(57)【要約】  本出願は画像を記録するための新しい方法を開示する。本出願は、多くの科学分野及び技術分野における顕微鏡検査及び表面分析に関する。特に、本出願は、マイクロエレクトロニクス、すなわち、パターン化されていないウェハ、パターン化されたウェハ、及びフォトマスクで使用される表面の画像化及び検査に関する。本出願は、電気振幅を記録するという意味で、ホログラフィに関する。用途には、顕微鏡検査、欠陥検査、光波散乱計測、及び光学計測が含まれる。
2009535609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像平面で試験サンプルの光学的特性を収集する方法であって、
ビームを参照ビーム及び照明ビームに分割することと、
試験サンプルを前記照明ビームにさらすことと、
前記参照ビームと前記照明ビームとを再結合させることと、
画像データを１つ又は複数の画像センサで検出することと、
前記画像データから偏光、位相、及びパワーのポイントごとのマップを抽出することと
を含む方法。
【請求項２】
分割される前記ビームが完全には偏光していない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記画像が、２つの偏光状態の位相及び振幅を検出する振幅画像検出器で検出される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
検出することが、少なくとも１つの画像画素に対して少なくとも３つの光学パラメータを検出するカメラを使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記検出器が、少なくとも１つの画像画素に対して４つの光学パラメータを検出する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記検出器が、少なくとも１つの画像画素に対してストークス・ベクトルを含むデータを検出する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記検出器がオーバーサンプル型カメラであり、電気振幅が前記カメラで検出された画素ごとの変化から計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも２つの偏光画像が同じサンプルに対して記録され、ここで、前記サンプルの照明偏光が前記画像間で変わる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
測定データが画像の超解像処理のために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記測定データが、少なくとも２つの画像をより高い解像度をもつ１つの画像に組み合わせるために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記測定データが、前記サンプル上の少なくとも１つのフィーチャの幾何学的特性の測定のために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記測定データが、前記サンプル上のフィーチャの大きさの決定のために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記測定データが、前記サンプル上のフィーチャの形状の決定のために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記記録画像がデジタル的に記憶され、ここで、焦点位置が数値的に変えられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記測定データが、欠陥検査のために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記測定データが、欠陥の分類のために使用される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記測定されたパラメータ間の冗長性が雑音抑制のために使用される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
表面からの部分コヒーレント光に対して電磁気反射特性を計算するための方法であって、
前記部分コヒーレント・ビームを少なくとも２つの完全偏光ビームの重ね合わせによって表すことと、
前記完全偏光ビームの各々に対して前記反射ビームを計算することと、
前記少なくとも２つのビームをインコヒーレントに加えることと
を含む方法。
【請求項１９】
２つの偏光状態の位相及び振幅で表面の画像を記録するための開口であって、
光源と、
ビーム・スプリッタと、
参照及び測定ビームをもつ干渉計と、
ビーム・コンバイナと、
偏光カメラと
を含む開口。
【請求項２０】
前記試験ビームと前記測定ビームの少なくとも一方の光が、完全には偏光していない、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
［図７及び８］前記ビームを再結合する前に前記参照ビーム及び前記照明ビームに異なる偏光状態を誘起することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
異なる偏光状態が、前記再結合されたビームの結果として前記ビーム間の位相差を符号化する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
［図７及び９］前記再結合されたビームを少なくとも第１の分割ビーム及び第２の分割ビームに分割することと、前記分割ビームに異なる偏光状態を誘起することとをさらに含む、請求項１又は２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記分割ビームの偏光状態の位相及びパワーの個別の同時決定をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記参照ビームを複数回変化させることと、前記変化した参照ビームに対して前記同時決定を実行することとをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも４つの分割ビームが生成され、前記分割ビームの偏光状態の位相及びパワーの個別の同時決定をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００６年４月２８日に出願し、本出願と実質的に同じ名称をもち、発明者（米国用途用）としてＴｏｒｂｊｏｒｎ  Ｓａｎｄｓｔｒｏｍを指定する米国特許仮出願第６０／７９６１７９号の優先権及び利益を主張するものである。この仮出願は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は画像を記録するための新しい方法を開示する。本出願は、多くの科学分野及び技術分野における顕微鏡検査及び表面分析に関する。特に、本出願は、マイクロエレクトロニクス、すなわちパターン化されていないウェハ、パターン化されたウェハ、及びフォトマスクで使用される表面の画像化及び検査に関する。本出願は、電気振幅を記録するという意味で、ホログラフィに関する。用途には、顕微鏡検査、欠陥検査、光波散乱計測、及び光学計測が含まれる。
【背景技術】
【０００３】
この仕事は干渉測定、例えば白色干渉測定に改良を加え、インターフェログラム間に位相シフトをもつ連続したインターフェログラムを使用して表面反射係数の位相及び大きさの両方を含む画像を構成する（参考文献：Ｊａｍｅｓ  Ｗｙａｎｔによる特許）。この仕事は偏光解析法にも改善を加え、偏光の２つの状態の間の相対的大きさ及び位相が測定され、サンプルの表面特性が表面の光学モデルから推定される（参考文献：ＨＤＩによる特許、Ａｚｚａｍ及びＢＡｓｈａｒａによる書物）。最後に、この仕事はダイレクト・ツー・デジタル・ホログラフィに改善を加え、ある区域にわたって反射された又は透過した光の絶対位相及び振幅が単一の画像に記録される。さらに、この仕事は光波散乱計測にも改善を加え、偏光、入射角、及び／又は波長による反射の変化を使用して、幾何学的パラメータを微細構造のモデルに当てはめ、このようにして微細構造の大きさ又は形状を決定する。
【０００４】
通常の光学画像化では、光の強度が記録される。この強度は、電界の大きさすなわち振幅の自乗である。
Ｉ（ｘ，ｙ）＝｜Ｅ（ｘ，ｙ）｜２    （１）
しかし、電界は位相も有し、その位相は検出器で失われる。一般の場合、電界は２つの偏光Ｐ１及びＰ２（又は時にはｐ及びｓと呼ばれる）も有し、２つの偏光は一般に直線偏光にされており、ｘｙｚが直交座標系であり、ｚが伝搬の局所的方向であるときｘ軸及びｙ軸に平行な電界をもつ。したがって、強度しか記録されない場合、我々は画像中の実際の電界に関する知識を極めてわずかしか有しない。
｜Ｅｐ１（ｘ，ｙ）｜２＋｜Ｅｐ２（ｘ，ｙ）｜２＝Ｉ（ｘ，ｙ）    （２）
のみしか分からない。画像は、表面の光学的特性の分析で使用するためにしばしば記録される。強度の情報しか記録されないので、分析の能力は限定される。これがいわゆる逆画像化問題の主題であり、画像だけが示すものを超えて表面特性を分析するために１つ又はいくつかの画像が先験的知識と結合される。一般に、多くの物体は強度の画像から逆に復元することができるが、それはそれらが同じ強度の画像を与えるからであり、ある物体は統計的特性又は先験的知識に基づいて、別の物体よりもありそうなものとして選ばれなければならない。これは、写真技術及び顕微鏡検査の始まり以来、ほとんどの画像化及び写真技術が機能する方法であった。しかし、より多くの位相及び振幅情報を画像平面に記録することができれば、より完全な分析が可能であろう。
【０００５】
いわゆる位相ステッピング干渉計では、多数のインターフェログラムが画像間の参照ビームの既知の位相シフトで記録される。画像の組を使用して光位相の変化、すなわち光路長の変化を計算し、それが表面の高さマップをもたらす。位相ステッピング干渉法の一種である白色光干渉法では、広い波長範囲が干渉計で使用され、試験及び参照ビームの正確に等しい経路長の条件を確立し、それによって干渉計の多数の解決策で問題を解決することができる。白色光干渉計はカメラを備えた通常の顕微鏡のように見える。分析後に、白色光干渉計に役立つコンピュータが通常の顕微鏡画像と同様の１つの画像と、光位相又は表面の高さである別の画像を出力する。後者のものは、単一デジットナノメートル又はそれよりも良好な解像度を有する。本質的には、位相ステッピング干渉計及び白色光干渉計は、一連の画像からの電界の大きさ及び位相を記録する。位相ステッピング干渉計及び白色光干渉計は正確な高さ計量に好適である。
【０００６】
より多くの情報を取り込む別の方法は偏光解析法によるものである。偏光解析法では、光ビームは、通常高い入射角度で表面から反射される。入射ビームは既知の方法で偏光され、一般に入射面に対して４５度の偏光方向をもつ直線偏光を有する。表面は、入射面に平行に偏光された光（「ｐ」）と垂直に偏光された光（「ｓ」）にそれぞれ影響を及ぼす。反射ポイントで、ビームはｐビームとｓビームとに分割されると想像することができる。それらは異なる減衰及び位相遅延で反射され、直ちに再結合されて入射の偏光と異なる偏光を与える。前後の偏光を測定し、その２つを比較することによって、ｐビームとｓビームとの間の振幅及び位相の差を決定することができるができる。表面の光学モデルとの比較によって、表面の２つの選択されたパラメータ、しばしば表面皮膜の厚さ及び屈折率を決定することができる。偏光解析法は、偏光化システムを画像化光学装置と組み合わせることによって画像を生成することもできる。情報搬送量として同じ光ビームの２つの成分間の差異を使用することによって、偏光解析法は低いノイズを有し、小さい表面変化に非常に敏感である。
【０００７】
第３の背景の技術はいわゆるダイレクト・ツー・デジタル・ホログラフィＤＤＨである。顕微鏡からの画像は、画像検出器上で、画像からの光とコヒーレントな参照ブランケット照明ビームによって重ね合わせられる。参照ビームは画像からの光からの角度オフセットを有し、高密度の縞パターンがセンサ上に生成される。縞のコントラストは画像中の電界の大きさを与え、縞の配置は電界の位相を与える。したがって、位相ステッピング干渉計におけるように大きさ及び位相の両方をもつ画像を計算することができるが、それは単一の記録画像から計算される。ＤＤＨは、速いという利点を有する。単一の露光が各幾何学的位置で必要とされる場合、ＤＤＨは欠陥に関して大きい表面をスキャンするのに好適である。検出される欠陥は、通常の顕微鏡画像では見えないことがある。したがって、ＤＤＨは、欠陥検査用、特にｚ方向に延びる欠陥用に明視野像又は暗視野像への補完として使用することができる。
【０００８】
これらの３つの背景の技法に共通するものは、それらがサンプルによって反射又はそれを透過した電界に関する情報を抽出するが、完全な情報のうちの一部だけを抽出することである。偏光解析法は偏光間の差異を調べ、位相ステッピング及びＤＤＨは、２つの偏光の平均の位相及び大きさを調べる。
【０００９】
単一の機器で同時により多くの情報を収集する機会が生じる。より良好でより完全な光学分析構成要素及びシステムをもたらすことができる。
【実施例】
【００１０】
以下の詳細な説明は図を参照しながらなされる。好ましい実施例は、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するのではなく、本発明を例証するために説明される。当業者は、以下の説明に関して様々な等価な変形を認識されよう。
【００１１】
本発明者らは、２つの偏光の位相及び大きさの両方を記録することによって、表面及び他の物体を分析するための方法及び装置をいくつかの実施例と共に発明することによって、画像科学にさらなる一歩をもたらした。本発明者らは、そのような画像技術が、特に、光の波長と比較して小さい構造をもつ表面、例えば、マイクロ電子デバイス、マイクロ光デバイス、ナノサイズ構造、及びフォトマスクを備えるウェハに大きな有用性を有するであろうことを確信する。
【００１２】
両方の偏光状態の位相及び大きさを合焦によって記録することができる場合、第３の（近接場）電界成分を計算することができる。光は数値的に光学装置を通って後方伝搬することができ、物体の特性を非常に詳細に決定することができる。これは逆問題を非常に簡単にし、光学機器の表面分析能力を著しく高めることになる。他の利点は、振幅画像及び位相画像を解像度の向上のためにより効率的に処理できるということ、及び開口合成法を使用して実際の画像化レンズの開口数の限界を超える解像度をもつ画像を計算できることであるということを本発明者らは確信する。
【００１３】
本発明者らは、光の強度ではなく完全な複素電界振幅を記録する新しいタイプのカメラを開示する。ホログラムは振幅を記録することが知られているが、ただし不完全であり、ホログラムは電界ベクトル、すなわち偏光の方向を記録せず、正の界方向と負の界方向との間を分離しない。開示する技術は、ポイントごとの強度、偏光、及び位相をもつ完全又は部分的にコヒーレントで完全に又は部分的に偏光した画像を、又は異なる表現では、２つの偏光状態のポイントごとの振幅及び位相を記録する。
【００１４】
画像は、物体又は試験サンプルの特性について知る目的でたいてい常に記録される。通常の強度の画像では、情報の多く、すなわち位相と電界の方向とが失われ、サンプルの分析は限定される。物体についてそれの画像からより多くを知る方法に関する膨大な文献が存在し、キーワードは「逆散乱」、「逆画像化」、「超解像」、「モデルに基づいた分析」、「光波散乱計測」である。光学装置及びレーダー技術における分析能力には大きな差があり、それは、レーダーでは電界Ｅが記録されるが、光学装置では、通常、電界の絶対値の自乗｜Ｅ｜２しか分からないからである。
【００１５】
本発明者は、本出願で説明する方法を用いて、レーダー分析の方法、例えば開口合成が光学装置で使用できることを確信する。さらに、失われた情報の回復に関する全てである完全逆問題は、情報の多くが最初に失われなかった場合、解決するのはより容易である。多くの重要な技術的応用が逆問題に関して存在し、それらは、パターン化されたウェハ及びパターン化されていないウェハ、フォトマスク、及びフラットパネル・デバイスの欠陥検査、並びにマイクロエレクトロニクス、生物学、及び材料科学における光の波長の近傍及びそれ未満の構造の分析である。
【００１６】
光の表現
この開示では、偏光の用語を使用することが必要である。関連する性質及びそれらの関係についての簡単な導入を以下で扱う。偏光が説明されている多くのテキストが存在する。本発明者は、Ｓｅｒｇｅ  Ｈｕａｒｄ、Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ、Ｗｉｌｅｙ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９９７年の用語に従おうとしている。
【００１７】
準単色の完全偏光ビームは、ジョーンズ・ベクトルと呼ばれる複素列ベクトルの
【数１】
2009535609.tif 000003
によって表すことができる。部分偏光光では、これは２つの列をもつジョーンズ界行列に一般化することができ、２つの列の各々は通常のジョーンズ・ベクトルであり、各列は偏光の２つの直交する「純粋な」状態の長さを表す。
【００１８】
【数２】
2009535609.tif 000004
構成要素、例えば偏光子、リターダー、回転、又は単なる時間遅延によるビームへの影響は、複素ジョーンズ行列（ジョーンズ界行列と異なる）による乗算によって表される。
Ｅｏ＝ＪＥｉ
【００１９】
【数３】
2009535609.tif 000005
【００２０】
代替表現は、ビームが異なる偏光平面に対して分析される場合に、強度に基づく４×１実列ストークス・ベクトルである。ジョーンズ・ベクトル又は界行列とは対照的に、ストークス・ベクトルは光の位相を与えない。
【００２１】
【数４】
2009535609.tif 000006
構成要素の影響は、４×４実ミュラー行列Ｍによる乗算によって表される。
Ｓｏ＝ＭＳｉ
【００２２】
第３の表現は、界成分間の時間平均として定義されたコヒーレンス行列シータである。コヒーレンス行列は、簡単な方法でストークス・ベクトルと関連づけられる。
【００２３】
【数５】
2009535609.tif 000007
【００２４】
構成要素のコヒーレンス行列への影響は等式の
Γｏ＝ＪΓｉＪ＊
によって表される。ここで、Ｊはジョーンズ行列である。このように、異なる表現、さらにいくつかは互いに変換することができる。この目的のために、ジョーンズ界行列は、ストークス・ベクトル及びコヒーレンス行列のように部分偏光ビームを表すことができ、ストークス及びコヒーレンス行列形式で失われるビームの位相を保持するので、本発明者らはジョーンズ界行列が最も適することを見いだした。（本発明者はジョーンズ界行列については言及せず、それは、Ｈｕａｒｄの３１頁の等式（３５）と、２つの直交する（抽象的な又は数学的な意味で）偏光が干渉しないということとから暗黙のうちに得られる。恐らく、これはジョーンズ界行列が説明される最初のものである。）
【００２５】
偏光ビーム又は部分偏光ビームについて確立した表現がないことは、位相及びパワーを含めて偏光を定量化する機器がないという事実と合致する。位相を適切なものにするには、位相基準が必要である。画像では、それは画像の平均位相又は位相が分かっているポイントでの位相とすることができる。絶対位相が重要性を有するのは差動測定においてのみあるが、画像は差動測定と見なすことができる。
【００２６】
「実施例１〜８」
図１は、試験サンプルの偏光特性及び位相特性並びにそれらが表面の端から端までどのように変わるかを測定するためのシステムを示し、例えば、共通の位相及び振幅基準をもつ表面上の場所ごとのジョーンズ行列が、電子振幅画像センサ１０６を使用してポイントごとのパワー、偏光、及び位相を記録する。光源１０２は、一般に完全には偏光していない任意の光源とすることができる。それは、エキシマレーザ又は固体レーザのようにパルス化されていてもよいし、連続的でもよい。光源は高いコヒーレンスを有することもあれば低いコヒーレンスを有することもある。試験サンプル１０４は光源によって照明される。それは一般に反射又は透過モードのいずれかにおける表面である。２種類の電子振幅画像センサが図８、９に示される。計算モジュール１１０は、画像センサから１つ又は複数のサンプリングで収集されたデータを入力として取得する。それは、画素の偏光、パワー、及び位相データをもつビットマップを出力する。ジョーンズ行列は電界の属性を表す有用な例である。収集したデータを変換するための例示の計算が以下で示される。
【００２７】
図２は、サンプル、例えば表面に関する光学的又は物理的なパラメータのマップを図１のシステムを使用することによって決定するためのシステム、及びそのような特性を反射された又は透過した光の偏光特性及び位相特性に関連づける表面の光学モデルを示す。コメル（ｃｏｍｅｌ）は明示的にも暗黙的にもすることができ、それはルックアップ・テーブル又はライブラリからなることができる。試験物体の光学モデル２１２は、高さ、層厚、トポグラフィ、微細構造の幅／密度／配置／形状、複屈折、組成、表面の性質、欠陥などに関する試験物体のマップである。それは、表面の偏光マップを考慮すれば、表面が何であるはずかについての物理的説明である。
【００２８】
図３は、サンプル上の異常を見いだすための図１に基づいたシステムを示し、測定された偏光及び位相のマップが予想値又は予想マップと比較され、差異が１つ又はいくつかのタイプの異常、例えばウェハ又はフォトマスク・パターンの欠陥に分類される。１つのステージ３１２で、予想されるものを実際のものと比較することによって欠陥を探す。差異のマップが分類される３１４。分類された欠陥のリストは最終決定にかけられる３１６。
【００２９】
図４は、表面又は他の２Ｄ物体の超解像画像を記録するためのシステムを示す。超解像は、明確には分かり得ない物体の特性を識別する画像処理の一種である。位相情報を含む振幅画像が記録され、例えば、超解像機能による逆畳み込みによって、又は物体がクロム中のパターンであるという知見のような先験的な知識を使用してサンプルのパラメトリック・モデルを当てはめることによって、超解像用フィルタが、振幅画像に適用される４１２。それは、向上した解像度をもつ試験物体のマップを生成する４１４。
【００３０】
図５は合成開口画像化用のシステムを示し、異なる照明方向をもついくつかの振幅画像が振幅領域で記録され加えられ５１２、それによってより大きい開口からの画像に対応する組合せ振幅画像が形成される。レーダーでは、これは合成開口と呼ばれる。本実施例は、物理的な開口限界よりも良好な解像度をもつ画像を生成する。異なる角度で得られた画像からの合成開口の構築が図１７に示される。
【００３１】
図６は、試験サンプルのフィーチャの形状及び他のパラメータを決定するためのシステムを示す６１２。これは、測定された位相及び偏光データをフィーチャの電磁気モデル又は光学モデルに当てはめることによって、例えば、所望のパラメータの関数として電磁気モデルの出力データ間の一致を反復して探すことによって、又は同じ出力データ対検討対象パラメータについて前もって計算されたデータのライブラリと比較することによる。図１６の流れ図でさらなる説明が行われる。
【００３２】
図７は、試験サンプルの形状及び他のパラメータを決定する７１２ためのより強力なシステムである。このシステムは、図６に関連して説明した方法を使用する。又、変化する照明、入射角若しくはサンプルでの角度広がり、コヒーレンス、偏光若しくは照明入力範囲にわたる偏光変化、波長若しくは波長範囲、又は他のパラメータのいずれかの組合せをもつ多数の振幅画像及び位相画像の記録に由来する追加の情報で試験サンプルの形状及び他のパラメータを決定する７１２。
【００３３】
図８は、画像中のパワー、偏光、及び位相を含めて振幅を記録する方法を示す。好ましくは完全には偏光していない光源１０２がビーム・スプリッタ８１２によって分割され、単純なミラーなどの参照表面８１４及び試験表面８１５に対して処理される。ビームはビーム・コンバイナ８１６によって再結合される。第２のビーム・スプリッタ８２２。一連の偏光フィルタＭａ〜Ｍｄ８２４は分割ビームの脚部を処理する。フィルタ処理の後、分割ビームは検出される８２６。
【００３４】
この方法は、ポイントごとに物体の出口平面のパワー、偏光、及び位相を含む画像が生成されるように画像化と組み合わせることができる。いくつかの等価な表現があり、それらはジョーンズ行列又はミュラー行列にサンプルの位相を加えたもの、ジョーンズ・ベクトル、位相を備えたストークス・ベクトル、位相を備えたコヒーレンス行列、又はサンプルを出る光のパワー、偏光、及び位相である。これらは、Ｓｅｒｇｅ  ＨｕａｒｄのＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｌｉｇｈｔ及び他のテキストで説明されているように互いに変換することができる。しかし、偏光の処理の際、光ビームの記述で位相及び時にはパワーを除外するのが通例である。これらは、ここでは測定されサンプルの分析で使用される。
【００３５】
代わりに、ＲＧＢ検出器アレイのように、隣接する画素上に偏光フィルタ８２４を配置することができ、その結果、１つの検出器アレイしか必要とされない。検出器アレイは、多数の画素が画像の単一の分割された部分に当てはまるように最高のサンプリングをすることができる。
【００３６】
入射ビームは干渉計内で偏光ビーム・スプリッタによって分割され、ビームの一方は試験サンプルから振幅変化及び位相変化を受け、それはジョーンズ行列Ｊｔによって表され、ジョーンズ行列Ｊｒは参照ビームにおける光学装置の作用である。
【００３７】
ビームはストークス・ベクトル・アナライザによって再結合されかつ分析され、ここで、振幅分析の部分は４つの光検出器ＤａからＤｄと、ビーム・スプリッタＢＳ２及びミュラー行列ＭａからＭｄによって表される偏光分割ネットワークとを使用する。振幅ストークス・ベクトル・アナライザの部分の説明は、Ｒ．Ｍ．Ａ．Ａｚｚａｍ「Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｏｆ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ」（ａｐｐｒｏｘ、１９８０年）による刊行物で見いだすことができる。入力ビームは好ましくは完全には偏光しておらず、偏光分析ＰＡによって分析されるストークス・ベクトルは入射ビームが完全には偏光していないので４つの自由パラメータを有し、サンプルによって生成された光のジョーンズ・ベクトルをそれらのパラメータから決定することができる。
【００３８】
図８の方式が画像化システムと組み合わされ、４つの検出器が画像センサ、例えばＣＣＤカメラである場合、この方法はサンプルの画像を生成することになり、各ポイントは位相及びパワーが共に既知である既知のジョーンズ・ベクトルを有する。ジョーンズ・ベクトルを使用してサンプルのポイントごとのジョーンズ行列を計算することができる。２つの要素は直接導き出すことができ、他の２つは異なる入力偏光又はビーム・スプリッタ設定を用いた追加の測定が必要である。
【００３９】
図９は、２つの偏光の振幅画像を同時に記録し、それによって画像ポイントごとにジョーンズ・ベクトルを記録するいわゆるダイレクト・ツー・デジタル・ホログラフィ（ＤＤＨ）画像法の開発を示す。通常のＤＤＨ法と比べて、第２の参照チャネル９０６、９０８が画像センサ上に異なる入射角で加えられ、その結果、第２の組の縞が生成される。各参照ビーム９１２、９１３は、サンプルの画像にそれ自体の偏光状態でのみ縞を生成し、２つの参照ビームが相補的な偏光、例えばｘ及びｙ直線偏光又は左及び右円偏光を有する場合、完全ジョーンズ・ベクトルが再符号化されることになる。異なる経路のために２つの偏光間に未知の絶対位相差があるはずであり、それは、例えば、偏光状態間で差がないことが分かっているサンプル又はサンプルの区域を調べることによって独立して決定されなければならない。
【００４０】
図９Ａはこの方法を実施するセットアップを示し、図９Ｂは画像強度画像センサから見た同じセットアップを示す。試験表面９１０は試験ビーム９１４を生成する。画像センサ９１６はビームをサンプリングする。結果が計算される９２０。参照ビームのジョーンズ行列は光システムの遅延及び減衰を表し、一方、Ｊｔはサンプルのジョーンズ行列である。図９Ｂは、３つのビームが中心経路からｘ及びｙ方向の両方に変位されるか又は傾けられることを示す。
【００４１】
各記録からより多くの情報又はより多くの冗長性をもたらすためにより多くの参照ビームを付け加えることができる。その条件はそれらが互いに干渉しないことであり、例えば、それらが異なる波長を有するか又はパルスシステムにおいてセンサに達する時間が異なる場合である。物体の全ての分割された部分に細い縞を分割する必要があるので、図９の画像センサはオーバーサンプルされる。位相及び振幅は、センサ上の照明の画素ごとの差を処理することによって計算される。
【００４２】
図１０〜１２は、単一の記録で再符号化を行う図８及び９とは対照的に、多数の記録露光によってジョーンズ行列を決定する方法を示す。この方法は干渉計ＰＩ及び偏光アナライザＰＡを使用する。記録間で、１つのパラメータが変えられ、図はいくつかの実施例を示す。
【００４３】
図１０は干渉計中の参照ビームを変えており、例えば位相ステッピングである。参照表面１０１４の単純な変化が距離を変える。代わりに、偏光表面を回転することができる。参照ビームを変化させることによって、偏光フィルタ１０２４及び検出器１０２６の数を減少させることができる。
【００４４】
図１１は照明用光源１１０２の特性、例えば波長又は偏光を変化させる。異なる設定の照明器又は画像システムで２つ以上の測定又は記録を行うことによって、より多くの情報を逆転法によって表面から抽出することができる。識別の能力が増加し、誤りの解のリスクが低減する。
【００４５】
図１２は偏光アナライザ８２０中で分析される状態を変化させる。例えば、会社Ｈｉｎｄｓから入手可能な光弾性変調器を超音波で励起して偏光を変化させることができる。（この手法は、図１０又は１１に同様に適用することができる。）可変構成要素はビーム・スプリッタの前又は後に配置することができ、又はフィルタ１０２４に組み込むことができる。
【００４６】
図１３は、サンプル表面のジョーンズ行列の両方の対角要素が大きさ及び位相を変化させる場合にある例示の実施例（図８）で検出されるストークス・ベクトルの測定成分（シミュレートされた）を示す。ｘ軸１３０１はストークス・ベクトルのｓ１要素を表す。ｙ軸１３０２は第２のｓ２要素である。十字形及び中心円１３０３はｓ３及びｓ４をプロットする。円形の印（１３２０）はＳ１及びＳ２用であり、星形（１３１０）はＳ３及びＳ４用である。４つのパラメータ全てを使用することよって、対角要素を明確に決定することができる。
【００４７】
図１４は、ジョーンズ行列の両方の対角要素が大きさ及び位相を変化させる場合に別の例示の実施例（異なるビーム・スプリッタ）で検出されるストークス・ベクトルの測定成分（シミュレートされた）を示す。円形の印はＳ１及びＳ２用であり、星形はＳ３及びＳ４用である。
【００４８】
図１５は、入射照明用の光学顕微鏡を示す。顕微鏡は、リンニク干渉計及び参照脚部の参照ミラーで構築される。光源は部分偏光又は非偏光であり、ビーム・スプリッタは弱い偏光のものである。したがって、サンプル及び参照表面から反射された光は共に部分偏光しており、以下で説明するように部分偏光ビームとして干渉する。検出器は、図８又は９で説明したような偏光カメラとすることができる。画像は、デジタル・コンピュータで記録され、処理され、記憶される。画像は、全ての画素で電界の２つの方向について位相及び振幅をもつビットマップとして記憶される。したがって、画像は数値的に前方及び後方に伝搬することができ、すなわち、画像が記録された後で画像の焦点を変更することができる。画像は例えば電子メールによって送信することができ、受信者は焦点を表面の端から端まで走査し、局所電界を電磁気モデルによってシミュレートされたものと比較することができる。完全ジョーンズ行列を２つ以上の測定値から画素ごとに計算することもできる。分析は全ての画素で同一とすることができ、或いは一部の画素は位相及び振幅又はジョーンズ行列情報を有することができる。完全な分析は、１、２、４、１６、６４、２５６或いはそれ以上に番号付けしてピクセルの小さいサブセットで行うことができる。
【００４９】
代わりに、例えば、周期構造に関する調査のためなどで、画像のフーリエ変換を、さらに２つの偏光の位相及び大きさと共に又は画素ごとの完全ジョーンズ行列と共に記録できる。バートランド・レンズはこの目的のために含まれる。完全な電界振幅をもつ画像は記録され、数値的に開口平面に変換することができ、又はバートランド・レンズによって開口平面に記録され、数値的に画像又は物体平面に変換することができる。
【００５０】
図１６は、表面のパラメータを逆決定するための手順を示す図である。
【００５１】
部分偏光型干渉計のモデル化
下記は、部分コヒーレンス干渉の計算をどのように行うことができるかの例である。入射ビームはストークス・ベクトルＳｉｎによって特徴づけられる。ビームは、互いにインコヒーレントな２つのビームＳｉｎ，１及びＳｉｎ，２の重ね合わせとして説明することができる。各ビームは、次に説明するジョーンズ・ビーム行列に変換することができる。通常は、光ビームは、２要素複素列ベクトル、すなわちジョーンズ・ベクトルＥによって表される。
【００５２】
【数６】
2009535609.tif 000008
【００５３】
システムに入力されるジョーンズ・ベクトルＥｉｎは、２×２複素行列、すなわちジョーンズ行列Ｊによる左乗算（ｌｅｆｔ  ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ）によって出力ジョーンズ・ベクトルＥｏｕｔに変換される。ジョーンズ行列は任意の非偏光システムを表すことができる。
【００５４】
【数７】
2009535609.tif 000009
及び
Ｅｏｕｔ＝ＪＥｉｎ
【００５５】
ジョーンズ・ベクトルは完全偏光光ビームだけを表しうる。自然界及び多くの機器における大部分の光ビームは単に部分的に偏光しており、しばしば完全に非偏光である。これらには、通常ストークス・ベクトル形式が使用され、時にはコヒーレンス行列の等価形態で使用される。開示したいくつかの例示の実施例のように、部分偏光ビームは分割され、変換され、再結合される場合、前述のジョーンズの式は不十分である。ストークス・ベクトル形式も２つの干渉ビームの絶対位相を表現する方法をもたないので不十分である。したがって、発明者らはそのような機器を分析する方法を説明する。
【００５６】
ストークスによる等価定理は、任意のビームの偏光は、さらに部分偏光も、２つの部分ビームの重ね合わせによって表すことができることを述べている（Ｂｒｏｓｓｅａｕの３．１．６．４を参照）。多くの別の重ね合わせがあり、等価定理はそれらが偏光−光学的特性において等価であることを述べている。
【００５７】
【数８】
2009535609.tif 000010
【００５８】
等価定理が有効であるために、いくつかの一般的な仮定はほとんど全ての実用的な場合に存在するので、それらは満たされる必要がある。互いにわずかに異なる周波数を有し、それによって任意のかなりの測定時間にわたって電気ベクトルの瞬間干渉を平均化するような２つの部分ビームを考えることができる。
【００５９】
特別な場合は、任意の部分偏光ビームが光の１つの非偏光ビーム及び１つの完全偏光ビームによる重ね合わせとすることができる場合である。別の特別な場合は完全偏光ビームへの分解である。ジョーンズ形式を使用することができる２つの完全偏光ビームへの無数の分解が可能である。１つの特別な場合は２つの直交偏光への分解であり、すなわち、それらはポアンカレ球で直径の反対側であり、物理的にそれらは主軸に垂直で電界ベクトルの回転方向が反対の同じ楕円率を有する。一般に、それらは強度が等しくないであろう。それらが等しい強度である場合、重ね合わせは非偏光となり、それらのどちらかがゼロの強度である場合、重ね合わせは完全偏光となる。
【００６０】
ストークス・ベクトルＳをもつ一般的なビームは、
【数９】
2009535609.tif 000011
のように２つの完全で直交する偏光ビームに分解することができ、ここで、Ｐは偏光度の
【数１０】
2009535609.tif 000012
である。完全偏光部分ビームはジョーンズ・ベクトルＥ’及びＥ”によって表され、システムの構成要素のジョーンズ行列と相互作用させられる。それらが後で再結合される場合、ジョーンズ・ベクトルが加えられ、干渉が生成される。完全偏光のストークス・ベクトルからジョーンズ・ベクトルへの変換は、Ｈａｕｇｅらの付録Ａで与えられている。
【００６１】
【数１１】
2009535609.tif 000013
【００６２】
最後に、出力ジョーンズ・ベクトルは、個々にストークス・ベクトルに変換し、インコヒーレントに加えることができ、すなわち、ストークス・ベクトルが加えられる。このようにして、部分偏光ビームへの干渉計による作用を見いだすことができる。
【００６３】
２つの状態が同じ光学装置を通って伝搬するので、展開すると２×２複素行列になる２×１行ベクトルで２つのジョーンズ・ベクトルを収集するのが便利である。発明者らは、それをジョーンズ・ビーム行列ＥＥと呼ぶこととした。
【００６４】
【数１２】
2009535609.tif 000014
伝搬はジョーンズ・ベクトルのものと同じ式に従うが、入力及び出力はジョーンズ・ビーム行列である。
ＥＥｏｕｔ＝ＪＥＥｉｎ
【００６５】
ジョーンズ・ビーム行列はそれで各部分ビームの絶対位相を伝え、ビーム間の干渉は分析することが可能となる。得られるジョーンズ・ビーム行列は、部分的に偏光できるストークス・ベクトルに再変換することができる。
【００６６】
【数１３】
2009535609.tif 000015
【００６７】
前述のモデルは、部分偏光光を使用する干渉計をモデル化し、任意の内部状態を出力ストークス・ベクトルに接続するのを可能にする。出力ストークス・ベクトルは、４つの自由度、すなわち基本測定ごとの４つのストークス・パラメータを測定するストークス偏光計で測定することができる。例示の実施例では、仮定する表面のモデルを使用して出力ストークス・ベクトルを計算する。測定されたストークス・ベクトルが計算されたものと異なる場合、表面に関する仮定はよりよい一致を得るために変更される。表面のモデルの非線形フィッティングが測定ストークス・ベクトルと一致する計算ストークス・ベクトルを生成した場合、仮定した表面パラメータは記録され、表面パラメータの測定値として使用される。その手順は、表面の画像において一様ビームで又は画素ごとの方法で行うことができる。
【００６８】
局所ジョーンズ行列の測定
表面からの完全偏光反射ビームは、４つの自由パラメータ、すなわち、２つの垂直の方向、例えばｘ及びｙの位相及び大きさを有する。しかし、表面は、一般に、４つの複素要素をもつジョーンズ行列によって表される。したがって、単一の測定が表面の特性の全てを決定することはできない。表面をより完全に特性評価するために、異なる入力偏光のいくつかの測定を行う必要がある。１９４８年にＣｌａｒｋ  Ｊｏｎｅｓよって提案された１つの明示的な手順（Ｂｒｏｓｓｅａｕを参照）は、いくつかの入射ビーム及びそれらの各々に対する偏光楕円の測定を使用する。
【００６９】
同じことを行う最新の方法は、前述のような機器のモデルを作り、いくつかの入力状態の偏光の反射状態を測定し、次に、モデル化された反射光と測定値の組との間の一致の非線形最適化を、表面のジョーンズ行列の要素を調整することによって行うことである。明示的な手順は計算的に速いが、非線形最適化は計測でのさらに多くの自由度を可能にする。特に、それは、測定当たりより多くの自由パラメータを抽出し、したがって、より小さい組の入射状態で表面のジョーンズ行列を決定する能力を有する説明した方法に一層適する。
【００７０】
古典的な偏光解析法の文献は、サンプル上の一様区域の特性を測定する一様ビームを扱っている。これは、サンプル区域がパターニングされているが、パターンが分割されていない光波散乱計測にも当てはまる。本開示の一対象は、偏光計法を使用して表面のより完全な画像を抽出し、それによって識別の能力を改善し、表面及びその上の構造の物理的特性の抽出の際に逆散乱法をより強力にすることである。したがって、ジョーンズ行列の決定はポイントごとの方法で行い、ポイントごとに本質的な８つの自由パラメータをもつ画像を与えることができる。他の例示の実施例は、ジョーンズ行列を経ることなく、物理的サンプル特性を包括的、ポイントごと、又はフィーチャごとに直接に測定データに適合させることができる。他の例示の実施例は、局所的若しくは包括的なミュラー行列、又は膜厚、材料組成、トポグラフィのマップ、又はフィーチャの大きさ、形状若しくは方位のマップなどによって表面特性を表すことができる。
【００７１】
サンプルのモデル化
表面の電磁気モデル化は２つの方法で行うことができる。局所ジョーンズ行列（又はミュラー行列など）を局所特性として計算し記憶するか、又は実験をモデル化し、測定値を予測する。前者はより計算集約的であるが、表面に関するより多くの情報を与える。一実施例では、それは一連の実験をモデル化することによって、すなわち、いくつかの入射光振幅に対する反射光振幅を計算することによって行われる。ジョーンズ行列が計算された後、いかなる入射光ビームの反射も迅速に計算することができる。光波散乱計測と表面調査用の他の逆転法とに適する第２の方法では、１つ又はいくつかの物理実験が行われ、測定値が記録される。次に、同じ組の実験が表面の電磁気モデルを使用してシミュレートされ、シミュレートされた測定結果が実際のものと比較される。測定された振幅とシミュレートされた振幅とが一致するまで、物理モデルは微調整される。これは、冗長な再計算、又は事例のライブラリの同様に冗長な生成のいずれかを含む。この場合、完全ジョーンズ行列は必要でないことがあり、必要なものだけを計算することによって時間は節約される。
【００７２】
図１６は、サンプル上のフィーチャの大きさ、形状、厚さ、高さ、縁部プロファイル、フット、アンダーカット、材料組成などを見いだすために逆問題を解決する手順を示す。２つの完全偏光ビームがモデルを通って伝搬され、検出器でインコヒーレントに加えられるが、前記検出器は前述のような複素振幅及び偏光検出器である。例示の実施例は、図１６に示すように、非偏光光又は部分偏光光及び検出器としてのストークス・ベクトル偏光計で働く干渉計である。偏光計は、画素ごとに偏光、偏光度、及び強度をもつ画素マップを与える偏光カメラとすることができる。代わりに、ある画素はある偏光を測定し、他の画素は他の偏光を測定することができ、その結果、ストークス・ベクトルをもつ画素マップを生成することができる。そのような偏光カメラは、米国特許出願第ＵＳ２００５／００４６８６５Ａ１号及び同じ系統の他の特許に説明されている。
【００７３】
光波散乱計測
この技術は光波散乱計測に使用することができる。光波散乱計測は、散乱光の分析によって、通常の画像中では明確には見えないサンプル上のフィーチャの特性を回復するものとして定義することができる。光波散乱計測は表面調査のための逆散乱法の応用である。一般に、周期的なフィーチャの一片からの散乱された波動場が、角度、偏光、又は最も一般的に波長の関数として収集される。電磁振幅がｘ偏光及びｙ偏光（又は他の任意の２つの偏光）の両方について記録されるので、この技術は表面の特性を回復するための使用可能特性を有する。強度の代わりに電界振幅を使用することによって、この技術は速く解に収束し、少ない誤りの解が可能である。
【００７４】
さらに、この技術は単一のフィーチャの光波散乱分析を可能にする。電界が記録されるが、検出器は画像化偏光計であるので、検出器での電界はサンプル表面の直上の電界の画像である。電界は、位相及び振幅をもつ２つの偏光と共に同じ段階で記録される。電界ベクトルは物体の直上で完全に分かり、例えばＦＦＴによって遠距離電磁界に明白にフーリエ変換することができる。散乱計は、一般に、繰返しフィーチャの一片からの遠距離電磁界で機能する。しかし、物体及び遠距離電磁界の両方の電界分布が完全に分かるので、測定されたものをあるフーリエ成分及び／又は物体平面中のある区域に数値的に処理することができる。計算された散乱パターンと比較する場合、この区域しか使用する必要がなく、単一のフィーチャを従来技術の散乱計における繰返しアレイと同じ精度で調べることができる。
【００７５】
原像再現
測定データ、一般に強度画像、及び先験的知識を組み合わせることによって、画像を再現することが当技術分野で知られている。例えば、測定画像又は記録画像を生成する可能性を最大にするために、合成画像が「ピクソン（ｐｉｘｏｎｓ）」、すなわち基本画像要素から構築される、参照により組み込まれる米国特許第６９９３２０４号を参照されたい。基本画像要素はパターンに関する先験的知識に従って選ぶことができる。例えば、マイクロチップがｘ軸とｙ軸とに沿ってのみ縁部を含む場合、ｘ及びｙに位置調整された葉巻き形要素を選ぶことができる。原像再現を使用して鮮鋭度を向上し、雑音を低減し、例えば欠陥検査ために画像の微小な欠陥を発見することができる。この技術は、従来技術の画像ほど非線形でなく、したがって、より強力な画像強調及び再現を支援することになる振幅画像を生成する。
【００７６】
合成開口画像化
レンズを使用して画像を形成する場合、ある範囲の角度からの散乱光を取り上げ、それらで画像を形成する。レンズを通る空間周波数は角度の範囲、すなわち、レンズのＮＡによって制限される。異なる角度範囲を取り上げ、その角度を１つのより大きい範囲に組み合わせるように移動されるレンズで取得された２つの写真を加えることはできない。従来技術の自乗（強度）検出器の非線形が、異なる角度間で強い相互作用を引き起こし、強い背景露光を形成する。言い換えれば、強度画像中に負の区域がないことにより、２つの画像の角度の範囲を組み合わせることができない。この技術は同じ制限がない。合成開口レーダーと同様に、いくつかの測定値（画像）をより高い解像度をもつものに組み合わせることができる。その理由は、電界振幅が記録され、組み合わされた角度範囲である等価ＮＡをもつ１つの画像に加えられて組み合わすことができるからである。図１７は、より高い解像度をもつ１つの画像への２つの画像の組合せを概念的に示す。
【００７７】
ＣＤ計測
最新のマイクロリソグラフィは、線幅、線間の距離、アイランド及び孔の大きさ、並びに隅の形状及び線端部の変化に非常に敏感である。まとめて、これはＣＤ制御（限界寸法制御）と呼ぶことができる。フィーチャが分析光の波長より小さく、さらに波長の半分よりも小さい場合、画像は明瞭でなく、画像中の形状又は大きさを測定するのは困難であることが知られている。代わりに、大きさ及び形状は、線のコントラスト（すなわち強度）及び反射光の偏光上に符号化される。それが測定される場合、絶対位相がさらに線幅に手掛かりを与えることになる。線の他の特性、例えば縁部の傾斜又は縁部の粗さがさらに強度及び偏光上に符号化する。同時に測定されるパラメータが多いほど、線の主要な特性と２次的な特性との間の識別が良好であり、データの解釈の精度が良好である。例示の実施例では、２つの偏光状態の位相及び振幅が線の画像のポイントごとに測定される。コンピュータ・モデルが測定データを線の物理的モデルに当てはめる。データを当てはめる線幅、高さ、縁部傾斜、及び／又は線端部短縮が同じパラメータの測定値として使用される。
【００７８】
欠陥検査
ウェハ、マスク、表示デバイス用パネル、及び類似のサンプルの欠陥検査は、高い生産性と誤り検出に対する高い識別力とを必要とする。表面上の画素ごとに測定されるパラメータが多いほど、良好な識別を及び良好な感度も達成することができる。位相の検出は、ｚ方向に延びる欠陥、例えば大面積製品における突起に対して高い感度を可能にする。いくつかの偏光を使用すると、より多くの識別、より良好な分類、並びに非対称な隅などのいくつかの形状誤差に対するより高い感度が可能になる。多数の同時パラメータはさらに雑音の抑制を可能にする。物理的変化は様々な検出器信号の組合せとしてマップされるので、偏光計中の単一の検出器の雑音は非物理的特性を有することになる。
【００７９】
特定の実施例
一実施例は、画像平面で試験サンプルの光学的特性を収集する方法である。この方法は、ビームを参照ビーム及び照明ビームに分割することと、試験サンプルを照明ビームにさらすことと、参照ビームと照明ビームとを再結合させることと、画像データを１つ又は複数の画像センサで検出することと、画像データから偏光、位相、及びパワーのポイントごとのマップを抽出することとを含むことができる。
【００８０】
この方法の一態様では、分割されるビームは完全には偏光していない。別の態様では、画像は、２つの偏光状態の位相及び振幅を検出する振幅画像検出器で検出される。カメラを使用して少なくとも１つの画像画素に対して３つ又は４つの光学パラメータを検出することができる。検出されたデータは、少なくとも１つの画像画素に対するストークス・ベクトルを含むことができる。
【００８１】
この方法のさらなる態様では、検出器はオーバーサンプル型カメラであり、電気振幅はカメラで検出された画素ごとの変化から計算される。
【００８２】
実施によっては、少なくとも２つの偏光画像が同じサンプルに対して記録され、ここで、サンプルの照明偏光は画像間で変わる。測定データは、画像の超解像処理のため、又は少なくとも２つの画像をより高い解像度をもつ１つの画像に組み合わせるために使用することができる。代わりに又は組み合わせて、測定データは、サンプル上の少なくとも１つのフィーチャの幾何学的特性の測定に使用することができる。幾何学的特性は、サンプル上のフィーチャの大きさを決定するもの又はサンプル上のフィーチャの形状を決定するものとすることができる。
【００８３】
この方法の別の態様は、記録画像をデジタルで記憶することができ、ここで、焦点位置を数値的に変えられるものである。
【００８４】
測定データは欠陥検査又は分類のために使用することができる。
【００８５】
測定されたパラメータ間の冗長性は雑音抑制のために使用される。
【００８６】
この方法は、ビームを再結合する前に参照ビーム及び照明ビームに異なる偏光状態を誘起することをさらに含むことができる。
【００８７】
この方法の態様によれば、異なる偏光状態は、再結合されたビームの結果としてビーム間の位相差を符号化することができる。
【００８８】
この方法の適用は、再結合されたビームを少なくとも第１の分割ビーム及び第２の分割ビームに分割することと、分割ビームに異なる偏光状態を誘起することとを含む。
【００８９】
この方法は、分割ビームの偏光状態の位相及びパワーの個別の同時決定をさらに含むことができる。
【００９０】
この方法は参照ビームを複数回変化させることと、変化した参照ビームに対して同時決定を実行することとをさらに含むことができる。
【００９１】
この方法の適用は、生成された少なくとも４つの分割ビームを使用することをさらに含み、分割ビームの偏光状態の位相及びパワーの個別の同時決定をさらに含むことができる。
【００９２】
別の方法の実施例は、表面からの部分コヒーレント光に対して電磁気反射特性を計算するためのものである。この方法は、部分コヒーレント・ビームを少なくとも２つの完全偏光ビームの重ね合わせによって表すことと、前記完全偏光ビームの各々に対して反射ビームを計算することと、少なくとも２つのビームをインコヒーレントに加えることとを含む。この方法の実施例は、前の方法の実施例の態様の大部分又は全てと結合することができる。
【００９３】
デバイスの一実施例は、２つの偏光状態の位相及び振幅で表面の画像を記録するための開口である。このデバイスは、光源、ビーム・スプリッタ、参照及び測定ビームをもつ干渉計、ビーム・コンバイナ、並びに偏光カメラを含む。
【００９４】
このデバイスでは、試験ビーム及び測定ビームの少なくとも一方の光は完全には偏光していなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】試験サンプルの偏光特性及び位相特性を測定するためのシステムを示す図である。
【図２】サンプルに対する光学的パラメータ又は物理的パラメータのマップを決定するためのシステムを示す図である。
【図３】サンプル上の異常を見いだすための図１に基づいたシステムを示す図である。
【図４】表面又は他の２Ｄ物体の超解像画像を記録するためのシステムを示す図である。
【図５】合成開口画像化のためのシステムを示す図であり、異なる照明方向でのいくつかの振幅画像が振幅領域に記録され加えられる。
【図６】測定された位相データ及び偏光データをフィーチャの電磁気モデル又は光学モデルに当てはめることによって、試験サンプルのフィーチャの形状及び他のパラメータを決定するためのシステムを示す図である。
【図７】試験サンプルの形状及び他のパラメータを決定するためのより強力なシステムの図である。
【図８】画像中のパワー、偏光、及び位相を含めて振幅を記録する方法を示す図である。
【図９Ａ】２つの偏光の振幅画像を同時に記録するいわゆるダイレクト・ツー・デジタル・ホログラフィック画像法の開発を示す図である。
【図９Ｂ】２つの偏光の振幅画像を同時に記録するいわゆるダイレクト・ツー・デジタル・ホログラフィック画像法の開発を示す図である。
【図１０】多数の記録露光によってジョーンズ行列を決定する方法を示す図である。
【図１１】多数の記録露光によってジョーンズ行列を決定する方法を示す図である。
【図１２】多数の記録露光によってジョーンズ行列を決定する方法を示す図である。
【図１３】サンプル表面のジョーンズ行列の両方の対角要素が大きさ及び位相を変化させる場合にある例示の実施例で検出されるストークス・ベクトルの測定成分（シミュレートされた）を示す図である。
【図１４】ジョーンズ行列の両方の対角要素が大きさ及び位相を変化させる場合に別の例示の実施例（異なるビーム・スプリッタ）で検出されるストークス・ベクトルの測定成分（シミュレートされた）を示す図である。
【図１５】入射照明用の光学顕微鏡を示す図である。
【図１６】表面のパラメータを逆決定するための手順を示す図である。
【図１７】より高い解像度をもつ１つの画像への２つの画像の組合せを概念的に示す図である。
【図１】
2009535609.tif 000016
【図２】
2009535609.tif 000017
【図３】
2009535609.tif 000018
【図４】
2009535609.tif 000019
【図５】
2009535609.tif 000020
【図６】
2009535609.tif 000021
【図７】
2009535609.tif 000022
【図８】
2009535609.tif 000023
【図９Ａ】
2009535609.tif 000024
【図９Ｂ】
2009535609.tif 000025
【図１０】
2009535609.tif 000026
【図１１】
2009535609.tif 000027
【図１２】
2009535609.tif 000028
【図１３】
2009535609.tif 000029
【図１４】
2009535609.tif 000030
【図１５】
2009535609.tif 000031
【図１６】
2009535609.tif 000032
【図１７】
2009535609.tif 000033
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月28日(2008.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像平面で試験サンプルの光学的特性を収集する方法であって、
ビームを参照ビーム及び照明ビームに分割することと、
試験サンプルを前記照明ビームにさらすことと、
前記参照ビームと前記照明ビームとを再結合させることと、
画像データを１つ又は複数の画像センサで検出することと、
前記画像データから偏光、位相、及びパワーのポイントごとのマップを抽出することと
を含む方法。
【請求項２】
分割される前記ビームが完全には偏光していない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記画像が、２つの偏光状態の位相及び振幅を検出する振幅画像検出器で検出される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
検出することが、少なくとも１つの画像画素に対して少なくとも３つの光学パラメータを検出するカメラを使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記検出器が、少なくとも１つの画像画素に対して４つの光学パラメータを検出する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記検出器が、少なくとも１つの画像画素に対してストークス・ベクトルを含むデータを検出する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記検出器がオーバーサンプル型カメラであり、電気振幅が前記カメラで検出された画素ごとの変化から計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも２つの偏光画像が同じサンプルに対して記録され、ここで、前記サンプルの照明偏光が前記画像間で変わる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
測定データが画像の超解像処理のために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記測定データが、少なくとも２つの画像をより高い解像度をもつ１つの画像に組み合わせるために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記測定データが、前記サンプル上の少なくとも１つのフィーチャの幾何学的特性の測定のために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記測定データが、前記サンプル上のフィーチャの大きさの決定のために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記測定データが、前記サンプル上のフィーチャの形状の決定のために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記記録画像がデジタル的に記憶され、ここで、焦点位置が数値的に変えられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記測定データが、欠陥検査のために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記測定データが、欠陥の分類のために使用される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記測定されたパラメータ間の冗長性が雑音抑制のために使用される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
［図７及び８］前記ビームを再結合する前に前記参照ビーム及び前記照明ビームに異なる偏光状態を誘起することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
異なる偏光状態が、前記再結合されたビームの結果として前記ビーム間の位相差を符号化する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
［図７及び９］前記再結合されたビームを少なくとも第１の分割ビーム及び第２の分割ビームに分割することと、前記分割ビームに異なる偏光状態を誘起することとをさらに含む、請求項１又は１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記分割ビームの偏光状態の位相及びパワーの個別の同時決定をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記参照ビームを複数回変化させることと、前記変化した参照ビームに対して前記同時決定を実行することとをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも４つの分割ビームが生成され、前記分割ビームの偏光状態の位相及びパワーの個別の同時決定をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【国際調査報告】
2009535609.tif 000034
2009535609.tif 000035
2009535609.tif 000036