(57)【要約】【課題】対象物の干渉計測定を実行するための干渉計システムを提供する。【手段】入力ビームを発生させる光源アセンブリと、検出器要素を含む検出器アセンブリと、干渉計であって、前記対象物上のまたは前記対象物内のスポット上へ前記入力ビームを結像する光源結像システム、および前記検出器要素上へ干渉ビームとして前記スポットを結像する対象物結像システムを含み、前記対象物結像システムは参照ビームと前記スポットから来る光を結合させて前記干渉ビームを発生することを特徴とする干渉計システム。
2006522338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の干渉計測定を実行するための干渉計システムにおいて、
入力ビームを発生させる光源アセンブリと、
検出器要素を含む検出器アセンブリと、
干渉計であって、前記対象物上のまたは前記対象物内のスポット上へ前記入力ビームを結像する光源結像システム、および干渉ビームとして前記検出器要素上へ前記スポットを結像する対象物結像システムを含み、前記対象物結像システムが、参照ビームと前記スポットから来る光を結合させて、前記干渉ビームを発生することを特徴とする干渉計とを備え、
前記光源結像システムは、第1の開口を定義する第1の開口絞りによって特徴づけられており、前記光源結像システムは、前記第1の開口の第2の領域を通り抜ける光に対して、前記第1の開口の第1の領域を通り抜ける光に、第1の位相シフトを導入する第1の位相移行器を含み、前記第1の開口の前記第2の領域は、前記第1の開口の前記第1の領域の外にある前記開口の領域であって、
かつ、前記対象物結像システムは、第2の開口を定義する第2の開口絞りによって特徴づけられており、前記対象物結像システムは、前記第2の開口の第2の領域を通り抜ける光に対して、前記第2の開口の第1の領域を通り抜ける光に、第2の位相シフトを導入する第2の位相移行器を含み、前記第2の開口の前記第2の領域は、前記第2の開口の前記第1の領域の外にある前記開口の領域である、
ことを特徴とする、干渉計システム。
【請求項２】
前記検出器要素に到達する前記入力ビームのあらゆる成分が、前記光源アセンブリから前記検出器要素まで横断する場合、前記対象物による前方散乱/反射の結果として、前記第1および第2の位相移行器のうち一つだけを通過するように、前記第1および第2の位相移行器が、互いに向きを定められていることを特徴とする、請求項1に記載の干渉計システム。
【請求項３】
前記検出器要素に到達する前記入力ビームのあらゆる成分が、前記光源アセンブリから前記検出器要素まで横断する場合、前記対象物による後方散乱の結果として、前記第1および第2の位相移行器の両方を通過するかまたは前記第1および第2の位相移行器の両方とも通過しないように、前記第1および第2の位相移行器が、互いに向きを定められていることを特徴とする、請求項1に記載の干渉計システム。
【請求項４】
前記第1の位相シフトがπ/2であり、かつ、前記第2の位相シフトがπ/2であることを特徴とする、請求項2に記載の干渉計システム。
【請求項５】
前記第1の開口の前記第1の領域は、前記第1の開口の面積の2分の1を占め、かつ、前記第2の開口の前記第1の領域は、前記第2の開口の面積の2分の1を占めることを特徴とする、請求項2に記載の干渉計システム。
【請求項６】
前記第1の開口の前記第1および第2の領域は、等しい面積であることを特徴とする、請求項2に記載の干渉計システム。
【請求項７】
前記第2の開口の前記第1および第2の領域は等しい面積であることを特徴とする、請求項5に記載の干渉計システム。
【請求項８】
前記対象物結像システムは、第1の結像システム、ピンホールを定義するマスク、および第2の結像システムを含み、前記第1の結像システムは、前記マスクの前記ピンホール上に前記スポットを結像し、かつ、前記第2の結像システムは、前記検出器要素上に前記マスクの前記ピンホールを結像することを特徴とする、請求項2に記載の干渉計システム。
【請求項９】
前記第2の位相移行器は前記第1の結像システム内に位置していることを特徴とする、請求項8に記載の干渉計システム。
【請求項１０】
前記対象物結像システムは、第1の結像システムおよびピンホールを定義するマスクを含み、かつ、前記第1の結像システムおよび前記光源結像システムは、同じ結像システムによって両方とも実施されることを特徴とする、請求項2に記載の干渉計システム。
【請求項１１】
前記対象物結像システムは、また、前記検出器要素上に前記ピンホールを結像する第2の結像システムをも含むことを特徴とする、請求項10に記載の干渉計システム。
【請求項１２】
前記第1の位相移行器は、前記光源結像システムの範囲内の光学要素の表面の一部上の薄い光学膜であることを特徴とする、請求項10に記載の干渉計システム。
【請求項１３】
前記第2の位相移行器は、また、前記薄膜によっても実施されることを特徴とする、請求項12に記載の干渉計システム。
【請求項１４】
前記干渉計は、前記光源結像システムおよび前記第1の結像システムの両方を実施する反射屈折結像システムを備えることを特徴とする、請求項10に記載の干渉計システム。
【請求項１５】
前記反射屈折結像システムは、第1の反射屈折要素、第2の反射屈折要素、および前記第1および第2の反射屈折要素の間のビームスプリッタを備えることを特徴とする、請求項14に記載の干渉計システム。
【請求項１６】
前記干渉計システムは、干渉型顕微鏡観察法システムであることを特徴とする、請求項2に記載の干渉計システム。
【請求項１７】
前記干渉計システムは、干渉型共焦点顕微鏡観察法システムであることを特徴とする、請求項2に記載の干渉計システム。
【請求項１８】
前記干渉計システムは、干渉型偏光解析顕微鏡観察法システムであることを特徴とする、請求項2に記載の干渉計システム。
【請求項１９】
前記光源アセンブリは、前記入力ビームを生成するためのパルス駆動光源またはシャッター付光源を備えることを特徴とする、請求項2に記載の干渉計システム。
【請求項２０】
対象物の干渉計測定を実行する干渉計システムにおいて、
入力ビームアレイを生成する光源アセンブリと、
検出器要素アレイを含む検出器アセンブリと、
干渉計であって、前記対象物上のまたは前記対象物内のスポットアレイ上へ、前記入力ビームアレイを結像する光源結像システム、および干渉ビームアレイとして、前記検出器要素アレイ上へ前記スポットアレイを結像する対象物結像システム、を含み、前記対象物結像システムは、対応する参照ビームと前記スポットアレイの各スポットから来る光を結合させて、前記干渉ビームアレイの対応する干渉ビームを発生することを特徴とする干渉計とを備え、
前記光源結像システムは、第1の開口を定義する第1の開口絞りによって特徴づけられており、前記光源結像システムは、前記第1の開口の第2の領域を通り抜ける光に対して、前記第1の開口の第1の領域を通り抜ける光に、第1の位相シフトを導入する第1の位相移行器を含み、前記第1の開口の前記第2の領域は、前記第1の開口の前記第1の領域の外にある前記開口の領域であって、
かつ、前記対象物結像システムは、第2の開口を定義する第2の開口絞りによって特徴づけられており、前記対象物結像システムは、前記第2の開口の第2の領域を通り抜ける光に対して、前記第2の開口の第1の領域を通り抜ける光に、第2の位相シフトを導入する第2の位相移行器を含み、前記第2の開口の前記第2の領域は、前記第2の開口の前記第1の領域の外にある前記開口の領域である、
ことを特徴とする、干渉計システム。
【請求項２１】
前記検出器要素に到達する前記入力ビームアレイのあらゆる成分が、前記光源アセンブリから前記検出器要素まで横断する場合、前記対象物による前方散乱/反射の結果として、前記第1および第2の位相移行器のうち一つだけを通過するように、前記第1および第2の位相移行器が、互いに向きを定められていることを特徴とする、請求項20に記載の干渉計システム。
【請求項２２】
前記検出器要素に到達する前記入力ビームアレイのあらゆる成分が、前記光源アセンブリから前記検出器アセンブリまで横断する場合、前記対象物による後方散乱の結果として、前記第1および第2の位相移行器の両方を通過するかまたは前記第1および第2の位相移行器の両方とも通過しないように、前記第1および第2の位相移行器が、互いに向きを定められていることを特徴とする、請求項21に記載の干渉計システム。
【請求項２３】
前記第1の位相シフトはπ/2であり、かつ、前記第2の位相シフトはπ/2であることを特徴とする、請求項21に記載の干渉計システム。
【請求項２４】
前記第1の開口の前記第1の領域は、前記第1の開口の面積の2分の1を占め、かつ、前記第2の開口の前記第1の領域は、前記第2の開口の面積の2分の1を占めることを特徴とする、請求項21に記載の干渉計システム。
【請求項２５】
前記第1の開口の前記第1および第2の領域は、等しい面積であることを特徴とする、請求項21に記載の干渉計システム。
【請求項２６】
前記第2の開口の前記第1および第2の領域は等しい面積であることを特徴とする、請求項21に記載の干渉計システム。
【請求項２７】
前記第1の位相移行器は、前記光源結像システムの範囲内の光学要素の表面の一部上の薄い光学膜であることを特徴とする、請求項21に記載の干渉計システム。
【請求項２８】
前記第2の位相移行器は、また、前記薄膜によっても実施されることを特徴とする、請求項27に記載の干渉計システム。
【請求項２９】
前記対象物結像システムは、第1の結像システム、ピンホールアレイを定義する対象物側マスク、および第2の結像システムを含み、前記第1の結像システムは、前記結像されたスポットアレイの各結像されたスポットが前記ピンホールアレイの前記ピンホールの対応する、異なる一つと位置合わせされるように、前記ピンホールアレイ上に前記スポットアレイを結像し、かつ、前記第2の結像システムは、前記検出器要素アレイ上に前記ピンホールアレイを結像することを特徴とする、請求項21に記載の干渉計システム。
【請求項３０】
前記干渉計は、前記光源結像システムおよび前記第1の結像システムの両方を実施する反射屈折結像システムを備えることを特徴とする、請求項29に記載の干渉計システム。
【請求項３１】
前記反射屈折結像システムは、第1の反射屈折要素、第2の反射屈折要素、および前記第1および第2の反射屈折要素の間のビームスプリッタを備えることを特徴とする、請求項30に記載の干渉計システム。
【請求項３２】
前記光源アセンブリは、ピンホールアレイを定義する光源側マスクを含むことを特徴とする、請求項30に記載の干渉計システム。
【請求項３３】
前記検出器側マスクおよび前記光源側マスクは、同じマスクによって実施されることを特徴とする、請求項32に記載の干渉計システム。
【請求項３４】
前記光源アセンブリは、前記入力ビームアレイを生成するためのパルス駆動光源を備えることを特徴とする、請求項21に記載の干渉計システム。
【請求項３５】
前記対象物を保持するための対象物ステージを更に備えることを特徴とする、請求項29に記載の干渉計システム。
【請求項３６】
動作の間、前記対象物を走査するために前記対象物ステージを移動するための第1のトランスジューサアセンブリを更に備えることを特徴とする、請求項35に記載の干渉計システム。
【請求項３７】
動作の間、前記検出器側マスクを移動するための第2のトランスジューサアセンブリを更に備えることを特徴とする、請求項36に記載の干渉計システム。
【請求項３８】
前記第1のトランスジューサに前記対象物を移動させ、同時に、動作の間、前記検出器側マスクが前記基板の共役画像を追跡するように、前記第2のトランスジューサアセンブリに前記検出器側マスクを移動させるようにプログラムされたコントローラを更に備えることを特徴とする、請求項37に記載の干渉計システム。
【請求項３９】
対象物の干渉計測定を実行する方法において、
入力ビームを生成すること、
前記入力ビームから第1および第2の測定ビームを導き出すこと、
前記第1の測定ビームを前記第2の測定ビームに対して位相において第1の分量だけシフトすること、
前記第1および第2の測定ビームを前記対象物上のまたは前記対象物内のスポットに結像して、第1の帰還測定ビームおよび第2の帰還測定ビームを発生することであって、前記第1の帰還測定ビームは、前記対象物による前記第1の測定ビームの前方反射および／または前方散乱に、前記対象物による前記第2の測定ビームの後方散乱を加えたものからなり、前記第2の測定ビームは、前記対象物による前記第2の測定ビームの前方反射および／または前方散乱に、前記対象物による前記第1の測定ビームの後方散乱を加えたものからなること、
前記第2の帰還測定ビームを前記第1の帰還測定ビームに対して位相において第2の分量だけシフトすること、
前記第1のおよび帰還第2の帰還測定ビームを参照ビームと干渉させて、干渉ビームを発生させること、
前記干渉ビームを前記検出器要素上に結像すること、
を備える、ことを特徴とする前記方法。
【請求項４０】
位相シフトの前記第1および第2の分量は、前記第1および第2の帰還測定ビームの前記後方散乱部分が実質的に相殺し、かつ、前記第1および第2の帰還測定ビームの前記前方反射および／または前方散乱部分が、互いに補強しあうような分量であることを特徴とする、請求項39に記載の方法。
【請求項４１】
位相シフトの前記第1および第2の分量は、等しいものであることを特徴とする、請求項39に記載の方法。
【請求項４２】
位相シフトの前記第1および第2の分量は、両方ともπ/2に等しいものであることを特徴とする、請求項41に記載の方法。                                                                               
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計を使用した基板内のまたは基板上のスポットの結像に関する。
【０００２】
本出願は、また、2003年4月3日出願の米国特許仮出願第60/460129号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００３】
従来技術は、対象物による前方散乱/反射ビームの視野振幅を偏光解析法における入射角の関数として測定する実行法を教示している。しかし、従来技術は、対象物による後方散乱ビームの視野振幅を干渉型非偏光解析法または干渉型偏光解析法のどちらかを使用して測定することによる対象物の後方散乱結像を教示してはいない。また、従来技術は、対象物による後方散乱ビームの共役四半分角視野の干渉型非偏光解析法または干渉型偏光解析法のどちらかを使用した共時測定を伴う後方散乱結像をも教示してはいない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術は、また、対象物による前方散乱/反射ビームの視野振幅を基板上の単一のスポットのまたは基板上の少数のスポットの偏光解析法における入射角の関数として測定する実行法を教示している。しかし、従来技術は、非干渉型偏光解析法または干渉型偏光解析法のどちらかにおける、対象物内のまたは対象物上の多数のスポットアレイによる後方散乱ビームまたは前方散乱/反射ビームの視野振幅を同時に測定することによる、基板内のまたは基板上のスポットによる、後方散乱結像の実行法、または前方散乱/反射ビームの視野振幅測定の実行法を教示してはない。また、従来技術は、干渉型偏光解析法または干渉型非偏光解析法における、対象物内のまたは対象物上の大型スポットアレイによる後方散乱ビームまたは前方散乱/反射ビームの共役四半分角視野の同時共同の測定による、基板内のまたは基板上のスポットによる、後方散乱結像の実行法、または前方散乱/反射ビームの視野振幅測定の実行法をも教示してはいない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に記載される本発明の実施態様は、対象物の一次元、二次元および三次元後方散乱像を生成し、干渉型非偏光解析法および干渉型偏光解析法における対象物による後方散乱ビームの視野振幅の測定を行う。ある実施態様は、更に、対象物の一次元、二次元および三次元後方散乱像を生成し、干渉型非偏光解析法または干渉型偏光解析法における対象物による後方散乱ビームの共役四半分視野の共時測定を行う。
【０００６】
他の実施態様では、対象物の後方散乱像が生成され、干渉型非偏光解析法または干渉型偏光解析法における対象物内のまたは対象物上の多数のスポットアレイによる後方散乱ビームの視野振幅の同時測定がなされる。さらに他の実施態様において、対象物の後方散乱像が生成され、干渉型非偏光解析法または干渉型偏光解析法における対象物内のまたは対象物上の大型スポットアレイによる後方散乱ビームの共役四半分視野の共同測定の同時測定がなされる。 明らかとなるように、本明細書に記載される実施態様の多くは、また、基板内のまたは基板上のスポットの前方散乱/反射結像に使用されてもよい。
【０００７】
一般に一態様において、本発明は対象物の干渉計測定を実行するための干渉計システムを特徴とする。このシステムは、入力ビームを発生させる光源アセンブリと、検出器要素を含む検出器アセンブリと、対象物上のまたは対象物内のスポット上へ入力ビームを結像する光源結像システム、および干渉ビームとして検出器要素上へスポットを結像する対象物結像システムを含み、前記対象物結像システムは、参照ビームとスポットから来る光を結合させて、干渉ビームを発生する。前記光源結像システムは、第1の開口を定義する第1の開口絞りによって特徴づけられており、かつ、第1の開口の第2の領域を通り抜ける光に対して、第1の開口の第1の領域を通り抜ける光に、第1の位相シフトを導入する第1の位相移行器を含み、第1の開口の第2の領域は、第1の開口の第1の領域の外にある開口の領域である。前記対象物結像システムは、第2の開口を定義する第2の開口絞りによって特徴づけられており、かつ、第2の開口の第2の領域を通り抜ける光に対して、第2の開口の第1の領域を通り抜ける光に、第2の位相シフトを導入する第2の位相移行器を含み、第2の開口の第2の領域は、第2の開口の第1の領域の外にある開口の領域である。
【０００８】
他の実施態様には、以下の機能の一つ以上が含まれる。第1および第2の位相移行器は、検出器要素に到達する入力ビームのいかなる成分も、光源アセンブリから検出器要素まで横断する場合、対象物による前方散乱/反射の結果として、第1および第2の位相移行器のうち一つだけを通過するように互いに向きを定められている。さらに、第1および第2の位相移行器は、検出器要素に到達する入力ビームのいかなる成分も、光源アセンブリから検出器要素まで横断する場合、対象物による後方散乱の結果として、第1および第2の位相移行器の両方を通過するかまたは第1および第2の位相移行器の両方とも通過しないように互いに向きを定められている。第1の位相シフトはπ/2であり、第2の位相シフトはπ/2である。第1の開口の第1の領域は、第1の開口の1/2の面積を占め、第2の開口の第1の領域は、第2の開口の1/2の面積を占める。第1の開口の第1および第2の領域は、等しい面積であり、第2の開口の第1および第2の領域は、等しい面積である。
【０００９】
さらに他の実施態様は、以下の機能の一つ以上を含む。対象物結像システムは、第1の結像システム、ピンホールを定義するマスクおよび第2の結像システムを含み、第1の結像システムが、マスクのピンホール上にスポットを結像し、かつ、第2の結像システムが、検出器要素上へマスクのピンホールを結像する。第2の位相移行器は、第1の結像システム内に位置する。第1の結像システムおよび光源結像システムは、同じ結像システムによって両方とも実施される。第2の結像システムは、検出器要素上へピンホールを結像する。第1の位相移行器は、光源結像システムの範囲内の光学要素の表面の一部上の薄い光学膜であり、第2の位相移行器も、また、その同じ薄膜によって実施される。干渉計は、光源結像システムおよび第1の結像システムの両方を実施する反射屈折結像システムを含む。 反射屈折結像システムは、第1の反射屈折要素、第2の反射屈折要素、および第1および第2の反射屈折要素の間のビームスプリッタを含む。光源アセンブリは、入力ビームを生成するためのパルス駆動またはシャッター付光源を含む。干渉計システムは、ほんの少し可能性の例を挙げれば、干渉型顕微鏡観察法システム、干渉型共焦点顕微鏡観察法システムまたは干渉型偏光解析顕微鏡観察法システムとしてもよい。
【００１０】
一般に、別の態様において、本発明は対象物の干渉計測定を実行するための干渉計システムを特徴とする。このシステムは、入力ビームアレイを生成する光源アセンブリと、検出器要素アレイを含む検出器アセンブリと、対象物上のまたは対象物内のスポットアレイ上へ入力ビームアレイを結像する光源結像システムおよび検出器要素のアレイ上へ干渉ビームアレイとしてスポットアレイを結像する対象物結像システムを含む干渉計とを含み、対象物結像システムは、スポットアレイの各スポットから来る光を対応する参照ビームと結合させて干渉ビームアレイの対応する干渉ビームを発生する。前記光源結像システムは、第1の開口を定義する第1の開口絞りによって特徴づけられており、かつ、第1の開口の第2の領域を通り抜ける光に対して、第1の開口の第1の領域を通り抜ける光に、第1の位相シフトを導入する第1の位相移行器を含み、第1の開口の第2の領域は、第1の開口の第1の領域の外にある開口の領域である。前記対象物結像システムは、第2の開口を定義する第2の開口絞りによって特徴づけられており、かつ、第2の開口の第2の領域を通り抜ける光に対して、第2の開口の第1の領域を通り抜ける光に、第2の位相シフトを導入する第2の位相移行器を含み、第2の開口の第2の領域は、第2の開口の第1の領域の外にある開口の領域である。
【００１１】
他の実施態様には、以下の機能の一つ以上が含まれる。第1および第2の位相移行器は、検出器要素に到達する入力ビームアレイのいかなる成分も、光源アセンブリから検出器要素まで横断する場合、対象物による前方散乱/反射の結果として、第1および第2の位相移行器のうち一つだけを通過するように互いに向きを定められている。さらに、第1および第2の位相移行器は、検出器要素に到達する入力ビームアレイのいかなる成分も、光源アセンブリから検出器要素まで横断する場合、対象物による後方散乱の結果として、第1および第2の位相移行器の両方を通過するかまたは第1および第2の位相移行器の両方とも通過しないように互いに向きを定められている。対象物結像システムは第1の結像システム、ピンホールアレイを定義する対象物側マスクおよび第2の結像システムを含み、第1の結像システムが、結像されたスポットアレイの各々の結像されたスポットが対応するピンホールアレイのピンホールの異なる一つと位置合わせされるように、ピンホールアレイ上にスポットアレイを結像し、かつ、第2の結像システムが検出器要素アレイ上へピンホールアレイを結像する。干渉計は、光源結像システムおよび第1の結像システムの両方を実施する反射屈折結像システムを含む。反射屈折結像システムは、第1の反射屈折要素、第2の反射屈折要素、および第1および第2の反射屈折要素間のビームスプリッタを含む。光源アセンブリは、ピンホールアレイを定義する光源側マスクを含む。検出器側マスクおよび光源側マスクは、同じマスクによって実施される。光源アセンブリは、入力ビームアレイを生成するパルス駆動光源を含む。干渉計システムは、また、対象物を保持するための対象物ステージ、動作中に対象物を走査するように対象物ステージを移動させるための第1のトランスジューサアセンブリ、および動作中に検出器側マスクを移動させるための第2のトランスジューサアセンブリを含む。干渉計システムは、更に第1のトランスジューサに対象物を移動させ、一方同時に、検出器側マスクが動作中に基板の共役像を追跡するように、第2のトランスジューサアセンブリに検出器側マスクを移動させるようにプログラムされた制御装置を含む。
【００１２】
一般に、なおさらに別の態様において、本発明は対象物の干渉計測定を実行する方法を特徴とする。この方法は、入力ビームを生成すること、入力ビームから第1および第2の測定ビームを導き出すこと、第2の測定ビームに対して位相角で第1の分量だけ第1の測定ビームをシフトすること、第1および第2の測定ビームを対象物上のまたは対象物内のスポットに結像して、第1の帰還測定ビームおよび第2の帰還測定ビームを発生することであって、第1の帰還測定ビームが、対象物による第1の測定ビームの前方反射および／または前方散乱に、対象物による第2の測定ビームの後方散乱を加えたものから生じ、かつ、第2の測定ビームが、対象物による第2の測定ビームの前方反射および／または前方散乱に、対象物による第1の測定ビームの後方散乱を加えたものから生じること、第1の帰還測定ビームに対して位相角で第2の分量だけ第2の帰還測定ビームをシフトすること、第1のおよび帰還第2の帰還測定ビームを参照ビームと干渉させて干渉ビームを発生すること、および干渉ビームを検出器要素に結像すること、を伴う。
【００１３】
他の実施態様には、以下の機能の一つ以上が含まれる。位相シフトの第1および第2の分量は、第1および第2の帰還測定ビームの後方散乱部分が実質的に相殺し、かつ第1および第2の帰還測定ビームの前方反射および／または前方散乱部分が互いに補強するような分量である。位相シフトの第1および第2の分量は、π/2と等しい。
【発明の効果】
【００１４】
少なくとも一つの実施態様の利点は、対象物の一次元、二次元および三次元後方散乱像が、干渉型非偏光解析法および干渉型偏光解析法における対象物による後方散乱ビームの視野振幅の測定によって生成されることである。
【００１５】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、対象物の一次元、二次元および三次元後方散乱像が、干渉型非偏光解析法または干渉型偏光解析法のどちらかにおける対象物による後方散乱ビームの共役四半分視野の共時測定によって生成されることである。
【００１６】
少なくとも一つの実施態様の利点は、対象物の後方散乱像が、干渉型非偏光解析法または干渉型偏光解析法のどちらかにおける対象物内のまたは対象物上の多数のスポットアレイによる後方散乱ビームの視野振幅の同時測定によって生成されることである。
【００１７】
少なくとも一つの実施態様の利点は、対象物の後方散乱像が、干渉型非偏光解析法または干渉型偏光解析法のどちらかにおける対象物内のまたは対象物上の大型スポットアレイによる後方散乱ビームの共役四半分視野の共同測定の同時測定によって生成されることである。
【００１８】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、バイ−ホモダイン検出法またはクオード-ホモダイン検出法のどちらかが、非偏光解析法において使用でき、結像される基板による反射/散乱ビームの共役四半分視野の共時測定を獲得できることである。
【００１９】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、バイ−ホモダイン検出法またはクオード-ホモダイン検出法の変種のどちらかが、非偏光解析法において使用でき、結像される基板による反射/散乱ビームの共役四半分視野の共時測定を獲得できることである。
【００２０】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、参照ビームアレイおよび測定ビームアレイ間の相対的位相シフトが入力ビーム成分の周波数を変更することによって導入できるということである。
【００２１】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、ミクロンのオーダーの横方向の解像度を有する基板の後方散乱結像が、偏光解析法にとってミリメートルのオーダーの動作距離で獲得できることである。
【００２２】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、ミクロンのオーダーの横方向の解像度を有する基板内方部の後方散乱結像が、偏光解析法にとってミリメートルのオーダーの動作距離で獲得できることである。
【００２３】
少なくとも一つの実施態様の別の利点は、ある実施態様において、入力ビーム成分の位相が、測定された共役四半分視野に影響を及ぼさないことである。
【００２４】
後方散乱結像に関する各々の利点に対して、基板の前方散乱/反射結像に関して一致した利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
干渉型共焦点および非共焦点偏光解析および非偏光解析顕微鏡観察法システムを備えるいくつかの実施態様が記載される。本発明を組み込んだ実施態様の概要は、干渉計システムに最初に与えられ、ここで、シングル−、ダブル−、バイ−およびクオード-ホモダイン検出法およびその変種が、測定対象物によって散乱/反射された偏光ビームまたは直交偏光ビームのどちらかの共役四半分視野の測定を実行するために使用される。バイ−およびクオード-ホモダイン検出法およびその変種を使用する実施態様に対して、測定対象物によって散乱/反射された偏光ビームまたは直交偏光ビームのどちらかの共役四半分視野の共時測定が実行される。
【００２６】
図1aを参照すると、干渉計システムが模式的に示され、干渉計10、光源18、ビーム調整器22、検出器70、電子プロセッサおよびコントローラ80、および測定対象物、基板60、を備える。光源18は、１つまたは複数の周波数成分を備える入力ビーム20を生成するパルス駆動またはシャッター付光源である。ビーム20は、ビーム調整器22に入射し、単一の偏光成分または2つの直交偏光成分を備える入力ビーム24としてビーム調整器を出射する。偏光成分の各々は、１つまたは複数の異なる周波数成分を備える。入力ビーム24の周波数成分の測定ビーム成分は空間的に共存し、かつ同じ時間ウィンドウ関数を有し、対応する参照ビーム成分も空間的に共存し、かつ同じ時間ウィンドウ関数を有する。
【００２７】
参照および測定ビームは、光源18からのビームセットからビーム調整器22において、または、干渉計10において、入力ビーム24の周波数成分のそれぞれについて生成されてもよい。ビーム調整器22または干渉計10のどちらかにおいて生成された測定ビーム30Aが、基板60上に入射する。 測定ビーム30Bは、基板60によって反射および/散乱された、測定ビーム30Aの一部か、または基板60によって透過された、測定ビーム30Aの一部として生成された帰還測定ビームである。 帰還測定ビーム30Bは、干渉計10において参照ビームと結合されて、出力ビーム34を形成する。
【００２８】
出力ビーム34は、検出器70によって検出されてホモダイン検出法において光源パルスあたり1個または複数の電気干渉信号を生成し、信号72として使用され、送信される。検出器70は、ビーム34の参照および帰還測定ビーム成分の共通偏光状態を選択し、混合ビームを形成する分析器を備えてもよい。別態様として、干渉計10は、ビーム34の参照および帰還測定ビーム成分の共通偏光状態を、ビーム34が混合ビームとなるように、選択する分析器を備えてもよい。
【００２９】
実際には、2つの異なる技術によって、出力ビーム34の参照および測定ビーム成分の間に既知の位相シフトが導入される。第1の技術では、干渉計10における参照および測定ビーム経路の間の光学的経路差が非ゼロであるために、出力ビーム34の周波数成分のそれぞれについて対応する参照および測定ビーム成分の間に位相シフトが導入され、かつ、対応する周波数シフトが、それぞれ電子プロセッサとコントローラ80からの信号74、および92による調節に従って、ビーム調整器22および／または光源18によって、入力ビーム24の周波数成分に導入される。第2の技術では、それぞれ電子プロセッサとコントローラ80からの信号74、および92による調節に従って、ビーム調整器22および／または光源18によって、入力ビーム24の周波数成分のそれぞれについて参照および測定ビーム成分の間に位相シフトが導入される。
【００３０】
各種実施態様の入力ビーム要求を満たすために、光源18とビーム調整器22の取る構成については様々のやり方がある。第2の技術で使用してもよいビーム調整器の例は、例えば、共通著者による米国特許仮出願第60/442, 858 (47)号、名称「干渉計測対象物による反射/散乱ビームの共役四半分視野の共時測定のための装置および方法」、および2004年1月27日出願の米国特許出願第10/765,369号（ZI-47）、名称「干渉計測対象物による反射/散乱および透過ビームの共役四半分視野の共時測定のための装置および方法」に記載されているような、2つの周波数発生器およびビーム調整器の位相シフトタイプの組み合わせを備える。第2の技術で使用してもよいビーム調整器の他の例は、例えば、共通著者による米国特許仮出願第60/459,425号（ZI-50）、名称「干渉計測対象物による散乱/反射直交偏光ビーム視野の共時測定のための装置および方法」、および2004年4月1日出願の米国特許出願（ZI-50）、同じく名称「干渉計測対象物による散乱/反射直交偏光ビーム視野の共時測定のための装置および方法」に記載されているような、複数の周波数発生器およびビーム調整器の位相シフトタイプの組み合わせを備える。前記2つの米国特許仮出願および2つの米国特許出願は、全てヘンリー・エー・ヒル(Henry A. Hill)によるものであり、それらの内容は引用することにより全て本出願に含める。
【００３１】
種々の実施態様の入力ビーム要求に合致するように光源18およびビーム調整器22を様々なやり方で構成する、その方法の記載の続きとして、光源18はパルス駆動光源であることが好ましい。パルス駆動光源を生産するにはいくつかの異なるやり方がある（ W. Silfvast,「光学教科書("Handbook of Optics")」、 1,1995、 第11章「レーザー」McGraw-Hill, New York参照）。 光源18の各パルスは、モードロック型QスイッチNd：YAGレーザーによって生成されるもののような単発パルスまたはパルス列を含んでもよい。単発パルス列は、本明細書ではパルスとして参照される。語「パルス」および句「パルス列」は、本明細書では相互互換的に使用される。
【００３２】
光源18は、ある実施態様では、B. P. Stoicheff, J. R. Banic, P. Herman, W. Jamroz, P. E. LaRocque, and R. H. Lipsonによって書かれた、名称「高解像度VUVおよびXUV分光光度観測のための、変調可能なコヒーレント光源("Tunable, Coherent Sources For High-Resolution VUV and XUV Spectroscopy")」なる、T.J. McIlrath and R. R. Freeman編（米国物理研究所）の「限外紫外線分光光度観察のためのレーザー技術("Laser Techniques for Extreme Ultraviolet Spectroscopy")、19ページ(1982)所載の総覧、および、その中の引用文献に記載される技術を用いて、2種またはそれ以上の周波数を生成するように構成することが可能である。技術としては、例えば、S. E. Harris, J. F. Young, A. H. Kung, D. M. Bloom, and G. C. Bjorklundによって書かれた、名称「紫外線および真空紫外線放射の生成("Generation of Ultraviolet and Vacuum Ultraviolet Radiation")」なる、R. G. Brewer and A. Mooradi編(Plenum Press, New York)、「レーザー分光光度観察I（"Laser Spectroscopy I"）59ページ(1974）所載の論文、および、A. H. Kungによって書かれた、名称「変調可能なピコ秒VUV放射の生成（"Generation of Tunable Picosecond VUV Radiation"）」、Appl. Phys. Lett. 25, p 653 (1974)の論文に記載された、二次及び三次ハーモニック（高調波）生成、およびパラメトリック生成があげられる。上に引用した3編の論文の内容全体を、参照することにより本明細書に含める。
【００３３】
2種またはそれ以上の周波数成分を含む光源18からの出力ビームは、ビーム調整器22においてビームスプリッタによって結合されて、ある実施態様の要求に応じて空間的に隔てられた、または、共存的な、共存的測定および参照ビームを形成する。ある実施態様で要求される各種成分の周波数シフトは、光源18において、例えば、入力ビームのパラメトリック発信器に対する周波数変調によって導入されてもよく、ビーム調整器22における測定ビームに対する参照ビームの相対的位相シフトは、例えば、プリズムまたはミラーと圧電移行器を含む光学・機械タイプのもの、あるいは、電気・光学変調器タイプのもので実現されてもよい。
【００３４】
図1aを参照しながら一般的記述を続ける。入力ビーム24は干渉計10に入射し、そこで、参照ビームと測定ビームが生成される。参照ビームと測定ビームとは、それぞれ、非偏光解析法および偏光解析法のために、それぞれ、1、2アレイの参照ビームと1、2アレイの測定ビームを含み、これらのアレイは1要素からなるアレイを含む。測定ビームアレイは、基板60上および／または基板60中に結像し、帰還測定ビームアレイが、基板60による反射／散乱によって生成される。参照ビームと帰還測定ビームの両アレイはビームスプリッタによって結合されて、それぞれ、非偏光解析法または偏光解析法のために1、2アレイの出力ビーム成分を形成する。出力ビームのアレイ同士は、干渉計10と検出器70のいずれかにおいて、偏光状態に関して混合される。次に、出力ビームアレイは、複数ピクセル検出器のピクセル上のスポットに結像され、検出されて、電気干渉信号アレイ72を生成する。
【００３５】
帰還測定ビームの共役四半分視野は、シングル−、ダブル−、バイ−およびクオード-ホモダイン検出法またはその変種を使用することによって獲得される。バイ−およびクオード-ホモダイン検出法は、例えば先に引用した、米国特許仮出願第60/442,858号(47)）および2004年1月27日出願の米国特許出願第10/765,369号（ZI-47）、名称「干渉計測対象物による反射/散乱および透過ビームの共役四半分視野の共時測定のための装置および方法」に記載されている。バイ−およびクオード-ホモダイン検出法の変種は、例えば先に引用した、米国特許仮出願第60/459,425号（ZI-50）、および2004年4月1日出願の米国特許出願（ZI-50）、名称「干渉計測対象物による散乱/反射直交偏光ビーム視野の共時測定のための装置および方法」に記載されている。
【００３６】
シングル−ホモダイン検出法に対して、入力ビーム24は、単一周波数成分を備え、かつ、電気干渉信号72のアレイの4個または8個の測定のセットが、非偏光解析法または偏光解析法において、それぞれ実行される。非偏光解析法および偏光解析法における電気干渉信号72のアレイの測定の各々に対して、既知の位相シフトが、出力ビーム34の各参照ビーム成分とそれぞれの帰還測定ビーム成分との間に導入される。基板による反射／散乱ビームの共役四半分視野を抽出するために使用されるその後のデータ処理方法は、例えば、共通著者Henry A. Hillによる、名称「走査干渉型近視野共焦点顕微鏡観察法」なる米国特許第6,445,453号（ZI-14)に記載されている。なお、この特許の内容全体を引用することにより本明細書に含める。
【００３７】
非偏光解析法に適用されるダブルホモダイン検出法は、4周波数成分を備える入力ビーム24および4台の検出器を使用して、その後非偏光解析法において共役四半分を獲得するために使用される電気干渉信号の測定値を獲得する。4台の検出器要素の各検出器要素は、同時に獲得される4個の電気干渉信号値とは異なる4個の電気干渉信号値の一つを獲得し、視野の共役四半分を計算する。4個の電気干渉信号値の各々は、共役四半分の1直交成分に関連する情報だけを含む。本明細書において用いられるダブルホモダイン検出法は、G. M. D'ariano and M.G、A. Parisによって書かれた、名称「理想的および実行可能測定における位相感度の下限（"Lower Bounds On Phase Sensitivity In Ideal And Feasible Measurements"）」なる論文、Phys. Rev、A49、3022-3036 (1994)のIV節に記述されるような検出方法に関連がある。したがって、ダブルホモダイン検出法は、共役四半分視野の共時測定を実行せず、各電気干渉信号値が、共役四半分の2つの直交成分の各々に関する情報を同時に含む。
【００３８】
偏光解析法に対するダブルホモダイン検出法の適応において、入力ビーム24は、8個の周波数成分および8台の検出器を備え、その後、共役四半分を獲得するために使用される8個の電気干渉信号の測定値を獲得する。8台の検出器要素の各検出器要素は、同時に獲得される8個の電気干渉信号値と異なる8個の電気干渉信号値の一つを獲得し、散乱/反射直交偏光視野の共役四半分視野を計算する。8個の電気干渉信号値の各々は2つの共役四半分のうち一つの1直交成分に関連する情報だけを含む。
【００３９】
バイ-およびクオード-ホモダイン検出法は、電気干渉信号の測定値を獲得し、この場合、電気干渉信号の各測定値は、共役四半分の2直交成分に関する情報を同時に含む。
この2直交成分は、例えば、先に引用した米国特許仮出願第60/442,858号(ZI-47)）、および2004年1月27日出願の米国特許出願第10/765,369号（ZI-47）、名称「干渉計測対象物による反射/散乱および透過ビームの共役四半分視野の共時測定のための装置および方法」に記載されているような、共役四半分の直交成分に対応する。
【００４０】
バイ-およびクオード-ホモダイン検出法の変種は、電気干渉信号の測定値を獲得し、ここで電気干渉信号の各測定値は、散乱/反射直交偏光ビームの2つの共役四半分視野の各々の2直交成分に関する情報を同時に含む。2つの共役四半分の2直交成分は、例えば、先に引用した米国特許仮出願第60/459,425号（ZI-50）、および2004年4月1日出願の米国特許出願（ZI-50）、名称「干渉計測対象物による散乱/反射直交偏光ビームの視野の共時測定のための装置および方法」に記載されているような、共役四半分の直交成分に対応する。
【００４１】
第1の実施態様が、図1bにおいて模式的に示される。第1の実施態様は、全体として数字10で示される第1の結像システム、ピンホールアレイビームスプリッタ12、検出器70、および全体として数字110で示される第2の結像システムを備える。第2の結像システム110は、大きな動作距離を有する低倍顕微鏡、例えばニコンELWDおよびSLWD対物レンズおよびオリンパスLWD、ULWD、およびELWD対物レンズである。
【００４２】
第1の結像システム10が、図1cにおいて模式的に示される。結像システム10は、共通著者による米国出願第10/028,508 号（ZI-38）および米国特許第6,717, 736号（ZI-43) に記載されるものと同じ反射屈折光学系である。2つの引用した特許出願の両方とも、Henry A. Hillによるものであり、この２つの引用した米国出願の内容全体を、参照することによって本明細書に含める。
【００４３】
反射屈折結像システム10は、反射屈折要素40と44、ビームスプリッタ48および凸レンズ50を備える。表面42Aおよび46Aは凸型球面であり、名目上は同じ曲率半径を有し、表面42Aおよび46Aそれぞれの曲率半径中心はビームスプリッタ48に関して共役点である。表面42Bおよび46Bは凹型球面であり、名目上は同じ曲率半径を有する。表面42Bおよび46Bの曲率半径の中心は、それぞれ、表面46Aおよび42Aの曲率半径の中心と同じである。凸レンズ50の曲率半径の中心は、表面42Bおよび46Aの曲率半径の中心と同じである。表面46Bの曲率半径は、結像システム10の効率損失を最小にするように、最終用途のために受容可能な、結像システム10の動作距離を実現するように選ばれる。凸レンズ50の曲率半径は、反射屈折光学系10の偏軸収差が補償されるように選ばれる。要素40および44の媒体は、例えば、CaF2、石英ガラスまたは市販のガラス、例えばSF11である。凸レンズ50の媒体は、例えば、CaF2、石英ガラス、YAG、または市販のガラス、例えば、SF11である。要素40と44および凸レンズ50の媒体の選択にあたって考慮すべき重要点は、ビーム24の周波数に対する透過性である。
【００４４】
凸レンズ52は、凸レンズ50の曲率中心と同じ曲率中心を持つ。凸レンズ50と52は、中間にピンホールビームスプリッタ12を間にして互いに接着される。ピンホールアレイビームスプリッタ12は、図1dに示される。 ピンホールアレイビームスプリッタのピンホールのパターンは、最終使用用途の要求に合致するように選ばれる。パターンの１つの例として、2つの直交方向に等間隔で隔てられたピンホールからなる二次元アレイがある。ピンホールは、同一著者Henry A. Hill および Kyle Ferrioによって出願の、名称「共焦点近視野顕微鏡観察のための複数光源アレイ」なる米国出願第09/917,402号(ZI-15) に記載されているように、円開口、矩形開口、または、それらの組み合わせを含んでもよい。なお、前記特許出願の全内容を引用することにより本明細書に含める。ピンホールは、また、例えば先に引用した米国特許仮出願第60/459,425号（ZI-50）、および2004年4月1日出願の米国特許出願（ZI-50）、名称「干渉計測対象物による散乱/反射直交偏光ビームの視野の共時測定」に記載されている、微小回折格子を備えてもよい。ピンホールアレイビームスプリッタ12のピンホールアレイの 限定されない例が、図1dに示されており、ピンホール間の間隔はbであり、開口径はaである。
【００４５】
反射屈折結像システム10の結像特性の記述は、共通著者Henry A. Hillによる米国特許仮出願第60/442,982号（ZI-45）、名称「ピンホールアレイビームスプリッタを組み込んだ干渉型共焦点顕微鏡観察法」、および2004年1月27日に出願の米国特許出願第10/765,229号（ZI-45）、同じく名称「ピンホールアレイビームスプリッタを組み込んだ干渉型共焦点顕微鏡観察法」において、反射屈折結像システム10の結像特性に対して与えられた記述の対応部分と同じである。前記米国特許仮出願および米国特許出願の両方の全内容を引用することにより本明細書に含める。
【００４６】
入力ビーム24は、ミラー54によって、ピンホールビームスプリッタ12に向けて反射され、そこにおいて、その第1部分は、出力ビーム成分32Aおよび32Bの参照ビーム成分として透過され（図1b参照）、その第2部分は、ビーム成分26Aおよび26Bの測定ビーム成分として散乱される。ビーム成分26Aおよび26Bの測定ビーム成分は、基板60の表面近傍の結像平面の結像スポットアレイに対して、ビーム成分28Aおよび28Bの成分として結像される。基板60に入射したビーム成分28Aおよび28Bの成分の一部は、ビーム成分28Aおよび28Bの成分の帰還測定ビーム成分として反射および／または散乱される。ビーム成分28Aおよび28Bの成分の帰還測定ビーム成分は、反射屈折光学系10によって、ピンホールビームスプリッタ12のピンホールと一致するスポットに結像され、その一部は、出力ビーム成分32Aおよび32Bの帰還測定ビーム成分として透過される。
【００４７】
次の工程は、結像システム110によって、出力ビーム成分32Aおよび32Bを、複数ピクセル検出器、例えば、CCDのピクセルに一致するスポットアレイに対して結像させて、電気干渉信号72のアレイを生成することである。電気干渉信号アレイは、信号プロセッサおよびコントローラ80に送信されてさらに加工処理される。
【００４８】
帰還測定ビームの共役四半分視野は、実施態様において、シングル−、ダブル−、バイ−およびクオード-ホモダイン検出法およびその変種のうちの１つによって獲得される。ホモダイン検出法に対して、電気干渉信号72の測定のセットが、実行される。電気干渉信号72の測定のセットの各々に対して、既知の位相シフトが、出力ビーム成分32Aおよび32Bの参照ビーム成分とそれぞれの帰還測定ビーム成分との間に導入される。シングル−ホモダイン検出法に対する位相シフトの既知のセットの限定されない例は、0、π/4、π/2および3π/2ラジアン（mod 2π）を備える。
【００４９】
実際には、出力ビーム成分32Aおよび32Bの参照ビーム成分とそれぞれの測定ビーム成分との間に導入される既知の位相シフトは、2つの異なる技術によって生成される。一つの技術では、それぞれ電子プロセッサおよびコントローラ80からの、信号92および74による調節に従って、光源18およびビーム調整器22によって、位相シフトが、ビーム24の周波数成分の各々について参照ビーム成分とそれぞれの測定ビーム成分との間に導入される。第2の技術では、それぞれ電子プロセッサおよびコントローラ80からの、信号92および74による調節に従って、光源18およびビーム調整器22によって、入力ビーム24の周波数成分に導入される周波数偏移の結果として、位相シフトが、周波数成分の各々について参照および測定ビーム成分の間に導入される。
【００５０】
第2の技術に関して、光学距離の差Lが、出力ビーム成分32Aおよび32Bの参照ビーム成分とそれぞれの帰還測定ビーム成分との間に導入される。結果として、周波数シフトΔfに対して下式で表される対応位相シフトψがある、
すなわち、
【００５１】
【数１】
2006522338.tif 000003
式中、cは自由空間光速である。Lは、物理的経路長の差ではなく、例えば、測定ビーム経路と帰還測定ビーム経路の、平均屈折率に依存することに注意されたい。
位相シフトψ=π、3π、5π、...およびL =0.25mの値の例に対しては、対応する周波数シフトはΔf =600MHz、1.8GHz、3.0GHz、....である。
【００５２】
4個または8個の電気干渉信号値の獲得のために2種類の異なる動作モードが記載される。最初に記載されるモードは、ステップ観測モードで、この場合、基板60は、画像情報が望まれる固定位置の間をステップ移動させられる。第2のモードは、走査モードである。ステップ観測モードでは、基板60の一次元、二次元、または三次元画像を生成するためには、基板60はステージ90によって移動させられる。ここで基板60は、ステージ90に取り付けられたウエーファーチャック84によってウエーファーチャック84に取り付けられている。ステージ90の位置は、電子プロセッサとコントローラ80からのサーボコントロール信号78に従ってトランスジューサ82によって制御される。ステージ90の位置は、計測システム88によって測定され、計測システム88によって得られた位置情報は、電子プロセッサおよびコントローラ80に送信されてステージ90の位置制御に使用されるエラー信号を生成する。計測システム88は、例えば直線移動干渉計と角度移動干渉計、およびキャップゲージを含んでいてもよい。
【００５３】
電子プロセッサとコントローラ80は、ステージ90を所望の位置に動かし、次に、4個または8個の電気干渉信号値のセットを獲得する。4個または8個の電気干渉信号値列を獲得した後、電子プロセッサとコントローラ80は手順を繰り返して、ステージ90の次の所望の位置を求める。基板60の上昇および角度方向は、トランスジューサ86Aおよび86Bによって調節される。
【００５４】
電気干渉信号値獲得のための2モードの第2番目のモードを次に記載する。この場合、電気干渉信号値はステージ90の位置を１つ以上の方向に走査することによって獲得される。
走査モードでは、光源18が信号プロセッサとコントローラ80からの信号92によって定期的にパルス制御される。光源18は、ピンホールアレイビームスプリッタ12のピンホールの共役画像が、画像情報が望まれる基板60上の、および／または、基板中の位置に登録されたのと一致して定期的にパルス駆動される。
【００５５】
例えば先に引用した米国特許仮出願第60/1442,982号（ZI-45）、および2004年1月27日に出願の米国特許出願第10/765,229号（ZI-45）、名称「ピンホールアレイビームスプリッタを組み込んだ干渉型共焦点顕微鏡観察法」に記載されているように、ピンホールアレイ12が、ピンホールアレイ12における基板60の共役画像を追跡するために走査されない限り、第1の実施態様の走査モードで使用される連続走査のために、光源18によって生成されるビームパルスの持続時間または「パルス幅」τp1には制限がある。パルス幅τp1は、走査方向における空間解像度の下限値を、下式で表される低域限界まで部分的に制御するパラメータである。すなわち、
【００５６】
【数２】
2006522338.tif 000004
式中、Vは走査速度である。例えば、τp1 = 50 nsecで走査速度V = 0.20m/秒の場合、走査方向における空間解像度τp1Vの限界値は、
【００５７】
【数３】
2006522338.tif 000005
【００５８】
τp1を持つパルス幅はまた、バイ-およびクオード-ホモダイン検出法およびその変種で使用が可能な最小周波数差を決定する。電気干渉信号に対して共役四半分視野間の干渉による寄与が無いようにするための、最小周波数間隔Δfminは下記のように表される、すなわち、
【００５９】
【数４】
2006522338.tif 000006
τp1= 50 nsecの例では、1/τp1 = 20MHzである。
【００６０】
第1のモード、すなわちステップ観測モードにおいて、位相シフト値のセットに対応する電気干渉信号値アレイのセットの各セットが、シングル-およびバイ−ホモダイン検出法およびその変種に対して検出器70の単一ピクセルによって生成され、クオード-ホモダイン検出法およびその変種に対して検出器70の2ピクセルによって生成され、ダブル-ホモダイン検出法に対して検出器70の4ピクセルによって生成され、ダブル-ホモダイン検出法の変種に対して検出器70の8ピクセルによって生成される。電気干渉信号値の獲得に対する第2モードでは、電気干渉信号値の各対応するセットが、前記4種のホモダイン検出法およびその変種の各々に対して検出器70の異なるピクセルの共役セットによって生成される。 したがって獲得の第1モードでは、ピクセル効率の差は、ダブル−、バイ−およびクオード-ホモダイン検出法に対して、および、バイ-およびクオード-ホモダイン検出法の変種において、信号プロセッサおよびコントローラ80による信号処理において補償される。獲得の第2モードでは、ピクセル効率の差およびピンホールアレイビームスプリッタ12内のピンホールの寸法の差は、帰還測定ビーム成分の共役四半分視野を獲得するために、電子プロセッサおよびコントローラ80による信号処理において補償される必要がある。
【００６１】
第2モードの利点は、干渉計共焦点および非共焦点顕微鏡観察法システムのスループットを増加する走査モードにおいて、電気干渉信号値が獲得されることである。
【００６２】
帰還測定ビームの共役四半分視野の決定のための測定された電気干渉信号値のセットの測定されたアレイの処理が、引例内に記載されている。共役四半分が共時取得されるバイ−およびクオード-ホモダイン検出法に関して、4個の電気干渉信号値のセットが、結像される基板60上のおよび／または内の各スポットに対して獲得される。帰還測定ビームの共役四半分視野の決定のための測定された電気干渉信号値のセットの測定されたアレイの処理は、例えば先に引用された、米国特許仮出願第60/442,858号(ZI-47)、および2004年1月27日出願の米国特許出願第10/765,369号（ZI-47）、名称「干渉計測対象物による反射/散乱および透過ビームの共役四半分視野の共時測定のための装置および方法」に記載されている。
【００６３】
共役四半分が共時獲得されるバイ−およびクオード-ホモダイン検出法の変種に関して、8個の電気干渉信号値のセットが、結像される基板60上のおよび／または基板60内の各スポットに対して獲得される。帰還測定ビームの共役四半分視野の決定のための測定された電気干渉信号値のセットの測定されたアレイの処理は、例えば先に引用された、2003年4月1日出願の米国特許仮出願第60/459,425号（ZI-50）、および2004年4月1日出願の米国特許出願（ZI-50）、名称「干渉計測対象物による散乱/反射直交偏光ビームの視野の共時測定のための装置および方法」に記載されている。なお、両方の内容は引用することにより全て本出願に含める。
【００６４】
この実施態様において、複数ピクセル検出器70は、CCDピクセル信号値の1セットが生成され、次いでCCDウエハーに格納され、一方、CCD信号値の第1および第2セット両方の読み出しが実行される前に、CCDピクセル信号値の第2セットのフレームが生成されてもよいように構成されたフレーム転送CCDを備えてもよい。CCD信号値の第1のセットを格納するために必要とされる時間は、フレーム転送CCDのためのCCD信号値のセットを読み出すのに必要とされる時間より一般に非常に少ない。したがって、フレーム転送CCDの使用の利点は、入力ビーム20の2つの連続したパルス間の時間およびそれに対応する電気干渉信号値測定間の時間が、非フレーム転送CCDを使用する場合より非常に短くすることができる点である。
【００６５】
第1の実施態様が、基板60内のまたは基板60上のスポットにおける散乱/反射ビームの共役四半分視野の非偏光解析非共時測定のために構成される。第1の実施態様において、入力ビーム24は共役四半分の非共時測定がシングルホモダイン検出法を使用して獲得される1周波数成分を備える。出力ビーム成分32Aおよび32Bの参照ビーム成分およびそれぞれの帰還ビーム成分間の位相シフトが、既知の周波数値間で入力ビーム24の周波数をシフトすることによって第1の実施態様において生成される。出力ビーム成分32Aおよび32Bの参照ビーム成分とそれぞれの帰還ビーム成分との間に光路長の差が、あり、その結果として、入力ビーム24の周波数の変化は、出力ビーム成分32Aおよび32Bの参照ビーム成分およびそれぞれの帰還ビーム成分間に対応する位相シフトを生成する。
【００６６】
基板60内のまたは基板60上のスポットにおける散乱/反射ビームの共役四半分視野の非偏光解析共時測定のために構成された、第2の実施態様が記載される。第2の実施態様は、バイ−ホモダイン検出法を使用した共役四半分の共時測定のために動作される第1の実施態様の干渉型共焦点顕微鏡観察法システムを備える。第2の実施態様において、ビーム調整器22が、2つの周波数シフトされた成分を備えるビーム24を生成するために動作される。
【００６７】
第2の実施態様の残りの記述は、第1の実施態様の所定の記述の対応する部分と同じである。
【００６８】
ビーム成分26Aおよび26Bの帰還測定ビーム成分の前方散乱/反射成分と後方散乱成分との合計が、それぞれ第1または第2の実施態様において、記載されたように、基板60内のまたは基板60上のスポットにおける散乱/反射測定ビームの共役四半分視野の、第1の非共時または共時測定を実行することによって、測定される。次に、π/2位相移行器が、図1c内に示される結像システム10の開口の右側半分または左側半分のどちらかに対して、凹面42Bまたは凹面46Bのどちらかに導入される。π/2位相移行器46Cの例が、図1e内の凹面46Bにおいて結像システム10の開口の右側半分に示される。適所のπ/2位相移行器46Cによって、次に、ビーム26Aおよび26Bの帰還測定ビーム成分の前方散乱/反射成分および後方散乱成分が、それぞれ、第1または第2の実施態様において、基板60内のまたは基板60上のスポットにおける散乱/反射測定ビームの共役四半分視野の、それぞれ、第2の非共時または共時測定を実行することによって測定される。
【００６９】
ビーム32Aおよび32Bの参照および帰還測定ビーム成分の相対的な位相は、前方散乱/反射成分に対する、基板60内のまたは基板60上のスポットにおける散乱/反射測定ビームの共役四半分視野の非共時または共時測定の第1および第2のセットの双方において、同じものである。しかし、π/2位相移行器46Cによって導入されたπ/2位相シフトの結果として、ビーム32Aおよび32Bの帰還測定ビーム成分の後方散乱成分の相対的な位相は、πだけ異なり、その結果、基板60内のまたは基板60上のスポットにおける散乱/反射測定ビームの共役四半分視野の、それぞれ、非共時または共時測定の第2のセットにおいて干渉計測的に相殺する。π/2位相移行器46Cの効果の結果として、基板60上のまたは基板60内のスポットによって散乱/反射された視野の前方散乱/反射成分だけが、共役四半分視野の、それぞれ、非共時または共時測定の第2のセットから獲得される。したがって、基板60上のまたは基板60内のスポットによって散乱/反射された視野の後方散乱成分が、共役四半分視野の、それぞれ、非共時または、共時測定の第1のセットから、それぞれ、共役四半分視野の、非共時または共時測定の第2のセットを減ずることによって、獲得される。
【００７０】
基板60上のまたは基板60内のスポットによって散乱/反射された視野の後方散乱成分の測定は、例えば、サブ波長トレンチ幅をもつトレンチアレイの限界寸法の測定を可能にする。また、結像システム10の横方向の解像度未満の全幅を持つトレンチアレイのトレンチ数が、決定できる。後方散乱測定機能は、有限数の刻線の回折格子として機能するトレンチアレイからの後方散乱視野の構造上の干渉特性のため、トレンチ特性の測定において特に有用である。
【００７１】
クオード-ホモダイン検出法を使用した、基板60内のまたは基板60上のスポットにおける散乱/反射ビームの共役四半分視野の共時測定のために動作する、第1の実施態様の干渉型共焦点顕微鏡観察法システム、を備える第3の実施態様が記載される。第3の実施態様において、光源18およびビーム調整器22が、4個の周波数シフトされた成分を備えるビーム24を生成するために動作される。第3の実施態様の残りの説明は、第1の実施態様の所定の記述の対応する部分と同じである。
【００７２】
ダブルホモダイン検出法を使用した、基板60内のまたは基板60上のスポットにおける散乱/反射ビームの共役四半分視野の非共時測定のために動作する、第1の実施態様の干渉型共焦点顕微鏡観察法システムを備える第4の実施態様が記載される。第4の実施態様において、光源18およびビーム調整器22が、4周波数をシフトされた成分を備えるビーム24を生成するために動作される。第4の実施態様の残りの説明は、第1の実施態様の所定の記述の対応する部分と同じである。
【００７３】
他の実施態様において、第1、第2、第3および第4の実施態様が、基板60上のまたは基板60内のスポットによる、散乱/反射直交偏光ビーム視野の偏光解析非共時および共時測定を実行するために構成される。 第1、第2、第3および第4の実施態様は、例えば先に引用した、米国特許仮出願第60/459,425号（ZI-50）、および2004年4月1日出願の米国特許出願（ZI-50）、名称「干渉計測対象物による散乱/反射直交偏光ビームの視野の共時測定のための装置および方法」に記載されているような、シングル−、ダブル−、バイ−およびクオード-ホモダイン検出方法の変種を使用する。他の実施態様において、ピンホールアレイ12は、例えば先に引用した、米国特許仮出願第60/459,425号（ZI-50）、および2004年4月1日出願の米国特許出願（ZI-50）、名称「干渉計測対象物による散乱/反射直交偏光ビームの視野の共時測定のための装置および方法」に記載されているような、微小回折格子アレイによって置換されてもよい。
【００７４】
他の実施態様において取得される情報は、偏光解析タイプのものであり、かつ、基板60内のまたは基板60上のスポットの測定ビームの偏光状態に関する後方散乱視野の挙動についての付加情報を提供する。
【００７５】
各実施態様において、ピンホールアレイビームスプリッタ12は、基板60の走査方向と反対方向に走査されてもよく、かつ、ピンホールアレイビームスプリッタ12のピンホールの共役画像が、結像される基板60上のまたは基板60内のスポットに重畳されたままになるような速度で、走査されてもよい。この走査動作モードは、パルス幅τp1に対する制約を減少させ、かつ、走査モードで動作するリソグラフィツールのレチクルステージおよびウエハステージの相対運動に類似している。共焦点顕微鏡観察法システムにおいて、共役の共焦点ピンホールの従来の臨界位置合せの問題は存在しない、すなわち、参照ビームアレイを生成するピンホールおよび測定ビームアレイを生成するピンホールの登録は、機械的である。
【００７６】
ある最終用途アプリケーションにおいて、基板60の内部が、結像される。この場合、収差が導入される。もう一つの実施態様では、例えば、共通著者Henry A. Hillによる米国特許仮出願第60/444,707号（ZI-44）、名称「共焦点および干渉型共焦点顕微鏡観察法における基板-媒体界面の屈折率の不整合の影響の補償」および2004年2月4日出願の米国特許出願第10/771,785第（ZI-44）、同じく名称「共焦点および干渉型共焦点顕微鏡観察法における基板-媒体界面の屈折率の不整合の影響の補償」に記載されているように、収差の補償が、レンズ50およびピンホールアレイビームスプリッタ12の間に、薄膜層（この薄膜層は、レンズ50とは異なる屈折率を持つ）を導入することによって達成される。前記米国特許仮出願および米国特許出願の内容は引用することにより全て本出願に含める。
【００７７】
ある他の実施態様に対して、引用された実施態様、すなわち、第1、第2、第3および第4の実施態様および他の実施態様の、π/2位相移行器46Cの機能を果たす、位相シフトが、図1aの干渉計10に導入される。これらの他の実施態様の各々において、ピンホールアレイおよび／または複数ピクセル検出器アレイ上へ基板60を結像するための結像システムおよび基板60上へ光源を結像するための結像システムがある。これらの2つの結像システムは、例えば引用された実施態様に対して同じ結像システムを備えてもよい。 これらの他の実施態様において、この2つの結像システムは、2つの独立の結像システムであるかまたはその共通部分を有してもよい。これらの実施態様の各実施態様において、引用された実施態様のπ/2位相移行器46Cの機能が、ここでこの2つの結像システムは同じものであり、この2つの結像システムの各々に対する、絞りの開口の2分の1へのπ/2位相移行器の導入によって、図1aの干渉計10において達成される。（注：一般に、開口または画像を形成する光が通り抜ける開口を定義する開口絞りによって、結像システムが特徴づけられる。すなわち、開口絞りは画像を形成する光の断面積を制限する。）この2つの位相移行器の相対的な方向は、基板60によって前方散乱/反射された成分として検出器に到達する測定ビームのあらゆる成分は、それが光源から検出器まで横断するとき、2つのπ/2位相移行器のどちらか一方を通り抜けるが両方ではないような方向である。一方、基板60によって後方散乱された成分として検出器に到達する測定ビームのあらゆる成分は、それが光源から検出器まで横断するとき、両方の位相移行器を通り抜けるかまたはどちらの位相移行器も通り抜けないかのどちらかである。この2つの結像システムがその共通部分を共有する場合には、この2つの結像システムの各々に対する絞りの開口の2分の1をカバーする2つのπ/2位相移行器の役割は、例えば引用された実施態様の場合、単一のπ/2位相移行器によって達成されてもよい。
【００７８】
第5の実施態様は、例えば、共通著者Henry A. Hillによる米国特許第5,760, 901号、名称「背景振幅を低減・補償した共焦点干渉顕微鏡観察のための方法と装置」に記載されているように、干渉型遠視野共焦点顕微鏡を備える干渉計10を有する図1aの干渉計システムを備える。その内容は引用することにより全て本出願に含める。第5の実施態様において、光源18およびビーム調整器22は、位相シフトモードで動作するように構成される。第5の実施態様は、引用された米国特許第5,760,901号の背景低減機能のために、背景低減作用を持つ。
【００７９】
第6の実施態様は、例えば、先に引用された米国特許第5,760,901号に記載されているように、位相マスクが除かれた、干渉型遠視野共焦点顕微鏡を備える干渉計10を有する図1aの干渉計システムを備える。第6の実施態様において、光源18およびビーム調整器22は、位相シフトモードで動作するように構成される。先に引用された米国特許第5,760、901号の実施態様の位相マスクを除いた第6の実施態様は、共焦点技術の基本形を表す。
【００８０】
第7の実施態様は、例えば、共通著者Henry A. Hillによる米国特許第6, 480, 285 B1号、名称「波数領域反射率測定および背景振幅低減・補償を用いた複数レイヤ共焦点干渉顕微鏡観察法」に記載されているように、干渉型遠視野共焦点顕微鏡を備える干渉計10を有する図1aの干渉計システムを備える。その内容は引用することにより全て本出願に含める。第7の実施態様において、光源18およびビーム調整器22は、位相シフトモードで動作するように構成される。第7の実施態様は、先に引用された米国特許第6,480, 285 B1号の背景低減機能のために、背景低減作用を持つ。
【００８１】
第8の実施態様は、例えば、先に引用された米国特許第6,480,285 B1号に記載されるように、位相マスクが除かれた、干渉型遠視野共焦点顕微鏡を備える干渉計10を有する図1aの干渉計システムを備える。第8の実施態様において、光源18およびビーム調整器22は、位相シフトモードで動作するように構成される。先に引用された米国特許番第6,480,285 B1号の実施態様の位相マスクを除いた第8の実施態様は、共焦点技術の基本形を表す。
【００８２】
第9の実施態様は、例えば、共通著者Henry A. Hillによる米国特許第6,445, 453号 (ZI-14) 、名称「走査干渉型近視野共焦点顕微鏡観察法」に記載されているように、干渉型近視野共焦点顕微鏡を備える干渉計10を有する図1aの干渉計システムを備える。その内容は引用することにより全て本出願に含める。第9の実施態様において、光源18およびビーム調整器22は、位相シフトモードで動作するように構成される。特に、先に引用された米国特許第6,445,453号の第8の実施態様は、あるモードで動作し、そのモードでは、測定ビームが参照ビームから隔てられ、かつ非共焦点結像システムによって結像される基板に入射し、すなわち、基板における測定ビームはピンホールアレイの像ではなく、延長スポットであるように構成される。したがって、第9の実施態様の対応実施態様は、非偏光解析法および偏光解析法の双方において、測定ビームのための非共焦点構成を表す。
【００８３】
他の実施態様は、前記請求項の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１ａ】シングル−、ダブル−、バイ−およびクオード-ホモダイン検出法およびその変種を使用する干渉計システムの概略図。
【図１ｂ】共焦点顕微鏡システムの模式図。
【図１ｃ】反射屈折結像システムの模式図。
【図１ｄ】共焦点顕微鏡システムに使用されるピンホールアレイの模式図。
【図１ｅ】位相移行器を有する反射屈折結像システムの模式図。
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【国際調査報告】
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