(57)【要約】視野の共役直角位相のアレイが、各共役直角位相が基板中または上の一対のスポットにより散乱／反射されたビームの視野の共役直角位相の差を含む共焦点干渉計および検出器システムにより干渉により測定される。共役直角位相のアレイは共に、即ち、同時に測定され、各共役直角位相の成分が同時測定される。一般に、各対のスポットは基板表面の名目上の接線方向にスポットの寸法の３倍またはそれ以上の程度の相対変位を有する。次に基板中または上の一対のスポットにより散乱／反射または透過されたビームの視野の共役直角位相が単一システムパラメータの制御による組として調整され、その結果、共役直角位相のアレイの共役直角位相が名目上ゼロになる、即ち、暗視野モードで動作する干渉計および検出器システムで基板に関する情報が得られる。暗視野モードでの動作により情報の低減された系統誤差および統計誤差、および向上したスループットがともにもたらされる。情報は基板の１つまたは多数の表面のプロファイルの横方向微分、基板６０の一次元、二次元および三次元横方向微分画像、基板中または上の形状または人工物の臨界寸法、および基板中または上のサブ波長欠陥の寸法および場所を含む。
2006518874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を測定する微分干渉共焦点顕微鏡であって、
ソース側ピンホールアレイ、
検出器側ピンホールアレイ、および
対象物中または上のスポットの第一アレイに
かつ対象物中または上のスポットの第二アレイに
ソース側ピンホールアレイのピンホールのアレイを結像する干渉計であって、スポットの第一および第二アレイが互いに変位し、従って、ソース側ピンホールアレイの各ピンホールが互いに変位する２つの対応する異なる場所に結像される干渉計であって、スポットの第一アレイの各スポットおよびスポットの第二アレイのその対応するスポットが検出器側ピンホールアレイの対応するピンホールに結像されるようにスポットの第一および第二アレイ両方を検出器側ピンホールアレイに結像する干渉計を含むことを特徴とする微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項２】
対象物を測定する微分干渉共焦点顕微鏡であって、
ソース側ピンホールアレイ、
検出器側ピンホールアレイ、および
対象物中または上の対応する対の２つの異なるスポットに
ソース側ピンホールアレイの各ピンホールを結像し、それによって、ソース側ピンホールアレイの第一画像、および、ソース側ピンホールアレイの第一画像からずらされたソース側ピンホールアレイの第二画像を発生し、かつ検出器側ピンホールアレイの対応するピンホールに各対応する対のスポットの両スポットを結像する干渉計を含むことを特徴とする微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項３】
単一ピンホールアレイがソース側ピンホールアレイおよび検出器側ピンホールアレイ両方として働くことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項４】
干渉計が
第一反射面となる第一光学素子、
第二反射面となる第二光学素子、および
第一および第二光学素子間に位置決めされたビームスプリッタを含み、
第一光学素子が前記単一ピンホールアレイとビームスプリッタ間に配置されることを特徴とし、
第二光学素子がビームスプリッタと使用する間対象物が位置決めされる場所間に配置されることを特徴とし、
第一反射面がビームスプリッタを通して見たとき対応する共役が存在する曲率中心を有することを特徴とし、
第二反射面は第一反射面の曲率中心の対応する共役に関してずらされる曲率中心を有することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項５】
第二反射面の曲率中心がビームスプリッタにより画成された面とほぼ平行な方向に第一反射面の曲率中心の対応する共役に関してずらされることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項６】
干渉計が
第一反射面となる第一光学素子、
第二反射面となる第二光学素子、および
第一および第二光学素子間に位置決めされ
単一ピンホールアレイからの測定ビームのアレイを受光するビームスプリッタを含み、
第一光学素子がビームスプリッタと前記単一ピンホールアレイ間に配置されることを特徴とし、第二光学素子がビームスプリッタと対象物間に配置されることを特徴とし、第一及びまたは第二反射面がビームスプリッタとともに協働してスポットの第一アレイおよびスポットの第二アレイを発生することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項７】
干渉計が
第一反射面となる第一光学素子、
第二反射面となる第二光学素子、および
第一および第二光学素子間に位置決めされ単一ピンホールアレイからの測定ビームのアレイを受け取って反射測定ビームのアレイおよび透過測定ビームのアレイを発生するビームスプリッタを含み、
第一反射面が反射測定ビームのアレイの少なくとも一部をビームスプリッタを介して対象物に集束するのを支援してスポットの第一アレイを生成することを特徴とし、第二反射面が反射測定ビームのアレイの少なくとも一部をビームスプリッタを介して対象物に集束するのを支援してスポットの第二アレイを生成することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項８】
第一反射面がビームスプリッタを通して見たとき対応する共役が存在する曲率中心を有することを特徴とし、第二反射面が第一反射面の曲率中心の対応する共役に関してずらされる曲率中心を有することを特徴とする請求の範囲第７項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項９】
第二反射面の曲率中心が第一反射面の曲率中心の対応する共役に関してビームスプリッタにより特定された面にほぼ平行な方向にずらされることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１０】
第一反射面が対象物の点とほぼ同心であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１１】
スポットの第一アレイが戻り測定ビームの第一アレイを生成し、スポットの第二アレイが戻り測定ビームの第二アレイを生成することを特徴としかつ第一および第二反射面およびビームスプリッタが協働して戻り測定ビームの第一アレイの各ビームの一部を単一ピンホールアレイの対応する異なるピンホールに集束するのに関与しかつ戻り測定ビームの第二アレイの各ビームの一部を単一ピンホールアレイの対応する異なるピンホールに集束するのに関与することを特徴とする請求の範囲第７項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１２】
第一反射面がビームスプリッタを通して見たとき対応する共役が存在する曲率中心を有することを特徴とし、かつ第二反射面が第一反射面の曲率中心の対応する共役に関してずらされる曲率中心を有することを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１３】
第二光学素子が対象物とビームスプリッタ間に位置決めされた屈折面となり対象物からの光線を受光することを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１４】
第一反射面が第一半径を有する球とほぼ共形であり、屈折面が第二半径を有する球と共形であることを特徴とし、第一半径が第二半径より大きいことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１５】
第二反射面の曲率中心が所定距離だけ第一反射面の曲率中心の対応する共役に対してずらされることを特徴としかつ屈折面が前記所定距離だけ第一反射面の曲率中心からずらされる曲率中心を有することを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１６】
第一光学素子はビームスプリッタと単一ピンホールアレイ間に位置決めされた屈折面となることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１７】
第二反射面が前記単一ピンホールアレイの画像点とほぼ同心であることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１８】
第二反射面は第一半径を有する球とほぼ共形であり、屈折面は第二半径を有する球と共形であることを特徴とし、第一半径が第二半径より大きいことを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１９】
第二反射面の曲率中心が所定距離だけ第一反射面の曲率中心の対応する共役に関してずらされることを特徴としかつ屈折面が前記所定距離だけ第二反射面の曲率中心からずらされる曲率中心を有することを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項２０】
前記単一ピンホールアレイが二次元アレイであることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項２１】
二次元アレイが均等に間隔をおいて配置された穴であることを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項２２】
均等に間隔をおいて配置された穴が円形アパーチャであることを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項２３】
干渉計が遠視野干渉計であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項２４】
干渉計が近視野干渉計であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項２５】
ソース側ピンホールアレイがビームのアレイを発生しかつ干渉計が偏光ビームスプリッタを含む光サブシステムを含むことを特徴とし、偏光ビームスプリッタがビームのアレイから測定ビームの第一アレイおよび測定ビームの第二アレイを生成することを特徴とし、光サブシステムが測定ビームの第一アレイを対象物に集束してスポットの第一アレイを生成しかつ測定ビームの第二アレイを対象物に集束してスポットの第二アレイの各スポットが共通変位量だけスポットの第一アレイの対応する異なるスポットからずらされるスポットの第二アレイを生成することを特徴とし、光サブシステムが、スポットの第一アレイの各スポットが検出器側ピンホールアレイの異なる対応するピンホールに結像されるようにスポットの第一アレイを検出器側ピンホールアレイに結像し、かつスポットの第二アレイの各スポットが検出器側ピンホールアレイの異なる対応するピンホールに結像されるようにスポットの第二アレイを検出器側ピンホールアレイに結像することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項２６】
対象物を測定する微分干渉共焦点顕微鏡であって、
入力光ビームを生成するソース、
光入力ビームを受取りそれから第一測定ビーム、第二測定ビーム、および参照ビームを発生するように配置されたピンホールを含むピンホールビームスプリッタ、および
第一および第二測定ビームを対象物上または中の第一スポットおよび対象物の上または中の第二スポットに集束する干渉計であって、第二スポットが第一スポットからずらされる干渉計であって、第一および第二スポットをピンホールビームスプリッタのピンホールにさらに結像し、その結果、参照ビームと第一および第二スポット両方から到来する光信号を組合せて干渉ビームを生成する干渉計を含むことを特徴とする微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項２７】
干渉ビームを受信するように配置された検出器をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第２６項に記載の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項２８】
対象物を測定する微分干渉共焦点顕微鏡であって、
入力光ビームを生成するソース、
ピンホールを形成し入力光ビームを受信するように配置されたプレート、
ピンホールを対象物の上または中の対応する対の２つの異なるスポットに結像しかつ各対応する対のスポットの２つのスポットをピンホールに戻し結像して出力ビームを発生する干渉計、および
出力ビームを受光するように配置された検出器を含むことを特徴とする微分干渉共焦点顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は干渉共焦点顕微鏡に関する。
【０００２】
この出願は特許文献１の利益も請求する。
【背景技術】
【０００３】
様々な共焦点顕微鏡の実施のための多数の様々な微分形式が開発されてきた。ある微分形式では、ノマルスキー（Ｎｏｍａｒｓｋｉ）顕微鏡が結像面に重ね合わされた２つの画像の電気干渉信号に対応する視野の共役直角位相の１つの成分を測定する。別の微分形式では、暗視野の共役直角位相が一度につき一箇所測定される。別の微分形式で、結像面に重ね合わされた２つの画像に対応する２つの視野の各々の共役直角位相が一度につき一箇所測定される。その内容が参照により本明細書に組込まれている、Ｈｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌによる共通に所有されている特許文献２（ＺＩ−１６）が微分干渉走査型近視野共焦点顕微鏡の実施方法を教示している。
【０００４】
これらの説明したシステムまたは技術のいずれも、視野の共役直角位相のアレイが同時に測定され、各共役直角位相の成分が同時に測定され、かつ各共役直角位相が基板中または上の一対のスポットを散乱／反射または透過するビームの視野の共役直角位相の相違を表す微分干渉共焦点顕微鏡を含んでいない。さらに、これらのシステムまたは技術のいずれも、視野の共役直角位相のアレイが同時に測定され、各共役直角位相の成分が同時に測定され、各共役直角位相が基板中または上の一対のスポットを散乱／反射または透過するビームの視野の共役直角位相の相違を表し、かつ共役直角位相のアレイの共役直角位相の名目上の値がゼロである、即ち、測定される視野が名目上暗視野である暗視野微分干渉共焦点顕微鏡を含んでいない。
【特許文献１】米国特許仮出願番号第６０／４４７、２５４、出願日２００３年２月１３日
【特許文献２】米国特許出願番号第０９／９１７、２７６「微分干渉走査型近視野共焦点顕微鏡（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｉｃ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、この発明の各種実施形態は視野の共役直角位相のアレイが同時に測定され、各共役直角位相の成分が同時に測定され、各共役直角位相が基板中または上の一対のスポットを散乱／反射または透過したビームの視野の共役直角位相の差を表し、かつ共役直角位相のアレイの共役直角位相の名目上の値が単一のシステムパラメータを制御することによりゼロに設定されるように調整される干渉共焦点顕微鏡システムを含む。
また、微分共焦点干渉計は遠視野微分共焦点干渉計としてまたは近視野微分共焦点干渉計として動作するように構成される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般に、ある態様では、この発明は対象物を測定する微分干渉共焦点顕微鏡を特徴とする。顕微鏡はソース側ピンホールアレイ、検出器側ピンホールアレイ、および対象物中または上のスポットの第一アレイにおよび対象物中または上のスポットの第二アレイにソース側ピンホールアレイのピンホールのアレイを結像する干渉計であって、スポットの第一および第二アレイが互いにずらされ、従って、ソース側ピンホールアレイの各ピンホールが互いにずらされる２つの対応する異なる場所に結像される干渉計を含む。干渉計はスポットの第一および第二アレイ両方を検出器側ピンホールアレイに結像し、その結果、スポットの第一アレイの各スポットおよびスポットの第二アレイのその対応するスポットが検出器側ピンホールアレイの対応するピンホールに結像される。
【０００７】
一般に、別の態様では、この発明はソース側ピンホールアレイ、検出器側ピンホールアレイ、および対象物中または上の対応する対の２つの異なるスポットにソース側ピンホールアレイの各ピンホールを結像し、それによって、ソース側ピンホールアレイの第一画像、および、ソース側ピンホールアレイの第一画像から変位されたソース側ピンホールアレイの第二画像を発生し、かつ検出器側ピンホールアレイの対応するピンホールに各対応する対のスポットの両スポットを結像する干渉計を含む対象物を測定する微分干渉共焦点顕微鏡を特徴とする。
【０００８】
様々な実施形態が１つまたは多数の次の機能を含む。単一ピンホールアレイはソース側ピンホールアレイおよび検出器側ピンホールアレイ両方として働く。干渉計は第一反射面となる第一光学素子、第二反射面となる第二光学素子、および第一および第二光学素子間に位置決めされたビームスプリッタを含む。第一光学素子は前記単一ピンホールアレイとビームスプリッタ間に配置され、第二光学素子はビームスプリッタと使用中対象物が位置決めされる場所間に配置される。第一反射面はビームスプリッタを通して見たとき対応する共役が存在する曲率中心を有し、第二反射面は第一反射面の曲率中心の対応する共役に関してずらされる曲率中心を有する。さらに、第二反射面の曲率中心が第一反射面の曲率中心の対応する共役に関してビームスプリッタにより特定された面にほぼ平行な方向にずらされる。
【０００９】
他の考えられる機能は次のようなものを含む。干渉計は第一反射面となる第一光学素子、第二反射面となる第二光学素子、および第一および第二光学素子間に位置決めされ単一ピンホールアレイからの測定ビームのアレイを受光するビームスプリッタを含む。第一光学素子はビームスプリッタと単一ピンホールアレイ間に配置され、第二光学素子はビームスプリッタと対象物間に配置される。ビームスプリッタとともに第一および第二反射面が協働してスポットの第一アレイおよびスポットの第二アレイを発生する。あるいは、干渉計は第一反射面となる第一光学素子、第二反射面となる第二光学素子、および第一および第二光学素子間に位置決めされ単一ピンホールアレイからの測定ビームのアレイを受け取って反射測定ビームのアレイおよび透過測定ビームのアレイを発生するビームスプリッタを含む。その場合、第一反射面が反射測定ビームのアレイの少なくとも一部をビームスプリッタを介して対象物に集束してスポットの第一アレイを生成し、第二反射面が反射測定ビームのアレイの少なくとも一部をビームスプリッタを介して対象物に集束してスポットの第二アレイを生成する。
【００１０】
さらにより多くの考えられる機能は次のようなものを含む。第一反射面はビームスプリッタを通して見たとき対応する共役が存在する曲率中心を有し、第二反射面は第一反射面の曲率中心の対応する共役に関してずらされる曲率中心を有する。第二反射面の曲率中心が第一反射面の曲率中心の対応する共役に関してビームスプリッタにより特定された面にほぼ平行な方向にずらされる。第一反射面は対象物の点とほぼ同心である。スポットの第一アレイは戻り測定ビームの第一アレイを生成し、スポットの第二アレイは戻り測定ビームの第二アレイを生成し、第一および第二反射面およびビームスプリッタが協働して戻り測定ビームの第一アレイの各ビームの一部を単一ピンホールアレイの対応する異なるピンホールに集束するのを支援しかつ戻り測定ビームの第二アレイの各ビームの一部を単一ピンホールアレイの対応する異なるピンホールに集束するのを支援する。第二光学素子は対象物とビームスプリッタ間に位置決めされた屈折面となり対象物からの光線を受光する。第一光学素子は第一半径を有する球とほぼ共形であり、屈折面は第二半径を有する球であって、第一半径は第二半径より大きい。屈折面は前述の所定距離だけ第一反射面の曲率中心からずらされる曲率中心を有する。第一光学素子はビームスプリッタと単一ピンホールアレイ間に位置決めされた屈折面となる。第二反射面は前記単一ピンホールアレイの画像点とほぼ同心である。第二反射面は第一半径を有する球とほぼ共形であり、屈折面は第二半径を有する球と共形であって、第一半径は第二半径より大きい。屈折面は前述の所定距離だけ第二反射面の曲率中心からずらされる曲率中心を有する。
【００１１】
さらに、単一ピンホールアレイは二次元アレイであり、例えば、二次元アレイは円形アパーチャの均等に間隔をおいて配置された穴のアレイである。顕微鏡は遠視野干渉共焦点顕微鏡、あるいは、近視野干渉共焦点顕微鏡である。
【００１２】
なお他の実施形態では、ソース側ピンホールアレイがビームのアレイを発生し、干渉計が偏光ビームスプリッタを含む光サブシステムを含み、偏光ビームスプリッタがビームのアレイから測定ビームの第一アレイおよび測定ビームの第二アレイを生成し、光サブシステムが測定ビームの第一アレイを対象物に集束してスポットの第一アレイを生成しかつ測定ビームの第二アレイを対象物に集束してスポットの第二アレイの各スポットが共通変位量だけスポットの第一アレイの対応する異なるスポットからずらされるスポットの第二アレイを生成する。さらに、光サブシステムがスポットの第一アレイの各スポットが検出器側ピンホールアレイの異なる対応するピンホールに結像されるようにスポットの第一アレイを検出器側ピンホールアレイに結像し、かつスポットの第二アレイの各スポットを検出器側ピンホールアレイの異なる対応するピンホールに結像する。
【００１３】
一般に、別の態様では、この発明は対象物を測定する微分干渉共焦点顕微鏡を特徴とする。顕微鏡は入力光ビームを生成するソース、光入力ビームを受光しそれから第一測定ビーム、第二測定ビーム、および参照ビームを発生するように配置されたピンホールを含むピンホールビームスプリッタ、および第一および第二測定ビームを対象物上または中の第一スポットおよび対象物の上または中の第二スポットに集束する干渉計であって、第二スポットが第一スポットからずらされる干渉計を含む。さらに、干渉計は第一および第二スポットをピンホールビームスプリッタのピンホールに結像し、その結果、参照ビームと第一および第二スポット両方から到来する光信号を組合せて干渉ビームを生成する。微分干渉共焦点顕微鏡は干渉ビームを受光するように配置された検出器を含む。
【００１４】
一般に、なお他の実施形態では、顕微鏡が入力光ビームを生成するソース、ピンホールを形成し入力光ビームを受光するように配置されたプレート、ピンホールを対象物の上または中の対応する対の２つの異なるスポットに結像しかつ各対応する対のスポットのうちの２つのスポットをピンホールに戻し結像して出力ビームを発生する干渉計、および出力ビームを受光するように配置された検出器を含む、対象物を測定する微分干渉共焦点顕微鏡を特徴とする。
【００１５】
この発明の少なくとも１つの実施形態の利点は基板中または上の一対のスポットを散乱／反射または透過したビームの視野が単一共焦点ピンホールにより発生することである。
【００１６】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は基板中または上の一対のスポットを散乱／反射または透過したビームの視野の測定された共役直角位相に対応する電気干渉信号の発生で使用した参照ビームのアレイの参照ビーム成分が同一であることである。
【００１７】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は基板中または上の一対のスポットに次いで集束された測定ビーム成分により発生した背景ビームの成分が共焦点ピンホールでほぼ同一であることである。
【００１８】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は基板中または上の一対のスポットを散乱／反射または透過したビームの視野の空間フィルタリングが単一共焦点ピンホールにより行われることである。
【００１９】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は基板に関する情報が暗視野モードで動作する干渉共焦点結像システムで得られることである。
【００２０】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は基板に関する情報が低減された系統および統計誤差で得られることである。
【００２１】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は入力ビームの強度が検出器システムが飽和することなく著しく増大するため、スループットの著しい向上がもたらされることである。
【００２２】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は基板中または上の一対のスポットを散乱／反射または透過したビームの視野の共役直角位相のアレイが同時測定されかつ各共役直角位相の成分が同時測定されることである。
【００２３】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は基板中または上のサブ波長人工物の臨界寸法および場所に関する情報が得られることである。
【００２４】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は基板中または上のサブ波長人工物の欠陥の寸法および場所に関する情報が得られることである。
【００２５】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は基板の１つまたは多数のプロファイルの横方向微分(derivative)に関する情報が得られることである。
【００２６】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は基板の一次元、二次元および三次元横方向微分(differential)画像に関する情報が得られることである。
【００２７】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は１００nm程度の方位分解能および２００nm程度の長手方向分解能を有する基板の横方向勾配の結像がミリメートル程度の作動距離でかつ少なくとも３ミクロン程度の基板内深さに対して得られることである。
【００２８】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は１００nm程度の方位分解能および２００nm程度の長手方向分解能を有する基板の内部部分の横方向勾配の結像がミリメートル程度の作動距離でかつ少なくとも３ミクロン程度の基板内深さに対して得られることである。
【００２９】
この発明の少なくとも１つの実施形態の別の利点は微分共焦点干渉計が遠視野微分共焦点干渉計としてまたは近視野微分共焦点干渉計として動作するように構成されることである。
【００３０】
この発明の１つまたは多数の実施形態の詳細を以下の添付図面および説明で述べる。この発明の他の機能、目的、および利点が明細書本文および図面から、かつ特許請求の範囲から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
ある実施形態では、干渉共焦点結像システムの結像面は２つの重ね合せ画像が基板の二次元部分の画像に対応しかつ２つの二次元部分が相対的に横方向にずらされる基板の２つの画像の重ね合せを含む。重ね合せ画像を表す視野の共役直角位相のアレイが共に測定され、各共役直角位相の成分が同時に測定される。一般に、共役直角位相のアレイの共役直角位相に対応する基板の結像された部分のスポットの各対は結像部表面の名目上の接線方向にスポット寸法の３倍程度の相対的変位を有する。ｘ（φ）ａｃｏｓφ 。視野のクオド共役直角位相ｘ（φ）が│ａ│ｃｏｓφ と表わされる場合、視野のそれぞれの共役直角位相は│ａ│ｓｉｎφである。
【００３２】
別の実施形態では、基板中または上の一対のスポットにより次いで散乱／反射または透過したビームの相対位相が単一共焦点形結像システムパラメータにより調整され、その結果、共役直角位相のアレイの共役直角位相が名目上ゼロになる、即ち、暗視野モードで動作する干渉結像システムにより基板に関する情報が得られる。
【００３３】
暗視野モードでの動作により情報の系統および統計誤差がともに低減される。暗視野モードで動作する場合、基板の他の部分は局所的に等方性の部分にサブ波長人工物を含む一対のスポットに対応する視野の測定された共役直角位相は参照サブ波長人工物に関するサブ波長人工物についての情報だけを表す。参照人工物は他の部分は局所的に等方性の部分の特性およびそれらの人工物に類似の寸法を有する。従って、測定された特性は基板中または上のサブ波長人工物の臨界寸法および場所に関する情報を含む。
【００３４】
さらに暗視野モードで動作する場合基板の他の部分は局所的に等方性の部分にサブ波長欠陥を含む一対のスポットに対応する視野の測定された共役直角位相は参照サブ波長欠陥に関するサブ波長欠陥についての情報を含む。参照欠陥は他の部分は局所的に等方性の部分および欠陥のそれらに類似の寸法の特性を有する。従って、測定された特性は基板中または上のサブ波長欠陥の寸法および場所に関する情報を含む。
【００３５】
実施形態は遠視野微分共焦点干渉計としてまたは近視野微分共焦点干渉計として動作するように構成される。
【００３６】
最初に、この発明の少なくともいくつかの態様を組込む実施形態の一般的な説明が与えられ、ここでは、実施形態がシングル、ダブル、バイ、およびクワッド・ホモダイン検波法のいずれかを使用する干渉計システムを含み、かつ基板中または上の第一の一組のスポットのアレイの画像が干渉計システムの結像面の第二の一組のスポットのアレイの画像に重ね合わされる。基板中または上の第一および第二組のスポットの対応するスポットを含む対のスポット間の横方向空間はスポット寸法の少なくとも３倍程度のものである。一対のスポットのうちのスポットの２つの場所への重ね合わせられた画像空間の場所の一対二マップ化が行われる。図１ａにおいて、概して参照番号１０で示す干渉計、ソース１８、ビーム調整器２２、検出器７０、電子プロセッサおよび制御装置８０、および測定対象物または基板６０を含む干渉計システムを線図で示す。ソース１８およびビーム調整器２２は１つまたは多数の周波数成分を含む入力ビーム２４を発生する。ソース１８はパルス化ソースである。入力ビーム２４の複数の周波数成分が空間的に同じ広がりを有し、同じ時間的窓関数を有する。
【００３７】
参照および測定ビームがビーム２４の周波数成分の各々に対して干渉計１０に発生する。干渉計１０に発生した測定ビームはビーム２８の１つの成分であり、基板６０中または上に結像され数対のスポットアレイを形成する。ビーム２８は基板６０中または上の数対のアレイによるビーム２８の測定ビーム成分の反射／散乱または透過により発生する戻り反射／散乱測定ビームをさらに含む。干渉計１０は数対のスポットのアレイにより反射／散乱または透過したビーム２８の成分の２つのアレイに対応する戻り測定ビームの成分の２つのアレイを重ね合せてビーム２８の戻り測定ビーム成分の重ね合せ画像の単一アレイを形成する。ビーム２８の戻り測定ビーム成分は干渉計１０の参照ビームと次いで組合され出力ビーム３２を形成する。
【００３８】
出力ビーム３２は検出器７０より検出され電気干渉信号７２を発生する。検出器７０は出力ビーム３２の参照および戻り測定ビーム成分の共通偏光状態を選択して混合ビームを形成する分析装置を含む。あるいは、干渉計１０はビーム３２が混合ビームになるように参照および戻り測定ビーム成分の共通偏光状態を選択する分析装置を含む。
【００３９】
電気干渉信号７２の収集について２つの異なるモードを説明する。説明される第一モードは基板６０が画像情報が要求される場所に対応する固定場所間を進むステップ―アンド―ステアモードである。第二モードは走査モードである。基板６０の一次元、二次元、または三次元プロファイルを発生するステップ―アンド―ステアモードでは、ウエーハチャック８４／ステージ９０に取付けられた基板６０がステージ９０により移動される。ステージ９０の位置は電子プロセッサおよび制御装置８０からのサーボ制御信号７８に従ってトランスデューサ８２により制御される。ステージ９０の位置は測定システム８８により測定され、測定システム８８により収集された位置情報が電子プロセッサおよび制御装置８０へ伝送されステージ９０の位置制御で使用するエラー信号を発生する。例えば、測定システム８８は直線状変位および角度変位干渉計およびキャップゲージを含む。
【００４０】
電子プロセッサおよび制御装置８０はウエーハステージ９０を所望位置へ搬送し、その後、一組の４つの電気干渉信号値を収集する。４つの電気干渉信号値のシーケンスの収集後、電子プロセッサおよび制御装置８０がステージ９０の次の所望位置のための手順を繰り返す。基板６０の上昇および角度配向はトランスデューサ８６Ａおよび８６Ｂにより制御される。
【００４１】
電気干渉信号値が１つまたは多数の方向に走査されたステージ９０の位置で得られる、電気干渉信号値の収集のための第二モードを次に説明する。走査モードでは、ソース１８が電子プロセッサおよび制御装置８０からの信号９２により制御される時にパルス化される。ソース１８は画像情報が要求される基板６０上及びまたは中の位置と共焦点ピンホールの共役画像または検出器７０の画素の位置合わせに対応する時にパルスを発生する。
【００４２】
第三実施形態の第三変形で使用された連続走査モードの結果として、ソース１８により生成されたビームパルスτP1の持続期間または「パルス幅」に関する制約が存在する。 パルス幅τP1は
【００４３】
【数１】
2006518874.tif 000003
の下限への走査方向の空間分解能の制限値を一部制御するパラメータである。ここで、Ｖｖは走査速度である。例えば、τP1＝５０ｎｓｅｃの値およびＶ＝０．２０ｍｍ／ｓｅｃの走査速度で、走査方向の空間分解能τP1Ｖの制限値は
【００４４】
【数２】
2006518874.tif 000004
となる。
【００４５】
パルス幅τP1はバイおよびクワッド・ホモダイン検波法で使用される最小周波数差も決定する。共役直角位相の視野間の干渉から電気干渉信号へ寄与しないようにするため、最小周波数間隔Δｆminは
【００４６】
【数３】
2006518874.tif 000005
と表わされる。
【００４７】
τP1＝５０ｎｓｅｃの例の場合、１／τP1は＝２０ＭＨｚとなる。ある実施形態の場合、入力ビーム２４の周波数が、参照および出力ビーム３２の戻り測定ビーム間の所望位相シフトを生ずる周波数に対応するように電子プロセッサおよび制御装置８０からの信号７４及びまたは９２により制御される。あるいは、ある他の実施形態では、参照および入力ビーム２４の測定ビーム成分の相対位相が参照および出力ビーム３２の戻り測定ビーム成分間の所望位相シフトを生ずる周波数に対応するように電子プロセッサおよび制御装置８０からの信号７４及びまたは９２により制御される。第一モード、即ち、ステップ―アンド―ステアモードでは、４つの位相シフト値の組に対応する４つの電子干渉信号値のアレイの組の各組がシングルおよびバイ・ホモダイン検波法用検出器７０では単一画素により、クワッド・ホモダイン検波法用検出器７０では２画素により、かつダブルホモダイン検波法用検出器７０では４画素により発生する。電子干渉信号値の収集のため第二モードでは、４つの電子干渉信号値の各対応する組がホモダイン検波法の各々用の検出器７０の４つの異なる画素の共役集合により発生する。それ故、収集用の第一モードでは、画素効率の差がダブル、バイ、クワッド・ホモダイン検波法用の電子プロセッサおよび制御装置８０による信号処理で補償され、収集用の第二モードでは、画素効率の差および共焦点ピンホールアレイのピンホールの寸法の差がホモダイン検波法の次の説明で説明するように電子プロセッサおよび制御装置８０により信号処理で補償される。次に、電子プロセッサおよび制御装置８０により発生した視野の共役直角位相の同時測定をバイ、およびクワッド・ホモダイン検波法の説明で続いて説明する。
【００４８】
実際には、既知の位相シフトが２つの異なる技術により参照および出力ビーム３２の測定ビーム成分間に導入される。ある技術では、電子プロセッサおよび制御装置８０からの信号９２および７４によりそれぞれ制御される通りに位相シフトがソース１８およびビーム調整器２２により入力ビーム２４の周波数成分の各々に対して参照および測定ビーム成分間に導入される。第二の技術では、電子プロセッサおよび制御装置８０からの信号９２および７４によりそれぞれ制御される通りに位相シフトがソース１８およびビーム調整器２２による入力ビーム２４の周波数成分に導入された周波数シフトの結果として周波数成分の各々に対して参照と測定ビーム成分間に導入される。
【００４９】
様々な実施形態の入力ビーム要件を満足するソース１８およびビーム調整器２２を構成する様々な方法がある。ビーム調整器２２が２周波数発生装置として構成され、かつ移相器およびソース１８が１つの周波数成分を有するビーム２０を発生するように構成される図１ｂを参照する。２周波数発生装置および移相器構成は音響光学変調器１０２０、１０２６、１０６４および１０６８、偏光ビームスプリッタ１０３０、１０４２、１０４４および１０５６、移相器１０４０および１０５２、１／２波長位相遅延板１０７２および１０７４ 、非偏光ビームスプリッタ１０７０、および鏡１０３６、１０３８、１０５０、１０５４および１０５６を含む。
【００５０】
入力ビーム２０が図１ｂの面に平行な偏光面を有する音響光学変調器１０２０に入射する。ビーム２０の第一部分がビーム１０２２として音響光学変調器１０２０により、その後、図１ｂの面に平行な偏光面を有するビーム１０２８として音響光学変調器１０２６により回折される。ビーム２０の第二部分が図１ｂの面に平行な偏光面を有する非回折ビーム１０２４として透過する。ビーム１０２２、１０２４が名目上同じ強度を有するように音響光学変調器１０２０への音響出力が調整される。
【００５１】
音響光学変調器１０２０および１０２６は異方性ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）回折形または等方性ブラッグ回折形のいずれかである。音響光学変調器１０２０および１０２６より導入された周波数シフトは入力ビーム２４の２つの周波数成分間の所望周波数シフトと同じ符号およびその１／４に等しいものである。ビーム１０２８の伝搬方向もビーム１０２４の伝搬方向に平行である。
【００５２】
ビーム１０２４は図１ｂの面に平行な偏光面を有するビーム１０８２として音響光学変調器１０６４および１０６８により回折される。音響光学変調器１０６４および１０６８は異方性ブラッグ回折形または等方性ブラッグ回折形のいずれかである。音響光学変調器１０６４および１０６８により導入された周波数シフトは入力ビーム２４の２つの周波数成分間の所望周波数シフトと同じ符号およびその１／４に等しいものである。ビーム１０８２の伝搬方向もビーム１０２４の伝搬方向に平行である。
【００５３】
ビーム１０２８および１０８２が１／２波長位相遅延板１０７２および１０７４にそれぞれ入射し、それぞれビーム１０７６および１０７８として透過する。１／２波長位相遅延板１０７２および１０７４はビーム１０７６および１０７８の偏光面が図１ｂの面に対して４５度になるように配向される。図１ｂの面に平行に偏光したビーム１０７６および１０７８の成分は干渉計１０の測定ビーム成分として使用され、図１ｂの面に直交して偏光したビーム１０７６および１０７８の成分は干渉計１０の参照ビーム成分として使用される。
【００５４】
続けて図１ｂにおいて、ビーム１０７６が偏光ビームスプリッタ１０４４に入射し、それぞれの測定および参照ビーム成分がビーム１０４６および１０４８としてそれぞれ透過しかつ反射される。測定ビーム成分１０４６は鏡１０５４による反射後ビーム１０５８の測定ビーム成分として偏光ビームスプリッタ１０５６を透過する。参照ビーム成分１０４８は鏡１０５０により反射されかつ移相器１０５２を透過後、偏光ビームスプリッタ１０５６によりビーム１０５８の参照ビーム成分として反射される。ビーム１０５８がビームスプリッタ１０７０に入射し、その一部がビーム２４の成分として反射される。
【００５５】
ビーム１０７８が偏光ビームスプリッタ１０３０に入射し、その後、それぞれの測定および参照ビーム成分が、それぞれビーム１０３２および１０３４として、透過しかつ反射される。測定ビーム成分１０３２が鏡１０３６による反射後、ビーム１０６０の測定ビーム成分として偏光ビームスプリッタ１０４２を透過する。参照ビーム成分１０３４は鏡１０３８による反射および移相器１０４０の透過後ビーム１０６０の参照ビーム成分として偏光ビームスプリッタ１０４２により反射される。ビーム１０６０がビームスプリッタ１０７０に入射し、その一部が鏡１０５６による反射後ビーム２４の成分として透過する。
【００５６】
移相器１０５２および１０４０が電子プロセッサおよび制御装置８０からの信号７４に従ってそれぞれの参照および測定ビーム間に位相シフトを導入する(図１ａ参照)。それぞれの位相シフトの計画をホモダイン検波法の次の考察で説明する。例えば、移相器１０５２および１０４０は例えば、プリズムおよびピエゾ電気トランスデューサを含む光学機械形または電気光学形のものである。
【００５７】
２周波数発生装置およびビーム調整器２２の位相シフト構造を出るビーム２４は１つの周波数を有する１つの参照ビームおよび測定ビーム、第二周波数を有する第二参照ビームおよび測定ビーム、電子プロセッサおよび制御装置８０により制御される参照ビームおよび測定ビームの相対位相を含む。
【００５８】
別の実施形態の入力ビーム要件を満足するソース１８およびビーム調整器２２を構成する別の方法の説明を続けるため、ビーム調整器２２が２周波数発生装置および周波数移相器として構成される図１ｃを参照する。２周波数発生装置および周波数移相器構造は音響光学変調器１１２０、１１２６、１１３０、１１３２、１１４２、１１４６、１１５０、１１５４、１０５８および１０６２、ビームスプリッタ１１６８及び鏡１１６６を含む。
【００５９】
ソース１８は単一周波数成分を有するビーム２０を発生する。ビーム２０は図１ｃの面に平行な偏光面を有する音響光学変調器１１２０に入射する。ビーム２０の第一の一部がビーム１１２２として音響光学変調器１１２０により、その後、図１ｃの面に平行な偏光面を有するビーム１１２８として音響光学変調器１１２６により回折される。ビーム２０の第二部分が図１ｃの面に平行な偏光面を有する非回折ビーム１１２４として透過する。ビーム１１２２、１１２４が名目上同じ強度を有するように音響光学変調器１０２０への音響出力が調整される。
【００６０】
音響光学変調器１１２０および１１２６は異方性ブラッグ回折形または等方性ブラッグ回折形のいずれかである。音響光学変調器１１２０および１１２６より導入された周波数シフトは、干渉計１０において対応する参照ビームと周波数シフトに等しい周波数の相対変化を有する測定ビーム間に相対的にπ／２の周波数シフトを発生する周波数シフトΔｆと同じ符号およびその１／２に等しいものである。ビーム１１２８の伝搬方向はビーム１１２４の伝搬方向に平行である。
【００６１】
続いて図１ｃにおいて、ビーム１１２８が音響光学変調器１１３２に入射し、電子プロセッサおよび制御装置８０からの制御信号７４(図１ａ参照)に従って、ビーム１１３４として音響光学変調器１１３２により回折されるか、または、ビーム１１３６として音響光学変調器１１３２を透過する。ビーム１１３４が発生する場合、ビーム１１３４はビーム１１５２の周波数シフトビーム成分として音響光学変調器１１４２、１１４６および１１５０により回折される。音響光学変調器１１３２、１１４２、１１４６および１１５０により導入された周波数シフトはすべて同方向であり、大きさΔｆ／２に等しい。それ故、音響光学変調器１１３２、１１４２、１１４６および１１５０により導入された実周波数シフトは±２Δｆ2であり、干渉計１０のそれぞれの参照および測定ビーム間に相対π位相を発生する。音響光学変調器１１２０、１１２６、１１３２、１１４２、１１４６および１１５０により導入された実周波数シフトはΔｆ±２Δｆであり、干渉計１０のそれぞれの参照および測定ビーム間にπ／２±πの相対位相シフトを発生する。
【００６２】
ビーム１１３６が発生する場合ビーム１１３６はビーム１１２８に対するビーム１１５２の非周波数シフトビーム成分として電子プロセッサおよび制御装置８０からの信号７４に従って音響光学変調器１１５０を透過する。音響光学変調器１１２０、１１２６、１１３２および１１５０により導入された周波数シフトはΔｆであり、周波数シフトΔｆは干渉計１０のそれぞれの参照および測定ビーム間にπ／２の相対位相シフトを発生する。
【００６３】
ビーム１１２４が音響光学変調器１１３０に入射し、電子プロセッサおよび制御装置８０からの制御信号７４に従ってビーム１１４０として音響光学変調器１１３０により回折されるか、またはビーム１１３８として音響光学変調器１１３０を透過する。ビーム１１４０が発生する場合ビーム１１４０はビーム１１６４の周波数シフトビーム成分として音響光学変調器１１５４、１１５８および１１６２により回折される。音響光学変調器１１３０、１１５４、１１５８および１１６２により導入された周波数シフトはすべて同方向であり、大きさ±Δｆ／２に等しい。それ故、音響光学変調器１１３０、１１５４、１１５８および１１６２により導入された実周波数シフトは±Δｆ／２であり、干渉計１０を通過中それぞれの参照および測定ビーム間にπの相対位相シフトを発生する。音響光学変調器１１２０、１１３０、１１５４、１１５８、および１１６２により導入された実周波数シフトは±Δｆ／２であり、干渉計１０を通過中それぞれの参照および測定ビーム間に±πの相対位相シフトを発生する。
【００６４】
ビーム１１３８が発生する場合ビーム１１３８はビーム１１６４の非周波数シフトビーム成分として電子プロセッサおよび制御装置８０からの信号７４に従って音響光学変調器１１６２を透過する。音響光学変調器１１２０、１１３０、および１１６２により導入された周波数シフトは０であり、干渉計１０を通過中それぞれの参照および測定ビーム間に０のそれぞれの相対位相シフトを発生する。
【００６５】
ある実施形態で入力ビームのため空間的に分離された参照および測定ビームが必要とされる場合、ビーム１１５２および１１６４が入力ビーム２４として直接使用されうる。ある実施形態で入力ビームとして同じ広がりを有する参照および測定ビームが必要とされる場合、次に、ビーム１１５２および１１６４はビームスプリッタ１１６８により組合されてビーム２４を形成する。音響光学変調器１１２０、１１２６、１１３０、１１３２、１１４２、１１４６、１１５０、１１５４、１０５８および１０６２は異方性ブラッグ回折形または等方性ブラッグ回折形のいずれかである。ビーム１１５２および１１６４は異方性ブラッグ回折形か、または等方性ブラッグ回折形のいずれか用に図１ｃの面でいずれも偏光され、ビームスプリッタ１１６８は非偏光形のものである。
【００６６】
別の実施形態の入力ビーム要件を満足するようにソース１８およびビーム調整器２２を構成する別の方法の説明を継続する中で、ソース１８はパルス化ソースを含むことが好ましい。パルス化ソースを作成する多数の様々な方法が存在する[光学ハンドブック、１９９５年１月、（マグローヒル（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、ニューヨーク）、と題した、Ｗ．Ｓｉｌｆｖａｓｔによる「レーザ（Ｌａｓｅｒ）」第１１章を参照）]。ソース１８の各パルスは単一パルスまたはモードロックQスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザなどにより発生したパルス列を含む。本明細書において、 単一パルス列はパルスシーケンスとして参照され、本明細書では、パルスとパルスシーケンスは交換可能に使用される。
【００６７】
ある実施形態では、ソース１８は「極紫外分光学用レーザ技術（Ｌａｓｅｒ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」、Ｔ．Ｊ．ＭｅＩｌｒａｎおよびＲ．Ｒｆｒｅｅｍａｎ、（米国物理学会（Ａｍｅｒｉｃａｎ  ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  ｐｈｙｓｉｃｓ）編集、１９ページ（１９８２年）およびＢ．Ｐ．Ｓｔｏｉｃｈｅｆｆ、  Ｊ．Ｒ．Ｂａｎｉｃ、  Ｐ．  Ｈｅｒｍａｎ、  Ｗ．Ｊａｍｒｏｚ、  Ｐ．Ｅ．ＬａＲｏｃｑｅ  およびＲ．Ｈ．Ｌｉｐｓｏｎによる「高分解能ＶＵＶおよびＸＵＶ分光学用波長可変可干渉光源（ｔｕｎａｂｌｅ、ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｓｏｕｒｃｅｓ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ＶＵＶ  ａｎｄ  ＸＵＶ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐ）」と題した総論およびその参照文献などに記載されている技術により１つまたは多数の周波数を発生するように構成される。例えば、これらの技術は「レーザ分光学（Ｌａｓｅｒ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）」Ｉ、Ｒ．Ｇ．ＢｒｅｗｅｒおよびＡ．Ｍｏｒｒａｄｉ、（プレナム出版（Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ）編集、５９ページ、（１９７４年）における、Ｓ．Ｅ．Ｈａｒｒｉｓ、Ｊ．Ｆ．Ｙｏｕｎｇ、Ａ．Ｈ．Ｋｕｎｇ、Ｄ．Ｍ．Ｂｌｏｏｍ、およびＧ．Ｃ．Ｂｊｏｒｋｌｕｎｄによる「紫外および真空紫外放射の発生（Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  ａｎｄ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）およびアプライドフィジックスレター（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ）２５巻、６５３ページ（１９７４年）による「波長可変ピコ秒ＶＵＶ放射の発生（Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ ＶＵＶ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）」と題した論文などに記載されている第二及び第三高調波発生およびパラメトリック光発生を含む。本明細書における３つの引用論文は参照によりその全体が本明細書に組込まれている。
【００６８】
２つまたは４つの成分を含むソース１８からの出力ビームがビームスプリッタによりビーム調整器２２で組合され様々な実施形態で必要とされるような空間的に分離されるか、または同じ広がりを有するいずれかの同じ広がりを有する測定および参照ビームを形成する。ソース１８が２つまたは４つの成分を与えるように構成される場合、ある実施形態で必要とされた様々な成分の周波数シフトが、例えば、パラメトリック光発生装置への入力ビームの周波数変調によりソース１８に導入され、かつビーム調整器２２の測定ビームに対する参照ビームの位相シフトが、例えば、プリズムまたは鏡およびピエゾ電気トランスレータを含む光学機械形の、または電気光学変調器形の移相器により行われる。
【００６９】
図１ａを参照してこの発明の少なくともいくつかの態様を組込む実施形態の一般的な説明を続ける。入力ビーム２４は干渉計１０に入射するが、参照ビームおよび測定ビームは入力ビーム２４に存在するか、または干渉計１０において入力ビーム２４から発生する。参照ビームおよび測定ビームは参照ビームの２つのアレイおよび測定ビームの２つのアレイを含むが、アレイは１つの要素のアレイを含んでもよい。測定ビームのアレイは基板６０に入射するか、またはその上に及びまたは内に集束され、戻り測定ビームのアレイが基板による反射／散乱及びまたは透過により発生する。参照ビームおよび測定ビームとして単一要素アレイの場合、概して測定ビームは基板６０により反射されまたは透過する。参照ビームおよび戻り測定ビームのアレイはビームスプリッタにより組合され出力ビーム成分の２つのアレイを形成する。出力ビーム成分のアレイは干渉計１０または検出器７０のいずれかの偏光状態と混合される。続いて、出力ビームのアレイが多画素または必要に応じて単一画素検出器の画素の上のスポットに集束されかつ検出され電気干渉信号７２を発生する。
【００７０】
干渉計の実施形態で使用されるホモダイン検波法には４つの異なる方法がある。４つの異なる方法はシングル、ダブル、バイおよびクワッド・ホモダイン検波法と呼ばれる。シングル・ホモダイン検波法の場合、入力ビーム２４は単一周波数成分を含み、電気干渉信号７２のアレイの一組の４測定が行われる。電気干渉信号７２のアレイの４測定の各々に対して、既知の位相シフトが参照ビーム成分と出力ビーム３２のそれぞれの戻り測定ビーム成分間に導入される。単一周波数成分を含む入力ビームのための反射及びまたは散乱または透過された戻り測定ビームの共役直角位相を抽出するため使用された次のデータ処理手順は、例えば、その内容が参照によりその全体が本明細書に組込まれている、共通に所有されている「走査型干渉近視野共焦点顕微鏡（Scanning interferometeric near field Confocal Microscope）」と題した米国特許番号第６、４４５、４５３（ＺＩ−１４）に記載されている。
【００７１】
ダブル・ホモダイン検波法は４つの周波数成分を含む入力ビーム２４および４つの検出器を使用して共役直角位相を得るため次に使用される電気干渉信号の測定値を得る。４つの検出器要素の各検出器要素は視野用の共役直角位相を計算するため４つの電気干渉信号値が同時に得られたときに４つの電気干渉信号値の内の異なる一つを得る。４つの電気干渉信号値の各々は共役直角位相の１つの直交成分に関連する情報だけを含む。本明細書で使用されたダブル・ホモダイン検波法は「理想的かつ実現可能な測定における位相検波に関する下限（Ｌｏｗｅｒ  Ｂｏｕｎｄ  Ｏｎ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  Ｉｎ  Ｉｄｅａｌ  Ａｎｄ  Ｆｅａｓｉｂｌｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）」、フィジカルレビュー（Ｐｈｙs．Ｒｅｖ．Ａ４９、３０２２〜３０３６（１９９４年）、と題したＧ．Ｍ．Ｄ’ａｒｉａｎｏおよびＭ．Ｇ．Ａ．Ｐａｒｉｓによる論文の第ＩＶ節などに記載されている検出方法に関する。従って、ダブル・ホモダイン検波法は各電気干渉信号値が共役直角位相の２つの直交成分の各々に関する情報を同時に含む視野の共役直角位相の同時判定を行わない。
【００７２】
バイ、およびクワッド・ホモダイン検波法は電気干渉信号の各測定値が共役直角位相の２つの直交成分の各々に関する情報を同時に含む電気干渉信号の測定値を得る。２つの直交成分は米国特許仮出願番号第６０／４４２、８５８（ＺＩ−４７）、出願日２００３年１月２７日、および「干渉における対象物による反射／散乱または透過ビームの共役直角位相の同時測定装置および方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｉｎ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄ  ｏｆ Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ／Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ  Ｂｅａｍ  ｂｙ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｙ）」と題した 米国特許出願（ＺＩ−４７、出願日２００４年１月２７日）、などに記載されている共役直角位相の直交成分に対応する。
【００７３】
戻り測定ビームの視野の共役直角位相は干渉計の実施形態のシングル、ダブル、バイ、およびクワッド・ホモダイン検波法により得られる。ホモダイン検波法の各々に対して、電気干渉信号７２のアレイの一組の４測定が行われる。電気干渉信号７２のアレイの４測定値の各々に対して、既知の位相シフトが参照ビーム成分と出力ビーム３２のそれぞれの戻り測定ビーム成分間に導入される。既知の組の位相シフトの非制限実施例は０、π／４、π／２、および３π／２ラジアン、mod ２πを含む。
【００７４】
入力ビーム２４は干渉計実施形態のためシングル・ホモダイン検波法用の１つの周波数成分を含む。バイ・ホモダイン検波法の場合、入力ビーム２４は２つの周波数成分を含み、ダブルおよびクワッド・ホモダイン検波法の場合、入力ビーム２４は４つの周波数成分を含む。位相シフトは入力ビーム２４の周波数成分の周波数を既知の周波数値間にシフトすることによるか、または位相シフトを入力ビーム２４の参照および測定ビーム成分間に導入することにより発生する。干渉計実施形態のあるものでは、干渉計１０の戻りビーム成分と出力ビーム３２用などの出力ビーム成分のそれぞれの戻りビーム成分間に光路長さの差がある。その結果として、入力ビーム２４の周波数成分の周波数変化が出力ビーム３２の対応する参照ビーム成分とそれぞれの戻りビーム成分間に相対位相シフトを発生する。
【００７５】
出力ビーム３２の参照ビーム成分とそれぞれの戻りビーム成分間の光路差Ｌに対して、周波数シフトΔｆに対して対応する位相シフトψが存在する。ここで、
【００７６】
【数４】
2006518874.tif 000006
およびｃは光の自由空間速度である。光路差Ｌは物理的な経路長さ差でなく、例えば、測定ビームおよび戻り測定ビーム経路の平均屈折率に依存することに留意されたい。位相シフトψ＝π、３π、５π、．．．およびＬ＝０．２５ｍの実施例に対して、対応する位相シフトはΔｆ＝６００ＭＨｚ、１．８ＧＨｚ、３．０ＧＨｚ、．．．である。
【００７７】
入力ビーム２４の成分の周波数は、電子プロセッサおよび制御装置８０により発生した制御信号９２および７４それぞれによる、ソース１８の、および、ビーム調整器２２の動作モードにより決定される。
【００７８】
一組の４電気干渉信号値は、そのいずれもＨｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌによるものである、共通に所有され、「干渉における対象物による反射／散乱または透過ビームの共役直角位相の同時測定装置および方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｉｎ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ／Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ  Ｂｅａｍ  ｂｙ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｙ）」と題した米国特許仮出願番号第６０／４４２、８５８（ＺＩ−４７）、 および２００４年１月２７日に出願され、かつ「干渉における対象物による反射／散乱ビームの共役直角位相の同時測定装置および方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｉｎ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ／Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ  Ｂｅａｍ  ｂｙ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｙ）」と題した米国特許出願（ＺＩ−４７）などに記載されている、結像される基板６０中または上の各対のスポットに対して得られる。引用された米国特許仮出願および米国特許出願両方の内容は参照によりその全体が本明細書に組込まれている。描かれている基板６０中または上の単一スポットの視野の共役直角位相を得るため使用された４つの電気干渉信号値Ｓj、ｊ＝１、２、３、４の組は式
【００７９】
【数５】
2006518874.tif 000007
による換算係数内でバイ・ホモダイン検波法のため表わされる。ここで、係数Ａ1およびＡ2は入力ビームの第一および第二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に対応する戻り測定ビームの振幅を表し、Ｐjはパルスシーケンスのパルスｊの入力ビームの第一周波数成分の積分強度を表す。εjおよびγjに対する値は表１に一覧表にされている。１から−１への、または−１から１へのεjおよびγjの値の変化はおのおのの参照および測定ビームの相対位相の変化に対応する。係数ξj、ζj、およびηjは基板６０の上の及びまたは内のスポットの発生で使用された寸法および形状などの４つのピンホールの共役集合の特性変化の効果、および、参照ビーム、背景ビーム、および戻り測定ビームそれぞれに対する基板６０の上の及びまたは内のスポットに対応する４つの検出器画素の共役集合の感度をそれぞれ表す。
【００８０】
【表１】
2006518874.tif 000008
式（５）では、|Ａ2|／|Ａ1|の比はｊまたはＰjの値に依存しないと仮定する。この発明の適用範囲及び精神いずれからも逸脱することなく、Ｓjの表現を簡単にして重要な機能を描出するため、式（５）では、Ａ2およびＡ1に対応する戻り測定ビームの振幅の比はｊまたはＰjの値に依存しないと仮定する。ただし、Ａ2およびＡ1に対応する測定ビーム成分の振幅の比が比|Ａ2|／|Ａ1|とは異なる場合、比|Ｃ2|／|Ｃ1|は比|Ａ2|／|Ａ1|とは異なる。
【００８１】
ビーム３２の対応する参照および戻り測定ビーム成分間の相対位相シフトの制御によりｃｏｓψA2C2＝±ｓｉｎψA1C1であることに留意すると、
式（５）は
【００８２】
【数６】
2006518874.tif 000009
と書き換えられる。ここで、関係式ｃｏｓψA2C2＝±ｓｉｎψA1C1はこの発明の適用範囲及び精神いずれからも逸脱することなく使用されている。
【００８３】
εjの変化に対する位相ψA1B1εjψA2B2γjの変化およびγjの変化に対する位相ψA1B1εjψA2B2γjの変化は背景ビームがどこにかつどれほど発生するかに依存する実施形態におけるπとは異なる。それは、係数ｃｏｓψB1C1εjがｃｏｓ[ψA1C1＋（ψB1C1εj−ψA1C1）]と書けることに留意して背景ビームの効果を評価する上での値である。ここで、位相差（ψB1C1εj−ψA1C1）は位相ψA1B1εjと同じ、即ち、ｃｏｓψB1C1εj＝ｃｏｓ（ψA1C1＋ψA1B1εj）である。
【００８４】
共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1の成分に対応する式（６）の項がゼロの平均値を有する矩形関数を有し、εjがｊ＝２．５に関して対称であるため、ｊ＝２．５に関して対称であることが式（６）の検証から明らかである。さらに、式（６）の共役直角位相|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1の成分に対応する式（６）の項は、γjがｊ＝２．５に関して反対称であるため、ゼロの平均値を有する矩形関数を有し、ｊ＝２．５に関して反対称であるため、ｊ＝２．５に関して反対称である矩形関数である。バイ・ホモダイン検波法の設計による別の重要な特性はεjおよびγjがｊ＝１、２、３、４の範囲全体にわたって直交する、即ち、
2006518874.tif 000010
であるため、共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1および|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1項がｊ＝１、２、３、４の範囲全体にわたって直交することである。
【００８５】
共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1および|Ｃ1|ｓｉｎφA1C1に関する情報は、信号値Ｓj、即ち、
【００８６】
【数７】
2006518874.tif 000011
および
【００８７】
【数８】
2006518874.tif 000012
に加えられたデジタルフィルタに従うことにより表わされるように、式（６）の共役直角位相の対称および反対称特性および直交特性を使用して得られる。ここで、ξ’jおよびＰ’jはξjおよびＰjを表すためデジタルフィルタで使用された値である。
共役直角位相の決定を完了するため式（７）および（８）のパラメータ
【００８８】
【数９】
2006518874.tif 000013
を決定する必要がある。例えば、式（９）で与えられたパラメータはπ／２位相シフトを参照ビームおよび測定ビームの相対位相に導入しかつ共役直角位相のための測定を繰返すことにより測定される。第二測定からの（ｓｉｎψA1C1／ｃｏｓψA1C1）に対応する共役直角位相の振幅の比で割った第一測定からの（ｓｉｎψA1C1／ｃｏｓψA1C1）に対応する共役直角位相の振幅の比は
【００８９】
【数１０】
2006518874.tif 000014
に等しい。
式（７）および（８）の係数のあるものは換算係数以内の４の名目上の値、例えば、
【００９０】
【数１１】
2006518874.tif 000015
を有する。換算係数は、Ｐj／Ｐ’jの平均値が
2006518874.tif 000016
であると仮定して、
ξ’j／ηjおよびξ’j／ζjの比に対する平均値にそれぞれ対応する。式（７）および（８）の係数の他のあるものは、例えば、
【００９１】
【数１２】
2006518874.tif 000017
のゼロの名目値を有する。
残りの係数
【００９２】
【数１３】
2006518874.tif 000018
はほぼゼロからほぼ４倍の余弦係数の範囲の名目上の大きさおよびそれぞれの位相の特性に依存する係数の平均値（Ｐj／Ｐ’j）（ξjζj／ξ’j2）または（Ｐj／Ｐ’j）（ζjηj／ξ’j2）のいずれかを有する。第一次近似へ向けて測定ビームの位相に追随しない位相を有する背景の一部に対して、式（１３）に一覧表にした項のすべての大きさはほぼゼロである。第一次近似に向けてそれぞれの測定ビームの位相を追随する位相を有する背景の一部に対して、式（１３）に一覧表にした項の大きさはほぼ４倍の余弦係数および係数（Ｐj／Ｐ’j）（ξjζj／ξ’j2）及びまたは係数（Ｐj／Ｐ’j）（ζjηj／ξ’j2）の平均値のいずれかを有する。
【００９３】
式（７）および（８）の２つの最大項は一般に係数（|Ａ1|2＋|Ａ2|2）および（|Ｂ1|2＋|Ｂ2|2）を有する項である。ただし、対応する項はいくつかの実施形態で、式（１２）に示したような係数として（|Ａ1|2＋|Ａ2|2）を有する項に対するξ’j値の選択によりおよび係数として（|Ｂ1|2＋|Ｂ2|2）を有する項に対するζj値の設計によりほぼ消去される。
【００９４】
背景の効果からの最大の寄与は参照ビームとビーム２８の測定ビーム成分により発生した背景ビームの一部間の干渉項への寄与により表わされる。背景の影響のこの部分は０に等しく設定されたビーム３２の戻り測定ビーム成分を有する背景の一部の対応する共役直角位相を測定することにより、即ち、基板が除去された状態でかつ|Ａ2|＝０または|Ａ1|＝０およびその逆の状態でそれぞれの電気干渉信号Ｓjを測定することにより測定される。背景の影響の一部の測定された共役直角位相を使用して必要に応じて最終使用アプリケーションにおける有益なそれぞれの背景の影響を補償する。
【００９５】
背景振幅２ξjζj|Ａ1||Ｂ1|および位相ψA1B1εjの影響からの最大の寄与に関する情報、即ち、参照ビームとビーム２８の測定ビーム成分の測定により発生した背景ビームの一部間の干渉項は基板６０が除去されかつ|Ａ2|＝０または|Ａ1|＝０、およびその逆のいずれかの状態でビーム２８の測定ビーム成分と参照ビームの相対位相シフトの関数としてｊ＝１、２、３、４に対するＳjを測定することによりおよびＳjの測定値のフーリエ（Fourier）分析により得られる。このような情報を使用してそれぞれの背景の原因の識別を支援する。
【００９６】
共通に所有されている「背景低減および補償による共焦点干渉顕微鏡の方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｗｉｔｈ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）」と題した米国特許番号第５、７６０、９０１、「背景および前景光源からの焦点外れの光源から焦点が合った画像の判別方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｉｎ−Ｆｏｃｕｓ  Ｉｍａｇｅ  Ｆｒｏｍ  Ｏｕｔ−Ｏｆ−Ｆｏｃｕｓ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｆｒｏｍ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  Ａｎｄ  Ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ）と題した第５、９１５、０４８号、および第６、４８０、２８５Ｂ１号などのその他の技術が背景ビームの効果を低減及びまたは補償する他の実施形態にこの発明の適用範囲及び精神いずれからも逸脱することなく組込まれている。３つの引用特許の内容は参照によりその全体が本明細書に組込まれている。
【００９７】
ξ’jの値の選択は干渉計システムに存在する参照ビームのみでｊ＝１、２、３、４に対するＳjを測定することにより得られるｊ＝１、２、３、４に対する係数ξjに関する情報に基づく。ある実施形態では、これは単に入力ビーム２４の測定ビーム成分を阻止することに対応し、他のある実施形態では、これは単に基板６０が除去された状態でｊ＝１、２、３、４に対するＳjを測定することに対応する。ξ’jに対する一組の値の正確さのテストは、式（７）および（８）の（|Ａ1|2＋|Ａ2|2）項がゼロになる程度である。
【００９８】
ｊ＝１、２、３、４に対する係数ξjηjに関する情報は|Ａ2|＝０または|Ａ1|＝０いずれかを有するそれぞれ４つの共役検出器画素に対応するスポットを過ぎて人工物を走査することおよび共役直角位相成分２|Ａ1||Ｃ1|ｃｏｓψA1C1または２|Ａ1||Ｃ1|ｓｉｎψA1C1をそれぞれ測定することにより得られる。２|Ａ1||Ｃ1|ｃｏｓψA1C1または２|Ａ1||Ｃ1|ｓｉｎψA1C1項の振幅の変化はｊの関数としてξjηjの変動に対応する。例えば、ｊ＝１、２、３、４に対する係数ξjηjに関する情報を使用して干渉計システム１０の１つまたは多数の要素の安定性をモニタする。
【００９９】
バイ・ホモダイン検波法は視野の共役直角位相の決定のためのロバストな技術である。最初に、共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1および|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1はそれぞれデジタル濾波された値Ｆ1（Ｓ）およびＦ2（Ｓ）の一次項であり、式（１２）に関する考察で言及した通りであるため、係数（|Ａ1|2＋|Ａ2|2）および（|Ｂ1|2＋|Ｂ2|2）はほぼゼロである。
【０１００】
次に、式（７）および（８）の係数|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1および|Ｃ2|ｓｉｎψA1C1項は同一である。それ故、振幅および位相に関する戻り測定ビームと参照ビーム間の干渉項の非常に正確な測定値、即ち、ξjの一次変動および（Ｐj／Ｐ’j）および（ξj2／ξ’j2）などの正規化の一次誤差が二次またはより高次となる、視野の共役直角位相の非常に正確な測定値が測定される。この特性は著しい利点になる。さらに、４つの電気干渉信号値のそれぞれの組からの共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1および|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1の各成分への寄与は同じ窓関数を有し、それ故、同時決定値として得られる。
【０１０１】
バイ・ホモダイン技術の他の識別機能は式（７）および（８）に明らかであり、式（１１）の第一式にそれぞれ対応する式（７）および（８）の共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1および|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1の係数はξ’jの仮定値の誤差に関係なく同一であり、式（１２）の第四式にそれぞれ対応する式（７）および（８）の共役直角位相|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1および|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1の係数はξ’jの仮定値の誤差に関係なく同一である。それ故、共役直角位相に対応する位相の非常に正確な値がξjの一次変動で測定され、（Ｐj／Ｐ’j）および（ξj2／ξ’j2）などの正規化における一次誤差がいくらかの高次効果を通してのみ侵入する。
【０１０２】
バイ・ホモダイン検波法を使用する場合、視野の共役直角位相が同時に得られるため、視野の共役直角位相のシングル・ホモダイン検波法で可能な状況と違った位相冗長の結果として、追随位相の誤差の可能性が著しく減少することも明らかである。
【０１０３】
視野の共役直角位相が同時に収集された量である結果として、バイ・ホモダイン検波法の多数の利点が存在する。１つの利点は、干渉遠視野及びまたは近視野共焦点及びまたは非共焦点顕微鏡を使用して結像された基板中または上の各スポットの４つの電気干渉信号値の収集の間、結像されつつある基板中または上のスポットの重複誤差の影響、および多画素検出器の共役画素の共役画像の影響に対する感度が低下することである。重複誤差は結像されるスポットに対するそれぞれの組の共役検出器画素のそれぞれの組の４つの共役画像の組の誤差である。
【０１０４】
別の利点は、走査モードで動作している場合走査の間様々な時間で結像される基板中または上のスポットに対して共役な共焦点顕微鏡システムで使用されたピンホールの共役集合の特性のピンホール間の変動の影響に対する感度が低下することである。
【０１０５】
別の利点は、走査モードで動作している場合走査の間様々な時間で結像される基板中または上のスポットに対して共役な一組の共役画素内の画素間の変動の影響に対する感度が低下することである。
【０１０６】
別の利点は、走査モードで動作している場合干渉計システムへの入力ビーム２４のパルスシーケンスのそれぞれの共役集合のパルスシーケンス間の変動の影響に対する感度が低下することである。
【０１０７】
一組の共役ピンホールのおよび多画素検出器の共役画素の、ピンホールおよび多画素検出器の画素はピンホールアレイの連続したピンホール及びまたは多画素検出器の連続した画素を含むか、またはピンホールのアレイから選択されたピンホール及びまたは画素のアレイからの画素を含み、ここで選択されたピンホール間の分離は整数のピンホール分離であり、かつそれぞれの画素のアレイ間の分離は横方向及びまたは長手方向分解能および信号対雑音比の損失のない整数の画素分離である。対応する走査速度は共役ピンホールの組及びまたは共役画素の組に対して共役の測定対象物６０のスポットの間隔を多画素検出器の読出速度で割ったものの整数倍に等しくなるはずである。 この特性は単位時間当たりに結像された基板中または上のスポット数に対する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スループットの著しい向上を可能にする。
【０１０８】
いくつかの実施形態で使用されたクワッド・ホモダイン検波法において、ソース１８およびビーム調整器２２からの２つのパルスシーケンスで結像される基板６０中または上の各スポットに対して一組の４電気干渉信号値が得られる。結像される基板中または上の単一スポットに対する視野の共役直角位相を得るため使用された４つの電気干渉信号値Ｓj、ｊ＝１、２、３、４の組は換算係数内のクワッド・ホモダイン検波に対して
【０１０９】
【数１４】
2006518874.tif 000019
【０１１０】
【数１５】
2006518874.tif 000020
【０１１１】
【数１６】
2006518874.tif 000021
【０１１２】
【数１７】
2006518874.tif 000022
により表わされる。ここで、係数Ａ1、Ａ2、Ａ3、およびＡ4は入力ビーム２４の第一、第二、第三および第四周波数成分にそれぞれ対応する参照ビームの振幅を表し、係数Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、およびＢ4は参照ビームＡ1、Ａ2、Ａ3、およびＡ4に対応する背景ビームの振幅を表し、係数Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、およびＣ4は参照ビームＡ1、Ａ2、Ａ3、およびＡ4に対応する戻り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の第一および第二パルスシーケンスの第一周波数成分の積分強度を表し、かつεjおよびγjを表１に一覧表にする。クワッド・ホモダイン検波法の係数ξj、ζj、およびηjの説明はバイ・ホモダイン検波法のξj、ζj、およびηjのため行われた説明の対応部分と同じである。
【０１１３】
式（１４）、式（１５）、式（１６）および式（１７）では、|Ａ2|／|Ａ1|と|Ａ4|／|Ａ3|の比はｊまたはＰjの値に依存しないと仮定する。この発明の適用範囲及び精神いずれからも逸脱することなく重要な機能を描出するようにＳjの表現を簡単にするため、式（１４）、式（１５）、式（１６）および式（１７）では、|Ａ2|／|Ａ1|と|Ａ4|／|Ａ3|に対応する戻り測定ビームの振幅の比がｊまたはＰjの値に依存しないと仮定する。ただし、|Ａ2|／|Ａ1|と|Ａ4|／|Ａ3|にそれぞれ対応する測定ビーム成分の振幅の比が比|Ａ2|／|Ａ1|と|Ａ4|／|Ａ3|とはそれぞれ異なる場合、比|Ｃ2|／|Ｃ1|と|Ｃ4|／|Ｃ3|は比|Ａ2|／|Ａ1|と|Ａ4|／|Ａ3|とはそれぞれ異なる。
【０１１４】
ビーム３２の対応する参照ビームと測定ビーム成分間の相対位相シフトの制御によりｃｏｓψA2C2＝±ｓｉｎψA1C1であり、式（１４）、式（１５）、式（１６）および式（１７）は
【０１１５】
【数１８】
2006518874.tif 000023
【０１１６】
【数１９】
2006518874.tif 000024
【０１１７】
【数２０】
2006518874.tif 000025
【０１１８】
【数２１】
2006518874.tif 000026
とそれぞれ書けることに留意されたい。ここで、この発明の適用範囲及び精神いずれからも逸脱することなく関係式ｃｏｓψA2C2＝ｓｉｎψA1C1が使用されている。
共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1および|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1に関する情報は、信号値Ｓj、ｊ＝１、２、３、４に加えられた次のデジタルフィルタ
【０１１９】
【数２２】
2006518874.tif 000027
【０１２０】
【数２３】
2006518874.tif 000028
により表わされるため、共役直角位相の対称および反対称特性および直交特性を使用して得られる。クワッド・ホモダイン検波法の係数ξ’j、Ｐ’jの説明はバイ・ホモダイン検波法のξ’jおよびＰjのため行われた説明の対応部分と同じである。式（１８）、（１９）、式（２０）、式（２１）、式（２２）および式（２３）を使用して、濾波された量に対する共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1および|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1の成分を含む次の表現
【０１２１】
【数２４】
2006518874.tif 000029
【０１２２】
【数２５】
2006518874.tif 000030
が得られる。
ある最終使用アプリケーションの共役直角位相の決定を完了するため、パラメータ
【０１２３】
【数２６】
2006518874.tif 000031
【０１２４】
【数２７】
2006518874.tif 000032
【０１２５】
【数２８】
2006518874.tif 000033
を決定する必要がある。例えば、式（２６）、式（２７）および式（２８）により与えられたパラメータは式（９）により特定された量に対してバイ・ホモダイン検波法のため説明した手順に類似の手順により測定される。
【０１２６】
クワッド・ホモダイン検波法の残りの説明はバイ・ホモダイン検波法に対して行われた説明の対応部分と同じである。
【０１２７】
クワッド・ホモダイン検波を使用する場合視野の共役直角位相が同時に得られるため、視野の共役直角位相のシングル・ホモダイン検波で可能な状況と違った位相冗長の結果として、追随位相の誤差の可能性が著しく減少することも明らかである。
視野の共役直角位相が同時に収集された量である結果として、クワッド・ホモダイン検波の多数の利点がある。
【０１２８】
１つの利点は干渉遠視野及びまたは近視野共焦点顕微鏡を使用して結像された基板中または上の各スポットの４つの電気干渉信号値の収集の間、結像されつつある基板中または上のスポットの重複誤差および多画素検出器の画素の共役集合の画像の共役画像の影響に対する感度が低下することである。重複誤差は結像されるスポットに関してそれぞれの組の共役検出器画素の４つの共役画像の組の誤差である。
【０１２９】
別の利点は、走査モードで動作している場合干渉計システムへの入力ビーム２４のパルスのそれぞれの共役集合のパルス間の変動の影響に対する感度が低下することである。
【０１３０】
別の利点は、走査モードで動作している場合４つの電気干渉値を発生するのにソースのただ１つのパルスが必要なためスループットが向上することである。
【０１３１】
第一実施形態は図２ａに略図的に示した第一実施形態の干渉計１０を備えた図１ａ〜１ｃの干渉計システムを含む。第一実施形態の干渉計１０は参照番号１１０として一般的に表示された第一結像システム、ピンホールアレイビームスプリッタ１１２、検出器７０、および参照番号２１０として一般的に表示された第二結像システムを含む。第二結像システム２１０は大きな作動距離、例えば、Ｎｉｋｏｎ−ＥＬＷＤおよびＳＬＷＤ対物レンズおよびＯｌｙｍｐｕｓ−ＬＷＤ、ＵＬＷＤ、およびＥＬＷＤ対物レンズを有する低倍率顕微鏡である。第一結像システム１１０は、その両方がＨｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌによるものである、共通に所有されている「ピンホールアレイビームスプリッタを組込む干渉共焦点顕微鏡（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｐｉｎｈｏｌｅ  Ａｒｒａｙ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）」と題した米国特許仮出願番号第６０／４４２、９８２（ＺＩ−４５）、および２００４年１月２７日に出願され、かつ「ピンホールアレイビームスプリッタを組込む干渉共焦点顕微鏡（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｐｉｎｈｏｌｅ  Ａｒｒａｙ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）」と題した米国特許出願番号第………（ＺＩ−４５）に一部記載されている干渉共焦点顕微鏡システムを含む。米国特許仮出願および米国特許出願が参照によりその全体が本明細書に組込まれている。
【０１３２】
第一結像システム１１０を図２ａに略図的に示す。第一結像システム１１０は、特許出願の両方がＨｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌによるものであり、２つの引用された出願の内容が参照によりその全体が本明細書に組込まれている、共通に所有されている「反射および反射屈折光学結像システム（Catoptric and Catadioptric Imaging Ｓystem）」と題した米国特許番号第６、５５２、８５２ Ｂ２（ＺＩ−３８）および「反射および反射屈折光学結像システム（Catoptric and Catadioptric Imaging Ｓystem）」と題した米国特許出願番号第１０／３６６、６５１（ＺＩ−４３）などに記載されている反射屈折光学システムである。
【０１３３】
反射屈折光学結像システム１１０は反射屈折光学要素１４０および１４４、ビームスプリッタ１４８、および凸レンズ１５０を含む。表面１４２Ｂおよび１４６Ｂは名目上同じ曲率半径を備えた凹状球面であり、表面１４２Ｂおよび１４６Ｂの曲率のそれぞれの中心のビームスプリッタ１４８に対する共役点は同じである。表面１４２Ａおよび１４６Ａは名目上同じ曲率半径を有する凸状級面である。表面１４２Ａおよび１４６Ａの曲率中心は表面１４２Ｂおよび１４６Ｂのそれぞれの曲率中心に対してそれぞれ小さな半径方向変位Δｒ1およびΔｒ2だけビームスプリッタ１４８の面に平行な面で横方向にずらされる。Δｒ1およびΔｒ2に対応する変位ベクトルの相対配向が次に説明するように疑似ビームの影響を最小にするように選択される。
【０１３４】
小さな半径方向変位の結果として、表面１４２Ａの曲率中心の共役は、ビームスプリッタ１４８を通してみたときに、表面１４６Ａの曲率中心と一致しない。（または、同様に、表面１４６Ａの曲率中心の共役は、ビームスプリッタ１４８を通してみたときに、表面１４２Ａの曲率中心と一致しない。）さらに正確にいえば、それらの２つの点は相対的に２つの表面１４２Ａおよび１４６Ａの小さな半径方向変位により決定された量により表示される。いい方を代えれば、２つの表面１４２Ａおよび１４６Ａの曲率中心を接続する線はビームスプリッタ１４８の面に対して法線方向ではなく、むしろ、２つの表面の相対変位により決定される小さな角度だけ法線方向からそれる。
【０１３５】
凸レンズ１５０の曲率中心は表面１４２Ｂの曲率中心と同じである。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して、最終使用アプリケーションに受け入れ可能な結像システム１１０のための、例えばミリメートル程度の作動距離をもたらすように選択される。凸レンズ１５０の曲率中心は反射屈折光学結像システム１１０のオフアクシス収差が補償されるように選択される。要素１４０および１４４の媒体は、例えば、ＣａＦ2、溶融シリカ、またはＳＦ１１などの市販のガラスである。凸レンズ１５０の媒体は、例えば、ＣａＦ2、溶融シリカ、ＹＡＧ、またはＳＦ１１などの市販のガラスである。要素１４０および１４４および凸レンズ１５０の媒体の選択における重要な要件はビーム２４の周波数の伝送特性である。
【０１３６】
凸レンズ１５２は凸レンズ１５０の曲率中心と同じ曲率中心を有する。凸レンズ１５０および１５２は両者の間にピンホールビームスプリッタ１１２をはさんで結合される。ピンホールビームスプリッタ１１２を図２ｃに示す。ピンホールビームスプリッタ１１２のピンホールのパターンは最終使用アプリケーションの要件と一致するように選択される。パターンの一例は２つの直交方向に均等に間隔をおいて配置されたピンホールの二次元アレイである。ピンホールは、その内容が参照によりその全体が本明細書に組込まれている共通に所有されているＨｅｎｒｙ Ａ．ＨｉｌｌおよびＫｙｌｅ Ｆｅｒｒｉｏによる「共焦点近視野顕微鏡用多ソースアレイ（Ｍｕｌｔｉ−Ｓｏｕｒｃｅ  Ａｒｒａｙ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  ａｎｄ  Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」と題した、米国特許出願番号第０９／９１７、４０２（ＺＩ−１５）、出願日２００１年７月２７日、などに記載されている円形アパーチャ、長方形アパーチャ、またはその組合せを含む。ピンホールビームスプリッタ１１２のピンホール間の空間をアパーチャ寸法ａを有するｂとして図２ｃに示す。
【０１３７】
入力ビーム２４は、その第一部分が鏡５４により出力ビーム成分１３０Ａおよび１３０Ｂ（図２ａ参照）の参照ビーム成分として透過するピンホールビームスプリッタ１１２へ向けて反射し、その第二部分はビーム成分１２６Ａおよび１２６Ｂの測定ビーム成分として散乱される。ビーム成分１２６Ａおよび１２６Ｂの測定ビーム成分は基板６０に接近する結像面の結像スポットのアレイにビーム成分１２８Ａおよび１２８Ｂの測定ビーム成分として結像する。
【０１３８】
基板６０の空間の結像スポットのアレイは、結像スポットの第二アレイが結像スポットの第一アレイに対して横方向に変位した状態で結像スポットの第一および第二アレイを含む。結像スポット１６４および１６６の第一および第二アレイの対応スポットを凸面１４２Ａおよび１４６Ａの半径方向変位が図２ｄおよび２ｅのｘ−ｚ面で生ずる場合について図２ｄおよび２ｅに図式的に示す。−Δｘ1およびΔｘ2は像のそれぞれの変位である。この発明の適用範囲及び精神を制限することなく説明を簡単にするため、本明細書では、半径方向変位は同じ面で生ずるように選択される。結像スポット１６４および１６６の変位は凸面１４２Ａおよび１４６Ａの曲率中心が横方向にΔｒ1およびΔｒ2だけずらされた結果である。結像スポット１６４に寄与するビームの経路の一例はビーム１２６Ｅであり、結像スポット１６６に寄与するビームの経路の一例はビーム１２６Ｆである (図２ｄ参照)。図２ｄにおいて、反射屈折光学要素の左側は反射測定ビーム(即ち、ビームスプリッタ１４８から反射した)がいかにしてスポット１６４に集束されるかを示し、かつ反射屈折光学要素の右側は透過測定ビーム(即ち、透過した)がいかにしてスポット１６６に集束されるかを示していることに留意されたい。左側の反射測定ビームと同様に、右側にもスポット１６４に集束される反射測定ビームが存在する。同様に、右側の透過測定ビームと同様に、左側にもスポット１６６に集束される透過測定ビームが存在する。
【０１３９】
ビーム１２６Ｅがビームスプリッタ１４８により二回かつ凸面１４２Ａにより一回反射して結像スポット１８４を形成する(図２ｄ参照)。結像スポット１８４は−２Δｘ1だけビーム１２６Ｅのピンホールソースに対してずらされる。さらに、ビーム１２６Ｆの一部がビームスプリッタ１４８により二回透過し、かつ凸面１４６Ａにより一回反射して結像スポット１８６を形成する(図２ｄ参照)。結像スポット１８６は２Δｘ2だけビーム１２６Ｅのピンホールソースに対してずらされる。
【０１４０】
次に、基板６０の部分による結像スポット１６４および１６６を含むビームの散乱／反射部分への反射屈折光学結像システム１１０の影響を考察する。散乱／反射部分はビーム成分１２８Ａおよび１２８Ｂの戻り測定ビーム成分の一部であり、反射屈折光学結像システム１１０によりピンホールビームスプリッタ１１２の空間の３つのスポット１９２、１９４および１９６に結像される（図２ｅ参照）。スポット１９２はビーム１２６Ｅおよび１２６Ｆのピンホールソースと同じ広がりを有し、スポット１９６および１９４が（２Δｘ1＋２Δｘ2）および−（２Δｘ1＋２Δｘ2）だけそれぞれずらされる。
【０１４１】
スポット１９２を形成するビームの一部がビーム成分１３０Ａおよび１３０Ｂの１つの成分としてビーム１２６Ｅおよび１２６Ｆのピンホールソースに対応するピンホールを透過する。結像スポット１８４、１８６、１９４および１９６を形成するビームは共焦点結像システム１１０の特性としてビーム１２６Ｅおよび１２６Ｆのピンホールソースに対応するピンホールを透過しない。ピンホールアレイ１１２により結像スポット１８４、１８６、１９４および１９６を形成するビームの一部の反射により発生した疑似ビームの影響をさらに低減するため、ピンホールアレイ１１２のそれぞれの表面を反射防止被覆する。
【０１４２】
凸面１４２Ａおよび１４６Ａの中心の半径方向変位が直交するように、例えば、凸面１４２Ａおよび１４６Ａの中心の変位がそれぞれｘ−ｚおよびｙ−ｚ面で生ずるように選択される場合、ピンホールアレイ１１２により結像スポット１８４、１８６、１９４および１９６を形成するビームの一部の反射により発生した疑似ビームの影響が低減される。対応する変位はΔｘ1およびΔｙ2である。ｘ−ｙ面における、結像スポット１８４、１８６、１９２、１９４および１９６の結果として生じた場所を図２ｆに略図的に示す。図２ｆに示した結像スポットパターンでは、結像スポット１９４および１９６を形成するビームのピンホールアレイ１１２の低反射率面による反射だけが、その一部がビーム１２６Ｅおよび１２６Ｆのピンホールソースに対応するピンホールを透過する二次疑似ビームを発生する。二次疑似ビームの影響の強さはピンホールアレイ１１２の対応するピンホールを透過したスポット１９２を形成するビームの一部の強さより小さいか、またはその１％程度である。図２ｃに略図的に示した結像スポット１８４、１８６、１９２、１９４および１９６の結果として生じた場所に対して、対応する疑似ビームの影響の強さはピンホールアレイ１１２の対応するピンホールを透過したスポット１９２を形成するビームの一部の強さより小さいか、またはその２０％程度である。
【０１４３】
次のステップは結像システム２１０による出力ビーム成分１３０Ａおよび１３０ＢのＣＣＤなどの多画素検出器７０の画素と合致して電気干渉信号７２のアレイを発生するスポットのアレイへの結像である。電気干渉信号のアレイは共役直角位相のアレイの次の処理のため信号プロセッサおよび制御装置８０へ伝達される。
【０１４４】
入力ビーム２４の説明は、ビーム調整器２２が２周波数発生装置および図１ｃに示した周波数シフタとして構成されることで図１ａの入力ビーム２４に対して行われた説明の対応する部分と同じである。入力ビーム２４は異なる周波数を有しかつ同じ状態の面偏光を有する２つの成分を含む。入力ビーム２４の各成分の周波数は電子プロセッサおよび制御装置８０により発生した制御信号７４に従ってビーム調整器２２により種々の周波数値間をシフトされる。ビーム２０は単一周波数成分を含む。
【０１４５】
戻り測定ビームの視野の共役直角位相は電気干渉信号７２の数組の４つの測定が行われるバイ・ホモダイン検波法を使用して得られる。視野の共役直角位相のアレイは、各共役直角位相が基板中または上の一対のスポットから散乱／反射したビームの視野の共役直角位相の差を含む干渉共焦点結像システム１０により干渉法的に測定される。共役直角位相のアレイは共に、即ち、同時に測定され、各共役直角位相の成分は同時測定される。
【０１４６】
別の実施形態は測定される視野が名目上暗視野になるように構成された図１ａ〜１ｃおよび図２ａ〜２ｆに関して説明した第一実施形態の干渉共焦点結像システム１０を含む。各共役直角位相の成分が同時測定される場合、基板中または上の一対のスポットから散乱／反射されたビームの視野の共役直角位相の差を含む場合、かつ共役直角位相のアレイの共役直角位相の名目上の値がゼロになるように調整される場合、視野の共役直角位相のアレイは同時に測定される。共役直角位相のアレイの共役直角位相が名目上ゼロになる、即ち、暗視野モードで動作する干渉結像システム１０で基板６０に関する情報が得られるように基板中または上の一対のスポットにより次に散乱／反射されたビームの相対位相が調整される。
【０１４７】
基板中または上の一対のスポットにより次に散乱／反射されたビームの相対位相は単一干渉計システムパラメータ、すなわち、基板６０中または上の一対のそれぞれのスポットからの測定ビーム成分と戻り測定ビーム成分との相対光路長の制御により調整される。相対位相は凸面１４６Ａに対して凸面１４２Ａを長手方向にずらすことにより調整される。これは要素１４４の厚さに対して要素１４０の厚さを変更することにより行われる。あるいは、薄層が凸面１４２Ａ及びまたは１４６Ａに加えられる。相対位相の変更を導入する技術の別の実施例はエアギャップ厚さが調整されるようにエアギャップを備えた凸面１４２Ａ近くに凹状反射面を加えることである。後者の実施例では、凸面１４２Ａは反射防止被覆されるだろう。
【０１４８】
暗視野モードでの動作により共役直角位相のアレイにより表わされた情報の低減された系統誤差および統計誤差、および向上したスループットがともにもたらされる。情報は基板中または上での基板６０の表面の１つまたは多数のプロファイルの横方向微分、基板６０の一次元、二次元および三次元横方向微分画像、基板６０中または上の形状または人工物の臨界寸法、および基板６０中または上のサブ波長欠陥の寸法および場所を含む。
【０１４９】
共役点による測定ビーム成分の散乱／反射により発生した戻り測定ビームの背景成分は同じであり、従って、電気干渉信号７２に寄与しない。従って、背景成分は第一および第二実施形態両方に対して電気干渉信号７２の平均値または電気干渉信号７２の干渉項いずれかに寄与しない。
【０１５０】
統計誤差の低減は暗視野モードでの動作の直接の結果でもある。 第二実施形態では、背景視野の寄与は強度を減ずることによるのでなく同じ振幅および位相差πを有するように配置された背景視野の重ね合せにより除去／排除される。暗視野の結果として、ビーム２４の強度が検出器７０が飽和することなく著しく増大し、統計誤差の対応する低減が達成される。
【０１５１】
スループットの向上は暗視野モードでの動作の直接の結果である。 共役直角位相の測定アレイにある一定の正確さを達成するのに必要な時間が、暗視野モードでの動作により可能になるビーム２４の強度を増大することにより短縮される。暗視野の結果として、ビーム２４の強度が検出器７０が飽和することなく著しく増大する。
【０１５２】
暗視野モードで動作する場合も、基板６０の局所的等方性部分にサブ波長人工物を含む一対のスポットに対応する視野の測定された共役直角位相が基準サブ波長人工物に関するサブ波長人工物についての情報を表す。基準サブ波長人工物は局所的等方性部分の特性および人工物のそれらに類似の寸法を有する。従って、測定された特性は基板６０中または上のサブ波長人工物の臨界寸法および場所に関する情報を含む。
【０１５３】
暗視野モードで動作する場合も、基板６０の局所的等方性部分にサブ波長欠陥を含む一対のスポットに対応する視野の測定された共役直角位相が基準サブ波長欠陥に関するサブ波長欠陥についての情報を表す。基準のサブ波長欠陥は欠陥のそれらに類似の局所的等方性部分および寸法の特性を有する。従って、測定された特性は基板６０中または上のサブ波長欠陥の寸法および場所に関する情報を含む。
【０１５４】
背景視野の干渉補償の正確さはいくつかの理由で第一および第二実施形態で高い。干渉補償の高い正確さはピンホールアレイビームスプリッタ１１２のピンホールの特性に依存しない。例えば、ピンホールの直径は２分の１に変化し、及びまたはピンホールの形状は円形アパーチャから方形アパーチャまで変化可能であり、かつ関連する背景視野の干渉補償のレベルは変化しない。一対のスポットの第一スポットに関連した背景視野の振幅および位相はピンホールアレイビームスプリッタ１１２のピンホールの特性に関係なく一対のスポットの第二スポットに関連した背景視野の振幅および位相と同じである。第一および第二実施形態では、外部媒体、例えば、空気との基板６０の界面での屈折率の不整合の影響の補償が、そのいずれもＨｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌによるものである、「共焦点および干渉共焦点顕微鏡における基板−媒体界面での屈折率の不整合の影響の補償（Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｆｏｒ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｏｆ  Ｍｉｓｍａｔｃｈ  Ｉｎ  Ｉｎｄｉｃｅｓ  Ｏｆ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  Ａｔ  Ａ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｍｅｄｉｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｉｎ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」と題した米国特許仮出願番号第６０／４４４、７０７（ＺＩ−４４）、出願日２００３年２月４日、および「共焦点および干渉共焦点顕微鏡における基板−媒体界面での屈折率の不整合の影響の補償（Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｆｏｒ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｏｆ  Ｍｉｓｍａｔｃｈ  Ｉｎ  Ｉｎｄｉｃｅｓ  Ｏｆ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  Ａｔ  Ａ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｍｅｄｉｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｉｎ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」と題した米国特許出願番号第………（ＺＩ−４４）、出願日２００４年２月４日に記載されているようなピンホールアレイビームスプリッタ１１２とレンズ１５０間の薄い低屈折率層の追加により補償される。米国特許仮出願および米国特許出願の内容は参照によりその全体が本明細書に組込まれている。屈折率の不整合の影響の補償に関しては、基板の内部部分が１００ｎｍ程度にまで下がった方位分解能および２００ｎｍ程度にまで下がった長手方向分解能で結像される。内部部分の画像はミリメートル程度の作動距離でかつ少なくとも３ミクロン程度の基板内深さに対して得られる。
【０１５５】
第一および第二実施形態のスループットは、そのいずれもＨｅｎｒｙ Ａ．Ｈｉｌｌによるものである、共通に所有されている「共焦点近視野共焦点顕微鏡用被誘導波構造および共振構造により送られた多ソースアレイ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ  Ａｒｒａｙ  Ｆｅｄ  Ｂｙ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ａｎｄ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｆｏｒ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ａｎｄ  Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」と題した米国特許仮出願番号第６０／４４５、７３９（ＺＩ−３９）、出願日２００３年２月７日、および２００４年２月６日に出願され、かつ「共焦点近視野共焦点顕微鏡用被誘導波構造および共振構造により送られた多ソースアレイ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ  Ａｒｒａｙ  Ｆｅｄ  Ｂｙ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ａｎｄ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｆｏｒ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ａｎｄ  Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」と題した米国特許出願番号第………（ＺＩ−３９）に記載されているような被誘導波構造により入力ビーム２４に結合されるピンホールアレイビームスプリッタの使用によりさらに向上する。米国特許仮出願および米国特許出願の内容は参照によりその全体が本明細書に組込まれている。
【０１５６】
第一および第二実施形態は引用された米国特許仮出願番号第６０／４４２、８５８（ＺＩ−４７）および「干渉における対象物による反射／散乱ビームの共役直角位相の同時測定装置および方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｉｎ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄ  ｏｆ Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ／Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｂｅａｍ  ｂｙ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｙ）」と題して２００４年１月２７日に出願された引用された米国特許出願（ＺＩ−４７）に記載されているようなクワッド・ホモダイン検波用にも構成される。
【０１５７】
第三実施形態を図３に示す。第三実施形態は第一および第二実施形態と機能的に等価になるように構成される。第一および第二実施形態と第三実施形態間の主要な相違は伝統的な共焦点ピンホールアレイ１１２Ａ、１１２Ｂ、および１１２Ｃによるピンホールアレイビームスプリッタ１１２の置換えである。
【０１５８】
図３において、入力ビーム２４が偏光ビームスプリッタ３３０に入射し、その第一部分が干渉計４１０の測定ビームとして透過し、その第二部分が鏡３３２および３３４による反射後干渉計４１０の参照ビームとして反射される。測定ビームおよび参照ビームがピンホールアレイ１１２Ａおよび１１２Ｂにそれぞれ入射する。ピンホールアレイ１１２Ａおよび１１２Ｂはピンホールアレイ１１２Ｃの各共役である。
【０１５９】
ピンホールアレイ１１２Ｂに入射した参照ビームの一部がビームスプリッタ３４０を透過し、その一部がレンズ３６０によりピンホールアレイ１１２Ｃのスポットのアレイに集束される。
【０１６０】
ピンホールアレイ１１２Ａに入射した測定ビームの一部がビームスプリッタ３４０を透過し、その第一および第二部分が基板６０のスポットのアレイに集束される。第一部分は偏光ビームスプリッタ３４２、二重通過１／４波長板３４６による反射および透過、鏡３５０による反射、レンズ３５４による集束後スポットの第一アレイに集束される。第二部分は偏光ビームスプリッタ３４２、二重通過１／４波長板３４８による反射および透過、鏡３５２による反射、レンズ３５４による集束後スポットの第二アレイに集束される。スポットの第一および第二アレイは鏡３５２に対する鏡３５０の回転によりスポットの寸法の少なくとも３倍程度に等しい距離だけ互いにずらされる。この発明の本来の適用範囲または精神を制限することなく説明を簡単化するため、 実際には図３の面に対して４５度の角度の光システム３１０の向きを図３の面に向けられものとして示す。
【０１６１】
スポットの第一および第二アレイを形成する測定ビームの一部がそれぞれ戻り測定ビーム成分の第一および第二アレイとして基板６０により散乱／反射される。戻り測定ビーム成分の第一アレイは結像システム３１０により測定ビーム成分のその前駆アレイの経路を遡り、ビームスプリッタ３４０による反射後ピンホールアレイ１１２Ｃでスポットのアレイに集束される。戻り測定ビーム成分の第二アレイは結像システム３１０により測定ビーム成分のその前駆アレイの経路を遡り、ビームスプリッタ３４０による反射後ピンホールアレイ１１２Ｃでスポットのアレイに集束される。ピンホールアレイ１１２Ｃのスポットの２つのアレイは同じである。即ち、スポットの一方のアレイの各スポットがスポットの他のアレイのスポットに重ね合わされる。
【０１６２】
スポットのおよび参照ビームの重ね合わされたアレイの一部がピンホールアレイ１１２Ｃを透過し、分析装置３６２を透過して検出器７０により検出された後電気干渉信号７２を発生する。分析装置３６２はスポットの重ね合わされたアレイのおよび参照ビームの透過部分の偏光状態を混合する。
【０１６３】
戻り測定ビームの２つのアレイの相対位相は先に説明したそれに類似の方法で調整される。さらに詳細には、相対位相が鏡３５２に対する鏡３５０の変位を調整することにより調整される。例えば、これは鏡３５０とビームスプリッタを保持するブロック間に薄層を加えるか、またはトランスデューサを設けるそのブロック近くにエアギャップを導入してエアギャップの厚さを調整することにより達成される。
【０１６４】
入力ビーム２４の説明はビーム調整器２２が図１ｂに示した２周波数発生装置および移相器、および単一周波数成分を含むビーム２０同様に構成されることで図１ａの入力ビーム２４のため行われた説明の対応する部分と同じである。入力ビーム２４は異なる周波数を有する２つの成分を有し、各成分が平面偏光の異なる状態の２つの成分を有する。入力ビーム２４の成分の相対位相はビーム調整器２２の考察で説明したように、電子プロセッサおよび制御装置８０により発生した制御信号７４に従って異なる値間をシフトされる。
【０１６５】
他の実施形態では、第一および第二実施形態は近視野干渉共焦点結像システムとして動作するように構成される。第一および第二実施形態の遠視野干渉共焦点結像システムへの変換を図４ａ、４ｂに略図的に示す。要素１４４が要素１４４Ａと置換えられ、サブ波長ピンホール１６２Ａおよび１６２Ｂを含むサブ波長ピンホールアレイが表面１４４Ｂに加えられる(図４ｂ参照)。サブ波長ピンホールアレイの外面と基板６０の上部分との分離距離ｈがサブ波長ピンホールの寸法の程度になるように調整される。サブ波長ピンホールアレイの場所のサブ波長パターンがピンホールアレイビームスプリッタ１１２のピンホールに対して共役の一対のスポットのアレイに対応するように構成される。サブ波長ピンホール１６２Ａおよび１６２Ｂは、そのすべてが参照により本明細書に組込まれている米国特許出願番号第０９／９１７、２７６（ＺＩ−１６）、出願日２００１年７月２７日、米国特許第０９／９１７、４０２（ＺＩ−１５）、出願日２００１年７月２７日、および米国特許第６、４４５、４５３（ＺＩ−１４）、に記載されているようなリソグラフィ技術により発生される。
【０１６６】
第四の実施形態は引用された米国特許第５、７６０、９０１に記載されているような干渉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。第四実施形態では、ビーム調整器２２が図１ｂに示した２周波数発生装置および移相器として構成される。引用された米国特許第５、７６０、９０１の実施形態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。第四実施形態は引用された米国特許第５、７６０、９０１の背景低減機能のため背景の影響を低減している。
【０１６７】
第五の実施形態は位相マスクが取外される引用された米国特許第５、７６０、９０１に記載されているような干渉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。第五実施形態では、ビーム調整器２２が図１ｂに示した２周波数発生装置および移相器として構成される。引用された米国特許第５、７６０、９０１の実施形態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。引用された米国特許第５、７６０、９０１の実施形態の位相マスクが取外された状態の第五実施形態は基本形式の共焦点技術の応用を表す。
【０１６８】
第六の実施形態は位相マスクが取外される引用された米国特許出願番号第６、４８０、２８５Ｂ１号に記載されているような干渉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。
【０１６９】
第六の実施形態は引用された米国特許第６、４８０、２８５Ｂ１に記載されているような干渉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。第六実施形態では、ビーム調整器２２が図１ｂに示した２周波数発生装置および移相器として構成される。引用された米国特許第６、４８０、２８５Ｂ１の実施形態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。第六実施形態は引用された米国特許出願番号第６、４８０、２８５Ｂ１号の背景低減機能のため背景の影響を低減している。
【０１７０】
第七の実施形態は引用された米国特許第６、４８０、２８５Ｂ１に記載されているような位相マスクが取り除かれた干渉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。第五実施形態では、ビーム調整器２２が図１ｂに示した２周波数発生装置および移相器として構成される。引用された米国特許第６、４８０、２８５Ｂ１の実施形態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。引用された米国特許第６、４８０、２８５Ｂ１の実施形態の位相マスクが取り除かれた第七実施形態は基本形式の共焦点技術の応用を表す。
【０１７１】
第八の実施形態は引用された米国特許第６、４４５、４５３（ＺＩ−１４）に記載されているような干渉近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。第八実施形態では、ビーム調整器２２が図１ｂに示した２周波数発生装置および移相器として構成される。引用された米国特許第６、４４５、４５３（ＺＩ−１４）の実施形態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。特に、引用された米国特許第６、４４５、４５３（ＺＩ−１４）の実施形態は参照ビームから分離されかつ非共焦点結像システムにより結像される基板に入射する測定ビームでの透過モードで動作するように構成される。即ち、基板での測定ビームはピンホールのアレイでなく拡大スポットの画像である。従って、第八実施形態の対応する実施形態は測定ビーム用の非共焦点構成のバイ・ホモダイン検波法の応用を表す。
【０１７２】
実施形態は実施形態の変形としてバイ・ホモダイン検波法の代わりにクワッド・ホモダイン検波法を使用する。図１ａ〜１ｃに示した装置に基づく実施形態に対して、クワッド・ホモダイン検波法を使用する実施形態の対応する変形は図１ａ〜１ｃに示した装置の変形を使用する。第一実施形態で使用したような装置の変形では、顕微鏡２２０は直視プリズム及びまたはダイクロイックビームスプリッタなどの分散要素を含むように改修される。ダイクロイックビームスプリッタで構成される場合、第二検出器がシステムにさらに加えられる。装置の変形の説明は引用された米国特許仮出願番号第６０／４４２、９８２（ＺＩ−４５）および２００４年１月２７日に出願され、かつ「ピンホールアレイビームスプリッタを組込む干渉共焦点顕微鏡（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｐｉｎｈｏｌｅ  Ａｒｒａｙ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）」と題した米国特許出願番号第………（ＺＩ−４５）の対応するシステムに対して行われた説明の対応する部分と同じである。
【０１７３】
実施形態の変形は共役直角位相の非同時測定の発生のためダブル・ホモダイン検波法を使用するように構成される。実施形態の変形の入力ビーム２４は４つの周波数成分を含み、かつクワッド・ホモダイン検波法を使用するように構成される実施形態に関して説明したような直視プリズム及びまたはダイクロイックビームスプリッタの分散設計およびビーム３２の４つの周波数成分の各々が検出器７０の様々な画素に向けて送り出されるように４つの周波数の選択を備えている。電気干渉信号値の４つのアレイが同時に得られ、シングルホモダイン検波法のため本明細書で説明した手順を使用して共役直角位相の振幅のため処理される。
【０１７４】
いくつかの実施形態では、ピンホールアレイビームスプリッタ１１２が基板６０の走査方向に対して反対方向に、かつピンホールアレイビームスプリッタ１１２のピンホールの共役画像が結像される基板６０中または上の一対のスポットと重ね合わされた状態にしておくような速度で走査される。動作のうちのこの走査モードはレチクルステージ、および走査モードで動作するリソグラフィツールのウエーハステージの相対運動に類似している。共焦点顕微鏡システムの共役共焦点ピンホールの伝統的な臨界心合せの問題は存在しない。即ち、参照ビームのアレイを形成するピンホールと測定ビームのアレイを形成するピンホールの位置合せは自動である。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１ａ】１ａは基板により散乱／反射または透過したビームの視野の共役直角位相の微分測定を行うため使用された干渉システムの線図である。
【図１ｂ】１ｂは２周波数発生装置および移相器で動作するように構成されたビーム調整器の概略線図である。
【図１ｃ】１ｃは２周波数発生装置および周波数シフタで動作するように構成されたビーム調整器の概略線図である。
【図２ａ】２ａは共焦点顕微鏡システムの概略線図である。
【図２ｂ】２ｂは反射屈折光学結像システムの概略線図である。
【図２ｃ】２ｃは共焦点顕微鏡システムに使用されたピンホールアレイの概略線図である。
【図２ｄ】２ｄは測定ビームが対象物の上または中の２つの隣接するスポットを照射するため使用される方法を示す概略線図である。
【図２ｅ】２ｅは２つの照射されたスポットからの戻り測定ビームがピンホールビームスプリッタで単一画像に組合される方法を示す概略線図である。
【図２ｆ】２ｆは反射屈折光学レンズの凸状反射面の曲率中心の半径方向変位が直交するように選択される場合の結像スポットの場所を示す概略線図である。
【図３】図３は伝統的な共焦点ピンホールアレイを使用する第三実施形態の概略線図である。
【図４ａ】４ａは近視野干渉共焦点結像システムの概略線図である。
【図４ｂ】４ｂはサブ波長ピンホールアレイの概略線図である。
2006518874.tif 000034
2006518874.tif 000035
2006518874.tif 000036
2006518874.tif 000037
2006518874.tif 000038
2006518874.tif 000039
2006518874.tif 000040
2006518874.tif 000041
【図３】
2006518874.tif 000042
2006518874.tif 000043
2006518874.tif 000044
【国際調査報告】
2006518874.tif 000045