低コヒーレンス走査干渉法における走査エラー補正

专利摘要:
被験物体からの試験光と参照光とを合成して、検出器上に干渉パターンを形成する光学系を含む広帯域走査干渉計システムから構成される装置。本装置は、共通の光源から検出器への試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成されたステージと、一連のＯＰＤ増分の各々に対する干渉パターンを記録する検出器を含む検出系であって、各ＯＰＤ増分の周波数がフレームレートを定義する、検出系とを含む。光学系は、走査時のＯＰＤの変化を示す少なくとも２つの監視干渉信号を生成するように構成され、検出系は、監視干渉信号を記録するように構成される。本装置は、フレームレートより高い周波数において、ＯＰＤ増分への摂動に対する感度でＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成されたプロセッサを含む。
公开号:JP2011508241A
申请号:JP2010540961
申请日:2009-11-23
公开日:2011-03-10
发明作者:デ；レガ、ザヴィエ コロナ；グルート、ピーター デ；デイビッドソン、マーク；エル． デック、レスリー；リーゼナー、ヤン
申请人:ザイゴ コーポレーションＺｙｇｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ；
IPC主号:G01N21-45

专利说明:

[0001] 本発明は、干渉法に関する。]
背景技術

[0002] 干渉計法は、通常、被験物体に関する情報を得るために、例えば、被験物体表面のプロファイルを測定するために用いられる。そうするために、干渉計は、対象表面から反射した測定光と参照面から反射した参照光とを合成して、干渉像を生成する。干渉像の縞は、対象表面と参照面との間の空間的変動を示す。]
[0003] 様々な干渉計法が、被験物体を特徴付けるために用いられ効を奏している。これらの技法としては、低コヒーレンス走査技法及び位相シフト干渉（ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ：ＰＳＩ）技法が挙げられる。]
[0004] ＰＳＩの場合、光学干渉パターンは、参照波面と試験波面との間の多重位相シフトの各々について記録され、例えば、少なくとも光学干渉の半サイクル（例えば、強め合う干渉から弱め合う干渉まで）にまたがる一連の光学干渉パターンを生成する。光学干渉パターンは、そのパターンの各空間位置の一連の強度値を定義するが、この場合、一連の各強度値は、位相シフトへの正弦波的依存性を有し、位相オフセットは、その空間位置の合成試験波面と参照波面との間の位相差に等しい。数値技法を用いて、各空間位置の位相オフセットは、参照面に対する試験面のプロファイルを提供する強度値の正弦波的依存性から抽出される。そのような数値技法は、一般的に、位相シフトアルゴリズムと称する。]
[0005] ＰＳＩの位相シフトは、参照面から干渉計までの光路長に対する測定表面から干渉計までの光路長を変更することによって生成し得る。例えば、参照面は、測定表面に対して、移動し得る。他の選択肢として、位相シフトは、測定及び参照光の波長を変更することによって、一定のゼロでない光路差について導入し得る。後者の応用は、波長可変ＰＳＩとして知られており、例えば、ゾンマーグレン（Ｇ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎ）の米国特許第４，５９４，００３号明細書に述べられている。]
[0006] 他方、低コヒーレンス走査干渉法は、干渉試験光及び参照光のコヒーレンス長に匹敵する（例えば、干渉縞が発生する少なくとも干渉包絡線の何らかの変調が存在するような）又はより大きい範囲に渡る干渉計の参照区間と測定区間との間の光路長差（ＯＰＤ）を走査して、干渉像を測定するために用いられる各カメラ画素用の走査干渉信号を生成する。その光のコヒーレンス長は、ＰＳＩに通常用いられる光のコヒーレンス長と比較して、また、測定において走査されるＯＰＤの範囲に対して相対的に短い。短コヒーレンス長は、例えば、白色光源を用いることによって生成し得るが、これは、走査白色光干渉法（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＷＬＩ）と称される。通常の走査白色光干渉法（ＳＷＬＩ）信号は、ゼロＯＰＤ位置付近に局在する数本の縞である。この信号は、通常、鐘形縞コントラスト包絡線の正弦波キャリア変調（縞）を特徴とする。低コヒーレンス干渉法計測の根底にある従来の考え方は、縞の局在化を利用して、表面プロファイルを測定することである。]
[0007] 低コヒーレンス干渉処理技法には、２つの主要な傾向が含まれる。第１の取り組み方法は、１つのビームが物体表面から反射する２ビーム干渉計のゼロＯＰＤにこの位置が対応すると仮定して、包絡線のピーク又は中心を特定することである。第２の取り組み方法は、実質的に線形の勾配が物体位置に正比例すると仮定して、信号を周波数領域に変換し、波長の位相の変化率を計算することである。例えば、グルート（Ｐｅｔｅｒ ｄｅ Ｇｒｏｏｔ）の米国特許第５，３９８，１１３号明細書を参照されたい。この後者の取り組み方法は、周波数領域分析（ＦＤＡ）と称する。]
[0008] 低コヒーレンス走査干渉法は、薄膜（１つ又は複数）、異種の材料の不連続構造、又は干渉顕微鏡の光学解像度で過少解像される不連続構造等、複雑な表面構造を有する物体の表面地形及び／又は他の特性を測定するために用い得る。そのような測定値は、フラットパネル表示装置構成要素の特徴付け、半導体ウェーハ計測、及び現場での薄膜及び異種材料解析に適する。例えば、グルート（Ｐｅｔｅｒ ｄｅ Ｇｒｏｏｔ）らによる、２００４年９月３０日に発行された「走査干渉法を用いた複雑な表面構造のプロファイリング」と題する米国特許出願公開第２００４／０１８９９９９号明細書（この内容は、本明細書に引用・参照する）を参照されたい。また、グルート（Ｐｅｔｅｒ ｄｅ Ｇｒｏｏｔ）による、２００４年５月６日に発行された「薄膜構造の特徴付けを含む、楕円偏光法、反射光測定法、光波散乱法計測のための干渉法」と題する米国特許出願公開第２００４／００８５５４４号明細書（この内容は、本明細書に引用・参照する）を参照されたい。]
発明が解決しようとする課題

[0009] 本開示は、一般的に、干渉法測定値の不確定性を低減するための方法及びシステムに関する。具体的には、本方法及びシステムは、測定時の連続検出フレーム間の実際の光路長差（ＯＰＤ）増分が、公称ＯＰＤから乱された時、低コヒーレンス干渉測定において発生し得るエラーを低減するために用いられる。これらのエラーは、振動のような源から生じ、「走査エラー」と称する。]
[0010] 走査エラー問題の可能な解決策は、機器の真の走査履歴を特徴付ける又は監視することであり、また、この情報を信号処理に供給して、この情報を補正することである。この情報を収集する１つのやり方は、干渉計と同時に機能するレーザ変位測定干渉計（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＤＭＩ）による。具体的には、走査履歴は、ＯＰＤ走査範囲より長いコヒーレンス長を有する光源を用いて得られる監視干渉信号を用いて得ることができる。走査履歴に関する情報は、従来のＰＳＩアルゴリズムを用いて監視干渉信号から得ることができるが、出願人は、そのような解析が、干渉計の検出器フレームレートより高い周波数を有する振動により発生する走査エラーに関する情報を捕らえないことを認識した。しかしながら、多数の監視信号が得られ、異なる位相を有する場合、監視信号は、そのような高周波振動に起因する走査エラーに関する情報を求めるために用い得る。]
課題を解決するための手段

[0011] 従って、低コヒーレンス干渉データ取り込み時、開示されたシステムは、低コヒーレンス干渉データ取り込み用のものと同じ干渉計光学系を用いて、しかしながら、単一の波長（又は充分に大きなコヒーレンス長を有する光を提供する波長帯域）で動作する別個の検出器又は等価な検出手段で、ある範囲の位相又は干渉周波数オフセットを有する視野（ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ：ＦＯＶ）にある幾つかの点に渡る干渉データを同時に収集する。プロセッサは、低及び高振動周波数双方を含む振動周波数範囲の振動を含む監視装置干渉データから走査動作履歴を決定する。そして、この情報は、何らかの更なる処理に先立って、広帯域干渉データを補正するために用いられる。]
[0012] 一般的に、開示された方法及びシステムは、被験物体を検出器上に結像するように構成された（従来の撮像法の）干渉顕微鏡に、又は検出器上の位置が、（例えば、顕微鏡の瞳面を検出器上に撮像することによって）被験物体への照射の特定の入射角に対応するように構成された干渉顕微鏡に適用し得る。この後者の構成は、本明細書では、瞳面（Ｐｕｐｉｌ−Ｐｌａｎｅ）ＳＷＬＩ（ＰＵＰＳ）と称する。従来の撮像システムは、例えば、被験物体表面の特徴の３Ｄプロファイルを提供する。他方、ＰＵＰＳは、多層膜厚さ及び指数分析、及び測定領域内の光学的に未解像の特徴の寸法を含む、表面の小領域の詳細な構造情報を提供する。両測定モードは、通常、ビデオカメラ等の多素子検出器を用いて、表面画像又は瞳面画像を網羅する視野（ＦＯＶ）のデータを収集する。]
[0013] 従来の撮像法及びＰＵＰＳでは、データが、通常、１／１０から数秒の時間尺度に渡って取り込まれ、双方のモードは、データ取り込み時間中に起こる機械的外乱に敏感であり、この場合、走査エラーによって、システム雑音が増加する。]
[0014] ＰＵＰＳを用いる光学的に未解像の特徴の測定では、系の寸法的な解像度は、干渉計で導出されたスペクトル振幅の雑音に反比例するが、これは、振動及び走査エラーの複素関数である。振動及び走査による雑音を低減することによって、ＰＵＰＳツールの解像度は、実質的に強化でき、また、特徴の大きさが減少するにつれて、ＰＵＰＳシステムが、例えば、半導体処理計測に追随し、有益であると思われる。]
[0015] 低コヒーレンス測定は、環境の管理状態が悪く重大な振動による雑音に至る生産場面において益々用いられる。これらの状況に高度な光学３Ｄ計測を用いたい場合、振動解決策、例えば、本明細書に開示される方法及びシステムにおいて提示された解決策は、極めて望ましい。]
[0016] 他の態様において、本開示は、一旦走査エラーに関する情報が得られると、低コヒーレンス干渉データを補正する方法を特徴とする。走査エラー情報は、上述した技法を用いて得ることができるが、他の実施例も可能である。例えば、走査エラーに関する情報は、様々な方法で、例えば、加速度計、接触式プローブ、静電容量式ゲージ、空気ゲージ、光学エンコーダ、及び／又は低コヒーレンス干渉データ自体の解釈に基づく技法を用いることによって得ることができる。]
[0017] 通常、一度取り込まれると、情報は、更なるデータ処理に提供され、乱れていないシステムのそれに出来るだけ近いデータになる。一般的に、走査エラーに関する情報は、走査干渉法測定の精度を改善するための様々な方法で用い得る。]
[0018] 幾つかの実施形態では、データ処理は、走査動作情報を用いるスペクトル解析法を伴い、また、データ処理チェーンの一部において、従来の離散フーリエアルゴリズムを置き換える。スペクトル解析方法は、しかしながら、一般的に、不均一な間隔で取られた任意の種類のデータに適用可能であり、従って、或る種類の用途に限定されない。]
[0019] 或る実施形態では、アルゴリズムが、所定の不均一な増分でサンプリングされた異なる周波数の純粋な振動信号に対応する一組の基底関数を生成することによって始まる。それらの基底関数は、変形した波として出現する。次に、対象の信号は、線形方程式系を解くことによって基底関数に分解され、均一にサンプリングされたデータセットの場合の通常の離散フーリエ変換（ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＤＦＴ）によって演算されるものと同様に、対象の信号の周波数成分を明らかにする。]
[0020] 線形方程式系を解くことは、行列の逆行列によって計算上で実施できるが、この場合、行列の列は、基底関数である。そして、逆行列には、スペクトル解析されたデータを含むベクトルを乗算する。]
[0021] 従来の撮像法を用いて得られた低コヒーレンス信号を解析するという状況では、同じ逆行列を全画素に用い得るということに留意すべきである。スペクトル解析は、従って、１つの行列の逆行列化と、ベクトルによる行列のＰ回の乗算とになるが、ここで、Ｐは画素の数である。計算コストの観点では、これは、高度に最適化されたアルゴリズムがＤＦＴには存在することから、通常のＤＦＴを実施する場合ほど速くはない。]
[0022] 他の選択肢として、本方法は、干渉計の視野の異なる位置に記録された信号が、異なる（しかし、既知の）サンプリング増分を有する時に用い得る。例えば、増分分布は、場合によっては、干渉空胴の傾斜及びピストン摂動の組合せとして記述してよい。]
[0023] 補正がほとんどない場合、本方法は、光源（例えば、顕微鏡の光源）の強度変動の影響を補正することも可能である。その場合、基底関数は、既知のサンプリング位置でサンプリングされる純粋な振動信号であり、この場合、各値には、独立した測定で知らなければならない対応する光源強度に比例する係数が乗ぜられる。]
[0024] 幾つかの実施形態において、走査エラーに関する情報は、複合参照体を用いて決定される。複合参照体は、少なくとも２つの参照境界面を有する参照物体である。参照境界面は、例えば、光学要素の表面や、２つの光学要素間の境界面や、光学要素と被覆層との間の境界面や、又は光学要素の２つの被覆層間の境界面であってよい。一次参照境界面は、従来の参照境界面として機能し、例えば、表面高さや他の特性について、物体表面を調査するための干渉系において参照光を提供する。一般的に、一次参照境界面によって生成された干渉縞は、コンピュータ又は他のデータ取り込み及び処理装置に接続される一次カメラ又は他の種類の撮像装置上で見ることができる。]
[0025] 二次参照境界面は、干渉顕微鏡のＯＰＤを走査する間、干渉顕微鏡に対する被験物体の変位の監視を可能にする情報を提供するように構成される。一般的に、二次参照境界面は、一次参照境界面に対して機械的に固定される。言い換えると、二次参照境界面の相対的な位置及び方位は、データ取り込み中、一次参照境界面に対して一定のままである。一次参照及び二次参照境界面の効果は、系の視野に渡って少なくとも同相で変動する視野依存の複素実効反射率を提供することである。一般的に、実効反射率は、干渉像に対して、全体的な又は低空間周波数位相オフセットを決定する段階を円滑化するように構成される。]
[0026] 幾つかの実施形態において、複合参照体の二次参照境界面の干渉の影響は、第２カメラ（監視カメラとも称する）に対して可視であるが、一次カメラに対してはそうではなく、後者では、一次参照境界面反射と、例えば、物体表面反射との間の干渉だけが分かる。]
[0027] 幾つかの実施形態において、一次参照境界面及び二次参照境界面は、相対的な傾斜を有しており、傾斜の方向の位相が急速に変動する実効反射率になる。
一般的に、例えば、監視カメラによって見える二次参照境界面だけに基づく干渉の影響の解析は、一次カメラによって見える一次参照境界面だけに基づく干渉の影響の解釈を円滑化する情報を提供する。]
[0028] 一次及び二次参照境界面に基づく干渉の影響間を区別するために、監視カメラは、一次カメラのそれと異なる光源スペクトルと共に動作し得る。例えば、監視カメラは、スペクトルが狭い光（例えば、単色光）だけを見ることができ、他方、一次カメラは、スペクトルが広い光を見ることができる。他の選択肢として、又は追加的に、監視カメラは、一次カメラに達する光と異なる波長の光を見ることができる。]
[0029] 更に又は他の選択肢として、二次参照境界面は、監視カメラだけによって検出されるようにその反射を分離し得る一次参照境界面に対して、充分に大きな角度であるように又は他の幾何学的な特性であるように調整可能である。例えば、二次参照から反射した光は、一次カメラから遮られる経路に沿って伝搬し得る。]
[0030] 幾つかの実施形態において、走査エラーに関する情報は、１つの又はファイバベースのＤＭＩを用いて得ることができる。ファイバベースのＤＭＩには、市販されている部品（例えば、電気通信部品）で形成される単純で小型のセンサを含み得る。一般的に、ファイバベースのセンサ系は、干渉系とは独立に動作するように構成可能であり、あるいは、例えば、システムを制御するための共通のプロセッサを用いることで、同期をとり得る。個々のセンサは、例えば、共通の光源及び共通の参照空胴を用いて、多重化できる。センサ系の例には、照射、ヘテロダイニング、光分布、光検出、及び位相抽出を行う構成要素を含み得る。幾つかの実施形態において、センサ系のセンサは、干渉系の異なる部品に取り付けられ、測定プロセスのために実施される様々な走査動作（自由度）を監視する。ファイバベースのＤＭＩからの情報は、干渉系の自動合焦に、例えば、干渉顕微鏡に用い得る。]
[0031] 本発明の様々な態様は、次のように要約される。
一般的に、一態様において、本発明は、被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成して、検出器上に干渉パターンを形成するための干渉計光学系を含む広帯域走査干渉計システムが含まれる装置を特徴とする。ここで、試験光及び参照光は、共通の光源から導出される。本干渉系には、更に、共通の光源から検出器への試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、検出器を含み、一連の各ＯＰＤ増分に対する干渉パターンを記録するための検出系が含まれる。ここで、各ＯＰＤ増分の周波数は、フレームレートと定義する。干渉計光学系は、ＯＰＤが走査される際、各々ＯＰＤの変化を示す少なくとも２つの監視干渉信号を生成するように構成される。ここで、検出系は、更に、監視干渉信号を記録するように構成されている。本装置には、更に、検出系及び走査ステージに電子的に結合され、また、フレームレートより高い周波数におけるＯＰＤ増分への摂動に対する感度でＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成された電子プロセッサが含まれる。]
[0032] 本装置の実施形態には、１つ又は複数の以下の特徴及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、走査ステージは、共通の光源のコヒーレンス長より大きい範囲に渡ってＯＰＤを走査するように構成し得る。走査ステージは、被験物体に対して干渉計光学系の焦点を変動させることによって、ＯＰＤを走査するように構成し得る。走査ステージは、被験物体に対して干渉計光学系の焦点を変動させることなくＯＰＤを走査するように構成し得る。走査ステージは、干渉計光学系に対して参照物体の位置を変動させることによって、ＯＰＤを走査し得る。]
[0033] 幾つかの実施形態において、干渉計光学系には、ミロー（Ｍｉｒａｕ）対物レンズ又はリンニク対物レンズが含まれる。干渉計光学系は、被験物体を検出器に結像するように構成し得る。]
[0034] 干渉計光学系は、瞳面を定義し、また、瞳面を検出器に結像するように構成される。走査ステージは、ＯＰＤが瞳面の位置に依存して変動する方法でＯＰＤを走査するように構成され、また、ＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階には、干渉パターンの位置依存性を説明する段階を含み得る。或る実施形態において、走査ステージは、被験物体に対して干渉計光学系の焦点を変動させることなくＯＰＤを走査するように構成される。]
[0035] 干渉計光学系には、干渉計光学系に提供された出力光から監視光を導出するように構成された光学部品を含み得る。ここで、出力光には、試験光及び参照光が含まれる。光学部品は、出力光の一部を検出器に向けるように、また、出力光の他の一部を監視干渉信号を記録するように構成された二次検出器に向けるように、構成されたビームスプリッタであってよい。他の選択肢として又は更に、光学部品には、出力光の一部を検出系に向けるように構成されたスペクトルフィルタが含まれる。ここで、監視干渉信号は、出力光の一部に基づき検出される。この光の部分は、出力光の単色部分であってよい。監視光は、共通の光源から導出し得る。監視光は、試験光及び参照光のスペクトル成分に対応し得る。干渉パターンは、出力光の強度プロファイルに対応し得る。監視光は、共通の光源と異なる二次光源から導出し得る。監視光源は、共通の光源のコヒーレンス長より長いコヒーレンス長を有し得る。]
[0036] 幾つかの実施形態において、電子プロセッサは、対応する正弦波関数を少なくとも２つの各監視干渉信号と適合させることによって、ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される。監視干渉信号には、各々、検出器を用いて取り込んだ複数のサンプリングされたデータ点を含み得る。一方、ＯＰＤを走査する段階及び正弦波関数を監視干渉信号と適合させる段階には、サンプリングされたデータ点を補間して、補間された信号を提供する段階を含み得る。正弦波関数を監視干渉信号に適合させる段階には、更に、補間された信号に基づき、公称干渉位相に各干渉信号を関連付ける段階を含み得る。ＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階には、対応する公称干渉位相に基づき、監視干渉信号の測定された位相の偏差を計算する段階を含み得る。]
[0037] 少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる干渉位相を有し得る。少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる周波数を有し得る。
幾つかの実施形態において、検出器は、多素子検出器である。多素子検出器には、少なくとも２つの監視干渉信号を記録するように構成された要素を含み得る。]
[0038] 検出系には、一次検出器とは別の二次検出器を含むことが可能であり、また、二次検出器は、少なくとも２つの監視干渉信号を記録するように構成される。二次検出器は、要素の各々が対応する監視干渉信号を記録するように構成された多素子検出器であってよい。]
[0039] 電子プロセッサは、更に、検出器を用いて記録された干渉パターンに対応する一次干渉信号に基づき、被験物体に関する情報を決定するように構成できる。情報を決定する段階には、ＯＰＤ増分に関する情報に基づき、情報の不確定性を低減する段階が含まれる。]
[0040] 一般的に、更なる態様において、本発明は、走査干渉系を用いて生成された低コヒーレンス干渉信号を提供する段階が含まれる方法を特徴とする。ここで、走査干渉系は、干渉計光学系を用いて、被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成することによって、低コヒーレンス干渉信号を生成して、干渉パターンを記録する検出器上に干渉パターンを形成し、この間、一連の各ＯＰＤ増分について試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査する。ここで、各ＯＰＤ増分の周波数は、フレームレートを定義する。本方法には、更に、各々、干渉計光学系を用いて生成され、また、ＯＰＤ走査時のＯＰＤの変化を各々示す少なくとも２つの監視干渉信号を提供する段階と、監視干渉信号に基づき、フレームレートより高い周波数において、ＯＰＤ増分への摂動に対する感度でＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階と、が含まれる。]
[0041] 本方法の実施例には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、試験光及び参照光は、共通の光源から生成することができ、ＯＰＤは、共通光源のコヒーレンス長より大きい範囲に渡って走査される。ＯＰＤを走査する段階には、被験物体に対して干渉計光学系の焦点を変える段階が含まれる。ＯＰＤを走査する段階には、干渉計光学系に対して参照物体の位置を変える段階が含まれる。低コヒーレンス干渉信号を提供する段階には、被験物体を検出器に結像する段階を含み得る。]
[0042] 幾つかの実施形態において、干渉計光学系は、瞳面を定義し、低コヒーレンス干渉信号を提供する段階には、検出器に瞳面を結像する段階が含まれる。ＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階には、干渉パターンの位置依存性を説明する段階を含み得る。]
[0043] 少なくとも２つの監視干渉信号を提供する段階には、干渉計光学系によって提供された出力光から監視光を導出する段階が含まれ、出力光には、試験光及び参照光が含まれる。監視光は、検出器を用いて検出し得る。監視光は、干渉パターンを記録するために用いられる検出器とは異なる二次検出器を用いて検出し得る。監視光を導出する段階には、出力光をスペクトル的にフィルタ処理する段階を含み得る。幾つかの実施形態において、監視光は、試験光及び参照光として同じ光源から導出される。或る実施形態では、監視光は、試験光及び参照光の光源とは異なる光源から導出される。監視光の光源は、試験光及び参照光の光源より長いコヒーレンス長を有し得る。]
[0044] ＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階には、対応する正弦波関数を少なくとも２つの各監視干渉信号と適合させる段階が含まれる。監視干渉信号には、各々、複数のサンプリングされたデータ点を含むことができ、また、正弦波関数を監視干渉信号と適合させる段階には、サンプリングされたデータ点を補間して、補間された信号を提供する段階を含み得る。正弦波関数を監視干渉信号と適合させる段階には、更に、補間された信号に基づき、公称干渉位相に各干渉信号を関連付ける段階を含み得る。ＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階には、更に、対応する公称干渉位相に基づき、監視干渉信号の測定された位相の偏差を計算する段階を含み得る。]
[0045] 少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる干渉位相を有し得る。少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる周波数を有し得る。
本方法には、更に、検出器を用いて記録された干渉パターンに対応する一次干渉信号に基づき、被験物体に関する情報を決定する段階を含み得る。情報を決定する段階は、ＯＰＤ増分に関する情報に基づき、情報の不確定性を低減し得る。]
[0046] 他の態様において、本発明は、表示パネルの構成要素を提供する段階と、上述した方法又は装置を用いて構成要素に関する情報を決定する段階と、構成要素を用いて、表示パネルを形成する段階と、が含まれる表示パネル作製プロセスを特徴とする。構成要素には、間隙によって分離された１対の基板を含み得る。また、情報には、その間隙に関する情報が含まれる。表示パネルを形成する段階には、情報に基づき間隙を調整する段階を含み得る。表示パネルを形成する段階には、液晶材料で間隙を埋める段階を含み得る。]
[0047] 構成要素には、基板と、基板上のレジスト層とを含み得る。情報には、レジスト層の厚さに関する情報が含まれる。レジスト層は、パターン化された層であってよく、また、情報には、パターン化された層の特徴の寸法又は重ね合わせ誤差に関する情報を含み得る。表示装置を形成する段階には、レジスト層の下の材料の層をエッチングする段階を含み得る。]
[0048] 構成要素には、スペーサが含まれる基板を含むことができ、情報には、スペーサに関する情報を含み得る。表示装置を形成する段階には、情報に基づき、スペーサを修正する段階を含み得る。]
[0049] 一般的に、他の態様において、本発明は、被験物体に１つ又は複数の干渉信号を提供する段階が含まれる方法を特徴とする。この場合、干渉信号は、雑音のために、全てが互いに等間隔に配置されていない一連の光路差（ＯＰＤ）値に対応する。本方法には、更に、一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報を提供する段階と、各々、異なる周波数に対応し、また、不等間隔のＯＰＤ値でサンプリングされる複数の基底関数からの寄与に各干渉信号を分解する段階と、多数の各基底関数から各干渉信号への寄与に関する情報を用いて、被験物体に関する情報を決定する段階と、が含まれる。]
[0050] 本方法の実施例には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。各干渉信号の各基底関数からの寄与への分解には、各干渉信号に対する各基底関数の振幅及び位相に関する情報を含み得る。各基底関数は、不等間隔のＯＰＤ値でサンプリングされる正弦波基底関数であってよい。分解は、線形分解であってよい
１つ又は複数の干渉信号には、被験物体の異なる位置に対応する多数の干渉信号を含み得る。これら１つ又は複数の干渉信号には、被験物体を照射して干渉信号を生成するために用いられる対物レンズ用の瞳面の異なる位置に対応する多数の干渉信号を含み得る。各干渉信号は、同じ複数の基底関数からの寄与に分解し得る。]
[0051] 各干渉信号は、被験物体から出現する試験光が、異なる各ＯＰＤ値について検出器上で参照光と合成される時に測定された干渉強度値に対応し得る。ここで、試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、ＯＰＤは、共通の光源から検出器への試験光と参照光との間の光路長差である。]
[0052] 多数の基底関数には、非直交基底関数を含み得る。多数の基底関数は、線形独立基底関数であり得る。
干渉信号を分解する段階には、行列の各列が基底関数に対応する行列を形成する段階と、行列の逆行列をとる段階と、逆行列を各干渉信号に適用する段階と、を含み得る。各基底関数の要素の数は、基底関数の数を超過し得る。]
[0053] 各干渉信号は、被験物体から出現する試験光が、各異なるＯＰＤ値について検出器上で参照光と合成される時に測定された干渉強度値に対応し得る。この場合、試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、各基底関数は、エラーが無い干渉信号に対応する公称値からの測定干渉強度値の変動の根拠を示し得る。変動は、光源の強度レベルの変動に起因し得る。変動は、検出器の有限のフレーム蓄積時間に起因し得る。]
[0054] 一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報を提供する段階には、ＯＰＤの変化を示す少なくとも１つの監視干渉信号を生成する段階を含み得る。この場合、監視干渉信号は、一連のＯＰＤ値に対応する干渉信号が取り込まれる間、生成される。一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報には、多数の監視干渉信号を生成する段階を含み得る。監視干渉信号は、一連のＯＰＤ値に対応する干渉信号を生成するために用いられる同じ干渉計光学系を用いて生成し得る。]
[0055] 情報を用いる段階には、多数の各基底関数から各干渉信号への寄与に関する情報に基づき、補正された干渉信号を構築する段階と、補正された干渉信号に基づき、被験物体に関する情報を決定する段階と、を含み得る。]
[0056] 一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報は、例えば、変位測定干渉計、加速度計、接触式プローブ、静電容量式ゲージ、空気ゲージ、又は光学エンコーダ等のセンサを用いて生成し得る。]
[0057] 他の態様において、本発明は、表示パネルの構成要素を提供する段階と、上記態様に関連して議論された方法を用いて又は後述する装置を用いて、構成要素に関する情報を決定する段階と、構成要素を用いて表示パネルを形成する段階と、が含まれる表示パネル作製プロセスを特徴とする。構成要素には、間隙によって分離された１対の基板を含むことができ、また、情報には、間隙に関する情報が含まれる。表示パネルを形成する段階には、情報に基づき、間隙を調整する段階を含み得る。表示パネルを形成する段階には、液晶材料で間隙を埋める段階を含み得る。]
[0058] 構成要素には、基板と、基板上のレジスト層とを含み得る。情報には、レジスト層の厚さに関する情報が含まれる。レジスト層は、パターン化された層であってよく、また、情報には、パターン化された層の特徴の寸法又は重ね合わせ誤差に関する情報を含み得る。表示装置を形成する段階には、レジスト層の下の材料の層をエッチングする段階を含み得る。]
[0059] 構成要素には、スペーサが含まれる基板を含むことができ、情報には、スペーサに関する情報を含み得る。表示装置を形成する段階には、情報に基づき、スペーサを修正する段階を含み得る。]
[0060] 一般的に、他の態様において、本発明は、干渉系が含まれる装置を特徴とする。本干渉系には、被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成して、検出器上に干渉パターンを形成するための干渉計光学系が含まれる。この場合、試験光及び参照光は、共通の光源から導出される。干渉系には、更に、共通の光源から検出器への試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、検出器を含み、一連の各ＯＰＤ値用の干渉パターンを記録し、これによって１つ又は複数の干渉信号を提供するための検出系と、が含まれ、更に、検出系に結合され、また、１つ又は複数の干渉信号に基づき、被験物体に関する情報を決定するように構成された電子プロセッサと、が含まれる。一連のＯＰＤ値は、雑音のために、全てが互いに等間隔に配置されておらず、また、電子プロセッサは、各々異なる周波数に対応し、また、不等間隔のＯＰＤ値でサンプリングされる複数の基底関数からの寄与に各干渉信号を分解することによって、被験物体に関する情報を決定するように構成される。]
[0061] 本装置の実施形態には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、干渉計光学系は、被験物体を検出器に結像するように構成し得る。干渉計光学系は、瞳面を定義可能であり、また、検出器に瞳面を結像するように構成し得る。干渉計は、干渉顕微鏡の一部であり得る。走査ステージは、共通の光源のコヒーレンス長より大きい範囲に渡ってＯＰＤを走査するように構成し得る。]
[0062] 幾つかの実施形態において、本装置には、更に、電子プロセッサと通信状態にあるセンサが含まれ、センサは、不等間隔のＯＰＤ値に関する情報を電子プロセッサに提供するように構成される。センサは、干渉計光学系を用いて、被験物体から反射する監視ビームを導くことができる。センサは、変位測定干渉計、加速度計、接触式プローブ、静電容量式ゲージ、空気ゲージ、又は光学エンコーダであってよい。幾つかの実施形態において、センサは、入力放射光から第１波面及び第２波面を導出するように、また、第１及び第２波面とを合成して、出力放射光を提供するように構成される。出力放射光には、第１及び第２波面の経路間の光路長差に関する情報が含まれ、センサには、第１波面の経路に配置された反射性要素が含まれ、反射性要素は、対物レンズ又は走査ステージのいずれかに搭載される。また、センサには、入力放射光をセンサに出力するように又はセンサからの出力放射光をセンサ検出器に出力するように構成されたファイバ導波路が含まれる。]
[0063] 一般的に、他の態様において、本発明は、走査干渉系を含む装置を特徴とする。本走査干渉系には、或る範囲の照射角度に渡って試験光を被験物体に導くための、また、被験物体から反射した試験光と参照物体からの参照光を合成して、多素子検出器上に干渉パターンを形成するための干渉計光学系が含まれる。この場合、試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、干渉計光学系は、検出器の異なる要素が、試験光による被験物体の異なる照射角度に対応するように、少なくとも合成光の一部を検出器に向けるように構成される。本干渉系には、更に、共通の光源から検出器への試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、検出系と、が含まれる。検出系には、一連の各ＯＰＤ増分に対する干渉パターンを記録するための検出器が含まれる。走査干渉系は、更に、ＯＰＤが走査される際、ＯＰＤの変化を示す少なくとも１つの監視干渉信号を生成するように構成されている。本検出系には、更に、検出系及び走査ステージに電子的に結合され、また、ＯＰＤ増分への摂動に対する感度でＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成された電子プロセッサが含まれる。]
[0064] 本装置の実施形態には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、干渉計光学系は、瞳面を定義でき、また、瞳面を検出器に結像するように構成し得る。走査干渉系は、広帯域走査干渉系である。走査ステージは、共通の光源のコヒーレンス長より大きな又はより小さい範囲に渡ってＯＰＤを走査するように構成し得る。走査干渉系は、更に、ＯＰＤが走査される際、ＯＰＤの変化を示す少なくとも２つの監視干渉信号を生成するように構成し得る。各ＯＰＤ増分の周波数は、フレームレートを定義し、電子プロセッサは、フレームレートより高い周波数におけるＯＰＤ増分への摂動に対する感度でＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成し得る。走査干渉系は、干渉計光学系を用いて、少なくとも１つの監視干渉信号を生成するように構成し得る。]
[0065] 一般的に、他の態様において、本発明は、対物レンズと、対物レンズに対して移動可能なステージと、が含まれる干渉顕微鏡から構成された装置を特徴とする。本装置には、更に、入力放射光から第１波面及び第２波面を導出するように、また、第１波面と第２波面を合成して、第１波面と第２波面との経路間の光路長差に関する情報が含まれる出力放射光を提供するように、構成されたセンサが含まれる。センサは、第１波面の経路に配置された反射性要素を含み、反射性要素は、対物レンズ又はステージのいずれかに搭載される。本装置には、入力放射光をセンサに出力するように又はセンサからの出力放射光を対応する検出器に出力するように構成されたファイバ導波路と、センサからの情報に基づき、対物レンズに対するステージの変位を監視するように構成された電子コントローラと、が含まれる。]
[0066] 本装置の実施形態には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、干渉顕微鏡は、低コヒーレンス走査干渉顕微鏡であってよい。干渉顕微鏡には、干渉計光学系及び検出器を含むことができ、干渉計光学系は、ステージに配置された被験物体を検出器に結像するように構成される。干渉顕微鏡には、干渉計光学系及び検出器を含み得る。この場合、干渉計光学系は、瞳面を定義し、また、瞳面を検出器に結像するように構成される。]
[0067] 対物レンズは、ミロー（Ｍｉｒａｕ）対物レンズ又はリンニク対物レンズであってよい。
他の態様において、本発明は、検出サブシステムと、干渉計光学系と、走査ステージと、電子プロセッサと、が含まれる干渉系を特徴とする。検出サブシステムには、監視検出器が含まれる。干渉計光学系は、被験物体からの試験光と第１参照境界面からの一次参照光及び第２参照境界面からの二次参照光を合成して、監視検出器上に監視干渉パターンを形成する。ここで、第１及び第２参照境界面は、互いに及び試験光に対して機械的に固定される。走査ステージは、検出サブシステムが一連の各ＯＰＤ増分に対する監視干渉パターンを記録する間、監視検出器への試験光と一次及び二次参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成される。電子プロセッサは、検出サブシステム及び走査ステージに電子的に結合され、また、検出された監視干渉パターンに基づき、ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される。]
[0068] 本干渉系の実施形態には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、本検出サブシステムには、一次検出器を含むことができ、また、干渉計光学系は、試験光と第１参照光を合成して、一次干渉パターンを一次検出器に形成するように構成される。一次干渉パターンは、監視干渉パターンとは異なる。電子プロセッサは、検出された一次干渉パターンに基づき、被験物体に関する情報を決定するように構成し得る。被験物体に関する情報を決定する段階には、ＯＰＤ増分に関する情報に基づき、干渉系の振動による被験物体に関する情報の不確定性を低減する段階を含み得る。]
[0069] 干渉計光学系は、一次検出器が二次参照光を一切受光しないように構成し得る。干渉計光学系には、一次検出器に試験光及び一次参照光を送るが、一次検出器からの二次参照光をブロックするように配置された開口絞りが含まれる。干渉計光学系には、試験光及び一次参照光を一次検出器に送るが、一次検出器からの二次参照光をブロックする波長フィルタを含み得る。]
[0070] 監視検出器は、多素子検出器であってよく、また、第１及び第２参照境界面は、一次参照光と二次参照光との間の相対位相差が、多素子検出器の視野全体で変動するように構成し得る。]
[0071] 第１及び第２参照境界面は、一次及び二次参照光が、監視検出器に非平行経路に沿って伝搬するように構成し得る。第１及び第２参照境界面は、面であってよい。第１及び第２参照境界面は、共通の光学要素の対向する面に対応し得る。共通の光学要素は、くさびであってよい。第１及び第２境界面は、異なる光学要素の面に対応し得る。]
[0072] 第２参照境界面は、平面境界面であってよい。例えば、一次参照境界面は、平面境界面である。幾つかの実施形態において、一次境界面は、非平面状境界面である。非平面状境界面は、球形境界面であってよい。一次参照境界面は、非球面境界面であってよい。]
[0073] 干渉計光学系は、光軸を定義でき、また、第１及び第２境界面は、光軸に対して、異なる角度を向いている。
干渉系には、試験光、一次参照光、及び二次参照光を生成するための照射サブシステムを含み得る。照射サブシステムには、試験光、一次参照光、及び二次参照光を生成する共通の光源を含み得る。幾つかの実施形態では、共通の光源は、広帯域光源である。照射サブシステムには、試験光及び一次参照光を提供するための一次光源と、二次参照光を提供するための監視光源と、を含み得る。一次光源は、広帯域光源であってよい。監視光源は、狭帯域光源（例えば、単色光源）であってよい。]
[0074] 照射サブシステムには、少なくとも試験光及び一次参照光を提供するための光源を含むことができ、また、走査ステージは、光源のコヒーレンス長より大きい範囲に渡ってＯＰＤを走査するように構成される。照射サブシステムには、少なくとも試験光及び一次参照光を提供するための光源を含むことができ、また、走査ステージは、光源のコヒーレンス長より短い範囲に渡ってＯＰＤを走査するように構成される。]
[0075] 干渉計光学系は、検出サブシステムにおいて多素子検出器に被験物体を結像するように構成し得る。干渉計光学系は、瞳面を定義することができ、また、干渉計光学系は、検出サブシステムにおいて瞳面を多素子検出器に結像するように構成し得る。多素子検出器は、監視検出器であってよい。]
[0076] 干渉計光学系は、フィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）干渉計、リンニク干渉計、又はミロー（Ｍｉｒａｕ）干渉計として構成し得る。
一般的に、他の態様において、本発明は、方法を特徴とする。本方法には、被験物体からの試験光と第１参照境界面からの一次参照光及び第２参照境界面からの二次参照光を合成して、監視検出器に監視干渉パターンを形成する段階が含まれる。ここで、第１及び第２参照境界面は、互いに及び試験光に対して機械的に固定される。更に、本方法には、監視検出器への試験光と一次及び二次参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査する段階と、一連の各ＯＰＤ増分に対する監視干渉パターンを記録する段階と、検出された監視干渉パターンに基づき、ＯＰＤ増分に関する情報を決定する段階と、が含まれる。本方法の実施例には、他の態様の任意の特徴を含み得る。]
[0077] 一般的に、更なる態様において、本発明は、干渉計光学系と、電子プロセッサと、が含まれる干渉系を特徴とする。干渉計光学系は、被験物体からの試験光と第１参照境界面からの一次参照光及び第２参照境界面からの二次参照光を合成して、監視検出器に第１干渉パターンを形成する。干渉計光学系は、更に、試験光と一次参照光を合成して、第２干渉パターンを一次検出器に形成する。この場合、第１及び第２参照境界面は、各々に対して機械的に固定される。電子プロセッサは、一次及び監視検出器に電子的に結合され、また、第２干渉パターンに基づき、被験物体に関する情報を決定するように構成される。被験物体に関する情報を決定する段階には、第１干渉パターンからの情報に基づき、干渉系の振動による被験物体に関する情報の不確定性を低減する段階が含まれる。干渉系の実施形態には、他の態様の特徴を含み得る。]
[0078] 一般的に、更なる態様において、本発明は、方法を特徴とする。本方法には、被験物体からの試験光と第１参照境界面からの一次参照光及び第２参照境界面からの二次参照光を合成して、監視検出器に第１干渉パターンを形成する段階が含まれる。本方法には、更に、試験光と一次参照光を合成して、第２干渉パターンを一次検出器に形成する段階と、が含まれる。この場合、第１及び第２参照境界面は、各々に対して機械的に固定される。本方法には、また、第２干渉パターンに基づき、被験物体に関する情報を決定する段階が含まれる。この場合、被験物体に関する情報を決定する段階には、第１干渉パターンからの情報に基づき、干渉系の振動による被験物体に関する情報の不確定性を低減する段階が含まれる。干渉系の実施形態には、他の態様の特徴を含み得る。]
[0079] 一般的に、他の態様において、本発明は、顕微鏡と、センサ系と、が含まれる装置を特徴とする。顕微鏡には、対物レンズ及び対物レンズに対して被験物体を位置決めするためのステージが含まれ、ステージは、対物レンズに対して移動可能である。センサ系には、センサ光源と、センサ光源からの光を受光するように構成され、また、光の第１部位と第２部位との間において、対物レンズとステージとの間の距離に関係する光路差（ＯＰＤ）を導入するように構成され、更に、光の第１と第２部位とを合成して、出力光を提供するように構成された干渉計センサと、が含まれる。センサ系には、更に、干渉計センサからの出力光を検出するように構成された検出器と、光をセンサ光源、干渉計センサ、及び検出器間に導くように構成されたファイバ導波路と、センサ光源及び干渉計センサからの光の経路中の調整可能な光学空胴と、検出器と通信状態にあり、検出された出力光に基づきＯＰＤに関する情報を決定するように構成された電子コントローラと、が含まれる。]
[0080] 本装置の実施形態には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、電子コントローラは、情報に基づき顕微鏡の焦点を調整するように構成し得る。顕微鏡は、干渉顕微鏡であってよい。干渉顕微鏡は、走査白色光干渉法（ＳＷＬＩ）顕微鏡であってよい。干渉顕微鏡は、瞳面ＳＷＬＩ顕微鏡である。対物レンズは、ミロー（Ｍｉｒａｕ）対物レンズ、リンニク対物レンズ、又はマイケルソン対物レンズであってよい。干渉顕微鏡は、被験物体を試験光で照射することによって、ステージ上に配置された被験物体に関する情報を決定するように、また、試験光と参照物体からの参照光を合成して、検出器に干渉パターンを形成するように構成し得る。この場合、試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、装置は、センサＯＰＤに関連した決定された情報に基づき、走査エラーによる被験物体に関する情報の不確定性を低減するように構成し得る。]
[0081] 幾つかの実施形態において、センサ系には、各々センサ光源からの光を受光するように構成された１つ又は複数の追加の干渉計センサが含まれる。各干渉計センサは、その対応する光の２つの構成要素間にＯＰＤを導入するように構成し得る。各ＯＰＤは、対応する軸に沿う対物レンズとステージとの間の対応する変位に関連する。電子コントローラは、少なくとも２つの干渉計センサについて対応するＯＰＤに関連した情報を決定する段階に基づき、対物レンズに対するステージの傾斜に関する情報を決定するように構成し得る。センサ系には、各々対応する干渉計センサからの出力光を受光するように構成された１つ又は複数の追加の検出器を含み得る。各追加干渉計センサは、センサ光源から光を受光し、対応するファイバ導波路を介して、出力光をその対応するセンサに導き得る。調整可能な光学空胴は、センサ光源から各干渉計センサへの光の経路中にあってよい。]
[0082] 干渉計センサには、ファイバ導波路を出る光を受光するように、また、光を下胴に合焦させるように、配置されたレンズを含み得る。レンズは、屈折率分布型レンズであってよい。レンズは、対物レンズに取り付け得る。他の選択肢として、レンズは、ステージに取り付け得る。幾つかの実施形態において、ファイバ導波路は、熱的拡大コアを備えたファイバである。]
[0083] 顕微鏡には、顕微鏡光源を含むことができ、対物レンズには、１つ又は複数の光学要素が含まれる。顕微鏡は、顕微鏡光源から被験物体に光を出力するように構成され、また、１つ又は複数の光学要素は、被験物体からの光を収光するように構成される。干渉計センサは、対物レンズの１つ又は複数の光学要素を介して、光をステージに向けるように構成し得る。]
[0084] センサ光源は、広帯域光源であってよい。センサ光源は、９００ｎｍから１，６００ｎｍの範囲の波長において、ピーク強度を有し得る。センサ光源は、５０ｎｍ以下の半値全幅を有し得る。センサ光源は、約１００ミクロン以下のコヒーレンス長を有し得る。]
[0085] 調整可能な光学空胴には、光用の２つの光路を含むことができ、各経路には、ファイバ引伸ばしモジュールが含まれる。センサ光源及び検出器は、顕微鏡とは別のハウジング内に配置し得る。]
[0086] 情報は、対物レンズと軸に沿うステージとの間の変位に関するものであってよい。顕微鏡は、軸に平行にステージを走査するように構成し得る。情報は、対物レンズとステージとの間の絶対変位に関するものであってよい。他の選択肢として、情報は、対物レンズとステージとの間の相対距離に関するものであってよい。]
[0087] 顕微鏡には、顕微鏡光源を含んでよく、また、ステージに配置された被験物体に顕微鏡光源からの光を出力するように構成し得る。この場合、顕微鏡光源のピーク強度の波長は、センサ光源のピーク強度の波長から約１００ｎｍ以上である。顕微鏡光源のピーク強度の波長３００ｎｍから７００ｎｍの範囲であってよく、また、センサ光源のピーク強度の波長は、９００ｎｍから１，６００ｎｍの範囲である。]
[0088] 一般的に、更なる態様において、本発明は、撮像干渉計と、センサ系と、が含まれる装置を特徴とする。撮像干渉計には、１つ又は複数の光学要素と、１つ又は複数の光学要素に対して被験物体を位置決めするためのステージと、が含まれ、ステージは、１つ又は複数の光学要素に対して移動可能である。センサ系には、センサ光源と、センサ光源からの光を受光するように構成され、また、光の第１部位と第２部位との間において、１つ又は複数の光学要素とステージとの間の距離に関係する光路差（ＯＰＤ）を導入するように構成され、更に、光の第１部位と第２部位を合成して出力光を提供するように構成された干渉計センサと、が含まれる。センサ系には、更に、干渉計センサからの出力光を検出するように構成された検出器と、センサ光源、干渉計センサ及び検出器間に光を導くように構成されたファイバ導波路と、センサ光源及び干渉計センサからの光の経路中の調整可能な光学空胴と、検出器と通信状態にあり、検出された出力光に基づきＯＰＤに関する情報を決定するように構成された電子コントローラと、が含まれる。]
[0089] 本装置の実施形態には、以下の特徴の１つ又は複数及び／又は他の態様の特徴を含み得る。例えば、撮像干渉計は、干渉顕微鏡であってよい。撮像干渉計は、ＳＷＬＩ干渉計又はＰＵＰＳ干渉計であってよい。]
[0090] 一般的に、更なる態様において、本発明は、撮像干渉計と、センサ系と、が含まれる装置を特徴とする。撮像干渉計には、１つ又は複数の光学要素と、１つ又は複数の光学要素に対して被験物体を位置決めするためのステージと、が含まれ、ステージは、１つ又は複数の光学要素に対して移動可能である。センサ系には、センサ光源と、各々、センサ光源からの光を受光するように構成され、また、光の対応する第１部位と対応する第２部位との間に対応する光路差（ＯＰＤ）であって、１つ又は複数の光学要素とステージとの間の対応する距離に関係する各ＯＰＤを導入するように構成され、更に、光の対応する第１部位と第２部位を合成して、対応する出力光を提供するように構成された複数の干渉計センサと、が含まれる。センサ系には、更に、各々、対応する干渉計センサからの出力光を検出するように構成された複数の検出器と、センサ光源から干渉計センサへの光の経路中の調整可能な光学空胴と、検出器と通信状態にあり、各干渉計センサからの検出された出力光に基づきＯＰＤに関する情報を決定するように構成された電子コントローラと、が含まれる。本装置の実施形態には、他の態様の特徴の１つ又は複数を含み得る。]
[0091] 一般的に、更なる態様において、本発明は、顕微鏡と、センサ系と、を含む装置を特徴とする。顕微鏡には、対物レンズと、対物レンズに対して被験物体を位置決めするためのステージと、が含まれ、ステージは、対物レンズに対して移動可能である。センサ系には、センサ光源と、複数の干渉計センサと、複数の検出器と、調整可能な光学空胴と、電子コントローラと、が含まれる。複数の干渉計センサは、各々、センサ光源からの光を受光するように構成され、また、光の対応する第１部位と対応する第２部位との間に対応する光路差（ＯＰＤ）を導入するように構成され、各ＯＰＤが対物レンズとステージとの間の対応する距離に関連し、更に、複数の干渉計センサは、光の対応する第１及び第２部位を合成して、対応する出力光を提供するように構成される。複数の検出器は、各々、対応する干渉計センサからの出力光を検出するように構成される。調整可能な光学空胴は、センサ光源から干渉計センサへの光の経路中にある。電子コントローラは、検出器と通信状態にあり、各干渉計センサからの検出された出力光に基づき、ＯＰＤに関する情報を決定するように構成される。本装置の実施形態には、他の態様の特徴の１つ又は複数を含み得る。]
[0092] 多数のドキュメントを本出願に組み込み参照する。内容が矛盾する場合、本出願が優先する。]
図面の簡単な説明

[0093] 干渉顕微鏡を含む低コヒーレンス干渉系の一実施形態の概略図である。
検出器の視野における干渉パターンの図である。
低コヒーレンス干渉信号の強度対ＯＰＤを示すプロット図である。
監視信号のための強度対ＯＰＤを示すプロット図である。
走査時の被験物体の相対変位を時間の関数としてプロットし、走査エラーの影響を示す図である。
走査エラーに対する系の感度を振動周波数の関数として示すプロット図である。
干渉顕微鏡を含む低コヒーレンス干渉系の一実施形態の概略図である。
像面の光と瞳面の光との間の関係を示す概略図である。
干渉顕微鏡を含む低コヒーレンス干渉系の一実施形態の概略図である。
干渉顕微鏡を含む低コヒーレンス干渉系の一実施形態の概略図である。
Ｊ行列法を示すフローチャートである。
Ｊ行列法を示すフローチャートである。
Ｊ行列法を示すフローチャートである。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法をＤＦＴ法と比較する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法を実証する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法を実証する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法を実証する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法を実証する数値実験によるプロット図である。
Ｊ行列法を実証する数値実験によるプロット図である。
数値実験による干渉信号のプロット図である。
複合参照体による干渉系の一実施形態の概略図である。
複合参照体のみに基づき強度反射率をシミュレートした画像である。
図２０の画像全体の強度反射率を示すプロット図である。
図２０の画像全体の位相変動を示すプロット図である。
複合参照体及び監視カメラで検出した被験物体に基づきシミュレートした強度反射率の画像である。
複合参照体及び一次カメラで検出した被験物体に基づきシミュレートした強度反射率の画像である。
図２２の画像全体の強度反射率を示すプロット図である。
図２２の画像全体の位相変動を示すプロット図である。
図２３の画像全体の強度反射率を示すプロット図である。
図２３の画像全体の位相変動を示すプロット図である。
複合面を有する干渉系のデータ処理を示すフローチャートである。
複合参照体を備えた干渉系の一実施形態の概略図である。
ビーム誘導光学系を含む図８における干渉系の一実施形態の概略図である。
複合参照体を備えた干渉系の一実施形態の概略図である。
複合参照体を備えた干渉系の一実施形態の概略図である。
複合参照体を備えた干渉系の一実施形態の概略図である。
干渉顕微鏡及びレーザ変位干渉計を含む低コヒーレンス干渉系の一実施形態の概略図である。
センサ系及び干渉系を含む複合装置の一実施形態の概略図である。
センサの一実施形態の概略図である。
参照空胴の図である。
センサ系及び干渉系を含む複合装置の動作のフローチャートである。
センサ系及び干渉系を含む複合装置の自動合焦モードを示すプロット図である。
センサ系及び干渉系を含む複合装置の運動監視モードを示すプロット図である。
ミロー（Ｍｉｒａｕ）対物レンズと２つのセンサの組合せを示す概略図である。
マイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）対物レンズとセンサの組合せを示す概略図である。
リンニク（Ｌｉｎｎｉｋ）対物レンズと２つのセンサの組合せを示す概略図である。
センサと共に対物レンズの構成を示す概略図である。
センサと共に対物レンズの構成を示す概略図である。
センサと共に対物レンズの構成を示す概略図である。
マイケルソン対物レンズとセンサの組合せを示す概略図である。
マイケルソン対物レンズとセンサの組合せを示す概略図である。
リンニク対物レンズとセンサの組合せを示す概略図である。
リンニク対物レンズとセンサの組合せを示す概略図である。
マイケルソン対物レンズとセンサの組合せを示す概略図である。
リンニク対物レンズとセンサの組合せを示す概略図である。
マイケルソン対物レンズと２つのセンサの組合せを示す概略図である。
リンニク対物レンズと２つのセンサの組合せを示す概略図である。
リンニク対物レンズと３つのセンサの組合せを示す概略図である。
対物レンズ及びセンサを伴うスキャナの構成を示す概略図である。
センサを伴う対物レンズ及び別個の参照鏡の構成を示す概略図である。
２つのセンサ及び２つの対物レンズを伴うタレット式対物レンズの構成を示す概略図である。
センサ及び２つの対物レンズを伴うタレット式対物レンズを示す概略図である。
基板に成膜した銅部位上に誘電体を成膜したことによる薄膜構造の代表的な素子を示す概略図である。
図４９Ａに示す素子が化学機械的処理を受けた後の概略図である。
ウェーハ等の基板、及びフォトレジスト層等の上層を含む物体を俯瞰した様子を示す概略図である。
当該物体の側面を示す概略図である。
半田バンプ処理に用いるのに適した構造の概略図である。
半田バンプ処理を行った後の図５１Ａの構造の概略図である。
幾つかの層から構成されるＬＣＤパネルの概略図である。
ＬＣＤパネル生産における様々な段階を示すフローチャートである。
干渉計センサを含むＬＣＤパネル用の検査台の一実施形態の図である。] 図２０ 図２２ 図２３ 図４９Ａ 図５１Ａ 図８
実施例

[0094] １つ又は複数の実施形態の詳細について、添付図面及び以下の説明において述べる。他の特徴及び利点は、該説明及び図面から、また、請求項から明らかである。
異なる図面における同様の参照記号は、同様の要素を示す。]
[0095] 図１において、低コヒーレンス干渉系１００は、被験物体１７５を調査するように構成された干渉顕微鏡１１０を含む。干渉顕微鏡１１０は、汎用コンピュータ１９２と通信状態にあり、ここで、干渉顕微鏡１１０からのデータ信号の解析を実施して被験物体１７５に関する情報を提供する。直交座標系を参照のために設ける。] 図１
[0096] 干渉顕微鏡１１０には、干渉対物系１６７と、ビームスプリッタ１７０と、が含まれる。ビームスプリッタ１７０は、顕微鏡１１０の光源サブシステムから干渉対物系１６７を介した被験物体１７５への照射を反射するように、また、被験物体１７５から反射した照射を検出サブシステムへ透過し後で検出するように構成されている。干渉対物系１６７は、ミロー（Ｍｉｒａｕ）タイプの対物系であり、また、対物レンズ１７７、ビームスプリッタ１７９、及び参照面１８１を含む。]
[0097] 光源サブシステムには、一次光源１６３と、二次光源１９７と、ビーム結合器１６４と、が含まれる。ビーム結合器１６４は、一次光源１６３及び二次光源１９７からの光を合成するように、また、中継光学系１６９及び１７１を介してビームスプリッタ１７０に光を導くように構成される。更に詳細に後述するように、一次光源１６３は、低コヒーレンス光を低コヒーレンス干渉測定に提供し、一方、二次光源１９７は、走査時、コヒーレンス長が長い光を走査履歴を監視するために提供する。]
[0098] 一次光源１６３は、空間的に拡がる広帯域光源であり、広帯域の波長（例えば、５０ｎｍ以上、又は好適には、１００ｎｍ以上の半値全幅を有する発光スペクトル）に渡って照射を行う。例えば、光源１６３は、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）、ハロゲン電球のフィラメント、キセノンアークランプ等のアークランプ、又は光学材料の非線形効果を用いて極めて広範囲の光源スペクトル（例えば、スペクトルのＦＷＨＭが約２００ｎｍ以上）を生成する所謂スーパーコンティニウム光源であってよい。]
[0099] 二次光源１９７は、一次光源１６３のコヒーレンス長より長いコヒーレンス長を有する。幾つかの実施形態において、二次光源１９７は、単一モードレーザ光源等の高コヒーレント光源である。光源１９７は、単色光源であってよい。]
[0100] 検出サブシステムは、更に、一次光源１６３に結合された輝度監視装置１６１を含む。監視装置１６１は、一次光源１６３の輝度に関する情報を提供し、これによって、システム１００は、この輝度変動の根拠を示し得る。]
[0101] 検出サブシステムには、一次検出器１９１と、二次検出器１９９と、干渉対物系１６７からの光を一次及び二次検出器に導くように構成したビームスプリッタ１９８と、が含まれる。一次検出器１９１及び二次検出器１９９は、双方共、多素子検出器（例えば、多素子ＣＣＤ又はＣＭＯＳ検出器）である。オプションとして、検出サブシステムには、二次検出器１９９に当たる光をフィルタ処理する帯域通過フィルタ１０１が含まれ、これによって、二次光源１９７からの光のみが二次検出器１９９に達し得る。]
[0102] システム１００の動作時、一次光源１６３は、中継光学系１６９及び１７１並びにビームスプリッタ１７０を介して干渉対物系１６７に入力光１６５を提供する。二次光源１９７からの光は、ビーム結合器１６４によって入力光１６５と合成される。対物系１６７及び中継光学部品１８９は、被験物体１７５から反射した光１８３、１８７を検出器１９１に導き、被験物体１７５の像を検出器１９１の視野（ＦＯＶ）に形成する。ビームスプリッタ１９８は、更に、対物系１６７からの光の一部を二次検出器１９９に導く。尚、周辺光線は１８３によって示し、主光線は１８７によって示す。]
[0103] ビームスプリッタ１７９は、光の一部（光線１８５によって示す）を参照面１８１に導き、参照面１８１から反射した光を被験物体１８５から反射した光と再合成する。検出器１９１において、被験物体１７５から反射した光（試験光と称する）と参照面１８１から反射した光（参照光と称する）との合成光は、検出器１９１上に光学干渉パターンを形成する。干渉顕微鏡１００は、従来の撮像用に構成されることから、光学干渉パターン（干渉写真像又は干渉像とも称する）は、試験面の像に対応する。]
[0104] 干渉顕微鏡１１０には、更に、被験物体１７５に対して干渉対物系１６７の位置を制御するアクチュエータ１９３を含む。例えば、アクチュエータ１９３は、干渉対物系１６７に結合して、被験物体１７５と干渉対物系１６７との間のＺ方向の距離を調整する圧電変換器であってよい。被験物体１７５と干渉対物系１６７との間のこのタイプの相対運動は、被験物体１７５に対して干渉対物系１６７の焦点面の位置を走査することから、焦点走査と称する。]
[0105] 動作時、アクチュエータ１９３は、被験物体１７５に対して干渉対物系１６７を走査し、これによって、試験光と参照光との間のＯＰＤを変動させ各検出素子において干渉信号を生成する。アクチュエータ１９３は、接続線１９５を介してコンピュータ１９２に接続し、接続線１９５を通して、コンピュータ１９２は、例えば、データ取込み時の走査速度を制御し得る。更に又は他の選択肢として、アクチュエータ１９３は、意図した走査増分等、走査動作に関する情報をコンピュータ１９２に提供し得る。]
[0106] 図２は、単一走査位置の場合の検出器１９１における代表的な光学干渉パターンを示し、被験物体の表面高さのＸ及びＹ方向の変化に関連した干渉縞を示す。検出器１９１における光学干渉パターンの強度値は、検出器１９１の異なる素子によって測定され、また、コンピュータ１９２の電子プロセッサに解析のために提供される。各検出素子は、或るフレームレート（例えば、約３０Ｈｚ以上、約５０Ｈｚ以上、約１００Ｈｚ以上）で強度データを取り込むが、フレームレートは、通常、走査中は一定である。検出素子で測定され、また、試験光と参照光との間の一連のＯＰＤ値と関連付けられた強度値は、低コヒーレンス干渉信号を形成する。] 図２
[0107] 図３は、検出器１９１の単一の素子について検出強度Ｉｉのグラフを走査位置の関数として示す。このグラフは、通常の低コヒーレンス干渉信号を示し、正弦波干渉縞が試験光と参照光との間のＯＰＤがゼロの位置でガウス包絡線によって変調される。ガウス包絡線の幅は、一次光源１６３のコヒーレンス長に依存する。ＯＰＤ走査は、光源のコヒーレンス長より長い。] 図３
[0108] 一次検出器１９１は、低コヒーレンス干渉信号を取り込むが、二次検出器１９９は、二次光源１９７からのコヒーレント光に基づき干渉信号を取り込む。図４は、二次検出器１９９の単一の画素について、そのような干渉信号のグラフを走査位置Ｚの関数として示す。二次検出器１９９を用いて取り込んだ干渉信号は、監視信号と称する。] 図４
[0109] 通常、ＯＰＤは、一定速度で走査され、データ点は、等しい時間間隔で取り込まれる。原則として、各データ点は、均一なＯＰＤ変位増分で取り込まれる。しかしながら、走査は、通常、一定速度であると仮定されるが、走査動作は、例えば、機械的な不備又は動きを乱す振動により、線形動作から逸脱することが多い。従って、取り込んだ干渉データは、走査の不均一性に関連したエラーを含むことがあり、これにより、実際の走査位置は、測定強度値が関連付けられる公称走査位置からずれることがある。]
[0110] そのようなエラーは、「走査エラー」と称するが、図５にグラフ化して示す。この図は、時間の関数としてｚのグラフを示し、ここで、ｚは、被験物体１７５と対物系１６７との間の相対変位である。本質的に、ｚは、試験光と参照光との間のＯＰＤに対応する。グラフは、一定速度の走査を表す線を示す。４つの取込み時間が示されている（ｔ１‐ｔ４）。走査エラーが無ければ、被験物体の位置ｚは、線上にある。しかしながら、走査エラーにより、この公称位置と、取込み時間における被験物体の実際の位置との間にずれが生じ、このため、データ点としてグラフに示す被験物体の実際の位置は、線から逸脱する。各取込み時間における走査エラーの大きさは、εｉとして示し、ここで、ｉ＝１・・・４である。] 図５
[0111] 一般的に、システム１００を用いて得た走査エラーに対する測定値の感度は、走査エラー源の周波数に依存して変動する。例えば、システム感度は、システムが経験する振動の周波数に依存して変動し得る。図６では、或る低コヒーレンスシステムについて、振動に対する相対的な感度Ｓｖを振動周波数ｆｖｉｂの関数としてグラフ化するが、このシステムは、例えば、平均波長５７０ｎｍ、半値全幅スペクトル帯域幅２００ｎｍ、低ＮＡ対物レンズ、サンプリング走査間隔７１．５ｎｍ、及びフレームレート１００Ｈｚの一次検出器で動作する。感度は、２０乃至３０Ｈｚ及び７０乃至８０Ｈｚの周波数で低く、相対的に高い感度のピークは、それらの周波数帯間にある。代表的な縞搬送周波数（ｆｒｉｎｇｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）は、ＳＷＬＩの場合、約２５Ｈｚであり、従って、一次検出器は、各縞につき約４回サンプリングする。図６に示す周波数＜２５Ｈｚに対する高感度領域は、走査速度のエラーに関連し得ると考えられており、他方、周波数＞２５Ｈｚに対する高感度領域は、振動による走査増分の歪みに関連し得ると考えられている。歪みは、隣り合う走査位置について、例えば、記録したカメラフレームからカメラフレームまでのデータ取込みの間に、急激に符号が変化していることがある。一般的に、本明細書に用いる「低周波数の」走査エラー源（例えば、低周波振動）は、低コヒーレンス干渉信号を取り込むために用いられる検出器（例えば、一次検出器１９１）のフレームレート以下の周波数を指す。「高周波数の」走査エラー源（例えば、高周波振動）は、低コヒーレンス干渉信号を取り込むために用いられる検出器のフレームレートより大きい周波数を指す。] 図６
[0112] システム１００を用いて行った測定における走査エラーの影響を低減するために、コンピュータ１９２は、二次検出器１９９を用いて取り込んだ監視信号からの情報を用いて、一次検出器１９１を用いて取り込んだ低コヒーレンス信号における走査エラーの影響を低減する。監視信号はコヒーレント光源（二次光源１９７）に基づくため、縞は、走査長に渡って延在し、また、その解釈により、全走査範囲に渡る位相情報（それに応じて、相対変位情報）が提供される。後述するように、一般的に、二次検出器１９９のＦＯＶにおける多数の点について監視信号の解析を行うことにより、走査エラーを求めることが可能であり、例えば、振動に起因する走査エラー、具体的には、上述の如く定義した高周波数領域における走査エラーを求め得る。]
[0113] 走査監視信号の位相がＦＯＶに渡って幾つかの差異を示すと仮定すると、この位相多様性（即ち、少なくとも幾つかの監視信号の異なる位相オフセット）により、走査位置ごとに急激に変化し得る走査エラーの解釈における系統的エラーを訂正できる。従って、適切に解析されると、この特徴により、位相多様性を提供する複数の測定値が無ければ正しく測定されなかった高周波振動を正確に測定することができる。更に、監視信号のための像点の選択肢を広げると、半導体ウェーハ等、高度にパターン化された物体表面にも対応できる。]
[0114] 従って、一旦、コンピュータ１９２が走査動作の履歴を求めると、例えば、その低コヒーレンス信号について、真の（又は少なくとも更に正しい）走査動作を監視信号の解釈に基づき決定し得る。一次検出器１９１によって収集された低コヒーレンスデータの更なる処理により（例えば、三次式近似補間又は他のアルゴリズムによって）、このデータへの走査エラーの影響が低減される。監視信号データ及び低コヒーレンス信号データ双方のデータ解析については、更に詳細に後述する。]
[0115] ＰＵＰＳ干渉系
上記議論は、被験物体を検出器に結像するように構成された干渉顕微鏡に関するが、走査エラー補正は、更に、他の構成に適用し得る。例えば、幾つかの実施形態では、干渉顕微鏡は、顕微鏡の瞳面を検出器に結像するように構成し得る。そのような構成をＰＵＰＳ構成と称する。この動作モードは、例えば、試験面の複素反射率を求めるために有用なことがある。]
[0116] 図７は、図１に示すシステム１００に関連して上述の多数の要素を組み込んだＰＵＰＳ干渉系２００を示す。しかしながら、システム１００とは異なり、システム２００には、対物系１６７とビームスプリッタ１７０との間に位置する瞳面結像チューブレンズ２１３及び偏光子２１５が含まれる。システム２００では、瞳面２１７は、検出器１９１に結像される。視野絞り２１９は、サンプル照射を被験物体１７５上の小さい領域に制限する。システム１００は、上述したシステム１００と同じやり方でデータを取り込む。] 図１ 図７
[0117] 解析のために、電子プロセッサ１９２は、一次検出器１９１からの干渉信号を周波数領域に変換し、また、一次光源１６３の異なる波長成分ごとに位相及び振幅情報を抽出する。光源スペクトルは広くてよいため、多くの独立したスペクトル成分を算出し得る。振幅及び位相データは、試験面の複素反射率に直接関連付けて、複素反射率を解析して被験物体に関する情報を求めることができる。]
[0118] システム２００の構成により、一次検出器１９１の各検出素子は、特定の入射角及び偏光状態（偏光子２１５による）に対して多数の波長での測定値を提供する。検出素子の集合体は、従って、或る範囲の入射角、偏光状態、及び波長を網羅する。]
[0119] 図８は、焦点面２２９（例えば、被験物体）における光と瞳面２１７における光との間の関係を示す。瞳面２１７を照射する各光源点は、被験物体を照射する試験光用の平面波面を生成することから、瞳面２１７における光源点の半径方向の位置が、物体の法線に対するこの照射束の入射角を定める。従って、光軸から所定の距離ｒに配置された全ての光源点は、固定入射角θに対応し、これによって、対物レンズは、試験光を被験物体に結像する。透過光のための開口数ＮＡ及び半径方向の最大距離ｒｍａｘの瞳面結像チューブレンズの場合、瞳面２１７において光軸ＯＡから距離ｒにある点と焦点面２２９における入射角θとの間の関係は、ｓｉｎ（θ）＝（ｒ／ｒｍａｘ）ＮＡによって与えられる。] 図８
[0120] 経路長走査
図１及び６に関連して述べた上記の実施形態では、双方共、焦点走査を提供するミロー対物系を利用する。しかしながら、一般的には、他の構成も可能である。例えば、リンニク対物系を含む干渉系を用いることができる。そのようなシステムを図９に示す。具体的には、システム３００には、被験物体１７５を検出器上に結像するように構成された干渉顕微鏡３１０が含まれる。システム３００には、システム１００に関して上述した多数の要素が含まれる。しかしながら、システム３００には、ミロー対物系ではなく、ビームスプリッタ３７９を特徴とするリンニク干渉対物系３２５が含まれ、このビームスプリッタは、ビームスプリッタ１７０からの光を対物系の異なるアームに沿った試験光及び参照光に分離する。対物系３２５は、試験光のアームに試験対物レンズ３２７を含み、また、対応する参照対物レンズ３２９を参照光アームに含む。参照物体３８１は、参照アーム内に配置され、参照光を反射してビームスプリッタ３７９に戻す。] 図１ 図９
[0121] 参照対物レンズ３２９及び参照物体３８１は、対物系３２５の他の構成要素にアクチュエータ３３１を介して結合される組立体に搭載される。動作時、アクチュエータ３３１は、ビームスプリッタ３７９に対して参照対物レンズ３２９及び参照面３８１を動かすことによって、試験光と参照光との間のＯＰＤを調整する。走査中、参照対物レンズ３２９と参照面３８１との間の経路長は、一定のままである。従って、試験光と参照光との間のＯＰＤは、物体焦点とは独立に変化する。このタイプの走査は、本明細書では、「経路長」走査と称する。システム３００では、経路長走査により、リンニク構成の参照脚部における平行空間の長さが増加し、これに対して、試験脚部では、走査中、物体は、同じ焦点位置に留まる。]
[0122] リンニク対物系を特徴とする干渉系は、更に、ＰＵＰＳモード動作用に構成し得る。図１０において、例えば、システム４００は、干渉顕微鏡４１０を含み、干渉顕微鏡４１０は、リンニク対物系３２５を含み、また、上述したシステム２００と同様に一次検出器１９１に瞳面を結像するように構成される。] 図１０
[0123] 一般的に、走査エラーを補正する場合、走査動作解析は、干渉系の走査モード（例えば、焦点又は経路長走査）及び撮像モード（例えば、物体撮像又はＰＵＰＳ）に基づくべきである。例えば、低コヒーレンス信号における搬送縞周波数は、システムの動作モードに依存して変動し得る。ＰＵＰＳモードで動作するリンニク干渉系の場合、例えば、経路長走査により、瞳面像における全ての位置に対して同じ縞搬送周波数が生じる。これに対して、ＰＵＰＳモードで動作するミロー干渉計の場合、焦点走査（ＯＰＤと同時に物体の焦点を走査する）により、縞搬送周波数は、瞳面における光軸からの距離がｃｏｓ（θ）に比例して増加するにつれて、減衰し得る。ここで、θは、光線が物体平面において光軸と成す角度である（図８参照）。] 図８
[0124] リンニクの場合の経路長走査は、一般的に、瞳面全体において一定周波数の監視信号を生成するが、干渉空胴に２種類の摂動があり得ることに留意されたい。１つのタイプは、望ましくない走査動作の振動（例えば、非線形）であり、この走査動作は、対物レンズ３２９及び参照鏡３８１が単体として移動する際に参照脚部上で起こる。この場合、走査エラーにより、監視信号の光路変動が生じるが、この変動は、瞳面において監視信号が測定される位置と無関係である。もう１つのタイプは、物体脚部において起こる振動であり、これによりレンズ１２７と物体表面１７５との間の距離が変動する。この場合、振動により、物体空間における入射角の関数である（即ち、瞳面における半径方向の位置の関数である）監視信号の光路変動が生じる。そのような構成では、これら２つの運動成分を区別することは、後続の信号補正においてそれらを適切に説明するために必要である。]
[0125] 幾つかの実施形態では、縞搬送周波数の変動は、ゼロＯＰＤでのＰＵＰＳモードのＦＯＶ全体における複数の監視信号の位相多様性が小さい場合に用い得る。半径方向の位置に伴う縞搬送周波数の変動により、ゼロＯＰＤのいずれかの側で瞳面ＦＯＶ全体に位相の多様性が生じ、低及び高振動周波数に渡って走査増分を正確に決定するために必要な情報が提供される。]
[0126] 一般的に、本明細書で議論する走査エラー補正技法は、両走査方法並びに従来の及び瞳面撮像の双方と互換性があるが、データ処理、特に、ＰＵＰＳモードにおいて幾つかの差異がある。ＰＵＰＳ測定に適合したリンニク対物レンズ顕微鏡のように経路長を走査する場合（例えば、図１０を参照）、縞搬送周波数は、瞳面像の全画素について同じである。図７のミロー対物レンズ顕微鏡のように、ＯＰＤと同時に物体焦点を走査する場合、縞搬送周波数は、瞳面における光軸からの距離がｃｏｓ（θ）に比例して増加するにつれて低下する。ここで、θは、光線が物体平面において光軸と成す角度である。この周波数変動は、ゼロＯＰＤでのＰＵＰＳモードのＦＯＶ全体における位相多様性が小さい場合、有益であり得る。半径方向の位置に伴う周波数の変動により、ゼロＯＰＤのいずれかの側で瞳面ＦＯＶ全体に位相の多様性が生じ、全振動周波数に渡って走査増分を正確に決定するために必要な情報が提供される。] 図１０ 図７
[0127] 監視データからの走査位置決定
一般的に、様々な方法が、監視データから走査位置を求めるために利用可能である。例えば、解析を低周波源の走査エラーに限定する場合、特定のカメラフレーム及び特定の画素における監視信号の位相を推定するには、従来の位相シフト干渉法（ＰＳＩ）アルゴリズムを適用すれば充分である。例えば、カメラフレーム間の公称位相シフトがπ／２である場合、公知の位相シフトアルゴリズムは、次の形式をとる。]
[0128] ｔａｎ［Φ（ｒ）］＝２（ｇ２−ｇ４）／｛−（ｇ１＋ｇ５）＋２ｇ３｝・・・（１）
ここで、ｒは、画素位置を指定するベクトルであり、また、ｇ１，２，…５は、データ取込み走査時に取り込まれた一連のカメラフレームに対するその画素における対応する強度測定値である（例えば、シュヴァイダー（Ｓｃｈｗｉｄｅｒ）ら、１９８３年、光学百科事典（Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ＿ｏｆ＿Ｏｐｔｉｃｓ）、ｐ．２１０１、表２を参照）。式（１）は、基本的には、中間フレームｇ３の位相Φを提供する。他の例として、走査位置を求めるために、デック（Ｌ．Ｄｅｃｋ、「耐振動性位相シフト干渉法（Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ＿ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｉｎｇ＿ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）」応用光学３５、６６５５−６６６２（１９９６））によって提案されたＰＳＩアルゴリズム、並びにオルスザック（Ｏｌｓｚａｋ）及びシュミット（Ｓｃｈｍｉｔ）（米国６，６２４，８９４）によって提案されたＰＳＩアルゴリズムを適用し得る。しかしながら、ＰＳＩアルゴリズム法は、低周波振動のみに効果的であるが、これは、アルゴリズムそれ自体が、低コヒーレンス信号と同様に高周波振動に敏感であるという理由による。]
[0129] 低周波と同様に高周波振動を補償するためには、少なくとも２つの異なる画素位置の位相Φ（ｒ）を測定する方法を用いる。例えば、ＰＳＩアルゴリズム（例えば、式（１）に示すもの又は同様のもの）を用いる具体的な場合、Φ（ｒ）を求める際のエラーは、Φ（ｒ）の周波数の２倍で周期的であると考えられる。従って、矩象における２つ以上の位相（９０°だけ異なる）の測定値を平均することで、高周波振動に関連するエラーを相殺することができる。]
[0130] 更に一般的には、ＰＳＩの文脈において、干渉データから帰納的に実際の走査位置を求めるための幾つかの方法が開発されている。一般的に、これらの方法は、或る範囲の位相Φ（ｒ）及び／又は周波数を処理する場合に最も効果的である。或る範囲の位相Φ（ｒ）及び／又は周波数は、例えば、多素子検出器を用いて、多素子検出器のＦＯＶ全体の干渉像に（全ての監視周波数が同じ周波数を有する場合）幾つかの位相多様性をもたらす特徴と共に（例えば、上記の実施形態で述べたように）監視信号を取り込むことによって提供し得る。]
[0131] 位相多様性は、システムが従来の撮像モードで動作する場合、例えば、被験物体の固有の高さ変動によって導入されることがある。他の例として、位相多様性は、従来の撮像モードでは、干渉縞を導入するために被験物体又は参照物体を傾けることによって導入し得る。ＰＵＰＳモードでは、ミロー対物レンズ又は同様のものを用いたシステムにおいて、システムの幾何学的形状により、当然、検出器のＦＯＶ全体で或る範囲の干渉縞周波数が導入される。]
[0132] 以下の議論は、或る範囲の位相Φ（ｒ）を用いて走査位置を求める代表的な方法を提供する。最初に、（例えば、図１０に示す）ＰＵＰＳリンニクシステムを考える。このシステムでは、参照鏡及び対物レンズを剛体として光軸に沿って一緒に動かし経路長走査を実現する。瞳面の異なる点における鏡面反射の経路差は、ｚ（ｔ，ｒ）とする。ここで、ｔは、走査工程中の時間パラメータを示す。この経路差は、完全な走査とエラーの項から成る。] 図１０
[0133] ｚ（ｔ，ｒ）＝ｚ０（ｔ，ｒ）＋ε（ｔ，ｒ）・・・（２）
上式において、ｚ０は、理想的走査を示し、εは、エラー又は雑音の項を示す。干渉計の位相は、次のように与えられる。]
[0134] Φ（ｔ，ｒ）＝Φ０（ｒ）＋２πｚ（ｔ，ｒ）／λ・・・（３）
上式において、Φ０は、画素面の異なる点に潜在的な位相差を与える位相オフセットである。二次光源からの光の波長は、λによって与えられ、また、ｒから独立していると仮定される。]
[0135] ｒが瞳面における光軸に対応する点となるように原点を選び、また、θ（ｒ）が瞳面においてｒを通過する鏡の光線の物体焦点面における入射角を示すものとすると、次のアッベの正弦条件に従う。]
[0136] （何らかの定数Ｋについて）ｓｉｎ［θ（ｒ）］＝Ｋ｜ｒ｜・・・（４）
経路差の走査は、リンニクシステムのように物体及び参照鏡が一緒に移動して、これにより平行空間における走査を実現する場合、θに依存しない。しかし、ミローシステムのように物体焦点を走査する場合、ＯＰＤは、θに依存する。従って、２つの制限的な場合がある。]
[0137] ｚ０（ｔ，ｒ）＝ｚ０（ｔ）、（経路長走査の場合、ｒから独立）
ｚ０（ｔ，ｒ）＝ｃｏｓ（θ（ｒ））ｚ０（ｔ，０）、（焦点走査の場合）
・・・（５）
経路長及び焦点の双方を走査する場合（これは、例えば、リンニクシステムで可能）、ｚ０は、これら２種類の運動の算術和である。]
[0138] 上述したように、幾つかの実施形態において、走査は、名目上完全にｔの線形関数であり、瞳面の全ての点は、走査開始時、同じ公称ＯＰＤを有し、そして、理想的には、走査進行時、物体又は参照面の傾斜はない。この場合、以下のように書くことができる。]
[0139] 上式において、ｃは、走査ごとに変動し得る定数であり、また、]
[0140] も、定数である。従って、ｒの関数としての走査は、走査の種類に依存する（式（５））。]
[0141] 一般的に、誤差項εは、ｔ及びｒの双方に依存し得るが、物体は、走査時に全く回転しない剛体と仮定されることから、誤差は、更に簡単に以下のように表し得る。
ε（ｔ，ｒ）＝εｐ（ｔ）＋ｃｏｓ（θ（ｒ））εｆ（ｔ）・・・（７）
この式の第１の和は、平行空間における振動又は走査エラーを表す。また、ｃｏｓ（θ）に比例する第２項は、焦点エラーに起因する干渉計の高開口数空間における振動又は走査エラーを表す。εは、小さいと仮定する。]
[0142] 二次検出器によって瞳面で検出される監視信号の干渉強度は、時間依存性であり、また、以下の公式によって与えられるように、干渉計における位相差に依存する。
Ｉ（ｔ，ｒ）＝［Ａ（ｒ）＋ｄＡ（ｔ，ｒ）］ｃｏｓ［Φ（ｔ，ｒ）］＋ｃ（ｒ）＋ｄｃ（ｔ，ｒ）・・・（８）
Ａ（ｒ）は、点ｒにおける干渉像の平均振幅を示す。ｄＡ（ｔ，ｒ）は、点ｒにおける干渉像の振幅の平均を中心とした変動を示す。Φ（ｔ，ｒ）は、ｒにおける位相を時間ｔの関数として示す。ｃ（ｒ）は、一般的にｒ依存である干渉像信号の平均オフセットを示す。ｄｃ（ｔ，ｒ）は、オフセットの平均を中心とした変動を示す。これは、通常、ゆっくりと変動する時間の関数である。]
[0143] 強度Ｉ（ｔ、ｒ）は、時間の離散的な組｛ｔｉ｝及び瞳面における点の離散的な組｛ｒｉ｝においてサンプリングする。理想的な時間のサンプル点は、等間隔と仮定される。即ち、
ｔｉ＋１＝ｔｉ＋δｔ、（δｔはｉから独立）・・・（９）
点ｒについて、時間の完全な組｛ｔｉ｝は、一次元配列として考えられ、雑音項εｐ（ｔ）及びεｆ（ｔ）の推定を行うことができる。単一の画素では、上述したように、高振動周波数でこれら誤差項の信頼度の高い推定が得られない。しかし、多数のそのようなベクトルが異なる点｛ｒｉ｝にあれば、これらの各雑音項について数多くの推定を行い得る。最終的な推定は、測定値の組に中央値を適用することによって得られる。]
[0144] 上式において、ｉは、点ｒｉに対して異なる時間に取得したベクトルを用いて行った推定を示す。どの点｛ｒｉ｝を用いるかの選択は、ある程度任意であるが、主に考慮することは、その点の開始位相の分散ができるだけ大きいこと、又は、焦点走査を用いる場合、幾つかのθ値があるべきだということである。]
[0145] 以下のアルゴリズムは、単一のベクトル組｛ｔｉ｝に作用する。第１段階は、ベクトルＩ（ｔｉ，ｒ）のピークを正確に計算することである。これには、そのδｔが充分小さくて、干渉信号データの単一の正弦波におけるサンプルの数が、波当り８乃至３０サンプルの範囲であることが必要である。この細かいサンプリングの場合、サンプリングした点は、例えば、三次式近似を用いて補間し得る。]
[0146] ＩＦｉｎｅ＝ｓｐｌｉｎｅ（ｚ，Ｉ，ｚｆｉｎｅ）・・・（１１）
ベクトルＩＦｉｎｅから、π／２の奇数倍の位相で起こる信号の極値（極大及び極小の双方）を計算し得る。]
[0147] ｐｅａｋｓ＝ｐｅａｋｆｉｎｄｅｒ（ＩＦｉｎｅ）・・・（１２）
これらのピーク値を用いて、以下の量、即ち、ｃ（ｔ）＋ｄｃ（ｔ）、Ａ＋ｄＡ（ｔ）、及び理想的位相Φｉｄｅａｌをｔの関数として全て推定することができる。Φｉｄｅａｌは、以下の関数形式をピークデータに近似させることによって求める。]
[0148] ΦＩｄｅａｌ（ｔｉ，ｒ）＝ΦＩｄｅａｌ（ｔ０，ｒ）＋（ｉ−１）ΔΦＩｄｅａｌ（ｒ）・・・（１３）
上式において、経路長走査と焦点走査の場合、それぞれ]
[0149] となる。]
[0150] この近似作業は、観察ピークが見つかった場合にその余弦関数をピークにする開始位相の最良値Φｉｄｅａｌ（ｔ０，ｒ）を求めることになる。]
[0151] が正確に分からない場合、それもデータ近似アルゴリズムの一部になり得る。]
[0152] 監視信号を近似する他の方法も可能である。例えば、ピーク発見に対する他の選択肢は、位相を推定するためのＦＦＴ手段である。しかしながら、ピークを用いる利点は、サンプル期間が走査長全体に均等に分かれる必要がないことであり、これは、ＰＵＰＳ解析のための瞳面において、サンプル期間は、リング毎に変動することから、焦点面を走査する場合、利点になり得る。]
[0153] 次の作業は、不正確な走査に起因するΦのエラーを推定することである。このことは、例えば、次のような逆余弦関数により行い得る（これは、０とπとの間の値を返すものと理解されたい）。]
[0154] ｄΦ＝Φ−Φｉｄｅａｌ＝ｓｉｇｎ（ｓｉｎΦＩｄｅａｌ）＊（ｃｏｓ−１（（Ｉ−ｃ−ｄｃ）／（Ａ＋ｄＡ））−ΦＩｄｅａｌ・・・（１５）
この式は、ベクトルの全てのサンプル点に適用すべきである。一旦、ｄΦを推定すると、エラーε（ｔ，ｒ）を計算することは、簡単なことである。θの異なる値に対する複数のそのようなベクトルを処理することで、誤差項εｐ（ｔ）及びεｆ（ｔ）を分離するために充分な情報が提供される。例えば、ｎ個の監視信号が異なる入射角で解析される場合、収集した情報は、各時間サンプルｔについてｎ個の式を生成する。]
[0155] これにより優決定系の式が提供されるが、この系は、容易に解かれ、εｐ（ｔ）及びεｆ（ｔ）双方の推定値を提供する。この手順は、例えば、参照及び物体脚部の双方に振動が起こり得るリンニク幾何形状における経路長走査に必要である。焦点走査を用いるリンニク又はミロー干渉計の場合、上記式は、次のように簡単になる。]
[0156] この場合、結果的に生じるｎ個のεｆ（ｔ）の推定値の中央値は、簡単に演算できる。]
[0157] 低コヒーレンス信号データの補正
一般的に、走査エラーが明らかになると、低コヒーレンス干渉データは、エラーの根拠を示すために補正し得る。以下は、何らかの更なる処理に先立つ低コヒーレンス信号自体の補正を例示する更に詳細な例である。一旦、走査位置を測定すると、低コヒーレンス走査データは、三次補間又は他の種類の補間式によって補正し得る。Ｉｗ（ｔ，ｒ）は、低コヒーレンス走査データを示すものとする。走査エラー解析から、このデータは、時間｛ｔｉ｝にサンプリングされたのではなく、これらの時間プラス誤差項にサンプリングされたことが分かる。即ち、実際のサンプルは、時間
Ｔｉ（ｒ）＝ｔｉ＋Δｉ（ｒ）・・・（１６）
に発生した。上式において、
Δｉ（ｒ）＝［ｅｐ（ｔｉ）＋ｃｏｓ（θ（ｒ））ｅｆ（ｔｉ）］／（ｄｚｉｄｅａｌ（ｒ）／ｄｔ）・・・（１７）
上式において、経路長走査及び物体焦点走査の場合、それぞれ]
[0158] となる。]
[0159] このように、値Ｉｗ（Ｔｉ，ｒ）を測定したが、測定したかったのはＩｗ（ｔｉ，ｒ）である。そこで、式
Ｉｗ（ｔｉ，ｒ）＝Ｉｗ（Ｔｉ−Δｉ（ｒ），ｒ）・・・（１９）
を用いることによってＩｗ（ｔｉ，ｒ）を概算するために、三次式近似補間を用いることができる。]
[0160] 三次式近似を実施するためには、関数Ｉ＝Ｉ（ｔ）に対してｉ＝０、１、２、…、ｎについての点［Ｔｉ，Ｉｉ］の表を確立する。それにより、ｎ＋１個の点及びそれらの間のｎ個の間隔が作られる。三次式近似補間は、通常、表内の各値を通過する区分的連続曲線である。各間隔に別個の三次多項式があり、各々それ自体の係数
Ｓｉ（ｔ）＝ａｉ（ｔ−Ｔｉ）３＋ｂｉ（ｔ−Ｔｉ）２＋ｃｉ（ｔ−Ｔｉ）＋ｄｉ、ｔ∈［Ｔｉ，Ｔｉ＋１］の場合・・・（２０）
を有し、これら多項式セグメントは、合わせてスプラインＳ（ｔ）で示す。]
[0161] ｎ個の間隔があり、また、各々に４つの係数があることから、合計４ｎ個のパラメータが、スプラインＳ（ｔ）を定義するのに必要である。４ｎ個の独立した条件が、それらを確定するのに必要である。三次多項式は間隔の両端において表の値と一致しなければならないという要件から、各間隔について、２つの条件が得られる。即ち、
Ｓｉ（Ｔｉ）＝Ｉｉ、Ｓｉ（Ｔｉ＋１）＝Ｉｉ＋１・・・（２１）
これらの条件は、結果として区分的連続関数になることに留意されたい。２ｎ個の更なる条件が、依然として必要である。補間は、出来るだけ滑らかにすることが望ましいため、一次及び二次導関数も連続的であることを要求できる。]
[0162] Ｓ’ｉ−１（Ｔｉ）＝Ｓ’ｉ（Ｔｉ），Ｓ’’ｉ−１（Ｔｉ）＝Ｓ’’ｉ（Ｔｉ）・・・（２２）
これらの条件は、ｉ＝１、２、…、ｎ−１、について当てはまり、結果的に２ｎ−１個の制約条件を生じる。従って、２つの更なる条件が、スプラインを完全に確定するのに必要である。幾つかの標準的な選択肢が、ユーザに残されている。即ち、
Ｓ’’０（Ｔ０）＝０，Ｓ’’ｎ−１（Ｔｎ），（「自然境界」と呼ばれる）・・・（２３）
Ｓ’０（Ｔ０）＝Ｉ’０，Ｓ’ｎ−１（Ｔｎ）＝Ｉ’ｎ，（「締境界」と呼ばれる）・・・（２４）
関数が周期的である場合、他の選択肢が考えられる。どれが最良であるかは、用途に依存する。]
[0163] ４ｎ個の係数及び４ｎ個の線形条件があれば、例えば、従来のアルゴリズムを用いてそれらを求める式を解くことは簡単である。
このように補正された低コヒーレンス干渉信号は、次に、表面構造のＰＵＰＳ解析であれ、従来の表面特徴の測定であれ、用途に応じて処理し得る。]
[0164] Ｊ行列法
幾つかの実施形態では、監視信号からの走査エラー情報を用いて、「Ｊ行列」法と称する取り組み方法を用いて干渉データを補正し得る。この取り組み方法については、後述する。]
[0165] 完全に等間隔配置された信号サンプルを提供し走査エラーがない測定では、結果的に生じる非擾乱信号は、Ｍ要素ベクトルａによって表すことができ、これは、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を実施することによってスペクトル解析が可能である。ＤＦＴは、線形方程式系を以下の行列形式で解くことと数学的に等価である。]
[0166] 上式において、Ｍ×Ｍ行列]
[0167] の列は、純粋に振動信号を表す基底関数であり、信号ｕは、それら基底関数の一次結合として解釈する。複素表示では、行列]
[0168] の要素は、次のようになる。]
[0169] 方程式系は、ベクトル]
[0170] に含まれるスペクトル係数について以下のように解く。]
[0171] また、]
[0172] は、以下の通りであることが分かる。]
[0173] これにより、ベクトル]
[0174] のｍ番目の要素は、以下のようになり、]
[0175] これは、離散フーリエ変換の従来の定義の形態を有する（添え字（ｉｎｄｅｘ）シフトを除く。これは、添え字が０でなく１から始まるという事実の結果である）。ベクトル]
[0176] のＭ個の要素は、非擾乱信号]
[0177] における第０、第１、…、第（Ｍ−１）高調波の周波数成分を示す。尚、第（Ｍ−ｈ）高調波は、第−ｈ高調波と等価である。即ち、スペクトルの上端のスペクトル成分は、実際は、負の周波数成分である。]
[0178] 次に、走査エラー（例えば、測定系における振動）又はデータ点欠損によって損なわれた名目的に均一なサンプリング増分等、不均一なサンプリング増分で取得された信号について考える。擾乱信号]
[0179] を通常のＤＦＴによってスペクトル解析すれば、必然的に、擾乱スペクトルを得る。]
[0180] ロム・スカーグル（Ｌｏｍｂ−Ｓｃａｒｇｌｅ）法は、サンプリング増分が既知である場合、不等間隔データのスペクトル解析を実施する１つのやり方である。一般的に、ロム・スカーグル法は、データへの正弦曲線の最小二乗近似を表す。パワースペクトル推定値は、対象の各周波数について独立に計算される。近似関数が互いに直交しないという事実は、異なる周波数成分間の何らかの漏れに至ることがある。従って、本方法は、一般的に、厳密な方法ではないが、それでも高い雑音レベルが存在する場合、極めて強力な方法である。]
[0181] 幾つかの実施形態では、不等間隔データのスペクトル解析のためにＤＦＴに近い方法を採用し得る。一般的に、ＤＦＴを用いた上記方法とは対照的に、修正した組の基底関数を用いて、新しいＭ×Ｍ行列]
[0182] を形成する。各基底関数（行列の列）は、既知のサンプリング位置でサンプリングされる純粋な振動信号の値を含む。ＤＦＴの場合のように、その目的は、測定信号を基底関数の一次結合として構築することである。新しい行列の要素は、以下の通りである。]
[0183] 関数Ｘｍは、不均一にサンプリングされた走査位置に関する情報を保持する。干渉計のＯＰＤ走査では、例えば、Ｘｍは、データが取得されたＭ個の走査位置を表し得る（例えば、Ｘｍ＝Ｚｍ／公称走査増分。ここで、Ｚｍは、式（７）に示す角度依存性を考慮した実際の物理的な走査位置である）。一般的に、上述した技法等、様々な技法をＸｍの値を取り込むために用いてよい。追加の技法については、後述する。]
[0184] 関数Ｙｎは、対象の周波数が何であるかを規定する。ＤＦＴの代わりに周波数解析を用いる用途の場合、関数Ｙｎは、例えば、以下のようになる。]
[0185] また、これによって、関数Ｙｎは、走査内における０から（Ｍ／２）期間の等価な値までの範囲にある正負の周波数を表す。ナイキスト周波数として知られる上限周波数は、ＤＦＴの一般的な限界であるが、これに対して、Ｊ行列を用いる方法は、特別な場合、後述する数値例に示すように、その限界を超える周波数を解析するように構成し得る。定数ｃは、係数であり、ＤＦＴに近い定義が望ましい場合、１又は（１／Ｍ）になるように選択し得る。]
[0186] 行列形式の新しい線形方程式系]
[0187] は、ベクトル]
[0188] のスペクトル成分について解く。即ち、以下の通りである。]
[0189] ベクトル]
[0190] の全データ点が独立（ＸｍにおけるＭ個の値が固有）であれば、この方法は、厳密な解をもたらす。]
[0191] 行列]
[0192] における基底関数の組は、一般的に直交しないことに留意されるべきである。しかしながら、厳密解の場合、基底関数の線形独立性は、十分条件である。]
[0193] 低コヒーレンス干渉法のような用途では、通常、大量の（例えば、各カメラ画素につき１つの）データセットをスペクトル解析する必要がある場合、不均一なＯＰＤサンプリングは、全画素に対して同じであることから、同じＪ行列の逆行列]
[0194] を全データセットに適用し得る。これにより、本方法は適度に速くなるが、これは、Ｐをカメラ画素数とすると、計算が、１回の行列の逆行列化及びＰ回の行列とベクトルの乗算に限定されるためである。]
[0195] 上述したように、実際の測定システムは、振動等に起因する走査エラーだけを受けるのではなく、１つ又は複数の記録データ点に不明な値を加える測定雑音（例えば、干渉計のカメラにおける散弾雑音又はデジタル化エラー）も受ける。]
[0196] 一般的に、Ｊ行列を用いるスペクトル解析の精度は、多数の要因によって影響されることがある。例えば、Ｊ行列を用いるスペクトル解析の結果が雑音によって影響される程度は、信号対雑音比とＪ行列及びその逆行列の条件との双方に依存する。]
[0197] 一般的に、走査増分が極端に不均一であり、異なるｍに対してＸｍがほぼ同一値であると、基底関数は、ほとんど独立ではなく、行列は、条件が悪くなり、従って、雑音が存在すると、計算したスペクトルの解は、不安定になる。]
[0198] 雑音による安定性の問題の場合、より高い安定性は、スペクトルの大きさがゼロより大きいと予想される周波数帯にスペクトル解析を限定することによって達成し得ると考えられる。Ｊ行列は、この時、（列が行より少ない）矩形になる。その結果、線形方程式系は、優決定状態となる。最小二乗法の定義における最適解を計算する。矩形行列の逆行列は存在しないため、その行列の疑似逆行列を計算することになるが、これは、例えば、特異値分解（ＳＶＤ）又は以下の形式のムーア・ペンローズ（Ｍｏｏｒｅ−Ｐｅｎｒｏｓｅ）逆行列を用いて行い得る。]
[0199] 上式において、上付き文字Ｔは、行列の転置を示す。安定化することの他に、矩形Ｊ行列による方法は、特に、逆行列を多くのデータベクトルに乗算しなければならない場合、速いという利点も有する。]
[0200] 数学的表現は、現時点では、不均一なサンプリング位置において取られたデータをスペクトル解析可能であり、もっと一般的な信号歪みを補償するためにも拡張し得る。これら追加の歪みは、カメラフレームｍの関数（干渉計用途における光源の変動等）や、周波数成分ｎの関数（測定構成における要素のスペクトルフィルタ効果等）や、その組合せ（スペクトル変動光源等）であり得る。これらの影響は、関数Ｉｍ，ｎに集約される。この関数を監視するには、独立した計測が必要である。場合によっては、サンプリング位置に関する情報を含む関数Ｉｍ，ｎ及び関数Ｘｍは、擾乱信号]
[0201] （スペクトル解析しなければならないデータ）より高いレートで測定できる。そして、Ｊ行列要素は、式２９の右辺に示した形式の項の加重平均になる。ここで、Ｓは、]
[0202] の要素を測定するセンサの蓄積時間（例えば、カメラのフレーム蓄積時間）内に監視されるＩ及びＸの値の数である。新しい組の基底関数を用いて、Ｊ行列の一般形式を公式化する。]
[0203] この一般形式のＪ行列は、様々な歪み監視場面について、簡素化することができる。その内の２つについて以下に略述する。]
[0204] 幾つかの実施形態では、強度及びスキャナ位置は、カメラフレーム当り一度監視され、強度変化は、カメラフレーム内において小さく（例えば、カメラシャッタ時間が短い場合）、また、光源の輝度変動は、全周波数に同様に影響を及ぼす。式３４における平均の計算は、１つの被加量に限定される。Ｉは、フレームｍのみの関数となる。式３４は、光源の輝度変動を説明するＪ行列の式に簡略化される。]
[0205] 幾つかの実施形態では、強度及びスキャナ位置は、カメラフレーム当り一度監視され、走査による輝度変化は、カメラフレーム内において著しく（カメラシャッタ時間が長い）、また、輝度変動は、周波数に依存する。カメラフレーム当り１つのスキャナ位置だけを測定するが、推定値は、フレーム蓄積時間内におけるスキャナの動き及び測定に対する結果的な影響について与えることができる。フレームｍ−１とｍ＋１との間におけるスキャナの線形運動を仮定すると、量Ｘは、カメラフレームｍ内においてＸｍ−Ｔ・ＦＲ・（Ｘｍ＋１−Ｘｍ−１）／４からＸｍ＋Ｔ・ＦＲ・（Ｘｍ＋１−Ｘｍ−１）／４まで変化する。ここで、Ｔは、カメラフレームの蓄積時間であり、ＦＲは、Ｈｚ（１／ｓ）の単位で測定されたカメラのフレームレートである。式３４における和は、積分で置き換えられ、これを解くと、以下のようになる。]
[0206] 上式では、定義ｓｉｎｃ（ｘ）＝ｓｉｎ（πｘ）／πｘを用い、また、カメラフレーム蓄積時間内において一定の光源輝度を仮定した。式３６の表現は、カメラのフレーム蓄積時間が有限であるため、縞のコントラストが周波数に依存して低減することを反映する。第１及び最終カメラフレームの場合、ｓｉｎｃ関数内の分数は、それぞれ、Ｘｍ＋１−Ｘｍ及びＸｍ−Ｘｍ−１によって置き換えられる。]
[0207] 式３４の関数Ｉ、又は式２９及び３４の関数Ｘを全てのカメラ画素について同様に表すことのできない干渉法用途がある。そのような場合、Ｊ行列は、個々のカメラ画素又はカメラ画素のグループについて計算しなければならない。画素依存変動の理由としては、可能性として、干渉空胴がピストンのような走査動作を乱す先端のそり反ったような運動や、主に視野周辺部の画素に影響を及ぼす「けられ」や、走査動作に対する面法線角度の変動（例えば、参照球を備えたフィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）タイプの干渉計を用いて球面を測定する場合）が挙げられる。]
[0208] 信号それ自体のスペクトル解析を必要としない用途も、Ｊ行列法を用いる信号解析により恩典を得られる。上記手順は、ＤＦＴの代用と見なし得ることから、計算したスペクトルの逆ＤＦＴにより、元の信号と等価な信号が明らかになるが、この信号は、均一な増分でサンプリングされ、また、Ｊ行列の計算において考慮されたあらゆる他の影響（光源変動、有限のフレーム蓄積時間による縞コントラスト減少等）を受けない。]
[0209] Ｊ行列法の３つの変種が、図１１、１２Ａ、及び１２Ｂに示すフローチャートに要約されている。具体的には、図１１のフローチャートは、Ｊ行列法を用いるスペクトル解析を示す。図１２Ａのフローチャートは、更なる信号歪みを補償する拡張Ｊ行列] 図１１ 図１２Ａ
[0210] を示す。他方、図１２Ｂは、補正された干渉信号を再構築するためのＪ行列の数学的表現の使用方法を示す。] 図１２Ｂ
[0211] 図１１において、Ｊ行列法は、データ生成部（１１５１）及びスペクトル解析部（１１３３）を伴い、結果としてＮ個のスペクトル（１１５９）を生成する。データ生成１１５１には、例えば、データ取込み及び走査動作の決定（１１５３）が含まれ、これにより、Ｎ個の走査位置（１１５５）及びＮ個の干渉データセット（１１５７）がスペクトル解析部（１１３３）に提供される。Ｎ個の走査位置１１５５は、等距離でない場合もあるが、偏差は、決定された走査動作履歴から分かっている。Ｎ個の干渉データセット１１５７は、干渉系の一次光源及び検出器を用いて取り込んだ低コヒーレンス干渉信号に対応する。] 図１１
[0212] スペクトル解析１１３３は、Ｎ個の干渉データセット１１５７のスペクトル分解を伴い、また、更なる解析用の出力として、Ｎ個のスペクトル１１５９を提供する。具体的には、スペクトル解析１１３３には、Ｊ行列を構築する段階（１１６１）と、Ｊ行列を逆行列にする段階（１１６３）と、逆Ｊ行列にデータセット１１５７を乗算する段階（１１６５）と、が含まれる。]
[0213] Ｊ行列を構築するために、まず、異なる周波数に対応する基底関数を計算し（１１６１Ａ）、そして、基底関数を列とするＪ行列を形成する（１１６１Ｂ）。一般的に、基底関数は、所定の擾乱走査位置における純粋な振動信号の値に対応する。]
[0214] Ｎ個のスペクトル１１５９は、走査の評価のために直接用いるか、又は他の選択肢もしくは追加として、例えば、ＤＦＴの（未修正の）基底関数に基づき、補正された干渉信号を再構築するために用い得る。]
[0215] 次に、図１２Ａにおいて、拡張Ｊ行列の場合、データ生成部（１２７１）は、Ｊ行列法と同様である。異なる点は、データ生成部が、追加的に更に信号を歪ませＪ行列を構成するためにも考慮される影響１２７３を測定することである。具体的には、拡張Ｊ行列の基底関数は、更に信号を歪ませる影響１２７３に応じて修正された所定の擾乱走査位置における純粋な振動信号の値に対応する。スペクトル解析１２３３には、Ｊ行列法と同様の段階が含まれる。しかしながら、Ｊ行列を構築する段階は、更に信号を歪ませる影響１２７３の記録に基づき修正される異なる周波数に対応する基底関数を計算する段階を伴う。] 図１２Ａ
[0216] 図１２Ｂに示すフローチャートは、拡張Ｊ行列の応用例を示す。この場合、Ｎ個のスペクトル１１５９は、図１２Ａにおいて略述した手順と同じやり方で計算される。その後、補正されたスペクトルは、逆ＤＦＴの適用１２１２によって導出されるＮ個の補正された干渉データセット１２１１の組を再構築するために用いられる。] 図１２Ａ 図１２Ｂ
[0217] 図１３Ａ乃至１５Ｃは、異なる低コヒーレンス信号の例に適用された場合、Ｊ行列法が、従来のＤＦＴと比較してどのように機能するかについて数値実験を介して示す。
図１３Ａ乃至１３Ｅは、振動及びカメラ雑音のない信号（即ち、走査エラーを有さない信号）の場合のデータを示す。図１３Ａは、信号自体を示すが、これは、人工的に生成した余弦関数であり、ガウス包絡線を伴う。実線は、非擾乱連続信号であり、これに対して、実際のデータ点は、点によって示す。それら信号点は、ＳＷＬＩ信号全体の約４分の１だけを示す。図１３Ｂ乃至１３Ｅは、ＤＦＴ及びＪ行列法によって取得されたスペクトル振幅並びにスペクトルエラーの大きさを示す。具体的には、図１３Ｂ及び１３Ｄは、ＤＦＴ法を用いる場合のスペクトル及びスペクトルエラーを示し、一方、図１３Ｃ及び１３Ｅは、Ｊ行列法を用いる場合のスペクトル及びスペクトルエラーを示す。走査エラーの無い状態では、ＤＦＴ及びＪ行列周波数スペクトルは、同じガウス分布を有し、また、スペクトルエラーは、双方共ゼロである。] 図１３Ａ 図１３Ｂ 図１３Ｃ
[0218] 図１４Ａ乃至１４Ｅは、図１３Ａ乃至１３Ｅに示したものと同様のデータに対する図を示す。しかしながら、ここで、データ点は、依然として理想的な曲線上にあるが、不均一に分散した走査位置で取得されている。図１４Ｂで分かるように、ＤＦＴ法を用いる場合、走査エラーにより、周波数スペクトルは、理想的なガウス曲線から逸脱する。厳密なサンプル位置に関する情報は、標準的ＤＦＴ法使用時、失われ、従って、図１４Ｄから明らかなように、スペクトルにエラーが生じる。しかしながら、図１４Ｃ及び１４Ｅは、Ｊ行列法が、依然としてエラーの無いスペクトルを取得することを示す。] 図１３Ａ 図１４Ａ 図１４Ｂ 図１４Ｃ 図１４Ｄ
[0219] 図１５Ａ乃至１５Ｅは、図１３Ａ乃至１３Ｅに示したものと同様の図を示すが、例外は、ここでは、不均一なサンプリング及びフロアノイズの双方が信号に影響を及ぼす点である。図１５Ａで分かるように、その結果は、データ点が、理想的な曲線から逸脱し、更に、不均一な走査増分で分布することである。図１５Ｂ乃至１５Ｅにおいて、フロアノイズにより、ＤＦＴ及びＪ行列のスペクトルは、双方共、滑らかに変動する関数であることから逸脱し、スペクトルにエラーが生じる。しかしながら、一般的に、エラーの大きさは、ＤＦＴ法の場合が、Ｊ行列法の場合より大きい。] 図１３Ａ 図１５Ａ 図１５Ｂ
[0220] 図１３Ａ乃至１５Ｅに関連して上述した例では、サンプル位置は、厳密に等距離の位置から期間のＲＭＳの約１６分の１だけ逸脱するように設定し、また、図１５Ａ乃至１５Ｅにおけるカメラの雑音レベルは、全信号範囲の１％のＲＭＳであった。] 図１３Ａ 図１５Ａ
[0221] 実際には、Ｊ行列法を用いる恩典は、エラー源の組み合わせに依存する。例えば、振動が主なエラー源であり、その振動を監視できる場合、Ｊ行列は、測定精度を大幅に改善し得る。監視しない雑音が支配的である場合、Ｊ行列法は、あまり役に立たないことがある。]
[0222] Ｊ行列法について、低コヒーレンス干渉計（例えば、ＳＷＬＩ干渉計）を用いて行う測定の精度を改善することに関して議論してきたが、Ｊ行列法は、更に一般的に、他の種類の干渉データに適用し得る。例えば、Ｊ行列法は、コヒーレンス長の長い干渉計を用いて取り込んだ（即ち、正弦波縞を含むが、ＳＷＬＩ信号のようにガウス包絡線で変調されない）信号を解析するために用い得る。理論による拘束は望まないが、数値実験を用いて、そのような信号に対するＪ行列の使用方法について実証する。図１６Ａ乃至１６Ｂにおいて、例えば、純粋な正弦波の８０期間から構成される信号を、所定間隔において完全にランダムなサンプリング位置で１００サンプルだけサンプリングする。図１６Ａは、信号の図を示し、この場合、サンプルデータ点は、正弦波曲線上の点によって示す。ナイキストの観点では、信号は、アンダーサンプリングである。特に図１６Ｂでは、１００個のデータ点が、１００×１００のＪ行列で解析されたが、この場合、Ｊ行列は、所定間隔区間及びそれらの負の片割れにおける５０乃至９９の期間に相当する基底関数から構成した。周波数成分に関する何らかの情報が存在すると仮定した。選択的な周波数帯を用いて、基底関数を定義した。データは、無雑音であった。Ｊ行列スペクトルは、間隔区間当り８０サイクルで明確なピークを示し、Ｊ行列法が高い信頼度で機能することを示す。] 図１６Ａ 図１６Ｂ
[0223] 図１７Ａ乃至１７Ｃにおいて、図１６Ａに示すものと同じデータを用いて、信号範囲の２％に対応する追加の雑音を信号に付加して、第２の数値実験を実施した。２つのＪ行列解析をこのデータについて行った。特に図１７Ｂにおいて、第１解析では、悪条件の１００×１００のＪ行列法を用いて、エラー続出の周波数スペクトルを生成した。図１７Ｃにおいて、第２解析では、データは、１００×８０のＪ行列を用いて解析され、正しい周波数で明確なピークが生じた。] 図１６Ａ 図１７Ａ 図１７Ｂ 図１７Ｃ
[0224] 図１８において、補正された信号スペクトルの単なる計算とは反対に、有歪干渉信号を回復するために拡張Ｊ行列を用いる数値実験を実施した。本例は、低コヒーレンス干渉計で起こり得る６つの信号（（ａ）乃至（ｆ）で表記）を示す。この場合、信号（ｂ）から信号（ｅ）まで、信号を歪ませる作用をより多く追加した。この系列は、信号（ａ）から始まるが、無歪干渉信号を示す。信号（ｂ）は、不均一な走査増分による走査に対応する。或る程度の光源変動が、信号（ｃ）に追加されており、一方、信号（ｄ）には、有限のフレーム蓄積時間の影響が含まれていた。この効果は、フレーム１２８周辺で最も明らかである。追加した最後の雑音源は、カメラ雑音であり、結果的に有歪干渉信号（ｅ）が生じた。拡張Ｊ行列の基底関数には、信号を歪ませる作用が、全て含まれるが、独立に監視できないカメラ雑音は除く。スペクトルの計算後、逆ＤＦＴにより、補正した干渉信号（ｆ）が明らかになった。元の無歪信号は、比較のために破線として重ねている。この実験では、矩形２５６×１８１要素の拡張Ｊ行列が、高い周波数範囲を除去した状態で用いられた。] 図１８
[0225] 上述したように、不均一にサンプリングされた走査位置Ｘｍに関する情報は、様々な供給源から提供し得る。もちろん、幾つかの実施形態では、情報は、例えば、図１、７、９、及び１０に示した実施形態に関連して述べた監視システムの測定値に基づき提供される。しかしながら、更に一般的に、情報は、他の供給源から提供し得る。例えば、情報は、加速度計、接触式プローブ、静電容量式ゲージ、空気ゲージ、光学エンコーダ（例えば、線形光学エンコーダ）を用いて又は低コヒーレンス干渉データ自体の解釈に基づく技法により得ることができる。] 図１
[0226] 複合参照体
幾つかの実施形態では、走査エラーに関する情報は、複合参照体を用いて決定する。複合参照体とは、少なくとも２つの参照境界面、即ち、一次参照境界面及び二次参照境界面を有する参照物体である。]
[0227] 一次参照境界面は、従来の参照境界面として構成され、他方、二次参照境界面は、干渉顕微鏡のＯＰＤを走査する間、情報を提供し、それにより干渉顕微鏡に対して被験物体の変位を監視できるように構成される。一般的に、二次参照境界面は、一次参照境界面に対して機械的に固定される。]
[0228] 一次参照及び二次参照境界面の効果は、視野に依存し、系の視野に渡って少なくとも位相が変動する複素実効反射率を提供することである。一般的に、実効反射率は、干渉像に関する全体的な又は低空間周波数の位相オフセットを円滑に決定するように構成される。]
[0229] 複合参照体の動作原理について、図１９乃至３１に関連して述べる。
図１９は、フィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）型レーザ干渉系２０００の一実施形態の略図を示す。フィゾー型レーザ干渉系２０００には、光源２１６３、ビームスプリッタ２１９８、被験物体２１７５及び複合参照体２１００によって形成された干渉空胴を含む。複合参照体２１００は、反射率ｒ１の一次参照面２１８１Ａ及び反射率ｒ２の二次参照面２１８１Ｂを有する。複合参照体２１００は、干渉走査を実施するために、アクチュエータ２１９３（移相器とも称する）でＺ方向に変位可能である。干渉系２０００は、更に、一次カメラ２１９１及び開口２１０６、並びに二次カメラ２１９９（監視カメラとも称する）を含む。図１９では、レンズ等の追加の光学要素、又は撮像干渉系の他の特徴を示さないが、その内の幾つかは、例えば、図２８に関連して説明する。] 図１９ 図２８
[0230] 二次参照面２１８１Ｂは、そこから反射した光が、一次カメラ２１９１からは遮られるが、二次カメラ２１９９には入射するように方向が決められる。監視カメラ２１９９及び複合参照体２１００は、協働して、アクチュエータ２１９３で始動する走査運動の開始位置を基準にした瞬間的平均光路長変化等の干渉空胴の特性（ピストンとも称する）を決定する。]
[0231] 監視カメラ２１９９は、複合参照体２１００の一次参照面２１８１Ａ、二次参照面２１８１Ｂ、及び被験物体２１７５によって生成された干渉パターンを捉え、他方、一次カメラ２１９１は、一次参照面２１８１Ａ及び被験物体２１７５の二表面の干渉だけを捉える。監視カメラ２１９９によって収集された干渉空胴に関する情報により、例えば、振動又は空気の乱れがある状態でも、被験物体２１７５への光路全体に関する情報を提供することによって、物体の３Ｄ面の高さを円滑に生成できる。]
[0232] 理論による拘束は望まないが、干渉信号は、システム２０００を用いて次のように生成する。図１９では、被験物体２１７５の表面は、複素反射率ｒ０を有し、一次参照面２１８１Ａは、反射率ｒ１を有し、また、二次参照面２１８１Ｂは、反射率ｒ２を有すると仮定する。これら全ての反射率は、横座標ｘ，ｙへの依存性を有し得る。光源２１６３から生じる光は、被験物体２１７５の表面からだけでなく、部分的に一次及び二次参照面２１８１Ａ及び２１８１Ｂの双方からも反射する。しかしながら、一次カメラ２１９１は、一次参照面２１８１Ａ及び被験物体２１７５から反射した光だけを検出する。これは、二次参照面２１８１Ｂは、その反射が開口２１０６によって遮られるように傾けられているためである。監視カメラ２１９９は、これに反して、開口を有さず、従って、３つ全ての反射を捉える。] 図１９
[0233] 一次カメラ２１９１で検出した干渉は、次のように記述し得る。]
[0234] 上式において、強度反射率は、
Ｒ０＝｜ｒ０｜２・・・（３８）
Ｒ１＝｜ｒ１｜２・・・（３９）
また、位相θは、物体表面の高さｈに比例する。]
[0235] ｈ＝（λ／４π）θ・・・（４０）
θ＝ａｒｇ（ｒ０）・・・（４１）
また、参照体に関連した位相プロファイルオフセットは、
φ＝ａｒｇ（ｒ１）・・・（４２）
監視カメラ２１９９について、干渉は、次のように記述できる。]
[0236] 上式において、
Ｐ＝｜ρ１｜２・・・（４４）]
[0237] この場合、所定の実効複合参照体反射率は以下の通りである。]
[0238] ρ＝ｒ１＋ｒ２・・・（４６）
一例として、図２０は、複合型強度反射率プロファイルＰを示す。複合型強度反射率プロファイルＰは、１００×１００画素の格子に渡ってシミュレーションによって計算された。この場合、被験物体２１７５は、存在せず、一次参照面２１８１Ａと二次参照面２１８１Ｂとの間の相対的な傾きが、２波長分の光路差にまで蓄積され、視野（ＦＯＶ）全体に渡って一次反射率Ｒ１が４％、二次反射率Ｒ２が０．４％である。] 図２０

权利要求:

請求項1
装置であって、被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成して、検出器上に干渉パターンを形成する干渉計光学系を含む広帯域走査干渉計システムであって、前記試験光及び前記参照光は、共通の光源から導出され、前記干渉計システムは、更に、前記共通の光源から前記検出器への前記試験光と前記参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、一連のＯＰＤ増分の各々に対する前記干渉パターンを記録する前記検出器を含む検出系とを含み、各ＯＰＤ増分の周波数は、フレームレートを定義し、前記干渉計光学系は、更に、前記ＯＰＤの走査時の前記ＯＰＤの変化を各々示す少なくとも２つの監視干渉信号を生成するように構成され、前記検出系は、更に、前記監視干渉信号を記録するように構成される、前記広帯域走査干渉計システムと、前記検出系及び走査ステージに電子的に結合され、前記フレームレートより高い周波数において、前記ＯＰＤ増分への摂動に対する感度で、前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される電子プロセッサとを備える装置。
請求項2
請求項１に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記共通の光源のコヒーレンス長より大きい範囲に渡って前記ＯＰＤを走査するように構成される、装置。
請求項3
請求項１に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記被験物体に対して前記干渉計光学系の焦点を変動させることによって、前記ＯＰＤを走査するように構成される、装置。
請求項4
請求項１に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記被験物体に対して前記干渉計光学系の焦点を変動させることなく前記ＯＰＤを走査するように構成される、装置。
請求項5
請求項４に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記干渉計光学系に対して前記参照物体の位置を変動させることによって、前記ＯＰＤを走査する、装置。
請求項6
請求項１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、ミロー対物レンズを含む、装置。
請求項7
請求項１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、リンニク対物レンズを含む、装置。
請求項8
請求項１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、前記被験物体を前記検出器に結像するように構成される、装置。
請求項9
請求項１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、瞳面を定義し、前記瞳面を前記検出器に結像するように構成される、装置。
請求項10
請求項９に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記ＯＰＤが、前記瞳面の位置に依存して変動する方法で前記ＯＰＤを走査するように構成され、前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定することは、前記干渉パターンの位置依存性を説明することを含む、装置。
請求項11
請求項１０に記載の装置であって、前記走査ステージは、前記被験物体に対して前記干渉計光学系の焦点を変動させることなく前記ＯＰＤを走査するように構成される、装置。
請求項12
請求項１に記載の装置であって、前記干渉計光学系は、前記干渉計光学系によって提供された出力光から監視光を導出するように構成された光学部品を含み、前記出力光は、前記試験光及び参照光を含む、装置。
請求項13
請求項１２に記載の装置であって、前記光学部品は、前記出力光の一部を前記検出器に向け、前記出力光の他の一部を、前記監視干渉信号を記録するように構成された二次検出器に向けるように構成されたビームスプリッタである、装置。
請求項14
請求項１２に記載の装置であって、前記光学部品は、前記出力光の一部を前記検出系に向けるように構成されたスペクトルフィルタであり、前記監視干渉信号は、前記出力光の前記一部に基づき検出される、装置。
請求項15
請求項１４に記載の装置であって、前記一部は、前記出力光の単色部分である、装置。
請求項16
請求項１２に記載の装置であって、前記監視光は、前記共通の光源から導出される、装置。
請求項17
請求項１６に記載の装置であって、前記監視光は、前記試験光及び参照光のスペクトル成分に対応する、装置。
請求項18
請求項１２に記載の装置であって、前記干渉パターンは、前記出力光の強度プロファイルに対応する、装置。
請求項19
請求項１２に記載の装置であって、前記監視光は、前記共通の光源と異なる二次光源から導出される、装置。
請求項20
請求項１９に記載の装置であって、前記監視光の光源は、前記共通の光源のコヒーレンス長より長いコヒーレンス長を有する、装置。
請求項21
請求項１に記載の装置であって、前記電子プロセッサは、対応する正弦波関数を前記少なくとも２つの監視干渉信号の各々と適合させることによって、前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される、装置。
請求項22
請求項２１に記載の装置であって、前記監視干渉信号は、各々、前記ＯＰＤの走査中、前記検出器を用いて取り込まれた複数のサンプリングされたデータ点を含み、前記正弦波関数を前記監視干渉信号と適合させることは、前記サンプリングされたデータ点を補間して、補間された信号を提供することを含む、装置。
請求項23
請求項２２に記載の装置であって、前記正弦波関数を前記監視干渉信号と適合させることは、更に、前記補間された信号に基づき、公称干渉位相に各干渉信号を関連付けることを含む、装置。
請求項24
請求項２３に記載の装置であって、前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定することは、更に、対応する前記公称干渉位相に基づき、前記監視干渉信号の測定された位相の偏差を計算することを含む、装置。
請求項25
請求項１に記載の装置であって、前記少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる干渉位相を有する、装置。
請求項26
請求項１に記載の装置であって、前記少なくとも２つの監視干渉信号は、異なる周波数を有する、装置。
請求項27
請求項１に記載の装置であって、前記検出器は、多素子検出器である、装置。
請求項28
請求項２７に記載の装置であって、多素子検出器は、前記少なくとも２つの監視干渉信号を記録するように構成された素子を含む、装置。
請求項29
請求項１に記載の装置であって、前記検出系は、前記一次検出器とは別の二次検出器を含み、前記二次検出器は、前記少なくとも２つの監視干渉信号を記録するように構成される、装置。
請求項30
請求項２９に記載の装置であって、前記二次検出器は、各素子が、対応する監視干渉信号を記録するように構成された多素子検出器である、装置。
請求項31
請求項１に記載の装置であって、前記電子プロセッサは、更に、前記検出器を用いて記録された前記干渉パターンに対応する一次干渉信号に基づき、前記被験物体に関する情報を決定するように構成されている、装置。
請求項32
請求項３１に記載の装置であって、前記情報を決定することは、前記ＯＰＤ増分に関する情報に基づき、前記情報の不確定性を低減することを含む、装置。
請求項33
方法であって、走査干渉系を用いて生成された低コヒーレンス干渉信号を提供することであって、前記走査干渉系は、一連のＯＰＤ増分の各々について試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査する間に、干渉計光学系を用いて、被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成することによって、前記低コヒーレンス干渉信号を生成して、検出器上に干渉パターンを形成し、前記検出器は前記干渉パターンを記録し、各ＯＰＤ増分の周波数は、フレームレートを定義する、前記低コヒーレンス干渉信号を提供すること、前記干渉計光学系を用いて各々生成され、前記ＯＰＤの走査時の前記ＯＰＤの変化を各々示す少なくとも２つの監視干渉信号を提供すること、前記監視干渉信号に基づき、前記フレームレートより高い周波数において、前記ＯＰＤ増分への摂動に対する感度で前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定することを備える方法。
請求項34
表示パネルを作製するためのプロセスであって、前記表示パネルの構成要素を提供すること、請求項３３の方法を用いて、前記構成要素に関する情報を決定すること、前記構成要素を用いて、前記表示パネルを形成することを備えるプロセス。
請求項35
方法であって、被験物体に１つ又は複数の干渉信号を提供することであって、前記干渉信号は、雑音のために、必ずしも全てが互いに等間隔に配置されていない一連の光路差（ＯＰＤ）値に対応している、前記１つ又は複数の干渉信号を提供すること、前記一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報を提供すること、前記干渉信号の各々を、異なる周波数に各々対応し、前記不等間隔で配置されたＯＰＤ値でサンプリングされる複数の基底関数からの寄与に分解すること、前記複数の基底関数の各々から前記干渉信号の各々への寄与に関する情報を用いて、前記被験物体に関する情報を決定することを備える方法。
請求項36
請求項３５に記載の方法であって、前記基底関数の各々からの寄与への各干渉信号の分解は、各干渉信号に対する各基底関数の振幅及び位相に関する情報を含む、方法。
請求項37
請求項３５に記載の方法であって、各基底関数は、前記不等間隔で配置されたＯＰＤ値でサンプリングされる正弦波基底関数である、方法。
請求項38
請求項３５に記載の方法であって、前記分解は、線形分解である、方法。
請求項39
請求項３５に記載の方法であって、前記１つ又は複数の干渉信号は、前記被験物体の異なる位置に対応する複数の干渉信号を含む、方法。
請求項40
請求項３５に記載の方法であって、前記１つ又は複数の干渉信号は、前記干渉信号を生成するために前記被験物体の照射に用いられる対物レンズの瞳面の異なる位置に対応する複数の干渉信号を含む、方法。
請求項41
請求項４０に記載の方法であって、前記干渉信号の各々は、同じ複数の基底関数からの寄与に分解される、方法。
請求項42
請求項３５に記載の方法であって、各干渉信号は、前記被験物体から出現する試験光が、異なるＯＰＤ値の各々について検出器上で参照光と合成される際に測定された干渉強度値に対応し、前記試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、前記ＯＰＤは、前記共通の光源から前記検出器への前記試験光と前記参照光との間の光路長差である、方法。
請求項43
請求項３５に記載の方法であって、前記複数の基底関数は、非直交基底関数を含む、方法。
請求項44
請求項４３に記載の方法であって、前記複数の基底関数は、線形独立基底関数である、方法。
請求項45
請求項３５に記載の方法であって、前記干渉信号を分解することは、行列を形成することであって、前記行列の各列が基底関数に対応する、前記行列を形成すること、前記行列の逆行列を計算すること、前記逆行列を各干渉信号に適用することを含む、方法。
請求項46
請求項４５に記載の方法であって、各基底関数の要素の数が、基底関数の数を超える、方法。
請求項47
請求項３５に記載の方法であって、各干渉信号は、前記被験物体から出現する試験光が、異なるＯＰＤ値の各々について検出器上で参照光と合成される際に測定された干渉強度値に対応し、前記試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、各基底関数は、エラーがない干渉信号に対応する公称値からの前記測定された干渉強度値の変動の根拠を示す、方法。
請求項48
請求項４７に記載の方法であって、前記変動は、前記光源の強度レベルの変動に起因するものである、方法。
請求項49
請求項４７に記載の方法であって、前記変動は、前記検出器の有限のフレーム蓄積時間に起因するものである、方法。
請求項50
請求項３５に記載の方法であって、前記一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報を提供することは、前記ＯＰＤの変化を示す少なくとも１つの監視干渉信号を生成することを含み、前記監視干渉信号は、前記一連のＯＰＤ値に対応する前記干渉信号が取り込まれる間に生成される、方法。
請求項51
請求項５０に記載の方法であって、前記一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報は、複数の監視干渉信号を生成することを含む、方法。
請求項52
請求項５１に記載の方法であって、前記監視干渉信号は、前記一連のＯＰＤ値に対応する前記干渉信号を生成するために用いられるのと同じ干渉計光学系を用いて生成される、方法。
請求項53
請求項３５に記載の方法であって、前記情報を用いることは、前記複数の基底関数の各々から前記干渉信号の各々への寄与に関する情報に基づき、補正された干渉信号を構築すること、前記補正された干渉信号に基づき、前記被験物体に関する情報を決定することを含む、方法。
請求項54
請求項３５に記載の方法であって、前記一連のＯＰＤ値の不等間隔に関する情報は、変位測定干渉計、加速度計、接触式プローブ、静電容量式ゲージ、空気ゲージ、及び光学エンコーダから成るグループから選択されたセンサを用いて生成される、方法。
請求項55
表示パネルを作製するためのプロセスであって、前記表示パネルの構成要素を提供すること、請求項３５の方法を用いて、前記構成要素に関する情報を決定することであって、前記構成要素は、前記被験物体に対応する、前記決定すること、前記構成要素を用いて、前記表示パネルを形成することを備えるプロセス。
請求項56
請求項５５に記載のプロセスであって、前記構成要素は、間隙によって分離された１対の基板を含み、前記情報は、前記間隙に関する情報を含み、前記表示パネルを形成することは、前記情報に基づき、前記間隙を調整することを含む、プロセス。
請求項57
請求項５５に記載のプロセスであって、前記構成要素は、基板と、前記基板上のレジスト層とを含み、前記情報は、前記レジスト層の厚さに関する情報を含む、プロセス。
請求項58
請求項５５に記載のプロセスであって、前記構成要素は、スペーサを含む基板を含み、前記情報は、前記スペーサに関する情報を含む、プロセス。
請求項59
請求項５８に記載のプロセスであって、前記表示パネルを形成することは、前記情報に基づき、前記スペーサを修正することを含む、プロセス。
請求項60
干渉計システムと電子プロセッサとを備える装置であって、前記干渉計システムは、被験物体からの試験光と参照物体からの参照光を合成して、検出器上に干渉パターンを形成する干渉計光学系を含み、前記試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、前記干渉計システムは、更に、前記共通の光源から前記検出器への前記試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、一連の各ＯＰＤ値の前記干渉パターンを記録し、１つ又は複数の干渉信号を提供する検出器を含む検出系とを含み、前記電子プロセッサは、前記検出系に結合され、前記１つ又は複数の干渉信号に基づき、前記被験物体に関する情報を決定するように構成され、前記一連のＯＰＤ値は、雑音のために、必ずしも全てが互いに等間隔に配置されておらず、前記電子プロセッサは、異なる周波数に各々対応し、不等間隔で配置されたＯＰＤ値でサンプリングされる複数の基底関数からの寄与に前記干渉信号の各々を分解することによって、前記被験物体に関する情報を決定するように構成される、装置。
請求項61
走査干渉計システムと電子プロセッサとを含む装置であって、前記走査干渉計システムは、照射角度の範囲に渡って試験光を被験物体に向け、前記被験物体から反射された試験光と参照物体からの参照光を合成して、多素子検出器上に干渉パターンを形成する干渉計光学系を含み、前記試験光及び参照光は、共通の光源から導出され、前記干渉計光学系は、前記検出器の異なる素子が、前記試験光による前記被験物体の異なる照射角度に対応するように、合成された光の少なくとも一部を前記検出器に向けるように構成され、前記干渉計システムは、更に、前記共通の光源から前記検出器への前記試験光と参照光との間の光路差（ＯＰＤ）を走査するように構成された走査ステージと、一連のＯＰＤ増分の各々に対する前記干渉パターンを記録する検出器を含む検出系とを含み、前記走査干渉計システムは、更に、前記ＯＰＤの走査時の前記ＯＰＤの変化を示す少なくとも１つの監視干渉信号を生成するように構成されており、前記電子プロセッサは、前記検出系及び走査ステージに電子的に結合され、前記ＯＰＤ増分への摂動に対する感度で前記ＯＰＤ増分に関する情報を決定するように構成される、装置。
請求項62
装置であって、対物レンズ及び前記対物レンズに対して移動可能なステージを含む干渉顕微鏡と、入力放射光からの第１波面及び第２波面を導出し、前記第１及び第２波面を合成して、出力放射光を提供するように構成されたセンサであって、前記出力放射光は、前記第１及び第２波面の経路間の光路長差に関する情報を含み、前記センサは、前記第１波面の経路に配置された反射性要素を含み、前記反射性要素は、前記対物レンズ又は前記ステージのいずれかに搭載される、前記センサと、前記センサに前記入力放射光を出力するように、又は、前記センサから対応する検出器に前記出力放射光を出力するように構成されたファイバ導波路と、前記センサからの前記情報に基づき、前記対物レンズに対する前記ステージの変位を監視するように構成された電子コントローラとを備える装置。