(57)【要約】測定ビームに応じてオブジェクトから放出された放射線を受容すべく配置された開孔対のアレイを有する測定ビーム・マスクアレイであって開孔対のアレイから出る放射線は測定用戻りビームを形成する、測定ビーム・マスクアレイと；参照ビームを受容すべく配置された参照ビーム源アレイであって、該参照ビーム源アレイは参照ビームの一部を放射すべく各々が構成された要素のアレイを備え、放射された参照ビーム部分は参照戻りビームを形成する、参照ビーム源アレイと；測定用戻りビームおよび参照戻りビームを光検出器へと導向すべく配置された撮像用光学機器であって、参照要素のアレイおよび開孔対のアレイの重畳複合像を生成すべく構成された撮像用光学機器と、を含み；各開孔対に対する複合像は、対応する参照要素の複合像と重畳し；撮像用光学機器は、複合像平面内に配置されたピンホールアレイであって各々が対応開孔対像と整列されたピンホールのアレイを有するピンホールアレイを含み；かつ、測定ビームおよび参照ビームは共通の供給源から導出される；オブジェクトを撮像する干渉光学顕微鏡システム。
2004505313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクトを撮像する差分顕微鏡検査システムであって、
各開孔対が共通の間隔を有する開孔対のアレイを備え、動作中、オブジェクトから放出された放射線を受容すべく前記オブジェクトの近傍に配置されるマスクと；
前記開孔対のアレイから出る放射線を撮像することで、前記放出放射線の第１複合像と、前記開孔対間隔および当該撮像システムの倍率に対応する量だけ前記第１複合像に対して横方向変位された前記放出放射線の重畳第２複合像とを生成すべく構成された撮像システムと；を備え、
前記第１および第２複合像の重ね合わせは、開孔対の個々に対して各々が対応する一群の開孔対像を形成し；かつ、
前記重ね合わせは、各対応開孔対から出る放射線の選択成分が各開孔像に対して有する寄与を抑制する；
システム。
【請求項２】
前記選択成分は各対応開孔対から出る放射線の反対称成分である、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記撮像システムは更に、前記第１および第２複合像間に選択位相シフトを与えるべく構成され、前記選択成分は前記選択位相シフトに対応する、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記選択成分は各対応開孔対から出る放射線の対称成分であり、前記選択位相シフトはπ（モジュロ２π）である、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記選択成分は各対応開孔対から出る放射線の対称成分と反対称成分の重ね合わせである、請求項３記載のシステム。
【請求項６】
前記撮像システムは、複数群の開孔対を通って出る放射線を分離し、かつ前記第１および第２複合像を生成する部分へと再結合する干渉計を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記撮像システムは顕微鏡を形成する２個の視準レンズを更に備え、前記干渉計は前記顕微鏡内に配置される、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記干渉計は、前記第１および第２複合像を生成する部分を前記顕微鏡内で再結合すべくかつ再結合された部分間に伝搬方向の差を導入すべく構成され、伝搬方向の差は前記第１および第２複合像間の横方向変位を生成する、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記干渉計は更に、再結合された部分間に相対位相シフトを導入すべく構成され、選択成分は対称成分と反対称成分の重ね合わせであって前記相対位相シフトに基づく重ね合わせである、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記撮像システムは、撮像システムの瞳面に配置されたプリズムを備え、該プリズムは、撮像化放射線の第１部分には接触しかつ前記撮像化放射線の第２部分には接触しないように配置され、該プリズムは第１部分と第２部分間に伝搬の差を導入することで、横方向変位された第１および第２複合像を生成する、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記撮像システムは顕微鏡を形成する２つの視準レンズを備え、前記瞳面は前記顕微鏡内に配置される、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記プリズムは更に、第１部分と第２部分間に相対位相シフトを導入すべく構成され、選択成分は対称成分と反対称成分の重ね合わせであって前記相対位相シフトに基づく重ね合わせである、請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
前記撮像システムは、複合像平面内に配置され、かつ各々が対応開孔対像と整列されたピンホールのアレイを有するピンホールアレイを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
ピンホールアレイにおける各ピンホールは、各対応開孔対像の中央部分のみを通過させるサイズとされる、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
オブジェクトを撮像する差分顕微鏡検査システムであって、
開孔対のアレイを備え、動作中、オブジェクトから放出された放射線を受容すべく前記オブジェクトの近傍に配置されるマスクと；
複数群の開孔対から出る放射線を撮像し、各々が開孔対の個々に対応する開孔対像のアレイを含む該放出放射線の複合像を生成すべく構成された撮像システムと；を備え、
前記撮像システムは、複合像平面内に配置され、かつ各々が対応開孔対像と整列された複数のピンホールのアレイを有するピンホールアレイを含み；
前記撮像システムは更に、該撮像システムの瞳面内に配置された波面調節器を含み；かつ、
前記波面調節器によれば前記複合像は、各開孔対から出る放射線の選択成分が、前記複合像平面の対応ピンホールを通過するのを抑制する；
システム。
【請求項１６】
ピンホールアレイにおける各ピンホールは、各対応開孔対像の中央部分のみを通過させるサイズとされる、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
波面調節器は、入射放射線の個々の領域に対して１または複数の位相シフトを与える位相マスクである、請求項１５記載のシステム。
【請求項１８】
位相マスクは入射放射線の個々の領域に対して一定の位相シフトを与える、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
位相マスクは入射放射線の半分に、該入射放射線の他の半分と比較してπ（モジュロ２π）の位相シフトを与える、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
選択成分は各対応開孔対から出る放射線の対称成分である、請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
位相マスクは、前記瞳面内において放射線を二等分すべく配置された遅延プレートにより形成され、遅延プレートは、同様の厚みの空気と比較して一定値π（モジュロ２π）の位相シフトを与える厚みを有する、請求項１９記載のシステム。
【請求項２２】
位相マスクは入射放射線の交互周期的領域に対してπ（モジュロ２π）の位相シフトを与える、請求項１９記載のシステム。
【請求項２３】
選択成分は各対応開孔対から出る放射線の対称成分である、請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
位相マスクは入射放射線の選択部分に対して線形の位相傾斜を与える、請求項１７記載のシステム。
【請求項２５】
位相マスクは、瞳面内の放射線の一方の半分と接触するが瞳面内の放射線の他方の半分には接触しないように配置されたプリズムにより形成される、請求項２４記載のシステム。
【請求項２６】
選択成分は各対応開孔対から出る放射線の対称成分である、請求項１５記載のシステム。
【請求項２７】
選択成分は各対応開孔対から出る放射線の対称成分と反対称成分の重ね合わせである、請求項１５記載のシステム。
【請求項２８】
撮像システムは顕微鏡を形成する２つの視準レンズを備え、瞳面は前記顕微鏡内に配置される、請求項１５記載のシステム。
【請求項２９】
オブジェクトを撮像する干渉光学顕微鏡システムであって、
測定ビームに応じてオブジェクトから放出された放射線を受容すべく配置された、開孔対のアレイを有する測定ビーム・マスクアレイであって、開孔対のアレイから出る放射線は測定用戻りビームを形成する、測定ビーム・マスクアレイと；
参照ビームを受容すべく配置された参照ビーム源アレイであって、該参照ビーム源アレイは前記参照ビームの一部を放射すべく各々が構成された要素のアレイを備え、前記放射された参照ビーム部分は参照戻りビームを形成する、参照ビーム源アレイと；
測定用戻りビームと参照戻りビームを光検出器へと導向すべく配置され、かつ前記参照要素のアレイと前記開孔対のアレイの重畳複合像を生成すべく構成された撮像用光学機器と；を備え、
各開孔対に対する前記複合像は、対応する参照要素の複合像と重畳し、
前記撮像用光学機器は、複合像平面内に配置された、各々が対応開孔対像と整列されたピンホールのアレイを有するピンホールアレイを含み；かつ、
前記測定ビームと参照ビームは共通の供給源から導出される；
システム。
【請求項３０】
ピンホールアレイにおける各ピンホールは、各対応開孔対像の中央部分のみを通過させるサイズとされる、請求項２９記載のシステム。
【請求項３１】
測定ビームと参照ビームに対する供給源を更に備える、請求項２９記載のシステム。
【請求項３２】
前記供給源は前記測定ビームを前記測定ビーム・マスクアレイへと導向すべく構成され、かつ、前記測定ビーム・マスクアレイにおける各開孔は測定ビームの一部をオブジェクトに放射することで該オブジェクトに放射線を放出させるべく構成される、請求項３１記載のシステム。
【請求項３３】
前記供給源は前記マスクアレイに対する法線に対して角度をなして測定マスクアレイと接触するように前記測定ビームを導向することで、各開孔対における開孔によりオブジェクトに放射される各測定ビーム部分間に位相シフトを導入する、請求項３２記載のシステム。
【請求項３４】
前記測定ビームを受容すべく配置された測定ビーム源アレイであって、前記測定ビームの各部分をオブジェクトに放射することで該オブジェクトに放射線を放出させるべく配置された供給源開孔対のアレイを有する測定ビーム源アレイを更に備える、請求項３１記載のシステム。
【請求項３５】
前記供給源は前記測定ビーム源アレイに対する法線に対して角度をなして該測定ビーム源アレイと接触するように前記測定ビームを導向することで、各供給源開孔対における供給源開孔によりオブジェクトに放射される各測定ビーム部分間に位相シフトを導入する、請求項３４記載のシステム。
【請求項３６】
各ピンホールから出る放射線は各開孔対における開孔に対応する各オブジェクト位置間の差分特性を表す干渉信号を提供する各ピンホールを通って出る放射線を、測定すべく配置された多要素光検出器と；
前記光検出器に連結され、かつ該光検出器からの信号に基づき前記オブジェクトの複数の領域にわたる差分特性を解像すべく構成された電子制御器と；
を更に備える、請求項２９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本願は、ヘンリー　エイ．　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）の「差分干渉共焦点近接場顕微鏡検査法（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」という発明の名称の２０００年７月２７日に出願された仮出願第６０／２２１，２９５号の優先権を主張するが、その開示内容は本願に援用される。
【０００２】
（背景）
本発明は、半導体、データ記憶装置、および生体材料、各種構造および各種デバイスの光学的画像化法および計測法に関する。
移動媒体を用いる実用的な光学式データ読取デバイスは、２進ビットのパターンを表す光学不均一性の効率的かつ正確な検出に基づいている。これらのビットはたとえば、光学的に識別可能な形状、反射率、吸収率もしくは透過率の変化でコード化され得る。
【０００３】
（発明の概要）
本発明は、サンプルのプロファイルを調べ、サンプルからの光学的データを読み取り、かつ／または、光学的データをサンプルに書き込むべく差分検出技術が用いられる、近接場干渉顕微鏡検査法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、反射モードと透過モードのいずれでも動作し得る。
【０００４】
概略的に、本発明の１態様は、オブジェクト（対象物）を撮像する干渉光学顕微鏡システムを特徴とする。該システムは、（ｉ）測定ビームに応じてオブジェクトから放出された放射線を受容すべく配置された、開孔対のアレイを有する測定ビーム・マスクアレイであって、開孔対のアレイから出る放射線は測定用戻りビームを形成する、測定ビーム・マスクアレイと、（ｉｉ）参照ビームを受容すべく配置された参照ビーム源アレイであって、該参照ビーム源アレイは参照ビームの一部を放射すべく各々が構成された複数の要素のアレイを含み、放射された参照ビーム部分は参照戻りビームを形成する、参照ビーム源アレイと、（ｉｉｉ）測定用戻りビームと参照戻りビームを光検出器へと導向すべく配置され、かつ参照要素のアレイと開孔対のアレイの重畳複合像を生成すべく構成された、撮像用光学機器と、を備える。各開孔対に対する複合像は、対応する参照要素の複合像と重畳する。更に、撮像用光学機器は、複合像平面内に配置されたピンホールアレイを含む。ピンホールアレイは、各々が対応開孔対像と整列された複数のピンホールのアレイを有する。最後に、測定ビームと参照ビームは共通の供給源から導出される。
【０００５】
システムの実施形態は、以下の特徴の任意のものを含み得る。
ピンホールアレイにおける各ピンホールは、各対応開孔対像の中央部分のみを通過させるサイズであり得る。
システムは更に、測定ビームと参照ビームに対する供給源を含み得る。供給源は測定ビームを測定ビーム・マスクアレイへと導向すべく構成され得ると共に、測定ビーム・マスクアレイにおける各開孔は測定ビームの一部をオブジェクトに放射することで該オブジェクトに放射線を放出させるべく構成される。測定ビームはマスクアレイに対し、直角の入射角で接触し得る。代替的に、供給源はマスクアレイに対する法線に対して角度をなして測定マスクアレイと接触するように測定ビームを導向することで、各開孔対における開孔によりオブジェクトに放射される各測定ビーム部分間に位相シフトを導入する。更にシステムは透過モードにおいて実施され得るが、この場合に、測定ビーム・マスクアレイはオブジェクトから放出された放射線を収集するためにのみ用いられ、かつ、システムは測定ビームを受容すべく配置された測定ビーム源アレイを更に含む。測定ビーム源アレイは、測定ビームの各部分をオブジェクトに放射することで該オブジェクトに放射線を放出させるべく配置された供給源開孔対のアレイを有する。測定ビームは測定ビーム源アレイに対し、直角の入射角で接触し得る。代替的に、供給源はマスクアレイに対する法線に対して角度をなして測定ビーム源アレイと接触するように測定ビームを導向することで、各開孔供給源対における開孔によりオブジェクトに放射される各測定ビーム部分間に位相シフトを導入する。
【０００６】
システムは更に、各ピンホールを通って出る放射線を測定すべく配置された多要素光検出器を含み得る。各ピンホールから出る放射線は各開孔対における開孔に対応する各オブジェクト位置間の差分特性を表す干渉信号を提供する。システムは更に、光検出器に連結され、かつ該光検出器からの信号に基づきオブジェクトの複数の領域にわたる差分特性を解像すべく構成された、電子制御器を含み得る。
【０００７】
概略的に、本発明の別の態様は、オブジェクトを撮像する差分顕微鏡検査システムを特徴とする。該システムは、各開孔対が共通の間隔を有する開孔対のアレイを含むマスクと、撮像システムとを含む。動作中、マスクは、オブジェクトから放出される放射線を受容すべくオブジェクトの近傍に配置される。撮像システムは、開孔対のアレイから出る放射線を撮像することで、放出放射線の第１複合像と、開孔対間隔および当該撮像システムの倍率に対応する量だけ第１複合像に対して横方向変位された放出放射線の重畳第２複合像とを生成すべく構成される。第１および第２複合像の重ね合わせは、開孔対の個々に対して各々が対応する一群の開孔対像を形成する。重ね合わせは、各対応開孔対から出る放射線の選択成分が各開孔像に対して有する寄与を抑制する。
【０００８】
システムの実施形態は、以下の特徴の任意のものを含み得る。
選択成分は各対応開孔対から出る放射線の反対称成分であり得る。
撮像システムは更に、第１および第２複合像間に選択位相シフトを与えるべく構成され得ると共に、選択成分は選択位相シフトに対応する。たとえば選択位相シフトがπ（モジュロ２π）であるときに選択成分は、各対応開孔対から出る放射線の対称成分である。位相シフトの付加的な値によれば選択成分は、各対応開孔対から出る放射線の対称成分と反対称成分の重ね合わせとされる。
【０００９】
撮像システムは、複数群の開孔対を通って出る放射線を分離し、かつ第１および第２複合像を生成する部分へと再結合する干渉計を含み得る。撮像システムは顕微鏡を形成する２個の視準レンズを更に含み得ると共に、干渉計は顕微鏡内に配置され得る。干渉計は、第１および第２複合像を生成する部分を顕微鏡内で再結合すべくかつ再結合された部分間に伝搬方向の差を導入すべく構成され得る。そのような場合、伝搬方向の差は第１および第２複合像間の横方向変位を生成する。干渉計は更に、再結合された部分間に相対位相シフトを導入すべく構成され得ると共に、選択成分は対称成分と反対称成分の重ね合わせであって相対位相シフトに基づく重ね合わせである。
【００１０】
代替的に、たとえば撮像システムは、撮像システムの瞳面に配置されたプリズムを含み得る。プリズムは、撮像化放射線の第１部分には接触するが撮像化放射線の第２部分には接触しないように配置される。プリズムは第１部分と第２部分間に伝搬の差を導入することで、横方向変位された第１および第２複合像を生成する。撮像システムは顕微鏡を形成する２つの視準レンズを含み得ると共に、瞳面は顕微鏡内に配置され得る。プリズムは更に、第１部分と第２部分間に相対位相シフトを導入することで、選択成分を対称成分と反対称成分の重ね合わせとさせるべく構成され得る。
【００１１】
撮像システムは更に、複合像平面内に配置され、かつ各々が対応開孔対像と整列された複数のピンホールのアレイを有するピンホールアレイを含み得る。ピンホールアレイにおける各ピンホールは、各対応開孔対像の中央部分のみを通過させるサイズとされ得る。
【００１２】
概略的に、本発明の別の態様は、オブジェクトを撮像する差分顕微鏡検査システムを特徴とする。該システムは、開孔対のアレイを含むマスクと、撮像システムとを含む。動作中、マスクはオブジェクトから放出された放射線を受容すべくオブジェクトの近傍に配置される。撮像システムは、複数群の開孔対から出る放射線を撮像すべく、かつ、放出放射線の複合像を生成すべく構成される。複合像は、各々が開孔対の個々に対応する開孔対像のアレイを含む。撮像システムは、複合像平面内に配置されたピンホールアレイであって各々が対応開孔対像と整列されたピンホールのアレイを有するピンホールアレイを含む。撮像システムは更に、該撮像システムの瞳面内に配置された波面調節器を含む。波面調節器によれば複合像は、各開孔対から出る放射線の選択成分が、複合像平面の対応ピンホールを通過するのを抑制する。
【００１３】
システムの実施形態は更に、以下の特徴の任意のものを含み得る。
ピンホールアレイにおける各ピンホールは、各対応開孔対像の中央部分のみを通過させるサイズとされ得る。
選択成分は各対応開孔対から出る放射線の対称成分とされ得る。更に、選択成分は各対応開孔対から出る放射線の対称成分と反対称成分の重ね合わせとされ得る。
【００１４】
波面調節器は、入射放射線の個々の領域に対して１または複数の位相シフトを与える位相マスクとされ得る。位相マスクは入射放射線の個々の領域に対して一定の位相シフトを与え得る。たとえば位相マスクは入射放射線の半分に、該入射放射線の他の半分と比較してπ（モジュロ２π）の位相シフトを与え得る。結果として、選択成分は各対応開孔対から出る放射線の対称成分とされ得る。ひとつの特定例において位相マスクは、瞳面内において放射線を二等分すべく配置された遅延プレートにより形成され得るものであり、遅延プレートは、同様の厚みの空気と比較して一定値π（モジュロ２π）の位相シフトを与える厚みを有する。代替的に、位相マスクは入射放射線の交互周期的領域に対してπ（モジュロ２π）の位相シフトを与え得る。更に付加的実施形態において、位相マスクは入射放射線のひとつ以上の選択部分に対して線形の位相傾斜を与え得る。そのような位相マスクは、瞳面内の放射線の一方の半分と接触するが瞳面内の放射線の他方の半分には接触しないように配置されたプリズムにより形成され得る。
【００１５】
撮像システムは顕微鏡を形成する２つの視準レンズを含み得ると共に、瞳面は顕微鏡内に配置され得る。
本発明のさらなる態様は、上述のシステムに対応する顕微鏡検査方法を特徴とする。
【００１６】
共焦点および近接場共焦点型の顕微鏡検査システムは、本発明と同様に本出願人が所有する以下の仮出願にも記述されるが、それらの開示内容は言本願に援用される：ヘンリー　エイ．　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）の「走査型干渉近接場共焦点顕微鏡検査（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」という発明の名称の２０００年８月２日に出願された第０９／６３１，２３０号および２００１年２月８日に公開された対応ＰＣＴ公報ＷＯ　０１／０９６６２　Ａ２号；ヘンリー　エイ．　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）およびカイル　ビー．　フェリオ（Ｋｙｌｅ　Ｂ．　Ｆｅｒｒｉｏ）の「共焦点および近接場顕微鏡検査のための多数光源アレイ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ　Ａｒｒａｙｓ　Ｆｏｒ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ａｎｄ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」という発明の名称の２０００年７月２７日に出願された仮出願第６０／２２１，０１９号および同一の名称で２００１年７月２７日に出願された対応通常特許出願第０９／９１７，４０２号；ヘンリー　エイ．　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）の「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接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２０００年７月２７日に出願された仮出願第６０／２２１，０８６号および同一の名称で２００１年７月２７日に出願された対応通常特許出願第０９／９１７，３９９号；ヘンリー　エイ．　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）の「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２０００年７月２７日に出願された仮出願第６０／２２１，０９１号および同一の名称で２００１年７月２７日に出願された対応通常特許出願第０９／９１７，４００号；ならびに、ヘンリー　エイ．　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）の「近接場走査型顕微鏡検査におけるサブ波長開孔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２０００年７月２７日に出願された仮出願第６０／２２１，２８７号および同一の名称で２００１年７月２７日に出願された対応通常特許出願第０９／９１７，４０１号。上述の仮出願に開示された態様と特徴は、本願中に記述される実施形態に取り入れることができる。
【００１７】
好ましい実施形態において近接場走査型プローブは典型的に、サンプルの直近に配置されたサブ波長開孔であり、この様にして、オブジェクト平面におけるサブ波長の空間的解像度が得られる。本明細書で以下において、近接場顕微鏡検査法用途に用いられる光ビームの自由空間光学波長より短い開孔を、サブ波長開孔と称する。
【００１８】
本発明の実施形態は、以下の利点の任意のものを有し得る。
１つの利点は、たとえば光学的データ記憶媒体などの準二次元サンプルのサブ波長での空間的解像度である。
別の利点は、準二次元サンプルの複素散乱振幅の位相感応検出である。
別の利点は、動作光学波長における２つの伝搬モードをサポートする導波近接場プローブを用いることで達成される効率的な光学的スループットである。
【００１９】
別の利点は、本発明の感応識別手法を用いてサンプルの光学特性における僅かな変化を検出することである。
別の利点は、動作光学波長における２つの伝搬モードを各々がサポートする複数の導波近接場プローブを用いて達成される空間的に平行で同時的な動作である。
【００２０】
別の利点は、バックグラウンド散乱光に対する高度の不感受性である。
別の利点は、非干渉共焦点顕微鏡により獲得され得るよりも高い信号対雑音比である。
別の利点は、サンプルの外部の全体的光学強度および他の環境条件の変化に対する不感受性である。
【００２１】
別の利点は、非干渉走査型の共焦点顕微鏡により獲得され得るよりも更に大きな測定帯域幅および更に高速な走査である。
別の利点は、低コントラスト・サンプルによる動作である。
別の利点は、２より大きな基数の計数系の適用による高コントラスト媒体における大きなデータ記憶密度である。
【００２２】
別の利点は、複素散乱振幅の実成分および虚成分の両者を決定する離散時間方法である。
別の利点は、複素散乱振幅の大きさおよび位相の両者を決定する離散時間方法である。
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。
【００２３】
（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の減少および統計誤差の対応減少を以て反射もしくは透過モードのいずれかで作動する走査型の差分干渉近接場共焦点顕微鏡を備える。実施形態は更に、近接場顕微鏡検査法で用いられる光ビームの自由空間光学波長よりも小さな開孔を採用する波長および波長未満の開孔のアレイを通して光ビームを透過することを備える。この波長未満の開孔を、以下、サブ波長開孔と称する。
【００２４】
本発明の装置は広範囲な放射線源に対して適用されるが、以下の説明はたとえば入射ビームが光ビームなどの電磁放射線のビームであるという光学的測定システムに関して為される。また更なる実施形態において、開孔に対しまたは複数の開孔のアレイに対して入射されるビームは、たとえば音響ビーム、電子ビームおよび原子ビームなどとされ得る。
【００２５】
本発明の実施形態により用いられる光ビームの供給源としては、単一および複数の波長源と種々に組合されたＣＷおよびパルス化供給源が挙げられる。
同様に本発明の装置は広範囲な撮像システムに適用されるが、以下の説明は、たとえば干渉共焦点近接場顕微鏡測定システムに関して行われる。本明細書中で限定的なものとしてで無く用いられる光キャビティとしては、走査およびステップアンドリピート式干渉近接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干渉顕微鏡検査システムにおいて用いられるものが挙げられる。
【００２６】
図面を詳細に参照すると、図１は本発明の第１実施形態を略図で示している。図１に示されたように第１実施形態は、干渉計、光源１０、オブジェクト物質１１２、オブジェクト物質用チャック１６０、チャック載置台１６２、並進移動器１６４、検出器１１６および参照対物レンズ２６Ｒを備える。干渉計の構成は当該技術分野においてマイケルソン干渉計として公知であることから、単純な挿し絵として示される。図１の装置に対しては本発明の趣旨および範囲から逸脱すること無く、偏光マイケルソン干渉計、および、Ｃ．　Ｚａｎｏｎｉの「Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ　Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　Ａｎｇｌｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ：　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，　Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（ＶＤＩ　Ｂｅｒｉｃｈｔｅ　ＮＲ．　７４９、第９３−１０６頁、１９８９）と題された論文に記述された他の形態の干渉計が取入れられ得る。また図１の装置に対しては本発明の趣旨および範囲から逸脱すること無く、ヘンリー　エイ．　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）の「走査干渉近接場共焦点顕微鏡検査（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、「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）」、および「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接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２０００年７月２７日に出願された前述の各仮出願に記述された他の形態の走査型干渉近接場共焦点顕微鏡が取入れられ得るが、それらの開示内容は本願に援用される。
【００２７】
レーザなどの光源１０は、いかなる種類のレーザであってもよい。たとえばレーザは、当業者に公知の種々の習用技術のいずれかにより安定化されたＨｅＮｅレーザなどの気体レーザとされ得るが、たとえば、Ｔ．　Ｂａｅｒらの「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　０．６３３　μｍ　Ｈｅ−Ｎｅ−ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　Ｚｅｅｍａｎ　Ｌａｓｅｒ」、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ、１９，３１７３−３１７７（１９８０）；１９７５年６月１０日に発行されたＢｕｒｇｗａｌｄらの米国特許第３，８８９，２０７号；および、１９７２年５月９日に発行されたＳａｎｄｓｔｒｏｍらの米国特許第３，６６２，２７９号を参照されたい。代替的にレーザは当業者が公知の種々の習用技術のひとつで周波数安定化されたダイオード・レーザとされ得るが、Ｔ．　ＯｋｏｓｈｉおよびＫ．　Ｋｉｋｕｃｈｉの「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｌａｓｅｒｓ　ｆｏｒ　Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ−ｔｙｐｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，１６，　１７９−１８１（１９８０）、ならびに、Ｓ．　ＹａｍａｑｇｕｃｈｉおよびＭ．　Ｓｕｚｕｋｉの「Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ａｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　ｏｆ　ａｎ　ＡｌＧａＡｓ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｌａｓｅｒ　ｂｙ　Ｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｐｔｏｇａｌｖａｎｉｃ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｋｒｙｐｔｏｎ」、ＩＥＥＥ　Ｊ．　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ＱＥ−１９，１５１４−１５１９（１９８３）を参照されたい。
【００２８】
本明細書中に開示される実施形態の幾つかに関し、光源１０に対応する光源はパルス化光源ともされ得る。パルス化光源を生成する幾つかの異なる方法が在る［Ｗ．　Ｓｉｌｆｖａｓｔの「Ｌａｓｅｒｓ」という題目のＨａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃｓ，１，１９９５（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ）を参照］。但しパルス幅には制限が在る。このパルス幅の制限は、引き続き記述される第１実施形態の走査最終用途および／または強化特性に必要な空間的解像度の考察に基づくものである。
【００２９】
第１実施形態に対して光源１０は好ましくは、干渉性もしくは部分的に干渉性の放射線であって好ましくは偏光された好ましくはレーザもしくは同様の光源などの、単色点光源、または、放射線が当該光源の表面全体にわたる空間的非干渉光源である。光源１０は入力ビーム１２を発する。図１に示されたように入力ビーム１２は視準レンズ１４に進入することで入力ビーム１６を形成する。入力ビーム１６は位相遅延プレート１８により入力ビーム２０として透過される。入力ビーム２０の偏光面は位相遅延プレート１８により図１の平面に対して平行となりもしくは直交すべく回転される。但し一定の最終用途においては、入力ビーム２０の偏光面の他の方向が好適に使用され得る。位相遅延プレート１８の機能は、電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００からの信号１２８により制御される。
【００３０】
入力ビーム２０は非偏光ビームスプリッタ１０６に入射し、その第１部分は測定ビーム２２として反射される。ビームスプリッタ１０６に入射する入力ビーム２０の第２部分は、参照ビーム５０として透過される。測定ビーム２２はミラー１１２Ａにより測定ビーム２５として反射されると共に、レンズ２４および２６を備えるレンズ・アセンブリに入射する。
【００３１】
レンズ・アセンブリを通る測定ビーム２５の伝搬は、図４ａにおいて拡大略図で示される。レンズ２６はアミチ型対物レンズである。測定ビーム２５はレンズ・アセンブリにより、要素２８にて要素２８の少なくとも一対のサブ波長開孔のアレイを包含するビーム直径へと集束される。図４ｂにおいて拡大略図で示された要素２８は、アミチ型対物レンズ２６の表面上における導電層である。
【００３２】
図４ｂに示されたようにサブ波長開孔は要素３０ａ，３０ｂである。要素３０ａ，３０ｂの直径は、λを測定ビーム２２の波長としてａ＜λ、好ましくはａ≪λというａである。要素３０ａ，３０ｂの間隔はｂ１ でｂ１ ≒２ａである。隣接する要素３０ａ，３０ｂの対の間の間隔はｂ２ であり、好ましくはｂ２ ≫ｂ１ である。要素２８の誘導材料の厚みは約２０ｎｍであると共に、サブ波長要素３０ａ，３０ｂを含まない要素２８の部分により透過されるプローブビームの割合が≪１となるように選択される。
【００３３】
要素２８における相対間隔ｂ１ ，ｂ２ は更に、第２のサブ波長開孔の透過特性に対する第１のサブ波長開孔の影響を最小化すべく選択される。サブ波長開孔のアレイによる透過の増大もしくは減少に繋がる組合せにすると、第１実施形態の装置により獲得される結果の解釈が複雑となる。
【００３４】
サブ波長開孔３０ａの直径は図４ｂに略図で示されたように単一直径に制限される必要は無く、対応するサブ波長開孔対の直径が同一である限りにおいて最終用途に対して好適に２つ以上の直径から成り得る。更に本発明の趣旨および範囲から逸脱すること無く、対応するサブ波長開孔対の形状が同一である限りにおいて、サブ波長開孔３０ａの形状は円形以外の正方形もしくは長方形などの形状であってもよい。
【００３５】
間隔ｂ２ は図４ｂに略図で示された１つの値に制限される必要は無く、本発明の趣旨および範囲から逸脱すること無く好適に最終用途に対して２つ以上の異なる値であってよい。
【００３６】
更に本発明の趣旨および範囲から逸脱すること無く、協働するサブ波長開孔３０ａからのサブ波長開孔３０ｂの変位を表す各ベクトルが平行である限りにおいて、各サブ波長開孔３０ａは種々の幾何パターンもしくは無作為パターンで配置され得る。
【００３７】
要素２８における開孔３０は、マスクにおける孔として、または、他の部分は反射的な要素における透過通路などの様に他の部分は非透過的なマスクにおける透過的誘電領域として形成され得る。更に、要素２８において開孔３０を形成する誘電物質は、サンプルに対する近接場プローブビームの透過を強化する導波路もしくは光キャビティを形成し得る。たとえば、先に引用した出願である「共焦点および近接場顕微鏡検査のための多数光源アレイ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ　Ａｒｒａｙｓ　Ｆｏｒ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ａｎｄ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」を参照されたい。更に、現在において記述される実施形態において要素２８のマスク部分は、反射的であることを表すべく導電性と記述される。他の実施形態において要素２８は必ずしも導電性である必要は無いが概略的には透過的で無く、サンプルに対する近接場プローブビームの結合は要素２８における開孔３０により達成される。
【００３８】
サブ波長開孔は更に、本発明の趣旨および範囲から逸脱すること無く一定の最終用途において、サブ波長開孔のアレイを通る透過率を好適に変更すべくフレネル領域プレートもしくはマイクロレンズから成り得る。また本発明の趣旨および範囲から逸脱すること無く他の一定の最終用途においてはサブ波長開孔のアレイに対し、反射／散乱されまたは透過された近接場プローブビームの特性を変更すべく、反射／散乱されまたは透過された近接場プローブビームの空間フィルタとして動作する回折格子が付加され得る。
【００３９】
サブ波長開孔３０ａ，３０ｂに入射する測定ビームの第１部分は、近接場プローブビームとして透過される。近接場プローブビームの一部はオブジェクト物質１１２に入射し、その一部はサブ波長開孔３０ａ，３０ｂへと反射かつ／または散乱され、その一部は近接場戻りプローブビームとして透過される。オブジェクト物質１１２および導電要素２８の近傍表面の空間的間隔は、図４ｂに示されたようにｈである。ｈの値は好ましくは、２ａのオーダーである。サブ波長開孔３０ａ，３０ｂに入射する測定ビームの第２部分は、バックグラウンド戻りビームとして反射かつ／または散乱される。近接場戻りプローブビームおよびバックグラウンド戻りビーム戻りビームは図１および図４ａにおいて光線３４Ａ，３４Ｂとして示された戻りビーム３４としてアミチ型対物レンズ２６から放出するが、戻りビーム３４は光線３４Ａ，３４Ｂ間の光線から成る。戻りビーム３４は図１ａにおいてレンズ６０により光線３６Ａ，３６Ｂとして示された戻りビーム３６として平行化され、ビーム３６は光線３６Ａ，３６Ｂ間の光線から成る。
【００４０】
参照ビーム５０は、ミラー１１２Ｂにより反射され、レンズ２４Ｒにより透過され、アミチ型レンズ２６Ｒに入射し、かつ、図４における光線５４Ａ，５４Ｂとして示された参照ビーム５４として透過されるが、ビーム５４は光線５４Ａ，５４Ｂ間の光線から成る。ビーム５４はレンズ６６により平行化されると共に図１において光線５６Ａ，５６Ｂとして示された透過参照ビーム５６として透過されるが、透過参照ビーム５６は光線５６Ａ，５６Ｂ間の光線から成る。位相シフタ６４は該位相シフタ６４に対する透過参照ビーム５６の通過の結果として参照ビーム５６に相対位相シフトχを導入する。位相シフトχの大きさは、電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００からの制御信号１３２により制御される。
【００４１】
参照ビーム５２はレンズ２４Ｒにより、要素２８Ｒにて該要素２８Ｒの少なくともひとつのサブ波長開孔のアレイを包含するビーム直径へと集束される。要素２８Ｒは図４ｄにおいて、アミチ型対物レンズ２６Ｒの表面上の透過開孔３０Ｒのアレイとして拡大略図で示される。透過開孔３０Ｒは、要素２８Ｒの要素３０ａ，３０ｂの対に対応するビーム５４の透過参照ビーム成分を生成する。各透過開孔３０Ｒの間隔およびレンズ６６の焦点距離は、検出器上への引き続く撮像により見られる様に各透過開孔３０Ｒと要素対３０ａ，３０ｂとが共役であるように選択される。また透過開孔３０Ｒの直径ａ」は、戻りビーム３７の直径と実質的に同一の直径により透過参照ビーム５６を実効的に生成すべく選択される。
【００４２】
ビーム３６は、要素番号１０００により略図で示されたマッハ・ツェンダー干渉計に入射し、ビーム戻りビーム３７として放射する。ビーム３７は図１において光線３７Ａ，３７Ｂとして示されると共に、光線３７Ａ，３７Ｂ間の全ての光線から成る。ビーム３７は非偏光ビームスプリッタ１０４に入射すると共にその一部は図１において光線３８Ａ，３８Ｂとして示されたビーム３８の戻りビーム成分として反射され、ビーム３８は光線３８Ａ，３８Ｂの間の光線から成る。
【００４３】
透過参照ビーム５６はビームスプリッタ１０４に入射すると共にその一部はビーム３８の透過参照ビーム成分として透過される。ビーム３８の戻りビームおよび透過参照ビーム成分の各偏光面は図１の平面に対して平行であることから、ビーム３８は混合ビームである。ビーム３８はレンズ６２に入射すると共に図１において光線４０Ａ，４０Ｂとして示された混合ビーム４０として集束されるが、混合ビーム４０は光線４０Ａ，４０Ｂ間の光線から成る。混合ビーム４０は、結像面１１４におけるピンホールが一対のサブ波長開孔３０ａ，３０ｂの複合像であるように、ピンホール平面１１４上に集束される。
【００４４】
ピンホール平面１１４は図５ａに略図で示される。ピンホールの直径はｃであり、かつ各ピンホール間の間隔はｄである。間隔ｄは、各サブ波長開孔３０ａの間隔ｂ２ に対し、ピンホール平面１１４における対応ピンホールに対して撮像システムがサブ波長開孔対３０ａ，３０ｂを撮像する倍率を乗算した積に等しい。直径ｃは撮像システムによる点オブジェクトの回折限界画像のサイズの約２倍に選択されると共に、間隔ｄはｃより大きく、好ましくは撮像システムによる点オブジェクトの回折限界画像のサイズの約４倍以上に選択される。
【００４５】
混合ビーム４０の一部はピンホール平面１１４におけるピンホールにより透過され、検出器１１６により、好ましくは量子的光子検出器により検出される。検出器１１６は最終用途の要件に従い、単一ピクセル、ピクセルの１次元アレイまたはピクセルの２次元アレイのいずれかから成り、検出器１１６の各ピクセルに対してはピンホール平面１１４における各ピンホールが１対１マッピングされる。検出器１１６は、ピクセルのアレイに対応する信号値アレイ［Ｓｎ ］から成る電気干渉信号を生成する。添字ｎは、信号値アレイ［Ｓｎ ］における要素を表すインデックスである。信号値アレイ［Ｓｎ ］は最終用途に依存し、単一要素、要素の１次元アレイまたは要素の２次元アレイから成り得る。
【００４６】
信号値アレイ［Ｓｎ ］は
【００４７】
【数１】
2004505313.tif 000003
として良好な近似に書き換えられ得るが、式中、項（ＳＤ ）ｎ は非干渉交差項を表し、項（ＳＩ ）ｎ は干渉交差項を表す。
【００４８】
（ＳＤ ）ｎ の項は、近接場戻りプローブビームとバックグラウンド戻りビームと透過参照ビームとの対応部分の振幅の２乗と、近接場戻りプローブビームおよびバックグラウンド戻りビームの複素振幅間の干渉交差項と、の合計に比例する。（ＳＩ ）ｎ の項は、近接場戻りプローブビームおよび透過参照ビームの複素振幅間の、および、バックグラウンド戻りビームおよび透過参照ビームの複素振幅間の干渉交差項の合計に比例する。
【００４９】
項（ＳＤ ）ｎ は位相シフトχに無関係である。項（ＳＩ ）ｎ は位相シフトχのシヌソイド関数であり、かつ
【００５０】
【数２】
2004505313.tif 000004
と書き換えられ、式中、（｜ＳＩ ｜）ｎ およびψ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。
【００５１】
図１、図４ａおよび図４ｂに示された本発明の第１実施形態の装置の動作は、信号値のアレイの４回の測定のシーケンスの獲得に基づく。４つの信号値アレイ［Ｓｎ ］１ 、［Ｓｎ ］２ 、［Ｓｎ ］３ および［Ｓｎ ］４ のシーケンスは、χ０ を位相シフトχの一定の固定値として、位相シフタ６４が位相シフトχ０ 、χ０ ＋π、χ０ ＋π／２およびχ０ ＋３π／２のシーケンスを導入することで検出器１１６により求められる。４つの信号値アレイ［Ｓｎ ］１ 、［Ｓｎ ］２ 、［Ｓｎ ］３ および［Ｓｎ ］４ は、引き続く処理のためにデジタルもしくはアナログのフォーマットで信号１３１として電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００に送信される。
【００５２】
４つのアレイ［Ｓｎ ］１ 、［Ｓｎ ］２ 、［Ｓｎ ］３ および［Ｓｎ ］４ をデジタルフォーマットに変換すべく、検出器１１６もしくは電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００には習用の変換回路すなわちアナログ／デジタル変換器が含まれる。位相シフタ６４により導入された位相シフトχは、電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００により生成されて引き続き送信される信号１３２により制御される。位相シフタ６４は、電気光学タイプである。
【００５３】
次に電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００により、２つの信号値アレイ差［Ｓｎ ］１ −［Ｓｎ ］２ ＝［（ＳＩ ）ｎ ］１ −［（ＳＩ ）ｎ ］２ および［Ｓｎ ］３ −［Ｓｎ ］４ ＝［（ＳＩ ）ｎ ］３ −［（ＳＩ ）ｎ ］４ が計算される。
【００５４】
信号値アレイ差の各要素は実質的にかつ比較的に高い効率を以て２つのみの干渉交差項を含み、すなわち、近接場戻りプローブビームの複素振幅と透過参照ビームの複素振幅との間の第１干渉交差項、および、バックグラウンド戻りビームの複素振幅と透過参照ビームの複素振幅との間の第２干渉交差項である。
【００５５】
各ビームの振幅の影響の分離のための比較的に高い効率は、パラメータｃおよびｄを選択することで制御される。
近接場戻りプローブビームの複素振幅は、近接場戻りプローブビームの複素振幅と透過参照ビームの振幅との間の第１干渉項の大きさから、電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００により計算される。この計算は、ピンホール平面１１４のピンホールにより透過されて検出器１１６により検出された透過参照ビームの各部分の振幅の２乗に対する測定値を用いることを含む。
【００５６】
次に入力ビーム２０の偏光面は、電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００からの信号１２８に応じて位相遅延プレート１８により９０°だけ回転される。検出器１１６により、測定された信号値アレイ［Ｓｎ ］１ 、［Ｓｎ ］２ 、［Ｓｎ ］３ および［Ｓｎ ］４ に対応する第２群の４つの信号値アレイ［Ｓｎ ］５ 、［Ｓｎ ］６ 、［Ｓｎ ］７ および［Ｓｎ ］８ が求められる。信号値アレイ差［Ｓｎ ］１ −［Ｓｎ ］２ ＝［（ＳＩ ）ｎ ］１ −［（ＳＩ ）ｎ ］２ および［Ｓｎ ］３ −［Ｓｎ ］４ ＝［（ＳＩ ）ｎ ］３ −［（ＳＩ ）ｎ ］４ は、電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００により計算される。直交偏光された入力ビーム２０に対する近接場戻りプローブビームの複素振幅は、入力ビーム２０の偏光の非回転状態に対して近接場戻りプローブビームの複素振幅を計算すべく用いられたのと同一のアルゴリズムを用いて電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００により計算される。
【００５７】
オブジェクト物質１１２は、オブジェクト物質用チャック１６０上に取付けられる。オブジェクト物質用チャック１６０の角度的方向および高さは、チャック載置台１６２に取付けられて２つが１６１Ａおよび１６１Ｂとして示された３個の変換器により制御される。導電要素２８の表面に対するオブジェクト物質１１２の角度的方向および高さは、誤差信号を生成すべく検出かつ使用される。誤差信号の検出および生成は、波領域反射率測定法［ヘンリー　エイ．　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）の「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（Ｍｅｔｈｏｄｓ　Ａｎｄ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　Ｆｏｒ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　Ｕｓｉｎｇ　Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ　Ａｎｄ　Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｇ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　Ａｎｄ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）」という発明の名称で本発明と同様に本出願人が所有する米国特許出願第０９／０８９，１０５号を参照］および走査型干渉近接場顕微鏡検査法［ヘンリー　エイ．　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）の「近接場走査型顕微鏡検査における変化を検出するための開孔マスク領域周辺のサブ波長および波長開孔のアレイ（Ａｒｒａｙ　Ｏｆ　Ｓｕｂ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ａｐｅｒｔｕｒｅｓ　Ａｔ　Ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ　Ｏｆ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　Ｍａｓｋ　Ａｒｅａ　Ｆｏｒ　Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　Ｃｈａｎｇｅｓ　Ｉｎ　Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」という発明の名称で本発明と同様に本出願人が所有する代理人整理番号を有する米国特許出願を参照］などの、容量的なまたは「キャップ」ゲージ、精密距離測定干渉法［引き続きチャック載置台１６２の追随的横方向変位に関して引用される資料を参照］のような当該技術分野で周知の技術により行われ得る。誤差信号は信号１６６の成分として、電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００へと送信される。誤差信号から電子制御器、信号処理器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載置台１６２に送信される。変換器１６１Ａ，１６１Ｂおよび（不図示の）第３変換器は、信号１６６のサーボ制御信号成分に従いオブジェクト物質１１２の方向および／または高さを変更する。
【００５８】
導電要素２８の表面に実質的に平行な平面内におけるチャック載置台１６２の位置は、並進移動器１６４により制御される。チャック載置台１６２の位置は、精密距離測定干渉法などの業界公知の技術、ならびに、電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００に対する信号１６８の誤差信号成分として送信された誤差信号により検出される。［１９９９年２月１８日に出願されたペータ　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）の「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　Ｅｆｆｅｃｔｓ　Ａｉｒ）」という発明の名称の米国特許出願第０９／２５２，２６６号、ならびに、１９９９年２月１８日に出願されると共にヘンリー　エイ．　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）、ペータ　デ　グルート（Ｐｅｔｅｒ　ｄｅ　Ｇｒｏｏｔ）およびペータ　デ　グルート（Ｆｒａｎｋ　Ｃ．　Ｄｅｒｎａｒｅｓｔ）の「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第０９／２５２，２６６号を参照されたい。］両出願の内容は本願に援用される。サーボ制御信号は信号１６８の誤差信号成分から電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００により生成されると共に、信号１６８のサーボ信号成分として並進移動器１６４に送信される。並進移動器１６４は信号１６８のサーボ信号成分に応じ、最終用途の要件に従い、一方向もしくは２つの直交方向においてかつ方向に関する一平面もしくは２つの直交平面においてチャック載置台１６２の位置および方向をそれぞれ制御する。
【００５９】
次に最終用途の要件に従い、オブジェクト物質１１２の表面に実質的に平行な一方向もしくは２つの直交方向を組合せかつ導電要素２８はオブジェクト物質１１２の近傍表面から空間的に離間されて、オブジェクト物質１１２は走査される。測定される信号値アレイ［Ｓｎ ］１ 、［Ｓｎ ］２ 、［Ｓｎ ］３ および［Ｓｎ ］４ 、および最終用途により必要とされるならば測定された信号値アレイ［Ｓｎ ］５ 、［Ｓｎ ］６ 、［Ｓｎ ］７ および［Ｓｎ ］８ は、走査された各パラメータと、電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００により計算されたそれぞれの近接場戻りプローブビームの複素振幅とそれぞれの反射参照ビームの複素振幅との間の干渉交差項の振幅および位相と、の関数として求められる。
【００６０】
第１実施形態の装置により獲得された情報は、マッハ・ツェンダー干渉計１０００が存在する当然の結果として、差分的である。
これに加え、オブジェクト物質１１２に関して第１実施形態の装置により獲得された情報は、相当に減少されたバックグラウンド信号の存在下で獲得される。バックグラウンド信号に寄与する原因としては、バックグラウンド戻りビーム、第１実施形態の装置における測定ビームに関連する他のビームの反射かつ／または散乱により生成されるバックグラウンド、および、透過参照ビームに関連する対応ビームが挙げられる。バックグラウンド信号は、第１には第１実施形態の装置が共焦点光学的撮像／検出システムから成りかつ第２にはマッハ・ツェンダー干渉計１０００が存在する結果として、相当に減少される。
【００６１】
マッハ・ツェンダー干渉計１０００は、伝搬方向における僅かな差とπの相対位相シフトとを有する２つの出力ビーム成分を生成すべく構成される。マッハ・ツェンダー干渉計１０００は、２つの非偏光ビームスプリッタ１００および１０２ならびに２つのミラー１１２Ｃおよび１１２Ｄを備える。一方の出力ビーム成分は、非偏光ビームスプリッタ１００に入射して光線３６Ａ１および３６Ｂ１の間の光線から成るビーム３６Ａ１／３６Ｂ１として反射されるビーム３６の一部により生成される。ビーム３６Ａ１／３６Ｂ１はミラー１１２Ｃにより反射され、非偏光ビームスプリッタ１０２に入射し、その一部は光線３７Ａおよび３７Ｂの間の光線から成るビーム３７Ａ／３７Ｂの第１成分として透過される。第２出力ビーム成分は、非偏光ビームスプリッタ１００に入射して光線３６Ａ５および３６Ｂ５の間の光線から成るビーム３６Ａ５／３６Ｂ５として透過されるビーム３６の第２部分により生成される。ビーム３６Ａ５／３６Ｂ５は、ミラー１１２Ｄにより反射され、非偏光ビームスプリッタ１０２に入射し、その一部はビーム３７Ａ／３７Ｂの第２成分として反射される。
【００６２】
マッハ・ツェンダー干渉計１０００の各ビームスプリッタおよび各ミラーの角度的相対方向は、ビーム３７Ａ／３７Ｂの第１および第２成分の伝搬方向の差であってベクトルにより表される差が一対のサブ波長開孔３０ａ，３０ｂを包含する平面すなわち図１の平面と平行でありかつ伝搬方向の角度差が小角δθ１ に対応するように調節される。マッハ・ツェンダー干渉計１０００は更に、ビーム３７Ａ／３７Ｂの第１および第２成分間にπの位相シフトを導入すべく調節される。角度δθ１ は、ピンホール平面１１４における撮像に対する３７Ａ／３７Ｂの第１および第２成分が図５ａ，図５ｂにおけるように整列される様に選択される。
【００６３】
信号値アレイ差［Ｓｎ ］１ −［Ｓｎ ］２ ＝［（ＳＩ ）ｎ ］１ −［（ＳＩ ）ｎ ］２ および［Ｓｎ ］３ −［Ｓｎ ］４ ＝［（ＳＩ ）ｎ ］３ −［（ＳＩ ）ｎ ］４ に含まれる情報は、一対のサブ波長開孔の内の開孔３０ａ，３０ｂからの戻りビーム３６の各成分の対称および反対称組合せに関して記述される。図５ａにおいては、ビーム３７Ａ／３７Ｂからの第１および第２成分の対称部分ならびに透過反射参照ビーム５６の振幅分布がグラフで示される。図５ａには、ビーム３７Ａ／３７Ｂからの第１および第２成分の対称部分の振幅分布の合計も示される。対称部分の振幅分布の合計を検証すれば、ビーム３７Ａ／３７Ｂからの第１および第２成分の対称部分が強度項（ＳＤ ）ｎ および干渉交差項（ＳＩ ）ｎ の両方に対して有する寄与が相当に減少したことが明らかである。同様に、ビーム３７Ａ／３７Ｂからの第１および第２成分の対称部分の振幅分布の合計が信号値アレイ差［Ｓｎ ］１ −［Ｓｎ ］２ および［Ｓｎ ］３ −［Ｓｎ ］４ に対して有する寄与が相当に減少している。
【００６４】
（ＳＤ ）ｎ に対してビーム３７Ａ／３７Ｂからの第１および第２成分の対称部分が有する寄与が相当に減少することに対応し、バックグラウンド戻りビームに起因する系統誤差は相当に減少しかつ統計誤差は減少する。ビーム３７Ａ／３７Ｂからの第１および第２成分の対称部分が（ＳＤ ）ｎ に対して有する寄与がそれほど減少されなければ検出器１１６のピクセルが飽和し得るのと比べ、ビーム３７Ａ／３７Ｂからの第１および第２成分の対称部分が（ＳＤ ）ｎ に対して有する寄与が相当に減少すると第１実施形態の動作においては検出器１１６のピクセルを飽和させずにビーム２５の強度も増大することになる。
【００６５】
図５ｂにおいては、ビーム３７Ａ／３７Ｂからの第１および第２成分の反対称部分ならびに透過反射参照ビーム５６の振幅分布がグラフで示される。図５ｂには、ビーム３７Ａ／３７Ｂからの第１および第２成分の反対称部分の振幅分布の合計も示される。反対称部分の振幅分布の合計を検証すれば、ビーム３７Ａ／３７Ｂからの第１および第２成分の反対称部分が強度項（ＳＤ ）ｎ および干渉交差項（ＳＩ ）ｎ の両方に対して有する寄与が実質的に相対的に大きいことが明らかである。同様に、ビーム３７Ａ／３７Ｂからの第１および第２成分の反対称部分の振幅分布の合計が信号値アレイ差［Ｓｎ ］１ −［Ｓｎ ］２ および［Ｓｎ ］３ −［Ｓｎ ］４ に対して有する寄与は実質的に相対的に大きい。
【００６６】
バックグラウンドビームの振幅の寄与は、ビーム３７Ａ／３７Ｂからの第１および第２成分の対称部分に対応する。共焦点顕微鏡検査システムを用いて達成されたことに加え、バックグラウンド戻りビームに起因する系統誤差は相当に減少されかつ統計誤差は減少される。故に系統誤差および統計誤差において本発明の第１実施形態で達成される減少は、先行技術の共焦点干渉顕微鏡検査法で達成された減少に関して増進される。
【００６７】
透過参照ビームおよび戻りビーム３８の瞳関数は、ビーム３７Ａ／３７Ｂの成分の内の対称成分に関して第１実施形態の識別特性を改善すべく、本発明の趣旨および範囲から逸脱すること無くアポダイズされ得る。
【００６８】
第１実施形態は本発明の趣旨および範囲から逸脱すること無く、２０００年７月２７日に出願されたヘンリー　エイ．　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）の「走査干渉近距離場共焦点顕微鏡検査（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」、「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）」および「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前述の各米国仮出願に記述されたように、単一もしくは複数のパルス化光源および連続走査モードを用いて、ならびに、ひとつ以上の波長の光源および異なるサブ波長開孔のアレイを用いて多数の変形例として構成され得る。これらの仮出願の内容は言及したことにより本出願中に援用される。第１実施形態のサブ波長開孔もまた、ヘンリー　エイ．　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）およびカイル　ビー．　フェリオ（Ｋｙｌｅ　Ｂ．　Ｆｅｒｒｉｏ）の「共焦点および近接場顕微鏡検査のための多数光源アレイ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｓｏｕｒｃｅ　Ａｒｒａｙｓ　Ｆｏｒ　Ｃｏｎｆｏｃａｌ　Ａｎｄ　Ｎｅａｒ−　Ｆｉｅｌｄ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）」という発明の名称の２０００年７月２７日に出願された前述の米国仮出願に記述されたような光学的導波路とされ得るが、その開示内容は本願に援用される。
【００６９】
サブ波長開孔３０ａ，３０ｂは各々、前掲引用のヒル（Ｈｉｌｌ）およびフェリオ（Ｆｅｒｒｉｏ）に記述された光ファイバから成り得る。同様にサブ波長開孔３０ａ，３０ｂは、前掲引用のヒル（Ｈｉｌｌ）およびフェリオ（Ｆｅｒｒｉｏ）に記述されたような単一の光学的導波路に関連する各サブ波長開孔に対応し得る。関連する一対のサブ波長開孔を備えた単一の光学的導波路を用いるという第１実施形態の動作の差分モードに対して光学的導波路は２つのモードをサポートすべく構成され、その場合に同一の光学的波長に対して一方のモードは対称な横方向電磁界分布を有すると共に第２モードは反対称な横方向電磁界分布を有する。
【００７０】
第１実施形態の差分干渉近接場顕微鏡検査システムは、距離ｂ１ だけ離間した２つの位置における表面特性の相対差を求めることで表面を輪郭形成すべく用いられ得ると共に、光学媒体に記憶された光学的データを読み取るべく使用され得る。光学的データを読み取る場合、信号値差［Ｓｎ ］１ −［Ｓｎ ］２ および［Ｓｎ ］３ −［Ｓｎ ］４ において求められた情報により、２つの異なる情報部位における情報状態の差が検出される。距離ｂ１ は、整数Ｎ個の情報部位中心間間隔に対応する。整数Ｎに基づいて記憶された情報は、同一の整数Ｎに基づく読取システムを用いることで情報の損失なしで読み取られ得る。一対のサブ波長開孔の要素を連結した影響を減少すべく、整数Ｎは好ましくは１より大きい。
【００７１】
第１実施形態においては系統誤差および統計誤差が相当に減少した結果として、該第１実施形態によれば単一の情報データ部位から光学的データ情報が読み取られ得るが、その場合にデータ情報は「０」および「１」だけよりも多くの状態を有し得る。
【００７２】
第１実施形態はまた、本発明の趣旨および範囲から逸脱すること無く、入力ビーム２５に対する戻りビームの偏光状態の変化を検出するようにも構成され得る。透過参照ビームの偏光面は半波位相遅延プレートにより９０°だけ回転され、かつ、対応するビーム３８を混合すべく分析器が付加される。そのときに本発明の第１実施形態の動作の差分モードは、系統誤差および統計誤差が減少されるので入力ビーム２５に対する戻りビームの偏光状態の一切の変化に感応する。
【００７３】
ビーム３７Ａ／３７Ｂからの第１および第２成分の対称部分の合計は、ビームスプリッタ１０４により透過されたビーム３７の第２部分と、ビームスプリッタ１０４により反射された透過参照ビーム５６の第２部分とを検出することで検出され得る。但しこの場合、バックグラウンド戻りビームは補償されない。バックグラウンド戻りビームは、ヘンリー　エイ．　ヒル（Ｈｅｎｒｙ　Ａ．　Ｈｉｌｌ）の「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米国特許出願に開示された技術を用いて補償され得るが、その開示内容は本願に援用される。
【００７４】
本発明の第１実施形態の第１の変形例は、図１に略図で示された本発明の該第１実施形態と同一の要素を備える。第１実施形態の第１変形例と該第１実施形態との間の相違は、測定される信号値アレイを獲得すべく用いられる手順に在る。第１実施形態の第１変形例において振幅（｜ＳＩ ｜）ｎ および位相（φ）ｎ は、デジタル・ヒルベルト変換位相検出器［Ｒ．　Ｅ．　Ｂｅｓｔによる「Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ　ｌｏｏｐｓ：　ｔｈｅｏｒｙ，　ｄｅｓｉｇｎ，　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、２ｎｄ　ｅｄ．、（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ）１９９３を参照］、位相ロックループ［Ｒ．　Ｅ．　Ｂｅｓｔの同上位置を参照］、基準位相として位相χを用いるスライディングウィンドウＦＦＴ［Ｊ．　ＴｓｕｉによるＤｉｇｉｔａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　Ｗｉｄｅｂａｎｄ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ，（Ａｒｔｅｃｈ　Ｈｏｕｓｅ，　Ｂｏｓｔｏｎ）１９９５を参照］などの、非パルス化信号に対する公知のヘテロダイン検出技術または位相感応検出技術を用いて決定される。
【００７５】
時間的に均一にサンプリングされる関数に対しては、該関数に関する情報を獲得すべくデジタル信号処理に基づく位相感応技術を実施すれば該関数のチェビシェフ多項式表現に基づく結果が得られることは公知である［Ｈ．　Ａ．　ＨｉｌｌおよびＲ．　Ｔ．　ＳｔｅｂｂｉｎｓのＡｓｔｒｏｐｈｙｓ．　Ｊ．，　２００、ｐ４８４（１９７５）を参照］。オフセットχ０ に関して走査される位相χの例を考えると
【００７６】
【数３】
2004505313.tif 000005
であり、式中、Δχは時間ｔの一定の関数である。χを走査すると、式（２）および（３）に係る信号値アレイの要素における成分が生成されるが、これは
【００７７】
【数４】
2004505313.tif 000006
として表わされる。次に振幅アレイ［（｜ＳＩ ｜）ｎ ］および位相アレイ［（φ＋χ０ ）ｎ ］は、ｃｏｓΔχおよびｓｉｎΔχの係数アレイの位相感応検出により求められる。位相感応検出は、（｜ＳＩ ｜）ｎ にｃｏｓΔχを乗算すると共に時間に関して（｜ＳＩ ｜）ｎ ｃｏｓΔχを積分する段階と、（｜ＳＩ ｜）ｎ にｓｉｎΔχを乗算すると共に時間に関して（｜ＳＩ ｜）ｎ ｓｉｎΔχを積分する段階とを備える。Δχが角振動数ω１ にて振幅１のシヌソイド関数であり、すなわち
【００７８】
【数５】
2004505313.tif 000007
でありかつ［（｜ＳＩ ｜）ｎ ］が時間的に均一にサンプリングされる場合、ｃｏｓΔχおよびｓｉｎΔχの係数アレイは実効的に［（｜ＳＩ ｜）ｎ ］の一定のチェビシェフ多項式の係数アレイで表され得る。
【００７９】
一定のチェビシェフ多項式の係数アレイの要素はチェビシェフ多項式の公知特性を用いて表される。
【００８０】
【数６】
2004505313.tif 000008
【００８１】
【数７】
2004505313.tif 000009
式中、Ｔ＝２π／ω１ であり、Ｔ１ およびＶ１ はタイプＩおよびＩＩの１位１のチェビシェフ多項式であり、かつ、Ｊ０ は第１種の０位のベッセル関数である［Ｇ．　ＡｒｉｋｅｎによるＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ＰｈｙｓｉｃｉｓｔｓのＳｅｃｔｉｏｎ　１３．３（Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ−Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ）１９６８を参照］。
【００８２】
位相オフセットχ０ は概略的に、オブジェクト物質１１２を走査する期間において可変でないという条件を満足する以外は決定される必要が無い。また種々の時点で求められた結果を比較すべく、２つの異なる測定時点間の期間においてχ０ に生じ得る一切の変化を決定することが必要となり得る。χ０ における相対変化はたとえば、必要な精度まで表面が平坦である溶融シリカなどの等方性媒体から成るオブジェクト物質１１２に対し、アレイ［Ｓｎ ］における振幅［（｜ＳＩ ｜）ｎ ］および位相［（φ）ｎ ］のアレイを獲得することで決定され得る。
【００８３】
第１実施形態の第１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実施形態の第１変形例の残りの説明は、第１実施形態に対して与えられた説明の対応部分と同一である。
図面を参照すると、図２は本発明の第２実施形態を略図で示している。多くの要素は図１における対応要素と同様である。図２に示されたように第２実施形態は、干渉計、光源１０、オブジェクト物質１１２、オブジェクト物質用チャック１６０、チャック載置台１６２、並進移動器１６４、検出器１１６および参照オブジェクト２０Ｒを備えている。
【００８４】
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部分は測定ビーム２２として透過される。ビームスプリッタ１００に入射する入力ビーム２０の第２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における開口を介して透過されると共に、図１および図４ａにおけるまさに第１実施形態と同一のマスク要素２８を有するレンズ２４および２６を備えたレンズ・アセンブリに入射する。該レンズ・アセンブリを通る測定ビームの伝搬、ならびに、マスク要素２８およびオブジェクト１１２に対する該ビームの相互作用は、第１実施形態におけるのと同一である。
【００８５】
戻りビーム３４は図２において光線３６Ａおよび３６Ｂとして示された戻りビーム３６としてレンズ６０により平行化されるが、ビーム３６は光線３６Ａおよび３６Ｂ間の光線から成る。ビーム３６の一部は、現在において記述される実施形態においてはプリズムである波面調節器４４に入射する。プリズム４４の効果は、以下において相当に詳細に記述される。サブ波長開孔３０に入射しない測定ビームの部分は、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に実質的に平行なビームとしてレンズ２４を放出し、その一部はビーム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７０に入射して該停止部により実質的に隠される。
【００８６】
参照ビーム５０は、位相シフタ６４により透過され、レンズ６６における開孔により透過され、参照オブジェクト２０Ｒに入射し、かつ、図２において光線５４Ａおよび５４Ｂとして示された反射参照ビーム５４として反射されるが、ビーム５４は光線５４Ａおよび５４Ｂ間の光線から成る。ビーム５４はレンズ６６により平行化されると共に位相シフタ６４により図２において光線５６Ａおよび５６Ｂとして示された反射参照ビーム５６として透過されるが、ビーム５６は光線５６Ａおよび５６Ｂ間の光線から成る。参照ビーム５０が位相シフタ６４を２回通過する結果として、該位相シフタ６４は反射参照ビーム５６に相対位相シフトχを導入する。位相シフトχの大きさは、電子制御器、信号処理器およびコンピュータ２００からの制御信号１３２により制御される。
【００８７】
図４ｃにおいては、参照オブジェクト２０Ｒを通る参照ビーム５２の伝搬が拡大略図で示される。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により、要素２８Ｒにて該要素２８Ｒの反射スポットのアレイを包含するビーム直径へと集束される。第１実施形態の要素３０Ｒは透過的であるが第２実施形態の要素３０Ｒは反射的であることを除き、該第２実施形態における要素２８Ｒは、図４ｄに概略的に示されて第１実施形態において記述されたものと同一である。
【００８８】
当業者であれば、概略的には本明細書中に記述された実施形態のいずれにおいても本発明の趣旨および範囲から逸脱すること無く、第１実施形態の要素２８Ｒと相補的である要素を有する参照オブジェクト２０Ｒにより参照ビームが透過もしくは反射されるように該参照ビームの経路が構成され得ることは明らかであろう。
【００８９】
図２を参照するとビームスプリッタ１００は、戻り測定ビーム３６を戻り参照ビーム５６に組合せることで、光軸に対応する光線３８Ａおよび３８Ｂから成る混合ビーム３８を形成する。選択的に、混合ビーム３８を受容すべく偏光子６８が配置され得る。
【００９０】
第１実施形態におけるのと同様に、ビーム３８はレンズ６２に入射すると共に図２において光線４０Ａおよび４０Ｂとして示された混合ビーム４０として集束されるが、混合ビーム４０は光線４０Ａおよび４０Ｂ間の光線から成る。混合ビーム４０は、結像面１１４におけるピンホールが一対のサブ波長開孔３０ａ，３０ｂの複合像であるように、ピンホール平面１１４上に集束される。残りの記述は、第１実施形態におけるのと同一である。
【００９１】
本発明の第２実施形態の波面調節器４４は、ビーム３８の各成分間にπ位相および角度δθ２ を導入するプリズムである。
そのようなプリズムの結果、系統誤差および統計誤差を減少した差分的測定の実施に関して第１実施形態と同様の特性が提供される。角度δθ２ は、第１実施形態のδθ１ の選択において用いられた判定基準に対応する判定基準により選択される。故にプリズム４４は第１実施形態のマッハ・ツェンダー干渉計と同様に機能することで、第２実施形態のピンホール平面において図５ａおよび図５ｂと同様な出力を生成する。同様に反射参照ビーム５６の幅は、たとえばピンホールにおける分布ピーク幅が参照ビーム成分および戻りビーム成分に対して実質的に同一であるように、減少されても良い。
【００９２】
第２実施形態の残りの説明は、本発明の第１実施形態に対して与えられた説明の対応部分と同一である。
図面を参照すると図３は、本発明の第３実施形態を略図で示している。波面調節器４４’が（１／２）戻り測定ビーム３６に対してπ位相シフトを与える位相遅延プレートであることを除き、第３実施形態は第２実施形態と同一である。
【００９３】
第３実施形態に対する１１４のピンホールにおける振幅分布の特性の説明は、第１および第２実施形態の説明と同様である。特に第３実施形態は、一対のサブ波長開孔３０ａ，３０ｂの反対称寄与を検出する高感度、および、一対のサブ波長開孔３０ａ，３０ｂの対称寄与を検出する低感度を有する。
【００９４】
概略的に、プリズム４４および位相遅延プレート４４’は両者ともに、撮像システムの瞳面に配置された波面調節器であってピンホール平面において所望結果を生成する波面調節器の例である。特に波面調節器は戻りビーム３６に対し、ピンホール平面における各開孔対の像の光学的エネルギを再分配する位相および／または振幅パターンを与え得る。第２および第３実施形態においてたとえば、波面調節器によれば各開孔対３０ａ，３０ｂから出る放射線の反対称成分は対応ピンホール１１４からは見えなくなり、放出放射線の対称成分はピンホールを選択的に通過する。そのような放出放射線は、サンプルにより発せられて開孔対を通る放射線だけでなく、開孔対により散乱された測定ビームからの放射線も含む。波面調節器の他の実施形態は、同様の結果を達成し得る。たとえば波面調節器は、（プレート４４’と同様に）ビーム３６を二等分することで、または、ビーム３６の異なる領域にπ位相シフトを与えるべくその横方向領域の半分を瞳面内に備える位相マスク（たとえばπ位相シフトの周期的交互パターン）を用いることで、ビーム３６の半分にπ位相シフトを与える位相マスクとされ得る。
【００９５】
更に概略的に、波面調節器は、戻りビーム３６の一定部分もしくは全てにわたり延在し得ると共に、該ビームにわたり可変の位相および／または振幅（すなわち減衰）を与えるマスクとされ得る。プリズム４４はこの一般化の特定例である、と言うのも、それは戻りビーム３６の半分に対して線形な位相掃引を与えるからである。他の実施形態において波面調節器は、各開孔対３０ａ，３０ｂから出る放射線の選択成分が対応ピンホール１１４から見えなくなる一方で別の成分は選択的に通過されるように選択され得る。たとえば選択成分は、各開孔対から出る放射線の対称および反対称な成分の一定の重ね合わせとされ得る。
【００９６】
同様に、第１実施形態のマッハ・ツェンダー干渉計により与えられる位相シフトは、各開孔対から出る放射線の対称および反対称成分の選択的重ね合わせがピンホール平面において不在とならない様に選択され得る。
【００９７】
更に追加の実施形態において、各開孔対における開孔によりオブジェクトに対して放射された測定ビーム部分間に位相シフトを導入するのが望ましいこともある。これにより、検出時に各開孔対から放出する対応放射線、および、ピンホールアレイに対する対応通過の対称性が影響される。そのような位相シフトは、レンズ１２４Ａを通過する測定ビームに関して図４ａに示されたようにマスクアレイの法線に対して所定角度にて開孔対のアレイに接触すべく測定ビームを導向することで、放射された測定ビーム部分に導入され得る。
【００９８】
本発明の更なる実施形態は、上述のシステムを透過モードでの動作に適合することを含む。たとえばシステムは、測定ビームを受容すべく配置された別体の測定ビーム源アレイであって、オブジェクトに対して測定ビームの一部を放射することでオブジェクトに放射線を放出させるべく配置されたビーム源開孔対のアレイを有する別体の測定ビーム源アレイを含み得る。そのような測定ビーム部分によればオブジェクトは、上述の実施形態におけるのと同様に機能する測定ビーム検出器アレイおよび引き続く光検出システムに向けて放射線を放出する。そのような透過モードシステムは、たとえばやはり上述に参照したＰＣＴ公報ＷＯ０１／０９６６２Ａ２の図９に示される。
【００９９】
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実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す概略図である。
【図４ａ】第１実施形態で用いら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・アセンブリおよび第２実施形態で用いら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・アセンブリを示す概略図である。
【図４ｂ】輪郭形成／撮像されつつあるオブジェクト物質１１２に関する導電要素２８、および、サブ波長開孔３０に配置された電気双極子および磁気双極子に関連する電気的遠視野成分の角度分布関数を示す概略図である。
【図４ｃ】第２実施形態で用いら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を示す概略図である。
【図４ｄ】参照オブジェクト２０Ｒで用いられる反射要素３０Ｒ，３２Ｒを備えた要素２８を示す概略図である。
【図５ａ】結像面１１４、および、結像面１１４内のそれぞれのピンホールにおけるサブ波長開孔３０ａ，３０ｂの画像に対する対称成分の振幅分布関数を示す概略図である。
【図５ｂ】結像面１１４、および、結像面１１４内のそれぞれのピンホールにおけるサブ波長開孔３０ａ，３０ｂの画像に対する反対称成分の振幅分布関数を示す概略図である。
【図４ｂ】
2004505313.tif 000010
【図５ａ】
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【図５ｂ】
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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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