(57)【要約】対象物の干渉計測を実行するための共焦点干渉計システムにおいて、ピンホールアレイであって、光源ビームを受光するように配置され、ピンホールアレイの各ピンホールにおいて、光源ビームを、ピンホールアレイの一側において対応する参照ビームに、ピンホールアレイの他側において対応する測定ビームに分離するピンホールアレイ；と、第1結像システムであって、ピンホールアレイを、対象物上の、または対象物中のスポットアレイに対して結像するように配置され、配置は、ピンホールアレイの各ピンホールにおいて、対応測定ビームが、スポットアレイの別の対応スポットに向けられ、そのスポットにおいて、対応帰還測定ビームを生成するように行われ、前記第1結像システムはまた、スポットアレイの像をピンホールアレイに結像するように配置され、配置は、スポットアレイの各スポットからの対応帰還測定ビームが、ピンホールアレイの別の対応ピンホールに戻るように行われ、各ピンホールにおいて、ピンホールアレイは、そのピンホールにおける帰還測定ビームと参照ビームとを結合させ、対応する結合ビームを生成する第1結像システム；および、検出集合体であって、ピンホールアレイと軸揃えされた検出要素アレイを含み、軸揃えは、各ピンホールにおいて、対応結合ビームを、検出要素アレイの別の対応検出要素に向けるように行われる検出集合体、と、を含む共焦点干渉計システム。
2006518854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の干渉計測を実行する共焦点干渉計システムにおいて、
光源ビームを受光するように配置され、ピンホールアレイの各ピンホールにおいて、光源ビームを、ピンホールアレイの一側において対応する参照ビームに、ピンホールアレイの他側において対応する測定ビームに分離するピンホールアレイ、と、
第1結像システムにおいて、ピンホールアレイを、対象物上の、または対象物中のスポットアレイに対して結像するように配置され、配置は、ピンホールアレイの各ピンホールにおいて、対応測定ビームが、スポットアレイの別の対応スポットに向けられ、そのスポットにおいて、対応帰還測定ビームを生成するように行われ、前記第1結像システムはまた、スポットアレイの像をピンホールアレイに結像するように配置され、配置は、スポットアレイの各スポットからの対応帰還測定ビームが、ピンホールアレイの別の対応ピンホールに戻るように行われ、各ピンホールにおいて、ピンホールアレイは、そのピンホールにおける帰還測定ビームと参照ビームとを結合させ、対応する結合ビームを生成する第1結像システム、および、
ピンホールアレイと軸揃えされた検出要素アレイを含み、軸揃えは、各ピンホールにおいて、対応結合ビームを、検出要素アレイの別の対応検出要素に向けるように行われる検出集合体、と、
を含む共焦点干渉計システム。
【請求項２】
ピンホールアレイを、検出要素アレイに対して結像する第2結像システムをさらに含むことを特徴とする、請求項1の共焦点干渉計システム。
【請求項３】
前記第1結像システムは、
各ピンホールについて、対応する測定ビームを受光し、その対応する測定ビームを透過部分と反射部分に分離するように配置されたビームスプリッター、および、
ビームスプリッターを介して、対象物の上または中の対応スポットに対してピンホールアレイの各ピンホール像を結像し、それによってそのピンホールからの測定ビームを前記対応スポットへ向けるように配置される反射面、と、
を含むことを特徴とする、請求項1の共焦点干渉計システム。
【請求項４】
前記反射面は、対象物上の一点と実質的に同心円であることを特徴とする、請求項3の共焦点干渉計システム。
【請求項５】
前記第1結像システムは、対象物とビームスプリッターの間に、対象物からの光線を受光するように配置された屈折面をさらに含むことを特徴とする、請求項4の共焦点干渉計システム。
【請求項６】
前記反射面は、第1半径を持つ球に実質的に合致し、屈折面は、第2半径を持つ球と合致し、第1半径は第2半径よりも大きいことを特徴とする、請求項5の共焦点干渉計システム。
【請求項７】
前記反射面と屈折面が同じ曲率中心を持つことを特徴とする、請求項6の共焦点干渉計システム。
【請求項８】
前記第1結像システムは、前記反射面によって結像される光線を受光するようにビームスピリッターとピンホールアレイの間に配置された屈折面をさらに含むことを特徴とする、請求項4の共焦点干渉計システム。
【請求項９】
前記反射面は、ピンホールアレイ上の結像点と実質的に同心円であることを特徴とする、請求項3の共焦点干渉計システム。
【請求項１０】
前記第1結像システムは、ピンホールアレイからの光線を受光するようにピンホールアレイとビームスピリッターの間に配置された屈折面をさらに含むことを特徴とする、請求項9の共焦点干渉計システム。
【請求項１１】
前記反射面は、第1半径を持つ球に実質的に合致し、屈折面は、第2半径を持つ球と合致し、第1半径は第2半径よりも大きいことを特徴とする、請求項10の共焦点干渉計システム。
【請求項１２】
前記反射面と屈折面が同じ曲率中心を持つことを特徴とする、請求項11の共焦点干渉計システム。
【請求項１３】
前記第1結像システムは、前記第1反射面から見てビームスプリッターの反対側に、ビームスプリッターを介して、ピンホールアレイの各ピンホールを、対象物上の、または、対象物中の対応スポットに対して結像するように配置される第2反射面をさらに含むことを特徴とする、請求項3の共焦点干渉計システム。
【請求項１４】
前記第1反射面は、対象物上の点と実質的に同心円であり、前記第2反射面は、ピンホールアレイ上の結像点と実質的に同心円であることを特徴とする、請求項13の共焦点干渉計システム。
【請求項１５】
前記第1結像システムは、対象物からの光線を受光するように対象物とビームスピリッターの間に配置された第1屈折面、および、反射面によって結像される光線を受光するようにビームスプリッターとピンホールアレイの間に配置された第2屈折面をさらに含むことを特徴とする、請求項14の共焦点干渉計システム。
【請求項１６】
前記第1反射面は、第1半径を持つ球と実質的に一致し、第1屈折面は、第2半径を持つ球と一致し、第1半径は第2半径よりも大きいことを特徴とする、請求項15の共焦点干渉計システム。
【請求項１７】
前記第1反射面と前記第1屈折面が同じ曲率中心を持つことを特徴とする、請求項16の共焦点干渉計システム。
【請求項１８】
前記第2反射面は、第1半径を持つ球と実質的に一致し、第2屈折面は、第2半径を持つ球と一致し、第1半径は第2半径よりも大きいことを特徴とする、請求項15の共焦点干渉計システム。
【請求項１９】
前記第2反射面と第2屈折面は同じ曲率中心を持つことを特徴とする、請求項18の共焦点干渉計システム。
【請求項２０】
前記第1反射面および第2反射面は同じ曲率半径を持つことを特徴とする、請求項19の共焦点干渉計システム。
【請求項２１】
前記第１反射面と第2反射面は、ビームスプリッターに関して共役点である、それぞれの曲率中心を持つことを特徴とする、請求項20の共焦点干渉計システム。
【請求項２２】
前記ピンホールアレイは二次元アレイであることを特徴とする、請求項20の共焦点干渉計システム。
【請求項２３】
前記二次元アレイは等間隔に隔てられた孔から構成されることを特徴とする、請求項22の共焦点干渉計システム。
【請求項２４】
前記等間隔に隔てられた孔は円形開口であることを特徴とする、請求項23の共焦点干渉計システム。
【請求項２５】
対象物の干渉測定を実行する共焦点干渉計システムにおいて、
光源ビームを受光するように配置されたピンホールアレイの任意に選択されたピンホールにおいて、光源ビームを、ピンホールアレイの一側において対応参照ビームに、ピンホールアレイの他側において対応する測定ビームに分離するピンホールアレイ、と、
ピンホールアレイの像を、対象物中または対象物上のスポットアレイに対して結像するように配置される第1結像システムにおいて、配置は、前記任意に選択されたピンホールの対応測定ビームが、スポットアレイの対応スポットに向けられ、そのスポットにおいて、対応帰還測定ビームを生成するように行われ、前記第1結像システムはまた、スポットアレイの像をピンホールアレイに結像するように配置され、配置は、前記任意のスポットからの対応帰還測定ビームが前記任意に選択されたピンホールに戻るように行われ、ピンホールアレイは、対応参照ビームと帰還測定ビームとを結合させ、対応する結合ビームを生成する第1結像システム、および、
ピンホールアレイと軸揃えされた検出要素アレイを含み、軸揃えは、各ピンホールについて、対応結合ビームが、検出要素アレイの対応する別の検出要素に向けられるよう行われる検出集合体、と、
を含むことを特徴とする、共焦点干渉計システム。
【請求項２６】
前記ピンホールアレイの像を検出要素アレイに対して結像する第2結像システムをさらに含むことを特徴とする、請求項25の共焦点干渉計測システム。
【請求項２７】
前記第1結像システムは反射屈折結像システムであることを特徴とする、請求項25の共焦点干渉計測システム。
【請求項２８】
対象物の干渉測定を実行する共焦点干渉計システムにおいて、
光源ビームを受光して、その光源ビームをピンホールの一側において参照ビームに、ピンホールの他側において測定ビームに分離するように配置されたピンホールを定めるマスク、と、
ピンホール像を、対象物上または対象物中のスポットに対して結像するように配置される第1結像システムにおいて、配置は、測定ビームは前記スポットに向けられ、そのスポットにおいて、帰還測定ビームを生成するように行われ、前記第1結像システムはまた、前記スポットの像をピンホールに結像するように配置され、配置は、前記スポットからの帰還測定ビームが前記ピンホールに戻るように行われ、ピンホールは、帰還測定ビームと参照ビームとを結合し、結合ビームを生成する第1結像システム、および、
前記結合ビームを受光する検出要素を含む検出システム、と、
を含む共焦点干渉計システム。
【請求項２９】
ピンホールの像を検出要素に結像する第2結像システムにおいて、結像は、結合ビームが前記検出要素に向けられるように行われる第2結像システムをさらに含むことを特徴とする、請求項28の共焦点干渉計システム。
【請求項３０】
前記第1結像システムは反射屈折結像システムであることを特徴とする、請求項28の共焦点干渉計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉型共焦点顕微鏡観察法に関する。
関連出願に関する相互参照
本出願は、2003年1月27日出願の、米国特許仮出願第60/442,858号（ZI-47）、および、2003年1月28日出願の、米国特許仮出願第60/442,892号（ZI-45）の利益を主張する。なお、上記いずれも、引用することにより本出願に含める。
【０００２】
本出願はさらに、下記の出願、すなわち、2004年1月27日出願、名称「干渉計測対象物による反射／散乱および透過ビームの、四半分角視野同時測定のための装置および方法」の米国特許出願（ZI-47）も引用することにより本出願に含める。
【背景技術】
【０００３】
干渉顕微鏡の分野では、例えば、薄膜技術を用いたビームスピリッターを用いて、入力ビームから参照と測定ビームを生成し、次に、この測定ビームと参照ビームを合わせて出力ビームを形成することが知られている。出力ビームは検出されて、電気干渉信号から成るアレイを生成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、一つの局面では、本発明は、干渉型共焦点顕微鏡システムにおいて、参照および測定ビームを生成し、結合するためのビームスプリッターとして、ピンホールアレイを用いることを含む。このピンホールアレイ・ビームスプリッターは、さらに、従来の共役共焦点ピンホールアレイとしても機能する。
【０００５】
入力ビームはピンホールアレイに入射すると、その第1部分は、参照ビームアレイとして透過されて、出力ビームの1成分を構成し、その第2部分は、測定ビームアレイとして散乱される。入力ビームの第3部分は反射されるが、実質的に入力ビームの波頭性質を保持する。ピンホールアレイは、入力ビームの波長の桁の特徴的な大きさを持つ開口を含み、従って、第2部分は、散乱角として大きな二乗平均平方根値を持つ。入力ビームと、入力ビームの第3部分とは、対応するビーム開度について比較的小さい二乗平均平方根値を持つ。第2部分と第3部分の開度の差は、下流で検出されるビームアレイから、第3部分を除去するのに用いられる。
【０００６】
この点では、ピンホールアレイはビームスプリッターとして働き、入力ビームから、参照ビームアレイと、対応する測定ビームアレイを生成する。ピンホールアレイはまた、共焦点顕微鏡結像システムの、従来の第1ピンホールアレイの機能も担っている。測定ビームアレイは次に、基板中の、または基板上の、ピンホールアレイ・ビームスピリッターのピンホールと共役する、合焦点アレイとして基板に入射し、その一部は反射および／または散乱されて、対応する帰還測定ビームアレイを生成する。次に、帰還測定ビームアレイは、基板中または上の合焦点スポットと共役する合焦点スポットアレイとして、ピンホールアレイ・ビームスピリッターに向けられ、その一部は、出力ビームの帰還測定ビーム成分として透過される。従って、出力ビームは、参照ビームアレイ、および、ほぼ同じ開度特性を持つ重複帰還ビームアレイとを有する。出力ビームの重複ビームアレイは、検出器または検出要素アレイによって検出されて、電気干渉信号アレイを生成する。
【０００７】
測定ビームによるピンホールアレイに対する戻りの経路において、または、帰還測定ビームのピンホールアレイへの通過において、ピンホールアレイは、またしてもビームスピリッターとして働き、また、共焦点顕微鏡結像システムの、従来の第2ピンホールアレイの機能も担う。帰還測定ビームの共役四半分角視野が、ホモダイン検出法によって決められる。ホモダイン検出法は、シングル、ダブル、バイ、またはクォードホモダイン検出法を含んでもよい。帰還測定ビームの、共役四半分視野の同時測定は、「単一」または「複数」波長操作のいずれかに対してバイおよびクォードホモダイン検出法を用いることによって実現される。単一または複数波長とは、入力ビームの対応周波数成分の、周波数差の大きさを指す。同時測定とは、測定ビームが空間的にも時間的にも共存し、対応する参照ビームが空間的にも時間的にも共存し、各電気干渉信号値は、測定される共役四半分視野の二つの成分それぞれからの寄与を含む状態に対応する。帰還測定ビームの共役四半分視野の同時測定は、さらに追加のビームを、その追加ビームの入射時間と測定ビームの入射時間の差が指定の時間差となるように基板に入射させることによって、帰還測定ビームについても実現することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一般に、一つの局面では、本発明は、対象物の干渉測定を実行するための共焦点干渉計測システムをその特徴とする。このシステムは、光源ビームを受光するように配置されたピンホールアレイであって、ピンホールアレイの各ピンホールにおいて、光源ビームを、ピンホールアレイの一側において対応参照ビームに、ピンホールアレイの他側において対応する測定ビームに分離するピンホールアレイ；ピンホールアレイの像を、対象物中または対象物上のスポットアレイに対して結像するように配置される第1結像システムであって、配置は、ピンホールアレイの各ピンホールにおいて、対応測定ビームが、スポットアレイの別の対応スポットに向けられ、そのスポットにおいて、対応帰還測定ビームを生成するように行われる第1結像システムを含み、第1結像システムはまた、スポットアレイの像をピンホールアレイに結像するように配置され、配置は、スポットアレイの各スポットからの対応帰還測定ビームが、ピンホールアレイの別の対応ピンホールに戻るように行われ、各ピンホールにおいて、ピンホールアレイは、そのピンホールにおける帰還測定ビームと参照ビームとを結合させ、対応する結合ビームを生成する。このシステムはさらに、検出集合体であって、ピンホールアレイと軸揃えされた検出要素アレイを含み、軸揃えは、各ピンホールについて、対応結合ビームが、検出要素アレイの別の対応検出要素に向けられるように行われる検出集合体を含む。
【０００９】
他の実施態様は、下記の特徴の内の1個以上を含む。共焦点干渉システムはまた、ピンホールアレイの像を検出要素アレイに対して結像する第2結像システムを含む。第1結像システムは、各ピンホールについて、対応する測定ビームを受光し、その対応する測定ビームを透過部分と反射部分に分離するように配置されたビームスプリッターを含み；反射面は、ビームスプリッターを介して、対象物の上または中の対応スポットにピンホールアレイの各ピンホール像を結像し、それによってそのピンホールからの測定ビームを対応スポットへ向けるように配置される。反射面は、対象物上の一点と実質的に同心円である。第1結像システムはまた、対象物からの光線を受光するように、対象物とビームスプリッターの間に配置された屈折面を含む。反射面は、第1半径を持つ球に実質的に合致し、屈折面は、第2半径を持つ球と合致し、第1半径は第2半径よりも大きい。さらに、反射面と屈折面とは同じ曲率中心を持つ。
【００１０】
別の実施態様では、第1結像システムは、反射面によって結像される光線を受光するようにビームスピリッターとピンホールアレイの間に配置された屈折面を含み、反射面は、ピンホールアレイ上の結像点と実質的に同心円である。
【００１１】
さらに別の実施態様では、第1結像システムはまた、ビームスプリッターの、最初に言及した反射面とは別の側に、ビームスプリッターを介して対象物上の、またはその中の対応スポットに対してピンホールアレイの各ピンホールの像を結像するように配置される第2反射面を含む。この場合、第1前言反射面は、対象物上の一点に対して実質的に同心円的であり、第2反射面は、ピンホールアレイ上の画像点に対して実質的に同心円的である。また、第1結像システムは、対象物からの光線を受光するように、対象物とビームスプリッターの間に配置される第1屈折面、および、反射面によって結像される光線を受光するようにビームスプリッターとピンホールアレイの間に配置される第2屈折面を含む。前記第1反射面は、第1半径を持つ球と実質的に一致し、第1屈折面は、第2半径を持つ球と一致し、第1半径は第2半径よりも大きく、前記第1反射面と第1屈折面とは同じ曲率中心を持つ。同様に、第2反射面は、第1半径を持つ球と実質的に一致し、第2屈折面は、第2半径を持つ球と一致し、第1半径は、第2半球よりも大きく、第2反射面と第2屈折面は同じ曲率中心を持つ。また、前記第1反射面と第2反射面は、ビームスプリッターに関して共役点である、それぞれの曲率中心を持つ。
【００１２】
各種実施態様において、ピンホールアレイは、等間隔で隔てられた円開口から構成される二次元アレイである。
【００１３】
一般に、別の局面では、本発明は、対象物の干渉測定を実行するための共焦点干渉計システムをその特徴とする。このシステムは、光源ビームを受光するように配置されたピンホールアレイを含み、ピンホールアレイの任意に選択されたピンホールにおいて、光源ビームを、ピンホールアレイの一側において対応参照ビームに、ピンホールアレイの他側において対応する測定ビームに分離するピンホールアレイ；ピンホールアレイの像を、対象物上または対象物中のスポットアレイに対して結像するように配置される第1結像システムであって、配置は、前記任意に選択されたピンホールの対応測定ビームが、スポットアレイの対応スポットに向けられ、ピンホールアレイは、対応参照ビームと帰還測定ビームとを結合し、対応する結合ビームを生成する第1結像システム；および、検出集合体であって、ピンホールアレイと軸揃えされた検出要素アレイを含み、軸揃えは、各ピンホールについて、対応結合ビームが、検出要素アレイの別の対応検出要素に向けられるように行われる検出集合体を含む。
【００１４】
一般に、さらに別の局面では、本発明は、対象物の干渉測定を実行するための共焦点干渉計システムをその特徴とする。同システムは、光源ビームを受光して、その光源ビームをピンホールの一側において対応参照ビームに、ピンホールの他側において対応する測定ビームに分離するピンホールを定めるマスク；ピンホールの像を、対象物中または対象物上のスポットに対して結像する第1結像システムであって、結像は、測定ビームがスポットに向けられ、そのスポットにおいて、帰還測定ビームを生成するように配置され、第1結像システムはまた、そのスポットの像を前記ピンホールに結像するように、しかも、前記スポットからの帰還測定ビームが前記ピンホールに戻るように配置され、ピンホールは、帰還測定ビームと参照ビームとを結合し、結合ビームを生成する第1結像システム；および、前記結合ビームを受光する検出要素を含む検出システムを含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の少なくとも一つの実施態様の一つの利点は、単一ピンホールアレイが、ビームスプリッターとして、また、共焦点顕微鏡システムの、従来の共役共焦点ピンホールアレイとして複数の機能を果たしていることである。
【００１６】
本発明の少なくとも一つの実施態様のもう一つの利点は、単一ピンホールアレイが、ビームスプリッターとして、また、共焦点顕微鏡システムの、従来の共役共焦点ピンホールアレイとして複数の機能を果たしているために、共焦点顕微鏡システムの共役共焦点ピンホールに関して従来見られたシステムの出来を左右する軸揃え要求が無いこと、すなわち、ピンホールによる、検出器における、基板中、または基板上の画像アレイ記録は、測定ビームアレイを生成するピンホールアレイ像として生成されるものであるが、自動的である。
【００１７】
本発明の少なくとも一つの実施態様のもう一つの利点は、ピンホールアレイ・ビームスプリッターは、透過および散乱ビームのある性質に関して名目上無彩色である可能性があることである。
【００１８】
本発明の少なくとも一つの実施態様のもう一つの利点は、視像化される基板によって反射および／または散乱されるビームの共役四半分視野を獲得するのに、単光束またはダブルホモダイン検出法を使用することが可能であることである。
【００１９】
本発明の少なくとも一つの実施態様のもう一つの利点は、視像化される基板によって反射および／または散乱されるビームの共役四半分視野を獲得するのに、バイホモダイン検出法を使用することが可能であることである。
【００２０】
本発明の少なくとも一つの実施態様のもう一つの利点は、視像化される基板によって反射および／または散乱されるビームの共役四半分視野を獲得するのに、クォードホモダイン検出法を使用することが可能であることである。
【００２１】
本発明の少なくとも一つの実施態様のもう一つの利点は、入力ビーム成分の周波数を変えることによって、参照ビームアレイと測定ビームアレイの間の相対的位相差を導入することが可能であることである。
【００２２】
本発明の少なくとも一つの実施態様のもう一つの利点は、1 mm以上の桁の動作距離において、100 nmの桁の横軸解像度、200 nmの桁の長軸解像度が得られることである。
【００２３】
本発明の少なくとも一つの実施態様のもう一つの利点は、基板の内部部分の視像化において、1 mm以上の桁の動作距離、基板内で少なくとも3ミクロンの桁の深度で、100 nmの桁の横軸解像度、200 nmの桁の長軸解像度が得られることである。
【００２４】
本発明の少なくとも一つの実施態様のもう一つの利点は、単一ピンホール・ビームスプリッターを、干渉計システムの他の成分に対して相対的に移動させ、スキャニングシステムの一部として操作することが可能なことで、ピンホールアレイ・ビームスプリッターの移動は、ピンホールに対して共役的な基板上の、または、基板中の視像スポットアレイの移動または操作をもたらし、共焦点ピンホールとしての対応機能およびビームスプリッターピンホールとしての機能も、成分同士の新たな軸揃えを必要とすることなく同時に操作可能となることである。
本発明の少なくとも一つの実施態様のもう一つの利点は、基板によって反射および／または散乱されたビームの共役四半分視野の共同測定が、入力ビームの2個パルス、または、パルス列によって実現が可能となることである。
本発明の少なくとも一つの実施態様のもう一つの利点は、入力ビーム成分の相は、測定される共役四半分視野に影響しないことである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
下記にさらに詳述するように、干渉型共焦点顕微鏡システムにおける、従来の共焦点ピンホールアレイの機能と、参照および測定ビームを生成し、結合するためのビームスプリッターの機能とを果たすために、単一ピンホールアレイが使用される。視像化される基板の一部によって反射／散乱されるビームの、共役四半分視野の測定値を得るために、シングルホモダインおよびダブル検出法が使用され、また、視像化される基板の一部によって反射／散乱されるビームの、共役四半分視野の共同測定値を得るために、バイホモダインおよびクォードホモダイン検出法が使用される。シングル、ダブル、バイ、および、クォードホモダイン検出法が、単一周波数成分、2周波数成分、および4周波数成分を含む干渉型共焦点顕微鏡システムに対して、入力ビームによって導入される。ダブル、バイ、およびクォードホモダイン検出法の周波数成分同士の間における周波数差は、個々のビームの周波数の分数、または、それぞれのビームの周波数の桁ほどの大きさを持つことがある。追加の周波数成分に相当するパルスの時間プロフィールと、シングル、ダブル、バイおよびクォードホモダイン検出法で使用される周波数成分の間に遅延を導入してもよいし、また、シングルおよびダブルホモダイン検出法の場合には共役四半分角が得られ、また、バイおよびクォード検出法の場合には、視像化される基板によって反射および／または散乱される視野の、共同測定共役四半分角が得られる。
【００２６】
本発明の実施態様で使用される、干渉計システム、および、その改変種が、図1aに模式的に示される。干渉計システムは、全体として10で示される第１結像システム、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12、検出器70、および、全体として110で表示される第2結像システムを含む。第2結像システム110は、大きな動作距離を持つ低倍顕微鏡対物レンズ、例えば、ニコンELWDおよびSLWD対物レンズ、およびオリンパスLWD、ULWD、およびELWD対物レンズである。
【００２７】
第1結像システム10は、図1bに模式的に示される。結像システム10は、二つとも、Henry A. Hillという共通著者による、名称「反射光学および反射屈折光学画像化システム」なる米国特許第6,552,852号（ZI-38）、および同様に名称「反射光学および反射屈折光学画像化システム」なる、2003年2月3日出願の米国仮出願第10/366,651号（ZI-43）に記載されるものと同じ反射屈折光学系である。なお、この引用した米国特許と米国仮出願の内容全体を、参照することによって本明細書に含める。
【００２８】
反射屈折結像システム10は、反射屈折要素40と44、ビームスプリッター48、および、凸レンズ50を含む。表面42Aおよび46Aは凸型球面であり、名目上は同じ曲率半径を有し、表面42Aおよび46Aそれぞれの曲率半径中心は、ビームスプリッター48に関して共役点である。表面42Bおよび46Bは凹型球面であり、名目上は同じ曲率半径を有する。表面42Bおよび46Bの曲率半径の中心は、それぞれ、表面46Aおよび42Aの曲率半径の中心と同じである。凸レンズ50の曲率半径の中心は、表面42Bおよび46Aの曲率半径の中心と同じである。表面46Bの曲率半径は、結像システム10の効率損失を最小にするように、最終用途のために受容可能な、結像システム10の動作距離を実現するように選ばれる。凸レンズ50の曲率半径は、反射屈折光学系10の偏軸収差が補償されるように選ばれる。要素40および44の媒体は、例えば、石英ガラス、または、市販のガラス、例えば、SF11である。凸レンズ50の媒体は、例えば、石英ガラス、YAG、または、市販のガラス、例えば、SF11である。要素40と44、および凸レンズ50の選択に当たって考慮すべき重要点は、ビーム24の周波数に対する透過性である。
【００２９】
凸レンズ52は、凸レンズ50の曲率中心と同じ曲率中心を持つ。凸レンズ50と52は、ピンホール・ビームスプリッター12を間にして互いに接着される。ピンホールアレイ・ビームスプリッター12は図1cに示される。ピンホールアレイ・ビームスプリッターのピンホールのパターンは、最終使用用途の要求に合致するように選ばれる。パターンの一つの例として、二つの直交方向に等間隔で隔てられたピンホールから成る二次元アレイがある。ピンホールは、同一著者Henry A. Hill and Kyle Ferrioによって2001年7月27日出願の、名称「共焦点近視野顕微鏡観察のための複数光源アレイ」なる米国特許出願第09/917,402号（ZI-45）に記載されているように、円開口、三角開口、または、それらの組み合わせを含んでもよい。なお、前記特許出願の全内容を引用することにより本明細書に含める。ピンホールアレイ・ビームスプリッター12のピンホールアレイの非限定的例が図1cに示される。この例では、開口径aを持つピンホールが間隔b互いに隔てられる。
【００３０】
入力ビーム24は、ミラー54によって、ピンホール・ビームスプリッター12に向けて反射され、そこにおいて、その第1部分は、出力ビーム成分30Aおよび30Bの参照ビーム成分として透過され、その第2部分は、ビーム成分26Aおよび26Bの測定ビーム成分として散乱される。ビーム成分26Aおよび26Bの測定ビーム成分は、基板60の上、表面、または内部の結像平面の結像スポットアレイに対して、ビーム成分28Aおよび28Bの測定ビーム成分として結像される。基板60に入射した測定ビーム成分28Aおよび28Bの一部は、ビーム成分28Aおよび28Bの帰還測定ビーム成分として反射および／または散乱される。ビーム成分28Aおよび28Bの帰還測定ビーム成分は、反射屈折光学系10によって、ピンホール・ビームスプリッター12のピンホールと一致するスポットに結像され、その一部は、出力ビーム成分30Aおよび30Bの帰還測定ビーム成分として透過される。
【００３１】
反射屈折光学系10の結像特性が、図1bに示すビーム成分28Aおよび28Bの帰還測定ビーム成分について記載される。ビーム成分26Aおよび26Bの測定ビーム成分に対する反射屈折光学系10の結像特性に関する記述は、ビーム成分28Aおよび28Bの帰還測定ビーム成分に関して与えられる記述の相当部分と同じになる。ビーム成分28Aおよび28Bの帰還測定ビーム成分は、屈折面46Bによって、それぞれ、ビーム成分28Cおよび28Dの帰還測定ビーム成分として透過される。ビーム成分28Cの帰還測定ビーム成分は、ビームスプリッター48に入射し、その第1部分と第2部分とは、それぞれ、透過・反射され、それぞれ、ビーム成分26Eおよび28Eの帰還測定ビーム成分となる。次に、ビーム成分26Eおよび28Eの帰還測定ビーム成分のそれぞれの部分は、それぞれ、反射面42Aおよび46Aによって反射され、それぞれ、ビーム成分26Eおよび28Eの帰還測定ビーム成分の部分として、ビームスプリッター48の方に向けられる。ビームスプリッター48に向けられた、ビーム成分26Eおよび28Eの帰還測定ビーム成分の第1および第2部分は、それぞれ、反射・透過され、それぞれ、ビーム成分26Cおよび28Cの帰還測定ビーム成分の第1部分となる。ビームスプリッター48に向けられたビーム成分28Eの帰還測定ビーム成分の第1部分および第2部分は、それぞれ、透過・反射されて、それぞれ、ビーム成分26Cおよび28Cの帰還測定ビーム成分の第2部分となる。ビーム28Dの帰還測定ビーム成分の対応伝播に関する記述は、ビーム成分28Cの帰還測定ビーム成分の伝播に関して示された記述の対応部分と同じである。
【００３２】
ビームスプリッター48に向けて伝播するビーム成分28Cの帰還測定ビーム成分の対応部分の振幅に対する、ビームスプリッター48によって透過されるビーム成分26Eおよび28Eの帰還測定ビーム成分の第１部分を含むビーム成分26Cの帰還測定ビーム成分の相対的振幅Aは、
【００３３】
【数１】
2006518854.tif 000003
式中、θは、ビームスプリッター48によって透過されるビーム成分26Eおよび28Eの帰還測定ビーム成分の第1部分の、ビームスプリッター48における入射角であり、T(θ)1/2およびR(ψ)1/2は、それぞれ、透過および反射複素振幅係数であり、ψは、ビームスプリッター48によって透過されるビーム成分26Eおよび28Eの帰還測定成分の第１成分間における相対的位相シフトである。振幅Aの最大値は、反射面42Aおよび46Aの相対的放射方向位置が、下記の条件を実現する値に設定された場合に得られる。すなわち、
【００３４】
【数２】
2006518854.tif 000004
反射屈折光学系10は、ビーム成分26Cと26Dの帰還測定ビーム成分部分の間に建設的な干渉がある場合、界面の二つの側面における屈折率が、それぞれ、1と-1である界面の結像性と機能的には等しい。測定ビーム成分の間に建設的干渉がある場合、損失のない、その他の点では等価的な結像システムで得られる振幅に対する、干渉共役像の複素数相対的振幅は下式に等しい。すなわち、
【００３５】
【数３】
2006518854.tif 000005
ビーム成分26Cおよび26Dの帰還測定ビーム成分は、それぞれ、ビーム成分26Aおよび26Bの帰還測定ビーム成分として、屈折面42Bによって透過される。基板60において干渉共役スポット画像を形成する、ビーム成分26Aおよび26Bの収束帰還測定ビーム成分の各光線の反射と透過の結合は、ビームスプリッター48の性質の、理想的ビームスプリッターの性質からの乖離を補償する。この補償は、方程式(3)によって示される。関数T(ψ)1/2R(ψ)1/2はψ=π/4で最大値を持つが、π/4からのψの変化には二次的依存性しか持たない。
【００３６】
反射屈折光学系10の透過平均強度は、その結像システム10を通過する2本の異なる経路によって形成されるビームの建設的干渉使用の結果得られるものよりも、方程式(3)で示されるように、2倍増加する。建設的干渉は、反射屈折光学結像システム10の製造時に実現される。
【００３７】
次の工程は、結像システム110による出力ビーム成分30Aおよび30Bの、複数ピクセル検出器、例えば、CCDのピクセルに一致するスポットアレイに対して結像させて、電気干渉信号72のアレイを生成することである。電気干渉信号アレイは、信号プロセッサーおよびコントローラー80に送信されてさらに加工処理される。
【００３８】
帰還測定ビームの共役四半分視野は、多様な実施態様において、シングル、ダブル、および、バイ、およびクォードホモダイン検出方法によって獲得される。各ホモダイン検出法について、電気干渉信号72の、1組4個の測定値が形成される。電気干渉信号72アレイの4個の測定値それぞれについて、既知の位相転移が、出力ビーム30Aと30Bの、参照ビーム成分と、それぞれの帰還測定ビーム成分の間に導入される。既知の一組の位相シフトの非限定的例として0、π/4、π/2、3π/2ラジアン、倍数2πが挙げられる。
【００３９】
入力ビーム24は、シングルホモダイン検出法では一つの周波数成分を含む。バイホモダイン検出法では、入力ビーム24は二つの周波数成分を含み、ダブルおよびクォード検出法では、入力ビーム24は4個の周波数成分を含む。ある実施態様では、位相シフトは、入力ビーム24の周波数成分を、既知の周波数値の間を移動させることによって生成される。参照ビーム成分の光学的経路長と、干渉計10の出力ビーム成分30Aおよび30Bのそれぞれの帰還ビーム成分の経路長との間には差がある。従って、入力ビーム24の周波数成分の周波数変化によって、対応する参照ビーム成分と、出力ビーム成分30Aと30Bのそれぞれの帰還ビーム成分の間に相対的位相シフトが生じる。
【００４０】
参照ビーム成分の光学的経路と、出力ビーム成分30Aおよび30Bそれぞれの帰還測定ビーム成分の経路の間に光学的経路差Lがある時、入力ビーム24の周波数転移Δｆにたいして、帰還測定ビームと、出力ビーム成分30Aおよび30Bの参照ビーム成分の間には下式で表される対応位相シフトψがある、すなわち、
【００４１】
【数４】
2006518854.tif 000006
式中、ｃは、光の自由空間速度である。Lは、物理的経路長の差ではなく、例えば、測定ビーム経路と帰還測定ビーム経路の、屈折率の重み付け平均値に依存する。位相シフトψ=π, 3π, 5π, ...およびL=0.25 mの例では、対応する周波数シフトはΔf = 600 MHz, 1.8 GHz, 3.0 GHz, ...
【００４２】
入力ビーム24の成分の周波数は、電子プロセッサーおよびコントローラー80によって生成されるコントロール信号92および74に従う、光源18とビーム調整器22の動作モードによって決められる。
【００４３】
4アレイの電気干渉信号値の獲得のために2種類の異なる動作モードが記載される。最初に記載されるモードは、ステップ観測モードで、この場合、基板60は、画像情報が望まれる固定位置の間をステップ移動される。第2モードは走査モードである。ステップ観測モードでは、基板60の一次元、二次元、または三次元画像を生成するためには、基板60は、ステージ90によって移動させられる。基板60は、ウェーファーチャック84、84の上でステージ90に装着される。ステージ90の位置は、電子プロセッサーとコントローラー80からのサーボコントロール信号78に従ってトランスジューサー82によって制御される。ステージ90の位置は、計測システム88によって測定され、計測システム88によって得られた位置情報は、電子プロセッサーとコントローラー80に送信されてエラー信号を生成し、これは、ステージ90の位置コントロールに用いられる。計測システム88は、例えば、直線変位干渉計と角度変位干渉計、およびキャップゲージを含んでいてもよい。
【００４４】
電子プロセッサーとコントローラー80は、ステージ90を所望の位置に移動し、次に、四つの位相シフト0、π/4、π/2、3π/2ラジアン、倍数2πから成るセットに対応する電気干渉信号値の4アレイセットが得られる。電気干渉信号値の4アレイセットの獲得後、電子プロセッサーとコントローラー80は、ステージ90の次の所望位置について上記手順を繰り返す。基板60の上昇および角度方向は、トランスジューサー86Aおよび86Bによって制御される。
【００４５】
電気干渉信号値の4アレイセット獲得のための二つのモードの内の第2番目を次に記載する。この場合、電気干渉信号値の4アレイセットは、ステージ90の位置を一つ以上の方向で連続的に走査しながら獲得される。走査モードでは、光源18が、信号プロセッサーとコントローラー80からの信号92によって定期的にパルス制御される。光源18は、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12のピンホールの共役画像が、画像情報が望まれる基板60上の、および／または、基板中の位置に登録されたのと一致して定期的にパルス駆動される。
【００４６】
パルス駆動光源を生産するにはいくつかの異なるやり方がある（W. Silfvast, 「光学教科書（”Handbook of Optics”）」、1, 1995, 第11章「レーザー」、McGraw-Hill、ニューヨーク参照）。走査モードにおいて使用される連続走査のために、光源18によって生成されるビームパルスτplの持続時間または「パルス幅」には制限がある。パルス幅τplは、走査方向における空間解像度の限界値を、下式で表される低域限界まで部分的に制御するパラメータである。すなわち、
【００４７】
【数５】
2006518854.tif 000007
式中、Vは走査速度である。例えば、τpl=50 nsecで、走査速度v=0.20 m/秒の場合、走査方向における空間解像度τplVの限界値は
【００４８】
【数６】
2006518854.tif 000008
入力ビーム24の成分の周波数は、信号プロセッサーとコントローラー80からの信号92および74によって4周波数セットの周波数に一致するように、それによって、出力ビーム成分30Aおよび30Bの参照および帰還測定ビーム成分の間の4位相シフトセットについて所望の位相シフトが得られるように制御される。電子干渉信号値獲得のための第1モードでは、1セット4位相シフト値に対応する4電気干渉信号値から成るアレイセットから得られる各セット4アレイの電気干渉信号値は、シングルおよびバイホモダイン検出法では、検出器70の単一ピクセルによって生成され、クォードホモダイン検出法では、検出器70の2ピクセルによって生成され、ダブルホモダイン検出法では検出器70の4ピクセルによって生成される。電気干渉信号値獲得のための第2モードでは、4電気干渉信号値のアレイセットから得られる4電気干渉信号値の各対応セットは、4通りのホモダイン検出法それぞれに対する検出器70の4個の異なるピクセルから成る共役セットによって生成される。従って、第2モードでは、ピクセル効率の差、および、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12のピンホールサイズの差は、帰還測定ビーム成分の共役四半分視野を得るためには、信号プロセッサーとコントローラー80によって、信号処理において補償される必要がある。
【００４９】
第2モード、すなわち走査モードの利点は、電気干渉信号値が、干渉型共焦点顕微鏡システムの処理能力を高める走査モードとして獲得されることである。
【００５０】
光源18およびビームスプリッター22の記述は、下記の同一著者になる特許文献において光源とビームスプリッターに関して与えられた記述と同じである。すなわち、共にHenry A. Hillによる2003年1月27日出願、名称「干渉計測において対象物によって反射／散乱および透過されるビームの、共役四半分視野共同測定のための装置および方法」なる米国特許出願（ZI-47）、および、2004年1月27日出願、名称「干渉計測において対象物によって反射／散乱および透過されるビームの、共役四半分視野共同測定のための装置および方法」なる米国特許出願（ZI-47）である。なお、この引用された米国特許仮出願および米国特許出願の全体内容を参照することにより本明細書に含める。
【００５１】
図1cを参照すると、先ず、ビーム調整器22が、2周波数発生器および周波数シフターとして記載される。ビーム調整器22は、周波数シフトされた、単一周波数成分、または、二個の周波数シフトされた成分を持つビーム24を生成するように動作することが可能である。
【００５２】
ビーム調整器22は、聴視変調器1120、1126、1130、1132、1142、1146、1150、1154、1058、および1062、ビームスプリッター1168、および、ミラー1166を含む。入力ビーム20は、図1c面に対して平行な偏光面を持つ聴視変調器1120に入射する。ビーム20の第1部分は、聴視変調器1120によって回折されてビーム1122となり、次に、聴視変調器1126によって屈折されて、図1d面に対して平行な偏光を持つビーム1128となる。ビーム20の第2部分は透過されて、図1d面に対して平行な偏光面を持つ非回折ビーム1124となる。ビーム24のために、周波数がシフトされた、単一周波数成分を生成するよう操作されたビーム調整器22の場合、聴視変調器1120に対する聴覚パワーは、二つの状態の間で切り換えられる。一つの状態はオフ状態であり、この場合、回折ビーム1122の振幅はゼロであり、オン状態では、非回折ビーム1124の振幅が名目上はゼロである。聴視変調器1120のこのオンまたはオフ状態は、電子プロセッサーとコントローラー80によって生成される信号74によって制御される。
【００５３】
聴視変調器1120と1126は、非等方性ブラッグ回折タイプ、または、等方性回折タイプのいずれかであってもよい。聴視変調器1120および1126によって導入される周波数シフトは、干渉計10において生成される周波数シフトΔｆに対し、その周波数シフトに等しい周波数差を持つ参照ビームと測定ビームの間にπ/2位相差を生ずる周波数シフトΔｆと同じ符号を持ち、かつ、その1/2に等しい。ビーム1128の伝播方向は、ビーム1124の伝播方向に対して平行的である。
【００５４】
図1dについて続けると、ビーム1128は、聴視変調器1132に入射して、電子プロセッサーとコントローラー80からの制御信号74に従って（図1a参照）、聴視変調器1132によって回折されてビーム1134になるか、または、聴視変調器1132によって透過されてビーム1136となる。ビーム1134が生成されると、ビーム1134は、聴視変調器1142、1146および1150によって回折されて、ビーム1152の周波数シフトビーム成分となる。聴視変調器1132、1142、1146および1150によって導入される周波数シフトは、皆同じ方向で、その大きさはΔf/2に等しい。従って、聴視変調器1132、1142、1146および1150によって導入される差し引き合計の周波数シフトは±2Δfである。聴視変調器1120、1126、1132、1142、1146および1150によって導入される差し引き合計周波数シフトは、Δf±2Δfであり、干渉計10においてそれぞれの参照および測定ビームの間に、それぞれの相対的位相シフトπ/2およびπ/2±πを生成する。
【００５５】
ビーム1136が生成された場合、ビーム1136は、電子プロセッサーとコントローラー80からの制御信号74に従って、聴視変調器1150によって透過されて、ビーム1152の非周波数変動ビーム成分となる。聴視変調器1120、1126、1132および1150によって導入される周波数シフトはΔfであり、これは、干渉計10のそれぞれの参照および測定ビームの間にπ/2の、それぞれの相対的位相シフトを生成する。
【００５６】
ビーム1124は聴視変調器1130に入射し、電子プロセッサーとコントローラー80からの制御信号74に従って、聴視変調器1130によって回折されてビーム1140となるか、または、聴視変調器1130によって透過されてビーム1138になる。ビーム1140が生成された場合、ビーム1140は、聴視変調器1154、1158、および1162によって回折されて、ビーム1164の周波数シフトビーム成分となる。聴視変調器1130、1154、1158および1162によって導入される周波数シフトは、皆同じ方向で、±Δf/2に等しい。従って、聴視変調器1130、1154、1158および1162によって導入される差し引き合計の周波数シフトは±2Δfであり、干渉計10の通過時に、それぞれの参照および測定ビームの間に相対的位相シフトπを生成する。聴視変調器1120、1130、1154、1158、および1162によって導入される差し引き合計周波数シフトは、±2Δfであり、干渉計10通過時に、それぞれの参照および測定ビームの間に、それぞれの相対的位相シフト±πを生成する。
【００５７】
ビーム1138が生成された場合、ビーム1138は、電子プロセッサーとコントローラー80からの制御信号74に従って、聴視変調器1162によって透過されて、ビーム1164の非周波数変動ビーム成分となる。聴視変調器1120、1130、および1162によって導入される周波数シフトは0であり、これは、干渉計10の通過時、それぞれの参照および測定ビームの間に0の、それぞれの相対的位相シフトを生成する。
【００５８】
次に、ビーム1152および1164は、ビームスプリッター1168によって結合されてビーム24を形成する。聴視変調器1120、1126、1130、1132、1142、1146、1150、1154、1058、および1062は、非等方性ブラッグ回折タイプ、または、等方性回折タイプのいずれかであってもよい。ビーム1152および1164は、非等方性ブラッグ回折タイプ、または等方性回折タイプのいずれにおいても、図1dの面において共に直交方向に偏光されており、ビームスプリッター1168は非偏光タイプのものである。
【００５９】
様々の実施態様の入力ビーム要求に合致するように光源18およびビーム調整器22を様々なやり方で構成する、その方法の記載の続きとして、光源18は、パルス駆動光源であることが好ましい。光源18の各パルスは、モードロック型QスイッチNd:YAGレーザーによって生成されるもののような単発パルスまたはパルス列を含んでもよい。単発パルス列は、本明細書では、パルス列と参照され、パルスおよびパルス列という表現は本明細書では相互交換的に使用される。
【００６０】
光源18は、ある実施態様では、B.P. Stoicheff, J.R. Banic, P. Herman, W. Jamroz, P.E. LaRocque, and R.H. Lipsonによって書かれた、表題「高解像度VUVおよびXUV分光光度観測のための、変調可能なコヒーレント光源（”Tunable, Coherent Sources For High-Resolution VUV and XUV Spectroscopy”）」なる、T.J. McIlrath and R.R. Freeman編（米国物理研究所）の「限外紫外線分光光度観察のためのレーザー技術（”Laser Techniques for Extreme Ultraviolet Spectroscopy”）」、19ページ(1982)所載の総覧、および、その中の引用文献に記載される技術を用いて、2種または4種の周波数を生成するように構成することが可能である。技術としては、例えば、S.E. Harris, J.F. Young, A.H. Kung, D.M. Bloom, and G.C. Bjorklundによって書かれた、表題「紫外線および真空紫外線放射の生成（”Generation of Ultraviolet and Vacuum Ultraviolet Radiation”）」なる、R.G. Brewer and A. Mooradi編（Plenum Press、ニューヨーク）、59ページ(1974)所載の論文、および、A.H. Kungによって書かれた、表題「変調可能なピコ秒VUV放射（”Generation of Tunable Picosecond VUV Radiation”）」、Appl. Phys. Lett. 25, p653 (1974)の論文に記載された、二次および三次ハーモニック（高調波）生成、およびパラメトリック生成が挙げられる。上に引用した3編の論文の内容全体を、参照することにより本明細書に含める。
【００６１】
2種または4種の周波数成分を含む光源18からの出力ビームは、ビーム調整器22においてビームスプリッターによって結合されて、各種実施態様の要求に応じて空間的に共存する、共存的測定および参照ビームを形成する。光源18が、2種、または4種周波数成分を供給するように構成される場合、ある実施態様で要求される各種成分の周波数シフトは、光源18において、例えば、入力ビームのパラメトリック発信器に対する周波数変調によって導入されてもよい。
【００６２】
ホモダイン検出には、いくつかの実施態様で使用されてもよい4種の異なる実施法がある。この4種の異なる実施法とは、シングル、ダブル、バイ、およびクォード-ホモダイン検出法と呼ばれる。シングル-ホモダイン検出法では、インプットビーム24は、単一周波数成分を含み、電気干渉信号72アレイの4個の測定値から成る1セットが形成される。電気干渉信号72アレイの4個の測定値それぞれについて、出力ビーム30Aおよび30Bの参照ビーム成分とそれぞれの帰還測定ビーム成分の間に、既知の位相シフトが導入される。単一周波数成分を含む入力ビームについて、反射および／または散乱部分の共役四半分を抽出するのに用いられる、その後のデータ処理工程は、例えば、同一著者Henry A. Hillによる、名称「走査干渉型近視野共焦点顕微鏡観察法」なる米国特許第6,445,453号（ZI-14）に記載されている。なお、この特許の内容全体を引用することにより本明細書に含める。
【００６３】
ダブルホモダイン検出法は、電気干渉信号の測定値を得るために、4種の周波数成分を含む入力ビーム24と、4個の検出器を用い、この電気干渉信号は次に、共役四半分を得るために使用される。4個の検出要素の各検出要素は、同時に4個の電気干渉信号を得、1視野のための共役四半分を計算する。4個の電気干渉信号値はそれぞれ、共役四半分の一つの直交成分に関連する情報のみを含む。本明細書で使用されるダブルホモダイン検出は、G.M. D’ariano and M.G.A. Parisによって書かれた、表題「理想的および実行可能測定における位相感度の下限（”Lower Bounds On Phase Sensitivity In Ideal And Feasible Measurements”）」なる論文、Phys. Rev. A49, 3022-3036 (1994)のIV節に記述された検出法に関連する。従って、ダブル-ホモダイン検出法は、各電気干渉信号値が共役四半分の2個の直交成分それぞれについて同時に情報を含む、視野の共役四半分の同時決定を実行しない。
【００６４】
バイ-およびクォード-ホモダイン検出法は、電気干渉信号の各測定値が、共役四半分の2個の直交成分に関する情報を同時に含む形で、電気干渉信号測定値を入手する。この2個の直交成分は、前述の米国特許仮出願第60/442,858号、および、2004年1月27日出願、名称「干渉計測において対象物によって反射／散乱および透過されるビームの、共役四半分視野同時測定のための装置および方法」なる前述の米国特許に記載される共役四半分の直交成分に相当する。
【００６５】
次に、帰還測定ビームの共役四半分視野決定のために実施する、4個の電気干渉信号測定値の測定アレイセットの処理を、バイ-ホモダイン検出法について説明する。帰還測定ビームの共役四半分視野の同時測定を定めるために実施される、バイ-およびクォード-ホモダイン検出法の処理手順に関する一般的記述は、前述の米国特許仮出願第60/442,858号、および、2004年1月27日出願(ZI-47)、名称「干渉計測において対象物によって反射／散乱および透過されるビームの、共役四半分視野同時測定のための装置および方法」なる前述の米国特許に与えられる記載の相当部分と同じである。
【００６６】
共役四半分が同時に得られるバイ-ホモダイン検出法を参照すると、4個の電気干渉信号値から成る1セットが、視像化される基板60上の、および／または、中の各スポットについて得られる。視像化される基板60の上の、および／または、中の単一スポットについて共役四半分視野を得るために用いられる4個の電気干渉信号値から成るセットSj, j=1, 2, 3, 4は、バイ-ホモダイン検出では、ある換算率において、下式で表される、すなわち、
【００６７】
【数７】
2006518854.tif 000009
式中、係数A1およびA2は、入力ビームの第1および第2周波数成分に対応する参照ビームの振幅を表し、係数B1およびB2は、それぞれ、参照ビームA1およびA2に対応する背景ビームの振幅を表し、係数C1およびC2は、それぞれ、参照ビームA1およびA2に対応する帰還測定ビームの振幅を表し、Pjは、パルスjにおける入力ビームの第1周波数成分の積分強度を表し、εjおよびγjの値は表1に掲げる通りである。二つの周波数成分における参照および帰還測定ビーム間の相対的位相シフトは、±πの奇数ハーモニックである。1から-1、または、-1から1へのεjおよびγjの数値の変化は、入力ビーム24の周波数成分の変化に関連する、それぞれの参照および測定ビームにおける±πの奇数ハーモニックの相対的位相変化に対応する。係数ξj、ζj、およびηjは、それぞれ、参照ビーム、背景ビーム、および帰還測定ビームにおける、基板の上、および／または中にスポットを生成する際に使用される、4ピンホールの共役セットの性質、例えば、サイズおよび形における変化の作用、および、基板60上の、および／または、中のスポットに対応する4個の検出ピクセルの共役セットの感度を表す。4ピンホールの共役セットは、走査時の様々な時点において、視像化される基板の中の、または、上のスポットに対して共役的な、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12のピンホールを含む。
【００６８】
【表１】
2006518854.tif 000010
式(7)において、|A2|／|A1|の比は、ｊにも、Pjの値にも依存しないことが仮定される。さらに、本発明の範囲や精神から逸脱すること無しに、Sjの表現を簡単化して重要な性質を突出させるために、式(7)において、A2およびA1に相当する帰還測定ビームの振幅比も、j、または、Pjの値に依存しないことが仮定される。しかしながら、|C2|／|C1|比は、A2およびA1に相当する測定ビーム成分の振幅比が|A2|／|A1|比と異なる場合、|A2|／|A1|比と異なる。
【００６９】
ビーム成分30Aおよび30Bの、対応する参照および帰還測定ビーム成分間の相対的位相シフトの制御によってcos ψA2C2 = ±sin ψA1C1に注意すると、式(7)は下記のように書き直される、すなわち、
【００７０】
【数８】
2006518854.tif 000011
この式を得るには、本発明の範囲からも、精神からも逸脱すること無しに、関係式cos ψA2C2 = ±sin ψA1C1を用いた。
【００７１】
実施態様においては、背景ビームの生成される場所およびやり方によっては、εjの変化に対する位相ψA1B1εjの変化、および、γjの変化に対するψA2B2γjの変化はπとは異なることがある。位相差（ψB1C1εj − ψA1C1）が位相ψA1B1εと同じである場合、すなわち、cosψB1C1εj = cos(ψA1C1 + ψA1B1εj)である場合、係数cos ψB1C1εjはcos[ψA1C1 + (ψB1C1εj - ψA1C1)]と書けることは、背景ビームの作用を評価する際に役立つことがある。
【００７２】
式(8)を精査するならば、共役四半分の成分に対応する式(8)の項|C1|cosψA1C1は、平均値0を有し、εjがj=2.5の周囲で対称的なのであるからj=2.5の周囲で対称的な直交関数であることが明らかである。さらに、共役四半分の成分に対応する式(8)の項|C1|sinψA1C1は、平均値0を有し、γjがj=2.5の周囲で非対称的なのであるからj=2.5の周囲で非対称的な直交関数である。バイ-ホモダイン検出法の設計にとって重要なもう一つの性質は、式(8)の、共役四半分|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1項は、j = 1, 2, 3, 4の範囲において直交的である、なぜならεjとγjは、j = 1, 2, 3, 4の範囲において直交的である、すなわち、ｊ＝1,2,3,4
2006518854.tif 000012
εjγj=0であるから、ということである。
【００７３】
共役四半分成分|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1に関する情報は、信号値Sjに対する下記のディジタルフィルターによって表される、式(8)の共役四半分項の、対称的・非対称的性質、および、直交性を用いて得られる。
【００７４】
【数９】
2006518854.tif 000013
【００７５】
【数１０】
2006518854.tif 000014
式中、ξ'jおよびP'jは、ξjおよびPjを表すためにディジタルフィルターで用いられる値である。
【００７６】
式(9)および(10)におけるパラメータ、
【００７７】
【数１１】
2006518854.tif 000015
は、共役四半分の決定を完了するために決めなければならない。式(11)に示されるパラメータは、例えば、参照ビームと測定ビームの相対的位相の中にπ/2位相シフトを導入し、その共役四半分に対して測定を繰り返すことによって測定することが可能である。第1回測定による(sinψA1C1／cosψA1C1)に相当する共役四半分の振幅比を、第2回目測定による(sinψA1C1／cosψA1C1)に相当する共役四半分の振幅比で割った値は、
【００７８】
【数１２】
2006518854.tif 000016
に等しい。
【００７９】
式(9)および(10)の係数の内のあるものは、ある換算率において指定値4を有する、例えば、
【００８０】
【数１３】
2006518854.tif 000017
換算率とは、
2006518854.tif 000018
と仮定した場合の、それぞれ、ξ'j／ηjおよびξ'j／ζj比の平均値に相当する。式(9)および(10)の係数の内の他のあるものは指定値ゼロを持つ、例えば、
【００８１】
【数１４】
2006518854.tif 000019
残りの係数は、
【００８２】
【数１５】
2006518854.tif 000020
約ゼロからコサイン係数の約4倍の範囲の指定の大きさ、および、それぞれの相の性質に応じて、係数(Pj/P'j)(ξjζj／ξ'j2)または(Pj/P'j)(ξjηj／ξ'j2)のどちらかの平均値を持つ。それぞれの測定ビームの位相に第1近似で接近しない位相を持つ背景部分については、式(15)に挙げられる項の大きさは全て約ゼロとなる。それぞれの測定ビームの位相に第1近似で接近する位相を持つ背景部分については、式(15)に挙げられる項の大きさは、コサイン係数の約4倍で、係数(Pj/P'j)(ξjζj／ξ'j2)または(Pj/P'j)(ξjηj／ξ'j2)のどちらかの平均値となる。
【００８３】
式(9)および(10)において最大の二つの項は、一般に、係数（|A1|2＋|A2|2）および（|B1|2＋|B2|2）を持つ項である。しかしながら、式(14)において（|A1|2＋|A2|2）を係数として持つ項に対してξ'jを選択し、（|B1|2＋|B2|2）を係数として持つ項に対してζjを設計することによって対応する項は実質的に除去される。
【００８４】
背景作用からの最大の寄与は、参照ビームと、測定ビームによって生成された背景ビーム部分との間の干渉項に対する寄与によって表される。この背景作用部分は、ゼロに設定した出力ビーム成分30Aと30Bの帰還測定ビーム成分と、背景部分の対応する共役四半分を測定すること、すなわち、基板60を除き、|A2|=0または|A1|=0、またはその逆とした場合の、それぞれの電気干渉信号Sjを測定することによって測定することが可能である。次に、この背景作用部分の共役四半分測定値を用いて、必要なら、最終使用用途に有利となるようにそれぞれの背景作用を補償することが可能である。
【００８５】
参照ビームと、測定ビームによって生成された背景ビームの間の干渉項の背景振幅ξjζj2A1B1および位相ψA1B1εjの作用による最大寄与に関する情報は、基板60を除き、|A2|=0または|A1|=0、およびその逆とした場合の、参照ビームと測定ビームとの間の相対的位相シフトの関数としてj=1, 2, 3, 4についてSjを測定し、Sjの測定値をフーリエ分析することによって得られる。
【００８６】
各種実施態様において、背景作用を低減および／または補償するために、本発明の範囲からも、精神からも逸脱することなく、その他の技術、例えば、共にHenry A. Hillによる、名称「背景振幅を低減・補償した共焦点干渉顕微鏡観察のための方法および装置」の米国特許第5,760,901号、名称「背景および前景光源において外焦点光信号から合焦点像を識別するための方法および装置」の米国特許第5,915,048号、および、第6,480,285 B1号に記載される技術を取り込んでもよい。
【００８７】
ξ'jの値の選択は、j=1, 2, 3, 4の場合の係数ξjに関する情報に基づく。この情報は、干渉システム中にただ参照ビームのみを存在させた場合のj=1, 2, 3, 4に対するSjを測定することによって得られる。ある実施態様では、これは、単に、入力ビーム24の測定ビーム成分をブロックすることに相当し、別の実施態様では、基板60を取り除いてj=1, 2, 3, 4に対するSjを測定することに相当する。1組のξ'jの値の正しさをテストするには、式(9)と(10)の（|A1|2＋|A2|2）項がゼロとなる度合いを見ることである。
【００８８】
j=1, 2, 3, 4における係数ξjηjに関する情報は、|A2|=0または|A1|=0の場合の、4個の共役検出器ピクセルに対応するスポットの上をアーチファクトを通過走査し、それぞれ、共役四半分成分2|A1||C1|cosψA1C1、または2|A1||C1|sinψA1C1を測定することによって得られる。2|A1||C1|cosψA1C1、または2|A1||C1|sinψA1C1項の振幅変化は、jの関数としてのξjηjの変動に対応する。j=1, 2, 3, 4における係数ξjηjに関する情報は、例えば、干渉システム10の1個以上の要素の安定性を監視するのに使用が可能である。
【００８９】
本明細書に記載されるバイ-ホモダイン検出法は、共役四半分視野を確定するための有力な技術である。先ず、共役四半分振幅|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1は、それぞれ、式(9)および(10)における、それぞれ、ディジタルフィルター値F1(S)およびF2(S)における一次項である。なぜなら、式(14)に関する考察で述べたように、係数（|A1|2＋|A2|2）および（|B1|2＋|B2|2）を持つ項は実質的にゼロだからである。
【００９０】
第二に、式(9)および(10)における|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1項の係数は同じである。従って、帰還測定ビームと参照ビームの間の干渉項の振幅および位相に関して極めて正確な測定が、すなわち、共役四半分視野の極めて正確な測定が、ξjの一次変動、および、正規化の一次誤差、例えば、(Pj/P'j)および(ξj2/ξ'j2)が二次以上でしか関わらない正確な測定が実現される。この性質は重大な利点に置き換えられる。さらに、4個の電気干渉信号値それぞれのセットから為される共役四半分|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1の各成分への寄与は、同じウィンドウ関数を持つので、同時決定値として得られる。
【００９１】
本明細書に記載されるバイ-ホモダイン技術のその他の際立った特徴に関しては、式(9)および(10)から明白である。すなわち、式(13)の第1方程式に挙げられる、式(9)および(10)の共役四半分成分|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1の係数は、ξ'jについて仮定される値における誤差と独立して同一である；式(14)の最終方程式に挙げられる、式(9)および(10)の共役四半分成分|C1|sinψA1C1および|C1|cosψA1C1の係数は、ξ'jについて仮定される値における誤差と独立して同一である。従って、共役四半分に対応する位相の極めて正確な値を、ξjの一次変動、および、正規化、例えば、(Pj/P'j)および(ξj2/ξ'j2) の一次誤差が何らかの高次作用を通じてしか関わらない状態下で測定することが可能である。
【００９２】
さらに、バイ-ホモダイン検出法を用いると、共役四半分視野が同時に得られるのであるから、共役四半分視野のシングル-ホモダイン検出で予想される状況と違って、位相冗長度のために位相追跡において生じる誤差の可能性が著明に低下することが明らかである。
【００９３】
バイ-ホモダイン検出法の特別ケースと考えられる、シングル-ホモダイン検出法で用いられる処理の記述も、この特別ケースで得られる共役四半分角が同時測定量として得られないことを除いては、振幅A2またはA1セットのどちらかをゼロに等しく設定した場合のバイ-ホモダイン検出に関する記述と同じである。
【００９４】
第1実施態様は、本明細書に記述する通りの、反射屈折系結像システム110および二次結像システム220を含む。光源18およびビーム調整器22は、単一周波数成分を持つ入力ビーム24を生成するように構成される。
【００９５】
第1実施態様では、複数ピクセル検出器70はフレーム転送CCDを含んでもよい。このCCDは、一組のCCDピクセル信号値が生成され、次に、CCDウェーファーに保存され、その間に、第2組のCCDピクセル信号値から成るフレームが、第1および第2組のCCD信号値の読み取りが行われる前に、生成されるように構成される。フレーム転送CCDにとっては、第1組のCCD信号値を保存するのに必要な時間は、一組のCCD信号値の読み取りに必要な時間よりもはるかに短い。従って、フレーム転送CCDを使用する利点は、入力ビーム20の2個の連続パルス間の時間、および、電気干渉信号値測定間の対応時間が、非フレーム転送CCDを用いた場合よりもはるかに短くなり得るということである。
【００９６】
バイ-ホモダイン検出法による共役四半分同時測定のために操作される第１実施態様の干渉型共焦点顕微鏡システムを含む第2実施態様が記述される。この第2実施態様では、ビーム調整器22は、二つの位相シフト成分を含むビーム24を生成するように操作される。
【００９７】
ビーム24の二つの周波数シフト成分を生成するために、聴視変調器1120（図1d参照）に対する聴覚パワーを、回折ビーム1122の強度と、非回折ビーム1124の強度が同じになるように調節する。聴視変調器1120における聴覚パワーのレベルは、電子プロセッサーとコントローラー80によって生成される信号74によって制御される。
【００９８】
第2実施態様の残りの記述は、第1実施態様に関する記述の対応部分と同じである。
【００９９】
第3実施態様が、図2に模式的に示される。第3実施態様は、基板60によって反射／散乱された測定ビームの共役四半分視野の同時測定を、干渉型共焦点顕微鏡システム110とクォード-ホモダイン検出法を用いて実現する。光源18とビーム調整器22は、入力ビーム24が2周波数成分を含むように構成される。
【０１００】
第3実施態様は、第1実施態様の干渉型共焦点顕微鏡システムで、ただし、図2に示すように、第1実施態様の顕微鏡110を顕微鏡120と交換したものである。顕微鏡120は、低倍顕微鏡と、プリズム124と126を含む分散要素を含む。プリズム124および126は、直視プリズムを形成する。本発明の範囲または精神から逸脱することなく、他の形態の分散要素、例えば、格子を用いることも可能である。振幅A1およびB1に対応する出力ビーム30Aおよび30Bの成分の周波数差は、直視プリズムの分散設計と組み合わせて、出力ビーム30Aおよび30BのA1およびB1成分が、検出器70の異なる2セットのピクセルに向けられるように選ばれる。
【０１０１】
例えば、第１実施態様の場合のように4回の読み取りサイクルではなく、2回の読み取りサイクルで、電気干渉値の4アレイセットが得られる。それぞれの確定共役四半分を得るための電気干渉信号値4アレイセットの処理に関する記述は、対応する共役四半分を得るために電気信号値4アレイの各セットに関して第1実施態様で用いられた処理に関する記述の対応部分と同じである。
【０１０２】
第3実施態様の第1変種は、共役四半分の非同時的測定実行のためにダブル-ホモダイン検出法を用いる。第3実施態様の第1変種は、第3実施態様の干渉型共焦点顕微鏡システムを含むが、入力ビーム24は4種の周波数成分を含み、直視プリズムの分散設計および4種の周波数の選択が、ビーム32の4種の周波数成分のそれぞれが、検出器70の異なるピクセルに向けられるように行われる。電気干渉信号値の4アレイは同時に獲得され、シングル-ホモダイン検出法に関して本明細書に記述した工程を用いて、共役四半分の振幅について処理される。
【０１０３】
第3実施態様の第2変種は、共役四半分の同時測定実行のためにクォード-ホモダイン検出法を用いる。第3実施態様の第2変種は、第3実施態様の干渉型共焦点顕微鏡システムを含むが、入力ビーム24は4種の周波数成分を含み、直視プリズムの分散設計および4種の周波数の選択が、ビーム32の4種の周波数成分のペアが、検出器70の異なるピクセルに向けられるように行われる。
【０１０４】
第3実施態様の第2変種、および他の実施態様で用いられるクォード-ホモダイン検出法を参照すると、4個の電気干渉信号値から成る1セットは、2個の読み取りサイクル毎に、または、光源18とビーム調整器22から発せられる2個のパルス列毎に、視像化される基板60の上の、および／または、中の各スポットについて得られる。視像化される基板上の、および／または、中の単一スポットについて共役四半分視野を得るために用いられる4電気干渉信号Sj、j=1,2,3,4のセットは、クォード-ホモダイン検出の換算率において、下式によって表される、すなわち、
【０１０５】
【数１６】
2006518854.tif 000021
【０１０６】
【数１７】
2006518854.tif 000022
【０１０７】
【数１８】
2006518854.tif 000023
【０１０８】
【数１９】
2006518854.tif 000024
式中、係数A1、A2、A3およびA4は、それぞれ、入力ビーム24の第1、2、3および4周波数成分に対応する振幅を表し、B1、B2、B3およびB4は、それぞれ、参照ビームA1、A2、A3およびA4に一致する背景ビームの振幅を表し、C1、C2、C3およびC4は、それぞれ、参照ビームA1、A2、A3およびA4に対応する帰還測定ビームの振幅を表し、P1およびP2は、それぞれ、入力ビーム24の第1および第2パルス列の積分強度を表し、εjおよびγjの値は表1に掲げられる。クォードホモダイン検出法におけるξj、ζj、およびηjに関する記述は、バイ-ホモダイン検出法のξj、ζj、およびηjに関する記述と同じである。
【０１０９】
式(16)、(17)、(18)および(19)において、比|A2|／|A1|および|A4|／|A3|は、j、またはPjの値に依存しないと仮定される。さらに、本発明の範囲や精神から逸脱すること無しに、Sjの表現を簡単化して重要な性質を突出させるために、式(16)、(17)、(18)、および(19)において、|A2|／|A1|および|A4|／|A3|に相当する帰還測定ビームの振幅比も、j、または、Pjの値に依存しないことが仮定される。しかしながら、|C2|／|C1|および|C4|／|C3|比は、|A2|／|A1|および|A4|／|A3|比に相当する測定ビーム成分の振幅比が、それぞれ、|A2|／|A1|および|A4|／|A3|比と異なる場合、それぞれ、|A2|／|A1|および|A4|／|A3|比と異なる。
【０１１０】
ビーム32の、対応する参照および測定ビーム成分間の相対的位相シフトの制御によってcos ψA2C2 = ±sin ψA1C1に注意すると、式(16)、(17)、(18)、および(19)は下記のように書き直される、すなわち、
【０１１１】
【数２０】
2006518854.tif 000025
【０１１２】
【数２１】
2006518854.tif 000026
【０１１３】
【数２２】
2006518854.tif 000027
【０１１４】
【数２３】
2006518854.tif 000028
上式において、本発明の範囲や精神から逸脱すること無しに、関係式cos ψA2C2 = ±sin ψA1C1を用いた。
【０１１５】
共役四半分|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1に関する情報は、j=1, 2, 3, 4の場合の信号値Sjに適用される下記のディジタルフィルターによって表される、共役四半分の、対称的および非対称的性質および直交性を用いることによって得られる、すなわち、
【０１１６】
【数２４】
2006518854.tif 000029
【０１１７】
【数２５】
2006518854.tif 000030
クォードホモダイン検出法におけるξ'jおよびP'jに関する記述は、バイ-ホモダイン検出法のξ'jおよびP'jに関する記述と同じである。式(20)、(21)、(22)、(23)、(24)、および(25)を用いて、下記の式が、それぞれ、共役四半分の成分|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1について得られる、すなわち、
【０１１８】
【数２６】
2006518854.tif 000031
【０１１９】
【数２７】
2006518854.tif 000032
最終使用用途のために共役四半分の確定を完了するためには、下記のパラメータを決定する必要がある、すなわち、
【０１２０】
【数２８】
2006518854.tif 000033
【０１２１】
【数２９】
2006518854.tif 000034
【０１２２】
【数３０】
2006518854.tif 000035
式(28)、(29)および(30)で示されるパラメータは、例えば、バイ-ホモダイン検出法において式(11)によって指定される量の測定に関して記載された工程と同様の工程によって測定することが可能である。
【０１２３】
第3実施態様の第2変種の残りの記述は、第3実施態様の記述の対応部分と同じである。
【０１２４】
第4実施態様は、クォード-ホモダイン検出法を用いて、基板60によって反射／散乱される測定ビームの共役四半分視野の、非同時的測定を実現する。第4実施態様は、図3aに示すように、第1実施態様の顕微鏡110が、顕微鏡220に交換されたことを除いては、第１実施態様の干渉型共焦点顕微鏡システムを含む。また、第4実施態様は、二つの検出器70Aおよび70Bを含む。顕微鏡220は、低倍顕微鏡と、二つの出力ビーム32Aおよび32Bを生成するダイクロイック・ビームスプリッター224とを含む。振幅A1およびB1に対応する出力ビーム成分30Aおよび30Bの成分の周波数差は、ダイクロイック・ビームスプリッター224と組み合わせて、A1成分は検出器70Aに向けられ、B1成分は検出器70Bに向けられるように選ばれる。電気干渉値の4アレイセットは、第1実施態様の場合のように4回読み取りサイクルではなく、2回読み取りサイクルで得られる。
【０１２５】
振幅A1およびB1に対応する出力ビーム成分30Aおよび30Bの成分の周波数差は、振幅A1およびB1に対応する、出力ビーム成分30Aおよび30Bの周波数よりもはるかに低くてもよいし、あるいは、それぞれのビーム周波数の中間値、または、ビーム周波数の桁のものであってもよい。振幅A1に対応するビーム成分30Aと30Bの成分の周波数差、および、振幅B1に対応する成分30Aと30Bの成分の周波数差は、対応ビームの周波数よりもはるかに低い。ビーム24は、第4実施態様では、4種の周波数成分を含む。第4実施態様では、共役四半分の1成分の振幅に対応する、ビーム成分30Aおよび30Bの二つの周波数成分は単一ピクセルへ向けられ、かつ、共役四半分の第2成分の振幅に対応する、ビーム成分30Aおよび30Bの二つの周波数成分は単一ピクセルへ向けられる。
【０１２６】
共役四半分の確定のために、電子プロセッサーとコントローラー80によって行われる測定電気干渉信号の処理工程の記述は、上述した第3実施態様の対応記述部分と同じである。
【０１２７】
第4実施態様の光源18は、ビーム20の二つの周波数成分を生成してもよい。ビーム24の、この二つの周波数成分の周波数が、聴視変調器、または、様々の長軸モードレーザーによって生産されるものよりも高い場合、光源18は、二つの異なる、単一周波数レーザー光源を含む。もしもビーム20の二つの周波数成分の周波数差があまり大きくない場合は、二周波数発信器および周波数シフト器22によって導入される周波数シフトは聴視変調器を含んでもよい。さらに大きい周波数シフトが必要な場合には、光源18は、例えば、4個の単一周波数レーザーを含んでもよい。2個または4個のレーザーを含む光源18の相対的周波数は、参照ビームと帰還測定ビームとの間に導入される所望の位相シフトを維持するのに必要な正確度に固定される。
【０１２８】
第1視野の、一つの共役四半分角に対応するビーム24の一方の周波数成分の時間的ウィンドウ関数は、第2視野の第2共役四半分角に対応するビーム24の他方の周波数成分の時間的ウィンドウ関数と異なることがある。時間的ウィンドウ関数の間に見られる、この時間差は、調査の対象である基板のある性質に従って変動することがある。一つの性質は、プローブとして用いられる第1パルスと第2パルスによって生じた、基板の伝導度の変化の影響である。もう一つの作用は、ビーム24の第1パルスによる聴覚パルスの生成、および、聴覚パルスの性質を検出するために用いられるビーム24の第2パルスである。
【０１２９】
第4実施態様は、ダブル-ホモダイン検出法を用いて、基板60によって反射／散乱された測定ビームの共役四半分視野の測定値を得る。第4実施態様の、この変種は、図3bに示すように、第4実施態様の顕微鏡220が顕微鏡220Aに交換されたことを除いては、第4実施態様の干渉型共焦点顕微鏡システムを含む。顕微鏡220Aは、低倍顕微鏡と、プリズム124Aと126A、および、プリズム124Bと126Bを含む分散要素を含む。プリズム124Aと126A、および、プリズム124Bと126Bは直視プリズムを形成する。本発明の範囲または精神から逸脱することなく、他の形態の分散要素、例えば、格子を用いることも可能である。それぞれ、振幅A1およびB1に対応する出力ビーム32Aおよび32Bの成分の周波数差は、直視プリズムの分散設計と組み合わせて、出力ビーム32AのA1成分が検出器70Aの異なる2セットのピクセルに向けられるように、また、出力ビーム32BのB1成分が、検出器70Bの異なる2セットのピクセルに向けられるように選ばれる。ビーム24は、4つの周波数成分を含む。上述の第１実施態様の場合のように4回の読み取りサイクルではなく、1回の読み取りサイクルで、電気干渉値の4アレイセットが得られる。
【０１３０】
電気干渉信号値の4アレイは同時に得られ、シングル-ホモダイン検出法に関して上述した処理工程によって共役四半分の振幅を求めるために処理される。
【０１３１】
ある最終使用用途では、共通著者による、名称「表面プロファイリングのための長軸微分干渉型共焦点顕微鏡観察法」なる米国仮出願第60/448,360号(ZI-41)に記載されるように、共役四半分視野の内のただ一つの成分しか測定する必要がないことがある。
【０１３２】
少なくともある実施態様では、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12を、基板60の走査方向とは反対の方向に走査し、その速度が、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12のピンホールの共役結像が、視像化される基板60上の、または、基板の中のスポットとの重複を可能とするように走査される。この走査モードは、走査モードで動作する、腐刻ツールにおけるレチクルステージとウェーファーステージとの相対的運動と似ている。共焦点顕微鏡システムにおける共役共焦点ピンホールの軸揃えに見られた従来の決定的重要問題は存在しない。すなわち、参照ビームアレイを生成するピンホールと、測定ビームアレイを生成するピンホールの登録は自動的である。
【０１３３】
上述の実施態様のそれぞれにおいて、その干渉型共焦点顕微鏡システムにおいて、共鳴発達空洞を組み込み、同じ著者Henry A. Hillによって2001年7月27日出願の、名称「共鳴空洞によって強調される光経路を持つ複数光源アレイ」なる米国仮出願第09/917,400号(ZI-18)に記載されるように、入力ビーム24が共鳴発達空洞に入射するようにしてもよい。なお、この出願の全体を引用することにより本明細書に含める。共鳴空洞は、ミラー54の後ろに置かれる（図2参照）。共鳴空洞の場合、共鳴空洞の一つのミラーは、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12を含む。長軸モードの共鳴空洞の周波数は、入力ビーム24を含む4周波数セットを少なくとも含むように設計される。共鳴発達空洞を用いることによって、入力ビーム24の、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12に対する結合効率が増し、同時に、出力ビーム成分30Aおよび30Bの、生成された参照および帰還測定ビーム成分も増す。
【０１３４】
上述の実施態様のそれぞれにおいて、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12は、Henry A. Hillによって2003年2月7日出願の、名称「導波構造および共鳴導波構造空洞によって入力される複数光源アレイ」なる米国仮出願第60/445,739号（ZI-39）に記載されるような導波構造と交換してもよい。なお、この出願の内容全体を引用することにより本明細書に含める。導波光源は、導波スラブを含み、この導波スラブの一方の面に、ビームスプリッター12のピンホールアレイに相当するピンホールのアレイがある。従って、この導波光源の導波スラブは、上述の各実施態様のビームスプリッター12のピンホールアレイと同様に、ピンホールアレイ・ビームスプリッターとして働く。
【０１３５】
導波光源を使用する利点は、導波光源を用いない場合、または、結合効率を高めるために共鳴発達空洞を用いる場合に得られるものと比べて、入力ビーム24のピンホールアレイ・ビームスプリッターに対する結合効率が増すことである。
【０１３６】
ある最終使用用途では、基板60の内部が視像化される。この場合、収差が導入される。別の実施態様では、収差に対する補償は、同じ著者Henry A. Hillによって2003年2月4日出願の、名称「共焦点および干渉共焦点顕微鏡観察法における基板と界面媒体の屈折率不適合作用の補償」なる米国仮出願第60/444,707号(ZI-44)に記載されるように、レンズ50とピンホールアレイ・ビームスプリッターの間に薄層（この薄層はレンズ50とは異なる屈折率を持つ）を導入することによって実現される。なお、この出願の内容全体を引用することにより本明細書に含める。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１ａ】図1aは、共焦点顕微鏡システムの模式図である。
【図１ｂ】図1bは、反射屈折結像システムの模式図である。
【図１ｃ】図1cは、共焦点顕微鏡システムで使用されるピンホールアレイの模式図である。
【図１ｄ】図1dは、二周波数発振器および周波数シフト器において動作するように構成されるビーム調整器の模式図である。
【図２】図2は、クォード-ホモダイン検出法の変法を用いた第3実施態様の模式図である。
【図３ａ】図3aは、低倍顕微鏡とダイクロイック・ビームスプリッターを用いる第4実施態様の模式図である。
【図３ｂ】図3bは、低倍顕微鏡と分散要素を用いる第4実施態様の変種の模式図である。
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【図２】
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【国際調査報告】
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