(57)【要約】  計測装置の光学経路中の吸収性の物質を最小化すると共に、性能の低下を引き起こし得る光学要素表面上の汚染物蓄積を最小化するように、光学計測装置内に制御された環境を生成し続いてモニタする技術が提供される。排気および再充填技術の両方とも、環境が測定に適するかどうか、または環境が再生されるべきかどうかを決定するモニタ技術と共に利用可能である。光学計測装置は、真空紫外（ＶＵＶ）波長を含む波長で運転する装置でよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の環境が制御された室と第２の環境が制御された室とを提供するステップであって、前記第１と第２の環境が制御された室はＤＵＶ波長より低い波長を有する光ビームを通過させるように構成される、ステップと、
前記第１と第２の環境が制御された室の内の少なくとも１つの中の光学吸収性の物質の濃度を真空排気技術を利用して下げるステップであって、前記第１と第２の環境が制御された室の内の前記少なくとも１つは雰囲気が制御された室である、ステップと、
前記雰囲気が制御された室を非吸収性のガスで再充填し、前記雰囲気が制御された室内の圧力を真空排気の圧力水準よりも上に増加させることによって光学性能を向上させるステップと、
前記雰囲気が制御された室が前記再充填された状態にある間にＤＵＶ波長より低い波長を有する前記光ビームを伝達させるステップとを有する、
光学計測装置内の雰囲気を制御する方法。
【請求項２】
光学伝達性を増加させることによって前記光学性能を向上させる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記光学装置の表面から吸収された物質が気化することを抑制することによって前記光学伝達性を増加させる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
汚染物の拡散を減少させることによって前記光学性能を向上させる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
汚染物の拡散を減少させて、前記光学表面に付着する汚染物に起因する光学表面の反射特質の低下を制限する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
光学伝達性を増加させることによって前記光学性能も向上させる、請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記第１の室が試料室であり、前記第２の室が光学室であり、光学吸収性の物質の濃度を前記下げるステップと前記再充填するステップとが前記試料室の中で行われる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記光学計測装置が独立型の光学計測装置である、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記第１の室が試料室であり、前記第２の室が光学室であり、光学吸収性の物質の濃度を前記下げるステップと前記再充填するステップとが前記光学室の中で行われる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記試料室がプロセス装置中に一体化された、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の室が試料室であり、前記第２の室が光学室であり、光学吸収性の物質の濃度を前記下げるステップと前記再充填するステップとが前記試料室および前記光学室の両方の中で行われる、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記光学吸収性の物質が水分または酸素である、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記真空排気の圧力水準が１×１０−５Ｔｏｒｒよりも低い、請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記下げるステップの間に前記光学吸収性の物質にエネルギを加えるステップをさらに有する、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記エネルギが、機械的、熱的、または放射的な方法を介して加えられる、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記再充填するステップは、前記雰囲気が制御された室内の前記圧力を３００〜７００Ｔｏｒｒの範囲に増加させる、請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記再充填するステップの後に前記雰囲気が制御された室にパージガスを連続的に供給するステップをさらに有する、請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記雰囲気が制御された室に追跡水準のガスを加えるステップをさらに有する、請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記追跡水準のガスが表面清浄化プロセスを促進する、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも環境が制御された試料室と環境が制御された光学室とを提供するステップであって、前記試料室および前記光学室のそれぞれがＤＵＶ波長より低い波長を有する光ビームを通過させるように構成される、ステップと、
前記試料室と前記光学室の内の少なくとも１つの中の水分または酸素の濃度を周囲の状態から真空排気技術を利用して減少させるステップであって、前記減少させるステップが起こる前記試料室と前記光学室の内の前記少なくとも１つは雰囲気が制御された室である、ステップと、
前記雰囲気が制御された室をＶＵＶ非吸収性のガスで再充填し、前記雰囲気が制御された室内の圧力を真空排気の圧力水準よりも上に増加させることによって汚染物の拡散を減少させるステップと、
前記雰囲気が制御された室が前記再充填された状態にある間にＤＵＶ波長より低い波長を有する前記光ビームを伝達させるステップとを有する、
光学計測装置内の雰囲気を制御する方法。
【請求項２１】
汚染物の拡散を減少させて、前記光学表面に付着する汚染物に起因する光学表面の反射特質の低下を制限する、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
水分または酸素の濃度を前記減少させるステップと前記再充填するステップとが前記試料室で行われる、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記光学計測装置が独立型の光学計測装置である、請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
水分または酸素の濃度を前記減少させるステップと前記再充填するステップとが前記光学室で行われる、請求項２１記載の方法。
【請求項２５】
前記試料室がプロセス装置中に一体化された、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
水分または酸素の濃度を前記減少させるステップと前記再充填するステップとが前記光学室と前記試料室との両方で行われる、請求項２１記載の方法。
【請求項２７】
前記再充填するステップの後に前記雰囲気が制御された室にパージガスを連続的に供給するステップをさらに有する、請求項２０記載の方法。
【請求項２８】
前記雰囲気が制御された室に追跡水準のガスを加えるステップをさらに有する、請求項２１記載の方法。
【請求項２９】
前記追跡水準のガスが表面清浄化プロセスを促進する、請求項２１記載の方法。
【請求項３０】
少なくとも環境が制御された試料室と環境が制御された光学室とを提供するステップであって、
前記試料室および前記光学室のそれぞれがＤＵＶ波長より低い波長を有する光ビームを通過させるように構成される、ステップと、
試料ビーム光学経路と参照ビーム光学経路とを提供するステップであって、前記試料ビーム光学経路と前記参照ビーム光学経路の光学経路長が一致する、ステップと、
前記試料室と前記光学室の内の少なくとも１つの中の水分または酸素の濃度を周囲の状態から真空排気技術を利用して減少させるステップであって、前記減少させるステップが起こる前記試料室と前記光学室の内の前記少なくとも１つは雰囲気が制御された室である、ステップと、
前記雰囲気が制御された室をＶＵＶ非吸収性のガスで再充填し、前記雰囲気が制御された室内の圧力を真空排気の圧力水準よりも上に増加させることによって前記光学性能を向上させるステップと、
前記雰囲気が制御された室が前記再充填された状態にある間にＤＵＶ波長より低い波長を有する前記光ビームを伝達させるステップとを有する、
光学計測装置内の雰囲気を制御する方法。
【請求項３１】
光学伝達性を増加させることによって前記光学性能を向上させる、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記光学装置の表面から吸収された物質が気化することを抑制することによって前記光学伝達性を増加させる、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
汚染物の拡散を減少させることによって前記光学性能を向上させる、請求項３０記載の方法。
【請求項３４】
汚染物の拡散を減少させて、前記光学表面に付着する汚染物に起因する光学表面の反射特質の低下を制限する、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
光学伝達性を増加させることによって前記光学性能も向上させる、請求項３３記載の方法。
【請求項３６】
光学計測装置内の環境汚染状態を決定する方法であって、
第１の時間に参照試料から第１の強度測定値を取得するステップと、
第２の時間に前記参照試料から第２の強度測定値を取得するステップと、
前記第１と第２の強度測定値を分析するステップと、
前記第１の強度と前記第２の強度との間の変動に基づき、前記光学計測装置の前記環境汚染状態がさらなる使用に適するかどうか、前記第１と第２の強度測定値を前記分析するステップから決定するステップとを有する方法。
【請求項３７】
前記第１と第２の強度測定値が、ＤＵＶ波長より低い波長を少なくとも一部有する強度スペクトルを有する、請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
前記第１の強度測定値を取得するステップの前に、前記光学計測装置の少なくとも１つの環境が制御された室の第１の排気および再充填操作を実施するステップをさらに有する
、請求項３６記載の方法。
【請求項３９】
前記光学計測装置の前記環境汚染状態がさらなる使用に不適と決定された場合には、前記光学計測装置の前記環境を調節するステップをさらに有する、請求項３６記載の方法。
【請求項４０】
前記環境を前記調節するステップが、前記光学計測装置の少なくとも１つの環境が制御された室の排気および再充填操作を実施するステップを有する、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
前記排気および再充填操作が、
ＤＵＶ波長より低い波長を有する光ビームを通過させるように前記第１の環境が制御された室を構成するステップと、
前記第１の環境が制御された室中の光学吸収性の物質の濃度を真空排気技術を利用して下げるステップと、
前記第１の環境が制御された室を非吸収性のガスで再充填し、前記第１の環境が制御された室内の圧力を真空排気の圧力水準よりも上に増加させることによって光学性能を向上させるステップと、
前記第１の環境が制御された室が前記再充填された状態にある間にＤＵＶ波長より低い波長を有する前記光ビームを伝達させるステップとを有する、請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
前記第１の強度測定値を取得する前に、前記光学計測装置の前記少なくとも１つの環境が制御された室の初期排気および再充填操作を実施するステップをさらに有する、請求項４０記載の方法。
【請求項４３】
少なくとも前記第２の時間に吸収性の物質の濃度が決定される、請求項３６記載の方法。
【請求項４４】
前記第１の強度測定値と前記第２の強度測定値との間の前記変動は、前記第１と第２の強度測定値の比を計算することによって分析される、請求項３６記載の方法。
【請求項４５】
測定された前記吸収性の物質の濃度が、前記第１の時間および前記第２の時間において決定される、請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
前記環境に関する前記決定が、前記第２の時間における、少なくとも前記吸収性の物質の前記測定された濃度を前記吸収性の物質に対する閾値に比較することに基づく、請求項４５記載の方法。
【請求項４７】
前記第１の強度スペクトル測定値と前記第２の強度スペクトル測定値とを取得するために利用される複数の光学部品は、前記光学計測装置で試料を測定するためにも利用される、請求項３６記載の方法。
【請求項４８】
前記第１の強度スペクトル測定値と前記第２の強度スペクトル測定値とを取得するために利用される少なくとも複数の光学部品は、専用のモニタ部品である、請求項３６記載の方法。
【請求項４９】
前記光学計測装置が、参照光学経路と試料光学経路とを有する、請求項３６記載の方法。
【請求項５０】
前記参照光学経路が前記試料光学経路と光学的に一致する、請求項４９記載の方法。
【請求項５１】
ＤＵＶ波長より低い波長を少なくとも有する波長で運転する光学計測装置中の環境汚染
状態を決定する方法であって、
第１の時間に参照試料から第１の強度スペクトル測定値を取得するステップであって、前記第１の強度スペクトル測定値はＤＵＶ波長より低い少なくとも複数の波長を有する、ステップと、
第２の時間に前記参照試料から第２の強度測定値を取得するステップであって、前記第１の強度スペクトル測定値はＤＵＶ波長より低い少なくとも複数の波長を有する、ステップと、
前記第１と第２の強度測定値を分析するステップと、
前記第１の強度と前記第２の強度との間の変動に基づき、前記光学計測装置の前記環境汚染状態がさらなる使用に適するかどうか、前記第１と第２の強度測定値を前記分析するステップから決定するステップとを有する、方法。
【請求項５２】
前記第１の強度スペクトル測定値と前記第２の強度スペクトル測定値とを取得するために利用される複数の光学部品は、前記光学計測装置で試料を測定するためにも利用される、請求項５１記載の方法。
【請求項５３】
前記第１の強度スペクトル測定値と前記第２の強度スペクトル測定値とを取得するために利用される少なくとも複数の光学部品は、専用のモニタ部品である、請求項５１記載の方法。
【請求項５４】
前記光学計測装置が、参照光学経路と試料光学経路とを有する、請求項５１記載の方法。
【請求項５５】
前記参照光学経路が前記試料光学経路と光学的に一致する、請求項５４記載の方法。
【請求項５６】
前記第１の強度測定値を取得するステップの前に、前記光学計測装置の少なくとも１つの環境が制御された室の第１の排気および再充填操作を実施するステップをさらに有する、請求項５１記載の方法。
【請求項５７】
前記光学計測装置の前記環境汚染状態がさらなる使用に不適と決定された場合には、前記光学計測装置の前記環境を調節するステップをさらに有する、請求項５６記載の方法。
【請求項５８】
前記環境を前記調節するステップが、前記光学計測装置の少なくとも１つの環境が制御された室の第２の排気および再充填操作を実施するステップを有する、請求項５７記載の方法。
【請求項５９】
前記光学計測装置の前記環境汚染状態がさらなる使用に不適と決定された場合には、前記光学計測装置の前記環境を調節するステップをさらに有する、請求項５１記載の方法。
【請求項６０】
前記環境を前記調節するステップが、前記光学計測装置の少なくとも１つの環境が制御された室の排気および再充填操作を実施するステップを有する、請求項５９記載の方法。
【請求項６１】
前記再充填操作は前記環境が制御された室に追跡水準のガスを加えるステップを有する、請求項６０記載の方法。
【請求項６２】
前記追跡水準のガスが表面清浄化プロセスを促進する、請求項６１記載の装置。
【請求項６３】
前記ガスが酸素を含む、請求項１８記載の方法。
【請求項６４】
前記ガスが酸素を含む、請求項１９記載の方法。
【請求項６５】
前記ガスが酸素を含む、請求項２８記載の方法。
【請求項６６】
前記ガスが酸素を含む、請求項２９記載の方法。
【請求項６７】
前記ガスが酸素を含む、請求項６１記載の方法。
【請求項６８】
前記ガスが酸素を含む、請求項６２記載の方法。
【請求項６９】
光学計測装置内の光学要素上の表面汚染物水準をモニタする方法であって、
複数の強度測定を実施するステップと、
前記複数の測定の内の少なくとも２つの強度測定値を分析するステップと、
前記複数の測定の内の前記少なくとも２つの強度測定値の比較から前記表面汚染物水準の安定性を決定するステップとを有する方法。
【請求項７０】
前記比較が所望される範囲内であれば、前記表面汚染物水準の状態が安定であると決定される、請求項６９記載の方法。
【請求項７１】
前記比較が所望される範囲内でなければ、前記表面汚染物水準の状態が不安定であると決定される、請求項６９記載の方法。
【請求項７２】
前記表面汚染物水準の状態が不安定であると決定された後に、前記光学要素の少なくともいくつかの表面を清浄化する清浄化操作を実施するステップをさらに有する、請求項７１記載の方法。
【請求項７３】
前記清浄化操作が前記光学表面を放射に暴露するステップを有する、請求項７２記載の方法。
【請求項７４】
光学放射への前記暴露がガスの存在下で起こる、請求項７３記載の方法。
【請求項７５】
前記ガスが準大気圧の環境中に存在する、請求項７４記載の方法。
【請求項７６】
前記ガスが前記清浄化操作を促進する、請求項７４記載の方法。
【請求項７７】
前記放射が、深紫外（ＤＵＶ）波長より低い少なくともいくつかの波長を有する光を有する、請求項７３記載の方法。
【請求項７８】
前記光学計測装置が、参照光学経路と試料光学経路とを有する、請求項６９記載の方法。
【請求項７９】
前記強度測定が前記参照光学経路を利用して実施される、請求項７８記載の方法。
【請求項８０】
前記強度測定が前記試料光学経路を利用して実施される、請求項７８記載の方法。
【請求項８１】
前記参照光学経路が前記試料光学経路と光学的に一致する、請求項７８記載の方法。
【請求項８２】
放射暴露線量が、前記参照光学経路と前記試料光学経路との間で均衡する、請求項８１記載の方法。
【請求項８３】
前記光学計測装置の少なくとも１つの環境が制御された室の第１の排気および再充填操
作を実施するステップをさらに有する、請求項６９記載の方法。
【請求項８４】
前記光学計測装置の前記環境汚染状態がさらなる使用に不適と決定された場合には、前記光学計測装置の前記環境を調節するステップをさらに有する、請求項８３記載の方法。
【請求項８５】
前記環境を前記調節するステップが、前記光学計測装置の少なくとも１つの環境が制御された室の第２の排気および再充填操作を実施するステップを有する、請求項８４記載の方法。
【請求項８６】
深紫外（ＤＵＶ）波長より低い少なくともいくつかの波長を利用する光学計測装置内の光学要素上の表面汚染物水準をモニタする方法であって、
参照光学経路と試料光学経路とを供給するステップであって、前記参照光学経路と前記試料光学経路は光学的に平衡する、ステップと、
ＤＵＶ波長より低い少なくともいくつかの波長を利用して複数の強度測定を実施するステップと、
前記複数の測定の内の少なくとも２つの強度測定値を分析するステップと、
前記複数の測定の内の前記少なくとも２つの強度測定値の分析に少なくとも部分的に基づいて前記表面汚染物水準の安定性を決定するステップとを有し、
前記強度測定は前記参照光学経路または前記試料光学経路の内の少なくとも１つを利用して実施される、方法。
【請求項８７】
前記強度測定が前記参照光学経路を利用して実施される、請求項８６記載の方法。
【請求項８８】
前記強度測定が前記試料光学経路を利用して実施される、請求項８６記載の方法。
【請求項８９】
前記参照光学経路と前記試料光学経路の両方の前記表面汚染水準の安定性が決定される、請求項８６記載の方法。
【請求項９０】
前記参照光学経路と前記試料光学経路の両方に同様の放射暴露線量が与えられる、請求項８９記載の方法。
【請求項９１】
前記参照光学経路と前記試料光学経路の両方に同様の放射暴露線量が与えられる、請求項８６記載の方法。
【請求項９２】
前記複数の測定の内の少なくとも２つの強度測定値を前記分析するステップが、前記複数の測定値の内の前記少なくとも２つの比較を実施するステップを有する、請求項８６記載の方法。
【請求項９３】
前記比較が所望される範囲内であれば、前記表面汚染物水準の状態が安定であると決定される、請求項９２記載の方法。
【請求項９４】
前記比較が所望される範囲内でなければ、前記表面汚染物水準の状態が不安定であると決定される、請求項９２記載の方法。
【請求項９５】
前記比較は、前記複数の測定値の内の前記少なくとも２つの間の変動を特定する、請求項９２記載の方法。
【請求項９６】
前記表面汚染物水準の状態が不安定であると決定された後に、前記光学要素の少なくともいくつかの表面を清浄化する清浄化操作を実施するステップをさらに有する、請求項９２記載の方法。
【請求項９７】
前記清浄化操作が前記光学表面を放射に暴露するステップを有する、請求項９６記載の方法。
【請求項９８】
光学放射への前記暴露がガスの存在下で起こる、請求項９７記載の方法。
【請求項９９】
前記ガスが準大気圧の環境中に存在する、請求項９８記載の方法。
【請求項１００】
前記ガスが前記清浄化操作を促進する、請求項９８記載の方法。
【請求項１０１】
光学計測装置内の光学要素上の表面汚染物を清浄化する方法であって、
複数の強度測定を実施するステップであって、前記強度測定は前記表面汚染物を除去するに適する条件下で前記光学要素を放射に暴露する、ステップと、
前記複数の測定値の内の少なくとも２つの測定強度を分析するステップと、
前記測定された強度の前記分析するステップに基づき前記光学要素の表面清浄化が望ましいかどうか決定するステップとを有し、
表面清浄化が望ましいと決定された場合、前記光学要素を追加放射に暴露することによって表面清浄化が実施される、方法。
【請求項１０２】
前記複数の測定値の内の前記少なくとも２つの間の強度変動が所望される範囲内である場合、前記表面汚染物の状態が許容可能であると決定される、請求項１０１記載の方法。
【請求項１０３】
前記複数の測定値の内の前記少なくとも２つの間の強度変動が所望される範囲内でない場合、前記表面汚染物水準の表面清浄化が望ましいと決定される、請求項１０１記載の方法。
【請求項１０４】
前記放射が、少なくともＤＵＶ波長を含む波長を有する、請求項１０１記載の方法。
【請求項１０５】
前記表面清浄化を実施するために利用される少なくとも複数の光学部品は、光学計測試料測定を実施するためにも利用される、請求項１０４記載の方法。
【請求項１０６】
光学計測試料測定を実施するための光源は、前記光学要素を清浄化するために利用される前記放射のための光源としても利用される、請求項１０５記載の方法。
【請求項１０７】
前記光学計測装置が、参照光学経路と試料光学経路とを有する、請求項１０４記載の方法。
【請求項１０８】
前記参照光学経路が前記試料光学経路と光学的に一致する、請求項１０７記載の方法。
【請求項１０９】
追加放射への前記暴露がガスの存在下で起こる、請求項１０１記載の方法。
【請求項１１０】
前記ガスが準大気圧の環境中に存在する、請求項１０９記載の方法。
【請求項１１１】
前記ガスが前記清浄化操作を促進する、請求項１０９記載の方法。
【請求項１１２】
前記ガスが酸素を含む、請求項７４記載の方法。
【請求項１１３】
前記ガスが酸素を含む、請求項７５記載の方法。
【請求項１１４】
前記ガスが酸素を含む、請求項７６記載の方法。
【請求項１１５】
前記ガスが酸素を含む、請求項９８記載の方法。
【請求項１１６】
前記ガスが酸素を含む、請求項９９記載の方法。
【請求項１１７】
前記ガスが酸素を含む、請求項１００記載の方法。
【請求項１１８】
前記ガスが酸素を含む、請求項１０９記載の方法。
【請求項１１９】
前記ガスが酸素を含む、請求項１１０記載の方法。
【請求項１２０】
前記ガスが酸素を含む、請求項１１１記載の方法。
【請求項１２１】
光学計測装置の使用を通して光学データを取得することが望まれる試料を清浄化する方法であって、
光ビームを前記試料の離散した位置に配光し前記試料の前記離散した位置から汚染物を清浄化するステップと、
前記離散した位置で前記試料の特質を測定するステップとを有し、
前記清浄化と測定を達成するための前記光学計測装置の光学モジュールの少なくとも共通部分を利用することによって、同じ前記離散した位置の測定と清浄化とが達成され、前記清浄化ステップと測定ステップとの間の位置合わせ誤差を最小化する、方法。
【請求項１２２】
清浄化光源と測定光源とに別の光源が使用される、請求項１２１記載の方法。
【請求項１２３】
前記清浄化光源と前記測定光源との内の少なくとも１つがＤＵＶ波長より低い波長を有する光を有する、請求項１２２記載の方法。
【請求項１２４】
清浄化光源と測定光源との両方に共通の光源が使用される、請求項１２１記載の方法。
【請求項１２５】
前記清浄化光源がＤＵＶ波長より低い波長を有する光を有する、請求項１２４記載の方法。
【請求項１２６】
前記光学計測装置が、ＤＵＶ波長より低い波長を有する光を少なくとも一部利用する反射計である、請求項１２１記載の方法。
【請求項１２７】
前記離散した位置に前記光ビームを配光する前に、全試料の事前清浄化操作を実施するステップをさらに有する、請求項１２１記載の方法。
【請求項１２８】
前記事前清浄化操作が、前記試料を光に暴露するステップを有する、請求項１２７記載の方法。
【請求項１２９】
前記試料が校正標準である、請求項１２１記載の方法。
【請求項１３０】
前記光学計測装置が、ＤＵＶ波長より低い波長を有する光を少なくとも一部利用する反射計である、請求項１２９記載の方法。
【請求項１３１】
前記試料が前記光学計測装置の環境が制御された室内にあり、前記環境が制御された室は真空排気処理を受ける、請求項１２１記載の方法。
【請求項１３２】
光学計測装置の使用を通して光学データを取得することが望まれる試料を清浄化する方
法であって、
ＤＵＶ波長より低い波長を少なくとも一部含む波長を有する光ビームを前記試料の離散した位置に配光し前記試料の前記離散した位置から汚染物を清浄化するステップと、
前記離散した位置で前記試料の特質を測定するステップであって、前記特質がＤＵＶ波長より低い波長に関する情報を少なくとも一部利用することによって取得される、ステップとを有し、
前記清浄化と測定を達成するための前記光学計測装置の光学モジュールの少なくとも共通部分を利用することによって、同じ前記離散した位置の測定と清浄化とが達成され、前記清浄化ステップと測定ステップとの間の位置合わせ誤差を最小化する、方法。
【請求項１３３】
前記試料が前記光学計測装置の環境が制御された室内にあり、前記環境が制御された室は真空排気処理を受ける、請求項１３２記載の方法。
【請求項１３４】
清浄化光源と測定光源とに別の光源が使用される、請求項１３３記載の方法。
【請求項１３５】
清浄化光源と測定光源との両方に共通の光源が使用される、請求項１３３記載の方法。
【請求項１３６】
前記離散した位置から第１の光学データを収集し、次に前記試料の前記離散した位置から汚染物を清浄化するように引き続き前記光ビームを前記試料の前記離散した位置に配光するステップと、
前記離散した位置を清浄化後に前記離散した位置から第２の光学データを収集するステップと、
前記第１の光学データと前記第２の光学データとを少なくとも部分的に利用することによって前記試料上の汚染物層の少なくとも１つの特質を決定するステップとをさらに有する、
請求項１３３記載の方法。
【請求項１３７】
前記第２の光学データを分析することによって前記試料の少なくとも１つの特質を決定するステップをさらに有する、請求項１３６記載の方法。
【請求項１３８】
前記試料の複数の位置で、前記試料の少なくとも１つの特質を決定するステップをさらに有する、請求項１３７記載の方法。
【請求項１３９】
第３の光学データを前記試料の第２の位置から収集するステップであって、前記試料の前記第２の位置は前記試料の前記離散した位置に配光された前記光ビームを受けない、ステップと、
前記汚染物層の前記決定された特質を利用して前記第３の光学データを分析し、前記第２の位置の前記試料の特質を決定するステップとをさらに有する、請求項１３６記載の方法。
【請求項１４０】
光学計測装置の使用を通して試料から光学データを取得する方法であって、
前記試料の第１の位置から第１の光学データを収集するステップと、
前記第１の光学データを収集するステップの後に光放射への暴露を通して前記試料の前記第１の位置を清浄化するステップと、
前記試料の前記第１の位置を清浄化するステップの後に前記試料の第１の位置から第２の光学データを収集するステップと、
前記第１の光学データと前記第２の光学データとを少なくとも部分的に利用することによって前記試料上の汚染物層の少なくとも１つの特質を決定するステップとを有する、方法。
【請求項１４１】
前記第２の光学データを分析することによって前記試料の少なくとも１つの特質を決定するステップをさらに有する、請求項１４０記載の方法。
【請求項１４２】
前記試料の複数の位置で、前記試料の少なくとも１つの特質を決定するステップをさらに有する、請求項１４１記載の方法。
【請求項１４３】
前記複数の位置の全てが光放射への暴露によって清浄化されることを必要とせずに、前記特質が前記試料の前記複数の位置で決定される、請求項１４２記載の方法。
【請求項１４４】
第３の光学データを前記試料の第２の位置から収集するステップであって、前記試料の前記第２の位置は前記試料の前記離散した位置に配光された前記光ビームを受けない、ステップと、
前記汚染物層の前記決定された特質を利用して前記第３の光学データを分析し、前記第２の位置の前記試料の特質を決定するステップとをさらに有する、請求項１４０記載の方法。
【請求項１４５】
前記光放射がＤＵＶ波長より低い波長を少なくとも一部有する、請求項１４４記載の方法。
【請求項１４６】
前記試料上の汚染物層の少なくとも１つの特質を決定するステップが、清浄化応答プロファイルを利用するステップを有する、請求項１４０記載の方法。
【請求項１４７】
光学計測装置の使用を通して試料から光学データを取得する方法であって、
前記試料から第１の光学データを収集するステップと、
前記第１の光学データを取得するステップの後に前記試料の少なくとも一部を光放射に暴露することを通して前記試料の特質を変更するステップと、
前記試料の前記特質を変更するステップの後に前記試料から第２の光学データを収集するステップと、
前記第１の光学データと前記第２の光学データを少なくとも部分的に利用することによって前記試料の少なくとも１つの特性を決定するステップとを有する、方法。
【請求項１４８】
前記試料の特質を前記変更するステップが、汚染物層の少なくとも一部を除去するステップを有する、請求項１４７記載の方法。
【請求項１４９】
前記光放射がＤＵＶ波長より低い波長を少なくとも一部有する、請求項１４８記載の方法。
【請求項１５０】
前記試料の特質を前記変更するステップは、層の物理的な特質を変更するステップであって、前記層の少なくとも一部は前記試料上に残留する、ステップを有する、請求項１４７記載の方法。
【請求項１５１】
前記特性は、前記第１の光学データと前記第２の光学データとの間の変動によって少なくとも一部が決定される、請求項１５０記載の方法。
【請求項１５２】
前記特性が予め決定された光学応答プロファイルを利用することによって決定される、請求項１５１記載の方法。
【請求項１５３】
追加収集された光学データを前記第１の光学データおよび前記第２の光学データと組み合わせて利用し、前記試料の前記少なくとも１つの特性を決定する、請求項１５１記載の方法。
【請求項１５４】
前記変更される特質は、変更される結合特質を有する、請求項１５１記載の方法。
【請求項１５５】
前記変更される特質が、前記試料内の物質の拡散に少なくとも一部起因する、請求項１５１記載の方法。
【請求項１５６】
前記光放射がＤＵＶ波長より低い波長を少なくとも一部有する、請求項１５１記載の方法。
【請求項１５７】
前記光放射がＤＵＶ波長より低い波長を少なくとも一部有する、請求項１５０記載の方法。
【請求項１５８】
前記特性は、前記第１の光学データと前記第２の光学データとの間の変動によって少なくとも一部が決定される、請求項１５７記載の方法。
【請求項１５９】
前記特性が予め決定された光学応答プロファイルを利用することによって決定される、請求項１５７記載の方法。
【請求項１６０】
追加収集された光学データを前記第１の光学データおよび前記第２の光学データと組み合わせて利用し、前記試料の前記少なくとも１つの特性を決定する、請求項１５７記載の方法。
【請求項１６１】
前記変更される特質は、変更される結合特質を有する、請求項１５７記載の方法。
【請求項１６２】
前記変更される特質が、前記試料内の物質の拡散に少なくとも一部起因する、請求項１５７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は光学計測の分野に関し、さらに具体的には、真空紫外（ＶＵＶ）において実施される光学計測に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの実施形態では、真空紫外（ＶＵＶ）において正確で再現性のある光学計測を実施可能な手段が提供される。１つの実施形態では、本明細書で開示される技術は、ガス状および表面の汚染物の両方の存在下で、真空紫外の反射計が、高安定で再現性のある結果を確実に生成するために使用可能である。他の実施形態では、本明細書で開示される技術は、表面が汚染されている可能性のある試料自体から正確な反射率データを取得するための手段を提供する。
【０００３】
光学計測技術は、その非接触、非破壊かつ一般に高速処理の性質によって、半導体製造産業のプロセス制御用途に長く採用されてきた。これらの装置の大多数は、深紫外から近赤外波長（ＤＵＶ−ＮＩＲ、一般に２００〜１０００ｎｍ）に渡るスペクトル領域の一部で運転する。より薄い層からなる小型の装置開発に向けての絶え間ない活動は、このような装置の感度への挑戦であった。プロセス条件における微細な変化に対してより大きな感度が実現可能な、短波長（２００ｎｍ未満）を利用する光学計測装置の開発への取り組みがあった。真空紫外（ＶＵＶ）反射計のためのシステムおよび方法などの、短波長で光学測定を実施するアプローチは、２００３年９月２３日に出願された米国特許出願番号１０／６６８，６４２号公報で現在の特許文献１、および２００４年７月３０日に出願された米国特許出願番号１０／９０９，１２６号公報で現在の特許文献２に記載されており、これら両者の記載内容を明示的に本明細書に援用する。
【０００４】
窓や鏡などの光学表面の汚染は、ＶＵＶにおける光学装置の運転に対して深刻な障害となる。湿気および残留分子、特に炭化水素化合物は経時的にこのような表面上に堆積し、装置の性能を著しく減じる場合がある。これらの効果は、１９３および１５７ｎｍリソグラフィ露光装置の設計、開発および性能に対するこれらの影響度故に、過去の研究の焦点をなした。
【０００５】
理論的にＶＵＶ光学計測装置によってもたらされる多大な感度向上を実際に実現確保するために、装置の光学表面上の汚染物の蓄積を減少、除去、または全て排除する本質的な機能を備える装置を開発することが非常に所望される。さらに、潜在的に高価で複雑な部品の追加なしに、この自己清浄化機能が実現できたら、装置の所有者にとって非常な利益になるだろう。
【０００６】
汚染物層が調査中の試料の表面に存在すると、ＶＵＶにおける光学応答の測定に著しく影響を与え、不正確および／または誤った結果を与える場合がある。試料が非常に薄い薄膜（＜１００Å）を含む場合には、この厚さ自体が汚染物層の厚さと同等であり、これらの影響が特に懸念される。
【０００７】
清浄化段階において汚染物層を除去することによって半導体ウェハの測定を改善するために考えられる１つの技術に、測定前にマイクロ波放射および／または放射体加熱を使用することが含まれる。このアプローチを使用して測定再現性を向上させることが報告されているが、この方法は別の清浄化システムが既存の測定システムに結合させることを必要とし、その結果、システムのコストと設計の複雑性が増加してしまう。
【０００８】
これらの不利な点を考えると、試料の表面から汚染物を除去する機能を自らに備え、これによって、正確かつ再現性の高い結果を確実に取得可能な測定システムを開発することが望ましい。このような装置は、同時に、測定に通常必要とされるものの他に追加の部品を必要とせず、試料の特定の位置を清浄化して測定可能であり、それによって、システムのコストと設計の複雑性を減少できるとよい。さらに、このような装置は、別の清浄化および測定の補助システムの位置合わせを必要としない方がよい。さらに、このような装置では、全ての測定位置において安定な清浄結果が取得されることを確保する一方、同時に、試料全体の不必要な「清浄化」を避けることができるとよい。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７，０６７，８１８号公報
【特許文献２】米国特許第７，１２６，１３１号公報
【発明の開示】
【００１０】
開示される技術の１つの実施形態は、性能の低下を引き起こし得る光学要素の表面上の汚染物の蓄積を最小化または全て排除するように、ＶＵＶ光学計測装置内に制御された環境を生成し、続いてモニタする技術を提供する。
【００１１】
他の実施形態では、光学計測装置の光学経路（または補助的な経路）の中に収容された光学要素から、表面汚染物を減少させるための技術を開示する。この技術は、追加の部品および／または装置が既存の計測装置に結合または一体化されることを必要としないような態様で１つの実施形態に利用可能である。
【００１２】
他の実施形態では、必要と考えられる時に清浄化行程が実施可能なように、光学計測装置内の光学要素上の表面汚染物がモニタされる技術を開示する。この技術は、装置の別個の光学経路が互いに独立してモニタされ、続いて清浄化されることをさらに可能にするだろう。
【００１３】
さらに他の実施形態では、試料から光学応答が記録される前に、正確な結果が取得されることを確保するように、この試料の表面から汚染物を除去するための技術が開示される。別法では、この技術は、追加の部品および／または装置が既存の計測装置に結合または一体化されることを必要としないような態様で実施可能である。
【００１４】
さらに他の実施形態では、試料の表面上の汚染物を特性化するための技術が開示される。汚染物自体の性質の知見を提供することに加え、この技術は、また、試料の表面上に存在し得る汚染物層を考慮に入れて、正確な試料測定が実施可能な手段も提供する。
【００１５】
他の実施形態では、光学計測装置内の雰囲気を制御する方法が提供される。この方法は、少なくとも第１の環境が制御された室と第２の環境が制御された室とを提供するステップであって、第１と第２の環境が制御された室はＤＵＶ波長より低い波長を有する光ビームを通過させるように構成される、ステップを含み得る。この方法は、第１と第２の環境が制御された室の内の少なくとも１つの中の光学吸収性の物質の濃度を真空排気技術を利用して下げるステップであって、第１と第２の環境が制御された室の内の少なくとも１つは雰囲気が制御された室である、ステップをさらに含み得る。この方法は、雰囲気が制御された室を非吸収性のガスで再充填し、雰囲気が制御された室内の圧力を真空排気の圧力水準よりも上に増加させることによって光学性能を向上させるステップと、雰囲気が制御された室が再充填された状態にある間にＤＵＶ波長より低い波長を有する光ビームを伝達させるステップとをさらに含み得る。
【００１６】
他の実施形態は、光学計測装置内の雰囲気を制御する方法を含み、この方法は、少なくとも環境が制御された試料室と環境が制御された光学室とを提供するステップであって、
試料室および光学室のそれぞれがＤＵＶ波長より低い波長を有する光ビームを通過させるように構成される、ステップを含み得る。この方法は、試料室と光学室の内の少なくとも１つの中の水分または酸素の濃度を周囲の状態から真空排気技術を利用して減少させるステップであって、減少させるステップが起こる試料室と光学室の内の少なくとも１つは雰囲気が制御された室である、ステップをさらに含み得る。この方法は、また、雰囲気が制御された室をＶＵＶ非吸収性のガスで再充填し、雰囲気が制御された室内の圧力を真空排気の圧力水準よりも上に増加させることによって汚染物の拡散を減少させるステップと、雰囲気が制御された室が再充填された状態にある間にＤＵＶ波長より低い波長を有する光ビームを伝達させるステップとを含み得る。
【００１７】
他の実施形態では、光学計測装置内の雰囲気を制御する方法は、少なくとも環境が制御された試料室と環境が制御された光学室とを提供するステップであって、試料室および光学室のそれぞれがＤＵＶ波長より低い波長を有する光ビームを通過させるように構成される、ステップを含み得る。この方法は、試料ビーム光学経路と参照ビーム光学経路とを提供するステップであって、試料ビーム光学経路と参照ビーム光学経路の光学経路長が一致する、ステップをさらに含み得る。この方法は、また、試料室と光学室の内の少なくとも１つの中の水分または酸素の濃度を周囲の状態から真空排気技術を利用して減少させるステップであって、減少させるステップが起こる試料室と光学室の内の少なくとも１つは雰囲気が制御された室である、ステップも含み得る。この方法は、雰囲気が制御された室をＶＵＶ非吸収性のガスで再充填し、雰囲気が制御された室内の圧力を真空排気の圧力水準よりも上に増加させることによって光学性能を向上させるステップと、雰囲気が制御された室が再充填された状態にある間にＤＵＶ波長より低い波長を有する光ビームを伝達させるステップとをさらに含み得る。
【００１８】
他の実施形態では、光学計測装置内の環境汚染状態を決定する方法が提供される。この方法は、第１の時間に参照試料から第１の強度測定値を取得するステップと、第２の時間に参照試料から第２の強度測定値を取得するステップとを含み得る。この方法は、第１と第２の強度測定値を分析するステップと、第１の強度と第２の強度との間の変動に基づき、光学計測装置の環境汚染状態がさらなる使用に適するかどうか、第１と第２の強度測定値を分析するステップから決定するステップとをさらに含み得る。
【００１９】
他の実施形態では、ＤＵＶ波長より低い波長を少なくとも含む波長で運転する光学計測装置中の環境汚染状態を決定する方法が提供される。この方法は、第１の時間に参照試料から第１の強度スペクトル測定値を取得するステップであって、第１の強度スペクトル測定値はＤＵＶ波長より低い少なくとも複数の波長を含む、ステップと、第２の時間に参照試料から第２の強度測定値を取得するステップであって、第１の強度スペクトル測定値はＤＵＶ波長より低い少なくとも複数の波長を含む、ステップとを含み得る。この方法は、第１と第２の強度測定値を分析するステップと、第１の強度と第２の強度との間の変動に基づき、光学計測装置の環境汚染状態がさらなる使用に適するかどうか、第１と第２の強度測定値を分析するステップから決定するステップとをさらに含み得る。
【００２０】
本明細書に開示される概念の性質の利点が、以下の説明および関連する図面を検討することにより、さらに理解されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
挑戦的な用途のための光学計測装置の感度を増加させるために、このような測定が実施される波長範囲を拡大することが望ましい。具体的には、真空紫外（ＶＵＶ）と称される電磁スペクトル領域の中、およびそれを超える範囲の、短波長（高エネルギ）光子を利用することは利点がある。真空紫外（ＶＵＶ）波長とは、一般に、深紫外（ＤＵＶ）、すなわち、約１９０ｎｍより下の波長と考えられる。ＶＵＶ範囲の下限に普遍的な境界はない
が、当分野では、ＶＵＶは極紫外（ＥＵＶ）領域が始まる所（例えば、１００ｎｍより下の波長をＥＵＶとして定義する場合がある）と考える場合があるだろう。本明細書に記載した原理は１００ｎｍより上の波長に応用可能であるが、このような原理は、１００ｎｍより下の波長にも一般に応用可能である。従って、本明細書に使用するように、ＶＵＶの用語は一般に約１９０ｎｍより下の波長を指すが、低い波長を除外することを意味しないことが認識されるだろう。従って、本明細書に使用するように、ＶＵＶは、波長の下限を除外せずに、一般に約１９０ｎｍより下の波長を包含することを一般に意味する。さらに、ＶＵＶの下限は、一般に１４０ｎｍより下の波長と考えられる場合がある。
【００２２】
実質的に全ての物質形態（固体、液体、および気体）では、ＶＵＶ波長で一層強い光学吸収特性を示すことは、一般的に正しい。このことは、ある程度、むしろ物質の本質的な特質であり、ＶＵＶ光学計測技術で高い感度が利用できることは物質自体に起因する。プロセス条件の小さな変化は、長波長では物質の検出不可な光学挙動変化だが、ＶＵＶ波長では、そのような物質の測定可能な特性に、十分にかつ容易に検出可能な変化を誘起し得ることになる。波長に関する光子の吸収断面の、この高度に非線形な依存性は、ＶＵＶ光学計測装置にとって非常に大きな機会を与えるものであるが、残念ながら、同時に関連して複雑性ももたらす。
【００２３】
このような複雑性の１つは、ＶＵＶ放射が普通の大気中の条件を介しては伝搬不可であるという事実に関する。ＶＵＶ光子はＯ２およびＨ２Ｏによって強く吸収されるため、計測装置の光学経路に沿った伝達を可能にするには、これらの物質は十分に低い水準（例えば、典型的にＰＰＭ以下）に維持しなければならない。この目的で、真空または（窒素、アルゴンまたはヘリウムのような）非吸収性のパージガスを使用するパージ法が一般に使用される。パージ法は、気体のＯ２およびＨ２Ｏ濃度を低下させることに適度に効果的であり得るが、真空技術を使用せずに吸着された水を適時に除去することは非常に難しい。真空法は、吸着されたＨ２Ｏを除去するのにより効率的であるが、減圧下において、そのような物質によって発生する平均自由行程の増加の結果、意図せずに表面汚染物の拡散を促進する。
【００２４】
これらの相反する事柄を考えると、真空法またはパージ法だけでは、ＶＵＶ中で光学測定を実施するために必要な制御された環境を生成し引き続き維持する、最も効果的な手段を構成することはできないということになる。むしろ、最適な装置性能を確保するためには、両方の技術の要素を組み合わせる行程を利用することが望ましい。つまり、真空を最初に使用して水分および酸素の物質の濃度が急速に許容水準まで低下され、続いて、非吸収性のガスで装置内が再充填される。
【００２５】
１つの実施形態では、吸着された水分の濃度を許容水準まで低下させるために、一般に、１×１０−５〜１×１０−６Ｔｏｒｒ近辺まで装置内の圧力を低下させることが望ましい。この間、光堆積の汚染物層が形成する可能性があるため、装置の光学表面が確実にＶＵＶ放射に暴露されないように注意を払った方がよい。この状況は、排気の前にＶＵＶ光源の遮断または電源切断のいずれかによって容易に避けられる。
【００２６】
必要な真空条件に達するまでに必要な時間は、システムの多くの側面（すなわち、温度、装置容積の内部表面積、真空系のポンプの速度、等）に依存するが、試料の装着プロセス中の内部表面の大気暴露に大きく影響される。従って、システムのポンプ減圧時間は、ロードロック機構の使用を工夫することで最小化され、これによって、システムの処理速度が増加し、汚染物の拡散が減少することになる。
【００２７】
ポンプ減圧周期もまた、機械的、熱的、または放射的な方法を介して水が吸着された基台にエネルギを加えることによって、短縮可能である。ポンプ減圧周期の初期部分の間に
制御されたパージガスを導入することによって、機械的エネルギを加えることが可能である。装置の壁を加熱することによって熱的エネルギを加えることが可能であるが、このアプローチは、汚染の拡散を促進させ、かつ機械的に不安定にさせる場合がある。ＵＶランプを使用してエネルギを直接吸着された水分子に伝達することも可能だが、同時に、汚染物の光堆積を引き起こす場合がある。
【００２８】
装置容積内の吸収性の物質の濃度が十分に低下すると、高純度の非吸収性のガスで装置容積内を再充填することによって、運転を支援するに必要な制御された（すなわち、ＶＵＶ光子の十分な伝達を可能にする）環境が、得られる。汚染物を考慮すると、装置の圧力を高い水準に維持することが推進されるだろうが、機械的に考慮すると、一般に、実用的な運転圧力は大気状態付近に制限される。その結果、典型的に３００〜７００Ｔｏｒｒの範囲の圧力が使用される。このように、光学的な伝達性を増加させることによって光学性能が向上可能である。光学的な伝達性は、真空技術の使用を介して酸素および／または水分含有量を低下させることによって、増加可能である。さらに、光学性能は、再充填技術の使用を介して、吸収性の物質（すなわち、汚染物質）が表面から拡散することを抑制することによっても、向上可能である。装置表面から拡散し光学表面に付着する吸着性の汚染物質は、このような要素の性能を著しく低下させ得るため、鏡の反射率を減少させ、窓の伝達特性を減少させる結果となる。
【００２９】
経時的に、さまざまな原因によって、装置内の制御された環境の質が低下することが予想でき、これには、内部表面からの気化、材料を通した透過、漏れを介した浸透（実際上および事実上の両方）、および試料自体からの気化を含むが、しかしこれらのみに限定されるものではない。これらの機構のいずれも、装置内の吸収性の物質の濃度の増加をもたらし、従って、これに相応したシステム光学伝達量の低下をもたらす。環境状態をモニタすることは利点があり、必要な場合には、環境を再生するために適当な処置を取ることができ、これによって、測定の正確性が毀損されないことを確保できることになる。
【００３０】
閉鎖空間の質をモニタするために、独立型の方法、システム、およびセンサが多く存在するが、最も直接的でおそらく最も有用なアプローチは、光学伝達量を検知するために参照試料と組み合わせ、計測装置の光学要素を利用することである。図１の流れ図１００は、この方法でどのように環境モニタが達成し得るかを例示するものである。最初に、ステップ１１０で、適当な真空系を使用して装置容積が所定の圧力ＰＬまで排気される。次に、ステップ１２０で、装置は非吸収性のガスで所定の測定圧力ＰＨまで再充填される。測定圧力に到達すると、ステップ１３０に示すように、直ちに時間ｔ１での参照試料からの強度スペクトルが記録される。吸収性の物質の濃度は、この時点までには到達可能な最小水準になっていると推測される。次に、ステップ１４０で、試験試料の測定が所定の時間実施され、続いて、ステップ１５０に示すように、参照試料の強度スペクトルが時間ｔ２で再び収集される。ステップ１６０および１７０で示すように、参照試料からの２つの強度スペクトル（時間ｔ１および時間ｔ２）の比が、次に計算および分析され、吸収性の物質の濃度を決定する。次に、ステップ１８０では、次に、決定された濃度が使用者が定義した閾値と比較され、装置内の環境がさらなる測定を行うに適するかどうか決定される。ステップ１９０に示したように、環境が適する場合には、次に、制御がステップ１４０に戻ることによって、試験試料の測定が別途所定の時間再度実施される。逆に、環境がもはや適切でない場合には、（ステップ１９５で示されるように）、次にステップ１１０で排気／再充填行程を再度開始して環境が再生される。
【００３１】
図２は、純粋な非吸収性のガスの存在下で収集された参照測定値に対する、追跡濃度の酸素および水（プロット２００、２０５、２１０、および２１５でそれぞれ示されるように１、５、１０、および２０ＰＰＭ）を含有する非吸収性のガスの雰囲気の存在下で収集された参照測定値の、比を示す。図で明らかなように、酸素と水の濃度が増加すると、制御された環境を通した伝達性は、１９０ｎｍより低い波長でかなり減少している。既に分かっている光学経路長の情報、装置の圧力、および酸素と水の吸収断面を用いると、これらの物質の濃度は分析を通して容易に決定可能である。
【００３２】
別法として、離散した波長における参照測定値の比を使用して、制御された環境の質を簡単にモニタすることも可能である。図３には、純粋な非吸収性のガスの存在下で収集された参照測定値に対する、ＶＵＶ波長１２４．６ｎｍ、１４４．９８ｎｍ、および１７７．１２ｎｍ（それぞれプロット３００、３０５、および３１０で示される）において追跡量の酸素および水を含有する非吸収性のガスの存在下で実施された参照測定値の、比を酸素と水の関数としてプロットされている。実際においては、測定された伝達性の値は、使用者が定義した閾値と比較され、制御された環境の状態を決定可能である。比較に使用する実際の波長は、対象の吸収性の物質の吸収断面に基づいて選択可能である。
【００３３】
本明細書で記載した環境モニタ行程では、ＶＵＶ光源のスペクトル強度は、最初と最後の参照測定時の間で感知可能な変化はないと仮定している。これは、多くの例で合理的な仮定であろうが、顕著な変動が予測される状況では、強度変動を考慮するために光源のスペクトル強度は独立にモニタ可能であることを述べておく。
【００３４】
制御された環境の再生が必要な前に、そのような装置が運転可能（および信頼性のある試料測定が実施可能）な時間は、装置の設計および装置が運転される態様によって著しく変わり得る。内部（すなわち、装着・固定機構を介して試料が導入される）表面の暴露を最小化するように運転される、良く設計された（すなわち、漏れがない）システムに対しては、一般に、管理された環境内の変化は、所与の試料の測定に必要な時間よりもかなり長い時間尺度で起こる。従って、制御された環境の再生を必要とする前に、このような試料の多くを測定可能である場合が多い。いづれにしても、環境があまり安定性していない場合には短い間隔が使用可能であり、環境がより安定している場合には長い間隔が使用可能なように、必要に応じて参照測定の間隔が調節可能である。
【００３５】
図１の流れ図に概説されたプロセス中で確立した制御された「測定」環境は、装置容積を所定の圧力まで再充填することによって生成できる場合がある。この状態に達すると、装置へのパージガスの流れは停止してよい。このような装置を運転する他の方法は、装置に特定の「解放」圧に設定したパージ弁を備え、パージガスが装置の中に連続して流入するようにもできよう。酸素および水のような吸収性の物質の蓄積が制限され得るため、原理的には、測定環境の「再生」の必要性を減じる、または全く排除することが可能であろう。このアプローチの実施は、吸収性の物質の濃度を十分に低く維持するために高い流量が必要なため（パージ排気部を通して汚染物が逆流するために）、実用上は難しい。さらに、連続パージは圧力変動を誘起する可能性があり、測定の安定性に悪い影響を与え得る。
【００３６】
光学計測装置におけるＶＵＶ光子の使用に関連して、次の難点は、表面汚染に関する問題に関してである。薄い汚染物層は、長波長では光学表面の性能に微々たる影響しか与え得ないが、ＶＵＶ波長では、そのような要素の応答を著しく低下させ得る。通常の大気状態下で光学表面上に容易に形成することが予想される吸着層に加え、汚染物を含有する雰囲気の存在下でＶＵＶ光子で照射されると、有機およびシリコーンベースの薄膜も、意図せずにそのような表面上に光堆積する可能性がある。
【００３７】
光学表面のＶＵＶ応答に関して、図４に汚染物層が有し得る影響の例を示すが、プロット４００、４０５、および４１０にそれぞれ示すように、「清浄な」シリコン表面の参照値が、「わずかに汚染された」と「より汚染された」表面の参照値に対して対比される。図より明らかなように、ＶＵＶ領域におけるＳｉ表面の反射率は汚染物の蓄積の関数とし
て顕著に低下する。光学計測装置内の光子は、光源から試料に、そして最終的に検出器に移動する際に、一般に、多くのそのような表面に当たるため、個々の表面の光学性能がわずかに低下しただけで、装置の全体的な光学伝達量に深刻な影響を与え得る。
【００３８】
幸い、多くの場合で、追跡濃度の酸素を含有する雰囲気の存在下でのＶＵＶ照射を通して、そのような汚染物の光学表面上への蓄積を非破壊的に減少、除去、または全て排除することが可能である。ＶＵＶ波長に暴露されると、二原子性の酸素は原子状の酸素に解離し、次に、二原子性の酸素と反応してオゾンを形成する。原子状の酸素とオゾンの両方とも、非常に反応性に富み、表面の汚染物を酸化可能であり、ガス状生成物を形成し解放し得る。
【００３９】
この光エッチング清浄化プロセスを図５に模式的に例示する。図５Ａは、汚染物５０５を有する汚染された光学表面５００を示す。図５Ｂでは、汚染された光学表面５００が酸素含有雰囲気の存在下でＶＵＶ放射５１０に暴露され、その結果、上に概説した反応を介して汚染物５０５が表面から除去される。図５Ｃには、結果の「清浄な」光学表面５２０を示す。
【００４０】
ある種の汚染物（例えば、ハロゲン化有機物および有機珪素化合物）では、光堆積反応が非可逆的な場合があり、光エッチングを通じてこれらを十分に除去できない場合がある。そのような場合に、大部分を酸素からなる雰囲気の存在下で表面をＶＵＶ光子で照射すると、わずかな水準の汚染化合物であっても、汚染物層を連続して成長させるだけの結果となる可能性がある。
【００４１】
より一般的な場合では、酸素、光堆積および光エッチングの両方に導く汚染物（すなわち、可逆的な反応を介して形成されるもの）、および光堆積するが光エッチングはしない汚染物（すなわち、不可逆的な反応を介して形成されるもの）を含有する雰囲気の存在下で表面がＶＵＶ放射に暴露される。このような状況では、少なくとも３つの異なるプロセス、すなわち、可逆的な堆積プロセス、不可逆的な堆積プロセス、およびエッチングを介した逆反応プロセスが起こる。これらの３つのプロセスは、表面に向かって移動している白丸６１０、黒丸６２０（それぞれ、可逆的および不可逆的な堆積）、および表面から離れて移動する（エッチング）白丸６１０によって、それぞれ図６中に図形的に表されている。これらのプロセスに関連した相対速度は、吸着された汚染物の表面濃度、酸素濃度、当該汚染物の吸収断面、および関連したＶＵＶ光子束を含み、さまざまな要因に依存する。
【００４２】
光エッチングプロセスにおいて酸素は重要な働きをするため、装置容積内に含まれる酸素の濃度をモニタし制御することに利点があり得ることになる。このように、追跡濃度の酸素（または清浄な乾燥空気）は、測定目的のためにＶＵＶ光子束を著しく損なわずに清浄化プロセスを促進するように、再充填の非吸収性のガスに意図的に付加される。汚染とエッチングの相対速度によっては、望ましくない物質の蓄積の開始を促進しない（すなわち、エッチング速度が汚染速度を超える）ように、ＶＵＶ光学装置を運転することが可能であろう。著しい量の汚染物が光学表面上に既に存在する場合には、そのような薄膜を除去するに必要な清浄化時間は、酸素濃度をデータ取得用に通常使用される水準より上に一時的に増加させることによって、大きく減少させることが可能である。
【００４３】
装置の制御された環境に意図的に付加された追跡量の酸素濃度は、意図しない酸素および湿気の蓄積が図１の環境モニタ手法を使用して検知されることと同様に、モニタ可能である。追跡濃度の酸素のようなガスはマスフローコントローラを使用して装置容積に正確に付加可能であろう。試料検査の開始直前に、一定量の酸素が装置容積に付加されように、図１の手法を修正することによって、実用的に実施可能であろう。適量の酸素がシステ
ムに付加されたことを検証するために、参照試料からのスペクトル強度が記録され、非吸収性のガスで再充填された直後に取得されたスペクトル強度と比較可能であろう。従って、例えば、さまざまな清浄化機構を促進するために、例えば、１ｐｐｍ以下の範囲の、さらに好ましくは、０．１ｐｐｍ以下の範囲の追跡濃度の酸素が制御された環境に付加可能である。１つの実施形態では、制御された環境は準大気圧でよい。
【００４４】
原理的に、ＶＵＶ計測装置中の全ての光学表面は汚染効果に影響を受けやすい。これには、光学要素（すなわち、窓、ビームスプリッタ、鏡、等）だけでなく、試料自体の表面も含まれる。計測装置中の汚染物の濃度は、装置周囲の変化および試料導入に伴いかなり変化することが予想されるため、最適なシステム性能を達成するために、適切な清浄化対応が取れるようにそのような汚染物の蓄積（または除去）を経時的にモニタすることは利点があり得ることになる。
【００４５】
そのような表面が光エッチングプロセスによって効果的に清浄化できる場合には、清浄化中に光学表面が受けるＶＵＶの相対的な光束プロファイルは、初期の光堆積プロセス中に受けるそれと非常によく一致するはずである。その結果、最適な清浄化結果を得るためには、光学表面が受けるＶＵＶ光束プロファイルが非常によく一致することを確保できるように、ＶＵＶ清浄化システムを正確に構成しＶＵＶ光学計測装置と位置が合うことが望ましいだろう。
【００４６】
従って、ＶＵＶ清浄化機能の正確な構成かつ位置合わせが必要ないような態様で光学計測装置に一体化され得るならば利点であろう。さらに、そのような機能が、光学計測装置内に既に存在する部品の他に、追加の部品をほとんど必要としない手段で一体化され得れば、システム設計およびコストの必要性は大きく減少するだろう。これを達成する革新的な手段は、参照試料と組み合わせて、計測装置自体の光学要素を利用してシステムの汚染状態を検知することである。
【００４７】
図７の流れ図７００は、この方法でどのように汚染物モニタが達成し得るかを例示するものである。最初に、ステップ７１０に示すように、ｎ個の連続した参照試料強度のモニタ測定が参照試料上で実施されて記録される。各測定では、装置の光学経路（および経路上にある各光学要素）を、既知の時間間隔内に、あるＶＵＶ放射光束に暴露する。よって、各測定は装置内の光学表面上に特定線量のＶＵＶ放射を与えると考えることができる。次に、測定番号ｎの関数として参照試料強度を測定してよい。例えば、ステップ７２０に示すように、参照試料強度は測定番号ｎの関数としてプロットしてよい。このように、測定数の関数として検出器で強度を記録することによって、システムの光学伝達量をＶＵＶ暴露線量の関数として効果的に検知することが可能である。１つの実施形態では、測定数は１０以下でよい。システムの環境が十分に制御されていれば、測定数はわずか２つでもよい。
【００４８】
これらの参照測定に続き、記録された結果が分析されて、清浄化プロセスが完了したかどうか、それ故装置の光学伝達量が安定かどうかが決定可能である。例えば、ステップ７３０に示すように、測定数ｎの関数としての参照試料強度のプロットは分析されて汚染状態が決定され、不安定であれば、安定に到達するために必要な暴露時間ｔｃｌｅａｎが決定される。システムが安定状態にあると判定されると、次に試料測定が実施可能である。ステップ７４０に示すように、例えば、２つの連続した測定（ｎおよびｎ−１）間で参照試料強度の差が、「清浄化」状態に関連づけられた所望の測定再現性内である範囲内であれば、状態は安定であると考えてよい。しかし、ステップ７４５に示すように、例えば、２つの連続した測定（ｎおよびｎ−１）間で参照試料強度間の差が、「清浄化」状態に関連づけられた所望の測定再現性内である範囲よりも大きければ、状態は不安定であると考えてよい。システムが不安定（清浄化プロセスが不完全な場合を含む）と判定されれば、
次に、システムの安定性を達成するにために必要な暴露線量が推定可能である。この暴露線量は、システム（および参照試料）を暴露してよい有効測定時間に変換することができる。１つの実施形態では、暴露は、連続した個々の参照測定を介した暴露と対照的に単独で行われる。システムを必要な清浄化線量に暴露した後に、再評価ステップ７６０に示すように、参照試料上で連続したモニタ測定が再度実施可能である。このプロセスは、装置が事実上安定な「清浄化」状態にあると確認されるまで繰り返してよい。図７の代表的な技術の中に示すように、２つの強度測値定間の変化は、１つの強度測定値を他の強度測定値から減算することによって決定してよい。しかし、２つの強度測定値の差すなわち変化は、２つの測定値を比較する広範囲な方法によって特定可能であり、従って、２つの測定値の変動は広範囲な方法で定量化可能であることが認識されるだろう。例えば、変動を定量化するのに比を利用してもよい。このように、広範囲な数学的な方法を用いるが、やはり本明細書に記載した概念を利用して、測定データが分析、比較、定量化可能であることが認識されるだろう。さらに、２つの連続した測定値（ｎおよびｎ−１）の評価に関して説明したが、２つの測定値は連続している必要はなく、しかし、むしろ、単に、任意の２つの測定値を評価して１つの測定値から他の測定値への変動を決定してよいことが認識されるだろう。
【００４９】
システムの安定性を（時間、使用量等の関数として）検知することによって、効率的な装置清浄化と、その結果のシステム安定性の向上を確保するように、清浄化プロセスに関連する細部（すなわち、参照測定の頻度、暴露当たりの有効線量、装置容積内に存在する追跡濃度の酸素、等）は調節可能である。このように、装置は装置性能を最適化するように運転可能である。
【００５０】
このプロセスから起こり得る結果の例を図８のプロット８００に示すが、単一のＶＵＶ波長における規格化された参照試料からの強度が有効線量の関数としてプロットされたものである。図より明らかなように、参照試料からの強度は、安定化する前の一時期、一般に暴露に対して直線的に増加する。このような清浄化が実施されなければ、このような清浄化プロセスの完了前に正確な測定を実施する光学装置の機能は、著しく損なわれるだろうということになる。
【００５１】
このような装置内の非光学表面も、汚染物質の供給源として機能し得ると考えるべきであり、汚染物質は光学表面上に吸着されて後で解放され得る。従って、潜在的な汚染物が付着する可能性を最小化するように、このような表面を製造することが望ましい。これには、真空適合性を確実に達成するために、特定の機械加工プロセス、および／または適切なコーティングの適用を含んでよい。
【００５２】
装置内で外来の表面から光学要素への汚染物の拡散を減少させるため、そのような物質の蒸発速度を最小化させるように装置を運転することは利点がある。所与の温度において、雰囲気圧が減少すると分子の蒸発速度は増加する。さらに、そのような条件下では、これらの分子の平均自由行程も増加するだろう。その結果、汚染物分子が利用可能な容積全体に拡散する傾向が大きくなるため、この分子が光学表面に当たりそこに付着する可能性が増加する。従って、汚染の観点からは、ＶＵＶ光学装置の容積が減圧に維持される時間を最小化することが望ましい。
【００５３】
ＶＵＶ計測装置中の光学要素が汚染効果の影響を受けやすいことと、ちょうど同じように、測定される試料自体も影響を受けやすい。試料汚染の程度は、作成後に試料が暴露される環境、およびその暴露の期間の両方に大きく依存する。そのため、試料特質の正確な測定実現に役立つために、存在し得る表面汚染物層を迅速に検知することが望ましい。これは、調査中の試料が、汚染物自体の層の厚さと同等な厚さの極薄膜を含む場合には、特に重要である。この重要性は、汚染物層が研究中の極薄膜に比べて高度の吸収性を呈する
状況では、一層強調される。
【００５４】
この問題への従来のアプローチは、測定を開始する前に、試料の表面全体から汚染物層を完全に除去しようとするものであった。一般に、ウェハ全体の清浄化は、熱的な加熱、マイクロ波放射、ＵＶ放射、または、これらのまたは他の技術のいくつかの組み合わせを使用して実施される。そのようなウェハ全体の清浄化手法に関連しては、非常に困難が多い。そのようなシステムは、多くの場合、比較的大型であり、そのために、ＶＵＶ光学計測装置の制御された環境の外部で、独立型のシステムとして構成される可能性が高い。その結果、試料は清浄化システムと計測装置との間を移動しなくてはならず、再汚染の可能性を増加させる。
【００５５】
さらに、ウェハ全体の清浄化手法を使用して水分は容易に除去されるだろうが、他の汚染物を完全、かつ均一に除去することは問題が多いことが分かる。これは、汚染物が試料の全ての部分から確実に十分除去されるように、十分なエネルギ、振幅、および空間的均一性を有する出力の光束を発生させることに関する困難性に起因する。清浄化後の残留汚染物は不正確な測定結果、並びに、試料特質の空間的な均一性に関して誤った結論に導く可能性がある。
【００５６】
独立型の部分的清浄化技術は、ＶＵＶ計測装置の制御された環境に一体化された場合でさえも、欠点が多い。正確な測定結果が取得されることを確保するために、清浄化部分の位置と部分測定の位置が一致するように、部分的清浄化システムを光学計測装置に正確に位置合わせすることが、おそらく、望ましい。
【００５７】
従って、共通の光学モジュールの使用を介して位置合わせの懸念を避けるように、部分的清浄化機能が光学計測装置中に一体化可能であれば利点があるだろう。さらに、そのような機能が、光学計測装置内に既に存在する部品の他に、追加の部品をほとんど必要としない手段で一体化され得れば、システム設計およびコストの必要性は大きく減少するだろう。
【００５８】
これを達成する新規な手段は、清浄化と試料の特性化の両方に対して、測定放射自体を利用することである。このため、試料の離散した位置は、測定の直前に測定放射に暴露することを通して清浄化可能である。清浄化／測定の位置合わせの懸念を完全に排除することに加え、このアプローチは、広大な試料表面域を不必要に「処理する」ことを避ける。しかし、本明細書で提供される技術は、清浄化および測定として利用される光源に別の光源を使用しても、なお利用可能である。このような光源の１つ、両方またはいずれかがＶＵＶ光源でよい。
【００５９】
この技術のさらなる利点は、汚染物層自体を容易に測定および特性化可能であることである。これが達成可能な方法を図９の流れ図９００に例示する。汚染物層の除去の前後で、汚染された試料から光学応答を取得してその結果を分析することによって、汚染物層の特質（厚さ、光学特質、組成、粗度、等）を決定することが可能である。この取得情報を用いて、次にデータが試料上の他の汚染された位置から収集および分析され、試料の特質を特性化する。換言すると、所与の試料上の汚染物層の特質が決定されると、原理的には、最初に清浄化しなくても試料の他の位置を正確に特性化可能である。さらに、明らかな処理速度の利点に加え、清浄化／測定の組み合わせ周期が減少するため、この技術は汚染物層自体に関して、試料の処理手法を改良するために使用可能な貴重な情報も提供可能である。
【００６０】
図９のステップ９１０に示すように、まず、汚染物薄膜が存在する「汚れた」試料の第１の位置から反射率データが収集されるだろう。次に、ステップ９２０で、試料上の第１
の位置を測定放射に暴露することによって、この位置が清浄化される。ステップ９３０では、ステップ９２０で汚染物薄膜が除去された後、次に「清浄な」データが第１の位置から収集されるだろう。ステップ９４０では、試料の第１の位置からの清浄なデータが分析され、試料の特質が決定されるだろう。ステップ９５０では、ステップ９４０で測定された試料の特質を利用して、第１の位置からの汚れたデータ（ステップ９１０からのデータ）を分析して汚染物薄膜の特質を決定することができる。次にステップ９６０では、汚染物薄膜が存在する試料の別の位置から「汚れた」データが収集されるだろう。次にステップ９７０では、ステップ９６０で取得された別の位置からの「汚れた」データと、ステップ９５０で測定して取得された汚染物薄膜の特質とを使用することによって、ステップ９７０で、この別の位置の清浄化を必要とせずに、この別の位置に対して試料の特質を決定可能である。制御をステップ９７０から９６０の戻し、プロセスを繰り返すことによって、複数の位置をこの方法で分析可能である。
【００６１】
図９の方法は、一旦このアプローチの妥当性が証明されれば、所与の１つの試料、または連続した複数試料の１つまたはいくつかの位置で汚染物層の特質を決定し、次に、その試料または別の試料上で続けて測定される位置での分析中に、これを使用するような態様でも採用可能である。このように、汚染物層は全ての測定位置で分析される必要はない。別法として、汚染物層の性質が１つの位置と他の位置で著しく変化することが予想される状況では、データ収集の前に全ての測定位置を清浄化することも可能である。さらに、清浄化の前および直後に試料のそれぞれの位置を測定し、汚染物層およびその下にある試料の両方の特質を決定することも可能である。
【００６２】
当然、この一体化された部分的清浄化手法の使用を、他の独立型の、全ウェハまたは部分的清浄化技術と組み合わせることも可能である。このアプローチは、試料が非常に汚染されている、および／または所与の試料上の多くの位置を測定すべき状況下で利点があるだろう。このような状況下では、この清浄化方法の組み合わせは清浄化プロセスの高速化に役に立つだろう。
【００６３】
本明細書に概説したものと同じ試料清浄化手法は、光学計測システムによって利用される校正および／または参照試料の準備にも使用可能であり、高水準の測定正確性の達成を確保する。さらに、これらの「清浄化された」試料の特質は経時的にモニタされ、このような試料の「健全度」を検知可能である。このような試料の修復および／または交換は、このように、他の予防的保守活動と同時に行うように計画することができよう。
【００６４】
ある例では、清浄化プロセスに対するそのような層の応答を観察することを通して、汚染物層自体の特性についてさらなる知見が得られる。すなわち、汚染物薄膜の除去速度を累積線量の関数として記録することによって、汚染物の化学的な性質の一部を決定できる可能性がある。追加の分析データで相関が取れれば、清浄化応答プロファイルのライブラリを作成可能であろう。このライブラリは、次に、続く測定中に参照され、未知の汚染物が特性化され得るだろう。
【００６５】
例として、３つの異なる汚染物層１０００、１０１０、および１０２０に対する代表的な清浄化応答プロファイルを図１０に示す。この代表的な清浄化応答プロファイルは、異なる汚染物層から観察され得るプロファイル変化を例示している。清浄化応答ライブラリ中に保存されたこれらのプロファイルを用いて、未知の汚染物薄膜からのプロファイルが比較によって分類可能であろう。プロファイルは直接比較可能であるだろうし、また、パラメータ化されたモデルを使用してフィッティングを行い、結果のパラメータ値を使用して汚染物物質間の識別を行うことも可能であろう。
【００６６】
従って上述のように、試料層の特質は試料を光学放射に暴露することによって変化させ
得るし、この変化は、光学放射に暴露する前後で実施される測定の使用を通じて特性化し得る。上述の例では、その変化には、試料から汚染物層を除去することを含んでよい。しかし、試料における他の変化を特性化してもよいことが認識されるだろう。従って、例えば、汚染物層は存在する必要はなく、しかし、むしろ、なんらかの別の層、または、試料の一部を特性化してもよい。１つの実施形態では、光学計測装置の使用を通じて分析されるべき試料層または試料の一部の特質が特性化されるだろう。そのような実施形態では、試料層または試料の一部は、光学放射への暴露の後も残留するかも知れないし、しかし、試料層または試料の一部のなんらかの状態は変化するかも知れない。発生する変化を特性化することによって、試料層または試料の一部の本来の特質についての情報を取得し得る。
【００６７】
例えば、光学放射への暴露は、試料の結合構造、物質濃度、または他の物理的特質を変化させ得る。そのような例では、本来の結合構造、物質濃度／拡散、または他の物理的特質は、ある線量の光学放射に対して検出される変化量に基づき、定量化し得る。このように、光学放射に対して層がどのように応答するかは、層の本来の特質について有用な情報を与え得る。層における変化は、検出された変化の定量化された測定値を通じて、別法として既知の光学応答プロファイル（応答プロファイルライブラリに保存されているもの等）との比較を通じて、または他の技術を通じて、分析可能である。
【００６８】
１つの例では、窒素を含有するシリコン酸化膜は、このような技術を通じて特性化し得る。例えば、ＶＵＶ光学暴露は、窒素拡散を引き起こす、および／または、そのような薄膜中に窒素を保持する結合構造を変化させることによって、そのような薄膜中に含有される窒素に選択的に影響を与える。光学放射への暴露の前後で検出された光学応答の変化は、このように、窒素結合（強固に結合した、緩く結合した、等）、または窒素濃度等、本来の状態に関する有用な情報を与え得る。このように、一般的な形態では、本明細書で提供される技術は、光学放射への暴露のために薄膜の特質が変化する前と後との間で薄膜の分析を通じて、試料の特性を検出することが認識されるだろう。
【００６９】
ＶＵＶ中で運転する光学計測装置から正確で再現性のある結果を得ることに役立つために、図１の環境モニタ手法、図７の汚染物モニタ手法、および図９の試料清浄化手法は組み合わされて、そのような装置のために基本的な運転の基礎を形成することが可能である。
【００７０】
本明細書に記載された方法の使用の利点によく適合するＶＵＶ光学計測装置の例は、２００３年９月２３日に出願された米国特許出願番号１０／６６８，６４２号公報で現在の米国特許第７，０６７，８１８号公報、および２００４年７月３０日に出願された米国特許出願番号１０／９０９，１２６号公報で現在の米国特許第７，１２６，１３１号公報に記載されており、これら両者の記載内容を明示的に本明細書に援用する。この計測装置は、特に、ＶＵＶを含む広範囲な波長範囲に渡り運転するように設計された広帯域反射計でよい。
【００７１】
そのような装置１１００の例を図１１に示す。明らかなように、光源１１１０、ビーム調節モジュール１１２０、光学系（図示せず）、分光計１１３０、および検出器１１４０が環境が制御された装置室１１０２（または光学系）内に収容される。試料１１５０、付加的な光学系１１６０、モータ駆動のステージ／試料チャック１１７０（任意選択的に一体化された脱着器（ｄｅｓｏｒｂｅｒ）機能を備える）、および参照試料１１５５が、環境が制御された独立した試料室１１０４内に収容され、装置室環境の質を汚染させずに試料の着脱が可能である。装置室および試料室は制御可能な結合機構１１０６を介して接続され、この結合機構は光子の伝達が可能で、所望すればガス交換が可能である。装置室１１０２および試料室１１０４の両方とも、それぞれの室内で環境制御が独立して実施可能
なように、適当な真空接続部１１７６、弁、パージ接続部１１７７、および圧力計１１７８、を完備した、真空・パージ補助システム１１７５に接続される。このように、上述の環境真空および再充填技術が、それぞれの室で独立または一緒に達成してよい。このように、環境真空および再充填技術（１つまたは両方）は装置／光学室、試料室、および／または両方の室で実施してよい。
【００７２】
さらに、制御された環境の外部に位置するプロセッサ（図示せず）を使用して、自動化されたモニタ手法を整合促進し、測定データを分析してよい。プロセッサは、適切なデータ処理および／または収集データの保存を提供可能な任意の広範囲な計算手段でよいことが認識される。
【００７３】
図１１には明示していないが、このシステムはロボットおよび他の関連した機械化された部品を装備し、自動化された態様で試料の着脱を補助し、これによって、さらに測定の処理速度を増加させること可能である。さらに、当業者には既知のように、試料室と共にロードロック室を利用し、試料交換に対して環境の制御を向上させ、試料交換に対するシステム処理速度を増加させることも可能である。
【００７４】
運転では、光源１１１０からの光は、ビーム調節モジュール１１２０を通して調節され、結合機構１１０６を通り分配光学系を介して試料室の中に配光され、ここで焦点光学系１１６０によって試料１１５０上へ焦点を結ぶ。試料１１５０から反射した光は、焦点光学系１１６０によって捕集され、結合機構１１０６を通り、再び外に配光され、ここで分光計１１３０によって分散されて検出器１１４０によって記録される。装置の全光学経路は、吸収性の物質を除去してＶＵＶ光子の伝達が可能となるよう機能する制御された環境内に維持される。
【００７５】
一層詳細な装置の光学形態の模式図を図１２に示す。装置は、ＶＵＶおよび２つの付加的なスペクトル領域中の参照広帯域反射率データを収集するように構成される。運転では、これらの３つのスペクトル領域からの光は、並列または直列な態様で取得してよい。直列な態様で運転される場合、最初にＶＵＶからの反射率データおよび参照データが取得され、続いて、第２および第３領域からの反射率データが収集され参照される。３つのデータセット全てが記録されると、これらは互いに結合されて単一の広帯域スペクトルを形成する。並列運転では、データ結合の前に３つの領域全てから反射データが同時に収集、参照、記録される。
【００７６】
装置は、装置室１１０２、および試料室１１０４の２つの環境が制御された室に分かれている。装置室１１０２は殆どのシステムの光学系を収容し、通常は大気に曝されることはない。試料室１１０４は試料、ならびに試料および参照光学系を収容し、試料交換を容易にするように通常開放される。例えば、装置室１１０２は鏡Ｍ−１、Ｍ−２、Ｍ−３、およびＭ−４を含んでよい。フリップイン式鏡ＦＭ−１およびＦＭ−３は、どの光源１２０１、１２０２および１２０３（それぞれが異なるスペクトル領域を有する）を利用するか択一選択するために利用してよい。フリップイン式鏡ＦＭ−２およびＦＭ−４は、分光計１２０４、１２１６および１２１４の１つを択一選択するために利用してよい（同様に、選択されたスペクトル領域による）。鏡Ｍ−６、Ｍ−７、Ｍ−８およびＭ−９は、光ビームを図示するように配光を補助するために利用してよい。窓Ｗ−１およびＷ−２は、測定室１１０２と試料室１１０４との間で光を接続する。窓Ｗ−３、Ｗ−４、Ｗ−５およびＷ−６は、測定室１１０２内外へと光を接続する。ビームスプリッタＢＳおよびシャッタＳ−１およびＳ−２は、図示するように、鏡Ｍ−２およびＭ−４を補助として選択的に光を試料１２０６または参照物１２０７に配光するために利用される（１つの実施形態では参照物は鏡でよい）。試料ビームは補正板ＣＰを通過する。補正板ＣＰは、試料経路と参照物経路との間に起こり得る位相差を排除するために含まれ、この位相差は、ビームスプ
リッタ作用の性質上、試料チャンネルを伝達する光はビームスプリッタ基板を１回だけ通過するのに対し、参照チャンネルを伝達する光はビームスプリッタ基板を３回通過する事実に起因する。このため、補正板はビームスプリッタと同じ材料で構成し、同じ厚さにしてよい。これによって、試料チャンネルを伝達する光も、総計で同じ厚さのビームスプリッタ基板材料を通過することを保証する。
【００７７】
直列な態様で運転される場合、第２のスペクトル領域のフリップイン式光源鏡ＦＭ−１と、第３のスペクトル領域のフリップイン式光源鏡ＦＭ−２とを「外側」の位置に切り換えることによって、ＶＵＶ光源からの光が捕集され、コリメートされ、焦点鏡Ｍ−１によってビームスプリッタ要素ＢＳに向かって再配光されることが可能となり、ＶＵＶデータが最初に取得される。ビームスプリッタに当たった光は、近平衡のマイケルソン干渉計配列を使用して、試料ビーム１２５５および参照ビーム１２６５の２つの成分に分割される。試料ビームはビームスプリッタＢＳから反射され、補正板ＣＰ、試料シャッタＳ−１、試料窓Ｗ−１を通して試料室１１０４の中へと伝達し、ここで焦点鏡Ｍ−２を介して光は再配光され試料１２０６上に焦点を結ぶ。この間、参照シャッタＳ−２は閉じている。試料窓Ｗ−１は、高い光学伝達量を維持するようにＶＵＶ波長に対して十分に透明な材料で構成される。
【００７８】
試料から反射された光は捕集され、コリメートされ、試料鏡Ｍ−２によって試料窓を通して再配光されて戻り、試料シャッタおよび補正板を通過する。次に、光は、第１のスペクトル領域フリップイン式検出器鏡ＦＭ−２および第２のスペクトル領域フリップイン式検出器鏡ＦＭ−４（「外側」の位置に切り換えられている）によって制約を受けずに進行し、再配光され、焦点鏡Ｍ−３によってＶＵＶ分光計１２１４の入射スリット上に焦点を結ぶ。この時点で、試料ビームからの光は、ＶＵＶ分光計によって分散され、これに関連した検出器によって記録される。
【００７９】
試料ビームの収集後に、参照ビームが測定される。これは、試料シャッタＳ−１を閉じ、参照シャッタＳ−２を開くことによって達成される。これによって、参照ビームがビームスプリッタ、参照シャッタＳ−２および参照窓Ｗ−２を通って試料室１１０４の中へと伝達することを可能とし、ここで、再配光され、鏡Ｍ−４によって参照物として働く平坦な参照鏡１２０７上へと焦点を結ぶ。参照窓も、高い光学伝達量を維持するようにＶＵＶ波長に対して十分に透明な材料で構成される。
【００８０】
平坦な参照鏡１２０７の表面から反射した光は、焦点参照鏡Ｍ−４に向かって戻り、捕集され、コリメートされ、参照窓Ｗ−２、参照シャッタＳ−２通り、ビームスプリッタＢＳに向って再配光される。光は、次に、ビームスプリッタによって焦点鏡Ｍ−３に向かって反射され、再配光されてＶＵＶ分光計１２１４の入射スリット上に焦点を結ぶ。
【００８１】
参照ビームの１２６５の経路長は、環境が制御された室のそれぞれの中で、試料ビーム１２５５の試料経路長と一致するように、特に設計される。装置の制御された環境の質は、図１で先に説明したように、参照経路からの強度をモニタすることによって評価できることになる。図７を参照して上に説明したように、システムのさまざまな光学要素が暴露される光学放射量は、さまざまな光学要素の上に存在し得る表面汚染物の量に影響を与え得る。従って、参照ビームが伝達する参照経路と、試料ビームが伝達する試料経路とをさらに平衡させることを促進するために、それぞれの経路が暴露される光学放射線量を均衡させることが望ましいだろう。このように、光学経路長および光学要素を平衡させることに加え、光学要素に関する汚染物も両方の経路の間で相対的に均衡させてよい。さらに、本明細書に記載した光学経路の汚染状態を決定するための技術は、それぞれの経路の状態をモニタするために、それぞれの経路に対して別個に実施してよい。
【００８２】
ＶＵＶデータセットの測定後、第２のスペクトル領域のデータセットが同様に取得される。第２領域のスペクトルデータの収集の間、第２のスペクトル領域の光源フリップイン式鏡ＦＭ−１および第２のスペクトル領域の検出器フリップイン式鏡ＦＭ−２は、「内側」の位置に切り換えられる。その結果、ＶＵＶ光源１２０１からの光が阻止され、第２のスペクトル領域の光源１２０３からの光が窓Ｗ−３を通過することが可能となり、光は捕集された後に、コリメートされ、焦点鏡Ｍ−６によって再配光される。同様に、第２のスペクトル領域の検出器フリップイン式鏡ＦＭ−２が「内側」の位置に切り換えられると、試料ビームからの光（試料シャッタが開で、参照シャッタが閉の場合）および参照ビーム（参照シャッタが開、試料シャッタが閉の場合）は、関連する窓Ｗ−６を通り鏡Ｍ−９上へと配光され、鏡Ｍ−９は光を第２のスペクトル領域の分光計１２１６の入射スリット上に焦点を結び、ここで光は分光されて、ここの検出器で捕集される。
【００８３】
第３のスペクトル領域からのデータも、第２のスペクトル領域の光源フリップイン式鏡ＦＭ−１および第２のスペクトル領域の検出器フリップイン式鏡ＦＭ−２を「外側」に切り換える一方、第３のスペクトル領域の光源フリップイン式鏡ＦＭ−３および第３のスペクトル領域の検出器フリップイン式鏡ＦＭ−４を「内側」に切り換えることによって、同様に収集される。
【００８４】
それぞれのスペクトル領域の試料および参照測定が実施されると、プロセッサ（図示せず）を使用して、３つの領域のそれぞれにおいて、参照される反射率スペクトルが計算可能である。最後に、これら個々の反射率スペクトルは結合され、３つのスペクトル領域を包含する単一の反射率スペクトルが生成される。
【００８５】
並列な態様で運転される場合、光源および検出器のフリップイン式鏡は、適当なビームスプリッタに交換され、３つのスペクトル領域全てのデータが同時に記録される。
【００８６】
ちょうど補助光源が図１２の反射計に簡単に付加可能であるように、望ましいと思われる状況では、システムおよび／または試料の清浄化の目的で、特定のＶＵＶ光源も共通の光学モジュールと共に一体化可能である、例えば、システムおよび／または試料の清浄化のために１つの別の補助ＶＵＶ光源を利用可能である。そのような補助ＶＵＶ光源は、主なＶＵＶ光源よりも高い強度の光源でもよい。そのような補助ＶＵＶ光源は、単一波長線光源でもよいし、主なＶＵＶ光源と異なる他の波長特性を有するものでもよい。高い強度の光源の使用は、清浄化の処理速度を向上させ得る。補助ＶＵＶ光源の使用に関する１つの実施形態では、光源からの光が、フリップイン式鏡、シャッタ等（図示せず）を介して鏡Ｍ−１に向かって配光するように、そのような光源を構成することが望ましいだろう。これは、鏡Ｍ−１の清浄化を可能にするだろう。このような構成では、試料測定をするために利用される、主なＶＵＶ光源の光学経路の要素の全てでないにせよ、殆どの要素に補助光源が当たるだろう。そのような要素の多数に当たることが望ましいにせよ、主なＶＵＶ光源の光学経路の全ての要素に当たらずとも、本明細書で開示される技術の利点を達成可能であることが認識されるだろう。さらに、補助ＶＵＶ光源が利用される場合、そのような光源の経路が環境が制御された光学経路の中に収容されるように、そのような光源をシステムに結合することが望ましいと認識されるだろう。
【００８７】
図１１および図１２のシステムは、独立型の装置として利用してもよいし、他のプロセス装置と一体化してもよい。１つの実施形態では、図１１および図１２のシステムは、そのプロセス装置と計測装置の試料室との間で試料を移送を可能とするなんらかの機構を用いて、単にプロセス装置に取り付けてもよい。別法では、計測装置とプロセス装置とが一層密に互いに一体化可能なように、試料室がプロセス装置の中で共有されるように構成してよい。例えば、装置／光学室は、窓、ゲート、弁、または他の結合機構の使用を通じて、プロセス装置と共に形成された試料室と一体連結してもよい。このように、試料はプロ
セス装置の環境から分離する必要はなく、むしろ、試料は、処理室、移送領域、またはプロセス装置内の他の領域等のプロセス装置の領域内に収容してよい。
【００８８】
明らかなように、図１１および図１２に示したシステムは、図１で概説した環境モニタ手法、図７で概説したシステム汚染モニタ手法、および図９で示した汚染された試料測定手法を容易にするような代表的な部品を収容する。一般に、３つの効果（すなわち、装置容積内の吸収性の物質の蓄積、装置内の光学表面の汚染、および試料汚染）全てはＶＵＶ中の光学データに著しく影響し得、このため、このスペクトル領域中で運転する装置から最適なシステム性能を達成するために、３つの手法の全てを同時に採用することが望ましいだろう。図１３に示した運転流れ図１３００は、これがどのように達成可能かの例を与える。
【００８９】
最初に、ステップ１３０５で、装置容積は所定の圧力まで排気される。次に、装置は所定の測定圧力まで非吸収性のガスで再充填される１３１０。測定圧力に到達したら、ステップ１３１５に示すように、図７で概説したシステム汚染モニタ手法を使用して、システムは測定の準備が行われる。このように、ステップ１３１５では、図７ののさまざまなシステム汚染物のステップ７１０〜７６０を実施してよい。ステップ１３１５で、システムの状態が安定で「清浄」と考えられる場合には、即座にステップ１３２０で時間ｔ１の参照試料からの強度スペクトルが取得される。吸収性の物質の濃度は、この時点までには到達可能な最小水準になっていると推測される。この時に取得される強度スペクトルは、図１のステップ１３０に対応する環境モニタプロセスの一部として利用してよい。次に、ステップ１３２５で、試験試料上の測定が、図９のステップ９１０〜９７０に概説した汚染された試料測定手法を利用して、ステップ１３２５で所定の時間実施される。
【００９０】
所定の測定時間が経過したら、図７に概説したシステム汚染物質モニタ手法を利用した測定のためにシステムを準備することによって、ステップ１３３０で制御された環境の状態が再度評価される。システム汚染物モニタおよび清浄化ステップを再度実施すると、さまざまな光学表面はステップ１３１５の時と同様な状態になり得る。これにより、ある条件下で環境モニタステップを完了すると、ステップ１３２０で記録された最初の強度測定に対してシステム状態により正確に一致することが可能となる。このように、ステップ１３３０の後、参照試料からの強度スペクトルがステップ１３３５に示すように時間ｔ２で再度記録される。参照試料からの２つの強度スペクトル（時間ｔ１および時間ｔ２）の比が、次にステップ１３４０および１３４５で計算および分析され、吸収性の物質の濃度Ｎ１、Ｎ２等を決定する。ステップ１３５０では、次に、決定された濃度が閾値と比較され、装置内の環境がさらなる測定を行うに適するかどうか決定される。環境が適する（すなわち、決定された汚染物が閾値より低い）と考えられる場合には、次に、図７のプロセスを介して測定の準備がなされていれば、ステップ１３５５で示すように、さらなる測定が実施してよい。逆に、ステップ１３６０で示すように、環境がさらなる測定を行うに不適であると判定されれば、ステップ１３０５に制御を戻し、図１３の行程を再開することによって、環境が再生される。このように、ステップ１３３５〜１３６０は、図１の環境モニタステップ１５０−１９５に対応する。
【００９１】
図１３に示すように、環境モニタおよび図１の再生、システム汚染モニタおよび図７の清浄化、および図９の試料清浄化のさまざまな方策は、光学計測装置の制御に使用するために互いに統合してよい。さまざまな技術の採用は変わり得るものであり、図１３は、単に、これらさまざまな方策の組み合わせの１つの方法を例示するものであると理解されよう。例えば、これらの方策は、図１３の技術で示すようにステップを互いに統合するより、むしろ、直列に実施してよい。さらに、これらの方策は互いに全てを利用する必要はない。例えば、別法の実施形態では、これらの方策の１つまたは２つだけを利用してもよい。
【００９２】
ＶＵＶ光学計測装置の性能を低下させる汚染効果（環境と表面／試料の両方）の程度は、一般に広範囲な要因に依存し、これは、装置設計、運転方法、測定頻度、試料装着手法、および試料特性を含むが、これらに限定されるものではない。その結果、図１３に概説した運転行程は、最適な装置性能が確実に維持されるように、適宜修正可能であること予想される。
【００９３】
本明細書の記述を考慮すると、さらなる修正および本発明の別の実施形態は、当業者にとって自明であろう。従って、本明細書の記載は、単に例示的と解釈されるべきであり、当業者に本発明を実施する方法を教示することを目的とする。本明細書に示し記載した発明の形態は、現時点で好適な実施形態と考えて理解すべきである。本明細書に記載した本発明の利点を理解した当業者には明らかなように、本明細書に例示および記載された要素は同様な要素で代用可能であり、本発明の特色のあるものは、他の特色の使用と独立して利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
本発明とその利点のより完全な理解は、添付の図面と併せて、以下の説明を参照して得ることができ、図面では、同様の参照番号は同様の特徴を示す。しかし、添付の図面は、本発明の代表的な実施形態を例示するのみであり、他にも同様に有効な実施形態の余地があるため、それ故に、本発明の範囲を限定すると考えるべきではないことに留意すべきである。
【図１】代表的な環境モニタの流れ図である。
【図２】広帯域ＶＵＶデータセットを使用する代表的な環境モニタの結果を例示する図である。
【図３】選択波長のＶＵＶデータセットを使用する代表的な環境モニタの結果を例示する図である。
【図４】清浄な、および汚染されたシリコン表面から取得された代表的な反射率データを例示する図である。
【図５ａ】汚染物層を伴う光学表面を例示する図である。
【図５ｂ】清浄化をもたらす酸素含有雰囲気中でＶＵＶ暴露を例示する図である。
【図５ｃ】処理後の清浄な光学表面を例示する図である。
【図６】汚染物および酸素を含有する雰囲気の存在下でＶＵＶ照射の結果として、１つの汚染物質の可逆的な堆積およびエッチング、並びに別の汚染物質の不可逆的な堆積を例示する図である。
【図７】代表的なシステム汚染物モニタの流れ図である。
【図８】選択ＶＵＶ波長を使用する代表的な汚染物モニタのデータを例示する図である。
【図９】代表的な汚染された試料測定の流れ図である。
【図１０】３種の汚染物薄膜に対する代表的な清浄化応答プロファイルを例示する図である。
【図１１】代表的な模式的表現のＶＵＶ反射計を例示する図である。
【図１２】ＶＵＶを含む３つのスペクトル領域を包含する広帯域参照反射計を例示する図である。
【図１３】ＶＵＶ光学計測装置のための代表的な運転流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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