(57)【要約】【課題】高い空間解像度を持つ、共焦点型および非共焦点型の干渉エリプソメトリ測定方法を提供する。【解決手段】対象物の干渉計測定を実行する方法であって、複数の成分ビームは異なる周波数を持ち、その全てが空間的に相互に共存し、あるものは第1極性を持ち、他は、第1極性に対して直交する第2極性を持つ、複数の成分ビームを含む入力ビームを生成する。前記複数の成分ビームから複数の測定ビームのそれぞれが、それが得られた成分ビームの周波数を持つように誘導する。測定ビームの選択されたスポットに結像し、複数の帰還測定ビームを生成する。帰還測定ビームの、帰還測定ビームを、複数の参照ビームの、異なる対応参照ビームと結合して複数の干渉ビームを生成する。および、前記複数の干渉ビームから、前記選択されたスポットについて複数の電気干渉信号値を獲得する方法。
2006522339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の干渉計測定を実行する方法であって、
複数の成分ビームであって、各成分ビームは異なる周波数を持ち、その全てが空間的に相互に共存し、成分ビームのあるものは第1極性を持ち、他は、第1極性に対して直交する第2極性を持つ、複数の成分ビームを含む入力ビームを生成すること；
前記複数の成分ビームから複数の測定ビームを、該複数の測定ビームのそれぞれが、それが得られた成分ビームの周波数を持つように誘導すること；
前記複数の測定ビームを選択されたスポットに結像し、複数の帰還測定ビームを生成すること；
前記複数の帰還測定ビームの、帰還測定ビームのそれぞれを、複数の参照ビームの、異なる対応参照ビームと結合して複数の干渉ビームを生成すること；および、
前記複数の干渉ビームから、前記選択されたスポットについて複数の電気干渉信号値を獲得すること
を含む前記方法。
【請求項２】
前記複数の電気干渉信号値を獲得することは、獲得された複数の電気干渉信号値それぞれについて、帰還測定ビームと参照ビームの間に、前記複数の干渉ビームの各干渉ビームを生成する位相シフトの異なる組み合わせを導入することを含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項３】
前記複数の電気干渉信号値はそれぞれ、選択されたスポットから到来する2本の直交偏光ビームの両視野に関する情報を同時に含むことを特徴とする、請求項1の方法。
【請求項４】
前記複数の電気干渉信号値はそれぞれ、選択されたスポットにおける対象物によって散乱、反射、または透過される、2本の直交偏光ビームの各視野の両共役四半分に関する情報を同時に含むことを特徴とする、請求項1の方法。
【請求項５】
検出器アッセンブリは、周波数帯域によって特徴づけられる感度を持つ検出器を含み、方法はさらに、少なくとも、検出器の周波数帯域よりも大きな量において互いに隔てられる複数の成分ビームの周波数を用いることを含むことを特徴とする、請求項1の方法。
【請求項６】
前記複数の成分ビームは、前記第1および第2極性のそれぞれにおいて等しい数のビームを含むことを特徴とする、請求項1の方法。
【請求項７】
前記複数の成分ビームは、第1極性を持つ2本のビームと第2極性を持つ2本のビームとを含むことを特徴とする、請求項6の方法。
【請求項８】
前記複数の成分ビームは、第1極性を持つ4本のビームおよび第2極性を持つ4本のビームと等しいことを特徴とする、請求項6の方法。
【請求項９】
帰還測定ビームと参照ビームの間に、前記複数の干渉ビームの各干渉ビームを生成する、異なる組み合わせの位相シフトを導入することは、前記複数の成分ビームのビーム周波数の中に各種周波数シフトを導入することを含むことを特徴とする、請求項2の方法。
【請求項１０】
前記組み合わせは、空間において共存する複数の干渉ビームを生成することを含み、方法はさらに、前記複数の干渉ビームを単一検出要素に結像することを含むことを特徴とする、請求項2の方法。
【請求項１１】
前記複数の干渉ビームから複数の電気干渉信号値を獲得することは、8個の電気干渉信号値を獲得することを含むことを特徴とする、請求項10の方法。
【請求項１２】
方法は、獲得された前記複数の電気干渉信号値から、選択されたスポットにおいて対象物によって散乱、反射、または透過される直交偏光ビームの視野に関する情報を計算することをさらに含むことを特徴とする、請求項1の方法。
【請求項１３】
対象物の干渉測定を実行する干渉計システムであって、
動作時、第1極性を持つ第1ビームセットと、前記第1極性に対して直交する第2極性を持つ第2ビームセットを含む出力ビームを発射するビーム生成モジュールであって、第1および第2ビームセットのビームは全て異なる周波数を持ち、かつ、出力ビーム内において空間的に共存し、前記ビーム生成モジュールは、動作時、第1および第2ビームそれぞれの選択されたパラメータにおいて異なるシフト配列を導入するビーム調整器を含み、前記選択されたパラメータは、位相と周波数から成るグループから選ばれることを特徴とするビーム生成モジュール；
検出器アッセンブリ；および、
出力ビームから、第1極性を持つ第1測定ビームセット、および、第2極性を持つ第2測定ビームセットを生成するように構築される干渉計であって、第1および第2測定ビームセットを、対象物上の選択されたスポットに対して結像し、そのスポットから対応する第1および第2帰還ビームセットを生成し、かつ、この第1および第2帰還測定ビームセットを複数の対応参照ビームと結合させて、第1および第2干渉ビームセットを生成し、同時にこの第1および第2干渉ビームセットを検出器アッセンブリに対して結像するようにさらに構築される干渉計、
を含むことを特徴とする前記干渉計システム。
【請求項１４】
前記第1および第2測定ビームセットの測定ビームは、空間的に共存し、同じ時間ウィンドウ関数を共有することを特徴とする、請求項13の干渉計システム。
【請求項１５】
前記ビーム調整器は、各ビームの選択されたパラメータに一連の異なるシフト配列を導入することによって、帰還測定ビームと参照ビームの間に、前記複数の干渉ビームの各干渉ビームを生成する位相シフトの異なる組み合わせを導入することを特徴とする、請求項13の干渉計システム。
【請求項１６】
前記検出器アッセンブリは、第1および第2干渉ビームセットが同時に結像されて電気干渉信号値を生成する場所となり、かつ、電気干渉信号値が、選択されたスポットから到来する2本の直交偏光ビームの両視野に関する情報を同時に含む場所となる検出要素を含むことを特徴とする、請求項13の干渉計システム。
【請求項１７】
前記電気干渉信号値は、選択されたスポットにおける対象物によって散乱、反射、または透過される、2本の直交偏光ビームの各視野の両共役四半分に関する情報を同時に含むことを特徴とする、請求項16の干渉計システム。
【請求項１８】
前記検出器アッセンブリは、周波数帯域によって特徴付けられる感度を有する検出器を含み、かつ、第1および第2ビームセットのビーム周波数は、少なくとも検出器の周波数帯域を上回る量で互いに隔てられることを特徴とする、請求項13の干渉計システム。
【請求項１９】
前記第1および第2ビームセットはそれぞれ2本のビームを含むことを特徴とする、請求項13の干渉計システム。
【請求項２０】
前記第1および第2ビームセットはそれぞれ4本のビームを含むことを特徴とする、請求項13の干渉計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交偏光ビームの干渉計測に関する。
【０００２】
関連出願に関する相互参照
本出願は、2003年4月1日出願の、米国特許仮出願第60/459,425号の利益も主張する。
【背景技術】
【０００３】
非エリプソメトリ干渉型共焦点遠視野および近視野顕微鏡観測を実行するには様々なやり方がある。これら既知の方法の内のいくつかはヘテロダイン技術を用い、かつ、単一検出要素、または比較的少数の検出要素を有する検出器を備える。また、多数の検出要素を含む検出器を用いて、反射および／または散乱ビームの共役四半分視野を獲得するためにステップ観測法を、従来のホモダイン検出法と組み合わせて用いるものもある。ｘ（φ）a cosφ.視野の個々の共役四半分視野は、視野の四半分角ｘ（φ）を|a| cos φで表した場合、a sin φとなる。このステップ観測法と従来のホモダイン検出法は、ステップ観察法の観察部分において、それぞれの干渉顕微鏡に対して静止する基板に対して少なくとも4個の電気干渉信号値から成る一組を、各検出要素について獲得するために用いられる。この少なくとも4個の電気干渉信号値から成る一組は、各検出要素に対して共役的な、基板中の、または、基板上のスポットから反射および／または散乱される遠視野または近視野を含む測定ビームの共役四半分視野を、各検出要素について獲得するのに必要とされる。
【０００４】
干渉型エリプソメトリを実行するさらに別の方法として、ホモダイン検出法またはヘテロダイン技術を用い、かつ、単一検出要素、または比較的少数の検出要素を有する検出器を含むものがある。
【０００５】
さらに、4個の検出器を使用して非エリプソメトリ応用のためにダブルホモダイン検出法を用いることも知られている。この検出器では、各検出器は、共役四半分視野の対応成分を決めるのに使用される電気干渉信号値を生成する。例えば、非特許文献１の第IV節の考察を参照されたい。この場合、4個の検出器は、4個の電気干渉信号値を同時に生成し、各電気干渉信号値は、一つの共役四半分成分に関わる情報を含む。
【非特許文献１】G.M. D’ariano and M.G.A. Paris, ”Lower Bounds On Phase Sensitivity In Ideal And Feasible Measurements”（「理想的および実行可能測定における位相感度の下限」）、Phys. Rev. A49, 3022-3036 (1994)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本明細書に提示される各種実施態様は、高い空間解像度を持つ、共焦点型および非共焦点型の干渉エリプソメトリ測定に関する。実施態様のあるものは、比較的高速の走査モードまたはステップ観測法で操作しながら、散乱／反射または透過された直交偏光ビーム視野の共時的測定を実行することを含む。実施態様の別のあるものは、同様に比較的高速の走査モードまたはステップ観測法で操作しながら、散乱／反射または透過された直交偏光ビーム視野の共時的測定を実行するが、その際、視野の共時測定は各視野の共役四半分の共時測定を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの特定の実施態様によれば、比較的高速の走査モードで操作される干渉型エリプソメトリ共焦点顕微鏡観察、および非共焦点顕微鏡観察によって、少なくとも8個の電気干渉信号値（2個の直交偏光ビームのそれぞれに対して4個の電気干渉信号値）が獲得されるが、この少なくとも8個の電気干渉信号値は、基板上の、または基板中の、同じそれぞれのスポットに対応し、散乱／反射または透過された直交偏光ビームの共役四半分視野の時間的および空間的座標における共時的測定を実行するために使用することが可能である。
【０００８】
さらに、本明細書に提示される着想によれば、直線および角度変位干渉計において測定対象物から反射される直交偏光ビームの共役四半分視野について共時測定を実行することが可能である。
【０００９】
さらに、本発明のもう一つの実施態様は、走査する、高い空間解像度を持つ、共焦点型および非共焦点型の干渉エリプソメトリ顕微鏡観測法の分野において実現されるが、その実施態様は、基板によって反射／散乱または透過される直交偏光ビームの共役四半分測定を、多数の検出要素を備える検出器によって実現する、バイ、およびクォードホモダイン検出法の変法を用いる。視像化される基板中の、および／または、基板上の各スポットについて、8個の電気干渉信号値から成る対応する一組が獲得される。8個の電気干渉信号値から成る各セットは、共役四半分視野それぞれの共時測定を確定するための情報を含む。同様に、直線および角度変位干渉計測の分野では、共時測定は、測定対象物によって反射される直交偏光ビームの共役四半分視野について実行される。
【００１０】
本発明のさらに別の実施態様は、非エリプソメトリ応用において共役四半分視野の共時測定を実行するのにダブルホモダイン検出法を使用することを含む。この方法では、各電気干渉値は、共役四半分の、二つの直交成分のそれぞれに関する情報を同時に含む。
【００１１】
本明細書に記載されるバイ-ホモダイン検出法の一つの変法は、8個の電気干渉信号値を獲得するが、その際、電気干渉信号値の各測定値は、対象物によって散乱／反射または透過される二つの直交偏光ビームのそれぞれについて、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。このバイ-ホモダイン検出変法によれば、獲得された各電気干渉信号値のために一つの検出要素が用いられ、干渉計システムへの入力ビームは、2個の共役四半分それぞれの共時測定のための検出器の周波数帯域に比べて大きな周波数差を持つ、少なくとも4個の周波数成分を含む。測定ビームの共役四半分視野に対応する電気干渉信号成分を生成するために2個の周波数成分が使われる。測定ビームは、検出要素に対して共役的な測定対象物の中の、または上の、スポットにおける反射／散乱または透過される遠視野または近視野を含む。さらに別に2個の周波数成分が、検出要素に対して共役的な測定対象物の中の、または上の、スポットによって反射／散乱または透過される測定ビームの直交偏光成分の、第2の共役四半分視野のそれぞれに対応する、さらに別の2個の電気干渉信号成分を生成するのに用いられる。第1および第2共役四半分のそれぞれに関する情報は、4種の周波数成分が、干渉計システムにおいて空間的に共存し、かつ、同じ時間ウィンドウ関数を有するがために共時的に獲得される。走査モードで動作する場合の時間ウィンドウ関数は、干渉計システムに入力する入力ビームの各セットのパルスのウィンドウ関数に対応する。
【００１２】
2個の検出器と干渉計システムに向けた入力ビームを用いる、クォードホモダイン検出変法についても考察される。この干渉計システムは、対象物によって散乱／反射または透過される、2個の直交偏光ビームの共役四半分視野の2個の直交成分に関する情報を同時に獲得するために、8個の、共存する、測定ビームと対応する参照ビームを含む。一方の検出要素は、4個の電気干渉信号値を獲得するのに用いられ、第2の検出要素は、8個の電気干渉信号値の内、別の4個の電気干渉信号値を獲得するのに用いられる。
【００１３】
この、8本の、共存性の、測定ビームと対応参照ビームとは、各周波数成分が、一つの測定および対応参照ビームに対応する、8個の周波数成分を含む入力ビームを用いることによって、干渉計システムにおいて同時に生成することが可能である。8個の周波数成分の周波数差は、この8個の周波数成分が分析器によって、2本の、非重複ビームに分解されるように選ばれる。2本のビームは、二つの異なる検出要素に入射し、そこで、2本のビームは、それぞれ、四つの異なる周波数成分を含み、かつ、2本のビームそれぞれの四つの異なる周波数成分の周波数差は、検出器の周波数帯域に比べて大きい。2個の検出要素の内第１検出要素に入射する4個の周波数成分はそれぞれ、検出要素に対して共役的な測定対象物中の、または対象物上のスポットの遠視野または近視野領域において反射／散乱または透過される、2個の直交測定ビーム成分の共役四半分視野の一成分に対応する電気干渉信号成分を生成するのに用いられる。4個の周波数成分および共役四半分成分に関する第2検出要素に関する記述は、第1検出要素に関する対応記述と同じである。従って、散乱／反射または透過される直交偏光視野の共役四半分成分に関する情報は、干渉計システムにおいて8個の周波数成分が空間的に共存すること、かつ、同じ時間ウィンドウ関数を有することのために共時的に獲得される。走査モードで動作する場合の時間ウィンドウ関数は、干渉計システムに送られる入力ビームの、4個のパルスの各セットのウィンドウ関数に一致する。
【００１４】
散乱／反射または透過される直交偏光視野の共役四半分視野成分に関する情報が、
入力ビームの2個のパルス、または単一パルスによって獲得されるクォードホモダイン法の他の変法が記載される。
【００１５】
走査モードで動作し、バイ-ホモダインおよびクォード-ホモダイン検出法を用いる場合、検出要素の共役セットが定義され、使用される。検出要素の1共役セットは、電気干渉信号値から成る対応セットについて測定が行われる時点において、基板上の、または、基板中のスポットに対して共役的な、検出器のピクセルを含む。
【００１６】
入力ビームの各周波数成分について、参照と測定ビームが生成される。実施態様のあるものでは、それぞれの参照および測定ビーム成分の間に、異なる位相シフト組み合わせが導入される。この導入は、視像化される測定対象物の中の、または対象物の上の各スポットについて、一組8個の電気干渉信号値を獲得するための入力ビームの一つ以上の周波数成分の周波数をシフトすることによって実行される。別の実施態様では、入力ビームの1個以上の周波数成分について、参照ビームと測定ビームの相対的位相をシフトすることによって、それぞれの参照と測定ビーム成分の間に、異なる位相差組み合わせを導入する。
【００１７】
一般に、一つの局面において、本発明は、対象物の干渉測定を実行する方法をその特質とする。本法は、複数の成分ビームであって、各成分ビームは異なる周波数を持ち、その全てが空間的に相互に共存し、成分ビームの内のあるものは第1極性を持ち、他は、第1極性に対して直交する第2極性を持つ成分ビームを含む入力ビームを生成すること；前記複数の成分ビームから複数の測定ビームを、該複数の測定ビームのそれぞれが、それが得られた成分ビームの周波数を持つように誘導すること；前記複数の測定ビームを選択されたスポットに結像し、複数の帰還測定ビームを生成すること；前記複数の帰還測定ビームの、帰還測定ビームのそれぞれを、複数の参照ビームの、異なる対応参照ビームと結合して、複数の干渉ビームを生成すること；および、前記複数の干渉ビームから、前記選択されたスポットについて複数の電気干渉信号値を獲得することを含む。
【００１８】
他の実施態様は、一個以上の下記の特質を含む。複数の電気干渉信号値を獲得することは、獲得された複数の電気干渉信号値それぞれについて、帰還測定ビームと参照ビームの間に、前記複数の干渉ビームの各干渉ビームを生成する位相シフトの異なる組み合わせを導入することを含む。複数の電気干渉信号値はそれぞれ、選択されたスポットから到来する2本の直交偏光ビームの両視野に関する情報を同時に含む。複数の電気干渉信号値はそれぞれ、選択されたスポットにおける対象物によって散乱、反射、または透過される、2本の直交偏光ビームの各視野の両共役四半分に関する情報を同時に含む。検出器は、周波数帯域によって特徴づけられる感度を持つ検出器を含み、方法はさらに、少なくとも、検出器の周波数帯域よりも大きな量において互いに隔てられる複数の成分ビームの周波数を用いることを含む。複数の成分ビームは、前記第1および第2極性のそれぞれにおいて等しい数のビームを含む。複数の成分ビームは、第1極性を持つ2本のビームと第2極性を持つ2本のビームとを含む。あるいは別に、複数の成分ビームは、第1極性を持つ4本のビームと第2極性を持つ4本のビームとを含む。帰還測定ビームと参照ビームの間に、複数の干渉ビームの各干渉ビームを生成する、異なる組み合わせの位相シフトを導入することは、複数の成分ビームのビーム周波数の中に各種周波数シフトを導入することを含む。組み合わせるということは、空間において共存する複数の干渉ビームを生成することを含み、方法はさらに、複数の干渉ビームを単一検出要素に結像することを含む。複数の干渉ビームから複数の複数の電気干渉信号値を獲得することは、8個の電気干渉信号値を得ることを含む。方法はさらに、獲得された複数の電気干渉信号値から、選択されたスポットにおいて対象物によって散乱、反射、または透過される直交偏光ビームの視野に関する情報を計算することを含む。
【００１９】
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干渉計システムをその特質とする。このシステムは、動作時、第1極性を持つ第1ビームセットと、前記第1極性に対して直交する第2極性を持つ第2ビームセットを含む出力ビームを発射するビーム生成モジュールであって、第1および第2ビームセットのビームは全て異なる周波数を持ち、かつ、出力ビーム内において空間的に共存し、前記ビーム生成モジュールは、動作時、第1および第2ビームそれぞれの選択されたパラメータにおいて異なるシフト配列を導入するビーム調整器を含み、前記選択されたパラメータは、位相と周波数から成るグループから選ばれることを特徴とするビーム生成モジュール；検出器アッセンブリ；および、出力ビームから、第1極性を持つ第1測定ビームセット、および、第2極性を持つ第2測定ビームセットを生成するように構築される干渉計であって、第1および第2測定ビームセットを、対象物上の選択されたスポットに対して結像し、そのスポットから対応する第1および第2帰還ビームセットを生成し、かつ、この第1および第2帰還測定ビームセットを複数の対応参照ビームと結合させて、第1および第2干渉ビームセットを生成し、同時にこの第1および第2干渉ビームセットを検出器アッセンブリに対して結像するようにさらに構築される干渉計を含む。
【００２０】
他の実施態様は、一個以上の下記の特質を含む。第1および第2セットの測定ビームの測定ビームは、空間的に共存し、同じ時間ウィンドウ関数を共有する。ビーム調整器は、各ビームの選択されたパラメータに一連の異なるシフト配列を導入することによって、帰還測定ビームと参照ビームの間に、複数の干渉ビームの各干渉ビームを生成する、位相シフトの異なる組み合わせを導入する。検出器集合体は、第1および第2セットの干渉ビームが同時に結像されて電気干渉信号値を生成する場所となり、かつ、電気干渉信号値が、選択されたスポットから到来する2本の直交偏光ビームの両視野に関する情報を同時に含む場所となる検出要素を含む。電気干渉信号値は、選択されたスポットにおける対象物によって散乱、反射、または透過される、2本の直交偏光ビームの各視野の両共役四半分に関する情報を同時に含む。検出器集合体は、周波数帯域によって特徴付けられる感度を有する検出器を含み、第1および第2ビームセットのビーム周波数は、少なくとも検出器の周波数帯域を上回る量で互いに隔てられている。第1および第2セットのビームはそれぞれ2本のビームを含む。あるいは別に、第1および第2セットのビームはそれぞれ4本のビームを含む。
【発明の効果】
【００２１】
少なくとも一つの実施態様の利点は、比較的高速の走査速度の走査モードで操作した場合、基板の、一次元、二次元、または三次元像が、干渉型共焦点および非共焦点遠視野および近視野顕微鏡観察において得られることである。像は、対象物によって反射／散乱、または透過された直交偏光ビームの共役四半分から成る、一次元アレイ、二次元アレイ、または三次元アレイを含む。
【００２２】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、基板によって反射／散乱、または透過された直交偏光ビームの共役四半分視野の確定のために使用される情報は、共時的に、すなわち、同時に得られることである。
【００２３】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、走査モードで操作し、バイ-ホモダインおよびクォード-ホモダイン検出法を用いた場合に共時的に得られる共役四半分視野は、共焦点顕微鏡システムで使用され、走査時の様々な時点で視像化される基板中の、または基板上のスポットに対して共役的なピンホール共役セットの特性においてピンホール相互の間に変動がある場合、その変動の作用に対して感受性が低下することである。
【００２４】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、走査モードで操作し、バイ-ホモダインまたはクォード-ホモダイン検出法変法を用いた場合に共時的に得られる共役四半分視野は、走査時の様々な時点で視像化される基板中の、または基板上のスポットに対して共役的なピンホール共役セットの特性においてピンホール相互の間に変動がある場合、その変動作用に対して感受性が低下することである。
【００２５】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、走査モードで操作し、バイ-ホモダインまたはクォード-ホモダイン検出法変法を用いた場合に共時的に得られる共役四半分視野は、干渉計システムに向けられる入力ビームのパルス列のそれぞれのセットにおけるパルス相互の間に変動がある場合、その変動作用に対する感受性が低下することである。
【００２６】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、単位時間当たりの、視像化される基板中、および／または、基板上のスポット数で見た場合、干渉遠視野または近視野共焦点または非共焦点顕微鏡の処理能力の増大である。
【００２７】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、直交偏光測定ビームを用いる、干渉遠視野および近視野共焦点および非共焦点顕微鏡観察で得られる基板の一次元、二次元、または三次元像における系統誤差の減少である。
【００２８】
本発明の少なくとも一つの実施態様の別の利点は、直交偏光測定ビームを用いる、干渉遠視野および近視野共焦点および非共焦点顕微鏡観察による基板の一次元、二次元、または三次元像生成における変動に対する感受性の低下である。
【００２９】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、干渉遠視野および近視野共焦点および非共焦点顕微鏡観察法および直交偏光測定ビームを用いることによって視像化される基板中の、および／または、基板上の各スポットについて8個の電気干渉値を獲得する際に、視像化される基板中の、および／または基板上のスポットと、複数ピクセル検出器の共役ピクセルの共役像との重複誤差に対する感受性が低下されることである。重複誤差とは、視像化されたスポットと比較した場合の、それぞれの、共役検出器ピクセルセットの、共役像セットの相対的誤差である。
【００３０】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、バイ-ホモダインまたはクォード-ホモダイン検出法変法を用いる結果として、入力ビーム成分の位相が、測定される共役四半分それぞれの値に影響を及ぼさないことである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
高い信号対雑音比を持つ、高速・空間的高解像度の画像法が、微細リソグラフィーでは、例えば、マスクおよびウェーファーの検査において求められている。高い信号対雑音比を持つ、高速・高空間解像度の画像法を実現するために用いられる二つの技術は、干渉型遠視野および近視野共焦点顕微鏡観察法である。しかしながら、高空間解像度結像を維持しながら高い信号対雑音比を実現することは、一般に、一部には、視像化される基板中の、および／または、基板上の各スポットにおいて反射／散乱または透過されるビームの共役四半分視野を獲得しなければならない必要のためにデータ捕捉率を制限する。共役四半分の確定は、直交偏光成分を含む測定ビームを用いる場合、視像化される基板中および／または基板上の各スポットについて少なくとも8個の電気干渉信号値の測定を必要とする。各スポットについて少なくとも8個の干渉信号値を獲得しなければらないことは、大きさ最小30 nmの桁の人工物を搭載する基板の一次元、二次元、または三次元像を生成するのに、どれほど高い走査速度を用いることが可能なのかという設計要求に対して厳しい制限を突きつける。
【００３２】
バイ-ホモダインおよびクォード-ホモダイン検出法変法の使用は、前記厳しい制限を緩和し、視像化される各スポットについて高い信号対雑音比を持つ高解像度画像法において著明な処理能力の上昇を可能にする。厳しい制限は、視像化される各スポットについて、少なくとも8個のピンホールから成る共役セット、および少なくとも8個のピクセルから成る共役セットを用いて、対象物によって散乱／反射または透過される直交偏光ビームの共役四半分視野の共時測定を実行する結果として緩和される。この測定では、共役四半分視野の一つの成分の確定に使用される、少なくとも8個の電気干渉信号値において測定される時間ウィンドウ関数は、共役四半分視野の他の3個の成分それぞれの確定に使用される少なくとも8個の干渉信号値において測定される時間ウィンドウ関数と同じである。バイ-ホモダイン検出法変法では、対象物によって散乱／反射または透過される直交偏光測定ビームの共役四半分視野の各成分の確定のために、入力ビームの異なる周波数成分を用いることによって、時間ウィンドウ関数同士を同じにしている。バイ-ホモダイン検出法変法では、対象物によって散乱／反射または透過される直交偏光測定ビームの共役四半分視野の各成分の確定のために入力ビームの二つの異なる周波数成分を用いることによって、二個の時間ウィンドウ関数を同じにしている。バイホモダインおよびクォードホモダイン検出法における、それぞれ、4周波数成分セットおよび8周波数成分セットは、空間・時間座標軸において共存している、すなわち、空間的に共存し、かつ、同じ時間ウィンドウ関数を有する。
【００３３】
干渉型共焦点および非共焦点遠視野エリプソメトリ顕微鏡システム、干渉型共焦点および非共焦点近視野顕微鏡システム、および、例えば、波長監視装置に用いられるような直線移動干渉計、気体屈折性監視装置、気体の相互拡散力Гの監視装置、および、拡散干渉計を含むいくつかの実施態様を説明する。先ず、バイホモダインおよびクォードホモダイン検出法変法が、測定対象物によって散乱／反射および透過される直交偏光ビームの共役四半分視野の共時測定を実行するための干渉計システムで用いられるが、その干渉計システムに関して、実施態様の全体的説明が与えられる。図1aを参照すると、干渉計システムが、干渉計10、光源18、ビーム調整器22、検出器70、電子プロセッサーとコントローラー80、および、測定対象物60を含むところが模式的に示される。光源18は、1個以上の周波数成分を含む入力ビーム20を生成するパルス駆動または開閉型光源である。ビーム20は、ビーム調整器22に入射し、2個の直交偏光成分を含む入力ビーム24としてビーム調整器22を脱け出す。各直交偏光成分は2個以上の異なる周波数成分を含む。入力ビーム24の周波数成分の内測定ビーム成分は空間的に共存し、同じ時間ウィンドウ関数を持つ。
【００３４】
参照および測定ビームは、ビーム調整器22においてビームセットから、または、干渉計10において入力ビーム24の2または4周波数成分のそれぞれから生成されてもよい。ビーム調整器22または干渉計10のいずれかにおいて生成された測定ビーム30Aは、基板60に入射する。測定ビーム30Bは、基板60によって反射および／または散乱された測定ビーム30Aの一部か、または、基板60によって透過された測定ビーム30Aの一部として生成された帰還測定ビームである。帰還測定ビーム30Bは、干渉計10において参照ビームと結合されて、出力ビーム32を形成する。
【００３５】
出力ビーム32は、検出器70によって検出されて、バイ-ホモダインまたはクォードホモダイン検出法変法において、光源パルス当たり、それぞれ、1個以上の電気干渉信号を生成し、それらは信号72として送信される。検出器70は、ビーム32の参照および帰還測定ビーム成分の共通偏光状態を選択し、混合ビームを形成する分析器を含んでもよい。別態様として、干渉計10は、参照および帰還測定ビーム成分の共通偏光状態を、ビーム32が混合ビームとなるように選択する分析器を含んでもよい。
【００３６】
実際には、二つの異なる技術によって、出力ビーム32の参照および測定ビーム成分の間に既知の位相シフトが導入される。第1の技術では、電子プロセッサーとコントローラー80からの信号74による調節に従って、ビーム調整器22および／または光源18によって、干渉計10における参照ビーム経路と測定ビーム経路の間に非ゼロ経路差のあるために、出力ビーム32の各周波数成分における対応参照ビーム成分と測定ビーム成分の間に位相シフトが導入され、かつ、対応する周波数シフトが入力ビーム24の周波数成分に導入される。第2の技術では、電子プロセッサーとコントローラー80からの信号74による調節に従って、位相シフトが、入力ビーム24の各周波数成分における参照および測定ビーム成分の間にビーム調整器22によって導入される。
【００３７】
各種実施態様の入力ビーム要求を満たすために、光源18とビーム調整器22の取る構成については様々のやり方がある。図1bを参照すると、周波数シフト導入のためのビーム調整器22の第1実施態様が模式的に示される。ビーム調整器22は、別に2個のビーム調整器510と1510、偏光ビームスプリッター520と530、および、ミラー522と534を含む。入力ビーム20は、図1bの紙面に対して平行および垂直な偏光面を持つ、二つの直交偏光周波数成分を含む。入力ビーム20の、この二つの周波数成分は、例えば、光源18において、異なる二つの直交偏光長軸励起型のレーザーとして生成されてもよい。入力ビーム20は、偏光ビームスプリッター520に入射し、その第1部分は透過されてビーム524となる。偏光ビームスプリッター520に入射した入力ビーム20の第2部分は反射され、さらにミラー522による反射後ビーム1524を形成する。これらの直交偏光ビーム524と1524の周波数は、ビーム24の異なる二つの周波数に一致する。ビーム524の偏光面は、図1bの紙面に対して平行であり、ビーム1524の偏光面は図1bの紙面に対して垂直である。
【００３８】
ビーム524と1524は、それぞれ、ビーム調整器510および1510に入射し、それぞれ、ビーム528および1528として脱け出す。ビーム528と1528の偏光面は、それぞれ、図1bの紙面に対して平行と、垂直である。ビーム528と1528は、それぞれ、二つの異なる周波数を含み、ビーム528の2周波数成分は、ビーム1528の2周波数成分とは異なる。ビーム528と1528の周波数は信号74によって制御される。
【００３９】
次に、ビーム528と1528は、偏光ビームスプリッター532およびミラー534によって結合されてビーム24を形成する。ビーム24は、図1bの紙面に対して平行な偏光面を持つ二つの異なる周波数成分、および、図1bの紙面に対して垂直な偏光面を持つ、別の二つの異なる周波数成分とを含む。4個の異なる周波数成分それぞれの周波数は、個別に信号74によって制御される。
【００４０】
図1cを参照すると、ビーム調整器510が模式的に示される。信号74は、ビーム調整器510の周波数制御のための第1信号成分、および、ビーム調整器1510の周波数制御のための第2信号成分を含む。ビーム調整器510は、図1cの紙面に対して平行な偏光面を持つ入力ビームを受容するように構成され、ビーム調整器1510は、図1cの紙面に対して垂直な偏光面を持つ入力ビームを受容するように構成される。ビーム調整器510および1510の出力ビームの偏光面は、それぞれの入力ビームの偏光面と同じである。
【００４１】
ビーム調整器510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524は、図1cの紙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524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によって回折されて、図1cの紙面に対して平行な偏光を持つビーム1128となる。ビーム524の第2部分は透過されて、図1cの紙面に対して平行な偏光面を有する非回折ビーム1124となる。聴視変調器1120に対する聴覚電力は、ビーム1122と1124とが名目上同じ強度を持つように調節される。
【００４２】
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、等方性ブラッグ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、同じ符号を持ち、かつ、干渉計10において、この周波数シフトと等しい周波数差を持つ、参照および測定ビーム間にπ/2余り2π位相差を生成する周波数シフトΔf1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。
【００４３】
さらに図1cについて続けると、ビーム1128は、聴視変調器1132に入射し、電子プロセッサーおよびコントローラー80からの制御信号74に従って、聴視変調器1132によって回折されてビーム1134となるか、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が生成された場合、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Δf2/2に等しい。ただし、周波数シフトΔf2は、干渉計10において、周波数シフトΔf2と等しい周波数差を持つ参照および測定ビーム間にπ/2余りπ位相差を生成する。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（ネット）の周波数シフトは±2Δf2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相対的π位相±2πを生成する。聴視変調器1120、1126、1132、1142、1146、および1150によって導入されるネットの周波数シフトはΔf1±2Δf2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、π/2±π余り2πの相対的位相シフトを生成する。
【００４４】
ビーム1136が生成された場合、ビーム1136は、聴視変調器1150によって透過されて、ビーム1152の、ビーム1128に対して周波数シフトの無いビーム成分となる。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Δf1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、π/2余り2πの相対的位相シフトを生成する。ビーム1152の、異なる二つの周波数シフトを受けた成分の偏光面は図1cの紙面に対して平行的である。
【００４５】
ビーム1124は、聴視変調器1130に入射し、電子プロセッサーおよびコントローラー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となる。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、その大きさはΔf3/2に等しい。ただし、周波数シフトΔf3は、干渉計10において、周波数シフトΔf3と等しい周波数差を持つ参照および測定ビーム間にπ/2余りπ位相差を生成する。従って、聴視変調器1130、1154、1158、および1162によって導入される、ネットの周波数シフトは±2Δf3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相対的π位相±2π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ネットの周波数シフトは±2Δf3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、±π余り2πの相対的位相シフトを生成する。
【００４６】
ビーム1138が生成された場合、ビーム1138は聴視変調器1162によって透過されて、ビーム1164の、周波数シフトの無いビーム成分となる。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ゼロであり、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、ゼロの相対的位相シフトを生成する。ビーム1164の、周波数シフトを受けた成分と周波数成分無しの成分の偏光面は図1cの紙面に対して平行的である。
【００４７】
ビーム1152および1164は結合されてビーム528を形成する。ビーム1152は非偏光ビームスプリッター1168によって透過され、ビーム528の、図1cの紙面に対して平行的な偏光面を持つ成分となる。ビーム1164は、ミラー1166によって反射された後、非偏光ビームスプリッター1168によって反射されて、ビーム528の、図1cの紙面に対して平行的な偏光面を持つ第2成分となる。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、等方性ブラッグ回折タイプのいずれかであってもよい。
【００４８】
ビーム調整器1510の記述は、二つのビーム調整器によって導入される周波数シフトの大きさ、信号74による制御、および、それぞれの入力ビームの偏光状態を除けば、ビーム調整器510の記述の対応部分と同じである。ビーム調整器1510によって導入される周波数シフトΔf10、Δf20、およびΔf30の記述は、それぞれ、ビーム調整器510によって導入される周波数シフトΔf1、Δf2、およびΔf3の記述と同じである。周波数シフトΔf1、Δf2、Δf3、Δf10、Δf20、Δf30、および、ビーム20の二つの周波数成分の間の周波数差は、前述のように、ビーム528および1528が、それぞれ、二つの周波数の異なる成分を含み、かつ、ビーム528の二つの周波数成分は、ビーム1528の二つの周波数成分と異なるように選択される。
【００４９】
第2技術の例示のビーム調整器は、先に引用した2003年1月27日出願米国特許仮出願第60/442,858号（ZI47）、および、表題「干渉計測対象物による反射／散乱および透過ビームの、四半分視野共時測定のための装置および方法（”Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered and Transmitted Beams by an Object in Interferometry”）なる、2004年1月27日出願の米国特許出願第10/765,369号に記載されるような、2周波数発振器および、位相シフト型ビーム調整器を含む。なお、この二つの文書の内容を参照することにより本明細書に含める。この場合、ビーム調整器510と1510は、それぞれ、二つの周波数発信器および位相シフト型ビーム調整器を含む。
【００５０】
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、パルス型光源であることが好ましい。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, McGraw-Hill、ニューヨーク参照）。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る。「パルス」という単語と、「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。
【００５１】
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によって著された、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（米国物理学研究所）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、その参考論文に記載される技術を用いて、二つ以上の周波数を生成するように構成されてもよい。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によって著された、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）、「レーザー分光光度観察I（”Laser Spectroscopy I”）59ページ(1974)所載の論文、および、A.H. Kungによって著された、表題「変調可能なピコ秒VUV放射の生成（”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。
【００５２】
2種以上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隔てられた、または、共存的な、共存的測定および参照ビームを形成する。光源18が、2種以上の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く、また、ビーム調整器22における測定ビームに対する参照ビームの相対的位相シフトは、例えば、プリズムまたはミラーと圧電移行器を含む光学・機械タイプのもの、あるいは、電気・光学変調器タイプの位相移行器によって実現されてもよい。
【００５３】
図1aを参照しながら一般的記述を続ける。入力ビーム24は干渉計10に入射し、そこで参照ビームと測定ビームが生成される。参照ビームと測定ビームとは、2アレイの参照ビームと2アレイの測定ビームを含み、これらのアレイは1要素から成るアレイを含む。測定ビームアレイは、基板60上および／または中に結像され、帰還測定ビームアレイが、基板による反射および／または散乱によって生成される。参照ビームと測定ビームの単一要素アレイの場合、測定ビームは一般に基板60によって反射または透過される。参照ビームと測定ビームが単一要素アレイの場合、一般に測定ビームは基板60によって反射される。参照ビームと帰還測定ビームの両アレイはビームスプリッターによって結合されて、2アレイの出力ビーム成分を形成する。出力ビームのアレイ同士は、干渉計10と検出器70のいずれかにおいて、偏光状態に関して混合される。次に、出力ビームアレイは、複数ピクセル検出器のピクセル上のスポットに結像され、検出されて、電気干渉信号72を生成する。
【００５４】
帰還測定ビームの共役四半分視野は、共通著者による、表題「干渉計測対象物による反射／散乱ビームの、四半分角視野共時測定のための装置および方法(“Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered Beams by an Object in Interferometry”)なる、2004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、表題「干渉計測対象物による反射／散乱および透過ビームの、四半分角視野共時測定のための装置および方法(Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered and Transmitted Beams by an Object in Interferometry”)」なる、2004年1月27日出願の米国特許出願第10/765,369号(ZI-47)に記載されるような、バイまたはクォードホモダイン検出法の変法によって獲得される。上記特許文献はいずれもHenry A. Hillによるものである。上に引用した米国特許仮出願および米国特許出願両方の内容全体を引用することにより本明細書に含める。
【００５５】
いくつかの実施態様で使用されるバイ-ホモダイン検出法変法を参照すると、8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8個の電気干渉信号値から成るセットSj, j=1, 2, ..., 8は、バイ-ホモダイン検出では、ある換算率内において、下式で表される、すなわち、
【００５６】
【数１】
2006522339.tif 000003
−−（１）
式中、係数Amは、示数mを持つ、入力ビーム24の周波数成分に対応する参照ビームの振幅を表し；係数Bmは、参照ビームAmに対応する背景ビームの振幅を表し；係数Cmは、参照ビームAmに対応する帰還測定ビームの振幅を表し；Pjは、8個のパルスから成る一連のパルス列の、パルスjにおける入力ビーム24の第1周波数成分の積分強度を表し；εm,j値に関する例示のセットは表1に掲げる通りである。εm,j値については、使用が可能なセットは他にもあり、その場合、εm,j値に関する他のセットは、下記の等式(2)および(3)に記述される条件を満足する。
【００５７】
1から-1、または、-1から1へのεm,jの値の変化は、それぞれの参照および測定ビームにおける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60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、8ピンホールの共役セットの性質、例えば、サイズおよび形、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8個の検出ピクセルの共役セットの感度における変動作用を表す。
【００５８】
式(1)を誘導する際、本発明の範囲や精神のいずれからも逸脱すること無しに、関係式cosψA2C2 = sinψA1C1およびcosψA4C4 = sinψA3C3を用いた。なぜなら、ビーム32における対応する参照ビームと帰還測定ビーム間の相対的位相シフトを制御することによって、cosψA2C2 = ±sinψA1C1およびcosψA4C4 = ±sinψA3C3となるからである。
【００５９】
さらに式(1)において、|A2|／|A1|および|A4|／|A3|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のいずれからも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(1)において、帰還測定ビームの対応する振幅比も、j、または、Pjの値に依存しないことが仮定される。一方、|C2|／|C1|比および|C4|／|C3|比は、それぞれ、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、A4およびA3に相当する測定ビーム成分の振幅比が|A4|／|A3|比と異なる場合、|A2|／|A1|および|A4|／|A3|比と異なる。
【００６０】
【表１】
2006522339.tif 000004
εm,jの変化に対する位相ψAmBmεm,jの変化は、入力ビーム成分の周波数を変えることによって位相シフトを参照ビームアレイと測定ビームアレイの間に導入する実施態様ではπと違っていることがある。背景ビームの作用を評価する場合、係数cosψBmCmεm,jは、位相差(ψBmCmεm,j - ψAmCm)が測定位相差ψAmBmεm,jと同じである場合、cos[ψAmCm + (ψBmCmεm,j - ψAmCm)]と書けるということに注意するのは有効である。
【００６１】
式(1)の共役四半分成分εm,j|Cm|cosψAmCmおよびεm,j|Cm|sinψAmCmは、平均値ゼロを持つ関数であることは、式(1)を精査すれば明らかである。なぜなら、
【００６２】
【数２】
2006522339.tif 000005
−−（２）
【００６３】
もう一つの重要な性質は、共役四半分εm,j|Cm|cosψAmCmおよびεm',j|Cm'|sinψAm'Cm'は、
2006522339.tif 000006
の場合、m = 1, 2, 3, 4の範囲で互いに直交することである。なぜなら、εm,jおよびεm',jは、j = 1, 2, ..., 8の範囲において互いに直交する、すなわち、
【００６４】
【数３】
2006522339.tif 000007
−−（３）
であるからである。(3)の式中δm,m'は、下式によって定義されるクローネッカーのデルタである。すなわち、
【００６５】
【数４】
2006522339.tif 000008
−−（４）
【００６６】
共役四半分|Cm|cosψAmCmおよび|Cm|sinψAmCmに関する情報は、式(3)によって表されるεm,jの直交性に基づくディジタルフィルターFm(Sj)を信号Sjに用いることによって獲得される。Fm(Sj)の定義および、ディジタルフィルターFm(Sj)の出力は下式によって表される。すなわち、
【００６７】
【数５】
2006522339.tif 000009
−−（５）
【００６８】
上式において、ξ’jおよびP’jは、それぞれ、ξjおよびPjを表すためにディジタルフィルターで使用される値である。
【００６９】
式(6)および(7)におけるパラメータ、
【００７０】
【数６】
2006522339.tif 000010
−−（６）
【００７１】
【数７】
2006522339.tif 000011
−−（７）
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(6)および(7)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)および(sinψA3C3／cosψA3C3)に相当する共役四半分の振幅比を、それぞれ、第2回目測定による(sinψA1C1／cosψA1C1)および(sinψA3C3／cosψA3C3)に相当する共役四半分の振幅比で割った値は、それぞれ、
【００７２】
【数８】
2006522339.tif 000012
−−（８）
【００７３】
【数９】
2006522339.tif 000013
−−（９）
に等しい。
【００７４】
式(5)の係数の内のあるものは、ある換算率において指定値8を有する、例えば、
【００７５】
【数１０】
2006522339.tif 000014
−−（１０）
【００７６】
上式において、δm,m'は式(4)によって定義されるクローネッカーのデルタである。換算率は、
2006522339.tif 000015
と仮定した場合、(ξ’j)2／(ξjηj)比の平均値に一致する。
【００７７】
式(5)の係数の内の他のあるものは指定値ゼロを持つ、例えば、
【００７８】
【数１１】
2006522339.tif 000016
−−（１１）
【００７９】
残りの係数は、
【００８０】
【数１２】
2006522339.tif 000017
−−（１２）
【００８１】
約ゼロからコサイン係数の約8倍の範囲の指定の大きさ、および、それぞれの位相性質に応じて、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近似で追跡しない位相を持つ背景部分については、式(12)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近似で追跡する位相を持つ背景部分については、式(12)に挙げられる項の大きさは、コサイン係数の約8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。
【００８２】
式(5)において最大となる可能性のある二つの項は、一般に、係数
2006522339.tif 000018
および
2006522339.tif 000019
を持つ項である。しかしながら、この対応項は、式(11)に掲げる係数の性質に基づき、バイホモダイン検出法を用いることによって実施態様において実質的に除去される。
【００８３】
背景作用からの最大の寄与は、参照ビームと、測定ビーム30A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、バイホモダイン検出法の実施態様では、ゼロに等しいビーム32の帰還測定ビーム成分によって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、およびその逆、および、|A4|=0または|A3|=0、およびその逆、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。
【００８４】
背景振幅ξjζj2AmBmおよび位相ψAmBmεm,jの作用による最大寄与、すなわち、測定ビーム30Aによって生成される、参照ビームと背景ビーム部分の間の干渉項に関する情報は、基板60を除き、Ap=0, 
2006522339.tif 000020
とした場合の、参照ビームと測定ビーム30Aとの間の相対的位相シフトの関数としてj=1, 2,..., 8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。この情報は、それぞれの背景の起源を特定するのに役立てるために使用される。
【００８５】
背景ビームの作用を低減および／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(“Method and Apparatus For Confocal Interference Microscopy With Background Amplitude Reduction and Compensation”)」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(“Method and Apparatus for Discrimination In-Focus Images from Out-of-Focus Light Signals from Backgroun and Foreground Light Sources”)」の米国特許第5,915,048号、および、米国特許第6,480,285 B1号に記載される技術を取り込んでもよい。これら三つの引用特許文献それぞれの内容全体を参照することにより本明細書に含める。
【００８６】
ξ’jの値の選択は、j=1, 2,..., 8における係数ξjに関する情報に基づく。この情報は、干渉計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,..., 8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、単に基板60を取り除いてj=1, 2,..., 8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(5)の
2006522339.tif 000021
項がゼロとなる程度を見ることである。
【００８７】
j=1, 2,...8における係数ξjηjに関する情報は、p = 1, 2, 3, 4においてApの一つが
2006522339.tif 000022
であり、残りのAp=0の場合の、それぞれ8個の共役検出器ピクセルに対応するそれぞれ8個の共役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|Ap||Cp|cosψApCp、または2|Ap||Cp|sinψApCpを測定することによって得られる。2|Ap||Cp|cosψApCp、または2|Ap||Cp|sinψApCp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,...,8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用いることが可能である。
【００８８】
前記バイ-ホモダイン検出法変法は、共役四半分視野を確定するための強力な技術である。先ず、各直交偏光ビームの共役四半分|Cm|cosψAmCmおよび|Cm|sinψAmCmは、式(5)によって表されるディジタルフィルター値Fm(S)における一次項である。なぜなら、式(11)に関する考察で述べたように、係数
2006522339.tif 000023
および
2006522339.tif 000024
を持つ項は実質的にゼロだからである。
【００８９】
第二に、式(5)における|Cm|cosψAmCmおよび|Cm|sinψAmCm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する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転ずる。さらに、8個の電気干渉信号値の各セットから為される、各直交偏光ビームにおける共役四半分|Cm|cosψAmCmおよび|Cm|sinψAmCmの各成分への寄与は、同じウィンドウ関数を持つので、共時決定値として得られる。
【００９０】
このバイ-ホモダイン技術変法のその他の際立った特徴に関しては、式(5)から明白である。すなわち、式(5)の各等式における各直交偏光ビームの共役四半分の係数|Cm|cosψAmCmおよび|Cm|sinψAmCmは、ξ’jおよりηj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；および、参照強度項の係数|Am|2を、ξ’jの値を適当に選択することによって実質的にゼロにすることが可能である。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。
【００９１】
さらに、このバイ-ホモダイン検出法変法を用いると、直交偏光ビームの共役四半分視野が共時的に得られるのであるから、共役四半分視野の従来のシングル-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。
【００９２】
直交偏光ビームの共役四半分視野が共時的に得られる量であることで生ずる、バイ-ホモダイン検出法変法の利点がいくつかある。一つの利点は、干渉型遠視野および／または近視野共焦点または非共焦点顕微鏡観察で、視像化される基板中および／または上の各スポットについて、八つの電気干渉信号値を獲得する際に、視像化される基板中または上の各スポットと、複数ピクセル検出器の共役ピクセルの共役画像との重複誤差の作用に対する感度が低下することである。重複誤差とは、共役検出器ピクセルのそれぞれのセットの、4共役画像セットの、視像化されるスポットに対する相対的誤差である。
【００９３】
もう一つの利点は、走査モードで操作した場合、走査時の様々な時点で視像化される基板中または上のスポットに対して共役的な、共焦点顕微鏡システムで用いられるピンホールの共役セットの性質の、ピンホール相互間で変動する作用に対する感受性が低下することである。
【００９４】
もう一つの利点は、走査モードで操作した場合、走査時の様々な時点で視像化される基板中または上のスポットに対して共役的な、共役ピクセルセット内の性質の、ピクセル相互間で変動する作用に対する感受性が低下することである。
【００９５】
もう一つの利点は、走査モードで操作した場合、干渉計システムに送られる入力ビーム24のパルス列のそれぞれの共役セットにおいて、パルス列相互間の変動する作用に対する感受性が低下することである。
【００９６】
1組の共役ピンホールから成る複数ピクセル検出器のピンホールとピクセル、および複数ピクセル検出器の共役ピクセルは、ピンホールアレイの隣接ピンホール、および／または、複数ピクセル検出器の隣接ピクセルを含んでもよく、あるいは、下記のピンホールアレイから選ばれたピンホール、または、下記のピクセルアレイから選ばれたピクセルを含んでもよい。すなわち、左右方向および／または長軸方向解像度および信号対雑音比において損失を被ることなく、選択されたピンホール間距離はピンホール間隔の整数倍、それぞれのピクセルアレイ間距離は、ピクセル間隔の整数倍とされるピンホールアレイまたはピクセルアレイである。対応走査速度は、共役ピンホールセットおよび／または共役ピクセルセットに対して共役的な、測定対象物60上のスポットの間隔を、複数ピクセル検出器の読み取り速度で割ったものの整数倍に等しいものとされる。この性質によって、単位時間当たりに視像化される基板中および／または上のスポット数に関して、遠視野または近視野共焦点または非共焦点顕微鏡の処理能力に著明な増加が得られる。
【００９７】
クォード-ホモダイン検出法変法を参照すると、8個の電気干渉信号値から成る1セットは、8種の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光源18とビーム調整器22から発せられる4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8電気干渉信号値Sn,j、n =1, 2およびj=1,2,3,4のセットは、クォード-ホモダイン検出法変法では、ある換算率において、下式によって表される、すなわち、
【００９８】
【数１３】
2006522339.tif 000025
−−（１３）
【００９９】
式中、係数An,mは、示数（n,m）を持つ入力ビーム24の周波数成分に対応する参照ビームの振幅を表し；係数Bn,mは、参照ビームAn,mに対応する背景ビームの振幅を表し；係数Cn,mは、参照ビームAn,mに対応する帰還測定ビームの振幅を表し；Pn,jは、4パルス1系列の入力ビーム24のパルスｊの示数nに対応する周波数成分セットの第1周波数成分の積分強度を表し；κn,m,jの値の例示のセットは、表2に掲げるκm,jの値の例示のセットについてκm,jに換算すると下式で表される。すなわち、
【０１００】
【数１４】
2006522339.tif 000026
−−（１４）
【０１０１】
【表２】
2006522339.tif 000027
κm,jにjに対して直交的なセットである。すなわち、
【０１０２】
【数１５】
2006522339.tif 000028
−−（１５）
【０１０３】
式中、δm,m’は、式(4)によって定義されるクローネッカーのデルタである。
【０１０４】
クォードホモダイン検出法変法においては、干渉計信号値S1,jおよびS2,jは、各パルスjについて二つの異なる検出器ピクセルによって同時に測定される。検出器70の二つの異なるピクセルに対する出力ビーム32の分布は、先に引用した米国特許仮出願第60/442,858(47)、および、2004年1月27日出願(ZI-47)、表題「干渉計測対象物による反射／散乱および透過ビームの、四半分角視野共時測定のための装置および方法（”Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered and Transmitted Beams by an Object Interferometry”）」なる米国特許出願第10/765,369号に記載されるように、干渉計システム10の拡散または偏光要素によって実現される。その他の記述では、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、m=1,2は入力ビーム24の第2偏光状態に対応し、m=3,4は、入力ビーム24の第2偏光状態に対応する。さらに、係数A1,m、B1,m、およびC1,mは、入力ビーム24の偏光状態の内の一つに対する共役四半分の単一成分について、それぞれ、係数A2,m、B2,m、およびC2,mの共役数である。
【０１０５】
本発明の範囲または精神から逸脱すること無しに式(13)を得るのに、関係式cosψAn,2Cn,2 = κ2,jsinψAn,2Cn,2およびcosψAn,4Cn,4 = κ4,jsinψAn,4Cn,4を用いた。なぜなら、ビーム32における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りcosψAn,2Cn,2 = ±sinψAn,2Cn,2およびcosψAn,4Cn,4 = ±sinψAn,4Cn,4となるからである。
【０１０６】
また、式(13)において、比|An,2|／|An,1|および|An,4|／|An,3|は、j、またはPn,jの値に依存しないと仮定された。さらに、本発明の範囲や精神から逸脱すること無しに、Sn,jの表現を簡単化して重要な性質を突出させるために、式(13)において、帰還測定ビームの対応する振幅比も、j、または、Pn,jの値に依存しないことが仮定される。一方、|Cn,2|／|Cn,1|および|Cn,4|／|Cn,3|比は、An,2およびAn,1に相当する測定ビーム成分の振幅比が、An,4およびAn,3に対応する比|An,2|／|An,1|比と異なる場合、それぞれ、|An,2|／|An,1|および|An,4|／|An,3|比と異なる。
【０１０７】
κm,jの変化に対する位相ψAn,mBn,mκm,jの変化は、入力ビーム成分の周波数を変えることによって位相シフトを参照ビームアレイと測定ビームアレイの間に導入する実施態様ではπと違っていることがある。背景ビームの作用を評価する場合、係数cosψBn,mCn,mκm,jは、位相差(ψBn,mCn,mκm,j - ψAn,mCn,m)が位相差ψAn,mBn,mκm,jと同じである場合、すなわち、cosψBn,mCn,mκm,j=cos(ψAn,mCn,m -ψAn,mBn,mκm,j)である場合、cos[ψAn,mCn,m + (ψBn,mCn,mκm,j - ψAn,mCn,m)]と書けるということに注意するのは有効である。
【０１０８】
共役四半分成分κm,j|Cn,m|cosψAn,mCn,mおよびκm,j|Cn,m|sinψAn,mCn,mは、
2006522339.tif 000029
の場合、m = 1, 2, 3, 4の範囲で互いに直交することが式(13)を精査すれば明らかである。なぜなら、κm,jおよびκm',jは、式(15)に表される通り互いに直交するからである。
【０１０９】
共役四半分|C1,1|cosψA1,1C1,1および|C1,1|sinψA1,1C1,1、および共役四半分|C1,3|cosψA1,3C1,3および|C1,3|sinψA1,3C1,3に関する情報は、式(15)によって表されるκm,jの直交性に基づくディジタルフィルターを用いSn,jから獲得される。ディジタルフィルターFm(S)の定義は下式の通りである。すなわち、
【０１１０】
【数１６】
2006522339.tif 000030
−−（１６）
【０１１１】
式中、Sは、要素Sn,jを含む行列式であり、ξ’n,jおよびP’n,jは、それぞれ、ξn,jおよびPn,jを表すためにディジタルフィルター内で用いられる値である。式(16)は、式(14)によって与えられるκn,m,jの定義を用いてκm,jに関して下式のように書ける。すなわち、
【０１１２】
【数１７】
2006522339.tif 000031
−−（１７）
【０１１３】
Sn,jの式である式(13)を用いて、式(17)は、三部分の項として書ける。すなわち、
【０１１４】
【数１８】
2006522339.tif 000032
−−（１８）
【０１１５】
上式において、
【０１１６】
【数１９】
2006522339.tif 000033
−−（１９）
【０１１７】
【数２０】
2006522339.tif 000034
−−（２０）
【０１１８】
【数２１】
2006522339.tif 000035
−−（２１）
【０１１９】
クォードホモダイン検出法の性質をさらに簡単に特定可能とするように、式(20)で与えられるF2,m'(S)を下式のように書き直すと分かり易い。すなわち、
【０１２０】
【数２２】
2006522339.tif 000036
−−（２２）
【０１２１】
上式において、関係式cosψA2,mC2,m=cosψA1,mC1,mおよびsinψA2,mC2,m=sinψA1,mC1,m である。
【０１２２】
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、
【０１２３】
【数２３】
2006522339.tif 000037
−−（２３）
【０１２４】
【数２４】
2006522339.tif 000038
−−（２４）
【０１２５】
式(23)に掲げられるパラメータの第1セットは、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、共役四半分につい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測定で得られる(sinψA1,mC1,m／cosψA1,mC1,m)および(sinψA3,mC3,m／cosψA3,mC3,m)に対応する共役四半分の振幅を、第2測定で得られる(sinψA1,mC1,m／cosψA1,mC1,m)および(sinψA3,mC3,m／cosψA3,mC3,m)に対応する共役四半分の振幅でそれぞれ割って得られる比は下式に等しい。すなわち、
【０１２６】
【数２５】
2006522339.tif 000039
−−（２５）
【０１２７】
式(24)に挙げたパラメータの第2セットは、2個の共役四半分のそれぞれについて、バイホモダイン検出法においてクォードホモダイン検出法を操作することによって測定することが可能である。共役四半分の内の一つについてバイホモダイン検出法で操作するためには、共役四半分の内のその一つに対応しない、入力ビーム24の周波数成分の振幅をゼロに等しく設定し、共役四半分の内のその一つを、n=1および2の場合について測定する。n=1および2において測定された共役四半分の振幅比から、式(24)に指定される情報が得られる。
【０１２８】
式(20)によって与えられるF2,m'(S)の係数のあるものは、換算率内において、4という指定値を持つことに注意しなければならない。例えば、
【０１２９】
【数２６】
2006522339.tif 000040
−−（２６）
【０１３０】
上式において、δm,m’は、式(4)によって定義されるクローネッカーのデルタである。換算率は、
2006522339.tif 000041
と仮定した場合、(ξ’j)2／(ξjηj)比の平均値に一致する。
【０１３１】
式(19)によって与えられるF1,m'(S)の係数の別のあるものは0という指定値を持つ。例えば、
【０１３２】
【数２７】
2006522339.tif 000042
−−（２７）
【０１３３】
式(21)によって与えられるF3,m'(S)の残りの係数は0という指定値を持つ。例えば、
【０１３４】
【数２８】
2006522339.tif 000043
−−（２８）
【０１３５】
式(19)において最大となる可能性のある二つの項は、一般に、係数
2006522339.tif 000044
および
2006522339.tif 000045
を持つ項である。しかしながら、この対応項は、式(27)に掲げる係数の性質に基づく二次作用のために、クォードホモダイン検出法を用いることによって実質的に除去される。
【０１３６】
背景作用からの最大の寄与は、式(21)によって与えられるF3,m’(S)に含まれ、参照ビームと、測定ビーム30Aによって生成される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、クォードホモダイン検出法の実施態様では、ゼロに等しいビーム32の帰還測定ビーム成分によって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,m|=0または|A1,m|=0、およびその逆、および、|A4|=0または|A3|=0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。
【０１３７】
背景振幅ξn,jζn,jAn,mBn,mおよび位相ψAn,mBn,mκm,jの作用による最大寄与、すなわち、測定ビーム30Aによって生成される、参照ビームと背景ビーム部分の間の干渉項に関する情報は、基板60を除き、An,p=0, 
2006522339.tif 000046
とした場合の、参照ビームと測定ビーム30Aとの間の相対的位相シフトの関数としてSn,jを測定し、Sn,jの測定値をフーリエ分析することによって得られる。この情報は、それぞれの背景の起源を特定するのに役立てるために使用される。
【０１３８】
背景ビームの作用を低減および／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、先に引用した米国特許第5,760,901号、5,915,048号、および、6,480,285 B1号に記載される技術をこのクォードホモダイン検出法に取り込んでもよい。
【０１３９】
ξ’n,jの値の選択は、干渉計において参照ビームだけを存在させた状態でn=1,2、j=1, 2, 3, 4においてSn,jを測定することによって得られる係数ξn,jに関する情報に基づく。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、単に基板60を取り除いてn=1,2、j=1, 2, 3, 4に対するSn,jを測定することに相当する。1組のξ’n,jの値の正しさをテストするには、式(19)の
2006522339.tif 000047
項がゼロとなる程度を見ることである。
【０１４０】
n=1,2、j=1, 2, 3, 4における係数ξn,jηn,jに関する情報は、p = 1, 2, 3, 4においてAn,pの一つが
2006522339.tif 000048
であり、残りのAn,p=0の場合の、それぞれ8個の共役検出器ピクセルに対応するそれぞれ4個の共役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|An,p||Cn,p|cosψAn,pCn,p、または|An,p||Cn,p|sinψAn,pCn,pを測定することによって得られる。|An,p||Cn,p|cosψAn,pCn,p、または|An,p||Cn,p|sinψAn,pCn,p項の振幅変化は、nおよびjの関数としてのξn,jηn,jの変動に対応する。n=1,2、j=1, 2, 3, 4における係数ξn,jηn,jに関する情報は、例えば、干渉計システム10の1個以上の要素の安定性を監視するのに用いることが可能である。
【０１４１】
前記クォードホモダイン検出法変法は、共役四半分視野を確定するための強力な技術である。先ず、各直交偏光ビームの共役四半分|An,p||Cn,p|cosψAn,pCn,pおよび|An,p||Cn,p|sinψAn,pCn,pは、式(17)によって表されるディジタルフィルター値Fm(S)における一次項である。なぜなら、式(19)に関する考察で述べたように、係数
2006522339.tif 000049
および
2006522339.tif 000050
を持つ項は実質的にゼロだからである。
【０１４２】
第二に、式(20)における|An,p||Cn,p|cosψAn,pCn,pおよび|An,p||Cn,p|sinψAn,pCn,p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する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、ξn,jの一次変動、および、正規化の一次誤差、例えば、(Pn,j/P’n,j)および(ξn,j2/ξ’n,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転ずる。さらに、8個の電気干渉信号値の各セットによって為される、各直交偏光ビームにおける共役四半分|Cn,p|cosψAn,pCn,pおよび|Cn,p|sinψAn,pCn,pの各成分への寄与は、同じウィンドウ関数を持つので、共時決定値として得られる。
【０１４３】
このクォードホモダイン検出法変法のその他の際立った特徴は、式(17)、(19)、(20)および(21)から明白である。すなわち、式(20)の各等式における各直交偏光ビームの共役四半分の係数|An,p||Cn,p|cosψAn,pCn,p、および|An,p||Cn,p|sinψAn,pCn,pはξ’n,jおよびηn,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；および、参照強度項の係数|An,p|2を、ξ'n,jの値を適当に選択することによって実質的にゼロにすることが可能である。従って、共役四半分に対応する位相の極めて正確な値を、ξn,jの一次変動、および、正規化、例えば、(Pn,j/P’n,j)および(ξn,j2/ξ’n,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。
【０１４４】
さらに、このクォードホモダイン検出法変法を用いると、直交偏光ビームの共役四半分視野が共時的に得られるのであるから、共役四半分視野の従来の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。
【０１４５】
直交偏光ビームの共役四半分視野が共時的に得られる量であることで生ずる、クォードホモダイン検出法変法の利点がいくつかある。
【０１４６】
バイホモダイン検出法と比較した場合の、このクォードホモダイン検出法変法の一つの利点は、処理能力における2倍の増加である。
【０１４７】
もう一つの利点は、干渉型遠視野および／または近視野共焦点または非共焦点顕微鏡観察で、視像化される基板中および／または上の各スポットについて、八つの電気干渉信号値を獲得する際に、視像化される基板中または上の各スポットと、複数ピクセル検出器の共役ピクセルの共役画像との重複誤差の作用に対する感度が低下することである。重複誤差とは、共役検出器ピクセルのそれぞれのセットの、8共役画像セットの、視像化されるスポットに対する相対的誤差である。
【０１４８】
もう一つの利点は、走査モードで操作した場合、走査時の様々な時点で視像化される基板中または上のスポットに対して共役的な、共焦点顕微鏡システムで用いられるピンホールの共役セットの性質がピンホール相互間で変動する場合、その変動作用に対する感受性が低下することである。
【０１４９】
もう一つの利点は、走査モードで操作した場合、走査時の様々な時点で視像化される基板中または上のスポットに対して共役的な、共役ピクセルセット内の性質がピクセル相互間で変動する場合、その変動作用に対する感受性が低下することである。
【０１５０】
もう一つの利点は、走査モードで操作した場合、干渉計システムに送られる入力ビーム24のパルス列のそれぞれの共役セットにおいてパルス列相互間で変動する場合、その変動作用に対する感受性が低下することである。
【０１５１】
1組の共役ピンホールから成る複数ピクセル検出器のピンホールとピクセル、および複数ピクセル検出器の共役ピクセルは、ピンホール2アレイの隣接ピンホール、および／または、複数ピクセル検出器の隣接ピクセルを含んでもよく、あるいは、ピンホール2アレイから選ばれたピンホール、および、ピクセルアレイから選ばれたピクセルを含んでもよい。すなわち、左右方向および／または長軸方向解像度および信号対雑音比において損失を被ることなく、選択されたピンホール間距離はピンホール間隔の整数倍、それぞれのピクセルアレイ間距離は、ピクセル間隔の整数倍とされるピンホールアレイまたはピクセルアレイである。対応走査速度は、共役ピンホールセットおよび／または共役ピクセルセットに対して共役的な、測定対象物60上のスポットの間隔を、複数ピクセル検出器の読み取り速度で割ったものの整数倍に等しいものとされる。この性質によって、単位時間当たりに視像化される基板中および／または上のスポット数に関して、干渉型遠視野または近視野共焦点または非共焦点顕微鏡の処理能力に著明な増加が得られる。
【０１５２】
8個の電気干渉信号値から成る1セットが、光源18から発せられる二つのパルス列と、ビーム調整器22によって視像化される基板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シングルホモダイン検出法変法がある。このシングルホモダイン検出法変法では、干渉計信号値S1,j、S2,j、S3,j、およびS4,jは、各パルスjについて四つの異なる検出ピクセルによって同時に測定される。検出器70の四つの異なるピクセルに対する出力ビーム32の分布は、先に引用した米国特許仮出願第60/442,858号(47)、および、2004年1月27日出願(ZI-47)、表題「干渉計測対象物による反射／散乱および透過ビームの、四半分角視野共時測定のための装置および方法（”Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered and Transmitted Beams by an Object in Interferometry”）」なる米国特許出願第10/765,369号に記載されるように干渉計10における分散または偏光要素によって実現される。
【０１５３】
このシングルホモダイン検出法変法は、干渉計信号値S1,j、S2,j、S3,j、およびS4,jを獲得・分析するために使用されるシングルホモダイン検出法と等価である。シングルホモダイン検出法変法と、シングルホモダイン検出法とは4部分のそれぞれについて等価であるために、シングルホモダイン検出法変法の説明の残りの形式的な部分は、シングルホモダイン検出法の説明の対応部分と同じである。
【０１５４】
8個の電気干渉信号値から成る1セットが、光源18から発せられる単一パルス列と、ビーム調整器22によって視像化される基板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ダブルホモダイン検出法変法がある。このダブルホモダイン検出法変法では、干渉計信号値S1,j、j = 1, 2,..., 8は、単一パルスについて8個の異なる検出器ピクセルによって同時に測定される。検出器70の四つの異なるピクセルに対する出力ビーム32の分布は、先に引用した米国特許仮出願第60/442,858号(47)、および、2004年1月27日出願(ZI-47)、表題「干渉計測対象物による反射／散乱および透過ビームの、四半分角視野共時測定のための装置および方法（”Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered and Transmitted Beams by an Object in Interferometry”）」なる米国特許出願第10/765,369号に記載されるように干渉計10における分散または偏光要素によって実現される。
【０１５５】
このダブルホモダイン検出法変法は、干渉計信号値S1,j、j = 1, 2,..., 8を獲得・分析するために使用されるダブルホモダイン検出法と等価である。ダブルホモダイン検出法変法と、ダブルホモダイン検出法とは8部分のそれぞれについて等価であるために、ダブルホモダイン検出法変法の説明の残りの形式的な部分は、ダブルホモダイン検出法の説明の対応部分と同じである。
【０１５６】
第1実施態様が、図2aに模式的に示される。第1実施態様は、全体として数字110で示される第１結像システム、ピンホール・ビームスプリッター112、検出器170、および、全体として数字210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210は、大きな動作距離を持つ低倍顕微鏡、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。
【０１５７】
第1実施態様では、参照ビームと測定ビームの光学的経路長の差は、比較的大きい非ゼロ値、例えば、0.2mである。干渉測定における参照ビームと測定ビームの光学的経路長の差は、通常、最小値に留められる。しかしながら、ある種の干渉型遠視野共焦点顕微鏡では、参照ビームと測定ビームの光学的経路長の差は比較的大きな値を取る。例えば、二つとも、Henry A. Hillという共通著者による、表題「ピンホールアレイ・ビームスプリッターを組み込んだ干渉型共焦点顕微鏡観察法（”Interferometric Confocal Microscopy Incorporating Pinhole Array Beam-Splitter”）」なる米国特許仮出願第60/442,982号(ZI-45)、および、2004年1月27日出願（ZI-45）、表題「干渉計測対象物による反射／散乱および透過ビームの、四半分角視野共時測定のための装置および方法（”Apparatus and Method for Joint Measurements of Conjugated Quadratures of Fields of Reflected/Scattered and Transmitted Beams by an Object in Interferometry”）」なる米国特許出願第10/765,369号に記載されているものがそれである。なお、この引用した米国特許仮出願と米国特許出願の内容全体を、参照することによって本明細書に含める。
【０１５８】
第1結像システム110は図2bに模式的に示されるが、先に引用した米国特許仮出願第60/442,982号(ZI-45)、および、2004年1月27日出願、表題「ピンホールアレイ・ビームスプリッターを組み込んだ干渉型共焦点顕微鏡観察法（”Interferometric Confocal Microscopy Incorporating Pinhole Array Beam-Splitter”）」なる、先に引用した米国特許出願第10/765,229号(ZI-45)に記載される干渉型共焦点顕微鏡システムを含む。この結像システム110は、例えば、Henry A. Hillという共通著者による、表題「反射光学および反射屈折光学系システム（”Cataptric and Catadioptric Imaging System”）」なる米国特許第6,552,852B1号、および、表題「反射光学および反射屈折光学系システム（”Cataptric and Catadioptric Imaging System”）」なる米国特許出願第10/366,651号(ZI-43)に記載されるものと同じ反射屈折光学系システムである。なお、これらの引用した米国特許出願および仮出願の内容全体を参照することにより本明細書に含める。
【０１５９】
反射屈折光学系システム110は、反射屈折要素140と144、ビームスプリッター148、および、凸レンズ150を含む。表面142Aおよび146Aは凸型球面であり、名目上は同じ曲率半径を有し、表面142Aおよび146Aそれぞれの曲率半径中心は、ビームスプリッター148に関して共役点である。表面142Bおよび146Bは凹型球面であり、名目上は同じ曲率半径を有する。表面142Bおよび146Bの曲率半径の中心は、それぞれ、表面146Aおよび142A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142Bおよび146Aの曲率半径の中心と同じである。表面146Bの曲率半径は、結像システム110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110の動作距離を実現するように選ばれる。凸レンズ150の曲率半径は、反射屈折光学系110の偏軸収差が補償されるように選ばれる。要素140および144の媒体は、例えば、CaF2、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150の媒体は、例えば、CaF2、石英ガラス、YAG、または、市販のガラス、例えば、SF11である。要素140と144、および凸レンズ150の選択に当たって考慮すべき重要点は、ビーム124の周波数に対する透過性である。
【０１６０】
凸レンズ152は、凸レンズ150の曲率中心と同じ曲率中心を持つ。凸レンズ150と152は、ピンホール・ビームスプリッター112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112は図2c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による、名称「共焦点近視野顕微鏡観察のための複数光源アレイ（”Multiple-Source Arrays for Confocal and Near-field Microscopy”）」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、矩形開口、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１12のピンホールアレイのピンホール間の間隔は、図2cにおいてbで示され、開口径はaである。
【０１６１】
入力ビーム124は、ミラー154によって、ピンホール・ビームスプリッター112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130Aおよび130B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126Aおよび126Bの測定ビーム成分として散乱される。測定ビーム成分126Aおよび126Bは、基板160近傍の結像平面の結像スポットアレイに対して、ビーム128Aおよび128Bの成分として結像される。基板160に入射したビーム成分128Aおよび128Bの一部は、ビーム成分128Aおよび128B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128Aおよび128Bの帰還測定ビーム成分は、反射屈折光学系110によって、ピンホール・ビームスプリッター112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130Aおよび130Bの帰還測定ビーム成分として透過される。
【０１６２】
反射屈折光学系110の結像特性に関する記述は、先に引用した米国特許仮出願第60/442,982号(ZI-45)、および、2004年1月27日出願、名称「ピンホールアレイ・ビームスプリッターを組み込んだ干渉型共焦点顕微鏡観察法」の米国特許出願第10/765,229号（ZI-45）において提示された反射屈折光学系システムの結像特性の記述の対応部分と同じである。
【０１６３】
次の工程は、結像システム210によって、出力ビーム成分130Aおよび130Bを、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172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180に送信されてさらに加工処理される。
【０１６４】
入力ビーム124の記載は、図1bおよび1cに示す、二つの直交偏光周波数成分を生成するように構成される光源118、およびビーム調整器22として構成されるビーム調整器122に関連して図1aの入力ビーム24について行った記載の対応部分と同じである。入力ビーム124は、異なる周波数を持つが、同じ平面偏光状態を持つ二つの成分、および、異なる周波数を持つが、直交状態の平面偏光を持つ二つの成分から成る第2のセットを含む。入力ビーム124の各成分の周波数は、電子プロセッサーとコントローラー180によって生成される制御信号174に従って、ビーム調整器122によって、様々の周波数値の間をシフトさせられる。
【０１６５】
帰還測定ビームの共役四半分視野は、電気干渉信号172の4個の測定値セットが生成される図1a-1cの説明に述べたように、バイ-ホモダイン検出法変法を用いて獲得される。電気干渉信号172の4個の測定値セットのそれぞれについて、出力ビーム130Aおよび130Bの参照ビーム成分と帰還ビーム成分の間に、既知の位相シフト配列が導入される。
【０１６６】
位相シフト配列は、第1実施態様では、ビーム調整器122によって、入力ビーム124の成分の周波数をシフトさせることによって形成する。出力ビーム130Aおよび130Bの参照ビーム成分と帰還ビーム成分の間には、光学経路長に差があり、そのために、入力ビーム124の成分の周波数変化は、出力ビーム130Aおよび130Bの参照ビーム成分と帰還ビーム成分の間に対応位相シフトを生成する。出力ビーム130Aおよび130Bの参照ビーム成分と帰還ビーム成分の間に光学的経路差Lがある時、周波数シフトΔｆにたいして、下式で表される対応位相シフトψがある。すなわち、
【０１６７】
【数２９】
2006522339.tif 000051
−−（２９）
【０１６８】
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、屈折率の平均値に依存する。位相シフトψ=π/2、およびL=0.25 mの例では、対応する周波数シフトはΔf = 300 MHzである。
【０１６９】
電気干渉信号172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160は、画像情報が望まれる位置に相当する固定位置の間をステップ移動させられる。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160の一次元、二次元、または三次元画像を生成するためには、ウェーファーチャック184／ステージ190に取り付けられた基板160は、ステージ190によって移動させられる。ステージ190の位置は、電子プロセッサーとコントローラー180からのサーボコントロール信号178に従ってトランスジューサー182によって制御される。ステージ190の位置は、計測システム188によって測定され、計測システム188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180に送信されて、ステージ190の位置制御のために使用されるエラー信号を生成する。計測システム188は、例えば、直線移動干渉計と角度移動干渉計、およびキャップゲージを含んでいてもよい。
【０１７０】
電子プロセッサーとコントローラー180は、ウェーファーステージ190を所望の位置に動かし、次に、対応する電気干渉信号値のセットを獲得する。4個の電気干渉信号配列を獲得した後、電子プロセッサーとコントローラー180は手順を繰り返して、ステージ190の次の所望の位置を求める。基板160の上昇および角度方向は、トランスジューサー186Aおよび186Bによって調節される。
【０１７１】
電気干渉信号値獲得のための第2番モードを次に記載する。この場合、電気干渉信号値は、ステージ190の位置を一つ以上の方向に走査することによって獲得される。走査モードでは、光源118が、信号プロセッサーとコントローラー180からの信号192によって定期的にパルス制御される。光源118は、ピンホールアレイ・ビームスプリッター112のピンホールの共役画像が、画像情報が望まれる基板160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。
【０１７２】
第1実施形態の第3変種で使用される連続走査モードのために、光源120によって生成されるビームパルスの持続時間または「パルス幅」τpl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、
【０１７３】
【数３０】
2006522339.tif 000052
−−（３０）
【０１７４】
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
【０１７５】
【数３１】
2006522339.tif 000053
−−（３１）
【０１７６】
τplを持つパルスはまた、バイ-ホモダイン検出法変法で使用が可能な最少周波数差を決める。電気干渉信号に対して共役四半分視野間の干渉による寄与が無いようにするための、最小周波数間隔Δｆminは下記のように表される。すなわち、
【０１７７】
【数３２】
2006522339.tif 000054
−−（３２）
【０１７８】
τpl=50 nsecの例では、1/τpl=20 MHzである。
【０１７９】
入力ビーム124の成分の周波数は、信号プロセッサーとコントローラー180からの信号174によって、出力ビーム130Aおよび130Bの参照および帰還測定ビーム成分の間に所望の位相シフトを与える周波数に一致するように制御される。電子干渉信号172獲得のための第1モードでは、8電気干渉信号セットが、検出器170の共通ピクセルによって生成される。電気干渉信号172獲得のための第2モードでは、4電気干渉信号値2セットの各セットは、検出器170の共通ピクセルによっては生成されない。従って、第2獲得モードでは、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112のピンホールサイズの差は、図1a-1cに関連して上に示したバイ-ホモダイン検出法変法の記述に見られるように、信号プロセッサーとコントローラー180による信号処理において補償される。対象物によって散乱／反射される直交偏光視野の共役四半分視野の共時測定は、上のバイ-ホモダイン検出法変法の記述に見られるように、電気プロセッサーとコントローラー180によって実行される。
【０１８０】
第1実施態様の変異態様は、干渉計型エリプソメトリ測定用として構成される。第1実施態様の変種は、対象物によって散乱／反射される直交偏光ビームの視野の共時測定を実現する。第1実施態様の変異種は、ピンホールアレイ112が、微細格子アレイによって置換される、すなわち、図2cのピンホール162が、図2dに模式的に示される微細格子によって置換されることを除いては、第1実施態様の装置および方法を含む。
【０１８１】
大きな入射角でのエリプソメトリ測定では、空間解像度は一般に多くのλである。この利点は、第1実施態様の変種において、ピンホール162を微細格子で置換することによって取り込まれる（図2d参照）。微細格子を使用することは、測定ビームにとって利用可能な入力ビームの取り分が増え、また、微細格子アレイによって帰還測定ビームの伝達効率が増す。
【０１８２】
図2dにおいて、微細格子は、6個の透過口260と、6個の反射ストッパー264を含む。ストッパー264の重複するものは、位相転移器262である。位相転移器262の光学的厚みは、微細格子によって反射される入力ビームのm=0桁が名目的にゼロとなるように選ばれる。間隔dは、微細格子によって反射される入力ビームのm=±1桁が、エリプソメトリ測定において望ましい入射角と一致するように選ばれる。これによって、入力ビーム成分の両直交状態について、測定ビームに対する入力ビームの高い結合効率が実現される。
【０１８３】
レンズ集合体220の口径を下げるために、図2dに示すように、位相転移器266が微細格子に付け加えられる。位相転移器266の効果的厚みは、帰還測定ビームの対応透過部分がπだけ位相シフトするように選ばれる。ネットの結果は、透過帰還測定ビーム成分は、エリプソメトリ測定における所望の入射角の約1/2の、効果的回折角を持つm=±1桁である。
【０１８４】
第1実施態様の変種は、基板60における測定ビームの偏光面を、入力ビームの2種の偏光成分それぞれについて実質的に単一値に制限するストッパーを含む。図2dの平面から外れた方向への開口260および反射要素264の長さは、全体の空間解像度を損なうことなく、エリプソメトリ測定において測定ビームに対する入力ビームの結合効率を最適化するように選ぶことが可能である。ストッパーは、例えば、凹面142Bに設置してもよい（図2b参照）。
【０１８５】
第2実施態様は、Henry A. Hillによる表題「走査干渉型近視野共焦点顕微鏡観察法（”Scanning Interferometric Near-Field Confocal Microscopy”）」なる米国特許第6,4455,453号に記載されるもののような干渉型近視野共焦点顕微鏡を含む。
【０１８６】
第3実施態様およびその変種は、それぞれ、バイホモダイン検出法およびクォードホモダイン検出法を用い、図1a-1cの干渉計システムであって、干渉計10が前述の米国特許第5,760,901号に記載されるような干渉型遠視野共焦点顕微鏡を含む。第3実施態様およびその変種では、光源18およびビーム調整器22は、それぞれ、4周波数発信器および位相転移器、または、8周波数発信器および位相転移器として構成される。前述の米国特許第5,760,901号の実施態様は、反射または透過モードで動作するように構成される。第3実施態様およびその変種では、前述の米国特許第5,760,901号の特質である背景低減のために背景作用は低減される。
【０１８７】
第4実施態様およびその変種は、それぞれ、バイおよびクォードホモダイン検出法の変種を用い、位相マスクを外した、前述の米国特許第5,760,901号に記載されるような干渉型遠視野共焦点顕微鏡を含む干渉計10を備えた、図1a-1cの干渉計システムを含む。第4実施態様およびその変種では、光源18およびビーム調整器22は、それぞれ、4周波数発信器および位相転移器、または、8周波数発信器および位相転移器として構成される。前述の米国特許第5,760,901号の実施態様は、反射または透過モードで動作するように構成される。前述の米国特許第5,760,901号の実施態様で位相マスクを除いた第4実施態様およびその変種は、基本形における共焦点技術の応用を表す。
【０１８８】
第5実施態様およびその変種は、前述の米国特許第6,480,285B1号に記載されるような干渉型遠視野共焦点顕微鏡を含む干渉計10を備えた、図1a-1cの干渉計システムを含む。第5実施態様では、光源18およびビーム調整器22は、それぞれ、4周波数発信器および位相転移器、または、8周波数発信器および位相転移器として構成される。前述の米国特許第6,480,285B1号の実施態様は、反射または透過モードのいずれかで動作するように構成される。第5実施態様およびその変種では、前述の米国特許第6,480,285B1号の特質である背景低減のために背景作用は低減される。
【０１８９】
第6実施態様およびその変種は、位相マスクを外した、前述の米国特許第6,480,285B1号に記載されるような干渉型遠視野共焦点顕微鏡を含む干渉計10を備えた、図1a-1cの干渉計システムを含む。第6実施態様およびその変種では、光源18およびビーム調整器22は、それぞれ、4周波数発信器および位相転移器、または、8周波数発信器および位相転移器として構成される。前述の米国特許第6,480,285B1号の実施態様は、反射または透過モードで動作するように構成される。前述の米国特許第6,480,285B1号の実施態様の位相マスクを外した第6実施態様およびその変種は、基本形における共焦点技術の応用を表す。
【０１９０】
第7実施態様およびその変種は、それぞれ、バイホモダイン検出法およびクォードホモダイン検出法を用い、図1a-1cの干渉計システムであって、干渉計10が、Henry A. Hillによる、表題「走査干渉型近視野共焦点顕微鏡観察法（”Scanning Interferometric Near-Field Confocal Microscopy”）」なる前述の米国特許第6,445,453号に記載されるような干渉型近視野共焦点顕微鏡を含む。なお、この特許文献の内容全体を引用することにより本明細書に含める。第10実施態様およびその変種では、光源18およびビーム調整器22は、それぞれ、4周波数発信器および位相転移器、または、8周波数発信器および位相転移器として構成される。前述の米国特許第6,445,453号の実施態様は、反射または透過モードで動作するように構成される。特に、前述の米国特許第6,445,453号の第6実施態様は、測定ビームが参照ビームと分離されて、非共焦点結像システムによって視像化される基板に入射する、すなわち、基板における測定ビームはピンホールアレイの像ではなく、引き伸ばしスポットである透過モードで動作するように構成される。従って、第6実施態様およびその変種の対応実施態様は、測定ビームについて非共焦点構成を持つバイおよびクォードホモダイン検出法の応用を表す。
【０１９１】
他の実施態様では、干渉計10は、バイまたはクォードホモダイン検出法変法のために構成される、名称「気体屈折率測定のための方法および装置」なる米国特許第4,685,803号、または、名称「気体屈折率測定のための方法および装置」なる米国特許第4,733,967号に記載されるような干渉計装置を含んでもよい。前述の二つの特許はいずれもGary E. Sommargrenによるもので、二つの引用特許の内容全体を参照することにより本明細書に含める。前述の二つの米国特許に記載される干渉計装置を含む実施態様は、非共焦点タイプの構成を表す。
【０１９２】
他の実施態様では、干渉計10は、Henry A. Hillによる、名称「気体の内在的光学的性質を測定するための装置および方法」なる米国特許第6,124,931号に記載されるΓモニターを含んでもよい。なお、この引用特許の内容全体を参照することにより本明細書に含める。前述の米国特許に記載されるような干渉計装置を含む実施態様では、前述のΓモニターは、バイまたはクォードホモダイン検出法用に構成され、実施態様は非共焦点タイプの構成を表す。
【０１９３】
さらに別の実施態様では、干渉計10は、Henry A. Hillによる、名称「単一波長および複数波長拡散干渉計側における非等方性気体混合物作用に対する補償法」なる米国特許仮出願第60/337,459号に記載されるような波長モニターを含んでもよい。なお、この内容全体を参照することにより本明細書に含める。前述の米国特許に記載されるような干渉計装置を含む実施態様では、波長モニターは、バイまたはクォードホモダイン検出法用に構成され、実施態様は非共焦点タイプの構成を表す。
【０１９４】
干渉計10はさらに、任意のタイプの干渉計、例えば、微分平板ミラー干渉計、二重通過干渉計、マイケルソンタイプ干渉計、および／または、バイまたはホモダイン検出法変法用に構成される、C. Zanoniによる、表題「距離および角度測定用微分干渉計設定−原理、利点および応用（”Differential Interferometer Arrangements For Distance And Angle Measurements:  Principles, Advantages And Applications”）」、VDI Berichte Nr. 749, 93-106 (1989)の論文に記載されるものと同様のデバイスを含んでもよい。干渉計10はさらに、ゼロせん断力受動平板ミラー干渉計、例えば、名称「ゼロせん断力受動干渉計(“Passive Zero Shear Interferometer”)」なる米国特許出願第10/207,314号に記載されるようなもの、ダイナミックビーム操縦要素を備えた干渉計、例えば、名称「平板ミラー対象物に対する角度方向および距離の干渉計測定用装置および方法」なる米国特許出願第09/852,369号に記載されるようなもの、および、名称「角度および距離測定用ダイナミックビーム操縦集合体を有する干渉計システム」なる米国特許第6,271,923号に記載されるようなものを含んでもよい。これらは全て共通著者Henry H. Hillによるものである。本発明の他の実施態様では、記載の干渉計は、バイまたはクォードホモダイン検出法用に構成されている。Zanioniによる論文およびHillによる前述の三つの特許の内容の全体を参照することにより本明細書に含める。干渉計は、例えば、光学的経路長の変化、物理的経路長の変化、ビームの波長の変化、ビーム伝播方向の変化を監視するように設計することが可能である。
【０１９５】
干渉計10はさらに、Henry A. Hill, Peter de Groot, and Frank C. Demarestによる、名称「複数パス干渉計による空気の屈折率および光学的経路長効果を測定する装置および方法(“Apparatus and Method for Measuring the Refractive Index and Optical Path Length Effects of Air Using Multiple-Pass Interferometry”)」なる米国特許第6,219,144B1号、および、Peter de Grout, Henry A. Hill and Frank C. Demarestによる、名称「空気の屈折率および光学的経路長効果を測定する干渉計および方法(“Interferometer And Method For Measuring The Refractive Index And Optical Path Length”)」なる米国特許第6,407,816号に記載されるような分散干渉計を含む。前述の特許両方の内容全体を参照することにより本明細書に含める。分散干渉計を含むこの応用の実施態様では、記載の干渉計は、バイまたはクォードホモダイン検出法変法用に構成される。
【０１９６】
他の実施態様は、上掲の特許請求項に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１９７】
【図１ａ】図1aは、バイ-ホモダインおよびクォード-ホモダイン検出法を用いる干渉計システムの概略図である。
【図１ｂ】図1bは、4周波数発振器とし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１ｃ】図1cは、2周波数発振器として動作するように構成されるビーム調整器断面の模式図である。
【図２ａ】図2aは、共焦点顕微鏡システムの模式図である。
【図２ｂ】図2bは、反射屈折系結像システムの模式図である。
【図２ｃ】図2c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２ｄ】図2dは、共焦点顕微鏡システムで使用される微細格子アレイの模式図である。
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【国際調査報告】
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