(57)【要約】アンテナ要素(20)のアレイを使用して、アレイより下の表面上においてサブ波長のサイズの異常性を検出することができる。アレイ(20)は、コヒーレント光エネルギー源(26)によって光周波数において照明される。異常性がアンテナ要素の開放回路の近接場に近接している結果であるアンテナ要素のリアクタンスおよび放射エネルギーの変化が、検出され、アンテナ・アレイ自体によって生じる放射を排除するために、ホログラフィック的にフィルタリングされる。異常性が存在するかを判定し、かつ異常性およびその特性を特定するために、画素処理が、検出された散乱放射(100)について実施される。
2005520168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ平面の表面を有する対象物基板上において少なくとも1つの異常性を検出する方法であって、
a)互いに間隔をおいて配置され、かつ前記対象物基板の前記表面にほぼ並行な面において構成される共振光開放供給アンテナ要素のアレイを提供することと、
b)エネルギー源からのコヒーレント光の入射エネルギー・ビームを前記対象物基板に向け、前記エネルギー・ビームが、固有波長(λ)を有し、それにより、前記エネルギー・ビームが、前記異常性およびアンテナ要素の前記アレイによって散乱されることと、
c)前記アンテナ要素の少なくとも1つによって、前記対象物基板上の前記少なくとも1つの異常性によって散乱されたエネルギーを再度放射することと、
d)異常性が前記対象物基板上に存在しないとき、アンテナ要素の前記アレイによって散乱されたエネルギーに対応するホログラフィック・フィルタを提供することと、
e)前記散乱され、かつ再度放射されたエネルギーを、前記ホログラフィック・フィルタを使用してフィルタリングし、前記少なくとも1つの異常性によって散乱された前記エネルギーに対応するフィルタリング済み結果を生成することと、
f)前記フィルタリング済み結果から、前記少なくとも1つの異常性が前記基板上に存在するかを判定することとを備える、方法。
【請求項２】
共振光開放供給アンテナ要素の前記アレイが、光透過性基板上において担持される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記光透過性基板が、SiO2、BK7、および光学ガラスからなる群から選択される材料から形成される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記エネルギー源が、約830nmと約400nmとの間の固有波長を有するレーザである、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記開放供給アンテナ要素が、ボウタイ・アンテナ要素である、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記開放供給アンテナ要素が、閉鎖束経路折返しダイポール・アンテナ要素である、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記入射エネルギー・ビームが、前記対象物基板の前記表面から測定されたθ度の角度において前記対象物基板に向けられ、それにより、散乱放射の少なくとも2つの主要次数が創出され、前記入射エネルギー・ビームの鏡面反射を包含する前記対象物基板の前記表面から測定された180-θ度の角度にある前方散乱放射の次数と、前記対象物基板およびアンテナ要素のアレイから散乱され、かつ再度放射された放射を包含する回折放射の次数とを備える、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記フィルタリングステップe)が、回折放射の次数のみに作用し、前記前方散乱放射の次数に作用しない、請求項７記載の方法。
【請求項９】
θが45度である、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ホログラフィック・フィルタが、プログラム可能デジタル・プロセッサにおいて実施されるアルゴリズムであり、前記フィルタリングステップe)が、
前記散乱され、かつ再度放射されたエネルギーをデジタル・データに変換することと、
少なくとも前記ホログラフィック・フィルタを使用して前記デジタル・データをフィルタリングし、前記少なくとも1つの異常性によって散乱された前記エネルギーに対応するフィルタリング済み結果を生成することとを備える、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記散乱され、かつ再度放射されたエネルギーを前記変換するステップが、電化結合素子を使用して実施される、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記散乱され、かつ再度放射されたエネルギーを前記変換するステップが、光ファイバ・アレイおよび関連する光受信器を使用して実施される、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記ホログラフィック・フィルタが、物理的ホログラフィック・フィルタであり、
g)ステップf)の前に、前記フィルタリング済み結果をデジタル・データに変換することをさらに備える、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記判定ステップf)が、ステップg)において前記デジタル・データを使用してプログラム可能デジタル・プロセッサにおいて実施される、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
g)前記フィルタリング済み結果から、前記対象物基板上の前記少なくとも1つの異常性の位置を決定することをさらに備える、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
g)前記フィルタリング済み結果から、前記少なくとも1つの異常性が空隙または粒子であるかを判定することをさらに備える、請求項１記載の方法。
【請求項１７】
g)前記フィルタリング済み結果から、前記少なくとも1つの異常性が金属または非金属の材料で形成されているかを判定することをさらに備える、請求項１記載の方法。
【請求項１８】
ほぼ平面の表面を有する対象物基板上において少なくとも1つの異常性を検出する方法であって、
互いに間隔をおいて配置され、かつ前記対象物基板の前記表面にほぼ並行な面において構成される共振光開放供給アンテナ要素のアレイと、
コヒーレント光の入射エネルギー・ビームを前記対象物基板に向けるエネルギー源であって、前記エネルギー・ビームが、固有波長(λ)を有し、前記エネルギー・ビームが、前記異常性およびアンテナ要素の前記アレイによって散乱される、エネルギー源と、
前記散乱され、かつ再度放射されたエネルギーをフィルタリングして、前記少なくとも1つの異常性によって散乱された前記エネルギーに対応するフィルタリング済み結果を生成するための、異常性が前記対象物基板上に存在しないときに、アンテナ要素の前記アレイによって散乱されたエネルギーに対応するホログラフィック・フィルタを備えるフィルタと、
前記フィルタリング済み結果を受信して、前記フィルタリング済み結果をデジタル・データに変換する光学検出器と、
前記デジタル・データを処理して、前記デジタル・データから、前記少なくとも1つの異常性が前記基板上に存在するかを判定するプロセッサとを備える、システム。
【請求項１９】
共振光開放供給アンテナ要素の前記アレイが、光透過性基板上において担持される、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記光透過性基板が、SiO2、BK7、および光学ガラスからなる群から選択される材料から形成される、請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
前記エネルギー源が、約830nmと約400nmとの間の固有波長を有するレーザである、請求項１８記載のシステム。
【請求項２２】
前記開放供給アンテナ要素が、ボウタイ・アンテナ要素である、請求項１８記載のシステム。
【請求項２３】
前記開放供給アンテナ要素が、閉鎖束経路折返しダイポール・アンテナ要素である、請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
前記入射エネルギー・ビームが、前記対象物基板の前記表面から測定されたθ度の角度において前記対象物基板に向けられ、それにより、散乱放射の少なくとも1つの主要次数が創出され、前記入射エネルギー・ビームの前記鏡面反射を含む前記対象物基板の前記表面から測定された180-θ度の角度にある前方散乱放射の次数と、前記対象物基板およびアンテナ要素のアレイから散乱され、かつ再度放射された放射を含む回折放射の次数を備える、請求項１８記載のシステム。
【請求項２５】
前記フィルタが、前記回折放射の次数のみを受信およびフィルタリングし、前記前方散乱放射の次数を受信およびフィルタリングしない、請求項２４記載のシステム。
【請求項２６】
θが45度である、請求項２５記載のシステム。
【請求項２７】
前記光学検出器が、電荷結合素子である、請求項１８記載のシステム。
【請求項２８】
前記光検出器が、光ファイバ・アレイおよび関連する光受信器である、請求項１８記載のシステム。
【請求項２９】
前記プロセッサが、前記デジタル・データから前記対象物基板上の前記異常性の前記位置を決定する機能をさらに有する、請求項１８記載のシステム。
【請求項３０】
前記プロセッサが、前記デジタル・データから、前記対象物基板上の前記異常性が空隙または粒子であるかを判定する機能をさらに有する、請求項１８記載のシステム。
【請求項３１】
前記プロセッサが、前記デジタル・データから、前記対象物基板上の前記異常性が金属または非金属の材料で形成されているかを判定する機能をさらに有する、請求項１８記載のシステム。
【請求項３２】
ほぼ平面の表面を有する対象物基板上において少なくとも1つの異常性を検出するシステムであって、
互いに間隔をおいて配置され、かつ前記対象物基板の前記表面にほぼ並行な面において構成される共振光開放供給アンテナ要素のアレイと、
コヒーレント光の入射エネルギー・ビームを前記対象物基板に向けるエネルギー源であって、前記エネルギー・ビームが、固有波長(λ)を有し、前記エネルギー・ビームが、前記異常性およびアンテナ要素の前記アレイによって散乱される、エネルギー源と、
前記散乱され、かつ再度放射されたエネルギーを受信し、前記エネルギーをデジタル・データに変換する光検出器と、
前記散乱され、かつ再度放射されたエネルギーに対応する前記デジタル・データをデジタル方式でフィルタリングして、前記少なくとも1つの異常性によって散乱された前記エネルギーに対応するフィルタリング済みデジタル・データを生成するための、異常性が前記対象物基板上に存在しないとき、アンテナ要素の前記アレイによって散乱されたエネルギーに対応するデジタル・ホログラフィック・フィルタと、
前記デジタル・データを処理して、前記デジタル・データから、前記少なくとも1つの異常性が前記基板上に存在するかを判定するプロセッサとを備える、システム。
【請求項３３】
共振光開放供給アンテナ要素の前記アレイが、光透過性基板上において担持される、請求項３２記載のシステム。
【請求項３４】
前記光透過性基板が、SiO2、BK7、および光学ガラスからなる群から選択される材料から形成される、請求項３３記載のシステム。
【請求項３５】
前記エネルギー源が、約830nmと約400nmとの間の固有波長を有するレーザである、請求項３２記載のシステム。
【請求項３６】
前記開放供給アンテナ要素が、ボウタイ・アンテナ要素である、請求項３２記載のシステム。
【請求項３７】
前記開放供給アンテナ要素が、閉鎖束経路折返しダイポール・アンテナ要素である、請求項３２記載のシステム。
【請求項３８】
前記入射エネルギー・ビームが、前記対象物基板の前記表面から測定されたθ度の角度において前記対象物基板に向けられ、それにより、散乱放射の少なくとも1つの主要次数が創出され、前記入射エネルギー・ビームの鏡面反射を含む前記対象物基板の前記表面から測定される180-θ度の角度にある前方散乱放射の次数と、前記対象物基板およびアンテナ要素のアレイから散乱され、かつ再度放射された放射を含む回折放射の次数とを備える、請求項３２記載のシステム。
【請求項３９】
前記フィルタが、前記回折放射オーダのみを受信およびフィルタリングし、前記前方散乱放射オーダを受信およびフィルタリングしないように配置される、請求項３８記載のシステム。
【請求項４０】
θが45度である、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記プロセッサが、前記デジタル・データから、前記対象物基板上の前記異常性の位置を決定する機能をさらに有する、請求項３２記載のシステム。
【請求項４２】
前記プロセッサが、前記デジタル・データから、前記対象物基板上の前記異常性が空隙または粒子であるかを判定する機能をさらに有する、請求項３２記載のシステム。
【請求項４３】
前記プロセッサが、前記デジタル・データから、前記対象物基板上の前記異常性が金属または非金属の材料で形成されているかを判定する機能をさらに有する、請求項３２記載のシステム。
【請求項４４】
固有波長(λ)を有する入射電磁波の電磁場強度を集中させる閉鎖束経路共振光開放供給折返しダイポール・アンテナ要素であって、
誘電体基板と、
前記誘電体基板によって担持される矩形形状に形成される外側導電ストリップであって、前記矩形形状の長さが、約λ/2.8であり、前記矩形形状の幅が、約λ/4.8であり、外側導電ストリップが、外側導電ストリップによって形成される前記矩形形状の幅の3分の1より小さい幅を有し、外側導電ストリップが、第1長さ部分および第2長さ部分を有し、前記第1長さ部分および前記第2長さ部分が、互いに並行であり、かつ前記矩形形状の長さを形成する、外側導電ストリップと、
前記誘電体基板によって担持され、前記外側導電ストリップから、前記外側導電ストリップによって形成される前記矩形形状の内部に向かって延び、前記第1長さ部分および前記第2長さ部分に並行であり、かつ前記部分から等距離にあり、第1端部において終端する第1導電ストリップと、
前記誘電体基板によって担持され、前記長さ部分に並行であり、かつ前記部分から等距離にあり、前記第1導電ストリップと反対側の前記外側導電ストリップ上の点から、前記矩形構成の前記内部に向かって延び、第2端部において終端する第2導電ストリップとを備え、
前記第1端部および前記第2端部が、約λ/16のギャップによって分離される、閉鎖束経路共振光開放供給折返しダイポール・アンテナ要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によって本明細書に完全に組み込まれている、「A HIGH SENSITIVITY ANTENNA ELEMENT FOR NEAR FIELD PROBE APPLICATIONS」という名称の2002年3月5日に出願された仮出願第60/361,650号明細書に対する優先権を主張する。
【０００２】
一態様では、本発明は、光放射および共振光開放供給アンテナ要素のアレイを使用して、基板におけるサブ波長サイズの異常性を検出する方法および装置である。他の態様では、本発明は、基板におけるサブ波長サイズの異常性を検出するシステムにおいて使用することが可能である閉鎖束共振アンテナを対象とする。
【背景技術】
【０００３】
半導体基板上では、処理汚染物、研磨後基板断片、または空隙などの異常性は、次世代の集積超小型回路に必要な清浄度を得るために、精確に特定および識別される必要がある。技術が進化しているので、臨界異常性のサイズは、現在80nm未満である。サイズが微小であるので、そのような異常性は、回折限界によって決定される従来の光ビーム散乱手法の検出可能性限界、すなわち波長の約3分の1を超える。光の範囲では、光の波長は400から600nmの大きさなので、異常性は、150から200nmの大きさである。形状の情報を取り出すために、物体のサイズは、1波長により近くあるべきである。したがって、標準的な光散乱手法では、確実に調査することができる最小サイズは、約500nmであり、現在の臨界異常性のサイズである80nmよりはるかに大きい。可視領域の光学機器および光源は、十分に発達し、かつ信頼性が高いので、回折限界を回避する光学システムは、この機能を実施する代替として、光の範囲を超える周波数において動作する開発中の新しい機器および源より、はるかにより魅力的である。この理由は、より高い周波数において動作し、かつウエハ・サイズの生産物を走査することができる発達した散乱測定システムが、まだ存在しないからである。
【０００４】
研究者は、放射エネルギーをサブ波長領域に集中させることによって回折限界を阻止する方式を提案した。先細ファイバ探査子（プローブ）を使用する初期の方式は、直径が波長の約10分の1の領域に照明（イルミネーション）を集中させることに成功した。しかし、これは、照明の深刻な低質化を代償とし、10-5の伝送効率が報告された。開放供給ボウタイ共振アンテナ要素を照明波の経路に挿入することによって回折限界を回避する他の方式が、参照によって本明細書に完全に組み込まれている米国特許第5,696,372号に記載されている。この手法は、以前の技術より、入射波から観測領域への電力の移送が優れていた。開放回路ボウタイ・アンテナは、放射波を効果的に遮断して、エネルギーをアンテナの開放回路ギャップ領域に集中させる。その結果、照明領域は、波長の6分の1から10分の1の大きさの幅になり、伝送効率は、0.5%から30%もの高さにわたる。
【０００５】
従来の技術において使用される技法は、伝送効率(すなわち、入射電力と先端における電力との比)が非常に小さいという欠点を一般に呈示するが、その理由は、波エネルギーの集中が、カットオフよりかなり下にある閉鎖導波路を通るように波を誘導することによって達成されるからである。すなわち、導波路の寸法は、波長と比較して非常に小さいので、入射エネルギーのほとんどは、チップの観測開口に到達する前に反射される。さらに、マイクロ波領域ではなく、光領域の波長と共に使用されるとき、ボウタイ構成においてギャップに接続される誘導負荷が、伝送効率を0.5%からほぼ100%に変化させることができる。したがって、検出される物体の近傍は、近接場におけるリアクタンスを変化させることによって、探査子の伝送効率を劇的に変化させることができる。まだ対処されていないが、大規模半導体ウェーハ上での欠陥検出の応用分野には重大である第2の問題は、照明領域が調査される領域の上を物理的に移動する際に、スポット・サイズが微小であるために、膨大な走査時間が課されることである。
【特許文献１】仮出願第60/361,650号
【特許文献２】米国特許第5,696,372号
【非特許文献１】Igasaki, et al.、「High efficiency electrically-addressable phase-only spatial light modulator」、Optical Review、vol. 6、no. 4 (1999年)、339〜344ページ
【非特許文献２】Edwards and Nunnally、SPIE 1918、Smart Sensing, Processing, and Instrumentation、1993年、344〜353ページ
【特許文献３】米国特許第6,288,856号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、従来の技術の欠点に対処し、欠陥または破片を特定および識別するために大規模ウェーハ領域を迅速に走査するシステムおよび方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、近接場エネルギー集中の利点を利用し、一方、遠距離場散乱データ収集の便利さおよび敏速さを保持する。
【０００８】
本発明の1つの例示的な実施形態は、調査されている対象物基板の表面にほぼ並行な面において構成される共振開放供給アンテナのアレイを備える波問い合わせ近接場アレイ・システムである。入射コヒーレント光エネルギー・ビームが、基板に向けられる。基板のあらゆる異常性によって散乱された放射が、アレイによって再度放射される。異常性に対応する再度放射されたエネルギーは、ホログラフィック・フィルタを使用してフィルタリングされ、あらゆる異常性がない場合にアンテナ・アレイによって生じる散乱放射に対応する。フィルタリング済み放射を使用して、あらゆる異常性を検出する。
【０００９】
一実施形態では、開放供給ボウタイ・アンテナを、波問い合わせ近接場アレイ・システムにおいて使用することが可能である。要素の先端における入射エネルギー場の共振増幅は、入射波の場の強さを超える。要素は、1つずつ問い合わせされるのではなく、アレイ全体の応答が、アレイの散乱シグネチャのホログラフィック・フィルタリングを経て同時に検出される。
【００１０】
本発明の他の例示的な実施形態では、閉鎖束経路アンテナ要素が、波問い合わせ近接場アレイ・システムにおいて使用される。この要素は、供給点の近傍において最大電力集中を得るように最適化され、一方同時に、照明されるスポット・サイズを最小限に抑える。アンテナ要素が閉鎖束経路要素なので、その近接場は、検査されている表面などの近接表面によって生じる摂動に対してより敏感ではないが、検査されている表面のサブ波長摂動に対する感度は維持する。アンテナ要素は、誘電体基板と、誘電体基板によって担持される矩形構成において形成される約λ/24の幅を有する外側導電ストリップであって、矩形形状の全長が約λ/2.8であり、矩形形状の全幅が約λ/4.8である、外側導電ストリップと、外側導電ストリップから、外側導電ストリップの全長を形成する外側導電ストリップの部分に並行で、かつその部分から等距離にある矩形構成の内部に向かって延びる第1導電ストリップであって、第1端部において終端する第1導電ストリップと、外側導電ストリップの長さを形成する外側導電ストリップの部分に並行で、かつその部分から等距離に延びる第2導電ストリップであって、第1導電ストリップと反対側の外側導電ストリップ上の点から矩形構成の内部に向かって延び、かつ第2端部において終端する第2導電ストリップとを含み、それにより、第1端部および第2端部は、約λ/16の距離だけ離れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図1〜3は、本発明の1つの例示的な実施形態を示す。波問い合わせ近接場アレイ・システム18が、光透過性基板25の上に開放回路ボウタイ・アンテナで構築することが可能である複数のアンテナ要素または探査子20を含むように示されている。透過性基板25は、SiO2、BK7、または他の適切な光学ガラスから製作することが可能である。異常性について調査される基板22は、アンテナ要素20のアレイの下に提供することが可能である。基板22は、たとえば、シリコン、金属、または磁気媒体とすることが可能である。アレイは、通常、調査される基板22の表面から約70nmの高さに配置される。アンテナ要素20は、参照光源26によって照明することが可能である。参照光源26は、固有波長(λ)を有する電磁エネルギーを放出し、自由空間波を生成するレーザなどのコヒーレント単色源とすることが可能である。1つの例示的な実施形態では、エネルギー源の固有波長λは、400nmと830nmとの間にあるが、本発明は、この範囲に限定されず、エネルギー源の固有波長λが約260nmと約830nmとの間にあるシステムに適用することができる。
【００１２】
図2に示すように、アンテナ要素22をアレイに構成することは、アンテナ・アレイが、光学格子のように振る舞うことを意味する。1つの例示的な実施形態では、アンテナ要素は、互いに等しく間隔をおいて位置し、√2かけるλまたは約1.41λの中心間距離だけ離れている。λは、以前に記述された使用されるエネルギー源の固有波長である。したがって、参照光源26がエネルギー103を基板22の上のアレイに向けて放出するとき、アレイおよび基板29の散乱シグネチャを有する散乱エネルギー100、および鏡面反射31の散乱シグネチャを有する前方散乱エネルギー105が得られる。図3に示すように、光源は、入射角θ1のエネルギーを、調査されている基板に向ける。1つの例示的な実施形態では、入射角θ1は45度である。この実施形態では、前方散乱エネルギー105からなる1次の散乱放射は、135度の角度で基板から反射される。2次の散乱エネルギー100は、エネルギー源から角度θ2に散乱される。例示的な実施形態では、θ2は45度であり、したがって、散乱エネルギー105の散乱シグネチャ29は、図3に示すように、基板の真上に存在する(すなわち、基板の表面から90度)。以下で詳細に議論されるように、次いで、検出装置が、散乱エネルギーシグネチャ29の中心から±22.5度の角度を走査して、2次散乱放射の情報のすべてを収集する。
【００１３】
図2に示すように、調査される基板22は、アンテナ要素20のアレイの下の少なくとも1つの空間次元において走査することが可能である。アレイの各アンテナ要素20は、そのアンテナ要素の近接場が支配的である物理領域を規定する対応する単位セル27を有する。走査は、基板22またはアンテナ要素20のアレイを、1つの単位セル27、またはその一部、もしくはその倍数の長さまたは幅だけ、アンテナ要素20または基板22に対してそれぞれ物理的に移動させることによって達成することが可能である。
【００１４】
ここで図1に戻ると、フーリエ光学機器28のシステムを使用して、基板22およびアンテナ要素20のアレイから散乱放射100を収集およびフィルタリングすることが可能である。システム28は、参照光源26からの入射放射の鏡面反射105を収集することを回避し、代わりに、アンテナ要素20のアレイおよび基板22から散乱されたエネルギー100の散乱シグネチャ29を主に収集するように配置することが可能である。フーリエ光学機器28のシステムは、レンズ32およびホログラフィック・フィルタ30を含むことが可能である。フィルタ30は、非摂動要素20のアレイのフーリエ変換から写真のように創出することが可能である。すなわち、ホログラフィック・フィルタ30は、調査されている基板22に異常性が存在しないとき、アンテナ要素20のアレイによって散乱されたエネルギーに対応することが可能である。ホログラフィック・フィルタ30は、基準線の非摂動(すなわち、異常性が存在しない)アレイからの放射をフィルタリングするために、負の振幅とすることが可能であり、散乱された放射が検出器34へ通過するのを遮断する。レンズ32は、システム28が、アンテナ要素20のアレイの特定の要素からの振幅および位相のひずみを可視画像に変換するように、逆フーリエ変換機能を実施することが可能である。1つの例示的な実施形態では、レンズ32は、その前方焦点がアンテナ要素20のアレイの上にあるように配置される。
【００１５】
検出器34は、光ファイバのアレイ(光ダイオードなどの関連する光学検出器を含む)、電荷結合素子(CCD)、または他の光学検出装置とすることが可能であり、レンズ32または集束レンズ107の後方焦点の近傍に配置することが可能であり、走査位置の関数として、1つまたは複数の任意の異常要素によって散乱されたエネルギーを検出することが可能である。適切なソフトウェアまたはファームウェアを有するコンピュータ33を使用して、アンテナ要素20のアレイの下の異常性24のサイズ、形状、位置および組成を推定し、この情報をユーザに表示することが可能である。これは、図16〜17を参照して本明細書においてさらに詳細に議論されるように、計算されたまたは経験的なデータベースと結果とを比較することによって達成することが可能である。
【００１６】
図4は、波問い合わせ近接場アレイ・システム18においてアンテナ要素20として使用することが可能であるボウタイ・アンテナ要素21を示す。ボウタイの導電アーム35は、クロムまたはアルミニウムなどの金属から製作することが可能である。アンテナ要素20のリアクタンスおよび放射電力の変化は、異常性24とアンテナ要素の開放回路領域の近接場との近さの結果である。アンテナ要素20のリアクタンスの変化は、アンテナ要素の上を流れる表面電流の変化となるので、そのアンテナ要素によって散乱されたエネルギーの振幅および位相が変化する。本発明のこの例示的な実施形態において使用するのに適した例示的なボウタイ・アンテナ要素のさらなる詳細が、参照によって本明細書に以前に組み込まれている米国特許第5,696,372号に記載されている。
【００１７】
図1に示されたシステムにおいて使用されるホログラフィック・フィルタ32を製作する際に、パターンのすべての最高点が膜を完全に感光させ、かつすべての最低点およびその直接近傍が依然として現像されないように、エマルジョンフィルムおよび露光時間を制御することが可能である。これは、パターンの最高点を非摂動アレイから遮断するマスクとなり、したがって、その信号の最小伝送となる。ホログラフィック・フィルタを実施する他の方法は、光学パターン認識の当業者には周知である。たとえば、透明液晶表示装置をデジタル方式で制御することによる入力コンピュータ・ファイルに基づいて、位相のみのホログラフィック・フィルタを生成する方法がある。これは、当業者には周知であり、たとえば、参照によって本明細書に組み込まれているIgasaki, et al.、「High efficiency electrically-addressable phase-only spatial light modulator」、Optical Review、vol. 6、no. 4 (1999年)、339〜344ページに記載された方法がある。代替として、ホログラフィック・フィルタは、周知のデジタル撮像処理技法を使用して、プログラム可能デジタル・コンピュータにおいて完全に実施することが可能である。
【００１８】
本発明の代替実施形態では、基準線非摂動画像(すなわち、異常性が存在しないときのアンテナ・アレイの放射シグネチャ)は、2つのアレイからの散乱を組み合わせることによって、実時間で創出される。アレイの一方は、検出システムの上にあり、他方は、理想的な非摂動アレイであり、非摂動アレイからの画像が180度遅延され、次いで、検出システム上のアレイからの画像にコヒーレントに追加されるような同じ光学撮像システムにある。次いで、この場の分布は、再び画像を得るために、フーリエ変換される。この減算画像の強度は、検出システム上のアレイが非摂動である場合、弱くなるが、1つの要素が摂動する場合、その要素に対応する領域は、はるかにより明るく出現する。
【００１９】
フーリエ変換の特性のために、多数の同一物体の規則的周期性アレイの散乱パターン（および、したがってホログラム）は、単一物体の散乱特性に一意に相関される。その結果、アレイにおける物体の1つからの散乱が摂動する場合、非摂動アレイのホログラムにより摂動アレイのフーリエ変換をフィルタリングすることによって、物体を実時間で選び出すことができる。検出器34において、摂動要素は、唯一のイルミネーションがついたスポット(約半波長の幅)として視野に出現する。
【００２０】
図5から7は、長さが図1に示されたエネルギー源26の固有波長の2分の1波長(λ/2)の大きさであるボウタイ・アンテナ要素を示す。図5に示すように、ボウタイが大きな表面が近傍にない自由空間にあるとき、ボウタイは、供給点における波長の約8分の1の直径を有するスポットに入射エネルギーを集中させる。しかし、図6が示すように、ボウタイが、検査を実施するために大きな誘電体表面（シリコンなど）の近傍にあるとき、集束領域は、供給の近傍の2つのスポットに分解し、2つのより大きな領域が、ボウタイの両端にある。このエネルギー分布は、図7の側面図により詳細に示されており、実施されるあらゆる測定の位置にある程度のあいまいさを導入する。
【００２１】
図8〜10は、本発明の他の例示的な実施形態において使用される閉鎖束経路開放供給アンテナ要素と、ならびに新しいアンテナ要素の通常の寸法とを示す。このアンテナ要素の構成は、供給点800の近傍において最大電力集中を獲得し、一方同時に、イルミネーションされるスポット・サイズを最小限に抑える。要素が閉鎖束経路要素であるので、近接場は、図1に示した検査されている基板22などの近接表面によって生じる摂動に対し、より敏感ではないが、検査されている表面のサブ波長摂動に対する感度は保持する。
【００２２】
図11〜15は、基板において異常性を検出するために、ボウタイの上で折返しダイポール閉鎖束経路要素を使用する利点を示す。図12が示すように、折返しダイポール・アンテナ要素近傍の表面による摂動に対する非感受性は、全電流(変位および導電)が、要素自体の本体内部に完全に閉じ込められるからである。図13は、閉鎖束折返しダイポール・アンテナ要素が図1に示された基板22などの基板の近傍にあるときの、閉鎖束折返しダイポール・アンテナ要素直下のエネルギーの集中を示す。エネルギーは、2つの十分に画定されたスポット1301および1303に集中され、その強度(電場の平方)は、図6に示されたボウタイ・アンテナ構成の場合の約3.5倍を超える。図14は、ボウタイ・アンテナ要素と比較して、本発明による閉鎖束折返しダイポール・アンテナ要素の感度が増大したことを示す。それぞれのアンテナ要素が、シリコン表面より約80nm上に吊るされているとき、表面の40nmのプラスチックの欠陥により、閉鎖束折返しダイポール・アンテナの電流振幅は、約2%変化し、これは、ボウタイ要素の約0.35%の変化とは対照的である。同様の利得が、図15に示すように、要素の位相摂動に見られる。ホログラフィック・フィルタリングでは、1%の位相変化および1°の位相差は、通常、基板における異常性の検出に十分である。
【００２３】
図16および17は、3つの異なるタイプの異常性の上に吊るされた折返しダイポール・アンテナ要素によって再度放射された散乱エネルギーを示す。線1601および1701は、折返しダイポール・アンテナ要素が、調査されている基板の表面上に30nmのシリコン立方体を備える異常性の70nm上に吊るされたときの、散乱エネルギーの振幅および位相の変化をそれぞれ示す。線1603および1703は、折返しダイポール・アンテナ要素が、調査されている基板の表面上に30nmの金属立方体を備える異常性の70nm上に吊るされたときの、散乱エネルギーの振幅および位相の変化をそれぞれ示す。最後に、線1605および1705は、折返しダイポール・アンテナ要素が、調査されている基板の表面に30nmの空隙を備える異常性の70nm上に吊るされたときの、散乱エネルギーの振幅および位相の変化をそれぞれ示す。
【００２４】
図示されたようなボウタイおよび閉鎖束折返しダイポールの構成にアンテナ要素を製作することが可能であることは、当業者には明らかである。光の波長では、これらのアンテナ要素は、サブミクロンスケールの構造に製作することを必要とし、細部は、10ナノメートルの領域にある。したがって、電子ビーム・リソグラフィ(EBL)が、これらの構造の製作に選択される技法である。さらに、微細機械加工および微細散乱の手法があり、これは、約300nmのボウタイの導電アームの外縁間にある距離があり、かつ約50nmのアーム間にギャップがある、所望のアンテナ構造を創出することができる。また、仮想アンテナを、光伝導基板の表面上にその場で創出することが可能であり、参照によって本明細書に組み込まれている、Edwards and Nunnally、SPIE 1918、Smart Sensing, Processing, and Instrumentation、1993年、344〜353ページによって実証されているように、当業者には周知である。記述したように、ボウタイまたは閉鎖束折返しダイポール・アンテナ要素は、クロミウムまたはアルミニウムで構築することが可能である。
【００２５】
原子力顕微鏡検査法と共に使用される走査手続きを使用して、サブ波長機械走査を得ることが可能である。同様に、アレイと調査されている基板の表面との距離は、現在の磁気媒体記録手法によって制御することが可能であり、これは、参照によって本明細書に完全に組み込まれている米国特許第6,288,856号において示されているように、確実なヘッドからディスクまでのクリアランスを40nmから100nmの範囲において可能にすることが既知である。
【００２６】
本発明について、その例示的な実施形態を参照して、詳細に記述してきたが、添付の請求項によって確定される本発明の範囲または精神から逸脱せずに、様々な修正、代用、および変更を本発明に対して実施することができることを理解されたい。たとえば、ホログラフィック・フィルタをデジタル式に創出することが可能であり、したがって、検出器は、アンテナ・アレイおよび基板から散乱された放射エネルギーを直接受信することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による第1例示実施形態の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態において使用されるアンテナ要素のアレイを示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態において、参照光源によって照明されるアレイおよび基板から散乱されたエネルギーを示す概略図である。
【図４】図1の実施形態において使用される例示的なアンテナ要素の上面図である。
【図５】参照光源によって照明されるときの自由空間における、本発明の一実施形態において使用することが可能であるボウタイ・アンテナ要素によって放射される電場を示す上面図である。
【図６】参照光源によって照明されるときの基板の近傍における、本発明の一実施形態において使用することが可能であるボウタイ・アンテナ要素によって放射される電場を示す上面図である。
【図７】参照光源によって照明されるときの基板の近傍における、ボウタイ・アンテナ要素によって放射される通常の電場束の大きさを示す側面図である。
【図８】本発明の一実施形態において使用されるアンテナ要素の上面図である。
【図９】図8に示されたアンテナ要素の側面図である。
【図１０】図8に示されたアンテナ要素の側面図である。
【図１１】本発明の一実施形態において使用される1つのアンテナ要素における電流束経路を示す概略図である。
【図１２】本発明の一実施形態において使用される1つのアンテナ要素における電流束経路を示す概略図である。
【図１３】参照光源によって照明されるときの基板の近傍における、本発明の一実施形態において使用することが可能である、図8〜10に示されたアンテナ要素によって放射される電場を示す上面図である。
【図１４】本発明によるシステムにおいて使用されるときの図4に示されたアンテナ要素と図8〜10に示されたアンテナ要素との振幅感度の差を示すチャートである。
【図１５】本発明によるシステムにおいて使用されるときの図4に示されたアンテナ要素と図8〜10に示されたアンテナ要素との位相感度の差を示すチャートである。
【図１６】異なるタイプの異常性が存在するときの図8〜10に示されたアンテナ要素によって生成される異なる振幅放射プロファイルを示すチャートである。
【図１７】異なるタイプの異常性が存在するときの図8〜10に示されたアンテナ要素によって生成される異なる位相放射プロファイルを示すチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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