JP2002543381A

JP2002543381A - 自己較正機能を備える表面特性解析用システム

Info

Publication number: JP2002543381A
Application number: JP2000614020A
Authority: JP
Inventors: ワン，ハイミング; エム．マックストン，パトリック; シー．ジョンソン，ケネス; ニコナハッド，メールダッド
Original assignee: ケーエルエー−テンカーコーポレイション
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2002-12-17
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: WO2000065331A2; JP5248722B2; JP2011191311A; WO2000065331A9; WO2000065331A3; JP5368507B2

Abstract

(57)【要約】照会用放射ビームが測定されるべき試料により変更される前および変更された後に、前記ビームの偏光を変調するために２つの位相変調器または偏光要素が用いられる。試料によりそのように変調および変更された放射が検出され、検出された信号から２５までの高調波が導出し得る。２５までの高調波は、固定偏光要素、円形減衰補償、偏光要素の偏光解消および位相変調器のリターダンスなどのエリプソメトリックパラメータおよびシステムパラメータを導出するために用い得る。放射の一部は、試料の傾きまたは試料高さの変化を検出するために転用し得る。円柱対物レンズは、試料上に集束して試料上の円形スポットを照明するために用い得る。上述の自己較正エリプソメータは、測定精度を改善するためおよび／または光学計測器に較正標準を提供するため、偏光計、分光反射率計または別のエリプソメータなどの別の光学計測器と組み合せ得る。自己較正エリプソメータならびに組合わせシステムは、膜厚および試料により引き起こされた放射の偏光解消さなどの試料特性を測定するために用い得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本出願は、１９９９年２月９日出願の米国特許出願第０９／２４６，９２２号
の一部継続出願である。

【０００２】本発明は、一般に半導体のような試料の表面特性を測定するためのシステムに
関し、より詳細には自己較正機能を備えたそのようなシステムに関する。

【０００３】

【従来の技術】

分光光度計およびエリプソメータは、半導体のような基板上の単層または複層
の膜厚および屈折率などの表面特性の測定に使用されてきた。半導体上に一般的
に見られる材料としては、酸化物、窒化物、ポリシリコン、チタンおよびチタン
窒化物が含まれる。エリプソメータは、単波長または広帯域光源、偏光子、変調
器、解析器および少なくとも１つの強度検出器を利用できる。このタイプの従来
のエリプソメータにおいては、光源からの光が変調され、検出器により検出され
る。検出器信号は、エリプソメトリックパラメータを計算するために解析される
。このタイプのエリプソメータは、例えば、米国特許第５，６０８，５２６号に
記載されている。

【０００４】偏光解析測定は、温度変化および機械的振動のような環境に影響される。この
目的のため、エリプソメータはそのような環境の影響を明らかにするため定期的
に較正される。厚さおよび光学的特性が分かっている標準試料が較正の間使用さ
れてきた。しかしながら、半導体デバイスの絶え間ないダウンサイジングに伴い
、厚さが数オングストロームオーダーの皮膜層を測定できる超高感度エリプソメ
ータが開発された。これらのシステムは、正確な較正のために薄膜を有する標準
試料を必要とする。そのような薄膜標準試料が使われる時には、微小な酸化また
は汚染でさえも影響しかつ結果として重大な較正エラーを生じ得る。従って、よ
り優れた較正特性を備えたエリプソメータのような改良された表面光学測定シス
テムを提供することが望ましい。国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ９８／１１５６２号に
は、安定波長較正エリプソメータが、標準試料上の膜厚を正確に決定するために
用いられている。較正エリプソメータからの測定結果は、薄膜光学測定システム
中の他の光学測定装置の較正に用いられる。しかしながら、これを行なうには、
薄膜光学測定システムを測定用に用いるたびに標準試料を較正エリプソメータで
較正する必要があり、そのためこの手順が面倒になることがある。さらに、標準
試料上の１つまたは複数の皮膜の特性が、特に較正手順のすぐ後にすべての測定
がなされるのでない場合には、較正の時間と測定の時間との間に変わってしまい
かねない。

【０００５】米国特許第５，４１６，５８８号には、十分小さい位相変調（通常、３〜４°
のオーダー）が光弾性変調器（ＰＥＭ）によって適用される別のアプローチが提
示されている。位相変調を数度に制限することによって、検出可能な信号は比例
して減少し、それによって米国特許第５，４１６，５８８号におけるスキーマの
信号対雑音比は多くの用途にとって望ましいレベル以下になり得る。小さい位相
変調のみを使うことにより、測定システム自身のパラメータについて得られる情
報量は限定され、それによりいくつかのシステムおいて重要なシステムパラメー
タのすべてを特徴付けることが不可能になり得る。

【０００６】上記のシステムのどれも完全に満足のいくものではない。従って、上記の困難
が存在しない改良された較正特性を備えたエリプソメータを提供することが望ま
しい。自己較正機能を備えたエリプソメータを提供することが特に望ましい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

自己較正機能を備えるエリプソメータが提案される。時間の経過につれてまた
は環境要因に起因して変化し得るエリプソメータシステムパラメータを較正する
代わりに、これらは、エリプソメトリックパラメータと共にエリプソメータで測
定されたデータから導出し得る。従って、標準試料または較正エリプソメータの
必要は皆無である。ユーザが行なう必要があることは、エリプソメトリックパラ
メータの測定精度に影響し得るシステムパラメータのどのような変更も考慮し得
るように、システムパラメータをエリプソメトリックパラメータと共に導出する
ことだけである。システムパラメータは、エリプソメトリックパラメータが導出
されるのと同じデータから導出し得るので、較正プロセスと測定プロセスとの間
でシステムパラメータが同じままであったと仮定する必要はなく、システムパラ
メータにおけるどのような変化も正確に説明し得る。本発明はまた、小さい位相
変調に限定されない。従って、測定器の信号対雑音比は、広範なシステムおよび
用途における自己較正に十分である。

【０００８】好ましい実施態様においては、直線的に偏光された成分を有する放射のビーム
が試料に供給される。試料によって変更されたビームからの放射が検出される。
放射のビームの偏光はその検出に先がけて変調され、試料の１つ以上のエリプソ
メトリックパラメータおよび上記のプロセスで用いられたシステムの１つ以上の
パラメータが変調の大きさについての制限なしで導出される。

【０００９】従来のエリプソメータにおいては、実質的に非偏光の放射が光源により偏光子
に供給され、放射が試料に適用される前にその放射を偏光させ、偏光されたビー
ムからの放射は、試料による変更後にその放射が検出器に適用される前に解析器
に渡される。従来のスキーマにおいては、偏光子あるいは解析器の一方が回転さ
れるが両方ともではない。本発明に関連した側面における１つの改良されたデザ
インとして、放射のビームが、試料への適用前に第１の回転偏光子を通される。
試料による変更後のビームからの放射も、変調されたビームを提供するために、
第２の回転偏光子により変調される。変調されたビームからの放射は検出器によ
り検出される。検出器出力から、試料の１つ以上のエリプソメトリックパラメー
タが得られる。好ましくは、システムパラメータならびに１つ以上のエリプソメ
トリックパラメータが、システムを自己較正しかつ測定精度を高めるために、検
出された放射から導出される。また好ましくは、放射のビームは、放射源と検出
器との間の固定偏光子を通される。

【００１０】さらに別の改良されたデザインとして、偏光成分を有するビームからの放射が
試料に供給される。試料により変調されたビームからの放射が検出される。ビー
ムからの放射は試料による変更の前または後に変調されるが、回転偏光要素によ
るその検出の前である。検出される変調放射も、その検出に先がけて固定直線偏
光子を通される。次に、検出された放射から、試料の１つ以上のエリプソメトリ
ックパラメータが導出され得る。

【００１１】エリプソメータの測定精度に影響する別の要因は、試料の傾きまたは試料の高
さのバラツキに起因する焦点の変化である。従来の偏光解析法では、集束精度お
よび試料の傾きを検出するために用いられる光学パスは、偏光解析測定のために
用いられるパスとは別個のものである。これは、２つのサブシステム間のドリフ
トまたは心狂いに起因する誤差を結果的に生じる。本発明は、検出器に向けられ
た放射の一部を、試料の傾きあるいは試料の高さにおける変化のような要因に起
因する集束における不正確さを検出するための感受検出器に転用することを意図
する。この特徴は、偏光解析ならびに分光測光法のような他の表面光学測定シス
テムにおいて用い得る。

【００１２】半導体製造では、偏光解析測定に用い得る小さい電気接触パッドをウェハ上に
確保することがしばしば行なわれ、その場合、その領域はしばしば四角形である
。偏光解析における照明ビームは、典型的には斜めの角度で試料に向けられる。
従って、もし照明ビームが円形断面を有していれば、結果的に試料上の照明スポ
ットは楕円形になる。半導体上に偏光解析用に確保された正方形パッドのサイズ
が小さいことがあるので、そのようなパッド内に楕円形スポットを収めることは
難しいことがある。試料上に照明ビームを集束するために円柱対物レンズを用い
ると、これには楕円形スポットを平坦にし、パッド境界内にうまく収める効果が
ある。好ましくは、円柱対物レンズは、形が実質的に円形のスポットに照明ビー
ムを集束する。

【００１３】上述のエリプソメータは、試料を測定するための別の光学計測器と共に用いる
のが有利である。好ましくは、エリプソメータおよび他の光学計測器の出力は、
試料情報ならびに測定精度を高めるためのエリプソメータのパラメータを導出す
るために用い得る。ある１つの用途においては、組み合せシステムを、試料の膜
厚情報および試料により引き起こされた放射の偏光解消の測定に用い得る。導出
された偏光解消により、表面粗さのような試料特性を示し得る。

【００１４】別の方法として、エリプソメータの様々な各構成を単独で膜厚および試料によ
り引き起こされた偏光解消の測定に、同じ測定出力からエリプソメータのシステ
ムパラメータを導出してまたはしないで、用いることがでる。

【００１５】説明を簡明にするため、本出願において同一の構成要素は同じ番号により特定
される。

【００１６】

【発明の実施の形態】

図１は、本発明の第１の実施態様を例示する、２つの位相リターダを用いるエ
リプソメータを示す。図１に示すように、エリプソメータ１０は放射源１２を含
んでおり、これは実質的に単波長の放射を供給し得る。実質的に単波長の放射を
供給するため、超安定ヘリウムネオンレーザを用い得る。源１２からの放射は、
固定偏光子１４を通される。固定偏光子１４は、それを通過する放射が直線偏光
成分を有するようにするものである。固定偏光子１４は、好ましくは、システム
１０の残余光学成分についてその方位に固定された直線偏光子である。代わりに
、固定偏光子１４は、それを通過する放射に直線偏光成分を含む楕円偏光を持た
せ得る。説明したように、好ましくは、直線偏光成分を有する放射が変調器１６
に供給されるが、このことは必要とされないことおよび変調器１６に供給された
偏光成分を有するその放射は十分なものでありかつ本発明の範囲内にあることが
理解されるであろう。

【００１７】偏光成分、好ましくは直線偏光成分を有し、偏光子１４から出る放射１１は、
レンズ１６により集束されかつ位相リターダ１８を通され、半導体ウェハ２０の
ような試料表面に適用され、この表面が、反射などにより、偏光成分の偏光状態
を含む放射の偏光を変える。半導体ウェハ以外の試料については、放射は、透過
、散乱、回折またはさらに別のプロセスによって変えられる得るが、そのような
およびその他の変化は本発明の範囲内にある。試料２０により変更された後、変
更された放射１３は第２の位相リターダ２２を通され、レンズ２４により、集め
られ、第２の固定偏光子２６を通され、低雑音光検出器２８に適用される。

【００１８】リターダ１８、２２は、試料２０による偏光の前および後に放射の偏光を変調
するために異なる速度で回転される。検出器２８により検出された放射は、ウェ
ハ２０のエリプソメトリックパラメータを導出するために、データ取得部３０に
供給される。

【００１９】システム１０は、参照によりここに完全に組み入れられる米国特許第４，３０
６，８０９号においてＡｚｚａｍにより提案された偏光計とは異なる。Ａｚｚａ
ｍは試料のミュラー行列を導出している。システム１０は、検出器２８から検出
された放射を用いてエリプソメトリックパラメータだけでなく、システム１０自
体における成分のパラメータを導出するためにも使用できる。これらのシステム
パラメータには、例えば、固定偏光子１４および解析器２６の総合倍率、角度（
偏光軸の方位）および円形減衰補償、ならびにリターダ１８、２４の角度、位相
、線形減衰および偏光変調（リターダンス）振幅、さらには放射源１２により供
給された放射におけるいかなる偏光も含まれる。総合倍率は、放射源強度および
検出器応答度を含み得る。偏光子１４および解析器２６の角度は、放射の入射面
を横切る方向の試料傾きにより変えられ得る。

【００２０】以下により明確に示されるように、図１のシステム１０を用いて、２５の高調
波が生成され、これはエリプソメトリックパラメータとシステムパラメータの双
方を決定するのに十分すぎるほどである。システムパラメータは、エリプソメト
リックパラメータと共に検出器２８の出力から導出されるので、システム１０は
自己較正しており、それによりシステムパラメータを前もって較正する必要は全
くない。従って、較正用に標準試料または較正計器を使用する必要が全くない。
測定がなされる都度、システムパラメータがエリプソメトリックパラメータと同
時に導出され、それによりエリプソメトリックパラメータは、システムパラメー
タの変動による悪影響を受けることなく正確に導出され、そこではこれらのシス
テムパラメータも同様に正確に計算され得る。さらに、減衰補償、偏光解消およ
び開口積分効果などのシステムパラメータは、従来のシステムにおいては較正し
づらいことがある。対照的に、これらの要因は、図１のシステム１０においては
自動的に考慮される。

【００２１】図２は、検出器２８の出力における時間の関数としての検出器信号の例を示す
プロットのグラフである。位相リターダまたは他の位相変調器の代わりに、要素
１８、２２も偏光子とし得る。

【００２２】図３には、本発明の第２の実施態様を説明するため、２つの回転偏光要素すな
わち位相リターダを用いた自己較正型広帯域エリプソメータ１００を示す。最初
に、システム１００において２つの回転偏光子要素が使われることが仮定される
。図３に示すように、システム１００は広帯域の源１０２を含んでいる。広帯域
放射を供給するため、深紫外領域を含む広いスペクトルをカバーするためキセノ
ンランプならびに重水素ランプを用いることが望ましいことがあり、それにより
源１２が供給する放射が１９０〜約１ミクロンの範囲に及ぶようになる。明らか
に、複数波長放射（例えば、複数のレーザから）または他の波長を供給する光源
も使用することができ、かつ本発明の範囲に入る。

【００２３】固定偏光子１４は、それを通過する放射が、偏光成分、好ましくは直線偏光を
有するようにする。そのような成分を有する放射は、回転偏光要素すなわち位相
変調器１０６に供給され、鏡１０８により試料２０に集束される。反射または透
過（あるいは、図１について上で列挙したいずれかのプロセス）などにより、試
料２０によって変更された放射は、収集鏡１１０によって集められ、回転偏光要
素１１２を通って、固定解析器２６へリレーされる。解析器２６から出る放射は
次に、広帯域放射を種々の波長成分に分離するための分光計１２０に供給され、
それにより種々の波長の強度が個々に検出できるようになる。そのような強度は
次に、解析のため、データ取得システム３０へ供給される。

【００２４】色収差を回避するため、集束および集光鏡がレンズの代わりに用いられ、かつ
検出された広帯域放射中の種々の波長を測定用波長成分に分離するために分光計
が用いられる。放射源１０２はレーザの代わりの広帯域源である。図４は、分光
計２０により検出された波長成分の１つにおける強度信号をプロットしたグラフ
である。位相リターダが用いられるシステムとは異なり、回転直線偏光子は、そ
の偏光軸が固定偏光子１４のそれに垂直な場合には、放射を実質的に全く通さな
い。この理由により、強度は周期的に実質的に０になる。

【００２５】図５は、図３の実施態様を説明するため、入射面の相対的な方位、固定偏光子
１４の軸および回転偏光要素１０６の軸を示す概略図である。図５は、照明ビー
ム１２２の方向に反対の方向（すなわち、中をのぞくように）に沿って見た図で
ある。図５に示すように、基準ｘ軸は、試料２０に向けられたビーム１２２およ
びその反射１２４の入射面に沿っている。固定偏光子１４の軸は角度P1の矢印ｘ
’に沿っており、回転偏光要素１０６の軸はｘ軸から角度Ｐ₀ ＋Ｐ（ｔ）の矢印
ｘ”に沿っている。要素１０６が回転しているので、その軸は時間ｔの関数とし
て変化する。従って、Ｐ₀ を時間０におけるその軸の角度とすると、時間ｔにお
けるその軸の角度はＰ₀ ＋Ｐ（ｔ）である。同様の量Ａ₀ ＋Ａ（ｔ）は、図３の
変更（図３のケースでは、反射）されたビーム１２４の方向と反対の方向に沿っ
て見たときの、入射面を基準とした回転解析器１１２の角度について定義できる
。従って、偏光要素１０６が周波数ｆ_P で回転しかつ偏光要素１１２が周波数ｆ _A で回転していれば、回転偏光要素１０６、１１２の軸の偏光角度は、下記の式
（１）で与えられるＰ_R ｔ）、Ａ_R （ｔ）である（式中ｔは時間を表す）。式中、初期角度Ｐ₀ およびＡ₀ は、ｔが０のときの偏光子および解析器要素１０
６、１１２の初期角度に相当する。

【００２６】分光計１２０における検出器信号Ｓ^(m) _D は次に、これらの回転偏光要素によ
り変調され、時間ｔの関数として記録される。ここで、検出器信号についての式
中の「ｍ」は、これがモデルからの理論的なものというよりも、測定された検出
器信号であることを示す。この同じ注釈は、下記で他の量についても当てはまる
。

【００２７】検出器信号の１つの例が図４に示してある。以下に示されるように、測定され
た検出器信号から２５の高調波を導出することができ、その場合にエリプソメト
リックパラメータおよびシステムパラメータを導出するためのモデルの高調波と
この２５の高調波を比較できる。ただし、そのような比較を論じる前に、以下で
説明されるようにシステムのモデルを最初に検討する必要がある。

【００２８】システムモデリング検出器信号のミュラー行列表示解析的には、検出器信号は、として表すことができる。式中、Ｓ_P （Ｐ）：試料に入射するビームの４×１ストークスベクトル、Ｍ_s ：試料の４×４ミュラー行列、Ｓ’_A （Ａ）：解析器中の要素を表すミュラー行列の第１行の投射。

【００２９】式２の最後の部分では、単純にするため、Ｐ（ｔ）、およびＡ（ｔ）は単にＰ
およびＡと書かれ、これらが時間の関数であることが理解される。同じ単純化は
下記の説明でもなされる。

【００３０】偏光生成側における要素のモデリングシステム１００の生成側は、固定偏光子１４、回転偏光子１０６および鏡１０
８を有する。生成側のすべてのシステムパラメータおよび回転角度Ｐは、ストー
クスベクトルＳ_P （Ｐ）に符号化される。次に、生成側の各要素における光の挙
動、および１つの要素から次の要素への伝播を記述するためにミュラー定式化が
用いられる。光源１０２が完全に非偏光であると仮定すると、以下の式が得られ
る。式中、Ｒ：ミュラー回転行列、Ｍ_P1：固定偏光子１４のミュラー行列Ｍ_P ：生成側の回転偏光要素１０６のミュラー行列。

【００３１】解析側における要素のモデリング解析側は、鏡１１０、回転偏光子１１２、および固定偏光子２６を有する。解
析側のすべてのシステムパラメータおよびｘ軸に関する偏光子１１２の回転角度
Ａは、解析側要素Ｓ’_A （Ａ）を表すミュラー行列の第１行の投射において符号
化される。同様に、式中、Ｍ_A1：固定解析器２６のミュラー行列Ｍ_A ：解析側の回転偏光要素１１２のミュラー行列。

【００３２】フーリエ解析数学的な扱い式（３）の偏光生成側の回転角度と関連した高調波から、ストー
クスベクトルＳ_P （Ｐ）中の各要素が５つの高調波、すなわち回転周波数ｆ_P の
ＤＣ、２重、および４重の高調波から成ることが見出される。式中、ａ₀₀，ａ₀₁，，，は、システム１００の生成側を特徴付ける係数である。

【００３３】解析側における回転角度に関する高調波同様に、解析側ミュラー行列の第１行も５つの高調波から成っている。式中、ｂ₀₀，ｂ₀₁，，，は、システム１００の解析側を特徴付ける係数である。

【００３４】検出器信号の高調波明らかに、検出器信号は２５の高調波から成る。

【００３５】回帰高調波係数Ｆの回帰好ましくは、時間領域における１００〜数千のデータ点が測定により得られる
。試料構造（皮膜のインデックスおよび厚さ）およびシステムパラメータ（入射
角、角度Ｐ₀ 、Ｐ₁ 、Ａ₀ 、Ａ₁ 、固定偏光子および解析器などの偏光解消等）
は、検出器信号データから直接的に回帰できる。しかしながら、この回帰は非線
形である。１０００のデータ点の非線形回帰はあまり効率的ではない。一方、Ｆ
係数の回帰は線形であり、従って回帰効率を改善する。次式、の最小化により、高調波係数Ｆ_c0 ^(m)、Ｆ_cn ^(m)、およびＦ_sn ^(m)、ｎ＝１，２，
，，１２が決定される。回帰において、ベクトルｘは次式として定義される。

【００３６】試料構造およびシステムパラメータの回帰上記線形回帰において、試料構造およびシステムパラメータは使用されない。
一方、高調波係数は試料構造およびシステムパラメータと関連している。実際の
ところ、それらは試料構造およびシステムパラメータと関連した非線形関数であ
る。これらの非線形関係は、システムモデルおよび膜モデルにより得られる。

【００３７】そのようなシステムおよび膜モデルを構成するための方法は当業者には公知で
あり、ここでは詳述しない。これにより、試料構造およびシステムパラメータを
下記の式（１１）に回帰することができるようになる。式中、「ｍ」が付された量は、上記で説明したように分光計１２０からの測定さ
れた検出器信号から得られ、モデルからのものではない。

【００３８】エリプソメトリックパラメータおよびシステムパラメータを導出するためのプ
ロセスを、図６を参照して説明する。最初に、上述のように生データが得られ、
これは分光計１２０（ブロック１５０）の出力において現れる。データに関して
フーリエ解析が実行され、２５の測定された重調和係数が得られる（ブロック１
５２、１５４）。膜モデルおよびシステムモデルは式１０に示されるように構成
される（ブロック１５６）。考慮されるシステムパラメータには、上で論じたも
のの１つ、いくつかまたはすべてを含み得る（ブロック１５６）。上記の式１１
の回帰アルゴリズムが次に、高調波係数Ｆについて解を出すために実行される（
ブロック１５８）。これらのＦ係数から、エリプソメトリックパラメータｎ、ｋ
およびシステムパラメータを次に導出し得る（ブロック１６０）。分光計出力か
ら導出し得るシステムパラメータは、例えば、固定偏光子１４および解析器２６
の総合倍率、角度（偏光軸の方位）および円形減衰補償、ならびに偏光子１０６
および解析器１１２の角度、偏光解消、そして源１０２により供給される放射の
いかなる偏光も含まれる。上で説明したものと同じモデルおよびプロセスは、源
１０２、１２が、いくつかの非偏光成分を有する放射源と交換される場合に使用
され得る。

【００３９】図３を参照すると、回転要素１０６、１１２は、偏光要素の代わりに位相リタ
ーダなどの位相変調器であり、上記の式すなわち式（１）〜（１１）と実質的に
同じ式を構成することができかつ図６に関する上記説明と同様のプロセスをエリ
プソメトリックパラメータおよびシステムパラメータを導出するために実施し得
る。要素１０６、１１２が位相変調器である場合には、これらの要素の各々は速
い軸と遅い軸とを有している。これら２つの軸の１つが要素の軸として扱われ、
上記の同じ解析を、エリプソメトリックパラメータｎ、ｋおよびシステムパラメ
ータを測定しかつ導出するために適用し得る。もし要素１０６、１１２の１つ以
上が、１つ以上の位相変調器および１つ以上の偏光子を複合したものであれば、
同じことがあてはまる。

【００４０】上述の方法は図１のシステム１０にも適用可能である。従って、検出器２８の
出力は次に、上記で要素１２、１４、１６、１８、２２、２４および２６につい
て上記で列挙したようなエリプソメトリックパラメータおよびシステムパラメー
タを導出するために用いられる。

【００４１】上述の解析から、２５の高調波は、エリプソメトリックパラメータおよびシス
テムパラメータを解きあるいは導出するのに十分である。いくつかの用途におい
ては、そのようなパラメータを導出するのに２５の高調波すべてが必要とされる
わけではない。そのような場合、図１および図３に示したものよりも単純なシス
テムを代わりに用い得る。そのような構成が図７Ａ〜図７Ｈに示してある。図面
を簡略化するため、光源、検出器、データ取得および解析装置は省略されている
。図７Ａ〜図７Ｂは、２つの偏光子を用いる従来のエリプソメータを例示するも
のである。図７Ａでは、非偏光光が回転偏光子２０６を通され、試料２０に供給
される。試料により反射された放射は、固定偏光子２２６を通され、エリプソメ
トリックパラメータを導出するために検出器へ送られる。図７Ｂでは、非偏光放
射が、固定直線偏光子２１４を通され、試料２０に適用される。反射された放射
は次に、それがエリプソメトリックパラメータを導出するために検出器に適用さ
れる前に、回転偏光子２１２を通される。

【００４２】図７Ｃ〜図７Ｈに例示した構成は可能であり、本発明に従って用いるのが有利
である。従って、図７Ｃでは、非偏光放射が回転偏光子２０６を通され、試料２
０に適用され、試料により変更された放射が次に回転解析器２１２を通され、放
射が単波長か広帯域であるかによって、検出器２８または分光計１２０などの検
出器に送られる。図７Ｄでは、非偏光放射は最初に固定偏光子２１４を、次に回
転偏光子２０６を通されて、試料２０に適用される。変更された放射は、固定解
析器２２６へ渡され検出器へ送られる。図７Ｅでは、非偏光放射が、固定偏光子
２１４を通され、試料２０によって変更され、回転解析器２１２および固定解析
器２２６を通されて検出器に適用される。図７Ｆでは、非偏光放射が、固定偏光
子２１４、回転偏光子２０６を通して試料２０に適用され、試料によって変更さ
れた放射は、回転解析器２１２を通して検出器へ渡される。図７Ｇでは、非偏光
放射は回転偏光子２０６を通して試料２０に適用され、試料により変更された放
射は、回転解析器２１２および固定解析器２２６を通して検出器へ送られる。集
束鏡が全く用いられないこと以外は、図７Ｈの構成は図３の構成と同様である。

【００４３】従って、図７Ｃ、図７Ｆ、図７Ｇおよび図７Ｈの構成において、試料による変
更の前後に、回転偏光子または解析器により変えられ、その場合、放射は１つ以
上の固定偏光要素を通すことも通さないこともできる。図７Ｄ、図７Ｅの構成に
おいては、試料による変更の前後に、放射は固定偏光要素を通されるが、試料に
よる変更の前あるいは後の一方において１つの回転偏光子または解析器のみが使
用され、変化の前後双方においてではない。

【００４４】図７Ｃ〜図７Ｅの器具または構成が用いられる場合、検出された信号から５つ
の高調波が生成し得る。５つの高調波は、いくつかの用途についてエリプソメト
リックパラメータおよびシステムパラメータを導出するのに十分であり得る。特
定の用途においては、より多くの高調波が必要または望ましいことがあり、これ
らの用途については、図７Ｆ、図７Ｇ、図７Ｈおよび３が望ましいであろう。

【００４５】上述の解析は、上述の図７Ｃ〜図７Ｈの構成のいずれか１つについて若干修正
し得る。明らかに、図３におけるように鏡が全く用いられない場合、これらの鏡
を必要とするシステムパラメータは解析において省略し得る。放射が試料に適用
される前に放射を変更するために回転偏光子が全く用いられない場合には、回転
偏光子の回転軸角度を表す変数Ｐは定数または０に設定できる。放射が試料によ
り反射または他の方法で変更された後に、その放射を修正するために回転解析器
が全く用いられない場合には、回転解析器の角度を表す量Ａも定数または０に設
定できる。そのような違いは別として、上述の解析を、図７Ｃ〜図７Ｈの構成に
おいてエリプソメトリックパラメータを導出するために適用し得る。

【００４６】上で論じた理由から、いくつかの用途については、エリプソメトリックパラメ
ータと共にシステムパラメータを導出することが有利であるが、図３、図７Ｃ〜
図７Ｈの構成におけるように、システムパラメータも導出せずにエリプソメトリ
ックパラメータを単に導出すれば充分なこともある。そのようなまた他の変更形
態は本発明の範囲内にある。

【００４７】２５の高調波を生成するためには、２つの偏光子、変調器（１８、２２および
１０６、１１２）を異なる速度で回転させるべきである。一方の偏光子または変
調器の回転速度が、対になる他方の回転速度の整数倍である場合には、２５の高
調波が検出器信号から導出されるのに十分な情報がないことがある。従って、２
５の高調波を導出するため、２つの偏光子または変調器各々の回転速度が他方の
偏光子または変調器の回転速度で割り切れない整数であることが望ましい。言い
換えると、２つの整数速度の最大最小公分母が１であることが望ましい。さらに
、十分な検出器情報を得るため、試料によりそして変調器または偏光子により変
調された放射を検出器信号が検出している間、２つの変調器または偏光子の少な
くとも１つが１３回以上の完全な回転により回転されることが望ましい。

【００４８】これら２つの偏光子または位相変調器は、連続的または断続的に回転させられ
得る。回転が断続的である場合、検出器は、位相変調器または偏光子が静止して
いる間に検出するために使用できる。回転偏光子または回転リターダを用いる代
わりに、光弾性変調器またはポッケルスセルを代わりに用い得る。回転リターダ
はフレネルロムとし得る。図７Ａ〜図７Ｇの構成は、１つ以上の要素１４、１０
６、１１２、２６を図３のシステム１００から取り去ることによって達成でき、
これは図３のモータ２５０によって遂行できる。図６および式に関して上で説明
したアルゴリズムは、データ取得３０により実行でき、これは単にコンピュータ
とし得る。

【００４９】図８Ａは、図１のシステムの一部および試料の傾きまたは試料の高さを感知す
るための装置の概略図である。上で言及したように、従来の測定システムにおい
ては、試料の傾きまたは高さは、測定パスとは異なりかつ別個の光学パスを介し
て測定される。これによりシステムは扱いにくくなり、かつ不正確になることが
ある。適切に較正したシステムにもかかわらず、そのような不正確さが測定エラ
ーにつながり得るので、試料の傾きと高さの測定は重要である。従って、図８Ａ
に示すように、試料により変更された後、放射は位相変調器２２または回転偏光
子１１２などの変調器を通って、レンズ２４により固定解析器２６を通され、格
子３０２に伝えられる。ビームのエネルギーのほとんどは、アパーチャ３０４を
通過して検出器２８に至るゼロ次光線として現われる。ビーム１３中の放射は実
質的に単色であり、そのため回折格子３０２は、回折された＋１次のビームを検
出器３０６へ向けて回折する。検出器３０６は、レンズ２４から格子３０２まで
および格子３０２から検出器３０６までの総光学パスがレンズ２４の焦点距離と
実質的に等しくなるように置かれる。従って、たとえ代わりに、試料２０の表面
２０ａがより低いレベル２０ａ’にあったとしても、表面２０ａ’および格子３
０２からの＋１次光線は、依然として同じ方向で検出器３０６へ向けられ、それ
により検出器３０６の検出は試料の高さの影響を受けない。しかしながら、検出
器３０６は、位置２０ａから位置２０ａ”への試料の傾きを検出し、このことは
、格子３２０からの＋１次光線の方向に変化を起こさせ得る。従って、表面２０
ａが適切な傾きにある場合に検出器３０６が較正されていたのであれば、検出器
３０６を試料の傾きの検出に用いることができ、その場合には、そのような検出
は試料の高さの変化に影響されない。

【００５０】検出器３０８は、格子３０２からの−１次回折を検出するために設置されてい
る。検出器３０８は、適切な高さで試料表面２０ａを検出するために較正される
。従って、もし試料の表面２０ａが、図８Ａにおいて点線で示した位置２０ａ'
に下降（または上昇）されていれば、このことは、−１回折の方向の変化を引き
起こしかつ検出器３０８により感知されるであろう。

【００５１】図８Ｂは、図３のシステム１００の一部ならびに試料の傾きと試料の高さの変
化を感知するための装置の概略図である。波長依存性である格子を用いる代わり
に、図８Ｂに示す２つのペリクルのような、本質的には透過性であるが若干反射
性の２つの要素を用い得る。従って、ペリクル３１２、３１４は、固定解析器２
６と分光計１２０との間の光学パスに置き得る。両方のペリクルは、光学パスに
対してほとんど直角な位置に置かれ、放射の大半は２つのペリクルを通るが、少
量の放射はペリクルによって光学パスから若干それた方向に反射されて検出器３
１６、３１８へそれぞれ向けられる。鏡１１０とペリクル３１２との間およびペ
リクル３１２と検出器３１６との間の総光学パス長が鏡１１０の焦点距離と実質
的に等しくなるように検出器３１６が置かれる。図８Ａの検出器３０６について
述べたものと同様な理由のため、試料高さの変化により影響されずに試料の傾き
を検出するために検出器３１６を使用することが可能である。また、図８Ａの検
出器３０８と同様に、検出器３１８は、試料高さの変化が検出器３１８により検
出されるように、適切な高さで試料表面２０ａを検出するために較正されている
。

【００５２】半導体製造では、偏光解析測定用に用い得る小さい電気接触パッド領域をウェ
ハ上に確保することがしばしば行なわれ、その場合にその領域はしばしば正方形
である。偏光解析における照明ビームは、典型的には斜の角度で試料に対して向
けられる。従って、もし照明ビームが円形断面を有していれば、その結果として
試料上の照明スポットは楕円形になるであろう。偏光解析用に半導体上に確保さ
れた正方形のパッドはサイズが小さいことがあるので、そのようなパッド内に楕
円形のスポットを納めるのは困難なことがある。

【００５３】試料上に照明ビームを集束するために円柱対物レンズを使用または付加すると
、これには楕円形スポットを平坦にしてパッドの限界内にうまく納めるようにで
きるという効果がある。好ましくは、円柱対物レンズは、形が実質的に円形のス
ポットに照明ビームを集束する。従って、試料２０上の照明スポットを平坦にす
るため、図１のレンズ１６を円柱レンズにするか、あるいは円柱レンズを図１に
付加してビーム１１を集束することができる。同様に、試料２０上の照明スポッ
トを平坦にするため、図３の鏡１０８も円柱鏡とするか、あるいは円柱鏡を付加
することができる。好ましくは、レンズ１６または鏡１０８あるいはレンズと鏡
の組合せの入射面における集束力は、照明スポットが円形になるようなものであ
る。

【００５４】図９〜図１３Ｂに関する以下の説明は、本質的に１９９９年２月９日出願の特
許願第０９／２４６，９２２号から取ったものである。

【００５５】図９は、親出願の発明の好ましい実施態様を説明するための、分光エリプソメ
ータと偏光解析システムを含む組合せ計器の概略図である。組合せ計測器の分光
エリプソメータを論じる前に、最初に偏光解析システム１００８を、図９および
図１０を参照してある程度詳細に説明する。以下に示されるように、好ましくは
、図９の組合せ計測器におけるようにシステム１００８を分光（または単波長）
エリプソメータと共に用いるのが有利である一方、このシステムは、それ自体で
試料測定に用いても有利である。

【００５６】偏光解析システム１００８の全体的な光学的配置は、米国特許第５，７４７，
８１３号に記載の分光反射率計と似ており、その単純さを保持している。しかし
ながら、そのような分光反射率計とは異なり、親出願の発明のシステム１００８
は、米国特許第５，７４７，８１３号のシステムにおけるような偏光非感受性反
射率スペクトルというよりは偏光解析反射率スペクトルを測定するものである。
従ってシステム１００８は、米国特許第５，７４７，８１３号のシステムよりも
表面特性に敏感である。好ましい実施態様において、親出願の発明は試料により
反射された放射の検出として例示されているのに対し、親出願の発明は本質的に
、本出願で説明されるように、試料により伝えられた放射が代わりに検出される
場合に作動することが理解されるであろうし、そのようなおよび他の変更形態は
親出願および本出願の発明の範囲内にある。単純にするため、好ましい実施態様
は、放射された放射の測定として以下で説明するが、そのような説明は伝達され
た放射の測定に容易に拡張できることは了解の上である。

【００５７】試料パス、基準パス、フィールド照明パス、測定照明パスおよびエリプソメー
タパスを示す取り決めは、図９の右上隅に示してある。上で言及したように、偏
光解析パラメータを測定するためのシステムにおける全体的な光学的配置は、以
下で図９および図１０を参照して説明する。

【００５８】図９および図１０はそれぞれ、偏光解析パラメータを測定するための親出願の
発明による、光学システムの同じ実施態様を示す。図９のシステム１００８の集
束部分および他の光学要素ならびに分光エリプソメータは、図を簡素化するため
、図１０においては省略してある。これらの要素は、他の要素に関してのそれら
の配置を最も明確に示す図と共に以下で説明してある。図９を参照すると、ウェ
ハ１００３の相対反射率スペクトル測定用の光学システム１００８は、照明サブ
システム、反射率計サブシステム、観察サブシステム、および自動焦点サブシス
テムを含んでおり、どのような特定の光学要素でも１つ以上のサブシステムの一
部となり得る。照明サブシステムは、可視および／または紫外（ＵＶ）光の光ビ
ーム１０１２を発するキセノンアークランプなどのランプ１０１０、ランプハウ
ジングウインドウ１０１４、軸外し放物面鏡１０１６、フリップインＵＶカット
オフフィルタ１０１８、カラーフィルタホイール１０２０、平面鏡１０２２、凹
面鏡１０２４、フリップイン４０μｍファインフォーカスアパーチャ１０３０を
備えたアパーチャ鏡１０２８、大型色消しレンズ１０３２、フィールド照明シャ
ッター１０３１、折り曲げ鏡１０３６、および小型色消しレンズ１０３８を含ん
でいる。図１０では、対物レンズ１０４０は、鏡１０４０ａ、１０４０ｂおよび
これを収納するハウジング１０４０’を含んでいるが、ハウジングとウェハとの
間に、分光エリプソメータ（図１０では図示せず）からの斜めの照明ビームのた
めの十分な間隔を残してある。

【００５９】照明システムは、測定ビーム２５とフィールド照明ビーム１０３４から成る組
合せビーム１０４２を提供する。ランプ１０１０は、ランプハウジングウインド
ウ１０１４を通して光ビーム１０１２を放つ。ランプハウジングウインドウは光
学的な理由から必要ではないが、ランプ１０１０が万一割れたり破裂したときの
ために備えてある。タングステンまたは重水素ランプなどの他のランプよりもキ
セノンランプが好まれる。なぜならば、キセノンランプは、ＵＶから近赤外まで
のスペクトルをカバーするよりフラットな出力を与えるからである。１９０〜２
２０ｎｍの範囲の波長成分を有する試料ビームを提供するため、深ＵＶを含むよ
り広いスペクトルをカバーすべく付加的な重水素ランプ１０８８がキセノンラン
プ１０１０と共に用いられる。２つのランプを一緒に用いることにより、その結
果として試料検出用に供給される放射の組合せスペクトルは、約１９０〜８００
ないし８３０ｎｍの範囲にまで拡張できる。スペクトルを深ＵＶ範囲にまで拡張
することは、フォトリソグラフィに有用である。ランプ１０８８からの放射は、
レンズ１０９３により集束され、鏡１０９５によりフィルタ１０１８へ反射され
、ランプ１０１０からの放射と組合されて組合せビーム１０１２’を形成する。
鏡１０９５を矢印１０９９に沿ってビーム１０１２のパス中へまたはパスから動
かすことにより、重水素ランプ１０８８からの放射を、測定ビーム１０２５に含
めあるいはこれから除外することが可能である。

【００６０】軸外し放物面鏡１０１６は光ビーム１０１２を平行にし、このビームは、ラン
プ１０８８からの放射と組合わせてをビーム１０１２’を形成後、フリップイン
ＵＶカットオフフィルタ１０１８およびカラーフィルタホイール１０２０で任意
に濾光できる。フリップインＵＶカットオフフィルタ１０１８は、光ビーム１０
１２’が回折格子により拡散される際に１次および２次回折ビームが重ならない
ようにするため、光ビーム１０１２’のスペクトルを部分的に制限するために用
いられる。光ビーム１０１２’の一部は、平面鏡１０２２により凹面鏡１０２４
へ反射され、測定ビーム１０２５を形成する。凹面鏡１０２４は、測定ビーム１
０２５をアパーチャ鏡１０２８上へ集束する。

【００６１】光ビーム１０１２の別の部分、すなわちフィールド照明ビーム１０３４、は大
型色消しレンズ１０３２によって折り曲げ鏡１０３６近くに集束され、折り曲げ
鏡１０３６はランプ１０１０、１０８８の像を小型色消しレンズ１０３８に向け
て反射する。光がアパーチャ鏡１０２８から反射する前に、小型色消しレンズ１
０３８はフィールド照明ビーム１０３４中の光を集める。アパーチャ鏡１０２８
は、溶融シリカプレートであって、片面に反射性コーティングを備え、該反射コ
ーティングに１５０μｍ四方のエッチングで測定ビーム１０２５用アパーチャを
設けてある。アパーチャは、対物レンズ１０４０の共役直径の一方に置かれる。
フィールド照明は、フィールド照明ビーム１０３４の光学パス中にフィールド照
明シャッター１０３１を置くことにより遮断できる。

【００６２】狭い測定ビーム１０２５と広いフィールド照明ビーム１０３４とがアパーチャ
鏡１０２８において再結合され、フィールド照明ビーム１０３４はアパーチャ鏡
１０２８の前面で反射し、測定ビーム１０２５はアパーチャと偏光子１１０２を
通過し、前記偏光子はモータ１１０１によりビーム１０２５のパス中へまたはパ
スから外へ移動され得る。

【００６３】図９は、光学システム１００８の反射率計、観察およびオートフォーカスサブ
システムを示すもので、対物レンズ１０４０、ビーム分割鏡１０４５、試料ビー
ム１０４６、任意の基準ビーム１０４８、凹面鏡１０５０、平面鏡１０４３、基
準分光計ピンホール１０５６を備えた基準プレート１０５２、試料分光計ピンホ
ール１０５８を備えた試料プレート１０５４、第２の折り曲げ鏡１０６８、回折
格子１０７０、試料直線フォトダイオードアレイ１０７２、基準直線フォトダイ
オードアレイ１０７４、短焦点距離色消しレンズ１０８０、鏡１０８２、ビーム
スプリッタキューブ１０８４、ペンタプリズム１０８６、長焦点距離色消しレン
ズ１０９０、中性密度フィルタホイール１０９７、第３の折り曲げ鏡１０９１、
およびビデオカメラ１０９６を含む。これらの構成要素のいくつかは簡明にする
ため図１０では示してない。

【００６４】対物レンズ１０４０についてはいくつかの倍率が可能である。１つの実施態様
においては、シュワルツシルド型の全反射性対物レンズを回転可能なタレットに
取り付けることができ、このタレットにより、試料ビーム１０４６の光学パス中
にいくつかの異なる対物レンズ（図示せず）の１つを置くことができる。親出願
の発明における測定に大きな影響を与えることなく、低パワーの屈折性要素を試
料ビーム１０４６の光学パスに含めることが可能である。

【００６５】ウェハ１００３の相対反射率スペクトルの測定を次に説明する。フィールド照
明シャッター１０３１がフィールド照明ビーム１０３４のパス中に置かれた場合
、組合せビーム１０４２は測定ビーム１０２５のみから成る。組合せビーム１０
４２はビーム分割鏡１０４５により分割され、これは組合せビーム１０４２の半
分を対物レンズ１０４０に向けて偏向させるために置かれた完全反射鏡であって
、従って試料ビーム１０４６を形成し、組合せビーム１０４２の偏向されなかっ
た残り半分は基準ビーム１０４８を形成する。試料ビーム１０４６および任意の
基準ビーム１０４８が同じ源、ランプ１０１０、１０８８から導出され、また組
合せビーム１０４２が放射状に均一なので、基準ビーム１０４８および試料ビー
ム１０４６は、比例的に依存するスペクトル強度を有する。さらに、ビーム分割
鏡１０４５は、全光学パス中の部分反射鏡というよりも光学パスの半分における
完全反射鏡なので、連続的な広帯域スペクトルは良好な輝度で反射される。

【００６６】基準ビーム１０４８は当初、ビーム分割鏡１０４５と相互作用しないが、代わ
りに凹面鏡１０５０を照明する。凹面鏡１０５０は軸をわずかに外してあり、そ
れによって基準ビーム１０４８はビーム分割鏡１０４５の裏面上に反射され、そ
の場合、平面鏡１０４３が基準ビーム１０４８を基準分光計ピンホール１０５６
と一直線状に再反射する。平面鏡１０４３は、基準ビーム１０４８を試料ビーム
１０４６と再整列するために設けてあり、それにより双方のビームが、実質的に
平行なそれぞれの分光計ピンホールを通過する。これにより双方のチャネルにつ
いての分光計要素の整列がより簡単になる。なぜならば基準ビームが試料ビーム
に平行な分光計に入るからである。

【００６７】基準ビーム１０４８は、ビーム１０４６を反射するビーム分割鏡１０４５の表
面と相互作用しないので、基準ビーム１０４８がビーム分割鏡１０４５を通過す
る際に基準強度の損失が全くない。基準ビーム１０４８がビーム分割鏡１０４５
の裏面で鏡１０４３と相互作用する一方、光がビーム分割鏡１０４５を全く通過
しなかったので、これらの２つの鏡は独立である。実際、ビーム分割鏡１０４５
の２つの反射面を１つの光学要素上に一緒に設置するのが容易でない別の実施態
様においては、反射面は別個の鏡要素上に存在する。

【００６８】凹面鏡１０５０の焦点距離は、基準ビーム１０４８が基準分光計ピンホール１
０５６に集束するようなものである。基準分光計ピンホール１０５６を通り折り
曲げ鏡１０６８で反射する光は、回折格子１０７０により拡散される。結果とし
て生じる１次回折ビームは基準直線フォトダイオードアレイ１０７４によって集
められ、それにより相対基準スペクトルを測定する。

【００６９】偏光された試料ビーム１０４６は、ビーム分割鏡１０４５から対物レンズ１０
４０へ向けて反射され、その場合試料ビーム１０４６はウェハ１００３上に集束
され、反射された試料ビーム１０４６’は対物レンズ１０４０によって試料分光
計ピンホール１０５８上に集束される。反射された試料ビーム１０４６'は反射
されたパス上でビーム分割鏡１０４５と相互作用しない。なぜならば、反射され
た試料ビーム１０４６’はビーム分割鏡１０４５の後ろのスペースを通され、こ
こを基準ビーム１０４８も通過するからである。試料１００３からの反射された
試料ビーム１０４６’からの放射は、それがピンホール１０５８に達する前に解
析器１１０４を通る。試料分光計ピンホール１０５８を通り折り曲げ鏡１０６８
で反射する光は、光の波長に従って回折格子１０７０により拡散される。基準ビ
ームと同様、結果として生じる試料ビームの１次回折ビームが試料直線フォトダ
イオードアレイ１０７２によって集められ、それによって、試料偏光解析スペク
トルを測定する。２つのビームが回折格子１０７０で交差するので、図１０にお
いて試料ビーム１０４６と外見上整列されているフォトダイオードアレイは実際
には基準ビーム１０４８用のフォトダイオードアレイであり、逆もまた同様であ
る。偏光子１１０２および解析器１１０４は回転せず、好ましくは静止している
。従って、解析器１１０４は、試料により変更され、固定偏光面に従って対物レ
ンズ１０４０によって集められた放射を解析する。

【００７０】相対反射率スペクトルは次に、各波長における試料光強度を、各波長における
相対基準強度で単に割ることで得られる。典型的には、これには５１２回の除算
計算を必要とし、その場合試料および基準スペクトルの記録に、５１２ダイオー
ド直線フォトダイオードアレイを用い得る。好ましい実施態様においては、スペ
クトルは約１９０ｎｍ〜８００ないし８３０ｎｍに及ぶ。

【００７１】親出願の本発明の１実施態様においては、回折格子１０７０は、凹面ホログラ
フィック格子であり、分光計ピンホールは１５ｍｍ離れている。１５ｍｍの間隔
ではどちらのビームも格子上で中心に置けないので、回折格子はホログラフィー
的に補正されて複数のスペクトルを結像する。そのような格子の１つは、Ｉｎｓ
ｔｒｕｍｅｎｔｓＳ．Ａ．製のマルチプルスペクトルイメージング格子である
。また、検出器の角度により、検出器からの反射が格子から離れて落ちるように
、格子は設計される。

【００７２】フィールド照明を含み得る組合せビーム１０４２は、ビーム分割鏡１０４５か
らウェハ１００３へ向けて反射される。反射率スペクトル測定およびオートフォ
ーカスが実行されている時には、散乱光を最小限にするためにフィールド照明は
オフである。

【００７３】図９および図１０における偏光解析システム１００８は、試料ビーム１０４６
が本出願のシステムにおいては偏光される点が米国特許第５，７４７，８１３号
に記載のものと異なる。従って、試料ビーム１０４６が対物レンズ１０４０によ
って試料１００３へ向けて反射される時、ウェハ上に集束されるビームは多重す
なわち複数の異なる偏光状態を有している。これは図１１Ａ、図１１Ｂを参照し
て、より明確に説明される。試料ビーム１０４６は、鏡１０４０ａによって鏡１
０４０ｂに向けて集束され、次に、図１１Ａに示すように、これが試料１００３
に向けてビームを集束する。図１１Ｂは、ウェハ１００３上に集束される時の、
試料ビーム１０４６の照明アパーチャの概略図である。図１１Ａ、図１１Ｂにお
ける種々の量は、円柱座標ρ、φおよびθを参照することにより定義され、ここ
でρは座標系中の点の半径（原点への距離）であり、φは前記点を含む試料面に
垂直な面から試料表面に垂直な基準面への角度であり、θは法線から前記点と原
点とを結ぶ線の試料表面への角度（法線への入射角）である。

【００７４】図１１Ａに関しては、偏光子１１０２が、φ_P の平面により定義される偏光平
面を有し、それによって偏光子から出てビーム分割１０４５により反射された試
料ビーム１０４６もこの偏光を有すると仮定している。ビーム１０４６が最初に
鏡１０４０ａにより、次に試料１００３の上にビームを集束する鏡１０４０ｂに
より反射される場合、試料１００３上に集束されたビームは、図１１Ａ、図１１
ｂに示されるように、種々の入射面に到着する。図１１Ｂでは、ビーム１０４６
の偏光面φ_P は１１０３で示される。

【００７５】上記の説明から、ビーム分割鏡１０４５は、偏光されたビームの約半分を屈曲
して試料ビーム１０４６とし、ビームの残り半分を基準ビーム１０４８として通
す。この理由のため、図１１Ｂの照明アパーチャ（斜線領域１１０６）は、ほぼ
半円形となって現れる。従って、対物レンズ１０４０によって試料１００３上に
集束された放射は、半円形領域に広がる入射面で試料上に入射する。前記領域に
おける角度φの１つの値で１つの入射面でウェハ上に入射する放射は、その領域
における別の角度φを有する入射面の放射とは異なるｓ−およびｐ−偏光を有す
る。種々の入射面の放射のｓ−およびｐ−偏光は、定義により、種々の方位を有
し、それにより１つの入射面における入射放射の偏光状態は、別の入射面におけ
る放射のそれとは異なる。従って、試料１００３に入射する放射は、φの関数と
して多数すなわち複数の偏光状態を有する。

【００７６】試料１００３上に集束されるビームは、以下で説明されるように、試料ビーム
１０４６と比べ、対物レンズ１０４０ａ、１０４０ｂの組合せ反射係数に応じて
強度が減少する。試料ビーム１０４６から出て、対物レンズ１０４０によって試
料上に集束される放射は試料により反射され、それにより再度強度が減少し、試
料の反射係数の関数として各偏光成分の位相が変わる。そのような放射は、対物
レンズ１０４０により反射され、ビーム分割１０４５および解析器１１０４を通
り分光器へ送られる。好ましい実施態様においては、放射を試料上に集束するた
めに用いられる同じ対物レンズを、解析器および分光器へ向けて反射された放射
を集めるためにも用いることができる一方で、これは必要とされず、かつ別の集
光対物レンズを集束対物レンズに加えて用いることができ、そのようなおよび他
の変更形態は親出願の発明および本出願の範囲に入ることが理解できるであろう
。

【００７７】図１１Ｂの座標（ρ，φ）を有する点１１０５から半円形照明アパーチャへ、
試料表面上の原点に向かって方向φ_P に沿って偏光して入射する放射を考える。
この点における電場は、次のように、図１１Ａ、図１１Ｂに示されるｓ−および
ｐ−偏光に分解できる。式中、Ｅ_inは偏光子１１０２による偏光後のビーム１０４６中の放射の電場、Ｅ ₀ はその振幅、Ｅ_s ⁱⁿ、Ｅ_p ⁱⁿはｓ−およびｐ−偏光に沿った放射の成分である
。放射が対物レンズを出た後は、以下のようになる。式中、Ｅ_out は試料１００３による反射後のビーム１０４６中の放射の電場、Ｅ _s ^out 、Ｅ_p ^out ｓ−およびｐ−偏光に沿った成分、さらにｒ^s _s （ｒ^o _s ）およ
びｒ^s _p （ｒ^o _p ）は試料（対物レンズ）についてのｓ−およびｐ−偏光について
の反射係数である。対物レンズについての反射係数は、図１１Ａに示されるよう
な２つの鏡の反射係数の積、すなわちｒ^o _s＝ｒ^o1 _sｒ^o2 _sおよびｒ^o _p＝ｒ^o1 _pｒ^o2 _p である。φ_a の偏光面を有する解析器通過後、分光計における電界は、ｐ_a に
沿って以下のように得られるであろう。検出器電流は以下のように表現できる。もし偏光子１１０２が省略されれば、半円形アパーチャについての検出器電流は
以下のようになる。式（１６）において、Ｒ^o _s、Ｒ^s _s、Ｒ^o _p、Ｒ^s _p はそれぞれ｜ｒ^o _s｜²、｜ｒ^s _s
｜²、｜ｒ^o _p｜²、｜ｒ^s _p ｜² として定義される。ｒ^o _s、ｒ^s _s 、ｒ^o _p および
ｒ^s _p が入射角の関数、すなわちρの関数であることは銘記しておかなければな
らない。図９〜図１１Ｂに示されるように偏光子１１０２が所定位置にある場合
には、分光器における強度が試料および対物レンズのｓ−およびｐ−反射率の関
数ならびにΔ^o、Δ^s の関数である場合に一般式を導くことができ、Δ^o、Δ^sは
式、（式中、ｒ^s _p 、ｒ^s _s はｐ−およびｓ−偏光における放射の試料表面の複合反射
係数であり、ｒ^o _p 、ｒ^o _s はｐ−およびｓ−偏光における放射の対物レンズの複
合反射係数である）で定義され、式中、Ψ^o、Ψ^s、Δ^oおよびΔ^sもエリプソメト
リックパラメータである。従って、システム１００８は偏光感受性である。

【００７８】Ａ．φ₀ ＝π 以下にはいくつかの特殊なケースが示してある。システムがΔにおける変化に対し感受性を有するには、２（φ_p −φ_a ）＝ｍπ
である。もしφ_p ＝φ_a'であれば下記のようになる。Ｂ．φ₀＝π／２もしφ_p ＝φ_a ＝π／２であれば下記のようになる。

【００７９】上記の解析から、式（１８）および（２０）の第３項の余弦係数ｃｏｓ（Δ^o
＋Δ^s ）は、偏光子および解析器角度が同じである場合に、すなわち偏光子１１
０２および解析器１１０４が実質的に同じ偏光面を有するときに最大になる。換
言すれば、図１２に示すように、偏光子および解析器の双方として作動するよう
に、単独の偏光子を使用できる。図１２に示すように、偏光子１１１６を用いて
、偏光子１１０２および解析器１１０４に代えることができる。フォトダイオー
ドアレイの試料チャネルは式（１９）に比例する。この構成において、偏光子は
１つだけ必要で、偏光子および解析器は自己整列される。さらに別の選択肢とし
て、もし分割器１０４５が偏光ビームスプリッタであれば、偏光子１１０２およ
び解析器１１０４はすべて省き得る。膜厚検出感度を高めるため、点線で示した
波長板または他のリターダ要素１１９０を、図９のビーム分割器１０４５と解析
器１１０４との間に挿入して、式（１８）、（２０）の第３項の余弦係数ｃｏｓ
（Δ^o ＋Δ^s ）の独立変数に位相のずれを導入することができる。好ましくは、
解析および拡散に先がけて要素１９０により引き起こされる集められた放射中の
位相のずれは、約π／４である。鏡１０４０ａ、１０４０ｂの鏡面コーティング
厚さも、薄膜厚さ検出における感度を向上させるために選択することができ、そ
れにより鏡１０４０ａ、１０４０ｂによって集束かつ集められた放射における位
相中の総変化は約π／２である。これにより、次に式（１８）、（２０）の第３
項中の余弦係数ｃｏｓ（Δ^o ＋Δ^s ）の独立変数中でΔ^o がπ／２になり、それ
によってこれらの式中の余弦項が正弦項に変換する。

【００８０】アレイ１０７２における検出器電流について測定された偏光解析スペクトルは
、試料１００３についての有用な情報を導出するために用い得る。例えば、試料
１００３上の多くの異なる層の材料タイプが既知で、それによりそれらの屈折率
が推定できるのであれば、そのような検出器電流は、層の厚さおよび正確な屈折
率を導出するのに十分なものであり得る。そのような導出のための方法は当業者
には公知であり、ここで詳細に論じる必要はない。代わりに、検出器信号は、膜
厚および屈折率を導出するために偏光解析測定と組み合わせることができる。偏
光解析システムにおいて検出用に広帯域放射を使うことは有利である。なぜなら
ば、多くの異なる波長でデータ点を得ることができるからである。データ点がそ
のように豊富にあることは、試料上の複数層の厚さと屈折率を求めるのに非常に
有用であり、より正確な曲線当てはめアルゴリズムの適用または測定精度を照合
することが可能になり得る。

【００８１】システム１００８は、試料表面の他のパラメータの検出にも用い得る。図、特
に図１１Ａ、図１１Ｂに関連する上記式および説明から、フォトダイオードアレ
イ１０７２の分光計により検出された反射スペクトルはΔに関する情報を用いて
おり、これは、偏光解析パラメータで、偏光解析において一般的に使用され、試
料表面における膜厚および屈折率と関連している。従って、試料表面の一定の側
面が既知であれば、そのような既知の側面を、システム１００８により測定した
偏光解析パラメータ関連情報と組合せて、膜厚や屈折率などの試料についての有
用な情報を導出し得る。

【００８２】好ましい実施態様においては、フォトダイオードアレイ１０７２から得られた
スペクトルは、偏光解析パラメータを導出するために、フォトダイオードアレイ
１０７４からの基準スペクトルと比較され、それにより、信号対雑音比が改善さ
れる。しかしながら、いくつかの用途については、そのような偏光解析パラメー
タは、基準スペクトルを使用することなく、反射スペクトルだけから導出し得る
。そのような用途については、基準ビーム１０４８は必要とされず、ビーム１０
４８の発生に伴うすべての成分および基準スペクトルを図９および図１０におい
て省略し得る。そのようなおよび他の変化は、親出願および本出願の発明の範囲
内にある。

【００８３】図９の組合せ計測器の分光エリプソメータ１３００を説明する。図９に示すよ
うに、キセノンアークランプ１０１０から出て、フォーカス１０１８、１０２０
を通った放射の一部が、ビームスプリッタ１３０２によって光ファイバケーブル
１３０４へ方向転換され、このファイバが放射をコリメータ１３０６へ供給する
。平行にされた後、ビームは偏光子１３１０により偏光され、集束鏡１３１２に
よりウェハ１００３に集束される。そのようなビームの反射は収集鏡１３１４に
より集められ、折り曲げ鏡１３１６によって反射され、検出のために分光計１３
２２および検出器１３２４に供給される前に解析器１３２０を通される。偏光子
１３１０および解析器１３２０は、ウェハ１００３での反射によって引き起こさ
れたビーム１３０８の偏光状態における変化の振幅および位相が測定できるよう
に、相互に回転される。分光エリプソメータ１３００の操作のより詳細な説明に
ついては、米国特許第５，６０８，５２６号を参照されたい。

【００８４】薄膜層を有する試料を測定するには、図９に示すように、偏光解析パラメータ
測定用システム１００８および分光エリプソメータ１３００を含む組合せ計測器
を用いることが望ましいことがある。システム１００８および分光エリプソメー
タ１３００は、試料ビーム１０４６および試料ビーム１３０８がウェハ１００３
上の実質的に同じスポットに集束されるように配置される。システム１００８に
より測定された偏光解析パラメータは次に、膜厚や膜屈折率などの有用な情報を
導出するために、システム１３００により測定されたエリプソメトリックパラメ
ータと組み合わせることができる。システム１００８により得られた偏光解析パ
ラメータおよびシステム１３００を用いて得られたエリプソメトリックパラメー
タは、「"ANALYSIS OF SEMICONDUCTOR SURFACES WITH VERY THIN NATIVE OXIDE
LAYERS BY COMBINED IMMERSION AND MULTIPLE ANGLE OF INCIDENCE ELLIPSOMETR
Y", Ivan OHLIDAL and Frantisek LUKES," Applied Surface Science 35 (1988-
89) 259-273, North Holland, Amsterdam」に記載されるような技術と組み合わ
せることができる。

【００８５】いくつかの分光エリプソメータのスペクトル範囲がたとえ、約１５７ｎｍのよ
うな深ＵＶにまで拡がっていなくても、組合せ計測器を用いることにより、その
ような波長における屈折率を正確に測定することが可能である。従って、組合せ
計測器は、分光エリプソメータと偏光計システム１００８の組合せスペクトルに
わたり屈折率を測定するために用い得る。組合せ計測器、ならびにシステム１０
０８および分光エリプソメータ双方からのデータを使うことにより、分光エリプ
ソメータのスペクトル中の波長において試料の種々の膜の厚さおよび屈折率を見
出し得る。この厚さ情報は、組合せ計測器からのデータと共に用いて、深紫外部
領域における膜の屈折率を見出し得る。アレイ１０７２、１０７４中の検出器の
数および分光計１３２２中の検出器１３２４は、所望の波長で最適な結果でデー
タを得るために選択し得る。

【００８６】代わりの実施態様においては、試料ビーム１０４６、１３０８は、ウェハ１０
０３上の同じスポットに集束する必要がない。ウェハ１００３は回転または直線
的平行移動、あるいはこの２つの運動の組合せにより、従来のやり方で移動する
ことができ、それにより、システム１００８により測定されたスポットは続いて
システム１３００により測定され、その逆もまた同様であり、さらに同じスポッ
トを測定するこれら２つのシステムにより得られたデータは上記と同じやり方で
組み合わせることができる。回転および平行移動の運動は制御されるので、２つ
のシステム１００８、１３００により測定されているスポットの相対的な位置は
相関させ得る。

【００８７】好ましくは、説明したように分光エリプソメータは偏光解析システム１００８
と組み合わされる一方、システム１００８を単一波長エリプソメータと組み合わ
せることも可能である。この目的のためには、図９の配置は、鏡１３２１と検出
器１３２４との間の、分光計１３２２の光学パス中の回折格子を取り去ることに
よって若干修正する必要がある。偏光解析スペクトル中の波長を有するレーザが
、単一波長エリプソメータ用放射源として用い得る。単一波長エリプソメータお
よびシステム１００８によって測定を行なうことにより、偏光解析スペクトルに
わたる波長での膜厚および屈折率を導出することがそれでも可能である。

【００８８】図９〜１３Ｂを参照しての上記説明は、本質的に親出願から取られたものであ
る。

【００８９】図９のエリプソメータ１３００が自己較正するためには、このエリプソメータ
を図１、図３、および図７Ｃ〜図７Ｈのスキーマのいずれか１つに従って修正し
、エリプソメータのパラメータならびに試料特性を決定するのに十分な情報を提
供するために５以上の高調波を提供するようにする必要がある。言い換えると、
偏光子１３１０は、回転偏光子２０６および固定偏光子２１４の一方または双方
を含む組合せのいずれか１つで置き換えることができ、さらに解析器１３２０は
、図７Ｃ〜図７Ｈに示される固定解析器２２６および回転解析器２１２の一方ま
たは双方の組合せで置き換えることができる。代わりに、エリプソメータ１３０
０は、偏光子１３１０と試料との間の放射のパスおよび／または試料と解析器１
３２０との間のパスに位相変調器（位相リターダなど）を挿入することによって
変更できる。

【００９０】エリプソメータ１３００の様々なシステムパラメータならびに試料１００３の
エリプソメトリックパラメータを導出するために上で説明したやり方と同じやり
方で、分光計１３２２の出力はプロセッサ（図示しないが、機能においてはプロ
セッサ３０と同様である）により処理され、それによりエリプソメータ１３００
は上述したすべての付随する利点を備える自己較正機能を有するようになる。エ
リプソメータ１３００の自己較正機能の特徴は、図９の偏光計１００８などの、
これと共に用いられる他のいずれか光学計測器に有利に適用できる。１つの実施
態様において、計測器１００８、１３００の双方は同じ試料１００３の測定に使
用でき、双方の計測器の出力は、試料特性ならびに試料１００３の測定をより正
確なものにするためのエリプソメータ１３００のパラメータを導出するために用
い得る。別の実施態様においては、自己較正型エリプソメータ１３００は、以下
で説明するように、偏光計１００８の較正に用い得る。

【００９１】エリプソメータは、エリプソメータのハウジング内に比較的安定した環境中に
保持された内部標準試料を一般的に備えている。別の実施態様においては、エリ
プソメータ１３００のようなエリプソメータのそのような内部標準試料は、他の
光学計測器の較正用の標準を提供するために使用できる。従って、もし試料１０
０３がエリプソメータ１３００の内部標準試料であれば、膜厚や屈折率などの試
料特性は、上述のような自己較正エリプソメータ１３００によって正確に測定で
き、さらにそのような標準試料は較正基準を、偏光計１００８などの他の光学計
測器に提供できる。エリプソメータ１３００が自己較正式なので、その較正には
どのような外部較正基準も必要とされず、それによりユーザは、他の光学計測器
用の較正基準を提供するために内部標準試料１００３の特性が正確に測定された
と確信し得る。

【００９２】自己較正エリプソメータ１３００を偏光計１００８と組み合わせる代わりに、
エリプソメータを、偏光子１００２と解析器１００４を偏光計１００８から単に
取り去ることによって分光反射率計と組合せ得る。明らかに、広帯域源の代わり
に狭帯域放射源が用いられる場合、狭帯域反射率計をエリプソメータ１３００と
組合せ得る。代わりに、自己較正エリプソメータ１３００を、別のエリプソメー
タ（単一波長または広帯域）またはどのような他のタイプの光学式試料計測器と
組み合わせて使用できる。双方の計測器の出力は、試料特性ならびにエリプソメ
ータ１３００の特性、またはエリプソメータ１３００と組み合わせた他の計測器
の特性を導出するために、上記と本質的に同じやり方で用い得る。すべてのその
ような組合せは本発明の範囲内にある。

【００９３】国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ９８／１１５６２号では、安定波長較正エリプソメー
タが、標準試料上の膜厚を正確に決定するために用いられる。この較正エリプソ
メータからの測定結果は、他の光学計測器を較正するために用いられる。しかし
ながら、安定波長較正エリプソメータが、標準試料上の膜厚を正確に決定するこ
とによって較正標準を提供するためには、エリプソメータの安定波長較正自体が
正確に較正されなければならない。従って、安定波長較正エリプソメータの較正
自体は、容易に利用可能またはそうでない他の較正基準に頼らなければならない
。本発明の自己較正エリプソメータにはそのような欠点が全くない。このエリプ
ソメータの様々なパラメータは、どのような事前の較正を行なうこともまたはど
のような他の較正標準に頼ることもなく導出し得るので、上述の問題は回避され
る。

【００９４】表面粗さなどの特定の試料特性は、試料に適用された放射の偏光解消を引き起
こすことがある。従って、試料により引き起こされた放射の偏光解消を測定する
ことにより、表面粗さなどの試料表面特性を確認できる。表面粗さを求めるため
の偏光解消測定の例については、引用により本願に組み込まれる、「"Rotating-
compensator multichannel ellipsometry for characterization of the evolut
ion of nonuniformities in diamond thin-film growth,"Joungchel Lee et al.
, Applied Physics Letters, Vol.72, No. 8, February 23,1998, pp. 900-902
」を参照されたい。これは、膜厚情報および試料により引き起こされた放射の偏
光解消を測定するエリプソメータ（自己較正式であるかどうかを問わず）によっ
て実行できる。エリプソメータが、試料により引き起こされた放射の偏光状態の
変化を測定するために用い得るので、膜厚情報ならびに試料により引き起こされ
た偏光解消は、偏光状態のそのような変化に関する十分な情報が提供されるので
あれば、偏光解析測定から求めることができる。このことは通常、放射の偏光状
態がある周波数で変調される場合、およびそのような変調周波数の５つ以上の高
調波における信号成分をエリプソメータの出力が提供する場合に、試料により引
き起こされた偏光解消を求めるのに十分な情報が提供されることを意味している
。好ましくは、図１、図３および図７Ｃ〜図７Ｈの構成のいずれか１つの自己較
正エリプソメータが測定を実行するために用い得る。好ましくは、エリプソメー
タ１３００は、エリプソメータのパラメータ特性ならびに試料の膜厚および試料
により引き起こされた偏光解消を導出するため、同じ測定出力中の十分な情報が
提供されるようなものであり、いくつかの用途については、エリプソメータの構
成は、好ましくは、エリプソメータ検出器出力が、変調周波数の５つ以上の高調
波を含むようなものである。より多くの情報を提供するため、エリプソメータ１
３００が波長のあるスペクトルにわたって測定し、そのスペクトルにわたる種々
の波長での出力を提供することも好ましいことがある。膜厚情報および試料によ
り引き起こされた放射の偏光解消を測定するためにエリプソメータを使用する前
に、最初にエリプソメータの内部標準試料によって自己較正手順を実行すること
も可能である。

【００９５】図９に示す組合せ計測器１３００、１００８は、試料により引き起こされた放
射の偏光解消を測定するために使用でき、その場合、単一測定において、双方の
システム１００８、１３００の出力は、試料の膜厚情報、試料により引き起こさ
れた放射の偏光解消ならびにエリプソメータ１３００のパラメータを導出するた
めに用いられる。このプロセスは、エリプソメータ１３００の様々なシステムパ
ラメータをプロセス中に含めることによる、上で引用したＩｖａｎＯｈｌｉｄ
ａｌおよびＦｒａｎｔｉｓｅｋＬｕｋｅｓの論文中に記載される技術の単純な
拡張である。そのようなプロセスは、現在の用途を勘案して当業者には公知であ
り、ここでは詳細に説明しない。好ましくは、エリプソメータ１３００は、波長
のあるスペクトルにわたって測定し、試料特性およびエリプソメータのシステム
パラメータを導出するのに十分な情報を提供する。

【００９６】本発明を種々の実施態様を参照して上記で説明したきたが、本発明の範囲を逸
脱することなく変更および修正が行なえることが理解されるであろうし、本発明
の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその同等物によってのみ定義されるべき
である。従って、上述の種々の計算およびアルゴリズムを実行するためにプロセ
ッサが使用されるが、専用回路、個別部品の形で実装されたそのような計算用の
プログラマブルロジックコントローラまたは集積回路などの他の回路を用い得る
ことおよびそれらは本発明の範囲内にあることが理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施態様を例示する２つの位相リターダを用いるエリプソメー
タを示す。

【図２】図１のシステムの検出器出力における時間の関数としての検出器信号の例を示
すグラフプロットである。

【図３】本発明の第２の実施態様を例示する２つの回転偏光要素を用いる自己較正エリ
プソメータを示す。

【図４】図３のシステムの検出器出力を例示する時間経過に伴う検出器信号のグラフプ
ロットである。

【図５】試料に向けられた放射の偏光を変更させる種々の要素の角度定義を例示する概
略図である。

【図６】本発明を例示するための図１および図３のシステムにおけるエリプソメトリッ
クパラメータおよびシステムパラメータを導出する方法を示すフローチャートで
ある。

【図７Ａ】本発明の付加的な実施態様を説明する、８つの自己較正エリプソメータを例示
し、各々は２つ以上の偏光要素または位相リターダと偏光要素との組合せを用い
ている。

【図７Ｂ】本発明の付加的な実施態様を説明する、８つの自己較正エリプソメータを例示
し、各々は２つ以上の偏光要素または位相リターダと偏光要素との組合せを用い
ている。

【図７Ｃ】本発明の付加的な実施態様を説明する、８つの自己較正エリプソメータを例示
し、各々は２つ以上の偏光要素または位相リターダと偏光要素との組合せを用い
ている。

【図７Ｄ】本発明の付加的な実施態様を説明する、８つの自己較正エリプソメータを例示
し、各々は２つ以上の偏光要素または位相リターダと偏光要素との組合せを用い
ている。

【図７Ｅ】本発明の付加的な実施態様を説明する、８つの自己較正エリプソメータを例示
し、各々は２つ以上の偏光要素または位相リターダと偏光要素との組合せを用い
ている。

【図７Ｆ】本発明の付加的な実施態様を説明する、８つの自己較正エリプソメータを例示
し、各々は２つ以上の偏光要素または位相リターダと偏光要素との組合せを用い
ている。

【図７Ｇ】本発明の付加的な実施態様を説明する、８つの自己較正エリプソメータを例示
し、各々は２つ以上の偏光要素または位相リターダと偏光要素との組合せを用い
ている。

【図７Ｈ】本発明の付加的な実施態様を説明する、８つの自己較正エリプソメータを例示
し、各々は２つ以上の偏光要素または位相リターダと偏光要素との組合せを用い
ている。

【図８Ａ】図１のシステムの一部および本発明の別の側面を説明する試料の傾きおよび集
束検出サブシステムの概略図である。

【図８Ｂ】図３のシステムの一部および本発明の別の側面を説明する試料の傾きおよび集
束検出サブシステムの概略図である。

【図９】親出願の発明の好ましい実施態様を例示する、分光エリプソメータと偏光解析
システムを含む組合せ測定器の概略図である。

【図１０】図９の偏光解析システムの斜視図である。

【図１１Ａ】偏光解析パラメータ測定のための図９のシステムの一部を簡略化した概略図で
ある。

【図１１Ｂ】図１１Ａの照明アパーチャを図解するものである。

【図１２】親出願の発明の別の実施態様を例示する、偏光解析パラメータ測定用システム
の一部の簡略化した概略図である。

【図１３Ａ】親出願の発明の好ましい実施態様を例示する、照明ビームまたは反射ビームが
アパーチャを通される図９の偏光解析パラメータを測定するためのシステムの簡
素化した概略図である。

【図１３Ｂ】親出願の発明を例示する、試料の複屈折の軸と関連する図１３Ａのアパーチャ
の概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｊ 3/447 Ｇ０１Ｊ 3/447 4/04 4/04 ＡＺＧ０１Ｎ 21/27 Ｇ０１Ｎ 21/27 Ｂ 21/41 21/41 Ｚ (72)発明者マックストン，パトリックエム．アメリカ合衆国、95138、カリフォルニア州、サンノゼ、ベントレーリッジドライブ 2303 (72)発明者ジョンソン，ケネスシー．アメリカ合衆国、95051、カリフォルニア州、サンタクララ、ロバートソンロード 2502 (72)発明者ニコナハッド，メールダッドアメリカ合衆国、94025、カリフォルニア州、メンロパーク、オークハーストプレイス 271 Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA20 AA24 AA30 AA31 AA35 BB01 BB17 CC19 DD06 DD19 FF48 FF61 GG03 GG05 GG22 GG23 HH04 HH12 JJ02 JJ03 JJ05 JJ08 JJ25 JJ26 LL02 LL08 LL19 LL26 LL30 LL33 LL42 LL46 LL67 MM04 MM15 MM25 MM28 NN08 PP13 QQ25 RR05 UU07 2G020 AA03 AA04 AA05 BA02 BA17 BA18 CA15 CB04 CB33 CB42 CB43 CB44 CC02 CC26 CC29 CC30 CC47 CC63 CD03 CD12 CD15 CD24 CD32 CD35 CD36 CD37 CD61 2G059 AA03 BB10 BB16 CC01 EE02 EE04 EE05 EE12 GG04 GG06 GG10 HH01 HH02 HH03 JJ02 JJ05 JJ11 JJ12 JJ14 JJ19 JJ20 JJ22 JJ23 KK04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を測定するための方法であって、偏光された成分を有する放射のビームを提供し、かつ該ビームから前記試料へ
放射を供給する段階と、前記試料により変更された前記ビームからの放射を検出する段階と、その検出の前に放射の前記ビームの前記偏光を変調する段階と、前記試料の１つ以上のエリプソメトリックパラメータならびに前記変調の振幅
についての制限なく前記提供、検出または変調段階において用いられるシステム
の１つ以上のパラメータを導出する段階、とからなる方法。
【請求項２】前記ビームが前記試料により変更される前または変更された
後に、前記変調段階により前記ビームが変調される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記変調段階は、前記試料による変更の前に前記ビームの光
学パス中で変調器を回転させ、さらに前記ビームが前記試料により変更された後
に第２の変調器を前記ビームの光学パス中で回転させることにより、前記ビーム
を変調する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記変調段階は２つの変調器を異なる速度で回転させる、請
求項３に記載の方法。
【請求項５】前記検出段階が前記ビームからの放射を検出している間に、
前記変調段階が前記２つの変調器の１つを１３回以上完全に回転させる、請求項
４に記載の方法。
【請求項６】記検出段階が前記ビームからの放射を検出している間に、前
記変調段階が、前記２つの変調器を、実質的に２つの整数の比を形成し該整数の
各々が他方で割り切れない２つの速度で回転する、請求項４に記載の方法。
【請求項７】前記変調段階は、前記２つの変調器を連続的または断続的に
回転させる、請求項３に記載の方法。
【請求項８】前記検出段階が前記放射を、前記変調器の連続的な回転の間
に、または前記変調器が断続的に回転される場合には該変調器が実質的に静止し
ている時に検出する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】前記変調段階は、回転偏光子、回転リターダ、ＰＥＭまたは
ポッケルスセルを用いる、請求項１に記載の法。
【請求項１０】前記回転リターダはフレネルロムである、請求項１に記載
の方法。
【請求項１１】前記導出段階は、前記回転偏光子、回転リターダ、ＰＥＭ
またはポッケルスセルに関連するシステムパラメータを導出する、請求項１に記
載の方法。
【請求項１２】前記提供段階は、非偏光放射を固定直線偏光子に通すこと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】前記提供段階は、広帯域放射のビームを提供する、請求項
１に記載の方法。
【請求項１４】前記ビーム中の放射は、約１９０〜８３０ｎｍの範囲に及
ぶ波長を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】前記導出段階は、前記直線偏光された成分の平面の配向を
含むシステムパラメータを導出する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】前記導出段階は、前記システムの較正なしで前記エリプソ
メトリックパラメータが正確に導出されるようなシステムパラメータを導出する
、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】試料を測定するための方法であって、放射のビームを提供する段階と、前記成分の時間変化フラクションが前記試料に供給されるように、前記ビーム
を第１の回転変更要素に通す段階と、前記試料による変更後に、変調ビームを提供するための回転する第２の回転偏
光要素を用いて、前記ビームからの放射を変調する段階と、前記変調されたビームからの放射を検出する段階と、前記検出された放射から、前記試料の１つ以上のエリプソメトリックパラメー
タを導出する段階、とからなる方法。
【請求項１８】前記第１および第２の要素を異なる速度で回転させること
をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】前記検出段階が前記ビームからの放射を検出している間、
前記２つの要素の一方が１３回以上完全に回転される、請求項１８に記載の方法
。
【請求項２０】前記検出段階が前記ビームからの放射を検出している間、
２つの整数の比を実質的に形成する２つの速度で前記２つの要素が回転され、前
記整数の各々は他方で割り切れない、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】前記２つの要素は連続的または断続的に回転される、請求
項１７に記載の方法。
【請求項２２】前記検出段階は、前記要素の連続的な回転の間、または前
記要素が断続的に回転する時には該要素が実質的に静止している時に前記放射を
検出する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】前記提供段階は、非偏光放射を固定直線偏光子に通す段階
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】変調された前記ビームを、その検出前に、固定直線偏光子
に通す段階をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】前記提供段階は、広帯域放射のビームを提供する、請求項
１７に記載の方法。
【請求項２６】前記ビーム中の放射は、約１９０〜８３０ｎｍの範囲に及
ぶ波長を有している、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】前記導出段階は、前記２つの要素、または前記提供、検出
もしくは変調段階で用いられるシステムの１つ以上のパラメータを導出する段階
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】前記導出段階は、前記システムまたは前記２つの要素のパ
ラメータの較正なしで前記エリプソメトリックパラメータが正確に導出されるよ
うな前記システムのパラメータを導出する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】試料を測定するための方法であって、直線偏光された成分を有する放射のビームを提供し、前記ビームを前記試料に
供給する段階と、前記試料により変調された前記ビームからの放射を検出する段階と、前記試料による変更の前または後、ただし回転偏光要素を用いての検出前に、
前記ビームからの放射を変調する段階と、前記変調された放射を、その検出前に、固定直線偏光子に通す段階と、前記検出された放射から、前記試料の１つ以上のエリプソメトリックパラメー
タを導出する段階、とからなる方法。
【請求項３０】前記要素は、連続的または断続的に回転される、請求項１
７に記載の方法。
【請求項３１】前記検出段階が前記放射を、前記要素の連続的な回転の間
に、または前記要素が断続的に回転される場合には該要素が実質的に静止してい
る時に検出する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】前記提供段階は、非偏光放射を固定直線偏光子に通すこと
を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】前記提供段階は、広帯域放射のビームを提供する、請求項
２９に記載の方法。
【請求項３４】前記ビーム中の放射は、約１９０〜８３０ｎｍの範囲に及
ぶ波長を有する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】前記導出段階は、前記２つの要素、または前記提供、検出
もしくは変調段階で用いられるシステムの１つ以上のパラメータを導出する段階
を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３６】前記導出段階は、前記システムまたは前記２つの要素のパ
ラメータの較正なしで前記エリプソメトリックパラメータが正確に導出されるよ
うな前記システムのパラメータを導出する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】試料を測定するための器具であって、直線偏光された成分を有する放射のビームを提供する源と、前記ビームからの放射を前記試料へ適用するための手段と、前記試料により変更された前記ビームからの放射を検出する検出器と、その検出の前に放射の前記ビームの前記偏光を変調する変調装置と、前記試料の１つ以上のエリプソメトリックパラメータならびに前記位相変調の
大きさについての制限なく前記源、適用手段または変調手段の１つ以上のパラメ
ータを導出するための手段と、を含む器具。
【請求項３８】前記変調装置は、前記試料への適用前に放射の前記ビーム
を変調する第１の変調器と、前記ビームが前記試料により変更された後に前記放
射を変調する第２の変調器とを含む、請求項３７に記載の器具。
【請求項３９】前記変調装置は、前記試料による変更の前に前記ビームか
らの放射のための光学パス中で前記第１の変調器を回転させ、さらに前記ビーム
が前記試料により変更された後に前記第２の変調器を前記ビームの光学パス中で
回転させるための手段をさらに含む、請求項３８に記載の器具。
【請求項４０】前記回転手段は、前記２つの変調器を異なる速度で回転さ
せる、請求項３９に記載の器具。
【請求項４１】前記検出器が前記ビームからの放射を検出している間に、
前記回転手段は前記２つの変調器のうちの１つを１３回以上完全に回転させる、
請求項４０に記載の器具。
【請求項４２】前記検出段階が前記ビームからの放射を検出している間に
、前記回転手段は、前記２つの変調器を、実質的に２つの整数の比を形成し該整
数の各々が他方で割り切れない２つの速度で回転させる、請求項４０に記載の器
具。
【請求項４３】前記回転手段は、前記２つの変調器を連続的または断続的
に回転させる、請求項３９に記載の器具。
【請求項４４】前記検出器が前記放射を、前記変調器の連続的な回転の間
に、または前記変調器が断続的に回転される場合には該変調器が実質的に静止し
ている時に検出する、請求項４３に記載の器具。
【請求項４５】前記２つの変調器の一方を、前記源と前記検出器との間の
放射のビームの光学パスに挿入またはそこから取り除くための手段をさらに含む
、請求項３９に記載の器具。
【請求項４６】前記装置は、回転偏光子、回転リターダ、ＰＥＭまたはポ
ッケルスセルを含む、請求項３７に記載の器具。
【請求項４７】前記回転リターダはフレネルロムである、請求項４６に記
載の器具。
【請求項４８】前記導出手段は、前記回転偏光子、回転リターダ、ＰＥＭ
またはポッケルスセルに関連するシステムパラメータを導出する、請求項４６に
記載の器具。
【請求項４９】前記源は、第１の固定直線偏光子を含む、請求項３７に記
載の器具。
【請求項５０】前記装置は第２の固定直線偏光子を含み、前記導出手段は
前記第１および第２の直線偏光子の平面の方位を導出する、請求項４９に記載の
器具。
【請求項５１】前記源は、広帯域放射のビームを提供する、請求項３７に
記載の器具。
【請求項５２】前記ビーム中の放射は、約１９０〜８３０ｎｍの範囲に及
ぶ波長を有する、請求項５１に記載の器具。
【請求項５３】前記導出手段は、前記適用手段または変調装置の較正なし
で前記エリプソメトリックパラメータが正確に導出されるように、前記源、適用
手段または変調装置のパラメータを導出する、請求項３７に記載の器具。
【請求項５４】前記装置による変調後の前記放射の一部を、前記試料の傾
きおよび高さを感知するための位置感知検出器へ方向転換するための手段をさら
に含む、請求項３７に記載の器具。
【請求項５５】前記ビームにより照明された前記試料上のスポットからの
変調された放射を前記検出器へリレーする対物レンズをさらに含み、前記位置感
知検出器は、前記試料の傾きを検出するため、前記対物レンズから前記対物レン
ズの焦点を離して配置されている、請求項５４に記載の器具。
【請求項５６】前記ビームにより照明された前記試料上のスポットからの
変調された放射を前記検出器へリレーする対物レンズをさらに含み、前記位置感
知検出器は、前記試料の所望の高さで、前記スポットを検出するために配置され
ている、請求項５４に記載の器具。
【請求項５７】前記方向転換手段は、１つの回折格子または２つのペリク
ルビームスプリッタを含む、請求項５４に記載の器具。
【請求項５８】前記方向転換手段は、前記装置による変調後に前記放射の
第１の部分を前記試料の傾きを感知するための第１の位置感知検出器へ方向転換
し、かつ前記装置による変調後に前記放射の第２の部分を前記試料の高さを感知
するための第２の位置感知検出器へ方向転換する、請求項５４に記載の器具。
【請求項５９】試料を測定するための器具であって、放射のビームを提供する源と、前記成分の時間変化部分が前記試料へ供給されるように、前記ビーム中の放射
を変調する第１の回転偏光要素と、変調されたビームを提供するために、前記試料による変調後の前記ビームから
の放射を変調する第２の回転偏光要素と、前記変調されたビームからの放射を検出する検出器と、前記検出された放射から前記試料の１つ以上のエリプソメトリックパラメータ
を導出するための手段、を含む器具。
【請求項６０】前記第１および第２の要素を異なる速度で回転させるため
の手段をさらに含む、請求項５９に記載の器具。
【請求項６１】前記検出器が前記ビームからの放射を検出している間に、
前記回転手段が前記２つの要素のうちの１つを１３回以上完全に回転させる、請
求項６０に記載の器具。
【請求項６２】前記検出段階が前記ビームからの放射を検出している間に
、前記回転手段は、前記２つの要素を、実質的に２つの整数の比を形成し該整数
の各々が他方で割り切れない２つの速度で回転する、請求項６０に記載の器具。
【請求項６３】前記２つの要素を連続的または断続的に回転させるための
手段をさらに含む、請求項５９に記載の器具。
【請求項６４】前記検出器は前記放射を、前記要素の連続的な回転の間に
、または前記要素が断続的に回転される場合には該要素が実質的に静止している
時に検出する、請求項６３に記載の器具。
【請求項６５】前記源は固定直線偏光子を含む、請求項５９に記載の器具
。
【請求項６６】前記変調されたビームからの放射が前記検出器により検出
される前に、前記変調されたビームを偏光させる固定直線偏光子をさらに含む、
請求項５９に記載の器具。
【請求項６７】前記源は、広帯域放射のビームを提供する、請求項５９に
記載の器具。
【請求項６８】前記ビーム中の放射は、約１９０〜８３０ｎｍの範囲に及
ぶ波長を有する、請求項６７に記載の器具。
【請求項６９】前記導出手段は、前記２つの要素の１つ以上のパラメータ
を導出する、請求項５９に記載の器具。
【請求項７０】前記導出段階は、前記２つの要素の較正なしで前記エリプ
ソメトリックパラメータが正確に導出されるような前記２つの要素または前記源
のパラメータを導出する、請求項６９に記載の器具。
【請求項７１】前記２つの要素の一方を取り除くか、または挿入するため
の手段をさらに含む、請求項５９に記載の器具。
【請求項７２】前記変調されたビームの一部を、前記試料の傾きまたは高
さを感知するための位置感知検出器へ方向転換するための手段をさらに含む、請
求項５９に記載の器具。
【請求項７３】前記方向転換手段は、１つの回折格子または２つのペリク
ルビームスプリッタを含む、請求項７２に記載の器具。
【請求項７４】前記方向転換手段は、前記変調されたビームの第１の部分
を前記試料の傾きを感知するための第１の位置感知検出器へ、および前記変調さ
れたビームの第２の部分を前記試料の高さを感知するための第２の位置感知検出
器へ方向転換する、請求項７２に記載の器具。
【請求項７５】試料を測定するための器具であって、直線偏光成分を有する放射のビームを提供する源と、前記試料により変調された前記ビームからの放射を検出する検出器と、前記試料による変更の前または後、ただし回転偏光要素を用いての検出前に、
前記ビーム中の放射を変調する回転偏光要素と、前記要素および前記試料により変調された放射を、前記検出器による検出前に
、偏光する固定直線偏光子と、前記検出された放射から前記試料の１つ以上のエリプソメトリックパラメータ
を導出するための手段と、を含む器具。
【請求項７６】前記要素を、連続的または断続的に回転させるための手段
をさらに含む、請求項７５に記載の器具。
【請求項７７】前記検出段階が前記放射を、前記要素の連続的な回転の間
に、または前記要素が断続的に回転される場合には該要素が実質的に静止してい
る時に検出する、請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】前記源は、固定直線偏光子を含む、請求項７５に記載の器
具。
【請求項７９】前記変調されたビームからの放射が前記検出器により検出
される前に、前記変調されたビームを偏光させる固定直線偏光子をさらに含む、
請求項７５に記載の器具。
【請求項８０】前記源は、広帯域放射のビームを提供する、請求項７５に
記載の器具。
【請求項８１】前記ビーム中の放射は、約１９０〜８３０ｎｍの範囲に及
ぶ波長を有する、請求項８０に記載の器具。
【請求項８２】前記導出手段は、前記要素、前記偏光子または前記源の１
つ以上のパラメータを導出する、請求項７５に記載の器具。
【請求項８３】前記導出手段は、前記２つの要素の較正なしで前記エリプ
ソメトリックパラメータが正確に導出されるような前記要素、前記偏光子、前記
源および前記検出器のパラメータを導出する、請求項８２に記載の器具。
【請求項８４】前記２つの要素の一方を取り除くか、または挿入するため
の手段をさらに含む、請求項７５に記載の器具。
【請求項８５】前記変調されたビームの一部を、前記試料の傾きまたは高
さを感知するための位置感知検出器へ方向転換するための手段をさらに含む、請
求項７５に記載の器具。
【請求項８６】前記方向転換手段は、１つの回折格子または２つのペリク
ルビームスプリッタを含む、請求項８５に記載の器具。
【請求項８７】前記方向転換手段は、前記変調されたビームの第１の部分
を前記試料の傾きを感知するための第１の位置感知検出器へ、および前記変調さ
れたビームの第２の部分を前記試料の高さを感知するための第２の位置感知検出
器へ方向転換する、請求項８５に記載の方法。
【請求項８８】試料を測定するための器具であって、放射のビームを提供する源と、前記ビームからの放射を前記試料へ適用するための手段と、前記試料により変更された前記ビームからの放射を検出する検出器と、その検出の前に放射の前記ビームを変調する変調装置と、前記装置による変調後に放射の前記ビームの一部を、前記試料の傾きまたは高
さを感知するための位置感知検出器へ方向転換するための手段と、を含む器具。
【請求項８９】前記装置により変調された放射を前記ビームにより照明さ
れた前記試料上のスポットから前記検出器へリレーする対物レンズをさらに含み
、前記位置感知検出器は、前記試料の傾きを検出するため、前記対物レンズから
前記対物レンズの焦点距離離して配置されている、請求項８８に記載の器具。
【請求項９０】前記装置により変調された放射を前記ビームにより照明さ
れた前記試料上のスポットから前記検出器へリレーする対物レンズをさらに含み
、前記位置感知検出器は、前記試料の所望の高さで、前記スポットを検出するた
めに配置されている、請求項８８に記載の器具。
【請求項９１】前記方向転換手段は、１つの回折格子または２つのペリク
ルビームスプリッタを含む、請求項８８に記載の器具。
【請求項９２】前記方向転換手段は、前記装置による変調後に前記放射の
第１の部分を前記試料の傾きを感知するための第１の位置感知検出器へ方向転換
し、かつ前記装置による変調後に前記放射の第２の部分を前記試料の高さを感知
するための第２の位置感知検出器へ方向転換する、請求項８８に記載の器具。
【請求項９３】試料を測定するための器具であって、放射のビームを提供する源と、前記ビールからの放射を前記試料へ、前記試料への垂直方向から離れた方向で
集束するための円柱対物レンズを含む手段と、前記試料により変更された前記ビームからの放射を検出する検出器と、その検出の前に放射の前記ビームを変調する変調装置と、前記検出された放射から、前記試料反射率または１つ以上のエリプソメトリッ
クパラメータを導出するための手段と、を含む器具。
【請求項９４】前記対物レンズは、前記ビームからの放射が、前記試料上
の実質的に円形のスポットに集束されるようなものである、請求項９３に記載の
器具。
【請求項９５】試料を測定するための方法であって、第１の信号を提供するため、エリプソメータにより前記試料を測定する段階と
、第２の信号を提供するため、光学式計測器により前記試料を測定する段階と、測定精度を高めるため、前記第１および第２の信号中の情報から、前記試料の
１つ以上のパラメータおよび前記エリプソメータの１つ以上のパラメータを導出
する段階と、を含む方法。
【請求項９６】前記試料は前記エリプソメータの内部標準試料であり、前
記試料の導出された前記１つ以上のパラメータを用いて前記計測器を較正する段
階をさらに含む、請求項９５に記載の方法。
【請求項９７】前記計測器は、分光反射率計、偏光計、またはエリプソメ
ータであり、前記試料の導出された前記１つ以上のパラメータを用いて前記計測
器を較正する段階をさらに含む、請求項９５に記載の方法。
【請求項９８】前記エリプソメータを用いての前記測定段階は、偏光された成分を有する放射のビームを提供し、かつ該ビームから前記試料へ
放射を供給する段階と、前記試料により変更された前記ビームからの放射を検出する段階と、その検出の前に放射の前記ビームの前記偏光を変調する段階と、前記試料の１つ以上のエリプソメトリックパラメータおよび前記エリプソメー
タの１つ以上のパラメータを導出する段階、とをさらに含む請求項９５に記載の
方法。
【請求項９９】前記変調の大きさに関する制限なしで、前記変調段階は放
射の前記ビームの偏光を変調する、請求項９８に記載の方法。
【請求項１００】前記導出段階は、前記試料の膜厚情報および前記試料に
より引き起こされた放射の偏光解消を導出する、請求項９５に記載の方法。
【請求項１０１】前記第１の出力信号が波長のあるスペクトルにわたって
試料の特性を示し、前記導出段階が、前記スペクトルにわたって前記試料により
引き起こされた放射の偏光解消を導出する、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０２】試料を測定するための方法であって、第１の信号を提供するため、エリプソメータにより前記試料を測定する段階と
、第２の信号を提供するため、光学式計測器により前記試料を測定する段階と、前記第１および第２の信号から、膜厚および前記試料により引き起こされた偏
光解消を導出する段階と、を含む方法。
【請求項１０３】前記試料の測定に先立ち、第３の信号を提供するため、前記エリプソメータにより別の試料を測定する段
階と、前記エリプソメータを較正するため、前記第３の信号から、前記別の試料の１
つ以上のパラメータおよび前記エリプソメータの１つ以上のパラメータを導出す
る段階と、をさらに含む、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０４】前記エリプソメータによる別の試料を測定する段階は、偏光された成分を有する放射のビームを提供し、かつ該ビームから前記別の試
料に放射を供給する段階と、前記別の試料により変更された前記ビームからの放射を検出する段階と、その検出の前に放射の前記ビームの前記偏光を変調する段階と、前記別の試料の１つ以上のエリプソメトリックパラメータおよび前記エリプソ
メータの１つ以上のパラメータを導出する段階とを含む、請求項１０３に記載の
方法。
【請求項１０５】前記変調の大きさに関する制限なしで、前記変調段階は
放射の前記ビームの偏光を変調する、請求項１０４に記載の方法。
【請求項１０６】前記導出段階は、前記エリプソメータのパラメータも導
出する、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０７】前記第１の信号は波長のあるスペクトルにわたって試料
特性を示し、前記導出段階は、前記スペクトルにわたって前記試料により引き起
こされた放射の偏光解消を導出する、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０８】試料を測定するための方法であって、第１の信号を提供するため、エリプソメータにより前記試料を測定する段階と
、前記第１の信号から、膜厚および前記試料により引き起こされた偏光解消に関
する情報および測定精度を改善するために前記エリプソメータの１つ以上のパラ
メータを導出する段階と、を含む方法。
【請求項１０９】前記エリプソメータによる前記測定段階は、偏光された成分を有する放射のビームを提供し、かつ該ビームから前記試料に
放射を供給する段階と、前記試料により変更された前記ビームからの放射を検出する段階と、その検出の前に放射の前記ビームの前記偏光を変調する段階と、前記試料の１つ以上のエリプソメトリックパラメータおよび前記エリプソメー
タの１つ以上のパラメータを導出する、請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１０】前記変調の大きさに関する制限なしで、前記変調段階は放
射の前記ビームの偏光を変調する、請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１１】前記第１の出力信号は波長のあるスペクトルにわたって
試料の特性を示し、前記導出段階は、前記スペクトルにわたって前記試料により
引き起こされた放射の偏光解消を導出する、請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１２】試料を測定するための器具であって、第１の信号を提供するため、前記試料を測定するエリプソメータと、第２の信号を提供するため、前記試料を測定する光学式計測器と、前記第１および第２の信号中の情報から、前記試料の１つ以上のパラメータと
測定精度を改善するために前記エリプソメータの１つ以上のパラメータを導出す
るための手段と、を含む器具。
【請求項１１３】前記試料は前記エリプソメータの内部標準試料である、
請求項１１２に記載の器具。
【請求項１１４】前記計測器は、分光反射率計、偏光計、またはエリプソ
メータであり、前記試料は前記計測器の較正試料でもある、請求項１１２に記載
の器具。
【請求項１１５】前記エリプソメータは、偏光された成分を有する放射のビームを前記試料へ提供する源と、出力を提供するため、前記試料により変更された前記ビームからの放射を検出
する検出器と、その検出の前に放射の前記ビームの前記偏光を変調する変調器と、前記出力から、前記試料の１つ以上のエリプソメトリックパラメータおよび前
記エリプソメータの１つ以上のパラメータを導出するプロセッサとを含む、請求
項１１２に記載の器具。
【請求項１１６】前記変調の大きさに関する制限なしで、前記変調器は放
射の前記ビームの偏光を変調する、請求項１１５に記載の器具。
【請求項１１７】前記プロセッサは、前記試料の膜厚情報および前記試料
により引き起こされた放射の偏光解消を導出する、請求項１１５に記載の器具。
【請求項１１８】前記第１の出力信号が波長のあるスペクトルにわたって
試料の特性を示し、前記プロセッサは、前記スペクトルにわたって前記試料によ
り引き起こされた放射の偏光解消を導出する、請求項１１７に記載の器具。
【請求項１１９】試料を測定するための器具であって、第１の信号を提供するため、前記試料を測定するエリプソメータと、第２の信号を提供するため、前記試料を測定する光学式計測器と、前記第１および第２の信号から、前記試料の膜厚および前記試料により引き起
こされた偏光解消に関する情報を導出するための手段と、を含む器具。
【請求項１２０】前記エリプソメータは、偏光された成分を有する放射のビームを前記試料へ提供する源と、前記試料により変更された前記ビームからの放射を検出する検出器と、その検出の前に放射の前記ビームの前記偏光を変調する変調器と、前記試料の１つ以上のエリプソメトリックパラメータおよび前記エリプソメー
タの１つ以上のパラメータを導出するプロセッサとを含む、請求項１１９に記載
の器具。
【請求項１２１】前記変調の大きさに関する制限なしで、前記変調器は放
射の前記ビームの偏光を変調する、請求項１２０に記載の器具。
【請求項１２２】前記導出手段は、前記エリプソメータに関連するパラメ
ータを導出する、請求項１１９に記載の器具。
【請求項１２３】前記第１の出力信号は波長のあるスペクトルにわたって
試料の特性を示し、前記導出手段は、前記スペクトルにわたって前記試料により
引き起こされた放射の偏光解消を導出する、請求項１２２に記載の器具。
【請求項１２４】試料を測定するための器具であって、第１の信号を提供するため、前記試料を測定するエリプソメータと、前記第１の信号から、前記試料の膜厚および前記試料により引き起こされた偏
光解消に関する情報ならびに測定精度を改善するために前記エリプソメータの１
つ以上のパラメータを導出する手段と、を含む器具。
【請求項１２５】前記エリプソメータは、偏光された成分を有する放射のビームを前記試料へ提供する源と、前記試料により変更された前記ビームからの放射を検出する検出器と、その検出の前に放射の前記ビームの前記偏光を変調する変調器と、前記試料の１つ以上のエリプソメトリックパラメータおよび前記エリプソメー
タの１つ以上のパラメータを導出するプロセッサとを含む、請求項１２４に記載
の器具。
【請求項１２６】前記変調の大きさに関する制限なしで、前記変調器は放
射の前記ビームの前記偏光を変調する、請求項１２５に記載の器具。
【請求項１２７】前記第１の出力信号は波長のあるスペクトルにわたって
試料の特性を示し、前記導出手段は、前記スペクトルにわたって前記試料により
引き起こされた放射の偏光解消を導出する、請求項１２４に記載の器具。
【請求項１２８】試料を測定するための方法であって、前記試料をエリプソメータにより測定する段階であって、前記エリプソメータ
は前記試料へ放射を供給しかつ前記試料による変更後に前記放射を検出して第一
の信号を提供し、前記測定段階は前記試料へある周波数で供給された放射を変調
する段階を含み、前記第１の信号が前記周波数の５つ以上の高調波での成分を含
む段階と、前記第１の信号から、前記試料の膜厚および前記試料により引き起こされた偏
光解消に関連する情報を導出する段階と、を含む方法。
【請求項１２９】試料を測定するための器具であって、出力信号を提供するため、前記試料を測定するエリプソメータと、前記信号から、前記試料の膜厚および前記試料により引き起こされた偏光解消
と関連する情報を導出するための手段とを含み、前記エリプソメータは少なくと
も１つの回転偏光子を含む、器具。
【請求項１３０】試料を測定するための器具であって、出力信号を提供するために、前記試料を測定するエリプソメータと、前記信号から、前記試料の膜厚および前記試料により引き起こされた偏光解消
を導出するための手段とを含み、前記エリプソメータは、偏光された成分を有する放射を前記試料へ第１の光学パス中に供給する源と、前記偏光された成分の位相を変調する、前記第１の光学パス中の第１の位相変
調器と、第２の光学パスに沿って放射を検出する検出器であって、該検出器により検出
された放射が前記源により供給されかつ前記試料により変更される検出器と、前記偏光された成分の前記位相を変調する、前記第２の光学パス中の第２の位
相変調器とを含む器具。