JPH11502921A - サブミクロメートル範囲における３次元構造を判定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 サブミクロメートル範囲における３次元構造を判定する方法は、コヒーレントなビーム（３）、とくにレーザビームによって動作し、このビームは、２つの部分ビーム（５ａ，１１ａ，１４ａ；５ｂ，１１ｂ，２２）に分割される。第１の部分ビーム（５ｂ，１１ｂ，２１）は、ほぼビームの波長を有する収束直径を有するように構造的に測定すべき対象物（１）上に収束される。収束レンズ（２３）による収束点（２４）から反射されたビーム（２５）は、第２の部分ビーム（５ａ，１１ａ，１４ａ）のビームとともに互いに無関係な複数の検出器を有する検出器フィールド（１９）上において重畳され、かつ検出器上における場所に依存するビーム強度値が、これら検出器によってアナログ電気信号に変換され、かつ記憶される。これらの記憶された値から、検出器の場所（１９）における局所的な波フィールドの第１の位相値を有するそれぞれの複素振幅値が判定され、かつ判定された第１の位相値から所定の値との掛け算によって第２の位相値が形成される。この第２の位相値、第１のメモリに記憶された初めの複素振幅値の強度値及びそれぞれの検出器の場所座標から、拡大された対象物構造が計算され、かつサブミクロメートル範囲における構造を含む拡大された又はホログラム状の画像として表示することができる。本発明による方法及び本発明による装置は、光学的な回折効果によって制限された光学顕微鏡のものより著しく良好な分解能を達成する。ここでは測定すべき対象物の表面を走査する機械的要素も、もはや必要ない。しばしば損傷し、したがって意図に反して動作の中断に至る周知の方法において利用すべき微細測定チップも、もはや必要ない。走査力によって生じることがある障害作用もなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】 サブミクロメートル範囲における３次元構造を判定する方法及び装置 本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の方法、及び特許請求の範 囲第８項記載の装置に関する。サブミクロメートル範囲における構造は、例えば 走査力顕微鏡によって測定され、その際、測定される対象物は、サブミクロメー トル範囲においてサーボ装置によってシフトされ、かつ測定対象物の表面構造は 、微細測定チップによって走査される。その際に使用すべき微細測定チップは、 この時、頻繁に損傷し、かつそれにより意図に反した動作の中断に至る。さらに 微細チップによって対象物表面上に作用する力は、０．１ないし１・１０＊−９ ニュートンの範囲にある。この小さな力は、すでに測定対象物に表面の変化を引 起こすことがある。 本発明の課題は、測定すべき対象物の表面を走査する機械的要素がもはや必要 ない、方法及び装置を提供することにある。 この時、本発明において、光学顕微鏡とは相違して、ビーム光学系が動作させ られるのではなく、測定すべき対象物から出る空間的及び時間的な複素振幅（強 度及び移動分布）が、判定されかつ処理される。 両方の部分ビームの種々のビーム状態とは、検出器フィールドにおける検出器 の場所において異なったかつ両方の部分ビームの重畳によって生じるビームフィ ールドを発生する状態のことである。これら種々のビームフィールドの位相角は 、同一の検出器場所において全波振動の種々の数分の１だけ異なっている。同一 の場所におけるなるべく少なくとも３つの測定から、この時、重畳フィールドの 振幅及び位相は、一義的に判定することができる。一方の部分ビームは、測定す べき対象物から到来するので、この時に測定された重畳フィールドは、対象物の 構造の情報を含んでいる。 この時、種々のビーム状態は、後に説明するように、例えばわずかに 相違したビーム周波数を有する両方の部分ビームの周波数ビート状態の１つのビ ートへ周期内に発生することができる。しかし一方の部分ビームは、他方のもの に対して波長の数分の１だけ相対的に遅れることができ、かつそのビーム構成は 変更することができる。遅延は、例えば電気光学的な、音響光学的な、磁気光学 的な構造ユニット、機械的なシフト要素等によって行なうことができる。 なるべく位相判定のために１つの場所あたり少なくとも３つの測定が行なわれ る。しかし隣接する検出器の測定が、互いに比較され、かつ関連づけられる場合 、それより少ない測定でも十分なことがある。 空間的な強度及び位相角度分布による作業は、ホログラフィーから周知である 。拡大された対象物構造を検出する本発明による測定方法において、この時、基 準ビームによって発生される干渉構造が観察されるのではなく、点ごとに複素振 幅が測定される。この時、この複素振幅からこれに所属する位相角値が、測定値 から計算により検出される。位相値は、拡大を決める掛け算係数によって一段と 高められる。これら高められた位相値及び測定された初期の複素振幅の実部によ って、第２の複素振幅が検出され、それからこの第２の複素振幅から、検出器の 場所座標によって測定対象物の拡大された構造が（例えばホログラムとして）検 出可能であり、この構造は、それから（その後の計算による改訂の後に）プロッ タ又は別の結像装置によって表示することができる。 有利なように、測定対象物の測定すべき構造から返送されるビームによる複素 振幅の位相角値の判定の際、重畳されたビームによって作業が行なわれ、これら ビームは、低い周波数のビート周波数を有する。利用可能なビート周波数は、と りわけ検出器フィールドの検出器から読み出された個々の検出器の値のためのメ モリサイクルの速度に従う。 次に本発明による方法及びこの方法を実施する装置の例を、図面により詳細に 説明する。本発明のその他の利点は、次の明細書文から明らかである。ここでは ： 図１は、装置のブロック回路図を示し、 図２は、平面波の重畳を計算するために利用される座標系を示し、 図３は、レンズの焦点の回りにおける点から出発して明らかなように、平面及 び球面波の位相関係を計算するための表示を示し、かつ 図４は、横分解能の計算の際の誤差評価のための表示を示している。 対象物１のサブミクロメートル範囲における３次元構造を判定するための図１ に示された装置は、コヒーレントなビーム、なるべくコヒーレントなレーザビー ムによって動作する。コヒーレントなビーム３は、ビームスプリッタ４によって ２つの部分ビーム５ａ及び５ｂに分割される。転向ミラー６によって部分ビーム ５ｂは、部分ビーム５ａに対して平行に向けられる。続いて両方の部分ビーム５ ａ及び５ｂは、そのビーム周波数をシフトするそれぞれ１つの要素７ａ及び７ｂ を通過する。周波数シフトは、それぞれ１つの音響光学的変調器７ａ及び７ｂに よって達成される。両方の変調器７ａ及び７ｂの音響的変調周波数は、ここでは 例えば１００ヘルツだけ相違しており、すなわち両方のビームのビーム周波数ｆ ａ及びｆｂは、互いに１００ヘルツだけシフトされている。それぞれ音響光学的 変調器７ａ又は７ｂ内において変調周波数の密度波によって転向されない透過す るビーム９ａ又は９ｂは、吸収器１０ａ又は１０ｂ内において吸収される。周波 数ｆａ及びｆｂを有する転向されたビーム１１ａ及び１１ｂだけが、引続き処理 される。しかしながらなるべくブラッグ角で入射するので、ほぼすべてのビーム エネルギーが、第１の転向された秩序内に入る。 この時、ビーム１１ａは、別のビームスプリッタ１３に当たる。ビーム１１ａ の第１のビーム部分１４ａは、このビームスプリッタ１３を透過し、かつ第２の 別の部分１４ｂは反射され、かつ吸収器１５において受け止められる。部分ビー ム１４ａは、共焦点に配置された２つの同じレンズ１６ａ及び１６ｂを通過し、 かつ両方のミラー１７ａ及び１７ｂによる入れ換えられた反射の後に、ビームス プリッタ１３に送られ、か つここからＣＣＤカメラの検出器フィールド１９に反射される。 ビーム１１ｂは、ビーム軸線に対して傾斜しかつビームスプリッタ１３に対し て平行に配置された面平行の板２０を通過し、かつ両方のミラー１７ａ及び１７ ｂによって転向されたビーム１４ａと同じ場所において、ビームスプリッタ１３ の裏側に当たる。ここにおいてビーム１１ｂの第１のビーム部分２１は、反射さ れ、かつレンズ２３によって場所２４において対象物１上に収束される。収束直 径は、利用されたレーザビームに応じて、１ミクロメートルよりわずかに下にあ る。この時、場所２４からビーム２５が、逆に散乱し、後の説明にしたがって、 多かれ少なかれ収束レンズ２３によって平面波に変換され、ビームスプリッタ１ ３を透過し、かつ検出器フィールド１９においてビーム１４ａに重畳される。 ここではそれ以上考察されないビーム１１ｂのビーム部分は、ビーム２６とし てビームスプリッタ１３を透過し、両方のミラー１７ｂ及び１７ａによって転向 され、両方のレンズ１６ｂ及び１６ａを透過し、ビームスプリッタ１３において 反射され、かつそれから吸収器２７によって吸収される。 検出器フィールド１９上において、この時、ビーム周波数ｆａを有する部分ビ ーム１４ａ（５ａ−１１ａ）、及びビーム周波数ｆｂを有しかつ対象物１上にお ける場所２４から反射散乱されたビーム２５（５ｂ−１１ｂ−２１）は重畳され 、このビーム周波数ｆｂは、１００ヘルツ（差角周波数、Ω＝２π・｜ｆａ−ｆ ｂ｜）だけ周波数ｆａとは相違している。 支障ない重畳を維持するために、部分ビーム５ａ−１１ａ−１４ａの光学的行 程Ｉと部分ビーム５ｂ−１１ｂ−２１−２５の光学的行程ＩＩとが、ビーム３の コヒーレントな長さ以内にあることに注意する。両方の行程Ｉ及びＩＩにおける 群速度の分散を避けるために、行程長さは、空気とは別の材料−例えばビームス プリッタ４及び１３及びレンズ１６ ａ、１６ｂ及び２３の材料−によって同じ長さに選定される。 それ故に行程Ｉは、検出器フィールド１９に達するために、ビームスプリッタ ４の１つの（ガラス）透過厚さ及びビームスプリッタ１３の３つの（ガラス）透 過厚さを有する。それ故に行程ＩＩは、検出器フィールド１９に到達するために 、ビームスプリッタ４の２つの（ガラス）透過厚さ、面平行な板２０１つの（ガ ラス）透過厚さ及びビームスプリッタ１３の１つの（ガラス）透過厚さを有する 。両方のビームスプリッタ４及び１３及び板２０の光学的構成が同じである場合 、両方の経路Ｉ及びＩＩは、同じ数の（平面ガラス）“透過厚さ”を有する。 行程Ｉにおいて、レンズ２３は２度透過される。レンズ１６ａ、１６ｂ及び２ ３の光学的構成が同じである場合、両方の行程Ｉ及びＩＩは、同じ数の（球面） “透過厚さ”を有する。面平行な板２０、ビームスプリッタ４、１３及びレンズ ２３、１６ａ及び１６ｂのために使われた光学材料（例えばガラス）は、利用さ れた（レーザ）ビームに対してほぼ同じ光学特性を有するようにする。したがっ て群速度の分散は、もはや生じない。 検出器フィールドは、例えば１０２４×１０２４のＣＣＤ素子からなり、これ らＣＣＤ素子は、互いにほぼ６．８μｍの間隔を置いて配置されている。これら 検出器は、評価ユニット２９に接続されており、この評価ユニットは、１００Ｈ ｚのビート周波数の１周期内に３回、検出器を高感度に切換え、測定値を読み出 し、かつ検出器ごとに相応する数の検出器及び走査サイクルを有する第１のメモ リにおいて良好には３００，０００の個別メモリ内にファイルする。 この時、ビート周波数の周期及び検出器（場所）あたり３つの測定値が評価さ れるので、第１の計算ユニット３１によって、それぞれの検出器における複素振 幅（強度及び位相角）が検出できる。複素振幅は、作用を受けていないビーム（ ビーム１４ａ）と測定すべき対象物の場所から反射されたビーム（ビーム２５） の重畳である。対象物１の構造情報 は、検出された複素振幅内に含まれている。 この時に検出された検出器あたりの位相角値は、もう一度良好には３００，０ ００の個別メモリを必要とするそれに所属の振幅値（強度値）をプラスして、第 ２のメモリ３３（同様に良好には３００，０００の個別メモリを有する）内に記 憶される。第２のメモリ３３内に記憶された位相角値は、掛け算ユニット３５に よって場所２４の構造の拡大を決める値と掛け算され、かつ第３のメモリ３６内 に記憶される。第３のメモリ３６内に記憶され拡大された位相角値及び第２のメ モリ３３からのこれに所属の強度値によって、この時、例えばウルフ．シュナー ルス他の刊行物、“デジタル・ホログラフィー−アイン・ノイエス・フェルファ ーレン・デア・レーザメステヒニク”、レーザ・ウント・オプトエレクトロニク 、２６（５）、１９９４、第４０−４５頁、及びＵ．シュナールス、“ダイレク ト・フェイズ・デラーミネーション・イン・ホログラム・インターフェロメトリ ー・ウイズ・ユーズ・オブ・デジタル・レコーデッド・ホルグラム”、Ｊ．Ｏｐ ｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ、１１、（７）、２０１１−２０１５、１９９４、７月、 に説明されたように、第２の計算ユニット３７によりここにファイルされた２次 元フーリエ変換の計算アルゴリズムを利用して、画像が点ごとに計算され、この 画像が、出力ユニット３９を介して表示することができる。この時、出力ユニッ ト３９において、画像スクリーン又はプロッタを問題にすることができる。ここ において発生された画像は、場所２４にある構造の拡大をなしている。この画像 は、従来の光学顕微鏡結像に対して、もはや回折によって制限されていない。こ れは、空間的な構造を有する。 次に顕微鏡以下の拡大過程を明らかにするいくつかの数学的な考察を行なう。 理解を容易にするために、まず間隔ｚを置いて１つの点において重畳する２つの 平面波前面Ａ及びＲから出発し、これら波前面は、次の式（１）及び（２）にし たがって表すことができる： Ａ＝Ａ０・ｃｏｓ（ｗｔ−ｋｚ＋Φｄ） （１） Ｒ＝Ｒ０・ｃｏｓ［（ｗ＋Ω）ｔ−ｋｚ］ （２） Ａ０とＲ０は、ビームのそれぞれの振幅値、ｗは、低い方の周波数ｆａ（ｗ＝ ２πｆａ）を有するビームの角周波数、（ｗ＋Ω）は、高い方の周波数ｆｂを有 するビームの角周波数であり、その際、Ωは、ビート周波数である。ｋは、波ベ クトルである。 したがって基準場所から間隔ｄを置いた波の位相角Φは、この場所における位 相角に対して、次の値だけシフトしている： Φｄ＝ｋ・ｄ （３） この時、Ａは、基準場所から間隔ｄを有する構造の場所から出る波、及びＲは 、基準波であるものとする。レンズ２３を考慮せずに、検出器フィールド１９の 場所における重畳に対して、この時、検出器によって測定される強度Ｉに対して 次の式が成り立つ： Ｉ＝（Ａ＋Ｒ）＊２ Ｉ＝（Ａ０・ｃｏｓ（ｗｔ−ｋｚ＋Φｄ）＋Ｒ０・ｃｏｓ［（ｗ＋Ω）ｔ− ｋｚ］）＊２ 検出器は、この時、光学周波数ｆａ及びｆｂに追従することができず、かつそ れによりここに当たる強度から平均値＜Ｉ＞を形成する： ＜Ｉ＞＝１／２Ａ０＊２＋１／２Ｒ０＊２＋２Ａ０Ｒ０＜ｃｏｓ［ｗｔ−ｋ ｚ＋Φｄ］・ｃｏｓ［（ｗ＋Ω）ｔ＋ｋｚ］＞ ＜Ｉ＞＝１／２Ａ０＊２＋１／２Ｒ０＊２＋Ａ０Ｒ０・ｃｏｓ［Ωｔ−Φｄ ］ （４） したがってビート信号Ａ０Ｒ０・ｃｏｓ［Ωｔ−ｋｚ］が得られ、このビート 信号から実験的に１０＊−３の精度で位相角値が検出できる。 すなわち間隔ｄは、式（３）、ｄ＝１０＊−３／ｋによれば、５００ｎｍの光波 長を利用して、 ｄ＝１０＊−３／２π・５００［ｎｍ］＝８・１０＊−２［ｎｍ］ に決めることができる。 この時、位相角は、前に述べたように、同じ時間間隔を置いて１つの ビート周波数Ωあたり３回、検出器の値を読み出すことによって決められる。 両方の波Ａ及びＲにおいて、角度δをなして互いに傾斜した平面波が問題にな る場合、基準場所を通る基準軸線４１から間隔ｓを置いて、前の説明と同様に波 に対して次の式が得られる： Ａ＝Ａ０・ｃｏｓ［ｗｔ−ｋ・δ・ｓ＋Φｄ］ （５） 基準波Ｒは、変化しない。 Ｉ＝（Ａ＋Ｒ）＊２ Ｉ＝（Ａ０・ｃｏｓ（ｗｔ−ｋ・δ・ｓ＋Φｄ）＋Ｒ０・ｃｏｓ ［（ｗ＋Ω）ｔ−ｋｚ］）＊２ 検出器の平均値形成のため次のようになる： ＜Ｉ＞＝１／２Ａ０＊２＋１／２Ｒ０＊２＋Ａ０Ｒ０＜ｃｏｓ［（２ｗ＋Ω ）ｔ−ｋ・δ・ｓ＋Φｄ］・ｃｏｓ［Ωｔ＋ｋ・δ・ｓ−Φｄ］＞ ＜Ｉ＞＝１／２Ａ０＊２＋１／２Ｒ０＊２＋Ａ０Ｒ０・ｃｏｓ［Ωｔ＋ｋ・ δ・ｓ−Φｄ］ （６） したがって基準軸線４１（検出器平面１９内）から間隔ｓを置いた場所におけ る位相角Φｔｒの変化は、次のようになる： Φｔｒ＝ｋ・δ・ｓ−Φｄ （７） Φｄ＝０と置けば、角度に依存した位相シフトに対して単独で次のようになる ： δ＝Φｔｒ／ｋ・ｓ （７ａ） したがって前記の仮定により５００ｎｍのレーザ波長及び１ｍｍの間隔ｓの際 、このことはほぼ１０２４×１０２４のＣＣＤ検出器フィールドの縁検出器に相 当するが、次のような分解能が得られる： δ＝１０＊−３／２π・５００ｎｍ／１ｍｍ＝８・１０＊−８ （８） この時、この角度分解能を空間分解能に変換するために、例えば焦点 距離ｆを有する球面レンズが利用される。したがって図３に示すように、対象物 １の点Ｐ１及びＰ２から出る波は、平面波に変換される。座標ｘ＝０、ｙ＝０及 びｚ＝０を有する点Ｐ１から出る波は、前記の式（１）と同様に次のように記述 することができる： Ａ＝Ａ０・ｃｏｓ（ｗｔ−ｋｚ） （９） 座標ｘ＝−ｈ、ｙ＝０及びｚ＝０を有する点Ｐ２から出る波は、前記の式（５ ）と同様に次のように記述することができる： Ａ＝Ａ０・ｃｏｓ（ｗｔ−ｋ・δ・ｓ） （１０） 座標ｘ＝０、ｙ＝０及びｚ＝ｇを有する点Ｐ３から出る波は、この時、Ｐ３が もはやレンズ２３の焦点内にないので、平面波ではなく、仮想の中心から間隔ｚ ｖを有する球面波である。この間隔ｚｖは、レンズの式から決めることができ、 その際、ｆ２３は、レンズ２３の焦点距離である： １／（ｚｖ＋ｆ２３）＝１／ｆ２３−１／（ｆ２３−ｇ） １／ｆ２３−（ １＋ｇ／ｆ２３）／ｆ２３＝−ｇ／ｆ２３＊２ （１１） 又は ｚｖ＝−ｆ２３＊２／ｇ−ｆ２３ −ｆ２３＊２／ｇ （１２） ｇ→０に対して、すなわちＰ３が焦点面内に“ずれる”とき、ｚｖは、∞に向 かい、かつ再び同じ波が得られる。したがって間隔ｄを置いた検出器平面１９内 における場所０に対して、次のような位相シフトが得られる： Φｇ＝ｋ・（ （ｚｖ＊２＋ｕ＊２）−ｚｖ） （１３） u ｚｖにしたがって Φｇ＝ｋ・（ （ｚｖ＊２＋ｕ＊２）−ｚｖ）＝ｋ・（ｚｖ （１＋（ｕ／ ｚｖ）＊２）−ｚｖ）＝ｋ・（ｚｖ（１＋１／２（ｕ／ｚｖ）＊２）−ｚｖ）＝ ｋ・ｚｖ／２・（ｕ／ｚｖ）＊２＝ｋ・ｕ＊２／２ｚ ｖ この式に式（１２）を代入すると、放射の波長１ｗによる位相シフトΦｇに対 して次のようになる： Φg＝ｋ・ｕ＊２／２ｚｖ＝−ｋ・ｕ＊２・ｇ／２・ｆ２３＊２＝−π・ｕ ＊２・ｇ／１ｗ・ｆ２３＊２ （１４） ほぼ１０２４×１０２４のＣＣＤ検出器フィールドの縁検出器に相当するすで に前に使用したｕ＝１ｍｍに対する例の値、５００ｎｍの波長１、及びｆ＝２ｍ ｍのレンズ２３の焦点距離が使用された場合、位相シフトに対して次のようにな る： ｜Φｇ｜＝π／４・ｇ／１ｗ この時、１０＊−３のオーダの位相シフトが、測定技術的に測定可能なので、 次のような分解能が得られる： ｇ＝４・１ｗ／π・Φｇ＝０．６４ｎｍ 点Ｐ１に対して横方向にｈだけずらされた座標ｘ＝−ｈ、ｙ＝０及びｚ＝０を 有する点Ｐ２から、収束レンズ２３に向かって角度δをなして平面波が出発する 。したがって次の式が成立つ： δ＝ｈ／ｆ２３ この時、式（７ａ）により次のようになる： ｈ＝（Φｔｒ／ｋ・ｓ）・ｆ＝１ｗ・Φｔｒ・ｆ２３／２π・ｓ １＝５００ｎｍ、Φｔｒ＝１０＊−３、ｆ２３＝２ｍｍ及びｓ（又はｕ）＝１ ｍｍのすでに前に利用した例の値を、この式に代入すれば、０．１６ｎｍの横分 解能が得られる。この分解能は、近似的な計算だけに由来する。 図４によれば、２ｍｍの焦点距離及び１ｍｍの基準軸線から（縁）検出器まで の距離により次の評価が取扱われる： ｍ＝ （ｆ２３＊２＋ｓ＊２）−ｆ２３＝ （２＊２＋１＊２）−２＝０． ２３ この時、この間隔ｍは、最大間隔ｆ２３＝２ｍｍと比較され： ｍ／ｆ２３＝０．２３／２ ０．１ この値０．１だけ前記の理論的な分解能は縮小される。 本発明による方法及び本発明による装置によって、光学的な回折効果によって 制限される光学顕微鏡のものより著しく良好な分解能が達成できることは、これ らの説明から明らかである。 この時、対象物１の光学的な性質に応じて、示された発明に値する測定方法又 は発明に値する測定装置によって、表面構造を測定することができ、又は対象物 １内に侵入するビームの場合、内部の空間的なものを判定することができる。 ホログラフ測定方法とは相違して、発明に値する測定方法は、もはや測定ビー ムと基準ビームとの間の測定可能又は記録可能な干渉を頼りにしていない。位相 角値を計算により高めることによって、“測定自身が、所望の分解能のために必 要な干渉自体を提供する”。 １つ又は２つの音響光学変調器７ａ及び７ｂによって両方の部分ビーム５ａ及 び５ｂ相互の周波数シフトを達成する代わりに、両方のミラー１７ａ及び１７ｂ の場所を周期的に変更してもよい。回転格子、及び加えられた電圧に依存した位 相シフトを伴う電気光学的変調器を利用することもできる。 ビート周波数｜ｆａ−ｆｂ｜は、両方の部分ビーム５ａ−１１ａ、１４ａ及び ５ｂ−１１ｂ−２１−２５の間の理論的な又はその他の行程長さ変化が、測定値 の変造を生じないようにするために、できるだけ大きく選定するようにする。し かしながらこのビート周波数は、検出器からの測定値の読み出し及び記憶速度に よって、かつその感度によって制限される。 ２次元フーリエ変換の使用は、省略することができる。この時、直接観察でき る画像の代わりに、それから相応するコヒーレントなビームによって観察するこ とができるホログラム状の画像が発生される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年４月２２日 【補正内容】 請求の範囲 １、コヒーレントなビーム（３）、とくにレーザビームが、２つの部分ビーム （５ａ，１１ａ，１４ａ；５ｂ，１１ｂ，２２）に分割され、 第１の部分ビーム（５ｂ，１１ｂ，２１）が、ほぼビームの波長を有する収束 直径を有するように構造的に測定すべき対象物（１）上に収束され、 収束レンズ（２３）によって反射されたビーム（２５）が、第２の部分ビーム （５ａ，１１ａ，１４ａ）のビームとともに互いに無関係な複数の検出器を有す る検出器フィールド（１９）上において重畳され、かつ 検出器上における両方の部分ビーム（５ａ，１１ａ，１４ａ；５ｂ，１１ｂ， ２１）のうちの少なくとも一方の少なくとも３つの異なったビーム状態に対して 場所に依存するビーム強度値（＜Ｉ＞）が、これら検出器によってアナログ電気 信号に変換され、かつ記憶され、 これらの記憶された値から、検出器の場所における局所的な波フィールドの第 １の位相値（Φ）を有するそれぞれの複素振幅値が判定され、かつ 判定された第１の位相値から所定の値との掛け算による計算によって第２の位 相値が形成され、かつ この第２の位相値、第１のメモリに記憶された複素振幅値の強度値及びそれぞ れの検出器の場所座標から、拡大された対象物構造を含むホログラム状の画像が 発生される、 サブミクロメートル範囲における３次元構造を判定する方法。 ８、コヒーレントな、とくにレーザビーム（３）を２つの部分ビーム（５ａ， ５ｂ）に分割するビームスプリッタ（４）、 第１の部分ビーム（５ｂ，１１ｂ，２１）をビームの波長範囲にある収束直径 （２４）で測定すべき対象物（１）上又はその中に収束する収束レンズ（２３） 、 対象物（１）から反射された第１の部分ビーム（２５）と第２のもの（１４ａ ）をここに重畳しかつ互いに無関係に検出を行なう複数の検出器を有する検出器 フィールド（１９）、 検出器のそれぞれから供給される電気的な値のための複数の第１のメモリ（３ ０）を備えかつ検出器に接続された評価ユニット（２９）、 第１のメモリ（３０）内に記憶された値の助けにより複素振幅を検出するため に第１のメモリ（３０）に接続された第１の計算ユニット（３１）、 検出可能な複素振幅を記憶するために第１の計算ユニット（３１）に接続され た第２のメモリ（３３）、 対象物（１）の対象物構造の所望の拡大を決める係数と複素振幅値の第１の位 相値（Φ）を計算により掛け算するために第２のメモリ（３３）に接続された掛 け算ユニット（３５）、 掛け算により得ることができる第２の位相値を記憶するために掛け算ユニット （３５）に接続された第３のメモリ（３６）、 第２の計算ユニット（３７）内にファイルされた計算アルゴリズムにより第２ の位相値と第２のメモリ内に記憶可能な強度値とから拡大された対象物構造を判 定するために第２及び第３のメモリ（３３，３６）に接続された第２の計算ユニ ット（３７）、 ここにおいて第２の計算ユニット（３７）から検出可能な拡大された対象物画 像又はホログラム状の画像を表示することができかつ第２の計算ユニット（３７ ）に接続された出力ユニット（３９）を有する、 請求項１ないし７の１つに記載の方法によりサブミクロメートル範囲における ３次元構造を判定する装置。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 の検出器の場所座標から、拡大された対象物構造が計算 され、かつサブミクロメートル範囲における構造を含む 拡大された又はホログラム状の画像として表示すること ができる。本発明による方法及び本発明による装置は、 光学的な回折効果によって制限された光学顕微鏡のもの より著しく良好な分解能を達成する。ここでは測定すべ き対象物の表面を走査する機械的要素も、もはや必要な い。しばしば損傷し、したがって意図に反して動作の中 断に至る周知の方法において利用すべき微細測定チップ も、もはや必要ない。走査力によって生じることがある 障害作用もなくなる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コヒーレントなビーム（３）、とくにレーザビームが、２つの部分ビーム （５ａ，１１ａ，１４ａ；５ｂ，１１ｂ，２２）に分割され、第１の部分ビーム （５ｂ，１１ｂ，２１）が、ほぼビームの波長を有する収束直径を有するように 構造的に測定すべき対象物（１）上に収束され、収束レンズ（２３）によって反 射されたビーム（２５）が、第２の部分ビーム（５ａ，１１ａ，１４ａ）のビー ムとともに互いに無関係な複数の検出器を有する検出器フィールド（１９）上に おいて重畳され、かつ検出器上における両方の部分ビーム（５ａ，１１ａ，１４ ａ；５ｂ，１１ｂ，２１）のうちの少なくとも一方の少なくとも１つの、なるべ く少なくとも３つの異なったビーム状態に対して場所に依存するビーム強度値（ ＜Ｉ＞）が、これら検出器によってアナログ電気信号に変換され、かつ記憶され 、これらの記憶された値から、検出器の場所における局所的な波フィールドの第 １の位相値（Φ）を有するそれぞれの複素振幅値が判定され、かつ判定された第 １の位相値から所定の値との掛け算によって第２の位相値が形成され、かつこの 第２の位相値、第１のメモリに記憶された複素振幅値の強度値及びそれぞれの検 出器の場所座標から、拡大された対象物構造を含むホログラム状の画像が発生さ れることを特徴とする、サブミクロメートル範囲における３次元構造を判定する 方法。 ２、拡大された対象物構造を含むホログラム状の画像の画像情報から、２次元 フーリエ変換及び所定の計算形式を利用して、拡大された対象物構造を表示する 直接観察可能な第２の画像の第２の画像情報が計算されることを特徴とする、請 求項１記載の方法。 ３、検出器上に時間に依存したビーム強度値（＜Ｉ＞）を発生する種々のビー ム状態が構成されることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。 ４、種々のビーム状態を構成するために、第１の部分ビーム（１１ｂ ，２１，２５）のビーム周波数（ｆｂ）が、第２の部分ビーム（１１ａ，１４ａ ）のもの（ｆａ）に対して、とくに電子構成群による処理を可能にする周波数値 だけシフトされることを特徴とする、請求項３記載の方法。 ５、両方の部分ビーム（５ａ，５ｂ）が、第１及び第２の強度変調周波数（ｆ ｂ，ｆａ）によって作用を受け、これら強度変調周波数の周波数値が、差によっ て区別されることを特徴とする、請求項４記載の方法。 ６、変調周波数の差（｜ｆａ−ｆｂ｜）によって引起こされるなるべく数百ヘ ルツに設定されるビート周波数（Ω）の周期の間、ビート周期あたり少なくとも ３回、検出器フィールド（１９）の検出器によって測定されるビーム強度値（＜ Ｉ＞）が記憶されることを特徴とする、請求項３ないし５の１つに記載の方法。 ７、種々のビーム状態が、両方のビーム相互の相対的な光学的行程長さ変化に よって発生されることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。 ８、コヒーレントな、とくにレーザビーム（３）を２つの部分ビーム（５ａ， ５ｂ）に分割するビームスプリッタ（４）、第１の部分ビーム（５ｂ，１１ｂ， ２１）をビームの波長範囲にある収束直径（２４）で測定すべき対象物（１）上 又はその中に収束する収束レンズ（２３）、対象物（１）から反射された第１の 部分ビーム（２５）と第２のもの（１４ａ）をここに重畳しかつ互いに無関係に 検出を行なう複数の検出器を有する検出器フィールド（１９）、検出器のそれぞ れから供給される電気的な値のための複数の第１のメモリ（３０）を備えかつ検 出器に接続された評価ユニット（２９）、第１のメモリ（３０）内に記憶された 値の助けにより複素振幅を検出するために第１のメモリ（３０）に接続された第 １の計算ユニット（３１）、検出可能な複素振幅を記憶するために第１の計算ユ ニット（３１）に接続された第２のメモリ（３３）、 対象物（１）の対象物構造の所望の拡大を決める係数と複素振幅値の第１の位相 値（Φ）を掛け算するために第２のメモリ（３３）に接続された掛け算ユニット （３５）、掛け算により得ることができる第２の位相値を記憶するために掛け算 ユニット（３５）に接続された第３のメモリ（３６）、第２の計算ユニット（３ ７）内にファイルされた計算アルゴリズムにより第２の位相値と第２のメモリ内 に記憶可能な強度値とから拡大された対象物構造を判定するために第２及び第３ のメモリ（３３，３６）に接続された第２の計算ユニット（３７）、ここにおい て第２の計算ユニット（３７）から検出可能な拡大された対象物画像又はホログ ラム状の画像を表示することができかつ第２の計算ユニット（３７）に接続され た出力ユニット（３９）を有する、請求項１ないし７の１つに記載の方法を実施 する装置。 ９、一方の部分ビーム（５ａ）のビーム周波数（ｆａ，ｆｂ）を他方の部分ビ ーム（５ｂ）のものに対してシフトするために周波数シフト要素（７ａ，７ｂ） が設けられていることを特徴とする、請求項８記載の装置。 １０、周波数シフト要素（７ａ，７ｂ）によって、所定の周波数により少なく とも一方の部分ビーム（５ａ，５ｂ）の強度及び／又は位相が変調可能であり、 この周波数シフト要素が、とくに部分ビーム（５ａ，５ｂ）あたりそれぞれ１つ の音響光学的変調器（７ａ，７ｂ）を有し、これら変調器の変調周波数が、数百 ヘルツの差周波数だけ相違しており、かつなるべく評価ユニット（２９）が、ク ロック信号発生器を有し、このクロック信号発生器が、差周波数の周期あたり少 なくとも３回、検出器を起動し、かつこれら検出器の測定値を第１のメモリ（３ ０）内に記憶することを特徴とする、請求項９記載の装置。 １１、第２のビームスプリッタ／結合器（１３）及びビーム転向器（１７ａ， １７ｂ）が設けられており、その際、第１のビーム（５ｂ，１１ｂ，２１，２５ ）が、収束レンズ（２３）によって測定すべき対象 物（１）上に収束可能であり、かつ焦点（２４）から反射可能であるように、収 束レンズ（２３）及びビームスプリッタ（１３）を通って検出器フィールド（１ ９）の検出器上に放射可能であり、第２の部分ビーム（５ａ，１１ａ）が、第２ のビームスプリッタ（１３）を通ってビーム転向器（１７ａ，１７ｂ）によって 第２のビームスプリッタ（１３）に向かって第１のビームの通過する場所に反射 可能であり、かつこの第１のビームと結合可能であるように、検出器フィールド （１９）の検出器上に放射可能であることを特徴とする、請求項９又は１０記載 の装置。