JP2018160676A - 試験体の測定または分析のためのシステムおよび方法 - Google Patents

試験体の測定または分析のためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

【課題】空気によって少なくとも部分的に吸収される光を使用するよう設計され、かつ、より能率的なパージングシステムを有する、光学ツールのための方法を開発する。【解決手段】試験体の測定のための方法において、該試験体の反射率測定データおよび分光偏光解析データを測定する工程と、該反射率測定データから、該試験体上に形成された窒化酸化物ゲート誘電体の厚さを判定する工程と、該厚さおよび該分光偏光解析データから、窒化酸化物ゲート誘電体の屈折率を判定する工程と、該屈折率から、該窒化酸化物ゲート誘電体の窒素濃度を判定する工程と、を含む。【選択図】 図１６

Description

本発明は、一般に、試験体の測定または分析のためのシステムおよび方法に関する。あ
る種の実施形態は、真空紫外光および非真空紫外光を用いた試験体の測定のためのシステ
ムおよび方法に関する。
光学システムは、集積回路および他の半導体デバイスの製造において、有意な役割を果
たしている。例えば、光リソグラフィーツールは、レチクルからレジストコーティングさ
れたウェーハにパターンを転写するのに使用される。ウェーハ上のパターン形成された形
体は、次いで、集積回路および半導体デバイスの各種の形体を形成するのに使用すること
ができる。また、光応用計測学および（または）検査ツールは、半導体製造における品質
管理目的に使用される。これらの光学システムの能力および処理量は、半導体製造に有意
な影響を及ぼし得る。例えば、光リソグラフィーまたは計測学および（または）検査ツー
ルの処理量は、半導体製造プロセスの処理量に直接的な影響を及ぼす（例えば、ツールの
処理量が減少するにつれ、プロセスの処理量が減少する）。また、リソグラフィーツール
の解像度は、しばしば、集積回路の形体の横方向の寸法を決定する。したがって、リソグ
ラフィーツールの解像度は、集積回路の他の特徴（例えば、性能ビンの特徴）を決定し得
る。同様に、光応用計測学および（または）検査ツールの精度は、プロセスがいかに良く
管理されるかに直接、影響し得るため、光応用計測学および（または）検査ツールの解像
力は、半導体製造プロセスに有意な影響を及ぼし得る。
光学システムの解像度は、かなりの程度まで、光学システムの波長並びに他のパラメー
タ（例えば、開口数（NA））に左右される。例えば、光学システムの波長を低減するにつ
れて、光学システムは、ますます小さな寸法を有する形体を結像し、それにより、システ
ムの解像度を増大することができる。システム（例えば、リソグラフィーツール）の波長
を低減することは、半導体メーカーにとって、より小さな寸法を有する形体をウェーハに
結像するための一つの方法である。今日、半導体製造において使用されている多くのリソ
グラフィーツールは、248 nmの波長を有する光と共に使用するよう設計されている。しか
しながら、半導体研究および製造において、193 nmの波長を有する光と共に使用するよう
設計されたリソグラフィーツールが、より普及しつつある。
発見できず
193 nm周辺の波長では、光は、水、酸素、および、光学システムの光路に存在する空気
によって部分的に吸収される場合がある。しかしながら、これらの波長における吸収レベ
ルは、一般に、問題とはならない。対照的に、光学システムの波長が190 nmを下回るにつ
れ、水、酸素、および空気による光の吸収は、これらのシステムに著しい問題を生じ得る
。例えば、157 nmで使用するよう設計されたリソグラフィーツールでは、ウェーハ上のレ
ジストに結像するのに利用できる光の量は、リソグラフィーツール内の空気による光の吸
収により、不十分な場合がある。さらに、190 nm未満の波長の光を発生することができる
光源の多くは、比較的低い強度またはパワーの光源である。したがって、リソグラフィー
ツール内の環境による光のいかなる吸収も、光学システムの結像能力の深刻な低下をもた
らし得る。
空気による吸収により喪失される光の量を低減するためには、システムの光学部品およ
び結像されている試験体を配置することができる真空を発生するいくつかのシステムが設
計可能である。しかしながら、真空を発生すること、および、維持することは、比較的高
価であり得るため、190 nm未満の波長を有する光の吸収を低減するための、より一般的な
方法は、その中に、光学部品および試験体が配置されるハウジングをパージすることを含
んでいる。ハウジングまたはツールをパージすることは、一般に、ハウジングまたはツー
ル内の周囲環境を、比較的純粋なガス（例えば、窒素）で置換することを含んでいる。し
かしながら、光学システムをパージするのに使用される現在の方法には、いくつかの問題
がある。例えば、現在使用されているパージングの方法は、一般に、ツールの比較的大き
な領域（例えば、ツール全体または測定チャンバー全体）をパージすることを含んでいる
。また、ツールの大きな領域をパージすることは、かなりの時間を要する。したがって、
パージングは、光学システムの処理量に著しい悪影響を及ぼし得る。
したがって、空気によって少なくとも部分的に吸収される光を使用するよう設計され、
かつ、上述したものより、より能率的なパージングシステムを有する、光学ツールのため
のシステムおよび方法を開発することは、有利であろう。
発明の一実施形態は、試験体の測定のためのシステムに関する。システムは、試験体の
第１の測定を行なうよう構成された第１の光学サブシステムを含んでいる。第１の光学サ
ブシステムは、第１の測定中に、パージされた環境中に配設されている。システムは、試
験体の第２の測定を行なうよう構成された第２の光学サブシステムも含んでいる。第２の
光学サブシステムは、第２の測定中に、パージされていない環境中に配設されている。
一実施形態では、第１の光学サブシステムは、真空紫外（VUV）光を用いて第１の測定
を行なうよう構成されている。別の実施形態では、第２の光学サブシステムは、非真空紫
外（非VUV）光を用いて第２の測定を行なうよう構成されている。他の実施形態では、第
１の光学サブシステムは、VUV光および非VUV光を用いて第１の測定を行なうよう構成して
よい。このような実施形態では、第１の光学サブシステムは、非VUV光を用いた測定中に
、かなりの量のVUV光が試験体に到達するのを防止するよう構成された、一つまたはそれ
以上のフィルターを含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、第１の光学サブシステムが、VUV光を用いて第１の測定を行
なうよう構成されている場合、第１の測定は、薄膜測定を含んでいてよい。一つのこのよ
うな実施形態では、第２の光学サブシステムが、非VUV光を用いて第２の測定を行なうよ
う構成されている場合、第２の光学サブシステムは、スキャタロメーターとして構成して
よい。追加の実施形態では、第１の光学サブシステムは、反射率計として構成してよく、
かつ、第２の光学サブシステムは、エリプソメーターとして構成してよい。別法の実施形
態では、第１の光学サブシステムは、エリプソメーターとして構成してよく、かつ、第２
の光学サブシステムは、反射率計として構成してよい。
別の実施形態では、第１の光学サブシステムは、分光エリプソメーターまたは分光反射
率計として構成されている。このような実施形態では、第２の光学サブシステムは、単一
波長の光学サブシステムとして構成してよい。異なる実施形態では、第１の光学サブシス
テムは、約157 nmの波長を有する光を発生するよう構成されたエキシマー光源を含んでい
てよい。一つのこのような実施形態によれば、第１の光学サブシステムは、単一波長のエ
リプソメーターとして構成してよい。別の異なる実施形態では、第１の光学サブシステム
は、デュアルビーム分光光度計として構成してよい。第１の光学サブシステムは、第１の
測定中に、デュアルビーム分光光度計の両方のチャネルが、実質的に同じレベルまでパー
ジされるよう構成してもよい。
いくつかの実施形態では、第１の光学サブシステムは、反射型集束光学系および反射型
収集光学系を含んでいてよい。別法として、第１の光学サブシステムは、反射型集束光学
系および透過型収集光学系を含んでいてよい。別の別法では、第１の光学サブシステムは
、透過型集束光学系および反射型収集光学系を含んでいてよい。追加の実施形態では、第
１の光学サブシステムは、一つまたはそれ以上の中空光ファイバーを含んでいてよい。例
えば、第１の光学サブシステムは、一つまたはそれ以上の中空光ファイバーによって光学
部品に結合された光源を含んでいてよい。システムは、試験体に対して光学部品を移動さ
せて、試験体上の異なる場所で第１の測定を行なうよう構成してよい。このような実施形
態では、光源は、光学部品の移動中、実質的に静止していてよい。
追加の実施形態では、システムは、第１の光学サブシステムに対してパージされた環境
を与えるよう構成された差動パージングサブシステムを含んでいてよい。いくつかの実施
形態では、試験体は、第１の測定中に、異なるパージされた環境中に配設してよい。また
、異なるパージされた環境は、パージされた環境より、より高いレベルで無用な分子を有
していてよい。更なる実施形態では、システムは、試験体チャンバーを含んでいてよい。
試験体チャンバーは、開いて、試験体が試験体チャンバー内に配置されることを可能にす
るよう構成してよい。試験体チャンバーは、試験体が試験体チャンバー内に配置された後
、かつ、第１の測定の前に、パージされるよう構成してもよい。
別の実施形態では、システムは、第１の光学サブシステムによる第１の測定に先立って
、試験体の一部から汚染物質を除去するよう構成された清浄化サブシステムを含んでいて
よい。いくつかの実施形態では、システムは、第２の光学サブシステムによって生成され
たデータで第１の光学サブシステムを校正するよう構成してよい。また、システムは、第
１および第２の光学サブシステムによって生成されたデータを組み合わせて使用して、試
験体の一つまたはそれ以上の特性を判定するよう構成してよい。システムは、ここで記述
するように更に構成してよい。
別の実施形態は、試験体の測定のために構成された異なるシステムに関する。システム
は、VUV光を用いて試験体の第１の測定を行なうよう構成された第１の光学サブシステム
を含んでいる。システムは、非VUV光を用いて試験体の第２の測定を行なうよう構成され
た第２の光学サブシステムも含んでいる。一実施形態では、第２の光学サブシステムは、
単一波長のエリプソメーターとして構成してよい。異なる実施形態では、第２の光学サブ
システムは、ビームプロファイル反射率計として構成してよい。別の実施形態では、第２
の光学サブシステムは、レーザー光源を含んでいてよい。
一実施形態では、システムは、第１の測定中に、第１の光学サブシステムの周りにパー
ジされた環境を維持するよう構成してよい。いくつかの実施形態では、システムは、第１
の測定中に、第１の光学サブシステムの周りにパージされた環境を維持するよう構成され
た差動パージサブシステムを含んでいてよい。また、第２の光学サブシステムは、パージ
されていない環境中に配設してよい。システムは、また、第２の光学サブシステムによっ
て生成されたデータで第１の光学サブシステムを校正するよう構成されている。例えば、
システムは、第１の光学サブシステムおよび第２の光学サブシステムに結合されたプロセ
ッサを含んでいてよい。プロセッサは、第２の光学サブシステムによって生成されたデー
タで第１の光学サブシステムを校正するよう構成してよい。システムは、ここで記述する
ように更に構成してよい。
追加の実施形態は、試験体の分析のためのコンピュータに実装された方法に関する。こ
の方法は、第１のデータを第２のデータと組み合わせて使用して、試験体の一つまたはそ
れ以上の特性を判定することを含んでいる。第１のデータは、VUV波長で測定され、かつ
、第２のデータは、非VUV波長で測定される。第１のデータは、第１の光学サブシステム
で測定してよく、かつ、第２のデータは、第２の光学サブシステムで測定してよい。第１
および第２の光学サブシステムは、単一のシステム内に配置してよい。また、第１の光学
サブシステムは、システム内のパージされた環境中に配設してよく、かつ、第２の光学サ
ブシステムは、パージされていない環境中に配設してよい。
判定される一つまたはそれ以上の特性は、試験体上の上層の光学的特性、試験体上の一
つ以上の層の光学的特性、試験体上の形体の限界寸法、試験体上の形体の形状パラメータ
、試験体上の２つの層間のオーバーレイオフセット、またはその組合せを含んでいてよい
。一実施形態では、一つまたはそれ以上の特性は、一つまたはそれ以上のアルゴリズムを
用いて判定してよい。一つまたはそれ以上のアルゴリズムは、遺伝的アルゴリズム、非線
形回帰アルゴリズム、または、比較アルゴリズムを含んでいてよい。いくつかの実施形態
では、第１および第２のデータは、光波散乱計測データを含んでいてよい。このような実
施形態では、一つまたはそれ以上の特性は、一つまたはそれ以上の遺伝的アルゴリズムを
用いて判定してよい。
一実施形態によれば、一つまたはそれ以上の特性は、VUV波長における、試験体上の構
造物の光学的特性を含んでいてよい。このような実施形態では、第２のデータは、試験体
上の構造物の厚さを判定するのに使用してよい。厚さを、第１のデータと組み合わせて使
用して、光学的特性を判定してよい。異なる実施形態によれば、一つまたはそれ以上の特
性は、試験体上の一つまたはそれ以上の構造物の原子濃度を含んでいてよい。一つのこの
ような実施形態では、原子濃度は、一つまたはそれ以上の構造物の光学的特性から判定し
てよい。光学的特性は、第１のデータ、第２のデータ、または、第１および第２のデータ
から判定してよい。異なるこのような実施形態では、原子濃度は、第１および第２のデー
タと参照データとの比較によって判定してよい。コンピュータに実装された方法は、ここ
で記述するような追加のステップを含んでいてよい。
更なる実施形態は、試験体の測定のための別のシステムに関する。システムは、VUV光
を用いて試験体の測定を行なうよう構成されたデュアルチャネル光学サブシステムを含ん
でいる。一実施形態では、デュアルチャネル光学サブシステムは、デュアルビーム分光光
度計として構成してよい。このシステムは、測定中に、デュアルチャネル光学サブシステ
ムの周りにパージされた環境を維持するよう構成されたパージングサブシステムも含んで
いる。パージングサブシステムは、また、デュアルチャネル光学サブシステムの両方のチ
ャネル内に、同じレベルでパージングを維持するよう構成されている。一実施形態では、
パージングサブシステムは、差動パージングサブシステムを含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、システムは、非VUV光を用いて試験体の追加の測定を行なう
よう構成された、一つまたはそれ以上の追加の光学サブシステムを含んでいてよい。一つ
またはそれ以上の追加の光学サブシステムは、パージされていない環境中に配設してよい
。異なる実施形態では、システムは、パージされた環境中に配設されている追加の光学サ
ブシステムを含んでいてよい。追加の光学サブシステムは、分光エリプソメーターとして
構成してよい。追加の光学サブシステムは、VUV光フラッシュランプを含んでいてよい。
別の実施形態では、デュアルチャネル光学サブシステムは、非VUV光を用いて追加の測
定を行なうよう構成してよい。一つのこのような実施形態では、デュアルチャネル光学サ
ブシステムは、非VUV光を用いた追加の測定中に、かなりの量のVUV光が試験体に到達する
のを防止するよう構成された、一つまたはそれ以上のフィルターを含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、デュアルチャネル光学サブシステムは、反射型集束光学系お
よび反射型収集光学系を含んでいてよい。別法として、デュアルチャネル光学サブシステ
ムは、反射型集束光学系および透過型収集光学系を含んでいてよい。異なる別法では、デ
ュアルチャネル光学サブシステムは、透過型集束光学系および反射型収集光学系を含んで
いてよい。別の実施形態によれば、デュアルチャネル光学サブシステムは、一つまたはそ
れ以上の中空光ファイバーを含んでいてよい。追加の実施形態では、システムは、測定に
先立って、試験体の一部から汚染物質を除去するよう構成された清浄化サブシステムを含
んでいてよい。このシステムは、ここで記述するように更に構成してよい。
更に別の実施形態は、試験体の測定のために構成された異なるシステムに関する。シス
テムは、VUV光を用いて試験体の測定を行なうよう構成された二つまたはそれ以上の光学
サブシステムを含んでいる。システムは、測定中に、二つまたはそれ以上の光学サブシス
テムの周りにパージされた環境を維持するよう構成されたパージングサブシステムも含ん
でいる。パージングサブシステムは、二つまたはそれ以上の光学サブシステム内に、ほぼ
同じレベルでパージングを維持するよう、更に構成してよい。一実施形態では、パージン
グシステムは、差動パージングサブシステムである。
一実施形態では、二つまたはそれ以上の光学サブシステムは、広帯域反射分光計および
広帯域分光エリプソメーターを含んでいる。二つまたはそれ以上の光学サブシステムは、
非VUV光を用いて試験体の追加の測定を行なうよう構成してもよい。また、二つまたはそ
れ以上の光学サブシステムは、非VUV光を用いた追加の測定中に、かなりの量のVUV光が試
験体に到達するのを防止するよう構成された、一つまたはそれ以上のフィルターを含んで
いてよい。別の実施形態では、システムは、非VUV光を用いて試験体の追加の測定を行な
うよう構成された、一つまたはそれ以上の追加の光学サブシステムも含んでいる。一つの
このような実施形態では、一つまたはそれ以上の追加の光学サブシステムは、ビームプロ
ファイルエリプソメーター、ビームプロファイル反射率計、広帯域反射分光計、またはそ
の組合せを含んでいてよい。一つまたはそれ以上の追加の光学サブシステムは、パージさ
れていない環境中に配設してよい。
いくつかの実施形態では、一つまたはそれ以上の追加の光学サブシステムの第１の部分
は、パージされた環境中に配設してよく、かつ、一つまたはそれ以上の追加の光学サブシ
ステムの第２の部分は、パージされていない環境中に配設してよい。また、二つまたはそ
れ以上の光学サブシステムおよび一つまたはそれ以上の追加の光学サブシステムは、少な
くとも一つの共通の光学部品（これは、一つまたはそれ以上の追加の光学サブシステムの
第１の部分を含んでいてよい）を有していてよい。システムは、ここで記述するように更
に構成してよい。
追加の実施形態は、試験体の測定のための別のシステムに関する。システムは、VUV光
および非VUV光を用いて試験体の測定を行なうよう構成された光学サブシステムを含んで
いる。一実施形態では、光学サブシステムは、非VUV光を用いた測定中に、かなりの量のV
UV光が試験体に到達するのを防止するよう構成された、一つまたはそれ以上のフィルター
を含んでいる。システムは、測定中に、光学サブシステムの周りにパージされた環境を維
持するよう構成されたパージングサブシステムも含んでいる。パージングサブシステムは
、差動パージングサブシステムであってよい。
一実施形態では、光学サブシステムは、分光エリプソメーターまたは分光反射率計とし
て構成してよい。このような実施形態では、光学サブシステムは、単一波長のエリプソメ
ーターとして構成してもよい。別の実施形態では、光学サブシステムは、VUV光を用いて
薄膜測定を行なうよう構成してよい。光学サブシステムは、非VUV光を用いて光波散乱計
測を行なうよう構成してもよい。追加の実施形態では、光学サブシステムが、単一波長の
エリプソメーターとして構成されている場合、単一波長のエリプソメーターは、約157 nm
の波長を有する光を発生するよう構成されたエキシマー光源を含んでいてよい。異なる実
施形態では、光学サブシステムが、分光エリプソメーターとして構成されてよい場合、分
光エリプソメーターは、VUV光を発生するよう構成されたフラッシュランプを含んでいて
よい。
光学サブシステムは、一つまたはそれ以上の中空光ファイバーを含んでいてよい。いく
つかの実施形態では、光学サブシステムは、一つまたはそれ以上の中空光ファイバーによ
って光学部品に結合された光源を含んでいてよい。システムは、試験体に対して光学部品
を移動させて、試験体上の異なる場所で測定を行なうよう構成してよい。光源は、光学部
品の移動中、実質的に静止していてよい。一実施形態では、光学サブシステムは、反射型
集束光学系および反射型収集光学系を含んでいてよい。別法として、光学サブシステムは
、反射型集束光学系および透過型収集光学系を含んでいてよい。別の別法では、光学サブ
システムは、透過型集束光学系および反射型収集光学系を含んでいてよい。
別の実施形態では、試験体は、測定中に、異なるパージされた環境中に配設してよい。
一つのこのような実施形態では、異なるパージされた環境は、パージされた環境より、よ
り高いレベルで無用な分子を有していてよい。いくつかの実施形態では、システムは、開
いて、試験体が試験体チャンバー内に配置されることを可能にするよう構成された試験体
チャンバーを含んでいてよい。試験体チャンバーは、試験体が試験体チャンバー内に配置
された後、かつ、測定の前に、パージされるよう構成してもよい。システムは、ここで記
述するように更に構成してよい。
更なる実施形態は、試験体の測定のための別のシステムに関する。システムは、測定に
先立って、試験体から汚染物質を除去するよう構成された清浄化サブシステムを含んでい
る。一実施形態では、清浄化サブシステムは、レーザーベースの清浄化サブシステムを含
んでいてよい。清浄化サブシステムは、試験体上の局所化された部位から汚染物質を除去
するよう構成してよい。異なる実施形態では、清浄化サブシステムは、熱ベースの清浄化
サブシステムであってよい。このような清浄化サブシステムは、試験体の実質的に表面全
体から汚染物質を除去するよう構成してよい。
システムは、VUV光を用いて試験体の測定を行なうよう構成された光学サブシステムも
含んでいる。光学サブシステムは、パージされた環境中に配設されている。いくつかの実
施形態では、システムは、光学サブシステムに対してパージされた環境を与えるよう構成
された差動パージングサブシステムを含んでいてよい。しかしながら、清浄化サブシステ
ムは、パージされていない環境中に配設してよい。
追加の実施形態では、光学サブシステムは、非VUV光を用いて試験体の測定を行なうよ
う構成してもよい。一つのこのような実施形態では、光学サブシステムは、非VUV光を用
いた測定中に、かなりの量のVUV光が試験体に到達するのを防止するよう構成された、一
つまたはそれ以上のフィルターを含んでいてよい。
一実施形態では、システムは、非VUV光を用いて試験体の追加の測定を行なうよう構成
された追加の光学サブシステムを含んでいてよい。追加の光学サブシステムは、パージさ
れていない環境中に配設してよい。異なる実施形態では、システムは、VUV光を用いて試
験体の追加の測定を行なうよう構成された追加の光学サブシステムを含んでいてよい。追
加の光学サブシステムは、パージされた環境中に配設してよい。システムは、ここで記述
するように更に構成してよい。
いくつかの実施形態は、試験体の測定のために構成された別のシステムに関する。この
システムは、試験体の測定を行なうよう構成された光学サブシステムを含んでいる。光学
サブシステムは、連続したバックグラウンドを実質的に持たない、比較的多数の分離した
スペクトルピークを有する光を発生するよう構成された光源を含んでいる。一実施形態で
は、光は、約200 nm未満の波長を有していてよい。例えば、光は、VUV光を含んでいてよ
い。別法として、光は、極紫外（EUV）光を含んでいてよい。別の実施形態では、光は、
軟X線を含んでいてよい。比較的多数の分離したスペクトルピークは、約10個またはそれ
以上の分離したスペクトルピークを含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、光学サブシステムは、分光エリプソメーター、旋光計、反射
率計、この技術分野において既知の任意の他の光学測定サブシステム、またはその組合せ
として構成してよい。このような実施形態では、測定は、薄膜特性の測定を含んでいてよ
い。また、光学サブシステムは、試験体から返された光を検出するよう構成されたアレイ
検出器を含んでいてよい。光学サブシステムは、ここで記述するように更に構成してよい
。
一実施形態では、システムは、光学サブシステムに結合されたプロセッサも含んでいてよ
い。一つのこのような実施形態では、プロセッサは、光学サブシステムによって検出され
た光のピークからの信号を、単一の波長を有するとみなすことによって、光学サブシステ
ムによって生成されたデータを処理するよう構成してよい。単一の波長は、ピークの中心
の既知の波長を含んでいる。別のこのような実施形態では、プロセッサは、ピークが、光
学サブシステムの検出器上の一つ以上の画素に亘る場合、光学サブシステムによって検出
された光のピークに対する信号を加算することによって、光学サブシステムによって生成
されたデータを処理するよう構成してよい。追加の実施形態では、プロセッサは、データ
を、波長スペクトルに亘って互いに離れた個々のピークに分割することによって、光学サ
ブシステムによって生成されたデータを処理するよう構成してよい。個々のピークは、光
源によって発生された光の分離したスペクトルピークに対応する。試験体の測定のために
構成されたシステムのこれらの実施形態は、ここで記述するように更に構成してよい。
他の実施形態は、プログラム命令を含むキャリア媒体に関する。プログラム命令は、コ
ンピュータシステム上で実行して、データを、波長スペクトルに亘って互いに離れた個々
のピークに分割することによって、光学サブシステムの検出器によって生成されたデータ
を分析することができる。個々のピークは、光学サブシステムの光源によって発生された
光の分離したスペクトルピークに対応する。一実施形態では、光源によって発生された光
は、連続したバックグラウンドを実質的に持たない、比較的多数の分離したスペクトルピ
ークを含んでいてよい。光学サブシステムは、試験体の測定を行なうよう構成されている
。別の実施形態では、光学サブシステムは、分光エリプソメーター、旋光計、反射率計、
この技術分野において既知の任意の他の光学測定サブシステム、またはその組合せとして
構成してよい。光学サブシステムは、ここで記述するように更に構成してよい。いくつか
のこのような実施形態では、測定は、薄膜特性の測定を含んでいてよい。
データの分割は、検出器の波長校正を維持してよい。データの分割は、波長の関数とし
て行なわれる光学サブシステムの測定の精度を増大してもよい。また、データの分割は、
検出器におけるスペクトルシフト、ドリフト、伸長、収縮、またはその組合せを補正して
よい。
いくつかの実施形態では、プログラム命令は、更に、コンピュータシステム上で実行し
て、個々のピークのうちの一つまたはそれ以上が、検出器上の一つ以上の画素に亘る場合
、個々のピークのうちの一つまたはそれ以上に対する信号を加算することによって、デー
タを分析することができる。異なる実施形態では、プログラム命令は、コンピュータシス
テム上で実行して、個々のピークのうちの一つまたはそれ以上からの信号を、単一の波長
を有するとみなすことによって、データを分析することができる場合がある。単一の波長
は、個々のピークのうちの一つまたはそれ以上の中心の既知の波長を含んでいる。
光源によって発生された光は、約200 nm未満の波長を有していてよい。例えば、光源に
よって発生された光は、VUV光を含んでいてよい。別の例では、光源によって発生された
光は、EUV光を含んでいてよい。更なる例では、光源によって発生された光は、軟X線を含
んでいてよい。上述したキャリア媒体の実施形態は、ここで記述するように更に構成して
よい。例えば、キャリア媒体は、コンピュータシステム上で実行して、ここで記述する追
加のコンピュータに実装された方法を行なうことができる、追加のプログラム命令を含ん
でいてよい。
追加の実施形態は、試験体の測定のための方法に関する。この方法は、試験体の分光偏
光解析データを測定することを含んでいる。一実施形態では、分光偏光解析データは、約
220 nm〜約900 nmの波長で測定してよい。異なる実施形態では、分光偏光解析データは、
約190 nm〜約300 nmの波長で測定してよい。別の異なる実施形態では、分光偏光解析デー
タは、VUV波長で測定してよい。
この方法は、分光偏光解析データから、試験体上に形成された窒化酸化物ゲート誘電体
の窒素濃度を判定することも含んでいる。一実施形態では、分光偏光解析データは、試験
体上の多数の場所で測定してよい。一つのこのような実施形態では、この方法は、多数の
場所で窒素濃度を判定すること、および、窒素濃度のウェーハ面内（WIW）均一性を判定
することを含んでいてよい。別の実施形態では、この方法は、分光偏光解析データを用い
て、窒化酸化物ゲート誘電体の厚さおよび屈折率を判定することを含んでいる。いくつか
の実施形態では、この方法は、分光偏光解析データから窒化酸化物ゲート誘電体の屈折率
を判定すること、および、屈折率から窒素濃度を判定することを含んでいてよい。
追加の実施形態では、この方法は、試験体の反射率測定データを測定することも含んで
いてよい。このような実施形態では、窒素濃度を判定することは、反射率測定データと組
み合わせて、分光偏光解析データから窒素濃度を判定することを含んでいてよい。分光偏
光解析データおよび反射率測定データは、一つのシステムで測定してよい。いくつかの実
施形態では、この方法は、分光偏光解析データの測定に先立って、レーザーベースの清浄
化サブシステムを用いて、試験体上の局所化された部位から汚染物質を除去することを含
んでいてよい。分光偏光解析データは、局所化された部位で測定してよい。
一実施形態では、分光偏光解析データを測定することは、半導体製作プロセス中に行な
ってよい。別の実施形態では、この方法は、窒素濃度に基づいて、半導体製作プロセスの
一つまたはそれ以上のパラメータを変えることを含んでいてよい。追加の実施形態では、
この方法は、窒素濃度を用いて、半導体製作プロセスの一つまたはそれ以上のパラメータ
をモニターすることを含んでいてよい。この方法は、ここで記述する任意の方法の任意の
追加のステップを含んでいてよい。
他の実施形態は、試験体の分析のためのコンピュータに実装された方法に関する。コン
ピュータに実装された方法は、試験体の測定によって生成された分光偏光解析データから
、試験体上に形成された窒化酸化物ゲート誘電体の窒素濃度を判定することを含んでいる
。一実施形態では、分光偏光解析データは、約220 nm〜約900 nmの波長で測定してよい。
別法として、分光偏光解析データは、約190 nm〜約300 nmの波長で測定してよい。別の別
法では、分光偏光解析データは、VUV波長で測定してよい。いくつかの実施形態では、分
光偏光解析データは、試験体上の多数の場所で測定してよい。このような実施形態では、
この方法は、多数の場所で窒素濃度を判定すること、および、窒素濃度のWIW均一性を判
定することも含んでいてよい。
一実施形態では、この方法は、分光偏光解析データを用いて、窒化酸化物ゲート誘電体
の厚さおよび屈折率を判定することを含んでいてよい。別の実施形態では、この方法は、
分光偏光解析データから窒化酸化物ゲート誘電体の屈折率を判定すること、および、屈折
率から窒素濃度を判定することを含んでいてよい。他の実施形態では、窒素濃度を判定す
ることは、試験体の測定によって生成された反射率測定データと組み合わせて、分光偏光
解析データから窒素濃度を判定することを含んでいてよい。
この方法の追加の実施形態は、窒素濃度に基づいて、半導体製作プロセスの一つまたは
それ以上のパラメータを判定することを含んでいてよい。一実施形態では、この方法は、
窒素濃度を用いて、半導体製作プロセスの一つまたはそれ以上のパラメータをモニターす
ることも含んでいてよい。コンピュータに実装された方法は、ここで記述する任意の方法
の任意の他のステップも含んでいてよい。
本発明は、各種の修正および別の形態が可能であるが、その特定の実施形態が、図面の
例により示され、ここで詳細に記述されるであろう。図面は、一定の縮尺ではない場合が
ある。しかしながら、図面およびそれに対する詳細な説明は、本発明を、開示された特定
の形態に限定することを意図したものではなく、反対に、添付のクレームによって定義さ
れた本発明の趣旨および範囲内にある全ての修正、同等物および代替物を包含することを
意図していることを理解されたい。
試験体の測定のために構成されたシステムの一実施形態の横断側面図を示す概略図である。 光学サブシステムに対してパージされた環境を与えるよう構成された差動パージングサブシステムの一実施形態の横断側面図を示す概略図である。 試験体が、測定中に、パージされた環境中に配設されている、試験体の測定のために構成されたシステムの一実施形態の横断側面図を示す概略図である。 試験体チャンバーの一実施形態の横断上面図を示す概略図である。 図4の試験体チャンバーの横断側面図を示す概略図である。 VUV光源および非VUV光源を含む光学サブシステムの一実施形態の横断側面図を示す概略図である。 反射型集束光学系および反射型収集光学系を含む光学サブシステムの一実施形態の横断側面図を示す概略図である。 透過型集束光学系および反射型収集光学系を含む光学サブシステムの一実施形態の横断側面図を示す概略図である。 反射型集束光学系および透過型収集光学系を含む光学サブシステムの一実施形態の横断側面図を示す概略図である。 中空ファイバーを含む光学サブシステムの一実施形態の横断側面図を示す概略図である。 中空ファイバーを含む光学サブシステムの一実施形態の横断側面図を示す概略図である。 平面鏡および実質的に静止している光源を含む光学サブシステムの一実施形態の横断側面図を示す概略図である。 デュアルチャネル光学サブシステムおよびデュアルチャネル光学サブシステムの周りのパージされた環境の一実施形態の横断側面図を示す概略図である。 両方とも、パージされた環境中に配設されている、図13のデュアルチャネル光学サブシステムおよび追加の光学サブシステムの横断側面図を示す概略図である。 パージされた環境中に配設されている二つまたはそれ以上の光学サブシステムの異なる実施形態の横断側面図を示す概略図である。 パージされた環境中に配設されている二つまたはそれ以上の光学サブシステムの異なる実施形態の横断側面図を示す概略図である。 清浄化サブシステムおよび光学サブシステムを含む、試験体の測定のために構成されたシステムの異なる実施形態の横断側面図を示す概略図である。 清浄化サブシステムおよび光学サブシステムを含む、試験体の測定のために構成されたシステムの異なる実施形態の横断側面図を示す概略図である。 マグネシウム陰極およびネオンバッファガスを用いたペニング放電のスペクトルを示すプロットである。
当業者なら、以下の好適な実施形態の詳細な説明により、かつ、添付の図面を参照する
ことにより、本発明の更なる利点が明らかになるであろう。
以下の説明は、一般に、パージされた環境を有利に使用する波長で動作するよう構成さ
れた光学システムに関する。パージングから実際に利益を得る光学サブシステムのみをパ
ージすることによって、コストを節減することができ、かつ、信頼性を向上することがで
きる。ここで記述する実施形態は、比較的低い波長（例えば、真空紫外または近真空紫外
波長）で動作するシステムを経済的に製造することにとって、非常に重要であり得る。例
えば、別法は、ロードロックを有する不活性ガス（または真空）で満たしたチャンバー内
に、システム全体を包囲して、あまりに多くの酸素、水、二酸化炭素等を導入することな
しに、試験体のローディングおよびアンローディングを可能にすることである。このよう
な手法では、ウェーハ転写がより遅くなり、アライメントのための光学系へのアクセスが
より制限され、かつ、システムがより高価になる。
ここで使用される場合、術語「試験体」は、一般に、ウェーハまたはレチクルを指す。
ここで使用される場合、術語「ウェーハ」は、一般に、半導体または非半導体材料から形
成された基板を指す。このような半導体または非半導体材料の例としては、単結晶シリコ
ン、砒化ガリウム、および燐化インジウム等が挙げられるが、それらに限定されない。こ
のような基板は、一般に、半導体製作設備において、見出され、かつ（あるいは）処理さ
れてよい。
ウェーハは、基板（例えば、バージンウェーハ）のみを含んでいてよい。別法として、
ウェーハは、基板上に形成された一つまたはそれ以上の層を含んでいてよい。例えば、こ
のような層は、レジスト、誘電体材料、および導体材料を含んでいてよいが、それらに限
定されない。レジストは、光リソグラフィー技法、電子ビームリソグラフィー技法、また
はX線リソグラフィー技法によってパターン形成されてよい任意の材料を含んでいてよい
。誘電体材料の例としては、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、および窒
化チタン等が挙げられるが、それらに限定されない。誘電体材料の追加の例としては、「
低K」誘電体材料（例えば、Applied Materials, Inc.（Santa Clara, California）から
市販されているBlack Diamond（登録商標）、およびNovellus Systems, Inc.（San Jose,
California）から市販されているCORAL）、「超低K」誘電体材料（例えば、「キセロゲ
ル」）、および「高K」誘電体材料（例えば、五酸化タンタル）等が挙げられる。また、
導体材料の例としては、アルミニウム、ポリシリコン、および銅等が挙げられるが、それ
らに限定されない。
ウェーハ上に形成された一つまたはそれ以上の層は、パターン形成されてよく、あるい
は、パターン形成されなくてよい。例えば、ウェーハは、繰り返し可能なパターン形体を
有する複数のダイを含んでいてよい。材料のこのような層の形成および処理は、最終的に
、完成した半導体デバイスをもたらしてよい。そのようなものとして、ウェーハは、その
上に、完全な半導体デバイスの全ての層が形成されていない基板、または、その上に、完
全な半導体デバイスの全ての層が形成されている基板を含んでいてよい。術語「半導体デ
バイス」は、ここで、術語「集積回路」と可換的に使用される。
試験体は、ウェーハ上に形成された薄膜ヘッドダイの少なくとも一部、ウェーハ、フラ
ットパネルディスプレイ、磁気ヘッド、磁気および光学記憶媒体上に形成された微小電気
機械システム（MEMS）デバイスの少なくとも一部、および、光通信機器および光電子デバ
イス（例えば、レーザー、導波管、およびウェーハ上で処理される他の受動部品、プリン
トヘッド、およびウェーハ上で処理されるバイオチップデバイス）を含んでいてよい他の
部品の少なくとも一部を、更に含んでいてよい。
「レチクル」または「マスク」は、一般に、その上に形成された実質的に不透明な領域
を有し、かつ、パターンに構成された、実質的に透明な基板として定義される。基板は、
例えば、ガラス材料（例えば、石英）を含んでいてよい。レチクルは、リソグラフィープ
ロセスの露光ステップ中に、レジストで覆われたウェーハの上方に配設して、レチクル上
のパターンがレジストに転写されるようにしてよい。例えば、レチクルの実質的に不透明
な領域は、レジストのその下にある領域を、エネルギー源への曝露から保護してよい。
術語「リソグラフィーシステム」は、ここで使用される場合、一般に、光を用いてレチ
クルの像をウェーハに焼き付ける任意のリソグラフィーシステムを指す。リソグラフィー
システムは、走査型投影システムまたはステップアンドスキャンシステム（これらは、両
方とも、一般に、「スキャナー」またはステップアンドリピートシステムと呼ばれ、「ス
テッパー」とも呼ばれる）であってよい。リソグラフィーシステムは、この技術分野にお
いて既知の任意の露光システム（例えば、Nikon、ASM Lithography、Canon、またはInteg
rated Solutions, Inc.から市販されているシステム）を含んでいてよい。術語「リソグ
ラフィーシステム」、「スキャナー」、および「ステッパー」は、ここで、可換的に使用
される。
術語「真空紫外光」または「VUV光」は、ここで使用される場合、空気、酸素、二酸化
炭素、および水分子によって著しく吸収される紫外光を指す。VUV光は、一般に、約190 n
m未満の波長を有する光を含んでいる。術語「非真空紫外光」または「非VUV光」は、深紫
外光、紫外光、可視光、赤外光、またはその任意の組合せを指す。一般に、術語「非VUV
光」は、約190 nmより大きな波長を有する任意の光を指す。また、術語「近真空紫外光」
または「近VUV光」は、約193 nm （例えば、約190 nm〜約200 nm）の波長を有する光（こ
れは、雰囲気中で、部分的に透過する）を指すのに使用される。VUV光、非VUV光、および
近VUV光は、単色、近単色、多色、または広帯域光であってよい。
術語「測定」は、ここで使用される場合、ウェーハ、レチクル、または他の試験体上で
行なってよい任意の測定を指す。例えば、測定は、薄膜測定、ウェーハ上の層または形体
の横方向の寸法の測定、ウェーハ上の欠陥の検出（すなわち、検査）、およびウェーハ上
の欠陥の一つまたはそれ以上の特性の判定を含んでいてよい。また、測定は、ウェーハ、
レチクル、または、この技術分野において既知の他の試験体の任意の他の測定を含んでい
てよい。
術語「参照データ」は、ここで使用される場合、既知の原子濃度を有する一つまたはそ
れ以上の層を含む参照試験体上で測定されたデータを指す。
術語「構造物」は、ここで使用される場合、試験体の層、界面、形体、または領域を指
す。
術語「第１の」および「第２の」は、ここで使用される場合、順次的または時間的指標
と解釈されるべきではない。代わりに、術語「第１の」および「第２の」は、異なるサブ
システム、測定、データ等を識別するのに使用される。
ここで図面を参照すると、図1〜18は、一定の縮尺で描かれていないことに気づく。特
に、図の要素のうちのいくつかの縮尺は、要素の特徴を強調するために、大幅に誇張され
ている。図1〜18は同じ縮尺で描かれていないことにも気づく。同様に構成されてよい一
つ以上の図に示す要素は、同じ参照番号を用いて示されている。
図1は、試験体10の測定のために構成されたシステムの一実施形態を示している。シス
テムは、測定中に、その上に試験体10が配設されるステージ12を含んでいる。ステージ12
は、真空チャック、静電チャック、または測定中に試験体を定位置に保持するよう構成さ
れた任意の他のデバイスであってよい。ステージは、機械的組立体（図示せず）に結合し
てよい。機械的組立体は、ステージを移動させ、かつ、それにより試験体を移動させて、
試験体上の異なる場所で測定を行なうことができるように構成してよい。機械的組立体は
、測定中に、試験体を回転させるよう構成してよい。機械的組立体は、試験体を横方向に
平行移動させるよう構成してもよい。機械的組立体は、試験体を回転させ、かつ、同時に
、平行移動させて、光ビームが、らせん様の経路で試験体の上を走査されるように構成し
てよい。このような機械的組立体に結合されたステージは、一般に、「rqステージ」と呼
ばれてよい。いくつかの実施形態では、走査中に、試験体を回転させ、かつ、平行移動さ
せる速度を変えて、実質的に一定の走査速度を維持してよい。他の実施形態では、機械的
組立体は、試験体を２つの横方向、XおよびYに、平行移動させるよう構成してよい。この
ような機械的組立体に結合されたステージは、一般に、「XYステージ」と呼ばれてよい。
このような実施形態では、機械的組立体は、試験体を平行移動させて、光ビームが、スパ
イラル様の経路で試験体の上を走査されるように構成してよい。機械的組立体は、この技
術分野において既知の任意の適当な機械的またはロボット式組立体を含んでいてよい。い
くつかの実施形態では、ステージは、エッジハンドリング機構を含んでいてよい。例えば
、ステージは、試験体の縁部に接触するよう、および、試験体をステージの上面の上方の
離れた距離に支持するよう構成された機械的形体（図示せず）を含んでいてよい。このや
り方では、試験体の裏側の相互汚染は、低減され、さらには、防止されてよい。
システムは、試験体10の第１の測定を行なうよう構成された第１の光学サブシステムを
含んでいる。第１の光学サブシステムは、第１の測定中に、パージされた環境14中に配設
されている。一実施形態では、第１の光学サブシステムは、ハウジング16内に配設してよ
い。ハウジングは、この技術分野において既知の任意の適当なハウジングを含んでいてよ
く、また、多くの異なるタイプが市販されている。ハウジングは、好ましくは、第１の光
学サブシステムに対して十分な空間を与えながら、内部の部位が最小であるよう選択され
、あるいは、形成されてよい。このやり方では、ハウジングをパージするのに要する時間
は、最小限に抑えられてよい。また、システム内ではあるがハウジング16の外部にある部
位は、パージされていない環境である。したがって、他の場合なら、システムの測定チャ
ンバー全体または全体的なハウジングをパージするのに必要とされるであろう時間が、排
除される。ハウジング16は、図1において、概ね長方形の形状を有するよう示されている
が、ハウジングは、任意の形状（例えば、円筒状または不規則な形状）を有していてよい
ことを理解されたい。
図1に示すように、ハウジングは、開口またはアパーチャ18（ここでは、「ディファレ
ンシャルアパーチャ」と呼ぶ）を含んでおり、第１の光学サブシステムからの光が、試験
体に衝突することを可能にし、かつ、試験体から返された光が、第１の光学サブシステム
によって収集または検出されることを可能にする。このようなディファレンシャルアパー
チャは、第１の光学サブシステムの光が、ハウジングの材料によって吸収される場合、ハ
ウジングに含まれていてよい。別法として、ハウジングには、第１の光学サブシステムの
光を、強力に吸収しない、あるいは、別様に変えない材料の比較的小さな切片を取り付け
てよい。しかしながら、このような材料は、（特に、以下に述べる第１の光学サブシステ
ムの波長（複数も可）については）比較的高価であり得るため、ハウジング内にディファ
レンシャルアパーチャを設けることが好ましい場合がある。ディファレンシャルアパーチ
ャは、任意の形状を有していてよいが、その寸法は、できるだけ小さく抑えられ、それに
より、ディファレンシャルアパーチャを通ってハウジング内に移行する周囲分子またはガ
スの量を低減することが好ましい。また、ディファレンシャルアパーチャを通過する周囲
分子またはガスの量を低減するため、他の対策を取ってもよい。例えば、ハウジングの下
面と試験体との間の距離を、低減または最小化してよい。
パージングサブシステム（図1には示していない）を、ハウジングに結合してよい。パ
ージングサブシステムは、乾燥窒素（N2）または別の適当な乾燥不活性ガスをハウジング
に流し込んで、乾燥ガスが、ハウジング内の周囲ガスを置換するように構成してよい。パ
ージングサブシステムは、ディファレンシャルアパーチャを通過する周囲分子またはガス
の量が低減される流量で、十分な乾燥N2が、ハウジングに流し込まれるよう構成してもよ
い。また、パージングサブシステムは、実質的に清浄なガスでハウジングをパージするよ
う構成してよい。例えば、パージングサブシステムは、乾燥不活性ガスがハウジング内に
導入される前に、汚染物質が乾燥不活性ガスから濾過されるよう構成された濾過システム
を含んでいてよい。このような濾過システムは、この技術分野において既知である。
ハウジング16は、第１の光学サブシステムによる測定に先立ってパージしてよく、一方
、測定を行なわない時には、ハウジング内の環境は、パージされていない環境、または周
囲環境であってよい。別法として、ハウジング16は、パージされたサブシステムによって
連続的にパージしてよく、これは、ハウジングをパージする時間が製造プロセスの処理量
を低減する場合がある製造等の用途に、適している場合がある。
パージングサブシステムは、好ましくは、水、空気、酸素、二酸化炭素、および他の吸
収分子（ここでは、集合的に、「無用な分子」と呼ぶ）を実質的に含んでいないパージさ
れた環境を、第１の光学サブシステムに対して与えるよう構成されている。このようなパ
ージングサブシステムは、一般に、この技術分野において既知であり、また、一つの特に
適当なパージングサブシステムを、以下に更に記述するが、パージングサブシステムは、
任意の適当な市販されているパージングサブシステムを含んでいてよいことを理解された
い。第１の光学サブシステムが動作する波長のうちの少なくともいくつかは、他の場合な
ら、これらの無用な分子によって実質的に吸収されるであろうことから、パージングサブ
システムは、第１の光学サブシステムが配設される環境から、無用な分子を除去すること
が好ましい。例えば、第１の光学サブシステムは、VUV光の少なくともいくつかの波長を
用いて試験体の第１の測定を行なうよう構成してよい。特に、第１の光学サブシステムは
、VUV光を、あるいは、非VUV光に加えてVUV光を、用いて、試験体の第１の測定を行なう
よう構成してよい。
また、上述したように、ハウジングと試験体との間の距離を低減して、あるいは、最小
限に抑えて、ディファレンシャルアパーチャを通ってハウジングに流れ込む無用な分子の
量を低減してよい。しかしながら、ハウジングと試験体との間の距離を最小限に抑えるこ
とは、第１の光学サブシステムの光が、ハウジングの外部で進む距離も低減する。したが
って、この距離を最小限に抑えることは、第１の光学サブシステムの光が、周囲環境によ
りハウジングの外部で経験する吸収の量を、最小化することになる。図1に示す他の要素
については、以下で更に詳細に記述する。
図2は、第１の光学サブシステムに対してパージされた環境を与えるのに使用してよい
パージングサブシステムの一実施形態を示している。このパージングサブシステムは、Ko
ch他によって2002年1月17日に出願された「走査型電子顕微鏡アーキテクチュアおよび関
連するマテリアルハンドリングシステム」と題する米国特許出願出願番号10/052,307（こ
れは、ここで、完全に記載されているかのように、参照により組み込まれている）に記述
された多重ステージ非接触真空シールと同様である。しかしながら、図2に示す実施形態
では、多重ステージ非接触シール20を使用して、パージされた非真空環境を与える。この
実施形態では、シール20は、４つの同心の金属リング22、24、26、および28を含んでいる
。この実施形態では、リングは、陽極処理アルミニウム（Al2O3）から製作されているが
、他の材料（例えば、チタン）を使用することができよう。これらのリングのハウジング
への適切な取り付けは、それらの下面30が、約1ミクロン以内で同一平面上にあることを
保証する。
パージングステージ20は、４つのパージングステージを有している。ステージ32（外側
のステージ）は、乾燥N2または別の乾燥ガスでパージされるが、４つのパージングステー
ジのうち、最も高いレベルで無用な分子を含んでいる。ステージ34は、ステージ32に含ま
れるものより低いレベルで無用な分子を有するようパージされる。同様に、ステージ36は
、ステージ34に含まれるものより低いレベルで無用な分子を有するよう、パージされる。
ステージ38（第４の、かつ、最も内側のステージ）は、このステージが、無用な分子を実
質的に含んでいないようなレベルまでパージされる。ステージ32、34、36、および38は、
それぞれ、別々の組立体44、46、48および50に、個別的に結合してよい。組立体は、ポン
プ、管、フィルター、およびステージのそれぞれの内部にパージされた環境を独立的に与
えるのに適した他のハードウェアを、含んでいてよい。組立体は、この技術分野において
既知の任意の構成を有することができ、また、このようなハードウェアは、これらの用途
のために、市販されている。
超過圧力ベント40は、シールのセット全体の周りに高圧乾燥ガスのリングを生成する。
超過圧力は、湿気が内側のパージングゾーン内に移行するのを防止する。周囲圧力ベント
42は、ベント40によって生成された超過圧力と第１のパージングステージ32との間に、周
囲空気圧力のリングを生成する。周囲圧力ゾーンは、ベント40から排出された高圧ガスが
、パージングゾーンに向かって更に内向きに移行するのを防止する。超過圧力ベント40お
よび周囲圧力ベント42は、それぞれ、別々の組立体52および54に、個別的に結合してよい
。これらの組立体は、上述したように構成してよい。
この実施形態では、４つのパージングステージが使用されているが、ここで、いかなる
ものも、本発明を、４つのステージを使用することのみに限定するものとして解釈される
べきではない。各ステージに対してより大きなポンプが必要とされる場合があるが、各ス
テージ間により大きな圧力差が許容できる場合は、より少ないステージを使用することが
できよう。同様に、より多くのステージを使用することができようが、機械的複雑さの増
大、並びに、重量の増加の関連した欠点を伴う。シールの形状も、この実施形態に限定さ
れない。円形シールは、いくつかの他の形状より、製作するのがより容易で、かつ、試験
体（例えば、半導体ウェーハ）の形状にマッチするが、ここで、いかなるものも、シール
が円形であることを必要としない。本発明の教示を逸脱することなしに、四角形、長方形
、または、さらには、不規則な形状のシールを使用することができよう。シールは、ハウ
ジングおよび（または）パージされた環境中に含まれる光学サブシステムの形状にマッチ
するように使用してもよい。多重ステージ非接触シール20は、米国特許出願出願番号 10/
052,307に記述されているように更に構成してよい。
適当なパージングサブシステムの別の例が、Nikoonahad他によって2003年11月19日に出
願された「短波長放射を用いてサンプルを測定するための光学システム」と題する米国特
許出願出願番号 10/718,126（これは、ここで、完全に記載されているかのように、参照
により組み込まれている）に示されている。この特許出願では、ディファレンシャルシー
ル（上述したシールに幾分、類似しているが、真空の代わりにパージを使用することが好
ましい）が、光学サブシステムの周りに維持される方法および装置が開示されている。パ
ージされた環境を使用して、光学系の汚染を防止し、かつ（あるいは）、酸素を含んでい
る種の、短波長源による曝露による解離と関連した問題を回避する。ここで記述するシス
テムは、パージングサブシステムを使用して、ツール内の光学サブシステムのうちのいく
つかのみに対して、パージされた環境を与えるという点で、Nikoonahad他によって記述さ
れた装置とは異なっている。
別の実施形態では、第１の光学サブシステムの光学系は、無用な分子を、実質的に低レ
ベルで有するパージされた環境中に配設され、光学系環境と試験体環境との間には、一つ
または少数のディファレンシャルアパーチャのみを有しており、一方、試験体環境も包囲
されているが、光学系の周りより、より高いレベルで無用な分子、および、雰囲気より、
実質的により低いレベルでこのような分子を有している。例えば、試験体は、第１の光学
サブシステムによる第１の測定中に、パージされた環境中に配設してもよい。試験体が配
設されるパージされた環境は、第１の光学サブシステムが配設されるパージされた環境と
は、異なっていてよい。例えば、図3に示すように、試験体は、パージされた環境56中に
配設してよい。パージされた環境56は、組立体58を含むパージングサブシステムによって
、与えられてよい。組立体は、上述したように構成してよい。
いくつかの実施形態では、第１の光学サブシステムとは異なり、試験体は、ハウジング
内に配設されなくてよい。代わりに、乾燥N2または他の乾燥不活性ガスを、試験体に亘っ
て、特に、試験体と第１の光学サブシステムとの間の部位に、流してよい。試験体が配設
されるパージされた環境は、第１の光学サブシステムのパージされた環境より、より高い
レベルで無用な分子を有していてよいため、このような構成が適している場合がある。第
１の光学サブシステムと試験体との間の距離は、比較的短く、それにより、第１の光学サ
ブシステムの光が吸収される機会がより少なくなるため、試験体のパージされた環境に対
するこのような緩い環境条件は、それで十分な場合がある。
別の実施形態では、システムは、測定中に、試験体を配設してよい試験体チャンバーを
含んでいてよい。試験体チャンバーの一実施形態は、図4および5に示されている。図4の
横断上面図に示すように、試験体チャンバーは、ハウジング60を含んでいてよい。ステー
ジ62は、ハウジング60内に配設されている。ステージは、上述したように構成してよい。
試験体チャンバーは、開いて、試験体が、試験体チャンバー内に配置されることを可能に
するよう構成されている。例えば、図5の横断側面図に示すように、ハウジング60は、ハ
ウジングの側面66に結合されたドア64を含んでいてよい。ドア64は、ハウジング60の側面
66の開口68から離れて、降下（または、別様に移動）させてよい。試験体10は、次いで、
試験体ハンドラー70によって、開口68を通過させてよい。試験体ハンドラーは、この技術
分野において既知の、任意の適当な試験体ハンドラー（例えば、ロボット式ウェーハハン
ドラーまたは他の機械的または電動式組立体）を含んでいてよい。試験体ハンドラーは、
試験体をステージ62に配置してよい。試験体ハンドラーは、次いで、ハウジングの外部に
移動させてよく、また、ハウジングのドアは、開口を越えて移動して、それにより、試験
体をハウジングで包囲してよい。試験体チャンバーは、次いで、第１の光学サブシステム
による第１の測定の前に、パージしてよい。したがって、簡単なドアが、周囲環境から試
験体環境を分離して、かなりの量の空気が、試験体がロードされる時にハウジングに入る
ことを可能にしてよく、ひとたびドアが閉じられると、これを迅速にパージして、無用な
分子を比較的低いレベルまで除去してよい。このような実施形態は、フルロードロックの
コスト、空間、および複雑さを回避するが、それでも、比較的低いレベルで試験体の周り
に無用な分子を、かつ、更により低いレベルで光学系の周りに無用な分子を維持する。
試験体チャンバーは、試験体が試験体チャンバー内に配設されている間に、試験体の測
定が行なわれてよいような多数の方法で、構成してよい。一実施形態では、図5に示す試
験体チャンバーの上面72は、第１の光学サブシステム、並びに、システムの任意の他の光
学サブシステムからの光にとって、光学的に透明な材料から形成されていてよい。このよ
うな材料は、波長のうちの少なくともいくつか（例えば、VUV波長）については、比較的
高価であり得るため、別の実施形態では、第１の光学サブシステム、並びに、システムの
任意の他の光学サブシステムからの光が、通過してよい、開口またはディファレンシャル
アパーチャ（図示せず）を、上面72に形成してよい。いくつかのこのような実施形態では
、ディファレンシャルアパーチャは、試験体とほぼ同じ横方向の寸法を有していてよい。
別法として、ディファレンシャルアパーチャは、試験体の横方向の寸法よりはるかに小さ
いが、少なくとも第１の光学サブシステムからの光が、開口を通過することを可能にする
のに十分な、横方向の寸法を有していてよい。このような実施形態では、ディファレンシ
ャルアパーチャを、第１の光学サブシステムによる試験体の走査と関連して、移動させて
よい。例えば、ディファレンシャルアパーチャを、第１の光学サブシステムによる走査に
従って移動させる材料のプレートまたは比較的平らなシートに、形成してよい。しかしな
がら、試験体の周りのパージされた環境中の無用な分子の量は、比較的高い場合があるた
め、かつ、試験体とほぼ同じ横方向の寸法を有するディファレンシャルアパーチャを、ハ
ウジングの上面に有することは、より簡単な構成を与えるであろうことから、ハウジング
に対するこのような構成は、好ましい場合がある。
再び図1を参照すると、図1は、第１の光学サブシステムの一実施形態を示している。こ
の実施形態では、第１の光学サブシステムは、エリプソメーターとして構成されている。
エリプソメーターは、光源74を含んでいる。各種の異なる光源を使用して、第１の光学サ
ブシステムのためのVUV波長を発生することができる。一つの好適な実施形態では、重水
素（D2）ランプが使用される。一般に、ランプは、このような波長をよく透過する材料（
例えば、弗化マグネシウム（MgF2））からなる窓を有することになる。多角度のエリプソ
メーターまたはビームプロファイル反射率計を含むエリプソメーターまたは反射率計構成
で使用するための狭帯域光源として、エキシマーまたは高輝度ガス放電ランプ（例えば、
Wieser他に対する米国特許第6,052,401号、Wieser他に対する6,282,222号、および、Salv
ermoser他に対する6,400,089号（これらは、ここで、完全に記載されているかのように、
参照により組み込まれている）に記述されたもの）を、使用することができよう。フラッ
シュランプ（キセノンまたは他のガスで満たした）またはキセノンアークランプも、VUV
波長の光を発生することができる。
光源74は、単色または近単色光源であってよい。例えば、第１の光学サブシステムは、
約157 nmの波長または別のVUV波長を有する光を発生するよう構成されたエキシマー光源
を含んでいてよい。このような実施形態では、エリプソメーターは、単一波長のエリプソ
メーターとして機能してよい。別法として、光源74は、多色または広帯域光源であってよ
い。例えば、第１の光学サブシステムは、VUV波長を有する光を発生するよう構成された
フラッシュランプを含んでいてよい。この実施形態では、エリプソメーターは、分光エリ
プソメーターとして機能してよい。
光源74からの光は、偏光子76に向けられる。一実施形態では、偏光子は、ロションプリ
ズムであってよい。いくつかの実施形態では、偏光子が回転して、エリプソメーターが、
回転偏光子型エリプソメーター（RPE）として構成されるようにしてよい。偏光子を通過
する光は、試験体10に向けられる。
試験体から反射された光は、分析器78によって収集される。分析器78は、この技術分野
において既知の任意の偏光素子を含んでいてよい。RPE構成では、分析器の位置は固定さ
れている。しかしながら、いくつかの実施形態では、偏光子76および分析器78の両方が、
回転してよい。回転偏光子および回転分析器を含むエリプソメーターシステムの一例が、
Wang他による国際公開番号 WO 00/65331（これは、ここで、完全に記載されているかのよ
うに、参照により組み込まれている）に開示されている。分光エリプソメーター構成では
、第１の光学サブシステムは、分光計80および検出器82を含んでいてよい。分光計または
別の分散素子は、異なる波長を有するビーム成分を分離するよう構成してよい。ビームの
分離した成分は、検出器のアレイの個々の素子によって検出されてよい。非分光エリプソ
メーター構成では、第１の光学サブシステムは、検出器82を含んでいてよいが、分光計80
は含まない。検出器82は、この技術分野において既知の任意の適当な検出器を含んでいて
よい。
検出器82は、ハウジング16内に含まれるパージされた環境中に設置されるよう示されて
いるが、検出器および任意の関連した電子機器は、別法として、ハウジング16の外部に、
かつ、したがって、第１の光学サブシステムのためのパージされた環境の外部に、設置し
てよいことを理解されたい。このような実施形態では、第２のディファレンシャルアパー
チャ（図示せず）を、ハウジング内に形成してよい。分光計からの光は、追加のディファ
レンシャルアパーチャを通して、検出器の感光素子に向けられてよい。検出器および任意
の関連した電子機器を、ハウジング16内のパージされた環境の外部に配置することは、ハ
ウジング内の部位が低減され、それにより、パージされた環境を生成するのに要する時間
、および、パージされた環境を生成し、かつ、維持するコストが、低減されることを可能
にしてよい。
図1には、一つの特定のエリプソメーターの構成が示されているが、エリプソメーター
は、この技術分野において既知の任意の構成を有していてよいことを理解されたい。例え
ば、第１の光学サブシステムは、回転補償子型エリプソメーター（RCE）（これは、この
技術分野において既知である）またはビームプロファイルエリプソメーター（これは、こ
こで更に記述する）として構成してよい。また、エリプソメーターは、可変角度エリプソ
メーターとして構成してよい。エリプソメーターの構成の更なる例が、Janik他による「
膜分析ツールのためのレーザーベースの清浄化デバイス」と題する米国特許出願出願番号
10/056,271、およびSpanier他に対する米国特許第5,166,752号、Piwonka-Corle他に対す
る第5,608,526号、Piwonka-Corle他に対する第5,910,842号、および、Opsal他に対する第
6,515,746号（これらの全ては、ここで、完全に記載されているかのように、参照により
組み込まれている）に示されている。このようなシステムは、VUV波長での使用に適する
よう構成された場合、ここで記述するパージング構成から利益を得ることもできる。
一実施形態では、光学系およびディファレンシャルアパーチャの周りのパージされた環
境を使用して、雰囲気中で部分的に透過可能な（かつ、したがって、厳密には、VUVと呼
ぶことができない）波長（例えば、193 nm）または近VUV波長で行われる測定に対して、
信号レベルを改善してよい。193 nm付近の波長の光はある程度吸収されるため、光路の全
部または一部をパージすることによって、これらの波長における信号レベルの有用な改善
を得ることができる。
いくつかの実施形態では、第１の光学サブシステムは、VUV光および非VUV光を用いて試
験体の第１の測定を行なうよう構成してもよい。このやり方では、単一のパージされた測
定光路を、VUVおよびより長い波長の両方に使用することができる。このような光学サブ
システムは、VUV光および非VUV光の両方を与えるよう構成された一つの光源を含んでいて
よい。このような光源の一例は、キセノンアークランプである。別法として、第１の光学
サブシステムは、２つの光源（VUV光を与える一つの光源、および非VUV光を与える別の光
源）を含んでいてよい。図6は、第１の光学サブシステムの一つのこのような実施形態を
示している。この図は、第１の光学サブシステムのみを示しているが、第１の光学サブシ
ステムのこの実施形態は、ここで記述するシステムのうちの任意のものに組み込んでよい
ことを理解されたい。図6に示すように、第１の光学サブシステムは、光源74および光源8
3aを含んでいる。光源74は、VUV光を与えるよう構成してよい。光源83aは、非VUV光を与
えるよう構成してよい。このような実施形態では、光源74は、上述した光源のうちの任意
のものを含んでいてよく、また、光源83aは、白色光源、レーザー光源、または任意の他
の非VUV光源を含んでいてよい。
VUV光および非VUV光は、ダイクロイックミラー83bまたは別の適当な光学部品によって
、単一のビームに結合されてよい。したがって、VUV光および非VUV光は、同じ入射角で試
験体10に同時に向けられてよい。別法として、第１の光学サブシステムは、VUV光および
非VUV光を、異なる入射角で試験体に向けるよう構成してよい。例えば、光源のそれぞれ
を、異なる集束光学系、および（または）、光を試験体に向けるよう構成された他の光学
部品に、結合してよい。光源、集束光学系、および他の光学部品は、異なる光源からの光
が、異なる個別の入射角で試験体に向けられてよいよう配置されてよい。
このような実施形態は、光路内に移動して、試験体のVUV放射への曝露を制限するフィ
ルター（複数も可）を含んでいてよい。一つのこのような実施形態では、第１の光学サブ
システムは、図1に示すように、一つまたはそれ以上のフィルター84を含んでいてよい。
図1において、フィルター（複数も可）84は、偏光子と試験体との間に設置されるよう示
されているが、フィルター（複数も可）は、光源と試験体との間の光路の任意の場所に配
設してよいことを理解されたい。一つまたはそれ以上のフィルターは、非VUV光を用いた
測定中に、かなりの量のVUV光が試験体に到達するのを防止するよう構成してよい。試験
体が、特定の測定に必要とされる波長のみに曝露され、かつ、必要とされるものより、実
質的により短い波長には曝露されないよう、それぞれが、連続的により短い遮断波長（例
えば、400 nm、300 nmおよび190 nm）を有する、選択されたフィルターを使用することが
できよう。一つまたはそれ以上のフィルターは、この技術分野において既知の任意の適当
なフィルター（複数も可）（例えば、帯域フィルター（複数も可）、エッジフィルター（
複数も可）、ノッチフィルター（複数も可）、またはその組合せ）を含んでいてよい。
また、第１の光学サブシステムは、多重測定サブシステムとして機能するよう構成して
よい。例えば、第１の光学サブシステムは、分光エリプソメーター、並びに、単一波長の
エリプソメーターとして構成してよい。一つのこのような実施形態では、第１の光学サブ
システムは、分光エリプソメーターに対して光を与えるよう構成された広帯域光源を含ん
でいてよい。一例では、分光エリプソメーターは、VUV光を発生するよう構成されたフラ
ッシュランプを含んでいてよい。また、第１の光学サブシステムは、単一波長のエリプソ
メーターに対して光を与えるよう構成された単色または近単色光源を含んでいてよい。一
つの特定の実施形態では、単一波長のエリプソメーターは、約157 nmの波長を有する光を
発生するよう構成されたエキシマー光源を含んでいてよい。このような光学サブシステム
は、図6で説明され、かつ、示されているように、更に構成してよい。別法として、第１
の光学サブシステムは、広帯域光源、および広帯域光源に結合された一つまたはそれ以上
のフィルターを含んでいてよい。フィルター（複数も可）は、分光エリプソメーターとし
ての第１の光学サブシステムの動作中に、光路の外部に移動して、多数の波長が試験体に
向けられるようにしてよい。フィルター（複数も可）は、単一波長のエリプソメーターと
しての第１の光学サブシステムの動作中に、光路内に移動してよい。このような第１の光
学サブシステムは、図1で説明され、かつ、示されているように、更に構成してよい。
第１の光学サブシステムは、反射または透過型集束光学系および反射または透過型収集
光学系も含んでいてよい。例えば、図7〜9は、第１の光学サブシステムの３つの異なる実
施形態を示している。これらの図は、第１の光学サブシステムのみを示しているが、第１
の光学サブシステムのこれらの実施形態は、ここで記述するシステムのうちの任意のもの
に組み込んでよいことを理解されたい。図7に示すように、第１の光学サブシステムは、
光源74および偏光子76（これは、上述したように構成してよい）を含んでいる。第１の光
学サブシステムは、偏光子からの光を試験体10に集束するよう構成された反射型集束光学
系86も含んでいる。第１の光学サブシステムは、オプションとして、上述したように構成
された一つまたはそれ以上のフィルター84を含んでいてよい。一つまたはそれ以上のフィ
ルターは、反射型集束光学系86と試験体10との間の光路に配置されるように示されている
が、一つまたはそれ以上のフィルターは、別法として、光源74と試験体10との間の任意の
場所に配置してよいことを理解されたい。
第１の光学サブシステムのこの実施形態は、反射型収集光学系88も含んでいる。反射型
収集光学系88は、試験体10からの光を収集し、かつ、収集された光を偏光子78（これは、
上述したように構成してよい）に集束するよう構成してよい。第１の光学サブシステムは
、分光計80（これは、上述したように構成してよい）も含んでいてよい。また、第１の光
学サブシステムは、検出器82（これは、上述したように構成してよい）を含んでいる。
反射型集束光学系86および反射型収集光学系88は、この技術分野において既知の任意の
集束鏡を含んでいてよい。反射型集束光学系および反射型収集光学系は、第１の光学サブ
システムのVUV波長に特に適している場合がある。例えば、反射型光学系は、透過型光学
系より、VUV光における収差が有意により少ない場合がある。また、反射型光学系は、VUV
光に適した透過型光学系より、より安価である場合がある。
しかしながら、透過型光学系は、第１の光学サブシステムに含まれていてよい。図8お
よび9は、２つのこのような実施形態を示している。例えば、図8に示す第１の光学サブシ
ステムの実施形態は、反射型集束光学系86の代わりに、透過型集束光学系90が使用される
ことを除いて、図7に示すものと同様である。透過型集束光学系90に適した光学部品の例
としては、球面レンズ、別のタイプのレンズ、またはレンズの組合せ（これらは、それぞ
れ、弗化カルシウム（CaF2）からなっていてよい）が挙げられる。図8に示すように、オ
プションの一つまたはそれ以上のフィルター84を、偏光子76と透過型集束光学系90との間
の光路に配設してよい。別法として、オプションの一つまたはそれ以上のフィルター84を
、光源74と試験体10との間の任意の場所に配設してよい。図8に示す実施形態は、反射型
収集光学系88（これは、上述したように構成してよい）も含んでいる。別法では、図9に
示す第１の光学サブシステムの実施形態は、反射型収集光学系88の代わりに、透過型収集
光学系92が使用されることを除いて、図7に示すものと同様である。透過型収集光学系92
は、球面レンズ、別のタイプのレンズ、またはレンズの組合せ（これらは、それぞれ、Ca
F2からなっていてよい）を含んでいてよい。図9に更に示すように、第１の光学サブシス
テムは、反射型集束光学系86（これは、上述したように構成してよい）を含んでいてよい
。いくつかの実施形態では、第１の光学サブシステムは、図8に示すような透過型集束光
学系および図9に示すような透過型収集光学系を含んでいてよい。
VUV光学サブシステムでは、光は、鏡からの反射、レンズを介した透過、および中空光
ファイバーを介した伝達を含む、該当する波長に適した任意の手段によって、光源から測
定場所に伝達することができる。ここで更に記述するように、平面鏡またはファイバーの
使用は、光源を移動させなくても、測定ヘッドが、試験体に対して移動することを可能に
することができる。
一実施形態では、第１の光学サブシステムは、一つまたはそれ以上の中空光ファイバー
を含んでいてよい。中空光ファイバーは、ここで、光ファイバーの光コア内に少なくとも
ある程度の空隙を有する光ファイバーとして、定義される。VUV光は、従来の光ファイバ
ーの中実の光コアによって、実質的に吸収される場合があるため、中空光ファイバーは、
第１の光学サブシステムのVUV光の伝達にとって特に有利であってよい。中空光ファイバ
ーは、Bell Labs、Corning、およびカリフォルニア大学リバーサイド校を含むが、それら
に限定されない多数の会社および組織によって、開発されている。
図10に示す一実施形態では、第１の光学サブシステムは、中空光ファイバー94を含んで
いてよい。中空光ファイバー94は、光源74からの光を、第１の光学サブシステムの光学部
品に向けるよう構成されている。例えば、中空光ファイバー94は、光源74からの光を、偏
光子76に向けるよう構成してよい。第１の光学サブシステムは、この実施形態において、
図7に示すものと同様の構成を有するよう示されている。しかしながら、中空光ファイバ
ーを使用して、光源からの光を、ここで記述する第１の光学サブシステムの任意の他の実
施形態の偏光子または別の光学部品に伝達してよい。いくつかの実施形態では、第１の光
学サブシステムは、追加の中空光ファイバー（図示せず）も含んでいてよい。追加の中空
光ファイバーは、分析器、分光計または別の光学部品からの光を、検出器に伝達するよう
構成してよい。
いくつかの実施形態では、システムは、試験体に対して、第１の光学サブシステムの光
学部品を移動させて、試験体上の異なる場所で第１の測定を行なうよう構成してよい。し
かしながら、光源は、光学部品の移動中、実質的に静止していてよい。例えば、図10と図
11との比較で示したように、システムは、試験体10に対して、偏光子76、反射型集束光学
系86、一つまたはそれ以上のフィルター84、反射型収集光学系88、分析器78、分光計80、
および検出器82を移動させて、試験体上の異なる場所が、第１の光学サブシステムによっ
て測定されるように構成してよい。しかしながら、これらの光学部品の移動または異なる
位置にも関わらず、光源74を、その元の位置から移動させなくてよい。代わりに、中空光
ファイバー94は、十分に柔軟であってよく、かつ、十分な長さを有して、中空光ファイバ
ーが、偏光子のある範囲の位置を越えて、光源から偏光子まで伸びることができるように
してよい。
このような光源を移動させることは、コストが掛かり、かつ、複雑である場合があるた
め、このような実施形態は、比較的大きな、あるいは、繊細な光源（例えば、エキシマー
光源）には、特に有利である場合がある。また、このような実施形態では、光源は、ハウ
ジング16内のパージされた環境の外部に配設してよい。ハウジングのディファレンシャル
アパーチャは、中空光ファイバーが、ハウジングの外部の光源から、ハウジングの内部の
光学部品（例えば、偏光子76）まで伸びることを可能にしてよい。このような実施形態は
、光源をハウジングの外部に移動させることによって、ハウジング内の部位が低減され、
それにより、パージされた環境の部位が低減される場合があるため、特に有利である場合
がある。同様のやり方で、第１の光学サブシステムの光学部品からの光を検出器に伝達す
る適当な中空光ファイバーは、光学部品の移動中、検出器が、実質的に静止した位置を有
することを可能にしてよい。このような構成は、ハウジング16の内部またはハウジング16
の外部に設置された検出器に、適している場合がある。図10および11は、第１の光学サブ
システムのみを示しているが、第１の光学サブシステムのこれらの実施形態は、ここで記
述するシステムのうちの任意のものに組み込んでよいことを理解されたい。
別の実施形態では、第１の光学サブシステムは、平面鏡を含んでいてよい。一つのこの
ような実施形態は、図12に示されている。この実施形態では、光源74からの光は、平面鏡
96に向けられる。いくつかの実施形態では、光は、中空光ファイバー（図示せず）によっ
て、光源から平面鏡に向けられてよい。平面鏡96は、光源からの光を、第１の光学サブシ
ステムの光学部品（例えば、偏光子76）に向ける。平面鏡は、平面鏡の位置を変えて、光
が平面鏡から反射される角度を変えるよう構成された、機械的組立体または他の機構（図
示せず）に結合してよい。例えば、平面鏡の位置は、図12のベクトルで示したように、二
方向的に変えてよい。
この実施形態では、光源の位置は、実質的に静止していてよい。また、平面鏡の位置は
、光源に対して横方向に固定されていてよい。光学部品を、上述したように移動させて、
試験体上の異なる場所で測定を行なってよい。光源とこれらの光学部品との間の異なる位
置を補うためには、平面鏡の位置（およびオプションとして、一つまたはそれ以上の光学
部品（例えば、偏光子76）の位置）を変えて、光学部品の位置に関わらず、光源からの光
が、適当な角度で適当な光学部品に向けられるようにしてよい。第１の光学サブシステム
は、図12において、一つの平面鏡のみを含むよう示されているが、第１の光学サブシステ
ムは、一つ以上の平面鏡（図示せず）（これらは、それぞれ、光源からの光を各種の角度
で反射して、光学部品の移動を補うよう構成してよい）を含んでいてよいことを理解され
たい。図12は、第１の光学サブシステムのみを示しているが、第１の光学サブシステムの
この実施形態は、ここで記述するシステムのうちの任意のものに組み込んでよいことを理
解されたい。
再び図1を参照すると、図1に示すシステムは、第２の光学サブシステムも含んでいる。
第２の光学サブシステムは、試験体の第２の測定を行なうよう構成されている。第２の光
学サブシステムは、第２の測定中に、パージされていない環境（すなわち、周囲環境、あ
るいは、相当な数の無用な分子を含んでいる環境）中に配設されている。例えば、図1に
示すように、第２の光学サブシステムは、ハウジング16（これは、第１の光学サブシステ
ムのためのパージされた環境を含んでいる）の外部に配設される。また、第２の光学サブ
システムは、システムの測定チャンバーまたは全体的なハウジング（図示せず）内に配設
されているが、測定チャンバーまたは全体的なハウジングは、パージされない。第２の光
学サブシステムは、非VUV光を用いて第２の測定を行なうよう構成されているため、第２
の光学サブシステムは、パージされていない環境中に配設してよい。
図1に示す実施形態では、第２の光学サブシステムは、反射率計として構成されている
。例えば、第２の光学サブシステムは、光源98を含んでいる。光源98は、単色または近単
色光源であってよい。この実施形態では、反射率計は、単一波長の反射率計として構成し
てよい。適当な単色光源の一例は、単一波長のレーザー光源である。別の実施形態では、
光源は、多色光源または広帯域光源であってよい。このような実施形態では、反射率計は
、分光反射率計として構成してよい。適当な広帯域光源の一例は、可視および紫外光を含
む光ビームを放出するよう構成されたキセノンアークランプである。
第２の光学サブシステムは、ビームスプリッター100も含んでいる。ビームスプリッタ
ーは、光源98から放出された光を試験体10に向けるよう構成されている。ビームスプリッ
ターは、光の連続広帯域スペクトルを発生することができるビームスプリッターミラーで
あってよい。第２の光学サブシステムは、レンズ102（これは、ビームスプリッター100か
ら伝搬する光を、試験体10に集束するよう構成されている）を更に含んでいる。試験体か
ら返された光は、レンズ102およびビームスプリッター100を通過して、回折格子104に到
達してよい。回折格子は、試験体から返された光を分散するよう構成してよい。分散され
た光は、分光計（例えば、検出器アレイ106）に向けられてよい。検出器アレイは、直線
フォトダイオードアレイを含んでいてよい。光は、それが分光計に入る際、回折格子によ
って分散されて、結果として得られたサンプルビームの一次回折ビームが、直線フォトダ
イオードアレイによって収集されるようにしてよい。
図1には、反射率計の一つの特定の構成が示されているが、第２の光学サブシステムは
、この技術分野において既知の任意の反射率計構成を有していてよいことを理解されたい
。分光反射率計の追加の例が、Gold他に対する米国特許第4,999,014号およびNortonに対
する第5,747,813号（これらは、ここで、完全に記載されているかのように、参照により
組み込まれている）に示されている。第２の光学サブシステムは、ビームプロファイル反
射率計として構成してもよい。このような構成は、ここで、以下に更に記述されている。
したがって、複数の光学サブシステムを、単一のツールまたはシステムにおいて、組み
合わせて使用してよい。しかしながら、これらの光学サブシステムのうちのいくつか（例
えば、第１の光学サブシステム）のみが、パージされた環境中に維持される。パージされ
た環境は、ディファレンシャルシール（例えば、Nikoonahad他によって記述されたもの）
で生成することができる。パージされた状態に維持される光学サブシステムは、好ましく
は、短波長（例えば、VUV波長）を有する照明源を使用するものである。
図1に示すシステムは、エリプソメーターとして構成された第１の光学サブシステムお
よび反射率計として構成された第２の光学サブシステムを含んでいる。エリプソメーター
は、パージされた環境中に配設して、エリプソメーターが、VUV波長で動作することがで
きるようにしてよく、一方、反射率計は、雰囲気中にあり、かつ、約190 nmより長い波長
に限定される。Nikoonahad他に対する米国特許第6,633,831号（これは、ここで、完全に
記載されているかのように、参照により組み込まれている）に記述された多くの各種の構
成、および（または）、KLA-Tencor、Therma-Wave、およびRudolph Technologyからの市
販されているツールに存在するサブシステムのそれらの組合せに対して、同様の構成を想
定できよう。
しかしながら、システムは、光学サブシステムの他の組合せを含んでいてよい。例えば
、一実施形態では、第１の光学サブシステムは、反射率計として構成してよく、かつ、第
２の光学サブシステムは、エリプソメーターとして構成してよい。このような構成は、シ
ステム（例えば、KLA-Tencorから市販されているF5システム）には望ましい場合があり、
これは、Piwonka-Corle他に対する米国特許第5,608,526号（これは、ここで、完全に記載
されているかのように、参照により組み込まれている）に記述されている。特に、エリプ
ソメーターより、より短い波長の反射率計を有していることが望ましい場合がある。した
がって、反射率計のみの周りにパージされた環境を維持し、一方、エリプソメーターが、
酸素を含んでいる雰囲気に曝露されることを可能にすることが望ましい場合がある。
別の例では、上に参照した ’752特許は、多角度のエリプソメーターを記述している。
ほとんどのレーザーの輝度および安定性のため、このようなエリプソメーターのための光
源として、一つまたはそれ以上のレーザーを使用することが便利である。VUV波長で動作
するレーザーは高価であるため、一つの好適な実施形態では、雰囲気中で動作する一つま
たはそれ以上の可視または近赤外レーザー（例えば、ガスまたはダイオードレーザー）を
有する多角度のエリプソメーターを、VUV源を使用する反射率計（例えば、D2ランプ）と
組み合わせてよい。反射率計は、ディファレンシャルアパーチャを利用して、不活性ガス
でパージされる。
別の実施形態では、第１の光学サブシステムは、エリプソメーター、反射率計、または
別の薄膜測定光学サブシステムとして構成してよく、かつ、第１または第２の光学サブシ
ステムは、スキャタロメーターとして構成してよい。分光エリプソメーターおよび分光ス
キャタロメーターの両方として構成してよい光学サブシステムの一例が、Xu他に対する国
際公開番号 WO 99/45340（これは、ここで、完全に記載されているかのように、参照によ
り組み込まれている）に示されている。このような光学サブシステムは、ここで記述する
ように、VUV光および非VUV光の両方を用いて試験体の測定を行なうよう構成してよい。ス
キャタロメーターは、この技術分野において既知の任意の他の構成を有していてもよい。
光学サブシステムを使用して、膜特性および限界寸法（CD）および他の形状パラメータ
を測定することができよう。膜特性を判定するためには、CDおよび他の形状特性を判定す
るための波長帯とは異なる波長帯を使用してよい。例えば、光学的特性の測定には、VUV
内まで伸びる波長を使用するが、CD測定には、近UVおよびより長い波長のみを使用するこ
とが有利である場合がある。このような実施形態では、第１の光学サブシステムは、VUV
光を用いて薄膜測定を行なうよう構成してよい。また、第１または第２の光学サブシステ
ムは、非VUV光を用いて光波散乱計測を行なうよう構成してよい。微細構造物を伴う他の
場合には、CD測定には、VUV波長を使用することが有利である場合があるが、膜厚および
光学的特性の判定には、近UVおよび（または）より長い波長の測定で足りる場合がある。
更に別の実施形態では、第１の光学サブシステムは、分光エリプソメーターまたは分光
反射率計として構成してよく、かつ、第２の光学サブシステムは、単一波長の光学サブシ
ステムとして構成してよい。更なる実施形態では、第１の光学サブシステムは、デュアル
ビーム分光光度計（その一つの構成を、以下で更に記述する）として構成してよく、かつ
、第２の光学サブシステムは、異なる光学サブシステムとして構成してよい。これらの実
施形態のそれぞれでは、第１の光学サブシステムは、パージされた環境中に配設してよく
、かつ、第２の光学サブシステムは、パージされていない環境中に配設してよい。また、
第１の光学サブシステムは、VUV波長で測定を行なうよう構成してよく、かつ、第２の光
学サブシステムは、非VUV波長で測定を行なうよう構成してよい。
更なる実施形態では、上に参照した ’746特許は、最大５つの異なる測定技術を組み込
んでよい測定システムを記述している（例えば、’746特許の図1を参照）。これらの測定
技術のうちの３つ（単一波長または「絶対」エリプソメーター、ビームプロファイル反射
率計、およびビームプロファイルエリプソメーター）は、雰囲気を透過する波長で動作す
るレーザー光源を使用する。他の２つの測定技術（広帯域反射率計および分光エリプソメ
ーター）は、広帯域光源（例えば、D2ランプと石英ハロゲンまたはキセノンアークランプ
との組合せ）を使用する。一つの好適な実施形態では、システムを変えて、それらの広帯
域測定技術の一方または両方が、VUV波長で動作し、少なくとも一つのディファレンシャ
ルアパーチャによって雰囲気から分離された不活性ガス環境に含まれ、かつ、その光路の
少なくとも一部が雰囲気中にある、少なくとも一つの他の測定技術と組み合わされるよう
にしてよい。一つのこのような実施形態は、図16（これは、以下でより詳細に説明する）
に示されている。
図1に示すシステム（および、ここで記述する他のシステム実施形態）は、プロセッサ1
08も含んでいてよい。プロセッサ108は、点線で示した伝送媒体によって、第１の光学サ
ブシステムおよび第２の光学サブシステムの両方に結合されている。伝送媒体は、ワイヤ
ー（複数も可）、ケーブル（複数も可）、無線伝送路（複数も可）、ネットワーク（複数
も可）、またはその組合せを含んでいてよい。伝送媒体は、「有線」および「無線」部分
も含んでいてよい。プロセッサ108は、第１の光学サブシステムおよび第２の光学サブシ
ステムに、直接的に結合される（例えば、第２の光学サブシステムの検出器アレイ106に
、直接的に結合される）よう示されているが、プロセッサは、一つまたはそれ以上の中間
部品（例えば、電子機器またはローカルプロセッサ）を介して、第１および（または）第
２の光学サブシステムに、間接的に結合されてよいことを理解されたい。
プロセッサ108は、第１および第２の光学サブシステムによって生成されたデータにつ
いて、一つまたはそれ以上の機能を行なってよい。多重測定技術を含む一実施形態では、
一つの測定技術を使用して、他の測定技術を校正してよい。参照測定学の技術を使用して
、パージされた環境で、あるいは、VUV波長で、動作するものを含む他の技術を校正する
。例えば、システムは、第２の光学サブシステムによって生成されたデータで第１の光学
サブシステムを校正するよう構成してよい。プロセッサ108は、その校正の少なくとも一
部を行なってよい。システムが、第２の光学サブシステムによって生成されたデータで第
１の光学サブシステムを校正するよう構成されている場合、第２の光学サブシステムは、
実質的に正確かつ安定なサブシステムであることが好ましい。例えば、一つのこのような
実施形態では、第２の光学サブシステムは、単一波長のエリプソメーターとして構成して
よい。別法の実施形態では、第２の光学サブシステムは、ビームプロファイル反射率計と
して構成してよい。このような第２の光学サブシステムは、レーザー光源（これは、レー
ザーの安定性のため、校正に有利である）を含んでいてよい。
追加の実施形態では、プロセッサは、第１の光学サブシステムによって生成されたデー
タを使用して、試験体の一つまたはそれ以上の特性を判定するよう構成してよい。例えば
、検出器アレイの素子における光の強度は、この技術分野において既知の数学的方程式に
よって、プロセッサによって、偏光解析パラメータyおよびDに、変換されてよい。偏光解
析パラメータは、一般に、tan yおよびcos Dとして示されてよい。tan yは、サンプルの
反射率のsおよびp成分の複合比の振幅であり、また、Dは、サンプルの反射率のsおよびp
成分の複合比の位相である。術語「s成分」は、反射ビームの入射面に対して直角に電界
を有する、偏光した放射の成分を記述するのに使用される。術語「p成分」は、反射ビー
ムの入射面内に電界を有する、偏光した放射の成分を記述するのに使用される。極薄膜に
対しては、tan yは、厚さとは無関係であってよく、かつ、Dは、厚さに直線的に比例して
いてよい。
プロセッサに一体化されたソフトウェアは、数学的または光学的モデルを用いて、偏光
解析パラメータyおよびDを、試験体の光学的特性に変換するよう構成してよい。一般に、
データ適合計算（例えば、最小二乗適合技法）を高速に行なうよう操作可能なソフトウェ
アパッケージを有するパーソナルコンピュータは、この用途に適している場合がある。y
およびD を含む偏光解析パラメータは、広範囲の波長スペクトルに亘って、小さな増分で
、かつ、いくつかの角度で、判定してよいため、計算には数百のデータポイントが含まれ
ていてよい。このような大量のデータを処理することができる、分光エリプソメーターと
共に使用するように構成されたいくつかのソフトウェアパッケージが、市販されている。
偏光解析データを分析するのに使用してよい、いくつかの光学モデルがある。このよう
なモデルの例としては、コーシーモデル、調波発振器モデル、および多項級数展開モデル
等が挙げられるが、それらに限定されない。試験体の特徴、試験体の所望の光学的特性、
およびモデルと関連した計算の困難さに基づいて、適当なモデルを選んでよい。例えば、
コーシーモデルは、比較的単純な数学的モデルである。しかしながら、コーシーモデルは
、試験体が吸収を示す波長には有効でない場合がある。追加的に、適当な光学モデル、ま
たは光学モデルの組合せを用いることによって、試験体のいくつかの層の光学的特性を、
同時に判定してもよい。したがって、分光偏光解析を用いて試験体を分析する場合は、一
つまたはそれ以上の光学モデルが、他のモデルより、分析により適している場合がある。
試験体の層、試験体の層の一部、または試験体のいくつかの層について、厚さ、屈折率
、および消衰係数（これは、一般に、「薄膜測定」と呼ばれる）を、光学モデルを用いて
、偏光解析パラメータから判定してよい。屈折率「n」は、光が媒体を通過する際の光の
速度に関連しており、かつ、光の波長に依存している。消衰係数「k」も波長に依存して
おり、かつ、媒体による光の吸収に関連する。消衰係数を使用して、与えられた波長に対
する吸収係数を判定してもよい。材料の偏光解析パラメータおよび光学的特性に関する更
なる考察が、Forouhi他に対する米国特許第4,905,170号（これは、ここで、完全に記載さ
れているかのように、参照により組み込まれている）に示されている。
別の実施形態では、プロセッサは、第２の光学サブシステムによって生成されたデータ
を使用して、試験体の一つまたはそれ以上の特性を判定するよう構成してよい。例えば、
検出器アレイ106のフォトダイオードアレイは、試験体の表面から返された光の反射率ス
ペクトルを測定してよい。各波長における反射率スペクトルの返された光の強度を、各波
長における相対参照強度で割ることによって、相対反射率スペクトルを得てよい。相対反
射率スペクトルを使用して、試験体上の各種の膜の厚さを判定してよい。また、相対反射
率スペクトルから、単一の波長における反射率および膜の屈折率も、判定してよい。さら
に、モード展開によるモデル化法（model method by modal expansion）（MMME）モデル
を使用して、各種の反射率スペクトルのライブラリを生成してよい。MMMEモデルは、母数
空間の各格子から理論上の回折光の「指紋」を計算するのに使用してよい厳密な回折モデ
ルである。しかしながら、厳密結合波解析（rigorous coupling waveguide analysis）（
RCWA）モデルを含むが、それに限定されない別のモデルを使用して、理論上の回折光を計
算してもよい。測定された反射率スペクトルは、ライブラリ内の各種の反射率スペクトル
に適合させてよい。適合させたデータを使用して、試験体上の形体の限界寸法（例えば、
横方向の寸法、高さ、および（または）側壁角度）を判定してもよい。プロセッサ108は
、上記の計算の全てを行なうよう構成してよい。モデル化技法の例が、Xu他に対する国際
出願番号 WO 99/45340（これは、ここで、完全に記載されているかのように、参照により
組み込まれている）に示されている。
更なる実施形態では、光学サブシステムのうちの一つが、スキャタロメーター（例えば
、単一波長のスキャタロメーターまたは分光スキャタロメーター）として構成されており
、プロセッサは、スキャタロメーターからのデータを使用して、試験体の一つまたはそれ
以上の特性を判定するよう構成してよい。特性は、試験体上の形体の限界寸法、高さ、お
よび（または）側壁角度を含んでいてよい。どのようにして、このような特性を、光波散
乱計測データから判定することができるかの例が、Xu他に対する国際公開番号WO 99/4534
0およびWeber-Grabau他に対する米国特許出願出願番号 09/927,102（これらは、ここで、
完全に記載されているかのように、参照により組み込まれている）に示されている。別法
として、あるいは、加えて、特性は、試験体のオーバーレイ測定を含んでいてよい。オー
バーレイは、一般に、ウェーハの別のレベル上の形体の横方向の位置に対する、ウェーハ
の一つのレベル上の形体の横方向の位置を指す。どのようにして、オーバーレイを、光波
散乱計測データから判定することができるかの例が、Weber-Grabau他に対する米国特許出
願出願番号 09/927,102およびBrill他に対する国際公開番号 WO 02/25723（これらは、こ
こで、完全に記載されているかのように、参照により組み込まれている）に示されている
。
測定システムが、一つ以上の測定技術を組み込んでおり、かつ、それらの技術のうちの
少なくとも一つが、VUV波長で動作する任意の状況では、いずれかの波長帯だけによって
得ることができるものより、よりよい測定結果を得るためには、一つまたはそれ以上のVU
V波長で行われる測定を、一つまたはそれ以上の非VUV波長で行われる測定と組み合わせる
ことが、有利な場合がある。一実施形態では、システムは、第１および第２の光学サブシ
ステムによって生成されたデータを組み合わせて使用して、試験体の一つまたはそれ以上
の特性を判定するよう構成してよい。判定は、プロセッサによって行なってよい。例えば
、プロセッサは、試験体の分析のためのコンピュータに実装された方法を行なうよう構成
してよい。この方法は、第１のデータを第２のデータと組み合わせて使用して、試験体の
一つまたはそれ以上の特性を判定することを含んでいる。第１のデータは、VUV波長で測
定され、かつ、第２のデータは、非VUV波長で測定される。例えば、第１のデータは、第
１の光学サブシステム（これは、システム内のパージされた環境中に配設されている）で
測定してよい。第２のデータは、第２の光学サブシステムで測定してよい。第１および第
２の光学サブシステムは、ここで記述するような単一のシステム内に配設してよく、かつ
、第２の光学サブシステムは、システム内のパージされていない環境中に配設してよい。
別法として、第１および第２のデータは、第１の光学サブシステム（これは、システム内
のパージされた環境中に配設されている）で測定してよい。
全ての測定を、適当な相対的重み付けと共に制約条件として非線形回帰で用いること、
あるいは、一つの測定技術からの一つの波長帯を用いて、まず、一つのパラメータ（例え
ば、厚さ）を判定し、次いで、別の測定技術からの別の波長帯を用いて、別のパラメータ
（複数も可）（例えば、屈折率）を判定すること、を含む、このような組合せを行なう多
くの方法がある。また、遺伝的アルゴリズムを使用して、多重測定サブシステムからの結
果を組み合わせることができる。多くの異なるアルゴリズムを、個別的に、または、組み
合わせて、使用して、データから結果を抽出することができる。一実施形態では、一つま
たはそれ以上の特性は、一つまたはそれ以上のアルゴリズムを用いて判定してよい。一つ
またはそれ以上のアルゴリズムは、遺伝的アルゴリズム、非線形回帰アルゴリズム、比較
アルゴリズム（例えば、データベース（またはライブラリ）、あるいは、予め計算された
、または、予め測定された結果との比較）、またはその組合せを含んでいてよい。多くの
このようなアルゴリズムは、この技術分野において既知であり、また、プロセッサは、こ
れらのアルゴリズムのうちの任意のものを使用して、一つまたはそれ以上の特性を判定し
てよい。遺伝的アルゴリズムの例が、Opsal他に対する米国特許第5,953,446号およびSido
rowichに対する第6,532,076号（これらは、あたかも、ここで、完全に記載されているか
のように、参照により組み込まれている）に示されている。一実施形態では、第１および
第２のデータは、光波散乱計測データを含んでいてよい。このような実施形態では、一つ
またはそれ以上の遺伝的アルゴリズムを用いて、試験体の一つまたはそれ以上の特性を判
定することが、特に有利な場合がある。
基板上の膜の厚さ、および、VUV波長（例えば、157 nm）におけるその光学的特性（例
えば、屈折率nおよび吸収k）を知りたい場合、VUV波長のみを用いるのではなく、可視光
波長（これは、膜厚のより正確な測定を与える場合がある）で行われた測定を、VUV波長
で行われた測定と組み合わせることによって、よりよい測定結果が得られる場合がある。
このやり方では、第２のデータを使用して、試験体上の構造物の厚さを判定してよい。こ
の厚さを、第１のデータと組み合わせて使用して、一つまたはそれ以上のVUV波長におけ
る構造物の光学的特性を判定してよい。
異なる実施形態では、一つまたはそれ以上の特性は、試験体上の一つまたはそれ以上の
構造物の原子濃度を含んでいてよい。一つのこのような実施形態では、原子濃度は、一つ
またはそれ以上の構造物の光学的特性から判定してよい。このやり方では、原子濃度は、
光学的特性（例えば、nおよび（または）k）から間接的に推論してよい。光学的特性は、
第１のデータ、第２のデータ、または、第１および第２のデータから判定してよい。別法
の実施形態では、原子濃度は、第１および第２のデータの、参照データとの比較によって
判定してよい。このやり方では、原子濃度は、予め測定されたサンプルからの結果との比
較によって、直接的に判定してよい。原子濃度測定のため関心があってよい材料は、炭素
、窒素、酸素、コバルト、ニッケル、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、タ
ングステン、レニウム、シリコン、ゲルマニウム、および各種の遷移および希土類金属を
含むが、それらに限定されない。
第１および第２のデータから判定される一つまたはそれ以上の特性は、試験体の他の特
性（例えば、試験体上の上層の光学的特性、試験体上の一つ以上の層の光学的特性、試験
体上の形体の限界寸法（CD）、試験体上の形体の形状パラメータ、試験体上の２つの層の
間のオーバーレイオフセット、またはその組合せであるが、それらに限定されない）を含
んでいてよい。
プロセッサは、第１および（または）第２の光学サブシステムによって生成されたデー
タに対して、他の計測学および（または）検査機能を行なうよう構成してもよい。例えば
、プロセッサは、第１および（または）第２の光学サブシステムからのデータを用いて、
試験体上の欠陥を検出するよう構成してよい。プロセッサは、この技術分野において既知
の任意のアルゴリズムまたは方法（例えば、閾値化アルゴリズムまたはダイ比較法）を用
いて、試験体上の欠陥を検出してよい。
計測学の方法およびシステムは、半導体デバイス製作のための窒化酸化物ゲート膜プロ
セス監視およびプロセス管理に対しても、与えられている。窒化酸化物ゲート膜プロセス
監視および管理のためのいくつかの方法が、現在使用されている。例えば、窒素濃度およ
び線量測定のために使用してよい方法は、X線光電子分光（XPS）および二次イオン質量分
析（SIMS）を含んでいる。しかしながら、現在使用されている方法には、いくつかの欠点
がある。また、この測定技法は、厚さ精度および繰返し精度が比較的不良である。さらに
、XPSは、一般に、遅く、高価（例えば、一分析当たり約300ドル）であり、かつ、大量半
導体製造用途における速いインラインプロセス監視および管理を行なうことができない。
同様に、SIMSも、ウェーハを壊さなければならず、かつ、分析されている膜が損傷される
点で、破壊的である。また、この測定技法は、厚さ精度および繰返し精度が比較的不良で
あり、かつ、大量半導体製造用途には適していない。
ここで記述する窒化酸化物ゲート誘電体の測定のための方法の実施形態は、試験体上に
窒化酸化物ゲート誘電体を形成することを含んでいてよく、あるいは、含んでいなくてよ
い。このような実施形態における試験体は、ウェーハである。一般に、窒化酸化物ゲート
誘電体は、酸素を含んでいる層（例えば、二酸化シリコン）を窒素を含んでいるプラズマ
に曝露することによって、ウェーハ上に形成される。ウェーハ上に窒化酸化物を形成する
ための方法の例が、Liu他に対する米国特許第6,555,485号、Weimerに対する第6,559,007
号、Niimi他に対する第6,610,614号、およびMcFadden他に対する第6,610,615号（これら
は、ここで、完全に記載されているかのように、参照により組み込まれている）に示され
ている。窒化酸化物ゲート誘電体は、この技術分野において既知の任意の他の方法を用い
て、ウェーハ上に形成してもよい。
一実施形態では、試験体の測定のための方法が、与えられる。この方法は、試験体の分
光偏光解析データを測定することを含んでいる。分光偏光解析データは、ここで記述する
光学サブシステムのうちの一つを用いて測定してよい。一実施形態では、分光偏光解析デ
ータは、約220 nm〜約900 nmの波長で測定してよい。異なる実施形態では、分光偏光解析
データは、約190 nm〜約300 nmの波長で測定してよい。このような実施形態では、分光偏
光解析データは、ここで記述する非VUV光学サブシステムのうちの一つを用いて測定して
よい。一つの特定の例では、試験体の偏光解析スペクトルは、約220 nm〜約900 nmの波長
で、KLA-TencorのSpectraFx100分光偏光解析サブシステムを使用して、あるいは、約190
nm〜約300 nmの波長で、分光エリプソメーターサブシステムと深紫外光分光エリプソメー
ターサブシステムの組合せを使用して、取得することができる。別法として、分光偏光解
析データは、VUV波長で測定してよい。このやり方では、分光偏光解析データは、ここで
記述するVUV光学サブシステムのうちの一つを用いて測定してよい。
他の実施形態では、分光偏光解析データは、VUVおよび非VUV波長で測定してよい。この
ような実施形態では、分光偏光解析データは、一つの光学サブシステムまたは２つの異な
る光学サブシステムを用いて測定してよい。例えば、VUVおよび非VUV波長で動作するよう
構成された一つの光学サブシステムを使用して、分光偏光解析データを測定してよい。デ
ータを、２つの異なる光学サブシステム（一つはVUVおよび一つは非VUV）によって測定す
る場合、データを一つのデータセットに組み合わせ、次いで、それを使用して、窒化酸化
物ゲート誘電体の特性を判定してよい。
また、この方法は、分光偏光解析データから、試験体上に形成された窒化酸化物ゲート
誘電体の窒素濃度を判定することを含んでいる。窒素濃度は、原子濃度測定に対して上述
したように判定してよい。例えば、この方法は、分光偏光解析データから窒化酸化物ゲー
ト誘電体の屈折率を判定すること、および、屈折率から窒素濃度を判定することを含んで
いてよい。特定の例では、測定された屈折率または屈折率モデル（例えば、BEMA分率）と
窒素濃度との間の量的相関を、既知の窒素濃度値を有する試験体の測定を用いて判定して
よい。次いで、量的相関を使用して、測定された屈折率に基づいて、他の試験体の窒素濃
度を判定してよい。
窒化酸化物ゲート誘電体膜の偏光解析スペクトルの測定は、好ましくは、広い波長帯に
亘って行なって、スペクトルから、膜厚および屈折率を判定できるようにする。したがっ
て、いくつかの実施形態では、この方法は、分光偏光解析データを用いて、窒化酸化物ゲ
ート誘電体の厚さおよび屈折率を判定することも含んでいてよい。また、窒化酸化物ゲー
ト誘電体の厚さおよび屈折率は、同時に測定してよく、これは、薄膜の厚さと屈折率測定
との間の強力な相関効果により、特に有利な場合がある。対照的に、過去においては、一
般的慣行として、100オングストロームより薄い膜に対しては、厚さしか測定することが
できなかった。
一実施形態では、この方法は、試験体の反射率測定データを測定することも含んでいて
よい。反射率測定データは、単一の波長で、あるいは、多数の波長で、測定してよい（例
えば、分光反射率測定データ）。反射率測定データは、反射率計または分光反射率計とし
て構成された、ここで記述する光学サブシステム実施形態のうちの一つを用いて、測定し
てよい。また、分光偏光解析データおよび反射率測定データは、一つのシステム（例えば
、単一のシステム内に配置された異なる光学サブシステム）で測定してよい。反射率測定
データは、非VUV波長（複数も可）、VUV波長（複数も可）、または、非VUVおよびVUV波長
で測定してよい。
いくつかの実施形態では、窒化酸化物ゲート誘電体の窒素濃度は、反射率測定データと
組み合わせて分光偏光解析データから判定してよい。例えば、反射率測定データを使用し
て、窒化酸化物の厚さを判定してよい。厚さおよび分光偏光解析データを組み合わせて使
用して、窒化酸化物の屈折率を判定してよく、かつ、屈折率を使用して、窒素濃度を判定
してよい。
いくつかの実施形態では、分光偏光解析データを測定することは、試験体上の多数の場
所でデータを測定することを含んでいてよい。このような実施形態では、この方法は、多
数の場所で窒素濃度を判定すること、および、窒素濃度のウェーハ面内（WIW）均一性を
判定することも含んでいてよい。言い換えれば、試験体上の場所に対する窒素濃度を判定
してよい。
追加の実施形態では、この方法は、試験体の測定に先立って、レーザーベースの清浄化
サブシステムを用いて、試験体上の局所化された部位から汚染物質（例えば、空気中の分
子汚染（AMC））を除去することを含んでいてよい。レーザーベースの清浄化サブシステ
ムは、ここで更に記述するように構成してよい。また、レーザーベースの清浄化サブシス
テムは、試験体の分光偏光解析データを測定するのに使用される光学サブシステムも含ん
でいる、単一のシステム内に配置してよい。システムのこのような構成は、ここで更に記
述されている。測定の直前に試験体から汚染物質を除去することは、特に、実質的に薄い
窒化酸化物ゲート誘電体に対して、測定の精度を実質的に増大する場合がある。
試験体の分光偏光解析データを測定することは、半導体製作プロセス中に行なってよい
。言い換えれば、分光偏光解析測定は、現場で行なってよい。一実施形態では、分光偏光
解析データは、半導体製作プロセスに含まれる個々のプロセスの後、あるいは、それらの
間に（例えば、窒化酸化物ゲート誘電体の形成後に）、測定してよい。別法として、分光
偏光解析データは、半導体製作プロセスに含まれる個々のプロセス中に（例えば、窒化酸
化物ゲート誘電体の形成中に）、測定してよい。
このような実施形態では、ここで記述する光学サブシステムのうちの一つ、または、別
の分光エリプソメーターサブシステム、および、オプションとして、反射率計サブシステ
ムを、半導体製作プロセスツールに結合してよい。例えば、窒化酸化物ゲート誘電体の分
光偏光解析測定に対しては、分光エリプソメーター光学サブシステムを、プラズマ窒化プ
ロセスツールに結合してよい。しかしながら、ここで記述する光学サブシステムまたはシ
ステムのうちの任意のものを、この技術分野において既知の任意の他の半導体製作プロセ
スツール（例えば、リソグラフィーツール、析出ツール、アニールツール、エッチングツ
ール、清浄化ツール、化学的・機械的研磨ツール、めっき処理ツール、イオン注入ツール
等）に結合してよい。どのようにして、光学サブシステムまたは測定システムを、半導体
製作プロセスツールに結合してよいかの例が、Nikoonahad他に対する米国特許第 6,633,8
31号（これは、ここで、完全に記載されているかのように、参照により組み込まれている
）に記述されている。
この方法は、窒素濃度を用いて、半導体製作プロセスの一つまたはそれ以上のパラメー
タをモニターすることも含んでいてよい。例えば、窒素濃度を、多くの異なる試験体上で
、時間を越えて繰り返し測定してよく、かつ、窒素濃度値および変動を、記録してよい。
次いで、データを使用して、プロセスのパラメータ（複数も可）の変化を判定してよい。
特に、窒化プロセス（または、窒化プロセスに含まれる個々のプロセス）を、窒素濃度を
用いてモニターしてよい。半導体製作プロセスのパラメータ（複数も可）は、また、ある
いは、別法として、ここで記述するように判定される窒化酸化物ゲート誘電体の他の特性
（例えば、窒化酸化物ゲート誘電体のWIW均一性、厚さ、および（または）屈折率）を用
いて、モニターしてよい。例えば、半導体製作プロセスのパラメータ（複数も可）のモニ
タリングは、窒素濃度の代わりに、プロセス管理のための、与えられた波長における（例
えば、193 nmにおける、248 nmにおける、633 nmにおける）窒化酸化物ゲート誘電体の屈
折率（n）、または、屈折率モデルパラメータ（例えば、Bruggermann有効媒質近似モデル
におけるBEMA分率）を用いて、行なってよい。
また、この方法は、窒素濃度に基づいて、半導体製作プロセスの一つまたはそれ以上の
パラメータを変えることを含んでいてよい。いくつかの実施形態では、パラメータ（複数
も可）は、また、あるいは、別法として、窒化酸化物ゲート誘電体のWIW均一性、厚さ、
および（または）屈折率に基づいて変えてよい。変えられるパラメータ（複数も可）は、
好ましくは、窒化プロセス、または、窒化酸化物ゲート誘電体を形成することに含まれる
個々のプロセス（例えば、熱酸化プロセス、窒化プロセス、アニールプロセス等）のパラ
メータ（複数も可）である。パラメータ（複数も可）は、フィードバック技法（例えば、
窒素濃度が、窒化プロセス後に測定される場合）を用いて、かつ（あるいは）、現場制御
技法（例えば、窒素濃度が、窒化プロセス中に測定される場合）を用いて、変えてよい。
パラメータ（複数も可）は、測定された窒素濃度と目標窒素濃度の差をより小さくする
ように変えることが好ましい。窒素濃度は、半導体製作プロセス中に測定することができ
るため、プロセスのパラメータ（複数も可）は、上述した他の測定技法（例えば、XPSお
よびSIMS）を使用して窒素濃度を測定する場合より、はるかに迅速に、窒素濃度に応じて
変えることができる。したがって、ここで記述する方法は、より正確なプロセス管理を与
えてよく、かつ、半導体製造プロセスの収量および処理量を増大してよい。また、変えら
れるパラメータ（複数も可）は、その上に、測定された窒化酸化物が形成されている試験
体上で行なわれる一つまたはそれ以上のプロセスのパラメータ（複数も可）であってよい
。この実施形態では、パラメータ（複数も可）は、フィードフォワード制御技法を用いて
変えてよい。
半導体製造プロセスのパラメータ（複数も可）を変えることは、手動で（例えば、オペ
レータによって）、あるいは、プロセッサによって自動的に、行なってよい。プロセッサ
は、ここで記述するように構成してよい。プロセッサは、半導体製造プロセスツールに結
合してもよい。このやり方では、プロセッサは、パラメータ（複数も可）に対する変更を
、半導体製造プロセスツールに送ってよい。半導体製造ツールのプロセッサは、次いで、
プロセス（複数も可）に対して適当な変更を行ってよい。
窒素濃度の測定または判定のための、ここで記述する方法の実施形態は、現在使用され
ている方法に対して多くの利点を有している。例えば、上述した方法は、比較的速い（例
えば、各測定は、結果を報告するのに、約5秒〜約15秒を要する）。上述した方法は、ま
た、比較的高い精度（例えば、厚さ測定に対する誤差は、約1.0オングストローム未満、
および、窒素濃度に対する誤差は、約2原子パーセント未満）を有している。さらに、こ
こで記述する窒素濃度測定または判定のための方法は、現在使用されている方法（例えば
、XPSおよび3シグマ法の場合、厚さについては1オングストローム、および、窒素濃度に
ついては1.0%）より、よりよい繰返し精度（例えば、3シグマ法の場合、厚さについては0
.15オングストローム、および、窒素濃度については0.5原子パーセント）を有している。
また、上述した方法は、非破壊的である。したがって、測定を、実際の製品ウェーハと
は異なるモニターウェーハ上で行なう必要がないため、製品ウェーハの窒素濃度を測定し
て、それにより、実質的により正確なプロセス監視および管理を与えてよい。さらに、こ
こで記述する窒素濃度測定のための方法は、市販されている光学サブシステム（例えば、
KLA-TencorのF5xおよびSpectraFx100計測学ツール）を用いて、大量半導体デバイス製作
に使用することができる。特に、これらの方法は、90 nm、65 nm、および、可能性として
、45 nm世代の論理およびDRAMデバイスに適用してよい。したがって、これらの方法は、
開発および大量製造における窒化ゲートプロセスを監視し、かつ、管理するための、速く
、正確、安定、かつ費用効果の高い方法に対して解決策を与える。
追加の実施形態は、試験体の分析のためのコンピュータに実装された方法に関する。こ
の方法は、試験体の測定によって生成された分光偏光解析データから、試験体上に形成さ
れた窒化酸化物ゲート誘電体の窒素濃度を判定することを含んでいる。分光偏光解析デー
タは、上述したように測定してよい。例えば、分光偏光解析データは、約220 nm〜約900
nmの波長で測定してよい。別法として、分光偏光解析データは、約190 nm〜約300 nmの波
長で測定してよい。別の別法では、分光偏光解析データは、VUV波長で測定してよい。追
加の実施形態では、分光偏光解析データは、試験体上の多数の場所で測定してよい。この
方法は、多数の場所で窒素濃度を判定すること、および、窒素濃度のWIW均一性を判定す
ることも含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、この方法は、分光偏光解析データから窒化酸化物ゲート誘電
体の屈折率を判定すること、および、上述したように、屈折率から窒素濃度を判定するこ
とを含んでいてよい。別の実施形態では、この方法は、分光偏光解析データを用いて窒化
酸化物ゲート誘電体の厚さおよび屈折率を判定することを含んでいてよい。他の実施形態
では、窒素濃度を判定することは、試験体の測定によって生成された反射率測定データと
組み合わせて、分光偏光解析データから、窒素濃度を判定することを含んでいてよい。
追加の実施形態では、この方法は、窒化酸化物ゲート誘電体の窒素濃度および（または
）他の判定された特性に基づいて、半導体製作プロセスの一つまたはそれ以上のパラメー
タを判定することを含んでいてよい。この方法は、判定されたパラメータ（複数も可）に
基づいて、半導体製作プロセスの一つまたはそれ以上のパラメータを変えることも含んで
いてよい。パラメータ（複数も可）は、上述したように変えてよい。更なる実施形態では
、この方法は、窒化酸化物ゲート誘電体の窒素濃度および（または）他の判定された特性
を用いて、半導体製作プロセスの一つまたはそれ以上のパラメータをモニターすることを
含んでいてよい。半導体製作プロセスのパラメータ（複数も可）は、上述したようにモニ
ターしてよい。
方法（例えば、ここで記述するもの）を実行するプログラム命令は、キャリア媒体を越
えて伝送され、あるいは、その上に記憶されてよい。キャリア媒体は、伝送媒体（例えば
、ワイヤー、ケーブル、または無線伝送リンク）、あるいは、このようなワイヤー、ケー
ブル、またはリンクに沿って進む信号であってよい。キャリア媒体は、記憶媒体（例えば
、読取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気または光ディスク、あるいは、磁気
テープ）であってもよい。
一実施形態では、プロセッサは、プログラム命令を実行して、上記の実施形態によるコ
ンピュータに実装された方法を行なうよう構成してよい。プロセッサは、パーソナルコン
ピュータシステム、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、ネット
ワーク機器、インターネット機器、パーソナルデジタルアシスタント（「PDA」）、テレ
ビジョンシステムまたは他のデバイスを含む、各種の形態を取ってよい。一般に、術語「
コンピュータシステム」は、プロセッサ（これは、メモリ媒体からの命令を実行する）を
有する任意のデバイスを包含するよう広く定義されてよい。
プログラム命令は、とりわけ、手続きベースの技法、コンポーネントベースの技法、お
よび（または）オブジェクト指向技法を含む、各種の方法のうちの任意のもので、実行さ
れてよい。例えば、プログラム命令は、所望に応じて、ActiveX（登録商標）コントロー
ル、C++オブジェクト、JavaBeans（登録商標）、Microsoft Foundation Class（「MFC」
）、あるいは、他の技術または方法論を用いて、実行されてよい。
図13は、試験体の測定のためのシステムに含まれていてよい光学サブシステムの別の実
施形態を示している。この実施形態では、光学サブシステムは、デュアルチャネル光学サ
ブシステム（例えば、デュアルビーム分光光度計）として構成されている。この光学サブ
システムは、第１の光学サブシステムまたは第２の光学サブシステムのいずれかとして、
ここで記述するシステムに含まれていてよい。この構成は、Norton他に対する米国特許第
5,486,701号およびPiwonka-Corle他に対する第5,608,526号（これらは、ここで、完全に
記載されているかのように、参照により組み込まれている）に、より詳細に記述されてい
る。明瞭さのため、システムの構成要素および詳細のうちのいくつかは、ここで呈示する
図13および対応する記述から省略されている。しかしながら、図13に示すシステムは、こ
の特許に記述されているように更に構成してよいことを理解されたい。
光学サブシステムは、米国特許第5,486,701号に記述されているように、放射線ビーム1
12（可視および（または）UV放射を含む）を放出するランプ110（一般に、キセノンアー
クランプ）、ランプハウジング窓114、軸外し放物面鏡116、フリップインUVカットオフフ
ィルター118、カラーフィルターホイール120、平面鏡122、凹面鏡124、フリップイン40ミ
クロンファインフォーカスアパーチャ130を有するアパーチャ鏡128、大型アクロマート13
2、フィールド照明シャッター131、フォールドミラー136、および小型アクロマート138を
含んでいてよい。
別法の実施形態では、光学サブシステムは、VUV光を発生することができる光源を含ん
でいてよい。いくつかの実施形態では、光学サブシステムは、VUV光並びに非VUV光を発生
することができる光源、または、２つの光源（VUV光を発生することができる一つの光源
、および、非VUV光を発生することができる別の光源）を含んでいてよい。このような光
を発生することができる適当な光源の例は、上で更に記述されている。したがって、デュ
アルチャネル光学サブシステムは、VUV光、非VUV光、またはその組合せを用いて、試験体
の測定を行なうことができる。光学サブシステムが、VUV光および非VUV光を用いて測定を
行なうよう構成されている場合、デュアルチャネル光学サブシステムは、非VUV光を用い
た追加の測定中に、かなりの量のVUV光が試験体に到達するのを防止するよう構成された
、一つまたはそれ以上のフィルター（図示せず）を含んでいてよい。一つまたはそれ以上
のフィルターは、光源110と対物レンズ140との間の、デュアルチャネル光学サブシステム
の光路内の各種の場所に設置してよい。一つまたはそれ以上のフィルターは、上述したよ
うに更に構成してよい。
上述した構成要素は、測定ビーム125およびフィールド照明ビーム134を含む結合ビーム
142を与える。軸外し放物面鏡116は、ビーム112（これは、オプションとして、フリップ
インUVカットオフフィルター118およびカラーフィルターホイール120によって濾過するこ
とができる）を視準する。フリップインUVカットオフフィルター118は、部分的に、ビー
ム112のスペクトルを制限して、ビーム112が回折格子によって分散された時、一次および
二次回折ビームがオーバーラップしないようにするのに使用される。ビーム112の一部は
、平面鏡122によって凹面鏡124に反射されて、測定ビーム125を形成する。鏡124は、アー
クの像をアパーチャ鏡128に集束する。アークの像の各点から発出する放射は、均一な円
錐状に広がって、一般に、ビーム分割器145において照明の均一な円を生成する。
ビーム112の別の部分（フィールド照明ビーム134）は、フォールドミラー136の近くの
大型アクロマート132によって集束され、それにより、フォールドミラー136は、ランプ11
0の像を小型アクロマート138に向かって反射する。小型アクロマート138は、それがアパ
ーチャ鏡128から反射する前に、ビーム134中の放射を収集する。アパーチャは、対物レン
ズ140の一つの共役に配置されている。フィールド照明は、フィールド照明ビーム134の光
路にフィールド照明シャッター131を配置することによって、遮断することができる。
細い測定ビーム125および広いフィールド照明ビーム134は、アパーチャ鏡128で再結合
され、フィールド照明ビーム134は、アパーチャ鏡128の前面から反射し、かつ、測定ビー
ム125は、アパーチャを通過する。光学サブシステムは、対物レンズ140、ビームスプリッ
ターミラー145、サンプルビーム146、参照ビーム148、凹面鏡150、平面鏡143、参照プレ
ート152（それを通る参照分光計ピンホールを有する）、サンプルプレート154（それを通
るサンプル分光計ピンホールを有する）、第２のフォールドミラー168、回折格子170、サ
ンプル直線フォトダイオードアレイ172、参照直線フォトダイオードアレイ174、参照フォ
トダイオード195、およびサンプルフォトダイオード193を含んでいる。対物レンズ140（
これは、反射型対物レンズ（図13に示す）または透過型対物レンズ（図示せず）であって
よい）は、いくつかの選択可能な倍率を有していることが好ましい。したがって、光学サ
ブシステムは、反射型集束光学機器または透過型集束光学系を含んでいてよい。
ここで、試験体（これは、この場合、ウェーハ103として示されている）の相対反射率
スペクトルの測定について説明する。フィールド照明シャッター131が、フィールド照明
ビーム134の経路に配置された場合、結合ビーム142は、測定ビーム125のみを含んでいる
。結合ビーム142は、結合ビーム142の半分を対物レンズ140に向かって偏向し、それによ
り、サンプルビーム146を形成し、結合ビーム142の偏向されなかった半分が、参照ビーム
148を形成するように配置された全反射鏡である、ビームスプリッターミラー145によって
分割される。重要なこととして、サンプルビーム146および参照ビーム148は、同じ源（ラ
ンプ110）から導出されるため、かつ、結合ビーム142は、放射状に均一であるため、参照
ビーム148およびサンプルビーム146は、比例的に依存するスペクトル強度を有している。
さらに、ビームスプリッターミラー145は、光路全体における部分反射鏡ではなく、光路
の半分における全反射鏡であるため、連続広帯域スペクトルが、十分な明るさで反射され
る。
参照ビーム148は、最初は、ビームスプリッターミラー145と相互作用せず、代わりに、
凹面鏡150を照明する。凹面鏡150は、わずかに軸外しであり、したがって、参照ビーム14
8は、ビームスプリッターミラー145の裏面に反射され、かつ、平面鏡143は、参照ビーム1
48を再反射して、プレート152を通る参照分光計ピンホールと整列させる。平面鏡143は、
参照ビーム148をサンプルビーム146と再整列させて、両方のビームが、それらのそれぞれ
の分光計ピンホールを、実質的に平行に通過するように設けられている。
凹面鏡150の焦点距離は、参照ビーム148が、参照分光計ピンホール（これは、プレート
152を通って伸張している）で焦点が合うような焦点距離である。参照分光計ピンホール
を通過し、かつ、フォールドミラー168から反射する放射は、回折格子170によって分散さ
れる。結果として得られた一次回折ビームは、参照直線フォトダイオードアレイ174によ
って収集され、それにより、参照反射率スペクトルを測定する。
サンプルビーム146は、ビームスプリッターミラー145から対物レンズ140（これは、サ
ンプルビーム146をウェーハ103に集束する）に向かって反射され、かつ、反射されたサン
プルビーム146は、対物レンズ140によって、サンプル分光計ピンホール（これは、プレー
ト154を通って伸張している）に集束される。上述したように、対物レンズ140は、透過型
対物レンズまたは反射型対物レンズであってよい。したがって、光学サブシステムは、反
射型収集光学系または透過型収集光学系のいずれかを含んでいてよい。しかしながら、対
物レンズ140は、試験体上の光を集束し、かつ、試験体から返された光を収集するため、
集束および収集光学系は、透過型または反射型のいずれかである。しかしながら、図13に
示す光学サブシステムは、別法として、反射型集束光学系および透過型収集光学系、ある
いは、その逆を含んでいてよいことを理解されたい。例えば、光学サブシステムは、試験
体上の光を集束することに対して、および、試験体からの光を収集することに対して、別
々の光学系を使用するよう構成してよい。このやり方では、光学サブシステムは、反射型
集束光学系および透過型収集光学系を含んでいてよい。別法として、光学サブシステムは
、透過型集束光学系および反射型収集光学系を含んでいてよい。
サンプルビーム146は、ビームスプリッターミラー145の後ろの空間（これを、参照ビー
ム148も通過する）を通過するため、反射されたサンプルビーム146は、反射経路上では、
ビームスプリッターミラー145と相互作用しない。サンプル分光計ピンホールを通過し、
かつ、フォールドミラー168から反射する放射は、回折格子170によって分散される。参照
ビームと同様、結果として得られたサンプルビームの一次回折ビームは、サンプル直線フ
ォトダイオードアレイ172によって収集され、それにより、サンプルスペクトルを測定す
る。
相対反射率スペクトルは、各波長におけるサンプル光強度（アレイ172の出力）を各波
長における参照強度（アレイ174の出力）で割ることによって、プロセッサ200内のアレイ
172および174の出力を処理することによって、簡単に得ることができる。
いくつかの実施形態では、回折格子170は、凹面ホログラフィック回折格子であり、か
つ、分光計ピンホール（プレート152および154を通る）は、互いに15 mm離れている。15
mmの間隔は、両方のビームが、格子上で中心に位置することを可能にしないため、回折格
子170のこの実施形態は、多数のスペクトルを結像するようにホログラフ的に補正される
。格子170は、検出器172および174の角度が、検出器からの反射を、格子から離れて伝搬
させるよう設計されることも望ましい。
サンプル103上の極薄膜103a（VTF103a）の厚さを測定するための動作モードでは、シス
テムは、サンプルVTFフォトダイオード193および参照VTFフォトダイオード195を採用する
。可動アーム上に載せられたダイクロイックミラー202は、アパーチャ付きのプレート152
および154のすぐ向こうのビーム路内にフリップインする。ダイクロイックミラーは、UV
放射（400 nm〜280 nmの波長を有する）を反射し、かつ、可視光を透過する。参照ビーム
からの反射されたUVは、溶融石英レンズ204によって集束され、固定されたダイクロイッ
クミラー206によって反射され、そして、最後に、UV増強型シリコンフォトダイオード195
（「参照VTFフォトダイオード」）に当たり、かつ、サンプルビームからの反射されたUV
は、溶融石英レンズ203によって集束され、固定されたダイクロイックミラー206によって
反射され、そして、最後に、UV増強型シリコンフォトダイオード203（「サンプルVTFフォ
トダイオード」）に当たる。第２のダイクロイックミラー206は、残りの可視光を濾過に
より除去するのに必要である。第１のダイクロイック202を透過された放射は、通常の分
光計経路を進み続ける。
新しい実施形態では、デュアルチャネル光学サブシステムが、非VUV光に加えてVUV光で
測定を行なうよう構成されている場合、ダイクロイックミラー202は、VUV放射を反射し、
かつ、非VUV放射を透過するよう構成してよい。このような実施形態では、溶融レンズ203
および204を、弗化カルシウムレンズに置き換えてよい。このような実施形態は、上述し
たように更に構成してよい。
フォトダイオード193および195のそれぞれは、単一の強度値を測定するが、一般に、こ
の値は、（UV範囲内の）関心のある広帯域周波数範囲に対する平均であり、したがって、
２つのフォトダイオードは、このような広帯域周波数範囲に対する平均を表す相対反射率
（または反射率）値を計算するのに、十分な情報を与える。フォトダイオード193および1
95は、UV帯域内の広い波長帯に対して感度を有し、両方のフォトダイオードが、実質的に
同様のピーク感度波長を有するよう選択されることが好ましい。サンプルフォトダイオー
ド193の応答を、参照フォトダイオード195の応答で割った場合、結果は、UV帯域内の波長
に対するウェーハ103の相対反射率を示す値であり、ピーク感度波長は、他の波長より、
相対反射率の測定において、より多くの重みを有している。測定された相対反射率値を校
正して、UV帯域内のサンプルの真の反射率を示す信号を発生することができる。
膜厚を計算するため複雑なアルゴリズム（多くの入射波長の加重平均を仮定する）を適
用する必要性を回避するためには、システムのプロセッサ200は、フォトダイオード193お
よび195のそれぞれに入射する広帯域UVに対して、単一の有効波長を判定する。フォトダ
イオード193および195のアナログ出力は、電子回路190でデジタル化された（かつ、別様
に処理された）後に、プロセッサ200でデジタル処理を受ける。
図13に示す光学サブシステムは、ここで記述するように更に構成してよい。例えば、デ
ュアルチャネル光学サブシステムは、一つまたはそれ以上の中空光ファイバー（図示せず
）を含んでいてよい。中空光ファイバー（複数も可）は、上述したように構成してよい。
一実施形態では、デュアルチャネル光学サブシステムは、光源110からの光を、デュアル
チャネル光学サブシステムのアパーチャ鏡128または別の光学部品に伝達する中空光ファ
イバーを含んでいてよい。中空光ファイバーは、図10および11について記述したように、
光源の位置が、デュアルチャネル光学サブシステムの他の光学部品の移動中、実質的に静
止していてよいよう構成してもよい。システムは、試験体に対して、デュアルチャネル光
学サブシステムのこれらの他の光学部品を移動させて、試験体上の異なる場所で測定を行
なうよう構成してよい。走査中の光源の移動を排除することは、上で更に記述されている
利点を有している。
このデュアルビーム分光光度計を、（単独で、または、他の測定システムと組み合わせ
て）VUV波長で使用するためには、（可能性として、検出器およびそれらの関連した光学
系を除く）光学系を、不活性雰囲気中に包囲し、かつ、２つのディファレンシャルアパー
チャを使用することが有利である。図13に示す光学サブシステムは、パージされた環境20
8中に配設することが好ましい。パージされた環境は、上述したように与えてよい。例え
ば、パージされた環境は、光学サブシステムの少なくとも一部を取り囲むハウジング210
内に生成してよい。また、図13に示す光学サブシステムを含むシステムは、光学サブシス
テムによる測定中に、デュアルチャネル光学サブシステムの周りにパージされた環境を維
持するよう構成されたパージングサブシステム（図13には示していない）を含んでいてよ
い。パージングサブシステムは、上述したように、差動パージングサブシステムであって
よい。ハウジング210は、上述したように構成してもよい。
光学サブシステムの一つまたはそれ以上の構成要素は、ハウジングの外部の、パージさ
れていない環境中に配設してよい。例えば、図13に示すように、凹面鏡150は、ハウジン
グの外部の、パージされていない環境中に設置してよい。また、検出器172および174は、
ハウジングの内部の、パージされた環境中に設置されるように示されているが、検出器は
、別法として、ハウジングの外部の、パージされていない環境中に設置してよい。また、
光学サブシステムに結合された他の構成要素は、ハウジングの外部に、かつ、パージされ
ていない環境中に、設置される。これらの構成要素は、電子回路190およびプロセッサ200
を含んでいる。構成要素（例えば、検出器、電子回路、およびプロセッサ）をパージされ
た環境の外部に配置することは、ハウジング内のパージされた環境の部位を低減し、それ
により、パージされた環境を生成するコストおよび時間を低減する場合がある。
凹面鏡150は、空間考慮のためではなく、サンプルチャネル内のものと同様の光学的条
件を、参照チャネル内に生成するために、パージされた環境の外部に配置してよい。例え
ば、デュアルビーム分光光度計は、それらの長さの大部分において平行に走る２つの光路
（サンプルおよび参照）を有している。しかしながら、参照チャネルは、ウェーハから反
射することができない。参照鏡150の近くに第２のディファレンシャルアパーチャを追加
しない限り、参照ビームは、サンプルビーム（これは、対物レンズ内で、あるいは、その
近くで、ディファレンシャルアパーチャを通過する）と同じ量の吸収を経験することはな
い。例えば、ハウジング210は、ディファレンシャルアパーチャ212（それを通してサンプ
ルビーム146が対物レンズ140によって試験体103に集束される）を含んでいる。ディファ
レンシャルアパーチャは、上述したように構成してよい。ディファレンシャルアパーチャ
の外部では、サンプルビーム146は、パージされていない空間を通過する。したがって、
サンプルビームは、このパージされていない空間中の無用な分子によって、部分的に吸収
される場合がある。この吸収は、サンプル直線フォトダイオードアレイ172によって測定
される光の特徴を、変えることになる。
参照ビーム148が、サンプルビームの吸収を補うため同様に変えられない場合、デュア
ルビーム分光光度計の測定は、不正確な場合がある。したがって、光学サブシステムは、
参照ビームの少なくとも一部が、パージされていない空間を通過するように構成される。
図13に示す一実施形態は、凹面鏡150をハウジング210の外部に位置決めすることを含んで
いる。ハウジング210は、第２のディファレンシャルアパーチャ214（それを通して参照ビ
ーム148が凹面鏡150に向けられる）を含んでいる。ディファレンシャルアパーチャ214は
、上述したように構成してよい。
理想的には、参照アパーチャの、参照鏡表面からの距離は、対物アパーチャの、ウェー
ハ表面からの距離と、実質的に同様である。例えば、凹面鏡は、試験体103がディファレ
ンシャルアパーチャ212から離して置かれる距離とほぼ等しい距離だけ、ディファレンシ
ャルアパーチャ214から離して置かれる。このやり方では、参照ビームは、サンプルビー
ムが通過するパージされていない空間の量とほぼ等しい量のパージされていない空間を、
通過する。そのようなものとして、参照ビーム148およびサンプルビーム146の吸収は、両
方のパージされていない空間中の無用な分子により、ほぼ等しくてよい。このやり方では
、パージングサブシステムは、デュアルチャネル光学サブシステムの両方のチャネル内に
、同じレベルのパージングを維持するよう構成されている。その結果、サンプル直線フォ
トダイオードアレイ172および参照直線フォトダイオードアレイ174によって測定される光
は、実質的に等しい方法で変えて、それにより、デュアルビーム分光光度計の測定の精度
を増大してよい。
光学サブシステムの他の構成要素が、パージされていない環境中に配設される場合は、
吸収に対して、光チャネルのこのような「正規化」を実施してよい。例えば、検出器172
および174が、パージされた環境の外部に設置される場合は、２つの別々のディファレン
シャルアパーチャ（図示せず）をハウジング内に形成して、参照およびサンプルビームが
、空間的に分離したやり方で、異なる検出器に向けられることを可能にしてよい。ハウジ
ングの外部の参照およびサンプルビームの吸収が、ほぼ等しくてよいよう、検出器の感光
素子とそれぞれのディファレンシャルアパーチャとの間の空間は、ほぼ等しくてよい。
また、この技術分野において既知の多くの異なる光学サブシステム（例えば、ビームプ
ロファイル反射率計、および、特に、検査のために設計されたいくつかの光学サブシステ
ム）は、多数のチャネルを有している。任意のこのような光学サブシステム（これは、パ
ージされた環境中に配設されている）の多数のチャネルを、同様のやり方で、吸収に対し
て「正規化」してよい。
デュアルチャネル光学サブシステムを含む試験体の測定のために構成されたシステムは
、ここで記述するように更に構成してよい。例えば、デュアルチャネル光学サブシステム
は、一つまたはそれ以上の追加の光学サブシステムを含むシステムに含まれていてよい。
一つまたはそれ以上の追加のサブシステムは、非VUV光を用いて試験体の追加の測定を行
なうよう構成してよい。一つまたはそれ以上の追加の光学サブシステムは、パージされて
いない環境中に配設してよい。例えば、デュアルチャネル光学サブシステムは、エリプソ
メーターの代わりに、第１の光学サブシステムとして、図1に示すシステムに含まれてい
てよい。このようなシステムは、図1について記述したように、反射率計として構成され
た第２の光学サブシステムを含んでいてよい。別法として、反射率計を、エリプソメータ
ー（例えば、単一波長のエリプソメーターまたは分光エリプソメーター）、スキャタロメ
ーター等の各種の他の光学サブシステムに置き換えてよい。
いくつかの実施形態では、システムは、パージされた環境中に配設された２つまたはそ
れ以上の光学サブシステムを含んでいてよい。例えば、システムは、別の光学サブシステ
ムに加えて、デュアルチャネル光学サブシステム（例えば、図13に示すもの）（両方とも
、パージされた環境中に配設されている）を含んでいてよい。一つのこのような実施形態
は、図14に示されている。デュアルチャネル光学サブシステムの構成要素に対する参照番
号は、図14には含まれていない。しかしながら、図14に示すデュアルチャネル光学サブシ
ステムの構成要素は全て、対応する参照番号と共に、図13にも示されている。したがって
、図14に示すデュアルチャネル光学サブシステムの構成要素の詳細については、図13およ
び対応する記述を参照することができる。
図14に示すように、デュアルチャネル光学サブシステムと共に、パージされた環境208
中に配設された追加の光学サブシステムは、図1に示す第１の光学サブシステムの構成を
有している。特に、この実施形態における追加の光学サブシステムは、エリプソメーター
として構成されている。エリプソメーターは、光源74、偏光子76、分析器78、および検出
器82（これらは全て、上述したように構成してよい）を含んでいる。また、エリプソメー
ターは、オプションとして、一つまたはそれ以上のフィルター84および分光計80（それら
も、両方とも、上述したように構成してよい）を含んでいてよい。一実施形態では、追加
の光学サブシステムは、単一波長のエリプソメーターとして構成してよい。単一波長のエ
リプソメーターは、157 nmの波長で試験体の測定を行なうよう構成してよい。別法の実施
形態では、追加の光学サブシステムは、分光エリプソメーターとして構成してよい。この
ような実施形態では、光源74は、VUV光フラッシュランプであってよい。
他の実施形態では、デュアルチャネル光学サブシステムと同じパージされた環境中に配
設された追加の光学サブシステムは、他の構成を有していてよい。例えば、追加の光学サ
ブシステムは、反射率計、分光反射率計、スキャタロメーター、分光スキャタロメーター
、異なるデュアルチャネル光学サブシステム、または、この技術分野において既知の任意
の他の測定サブシステムとして構成してよい。更なる実施形態では、一つ以上の追加の光
学サブシステムは、デュアルチャネル光学サブシステムと同じパージされた環境中に配設
してよい。例えば、エリプソメーターおよび反射率計として構成された追加の光学サブシ
ステムは、デュアルチャネル光学サブシステムと同じパージされた環境中に配設してよい
。別法として、エリプソメーターおよびスキャタロメーターとして構成された追加の光学
サブシステムは、デュアルチャネル光学サブシステムと同じパージされた環境中に配設し
てよい。
図14に示すように、ハウジング210は、デュアルチャネル光学サブシステムのための２
つのディファレンシャルアパーチャ212および214を有している。試験体に向けられたサン
プルビームは、ディファレンシャルアパーチャ212を通過し、かつ、鏡150に向けられた参
照ビームは、ディファレンシャルアパーチャ214を通過する。上で更に記述されているよ
うに、２つのディファレンシャルアパーチャおよびパージングサブシステム（図14には示
していない）は、デュアルチャネル光学サブシステムの両方のチャネル内に、同じレベル
のパージングが維持されるように構成されている。また、ハウジング210は、追加の光学
サブシステムのためのディファレンシャルアパーチャ18を含んでいる。追加の光学サブシ
ステムから試験体10に向けられ、かつ、試験体10から追加の光学サブシステムに返された
光は、このディファレンシャルアパーチャを通過する。したがって、ハウジングは、３つ
のディファレンシャルアパーチャを含んでいる。また、２つ以上の光学サブシステムが、
ハウジング210内のパージされた環境中に配設される場合、ハウジングは、これらの追加
の光学サブシステムのための追加のディファレンシャルアパーチャを有していてよい。
図15は、VUV光を用いて試験体の測定を行なうよう構成された２つの光学サブシステム
の一実施形態を示している。図15には、２つの光学サブシステムのみが示されているが、
２つ以上の光学サブシステムが、このような実施形態に含まれていてよいことを理解され
たい。図15に示す２つの光学サブシステムは、試験体の測定のために構成されたシステム
に含まれていてよい。このようなシステムは、ここで記述するように更に構成してよい。
２つの光学サブシステムは、パージングサブシステム216に結合されている。パージン
グサブシステム216は、試験体10の測定中に、２つの光学サブシステムの周りにパージさ
れた環境217を維持するよう構成されている。パージングサブシステムは、上述したよう
に更に構成してよい。例えば、パージングサブシステムは、差動パージングサブシステム
であってよい。また、パージングサブシステムは、２つの光学サブシステム内に、ほぼ同
じレベルのパージングを維持するよう構成されている。例えば、２つの光学サブシステム
は、ハウジング218内に配設してよい。ハウジングは、上述したように構成してよい。ま
た、ハウジングは、ディファレンシャルアパーチャ220（これは、２つの光学サブシステ
ムからのVUV光が、ディファレンシャルアパーチャを通して試験体10に向けられることが
できるよう、かつ、試験体から返された光が、ディファレンシャルアパーチャを通過し、
かつ、２つの光学サブシステムによって収集されることができるよう構成されている）を
含んでいる。ディファレンシャルアパーチャ220は、上述したように更に構成してよい。
この実施形態における２つの光学サブシステムのうちの一方は、エリプソメーターとし
て構成されている。エリプソメーターは、光源74、偏光子76、分析器78、および検出器82
（これらは全て、上述したように構成してよい）を含んでいる。また、エリプソメーター
は、オプションとして、一つまたはそれ以上のフィルター84および分光計80（それらも、
両方とも、上述したように構成してよい）を含んでいてよい。一実施形態では、光学サブ
システムは、単一波長のエリプソメーターとして構成してよい。単一波長のエリプソメー
ターは、157 nmの波長で試験体の測定を行なうよう構成してよい。別法の実施形態では、
光学サブシステムは、分光エリプソメーターとして構成してよい。このような実施形態で
は、光源74は、VUV光フラッシュランプであってよい。
この実施形態における２つの光学サブシステムのうちの他方は、反射率計（これは、上
述したように構成してよい）として構成されている。例えば、第２の光学サブシステムは
、光源98を含んでいる。光源98は、単色または近単色光源であってよい。この実施形態で
は、反射率計は、単一波長の反射率計として構成してよい。別の実施形態では、光源は、
多色光源または広帯域光源であってよい。このような実施形態では、反射率計は、分光反
射率計として構成してよい。第２の光学サブシステムは、ビームスプリッター100、レン
ズ102、回折格子104、および検出器アレイ106（これらは全て、上述したように構成して
よい）も含んでいる。
したがって、いくつかの実施形態では、図15に示す２つの光学サブシステムは、エリプ
ソメーター（例えば、単一波長のエリプソメーターまたは広帯域エリプソメーター）およ
び反射率計（例えば、単一波長の反射率計または広帯域分光反射率計）を含んでいてよい
。別の実施形態では、２つの光学サブシステムは、上述したような広帯域分光エリプソメ
ーターおよび広帯域反射分光計（これは、以下で、より詳細に記述されている）を含んで
いてよい。
上で更に記述されているように、エリプソメーターとして構成された光学サブシステム
は、エリプソメーターが、VUV光および非VUV光を用いて試験体の測定を行なうよう構成さ
れている場合は、一つまたはそれ以上のフィルター84を含んでいてよい。一つまたはそれ
以上のフィルターは、エリプソメーターの光路に挿入して、非VUV光を用いた測定中に、
かなりの量のVUV光が試験体に到達するのを防止してよい。このやり方では、試験体は、V
UV光への長時間の曝露による潜在的な損傷から保護されてよい。同様のやり方で、反射率
計として構成された光学サブシステムもまた、反射率計が、VUV光および非VUV光を用いて
試験体の測定を行なうよう構成されている場合は、一つまたはそれ以上のフィルター222
を含んでいてよい。一つまたはそれ以上のフィルター222は、VUV光を用いた測定中には、
反射率計の光路に配置されなくてよいが、非VUV光を用いた測定中には、反射率計の光路
に挿入されてよい。一つまたはそれ以上のフィルター222は、非VUV光を用いた測定中に、
かなりの量のVUV光が試験体に到達するのを防止して、それにより、VUV光への長時間の、
かつ、不必要な曝露による試験体の潜在的な損傷を防止するよう構成してよい。
２つの光学サブシステムは、図15において、同じディファレンシャルアパーチャを通し
て、光を向け、かつ、収集するように示されている。このやり方では、２つの光学サブシ
ステムは、同時に、あるいは、順次に、試験体上のほぼ同じ測定スポットを測定するよう
構成してよい。別法として、２つの光学サブシステムは、異なるディファレンシャルアパ
ーチャ（図示せず）を通して、光を向け、かつ、収集するよう構成してよい。例えば、光
学サブシステムは、ハウジング218内で横方向に互いに離れていてよく、かつ、各光学サ
ブシステムは、異なるディファレンシャルアパーチャに結合していてよい。そのようなも
のとして、２つの光学サブシステムは、試験体上の異なる測定スポットを同時に測定する
よう構成してよい。また、２つの光学サブシステムは、試験体上の同じ測定スポットを順
次に測定してよい。
VUV光を用いて試験体を測定するよう構成された２つの光学サブシステムを含むシステ
ム（例えば、図15に示すもの）は、一つまたはそれ以上の追加の光学サブシステム（図示
せず）も含んでいてよい。追加の光学サブシステム（複数も可）は、非VUV光を用いて試
験体の追加の測定を行なうよう構成してよい。したがって、追加の光学サブシステム（複
数も可）は、パージされていない環境中に配設してよい。いくつかの実施形態では、追加
の光学サブシステム（複数も可）の第１の部分は、パージされた環境中に配設してよく、
かつ、追加の光学サブシステム（複数も可）の第２の部分は、パージされていない環境中
に配設してよい。一つのこのような実施形態は、以下で更に記述されている。また、２つ
の光学サブシステムおよび追加の光学サブシステム（複数も可）は、少なくとも一つの共
通の光学部品を有していてよい。共通の光学部品（複数も可）は、パージされた環境中に
配設された追加の光学サブシステム（複数も可）の第１の部分を含んでいてよい。このよ
うな実施形態の例は、以下で更に記述されている。いくつかの実施形態では、追加の光学
サブシステム（複数も可）は、ビームプロファイルエリプソメーター、ビームプロファイ
ル反射率計、広帯域反射分光計、またはその組合せを含んでいてよい。このような光学サ
ブシステムは、以下で更に記述されている。
図16は、VUV光を用いて試験体の測定を行なうよう構成された２つの光学サブシステム
の別の実施形態を示している。図16に示す光学サブシステムは、Opsal他に対する米国特
許第6,515,746号（これは、ここで、完全に記載されているかのように、参照により組み
込まれている）に、より詳細に記述されている。この特許に呈示されたシステムの必須で
ない詳細のうちのいくつかは、ここで呈示された図16に対応する記述から省略されている
。しかしながら、図16に示すシステムは、この特許に記述されているように更に構成して
よいことを理解されたい。また、図16に示すシステムが、Opsal他に対する米国特許第6,5
15,746号に記述されたシステムを劇的に改善するように変えられていることは、ここで与
えられたいくつかの実施形態の記述を読むことにより、明らかであろう。変更は、例えば
、VUV光学サブシステムを含むようにシステムを変えること、および、VUV光学サブシステ
ムをパージされた環境中に配設することを含んでいる。他の変更は、ここで与えられた図
16の説明を読むことにより、明らかであろう。
図16には、２つのVUV光学サブシステムのみが示されているが、このような実施形態に
は、２つ以上のVUV光学サブシステムが含まれていてよいことを理解されたい。図16に示
す２つのVUV光学サブシステムは、試験体の測定のために構成されたシステムに含まれて
いてよい。このようなシステムは、ここで記述するように更に構成してよい。
２つのVUV光学サブシステムのうちの一方は、広帯域反射分光計として構成されている
。他方のVUV光学サブシステムは、広帯域分光エリプソメーターとして構成されている。
両方のVUV光学サブシステムは、パージされた環境224中に配設されている。パージされた
環境224は、パージングサブシステム226（これは、上述したように構成してよい）によっ
て与えられ、かつ、維持されてよい。例えば、パージングサブシステムは、ハウジング22
8に結合してよく、かつ、一実施形態では、差動パージングサブシステムであってよい。
ハウジングは、上述したように構成してよい。また、パージングサブシステムは、２つの
VUV光学サブシステムの両方に、ほぼ同じレベルのパージングを維持するよう構成されて
いる。
広帯域反射分光計（BRS）230は、多数の波長のVUV光で、試験体10を同時に探測する。B
RS230は、レンズ232を使用し、かつ、広帯域分光計234（これは、先行技術で一般に知ら
れ、かつ、使用されている任意のタイプのものであり得る）を含んでいる。レンズ232は
、弗化カルシウム（CaF2）等の材料から形成された透過型光学部品であってよい。このよ
うなレンズは、サンプル表面に対して広範囲の入射角を生成するための、かつ、直径が約
1ミクロンのスポットサイズを生成するための、高い開口数（0.90NAのオーダー）を有す
る球形の顕微鏡対物レンズであってよい。別法として、レンズ232は、反射型光学部品で
あってよい。このようなレンズは、より低い開口数（0.4NAのオーダー）を有していてよ
く、かつ、光を約10〜15ミクロンのスポットサイズに集束することができてよい。図16に
示す分光計234は、レンズ236、アパーチャ238、分散素子240、および検出器アレイ242を
含んでいる。レンズ236は、CaF2から形成されていてよい。
動作中に、VUV光源246からのプローブビーム244は、レンズ245によって視準され、鏡24
3によって向けられ、かつ、レンズ232によって、ディファレンシャルアパーチャ233を通
して、かつ、試験体10上に、集束される。VUV光源は、上述した光源のうちの任意のもの
を含んでいてよい。レンズ245は、CaF2から形成されていてよい。ディファレンシャルア
パーチャは、上述したように構成してよい。いくつかの実施形態では、BRS230は、非VUV
光を用いて試験体の追加の測定を行なうよう構成してよい。非VUV光は、VUV光源246によ
って与えられてよい。別法として、非VUV光は、光源283または別の光源（図示せず）によ
って与えられてよい。このような実施形態では、BRSは、一つまたはそれ以上のフィルタ
ー231を含んでいてよい。フィルター（複数も可）231は、非VUV光を用いた測定中に、か
なりの量のVUV光が試験体に到達するのを防止するよう構成してよい。したがって、フィ
ルター（複数も可）は、非VUV測定中に、VUV光への無用な曝露から試験体を保護してよい
。VUV光を用いた測定中に、フィルター（複数も可）231は、手動で、機械的に、あるいは
、自動的に、ビーム244の光路の外部に移動させてよい。フィルター（複数も可）231は、
鏡248とレンズ232との間に設置されるように示されているが、フィルター（複数も可）は
、VUV光源246とレンズ232との間のビーム244の光路の各種の場所に位置決めしてよいこと
を理解されたい。
サンプルの表面から反射された光は、ディファレンシャルアパーチャ233およびレンズ2
32を通過し、かつ、鏡248によって、（鏡250を通して）分光計234に向けられる。レンズ2
36は、アパーチャ238（これは、分析すべき試験体表面上の視野内のスポットを定義する
）を通して、プローブビームを集束する。分散素子240（例えば、回折格子、プリズム、
またはホログラフィックプレート）は、波長の関数として、ビームを、検出器アレイ242
に含まれる個々の検出器素子に、角度的に分散する。
異なる検出器素子は、プローブビームに含まれる異なる波長の光の光強度を、好ましく
は、同時に、測定する。別法として、検出器242は、電荷結合素子（「CCD」）カメラ、あ
るいは、適当に分散性の、あるいは、別様に波長選択的な光学系を有する光電子増倍管で
あり得る。モノクロメーターを使用して、単一の検出器素子を用いて異なる波長を連続的
に（一度に一波長ずつ）測定することができることに注目されたい。さらに、分散素子24
0は、波長の関数として一方向に、かつ、試験体表面に対する入射角の関数として直交方
向に、光を分散するよう構成することもでき、したがって、波長および入射角の両方の関
数としての同時測定が、可能である。プロセッサ252は、検出器アレイ242によって測定さ
れた強度情報を処理する。
BRS230の全ての光学部品は、図16において、ハウジング内に、かつ、パージされた環境
224中に、設置されるように示されているが、BRSの一つまたはそれ以上の構成要素は、ハ
ウジングの外部の、パージされていない環境中に設置することができることを理解された
い。例えば、VUV光源246は、ハウジングの外部の、パージされていない環境中に設置して
よい。VUV光源からの光は、ハウジング内に形成されたディファレンシャルアパーチャ（
図示せず）を通して、レンズ245に向けられてよい。このディファレンシャルアパーチャ
は、ここで記述するように構成してもよい。
広帯域分光エリプソメーター（BSE）254は、また、VUV光を用いて試験体の測定を行な
うよう構成されている。BSE254は、偏光子256、集束鏡258、視準鏡260、回転補償子262、
および分析器264を含んでいる。いくつかの実施形態では、BSE254は、非VUV光を用いて試
験体の追加の測定を行なうよう構成してよい。非VUV光は、VUV光源246によって与えられ
てよい。別法として、非VUV光は、光源283または別の光源（図示せず）によって与えられ
てよい。このような実施形態では、BSEは、一つまたはそれ以上のフィルター235を含んで
いてよい。フィルター（複数も可）235は、非VUV光を用いた測定中に、かなりの量のVUV
光が試験体に到達するのを防止するよう構成してよい。したがって、フィルター（複数も
可）は、非VUV測定中に、VUV光への無用な曝露から試験体を保護してよい。VUV光を用い
た測定中に、フィルター（複数も可）235は、手動で、機械的に、あるいは、自動的に、
ビーム244の光路の外部に移動させてよい。フィルター（複数も可）235は、鏡266と偏光
子256との間に設置されるように示されているが、フィルター（複数も可）は、VUV光源24
6と試験体10との間のビーム244の光路の各種の場所に位置決めしてよいことを理解された
い。
動作中、鏡266は、プローブビーム244の少なくとも一部を、偏光子256（これは、プロ
ーブビームに対して既知の偏光状態（好ましくは、直線偏光）を生成する）に向ける。鏡
258は、ディファレンシャルアパーチャ233を通して、試験体表面に斜角で（理想的には、
試験体表面の法線に対して70度のオーダーで）、ビームを集束する。周知の偏光解析の原
理に基づいて、反射ビームは、一般に、試験体の膜268および基板270の組成および厚さに
基づいて、試験体と相互作用した後に、混合した直線および円偏光状態を有することにな
る。
反射ビームは、ディファレンシャルアパーチャ233を通過し、かつ、鏡260（これは、ビ
ームを回転補償子262に向ける）によって視準される。補償子262は、一対の互いに直交す
る偏光した光ビーム成分の間に、相対的な位相遅れd（位相遅延）を導入する。補償子262
は、ビームの伝搬方向に対して実質的に平行な軸の周りを、好ましくは、電動機272によ
って、角速度cで回転させられる。分析器264（好ましくは、別の直線偏光子）は、それに
入射する偏光状態を混合する。分析器264によって伝達された光を測定することによって
、反射されたプローブビームの偏光状態を、判定することができる。
鏡250は、ビームを分光計234（これは、補償子/分析器の組合せを通過する、反射され
たプローブビーム内の異なる波長の光の強度を、同時に測定する）に向ける。プロセッサ
252は、検出器242の出力を受け取り、かつ、波長の関数として、かつ、補償子262の、そ
の回転軸の周りの方位（回転）角の関数として、検出器242によって測定された強度情報
を処理して、Aspnes他に対する米国特許第5,877,859号（これは、ここで、完全に記載さ
れているかのように、参照により組み込まれている）に記述されているように、偏光解析
値yおよびDを解く。
BSE254の全ての光学部品は、図16において、ハウジング内に、かつ、パージされた環境
224中に、設置されるように示されているが、BSEの一つまたはそれ以上の構成要素は、ハ
ウジングの外部の、パージされていない環境中に設置することができることを理解された
い。例えば、VUV光源246は、ハウジングの外部の、パージされていない環境中に設置して
よい。VUV光源からの光は、ハウジングに形成されたディファレンシャルアパーチャ（図
示せず）を通して、レンズ245に向けられてよい。このディファレンシャルアパーチャは
、ここで記述するように構成してもよい。
上述した広帯域反射分光計および広帯域分光エリプソメーターを含むシステムは、非VU
V光を用いて試験体の追加の測定を行なうよう構成された追加の光学サブシステム（複数
も可）も含んでいてよい。例えば、システムは、ビームプロファイルエリプソメーター、
ビームプロファイル反射率計、別の光学サブシステム、またはその組合せとして構成され
た非VUV光学サブシステムを含んでいてよい。一つまたはそれ以上の追加の光学サブシス
テムは、パージされていない環境中に配設してよい。例えば、追加の光学サブシステム（
複数も可）の少なくとも一部は、ハウジング228の外部のパージされていない環境中に配
設される。
ビームプロファイル偏光解析（BPE）は、Fanton他に対する米国特許No. 5,181,080（こ
れは、ここで、完全に記載されているかのように、参照により組み込まれている）に述べ
られている。BPE274は、プローブビーム284を発生するレーザー283を含んでいる。レーザ
ー283は、673 nmにおける直線偏光した3mWビームを放出する、Toshiba Corp.からの固体
レーザーダイオードであってよい。BPE274は、四分の一波長板276、偏光子278、レンズ28
0、および四分割検出器282も含んでいる。動作中、直線偏光したプローブビーム284は、
ディファレンシャルアパーチャ233を通して、レンズ232によって、試験体10に集束される
。サンプル表面から反射された光は、上方に、ディファレンシャルアパーチャ233および
レンズ232を、鏡248、286、および288を、通過し、そして、鏡290によって、BPE274内に
向けられる。
反射されたプローブビーム内の光線の位置は、試験体の表面に対する特定の入射角に対
応する。四分の一波長板276は、ビームの偏光状態のうちの一つの位相を、90度遅延させ
る。直線偏光子278は、ビームの２つの偏光状態を、互いに他と干渉させる。最大信号の
ためには、偏光子278の軸を、四分の一波長板276の速いおよび遅い軸に対して、45度の角
度に配向すべきである。検出器282は、それぞれが、プローブビームの四分の一を遮断し
、かつ、その四分円に当たるプローブビームの部分のパワーに比例して、別々の出力信号
を発生する、４つの放射状に配設された四分円を有する四分割セル検出器である。
各四分円からの出力信号は、プロセッサ252に送られる。ビームの偏光状態の変化をモ
ニターすることによって、偏光解析情報（例えば、yおよびD）を、判定することができる
。この情報を判定するためには、プロセッサ252は、直径に沿って向かい合った四分円の
出力信号の和の間の差（極薄膜に対しては、膜厚と共に直線的に変化する値）を取る。
ビームプロファイル反射率測定（BPR）については、Gold他に対する米国特許No. 4,999
,014（これは、ここで、完全に記載されているかのように、参照により組み込まれている
）に述べられている。BPR292は、サンプルの反射率を測定するための、レーザー283、レ
ンズ294、ビームスプリッター296、および２つの直線検出器アレイ298および300を含んで
いる。動作中、直線偏光したプローブビーム284は、レンズ232によって、ディファレンシ
ャルアパーチャ233を通して試験体10上に集束され、ビーム内の各種の光線が、ある範囲
の入射角でサンプル表面に当たる。試験体表面から反射された光は、上方に、ディファレ
ンシャルアパーチャ233およびレンズ232を、鏡248および286を、通過し、そして、鏡288
によってBPR292内に向けられる。反射されたプローブビーム内の光線の位置は、試験体の
表面に対する特定の入射角に対応する。レンズ294は、ビームを二次元的に空間的に広げ
る。ビームスプリッター296は、ビームのSおよびP成分を分離し、かつ、検出器アレイ298
および300は、互いに他と直交に配向されて、SおよびP偏光についての情報を隔絶する。
より高い入射角の光線ほど、アレイの両端のより近くに当たることになる。ダイオードア
レイ内の各素子からの出力は、異なる入射角に対応することになる。検出器アレイ298お
よび300は、試験体表面に対する入射角の関数として、反射されたプローブビームに亘っ
て強度を測定する。プロセッサ252は、検出器アレイ298および300の出力を受け取って、
かつ、各種のタイプのモデル化アルゴリズムを利用することによって、これらの角度依存
の強度測定に基づいて、薄膜層268の厚さおよび屈折率を導出する。反復プロセスを使用
する最適化ルーチン（例えば、最小二乗適合ルーチン）が、一般に、採用される。
図16に示すシステムは、追加の構成要素（例えば、検出器/カメラ302）も含んでいてよ
い。検出器/カメラ302は、鏡290の上方に位置決めされ、かつ、アライメントおよび焦点
目的のために、試験体10からの反射ビームを見るのに使用することができる。
BPE274、BPR292、BRS230、およびBSE254を校正するためには、システムは、参照サンプ
ル（図示せず）と関連して使用される、波長安定な校正参照エリプソメーター304を含ん
でいてよい。校正目的のために、参照サンプルは、理想的には、シリコン基板上に形成さ
れた厚さdを有する薄い酸化物層からなる。しかしながら、一般に、サンプルは、ベアシ
リコンウェーハ、および、その上に一つまたはそれ以上の薄膜を有するシリコンウェーハ
基板を含む、既知の組成の任意の適当な基板であり得る。層の厚さdは、既知である、あ
るいは、定期的な校正の間に一定である必要はない。
エリプソメーター304は、光源306、偏光子308、レンズ310および312、回転補償子314、
分析器316、および検出器318を含んでいる。補償子314は、ビーム320の伝搬方向に対して
実質的に平行な軸の周りを、好ましくは、電動機322によって、角速度yで回転させられる
。補償子は、試験体と分析器との間（図16に示す）、あるいは、試験体と偏光子308との
間のいずれにも、設置することができることに注目されたい。偏光子308、レンズ310およ
び312、補償子314、および偏光子316は全て、光源306によって発生された特定の波長の光
に対して、それらの構造が最適化されており、それが、エリプソメーターの精度を最大化
することにも注目されたい。
光源306は、既知の安定な波長および安定な強度を有する準単色プローブビーム320を発
生する。光源306が、時間を越えて変化しない（すなわち、1%未満で変化する）非常に安
定な出力の波長を発生する場合、これは、受動的に行なうことができる。受動的に安定な
光源の例としては、ヘリウムネオンレーザー、または他のガス放電レーザーシステムが挙
げられる。別法として、光源が、精確に既知でない、あるいは、時間を越えて安定でない
波長を有する光を発生する光発生器（図示せず）、および光発生器によって発生された光
の波長を精確に測定するモノクロメーター（図示せず）を含んでいる場合は、非受動シス
テムを使用することができる。このような光発生器の例としては、レーザーダイオード、
あるいは、カラーフィルター（例えば、格子）と関連して使用される多色光源等が挙げら
れる。いずれの場合も、ビーム320の波長（これは、既知の定数であるか、あるいは、モ
ノクロメーターによって測定される）がプロセッサ252に与えられ、したがって、エリプ
ソメーター304は、システム内の光学測定デバイスを正確に校正することができる。
校正中のエリプソメーター304の動作は、米国特許No. 6,515,746に更に記述されている
。簡単に言えば、ビーム320は、検出器318に入り、これは、補償子/分析器の組合せを通
過するビームの強度を測定する。プロセッサ252は、検出器318によって測定された強度情
報を処理して、分析器と相互作用した後の光の偏光状態を、かつ、したがって、サンプル
の偏光解析パラメータを、判定する。この情報処理は、補償子の、その回転軸の周りの方
位（回転）角の関数として、ビーム強度を測定することを含んでいる。補償子の角速度は
、通常、既知であり、かつ、定数であるため、補償子の回転角の関数としての強度のこの
測定は、時間の関数としてのビーム320の強度の測定として、有効である。
参照サンプルの組成を知ることによって、かつ、光源306によって発生された光の厳密
な波長を知ることによって、参照サンプルの光学的特性（例えば、膜厚d、屈折率、およ
び消衰係数等）を、エリプソメーター304によって判定することができる。エリプソメー
ター304によって、ひとたび膜の厚さdが判定されると、同じサンプルは、サンプルの各種
の光学的パラメータを測定する他の光学測定デバイスBPE274、BPR292、BRS230、およびBS
E254によって、探測される。プロセッサ252は、次いで、それらが正確な結果を生成する
ように、これらの光学測定デバイスからの結果を分析するのに使用される処理変数を、校
正する。上述した校正技法では、位相および強度に影響する全てのシステム変数は、米国
特許No. 6,515,746に述べられている位相オフセットおよび反射率正規化係数を用いて、
判定され、かつ、補償され、それにより、これらの校正された光学測定デバイスによって
行なわれた光学測定を、絶対的なものにする。
上述した校正技法は、大部分が、薄膜の導出された厚さdを用いた校正に基づいている
。しかしながら、サンプルが、その上に単一の膜を有していても、その上に多数の膜を有
していても、あるいは、さらには、その上に膜を有していなくても（ベアサンプル）、エ
リプソメーター304を用いた校正は、エリプソメーター304によって測定可能または判定可
能な、かつ（あるいは）、別様に既知の、参照サンプルの光学的特性のうちの任意のもの
に、基づくことができる。
図16に示すように、非VUV光学サブシステムの第１の部分は、パージされた環境中に配
設してよく、かつ、非VUV光学サブシステムの第２の部分は、パージされていない環境中
に配設してよい。例えば、BPE274の第１の部分は、ハウジング228の外部に配設され、か
つ、BPE274の第２の部分は、ハウジング内に配設されている。ハウジング228の外部の、
パージされていない環境中に配設されたBPE274の第１の部分は、レーザー283、鏡288、鏡
290、四分の一波長板276、偏光子278、レンズ280、および四分割検出器282を含んでいる
。ハウジング228の内部の、パージされた環境中に配設されたBPE274の第２の部分は、鏡2
43、266、286、および248、およびレンズ232を含んでいる。ハウジング228は、光が、ハ
ウジング228の外部のBPE274の構成要素から、ハウジングの内部の構成要素に、およびそ
の逆に、通過することができるように、ディファレンシャルアパーチャ（図示せず）、あ
るいは、非VUV光にとって透明な材料の比較的小さな切片（図示せず）を含んでいてよい
。
また、BPR292の第１の部分は、ハウジング228の外部に配設され、かつ、BPR292の第２
の部分は、ハウジング内に配設されている。ハウジング228の外部の、パージされていな
い環境中に配設されたBPR292の第１の部分は、レーザー283、鏡288、レンズ294、ビーム
スプリッター296、および直線検出器アレイ298および300を含んでいる。ハウジング228の
内部の、パージされた環境中に配設されたBPR292の第２の部分は、鏡243、266、286、お
よび248、およびレンズ232を含んでいる。ハウジング228は、光が、ハウジング228の外部
のBPR292の構成要素から、ハウジングの内部の構成要素に、およびその逆に、通過するこ
とができるように、ディファレンシャルアパーチャ（図示せず）、あるいは、非VUV光に
とって透明な材料の比較的小さな切片（図示せず）を含んでいてよい。
さらに、エリプソメーター304の第１の部分は、ハウジング228の外部に配設され、かつ
、エリプソメーター304の第２の部分は、ハウジング228内に配設されている。ハウジング
の外部の、パージされていない環境中に配設されたエリプソメーター304の第１の部分は
、光源306および偏光子308を含んでいる。ハウジングの内部の、パージされた環境中に配
設されたエリプソメーター304の第２の部分は、レンズ310および312、回転補償子314、分
析器316、および検出器318を含んでいる。ハウジング228は、光が、ハウジング228の外部
のエリプソメーター304の構成要素から、ハウジングの内部の構成要素に通過することが
できるように、ディファレンシャルアパーチャ（図示せず）、あるいは、非VUV光にとっ
て透明な材料の比較的小さな切片（図示せず）を含んでいてよい。
いくつかの実施形態では、VUV光学サブシステムおよび非VUV光学サブシステムは、少な
くとも一つの共通の光学部品を有していてよい。共通の光学部品（複数も可）は、一般に
、パージされた環境中に配設された非VUV光学サブシステムに含まれる光学部品（複数も
可）を含むことになる。例えば、レンズ232は、BPE274、BPR292、BRS230、およびBSE254
に共通である。また、レンズ232は、ハウジング228内の、パージされた環境224中に配設
されている。同様のやり方で、鏡243、266、286、および248は、BPE274、BPR292、BRS230
、およびBSE254に共通であり、かつ、ハウジング228内の、パージされた環境224中に配設
されている。図16に示すエリプソメーター304は、他の光学サブシステムに共通のいかな
る光学部品も有していない。エリプソメーターは、他の光学サブシステムを校正するのに
使用されるため、他の光学サブシステムからのこのような分離は、適当である場合がある
。
別の好適な実施形態では、VUV波長で動作する測定技術の使用は、測定に先立って、試
験体の表面から分子汚染を除去するための脱着装置と、組み合わされる。環境からの分子
は、試験体の表面に付着し得る。一般に、これらの分子は、より長い波長とより、VUV内
の短波長放射と、より強力に相互作用し、かつ、誤解を招く、または、不正確な、測定結
果を生じ得る。好適な実施形態では、Janik他によって2002年1月23日に出願された「膜分
析ツールのためのレーザーベースの清浄化デバイス」と題する米国特許出願出願番号10/0
56,271（これは、ここで、完全に記載されているかのように、参照により組み込まれてい
る）に記述されているように、これらの分子は、レーザービームによって、測定の直前に
除去される。別法の実施形態では、試験体は、測定システムにロードされるのに先立って
、加熱板または放射熱によって清浄化される。加熱板のいくつかの例が、Howell他に対す
る米国特許第6,261,853号、Kwonに対する第6,519,045号、およびHowell他に対する第6,62
4,393号（これらは全て、ここで、完全に記載されているかのように、参照により組み込
まれている）に、示されている。
ここで記述する、試験体の測定のために構成されたシステムの実施形態は全て、清浄化
サブシステムを含んでいてよい。清浄化サブシステムは、測定に先立って、試験体から汚
染物質を除去するよう構成してよい。システムは、VUV光を用いて試験体の測定を行なう
よう構成された光学サブシステムも含んでいる。光学サブシステムは、パージされた環境
中に配設されている。対照的に、清浄化サブシステムは、パージされていない環境中に配
設されている。
図17は、清浄化サブシステムを含む、試験体の測定のために構成されたシステムの一実
施形態を示している。システムのこの実施形態は、この実施形態では図1の第１の光学サ
ブシステム（これは、上で更に詳細に記述されている）として構成されている、光学サブ
システムを含むように示されている。しかしながら、光学サブシステムは、ここで記述す
る、あるいは、この技術分野において既知の、任意の光学サブシステムを含んでいてよい
。例えば、光学サブシステムは、エリプソメーター、反射率計、スキャタロメーター、デ
ュアルビーム分光光度計、またはその組合せとして構成してよい。光学サブシステムは、
パージされた環境14（これは、パージングサブシステム（図17には示していない）によっ
てハウジング16内に生成され、かつ、維持される）中に配設されている。パージングサブ
システムは、上述したように構成してよい。例えば、パージングサブシステムは、光学サ
ブシステムに対してパージされた環境を与えるよう構成された差動パージングサブシステ
ムであってよい。
いくつかの実施形態では、光学サブシステムは、VUV光並びに非VUV光を用いて試験体10
の測定を行なうよう構成してもよい。例えば、光学サブシステムは、VUV光および非VUV光
の両方を与えるよう構成された一つの光源を含んでいてよい。別法として、光学サブシス
テムは、二つの光源（VUV光を与えるよう構成された一つの光源、および、非VUV光を与え
るよう構成された別の光源）を含んでいてよい。このような光源および構成は、上で更に
記述されている。光学サブシステムが、VUV光および非VUV光を用いて測定を行なうよう構
成されている実施形態では、光学サブシステムは、一つまたはそれ以上のフィルター84を
含んでいてよい。フィルター（複数も可）は、非VUV光を用いた測定中に、かなりの量のV
UV光が試験体に到達するのを防止するよう構成してよい。フィルター（複数も可）は、上
述したように更に構成してよい。
システムは、非VUV光を用いて試験体10の追加の測定を行なうよう構成された追加の光
学サブシステムも含んでいてよく、あるいは、含んでいなくてよい。例えば、図17に示す
ように、システムは、一般に、反射率計として構成された図1の第２の光学サブシステム
として構成された光学サブシステムを含んでいてよい。しかしながら、図17に示すシステ
ムは、非VUV光を用いて試験体を測定するよう構成された、反射率計以外の光学サブシス
テム（例えば、エリプソメーター、スキャタロメーター、デュアルビーム分光光度計、そ
の組合せ、および（または）この技術分野において既知の任意の他の非VUV光学サブシス
テム）を含んでいてよい。図17に示すように、追加の光学サブシステムは、ハウジング16
の外部のパージされていない環境中に配設してよい。
別法の実施形態では、システムは、VUV光を用いて試験体の追加の測定を行なうよう構
成された追加の光学サブシステム（図17には示していない）を含んでいてよい。このよう
な追加の光学サブシステムは、パージされた環境14中に配設してよい。同じパージされた
環境中に配設された一つ以上の光学サブシステムを含む実施形態は、図15および16に示さ
れており、かつ、図17に示すシステムは、このような光学サブシステムを含んでいてよい
。また、一つのパージされた環境中に配設された光学サブシステムの数は、２つに限定さ
れないことに注目されたい。事実上、３つ、４つ、５つ、または任意の他の数の光学サブ
システムを、同じパージされた環境中に配設してよいと考えられる。光学サブシステムは
、ここで記述するように更に構成してよい。
図17に示すシステムは、パージされていない環境326中に配設された清浄化サブシステ
ム324も含んでいる。例えば、清浄化サブシステム324は、ハウジング16の外部に、かつ、
ハウジング16内に生成され、かつ、維持されたパージされた環境14の外部に、配設されて
いる。図17に示すように、清浄化サブシステムおよび光学サブシステムは、同じステージ
（すなわち、ステージ12）に結合されている。このやり方では、光学サブシステム（複数
も可）は、清浄化サブシステムが、試験体から汚染物質を除去している間に、試験体上の
測定を行なってよい。別法として、清浄化サブシステムは、異なるステージ（図示せず）
に結合してよい。２つのステージは、共通の試験体ハンドラーによって結合されてよい。
多くの試験体ハンドラー（例えば、ウェーハハンドラー）が、この技術分野において既知
であり、かつ、任意の試験体ハンドラーを、共通の試験体ハンドラーとして使用してよい
。このような実施形態では、光学サブシステム（複数も可）は、清浄化サブシステムが、
異なる試験体から汚染物質を除去している間に、一つの試験体上で測定を行なってよい。
いくつかのこのような実施形態では、清浄化サブシステムは、光学サブシステム（複数も
可）とは異なるモジュール内に含まれていてよい。
図17に示す実施形態では、清浄化サブシステムは、レーザーベースの清浄化サブシステ
ムを含んでいる。このような清浄化サブシステムは、試験体10上の局所化された部位328
から汚染物質を除去するよう構成されている。清浄化サブシステムは、光学サブシステム
（複数も可）による測定に先立って、試験体の一部から汚染物質を除去するよう構成され
ていることが好ましい。詳しくは、清浄化サブシステムは、VUV光学サブシステム（複数
も可）による測定に先立って、試験体の一部から汚染物質を除去するよう構成されている
。このような清浄化サブシステムは、ここで記述するシステムの全てに組み込まれてよい
。
適当なレーザーベースの清浄化サブシステムの一例が、Janik他によって2002年1月23日
に出願された「膜分析ツールのためのレーザーベースの清浄化デバイス」と題する米国特
許出願出願番号10/056,271（これは、ここで、完全に記載されているかのように、参照に
より組み込まれている）に示されている。この特許出願に記述されているように、清浄化
サブシステム324は、エネルギービーム源330を含んでいる。清浄化作業中に、試験体10の
上面に形成された汚染物質層（図示せず）のごく一部が、除去される。試験体上の層（図
示せず）の露出した部分（すなわち、分析部位）は、次いで、測定作業中に分析される。
ステージ12の位置は、エネルギービーム源330および光学サブシステム（複数も可）に対
して移動させて、試験体10上の多数の場所における清浄化および分析を可能にすることが
できる。
清浄化作業を行なうためには、エネルギービーム源330は、エネルギービーム332を、汚
染物質層上のスポット328に向ける。エネルギービーム332は、汚染物質層を直接的に加熱
することによって、あるいは、試験体上の層または試験体の、その下にある部分を加熱す
ることによって、汚染物質層の一部を除去するよう構成されている。このやり方で加熱さ
れた汚染物質層の部分は、最終的に蒸発され、それにより、試験体上の層または試験体の
、その下にある部分を露出する。この除去プロセスは、エネルギービーム332からの光子
による、汚染物質層と試験体との間の結合の直接的な刺激を含む、加熱以外の他の機構に
よって、補助されることができる。
エネルギービーム源330からの加熱は、局所化された部位に限定されるため、清浄化作
業は、非常に高速に行なうことができ、これは、分析処理量に対するいかなる影響も最小
化する。試験体10のごく一部のみが加熱されるため、その下にある層および（または）基
板に対する損傷の可能性は、ごくわずかである。清浄化作業を、試験体10の非機能領域（
例えば、試験体10から作成されるべき最終デバイスの機能部分（複数も可）の一部になら
ない、スクライブライン等の領域）で行なうことによって、損傷のリスクは、更に低減す
ることができる。
除去されるべき汚染物質層の量は、光学サブシステム（複数も可）の測定条件に依存す
る。現代の薄膜分析ツールは、一般に、少なくとも20 mm × 20 mmの分析部位を必要とす
る。したがって、このようなシステムに対しては、汚染物質層の少なくとも20 mm × 20
mmの部分を、除去する必要があるであろう。しかしながら、分析部位全体が、均一に清浄
化されることを保証するためには、汚染物質層の、より大きな部分を除去することができ
よう。
一実施形態によれば、エネルギービーム源330は、パルスレーザーを含むことができよ
う。例えば、汚染物質層は、水および有機材料の5オングストローム厚の層（これは、生
産中に、現代の薄膜層上にしばしば形成される汚染層と同様である）を含むことができよ
う。1〜1000ナノ秒のパルス持続時間を有する5〜100マイクロジュールレーザーからの多
数のパルス、または、さらには、単一のパルスは、次いで、汚染物質層の所望の部分を、
概ね300℃〜1000℃（これは、汚染物質層のその部分を蒸発させるのに十分な温度範囲で
ある）に加熱することができよう。別の実施形態によれば、エネルギービーム源330は、
比較的高いピークパワーを実現するQスイッチレーザー（例えば、それぞれ、532 nmまた
は355 nmの波長で動作する、周波数を２倍または３倍にしたYAG（イットリウムアルミニ
ウムガーネット）レーザー）を含むことができよう。別の実施形態によれば、パルスダイ
オードまたはアレキサンドライト・レーザーを含む、異なる波長で動作する他のタイプの
パルスレーザーが、使用される場合がある。別の実施形態によれば、連続発振レーザー（
例えば、アルゴンイオンレーザー）を（例えば、音響光学または電気光学変調器で）外部
的に変調して、パルスを発生することができよう。別の実施形態によれば、エネルギービ
ーム源330は、遠隔の場所から、所望のサイズおよびエネルギーのビームをスポット328に
運ぶよう構成された集束光学系（図示せず）（例えば、光ファイバーおよびレンズシステ
ム）を含むことができよう（すなわち、光ファイバーは、遠隔のビーム発生器から、エネ
ルギービーム332をスポット328に伝達することができよう）。別の実施形態によれば、エ
ネルギービーム源330は、高強度光を、汚染物質層上の所望の部位に向けるための集束光
学系（図示せず）に結合されたフラッシュランプを含むことができよう。
ひとたび清浄化作業が完了すると、測定作業を行なうことができる。試験体10は、異な
るツールまたはプロセスチャンバーに移動させる必要がないため、清浄化作業の直後に測
定作業を行なうことができ、したがって、試験体の露出した部分（分析部位）の再汚染の
可能性が、最小化される。このやり方では、局所的な清浄化作業を、測定作業と能率的に
組み合わせて、正確かつ繰り返し可能な分析を保証することができる。
図17に示すシステムでは、エネルギービーム源330および光学サブシステム（複数も可
）は、試験体10上の同じ場所に、同時に集束されない。その結果、光学サブシステム（複
数も可）を用いて行なわれる分析作業は、実際には、３つのステップ、清浄化作業、位置
決め作業、および測定作業を含んでいる。清浄化作業中に、汚染物質層のごく一部が、エ
ネルギービーム源330からのエネルギービームによって除去される。次いで、位置決め作
業中に、試験体10は、光学サブシステムのうちの一つまたはそれ以上の光が、清浄化作業
中に露出された試験体の部分と整列するように位置決めされる。試験体の露出した部分は
、次いで、測定作業中に、光学サブシステム（複数も可）によって分析することができる
。
別法の実施形態では、エネルギービーム332および光学サブシステムのうちの一つから
のサンプルビームは、試験体10の実質的に同じ場所に、同時に向けられてよい。例えば、
エネルギービーム332およびパージされていない環境中に配設された光学サブシステムか
らの光は、試験体10上の実質的に同じ場所に同時に向けられてよい。したがって、試験体
10の位置を、清浄化作業と、この光学サブシステムによる測定作業との間に、調整する必
要はない。したがって、測定作業を、清浄化作業の直後に行なって、新しい汚染物質層が
分析部位の上に再形成されないことを保証することができる。図17に示す清浄化サブシス
テムは、上に参照した特許出願に記述されているように更に構成してよいことを理解され
たい。
図18に示す異なる実施形態では、清浄化サブシステムは、熱ベースの清浄化サブシステ
ムを含んでいる。このような清浄化サブシステムは、試験体10の実質的に表面全体334か
ら汚染物質を除去するよう構成されている。清浄化サブシステムは、光学サブシステム（
複数も可）による測定に先立って、試験体の一部から汚染物質を除去するよう構成されて
いることが好ましい。詳しくは、清浄化サブシステムは、VUV光学サブシステム（複数も
可）による測定に先立って、試験体の一部から汚染物質を除去するよう構成されている。
このような清浄化サブシステムは、ここで記述するシステムの全てに組み込まれてよい。
図18に示す清浄化サブシステムは、Howell他に対する米国特許第 6,261,853号、Kwonに
対する第6,519,045号、およびHowell他に対する第6,624,393号（これらは、ここで、完全
に記載されているかのように、参照により組み込まれている）に記述された、薄膜分析の
ための試験体10を作製するのに使用される、従来のウェーハ清浄化システム336である。
清浄化サブシステムは、バルク加熱作業を行なって、試験体から汚染物質を除去する。試
験体10は、シリコン基板（図示せず）上に形成された薄膜層（図示せず）、および、薄膜
層の表面上に形成された汚染物質層（図示せず）を含んでいてよい。清浄化サブシステム
336は、発熱体340を含むステージ338を組み込んでいる。発熱体340によって発生された熱
は、ステージ338を通して試験体10内に伝導され、それにより、汚染物質層を蒸発させる
のに必要とされる加熱を与える。ステージ338に結合された熱交換器342は、発熱体340か
ら余分な熱を捕獲し、それにより、清浄化サブシステム自体および周囲の環境の望ましく
ない加熱を最小化する。
ステージ338およびステージ12は、共通の試験体ハンドラー（図示せず）によって結合
してよい。多くの試験体ハンドラー（例えば、ウェーハハンドラー）が、この技術分野に
おいて既知であり、かつ、任意の試験体ハンドラーを、共通の試験体ハンドラーとして使
用してよい。清浄化サブシステム336による清浄化の後、試験体は、共通の試験体ハンド
ラーによってステージ12に移動させてよい。このような実施形態では、光学サブシステム
（複数も可）は、清浄化サブシステムが、異なる試験体から汚染物質を除去している間に
、一つの試験体上で測定を行なってよい。いくつかのこのような実施形態では、清浄化サ
ブシステムは、光学サブシステム（複数も可）とは異なるシステムのモジュール内に含ま
れていてよい。
別法の実施形態では、清浄化サブシステムは、ウェーハ全体をオーブン（図示せず）内
で約300℃の温度に加熱して、試験体上の任意の汚染物質を蒸発させるよう構成してよい
。薄膜分析のためのウェーハを作製するのに使用される、従来のオーブンベースのウェー
ハ清浄化サブシステムの一例が、Kamienieckiに対する米国特許第6,325,078号（これは、
ここで、完全に記載されているかのように、参照により組み込まれている）に記述されて
いる。このような清浄化サブシステムは、加熱ランプからの熱放射が、試験体を加熱して
、試験体上の汚染物質を蒸発させる、多数の加熱ランプ（図示せず）を含んでいてよい。
図17および18に示すシステムは、一つ以上の清浄化サブシステムを含んでいてよい。例
えば、システムは、レーザーベースの清浄化サブシステム、および、熱ベースの、あるい
は、オーブンベースの清浄化サブシステムを含んでいてよい。両方の清浄化サブシステム
を使用して、試験体を清浄化してよい。図17および18に示すシステムは、ここで記述する
ように更に構成してよい。
現在の分光膜測定システムは、一般に、それぞれが、実質的に連続したバックグラウン
ドの上に乗っている少数のピーク（例えば、３つまたはそれ以下のピーク）を有する、実
質的に連続したスペクトルを有している光源を、使用する。スペクトルは、画素のアレイ
からなるアレイ検出器によって検出され、かつ、スペクトルは、アレイに沿って広げられ
る。膜測定におけるデータを処理するためには、画素番号と波長との間の関係を知ってい
ることが必要である。波長校正は、時折、適度な数の広く分離したピーク（例えば、５つ
またはそれ以下の分離したピーク）のスペクトルを有する別の光源で、行なわれる。これ
らのピークが存在している画素番号を使用して、波長に対する画素番号の関数を適合する
。この関数を使用して、データを処理する。測定ランプスペクトルのピークのうちの一つ
またはそれ以上を使用して、校正プロセス間の合間に、波長校正を更新することができる
。
しかしながら、上述した測定システムおよび方法には、いくつかの欠点がある。例えば
、測定スペクトルは、校正プロセス間の合間に、検出器上でドリフトする可能性があり、
また、測定中に移動する可能性さえある。波長と検出器の位置との間の関係が、仮定され
ているものではないため、これらのドリフトおよび移動は、測定に誤差を生ずる。バック
グラウンドのサイズおよび形状は、エリプソメーターに対して、測定プロセス中に変化し
、また、全ての分光装置に対して、異なるサンプル間で変化するため、測定源のピークは
、測定中に、あるいは、測定サンプル間で、追跡することが困難である。不完全なピーク
追跡は、測定誤差を生ずる。また、ごく少数のピークを使用して、スペクトルを追跡する
場合、スペクトルのスケールの変化（例えば、伸長または収縮）を、完全に把握すること
ができない。
したがって、分光エリプソメーター、旋光計、反射率計、または、試験体の測定のため
に構成された、この技術分野において既知の任意の他の分光測定システムの精度および繰
返し精度を改善するための、システムおよび方法が、開発されている。システムは、試験
体の測定を行なうよう構成された光学サブシステムを含んでいる。いくつかの実施形態で
は、測定は、膜特性の測定を含んでいてよい。光学サブシステムは、分光エリプソメータ
ー、旋光計、反射率計、または、上述した、あるいは、この技術分野において既知の任意
の他の分光測定システムとして構成してよい。エリプソメーターおよび反射率計の例は、
上述されている。また、旋光計の例が、Compain他に対する米国特許第6,177,995号、Aspn
es他に対する第6,181,421号、Lee他に対する第6,184,984号、Erdogan他に対する第6,211,
957号、Green他に対する第6,535,286号、Westbrookに対する第6,591,024号、およびLee他
に対する第6,611,330号（これらは全て、ここで、完全に記載されているかのように、参
照により組み込まれている）に示されている。光学サブシステムは、ここで記述するよう
に更に構成してよい。例えば、光学サブシステムは、パージングサブシステムによって生
成されたパージされた環境中に配設してよい。別の例では、光学サブシステムは、非VUV
光学サブシステムおよび（または）清浄化サブシステム（これは、上述したように構成し
てよい）を有するシステムに含まれていてよい。
一実施形態では、光学サブシステムは、測定に使用される光源を含んでいる。光源は、
連続したバックグラウンドを、ごくわずかしか持たない、あるいは、実質的に持たない、
比較的多数の分離したスペクトルピークを有する光を発生することが好ましい。特に、ス
ペクトルの深VUV、極紫外（EUV）、および軟X線領域において、比較的多数の分離したス
ペクトルピークを有する光を発生するのに使用することができる多数の光源がある。した
がって、光学サブシステムは、VUV光、EUV光、または軟X線を発生するよう構成された光
源を含んでいてよい。VUV光は、上に定義されている。EUV光は、一般に、約100 nm〜約10
nmの波長を有する光として定義される。軟X線は、一般に、約10 nm〜約0.5 nmの波長を
有する光として定義される。また、いくつかの実施形態では、光学サブシステムは、約20
0 nm未満の波長を有する光を発生するよう構成された光源を含んでいてよい。
一例では、陰極に各種の金属または合金が使用されているペニングまたは中空陰極放電
を、光学サブシステムに含めることができる。マグネシウム（Mg）陰極およびネオン（Ne
）バッファガスを用いたペニング放電のスペクトルが、図9に示されている。図9（これは
、James A. Sampsonによる書籍「真空紫外分光学I」の77頁から引用したものである）に
示すように、ペニング放電のスペクトルは、16個の分離したスペクトルピークを含んでい
る。しかしながら、光源は、異なる数の分離したスペクトルピークを与えてよい。光源は
、約５つまたはそれ以上の分離したスペクトルピークを与えることが好ましく、また、約
10個またはそれ以上の分離したスペクトルピークを与えることが、より好ましい。別の例
では、約160 nm〜90 nmのスペクトルでは、H2のスペクトルは、比較的多数の狭いピーク
を含んでいる。希ガスの混合物中の放電を、光源として使用することもできる。高強度パ
ルスレーザーの高調波発生および他の非線形プロセスを使用して、多数の鋭いスペクトル
ピークを生成することもできる。
軟X線を発生するのに使用することができる光源の例としては、1.064 mmネオジムYAG（
軟X線放射を出力するキセノンガスプラズマを発生するレーザー）等が挙げられる。別法
として、別の軟X線源（例えば、シンクロトロン、放電励起X線レーザー、電子ビーム駆動
放射源デバイス、または、フェムト秒レーザーパルスに基づく高次高調波発生に基づく放
射源）を、光学サブシステム内の光源として使用してよい。軟X線を発生するのに使用す
ることができる光源の他の例が、Murakami他に対する米国特許第6,522,717号（これは、
ここで、完全に記載されているかのように、参照により組み込まれている）に記述されて
いる。上述した光源のうちの任意のものが、ここで記述する光学サブシステムのうちの任
意のものに含まれていてよい。光学サブシステムの構成は、選択された光源に応じて変え
てよい。しかしながら、このような設計変更は、この技術分野において通常の知識を有す
る人の十分に知識内にあり、したがって、ここでは更に記述しない。
光学サブシステムは、試験体から返された光を検出するよう構成された一つまたはそれ
以上の検出器も含んでいる。いくつかの実施形態では、検出器（複数も可）は、好ましく
は、アレイ検出器であってよい。裸のCCD、フォトダイオードアレイ、マイクロチャネル
プレート（MCP）、およびCCDにファイバーで結合された蛍光体プレートを含むが、それら
に限定されない、光学サブシステム内で使用することができるいくつかのタイプのアレイ
検出器がある。検出器（複数も可）によって発生された信号は、プロセッサ、および、オ
プションとして、検出器をプロセッサに結合してよい一つまたはそれ以上の電子部品によ
って処理されてよい。プロセッサは、上述したように更に構成してよい。また、プロセッ
サは、上述したように光学サブシステムに結合してよい。
測定データが処理される場合、データは、信号をピークにビンニングすることによって
、処理されてよい。例えば、ソフトウェアアルゴリズムを使用して、データを個々のピー
クに分割することができる。一つ以上の画素に亘るピークは、及んでいる画素に対してそ
れらの信号が加算される。各ピークからの信号は、単一の波長（例えば、ピーク中心の既
知の波長）から来るとみなされる。このようにして、信号は、現在の方法およびシステム
のように画素を用いる代わりに、データの基本単位として、ピークを用いて、処理される
。
上述したプロセッサは、これらの機能を行なってよい。例えば、プロセッサは、データ
を、波長スペクトルに亘って互いに離れた個々のピークに分割することによって、光学サ
ブシステムによって生成されたデータを処理するよう構成してよい。個々のピークは、光
源によって発生された光の分離したスペクトルピークに対応する。また、プロセッサは、
ピークが、光学サブシステムの検出器上の一つ以上の画素に亘る場合、光学サブシステム
によって検出された光のピークに対する信号を加算することによって、光学サブシステム
によって生成されたデータを処理するよう構成してよい。更なる例では、プロセッサは、
光学サブシステムによって検出された光のピークからの信号を、単一の波長を有するとみ
なすことによって、光学サブシステムによって生成されたデータを処理するよう構成して
よい。単一の波長は、ピークの中心の既知の波長を含んでいてよい。プロセッサは、上述
したように更に構成してよい。
他の実施形態では、プログラム命令（これは、コンピュータシステム上で実行可能であ
るキャリア媒体に含まれていてよい）は、上述した機能を行なうよう構成してよい。例え
ば、一実施形態では、プログラム命令は、コンピュータシステム上で実行して、データを
、波長スペクトルに亘って互いに離れた個々のピークに分割することによって、光学サブ
システムの検出器によって生成されたデータを分析することができる。個々のピークは、
光学サブシステムの光源によって発生された光の分離したスペクトルピークに対応する。
別の実施形態では、プログラム命令は、コンピュータシステム上で実行して、個々のピー
ク（複数も可）が、検出器上の一つ以上の画素に亘る場合、個々のピークのうちの一つま
たはそれ以上に対する信号を加算することによって、データを分析することができる。更
なる実施形態では、プログラム命令は、コンピュータシステム上で実行して、個々のピー
クのうちの一つまたはそれ以上からの信号を、単一の波長を有するとみなすことによって
、データを分析することができる場合がある。単一の波長は、個々のピーク（複数も可）
の中心の既知の波長を含んでいる。プログラム命令およびキャリア媒体は、上述したよう
に更に構成してよい。また、別々の異なるプログラム命令を実行して、上述した機能を行
ってよい。別々のプログラム命令は、プログラム命令の一つのセットに含まれていてよく
、あるいは、含まれていなくてよい。
一つの特定の例では、実質的に薄い膜を測定したい場合がある。Mg陰極を有するペニン
グ放電光源を含むEUV反射率計を使用して、約12 nm〜約28 nmのスペクトル範囲について
、反射率データを収集する。光学サブシステムによって発生された信号は、スペクトルピ
ークにビンニングされ、かつ、各ピークは、その既知の中心波長に割り当てられる。デー
タは、上述したように更に処理してよい。
上述したシステムおよびキャリア媒体の実施形態は、現在使用されているシステムおよ
び方法に対して、いくつかの利点を有している。例えば、検出器の波長校正は、常に自動
的に維持され、かつ、検出器の各露出時に更新される。また、スペクトルシフト、ドリフ
ト、伸長、および収縮は、現在の方法およびシステムより、より完全に把握される。さら
に、上述した方法およびシステムは、実質的に短い波長（例えば、約200 nm未満）におけ
る膜測定能力を改善するであろう。特に、上述したようなデータの分割は、検出器の波長
校正を維持し、検出器におけるスペクトルシフト、ドリフト、伸長、収縮、またはその組
合せを補正し、かつ（あるいは）、波長の関数として行なわれる光学サブシステムの測定
の精度を増大する。
本発明の各種の態様の更なる修正および別法の実施形態は、この記述を見れば、この技
術に長けた人には明らかであろう。例えば、試験体の測定または分析のためのシステムお
よび方法が、与えられている。したがって、この記述は、例示のみと解釈されるべきであ
り、かつ、この技術に長けた人に、本発明を実施する一般的なやり方を教示することを目
的としている。ここで図示し、かつ、記述した本発明の形態は、現在好適とされる実施形
態と解釈されるべきであることを理解されたい。全て、本発明のこの記述の利益を得た後
に、この技術に長けた人には明らかであるように、ここで図示し、かつ、記述したものの
代わりに、別の要素および材料を使用してよく、部分およびプロセスは、逆にしてよく、
かつ、本発明のある種の特徴は、独立的に利用されてよい。以下の請求項に記述されてい
るように、発明の趣旨および範囲を逸脱することなしに、ここで記述した要素に変更を行
なってよい。

Claims (1)

  1. 試験体の測定のために構成されたシステムであって、
    測定の前に前記試験体から汚染物質を除去するように構成される清浄化サブシステムと、
    真空紫外光を用いて前記試験体の測定を実行するように構成される光学サブシステムであって、第１のパージされた環境内に配設される光学サブシステムと、
    を備え、
    前記試験体は、前記測定中に、第１のパージされた環境とは異なる第２のパージされた環境内に配設され、前記第２のパージされた環境は、前記第１のパージされた環境よりも、より高いレベルで無用の分子を有する、
    システム。
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