JP2008523392A - 複数入射角分光散乱計システム - Google Patents

Abstract

【課題】それぞれの変数に対する感度は、少なくとも一部は、入射ビームの計測角に依存することから、所望の計測角のセットを選択することによって、分光計測技術の感度を、ある種のプロファイル変数について最適化する。
【解決手段】選択された所望の計測角のセットは、方位角および極角の両方を含む。また分光計測技術の感度を最適化することは、計測されるべき変数間の計測相関を低減または解消しえる。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に分光計測技術に関し、より具体的には入射角を用いて試料のプロファイル変数に対する感度を増すことに関する。

一般に分光反射光測定（spectroscopic reflectometry）および偏光解析（ellipsometry）（ＳＥ）システムの、試験されている試料のある種の変数に対する感度は、その試料上に当たる入射ビームの入射角（ＡＯＩ）に密接に関係する。現在のＳＥシステムは、固定された入射角で構成される。ある典型的なＳＥシステムは、シリコン基板上のシリコン酸化物（SiO₂、または「酸化物」とよく呼ばれる）薄膜の厚さを計測する。酸化物膜厚に対する感度は、ＡＯＩがシリコン基板のブルースター角に近いように設定されるとき、最大になる。このため、ＡＯＩがほぼ７１度であるようにＳＥシステムは設計され、これはたいていの膜計測応用例については最適化されたシステム設定であった。

計測条件を決定するＳＥシステム中の入射ビームの第２角度は、方位角（azimuthal angle）である。この角は、試料の平面中で定義され、膜の特性を計測することには影響しない。しかしこれは、試料が薄膜ではなく、フィーチャ（feature）であるときには影響する。最近、ＳＥシステムは、周期的フィーチャのラインプロファイルを計測するのにも用いられ、方位角の選択が重要になってきている。ラインプロファイルまたは周期的構造を計測するいくつかのＳＥシステムは、「Spectroscopic Scatterometer System」と題されたXuらによる特許番号6,483,580にさらに詳細に記載されている。

あるＳＥシステムにおいては、いくつかの微小寸法（ＣＤ）変数の間で計測相関がある。相関とは、計測された試料内の２つの異なるフィーチャ（またはＣＤ）から集められる計測結果における類似性を指す。この類似性は、区別することによって、それぞれについての有用な情報を集めるのに困難さを引き起こす。例えば、計測結果の相関性は、酸化物／窒化物／酸化物（ＯＮＯ）積層体において最上部および第３酸化物層の計測値の間に現れえる。他の例では、計測結果の相関性は、格子またはコンタクトの高さ、および１つ以上のアンダーレイヤ（underlayers）の厚さを計測するときに起こる。

プロファイル変数に対するＳＥシステムの感度を最適化し、２つのＣＤまたは膜変数間の相関性を減らす一つの現在の技術は、変数のうちの一つを固定し、他の変数を計測される分光データに適合させるよう変化させることを許すことを伴う。しかしこの技術は相関性を効果的に減少させないが、それは固定されるべき変数の正確な値を知りえないからである。その結果、これら２つの変数における全ての変動が、動くことを許される変数に集約され、これが不正確な計測につながる。

いくつかのＳＥシステムは、変化する入射角を用いえるが、これらのシステムはいずれも微小寸法の計測には応用不可能である。例えば、ある単純なＳＥシステム設計は、入射ビームおよび集光ビーム（collection beam）の方向をともに同時に変化させることを伴う。そのようなシステムは、「2-θ」走査スキームを用い、入射ビームおよび集光ビームの両方を調整する簡単な同期した回転要素に基づく。J.A. Wollam Co., Inc.は、このスキームに基づく一連の製品を有し、これらはＶＡＳＥ（Ｒ）（可変角分光偏光解析法）と呼ばれる。

改良型の「2-θ」走査スキームは、D.M. ByrneおよびD.L. MacFarlaneによる「Angular Scanning Mechanism for Ellipseometers」、Applied Optics, 30(31), 4471-4473, (1991)に記載されており、２つの平らな回転ミラーが用いられて入射ビームおよび反射ビームの角度を同時に変化させる。このスキームの大きな欠点は、２つの同期化された回転が必要なことである。技術波長（technology node）が４５ｎｍ以下に向けてつねに減少するに従い、計測ツールのパフォーマンス要件もますます高くなっている。ＣＤ計測のための精密さ、正確さ、およびツール対ツールの整合の最先端の仕様に適合するためには、システムパラメータを正確に較正し、計測の間にこれらパラメータの高いレベルの安定性を維持することが重要である。ＡＯＩは、正確に較正され、安定化されるべき、これらの重要なシステムパラメータの一つである。２つの回転要素のために上述のＶＡＳＥ設計は、較正するのが困難で、そのＡＯＩを維持するのが難しい。これは、上述のＶＡＳＥ設計が半導体製造ラインに適用されることを阻む大きなハードルである。その結果、このスキームに基づくシステムの主要な応用例は、典型的には研究所で見られる。再び、この技術は、ＣＤ計測には応用されていないことに注意されたい。実際、２つの同期化されたミラー回転の欠点は、ＣＤ計測のためにこの走査スキームを実現することを特に困難にするだろう。

そのＡＯＩを変化させる他のＳＥシステムは、集光ミラーの前に置かれたアパーチャを用いる。このアパーチャは、所望のＡＯＩを選択するために直線的に（例えば上下に）動く。このＳＥシステムは非常に簡単だが、これは直線的な移動だけが必要だからである。しかしこのアパーチャは、照射光のうちの一部しか集められないので、このシステムは非常に低い電力利用効率しか得られない。

米国特許第5,166,752号（‘７５２特許）に示唆される他の方法は、信号を記録するために、分散要素（例えば格子またはプリズムのような）と組み合わせて２次元画像化アレイを用いる。計測カラムは、固定された波長を持つが、変化するＡＯＩを持つ信号に対応し、計測ロウは、固定されたＡＯＩを持つが変化する波長を持つ信号に対応する。よって特定のロウおよび特定のカラムのピクセルは、理論的には特定の波長および特定のＡＯＩの信号だけを拾うことになる。このスキームに関係した一つの大きな問題は、米国特許第5,596,406号（‘４０６特許）の図１に示される。簡単には、この問題は、照射および反射ビームの有限の大きさによる。この問題は、特定のロウおよびカラムのピクセルがそのカラム番号およびロウ番号によって特定された波長およびＡＯＩに対応する信号を記録するだけでなく、近接する波長およびＡＯＩからの信号もこのピクセルに含まれ、それにより分光および角度解像度の両方を悪化させることにある。

上述の問題を克服するために、‘４０６特許は、長方形のアパーチャの使用を示唆し、このアパーチャは、ある方向に伸ばされ、分散要素の前に置かれる。このようにして、アパーチャの長手方向に平行な方位角に対応する信号だけがピックアップされえ、これは３次元データ立方体（ＡＯＩ、方位角、波長）を２次元の「データ平面」（ＡＯＩ、波長）に落とす。その結果、このスキームは、‘７５２特許の解像度悪化の問題を効果的になくす。残念ながら、これはそれ自身の問題を引き起こし、つまり与えられた方位角に対応するわずかな部分の光しか集められないために光電力利用がより低い。

前述のことを鑑み、ある種のプロファイル変数に感度が高く、異なる微小寸法間の計測相関を減らしえる、改良された分光反射光測定および偏光解析システムを提供するための継続した努力がなされている。

それぞれの変数に対する感度は、少なくとも一部は、入射ビームの計測角に依存することから、本発明は、所望の計測角のセットを選択することによって、分光計測技術の感度を、ある種のプロファイル変数について最適化することに関する。ある種の微小寸法変数に対する分光計の感度は、応用例の間で変わり、入射ビームが方向づけられる計測角に依存する。計測角のセットは、方位角および極角の両方を含む。また分光計測技術の感度を最適化することは、計測されるべき変数間の計測相関を低減または解消しえる。

方法として、本発明のある実施形態は、試料の分光計測モデルを定義すること、分光計測モデルを用いて分光計測システムのための計測角の所望のセットを決定すること、所望の計測角において試料に向けて分光計測システムの入射ビームを導くこと、回折ビームは、入射ビームに応答して試料から回折される、導くこと、および回折されたビームから所望の計測されたパラメータを抽出することを少なくとも含む。

分光計測システムとして、本発明のある実施形態は、試料の分光計測モデル、分光計測モデルを用いて、分光計測システムについての所望の計測角のセットを決定するよう構成される第１分析モジュール、所望の計測角のセットにおいて入射ビームを試料に向けて導くよう構成される入射ビーム発生器であって、回折されたビームは、入射ビームに応答して試料から回折される、発生器、および回折された光を計測するよう構成された複数の検出器を少なくとも含む。

本発明のこれらおよび他の特徴および優位性は、本発明の以下の明細書および添付の図面においてより詳細に説明され、これらは本発明の原理を例示によって示す。

本発明は、そのさらなる優位性と共に、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって容易に理解されよう。

本発明は、添付の図面で示されるそのいくつかの好ましい実施形態を参照して詳細に説明される。以下の記載において、本発明の完全な理解を提供するために多くの具体的な詳細が述べられる。しかし、本発明はこれら特定の詳細の一部または全てがなくても実施されえることが当業者には明らかだろう。あるいは、よく知られたプロセスステップは、本発明を不必要にぼかさないために詳細には記載されていない。

本発明は、分光計測システムを用いて欠陥を検出するために、所望の計測角のセットを決定する技術に関する。入射ビームは、試料上のフィーチャに関するデータを高度に正確に得るために、決定された計測角、例えば最も感度の高い計測角において試料に向けて導かれる。計測角の所望のセットを決定するため、分光計測モデルは、試料からのさまざまな計測角における分光回折プロファイルをモデル化するために用いられえる。計測角群のセットは、方位角および極角の両方を含む。

入射ビームは、分光反射計測および偏光計測（spectroscopic reflectometry and ellipsometry）（ＳＥ）システムによって発生されたさまざまなタイプのビームでありえ、これらは、試料からの分光回折を起こす。例えば、入射ビームは、さまざまな波長の光ビーム、または単一波長の光ビーム（例えばレーザ）、または単一波長の光ビームのグループが単一ビームにまとめられたもの（例えばビームスプリッタまたはビームスプリッタ群のセットを介して）でありえる。

図１は、分光反射計測および偏光計測（ＳＥ）システムの入射ビーム５０の概略図を示し、このビームは、格子パターン５２に向けて、計測角群の特定のセットで導かれる。格子パターン５２は、試料表面上に形成される。入射ビーム５０および格子パターン５２は、直交ｘ−ｙ−ｚ座標系で示される。入射ビーム５０は、試料から分光回折を起こし、これは分光検出器（不図示）によって検出されえ、それから試料の変数の値を決定するために評価されえる。入射ビーム５０は、１つ以上のビームが試料から回折されるようにしえる。

入射ビーム５０は、方位角Φおよび極角θの２つの成分からなる計測角のセットにおいて傾けられる。方位角Φは、ｘ−ｙ平面でもある水平面内で定義される計測角セットの要素である。極角θは、計測ビーム５０が水平面に対して垂直な方向において傾けられる角度である。

図１の実施形態において、格子パターン５２は、盛り上がった平行なライン５４のセットから形成される。格子パターン５２は、試料の上部表面上に、または上部表面の下にある下位層（underlying layer）上に形成されえる。実施形態よっては、下位層上に形成される格子パターンは、最上層（top layer）が下位層の形状に沿うため、最上層を通して識別されえる。格子パターン５２は、半導体ウェーハのような試料を形成するさまざまな基板層の間のアライメント誤差を決定するのを助けうる。格子パターン５２は、半導体プロセス中に形成される２つ以上の層のオーバレイを計測するのにも用いられえる。

代替の実施形態において、入射ビーム５０は、半導体ウェーハのような試料の他のフィーチャの上にも導かれえる。そのようなフィーチャは、製品ウェーハ中に見られるトレンチ、ビア、または任意の複雑な非周期的パターン構造を含みえる。計測のためのフィーチャの（または格子パターンの）変数は、以下に限定されないが、中間微小寸法（middle critical dimension、ＭＣＤ）または側壁角（ＳＷＡ）、高さ、下位層厚さ、格子／コンタクト高（ＨＴ）、および他のプロファイル変数を含みえる。

試料から回折されるビームは、入射ビームの計測角５０によって変化しえ、ある計測角は、回折されたビーム中にエネルギーのピーク値を生じえる。エネルギーのピーク値は、ピークスペクトル計測値に対応する。ある実施形態においては、このスペクトル計測値は、ピークスペクトル読取値が試料から放射するときは共鳴していると呼ばれる。ピークエネルギー量は、高度に感度の高い計測条件に対応し、これは２つの対象変数の間の計測相関を減らす能力を促進する。

図２は、本発明のある実施形態によるＳＥシステムについて所望の計測角のセットを決定するプロセス１００を記述するフローチャートを示す。プロセス１００は、計測されるべき試料の１つ以上の試料変数についての計測角の所望のセットを決定するために実行されえる。プロセス１００は、操作１０２において始まり、ここで試料の分光モデルが定義される。分光モデルは、入射ビームに応答して試料から放射するであろう理論的回折スペクトルを発生するモデルである。

次の操作１０４において、この分光モデルは、１つ以上の試料変数についての所望の計測角のセットを決定するために用いられる。それから操作１０６は、実際のＳＥシステムの入射ビームの計測角のセットを、操作１０４で見つかった所望の角に調整する。操作１０８において、ＳＥシステムは、試料の対象変数を計測し、分光回折データを集める。判定ブロック１１０において、計測角のさらなるセットにおいて計測がなされるべきかについて判定がなされる。もし「はい」なら、プロセス１００の実行は、操作１０６に戻り、ここで入射ビームの計測角のセットが再調整される。計測角の新しいセットは、計測されるべき試料の異なる変数についての所望の角のセットでありえる。もしさらなる計測がなされる必要がなければ、プロセス１００は終わる。

操作１０２について、分光モデルは、例えば、入射ビームに応答して試料から回折された光を、特定の試料がどのように作るかをモデル化するソフトウェアモデルである。試料の分光モデルは、ＳＥシステムによって計測されるべき試料を表す特定のパラメータに従ってそのモデルが合わされるとき、定義される。操作１０２において、分光モデルを定義プロセスは、モデル内のある種の変数の値を定義することを含む。再び、そのような変数は、以下に限定されないが、対象となるフィーチャの高さ、幅、側壁角、および直径を含みえる。定義されるべき他のパラメータは、以下に限定されないが、試料の光学的特性、入射ビームの特性、および下位層の寸法および特性を含む。

それから定義された分光モデルは、入射ビームを表す入力値を受け取り、理論上の回折スペクトルを生成しえる。入射ビームに関連するこの入力値は、ＳＥシステムに関わるビームのタイプ、ビームの電流レベル、ビームのスポットサイズ、ビームの方位角、ビームの極角、および方位方向および極方向の両方におけるビームのアパーチャサイズ（「開口数、またはＮＡ」）に関しえる。これから説明されるように、分光モデルは、所望の計測角のセットを決定するために操作１０４で用いられる。

図３は、本発明のある実施形態によって入射ビームの計測角を決定するための図２の操作１０４を示すフローチャートである。操作１０４は、対象となる特定の試料変数についての、所望の計測角のセットを決定する。例えば、所望の計測角のセットは、最も感度の高い計測結果を生む。

操作１０４の最初のサブ操作１５０は、入射ビームが試料上に導かれえる計測角のセットを選択することを伴う。計測角のセットは、方位角および極角の組み合わせを含み、したがって計測角のセットのそれぞれの成分が選択されなければならない。

それからサブ操作１５２において、計測角の選択されたセットについての、分光回折計測の感度が決定される。ある実現例においては、分光回折計測の感度は、積分法を通じて決定される。積分は、分光モデルによって生成された分光回折曲線上でおこなわれる。具体的には、積分は、波長の範囲に沿って、対象となる変数の２つの値の間でとられる。２つの変数値は、試料上で計測されるべき変数の、ありそうな値を典型的には含む。この積分の図解を示すために図４がここで説明される。

図４は、本発明のある実施形態による、２つの理論上の分光回折曲線２０２および２０４を含む２次元座標系２００を示す。座標系２００は、波長λの範囲を表す横軸、および強度値の範囲を表す縦軸を含む。それぞれの分光回折曲線２０２および２０４は、波長の範囲にわたって、その強度値が変化する。分光回折曲線２０２および２０４は、計測角の選択されたセットにおいて、定義された試料に基づいて分光モデルによって生成された分光回折プロファイルを表す。曲線２０２および２０４のそれぞれは、それぞれの曲線が異なる変数値に基づいて生成される点で異なる。それぞれの変数値は、それぞれ、計測されるべき試料上のありそうな変数値を典型的には含む範囲の端点を表す。このようにして、所望の角は、計測されるべき変数について高い感度を有することになる。それぞれの変数値は、曲線の積分を求める限界を表すことが理解されよう。

斜線が施された領域は、曲線２０２および２０４の間にある積分領域２０６を表す。積分領域２０６は、対象となる変数の変化する値についての、選択された計測角のセットの感度に対応する。大きな領域２０６は、対象となる変数の値が変化し、よって対象となる変数について高い感度を示すときの、分光回折プロファイルの大きな差に対応する。いっぽう、小さな領域２０６は、対象となる変数が変化し、よって対象となる変数について低い感度を示すときの、分光回折プロファイルの小さな差に対応する。

座標系２００の縦軸に沿って計測された強度は、任意の反射計測または偏光計測スペクトル（reflectrometric or ellipsometric spectra）に対応しえる。例えば、ある実施形態においては、この強度は、偏光された強度であり、これは２つのグラフを必要とするが、ここでそれぞれのグラフはそれぞれの偏光を表す。強度は、ＳＥ計測に共通のさまざまな関数に従って定義されえる。強度は、２つの直交偏光状態（例えば、いわゆるｓ偏光およびｐ偏光された光）に対応する２つの強度の比に従っても定量化されえる。

判定ブロック１５４において、計測角のさらなるセットについて分光回折計測の感度が計測されるべきかについての判定がなされる。典型的には、分光回折計測の感度は、計測角の複数のセットについて計測されることによって、計測角のそれぞれのセットにおける感度の程度が比較されえる。したがって「はい」の判定は、操作１５０および１５２を繰り返すためにブロック１５４において、普通、なされる。対象となる変数に対する感度が、充分な回数の繰り返しの後に決定されたときは、ブロック１５４における「いいえ」の判定によって、プロセスの実行がサブ操作１５６へ進むことが許される。

サブ操作１５６において、計測角の所望のセットが選択される。この選択は、サブ操作１５２において計測された分光回折計測の感度を比較することによってなされる。換言すれば、操作１５２において求められた積分は、互いに比較される。ある実施形態においては、最大の感度を持つ計測角のセットは、最大の積分値に対応し、計測角の所望のセットとして選択される。

ある実施形態において、最大の信号対雑音比を生む計測角のセットが、計測角の所望のセットとして選択される。

サブ操作１５６の後、判定ブロック１５８において、他の試料変数についての計測角の所望のセットが決定されるべきかについての判定がなされる。もし計測角のさらなる所望のセットが決定されるべきなら、操作１０４のサブ操作の実行は、サブ操作１５０へ戻る。例えば、操作１０４のサブ操作を通じての第１進行が、試料上のフィーチャの高さについての計測角の所望のセットを決定しえ、それから第２進行が実行されることで、同じフィーチャの幅についての計測角の所望のセットを決定しえる。所望の計測角のさらなるセットが決定されなくてもよいときは、プロセスの実行は操作１０６へ進む。

サブ操作１５０において計測角の新しいセットを選択するとき、判定ブロック１５８における「はい」の判定の後、計測角のそれぞれの新しく選択されたセットは、新しい方位角および同じ極角、または同じ方位角および新しい極角を有しえる。代替として、計測角の新しいセットは、新しい方位角および極角の両方を有するように選択されえる。

サブ操作１５２の代替の実現例は、分光回折曲線を定義する関数の微分を決定することによって分光回折計測の感度を決定することを伴う。例えば、対象となる変数の値が、値の範囲を通じて増すときに、図４の曲線２０２について、曲線２０２を定義する関数の微分がとられる。曲線２０２は、計測角の一つのセットにおいて定義される。対象となる変数の値の範囲は、角度の所望のセットが、計測されるべき変数についての高い感度を持つように、予期される変数値を含まなければならない。ブロック１５４における少なくとも１つの「はい」の判定の後、計測角の少なくとも１つより多いセットについて分光放射曲線の微分が求められる。それからサブ操作１５６のあいだ、例えば、分光回折曲線の最大の微分に対応する計測角のセットが、計測角の所望のセットとして選択される。分光曲線の変化の割合が最も速く変化するので、最大の微分は、計測角の非常に感度の高いセットを示す。

所望の計測角のセットを決定する代替の技術も実現されえる。適用される技術は、異なる計測の目的のために最も効果的な計測角を決定するのには異なる技術が用いられえるように、所望とされる計測角のセットに依存しえる。

操作１０６は、ＳＥシステム中の入射ビームの計測角のセットを、操作１０４で決定された所望の角に調整することを伴う。ＳＥシステムは、例えば光学ミラーおよびレンズを含むさまざまなシステム構成を用いて、入射ビームの計測角のセットを調整するよう設計されえる。一般に方位角Φは比較的、調整が容易であるが、これは試料を水平面内で回転させることによって達成されるからである。例えば、半導体ウェーハ試料は、方位角を調整するために、回る円盤のように回転されえる。あるＳＥシステムにおいては、方位角は、デフォールトでゼロに設定される。これは２次元試料（格子）の場合、ＳＥシステムの入射の平面は、格子ラインに垂直であることを意味する。試料（またはウェーハ）ステージを回転させることによって、格子ラインに対して、入射のこの平面の相対的な角位置を調整できる。このようにして、あるＣＤ／プロファイル変数についてＳＥシステムの感度が最大化され、いっぽう他のＣＤ／プロファイル変数については感度が最小化されるような最適方位角を見つけることができる。

しかし極角θは、調整するのが比較的難しい。ある実施形態においては、方位角または極角のうちの一つが調整されえるが、他の角は単一の角に保持される。他の実施形態においては、後に続く計測プロセスの前に、方位角および極角の両方が調整されえる。計測の方位角および極角を調整しえる例示的ＳＥシステムを示すために、図５および６が以下に説明される。

操作１０８は、ＳＥ計測を試料上でおこなうことを伴う。これは、計測角の所望のセットにおいて試料上に入射ビームを導くこと、および試料からの分光回折プロファイルを計測することを伴う。

操作１０８において集められた分光データから有用な情報を分析および引き出すための一般に理解されている技術が用いられえることが理解されよう。計測された変数の値を決定するある技術は、ＳＥシステムからの経験的に集められた分光回折プロファイルを、分光モデルから理論的に生成された分光回折プロファイルに当てはめることを伴う。経験分光回折プロファイルおよび理論分光回折の間に整合が見られるときは、分光モデルに対応する変数値は、試料の変数値を反映するとみなされる。経験および理論分光回折プロファイルの間の整合を見つけるためには、従来の曲線当てはめ技術が用いられえる。再び、そのような変数値は、例えばフィーチャの高さ、長さ、幅、および側壁角に対応しえる。他の分析技術およびその詳細は、この議論が本発明の進歩性を有する局面に集中できるよう、さらには説明されないことに注意されたい。

前述のように、図２のプロセス１００は、単一の試料変数または複数の変数について計測角の所望のセットを決定するために実行されえる。例えば、このプロセスは、フィーチャの高さ、次にフィーチャの幅について、角度の最大感度のセットを見つけるために、２回実行されえる。それから計測操作１０８は、さまざまなやり方で実行されえる。ある実施形態においては、計測操作１０８は、幅について計測角の所望のセットを用いて試料を計測し、それから高さを計測するために角の所望のセットについて計測角のセットを調整する。しかし代替の実施形態においては、フィーチャの高さおよび幅の両方を計測するために、計測角の単一のセットが用いられ、ここで単一のセットの計測角は、それぞれの変数についての所望の計測角の重み付けされた平均である。換言すれば、計測角のセットは、計測角の２つの異なる所望のセットの重み付けされた平均である。例えば、重み付けされた平均は、それぞれの変数を均等に重み付けし、ここで計測角の重み付けされた平均のセットは、計測角の２つのセットの平均である。代替として、計測角の所望のセットの重み付けされた平均は、計測角の他方のセットに重み付けを全くすることなく、計測角のうちの一方のセットに重み付けをすることができる。もちろん、それぞれの変数の相対的な重要さ依存して、任意の重み付けの組み合わせが用いられえる。

本発明の技術は、分光反射計測および偏光計測システムにおける計測角の所望のセットを決定することに関する。分光計測は典型的には、波長のある範囲にわたって広がる分光回折プロファイルを計測することを伴う。

本発明の技術に従って入射ビームの計測角を調整できるいくつかのＳＥ計測システムを示すために図５〜７は説明される。

図５は、本発明のある実施形態によって、可変方位角および極角において試料３０２上に当たるよう調整されえる入射ビームを有するＳＥシステム３００を示す。この実施形態において、２つの楕円面鏡３０４および３０６が、フォーカシングおよび集光の両方の目的のために用いられる。ＳＥシステム３００は、照射ビーム３１０を作る光源３０９、走査ミラー３０８、フォルダーミラー３１１、集光アパーチャ３１６、および分析器または分光器３１４も含む。

楕円面鏡３０４はフォーカシングミラーとして働き、楕円面鏡３０６は集光ミラーとして働く。極角の変化は、回転または前後に傾斜する走査ミラー３０８によって得られる。走査ミラー３０８は、楕円面鏡３０４および３０６の平面の外にある。水平面内で試料３０２を回転させることは、方位角を変化させえる。

照射側において、主要な設計特徴は、走査ミラー３０８表面上の光スポットおよび試料３０２の表面上の計測スポットが、フォーカシングミラー３０４の２つの焦点であることである。さらに、フォーカシングミラー３０４は、大きな開口数（ＮＡ）を有し、アンダーフィルされて（under-filled）いる。光源３０９は、照射ビーム３１０を走査ミラー３０８上に導く。ある実施形態においては、光源３０９は、偏光された光源でありえる。走査ミラー３０８からの照射ビーム３１０は、フォーカシングミラー３０４のＮＡより大幅に小さいＮＡを有する。よって走査ミラー３０８の与えられた位置においては、走査ミラー３０８から来る照射ビーム３１０を試料３０２上に反射するのには、フォーカシングミラー３０４の一部しか用いられない。試料３０２に対して照射ビーム３１０の極角は、走査ミラー３０８のこの特定の位置に対応する照射ビーム３１０の中心線によってそれから定義される。走査ミラー３０８の位置および極角の間のこの関係は、実線によって図５で示される。

極角を変えるためには、走査ミラー３０８だけが他の位置に回転されればよい。その結果、図５において破線によって示されるように、照射ビーム３１０を試料３０２上に反射するために、フォーカシングミラー３０４の他の部分が用いられ、照射ビーム３１０の中心線によって再び定義される極角はそれに従い変化させられる。

走査ミラー３０８上の光スポットおよび計測スポットは、共役（conjugate）であり、フォーカシングミラー３０４の２つの焦点であるので、走査ミラー３０８が回転するとき、計測スポットは、つねに同じ場所に留まる。集光アパーチャ３１６、試料３０２上の計測スポット、および走査ミラー３０８上の入射ビームの焦点が共役であるので、集光アパーチャ３１６の後ろの検出器または分光器３１４は、試料３０２表面から反射された所望の光信号だけを拾うことになる。さらに、計測システム３００の開口数（ＮＡ）は、図５で示されるように、計測ビーム2Δθ_iの角開口（angular aperture）によって定義され、これはこんどは走査ミラー３０８から来る入射ビームによって照射されるフォーカシングミラー３０４の一部によって定義される。その結果、試料３０２表面上に落ちる計測ビームのＮＡは、走査ミラー３０８上の入射ビームのＮＡによって定義され、すなわち図５に示されるように、角開口2Δθ_i’である。

同様の設計が集光側にも適用される。ここで計測スポットおよび分光器３１４の入口スリットは、楕円集光ミラー３０６の焦点と共役である。その結果、極角が変化するとき、分光器３１４の入口スリット上の光スポットの位置は動かない。

この実施形態の優位性は、極角を変化させるのに１つの動きしか必要とされないことを含む。またシステム３００は高い安定性を有するが、これはフォーカシングおよび集光のために楕円面鏡の使用することによって、計測スポットの変位もなく、分光器３１４の入口スリット上の光スポットの動きもないことを確保できるからである。さらに、このＳＥシステム設計は、正確で安定した極角較正および光学較正を可能にする。さらに、ＳＥシステム３００は、電力利用において高い効率を有する。

図６は、本発明のある実施形態による、複数入射角（ＡＯＩ）ＳＥ計測のための単一の高ＮＡ対物レンズの複数の対物レンズを用いるＳＥシステム４００を示す。ＳＥシステム４００は、照射ビーム４０４を試料４０６の表面上の同じ計測スポット上にフォーカシングさせる２つのフォーカシングレンズ４０２を用い、試料４０６の表面から反射されたビームを拾うために２つの集光レンズ４０８を用いる。照射ビーム４０４は、照射源（不図示）から導かれる。この実施形態のある実現例においては、ＳＥシステム４００は、複数レンズのスキームに限定されず、また照射および集光側の両方にある２つのレンズに限定されない。システム４００のスペースが許す限り多くのレンズを用いえる。さらに、レンズには限定されない。フォーカシングまたは集光のいずれかのために、または両方のために、複数のミラーを用いえる。さらに、この実施形態は、複数のレンズ／ミラー構成によってさえ限定されない。例えば、ある範囲の入射角を含む高ＮＡレンズまたはミラーを用いえる。

複数のレンズ／ミラーまたは高ＮＡレンズ／ミラーを用いるこれらさまざまな構成に共通の特徴は、入射角を回転させるための光ファイバーの束４１０の使用である。複数のレンズ／ミラーの場合、光ファイバーの束４１０中のそれぞれのファイバーは、レンズを通る、またはミラーによって反射される主光線によって定義される入射角を持つ、１つのレンズまたはミラーに対応する反射されたビームをピックアップする。高ＮＡレンズまたはミラーが用いられるとき、光ファイバーの束４１０中のそれぞれのファイバーは、この集められたビームの中心線によって定義される入射角を持つ、反射されたビームの一部を集める。

スペクトルを分解するために、例えば格子のような分散要素を持つ分光器を用いる必要がある。入射角およびスペクトルの両方を分解する鍵は、分光器４１２の入口スリット上の光ファイバーの束４１０の構成である。図６に示されるように、分光器４１２に面する光ファイバーの束４１０の末端は、長方形の長細いアレイであり、長辺が分光器４１２の入口スリット４１４に平行である。その結果、分光器４１２の入口スリット４１４上のそれぞれの末端は、特定の入射角に対応する。格子が分散要素として用いられるとき、スリットは、格子のラインに平行に構成される。その結果、それぞれのファイバーから来る光の単一ビームは分散され、さまざまな波長のビームに分離される。入射および波長のさまざまな角度を持つこの複数の信号を受け取るためには、再び図６に示されるように、２次元画像アレイが用いられる。画像アレイのロウは、分光器４１２の入口スリットに平行な方向であり、カラムは分散の方向である。その結果、入射角はロウのピクセルによって分解され、いっぽう、波長はカラムのピクセルによって分解される。

ＳＥシステム４００には多くの優位性がある。一つとしては、ＳＥシステム４００は、重複および分解能の低下なく、入射角および波長の両方を分解できる。また、ＳＥシステム４００に利用可能な電力の大部分は効果的に利用されるが、これは全ての照射ビームがゼロ方位角に対応する入射平面内に位置し、照射ビームのどの部分も失われないからである。また、ＳＥシステム４００には可動部分がない。このことはＳＥシステム４００に、高い安定性と、入射較正の安定して正確な角を得る能力とを与える。さらに、ＳＥシステム４００は、高スループットを有するが、これは入射角および波長情報を同時に得ることができるからである。

試料変数を計測するために、図５および６のようなＳＥシステムを用いる方法を以下に説明する。この方法は、上述の可変入射角（ＡＯＩ）または複数の入射角を用いる代わりに、特定の試料構造について入射角を最適化することを伴う。例えば、具体的に定義されたパターン構造および下位層材料および厚さを持つ与えられた応用例について、分光ＣＤ計測システムは、あるＡＯＩ＝ＡＯＩ₁においてミドルＣＤ（ＭＣＤ）に対する最高レベルの感度を示しえ、いっぽうで、他の値ＡＯＩ＝ＡＯＩ₂においてはそのＡＯＩは、側壁角（ＳＷＡ）に対する最高レベルの感度を示しえる。さらに、他のＡＯＩ＝ＡＯＩ₃においては、分光ＣＤ計測システムは、ＳＷＡに最低の感度であるが、それと同時に、ＭＣＤに対する感度はかなり高いことも起こりえる。ここでＭＣＤおよびＳＷＡが相関するとする。ＳＷＡを公称値に固定しつつもＭＣＤが正確に計測されえるＡＯＩ＝ＡＯＩ₃に、計測システムのＡＯＩを設定することによって、相関のレベルを実効的に低減しえる。計測システムのＳＷＡに対する感度は最小化されるので、ＳＷＡのこの固定された値はＭＣＤ計測の正確さには影響しない。次のステップでは、もしＳＷＡが高いレベルの正確さで計測される必要があるなら、ＡＯＩは、単にＡＯＩ＝ＡＯＩ₂の値に設定されえる。ＭＣＤはすでに正確に計測されているので、それは固定されえる。ＡＯＩのこれら最適化された値は、特定の与えられた応用例の試料構造に依存する。他の応用例については、上述のプロシージャは、同様のやり方でＡＯＩを最適化するために繰り返されえる。この実施形態は、図５のＳＥシステム３００を用いえ、ここで最適なＡＯＩは、走査ミラー３０８を回転させることによって設定され、またはこの実施形態は、図６のＳＥシステム４００を用いえ、ここで最適なＡＯＩは、最適なＡＯＩに対応する照射および集光チャネルを用いることによって利用される。

この方法を実現するために、高いレベルの相関を示す２つのＣＤ／プロファイル変数が必要になる。それからどの変数が固定されるべきかについて判断がなされる。次に、この固定されたＣＤ／プロファイル変数に対する感度が最小化される最適なＡＯＩ値が見つけられる。この手法には多くの優位性が存在する。例えば、この方法は、複数のＡＯＩを必要とすることなく、ＣＤ／プロファイル変数の相関を低減できる。

入射ビームの計測角を調整できるＳＥシステムのさらに他の実施形態は、複数ヘッド機能を利用する。例えば、そのようなＳＥシステムは、スペクトル範囲１９０〜３００ｎｍの深ＵＶ（ＤＵＶ）分光偏光解析装置（spectroscopic ellipsometer）（ＤＵＶ ＳＥ）、および２２０〜８００ｎｍの範囲のＵＶ ＳＥの２つのサブシステムを含む。両方のＳＥシステムは、２つの異なるＡＯＩにおいて動作する。この複数ヘッドシステム構成は、ＣＤ／プロファイル変数の相関を低減させるためのさらなる機能を提供する。このＳＥシステムは、相関を低減させるために、ＡＯＩのうちの１つ、または両方について最適化されえる。例えば、２つのＣＤ／プロファイル変数、ＭＣＤおよびＳＷＡが高度に相関するとする。本発明の方法によって所望のＡＯＩを見つけることによって、所望のＡＯＩは、ＣＤ／プロファイル変数のうちの１つに対する感度が最小化されるそれぞれのサブシステムについて見つけられ設定されえる。例えば、ＤＵＶ ＳＥのＭＣＤに対する感度が最小化され、いっぽうでＭＣＤに対する感度は依然として相当高いように、ＡＯＩは、ＤＵＶ ＳＥについてＡＯＩ₁に設定されえる。同様に、ＵＶ ＳＥのＳＷＡに対する感度が最小化され、いっぽうでＳＷＡに対する感度は依然として相当高いように、ＡＯＩは、ＵＶ ＳＥについてＡＯＩ₂に設定されえる。このようにして、ＤＵＶ ＳＥは、ＭＣＤが公称値（nominal value）に固定されているにもかかわらず、ＳＷＡを高い正確さで計測し、ＵＶ ＳＥは、ＳＷＡが固定されつつもＭＣＤを高い正確さで計測する。代替として、ＡＯＩのうちの１つだけが設定されえ、例えば、ＵＶ ＳＥについてのＡＯＩが、ＵＶ ＳＥのＳＷＡに対する感度が最小化されるＡＯＩ₂に設定されえる。このようにして、まずＵＶ ＳＥを用いてＭＣＤを計測し、それからＵＶ ＳＥによって決定された値に固定されたＭＣＤで、ＤＵＶ ＳＥを用いてＳＷＡを計測しえる。

この実施形態は、２つのＳＥのような、２つの同じサブシステムを含むシステムに限定されない。任意の２つのサブシステムが組み合わせられえる。例えば、１つのＳＥシステムが、分光反射計、デュアルビーム分光計（ＤＢＳ）、およびＵＶ ＳＥを含みえる。さらに他の組み合わせとして、ＳＥシステムは、単一波長偏光解析装置（single wavelength ellipsometer、ＳＷＥ）およびＳＥのような２つのサブシステムを含みえる。

さらに、このＳＥシステムは、２つのサブシステムの組み合わせによって限定されないことが理解されよう。それは２つ以上のサブシステムの任意の組み合わせを含みえる。例えば、ＳＥシステムは、ＤＵＶ ＳＥ、ＤＢＳ、およびＵＶ ＳＥの３つのサブシステムを含みえる。一般に、この実施形態は、２つ以上のサブシステムを含むＳＥシステムにおいて、ＡＯＩのうちの１つ、または２つ以上のＡＯＩの組み合わせを最適化する方法を利用する。

本発明が実現されえる他のＳＥシステムは、KLA-Tencor Technologies Corporationに譲受された米国特許第5,889,593号（‘５９３特許）に開示されたＳＥシステムの改変形であり、この特許は全ての目的のためにここで参照によって援用される。大きくは‘５９３特許に開示されたこのＳＥシステムは、複数の計測角および複数の波長における光線で計測をおこなう。本発明は、例えば、‘５９３特許のＳＥシステムにモノクロメータを追加することによって実現されえる。格子、フィルタホイール、またはプリズムのようなモノクロメータは、特定の波長の光だけが透過することを可能にする。改変されたＳＥシステムは、所望の波長を選択するために、またはさまざまな波長にわたって漸進的に進むために、モノクロメータを使いつつ、複数の計測角において計測をおこないえる。

図７は、本発明の実施形態を実現するのに用いられえる光学計測システム１０の簡略化されたブロック図である。入射ビーム３６として参照される入射ビームの計測角（すなわち方位角および極角）を調整するために、光学計測システム１０への改変がなされえる。

光学計測システム１０は、基板１２の表面１１を計測するよう構成される。さまざまな要素の寸法は、この実施形態の光学要素をよりよく示すために強調されている。示されるように、光学計測システム１０は、光学アセンブリ１４、ステージ１６、および制御システム１７を含む。光学アセンブリ１４は、一般に、少なくとも第１光学装置２２および第２光学装置２４を含む。一般的にいえば、第１光学装置２２は、基板上に入射する照射ビームを生成し、第２光学装置２４は、入射照射ビームの結果、試料から放射する照射ビームを検出する。第１および第２光学装置は、互いに連係しつつ適切なやり方で構成されえる。例えば、第２光学装置２４および第１光学装置２２は、第１光学装置２２によって発生された入射照射ビームから生じる反射された照射ビームが第２光学装置２４によって検出されるように、共に基板表面１１上に構成されえる。本発明を実現するように改変された光学アセンブリ１４のいくつかの実施形態は、図９を参照してさらに以下に説明される。

示された実施形態において、第１光学装置２２は、照射スポット（不図示）を基板１２の表面１１上に発生するよう構成される。いっぽう、第２光学装置２４は、基板１２の表面１１上の照射スポットによって作られた反射された光を集めるよう構成される。

さらに説明すれば、第１光学装置２２は、光ビーム３４を放射する光源２６および光学要素の第１セット２８を少なくとも含む。光学要素の第１セット２８は、以下に限定されないが、基板１２の表面１１と交差するように光ビーム３４をビームスプリッタ３７に向け、かつ対物レンズ３８を通して導くことを含む１つ以上の光学機能を提供するよう構成されえる。入射ビーム３４の一部は、ビームスプリッタ３７によって反射され、対物レンズ３８によって基板１２の表面１１上で照射スポット（図１では不図示）にフォーカシングされる入射ビーム３６になる。

さらに、第２光学装置２４は、光学要素の第２セットおよび画像化装置３２を少なくとも含む。光学要素３０の第２セットは、集められた光ビーム４０のパス内にあり、このビームは、入射光ビーム３６が基板１２の表面１１と交差した後に形成される。集められた光ビーム４０は、基板１２の表面１１から反射された反射光ビーム４１から生じえる。反射されたビーム４１の一部は、ビームスプリッタ３７を透過し、集められたビーム４０になる。光学要素の第２セット３０は、集光ビーム４０を集め、画像化装置３２上で基板１２の表面１１の一部の画像を形成するのに適応される。画像化装置３２は、集められた光ビーム４０の光強度分布を検出するよう構成され、より具体的には、入射光ビームの基板との交差によって生じた光の強度分布を検出するよう構成される。画像化装置３２は、画像の光強度分布を検出し、検出された光に基づいて信号を発生するよう構成される。

ステージ１６について、このステージ１６は、単一平面（例えばｘおよびｙ方向）内において入射ビーム３６に対して基板１２を動かすことによって、基板表面１１の全ての、または任意の選択された部分が照射スポットによって計測されえるよう構成される。

制御システム１７は、制御コンピュータ１８および電子サブシステム１９を一般に含む。図示されないが、制御システム１７は、操作者の入力を受け入れるキーボード、計測された基板（例えば欠陥）の視覚的表示を提供するモニタ、レファレンス情報を記憶するデータベース、および欠陥の位置を記録する記録器も含みえる。示されるように、制御コンピュータ１８は、電子サブシステム１９に結合される。電子サブシステム１９は、光学計測システム１０のさまざまな要素、より具体的にはステージ１６および第１光学装置２２および第２光学装置２４を含む光学アセンブリ１４に結合される。

制御コンピュータ１８は、システム１０の操作者コンソールおよびマスターコントローラとして働くよう構成されえる。例として、操作者がアサインしたタスクを完了するのを促進するために、他のサブシステムへコマンドが発行され、他のサブシステムのステータスがモニタされえる。さらに、電子サブシステム１９は、制御コンピュータ１８によって発行されたコマンドを解釈し実行するよう構成されえる。この構成は、以下に限定されないが、画像化装置からの入力をディジタル化すること、入射光強度中の変化についてのこれら読み出し値を補償すること、検出された信号に基づいて基板表面の仮想画像を構築すること、画像中の欠陥を検出し、欠陥データを制御コンピュータ１８に転送すること、ステージ１６を追跡するために用いられる干渉計の出力を蓄積すること、ステージ１６または光学アセンブリ１４の要素を動かすリニアモータの駆動を提供すること、およびステータスを示すセンサをモニタすることのための機能を含みえる。制御システムおよびステージは、この技術分野でよく知られており、簡単のために詳細は説明されない。代表的なコントローラと共に代表的なステージは、米国特許第5,563,702号に見られ、この特許はここで参照によって援用される。しかしこれは限定ではなく、他の適切なステージおよび制御システムが用いられえることが理解されよう。

欠陥検出操作のほとんどにおいては、２つの画像の間で比較がなされる。例として、比較は、図７の電子サブシステム１９によって実現されえる。広く言えば、画像化装置３２は、計測された光強度分布に基づいた画像を生成し、それらを電子サブシステム１９に送る。電子サブシステム１９は、それら画像を受け取った後、ターゲット画像を、データベース中に記憶されているか、または現在または過去の計測において決定されているレファレンス画像と比較する。

ダイ・ツー・ダイ（die-to-die）計測モードにおいては、同一のフィーチャを有する基板の２つの領域が互いに比較され、任意の実質的な相違は欠陥としてフラグが立てられる。ダイ・ツー・データベース（die-to-database）計測モードにおいては、欠陥は、試験中のダイを、ダイが導き出された、コンピュータによって支援されたデータベースシステムから得られた対応するグラフィック情報と比較することによって検出される。

本発明は、いくつかの好ましい実施形態によって説明されてきたが、本発明の範囲内に入る改変、組み合わせ、および等価物が存在する。本発明の方法および装置を実現する多くの代替のやり方が存在することにも注意されたい。したがって以下の添付の特許請求の範囲は、全てのそのような改変、組み合わせ、および等価物が本発明の真の精神および範囲の中に含まれるように解釈されるよう意図される。

計測角の特定のセットにおいて格子パターンに向けて導かれる、分光反射計測および偏光計測（ＳＥ）システムの入射ビームの概略図である。 本発明のある実施形態によるＳＥシステムについて所望の計測角のセットを決定するプロセスを記述するフロー図である。 本発明のある実施形態によってモデルを用いて入射ビームの計測角を決定する図２の操作を示すフロー図である。 本発明のある実施形態による２つの理論分光回折曲線を含む２次元座標系を示す図である。 本発明のある実施形態による可変方位角および極角において試料に入射するよう調整されえる入射ビームを有するＳＥシステムを示す図である。 本発明のある実施形態による複数入射角（ＡＯＩ）ＳＥ計測のための単一の高ＮＡ対物レンズからなる複数の対物レンズを用いるＳＥシステムを示す図である。 本発明の実施形態を実現するのに用いられえる光学計測システムの簡略化されたブロック図である。

Claims (19)

1. 試料変数を計測する方法であって、
   前記試料の分光計測モデルを定義すること、
   前記分光計測モデルを用いて分光計測システムのための計測角の所望のセットを決定すること、
   計測角の前記所望のセットにおいて試料上に前記分光計測システムの入射ビームを導くことであって、前記入射ビームは、回折された光のかたちで前記試料からのエネルギーの放出を生じる、導くこと、および
   前記試料からの前記回折された光を計測すること
   を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、所望の計測角の前記セットは、前記分光放射が実質的に最大の信号対雑音比を有するようにする角を含む方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、所望の計測角の前記セットは、ある試料変数を計測するよう選択される方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、
   所望の計測角の後続のセットを決定するために前記決定する操作を繰り返すこと、および
   前記入射ビームを、所望の計測角の前記後続のセットに調整すること
   をさらに含む方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、所望の計測角の前記セットは、所望の方位角および所望の極角を含む方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、所望の計測角の前記セットを決定する前記操作は、
   計測角の第１セットを選択すること、
   前記回折された光の第１積分を第１変数値および第２変数値の間の波長の範囲に沿って、前記分光計測モデルを用いて求めることであって、前記分光計測モデルは、計測角の前記第１セットについて設定される、求めること、
   計測角の第２セットを選択すること、
   前記回折された光の第２積分を前記第１変数値および前記第２変数値の間の波長の範囲に沿って、前記分光計測モデルを用いて求めることであって、前記分光計測モデルは、計測角の前記第２セットについて設定される、求めること、および
   前記第１積分および前記第２積分のうち大きいほうを決定すること
   をさらに含む方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、
   前記第１積分が前記第２積分より大きいとき、計測角の前記第１セットを、所望の計測角の前記セットとして指定すること、および
   前記第２積分が前記第１積分より大きいとき、計測角の前記第２セットを、所望の計測角の前記セットとして指定すること
   をさらに含む方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、所望の計測角の前記セットを決定する前記操作は、
   前記分光計測モデルを用いて、計測角の第１セットにおける第１理論回折光を決定すること、
   前記第１理論回折光の関数の微分を求めること、
   前記分光計測モデルを用いて、計測角の第２セットにおける第２理論回折光を決定すること、
   前記第２理論回折光の関数の微分を求めること、
   前記第１理論回折光についての微分および前記第２理論回折光についての微分のうち大きいほうを決定すること
   をさらに含む方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、
   前記第１理論回折光についての関数の微分が、前記第２理論回折光より大きいとき、計測角の前記第１セットを、所望の計測角の前記セットとして指定すること、および
   前記第２理論回折光についての関数の微分が、前記第１理論回折光より大きいとき、計測角の前記第２セットを、所望の計測角の前記セットとして指定すること
   をさらに含む方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、前記分光計測モデルを定義する前記操作は、
    前記試料変数の前記値を設定することであって、前記試料変数は、前記試料上のフィーチャの高さ、幅、または側壁角である、設定すること
    をさらに含む方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、
    前記試料からの前記回折された光を、前記分光計測モデルによって生成された理論回折光に当てはめること、および
    前記試料変数の前記値が、前記理論回折光に対応する理論試料変数に等しいことを決定すること
    をさらに含む方法。
12. 試料変数を計測する分光計測システムであって、
    試料の分光計測モデル、
    前記分光計測モデルを用いて、前記分光計測システムについての所望の計測角のセットを決定するよう構成される第１分析モジュール、
    所望の計測角の前記セットにおいて入射ビームを前記試料に向けて導くよう構成される入射ビーム発生器であって、前記入射ビームは、回折された光のかたちで前記試料からのエネルギーの放出を生じる、入射ビーム発生器、および
    前記試料からの前記回折された光を計測するよう構成された複数の検出器
    を備える分光計測システム。
13. 請求項１２に記載の分光計測システムであって、所望の計測角の前記セットは、前記回折光が実質的に最大の信号対雑音比を有するようにする角である分光計測システム。
14. 請求項１２に記載の分光計測システムであって、所望の計測角の前記セットは、ある試料変数を計測するよう選択される分光計測システム。
15. 請求項１２に記載の分光計測システムであって、所望の計測角の前記セットは、所望の方位角および所望の極角を含む分光計測システム。
16. 請求項１２に記載の分光計測システムであって、前記第１分析モジュールは、
    計測角の第１セットを選択すること、
    前記回折された光の第１積分を第１変数値および第２変数値の間の波長の範囲に沿って、前記分光計測モデルを用いて求めることであって、前記分光計測モデルは、計測角の前記第１セットについて設定される、求めること、
    計測角の第２セットを選択すること、
    前記回折された光の第２積分を前記第１変数値および前記第２変数値の間の波長の範囲に沿って、前記分光計測モデルを用いて求めることであって、前記分光計測モデルは、計測角の前記第２セットについて設定される、求めること、および
    前記第１積分および前記第２積分のうち大きいほうを決定すること
    をさらにおこなうよう構成される分光計測システム。
17. 請求項１６に記載の分光計測システムであって、前記第１分析モジュールは、
    前記第１積分が前記第２積分より大きいとき、計測角の前記第１セットを、所望の計測角の前記セットとして指定すること、および
    前記第２積分が前記第１積分より大きいとき、計測角の前記第２セットを、所望の計測角の前記セットとして指定すること
    をさらにおこなうよう構成される分光計測システム。
18. 請求項１２に記載の分光計測システムであって、
    前記試料の表面上に形成された格子パターンターゲット
    をさらに備え、前記入射ビームは前記格子パターンターゲット上に導かれる分光計測システム。
19. 請求項１２に記載の分光計測システムであって、
    前記試料からの前記回折された光を、前記分光計測モデルによって生成された理論回折光に当てはめること、および
    前記試料変数の前記値が、前記理論回折光に対応する理論試料変数に等しいことを決定すること
    をおこなう第２分析モジュールをさらに備える分光計測システム。

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