(57)【要約】      （修正有）【課題】広帯域光源を使用してオブジェクト表面の特徴を求める干渉計システムを提供する。【解決手段】システム１００は、検査電磁光線を検査表面１２４に、かつ基準電磁光線を基準表面１２２に振り向け、次にこれらの電磁光線を合成して干渉パターンを形成するように構成される干渉計であって、電磁光線が共通光源１０２から放出される構成の干渉計と、マルチエレメント検出器１３４と、干渉パターンを検出器に結像させて検出器の異なる要素が、検査表面を照射する検査電磁光線の異なる照射角に対応するように構成される一つ以上の光学系と、を含む。検出器要素が行なう測定によって、検査表面に関する変更解析／反射率データが供給される。システムは更に、異なるモード（例えば、形状測定モード）で動作するように再構成することができ、これらの異なるモードでは、検出器の異なる要素は検査表面の異なる位置に対応する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域光源と、
前記広帯域光源から放出される検査電磁光線（検査ＥＭ光線）を検査表面に振り向け、かつ前記広帯域光源から放出される基準電磁光線（基準ＥＭ光線）を基準表面に振り向け、次にこれらの電磁光線を合成して光干渉パターンを形成するように構成される干渉計であって、前記検査ＥＭ光線及び前記基準ＥＭ光線が前記光干渉パターンを形成するときに前記検査ＥＭ光線及び基準ＥＭ光線の相対光路長を調整する走査ステージを含み、かつ前記走査ステージは前記光路長を前記広帯域光源のコヒーレンス長よりも長い距離に亘って変化させるように構成される、前記干渉計と
マルチエレメント検出器と、
前記干渉パターンを前記検出器に結像させて前記検出器の異なる要素が、前記検査表面を照射する前記検査ＥＭ光線の異なる照射角に対応するように構成される一つ以上の光学系と
を備えるシステム。
【請求項２】
前記干渉計は瞳面を有する干渉対物レンズを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記一つ以上の光学系は前記瞳面の干渉パターンを前記マルチエレメント検出器に結像させる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記干渉計は、前記広帯域光源から放出されるＥＭ電磁光線を前記干渉対物レンズの前記瞳面に結像させる、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記干渉対物レンズはミラウ型対物レンズである、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記干渉対物レンズはマイケルソン型干渉対物レンズである、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記一つ以上の光学系は、前記検査表面を前記検出器に結像させるか、または前記干渉パターンを前記検出器に結像させるように選択的に調整されて、前記検出器の異なる要素が、前記検査表面を照射する検査ＥＭ光線の異なる照射角に対応するように構成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記検査ＥＭ光線は前記検査表面によって反射される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記検査ＥＭ光線は前記検査表面を透過する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記干渉計は更に一つ以上の偏光素子を含み、前記偏光素子は、前記検出器が測定する前記干渉パターンの偏光成分を調整可能に制御する位置に設けられる、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
更に、前記検出器に接続される電子プロセッサを備え、前記電子プロセッサは、前記干渉パターンに関する情報を解析して前記検査表面を有する検査オブジェクトに関する角度分解された情報を求めるように構成される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記検査オブジェクトは、前記検査表面に隣接する少なくとも一つの層を有する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電子プロセッサは、各エレメントにより測定される干渉信号をフーリエ変換するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記電子プロセッサは更に、前記フーリエ変換された周波数領域の干渉信号を解析して、前記広帯域光源の様々なスペクトル成分の位相及び振幅情報を抽出するように構成される、請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は干渉法に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国法典第３５編第１１９条（ｅ）（３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１９（ｅ））の規定に基づき、本出願は、「オブジェクト表面の特徴を求める干渉計」と題する２００５年１月２０日出願の米国仮特許出願第６０／６４５，４４８号の優先権を主張するものであり、この仮特許出願の内容は本明細書において参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００３】
干渉法は、オブジェクトの表面の形状を測定するために広く使用されている。このような測定を行なうために、干渉計は注目表面によって反射される測定波面を、基準表面によって反射される基準波面と合成してインターフェログラム（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｇｒａｍ）を生成する。インターフェログラムの干渉縞は、注目表面と基準表面との間の空間変化を表わす。
【０００４】
走査型干渉計は、干渉計の基準脚（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｌｅｇ）と測定脚（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｌｅｇ）との間の光路長差（ＯＰＤ）であって、干渉波面のコヒーレンス長と同程度の距離、またはコヒーレンス長を超える距離に渡る光路長差を掃引して、インターフェログラムを測定するために使用される各カメラ画素の掃引干渉信号を生成する。短いコヒーレンス長を有する光は、例えば白色光源を使用することにより生成することができ、この方法は走査型白色干渉法（ＳＷＬＩ：ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｗｈｉｔｅ  ｌｉｇｈｔ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）と呼ばれる。走査型白色干渉法（ＳＷＬＩ）により得られる代表的な信号は、ゼロ光路差（ＯＰＤ）位置の近傍に局在化する幾つかの干渉縞である。この信号は通常、釣鐘型干渉縞包絡線による正弦波搬送波変調（「干渉縞」）によって特徴付けられる。走査型白色干渉法（ＳＷＬＩ）の基本になる従来の考え方は、干渉縞の局在化を利用して表面形状を測定することである。
【０００５】
ＳＷＬＩによる処理技術は２つの大きなトレンドを有する。第１のアプローチでは、包絡線のピークまたは中心の位置を、この位置が、一方のビームがオブジェクト表面によって反射される構成の２ビーム干渉計のゼロ光路差（ＯＰＤ）に対応すると仮定して特定する。第２のアプローチでは、ほぼ線形の傾斜がオブジェクト位置に直接比例すると仮定する場合に、信号を周波数領域に変換し、そして波長に対する位相の変化割合を計算する。これについては、例えばＰｅｔｅｒ  ｄｅ  Ｇｒｏｏｔによる米国特許第５，３９８，１１３号を参照されたい。この後者のアプローチは周波数領域解析（ＦＤＡ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｏｍａｉｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）と呼ばれる。
【０００６】
走査干渉法を使用して、薄膜（群）のような複雑な表面構造、異質材料から成る不連続構造、または干渉顕微鏡の光分解能では分解できない不連続構造を有するオブジェクトの表面形状及び／又は他の特徴を測定することができる。このような測定は、フラットパネルディスプレイ部品の特徴測定、半導体ウェハ測定、及びｉｎ−ｓｉｔｕ薄膜及び異質材料解析に関連する。これについては、例えばＰｅｔｅｒ  ｄｅ  Ｇｒｏｏｔらによる「走査干渉法を使用した複雑な表面構造の形状測定」と題する、２００４年９月３０日公開の米国特許公開第２００４−０１８９９９９−Ａ１号、及びＰｅｔｅｒ  ｄｅ  Ｇｒｏｏｔによる「偏光解析、反射率測定、及び光波散乱計測を用いて薄膜構造の特徴測定を行なう干渉法」と題する、２００４年５月６日公開の米国特許公開第２００４−００８５５４４−Ａ１号を参照されたく、これらの文献の内容は本明細書において参照することにより本明細書に組み込まれる。
【０００７】
オブジェクトに関する情報を光学的に求める他の技術として、偏光解析法及び反射率測定法を挙げることができる。偏光解析法では、表面の複素反射率を、表面を或る傾斜角、例えば６０°で、或る場合には可変の角度で照射する、または複数の波長で照射して求める。従来のエリプソメーター（偏光解析器）で容易に達成されている分解能よりも高い分解能を達成するために、マイクロエリプソメーターは、瞳面とも呼ばれる、対物レンズの後方焦点面における位相及び／又は強度分布を測定し、この場合、種々の照射角が視野位置にマッピングされる。このような機器は、直交偏光板及びＢｅｒｔｒａｎｄレンズを用いて瞳面に位置する複屈折材料を解析するための、歴史的に結晶学及び鉱物学に関連して利用されてきた従来の偏光顕微鏡または「コノスコープ（ｃｏｎｏｓｃｏｐｅ）」の最新版である。
【０００８】
薄膜の特徴測定に使用される従来の技術（偏光解析法及び反射率測定法）は、未知の光学界面の複素反射率が、当該界面の固有の特徴（個々の層の材料特性及び膜厚）、及び波長、入射角、及び偏光状態という、反射率を測定するために使用される光の３つの特性の両方に依存するという事実を利用している。実際、特徴測定器は、これらのパラメータを既知の範囲で変化させることにより生じる反射率変化を記録する。従って、最小二乗フィッティングのような最適化手法を使用して、未知パラメータの推定値を、測定反射率データと光学構造のモデルから導出される反射率関数との差を最小にすることにより取得する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
少なくとも一つの実施形態において、検査表面からの角度分解された干渉信号を或る範囲の波長に渡って生成する干渉法及び装置が開示される。各波長に関する情報は、数学的に、またはハードウェアで抽出することができる。更に、検査表面からの角度分解された干渉信号を取得する光学ハードウェアは、干渉法による従来の表面形状測定（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ）のような他の表面特性測定作業に有用な光学ハードウェアと同じ意味に使用される。従って、或る範囲の角度、波長、及び偏光状態に渡る検査表面の複素反射率情報を提供する偏光解析モード、及び或る範囲の検査表面位置に渡る検査表面に関する情報を提供する形状測定モード（ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ  ｍｏｄｅ）で動作することができる干渉計システムが開示される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
次に、本発明の種々の態様及び特徴について要約する。
概括すると、一の態様では、システムは、（ｉ）検査電磁光線を検査表面に、かつ基準電磁光線を基準表面に振り向け、次にこれらの電磁光線を合成して干渉パターンを形成するように構成される干渉計であって、電磁光線が共通光源から放出される構成の干渉計と、（ｉｉ）マルチエレメント検出器と、（ｉｉｉ）干渉パターンを検出器に結像させて検出器の異なる要素が、検査表面を照射する検査電磁光線の異なる照射角に対応するように構成される一つ以上の光学系と、を備える。
【００１１】
システムの実施形態は次の特徴の内のいずれかの特徴を含むことができる。
干渉計は瞳面を有する干渉対物レンズを含む。更に、一つ以上の光学系は瞳面の干渉パターンをマルチエレメント検出器に結像させる。更に、干渉計は、共通光源から放出されるＥＭ電磁光線を干渉対物レンズの瞳面に結像させるように構成される。例えば、干渉対物レンズはミラウ（Ｍｉｒａｕ）型対物レンズ、またはマイケルソン型干渉対物レンズ（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ  ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ）である。
【００１２】
一つ以上の光学系は、検査表面を検出器に結像させる、または干渉パターンを検出器に結像させるように選択的に調整されて、検出器の異なる要素が、検査表面を照射する検査電磁光線の異なる照射角に対応するように構成される。別の表現をすると、システムの検出器は、検査表面の光学プロファイルを記録する動作と、検査表面に関する角度分解された干渉データを記録する動作との間の切り替えを行なうことができる。
【００１３】
或る実施形態では、検査ＥＭ光線は検査表面によって反射することができる。別の構成として、他の実施形態では、検査ＥＭ光線は検査表面を透過することができる。
干渉計は、検査ＥＭ光線及び基準ＥＭ光線が光干渉パターンを形成するときに検査ＥＭ光線及び基準ＥＭ光線の相対光路長を調整する走査ステージを含む。
【００１４】
システムは更に共通光源を備える。例えば、共通光源は広帯域光源である。干渉計は更に、検査ＥＭ光線及び基準ＥＭ光線が光干渉パターンを形成するときに検査ＥＭ光線及び基準ＥＭ光線の相対光路長を調整する走査ステージを含み、かつ走査ステージは光路長を共通光源のコヒーレンス長よりも長い距離に渡って変化させるように構成される。
【００１５】
干渉計は更に一つ以上の偏光素子を含み、偏光素子は、検出器が測定する干渉パターンの偏光成分を調整可能に制御する位置に設けられる。
システムは更に、検出器に接続される電子プロセッサを備え、電子プロセッサは、干渉パターンに関する情報を解析して検査表面を有する検査オブジェクトに関する角度分解された情報を求めるように構成される。例えば、検査オブジェクトは、検査表面に隣接する少なくとも一つの層を有する。
【００１６】
概括すると、別の態様では装置が開示され、当該装置は、（ｉ）検査光を検査表面に振り向け、次に検査光を基準光と合成して干渉パターンを形成するように構成される干渉計であって、検査光及び基準光が共通光源から放出される構成の干渉計と、（ｉｉ）電子検出器と、（ｉｉｉ）合成光の少なくとも一部分を検出器に振り向けて、検出器の異なる領域が、検査表面を照射する検査光の異なる照射角に対応するように構成される一つ以上の光学系と、を備える。
【００１７】
本装置の実施形態は次の特徴の内のいずれかの特徴を含むことができる。
干渉計は、共通光源から放出される入力光を検査光及び基準光に分離するように構成されるビームスプリッタと、検査光と合成される前に基準光を反射する位置に設けられる基準表面と、を含む。検査光は検査表面によって反射されるように構成され、そして干渉計のビームスプリッタは検査光及び基準光を、これらの光が該当する検査表面及び基準表面によって反射された後に再合成する位置に設けられる。
【００１８】
干渉計は更に、検査光を検査表面に集光させるレンズを含む。レンズによって瞳面が決まり、そして一つ以上の光学系は瞳面を検出器に結像させる。共通光源は空間的に拡がり、そして入力光は共通光源から瞳面に結像される。視野絞りは、視野絞りによって検査表面上での検査光の空間的拡がりが決まる位置に設けることができる。
【００１９】
干渉計は瞳面を有する干渉対物レンズを含むことができる。例えば、干渉対物レンズはミラウ型対物レンズとする、またはマイケルソン型干渉対物レンズとすることができる。一つ以上の光学系は瞳面の干渉パターンをマルチエレメント検出器に結像させることができる。
【００２０】
検出器は、異なる検出器要素が、検査表面を照射する検査光の異なる照射角に対応する構成の複数の検出器要素を含むことができる。
共通光源から放出される検査光及び基準光は電磁スペクトルの可視部分の光とすることができる。別の構成として、検査光及び基準光は、電磁スペクトルの紫外線部分の光、近赤外線部分の光、または赤外線部分の光とすることができる。
【００２１】
検査光は検査表面によって反射されるように構成される。別の構成として、或る実施形態では、検査光は検査表面を透過するように構成される。
本装置は更に並進ステージを含むことができ、並進ステージは、検査光及び基準光が干渉パターンを形成するときに検査光及び基準光の相対光路長を調整するように構成される。例えば、本装置は更に、検査表面を有する検査オブジェクトを支持するベースを含むことができ、そして並進ステージは、干渉計の少なくとも一部分（干渉計の干渉対物レンズのような）をベースに対して移動させるように構成することができる。
【００２２】
本装置は更に共通光源を含むことができる。並進ステージは光路長を共通光源のコヒーレンス長よりも長い距離に渡って変化させるように構成することができる。共通光源は、半値幅５０ｎｍ超（または、１００ｎｍ超、或いは２００ｎｍ超）の帯域の光を放出する広帯域波長光源とすることができる。
【００２３】
或る実施形態では、共通光源は可変波長光源とすることができる。例えば、本装置は更に電子プロセッサを含むことができ、電子プロセッサは、検出器及び可変波長光源に接続され、かつ可変波長光源の異なる波長設定に関して検出器が記録する画像を処理するように構成される。このような場合においては、干渉計は、基準光を反射する位置に設けられる基準表面を含むことができ、基準表面は更に、非ゼロ光路長差が検査光によって干渉パターンに現われる位置に設けられる。
【００２４】
干渉計は更に、検出器が測定する干渉パターンの偏光成分を調整する位置に設けられる一つ以上の偏光素子を含むことができる。例えば、一つ以上の偏光素子は、入力光を共通光源から受信する位置に設けられる第１偏光板を含むことができ、共通光源から検査光及び基準光が放出される。一の場合では、例えば一つ以上の偏光素子は更に、合成光を、合成光が検出器に到達する前に受信する位置に設けられる第２偏光板を含むことができる。別の場合では、例えば第１偏光板は更に、合成光を、合成光が検出器に到達する前に受信する位置に設けられる。更に、一つ以上の偏光素子は、入力光を共通光源から受信し、かつ合成光を、合成光が検出器に到達する前に受信する位置に設けられる１／４波長板を含むことができ、共通光源から検査光及び基準光が放出される。
【００２５】
干渉計は、検査光を検査表面に集光させるレンズを含むことができ、そして一つ以上の偏光素子は、検査光を、検査光がレンズによって集光される前に直線偏光させる位置に設けられる第１偏光板を含むことができる。例えば、第１偏光板によって検査光は、偏光の方位がｓ偏光光の偏光方位とｐ偏光光の偏光方位との間で変化する偏光を検査表面で持つようになる。第１偏光板は、第１偏光板によって更に合成光が検出器の位置で直線偏光される位置に設けることができる。別の構成として、一つ以上の光学系は更に、合成光を検出器の位置で直線偏光させる位置に設けられる第２偏光板を含むことができる。例えば、第１及び第２偏光板は同じ向きを持つことができる。
【００２６】
検出器上の異なる位置は、検出器の位置でのｓ偏光光及びｐ偏光光のフレネル反射係数の異なる組み合わせに対応することができる。ｓ偏光反射率及びｐ偏光反射率の相対合成反射率は、検出器上での方位角座標によって変わり、そしてフレネル係数の角度依存性は半径座標によって変わる。
【００２７】
干渉計は、入力光を共通光源から第１方向に沿って受信し、そして合成光を検出器に第１方向とは異なる第２方向に沿って振り向ける位置に設けられるビームスプリッタを含むことができる。
【００２８】
本装置は更に、検出器に接続される電子プロセッサを含むことができ、電子プロセッサは、検出器が測定する情報を処理して検査表面を有する検査オブジェクトに関する情報を求めるように構成される。例えば、検査オブジェクトは一つ以上の層を基板上に含むことができる。或る実施形態では、電子プロセッサは、検査表面に関する角度分解された反射率情報を検出器測定値から抽出し、そして検査オブジェクトに関する情報を角度分解された情報に基づいて求めることができる。例えば、情報は、検査オブジェクトの一部分に関する屈折率推定値、及び／又は検査オブジェクトの層に関する膜厚推定値を含むことができる。電子プロセッサは、検査オブジェクトに関する情報を、検出器が測定する情報に基づくデータと、検査オブジェクトに関するモデルとの比較を行なうことにより求めるように構成することができる。例えば、モデルは測定情報に関する推定値を、検査オブジェクトに関する一つ以上のパラメータの関数として提供し、そして比較を行なうことによって一つ以上のパラメータの値を選択して、測定情報とモデルが提供する推定値との間の適合度を最適化する。
【００２９】
本装置は更に、検査光及び基準光が干渉パターンを形成するときに検査光及び基準光の相対光路長を調整するように構成される並進ステージを含むことができ、電子プロセッサは、検出器全体に渡る複数位置の各々で測定され、かつ並進ステージを走査することにより生成される干渉強度信号を解析するように構成される。更に、電子プロセッサは、検出器の異なる領域と、検査表面を照射する検査光の異なる照射角との対応関係を、検出器上の異なる位置での強度信号の周波数に基づいて求めるように構成することができる。
【００３０】
更に、電子プロセッサは、検査表面に関する角度分解され、かつ波長分解された情報を、検出器全体に渡って測定される強度信号に基づいて抽出するように構成することができる。例えば、電子プロセッサは、検出器の異なる位置での干渉信号を周波数領域に変換して、角度分解され、かつ波長分解された情報を抽出するように構成することができる。
【００３１】
干渉計は、検出器が測定する干渉パターンの偏光成分を調整する位置に設けられる一つ以上の偏光素子を含むことができる。その結果、電子プロセッサは、検査表面に関する角度分解され、波長分解され、かつ偏光分解された情報を、検出器全体に渡って測定される強度信号に基づいて抽出するように構成することができる。例えば、角度分解され、波長分解され、かつ偏光分解された情報は、検査表面に関する複素反射率情報とすることができる。
【００３２】
電子プロセッサは、複数の干渉強度信号の各々のサブセットを選択して、複数のサブセットが検査オブジェクトの一つの選択界面に対応するようにし、そして干渉強度信号のサブセット群を処理して、選択界面に関連する検査オブジェクトに関する情報を求めるように構成することができる。
【００３３】
電子プロセッサは干渉計の光学特性に関する校正情報を保存し、そして校正情報及び検出器が測定する情報を使用して検査オブジェクトに関する情報を求めることができる。
本装置は、第１動作モードと第２動作モードとの間の切り替えを調整することができるように構成することができ、第１動作モードでは、合成光を検出器に振り向けて検出器の異なる領域が、検査表面を照射する検査光の異なる照射角に対応するようにし、そして第２動作モードでは、検出器の異なる領域が検査光によって照射される検査表面の異なる領域に対応することによって形状測定動作モードが有効になる。
【００３４】
例えば、本装置は更に、一つ以上の光学系に対する検出器の位置を調整して第１動作モードと第２動作モードとの間の切り替えを行なうように構成されるステージを含むことができる。本装置は更に電子コントローラを含むことができ、電子コントローラは、検出器ステージに接続され、かつステージを調整して第１動作モードと第２動作モードとの間で切り替えさせることができるように構成される。
【００３５】
別の例では、一つ以上の光学系は第１動作モードで動作する第１セットの一つ以上の光学系と、第２動作モードで動作する第２セットの一つ以上の光学系と、を含むことができる。本装置はマルチポジション光学系ホルダーを含むことができ、マルチポジション光学系ホルダーは、第１及び第２セットの光学系を支持し、かつ第１及び第２セットの内の一方の位置を調整し、第１及び第２セットの内の他方は調整せずに、第１及び第２セットの内の一方を、検出器に振り向けられる合成光の光路に位置させることにより、第１モードと第２モードとの間の切り替えを行なうように構成される。マルチポジションレンズホルダーはモータ駆動することができ、そして本装置は更に電子コントローラを含むことができ、電子コントローラは、モータ駆動マルチポジション光学系ホルダーに接続されてマルチポジション光学系ホルダーに選択的に指示して第１動作モードと第２動作モードとの間の切り替えを行なわせる。
【００３６】
更に別の例では、本装置は更に、第２セットの一つ以上の光学系と、合成光の第１部分を第１セットの光学系に振り向け、そして合成光の第２部分を第２セットの光学系に振り向ける位置に設けられるビームスプリッタと、第２電子検出器と、を含むことができる。第２セットの光学系は、合成光の第２部分を第２電子検出器に振り向けて、第２検出器の異なる領域が、検査光によって照射される検査表面の異なる領域に対応するようになるように構成される。
【００３７】
本装置は更に、検出器に接続され、かつ検出器が各動作モードで測定する情報を処理して検査表面を有する検査オブジェクトに関する情報を求めるように構成される電子プロセッサを含むことができる。電子プロセッサは、一つの動作モードで生成される情報を使用して、他の動作モードを使用するときに検査オブジェクトに関する更に別の情報を求め易くするように構成される。
【００３８】
例えば、第１モードで生成される情報は検査オブジェクトの一部分の屈折率に対応し、そして電子プロセッサは、反射時の位相変化（ＰＣＯＲ：ｐｈａｓｅ  ｃｈａｎｇｅ  ｏｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を屈折率に基づいて求めて、第２モードで動作するときに形状情報を求め易くするように構成することができる。別の例では、第２モードで生成される情報は検査表面の表面粗さの推定値に対応し、そして電子プロセッサは、表面粗さ推定値を使用して、検出器が第１モードで測定する情報を処理することにより検査オブジェクトに関する情報を求めるように構成することができる。
【００３９】
干渉計は、少なくとも一つの干渉対物レンズを含む複数の対物レンズを支持し、かつ選択対物レンズを、共通光源からの入力光の光路に位置させるように構成されるマルチポジションマウント（例えば、タレット）を含むことができる。マルチポジションマウントはモータ駆動することができ、そして本装置は更に電子コントローラを含むことができ、電子コントローラは、マルチポジションマウントに接続されてマウントに選択的に指示して複数の対物レンズの間の切り替えを行なわせる。例えば、複数の対物レンズは２つの異なる干渉対物レンズを含むことができ、これらの干渉対物レンズの内の一つの干渉対物レンズのみが偏光光学系を含む。複数の対物レンズは更に、干渉対物レンズ以外の対物レンズである一つ以上の非干渉対物レンズを含むことができ、これらの非干渉対物レンズの各々は、入力光の光路に配置されると、当該非干渉対物レンズによって装置は非干渉型顕微鏡モードで動作することができる。
【００４０】
概括すると、別の態様では干渉法が開示され、この干渉法は、（ｉ）検査光を検査表面に或る範囲の照射角に渡って振り向けるステップと、（ｉｉ）続いて、共通光源から放出される検査光を共通光源から放出される基準光と合成して干渉パターンを形成するステップと、（ｉｉｉ）合成光の少なくとも一部分をマルチエレメント検出器に振り向けて、検出器の異なる要素が、検査表面を照射する検査光の異なる照射角に対応するようにするステップと、を含む。
【００４１】
本干渉法の実施形態は次の特徴の内のいずれかの特徴を含むことができる。
合成光は、検査光の瞳面を検出器に結像させることにより検出器に振り向けることができる。
【００４２】
本干渉法は更に、干渉信号を検出器の複数の要素の各々の位置で、検出光と基準光との間の変化する光路長差の関数として測定するステップを含む。
検査光、基準光、及び合成光は選択的に偏光させることができる。
【００４３】
本干渉法は更に、検査表面を有する検査オブジェクトに関する情報を、異なる検出器要素の位置で測定される信号に基づいて求めるステップを含む。例えば、検査オブジェクトに関する情報を求めるステップでは、検査表面の反射率を、異なる照射角及び波長に関して求めることができる。反射率は、選択偏光状態における異なる照射角及び波長に関する複素反射率とすることができる。検査オブジェクトに関する情報を求めるステップでは更に、測定反射率を反射率の推定値と、検査オブジェクトのモデルに基づいて比較することができる。
【００４４】
校正ステップの一部分として、本干渉法は更に、検査表面を照射する検査光の異なる照射角と、検出器の異なる要素との関係を、異なる検出器要素の位置での干渉信号の周波数に基づいて求めるステップを含む。また、本法は更に、検出器上の合成光の光軸の位置を、異なる検出器要素の位置での干渉信号の周波数に基づいて求めるステップを含む。また、本法は更に、光路長差が変化する度合いを、異なる検出器要素の位置での干渉信号の周波数に基づいて求めるステップを含む。
【００４５】
別の校正ステップの一部分として、検査表面は既知の反射特性を有し、そして本干渉法は更に、検査光を振り向け、そして検査光を基準光と合成するために使用される干渉計の反射パラメータを、異なる検出器要素の位置で測定される信号、及び検査表面の既知の反射パラメータに基づいて校正するステップを含む。本法は更に、これらのステップを既知の反射特性を有する第２の検査表面に対して繰り返し、更に干渉計の反射パラメータを、異なる検出器要素の位置で測定される信号、及び検査表面の既知の反射パラメータに基づいて校正するステップを含む。
【００４６】
本干渉法は更に、上に説明した装置に関連して列挙した特徴に対応する特徴を含むことができる。
概括すると、別の態様では装置が開示され、この装置は、検査表面の反射率を或る範囲の角度及び波長に渡って測定する第１モード、及び検査表面の一つ以上の特性を、或る範囲の検査表面位置に渡って測定する第２モードの各モードで動作するように構成される干渉計システムを備える。
【００４７】
本装置の実施形態は次の特徴の内のいずれかの特徴を含むことができる。
本装置は、第１モードと第２モードとの間の切り替えを選択的に行なうように構成することができる。別の構成として、本装置は、測定を両方のモードで同時に行なうように構成することができる。
【００４８】
干渉計は少なくとも一つの電子検出器を含むことができ、そして第１モードでは、検出器の異なる要素は、干渉計システムにおいて検査表面を照射する検査光の異なる照射角に対応する。第１モードは、検査表面の反射率を或る範囲の角度及び波長に渡って一つ以上の選択偏光状態に関して測定する偏光解析モードに対応することができる。別の構成として、第１モードは、検査表面の反射率を或る範囲の角度及び波長に渡って非偏光光に関して測定する反射率測定モードに対応することができる。第１モードで動作するために、干渉計は検査表面に振り向けられる検査光の瞳面を検出器に結像させることができる。
【００４９】
第２モードでは、検出器の異なる要素は、干渉計システムにおいて検査光によって照射される検査表面の異なる位置に対応する。詳細には、干渉計は検査表面を検出器に結像させるように構成される。第２モードは形状測定モードとすることができる。
【００５０】
本装置は更に電子プロセッサを含むことができ、電子プロセッサは、干渉計システムに接続され、かつ干渉計システムが各動作モードで測定する情報を処理して検査表面を有する検査オブジェクトに関する情報を求めるように構成される。更に、電子プロセッサは、一つの動作モードで生成される情報を使用して、他の動作モードを使用するときに検査オブジェクトに関する更に別の情報を求め易くするように構成することができる。
【００５１】
干渉計システムは更に、非干渉型顕微鏡モードで選択的に動作して、検査表面の非干渉光学画像を測定するように構成することができる。
概括すると、別の態様では方法が開示され、この方法は、（ｉ）干渉計システムを使用して検査表面を、検査表面の反射率を或る範囲の角度及び波長に渡って測定する第１動作モードで測定するステップと、（ｉｉ）同じ干渉計システムを使用して検査表面を、検査表面の形状の特徴を干渉法により測定する第２動作モードで測定するステップと、を含む。
【００５２】
本方法は更に、同じ干渉計システムを使用して検査表面を、検査表面の一つ以上の非干渉顕微鏡画像を生成する第３動作モードで測定するステップを含む。
本明細書において使用するように、「光（ｌｉｇｈｔ）」という用語は、可視スペクトル領域の電磁光線に制限されず、紫外線領域、近赤外線領域、または赤外線領域のいずれかの領域の電磁光線を広く指すことができる。
【００５３】
特に断らない限り、本明細書において使用する全ての技術用語及び科学用語は、本発明の属する技術分野の当業者が一般的に理解するものと同じ意味を有する。参照することにより本明細書に組み込まれる文書の内容と相容れない事態が発生する場合には必ず、本開示が優先する。
【００５４】
本発明の他の特徴、目的、及び利点は次の詳細な記述から明らかになると思われる。
図面において、異なる図における同様の参照番号は共通の構成要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】偏光解析モードで動作するように構成される干渉計システム１００の模式図である。
【図２】ＯＰＤがフレーム番号によって表わされる場合に、干渉計システム１００において検査光と基準光との間の光路長差（ＯＰＤ）を変化させた時の一つの検出器要素によって測定される干渉信号の例を示すグラフである。
【図３】形状測定モードで動作するように再構成される干渉計システム１００の模式図である。
【図４】シリコン基板上の１ミクロン膜厚の二酸化シリコン膜を有する検査オブジェクトに関して、検出器要素が収集するデータのプロットを示す。左側のプロットは、ＯＰＤを掃引している間に検出器要素が測定する干渉信号をフレーム番号の関数として示す。右側のプロットは、干渉信号を波数に関してフーリエ変換した結果を示し、スペクトル振幅は実線で示され、そしてスペクトル位相は点線で示される。
【図５】シリコン基板上の６７５ｎｍ膜厚の二酸化シリコン単一層膜に関して、選択入射角（４３度）及び選択波長（５７６ｎｍ）の場合に実験的に求められる複素反射率のプロットを示す。左側のプロットはスペクトル成分Ｚ（上側の曲線は実部であり、下側の曲線は虚部である）を示し、そして右側のプロットは、Ｚをシステム校正に従ってスケーリングしたｚの該当する値（上側の曲線は実部であり、下側の曲線は虚部である）を示す。
【図６】シリコン上の５ミクロン膜厚の二酸化シリコン膜に関する干渉信号のプロットを示して、信号の一部分をどのようにして選択して構造の選択界面を分離することができるかについて示している。
【図７】干渉計システム１００の別の実施形態の模式図である。
【図８】干渉計システム１００の更に別の実施形態の模式図である。
【図９】干渉計システム１００の模式図であり、種々の部品をどのようにして電子プロセッサによる制御の下に自動的に調整することができるかについて示している。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
薄膜の特徴測定に使用される従来の技術（例えば、偏光解析法）は、未知の光学界面の複素反射率が、当該界面の固有の特徴（個々の層の材料特性及び膜厚）、及び波長、入射角、及び偏光状態という、反射率を測定するために使用される光の３つの特性の両方に依存するという事実を利用している。実際、偏光解析器は、これらのパラメータを既知の範囲で変化させることにより生じる反射率変化を記録する。従って、最小二乗フィッティングのような最適化手法を使用して、未知パラメータの推定値を、測定反射率データと光学構造のモデルから導出される反射率関数との差を最小にすることにより取得する。
【００５７】
本明細書に開示する実施形態は、検査表面の選択領域に関して探査ビームが示す３つの全ての光学特性（すなわち、波長、入射角、及び偏光状態）に関して、非常に多くの反射率データポイントを広い範囲に渡って迅速に収集する干渉計システム及び干渉法を提供する。更に、同じ計測器がこの偏光解析動作モード（ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ  ｍｏｄｅ  ｏｆ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）から形状測定モード（ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ  ｍｏｄｅ）に切り替わって検査表面に関する横方向に分解された情報を提供することができる。更に、偏光解析モードで求めた情報を使用して、形状測定モードで取得した情報の精度を高めることができる。例えば、偏光解析モードは、検査表面を有する検査オブジェクトの材料特性に関する情報を提供して、種々の光学界面、例えば特に注目する上部表面（空気界面）の更に精度の高い形状マップを生成することができる。
【００５８】
装置例
図１は干渉計システム１００の模式図である。拡張光源１０２は入力光１０４を干渉対物レンズ１０６に、中継光学系１０８及び１１０、及びビームスプリッタ１１２を通して振り向ける。中継光学系１０８及び１１０は、拡張光源１０２からの入力光１０４を開口絞り１１５、及び干渉対物レンズ１０６の該当する瞳面１１４に結像させる（点線の両側光線１１６及び実線の中心光線１１７で示すように）。
【００５９】
図１の実施形態では、干渉対物レンズ１０６は、対物レンズ１１８、ビームスプリッタ１２０、及び基準表面１２２を含むミラウ型（Ｍｉｒａｕ）対物レンズである。ビームスプリッタ１２０は入力光１０４を検査光１２２及び基準光１２８に分離し、検査光１２２は検査オブジェクト１２６の検査表面１２４に振り向けられ、基準光１２８は基準表面１２２によって反射される。対物レンズ１１８は検査光及び基準光をそれぞれ検査表面及び基準表面に集光する。基準表面１２２を支持する基準光学系１３０をコーティングして集光基準光のみを反射し、入力光のほとんどが、ビームスプリッタ１２０による分離の前に基準光学系を通過するようにする。
【００６０】
検査表面及び基準表面による反射の後、検査光及び基準光をビームスプリッタ１２０によって再合成して合成光１３２を生成し、合成光はビームスプリッタ１１２及び中継レンズ１３６を透過して光干渉パターンを電子検出器１３４（例えば、マルチエレメントＣＣＤまたはＣＭＯＳ検出器）に生成する。検出器全体に生成される光干渉パターンの強度分布は検出器の異なる要素によって測定され、そして電子プロセッサ（図示せず）に保存されて解析される。検査表面を検出器に結像させる従来の形状測定干渉計とは異なり、本実施形態では、中継レンズ１３６（例えば、バートランドレンズ）が瞳面１１４上の異なるポイントを検出器１３４上の該当するポイントに結像させる（ここでも同じように、点線の両側光線１１６及び実線の中心光線１１７によって示される）。
【００６１】
瞳面１１４を照射する各点光源によって、検査表面１２４を照射する検査光１２２の平面波面が生成されるので、瞳面１１４における点光源の半径方向位置によって、オブジェクト法線に対するこの照射光束の入射角が決まる。従って、光軸から所定距離に位置する全ての点光源は一定の入射角に対応し、この入射角で、対物レンズ１１８は検査光１２２を検査表面１２４に集光する。中継光学系１０８と１１０との間に位置する視野絞り１３８によって、検査光１２２によって照射される検査表面１２４の領域が決まる。検査表面及び基準表面によって反射された後、合成光１３２は光源の２次像を対物レンズの瞳面１１４に形成する。次に、瞳面上の合成光が中継レンズ１３６によって検出器１３４に再結像するので、検出器１３４の異なる要素は検査表面１２４への検査光１２２の異なる照射角に対応する。
【００６２】
偏光素子１４０，１４２，１４４，及び１４６によって、該当する検査表面及び基準表面に振り向けられる検査光及び基準光の偏光状態が決まり、更に検出器に振り向けられる合成光の偏光状態が決まる。実施形態によって変わるが、各偏光素子は偏光板（例えば、直線偏光板）、位相差板（１／２波長板または１／４波長板）、または入射ビームの偏光状態に影響する同様の光学系とすることができる。更に、或る実施形態では、これらの偏光素子の内の一つ以上を設けないことができる。更に、実施形態によって変わるが、ビームスプリッタ１１２は偏光ビームスプリッタまたは非偏光ビームスプリッタとすることができる。これらの偏光素子の種々の実施形態の詳細については以下に更に説明する。一般的に、偏光素子１４０，１４２，及び／又は１４６が設けられるので、検査表面１２４での検査光１２２の偏光状態は、瞳面１１４における光の方位角位置によって変わり得る。
【００６３】
ここに説明している実施形態では、光源１０２は広帯域波長（例えば、半値幅が５０ｎｍ超の帯域の、または好適には半値幅が１００ｎｍ超の帯域の放出スペクトル分布を有する）の照射光を放出する。例えば、光源１０２は白色発光ダイオード（ＬＥＤ）、ハロゲンバルブのフィラメント、キセノンアークランプのようなアークランプ、または光学材料の非線形効果を利用して非常に広い光源スペクトル幅（＞２００ｎｍ）の光を生成する所謂スーパーコンティニウム光源（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ  Ｓｏｕｒｃｅ）とすることができる。広帯域の波長は短いコヒーレンス長に対応する。従来の走査型干渉計におけるように、並進ステージ１５０によって検査光及び基準光の相対光路長を調整して光干渉信号を検出器要素の各々で生成する。例えば、図１の実施形態では、並進ステージ１５０は、干渉対物レンズ１０６に接続されて、検査表面と干渉対物レンズとの間の距離を調整し、これによって検出器における検査光及び基準光の相対光路長を変化させる圧電変換器である。
【００６４】
図２は、並進ステージ１５０によって検査光及び基準光の相対光路長を変化させた時の検出器要素の内の一つの要素によって測定される例示としての干渉信号を示している。干渉信号は、コントラスト感度を表わし、かつ光源のコヒーレンス長に対応する包絡線で変調される。基準表面は干渉計の中に位置するので、検査光と基準光との間のゼロ光路長差は、検査表面が対物レンズ１１８の焦点に位置する状態に対応する。従って、最大コントラストは通常、検査表面が干渉対物レンズの焦点位置に位置するときに観察される。測定は、並進ステージをコヒーレンス長よりも長い距離に渡って走査させて、コントラスト感度を表わす包絡線が、検出器で測定される一連の強度パターンに現われるようにすることにより行なわれる。
【００６５】
各検出器要素で測定される干渉信号は電子プロセッサが解析し、電子プロセッサは検出器１３４及び並進ステージ１５０の両方に電気的に接続される。ここに説明する実施形態では、電子プロセッサは干渉信号を周波数領域に、例えばフーリエ変換を使用することにより変換して、光源の異なる波長成分に関する位相情報及び振幅情報を抽出する。光源スペクトルが広がって、多数の個別のスペクトル成分をこの手順により計算することができるようになることが好ましい。以下に更に詳細に説明するように、振幅データ及び位相データは検査表面の複素反射率を直接表わし、複素反射率を解析して検査オブジェクトに関する情報を求めることができる。一般的に、電子プロセッサは別の校正による情報を使用して、基準ミラーの反射率、及び干渉計の他の光学特性に関する測定値を補正する。干渉計システム１００がこの構成を有するので、電子検出器１３４の各検出器要素によって、光源１０２が出力する多数の波長における、特定の入射角及び偏光状態（偏光素子１４０，１４２，１４４，及び／又は１４６の向きに従った）に関する反射率測定値が供給される。従って、検出器要素の集合体は或る範囲の入射角、偏光状態、及び波長をカバーし、これらをカバーすることによって、計測器が未知の光学構造の特徴を正しく測定する機能を最大化する。
【００６６】
多数の校正手順を使用して検査表面の複素反射率を測定干渉信号に基づいて求めることができる。例えば、校正測定は、既知のバルク材料（不透明または透明）により検査オブジェクトとして作製されるミラーを使用して行なうことができ、そしてスペクトルフィルタを使用して選択波長の光を光源から切り出すことができる。従って、検出器で測定される干渉信号を処理して、各検出器要素に対応する入射角、及びデータ取得に使用される走査ステージの速度を求めることができる。後者の情報は、干渉信号スペクトル成分を、これらの成分の該当する波長に正しく一致させるために有用である。既知の光学特性を持つオブジェクトを使用する更に別の測定を行なって、干渉計及び撮像システムの特性を画素ごとに求めることもできる。例えば、校正は、各検出器位置における各波長に関するシステムの透過率を計算するステップを含むことができる。同様に、直交偏光状態の間に生じる位相ずれのような偏光効果を各検出器要素、及び各波長に関して必要に応じて測定することもできる。校正の所定の実施形態についての特定の詳細について以下に更に説明する。
【００６７】
干渉計システム１００を、検査表面の複素反射率を求める偏光解析モードから、例えば検査表面の形状を求める形状測定モードに切り替えるためには、撮像システムの特性を変更して、光源の像ではなく、部品の像の焦点が検出器に合うようにするだけで十分である。図３に示すように、この操作は、例えば中継レンズ１３６の替わりに別のレンズ２３６を使用し、そして検出器位置をそのままにしておくことにより行なうことができる。この場合、光源１０２からの入力光は瞳面１１４に結像し続けるが、１２４上のポイントが検出器１３４上の該当するポイントに結像する（光源からの両側光線２１６及び中心光線２１７で示すように）。
【００６８】
測定モデル
干渉計システム１００によって取得される干渉信号の解析を行なうために、偏光素子１４０及び１４４が直線偏光板であり、偏光素子１４２及び１４６を設けず、かつビームスプリッタ１１２が非偏光ビームスプリッタである構成の実施形態について考察する。直線偏光板１４０の機能は、同じ直線偏光状態を瞳面１１４の全てのポイントで生じさせることである。その結果、検査表面１２４に入射する光の偏光は直線偏光であるが、入射平面に対する偏光の向きは、瞳面での点光源の方位角位置によって変わる。例えば、瞳面における直線偏光の方向に平行な瞳直径に沿って位置する点光源は、検査表面での入射平面内で直線偏光される（この状態をＰ偏光状態と呼ぶ）照射光を生成する。同様に、瞳面における直線偏光の方向に直交する直径に沿って位置する点光源は、入射平面に直交して直線偏光される（この状態をＳ偏光状態と呼ぶ）照射光を生成する。これらの直径に沿って位置しない点光源は、Ｐ偏光状態及びＳ偏光状態が混在する照射光を検査表面に生成する。この原理は、検査表面の反射係数はＰ偏光光及びＳ偏光光に対して異なるので、重要となる。
【００６９】
２つの直線偏光板は多数の相対方位を有することができ、これらの相対方位は検出器が検出する干渉信号に含まれる情報を決定することになる。例えば、偏光板が平行である場合、測定干渉信号は、瞳面の一つの直径に関しては、検査表面に入射するＳ偏光検査光によってのみ変わり、かつ瞳面の直交直径に関しては、検査表面に入射するＰ偏光検査光によってのみ変わることになる（更に、基準表面に入射する基準光に関しても同様に説明される）。この構成は、Ｓ反射率の振幅及び位相と、Ｐ反射率の振幅及び位相との差が偏光解析法の基本データとなるので魅力的である。従って、必要に応じて、データの簡易処理をこれらの２つの直径に限定して行なうことができる。これとは異なり、瞳面全体に渡るデータを使用するためには、２つの偏光状態が混在する状態を考慮に入れる必要があるが、瞳面全体に渡るデータを使用することにより、相対的に多くのデータポイントが提供されるので、測定の分解能が高くなる。
【００７０】
次の解析は、互いに平行になるように向きを揃えた２つの直線偏光板を含む構造に適用される。この場合、第２直線偏光板（偏光素子１４４）を透過して検出器１３４に到達する検査光の量は次式のように表わすことができる。
【００７１】
【数１】
2010101898.tif 000003
上式では、θは偏光板の方向に関して測定される方位角であり、ｒｐ及びｒｓはＰ偏光状態及びＳ偏光状態に関するオブジェクト表面の複素反射率（「フレネル反射係数」として知られる）であり、ｔｐ及びｔｓは、干渉対物レンズ１０６及びメインビームスプリッタ１１２を通って往復する場合のＰ偏光状態及びＳ偏光状態に関する透過率であり、そしてＥｏｕｔは電界の複素振幅である。このモデルでは、光学系は複屈折を起こさず、かつオブジェクト表面による反射も、Ｓ偏光状態及びＰ偏光状態を混在させる機構の影響を受けないと仮定する。例えば、局所的な表面法線に沿った軸を持つ一軸材料は、本文において特徴付けることができるが、面内複屈折が発現する材料は異なるモデルを必要とする。
【００７２】
実際、同じモデルが、干渉計の基準脚に沿って伝搬する基準光に適用されるが、反射率及び透過率は次式によって表わされるように、理論的に異なる。
【００７３】
【数２】
2010101898.tif 000004
所定の光源波長λ及び瞳面での所定の点光源に関して検出器の位置で測定される干渉パターンは、積ＥｏｕｔＥｒｏｕｔに比例する変調項から成る。
【００７４】
【数３】
2010101898.tif 000005
上式では、ｋ＝２π／λ、λは光の波長であり、ｚは検査光と基準光との間のゼロ光路長差に対応する位置に対する、機械的走査中の検査表面の垂直方向位置であり、αは検査表面での光の入射角（瞳での点光源位置によって変わる）であり、そしてφは検査電界と基準電界との間の位相差である。実際、所定の検出器位置で測定される信号は、光源スペクトルに含まれる種々の波長によって得られる全ての信号の和である。その結果、信号をフーリエ変換することによって、これらの信号の影響度を、非常に狭い波長範囲に対応する複素スペクトル成分に分離することができる。ここで、計算スペクトル成分を特定の光源波長に割り当てるために、これらのスペクトル成分の位置をシフトするように作用する補正係数ｃｏｓ（α）を考慮に入れる必要があることに留意されたい。この補正係数には、検出器の各画素での光の入射角が含まれる。光学システムの校正結果はこのタスクに使用することができ、そして光学システムの校正については以下に更に議論する。
【００７５】
図４（左側のプロット）は、シリコン上の１００３ｎｍ膜厚の二酸化シリコン膜を測定する場合の、検出器１３４の所定の検出器要素（瞳面における所定の位置に対応する）によって測定される代表的な干渉信号を示している。図４（右側のプロット）は、干渉信号をフーリエ変換して、波長（または、該当する波数ｋ）の関数としてのスペクトル振幅及び位相が得られる様子を示している。スペクトル振幅及び位相の変化は、フレネル反射係数が波長（または、波数）の関数として変化する結果である。
【００７６】
或る実施形態では、周波数変換処理を、検出器上の瞳面の像の中の注目領域に適用する。例えば、注目領域は環帯とすることができ、この環帯によって検査表面における所定の入射角範囲が決まる。この環帯の内部の画素（すなわち、複数の検出器要素の内の一つの要素）の方位角位置によって、検査表面を照射するＳ偏光状態及びＰ偏光状態が混在する偏光状態が決まり、そして画素から光学軸までの半径方向距離によって入射角が決まる。更に、上に説明したように、スペクトル成分を、注目領域内部の複数の円に渡って抽出する（補間を使用することができる）ことができるので有用である。このような一つの円に渡って計算されるこれらの成分は次式のように表わすことができる。
【００７７】
【数４】
2010101898.tif 000006
上式では、添え字は関数依存性を示し、αは瞳面での円の半径に対応する入射角であり、λは光の波長であり、θは直線偏光板に関して測定される方位角であり、ｈはオブジェクト表面の高さずれであり、Ｌは光源強度または信号強度に関連する実数スケーリング係数であり、そしてＩは、光源の光強度変化だけでなく、光学系に生じる位相及び振幅変化を表わす複素関数である。
【００７８】
電子プロセッサは上の公式を測定プロセスのキーモデルとして使用することができる。例えば、プロセッサは、検出器により記録される干渉信号をフーリエ変換して異なる波長及び入射角に関する成分Ｚを生成し、そして特徴測定対象の検査表面を表わす複素比ｒｐ／ｒｓを逆抽出する（例えば、式（４）に基づいて）。
【００７９】
【数５】
2010101898.tif 000007
上式では、Ψ及びΔは２つの既知の偏光解析パラメータである。次に、標準の偏光解析アルゴリズムを使用して検査オブジェクトの幾つかの光学特性、例えば透明膜の膜厚及び屈折率を計算することができる。
【００８０】
例えば、均質な検査表面に膜が形成されていない場合、電子プロセッサは材料の複素屈折率を次式に従って容易に計算することができる。
【００８１】
【数６】
2010101898.tif 000008
上式では、ｎ０は周囲媒質、普通は空気の屈折率である。この方法によって、この場合は全光源スペクトルに対する複素屈折率が得られる。複数の入射角について計算されるデータを平均して測定分解能を高くすることができる。
【００８２】
別の例では、透明な単分子膜が未知の膜厚ｔを有し、かつ周囲媒質材料、膜材料、及び基板材料が既知の屈折率ｎ０，ｎ１，ｎ２を有する場合、電子プロセッサは未知の膜厚ｔを次式に従って求めることができる。
【００８３】
【数７】
2010101898.tif 000009
上式では、ｌｏｇは複素数値の自然対数関数であり、ｉ＝ルート（−１）であり、そしてＸの計算式の符号は、結果として得られるｔの値に従って選択され、ｔは実正数である必要がある。干渉計システム１００によって得られるデータを処理することにより、ｔに関する複数の推定値が得られる、というのは、測定はα及びλの複数の値に対して行なわれるからである。これらの複数の推定値を使用して、式（７）の項Ｘに関連する膜厚に含まれ得る曖昧度を除去することができ、かつ測定分解能を高くすることができる。他の実施形態では、電子プロセッサは検査オブジェクトの複数の屈折率の内の一つ以上の屈折率を、類似の一連の数式に基づく測定データに基づいて求めることができる。
【００８４】
更に一般的な場合では、電子プロセッサは、例えば「散乱行列（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ
ｍａｔｒｉｘ）」法を用いて検査表面の反射率を当該表面の未知のパラメータ（屈折率、膜厚、層粗度、屈折率勾配など）の関数として計算することができる。反射率関数を適用して偏光解析パラメータΨｍｏｄｅｌ及びΔｍｏｄｅｌを、未知パラメータの値を推定するために計算する。次に、反復アルゴリズムを使用してこれらのパラメータを変更して、次式によって表わされる、測定エリプソメトリ係数及び該当するモデル係数の２乗差の和を最小にする。
【００８５】
【数８】
2010101898.tif 000010
例えば異なる波長及び入射角に関する重み付け係数を含む別のメリット関数を定義することができる。このようなアプローチは、例えばＥｌｓｅｖｉｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｂ．Ｖ．，ＩＳＢＮ０４４４８７０１６４（ペーパーブック），１９８７に掲載されたＲ．Ｍ．Ａ．Ａｚｚａｍ及びＮ．Ｍ．Ｂａｓｈａｒａによる「偏光解析法及び偏光光」と題する論文に記載されている。
【００８６】
システム校正
或る実施形態では、システム校正の第１ステップでは、検査表面でのビーム束の入射角を、瞳面における点光源の位置に基づいて計算する。別の表現をすると、入射角αを、瞳面の像に対応する検出器の各画素に割り当てるように操作する。この操作は、例えば測定を狭帯域フィルタを用いて行なって検出器が検出する光がほぼ単色光になり、かつ既知の波長を持つようにすることにより行なわれる。この場合、式（３）は、干渉信号の周波数が光源波長及び入射角に関係項ｋｃｏｓαに従って比例することを示している。信号周波数は、信号をフーリエ変換することにより計算することができ、そして入射角は並進ステージの走査速度及び光源波長に関する情報に基づいて求めることができる。
【００８７】
更に、並進ステージの走査速度が初期において未知である段階では、当該走査速度は、最大周波数を持つ干渉信号に対応する画素の位置を検出器上に特定することにより求めることができる。関係項ｋｃｏｓαに対する周波数の依存性によれば、この画素は法線入射（すなわち、α＝０）に対応するので、ステージ速度は測定周波数、及び光源波長に関する情報から直接抽出することができる。
【００８８】
顕微鏡の対物レンズによってオブジェクト空間における角度を瞳位置にマッピングする方法に関するアプリオリな情報を使用してこの校正の精度を上げることもできることに注目されたい。例えば、通常の対物レンズはコマ収差（幾何収差）に関して補正されるが、これは、瞳での光線マッピングが普通は所謂「アッベの正弦条件（Ａｂｂｅ  ｓｉｎｅ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）」を満たす必要があることを意味する。この条件は、瞳の光軸からの点光源の半径方向距離がオブジェクト空間における入射角の正弦に直接比例することを意味する。従って、入射角を各画素に関して計算することができ、次に正弦条件から導出されるグローバル関数をフィッティングして、瞳位置を入射角にマッピングする解析関数を導出することができる。
【００８９】
或る実施形態では、上に概要を説明した手順を異なる公称光源波長に関して繰り返して、色が変化した場合の角度マッピングを考慮に入れるようにすることができる。フィッティング手順によって、瞳の光軸の画素位置が副次的に得られる。当該情報は波長の関数としても記録され、かつ後の時点で使用して入射角計算に補正を加えることができる。
【００９０】
或る実施形態においては、校正の第２段階では、式（４）で表わされる観測可能なＺを、エリプソメトリ法によって測定される比に関連付ける種々のシステムパラメータの値を計算する。
【００９１】
例えば、この計算は、既知の光学特性を持つ２つのサンプル、例えばエリプソメータに通常使用される校正用ウェハを測定することにより行なうことができる。各入射角及び注目波長に関して、電子プロセッサは両方のサンプルに対して式（４）に示すように、スペクトル成分Ｚをアジマス角（方位角）θの関数として求める。次に、これらの成分の比を計算すると、θの関数としての複素比ｚが次式のように得られる。
【００９２】
【数９】
2010101898.tif 000011
上式では、ｚｓαλ及びταλは既知の複素数であり、そして添え字ａまたはｂは一方の校正サンプル、または他方の校正サンプルを指す。ρａαλ及びρｂαλは２つの材料の反射率の比を使用して計算される。これらの反射率自体は、校正用サンプルの既知の材料特性及び既知の膜厚（あるとした場合の）を使用して計算される。次に、電子プロセッサはソルバー、例えばＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔアルゴリズムを利用した最小自乗ソルバーを使用して、式（９）の両辺で計算される量の差を最小にする２つの未知パラメータの値を求めることができる。プロセスは、他の入射角及び波長に関して繰り返される。
【００９３】
別のステップでは、必要に応じて、マップｚｓαλ及びταλをフィルタリングする、そして／または解析関数にフィッティングする。従って、各サンプルに関して得られるスペクトル成分を再処理し、そして別の校正パラメータ、すなわち次式によって表わされる関数Ｊを求めることができる。
【００９４】
【数１０】
2010101898.tif 000012
実際、式（１０）に示すＪに関する２つの式に平均操作を施すことができる。次に、入射角、波長、及びアジマス角の関数としてのＪの計算値を電子プロセッサが校正ファイルに関数ταλの定義と一緒に格納する。
【００９５】
上に概要を説明した手順を２つよりも多くのサンプルに拡張適用して計算の冗長性による利点を生かすことができる。
或る実施形態では、校正の別のステップでは、検出器から眺めたときの瞳での座標系における偏光板の正確な方位角を決定する。この操作は、例えば式（９）がθに関して周期πの周期性を持つことに注目することにより行なうことができる。比ｚをフーリエ変換した後の比の偶数成分の位相は偏光板の角度ずれの直接測定値であることになる。従って、この計算はｚｓαλ及びταλを求める前に行なうことができる。
【００９６】
未知の検査オブジェクトの特徴測定
或る実施形態では、保存校正情報を使用することにより、電子プロセッサは未知の検査オブジェクトの特徴を次のようにして測定することができる。未知のオブジェクト表面に関して記録される干渉データは校正に関して処理され、そして添え字ｃが未知の検査オブジェクトを指す場合に、干渉データによってリング状のデータが式（４）に従って生成される。
【００９７】
【数１１】
2010101898.tif 000013
各リングは、校正情報を使用して処理される。まず、関数Ｊを特定の入射角及び波長に関して導出し、そして新規の複素比を次式に従って計算する。
【００９８】
【数１２】
2010101898.tif 000014
上式では、ηαλ及ρｃαλは、アジマス角θには依存しない独立の未知の複素パラメータである。数値ソルバーを再度適用して、測定比ｚと式（１２）の右辺のモデルとを最も良く一致させるこれらのパラメータの値を求める。校正を行って得られる重要な結果は、未知のオブジェクト表面に関してエリプソメトリ法によって測定される比であるパラメータρｃαλである。
【００９９】
例えば式（６）〜（８）を参照しながら上に説明したように、電子プロセッサはエリプソメトリ法によって測定される比を、検査オブジェクトのモデルに従って処理して、一つ以上の層の屈折率及び／又は膜厚のような検査オブジェクトに関する情報を抽出することができる。
【０１００】
図５のグラフは、シリコン基板上の６７５ｎｍ膜厚のＳｉＯ２単分子膜に関する上の解析結果を使用して求められる実験データを示している。これらのグラフは、α＝４３°及びλ＝５７６ｎｍの場合に実験的に測定されるＺｃαλθ（左側のプロット）及びｚαλθ（右側のプロット）の実部及び虚部を示している。図示のように、求めた比ｚαλθは、式（１２）のモデルから予測されるπの周期性を持つ。
【０１０１】
ここで、式（１１）に定義されるリング状データを生成するためには、検出器における光軸の位置を求める必要がある。この位置は、校正以降変化している可能性がある。例えば、計測器は表面特性測定モードから形状測定モードに切り替わっているので、瞳の中心の検出器への投影像が一定のままであると仮定することはできない。従って、或る実施形態においては、プロセスの予備ステップでは、各検出器要素での周波数スペクトルを計算して、各画素の公称平均周波数（例えば、平均周波数は測定スペクトルの中心として計算することができる）を求め、そして平均周波数のマップを解析して瞳中心の位置を求めることができる。上の校正の節で述べたように、所定の光源スペクトルの平均周波数はオブジェクト空間における入射角の余弦に対応すると考えられる。従って、平均周波数が最大になる瞳位置は光軸に対応する。或る実施形態では、この位置は−放物線関数のような−偶関数を平均周波数のマップにフィッティングし、そして放物線の頂点を光軸の位置として定義することにより計算することができる。別の方法として、予備測定を、システム校正におけるように、システムに挿入される狭帯域フィルタで行なうことができる。
【０１０２】
式を簡単にし、かつ理解し易くするために、上の節で概要を説明した手順は、検査表面及び光学システムの性質に関する所定の仮定に基づいて行なわれる。しかしながら、更に高性能のモデルを更に複雑な事例に使用して、検査オブジェクトに関する情報をシステム１００が測定する干渉信号から抽出することができる。例えば、異なるモデルは、検査構造が複屈折性を示すとともに、非複屈折性校正サンプルを利用する校正手順が同じ手順のままである場合に使用することができる。
【０１０３】
偏光素子の更に別の構成
上の解析の節では、偏光素子１４０及び１４４が互いに平行な向きの直線偏光板であり、偏光素子１４２及び１４６を設けず、そしてビームスプリッタ１１２が非偏光ビームスプリッタである実施形態を用いて説明が行なわれた。別の実施形態においては、直線偏光板の平行度を保証する解析的に等価な構成では、偏光素子１４０及び１４４を取り外し、そして偏光素子１４２を直線偏光板とするが、これは、偏光素子１４２が干渉対物レンズに振り向けられる入力光、及び検出器に振り向けられる合成光の両方の光路に位置するからである。別の実施形態では、偏光素子１４０及び１４４は、向きが互いに直交する直線偏光板とすることができ、この場合、オブジェクトから戻ってくる光の量は、方位角位置を変数とする周期関数に、Ｓ反射率及びＰ反射率の、方位角方向依存性のない重み付け合計を乗算した値である。このような情報を処理して検査オブジェクトに関する情報を求めることもできる。
【０１０４】
更に別の実施形態では、偏光素子１４０，１４４，及び１４６を設けず、ビームスプリッタ１１２は偏光ビームスプリッタとし、かつ偏光素子１４２は１／４波長板とする。１／４波長板を、ビームスプリッタ１１２によって定義される偏光軸から４５°の位置の、位相が進む軸、及び位相が遅れる軸に正しく位置合わせすることにより、円偏光状態が瞳の全てのポイントに生じる。従って、検出干渉信号のＳ偏光及びＰ偏光による影響度には、点光源の方位角位置に対する１次依存性がない。従って、光軸から一定の距離に位置する一団の検出器要素に渡って収集される情報を合成して測定値全体の信号対雑音比を改善することができる。ここで、１／４波長板の種類によって変わるが、例えば波長とともに遅延特性が変化しないようにするためには更に高性能の処理を行なう必要があり、この遅延特性の変化によって、瞳における点光源の偏光状態に対する小さな方位角方向依存性が生じる。この挙動は、例えばこの技術分野では公知のジョーンズ行列及びベクトルを使用して数学的にモデル化することができる。
【０１０５】
更に別の実施形態では、偏光素子１４０は設けず、ビームスプリッタ１１２は偏光ビームスプリッタとし、偏光素子１４２は１／４波長板とし、偏光素子１４４は設けず、そして偏光素子１４６は、干渉対物レンズ１０６に取り付けられる直線偏光板とする。直線偏光板を設けるので、この実施形態は、平行な直線偏光板を有する第１の実施形態と解析的に等価である。しかしながら、偏光ビームスプリッタ及び１／４波長板を追加することにより、異なる顕微鏡対物レンズ（偏光板を取り付けていない）をシステムに装着して、例えば形状測定動作モードで使用する場合に、システムの光効率を高くすることができる。以下に更に詳細に説明するように、異なる顕微鏡対物レンズの間を前後に切り替える操作は、対物レンズタレットを使用して行なうことができ、対物レンズタレットは、生産ライン計測器用の電子プロセッサによる制御の下にモータ駆動することができる。
【０１０６】
反射率測定モード
更に別の実施形態では、偏光素子１４０，１４２，１４４，及び１４６は全て設けず、かつビームスプリッタは非偏光ビームスプリッタとする。ハロゲンバルブのフィラメント、または白色発光ＬＥＤの発光材料のような通常の広帯域光源の場合、照射入力光は偏光されないが、これは、瞳における全ての点光源に関して、偏光状態はＳ偏光成分及びＰ偏光成分が同じ量だけ混在する状態として表現することができることを意味する。この場合、測定信号はここでも同じように、光源の方位角位置に対して１次依存性を持たないと予測される。この場合、システムは、オブジェクトによって反射される光の量を、異なる入射角に関して反射率計と同じように測定する機能を備える。しかしながら、１回に光の一つの波長しか捉えない従来の反射率計とは異なり、干渉計システム１００は全ての光源波長を１回の測定の過程で捉えることができる。これらのスペクトル成分は、信号の解析を上に説明した周波数領域で行なうことにより分離される。この反射率測定動作モードによって、上に説明した偏光解析モードと同程度の量の情報が検査表面反射率に関して提供されることはないが、反射率測定情報は検査オブジェクトの特性の変化に対する感度が非常に高い。例えば、反射率測定データを検査オブジェクトのモデルと比較して均質サンプルの所定位置での材料組成、屈折率、膜厚、及び／又は欠陥の有無を判断することができる。
【０１０７】
薄膜サンプルに関する選択信号解析
検査オブジェクトが一つ以上の膜を含む場合、複数の界面によって複数の反射が生じ、これらの反射は各検出器要素で測定される干渉信号に影響する。広帯域光源の場合、瞳面内の種々の位置で測定される干渉信号は、図２及び図４（左側）の信号包絡線に示されるように、コヒーレンス長が短い。膜の厚さが十分に厚く、光が往復する時間によって測定される光学膜厚がコヒーレンス長よりも大きいような状態である場合、測定信号は分離可能な複数の信号から成り、各信号は２つの材料の間の界面に対応する。
【０１０８】
シリコン（Ｓｉ）上の５μｍ厚の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜に関するこのような信号の例を図６に示す。この場合、右側の相対的に弱い信号は空気／ＳｉＯ２界面に対応する。中央の相対的に強い信号はＳｉＯ２／Ｓｉ界面に対応する。左側の弱い信号はＳｉＯ２層の中を光が２回通過して反射することにより生じる。この場合、信号の内、所定の界面に対応する各部分を個別に処理してサンプルモデルを簡易化する（例えば、未知パラメータの数を少なくする）ことができるので、解析を簡易化する、または解析の堅牢性を向上させることができる。
【０１０９】
例えば、或る実施形態では、電子プロセッサは信号の内、空気／上部層界面に対応する部分を処理することができるので、解析操作が上部層材料から成る無限に厚い厚板を測定する操作と等価になる。この場合、材料の屈折率は、式（６）を使用して容易に計算することができ、かつモデル化操作に、下地層の影響、及び在るとすれば、パターニング済みの半導体ウェハ上に設けられる構造のような複雑な構造の影響を考慮に入れる必要がない。
【０１１０】
更に、或る実施形態では、電子プロセッサが信号の内、上部層界面に対応する部分を解析した後、信号全体（または、信号の他の部分）に関する処理は、下部界面に対応する信号部分を取り込むことにより繰り返すことができる。偏光解析データを処理するために必要とされるモデルはこの事例では更に複雑であるが、初期処理によって上部層の屈折率が得られるので、当該モデルは初期処理を行なわない場合よりも簡単になる。例えば、厚い単分子膜の屈折率は、最も右側の信号を処理するときに式（６）を使用して最初に計算することができる。基板材料が既知であると仮定すると、干渉信号全体（例えば、図６に示す軌跡全体を含む）を処理することによって新規の偏光解析パラメータが得られ、これらのパラメータによって、膜厚を式（７）を使用して得ることができる。この場合の利点は、屈折率及び物理膜厚の計算を分離することができることである。
【０１１１】
多層積層構造が十分に厚い複数の層により形成される場合、ブートストラップ手順を適用することができ、ブートストラップ手順は、第１信号によって第１層の屈折率が得られることから始まる。次に、第１信号及び第２信号を同時に処理することにより、第１層の膜厚及び第２層の屈折率が得られる。次に、第１信号、第２信号、及び第３信号を処理することにより、第２層の膜厚及び第３層の屈折率が得られ、これらの操作が他の層に関しても同様に行なわれる。この場合も同じように、利点は、従来のエリプソメータで普通に用いられる偏光解析モデルであって、全ての材料及び膜厚が未知の状態で全ての界面を一度に取り込む偏光解析モデルを使用する必要がないことである。
【０１１２】
複数の膜の膜厚が薄く、これらの膜厚が薄いことに起因して各界面に関連する干渉信号が部分的に重なってしまう場合でも、干渉信号の内、所定の界面に対応する部分を分離し、そして当該部分を個別に処理することは可能である。これについては、例えば「表面の干渉解析を行なう方法及びシステム、及び関連するアプリケーション」と題し、かつ米国特許公開第２００５−００７８３１８−Ａ１号として公開されている米国特許出願第１０／９４１，６４９号を参照されたく、この文献の内容の内、形状測定モードの説明箇所に開示されるこのような方法を記述する部分を本明細書において参照することにより当該部分が本明細書に組み込まれる。
【０１１３】
形状測定モードによる解析
上に説明したように、干渉計システム１００は、検査表面に関する反射率情報を求める偏光解析（または、反射率測定）モードから、例えば検査表面の形状を求める形状測定モードに切り替えることができる。図３に示すように、この切り替えは、例えば中継レンズ１３６を、検査表面を検出器に結像させる（瞳面を検出器に結像させるのではなく）別のレンズ２３６に置き換えることにより行なうことができる。この構成は、表面形状測定を行なう従来の走査型干渉計に対応する。以下の記述では、表面形状測定動作の数学的表現について説明する。
【０１１４】
バルク材料検査オブジェクト（すなわち、薄膜構造ではない）の場合、検査脚の基準データ平面において角波数ｋ＝２π／λの１次に依存する干渉位相φは次式のように表わすことができる。
【０１１５】
【数１３】
2010101898.tif 000015
上式では、ｋ０は公称波数であり、ζは並進ステージの走査座標であり、γｐａｒｔは部品表面の反射時位相変化（ＰＣＯＲ：ｐｈａｓｅ  ｃｈａｎｇｅ  ｏｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）であり、そしてγｓｙｓは干渉計システムに起因するシステム位相ずれである。値γｓｙｓは、干渉計光学系に起因するＰＣＯＲ影響度、及び例えば走査座標ζの開始位置に起因する全ての一定のずれを含む。線形分散τｐａｒｔ及びτｓｙｓは、位相ずれγｐａｒｔ及びγｓｙｓにそれぞれ対応する。位相ずれγｐａｒｔ，γｓｙｓは公称波数ｋ０で見積もられる。屈折率ｎは空気の屈折率であり、かつ波数とは独立していると仮定している。この技術分野の当業者であれば、材料屈折率の波数依存性を考慮に入れることにより、本発明の示唆を、空気よりも密度の高い透明媒質に拡張することができることが分かるであろう。式（１３）の項の全ては視野位置ｘ，ｙの関数となり得るが、次の記述では、変数ｎ，ζ，ｋ０は視野全体に渡って一定であると仮定する。
【０１１６】
広帯域光が光源から照射されるので、干渉縞は、基準脚と測定脚との間の光路差（ＯＰＤ）が広帯域光のコヒーレンス長に収まる場合にのみ生成される。従って、走査干渉測定は「コヒーレンスプロファイリング（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ）」モードと考えることができるが、これは、当該モードが干渉効果の広帯域性、例えば干渉縞コントラスト（干渉縞の暗い部分と明るい部分の強度の比）の局在化を使用する、または等価的に、波数に依存する干渉位相の変化割合の測定値を使用するからである。その結果、各検出器要素が測定する干渉信号Ｉは次式のように表わすことができる。
【０１１７】
【数１４】
2010101898.tif 000016
上式では、Ｖは干渉縞コントラスト包絡線（ｆｒｉｎｇｅ  ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｅｎｖｅｌｏｐｅ）である。包絡線Ｖは光源からの光のスペクトル分布をフーリエ変換した結果に比例する。
【０１１８】
コントラスト包絡線が対称である場合、干渉縞コントラスト包絡線のピーク値は、ｄφ／ｄｋ＝０が成り立つ走査位置によって与えられる。この位置は位相が固定される位置であり、この場合、干渉位相は波数に関係なく同じであり、かつ干渉パターンの全てが積極的に加算される。更に一般的には、位相が固定される条件ｄφ／ｄｋ＝０は干渉縞コントラスト包絡線Ｖの中心に対応する。位相が固定される位置と最近接ゼロ位相ポイントφ＝０位置との間の位相ギャップＧは次式により与えられる。
【０１１９】
【数１５】
2010101898.tif 000017
これは、波数ｋに依存しないが、システムパラメータ及び部品パラメータに依存する一定の位相ずれである。位相φ０は公称波数ｋ０での位相（ζ＝０の走査位置に関する）、例えば式（１３）から次式のように表わされる位相である。
【０１２０】
【数１６】
2010101898.tif 000018
式（１４）から、最大の、またはピークの干渉縞コントラストは走査位置ζ＝ｈ＋（τｓｙｓ＋τｐａｒｔ）／２ｎで生じることが分かる。従って、一のデータ処理形態では、電子プロセッサは形状測定モードで動作する場合、干渉縞コントラスト包絡線Ｖをζの関数として電子変換またはデジタル変換により全ての検出器画素に関して求める。次に、電子プロセッサは、包絡線Ｖが特定の値、例えば包絡線の最大値またはピーク値に達する走査位置ζｍａｘを求める。検査オブジェクト上の各位置に関する、該当する高さｈは、この走査位置から分散ずれを減算した値になり、次式により表わされる。
【０１２１】
【数１７】
2010101898.tif 000019
別の信号処理法では、コヒーレンスプロファイリング強度信号は走査位置ζに関して、周波数領域に（すなわち、周波数波数ｋに）フーリエ変換される。変換データの位相は式（１３）の位相φ（ｋ）に直接対応する。この位相に基づいて、信号プロセッサは位相微分ｄφ／ｄｋを計算し、そして各検出器画素に関する高さｈを次式に従って求める。
【０１２２】
【数１８】
2010101898.tif 000020
上式では、微分ｄφ／ｄｋはζ＝０に関して計算される。式（１８）は式（１３）から直接求められる。
【０１２３】
式（１７）及び（１８）から、コヒーレンスプロファイリングデータに基づく表面高さ測定値は、例えば校正によって、干渉計システム及び検査部品のＰＣＯＲ分散（例えば、τｐａｒｔ及びτｓｙｓ）を補正することにより更に高精度に計算することができることが分かる。ＰＣＯＲ（反射時の位相変化）率が視野全体に渡って一定である限り、位相変化率を補正しないことによって全体的なシフトが表面プロファイルに発生するだけであり、結果として得られる表面形状は正確である。しかしながら、ＰＣＯＲ（反射時の位相変化）率が、例えば表面材料の変化によって変化する場合、位相変化率を補正して更に高精度の表面形状プロファイルを提供する必要がある。
【０１２４】
コヒーレンスプロファイリングの他に、表面高さ測定も干渉位相プロファイリングデータを利用して行なうことができ、この場合、干渉位相φ（ｋ）は一つ以上の波数ｋに関して直接測定される。例えば、位相シフト干渉計測（ＰＳＩ：ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）法をこのような測定に使用することができる。干渉位相の直接測定を行なって高さｈを求める場合、ＰＣＯＲγｐａｒｔ及びγｓｙｓ（及び、公称波数ｋ０以外の波数に関するＰＣＯＲ分散τｐａｒｔ及びτｓｙｓ）を補正することにより、高さ測定の精度を高めることができることは式（１３）から明らかである。
【０１２５】
一般的に、コヒーレンスプロファイリング測定の特定のノイズ発生源に対する感度は、位相プロファイリング測定における感度とは異なるので、特定の方法を特定の適用形態に関して選択することができる、または特定の方法を使用してこれらの方法を互いに補完することができる。しかしながら、多くの位相プロファイリング測定の一の不具合は、測定位相φ（ｋ）が、２πに対応する干渉縞の曖昧度を含むことである。表面が相対的に平滑である場合、表面全体に渡る干渉縞の相対的な曖昧さ（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｆｒｉｎｇｅ  ａｍｂｉｇｕｉｔｙ）の補間は、複数の検出器画素のデータに基づき、干渉縞について標準のアンラッピング処理（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｒｉｎｇｅ  ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）を施すことにより行なうことができる。しかしながら、更に一般的には、コヒーレンスプロファイリングデータのような個別の測定値を取り入れて、干渉縞のこのような曖昧さを取り除くことが好ましい。従って、確実な表面プロファイル測定値を得るために、コヒーレンスプロファイリング高さ測定値だけを使用することができる、またはコヒーレンスプロファイリング高さ測定値を使用して、干渉縞の明白な曖昧さを、コヒーレンス測定値よりも或る場合には正確である可能性のある位相プロファイリング測定値から取り除くことができる。
【０１２６】
このような一の実施形態では、コヒーレンスプロファイリング測定値から求められる高さｈを使用して、確実な位相プロファイリング高さ測定値ｈ’を、位相φ０＝φ（ｋ０）の場合の位相プロファイリングデータに基づき、次式に従って計算する。
【０１２７】
【数１９】
2010101898.tif 000021
上式では、Ｉｎｔ［］は最も近い整数をＩｎｔの引数に返す。式（１９）は個別に部品表面の全てのポイントｘ，ｙに適用することができる。ここでも同じく、式（１９）から明らかなように、ＰＣＯＲγｐａｒｔ及びγｓｙｓを補正することにより、確実な位相プロファイリング測定値の精度を高めることができる。更に、式（１９）は、コヒーレンスプロファイリング測定値から求めた値ｈを通してＰＣＯＲ分散値τｐａｒｔ及びτｓｙｓに暗に依存する。
【０１２８】
薄膜が複雑であるように、サンプルが更に複雑になる場合、形状測定の数式化は、下地表面による反射も干渉信号に影響することになるので更に複雑になる。入力光の短いコヒーレンス長が、干渉信号を各界面に対応する複数の部分に分離するために膜厚に対して十分に短い場合、電子プロセッサは干渉信号の内、注目界面に対応する部分を分離し、そして当該部分を上に説明した一般化式を使用して処理して当該界面の表面形状を抽出することができる。更に、複数の膜の膜厚が薄く、これらの膜厚が薄いことに起因して各界面に関連する干渉信号が部分的に重なってしまう場合でも、干渉信号の内、所定の界面に対応する部分を分離し、そして当該部分を個別に処理することは依然として可能である。これについては、例えば「表面の干渉解析を行なう方法及びシステム、及び関連するアプリケーション」と題し、かつ米国特許公開第２００５−００７８３１８−Ａ１号として公開されている米国特許出願第１０／９４１，６４９号を参照されたく、この文献は上の記述において参照することにより、当該文献の内容が本明細書に組み込まれている。更に別の実施形態では、電子プロセッサは、「走査干渉法を使用した複雑な表面構造の形状測定」と題し、米国特許公開第２００４−０１８９９９９−Ａ１号として公開されていて、かつ当該文献の内容をここで参照することにより本明細書に組み込まれることになる米国特許出願第１０／７９５，５７９号に開示されるモデル利用技術を使用して複雑な表面構造のプロファイル情報を求めることができる。
【０１２９】
形状測定に関する更に別の実施形態
中継レンズ１３６を取り外すのではなく、更に別の実施形態では、例えば中継レンズをそのままにしておき、かつ検出器１３４を、検査表面に焦点が合う位置に並進移動させることができる。この様子は図７に模式的に示され、この図は、検出器１３４がモータ駆動並進ステージ７６０に電子プロセッサ７７０による制御の下に接続されて、干渉計システム７００の残りの部分に対する、合成光１３２を受信する検出器の位置を調整する様子を示している。並進ステージによってシステムは、瞳面が検出器に結像する偏光解析モードに対応する第１位置と、検査表面が検出器に結像する形状測定モードに対応する第２位置との間の切り替えを行なうことができる。
【０１３０】
図８に模式的に示す更に別の実施形態では、ビームスプリッタ８１０は干渉計システム７００の残りの部分から受信する合成光１３２を、２つの該当するマルチエレメント検出器８８０及び８９０を含む２つのチャネルに分離することができ、この場合、一方のチャネルは中継光学系８７５を使用して瞳面１１４を第１検出器８８０に結像して偏光解析モード測定を可能にし、かつ他方のチャネルは中継光学系８８５を使用して検査表面を第２検出器８９０に結像して形状測定モード測定を同時に可能にする。両方の検出器が電子プロセッサ８７０に接続され、この電子プロセッサが検出器画像を上に説明したように解析する。
【０１３１】
これらのアプローチの種々の組み合わせを用いることもできる。例えば、システムは瞳面を共通電子検出器の第１部分に結像させ、かつ検査表面を共通電子検出器の第２部分に結像させる光学系を含むことができる。この場合、共通電子検出器の異なる部分は個別の検出器と考えることができる。
【０１３２】
マルチモード動作及び適用形態
図９は、干渉計システム１００の種々のコンポーネントをどのようにして電子プロセッサ９７０による制御の下に自動化することができるかを示す模式図を示し、電子プロセッサはここに説明する実施形態では、数学的解析を行なう解析プロセッサ９７２と、干渉計システム１００の種々のコンポーネントを制御するデバイスコントローラ９７４と、ユーザインターフェース９７６（例えば、キーボード及びディスプレイ）と、そして校正情報、データファイル、サンプルモデル、及び／又は自動プロトコルを保存する記憶媒体９７８と、を含むことができる。
【０１３３】
まず、システムはモータ駆動タレット９１０を含むことができ、モータ駆動タレットは複数の対物レンズ９１２を支持し、かつ選択対物レンズを入力光１０４の光路に挿入するように構成される。これらの対物レンズの内の一つ以上を干渉対物レンズとすることができ、この場合、異なる干渉対物レンズは異なる倍率を持つ。更に、或る実施形態では、これらの干渉対物レンズの内の一つ（または複数）の干渉対物レンズは、偏光素子１４６（例えば、直線偏光板）を当該レンズに取り付けることにより、偏光解析動作モードとなるように特別な形で構成することができる。残りの干渉対物レンズは形状測定モードで使用することができ、そして或る実施形態では、残りの干渉対物レンズに偏光素子１４６を取り付けないで光効率（ビームスプリッタ１１２が偏光ビームスプリッタであり、かつ偏光素子１４２が１／４波長板である構成の、上に説明した実施形態におけるように）が高くなるようにすることができる。更に、これらの対物レンズの内の一つ以上の対物レンズを、各対物レンズが異なる倍率を持つ非干渉対物レンズ（すなわち、基準脚を持たない対物レンズ）とし、システム１００が従来の顕微鏡モードで動作して検査表面の光学画像を収集することもできるようにすることができる（この場合、中継レンズは検査表面を検出器に結像させるように設定される）。タレット９１０は電子プロセッサ９７０によって制御され、電子プロセッサは所望の対物レンズをユーザ入力または或る自動プロトコルに従って選択する。
【０１３４】
次に、システムはモータ駆動ステージ９２０（例えば、結像レンズホルダ）を含み、モータ駆動ステージは中継レンズ１３６及び２３６を支持し、そしてこれらの中継レンズの内の一つの中継レンズを合成光１３２の光路に選択的に位置させて、瞳面１１４を検出器に結像させる第１モード（例えば、偏光解析モードまたは反射率測定モード）と、検査表面を検出器に結像させる第２モード（例えば、形状測定モードまたは顕微鏡モード）との間で選択を行なう。モータ駆動ステージ９２０は電子プロセッサ９７０によって制御され、電子プロセッサは所望の中継レンズをユーザ入力または或る自動プロトコルに従って選択する。並進ステージを移動させて検出器の位置を調整し、これによって第１モードと第２モードとの間の切り替えを行なう構成の他の実施形態では、並進移動は電子プロセッサによる制御の下に行なわれる。更に、２つの検出チャネルを有するこれらの実施形態では、各検出器は解析用電子プロセッサ９７０に接続される。
【０１３５】
更に、システムは電子プロセッサによる制御の下にモータ駆動される絞り９３０及び９３２を含むことができ、これらの絞りによって視野絞り１３８及び開口絞り１１５の寸法をそれぞれ制御する。ここでも同じように、これらのモータ駆動絞りは電子プロセッサによって制御され、電子プロセッサは所望の設定をユーザ入力または或る自動プロトコルに従って選択する。
【０１３６】
並進ステージを使用して干渉計の検査脚及び基準脚の相対光路長を変化させる構成の並進ステージ１５０も電子プロセッサによって制御される。上に説明したように、並進ステージを接続して、検査オブジェクト１２６を支持するマウント９４０に対する干渉対物レンズの位置を調整することができる。別の構成として、更に別の実施形態では、並進ステージによって、マウントに対する干渉計システムの位置を全体として調整することができる、または並進ステージをマウントに接続して、移動することにより光路長差を変化させる光学素子がマウントとなるようにすることができる。
【０１３７】
更に、これもまた電子プロセッサ９７０によって制御される横方向並進ステージを、検査オブジェクトを支持するマウント９４０に接続して、光学検査対象の検査表面領域を横方向に並進移動させることができる。或る実施形態では、並進ステージ９５０によってマウント９４０の向きを変える（例えば、傾斜及び傾きを付ける）こともでき、これによって検査表面が干渉対物レンズの光軸に垂直になるようにする。
【０１３８】
最後に、これもまた電子プロセッサ９７０によって制御されるオブジェクトハンドリングステーション９６０をマウント９４０に接続して検査サンプルを測定用システム１００に自動的に搬入し、そして取り出すことができる。例えば、この技術分野では公知の自動ウェハハンドリングシステムはこの用途に使用することができる。更に、必要に応じて、システム１００及びオブジェクトハンドリングシステムを真空状態またはクリーンルーム状態で収納して検査オブジェクトの汚染を最小限に抑えることができる。
【０１３９】
結果として得られるシステムは大きな柔軟性を持ち、種々の測定手段及び測定手順を提供することができる。例えば、システムはまず、一つ以上の選択倍率を持つ顕微鏡モードで構成して、検査オブジェクトの光学画像をオブジェクトの種々の横方向位置に関して取得することができる。このような画像はユーザが、または電子プロセッサ９７０が解析して（マシンビジョン技術を使用して）、所定の領域（例えば、特定の構造またはパターン、目印、基準マーカ、欠陥など）をオブジェクトの中に識別することができる。このような識別情報に基づいて、サンプルの選択領域を偏光解析モードで分析してサンプル特性（例えば、屈折率、下地膜の膜厚（群）、材料識別情報など）を求めることができる。
【０１４０】
従って、電子プロセッサはステージ９２０に指示して中継レンズを、偏光解析モード用に構成されるレンズに切り替えさせ、更にタレット９１０に指示して適切な干渉対物レンズを入力光の光路に挿入させる。偏光解析測定の精度を上げるために、電子プロセッサは視野絞りの大きさをモータ駆動絞り９３０によって小さくして、オブジェクトの横方向に均質な小領域を分離することができる。偏光解析による特徴測定が完了した後、電子プロセッサ９７０は計測器を形状測定モードに切り替えて、適切な倍率を持つ干渉対物レンズを選択し、それに応じて視野絞りの大きさを調整することができる。上に説明したように、形状測定モードでは、例えばオブジェクトを構成する一つ以上の界面の形状の再構成を可能にする干渉信号を捕捉する。特に、以下に更に詳細に説明するように、偏光解析モードで求められる種々の材料の光学的特徴に関する情報を取得することにより、薄膜に関する計算形状を補正する、または補正しない場合にはプロファイルを歪ませることになる異種材料の効果を補正することができる。これについては、例えば「走査干渉法を使用した複雑な表面構造の形状測定」と題し、米国特許公開第２００４−０１８９９９９−Ａ１号として公開されており、かつ上の記述の中で参照することにより本明細書に組み込まれている米国特許出願第１０／７９５，５７９号を参照されたい。必要に応じて、電子プロセッサは開口絞り径をモータ駆動絞り９３２によって調整して、種々のモードのいずれかのモードにおける測定を向上させることができる。
【０１４１】
自動オブジェクトハンドリングシステム９６０に関連して使用される場合、測定手順は一連のサンプルに対して自動的に繰り返すことができる。この手法は、一つ以上の半導体処理工程をモニタリングする、検査する、そして／または最適化するといったような種々のプロセス制御方法に有用となり得る。
【０１４２】
例えば、システムを半導体プロセスに使用してツール固有のモニタリングを行なう、またはプロセスフロー自体を制御することができる。プロセスモニタリング用途では、単層膜／多層膜を該当するプロセスツールによって、パターンが形成されていないＳｉウェハ（モニタウェハ）に成長させ、堆積させ、Ｓｉウェハ（モニタウェハ）上で研磨し、またはエッチング除去し、続いて膜厚及び／又は光学特性をここに開示する干渉計システムを使用して（例えば、偏光解析モード、形状測定モード、または両方のモードを使用することにより）測定する。これらのモニタウェハの膜厚（及び／又は光学特性）の平均だけでなく、ウェハ内均一性を使用して関連するプロセスツールが目標仕様通り動作しているかどうかを、または当該ツールの目標を変更する、当該ツールを調整する、または生産ラインでの使用から外す必要があるかどうかを判断する。
【０１４３】
プロセス制御用途では、後出の単層膜／多層膜を該当するプロセスツールによって、パターニング済みのＳｉ量産用ウェハに成長させ、堆積させ、ウェハ上で研磨し、またはエッチング除去し、続いて膜厚及び／又は光学特性をここに開示する干渉計システムを使用して測定する（例えば、偏光解析モード、形状測定モード、または両方のモードを使用することにより）。プロセス制御に使用される生産ラインにおける測定は通常、小さな測定部位に対して行なわれ、かつ当該測定によって測定ツールを注目サンプル領域に位置合わせすることができる。この部位は多層膜積層構造（この積層構造自体がパターニングされている可能性がある）から成るので、関連する物理パラメータを抽出するために複雑な数学的モデル化操作を必要とする。プロセス制御測定によって、集積回路製造プロセスフローの安定性を判断し、そして集積化処理を継続させる、当該処理の目標を変更する、当該処理を他の設備で行なう、または完全に中止するべきかどうかを判断することができる。
【０１４４】
詳細には、例えばここに開示する干渉計システムを使用して次の設備をモニタリングすることができ、これらの設備として、拡散装置、高速熱アニール装置、化学気相成長装置（低圧及び高圧の両方）、誘電体エッチング装置、化学的機械研磨装置、プラズマ堆積装置、プラズマエッチング装置、リソグラフィトラック（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｔｒａｃｋ）システム、及びリソグラフィ露光装置を挙げることができる。更に、ここに開示する干渉計システムを使用して、トレンチ及び絶縁分離、トランジスタ形成だけでなく、層間誘電体形成（デュアルダマシンのような）に関するプロセスを制御することができる。
【０１４５】
異なるモードによる情報を合成する
干渉計システム１００の一つの革新的な特徴は、検査オブジェクトに関する情報を迅速かつ自動的に種々の測定モードに関して収集することができるだけでなく、一つの動作モードから求めた当該情報を使用して他の動作モードにおける測定の精度を上げることができることである。
【０１４６】
例えば、偏光解析動作モードになっている場合、電子プロセッサはオブジェクト（例えば、半導体ウェハ上で誘電体領域によって分離される銅配線）上の異なる位置に含まれる種々の材料の光学特性を求めることができる。このような場合においては、各材料に対して通常、個別の測定を行なう必要がある。一旦、これらの特性が明らかになると、オブジェクト表面によって反射される光が示す反射時の位相変化（ＰＣＯＲ）を計算することができる。形状測定解析の節で上に説明したように、これらの位相変化は材料に依存し、かつ形状測定に影響する。例えば、銅領域は、誘電体領域に対する銅領域の実際の位置よりも低く位置するように見える。しかしながら、偏光解析モードで求めた材料依存型の位相変化に関する情報を取得していることによって、電子プロセッサは形状マップを補正して真の表面形状を取得することができる。実際、所定の入射角及び波長に関する反射時の位相変化は、式（２０）のパラメータ
【０１４７】
【数２０】
2010101898.tif 000022
への影響因子として測定信号に影響する。例えば、パラメータ
【０１４８】
【数２１】
2010101898.tif 000023
に対する位相変化による影響は次式のように表わすことができる。
【０１４９】
【数２２】
2010101898.tif 000024
上式では、
【０１５０】
【数２３】
2010101898.tif 000025
は計測器の特性であり、
【０１５１】
【数２４】
2010101898.tif 000026
は、当該特定の測定位置における反射時の位相変化である。厚膜金属膜のようなバルク材料の場合、表面特性測定方法によって、例えば式（６）を使用して計算される屈折率が得られる。次に、電子プロセッサは、金属によって種々の入射角及び波長で反射される光に関する反射時の位相変化の値を、フレネル反射係数の複素引数を使用して計算することができる。表面構造が更に複雑である場合、式（８）のメリット関数を最適化することによって、構造の光学特性が得られる。次に、散乱行列法を用いて反射時の位相変化を入射角及び波長の関数として計算する。形状測定解析の節で上に説明したように、低開口数（ＮＡ）の干渉対物レンズが形状測定に使用される場合、反射時の位相変化の影響を補正するということは単に、表面高さから、計算位相変化を表面高さの計算に使用される波数で割った値を減算することになる（例えば、式（１６）に示すように）。高ＮＡの干渉対物レンズの場合、当該補正は干渉計をモデル化することにより行なわれる。当該モデルでは、種々の波長を持つ種々の点光源によって生成される干渉信号を、オブジェクト高さポイントｈ＝０に関する適切な重みを付けて合計する。合計干渉信号は、形状測定に使用するアルゴリズムと同じアルゴリズムで解析され、そして合計干渉信号によって有効高さｈ’が得られるが、有効高さｈ’は単に、反射時の位相変化を合成することによって発生する高さずれである。次に、値ｈ’を特定の表面構造に対応する位置の実験形状マップから減算する。
【０１５２】
別の例では、偏光解析モードにおける測定の精度は、オブジェクト表面が干渉対物レンズの光軸に垂直になる（すなわち、干渉対物レンズに対してオブジェクト表面が傾き、及び傾斜を持たない）場合に高くなる。測定精度を高くするこの操作は、電子プロセッサを形状モードに切り替え、そして部品の向きを調整しながら表面傾き、及び傾斜を繰り返し測定することにより行なうことができる。上に説明したように、手順は、モータ駆動傾き／傾斜ステージ９６０によって自動的に行なうことができ、このステージによって計測器を自己整合で位置合わせする。一旦、部品が正しく無効化されると、計測器は表面特性測定モード（例えば、偏光解析モードまたは反射率測定モード）に戻るように切り替わることができる。
【０１５３】
更に別の例では、形状測定モードを使用して上部層の表面粗さを測定することもできる。次に、この情報を表面の偏光解析モデルに取り込むことができる。同様に、上部表面の形状は膜の膜厚均一性に関する情報となることができる。この情報を使用して、測定領域を表面特性測定モードにおいて画定する視野絞りの大きさを最良の形で選択することができる。例えば、膜厚が規格上一定である小領域を選択したいと考えることができる。
【０１５４】
更に、干渉信号の一部分を選択して検査オブジェクトの該当する界面を分離する構成の実施形態では、膜の光学膜厚または物理膜厚（屈折率が既知の場合）を形状モードで測定することができる。次に、膜厚に関するこのアプリオリな情報は表面特性測定モードに転送することができ、そして偏光解析モデルの正確な推定値となることができる。
【０１５５】
狭帯域可変波長光源
更に別の実施形態では、図１のシステム１００の光源１０２は、電子プロセッサによって制御される可変波長単色光源に置き換えることができる。例えば、光源は可変波長レーザダイオード、または可変波長スペクトルフィルタ（例えば、単色光分光器、スペクトルフィルタホイール、または可変波長液晶フィルタ）を組み込んで可変波長スペクトル出力を生成する広帯域光源とすることができる。更に、基準ミラー１２２の位置を調整して、検査表面が干渉対物レンズの焦点に位置するときの検査光と基準光との間の光路長差がゼロにならないようにする。検出器１３４は、光源の波長を掃引するときに合成光によって生成される干渉パターンを記録する。この場合、干渉対物レンズに対するオブジェクトの機械運動は発生しない。基準ミラーの位置を調整し、そしてその結果、干渉計の検査脚と基準脚との間の光路長差がゼロにならないので、光源周波数を掃引することによって、各検出器要素の位置で測定される干渉信号が生成される。この干渉信号は「チャネルスペクトラム（ｃｈａｎｎｅｌ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）」と表記される場合がある。
【０１５６】
偏光解析モードで動作する場合（図１に示すように）、各検出器要素の位置で測定される干渉信号の強度は式（４）に対応する値となるが、「ｚ」が非ゼロの光路長差の場合に一定であり、かつ波数ｋが変化する点が異なる。解析の間、電子プロセッサは、波長によって変わる検査表面の複素反射率を、式（４）の中の干渉を表わす交差項から、上に示したものと同様の解析方法を使用して求める。例えば、各検出器要素の位置での干渉信号をフーリエ変換し、フィルタリングして、変換信号の内、交差項に対応する部分を選択し、次に逆フーリエ変換して波長に関する信号の振幅及び位相を導出することができる。次に、この振幅及び位相を偏光解析パラメータに、上に説明した方法と同様の方法で関連付けることができる。形状測定モードで動作する場合（図３に示すように）、本実施形態の干渉信号はフーリエ変換することができ、そして種々の検出器要素に渡って行なわれる変換における非ゼロ光路長差座標での位相の変化は、検査表面の形状の関連変化となることができる。フーリエ変換における他の座標に基づく情報を解析して形状情報を提供することもできる。
【０１５７】
従って、狭帯域可変波長光源を用いるこの実施形態は種々の動作モードで、かつ上に説明した種々の用途において動作することもできる。
更に別の実施形態
図１及び３に示す実施形態ではミラウ（Ｍｉｒａｕ）型の干渉対物レンズを用い、この場合、干渉対物レンズのビームスプリッタによって基準光を、検査光の光軸に沿って戻す方向に振り向ける。他の実施形態では、干渉計システム１００は図１及び３に示す干渉対物レンズではなく、マイケルソン型干渉対物レンズのような異なるタイプの干渉対物レンズを使用することができ、この場合、ビームスプリッタによって基準光を、検査光の光軸から遠ざかるように振り向ける（例えば、ビームスプリッタを入力光に対して４５度だけ傾け、検査光及び基準光が互いに対して直角に伝搬するようにする）。このような場合、基準表面を検査光の光路の外側に位置させることができる。
【０１５８】
別の実施形態では、干渉対物レンズはリニク式（Ｌｉｎｎｉｋ−ｔｙｐｅ）干渉対物レンズであり、この場合、ビームスプリッタは検査表面の対物レンズの手前に配置され（入力光に対して）、そしてビームスプリッタによって検査光及び基準光を異なる光路に沿って振り向ける。別の対物レンズを使用して基準光を基準レンズに集光させる。別の表現をすると、ビームスプリッタによって入力光を検査光及び基準光に分離し、次に別の対物レンズによって検査光及び基準光を該当する検査表面及び基準表面に集光する。理想的には、２つの対物レンズを互いに整合させて検査光及び基準光が同じ収差特性及び光路を持つようにする。
【０１５９】
更に別の干渉計構造を使用することもできる。例えば、システムは、検査サンプルを透過し、次に基準光と合成される検査光を収集するように構成することができる。このような実施形態では、例えばシステムは、２つの顕微鏡対物レンズを各脚に持つマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型干渉計を用いることができる。
【０１６０】
干渉計の光源は、ハロゲンバルブまたは金属ハロゲンランプのような、スペクトルバンドパスフィルタを持つ、または持たない白熱光源、広帯域レーザダイオード、発光ダイオード、同じタイプの、または異なるタイプの幾つかの光源を組み合わせた複合光源、アークランプ、可視スペクトル領域の光を放出する全ての光源、特に粗い表面を観察し、そして位相プロファイルの測定を行なうためのＩＲスペクトル領域の光を放出する全ての光源、及び特に横方向分解能を高めるためのＵＶスペクトル領域の光を放出する全ての光源の内のいずれかの光源とすることができる。広帯域用途では、光源は、平均波長の５％よりも広い、または更に好適には平均波長の１０％，２０％，３０％、或いは５０％よりも広い正味のスペクトル帯域を持つ。波長可変の狭帯域用途では、波長調整範囲は、広範囲の波長に渡る反射率情報を提供するために広い（可視光に関して５０ｎｍ超，１００ｎｍ超の範囲である、または２００ｎｍをも超える）ことが好ましく、スペクトル幅はいずれの特定の設定においても狭いことが好ましく、これによって、例えば分解能が１０ｎｍ，２ｎｍ，または１ｎｍ程度に小さくなるように分解能を最適化する。光源は、光源から放出される入力光のスペクトル範囲を広げるために一つ以上の拡散板を含むこともできる。
【０１６１】
更に、並進ステージ１５０のような、システムの種々の並進ステージは、圧電素子、ステッパーモータ、及びボイスコイルのいずれかにより駆動することができ、光路長変化を発生させるために、純粋な並進移動によるのではなく、光機械的に、または光電子的に（例えば、液晶、電気光学効果、歪み計測光ファイバ、及び回転波長板のいずれかを使用することにより）移動させることができ、屈曲マウントを備えるドライバ、及び機械ステージを備える全てのドライバのいずれか、例えばローラベアリングまたはエアベアリングによって駆動することができる。
【０１６２】
電子検出器は、光干渉パターンを空間分解能で測定する、マルチエレメントＣＣＤまたはＣＭＯＳ検出器のようないずれかのタイプの検出器とすることができる。
ソフトウェア
上に説明した解析ステップはコンピュータプログラムで標準のプログラミング技術を使用して実行することができる。このようなプログラムは、複数のプログラム可能なコンピュータ、または複数の専用設計集積回路で実行されるように構成され、これらのコンピュータまたは集積回路の各々は、電子プロセッサと、データ保存システム（メモリ及び／又は記憶素子を含む）と、少なくとも一つの入力デバイスと、そしてディスプレイまたはプリンタのような少なくとも一つの出力デバイスと、を備える。プログラムコードを入力データ（例えば、検出器からの画像）に適用して本明細書に説明する機能を実行し、そして出力情報（例えば、屈折率情報、膜厚測定値（群）、表面プロファイル（群）など）を生成し、出力情報は一つ以上の出力デバイスに送信される。このようなコンピュータプログラムの各々は、高位プロシージャ言語またはオブジェクト指向プログラミング言語、或いはアセンブリ言語またはマシン言語で実行することができる。更に、言語はコンパイル言語または解釈言語とすることができる。このようなコンピュータプログラムの各々は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体（例えば、ＣＤ  ＲＯＭまたは磁気ディスケット）に格納することができ、このコンピュータプログラムをコンピュータが読み取ると、コンピュータプログラムによってコンピュータのプロセッサは本明細書に記載する解析及び制御機能を実行することができる。
【０１６３】
本発明の多数の実施形態について説明してきた。しかしながら、種々の変更を本発明の技術思想及び技術範囲から逸脱しない範囲において加えることができることが理解できるであろう。
【符号の説明】
【０１６４】
１０２：広帯域光源；  １２２：基準表面；  １２２：検査電磁光線；  １２４：検査表面；  １２８：基準電磁光線；  １３４：マルチエレメント検出器；  １３６：光学系；  １５０：走査ステージ；
【図１】
2010101898.tif 000027
【図２】
2010101898.tif 000028
【図３】
2010101898.tif 000029
【図４】
2010101898.tif 000030
【図５】
2010101898.tif 000031
【図６】
2010101898.tif 000032
【図７】
2010101898.tif 000033
【図８】
2010101898.tif 000034
【図９】
2010101898.tif 000035