(57)【要約】サブ波長アパチャのアレイを有するマスクを使用して近距離場プローブ・ビームをサンプルに結合する、近距離場干渉顕微鏡検査のためのシステムおよび方法を開示する。マスクの周囲は、マスクとサンプルの間の相対距離を示す干渉信号のベースとなる光をサンプルに結合させる、より大きい１つまたは複数のアパチャをさらに含む。干渉信号は、サンプルに対してマスクを動的に配置するサーボ・システムにおける制御信号のベースとなりうる。
2004505312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクトを撮像するための干渉光学顕微鏡検査システムであって、
入力ビームを測定ビームと参照ビームに分割するように配置されたビーム・スプリッタと；
測定ビームを受け取るように配置された測定ビーム光源アレイであって、複数の測定アパチャのアレイと、測定アパチャの１つに近接する制御アパチャとを有するマスクを含み、制御アパチャの横断寸法は、近接する測定アパチャの横断寸法よりも大きく、各測定アパチャおよび制御アパチャは、測定ビームの一部をオブジェクトに放射するように構成され、オブジェクトは、放射された測定ビームの部分と相互作用して、測定アパチャを介して信号放射線を戻す方向に向けて測定戻りビームを定める、測定ビーム光源アレイと；
制御アパチャの横断寸法は、制御アパチャに近接する測定アパチャを介して戻す方向に向けられた信号放射線よりも制御アパチャから来た放射線が支配的になっていることと；
参照ビームを受け取るように配置された参照ビーム光源アレイであって、参照ビームの一部を放射するように各々が構成された複数の素子のアレイを含み、放射された参照ビームの部分が参照戻りビームを定める、参照ビーム光源アレイと；
マルチ素子光検出器と；
測定および参照戻りビームを光検出器に誘導するように配置され、参照素子のアレイと測定アパチャのアレイとの重複複合画像を光検出器上に生成するように構成された撮像光学系であって、各測定アパチャに対する複合画像は、対応する参照素子の複合画像と重なって、オブジェクトの特定領域を示す光干渉信号を生成する、撮像光学系と；を備えたシステム。
【請求項２】
測定ビーム光源アレイに対してオブジェクトを支持する位置決めシステムと；
光検出器および位置決めシステムに結合される電子コントローラであって、動作時に、位置決めシステムに、制御アパチャに近接する測定アパチャに対応する干渉信号から誘導された制御信号に応答して、測定ビーム光源アレイとオブジェクトの間の分離度を調節させる電子コントローラと；をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
制御アパチャは測定アパチャのアレイの周囲に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
マスクは、それぞれ測定アパチャの１つに近接し、対応する近接測定アパチャの横断寸法より大きい横断寸法を各々が有する複数の制御アパチャを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
複数の制御アパチャは測定アパチャのアレイの周囲を囲む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
入力ビームを供給するための光源をさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
測定アパチャの各々は、光源により供給される入力ビームの真空波長より小さい横断寸法を有する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
制御アパチャは、入力ビームの真空波長に等しい横断寸法を有する、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
制御アパチャに近接する測定アパチャ以外の各測定アパチャのオブジェクトに近接する末端を、第１の共通平面に配置し、制御アパチャおよび制御アパチャに近接する測定アパチャの各々のオブジェクトに近接する末端を、第１の共通平面に対してずらして配置した、請求項３に記載のシステム。
【請求項１０】
制御アパチャおよび制御アパチャに近接する測定アパチャの末端を、第１の共通平面に平行な第２の共通平面に配置した、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
入力ビームを供給する光源をさらに備え、入力ビームは波長を有し、第１の共通平面を該波長の約２倍に相当する分だけ第２の共通平面からずらして配置した、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
光検出器に近接して配置されるピンホール・アレイをさらに備え、各ピンホールは１つまたは複数の検出器素子の個別的セットと位置を合わせて配置され、撮像システムは、各測定アパチャに対する複合画像の位置をピンホール・アレイの対応するピンホールに合わせる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
測定ビーム光源アレイにおけるマスクは測定散乱素子のアレイをさらに含み、各測定散乱素子は測定アパチャのうちの対応する１つのアパチャに近接し、対応する測定アパチャに匹敵する横断寸法を有し、各測定散乱素子は測定ビームの一部を散乱させ、測定戻りビームは、測定散乱素子によって散乱した測定ビームの部分をさらに含み、
撮像光学系は、参照素子のアレイの複合画像に重なる測定散乱素子のアレイの複合画像を生成するように構成され、各測定散乱素子に対する複合画像は対応する参照素子の複合画像に重なって、近接測定アパチャからの散乱を示す光干渉信号を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
制御アパチャを測定アパチャのアレイの周囲に配置し、制御アパチャに近接する測定アパチャと制御アパチャに近接する測定アパチャに近接する測定散乱素子以外の、各測定アパチャおよび各測定散乱素子のオブジェクトに近接する末端を第１の共通平面に配置し、制御アパチャ、制御アパチャに近接する測定アパチャ、および制御アパチャに近接する測定アパチャに近接する測定散乱サイトの各々のオブジェクトに近接する末端を第１の共通平面に対してずらして配置した、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
制御アパチャおよび制御アパチャに近接する測定アパチャの末端を、第１の共通平面に平行な第２の共通平面に配置した、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
入力ビームを供給する光源をさらに備え、入力ビームは波長を有し、第１の共通平面を該波長の約２倍に相当する分だけ第２の共通平面からずらして配置した、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
測定ビーム光源アレイに対してオブジェクトを支持するための位置決めシステムと；
光検出器および位置決めシステムに結合された電子コントローラであって、動作時に、位置決めシステムに、制御アパチャに近接する測定アパチャに対応する干渉信号および制御アパチャに近接する測定アパチャに近接する測定散乱サイトに対応する干渉信号から誘導される制御信号に応答して、測定ビーム光源アレイとオブジェクトの間の分離度を調節させる電子コントローラと；をさらに備えた、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
光検出器に近接して配置されるピンホール・アレイをさらに備え、各ピンホールは１つまたは複数の検出器素子の個別的セットと位置を合わせて配置され、撮像システムは、各測定アパチャおよび各測定散乱素子に対する複合画像の位置をピンホール・アレイの対応するピンホールに合わせる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
各参照素子は反射要素を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
各参照素子は透過アパチャを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
オブジェクトを照明するための光源アレイであって、
測定ビームを受け取るように配置されたマスクであって、光源アパチャのアレイと、光源アパチャの１つに近接した制御アパチャとを有し、制御アパチャの横断寸法は近接光源アパチャの横断寸法より大きく、各光源アパチャおよび制御アパチャは、測定ビームの一部をオブジェクトに放射するように構成され、オブジェクトは、制御アパチャから放射された測定ビームの部分と相互作用し、制御アパチャに近接する光源アパチャを介して制御信号放射線を戻す方向に向ける、マスクを備えた光源アレイ。
【請求項２２】
オブジェクトを照明するためのシステムであって、
請求項２１に記載の光源アレイと；
光源アレイに対してオブジェクトを支持するための位置決めシステムと、
位置決めシステムに結合される電子コントローラであって、動作時に、位置決めシステムに、制御信号放射線から誘導された干渉信号に基づく制御信号に応答して、測定ビーム光源アレイとオブジェクトの間の分離度を調節させる電子コントローラと；を備えたシステム。
【請求項２３】
制御アパチャを光源アパチャのアレイの周囲に配置した、請求項２１に記載の光源アレイ。
【請求項２４】
マスクは、それぞれ光源アパチャの１つに近接する複数の制御アパチャを備え、各制御アパチャの横断寸法は、対応する近接光源アパチャの横断寸法より大きい、請求項２１に記載の光源アレイ。
【請求項２５】
複数の制御アパチャは光源アパチャのアレイの周囲を囲む、請求項２４に記載の光源アレイ。
【請求項２６】
測定ビームを供給するための光源をさらに備えた、請求項２１に記載の光源アレイ。
【請求項２７】
光源アパチャの各々は、光源により供給される測定ビームの真空波長より小さい横断寸法を有する、請求項２６に記載の光源アレイ。
【請求項２８】
制御アパチャは、入力ビームの真空波長より大きいかそれと等しい横断寸法を有する、請求項２６に記載の光源アレイ。
【請求項２９】
制御アパチャに近接する光源アパチャ以外の各光源アパチャのオブジェクトに近接する末端を、第１の共通表面に配置し、制御アパチャおよび制御アパチャに近接する各光源アパチャのオブジェクトに近接する末端を、第１の共通平面に対してずらして配置した、請求項２３に記載の光源アレイ。
【請求項３０】
制御アパチャおよび制御アパチャに近接する光源アパチャの末端を第１の共通平面に平行な第２の共通平面に配置した、請求項２９に記載の光源アレイ。
【請求項３１】
マスクは光源散乱素子のアレイをさらに含み、各光源散乱素子は、光源アパチャのうちの対応する１つのアパチャに近接し、対応する光源アパチャに匹敵する横断寸法を有する、請求項２１に記載の光源アレイ。
【請求項３２】
複数の光源でオブジェクトを照明する方法であって、
複数の光源アパチャのアレイと、光源アパチャの各々の横断寸法より大きい横断寸法を有する制御アパチャとを有するマスクを、オブジェクトに近接させて配置する工程と；
放射線をマスクに向けて、各光源アパチャおよび制御アパチャに放射線の一部をオブジェクトに対して放射させる工程と；
制御アパチャからオブジェクトに向けられた放射線から誘導される光干渉信号を生成する工程と；
光干渉信号から誘導される制御信号に応答して、オブジェクトに対してマスクの位置を再配置する工程と；から成る方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本出願は、その内容を本願に引用して援用する、２０００年７月２７日に出願された「近距離場走査顕微鏡検査におけるサブ波長アパチャ・アレイの位置および方向の制御（Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｕｂ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　Ａｒｒａｙ　ｉｎ　Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」という発明の名称の仮出願第６０／２２１，２８７号（ヘンリー　エー　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ））の優先権を主張するものである。
【０００２】
（背景）
本発明は、半導体、データ記憶装置、ならびに生物学的材料、構造体およびデバイスの光学的撮像および計測に関する。
近距離場走査プローブは、典型的にはサンプルに近接して配置されるサブ波長アパチャであり、このようにしてオブジェクト平面におけるサブ波長の空間分解能が得られる。近距離場顕微鏡検査の用途に使用される光学ビームの自由空間光学波長より小さいアパチャを、以下、サブ波長アパチャと呼ぶ。
【０００３】
近距離場走査プローブを近接して、好ましくは非接触方式で配置することは、当該技術分野では「アプローチ・プロブレム」として知られる。
（発明の概要）
本発明は、サブ波長アパチャのアレイを有するマスクを使用して近距離場プローブ・ビームをサンプルに結合する近距離場干渉顕微鏡検査のためのシステムおよび方法を特徴とする。マスクの周囲は、マスクとサンプルの間の相対距離を示す干渉信号のベースとなる光をサンプルに結合させる、より大きい１つまたは複数のアパチャをさらに含む。干渉信号は、サンプルに対してマスクを動的に配置するサーボ・システムにおける制御信号のベースになりうる。いくつかの実施形態では、大きいアパチャを介してサンプルに結合された光をサンプルによって散乱させ、サブ波長アパチャの１つを介して検出し、参照ビーム成分と混合して、干渉制御信号を生成する。概してシステムは、反射でも透過モードでも動作することができ、サンプルのプロフィルを調査し、サンプルからの光学データを読み取り、および／または光学データをサンプルに書き込むのに使用できる。
【０００４】
概して、本発明の１態様は、オブジェクトを撮像するための干渉光学顕微鏡検査システムを特徴とする。該システムは、入力ビームを測定ビームと参照ビームとに分割するために配置されたビーム・スプリッタと、測定ビームを受け取るように配置された測定ビーム光源アレイと、参照ビームを受け取るように配置された参照ビーム光源アレイと、マルチ素子光検出器と、撮像光学系とを含む。
【０００５】
測定ビーム光源アレイは、複数の測定アパチャのアレイと、測定アパチャの１つに近接する制御アパチャとを有するマスクを含む。制御アパチャの横方向は、近接する測定アパチャの横断（横方向）寸法より大きい。各測定アパチャおよび制御アパチャは、測定ビームの一部をオブジェクトに放射するように構成される。オブジェクトは、放射された測定ビームの部分と相互作用して、それに応答して測定アパチャを介して信号放射線を戻す方向に向けて測定戻りビームを定める。制御アパチャの横断（横方向）寸法は、制御アパチャに近接する測定アパチャを介して戻す方向に向けられた信号放射線よりも制御アパチャから来た放射線が支配的になるように選択される。参照ビーム光源アレイは、参照ビームの一部を放射するように各々が構成された複数の素子のアレイを含む。放射された参照ビームの部分は参照戻りビームを定める。
【０００６】
撮像光学系は、測定ビームと参照戻りビームを光検出器に誘導するように配置され、参照素子のアレイと測定アパチャのアレイの重複複合画像を光検出器上に生成するように構成される。各測定アパチャに対する複合画像は、対応する参照素子の複合画像と重なって、オブジェクトの特定領域を示す光干渉信号を生成する。
【０００７】
顕微鏡検査システムの実施形態は、以下の特徴のいずれかをさらに含んでもよい。
該システムは、測定ビーム光源アレイに対してオブジェクトを支持する位置決めシステムと、光検出器および位置決めシステムに結合される電子コントローラとをさらに含んでもよい。動作時に、電子コントローラは位置決めシステムに、制御アパチャに近接する測定アパチャに対応する干渉信号から誘導された制御信号に応答して、測定ビーム光源アレイとオブジェクトの分離度を調節させる。
【０００８】
マスクは、それぞれ測定アパチャの１つに近接し、対応する近接測定アパチャの横断寸法より大きい横断寸法を各々が有する複数の制御アパチャを含むことができる。例えば、複数の制御アパチャは、測定アパチャのアレイの周囲を囲むことができる。
【０００９】
該システムは、入力ビームを供給するための光源をさらに含んでもよい。さらに、測定アパチャの各々は、光源により供給される入力ビームの真空波長より小さい横断寸法を有することができる。さらに、制御アパチャは、光源により供給される入力ビームの真空波長より大きいかそれと等しい横断寸法を有することができる。
【００１０】
測定アパチャのアレイの周囲に制御アパチャを配置することができる。さらに、制御アパチャに近接する測定アパチャ以外の各測定アパチャのオブジェクトに隣接する末端を、第１の共通平面に配置し、制御アパチャおよび制御アパチャに近接する測定アパチャの各々の末端を、第１の共通平面に対してずらすことができる。例えば、制御アパチャおよび制御アパチャに近接する測定アパチャのそのような末端を、第１の共通平面に平行な第２の共通平面に配置することができる。該システムは、入力ビームを供給する光源をさらに含んでもよく、第１の共通平面は、入力ビームの波長の約２倍に相当する分だけ第２の共通平面からずらして配置される。
【００１１】
該システムは、光検出器に近接して配置されるピンホール・アレイをさらに含んでもよく、各ピンホールは１つまたは複数の検出器素子の個別的セットと位置を合わせて配置され、撮像システムは、各測定アパチャに対する複合画像の位置をピンホール・アレイの対応するピンホールに合わせる。
【００１２】
測定ビーム光源アレイにおけるマスクは、測定散乱素子のアレイをさらに含んでもよく、各測定散乱素子は、測定アパチャのうちの対応する１つのアパチャに近接し、該対応する測定アパチャに匹敵する横断寸法を有する。各測定散乱素子は、測定ビームの一部を散乱させる。そのような場合、測定戻りビームは、測定散乱素子によって散乱する測定ビームの該部分をさらに含む。撮像光学系は、さらに、参照素子のアレイの複合画像に重なる測定散乱素子のアレイの複合画像を生成するように構成される。各測定散乱素子に対する複合画像は対応する参照素子の複合画像に重なって、近接測定アパチャからの散乱を示す光干渉信号を生成する。
【００１３】
さらに、散乱素子を含む実施形態では、測定アパチャのアレイの周囲に制御アパチャを配置することができ、制御アパチャに近接する測定アパチャと制御アパチャに近接する測定アパチャに近接する測定散乱素子以外の、各測定アパチャおよび各測定散乱素子のオブジェクトに近接する末端を第１の共通平面に配置することができ、制御アパチャ、制御アパチャに近接する測定アパチャ、および制御アパチャに近接する測定アパチャに近接する測定散乱サイトの各々のオブジェクトに近接する末端を第１の共通平面に対してずらすことができる。さらに、制御アパチャおよび制御アパチャに近接する測定アパチャの末端を、第１の共通平面に平行な第２の共通平面に配置することができる。また、該システムは、入力ビームを供給する光源をさらに含んでもよく、波長の約２倍に相当する分だけ第１の共通平面を第２の共通平面からずらすことができる。
【００１４】
さらに、散乱素子を含む実施形態では、該システムは、測定ビーム光源アレイに対してオブジェクトを支持するための位置決めシステムと、光検出器および位置決めシステムに結合された電子コントローラとをさらに含んでもよい。電子コントローラは、動作時に、位置決めシステムに、制御アパチャに近接する測定アパチャに対応する干渉信号および制御アパチャに近接する測定アパチャに近接する測定散乱サイトに対応する干渉信号から誘導される制御信号に応答して、測定ビーム光源アレイとオブジェクトの分離度を調節させる。
【００１５】
さらに、散乱素子を含む実施形態では、該システムは、光検出器に近接して配置されるピンホール・アレイをさらに含んでもよい。各ピンホールは、１つまたは複数の検出器素子の個別的セットと位置を合わせて配置され、撮像システムは、各測定アパチャおよび各測定散乱素子に対する複合画像の位置をピンホール・アレイの対応するピンホールに合わせる。
【００１６】
各参照素子は、反射要素を含んでもよい。
各参照素子は、透過アパチャを含む。
概して、本発明の他の態様は、オブジェクトを照明するための光源アレイを特徴とする。該光源アレイは、測定ビームを受け取るように配置されたマスクであって、複数の光源アパチャのアレイと、該光源アパチャの１つに近接する制御アパチャとを有するマスクを含む。制御アパチャの横断寸法は近接光源アパチャの横断寸法より大きい。各光源アパチャおよび制御アパチャは、測定ビームの一部をオブジェクトに放射するように構成される。オブジェクトは、制御アパチャから放射された測定ビームの部分と相互作用し、制御アパチャに近接する光源アパチャを介して制御信号放射線を戻す方向に向ける。
【００１７】
光源アレイの実施形態は、以下の特徴のいずれかを含むことができる。
マスクは、それぞれが測定アパチャの１つに近接し、それぞれが対応する近接測定アパチャの横断寸法より大きい横断寸法を有する、複数の制御アパチャを含んでもよい。例えば、複数の制御アパチャは、測定アパチャのアレイの周囲を囲むことができる。
【００１８】
該システムは、測定ビームを供給するための光源をさらに含んでもよい。さらに、測定アパチャの各々は、光源により供給される測定ビームの真空波長より小さい横断寸法を有することができる。さらに、制御アパチャは、光源により供給される測定ビームの真空波長より大きいかそれと等しい横断寸法を有することができる。
【００１９】
測定アパチャのアレイの周囲に制御アレイを配置することができる。さらに、制御アパチャに近接する測定アパチャ以外の各測定アパチャのオブジェクトに近接する末端を、第１の共通平面に配置し、制御アパチャおよび制御アパチャに近接する測定アパチャの各々の末端を第１の共通平面に対してずらすことができる。例えば、制御アパチャおよび制御アパチャに近接する測定アパチャのそのような末端を、第１の共通平面に平行な第２の共通平面に配置することができる。該システムは、入力ビームを供給する光源をさらに含んでもよく、第１の共通平面は、測定ビームの波長の約２倍に相当する分だけ第２の共通平面からずらして配置される。
【００２０】
測定ビーム光源アレイにおけるマスクは、測定散乱素子のアレイをさらに含んでもよく、各測定散乱素子は、測定アパチャのうちの対応する１つのアパチャに近接し、該対応する測定アパチャに匹敵する横断寸法を有する。
【００２１】
、本発明の他の態様は、オブジェクトを照明するためのシステムであって、上述の光源アレイと、光源アレイに対してオブジェクトを支持するための位置決めシステムと、位置決めシステムに結合される電子コントローラとを含み、動作時に、電子コントローラは位置決めシステムに、制御信号放射線から誘導された干渉信号に基づく制御信号に応答して、測定ビーム光源アレイとオブジェクトの分離度を調節させるシステムを特徴とする。
【００２２】
概して、本発明の他の態様は、複数の光源でオブジェクトを照明する方法であって、複数の光源アパチャのアレイと、該光源アパチャの各々の横断寸法より大きい横断寸法を有する制御アパチャとを有するマスクを、オブジェクトに近接させて配置する工程と、放射線をマスクに向けて、各光源アパチャおよび制御アパチャに放射線の一部をオブジェクトに対して放射させる工程と、制御アパチャからオブジェクトに向けられた放射線から誘導される光干渉信号を生成する工程と、光干渉信号から誘導される制御信号に応答して、オブジェクトに対してマスクを再配置する工程とから成る方法を特徴とする。該方法は、顕微鏡検査システムと光源アレイについて上述した特徴のいずれに対応する特徴をさらに含んでもよい。
【００２３】
以下の同一出願人が有する仮出願、すなわち２０００年８月２日に出願された「走査干渉近距離場共焦点顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」という発明の名称の出願番号第０９／６３１，２３０号（ヘンリー　エー　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ））、および２００１年２月８日に公開された対応するＰＣＴ公報ＷＯ　０１／０９６６２　Ａ２；２０００年７月２７日に出願された「共焦および近距離場顕微鏡用の多数光源アレイ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ　Ａｒｒａｙｓ　Ｆｏｒ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ａｎｄ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」という発明の名称の仮出願番号第６０／２２１，０１９号（ヘンリー　エー　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ）およびカイル　ビー　フェリオ（Ｋｙｌｅ　Ｂ．Ｆｅｒｒｉｏ））、および２００１年７月２７日に出願された同じ発明の名称の対応する通常特許出願番号第０９／９１７，４０２号；２０００年７月２７日に出願された「バックグラウンド振幅が減衰および補償された走査干渉近距離場共焦点顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　ｗｉｔｈ　Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）」という発明の名称の仮出願番号第６０，２２１，０８６号（ヘンリー　エー　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ））、および２００１年７月２７日に出願された同じ発明の名称の対応する通常特許出願番号第０９／９１７，３９９号；２０００年７月２７日に出願された「共鳴キャビティにより光透過が向上された多数光源アレイ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ　Ａｒｒａｙｓ　ｗｉｔｈ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｂｙ　Ｒｅｓｏｎａｎｔ　Ｃａｖｉｔｉｅｓ）」という発明の名称の仮出願番号第６０／２２１，０９１号（ヘンリー　エー　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ））、および２００１年７月２７日に出願された同じ発明の名称の対応する通常特許出願番号第０９／９１７，４００号；ならびに２０００年７月２７日に出願された「ディファレンシャル干渉共焦近距離場顕微鏡（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」という発明の名称の仮出願番号第６０／２２１，２９５号（ヘンリー　エー　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ））および２００１年７月２７日に出願された同じ発明の名称の対応する通常特許出願番号第０９／９１７，２７６号には、共焦および近距離共焦点顕微鏡検査システムについても記載されており、上述の出願のそれぞれの内容を本願に引用して援用する。上述の仮出願に開示されている態様および特徴を本願に記載する実施形態に取り入れることができる。
【００２４】
本発明の実施形態は、以下の利点のいずれかを含み得る。
１つの利点は、撮像対象サンプルに対する非接触接近において、波長およびサブ波長アパチャのアレイの位置および方向を制御することである。
別の利点は、撮像対象サンプルに対する非接触近接において、波長およびサブ波長アパチャのアレイの位置および方向を制御することである。
【００２５】
別の利点は、撮像対象サンプルに対する非接触近接走査において、波長およびサブ波長アパチャのアレイの位置および方向を制御することである。
別の利点は、表面が凹凸を有する撮像対象サンプルに対する非接触近接走査において、波長およびサブ波長アパチャのアレイの位置および方向を制御することである。
【００２６】
別の利点は、表面に対する非接触近接において波長およびサブ波長アパチャのアレイの位置および方向を制御するために、表面の走査中に表面輪郭をリアル・タイムでマッピングすることである。
【００２７】
別の利点は、撮像対象サンプルに対する非接触近接走査において波長およびサブ波長アパチャのアレイの位置および方向を制御するための情報が、波長およびサブ波長アパチャのアレイの部分集合によって得られることである。
【００２８】
他の態様、特徴および利点が以下に続く。
図面においては、いくつかの図を通じて同様の参照符号が同様の要素を表す。
（発明の詳細な説明）
実施形態は、走査干渉近距離場共焦点顕微鏡を含む。近距離場の用途では、１つまたは複数のアパチャは、例えばサブ波長アパチャのような、自由空間入射ビームの波長よりも小さい寸法を有することができる。他の用途では、１つまたは複数のアパチャは、例えば波長アパチャのように、自由空間入射ビームの波長より小さいか、同等か、またはより大きい寸法を有することができる。
【００２９】
本発明の装置は幅広い放射源に対して応用されるが、以下の説明は、入射ビームが電磁放射線ビーム、例えば光ビームである光学的測定システムに関して、例示のために提示される。さらなる実施形態では、例えば、アパチャまたは複数のアパチャのアレイに対するビームの入射は、音響放射ビーム、電子ビームおよび原子ビームを含むことができる。
【００３０】
本発明の実施形態によって使用される光ビームの光源は、単一および複数波長光源でさまざまに組み合わせられたＣＷおよびパルス光源を含む。
本発明の装置は幅広い撮像システムに対しても応用されるが、以下の説明は、干渉近距離場共焦点顕微鏡検査測定システムに関して、例示のために提示される。ここで用いられる測定システムは、走査およびステップアンドリピート式干渉近距離場共焦点顕微鏡検査システム、ならびに走査およびステップアンドリピート式共焦点および干渉共焦点顕微鏡検査システムでの使用を含むが、それらに限定されない。
【００３１】
詳細に図面を参照すると、図１は、本発明の第１の実施形態を示す略図である。図１に示されるように、第１の実施形態は、干渉計、光源１０、オブジェクト物質１１２、オブジェクト物質チャック１６０、チャック台１６２、トランスレータ１６４、参照オブジェクト２０Ｒおよび、検出器１１６を備える。干渉計の構成は、当該技術分野ではマイケルソン干渉計として知られ、単純な例として示されている。偏光マイケルソン干渉計や、シー　ザノーニ（Ｃ．Ｚａｎｏｎｉ）著「距離および角度測定のためのディファレンシャル干渉装置（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ　Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　Ａｎｇｌｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）」（ＶＤＩ　Ｂｅｒｉｃｈｔｅ　ＮＲ．７４９、ｐｐ．９３−１０６、１９８９年）に記載されている干渉計のような当該技術分野において知られている他の形態の干渉計も、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、図１の装置に取り入れることができる。
【００３２】
第１の実施形態では、光源１０は、点源、または光源の表面全体にわたる空間的にコヒーレントな放射線の光源、好ましくはレーザ、あるいはコヒーレントまたは部分コヒーレントな放射線の同様の光源であるのが好ましく、直線偏光するのが好ましい。光源１０は入力ビーム１２を放射する。図１に示されるように、入力ビーム１２は、照準レンズ１４に入って入力ビーム１６を形成する。入力ビーム１６は位相遅延プレート１８によって入力ビーム２０として伝達される。入力ビーム２０の偏光面を位相遅延プレート１８によって回転させて、図１の平面に平行または直交させるようにする。しかし、特定の最終用途の分野では、入力ビーム２０の偏光面の他の方向を有利に利用することもできる。位相遅延プレート１８の機能は、電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００からの信号１２８によって制御される。
【００３３】
入力ビーム２０は非偏光ビーム・スプリッタ１００に入射し、その第１の部分が測定ビーム２２として伝達される。ビーム・スプリッタ１００に入射した入力ビーム２０の第２の部分は参照ビーム５０として反射される。測定ビーム２２はレンズ６０のアパチャを透過し、レンズ２４，２６を備えたレンズ・アセンブリに入射する。
【００３４】
図２ａには、レンズ・アセンブリを透過する測定ビーム２２の伝播が拡大略図として示されている。レンズ２６は、アミチ（Ａｍｉｃｉ）型対物レンズである。測定ビーム２２は、レンズ・アセンブリによって、要素２８にて、サブ波長アパチャのアレイ、サブ波長散乱サイトのアレイおよび波長アパチャのアレイを包囲する要素２８のビーム直径に集束される。要素３０，３２を含む要素２８の部分が、アミチ型対物レンズ２６の表面に拡大略図として図２ｂに示されている。
【００３５】
図２ｂに示されるように、サブ波長アパチャおよびサブ波長散乱サイトは、それぞれ要素３０および３２である。図４にはサブ波長アパチャおよびサブ波長散乱サイト１０３０および１０３２がそれぞれ示されている。波長アパチャは要素２０３０であり、同様に図４に示されている。サブ波長散乱サイト３２は、好ましくは複素屈折率が要素２８の反射体の複素屈折率と異なる非透過性要素である。複素屈折率は、要素３２がサブ波長散乱サイトとして効果的に機能するように差がつけられている。要素３０，３２の直径をａとすると、ａ＜λ、好ましくはａ＜＜λである（λは測定ビーム２２の波長である）。要素３０，３２の分離度をｂとすると、ｂ＞ａ、好ましくはｂ＞＞ａである。要素２８の反射材料の厚さは約２０ｎｍであり、サブ波長要素３０を含まない要素２８の部分によって透過されるプローブ・ビームの部分が＜＜１となるように選択される。
【００３６】
第２のサブ波長アパチャの透過特性に対するあるサブ波長アパチャの影響を最小限にするように、要素２８における要素３０の相対的間隔はさらに選択される。サブ波長アパチャのアレイによる透過の拡大または縮小をもたらすカップリングは、第１の実施形態の装置によって得られる結果の解釈を複雑にする。
【００３７】
サブ波長アパチャ３０の直径は、図２ｂに略図で示したような単一の直径に限定される必要はなく、最終用途の分野に応じて２つ以上の直径を有利に含むことができる。さらに、サブ波長アパチャ３０の形状は、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、円形以外の形状、例えば正方形または長方形であってもよい。
【００３８】
サブ波長アパチャ３０の間隔は、図２ｂに略図で示したような単一の値に限定される必要はなく、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、最終用途の分野に応じて２以上の異なる間隔を有利に含むことができる。
【００３９】
さらに、サブ波長アパチャ３０の配列は、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、様々な幾何学パターンまたはランダム・パターンで配列することができる。
【００４０】
要素２８におけるアパチャ３０は、マスクの穴として、またはさもなければ非透過性マスクにおける透過性誘電領域、例えばさもなければ反射要素における透過性バイアスとして形成することができる。さらに、アパチャ３０を区画形成する要素２８における誘電体は、サンプルに対する近距離場プローブ・ビームの透過を拡大させる導波管または光共振器を形成することができる。例えば、先に引用した出願「共焦および近距離場顕微鏡用の多数光源アレイ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ　Ａｒｒａｙｓ　Ｆｏｒ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ａｎｄ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」を参照されたい。さらに、現在述べている実施形態では、要素２８のマスク部を導電性を有するものとして説明し、それが反射性を有することを示す。他の実施形態では、要素２８は必ずしも導電性を有するものでなく、一般に非透過性で、近距離場プローブ・ビームのサンプルへのカップリングは要素２８のアパチャ３０によって遂行される。
【００４１】
サブ波長アパチャは、フレネルのゾーン・プレートまたはマイクロレンズをさらに含んで、特定の最終用途の分野において、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなくサブ波長アパチャのアレイを介する透過性を有利に変化させることができる。他の特定最終用途の分野において、反射／散乱または透過近距離場プローブ・ビームの空間フィルタとして機能する波長／サブ波長アパチャのアレイに格子を与えて、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、反射／散乱または透過近距離場プローブ／ビームの特性を変化させることができる。
【００４２】
サブ波長アパチャ３０に入射する測定ビームの第１の部分は、近距離場プローブ・ビームとして伝達される。近距離場プローブ・ビームの一部はオブジェクト物質１１２に入射され、その一部は反射および／または散乱されてサブ波長アパチャ３０に戻り、その一部は近距離場戻りプローブ・ビームとして伝達される。図２ｂに示すように、オブジェクト物質１１２と反射要素２８の近接面の空間分離度をｈとする。ｈの値は、約２ａであるのが好ましい。サブ波長アパチャ３０に入射する測定ビームの第２の部分は、第１のバックグラウンド戻りビームとして反射および／または散乱される。サブ波長散乱サイト３２に入射する測定ビームの部分は、第２のバックグラウンド戻りビームとして反射および／または散乱される。近距離戻りプローブ・ビーム、第１のバックグラウンド戻りビームおよび第２のバックグラウンド戻りビームは、図１，図２ａにおいて光線３２ａ，３２ｂとして示される戻りビーム３４であって、光線３２ａ，３２ｂの間に光線を含む戻りビーム３４としてアミチ型対物レンズ２６を出る。戻りビーム３４はレンズ６０によって平行にされ、図１ａに光線３６Ａ，３６Ｂとして示され、光線３６Ａと３６Ｂの間に光線を含む戻りビーム３６となる。
【００４３】
サブ波長アパチャ３０および散乱サイト３２に入射する測定ビームの一部は、戻り測定ビームとして反射される。戻り測定ビームは、測定ビーム２２と実質的に平行なビームとしてレンズ２４を出て、その一部がビーム４２の戻り測定ビーム成分として反射される。ビーム４２は停止部材７０に入射し、停止部材７０によって実質的に遮蔽される。
【００４４】
参照ビーム５０は移相器６４によって伝達され、レンズ６６のアパチャによって伝達され、参照オブジェクト２０Ｒに入射し、図１に光線５２ａ，５２ｂとして示され、光線５２ａと５２ｂの間に光線を含む反射参照ビーム５４として反射される。ビーム５４はレンズ６６によって平行にされ、図１に光線５６Ａおよび５６Ｂとして示され、光線５６Ａと５６Ｂの間に光線を含む反射参照ビーム５６として移相器６４により伝達される。移相器６４は、参照ビーム５０が移相器６４を２度通過した結果として、反射参照ビーム５６に相対移相χを導入する。電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００からの制御信号１３２によって、移相χの大きさは制御される。
【００４５】
図２ｃには、参照オブジェクト２０Ｒを透過する参照ビーム５２の伝播が拡大略図で示されている。参照オブジェクト２０Ｒはアミチ型対物レンズである。参照ビーム５２は、参照オブジェクト２０Ｒによって、要素２８Ｒ上の少なくとも２つの波長またはサブ波長反射スポットのアレイを包囲する要素２８Ｒのビーム直径に集束される。要素２８Ｒは、アミチ型対物レンズ２６Ｒの表面の反射スポット３０Ｒ，３２Ｒのアレイとして、拡大略図で図２ｄに示されている。反射スポット３０Ｒ，３２Ｒは、要素２８のそれぞれ要素３０，３２に対応するビーム５４の反射参照ビーム成分を生成する。反射スポット３０Ｒ，３２Ｒならびに要素３０，３２が、それぞれ続く検出器への撮像によって見られる結合体になるように、反射スポット３０Ｒ，３２Ｒの間隔、ならびにレンズ６６の焦点長さが選択される。直径が戻りビーム３６の直径と実質的に同じである反射参照ビーム５６を効率的に生成するように、反射スポット３０Ｒ，３２Ｒの直径ａ”が選択される。反射スポット３０Ｒ，３２Ｒの相対反射率は、最終用途の分野に応じて、同一であってもよいし、有利に異なっていてもよい。
【００４６】
本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、第１の実施形態の要素２８Ｒと相補的な要素を有する参照オブジェクト２０Ｒによって参照ビームが伝達されるように、参照ビームの経路を構成しうることが当業者なら理解されるであろう。既に引用した「共鳴キャビティにより光透過が向上された多数光源アレイ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ　Ａｒｒａｙｓ　Ｗｉｔｈ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｂｙ　Ｒｅｓｏｎａｎｔ　Ｃａｖｉｔｉｅｓ）」という発明の名称の米国特許仮出願（ヒル（Ｈｉｌｌ））には、波長および／またはサブ波長アパチャを介してビームを伝達することによる参照ビームの生成の例が記載されている。
【００４７】
戻りビーム３６はビーム・スプリッタ１００に入射し、その一部は、図１ａに光線３８Ａ，３８Ｂとして示され、光線３８Ａ，３８Ｂの間に光線を含むビームの戻りビーム成分として反射される。反射参照ビーム５６はビーム・スプリッタ１００に入射し、その一部はビーム３８の反射参照ビーム成分として透過する。ビーム３８は偏光子６８による偏光に関して混合され、次いでレンズ６２に入射し、図１ａに光線４０Ａ，４０Ｂとして示され、光線４０Ａ，４０Ｂの間に光線を含む混合ビーム４０として集束される。混合ビーム４０は、画像平面１１４におけるピンホールがサブ波長アパチャ３０の１つまたはサブ波長散乱ポイント３２の１つのいずれかの複合画像になるように、ピンホール平面１１４上に集束される。
【００４８】
図３にはピンホール平面１１４が略図で示されている。ピンホールの直径をｃとし、ピンホールの間隔をｄとする。間隔ｄはサブ波長アパチャ３０およびサブ波長散乱サイト３２の分離度ｂに等しく、サブ波長アパチャ３０およびサブ波長散乱ポイント３２をピンホール平面１１４の対応するピンホールに撮像する撮像システムの倍率に符合する。直径ｃは、撮像システムによるポイント・オブジェクトの回折限界画像の大きさの約２倍になるように選択され、間隔ｄは、ｃより大きくなるように、好ましくは撮像システムによるポイント・オブジェクトの回折限界画像の大きさの約４倍以上になるように選択される。サブ波長アパチャ３０およびサブ波長散乱サイト３２の回折限界画像の典型的な振幅関数が、図３にそれぞれ破線および実線の輪郭で示されている。
【００４９】
混合ビーム４０の一部はピンホール平面１１４のピンホールにより伝達され、検出器１１６、好ましくは量子光子検出器によって検出される。検出器１１６は、最終用途の分野の要件に応じて１対のピクセル、ピクセルの１次元アレイまたはピクセルの２次元アレイを始めとする、ピクセルのアレイを含み、ピンホール平面１１４のピンホールと検出器１１６のピクセルを１対１に対応づける。検出器１１６は、ピクセルのアレイに対応する信号値のアレイ［Ｓｎ］を含む電気干渉信号を生成する。下付き文字ｎは、信号値のアレイ［Ｓｎ］における素子を示す指数である。信号値のアレイ［Ｓｎ］は、最終用途の分野に応じて、１対の素子、少なくとも３つの素子を含む１次元アレイ、または２次元アレイを含むことができる。
【００５０】
信号値のアレイ［Ｓｎ］は以下の式で近似することができる。
【００５１】
【数１】
2004505312.tif 000003
式中、項（ＳＤ）ｎはサブ波長アパチャ３０またはサブ波長アパチャ３２に関連する項を表し、項（ＳＩ）ｎはサブ波長アパチャ３０またはサブ波長アパチャ３２に関連する干渉交差項を表す。
【００５２】
サブ波長アパチャ３０に関連する項（ＳＤ）ｎは、近距離戻りプローブ・ビーム、第１のバックグラウンド戻りビーム、および反射参照ビームの、対応する部分の振幅平方と、近距離場戻りプローブ・ビームの複素振幅と第１のバックグラウンド戻りビームの複素振幅の間の干渉交差項との合計に比例する。サブ波長アパチャ３２に関連する項（ＳＤ）ｎは、第２のバックグラウンド戻りビームおよび反射参照ビームの対応する部分の振幅平方の合計に比例する。サブ波長アパチャ３０に関連する項（ＳＩ）ｎは、近距離場戻りプローブ・ビームの複素振幅と反射参照ビームの複素振幅の間の干渉交差項と、第１のバックグラウンド戻りビームの複素振幅と反射参照ビームの複素振幅の間の干渉交差項との合計に比例する。サブ波長アパチャ３２に関連する項（ＳＩ）ｎは、第２のバックグラウンド戻りビームの複素振幅と反射参照ビームの複素振幅の間の干渉交差項に比例する。
【００５３】
項（ＳＤ）ｎは移相χに無関係である。項（ＳＩ）ｎは、移相χのシヌソイド関数で、以下の式で表すことができる。
【００５４】
【数２】
2004505312.tif 000004
式中、（｜ＳＩ｜ｎ）およびφはそれぞれ、（ＳＩ）ｎに寄与する複素振幅に関連する振幅および位相である。
【００５５】
図１ａ、２ａおよび２ｂに示される本発明の第１の実施形態の装置の動作は、４つの信号値のアレイの測定値のシーケンスの取得に基づく。４つの信号値のアレイ［Ｓｎ］１、［Ｓｎ］２、［Ｓｎ］３および［Ｓｎ］４は検出器１１６によって取得され、移相器６４はそれぞれ移相χ０、χ０＋π、χ０＋π／２およびχ０＋３π／２ラジアンのシーケンスを導入する（χ０は移相χの特定の固定値である）。４つの信号値のアレイ［Ｓｎ］１、［Ｓｎ］２、［Ｓｎ］３および［Ｓｎ］４は、後続の処理のために、デジタルまたはアナログ形式で、信号１３１として電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００に送られる。
【００５６】
４つのアレイ［Ｓｎ］１、［Ｓｎ］２、［Ｓｎ］３および［Ｓｎ］４をデジタル形式に変換するために、従来の変換回路、すなわちアナログ・デジタル変換回路が検出器１１６、または電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００に備えられる。移相器６４によって導入された移相χは、生成され、後に電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００に伝達される信号１３２によって制御される。移相器６４は電子光学タイプのものであってもよい。
【００５７】
次に、信号値の差の２つのアレイ［Ｓｎ］１−［Ｓｎ］２＝［（ＳＩ）ｎ］１−［（ＳＩ）ｎ］２および［Ｓｎ］３−［Ｓｎ］４＝［（ＳＩ）ｎ］３−［（ＳＩ）ｎ］４が電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００によって計算される。
【００５８】
サブ波長アパチャ３０に関連するピクセルに対応する信号値差のアレイの素子は、実質的に、また比較的効率よく、２つの干渉交差項、すなわち近距離場戻りプローブ・ビームの複素振幅と反射参照ビームの複素振幅との間の第１の干渉交差項、ならびに第１のバックグラウンド戻りビームの複素振幅と反射参照ビームの複素振幅との間の第２の干渉交差項のみを含む。
【００５９】
実測強度値におけるサブ波長アパチャ３０およびサブ波長散乱サイト３２に関連するビームの振幅の効果の分離の比較的高い効率性は、パラメータｃおよびｄの選択によって制御される。
【００６０】
近距離場戻りプローブ・ビームの複素振幅は、近距離場戻りプローブ・ビームの複素振幅と反射参照ビームの振幅との間の第１の干渉項の振幅から、電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００によって計算される。その計算には、第２のバックグラウンド戻りビームの複素振幅の成分と、反射参照ビームの複素振幅の成分との間の干渉交差項の実測値を用いてサブ波長アパチャ３０に関連する信号値差の要素の実測値を補償し、第１のバックグラウンド戻りビームの複素振幅の成分と反射参照ビームの複素振幅の成分との間の第２の干渉交差項の寄与率を求めることが含まれる。その計算には、実測値を用いて、ピンホール平面１１４のピンホールにより伝達され、検出器１１６により検出される反射参照ビームの部分の振幅の平方を求めることがさらに含まれる。
【００６１】
次に、電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００からの信号１２８に応答して、位相遅れ要素１８により、入力ビーム２０の偏光面を９０°回転させる。測定された信号値のアレイ［Ｓｎ］１、［Ｓｎ］２、［Ｓｎ］３および［Ｓｎ］４に対応する４つの信号値のアレイの第２のセット［Ｓｎ］５、［Ｓｎ］６、［Ｓｎ］７および［Ｓｎ］８が、検出器１１６によって取得される。電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００によって信号値差のアレイ［Ｓｎ］１−［Ｓｎ］２＝［（ＳＩ）ｎ］１−［（ＳＩ）ｎ］２および［Ｓｎ］３−［Ｓｎ］４＝［（ＳＩ）ｎ］３−［（ＳＩ）ｎ］４を計算する。入力ビーム２０の非回転状態の偏光についての近距離場戻りプローブ・ビームの複素振幅を計算するのに用いたのと同じアルゴリズムを用いて、直交偏光入力ビーム２０に対する近距離戻りプローブ・ビームの複素振幅を電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００によって計算する。
【００６２】
オブジェクト物質１１２をオブジェクト・チャック１６０に装着する。オブジェクト・チャック１６０の角度方向および高さは、チャック台１６２に取りつけられる３つのトランスデューサ（そのうちの２つを１６１Ａ，１６１Ｂで示す）によって制御される。要素２８の表面に対するオブジェクト物質１１２の角度方向および高さを検出し、それらを用いて誤差信号を生成する。誤差信号の検出および生成は、それぞれサブ波長アパチャおよびサブ波長散乱サイト１０３０および１０３２、ならびに図４に示される波長アパチャ要素２０３０に対応する信号値のアレイから得られる情報に基づいて行われる。
【００６３】
誤差信号は、信号１６６の成分として電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００に伝達される。誤差信号から電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００によりサーボ制御信号が生成され、信号１６６のサーボ制御信号成分としてチャック台１６２に伝達される。トランスデューサ１６１Ａ，１６１Ｂおよび第３のトランスデューサ（非図示）は、信号１６６のサーボ制御信号成分に従ってオブジェクト物質１１２の方向および／または高さを変化させる。
【００６４】
要素２８の表面と実質的に平行な平面におけるチャック台１６２の位置は、トランスレータ１６４によって制御される。チャック台１６２の位置は、精密距離測定干渉の如き当該技術分野における既知の技術によって検出され、誤差信号は、信号１６８の誤差信号成分として電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００に伝達される。［１９９９年２月１８日に出願された「空気による屈折率と光路長の影響を測定する干渉計および方法（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ　Ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｆｏｒ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　Ｔｈｅ　Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ　Ｉｎｄｅｘ　Ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｐａｔｈ　Ｌｅｎｇｔｈ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ａｉｒ）」という発明の名称の米国特許出願番号第０９／２５２，２６６号（ペータ　デ　グルート（Ｐｅｔｅｒ　ｄｅ　Ｇｒｏｏｔ）、ヘンリー　エー　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ）およびフランク　シー　デマレスト（Ｆｒａｎｋ　Ｃ．Ｄｅｍａｒｅｓｔ））、ならびに１９９９年２月１８日に出願された「パルチプルパス干渉計を用いた空気による屈折率と光路長の影響を測定する装置および方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ　Ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｆｏｒ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　Ｔｈｅ　Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ　Ｉｎｄｅｘ　Ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｐａｔｈ　Ｌｅｎｇｔｈ　Ｅｆｆｅｃｔｓ　Ｏｆ　Ａｉｒ　Ｕｓｉｎｇ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｐａｓｓ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）」という発明の名称の米国特許出願番号第０９／２５２，２６６号（ヘンリー　エー　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ）、ペータ　デ　グルート（Ｐｅｔｅｒ　ｄｅ　Ｇｒｏｏｔ）およびフランク　シー　デマレスト（Ｆｒａｎｋ　Ｃ．Ｄｅｍａｒｅｓｔ））を参照。両出願の内容を本願に引用して援用する］。サーボ制御信号は、信号１６８の誤差信号成分から電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００によって生成され、信号１６８のサーボ信号成分としてトランスレータ１６４に伝達される。トランスレータ１６４は、最終用途の分野の要件に応じて、信号１６８のサーボ信号成分に応答して、１つまたは２つの直交方向、および１つまたは２つの直交方向面でチャック台１６２の位置および方向を制御する。
【００６５】
次に、最終用途の分野の要件に応じて、オブジェクト物質１１２の表面と実質的に平行な１つまたは２つの直交方向で、かつオブジェクト物質１１２の近接面と要素２８の間に空間的距離をおいて、オブジェクト物質１１２が走査される。測定された信号値のアレイ［Ｓｎ］１、［Ｓｎ］２、［Ｓｎ］３および［Ｓｎ］４、ならびに最終用途によって必要とされる場合には［Ｓｎ］５、［Ｓｎ］６、［Ｓｎ］７および［Ｓｎ］８を、走査パラメータ、ならびに電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００によって計算されたそれぞれの近距離場戻りプローブ・ビームの複素振幅と反射参照ビームのそれぞれの複素振幅との間のそれぞれの干渉交差項の振幅および位相の関数として取得する。
【００６６】
第１の実施形態の装置によるオブジェクト物質１１２についての情報は、著しく低減されたバックグラウンド信号の存在下で取得される。バックグラウンド信号への寄与源には、第１のバックグラウンド戻りビーム、停止部材７０によって遮蔽されていない戻り測定ビームの部分、第１の実施形態の装置において測定ビームに関連する他のビームの反射および／または散乱によって生成されるバックグラウンド、ならびに反射参照ビームに関連する対応するビームが含まれる。第１に第１の実施形態の装置は共焦点光学撮像／検出システムを含み、第２にバックグラウンド補償手順は第２のバックグラウンド戻りビームの測定に基づくという理由から、バックグラウンド信号が著しく低減される。
【００６７】
共焦点光学撮像／検出システムは、非共焦点光学撮像／検出システムに比べて、深さ識別能を著しく向上させ、それにより撮像対象平面部からずれた平面部に生成される散乱／反射ビームに対する識別能を著しく向上させてきたことは、当業者によく知られている。しかし、共焦点光学撮像／検出システムは、第１のバックグラウンド戻りビームに対する識別を行わない。第２のバックグラウンド戻りビームの測定に基づくバックグラウンド補償手順は、第１の実施形態の装置の共焦点撮像／検出特性によって識別されない第１のバックグラウンド戻りビームに対する補償を行う。第２のバックグラウンド戻りビームの測定に基づくバックグラウンド補償手順は、第１の実施形態の装置の共焦点撮像／検出特性によって識別されない撮像対象平面部からずれた平面部に生成される散乱／反射ビームに対してさらに補償を行うことに留意されたい。
【００６８】
オブジェクト物質１１２の表面と実質的に平行な１つまたは２つの直交方向を組み合わせ、かつオブジェクト物質１１２の近接面と要素２８の間に空間的距離をおいたオブジェクト物質１１２の走査が、「ステップアンドリピート」モードとして第１の実施形態に対して行われる。動作を連続操作モードに修正した第１の実施形態は、本発明の第１実施形態の第３の変形例として以下に説明される。
【００６９】
誤差信号は、要素２８の周囲に位置する波長アパチャ２０３０のアレイより得られた情報に基づいて検出および生成される。波長アパチャ２０３０の直径はａ１であり、ａ１はほぼλに等しい。図４に示されるように、波長アパチャ２０３０の平面は要素３０，３２の平面から距離Δｈだけずれており、Δｈはほぼ２λに等しい。要素２０３０に入射した測定ビームの一部はプローブ・ビームとして伝達される。プローブ・ビームの一部はオブジェクト物質１１２に入射し、その一部は反射および／または散乱されてサブ波長アパチャ１０３０に戻り、その一部が戻りプローブ・ビームとして伝達される。要素１０３２に入射した測定ビームの一部は第２のバックグラウンド戻りビームの成分として散乱／反射される。
【００７０】
戻りプローブ・ビームは、測定された信号値のアレイ［Ｓｎ］の特定要素として検出される。測定アレイは、サブ波長アパチャおよびサブ波長散乱サイト１０３０，１０３２のそれぞれ、ならびに図４に示される波長アパチャ要素２０３０に対応する信号値をも含む。
【００７１】
測定されたアレイの特定の素子に対応する信号値差［Ｓｎ］１−［Ｓｎ］２および［Ｓｎ］３−［Ｓｎ］４を電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００によって計算し、第１のバックグラウンド戻りビームの対応する成分によって補償する。要素１０３２に伴って取得される情報を該補償に利用する。特定の要素に対応する補償信号値差を用いて、要素２０３０、およびオブジェクト物質１１２上の対応するサイトの相対分離度ｈ１を監視する（図４を参照）。
【００７２】
測定された高さの値のアレイ［ｈ１］を用いて、電子コントローラ、信号プロセッサおよびコンピュータ２００に信号１６６の成分として伝達される誤差信号を生成する。要素２０３０の直径であるため、誤差信号生成手順は、約１０λ〜３０λの高さの値の範囲に対して比較的高感度を維持する。高さの範囲が比較的広いため、要素２８を要素１１２に接近させる上で誤差信号を効果的に利用できる。
【００７３】
さらに、オブジェクト物質１１２を走査すると、要素２８の「先端」が高さの値のアレイ［ｈ１］の対応する要素を監視し、要素１１２の表面輪郭の変化を検出する。図４には、要素番号１１２で示される平面、要素番号１１２ａで示される凸面、および要素番号１１２ｂで示される凹面として、要素１１２の３つの異なる表面形状が示されている。次いで、要素２８と要素１１２の接触を防ぐために、サーボ制御システムにおいて表面輪郭の変化の検出を予測し、要素１１２の少なくとも一部を所望の高さレベルに維持する。
【００７４】
本発明の範囲および趣旨を逸脱することなく、直径および関連する変位Δｈが異なる波長アパチャ２０３０の追加的なセットを使用できることを当業者なら理解するであろう。
【００７５】
本発明の第１の実施形態の第１の変形例は、図１ａに略図で示される本発明の第１の実施形態と同じ要素を含む。第１の実施形態の変形例と第１の実施形態との違いは、測定された信号値のアレイを取得するのに使用する手順にある。第１の実施形態の第１の変形例では、ヘテロダイン検出技術、またはデジタル・ヒルベルト変換位相検出器［「Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ　ｌｏｏｐｓ：ｔｈｅｏｒｙ，ｄｅｓｉｇｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」第２版（マグローヒル（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）（ニューヨーク）１９９３年、アール　イー　ベスト（Ｒ．Ｅ．Ｂｅｓｔ）著）参照］、位相固定ループ［アール　イー　ベスト（Ｒ．Ｅ．Ｂｅｓｔ）、前掲を参照］、参照位相として位相χを用いたスライディング・ウィンドウＦＦＴ［Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　Ｗｉｄｅｂａｎｄ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ（アルテック・ハウス（Ａｒｔｅｃｈ　Ｈｏｕｓｅ）（ボストン））、１９９５年（ジェイ　ツイ（Ｊ．Ｔｓｕｉ））著を参照］の如き非パルス信号用位相感度検出技術を用いて、振幅（｜ＳＩ｜）ｎおよび位相（φ）ｎが求められる。
【００７６】
遅延なく均一に抽出される関数については、該関数についての情報を取得するためのデジタル信号処理に基づく位相感度技術を実施することによって、該関数のチェビシェフ多項式に基づいた結果が得られることが知られている［エイチ　エー　ヒル（Ｈ．Ａ．Ｈｉｌｌ）およびアール　ティー　ステビンス（Ｒ．Ｔ．Ｓｔｅｂｂｉｎｓ）、Ａｓｔｒｏｐｈｙｓ．Ｊ．、２００、ｐ　４８４（１９７５年）を参照］。以下の式に従って偏差χ０を中心に位相χを走査する例を考える。
【００７７】
【数３】
2004505312.tif 000005
式中、Δχは時間ｔの関数である。χの走査によって、以下の式で表される、式（２）および（３）による信号値のアレイの素子における成分を生成する。
【００７８】
【数４】
2004505312.tif 000006
次いで、ｃｏｓΔχおよびｓｉｎΔχの係数アレイの位相感度検出によって振幅アレイ［（｜ＳＩ｜）ｎ］および位相アレイ［（ψ＋χ０）ｎ］を求める。位相感度検出は、（｜ＳＩ｜）ｎにｃｏｓΔχを乗じ、時間について（｜ＳＩ｜）ｎｃｏｓΔχを積分し、また（｜ＳＩ｜）ｎにｓｉｎΔχを乗じ、時間について（｜ＳＩ｜）ｎｓｉｎΔχを積分する。Δχが、角周波数がω１で振幅が１のシヌソイダル関数、すなわち以下の式で表され、［（｜ＳＩ｜）ｎ］が遅延なく均一に抽出される場合は、ｃｏｓΔχおよびｓｉｎΔχを［（｜ＳＩ｜）ｎ］の特定のチェビシェフ多項係数のアレイとして効果的に表すことができる。
【００７９】
【数５】
2004505312.tif 000007
　チェビシェフ多項式の既知の特性を用いて、特定のチェビシェフ多項係数のアレイの素子を以下の式で表すことができる。
【００８０】
【数６】
2004505312.tif 000008
【数７】
2004505312.tif 000009
式中、Ｔ＝２π／ω１で、Ｔ１およびＶ１は、それぞれタイプＩおよびタイプＩＩの１位チェビシェフ多項式で、Ｊ０は第１種の０位ベッセル関数である［Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｐｈｙｓｉｃｉｓｔｓ（ジー　アルフケン（Ｇ．Ａｒｆｋｅｎ））（Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ−ニューヨーク）１９６８年を参照］。
【００８１】
一般に、位相ずれΔχは、走査オブジェクト物質１１２の時間を通じて不変とする条件に合致しない場合は求める必要はない。異なる時刻に得られた結果を比較するためには、２つの異なる測定時刻の間の時間中にχ０に生じた変化を求める必要があるものと考えられる。χ０の相対的な変化は、例えば表面が必要な精度で平坦性を有する等方性媒体、例えば石英ガラスを含むオブジェクト物質１１２についてのアレイ［Ｓｎ］における振幅［（｜ＳＩ｜）ｎ］および位相［（ψ）ｎ］のアレイを取得することによって求めることができる。
【００８２】
第１の実施形態の第１の変形例は、ヘテロダイン検出システムの利点を有する。
第１の実施形態の第１の変形例についての残りの説明は、第１の実施形態について述べた説明の対応する部分と同じである。測定ビームは図２ａに示される角度でマスク要素２８に入射し、要素２８と接触するためにレンズ１２４Ａを通過するため、第１の実施形態において使用した近距離場プローブ・ビームと異なる近距離場プローブ・ビームを使用する本発明の第２の実施形態によって、オブジェクト物質１１２の追加的な反射および／または散乱特性を得ることができる。
【００８３】
サブ波長アパチャ３０に入射した測定ビームの第１の部分は修正近距離場プローブ・ビームとして伝達される。第２の実施形態の改造近距離場プローブ・ビームと第１の実施形態の近距離場プローブ・ビームとの主要相違点は、近距離場多極子構成の違いである。第１の実施形態の近距離場プローブ・ビームの近距離場多極子構成は、アパチャ３０の対応するアパチャに配置された磁気双極子に関連する有効近距離場項を含む。
【００８４】
第２の実施形態の近距離場プローブ・ビームの近距離場多極子構成は、磁気双極子と、アパチャ３０の対応するアパチャに配置された電気双極子の両方に関連する有効近距離場項を含む［ジェイ　ディー　ジャクソン（Ｊ．Ｄ．Ｊａｃｋｓｏｎ）、Ｃｌａｓｓｉｃａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ、第９章、第２版（ウィレイ−ニューヨーク（Ｗｉｌｅｙ−Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ））（１９７５年）；および「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｔｈｅｏｒｙ」、シー　ジェイ　ブーカンプ（Ｃ．Ｊ．Ｂｏｕｗｋａｍｐ）、Ｒｅｐｏｒｔｓ　ｏｎ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、１７、ｐｐ．３５−１００、編集　エー　シー　ストリックランド（Ａ．Ｃ．Ｓｔｒｉｃｋｌａｎｄ）、物理学会（Ｔｈｅ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ）（１９５４年）を参照］。磁気双極子に関連する近距離場の空間特性および電気双極子に関連する近距離場の空間特性に違いがあるため（導電要素２８の平面に位置を合わせた磁気双極子、および導電要素２８の平面に直交するように配向する電気双極子に関連する電場の特定成分の分布については図２ｂを参照のこと）、第２の実施形態によって測定された近距離場戻りプローブ・ビームの複素振幅は、第１の実施形態によって測定された近距離場戻りプローブ・ビームの複素振幅と異なる。結果として、第２の実施形態によって測定された近距離場戻りプローブ・ビームの複素振幅は、第１の実施形態によって測定された近距離場戻りプローブ・ビームの複素振幅によって表されるオブジェクト物質１１２の対応する画像と異なるオブジェクト物質１１２の３次元容量部の「画像」を表す。
【００８５】
第２の実施形態についての残りの説明は、第１の実施形態について述べた説明の対応する部分と同じである。
本発明のさらなる実施形態は、上述のシステムを透過方式で動作するように構成することを含む。当該実施形態は、図５に示されている。
【００８６】
図５に示される実施形態の多くの要素は、先の実施形態の要素と同様に機能を発揮し、図１に示される第１の実施形態の対応する要素と同じ要素番号で図５に示される。
【００８７】
ビーム２０は非偏光ビーム・スプリッタ１０２に入射され、その第１の部分は測定ビーム２２Ｔとして伝達される。次いで、測定ビーム２２Ｔが鏡９２で反射され、次いで鏡９０で反射された後に基板１１２Ｔのスポットに集束される。基板１１２Ｔは、ビーム２０の波長において透明な基板、ならびに第１の実施形態のアパチャ３０に対応する波長および／またはサブ波長アパチャのアレイを含む。スポットに集束された測定ビーム２２Ｔの一部は、近距離場プローブ・ビームのアレイとしてサブ波長アパチャ３０により伝達される。サブ波長アパチャ３０についての説明は、第１の実施形態のサブ波長アパチャ３０のアレイについて述べた説明の対応する部分と同じである。スポットの直径は、サブ波長アパチャ３０のアレイをスパンするのに十分な大きさである。
【００８８】
近距離場ビームのアレイによって検査するサンプル２５は、アミチ型レンズ２６Ｔのフラット面に配置される。近距離場プローブ・ビームのアレイは、第５の実施形態の装置による後続の処理に関して、第１の実施形態のビーム３４に対応する透過ビーム３４としてサンプル２５によって伝達される。
【００８９】
図５に示されるように、ビーム２０の第２の部分は、参照ビーム５０Ｔとして鏡１０２に反射される。参照ビーム５０Ｔは、鏡９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃによって反射された後に、参照ビーム５２としてレンズ６０のアパチャを介して伝達される。参照ビーム５２についての説明は、第１の実施形態のビーム５２について述べた説明の対応する部分と同じである。
【００９０】
さらに、追加の実施形態において、周囲アパチャ２０３０を介して誘導される放射線は、測定アパチャ３０についての波長と異なる波長であってもよい。
他の態様、利点および改造形態も請求項の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す略図である。
【図２ａ】第１の実施形態で使用されるアミチ型対物レンズ２６およびレンズ２４を備えたレンズ・アセンブリならびに第２の実施形態で使用されるアミチ型対物レンズ２６およびレンズ１２４を備えたレンズ・アセンブリを示す略図である。
【図２ｂ】輪郭作成（プロファイリング）／撮像対象のオブジェクト物質１１２に対する導電要素２８と、サブ波長アパチャ３０に位置する電気双極子および磁気双極子に関連する遠距離電場成分の角度分布関数とを示す略図である。
【図２ｃ】第１の実施形態で使用されるアミチ型対物レンズ２６Ｒおよびレンズ２４Ｒを備えた参照オブジェクト２０Ｒを示す略図である。
【図２ｄ】参照オブジェクト２０Ｒに使用される反射要素３０Ｒ，３２Ｒを備えた要素２８を示す略図である。
【図３】画像平面１１４と、画像平面１１４のそれぞれのピンホールにおけるサブ波長アパチャ３０およびサブ波長散乱サイト３２の画像に対する振幅分布関数を示す略図である。
【図４】要素２８の周囲にあるオブジェクト物質１１２に対する要素２８を示す略図である。
【図５】透過方式で動作する本発明の実施形態を示す略図である。
【図２ｂ】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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