JP2752003B2 - 走査機能を備えた検査干渉計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［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本の光線の長さの異な
る複数の光路に沿って送られる工学器械であり、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工学式変調
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（Vol.3
0,No.11,p.p.249−250）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光する。
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
隔の関数として線計に変化する。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本の直交偏光複光線にコヒー
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図の複合ウォラストン・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。

両照射により静止表面情報を捕捉する場合、面配列CC
D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0.7粍の直径を有し、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、上部光線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40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42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
移動する光源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図の円柱レンズ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、複合ウェラストン・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10
1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8
6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106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.249−250）でMakos
ch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116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16を測定する
際に他に有用である。

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106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、
上記照射光路33によって得られる照度が照射度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126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126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。表面の隆起と窪みはどち
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180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1
6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138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12
5が示す方向に偏向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127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129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1
49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から反射して度る照射が拡散する。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114および1
46が反射光線の狭い中央部分だけを走査するように配置
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20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計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 (56)参考文献 特開 昭62−197706（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−18803（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−289704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−211503（ＪＰ，Ａ) 特公 昭44−16719（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭53−2076（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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
   から進行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、 収束角で進行して交差平面内で交差するように所定の発
   散角度で進行する前記副光線を方向付けるビーム再方向
   付け手段とを備え、 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、 さらに、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上
   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ビーム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ビーム投影手
   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、 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備え、 前記位相角感知手段が、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干渉計装置。
2. 【請求項２】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１に記載の干渉計装
   置。
3. 【請求項３】狭い平行照射線を形成するコヒーレント・
   ビームを発生する照射手段を備え、 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み、 さらに、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
   分割手段から進行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、 収束角で進行して交差平面内で交差するように所定の発
   散角度で進行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上に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の感知手段とを備え、 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て、前記ビーム分割手段から第１の
   光路距離にある前記第１の感知手段上で再合成および集
   束され、 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、 さらに、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の感知手段と、 前記テスト表面を前記ビーム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ビーム投影手
   段の後ろまで前記テスト・サンプルを駆動する走査機構
   とを備えることを特徴とする干渉計装置。
4. 【請求項４】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持つ第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
   に延びる軸を持つ第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３に記載の干渉計装置。
5. 【請求項５】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含むことを特徴とする、請求項４
   に記載の干渉計装置。
6. 【請求項６】光軸に沿って光線を投影するビーム投影手
   段を備え、 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、前記光軸に対して垂直
   であり、 前記ビーム投影手段が、前記第１の方向から22.5度の角
   度の結晶軸を持つ第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
   るレーザとを含み、 さらに、前記光軸に沿って直列に位置合せされた第１お
   よび第２のウォラストン・プリズムを備え、 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、 前記第１の方向に偏光した前記レーザ・ビームが、前記
   第２の二分の一波長板を介して前記第１のウォラストン
   ・プリズムに方向付けられ、 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ようにされ、 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、前記光軸に対して垂
   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
   光軸に対して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、 さらに、前記クロスオーバ点に焦点面を持つ対物レンズ
   と、 前記対物レンズの前部焦点面においてテスト表面を持つ
   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ように、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の光路距離に配
   置された第１の感知手段と、 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とを備え、 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、 さらに、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
   手段を備えることを特徴とする干渉計装置。
7. 【請求項７】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、前記第１および第２の光検
   出器の出力に応答して生成される電気信号を前記圧電ア
   クチュエータに供給する制御回路とを含むことを特徴と
   する、請求項６に記載の干渉計装置。
8. 【請求項８】光軸に沿って光線を投影するビーム投影手
   段を備え、 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、前記光軸に対して垂直
   であり、 前記ビーム投影手段が、前記第１の方向から22.5度の角
   度の結晶軸を持つ第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
   るレーザとを含み、 さらに、前記光軸に沿って直列に位置合せされた第１お
   よび第２のウォラストン・プリズムを備え、 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、 前記第１の方向に偏光した前記レーザ・ビームが、前記
   第２の二分の一波長板を介して前記第１のウォラストン
   ・プリズムに方向付けられ、 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ようにされ、 さらに、前記クロスオーバ点に焦点面を持つ対物レンズ
   と、 前記対物レンズの前部焦点面においてテスト表面を持つ
   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ように、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の光路距離に配
   置された第１の感知手段と、 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の光路距離にある第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の光路距離にある第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とを備え、 前記第２の光路距離が、前記第１の光路距離より小さ
   く、前記第３の光路距離が、前記第１の光路距離より大
   きくされており、 さらに、前記第１のスリット・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備えることを特徴とする干渉
   計装置。
9. 【請求項９】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、 収束角で進行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の焦点面を持つ対物レンズと、 前記対物レンズに露出されたテスト表面を持つテスト・
   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
   渉縞を感知するように、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、 前記光軸に対して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を備え、 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に回転させる手段
   と、前記対物レンズに対して前記回転軸を移動させる手
   段とを含み、 さらに、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備え、 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、前記光軸に対して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
   る横方向移動手段とを含むことを特徴とする干渉計装
   置。
10. 【請求項１０】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、 収束角で進行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の焦点面を持つ対物レンズと、 前記対物レンズに露光されたテスト表面を持つテスト・
    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
    渉縞を感知するように、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、 前記光軸に対して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を備え、 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に回転させる手段
    と、前記対物レンズに対して前記回転軸を移動させる手
    段とを含み、 さらに、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備え、 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、前記光軸に対して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
    る横方向移動手段とを含み、 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ように、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干渉計装置。
11. 【請求項１１】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、 収束角で進行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の焦点面を持つ対物レンズと、 前記対物レンズに露光されたテスト表面を持つテスト・
    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線の組合せによって発生した干渉
    縞を感知するように、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、 前記光軸に対し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を備
    え、 前記自動焦点手段が、前記ビーム・スプリッタから前記
    第１の光路距離より小さい第２の光路距離に配置された
    第１のスリット・アパーチュアと、前記ビーム・スプリ
    ッタから前記第１の光路距離より大きい第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み、 さらに、前記テ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備えることを
    特徴とする干渉計装置。