０の動作と連係して、干渉顕微鏡１１０を用いて行われる測定に関連する走査エラーに関する情報を提供する。
一般的に、様々なＤＭＩを用い得る。市販されているＤＭＩの例には、例えば、ザイゴ（Ｚｙｇｏ）社（ミドルフィールド（Ｍｉｄｄｌｅｆｉｅｌｄ）、ＣＴ）から入手可能なＺＭＩシリーズ変位測定干渉計が含まれる。ＤＭＩの更なる例は、同様に、２００７年１月２３日に出願された米国特許出願第１１／６５６，５９７号、表題「物体を監視するための干渉系」に開示され、その全内容を本明細書に引用・参照する。
幾つかの実施形態では、ＤＭＩ１８０１によって用いられる光源は、ミロー（Ｍｉｒａｕ）対物系１６７に搭載する組立体に含まれる。幾つかの実施形態では、光源は、対物レンズから離して収容可能であり、ＤＭＩ用の光は、例えば、ファイバ導波管を介してＤＭＩに導くことができる。そのようなシステムの例は、例えば、米国特許出願第１１／６５６，５９７号に開示されている。そのような構成は、処理回路及び光源を対物系から離しつつ、対物系に搭載される実際の組立体を小さく比較的邪魔にならないようにできる点で有益であり得る。
幾つかの実施形態では、複数のＤＭＩを用いて走査中の被験物体の変位を監視し得る。例えば、米国特許出願第１１／６５６，５９７号に開示されたシステムに含まれる複数の検出チャネルは、各々、異なる位置での（例えば、相対的又は絶対的）変位を測定するためのＤＭＩを用いる。
ファイバベースのセンサ系
走査エラー監視用のファイバベースＤＭＩ系（「センサ系」とも称する）の様々な実施例について、図３３乃至４８Ｂに関連して述べる。
走査エラー監視用のファイバベースＤＭＩ系（「センサ系」とも称する）の様々な実施例について、図３３乃至４８Ｂに関連して述べる。
幾つかの実施形態では、干渉系にセンサ系を実装することにより、監視面、例えば、被験物体又は参照物体の表面の位置も決定し得る。このことは、例えば、干渉系の自動合焦機構内において、内部参照面への被験物体の相対距離を決定するために用い得る。
図３３は、センサ系４０００の例を示す。センサ系４０００は、サブシステム４０１０と、一例として、干渉系４１１０のミロー（Ｍｉｒａｕ）対物系４１６７に取り付けられたセンサ４０９９Ａ及び４０９９Ｂと、を含む。
サブシステム４０１０には、広帯域光源４０２０と、光源４０２０からの光で照射される広域同調可能な内部空胴４０３０と、内部空胴４０３０からの光を受光し様々なチャネル４０５０乃至４０５３間に光を配分する配光モジュール４０４０と、それぞれ各チャネル４０５０乃至４０５３用の個別検出モジュール４０７０乃至４０７３（例えば、光検出器）を備えた検出・位相計回路４０６０と、が含まれる。
更に具体的には、広帯域光源４０２０は、例えば、干渉系４１１０に用いる波長から遥かに離れた中心波長で発光する面発光ＬＥＤであり得る。例えば、光源４０２０は、約９ｍＷのパワー、１５５０ｎｍの中心波長、半値全幅が３０ｎｍのスペクトル幅、及び約５０μｍのコヒーレンス長を有し得る。
光源４０２０からの光は、ファイバケーブル４０１２及びアイソレータ４０１４及び４０１６を用いて導かれ、それぞれ、内部空胴４０３０から光源４０２０への帰還及び配光モジュール４０４０から内部空胴４０３０への光による系の歪みが回避される。アイソレータ４０１４及び４０１６は、例えば、戻り光を３０ｄＢ抑制し得る。
センサ系内では、幾つかの位置で５０／５０ファイバ結合器を用いて、入射及び／又は出射光を分離、配分、及び／又は合成し得る。例えば、内部空胴４０３０には、一方の側を光源４０２０及び配光モジュール４０４０に接続した５０／５０ファイバ結合器４０９５が含まれる。他方の側では、結合器４０９５は、変動し得るＯＰＤを有する内部空胴４０３０の２つの脚に接続される。各脚には、例えば、１０ｍ光ファイバのファイバ伸縮モジュール（ＦＳＭ）４０３２Ａ、４０３２Ｂが含まれ、各ＦＳＭは、プッシュプル・モードで動作して同調可能なＯＰＤを生成するように設定される。各脚は、更に、ファラデー鏡４０３４Ｂ、４０３４Ｂをそれぞれ含み、これにより、ファイバ経路における偏光の変化によるコントラストフェージングを低減し得る。
内部空胴の２つの脚に沿って伝搬する光のＯＰＤは、例えば、ＦＳＭ４０３２Ａ及び４０３２Ｂを用いて光路を伸縮することによって制御可能である。幾つかの実施形態では、ＯＰＤは、例えば、少なくとも３ｍｍの範囲に渡って、例えば、１０ｍｍの範囲に渡って変動し得る。内部空胴４０３０を離れる時、２つの脚からの光は、結合器４０９５において再合成される。
他の例として、５０／５０ファイバ結合器は、様々なチャネル４０５乃至５０５３内において、センサからの戻り光が、結合器を通過した後、位相計回路４０６０に導かれるように、入射及び反射光を分離するために用いられる。特に、結合器４０９０は、参照空胴４０８０に配光モジュール４０４０のチャネル４０５０からの光を供給し、また、参照空胴４０８０からの光を検出モジュール４０７０に導く。同様に、５０／５０ファイバ結合器４０９１は、センサ４０９９Ａに配光モジュール４０４０のチャネル４０５１からの光を供給し、また、センサ４０９９Ｂからの光を検出モジュール４０７１に導く。同じ様に、結合器４０９２及び４０９３は、それらの関連するチャネル及びセンサからの光と相互に作用する。
運動測定に関して、センサは、一般的に、物理的な物体に取り付けられ、例えば、参照位置に対して適切な自由度（１つ又は複数）を単体で又は組み合わせて監視し得る。例えば、チャネル４０５１及び４０５２は、それぞれ、センサ４０９９Ａ及び４０９９Ｂに接続され、被験物体４１７５と、センサ４０９９Ａ及び４０９９Ｂ、従って、ミロー対物系４１６７との間の距離を測定する。チャネル４０５１及び４０５２は、測定チャネルとも称する。センサ構成の例は、図３４に関連して述べる（下記参照）。
参照信号を供給するために、参照空胴４０８０は、チャネル４０５０に接続される。図３５に関連して述べるように（下記参照）、参照空胴４０８０は、センサ４０９９Ａ及び４０９９Ｂと同様の構成を有する。チャネル４０５０は、参照チャネルとも称する。
各センサ４０９９Ａ及び４０９９Ｂは、独立した結合空胴干渉計を内部空胴４０３０と共に形成するセンサ空胴を観察するように構成される。センサ空胴は、例えば、センサの反射面と観察部の反射面との間に形成される。図３３の構成では、センサの反射面は、センサ端の最終面であり、観察部の反射面は、被験物体の表面である。そのような構成では、センサ空胴のＯＰＤは、ミロー対物系４１６７の軸に沿った走査動作に比例して変化する。
センサ４１００の構成例は、図３４に示す。熱膨張コア（ＴＥＣ）ファイバ４１０２は、屈折率分布型（グリン）レンズ４１０４に取り付けられる。センサ４１００は、ビームウエスト位置４１０６において特定の幅のビームを供給するように構成する。センサ製造時、ビームウエスト位置の配置を円滑化するために、グリンレンズ４１０４とＴＥＣファイバ４１０２との間のギャップを入れることができる。このギャップは、製造時、センサ４１００の最終面４１０８に対してビームのウエスト位置４１０６を設定するように調整できる。動作時、センサ４１００は、対象物４１１４の対象面４１１２と共にセンサ空胴を形成する。対象物４１１４は、例えば、被験物体４１７５又は光学要素であってよく、又はそれらの要素の内の１つの取り付け台の一部であってよい。
センサ４０００の構成では、グリンレンズ４１０４の最終面４１０８は、必要に応じて、参照面として用い得る。そして、最終面４１０８及び対象面４１１２は、センサ空胴を形成する。他の選択肢として、最終面４１０８は、反射防止（ＡＲ）膜をコーティングして表面反射を低減し得る。用途に応じて、センサ４１００は、最終面を参照面として使用してもしなくてもよい。センサ４１００は、単純な構成になり、サイズ及びコストを低減し得る。
センサ空胴に寄与する望ましい表面は、結合空胴干渉計の幾何学的形状を調整することによって選択し得る。これは、照射光のコヒーレンス長を制限することにより、望ましくない表面からの干渉を除外し得るためである。
参照空胴４２００の構成例を図３５に示す。参照空胴４２００には、分配器４０４０からの光を受光するファイバケーブル４２０２が含まれる。グリンレンズ４２０４は、固定ＯＰＤファブリペロ（ＦＰ）空胴へのビームを平行にする。幾つかの実施形態では、参照ＯＰＤは、例えば、隔離距離Ｄの２倍に調整されるが、隔離距離Ｄは、図３４に示すように、対物レンズが最も良く合焦された場合の最終面４１０８から試験面までの距離に等しい。
図３３に戻ると、センサ系４０００の動作時、適切なコヒーレンス及び強度の光が、内部空胴４０３０に供給され、２つの脚間の制御可能なＯＰＤを提供する。内部空胴４０３０を通過した後、ファイバ分配システム４０４０は、様々な測定チャネル４０５１乃至４０５２及び参照チャネル４０５０間で光を分離する。アイソレータ４０１４及び４０１６は、照射性能が、光学的フィードバックによって損なわれないことを保証する。測定チャネル４０５１乃至４０５２は、光をセンサ４０９９Ａ及び４０９９Ｂへ導き、また、それらから導く。センサ４０９９Ａ及び４０９９Ｂは、センサ空胴を形成するように干渉系４１１０に取り付けられる。センサ空胴のＯＰＤは、それぞれのセンサによって監視される自由度に依存する。光は、測定チャネル４０５０乃至４０５２内において同じ照射ファイバ４０１２に沿って戻り、電子回路４０６０に導かれる。電子回路４０６０は、１つ又は複数のチャネルの信号を検出及び処理し、監視した自由度（１つ又は複数）に関する情報を導出する。
内部空胴４０３０のＯＰＤを同調することにより、位相変調が変わるが、このことは、測定チャネルにおけるセンサ空胴の干渉位相（１つ又は複数）及びＯＰＤ（１つ又は複数）を決定するために用いる。センサ系４０００は、次のような測定モード、即ち、コヒーレンス走査モード及び運動（又は位相）監視モードのために位相変調を用い得る。センサ系４０００は、必要に応じて、これらのモード間で素早く切り替わるように構成し得る。
コヒーレンス走査モードでは、センサ空胴のＯＰＤは、内部空胴の同調時、それぞれのチャネルにおける変調が最大である点を見つけることによって、内部空胴４０３０の同調範囲内で求めることができる。コヒーレンス走査モードは、図３８及び３９に関連して後述するように、例えば、自動合焦メカニズム内で用い得る。
コヒーレンス走査モードでは、内部空胴４０３０のＯＰＤは、大きな振幅で変動し、一方、位相計回路４０６０は、例えば、同時にリアルタイムで、測定チャネル４０５１乃至４０５３のコヒーレンスピーク（最大干渉変調）を検索する。チャネルコヒーレンス最大時の内部空胴４０３０のＯＰＤは、そのチャネルに関連付けられたセンサ空胴のＯＰＤを決定する。具体的には、参照ＯＰＤを適切に設定すれば、参照チャネル４０５０と測定チャネル４０５１又は４０５２との間のピーク干渉位置の距離は、例えば、最良の焦点位置からの被験物体４１７５の相対位置を示す。
運動監視モードは、例えば、振動を監視するために用い得る。運動監視モードでは、測定チャネル４０５１乃至４０５３の干渉計位相が、高速で測定される。従って、測定チャネル４０５１乃至４０５３が照射光のコヒーレンスピーク内にあれば、いずれか他のチャネルに対して１つのチャネルのＯＰＤ変動を監視し得る。
運動監視モードでは、内部空胴４０３０のＯＰＤは、位相抽出アルゴリズムによる高更新速度でのセンサ空胴（１つ又は複数）の干渉位相の計算ができるように、高周波数において小さな振幅で変動する。センサ空胴の変化率は、隣接サンプル間の干渉計位相変化がπ未満であり、標準的な位相接続法を介して連続的な位相補間ができるのに充分なほど小さいと仮定する。
運動監視モードでは、参照チャネル４０５０は、観察した試験面の運動に対応する測定位相から内部空胴４０３０内の光路変化を減算するために用い得る。例えば、参照チャネル４０５０は、内部空胴４０３０のドリフトが測定位相の更新周波数に対して遅い限り、そのドリフトを吸収し得る。
幾つかの実施形態では、センサから放出した光ビームは、運動軸とほぼ平行に伝搬し、ズレ角の余弦に比例して測定対象の運動にエラーを生じ得るズレが低減される。センサの戻り損失は、更に、試験面における照射光の入射角に依存し、特に、対象面の傾きの関数として増大し得る。一般的に、センサの傾斜感度は、センサ設計の詳細に依存するが、例えば、センサ作動距離として知られるグリンレンズとビームウエスト位置との間の距離に依存し得る。一般的に、センサ発光を観察部の公称面平面に対し垂直に位置合わせすると、使用可能な傾斜位相空間を拡大し得る。
図３３に示す実施形態では、ＦＳＭが作動されない場合の内部空胴４０３０のＯＰＤは、「公称ＯＰＤ」と定義する。センサが自動合焦に用いられる場合、センサ空胴のＯＰＤは、対物レンズが最良の焦点にある時、公称ＯＰＤに近くなる。このようにして、干渉ピークのコントラスト位置は、最良の焦点を識別するために用い得る。
内部空胴のＯＰＤを制御するために用いられるＦＳＭは、温度に敏感な場合があり、ＯＰＤ温度係数は、例えば、約１０ｐｐｍ／Ｃである。２つのＦＳＭを熱接触させると、温度差によるＯＰＤ変動を最小にできる。更に、ＦＳＭは、クリープを受けるＰＺＴによって駆動してもよい。クリープは、熱運動下の静電圧力によるＰＺＴ領域の再配向に起因するが、これは、通常、対数関数的な時間依存性を有する。最後に、組み立て時、内部空胴の２つの脚のファイバ長を物理的に一致させることは、困難な場合がある。
ＯＰＤの変動可能性を考慮して、１つのチャネルを補償メカニズムの固定参照空胴として用いてもよい。幾つかの実施形態では、参照空胴のＯＰＤは、内部空胴の公称ＯＰＤに等しく設定される。固定参照空胴の例を図３５に示す。
参照チャネルは、残りの測定チャネルと同時に同期して得ることができる。監視装置チャネルの信号を解析する際、位相測定値から参照位相を減算し得る。従って、参照空胴ＯＰＤが固定される範囲まで、内部空胴のあらゆるＯＰＤ変動は、その変動がコヒーレンス長と比較して小さく、参照信号が無くなることがない限り、減算することができる。
参照空胴は、更に、自動合焦のための対物レンズの最良の焦点位置に対応する公称ＯＰＤ位置を定義するために用い得る。
一例として、センサ系を備えた顕微鏡の動作について図３６乃至３８に関連して述べる。センサ系は、例えば、図３３に関連して上述したセンサ系であってよい。その動作は、センサ系の自動合焦機能及び運動（又は位相）監視機能を含む。
一例として、センサ系を備えた顕微鏡の動作について図３６乃至３８に関連して述べる。センサ系は、例えば、図３３に関連して上述したセンサ系であってよい。その動作は、センサ系の自動合焦機能及び運動（又は位相）監視機能を含む。
図３６のフローチャート４３００に示すように、顕微鏡ヘッド、例えば、干渉顕微鏡の対物レンズを被験物体が置かれた測定場所の上方に位置決めする（ステップ４３１０）。被験物体は、顕微鏡で調査する試験面を有する。
一度、センサ系の自動合焦モードをオンにし（ステップ４３２０）、ＯＰＤ走査を実施する。
図３７は、自動合焦のＯＰＤ走査中に測定された監視空胴の試験信号の変調ピーク４４１０、及び参照空胴の参照信号の変調ピーク４４２０を概略的に示す。測定信号は、例えば、変調ピーク位置を識別し、最良の焦点位置に対して被験物体の表面位置を計算する電子プロセッサを用いて解析する（ステップ４３３０）。本例では、最良の焦点位置は、参照信号の変調ピーク位置４４２０によって示される。
図３７は、自動合焦のＯＰＤ走査中に測定された監視空胴の試験信号の変調ピーク４４１０、及び参照空胴の参照信号の変調ピーク４４２０を概略的に示す。測定信号は、例えば、変調ピーク位置を識別し、最良の焦点位置に対して被験物体の表面位置を計算する電子プロセッサを用いて解析する（ステップ４３３０）。本例では、最良の焦点位置は、参照信号の変調ピーク位置４４２０によって示される。
決定した相対位置に基づき、顕微鏡は、次に、最良の表面位置に向かって、測定した距離だけ試験面を移動させる（ステップ４３４０）。結果的な試験面の位置は、図３８に概略的に示すように検証し得る（ステップ４３５０）が、図では、監視空胴の変調ピーク４４１０’及び参照空胴の変調ピーク４４２０は、ＯＰＤ走査のほぼ同じＯＰＤにおいて発生する。適切な位置決めを保証又は改善するために、ステップ４３３０及びステップ４３４０に渡るループ４３５５を実行し得る。
一度、顕微鏡の焦点を合わせる（試験空胴及び参照空胴コヒーレンス関数が重なり合う場合）。一旦、適切な位置が確認され顕微鏡の焦点が合うと、ＯＰＤ走査の自動合焦ＤＣ電圧を最大変調に設定する（ステップ４３６０）。図３８は、センサ系におけるＯＰＤのそのような高速正弦波走査の監視信号４５１０及び参照信号４５２０を概略的に示す。幾つかの実施形態では、更に、最大干渉縞コントラストの点でＦＳＭ電圧をクランプする。
そして、試験面の運動を監視する振動モードを有効にし（ステップ４３７０）、顕微鏡で被験物体のＳＷＬＩ（又はＰＵＰＳ）走査測定を開始する（ステップ４３８０）。運動の同期測定により、真の運動プロファイルを計算及び出力し得るが、これは、ＳＷＬＩ（ＰＵＰＳ）データと同期している（ステップ４３９０）。
真の運動に基づき、測定した位相変動をＳＷＬＩ（又はＰＵＰＳ）解析と共に用いて走査エラー寄与分を除去し得る（ステップ４３９５）。これは、リアルタイム又はＳＷＬＩ（又はＰＵＰＳ）データの後処理中に行い得る。
上記例では、自動合焦機能及び運動監視機能は、順次実施されるが、これらの各機能は、個別に及び／又は複数回利用してもよい。
自動合焦モードを用いる幾つかの実施形態では、ＯＰＤ走査及びセンサ系のパラメータは、例えば、５ｍｍより大きい作動距離に対して、例えば、１ｍｍより大きい作動範囲、例えば、約１００ｎｍの位置解像度、例えば、約２５０ｎｍの位置繰り返し精度（構造化した部品上で）、例えば、直径約０．５ｍｍのスポットサイズ、及び、例えば、１０Ｈｚより大きい速度を提供するように選択される。
自動合焦モードを用いる幾つかの実施形態では、ＯＰＤ走査及びセンサ系のパラメータは、例えば、５ｍｍより大きい作動距離に対して、例えば、１ｍｍより大きい作動範囲、例えば、約１００ｎｍの位置解像度、例えば、約２５０ｎｍの位置繰り返し精度（構造化した部品上で）、例えば、直径約０．５ｍｍのスポットサイズ、及び、例えば、１０Ｈｚより大きい速度を提供するように選択される。
図３３に示す干渉系のＦＳＭ４０３２Ａ、４０３２Ｂ等のＦＳＭを備えたセンサ系に自動合焦機能を適用する場合、ＦＳＭは、例えば、比較的低速（例えば、〜１０Ｈｚ）で大きい振幅の正弦波電圧により作動させることができ、また、試験面の位置は、試験及び参照コヒーレンスピーク間の相対的遅延から決定し得る。総ＯＰＤ掃引範囲は、ＦＳＭ４０３２Ａ、４０３２Ｂのスプールにおける光ファイバ長と、ＦＳＭ４０３２Ａ、４０３２ＢのＰＺＴの最大伸長量に依存する。クリープ及び温度感度は、ファイバ長に直接依存し得るため、用いるファイバの最適量は、掃引長と許容可能な感度との間のトレードオフであることが多い。例えば、１８ｍの光ファイバを用いるＦＳＭは、６．６ｍｍのＯＰＤ走査、９．５ミクロン／Ｖの伝達係数、及び２５４ミクロン／Ｃの温度感度を提供する。
運動監視モードを用いる幾つかの実施形態では、ＯＰＤ走査及びセンサ系のパラメータは、０．２ｎｍより小さい運動解像度、１ｎｍより小さい繰り返し精度（構造化された部品上で）、約２００ｋＨｚのサンプル速度、及び５ｋＨｚより大きい更新周波数を提供するように選択される。
更に、図３３に示す干渉系におけるＦＳＭ４０３２Ａ、４０３２Ｂ等のＦＳＭを備えたセンサ系に運動監視機能を適用する場合、ＦＳＭは、高速での空胴干渉計位相の計算を可能にする振幅を有する高周波数（例えば、〜１０ｋＨｚ）の波形（最良の干渉を提供するＤＣクランプにおいて）で作動させ得る。幾つかの実施形態では、これは、標準的な線形位相シフトアルゴリズムを用いる場合、のこぎり波又は三角変調プロファイルで行われる。他の実施形態では、変調は、正弦波状であり、また、ＳｉｎＰＳＩアルゴリズムが、用いられる。例えば、グルート（Ｐ．Ｊ．Ｄｅ＿Ｇｒｏｏｔ）への米国特許出願公開第２００８／０１８０６７９号明細書として発行された米国特許出願、表題「正弦波位相シフト干渉法」及び／又は２００９年３月２０日に出願された米国特許出願第１２／４０８，１２１号、表題「位相シフト干渉法におけるエラー補償」に開示された正弦波位相シフトアルゴリズムを用い得る。米国特許出願公開第２００８／０１８０６７９号明細書及びＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．１２／４０８，１２１双方の全内容は、本明細書に引用・参照する。
チャネルは、この変調に対して適切な周波数及び位相で同時にサンプリングすることができ、新しい位相は、各サイクル当り一回得られる。位相変動は、次に、λ／４πを乗ずることによって、物理的な長さ変動に変換される。計算負荷は、これらの速度では小さく、また、簡単に全てのチャネルに対して同時に、標準的なマイクロプロセッサによりリアルタイムで実施し得る。
干渉測定（例えば、ＳＷＬＩ又はＰＵＰＳ）時、空胴運動は、干渉系を制御するマイクロプロセッサによって読み出し得る。運動データは、フィードバックメカニズムを介して干渉系の走査動作をリアルタイムで補正するために、又は干渉データに合わせてタイムスタンプが押され、セーブされ、そして、干渉データの後処理中に用いられて、例えば、本明細書に述べたＪ行列法を用いて、好ましくない走査動作を補正し得る。
一般的に、様々な種類の干渉計対物レンズを、動作中に監視面と共に監視空胴を形成するセンサを有するセンサ系と組み合わせて用い得る。下記で幾つかの例について述べるが、その場合、センサが、干渉計対物レンズで調査される被験物体を用いて監視空胴を形成するように、干渉計対物レンズに搭載される。
拡大図として、図３９は、図３３に示す対物ユニット４５４０を示し、対物ユニット４５４０は、ミロー対物系４１６７及びセンサ環４５４５を含む。ミロー対物系４１６７には、干渉測定用の試験光路及び参照光路を提供するレンズ４５５０及び鏡４５６０が含まれる。センサ環４５４５は、センサ４０９９Ａ及び４０９９Ｂを含み、これらは、例えば、図３３に示すように、ファイバ４０１２を介してサブシステム４０１０に接続する。センサ４０９９Ａ及び４０９９Ｂは、被験物体４１７５上に垂直に放射光を放出し、これにより、ミロー対物系４１６７の視野内にない領域において被験物体の表面と共に監視空胴を形成する。
図４０は、センサ４５７０とマイケルソン対物系４５８０の組合せを示す。センサ４５７０は、本質的にマイケルソン対物系４５８０の視野内においてビームスプリッタ４５８５を介し被験物体４１７５を照射する。
図４１は、リンニク対物系４５９２内における２つのセンサ４５９０Ａ及び４５９０Ｂの実施例を示す。リンニク対物系４５９２では、シュワルツシルト（Ｓｃｈｗａｒｚｓｃｈｉｌｄ）光学系４５９４Ａ及び４５９４Ｂ並びに偏光子Ｐが、試験脚部４５９６Ａ及び参照脚部４５９６Ｂの各々に含まれる。センサ４５９０Ａ及び４５９０Ｂは、リンニク対物系４５９２の中心部に位置する。センサ４５９４Ａは、９０度の角度で、例えば、リンニク対物系４５８０の視野内において、被験物体４１７５を照射し、これにより、被験物体の表面４１７５と共に第１監視空胴を形成する。同様に、センサ４５９４Ｂは、９０度の角度で参照物体４１８１を照射し、これにより、参照物体４１８１の表面と共に第２監視空胴を形成する。図示するように、参照物体４１８１は、例えば、干渉計のＳＷＬＩ測定用の位相シフトを提供するように変位可能である。
上述したように、センサ系は、使用する干渉計の対物系に依存して様々なやり方で実現し得る。更に、センサ系は、干渉測定に用いられる走査モードに依存して様々なやり方で実現し得る。例えば、焦点位置を維持する間、焦点が走査されているか又は光路長が走査されているかに依存して、焦点走査と経路長走査とを区別する。
焦点走査では、試験面に対する干渉対物レンズの焦点面の位置は、通常、対物レンズを全体的に移動させることによって変動する。焦点走査は、ミロータイプの対物系等、参照面にアクセス不可能な干渉計の対物系に用い得る。
経路長走査では、焦点面は固定されるが、参照面は移動する（例えば、その位置は、正弦波状に変調される）。経路長走査は、参照面にアクセスすることができ、ＳＷＬＩ及びＰＵＰＳ干渉法を実施し得るリンニク又はマイケルソン対物系で用い得る。
焦点走査に適する例として、図４２Ａ乃至４２Ｃは、センサの実施例を汎用対物系４６００と共に示す。以下のほとんどの図と同様に、図４２Ａ乃至４２Ｃでは１つのセンサを示すが、冗長性のために又は角運動情報を提供するために複数のセンサを用いてもよい。
図４２Ａでは、センサ４６１０は、被験物体を保持するステージ４６２０に埋め込まれ、ステージ４６２０に対する汎用対物系４６００の運動を監視する。図４２Ｂでは、センサ４６３０は、汎用対物系４６００に取り付けられ、ステージ４６２０に対して（ステージの表面部分が監視空胴を形成する場合）、又は直接被験物体に対して（被験物体の表面部分が監視空胴を形成する場合）、汎用対物系４６００の運動を監視する。図４２Ｃにおいて、センサ４６４０は、汎用対物系４６００に搭載され、センサビーム４６５０を放出し、センサビーム４６５０は、ステージ４６２０又は試験面を斜めに反射して、汎用対物系４６００の反対側に搭載された鏡４６６０からセンサ４６４０へ反射して戻る。図４２Ｃの構成は、センサビーム４６５０が、汎用対物系４６００の測定点４６７０から反射する場合（図４２Ｃに示すように）、アッベ誤差を低減し得るが、垂直運動感度が低減することがある。
マイケルソン及びリンニク対物系により、センサビームの光路を定めるためのマイケルソン及びリンニク対物系の光学系を用いることによって、垂直感度を損なうことなくアッベ誤差を低減する焦点走査のための特に単純なセンサ構成が可能になる。
例えば、図４３Ａに示すマイケルソン対物系とセンサ４５７０の組合せは、図４１に示す構成に対応し、ここで、センサ４５７０のセンサビーム４６８０は、ビームスプリッタ４５８５によって被験物体４１７５上に直角に反射する。センサ４５７０には、例えば、図３４に関連して述べた内蔵参照体が含まれ、干渉空胴を提供し得る。
図４３Ａに示す構成とは対照的に、図４３Ｂに示す構成は、マイケルソン対物系の参照脚部４６８６が、センサ４５７０Ａ用の参照体としても用いられる参照物体４６８８を備えることから、内蔵参照体を設けていないセンサ４５７０Ａで動作し得る。具体的には、ビームスプリッタ４５８５とセンサビーム４６８０との相互作用により、参照ビーム４６９０が参照物体４６８８に送出され、また、参照物体４６８８から反射されるように構成する。ビームスプリッタ４５８５は、例えば、偏光状態又は波長分離に基づいてよい。
他の例として、リンニク対物系と、センサ４７００、並びにレンズ方式の試験対物系４７１５及びレンズ方式の参照対物系４７１８との組合せを図４３Ｃに示す。図４３Ａのように、センサ４７００のセンサビーム４７１０は、ビームスプリッタ４７２０によって被験物体４１７５上に直角に反射する。センサ４７００には、例えば、図３４に関連して述べた内蔵参照体が含まれ、干渉空胴を提供し得る。
図４３Ｃに示す構成とは対照的に、図４３Ｄに示す構成は、リンニク対物系の参照脚部４７３０が、センサ４７００Ａ用の参照体としても用いられる参照物体４７４０を備えることから、内蔵参照体を設けていないセンサ４７００Ａで動作し得る。具体的には、ビームスプリッタ４７２０とセンサビーム４７１０との相互作用は、参照ビーム４７５０が参照物体４７４０に送出され、また、参照物体４７４０から反射されるように構成される。ビームスプリッタ４７２０は、例えば、偏光状態又は波長分離に基づいてよい。
図４３Ａ乃至４３Ｄは、焦点走査で用いられる構成として述べたが、幾つかの実施形態において、センサ系は、経路長走査で動作する干渉系と組み合わせてもよい。経路長走査では、対象面でなく対物系の参照面が走査され、干渉測定時、ＯＰＤが変動する。
例えば、図４４Ａに示すように、マイケルソン対物系は、参照物体４８１０の裏側の表面と共に監視空胴を形成するセンサ４８００と組み合わせてもよい。参照物体４８１０によって反射されるセンサ４８００のセンサビーム４８２０は、参照物体４８１０の運動を検知でき、自動合焦のためでなく運動エラー補正のために用い得る。センサ４８００には、例えば、図３４に関連して述べたような内蔵参照体が含まれ、干渉空胴を提供し得る。
他の例として、リンニク対物系とセンサ４８３０の組合せを図４４Ｂに示す。図４４Ａのように、センサ４８３０のセンサビーム４８４０は、参照物体４６８６によって反射される。更に、センサ４８３０には、例えば、図３４に関連して述べたような内蔵参照体が含まれ、干渉空胴を提供し得る。
内蔵参照体無しのセンサを用いる例として、図４３Ｂ及び４３Ｄに関連して述べた構成を経路長走査に用いてもよい。そして、例えば、試験脚部における被験物体４１７５又はリンニク試験対物系４７１５を走査する代わりに、試験脚部における焦点位置を維持し、図４３Ｂでは、参照物体４６８６の位置を変動させ、図４３Ｄでは、参照物体４７４０、リンニク参照対物系４７１８、又は双方の位置を（例えば、同期的に）変動させる。
幾つかの用途では、参照面及び対象面を同時に走査する。そして、センサ系を用いて双方の運動を同時に監視し得る。更に、参照面傾斜等の追加の自由度も監視することができ、これは、例えば、ＰＵＰＳ用途に有用なことがある。
２つ以上の運動の同時監視は、例えば、図３３に関連して述べたサブシステム４０１０の別個のチャネルに接続される２つ以上の別個のセンサで実施し得る。２つ以上のセンサをマイケルソン又はリンニク干渉計にどのように配置し得るかの例について、図４５Ａ乃至４５Ｃに示す。
図４５Ａは、図４２Ｂ及び４４Ａに示す実施形態の組合せである。ここで、マイケルソン対物系に搭載した第１センサ４６３０Ａは、マイケルソン対物系に対して被験物体４１７５の運動を監視し、一方、第２センサ４８００Ａは、参照物体４６８６の運動を監視する。
図４５Ｂは、図４２Ｂ及び４４Ｂに示す実施形態の組合せである。ここで、リンニク試験対物系４７１５に搭載した第１センサ４６３０Ｂは、リンニク対物系に対して被験物体４１７５の運動を監視し、一方、第２センサ４８３０Ｂは、参照物体４７４０の運動を監視する。
図４５Ｃは、図４５Ｂに示す構成と同様な構成を示す。ここでは、参照物体４７４０の運動に加え、参照物体４７４０の参照面の傾斜及びピストンが、２つのセンサ４８３０Ｃ及び４８３０Ｄで監視される。図４６は、センサ４８００が、干渉空胴を監視するのではなく、直接、スキャナ４８１０の運動を監視する一実施形態を示す。スキャナ４８１０の監視は、スキャナ４８１０が運動の不確定性の最大の源である場合に実施することができ、こうして、あまり厳密でないが安価な走査機構を用いることができる。
図４７は、被験物体４１７５の試験面４８２０がオフ・アクシス（Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ）方式のセンサ４８３０で直接アクセスするには小さ過ぎる場合、又は、被験物体４１７５の試験面４８２０が、信頼度の高い戻り信号をセンサ４８３０に提供しない表面斜面を有する場合に、干渉空胴を監視できる一実施形態を示す。この場合、被験物体４１７５は、センサ４８３０から見える鏡４８５０を有する特別な部品ステージ４８４０に搭載される。鏡面は、その面高さが被験物体４１７５の予想面高さに対応するように搭載される。この構成は、例えば、被験物体が殆ど同じである組立ライン用途において適用できる。図４８Ａ及び４８Ｂは、回転部分４９３０及び非回転部分４９４０を備えた対物レンズタレット４９００を組み込んだ構成を示す。タレットは、例えば、顕微鏡用途において、異なる種類の対物レンズ４９１０Ａ及び４９１０Ｂに測定に対する特定の拡大率を提供するために用い得る。図４８Ａでは、各対物レンズ４９１０Ａ及び４９１０Ｂは、それ自体に取り付けられたセンサ４９２０Ａ及び４９２０Ｂを有し、一方、図４８Ｂでは、単一のセンサ４９２０Ｃが、タレット４９００の非回転部分４９４０に取り付けられる。図４８Ａに示す構成は、タレット４９００の回転部分４９３０と非回転部分４９４０との間の機械的な連結部分における予期しない運動によって影響されない、又は少なくとも影響が小さい。これは、機械的な連結部分の運動は、少なくとも原則として、センサ４９２０Ａ及び４９２０Ｂによって考慮されるためである。しかしながら、図４８Ｂに示す構成では、必要なセンサの数を減らすことができ、また、タレット４９００が回転する際、戻りファイバの巻き付きを考慮する必要がない。
他の選択肢としての実施形態
上述の実施形態の幾つかにおける光源サブシステムは、一次光源１６３及び二次光源１９７を含むが、他の構成も可能である。一般的に、二次光源１９７からの光の波長は、波長（１つ又は複数）が二次検出器１９９によって検出可能であるという前提で、望み通りに変動し得る。選択された波長は、一次光源１６３の帯域幅内にあってもよく、全く異なる波長であってもよい。例えば、一次光源１６３は、白色の可視波長光を提供するように選択してよく、一方、二次光源１９７は、スペクトルのＵＶ又はＩＲ部分の光を提供するように選択してよい。更に、二次光源１９７は、一連の離散的な波長の光を一緒に又は順々に提供してもよい。
上述の実施形態の幾つかにおける光源サブシステムは、一次光源１６３及び二次光源１９７を含むが、他の構成も可能である。一般的に、二次光源１９７からの光の波長は、波長（１つ又は複数）が二次検出器１９９によって検出可能であるという前提で、望み通りに変動し得る。選択された波長は、一次光源１６３の帯域幅内にあってもよく、全く異なる波長であってもよい。例えば、一次光源１６３は、白色の可視波長光を提供するように選択してよく、一方、二次光源１９７は、スペクトルのＵＶ又はＩＲ部分の光を提供するように選択してよい。更に、二次光源１９７は、一連の離散的な波長の光を一緒に又は順々に提供してもよい。
更に、幾つかの実施形態では、光源サブシステムには、別個の一次及び二次光源ではなく単一の光源が含まれる。単一の光源は、一次検出器１９１のための放射光及び二次検出器１９９のための放射光の双方を生成する。例えば、二次検出器１９９と共に用いられるフィルタ１０１は、光源から二次検出器１９９へ単一の波長（又は狭い波長帯域）を通過させるように選択し得る。
一般的に、二次光源１９７は、拡大又は点光源であってよく、二次光源結像は、ケーラー（Ｋｏｅｈｌｅｒ）又は臨界方式であってよい。一般的に、ＰＵＰＳに点光源を用いる場合、瞳面を照射するように、臨界照射が好ましい。一方、ＳＷＬＩの場合、その部分の内の大きな領域を照射するように、ケーラー照射が一般的に好ましい。
一次光源１６３は、ＬＥＤ、アークランプ、白熱灯、白色光レーザ、又は広帯域干渉法に適するいずれか他の光源であってよい。
実施形態において、開口絞りは、光源の空間的広がりを制御するために用い得る。更に、中間面照射が実現可能である。
実施形態において、開口絞りは、光源の空間的広がりを制御するために用い得る。更に、中間面照射が実現可能である。
検出サブシステムの様々な構成も可能である。例えば、二次検出器１９９は、全般的に、最低２つの検出点、即ち、画素を備えた検出器として記述し得る。従って、二次検出器１９９は、集積した検出素子を備えた単一の検出器であってもよく（上述の実施形態に示すように）又は複数の離散的な単一素子検出器から構成してもよい。
幾つかの実施形態では、単一の検出器を一次検出器１９１及び二次検出器１９９の代わりに用いてもよい。例えば、一次検出器１９１は、監視信号を取り込む作業専用の幾つかの検出素子を含み得る。これには、例えば、対応する検出素子の正面に別個の狭帯域フィルタが含まれることを含んでよく、又は、一次検出器１９１の特定の要素に監視信号用の光を導くように選択された光学系を含んでもよい。
監視信号間に位相多様性を導入する様々なやり方について議論してきた。これを達成する他のやり方も可能である。例えば、参照光と測定光との間に相対傾斜を導入して二次検出器１９９のＦＯＶに縞を導入することに加えて、追加の光学要素を用いて同じ効果を達成することができる。例えば、幾つかの実施形態では、偏光素子を用いて、検出器１９９における光の位相をシフトし得る。これには、例えば、測定ビームと参照ビームとの間の相対的な位相シフトを生成する偏光素子を備えた単一の測定点の限定的な場合が含まれる。
上述の実施形態では、検出器及び光源サブシステムは、それぞれ一次及び二次の検出器及び光源の双方を組み込む。他の実施形態も可能である。例えば、幾つかの実施形態では、二次光源及び検出器は、別個のサブシステムに一緒にひとまとめにして、一次システムの幾つかの光学系を共有する。例えば、二次光源及び検出器は、一次検出器とシステムの残りとの間に又は対物系とシステムの残りとの間に収まるモジュールに共にパッケージ化し得る。
更に上記の議論では、走査プロファイルは、名目上時間的に線形であると仮定するが、本走査エラー補正技法は、他の走査プロファイルにも適用することができる。
上記に開示した実施形態は、リンニク又はミロー対物系のいずれかを有する干渉顕微鏡を特徴とするが、走査エラー発生のための技法は、他の種類の干渉顕微鏡（例えば、マイケルソン干渉計を用いる顕微鏡）を用いても同様に実現し得る。更に一般的に、本技法は、干渉顕微鏡での使用に限定されず、顕微鏡でない干渉計を用いても同様に実現し得る。
上記に開示した実施形態は、リンニク又はミロー対物系のいずれかを有する干渉顕微鏡を特徴とするが、走査エラー発生のための技法は、他の種類の干渉顕微鏡（例えば、マイケルソン干渉計を用いる顕微鏡）を用いても同様に実現し得る。更に一般的に、本技法は、干渉顕微鏡での使用に限定されず、顕微鏡でない干渉計を用いても同様に実現し得る。
コンピュータプログラム
上述したコンピュータ解析方法のいずれも、ハードウェア又は双方の組合せで実現し得る。これらの方法は、本明細書に記載した方法及び図に従う標準的なプログラミング手法を用いて、コンピュータプログラムで実現してもよい。プログラムコードは、本明細書に述べた機能を実施するためのデータを入力し、出力情報を生成するために適用される。出力情報は、表示モニタ等１つ又は複数の出力装置に適用される。各プログラムは、高級手続き型又はオブジェクト指向プログラミング言語で実装し、コンピュータシステムと通信を行い得る。しかしながら、プログラムは、望ましい場合、アセンブリ言語又は機械語で実装し得る。いずれにせよ、言語は、コンパイル型又はインタプリタ型言語であってよい。更に、プログラムは、その目的のために予め設定された専用の集積回路上で実行し得る。
上述したコンピュータ解析方法のいずれも、ハードウェア又は双方の組合せで実現し得る。これらの方法は、本明細書に記載した方法及び図に従う標準的なプログラミング手法を用いて、コンピュータプログラムで実現してもよい。プログラムコードは、本明細書に述べた機能を実施するためのデータを入力し、出力情報を生成するために適用される。出力情報は、表示モニタ等１つ又は複数の出力装置に適用される。各プログラムは、高級手続き型又はオブジェクト指向プログラミング言語で実装し、コンピュータシステムと通信を行い得る。しかしながら、プログラムは、望ましい場合、アセンブリ言語又は機械語で実装し得る。いずれにせよ、言語は、コンパイル型又はインタプリタ型言語であってよい。更に、プログラムは、その目的のために予め設定された専用の集積回路上で実行し得る。
そのような各コンピュータプログラムは、好適には、汎用又は専用のプログラム可能なコンピュータによって読出し可能な記憶媒体又は手段（例えば、ＲＯＭ又は磁気ディスケット）に記憶され、本明細書に述べた手順を実行するコンピュータが当該記憶媒体又は手段を読み出した時、そのコンピュータを設定して動作させる。コンピュータプログラムは、更に、プログラム実行時、キャッシュ又は主記憶装置に常駐してもよい。解析方法は、更に、コンピュータ判読可能な記憶媒体として実現され、コンピュータプログラムにより構成してもよく、この場合、そのように構成された記憶媒体により、コンピュータは、具体的な所定の方法で動作して、本明細書に述べた機能を実行する。
実施形態は、被験物体に関する情報を決定するための干渉系及び方法に関する。適切な低コヒーレンス干渉系、電子処理システム、ソフトウェア、及び関連する処理アルゴリズムに関する追加情報は、「表面の干渉計解析のための方法及びシステム並びに関連用途」と題する米国特許出願公開第２００５／００７８３１８号明細書、「走査干渉法を用いた複雑な表面構造のプロファイリング」と題する米国特許出願公開第２００４／０１８９９９９号明細書、「薄膜構造の特徴付けを含む、楕円偏光法、反射光測定法、光波散乱法計測のための干渉法」と題する米国特許出願公開第２００４／００８５５４４号明細書として発行され、共同所有される米国特許出願に開示されており、それらの内容は、本明細書に引用・参照する。
代表的な用途
上述した走査エラー補正を組み込んだ低コヒーレンス干渉法及びシステムは、次の表面解析問題、即ち、単純な薄膜と、多層薄膜と、回折もしくは複雑な干渉効果を生成する鋭利な端部及び表面特徴と、未定の表面粗さと、未定の表面特徴、例えば、溝以外は滑らかな面にある波長より小さい幅の溝と、異種の材料と、偏光に依存する表面特性と、表面のたわみ、振動、又は運動、又は干渉現象の入射角依存摂動をもたらす変形可能な表面特徴と、のいずれかに用い得る。薄膜の場合、対象の可変パラメータは、膜厚、膜の屈折率、基板の屈折率、又はそのいずれかの組合せであってよい。そのような特徴を呈する物体及び装置を含む代表的な用途について、次に議論する。
上述した走査エラー補正を組み込んだ低コヒーレンス干渉法及びシステムは、次の表面解析問題、即ち、単純な薄膜と、多層薄膜と、回折もしくは複雑な干渉効果を生成する鋭利な端部及び表面特徴と、未定の表面粗さと、未定の表面特徴、例えば、溝以外は滑らかな面にある波長より小さい幅の溝と、異種の材料と、偏光に依存する表面特性と、表面のたわみ、振動、又は運動、又は干渉現象の入射角依存摂動をもたらす変形可能な表面特徴と、のいずれかに用い得る。薄膜の場合、対象の可変パラメータは、膜厚、膜の屈折率、基板の屈折率、又はそのいずれかの組合せであってよい。そのような特徴を呈する物体及び装置を含む代表的な用途について、次に議論する。
半導体処理工程
上述したシステム及び方法は、半導体工程において、特定ツールの監視又は工程フロー自体を制御するために用い得る。工程監視用途において、単層／多層膜は、パターン形成されていないＳｉウェーハ（モニタウェーハ）上で対応する処理ツールによって、成長、成膜、研磨、又はエッチング除去され、その後、厚さ及び／又は光学特性が、本明細書に開示する走査エラー補正技法を用いる干渉系を使用して測定される。これらのモニタウェーハの平均厚さ（及び／又は光学特性）は、もちろんウェーハが均一であるという前提で、関連処理ツールが、目標の仕様で動作しているか又はツールの的を再設定すべきか、調整すべきか、もしくはツールを生産用途から外すべきか判断するために用いられる。
上述したシステム及び方法は、半導体工程において、特定ツールの監視又は工程フロー自体を制御するために用い得る。工程監視用途において、単層／多層膜は、パターン形成されていないＳｉウェーハ（モニタウェーハ）上で対応する処理ツールによって、成長、成膜、研磨、又はエッチング除去され、その後、厚さ及び／又は光学特性が、本明細書に開示する走査エラー補正技法を用いる干渉系を使用して測定される。これらのモニタウェーハの平均厚さ（及び／又は光学特性）は、もちろんウェーハが均一であるという前提で、関連処理ツールが、目標の仕様で動作しているか又はツールの的を再設定すべきか、調整すべきか、もしくはツールを生産用途から外すべきか判断するために用いられる。
工程管理用途では、後の単層／多層膜は、パターン形成されたＳｉ生産ウェーハ上で対応する加工ツールによって、成長、成膜、研磨、又はエッチング除去され、その後、厚さ及び／又は光学特性が、本明細書に開示する走査エラー補正技法を用いる干渉系により測定される。通常の工程管理に用いられる生産測定には、小さな測定箇所と、測定ツールを対象のサンプル領域に位置合わせする能力と、が含まれる。この測定箇所は、多層膜積層体（それ自体がパターン形成され得る）からなることがあり、従って、適切な物理的パラメータを抽出するために、複雑な数学的なモデル化が必要である。工程管理測定により、統合工程フローの安定性を判断し、統合処理工程を継続すべきか、目標変更すべきか、他の設備に転送すべきか、又は完全に遮断すべきかどうか判断する。
具体的には、例えば、本明細書に開示する干渉系は、以下の設備、即ち、拡散装置、瞬間熱アニール装置、化学蒸着装置（低圧及び高圧の双方）、誘電体エッチング装置、化学機械研磨器、プラズマ成膜装置、プラズマ・エッチング装置、リソグラフィトラック装置、及びリソグラフィ露光ツール、を監視するために用い得る。更に、本明細書に開示する干渉系は、以下の処理、即ち、溝形成及び絶縁、トランジスタ形成、並びに層間誘電体形成（二重ダマシン等）を制御するために用い得る。
銅の相互接続構造及び化学機械研磨
所謂「二重ダマシン銅」プロセスを用いてチップの異なる部品間の電気的な相互接続部を組み立てることが、チップ製造業者の間で一般的になりつつある。これは、適切な表面トポグラフシステムを用いて効果的に特徴付け得るプロセスの例である。二重ダマシンプロセスは、６つの部分を有すると見なし得る。即ち、（１）誘電材料（ポリマ又はガラス等）層をウェーハ表面（複数の個々のチップを含む）上に成膜する層間誘電体（ＩＬＤ）成膜、（２）高精度光学リソグラフィに適する滑らかな表面を生成するように、誘電体層を研磨する化学機械研磨（ＣＭＰ）、（３）ウェーハ表面に平行に走る狭い溝と、溝の底からその下にある（前もって画成した）電気伝導層に走っている小さなバイアと、が含まれる複雑な回路網を生成するリソグラフィパターン形成及びリアクティブイオンエッチング段階の組合せ、（４）銅溝及びバイアの成膜に至る金属成膜段階の組合せ、（５）銅溝及びバイアに誘電体を塗布する誘電体成膜段階、及び（６）余分な銅を除去し、誘電材料によって取り囲まれ銅で充填された溝（及び可能性として、バイア）の回路網を残す最終的なＣＭＰ段階、を有すると見なし得る。
所謂「二重ダマシン銅」プロセスを用いてチップの異なる部品間の電気的な相互接続部を組み立てることが、チップ製造業者の間で一般的になりつつある。これは、適切な表面トポグラフシステムを用いて効果的に特徴付け得るプロセスの例である。二重ダマシンプロセスは、６つの部分を有すると見なし得る。即ち、（１）誘電材料（ポリマ又はガラス等）層をウェーハ表面（複数の個々のチップを含む）上に成膜する層間誘電体（ＩＬＤ）成膜、（２）高精度光学リソグラフィに適する滑らかな表面を生成するように、誘電体層を研磨する化学機械研磨（ＣＭＰ）、（３）ウェーハ表面に平行に走る狭い溝と、溝の底からその下にある（前もって画成した）電気伝導層に走っている小さなバイアと、が含まれる複雑な回路網を生成するリソグラフィパターン形成及びリアクティブイオンエッチング段階の組合せ、（４）銅溝及びバイアの成膜に至る金属成膜段階の組合せ、（５）銅溝及びバイアに誘電体を塗布する誘電体成膜段階、及び（６）余分な銅を除去し、誘電材料によって取り囲まれ銅で充填された溝（及び可能性として、バイア）の回路網を残す最終的なＣＭＰ段階、を有すると見なし得る。
図２０Ａにおいて、素子５００は、基板５０１に成膜した銅部位５０２の上に誘電体５０４を成膜した結果生じた代表的な薄膜構造である。誘電体５０４は、それに沿って高さのばらつきを呈する不均一な外表面５０６を有する。素子５００から得られた干渉信号には、表面５０６、銅部位５０２と誘電体５０４との間の境界面５０８、及び基板５０１と誘電体５０４との間の境界面５１０に起因する干渉パターンを含み得る。素子５００には、同様に干渉パターンを生成する複数の他の特徴を含み得る。
図２０Ｂにおいて、素子５００’は、最終的なＣＭＰ段階後の素子５００の状態を示す。上側表面５０６は、表面５０６’に平坦化されており、境界面５０８は、ここで、周辺にさらし得る。基板表面の境界面５１０は、元のままである。素子の性能及び均一性は、表面５０４の平坦化の監視に決定的に依存する。研磨速度、従って、研磨後に残る銅（及び誘電体）の厚さは、研磨条件（パッド圧力及び研磨スラリー組成等）並びに銅及び周辺の誘電体領域の詳細な局所的構成（即ち、方位、近接度、及び形状）に強く且つ複雑に依存すると認識することが重要である。従って、銅要素５０２上の表面５０６の一部は、表面５０６の他の部分と異なる速度でエッチングし得る。更に、一旦、銅要素５０２の境界面５０８が露出すると、誘電体及び銅要素は、異なるエッチング速度を呈し得る。
この「位置依存研磨速度」は、多くの横方向の長さスケール上で可変の表面形状を発生することが知られている。例えば、それが意味し得ることは、ウェーハ端部に付近に配置されたチップは、全体として、中心近くに配置されたものより速く研磨され、端部付近では所望の厚さより薄く、中心では所望の厚さより厚い銅領域を生成することである。これは、「ウェーハスケールの」処理の不均一性、即ち、ウェーハ直径に匹敵する長さスケールで起こる不均一性の例である。更に、高密度の銅溝を有する領域は、銅線密度の低い近傍の領域より高速で磨かれることが知られている。これにより、高密度銅領域において「ＣＭＰ誘発浸食（ｅｒｏｓｉｏｎ）」として知られている現象が起こる。これは、「チップスケールの」処理の不均一性、即ち、単一チップの線形寸法に匹敵する（及び時として、それより相当小さい）長さスケールで起こる不均一性の例である。他の種類のチップスケールの不均一性は、「ディッシング」として知られているが、単一銅充填溝領域（周辺の誘電材料より高速で磨かれる傾向がある）内において起こる。数ミクロンより大きい幅の溝の場合、ディッシングは、深刻になることがあり、結果として、影響を受けた線が後々過度の電気抵抗を呈しチップ故障をもたらす。
ＣＭＰ誘発のウェーハ及びチップスケールの処理の不均一性は、元来予測困難であり、また、ＣＭＰ処理システム内の状態が進展するにつれて時間と共に変化する。任意の不均一性を許容可能な限界内に確実に留めるために、処理状態を効果的に監視し、また、適切に調整するには、プロセス技術者が、チップ上の多数の及び様々な箇所で非接触の表面トポグラフ測定を頻繁に行うことが重要である。このことは、上述した干渉法及びシステムの実施形態を用いると可能である。
幾つかの実施形態では、１つ又は複数の空間特性、例えば、表面５０６の形状及び／又は誘電体５０４の厚さは、ＣＭＰ前及び／又はＣＭＰ中の構造からの低コヒーレンス干渉信号を得ることによって監視する。空間特性に基づき、研磨条件を変更して所望の平面表面５０６’を達成し得る。例えば、パッド圧力、パッド圧力分布、研磨剤特性、溶媒組成及び流量、並びに他の条件は、空間特性に基づき決定し得る。或る期間研磨した後、空間特性を再度判断して、必要に応じて研磨条件を変更し得る。トポグラフ及び／又は厚さは、例えば、表面５０４’が達成される終点も示す。従って、低コヒーレンス干渉信号は、物体の異なる領域を過剰研磨することに起因するへこみを回避するために用い得る。低コヒーレンス干渉方法及びシステムは、この点において有益である。これは、多数の境界面が存在する状態でも、素子の空間特性、例えば、（ａ）銅要素５０２の上方及び（ｂ）近接する銅要素５０２を除く基板表面５１０の上方の誘電体表面の相対的な高さを決定できるためである。
フォトリソグラフィ
多くの小型電子回路用途では、フォトリソグラフィが、シリコンウェーハ等の基板を覆うフォトレジスト層をパターン形成するために用いられる。図２０Ａ及び２０Ｂにおいて、物体３０には、ウェーハ等の基板３２、及び上層、例えば、フォトレジスト層３４が含まれる。物体３０には、屈折率の異なる材料間に発生する複数の境界面が含まれる。例えば、物体を囲む境界面３８は、フォトレジスト層３４の外側表面３９が、物体３０を囲む環境、例えば、液体、空気、他の気体、又は真空に接触する部分に画成される。基板層境界面３６は、ウェーハ３２の表面３５とフォトレジスト層３４の底部表面３７との間に画成される。ウェーハの表面３５は、複数のパターン特徴部２９を含み得る。これらの特徴部の一部には、基板の隣接部分と高さは同じだが、屈折率の異なるものがある。他の特徴部は、基板の隣接部分に対して上方又は下方に延在し得る。従って、境界面３６は、フォトレジストの外側表面の下に横たわる複雑で変動する形状を呈し得る。
多くの小型電子回路用途では、フォトリソグラフィが、シリコンウェーハ等の基板を覆うフォトレジスト層をパターン形成するために用いられる。図２０Ａ及び２０Ｂにおいて、物体３０には、ウェーハ等の基板３２、及び上層、例えば、フォトレジスト層３４が含まれる。物体３０には、屈折率の異なる材料間に発生する複数の境界面が含まれる。例えば、物体を囲む境界面３８は、フォトレジスト層３４の外側表面３９が、物体３０を囲む環境、例えば、液体、空気、他の気体、又は真空に接触する部分に画成される。基板層境界面３６は、ウェーハ３２の表面３５とフォトレジスト層３４の底部表面３７との間に画成される。ウェーハの表面３５は、複数のパターン特徴部２９を含み得る。これらの特徴部の一部には、基板の隣接部分と高さは同じだが、屈折率の異なるものがある。他の特徴部は、基板の隣接部分に対して上方又は下方に延在し得る。従って、境界面３６は、フォトレジストの外側表面の下に横たわる複雑で変動する形状を呈し得る。
フォトリソグラフィ装置は、物体上にパターンを結像する。例えば、パターンは、電子回路の素子（又は回路のネガ）に一致し得る。結像後、フォトレジストの一部を除去し、除去したフォトレジストの下に横たわる基板を出現させる。出現した基板は、エッチングするか、成膜材で覆うか、又は別の方法で修正できる。残りのフォトレジストは、そのような修正から基板の他の部分を保護する。
製造効率を上げるために、時として、単一のウェーハから複数の素子が作成される。素子は、同一であってもよく、異なってもよい。各素子は、ウェーハの一部にパターンを結像する必要がある。場合によっては、パターンは、異なる部分に順次結像される。順次結像を実施する理由は、幾つかある。光学収差は、ウェーハの大きな領域における適切なパターン焦点品質の達成を阻害することがある。光学収差が無い状態でも、ウェーハ及びフォトレジストの空間特性も、ウェーハの大きな領域における適切なパターン焦点の達成を阻害することがある。次に、ウェーハ／レジストの空間特性と焦点品質との間の関係という側面について議論する。
図２０Ｂに戻ると、図示した物体３０は、各々結像される物体の合計面積４１より小さいＮ個の部分４０ｉを有する。各部分４０ｉ内では、空間特性変動、例えば、ウェーハ又はフォトレジストの高さ及び斜面変動は、通常、合計面積４１において起こる場合より小さい。しかし、異なる部分４０ｉのウェーハ又はフォトレジストは、通常、異なる高さ及び斜面を有する。例えば、層３４は、厚さΔｔ１及びΔｔ２を呈し、表面３９の高さ及び斜面を変動させる。従って、物体の各部分は、フォトリソグラフィ結像装置と異なる空間関係を有し得る。焦点品質は、空間関係、例えば、物体とフォトリソグラフィ結像装置との間の距離に関連する。物体の異なる部分を適切に合焦するには、物体及び結像装置の相対的な再位置決めが必要となり得る。物体高さ及び斜面の変動により、適切な部分焦点は、結像部分から離れた物体の一部、例えば、物体の側面４３に対する物体の位置及び方位を求めるだけでは達成できない。
適切な焦点は、結像される（又は別の方法で処理される）物体の一部における物体の空間特性を求めることによって達成し得る。一旦、当該部分の位置が決定すると、物体（及び／又はフォトリソグラフィ結像装置部分）を動かし、例えば、並進、回転、及び／又は傾斜させて、フォトリソグラフィ結像装置部分等の基準に対して当該部分の位置を修正できる。判断及び動き（必要ならば）は、各結像部分毎に繰り返し得る。
当該部分の空間特性決定には、物体の薄層の外表面にある１つ又は複数の点であって、物体の結像部分内にある点の位置及び／又は高さを決定する段階が含まれ得る。例えば、部分４０２（図２０Ａ）の外側表面３９の位置及び方位は、当該部分内における点４２１乃至４２３の位置に基づき決定し得る。結像部分の空間特性の決定には、干渉計を用いて当該部分に光を照射し、照射部分から反射した光を含む干渉信号を検出する段階を含んでよい。幾つかの実施形態では、複数の部分が光で同時に結像され、複数の干渉信号を得る。各干渉信号は、部分の１つ又は複数の空間特性を示す。従って、干渉信号は、複数部分に渡る物体の形状を示す像を作成するために用い得る。当該部分のフォトリソグラフィ時、ウェーハは、複数の干渉信号から決定した個々の部分の形状に基づいて位置決めされる。従って、各部分をフォトリソグラフィ装置に対して最適に合焦できる。
物体の各結像部分からの干渉信号を検出する段階には、当該部分から反射した光及び少なくとも検出した光のコヒーレンス長と同じ程度に大きなＯＰＤ範囲において参照光を検出する段階を含み得る。例えば、光は、少なくともそのコヒーレンス長以上で検出し得る。幾つかの実施形態では、干渉計は、照射部分から反射した光が、外側境界面（外側表面３９等）又は内側境界面（境界面３６等）のいずれかから反射した光によって支配されるように構成される。幾つかの実施形態では、物体の空間特性は、干渉信号の一部分だけに基づいて決定される。例えば、干渉信号が２つ以上の重なり合う干渉パターンを含む場合、物体の空間特性は、物体の単一境界面からの寄与によって支配される干渉パターンの内の１つの一部に基づいて決定し得る。
半田バンプ処理
図２１Ａ及び２１Ｂにおいて、構造１０５０は、半田バンプ処理中に生成される代表的構造である。構造１０５０は、基板１０５１、非半田濡れ性領域１００２、及び半田濡れ性領域１００３を含む。領域１００２は、外側表面１００７を有する。領域１００３は、外側表面１００９を有する。従って、境界面１００５が、領域１００２と基板１００１との間に形成される。
図２１Ａ及び２１Ｂにおいて、構造１０５０は、半田バンプ処理中に生成される代表的構造である。構造１０５０は、基板１０５１、非半田濡れ性領域１００２、及び半田濡れ性領域１００３を含む。領域１００２は、外側表面１００７を有する。領域１００３は、外側表面１００９を有する。従って、境界面１００５が、領域１００２と基板１００１との間に形成される。
処理中、半田塊１００４は、濡れ性領域１００３に接触するように位置付ける。半田を流すと、半田は、濡れ性領域１００３との強固な接触部を形成する。隣接する非濡れ性領域１００２は、流れ出た半田が当該構造において望ましくない移動をすることを防止する堰の様に作用する。表面１００２に対する表面１００７、１００９の相対的な高さ及び半田１００４の寸法を含む構造の空間特性を知ることが望ましい。本明細書の他の議論から判断できるように、構造１０５０には、各々干渉パターンをもたらし得る複数の境界面が含まれる。干渉パターン間の重なりは、既知の干渉技法を用いた空間特性の正確な判断を阻害する。本明細書で議論するシステム及び方法を利用すると、空間特性を決定できる。
構造１０５０から求められた空間特性は、層１００２、１００３の成膜時間、及び領域１００３の面積当りに用いられる半田１００４の量等の製造条件を変更するために用い得る。更に、半田を流すために用いられる加熱条件は、空間特性に基づき変更して適切な流量及び半田の流出防止も達成し得る。
フラットパネル表示装置
本明細書に開示する干渉系及び方法は、フラットパネル表示装置、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の製造に用い得る。
本明細書に開示する干渉系及び方法は、フラットパネル表示装置、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の製造に用い得る。
一般的に、異なる種類の様々なＬＣＤは、多くの異なる用途に用いられ、少し名前を挙げると、ＬＣＤテレビ、デスクトップ・コンピュータのモニタ、ノート型コンピュータ、携帯電話、自動車ＧＰＳナビゲーションシステム、自動車及び航空機のエンターテイメントシステム等に用いられる。ＬＣＤの個別の構造は様々であるが、多くの種類のＬＣＤは、同様のパネル構造を利用する。図２３Ａにおいて、例えば、幾つかの実施形態では、ＬＣＤパネル４５０は、端部シール４５４によって接続された２枚のガラス板４５２、４５３を含む幾つかの層から構成される。ガラス板４５２及び４５３は、ギャップ４６４によって分離され、ギャップ４６４には、液晶材料を充填する。偏光板４５６及び４７４は、それぞれ、ガラス板４５３及び４５２の外側表面に取り付ける。ＬＣＤと一体化された場合、一方の偏光板は、表示装置の光源（例えば、図示しないが、バックライト）からの光を偏光させるように動作し、他方の偏光板は、検光子として機能し、偏光板の透過軸に平行に偏光された光の成分だけを透過させる。
アレイ状のカラーフィルタ４７６は、ガラス板４５３上に形成し、パターン形成した電極層４５８は、透明な導体、一般的には、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からカラーフィルタ４７６上に形成する。パッシベーション層４６０は、時としてハードコート層と呼ばれるが、一般的にＳｉＯｘに基づき電極層４５８にコーティングされ、表面を電気的に絶縁する。配向層４６２（例えば、ポリイミド層）は、パッシベーション層４６０に成膜され、ギャップ４６４の液晶材料を配向する。
パネル４５０には、更に、ガラス板４５２上に形成される第２電極層４７２が含まれる。別のハードコート層４７０が、電極層４７２上に形成され、別の配向層４６８が、ハードコート層４７０上に配置される。アクティブ・マトリックスＬＣＤ（ＡＭ＿ＬＣＤ）では、電極層の内の１つが、一般的に、アレイ状の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（例えば、各副画素につき１つ又は複数）又は他の集積回路構造を含む。
液晶材料は、複屈折性であり、ＬＣＤパネル内を伝搬する光の偏光方向を変える。液晶材料は、更に、誘電体異方性を有し、従って、ギャップ４６４に印加された電界に敏感である。従って、液晶分子は、電界が印加されると方向を変え、これによって、パネルの光学特性を変える。液晶材料の複屈折性及び誘電体異方性を利用することによって、パネルによって透過される光の量を制御できる。
セルギャップΔｇ、即ち、液晶材料の厚さは、２つのガラス板４５２、４５３を固定距離だけ分離するスペーサ４６６によって決定される。一般的に、スペーサは、所望のセルギャップに等しい直径を有する予め形成された円柱状又は球形粒子の形態であってよく、又は基板上にパターン形成法（例えば、従来のフォトリソグラフィ法）を用いて形成してもよい。セルギャップは、パネルを横断する光の光学的遅延量及び液晶材料の分子配向の粘弾性応答の双方、従って、ＬＣＤパネル製造において正確に制御を行うのに大切なパラメータに影響を及ぼす。
一般的に、ＬＣＤパネル製造は、様々な層の形成における多数の処理ステップを伴う。例えば、図２３Ｂにおいて、プロセス４９９には、各ガラス板上に平行に様々な層を形成する段階と、次に、ガラス板を接合してセルを形成する段階と、が含まれる。図示するように、最初に、第１ガラス板上にＴＦＴ電極を形成する（ステップ４９９Ａ１）。パッシベーション層をＴＦＴ電極上に形成（ステップ４９９Ａ２）し、そして、配向層をパッシベーション層上に形成する（ステップ４９９Ａ３）。次に、スペーサを配向層上に成膜する（ステップ４９９Ａ４）。第２ガラス板の処理は、通常、カラーフィルタを形成する段階（ステップ４９９Ｂ１）と、パッシベーション層をカラーフィルタ上に形成する段階（ステップ４９９Ｃ１）と、を伴う。そして、電極（例えば、一般的な電極）をパッシベーション層上に形成し（ステップ４９９Ｂ３）、そして、配向層を電極上に形成する（ステップ４９９Ｂ４）。
次に、セルが、第１及び第２ガラス板を一緒に接合することによって形成され（ステップ４９９Ｃ１）、そして、液晶材料を充填して封止される（ステップ４９９Ｃ２）。封止後、偏光板を各々のガラス板の外表面に貼り付け（ステップ４９９Ｃ３）、完成したＬＣＤパネルが提供される。フローチャートに示したステップの組合せ及び順序は、例示であり、一般的に、他のステップの組合せ及びそれらの相対的な順序は、様々であってよい。
更に、図２３Ｂのフローチャートに示した各ステップは、複数の処理ステップを含み得る。例えば、第１ガラス板上にＴＦＴ電極（一般的に「画素電極」と称する）を形成する段階は、多くの異なる処理ステップを伴う。同様に、第２ガラス板上にカラーフィルタを形成する段階は、数多くの処理ステップを伴い得る。通常、画素電極を形成する段階には、例えば、複数の処理ステップを含み、ＴＦＴ、ＩＴＯ電極、及びＴＦＴへの様々なバスラインを形成する。実際には、ＴＦＴ電極層を形成する段階は、本質的に、大きな集積回路を形成する段階であり、従来の集積回路製造に用いられる同じ成膜及びフォトリソグラフィパターン形成処理ステップを多く伴う。例えば、ＴＦＴ電極層の様々な部分は、第１に、材料（例えば、半導体、導体、又は誘電体）の層を成膜する段階と、材料層上にフォトレジスト層を形成する段階と、フォトレジストをパターン形成された放射光に露光する段階と、によって構築される。フォトレジスト層は、次に、現像され、パターン形成されたフォトレジスト層になる。次に、パターン形成されたフォトレジスト層の真下に横たわる材料層の一部は、エッチング処理で除去され、これによって、フォトレジストのパターンを材料層に転写する。最後に、残留フォトレジストは、基板から剥ぎ取り、その後には、パターン形成された材料層を残す。これらの処理ステップは、ＴＦＴ電極層の異なる構成要素を構築するために何度でも繰り返してよく、また、同様な成膜及びパターン形成ステップは、カラーフィルタを形成するために同様に用いることが多い。
一般的に、本明細書に開示する干渉技法は、ＬＣＤパネルの生産を、それらの生産の様々な異なる段階において監視するために用い得る。例えば、本干渉技法は、ＬＣＤパネル生産中に用いられるフォトレジスト層の厚さ及び／又は均一性を監視するために用い得る。上述したように、フォトレジスト層は、例えば、ＴＦＴ構成要素及びカラーフィルタのリソグラフィパターン形成に用いられる。幾つかの処理ステップについて、フォトレジスト層は、フォトレジストをパターン形成された放射光に露光する段階に先立って、低コヒーレンス干渉系を用いて調べることができる。低コヒーレンス干渉系は、フォトレジスト層の厚さのプロファイルをガラス板の１つ又は複数の位置において測定し得る。他の選択肢として又は追加として、本技法は、フォトレジスト層の表面形状を決定するために用い得る。どちらの場合でも、測定したフォトレジスト層特性が指定の許容窓内にある場合、フォトレジスト層を所望のパターンが形成された放射光に露光してよい。フォトレジスト層が指定された窓内にない場合、それをガラス板から剥ぎ取り、新しいフォトレジスト層を成膜してよい。
幾つかの実施形態では、本干渉技法は、パターン形成したフォトレジスト層の特性を監視するために用いられる。例えば、パターン特徴の重要な寸法（例えば、線幅）を調査し得る。他の選択肢として又は追加として、本干渉技法は、パターン形成したレジストにおける特徴とフォトレジスト層の真下の特徴との間の重ね合わせ誤差を決定するために用い得る。また、測定した重要な寸法及び／又は重ね合わせ誤差が処理窓の外にある場合、パターン形成したフォトレジストを基板から剥ぎ取り、新しくパターン形成されたフォトレジスト層を形成し得る。
幾つかの実施形態では、本干渉技法は、ハーフトーンフォトリソグラフィと共に用い得る。パターン形成されたレジスト層特徴部において特定の厚さ変動を望む場合、ハーフトーンフォトリソグラフィが、ますます用いられるようになっている。本明細書に開示する低コヒーレンス干渉技法は、ハーフトーン領域のフォトレジストパターンの厚さ形状を監視するために用い得る。更に、本技法は、これらの特徴部の重ね合わせ及び重要な寸法の双方を決定するために用い得る。
幾つかの実施形態では、本干渉技法は、生産工程の異なる段階において、ガラス板上の異なる段階で汚染物質（例えば、異物）を検出するために用い得る。そのような汚染物質は、表示パネルにおける視覚的な欠陥（即ち、ムラ欠陥）を引き起こし、最終的に製造業者の歩留まりに影響を及ぼし得る。しばしば、そのような欠陥は、通常パネル組み立て後に実施される目視検査によってのみ検出される。本明細書に開示する干渉技法は、生産工程中、１つ又は複数の点においてガラス板の自動検査を実施するために用い得る。異物を検出した場合、ガラス板の異物を含む面は、次の生産ステップ前に洗浄し得る。従って、本技法を用いると、パネルにおけるムラ欠陥の発生を低減し、パネル品質を改善して製造コストを低減し得る。
要因の中でも特に、電気光学的特性（例えば、コントラスト比及び輝度）は、セルギャップΔｇに依存する。製造中のセルギャップ制御は、均一で高品質な表示装置を得るために重要であることが多い。幾つかの実施形態では、開示した干渉技法を用いて、セルギャップが所望の均一性を有するように保証できる。例えば、本技法は、ガラス板上のスペーサの高さ及び／又は位置を監視するために用い得る。スペーサの高さを監視及び制御することにより、例えば、表示装置全体のセルギャップ変動を低減し得る。
場合によっては、実際のセルギャップは、スペーサの寸法と異なることがある。これは、組立中、液晶媒体を導入するために与圧又は減圧されたり、端部シールが硬化して寸法が変化したり、追加した液晶材料がガラス板間に毛細管力を生成したりするためである。液晶物質追加の前及び後の双方で、ガラス板上の露光した層の表面は、光を反射し、セルギャップΔｇを示す干渉パターンをもたらす。干渉信号それ自体又は上述した干渉信号処理技法との組み合わせのいずれかの低コヒーレンスの性質は、セルの他の層によって形成された境界面が存在する状態でも、セルギャップΔｇを含むセル特性を製造中に監視するために用いることができる。
代表的な方法には、液晶材料の追加に先立って、セルギャップΔｇを示す干渉パターンを含む低コヒーレンス干渉信号を得る段階が含まれ得る。セルギャップ（又はセルの他の空間特性）は、干渉パターンから求め、指定値と比較し得る。製造条件、例えば、ガラス板への与圧又は減圧は、指定値と求めたセルギャップとの間の差異が許容値を超える場合、セルギャップΔｇを修正するために変更し得る。この工程は、所望のセルギャップを達成するまで繰り返し得る。次に、液晶材料が、セルに導入される。追加する液晶媒質の量は、測定した空間セル特性から決定し得る。これにより、セル充填の過不足を回避し得る。充填工程は、更に、ガラス板上の露光した層の表面からの干渉信号を観察することによって監視してもよい。一旦、セルが充填されると、セルギャップΔｇ（又は他の空間特性）を監視する追加の低コヒーレンス干渉パターンが得られる。また、製造条件は、セルギャップを維持又は許容値内に収めるように変更し得る。
幾つかのＬＣＤでは、配向層には、液晶材料に所望の配向特性を提供する突出構造が含まれる。例えば、幾つかのＬＣＤは、表示装置の各画素につき複数の配向領域を有し、この場合、突出配向構造は、異なる配向領域を提供する。低コヒーレンス干渉法は、突出部の様々な特性、例えば、下に横たわるＬＣＤパネルの特徴を基準にして、それらの形状、ライン幅、高さ、及び／又は重ね合わせ誤差等を測定するために用い得る。突出部は、不具合があると判断された場合、必要に応じて修理又は除去及び再構築し得る。
一般的に、低コヒーレンス干渉系は、ＬＣＤパネル生産の様々な段階を希望通りに監視するように構築し得る。幾つかの実施形態では、干渉系を含む検査台は、製造ライン自体の中に構築し得る。例えば、監視台は、フォトリソグラフィのステップを実施するクリーンな製造環境に導入し得る。検査台へ及び検査台からのガラス板運搬は、ロボットで実施し完全に自動化し得る。他の選択肢として又は追加として、検査台は、製造ラインから分離して設け得る。例えば、サンプリングされた表示装置だけ検査する場合、サンプルは、製造ラインから取得し、検査のためにライン外に持ち出してよい。
図２３Ｃにおいて、代表的な検査台４０００は、テーブル４０３０を含み、テーブル４０３０には、干渉計センサ４０１０（例えば、上記に開示したような干渉顕微鏡）を搭載したガントリー４０２０が含まれる。テーブル４０３０（振動絶縁軸受けを含み得る）は、ＬＣＤパネル４００１（又はガラス板）を支持し、センサ４０１０を基準にしてパネル４００１を位置合わせする。センサ４０１０は、レールを介してガントリー４０２０に搭載され、レールにより、センサは、矢印４０１２の方向に前後に移動できる。ガントリー４０２０は、レール上でテーブル４０３０に搭載され、レールにより、ガントリーは、矢印４０１４の方向に前後に移動できる。このように、検査台４０００は、センサ４０１０を移動させて表示パネル４００１上の任意の位置を検査することができる。
台４０００には、更に、センサ４０１０のための位置合わせシステムを制御し、また、パネル４００１に関する情報を含むセンサ４０１０信号を取り込む制御回路４０５０が含まれる。このようにして、制御回路４０５０は、センサ位置合わせをデータ取込みと連係させることができる。
レーザスクライブ及び切削
レーザは、同時に製造した異なる構造、例えば、マイクロ電子回路構造を分離するための準備中に物体をスクライブするために用い得る。分離の品質は、スクライブ条件、例えば、レーザ焦点サイズ、レーザパワー、物体の並進速度及びスクライブ深さに関係する。構造の特徴部の密度が大きくなり得ることから、スクライブラインは、構造の薄膜又は層に隣接してよい。薄膜又は層に関連する境界面は、干渉法がスクライブ深さを決定するために用いられた時に出現する干渉パターンを生成し得る。本明細書に述べた方法及びシステムは、そのような隣接する膜又は層がある状態でも、スクライブ深さを決定するために用いることができる。
レーザは、同時に製造した異なる構造、例えば、マイクロ電子回路構造を分離するための準備中に物体をスクライブするために用い得る。分離の品質は、スクライブ条件、例えば、レーザ焦点サイズ、レーザパワー、物体の並進速度及びスクライブ深さに関係する。構造の特徴部の密度が大きくなり得ることから、スクライブラインは、構造の薄膜又は層に隣接してよい。薄膜又は層に関連する境界面は、干渉法がスクライブ深さを決定するために用いられた時に出現する干渉パターンを生成し得る。本明細書に述べた方法及びシステムは、そのような隣接する膜又は層がある状態でも、スクライブ深さを決定するために用いることができる。
代表的な方法には、１つ又は複数の電子回路構造をスクライブする段階と、スクライブラインに沿って構造を分離する段階と、が含まれ得る。分離の前及び／又は後、低コヒーレンス干渉信号は、スクライブ深さを求めるために用い得る。他のスクライブ条件、例えば、レーザスポットサイズ、レーザパワー、並進速度が知られている。スクライブ深さは、干渉信号から決定し得る。スクライブ深さを含むスクライブ条件の関数としての分離品質は、分離した構造を評価することによって判断し得る。そのような判断に基づき、所望の分離品質を達成するために必要なスクライブ条件を決定し得る。連続製造時、スクライブされた領域から低コヒーレンス干渉信号を得てプロセスを監視することができる。スクライブ条件は、スクライブ特性を維持又は許容値内に収めるために変更することがある。
本発明の多数の実施形態について述べた。以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。他の実施形態は、請求項中にある。
［付記１］
装置であって、
被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成して、検出器上に干渉パターンを形成する干渉計光学系を含む広帯域走査干渉計システムであって、前記試験光及び前記参照光は、共通の光源から導出され、
前記干渉計システムは、更に、前記共通の光源から前記検出器への前記試験光と前記参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、一連のＯＰＤ増分の各々に対する前記干渉パターンを記録する前記検出器を含む検出系とを含み、各ＯＰＤ増分の周波数は、フレームレートを定義し、
前記干渉計光学系は、更に、前記ＯＰＤの走査時の前記ＯＰＤの変化を各々示す少なくとも２つの監視干渉信号を生成するように構成され、前記検出系は、更に、前記監視干渉信号を記録するように構成される、前記広帯域走査干渉計システムと、
前記検出系及び走査ステージに電子的に結合され、前記フレームレートより高い周波数において、前記ＯＰＤ増分への摂動に対する感度で、前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される電子プロセッサと
を備える装置。
［付記２］
付記１に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記共通の光源のコヒーレンス長より大きい範囲に渡って前記ＯＰＤを走査するように構成される、装置。
［付記３］
付記１に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記被験物体に対して前記干渉計光学系の焦点を変動させることによって、前記ＯＰＤを走査するように構成される、装置。
［付記４］
付記１に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記被験物体に対して前記干渉計光学系の焦点を変動させることなく前記ＯＰＤを走査するように構成される、装置。
［付記５］
付記４に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記干渉計光学系に対して前記参照物体の位置を変動させることによって、前記ＯＰＤを走査する、装置。
［付記６］
付記１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、ミロー対物レンズを含む、装置。
［付記７］
付記１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、リンニク対物レンズを含む、装置。
［付記８］
付記１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、前記被験物体を前記検出器に結像するように構成される、装置。
［付記９］
付記１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、瞳面を定義し、前記瞳面を前記検出器に結像するように構成される、装置。
［付記１０］
付記９に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記ＯＰＤが、前記瞳面の位置に依存して変動する方法で前記ＯＰＤを走査するように構成され、前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定することは、前記干渉パターンの位置依存性を説明することを含む、装置。
［付記１１］
付記１０に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記被験物体に対して前記干渉計光学系の焦点を変動させることなく前記ＯＰＤを走査するように構成される、装置。
［付記１２］
付記１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、前記干渉計光学系によって提供された出力光から監視光を導出するように構成された光学部品を含み、前記出力光は、前記試験光及び参照光を含む、装置。
［付記１３］
付記１２に記載の装置であって、前記光学部品は、前記出力光の一部を前記検出器に向け、前記出力光の他の一部を、前記監視干渉信号を記録するように構成された二次検出器に向けるように構成されたビームスプリッタである、装置。
［付記１４］
付記１２に記載の装置であって、前記光学部品は、前記出力光の一部を前記検出系に向けるように構成されたスペクトルフィルタであり、前記監視干渉信号は、前記出力光の前記一部に基づき検出される、装置。
［付記１５］
付記１４に記載の装置であって、前記一部は、前記出力光の単色部分である、装置。
［付記１６］
付記１２に記載の装置であって、前記監視光は、前記共通の光源から導出される、装置。
［付記１７］
付記１６に記載の装置であって、前記監視光は、前記試験光及び参照光のスペクトル成分に対応する、装置。
［付記１８］
付記１２に記載の装置であって、前記干渉パターンは、前記出力光の強度プロファイルに対応する、装置。
［付記１９］
付記１２に記載の装置であって、前記監視光は、前記共通の光源と異なる二次光源から導出される、装置。
［付記２０］
付記１９に記載の装置であって、前記監視光の光源は、前記共通の光源のコヒーレンス長より長いコヒーレンス長を有する、装置。
［付記２１］
付記１に記載の装置であって、前記電子プロセッサは、対応する正弦波関数を前記少なくとも２つの監視干渉信号の各々と適合させることによって、前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される、装置。
［付記２２］
付記２１に記載の装置であって、前記監視干渉信号は、各々、前記ＯＰＤの走査中、前記検出器を用いて取り込まれた複数のサンプリングされたデータ点を含み、前記正弦波関数を前記監視干渉信号と適合させることは、前記サンプリングされたデータ点を補間して、補間された信号を提供することを含む、装置。
［付記２３］
付記２２に記載の装置であって、前記正弦波関数を前記監視干渉信号と適合させることは、更に、前記補間された信号に基づき、公称干渉位相に各干渉信号を関連付けることを含む、装置。
［付記２４］
付記２３に記載の装置であって、前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定することは、更に、対応する前記公称干渉位相に基づき、前記監視干渉信号の測定された位相の偏差を計算することを含む、装置。
［付記２５］
付記１に記載の装置であって、前記少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる干渉位相を有する、装置。
［付記２６］
付記１に記載の装置であって、前記少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる周波数を有する、装置。
［付記２７］
付記１に記載の装置であって、前記検出器は、多素子検出器である、装置。
［付記２８］
付記２７に記載の装置であって、多素子検出器は、前記少なくとも２つの監視干渉信号を記録するように構成された素子を含む、装置。
［付記２９］
付記１に記載の装置であって、前記検出系は、前記一次検出器とは別の二次検出器を含み、前記二次検出器は、前記少なくとも２つの監視干渉信号を記録するように構成される、装置。
［付記３０］
付記２９に記載の装置であって、前記二次検出器は、各素子が、対応する監視干渉信号を記録するように構成された多素子検出器である、装置。
［付記３１］
付記１に記載の装置であって、前記電子プロセッサは、更に、前記検出器を用いて記録された前記干渉パターンに対応する一次干渉信号に基づき、前記被験物体に関する情報を決定するように構成されている、装置。
［付記３２］
付記３１に記載の装置であって、前記情報を決定することは、前記ＯＰＤ増分に関する情報に基づき、前記情報の不確定性を低減することを含む、装置。
［付記３３］
方法であって、
走査干渉系を用いて生成された低コヒーレンス干渉信号を提供することであって、前記走査干渉系は、一連のＯＰＤ増分の各々について試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査する間に、干渉計光学系を用いて、被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成することによって、前記低コヒーレンス干渉信号を生成して、検出器上に干渉パターンを形成し、前記検出器は前記干渉パターンを記録し、各ＯＰＤ増分の周波数は、フレームレートを定義する、前記低コヒーレンス干渉信号を提供すること、
前記干渉計光学系を用いて各々生成され、前記ＯＰＤの走査時の前記ＯＰＤの変化を各々示す少なくとも２つの監視干渉信号を提供すること、
前記監視干渉信号に基づき、前記フレームレートより高い周波数において、前記ＯＰＤ増分への摂動に対する感度で前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定すること
を備える方法。
［付記３４］
表示パネルを作製するためのプロセスであって、
前記表示パネルの構成要素を提供すること、
付記３３の方法を用いて、前記構成要素に関する情報を決定すること、
前記構成要素を用いて、前記表示パネルを形成すること
を備えるプロセス。
［付記３５］
走査干渉計システムと電子プロセッサとを含む装置であって、
前記走査干渉計システムは、照射角度の範囲に渡って試験光を被験物体に向け、前記被験物体から反射された試験光と参照物体からの参照光を合成して、多素子検出器上に干渉パターンを形成する干渉計光学系を含み、前記試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、前記干渉計光学系は、前記検出器の異なる素子が、前記試験光による前記被験物体の異なる照射角度に対応するように、合成された光の少なくとも一部を前記検出器に向けるように構成され、
前記干渉計システムは、更に、前記共通の光源から前記検出器への前記試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、一連のＯＰＤ増分の各々に対する前記干渉パターンを記録する検出器を含む検出系とを含み、
前記走査干渉計システムは、更に、前記ＯＰＤの走査時の前記ＯＰＤの変化を示す少なくとも１つの監視干渉信号を生成するように構成されており、
前記電子プロセッサは、前記検出系及び走査ステージに電子的に結合され、前記ＯＰＤ増分への摂動に対する感度で前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される、装置。
［付記３６］
装置であって、
対物レンズ及び前記対物レンズに対して移動可能なステージを含む干渉顕微鏡と、
入力放射光からの第１波面及び第２波面を導出し、前記第１及び第２波面を合成して、出力放射光を提供するように構成されたセンサであって、前記出力放射光は、前記第１及び第２波面の経路間の光路長差に関する情報を含み、前記センサは、前記第１波面の経路に配置された反射性要素を含み、前記反射性要素は、前記対物レンズ又は前記ステージのいずれかに搭載される、前記センサと、
前記センサに前記入力放射光を出力するように、又は、前記センサから対応する検出器に前記出力放射光を出力するように構成されたファイバ導波路と、
前記センサからの前記情報に基づき、前記対物レンズに対する前記ステージの変位を監視するように構成された電子コントローラと
を備える装置。
［付記１］
装置であって、
被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成して、検出器上に干渉パターンを形成する干渉計光学系を含む広帯域走査干渉計システムであって、前記試験光及び前記参照光は、共通の光源から導出され、
前記干渉計システムは、更に、前記共通の光源から前記検出器への前記試験光と前記参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、一連のＯＰＤ増分の各々に対する前記干渉パターンを記録する前記検出器を含む検出系とを含み、各ＯＰＤ増分の周波数は、フレームレートを定義し、
前記干渉計光学系は、更に、前記ＯＰＤの走査時の前記ＯＰＤの変化を各々示す少なくとも２つの監視干渉信号を生成するように構成され、前記検出系は、更に、前記監視干渉信号を記録するように構成される、前記広帯域走査干渉計システムと、
前記検出系及び走査ステージに電子的に結合され、前記フレームレートより高い周波数において、前記ＯＰＤ増分への摂動に対する感度で、前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される電子プロセッサと
を備える装置。
［付記２］
付記１に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記共通の光源のコヒーレンス長より大きい範囲に渡って前記ＯＰＤを走査するように構成される、装置。
［付記３］
付記１に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記被験物体に対して前記干渉計光学系の焦点を変動させることによって、前記ＯＰＤを走査するように構成される、装置。
［付記４］
付記１に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記被験物体に対して前記干渉計光学系の焦点を変動させることなく前記ＯＰＤを走査するように構成される、装置。
［付記５］
付記４に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記干渉計光学系に対して前記参照物体の位置を変動させることによって、前記ＯＰＤを走査する、装置。
［付記６］
付記１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、ミロー対物レンズを含む、装置。
［付記７］
付記１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、リンニク対物レンズを含む、装置。
［付記８］
付記１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、前記被験物体を前記検出器に結像するように構成される、装置。
［付記９］
付記１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、瞳面を定義し、前記瞳面を前記検出器に結像するように構成される、装置。
［付記１０］
付記９に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記ＯＰＤが、前記瞳面の位置に依存して変動する方法で前記ＯＰＤを走査するように構成され、前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定することは、前記干渉パターンの位置依存性を説明することを含む、装置。
［付記１１］
付記１０に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記被験物体に対して前記干渉計光学系の焦点を変動させることなく前記ＯＰＤを走査するように構成される、装置。
［付記１２］
付記１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、前記干渉計光学系によって提供された出力光から監視光を導出するように構成された光学部品を含み、前記出力光は、前記試験光及び参照光を含む、装置。
［付記１３］
付記１２に記載の装置であって、前記光学部品は、前記出力光の一部を前記検出器に向け、前記出力光の他の一部を、前記監視干渉信号を記録するように構成された二次検出器に向けるように構成されたビームスプリッタである、装置。
［付記１４］
付記１２に記載の装置であって、前記光学部品は、前記出力光の一部を前記検出系に向けるように構成されたスペクトルフィルタであり、前記監視干渉信号は、前記出力光の前記一部に基づき検出される、装置。
［付記１５］
付記１４に記載の装置であって、前記一部は、前記出力光の単色部分である、装置。
［付記１６］
付記１２に記載の装置であって、前記監視光は、前記共通の光源から導出される、装置。
［付記１７］
付記１６に記載の装置であって、前記監視光は、前記試験光及び参照光のスペクトル成分に対応する、装置。
［付記１８］
付記１２に記載の装置であって、前記干渉パターンは、前記出力光の強度プロファイルに対応する、装置。
［付記１９］
付記１２に記載の装置であって、前記監視光は、前記共通の光源と異なる二次光源から導出される、装置。
［付記２０］
付記１９に記載の装置であって、前記監視光の光源は、前記共通の光源のコヒーレンス長より長いコヒーレンス長を有する、装置。
［付記２１］
付記１に記載の装置であって、前記電子プロセッサは、対応する正弦波関数を前記少なくとも２つの監視干渉信号の各々と適合させることによって、前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される、装置。
［付記２２］
付記２１に記載の装置であって、前記監視干渉信号は、各々、前記ＯＰＤの走査中、前記検出器を用いて取り込まれた複数のサンプリングされたデータ点を含み、前記正弦波関数を前記監視干渉信号と適合させることは、前記サンプリングされたデータ点を補間して、補間された信号を提供することを含む、装置。
［付記２３］
付記２２に記載の装置であって、前記正弦波関数を前記監視干渉信号と適合させることは、更に、前記補間された信号に基づき、公称干渉位相に各干渉信号を関連付けることを含む、装置。
［付記２４］
付記２３に記載の装置であって、前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定することは、更に、対応する前記公称干渉位相に基づき、前記監視干渉信号の測定された位相の偏差を計算することを含む、装置。
［付記２５］
付記１に記載の装置であって、前記少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる干渉位相を有する、装置。
［付記２６］
付記１に記載の装置であって、前記少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる周波数を有する、装置。
［付記２７］
付記１に記載の装置であって、前記検出器は、多素子検出器である、装置。
［付記２８］
付記２７に記載の装置であって、多素子検出器は、前記少なくとも２つの監視干渉信号を記録するように構成された素子を含む、装置。
［付記２９］
付記１に記載の装置であって、前記検出系は、前記一次検出器とは別の二次検出器を含み、前記二次検出器は、前記少なくとも２つの監視干渉信号を記録するように構成される、装置。
［付記３０］
付記２９に記載の装置であって、前記二次検出器は、各素子が、対応する監視干渉信号を記録するように構成された多素子検出器である、装置。
［付記３１］
付記１に記載の装置であって、前記電子プロセッサは、更に、前記検出器を用いて記録された前記干渉パターンに対応する一次干渉信号に基づき、前記被験物体に関する情報を決定するように構成されている、装置。
［付記３２］
付記３１に記載の装置であって、前記情報を決定することは、前記ＯＰＤ増分に関する情報に基づき、前記情報の不確定性を低減することを含む、装置。
［付記３３］
方法であって、
走査干渉系を用いて生成された低コヒーレンス干渉信号を提供することであって、前記走査干渉系は、一連のＯＰＤ増分の各々について試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査する間に、干渉計光学系を用いて、被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成することによって、前記低コヒーレンス干渉信号を生成して、検出器上に干渉パターンを形成し、前記検出器は前記干渉パターンを記録し、各ＯＰＤ増分の周波数は、フレームレートを定義する、前記低コヒーレンス干渉信号を提供すること、
前記干渉計光学系を用いて各々生成され、前記ＯＰＤの走査時の前記ＯＰＤの変化を各々示す少なくとも２つの監視干渉信号を提供すること、
前記監視干渉信号に基づき、前記フレームレートより高い周波数において、前記ＯＰＤ増分への摂動に対する感度で前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定すること
を備える方法。
［付記３４］
表示パネルを作製するためのプロセスであって、
前記表示パネルの構成要素を提供すること、
付記３３の方法を用いて、前記構成要素に関する情報を決定すること、
前記構成要素を用いて、前記表示パネルを形成すること
を備えるプロセス。
［付記３５］
走査干渉計システムと電子プロセッサとを含む装置であって、
前記走査干渉計システムは、照射角度の範囲に渡って試験光を被験物体に向け、前記被験物体から反射された試験光と参照物体からの参照光を合成して、多素子検出器上に干渉パターンを形成する干渉計光学系を含み、前記試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、前記干渉計光学系は、前記検出器の異なる素子が、前記試験光による前記被験物体の異なる照射角度に対応するように、合成された光の少なくとも一部を前記検出器に向けるように構成され、
前記干渉計システムは、更に、前記共通の光源から前記検出器への前記試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、一連のＯＰＤ増分の各々に対する前記干渉パターンを記録する検出器を含む検出系とを含み、
前記走査干渉計システムは、更に、前記ＯＰＤの走査時の前記ＯＰＤの変化を示す少なくとも１つの監視干渉信号を生成するように構成されており、
前記電子プロセッサは、前記検出系及び走査ステージに電子的に結合され、前記ＯＰＤ増分への摂動に対する感度で前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される、装置。
［付記３６］
装置であって、
対物レンズ及び前記対物レンズに対して移動可能なステージを含む干渉顕微鏡と、
入力放射光からの第１波面及び第２波面を導出し、前記第１及び第２波面を合成して、出力放射光を提供するように構成されたセンサであって、前記出力放射光は、前記第１及び第２波面の経路間の光路長差に関する情報を含み、前記センサは、前記第１波面の経路に配置された反射性要素を含み、前記反射性要素は、前記対物レンズ又は前記ステージのいずれかに搭載される、前記センサと、
前記センサに前記入力放射光を出力するように、又は、前記センサから対応する検出器に前記出力放射光を出力するように構成されたファイバ導波路と、
前記センサからの前記情報に基づき、前記対物レンズに対する前記ステージの変位を監視するように構成された電子コントローラと
を備える装置。
Claims (26)
- 方法であって、
被験物体に１つ又は複数の干渉信号を提供することであって、前記干渉信号は、一連の光路差（ＯＰＤ）値に対応しており、前記一連の光路差（ＯＰＤ）値のうちの少なくともいくつかは、雑音のために、互いに不等間隔に配置されている、前記１つ又は複数の干渉信号を提供すること、
前記一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報を提供すること、
前記干渉信号の各々を、異なる周波数に各々対応し、前記不等間隔で配置されたＯＰＤ値で各々サンプリングされる複数の基底関数からの寄与に分解すること、
前記複数の基底関数の各々から前記干渉信号の各々への寄与に関する情報を用いて、前記被験物体に関する情報を決定すること
を備える方法。 - 請求項１に記載の方法であって、前記基底関数の各々からの寄与への各干渉信号の分解は、各干渉信号に対する各基底関数の振幅及び位相に関する情報を含む、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、各基底関数は、前記不等間隔で配置されたＯＰＤ値でサンプリングされる正弦波基底関数である、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、前記分解は、線形分解である、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、前記１つ又は複数の干渉信号は、前記被験物体の異なる位置に対応する複数の干渉信号を含む、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、前記１つ又は複数の干渉信号は、前記干渉信号を生成するために前記被験物体の照射に用いられる対物レンズの瞳面の異なる位置に対応する複数の干渉信号を含む、方法。
- 請求項６に記載の方法であって、前記干渉信号の各々は、同じ複数の基底関数からの寄与に分解される、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、各干渉信号は、前記被験物体から出現する試験光が、異なるＯＰＤ値の各々について検出器上で参照光と合成される際に測定された干渉強度値に対応し、前記試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、前記ＯＰＤは、前記共通の光源から前記検出器への前記試験光と前記参照光との間の光路長差である、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、前記複数の基底関数は、非直交基底関数を含む、方法。
- 請求項９に記載の方法であって、前記複数の基底関数は、線形独立基底関数である、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、前記干渉信号を分解することは、行列を形成することであって、前記行列の各列が基底関数に対応する、前記行列を形成すること、前記行列の逆行列を計算すること、前記逆行列を各干渉信号に適用することを含む、方法。
- 請求項１１に記載の方法であって、各基底関数の要素の数が、基底関数の数を超える、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、各干渉信号は、前記被験物体から出現する試験光が、異なるＯＰＤ値の各々について検出器上で参照光と合成される際に測定された干渉強度値に対応し、前記試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、各基底関数は、エラーがない干渉信号に対応する公称値からの前記測定された干渉強度値の変動の根拠を示す、方法。
- 請求項１３に記載の方法であって、前記変動は、前記光源の強度レベルの変動に起因するものである、方法。
- 請求項１３に記載の方法であって、前記変動は、前記検出器の有限のフレーム蓄積時間に起因するものである、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、前記一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報を提供することは、前記ＯＰＤの変化を示す少なくとも１つの監視干渉信号を生成することを含み、前記監視干渉信号は、前記一連のＯＰＤ値に対応する前記干渉信号が取り込まれる間に生成される、方法。
- 請求項１６に記載の方法であって、前記一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報は、複数の監視干渉信号を生成することを含む、方法。
- 請求項１７に記載の方法であって、前記監視干渉信号は、前記一連のＯＰＤ値に対応する前記干渉信号を生成するために用いられるのと同じ干渉計光学系を用いて生成される、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、前記情報を用いることは、前記複数の基底関数の各々から前記干渉信号の各々への寄与に関する情報に基づき、補正された干渉信号を構築すること、前記補正された干渉信号に基づき、前記被験物体に関する情報を決定することを含む、方法。
- 請求項１に記載の方法であって、前記一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報は、変位測定干渉計、加速度計、接触式プローブ、静電容量式ゲージ、空気ゲージ、及び光学エン
コーダから成るグループから選択されたセンサを用いて生成される、方法。 - 表示パネルを作製するためのプロセスであって、
前記表示パネルの構成要素を提供すること、
請求項１の方法を用いて、前記構成要素に関する情報を決定することであって、前記構成要素は、前記被験物体に対応する、前記決定すること、
前記構成要素を用いて、前記表示パネルを形成すること
を備えるプロセス。 - 請求項２１に記載のプロセスであって、前記構成要素は、間隙によって分離された１対の基板を含み、前記情報は、前記間隙に関する情報を含み、前記表示パネルを形成することは、前記情報に基づき、前記間隙を調整することを含む、プロセス。
- 請求項２１に記載のプロセスであって、前記構成要素は、基板と、前記基板上のレジスト層とを含み、前記情報は、前記レジスト層の厚さに関する情報を含む、プロセス。
- 請求項２１に記載のプロセスであって、前記構成要素は、スペーサを含む基板を含み、前記情報は、前記スペーサに関する情報を含む、プロセス。
- 請求項２４に記載のプロセスであって、前記表示パネルを形成することは、前記情報に基づき、前記スペーサを修正することを含む、プロセス。
- 干渉計システムと電子プロセッサとを備える装置であって、
前記干渉計システムは、被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成して、検出器上に干渉パターンを形成する干渉計光学系を含み、前記試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、
前記干渉計システムは、更に、前記共通の光源から前記検出器への前記試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、一連の各ＯＰＤ値の前記干渉パターンを記録し、１つ又は複数の干渉信号を提供する検出器を含む検出系とを含み、
前記電子プロセッサは、前記検出系に結合され、前記１つ又は複数の干渉信号に基づき、前記被験物体に関する情報を決定するように構成され、
前記一連のＯＰＤ値のうちの少なくともいくつかは、雑音のために、互いに不等間隔に配置されており、前記電子プロセッサは、異なる周波数に各々対応し、不等間隔で配置されたＯＰＤ値で各々サンプリングされる複数の基底関数からの寄与に前記干渉信号の各々を分解することによって、前記被験物体に関する情報を決定するように構成される、装置。
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