(57)【要約】対象物を測定するための微分干渉共焦点顕微鏡において、線源側ピンホール・アレイと、検出器側ピンホール・アレイと、一方が第１の対物面にあり、他方が、第１の対物面に平行し、かつ第１の対物面から変位した第２の対物面にある２つの位置からなる対応する異なる対に、線源側ピンホール・アレイの個々のピンホールを結像し、それによって第１の対物面に線源側ピンホール・アレイの第１の像と第２の対物面に線源側ピンホール・アレイの第２の像とを生成し、また第１の像からの複数の帰還測定ビームからなる第１のアレイと第２の像からの複数の帰還測定ビームからなる第２のアレイとを検出器側ピンホール・アレイに向けて投影することで、複数の集束ビームからなる第１のアレイと複数の集束ビームからなる第２のアレイとを生成する干渉計とを具備し、検出器側ピンホール・アレイは、第１および第２の集束ビームアレイの視野の結合矩象の違いである視野の結合矩象のアレイを生成する。
2006518487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を測定するための微分干渉共焦点顕微鏡であって、
該顕微鏡は、  線源側ピンホール・アレイと、
検出器側ピンホール・アレイと、
前記対象物が配置されるところに近接した対象物面の前面に位置した複数の点からなる第１アレイスポットと前記対象物の裏側にある複数の点からなる第２アレイスポットとの上に、線源側ピンホール・アレイの複数のピンホールからなるアレイを結像させる干渉計とを具備し、
前記第１および第２アレイスポットは、前記対象物に対して垂線となる方向および前記対象物に対して平行となる方向に沿って互いに変位し、前記干渉計は、前記検出器側ピンホール・アレイの裏側にある第１の像平面に、前記第１アレイスポットを結像すること、および前記検出器側ピンホール・アレイの前面にある第２の像平面に複数の点からなる第２の点・アレイを結像することもおこない、前記結像された複数の点からなる第１アレイスポットの個々の点が、前記撮像された複数の点からなる第２アレイスポットの対応する異なる点と前記検出器側ピンホール・アレイの対応する異なるピンホールとに位置合わせされる、微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項２】
対象物を測定するための微分干渉共焦点顕微鏡であって、
該顕微鏡は、  線源側ピンホール・アレイと、
検出器側ピンホール・アレイと、
一方が第１の対物面にあり、他方が、前記第１の対物面に平行し、かつ前記第１の対物面から変位した第２の対物面にある２つの位置からなる対応する異なる対に、前記線源側ピンホール・アレイの個々のピンホールを結像し、それによって前記第１の対物面に前記線源側ピンホール・アレイの第１の像と前記第２の対物面に前記線源側ピンホール・アレイの第２の像とを生成し、また前記第１の像からの複数の帰還測定ビームからなる第１のアレイと前記第２の像からの複数の帰還測定ビームからなる第２のアレイとを前記検出器側ピンホール・アレイに向けて投影することで、複数の集束ビームからなる第１のアレイと複数の集束ビームからなる第２のアレイとを生成する干渉計とを具備し、
検出器側ピンホール・アレイは、前記第１および第２の集束ビームアレイの視野の結合矩象の違いである視野の結合矩象のアレイを生成する、微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項３】
測定されている対象物が配置されるところの近傍に、第１の対物面と、該第１の対物面から変位し、かつ平行した第２の対物面とを有する、前記対象物を測定するための微分干渉共焦点顕微鏡であって、前記顕微鏡は、
線源側ピンホール・アレイと、
検出器側ピンホール・アレイと、
前記線源側ピンホール・アレイの選択されたピンホールからのビームを受光し、前記受光したビームの第１の部分を前記第１の対物面にある対応している第１の位置上に集束し、前記受光したビームの第２の部分を前記第２の対物面にある対応している第２の位置に集束する干渉計とを具備し、前記干渉計は、前記第１の位置からの第１の帰還ビームと前記第２の位置からの第２の帰還ビームとを受光し、かつ前記第１および第２の帰還ビームの個々の少なくとも一部を前記検出器側ピンホール・アレイの対応するピンポールに集束させることで、前記対応するピンホールに集束した第１および第２の帰還ビームの視野の結合矩象の差を生ずるように、前記干渉計が配置されており、前記選択されたピンホールは、前記線源側ピンホール・アレイの任意のピンホールである、微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項４】
対象物を測定するための微分干渉共焦点顕微鏡であって、該顕微鏡は、
複数のビームからなるアレイを生成するための線源側器側ピンホール・アレイと、
検出器側ピンホール・アレイと、
第１の反射面を提供する第１の光学素子、第２の反射面を提供する第２の光学素子、および前記第１および第２の光学素子のあいだに配置されたビーム・スプリッターを含む干渉計とを具備し、
前記ビーム・スプリッターは、前記入力ビームアレイから、複数の測定ビームからなる第１のアレイと複数の測定ビームからなる第２のアレイとを生成し、
前記第１の反射面が、複数の測定構成からなる第１のアレイを、物空間で第１の対物面上の複数の位置からなる第１のアレイ上に焦点を合わせることに関与し、また前記第２の反射面が、複数の測定構成からなる第２のアレイを、物空間で第２の対物面上の複数の位置からなる第２のアレイ上に焦点を合わせることに関与し、
前記第１および第2の対物面が互いに平行かつ変位しており、
前記第１の測定ビームアレイが前記対象物から複数の帰還ビームからなる第１のアレイを生成し、また前記第２の測定構成アレイが複数の帰還ビームからなる第２のアレイを生成し、
前記第１の反射素子が、前記第１の帰還ビームアレイから、第１の像平面上の複数の点からなる第１アレイスポットに集光する複数の集束ビームからなる第１のアレイを生成することに関与し、また前記第２の反射素子が、前記第２の帰還ビームアレイから、第２の像平面上の複数の点からなる第２アレイスポットに集光する複数の集束ビームからなる第２のアレイを生成することに関与し、
前記第１および第２の像面が前記検出器側ピンホール・アレイに隣接し、かつ反対側にあり、さらに前記検出器側ピンホール・アレイが前記第１および第２の集束ビームアレイを組み合わせて複数の出力ビームからなるアレイを形成する、微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項５】
線源側ピンホール・アレイおよび検出器側ピンホール・アレイの両方として単一のピンホール・アレイが用いられる、請求項４の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項６】
前記第１の光学素子は、前記単一のピンホール・アレイと前記ビーム・スプリッターとの間に位置し、前記第２の光学素子は、使用中に前記対象物が置かれている位置と前記ビーム・スプリッターとの間に位置し、前記第１の反射面は、前記ビーム・スプリッターを通して見られるように対応するコンジュゲートがある曲率中心を持ち、また前記第２の反射面は、第１の反射面の曲率中心の対応する結合体と関連して変位する曲率中心を持つ、請求項５の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項７】
前記ビーム・スプリッターによって定まる平面に対して垂線となる第１の方向および前記ビーム・スプリッターによって定まる平面に対して平行となる第２の方向に、前記第１の反射面の曲率中心と前記第２の反射面の曲率中心との前記コンジュゲートが互いに変位する、請求項６の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項８】
第１の反射面は前記第１の位置アレイ上へ前記ビーム・スプリッターを介して前記第１の測定ビームアレイを焦点を合わせることに関与し、また第２の反射面は、前記第２の位置アレイ上へ前記ビーム・スプリッターを介して前記第２の測定ビームアレイに関与する、請求項７の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項９】
前記第１の反射素子は前記第１の集束ビームアレイの生成に前記ビーム・スプリッターと協働して関与し、前記第２の反射素子は前記第２の集束ビームアレイの生成に前記ビーム・スプリッターと協働して関与する、請求項８の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１０】
前記第１の反射面は、前記対象物上の一点と実質的に同心である、請求項９の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１１】
前記第２の光学素子は、前記対象物とビーム・スプリッターとのあいだに位置する屈折面を設けることで前記対象物からのビームを受光する、請求項９の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１２】
前記第１の反射面は第１の半径を有している球体に実質的に合致し、前記屈折面は第２の半径を有している球体に実質的に合致し、前記第１の半径が第２の半径より大きい、請求項１１の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１３】
前記第１の光学素子は、前記ビーム・スプリッターと前記単一のピンホール・アレイとのあいだに位置する屈折面を設ける、請求項９の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１４】
前記第２の反射面は、前記単一のピンホール・アレイ上の像点と実質的に同心である、請求項９の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１５】
前記第２の反射面は第１の半径を有している球体に実質的に合致し、前記屈折面は第２の半径を有している球体に実質的に合致し、前記第１の半径が第２の半径より大きい、請求項１３の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１６】
前記単一のピンホール・アレイが二次元アレイである、請求項９の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１７】
前記二次元アレイが均等に離間した複数のホールからなる、請求項１６の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１８】
前記均等に離間した複数のホールが円形アパーチャである、請求項１７の微分干渉共焦点顕微鏡。
【請求項１９】
前記第１および第２の対物面が微分共焦干渉計顕微鏡の縦解像度のオーダーで互いに離間している、請求項９の微分干渉共焦点顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉共焦点顕微鏡に関する。
【０００２】
この出願は、米国仮出願第６０／４４８，３６０号（２００３年２月１９日出願）の恩恵を主張する。
【背景技術】
【０００３】
微分共焦点顕微鏡には多数の異なる形態がある。一微分形式では、ノマルスキー顕微鏡は、像平面に重ね合わされた２つの画像の電子干渉シグナルに対応している視野の結合矩象の一成分を測定する。別の微分形式では、暗視野の結合矩象は、一度に一点で測定される。別の微分形式では、２つの画像に対応している２つの視野の個々の結合矩象は、一度に一点で像平面に重畳される。公有の「「トランスバース微分干渉計共焦点顕微鏡」と題された米国特許仮出願題６０／４４７，２５４号（ＺＩ−４０）および「トランスバース微分干渉共焦点顕微鏡」と題された米国特許出願第………号（２００４年３月１３日出願）（ＺＩ−４０）（両方ともＨｅｎｒｙ  Ａ．  Ｈｉｌｌによる）では、どのようにトランスバース微分干渉共焦点顕微鏡を実施するかが教示されている。ここに本明細書の一部を構成するものとして特許出願の内容を援用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、先行技術や引用米国特許仮出願および引用米国特許のいずれも、視野の結合矩象のアレイが共同で測定され、個々の結合矩象の構成要素が共同で測定され、個々の結合矩象は、基板面で一対の場所からその後散在／反射されるビームを集束する視野の結合矩象の違いを表し、一対の位置によって、その後散在／反射もしくは送られる集束ビームは基板面よりも上に位置する像平面に焦点が合わせられ、また一対の位置によって、その後散在／反射もしくは送られる第２の集束ビームは基板面よりも下に位置する像平面に焦点が合わせられる微分干渉共焦点顕微鏡をどのように実行するが教示されていない。
【０００５】
また、先行技術は、視野の結合矩象アレイが共同で測定され、各結合矩象の成分が共同で測定され、個々の結合矩象が基板面で一対の位置からその後散在／反射されるビームを集束する視野の結合矩象を表し、またその後一対の位置から散在／反射された集束ビームのうちの１つが基板面より上に位置する像平面に焦点が合わせられる一方で、一対の位置によって、その後散在／反射もしくは送られる第２の集束ビームが基板面よりも下に位置する像平面に焦点が合わせられ、さらに結合矩象のアレイの結合矩象の公称値がゼロ、すなわち、測定されてい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実行する方法を教示していない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、干渉共焦点顕微鏡システムから構成されるもので、該システムでは、視野の結合矩象アレイが共同で測定され、各結合矩象の成分が共同で測定され、個々の結合矩象が基板面で一対の位置からその後散在／反射されるビームを集束する視野の結合矩象を表し、一対の位置によって、その後散在／反射もしくは送られる集束ビームのうちの１つは基板面より上に位置する像平面に焦点が合わせられ、またその後一対の位置から散在／反射された第２の集束ビームは基板面よりも下に位置する像平面に焦点が合わせられ、さらに、結合矩象のアレイの結合矩象の公称値は、単一システム・パラメーターを制御することによってゼロとなる設定として調整することが可能である。
【０００７】
一般に、一態様では、本発明は対象物を測定するための微分干渉共焦点顕微鏡を特徴とする。この顕微鏡は、線源側ピンホール・アレイと、検出器側ピンホール・アレイと、干渉計とを有するもので、該干渉計は、対象物が配置されるところに近接した対象物面の前面に位置した複数の点からなる第１アレイスポットと対象物の裏側にある複数の点からなる第２アレイスポットとの上に、線源側ピンホール・アレイの複数のピンホールからなるアレイを結像させる。第１および第２アレイスポットは、対象物に対して垂線となる方向および対象物に対して平行となる方向に沿って互いに変位する。干渉計は、検出器側ピンホール・アレイの裏側にある第１の像平面に、第１アレイスポットを結像すること、および検出器側ピンホール・アレイの前面にある第２の像平面に数の点からなる第２アレイスポットを結像することもおこなう。ここでは、結像された複数の点からなる第１アレイスポットの個々の点が、撮像された複数の点からなる第２アレイスポットの対応する異なる点と検出器側ピンホール・アレイの対応する異なるピンホールとに位置合わせされる。
【０００８】
一般に、別の態様では、対象物を測定するための微分干渉共焦点顕微鏡を特徴とする。この顕微鏡は、線源側ピンホール・アレイと、検出器側ピンホール・アレイと、干渉計とを有するもので、該干渉計は、２つの位置からなる対応する異なる対に、線源側ピンホール・アレイの個々のピンホールを結像し、一方が第１の対物面にあり、他方が、第１の対物面に平行し、かつ第１の対物面から変位した第２の対物面にあることで、物面に線源側ピンホール・アレイの第１の像と第２の対物面に線源側ピンホール・アレイの第２の像とを生成させる。また、この干渉計は、第１の像からの複数の帰還測定ビームからなる第１のアレイおよび前記第２の像からの複数の帰還測定ビームからなる第２のアレイを、検出器側ピンホール・アレイに投影して、複数の集束ビームからなる第１のアレイと複数の集束ビームからなる第２のアレイとを生成する。ここで、検出器側ピンホール・アレイは、前記第１および第２の集束ビームアレイの視野の結合矩象の違いである視野の結合矩象のアレイを生成する。
【０００９】
一般に、さらに別の態様では、本発明は、対象物を測定するための微分干渉共焦点顕微鏡を特徴とする。この顕微鏡は、測定されている対象物が配置されるところの近傍に、第１の対物面と、該第１の対物面から変位し、かつ平行した第２の対物面とを有する。上記顕微鏡は、線源側ピンホール・アレイと、検出器側ピンホール・アレイと、前記線源側ピンホール・アレイの選択されたピンホールからのビームを受光し、前記受光したビームの第１の部分を前記第１の対物面にある対応している第１の位置上に集束し、前記受光したビームの第２の部分を前記第２の対物面にある対応している第２の位置に集束する干渉計とを具備する。この干渉計は、さらに、前記第１の位置からの第１の帰還ビームと前記第２の位置からの第２の帰還ビームとを受光し、かつ前記第１および第２の帰還ビームの個々の少なくとも一部を前記検出器側ピンホール・アレイの対応するピンポールに集束させることで、前記対応するピンホールに集束した第１および第２の帰還ビームの視野の結合矩象の差を生ずるようにして、配置されており、選択されたピンホールは、前記線源側ピンホール・アレイの任意のピンホールである。
【００１０】
一般に、さらに別の態様では、本発明は、対象物を測定するための微分干渉共焦点顕微鏡を特徴とする。この顕微鏡は、複数の入力ビームからなるアレイを生成するための線源側ピンホール・アレイと、検出器側ピンホール・アレイと、干渉計とを具備する。この干渉計は、第１の反射面を提供する第１の光学素子、第２の反射面を提供する第２の光学素子、および前記第１および第２の光学素子のあいだに配置されたビーム・スプリッターを含む。前記ビーム・スプリッターは、前記入力ビームアレイから、複数の測定ビームからなる第１のアレイと複数の測定ビームからなる第２のアレイとを生成し、前記第１の反射面が、複数の測定構成からなる第１のアレイを、物空間で第１の対物面上の複数の位置からなる第１のアレイ上に焦点を合わせることに関与し、また前記第２の反射面が、複数の測定構成からなる第２のアレイを、物空間で第２の対物面上の複数の位置からなる第２のアレイ上に焦点を合わせることに関与し、前記第１および第２の対物面が互いに平行かつ変位している。さらにまた、前記第１の測定ビームアレイが前記対象物から複数の帰還ビームからなる第１のアレイを生成し、また前記第２の測定構成アレイが複数の帰還ビームからなる第２のアレイを生成し、前記第１の反射素子が、前記第１の帰還ビームアレイから、第１の像平面上の複数の点からなる第１の点・アレイに集光する複数の集束ビームからなる第１のアレイを生成することに関与し、また前記第２の反射素子が、前記第２の帰還ビームアレイから、第２の像平面上の複数の点からなる第２の点・アレイに集光する複数の集束ビームからなる第２のアレイを生成することに関与する。前記第１および第２の像面が前記検出器側ピンホール・アレイに隣接し、かつ反対側にあり、さらに前記検出器側ピンホール・アレイが前記第１および第２の集束ビームアレイを組み合わせて複数の出力ビームからなるアレイを形成する。
【００１１】
他の実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含む。一つのピンホール・アレイは、線源側ピンホール・アレイおよび検出器側ピンホール・アレイの両方として用いられる。前記第１の光学素子は、前記単一のピンホール・アレイと前記ビーム・スプリッターとの間に位置し、前記第２の光学素子は、使用中に前記対象物が置かれている位置と前記ビーム・スプリッターとの間に位置し、前記第１の反射面は、前記ビーム・スプリッターを通して見られるように対応するコンジュゲートがある曲率中心を持ち、また前記第２の反射面は、第１の反射面の曲率中心の対応する結合体と関連して変位する曲率中心を持つ。より詳しくは、前記ビーム・スプリッターによって定まる平面に対して垂線となる第１の方向および前記ビーム・スプリッターによって定まる平面に対して平行となる第２の方向に、前記第１の反射面の曲率中心と前記第２の反射面の曲率中心との前記コンジュゲートが互いに変位する。第１の反射面は前記第１の位置アレイ上へ前記ビーム・スプリッターを介して前記第１の測定ビームアレイをフォーカシングすることに関与し、また第２の反射面は、前記第２の位置アレイ上へ前記ビーム・スプリッターを介して前記第２の測定ビームアレイに関与する。前記第１の反射素子は前記第１の集束ビームアレイの生成に前記ビーム・スプリッターと協働して関与し、前記第２の反射素子は前記第２の集束ビームアレイの生成に前記ビーム・スプリッターと協働して関与する。前記第１の反射面は、前記対象物上の一点と実質的に同心である。前記第２の光学素子は、前記対象物とビーム・スプリッターとのあいだに位置する屈折面を設けることで前記対象物からのビームを受光する。前記第１の反射面は第１の半径を有している球体に実質的に合致し、前記屈折面は第２の半径を有している球体に実質的に合致し、前記第１の半径が第２の半径より大きい。上記第１の光学素子は、ビーム・スプリッターと単一のピンホール・アレイとのあいだに屈折面を設ける。前記第２の反射面は、前記単一のピンホール・アレイ上の像点と実質的に同心である。前記第２の反射面は第１の半径を有している球体に実質的に合致し、前記屈折面は第２の半径を有している球体に実質的に合致し、前記第１の半径が第２の半径より大きい。前記単一のピンホール・アレイが二次元アレイである。より詳しくは、前記二次元アレイが均等に離間した複数のホールからなり、均等に離間した複数のホールが円形アパーチャである。前記第１および第２の対物面が微分共焦干渉計顕微鏡の縦解像度のオーダーで互いに離間している。
【００１２】
本発明の少なくとも一実施形態の利点は、基板面上の一対の位置によって散乱／反射または送られるビームの視野は、単一の共焦ピンホールによって生成する。
【００１３】
本発明の少なくとも一実施形態の利点は、基板上で一対の位置によって散乱／反射または送られるビームの視野の測定結合矩象に対応している電気的干渉シグナルの生成で使用される複数の基準ビームからなるアレイの基準ビーム成分が一致するということである。
【００１４】
本発明の少なくとも一実施形態の利点は、基板面上の一対の位置で散乱／反射または送られる測定構成成分によって生成されるバックグラウンドビーム成分が一つの共焦ピンホールで実質的に一致する。
【００１５】
本発明の少なくとも一実施形態の利点は、基板面上の一対の位置で散乱／反射または送られるビームの視野の空間的フィルタリングが一つの共焦ピンホールによって実行されるということである。
【００１６】
本発明の少なくとも一実施形態の利点は、基板面に関する情報が暗視野モードで作動している干渉計共焦画像処理システムで得られるということである。
【００１７】
本発明の少なくとも一実施形態の利点は、基板面に関する情報が減少した系統的かつ統計的エラーで得られるということである。
【００１８】
入力ビームの強度を検出器システムの飽和なしでかなり増加させることができるので、本発明の少なくとも一実施形態の利点はスループットの重要な増加の生成である。
【００１９】
本発明の少なくとも一実施形態の利点は基板面の一対の位置によって散乱／反射または送られるビームの視野の結合矩象のアレイが共同で測定されるということであり、各結合矩象の成分を共同で測定することができる。
【００２０】
本発明の少なくとも一実施形態の利点は、情報が基板面の上で副波長アーティファクトのクリティカルな大きさおよび位置について得られるということである。
【００２１】
本発明の少なくとも一実施形態の利点は、情報が基板面の上で副波長欠陥の大きさおよび欠陥について得られるということである。
【００２２】
本発明の少なくとも一実施形態の利点は、情報が基板面のプロフィールの縦デリバティブについて得られることができるということである。
【００２３】
本発明の少なくとも一実施形態の利点は、情報が基板面の一次元および二次元のプロフィールについて得られることができるということである。
【００２４】
本発明の少なくとも一実施形態の利点は１００ナノメートルのオーダーの位置分解能による基板面プロフィールの縦勾配のそのイメージングと、２００ナノメートルのオーダーの縦解像度はｍｍのオーダーの作動距離で得ることができる。
【００２５】
本発明の１種類以上の実施形態の詳細は、添付図面および下記説明で述べられる。本発明の他の特徴、目的、および長所は、説明および図面、さらに請求の範囲から明らかである。
【００２６】
一般に、視野の結合矩象アレイは、干渉図的に、個々の結合矩象が基板面上の一対の位置によって散乱／反射または送られる集束ビームの視野の結合矩象の差を含む微分共焦点干渉計および検出器システムで測定される。一対の位置によって散乱／反射または送られる集束ビームの１つは基板面より上に位置する第１の像平面内の一点に集束し、一対の位置によって散乱／反射または送られる集束ビームの他のものは基板面の下に位置する第２の像面内の点に集束する。結合矩象アレイは共同で測定される。すなわち、同時に、各結合矩象の成分を共同で測定することが可能である。第１の像面と第２の像面の分離は、微分共焦点干渉計および検出器システムの縦解像度のオーダーによる。個々の一対の位置は、名目上基板面に接触する方向で、一般に微分共焦点干渉計および検出器システムの横解像度のオーダーの相対的な変位を有する。基板面によって散乱／反射または送られる集束ビームの相対的な位相を、単一システム・パラメーターの制御によって、セットとして調整することが可能であることから、結合矩象のアレイの結合矩象は名目上ゼロ、すなわち情報が暗視野モードで作動している干渉計および検出器システムで基板面について得られる。暗視野モードの作動は、情報における系統的および統計エラーの減少とともにスループットの増加をもたらす。情報は、基板面の一次元および二次元の縦プロフィールおよび基板面のプロフィールの一次元および二次元の縦デリバティブと、基板上のクリティカルな大きさの造作（フィーチャー）およびアーティファクトを含むものであってもよい。
【００２７】
一実施形態において、干渉共焦点結像系の像平面は、基板面の２つの像の重畳を含み、２つの重畳された像の個々が基板面上の一位置の部分的に脱焦点化された像に対応するとともに、２つの部分的に脱焦点化された像が個々と関連して横方向に変位する。重畳された像を表す視野の結合矩象アレイを共同で測定し、また各結合矩象の成分を共同で測定してもよい。一般に結合矩象のアレイの結合矩象に対応している基板面の個々の一対の位置は、結像されたセクションの面に対して名目上接線方向に沿って干渉共焦点結像系における横解像度の３倍のオーダーの横方向相対変位を有する。基板面の部分的に脱焦点化された像を生成しているビームの像平面の縦方向の分離は、干渉共焦点結像系の縦解像度のオーダーである。視野のそれぞれの結合矩象は、視野のＸ（ψ）がａｃｏｓψである場合、ａｓｉｎψである。
【００２８】
別の実施形態では、基板面上の一対の位置で後に散乱／反射または送られるビームの相対的な位相を、一つの共焦点結像系パラメーターによって調整可能であることから、個々の一対の位置からの散乱／反射または送られるビームの視野の結合矩象アレイの結合矩象は、名目上ゼロ、すなわち、暗視野モードで作動している干渉計結像系で、基板面についての情報が得られる。
【００２９】
暗視野モードの作動は、情報での系統的および統計的エラーの減少につながる。暗視野モードで作動するとき、副波長アーティファクトを等方基板内に、さもなければ部分的に、含んでいる個々の一対の位置から散乱／反射または送られているビームの視野の測定された結合矩象は、基準副波長アーティファクトに関連した副波長アーティファクトのみに関する情報を表す。基準アーティファクトは、等方基板面の特性を有するか、もしくは局所的に有するとともに、その大きさはアーティファクトのものに類似している。したがって、測定される特性は基板上での副波長アーティファクトのクリティカルな大きさおよび位置についての情報を含む。
【００３０】
また、暗視野モードで作動する場合、個々の一対の位置から散乱／反射または送られているビームの視野の測定された結合矩象は、等方基板面に、さもなければ局所的に、副波長欠陥を含むもので、該結合矩象は基準副波長欠陥と関連して副波長欠陥だけに関する情報を表す。基準欠陥は、さもなければ等方性の基質面の特性を有し、また欠陥のものと類似した寸法を有する。したがって、測定される特性は基板の上で副波長欠陥の大きさおよび位置についての情報を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の態様を取り込んだ実施形態についての概要をまず説明する。実施形態は、シングル、ダブル、バイ、またはクワッド・ホモダイン検波方式と、基板面上の第１の位置セットからなるアレイの部分的に脱焦点化された像とのいずれかを使用する縦干渉計システムから構成され、基板面の位置の第２セットからなるアレイの部分的に脱焦点化された像は、縦干渉計システムの像平面に重畳される。基板面上の位置の第１および第２セットの対応する位置を含んでいる位置の複数対間の横間隔は、縦干渉計システムの横解像度上の大きさの少なくとも３倍である。基板面の部分的に脱焦点化された像を生成するビームの像平面の縦分離は、縦干渉計システムの縦解像度のオーダーである。位置の１対２マッピングが、一対の位置をなす２つの位置に対する重畳像空間内にある。
【００３２】
図１ａに縦干渉計システムを図示する。このシステムは、概ね符号１０で示される干渉計、線源１８、ビーム調節装置２２、検出器７０、電子処理および制御装置８０、ならびに測定対象物または基板６０を含む。線源１８およびビーム調節装置２２は、１種類以上の周波数成分を含む入力ビーム２４を生成する。線源１８はパルス線源である。入力ビーム２４の２つ以上の周波数成分が、空間内で同一の広がりを持ち、同一の一時的ウィンドウ機能を持つことが可能である。
【００３３】
参照および測定ビームは、ビーム２４の周波数成分の個々に対して、干渉計１０で発生する。干渉計１０で発生する測定ビームは、ビーム２８の１つの成分であって、部分的に脱焦点化された複数の像からなる複数の対のアレイを形成するために、基板６０の表面上に部分的に脱焦点化された像を結像する。ビーム２８は、基板６０の表面で部分的に脱焦点化された複数の像からなる複数の対のアレイで反射／散乱または送られたビーム２８の測定ビーム成分によって生成される帰還反射／散乱測定ビームを含む。干渉計１０は、脱焦点化された複数の像の対からなるアレイで反射／散乱または送られるビーム２８成分の２つのアレイに対応する帰還測定ビーム成分の２つのアレイを重畳することで、ビーム２８の帰還測定構成成分の重畳像からなる単一のアレイを形成する。ビーム２８の帰還測定ビーム成分は、出力ビーム３２を形成するために、干渉計１０で基準ビームとその後結合される。
【００３４】
出力ビーム３２は、電気的干渉シグナル７２を生成するために、検出器７０によって検出される。検出器７０は、ビーム３２の基準および帰還測定ビーム成分の共通偏光化状態を選択することで、混合ビームを形成するアナライザーを含むものであってもよい。あるいは、ビーム３２が混合ビームであるように、干渉計１０は基準および帰還測定ビーム成分の共通偏光化状態を選択するためにアナライザーを含むことが可能である。
【００３５】
２つの異なるモードを、電気的干渉シグナル７２の獲得について説明する。後述する第１のモードは、ステップおよび凝視モードであり、ここでは基板６０は、像情報が求められる位置に対応している固定位置間に段付けされる。第２のモードは、走査方式である。基板６０の一次元および二次元の表面プロフィールを生成するためのステップおよび凝視モードでは、ウエハー・チャック８４／ステージ９０に載せられた基板６０がステージ９０によって、トランスレートされる。ステージ９０の位置は、電子処理および制御装置８０からのサーボ制御シグナル７８によってトランスデューサ８２で制御される。ステージ９０の位置は、計測学システム８８で測定され、計測学システム８８によって得られる位置情報は、電子処理および制御装置８０に送られ、ステージ９０の位置制御で使用するための誤差シグナルを生成する。計測学システム８８は、例えば線形変位と角変位干渉計およびキャップ・ゲージとを含むものであってもよい。
【００３６】
電子処理および制御装置８０は所望の位置にウエハステージ９０をトランスレートし、一組の４電気的干渉シグナル値を得る。４つの電気的干渉シグナルのシーケンスを獲得した後、電子処理および制御装置８０は、ステージ９０の次の所望の位置に対する手順を繰り返す。基板６０の上昇および角度方向は、トランスデューサ８６Ａおよび８６Ｂで制御される。
【００３７】
電気的干渉シグナルを獲得するための第２のモードを次に説明する。ここでは、電気的干渉シグナル値が、１つ以上の方向に沿って走査されるステージ９０の位置により、得られる。走査モードでは、線源１８を、シグナル処理および制御装置８０からシグナル９２による制御で、時々パルス化する。線源１８を、像情報が求められる基板６０上および／または位置で共焦ピンホールの結合像または検出器７０のピクセルの登録に対応させて、時々パルス化する。
【００３８】
第１の実施形態の第３の変型として線源１８によって生成されるビームパルスτρ1の持続時間もしくは「パルス幅」に対する制限がある。パルス幅τρ1は、走査方向の空間解像度に対する限界値を、以下の下限に部分的に制御するパラメーターである。
【００３９】
【数１】
2006518487.tif 000003
ここで、Ｖは走査速度である。例えば、τρ1値＝５０ｎｓｅｃおよび走査速度Ｖ＝０．２０ｍ／ｓｅｃによって、走査方向の空間解像度限界値τρ1Ｖは、以下のようになる。
【００４０】
【数２】
2006518487.tif 000004
パルス幅τρ1は、バイおよびクワッド・ホモダイン検波方式で用いうる最小周波数差も決定する。結合矩象視野間の干渉による電気的干渉シグナルに寄与させない目的で、最小周波数空間Δｆminは、以下の式で表される。
【００４１】
【数３】
2006518487.tif 000005
例えば、τρ1＝５０ｎｓｅｃ、１／τρ1＝２０ＭＨｚ。
【００４２】
いくつかの実施形態では、入力ビーム２４の周波数は、出力ビーム３２の基準および帰還測定ビーム成分間の所望の位相シフトを生ずる周波数に対応するために、シグナル処理および制御装置８０からのシグナル７４および／または９２によって制御される。あるいは、他のいくつかの実施形態では、入力ビーム２４の基準および測定ビーム成分の相対的位相がシグナル処理および制御装置８０からのシグナル７４および／または９２によって制御され、出力ビーム３２の基準および帰還測定ビーム成分間の所望の位相装置に対応する。第一のモード、すなわちステップおよび疑視モードでは、４つの位相シフト値からなるセットに対応する４つの電気的干渉シグナル値からなる複数のアレイの複数のセットの個々が、シングルおよびバイ・ホモダイン検波方式について検出器７０の単一ピクセルによって、クワッドホモダイン検波方式ついて検出器７０の２ピクセルによって、さらにダブル・ホモダイン検波方式について検出器７０の４ピクセルによって、生成される。電気的干渉シグナルを獲得するための第２のモードにおいて、４つの電気的干渉シグナル値からなる対応セットの個々が、４種類のホモダイン検波方式の個々について、検出器７０の４通りの異なるピクセルの結合セットによって、生成される。したがって、獲得の第１のモードでは、ダブル、バイおよびクワッド・ホモダイン検波方式について、ピクセル効率の違いは、シグナル処理および制御装置８０によるシグナル処理で補償される。獲得の第２のモードでは、ホモダイン検波方式に関する以下の説明に記述されるように、ピクセル効率の差と共焦点ピンホール・アレイのピンホールのサイズの差とが、シグナル処理および制御装置８０による信号処理で補償される。電気的処理および制御装置８０によって生ずる視野の結合矩象の共同測定は、続いてバイおよびクワッド・ホモダイン検波方式に関する説明で記述される。
【００４３】
実際には、既知の位相シフトは、２つの異なる技術によって出力ビーム３２の基準および測定ビーム成分の間で導入される。１つの技術では、位相シフトは線源１８とビーム調節装置２２とによって少なくとも２つの周波数成分の個々について、それぞれ電子処理および制御装置８０から送られるシグナル９２および７４によって制御されて、基準および測定ビーム成分の間で導入される。第２の技術では、線源１８による入力ビーム２４の周波数成分に導入される周波数シフトの結果としての少なくとも２つの周波数成分と、それぞれ電子処理および制御装置８０から送られるシグナル９２および７４によって制御されるビーム調節装置２２との個々に対して、位相シフトが基準および測定ビーム成分の間で導入される。
【００４４】
線源１８とビーム調節装置２２とが異なる実施形態の入力ビーム必要条件を満たすように構成するための異なる方法がある。図１ｂを参照すると、ここではビーム調節装置２２が二周波数生成装置および位相装置として構成されており、また線源１８は、一周波数成分を持つビーム２０を生成するように構成されている。
二周波数生成装置および位相装置構成は、音響光学的変調装置１０２０、１０２６、１０６４、および１０６８と、偏光ビーム・スプリッター１０３０、１０４２、１０４４、および１０５６と、位相装置１０４０および１０５２と、半波長位相遅延板１０７２および１０７４と、非偏光ビーム・スプリッター１０７０と、ミラー１０３６，１０３８、１０５０，１０５４、および１０５６とを含む。
【００４５】
入力ビーム２０は、図１ｂの平面と平行する偏光面によって音響光学的変調装置１０２０のに入射する。ビーム２０の第１の部分は、音響光学的変調装置１０２０によってビーム１０２２として回折し、次に音響光学的変調装置１０２６によって、図１ｂの平面に対して平行な偏光を持つビーム１０２８として回折される。ビーム２０の第２の部分は、図１ｂの平面に対して平行な偏光面を持つ非回折ビーム１０２４として送られる。ビーム２０の第２の部分は、図ｌｂの平面と平行する偏光面を有している非回析されたビーム１０２４として送られる。音響光学的変調装置１０２０に対する音響出力は、ビーム１０２２および１０２４が名目上同じ強度を有するように調節される。
【００４６】
音響光学的変調装置１０２０および１０２６は、異方ブラッグ回折型または等方性ブラッグ回折型のいずれかである。音響光学的変調装置１０２０および１０２６によって導入される周波数シフトは、同一記号のものであり、入力ビーム２４の２つの周波数成分間での所望の周波数シフトの１／４に等しい。また、ビーム１０２８の伝搬方向は、ビーム１０２４の伝搬方向と平行する。
【００４７】
ビーム１０２４は、図１ｂの平面に対して平行な偏光を持つビーム１０８２として、音響光学的変調装置１０６４および１０６８によって、回折する。音響光学的変調装置１０６４および１０６８は、異方ブラッグ回折型または等方性ブラッグ回折型のいずれかである。音響光学的変調装置１０６４および１０６８によって導入される周波数シフトは、同一記号のものであり、入力ビーム２４の２つの周波数成分間での所望の周波数シフトの１／４に等しい。また、ビーム１０８２の伝搬方向は、ビーム１０２４の伝搬方向と平行する。
【００４８】
ビーム１０２８および１０８２は、半波長位相遅延板１０７２および１９７４にそれぞれ入射し、ビーム１０７６および１０７８として送られる。半波長位相遅延板１０７２および１９７４は、ビーム１０７６および１０７８の偏光面が図１ｂの平面に対して４５度となるように配向されている。図１ｂの平面に対して平行に偏光したビーム１０７６および１０７８の成分は、干渉計１０での測定構成成分として用いられ、さらに図１ｂの平面に対して直角に偏光したビーム１０７６および１０７８の成分は干渉計１０の基準ビーム成分として用いられる。
【００４９】
続けて図１ｂを参照すると、ビーム１０７６は偏光ビーム・スプリッター１０４４に入射し、測定および基準構成成分が個々ビーム１０４６および１０４８としてそれぞれ伝搬および反射される。測定ビーム成分１０４６は、ミラー１０５４で反射された後、ビーム１０５８の測定ビーム成分として偏光ビーム／スプリッター１０５６によって送られる。基準ビーム成分１０４８は、ミラー１０５０で反射し位相装置１０５２によって送られ、ビーム１０５８の基準ビーム成分として偏光ビーム・スプリッター１０５６によって反射される。ビーム１０５８は、ビーム・スプリッター１０７０に入射し、その一部がビーム２４の一部として反射される。
【００５０】
ビーム１０７８は、偏光ビーム・スプリッター１０３０に入射し、個々の測定および基準ビーム成分として、ビーム１０３２および１０３４として、それぞれ伝搬および反射される。測定ビーム成分１０３２は、ミラー１０３６による反射の後、ビーム１０６０の測定ビーム成分として偏光ビーム・スプリッター１０４２によって、送られる。基準ビーム１０３４は、ミラー１０３８によって反射され、位相装置１０４０によって送られた後、ビーム１０６０の基準ビーム成分として偏光ビーム・スプリッター１０４２によって反射される。ビーム１０６０は、ビーム・スプリッター１０７０に入射し、その一部がミラー１０５６による反射の後に、ビーム２４の成分として送られる。
【００５１】
位相装置１０５２および１０４０は、電子処理および制御装置８０（図１ａ参照）からのシグナル７４にもとづいて  個々の基準および測定ビーム間の位相シフトをもたらす。個々の位相シフトのスケジュールついては、ホモダイン検出方式についての説明のところで後述する。位相装置１０５２および１０４０は、例えばプリズムおよび圧電変換器を有する光学機械的な型、あるいは電気光学的モジュレータ型であってもよい。
【００５２】
ビーム調節装置２２の二周波数生成装置および位相シフト構成を出るビーム２４は、１つの周波数を持つ１つの基準ビームおよび測定ビーム、第２の周波数成分を持つ第２の基準ビームおよび測定構成、ならびに電子処理および制御装置８０によって制御される基準ビームおよび測定ビームの相対的な位相を有する。
【００５３】
異なる実施形態の入力ビーム必要条件を満たす線源１８およびビーム調節装置２２を構成する異なる方法の説明を、図１ｃを参照しながら続ける。この図では、ビーム調節装置２２は、二周波数生成装置と周波数シフターとして構成される。二周波数生成装置および周波数−シフター構成は、音響光学的変調装置１１２０、１１２６、１１３０、１１３２、１１４２、１１４６、１１５０、１１５４、１０５８、および１０６２と、ビーム・スプリッター１１６８と、ミラー１１６６とから構成される。
【００５４】
線源１８は、一つの周波数成分でビーム２０を生成するように構成される。ビーム２０は、図１ｃの平面と平行する偏光の平面による音響光学的変調装置１１２０に入射する。ビーム２０の第１の部分はビーム１１２２として、音響光学的変調装置１１２０によって回折され、次に図１ｃの平面に対して平行な偏光を持つビーム１１２８として音響光学的変調装置１１２６によって回折される。ビーム２０の第２の部分は、図１ｃの平面と平行する偏光の平面を有している非回析ビーム１１２４として送られる。ビーム１１２２と１１２４とが名目上同じ強度を有するように、音響光学的変調装置１１２０に対する音響出力を調整する。
【００５５】
音響光学的変調装置１１２０および１１２６は、異方ブラッグ回折型または等方性ブラッグ回折型のいずれであってもよい。音響光学的変調装置１１２０および１１２６によって導入される周波数シフトは、同一記号のものであり、干渉計１０内で、周波数シフトに等しい周波数での相対変化を呈する対応の基準ビームおよび測定ビーム間での相対的π／２位相シフトを生成する周波数シフトΔｆの１／２に等しい。ビーム１１２８の伝搬方向は、ビーム１１２４の伝搬方向と平行する。
【００５６】
図１ｃにより続けると、ビーム１１２８は音響光学的変調装置１１３２に入射し、電子処理および制御装置８０からの制御シグナル７４（図１ａ参照）にもとづいて、ビーム１１３４として音響光学的変調器１１３２により回折されるか、もしくはビーム１１３６として音響光学的変調装置１１３２によって回折される。ビーム１１３４が生成されると、ビーム１１３４が音響光学的変調装置１１４２、１１４６、および１１５０によって、ビーム１１５２の周波数シフトされたビーム成分として、回折する。音響光学的変調装置１１３２、１１４２、１１４６、および１１５０によって誘導される周波数シフトは、すべて同一方向であり、大きさがΔｆ／２に等しい。したがって、音響光学的変調装置１１３２、１１４２、１１４６、および１１５０によって導入される正味周波数シフトは、±２Δｆであり、干渉計１０で個々の基準および測定ビーム間でπ位相シフトを生成する。音響光学的変調装置１１２０、１１２６、１１３２、１１４２、１１４６、および１１５０によって導入される正味周波数シフトは、Δｆ±２Δｆであり、干渉計１０で個々の基準および測定ビーム間でπ／２±π位相シフトを生成する。
【００５７】
ビーム１１３６が生成されると、ビーム１１３６は、ビーム１１２８と比較してビーム１１５２の非周波数シフトビーム成分として、電子処理おおび制御装置８０からの制御シグナル７４にもとづいて、音響光学的変調装置１１５０によって送られる。音響光学的変調装置１１２０、１１２６、および１１５０によって生じた周波数シフトは、Δｆであり、干渉計１０で個々の基準および測定ビーム間でπ／２の位相シフトを生成する。
【００５８】
ビーム１１２４が音響光学的変調装置１１３０に入射し、電子処理および制御装置８０からの制御シグナル７４にもとづいて、ビーム１１４０として音響光学的変調装置１１３０によって回折されるか、もしくはビーム１１３８として、音響光学的変調装置１１３０から送られる。ビーム１１４０が生成される場合、ビーム１１４０は音響光学的変調装置１１５４、１１５８、および１１６２によって、ビーム１１６４の周波数シフト構成成分として回折される。音響光学的変調装置１１３０、１１５４、１１５８、および１１６２は、すべて同一方向にあり、±Δｆ／２に等しい。したがって、音響光学的変調装置１１３０、１１５４、１１５８、および１１６２によって誘導される正味周波数シフトは、±Δｆ／２であり、干渉計１０を通過する際に個々の基準および測定ビーム間の相対的位相シフトπを生ずる。音響光学的変調装置１１２０、１１３０、１１５４、１１５８、および１１６２によって生じた正味周波数シフトは、±Δｆ／２であり、干渉計１０通過の際に個々の基準および測定ビーム間で±πの位相シフトを生成する。
【００５９】
ビーム１１３８が生成されると、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処理および制御装置８０から制御シグナル７４にもとづいて、音響光学的変調装置１１６２によって送られる。音響光学的変調装置  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を通過する際に相対的な基準および測定ビーム間での相対的位相シフトがゼロとなる。
【００６０】
実施形態が入力ビームに対して空間的に分離された基準および測定ビームを必要とする場合、ビーム１１５２および１１６４を、直接入力ビーム２４として用いることが可能である。実施形態が同一の広がりを持つ基準および測定ビームを入力ビームとして必要とする場合、ビーム１１５２および１１６４は次にビーム・スプリッター１１６８と組み合わさってビーム２４を形成する。音響光学的変調装置１１２０、１１２６、１１３０、１１３２、１１４２、１１４６、１１５０、１１５４、１０５８、および１０６２は、異方ブラッグ回折型または等方性ブラッグ回折型のいずれであってもよい。ビーム１１５２および１１６４の両方は、異方ブラッグ回折型または等方性ブラッグ回折型のいずれかに対して、図１ｃの平面でともに偏光し、ビーム・スプリッター１１６８は非偏光型である。
【００６１】
異なる実施形態での入力ビームに合致するために線源１８およびビーム調節装置２２を構成する異なる方法の説明を続けることで、線源１８は好ましくはパルス線源を含む。ビームパルス線源を生成するための異なる方法が数多くある（「レーザ」（“Ｌａｓｅｒｓ”）と題されたＷ．  Ｓｉｌｆｖａｓｔの論文：  Ｃｈａｐｔｅｒ  １１，Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ，１，１９９５（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）を参照せよ）。線源１８の個々のパルスは、一つのパルスまたは連発パルス（例えばモード・ロックＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザーによって生成されたもの）を含むものであってもよい。一つのパルス・トレーンを本明細書ではパルス配列とし、パルスおよびパルス配列を本明細書では同義的に使用している。
【００６２】
線源１８は、いくつかの実施形態で、１種類以上の周波数を生成するために構成されもので、そのための技術は、例えば、以下の文献に記載されている。総説として、「高解像度ＶＵＶおよびＸＵＶ分光学のための調節」（“Ｔｕｎａｂｌｅ，  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  Ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ＶＵＶ  ａｎｄ  ＸＵＶ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ”）と題された文献（Ｂ．Ｐ．Ｓｔｏｉｃｈｅｆｆ，Ｊ．  Ｒ．Ｂａｎｉｃ，Ｐ．Ｈｅｒｍａｎ，Ｗ．Ｊａｍｒｏｚ，Ｐ．Ｅ．ＬａＲｏｃｑｕｅ，  ａｎｄ  Ｒ．Ｈ．Ｌｉｐｓｏｎ  ｉｎ  Ｌａｓｅｒ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，Ｔ．Ｊ．ＭｃＩｌｒａｔｈ  ａｎｄ  Ｒ．Ｒ．Ｆｒｅｅｍａｎ，Ｅｄｓ．，（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｐ１９（１９８２））とそこに引用されている参照文献がある。上記技術として、例えば「紫外線および真空紫外線照射の生成」（“Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  ａｎｄ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ”）と題された文献（Ｓ．Ｅ．Ｈａｒｒｉｓ，Ｊ．Ｆ．  Ｙｏｕｎｇ，Ａ．Ｈ．Ｋｕｎｇ，Ｄ．Ｍ．Ｂｌｏｏｍ，ａｎｄ  Ｇ．Ｃ．Ｂｊｏｒｋｌｕｎｄ  ｉｎ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  Ｉ，Ｒ．Ｇ．Ｂｒｅｗｅｒ  ａｎｄ  Ａ．Ｍｏｏｒａｄｉ，Ｅｄｓ．（Ｐｌｅｎｕｍ  Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）ｐ５９，（１９７４）および「調整できるピコ秒ＶＵＶ放射線の生成」（“Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ  ＶＵＶ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ”）と題された論文（Ａ．Ｈ．Ｋｕｎｇ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２５，ｐ６５３（１９７４））が挙げられる。これら３つの引用論文の内容全体を本明細書で援用する。
【００６３】
２ないし４種類の周波数成分を含む線源１８由来の出力ビームを、ビーム・スプリッターによってビーム調節装置２２中で組み合わせて同一の広がりを持つ測定および基準ビームを形成することが可能である。これらのビームは、種々の実施形態での要求に応じて、空間的に離間または同一の広がりを持つ。線源１８が２ないし４種類お周波数成分を供給するように構成された場合、ある種の実施形態で必要とされる種々の成分の周波数シフトを、例えば入力ビームの周波数変調によって線源１８において、パラメーター・ジェネレーターに導入してもよく、またビーム調節装置２２での測定ビームに関連して基準ビームの位相シフトを、例えばプリズムもしくはミラーと圧電変換器とを含む光学機械型の位相装置によって、あるいは電気光学モジュレーター型のものによって、達成することが可能である。
【００６４】
本発明の種々の態様を取り込んだ実施形態の概略的説明を、図１ａを参照にしながら続ける。入力ビーム２４を干渉計１０に入射する。ここでは、基準ビームおよび測定ビームが入力ビーム２４に存在するか、もしくは干渉計１０から入力ビーム２４を生ずる。基準ビームおよび測定ビームは、基準ビームの２つの配列と測定ビームの２つの配列とを含もので、該配列は、１つの要素のアレイを含むものであってもよい。測定ビームのアレイが基板６０内および／または上に入射または焦点が合わされ、また帰還測定ビームのアレイが基板による反射／散乱および／または伝搬によって生ずる。基準ビームおよび測定ビームに対する一つの素子アレイの場合、測定器は通常、基板６０によって概ね反射または送られる。基準ビームおよび帰還測定ビームのアレイをビーム・スプリッターによって組み合わせ、出力ビーム成分からなる２つのアレイを形成する。出力ビーム成分のアレイを、干渉計１０または検出器７０で偏光の状態に関して混合する。出力ビームのアレイは、その後必要に応じてマルチ・ピクセルまたは単一ピクセル検出器のピクセルで点に焦点を合わせて、電気的干渉シグナル７２を生成するために検出する。
【００６５】
干渉計の実施形態で用いられるホモダイン検波方式には４種類の異なる実現例（インプリメンテーション）がある。４種類の実現例とは、シングル、ダブル、バイ、およびクワッド・ホモダイン検波方式と呼ばれる。シングル・ホモダイン検波方式に関して、入力ビーム２４は、単一の周波数成分を含み、電気的干渉シグナル７２の４つの測定からなる一セットが作られる。電気的干渉シグナル７２のアレイの４つの測定の個々のために、既知の位相シフトは、出力ビーム３２の基準ビーム成分と個々の帰還測定ビーム成分との間で導入される。単一の周波数成分を含む入力ビームに対する反射および／または散乱または送られた測定ビームの結合矩象の抽出に使われるその後のデータ処理手順は、公有され、かつ「走査干渉計近傍視野共焦点顕微鏡（“Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｉｒｃ  Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｙ”）と題されたＨｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌの米国特許第６，４４５，４５３号（ＺＩ−１４）に記載されている。その内容全体を本明細書で援用する。
【００６６】
ダブル・ホモダイン検波方式は、４種類の周波数成分を含む入力ビーム２４と４種類の検出器とを用いて、結合矩象を得るために実質的に用いられる電気的干渉シグナルの測定を得る。４種類の検出器素子の個々の検出器素子は、視野に対して結合矩象を計算するために同時に得られる４種類の電気的干渉シグナル値とは異なる４種類の電気的干渉シグナル値の一つを得る。４種類の電気的干渉シグナル値の個々は、結合矩象の１つの直交成分に関連する情報だけを含む。本明細書中に使用されるダブル・ホモダイン検波は、例えば、「理想的で可能な測定の位相感度の下界」（“Ｌｏｗｅｒ  Ｂｏｕｎｄｓ  Ｏｎ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  Ｉｎ  Ｉｄｅａｌ  Ａｎｄ  Ｆｅａｓｉｂｌｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ”）と題されたＧ．Ｍ．Ｄ’ａｒｉａｎｏ  ａｎｄ
Ｍ  Ｇ．Ａ．Ｐａｒｉｓによる論文（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ａ  ４９，３０２２−３０３６（１９９４）のセクションＶＩに記載されている）。したがって、ダブル・ホモダイン検波方式は、個々の電気的干渉シグナル値が同時に結合矩象の２つの直交成分の個々に関する情報を含む視野の結合矩象の共同の決定をしない。
【００６７】
バイおよびクワッド・ホモダイン検波方式は、電気的干渉シグナルの個々の計測値が同時に結合矩象の２つの直交成分に関する情報を含む電気的干渉シグナルの測定を得る。２つの直交成分は、例えば、引用された米国特許仮出願第６０／４４２，８５８号（ＺＩ−４７）および「インターフェロメトリーの目的による反射さ／散在および送られたビームの視野の結合矩象の共同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”）と題された米国特許出願（２００４
年１月２７日（ＺＩ−４７））に記載された結合矩象の直交成分に一致する。
【００６８】
帰還測定ビームの視野の結合矩象は、干渉計実施形態でのシングル、ダブル、バイ、およびクワッド・ホモダイン検波方式によって得られる。ホモダイン検波方式の個々について、電気的干渉シグナル７２のアレイの４つの測定からなるセットが作られる。電気的干渉シグナル７２からなるアレイの４つの測定の個々について、既知の位相シフトを、出力ビーム３２の基準ビーム成分とそれぞれの帰還測定ビーム成分とのあいだに導入する。位相シフトの既知のセットの非制限例は、０、π／４、π／２、および３π／２ラジアン、ｍｏｄ  ２πを含む。
【００６９】
入力ビーム２４は、干渉計実施形態のために、シングル・ホモダイン検波方式のための１つの周波数成分を含む。バイ・ホモダイン検波方式のために入力ビーム２４は２つの周波数成分を含み、ダブルおよびクワッド・ホモダイン検波方式のために入力ビーム２４は４つの周波数成分を含む。位相シフトは、既知の周波数値の間で入力ビーム２４の周波数成分の周波数を移すことによって、または入力ビーム２４の基準および測定ビーム成分の間で位相シフトを導入することによって、発生する。干渉計実施形態で特定のものにおいて、干渉計１０での出力ビーム３２等の出力ビーム成分の個々の帰還構成成分と基準ビーム成分との光路長の違いとが存在する。結果として、入力ビーム２４の周波数成分の周波数の変化は、対応する基準ビーム成分と出力ビーム３２の個々の帰還ビーム成分との間で相対的な位相シフトを生成する。
【００７０】
基準ビーム成分と出力ビーム３２のそれぞれの帰還測定ビーム成分との間の光路差Ｌに関して、周波数シフトΔｆと、対応する位相シフトψとがある。
【００７１】
【数４】
2006518487.tif 000006
ｃは、自由空間光速である。注意すべきことはＬは物理的な路程差でなくて、例えば測定ビームおよび帰還測定ビームの経路の平均屈折率に依存する。
位相シフトの冷として、ψ＝π、３π、５π、．．．．およびＬ値＝  ０．２５ｍ、対応する周波数シフトは、Δｆ＝６００ＭＨｚ、１．８ＧＨｚ、３．０ＧＨｚ。
【００７２】
入力ビーム２４の成分の周波数は、電子処理および制御装置８０によってそれぞれ生成された制御シグナル９２および７４にもとづいて、線源１８およびビーム調節装置２２の動作モードによって、決定される。
【００７３】
いくつかの実施形態で使用されるバイ・ホモダイン検波方式について言及すると、一組の４つの電気的干渉シグナル値は、「インターフェロメトリーの目的による反射／散在ビームの視野の結合矩象の共同測定のための装置および方法（“Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅｓ  ｏｆ  Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ／Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｂｅａｍｓ  ｂｙ  ａｎ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ”）と題された公有の米国特許仮出願第６０／４４２，８５８号（ＺＩ−４７）、「インターフェロメトリーの目的による反射／散在および送られたビームの視野の結合矩象の共同測定のための装置および方法（“Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅｓ  ｏｆ  Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ／Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ  Ｂｅａｍｓ  ｂｙ  ａｎ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ”）と題された米国特許出願（２００４年１月２７日）（ＺＩ−４７）および「インターフェロメトリーの目的による反射／散在および送られたビームの視野の結合矩象の共同測定のための装置および方法（“Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅｓ  ｏｆ  Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ／Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ  Ｂｅａｍｓ  ｂｙ  ａｎ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ”）で、記載されたような、結像された基板６０内または該基板６０上の各対の点（点）に対して得られる。これら両方とはＨｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌによるものである。これら米国特許仮出願および米国特許出願の内容全体を本明細書に援用する。視野の結合矩象を得るために使用される４つの電気的干渉シグナル値Ｓｊ、Ｊ＝１，２、３、４について、一つのシグナルについて、結像されている基板上および／または該基板内の点は、以下の式による尺度係数内でのバイ・ホモダイン検波方式のために表される。
【００７４】
【数５】
2006518487.tif 000007
式中、係数ＡlおよびＡ2は、入力ビームの第１および第２の周波数成分に対応する基準ビームの振幅を表し、係数Ｂ1およびＢ2は、基準ビームＡ1およびＡ2に対応するバックグラウンドビームの振幅を表し、係数Ｃ1およびＣ2は、基準ビームＡ1およびＡ2に対応する帰還測定ビームの振幅を表し、Ｐjは、パルス・シークエンスのパルスｊにおける入力ビームの第１の周波数成分の積分強度を表し、さらに、εjおよびγjの値を表１に示す。εjおよびγjの値を１から−１または−１から１へ変えることは、それぞれの基準および測定ビームの相対的な位相の変化に対応する。係数ξj、ζj、およびηjは、４つのピンホールからなる結合セットの特性の変化の効果例えば４つのピンホールからなる結合セットの特性における変化の効果を表す。例えば、基板６０上および／または該基板６０内の点の生成で使用される寸法および形状と、基準ビーム、バックグラウンドビーム、および帰還測定ビームに対する基板６０上および／または該基板６０内の点に対する４種類お検出器ピクセルからなる結合セットの感度）を表す。
【００７５】
【表１】
2006518487.tif 000008
等式（５）において、｜Ａ2｜／｜Ａ1｜はｊまたはＰjの値に依存しないと仮定される。本発明の範囲および精神のいずれにからも逸脱することなく重要な特徴を提示するためにＳjの表示を単純化するために、等式（５）においてＡ2およびＡ1に対応する帰還測定ビームの増幅の比はｊまたはＰjの値に依存しないと仮定される。しかし、比｜Ｃ2｜／｜Ｃ1｜は、Ａ2およびＡ1に対応する測定ビームの増幅の比が、比｜Ａ2｜／｜Ａ1｜とは異なる場合に、比｜Ａ2｜／｜Ａ1｜と異なる。
【００７６】
ビーム３２での対応する基準および帰還測定ビーム成分間の相対位相シフトの制御によるｃｏｓ|Ａ2Ｃ2＝±ｓｉｎ|Ａ1Ｃ1を注目すると、等式（５）は以下のように書き換えることが可能である。
【００７７】
【数６】
2006518487.tif 000009
相関関係ｃｏｓψＡ2Ｃ2＝±ｓｉｎψＡ1Ｃ1は、本発明の範囲または精神のいずれかから逸脱することなく使用された。
【００７８】
εjでの変化に対する相ψＡ1Ｂ1εjψＡ2Ｂ2γjにおける変化と、γjでの変換に対する相ψＡ1Ｂ1εjψＡ2Ｂ2γjにおける変化は、どこに、かつどのようにしてバックグラウンドビームが生じたかに依存して実施形態でπとは異なる可能性がある。それは、因子ｃｏｓψＢ1Ｃ1εJがｃｏｓ［ψＡ1Ｃ1＋（ψＢ1Ｃ1εj  −  ψＡ1Ｃ1）］、式中（ψＢ1Ｃ1εj  −  ψＡ1Ｃ1）は相ψＡ1Ｂ1εj、すなわちｃｏｓψＢ1Ｃ1εj＝ｃｏｓ（ψＡ1Ｃ1  ＋  ψＡ1Ｂ1εj）、として記述することが可能であることに注目するために、バックグラウンドビームの効果を評価する際の値とすることが可能である。
【００７９】
それは、結合矩象｜Ｃ1｜ｃｏｓψＡ1Ｃ1の成分に対する方程式（６）の項が、ゼロの平均値を有する矩形関数であり、またεｊが約ｊ＝２．５について対称性を持つことから約ｊ＝２．５について対称性である等式（６）の点検から明らかである。また、等式（６）の結合矩象｜Ｃ1｜ｓｉｎψＡ1Ｃ1の成分に対応する等式（６）の項は、ゼロの平均値を有する矩形関数であり、またγｊが約ｊ＝２．５について非対称性関数であることから、ｊ＝２．５について非対象である。バイ・ホモダイン検波方式の設計による別の重要な特性は、結合矩象｜Ｃ1｜ｃｏｓψＡ1Ｃ1および｜Ｃ1｜ｓｉｎψＡ1Ｃ1項は、ｊ＝１，２，３，４の範囲にわたって直交する。なぜなら、εｊおよびγｊは、Ｊ＝１，２，３，４にわたって直交する。すなわち、
2006518487.tif 000010
【００８０】
結合矩象｜Ｃ1｜ｃｏｓψＡ1Ｃ1および｜Ｃ1｜ｓｉｎψＡ1Ｃ1についての情報は、シグナルＳjに適用した以下のデジタル・フィルターによって表される等式（６）での結合矩象の対称および非対称性ならびに直交性を用いて得られる。
【００８１】
【数７】
2006518487.tif 000011
および
【００８２】
【数８】
2006518487.tif 000012
式中、ξ’jおよびＰ’jは、ξ’jおよびＰ’jを表すためにデジタル・フィルターで使用した値である。
【００８３】
【数９】
2006518487.tif 000013
等式（７）および（８）の上記パラメーター（９）は、結合矩象の決定を完了するために決定される必要がある。等式  （９）で与えられるパラメーターを、測定することができる。等式（９）で与えられたパラメーターを、例えば、基準ビームおよび測定ビームの相対位相にπ／２位相シフトを導入し、結合矩象に対する測定を繰り返すことによって、測定することができる。第２の測定から得た（ｓｉｎψＡ1Ｃ1／ｃｏｓψＡ1Ｃ1）に対応する結合矩象の増幅比によって割った第１の測定から得た（ｓｉｎψＡ1Ｃ1／ｃｏｓψＡ1Ｃ1）に対応する結合矩象の増幅比は、以下の等式に等しい。
【００８４】
【数１０】
2006518487.tif 000014
式（７）および（８）における因子のいくつかが以下の尺度係数内で公称値４を有することに留意する。
【００８５】
【数１１】
2006518487.tif 000015
それぞれ、尺度係数はξ’j／ηjおよびξ’j／ζjの比率の平均値に対応し、平均値Ｐj／Ｐ’jo  １  を仮定する。等式（７）および（８）における他の要因のいくつかは、公称値ゼロを有する。すなわち、
【００８６】
【数１２】
2006518487.tif 000016
残りの係数：
【００８７】
【数１３】
2006518487.tif 000017
上記残りの係数は、位相に関する特性に依存して、ゼロ（０）から余弦因子よりも約４倍までの範囲にあり、また係数（Ｐj／Ｐ’j）（ξjζj／ζ’j2）または（Ｐj／Ｐ’j）（ξjηj／ζ’j2）のいずれかを有する。第１の近似値である測定ビームの位相をたどらない位相を持つバックグラウンドの部分に対して、等式（１３）に挙げた全ての項の大きさは、ほほ０である。第１の近似値である個々の測定ビームの位相をたどる位相を持つバックグラウンドの部分に対して、等式（１３）に挙げた全ての項の大きさは、余弦係数よりも約４倍大きく（Ｐj／Ｐ’j）（ξjζj／ζ’j2）および／または（Ｐj／Ｐ’j）（ξjηj／ζ’j2）のいずれかを有する。
【００８８】
等式（７）および（８）で最も大きい２つの項は、一般に、係数（｜Ａ1｜2＋｜Ａ2｜2）および（｜Ｂ1｜2＋｜Ｂ2｜2）を持つ項である。しかし、対応する項がξ’j値の選択によって実質的に除去される。ここで、ξ’j値は、（｜Ａ1｜2＋｜Ａ2｜2）を係数として持つ項に関し、またζjのデザインは、等式（１２）に示すように係数として（｜Ｂ1｜2＋｜Ｂ2｜2）を持つ項に関する。
【００８９】
バックグランドの効果に由来する最も大きな貢献は、基準ビームと、ビーム２８の測定ビーム成分によって生成されたバックグラウンドビームの一部とのあいだの干渉項に対する貢献によって、表される。バックグラウンドの効果のこの部分は、ゼロに等しいビーム３２セットの帰還測定ビーム成分によって、バックグラウンドの部分の対応する結合矩象を測定することで、すなわち、除去した基板６０によって、または｜Ａ2｜＝０もしくは｜Ａ1｜＝０、また逆も同様に、基準電気干渉シグナルＳjを測定することによって、測定することができる。したがって、必要に応じて、バックグラウンド効果の一部分の測定された結合矩象は、最終的な用途で有益にそれぞれのバックグランド効果を補うために用いることができる。
【００９０】
バックグラウンド増幅２ξjζj｜Ａ1｜｜Ｂ1｜および位相ψＡ1Ｂ1εjの効果に由来する最も大きな貢献、すなわちビーム２８の測定ビーム成分によって生成されたバックグラウンドビームと基準ビームとの干渉についての情報を、除去した基板６０によって、または｜Ａ2｜＝０もしくは｜Ａ1｜＝０、また逆も同様に、Ｓj（ｊ＝１，２，３，４）を、ビーム２８の基準ビーム成分と測定ビーム成分とのあいだの相対的位相シフトの関数として、測定することによって得ることが可能であり、測定されたＳjの値がフーリエ分析される。そのような情報を、個々のバックグラウンドの起源の同定を助けるものとして用いることができる。
【００９１】
他の技術を他の実施形態に取り入れて、本発明の範囲または精神から逸脱することなくバックグランドビームの効果の減少および／または補償をおこなうことも可能である。そのようなことは、例えば、公有されて「バックグランド振幅の減少および補償による共焦点干渉顕微鏡検査法および装置」（“Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏ
ｒ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｗｉｔｈ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ”）と題された米国特許第５，７６０，９０１号および「バックグランド
およびフォアグランド光源からのフォーカスがずれた光シグナルからのフォーカス像で識別する方法および装置」（“Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｆｏｃｕｓ  Ｉｍａｇｅｓ  ｆｒｏｍ  Ｏｕｔ−ｏｆ−Ｆｏｃｕｓ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｉｇｎａｌｓ  ｆｒｏｍ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  ａｎｄ  Ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅｓ”）と題された米国特許第５，９１５，０４８号、さらに第６，４８０，２８５Ｂ１号に記載されており、これら３つの特許の個々がＨｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌによる。これら３つの引用特許の内容全体を本明細書で援用する。
【００９２】
ξ’jに関する値の選択は、縦干渉計システムにある基準ビームのみによるｊ＝１，２，３，４についてのＳｊの測定によって得られるｊ＝１，２，３，４についての係数ξjについての情報に基づく。いくつかの実施形態において、このことは、入力ビーム２４の測定構成成分を単に遮断することに一致し、また他のいくつかの実施形態では、このことは、除去された基板６０によるｊ＝１，２，３，４についてのＳｊを単に測定することに一致させることが可能である。
ξ’jに関する値からなるセットの正当性を試験は、等式（７）および（８）での（｜Ａ1｜2＋｜Ａ2｜2）項に対する大きさがゼロである。
【００９３】
係数ξjηj（ｊ＝１，２，３，４）に関する情報を、｜Ａ2｜＝０または｜Ａ1｜＝０のいずれかを持つ４つの結合体検出器ピクセルの個々に対応した点を越えたアーティファクトを走査し、結合矩象成分２｜Ａ1｜｜Ｃ1｜ｃｏｓψＡ1Ｃ1または２｜Ａ1｜｜Ｃ1｜ｓｉｎψＡ1Ｃ1を、それぞれ測定することで、得ることが可能である。２｜Ａ1｜｜Ｃ1｜ｃｏｓψＡ1Ｃ1または２｜Ａ1｜｜Ｃ1｜ｓｉｎψＡ1Ｃ1項の増幅の変化は、ｊの関数としてξjηjの変化に一致する。係数ξjηj（ｊ＝１，２，３，４）に関する情報を、例えば、干渉計システム１０の１種類以上の素子の安定性をモニターするために、用いることが可能である。
【００９４】
バイ・ホモダイン検波方式は、視野の結合矩象を測定する上で強力な技術である。第１に、結合矩象｜Ｃ1｜ｃｏｓψＡ1Ｃ1または｜Ｃ1｜ｓｉｎψＡ1Ｃ1はデジタル的にフィルターをかけられた値Ｆ1（Ｓ）およびＦ2（Ｓ）の主要な項である。なぜなら、等式（１２）に関連した説明で留意したように、係数（｜Ａ1｜2＋｜Ａ2｜2）および（｜Ｂ1｜2＋｜Ｂ2｜2）を持つ項が実質的にゼロである。
【００９５】
第２に、等式（７）および（８）の項｜Ｃ1｜ｃｏｓψＡ1Ｃ1または｜Ｃ2｜ｓｉｎψＡ1Ｃ1の係数が等しい。したがって、増幅および位相に関する帰還測定ビームと基準ビームとのあいだの干渉項の高度に正確な測定、すなわち視野の結合矩象の高度に正確な測定をおこなうことができ、ξjでの一次変化および正規化（Ｐj／Ｐ’j）および（ξj2／ζ’j2）における一次誤差が、第２またはそれよりも高い次元に集中する。この特徴は、重要な利点に変えられる。また、結合矩象の４つの電気的干渉シグナル値の個々のセットから得た｜Ｃ1｜ｃｏｓψＡ1Ｃ1または｜Ｃ1｜ｓｉｎψＡ1Ｃ1の各成分に対する貢献は、同一のウインドウ機能を有することから、共同で決定される値として得られる。
【００９６】
バイ・ホモダイン技術の他の際だった特徴は、等式（７）および（８）で明らかである。すなわち、等式（１１）の第１の等式に対応する等式（７）および（８）での結合矩象｜Ｃ1｜ｃｏｓψＡ1Ｃ1または｜Ｃ1｜ｓｉｎψＡ1Ｃ1の係数はそれぞれ等しく、ξjおよびηjに対する仮定された値での誤差から独立しており、等式（１２）の第１の等式に対応する等式（７）および（８）での結合矩象｜Ｃ1｜ｓｉｎψＡ1Ｃ1および｜Ｃ1｜ｃｏｓψＡ1Ｃ1の係数はそれぞれ等しく、ξ’jに対する仮定された値での誤差から独立している。したがって、結合矩象に対応した位相の高度に正確な値は、ξjでの１次変化によって測定されるものであり、また正規化（Ｐj／Ｐ’j）および（ξj2／ζ’j2）における一次誤差が、ある程度の高い次元のみに集中する。
【００９７】
バイ・ホモダイン検波方式を使用するとき視野の結合矩象が共同で得られることから、位相をトラッキングする際の誤差に関する潜在性の著しい減少が、視野の結合矩象のシングル・ホモダイン検出で可能な限りの状況と異なった位相冗長性の結果としてあることは、明白である。
【００９８】
バイ・ホモダイン検波の多数の長所が、共同で取得した量の視野結合矩象の結果としてある。１つの利点は、感度の減少であり、結像されている基板内または該基板上の点のオーバレイ誤差と、干渉共焦点顕微鏡検査を使用することで結像した基板内および／または該基板上の各点の４つの電気的干渉シグナル値の獲得過程でのマルチピクセル検出器の結合ピクセルの結合像との効果に対する感度の減少でありうる。オーバレイ誤差は、結像した点に関連して結合検出器の個々のセットの４種類の結合像からなるセットでの誤差である。
【００９９】
別の利点は、走査モードで作動する場合、共焦点顕微鏡検査システムで使用されるピンホールの結合セットの特性におけるピンホールに対するピンホール変化の効果に対する感度低下があり、それらは走査の間、異なる時間に結像する基板内または該基板上の点に結合することである。
もう一つの利点は、走査モードで作動する場合、減らされた感度が、走査の間、異なる時間に像が作られる基板内または該基板上の点に対して結合する一組の結合ピクセル中でピクセル間変化の効果に対する感度の低下がある。
【０１００】
別の利点は、走査モードで作動する場合、縦干渉計システムに対する入力ビーム２４のパルスのそれぞれの結合セットのパルスに対するパルス変化の効果に対する感度が減少することである。
【０１０１】
マルチピクセル検出器の一組のコンジュゲート・ピンホールおよび結合ピクセルまたはマルチピクセル検出器のピンホールおよびピクセルは、ピンホールのアレイの隣接するピンホールおよび／またはマルチピクセル検出器の隣接するピクセルを含むことができ、あるいはピンホール・アレイから選択されたピンホールおよび／またはピクセル・アレイから選択せれたピクセルを含むものであってもよい。選択ピンホール間の分離は、ピンホール分離の整数であり、それぞれのピクセル・アレイ間の分離は、横または縦解像度と信号対雑音比の損失なしで、ピクセル分離の整数に対応する。対応する走査率は、マルチピクセル検出器で読み取られた比によって割った結合ピンホール・セットおよび／または結合ピクセル・セットに結合する測定対象物６０上の点の間隔の整数倍に等しい。この特性は、単位時間あたりに結像した基板内および／または該基板上の点の数に関連した干渉共焦点顕微鏡のスループットの著しい増加を可能にする。
【０１０２】
クワッド・ホモダイン検波方式に関して、線源１８およびビーム調節装置２２からの２つのパルス・シークエンスで結像している基板６０内および／または該基板６０上にある各点に対して、４つの電気的干渉シグナル値からなるセットを得る。結合している基板上および／または該基板内にある１つ点に対する視野の結合矩象を得るために用いる４つの電気的干渉シグナル値Ｓj（ｊ＝１，２，３，４）からなるセットは、以下の式による尺度係数内でクワッド・ホモダイン検波方式のために表示される。
【０１０３】
【数１４】
2006518487.tif 000018
【０１０４】
【数１５】
2006518487.tif 000019
【０１０５】
【数１６】
2006518487.tif 000020
【０１０６】
【数１７】
2006518487.tif 000021
式中、係数Ａ1、Ａ2、Ａ3，およびＡ4は、入力ビーム２４の第１、第２、第３，および第４の周波数成分に対応する基準ビームの増幅をそれぞれ示し、係数Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、およびＢ4は、基準ビームＡ1、Ａ2、Ａ3，およびＡ4に対応するバックグラウンドビームの増幅をそれぞれ示し、係数Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、およびＣ4は、基準ビームＡ1、Ａ2、Ａ3，およびＡ4に対応する帰還測定ビームの増幅をそれぞれ示し、Ｐ1およびＰ2は、入力ビーム２４の第１および第２のパルス／シークエンスでの第１の周波数成分の積分強度をそれぞれ示し、値εjおよびγjは表１に列挙する。クワッドホモダイン検波方式に対する係数ξj、ζj、およびηjの記述は、バイ・ホモダイン検波方式のξj、ζj、およびηjに与えられた記述の対応部分に等しい。
【０１０７】
等式（１４）、（１５）、（１６）、および（１７）では、｜Ａ2｜／｜Ａ1｜および｜Ａ4｜／｜Ａ3｜の比率がｊまたはＰjの値に依存していないと仮定される。本発明の範囲または精神のいずれかから逸脱することなく重要な特徴を出すためにＳjの表現を単純化するために、等式（１４）、（１５）、（１６）、および（１７）では、ｊまたはＰjの値に依存しない｜Ａ2｜／｜Ａ1｜および｜Ａ4｜／｜Ａ3｜に対応する帰還測定ビームの増幅比がｊまたはＰｊに依存しないことも仮定される。しかし、｜Ａ2｜／｜Ａ1｜および｜Ａ4｜／｜Ａ3｜に対応する測定ビーム成分の増幅比が、それぞれ、比｜Ａ2｜／｜Ａ1｜および｜Ａ4｜／｜Ａ3｜とは異なる場合、比｜Ｃ2｜／｜Ｃ1｜および｜Ｃ4｜／｜Ｃ3｜は、比｜Ａ2｜／｜Ａ1｜および｜Ａ4｜／｜Ａ3｜とそれぞれ異なる。
【０１０８】
ビーム３２での対応する基準および測定ビーム成分間での相対位相シフトの制御によって、ｃｏｓψＡ2Ｃ2＝±ｓｉｎψＡ1Ｃ1であることに留意する。等式（１４）、（１５）、（１６）、および（１７）を以下のように書き表すことが可能である。
【０１０９】
【数１８】
2006518487.tif 000022
式中、本発明の範囲または精神のいずれかから逸脱することなく、相関ｃｏｓψＡ2Ｃ2＝±ｓｉｎψＡ1Ｃ1が用いられた。
【０１１０】
【数１９】
2006518487.tif 000023
【０１１１】
【数２０】
2006518487.tif 000024
【０１１２】
【数２１】
2006518487.tif 000025
結合矩象｜Ｃ1｜ｃｏｓψＡ1Ｃ1または｜Ｃ1｜ｓｉｎψＡ1Ｃ1に関する情報は、シグナルの値Ｓj（ｊ＝１，２，３，４）に適用した以下のデジタル・フィルターによって表したように、結合矩象の対称性および反対称性ならびに直交性を用いて、得られる。
【０１１３】
【数２２】
2006518487.tif 000026
【０１１４】
【数２３】
2006518487.tif 000027
クワッド・ホモダイン検波方式｜Ｃ1｜ｃｏｓψＡ1Ｃ1および｜Ｃ1｜ｓｉｎψＡ1Ｃ1でのξ’jおよびＰ’jの説明は、バイ・ホモダイン検波方式でのξ’jおよびＰ’jに対する対応の説明と同じである。等式（１８）、（１９）、（２０）、（２１）、（２２）、および（２３）を用いて、以下の発現が、結合矩象の成分を含む濾過矩象に対して得られた。
【０１１５】
【数２４】
2006518487.tif 000028
【０１１６】
【数２５】
2006518487.tif 000029
【０１１７】
【数２６】
2006518487.tif 000030
【０１１８】
【数２７】
2006518487.tif 000031
【０１１９】
【数２８】
2006518487.tif 000032
パラメーターは、特定の最終用途のための結合矩象の測定が完了するように決定される必要がある。等式（２６）、（２７）、および（２８）によって与えられるパラメーターは、例えば、等式（９）によって特定される量の測定に関して、バイ・ホモダイン検波方式のために記載される手順に類似した手順で、測定することができる。
【０１２０】
クワッド・ホモダイン検波方式の残りの説明は、バイ・ホモダイン検波方式のために与えられる説明の対応する部分と同様である。
【０１２１】
クワッド・ホモダイン検波を使用する際、視野の結合矩象が共同で得られることから、位相をトラッキングする際の誤差に関する潜在性の著しい減少が視野の結合矩象のシングル・ホモダイン検出で可能な限りの状況と異なった位相冗長性の結果としてあることが明白である。
【０１２２】
クワッド・ホモダイン検波の多数の長所が、共同で取得した量である視野の結合矩象の結果としてある。
【０１２３】
一つの利点は、結像される基板内または該基板上の点と、干渉共焦点顕微鏡を用いて、結合される基板内および／または該基板上の各点の４つの電気的干渉シグナル値の獲得過程でのマルチピクセル検出器のピクセルの結合セットのピクセルの結合像とののオーバーレイ誤差の効果に対する感度の低下である。オーバレイ誤差は、結像されている点と関連して結合検出器ピクセルのそれぞれの集合の４つの結合像のセットにおける誤差である。
【０１２４】
別の利点は、走査モードで作動する際、感度の低下が、縦干渉計システムへの入力ビーム２４のパルスの個々の結合セットのパルス対パルス変化の効果に対する感度の低下があることである。
【０１２５】
別の利点は、走査モードで作動する場合、線源のたった一つのパルスが、少なくとも４つ電気干渉値の生成に要求されることから、スループットが上昇する。
【０１２６】
第１の実施形態は、図２ａに模式的に示した第１の実施形態の干渉計１０を有する図１ａないし図１ｃの縦干渉計システムを含む。干渉計１０として、例えば、「トランスバース微分干渉共焦点顕微鏡」（“Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”）と題された公有の米国特許仮出願第６０／４４７，２５４号  （ＺＩ−４０）と、「トランスバース微分干渉共焦点顕微鏡」（“Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”）と題された２００４年２月１３日出願米国特許出願（ＺＩ−４０）（両方ともＨｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌによる）に記載されている干渉計が含まれる。これら米国特許仮出願および米国特許出願の内容全体を本明細書で援用する。
【０１２７】
第１の実施形態の干渉計１０は、符号１１０によって概ね示される第１の結像系と、ピンホール・アレイ  ビーム・スプリッター１１２と、検出器  ７０と、符号２１０によって概ね示される第２の結像系とを有する。この第２の結合系２１０は、作動距離が大きい低出力顕微鏡である。例えば、ニコンＥＬＷＤおよびＳＬＷＤ対物鏡、ならびにオリンパスＬＷＤ、ＵＬＷＤ、およびＥＬＷＤ対物鏡である。第１の結像系１１０は、「干渉共焦点顕微鏡取り込みピンホール・アレイ  ビーム・スプリッター」（“Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｐｉｎｈｏｌｅ  Ａｒｒａｙ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒ”）」と題された公有の米国特許仮出願第６０／４４２，９８２号（ＺＩ−４５）と、「干渉共焦点顕微鏡取り込みピンホール・アレイ  ビーム・スプリッター」（“Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｐｉｎｈｏｌｅ  Ａｒｒａｙ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒ”）」と題された米国特許出願第………号（２００４年１月２７日出願）（ＺＩ−４５）とに、部分的に記載されており、これらの米国特許仮出願および米国特許出願はともにＨｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌによるもので、それらの内容全体を本明細書で援用する。
【０１２８】
第１の結像系１１０を図２ｂに模式的に示す。この結像系１１０は、反射屈折系であり、例えば「反射光学反射屈折結像系（Ｃａｔｏｐｔｒｉｃ  Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題された公有の米国特許第６，５５２，８５２号Ｂ２（ＺＩ−３８）と「反射光学反射屈折結像系（Ｃａｔｏｐｔｒｉｃ  Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）」と題された公有の米国特許第１０／３６６，６５１号（ＺＩ−４３）とに記載されたものが挙げられる。なお、これら特許出願の両方ともＨｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌによるもので、これらの引用特許出願の内容全体を本明細書の一部として援用する。
【０１２９】
反射屈折結像系１１０は、反射屈折素子１４０および１４４と、ビーム・スプリッター１４８と、凸面レンズ１５０とを含む。面１４２Ｂおよび１４６Ｂは名目上曲率の同じ半径による凹球面であり、面１４２Ｂおよび１４６Ｂの曲率のそれぞれの中心のビーム・スプリッター１４８に関する結合点は同じである。面１４２Ａおよび１４６Ａは、名目上曲率の同じ半径による凸面球面である。面１４２Ａおよび１４６Ａの曲率の中心は、半径方向への僅かな変位Δｒ1およびΔｒ2によって、ビーム・スプリッター１４８の平面に対して平行な面で、横方向にシフトし、また、面１４６Ｂおよび１４２Ｂの曲率の中心に関してそれぞれ縦方向の変位Δｚ1およびΔｚ2がある。後述されるように、Δｒ1およびΔｒ2とに対応している変位ベクターの相対的な配向は、疑似ビームの影響を最小化するために選ばれる。相対的な変位Δｚ1およびΔｚ2は、基板６０の面に関する情報の獲得に関して干渉計１０のパフォーマンスを最適化するのに選ばれる。
【０１３０】
ちょうど述べた僅かな変位の結果として、ビーム・スプリッター１４８を介してわかるように、面１４２Ａの曲率中心の結合体は面１４６Ａの曲率中心とは一致しない（または、同等にビーム・スプリッター１４８を通して見られるように、面１４６Ａの曲率中心の結合体は面１４２Ａの曲率中心と一致しない）。むしろ、それらの２点は、互いに関連する２つの面１４２Ａおよび１４６Ａの僅かな変位で測定される量によって変位している。さらに、その変位のベクターは、ビーム・スプリッター１４８の平面に対して垂直である成分と、ビーム・スプリッター１４８の平面に対して平行する成分とを有する。また、その変位のベクトルは、ビーム・スプリッター１４８の平面に対して垂直である成分とビーム・スプリッター１４８の平面に対して平行である成分とを有する。異なる方法で述べたように、２つの面１４２Ａおよび１４６Ａの曲率の中心は、ビーム・スプリッター１４８の平面に対して垂直であるよりはむしろ、これら２つの面の相対的な変位によって決定される小さな角度で、垂直から逸脱している。
【０１３１】
凸面レンズ１５０の曲率中心は、面１４２Ｂの曲率中心と同じである。面１４６Ｂの曲率の半径は、結像系１１０の有効立体角で損失を最小化して、最終用途のために許容可能な結像系１１０の作動距離（例えば、ｍｍオーダーで）を得るために、選択される。反射屈折結像系１１０の軸外収差が補償されるように、凸面レンズ１５０の曲率の半径が選択される。素子１４０および１４４の媒体は、例えばＳＦ１１のようなＣａＦ2、融解石英または商業的に入手可能なガラスであることができる。凸面レンズ１５０の媒体は例えばＣａＦ2であってもよい。また、融解石英、ＹＡＧまたは商業的に入手可能なガラスがそのようなＳＦ１１である。要素１４０および１４４と凸面レンズ１５０の選択における重要な検討が、ビーム２４の周波数に対する分光透過性（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）である。
【０１３２】
凸面レンズ１５２は、凸面レンズ１５０の曲率中心と同様の曲率中心を有する。凸面レンズ１５０および１５２は、中間にあるピンホール・ビーム・スプリッター１１２と共に結合している。ピンホール・アレイビーム・スプリッター１１２を、図２ｃに示す。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、最終用途の必要条件にマッチするように選ばれる。パターンの例として、２つの直交方向に等しく間隔を置いて配置されたピンホールの二次元アレイが挙げられる。ピンホールは円形アパーチャー、矩形アパーチャー、またはそれらの組み合わせであってもよく、例えばＨｅｎｒｙ  Ａ．  Ｈｉｌｌおよび  Ｋｙｌｅ  Ｆｅｒｒｉｃによる「共焦点および近視野顕微鏡検査のための複数の線源アレイ」（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ  ｒａｙｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  ａｎｄ  Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）と題された公有の米国特許出願第０９／９１７，  ４０２号（ＺＩ−１５）に記載されており、該米国特許の内容全体を本明細書で援用する。ピンホール・アレイビーム・スプリッター１１２のピンホール間の間隔は、図２ｃに“ｂ”として示されており、この際アパーチャー・サイズを
“ａ”としている。
【０１３３】
入力ビーム２４は、ピンホール・ビーム・スプリッター１１２に向けてミラー５４により反射され、その第１の部分が出力ビーム（図２参照）の基準ビーム成分１３０Ａおよび１３０Ｂとして、またその第２の部分がビーム成分の測定ビーム成分１２６Ａおよび１２６Ｂとして送られる。ビーム成分の測定ビーム成分１２６Ａおよび１２６Ｂは、基板６０の表面から変位した像平面にある複数の像点からなるアレイに対して、ビーム成分の測定ビーム成分１２８Ａおよび１２８Ｂとして、結像する。
【０１３４】
基板６０の表面から変位する像平面の像点アレイは、像点の第１のアレイに関して横方向および縦方向に変位している第１および第２の像点アレイを含む。第１および第２の像点アレイの点１６４および１６６からなる対応する対を、概略的に図２ｄおよび図２ｅに示す。凸面１４２Ａおよび１４６Ａが図２ｄおよび２ｅのｘ−ｚ平面に横たわり、（−、２ｘｉ、０，２ｚｌ）および（−２ｘ2  ０  −２ｚ2）が対をなす像点のそれぞれの位置であるような場合のために、第１および第２の像点アレイスポット１６４および１６６からなる対応する対を図２ｄおよび２ｅに概略的に示す。面１４２Ａおよび１４６Ａの変位は、本発明の範囲または精神を制限することなく重要な態様の説明を単純化するために、ｘ−ｚ平面に制限される。面１４２Ａの曲率中心の変位は、負のｘ方向と正のｚ方向とにある。面１４６Ａの曲率中心の変位は、正のｘ方向および負のｚ方向にある。一対の像点１６４および１６６の変位は、面１４２Ａおよび１４６Ａの曲率の中心の変位の結果である。像点１６４に貢献しているビームの通過経路の例は、ビーム１２６Ｅであり、画像点１６６に貢献しているビームの通過経路はビーム１２６Ｆ（図２ｄを参照せよ）である。図２ｄで、反射屈折素子の左側が反射された測定ビーム（ビーム・スプリッター１４８の反射する）がどのように点１６４に焦点化するかについて説明し、反射屈折素子の右側は、感染する測定ビームがどのように点１６６に集中するかについて説明する。反射された測定ビームが、左側の上の反射された測定ビームのように、点１６４に焦点が合せられる右側にもある。同様に、感染する測定ビームが左側にあり、右側の上の感染する測定ビームのように、それは点１６６に焦点が定められる。
【０１３５】
ビーム１２６Ｅの一部はまた、ビーム・スプリッター１４８によって２回反射され、凸面レンズ１４２Ａによって１回反射されるので、位置（−２ｘl／ｎ，０，−２ｚl／ｎ）（ｎは凸面レンズ１５０および１５２の屈折率）で像点１８４（図２ｄ参照）が形成される。また、一部のビーム１２６Ｆはビーム・スプリッター１４８によって二回送られ、位置（２ｘ2／ｎ，０，２ｚ2／ｎ）で像点１８６（図２ｄ参照）を形成するために、凸面面１４６Ａによって一度反射される。
【０１３６】
次に、基板６０の表面によって反射される像点１６４および１６６を含んでいるビームの一部に対する反射屈折結像系１１０の影響を検討する。反射された像点は、図で示すように、像源１６４Ｉおよび１６６Ｉによって表される。反射された部分は、ビーム１２８Ａおよび１２８Ｂの帰還測定ビーム成分の一部であって、反射屈折結像系１１０によって、ピンホール・アレイビーム・スプリッター  １１２（図２ｅ参照）の空間にある４つの点１９０、１９２、１９４、および１９６に結像される。ビーム１２６Ｅおよび１２６Ｆのピンホール源に対する個々の点の一は、（０，０，［２ｈl−４ｚ1］／２）、（０，  ０，［２ｈ2＋４ｚ1］／２）、（−２［ｘ1＋ｘ2］／ｎ，０，２ｈ2／ｎ）、および（２  ［ｘ1  ＋  ｘ2］／ｎ，  ０，  ２ｈ1／ｎ）  であり、ここでｈ1およびｈ2は像点１６４および１６６の高さ（基板６０の面よりも下）である。基板６０の面は、図２ｅでは不図示である。図２ｅで像点１６４および１６６の間に位置する垂直および水平の破点鎖線の交差点は、凹面１４６Ｂ（図２ｂ参照）の曲率中心に対応する。
【０１３７】
像点１９０および１９２を形成しているビームの部分は、ビーム成分１３０Ａおよび１３０Ｂの成分としてビーム１２６Ｅおよび１２６Ｆのピンホール源に対応しているピンホールによって送られる。像点１８４，１８６、１９４、および１９６を形成しているビームは、共焦点結像系１１０の性質として１ビーム１２６Ｅおよび１２６Ｆのピンホール源に対応しているピンホールによって、送られることはない。さらに、ピンホール・アレイ１１２によって像点１８４，１８６、１９４、および１９６を形成しているビームの部分の反射によって発生する疑似ビームの効果を減らすために、ピンホール・アレイ１１２のそれぞれの表面は、反射防止コーティングで被覆される。
【０１３８】
凸面１４２Ａおよび１４６Ａの曲率の中心のＸ−Ｙ平面での変位が直交であるものが選ばれる場合（例えば、凸面１４２Ａおよび１４６Ａの中心の変位は、それぞれＸ−ＺおよびＹ−Ｚ平面）、ピンホール・アレイ１１２による像点１８４、１８６、１９４、および１９６を形成するビームの一部の反射によって発生する疑似ビームの効果が減少する。対応する変位は、Δｘ1およびΔｙ2である。Ｘ−Ｙ平面における像点１８４，１８６、１９４、および１９６の結果として生ずる位置を模式的に図２ｆに示す。図２ｆに示す像点パターンによれば、像点１９４および１９６を形成するビームのピンホール・アレイ１１２の低反射面によってのみ反射されることで、第２の疑似ビームが生ずる。この疑似ビームの一部分が、ビーム１２６Ｅおよび１２６Ｆのピンホール源に対応するピンホールによって続けて送られる。第２の疑似ビームの効果の増幅は、ピンホール・アレイ１１２にある対応するピンホールによって送られた点１９０および１９２を形成するビームの位置の増幅の２％台以下である。図２ｃに模式的に示す像点１８４、１８６、１９２、１９４、および１９６の結果として生ずる位置について、対応する疑似ビームの効果の増幅は、ピンホール・アレイ１１２にある対応するピンホールによって送られた対応する点１９０および１９２を形成するビームの一部の４０％台以下である。
【０１３９】
基質６０の表面上の副波長アーティファクトおよび／または欠損によって散乱される像点１６４および１６６を含むビームの一部分に対する反射屈折結像系１１０の影響の説明は、基質６０の表面によって反射される像点１６４および１６６を含むビームの一部に対する反射屈折結像系１１０の影響についての説明の土台を形成する分析の変型例である分析にもとづく。
【０１４０】
次のステップは、結像系２１０によって出力ビーム成分１３０Ａおよび１３０Ｂを、ＣＣＤ等のマルチピクセル検出器７０のピクセルに一致する点・アレイに対して結像し、複数の電気的干渉シグナル７２からなるアレイを生成する。電気的干渉シグナル・アレイは、後に続く結合矩象アレイ処理のためにシグナル処理および制御装置８０に送られる。
【０１４１】
入力ビーム２４の説明は、図１ｃで示される二周波数生成装置および周波数シフターとして構成されるビーム調節装置２２で図１ａの入力ビーム２４のために与えられる説明の対応する部分と同様である。入力ビーム２４は、異なる周波数を有して、平面偏光の同じ状態を有する２つの成分を含む。入力ビーム２４の個々の成分の周波数は、電子処理および制御装置８０によって発生する制御シグナル７４によって、ビーム調節装置２２によって異なる周波数値の間で移される。ビーム２０は、単一の周波数成分を含む。
【０１４２】
帰還測定ビームの視野結合矩象は、電気的干渉シグナル７２の４つの測定の集合が作られるバイ・ホモダイン検波方式を使用して得られる。視野の結合矩象アレイは、干渉図的に、個々の結合矩象が基板内または該基板上で一対の点から散在／反射されたビームの視野結合矩象の差を含む干渉計共焦点結像系１０で測定される。結合矩象のアレイは、共同で、すなわち同時に測定され、各結合矩象の成分は共同で測定される。
【０１４３】
基板内または該基板上の複数の点からなる対によって続けて散乱／反射されたビームの相対的な位相は、単一の干渉計システム・パラメーターの制御、測定の相対的な光路長、ならびに基板６０内または該基板６０上の点の対の帰還測定ビーム成分それぞれの点によって、調整される。相対位相の調整は、凸面１４６Ａに対して凸面１４２Ａの縦方向変位を生ずることで、おこなう。これは、素子１４４の厚みと関連して素子１４０の厚みを変えることによって達成することが可能である。あるいは、薄層を面１４２Ａおよび／または面１４６Ａに付加してもよい。位相に変化を加える技術の別のレイは、エアギャップ、例えば厚さを調節可能にしたエアギャップによって、凸面１４２Ａの隣に凹状反射面を設けることである。後のレイでは、凸面１４２Ａが反射防止コーティングで覆われる。
【０１４４】
第１の実施形態で測定された結合矩象は、良好な近似を以下のように記述することができる複合増幅Ｖ2（ｈ1，ｚ1，ｈ2，ｚ2，ｘ）の  成分に比例する。
【０１４５】
【数２９】
2006518487.tif 000033
式中、Ｒ11/2およびＲ21/2は、点１９０および１９２をそれぞれ形成するビーム視野に対する基板６０表面の複合反射率である。
【０１４６】
【数３０】
2006518487.tif 000034
【０１４７】
【数３１】
2006518487.tif 000035
ｊｐ（ｘ）は、オーダーがｐ＝０，１，２．．．．である球ベッセル関数であり、ｓｉｎθ0は基質６０の像空間にある結像系の開口数であり、さらにｘはピンホール・アレイ・ビーム・スプリッター１１２の対応するピンホールにある点１９０および１９２を形成するビームの成分の相対位相である。等式（２９）の２つの項についての基礎をなす導関数の記述を、Ｔ．Ｗｉｌｓｏｎ編著の書籍：  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ  （１９９０）に見いだすことが可能である。本明細書ではこの書籍の内容全体を援用する。
【０１４８】
等式（２９）における係数ｅｘｐ（ｉｘ）は、良好な近似では大きさが１の係数として記述される。すなわち、点１６４および１６６（図２ｄ参照）を形成するビームの個々に対するピンホール源は、ピンホール・アレイ・ビーム・スプリッター１１２と同一のピンホールであり、点１９０および１９２を形成するビームの共焦点空間フィルタリングを実行するピンホールは、ピンホール・アレイ・ビーム・スプリッター１１２（図２ｃおよび図２ｅ参照）のピンホールと同一であり、さらに、同一ピンホールによるフィルタリング（すなわち転送）が続いて行われた点１９０および１９２を形成するビームの一部分は、検出器７０の同一のピクセルによって検出される。この特徴は、結像系１１０の顕著な利点の一つを示している。
【０１４９】
第２の実施形態は、暗視野モードで作動するために構成された第１の実施形態を含む。第２の実施形態の暗視野構成では、
【０１５０】
【数３２】
2006518487.tif 000036
および等式（２９）が以下の形態を仮定する。
【０１５１】
【数３３】
2006518487.tif 000037
測定された結合矩象の特性の説明の残りの部分が、等式（３３）と第２の実施形態とに関してである。第１の実施形態および等式（２９）の測定された結合矩象の説明に対する説明の拡張は、当業者にとって明らかである。
【０１５２】
等式（３３）の特性は、べき級数で表現されるｈ1およびｈ2の低次元項の検査によって容易に認識される。
【０１５３】
【数３４】
2006518487.tif 000038
非制限的仮定ｚ1＝ｚ2に関して、等式（３４）は式を単純化する。
【０１５４】
【数３５】
2006518487.tif 000039
ｈ1およびｈ2の項を組み合わせることで、等式（３５）が以下のように縮小する。
【０１５５】
【数３６】
2006518487.tif 000040
等式（３５）の別の有用な形態は、（ｈ1＋ｈ2）／２および（ｈ1−ｈ2）／２の表現で書き表すことで得られる。
【０１５６】
【数３７】
2006518487.tif 000041
第２の実施形態の一つの重要な適用は、基準領域として使用した第２の隣接領域に関連した特徴またはアーティファクトを持つ第１の領域の高さの違いの決定である。第１および第２の領域は、ｈ1およびｈ2に対応する高さを持つ。係数（ｈ1＋ｈ2）／２および（ｈ1−ｈ2）は、点１９０および１９２を形成するビームに対応する基質６０の表面上の２つの領域の平均の高さおよび高さの違いを表す。等式（３６）のｈ1およびｈ2の係数ならびに等式（３７）の（ｈ1＋ｈ2）／２および（ｈ1−ｈ2）の係数を別個に、ｘ−ｙ平面に固定された基板６０によって、また変換器８６Ａおよび８６Ｂによって、Ｖ1（ｈ1，ｚ1，ｈ2，ｚ2  ，ｘ＝π）を測定することで、測定することができ、ｚを走査することで、少なくとも２つの異なる位置で測定を得ることができ（それによってｈ1およびｈ2を変え、さらに平均（ｈ1＋ｈ2）／２を生ずることで、変更を加えるが差（ｈ1−ｈ2）を同一に保つ）、またＲ11/2およびＲ21/2の既知の値に対する基質６０の配向を走査する（走査は、基板を回転させることで達成され、平均（ｈ1＋ｈ2）／２が変化しないが勾配（ｈ1−ｈ2）を持つ少なくとも２つの測定が得られる）。高さに関して基準として用いる領域の特性を、基板６０の面をより全体的に試験することで、決定することができる。
【０１５７】
反射率Ｒ11/2およびＲ21/2を仮定する値のいずれかでの誤差は、ある誤差を（ｈ1−ｈ2）に取り込ませることができる。反射率Ｒ11/2およびＲ21/2のローカル値に関する情報は、別個の測定によって得られる。「トランスバース微分干渉共焦点顕微鏡」（“Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”）と題された引用の米国特許仮出願第６０／４４７，２５４号（ＺＩ−４０）、米国特許出願第………号（２００４年２月）（ＺＩ−４０）の第２の実施形態で測定された結合矩象は、複合増幅Ｖ1（ｈ1，０，ｈ2，０，ｘ＝π）の成分に比例している。「トランスバース微分干渉共焦点顕微鏡」（“Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”）と題された引用の米国特許仮出願第６０／４４７，２５４号（ＺＩ−４０）、米国特許出願第………号（２００４年２月）（ＺＩ−４０）の複合増幅Ｖ1（ｈ1，０，ｈ2，０，ｘ＝π）は、等式（３６）の特定のケースに一致する。すなわち、
【０１５８】
【数３８】
2006518487.tif 000042
このように影響されない反射係数Ｒ11/2およびＲ21/2のローカル値の違いが複合振幅Ｖ1（ｈ1，０，ｈ2，０，ｘ＝π）の計測値から得ることができるという決定および決（ｈ1−ｈ2）の決定における誤差を減らしたものである
【０１５９】
反射係数の違いの測定は、基板６０のそれぞれの領域の特性に関する情報（例えば第２の領域の複合屈折率に関連した領域での屈折率に関する情報）を得ることにも用いることができる。
【０１６０】
第２の実施形態でのｚ1の値の選択は、例えば式（３６）および（３７）によって発現させてＶ2（ｈ1，ｚ1，ｈ2，ｚ2，ｘ＝π）の感度を、所定の最終用途で情報が望む量に最適化する。選択プロセスでは、球面ベッセル関数の特性は、重要な役割も演ずる。ｊi（ｘ）の一つの特性は、Ｊi（ｘ）はｘ1o２．１で最大値を示し、他の特性は
2006518487.tif 000043
でｊ0（ｘ）＝０を示す。
【０１６１】
暗視野モードの作動は、結合矩象と増加したスループットのアレイによって見受けられる情報での系統的および統計的誤差の減少につながる。情報は、基板６０内または該基板６０上の１つ以上の面のプロフィールのトランスバース導関数、基板６０の一次元、二次元、および三次元横差分画像、基板６０上または該基板６０内でのクリティカルな大きさの特徴またはアーティファクト、さらに基板６０内または該基板６０上での副波長欠陥の大きさおよび位置を含む。
【０１６２】
結合点によって測定ビーム成分の散乱／反射によって発生する帰還測定ビームのバックグラウンド成分は、同じであって、したがって、電気的干渉シグナル７２に関与しない。したがって、バックグラウンド成分は、第１および第２の実施形態の両方に関して、電気的干渉シグナル７２の平均値または電気的干渉シグナル７２の干渉項のいずれに対しても貢献するわけではない。
【０１６３】
統計誤差の減少は、暗視野モードの作動の直接的な結果でもある。バックグラウンド視野の貢献は、同じ振幅および位相差πを持つバックグラウンド視野の重畳によって、しかし強度を減算することなく、第２の実施形態において除去／排除される。暗視野の結果として、ビーム２４の強度は検出器７０の飽和なしで有意に増加することができ、統計誤差の対応する減少が成し遂げられる。
【０１６４】
スループットの増加は、暗視野モードで作動する直接的な結果である。測定した結合矩象アレイで或程度の精度を達成するために求められる時間は、暗視野モードで作動することで許容されるビーム２４の強度の増加によって減少する。
暗視野の結果として、ビーム２４の強度は、検出器７０の飽和なしで、有意に増加することができる。
【０１６５】
また、暗視野モードで作動する場合、基板６０の局所的等方性セクションでの副波長アーティファクトを含んでいる一対の点に対応している測定された視野結合矩象は、基準副波長アーティファクトと関連して副波長アーティファクトに関する情報を表す。基準副波長アーティファクトは、局在的等方性セクションの特性とアーティファクトのそれらと類似する大きさとを有する。
したがって、測定される特性は基板６０内または該基板６０上で副波長アーティファクトのクリティカルな大きさおよび位置についての情報を含む。
【０１６６】
また、暗視野モードで作動する場合、副波長欠陥を基板６０の局在的等方性切片に含んでいる一対の点に対応している測定された視野結合矩象は、基準副波長欠陥と関連して副波長欠陥に関する情報を表す。基準副波長欠陥は、局在的等方性切片の特性および欠陥のそれらと類似の大きさを有する。したがって、測定される特性は基板６０内または該基板６０上で副波長欠陥の大きさおよび位置についての情報を含む。
【０１６７】
バックグラウンド視野の干渉計補正の精度は、いくつかの理由から、第１および第２の実施形態が高い。高精度の干渉計補正は、ピンホール・アレイビーム・スプリッター１１２では、ピンホールの特性は依存していない。例えば、ピンホールの直径を、例えば２倍に変化することができ、および／または、ピンホールの形状を、丸いアパーチャーから正方形のアパーチャーまで変化させることが可能である。また、関連したバックグラウンド視野での干渉計補償のレベルは変化しない。一対の点の第１の点と関連するバックグラウンド視野の振幅および位相は、ピンホール・アレイビーム・スプリッター１１２のピンホールの特性に影響されない一対の点の第２の点と関連するバックグラウンド視野の振幅および位相と同等である。
【０１６８】
外部の媒体（例えば空気）による基板６０のインタフェースの屈折率の不適当な組合せの効果の補償は、例えば、ピンホール・アレイビーム・スプリッター１１２とレンズ１５０の間に薄い低い屈折率層の追加して、第１および第２実施形態で補償するこも可能である。空気は、例えば、米国で記載されて、ピンホール・アレイビーム・スプリッター１１２とレンズ１５０の間で薄い低い屈折率層の追加によって、第１および第２実施形態で補償されることができ、このことは、例えばＨｅｎｒｙ  Ａ．  Ｈｉｌｌによる「共焦点と干渉共焦点顕微鏡検査の基板−媒体インタフェースの屈折率の不適当な組合せの効果の補償」（“Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｍｉｓｍａｔｃｈ  ｉｎ  Ｉｎｄｉｃｅｓ  ｏｆ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  ａｔ  ａ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ−Ｍｅｄｉｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｉｎ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”と題された米国特許仮出願第６０／４４４，７０７号  （ＺＩ−４４）  および「共焦点と干渉共焦点顕微鏡検査の基板−媒体インタフェースの屈折率の不適当な組合せの効果の補償」（“Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｍｉｓｍａｔｃｈ  ｉｎ  Ｉｎｄｉｃｅｓ  ｏｆ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  ａｔ  ａ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ−Ｍｅｄｉｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｉｎ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”と題された米国特許出願第………号
（２００４年２月４日出願）（ＺＩ−４４）に記載されている。本明細書ではこの米国仮出願および米国出願の内容全体を援用する。屈折率の不適当な組合せの効果の補償で、基板の内部への結像が、１００ｎｍのオーダーに達する横解像度と２００ｎｍのオーダーに達する縦解像度でおこなわれる。このような内部への結像は、１ｍｍのオーダーの作動距離で、また少なくとも３μｍのオーダーの基板内の深さに対して、得られる。
【０１６９】
第１および第２実施形態のスループットは、導波路構造で入力ビーム２４に連結するピンホール・アレイビーム・スプリッターを用いて、さらに増加させることができ、このことは、例えばＨｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌによる「共焦点および近視野共焦点顕微鏡検査のために導波路構造および共鳴構造によって送られる複数のソース・アレイ」（“Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ  Ａｒｒａｙ  Ｆｅｄ  Ｂｙ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ａｎｄ  Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”）と題された公有の米国特許仮出願第６０／４４５，７３９号（ＺＩ−３９）および「共焦点および近視野共焦点顕微鏡検査のために導波路構造および共鳴構造によって送られる複数のソース・アレイ」（“Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ  Ａｒｒａｙ  Ｆｅｄ  Ｂｙ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ａｎｄ  Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”）と題された米国特許出願第………号（２００４年２月６日出願）（ＺＩ−３９）に記載されている。本明細書ではこの米国仮出願および米国出願の内容全体を援用する。
【０１７０】
第１および第２の実施形態もまた、クワッド・ホモダイン検波方式について構成することも可能であり、この例は、本明細書に記載され、また引用の米国特許仮出願６０／４４２，８５８号（ＺＩ−４７）ならびに「インターフェロメトリーにおける対象物による視野結合矩象の反射／散乱ビームの共同測定のための装置および方法」（“Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  Ｑｕａｎｄｒａｔｕｒｅｓ  ｏｆ  Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ／Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｂｅａｍｓ  ｂｙ  ａｎ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ”）と題された引用の米国特許出願（２００４年１月２７日）（ＺＩ−４７）に記載され
ている。
【０１７１】
第３の実施形態を図３に模式的に示す。第３の実施形態を、第１および第２実施形態に機能的に等しく構成することができる。第１および第２実施形態と第３の実施形態間の主要な違いは、従来の共焦点ピンホール・アレイ１１２Ａ、１１２Ｂ、および１１２Ｃによるピンホール・アレイビーム・スプリッター１１２の置換である。
【０１７２】
図３を参照すると、入力ビーム２４が偏光ビーム・スプリッター３３０上に入射し、その第１の部分が干渉計４１０の測定光として送られ、またその第２の部分が干渉計４１０の基準ビームとして、ミラー３３２および３３４による反射後、反射される。測定ビームおよび基準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、個々ピンホール・アレイ１１２Ｃとコンジュゲートする。
【０１７３】
ピンホール・アレイ１１２Ｂに入射した基準ビームの一部がビーム・スプリッター３４０によって送られ、またその一部がレンズ３６０に集束し、さらにその一部がレンズ３６０に集束してピンホール・アレイ１１２Ｃ上に複数の点からなるアレイとなる。
【０１７４】
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・スプリッター３４０によって送られ、その第１および第２の部分が基板６０上の複数の点からなるアレイに集束する。偏光ビーム・スプリッター３４２、複光路１／４波長板３４６による反射および転送、凹ミラー３５０による反射、さらにレンズ３５４による焦点合わせの後、上記第１の部分が複数の点からなる第１の点・アレイに集束する。上記第２の部分は、偏光ビーム・スプリッター３４２、複光路１／４波長板３４８、凸ミラー３５２による反射、さらにレンズ３５４による焦点合わせの後、複数の点からなる第２の点・アレイに集束する。第１および第２の点・アレイの説明は、第１および第２実施形態の対応する点アレイの説明と同様である。相対的に縦横で変動する第１および第２の点・アレイは、凸面ミラー３５２を基準にした凹ミラー３５０の回転および縦方向変位によって制御される。実際は図３の平面に対して４５度の角度にある光学系３１０の配向を、本発明の範囲または精神から逸脱することなく説明を単純化するために図３の平面内に配向させて示す。
【０１７５】
第１および第２アレイスポットを形成する測定ビームの一部分が、それぞれ帰還測定構成成分の第１および第２のアレイとして、基板６０によって反射／散乱される。帰還測定ビーム成分の第１のアレイは、結像系３１０を介して測定ビーム成分のそれに先立つアレイの経路をたどり戻り、またその一部分は、ビープ・スプリッター３４０による反射の後に、ピンホール・アレイ１１２Ｃで、点点上に集束される。帰還測定ビーム成分の第２のアレイは、結像系３１０を介して測定構成成分の先行するアレイをたどり戻り、その一部分はビープ・スプリッター３４０による反射の後に、ピンホール・アレイ１１２Ｃで、点点上に集束される。
【０１７６】
ピンホール・アレイ１１２Ｃでの２つの点アレイの説明は、ピンホール・アレイビーム・スプリッター１１２での第１および第２の実施形態における対応する点アレイに対してなされた説明の部分と、点の変位が係数１／ｎによって減少しない点を除いて、同じである。ピンホール・アレイ１１２Ｃが接する媒体の屈折率は、本発明の範囲および精神から逸脱しない限り、１と仮定する。
【０１７７】
重畳点アレイの一部分および基準ビームの一部分がピンホール・アレイ１１２Ｃによって送られ、電気的干渉シグナル７２を生成するために分析器３６２によって送られた後、検出器７０によって検出される。分析器３６２は、重畳点アレイおよび基準ビームの伝搬部分の偏光状態をミキシングする。
【０１７８】
入力ビーム２４の説明は、図１ｂに示す二周波数生成装置および位相装置ならびに単一の周波数成分を含むビーム２０として構成される光調節装置２２によって、図１ａの入力ビーム２４に対してなされた説明の対応する部分と同様である。入ビーム２４は、異なる周波数を有する２つの成分を含み、個々の成分は異なる状態の平面偏光を持つ２つの成分を有する。ビーム調節装置２２に関する議論で述べられるように、入力ビーム２４の成分の相対的な位相は電子処理および制御装置８０によって発生する制御シグナル７４によって異なる値の間を移動する。
【０１７９】
第３の実施形態の説明の残りの部分は、第１および第２実施形態のために与えられる対応する部分と同様である。
【０１８０】
いくつかの実施形態では、ピンホール・アレイビーム・スプリッター１１２は基板６０の走査方向の反対側方向で走査をおこなうことが可能であり、この際の走査速度は、ピンホール・アレイビーム・スプリッター１２のピンホールの結合像は、結像されている基板６０上または該基板６０内の点がとどまるような速度とする。作動のこの走査モードは、レチクル・ステージの相対的な動作と走査モードで作動しているリソグラフィー・ツールのウエハステージとに類似している。共焦点顕微鏡検査システムの結合共焦ピンホールの伝統的な重大な配列の問題はほとんどない。すなわち、基準ビームアレイを生成しているピンホールのレジストレーションと測定ビームのアレイを生成しているピンホールのレジストレーションとが自動である。
【０１８１】
第４の実施形態は、干渉計１０を有する図１ａ〜１ｃの縦干渉計システムから構成される。この干渉計１０は、引用米国特許第５，７６０，９０１号に記載されたような、干渉型遠視野共焦点顕微鏡を含む。第４の実施形態では、ビーム調節装置２２が図１ｂに示す二周波数生成装置および位相装置として構成される。引用米国特許第５，７６０，９０１号の実施形態では、反射または伝播モードのいずれかで作動する構成になっている。第４の実施形態は、引用米国特許第５，７６０，９０１号がバックグラウンド減衰特性を持つことから、バックグラウンドの効果を抑えた。
【０１８２】
第５の実施形態は、干渉計１０を有する図１ａ〜１ｃの縦干渉計システムから構成される。この干渉計１０は、引用米国特許第５，７６０，９０１号に記載されたような、干渉型遠視野共焦点顕微鏡を含むもので、ここでは位相マスクが省かれている。第５の実施形態では、光調整装置２２が図１ｂに示す二周波数生成装置および位相装置として構成される。引用米国特許第５，７６０，９０１号の実施形態では、反射または伝播モードのいずれかで作動する構成になっている。第５実施形態は、引用米国特許第５，７６０，９０１号の実施形態の位相マスクを省くことで、共焦点技術の適用の基本的形態を提示した。
【０１８３】
第６の実施形態は、干渉計１０を有する図１ａ〜１ｃの縦干渉計システムから構成される。この干渉計１０は、引用米国特許第６，４８０，２８５号Ｂ１に記載されたような、干渉型遠視野共焦点顕微鏡を含む。第６の実施形態では、光調整装置２２が図１ｂに示す二周波数生成装置および位相装置として構成される。引用米国特許第６，４８０，２８５号Ｂ１の実施形態では、反射または伝播モードのいずれかで作動する構成になっている。第６の実施形態は、引用米国特許第６，４８０，２８５号Ｂ１がバックグラウンド減衰特性を持つことから、バックグラウンドの効果を抑えた。
【０１８４】
第７の実施形態は、干渉計１０を有する図１ａ〜１ｃの縦干渉計システムから構成される。この干渉計１０は、引用米国特許第６，４８０，２８５号Ｂ１に記載されたような、干渉型遠視野共焦点顕微鏡を含むもので、ここでは位相マスクが省かれている。第５の実施形態では、光調整装置２２が図１ｂに示す二周波数生成装置および位相装置として構成される。引用米国特許第６，４８０，２８５号Ｂ  １の実施形態では、反射または伝播モードのいずれかで作動する構成になっている。第７実施形態は、引用米国特許第６，４８０，２８５号Ｂ  １の実施形態の位相マスクを省くことで、共焦点技術の適用の基本的形態を提示した。
【０１８５】
第８の実施形態は、干渉計１０を有する図１ａ〜１ｃの縦干渉計システムから構成される。この干渉計１０は、引用米国特許第６，４４５，４５３号（ＺＩ−１４）に記載されたような、干渉型遠視野共焦点顕微鏡を含む。第８の実施形態では、光調整装置２２が図１ｂに示す二周波数生成装置および位相装置として構成される。引用米国特許第６，４４５，４５３号の実施形態では、反射または伝播モードのいずれかで作動する構成になっている。引用米国特許第６，４４５，４５３号の第８の実施形態では、特に、基準ビームから分離され、非共焦点結像系によって結像されている基板上に入射した測定ビームによる伝播モードで作動するように構成された。すなわち、基板での測定ビームは、ピンホールのアレイの像ではないが、拡張された点である。したがって、第８の実施形態の対応する実施形態は、測定ビームのためにバイ・ホモダイン検波方式の適用を非共焦点構成において示す。
【０１８６】
別の実施形態は、実施形態の変形例として、バイ・ホモダイン検波方式の代わりにクワッド・ホモダイン検波方式を使用することが可能である。図１ａ〜１ｃで示される装置に基づく実施形態のために、クワッド・ホモダイン検波方式を使用する実施形態の対応する装置の変形例は図１ａ〜１ｃで示す。装置の変形例、例えば第１の実施形態で使用される装置では、顕微鏡２２０に対して、散乱的な要素（例えば直接視プリズムおよび／または二色性のビーム・スプリッター）を備えるための改良を施す。二色性のビーム・スプリッターで構成する場合、第２の検出器をシステムにさらに加える。装置の変形例の説明は、「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共焦点顕微鏡検査」（“Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｐｉｎｈｏｌｅ  Ａｒｒａｙ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒ”）と題された引用米国仮特許出願第６０／４４２，９８２号（ＺＩ．４５）および米国特許出願第………号（２００４年１月27日出願）（ＺＩ−４５）で対応するシステムのために与えられる説明の対応する部分と同様である。
【０１８７】
実施形態の変形例を、結合矩象の非共同の測定の生成のためにダブル・ホモダイン検波方式を使用するように構成してもよい。実施形態の変異体の入力ビーム２４は、クワッド・ホモダイン検波方式と、ビーム３２の４周波数成分の個々が検出器７０の異なるピクセルに向けられるようにした４周波数の選択とを用いる構成となった実施形態に関して説明されるように、４つの周波数成分から構成され、直接視プリズムおよび／または二色性のビーム・スプリッターによる分光をともなう。電気的干渉シグナル値の４つのアレイを同時に得て、シングル・ホモダイン検波方式のために本明細書中に記載される手順を使用して、結合矩象の増幅のための処理がおこなわれる。
【図面の簡単な説明】
【０１８８】
【図１ａ】基板によって散乱／反射または送られたビームの視野結合矩象の差次的測定をおこなうために用いられる干渉計システムの図である。
【図１ｂ】二周波数生成装置と位相装置とで作動するように構成されるビーム調節装置の模式図である。
【図１ｃ】二周波数生成装置と周波数シフターとで作動するように構成されるビーム調節装置の模式図である。
【図２ａ】共焦点顕微鏡システムの模式図である。
【図２ｂ】反射屈折結像系の模式図である。
【図２ｃ】共焦点顕微鏡システムで使用されるピンホール・アレイにおいて点に焦点が合わさせられたビームの模式図である。
【図２ｄ】反射屈折結像系で点に焦点が合わさせられたビームの模式図である。
【図２ｅ】反射屈折結像系で点に焦点が合わさせられたビームの模式図である。
【図２ｆ】像平面で点に焦点が合わさせられたビームの模式図である。
【図３】基板によって散乱／反射または送られたビームの視野結合矩象の差次的測定をおこなうために用いられる干渉共焦点結像系の図である。
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【図３】
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【国際調査報告】
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