(57)【要約】本発明は、１つまたは複数の位相遅延プレートを測定アームおよび／または参照アームに配置して、例えばプローブ・ビームをサンプルに結合するのに使用される近距離場アパチャから散乱されるビーム成分を含むバックグラウンド光源の干渉信号への寄与率を低下させる、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。該システムは、反射方式と透過方式のいずれでも動作する。
2004505314.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る測定ビーム光源アレイであって、測定ビームの一部をオブジェクトに放射するように各々が構成された複数の測定アパチャのアレイを有するマスクを含み、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、測定戻りビームを定めるようにアパチャを介して信号放射線を戻す方向に向ける、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は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；
光検出器に測定ビームと参照戻りビームを向けるように配置され、かつ参照素子のアレイと測定アパチャのアレイとの重なり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に重なって、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；
戻り測定ビームおよび戻り参照ビームに接触するように配置され、各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に少なくとも第１の次元に沿って非対称輪郭をもたせる少なくとも１つの位相マスクと；を備えたシステム。
【請求項２】
少なくとも１つの位相マスクは、第１の位相マスクおよび第２の位相マスクを備え、第１の位相マスクは戻り測定ビームに接触するが戻り参照ビームに接触しないように配置され、第２の位相マスクは、戻り参照ビームに接触するが戻り測定ビームに接触しないように配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
少なくとも１つの位相マスクは、戻り測定ビームと戻り参照ビームの両方に接触するように配置される第１の位相マスクを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
少なくとも１つの位相マスクは、戻り測定ビームと戻り参照ビームの横断輪郭を第１の次元に沿う複数の領域に分割し、それら複数の領域の半分に対してπ＋２πｎに等しい相対移相（ｎは整数）を与える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
位相マスクは、さらに、各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に、第１の次元に直交する第２の次元に沿って非対称輪郭をもたせる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
少なくとも１つの位相マスクは、第１の次元に沿う戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの横断輪郭を複数の領域に分割し、第１の次元に対応する複数の領域の半分に対してπ＋２πｎ１に等しい相対移相（ｎ１は整数）を与え、少なくとも１つの位相マスクは、第１の次元に直交する第２の次元に沿う戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの横断輪郭を複数の領域に分割し、第２の次元に対応する複数の領域の半分に対してπ＋２πｎ２に等しい相対移相（ｎ２は整数）を与える、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
戻り測定ビームおよび戻り参照ビームに接触するように配置され、各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に第１の次元に直交する第２の次元に沿って非対称輪郭をもたせる第２の少なくとも１つの位相マスクをさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
第１の位相マスクは、戻り測定ビームに対する撮像光学系の瞳面に配置され、第２の位相マスクは、戻り参照ビームに対する撮像光学系の瞳面に配置される、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
第１の位相マスクは、戻り測定ビームおよび戻り参照ビームに対する撮像光学系の瞳面に配置される、請求項３に記載のシステム。
【請求項１０】
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１１】
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、外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推定量を与える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１１に記載のシステム。
【請求項１３】
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１４】
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１５】
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、測定ビームの一部をオブジェクトに放射するように各々が構成された複数の光源アパチャのアレイを有するマスクを備えた測定ビーム光源アレイと；
複数の測定アパチャのアレイを有するマスクを含む測定ビーム検出器アレイであって、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、測定戻りビームを定めるように測定アパチャを介して得られた信号放射線を戻す方向に向ける、測定ビーム検出器アレイと；
参照ビームを受け取るように配置される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は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；
測定ビームおよび参照戻りビームを光検出器に向けるするように配置され、かつ参照素子のアレイと測定アパチャのアレイの重なり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；
戻り測定ビームおよび戻り参照ビームに接触するように配置され、各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に少なくとも第１の次元に沿って非対称輪郭をもたせる少なくとも第１の位相マスクと；を備えたシステム。
【請求項１６】
少なくとも１つの位相マスクは、第１の位相マスクおよび第２の位相マスクを含み、第１の位相マスクは戻り測定ビームに接触するが戻り参照ビームに接触しないように配置され、第２の位相マスクは戻り参照ビームに接触するが戻り測定ビームに接触しないように配置される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
少なくとも１つの位相マスクは、戻り測定ビームと戻り参照ビームの両方に接触するように配置される第１の位相マスクを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
少なくとも１つの位相マスクは、戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの横断輪郭を第１の次元に沿う複数の領域に分割し、それらの複数の領域の半分に対してπ＋２πｎに等しい相対移相（ｎは整数）を与える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
位相マスクは、さらに、各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に、第１の次元に直交する第２の次元に沿って非対称な輪郭をもたせる、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
少なくとも１つの位相マスクは、第１の次元に沿う戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの横断輪郭を複数の領域に分割し、第１の次元に対応する複数の領域の半分に対してπ＋２πｎ１に等しい相対移相（ｎ１は整数）を与え、少なくとも１つの位相マスクは、第１の次元に直交する第２の次元に沿う戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの横断輪郭をさらに複数の領域に分割し、第２の次元に対応する複数の領域の半分に対してπ＋２πｎ２に等しい相対移相（ｎ２は整数）を与える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
戻り測定ビームおよび戻り参照ビームに接触するように配置され、各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に第１の次元に直交する第２の次元に沿って非対称輪郭をもたせる位相マスク・パターンを有する、第２の少なくとも１つの位相マスクをさらに備えた、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２２】
第１の位相マスクは、戻り測定ビームに対する撮像光学系の瞳面に配置され、第２の位相マスクは、戻り参照ビームに対する撮像光学系の瞳面に配置される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２３】
第１の位相マスクは、戻り測定ビームおよび戻り参照ビームに対する撮像光学系の瞳面に配置される、請求１７に記載のシステム。
【請求項２４】
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１５に記載のシステム。
【請求項２５】
各参照素子は反射要素を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２６】
各参照素子は透過アパチャを含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２７】
オブジェクトを撮像するための干渉顕微鏡検査法であって、
入力ビームを測定ビームと参照ビームに分割する工程と；
測定ビームを測定アパチャのアレイに向けて、測定アパチャの各々を介して測定ビームの一部を結合させ、オブジェクトに放射させる工程と；
放射された測定ビームの部分に応答して、アパチャを介して測定戻りビームを定める信号放射線をオブジェクトから受け取る工程と；
参照ビームを複数の参照素子のアレイに向ける工程であって、参照ビームの一部を放射し、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ように各々の参照素子を構成する工程と；
測定ビームおよび参照戻りビームを光検出器上に撮像して、参照素子のアレイと測定アパチャのアレイの重なり複合画像を光検出器上に生成し、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工程と；
各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に少なくとも第１の次元に沿って非対称輪郭をもたせる位相パターンを、戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの各々に与える工程と；から成る方法。
【請求項２８】
オブジェクトを撮像するための干渉顕微鏡検査法であって、
入力ビームを測定ビームと参照ビームに分割する工程と；
測定ビームを光源アパチャのアレイに向けて、測定アパチャの各々を介して測定ビームの一部を結合させ、オブジェクトに放射させる工程と；
放射された測定ビームの部分に応答して、測定アパチャのアレイを介して測定戻りビームを定める信号放射線をオブジェクトから受け取る工程と；
参照ビームを参照素子のアレイに向ける工程であって、参照ビームの一部を放射し、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ように各々の参照素子を構成する工程と；
測定および参照戻りビームを光検出器上に撮像して、参照素子のアレイと測定アパチャのアレイの重なり複合画像を光検出器上に生成し、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工程と；
各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に少なくとも第１の次元に沿って非対称輪郭をもたせる位相パターンを、戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの各々に与える工程と；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「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検査（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））の優先権を主張するものである。
【０００２】
（背景）
近距離場および共焦点走査顕微鏡検査を含む走査顕微鏡検査技術には、走査プローブとしても知られる単一空間局在検出または励起要素が従来採用されている［「Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ　Ｏｐｔｉｃｓ：Ｔｈｅｏｒｙ，Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、エム　エー　ペスラおよびピー　ジェイ　モイヤ（Ｍ．Ａ．Ｐａｅｓｌｅｒ　ａｎｄ　Ｐ．Ｊ．Ｍｏｙｅｒ）（ウィリー−ニューヨーク（Ｗｉｌｅｙ−Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ））（１９９６年）；ならびに「Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｌａｓｅｒ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ」、シー　シェパード（Ｃ．Ｓｈｅｐｐａｒｄ）、ＢＩＯＳ（サイエンティフィック・オックスフォードおよびスプリンジャ−ニューヨーク）（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ−Ｏｘｆｏｒｄ　ａｎｄ　Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ）（１９９７年）］。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。共焦点走査プローブには、光波長のオーダの分解能を達成するための回折限界光学系が採用されている。走査プローブをラスタ・パターンで駆動させることによって立体拡大画像が得られる。
【０００３】
一般に、特定の近距離場顕微鏡検査システムにおけるバックグラウンドビームの影響は、体系的かつ統計的誤差の大きな原因である。
（発明の概要）
本発明は、１つまたは複数の位相遅延プレートを測定ビームおよび／または参照アームに配置して、例えばプローブ・ビームをサンプルに結合するのに使用する近距離場アパチャから散乱されるビーム成分を含むバックグラウンド光源の干渉信号への寄与率を低下させる、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。該システムは、反射モードでも透過モードで動作することができる。さらに、サンプルのプロファイルを検査し、サンプルからの光学データを読み取り、かつ／または光学データをサンプルに書き込むために、アパチャを使用した顕微鏡検査システムを設計することができる。
【０００４】
本発明の１態様は、概して、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、（ｉ）入力ビームを測定ビームと参照ビームとに分割するように配置されたビーム・スプリッタと、（ｉｉ）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、測定ビームの一部をオブジェクトに放射するために各々が構成された複数の測定アパチャのアレイを有するマスクを含み、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、測定戻りビームを定めるようにアパチャを介して信号放射線を戻す方向に向ける、測定ビーム光源アレイと、（ｉｉｉ）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ため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は参照戻りビームを定める、参照ビーム光源アレイと、（ｉｖ）マルチ素子光検出器と、（ｖ）光検出器に測定ビームと参照戻りビームを向けるように配置され、かつ参照素子のアレイと測定アパチャのアレイの重なり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、（ｖｉ）戻り測定ビームおよび戻り参照ビームに接触するように配置され、各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に少なくとも第１の次元に沿って非対称な輪郭をもたせる少なくとも１つの位相マスクと、を備える。
【０００５】
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。
少なくとも１つの位相マスクは第１の位相マスクおよび第２の位相マスクを含むことができ、第１の位相マスクは戻り測定ビームに接触するが戻り参照ビームに接触しないように配置され、第２の位相マスクは戻り参照マスクに接触するが戻り測定マスクに接触しないように配置される。例えば、第１の位相マスクを戻り測定ビームに対する撮像光学系の瞳面に配置し、第２の位相マスクを戻り参照ビームに対する撮像光学系の瞳面に配置することができる。
【０００６】
あるいは、少なくとも１つの位相マスクは、戻り測定ビームと戻り参照ビームの両方に接触するように配置される第１の位相マスクを含んでもよい。例えば、第１の位相マスクは、戻り測定ビームと戻り参照ビームの両方に対する撮像光学系の瞳面に配置される。
【０００７】
少なくとも１つの位相マスクは、戻り測定ビームと戻り参照ビームの横断輪郭を第１の次元に沿う複数の領域に分割することができ、それら複数の領域の半分に対してπ＋２πｎ（ｎは整数）に等しい相対移相を与える。
【０００８】
位相マスクは、さらに、各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に第１の次元に直交する第２の次元に沿って非対称な輪郭をもたせることができる。例えば、少なくとも１つの位相マスクは、第１の次元に沿う戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの横断輪郭を複数の領域に分割し、第１の次元に対応する複数の領域の半分に対してπ＋２πｎ１（ｎ１は整数）に等しい相対移相を与えることができ、少なくとも１つの位相マスクは、第１の次元に直交する第２の次元に沿う戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの横断輪郭をさらに複数の領域に分割し、第２の次元に対応する複数の領域の半分に対してπ＋２πｎ２（ｎ２は整数）に等しい相対移相を与える。
【０００９】
該システムは、戻り測定ビームおよび戻り参照ビームに接触するように配置され、各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に第１の次元に直交する第２の次元に沿って非対称輪郭をもたせる第２の少なくとも１つの位相マスクをさらに含むことができる。
【００１０】
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・アレイをさらに含むことができ、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。
【００１１】
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方向（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、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該部分をさらに含む。そのような場合は、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さらに構成され、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推定量を与える光干渉信号を生成する。
【００１２】
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。
【００１３】
各参照素子は、反射要素を含んでもよい。
各参照素子は、透過アパチャを含んでもよい。
概して、本発明の別の態様は、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、（ｉ）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、（ｉｉ）複数の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、測定ビームの一部をオブジェクトに放射するように各々が構成された複数の光源アパチャのアレイを有するマスクを含む、測定ビーム光源アレイと、（ｉｉｉ）複数の測定アパチャのアレイを有するマスクを含む測定ビーム検出器アレイであって、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、測定戻りビームを定めるように測定アパチャを介して得られた信号放射線を戻す方向に向ける、測定ビーム検出器アレイと、（ｉｖ）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は参照戻りビームを定める、参照ビーム光源アレイと、（ｖ）マルチ素子光検出器と、（ｖｉ）測定ビームおよび参照戻りビームを光検出器に向けるように配置され、かつ参照素子のアレイと測定アパチャのアレイの重なり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、（ｖｉｉ）戻り測定ビームおよび戻り参照ビームに接触するように配置され、各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に少なくとも第１の次元に沿って非対称な輪郭をもたせる少なくとも１つの位相マスクと、を備える。
【００１４】
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。
少なくとも１つの位相マスクは第１の位相マスクおよび第２の位相マスクを含むことができ、第１の位相マスクは戻り測定ビームに接触するが参照ビームに接触しないように配置され、第２の位相マスクは戻り参照マスクに接触するが戻り測定マスクに接触しないように配置される。例えば、第１の位相マスクを戻り測定ビームに対する撮像光学系の瞳面に配置し、第２の位相マスクを戻り参照ビームに対する撮像光学系の瞳面に配置することができる。
【００１５】
あるいは、少なくとも１つの位相マスクは、戻り測定ビームと戻り参照ビームの両方に接触するように配置される第１の位相マスクを含んでもよい。例えば、第１の位相マスクは、戻り測定ビームと戻り参照ビームの両方に対する撮像光学系の瞳面に配置される。
【００１６】
少なくとも１つの位相マスクは、戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの横断輪郭を第１の次元に沿う複数の領域に分割することができ、それら複数の領域の半分に対してπ＋２πｎ（ｎは整数）に等しい相対移相を与える。
【００１７】
位相マスクは、さらに、各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に第１の次元に直交する第２の次元に沿って非対称な輪郭をもたせることができる。例えば、少なくとも１つの位相マスクは、第１の次元に沿う戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの横断輪郭を複数の領域に分割し、第１の次元に対応する複数の領域の半分に対してπ＋２πｎ１（ｎ１は整数）に等しい相対移相を与えることができ、少なくとも１つの位相マスクは、第１の次元に直交する第２の次元に沿う戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの横断輪郭をさらに複数の領域に分割し、第２の次元に対応する複数の領域の半分に対してπ＋２πｎ２（ｎ２は整数）に等しい相対移相を与える。
【００１８】
該システムは、戻り測定ビームおよび戻り参照ビームに接触するように配置され、各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に第１の次元に直交する第２の次元に沿って非対称輪郭をもたせる第２の少なくとも１つの位相マスクをさらに含むことができる。
【００１９】
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・アレイをさらに含むことができ、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。
【００２０】
各参照素子は反射要素を含んでもい。
各参照素子は透過アパチャを含んでもよい。
概して、本発明の他の態様は、オブジェクトを撮像するための干渉顕微鏡検査法であって、（ｉ）入力ビームを測定ビームと参照ビームに分割する工程と、（ｉｉ）測定ビームを複数の測定アパチャのアレイに向けて、測定アパチャの各々を介して測定ビームの一部を結合させ、オブジェクトに放射させる工程と、（ｉｉｉ）放射された測定ビームの部分に応答して、アパチャを介してオブジェクトから測定戻りビームを定める信号放射線を受け取る工程と、（ｉｖ）参照ビームを複数の参照素子のアレイに向ける工程であって、参照ビームの一部を放射し、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ように各々の参照素子を構成する工程と、（ｖ）測定ビームおよび参照戻りビームを光検出器上に撮像して、参照素子のアレイと測定アパチャのアレイの重なり複合画像を光検出器上に生成し、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工程と、（ｖｉ）各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に少なくとも第１の次元に沿って非対称な輪郭をもたせる位相パターンを、戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの各々に与える工程と、から成る方法を特徴とする。
【００２１】
概して、本発明の他の態様は、オブジェクトを撮像するための干渉顕微鏡検査法であって、（ｉ）入力ビームを測定ビームと参照ビームに分割する工程と、（ｉｉ）測定ビームを複数の光源アパチャのアレイに向けて、測定アパチャの各々を介して測定ビームを結合させ、オブジェクトに放射させる工程と、（ｉｉｉ）放射された測定ビームの部分に応答して、測定アパチャのアレイを介してオブジェクトから測定戻りビームを定める信号放射線を受け取る工程と、（ｉｖ）参照ビームを複数の参照素子のアレイに向ける工程であって、参照ビームの一部を放射し、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ように各々の参照素子を構成する工程と、（ｖ）測定ビームおよび参照戻りビームを光検出器上に撮像して、参照素子のアレイと測定アパチャのアレイの重なり複合画像を光検出器上に生成し、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工程と、（ｖｉ）各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に少なくとも第１の次元に沿って非対称な輪郭をもたせる位相パターンを、戻り測定ビームおよび戻り参照ビームの各々に与える工程と、から成る方法を特徴とする。
【００２２】
上記方法のいずれの実施形態も、顕微鏡検査システムについて上述した特徴のいずれかに対応する特徴をさらに含むことができる。
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日に出願された同名称の対応する通常特許出願番号第０９／９１７，４０２号；「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番号第６０／２２１，２８７号（ヘンリー　エー　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ））、および２００１年７月２７日に出願された同名称の対応する通常特許出願番号第第０９／９１７，４０１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。
【００２３】
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、焦点外画像点からの光の統計的誤差の影響を好適に低減または排除する断層複素振幅撮像技術である。
別の利点は、焦点外光画像の体系的誤差の影響を著しく低減するか、または排除する断層複素振幅撮像のための改良された技術である。
【００２４】
別の利点は、複数の画像点においてオブジェクトを実質的に同時に撮像することを可能にする断層複素振幅撮像技術である。
別の利点は、干渉システムで達成可能な画像の信号対雑音比を得るための手段を用いた好適な断層複素振幅撮像技術である。
【００２５】
別の利点は、非線形微分方程式を解く計算上の困難さを回避する断層複素振幅撮像システムおよび技術である。
別の利点は、近距離場ビームの干渉に基づく干渉プロファイラである。
別の利点は、近距離場ビームの干渉共焦点顕微鏡検査に基づく干渉プロファイラである。
【００２６】
別の利点は、パルス入力光ビームによって連続的走査モードで動作する走査干渉近距離場共焦点顕微鏡である。
別の利点は、オブジェクト物質による散乱／反射近距離場ビームの実測複素振幅に対する信号対雑音比が改善された走査干渉近距離場共焦点顕微鏡である。
【００２７】
別の利点は、輪郭作成（プロファイリング）および／または撮像対象オブジェクトの特性に対するより単純な逆変換型の計算である。
別の利点としては、輪郭作成／撮像対象オブジェクトの所定の容量部における近距離場プローブ・ビームの成分の伝播方向が、容量部からの反射／散乱近距離場プローブ・ビームの所定の実測振幅および位相について実質的に同一で、容量部の寸法は、近距離場プローブ・ビームの光源の寸法よりはるかに小さい。
【００２８】
別の利点としては、輪郭作成／撮像対象オブジェクトによる反射／散乱近距離場プローブ・ビームの振幅および位相が、実質的に低位の電気および磁気多極子近距離場光源について測定され、支配的な多極子光源は、電気双極子、および磁気双極子の２つの異なる直交方向を含む３つの異なる近距離場プローブ・ビーム光源である。
【００２９】
別の利点としては、近距離場プローブ・ビームを生成するビームの先行ビームの散乱および／または反射によって生成されるバックグラウンドビームと、輪郭作成／撮像対象オブジェクトによる近距離プローブ・ビームの反射／散乱部との間の干渉項の効果が補償される。
【００３０】
別の利点としては、近距離場プローブ・ビームを生成するビームの先行ビームの散乱および／または反射によって生成されるバックグラウンドビームと参照ビームとの間の干渉項の効果が補償される。
【００３１】
別の利点としては、輪郭作成／撮像対象オブジェクトによる反射／散乱近距離場プローブ・ビームの実測振幅および位相における統計的誤差が、反射／散乱近距離場プローブ・ビームのポアソン統計に基づく統計的誤差と実質的に同じである。すなわちバックグラウンド信号の存在により著しく劣化しない。
【００３２】
別の利点としては、実質的に電気双極子、および磁気双極子の２つの異なる直交方向を含む異なる近距離場プローブ・ビーム光源によって生成される近距離場プローブ・ビームについての反射／散乱近距離場プロ−ブ・ビームの振幅および位相の波長依存性が測定される。
【００３３】
別の利点としては、実質的に電気双極子、および磁気双極子の２つの異なる直交方向を含む異なる近距離場プローブ・ビーム光源によって生成される近距離場プローブ・ビームについての反射／散乱近距離場プロ−ブ・ビームの振幅および位相のラジアル依存性が測定される。
【００３４】
別の利点としては、実質的に電気双極子、および磁気双極子の２つの異なる直交方向を含む異なる近距離場プローブ・ビーム光源によって生成される近距離場プローブ・ビームについての反射／散乱近距離場プロ−ブ・ビームの振幅および位相の角度依存性が測定される。
【００３５】
別の利点としては、本発明の分解能は、輪郭作成／撮像対象オブジェクトからの空間的にフィルタリングされた反射／散乱近距離場プローブ・ビームを検出器のピクセルに撮像する光学システムの光分解能にわずかしか依存せず、空間的フィルタリングは、波長および／またはサブ波長アパチャのアレイによって実現される。
【００３６】
別の利点としては、近距離場プローブ・ビームの光源をパルス光源とすることができる。
別の利点としては、輪郭作成／撮像対象オブジェクトの走査を「ステップアンドリピート」方式または連続走査方式で実施することができる。
【００３７】
別の利点としては、空間的にフィルタリングされた反射／散乱近距離場プローブ・ビームと参照ビームとの間の実測干渉項が、輪郭作成／撮像対象オブジェクト上の位置の１次元または２次元アレイについて実質的に同時に得られる。
【００３８】
別の利点としては、オブジェクト内またはオブジェクト上の点におけるオブジェクトの所与の磁化状態に起因する輪郭作成／撮像対象オブジェクトによる反射／散乱近距離場プローブ・ビームの偏光面における回転が測定される。
【００３９】
別の利点としては、実測強度値の１次元または２次元アレイにおける各点についての強度の実測値における統計的誤差は、単一のピンホール干渉共焦点近距離場顕微鏡についての実測強度値において取得された統計的誤差と同じである。
【００４０】
別の利点としては、例えばオブジェクト内またはオブジェクト上の点におけるオブジェクトの磁化状態または磁化状態の変化に起因する輪郭作成／撮像対象オブジェクトによる反射／散乱近距離場プローブ・ビームの偏光の状態における回転が測定される。
【００４１】
別の利点としては、本発明を使用して、磁気光学物質の如き光学データ記憶媒体への書き込みができる。
別の利点としては、本発明は、オブジェクトに接触することなく輪郭作成／撮像対象オブジェクトの表面付近の表面および表面付近の内層のプロファイルすなわち輪郭を定める。
【００４２】
別の利点としては、近距離場プローブ・ビームの光源の波長を紫外線、可視光線または赤外線の波長とすることができる。例えば、光源は２つ以上の異なる波長を含んでもよい。
【００４３】
別の利点としては、光学的ヘテロダインまたはホモダイン技術を用いて、輪郭作成／撮像対象オブジェクトから、参照ビームと反射／散乱近距離場プローブ・ビームの間の干渉項の振幅および位相を測定することができる。
【００４４】
別の利点としては、本発明の有効空間分解能は、異なる種類の近距離場プローブ・ビーム光源、すなわち実質的に電気双極子、および磁気双極子の２つの異なる方向に対する反射／散乱近距離場プローブ・ビームの実測振幅および位相から得られる情報の組合せにより、非干渉近距離場顕微鏡検査で得られる分解能よりも改良できる。
【００４５】
別の利点としては、輪郭作成／撮像対象オブジェクトについての屈折率の複素値を、反射／散乱オブジェクトによって生成される反射／散乱近距離場プローブ・ビームの測定された振幅および位相のアレイから求めることができ、アレイの次元には、空間の１つおよび２つの次元に対応する１つまたは２つの次元、近距離場プローブ・ビームの光源とオブジェクトの空間的分離に対する次元、近距離場プローブ・ビーム光源の成分の各々の波長に対する次元、ならびに近距離場プローブ・ビームの光源の多極子キャラクタリゼーションに対する次元が含まれる。
【００４６】
別の利点としては、光学データ記憶媒体上かつ／または光学データ記憶媒体内に記憶される多層の光学データを実質的に同時に読み取ることができる。
別の利点としては、近距離場プローブ・ビームの光源を、サブ波長厚導電層におけるサブ波長アパチャとすることができる。
【００４７】
別の利点としては、近距離場プローブ・ビームの光源は、波長およびサブ波長フレネルのゾーン・プレートを含むことができる。
別の利点としては、マイクロレンズを近距離場プローブ・ビームの光源に加えて、輪郭作成／撮像対象オブジェクトにおける近距離場プローブ・ビームの特性を変えることができる。
【００４８】
別の利点としては、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またはサブ波長アパチャのアレイに回折格子を加えて、反射／散乱または透過近距離場プローブ・ビームの特性を変えることができる。
【００４９】
別の利点としては、空間的にフィルタリングされた反射／散乱近距離場プローブ・ビームを輪郭作成／撮像対象オブジェクトから検出器のピクセル上に撮像する光学システムは、ピンホール共焦点顕微鏡の深さ分解能を有する。
【００５０】
別の利点としては、マイクロレンズを近距離場プローブ・ビームの光源に加えて、輪郭作成／撮像対象オブジェクトにおける近距離場プローブ・ビームの特性を変えることができる。
【００５１】
別の利点としては、回折格子を近距離場プローブ・ビームの光源に加えて、輪郭作成／撮像対象オブジェクトにおける近距離場プローブ・ビームの特性を変えることができる。
【００５２】
別の利点としては、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回折格子を加えて、反射／散乱または透過近距離場プローブ・ビームの特性を変えることができる。
【００５３】
別の利点としては、輪郭作成／撮像対象オブジェクト内またはオブジェクト上のサイトの温度変化をそのサイトにおけるオブジェクトの屈折率の複素値の変化として検出することができる。
【００５４】
別の利点としては、輪郭作成／撮像対象オブジェクトからの反射／散乱近距離場プローブ・ビームの角度分布を測定して、反射／散乱近距離場プローブ・ビームの多極子特性についての情報が得られる。
【００５５】
別の利点としては、撮像または輪郭作成対象オブジェクト内またはオブジェクト上の波長またはサブ波長サイズの構造体からの反射／散乱近距離場プローブ・ビームの角度分布が測定される。
【００５６】
別の利点としては、装置において既に著しく縮小されている焦点外画像に対する補正を行う場合に、該装置で所定レベルの補正を達成するのに必要とされるコンピュータ処理は、従来技術の走査単一ピンホールおよび走査スリット共焦点ならびに走査単一ピンホールおよび走査スリット共焦点干渉顕微鏡検査において必要とされるコンピュータ処理に比べて著しく削減される。
【００５７】
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）
本発明の実施形態は、バックグラウンドビームの影響が減少され、かつ対応する統計的誤差が減少された、反射または透過方式で動作する走査干渉近距離場共焦点顕微鏡から成る。この実施形態は、近距離場顕微鏡検査に使用される光ビームの自由空間光波長より小さいアパチャを採用する、１つまたは複数の波長およびサブ波長アパチャ、例えば複数の波長およびサブ波長アパチャのアレイを介して光ビームを伝達することをさらに含む。そのようなサブ波長アパチャを、以後サブ波長アパチャと称する。
【００５８】
本発明の実施形態は、線領域または平面領域における波長またはサブ波長散乱サイトまたはアパチャによる反射および／または散乱光の複素振幅を、検査対象の波長またはサブ波長散乱サイトまたはアパチャの前方および側方の構造体の重複焦点外画像によって生成されるバックグラウンド光の複素振幅から分離することが可能である。検査対象の波長またはサブ波長散乱サイトまたはアパチャを線領域または２次元領域に位置づける。先述の断層技術は、線領域または平面領域の所望の複素振幅信号を、様々な機構によって生成される「バックグラウンド」複素振幅信号から分離することが可能である。該バックグラウンド複素振幅信号は、（１）撮像対象線領域または２次元領域以外の干渉近距離場共焦点顕微鏡の装置の領域の焦点外画像、（２）所望の振幅信号の散乱、（３）撮像対象線領域または２次元領域以外の源を起源とする信号の散乱、および／または（４）熱放射でありうる。散乱サイトおよび熱放射源は、検査対象の線領域または２次元領域の前方および側方の空間に配置することができる。
【００５９】
バックグラウンドビームの分離技術は、焦点外画像に対する２つの異なる識別レベルのいずれかによって実施される。第１のレベル（レベル１）では、それぞれの撮像サブシステムの瞳において、位相変化の１次元パターンをそれぞれ導入することによって、本発明の装置の撮像サブシステムのインパルス応答機能を２つの直交平面のいずれかで操作する。第２のレベル（レベル２）では、それぞれの撮像サブシステムの瞳において、位相変化の２次元パターンを導入することによって、本発明の装置の撮像小領域インパルス応答機能を２つの直交平面の両方で操作する。レベル２の識別は、体系的かつ統計的誤差の両方に関して、レベル１の識別よりも、焦点外画像と焦点内画像の識別が効果的になされる。レベル１およびレベル２の識別は、記載されている実施形態のいずれに対しても実施することができる。
【００６０】
以下の説明では、レベル１の識別により実施形態を説明する。以下の実施形態から直接続く本発明のさらなる実施形態は、レベル２の識別を含んでもよい。レベル１の識別は、撮像サブシステムのインパルス応答機能を操作する直交平面の特定の方向に基づくものである。撮像サブシステムのインパルス応答機能を操作する直交平面の方向の選択は、本発明の装置において達成される統計誤差に対するバックグラウンドビームの効果の低減の度合いに影響する。
【００６１】
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。
【００６２】
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。ここで用いられる光学的キャビティは、走査およびステップアンドリピート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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、素子２８における少なくとも１つのサブ波長アパチャおよび少なくとも１つのサブ波長散乱サイトのアレイを包括する素子２８のビーム直径に集束される。図２ｂに拡大略図で示されている素子２８は、アミチ型対物レンズ２６の表面の導電層である。
【００６７】
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。サブ波長散乱サイト３２は、好ましくは複素屈折率が素子２８の導電物質の複素屈折率と異なる非透過導電要素である。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複素屈折率に差がつけられている。要素３０および３２の直径をａとし、ａ＜λ、好ましくはａ＜＜λとする（ただし、λは測定ビーム２２の波長である）。要素３０および３２の分離度をｂとし、ｂ＞ａ、好ましくはｂ＞＞ａとする。素子２８の導電物質の厚さは約２０ｎｍであり、サブ波長３０を含まない素子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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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と導電要素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４ａにおいて光線３４Ａ，３４Ｂとして示される戻りビーム３４であって、光線３４Ａ，３４Ｂ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１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。
【００７５】
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。
【００７６】
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５４Ａと５４Ｂとして示され、光線５４Ａと５４Ｂ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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
戻りビーム３６の一部は、半波長位相遅延プレート４４によって伝達され（図１参照）、ビーム・スプリッタ１００に入射し、その一部が移相ビーム３８Ａの戻りビーム成分として反射される。移相ビーム３８Ａは、光線３８Ａと対応する光学軸との間に光線を含む。戻りビーム３６の第２の部分をビーム・スプリッタ１００に入射し、その一部が非移相ビーム３８Ｂの戻りビーム成分として反射される。非移相ビーム３８Ｂは、光線３８Ｂと対応する光学軸との間に光線を含む。
【００８０】
反射参照ビーム５６の一部は、半波長位相遅延プレート４４Ｒによって伝達され（図１参照）、ビーム・スプリッタ１００に入射し、その一部が移相ビーム３８Ａの反射参照ビーム成分として伝達される。戻りビーム３６の第２の部分は、ビーム・スプリッタ１００に入射し、その一部が非移相ビーム３８Ｂの反射参照ビーム成分として伝達される。移相ビーム３８Ａと非移相ビーム３８Ｂを偏光器６８による偏光に関して混合し、次いでレンズ６２に入射させ、混合された移相ビーム４０Ａおよびビーム非移相ビーム４０Ｂとして集束させる。移相ビーム４０Ａは、光線４０Ａと対応する光学軸との間に光線を含み、非移相ビーム４０Ｂは、光線４０Ｂと対応する光学軸との間に光線を含む。混合されたビーム４０Ａおよび４０Ｂ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点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に集束される。
【００８１】
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。波長またはサブ波長アパチャ３０および波長またはサブ波長散乱サイト３２の回折限界画像で、移相および非移相ビーム４０Ａ，４０Ｂの複合成分に対応する回折限界画像の典型的な振幅関数を図３に示す。また図３には、波長またはサブ波長アパチャ３０Ｒおよび波長またはサブ波長散乱サイト３２Ｒの回折限界画像で、移相および非移相ビーム４０Ａ，４０Ｂの複合成分に対応する回折限界画像の振幅関数も示されている。
【００８２】
混合ビーム４０Ａ，４０Ｂ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。
【００８３】
信号値のアレイ［Ｓｎ］は以下の式で近似することができる。
【００８４】
【数１】
2004505314.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。
【００８５】
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。波長またはサブ波長アパチャ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。
【００８６】
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。
【００８７】
【数２】
2004505314.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。
【００８８】
図１ａ、４ａおよび４ｂ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。
【００８９】
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。
【００９０】
次に、信号値差の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。
【００９１】
波長またはサブ波長アパチャ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。
【００９２】
実測強度値における波長またはサブ波長アパチャ３０および波長または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隔離に対する比較的高い効率性は、一部には図３に示される振幅関数の特性に起因し、部分的にパラメータｃおよびｄによって制御される。移相ビーム４０Ａおよび非移相ビーム４０Ｂの戻りビーム成分の合成振幅関数は、対応するアパチャのセンタ・ラインに対する逆対称関数である。移相ビーム４０Ａおよび非移相ビーム４０Ｂの反射参照ビーム成分の合成振幅関数は、対応するアパチャのセンタ・ラインを中心とした逆対称関数である。したがって、移相ビーム４０Ａおよび非移相ビーム４０Ｂの戻りビーム成分の合成振幅関数と移相ビーム４０Ａおよび非移相ビーム４０Ｂの反射参照ビーム成分の合成振幅関数との間の干渉交差項は、対応するアパチャのセンタ・ラインを中心とした対称関数である。対応するアパチャに対する対称関数の積分値は非ゼロで、効率良く検出される干渉交差項である。
【００９３】
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波長またはサブ波長アパチャ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。
【００９４】
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、容量または「キャップ」ゲージ、波長領域反射光測定を含む精密距離測定干渉［例えば、その内容を本願に引用して援用する出願番号第０９／０８９，１０５号で、「波数領域反射計とバックグラウンド振幅の減衰と補償を用いた共焦点干渉顕微鏡検査のための方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ　Ａｎｄ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　Ｆｏｒ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　Ｕｓｉｎｇ　Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ　Ａｎｄ　Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　Ａｎｄ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）」という発明の名称の同一出願人の米国特許出願（ヘンリー　エー　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ））を参照］、および走査干渉近距離場顕微鏡検査［例えば、既に記載した「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米国特許出願（ヘンリー　エー　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ））を参照］の如き当該技術分野において知られている技術によって行うことができる。
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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に半波長位相遅延プレート４４，４４Ｒの効果から、第３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。
【００９８】
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。半波長位相遅延プレート４４および４４Ｒの効果により、バックグラウンドビームの体系的効果および統計的効果がさらに低減される。しかし、共焦点光学撮像／検出システム、ならびに半波長位相遅延プレート４４および４４Ｒの効果は、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。
【００９９】
半波長位相遅延プレート４４および４４Ｒの効果により、バックグラウンドビームの体系的効果および統計的効果がさらに低減される。反射参照ビームとバックグラウンドビームの成分との間の干渉交差項のさらなる低下は、一部に、画像平面への距離が大きくなるに従ってビームの振幅が小さくなることに起因する。この特性は、従来技術の共焦点干渉顕微鏡検査におけるバックグラウンドの縮小の基礎となる。しかし、本発明の装置では、従来技術の共焦点干渉顕微鏡検査の場合に比べて、焦点外散乱ビームと移相ビーム４０Ａおよび非移相ビーム４０Ｂの合成反射参照ビーム成分との間の干渉交差項の絶対値の低下の度合いが大きくなる。
【０１００】
先のパラグラフで述べた大規模な低下は、移相器４４および４４Ｒの存在によって実現される。移相ビーム４０Ａおよび非移相ビーム４０Ｂの複素焦点内合成反射参照ビーム成分に干渉する焦点外散乱ビームの部分は、一般には、移相ビーム４０Ａおよび非移相ビーム４０Ｂの焦点内合成反射参照ビーム成分の間隔においてわずかな変化しか示さない。したがって、焦点外散乱ビームと、移相ビーム４０Ａおよび非移相ビーム４０Ｂの焦点内合成反射参照ビーム成分との間の干渉交差項の空間分布は、主にアパチャ・アレイ１１４における対応するアパチャのセンタ・ラインを中心とした逆対称分布から構成される。対応するアパチャのセンタ・ラインを中心とした間隔を中心とする逆対称分布の積分値はゼロである。したがって、焦点外散乱ビームと、移相成分および非移相成分を含む反射参照ビームの複素振幅の間の干渉交差項の正味の寄与率は、従来技術の共焦点干渉顕微鏡検査において達成されるレベルを超えて著しく低下する。
【０１０１】
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つの直交方向の組み合せ、かつオブジェクト物質１１２の近接面と素子２８の分離におけるオブジェクト物質１１２の走査が、第１の実施形態では「ステップアンドリピート」方式として実施される。
【０１０２】
本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、１９９８年６月２日に公布され、「バックグラウンド振幅が減衰および補償された共焦点干渉顕微鏡検査のための方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ　Ａｎｄ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　Ｆｏｒ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　Ｗｉｔｈ　Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　Ａｎｄ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）」という発明の名称の同一出願人の米国特許出願第５，７６０，９０１号（ヘンリー　エー　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．Ｈｉｌｌ））に記載されているような共焦点顕微鏡検査システムにおけるバックグラウンドビームの効果を低減するための他の形態の技術を図１の装置に導入することができる。該米国特許の内容を本願に引用して援用する。
【０１０３】
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４に示されている。
図４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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
図４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。
【０１０７】
追加的な実施形態では、位相マスクの使用により、位相遅延プレートの機能をより広く付与することができ、それぞれのビームの一部またはすべてに普及させることができる。当該位相マスクは、入射ビームの選択横断領域に同一または異なる移相を付与することができる。例えば、各参照素子および各測定アパチャに対する複合画像に少なくとも第１の次元に沿って非対称輪郭をもたせるために、戻り参照および測定ビームにおける位相マスクは、それぞれのビームの半分にｐｉ移相を付与することができる。これは、例えばｐｉ移相でビームを２分することによって、または例えば瞳面にその横断領域の半分を含むそれぞれのビームの異なる領域にｐｉ移相を付与することによって遂行されうる。後者の場合についてのそのような例の１つとしては、ｐｉ移相の周期的な交互パターンが挙げられる。当該変動パターンは、複数の横断寸法に沿ってさらに伸びることができる。さらに、いくつかの実施形態では、位相マスクは、一連の個別的な位相マスクによって形成される複合位相マスクでありうる。
【０１０８】
さらに、追加的な実施形態では、戻り測定および参照ビームの各々に個々の位相マスクを配置するのではなく、戻り測定および参照ビームが混合ビームとして組み合わされた撮像システムの瞳面に１つの位相マスクを配置することができる。
【０１０９】
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）／撮像対象オブジェクト物質１１２に対する導電素子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を備えた素子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】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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2004505314.tif 000050
【国際調査報告】
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2004505314.tif 000052
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