(57)【要約】基板におけるトレンチまたはバイアの特徴を測定するために、測定ビームを生成する干渉共焦点顕微鏡を使用する方法であって、この方法は、トレンチまたはバイア内で一つ以上の被挟導波モードを励起するためにトレンチまたはバイアの底部における、または底部付近の選択された位置に測定ビームを焦点合わせするステップと、測定ビームがこの選択された位置に焦点合わせされたときに生成される反射測定ビームであって、トレンチ内で励起される一つ以上の被挟導波モードからの放射フィールドに対応する成分を含む反射測定ビームの特性を測定するステップと、この反射測定ビームの測定された特性からトレンチまたはバイアの特徴を決定するステップと、を含む。
2006516762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板内のトレンチまたはバイアの特徴を測定するために、測定ビームを生成する干渉共焦点顕微鏡を使用する方法であって、
前記トレンチまたはバイア内で一つ以上の被挟導波モードを励起するために前記トレンチまたはバイアの底部における、または底部付近の選択された位置に前記測定ビームを焦点合わせするステップと、
前記測定ビームが前記選択された位置に焦点合わせされたときに生成される反射測定ビームであって、前記トレンチ内で励起される一つ以上の被挟導波モードからの放射フィールドに対応する成分を含む反射測定ビームの特性を測定するステップと、
前記反射測定ビームの前記測定された特性から前記トレンチまたはバイアの特徴を決定するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記トレンチまたはバイアの底部を位置決めするために前記基板に実質的に垂直な方向に前記測定ビームを走査するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
特徴を決定するステップは前記トレンチまたはバイアの深さを決定するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板の表面の上方の選択された距離と前記トレンチまたはバイアの上とに前記測定ビームを焦点合わせするステップと、
前記測定ビームが前記基板の表面の上方の前記選択された位置と前記トレンチまたはバイアの上とに焦点合わせされたときに生成される反射測定ビームの特性を測定するステップと、を更に含んでおり、
前記トレンチまたはバイアの特徴を決定するステップは第１の前記反射測定ビームの特性の測定値と第２の前記反射測定ビームの特性の測定値とを結合するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記選択された位置は前記基板の上面の下方の距離Ｚ１であり、前記選択された距離は前記基板の表面の上方の距離Ｚ２であり、Ｚ１はＺ２に等しいことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
励起された前記一つ以上の被挟導波モードは漏洩被挟導波モードであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
非対称である測定ビームを生成するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
非対称である測定ビームを生成するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記反射測定ビームの特性を測定するステップは前記反射測定ビームのフィールドの共役直角位相を測定するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記測定ビームが前記基板の表面の上方の選択された距離と前記トレンチまたはバイアの上とに焦点合わせされるときに生成された反射測定ビームのフィールドの特性を測定するステップは前記反射測定ビームのフィールドの共役直角位相を測定するステップを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記トレンチまたはバイアの特徴を決定するステップは前記測定ビームが前記選択された位置に焦点合わせされるときに生成される反射測定ビームのフィールドの共役直角位相の測定値と、前記測定ビームが前記基板の表面の上方の選択された距離と前記トレンチまたはバイアの上とに焦点合わせされるときに生成される反射測定ビームのフィールドの共役直角位相の測定値と、を結合するステップを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記反射測定ビームの特性を測定するステップはバイ・ホモダイン（bi-homodyne）検波技術を使用するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記反射測定ビームの特性を測定するステップはクワッド・ホモダイン（quad-homodyne）検波技術を使用するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記干渉共焦点顕微鏡は遠視野干渉共焦点顕微鏡であり、前記測定ビームは遠視野測定ビームであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記干渉共焦点顕微鏡は近視野干渉共焦点顕微鏡であり、前記測定ビームは近視野測定ビームであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記トレンチ内の欠陥を検出するために前記トレンチの底部に沿った複数の位置で焦点合わせして測定するステップを実行することを更に含んでおり、前記選択された位置は前記複数の位置のうちの一つであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに説明される技術は、トレンチの深さと幅とに関する情報を取得するために干渉共焦点顕微鏡法を使用する方法に関する。
（関連出願）
本出願は、２００３年１月３１日出願の特許文献１（ＺＩ−４６）と、２００３年１月２７日出願の特許文献２（ＺＩ−４７）と、２００３年１月２８日出願の特許文献３（ＺＩ−４５）との優位性を主張する。
【背景技術】
【０００２】
トレンチおよびトレンチアレイの横空間特性を測定するために共焦点および干渉共焦点顕微鏡法が使用されてきた（非特許文献１を参照のこと）。しかしながら共焦点および干渉共焦点顕微鏡法は、トレンチの深さと幅とに関する情報を取得するためには今までのところ使用されていない。
【特許文献１】米国仮出願第６０／４４３，９８０号
【特許文献２】米国仮出願第６０／４４２，８５８号
【特許文献３】米国仮出願第６０／４４２，８９２号
【非特許文献１】Ｓ．Ｓ．Ｃ．Ｃｈｉｍ  ａｎｄ  Ｇ．Ｓ．Ｋｉｎｏ，「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｔｔｅｒｎ  ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  ｔｒｅｎｃｈ  ａｒｒａｙｓ  ｗｉｔｈ  ｓｕｂｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ（サブミクロン寸法を有するトレンチアレイの光学的パターン認識測定）」，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ３３，ｐｐ６７８−６８５，１９９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここに説明される技術は、トレンチの深さと幅とに関する情報を取得するために干渉共焦点顕微鏡法を使用する方法を提供する。これらの技術は、トレンチの壁に平行または直角な方向に対称または反対称であり得るトレンチの漏洩被挟導波モードを、トレンチの壁に平行または直角な方向の対称または反対称の近視野ビームによって、あるいはトレンチの壁に平行または直角な方向の対称または反対称の遠視野光ビームによって、励起するステップを含んでおり、これらのビームは対応する対称または反対称画像を形成するスポットに焦点合わせされる。それからトレンチの深さと幅とに関する、および／または含まれる欠陥の検出に関する情報を取得するために、励起された漏洩被挟導波モードによって放射されるフィールドの特性が測定される。励起された被挟導波モードによって放射されるフィールドの特性は、干渉共焦点顕微鏡を使用して測定される。励起された反対称被挟導波モードの特性の測定に関して、干渉共焦点顕微鏡は、背景ビームの影響を除去／軽減するために放射フィールド上で励起された被挟導波モードの反対称特性の影響を補正できる。励起された被挟導波モードによって放射されたフィールドによって生成されたビームは、背景ビームとは異なる特性を示し、これらの差異は、背景ビームの影響を補正および／または除去／軽減するために使用される。
【０００４】
トレンチの境界は、例えば誘電体、半導体および導電材料を含み得る。トレンチはまた、透明媒体で満たされることもある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
励起された被挟導波モードによって放射されたフィールドを含む反射測定ビームで形成された画像は、干渉共焦点顕微鏡の結像系において補正できる非点収差を示す。この非点収差の補正は、対応する反射測定ビームのフィールドの測定された共役直角位相の信号対雑音比を増加させる。非点収差の補正は更に、スループットの増加につながる。
【０００６】
一般に一態様では本発明は、基板におけるトレンチまたはバイアの特徴を測定するために、測定ビームを生成する干渉共焦点顕微鏡を使用する方法を特徴とする。本方法は、トレンチまたはバイア内で一つ以上の被挟導波モードを励起するためにトレンチまたはバイアの底部または底部付近の選択された位置に測定ビームを焦点合わせするステップと、測定ビームが選択された位置に焦点合わせされたときに生成される反射測定ビームであって、トレンチ内で励起される一つ以上の被挟導波モードからの放射フィールドに対応する成分を含む反射測定ビームの特性を測定するステップと、反射測定ビームの測定された特性からトレンチまたはバイアの特徴を決定するステップと、を含む。
【０００７】
他の実施形態は、下記の特徴の一つ以上を含む。本方法はまた、トレンチまたはバイアの底部を位置決めするために基板に実質的に垂直な方向に測定ビームを走査するステップを含む。特徴を決定するこのステップはトレンチまたはバイアの深さを決定するステップを含む。励起された一つ以上の被挟導波モードは、漏洩被挟導波モードである。本方法はまた、非対称である測定ビームを生成するステップまたは非対称である測定ビームを生成するステップのいずれかを含む。反射測定ビームの特性の測定は、反射測定ビームのフィールドの共役直角位相を測定するステップを含む。反射測定ビームの特性を測定するステップはバイ・ホモダイン検波技術またはクワッド・ホモダイン検波技術を使用するステップを含む。干渉共焦点顕微鏡は遠視野干渉共焦点顕微鏡であり、測定ビームは遠視野測定ビームである。あるいは代替として、干渉共焦点顕微鏡は近視野干渉共焦点顕微鏡であり、測定ビームは近視野測定ビームである。
【０００８】
本方法はまた、基板の表面の上方の選択された距離とトレンチまたはバイアの上とに測定ビームを焦点合わせするステップと、測定ビームが基板の表面の上方の選択された位置とトレンチまたはバイアの上とに焦点合わせされたときに生成される反射測定ビームの特性を測定するステップと、を含む。この場合、トレンチまたはバイアの特徴を決定するステップは、最初に言及した反射測定ビームの特性の測定値と二番目に言及した反射測定ビームの特性の測定値とを結合するステップを含む。この場合、選択された位置は、基板の上面の下方の距離Ｚ１であり、選択された距離は基板の表面の上方の距離Ｚ２であり、Ｚ１はＺ２に等しい。測定ビームが基板の表面の上方の選択された距離とトレンチまたはバイアの上とに焦点合わせされたときに生成される反射測定ビームのフィールドの特性の測定は、この反射測定ビームのフィールドの共役直角位相を測定するステップを含む。前記トレンチまたはバイアの特徴を決定するステップは、前記測定ビームが前記選択された位置に焦点合わせされるときに生成された反射測定ビームのフィールドの共役直角位相の測定値と、測定ビームが基板の表面の上方の選択された距離とトレンチまたはバイアの上とに焦点合わせされたときに生成される反射測定ビームのフィールドの共役直角位相の測定値と、を結合するステップを含む。
【０００９】
他の実施形態では本方法はまた、トレンチ内の欠陥を検出するためにトレンチの底部に沿った複数の位置で焦点合わせして測定するステップを実行することを更に含む。
【００１０】
本発明の少なくともある幾つかの実施形態の利点は、高いアスペクト比のトレンチの深さが非接触方法によって測定できることである。
【００１１】
本発明の少なくともある幾つかの実施形態のもう一つの利点は、トレンチの特性が最小約１００ｎｍの横解像度と最小約２００ｎｍの奥行き解像度とを有する干渉遠視野共焦点顕微鏡法システムによって測定できることである。
【００１２】
本発明の少なくともある幾つかの実施形態の他の利点は、トレンチの特性が波長以下の横解像度と最小約ＶＵＶ波長の奥行き解像度とを有する干渉遠視野共焦点顕微鏡法システムによって測定できることである。
【００１３】
本発明の少なくともある幾つかの実施形態のもう一つの利点は、トレンチの特性を測定するために、高いアスペクト比のトレンチの漏洩被挟導波モードが使用されることである。
【００１４】
本発明の少なくともある幾つかの実施形態のもう一つの利点は、トレンチの特性を測定するために、高いアスペクト比のトレンチの反対称漏洩被挟導波モードが使用されることである。
【００１５】
本発明の少なくともある幾つかの実施形態のもう一つの利点は、ある幾つかの背景信号の影響が干渉法的に除去されることである。
【００１６】
本発明の少なくともある幾つかの実施形態のもう一つの利点は、ある幾つかの他の背景信号の影響が補正されることである。
【００１７】
本発明の少なくともある幾つかの実施形態のもう一つの利点は、トレンチの励起された漏洩被挟導波モードによって放射されたフィールドを使用するトレンチの像の非点収差が干渉共焦点顕微鏡法システムの非点収差によって補正できることである。
【００１８】
本発明の少なくともある幾つかの実施形態のもう一つの利点は、精査されるトレンチの境界を画定する媒体が導体、半導体および誘電体を含むことができることである。
【００１９】
本発明の少なくともある幾つかの実施形態のもう一つの利点は、トレンチの励起された被挟導波モードによって放射されたフィールドによって生成された反射測定ビームのフィールドの合同共役直角位相がバイ・ホモダインおよびクワッド・ホモダイン検波方式とマルチピクセル検出器とを使用して決定できることである。
【００２０】
本発明の一つ以上の実施形態の詳細は、付属図面と下記の説明とにおいて述べられている。本発明の他の特徴と目的と利点は、この説明と付属図面とから、また請求項から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、より詳細に説明されるように、反対称または対称の空間特性を有する漏洩被挟導波モードは、遠視野または近視野ビームのどちらかによってトレンチ内で励起され、例えばウェーハ上に位置するトレンチの特性を精査するために干渉共焦点顕微鏡法で使用される。トレンチの特性は、トレンチの深さおよび重要な寸法とトレンチ内に位置する欠陥とを含む。ある幾つかの背景信号の影響は干渉法的に除去され、他の背景信号は励起された漏洩被挟導波モードによって生成された放射フィールドの共役直角位相の決定時に補正される。励起された漏洩被挟導波モードによって生成された放射フィールドを含む反射測定ビームから形成された像は、干渉遠視野および近視野共焦点結像系で有益に使用され、また干渉遠視野共焦点結像系において補正できる非点収差を示す。非点収差の有益な使用および／または補正は、対応する反射測定ビームのフィールドの測定された共役直角位相の信号対雑音比を増加させる。非点収差の有益な使用および／または補正は更にスループットの増加に導く。バイアにおける漏洩被挟導波モードの励起もまた、バイアの特性を決定するために使用できる。
【００２２】
基板の平面的表面より下方または表面上または表面より上方のスポットに焦点合わせされた測定ビームのアレイのビームは一般に、単一成分を含む反射測定ビームを生成するであろう。基板の表面に形成されたビームの焦点ぼけした、または焦点合わせされたスポットを横切るトレンチが基板に存在するとき、次いで生成された反射測定ビームは、三つの成分を含むであろう。図１ａ、１ｂを参照すると、これら三つの成分の一つは基板６０の表面１６０によって反射される測定ビームの第１の部分に対応し、第２の成分は表面１６０の平面内のトレンチ１５０によって表される開口１５６によって散乱される測定ビームの第２の部分に対応し、第３の成分はトレンチ１５０の漏洩被挟導波モードへの連結の結果として生成された測定ビームの第３の部分に対応する。励起された被挟導波モードの漏洩被挟導波はその後、トレンチ１５０の底部１５２によって実質的に反射される。励起された被挟導波モードの反射されたフィールドは、表面１６０のトレンチ１５０の開口１５６にトレンチによって伝送され、それからその一部分はトレンチ１５０の励起された被挟導波モードの放射フィールドとしてトレンチ開口１５６に伝送される。第３の成分の振幅と位相は、それぞれトレンチの幅と深さに関する情報と、含まれる欠陥に関する情報とを含む。
【００２３】
反射測定ビームの第３の成分の共役直角位相の測定に関して、種々の異なる実施形態が説明される。ある幾つかの実施形態では、測定ビームのアレイの各ビームが基板において干渉共焦点顕微鏡の像空間に焦点合わせされたスポットを形成するように焦点合わせされる測定ビームのアレイを生成する干渉共焦点顕微鏡が使用される。焦点合わせされたスポットは、トレンチの壁に平行または直角な方向の対称な像または反対称の像のどちらかに対応する。他のある実施形態では、測定プローブビームのアレイの各プローブビームがトレンチの壁に直角な方向に基板表面で波長以下の寸法を有する近視野プローブビームである測定プローブビームのアレイを生成する干渉近視野共焦点顕微鏡が使用される。
【００２４】
反射測定ビームのアレイを構成する反射測定ビームの一つのビームの特性は先ず、基板の表面の上方のスポットに焦点合わせされた測定ビームに関して説明され、それから基板の表面の下方のスポットに焦点合わせされた測定ビームに関して説明される。表面１６０とトレンチ１５０とを含む一般に６０と図示される基板が、図１ａに略図的に示されている。トレンチ１５０の側壁は１５４Ａ、１５４Ｂであり、またトレンチ１５０の底部は１５２である。表面１６０の平面内のトレンチ１５０の開口は１５６として図示されている。
【００２５】
図１ａを参照するとビーム成分１４０Ａ、１４０Ｂを含む測定ビーム１４０は、表面１６０の上方の高さｚ1にスポット１６４を形成するように焦点合わせされる。測定ビームは、焦点合わせされたスポット１６４から発散し、その第１の部分は表面１６０によって反射されて反射測定ビームの第１の成分１４２を形成し、この第１の成分１４２はビーム成分１４２Ａ、１４２Ｂを含む。反射測定ビームの第１の成分１４２は長手方向位置−ｚ1に位置する物点から発散するビームである。
【００２６】
焦点合わせされたスポット１６４から発散する測定ビームの第２の部分は、開口１５６によって散乱されて反射測定ビームの第２の成分を形成する。この第２の成分は、非点収差の源を含む第２成分の源を有する開口１５６から発散する。図１ａの平面に直角な非点収差源の長さは２ｚ1ｔａｎ[ａｓｉｎ（ＮＡ）］に等しい。ここでＮＡは干渉共焦点結像系の開口数である。非点収差源の平面は表面１６０に位置し、−ｚ1という位置ｚにある。
【００２７】
焦点合わせされたスポット１６４から発散する測定ビームの第３の部分は、トレンチ１５０の弱くガイドされた被挟導波モードに連結する。弱くガイドされた被挟導波は、トレンチの下方へ伝播し、その一部分は、その一部分が反射測定ビームの第３の成分として放射される開口１５６への弱くガイドされた被挟導波としてトレンチ１５０の底部１５２においてトレンチ１５０の上方へ反射される。反射測定ビームの第３の成分は、非点収差のある源によって形成される。この源の一方の非点収差平面は表面１６０であり、この源の他方の非点収差平面は（−２ｈ＋ｚ1）というｚ位置に位置する平面である。
【００２８】
図１ｂに略図的に示されたような表面１６０の下方のスポットに焦点合わせされたビームの場合には、ビーム成分２４０Ａ、２４０Ｂを含む測定ビーム２４０は、表面１６０の下方の高さ−ｚ2にスポット１６８を形成するように焦点合わせされる。測定ビーム２４０の第１の部分は表面１６０によって反射されてスポット１７０に焦点合わせされたビームを形成する。測定ビームの第１の部分は、焦点合わせされたスポット１７０から発散して反射測定ビームの第１の成分２４２を形成し、ここで第１の成分２４２はビーム成分２４２Ａ、２４２Ｂである。反射測定ビームの第１の成分２４２は、ｚ2に等しいｚ位置に位置する物点から発散するビームである。
【００２９】
表面１６０に入射する測定ビームの第２の部分は、開口１５６によって散乱されて反射測定ビームの第２の成分を形成する。この第２の成分は、非点収差源を含む第２の成分の源を有する開口１５６から発散する。図１ｂの平面に直角な非点収差源の長さは２ｚ2ｔａｎ［ａｓｉｎ（ＮＡ）］に等しい。この源の非点収差平面は表面１６０に位置し、ｚ2という位置ｚにある。
【００３０】
平面１６０に入射する測定ビームの第３の部分は、トレンチ１５０の弱くガイドされた被挟導波モードに連結する。弱くガイドされた被挟導波は、トレンチ１５０の下方へ伝播し、その一部分は、その一部分が反射測定ビームの第３の成分として放射される開口１５６への弱くガイドされた被挟導波としてトレンチ１５０の底部１５２においてトレンチ１５０の上方へ反射される。反射測定ビームの第３の成分は非点収差のある源によって形成される。この源の一方の非点収差平面は表面１６０であり、この源の他方の非点収差平面は（−２ｈ＋ｚ2）というｚ位置に位置する平面である。
【００３１】
ｚ1＝ｚ2であるとき、反射測定ビーム１４２、２４２の３成分のうちのあるものの間には極めて単純な関係が存在する。この極めて単純な関係は図１ａ、１ｂの点検で明らかである対称性の結果である。この関係は、ビーム１４２、２４２の第１の成分同士が同じであり、ビーム１４２、２４２の第２の成分の振幅同士が同じであり、ビーム１４２、２４２の第３の成分の振幅同士が同じであるということである。しかしながらそれぞれの三つの成分から形成される像を含む像平面においては、この関係は異なる。
【００３２】
スポット１６６の共役軸が焦点に合っている平面に像面が一致するときに測定されたビーム１４２の第１の成分に対応する第１の成分の共役直角位相は、スポット１７０の共役軸が焦点に合っている平面に像面が一致するときに測定されたビーム２４２の第１の成分に対応する第１の成分の共役直角位相と同じである。スポット１６６の共役軸が焦点に合っている平面に像面が一致するときに測定されたビーム１４２の第２の成分に対応する第２の成分の共役直角位相は、スポット１７０の共役軸が焦点に合っている平面に像面が一致するときに測定されたビーム２４２の第２の成分に対応する第２の成分の共役直角位相と同じである。しかしながらスポット１６６の共役軸が焦点に合っている平面に像面が一致するときに測定されたビーム１４２の第３の成分に対応する第３の成分の共役直角位相は、スポット１７０の共役軸が焦点に合っている平面に像面が一致するときに測定されたビーム２４２の第３の成分に対応する第３の成分の共役直角位相と同じではない。
【００３３】
スポット１６６の共役軸が焦点に合っている平面に像面が一致するときに、ビーム１４２の第３の成分に対応する第３の成分が一つのそれぞれの非点収差像面に関して焦点に合っており、またスポット１７０の共役軸が焦点に合っている平面に像面が一致するときに、ビーム２４２の第３の成分に対応する第３の成分がいずれかのそれぞれの非点収差面に関して焦点に合っていないので、第３の成分のこれらの共役直角位相は同じではない。
【００３４】
ある幾つかの実施形態ではビーム１４２、２４２に対応するフィールドの共役直角位相は、ｚ1＝ｚ2に関して測定され、これら測定されたセットの共役直角位相は、ビーム１４２、２４２の第３の成分の共役直角位相の測定値を取得するために表面１６０からの反射の寄与と開口１５６による散乱からの寄与とを除去するために結合される。ビーム１４２、２４２の第３の成分の測定された共役直角位相は、トレンチ１５０の幅ｗと深さｈとに関する情報と、含まれる欠陥に関する情報とを有する。
【００３５】
トレンチ１５０は、幅ｗの、トレンチが満たされていなければ１に等しい屈折率の、また屈折率が境界画定媒体、例えば溶融シリカ、窒化シリコン、またはシリコンの屈折率ｎWより小さいｎTに等しい透明媒体で満たされていればその屈折率の、スラブ導波路を含む。したがって、このスラブ導波路の境界で大きな入射角で反射されたビームが受けるπ位相偏移が存在する。π位相偏移の直接の結果は、上述の実施形態で使用された漏洩被挟導波モードの電場の複素振幅がトレンチの壁でゼロに等しいことである。したがって漏洩被挟導波モードの電場の複素振幅は、次のように書くことができる：
【００３６】
【数１】
2006516762.tif 000003
ここで
【００３７】
【数２】
2006516762.tif 000004
2006516762.tif 000005
で、ｋx、ｋzは波数ｋの実数成分のｘ、ｚ成分であり、βは波数ｋの虚数成分である。この座標系は図１ｃに示されている。関心の漏洩被挟導波モードのスペクトルは、トレンチの屈折率ｎTが境界画定媒体の屈折率ｎWより小さく、図１ｃで定義されたｗの値と、対応するθの値とが小さいので連続している。
【００３８】
複素波数ｋの成分ｋx、ｋzは：
【００３９】
【数３】
2006516762.tif 000006
および
【００４０】
【数４】
2006516762.tif 000007
ここでｓｉｎθT＝ｓｉｎθ／ｎT、ｋT＝ｎTｋ0、またｋ0はこのビームに関する自由空間波数である。関心の漏洩被挟導波モードに関して、スラブ導波路の境界における漏洩被挟導波の透過による虚数成分βは：
【００４１】
【数５】
2006516762.tif 000008
ここでＲS（θ）は、［（π／２）−θ］に等しい入射角を有するビームのｓ偏光に関するスラブ導波路の境界におけるビームの反射率である。関心の励起された漏洩被挟導波モードに関しては、β＜＜|ｋ|であって、虚数成分βの大きさは、βにおいて第２のおよびより高次の項におけるｋzの大きさにだけ影響を与える。
【００４２】
より高い効率で漏洩被挟導波モードに連結する、図１ｃに示すスラブ導波路に入射する光ビームは、スラブ導波路の表面で電場の対称分布または反対称分布どちらかを持つビームである。λに対するｗの大きさと背景ビームの影響を除去するために使用される手順とにしたがってトレンチ１５０の対称または反対称漏洩被挟導波モードのどちらかを好適に励起するために電場の対称分布または反対称分布どちらかを持つ、前述の実施形態で使用された測定ビームが選択される。ビームがトレンチの底部のｚ位置１５２に焦点合わせされるトレンチの漏洩被挟導波モードへのビームの連結効率ζ（θ）のための近似表現は：
【００４３】
【数６】
2006516762.tif 000009
ここでＮＡは開口数であり、また
【００４４】
【数７】
2006516762.tif 000010
ここでθmaxは反射測定ビームの成分が基板６０を含む物体空間内の干渉共焦点結像系の光軸となす最大角度である。
【００４５】
干渉共焦点結像系の奥行き解像度ΔＺは下記の公式によって与えられる：
【００４６】
【数８】
2006516762.tif 000011
ここでλは測定ビームと反射測定ビームの波長である。
【００４７】
表１は、ｎT＝１と、ある１セットの他の条件とに関するｋ／ｋ0、β、ζの値を与える。θに関して表１で使用される範囲は、
【００４８】
【数９】
2006516762.tif 000012
であって、これはある範囲のアスペクト比
【００４９】
【数１０】
2006516762.tif 000013
に対応している。［方程式（８）、（９）を参照のこと］。結果が表１で与えられる基板を構成する材料はＳｉＯ2、ＳｉＮおよびＳｉであって、ｓ偏光の反射率ＲSは、
2006516762.tif 000014
に関する│θ│の関数としての一連の材料に関して表１にリスト化されている。
【００５０】
励起された漏洩被挟導波モードの重要な特性は、波数ｋの正規化されたｚ成分ｋz／ｋ0が約１％未満だけ１という値からそれることである。この特性の結果として漏洩被挟導波モードに関するトレンチの「有効」屈折率が比較的高い精度で１に等しいことは明らかである。この特性は、測定された共役直角位相を深さｈに変換する際に使用される。
【００５１】
比較的高い精度で１に等しいトレンチの有効屈折率の特性はまた、トレンチの励起された被挟導波モードの放射フィールドによって生成された反射測定ビームの成分に関連する収差の性質に直接影響を与える。基板材料の屈折率と干渉共焦点顕微鏡の物体空間の屈折率とに不整合が存在すると、球面収差が導入される。１に等しい良好な近似であるトレンチの有効屈折率の結果として、トレンチの励起された被挟導波モードの放射フィールドによって生成された反射測定ビームの成分は、球面収差を表わさないであろう。このようにしてトレンチの励起された被挟導波モードの放射フィールドによって生成された反射測定ビームに関連する主要な収差は、非点収差であろう。
表１  波数特性
ｎT＝１
【００５２】
【表１】
2006516762.tif 000015
表１にリスト化された波数の複素成分に関するβの値は、励起された被挟導波モードの漏洩被挟導波の振幅がトレンチ内を伝播する際に減衰するが、トレンチの特性のプローブとして励起された被挟導波モードの使用を極めて貴重にするほど大きく減衰することを示している。表１にリスト化された波数の複素成分に関するβの値はまた、トレンチの励起された被挟導波モードの放射フィールドによって生成された反射測定ビームの成分の測定された共役直角位相をトレンチの幅ｗに関連付ける際の値でもある。
【００５３】
第１の実施形態は、図２ａに模式的に示されている。この第１の実施形態は、一般に３１０で示される第１の結像系と、ピンホール・ビームスプリッタ３１２と、検出器３７０と、一般に数字４１０として示される第２の結像系とを含む。この第２の結像系４１０は、大きな作動距離を有する低倍率顕微鏡、例えばＮｉｋｏｎ  ＥＬＷＤとＳＬＷＤ対物レンズ、およびＯｌｙｍｐｕｓ  ＬＷＤ、ＵＬＷＤとＥＬＷＤ対物レンズを含む。第１の結像系３１０は、両者ともＨｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌによるものである共通に所有されている「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｐｉｎｈｏｌｅ  Ａｒｒａｙ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒ（ピンホールアレイ・ビームスプリッタを組み込んだ干渉共焦点顕微鏡法）」と題する米国仮出願第６０／４４２，９８２号（ＺＩ−４５）と、「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｐｉｎｈｏｌｅ  Ａｒｒａｙ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒ（ピンホールアレイ・ビームスプリッタを組み込んだ干渉共焦点顕微鏡法）」と題する２００４年１月２７日出願の米国特許出願とに記載されたような干渉共焦点顕微鏡法システムを含む。引用された特許出願の両者の内容は、引例によってその全体がここに組み込まれている。
【００５４】
第１の結像系３１０は、図２ｂに模式的に示されている。この結像系３１０は、４件すべてがＨｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌによるものである共通に所有されている「Ｃａｔｏｐｔｒｉｃ  ａｎｄ  Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（カトプトリックおよびカタディオプトリック結像系（反射および反射屈折結像系））」と題する２００１年１２月２０日出願の、米国特許第６，５５２，８５２号（ＺＩ−３８）と、「Ｃａｔｏｐｔｒｉｃ  ａｎｄ  Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（カトプトリックおよびカタディオプトリック結像系（反射および反射屈折結像系））」と題する２００３年２月３日出願の米国仮特許出願第１０／３６６，６５１号（ＺＩ−４３）と、「Ｃａｔｏｐｔｒｉｃ  ａｎｄ  Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｗｉｔｈ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｃａｔｏｐｔｒｉｃ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ（適応型カトプトリック（反射性）表面を有するカトプトリックおよびカタディオプトリック結像系（反射および反射屈折結像系））」と題する２００３年９月１０日出願の米国仮特許出願第６０／５０１，６６６号（ＺＩ−５４）と、「Ｃａｔｏｐｔｒｉｃ  ａｎｄ  Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  Ｐｅｌｌｉｃｌｅ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒｓ  Ａｎｄ  Ｎｏｎ−Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ａｎｄ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｃａｔｏｐｔｒｉｃ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ（ペリクル・ビームスプリッタと非適応型および適応型カトプトリック表面とを含むカトプトリックおよびカタディオプトリック結像系（反射および反射屈折結像系））」と題する２００３年９月２６日出願の米国仮特許出願第６０／５０６，７１５号（ＺＩ−５６）と、に記載されているようなカタディオプトリックシステム（反射屈折光学系）である。これら４件の引用された出願の内容は、引例によってその全体がここに組み込まれている。
【００５５】
カタディオプトリック結像系３１０は、カタディオプトリック要素３４０、３４４とビームスプリッタ３４８と凸レンズ３５０とを含む。表面３４２Ａ、３４６Ａは公称的に同じ曲率半径を有する凸球面であり、表面３４２Ａ、３４６Ａの曲率のそれぞれの中心はビームスプリッタ３４８に関して共役点である。表面３４２Ｂ、３４６Ｂは公称的に同じ曲率半径を有する凹球面である。表面３４２Ｂ、３４６Ｂの曲率の中心はそれぞれ表面３４２Ａ、３４６Ａの曲率の中心と同じである。凸レンズ３５０の曲率の中心は表面３４２Ｂ、３４６Ａの曲率の中心と同じである。表面３４６Ｂの曲率半径は、結像系３１０の効率の損失を最小にするように、また目的の用途のために許容可能な結像系３１０の作動距離を生成するように選択される。凸レンズ３５０の曲率半径は、カタディオプトリック結像系３１０の軸外れ収差が補正されるように選択される。要素３４０、３４４の媒体は、例えば溶融シリカ、またはＳＦ１１といった商業的に入手可能なガラスであり得る。凸レンズ３５０の媒体は、例えば溶融シリカ、ＹＡＧ、またはＳＦ１１といった商業的に入手可能なガラスであり得る。要素３４０、３４４と凸レンズ３５０の媒体の選択の際の重要な考慮事項は、ビーム３２４の周波数に関する透過特性であろう。
【００５６】
凸レンズ３５２は、凸レンズ３５０の曲率の中心と同じ曲率の中心を有する。凸レンズ３５０、３５２は、間に挟んだピンホール・ビームスプリッタ３１２と共に接合される。ピンホールアレイ・ビームスプリッタ３１２は図２ｃに示されている。ピンホールアレイ・ビームスプリッタにおけるピンホールのパターンは、目的の用途の要件に適合するように選択される。パターンの一例は、直交する２方向に等間隔に配置したピンホールの２次元アレイである。これらのピンホールは、その内容が全体として引例によってここに組み入れられている、Ｈｅｎｒｙ  Ａ．ＨｉｌｌとＫｙｌｅ  Ｆｅｒｒｉｏによる共通に所有されている「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ  Ａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  ａｎｄ  Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（共焦点および近視野顕微鏡法のための多数光源アレイ）」と題する、２００１年７月２７日出願の米国特許出願第０９／９１７，４０２号（ＺＩ−１５）に記載されているように、円形開口、矩形開口またはそれらの組み合わせを含むことができる。ピンホールアレイ・ビームスプリッタ３１２のピンホール間の間隔は、開口サイズａと共にｂとして図２ｃに示されている。
【００５７】
入力ビーム３２４は、ミラー３５４によってピンホール・ビームスプリッタ３１２に反射され、その第１の部分は出力ビーム３３０Ａ、３３０Ｂの基準ビーム成分として透過され、その第２の部分はビーム３２６Ａ、３２６Ｂの測定ビーム成分として散乱される。測定ビーム成分３２６Ａ、３２６Ｂは、基板３６０に近い像面内の像スポットのアレイにビーム３２８Ａ、３２８Ｂの成分として結像される。基板３６０に入射するビーム３２８Ａ、３２８Ｂの成分の一部分は、ビーム３２８Ａ、３２８Ｂの反射測定ビーム成分として反射および／または散乱される。反射測定ビーム３２８Ａ、３２８Ｂの反射測定ビーム成分は、ピンホール・ビームスプリッタ３１２のピンホールと一致するスポットにカタディオプトリック結像系によって結像され、その一部分は出力ビーム３３０Ａ、３３０Ｂの反射測定ビーム成分として透過される。
【００５８】
カタディオプトリック結像系３１０の結像特性の説明は、引用された２００３年１月２８日出願の米国仮出願第６０／４４２，９８２号（ＺＩ−４５）と、「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｐｉｎｈｏｌｅ  Ａｒｒａｙ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒ（ピンホール・ビームスプリッタを組み込んだ干渉共焦点顕微鏡法）」と題する、２００４年１月２７日出願の米国特許出願とにおいてカタディオプトリック結像系の結像特性に関して与えられた説明の対応部分と同じである。
【００５９】
トレンチにおける反対称漏洩被挟導波モードの励起に関して、基板３６０に近い像面内の像スポットのスポットの各々における電場の反対称分布は、ビーム成分３２８Ａ、３２８Ｂの測定ビーム成分間にπ位相偏移を導入することによって第１の実施形態において生成される。この位相偏移は、基板３６０内のトレンチの壁に直角または平行な平面に関してあり得る。π位相偏移は、半波長位相またはπ位相偏移がビーム３２６Ａ、３２６Ｂの測定ビーム成分間で生成されるように凸レンズ３５０の凸面の一部分に薄層３５６を付加することによって導入される（図２ｂを参照）。π位相偏移はまた、引用された米国仮特許出願第６０／５０１，６６６号（ＺＩ−５４）と、引用された「Ｃａｔｏｐｔｒｉｃ  ａｎｄ  Ｃａｔａｄｉｏｐｔｒｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  Ｐｅｌｌｉｃｌｅ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒｓ  ａｎｄ  Ｎｏｎ−Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ａｎｄ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｃａｔｏｐｔｒｉｃ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ（ペリクル・ビームスプリッタと非適応型および適応型カトプトリック表面とを含むカトプトリックおよびカタディオプトリック結像系（反射および反射屈折結像系））」と題する２００３年９月２６日出願の米国仮特許出願（ＺＩ−５６）とに記載されているような適応型カトプトリック表面の使用によって導入できる。
【００６０】
励起された漏洩被挟導波モードにおける電場の反対称分布は、ビーム３２８Ａ、３２８Ｂの、したがってπという相対位相偏移を有するビーム成分３２６Ａ、３２６Ｂの反射測定ビーム成分に対応する反射測定ビームの成分を生成する。もしこれらの反射測定ビーム成分が凸レンズ３５０上の半波長位相シフタ３５６なしで結像されるものとすれば、ピンホール・ビームスプリッタ３１２のピンホールと一致するスポットの電場分布は反対称となるであろう。反対称電場分布に対応する共役直角位相は、ゼロになるであろう。しかしながら凸レンズ３５０の一部分の上の半波長位相シフタ３５６のために、ピンホール・ビームスプリッタ３１２のピンホールと一致するスポットの電場分布は対称となり、対称電場分布に対応する共役直角位相はゼロではなく、また励起された反対称漏洩被挟導波モードによって放射されたフィールドによって生成される反射測定ビーム成分の共役直角位相は高い効率で検出される。
【００６１】
基板３６０に入射する測定ビームの一つを遮断するトレンチが基板３６０内に存在すると、対応する反射測定ビームは、表面による反射とトレンチの開口による散乱とトレンチの漏洩被狭導波モードへの連結とに関して前に説明した三つの成分を含むであろう。
【００６２】
次のステップは、電気干渉信号３７２のアレイを生成するためにＣＣＤといったマルチピクセル検出器の画素と一致するスポットのアレイへの結像系４１０による出力ビーム成分３３０Ａ、３３０Ｂの結像である。電気干渉信号のアレイは、その後の処理のために信号プロセッサ・コントローラ３８０に送信される。（注：信号プロセッサ・コントローラ３８０は、ここに述べた仕方でシステムを動作させ、測定値を収集し、測定値を分析するプロセスを自動化するようにプログラムされる。）ある目的の用途では、結像系４１０の倍率が１であってシングルまたはバイ・ホモダイン検波方式が使用される場合、結像系４２０と凸レンズ３５２は除去でき、検出器３７０はピンホールアレイ・ビームスプリッタ３１２に隣接して配置される。
【００６３】
入力ビーム３２４の説明は、引用された米国仮出願第６０／４４２，９８２号（ＺＩ−４５）と、二周波数発生器・周波数シフタとして構成されたビーム調整器３２２を有する「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｐｉｎｈｏｌｅ  Ａｒｒａｙ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒ（ピンホール・ビームスプリッタを組み込んだ干渉共焦点顕微鏡法）」と題する、２００４年１月２７日出願の引用された米国特許出願（ＺＩ−４５）との入力ビーム２４に関して与えられた説明の対応部分と同じである。入力ビーム３２４は、異なる周波数を有し、平面偏光の同じ状態を持つ二つの成分を含む。入力ビーム３２４の各成分の周波数は、電子プロセッサ・コントローラ３８０によって生成された制御信号３７４にしたがってビーム調整器３２２によって二つの異なる周波数間でシフトされる。レーザーといった、周波数シフタ３２２への入力ビーム３２０の光源３１８は、種々の単一周波数レーザーのどれでもよい。
【００６４】
反射測定ビームのフィールドの共役直角位相は、引用された、共通に所有されている第６０／４４２，９８２号（ＺＩ−４５）と、「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｐｉｎｈｏｌｅ  Ａｒｒａｙ  Ｂｅａｍ−Ｓｐｌｉｔｔｅｒ（ピンホールアレイ・ビームスプリッタを組み込んだ干渉共焦点顕微鏡法）」と題する２００４年１月２７日出願の米国特許出願（ＺＩ−４５）とに記載されているようなシングル、ダブル、バイ・ホモダインまたはクワッド・ホモダイン検波方式を使用して得られる。バイおよびクワッド・ホモダイン検波方式は、共通に所有されている「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅｓ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄｓ  ｏｆ  Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ／Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｂｅａｍｓ  ｂｙ  ａｎ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ（干渉法における物体による反射された／散乱されたビームのフィールドの共役直角位相の合同測定のための装置および方法）」と題する２００３年１月２７日出願の、米国仮出願第６０／４４２，８５８号（ＺＩ−４７）と、２００４年１月２７日出願の「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅｓ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄｓ  ｏｆ  Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ／Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ  Ｂｅａｍｓ  ｂｙ  ａｎ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ（干渉法における物体による反射され／散乱され、透過されたビームのフィールドの共役直角位相の合同測定のための装置および方法）」と題する米国出願（ＺＩ−４７）と、に記載されており、これら両者ともＨｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌによるもので、その内容は全体が引例によってここに組み入れられている。フィールドの共役直角位相の決定において電気干渉信号３７２の４個の測定値のセットがつくられる。電気干渉信号３７２の４個の測定値のセットの各々に関して、基準ビーム成分と出力ビーム成分３３０Ａ、３３０Ｂの反射測定ビーム成分との間に、既知の一連の位相偏移が導入される。
【００６５】
種々の実施形態で使用されたバイ・ホモダイン検波方式を参照すると、４個の電気干渉信号値の１セットは、結像される基板６０の上および／または中の各スポットに関して得られる。結像される基板の上および／または中の単一のスポットに関するフィールドの共役直角位相を取得するために使用される４個の電気干渉信号値Ｓｊ，ｊ＝１，２，３，４のセットは、下記の公式によって、ある倍率内でバイ・ホモダイン検波に関して表される：
【００６６】
【数１１】
2006516762.tif 000016
ここで係数Ａ1、Ａ2は入力ビームの第１、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、Ｂ2はそれぞれ基準ビームＡ1、Ａ2に対応する背景ビームの振幅を表し、係数Ｃ1、Ｃ2はそれぞれ基準ビームＡ1、Ａ2に対応する反射測定ビームの振幅を表し、Ｐjはパルス列のパルスｊにおける入力ビームの第１の周波数成分の積分された強度を表し、εj、γjの値は表２にリスト化されている。１から−１へのまたは−１から１へのεj、γjの値の変化は基準ビームと測定ビームそれぞれの相対位相の変化に対応している。係数ξj、ζj、ηjは、基準ビーム、背景ビーム、反射測定ビームそれぞれに関する基板３６０の上および／または中のスポットの生成に使用された場合のサイズと形状といった４個のピンホールの共役セットの特性と、基板３６０の上および／または中のスポットに対応する４個の検出器画素の共役セットの感度と、における変化の影響を表す。
【００６７】
【表２】
2006516762.tif 000017
方程式（１１）では、|Ａ2|／|Ａ1|の比率はｊまたはＰjの値には依存しないことが仮定されている。本発明の範囲または精神いずれからも逸脱しないで重要な特徴を明瞭に示すようにＳｊの表現を単純にするために、方程式（１１）ではＡ2、Ａ1に対応する反射測定ビームの振幅の比率はｊまたはＰjの値に依存しないことが仮定されている。しかしながらＡ2、Ａ1に対応する測定ビーム成分の振幅の比率が比率|Ａ2|／|Ａ1|とは異なるとき、比率|Ｃ2|／|Ｃ1|は比率|Ａ2|／|Ａ1|とは異なるであろう。
【００６８】
ビーム３２における対応する基準ビーム成分と反射測定ビーム成分との間の相対位相偏移の制御によってｃｏｓψA2C2＝±ｓｉｎψA1C1となることに注目して、方程式（１１）は下記のように書き換えられる：
【００６９】
【数１２】
2006516762.tif 000018
ここで関係ｃｏｓψA2C2＝ｓｉｎψA1C1は本発明の範囲または精神いずれからも逸脱せずに使用されている。
【００７０】
εjの変化に関する位相ψA2C2εjの変化と、γjの変化に関する位相ψA2B2γjの変化は背景ビームがどこでどのように生成されたかに依存して実施形態におけるπとは異なる可能性がある。位相差（ψB1C1εj−ψA1C1）が位相ψA1B1εj、すなわちｃｏｓψB1C1εj＝ｃｏｓ（ψA1C1＋ψA1B1εj）と同じである場合、因数ｃｏｓψB1C1εjはｃｏｓ[ψA1C1＋（ψB1C1εj−ψA1C1）］と書くことができることに留意することは背景ビームの影響を評価する際に有用である。
【００７１】
共役直角位相の成分|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1に対応する方程式（１２）の項が、ゼロという平均値を持つ矩形関数であって、εjがｊ＝２．５に関して対称であるのでｊ=２．５に関して対称である矩形関数であることは方程式（１２）の点検から明らかである。更に方程式（１２）の共役直角位相の成分|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1に対応する方程式（１２）の項が、ゼロという平均値を持ち、γjがｊ＝２．５に関して反対称であるのでｊ=２．５に関して反対称である矩形関数である。バイ・ホモダイン検波方式の設計によるもう一つの重要な性質は、εj、γjがｊ＝１，２，３，４の範囲に亘って直交するので、すなわち［数式Σ・・］であるので、共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1と|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1の項が
2006516762.tif 000019
【００７２】
の範囲に亘って直交するということである。
【００７３】
共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1と|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1に関する情報は、信号値Ｓjに与えられる下記のディジタルフィルタによって表される方程式（１２）の共役直角位相項の対称・反対称特性と直交性特性とを使用して得られる：
【００７４】
【数１３】
2006516762.tif 000020
【００７５】
【数１４】
2006516762.tif 000021
ここでξj’とＰj’はξjとＰjとを表すためにディジタルフィルタで使用される値である。
【００７６】
方程式（１３）、（１４）のパラメータ
【００７７】
【数１５】
2006516762.tif 000022
は共役直角位相の決定を完了するために決定されることを必要とする。方程式（１５）に与えられたパラメータは例えば、基準ビームと測定ビームの相対位相にπ／２位相偏移を導入し、共役直角位相に関して測定を繰り返すことによって測定できる。第２の測定からの（ｓｉｎψA1C1／ｃｏｓψA1C1）に対応する共役直角位相の振幅の比率で除算された、第１の測定からの（ｓｉｎψA1C1/ｃｏｓψA1C1）に対応する共役直角位相の振幅の比率は下記に等しい：
【００７８】
【数１６】
2006516762.tif 000023
方程式（１３）、（１４）の因数のあるものは倍率内の４という公称値を持つことに留意のこと。例えば：
【００７９】
【数１７】
2006516762.tif 000024
倍率は、平均値
2006516762.tif 000025
と仮定して、それぞれξj’／ηjとξj’／ζjの比率の平均値に対応する。方程式（１３）、（１４）の因数の他のあるものは、ゼロという公称値を持つ。例えば：
【００８０】
【数１８】
2006516762.tif 000026
残りの因数：
【００８１】
【数１９】
2006516762.tif 000027
は、ほぼゼロから余弦因数の約４倍に及ぶ公称の大きさと、特性とそれぞれの位相に依存して、因数（Ｐj／Ｐj’）（ξjζj／ξj’2）または（Ｐj／Ｐj’）（ζjηｊ／ξj2）の平均値とを持つであろう。それぞれの測定ビームの位相の第１の近似を追跡しない位相を有する背景のその部分に関して、方程式（１９）にリストアップされた項のすべての大きさは、ほぼゼロになるであろう。それぞれの測定ビームの位相の第１の近似を追跡する位相を有する背景のその部分に関して、方程式（１９）にリストアップされた項の大きさは余弦因数の約４倍になり、因数（Ｐj／Ｐj’）（ξjζj／ξj’2）または（Ｐj／Ｐj’）（ζjηj／ξj’2）の平均値になるであろう。
【００８２】
方程式（１３）、（１４）における２個の最大の項は一般に、因数（|Ａ1|2＋|Ａ2|2）と（|Ｂ1|2＋|Ｂ2|2）とを持つ。しかしながら対応する項は、方程式（１８）に示すような因数として（|Ａ1|2＋|Ａ2|2）を持つ項のξj’値の選択により、また（|Ｂ1|2＋|Ｂ2|2を持つ項のζj値の設計により実質的に消去される。
【００８３】
背景の影響からの最大の寄与は、基準ビームと測定ビームによって生成された背景ビームの部分との間の干渉項への寄与によって表される。背景の影響のこの部分は、ゼロに等しくセットされたビーム３３２の反射測定ビームによって背景の部分の対応する共役直角位相を測定することによって、すなわち除去された基板３６０によって、および|Ａ2|＝０または|Ａ1|＝０およびその逆によってそれぞれの電気干渉信号Ｓjを測定することによって測定できる。それから背景の影響の部分の測定された共役直角位相は、もし必要であれば目的の用途においてそれぞれの背景の影響を有利に補正するために使用できる。
【００８４】
背景の振幅２ξjζj|Ａ1||Ｂ1|と位相ψA1B1εjの影響からの最大の寄与に関する情報、すなわち基準ビームと測定ビームによって生成された背景ビームの部分との間の干渉項は、除去された基板３６０によって、および|Ａ2|＝０または|Ａ1|＝０およびその逆とによって基準ビームと測定ビームとの間の相対位相偏移の関数としてｊ＝１，２，３，４に関してＳjを測定し、測定されたＳjの値をフーリエ解析することによって取得され得る。このような情報はそれぞれの背景の原点を識別するのを助けるために使用できる。
【００８５】
本発明の範囲または精神のいずれからも逸脱せずに背景ビームの影響を軽減および／または補正するために、３件の特許の各々がＨｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌによるものである、共通に所有されている「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｗｉｔｈ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ（背景振幅の削減と補正とを有する共焦点干渉顕微鏡法のための方法および装置）」と題する米国特許第５，７６０，９０１号と、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｉｎ-Ｆｏｃｕｓ  Ｉｍａｇｅｓ  ｆｒｏｍ  Ｏｕｔ−ｏｆ−Ｆｏｃｕｓ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｉｎｇｎａｌｓ  ｆｒｏｍ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  ａｎｄ  Ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅｓ（背景と前景の光源からの焦点ぼけ光信号からの焦点の合った像の弁別のための方法および装置）」と題する第５，９１５，０４８号と、第６，４８０，２８５Ｂ１号と、に記載されているような他の技術が組み込まれ得る。これら３件の引用された特許の各々の内容は、引例によってそれら全体がここに組み入れられている。
【００８６】
ξj’の値の選択は、干渉システムに存在する基準ビームだけを用いてｊ=１，２，３，４に関してＳjを測定することによって得られるｊ=１，２，３，４に関する係数ξjについての情報に基づいている。ある実施形態ではこれは、入力ビーム２４の測定ビーム成分を単にブロックすることに対応し、他のある実施形態ではこれは、除去された基板６０によってｊ＝１，２，３，４に関してＳjを単に測定することに対応する。１セットのξj’の値の正しさのテストは、方程式（１３）、（１４）の（|Ａ1|2＋|Ａ2|2）項がゼロである程度である。
【００８７】
ｊ＝１，２，３，４に関する係数ξjηjについての情報は、|Ａ2|＝０または|Ａ1|＝０を用いてそれぞれの４個の共役検出器画素に対応するスポットを通り過ぎて人為構造を走査し、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って得られる。２|Ａ1||Ｃ1|ｃｏｓψA1C1または２|Ａ1||Ｃ1|ｓｉｎψA1C1項の振幅の変化は、ｊの関数としてのξjηjの変化に対応する。ｊ＝１，２，３，４に関する係数ξjηjについての情報は、例えば干渉システム３１０の一つ以上の要素の安定性を監視するために使用できる。
【００８８】
バイ・ホモダイン検波方式は、フィールドの共役直角位相の決定のための確固とした技術である。第１に共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1と|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1は、方程式（１８）に関する論議で注目されたように因数（|Ａ1|2＋|Ａ2|2）と（|Ｂ1|2＋|Ｂ2|2とを有する項が実質的にゼロであるので、それぞれ方程式（１３）、（１４）によって表されるように、それぞれディジタルにフィルタリングされた値Ｆ1（Ｓ）、Ｆ2（Ｓ）の中の主要な項である。
【００８９】
第２に、方程式（１３）、（１４）の|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1項と|Ｃ2|ｓｉｎψA1C1項の係数は、同じである。したがって振幅と位相とに関する反射測定ビームと基準ビームとの間の干渉項の高度に精確な測定値は、すなわちフィールドの共役直角位相の高度に精確な測定値は、ξjの一次変化と（Ｐj／Ｐj’）と（ξj2／ξj’2）といった正規化の一次誤差とが単に二次以上になる場合に測定できる。この性質は大きな利点になる。また４個の電気干渉信号値のそれぞれのセットからの共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1と|Ｃ2|ｓｉｎψA1C1の各成分への寄与は、同じウィンドウ関数を持っており、したがって合同で決定された値として得られる。
【００９０】
バイ・ホモダイン技術の他の顕著な特徴は、方程式（１３）、（１４）において明らかである：すなわち方程式（１７）の第１の方程式に対応するそれぞれ方程式（１３）、（１４）における共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1、|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1の係数はξj’の仮定された値における誤差とは独立して同じである；方程式（１８）の第４の方程式に対応するそれぞれ方程式（１３）、（１４）における共役直角位相|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1、|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1の係数はξj’の仮定された値における誤差とは独立して同じである。したがって共役直角位相に対応する位相の高度に精確な測定値は、ξjの一次変化によって測定でき、（Ｐj／Ｐj’）と（ξj2／ξj’2）といった正規化の一次誤差はいくつかの工事の効果を通じてのみ入ってくる。
【００９１】
フィールドの共役直角位相はバイ・ホモダイン検波方式を使用するとき合同で得られるので、フィールドの共役直角位相のシングル・ホモダイン検波において可能な状況と異なる位相冗長度の結果として位相追跡における誤差に関するポテンシャルの大幅な低下が存在することは明らかである。
【００９２】
合同で得られた量であるフィールドの共役直角位相の結果として、バイ・ホモダイン検波方式の多くの利点が存在する。一つの利点は、干渉遠視野および／または近視野共焦点顕微鏡法を使用して、結像されつつある基板の中または上のスポットのオーバーレイ誤差の影響と、結像される基板の中および／または上の各スポットの４個の電気干渉信号値の取得時のマルチピクセル検出器の共役画素の共役像の影響とに対する感度の低下である。オーバーレイ誤差は、結像されるスポットに関する共役検出器画素のそれぞれのセットの４個の共役像のセットにおける誤差である。
【００９３】
もう一つの利点は、走査モードで動作するときに走査時に異なる回数で結像される基板の中または上のスポットに共役である共焦点顕微鏡法で使用される共役な１セットのピンホールの性質のピンホール対ピンホール変化の影響に対する感度の低下が存在することである。
【００９４】
もう一つの利点は、走査モードで動作するときに走査時に異なる回数で結像される基板の中または上のスポットに共役である共役な画素の１セット内の性質の画素対画素変化の影響に対する感度の低下が存在することである。
【００９５】
もう一つの利点は、走査モードで動作するときに干渉システムへの入力ビーム３２４のパルス列のそれぞれの共役な１セットのパルス列対パルス列変化の影響に対する感度の低下が存在することである。
【００９６】
１セットの共役ピンホールのマルチピクセル検出器のピンホールおよび画素と、マルチピクセル検出器の共役画素とは、ピンホールのアレイの隣接ピンホールおよび／またはマルチピクセル検出器の隣接画素とを含む可能性があり、あるいはピンホールのアレイから選択されたピンホールおよび／または画素のアレイからの画素を含むことがあり、ここでは選択されたピンホール間の分離は整数個のピンホール間隔であり、１アレイのそれぞれの画素間の分離は横方向および／または縦方向の解像度と信号対雑音比の損失のない整数個の画素間隔に対応する。対応する走査レートは、共役ピンホールのセットに対しておよび／またはマルチピクセル検出器の読出しレートで除算された共役画素のセットに対して共役な測定対象３６０上のスポットの間隔の整数倍に等しいであろう。この性質は、単位時間当たりに結像される基板の中および／または上のスポットの数に関する干渉遠視野または近視野共焦点顕微鏡に関してスループットの著しい増加を可能にする。
【００９７】
位相偏移のシーケンス（連鎖）は、ビーム調整器３２２による入力ビーム３２４の成分の周波数をシフトすることによって第１の実施形態で生成される。基準ビーム成分と出力ビーム成分３３０Ａ、３３０Ｂの反射ビーム成分との間には光路長の差異が存在し、その結果、入力ビーム３２４の成分の周波数の変化は基準ビーム成分と出力ビーム成分３３０Ａ、３３０Ｂの反射ビーム成分との間に対応する位相偏移を生成するであろう。基準ビーム成分と出力ビーム成分３３０Ａ、３３０Ｂの反射ビーム成分との間の光路差Ｌに関しては、周波数偏移Δｆについて対応する位相偏移ψが存在する。ここで
【００９８】
【数２０】
2006516762.tif 000028
であり、ｃは光の自由空間速度である。Ｌは物理的経路長差ではなく、例えば測定ビーム経路と反射測定ビーム経路の平均屈折率に依存する。位相偏移ψ＝π／２とＬの値＝０．２５ｍの例に関して、対応する周波数偏移Δｆ＝３００ＭＨｚである。
【００９９】
前述の実施形態で使用されたクワッド・ホモダイン検波方式を参照すると、光源３１８とビーム調整器３２２からの二つのパルス列によって結像される基板３６０の上および／または中の各スポットに関して４個の電気干渉信号値の１セットが得られる。結像される基板の上および／または中の単一のスポットに関してフィールドの共役直角位相を取得するために使用される４個の電気干渉信号値Ｓｊ，ｊ=１，２，３，４のセットは、下記の公式によってある倍率内でクワッド・ホモダイン検波に関して表される：
【０１００】
【数２１】
2006516762.tif 000029
【０１０１】
【数２２】
2006516762.tif 000030
【０１０２】
【数２３】
2006516762.tif 000031
【０１０３】
【数２４】
2006516762.tif 000032
ここで係数Ａ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4は入力ビーム２４のそれぞれ第１、第２、第３、第４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、Ｂ2、Ｂ3、Ｂ4は基準ビームＡ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4に対応する背景ビームの振幅を表し、係数Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4はそれぞれ基準ビームＡ1、Ａ2、Ａ3、Ａ4に対応する反射測定ビームの振幅を表し、Ｐ1、Ｐ2は入力ビーム３２４のそれぞれ第１、第２パルス列における第１の周波数成分の積分された強度を表し、またεjとγjの値は表２にリスト化されている。クワッド・ホモダイン検波方式に関する係数ξj、ζj、ηjの説明は、バイ・ホモダイン検波方式の係数ξj、ζj、ηjに関して与えられた説明の対応する部分と同じである。
【０１０４】
方程式（２１）、（２２）、（２３）、（２４）では|Ａ2|／|Ａ1|と|Ａ4|／|Ａ3|という比率はｊまたはＰjの値に依存しないことが仮定されている。本発明の範囲または精神いずれからも逸脱せずに重要な特徴を明確にするようにＳjの表現を単純にするために、方程式（２１）、（２２）、（２３）、（２４）では|Ａ2|／|Ａ1|と|Ａ4|／|Ａ3|とに対応する反射測定ビームの振幅の比率はｊまたはＰjの値に依存しないことが仮定されている。しかしながらそれぞれ|Ａ2|／|Ａ1|と|Ａ4|／|Ａ3|とに対応する測定ビーム成分振幅の比率がそれぞれ比率|Ａ2|／|Ａ1|と|Ａ4|／|Ａ3|とは異なるとき、比率|Ｃ2|／|Ｃ1|と|Ｃ4|／|Ｃ3|はそれぞれ比率|Ａ2|／|Ａ1|と|Ａ4|／|Ａ3|とは異なるであろう。
【０１０５】
ビーム３２における対応する基準ビーム成分と測定ビーム成分との間の相対位相偏移の制御によってｃｏｓψA2C2＝±ｓｉｎψA1C1となることに注目すると、方程式（２１）、（２２）、（２３）、（２４）はそれぞれ下記のように書くことができる：
【０１０６】
【数２５】
2006516762.tif 000033
【０１０７】
【数２６】
2006516762.tif 000034
【０１０８】
【数２７】
2006516762.tif 000035
【０１０９】
【数２８】
2006516762.tif 000036
ここで関係ｃｏｓψA2C2＝ｓｉｎψA1C1は本発明の範囲または精神いずれからも逸脱せずに使用されている。
【０１１０】
共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1と|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1とに関する情報は、信号値Ｓjに加えられる下記のディジタルフィルタによって表されるような共役直角位相の対称・反対称特性と直交性特性とを使用することによって得られる：
【０１１１】
【数２９】
2006516762.tif 000037
【０１１２】
【数３０】
2006516762.tif 000038
クワッド・ホモダイン検波方式に関するξj’とＰj’の説明はバイ・ホモダイン検波方式においてξj’とＰj’に関して与えられた対応する説明と同じである。方程式（２５）、（２６）、（２７）、（２８）、(２９)、(３０)を使用すると、共役直角位相|Ｃ1|ｃｏｓψA1C1と|Ｃ1|ｓｉｎψA1C1の成分を含むフィルタリングされた量に関して下記の式が得られる、すなわち：
【０１１３】
【数３１】
2006516762.tif 000039
【０１１４】
【数３２】
2006516762.tif 000040
【０１１５】
【数３３】
2006516762.tif 000041
【０１１６】
【数３４】
2006516762.tif 000042
【０１１７】
【数３５】
2006516762.tif 000043
は、ある目的の用途のために共役直角位相の決定を完了するために決定されることを必要とする。方程式（３３）、（３４）、（３５）によって与えられるパラメータは例えば、方程式（１５）によって指定される量を測定することに関してバイ・ホモダイン検波方式のために説明された手順に類似した手順によって測定できる。
【０１１８】
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に関して与えられた説明の対応する部分と同じである。
【０１１９】
電気干渉信号３７２の取得に関して二つの異なるモードが説明される。説明される第１のモードは、画像情報が所望される場所に対応する固定された場所間で基板３６０がステップされるステップアンドステア（ステップして凝視する）モードである。第２のモードは走査モードである。基板３６０の１次元、２次元または３次元プロファイルを生成するためのこのステップアンドステア・モードでは、ウェーハチャック３８４／ステージ３９０に取り付けられた基板３６０はステージ３９０によって運ばれる。ステージ３９０の位置は電子プロセッサ・コントローラ３８０からのサーボ制御信号３７８にしたがってトランスジューサ（変換器）３８２によって制御される。ステージ３９０の位置は、計測システム３８８によって測定され、計測システム３８８によって取得された位置情報は、ステージ３９０の位置制御での使用のための誤差信号を生成するために電子プロセッサ・コントローラ３８０に送信される。計測システム３８８は、例えば直線的変位と角度的変位の干渉計とキャップゲージとを含むことができる。
【０１２０】
電子プロセッサ・コントローラ３８０は、ウェーハ移送ステージ３９０を所望の位置に方向付けし、それから４個の電気干渉信号値の１セットを取得する。４個の電気干渉信号の列の取得後に、電子プロセッサ・コントローラ３８０はステージ３９０の次の所望の位置に関してこの手順を繰り返す。基板３６０の高さと角度的向きは、トランスジューサ３８６Ａ、３８０Ｂによって制御される。反射測定ビームの望ましくない成分の補正に使用される共役直角位相のセットの取得のために必要とされる高さの変化はまた、トランスジューサ３８６Ａ、３８６Ｂによって制御される。
【０１２１】
電気干渉信号値が一つ以上の方向に走査されたステージ３９０の位置によって取得される、電気干渉信号値の取得のための第２のモードが次に説明される。走査モードでは光源３１８は、信号プロセッサ・コントローラ３８０からの信号３９２によって制御される時々にパルス化される。光源３１８は、画像情報が所望される基板３６０の上および／または中の位置を有するピンホールアレイ・ビームスプリッタ３１２のピンホールの共役像のレジストレーションに対応する時々にパルス化される。
【０１２２】
パルス化される光源を生成するための多数の異なる方法が存在する［Ｗ．ＳｉｌｆｖａｓｔによるＨａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ，１，１９９５（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）”Ｌａｓｅｒｓ（レーザー）”と題する第１１章を参照のこと］。第１の実施形態の電気干渉信号値の取得のために第２のモードで使用された連続走査モードの結果として光源３１８によって生成されたビームパルスτp1の持続時間または「パルス幅」に対して制約が存在するであろう。パルス幅τp1は、
【０１２３】
【数３６】
2006516762.tif 000044
の下限に対する走査の方向における空間解像度の限定値をある程度制御するパラメータである。ここでｖは走査速度である。例えばτp1＝５０ｎｓｅｃの値とｖ＝０．２０ｍ／ｓｅｃの走査速度とによって、走査の方向における空間解像度τp1ｖの限定値は
【０１２４】
【数３７】
2006516762.tif 000045
になるであろう。
【０１２５】
パルス幅τp1はまた、バイ・ホモダインおよびクワッド・ホモダイン検波方式で使用できる最小周波数差を決定するであろう。異なる共役直角位相のフィールド間の干渉からの電気干渉信号への寄与が存在しないために、最小周波数間隔Δｆminは、次式として表される：
【０１２６】
【数３８】
2006516762.tif 000046
τp1＝５０ｎｓｅｃの例として１／τp1＝２０ＭＨｚがある。
【０１２７】
入力ビーム３２４の周波数は、出力ビーム成分３３０Ａ、３３０Ｂの基準ビーム成分と反射測定ビーム成分との間の所望の位相偏移を生み出す４個の周波数の１セットからの周波数に対応するように信号プロセッサ・コントローラ３８０からの信号３７４、３９２によって制御される。電気干渉信号３７２の取得のための第１のモードでは、４個の位相偏移値のセットに対応する４個の電気干渉信号値のアレイのセットからの電気干渉信号値の４個のアレイの各セットは、シングル・ホモダインおよびバイ・ホモダイン検波方式のための検出器３７０の共通の画素によって生成される。電気干渉信号３７２の取得のための第２のモードでは、４個の電気干渉信号値のアレイのセットからの４個の電気干渉信号値の各対応するセットは、検出器３７０の４個の異なる画素の共役セットによって生成される。こうして取得の第２のモードでは、画素効率の差とピンホールアレイ・ビームスプリッタ３１２におけるピンホールのサイズの差は、引用された米国仮出願第６０／４４２，８５８号（ＺＩ−４７）と、２００４年１月２７日出願で、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅｓ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄｓ  ｏｆ  Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ／Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ  Ｂｅａｍｓ  ｂｙ  ａｎ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ（干渉法における物体によって反射され／散乱され、透過されたビームのフィールドの共役直角位相の合同測定のための装置および方法）」と題する米国特許出願と、におけるバイ・ホモダインおよびクワッド・ホモダイン検波方式の説明で説明されたような信号プロセッサ・コントローラ３８０による信号処理において補正されることを必要とする。フィールドの共役直角位相の合同測定は、引用された米国仮出願第６０／４４２，８５８号（ＺＩ−４７）と、対応する米国特許出願のバイ・ホモダインおよびクワッド・ホモダイン検波方式の説明において説明されたような電気プロセッサ・コントローラ３８０によって生成される。
【０１２８】
第２のモードまたは走査モードの利点は、電気干渉信号値が干渉共焦点顕微鏡法システムのスループットを増加させる走査モードで取得されるということである。
【０１２９】
光源３１８とビーム調整器３２２の説明は、引用された米国仮出願第６０／４４２，８５８（ＺＩ−４７）と、２００４年１月２７日出願で、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｊｏｉｎｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅｓ  ｏｆ  Ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ／Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ  Ｂｅａｍｓ  ｂｙ  ａｎ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ（干渉法における物体によって反射され／散乱され、透過されたビームのフィールドの共役直角位相の合同測定のための装置および方法）」と題する米国特許出願（ＺＩ−４７）とに記載された光源とビーム調整器とに関して与えられた説明の対応する部分と同じである。
【０１３０】
第１の実施形態のカタディオプトリック結像系といった干渉共焦点結像系は、反射測定ビームの第３の成分が、結像される基板３６０におけるトレンチの励起された漏洩被挟導波モードの放射フィールドによって生成される反射測定ビームの第３の成分の像の非点収差を補正するために、ある仕方で使用できる。この結像系の非点収差の大きさは、像フィールド座標の二乗に比例する。その結果、良く補正された像は、この結像系の非点収差が、励起された漏洩被挟導波モードの放射フィールドによって生成される反射測定ビームに関連する非点収差と同じ大きさであるが反対符号を持つように、放射フィールドの共役直角位相を測定するために使用される検出器画素の像フィールド座標を選択することによって取得できる。この非点収差の補正は、トレンチの特性を測定するときに達成できる信号対雑音比を増加させる。
【０１３１】
第１の実施形態に関する干渉共焦点結像系におけるサジタル像面は平坦であって、干渉共焦点結像系のタンジェンシャル（接線）像面は結像系の方に湾曲している。結果として得られる非点収差の符号は、トレンチの長手方向がサジタル平面に整列するときトレンチの励起された漏洩被挟導波モードの放射フィールドによって生成される反射測定ビームに存在する非点収差を補正するために結像系非点収差を使用することに関して適切である。
【０１３２】
トレンチに沿ったトレンチの深さの相対的変化は、方程式（１）の性質を使用して、表面１６０から反射したビームの位相に関するトレンチの励起された漏洩被挟導波モードによって放射されたフィールドの共役直角位相の位相変化から高い感度で決定される。基板１６０に関するトレンチの深さは、測定された共役直角位相の振幅が最大になる図１ａの１６６といった像点の位置として決定される。トレンチの幅に関する相対情報は、方程式（５）によって与えられるスラブ導波路による漏洩被挟導波の透過によるβの虚数成分の減衰効果に関して修正された励起された被挟導波モードによって放射されるビームの共役直角位相の測定された振幅から得られる。トレンチの壁の欠陥またはトレンチ内の障害物といったトレンチの欠陥は、トレンチに沿って走査し、励起された被挟導波モードによって放射されるビームの共役直角位相の振幅の変化を探索することによって探し当てられる。欠陥のサインは、励起された被挟導波モードによって放射されるビームの共役直角位相の振幅の変化であろう。
【０１３３】
背景ビームの影響は、共焦点顕微鏡法システムの使用の結果として第１の実施形態において軽減される。背景ビームの影響は更に、図２ｂに示した位相偏移要素３５６に関して説明された位相偏移手順の使用によって第１の実施形態の変形版において干渉法的に軽減される。背景ビームの影響はまた、漏洩被狭導波モードによって放射されるビームの特性に関する背景ビームの異なる空間特性と、共役直角位相が測定された励起された反対称被狭導波モードの空間特性との使用によって、第１の実施形態の他の変形版において除去および／または軽減され得る。第１の実施形態の他の変形版における背景ビームの影響の除去または軽減は、基板３６０の二つの異なる垂直位置に対応する反射測定ビームの共役直角位相を測定し、異なる共役直角位相を得るために測定された共役直角位相を減算することによって達成される。この異なる共役直角位相は、除去または軽減された背景ビームの影響を有するが、励起された漏洩被挟導波モードによって放射されるビームの共役直角位相は高い効率で検出される。
【０１３４】
反射測定ビームの第１、第２、第３の成分の各々が表面１６０の中または付近のそれぞれの源によって生成されるとして特徴付けられたことは、図１ａ、１ｂ、１ｃに関する反射測定ビームの第１、第２、第３の成分の説明において留意された。表面１６０の中または付近のそれぞれの源は、信号値の測定されたアレイのセットへの、背景ビーム成分である第１、第２の成分の寄与がカタディオプトリック結像系３１０の共焦点結像特性の結果として大幅に軽減されるように、互いに異なっていた。
【０１３５】
スポット１６６の共役軸が焦点に合っている平面と像面が一致するときに測定されたビーム１４２の第１、第２の成分に対応する第１、第２の成分の共役直角位相が、スポット１７０の共役軸が焦点に合っている平面と像面が一致するときに測定されたビーム２４２の第１、第２の成分の共役直角位相と同じであることは、図１ａ、１ｂ、１ｃに関する反射測定ビームの第１、第２、第３の成分の説明において更に留意された。しかしながらスポット１６６の共役軸が焦点に合っている平面と像面が一致するときに測定されたビーム１４２の第３の成分に対応する第３の成分の共役直角位相は、スポット１７０の共役軸が焦点に合っている平面と像面が一致するときに測定されたビーム２４２の第３の成分に対応する第３の成分の共役直角位相と同じではない。第１の実施形態ではビーム１４２、２４２の第３の成分の共役直角位相の測定値は、表面１６０からの反射の寄与と開口１５６による散乱からの寄与とがｚ1＝ｚ2に関して測定されたビーム１４２、２４２に対応するフィールドの共役直角位相を結合することによって補正される場合に得られる。
【０１３６】
反射測定ビームにおける背景ビーム成分はまた、トレンチにおける励起された反対称被挟導波モードの特性が測定されるときに第１の実施形態において除去または軽減される。反対称被挟導波モードは好ましくは、半波長位相シフタ３５６が第１の実施形態で使用されるときに励起される。反射測定ビーム１４２、２４２の第３の成分間のπ位相偏移の影響は、形成された対応する像が対称であるように結像系において半波長位相シフタ３５６によって補正される。しかしながら半波長位相シフタ３５６によって導入されたπ位相偏移の影響は、ピンホールアレイ・ビームスプリッタ３１２におけるそれぞれのピンホールに結像された対応する背景ビームの振幅が実質的に反対称であるという結果によって、カタディオプトリック結像系３１０における測定ビームと反射測定ビームの散乱によって生成された背景ビーム成分に関しては補正されない。それぞれの対称基準ビームと実質的に反対称の背景ビームとの間の結果的に得られる電気干渉項は、実質的にゼロである。背景ビームの影響の除去または軽減のためのこの技術は、共通に所有されている「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｗｉｔｈ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ（背景振幅の軽減と補正とを有する共焦点干渉顕微鏡法のための方法および装置）」と題する、米国特許第５，７６０，９０１号と、「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｌａｙｅｒ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｕｓｉｎｇ  Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ  Ａｎｄ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ（波数領域反射法と背景振幅の軽減および補正とを使用した多層共焦点干渉顕微鏡法）」と題する、米国特許第６，４８０，２８５号と、「Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｗｉｔｈ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ（背景振幅の軽減と補正とを有する走査型干渉近視野共焦点顕微鏡法）」と題する、米国特許第６，６３３，３８８号[ＺＩ−２０]と、に記載されており、これら３件の米国特許の各々はＨｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌによるものである。これら３件の引用された米国特許の各々の内容は、その全体が引例によってここに組み込まれている。
【０１３７】
トレンチは、屈折率ｎTを有する誘電体または透明媒体で満たされる可能性がある。被挟導波モードの説明は、導入された収差が存在することを除いて、ｎT＜ｎWのときトレンチが満たされない場合にここで説明されたものと同じであろう。これらの収差の性質は、基板の内部で結像するときに導入される収差の性質と同じである。これらの収差は、内容が全体として引例によってここに組み込まれている、共通に所有されているＨｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌによる「Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｍｉｓｍａｔｃｈ  ｉｎ  Ｉｎｄｉｃｅｓ  ｏｆ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ  ａｔ  ａ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ−Ｍｅｄｉｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｉｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（共焦点および干渉共焦点顕微鏡法における基板−媒体インタフェースでの屈折率の不整合の影響の補正）」と題する２００３年２月４日に出願の、米国仮特許出願第６０／４４４，７０７号［ＺＩ−４４］に記載されているような、レンズ３５２とピンホールアレイ・ビームスプリッタ３１２との間に薄膜（この薄膜はレンズ３５２とは異なる屈折率を有する）を導入することによって遂行される第１の実施形態の変形版において補正できる。この手順は、ｎT＞ｎWの場合にも機能するであろう。しかしながらこの場合、励起された被挟導波モードは、漏洩クラスではないであろう。
【０１３８】
第２の実施形態は、引用された米国特許第５，７６０，９０１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３１０を有する、図２ａ〜２ｃの干渉計システムを含む。この第２の実施形態ではビーム調整器３２２は、二周波数発生器・位相シフタとして構成される。
【０１３９】
第３の実施形態は、位相マスクが取り除かれている、引用された米国特許第５，７６０，９０１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３１０を有する，図２ａ〜２ｃの干渉計システムを含む。この第３の実施形態ではビーム調整器３２２は、二周波数発生器・位相シフタとして構成される。
【０１４０】
第４の実施形態は、引用された米国特許第６，４８０，２８５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３１０を有する、図２ａ〜２ｃの干渉計システムを含む。この第４の実施形態ではビーム調整器３２２は、二周波数発生器・位相シフタとして構成される。
【０１４１】
第５の実施形態は、位相マスクが取り除かれている、引用された米国特許第６，４８０，２８５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３１０を有する、図２ａ〜２ｃの干渉計システムを含む。この第５の実施形態ではビーム調整器３２２は、二周波数発生器・位相シフタとして構成される。
【０１４２】
漏洩被挟導波モードはまた、バイアにおいても励起され、対応する特性が測定され得る。
【０１４３】
トレンチ内の漏洩被挟導波モードは、引例によってここにその内容が組み入れられている、Ｈｅｎｒｙ  Ａ．Ｈｉｌｌによる共通に所有されている「Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（走査型干渉近視野共焦点顕微鏡法）」と題する米国特許第６，４４５，４５３Ｂ１号［ＺＩ−１４］と、米国特許第６，６３３，３８８号［ＺＩ−２０］とに記載されているような近視野プローブビームを使用して励起される。その他の実施形態では、波長以下の開口は、波長以下の幅を有するスリットを含む。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１ａ】aはトレンチと光ビームの経路との概略図である。
【図１ｂ】ｂはトレンチと光ビームの経路との概略図である。
【図１ｃ】ｃはトレンチと光ビームの経路との概略図である。
【図２ａ】aはカタディオプトリック結像系を使用する干渉結像系の概略図である。
【図２ｂ】ｂはカタディオプトリック結像系の概略図である。
【図２ｃ】ｃはピンホールアレイ・ビームスプリッタの概略図である。
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【国際調査報告】
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