(57)【要約】ある媒体中にある対象物で、前記対象物と前記媒体の屈折率の間にミスマッチのある対象物内部の複数位置の干渉測定を実施するための干渉型顕微鏡であって、入力ビームを生成する光源；入力ビームを受光し、それから測定ビームを生成し、その測定ビームを、対象物中の選択されたスポットに結像し、前記選択されたスポットについて帰還測定ビームを生成し、前記帰還測定ビームと参照ビームを結合させて干渉ビームを生成するように構成される干渉計；および、干渉ビームを受光するように配置置される検出システムを含み、前記帰還測定ビームは、対象物から検出システムに至る経路に沿って移動し、前記干渉計は、帰還測定ビームの経路に配置置された物質から成る補償層を含み、前記補償層は、帰還測定ビームの経路にそって、前記対象物と前記媒体の間の屈折率ミスマッチを補償する屈折率ミスマッチを生成することを特徴とする、前記干渉型顕微鏡。
2006516766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある媒体中にある対象物で、前記対象物と前記媒体の屈折率の間にミスマッチのある対象物内部の複数位置の干渉測定を実施するための干渉型顕微鏡であって、
入力ビームを生成する光源、
入力ビームを受光し、それから測定ビームを生成し、該測定ビームを、対象物中の選択されたスポットに結像し、前記選択されたスポットについて帰還測定ビームを生成し、前記帰還測定ビームと参照ビームを結合させて干渉ビームを生成するように構成される干渉計、および、
干渉ビームを受光するように配置置される検出システムを含み、
前記帰還測定ビームは、対象物から検出システムに至る経路に沿って移動し、前記干渉計は、帰還測定ビームの経路に配置置された物質から成る補償層を含み、前記補償層は、帰還測定ビームの経路にそって、前記対象物と前記媒体の間の屈折率ミスマッチを補償する屈折率ミスマッチを生成する、
ことを特徴とする、前記干渉型顕微鏡。
【請求項２】
前記干渉型顕微鏡は共焦点干渉型顕微鏡であり、前記干渉計は、検出器の前に配置置されたプレートを含み、前記プレートは、前記帰還測定ビームが通過するピンホールを定め、前記補償層は、帰還測定ビームの経路にそって、プレートの前に配置置されることを特徴とする、請求項1の干渉型顕微鏡。
【請求項３】
前記補償層は前記プレートの直近にあることを特徴とする、請求項2の干渉型顕微鏡。
【請求項４】
前記干渉計は、前記光源と前記対象物の間の光学経路にそって配置され、前記選択されたスポットに、前記干渉計によって結像されるピンホールを定めるプレートをさらに含み、前記干渉計は、この二番目に言及したプレートに近接し、前記第2言及ピンホールから対象物までのビーム経路にそって、前記対象物と前記媒体の間の屈折率ミスマッチを補償する屈折率ミスマッチを生成する補償層をさらに含むことを特徴とする、請求項2の干渉型顕微鏡。
【請求項５】
前記第1言及プレートと第2言及プレートは同じプレートであり、前記第1言及ピンホールと第2言及ピンホールは同じピンホールであり、前記第1言及補償層と第2言及補償層は同じ補償層であることを特徴とする、請求項4の干渉型顕微鏡。
【請求項６】
前記プレートは、ピンホールから成るアレイを含み、第1言及ピンホールは、前記ピンホールアレイのピンホールの内の一つであることを特徴とする、請求項2の干渉型顕微鏡。
【請求項７】
前記対象物の屈折率はn0であり、前記対象物直上の前記媒体の屈折率はnmであり、前記補償層の屈折率はncであり、前記帰還測定ビームが、前記補償層に達する直前に通過する媒体の屈折率はnrであり、n0、nm、nc、およびnrが実数であり、かつ、n0 > nmであり、nc < nrであることを特徴とする、請求項2の干渉型顕微鏡。
【請求項８】
前記補償層は、回折制限された側方および、対象物内部の長軸深度方向高解像度を実現するのに十分な補償を与えることを特徴とする、請求項2の干渉型顕微鏡。
【請求項９】
前記補償層は、別の補償層と交換ができるように簡単に取り外しが可能とされることを特徴とする、請求項2の干渉型顕微鏡。
【請求項１０】
前記媒体は空気であることを特徴とする、請求項2の干渉型顕微鏡。
【請求項１１】
ある媒体中にある対象物で、前記対象物と前記媒体の屈折率の間にミスマッチのある対象物内部の複数位置の干渉測定を実施するための共焦点干渉計システムであって、
プレートであって、光源ビームを受光するように配置され、前記光源ビームをピンホールの一側では参照ビームに、前記光源ビームをピンホールの他側では測定ビームに分離するピンホールを定めるプレート、
前記ピンホールを対象物中のスポットに結像する結像システムであって、前記測定ビームを前記スポットへ向け、該スポットについて、帰還測定ビームを生成し、前記第１結像システムは、前記スポットの像を前記ピンホールに結像するように配置置され、配置置は、前記スポットからの帰還測定ビームが前記ピンホールに戻るように行われ、該ピンホールは、帰還測定ビームと参照ビームを結合して結合ビームを生成する結像システム、および、
前記結合ビームを受光する検出要素を含む検出システムを含む前記システムにおいて、
前記帰還測定ビームは、前記対象物から前記検出システムに至る対応経路を移動し、前記干渉計は、前記帰還測定ビームの前記対応経路に配置置された物質の補償層を含み、前記補償層は、前記帰還測定ビームの前記対応経路にそって、前記対象物と前記媒体の間の屈折率ミスマッチを補償する屈折率ミスマッチを生成することを特徴とする前記システム。
【請求項１２】
前記共焦点干渉計システムは、前記ピンホールを前記検出要素に結像し、前記結合ビームが該検出要素に向けられるようにする第2結像システムをさらに含むことを特徴とする、請求項11の共焦点干渉計システム。
【請求項１３】
前記第1結像システムは、反射屈折光学系結像システムであることを特徴とする、請求項11の共焦点干渉計システム。
【請求項１４】
前記補償層は、前記プレートと前記対象物の間の前記帰還測定ビームの前記対応経路にそって配置置されることを特徴とする、請求項11の干渉型顕微鏡。
【請求項１５】
前記補償層は前記プレートの近傍にあることを特徴とする、請求項14の干渉型顕微鏡。
【請求項１６】
前記補償層は、前記プレートに密着することを特徴とする、請求項14の干渉型顕微鏡。
【請求項１７】
前記プレートは、複数ピンホールのアレイを含み、前記第1言及ピンホールは、このピンホールアレイのピンホールの内の一つであることを特徴とする、請求項14の干渉型顕微鏡。
【請求項１８】
前記対象物の屈折率はn0であり、前記対象物直上の前記媒体の屈折率はnmであり、前記補償層の屈折率はncであり、前記帰還測定ビームが、前記補償層に達する直前に通過する媒体の屈折率はnrであり、n0、nm、nc、およびnrが実数であり、かつ、n0 > nmであり、nc < nrであることを特徴とする、請求項14の干渉型顕微鏡。
【請求項１９】
前記補償層は、回折制限された側方および、対象物内部の長軸深度方向高解像度を実現するのに十分な補償を与えることを特徴とする、請求項14の干渉型顕微鏡。
【請求項２０】
前記補償層は、前記対象物と前記媒体の屈折率の別のミスマッチに対処するために、別の補償層と交換ができるように簡単に取り外しが可能とされることを特徴とする、請求項14の干渉型顕微鏡。
【請求項２１】
前記媒体は空気であることを特徴とする、請求項14の干渉型顕微鏡。
【請求項２２】
前記第1言及結像システムは、
前記測定ビームを受光し、該測定ビームを透過部分と反射部分に分離するように配置置されるビームスプリッター、および、
前記ピンホールの像を、前記ビームスプリッターを介して前記スポットに結像し、前記ピンホールからの前記測定ビームを前記スポットに向ける反射面、
を含むことを特徴とする、請求項14の干渉型顕微鏡。
【請求項２３】
前記反射面は、前記対象物上の一点と実質的に同心円状であることを特徴とする、請求項22の干渉型顕微鏡。
【請求項２４】
前記第1言及結像システムは、前記対象物からの光線を受光するように、前記対象物と前記ビームスプリッター間に配置される屈折面をさらに含むことを特徴とする、請求項23の干渉型顕微鏡。
【請求項２５】
前記第1反射面は、第1半径を有する球と実質的に一致し、前記屈折面は、第2半径を有する球と一致し、第1半径の方が第2半径よりも大きいことを特徴とする、請求項24の干渉型顕微鏡。
【請求項２６】
前記第1反射面と前記屈折面とは同じ曲率中心を持つことを特徴とする、請求項25の干渉型顕微鏡。
【請求項２７】
前記第1言及結像システムは、前記反射面によって結像される光線を受光するように、前記ビームスプリッターと前記ピンホールの間に配置される屈折面をさらに含むことを特徴とする、請求項23の干渉型顕微鏡。
【請求項２８】
前記反射面は前記ピンホールと実質的に同心円状であることを特徴とする、請求項22の干渉型顕微鏡。
【請求項２９】
前記第1言及結像システムは、前記ビームスプリッターの、第１言及反射面とは反対側に、前記ピンホールの像を、前記ビームスプリッターを介して前記対象物の前記スポットに結像するように配置置される第2反射面をさらに含むことを特徴とする、請求項22の干渉型顕微鏡。
【請求項３０】
ある媒体中にある対象物で、前記対象物と前記媒体の屈折率の間にミスマッチのある対象物内部の複数位置の干渉測定を実施するための共焦点干渉計システムであって、
光源ビームを受光するように配置される複数のピンホールから成るアレイであって、ピンホールアレイの各ピンホールについて、光源ビームをピンホールアレイの一側では対応参照ビームに、ピンホールアレイの他側では対応測定ビームに分離するピンホールアレイ、
ピンホールアレイの像を、対象物中のスポットのアレイに結像するように配置置される決像システムであって、配置置は、ピンホールアレイの各ピンホールについて、対応測定ビームがスポットアレイの異なる対応スポットへ向けられ、そのスポットについて、対応帰還測定ビームを生成するように行われる結像システムであって、前記第1結像システムはさらにスポットアレイの像をピンホールアレイに結像するように配置置され、配置置は、スポットアレイの各スポットからの対応帰還測定ビームが、ピンホールアレイの異なる対応ピンホールに戻るように行われ、各ピンホールにおいて、ピンホールアレイは、該ピンホールの帰還測定ビームと参照ビームとを結合し、対応する結合ビームを生成する結像システム、
検出システムであって、ピンホールアレイと軸揃えした検出要素のアレイを含み、軸揃えは、各ピンホールの対応結合ビームが、検出要素アレイの異なる対応検出要素に向けられるように行われる検出システムを含み、
前記帰還測定ビームは、前記対象物から前記検出システムに至る対応経路にそって移動し、前記干渉計は、前記帰還測定ビームの前記対応経路に配置される物質の補償層であって、前記帰還測定ビームの前記対応経路にそって、前記対象物と前記媒体の間の屈折率ミスマッチを補償する屈折率ミスマッチを生成する補償層を含む、
ことを特徴とする前記システム。
【請求項３１】
前記補償層は前記ピンホールアレイに近接することを特徴とする、請求項30の共焦点干渉計システム。
【請求項３２】
前記補償層は、前記ピンホールアレイに密着することを特徴とする、請求項30の共焦点干渉計システム。
【請求項３３】
前記対象物の屈折率はn0であり、前記対象物直上の前記媒体の屈折率はnmであり、前記補償層の屈折率はncであり、前記帰還測定ビームが、前記補償層に達する直前に通過する媒体の屈折率はnrであり、n0、nm、nc、およびnrが実数であり、かつ、n0 > nmであり、nc < nrであることを特徴とする、請求項30の共焦点干渉型顕微鏡。
【請求項３４】
前記補償層は、回折制限された側方および、対象物内部の長軸深度方向高解像度を実現するのに十分な補償を与えることを特徴とする、請求項30の共焦点干渉型顕微鏡。
【請求項３５】
前記補償層は、別の補償層と交換ができるように簡単に取り外しが可能とされることを特徴とする、請求項30の共焦点干渉型顕微鏡。
【請求項３６】
前記媒体は空気であることを特徴とする、請求項30の共焦点干渉型顕微鏡。
【請求項３７】
ある媒体中にある対象物で、前記対象物と前記媒体の屈折率の間にミスマッチのある対象物内部の複数位置の測定を実施する顕微鏡であって、
入力ビームを生成する光源、
検出システム、
入力ビームの少なくとも一部を、対象物中の選択されたスポットに結像して帰還ビームを生成する結像システム、および、
前記選択されたスポットの像を前記検出システムに結像する結像システムを含み、
前記帰還ビームは、前記対象物から前記検出器アッセンブリに至る経路にそって移動し、第２言及結像システムは、前記帰還測定ビームの前記経路に配置される物質の補償層を含み、該補償層は、前記帰還測定ビームの前記経路にそって、前記対象物と前記媒体の間の屈折率ミスマッチを補償する屈折率ミスマッチを生成する、
ことを特徴とする前記顕微鏡。
【請求項３８】
前記対象物の屈折率はn0であり、前記対象物直上の前記媒体の屈折率はnmであり、前記補償層の屈折率はncであり、前記帰還測定ビームが、前記補償層に達する直前に通過する媒体の屈折率はnrであり、n0、nm、nc、およびnrが実数であり、かつ、n0 > nmであり、nc < nrであることを特徴とする、請求項37の顕微鏡。
【請求項３９】
前記補償層は、回折制限された側方および、対象物内部の長軸深度方向高解像度を実現するのに十分な補償を与えることを特徴とする、請求項37の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点および非共焦点顕微鏡観察法に関する。
【０００２】
関連出願に関する相互参照
本出願は、2003年2月4日出願の米国特許仮出願第60/444,707号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００３】
顕微鏡観察の分野では、対応する媒体／基板界面において屈折率ミスマッチが存在する場合、時として、基板の特定の深さのセクションを視像化するために特別設計の顕微鏡が用いられる。この顕微鏡は、基板の特定の深さのセクションの視像化に使用されるように、および、基板の特定の屈折率に対して補償される。
【０００４】
この方法を用いた場合、様々な深さ、および、様々な基板屈折率を調べるためには、基板内の深さアレイおよび基板の屈折率アレイに対応する、顕微鏡設計アレイが利用可能となっていなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非共焦点、共焦点、および、干渉型共焦点顕微鏡観察において、試験の対象とされる基板と、空気、またはその他の媒体との界面における屈折率ミスマッチの作用を補償するための装置および方法が記載される。この補償は、ＵＶおよびＶＵＶを含む波長に対して、また、数ミクロン以上の桁の基板内の深度に対して、回折制限された側方・長軸深さ方向高解像度を実現するのに十分である。この補償技術は、非共焦点顕微鏡ではその結像空間に、また、共焦点および干渉型共焦点顕微鏡では、共焦点ピンホール対物空間および結像空間の両方に、低屈折率の薄層を導入することを含む。ある範囲の基板屈折率値、および／または、ある範囲の基板内深度をカバーするためには、様々の厚み、および／または、様々の低屈折率値を含む、一組の複数の薄層が必要とされる。この、それぞれ異なる補償体から成るセットは、顕微鏡システムの、複数の薄層から成る側方アレイに同時に組み込まれる。こうすると、単一顕微鏡システムにおいて、基板の、回折制限像が、基板の様々な深度で、また、その屈折率が側方、および／または、長軸方向で等方性ではない基板においても、得られるようになる。ピンホールアレイ・ビームスプリッターを含む共焦点および干渉型共焦点顕微鏡では、複数の低屈折率薄層セットの単一アレイが、ピンホールアレイ・ビームスプリッターに、または、その近傍に導入する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般に、一つの局面において、本発明は、ある媒体中に対象物があり、その対象物と媒体の屈折率の間にミスマッチがある場合の、対象物内部の複数位置について干渉計測定を実行するための干渉型顕微鏡を特長とする。この顕微鏡は、入力ビームを生成するための光源；入力ビームを受光し、それから測定ビームを生成し、その測定ビームを、対象物の選択されたスポットに結像し、その選択されたスポットについて、帰還測定ビームを生成し、帰還測定ビームと参照ビームとを結合して干渉ビームを生成するにように構成される干渉計；および、干渉ビームを受光するように配置置される検出システムを含む。帰還測定ビームは、対象物から検出システムに至る経路に沿って移動し、干渉計は、帰還測定ビームの経路に配置置された、物質から成る補償層を含み、この補償層は、帰還測定ビームの経路にそって、対象物と媒体の間の屈折率ミスマッチを補償する屈折率ミスマッチを生成する。
【０００７】
他の実施態様は、下記の特質の一つ以上を含む。干渉型顕微鏡は共焦点干渉型顕微鏡であり、干渉計は、検出器の前に配置されたプレートを含み、このプレートは、帰還測定ビームが通過するピンホールを定め、補償層は、帰還測定ビームの経路にそって、プレートの前に配置置される。補償層はプレートの直近にある。干渉計はまた、干渉計によって、選択されたスポットに結像されるピンホールを定めるプレートを含み、干渉計はさらに、この二番目に言及したプレートに近接して一つの補償層を含む。この補償層は、対象物と、第2言及ピンホールから対象物までのビーム経路にそって、対象物と媒体の間の屈折率ミスマッチを補償する屈折率ミスマッチを引き起こす。第1および第2言及プレートは同じプレートであり、第1および第2言及ピンホールは同じピンホールであり、第1および第2言及補償層は同じ補償層である。
【０００８】
さらに別の実施態様は、下記の特質の一つ以上を含む。プレートは、ピンホールから成るアレイを含み、第1言及ピンホールは、このピンホールアレイのピンホールの内の一つである。対象物の屈折率はn0であり、対象物直上の媒体の屈折率はnmであり、補償層の屈折率はncであり、帰還測定ビームが、補償層に達する直前に通過する媒体の屈折率はnrであり、n0＞nmであり、nc＜nrである。あるいは別に、補償層は、回折制限された側方、および対象物内部長軸深度方向解像度を実現するのに十分な補償を与える。補償層は、簡単に取り外して、異なる補償層と交換ができるようになっている。媒体は空気である。
【０００９】
一般に、別の局面において、本発明は、ある媒体中に対象物があり、対象物と媒体の屈折率の間にミスマッチがある場合の、対象物内部の部位について干渉計測定を実行するための共焦点干渉計システムを特長とする。本システムは、光源ビームを受光するように配置されるピンホールであって、光源ビームをピンホールの一側では参照ビームに、光源ビームをピンホールの他側では測定ビームに分離するピンホールを定めるプレート；ピンホールを対象物中のスポットに結像する結像システムであって、測定ビームをスポットへ向け、そのスポットについて、帰還測定ビームを生成し、この第１結像システムは、スポットの像を前記ピンホールに結像するように配置置され、配置置は、スポットからの帰還測定ビームが前記ピンホールに戻るように行われ、ピンホールは、帰還測定ビームと参照ビームを結合して結合ビームを生成する結像システム；および、結合ビームを受光する検出要素を含む検出システムを含む。帰還測定ビームは、対象物から検出システムに至る対応経路を移動し、干渉計は、帰還測定ビームの対応経路に配置置された物質の補償層を含み、補償層は、帰還測定ビームの対応経路にそって、対象物と媒体の間の屈折率ミスマッチを補償する屈折率ミスマッチを生成する。
【００１０】
他の実施態様は、下記の特質の一つ以上を含む。共焦点干渉計システムはさらに、ピンホールを検出要素に結像し、結合ビームが検出要素に向けられるようにする第2結像システムを含む。第1結像システムは、反射屈折光学系結像システムである。補償層は、プレートと対象物の間の帰還測定ビームの対応経路にそって配置置される。補償層は、プレートの近傍か、または、プレートに密着する。プレートは、複数ピンホールのアレイを含み、第1言及ピンホールは、このピンホールアレイの内の一つである。
【００１１】
さらに別の実施態様では、第1言及結像システムは、各ピンホールについて、測定ビームを受光し、その測定ビームを透過部分と反射部分に分離するように配置置されるビームスプリッター；および、ピンホールの像を、ビームスプリッターを介してスポットに結像し、そうすることによってピンホールからの測定ビームをスポットに対して向ける反射面を含む。第1言及結像システムはまた、対象物からの光線を受光するように、対象物とビームスプリッターの間に配置される屈折面を含む。第1反射面は、第1半径を有する球と実質的に一致し、屈折面は、第2半径を有する球と一致し、第1半径は第2半径よりも大きい。また、第1反射面と屈折面は、同じ曲率中心を持つ。第1言及結像システムはまた、反射面によって結像される光線を受光するように、ビームスプリッターとピンホールアレイの間に配置された屈折面を含む。この場合、反射面は、ピンホールアレイ上の結像点と実質的に同心円状である。第1言及結像システムはまた、ビームスプリッターの、第１言及反射面の反対側の面において、ピンホールの像を、ビームスプリッターを介して対象物のスポットに結像するように配置置される第2反射面を含む。
【００１２】
一般に、さらに別の局面では、本発明は、ある媒体中に対象物があり、前記対象物と前記媒体の屈折率の間にミスマッチがある場合の、対象物内部の複数位置について干渉測定を実行するための共焦点干渉型顕微鏡を特長とする。この場合、システムは、光源ビームを受光するように配置される複数のピンホールから成るアレイであって、ピンホールアレイの各ピンホールについて、光源ビームをピンホールアレイの一側では参照ビームに、ピンホールアレイの他側では対応測定ビームに分離するピンホールアレイ；ピンホールアレイの像を、対象物中のスポットのアレイに結像し、ピンホールアレイの各ピンホールについて、対応測定ビームがスポットアレイの異なる対応スポットへ向けられ、そのスポットについて、対応帰還測定ビームを生成するように配置される結像システムであって、さらにスポットアレイの像をピンホールアレイに結像するように配置置され、配置置は、スポットアレイの各スポットからの対応帰還測定ビームが、ピンホールアレイの異なる対応ピンホールに戻るように行われ、各ピンホールについて、ピンホールアレイは、そのピンホールの帰還測定ビームと参照ビームとを結合し、対応する結合ビームを生成する結像システムを含む。本システムはさらに、検出システムであって、ピンホールアレイと軸揃えした検出要素のアレイを含む検出システムであって、検出要素アレイの軸揃えは、各ピンホールの対応結合ビームが、検出要素アレイの異なる対応検出要素に向けられるように行われる検出システムを含み、帰還測定ビームは、対象物から検出システムに至る対応経路にそって移動し、干渉計は、帰還測定ビームの対応経路に配置される物質の補償層であって、帰還測定ビームの対応経路にそって、対象物と媒体の間の屈折率ミスマッチを補償する屈折率ミスマッチを生成する補償層を含む。
【００１３】
一般に、さらに別の局面では、本発明は、ある媒体中に対象物があり、前記対象物と前記媒体の屈折率の間にミスマッチがある場合の、対象物内部の部位について干渉計測定を実行するための顕微鏡を特長とする。この顕微鏡は、入力ビームを生成する光源；検出システム；入力ビームの少なくとも一部を、対象物の選択されたスポットに結像して帰還ビームを生成する結像システム；および、選択されたスポットの像を検出システムに結像する結像システムを含み、帰還ビームは、対象物から検出器アッセンブリに至る経路にそって移動し、第２言及結像システムは、帰還測定ビームの対応経路に配置される物質の補償層であって、帰還測定ビームの対応経路にそって、対象物と媒体の間の屈折率ミスマッチを補償する屈折率ミスマッチを生成する物質の補償層を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の少なくとも一つの実施態様の利点は、基板と媒体の間の特定の屈折率ミスマッチの補償のために設計された顕微鏡の性質は、別の屈折率ミスマッチを補償するように簡単に変更が可能であることである。
【００１５】
本発明の少なくとも一つの実施態様のさらに別の利点は、基板の屈折率がその表面上で等方的でない場合でも、また、基板表面を含む基板内部の異なる深度が視像化される場合でも、単一の顕微鏡システムが使用されることである。
【００１６】
本発明の少なくとも一つの実施態様の利点は、基板の屈折率がその表面上でも、基板内部の深度方向においても等方的でなく、基板表面を含む基板内部の異なる深度が視像化される場合でも、基板の表面、および／または、基板の内部セクションを視像化するために単一の顕微鏡システムが使用されることである。
【００１７】
本発明の少なくとも一つの実施態様のさらに別の利点は、IR、可視光、UV、およびVUVの波長光について、数ミクロン以上の桁の基板の深さに対し、単一顕微鏡システムを用いて、基板屈折率が側方的にも長軸方向にも等方的でない場合でも、回折制限された、側方にも、長軸方向にも高解像度が実現されることである。
【００１８】
本発明の少なくとも一つの実施態様のさらに別の利点は、本発明の補償技術は、いくつかの異なる顕微鏡タイプ、例えば、非共焦点、共焦点、および干渉型共焦点顕微鏡を含む顕微鏡タイプに組み込まれることである。
【００１９】
本発明の少なくとも一つの実施態様のさらに別の利点は、補償薄膜層は、微細リソグラフィー技術を用いて製造されることである。
【００２０】
本発明の少なくとも一つの実施態様のさらに別の利点は、ピンホールアレイ・ビームスプリッターが共焦点または干渉型共焦点顕微鏡システムに用いられ、これが、従来の共焦点および干渉型共焦点顕微鏡システムに存在したピンホールの複数アレイの軸揃えの必要を取り除き、補償薄膜層の数アレイを一アレイに減らしたことである。
【００２１】
本発明の少なくとも一つの実施態様のさらに別の利点は、本発明が、基板と媒体の界面における屈折率のミスマッチ作用の補償のために非共焦点、共焦点、または干渉型共焦点顕微鏡に組み込まれても、それは、それぞれの顕微鏡の視野に影響しないことである。
【００２２】
本発明の少なくとも一つの実施態様のさらに別の利点は、VUVカットオフが、光学成分、例えば、UV級石英ガラス、CaF2、およびLiFの透過性によって決められるために、使用可能な波長がVUVの範囲まで延長されることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
媒体と、視像化される基板の間の屈折率ミスマッチの作用を補償するために、非共焦点顕微鏡システムの結像空間、および、共焦点光源ピンホール空間と、共焦点または干渉型共焦点顕微鏡システムの測定ビームの共焦点結像ピンホール空間との両方における屈折率ミスマッチを用いる技術が記載される。光源および結像のそれぞれの空間における屈折率ミスマッチは、低い屈折率を持つ、補償用薄層から成るアレイを導入することによって生成される。補償薄層の厚さと屈折率は、顕微鏡システムの性質、視像化される基板の深度、および、基板／媒体の屈折率ミスマッチの程度に従って選択される。ピンホールアレイ・ビームスプリッターを用いる、共焦点および干渉型共焦点顕微鏡では、補償薄層のアレイの数は、単一アレイに還元される。
【００２４】
第1実施態様が、図1aに模式的に示されるが、ピンホールアレイ・ビームスプリッターを用いる共焦点干渉顕微鏡システムを含む。第1実施態様の共焦点干渉型顕微鏡システムは、全体的に10で示される第1結像システム、ビームスプリッター12、検出器70、および、全体として110で示される第2結像システムを含む。この第2結像システム110は、大きな作業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。ビームスプリッター12は、二つとも、Henry A. Hillという共通著者による、名称「ピンホールアレイ・ビームスプリッターを組み込んだ干渉型共焦点顕微鏡」なる米国特許仮出願第60/442,982号（ZI-45）、および同様に名称「ピンホールアレイ・ビームスプリッターを組み込んだ干渉型共焦点顕微鏡観察法」なる、2004年1月27日出願の米国特許出願（ZI-45）に記載されるものと同じピンホールアレイ・ビームスプリッターを含む。なお、この引用した両米国特許出願の内容全体を、参照することによって本明細書に含める。第1結像システム10は、図1bに模式的に示される。結像システム10は、四つ全てが、Henry A. Hillという共通著者による、名称「反射光学および反射屈折光学結像システム」なる米国特許出願第10/028,508号（ZI-38）、名称「反射光学および反射屈折光学結像システム」なる米国仮出願第10/366,651号（ZI-43）、名称「適応的反射光学面を備えた反射光学および反射屈折光学結像システム」なる米国特許出願第60/501,666号[ZI-54]、および、名称「ペリクル・ビームスプリッター、および非適応的および適応的反射光学面を備えた反射光学および反射屈折光学結像システム」なる2003年9月26日出願[ZI-56]米国特許仮出願に記載されるものと同じ反射屈折光学系である。なお、これら四つの引用した特許出願の内容全体を参照することによって本明細書に含める。
【００２５】
反射屈折結像システム10は、反射屈折要素40と44、ビームスプリッター48、および、凸レンズ50A（図1cを参照）を含む。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それぞれの曲率中心は、ビームスプリッター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の曲率中心は、それぞれ、表面46Aおよび42Aの曲率中心と同じである。凸レンズ50Aの曲率中心は、表面42Bおよび46Aの曲率中心と同じである。表面46Bの曲率半径は、結像システム10の、瞳孔の閉鎖部分に関する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50Aの曲率半径は、凸レンズ50Aの屈折率と組み合わせて反射屈折結像システム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、UV級石英ガラス、CaF2、または、市販のガラス、例えば、SF11であってもよい。凸レンズ50Aの媒体は、例えば、石英ガラス、CaF2、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50Aの媒体の選択に当たって考慮すべき重要点は、ビーム24を含むビームの波長に対する透過性である。
【００２６】
凸レンズ52は、凸レンズ50Aの曲率中心と同じ曲率中心を持つ。第１実施態様では、凸レンズ50Aと52は、ピンホール・ビームスプリッター12および補償層50Bを間にして互いに接着される。ピンホールアレイ・ビームスプリッター12と補償層50Bは図1cに示される。他の実施態様では、波長以下のギャップが、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12と補償層50Bの間に維持されていて、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12および補償層50Bが、走査過程の一部として移動可能とされる。ギャップの通過は、内部反射によって妨げられる。ピンホールアレイ・ビームスプリッターのピンホールのパターンは、最終使用用途の要求に合致するように選ばれる。パターンの一つの例として、二つの直交方向に等間隔で隔てられたピンホールから成る二次元アレイがある。ピンホールは、同一著者Henry A. Hill and Kyle Ferrioによる、名称「共焦点近視野顕微鏡観察のための複数光源アレイ」なる米国特許出願第09/917,402号（ZI-15）に記載されているように、円開口、四角開口、または、それらの組み合わせを含んでもよい。なお、前記特許出願の全内容を引用することにより本明細書に含める。ピンホールアレイ・ビームスプリッター12のピンホールアレイの非限定的例が図1cに示される。この例では、開口径aを持つピンホールが間隔bだけ互いに隔てられる。
【００２７】
補償層50Bの厚みeおよび屈折率n4は（図1c参照）、凸レンズ50Aの屈折率、基板60の屈折率、および、視像化される基板60のセクションの深度と関連して選ばれる。
【００２８】
入力ビーム24は、ミラー54によって、ピンホール・ビームスプリッター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30Aおよび30Bの参照ビーム成分として透過され、その第2部分は、ビーム成分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の表面に近い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の測定ビーム成分として結像される。基板60に入射した測定ビーム成分28Aおよび28Bの一部は、ビーム成分28Aおよび28B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・ビームスプリッター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30Aおよび30Bの帰還測定ビーム成分として透過される。
【００２９】
反射屈折結像システム10の結像性に関する記載は、名称「ピンホールアレイ・ビームスプリッターを組み込んだ干渉型共焦点顕微鏡観察法」なる、2004年1月出願の米国特許出願60/442,982（ZI-45）の記載の反射屈折結像システム10の対応部分と同じである。
【００３０】
次の工程は、結像システム110による出力ビーム成分30Aおよび30Bの、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、信号プロセッサーおよびコントローラー80に送信されてさらに処理される。
【００３１】
結像されるスポットが基板60の表面下距離z1に位置し、かつ、基板60の屈折率n1と接触媒体の屈折率n2が異なっている場合、ビーム成分26Aおよび26Bの帰還測定ビーム成分には球面収差のような収差が導入される。この収差は、補償層50Bの厚みeおよび屈折率n4を適当に選ぶことによって補償される。
【００３２】
収差、例えば、結像されるスポットが基板60の表面下の距離ｚに位置し、かつ、基板60の屈折率n1と接触媒体の屈折率n2が異なる場合に導入される球面収差の、補償層50Bによる補償を図2に模式的に示す。図2において、反射屈折結像システム10は、本発明の範囲と精神から逸脱することなしに、記述を簡単化するため、また、一つの例で、補償過程は、反射屈折結像システム10のみに限られるものではないことを示すために、二重凸レンズ230で置き換えた。
【００３３】
n2<n1である、基板60と接触媒体の間の界面では、基板60中のスポットから広がる、ビームの光線は、開口率が小さい場合、スポットが、外見上(n2/n1)ｚの深さにあるように屈折される。開口率が増すにつれて、スポットの外見上の深度は減少し、球面および高次収差のような収差を生む。n4≠n3の場合、層50Bも、同じ機構によって球面および高次集さのような収差を導入し、その収差は、基板60の表面に導入される。n4<n3の場合、層50Bによって導入される収差の符号は、一般に、基板60の表面に導入された収差の反対の符号を持つ。従って、層50Bの厚みは、基板60の表面に導入された収差が、共役結像点において一次の桁で補償されるように選ぶことが可能である。
【００３４】
厚みeおよび屈折率n4の選択は、光線追跡プログラム、例えば、Focus Software社によるZemax Optical Design Programを用いて実行することが可能である。基板60内部の結像スポットの位置が2ミクロンの深度を持ち、基板60上の結像空間の開口率がNA=0.88である場合に対応する解決セットは、波長400nmにおいて、凸レンズ50A、反射屈折レンズ40と44、および基板60が石英ガラスを含む場合、e=300 nmでn4 = 1.37である。この解決セットでは、n2=1が仮定されている。補償層50Bが無い場合、基板60中の結像スポットの二乗平均平方根半径は、表面42Aおよび46Aの曲率半径50mmに対して134 nmである。解決セットパラメータによる補償層50Bを用いた場合、基板60中の結像スポットの二乗平均平方根半径は、大きさが40 nmに低下する。表面42Aおよび46Aの曲率半径が25mmの場合、基板60中の結像スポットの、補償されない場合の二乗平均平方根半径と、補償された場合のそれは、それぞれ、77 nmと20 nmである。より長い波長、UVとVUV波長、例えば、150 nm以下のより短い波長のために設計された解決セットについても、収差の減少に関して同様の結果が得られた。
【００３５】
単一の運用において、補償層50Bのために、異なる複数の解決セットから成るアレイを用い、非等方性屈折率を持つ基板60中の異なる深度に対して、それぞれの共役四半分視野を得るために、異なる解決セットアレイの内から適当な解決セットを選択することによって結像するようにしてもよい。単一運用のための異なる複数の解決セットから成るアレイは、微細リソグラフィー技術を用いて作製されてもよい。さらに、補償層50Bは、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、二つ以上の層を含んでもよい。
【００３６】
各種干渉計実施態様において使用されるホモダイン検出法には、四つの異なる実施形態がある。この四つの異なる実施形態は、シングル、ダブル、バイ、およびクワッド・ホモダイン検出方法と呼ばれる。シングル・ホモダイン検出法では、入力ビーム24は、単一周波数成分を含み、電気干渉信号72から成るアレイの1組4個の測定値を含む。電気干渉信号72アレイの4個の測定値それぞれについて、既知の位相シフトが、出力ビーム成分30Aと30Bの、参照ビーム成分と、それぞれの帰還測定ビーム成分の間に導入される。単一周波数成分を含む入力ビームについて、反射および／または散乱された測定ビームを抽出するために用いられるその後のデータ処理過程は、例えば、同一著者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】
ダブル・ホモダイン検出法は、電気干渉信号の測定値を得るために、4種の周波数成分を含む入力ビーム24と、4個の検出器を用い、この電気干渉信号は次に、共役四半分を得るために使用される。4個の検出要素の各検出要素は、4個の電気干渉信号値の内の別々の一つを得る。すなわち、同時に得られた4個の電気干渉信号から、1視野のための共役四半分を計算する。4個の電気干渉信号値はそれぞれ、共役四半分の一つの直交成分に関連する情報のみを含む。本明細書で使用されるダブル・ホモダイン検出は、G.M. D’ariano and M.G.A. Parisによって書かれた、表題「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節に記述された検出法に関連する。従って、ダブル・ホモダイン検出法は、各電気干渉信号値が共役四半分の2個の直交成分それぞれについて同時に情報を含む、視野の共役四半分の共時決定を実行しない。
【００３８】
バイおよびクワッド・ホモダイン検出法は、電気干渉信号の各測定値が、共役四半分の2個の直交成分に関する情報を同時に含む形で、電気干渉信号測定値を入手する。この2個の直交成分は、前述の米国特許仮出願第60/442,858号(ZI-47)、および、2004年1月27日出願、名称「干渉計測において対象物によって反射／散乱および透過されるビームの、共役四半分視野共時測定のための装置および方法」なる前述の米国特許(ZI-47)に記載される共役四半分の直交成分に相当する。
【００３９】
帰還測定ビームの共役四半分視野は、各種干渉計実施態様において、シングル、ダブル、バイ、およびクワッド・ホモダイン検出方法によって獲得される。各ホモダイン検出法について、電気干渉信号72から成るアレイの、1組4個の測定値が形成される。電気干渉信号72アレイの4個の測定値それぞれについて、既知の位相シフトが、出力ビーム30Aと30Bの、参照ビーム成分と、それぞれの帰還測定ビーム成分の間に導入される。既知の一組の位相シフトの非限定的例として0、π/4、π/2、3π/2ラジアン、倍数2πが挙げられる。
【００４０】
各種干渉計実施態様では、入力ビーム24は、シングル・ホモダイン検出法では一つの周波数成分を含む。バイ・ホモダイン検出法では、入力ビーム24は二つの周波数成分を含み、ダブルおよびクワッド・ホモダイン検出法では、入力ビーム24は4個の周波数成分を含む。位相シフトは、入力ビーム24の周波数成分の周波数を、既知の周波数値の間を移動させることによって、あるいは、入力ビーム24の参照ビーム成分と測定ビーム成分との間に位相シフトを導入することによって生成される。実施態様のあるものでは、参照ビーム成分の光学的経路長と、干渉計10の出力ビーム成分30Aおよび30Bのそれぞれの帰還ビーム成分の経路長との間には差がある。従って、入力ビーム24の周波数成分の周波数変化によって、対応する参照ビーム成分と、出力ビーム成分30Aと30Bのそれぞれの帰還ビーム成分の間に相対的位相シフトが生じる。
【００４１】
参照ビーム成分と、出力ビーム成分30Aおよび30Bそれぞれの帰還測定ビーム成分のとの間に光学的経路差Lがある時、周波数シフトΔｆに対して、対応する位相シフトψは下式で表される、すなわち、
【００４２】
【数１】
2006516766.tif 000003
式中、ｃは、光の自由空間速度である。Lは、物理的経路長の差ではなく、例えば、測定ビーム経路と帰還測定ビーム経路の、屈折率平均値に依存する。位相シフトψ=π, 3π, 5π, ...およびL=0.25 mの例では、対応する周波数シフトはΔf = 600 MHz, 1.8 GHz, 3.0 GHz, ...
入力ビーム24の成分の周波数は、電子プロセッサーおよびコントローラー80によって生成されるコントロール信号92および74に従う、光源18とビーム調整器22の動作モードによって決められる。
【００４３】
4アレイ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れる。第2モードは走査モードである。ステップ観測モードでは、基板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。基板60は、ウェーファーチャック84、ウェーファーチャック84の上でステージ90に装着される。ステージ90の位置は、電子プロセッサーとコントローラー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ー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、電子プロセッサーとコントローラー80に送信されてエラー信号を生成し、これは、ステージ90の位置コントロールに用いられる。計測システム88は、例えば、直線変位干渉計と角度変位干渉計、およびキャップゲージを含んでいてもよい。
【００４４】
電子プロセッサーとコントローラー80は、ステージ90を所望の位置に移動し、次に、四つの位相シフト0、π/4、π/2、3π/2ラジアン、倍数2πから成るセットに対応する電気干渉信号値の4セットが得られる。電気干渉信号値の4アレイセットの獲得後、電子プロセッサーとコントローラー80は、ステージ90の次の所望位置について上記手順を繰り返す。基板60の上昇および角度方向は、トランスジューサー86Aおよび86Bによって制御される。
【００４５】
電気干渉信号値の4アレイセット獲得のための二つのモードの内の第2番目を次に記載する。この場合、電気干渉信号値の4アレイセットは、ステージ90の位置を一つ以上の方向で連続的に走査しながら獲得される。走査モードでは、光源18が、信号プロセッサーとコントローラー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・ビームスプリッター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時点と対応する時点で定期的にパルス駆動される。
【００４６】
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（例えば、W. Silfvastによる「光学教科書（”Handbook of Optics”）」、1, 1995, 第11章、表題「レーザー」、McGraw-Hill、ニューヨーク参照）。走査モードにおいて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τplの持続時間または「パルス幅」には制限がある。パルス幅τplは、走査方向における空間解像度の限界値を、下式で表される低域限界まで部分的に制御するパラメータである。すなわち、
【００４７】
【数２】
2006516766.tif 000004
式中、Vは走査速度である。例えば、τpl=50 nsecで、走査速度v=0.20 m/秒の場合、走査方向における空間解像度τplVの限界値は
【００４８】
【数３】
2006516766.tif 000005
入力ビーム24の成分の周波数は、信号プロセッサーとコントローラー80からの信号92および74によって4周波数セットの周波数に一致するように、それによって、出力ビーム成分30Aおよび30Bの参照および帰還測定ビーム成分の間の4位相シフトセットについて所望の位相シフトが得られるように制御される。電子干渉信号値獲得のための第1モードでは、1セット4位相シフト値に対応する4電気干渉信号値から成るアレイセットから得られる各セット4アレイの電気干渉信号値は、シングルおよびバイ・ホモダイン検出法では、検出器70の単一ピクセルによって生成され、クワッド・ホモダイン検出法では、検出器70の2ピクセルによって生成され、ダブル・ホモダイン検出法では検出器70の4ピクセルによって生成される。電気干渉信号値獲得のための第2モードでは、4電気干渉信号値から成る各対応セットは、4通りのホモダイン検出法それぞれに対する検出器70の4個の異なるピクセルから成る共役セットによって生成される。従って、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・ビームスプリッター12のピンホールサイズの差は、帰還測定ビーム成分の共役四半分視野を得るためには、信号プロセッサーとコントローラー80が、信号処理において補償する必要がある。
【００４９】
第2モード、すなわち走査モードの利点は、電気干渉信号値が、干渉型共焦点顕微鏡システムの処理能力を高める走査モードとして獲得されることである。
【００５０】
光源18およびビームスプリッター22の記述は、米国特許仮出願第60/442,982号（ZI-45）、2004年1月27日出願(ZI-45)、名称「ピンホールアレイ・ビームスプリッターを組み込んだ干渉型共焦点顕微鏡観察法」なる米国特許出願、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、名称「干渉計測において対象物によって反射／散乱および透過されるビームの、共役四半分視野共同測定のための装置および方法」なる米国特許出願において光源とビームスプリッターに関して与えられた記述の対応部分と同じである。
【００５１】
図1dを参照すると、先ず、ビーム調整器22が、全体として、2周波数発生器および周波数シフターとして記載される。ビーム調整器22は、周波数シフトされた、単一周波数成分、または、二個の周波数シフトされた成分を持つビーム24を生成するように動作することが可能である。
【００５２】
ビーム調整器22は、聴視変調器1120、1126、1130、1132、1142、1146、1150、1154、1058、および1062、ビームスプリッター1168、および、ミラー1166を含む。入力ビーム20は、図1d面に対して平行な偏光面を持つ聴視変調器1120に入射する。ビーム20の第1部分は、聴視変調器1120によって回折されてビーム1122となり、次に、聴視変調器1126によって屈折されて、図1d面に対して平行な偏光を持つビーム1128となる。ビーム20の第2部分は透過されて、図1d面に対して平行な偏光面を持つ非回折ビーム1124となる。ビーム24のために、周波数がシフトされた、単一周波数成分を生成するよう操作されたビーム調整器22の場合、聴視変調器1120に対する聴覚パワーは、二つの状態の間で切り換えられる。一つの状態はオフ状態であり、この場合、回折ビーム1122の振幅はゼロであり、オン状態では、非回折ビーム1124の振幅が名目上はゼロである。聴視変調器1120のこのオンまたはオフ状態は、電子プロセッサーとコントローラー80によって生成される信号74によって制御される。
【００５３】
聴視変調器1120と1126は、非等方性ブラッグ回折タイプ、または、等方性ブラッグ回折タイプのいずれかであってもよい。聴視変調器1120および1126によって導入される周波数シフトは、干渉計10において、周波数シフトΔｆと等しい周波数差を持つ参照ビームと測定ビームの間にπ/2位相差を生ずる周波数シフトΔｆと同じ符号を持ち、かつ、その1/2に等しい。ビーム1128の伝播方向は、ビーム1124の伝播方向に対して平行的である。
【００５４】
図1dについて続けると、ビーム1128は、聴視変調器1132に入射して、電子プロセッサーとコントローラー80からの制御信号74に従って（図1a参照）、聴視変調器1132によって回折されてビーム1134になるか、または、聴視変調器1132によって透過されてビーム1136となる。ビーム1134が生成されると、ビーム1134は、聴視変調器1142、1146および1150によって回折されて、ビーム1152の周波数シフトビーム成分となる。聴視変調器1132、1142、1146および1150によって導入される周波数シフトは、皆同じ方向で、その大きさはΔf/2に等しい。従って、聴視変調器1132、1142、1146および1150によって導入される差し引き合計の周波数シフトは±2Δfである。聴視変調器1120、1126、1132、1142、1146および1150によって導入される差し引き合計周波数シフトは、Δf±2Δfであり、干渉計10においてそれぞれの参照および測定ビームの間に、それぞれの相対的位相シフトπ/2±πを生成する。
【００５５】
ビーム1136が生成された場合、ビーム1136は、電子プロセッサーとコントローラー80からの制御信号74に従って、聴視変調器1150によって透過されて、ビーム1152の非周波数変動ビーム成分となる。聴視変調器1120、1126、1132および1150によって導入される周波数シフトはΔfであり、これは、干渉計10のそれぞれの参照および測定ビームの間にπ/2の、それぞれの相対的位相シフトを生成する。
【００５６】
ビーム1124は聴視変調器1130に入射し、電子プロセッサーとコントローラー80からの制御信号74に従って、聴視変調器1130によって回折されてビーム1140となるか、または、聴視変調器1130によって透過されてビーム1138になる。ビーム1140が生成された場合、ビーム1140は、聴視変調器1154、1158、および1162によって回折されて、ビーム1164の周波数シフトビーム成分となる。聴視変調器1130、1154、1158および1162によって導入される周波数シフトは、皆同じ方向で、±Δf/2に等しい。従って、聴視変調器1130、1154、1158および1162によって導入される差し引き合計の周波数シフトは±2Δfであり、干渉計10の通過時に、それぞれの参照および測定ビームの間に相対的位相シフトπを生成する。聴視変調器1120、1130、1154、1158、および1162によって導入される差し引き合計周波数シフトは、±2Δfであり、干渉計10通過時に、それぞれの参照および測定ビームの間に、それぞれの相対的位相シフト±πを生成する。
【００５７】
ビーム1138が生成された場合、ビーム1138は、電子プロセッサーとコントローラー80からの制御信号74に従って、聴視変調器1162によって透過されて、ビーム1164の非周波数変動ビーム成分となる。聴視変調器1120、1130、および1162によって導入される対応周波数シフトは0であり、これは、干渉計10の通過時、それぞれの参照および測定ビームの間に0の、それぞれの相対的位相シフトを生成する。
【００５８】
次に、ビーム1152および1164は、ビームスプリッター1168によって結合されてビーム24を形成する。聴視変調器1120、1126、1130、1132、1142、1146、1150、1154、1058、および1062は、非等方性ブラッグ回折タイプ、または、等方性回折タイプのいずれかであってもよい。ビーム1152および1164は、非等方性ブラッグ回折タイプ、または等方性回折タイプのいずれにおいても、図1dの面において共に偏光されており、ビームスプリッター1168は非偏光タイプのものである。
【００５９】
様々の実施態様の入力ビーム要求に合致するように光源18およびビーム調整器22を様々なやり方で構成する、その方法の記載の続きとして、光源18は、パルス駆動光源であることが好ましい。光源18の各パルスは、モードロック型QスイッチNd:YAGレーザーによって生成されるもののような単発パルスまたはパルス列を含んでもよい。単発パルス列は、本明細書では、パルス列と参照され、パルスおよびパルス列という表現は本明細書では相互交換的に使用される。
【００６０】
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、表題「高解像度VUVおよびXUV分光光度観測のための、変調可能なコヒーレント光源（”Tunable, Coherent Sources For High-Resolution VUV and XUV Spectroscopy”）」なる、T.J. McIlrath and R.R. Freeman編（米国物理研究所）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4種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、表題「紫外線および真空紫外線放射の生成（”Generation of Ultraviolet and Vacuum Ultraviolet Radiation”）」なる、R.G. Brewer and A. Mooradi編（Plenum Press、ニューヨーク）、59ページ(1974)所載の論文、および、A.H. Kungによって書かれた、表題「変調可能なピコ秒VUV放射（”Generation of Tunable Picosecond VUV Radiation”）」、Appl. Phys. Lett. 25, p653 (1974)の論文に記載された、二次および三次ハーモニック（高調波）生成、およびパラメトリック生成が挙げられる。上に引用した3編の論文の内容全体を、参照することにより本明細書に含める。
【００６１】
互いに共存していないかも知れない2種または4種の周波数成分を含む光源18からの出力ビームは、ビーム調整器22においてビームスプリッターによって結合されて、各種実施態様において要求される通りに、空間的に隔てられた、または共存的な測定および参照ビームを形成する。光源18が、2種、または4種の周波数成分を供給するように構成される場合、ある実施態様で要求される各種成分の周波数シフトは、光源18において、例えば、入力ビームのパラメトリック発信器に対する周波数変調によって導入されてもよい。
【００６２】
次に、帰還測定ビームの共役四半分視野決定のために実施する、4個の電気干渉信号測定値の測定アレイセットの処理を、バイ・ホモダイン検出法について説明する。帰還測定ビームの共役四半分視野の共時測定を定めるために実施される、バイおよびクワッド・ホモダイン検出法の処理手順に関する一般的記述は、前述の米国特許仮出願第60/442,858号(ZI-47)、および、2004年1月27日出願(ZI-47)、名称「干渉計測において対象物によって反射／散乱および透過されるビームの、共役四半分視野共時測定のための装置および方法」なる前述の米国特許出願に与えられる記載の対応部分と同じである。
【００６３】
共役四半分が共時的に得られるバイ・ホモダイン検出法を参照すると、4個の電気干渉信号値から成る1セットが、視像化される基板60上の、および／または、中の各スポットについて得られる。視像化される基板60の上の、および／または、中の単一スポットについて共役四半分視野を得るために用いられる4個の電気干渉信号値から成るセットSj, j=1, 2, 3, 4は、バイ・ホモダイン検出では、ある換算率において、下式で表される、すなわち、
【００６４】
【数４】
2006516766.tif 000006
式中、係数A1およびA2は、入力ビームの第1および第2周波数成分に対応する参照ビームの振幅を表し、係数B1およびB2は、それぞれ、参照ビームA1およびA2に対応する背景ビームの振幅を表し、係数C1およびC2は、それぞれ、参照ビームA1およびA2に対応する帰還測定ビームの振幅を表し、Pjは、パルスjにおける入力ビームの第1周波数成分の積分強度を表し、εjおよびγjの値は表1に掲げる通りである。二つの周波数成分における参照および帰還測定ビーム間の相対的位相シフトは、±πの奇数ハーモニックである。1から-1、または、-1から1へのεjおよびγjの数値の変化は、入力ビーム24の周波数成分の変化に関連する、それぞれの参照および測定ビームにおける±πの奇数ハーモニックの相対的位相変化に対応する。係数ξj、ζj、およびηjは、それぞれ、参照ビーム、背景ビーム、および帰還測定ビームにおける、基板の上、および／または中にスポットを生成する際に使用される、4ピンホールの共役セットの性質、例えば、サイズおよび形における変化の作用、および、基板60上の、および／または、中のスポットに対応する4個の検出ピクセルの共役セットの感度を表す。4ピンホールの共役セットは、走査時の様々な時点において、視像化される基板の中の、または、上のスポットに対して共役的な、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12のピンホールを含む。
【００６５】
【表１】
2006516766.tif 000007
式(4)において、|A2|／|A1|の比は、ｊにも、Pjの値にも依存しないことが仮定される。さらに、本発明の範囲や精神から逸脱すること無しに、Sjの表現を簡単化して重要な性質を突出させるために、式(4)において、A2およびA1に相当する帰還測定ビームの振幅比も、j、または、Pjの値に依存しないことが仮定される。一方、|C2|／|C1|比は、A2およびA1に相当する測定ビーム成分の振幅比が|A2|／|A1|比と異なる場合、|A2|／|A1|比と異なる。
【００６６】
ビーム成分30Aおよび30Bの、対応する参照および帰還測定ビーム成分間の相対的位相シフトの制御によってcos ψA2C2 = ±sin ψA1C1に注意すると、式(4)は下記のように書き直される、すなわち、
【００６７】
【数５】
2006516766.tif 000008
上式を得るには、本発明の範囲からも精神からも逸脱すること無しに、関係式cos ψA2C2 = sin ψA1C1を用いた。
【００６８】
実施態様においては、背景ビームの生成される場所およびやり方によっては、εjの変化に対する位相ψA1B1εjの変化、および、γjの変化に対するψA2B2γjの変化はπとは異なることがある。位相差（ψB1C1εj − ψA1C1）が位相ψA1B1εと同じである場合、すなわち、cosψB1C1εj = cos(ψA1C1 + ψA1B1εj)である場合、係数cos ψB1C1εjはcos[ψA1C1 + (ψB1C1εj - ψA1C1)]と書けることは、背景ビームの作用を評価する際に役立つことがある。
【００６９】
式(5)を精査するならば、共役四半分の成分に対応する式(5)の項|C1|cosψA1C1は、平均値0を有し、εjがj=2.5の周囲で対称的なのであるからj=2.5の周囲で対称的な直交関数であることが明らかである。さらに、共役四半分の成分に対応する式(5)の項|C1|sinψA1C1は、平均値0を有し、γjがj=2.5の周囲で非対称的なのであるからj=2.5の周囲で非対称的な直交関数である。バイ・ホモダイン検出法の設計にとって重要なもう一つの性質は、式(5)の、共役四半分|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1項は、j = 1, 2, 3, 4の範囲において直交的である、なぜならεjとγjは、j = 1, 2, 3, 4の範囲において直交的である、すなわち、
2006516766.tif 000009
であるから、ということである。
【００７０】
共役四半分成分|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1に関する情報は、信号値Sjに対する下記のディジタルフィルターによって表される共役四半分項の、対称的・非対称的性質、および、直交性を用いて得られる。
【００７１】
【数６】
2006516766.tif 000010
【００７２】
【数７】
2006516766.tif 000011
式中、ξ’jおよびP’jは、ξjおよびPjを表すためにディジタルフィルターで用いられる値である。
【００７３】
式(6)および(7)におけるパラメータ、
【００７４】
【数８】
2006516766.tif 000012
は、共役四半分の決定を完了するために決めなければならない。式(8)に示されるパラメータは、例えば、参照ビームと測定ビームの相対的位相の中にπ/2位相シフトを導入し、その共役四半分に対して測定を繰り返すことによって測定することが可能である。第1回測定による(sinψA1C1／cosψA1C1)に相当する共役四半分の振幅比を、第2回目測定による(sinψA1C1／cosψA1C1)に相当する共役四半分の振幅比で割った値は、
【００７５】
【数９】
2006516766.tif 000013
に等しい。
【００７６】
式(6)および(7)の係数の内のあるものは、ある換算率において指定値4を有する、例えば、
【００７７】
【数１０】
2006516766.tif 000014
換算率とは、
2006516766.tif 000015
と仮定した場合の、それぞれ、ξ’j／ηjおよびξ’j／ζj比の平均値に相当する。式(6)および(7)の係数の内の他のあるものは指定値ゼロを持つ、例えば、
【００７８】
【数１１】
2006516766.tif 000016
残りの係数は、
【００７９】
【数１２】
2006516766.tif 000017
約ゼロからコサイン係数の約4倍の範囲の指定の大きさ、および、それぞれの相の性質に応じて、係数(Pj/P’j)(ξjζj／ξ’j2)または(Pj/P’j)( ζjηj／ξ’j2)のどちらかの平均値を持つ。それぞれの測定ビームの位相に第1近似で接近しない位相を持つ背景部分については、式(12)に挙げられる項の大きさは全て約ゼロとなる。それぞれの測定ビームの位相に第1近似で接近する位相を持つ背景部分については、式(12)に挙げられる項の大きさは、コサイン係数の約4倍で、係数(Pj/P’j)(ξjζj／ξ’j2)または(Pj/P’j)(ξjηj／ξ’j2)のどちらかの平均値となる。式(6)および(7)において最大の二つの項は、一般に、係数（|A1|2＋|A2|2）および（|B1|2＋|B2|2）を持つ項である。しかしながら、式(11)において（|A1|2＋|A2|2）を係数として持つ項に対してξ’jを選択し、（|B1|2＋|B2|2）を係数として持つ項に対してζjを設計することによって対応する項は実質的に除去される。
【００８０】
背景作用からの最大の寄与は、参照ビームと、測定ビームによって生成された背景ビーム部分との間の干渉項に対する寄与によって表される。この背景作用部分は、ゼロに設定した出力ビーム成分30Aと30Bの帰還測定ビーム成分と、背景部分の対応する共役四半分を測定すること、すなわち、基板60を除き、|A2|=0または|A1|=0、またはその逆とした場合の、それぞれの電気干渉信号Sjを測定することによって測定することが可能である。次に、この背景作用部分の共役四半分測定値を用いて、必要なら、最終使用用途に有利となるようにそれぞれの背景作用を補償することが可能である。
【００８１】
参照ビームと、測定ビームによって生成された背景ビームの間の干渉項の背景振幅ξjζj2A1B1および位相ψA1B1εjの作用による最大寄与に関する情報は、基板60を除き、|A2|=0または|A1|=0、およびその逆とした場合の、参照ビームと測定ビームとの間の相対的位相シフトの関数としてj=1, 2, 3, 4についてSjを測定し、Sjの測定値をフーリエ分析することによって得られる。この情報は、それぞれの背景の起源を特定するのに役立てるために使用される。
【００８２】
各種実施態様において、背景作用を低減および／または補償するために、本発明の範囲からも精神からも逸脱することなく、その他の技術、例えば、共にHenry A. Hillによる、名称「背景振幅を低減・補償した共焦点干渉顕微鏡観察のための方法および装置」の米国特許第5,760,901号、名称「背景および前景光源において外焦点光信号から合焦点像を識別するための方法および装置」の米国特許第5,915,048号、および、第6,480,285 B1号に記載される技術を取り込んでもよい。これら三つの引用特許文献それぞれの内容全体を参照することにより本明細書に含める。
【００８３】
ξ’jの値の選択は、j=1, 2, 3, 4の場合の係数ξjに関する情報に基づく。この情報は、干渉システム中にただ参照ビームのみを存在させた場合のj=1, 2, 3, 4に対するSjを測定することによって得られる。ある実施態様では、これは、単に、入力ビーム24の測定ビーム成分をブロックすることに相当し、別の実施態様では、基板60を取り除いてj=1, 2, 3, 4に対するSjを測定することに相当する。1組のξ’jの値の正しさをテストするには、式(6)と(7)の（|A1|2＋|A2|2）項がゼロとなる角度を見ることである。
【００８４】
j=1, 2, 3, 4における係数ξjηjに関する情報は、|A2|=0または|A1|=0の場合の、4個の共役検出器ピクセルに対応するスポットの上をアーチファクトを通過走査し、それぞれ、共役四半分成分2|A1||C1|cosψA1C1、または2|A1||C1|sinψA1C1を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項の振幅変化は、jの関数としてのξjηjの変動に対応する。j=1, 2, 3, 4における係数ξjηjに関する情報は、例えば、干渉システム10の1個以上の要素の安定性を監視するのに使用が可能である。
【００８５】
本明細書に記載されるバイ・ホモダイン検出法は、共役四半分視野を確定するための有力な技術である。先ず、共役四半分振幅|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1は、それぞれ、式(6)および(7)における、それぞれ、ディジタルフィルター値F1(S)およびF2(S)における一次項である。なぜなら、式(11)に関する考察で述べたように、係数（|A1|2＋|A2|2）および（|B1|2＋|B2|2）を持つ項は実質的にゼロだからである。
【００８６】
第二に、式(6)および(7)における|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1項の係数は同じである。従って、帰還測定ビームと参照ビームの間の干渉項の振幅および位相に関して極めて正確な測定が、すなわち、共役四半分視野の極めて正確な測定が、ξjの一次変動、および、正規化の一次誤差、例えば、(Pj/P’j)および(ξj2/ξ’j2)が二次以上でしか関わらない正確な測定が実現される。この性質は重大な利点に置き換えられる。さらに、4個の電気干渉信号値それぞれのセットから為される共役四半分|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1の各成分への寄与は同じウィンドウ関数を持つので、共時決定値として得られる。
【００８７】
バイ-ホモダイン技術のその他の際立った特徴に関しては、式(6)および(7)から明白である。すなわち、式(10)の第1方程式に挙げられる、式(6)および(7)の共役四半分成分|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1の係数は、ξ’jについて仮定される値における誤差と独立して同一である；式(11)の最終方程式に挙げられる、式(6)および(7)の共役四半分振幅|C1|sinψA1C1および|C1|cosψA1C1の係数は、ξ’jについて仮定される値における誤差と独立して同一である。従って、共役四半分に対応する位相の極めて正確な値を、ξjの一次変動、および、正規化、例えば、(Pj/P’j)および(ξj2/ξ’j2) の一次誤差が何らかの高次作用を通じてしか関わらない状態下で測定することが可能である。
【００８８】
さらに、バイ・ホモダイン検出法を用いると、共役四半分視野が共時的に得られるのであるから、共役四半分視野のシングル・ホモダイン検出で予想される状況と違って、位相冗長度のために位相追跡において生じる誤差の可能性が著明に低下することが明らかである。
【００８９】
バイ・ホモダイン検出法の特別ケースと考えられる、シングル・ホモダイン検出法で用いられる処理の記述も、この特別ケースで得られる共役四半分角が共時測定量として得られないことを除いては、振幅A2またはA1セットのどちらかがゼロに等しい場合のバイ・ホモダイン検出に関する記述と同じである。
【００９０】
第1実施態様は、干渉型共焦点顕微鏡システムおよびシングル・ホモダイン検出法を用いて、基板表面と隣接する媒体の屈折率ミスマッチ作用を補償した状態で、基板によって反射および／または散乱される共役四半分視野を測定する。第1実施態様は、本明細書に記載する反射屈折系結像システム10および二次結像システム110を含む。光源18およびビーム調整器22は、単一周波数成分を持つ入力ビーム24を生成するように構成される。シングル・ホモダイン検出法において、反射および／または散乱帰還測定ビームの共役四半分を抽出するために用いられるデータ処理過程は、例えば、前述の米国特許第6,445,453号(ZI-14)に記述されているものと同じである。基板表面と隣接媒体の屈折率ミスマッチは、図1cに関連して本明細書に記述される過程によって補償される。
【００９１】
第1実施態様では、複数ピクセル検出器70はフレーム転送CCDを含んでもよい。このCCDは、一組のCCDピクセル信号値が生成され、次に、CCDウェーファーに保存され、その間に、第2組のCCDピクセル信号値から成るフレームが、第1および第2組のCCD信号値の読み取りが行われる前に、生成されるように構成される。フレーム転送CCDにおいては、第1組のCCD信号値を保存するのに必要な時間は、一組のCCD信号値の読み取りに必要な時間よりもはるかに短い。従って、フレーム転送CCDを使用する利点は、入力ビーム20の2個の連続パルス間の時間、および、電気干渉信号値測定間の対応時間が、非フレーム転送CCDを用いた場合よりもはるかに短くなり得るということである。
【００９２】
干渉型共焦点顕微鏡システムおよびバイ・ホモダイン検出法を用いて、基板表面と隣接する媒体の屈折率ミスマッチ作用を補償した状態で、基板によって反射および／または散乱される共役四半分視野を測定する第2実施態様が記載される。第2実施態様は、バイ・ホモダイン検出法による共役四半分共時測定のために操作される第１実施態様の干渉型共焦点顕微鏡システムを含む。光源18およびビーム調整器22は、二つの周波数シフト成分を持つ入力ビーム24を生成するように構成される。基板表面と隣接媒体の屈折率ミスマッチは、図1cに関連して本明細書に記述される過程によって補償される。バイ・ホモダイン検出法において、反射および／または散乱帰還測定ビームの共役四半分の共時測定値を抽出するために用いられるデータ処理過程は、例えば、本明細書に記述されているものと同じである。
【００９３】
第2実施態様においてビーム24の二つの周波数シフト成分を生成するために、聴視変調器1120（図1d参照）に対する聴覚パワーを、回折ビーム1122の強度と、非回折ビーム1124の強度が同じになるように調節する。聴視変調器1120における聴覚パワーのレベルは、電子プロセッサーとコントローラー80によって生成される信号74によって制御される。
【００９４】
第2実施態様の残りの記述は、第1実施態様に関する記述の対応部分と同じである。
【００９５】
第3実施態様は、干渉型共焦点顕微鏡システムおよびシングル・ホモダイン検出法の変法を用いて、基板表面と隣接する媒体の屈折率ミスマッチ作用を補償した状態で、基板によって反射および／または散乱される共役四半分視野を測定する。第3実施態様は、第1実施態様の干渉型共焦点顕微鏡システムを含む。ただし、第1実施態様の顕微鏡120の変種では、光源18およびビーム調整器22は、二つの周波数シフト成分を持つ入力ビーム24を生成するように構成される。基板表面と隣接媒体の屈折率ミスマッチは、図1cに関連して本明細書に記述される過程によって補償される。
【００９６】
顕微鏡変種120は、前述の米国特許出願第60/442,982号(ZI-45)、および、2004年1月27日出願(ZI-45)、名称「ピンホールアレイ・ビームスプリッターを組み込んだ干渉型共焦点顕微鏡観察法」なる米国特許出願に記述されるものと同様の分散要素であって、出力ビーム32の二つの周波数成分を、検出器70の、二つの互いに排除し合うサブセットに向ける分散要素を含む。
【００９７】
第3実施態様は、シングル・ホモダイン検出法の変法を用いて、基板60によって反射および／または散乱される測定ビームの共役四半分視野の、非共時的測定値を獲得する。この、シングル・ホモダイン検出法の変法は、例えば、シングル・ホモダイン検出法の場合のように4読み取りサイクルではなく、2読み取りサイクルにおいて、電気干渉信号値4アレイ1セットを獲得する。これは利点である。しかしながら、前述したように、共役四半分のそれぞれの測定値は、共役四半分の共時的に得られた測定値ではない。これは、シングル・ホモダイン検出法とも共有する性質である。このシングル・ホモダイン検出法変法において、反射および／または散乱帰還測定ビームの共役四半分を抽出するために用いられるデータ処理過程は、例えば、第１実施態様で用いられたシングル・ホモダイン検出法のデータ処理過程に関して記述されているものと同じである。
【００９８】
振幅A1およびA2に対応する出力ビーム30Aおよび30B成分の周波数差は、顕微鏡変種120における分散要素の分散設計と組み合わせて、出力ビーム30Aおよび30BのA1およびその対応成分、および、A2およびその対応成分が、検出器70の、二つの互いに排除し合うセットに向けられるように選ばれる。
【００９９】
第3実施態様の残りの記述は、第1実施態様に関する記述の対応部分と同じである。
【０１００】
第3実施態様のある変種は、干渉型共焦点顕微鏡システムとクワッド・ホモダイン検出法を用いて、基板表面と隣接する媒体の屈折率ミスマッチ作用を補償した状態で、基板60によって反射および／または散乱される共役四半分視野の共時的測定を実行する。この、第3実施態様の変種は、第3実施態様の干渉型共焦点顕微鏡システムを含み、光源18およびビーム調整器22は、四つの周波数成分を持つ入力ビーム24を生成するように構成され、分散要素の分散および四つの周波数成分の選択は、四つの周波数成分の二つに対応する出力ビーム32成分は、検出器70の一方のピクセルサブセットに向けられ、四つの周波数成分の他の二つに対応する出力ビーム32成分は、検出器70の、第2の互いに排除的なピクセルサブセットに向けられるように設計される。二つのピクセルサブセットの各ピクセルは、二つの周波数成分を同時に受光する。基板表面と隣接媒体の屈折率ミスマッチは、図1cに関連して本明細書に記述される過程によって補償される。
【０１０１】
第3実施態様の前記変種、および他の実施態様で用いられるクワッド・ホモダイン検出法を参照すると、4個の電気干渉信号値から成る1セットは、2回の読み取りサイクル毎に、または、光源18とビーム調整器22から発せられる2個のパルス列毎に、視像化される基板60の上の、および／または、中の各スポットについて得られる。視像化される基板上の、および／または、中の単一スポットについて共役四半分視野を得るために用いられる4電気干渉信号Sj、j=1,2,3,4のセットは、クワッド・ホモダイン検出の換算率において、下式によって表される、すなわち、
【０１０２】
【数１３】
2006516766.tif 000018
【０１０３】
【数１４】
2006516766.tif 000019
【０１０４】
【数１５】
2006516766.tif 000020
【０１０５】
【数１６】
2006516766.tif 000021
式中、係数A1、A2、A3およびA4は、それぞれ、入力ビーム24の第1、2、3および4周波数成分に対応する振幅を表し、B1、B2、B3およびB4は、それぞれ、参照ビームA1、A2、A3およびA4に対応する背景ビームの振幅を表し、C1、C2、C3およびC4は、それぞれ、参照ビームA1、A2、A3およびA4に対応する帰還測定ビームの振幅を表し、P1およびP2は、それぞれ、入力ビーム24の第1および第2パルス列における第1および第2周波数成分の積分強度を表し、εjおよびγjの値は表1に掲げられる。クワッド・ホモダイン検出法におけるξj、ζj、およびηjに関する記述は、バイ・ホモダイン検出法のξj、ζj、およびηjに関する記述の対応部分と同じである。
【０１０６】
式(13)、(14)、(15)および(16)において、比|A2|／|A1|および|A4|／|A3|は、j、またはPjの値に依存しないと仮定される。さらに、本発明の範囲や精神から逸脱すること無しに、Sjの表現を簡単化して重要な性質を突出させるために、式(13)、(14)、(15)、および(16)において、|A2|／|A1|および|A4|／|A3|に相当する帰還測定ビームの振幅比も、j、または、Pjの値に依存しないことが仮定される。一方、|C2|／|C1|および|C4|／|C3|比は、|A2|／|A1|および|A4|／|A3|比に相当する測定ビーム成分の振幅比が、それぞれ、|A2|／|A1|および|A4|／|A3|比と異なる場合、それぞれ、|A2|／|A1|および|A4|／|A3|比と異なる。
【０１０７】
ビーム32の、対応する参照および測定ビーム成分間の相対的位相シフトの制御によってcos ψA2C2 = ±sin ψA1C1に注意すると、式(13)、(14)、(15)、および(16)は下記のように書き直される、すなわち、
【０１０８】
【数１７】
2006516766.tif 000022
【０１０９】
【数１８】
2006516766.tif 000023
【０１１０】
【数１９】
2006516766.tif 000024
【０１１１】
【数２０】
2006516766.tif 000025
上式において、本発明の範囲や精神から逸脱すること無しに、関係式cos ψA2C2 = ±sin ψA1C1を用いた。
【０１１２】
共役四半分|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1に関する情報は、j=1, 2, 3, 4の場合の信号値Sjに適用される下記のディジタルフィルターによって表される、共役四半分の、対称的および非対称的性質および直交性を用いることによって得られる、すなわち、
【０１１３】
【数２１】
2006516766.tif 000026
【０１１４】
【数２２】
2006516766.tif 000027
クワッド・ホモダイン検出法におけるξ’jおよびP’jに関する記述は、バイ・ホモダイン検出法のξ’jおよびP’jに関する対応記述と同じである。式(17)、(18)、(19)、(20)、(21)、および(22)を用いて、下記の式が、それぞれ、|C1|cosψA1C1および|C1|sinψA1C1について得られる、すなわち、
【０１１５】
【数２３】
2006516766.tif 000028
【０１１６】
【数２４】
2006516766.tif 000029
最終使用用途のために共役四半分の確定を完了するためには、下記のパラメータを決定する必要がある、すなわち、
【０１１７】
【数２５】
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【０１１８】
【数２６】
2006516766.tif 000031
【０１１９】
【数２７】
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式(25)、(26)および(27)で示されるパラメータは、例えば、バイ・ホモダイン検出法において式(8)によって指定される量の測定に関して記載された工程と同様の工程によって測定することが可能である。
【０１２０】
第3実施態様の前記変種の残りの記述は、第3実施態様の記述の対応部分と同じである。
【０１２１】
第4実施態様は、干渉型共焦点顕微鏡システムによって、基板表面と隣接する媒体の屈折率ミスマッチ作用を補償し、第3実施態様で用いられたシングル・ホモダイン検出の変法を用いて、基板によって反射および／または散乱される測定ビームの共役四半分視野の、非共時的測定値を獲得する。第4実施態様は、第1実施態様の干渉型共焦点顕微鏡システム110の変種を含み、光源18およびビーム調整器22は、二つの周波数シフト成分を持つ入力ビーム24を生成するように構成される。基板表面と隣接媒体の屈折率ミスマッチは、図1cに関連して本明細書に記述される過程によって補償される。
【０１２２】
第4実施態様は、顕微鏡の変種120を有する、第1実施態様の干渉型共焦点顕微鏡システムを含む。この顕微鏡変種120は、低倍顕微鏡と、二つの別々の検出器によって検出される二つの出力ビームを生成するダイクロイック・ビームスプリッターとを含む。これらは、前述の米国特許仮出願第60/442,982号(ZI-45)、および、2004年1月27日出願(ZI-45)、名称「ピンホールアレイ・ビームスプリッターを組み込んだ干渉型共焦点顕微鏡観察法」なる米国特許出願に記述されるものと同様、出力ビーム成分30Aおよび30Bの二つの周波数成分は、前記二つの検出器の一方に、出力ビーム成分30Aおよび30Bの他の二つの周波数成分は、前記二つの検出器の第二のものに向けられるように構成される。
【０１２３】
第4実施態様は、シングル・ホモダイン検出法の変法を用いて、基板によって反射および／または散乱される測定ビームの共役四半分視野の、非共時的測定値を獲得する。シングル・ホモダイン検出法の前記変種の記述は、本明細書の第3実施態様で使用されたシングル・ホモダイン検出法に関する記述の対応部分と同じである。このシングル・ホモダイン検出法変法において、反射および／または散乱帰還測定ビームの共役四半分を抽出するために用いられるデータ処理過程は、例えば、第3実施態様で用いられたシングル・ホモダイン検出法変法のデータ処理過程に関して記述されているものと同じである。
【０１２４】
振幅A1およびA2に対応する出力ビーム成分30Aおよび30Bの成分の周波数差は、ダイクロイック・ビームスプリッターと組み合わせて、出力ビーム成分30Aおよび30BのA1およびその対応成分は、二つの検出器の内の一方に向けられ、出力ビーム成分30Aおよび30BのA2およびその対応成分は、二つの検出器の第二検出器に向けられるように選ばれる。
【０１２５】
第4実施態様の残りの記述は、第3実施態様の記述の対応部分と同じである。
【０１２６】
第4実施態様のある変種は、干渉型共焦点顕微鏡システムとクワッド・ホモダイン検出法を用いて、基板表面と隣接する媒体の屈折率ミスマッチ作用を補償した状態で、基板によって反射および／または散乱される共役四半分視野の共時的測定を実行する。この、第4実施態様の変種は、第4実施態様の干渉型共焦点顕微鏡システムを含み、光源18およびビーム調整器22は、四つの周波数成分を持つ入力ビーム24を生成するように構成され、分散要素の分散および四つの周波数成分の選択は、四つの周波数成分の二つに対応する出力ビーム成分30Aおよび30Bは、二つの検出器の一方に向けられ、四つの周波数成分の他の二つに対応する出力ビーム成分30Aおよび30Bは、二つの検出器の、第2部分に向けられるように設計される。二つの検出器の各ピクセルは、二つの周波数成分を同時に受光する。基板表面と隣接媒体の屈折率ミスマッチは、図1cに関連して本明細書に記述される過程によって補償される。
【０１２７】
振幅A1に対応する出力ビーム成分30Aおよび30Bの成分の周波数、および、振幅A2に対応する出力ビーム成分30Aおよび30Bの成分の周波数は、出力ビーム成分30Aおよび30Bの周波数よりもはるかに低くてもよいし、あるいは、それぞれのビーム周波数の中間値、または、ビーム周波数の桁のものであってもよい。振幅A1に対応するビーム成分30Aと30Bの成分の周波数差、および、振幅A2に対応する成分30Aと30Bの成分の周波数差は、一般に、対応ビームの周波数よりもはるかに低い。ビーム24は、第4実施態様の変種では、4種の周波数成分を含む。第4実施態様変種では、共役四半分の1成分の振幅に対応する、ビーム成分30Aおよび30Bの二つの周波数成分は、二つの検出器の一方に向けられ、かつ、共役四半分の第2成分の振幅に対応する、ビーム成分30Aおよび30Bの二つの周波数成分は、二つの検出器の第2部分に向けられる。
【０１２８】
共役四半分の確定のために、電子プロセッサーとコントローラー80によって行われる測定電気干渉信号の処理工程の記述は、クワッド・ホモダイン検出法を用いる上述した第3実施態様の対応記述部分と同じである。
【０１２９】
第1視野の、一つの共役四半分角に対応するビーム24の一方の周波数成分の時間的ウィンドウ関数は、第2視野の第2共役四半分角に対応するビーム24の他方の周波数成分の時間的ウィンドウ関数と異なることがある。時間的ウィンドウ関数の間に見られる、この時間差は、調査の対象である基板のある性質に従って変動することがある。一つの性質は、プローブとして用いられる第1パルスと第2パルスによって生じた、基板の伝導度の変化の影響である。もう一つの作用は、ビーム24の第1パルスによる聴覚パルスの生成、および、聴覚パルスの性質を検出するために用いられるビーム24の第2パルスである。
【０１３０】
ある最終使用用途では、共通著者による、名称「表面プロファイリングのための長軸微分干渉型共焦点顕微鏡観察法」なる米国仮出願第60/448,360号(ZI-41)に記載されるように、共役四半分視野の内のただ一つの成分しか測定する必要がないことがある。
【０１３１】
基板表面と隣接媒体の屈折率におけるミスマッチの作用が補償される、もう一つの実施態様は、第1実施態様の干渉計システムを含み、干渉計10は、Henry A. Hillによる、名称「背景振幅を低減・補償した共焦点干渉顕微鏡観察のための方法および装置」なる米国特許第5,760,901号に記載されるような干渉型遠視野共焦点顕微鏡を含む。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。別の実施態様では、ビーム調整器22は、前述の米国特許仮出願第60/442,858号(ZI-47)、および、2004年1月27日出願(ZI-47)、名称「干渉計測において対象物によって反射／散乱および透過されるビームの、共役四半分視野共時測定のための装置および方法」なる前述の米国特許出願に記載されるもののように、2周波数発振器と位相移行器として構成される。基板表面と隣接媒体の屈折率ミスマッチは、図1cに関連して本明細書に記述される過程によって補償される。
【０１３２】
基板表面と隣接媒体の屈折率におけるミスマッチの作用が補償される、もう一つの実施態様は、第1実施態様の干渉計システムを含み、干渉計10は、位相マスクを取り外した、前述の米国特許第5,760,901号に記載されるものと同じ干渉型遠視野共焦点顕微鏡を含む。別の実施態様では、ビーム調整器22は、前述の米国特許仮出願第60/442,858号(ZI-47)、および、2004年1月27日出願(ZI-47)、名称「干渉計測において対象物によって反射／散乱および透過されるビームの、共役四半分視野共時測定のための装置および方法」なる前述の米国特許出願に記載されるもののように、2周波数発振器と位相移行器として構成される。基板表面と隣接媒体の屈折率ミスマッチは、図1cに関連して本明細書に記述される過程によって補償される。
【０１３３】
基板表面と隣接媒体の屈折率におけるミスマッチの作用が補償される、もう一つの実施態様は、第1実施態様の干渉計システムを含み、干渉計10は、Henry A. Hillによる、名称「波数ドメイン反射計および背景振幅の低減および補償を用いる、複数層共焦点干渉顕微鏡観察法」なる米国特許出願第09/526,847号に記載されるものと同じ干渉型遠視野共焦点顕微鏡を含む。なお、この特許出願の内容全体を、引用することにより本明細書に含める。別の実施態様では、2周波数発振器と位相移行器22は、前述の米国特許仮出願第60/442,858号(ZI-47)、および、2004年1月27日出願(ZI-47)、名称「干渉計測において対象物によって反射／散乱および透過されるビームの、共役四半分視野共時測定のための装置および方法」なる前述の米国特許出願に記載されるもののように、2周波数発振器と位相移行器として構成される。基板表面と隣接媒体の屈折率ミスマッチは、図1cに関連して本明細書に記述される過程によって補償される。
【０１３４】
基板表面と隣接媒体の屈折率におけるミスマッチの作用が補償される、もう一つの実施態様は、第1実施態様の干渉計システムを含み、干渉計10は、位相マスクを取り外した、前述の米国特許出願第09/526,847号に記載されるものと同じ干渉型遠視野共焦点顕微鏡を含む。別の実施態様では、ビーム調整器22は、前述の米国特許仮出願第60/442,858号(ZI-47)、および、2004年1月27日出願(ZI-47)、名称「干渉計測において対象物によって反射／散乱および透過されるビームの、共役四半分視野共時測定のための装置および方法」なる前述の米国特許出願に記載されるものと同様である。基板表面と隣接媒体の屈折率ミスマッチは、図1cに関連して本明細書に記述される過程によって補償される。
【０１３５】
基板表面と隣接媒体の屈折率におけるミスマッチの作用が補償される、もう一つの実施態様は、第1実施態様の干渉計システムを含み、干渉計10は、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号に記載されるものと同じ干渉型近視野共焦点顕微鏡を含む。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。別の実施態様では、ビーム調整器22は、前述の米国特許仮出願第60/442,858号(ZI-47)、および、2004年1月27日出願(ZI-47)、名称「干渉計測において対象物によって反射／散乱および透過されるビームの、共役四半分視野共時測定のための装置および方法」なる前述の米国特許出願に記載されるもののように、2周波数発振器と位相移行器として構成される。基板表面と隣接媒体の屈折率ミスマッチは、図1cに関連して本明細書に記述される過程によって補償される。
【０１３６】
ある実施態様では、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12を、基板60の走査方向とは反対の方向に走査し、その速度が、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12のピンホールの共役結像が、視像化される基板60上の、または、基板の中のスポットとの重複を可能とするように走査される。この走査モードは、走査モードで動作する、腐刻ツールにおけるレチクルステージとウェーファーステージとの相対的運動と似ている。共焦点顕微鏡システムにおける共役共焦点ピンホールの軸揃えに見られた従来の決定的重要問題は存在しない。すなわち、参照ビームアレイを生成するピンホールと、測定ビームアレイを生成するピンホールの登録は自動的である。
【０１３７】
上述の実施態様のそれぞれにおいて、その干渉型共焦点顕微鏡システムに、共鳴発達空洞を組み込み、同じ著者Henry A. Hillによる、名称「共鳴空洞によって光透過が強調される複数光源アレイ」なる米国特許出願第09/917,400号(ZI-18)に記載されるように、入力ビーム24が共鳴発達空洞に入射するようにしてもよい。なお、この出願の全体を引用することにより本明細書に含める。共鳴空洞は、ミラー54の後ろに置かれる。共鳴空洞の場合、共鳴空洞の一つのミラーは、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12を含む。共鳴空洞の長軸モードの周波数は、入力ビーム24を含む4周波数セットを少なくとも含むように設計される。共鳴発達空洞を用いることによって、入力ビーム24の、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12に対する結合効率が増し、同時に、出力ビーム成分30Aおよび30Bの、生成された参照および帰還測定ビーム成分も増す。
【０１３８】
上述の実施態様のそれぞれにおいて、ピンホールアレイ・ビームスプリッター12は、Henry A. Hillによる、名称「導波構造および共鳴導波構造によって入力される複数光源アレイ」なる米国仮出願第60/445,739号（ZI-39）に記載されるような導波光源と交換してもよい。なお、この出願の内容全体を引用することにより本明細書に含める。導波光源は、導波スラブを含み、この導波スラブの一方の面に、ビームスプリッター12のピンホールアレイに対応するピンホールのアレイがある。従って、この導波光源の導波スラブは、上述の各実施態様のビームスプリッター12のピンホールアレイと同様に、ピンホールアレイ・ビームスプリッターとして働く。
【０１３９】
導波光源を使用する利点は、導波光源を用いない場合、または、結合効率を高めるために共鳴発達空洞を用いる場合に得られるものと比べて、入力ビーム24のピンホールアレイ・ビームスプリッターに対する結合効率が増すことである。
【０１４０】
基板の像は、基板表面と隣接媒体の屈折率ミスマッチの作用が、図1cに関連して本明細書に記載された過程によって補償された、非干渉型、非共焦点または共焦点顕微鏡システムによって獲得が可能であることは当業者には明白であろう。
【０１４１】
さらに、基板の像は、基板表面と隣接媒体の屈折率ミスマッチの作用が、図1cに関連して本明細書に記載された過程によって補償された、干渉型、非共焦点顕微鏡システムによって獲得が可能であることは当業者には明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１ａ】図1aは、反射屈折結像システムを用いる、干渉型結像システムの模式図である。
【図１ｂ】図1bは、反射屈折結像システムの模式図である。
【図１ｃ】図1cは、ピンホールアレイ・ビームスプリッターの模式図である。
【図１ｄ】図1dは、二周波数発振器および周波数シフトモードで動作するように構成されるビーム調整器の模式図である。
【図２】図2は、視像化される基板と隣接媒体の屈折率の間のミスマッチによって形成される収差の補償を示す模式図である。
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【図２】
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【国際調査報告】
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