(57)【要約】物体（３０１）の静止表面（３０５）の表面形状(topography)を決定するための方法は、（ａ）物体（３０１）の静止表面（３０５）における領域（３０１ａ）を選択するステップと、（ｂ）入射単色電磁波（３０２）を領域（３０１ａ）に向けるとともに、表面（３０５）および入射単色電磁波（３０２）を互いに相対移動させるステップであって、入射単色電磁波（３０２）は、周波数ｆ０、振幅Ａ０および伝搬方向によって特徴付けられ、移動方向（３０４）は、入射単色電磁波（３０２）の伝搬方向に対して実質的に平行でなく、表面（３０５）は、入射単色電磁波（３０２）を反射し、反射単色電磁波（３０３）を発生し、移動（３０４）は、移動周波数（Ｆ）および移動振幅（Ａ）によって特徴付けられるようにしたステップと、（ｃ）移動（３０４）の際、領域（３０１ａ）から反射した単色電磁波（３０３）の特性を決定するステップと、（ｄ）入射単色電磁波（３０２）の特性、例えば、周波数ｆ０および反射単色電磁波（３０３）の特性、例えば、周波数ｆｒを解析して、物体（３０１）の領域（３０１ａ）の表面形状に関する情報を取得するステップとを含む。対応するシステムも提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（３０１）の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）であって、
（ａ）静止表面（３０５）において領域（３０１ａ；５０１ａ）を選択するステップ（１０１）。
（ｂ）入射単色電磁波（３０２）を該領域（３０１ａ；５０１ａ）に向けるとともに、表面（３０５）および入射単色電磁波（３０２）を互いに相対移動させるステップ（１０３）であって、
入射単色電磁波（３０２）は、周波数ｆ０、振幅Ａ０および伝搬方向によって特徴付けられ、
移動方向（３０４）は、入射単色電磁波（３０２）の伝搬方向に対して実質的に平行でなく、
表面（３０５）は、入射単色電磁波（３０２）を反射し、反射単色電磁波（３０３）を発生し、
移動（３０４）は、移動周波数（Ｆ）および移動振幅（Ａ）によって特徴付けられるようにしたステップ（１０３）と、
（ｃ）移動の際、領域から反射した単色電磁波（３０３）の特性（ｆｒ）を決定するステップ（１０４）と、
（ｄ）入射単色電磁波（３０２）の特性（ｆ０）および反射単色電磁波（３０３）の特性（ｆｒ）を解析して、物体（３０１）の領域（３０１ａ）の表面形状に関する情報を取得するステップと、を含む方法（１００，９００，１６００）。
【請求項２】
相対移動（３０４）は、表面（３０５）及び／又は入射単色電磁波（３０２）の変位を含む、請求項１記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項３】
変位は、表面（３０５）及び／又は入射単色電磁波（３０２）を発生する光源（３００）への機械的な力、電磁的な力または圧電性の力によって誘起される、請求項１または２記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項４】
入射単色電磁波の変位は、入射単色電磁波（３０２）の伝搬経路に位置するミラー（１３５０）を少なくとも移動させることによって誘起される、請求項１または２記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項５】
相対移動（３０４）は、往復直線運動である、請求項１〜４のいずれかに記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項６】
相対移動（３０４）は、円運動である、請求項１〜５のいずれかに記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項７】
変位は、表面（３０５）用のホルダ（１０１３）を用意し、ホルダ（１０１３）に対して往復変位を誘起することによって誘起される表面（３０５）の往復変位である、請求項２記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項８】
入射単色電磁波（３０２）の伝搬方向と移動方向（３０４）とのなす角度は、４０度〜９０度の範囲である、請求項１〜７のいずれかに記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項９】
入射単色電磁波（３０２）の伝搬方向と移動方向（３０４）とのなす角度は、約９０度である、請求項８記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１０】
入射および反射単色電磁波（３０２，３０３）の特性は、少なくとも入射および反射単色電磁波の周波数をそれぞれ含む、請求項１〜９のいずれかに記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１１】
特性を解析するステップは、
・入射単色電磁波（３０２）の周波数（ｆ０）と反射単色電磁波（３０３）の周波数（ｆｒ）との間の差であるドップラ周波数シフト（Δｆ）を決定するステップと、
・相対移動（３０４）のドップラ周波数シフト（Δｆ）、移動周波数（Ｆ）および移動振幅（Ａ）から表面形状勾配値（Δｚ／Δｘ）を計算するステップと、
・表面形状勾配値（Δｚ／Δｘ）を積分し、積分した表面形状勾配値は、該領域（３０１ａ）の表面形状特性を決定するステップとを含む、請求項１０記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１２】
（ｅ）静止表面（３０５）において他の領域（５０１ｂ）を選択するステップと、
（ｆ）表面全体（３０５）の表面形状が決定されるまで、この他の領域（５０１ｂ）についてステップ（ｂ）〜（ｄ）を繰り返すステップとをさらに含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１３】
ステップ（ｆ）の前に、入射単色電磁波（３０２）を、該領域（５０１ａ）から他の領域（５０１ｂ）へ、ある走査速度（Ｖ）およびある走査振幅（Ｓ）で移動させることをさらに含む、請求項１２記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１４】
入射単色電磁波（３０２）を該領域（５０１ａ）から他の領域（５０１ｂ）へ移動させることは、所定の経路に従って行うようにした、請求項１３記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１５】
入射単色電磁波（３０２）を移動させることは、１次元または２次元で行うようにした、請求項１３または１４記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１６】
移動周波数（Ｆ）は、物体（３０１）の機械的共振周波数とは異なるようにした、請求項１〜１５のいずれかに記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１７】
・参照単色電磁波（８００）を用意するステップと、
・参照単色電磁波（８００）を物体（３０１）に向けて、物体（３０１）は、参照単色電磁波（８００）を反射するようにしたステップと、
・反射した参照単色電磁波の特性を決定するステップとを含み、
解析ステップは、入射単色電磁波（３０２）、反射単色電磁波（３０３）、入射単色参照電磁波（８００）および反射単色参照電磁波の特性を解析し、表面（３０５）の表面形状に関する情報を取得することを含む、請求項１〜１６のいずれかに記載の静止表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１８】
物体（３０１）の静止表面（３０５）の表面形状を測定するためのシステムであって、
・単色電磁波（３０２）を発生するための単色電磁波光源（３００）と、
・単色電磁波（３０２）を表面（３０５）に向けて、表面（３０５）から反射単色電磁波（３０３）を発生するための光学系と、
・表面（３０５）および単色電磁波（３０２）を互いに相対移動させる振動装置（１００８）であって、移動方向は、入射単色電磁波（３０２）の伝搬方向に対して実質的に平行ではなく、移動は、移動周波数（Ｆ）および移動振幅（Ａ）によって決定されるようにした振動装置（１００８）と、
・反射単色電磁波（３０３）の特性を検出するための検出器と、
・入射単色電磁波（３０２）の特性および反射単色電磁波（３０３）の特性を解析するための解析装置と、
・解析したデータを表面（３０５）の表面形状特性に変換するための変換装置と、を備えるシステム。
【請求項１９】
表面（３０５）と単色電磁波（３０２）との間の追加の相対移動を誘起するためのスキャナであって、追加の相対移動は、第１領域（５０１ａ）から表面（３０５）の他の領域（５０１ｂ）へ向けて、ある速度（Ｖ）および距離（Ｓ）で表面を走査することを含み、走査距離（Ｓ）は移動振幅（Ａ）より大きく、走査速度（Ｖ）は移動周波数（Ｆ）より小さいようにしたスキャナをさらに備える、請求項１８記載の静止表面（３０５）の表面形状を測定するためのシステム。
【請求項２０】
表面（３０５）の表面形状を決定するためのレーザドップラ振動計の使用であって、
単色電磁波（３０２）および物体（３０１）の相対移動が、単色電磁波（３０２）の伝搬方向に対して平行でない方向に誘起されるようにした、レーザドップラ振動計の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の目的は、小さいサンプルエリアおよび比較的大きなサンプルエリアの両方（μｍ〜ｃｍの範囲）のプロファイルに関する情報を、サブｎｍ、例えば、ｐｍの面外分解能で取得するための方法を提供することであり、いろいろな環境（例えば、高温ステージ上のサンプルなどでは真空チャンバまたは環境チャンバのガラスを通じて）でこれを行う可能性を有する。
【背景技術】
【０００２】
表面形状測定(profilometry)は、物体またはその表面の形状（またはプロファイル）に関する情報を取得するために用いられる手法を表す一般的な用語である。例えば、接触式表面形状測定装置または原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などで実施される接触式手法と、非接触表面形状測定を可能にする光学的手法とは区別される。ＡＦＭは、数オングストロームのオーダーである極めて高い垂直分解能という利点を有する。しかしながら、極めて低速であり、１００μｍより大きなエリアを走査するためにはほとんど使用できない。さらに、大きな垂直な段差（例えば、＞５μｍ）は測定できない。
【０００３】
この方法の他の不具合が、環境試験設備、例えば、温度及び／又は真空のチャンバ、高温ステージなど、との組合せの困難さである。既存の光学的手法、例えば、光学干渉測定は、一般にはかなり高速であるが、通常、数ナノメータより低い分解能という不具合がある。これらの既存の手法は全て、走査したいエリアが大きくなるほど、面外（即ち、物体の面内でない）分解能が低くなり、必要な時間がより大きくなるという点で共通する。
【０００４】
レーザドップラ振動計（ＬＤＶ）は、図１に示すように、干渉計の使用をベースとして、振動物体２０１によって散乱された、振幅Ａ０および周波数ｆ０の入射光２０２のドップラ周波数シフトを測定する非接触の光学的方法である。物体２０１の振動、速度Ｖの移動は、典型的には、入射レーザビーム２０２に対して平行な方向にあり、即ち、図１に示すように、物体２０１の面に関して面外(out-of-plane)である。光源２００に対する物体２０１の動きは、ドップラ方程式によって記述されるように、値Ａｒに向かう反射光ビーム２０３の振幅のシフト、および値ｆｒに向かう反射光ビーム２０３の周波数のシフトを引き起こす。ドップラ周波数シフト（Δｆ＝ｆｒ−ｆ０）から、物体２０１の（振動）速度Ｖは、下記のドップラ方程式を解くことによって決定できる。
【０００５】
【数１】
2012511158.tif 000003
【０００６】
ここで、ｆｒは反射光ビーム２０３の周波数、ｆ０はレーザ光源２００からの入射光ビーム２０２の周波数、Ｖは振動物体２０１の速度、λは入射光ビーム２０２の波長である。レーザドップラ振動計（ＬＤＶ）は、サブナノメータおよびサブピコメータの分解能を達成できる極めて敏感な光学的手法である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レーザドップラ振動計の利点の１つは、異なる温度および真空チャンバと容易に統合でき、比較的大きなエリアに渡って走査するために使用可能であることである。そのため、それは必要な分解能および適用性領域の両方を組み合わせている。しかしながら、この方法は、物体の機械的（振動的）面外移動（速度および変位）の検出をベースとしており、それは、物体のプロファイルを測定するのに直接適用できない。この方法は、電気機械システムの動的特性を測定し、そして、純粋に機械的なシステムの機械的共振を調査するためために広く使用されている。
【０００８】
本発明の実施形態の目的は、物体のプロファイルを非破壊方法で決定するための方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、本発明の実施形態に係る方法および装置によって達成される。
【００１０】
第１態様において、本発明は、物体の静止表面の表面形状(topography)を決定するための方法を提供する。該方法は、下記ステップを含む。
【００１１】
（ａ）物体の静止表面において領域を選択するステップ。
（ｂ）入射単色電磁波を該領域に向けるとともに、表面および入射単色電磁波を互いに相対移動させるステップ。入射単色電磁波は、周波数ｆ０、振幅Ａ０および伝搬方向によって特徴付けられる。移動方向は、入射単色電磁波の伝搬方向に対して実質的に平行でない。表面は、入射単色電磁波を反射し、反射単色電磁波を発生する。移動は、移動周波数および移動振幅によって特徴付けられる。
（ｃ）移動の際、領域から反射した単色電磁波の特性を決定するステップ。
（ｄ）入射単色電磁波の特性および反射単色電磁波の特性を解析して、物体の領域の表面形状に関する情報を取得するステップ。
本発明の実施形態の利点は、表面の表面形状を、高い分解能、詳細には、高い垂直または面外分解能で決定できることである。面外分解能とは、特徴付けすべき表面の面外での分解能を意味する。詳細には、本発明の実施形態の利点は、表面の表面形状を、サブオングストロームの分解能、詳細には、例えばピコメータの分解能で定義できることである。
【００１２】
本発明の実施形態の利点は、新しい機能性が既存のＬＤＶシステムに追加されることであり、詳細には、例えば、真空または環境のプローブステーションの内側での測定など、ウエハレベルでの表面形状測定の可能性などである。
【００１３】
本発明の実施形態の利点は、表面の表面形状を非破壊方法で決定できることである。
【００１４】
本発明の実施形態に係る方法において、相対移動は、表面及び／又は入射単色電磁波の変位を含んでもよい。
【００１５】
変位は、表面及び／又は入射単色電磁波を発生する光源への機械的な力、電磁的な力または圧電性の力によって誘起してもよい。
【００１６】
代替の実施形態において、入射単色電磁波の変位は、入射単色電磁波の伝搬経路に位置するミラーを少なくとも移動させることによって誘起してもよい。
【００１７】
本発明の実施形態に係る方法において、相対移動は、往復直線運動である。代替の実施形態では、相対移動は、円運動である。
【００１８】
変位は、表面用のホルダを用意し、ホルダに対して往復変位を誘起することによって誘起される表面の往復変位でもよい。
【００１９】
本発明の実施形態に係る静止表面の表面形状を決定するための方法において、入射単色電磁波の伝搬方向と移動方向とのなす角度は、４０度〜９０度の範囲、例えば、約９０度である。
【００２０】
特定の方法の実施形態では、入射および反射単色電磁波の特性は、少なくとも入射および反射単色電磁波の周波数をそれぞれ含む。
【００２１】
こうした場合、特性を解析するステップは、下記ステップを含む。
【００２２】
・入射単色電磁波の周波数と反射単色電磁波の周波数との間の差であるドップラ周波数シフトを決定するステップ。
・相対移動のドップラ周波数シフト、移動周波数および移動振幅から表面形状勾配値を計算するステップ。
・表面形状勾配値を積分するステップ。積分した表面形状勾配値は、該領域の表面形状特性を決定する。
【００２３】
本発明の実施形態の利点は、表面形状は、例えば、レーザドップラ振動計など、ドップラ効果をベースとして振動運動を測定する初期の目的を持つ既存のツールを用いて決定できる。
【００２４】
本発明の実施形態に係る方法が、下記のステップをさらに含んでもよい。
【００２５】
（ｅ）静止表面において他の領域を選択するステップ。
（ｆ）決定すべき表面全体の表面形状が決定されるまで、この他の領域についてステップ（ｂ）〜（ｄ）を、必要に応じてさらに他の領域についてステップ（ｅ）と（ｆ）を繰り返すステップ。
【００２６】
本発明の実施形態の利点は、表面形状は、大きな表面エリアについて、例えば、１μｍから数ｃｍまたはそれ以上に達する範囲の表面エリアについて決定できることである。
【００２７】
該方法は、ステップ（ｆ）の前に、入射単色電磁波を、該領域から他の領域へ、ある走査速度およびある走査振幅で移動させることをさらに含んでもよい。入射単色電磁波を該領域から他の領域へ移動させることは、所定の経路に従って行ってもよい。入射単色電磁波を移動させることは、１次元または２次元で行ってもよい。
【００２８】
本発明の実施形態の利点は、物体の全体表面形状を測定するために、ラスター走査が実施できることである。
【００２９】
本発明の実施形態に係る、静止表面の表面形状を決定する方法において、移動周波数は、物体の機械的共振周波数とは異なってもよい。
【００３０】
本発明の実施形態の利点は、静止物体の全体表面形状が決定されることである。物体の表面の振動的移動を誘起する外部運動が存在しない（例えば、共振周波数に起因して、または、例えば、外部印加運動に起因して）。
【００３１】
本発明の代替の実施形態に係る静止表面の表面形状を決定する方法が、下記ステップをさらに含んでもよい。
【００３２】
・参照単色電磁波を用意するステップ。
・参照単色電磁波を物体に向けるステップ。物体は、参照単色電磁波を反射する。
・反射した参照単色電磁波の特性を決定するステップ。
【００３３】
解析ステップは、入射単色電磁波、反射単色電磁波、入射単色参照電磁波および反射単色参照電磁波の特性を解析し、表面の表面形状に関する情報を取得することを含む。
【００３４】
第２態様において、本発明は、静止表面の表面形状を測定するためのシステムを提供する。こうしたシステムは、下記構成を備える。
【００３５】
・単色電磁波を発生するための単色電磁波光源。
・単色電磁波を表面に向けて、表面から反射単色電磁波を発生するための光学系。
・表面および単色電磁波を互いに相対移動させる振動装置(shaker)。移動方向は、入射単色電磁波の伝搬方向に対して実質的に平行ではない。移動は、移動周波数および移動振幅によって決定される。
・反射単色電磁波の特性を検出するための検出器。
・入射単色電磁波の特性および反射単色電磁波の特性を解析するための解析装置(analyzer)。
・解析したデータを表面の表面形状特性に変換するための変換装置(convertor)。
【００３６】
本発明の実施形態に係るシステムが、下記構成をさらに備えてもよい。
【００３７】
・表面と単色電磁波との間の追加の相対移動を誘起するためのスキャナ。追加の相対移動は、第１領域から表面の他の領域へ向けて、ある速度および距離で表面を走査することを含み、走査距離は移動振幅より大きく、走査速度は移動周波数より小さい。
【００３８】
第３態様において、本発明は、表面の表面形状を決定するためのレーザドップラ振動計の使用を提供するものであり、単色電磁波および物体の相対移動が、単色電磁波の伝搬方向に対して平行でない方向に誘起される。
【００３９】
本開示の特定および好ましい態様が、添付の独立請求項および従属請求項に記述されている。従属請求項からの特徴は、独立請求項の特徴および他の従属請求項の特徴と組み合わせてもよく、適切であって、請求項に明示的に記述されたものだけでない。
【００４０】
本発明および先行技術に対して達成される利点を要約するために、本発明の一定の目的および利点をここでは説明している。当然ながら、必ずしも全てのこうした目的または利点が本発明の何れの特定の実施形態に従って達成できるわではないと理解すべきである。例えば、本発明は、ここで教示または示唆するような他の目的または利点を必ずしも達成することなく、ここで教示したような１つの利点または一群の利点を達成または最適化する方法で具体化または実施してもよいことは、当業者は認識されよう。この要約は、単なる一例に過ぎず、請求項のような発明の範囲を限定することは意図していないことは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】（先行技術）レーザドップラ振動計の概略図を示す。
【図２】本発明の実施形態に係る方法を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る配置の概略図である。
【図４】表面のプロファイルが距離の関数でどのように表現されるかを示す。
【図５】本発明の第２実施形態に係る配置の概略図であり、複数の領域が走査される。
【図６】特定タイプの表面形状に渡るラスター走査を示す。
【図７】複数の領域に渡る円走査を示す。
【図８】本発明の一実施形態を示し、物体の決定すべき表面形状は傾斜している。
【図９】本発明の実施形態に係る代替の方法を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る装置の実験的配置を示す。
【図１１】フィードスルー(feedthrough)に渡るライン走査の測定結果の一例を示す。
【図１２】局所勾配を積分した後に得られた、図１１に示す測定値の表面形状プロファイルを示す。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る配置の概略図であり、表面と入射単色電磁波との間の相対移動は、少なくとも１つの可動ミラーによって提供される。
【図１４】測定した周波数シフトの全体プロファイルおよびその詳細部分を示す。
【図１５】本発明の実施形態に係る代替の方法を示すブロック図である。
【図１６】表面形状プロファイルに起因して、表面と入射単色電磁波との間の相対移動がどのように見かけ上の面外運動を導くかを示す。
【００４２】
請求項でのいずれの参照符号も、その範囲を限定するものと解釈すべきでない。異なる図面において、同じ参照符号は、同じまたは類似の要素を参照する。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明の１つ又はそれ以上の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。記載した図面は概略的なものに過ぎず、非限定的である。図面において、幾つかの要素のサイズは、説明目的のため、誇張してスケールどおり描いていないことがある。寸法および相対寸法は、本発明の実際の実施態様に対応していない。
【００４４】
当業者は、本発明の範囲に包囲される多数の変形および変更を認識できる。従って、好ましい実施形態の記載は、本発明の範囲を限定するものとみなすべきでない。本発明の範囲は添付請求項によって定義される。
【００４５】
さらに、説明での用語「第１」「第２」「第３」などは、類似の要素を区別するために使用しており、必ずしも連続的または空間的な順番を記述するためではない。これらの用語は、適切な状況下で交換可能であり、ここで本発明の実施形態は、ここで説明したり図示したものとは別の順番で動作可能であると理解すべきである。
【００４６】
さらに、説明での用語「上(top)」、「下(bottom)」、「の上に(over)」、「の下に(under)」等は、説明目的で使用しており、必ずしも相対的な位置を記述するためのものでない。こうして用いた用語は、適切な状況下で交換可能であって、ここで説明した本発明の実施形態がここで説明または図示した以外の他の向きで動作可能である。例えば、ある要素の「下方(underneath)」および「上方(above)」とは、この要素のそれぞれ反対側に位置することを示す。
【００４７】
本明細書を通じて「一実施形態」または「実施形態」への参照は、実施形態との関連で記載した特定の特徴、構造または特性は、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれる。発明の態様は、単一の前述し開示した実施形態の全ての特徴より少ないこともある。
【００４８】
説明および請求項で用いた用語「備える、含む(comprising)」は、それ以降に列挙された手段に限定されるものと解釈すべきでなく、他の要素またはステップを除外していないことに留意すべきである。記述した特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を、参照したように特定するように解釈する必要があるが、１つ又はそれ以上の他の特徴、整数、ステップまたは構成要素、あるいはこれらのグループの存在または追加を除外していない。そして「手段Ａ，Ｂを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素Ａ，Ｂだけからなるデバイスに限定すべきでない。本発明に関して、デバイスの関連した構成要素だけがＡとＢであることを意味する。
【００４９】
ここで提供した説明では、多数の特定の詳細を記述している。しかしながら、本発明の実施形態がこれらの特定の詳細なしで実施してもよいと理解される。また、周知の方法、構造および手法は、詳細に示していないが、本説明の理解を曖昧にするものでない。
【００５０】
本発明において、用語「レーザ」を用いた場合、それは、単色電磁波を含む任意の種類の単色電磁波を包含する。詳細には、用語「レーザ」を用いた場合、それは、レーザコヒーレント単色電磁波を含む任意の種類のコヒーレント単色電磁波を含んでもよい。本発明の実施形態に好適なレーザの例は、ヘリウムネオンレーザ（ＨｅＮｅレーザ）である。好適なレーザの他の例は、ネオジムドープのイットリウムアルミニウムガーネットレーザ（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ）である。
【００５１】
用語「静止(static)」とは、その形状が維持されることを意味する。静止表面とは、表面の形状が維持されること、あるいは、表面の形状が変化しないことを意味する。表面のプロファイルは変化しない。詳細には、表面の形状特性は変化しない。あるいは、表面の形状特性は不変のままである。このことはまた、表面の移動が表面の形状（プロファイル、表面形状）に影響を与えないことを意味する。表面が異なる部分を含む場合、これらの部分の互いの相対位置は不変のままである。例えば、表面が、自立または突出した部分を含む場合、これらの自立または突出した部分が互いに相対移動しない限り、表面は静止している。例えば、カンチレバーを含むＭＥＭＳデバイスでは、このＭＥＭＳデバイスの静止表面とは、カンチレバーは振動しないことを意味する。外部移動が表面に印加される場合、表面は静止したままである必要があり、外部移動は、印加された外部移動以外の表面のいずれの移動を誘発しないことを意味する。本発明の実施形態に係る方法およびシステムは、レーザドップラ原理をベースとしているため、静止とは、面外移動、例えば、表面の振動面外移動が実質的に存在しないことを意味する。
【００５２】
用語「振動装置(shaker)」を用いた場合、それは、物体を移動するようにした全ての種類のデバイスまたはシステムを包含する。本発明の特定の実施形態において、「振動装置」は、物体、ゆえにその表面の面内移動を印加するためのデバイスまたはシステムを参照する。
【００５３】
用語「表面」を用いた場合、それは、物体の表面を意味する。表面は、物体の上面でもよい。用語「物体」を用いたときはいつでも、それは物体の表面を参照している。
【００５４】
本発明の方法および装置は、レーザドップラ振動計（ＬＤＶ）の測定原理をベースとしている。最新のレーザドップラ振動計（図１）は、レーザ光源２００に対して移動する物体２０１を反射したレーザ信号２０３のドップラ周波数シフト（ドップラ効果）の測定をベースとしている。物体２０１の移動は、典型的には面外であり、レーザ信号２０２の方向に、例えば、レーザ光源２００に向けて及び／又はレーザ光源２００から遠ざかるような方向を意味する。周波数シフト量は、移動物体２０１の速度Ｖの指標である。最新のレーザドップラ振動計において、レーザドップラ振動計からの入射レーザ信号２０２は、移動物体、詳細には、関心のある振動表面２０１の方向に向いている。振動振幅および振動周波数は、表面の移動に起因したレーザビーム周波数のドップラ周波数シフトから抽出される。
【００５５】
光学形状測定(profilometry)器（例えば、白色干渉計）との基本な相違点は、速度が測定される点であり、即ち、従来のレーザドップラ振動計は、（時間依存の）運動のみが測定可能であり、静止した表面形状は測定できない。
【００５６】
本発明の第１態様は、物体３０１の静止表面３０５の表面形状を決定するための方法１００（図２のブロック図に示しており、例えば、図３に示すような構成を参照）に関するものであり、該方法は、下記ステップを含む。
【００５７】
（ａ）物体３０１の静止表面３０５における領域３０１ａを選択する（ステップ１０１）。
（ｂ）単色電磁波３０２を用意する（ステップ１０２）。
（ｃ）単色電磁波３０２を領域３０１ａに向けるとともに、表面３０５および入射単色電磁波３０２を互いに相対移動させる（ステップ１０３）。入射単色電磁波３０２は、周波数ｆ０、振幅Ａ０および伝搬方向によって特徴付けられる。移動方向は、入射単色電磁波３０２の伝搬方向に対して実質的に平行ではない。表面３０５は、入射単色電磁波３０２を反射し、反射単色電磁波３０３を発生する。移動は、移動周波数Ｆおよび移動振幅Ａによって特徴付けられる。
（ｄ）移動の際、領域３０１ａから反射した単色電磁波３０３の特性を決定する（ステップ１０４）。
（ｅ）入射単色電磁波３０２の特性および反射単色電磁波３０３の特性を解析して、物体３０１の領域３０１ａの表面形状に関する情報を取得する（ステップ１０５）。
【００５８】
以下、図２と図３を参照して、いろいろなステップについて詳細に説明する。
【００５９】
静止物体３０１（図３）、即ち、静止表面３０５を有する物体が用意され、領域３０１ａが、この物体３０１の静止表面３０５の上で規定される。表面３０５は、例えば、物体３０１の上面でも構わない。静止表面３０５が、無振動表面、例えば、振動部分が無い表面でもよい。物体３０１と入射単色電磁波３０２との間に印加された移動に起因した、表面３０５の形状またはプロファイルの変化が存在しない。
【００６０】
周波数ｆ０および振幅Ａ０を有する単色電磁波３０２が用意される。単色電磁波３０２は、単色電磁波などのコヒーレント単色電磁波でもよい。他の実施形態では、単色電磁波は、良好にコリメートされた単色電磁波でもよい。レーザ光源３００、例えば、ＨｅＮｅレーザ光源が、こうした単色電磁波を供給できる。ＨｅＮｅレーザ光源では、約４．７４×１０１４Ｈｚの周波数ｆ０および約６３３ｎｍの波長を持つレーザビームが供給される。
【００６１】
単色電磁波３０２は、静止表面３０５の領域３０１ａに向いているとともに、表面３０５は、単色電磁波３０２に対して相対移動（３０４）する。移動は、移動周波数Ｆおよび移動振幅Ａを有する。相対移動３０４の方向は、実質的に入射単色電磁波の面内にない。「実質的に入射単色電磁波の面内にない」とは、入射単色電磁波の伝搬方向に対して実質的に平行でないことを意味する。「実質的に入射単色電磁波３０２の面内にない」とは、例えば、最新のレーザドップラ振動計で典型的に使用されているような物体３０１の面を基準として、表面３０５の面外移動が無いことを意味する。「実質的に入射単色電磁波３０２の面内にない」とは、表面３０５の面外（物体３０１の表面３０５の面から外への）振動移動が無いことを意味する。表面３０５と単色電磁波３０２との間の相対移動は、実質的に面内にあり、これは表面３０５の面内を意味する。
【００６２】
本発明の特定の実施形態において、単色電磁波３０２の伝搬方向は、表面３０５の移動方向３０４に対して実質的に垂直であり、その表面形状が決定されることになる。入射単色電磁波３０２の伝搬方向と表面３０５の移動方向との間の角度は、約９０°でもよく、即ち、６５°〜１１５°の範囲内でもよい。入射単色電磁波３０２の伝搬方向と表面３０５の移動方向との間の角度は、１０°〜９０°の範囲内でもよく、詳細には、例えば、４０°〜９０°の範囲内でもよい。
【００６３】
表面３０５に入射する単色電磁波３０２の伝搬方向は、表面３０５の移動方向３０４に対して平行でなくてもよい。単色電磁波光源３００が、物体３０１の表面３０５の移動方向３０４に対して実質的に垂直でない伝搬方向を持つ単色電磁波を放射する場合、入射単色電磁波３０２および反射単色電磁波３０３を表面３０５の移動方向３０４に対して実質的に垂直な方向に経路設定するために、ミラーなどの追加の光学系（不図示）が必要であろう。
【００６４】
相対移動は、入射単色電磁波３０２に対して表面３０５を移動すること、及び／又は、表面３０５に対して入射単色電磁波３０２を移動することを含んでもよい。
【００６５】
本発明の実施形態において、相対移動は、機械的な力、電磁的な力または圧電性の力、あるいは表面３０５の変位を提供する何れかの他の方法によって誘発してもよい。表面３０５は、表面３０５の移動を誘発するように構成されたホルダ、例えば、振動装置または移動ステージの上に搭載してもよい。
【００６６】
上記または代替の実施形態において、入射単色電磁波３０２を移動することは、単色電磁波を供給する光源３００を移動することによって誘発してもよい。レーザビームでは、これはレーザ光源とすることができる。他の実施形態では、単色電磁波３０２を移動することは、単色電磁波を供給するための静止光源３００および、例えば、ミラーなどの可動光学系（図１３に一実施形態として示すように）を使用することによって行ってもよい。ミラー１３５０は、典型的には入射単色電磁波１３０２の経路中に配置され、ミラー１３５０を移動することは、ミラー１３５０に単振動を誘起することによって行ってもよく、その結果、ミラーは、高い周波数で移動または回転し、それ自体、入射単色電磁波１３０２１，１３０２２，１３０２３の移動を誘起する。
【００６７】
相対移動３０４は、移動振幅Ａおよび移動周波数Ｆによって規定してもよい。
【００６８】
相対移動３０４は、表面形状プロファイルに起因した見かけ上の面外移動を誘起できる。見かけ上の面外移動は、速度Ｖおよび距離Ｓによって規定してもよい。見かけ上の面外移動とは、物体３０１および入射単色電磁波３０２が１つの方向、例えば、水平に互いに移動することを意味するが、反射単色電磁波３０３は、これを、例えば、図１６に示すように、表面３０５の表面形状、例えば、曲率に起因して、第１方向とは異なる、例えば、第１方向に対して垂直な第２方向の動き、例えば、垂直移動として見ることを意味する。
【００６９】
本発明の特定の実施形態において、移動周波数Ｆは、表面３０５の機械的共振周波数とは異なる。表面３０５の共振周波数と等しいか、これに近い移動周波数Ｆは、物体の変形を誘発することがあり、これは、本発明の実施形態に従って表面形状プロファイルを決定するのに適していない。
【００７０】
入射単色電磁波３０２と物体３０１の表面３０５との間の相対移動は、１次元または２次元で実施できる。最も重要なことは、移動が、実質的に入射単色電磁波３０２の伝搬方向でなく、例えば、伝搬方向に対して実質的に垂直な方向にある点である。相対移動は、往復直線運動でも構わない。相対移動は、円運動でもよい。観測される面外速度Ｖは、次式で与えられる。
【００７１】
【数２】
2012511158.tif 000004
【００７２】
ここで、Ａは、振動装置により周波数Ｆで発生した振動振幅であり、αは、測定スポットでの表面３０５の平均勾配である。ｘは、振動装置により決定され、特定の実施形態では最小化される。測定スポットＡでの表面３０５の平均勾配αは、サンプルの特性であり、詳細には、表面の形状の特性である。
【００７３】
本発明の実施形態の目標は、極めて小さなα（例えば、α≦１０−３）でも測定可能なことである。Ｆは、使用者によって選択されるが、実際の実装例では、高い振動装置周波数Ｆと大きな振動振幅Ａとの間に常にトレードオフの関係がある。実際、本発明の実施形態において、振動装置の積Ｆ・Ａを最大化することが望ましい。最小検出可能面外速度Ｖは、入射単色電磁波および反射単色電磁波の特性を検出するシステム（例えば、振動計）の感度によって制限され、振動装置周波数Ｆにも依存することになる。Ｖは、５μｍ／ｓ〜８００ｍｍ／ｓの範囲で検出可能である。数値例を挙げると、１００ｋＨｚの周波数Ｆ、振動振幅Ａ＝１μｍで振動を生じさせ、サンプルが１０−３（＝α）の非平坦性を有する場合、約６００μｍ／ｓの面外速度Ｖが得られことになり、これは極めて許容できるものである。
【００７４】
図１０は、本発明の実施形態の例示の装置１０００の概略図である。レーザドップラ振動計走査ヘッド１００１が、標準的な顕微鏡１００３のビデオポート１００２（例えば、Ｃマウントアダプタ）に搭載される。レーザビーム３０２は、サンプル３０１、即ち、決定すべき表面形状を持つ物体の上にほぼ垂直に落射する。単色電磁波放射源１００６、例えば、レーザ光源は、光ファイバ１００７を用いて走査ヘッド１００１と接続してもよい。図示した実施形態では、サンプル３０１は振動装置ステージ１００８の上に戴置される。振動装置ステージ１００８は、入射単色電磁波３０２に対するサンプル３０１の相対運動を誘起する。波形発生器１００９を用いて、入射単色電磁波３０２に対して垂直な方向にサンプル３０１の調和変位を生成する。本発明の代替の実施形態（図面には不図示）では、振動装置ステージは、例えば、走査ヘッドを振動装置ステージの上に戴置することによって、静止したサンプルに対する入射単色電磁波の相対運動を誘起できる。さらに代替の実施形態（図面には不図示）では、サンプルおよび入射単色電磁波の両方が振動装置ステージと関連付けられ、その結果、サンプルおよび入射単色電磁波の両方が互いに移動する。
【００７５】
サンプル３０１の相対移動は、移動周波数Ｆおよび移動振幅Ａによって規定してもよい。振動装置１００８は、例えば、数ｋＨｚの周波数Ｆ、詳細には１００ｋＨｚ未満の周波数、詳細には１０ｋＨｚ未満の周波数、そして、数μｍの振幅Ａ、詳細には０．０１〜１００μｍの範囲、詳細には０．０１〜１０μｍの範囲の振幅Ａで、サンプル３０１の変位を誘起してもよい。振幅Ａは、１００μｍより大きくてもよいが、これは、高い分解能、即ち、サブミクロンの分解能で表面形状プロファイルを決定するには最適な振幅ではないであろう。移動振幅Ａは、典型的には、表面３０５の所定の領域と同じ大きさである。
【００７６】
物体３０１、即ち、その表面３０５および所定の領域３０１ａおよび入射単色電磁波３０２の相互の相対移動を誘起するとともに、入射単色電磁波３０２は、表面３０５の領域３０１ａから反射される。それ以外は、表面３０５は入射単色電磁波３０２を反射する。反射した単色電磁波３０３は、周波数ｆｒ、振幅Ａｒ、位相Ｐによって規定される。
【００７７】
測定は、時間領域および周波数領域で実施できる。代替の実施形態では、測定は時間領域で実施してもよい。
【００７８】
本発明の実施形態において、領域３０１ａから反射した単色電磁波３０３の特性が決定される。特定の実施形態では、少なくとも反射単色電磁波３０３の周波数ｆｒが決定される。
【００７９】
表面３０５の領域３０１ａの表面形状を決定するために、入射単色電磁波３０２の特性および反射単色電磁波３０３の特性が解析され、表面３０５の領域３０１ａの表面形状に関する情報を取得する。特定の実施形態では、入射単色電磁波３０２の特性、例えば、周波数ｆ０および、反射単色電磁波３０３の特性、例えば、周波数ｆｒが解析される。入射単色電磁波３０２の周波数ｆ０および反射単色電磁波３０３の周波数ｆｒの解析は、ドップラ効果をベースとしている。
【００８０】
調査対象の物体３０１の表面３０５が湾曲している（湾曲した形状、プロファイルを有する）場合、入射単色電磁波３０２の伝搬方向に対して平行でない方向、例えば、単色電磁波３０２に対してほぼ垂直な方向に沿ったこうした相対移動３０４が、単色電磁波３０２の光源３００と調査表面３０５との間の光学経路の長さの変調を生じさせる（図１６に示すように）。
【００８１】
図示した例では、物体３０１（即ち、表面３０５）および走査する単色電磁波３０２は、互いに水平移動するが、反射単色電磁波３０３は、これを、表面３０５の曲率に起因した垂直運動として見る。こうした長さ変調の速度は、レーザドップラ振動計によって検出可能であり、未知の表面３０５の形状に関する所望の情報に変換できる。こうして表面３０５の領域３０１ａの局所的な勾配を有効に測定できる。
【００８２】
例えば、白色干渉計など、他の光学的な表面形状測定手法とは異なって、本発明の実施形態に係るシステムは、いずれの変更なしで、光学窓を通じて測定を実施するために使用できる。これは、管理された雰囲気（圧力、湿度、化学組成など）中にあるデバイス上で測定を行う場合には、顕著な利点である。
【００８３】
表面の表面形状のプロファイルは、距離ｚ（ｘ）の関数として表現される高さによって規定できる（図４参照）。本発明の特定の実施形態によれば、ドップラシフト周波数Δｆ、即ち、入射単色電磁波３０２の周波数ｆ０と反射単色電磁波３０３の周波数ｆｒとの差が決定される。ドップラ方程式を用いて、ｚ（ｘ）とΔｆとの関係は、次のように定義できる。
【００８４】
【数３】
2012511158.tif 000005
【００８５】
ここで、Δｚ／Δｘは、表面形状プロファイルの勾配、即ち、面内変位に対する高さ変位であり、Δｘ／Δｔは、振動装置の速度、即ち、単色電磁波に対する物体の相対移動の速度である。Δｘ／Δｔは、移動振幅Ａおよび移動周波数Ｆによって規定してもよい。相対移動は、例えば、１００μｍ／秒でもよい。
【００８６】
表面形状プロファイルｚ（ｘ）を決定するために、測定したΔｚ／Δｘを積分してもよい。これは、当業者に知られている数学ソフトウエアまたはパッケージを用いて行える。例えば、積分は、ＭａｔＬａｂを用いて行ってもよい。
【００８７】
最小および最大検出可能Δｆは、入射単色電磁波３０２および反射単色電磁波３０３の検出器によって指定してもよい。検出限界は、例えば、約１ＭＨｚでも構わない。
【００８８】
本発明の実施形態によれば、入射単色電磁波３０２の特性、例えば、周波数ｆ０および、反射単色電磁波５０３ａの特性、例えば、周波数ｆｒａを解析し、物体３０１の表面３０５の領域５０１ａの表面形状に関する情報を取得するステップの後、単色電磁波３０２を他の領域５０１ｂに向けてもよく、ステップ（ａ）〜（ｅ）をこの他の領域５０１ｂについて繰り返してもよい。入射単色電磁波３０２の特性、例えば、周波数ｆ０および、反射単色電磁波５０３ｂの特性、例えば、周波数ｆｒｂの解析から、物体３０１の表面３０５の領域５０１ｂの表面形状に関する情報が得られる。物体の全体表面形状プロファイルが決定されるまで、これらのステップを物体３０１の全ての領域について繰り返してもよい。
【００８９】
表面の１つの領域の表面形状プロファイルを決定することを選択してもよい。また、表面の１つより多くの領域の表面形状プロファイルを決定することを選択してもよく、これにより全体表面形状プロファイルを決定できる。
【００９０】
特定の実施形態において、図９に示す方法９００および図１５に示す方法１６００で概略的に示すように、先の実施形態に記載した方法が、少なくとも２つの領域５０１ａ，５０１ｂを含む表面３０５の表面形状を決定するために実施できる。図９に示すように、先の実施形態に記載したような本発明の方法は、少なくとも１回繰り返して、表面の少なくとも２つの領域に関する情報を取得できる。他の領域についてステップ（ｃ）〜（ｅ）を繰り返すことによって、表面の全体表面形状に関する情報を取得してもよい。これは、表面３０５の各領域５０１ａ，５０１ｂの表面形状に関する情報を組み合わせることによって行ってもよい。複数領域のうちの１つの表面形状に関する情報は、図９に示すように、他の領域でデータ取り込みを実施する前に決定してもよく、あるいは、複数領域の表面形状に関する情報は、図１５に示すように、全ての領域についてデータ取り込みを実施した後に決定してもよい。
【００９１】
特定の実施形態において、先の実施形態に記載した方法が、物体３０１が複数の領域を含む場合の表面の形状を決定するために実施できる。先の実施形態に記載したような本発明の方法は、複数領域の各領域について実施し、複数領域に関する情報を取得できる。各領域に関する情報を組み合わせて、物体の全体表面形状に関する情報を取得できる。
【００９２】
本発明の実施形態において、単色電磁波光源３００は、単色電磁波３０２が表面３０５の複数領域５０１ａ，５０１ｂの各々に入射するように移動してもよい。代替の実施形態において、物体３０１は、単色電磁波３０２が表面３０５の複数領域５０１ａ，５０１ｂの各々に入射するように移動してもよい。代替の実施形態において、単色電磁波３０２の光源３００および表面３０５は、単色電磁波３０２が表面３０５の複数領域５０１ａ，５０１ｂの各々に入射するように移動できる。こうして単色電磁波３０２は、表面３０５に対して走査される。この走査は、ラスター走査などの所定のシーケンスで行ってもよい。単色電磁波３０２を表面３０５の複数領域５０１ａ，５０１ｂに向けることは、単色電磁波３０２を一方の領域から他方の領域へ走査することによって行ってもよく、この走査は走査速度および走査距離によって定義される。走査速度は、典型的には、必ずしも移動速度Ｖ（周波数Ｆ、振幅Ａなどの移動パラメータによって定義される）より小さくなくてもよい。走査振幅は、移動振幅Ａと等しいか、これより大きい。本発明の実施形態によれば、物体の表面での２次元ラスター（図６）に従って、単色電磁波３０２を一方の領域から他方の領域へ移動することによって、ラスター走査６１０を実施してもよい。
【００９３】
本発明の代替の実施形態によれば、単色電磁波３０２を円形経路７１０に従って一方の領域７０１ａから他方の領域７０１ｂへ２次元的に移動することによって、円走査（図７）を実施してもよく、後続の円形経路は増加または減少した直径を有している。
【００９４】
表面形状が決定される表面３０５は、電気的に制御可能な位置決め装置（ＸＹステージ）を用いて比較的遅い速度で１次元または２次元で走査可能である。比較的遅い速度とは、１ｍｍ／秒より小さい走査速度を意味する。
【００９５】
表面３０５は、適切なアクチュエータ、例えば、圧電アクチュエータ、磁気アクチュエータ、静電アクチュエータなどを用いて、表面３０５の調和した相対移動３０４（例えば、往復運動、振動）によって移動してもよい。こうした振動の周波数および振幅は、最適な分解能が得られるように調整できる。この高速振動は、物体の表面全体に渡って走査するために、低速な横方向変位によって変調する必要がある。これは、入射単色電磁波３０２を移動することによって、または表面３０５を移動することによって行える。
【００９６】
走査速度は、相対移動速度（振動速度）よりかなり小さくすべきである。それでなければ、走査の周波数は、相対移動の周波数よりかなり小さくすべきである。典型的には、走査移動は、１ｍｍ／ｓ未満のオーダーであるが、相対（振動）移動は、ｍｍ／ｓの１００ｓまたは１０００ｓのオーダーである。
【００９７】
図８に示すように、物体３０１が傾斜した場合、傾斜角βは、形状情報に関与することになる。この傾斜は、生データの後処理の際に考慮でき、あるいは、レーザドップラ振動計の参照単色電磁波８００をサンプルホルダ８０１の平坦かつ傾斜した表面に向けることによって補償できる（図８に概略的に示すように）。
【００９８】
本発明の第２態様において、単色電磁波３０２を用いて静止表面３０５の表面形状を測定するためのシステムが開示され、該システムは下記構成を備える。
【００９９】
・静止表面３０５が装着されるホルダ。
・単色電磁波３０２を発生するための単色電磁波光源３００。
・単色電磁波（３０２）を表面（３０５）に向けて、表面（３０５）から反射単色電磁波（３０３）を発生するための光学系。反射単色電磁波３０３は、周波数ｆｒ、振幅Ａｒ、位相を有する。
・表面３０５および単色電磁波を互いに相対移動させる振動装置(shaker)。移動方向３０４は、入射単色電磁波３０２の伝搬方向に対して実質的に平行でない。移動は、移動周波数Ｆおよび移動振幅Ａによって決定される。
・反射単色電磁波３０３の特性を検出するための検出器。
・入射単色電磁波３０２の特性および反射単色電磁波３０３の特性を解析するための解析装置(analyzer)。
・解析したデータを表面３０５の表面形状特性に変換するための変換装置(convertor)。
【０１００】
該システムは、単色電磁波３０２を用いて表面３０５を走査するためのスキャナをさらに備えてもよく、表面を走査することは、表面３０５の第１領域５０１ａ，７０１ａから表面３０５の第２領域５０１ｂ，７０１ｂへ向かう単色電磁波３０２の第２相対移動を含み、第２相対移動は、入射単色電磁波３０２の伝搬方向に対して実質的に平行でない。走査振幅は、振動振幅と等しくても、これより大きくてもよい。
【０１０１】
本発明の第３態様において、本発明の第２態様の実施形態で記載したようなシステムの使用を開示する。本発明の第２態様の実施形態で記載したようなシステムは、静止物体の表面形状を非破壊方法で決定するために使用できる。
【０１０２】
本発明の一実施形態によれば、本発明のシステムは、物体の表面形状を決定するために使用できる。物体は、例えば、表面形状が決定されるべき上面を有する。特定の実施形態では、第２態様の実施形態で記載したようなシステムは、物体の表面形状の決定のために使用でき、物体は、表面、例えば、湾曲した上面を有する。この場合、単色電磁波は、物体の表面、例えば、上面に向けられるとともに、物体は、単色電磁波に対して相対移動する。移動方向は、入射単色電磁波の伝搬方向に対して実質的に平行でなく、物体の上面は、単色電磁波を反射する。
【０１０３】
本発明の実施形態に係る方法が、サンプルエリアの表面形状を１μｍ〜数ｃｍまたはそれ以上の範囲で決定するために使用できる。さらに、この方法は、１ｎｍ未満または０．１ｎｍ未満の面外分解能を可能にする。該方法は、異なる環境で実施でき、例えば、高温ステージ上のサンプルでは、真空チャンバまたは環境チャンバのガラスを通じて実施できる。
【０１０４】
（実験例）
この特定の例において、Ｐｏｌｙｔｅｃ社ＭＳＶ−４００は、レーザドップラ振動計（ＬＤＶ）ツールであり、標準の顕微鏡のビデオポート（Ｃマウントアダプタ）に搭載した。
【０１０５】
このシステムは、下記のユニットを備える（図１０も参照）。
【０１０６】
・ＯＦＶ−０７２顕微鏡アダプタ（図１０での走査ヘッド１００１）。これは、レーザビームを標準顕微鏡１００３の中に結合させる。顕微鏡１００３のレンズ１０１３が、レーザビームをサンプル３０１に集光する。アダプタ１００１は、２つのビーム調整ユニットを採用し、一方は測定ビーム用であり、他方は参照ビーム用である。これにより、異なる場所に向いた２つのレーザビームを用いて差分変位測定を実施できる。一方のビーム調整ユニットには、２つの圧電アクチュエータが装備される。これらのアクチュエータを用いて、レーザビーム３０２は、顕微鏡１００３の視野（ＦＯＶ）全体に渡ってＸ方向およびＹ方向にプログラム的に移動可能になる。第２のビーム調整ユニットには、手動制御される偏向ミラーが装備される。このビームは、ＦＯＶ範囲内で所望の場所に手動で位置決めできる。差分測定を必要としない場合、レーザファイバは調整ユニットから除去可能であり、ミラーアタッチメントを用いて終端される。
【０１０７】
・約６００ｎｍの可視（赤色）光１００７を放射する、Ｐｏｌｙｔｅｃ社ＯＰＶ５１２  レーザ光源１００６、そして、ビームスプリッタを含む光ファイバ。
・測定ビームと参照ビームとの干渉を提供し、電気信号への変換のためのレーザ干渉計１０１０。そして、ドップラ信号を処理して、速度または変位に比例したアナログ電圧に変換するハードウエアを含む振動計コントローラ１０１１。
・データ処理および、必要に応じて結果の視覚化を実行する専用ソフトウエアを実装したＰＣ  １０１２。
・追加のソフトウエア（ＭａｔＬａｂ  ｃｏｄｅ）。これは、追加のデータ処理を実行し、物体３０１の静止形状に関する情報を取得する。
【０１０８】
・サンプルホルダ１０１３を備えた圧電アクチュエータ（Ｊｏｄｏｎ社ＭＤ−４４）１００８。これは、その駆動方向が入射レーザビーム３０２に対して実質的に垂直であるように搭載される。
・圧電アクチュエータ１００８に振動電圧を供給する波形発生器１００９。
【０１０９】
実験手順は、下記ステップを含む。
【０１１０】
・サンプル３０１は、サンプルホルダ１０１３に接着剤で固定し、続いて圧電振動装置１００８に取り付ける。
・レーザビーム３０２をサンプル表面３０５に向ける。
・波形発生器１００９から出力される正弦波電圧を圧電振動装置１００８に印加する。この電圧は、振動計コントローラ１０１１を起動（同期）させるためにも用いられる。
・データ取得は、ＰＣユニット１０１２上で動作するソフトウエアを用いて行われる。測定した生データ１１０１は、図１１に示す。
【０１１１】
・生データ１１０１は、ＭａｔＬａｂプログラムでさらに処理し、この勾配を積分して、サンプル３０１の表面形状を取得した（図１２に示す符号１２０１ａ）。グラフ１２０１ａの全体的な傾斜は、サンプルホルダ１０１３が傾斜していたことを示す。
・この傾斜は、さらにＭａｔＬａｂプログラムで補償した。最終結果は、ライン１２０１ｂ（図１２の「平坦化」ライン）として示す。
【０１１２】
他の例において、ある表面形状を備えた物体３０１が、回転ステージ、例えば、ＣＤドライブ機構の上に搭載される。物体は、上部にＳｉＧｅ構造を備えたシリコンダイ(die)である。図１４において、多数のＳｉＧｅボンドパッドおよび相互接続（幅広の段差）を表す信号が見える。ＳｉＧｅ構造の間には、疑似(dummy)デバイス（１０μｍ×１０μｍ  ＳｉＧｅバンプ。デバイス処理の際、ＳｉＧｅ層の平坦な充填物を得るために配置される）が存在する。疑似デバイスは、測定において小さい振動として現れる。表面とビームの互いの相対移動は、物体の回転移動である。ＣＤは、４０００ｒｐｍ超でスピン回転する。図１４は、測定した周波数シフト１５００の全体プロファイルおよび詳細な部分１５０１を示す。高さは、距離の関数でプロットしている。本発明の実施形態に従って、９μｍの領域を測定している。プロファイルは、大きな上昇区間１５１０を示し、これは多分、レーザビームが横断するボンドパッドである。プロファイルは、小さな凹み１５１１も示しており、その間には１０μｍのピッチを持つＳｉＧｅ疑似デバイスがある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年8月9日(2011.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（３０１）の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）であって、表面の形状は維持されるものであり、
（ａ）形状が維持される表面（３０５）において領域（３０１ａ；５０１ａ）を選択するステップ（１０１）。
（ｂ）入射単色電磁波（３０２）を該領域（３０１ａ；５０１ａ）に向けるとともに、表面（３０５）および入射単色電磁波（３０２）を互いに相対移動させるステップ（１０３）であって、
相対移動（３０４）は、往復直線運動であり、
入射単色電磁波（３０２）は、周波数ｆ０、振幅Ａ０および伝搬方向によって特徴付けられ、
移動方向（３０４）は、入射単色電磁波（３０２）の伝搬方向に対して平行でなく、
表面（３０５）は、入射単色電磁波（３０２）を反射し、反射単色電磁波（３０３）を発生し、
移動（３０４）は、移動周波数（Ｆ）および移動振幅（Ａ）によって特徴付けられるようにしたステップ（１０３）と、
（ｃ）移動の際、領域から反射した単色電磁波（３０３）の特性（ｆｒ）を決定するステップ（１０４）と、
（ｄ）入射単色電磁波（３０２）の特性（ｆ０）および反射単色電磁波（３０３）の特性（ｆｒ）を解析して、物体（３０１）の領域（３０１ａ）の表面形状に関する情報を取得するステップと、を含む方法（１００，９００，１６００）。
【請求項２】
相対移動（３０４）は、表面（３０５）及び／又は入射単色電磁波（３０２）の変位を含む、請求項１記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項３】
変位は、表面（３０５）及び／又は入射単色電磁波（３０２）を発生する光源（３００）への機械的な力、電磁的な力または圧電性の力によって誘起される、請求項１または２記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項４】
入射単色電磁波の変位は、入射単色電磁波（３０２）の伝搬経路に位置するミラー（１３５０）を少なくとも移動させることによって誘起される、請求項１または２記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項５】
変位は、表面（３０５）用のホルダ（１０１３）を用意し、ホルダ（１０１３）に対して往復変位を誘起することによって誘起される表面（３０５）の往復変位である、請求項２記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項６】
入射単色電磁波（３０２）の伝搬方向と移動方向（３０４）とのなす角度は、４０度〜９０度の範囲である、請求項１〜５のいずれかに記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項７】
入射単色電磁波（３０２）の伝搬方向と移動方向（３０４）とのなす角度は、約９０度である、請求項６記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項８】
入射および反射単色電磁波（３０２，３０３）の特性は、少なくとも入射および反射単色電磁波の周波数をそれぞれ含む、請求項１〜７のいずれかに記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項９】
特性を解析するステップは、
・入射単色電磁波（３０２）の周波数（ｆ０）と反射単色電磁波（３０３）の周波数（ｆｒ）との間の差であるドップラ周波数シフト（Δｆ）を決定するステップと、
・相対移動（３０４）のドップラ周波数シフト（Δｆ）、移動周波数（Ｆ）および移動振幅（Ａ）から表面形状勾配値（Δｚ／Δｘ）を計算するステップと、
・表面形状勾配値（Δｚ／Δｘ）を積分し、積分した表面形状勾配値は、該領域（３０１ａ）の表面形状特性を決定するステップとを含む、請求項８記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１０】
（ｅ）表面（３０５）において他の領域（５０１ｂ）を選択するステップと、
（ｆ）表面全体（３０５）の表面形状が決定されるまで、この他の領域（５０１ｂ）についてステップ（ｂ）〜（ｄ）を繰り返すステップとをさらに含む、請求項１〜９のいずれかに記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１１】
ステップ（ｆ）の前に、入射単色電磁波（３０２）を、該領域（５０１ａ）から他の領域（５０１ｂ）へ、ある走査速度（Ｖ）およびある走査振幅（Ｓ）で移動させることをさらに含む、請求項１０記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１２】
入射単色電磁波（３０２）を該領域（５０１ａ）から他の領域（５０１ｂ）へ移動させることは、所定の経路に従って行うようにした、請求項１１記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１３】
入射単色電磁波（３０２）を移動させることは、１次元または２次元で行うようにした、請求項１１または１２記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１４】
移動周波数（Ｆ）は、物体（３０１）の機械的共振周波数とは異なるようにした、請求項１〜１３のいずれかに記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１５】
・参照単色電磁波（８００）を用意するステップと、
・参照単色電磁波（８００）を物体（３０１）に向けて、物体（３０１）は、参照単色電磁波（８００）を反射するようにしたステップと、
・反射した参照単色電磁波の特性を決定するステップとを含み、
解析ステップは、入射単色電磁波（３０２）、反射単色電磁波（３０３）、入射単色参照電磁波（８００）および反射単色参照電磁波の特性を解析し、表面（３０５）の表面形状に関する情報を取得することを含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の表面（３０５）の表面形状を決定するための方法（１００，９００，１６００）。
【請求項１６】
物体（３０１）の表面（３０５）の表面形状を測定するためのシステムであって、表面の形状は維持されるものであり、
・単色電磁波（３０２）を発生するための単色電磁波光源（３００）と、
・単色電磁波（３０２）を表面（３０５）に向けて、表面（３０５）から反射単色電磁波（３０３）を発生するための光学系と、
・往復直線運動により、表面（３０５）および単色電磁波（３０２）を互いに相対移動させる振動装置（１００８）であって、移動方向は、入射単色電磁波（３０２）の伝搬方向に対して平行ではなく、移動は、移動周波数（Ｆ）および移動振幅（Ａ）によって決定されるようにした振動装置（１００８）と、
・反射単色電磁波（３０３）の特性を検出するための検出器と、
・入射単色電磁波（３０２）の特性および反射単色電磁波（３０３）の特性を解析するための解析装置と、
・解析したデータを表面（３０５）の表面形状特性に変換するための変換装置と、を備えるシステム。
【請求項１７】
表面（３０５）と単色電磁波（３０２）との間の追加の相対移動を誘起するためのスキャナであって、追加の相対移動は、第１領域（５０１ａ）から表面（３０５）の他の領域（５０１ｂ）へ向けて、ある速度（Ｖ）および距離（Ｓ）で表面を走査することを含み、走査距離（Ｓ）は移動振幅（Ａ）より大きく、走査速度（Ｖ）は移動周波数（Ｆ）より小さいようにしたスキャナをさらに備える、請求項１６記載の表面（３０５）の表面形状を測定するためのシステム。
【請求項１８】
表面（３０５）の表面形状を決定するためのレーザドップラ振動計の使用であって、
単色電磁波（３０２）および物体（３０１）の往復直線相対移動が、単色電磁波（３０２）の伝搬方向に対して平行でない方向に誘起されるようにした、レーザドップラ振動計の使用。
【国際調査報告】
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