JP2018508995A - フォーカスエラー感応性が減少した光学的計測 - Google Patents

Abstract

本明細書において、フォーカスエラーに対する感応性を減少して広帯域分光計測を実行する方法およびシステムが提示される。ウェハ表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、測定スポットを検出器上にイメージングすることによって、フォーカス位置エラーに対する大きく減少した感応性が達成される。フォーカスエラー感応性の減少は、フォーカス正確度および再現性の低減された要求、より迅速なフォーカス時間および、測定正確度に関して妥協せずに、波長エラーに対する感応性の減少を可能にする。別の態様において、入射面に対して垂直な方向にウェハ面上に射影された照明フィールドの寸法は、結果として得られる測定正確度と速度を測定対象のターゲットの性質に基づいて最適化するために調整される。

Description

説明される実施形態は、計測システムおよび方法に関し、より具体的には、半導体構造の改良された測定のための方法およびシステムに関する。

関連出願の相互参照
本特許出願は、２０１５年２月２２日に出願された、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ Ｌａｒｇｅ ＮＡ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｓｙｓｔｅｍ」と題された、米国仮特許出願第６２／１１９，２４３号の優先権を米国特許法第１１９条の下で主張し、該出願の主題を全体の参照により本明細書に援用する。

論理およびメモリデバイス等の半導体デバイスは典型的に、試料に適用される一連の処理ステップによって製造される。半導体デバイスの様々な特徴と多数の構造レベルは、これらの処理ステップによって形成される。例えば、とりわけ、リソグラフィーは、半導体ウェハ上へのパターンの生成を包含する１つの半導体製造プロセスである。半導体製造プロセスの付加的な例は、限定はしないが、化学機械研磨、エッチング、成膜およびイオン注入を含む。単一の半導体ウェハ上に多数の半導体デバイスを製造して、次に個々の半導体デバイスに分離してもよい。

より高い歩留まりを促進するため、ウェハ上の欠陥を検出するために、半導体製造プロセス中の種々のステップで計測プロセスが用いられる。光学的計測技法は、サンプル破壊の危険なく高スループットの可能性をもたらす。光波散乱計測および反射光測定の実装および関連する分析アルゴリズムが、ナノスケール構造のクリティカルディメンション、膜厚、組成、オーバーレイおよびその他のパラメータをキャラクタライゼーションするために一般に用いられる。

半導体デバイスの、進行中のフィーチャーサイズの減少と複雑さの増加は、光学的計測システムに困難な要求を課す。光学的計測システムは、コスト効率を保つために、高スループットで益々微小な計測ターゲットのための、高精度かつ正確度の要件を満たさなければならない。この状況で、フォーカシングエラーは光学的計測システムの設計において重要な、性能を制限する問題として浮上してきた。より具体的には、特に高スループットオペレーション（すなわち、短いＭＡＭ時間）中に十分な正確度でフォーカスを維持することが、フォーカシングエラーに非常に感応性が高い光学的計測システムにおいて重要な問題となってきた。

図１は、フォーカシングエラーに対して高い感応性を有する、例示的な従来技術の計測システム１０を描写する。計測システム１０は、ウェハ１５に入射する照明光ビーム１４を生成する照明源２５を含む。照明光ビーム１４は、ビームが照明源２５からウェハ１５へと伝播するにつれ、照明瞳１１、照明フィールドストップ１２および照明光学素子１３を通過する。ビーム１４は、測定スポット１６の上のウェハの部分を照明する。測定スポット１６から、収集光学素子１８によって収集光ビーム１７が収集される。収集光１７は収集フィールドストップ１９、収集瞳２０および分光計スリット２１を通過する。収集光ビーム１７は、回折格子２２によって回折されて、収集光ビームを波長に従って空間的に分散させる。波長分散された収集光は、二次元検出器（例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）２３）の表面に入射する。ＣＣＤ検出器２３は、収集光を、収集光のスペクトル強度を示す電気信号に変換する。図１に描写するように、収集光ビーム１７は２つの別個の波長を含む。回折格子２２は、検出器２３の表面に射影された光の２つの異なる波長間の空間的分離をもたらす。こうして、特定の波長を有する測定スポット１６からの収集光は、検出器２３にスポット２４Ａの上で射影され、もう1つの、別の波長を有する測定スポット１６からの収集光は、検出器２３にスポット２４Ｂの上で射影される。

図１に描写されるように、Ｚ軸は、ウェハ１５の表面に対して直角に配向している。Ｘ軸とＹ軸はウェハ１５の表面と共面であり、よって、Ｚ軸に対して直角である。照明光ビーム１４の主光線２６と収集光ビーム１７の主光線２７が入射面を画定する。Ｘ軸は入射面に整列し、Ｙ軸は入射面に直交する。このように、入射面はＸＺ面にある。照明光ビーム１４は、ウェハ１５の表面にＺ軸に対して入射角αで入射し、入射面内にある。

図２Ａは、図１の照明光ビーム１４によって照明される測定スポット１６の描写を含むウェハ１５の上面図を描写する。図１に描写された実施形態において、照明光ビーム１４の断面の形状は円形である（例えば照明フィールドストップ１２において）。しかしながら、ウェハ１５の表面への円形ビーム１４の形状射影は、図２Ａに描写されるように入射面と整列した細長い形状を有する測定スポット１６をもたらす。円形の照明光ビームでは、ウェハ１５の表面に射影された測定スポット１６は楕円形の形状である。一般に、表面の偏斜照明は、照明断面に相対して細長くなり、細長くなる方向が入射面と整列している射影された照明領域をもたらす。さらに、細長さの度合いは入射角が増加するにつれ増加する。より具体的には、ビーム形状は、入射面の方向における入射角のコサインに反比例する。回折と収差の効果がない場合、射影された照明光は、照明面に対して垂直な方向（例えばＹ方向）に歪まない状態である。

図１に描写されるように、測定スポット１６は、検出器２３の表面上に波長分散方式で射影される。計測システム１０等の従来技術の計測システムは、測定スポット１６の細長くなる方向の射影が検出器２３の表面の波長分散の方向と整列するように構成されている。図１に描写されたＸ´軸は、検出器２３への測定スポット１６の細長くなる方向の射影（すなわちＸ軸）を表す。図１に描写されるように、Ｘ´軸は、検出器２３の表面の波長分散の方向と整列している。

図２Ｂは、検出器２３の表面の直視図を描写する。図２Ｂに描写されるように、測定スポット１６の細長くなる方向の射影は、検出器２３の表面の波長分散の方向と整列している。例として、スポット２４Ａおよび２４Ｂの細長くなる方向は、波長分散方向と整列している。検出器２３の表面上の波長依存性画像（例えばスポット２４Ａおよび２４Ｂ）は、波長分散方向に対して垂直な方向に集積されて、１つのスペクトル、すなわち、波長分散軸に沿った波長の関数としての強度が得られる。ＣＣＤ検出器では、電荷は波長分散に対して垂直な方向に集積されてスペクトルに達する。

ウェハ表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向と整列するように、測定スポットが検出器上にイメージングされると、結果として得られる点広がり関数（ＰＳＦ）は波長依存性が高い。結果として得られるＰＳＦは、所与の波長に関する画像強度が細長くなる方向に非常にばらつくため急唆がある。急唆ＰＳＤを正しく捕捉するために、分光計はスペクトルデータを高分解能で取得しなければならない。これが測定時間を増加させてスループットを減少させる。

別の例では、特定の波長に関して結果として得られるＰＳＦは、細長い画像とそれに対応する細長さの強度分布がスペクトル分散の方向と整列している場合に入射角に依存する。結果として得られるＰＳＦは、入射角に依存して拡がるかまたは狭まる。

別の例では、結果として得られるＰＳＦはフォーカスエラーに対する感応性が非常に高い。ウェハ上の測定ターゲットが合焦と焦点ずれの間で動くにつれ、ウェハ上の測定スポットの検出画像はサイズを変え位置が移る。加えて、ウェハ上の測定スポットの位置が移る。図３に示すように、ウェハ１５が合焦している場合、照明光ビーム１４はウェハを位置Ａで照明する。収集光ビーム１７は波長分散され、図４に示すようにスポット２４Ａおよび２４Ｂの上で検出器２３にイメージングされる。ウェハ１５がｚ方向に上向きに動かされ、ゼロより大きいΔＺ分だけ焦点ずれになると、照明光ビーム１４はウェハを位置Ｃで照明する。収集光ビーム１７′は波長分散され、スポット２４Ａ′および２４Ｂ′の上で検出器２３にイメージングされる。結果として得られる画像は、ウェハが光学システムの焦点面から遠ざかる方向に動かされて、画像の中心位置が波長分散方向と整列した方向に移るにつれ大きくなる。この波長分散方向のシフトは、波長から画素へのマッピングが変化するためスペクトル測定エラーを招く。ウェハ１５がｚ方向に下向きに動いて、ゼロ未満であるΔＺ分焦点ずれになると、照明光ビーム１４はウェハを位置Ｂで照明する。収集光ビーム１７″は波長分散され、スポット２４Ａ″および２４Ｂ″の上で検出器２３にイメージングされる。再び、結果として得られる画像は、ウェハが光学システムの焦点面から遠ざかる方向に動かされて、画像の中心位置が波長分散方向と整列した方向に移るにつれ大きくなる。

フォーカスエラーすなわちΔＺ≠０によるウェハ１５上での測定スポットの移動は、分光計分散軸に沿った、波長の関数としての画像移動をもたらす。波長較正が焦点面すなわちＺ＝０で行われるため、フォーカスエラーによって引き起こされたいずれの分光計分散方向における画像移動も、測定されたスペクトルの、波長較正からの偏差に対する感応性を非常に高める。

いくつかの例では、広帯域光源の放射スペクトルは、１つ以上の特徴的な原子線、例えばキセノンアークランプを含む。原子線は、フォーカスエラーを追跡し補正するために用いられ得る。従来技術の計測システムにおいて、フォーカス追跡と補正は、測定の正確度と、ツール間整合を達成するために必須である。しかしながら、広帯域光源が高輝度レーザー駆動光源（ＬＤＬＳ）である場合、特徴的な原子線は、フォーカスエラーの追跡および補正にもはや利用できない。さらに、フォーカスエラーに対する感応性は、より大きな開口数（ＮＡ）の光学的計測システムでは激化する。

米国特許出願公開第２００９／０２７９０９０号

要約すると、フォーカスエラーに対する感応性および偏斜照明によって引き起こされるエラーは、計測システム、特に大ＮＡ光学的計測システムの性能に制約をもたらす。

フォーカスエラーへの感応性を減少して広帯域分光計測を実行するための方法およびシステムが本明細書で提示される。フォーカス位置エラーに対する感応性の顕著な減少は、ウェハ表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、測定スポットを検出器上にイメージングすることによって達成される。このフォーカスエラー感応性の減少は、フォーカス正確度および再現性要求を低減し、より迅速なフォーカス時間および、測定正確度に関して妥協せずに、波長エラーに対する感応性の減少を可能にする。これらの利点は、大開口数光学的計測システムにおいて特に明白である。

一態様において、広帯域分光計測システムは、ウェハ表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、測定スポットが検出器上にイメージングされるように構成される。この構成では、フォーカスエラーに対する計測システムの感応性が大幅に減少する。フォーカスエラーに対する感応性が減少すると、より短いＭＡＭ時間で、したがって、より高いスループットで、精密な測定が得られる。

別の態様において、入射面に対して垂直な方向にウェハ面上に射影された照明フィールドの寸法は、結果として得られる測定正確度と速度を、測定対象のターゲットの性質に基づいて最適化するために調整される。いくつかの実施形態では、入射面に対して垂直な方向にウェハ面上に射影された照明フィールドストップは、各測定の適用に関する波長に対してより感応性が低い平坦なトッププロファイルを達成するべくＰＳＦを整形するために調整される。加えて、スペクトル分解能は、平坦なトッププロファイルに基づいて測定正確度と速度の最適化を達成するために調整される。

上記は要約であり、したがって必然的に、詳細の簡略化、一般化および省略を包含するため、当業者ならば、要約は例示的に過ぎず、いかなる意味でも限定するものではないということを理解するであろう。本明細書に記載されるデバイスおよび／またはプロセスの別の態様、発明的特長および利点は、本明細書に記載される非限定的な詳細な説明で明らかとなろう。

フォーカシングエラーに対する感応性が高い例示的な従来技術の計測システム１０を描写する図である。 図１の照明光ビーム１４によって照明される測定スポット１６の描写を含む、ウェハ１５の上面図である。 図１に描写された検出器２３の表面の直視図である。 フォーカス位置エラーを蒙るウェハ１５の図である。 波長分散され検出器２３の表面上にイメージングされる収集光ビーム１７の図である。 フォーカシングエラーに対する減少した感応性を有する例示的な計測システム１００を描写する図である。 図５に描写された検出器１２３の表面の直視図である。 検出器１２３上に射影された測定スポット１１６の画像１２４Ａおよび１２４Ｂの図である。 図１を参照して説明したシステムに対比して、図５を参照して説明したシステムの、フォーカスエラーに対する減少した感応性を示す、シミュレーション結果を説明する線図１５０を描写する図である。 図１を参照して説明したシステム等の従来型の広帯域分光楕円偏光計システムによる垂直ＮＡＮＤ（ＶＮＡＮＤ）構造の３０回連続測定の波長範囲にわたる分光パラメータ値βの線図１６０である。 ウェハ表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、測定スポットを検出器上にイメージングする広帯域分光楕円偏光計システムによる、同じ垂直ＮＡＮＤ（ＶＮＡＮＤ）構造の３０回連続測定の波長範囲にわたる分光パラメータ値βの線図１７０である。 本明細書に記載される少なくとも１つの新規の態様で分光測定を実行する方法２００を示す。 フォーカシングエラーに対する減少した感応性を有する例示的な計測システム３００の図である。

ここで、本発明の背景の例と、いくつかの実施形態に関して詳細に言及するが、その例は添付の図面で示されている。

本明細書において、フォーカスエラーに対する感応性を減少して広帯域分光計測を実行するための方法およびシステムが提示される。いくつかの例では、ウェハ表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、測定スポットを検出器上にイメージングすることによって、フォーカス位置に対する感応性の２０倍の減少が達成される。このフォーカスエラー感応性の減少は、フォーカス正確度および再現性の低減された要求、より迅速なフォーカス時間、および、測定正確度に関して妥協せずに、波長エラーに対する感応性の減少を可能にする。これらの利点は、大開口数光学的計測システムにおいて特に明白である。

一態様において、広帯域分光計測システムは、ウェハ表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、測定スポットが検出器上にイメージングされるように構成される。この構成では、フォーカスエラーに対する計測システムの感応性が大幅に減少する。フォーカスエラーに対する感応性が減少すると、精密測定はより短いＭＡＭ時間で、したがって、より高いスループットで得られる。

図５は、フォーカシングエラーに対する減少した感応性を有する例示的な計測システム１００を描写する。計測システム１００は、広帯域分光楕円偏光計、反射率計またはそれらの組み合わせとして構成されてもよい。計測システム１００は、ウェハ１１５上に入射する照明光ビーム１１４を生成する照明源１１０を含む。照明光ビーム１１４は、ビームが照明源１１０からウェハ１１５へと伝播するにつれ、照明瞳１１１、照明フィールドストップ１１２および照明光学素子１１３を通過する。ビーム１１４は、ウェハ１１５の一部分を測定スポット１１６の上で照明する。収集光ビーム１１７は、集光素子１１８によって測定スポット１１６から収集される。収集光１１７は、収集フィールドストップ１１９、収集瞳１２０および分光計スリット１２１を通過する。収集光ビーム１１７は回折格子１２２によって回折されて、収集光ビームを波長に従って空間的に分散させる。波長分散された収集光は、二次元検出器の表面に入射する。一例では、検出器１２３は電荷結合素子（ＣＣＤ）である。しかしながら、一般に、その他の二次元検出器技術も想定され得る（例えば、位置検知型検出器（ＰＳＤ）、赤外線検出器、太陽光発電検出器等）。検出器１２３は、収集光を、収集光のスペクトル強度を示す電気信号１２５に変換する。図５に描写されるように、収集光ビーム１１７は、非限定的な例として、２つの別個の波長を含む。回折格子１２２は、検出器１２３の表面上に射影された光の２つの異なる波長間の空間的分離を引き起こす。こうして、測定スポット１１６から収集された、特定の波長を有する光が、検出器１２３上にスポット１２４Ａの上で射影され、測定スポット１１６から収集された、別の異なる波長を有する光が、検出器１２３上にスポット１２４Ｂの上で射影される。

図５に描写されるように、照明光ビーム１１４は、ウェハ１１５の表面に斜角で供給される。一般に、照明光はウェハ１１５の表面に任意の斜角またはいくつかの斜角で供給されてもよい。いくつかの実施形態では、偏斜照明に加えて、一定量の照明光が直角入射角（すなわち、面法線に整列して）で供給される。

別の態様において、一定量の照明光は、少なくとも５００ナノメートルにわたる波長範囲を含む広帯域照明光である。一例では、広帯域照明光は、２５０ナノメートル未満および７５０ナノメートルを超える波長を含む。一般に、広帯域照明光は、１５０ナノメートルから２，５００ナノメートルの間の波長を含む。

いくつかの例では、ウェハ１１５の表面上に射影される一定量の照明光１１４のビームサイズは、試料の表面で測定された測定ターゲットのサイズよりも小さい。例示的ビーム整形技法は、Ｗａｎｇらによる米国特許出願第２０１３／０１１４０８５号明細書に詳述されており、同出願は全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。

図５に描写されるように、Ｚ軸はウェハ１１５の表面に対して垂直に配向している。Ｘ軸とＹ軸はウェハ１１５の表面と共面であり、したがってＺ軸に垂直に配向している。照明光ビーム１１４の主光線１２６と収集光ビーム１１７の主光線１２７が入射面を画定する。Ｘ軸は入射面と整列し、Ｙ軸は入射面に直交する。こうして、入射面はＸＺ平面にある。照明光ビーム１１４は、ウェハ１１５の表面上に、Ｚ軸に対して入射角αで入射し、入射面内にある。

図１に描写された計測システム１０に関して説明したように、試料の表面上への斜角での照明光ビームの形状射影は、入射面に整列した方向における照明ビーム断面を細長くする。非限定的な例として、ウェハ表面に射影された円形の照明光ビームは、形状が楕円形の照明領域をもたらす。したがって、一般に、表面の偏斜照明は、照明断面に相対して細長い射影された照明領域をもたらし、その細長くなる方向は入射面と整列している。さらに、入射角が増加すると細長さの度合いも増加する。より具体的には、ビーム形状は、入射面の方向における入射角のコサインに反比例する。回折と収差の効果がない場合、射影された照明光は、照明面に対して垂直な方向（例えばＹ方向）に歪まない状態である。

図５に描写されるように、測定スポット１１６は、検出器１２３の表面上に波長分散方式で射影される。計測システム１００は、測定スポット１１６の細長くなる方向の射影が検出器１２３の表面の波長分散の方向に対して垂直に配向するように構成されている。図５に描写されたＸ´軸は、検出器１２３への測定スポット１１６の細長くなる方向の射影（すなわちＸ軸）を表す。図５に描写されるように、Ｘ´軸は、検出器１２３の表面の波長分散の方向に対して垂直に配向している。

図５に描写された実施形態において、分光計スリット以外の計測システム１００の全ての分光計構成要素は、図１に描写された計測システム１０と比較して、収集されたビームに対して９０度回転されている。こうして、測定スポット１１６の細長くなる方向の射影は、波長分散の方向に対して垂直に配向している。

図１２は、別の実施形態での、フォーカスエラーに対する減少した感応性を有する計測システム３００を描写する。計測システム３００は、図５に描写された計測システム１００を参照して説明されたのと同様の番号を付けた要素を含む。加えて、計測システム３００は、画像を９０度回転させる（すなわち、収集光ビーム１１７をビーム軸に沿って回転させる）ために集光路に配置されるビーム回転光学素子１２８を含む。計測システム３００は、分光計スリット以外の計測システム３００の全ての分光計構成要素（例えば、検出器１２３、回折格子１２２等）が、図１に描写された計測システム１０と同じ配向を保つという点においても計測システム１００と異なっている。計測システム３００の分光計スリットは、図１に描写された計測システム１０と比べて、収集されたビームに対して９０度回転されている。こうして、測定スポット１１６の細長くなる方向の射影は、波長分散の方向に対して垂直に配向している。

図６は、検出器１２３の表面の直視図を描写する。図６に描写されるように、測定スポット１１６の細長くなる方向の射影（すなわちＸ´軸）は、検出器１２３の表面を横断する波長分散の方向に対して垂直に配向している。例として、スポット１２４Ａおよび１２４Ｂの細長くなる方向は、波長分散方向対して垂直に配向している。検出器１２３の表面上の波長依存性画像（例えばスポット１２４Ａおよび１２４Ｂ）は、波長分散方向に対して垂直な方向に集積されて１つのスペクトル、すなわち、波長分散軸に沿った波長の関数としての強度が得られる。ＣＣＤ検出器では、電荷は波長分散に対して垂直な方向に集積されてスペクトルに達する。

検出器（例えばＣＣＤ１２３）の表面上に射影された画像は、各波長において分光計の波長分散軸に対して垂直な方向に集積されて、測定されたスペクトルを得る。各波長における個々のスペクトル形状は、その特定の波長での、システムの点広がり関数（ＰＳＦ）である。

ウェハ表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、測定スポットが検出器上にイメージングされると、結果として得られる点広がり関数（ＰＳＦ）は、従来技術の構成と比べてずっと波長依存性が低くなる。結果として得られるＰＳＦは、細長くなる方向に対して垂直な方向（例えば、楕円の短軸を横断する方向）における画像強度のばらつきがそれほどないため、急唆性が低い。その上、細長くなる方向（例えば、楕円の長軸を横断する方向）においては画像強度はそれほどばらつかないが、細長くなる方向はＣＣＤの電荷集積方向と整列しているため、ばらつきは相殺される。こうして、分光計は、ＰＳＦを正確に構築するためにスペクトルデータを高分解能で取得する必要がなくなる。これが測定時間を短縮してスループットを増加させる。

別の例では、特定の波長に関して結果として得られるＰＳＦは、細長くなる方向がスペクトル分散の方向に対して垂直に配向している場合に入射角とは無関係である。画像と、細長くなる方向に垂直な対応する強度分布（すなわち、楕円の短軸を横断する方向）は概ね入射角に対して不変である。したがって、画像と、スペクトル分散の方向に射影される対応する強度分布は、概ね入射角に対して不変である。したがって、算出されるＰＳＦは入射角に対する依存性を僅かしか示さない。

別の例では、結果として得られるＰＳＦは、従来技術の構成よりもフォーカスエラーに対する感応性がずっと低い。ウェハ上の測定ターゲットが合焦と焦点ずれの間で動くにつれ、ウェハ上の測定スポットの検出画像は位置が移る。計測システム１０の説明および図３と同様に、ウェハ１１５が合焦している場合、照明光ビーム１１４はウェハを位置Ａで照明する。収集光ビーム１１７は波長分散され、図６に示すようにスポット１２４Ａおよび１２４Ｂの上で検出器１２３にイメージングされる。ウェハ１１５がｚ方向に上向きに動かされ、ゼロより大きいΔＺ分だけ焦点ずれになると、照明光ビーム１１４はウェハを位置Ｃで照明する。収集光ビーム１１７′は波長分散され、スポット１２４Ａ′および１２４Ｂ′の上で検出器１２３にイメージングされる。この、波長分散方向に対して垂直な方向への画像位置のシフトは、波長から画素へのマッピングが変化しないため、フォーカスエラーによって引き起こされるスペクトル測定エラーを極減する。ウェハ１１５がｚ方向に下向きに動いて、ゼロ未満であるΔＺ分焦点ずれになると、照明光ビーム１１４はウェハを位置Ｂで照明する。収集光ビーム１１７″は波長分散され、スポット１２４Ａ″および１２４Ｂ″の上で検出器１２３にイメージングされる。再び、波長分散方向に対して垂直な方向への画像位置のシフトは、フォーカスエラーによって引き起こされるスペクトル測定エラーを極減する。

この構成では、フォーカスエラーは、検出器上の画像を波長分散軸に対して垂直な方向にシフトさせる。計算されたスペクトルは、分光計分散軸に対して垂直に画像を集積することによって得られるため、フォーカスエラーによって引き起こされる画像シフトは相殺されて、実質的なスペクトル測定エラーを誘起しない。この、フォーカスエラーに対する減少した感応性は、フォーカスエラーを原子線放射によって追跡し補正する必要を排除する。こうして、高輝度レーザー駆動光源（ＬＤＬＳ）等の広帯域光源を、システム１００等の分光計測システムにおける光源として、フォーカス位置決め要求を緩和して採用できる。

上記に説明したように、分光計によって射影されるＰＳＦは、入射面（すなわちＸＺ平面）に対して垂直な光の分布によって大方決まる。このため、ＰＳＦは偏斜入射角とは無関係である。このため、波長へのＰＳＦの依存性は、図１を参照して説明した構成等の従来型構成よりも実質的に少ない。

図５−６に描写されるように、ＡＯＩ方向の画像が、検出器上での波長分散方向に対して垂直である場合、検出器上のＰＳＦは、入射面に対して垂直な方向での幾何学的スポットサイズによって制限される。

もう１つの別の態様では、入射面に対して垂直な方向にウェハ面に射影される照明フィールドストップの寸法は、結果として得られる測定正確度と速度を、測定対象のターゲットの性質に基づいて最適化するために調整され得る。

入射面に対して垂直な方向にウェハ面上に射影された照明フィールドストップは、各測定の適用に関する波長に対してより感応性が低い平坦なトッププロファイルを達成するべくＰＳＦを整形するために調整される。加えて、スペクトル分解能は、平坦なトッププロファイルに基づいて測定正確度と速度の最適化を達成するために調整される。

いくつかの例、例えば、サンプルが非常に厚いフィルムまたは格子構造である場合は、入射面に対して垂直な方向にウェハ面上に射影された照明フィールドストップは、スペクトル分解能の増加を達成するためにフィールドサイズを低減するように調整される。いくつかの例では、例えば、サンプルが薄いフィルムである場合、入射面に対して垂直な方向にウェハ面上に射影された照明フィールドストップは、スペクトル分解能を失わずに測定時間の短縮を達成するためにフィールドサイズを増加させるように調整される。

図７は、検出器１２３上に射影されたスポット１２４Ａおよび１２４Ｂを描写する。この例では、図５に描写された照明フィールドストップ１１２は、入射面に対して垂直な方向に（すなわちＹ方向）ウェハ面上に射影されたフィールドサイズを縮小するように調整される。するとこれが、波長分散方向に整列した方向においてフィールドサイズが縮小した、検出器１２３上に射影されるスポット１２４Ａおよび１２４Ｂをもたらす。

図５に描写された実施形態において、コンピューティングシステム１３０は、ＣＣＤ１２３によって検出されたスペクトル応答を示す信号１２５を受信するように構成される。コンピューティングシステム１３０はさらに、プログラマブル照明フィールドストップ１１２に伝えられる制御信号１２６を確定するように構成される。プログラマブル照明フィールドストップ１１２は、制御信号１２６を受け取り、照明開口のサイズを調整して所望の照明フィールドサイズを達成する。

いくつかの例では、照明フィールドストップは、前記で説明した測定正確度と速度を最適化するために調整される。別の例では、照明フィールドストップは、分光計スリットによる画像クリッピングと、対応する測定結果の劣化を防止するために調整される。こうして、照明フィールドサイズは、測定ターゲットの画像が分光計スリットに満たないように調整される。一例では、照明フィールドストップは、照明光学素子の偏光スリットの射影が計測システムの分光計スリットに満たないように調整される。

ウェハ表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、測定スポットが検出器上にイメージングされると、測定結果のフォーカスエラーに対する感応性がより低くなる。図８は、図１を参照して説明したシステムに対比して、図５を参照して説明したシステムではフォーカスエラーに対する感応性が減少していることを示すシミュレーション結果を説明する線図１５０を描写する。線図１５０は、いくつかの異なるシナリオでの、フォーカスエラーによって引き起こされる分光計信号βの変化を描写する。分光計信号の変化δβは、ターゲットが焦点ずれ状態にある場合に測定された分光計信号と、ターゲットが正常な焦点に位置している場合に測定された分光計信号との差異である。プロットライン１５１と１５２は、図１を参照して説明したような従来型計測システムに関する、５００ナノメートル超の波長範囲の、それぞれ＋１マイクロメートルフォーカスエラーと−１マイクロメートルフォーカスエラーでのδβの値を示す。プロットライン１５３と１５４は、図５を参照して説明したような新規の計測システムに関する、それぞれ＋１マイクロメートルフォーカスエラーと−１マイクロメートルフォーカスエラーでの一定波長範囲のδβの値を示す。図８に示すように、測定結果は、ウェハ表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、測定スポットが検出器上にイメージングされた場合に、フォーカスエラーに対してより感応性が低い。

図９は、垂直ＮＡＮＤ（ＶＮＡＮＤ）構造の３０回連続測定に関する、５００ナノメートル超の範囲にわたる波長範囲の分光パラメータ値βの線図１６０を描写する。図９に描写されたデータは、図１を参照して説明したシステム等の従来型の広帯域分光楕円偏光計システムによって生成された。

図１０は、同じ垂直ＮＡＮＤ（ＶＮＡＮＤ）構造の３０回連続測定に関する、５００ナノメートル超の範囲にわたる波長範囲の分光パラメータ値βの線図１７０を描写する。図１０に描写されたデータは、ウェハ表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、測定スポットを検出器上にイメージングする広帯域分光楕円偏光計システムによって生成された。そのようなシステムが図５を参照して説明される。図９と図１０の結果を比較すると、ウェハ表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように検出器上に測定スポットをイメージングすると、主にフォーカスエラーに対する感応性の減少により、システム再現性における顕著な改善をもたらすことが明らかである。

図１１は、少なくとも１つの新規態様の分光測定を実行する方法２００を示す。方法２００は、図５に示した計測システム１００等の本発明の計測システムによる実装に適している。一態様において、方法２００のデータ処理ブロックは、コンピューティングシステム１３０または任意のその他の汎用コンピューティングシステムの１つ以上のプロセッサによって実行される予めプログラムされたアルゴリズムを介して実行されてもよいことが認識される。本明細書では、計測システム１００の特定の構造的態様は、限定を表さず、例示目的のみとして解釈されるべきであることが認識される。

ブロック２０１で、照明源からの一定量の広帯域照明光が、測定対象の試料の表面上の測定スポットに入射面内の１つ以上の入射角で射影される。

ブロック２０２で、試料表面上の入射面と整列する方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、試料の表面上の測定スポットからの一定量の収集光が、二次元検出器表面の表面にイメージングされる。

ブロック２０３で、照明光の分量に対する試料の応答を示す複数の出力信号が生成される。出力信号は少なくとも部分的に、検出器表面上の波長分散の方向に垂直な方向における複数の画素にわたる電荷を集積することによって生成される。

別の態様において、試料の構造的パラメータの予測は、少なくとも部分的に複数の出力信号に基づいて確定される。

本明細書で説明するように、任意の直角入射または偏斜入射の広帯域光学的計測システムは、ウェハ表面上の入射面と整列した方向が検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、測定スポットが検出器の表面上にイメージングされるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、分光計分散軸は、フォーカスエラーに対するシステム感応性を低減するために、ウェハのフォーカス軸（例えば図５のＺ軸）に直交して配置される

本明細書に説明されたように構成され得る例示的測定技法は、限定はしないが、ミュラー行列楕円偏光法、回転偏光子ＳＥ、回転偏光子、回転補償子ＳＥ、回転補償子、ＳＥを含む分光楕円偏光法（ＳＥ）、偏光ＳＲ、無偏光ＳＲ、分光光波散乱計測、光波散乱計測オーバーレイ、角度分解および偏光分解両方のビームプロファイル反射光測定、ビームプロファイル楕円偏光法、単一または多重離散波長楕円偏光法、ｘ線反射率法（ＸＲＲ）、ｘ線蛍光法（ＸＲＦ）、斜め入射ｘ線蛍光法（ＧＩＸＲＦ）、ｘ線楕円偏光法等を含む分光反射光測定（ＳＲ）を含む。一般に、多重の波長を有する照明を含む任意の計測技法が、個別または任意の組み合わせで想定され得る。例えば、イメージに基づく計測器用を含む、半導体構造のキャラクタライゼーションに適用可能な任意のＳＲまたはＳＥが、個別または任意の組み合わせで想定され得る。

別の実施形態では、システム１００は、本明細書で説明される方法に従って収集された分光測定データに基づいて実際のデバイス構造の測定を実行するために用いられる１つ以上のコンピューティングシステム１３０を含む。１つ以上のコンピューティングシステム１３０は、分光計（例えば分光計１２３）に通信可能に結合されてもよい。一態様において、１つ以上のコンピューティングシステム１３０は、試料１１５の構造の測定に関連する測定データ１２５を受け取るように構成される。

本開示を通じて説明される１つ以上のステップは、単一のコンピュータシステム１３０によって実行されても、または、多数のコンピュータシステム１３０によって実行されてもよいことを認識すべきである。さらに、分光楕円偏光計１２３等の、システム１００の異なるサブシステムは、本明細書で説明されるステップの少なくとも一部を実行するのに適したコンピュータシステムを含んでもよい。したがって、上記の説明は、本発明の限定事項として解釈されるべきではなく、単なる例示として解釈されるべきである。

加えて、コンピュータシステム１３０は、当技術分野で周知の任意の方式で分光計１２３に通信可能に結合されてもよい。例えば、１つ以上のコンピューティングシステム１３０は、分光計１２３に関連するコンピューティングシステムに結合されてもよい。別の例では、分光計１２３は、コンピュータシステム１３０に結合された単一のコンピュータシステムによって直接制御されてもよい。

計測システム１００のコンピュータシステム１３０は、ワイヤーラインおよび／またはワイヤレス部分を含み得る伝送媒体によって、システムのサブシステム（例えば分光計１２３等）からデータまたは情報を受信および／または取得するように構成されてもよい。こうして、伝送媒体は、コンピュータシステム１３０と、システム１００のその他のサブシステムとの間のデータリンクとして働き得る。

計測システム１００のコンピュータシステム１３０は、ワイヤーラインおよび／またはワイヤレス部分を含み得る伝送媒体によって他のシステムからデータまたは情報（例えば測定結果、モデリング入力、モデリング結果、基準測定結果等）を受信および／または取得するように構成されてもよい。このように、伝送媒体は、コンピュータシステム１３０と、その他のシステム（例えばメモリオンボード計測システム１００、外部メモリ、またはその他の外部システム）との間のデータリンクとして働き得る。例えば、コンピューティングシステム１３０は、データリンクを介して記憶媒体（すなわちメモリ１３２または外部メモリ）から測定データを受信するように構成されてもよい。例えば、分光計１２３を用いて取得したスペクトル分析結果は、恒久的または半恒久的メモリデバイス（例えばメモリ１３２または外部メモリ）に記憶されてもよい。これに関連して、スペクトル分析結果は、オンボードメモリから、または外部メモリシステムからインポートされてもよい。さらに、コンピュータシステム１３０は伝送媒体を介してデータをその他のシステムに送信してもよい。例えば、コンピュータシステム１３０によって確定された測定モデルまたは実際のデバイスパラメータ値は、外部メモリに通信されてそこに記憶されてもよい。これに関連して、測定結果はその他のシステムにエクスポートされてもよい。

コンピューティングシステム１３０は、限定はしないが、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、イメージコンピュータ、パラレルプロセッサ、または当技術分野で周知の任意のその他のデバイスを含み得る。一般に、「コンピューティングシステム」という用語は、メモリ媒体からの命令を実行する１つ以上のプロセッサを有する任意のデバイスを包含するように広範に定義され得る。

本明細書に記載されたような方法を実行するプログラム命令１３４は、ワイヤー、ケーブルまたはワイヤレス伝送リンク等の伝送媒体を介して伝送され得る。例えば、図５に示すように、メモリ１３２に記憶されたプログラム命令１３４は、バス１３３を介してプロセッサ１３１に伝送される。プログラム命令１３４は、コンピュータ可読媒体（例えばメモリ１３２）に記憶される。例示的コンピュータ可読媒体は、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気もしくは光ディスク、または磁気テープを含む。

いくつかの例では、測定モデルは、米国カリフォルニア州ミルピタスのＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＳｐｅｃｔｒａＳｈａｐｅ（登録商標）オプティカルクリティカルディメンション計測システムの要素として実行される。こうして、システムによってスペクトルが収集された直後に、すぐに使用できるモデルが作成される。

いくつかの別の例において、測定モデルは、例えば、米国カリフォルニア州ミルピタスのＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＡｃｕＳｈａｐｅ（登録商標）ソフトウェアを実行するコンピューティングシステムによってオフラインで実行される。結果として得られる、訓練されたモデルは、測定を実行する計測システムによってアクセス可能なＡｃｕＳｈａｐｅ（登録商標）ライブラリの要素として組み込まれてもよい。

さらに別の態様において、本明細書で説明された測定モデル結果は、プロセスツール（例えばリソグラフィーツール、エッチングツール、成膜ツール等）に能動的フィードバックを提供するために用いられてもよい。例えば、本明細書で説明された測定方法に基づいて確定され測定されたパラメータの値は、所望の出力を達成するためにリソグラフィーシステムを調整するため、リソグラフィーツールに通信されてもよい。同様に、それぞれエッチングツールまたは成膜ツールに能動的フィードバックを提供するために、エッチングパラメータ（例えばエッチング時間、拡散率等）または成膜パラメータ（例えば、時間、濃度等）が測定モデルに含まれてもよい。いくつかの例では、測定されたデバイスパラメータ値と訓練された測定モデルに基づいて確定したプロセスパラメータへの補正が、リソグラフィーツール、エッチングツールまたは成膜ツールに通信されてもよい。

本明細書に記載される「クリティカルディメンション」という用語は、構造のあらゆる構造のクリティカルディメンション（例えば底部クリティカルディメンション、中間クリティカルディメンション、頂部クリティカルディメンション、側壁角度、格子高さ等）、任意の２つ以上の構造間のクリティカルディメンション（例えば２つの構造間の距離）、および２つ以上の構造間の変位（例えば重なる格子構造間のオーバーレイ変位）等を含む。構造は、三次元構造、パターン付き構造、オーバーレイ構造等を含み得る。

本明細書に記載される「クリティカルディメンション用途」または「クリティカルディメンション測定用途」という用語は、任意のクリティカルディメンション測定を含む。

本明細書に記載される「計測システム」という用語は、任意の態様において試料をキャラクタライズするために少なくとも部分的に用いられる任意のシステムを含み、クリティカルディメンション計測、オーバーレイ計測、フォーカス／用量計測、および組成計測を含む。しかしながら、そのような技術用語は本明細書に記載される「計測システム」という用語の範囲を限定しない。加えて、計測システム１００は、パターン付きウェハおよび／またパターンなしウェハの測定向けに構成され得る。計測システムは、ＬＥＤ検査ツール、エッジ検査ツール、裏面検査ツール、マクロ検査ツールまたはマルチモード検査ツール（１つ以上のプラットフォームからの同時のデータを包含する）および、クリティカルディメンションデータに基づくシステムパラメータの較正から益する任意のその他の計測または検査ツールとして構成されてもよい。

種々の実施形態が、試料を処理するために用いられ得る半導体処理システム（例えば検査システムまたはリソグラフィーシステム）向けに本明細書で説明された。本明細書において「試料」という用語は、ウェハ、レチクル、または当技術分野で周知の手段によって処理され得る（例えば印刷されるまたは欠陥を検査される）任意のその他のサンプルを指す。

本明細書で用いられる「ウェハ」という用語は一般に、半導体または非半導体材料製の基板を指す。例としては、限定はしないが、単結晶シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウムを含む。そのような基板は、半導体製造設備内で一般に存在するおよび／または処理され得る。特定の場合では、ウェハは基板のみ（すなわち、ベアウェハ）を含み得る。別法として、ウェハは、基板上に形成された別々の素材の１つ以上の層を含み得る。ウェハ上に形成された１つ以上の層は、「パターン付き」でも「パターンなし」でもよい。例えば、ウェハは反復可能なパターンフィーチャを有する複数のダイを含んでもよい。

「レチクル」は、レチクル製造プロセスの任意の段階におけるレチクルであってもよいし、または半導体製造設備内での使用向けにリリースされてもリリースされなくてもよい完成したレチクルであってもよい。レチクルまたは「マスク」は一般に、実質的に半透明な領域が上に形成されパターン状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、例えば非晶質ＳｉＯ_２等のガラス材料を含み得る。レチクルは、レチクル上のパターンがレジストに転写され得るように、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ハの上に配置され得る。

ウェハ上に形成される１つ以上の層はパターン付きでもパターンなしでもよい。例えば、ウェハは、それぞれが反復可能なパターンフィーチャを有する複数のダイを含み得る。そのような材料の層の形成および処理は、最終的に完成したデバイスをもたらす。多くの異なるタイプのデバイスがウェハ上に形成されてもよく、また、本明細書で用いる用語ウェハは、当技術分野で周知の任意のタイプのデバイスがその上に製造されるウェハを包含することを意図している。

１つ以上の例示的実施形態において、説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはそれらの任意の組み合わせで実行されてもよい。ソフトウェアで実行される場合、機能は、１つ以上の命令もしくはコードとしてコンピュータ可読媒体に記憶されてもよいし、または、コンピュータ可読媒体を介して伝送されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、コンピュータプログラムの一箇所から他箇所への伝送を促進する任意の媒体を含む通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、汎用または専用コンピュータによってアクセス可能な任意の利用可能な媒体であってよい。例として、限定はしないが、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくはその他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置またはその他の磁気記憶デバイスあるいは、命令またはデータ構造の形式で所望のプログラムコード手段を担持または記憶するために用いられ得る、また、汎用または専用コンピュータ、または汎用または専用プロセッサによってアクセスされ得る任意のその他の媒体を含み得る。さらに任意の接続は、正しくはコンピュータ可読媒体と呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者ライン（ＤＳＬ）または赤外線、無線およびマイクロ波等のワイヤレス技術を用いて、ウェブサイト、サーバまたはその他の遠隔ソースから伝送された場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＬＳまたは赤外線、無線およびマイクロ波等のワイヤレス技術は媒体の定義内に含まれる。本明細書で用いられるディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザーディスク（登録商標）、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピーディスクおよびブルーレイディスクを含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常データを磁気的に再生する一方、ディスク（ｄｉｓｃ）はレーザーでデータを光学的に再生する。上記のものの組み合わせも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれる。

教示目的のため、上記ではいくつかの特定の実施形態について説明したが、この特許文献の教示は、一般的適用可能性を有し、上記に説明した特定の実施形態に限定されない。したがって、種々の変更、適用および説明された実施形態の種々の特徴の組み合わせが、特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱せずに実行され得る。

Claims (20)

1. 計測システムであって、
   一定量の照明光を発生するように構成された照明源と、
   前記照明源からの一定量の照明光を、測定対象の試料の表面上の測定スポットに、入射面内の１つ以上の入射角で向けるように構成された照明光学素子サブシステムと、
   入射光に感応する平坦な二次元表面を有し、前記一定量の照明光への前記試料の応答を表す複数の出力信号を生成するように構成された検出器と、
   試料の表面上の測定スポットからの一定量の収集光を収集して、収集された一定量の収集光を前記検出器の表面に向けるように構成された収集光学素子サブシステムを備え、前記収集光学素子サブシステムは、ウェハ表面上の入射面と整列した方向が検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、前記測定スポットを前記検出器の表面上にイメージングする、計測システム。
2. 前記一定量の照明光は、少なくとも５００ナノメートルにわたる波長範囲を含む広帯域照明光である、請求項１に記載の計測システム。
3. 前記一定量の照明光の少なくとも一部は、直角入射角で前記試料に提供される、
   請求項１に記載の計測システム。
4. 前記一定量の照明光の少なくとも一部は、偏斜入射角で前記試料に提供される、請求項１に記載の計測システム。
5. 前記計測システムは、分光楕円偏光計と分光反射率計のうち任意の１つ以上として構成される、請求項１に記載の計測システム。
6. 前記照明光学素子の偏光スリットの射影が前記計測システムの分光計スリットに満たない、請求項１に記載の計測システム。
7. 前記照明源はレーザー駆動光源である、請求項１に記載の計測システム。
8. 前記照明光学素子サブシステムは、前記試料上に射影される照明フィールドを前記入射面に直交する方向に限定するように構成されたプログラマブル照明フィールドストップを含む、請求項１に記載の計測システム。
9. 検出器表面上の波長分散の方向に沿って所望の点広がり関数を達成するために、照明フィールドストップの状態を変えるために前記プログラマブル照明フィールドストップにコマンド信号を伝送するように構成されたコントローラをさらに備えた、請求項８に記載の計測システム。
10. 前記試料の表面に射影される前記一定量の照明光のビームサイズは、試料の表面上で測定される測定ターゲットよりも小さい、請求項１に記載の計測システム。
11. 前記検出器は電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器である、請求項１に記載の計測システム。
12. 装置であって、
    照明源からの一定量の広帯域照明光を、測定対象の試料の表面上の測定スポットに、入射面内の１つ以上の入射角で向けるように構成された照明システムと、
    入射光に感応する平坦な二次元表面を有し、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直な方向に複数の画素にわたり電荷を集積することによって複数の出力信号を生成するように構成された分光検出器と、
    試料の表面上の測定スポットからの一定量の収集光を収集して、前記一定量の収集光を前記分光検出器の表面に向けるように構成された収集光学素子サブシステムを備え、前記収集光学素子サブシステムは、ウェハ表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、前記測定スポットを前記分光検出器の表面上にイメージングする、装置。
13. 前記照明システムは、前記試料上に射影される照明フィールドを、前記入射面に直交する方向に限定するように構成されたプログラマブル照明フィールドストップを含む、請求項１２に記載の装置。
14. 検出器表面上の波長分散の方向に沿って所望の点広がり関数を達成するために、照明フィールドストップの状態を変えるために前記プログラマブル照明フィールドストップにコマンド信号を伝送するように構成されたコントローラをさらに備えた、請求項１３に記載の装置。
15. 方法であって、
    照明源からの一定量の広帯域照明光を、測定対象の試料の表面上の測定スポットに、入射面内の１つ以上の入射角で射影し、
    前記試料表面上の入射面と整列した方向が、検出器表面上の波長分散の方向に対して垂直に配向するように、測定スポットからの一定量の収集光を二次元検出器の表面上にイメージングし、
    前記一定量の照明光に対する前記試料の応答を表す複数の出力信号を生成し、複数の出力信号を生成することは、検出器表面上の波長分散の方向に垂直な方向に複数の画素にわたり電荷を集積することを含む、方法。
16. 構造的パラメータの予測を、少なくとも部分的に前記複数の出力信号に基づいて確定することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記一定量の広帯域照明光は少なくとも５００ナノメートルにわたる波長範囲を含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記１つ以上の入射角の少なくとも１つは偏斜入射角である、請求項１５に記載の方法。
19. 前記試料の表面に射影される照明フィールドの範囲を、入射面に直交する方向に限定することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
20. 前記照明フィールドの範囲を限定することは、検出器表面上の波長分散の方向に沿って所望の点広がり関数を達成するために、前記照明フィールドストップの状態を変えるために前記プログラマブル照明フィールドストップにコマンド信号を伝送することを含む、請求項１９に記載の方法。