JP2007504444A - 透過および反射型の空間ヘテロダイン干渉法（ｓｈｉｒｔ）測定 - Google Patents

Abstract

透過および反射型の空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩＲＴ）測定のシステムおよび方法が記載される。方法は、第１の基準ビームおよび対象ビームを用いて、第１の空間的にヘテロダイン化されたホログラムをデジタル記録し、第２の基準ビームおよび対象ビームを用いて、第２の空間的にヘテロダイン化されたホログラムをデジタル記録する。また方法は、第１の解析されるイメージを規定するために、デジタル記録された第１の空間的にヘテロダイン化されたホログラムをフーリエ解析し、第２の解析されるイメージを規定するために、デジタル記録された第２の空間的にヘテロダイン化されたホログラムをフーリエ解析し、第１の結果を規定するために第１の解析されたイメージをデジタルフィルターし、第２の結果を規定するために第２の解析されたイメージをデジタルフィルターし、そして第１の結果に第１の逆フーリエ変換を施し、第２の結果に第２の逆フーリエ変換を施す。

Description

（連邦政府の後援による研究または開発の下の発明の権利についての記載）
本発明は、エネルギー部門によってＵＴ−Ｂａｔｔｅｌｌｅ，Ｌ．Ｌ．Ｃ．へ与えられたプライムコントラクト番号第ＤＥ−ＡＣ０５−００ＯＲ２２７２５の下においてアメリカ合衆国政府の後援とともに行われた。

（技術分野）
本発明は、一般的に空間ヘテロダイン干渉法（ｓｐａｔｉａｌ−ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）（ＳＨＩ）の分野に関する。特に、本発明は、透過型の空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩＦＴ）測定、および、反射と透過型の空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩＲＴ）測定を提供する方法および装置（ｍａｃｈｉｎｅｒｙ）に関する。

米国特許第６，０７８，３９２号、および同第６，５２５，８２１号は、ディレクト・ツー・ディレクトホログラフィ（ＤＤＨ）に関する。ＤＤＨにおいて、反射された対象波面は、デジタル映像化装置の表面上にて小さな角度において基準波面と組み合わされる。小さな角度は、反射された対象波面を空間的にヘテロダイン化する線形干渉縞のセットを形成する。そして、フーリエ解析がヘテロダイン周波数においてイメージを隔離するために用いられ、複合波面を再生する、Ｖｏｅｌｋｌ（１９９９年）。

ＤＤＨは、対象物の表面において反射した複合波面を捕獲するためのフーリエ再構成を用いた空間ヘテロダイン干渉法の実施である。波面が対象物の表面に当たるとき、表面の形は波面の位相の中に組み込まれ、表面の反射率は、反射波の強度に含まれる。この反射波は、基準波と干渉し、線形干渉縞セットを形成するように、デジタル映像化装置において組み合わせられる。そして、これらの線形干渉縞は、対象波の位相および振幅の情報を含む。フーリエ空間において、この対象波情報は、干渉縞の空間周波数の中心部あたりに現れる。ゼロでない周波数における波の位相および振幅の情報の記録は、「ヘテロダイン化（ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｉｎｇ）」として知られる。しかし、ＤＤＨは、対象物の内部に関する情報を提供せず、対象物の表面に関する情報のみを提供する。

一方、位相差顕微鏡（ＰＣＭ）は、生物学的試料を映像化するために通常用いられる周知の技術である。ＰＣＭは、生物学的サンプルが同様の透過率を有する位相差別可能特徴を含む場合に特に有用である。しかしながら、ＰＣＭの限界は、複合波面情報が提供されないこと、すなわち、振幅のみによって表されるＰＣＭからの位相情報の提供にある。

先ごろ、Ｊａｃｏｂ（２００２年）は、透過型位相シフト干渉法がフォトリソグラフィマスク上の２点間の位相差を測定するために用いられる技術を報告した。この技術は位相変化を測定可能である一方、それぞれの高さの測定毎に３０秒が必要であり、従って、低速の走査が対象物の内部を介す位相変化を測定するために必要になり得、非常に長い走査が全マスクの位相変化を測定するために必要になり得る。従って、必要とされるものは、対象物の内部に関する複合波面情報を素早く提供することができるアプローチである。

以前は、対象物の内部に関する複合波面情報を提供し、且つ、その情報を素早く提供する両方の要求が満たされていなかった。必要な事は、これら両方の問題点を同時に解決する解決法である。

本発明の後述の局面の必要が存在する。勿論、本発明はこれらの局面に限定されない。

本発明の一局面に従うと、処理は、基準ビームおよび対象ビームを用いたフーリエ解析のために、空間ヘテロダイン干渉縞を含む空間的にヘテロダイン化されたホログラムをデジタル記録すること、解析されるイメージを規定するために、基準ビームと対象ビームとの間の角度によって規定される空間テロダインキャリア周波数の上にデジタル記録された空間的にヘテロダイン化されたホログラムの元の原点を重ねるためにホログラムの元の原点を移動することによって、デジタル記録された空間的にヘテロダイン化されたホログラムをフーリエ解析すること、元の原点周辺の信号を切り離し、結果を規定するために、解析されたイメージをデジタルフィルターすること、および、結果に逆フーリエ変換を施すこととを含み、対象ビームが、少なくとも部分的に半透明である対象物を透過する。本発明の他の局面に従うと、装置（ｍａｃｈｉｎｅ）は、コヒーレント光エネルギー供給源と、該コヒーレント光供給源と光学的に結合される基準ビームサブアセンブリと、コヒーレント光供給源と光学的に結合される対象ビームサブアセンブリと、基準ビームサブアセンブリと対象ビームサブアセンブリとの両方と光学的に結合されるビームスプリッタと、および、ビームスプリッタと光学的に結合する画素化検出装置とを備え、対象ビームサブアセンブリが、少なくとも部分的に半透明である対象物を含み、透過的に対象物が、コヒーレント光エネルギー供給源とビームスプリッタとの間において光学的に結合される。

本発明の他の局面に従うと、処理は、第１の基準ビームおよび第１の対象ビームを用いてフーリエ解析のために、空間ヘテロダイン干渉縞を含む第１の空間的にヘテロダイン化されたホログラムをデジタル記録すること、第２の基準ビームおよび第２の対象ビームを用いてフーリエ解析のために、空間ヘテロダイン干渉縞を含む第２の空間的にヘテロダイン化されたホログラムをデジタル記録すること、第１の解析されるイメージを規定するために、第１の基準ビームと第１の対象ビームとの間の第１の角度によって規定される第１の空間テロダインキャリア周波数の上にデジタル記録された第１の空間的にヘテロダイン化されたホログラムの第１の元の原点を重ねるために第１のホログラムの第１の元の原点を移動することによって、デジタル記録された第１の空間的にヘテロダイン化されたホログラムをフーリエ解析すること、第２の解析されるイメージを規定するために、第２の基準ビームと第２の対象ビームとの間の第２の角度によって規定される第２の空間テロダインキャリア周波数の上にデジタル記録された第２の空間的にヘテロダイン化されたホログラムの第２の元の原点を重ねるために第２のホログラムの第２の元の原点を移動することによって、デジタル記録された第２の空間的にヘテロダイン化されたホログラムをフーリエ解析すること、第１の元の原点周辺の信号を切り離し、第１の結果を規定するために、第１の解析されたイメージをデジタルフィルターすること、第２の元の原点周辺の信号を切り離し、第２の結果を規定するために、第２の解析されたイメージをデジタルフィルターすること、第１の結果に第１の逆フーリエ変換を施すこと、および、第２の結果に第２の逆フーリエ変換を施すことを含み、第１の対象ビームが少なくとも部分的に半透明である対象物を透過し、第２の対象ビームが対象物において反射される。本発明の他の局面に従うと、装置は、コヒーレント光エネルギー供給源と、コヒーレント光供給源と光学的に結合される透過基準ビームサブアセンブリと、コヒーレント光供給源と光学的に結合される反射透過基準ビームサブアセンブリと、コヒーレント光供給源と光学的に結合される対象ビームサブアセンブリであって、対象ビームサブアセンブリが透過対象ビーム路および反射対象ビーム路を含み、対象ビームサブアセンブリと、透過基準ビームサブアセンブリと対象ビームサブアセンブリとの両方と光学的に結合される透過ビームスプリッタと、反射基準ビームサブアセンブリと対象ビームサブアセンブリとの両方と光学的に結合される反射ビームスプリッタと、透過ビームスプリッタおよび反射ビームスプリッタから構成されるグループから選択される少なくとも一要素と光学的に結合する画素化検出装置とを備え、対象ビームサブアセンブリが、少なくとも部分的に半透明である対象物を含み、対象物が、ｉ）透過的に、コヒーレント光エネルギー供給源と透過ビームスプリッタとの間において光学的に結合され、ｉｉ）反射的に、コヒーレント光エネルギー供給源と反射ビームスプリッタとの間において光学的に結合される。

本発明のこれら、または他の局面は、後述の記載および添付の図面とともに、より理解され認識されるであろう。本発明の多様な実施形態およびそれらの多数の特定の詳細が示される中、後述の記載は例示的に提供されるのであって、限定はしない。多数の代替、修正、追加および／または再配置が、本発明の精神を逸脱することなく、本発明の範囲において行われ得、本発明は、そのような全ての代替、修正、追加および／または再配置を含む。

本明細書の一部を形成し、添付される図面は、本発明の特定の局面を描写するために含まれる。本発明の明確な概念、構成要素の明確な概念、および本発明とともに提供されるシステムのオペレーションは、図面に示される例示的な、従って非限定的な実施形態の参照によって、容易により明確になるであろう。図面において、（１つ以上の図においてあるならば）同じ参照番号は同等の構成要素を示す。本発明は、ここにおいて提供される記載とそれら１つ以上の図面の組み合わせの参照とともにより理解され得る。図面に示される特徴は、正しい縮尺において縮小された必要がないことを留意されたい。

本発明および本発明の多様な特徴、有利な点の詳細は、添付の図面において示される、後述の記載において詳細に示される非限定的な実施形態の参照をもってより完全に説明される。本発明が不必要に不明瞭にならないために周知のスタート材料、処理技術、構成要素、および機器の記載は省略される。しかし、本発明の最良の形態を示す間において与えられる詳細な記載または特定な実施例は、例証的なものであり、それらに限定されないということは、理解される。根本的な本発明のコンセプトの精神、および／または範囲内における多様な置換、修正、追加および／または再配列は、本開示から当業者には明確である。

本出願において、複数の刊行物を参照しており、それらの参照は括弧内において主な著者の名前およびそれに続き発行年によって示される。それらの全記載、および他の発行物は、特許請求の範囲の直前かつ参考文献の下に本発明を実施するための最良の形態の最後に示される。全てそれら発行物の全体の開示は、本発明の背景および現在の技術水準を示す目的のためにここにおいて援用される。

以下の米国特許および米国特許出願は、意図される目的のために使用される実施形態を開示する。２０００年６月２０日に公布された米国特許番号第６，０７８，３９２号、Ｃｌａｒｅｎｃｅ Ｅ．Ｔｈｏｍａｓ，Ｌａｒｒｙ Ｒ．Ｂａｙｌｏｒ，Ｇｒｅｇｏｒｙ Ｒ．Ｈａｎｓｏｎ，Ｄａｖｉｄ Ａ．Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ，Ｅｄｇａｒ Ｖｏｅｌｋｌ，Ｊａｍｅｓ Ｃａｓｔｒａｃａｎｅ，Ｍｉｃｈｅｌｅ ＳｕｍｋｕｌｅｔおよびＬａｗｒｅｎｃｅ Ｃｌｏｗによる「Ｄｉｒｅｃｔ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ，Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ，ａｎｄ Ｈｏｌｏｖｉｓｉｏｎ」の全容は、実際上、援用される。２００３年２月２５日に公布された米国特許番号第６，５２５，８２１号、Ｃｌａｒｅｎｃｅ Ｅ．ＴｈｏｍａｓおよびＧｒｅｇｏｒｙ Ｒ．Ｈａｎｓｏｎによる「Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｄｉｒｅｃｔ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｈｏｌｏｖｉｓｉｏｎ」の全容は、実際上、援用される。米国出願番号第１０／２３４，０４２号、同第１０／２３４，０４３号、同第１０／２３４，０４４号、同第１０／３４９，５７９号、同第１０／４２１，４４４号、同第１０／６０７，８２４号、および同第１０／６０７，８４０号の全容は、実際上、援用される。本出願は、本出願と同日に出願された同時係属の米国出願番号第１０／６４９，４７４号（代理人整理番号ＵＢＡＴ１５２０）にも含まれる開示を含み、その全容は、実際上、援用される。

（概要）
空間ヘテロダインホログラムイメージ形成処理は、スカラー回析論理を用いて十分に説明することが可能である。スカラー回析論理において、基準波面Ｕ_Ｒ（ｘ，ｙ）および対象波面Ｕ_ｏ（ｘ，ｙ）は、以下のように表される。

単純化するために、基準波面は位相が０の平面状にあり、光強度は一定である。従ってＵ_Ｒ（ｘ，ｙ）＝Ａ_Ｒになる。空間ヘテロダインホログラフィー（ＳＨＨ）の生成において、基準波面は対象波面に対してｘ（θ_ｘ）とｙ（θ_ｙ）の角度に傾けられる。２つの波面が強度測定装置（例えば、フィルム画素化検出装置、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ、相補型金属酸化シリコン（ＣＭＯＳ）撮像装置等）の表面において組み合わされる場合、結果的な強度は、

となり、λは照射波長を表す。従って、記録されるイメージは２つの波の強度のみを含むのではなく、２つの波の間の相対位相をも含む。２つの波の間の角度は、システムのキャリア周波数を設定（規定）し、以下に記載されるフーリエ周波数解析方法を用いて振幅Ａ_Ｏ（ｘ，ｙ）と位相φ（ｘ，ｙ）の回復を助ける。

図１Ａおよび図１Ｂは、クロム・オン・ガラス（ｃｈｒｏｍｅ−ｏｎ−ｇｌａｓｓ）ターゲットに記録された空間ヘテロダインホログラムの一実施例を示す。挿入図である図１Ｂは、（θ_ｘ／λ，θ_ｙ／λ）で表される線形サイン波状パターンの干渉縞を示す。その干渉縞は、位相φ（ｘ，ｙ）の関数であり、表面構造によって変化する。

一旦、空間ヘテロダインホログラムがＣＣＤの表面上に形成され、スカラー値のデータマトリクスとしてコンピュータに転送されると、スカラー値のこのデータマトリクスから対象波の振幅および位相を回復することがゴールになる。これは、ホログラムにフーリエ変換を施し、複合スペクトラムのサイドバンド構造の一つを分離することによってコンピュータ計算により達成され得る。局在するサイドバンド構造は、イメージの大半の線形干渉縞およびホログラムのコサイン関数の結果によるものである。ホログラムの変換は、フーリエ領域における周波数位置（θ_ｘ／λ，θ_ｙ／λ）の離散点についての複合波面情報の位置づけ（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）と結果的になる。この位置は周波数領域の原点へシフトされ、下に表される関数Ｕ_Ｆ（ｕ，ν）を与えるために低域フィルタを用いて選択される。

Ｗ_Ｂ（ｕ，ν）は低域フィルタであり、（ｕ，ν）は周波数変数であり、指数関数は（θ_ｘ／λ，θ_ｙ／λ）からのサイドバンド構造の原点（０，０）へのシフトを行う。

これは図２Ａおよび図２Ｂにおいて示される。図２Ａはホログラムの全周波数スペクトラムの大きさを表し、図２ＢはＡ_Ｏ（ｘ，ｙ）とφ（ｘ，ｙ）を決定するために必要な複合波面推測を含み、中央に位置する低域フィルタされたサイドバンド構造を示す。

シフトおよびフィルタリング作業の結果は、本来の複合波面の近似決定である。つまり、

である。

一旦、本来の複合波面Ｕ_Ｆ（ｘ，ｙ）の推測が決定すると、振幅および位相は、

として決定される。Ｒｅ｛・｝はＵ_Ｆ（ｘ，ｙ）の実数要素であり、Ｉｍ｛・｝はＵ_Ｆ（ｘ，ｙ）の虚数要素である。

図３Ａは結果的な振幅Ａ_Ｒ（ｘ，ｙ）を示し、図３Ｂは、図１Ａおよび１Ｂを得るために用いられたクロム・オン・グラスターゲットのＳＨＨからの位相φ（ｘ，ｙ）を示す。

ここまでの記載の概要として、２つの波面である基準波面および対象波面は、撮像装置の表面上に空間ヘテロダインホログラムを生成するために組合わせられ、記録され、記憶され、そして対象波面の振幅および位相を回復するためにフーリエ解析された。対象波面は、単に対象物の表面において反射された波面だけではなく、対象物を介して透過した波面の結果でもあり得ることを留意することは大切である。これら２つの各ケースにおいて、回復された対象波面の振幅および位相に含まれる情報は、有用な、そしてそれぞれ異なった、対象物の情報を提供する。

後述の記載は、透過した対象波面を強調する。対象物を通過した波は、通過した全ての表面の反射率および物質の吸収によって変化する振幅を有する。この記載において、吸収が無視できるような透明の物質を仮定する。フレネル等式を用いて、一媒体から他へ通過する際の通常の照射における反射率は、

として計算され得、Ｒは反射率、Ｎ_１とＮ_２は物質の各サイドの表面の屈折率である。角度を有する照射の場合は、

θ＝垂直入射からの角度、θ´＝第２の媒体における垂直入射からの角度、そして、μ_１、μ_２は物質の各サイドの透磁率である。反射率から透過率が、Ｔ＝１−Ｒとして計算され得る。

このように透過した対象波面の振幅が対象物の情報を提供し得る一方、振幅は干渉法を利用せずに決定され得る。さらに重要に、（対応するＳＨＨの解析を介して）このように透過した対象波面によって提供され得る興味深い情報は、対象波面の位相である。透過した対象波面の位相が、対象物が有する物質および透過した対象波面が通過した物質の厚みと屈折率の情報を含むことを留意することは重要である。屈折率は、Ｎ＝ｃ／νに与えられるように、真空中における光の速度（ｃ）と物質中における光の速度（ν）の比率である。対象物の幅（ｄ）を波が通過するのに必要な時間（ｔ）は、ｔ＝ｄ／νである。従って、波面が物質に入射する時と出射する時との位相差（Δθ）は、

として計算され得、λは照射波面の波長である。よって、対象波面の位相部分は、対象物の厚さおよび屈折率の情報を含むことは理解され得る。

図４Ａ〜４Ｃは、透過ＳＨＨから再構成された位相情報を用いて得られる３つの特定の測定を示す。勿論、本発明は図４Ａ〜４Ｃにおいて描写される例示的な測定に限られるものではない。

図４Ａは、２つの異なった厚みの位置において対象物を通過する波面を示す。図４Ａの下にある等式は、対象物および周辺物質の屈折率が既知の場合、この厚みの差を位相差から計算できることを示す。周辺物質は、物質層、または、少なくとも部分的に半透明（例えば重合フォトレジスト）、部分真空（例えば、超高真空）または空気である周囲の物質（母体物質）であり得る。特に、本発明は、対象物の第１の通過するセクションと対象物の第２の通過するセクションとの間の厚みの差（δ）を計算することを含み得、その計算は、

である。Δθは位相差であり、λはコヒーレント光エネルギーの供給源の波長であり、Ｎ_１は周辺の屈折率であり、Ｎ_２は対象物の屈折率である。

図４Ｂは、位相の変化が同じ厚みの２つの物質を区別するために用いられ得る一実施例を示す。図４Ｂの下にある等式は、位相イメージにおける２つの物質の予測される対照を決定するのに役立つために、２つの物質の予測される位相差を計算することを可能にする。特に、本発明は、対象物の第１の部分と対象物の第２の部分との位相差（Δθ）を計算することを含み得、その計算は、

である。ｄは対象物の第１の部分と対象物の第２の部分の両方の厚みであり、λはコヒーレント光エネルギーの供給源の波長であり、Ｎ_２は対象物の第１の部分の屈折率であり、Ｎ_３は対象物の第２の部分の屈折率である。

図４Ｃは、既知の厚さのサンプルを用いて物質の屈折率を決定することが可能なことをグラフィックに示す。図４Ｃの下にある等式は、屈折率を計算することを可能にする。特に、本発明は、対象物の一部を特徴付ける屈折率（Ｎ_２）を計算することを含み得、その計算は、

である。Δθは位相差であり、λはコヒーレント光エネルギーの供給源の波長であり、Ｎ_１は周辺の屈折率である。

本発明は、対象物の高速な透過型の空間ヘテロダイン干渉測定を得る方法を含み得る。その対象物は、平面断面に対して少なくとも部分的に半透明である。本発明は、平面断面に対して少なくとも部分的に半透明である対象物の高速な透過型の空間ヘテロダイン干渉測定をもたらす装置を含み得る。本発明のこの実施形態は、以下の実施例セット１として詳細に記載される。

本発明は、平面断面に対して少なくとも部分的に半透明である対象物の完全な検査／計測のために、空間ヘテロダイン干渉法を用いて、高速透過測定を得る方法および高速反射測定を得る方法の組み合わされた方法を含み得る。本発明は、平面断面に対して少なくとも部分的に半透明である対象物の検査／計測を完了するために、空間ヘテロダイン干渉法を用いて、高速透過測定および高速反射測定をもたらす装置を含む。それら測定は任意的に同時である。本発明のこの実施形態は、以下の実施例セット２として詳細に記載される。

本発明の具体的な実施形態が、後述のいくつかの詳細で多様な特徴を示す限定されない実施例によってこれよりさらに記載される。後述の実施例は、本発明が実践され得る方法の理解を促すために含められる。続く実施例は、本発明の実践において適切に機能することが発見された実施形態を表し、従って、本発明の実践において最良のモードを構成すると考慮され得ることは理解されるべきである。しかしながら、多数の変化が開示される例示的な実施形態において用いられ得、それによって本発明の精神および範囲から逸脱することなく均等または同等な結果を得られることは理解されるべきである。従って、実施例は、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではない。

（実施例セット１）
本発明は、電磁波の複合波面が少なくとも部分的に不透明な物質を通過した後に、その波面を（単一高速デジタルイメージキャプチャにおいて）空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩ）を用いて測定する方法を含む。複合波面を測定することは、対象物質を通過する際に電磁波が受けた吸収および位相シフトを提供する。透過型の空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩＦＴ）測定は、透過した波面に空間ヘテロダイン効果を起こす線形干渉縞のセットを発生するために、対象ビームと基準との間の小さな角度を使用する。発明者は、半透明の物質、リソグラフィマスクおよび生物学的サンプルのような対象物を透過した複合波面の測定の重要性を理解している。従来の位相シフト干渉法とは対照的に、透過型の空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩＦＴ）測定は、単一デジタルイメージの全複合波面をキャプチャすることによって測定された波面の再構成の高速化を可能にする。ＳＨＩＦＴは、単一高速デジタルイメージキャプチャにおいて何百万もの位相測定（一領域を画素に分解する）および再構成を可能にする。また、ＳＨＩＦＴは、位相データのみではなく振幅データを提供する全複合波面を測定する。この再構成は、瞬時にデスクトップ型コンピュータ上において実施可能であり、ハードウェアアルゴリズム実施として組み入れられる場合よりも随分早い可能性がある。生物学上のミクロな世界において、多数の生物学的試料は低反射率を有するが、それらの屈折率は、試料の主な要素間において著しく変化する。これらの試料を介して透過する場合、多数の屈折率が、透過した波面に異なった位相変化をもたらす。ＳＨＩＦＴによる位相の直接測定の故に、生物学的サンプルに最適である。対象物を備える物質が、照射波長にとって半透明または透過性である場合、その物質の透過率は透過した波の強度に含まれ、物質の厚みと屈折率の組み合わせは、透過した波の位相に含まれる。透過型の空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩＦＴ）は、透過した複合波面を捕獲するために発展してきた。基準および対象波は、複合波の空間ヘテロダインホログラム（ＳＨＨ）イメージを形成するために撮像機器の表面において小さな角度にて組み合わされる。この単一イメージは、複合波面の位相と強度を再構成するためにフーリエ解析 Ｖｏｅｌｋｌ（１９９９）を用いて処理される。

図５Ａ〜５Ｄは、透過した対象物波面に対する物質の厚みと屈折率の影響の幾つかの実施例を描写し、従って、一部の特性はＳＨＩＦＴによって検査され、または測定され得る。明確性のため、全物質は、透過されたイメージの強度が照射強度と同じであるように完全に透過性である。

図５Ａは、表面のトポロジー５１６を有する単一屈折率Ｎ_１の対象物５１４を介しての照射波５１０から透過波５１２への変形を示す。図５Ａは、透過波面が厚みの変化の大きさを提供することを示す。図５Ｂは、層になった対象物５２４を介しての照射波５２０から透過波５２２への変形を示す。層になった対象物５２４は同一の幅を有する２つの層５２６、５２８を備え、それら２つの層は異なった２つの屈折率Ｎ_１、Ｎ_２を有する。図５Ｂは、任意の表面スキャン測定にはアクセスすることが可能でない２つの物質の境界が、透過した波面を用いて測定および／または検査可能であることを示す。図５Ｃは、区分された対象物５３４を介しての（照射波の一般的な形式を表す等式とともに）照射波５３０から（透過波の一般的な形式を表す等式とともに）透過波５３２への変形を示す。その区分された対象物５３４は、屈折率Ｎ_１を有する２つの領域５３６、５３８および屈折率Ｎ_２を有する１つの領域５３９を含む。図５Ｃは、異なった屈折率を有する２つの物質が位相イメージにおいて明らかであることを示す。図５Ｄは、混合対象物５４４を介しての照射波５４０から透過波５４２への変形を示す。その混合対象物５４４は、第２の屈折率Ｎ_２を有する母体５３８に埋め込まれた第１の屈折率Ｎ_１を有する部分５４６を含む。図５Ｄは、イメージされた対象物の内部の物質変化が単一透過位相イメージにおいて明らかであることを示す。この内部の物質変化が純位相物体（ｐｕｒｅ ｐｈａｓｅ ｏｂｊｅｃｔ）である場合では、その物質変化は、強度イメージには現れない。このことは、顕微鏡用生物学的サンプルでは多く見られる。

図６および７は、透過型の空間ヘテロダイン干渉法の基本的な２つの光学的設計を示す。勿論、本発明はこれら２つの実施形態に限定されない。図６を参照し、空間ヘテロダイン干渉法を用いた透過測定システムの第１の実施が示される。レーザ６１０は、第１のビームスプリッタ６２０と光学的に結合される。第１のビームスプリッタ６２０は第１の照射レンズ６２５と光学的に結合される。第１の照射レンズ６２５は検査下にある対象物６３０と光学的に結合される。検査下にある対象物６３０は第１のイメージングレンズ６３５と光学的に結合される。第１のイメージングレンズ６３５は第１の鏡６４０と光学的に結合される。第１の鏡６４０は第２のビームスプリッタ６５０と光学的に結合される。第１のビームスプリッタ６２０は、第２の照射レンズ６２６とも光学的に結合される。第２の照射レンズ６２６は第２のイメージングレンズ６３６と光学的に結合される。第２のイメージングレンズ６３６は第２の鏡６４１と光学的に結合される。第２の鏡６４１は第２のビームスプリッタ６５０と光学的に結合される。電荷結合素子カメラ６６０は、第２のビームスプリッタ６５０と光学的に結合される。対象辺と基準辺の波面がＣＣＤにおいて一致するように、対象辺光学は、基準辺において再現されることを留意されたい。

図６は、対象ビームと基準ビームが一致する総称的なＳＨＩＦＴの配置を示す。レーザビームは、第１のビームスプリッタによって２つに分けられる。どちらのビームも照射レンズを通過する。対象ビームは検査下にある対象物を通過する一方、基準ビームは対象物に遭遇することなく進み続ける。この状況において、検査下にある対象物は、自由空間と比較されるが、基準は、検査下にある対象物と比較される任意の対象物または物質であり得る。イメージングレンズは対象および基準ビームを収集し、そして、ＣＣＤカメラに向かってそれらレンズを通過する。ＣＣＤの正面に位置するビームスプリッタは、対象および基準ビームを組み合わせ、空間ヘテロダイン干渉縞を形成するためにそれら２つのビーム間に小さな角度差を与える。

図７を参照し、空間ヘテロダイン干渉法を用いる透過測定システムの第２の実施が示される。レーザ７１０は第１のビームスプリッタ７２０と光学的に結合される。第１のビームスプリッタ７２０は検査下にある対象物７３０と光学的に結合される。検査下にある対象物７３０はイメージングレンズ７３５と光学的に結合される。イメージングレンズ７３５は第１の鏡７４０と光学的に結合される。第１の鏡７４０はリレーレンズ７４５と光学的に結合される。リレーレンズ７４５は第２のビームスプリッタ７５０と光学的に結合される。第１のビームスプリッタ７２０は、第２の鏡７４１とも光学的に結合される。第２の鏡７４１は照射レンズ７４６と光学的に結合される。照射レンズ７４６は第２のビームスプリッタ７５０と光学的に結合される。電荷結合素子カメラ７６０は第２のビームスプリッタ７５０と光学的に結合される。この実施において、単純化された光学路が使用されることを留意したい。基準辺における対象辺の光学を一致させるのではなく、基準辺において照射レンズが、ＣＣＤにおいて波面を対象辺と一致させるように選択される。

図７は、単純化された透過の配置を示す。その配置において、対象および基準ビームは一致する光学路を有さないが、基準辺における照射レンズが、ＣＣＤにおいての対象ビームと基準ビームを一致するために用いられる。これら２つの波面におけるいかなる不一致は一定である。この不一致が、イメージを周波数域の要求される領域に含むことが可能なように、小さく維持される限り、その不一致はイメージ処理を介して除去され得る。

（実施例セット２）
本発明は、空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩ）を用いて完全な物質の検査／計測のために、半透明の物質に入射する電磁波の反射複合波面および透過複合波面の両方を獲得する方法と装置を含む。透過した複合波面と反射した複合波面を同時に測定し、組み合わせる方法と装置をも含む。（レーザからの）電磁波が半透明の対象表面に入射する場合、波エネルギーの一部は物質に移行され、一部は物質表面において反射される。透過波と反射波の両方の複合波面を獲得可能なシステムが、両方の複合波面を解析し、検査するために使用され得る。

反射および透過型の空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩＲＴ）測定は、干渉パターンを形成するために小さな角度の干渉を用いるが、その方法および装置は、イメージ化される対象物を通過した後の透過波面と反射波面との両方を捕獲するために修正されている。２つ同時のデジタルイメージにおける（または、たとえ１つのイメージですらも、それにおける）両方の波面の捕獲は、半透明の対象物の表面および容積検査の高速化を可能にする。半透明対象物を完全に特徴付けるための透過と反射との両方の組み合わせと測定は、（不透明の）表面特徴と厚みまたは物質バリエーションとの両方が存在するリソグラフィマスクの検査にとって、非常に価値のあるものである。他のアプリケーションは、波面に提供される情報が屈折率のバリエーションに起因するもののみである生物学的サンプルの検査である。透過波の位相シフトと反射波の位相シフト（反射は、異なった屈折率を有する２つの物質間の表面毎に起こる）との両方の測定は、そのサンプルの特徴をイメージ化および特徴付けをするアビリティを強化する。

波の情報をヘテロダイン化するために空間周波数の干渉縞を利用している故、これを「空間ヘテロダイン化（ｓｐａｔｉａｌ−ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｉｎｇ）」と呼ぶ。イメージ化された複合波面は「ホログラム」と呼ばれ、従って記録された波面は「空間的にヘテロダイン化されたホログラム」すなわちＳＨＨである。イメージ化された物質が照射する波長にとって不透明または透過性である場合、物質の透過率は透過波の強度に含まれ、物質の厚さと屈折率の組み合わせは透過波の位相に含まれる。反射波は、物質内にて（異なった屈折率の物質間の境界において）起こった反射からの情報のみではなく、物質の表面トポロジーの情報をも含む。従って、反射された複合波と透過した複合波との両方を捕獲することは、検査される対象物のより完全な特徴を提供し、反射波と透過波との両方の複合波面を捕獲する方法と装置が必要である。反射および透過型の空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩＲＴ）は、反射された複合波面と透過した複合波面との両方を同時に捕獲し得る。

図８Ａおよび８Ｂは、透過した対象物からの透過波面および反射波面に対する物質の表面特徴、厚みおよび屈折率の影響の幾つかの実施例を描写し、従って、一部の特性はＳＨＩＲＴによって検査され、または測定され得る。図８Ａは、表面のトポロジー８１８を有する単一屈折率Ｎ_１の対象物８１６を介しての照射波８１０から透過波５１２への変形、および照射波８１０から反射波８１４への変形を示す。図８Ｂは、層になった対象物８２５を介しての照射波５２０から透過波８２２への変形、および照射波５２０から反射波８２４への変形を示す。層になった対象物８２５は、２つの不透明な表面特徴８２６、８２７、および、同一の幅を有する２つの層８２８、８２９を備え、それら２つの層は異なった２つの屈折率Ｎ_１、Ｎ_２を有する。

一旦、透過した信号および反射した信号が半透明の対象物に対して得られると、対象物のより完全な表示を用いるこの方法は、アプリケーションにより変化する。例えば、生物学的サンプルにおいて、試料のいくつかの部分はよく反射し得、反射された波面の強度において見え易くなり得、また、他の部分は、屈折率のバリエーション故に透過された波面の位相においてよく見え得る。これら２つのイメージを規格化し、それらを合わせる（足し算、掛算等）ことによって、試料のより詳細なイメージが作られ得る。フォトリソグラフィマスクの計測にとって、反射した波面は表面の特徴、特に不透明（クロム）の領域の高さ情報を提供する一方、透過イメージは、高解像度マスクにとってきわめて重要なマスクを介しての位相シフトの直接測定を提供する。マスク上の位相シフトが表面のエッチングによって発生し、マスクの材料が既知の場合、反射は、マスクによって発生した位相シフトの間接的な測定も提供する。この場合、透過と反射との両方は、位相シフトの測定を提供し、この冗長性は測定ノイズを減らし、改善された信頼性を提供する。透明なフィルムの計測にとって、反射波面は物質の表面のバリエーションおよびたわみを測定するために用いられ得る一方、透過は物質の厚みおよび／または屈折率の測定を提供する。測定シナリオに関らず、反射と透過の組み合わされた方法は、テスト下にある対象物の表面および内部の特徴の一連の描写を保証する連続方法を保証する。

図９および１０は、反射および透過型の空間ヘテロダイン干渉法の基本的な２つの光学的設計を示す。勿論、本発明はこれらの実施形態に限定されない。

図９を参照し、空間ヘテロダイン干渉法を用いての透過／反射型測定システムの第１の実施が示される。レーザ９１０は第１のビームスプリッタ９１５と光学的に結合される。第１のビームスプリッタ９１５は第２のビームスプリッタ９２０と光学的に結合される。第２のビームスプリッタ９２０は第１の照射レンズ９２５と光学的に結合される。第１の照射レンズ９２５は第３のビームスプリッタ９３０と光学的に結合される。第３のビームスプリッタ９３０は第１のイメージングレンズ９３５と光学的に結合される。第１のイメージングレンズ９３５は検査下にある対象物９４０と光学的に結合される。第２のビームスプリッタ９２０は、第２の照射レンズ９２６とも光学的に結合される。第２の照射レンズ９２６は第４のビームスプリッタ９５０と光学的に結合される。第４のビームスプリッタ９５０は第２のイメージングレンズ９５５と光学的に結合される。第２のイメージングレンズ９５５は基準鏡９６０と光学的に結合される。第４のビームスプリッタ９５０は、第５のビームスプリッタ９７０とも光学的に結合される。電荷結合素子カメラ９８０は第５のビームスプリッタ９７０と光学的に結合される。第１のビームスプリッタ９１５は、第３の照射レンズ９２７とも光学的に結合される。第３の照射レンズ９２７は鏡９４５と光学的に結合される。鏡９４５は第４の照射レンズ９２８と光学的に結合される。第４の照射レンズ９２８は第５の照射レンズ９２９と光学的に結合される。第５の照射レンズ９２９は第６のビームスプリッタ９７５と光学的に結合される。検査下にある対象物９４０は第２のイメージングレンズ９３６と光学的に結合される。第２のイメージングレンズ９３６は第６のビームスプリッタ９７５と光学的に結合される。もう１つの電荷結合素子カメラ９９０は第６のビームスプリッタ９７５と光学的に結合される。対象辺および基準辺の波面がＣＣＤにおいて一致するように、対象辺の光学は基準辺において形成されるということに留意されたい。

図９は、対象および基準ビームが一致する一般的なＳＨＩＲＴの配置を示す。第１のビームスプリッタ９１５は、透過波基準ビームを生成するためにレーザビームの一部を分割する。第２のビームスプリッタ９２０は、反射波基準ビームを生成するためにレーザビームの一部を分割する。第３のビームスプリッタ９３０は、イメージングレンズを介して対象物に向かって対象照射ビームを向ける。照射波の反射した部分は、反射された対象ビームになり、第３のビームスプリッタ９３０および第５のビームスプリッタ９７０を介してＣＣＤカメラ９８０に伝わる。反射波基準ビームは、第４のビームスプリッタ９５０を介して基準鏡に入射し、そして、第５のビームスプリッタ９７０によって、小さな角度差をつけて、反射された対象ビームと組み合わされる。この小さな角度差は、第５のビームスプリッタ９７０の配置によって形成される。反射された対象ビームと基準ビームは、反射波ＳＨＨを形成するためにＣＣＤカメラ９８０において干渉する。対象物を通過する照射波の一部は、透過した対象ビームになり、第２のイメージングレンズによって収集され、第６のビームスプリッタ９７５によってＣＣＤカメラ９９０に伝わる。第１のビームスプリッタ９１５によって生成された基準ビームは、透過した対象ビームと同様の光学路を介して、第６のビームスプリッタ９７５によって、透過した対象波と組み合わされる。これら２つのビームがＣＣＤカメラ９９０において干渉するときにおいてＳＨＨが生成されるように、第６のビームスプリッタ９７５の配置によってこれら２つのビームに小さな角度さが提供される。基準対象物が空気、または「真空」でない場合、基準対象物が基準辺における２つの照射レンズ間に挿入され得る。

図１０は、空間ヘテロダイン干渉法を用いての透過／反射型測定システムの第２の実施を示す。レーザ１０１０は第１のビームスプリッタ１０２０と光学的に結合される。第１のビームスプリッタ１０２０は第２のビームスプリッタ１０２５と光学的に結合される。第２のビームスプリッタ１０２５は第１の照射レンズ１０３０と光学的に結合される。第１の照射レンズ１０３０は第３のビームスプリッタ１０３５と光学的に結合される。第３のビームスプリッタ１０３５は第１のイメージングレンズ１０４０と光学的に結合される。第１のイメージングレンズ１０４０は検査下にある対象物１０４５と光学的に結合される。検査下にある対象物１０４５は第２のイメージングレンズ１０５０と光学的に結合される。第２のビームスプリッタ１０２５は第１の鏡１０５５と光学的に結合される。第１の鏡１０５５は第２の照射レンズ１０６０と光学的に結合される。第２の照射レンズ１０６０は第４のビームスプリッタ１０６５と光学的に結合される。第４のビームスプリッタ１０６５は第１の電荷結合素子カメラ１０７０と光学的に結合される。第１のビームスプリッタ１０２０は、第３の照射レンズ１０３１とも光学的に結合される。第３の照射レンズ１０３１は第２の鏡１０５６と光学的に結合される。第２の鏡１０５６は第４の照射レンズ１０５８と光学的に結合される。第４の照射レンズ１０５８および第２のイメージングレンズ１０５０は、ともに第５のビームスプリッタ１０８０と光学的に結合される。第５のビームスプリッタ１０８０は第２の電荷結合素子カメラ１０９０と光学的に結合される。この実施において、単純化された光学路が使用されることを留意したい。光学路を一致させるのではない。基準辺における対象辺の光学を一致させるのではなく、基準辺において照射レンズが、ＣＣＤにおいて波面を対象辺と一致させるように選択される。

図１０は、対象および基準ビームが一致しない光学路を有するが、ＣＣＤカメラ１０７０および１０９０においてビーム波面を一致させるために基準辺において照射レンズ１０３１、１０５８および１０６０が使用される単純化された透過配置を示す。２つの波面におけるいかなる不一致は一定である。この不一致が、イメージを周波数域の要求される領域に含むことが可能なように、小さく維持される限り、その不一致はイメージ処理を介して除去され得る。

上記に記載の方法および装置の可能性のある代替は、反射波面および透過波面ホログラムのそれぞれを対象および基準ビームの２つの対応するセット間の２つの異なった小さな角度によって規定される異なった空間ヘテロダイン周波数において記録することによって、１つのＣＣＤイメージ上に反射波面および透過波面ホログラムの両方を記録することである。光学システムは、反射波面および透過波面を同じＣＣＤに運ぶことを可能にするように設計され得る。さらに、これら各自の基準ビームは、それぞれの対象ビームとその基準ビームとの間にできる入射角を変化できるようにＣＣＤへ運ばれ得る。例えば、組み合わせ器として機能する２つのビームスプリッタは、それら２つのビームの組が同じＣＣＤにルート作りするもう１つの追加的なビームスプリッタに結合されてもよい。そして、２つの空間ヘテロダインホログラムは、異なった空間ヘテロダイン周波数において同じＣＣＤにて同時に記録されてもよい。反射基準ビームと反射対象ビームとの間の角度を規定する反射基準ビームおよび反射対象ビームが、透過基準ビームと透過対象ビームとの間の角度を規定する透過基準ビームおよび透過対象ビームとコヒーレントでないことは有用である。いずれにせよ、この単一ＣＣＤ代替法は、２つのホログラムを解析するためのコンピュータによる必要事項の大幅な削減という有利性を有する。１つのデジタルイメージにおける複数の空間ヘテロダインホログラムの記録技術は、より詳細に米国出願番号第１０／４２１，４４４号、同第１０／６０７，８２４号および／または同第１０／６０７，８４０号において記載される。

（本発明の実用的なアプリケーション）
透過型の空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩＦＴ）の実用的なアプリケーションは、フォトリソグラフィマスクの計測および検査、生物学上の顕微鏡による検査、屈折率の測定、および透過された対象物の厚み測定を含む。反射および透過型の空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩＲＴ）の実用的なアプリケーションは、フォトリソグラフィマスクの計測および検査、生物学上の顕微鏡による検査、および透過された対象物の屈折率と厚みと表面特徴の同時測定を含む。実質的には多数の本発明の使用が存在し、その全てをここにおいて詳細する必要はない。

（本発明の有用性）
本発明の実施形態を表わす透過型の空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩＦＴ）は、少なくとも後述の理由により有用性があり、経済的であり得る。透過型の空間ヘテロダイン干渉法は、対象物を透過した複合波面の捕獲を可能にする。透過型の空間ヘテロダイン干渉法は、単一のイメージのみが必要であるという事実故に、複合透過波面の収集の高速化を可能にする。透過型の空間ヘテロダイン干渉法は、物質を介した位相変化（不均一性、混合物、物質変化等）の測定を可能にする。

本発明の実施形態を表わす反射および透過型の空間ヘテロダイン干渉法（ＳＨＩＲＴ）には、少なくとも後述の理由により有用性があり、経済的であり得る。反射および透過型の空間ヘテロダイン干渉法は、対象物を透過した複合波面とその対象物の表面において反射された複合波面との同時捕獲を可能にする。本発明は以前のアプローチと比較して、質の上で改善され、および／または費用を削減する。

ここにおいて用いられる用語「ａ」または「ａｎ」は、１つ以上のものとして規定される。ここにおいて用いられる用語「複数の」は、２つ以上のものとして規定される。ここにおいて用いられる用語「他の」は、少なくとも第２の、またはそれ以上のものとして規定される。ここにおいて用いられる用語「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」（備える、備えられる）、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」（含む、含まれる）、および／または、「有している（ｈａｖｉｎｇ）」（有する、有される）は、オープンランゲージ（つまり、その言葉の後に挙げられるものを必要とするが、特定されない手順、構成、および／または構成要素の包含、たとえそれが主要部分であっても、それらの包含に対して規制がない（ｏｐｅｎ））として規定される。ここにおいて用いられる「構成している（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」（構成する、構成される）、および／または、「組み立てている（ｃｏｍｐｏｓｉｎｇ）」（組み立つ、組み立てられる）は、説明される方法、装置または構成を、一般的に説明した手順、構成、および／または構成要素に関連する付随物、付属品および／または不純物を除いた手順、構成、および／または構成要素の包括に対して閉じる。用語「構成している」または「組み立てている」と共に用いられる用語「本質的には（ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ）」は、説明される方法、装置、および／または構成要素が、構成の基本的な新しい特徴に大きくは影響しない不特定の手順、構成、および／または構成要素にのみ規制されないことをさす。ここにおいて用いられる結合されるという用語は、接続されるというように規定されるが、直接的または機械的に接続されるという必要はない。ここにおいて用いられる用語の約は、所定の値に少なくとも近い（例えば、好ましくは１０％内、より好ましくは１％内、さらに好ましくは０．１％内）ものとして規定される。ここにおいて用いられる用語の実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）は、それが特定されている全てという必要性はないが、大部分（ｌａｒｇｅｌｙ）として規定される。ここにおいて用いられる用語の一般的に（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ）は、所定の状態に少なくとも近づいているものとして規定される。ここにおいて用いられる用語の配置している（ｄｅｐｌｏｙｉｎｇ）は、設計している、建てている、発送している、インストールしている、および／または作業しているとして規定される。ここにおいて用いられる用語の手段（ｍｅａｎｓ）は、結果を達成するためのハードウェア、ファームウェア、および／またはソフトウェアとして規定される。ここにおいて用いられる用語のプログラムまたはコンピュータプログラムは、コンピュータシステムにおける施行のために設計される一連の命令として規定される。プログラムまたはコンピュータプログラムは、コンピュータまたはコンピュータシステムにおける施行のために設計されるサブルーチン、ファンクション、手順、目的方法、目的実施、施行可能アプリケーション、アプレット、サーブレット、ソースコード、目的コード、共有ライブラリー／ダイナミックロードライブラリー、および／または他の一連の命令として規定される。

ここにおいて開示される本発明の開示した全ての実施形態は、本開示を考慮して不適当な実験なしに製作され、使用され得る。本発明は、ここにおいて説明された論理的なステートメントによって限定されない。発明者によって意図された本発明の最良のモードの実行が開示されるが、本発明の実用はそれに限定されない。従って、当業者は、本発明がここにおいて特に記載されたものだけではなく、それ以外において実用されることを理解する。

本発明の特徴の多様な変化、修正、追加、および／または再配置は、基本的な本発明の発想の精神および／または範囲から逸脱することなくなされ得ることは明らかである。添付の特許請求の範囲およびその均等物によって規定される基本的な本発明の発想の精神、および／または範囲は、全てのそのような代替、修正、追加および／または再配置をカバーするものと判断される。それぞれの開示された実施形態の全開示要素および特徴は、他の全ての開示された実施形態における開示された要素または特徴が互いに矛盾する場合を除き、それらを組み合わせてもよく、またはそれらの代わりとして用いてもよい。変化は、ここに記載の方法を構成するステップ、または一連のステップにおいて作成され得る。

ここに記載の干渉計は独立したモジュールであってもよいが、干渉計が関連するシステム（フォトリソグラフィック検査器等）に一体化されてもよいことは明らかである。それぞれの構成要素は、開示される形を形成する必要はなく、または開示される構成において組み合わされる必要はなく、実質上、任意の形において提供され得、および／または実質上全ての構成において組み合わされ得る。

添付の特許請求の範囲は、所定の請求項において「のための手段」および／または「のためのステップ」という表現と共に明確に説明されない限り、ミーンズ・プラス・ファンクションの規制を含むものとして解釈されない。本発明のある程度一般的な実施形態は、添付の独立請求項およびその均等物によって叙述される。本発明の特定の実施形態は、添付の従属請求項およびその均等物によって区別される。

（参考文献）
Ｅ．Ｖｏｅｌｋｌら、「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ」Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃｓ／Ｐｌｅｎｕｍ出版社 １９９９年、１３３ｆｆ
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Ｃ．Ｅ．Ｔｈｏｍａｓら、「Ｄｉｒｅｃｔ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗａｆｅｒ Ｄｅｆｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｖｉｅｗ」 ＳＰＩＥ会報 Ｖｏｌ．４６９２，ページ１８０〜１９４，２００２年
２０００年６月２０日公布、米国特許番号第６，０７８，３９２号、Ｃｌａｒｅｎｃｅ Ｅ．Ｔｈｏｍａｓ，Ｌａｒｒｙ Ｒ．Ｂａｙｌｏｒ，Ｇｒｅｇｏｒｙ Ｒ．Ｈａｎｓｏｎ，Ｄａｖｉｄ Ａ．Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ，Ｅｄｇａｒ Ｖｏｅｌｋｌ，Ｊａｍｅｓ Ｃａｓｔｒａｃａｎｅ，Ｍｉｃｈｅｌｅ ＳｕｍｋｕｌｅｔおよびＬａｗｒｅｎｃｅ Ｃｌｏｗ、「Ｄｉｒｅｃｔ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ，Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ，ａｎｄ Ｈｏｌｏｖｉｓｉｏｎ」
２００３年２月２５日公布、米国特許番号第６，５２５，８２１号、Ｃｌａｒｅｎｃｅ Ｅ．ＴｈｏｍａｓとＧｒｅｇｏｒｙ Ｒ．Ｈａｎｓｏｎによる「Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｄｉｒｅｃｔ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｈｏｌｏｖｉｓｉｏｎ」

図１Ａ〜１Ｂは、本発明の一実施形態を示し、クロム・オン・ガラスターゲットからＣＣＤ（電荷結合素子）センサにおいて形成された強度ホログラムの一実施例であり、図１Ｂは表面トポロジーおよび物質の特性によって変化された線形サイン干渉縞パターンを表す拡大領域である。 図２Ａ〜２Ｂは本発明の一実施形態を示し、図２Ａはホログラムの全周波数スペクトラムの大きさを示し、図２Ｂはホログラムの中央に位置する低域フィルタされたサイドバンドを示す。 図３Ａおよび３Ｂは本発明の一実施形態を示し、図３Ａはクロム・オン・グラスターゲットの一部分の結果的な振幅を示し、図３Ｂはクロム・オン・グラスターゲットの一部分の位相再構成を示す。 図４Ａ〜４Ｃは本発明の一実施形態を示す３つの透過型の実施例の概略図を示し、図４Ａは屈折率を与えられる場合の厚みの計算を示し、図４Ｂは同じ厚みの異なった物質間の位相差を示し、図４Ｃは既知の厚みの物質の屈折率を計算する術を示す。 図５Ａ〜５Ｄは、本発明の実施形態を示す、照射波から４つの異なった対象物によって影響を受けた透過した波への変形の概略図を示す。 図６は、本発明の一実施形態を示す、透過型の空間ヘテロダイン干渉法の第１の基本的な光学設計の概略図を示す。 図７は、本発明の一実施形態を示す、透過型の空間ヘテロダイン干渉法の第２の基本的な光学設計の概略図を示す。 図８Ａ〜８Ｂは本発明の実施形態を示し、照射波から２つの異なった対象物の透過波と反射波の両方への変形の概略図である。 図９は、本発明の一実施形態を示す、透過および反射型の空間ヘテロダイン干渉法の第１の基本的な光学設計の概略図を示す。 図１０は、本発明の一実施形態を示す、透過および反射型の空間ヘテロダイン干渉法の第２の基本的な光学設計の概略図を示す。

Claims (26)

1. 第１の基準ビームおよび第１の対象ビームを用いたフーリエ解析のために、空間ヘテロダイン干渉縞を含む第１の空間的にヘテロダイン化されたホログラムをデジタル記録することと、
   第２の基準ビームおよび第２の対象ビームを用いたフーリエ解析のために、空間ヘテロダイン干渉縞を含む第２の空間的にヘテロダイン化されたホログラムをデジタル記録することと、
   第１の解析されるイメージを規定するために、該第１の基準ビームと該第１の対象ビームとの間の第１の角度によって規定される第１の空間テロダインキャリア周波数の上に該デジタル記録された第１の空間的にヘテロダイン化されたホログラムの元の原点を重ねるために該ホログラムの第１の元の原点を移動することによって、該デジタル記録された第１の空間的にヘテロダイン化されたホログラムをフーリエ解析することと、
   第２の解析されるイメージを規定するために、該第２の基準ビームと該第２の対象ビームとの間の第２の角度によって規定される第２の空間テロダインキャリア周波数の上に該デジタル記録された第２の空間的にヘテロダイン化されたホログラムの元の原点を重ねるために該ホログラムの第２の元の原点を移動することによって、該デジタル記録された第２の空間的にヘテロダイン化されたホログラムをフーリエ解析することと、
   該第１の元の原点周辺の信号を切り離し、第１の結果を規定するために、該第１の解析されたイメージをデジタルフィルターすることと、
   該第２の元の原点周辺の信号を切り離し、第２の結果を規定するために、該第２の解析されたイメージをデジタルフィルターすることと、
   該第１の結果に第１の逆フーリエ変換を施すことと、
   該第２の結果に第２の逆フーリエ変換を施すこととを包含する方法であって、
   該第１の対象ビームが、少なくとも部分的に半透明である対象物（９４０，１０４５）を透過し、該第２の対象ビームが該対象物において反射する、方法。
2. 第１のデジタルイメージが前記第１の空間的にヘテロダイン化されたホログラムを含み、第２のデジタルイメージが前記第２の空間的にヘテロダイン化されたホログラムを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のデジタルイメージが第１の画素化検出デバイスによって生成され、前記第２のデジタルイメージが第２の画素化検出デバイスによって生成される、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の角度が前記第２の角度と同等ではなく、単一のデジタルイメージが、前記第１の空間的にヘテロダイン化されたホログラムおよび前記第２の空間的にヘテロダイン化されたホログラムの両方を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１の空間的にヘテロダイン化されたホログラムおよび前記第２の空間的にヘテロダイン化されたホログラムの両方が、単一の画素化検出デバイスによってデジタル記録され、前記単一のデジタルイメージが該単一の画素化検出デバイスによって生成される、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１の基準ビームおよび前記第２の対象ビームが、前記第２の基準ビームおよび該第２の対象ビームに対してコヒーレントではない、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１の空間的にヘテロダイン化されたホログラムの前記空間ヘテロダイン干渉縞が、前記第２の空間的にヘテロダイン化されたホログラムの前記空間ヘテロダイン干渉縞に対して実質的に直交する、請求項６に記載の方法。
8. 前記対象物の第１の通過するセクションと該対象物の第２の通過するセクションとの間の厚みの差（δ）を
   （ここで、Δθは位相差であり、λはコヒーレント光エネルギー供給源の波長であり、Ｎ_１は周辺の屈折率であり、Ｎ_２は該対象物の屈折率である）として計算することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
9. 前記対象物の第１の部分と該対象物の第２の部分との位相差（Δθ）を
   （ここで、ｄは該対象物の該第１の部分と該対象物の該第２の部分の両方の厚みであり、λはコヒーレント光エネルギー供給源の波長であり、Ｎ_２は該対象物の該第１の部分の屈折率であり、Ｎ_３は該対象物の該第２の部分の屈折率である）として計算することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
10. 前記対象物の一部を特徴付ける屈折率（Ｎ_２）を
    （ここで、Δθは位相差であり、λはコヒーレント光エネルギー供給源の波長であり、Ｎ_１は周辺の屈折率である）として計算することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
11. 前記第１の空間的にヘテロダイン化されたホログラム、および前記第２の空間的にヘテロダイン化されたホログラムをデジタル記録した後、前記第１の対象ビームによって規定される軸、および前記第２の対象ビームによって規定される軸の両軸に対して実質的に垂直である平面内において前記対象物を移動することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
12. 前記平面内において前記対象物を移動した後、第３の空間的にヘテロダイン化されたホログラム、および第４の空間的にヘテロダイン化されたホログラムの両方をデジタル記録することをさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記基準ビームおよび前記対象ビームが、パルスモードにおいて動作するレーザによって生成される、請求項１に記載の方法。
14. 請求項１に記載の方法を備える、フォトリソグラフィックマスク検査処理。
15. 請求項１に記載の方法を備える、計測処理。
16. コヒーレント光エネルギー供給源（９１０，１０１０）と、
    該コヒーレント光供給源と光学的に結合される透過基準ビームサブアセンブリと、
    該コヒーレント光供給源と光学的に結合される反射基準ビームサブアセンブリと、
    該コヒーレント光供給源と光学的に結合される対象ビームサブアセンブリであって、該対象ビームサブアセンブリが、透過対象ビーム路および反射対象ビーム路を含む、対象ビームサブアセンブリと、
    該透過基準ビームサブアセンブリと該対象ビームサブアセンブリとの両方と光学的に結合される透過ビームスプリッタ（９７５，１０８０）と、
    該反射基準ビームサブアセンブリと該対象ビームサブアセンブリとの両方と光学的に結合される反射ビームスプリッタ（９７０，１０６５）と、
    該透過ビームスプリッタおよび該反射ビームスプリッタから構成される群から選択される少なくとも１つの要素と光学的に結合する画素化検出装置（９８０，９９０，１０７０，１０９０）とを備える装置であって、
    該対象ビームサブアセンブリが、少なくとも部分的に半透明である対象物（９４０，１０４５）を含み、ｉ）該対象物が透過的に、該コヒーレント光エネルギー供給源と該透過ビームスプリッタとの間において光学的に結合され、かつ、ｉｉ）該対象物が反射的に、該コヒーレント光エネルギー供給源と該反射ビームスプリッタとの間において光学的に結合される、装置。
17. ｉ）前記コヒーレント光エネルギー供給源と前記透過基準ビームサブアセンブリとの間に結合され、ｉｉ）該コヒーレント光エネルギー供給源と前記対象ビームサブアセンブリとの間に結合される他の透過ビームスプリッタと、
    ｉｉ）前記コヒーレント光エネルギー供給源と前記反射基準ビームサブアセンブリとの間に結合され、ｉｉ）該コヒーレント光エネルギー供給源と前記対象ビームサブアセンブリとの間に結合される他の反射ビームスプリッタとをさらに含む、請求項１６に記載の装置。
18. 前記透過基準ビームサブアセンブリが照射レンズを含む、請求項１６に記載の装置。
19. 前記反射基準ビームサブアセンブリが照射レンズを含む、請求項１６に記載の装置。
20. 前記反射基準ビームサブアセンブリが基準鏡を含む、請求項１６に記載の装置。
21. 前記対象ビームサブアセンブリがイメージングレンズを含む、請求項１６に記載の装置。
22. 前記対象ビームサブアセンブリが照射レンズを含む、請求項１６に記載の装置。
23. 前記透過ビームスプリッタおよび前記反射ビームスプリッタから構成される群から選択される少なくとも１つの要素と光学的に結合する他の画素化検出装置をさらに含む、請求項１６に記載の装置。
24. 前記コヒーレント光エネルギー供給源が、パルスモードにおいて動作するレーザを含む、請求項１６に記載の装置。
25. 請求項１６に記載の装置を備える、フォトリソグラフィックマスク検査機器。
26. 請求項１６に記載の装置を備える、計測機器。