JP2002510797A - 軸外球面鏡と屈折素子を用いる分光計測システム - Google Patents

軸外球面鏡と屈折素子を用いる分光計測システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 分光計測システムにおいて色収差のない光学系を使用可能とする。 【解決手段】 色収差のない光学系が球面鏡の軸から離れた方向に放射ビームを受け取る球面鏡と、一対のレンズ（正レンズと負メニスカス・レンズ）とを有する。前記負メニスカス・レンズは球面鏡からの軸外反射によって生じた球面収差を補正する。正レンズは、負レンズによって導入される色収差のない収差を補償して、光学系が、全体として可視波長と紫外線波長にわたって色収差が生じないようにする。好適には、２つのレンズが組み合わされてゼロ倍率若しくはゼロ倍率に近い倍率を持つようになされることが望ましい。球面鏡を用いることにより、楕円偏光法、反射計測法あるいは散乱計測法で計測可能な試料スポットのサイズを制限する要因であるダイヤモンド旋削のアーティファクトを伴う偏楕円鏡や放物面鏡面を使用する必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に光学計測装置に関し、特に、軸外構成と屈折素子において放射
を合焦する球面鏡を含む分光光学計測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
楕円偏光計は薄膜の厚さと光学定数の測定並びにバルク材料の光学定数の測定
に使用される。高い入射角で試料に光ビームを向け、反射ビームまたは透過ビー
ムの偏光に対する試料の影響を分析することにより楕円偏光計は機能する。集積
回路のようなパターン化された試料の計測に使用される楕円偏光計は、完全に異
なる材料あるいはフィルムスタックによって囲まれた狭いフィーチャ(幅５０ミ
クロン以下のことが多い)の範囲内で計測可能でなければならない。この囲まれ
たフィーチャに当たる、検知器によって集束された極く小量の光でさえ、計測時
に誤差を引き起こす可能性がある。したがって、試料上へ光を合焦し、また、試
料からの光を集束する光学系は、測定可能な最少フィーチャの外側の領域に当た
る放射や、その領域から検知される放射を最少化するように設計されなければな
らない。そしてこの条件は装置が使用する波長の範囲全体にわたって満たされな
ければならない。またこの光学系は光の偏光に対する影響が最低限のものとなる
ようにする必要がある。さらに光学系は、しばしば非常に大きなものになる場合
がある平らな試料を物理的に妨げてはならない。
【０００３】 波長範囲が比較的狭い場合、顕微鏡用屈折対物レンズは適切に機能して試料上
の狭いスポットに合焦する。波長範囲が広い場合、屈折対物レンズは非常に大き
な色収差を示す。凹凸面鏡を用いる(Schwarzchild設計のような)反射対物レンズ
が知られているがこれらには色収差がない。しかし、狭いスポットと高い開口数
(ＮＡ)とを設けるために何らかの著しい縮小化を必要とする場合、内部鏡に対す
る入射角が非常に高くなり、偏光が変更される。小さな開口数ビームの処理しか
できない偏光プリズムの中を光はまず通過しなければならないので、縮小化が必
要となる。次いで、この光は、狭いスポットをつくるために合焦用光学系によっ
てより大きなＮＡビームへ変換されなければならない。
【０００４】 理論的には、(レーザー光源から得られるような)視準ビームを試料上へ合焦す
る理想的反射光学素子は軸外放物面鏡であり、(光ファイバーの端部のような)小
さな光源を試料上へ合焦するための理想的形状は軸外楕円面鏡である。軸外楕円
面鏡は、米国特許第５，５０８，５２６号に記載されているような分光楕円偏光
計の中で従来用いられてきた。このような非球面鏡は、その表面に対する小さな
入射角で広範囲の可能な縮小化を行うことができる。非球面鏡には色収差が発生
せず、(少なくとも理論的には)その他の収差も発生しない。これらの鏡は、光学
性能に対して最低限のインパクトしか持たないいくつかのタイプの低倍率または
ゼロ倍率の屈折素子と組み合わせることができる。このような素子の例として、
(偏光状態を故意に変えるために楕円偏光法で頻繁に使用される)補償板や波長板
と、(気流の制御を行ったり、真空中または気体中に試料を囲むために用いられ
る)ウィンドウと、(１９９７年４月８日出願の米国特許出願第０８／８３５，５
３３号に記載されているような)アポダイズ用フィルタと、(較正と診断を行うの
に役に立つ)その他の光学フィルタと、(合焦や倍率の調節に潜在的に有用な)低
倍率レンズがある。一般に、これらの素子の最大許容厚や倍率はビームのＮＡに
依存して逆比例する。
【０００５】 これらの非球面鏡に関わる主要な問題点は、これらの非球面鏡が単刃ダイヤモ
ンド旋削処理によってつくられるため、広範囲の空間周波数をカバーする多数の
溝とリッジから成る形状誤差が表面に残るという事実である。各空間周波数成分
によって特徴的角度で光が回折され、これによって試料上の所望の狭いスポット
の外側に迷光が増加する。ダイヤモンド旋削により生成されるこの特徴的誤差が
、的確な楕円偏光計測が可能な最小ボックスサイズを制限する主要要因の１つで
ある。従来型の研磨によってつくられた非球面鏡の方がより適正に機能するがこ
の系が必要とする開口と焦点距離とを設けなければならないので非常に費用がか
かる。ガラス上のエポキシからなる薄い層に複製を行う手法も存在するが、これ
らの鏡の性能と耐久性は本出願ではまだ証明されていない。
【０００６】 したがって、ダイヤモンド旋削の溝を取り除くために、従来の研磨だけの球面
から成る光学系と非球面鏡を交換することが望ましい。しかも光学系は依然とし
て上述のすべての要件を満たさなければならない。非球面鏡を傾斜した球面鏡と
交換した場合、球面収差と、非点収差と、コマ(非対称収差)とが非常に大きくな
る。傾斜した球面鏡から収差を補正するために存在する多くの設計がある。しか
し、これらいずれの設計も楕円偏光法用として適切に機能するように適合させる
ことができない。
【０００７】 米国特許第４，２０８，５８５号と、第４，１９６，９６１号と、第３，５９
８，４６８号とでは、傾斜した球面鏡の前か後のいずれかの位置に、傾斜したガ
ラス・プレートが使用されている。楕円偏光法システムに対して適用する場合こ
のアプローチには多くの欠点がある。これらの欠点として、紫外線(ＵＶ)と可視
波長とでこのアプローチを使用する場合に、スペース上の制約、不適切な収差補
正、過度の色収差が存在する。
【０００８】 米国特許第４，２３０，３９４号と、第４，５８８，２６９号には、２つの球
面鏡を直交平面で傾斜させるアプローチの利用が記載されている。この設計は、
多くの楕円偏光法システムに必要な１８:１という近似的縮小化を特に考慮して
、楕円偏光法を行うために適切に収差を補正するものではない。
【０００９】 米国特許第４，２２６，５０１号では、傾斜した鏡から収差を補正するために
４つの球面鏡から成るレリー・システムが用いられている。各鏡に対する入射角
は比較的小さいものの、４つの鏡が組み合わされる結果、光の偏光に対して非常
に大きな影響が生じる。
【００１０】 米国特許第５，１６８，３８６号では、傾斜した球面鏡の前または後に単一の
正メニスカス・レンズが用いられ、入射光線と反射光線の双方がこの正メニスカ
ス・レンズによってインターセプトされる位置にレンズを配置することができる
。この設計は、狭い波長範囲については適正に機能するが、可視波長と紫外線(
ＵＶ)波長とを含むような広い波長範囲については非常に多くの色収差を生じる
。
【００１１】 米国特許第４,１３５,８２０号ではフェーセット付きの(faceted)ビーム・コ
ンバイナが用いられる。楕円偏光法を行うには、フェーセットの角が非常に多く
の光を散乱して隣接パターンの中へ入り、フェーセットに対する入射角が非常に
大きくなる。
【００１２】 傾斜した球面鏡は、軸方向に左右対称のずっと大きな球面鏡(軸は物点と像点
とによって設定される)の軸外セクションと考えることができる。共役比が１:１
以外のとき、軸方向に左右対称の球面鏡によって純粋な球面収差が示される。軸
外セグメントは、非点収差とコマ(非対称収差)の成分とを含むように思われる収
差を生み出し、傾斜した球面鏡がこのような収差を有すると言われることが多い
。しかし、レンズ設計を行うためには、軸外セグメントの収差は、軸方向に左右
対称のより大きな鏡の球面収差のサブセットであると考える方がさらに有益であ
る。
【００１３】 低いＦナンバー系の開口全体にわたって適正に補正を行う設計を適合させて、
すべての鏡とレンズの軸外セグメントを切り出すことにより楕円偏光法を利用で
きるようにすることもできよう。球面鏡の補正にレンズを使用するこのような多
くの反射屈折による設計が存在する。古典的な例の中にはシュミット・カメラと
マクストフ望遠鏡が含まれる(Kingslake著、“レンズ設計原理”１４章、アカデ
ミック・プレス社、カリフォルニア州サンディエゴ、１９７８年刊参照)。これ
らの設計のほとんどの適合に関する主要な問題点として、深紫外線から近赤外域
(ＩＲ)を通じて使用するとき、これらの設計ではあまりに大きな色収差が発生す
るという事実がある。レンズの色収差の補正を行う古典的方法は異なる分散能を
有するガラスから作られた２つの素子を用いてレンズを製作することである。Ｕ
Ｖの色収差は、ＵＶを透過する材料は限定された数のものしか存在しないので、
特殊な問題であるが、深紫外線を透過しかつ複屈折もしない材料は２つしか存在
しない。複屈折材料によってビームの偏光が変わるので、偏光子や波長板の中で
好適に使用されない場合、複屈折材料は望ましいものではない。さらに、ほとん
どの光学系がかなり広い視野にわたって適正に補正像を生成しなければならない
という点で、上記の系のほとんどの設計目標は楕円偏光法の設計目標とは異なる
。これ対して、多くの楕円偏光法システムでは、視野の中心の実質的に単一点に
おいてのみシステムによる最適化が必要とされる。
【００１４】 また、広い波長範囲にわたって適正に補正が行われ色収差がほとんどない“リ
ング・フィールド”システムとして知られる１クラスの反射屈折システムも存在
する。このような系は米国特許第３，７４８，０１５号によって例示されている
。楕円偏光法アプリケーション用のこのようなレンズシステムに関する主要な問
題点は、縮小化が約５：１未満に限定されることである。またこれらのレンズシ
ステムは鏡に対する高い入射角を持つ傾向があり、これは望ましいことではない
。さらに、上記レンズシステムはリング形状の広い視野にわたって良好な結像特
性を持つように設計されていて、この特性のために上記レンズシステムは楕円偏
光法に用いるには複雑なものになっている。
【００１５】 このように、既存のいずれの系も楕円偏光法やその他の分光計測システムで用
いるためには完全に良好なものであるとはいえない。したがって、改善された特
徴を備えた球面鏡を使用する望ましい広帯域分光計測システムを提案する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の態様は、試料に対して分光楕円偏光法計測を行うための装置を
目的とし、該装置は、サンプリング・ビームを生成するための該広帯域放射を出
射する光源及び広帯域放射を偏光する偏光計と、試料上の狭いスポット上にサン
プリング・ビームを合焦する実質的に色収差のない光学系とを有し、前記光学系
には球面鏡及び少なくとも２つの屈折素子とが含まれる。この場合、前記サンプ
リング・ビームは、鏡の軸から離れた方向から鏡に対して入射し、鏡からの軸外
反射によって生じた球面収差が前記素子の中の少なくとも１つによって補正され
る。上記装置は、試料と相互作用したサンプリング・ビームの放射を分析し、そ
れによって出力ビームを生成する検光子と、出力を検知して検知出力を供給する
検知手段と、該検知出力を処理して、試料との相互作用によって生じた、サンプ
リング・ビームの振幅と位相中の偏光状態の変化を測定する手段とをさらに有す
る。本発明のこの態様並びにその他の態様の文脈において、偏光子と検光子とは
、放射の偏光を修正するいかなる素子あるいは素子の組合せをも含むことが可能
であり、鏡の曲率中心と鏡上の照射領域の中心に関して鏡軸を設定することがで
きる。
【００１７】 本発明の別の態様は、試料に対して分光計測を行う装置を目的とし、該装置は
、試料と相互作用を行うための広帯域放射のサンプリング・ビームを出力する光
源と、検知手段と、試料上の狭いスポットに対してサンプリング・ビームを合焦
する、あるいは、該試料上の狭いスポットから修正ビームに変えて検知手段に対
して、該試料と相互作用したサンプリング・ビームの放射を合焦する光学系とを
有する。前記光学系の中には球面鏡と少なくとも２つのレンズとが含まれ、前記
サンプリング・ビームまたは修正ビームは鏡の軸から離れた方向から鏡に対して
入射する。これらのレンズの中の少なくとも１つによって、鏡からの軸外反射に
よって生じた球面収差が補正され、前記光学系は可視波長と紫外線波長とにわた
って実質的に色収差を生じない。
【００１８】 本発明のさらに別の態様は、試料に対して分光計測を行う装置を目的とし、該
装置は、試料との相互作用を行うための広帯域放射のサンプリング・ビームを出
力する光源と、検知手段と、試料上の狭いスポットに対してサンプリング・ビー
ムを合焦する、あるいは、試料上の狭いスポットから修正ビームに変えて検知手
段に対して、試料と相互作用したサンプリング・ビームの放射を合焦する、実質
的に色収差のない光学系とを有する。この光学系の中には球面鏡と少なくとも２
つのレンズとが含まれるサンプリング・ビームまたは修正ビームは鏡軸から離れ
た方向から鏡に対して入射する。これらのレンズの中の少なくとも１つは鏡から
の軸外反射によって生じた球面収差を補正するメニスカス・レンズである。
【００１９】 本発明のもう１つの態様は、試料に対して分光計測を行う装置を目的とし、該
装置は、試料との相互作用を行うための広帯域放射のサンプリング・ビームを出
力する光源と、検知手段と、試料上の狭いスポットに対してサンプリング・ビー
ムを合焦するか、あるいは、試料上の狭いスポットから修正ビームに変えて検知
手段に対して、試料と相互作用したサンプリング・ビームの放射を合焦する、実
質的に色収差のない光学系とを有する。これらの光学系の中には球面鏡と少なく
とも２つのレンズとが含まれる。前記サンプリング・ビームまたは修正ビームは
鏡軸から離れた方向から鏡に対して入射する。これらのレンズの中の少なくとも
１つが鏡からの軸外反射によって生じた球面収差を補正し、前記レンズの中の２
つのレンズは実質的に逆数の倍率を有する。
【００２０】 本発明のさらに１つの態様は、試料に対して分光楕円偏光法計測を行うための
方法を目的とし、該方法は、広帯域放射を出力するステップと、該広帯域放射を
偏光してサンプリング・ビームを生成するステップと、球面鏡と少なくとも２つ
の屈折素子とを含む実質的に色収差のない光学系によって試料上の狭いスポット
に対してサンプリング・ビームを合焦するステップとを有する。サンプリング・
ビームは鏡軸から離れた方向から鏡に対して入射する。この場合、これらの素子
の中の少なくとも１つが鏡からの軸外反射によって生じた球面収差を補正する。
上記方法は、試料と相互作用したサンプリング・ビームの放射を分析し、それに
よって出力ビームを生成するステップと、検知出力を供給する出力ビームを検知
するステップと、検知出力を処理して試料との相互作用によって生じたサンプリ
ング・ビームの振幅と位相における偏光状態の変化を測定するステップと、をさ
らに有する。
【００２１】 本発明のさらに別の態様は、試料に対して分光計測を行うための方法を目的と
し、該方法は試料との相互作用を行うための広帯域放射のサンプリング・ビーム
を出力するステップと、試料上の狭いスポットに対してサンプリング・ビームを
合焦するか、狭いスポットの試料からの、試料と相互作用したサンプリング・ビ
ームの放射を修正ビームに変えて光学系によって合焦するステップとを有する。
前記光学系には球面鏡と少なくとも２つのレンズとが含まれる。このサンプリン
グ・ビームまたは修正ビームは鏡軸から離れた方向から鏡に対して入射する。こ
の場合、レンズの中の少なくとも１つが、鏡からの軸外反射によって生じた球面
収差を補正し、上記光学系は可視波長と紫外線波長とにわたって実質的に色収差
が生じない。上記方法は試料と相互作用したサンプリング・ビームの放射を検知
するステップをさらに有する。
【００２２】 本発明のいま１つの態様は、試料に対して分光楕円偏光法計測を行う装置であ
って、広帯域放射を出射する光源と、広帯域放射を偏光して試料との相互作用を
行うためのサンプリング・ビームを生成する偏光計と、検光子と、試料上の狭い
スポットから修正ビームに変えて検光子に対して、試料と相互作用したサンプリ
ング・ビームの放射を合焦する実質的に色収差のない光学系とを有し、前記検光
子がこのサンプリング・ビームの入力に応答して出力ビームを出力する装置を目
的する。この光学系には球面鏡と少なくとも２つの屈折素子が含まれる。修正ビ
ームは鏡軸から離れた方向から鏡に対して入射する。これらの素子の中の少なく
とも１つによって、鏡からの軸外反射によって生じた球面収差が補正される。上
記装置は、出力ビームを検知して検知出力を供給する検知手段と、該検知出力を
処理して、試料との相互作用によって生じたサンプリング・ビームの振幅と位相
中の偏光状態の変化を測定する手段とをさらに有する。
【００２３】 本発明のさらにいま１つの態様は、試料に対して分光楕円偏光法計測を行うた
めの方法を目的とし、広帯域放射を出力するステップと、該広帯域放射を偏光し
て試料との相互作用を行うためのサンプリング・ビームを生成するステップと、
試料上の狭いスポットから修正ビームに変えて、試料と相互作用したサンプリン
グ・ビームの放射を光学系によって合焦するステップとを有する。この光学系に
は球面鏡と少なくとも２つの屈折素子とが含まれ、前記修正ビームは鏡軸から離
れた方向から鏡に対して入射する。この場合、前記素子の中の少なくとも１つに
よって鏡からの軸外反射によって生じた球面収差が補正される。上記方法は、修
正ビームの放射を分析して出力ビームを生成するステップと、該出力ビームを検
知して、検知出力を供給するステップと、該検知出力を処理して、試料との相互
作用によって生じたサンプリング・ビームの振幅と位相中の偏光状態の変化を測
定するステップと、をさらに有する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１のシステム１０を見ると、広帯域放射の光源(好適にはキセノン・アーク
灯)１２によって、開口１４を通って光路１６に沿って偏光子１８への放射が行
われる。偏光計１８は放射を偏光し、この偏光放射は、システム１０用の開口絞
りとして機能するアポダイザ２０の中を通過する。アポダイザ２０からのビーム
はレンズ２２と２４を通って球面鏡３０まで通され、この球面鏡３０によって試
料３２の表面の狭いスポット３２ａ上へ放射が合焦される。このようにして開口
の像はスポット３２ａで像面上へ合焦され、開口とスポットをつなぐ点線３４が
システム１０の光軸となる。試料３２から反射された放射は集束鏡４０によって
集束され、集束鏡４０は検光子４２とその関連する開口(図示せず)を備えた分光
計４４へ集束された光を合焦する。分光計の出力はコンピュータ４６によって分
析され、試料とサンプリング・ビームとの相互作用によって生じた偏光の振幅と
位相の変化が測定される。
【００２５】 米国特許第５,６０８,５２６号の楕円面鏡を図１のような球面鏡と交換するこ
とにより、ダイヤモンド旋削によって生じる誤差という制限要因が取り除かれ、
楕円偏光による的確な計測を行うことができる範囲を成す最小ボックス・サイズ
からそのような制限が除かれる。本発明で達成されるボックス・サイズは４０×
４０ミクロン以下にすることができる。好ましい実施例またはその他の実施例で
は、偏光子と検光子の中に、線形偏光子とウェーブ・プレートあるいは音響光学
変調器のような、放射の偏光を修正する任意の素子を含むことができる。図１に
図示のように、推奨実施例では、照射領域の鏡の曲率中心３０ｂと中心３０ｃに
関して鏡上に鏡軸３０ａを設定することができる。図２と図３の構成用として同
様の方法でこの鏡軸を設定することができる。
【００２６】 試料３２によって反射された放射の集束と検知の代わりに、試料が放射を透過
する場合、鏡４０'によって試料中を透過する放射の検知を行うことも可能であ
る。この鏡４０'は、図３の点線で示される検光子４２'と分光計４４'及びコン
ピュータ４６'へ集束された放射を合焦し、それによってサンプリング・ビーム
と試料との相互作用によって生じた偏光の振幅と位相の変化が測定される。さら
にその他の変更例では、試料によってまたは試料の中を通って散乱した放射を集
束して、サンプリング・ビームと試料との相互作用によって生じた偏光の振幅と
位相の変化を測定することが可能となる。
【００２７】 実施例では、屈折素子２２は正レンズであり、屈折素子２４は好適には負メニ
スカス・レンズであることが望ましい。実施例では、素子２２、２４は、紫外線
波長範囲において、並びに、可視波長のような他の波長範囲において複屈折しな
い同じ光学材料からつくられる。素子２２、２４用の適切な光学材料には弗化カ
ルシウムと融解石英が含まれる。
【００２８】 図１に示すように、鏡３０に対して入射する放射４６のビームは鏡軸３０ａに
対してある角度をなしているが、これはこの鏡が軸外位置でビーム４６を反射す
る場合の条件である。ビーム４６とこの鏡の軸外との相対的位置に起因して、鏡
の軸外反射は通常球面収差が生じる。負メニスカス・レンズを使用することによ
り、鏡３０からのこのような軸外反射によって生じる球面収差が補正される。
【００２９】 レンズ２４によって導入される色収差の補正のために正レンズ２２が用いられ
、全体として考えるとき、レンズ２２、２４と球面鏡３０は可視波長と紫外線波
長にわたって実質的に色収差のない光デバイスを形成することになる。
【００３０】 上記のすべての条件を考慮して、本発明の目標の１つは、狭いスポットに対し
て分光楕円偏光計で使用するための偏楕円面軸外鏡のための交換用光学系を設計
することであった。この交換用光学系は、好適には、次の特徴、すなわち、すべ
て球面を備えた素子からつくられるという特徴を有することが望ましい。この交
換用光学系は、好適には少なくとも２５０と８００ナノメータの間で、さらに好
適には１９０と８５０ナノメータの間で色収差がないことが望ましい。視野の中
心においてのみ回折限界性能に近づくようにこれらの収差を補正する必要がある
場合がある。上記のように、この光学系は軸外球面鏡と少なくとも２つのレンズ
とを有するものである。
【００３１】 照明光学系によって像面中のスポット・サイズを測定する場合、主光線は、楕
円偏光計のシステム設計に依存して、好適には、約６０°と８０°の間の範囲に
わたることが可能な、試料に対する入射角を有することが望ましい。集束光学系
によって像面中のスポット・サイズを決定する場合、主光線は、好適には、やは
り楕円偏光計のシステム設計に依存して、６０°と８０°の間の範囲にわたるこ
とが可能な、試料からの集束角を有することが望ましい。
【００３２】 共役比は、好適には、楕円偏光計設計の要件に依存して１：１と無限大：１と
の間で変動することが望ましい。球面鏡を使用する光学系は、好適には、ビーム
光の偏光に対して大きな影響を与えないこと、また、大きな平らな試料を妨げな
いことが望ましい。この光学系は好適には、本来の非球面鏡系の場合のように、
長い共役側の中へ挿入される、小倍率、ゼロ倍率または低倍率の屈折素子と互換
性があることが望ましい。
【００３３】 素子２０は好適には、融解石英基板上のアポダイジング用フィルタであること
が望ましい。屈折素子２２は弗化カルシウムから好適につくられた正レンズであ
ることが望ましい。素子２４は同じ材料からつくられた負メニスカス・レンズで
ある。好適には、素子２２、２４は実質的に同じアッベ数を持つことが望ましい
。アポダイザはこの系用の開口絞りとして機能する。レンズ２２、２４の頂点は
、開口１４と試料上の像によって設定された軸３４上に配置される。オプション
として、レンズ２２、２４を平行に移動し、次いで一緒にわずかに傾斜させて色
収差補正の波長範囲をほんの少し拡げることもできる。通常の像面から試料３２
を９０°傾けて、鏡に対する低い入射角で試料に対する高い入射角が生じるよう
にする。また、これによって物体と光学系をすべて試料と同じ側に在るようにす
ることができる。残りの特定条件については以下に示す。この特定条件の中で、
レンズ２２、２４の表面２２ａ、２４ａは光源１２からの到来ビームに面し、レ
ンズ表面２２ｂ、２４ｂは入来ビームから離れる方に面する。
【００３４】 物体と像とを含むすべての距離が軸に沿って計測される。アポダイザの開口の
直径の半分は３ｍｍであり、軸の上方で４.５ｍｍ偏心している。試料に対する
主光線の入射角は７２.９５°であり、縮小化は１６.９８である。
【００３５】 開口数と入射角はアポダイザのサイズと位置を変えることにより変更すること
ができる。試料側に口径食(けられ)あるいは非常に非テレセントリックな状態を
生じるほど物体平面に近接していない限り、アポダイザの軸方向位置は重要では
ない。アポダイザを物体から遠く離すことにより、アポダイザをより大きく製造
し、また製造し易くすることが可能になる。
【００３６】 上記システムが狭い波長範囲用として設計された場合、異なる曲率を持つ素子
２４だけが、傾斜した球面鏡によって導入された球面収差を適切に補正するもの
となる。色収差を補正するために素子２２が追加される。素子２２によって素子
自身の球面収差がほんの小量付加されることになるが、この球面収差も素子３に
よって補正される。しかし素子２２は素子２４に対して逆のバランスをとる色収
差をつくりだす形状をしている。言い換えれば、レンズ２４によって、鏡３０に
よる軸外反射によって生じた球面収差の補正(好適には過補正)が行われる。また
レンズ２４によってそれ自身の色収差が導入される。レンズ２２は、レンズ２４
によって生じた色収差を補正するだけでなく、レンズ２４によって生じた球面収
差の補正も行う。理想的にはレンズ２２、２４の組合せはゼロ倍率ではあるが、
システムによっては、何らかの倍率を持つこの２つのレンズの組合せがシステム
のパフォーマンスに著しい影響を与えることはないであろう。
【００３７】 上記設計プロセスは、曲率を最適化して色収差と球面収差をバランスさせるプ
ロセスである。設計をし易くする１つのファクタとして、視野の中心においてだ
け最適化を達成しなければならないということがある。別のポジティブなファク
タとして、欠落している開口の軸上部分にわたって収差を補正する必要はないと
いうことがある。互いに対面する素子２２、２４の表面は異なる形状または曲率
を有する。
【００３８】 レンズ２２、２４'用として弗化カルシウムが用いられる。その理由は弗化カ
ルシウムがＵＶを良好に透過し、補正しなければならない色収差を最少化する低
い分散を有するためである。実際問題として、弗化カルシウムは非常に多くの残
留応力誘起複屈折を有してもよい。この場合、融解石英を用いることもできるが
、その結果は僅かに劣るものとなる。レンズ・グループの傾斜は、弗化カルシウ
ム設計よりも融解石英設計の方により効果がある。３００ｎｍ以上の波長を使用
するために波長範囲を狭めた場合、さらにいくつかのタイプのガラスが透過的に
なり、３５０ｎｍ以上の波長を使用するために波長範囲を狭めた場合には、多く
の他のタイプのガラスが透過的になる。狭められた波長範囲に対して、高価でな
いガラスを使用することができ、おそらく異なる分散を持つ２枚のガラスの選択
によって性能にわずかな改善がある。これらのＵＶ材料は、狭められた波長範囲
にわたって優れた結果を生み出す。
【００３９】 実際問題として、設計は、Ｚｅｍａｘ（アリゾナ州タクソンのフォーカス・ソ
フトウェア社から入手可能）のようなレイ・トレーシング・ソフトウェアを利用
して所定の構成に対して最適化される。この設計を最適化するための変数と制約
には多くの組合せがあり得る。１つの実験では、２つの共役距離と開口位置とサ
イズを固定した。２つのレンズ厚もまた固定し、中心が接触する実際に使用する
薄さにした。すべての６つ曲率を変更可能とし、また、屈折レンズ・グループの
位置も同様に変更可能にした。設計クライテリアによって、２１０〜８００ナノ
メータの波長範囲にわたってＲＭＳ波面誤差が最少化された。この結果生じたピ
ークから谷の波面誤差はすべての波長について０.１５ウェーブ未満であった。
この波長範囲は１９０〜８５０ｎｍまで拡げることができるが、ただ性能がわず
かに減損する。
【００４０】 この設計に関する残りの問題点として、２つの屈折レンズからの貢献が鏡から
の貢献より少ないものの、光学表面に対する入射角に起因して偏光に対する影響
を無視できないということがある。このような影響は計算可能であり、次いで、
この影響を減じて少なくすることができる。
【００４１】 この設計のいくつかの可能な変更例が存在する。その主な変更例としては、設
計を最適化して、ウェーハに対する広範囲の倍率と入射角に対応できる変更例が
ある。前述した種々の平らな光学素子は、その厚さが約２０ｍｍ未満であれば、
設計の開示されたバージョンの長い共役中に挿入することが可能である。補正の
ためにレンズを再設計する場合、平らな素子は以前より厚くなることさえあり得
る。鏡の前または後のいずれかにほとんど任意の厚さを有する、レイ・ファン(r ay fan)に対して垂直な表面を有する不遊素子を挿入することができる。残りの
素子を再び最適化して低倍率のレンズを適合するようにする限り、光路のほとん
どどの位置にでも低倍率レンズを挿入することが可能である。既存のレンズの各
々を２つまたはそれ以上のレンズに“分割”して、最適化により多くの自由度を
与えることもできる。わずかな性能の改善のためにレンズ対を傾斜させる代わり
に、２つの素子を互いに対して平行に移動してもよい。わずかな性能の改善のた
めに球面鏡をマンジャン・ミラーにしてもよい。
【００４２】 ２つの屈折素子２２、２４は、レンズの代わりに、プリズムまたは上述のよう
な所要の機能を有する他の光学素子であってもよい。
【００４３】 図２は図１の楕円偏光計と構成が類似している楕円偏光計の概略図であるが、
本発明の第２の実施例を例示するために、入力開口が楕円偏光計の光路の異なる
位置に配置されている。図１のように光源１２と偏光子１８の間に開口１４を配
置する代わりに、図２に図示のように偏光子１８とアポダイザ２０との間に開口
１４を配置してもよい。コンピュータ４６、４６'は図を単純化するために図２
では省かれている。
【００４４】 照明光学系中に鏡３０とレンズ２２、２４を有する光学系を使用する代わりに
、図３に示すように集束側にこのような光学系を用いることも可能である。図３
は、本発明の第３の実施例を例示するために試料と相互作用した球面鏡とそれに
関連する屈折素子が、放射集束用として使用される楕円偏光計１００の概略図で
ある。図３に示すように、光源１２からの放射は偏光子１８の中を通り、鏡４０
によって試料３２上へ合焦される。試料の狭いスポット３２ａから反射された放
射は、球面鏡３０によって集束され、レンズ２４、２２及びアポダイザ２０の中
を通って検光子４２の中を通り開口１４へ合焦され、次いで、分光計４４まで達
する。分光計の出力４４はコンピュータ４６へ出力され、試料とサンプリング・
ビームの相互作用によって生じた偏光の振幅と位相の変化が測定される。したが
って、物体はスポット３２ａであり、また、像は開口１４において形成される。
したがって、これらをつなぐ点線３４がシステム１００の軸となる。スポット３
２ａのサイズは開口１４によって限定される。試料から反射された放射を検知す
る代わりに、図３の点線で示すように、偏光子１８'の中を通り鏡４０'によって
合焦された後、光源１２'が試料の中を通って透過(あるいは試料によって修正)
した放射を検知することもまた可能である。
【００４５】 本発明の異なる実施例では、図１と図２の鏡３０に到達前のサンプリング・ビ
ームの開口数と、鏡３０による反射後の図３の修正ビームの開口数とはアポダイ
ザ４２によって好適に０.４３以下に限定される。球面鏡３０に対する、図１と
図２のサンプリング・ビームの入射角と図３の修正ビームの入射角とは、好適に
は、鏡軸３０ａから１°〜１０°の範囲内にあることが望ましい。レンズ２２、
２４のアッベ数は好適には２％以上異動しないことが望ましい。
【００４６】 軸外球面鏡３０と素子２２、２４とを有する実質的に色収差のない光学系は、
回折構造の線幅や他のパラメータを計測する散乱計測法(scatterometry)のよう
な、楕円偏光法以外の分光計測用として利用することができる。そのような利用
を行うとき、偏光子と検光子とを省くことにより図１〜３に示すような構成を修
正したり、同じ偏光状態で放射を通過させるように構成を配置することが可能で
ある。したがって、本発明のさらに一般的な応用では、本発明のシステムは、試
料との相互作用を行うための広帯域放射のサンプリング・ビームを提供するもの
となる。このシステムの光学系は、試料上の狭いスポットにサンプリング・ビー
ムの合焦を行うか、狭いスポットの試料からの、試料と相互作用したサンプリン
グ・ビームの放射を修正ビームに変えて合焦を行うものである。この光学系には
球面鏡と少なくとも２つのレンズとが含まれる。サンプリング・ビームまたは修
正ビームは鏡軸から離れた方向から鏡に対して入射し、そこでレンズの中の少な
くとも１つによって、鏡からの軸外反射によって生じた球面収差の補正が行われ
る。このシステムでは、試料と相互作用したサンプリング・ビームの放射の検知
がさらに行われる。一実施例では、この光学系は可視波長と紫外線波長とにわた
って実質的に色収差が生じない。別の実施例では、光学系のレンズの中の少なく
とも１つは、球面鏡による軸外反射によって生じた球面収差を補正するメニスカ
ス・レンズである。さらに別の実施例では、２つのレンズが実質的に逆数の倍率
を有するため光学系は広帯域の波長にわたって実質的に色収差が生じない。
【００４７】 様々な実施例を参照して本発明を上述したが、添付クレームとその均等物とに
よって画定される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更と改変を行う
ことができることは理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例を例示する、球面鏡と屈折系を用いる楕円偏光計の概略
図である。
【図２】 本発明の第２の実施例を例示する、図１の楕円偏光計と構成上類似する楕円偏
光計の概略図であるが、この場合、入力開口が楕円偏光計の光路中の異なる位置
に配置される。
【図３】 本発明の第３の実施例を例示する、試料と相互作用した放射を集束するために
、球面鏡とこれに関連する屈折素子とを用いる楕円偏光計の概略図である。説明
を単純にするために、異なる図中の同一のいくつかの部分は同じ参照番号によっ
て同一のものであることを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ

Claims (60)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 試料に対して分光楕円偏光法計測を行う装置において、 広帯域放射を出射する光源と、 前記広帯域放射を偏光してサンプリング・ビームを生成する偏光子と、 試料上の狭いスポットに対してサンプリング・ビームを合焦する実質的に色収
    差のない光学系であって、前記光学系が球面鏡と少なくとも２つの屈折素子とを
    含み、前記サンプリング・ビームが鏡軸から離れた方向から鏡に対して入射し、
    前記素子の中の少なくとも１つが前記鏡からの軸外反射によって生じた前記鏡か
    らの軸外反射によって生じた球面収差を補正するようになされる前記光学系と、 試料と相互作用したサンプリング・ビームの放射を分析し、それによって出力
    ビームを生成する検光子と、 出力ビームを検知して検知出力を供給する検知手段と、 前記検知手段からの出力を処理して、試料との相互作用によって生じたサンプ
    リング・ビームの振幅と位相の偏光状態の変化を測定する手段と、を有すること
    を特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも２つの屈折素子が２つまたはそれ以上のレン
    ズを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記２つまたはそれ以上のレンズがメニスカス・レンズを含
    むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記メニスカス・レンズが、前記鏡からの軸外反射によって
    生じた前記球面収差の補正または過補正を行うことを特徴とする請求項３に記載
    の装置。
  5. 【請求項５】 前記レンズの中の１つが正レンズであり、かつ、前記レンズ
    の中の別のレンズが負レンズであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記２つのレンズのアッベ数が２％以下で異動することを特
    徴とする請求項２に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記レンズのうちの２つが実質的に同じ光学材料を有するこ
    とを特徴とする請求項２に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記レンズの中の２つが紫外線放射を透過し、かつ、複屈折
    しない光学材料を有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記レンズのうちの２つが弗化カルシウムまたは融解石英を
    有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記レンズのうちの２つが互いに対面する表面を持ち、前
    記表面が異なる形状または曲率を有することを特徴とする請求項２に記載の装置
    。
  11. 【請求項１１】 前記光学系が少なくとも前記可視波長と紫外線波長とにわ
    たって実質的に色収差がないことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記光学系が、約２５０ｎｍより大きい紫外線波長を含む
    紫外線波長にわたって実質的に色収差がないことを特徴とする請求項１１に記載
    の装置。
  13. 【請求項１３】 前記光学系が、約１９０ｎｍより大きい紫外線波長を含む
    紫外線波長にわたって実質的に色収差がないことを特徴とする請求項１１に記載
    の装置。
  14. 【請求項１４】 前記光学系が、４０×４０ミクロン未満のサイズの前記試
    料上のスポットに対してサンプリング・ビームを合焦することを特徴とする請求
    項１に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記光学系が法線方向から約６０°〜約８０°の間の入射
    角で前記試料に対してサンプリング・ビームを合焦することを特徴とする請求項
    １に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記光源と前記偏光子との間または前記偏光子と前記光学
    系との間の光路に配置された開口をさらに有することを特徴とする請求項１に記
    載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記鏡による反射に先行するサンプリング・ビームの開口
    数を約０.０３未満に限定するアポダイザをさらに有することを特徴とする請求
    項１に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 サンプリング・ビームの前記鏡軸に対する入射角が実質的
    に１°〜１０°の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 試料に対して分光計測を行う装置において、 前記試料と相互作用を行うための広帯域放射のサンプリング・ビームを出力す
    る光源と、 検知手段と、 前記試料上の狭いスポットに対して前記サンプリング・ビームを合焦する、あ
    るいは、前記試料上の狭いスポットから修正ビームに変えて前記検知手段に対し
    て、前記試料と相互作用したサンプリング・ビームの放射を合焦する、実質的に
    色収差のない光学系とを有し、前記光学系が球面鏡と少なくとも２つのレンズと
    を含み、前記サンプリング・ビームまたは修正ビームが鏡軸から離れた方向から
    鏡に対して入射し、前記レンズの中の少なくとも１つが、前記鏡からの軸外反射
    によって生じた球面収差を補正し、前記光学系が可視波長と紫外線波長とにわた
    って実質的に色収差がないことを特徴とする装置。
  20. 【請求項２０】 前記２つまたはそれ以上のレンズがメニスカス・レンズを
    含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記メニスカス・レンズが、前記鏡からの軸外反射によっ
    て生じた球面収差の補正または過補正を行うことを特徴とする請求項２０に記載
    の装置。
  22. 【請求項２２】 前記レンズの中の１つが正レンズであり、かつ、前記レン
    ズの中の別のレンズの１つが負レンズであることを特徴とする請求項１９に記載
    の装置。
  23. 【請求項２３】 前記２つのレンズのアッベ数が２％以下で異動することを
    特徴とする請求項１９に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 前記レンズのうちの２つが実質的に同じ光学材料を有する
    ことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記レンズのうちの２つが弗化カルシウムまたは融解石英
    を有することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記レンズのうちの２つが互いに対面する表面を持ち、前
    記表面が異なる形状または曲率を持つことを特徴とする請求項１９に記載の装置
    。
  27. 【請求項２７】 前記光学系が、約２５０ｎｍより大きい紫外線波長を含む
    紫外線波長にわたって実質的に色収差がないことを特徴とする請求項１９に記載
    の装置。
  28. 【請求項２８】 前記光学系が、約１９０ｎｍより大きい紫外線波長を含む
    紫外線波長にわたって実質的に色収差がないことを特徴とする請求項１９に記載
    の装置。
  29. 【請求項２９】 前記光学系が、４０×４０ミクロン未満のサイズの前記試
    料上のスポットに対してサンプリング・ビームを合焦することを特徴とする請求
    項１９に記載の装置。
  30. 【請求項３０】 前記光学系が法線方向から約６０°〜約８０°の間の入射
    角で前記試料に対してサンプリング・ビームを合焦することを特徴とする請求項
    １９に記載の装置。
  31. 【請求項３１】 前記レンズのうちの２つが紫外線放射を透過し、複屈折し
    ない光学材料を有することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  32. 【請求項３２】 前記鏡による反射に先行するサンプリング・ビームの開口
    数または反射後の前記修正ビームの開口数を約０.０３未満に限定するアポダイ
    ザをさらに有することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  33. 【請求項３３】 前記鏡軸に対する、サンプリング・ビームまたは修正ビー
    ムの入射角が実質的に１°〜１０°の範囲内にあることを特徴とする請求項１９
    に記載の装置。
  34. 【請求項３４】 試料に対して分光計測を行う装置において、 前記試料と相互作用を行うための広帯域放射のサンプリング・ビームを出力す
    る光源と、 検知手段と、 試料上の狭いスポットに対して前記サンプリング・ビームを合焦する、あるい
    は、前記試料上の狭いスポットから修正ビームに変えて前記検知手段に対して、
    前記試料と相互作用したサンプリング・ビームの放射を合焦する、実質的に色収
    差のない光学系とを有し、前記光学系が球面鏡と少なくとも２つのレンズとを含
    み、前記サンプリング・ビームまたは修正ビームが鏡軸から離れた方向から鏡に
    対して入射し、前記レンズの中の少なくとも１つが、前記鏡からの軸外反射によ
    って生じた球面収差を補正し、前記レンズの中の少なくとも１つはメニスカス・
    レンズであることを特徴とする装置。
  35. 【請求項３５】 前記レンズのうちの２つが実質的に同じ光学材料を有する
    ことを特徴とする請求項３４に記載の装置。
  36. 【請求項３６】 前記レンズのうちの２つが紫外線放射を透過し、複屈折し
    ない光学材料を有することを特徴とする請求項３４に記載の装置。
  37. 【請求項３７】 前記レンズの中の１つが正レンズであり、かつ、前記レン
    ズの中の別のレンズの１つが負レンズであることを特徴とする請求項３４に記載
    の装置。
  38. 【請求項３８】 試料に対して分光計測を行う装置において、 前記試料と相互作用を行うための広帯域放射のサンプリング・ビームを出力す
    る光源と、 検知手段と、 試料上の狭いスポットに対して前記サンプリング・ビームを合焦する、あるい
    は、前記試料上の狭いスポットから修正ビームに変えて前記検知手段に対して、
    前記試料と相互作用したサンプリング・ビームの放射を合焦する、実質的に色収
    差のない光学系とを有し、前記光学系が球面鏡と少なくとも２つのレンズとを含
    み、前記サンプリング・ビームまたは修正ビームが鏡軸から離れた方向から鏡に
    対して入射し、前記レンズの中の少なくとも１つが、前記鏡からの軸外反射によ
    って生じた球面収差を補正し、前記レンズのうちの２つが実質的に逆数の倍率度
    を有することを特徴とする装置。
  39. 【請求項３９】 前記レンズの中の少なくとも１つが、前記鏡からの軸外反
    射によって生じた球面収差を補正または過補正するメニスカス・レンズであるこ
    とを特徴とする請求項３８に記載の装置。
  40. 【請求項４０】 前記レンズのうちの２つが実質的に同じ光学材料を有する
    ことを特徴とする請求項３８に記載の装置。
  41. 【請求項４１】 前記レンズのうちの２つが紫外線放射を透過し、複屈折し
    ない光学材料を有することを特徴とする請求項３８に記載の装置。
  42. 【請求項４２】 試料に対して分光楕円偏光法計測を行うための方法におい
    て、 広帯域放射を出力するステップと、 前記広帯域放射を偏光してサンプリング・ビームを生成するステップと、 球面鏡と少なくとも２つの屈折素子とを含む実質的に色収差のない光学系によ
    って試料上の狭いスポットに対してサンプリング・ビームを合焦するステップで
    あって、前記サンプリング・ビームが鏡軸から離れた方向から鏡に対して入射し
    、前記素子の中の少なくとも１つが前記鏡からの軸外反射によって生じた球面収
    差を補正するようになされる前記ステップと、 前記試料と相互作用したサンプリング・ビームの放射を分析し、それによって
    出力ビームを生成するステップと、 前記出力ビームを検知して検知出力を供給するステップと、 前記検知出力を処理して、試料との相互作用によって生じたサンプリング・ビ
    ームの振幅と位相における偏光状態の変化を測定するステップと、を有すること
    を特徴とする方法。
  43. 【請求項４３】 試料に対して分光計測を行うための方法において、 前記試料と相互作用を行うための広帯域放射のサンプリング・ビームを出力す
    るステップと、 前記試料上の狭いスポットに対してサンプリング・ビームを合焦するか、ある
    いは、前記試料と相互作用したサンプリング・ビームの放射を前記試料上の狭い
    スポットから修正ビームに変えて光学系によって合焦するステップであって、前
    記光学系が球面鏡及び少なくとも２つのレンズを含み、前記サンプリング・ビー
    ムまたは修正ビームが、鏡軸から離れた方向から鏡に対して入射し、前記レンズ
    の中の少なくとも１つが、前記鏡からの軸外反射によって生じた球面収差を補正
    し、前記光学系が可視波長と紫外線波長とにわたって実質的に色収差がないよう
    になされる前記ステップと、 前記試料と相互作用した前記サンプリング・ビームの放射を検知するステップ
    と、を有することを特徴とする方法。
  44. 【請求項４４】 試料に対して分光楕円偏光法計測を行うための装置におい
    て、 広帯域放射を出射する光源と、 前記広帯域放射を偏光して前記試料との相互作用を行うためのサンプリング・
    ビームを生成する偏光子と、 検光子と、 前記試料上の狭いスポットから修正ビームに変えて前記検光子に対して、試料
    と相互作用したサンプリング・ビームの放射を合焦する実質的に色収差のない光
    学系であって、前記検光子が前記修正ビームに応答して出力ビームを出力し、前
    記光学系は球面鏡と少なくとも２つの屈折素子とを含み、前記修正ビームが鏡軸
    から離れた方向から鏡に対して入射し、前記素子の中の少なくとも１つが前記鏡
    からの軸外反射によって生じた球面収差を補正するようになされる前記光学系と
    、 前記出力ビームを検知して検知出力を供給する検知手段と、 前記検知出力を処理して試料との相互作用によって生じた振幅と位相における
    偏光状態の変化を測定する手段と、を有することを特徴とする装置。
  45. 【請求項４５】 前記少なくとも２つの屈折素子が２つまたはそれ以上のレ
    ンズを有することを特徴とする請求項４４に記載の装置。
  46. 【請求項４６】 前記２つまたはそれ以上のレンズがメニスカス・レンズを
    含むことを特徴とする請求項４５に記載の装置。
  47. 【請求項４７】 前記メニスカス・レンズが、前記鏡からの軸外反射によっ
    て生じた球面収差の補正または過補正を行うことを特徴とする請求項４６に記載
    の装置。
  48. 【請求項４８】 前記レンズの中の１つが正レンズであり、かつ、前記レン
    ズの中の別のレンズが負レンズであることを特徴とする請求項４５に記載の装置
    。
  49. 【請求項４９】 前記レンズのうちの２つが実質的に同じアッベ数を有する
    ことを特徴とする請求項４５に記載の装置。
  50. 【請求項５０】 前記レンズのうちの２つが実質的に同じ光学材料を有する
    ことを特徴とする請求項４５に記載の装置。
  51. 【請求項５１】 前記レンズのうちの２つが紫外線放射を透過し、複屈折し
    ない光学材料を有することを特徴とする請求項４５に記載の装置。
  52. 【請求項５２】 前記レンズのうちの２つが弗化カルシウムまたは融解石英
    を有することを特徴とする請求項４５に記載の装置。
  53. 【請求項５３】 前記レンズのうちの２つが互いに対面する表面を持ち、前
    記表面が異なる形状または曲率を有することを特徴とする請求項４５に記載の装
    置。
  54. 【請求項５４】 前記光学系が少なくとも前記可視波長と紫外線波長とにわ
    たって実質的に色収差がないことを特徴とする請求項４４に記載の装置。
  55. 【請求項５５】 前記光学系が、約２５０ｎｍより大きい紫外線波長を含む
    紫外線波長にわたって実質的に色収差がないことを特徴とする請求項４４に記載
    の装置。
  56. 【請求項５６】 前記光学系が、約１９０ｎｍより大きい紫外線波長を含む
    紫外線波長にわたって実質的に色収差がないことを特徴とする請求項４４に記載
    の装置。
  57. 【請求項５７】 前記光学系が、４０×４０未満のサイズの前記試料上のス
    ポットから開始した出力ビームを前記検知手段上へ合焦することを特徴とする請
    求項４４に記載の装置。
  58. 【請求項５８】 前記光学系が前記試料に対して法線方向から約６０°〜約
    ８０°の間の集束角で出力ビームを合焦することを特徴とする請求項４４に記載
    の装置。
  59. 【請求項５９】 前記光源と前記検光子との間または前記検光子と前記光学
    系との間の光路に配置された開口をさらに有することを特徴とする請求項４４に
    記載の装置。
  60. 【請求項６０】 試料に対して分光楕円偏光法計測を行う方法において、 広帯域放射を出力するステップと、 前記広帯域放射を偏光して前記試料と相互作用を行うためのサンプリング・ビ
    ームを生成するステップと、 前記試料と相互作用した前記サンプリング・ビームの放射を光学系によって合
    焦して、前記試料上の狭いスポットから修正ビームに変えるステップであって、
    前記光学系が球面鏡と少なくとも２つの屈折素子とを含み、前記修正ビームが前
    記鏡軸から離れた方向から前記鏡に対して入射し、前記素子の中の少なくとも１
    つが前記鏡からの軸外反射によって生じた球面収差を補正するステップと、 前記修正ビームの放射を分析して出力ビームを生成するステップと、 前記出力ビームを検知して検知出力を供給するステップと、 前記検知出力を処理して、試料との相互作用によって生じたサンプリング・ビ
    ームの振幅と位相における偏光状態の変化を測定するステップと、を有すること
    を特徴とする方法。
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