JPH08505952A - 走査機能を備えた検査干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 干渉計には、面を照射するように成形された第１の平行ビームと、狭い線を照射するように成形された第２の平行ビームとを形成する光源が設けられている。これらのビームはどちらも直交偏光副光線に分割され、その副光線は複合ウォラストン・プリズム内で外側および内側に向かってそらされる。これらのビームの像は対物レンズによりテスト表面上で集光し、実際の分割点が対物レンズの後部焦平面に投影される。テスト表面から反射し、複合ウォラストン・プリズムによって投影された光により、一般に複合プリズムによつて分割されて移動テスト表面上に投影される狭い照射線に使用される線センサの表面上と、一般に静止テスト表面上に投影される面照射に使用される面センサの表面上に干渉縞が発生する。干渉計内には、自動焦点および自動位相角修正サーボ機構も設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 走査機能を備えた検査干渉計 ［技術分野］ 本発明は、干渉計に関し、より具体的には、移動表面の検査に適した機能を有 する干渉計に関する。 ［背景技術］ 表面輪郭干渉計は、表面の粗さまたは測定中の部品の厚さの段状変化の高さを 求めるための装置である。このような段状変化は、たとえば、プリント回路板ま たは超小型集積回路の製造時に基板に金属フィルムを貼付することによって発生 する可能性がある。一般に、干渉計は、同一単色光源から発生した２本の光線が 長さの異なる複数の光路に沿って送られる光学器械であり、その長さの差によっ て、光線同士が干渉可能なときに発生する干渉縞の性質が決まる。光線は同一単 色光源から発生するので、波長が同じである。光源からの光路距離が等しいので 、位相も互いに同じになる。したがって、光線間の位相差の原因は、光路長の差 に限られる。 光波干渉という現象は、２つまたはそれ以上の光波が同一時期に同一領域を通 過し、重ね合わせの原理により、ある地点では補強し合い、別の地点では中和し 合うという相互作用による。 光電シヤリング干渉計では、スリット、ウォラストン・プリズム、顕微鏡対物 レンズを通過させた偏光を使用して、段状変化の両側に１つずつ、スリットの像 を２つ形成することにより、テスト表面の段状変化の高さを測定することができ る。テスト表面から反射した光線はレンズとプリズムを通過し、２本の直交偏光 光線によって１つの像が形成される。これらの光線間の位相差は、段の高さによ って決まり、２本の干渉光線の位相が等しいことを検出するのにまとめて使用さ れる電気光学式変調器、検光子、光電子増倍管、位相感知検出器の使用によって 決定されるように、位相差が正確に打ち消されるまで、弱いレンズを横方向（光 線に対して横向き）に線形移動することによって測定することができる。システ ムの正確さは、弱いレンズの線形移動を測定できる精度による。したがって、２ 本の直交偏光間の位相差は、システムが共通光路干渉計にならないように、２本 の光線をウォラストン・プリズムで横方向に変位させて測定される。 ウォラストン・プリズムは、透明な異方性材料の結晶が直交偏光光線を別々の 角度に屈折させる、複屈折の現象を使用するものである。方解石、石英、雲母な どの結晶はこの特性を発揮する。ウォラストン・プリズムは、装置の光軸に対し て斜めの平面に沿って延びる隣接する磨き上げた表面によって一緒に保持されて いる２つのくさび形セグメントを含んでいる。ウォラストン・プリズムの外面は 、装置の光軸に対して垂直な平面に沿っている。ウォラストン・プリズムの２つ のセグメントは、複屈折材料から構成され、その結晶軸は互いに垂直で、装置の 光軸にも垂直である。 たとえば、互いに直交偏光した２本の部分光線から構成される１本の光線を装 置の光軸に沿ってウォラストン・プリズムまで方向付ける場合、プリズムの最初 の表面が両方の光線の方向に対して垂直なので、２本の光線はその最初の表面で 屈折しない。しかし、２本の光線がプリズムの２つのセグメントの内面である斜 めの表面に達すると、屈折が起こり、プリズムのセグメントを構成している材料 の複屈折により、２本の光線が別々の角度に屈折する。プリズムの反対側の外面 に達すると、２本の光線はもう一度屈折する。 上記の説明では、２つのくさび形の複屈折材料を含むウォラストン・プリズム について記載したが、２つまたはそれ以上の斜めの平面で接合した３つまたはそ れ以上のこのようなくさび形を使用してこの種のプリズムを形成することは可能 であり、その方が有利である場合も多い。このように形成した場合、プリズムの 外面は依然として装置の光学的中心に対して垂直のままになる。 したがって、干渉計を使用して非常に小さい表面上の特徴を正確に測定するた めの方法がいくつか開発されている。しかし、これらの方法は、干渉計による検 査対象となる非常に小さい表面域を所定の位置に保持する、かなり入念かつ骨の 折れるプロセスに基づくものなので、集積回路を大量に作成する大量生産プロセ スの材料には適用しにくい。たとえば、 個々の区域の測定のために停止せずに比較的大きいテスト表面の検査が可能な走 査プロセスを応用する方法が必要になる。 Velzelに付与された米国特許第３８４９００３号には、相互位相差と相互変位 を有する表面の２つの像を互いに重ね合わせるための光学系を含む、表面の粗さ を測定するための干渉計が記載されている。この位相差は、電気光学変調器によ り直交偏光された２つの光線成分間にもたらされる。適度な単色放射をコリメー タ・レンズで電気光学変調器に印加される平行放射光線に変換する。変調器から は、互いに直角に偏光し、互いに位相が異なる複数の副光線が発生する。この効 果は、放射光線の伝播方向に適当な電位を印加することによって達成される。光 線成分の変位は、偏光方向に関する弁別を行う干渉計で行われる。この方法を使 用すると、移動部分を持たない安定した干渉計を構築することができる。 Velzelの特許には、２つのウォラストン・プリズムの直列配置が記載されてい るが、これらのプリズムは直列配置に入射する２本の直交偏光副光線間で対向角 分割を行う。第１のウォラストン・プリズムで行われる角分割は、第２のプリズ ムで補正される。ただし、この補正は分割と同じ平面で行われるわけではないの で、プリズム間の距離を変化させることにより変化し続ける可能性のある距離分 だけ、２本の光線が互いに変位する。 Velzelによって示された２つのウォラストン・プリズムの形状寸法は似ている が、直列配置の第２のプリズムのセグメ ントの結晶軸は対応する第１のプリズムのセグメントの結晶軸から９０度回転し ている。これは、装置の光軸と平行の第１のプリズムに入射する、複数の直交偏 光副光線から構成される１本の光線が分割されて、同じく光軸に平行な２本の横 方向変位光線として第２のプリズムから出ていくことを意味する。ウォラストン ・プリズムの横方向の位置を変更して、試験片から反射した２本の光線間で発生 する位相のずれを変更することはできない。というのは、複合プリズムの対称性 により、このような変更が干渉計を通る光路長に影響できないからである。 Fortunato他に付与された米国特許第４３２０９７３号では、サイズが異なる ２つのウォラストン・プリズムを直列に使用して装置の光軸に沿って光線を受け 入れ、この光線を第１のプリズムで２本の発散副光線に分割し、第２のプリズム から少し離れたところで元に戻す方法を示している。第２のプリズムの中間平面 は、第１のプリズムの中間平面と比較すると、２倍の角度でしかも反対方向に傾 斜している。 ＩＢＭテクニカル・ディスクロージャ・ブルテン（Vo1．３0，No．11，p.p．2 49-250）には、Makoschにより、装置によって発生し、テスト表面から反射した ２つのレーザ光点の直径および間隔を互いに無関係に選択する方法が記載されて いる。第１のレンズは第１のウォラストン・プリズムの分割平面で平行レーザ光 線を集束させ、そのプリズムはその光線を互いに所定の角度で発散する２本の垂 直偏光部分光線に分割 する。２本の部分光線は、結果的に顕微鏡の中間像経路で光線が再合成されるは ずの方向に第２のレンズにより再度方向付けられる。しかし、２本の部分光線は 、再合成される前に、装置の光軸に平行な第２のウォラストン・プリズムによっ て偏向する。このようにして、レーザ光点は中間像平面で２つの別々の点に分割 される。これらの点の間隔は、再合成が行われる中間像平面と第２のウォラスト ン・プリズムとの間隔の関数として線形に変化する。したがって、第２のプリズ ムを光軸に沿って移動させることにより、２つの点の集束を損なわずにこのシス テム内で連続して（段階なしで）２つの点間の間隔をゼロという値から所定の有 限値まで変化させることができる。 上記の先行技術の例には干渉計の構築方法と使用方法がいくつか記載されてい るが、検査中の表面の連続走査を可能にするような干渉計の使用方法は見あたら ない。干渉計の能力と、干渉計による検査から恩恵を受けそうな部品および装置 を生産するためのプロセスの能力とを一致させるには、このような方法が必要で ある。特に、集積回路の生産に使用されるシリコン・ウェハの比較的大きい表面 を走査する方法が必要である。また、テスト・サンプルの厚さの変化を補正する ために干渉計の自動焦点に対応する方法も必要である。さらに、テスト表面の角 配向が徐々に変化するにもかかわらず、暗視野干渉計使用法を維持するのに必要 な、反射副光線間の位相のずれの自動制御に対応する方法も必要である。 ［発明の開示］ 本発明の態様によれば、照射機構と、ビーム分割機構と、ビーム再方向付け機 構と、ビーム投影機構と、感知機構と、走査機構とを含む、干渉計装置が提供さ れる。照射機構は、狭い平行照射線を形成するコヒーレント・ビームを発生する 。ビーム分割機構は、同一周波数を有し、互いに所定の発散角度でビーム分割機 構から移動するように方向付けられた２本の直交偏光副光線にコヒーレント・ビ ームを分割し、それぞれの副光線は平行線状の照射を形成する。ビーム投影機構 は、ビーム再方向付け機構からの副光線をテスト表面に投影し、それぞれの副光 線はテスト表面に１本の線を投影し、すべての線が互いに平行に延びる。感知機 構は、副光線がテスト表面から反射したときに発生する干渉縞を感知する。走査 機構は、テスト表面を投影機構に露出した状態で投影機構の後ろまでテスト・サ ンプルを駆動する。 ［図面の簡単な説明］ 以下の図面を具体的に参照して、本発明の好ましい実施例について以下に説明 する。 第１図は、本発明により構築した干渉計の概略正面図である。 第２図は、第１図の線II−IIで示すように切断した、第１図の干渉計の照射ア ームの一部の概略平面断面図である。 第３図は、第１図の線III−IIIで示すように切断した、第１図の干渉計の照射 アームから投影される光パターンを示す概略正面断面図である。 第４図は、第１図の線IV−IVで示すように切断した、第１図の干渉計の第１の 二分の一波長板から投影される光パターンを示す概略平面断面図である。 第５図は、本発明の実施例により構築した複合ウォラストン・プリズムの概略 正面図である。 第６図は、第５図の線VI−VIで示すように切断した、第５図の複合ウオラスト ン・プリズム内の二分の一波長板から投影される光パターンを示す概略平面断面 図である。 第７図は、第１図の線VII−VIIで示すように切断した、第１図の干渉計によっ てテスト中の表面上に発生する光パターンの概略平面図である。 第８図は、本発明により構築した位相角制御機構の代替ビーム分割部の概略正 面図である。 ［発明の好ましい実施例］ 第１図に示すように、干渉計１０は、ともに検査中の表面１６に入射する一対 のシヤリングされた光ビーム１２および１４を発生する、共通モード・シヤリン グ（shearing）・タイプである。シヤリング済みビーム１２および１４は複合ウ ォラストン・プリズム１８によって発生され、このプリズムは顕微鏡対物レンズ ２０の後部焦平面に実分割点を投影する。 対物レンズ２０は、テスト表面１６を矢印２５の方向に対物レンズ２０の後ろま で移動させたときに、静止表面捕捉に使用する面配列ＣＣＤセンサ２２と移動表 面捕捉に使用する線走査ＣＣＤセンサ２４の両方に表面１６の各部のインターフ ェログラムを形成する。二重目的照射アーム２６が、面照射と線照射の両方を行 う。 面照射により静止表面情報を捕捉する場合、面配列ＣＣＤセンサ２２でのイン ターフェログラムは、テスト表面１６のビーム１２と１４との間のシヤリングの 量だけ横方向に変位した特徴を備えた、表面１６の二重像になる。直交する極性 を持つ光線を使って形成したこの２つの像は、面配列センサ２２で合体される。 ２つの像を比較すると、ビーム１２および１４をシヤリングした距離によってテ スト表面１６上の個々の欠陥による干渉縞が像間で変位しているので、このよう な欠陥の２つの干渉縞が現れ、この干渉縞の重なりを回避するのに十分なほどビ ーム１２および１４をシヤリングした場合にいずれかの干渉縞を分析できる形式 が得られる。 移動表面情報を捕捉する場合、矢印２５の方向に移動するテスト表面１６に沿 ってシヤリングされたビーム１２および１４の両端に発生した２本の明るい線の 像が、干渉計１０により上に反射し、線走査ＣＣＤセンサ２４で重なるように合 成される。テスト表面１６上に形成された照射線は、テスト表面１６の典型的な 欠陥が一度に１本の線として現れるように十分分離されている。したがって、セ ンサ２４の線上には このような欠陥の単一像だけが一度に現れる。 照射アーム２６は、約０．７ｍｍの直径を有し、矢印３１の方向に振動して第 １図の平面に出入りするように偏光された、コヒーレントな平行光線３０を発生 するレーザ２８を含む。レーザ２８の出力側のビーム分割ミラー３２は、この光 線３０を、上部光路３３に沿って方向付けられた第１の部分と下部光路３４に沿 って方向付けられた第２の部分とに分割する。 上部光路３３は、第１のレンズ３６と、拡散物体３８と、第１のレンズ３６よ りかなり長い焦点距離を有する第２のレンズ４０とを含む。レンズ３６および４ ０は、それぞれの焦点が拡散物体３８で一致するように配置されている。このた め、レンズ４０から投影された光線４２は、レーザ２８からの光線３０と同様、 平行になり、光線３０よりかなり大きい直径を有する。拡散物体３８は、光線４ ２内の光のレベルの均一性を改善するために含まれている。 第２図は、第１図の線II−IIが示すように切断した、下部光路３４の概略平面 断面図である。この経路の様々な要素は、第１図と第２図の両方を参照すること によって最もよく理解することができる。したがって、下部光路３４は、第１の 円柱レンズ４４と、第２の円柱レンズ４６と、第３の円柱レンズ４８とを含み、 これらのレンズは、走査中または移動中のテスト表面１６の検査の際に特定の値 の延びた光パターンを発生するようにまとめて配置されている。各円柱レンズは 、 たとえば、片側に平面５０と、反対側に円柱の断面として形成された曲面５２と を含んでいる。第１の円柱レンズ４４と第２の円柱レンズ４６の両方は、それぞ れの円筒形の曲面５２の軸が干渉計１０の光軸５４と平行に延びるように配向さ れている。第３の円柱レンズ４８は、その円筒形の曲面５２の軸が光軸５４に対 して垂直にしかも矢印３１の方向に平行に延びるように配向されている。 第１図の平面で横から見たときの下部光路３４に沿って移動する光線５５の形 状は、第１の円柱レンズ４４および第２の円柱レンズ４６を通ってもほとんど変 わらないが、この光線は、第３の円柱レンズ４８を通過することによって徐々に 収束するか、またはこの平面で狭くなっている。 第２図を参照すると、第１の円柱レンズ４４と第２の円柱レンズ４６は、共通 線５６に沿った焦点軸を有し、干渉計の光軸５４（第１図に示す）に平行に延び るように配置されている。これらのレンズ４４および４６の曲面の曲率半径も、 第２図に示すように、光線５４がこれらの円柱レンズを通過して拡大ビーム５５ に広がるように選択される。その配向のため、第３の円柱レンズ４８は、第２図 に示すように光線５５の形状をほとんど変化させない。 もう一度第１図を参照すると、上部光線４２と下部光線５５は、ビーム分割ミ ラー６０で合成され、視野レンズ６２により干渉計１０の残りの部分に投影され る。 第３図は、第１図の線III−IIIに沿って正面断面図として 切断した、照射アーム２６から投影される光線の概略図である。第３図を参照す ると、上部光路３３からの光は丸い平行光線６４として投影され、下部光路３４ からの光は水平配向された狭い光線６６として投影される。丸い光線６４と狭い 光線６６はともに矢印３１の方向に偏光され、ともに平行化される。 もう一度第１図を参照すると、照射アーム２６から投影される光線は、偏光ビ ーム・スプリッタ６８により光軸５４に沿って下方向に方向付けられる。照射ア ームからの両方の光線が矢印３１の方向に偏光されることを利用することが好ま しい。偏光の最高９０％までを軸５４に沿って下方向に反射することは可能であ るが、この偏光の１０％だけが偏光ビーム・スプリッタ６８により透過する。照 射アーム２６の外側で干渉計１０を通過する比較的狭い光線だけが図示されてい るが、この単純化は単に図面の明瞭さがあいまいになるのを回避するために行わ れたものであり、上部光路３３からの比較的広域の光線も存在することに留意さ れたい。 第４図は、複合ウォラストン・プリズム１８の上部に置かれた二分の一波長板 ７０（ともに第１図に示す）による光の透過を示すために、第１図の線IV−IVが 示すように切断した概略平面図である。偏光は、偏光ビーム・スプリッタ６８か らこの板７０に下方向に透過する。所与の概念の説明を単純にするために、この 図では座標系を使用している。したがって、第４図では、第１図の右に延びる方 向をｘ方向と定義し、 第１図の紙面に向かう方向をｙ方向と定義する。 第４図を参照すると、板７０などの二分の一波長板により直線偏光を透過した 結果、二分の一波長板を構成する材料の結晶軸とこの板に入射する光の偏光軸と の間の角度の２倍の角度分だけ偏光角が回転する。偏光ビーム・スプリッタ６８ から反射した光は、矢印３１の方向にｙ軸に沿って偏光して二分の一波長板７０ に入射する。二分の一波長板７０の結晶軸は線７１と平行であり、この偏光面か ら２２．５度の角度（角度Ａとして示す）になっている。したがって、光は矢印 ７２の方向に偏光されて板７０から出ていき、偏光面は４５度の角度（角度Ｂと して示す）分だけ回転している。 その後、光はプリズム１８の各セグメントの結晶軸に対して４５度の角度で矢 印７２の方向に偏光されてプリズム１８に入射するが、この偏光とウォラストン ・プリズム１８内の結晶構造との相互作用の結果、プリズム１８により下方向に 透過した偏光が、矢印３１および７４の方向に偏光した光を等分したものに効果 的に分割される。プリズム１８に入射する光は、プリズムを透過して矢印３１の 方向に偏光した光と、プリズムを透過して矢印７４の方向に偏光した光とのベク トルの和である。 第５図は、本発明の方式で構成され使用される複合ウォラストン・プリズムの 概略正面図である。個々の光線の光路の説明を簡略化するため、様々な要素の設 計が単純化されており、個々のウォラストン・プリズムは第１図の３要素装置で はなく、２要素装置として示されている。ただし、第５図の装置の動作は第１図 の装置の動作と同様であり、本発明を実施する際はどちらのタイプの装置を使用 してもよい。 第５図を参照すると、複合ウォラストン・プリズム７６は、第１の２要素ウォ ラストン・プリズム７８と第２の２要素ウォラストン・プリズム８０とを含む。 プリズム７８および８０の間には、二分の一波長板８２が配置されている。プリ ズム７８および８０のすべての要素は、石英などの複屈折材料からできている。 また、二分の一波長板８２も石英から作成してもよい。第１のプリズム７８の２ つの要素８３および８４は、装置の光軸８６に対して斜めの中間平面８５に沿っ て隣接している。プリズム７８の外面８７および８８はどちらも光軸８６に対し て垂直である。要素８３および８４は、互いに垂直で光軸８６に対しても垂直な 結晶軸を有する。これらの結晶軸の一方は中間平面８５と平行である。 第２のウォラストン・プリズム８０は第１のプリズム７８の構成と同様である が、第１の要素８９と第２の要素９０の結晶軸が第１のプリズム７８の第１の要 素８３と第２の要素８４の結晶軸とそれぞれ平行になっている。ただし、第２の プリズム８０の中間平面９１は第１のプリズム７８の中間平面８５と平行ではな く、対応する要素の光軸８６方向の厚さは２つのプリズム間で異なる可能性があ る。 入射光線９２は、装置の光軸８６に平行に方向付けられ、プリズム７８の両方 の要素の結晶軸に４５度の角度で偏光さ れる。第４図に関連して前述したように、プリズム７８内でこの光線９２は、第 １の光線９４と第２の光線９６に分割され、互いに直交するように偏光される。 これらの光線９４および９６は、プリズム７８を構成する材料の複屈折特性によ り、中間平面８５で発散を開始する。 第５図の線VI−VIが示すように切断した断面図である第６図を参照すると、光 線９４は矢印９７の方向に偏光されて二分の一波長板８２に入射し、光線９６は 矢印９８の方向に偏光されて板８２に入射する。二分の一波長板８２の材料の結 晶軸は線９９に平行であり、両方の光線９４および９６の偏光面に関して４５度 の角度になっている。したがって、両方の光線９４および９６の偏光面は、その 光線が板８２を通過するときに９０度回転する。 もう一度第５図を参照すると、偏光面がこのように回転することにより、第１ のプリズム７８を透過したときに右（図に示されている通り）方向に屈折した光 線９４は、第２のプリズム８０を透過するときに左方向に屈折する。同様に、光 線９６は、第１のプリズム７８を透過する際に左方向に屈折したが、第２のプリ ズム８０を透過する際に右方向に屈折する。したがって、その結果、第２のプリ ズム８０から出ていく光線１００および１０１は、交点１０２で収束する。 顕微鏡対物レンズ１０３は、その焦点が光線１００および１０１の交点１０２ に位置するように配置されることが好ましい。これらの光線１００および１０１ はレンズ１０３の焦 点を通過するので、レンズ１０３を出るときに互いに平行で光軸８６にも平行に 移動するように屈折する。 もう一度第１図を参照すると、複合ウォラストン・プリズム１８は、第１のウ ォラストン・プリズム１０４と第２のウォラストン・プリズム１０６とで構成さ れ、第６図に関連して前述したように第１のプリズム１０４と第２のプリズム１ ０６との間を移動する光の偏光方向に対して４５度の角度で配置された結晶軸を 有する中間二分の一波長板１０８も備えている。複合プリズム１８に追加要素が あるにもかかわらず、この複合プリズム１８は第５図に関連して前述したものと 同様に機能する。第１のプリズム１０４と第２のプリズム１０６では、たとえば 、それぞれの中間平面１０９の角度や、光軸５２の方向でのそれぞれの構成要素 の厚さが異なっているので、複合ウォラストン・プリズム１８は、複合ウォラス トン・プリズム７５（第５図）に似ている。 しかし、照射アーム２６から供給される光線は、第５図に関連して前述した個 々の光線ではなく、第４図に示すような断面形状を有する平行ビームなので、こ の光線は平行ビーム１１０および１１２として複合ウォラストン・プリズム１８ を出ていき、互いに直交偏光した状態を保ちながら、個別に内側に方向付けられ る。 顕微鏡対物レンズ２０は、後部焦平面１１４がビーム１１０および１１２内の 中心光線の交点に位置合せされ、前部焦平面がテスト表面１６に位置合せされて 配置されることが好 ましい。このようにして、それぞれのビーム１１０および１１２は屈折して光軸 ５４と平行な方向にレンズ２０から出ていき、２つのビームは個別に集光され、 照射アーム２６の下部光路３４からの光で形成された線が２本の小さく明るい光 線を形成する。このようにして、対物レンズ２０の後部焦平面が物理的にアクセ ス不能であっても、実際の分割点がその後部焦平面に投影される。 したがって、Velzelに付与された米国特許第３８４９００３号に記載されてい る干渉計の直交偏光光線は、装置の光軸に平行な方向に第２のウォラストン・プ リズムから出ていくが、干渉計１０の光線は、装置の光軸に向かって方向付けら れて第２のウォラストン・プリズム１０６から出ていく。干渉計１０のこのよう な配置により、様々な光線を収束するための対物レンズの必要性を回避しながら 、実際の分割点を柔軟に投影することができる。さらに、光線を収束するために 、ＩＢＭテクニカル・ディスクロージャ・ブルテン（Vol．10，No．11，p.p．24 9-250）でMakoschが主張したように、２つのウォラストン・プリズムの間にレン ズを配置する必要はない。 第７図は、第１図の線VII−VIIが示すように切断した平面断面図であり、この ようにして表面１６上に発生した照射パターンの概略を示すものである。この照 射パターンは、照射アーム２６の下部光路３４に沿って透過した光による一対の 明るく照射された線１１６と、照射アームの上部光路３３に 沿って透過した光による一対の照射域１１８とを含む。この照射パターン内の光 は、交差矢印１２０が示す平面で直交偏光され、一方の照射線１１６とそれに対 応する照射域１１８がこのような平面の一方で偏光され、もう一方の照射線１１ ６ともう一方の照射域１１８がこのような平面のもう一方で偏光される。照射線 １１６がもたらす照射パターンは、走査動作時に矢印２５が示す方向（または矢 印２５とは反対方向）に移動するテスト表面１６を測定する際に特に有用であり 、照射域１１８がもたらす照射パターンは、静止状態に保持されたテスト表面１ ６を測定する際に特に有用である。 このようにして各ビーム１２および１４をテスト表面１６上の照射点に集める ことは理論的には可能であるが、平行化を確立する実用的な手段と実用的な顕微 鏡対物レンズ２０とにより実際にこれが行われることはない。たとえば、下部光 路３４からの光を、それぞれの幅が４ミクロンで６０ミクロンの中心間距離分離 れている一対の線に集めることができる。この中心間距離は、干渉計のシヤリン グ距離であり、円形の照射域１１８の変位も行うものである。 干渉計１０に残留する真っ直ぐなフリンジは、分割角度の選択によって除去す ることができ、分割角度は光軸５４に垂直な分割平面ができるように選択するこ とが好ましい。双曲線状の残留フリンジは、第２のウォラストン・プリズム１０ ６によって第１のウォラストン・プリズム１０４を補正することによって除去さ れる。 直交偏光ビーム１２および１４からの照射は、テスト表面１６から反射され、 偏光ビーム・スプリッタ６８からテスト表面１６に向かって下方向に移動する光 が通る光路に沿って顕微鏡対物レンズ２０と複合ウォラストン・プリズム１８を 通過して戻る。二分の一波長板８２（第６図に示す）に関して前述したように、 両方の反射光線の偏光方向は、二分の一波長板１０８で９０度回転する。この回 転は、光線が第１のウォラストン・プリズム１０４によって再合成されるように するための準備である。 もう一度第４図を参照すると、テスト表面１６（第１図に示す）から反射した 光は二分の一波長板７０の下部表面に入射し、一方のビームは矢印７４が示すよ うにｘ軸の方向に偏光され、もう一方のビームは矢印３１が示すようにｙ軸の方 向に偏光される。平面７０の結晶軸は線７１に平行で、ｙ軸に対して２２．５度 の角度Ａになっているので、矢印３１の方向に偏光した光の偏光角は、矢印７２ が示す偏光方向に４５度の角度Ｂ分だけ回転する。平面７０の結晶軸はｘ軸に対 して６７．５度の角度Ｃになっているので、矢印７４の方向に偏光した光の偏光 角は、矢印１２２が示す偏光方向に１３５度の角度Ｄ分だけ回転する。引き続き 参照するため、ｙ軸に沿ってすでに偏光された光の偏光角をｙ’軸と定義し、ｘ 軸に沿ってすでに偏光された光の偏光角をｘ’軸と定義する。 もう一度第１図を参照すると、この反射光の一部は、光軸５４に沿って偏光ビ ーム・スプリッタ６８を過ぎてビーム分 割ミラー１２４まで存続する。このミラー１２４は、光の一部を面ＣＣＤ配列の センサ２２に方向付け、光の残りの部分を線走査ＣＣＤ配列のセンサ２４に方向 付ける。センサ２４に投影された照射の線によって移動表面に関する情報を獲得 するために干渉計１０を使用する間、照射アーム２６の下部照射光路３４を通る 線照射と、上部照射光路３３を通る面照射の両方が得られる。干渉計１０のこの 応用例では、上部照射光路３３によって得られる照度が照射線１１６（第７図に 示す）の強度よりかなり低いので、この光路をブロックする必要はない。これに 対して、上部照射光路３３によって得られる面照射により静止表面に関する情報 を獲得するために干渉計１０を使用するときは、下部照射光路３４のシャッタ１ ２６を閉じることによって、この光路からの光をブロックする。 次に、第１図の参照を続行することにより、センサ２２および２４に向かって 上方向に戻る２本の直交偏光光線間の位相角を制御する方法について説明する。 複合ウォラストン・プリズム１８は、矢印１２５が示すいずれかの方向での複 合プリズム１８の光軸に垂直に延びる線に沿った横方向移動を可能にするように 干渉計１０内に取り付けられる。複合プリズム１８は、圧電アクチュエータ１２ ６により横方向に移動する。第１のプリズム１０４と第２のプリズム１０６は、 中間平面１０９の角度やセグメントの厚さなどのパラメータが異なるので、複合 プリズム１８のこの 横方向移動によって、２本の光線１１０および１１２が通る相対光路長が変化す る。相対光路長が変化すると、２本の光線１１０と１１２との間に位相角の差が 発生するので、複合プリズム１８の横方向移動を使用して、シヤリング済み光ビ ーム１２と１４との間の位相角を制御する。このようにして発生した位相差は、 干渉計１０の動作点を偏らせるために使用することができる。あるいは、この位 相差は、表面１６の傾斜によってシヤリング済みビーム１２と１４との間に位相 のずれが生じるときに、その傾斜を補正する際に使用してもよい。 通常、干渉計１０は、テスト・サンプル１６の平らな表面から反射した光を干 渉現象により打ち消すことによって発生した暗い背景を有する暗視野インターフ ェログラムを発生するように操作される。表面の***と窪みはどちらも、暗い背 景上に照射干渉縞が出現させる。この種の干渉縞は、通常、最も読み取りやすい パターンであることが分かっている。この暗視野効果は、テスト表面１６の平ら な部分から反射した２つの直交偏光像の位相が１８０度ずれているときに発生す る。 もう一度第４図を参照すると、前述のように、テスト表面１６から反射した光 は、ｘ’軸およびｙ’軸の方向に沿って直交偏光した２本のビームとして二分の 一波長板７０から出ていく。この光のパターンを他の直交軸に沿って偏光したビ ームと見なすことができると理解されているが、ｘ’軸およびｙ ’軸に沿った偏光についてその光を調べることは特に有用である。というのは、 これらの軸に沿って偏光した光の成分が、ｘ軸およびｙ軸に沿って偏光し、テス ト表面で反射した光の直交成分に対応するからである。ｘ’軸およびｙ’軸に沿 って偏光したビームの位相が１８０度ずれている場合、ｘ’軸に沿って偏光した ビームの光のレベルが原点からｘ’方向に増加するにつれて、ｙ’軸に沿って偏 光したビームの光のレベルも同様に原点から−ｙ’方向に増加する。この２本の ビームは、この点で−ｙ方向に増加する単一ビームに解像される。したがって、 １８０度位相がずれている、ｘ’軸およびｙ’軸に沿って偏光した２本のビーム は、ｙ軸に沿って偏光した単一ビームとして解像される。反対側の極では、ｘ’ 軸およびｙ’軸に沿って偏光した２本のビームが同一位相であるときに、ｘ’軸 に沿って偏光したビームの光のレベルが原点からｘ’方向に増加するにつれて、 ｙ’軸に沿って偏光したビームの光のレベルが原点からｙ’方向に増加する。こ の２本のビームは、この点でｘ方向に増加する単一ビームに解像される。したが って、同一位相の２本のビームは、ｘ軸に沿って偏光した単一ビームとして解像 される。光線１２２および１２４間の位相関係が上記以外の場合は、単一の直線 偏光ビームに解像されない。 したがって、もう一度第１図を参照すると、暗視野干渉計使用法に必要な１８ ０度位相がずれた状態は、矢印３１および１２５が示すように直交方向に偏光し た、二分の一波長板７０上の光軸５４に沿って返される光のレベルを測定するこ とによって容易に検出することができる。この目的のため、表面１６から反射し た光の一部がビーム分割ミラー１２８によって分割光路１２７に沿って方向付け られる。光路１２７に沿って方向付けられた光の一部は、別のビーム分割ミラー １２９によって偏光ビーム・スプリッタ１３０に方向付けられ、その偏光ビーム ・スプリッタ１３０は、内部平面に沿ったコーティングを有し、一方の偏光での 光検出器１３４への光の透過と、もう一方の偏光でのもう一方の光検出器１３４ への光の反射とに備えている。光検出器１３４は光位相サーボ・システム１３８ の一部を形成し、このシステムが圧電アクチュエータ１２６を駆動して複合ウォ ラストン・プリズム１８を横方向に移動させる。 分割光路１２７に沿って受け取った光の偏光状態が表面１６の傾斜によって変 化すると、差動エラー信号が発生し、このエラー信号がサーボ・システム１３８ 内の制御装置１４０に戻されて制御ループを閉じる。干渉計１０内でいずれかの 光位相バイアスの状態が発生するように位相差が１８０度の暗視野から位相差が ０度の明視野に複合プリズム１８を移動させ、さらにこのような状態に装置を維 持するのに必要なすべての修正を行うために、相対位相制御サーボ・システム１ ３８を設定することができる。たとえば、暗視野動作を獲得して維持するために は、矢印１２５が示す方向に偏光した光を測定する検出器１３４の出力がゼロに なり、矢印３１が示す方向に偏光した光を測定する検出器１３４の出力が最大に なるように、複合ウォラストン・プリズム１８を移動させてもよい。 干渉計１０の主画像光路の焦点を維持するために自動焦点システムを使用する 。対物レンズ２０は、装置の光軸５４に沿ったいずれかの方向に移動できるよう に取り付けられる。このレンズ２０は、表面１６の平均位置の変化に応じて圧電 アクチュエータ１４１によって移動されるが、その平均位置の変化は、たとえば 、検査中の部品の厚さの変動によって起こる場合がある。このような表面位置の 変化は、一対の光検出器１４４および１４６を使用して検出する。分割光路１２ ７内にはビーム分割ミラー１４７が設けられているので、ビーム分割ミラー１２ ９を透過した光の一部は光検出器１４４に向かって反射し、この光の残りの部分 は光検出器１４６に向かって透過する。分割光路１２７と光検出器１４４および １４６との間には、スリット窓板１４８および１４９が配置される。 面センサ２２と線センサ２４とのＣＣＤ配列は、二分の一波長板７０と等しい 光路長になるように配置されている。等しい光路長を実現しやすくするため、こ れらの光路の一方にガラス・スペーサ１５０を含めることもできる。対物レンズ ２０がテスト表面１６上で正しく焦点を結ぶと、一方のセンサ２２または２４の ＣＣＤ配列に形成された像の中央部分に最大レベルの照射が達成する。光路距離 がこのＣＣＤ配列の距離より大きいかまたは小さい場合、テスト表面１６から反 射して戻る照射が拡散する。したがって、照射パターンは、それぞれのＣＣＤ配 列に最も狭い部分が存在する「ウェスト」を有すると見なされる。 窓板１４８および１４９のスリットは、光検出器１４４および１４６が反射光 線の狭い中央部分だけを検査するように配置されている。二分の一波長板７０か ら窓板１４８までの光路長は二分の一波長板７０から一方のＣＣＤ配列２２また は２４までの光路長よりいくらか短く、二分の一波長板７０から窓板１４９まで の光路長は一方のＣＣＤ配列２２または２４までの光路長よりいくらか長い。適 切な光路長を設定しやすくするためにガラス・スペーサ１５０を使用してもよい 。対物レンズ２０が目標表面１６上で正しく焦点を結ぶと、光検出器１４４およ び１４６によって等しい照射レベルが示され、レンズ２０は所定の位置に保持さ れる。光検出器１４４が光検出器１４６より多くの光を受け取ると、照射輪郭の ウェストが窓板１４９より窓板１４８により接近していることを示し、レンズ２ ０は光路に沿って外側にウェストを移動させる方向に移動する。同様に、光検出 器１４６が光検出器１４４より多くの光を受け取ると、照射輪郭のウェストが窓 板１４８より窓板１４９により接近していることを示し、レンズ２０は光路に沿 って内側にウェストを移動させる方向に移動する。このような移動をもたらすた め、光検出器１４４および１４６の出力は自動焦点サーボ・システム１５６内の 自動焦点制御装置１５２に方向付けられる。光検出器１４４お よび１４６の出力に差があると、制御装置１５２内で差動エラー信号が発生し、 その結果、制御装置１５２から圧電アクチュエータ１４１に供給される制御信号 が変動する。 干渉計１０の重要な適用例は、シリコン・ウェハなどのディスク状のテスト対 象１５７の表面の検査にある。このような表面情報の獲得をさらに容易にするた め、キャリッジ１５９内に回転可能に取り付けられ、モータ１６２によってピボ ット軸１６０の回りを駆動されるチャック１５８が設けられ、テスト対象１５７ を保持し、その表面１６を矢印２５の方向に照射線１２および１４の後ろまで駆 動する。チャック１５８上の所定の位置にテスト対象１５７を保持するために真 空クランプまたはその他の固定手段を設けてもよい。次に、親ねじ１６２により 矢印３１が示すいずれかの方向にキャリッジ１５９を駆動する。その結果発生す る動きにより、干渉計１０はディスク１５６の表面１６の渦巻き部分を検査する 。 ここに記載したように渦巻き状にディスク表面を走査するために使用するのか 、または直線上に干渉計の後ろまで駆動した表面を走査するために使用するのか という、干渉計１０の走査能力は、集積回路の製造プロセスに使用する部品を検 査する方法を開発する努力の際に非常に重要である。前述のように、装置のセッ トアップを繰り返すために停止せずに、自動化して走査プロセスを実行すること ができるが、相対位相制御サーボ・システム１３８は、検査中のテスト表面の角 度上の位置合せの漸進変化を補正するように機能し、自動焦 点サーボ・システム１５６は、検査中のテスト表面の仰角の漸進変化を補正する ように機能する。 第８図は、テスト表面１６からの反射として戻される直交偏光同士の位相角に 関するフィードバックを行う機構の代替構造を示している。第１図に関して前述 した偏光ビーム・スプリッタの代わりに、２つの光検出器１３４間で光を分割す るためのビーム分割ミラーが設けられている。各光検出器１３４とミラー１５６ との間には、偏光板１６６が設けられている。この偏光板１６６は、矢印３１の 方向に偏光した光が一方の光検出器１３４まで透過し、矢印１２５の方向に偏光 した光がもう一方の光検出器１３４まで透過するように配置されている。この光 検出器１３４の出力は、前述のように位相のずれを制御するために使用される。 移動テスト表面からの線形干渉像と静止テスト表面からの面干渉像とを捕捉す るための具体的な手段を含む形態の本発明について説明してきたが、一方の動作 モードで使用するために様々な利点を提供するように本発明により構成した装置 により、もう一方の動作モードに特有の様々な特徴が除去される可能性があるこ とに留意されたい。 ある程度の特殊性を備えた好ましい形態または実施例で本発明について説明し てきたが、この説明は一例としてのみ示したものであり、本発明の精神および範 囲から逸脱せずに、部品の組合せや配置など、構造、製作、使用法の詳細におい て多数の変更が可能であることに留意されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウッダール、ステーブン、ピイーター イギリス国ケンブリッジ、ヒストン、コッ テンハム・ロード 115

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コヒーレント・ビームを発生する照射手段であって、前記コヒーレント・ビ ームが狭い平行照射線を形成する照射手段と、 前記コヒーレント・ビームを同一周波数を有する２本の直交偏光副光線に分割 するビーム分割手段であって、前記副光線が互いに所定の発散角度で前記ビーム 分割手段から移動するように方向付けられ、それぞれの副光線が偏光照射線を形 成するビーム分割手段と、 収束角で移動して交差平面内で交差するように所定の発散角度で移動する前記 副光線を方向付けるビーム再方向付け手段と、 前記ビーム再方向付け手段からの前記副光線をテスト・サンプルのテスト表面 に投影するビーム投影手段であって、前記それぞれの副光線が前記テスト表面に １本の線を投影し、前記線が第１の方向に互いに平行に延びるビーム投影手段と 、 前記副光線が前記テスト表面から反射したときに発生する干渉縞を感知する第 １の感知手段と、 前記テスト表面を前記投影手段に露出した状態で前記第１の方向に対して垂直 な方向に前記投影手段の後ろまで前記テスト・サンプルを駆動する走査機構とを 含むことを特徴とする干渉計装置。 ２．前記照射手段が、 平行レーザ出力ビームを発生するレーザと、 前記レーザ出力ビームを拡大方向に拡大して前記狭い平行照射線を形成するビ ーム拡大手段とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の干渉計装置。 ３．前記ビーム拡大手段が、 前記拡大方向に対して垂直に延びる軸を備えた第１の円柱の一部を形成する表 面を有する第１の円柱レンズであって、それにより前記平行レーザ・ビームを方 向付けて、前記拡大方向に対して垂直に延びる中間線に沿って延びるように集光 する第１の円柱レンズと、 前記拡大方向に対して垂直に延びる軸を備えた第２の円柱の一部を形成する表 面を有する第２の円柱レンズであって、それにより前記中間線からの光を方向付 けて、前記拡大方向の線として延びる平行ビームになるように屈折する第２の円 柱レンズとを含むことを特徴とする、請求項２に記載の干渉計装置。 ４．前記照射手段が、前記拡大方向に対して垂直な方向に前記レーザ出力ビーム を収束するビーム収束手段をさらに含み、前記ビーム収束手段が、前記拡大方向 に平行に延びる軸を備えた円柱の一部を形成する表面を有する収束円柱レンズを 含むことを特徴とする、請求項２に記載の干渉計装置。 ５．前記ビーム分割手段が、第１および第２の結晶方向に配向した結晶軸を有す る構成要素を備えた第１のウォラストン・プリズムを含み、 前記コヒーレント・ビームが、前記第１および第２の結晶方向から４５度の角 度の偏光平面を備えた前記第１のウォラストン・プリズムで方向付けられた直線 偏光ビームであることを特徴とする、請求項１に記載の干渉計装置。 ６．前記照射手段と前記第１のウォラストン・プリズムとの間に第１の二分の一 波長板をさらに含み、前記第１の二分の一波長板が前記第１の結晶方向から２２ ．５度の角度の結晶軸を有することを特徴とする、請求項５に記載の干渉計装置 。 ７．前記ビーム分割手段が第１のウォラストン・プリズムを含むことを特徴とす る、請求項１に記載の干渉計装置。 ８．前記ビーム再方向付け手段が第２のウォラストン・プリズムを含むことを特 徴とする、請求項７に記載の干渉計装置。 ９．前記第１および第２のウォラストン・プリズム間に第２の二分の一波長板を さらに含み、前記第２の二分の一波長板が前記第１および第２の結晶方向から４ ５度の角度の結晶軸を有することを特徴とする、請求項８に記載の干渉計装置。 １０．前記ビーム投影手段が、前記交差平面に第１の焦平面を備えた対物レンズ を含むことを特徴とする、請求項１に記載の干渉計装置。 １１．前記テスト表面が、前記対物レンズの第２の焦平面に保持されることを特 徴とする、請求項１０に記載の干渉計装置。 １２．前記テスト表面からの反射後、前記副光線が前記ビーム投影手段と、前記 ビーム再方向付け手段と、前記ビーム分 割手段とを通過し、前記ビーム分割手段から第１の共役距離にある前記第１の感 知手段上で再合成され、集束することを特徴とする、請求項１に記載の干渉計装 置。 １３．前記対物レンズと前記テスト表面との距離の変化に応答する自動焦点手段 をさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の干渉計装置。 １４．前記自動焦点手段が、 分割光路に沿って前記テスト表面から反射した光の一部をそらす手段と、 前記第１の共役距離より前記ビーム分割手段に近い第２の共役距離で前記分割 光路に沿って第１の中心光レベルを測定する手段と、 前記第１の共役距離より前記第１の共役距離から離れている第３の共役距離で 第２の中心光レベルを測定する手段と、 前記第１および第２の中心光レベル間の測定差に応答して前記投影手段と前記 テスト表面との間の距離を変更するために前記投影手段を移動させる手段とを含 むことを特徴とする、請求項１３に記載の干渉計装置。 １５．第１の中心光レベルを測定する前記手段が、前記第２の共役距離に中心ア パーチュアを備えた第１の窓板と、前記第１の窓板を通る前記分割光路に照準を 合わせた第１の光検出器と、前記分割光路内の光の第１の部分を前記第１の窓板 にそらす手段とを含み、 第２の中心光レベルを測定する前記手段が、前記第３の共 役距離に中心アパーチュアを備えた第２の窓板と、前記第２の窓板を通る前記分 割光路に照準を合わせた第２の光検出器と、前記分割光路内の光の第２の部分を 前記第２の窓板にそらす手段とを含み、 前記投影手段を移動させる前記手段が、前記第１および第２の光検出器の出力 を比較する比較回路と、前記比較回路に応答して移動する第１の圧電アクチュエ ータとを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の干渉計装置。 １６．前記テスト・サンプルからの前記副光線の反射間の位相角関係を感知する 位相角感知手段と、 前記位相角感知手段に応答して前記位相角関係を変化させる位相角制御手段と をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の干渉計装置。 １７．前記位相角感知手段が、 分割光路に沿って前記テスト表面から反射した光の一部をそらす手段と、 直交偏光角で前記分割光路に沿って移動する光を測定する手段とを含むことを 特徴とする、請求項１６に記載の干渉計装置。 １８．光を測定する前記手段が、第３および第４の光検出器に光を方向付ける手 段を含み、前記テスト・サンプルから前記副光線の一方を反射させた結果発生す る光から４５度の角度で第１の偏光を有する光が前記第３の光検出器に方向付け られ、前記第１の偏光と直交する第２の偏光を有する光が前 記第４の光検出器に方向付けられることを特徴とする、請求項１７に記載の干渉 計装置。 １９．光を方向付ける前記手段が、前記第１の偏光を有する光を前記第３の光検 出器に反射し、前記第２の偏光を有する光を前記第４の光検出器に反射する偏光 ビーム・スプリッタを含むことを特徴とする、請求項１８に記載の干渉計装置。 ２０．光を方向付ける前記手段が、 前記第３の光検出器に光を反射し、前記第４の光検出器に光を透過するビーム ・スプリッタと、 前記第１の偏光を有する光を前記第３の光検出器に透過し、前記第２の偏光を 有する光の透過をブロックする第１の偏光板と、 前記第２の偏光を有する光を前記第４の光検出器に透過し、前記第１の偏光を 有する光の透過をブロックする第２の偏光板とを含むことを特徴とする、請求項 １８に記載の干渉計装置。 ２１．同時に移動する前記ビーム分割手段と前記ビーム再方向付け手段との横方 向移動により、前記副光線の一方が通る光路が長くなり、前記副光線のもう一方 が通る光路が短くなるように、前記ビーム分割手段と前記ビーム再方向付け手段 とが構成され、 前記位相角制御手段が、前記ビーム分割手段と前記ビーム再方向付け手段とを 横方向に同時に移動させる横方向駆動手段を含むことを特徴とする、請求項１６ に記載の干渉計装置。 ２２．前記横方向駆動手段が、圧電アクチュエータを含むことを特徴とする、請 求項２１に記載の干渉計装置。 ２３．前記副光線が前記テスト表面上で変位距離分だけ分離され、 前記副光線からの干渉縞が前記第１の感知手段上で合成されることを特徴とす る、請求項１２に記載の干渉計装置。 ２４．前記第１の感知手段が、電荷結合素子の線形配列であることを特徴とする 、請求項２３に記載の干渉計装置。 ２５．前記コヒーレント・ビームが、平行照射面をさらに形成し、 前記第１の感知手段が、前記テスト表面上の前記線の反射によって発生した干 渉縞を感知するように構成され、 前記装置が、前記テスト表面上の前記照射面の反射によって発生した干渉縞を 感知する第２の感知手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の干 渉計装置。 ２６．前記照射手段が、 平行レーザ出力ビームを発生するレーザと、 前記レーザ出力ビームを拡大方向に拡大して前記狭い平行照射線を形成する第 １のビーム拡大手段と、 前記レーザ出力ビームを拡大して前記平行照射面を形成する第２のビーム拡大 手段と、 前記平行レーザ出力を前記第１のビーム拡大手段と前記第２のビーム拡大手段 とに方向付ける手段と、 前記第１のビーム拡大手段と前記第２のビーム拡大手段か らの光を合成する手段とを含むことを特徴とする、請求項２５に記載の干渉計装 置。 ２７．前記第１のビーム拡大手段が、前記拡大方向に対して垂直に延びる軸を備 えた第１の円柱の一部を形成する表面を有する第１の円柱レンズであって、それ により前記平行レーザ・ビームを方向付けて、前記拡大方向に対して垂直に延び る中間線に沿って延びるように集光する第１の円柱レンズと、前記拡大方向に対 して垂直に延びる軸を備えた第２の円柱の一部を形成する表面を有する第２の円 柱レンズであって、それにより前記中間線からの光を方向付けて、前記拡大方向 の線として延びる平行ビームになるように屈折する第２の円柱レンズとを含み、 前記第２のビーム拡大手段が、焦点を通る前記平行レーザ・ビームからの光を 方向付ける第１のレンズと、前記焦点からの光を方向付けて前記平行照射面を形 成する第２のレンズとを含み、 前記方向付け手段が、前記レーザ・ビームからの光の一部を反射して透過する ビーム分割ミラーを含み、 光を合成する前記手段が、前記コヒーレント・ビームに光を反射して透過する ビーム分割ミラーを含むことを特徴とする、請求項２６に記載の干渉計装置。 ２８．前記照射手段が、前記平行照射面により測定を行うときに前記レーザから 前記第１のビーム拡大手段を通り前記コヒーレント・ビームに至る光の透過をブ ロックするシャッタ をさらに含むことを特徴とする、請求項２７に記載の干渉計装置。 ２９．光軸に沿って光線を投影する手段であって、前記光線が、第１の方向に偏 光した第１の副光線と、第２の方向に偏光した第２の副光線とを含み、前記第１ および第２の方向が互いに垂直で、前記光軸に対しても垂直である手段と、 前記光軸に沿って直列配列に位置合せされた第１および第２のウォラストン・ プリズムであって、前記第１および第２のウォラストン・プリズムが、前記第１ および第２の方向に平行な結晶軸を有する複屈折材料から構成され、前記副光線 が前記第１のウォラストン・プリズム内で分割され、前記第２のウォラストン・ プリズムによって同時に方向付けられて、前記第２のウォラストン・プリズム外 部のクロスオーバ点で交差する、第１および第２のウォラストン・プリズムと、 前記クロスオーバ点に焦平面を備えた対物レンズとを含むことを特徴とする干 渉計装置。 ３０．前記第１および第２のウォラストン・プリズム間にあって、前記第１の方 向から４５度の角度の結晶軸を有する第１の二分の一波長板をさらに含むことを 特徴とする、請求項２９に記載の干渉計装置。 ３１．光線を投影する前記手段が、 前記第１の方向から２２．５度の角度の結晶軸を備えた第２の二分の一波長板 と、 前記第２の二分の一波長板を通る前記第１の方向に偏光し たレーザ・ビームを前記第１のウォラストン・プリズムに投影するレーザとを含 むことを特徴とする、請求項２９に記載の干渉計装置。 ３２．前記対物レンズの全部焦平面でテスト表面を備えた試験片をサポートする 手段と、 前記レーザ・ビームが前記第２の二分の一波長板に向かって方向付けられる照 射光路と感知光路との間の第１のビーム分割手段と、 前記テスト表面からの前記副光線の反射によって発生する干渉縞を感知する第 １の感知手段であって、前記感知光路に沿って前記第１のウォラストン・プリズ ムから第１の共役距離に位置する第１の感知手段とをさらに含むことを特徴とす る、請求項３１に記載の干渉計装置。 ３３．前記第１のビーム分割手段が、前記レーザからの偏光を前記第２の二分の 一波長板に向かって方向付けるように配向された偏光ビーム・スプリッタを含む ことを特徴とする、請求項３２に記載の干渉計装置。 ３４．前記テスト表面から反射した光の第１および第２の部分を前記対物レンズ と前記第１および第２のウォラストン・プリズムを介して方向付ける偏光感知手 段をさらに含み、前記第１の方向に偏光した光の前記第１の部分が第１の光検出 器に方向付けられ、前記第２の方向に偏光した光の前記第２の部分が第２の光検 出器に方向付けられることを特徴とする、請求項３２に記載の干渉計装置。 ３５．前記偏光感知手段が、前記光検出器の一方に向かって光を反射し、前記光 検出器のもう一方に向かって光を透過する偏光ビーム・スプリッタを含むことを 特徴とする、請求項３４に記載の干渉計装置。 ３６．前記偏光感知手段が、 前記光検出器の一方に向かって光を反射し、前記光検出器のもう一方に向かっ て光を透過するビーム分割ミラーと、 前記第１の方向に偏光した光を前記第１の光検出器に透過し、前記第２の方向 に偏光した光の透過をブロックする第１の偏光板と、 前記第２の方向に偏光した光を前記第２の光検出器に透過し、前記第１の方向 に偏光した光の透過をブロックする第２の偏光板とを含むことを特徴とする、請 求項３４に記載の干渉計装置。 ３７．前記第１および第２のウォラストン・プリズムが複合プリズム・アセンブ リにまとめて固定され、前記複合プリズム・アセンブリが前記光軸に垂直な方向 に移動するように固定され、 前記第１および第２のウォラストン・プリズムが、前記光軸に垂直な前記方向 への前記複合プリズム・アセンブリの移動により、前記副光線間に位相差が発生 するように構成され、 前記干渉計が、前記第１および第２の光検出器からの出力信号に応答して前記 複合プリズム・アセンブリを移動させる手段をさらに含むことを特徴とする、請 求項３４に記載の干 渉計装置。 ３８．前記複合プリズム・アセンブリを移動させる前記手段が、 前記複合プリズム・アセンブリを移送させる圧電アクチュエータと、 前記圧電アクチュエータに電気信号を供給する制御回路であって、前記制御信 号が前記第１および第２のアクチュエータの出力に応答して生成される制御回路 とを含むことを特徴とする、請求項３７に記載の干渉計装置。 ３９．前記テスト表面から反射した光の第３および第４の中心部分を前記対物レ ンズと前記第１および第２のウォラストン・プリズムとを介して、前記第１のウ ォラストン・プリズムから第２の共役距離にある第１のスリット・アパーチュア と、前記第１のウォラストン・プリズムから第３の共役距離にある第２のスリッ ト・アパーチュアとに方向付ける焦点検出ビーム分割手段であって、前記第２の 共役距離が前記第１の共役距離より小さく、前記第３の共役距離が前記第１の共 役距離より大きい、焦点検出ビーム分割手段と、 前記第１のスリツト・アパーチュアにより光の前記第３の中心部分を検査する 第３の光検出器と、 前記第２のスリット・アパーチュアにより光の前記第４の中心部分を検査する 第４の光検出器と、 前記第３および第４の光検出器間の出力の差に応答してエラー信号を発生する 手段と、 前記エラー信号に応答して前記光軸に沿って前記対物レンズを移動させる手段 とをさらに含むことを特徴とする、請求項３２に記載の干渉計装置。 ４０．光軸に沿って方向付けられたコヒーレント・ビームを発生する照射手段と 、 前記光軸に沿って配置され、前記コヒーレント・ビームを２本の発散する直交 偏光副光線に分割するビーム・スプリッタと、 収束角で移動して交差平面で交差するように前記副光線を方向付けるビーム再 方向付け手段と、 前記交差平面に第１の焦平面を備えた対物レンズと、 前記対物レンズに露出されたテスト表面を備えたテスト・サンプルと、 前記テスト・サンプルから反射し、前記対物レンズと、前記ビーム再方向付け 手段と、前記ビーム・スプリッタとを通って戻る前記副光線の組合せによって発 生した干渉縞を感知する感知手段であって、前記ビーム・スプリッタから第１の 光路距離に保持されている感知手段と、 前記光軸に垂直な方向に前記テスト・サンプルを移動させる走査手段と、 前記テスト表面が前記走査手段によって前記対物レンズの後ろまで移動したと きに、前記対物レンズと前記テスト表面との間の焦点関係を維持する自動焦点手 段と、 前記テイスト表面が前記対物レンズの後ろまで移動したと きに、前記テスト表面からの前記副光線の反射間の位相関係を維持する位相制御 手段とを含むことを特徴とする干渉計装置。 ４１．前記ビーム・スプリッタが第１のウォラストン・プリズムを含み、 前記ビーム再方向付け手段が第２のウォラストン・プリズムを含むことを特徴 とする、請求項４０に記載の干渉計装置。 ４２．前記走査手段が、 前記テスト・サンプルを保持するテーブルと、 前記テーブルを回転軸の回りを回転させる手段と、 前記対物レンズに対して前記回転軸を移動させる手段とを含むことを特徴とす る、請求項４０に記載の干渉計装置。 ４３．前記位相制御手段が、 前記テスト・サンプルから反射した前記副光線のそれぞれからの光を別々の光 検出器に方向付ける偏光感知手段と、 前記別々の光検出器の出力に応答して、前記光軸に垂直な横方向に前記ビーム ・スプリッタと前記ビーム再方向付け手段とを移動させる横方向手段とを含むこ とを特徴とする、請求項４２に記載の干渉計装置。 ４４．前記横方向移動手段が、前記別々の光検出器のいずれかの出力信号を最小 限にするために、前記ビーム・スプリッタと前記ビーム再方向付け手段とを移動 させる信号を供給する制御回路を含むことを特徴とする、請求項４３に記載の干 渉計装置。 ４５．前記自動焦点手段が、 前記ビーム・スプリッタから第２の光路距離に配置された第１のスリット・ア パーチュアであって、前記第２の光路距離が前記第１の光路距離より小さい第１ のスリット・アパーチュアと、 前記ビーム・スプリッタから第３の光路距離に配置された第２のスリット・ア パーチュアであって、前記第３の光路距離が前記第１の光路距離より大きい第２ のスリット・アパーチュアと、 前記第１のスリット・アパーチュアに方向付けられた第１の焦点光検出器と、 前記第２のスリット・アパーチュアに方向付けられた第２の焦点光検出器と、 前記第１および第２の焦点光検出器の出力を比較する焦点制御回路と、 前記焦点制御回路に応答して前記光軸に沿って前記対物レンズを移動させる焦 点アクチュエータとを含むことを特徴とする、請求項４０に記載の干渉計装置。 ４６．前記感知手段が、 前記テスト・サンプルが前記走査手段によって移動したときに干渉縞を感知す る電荷結合感光素子の線形配列と、 前記テスト・サンプルが静止状態に保持されているときに干渉縞を感知する電 荷結合感光素子の面配列と、 前記テスト・サンプルから反射した光を前記線形配列と前 記面配列に方向付ける手段とを含むことを特徴とする、請求項４０に記載の干渉 計装置。