(57)【要約】  本願では、紫外、可視及び赤外波長で半導体構造の同時分光計測を実行する方法及びシステムが開示される。また、ある態様では、検出器表面上での波長分散方向を、検出器表面上への入射面の射影に対し垂直な方向とすることで、波長誤差が低減される。また、ある態様では、異なる感度特性を呈する複数個の感光エリアを有する検出器により広帯域に亘る赤外波長が検出される。集光光は波長に従い検出器表面上に直線的に分散される。幾つかの感光エリアそれぞれが、異なる入射波長域に感応するよう検出器上に配列される。このようにして、広帯域に亘る赤外波長が単一の検出器により高い信号対雑音比で以て検出される。これらの特徴により、高アスペクト比構造の高いスループット、精度及び正確性での高スループット計測が可能になる。
2019503486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域照明光群を生成するよう構成された１個又は複数個の照明源と、
照明源からの照明光群を、計測下標本の表面上の計測スポットへと、ある入射面内で一通り又は複数通りの入射角にて差し向けるよう構成された照明光学系サブシステムと、
標本の表面上の計測スポットから集光光群を集光するよう構成された集光光学系サブシステムと、
入射光に感応する平坦で二次元的な表面を有する第１検出器であり、第１波長域内の照明光群に対する標本の応答を検出するよう構成された第１検出器と、
入射光に感応する平坦で二次元的な表面を有する第２検出器であり、第２波長域内の照明光群に対する標本の応答を、第１検出器が第１波長域内の照明光群に対する標本の応答を検出するのと同時に検出するよう構成された第２検出器と、
集光光群のうち第１波長域内の第１部分を第１検出器の表面に向かい分散させるよう構成された第１回折素子と、
集光光群のうち第２波長域内の第２部分を第２検出器の表面に向かい分散させるよう構成された第２回折素子と、
を備える計量システム。
【請求項２】
請求項１に記載の計量システムであって、第１検出器上に射影された入射面に整列している方向が第１検出器の表面上での波長分散の方向に対し垂直な方向を向くよう、集光光学系サブシステムが計測スポットを第１検出器の表面上に結像させる計量システム。
【請求項３】
請求項２に記載の計量システムであって、第２検出器上に射影された入射面に整列している方向が第２検出器の表面上での波長分散の方向に対し垂直な方向を向くよう、集光光学系サブシステムが計測スポットを第２検出器の表面上に結像させる計量システム。
【請求項４】
請求項１に記載の計量システムであって、第２検出器が、異なる光感度をそれぞれ呈する２個以上の相異なる表面エリアを有し、当該２個以上の相異なる表面エリアが第２検出器の表面を横断する波長分散方向に整列している計量システム。
【請求項５】
請求項１に記載の計量システムであって、更に、
入射光に感応する平坦で二次元的な表面を有する第３検出器であり、第３波長域内の照明光群に対する標本の応答を、第１検出器が第１波長域内の照明光群に対する標本の応答を検出するのと同時に検出するよう構成された第３検出器と、
集光光群のうち第３波長域内の第３部分を第３検出器の表面に向かい分散させるよう構成された第３回折素子と、
を備える計量システム。
【請求項６】
請求項１に記載の計量システムであって、更に、
集光光群のうち一部分を検出するよう構成されたファインフォーカスセンサと、
集光光群のうち上記一部分をファインフォーカスセンサに差し向けるよう構成されたビーム分岐素子と、を備え、そのファインフォーカスセンサが、第１及び第２検出器が照明光群に対する標本の応答を検出するのと同時に標本合焦誤差が検出されるよう構成されている、
計量システム。
【請求項７】
請求項１に記載の計量システムであって、照明光群が、赤外、可視及び紫外波長を含む波長域を有する広帯域照明光である計量システム。
【請求項８】
請求項１に記載の計量システムであって、照明光群のうち少なくとも一部分が標本に垂直入射角にて供給される計量システム。
【請求項９】
請求項１に記載の計量システムであって、照明光群のうち少なくとも一部分が標本に斜め入射角にて供給される計量システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の計量システムであって、分光エリプソメータ及び分光リフレクトメータのうちいずれか１個又は複数個として構成された計量システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の計量システムであって、計測下標本が高アスペクト比計量ターゲットである計量システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の計量システムであって、計測下標本が三次元ＮＡＮＤ構造又はダイナミックランダムアクセスメモリ構造である計量システム。
【請求項１３】
請求項１に記載の計量システムであって、更に、
計測下標本の注目パラメタの推定値を、第１及び第２検出器の出力の結合分析を踏まえ生成するよう構成された情報処理システムを備える計量システム。
【請求項１４】
広帯域照明光群を生成するよう構成された１個又は複数個の照明源と、
照明源からの照明光群を、計測下標本の表面上の計測スポットへと、ある入射面内で一通り又は複数通りの入射角にて差し向けるよう構成された照明光学系サブシステムと、
標本の表面上の計測スポットから集光光群を集光するよう構成された集光光学系サブシステムと、
入射光に感応する平坦で二次元的な表面を有する第１検出器であり、第１波長域内の照明光群に対する標本の応答を検出するよう構成された第１検出器であり、異なる光感度をそれぞれ呈する２個以上の相異なる表面エリアを有し、当該２個以上の相異なる表面エリアが自第１検出器の表面を横断する波長分散方向に整列している第１検出器と、
集光光群のうち第１波長域内の第１部分を、第１検出器の表面を過ぎり分散させるよう構成された第１回折素子と、
を備える計量システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の計量システムであって、更に、
入射光に感応する平坦で二次元的な表面を有する第２検出器であり、第２波長域内の照明光群に対する標本の応答を、第１検出器が第１波長域内の照明光群に対する標本の応答を検出するのと同時に検出するよう構成された第２検出器と、
集光光群のうち第２波長域内の第２部分を、第２検出器の表面を過ぎり分散させるよう構成された第２回折素子と、
を備える計量システム。
【請求項１６】
請求項１４に記載の計量システムであって、第１検出器上に射影された入射面に整列している方向が第１検出器の表面上での波長分散の方向に対し垂直な方向を向くよう、集光光学系サブシステムが計測スポットを第１検出器の表面上に結像させる計量システム。
【請求項１７】
請求項１４に記載の計量システムであって、更に、
入射光に感応する平坦で二次元的な表面を有する第３検出器であり、第３波長域内の照明光群に対する標本の応答を、第１検出器が第１波長域内の照明光群に対する標本の応答を検出するのと同時に検出するよう構成された第３検出器と、
集光光群のうち第３波長域内の第３部分を、第３検出器の表面を過ぎり分散させるよう構成された第３回折素子と、
を備える計量システム。
【請求項１８】
請求項１４に記載の計量システムであって、更に、
集光光群のうち一部分を検出するよう構成されたファインフォーカスセンサと、
集光光群のうち上記一部分をファインフォーカスセンサに差し向けるよう構成されたビーム分岐素子と、
を備える計量システム。
【請求項１９】
請求項１４に記載の計量システムであって、計測下標本が三次元ＮＡＮＤ構造又はダイナミックランダムアクセスメモリ構造である計量システム。
【請求項２０】
照明源からの広帯域照明光群を、計測下標本の表面上の計測スポットへと、ある入射面内で一通り又は複数通りの入射角にて差し向けるステップと、
標本の表面上の計測スポットから集光光群を集光するステップと、
集光光群のうち第１波長域内の第１部分を第１検出器の表面へと差し向け且つ集光光群のうち第２波長域内の第２部分を第２検出器の表面へと差し向けるステップと、
第１波長域内の照明光群に対する標本の応答を検出するステップと、
第２波長域内の照明光群に対する標本の応答を、第１波長域内の照明光群に対する標本の応答の検出と同時に検出するステップと、
を有する方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、更に、
第１検出器上に射影された入射面に整列している方向が第１検出器の表面上での波長分散の方向に対し垂直な方向を向くよう、計測スポットを第１検出器の表面上に結像させるステップを有する方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法であって、第２検出器が、異なる光感度をそれぞれ呈する２個以上の相異なる表面エリアを有し、当該２個以上の相異なる表面エリアが第２検出器の表面を横断する波長分散方向に整列している方法。
【請求項２３】
請求項２０に記載の方法であって、更に、
集光光群のうち第３波長域内の第３部分を第３検出器の表面へと差し向けるステップと、
第３波長域内の照明光群に対する標本の応答を、第１波長域内の照明光群に対する標本の応答の検出と同時に検出するステップと、
を有する方法。
【請求項２４】
請求項２０に記載の方法であって、計測下標本が三次元ＮＡＮＤ構造又はダイナミックランダムアクセスメモリ構造である方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
記載されている諸実施形態は計量システム及び方法、より具体的には三次元半導体構造の秀逸な計測方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願への相互参照）
本件特許出願は、「拡張赤外エリプソメトリ装置及び方法」(Apparatus and Methods of Extended Infrared Ellipsometry)と題する２０１６年１月１５日付米国仮特許出願第６２／２７９，４６９号に基づき、米国特許法第１１９条の規定による優先権を主張するものであるので、この参照を以て当該仮特許出願の主題を遍く本願に繰り入れることにする。
【０００３】
半導体デバイス例えば論理デバイス及び記憶デバイスは、通常、一連の処理工程を標本に適用することで製造される。それら半導体デバイスの諸特徴及び構造階層群はそれら処理工程により形成される。例えばそのうちのリソグラフィは、半導体ウェハ上でのパターン生成を孕む半導体製造プロセスの一つである。半導体製造プロセスの別例としては、これに限られるものではないが化学機械研磨、エッチング、堆積及びイオンインプランテーションがある。複数個の半導体デバイスを１枚の半導体ウェハ上に作り込み、その上で個別の半導体デバイスへと分けるようにするとよい。
【０００４】
計量プロセスは半導体製造プロセス中の諸工程にて用いられるプロセスであり、それによりウェハ上の欠陥を検出して歩留まり向上を促進することができる。光学計量技術には、サンプル破壊のリスク無しで高いスループットが得られる見込みがある。多数の光学計量依拠技術、例えばスキャタロメトリ（散乱計測）及びリフレクトメトリ（反射計測）装置並びにそれらに係る分析アルゴリズムが、ナノスケール構造の限界寸法、膜厚、組成、オーバレイその他のパラメタを解明するため広く用いられている。
【０００５】
フラッシュメモリアーキテクチャは二次元フローティングゲートアーキテクチャから全三次元幾何へと移り変わりつつある。幾つかの例では、膜スタック及びエッチド構造が非常に深くなっている（例えば深さが６μｍにも達している）。そうした高アスペクト比構造では膜計測及びＣＤ計測に関し難儀なことが発生する。限界寸法を計測しそれらの構造の孔及びトレンチ形状を定める能力は、所望の性能水準及びデバイス歩留まりを実現する上で肝要である。
【０００６】
多くの光学技術で信号対雑音比（ＳＮＲ）の低さが問題となっており、また照明光の小部分しか高アスペクト比フィーチャ（造作）の底部に到達させ検出器へと上方反射させえないことがその原因となっている。即ち、利用可能な高スループット計量技術は多々あれ、高アスペクト比構造のＣＤ及び膜計測を信頼性よく実行することができない。限界寸法小角Ｘ線スキャタロメトリ（ＣＤ−ＳＡＸＳ）、垂直入射リフレクトメトリ及びスキャタロメトリが、高アスペクト比構造向けの計測ソリューションとして探求されているが、未だなお開発が続行中である。
【０００７】
断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は低スループットな破壊的技術であり、インライン計量に適していない。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は、その高アスペクト比構造計測能力が劣っていて、且つスループットが比較的低い。ＣＤ−ＳＡＸＳは、半導体産業で求められる高スループット能力を達成しうるかが、未だ判然としていない。モデル依拠赤外線リフレクトメトリ（ＭＢＩＲ）は高アスペクト比ＤＲＡＭ構造の計量に用いられているが、この技術ではより短い波長ならば得られる分解能が得られず、しかも計測スポットサイズが大きすぎて半導体計量に相応しくない。この参照を以て全面説明があるかの如く本願に繰り入れられるところの非特許文献１を参照されたい。
【０００８】
光学ＣＤ計量は、現在のところ、μｍスケールの深さ及び横方向寸法を有する構造の詳細プロファイルを、比較的小さなスポット（例．５０μｍ未満のもの、より好ましくは３０μｍ未満のもの）にて、高スループットで計測する能力に欠けている。この参照を以て全面説明があるかの如く本願に繰り入れられるところの特許文献１には、高アスペクト比構造の特性解明に適した赤外線分光エリプソメトリ（偏光解析）技術が記載されている。しかしながら、それに記載されている技術には、紫外及び赤外波長に亘る計測に長い計測時間がかかり、波長安定性が低く、並びに動作時赤外波長域が狭いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第８，８６０，９３７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０１１４０８５号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】"Measuring deep-trench structures with model-based IR," by Gostein et al., Solid State Technology, vol. 49, no. 3, Mar. 1, 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
まとめると、フィーチャサイズの縮小や構造フィーチャの深度増大が進んでいることで、光学計量システムに困難な条件が課されている。光学計量システムを高い精度及び正確性条件に合致させないと、ますます複雑化してきているターゲットを高スループットで計量しコスト効率を維持することができない。そのこととの関連で、広帯域照明及びデータ収集の速度、合焦誤差並びに赤外波長域が、高アスペクト比構造に適した光学計量システムを設計する上で、重大な性能制約的事項として表出している。そのため、それらの制約を克服しうる秀逸な計量システム及び方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願では、紫外、可視及び赤外波長にて半導体構造の同時分光計測を実行する方法及びシステムが提示される。紫外、可視及び赤外波長を含むスペクトルが、同じ整列条件で以て高スループットで計測される。この構成では、マシン誤差例えば波長誤差が全計測波長に亘り均一に補正される。単一のシステム内で赤外、可視及び紫外光で以てターゲットを同時計測することで、複雑な三次元構造の精密な特性解明が可能になる。大略、比較的長い波長は構造内に深く浸透するので、それにより高次回折の抑圧を行いつつ、比較的長いピッチを有する構造を計測することができる。比較的短い波長では、比較的短い波長でアクセス可能な構造（即ち上位階層）について、また比較的小さなＣＤ及び粗さフィーチャについて、精密な寸法情報が得られる。長めの波長は粗さに対する感度が低いので、ある種の例に従い波長を長めにすることで、比較的粗い表面又は界面を有するターゲットの寸法特性の計測が可能になる。
【００１３】
また、ある態様では、計測中に合焦誤差補正用計測入力を提供すべく検出サブシステムにファインフォーカスセンサ（ＦＦＳ）が組み込まれる。
【００１４】
また、ある態様では、計測スポットが検出器上に結像されるよう、またウェハ表面上で入射面に整列している方向が検出器表面上で波長分散方向に対し垂直な方向を向くよう、広帯域分光器量システムが構成される。この配列では、合焦誤差に対する計量システムの感度が大きく低減される。合焦誤差に対する感度が低いので、精密な計測結果がより短いＭＡＭ時間で以て、ひいてはより高いスループットで以て得られる。
【００１５】
また、ある態様では、単一の検出器パッケージ上の別々の個所にある幾つかの感度帯が組み合わされたマルチゾーン赤外線検出器が、本願記載の計量システムにて採用される。この検出器は、入射個所に応じ異なる感度でデータの連続スペクトラムを提供するよう構成される。集光光は波長に従い検出器表面上に直線的に分散される。幾つかの感光エリアそれぞれが、相異なる入射波長域に感応するようその検出器上に配列される。この構成では、広域に亘る赤外波長が単一の検出器により高い信号対雑音比で以て検出される。
【００１６】
更なる態様では、入射面直交方向に沿いウェハ平面上に射影された照明野の寸法が、得られる計測正確性及び速度が最適化されるよう計測下ターゲットの性質に基づき調整される。
【００１７】
以上は概要であるので、随所に単純化、一般化及び細部省略が含まれている；従って、本件技術分野に習熟した者（いわゆる当業者）には明らかな通り、この概要は専ら例証的なものであり如何様であれ限定的なものではない。本願記載の装置及び／又はプロセスの他の態様、独創的特徴及び長所については、本願中で説明される非限定的な詳細記述にて明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係り紫外、可視及び赤外波長にて１個又は複数個の構造の同時分光計測を実行する計量システムの例１００を示す図である。
【図２】別の実施形態に係り紫外、可視及び赤外波長にて１個又は複数個の構造の同時分光計測を実行する計量システムの例２００を示す図である。
【図３】更に別の実施形態に係り紫外、可視及び赤外波長にて１個又は複数個の構造の同時分光計測を実行する計量システムの例３００を示す図である。
【図４】更に別の実施形態に係り紫外、可視及び赤外波長にて１個又は複数個の構造の同時分光計測を実行する計量システムの例４００を示す図である。
【図５Ａ】図１の照明光ビーム１１７により照明された計測スポット１１６の図示を含むウェハ１２０の頂面図である。
【図５Ｂ】従来構成の計量システムにおける検出器２３の表面の直視図である。
【図６】ウェハ１２０による焦点位置誤差の発生を示す図である。
【図７】従来形態にて波長分散され検出器２３の表面上に結像された集光光ビームを示す図である。
【図８】図１に示した検出器１４１の表面の直視図である。
【図９】一実施形態に係り図１に示されている検出器１５０の表面の直視図である。
【図１０】４個の入手可能なインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）センサの典型的光感度曲線を示す図である。
【図１１】本願記載の少なくとも１個の態様に係り紫外、可視及び赤外波長にて１個又は複数個の構造の同時分光計測を実行する方法５００を示す図である。
【図１２】計測対象構造（群）への透光率の低さが問題となる高アスペクト比ＮＡＮＤ構造の例６００を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の背景例及びある種の実施形態であり、添付図面にその例が描写されているものを、より詳細に参照する。
【００２０】
本願では、紫外、可視及び赤外波長にて半導体構造の同時分光計測を実行する方法及びシステムが提示される。紫外、可視及び赤外波長を含むスペクトルが、同じ整列条件で以て高スループットで計測される。この構成では、マシン誤差例えば波長誤差が全計測波長に亘り均一に補正される。また、ある態様では、検出器表面上での波長分散方向を検出器表面上への入射面の射影に対し垂直な方向にすることで、波長誤差が低減される。また、ある態様では、異なる感度特性を呈する複数個の感光エリアを有する検出器によって広域に亘る赤外波長が検出される。集光光が波長に従い検出器表面上に直線的に分散される。幾つかの感光エリアそれぞれが、異なる入射波長域に感応するよう検出器上に配列される。この構成では、広域に亘る赤外波長が単一の検出器によって高い信号対雑音比で以て検出される。これらの特徴それぞれにより又はその組合せにより、高アスペクト比構造（例．１μｍ以上の深さを有する構造）の高スループット計測を、高いスループット、精度及び正確性で以て行うことが可能になる。
【００２１】
単一システム内で赤外、可視及び紫外光で以てターゲットを同時計測することで、複雑な三次元構造の精密な特性解明が可能になる。大略、比較的長い波長は構造内に深く浸透するので、それにより高次回折の抑圧を行いつつ、比較的長いピッチを有する構造を計測することができる。比較的短い波長では、比較的短い波長でアクセス可能な構造（即ち上位階層）について、また比較的小さなＣＤ及び粗さフィーチャについて、精密な寸法情報が得られる。長めの波長は粗さに対する感度が低いので、ある種の例に従い波長を長めにすることで、比較的粗い表面又は界面を有するターゲットの寸法特性の計測が可能になる。
【００２２】
ある種の実施形態では、本願記載の半導体デバイス分光器量方法及びシステムが、高アスペクト比（ＨＡＲ）構造、大横寸法構造又は双方の計測に適用される。これらの実施形態では、ＨＡＲ構造を有する半導体デバイス（例．ＮＡＮＤ、ＶＮＡＮＤ、ＴＣＡＴ、ＤＲＡＭ等々）を対象に、より一般には計測対象構造（群）内への透光率の低さが問題となる複雑なデバイスを対象に、光学な限界寸法（ＣＤ）、膜及び組成の計量を行うことが可能となる。ＨＡＲ向けエッチングプロセスを実行するためのハードマスク層がＨＡＲ構造に備わっていることも多い。本願記載の語「ＨＡＲ構造」は、１０：１を上回り１００：１以上の高さにもなりうるアスペクト比を特徴とする、あらゆる構造を指している。
【００２３】
図１に、紫外、可視及び赤外波長にて１個又は複数個の構造の同時分光計測を実行する計量システムの例１００を示す。１個又は複数個の構造には、例えば、少なくとも１個のＨＡＲ構造又は少なくとも１個の大横寸法構造が含まれる。図１に示す計量システム１００は広帯域分光エリプソメータとして構成されている。しかし、一般的には、計量システム１００を分光リフレクトメータ、スキャタロメータ、エリプソメータ又はそれらの任意の組合せとして構成することができる。
【００２４】
計量システム１００は、ウェハ１２０上に入射する照明光ビーム１１７を生成する照明源１１０を有している。照明源１１０は、紫外、可視及び赤外スペクトルをなす照明光を放射する広帯域照明源である。ある実施形態では照明源１１０がレーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）光源（いわゆるレーザ駆動プラズマ光源）とされる。このＬＳＰ光源のポンプレーザは連続波でもパルスでもかまわない。レーザ駆動プラズマ光源であれば、キセノンランプに比べかなり多数の光子を、１５０ｎｍ〜２０００ｎｍなる波長域全体に亘り供給することができる。照明源１１０は、単体の光源でも、広帯域又は離散波長光源複数個の組合せでもかまわない。照明源１１０により生成される光には、紫外から赤外（例．真空紫外から中赤外）に至る連続スペクトラムか、連続スペクトラムの幾つかの部分が含まれる。総じて、照明光源１１０は、超連続体レーザ光源、赤外線ヘリウムネオンレーザ光源、アークランプその他、任意の好適な光源を有するものとすることができる。
【００２５】
更なる態様では、照明光群が、少なくとも５００ｎｍの幅がある波長域を有する広帯域照明光とされる。広帯域照明光の一例としては、２５０ｎｍ未満の波長や７５０ｎｍ超の波長を含むものがある。一般に、広帯域照明光は１２０ｎｍ〜３０００ｎｍの波長を含むものである。実施形態によっては３０００ｎｍ超の波長を含む広帯域照明光が採用されることがある。
【００２６】
図１に示す計量システム１００は、ウェハ１２０上に形成された１個又は複数個の構造に照明光１１７を差し向けるよう構成された照明サブシステムを有している。図中の照明サブシステムは光源１１０、１個又は複数個の光学フィルタ１１１、偏光部材１１２、視野絞り１１３、開口絞り１１４及び照明光学系１１５を有している。１個又は複数個の光学フィルタ１１１を用いることで、この照明サブシステムに発する光量、スペクトル出力或いはその双方を制御することができる。ある種の例では１個又は複数個のマルチゾーンフィルタが光学フィルタ１１１として採用される。偏光部材１１２は望ましい偏光状態を発生させ、それが照明サブシステムから出射されるようにする。ある種の実施形態に係る偏光部材は偏光器、補償器又はその双方であり、これには任意の好適な市販偏光部材を含めることができる。偏光部材は、固定型でも、幾通りかの固定ポジションにしうる可回動型でも、或いは連続回動型でもかまわない。図１に示した照明サブシステムは偏光部材を１個有しているが、照明サブシステムが複数個の偏光部材を有していてもよい。視野絞り１１３は照明サブシステムの視野（ＦＯＶ）を制御するものであり、これには任意の好適な市販視野絞りを含めることができる。開口絞り１１４は照明サブシステムの数値開口（ＮＡ）を制御するものであり、これには任意の好適な市販開口絞りを含めることができる。照明源１１０からの光は照明光学系１１５内に差し向けられ、その照明光学系によりウェハ１２０上の１個又は複数個の構造（図１には示さず）上に合焦される。照明サブシステムは、分光エリプソメトリ、リフレクトメトリ及びスキャタロメトリの分野で既知な、任意の種類及び配列の光学フィルタ（群）１１１、偏光部材１１２、視野絞り１１３、開口絞り１１４及び照明光学系１１５を有するものとすることができる。
【００２７】
図１に示す照明光ビーム１１７は、光学フィルタ（群）１１１、偏光部材１１２、視野絞り１１３、開口絞り１１４及び照明光学系１１５内を通り、ビームとして照明源１１０からウェハ１２０へと伝搬していく。ビーム１１７はウェハ１２０のうち計測スポット１１６上の部分を照明する。
【００２８】
ある種の例では、ウェハ１２０の表面上に投射された照明光群１１７のビームサイズが、標本の表面上で測った計測ターゲットのサイズより小さくなる。ビーム成形技術の例が、Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．による特許文献２に詳しく記載されているので、この参照を以てその全容を本願に繰り入れることにする。
【００２９】
計量システム１００は、１個又は複数個の構造と入射照明ビーム１１７との間の相互作用により生成された光を集めるよう構成された、集光光学系サブシステムをも有している。集光光ビーム１２７は集光光学系１２２により計測スポット１１６から集光される。集光光１２７はこの集光光学系サブシステムの集光開口絞り１２３、偏光素子１２４及び視野絞り１２５内を通る。
【００３０】
集光光学系１２２は、ウェハ１２０上に形成された１個又は複数個の構造から集光するのに適する何らかの集光素子を有している。集光開口絞り１２３は集光光学系サブシステムのＮＡを制御する。偏光素子１２４は所望の偏光状態を検光する。偏光素子１２４は偏光器又は補償器である。偏光素子１２４は、固定型でも、幾通りかの固定ポジションにしうる可回動型でも、或いは連続回動型でもかまわない。図１に示した集光サブシステムは偏光素子を１個有しているが、集光サブシステムが複数個の偏光素子を有していてもよい。集光視野絞り１２５は集光サブシステムのＦＯＶを制御する。集光サブシステムはウェハ１２０からの光を捉え、その光を集光光学系１２２及び偏光素子１２４内へと差し向け集光視野絞り１２５上に合焦させる。ある種の実施形態では集光視野絞り１２５が分光器スリットとして検出サブシステムの分光器に代え用いられる。とはいえ、集光視野絞り１２５を検出サブシステムの分光器の分光器スリット１２６又はその付近に配置してもよい。
【００３１】
集光サブシステムは、分光エリプソメトリ、リフレクトメトリ及びスキャタロメトリの分野で既知な、任意の種類及び配列の集光光学系１２２、開口絞り１２３、偏光素子１２４及び視野絞り１２５を有するものとすることができる。
【００３２】
図１に示した実施形態では、検出サブシステムに備わる複数個の分光器へと集光光学系サブシステムが光を差し向ける。検出サブシステムは、照明サブシステムにより照明された１個又は複数個の構造から集光された光に応じ、出力を生成する。
【００３３】
ある態様に係る検出器サブシステムは、赤外を含め幾つかの波長域に亘り集光光を同時に検出するようそれぞれ構成された、２個以上の検出器を有する。
【００３４】
図１に示した実施形態では、集光光１２７が分光器スリット１２６内を通り回折素子１２８上に入射する。回折素子１２８は、入射光のうち一群の波長を±１次回折させる一方、入射光のうち別の一群の波長を０次回折させるように構成されている。図１に示す部分１２９は入射光のうち紫外スペクトラムを含む部分であり、回折素子１２８により±１なる回折次数で分散され検出器１４１に向かっている。加えて、回折素子１２８は、入射光のうち赤外波長を含む部分１４０を、格子１４７方向に０なる回折次数で反射するよう構成されている。光１４０は回折素子１４７上に入射し、回折素子１４７はその入射光１４０のうち赤外波長を含む部分１４８を±１なる回折次数で分散させ検出器１５０に向かわせている。
【００３５】
図１に示した実施形態では回折素子１２８が反射格子素子とされている。しかしながら、一般的には、入射光を幾つかの波長帯に細分し、当該幾つかの波長帯を別々の方向に沿い伝搬させ、そしてそれらの波長帯のうち１個の光を分散させ何らかの好適な形態で検出器上に向かわせるよう、回折素子１２８が構成されていればよい。一例に係る回折素子１２８は透過格子として構成される。他のある種の例に係る回折素子１２８は、ビームを幾つかの波長帯へと細分するビーム分岐素子と、それら波長帯のうち１個を分散させ検出器１４１上に向かわせる反射又は透過格子構造とを有する。
【００３６】
反射格子１２８が採用される理由は、紫外スペクトル領域にて高い±１次回折効率を呈すること並びに赤外スペクトル領域に関し高い０次回折効率を呈することにある。反射格子を採用することで、ビーム分岐素子（例えばダイクロイックビーム分岐素子）につきものの損失が回避される。
【００３７】
回折素子１２８及び１４７は、それぞれに対応する二次元検出器の一次元（即ちそれぞれに対応する検出器に関し図１中に注記されている波長分散方向）に沿い、波長に従い１次回折光を直線的に分散させる。例証のため、二通りの波長にて検出された光を検出器１４１の表面上に示す。回折素子１２８は、検出器１４１の表面上に投射されたそれら二通りの光波長間に空間分離を発生させる。このようにして、ある特定の波長を有し計測スポット１１６から集光された光が検出器１４１上へと投射されてスポット１４２Ａをなし、別の波長を有し計測スポット１１６から集光された光が検出器１４１上へと投射されてスポット１４２Ｂをなす。
【００３８】
一例に係る検出器１４１は、紫外及び可視光（例．１９０ｎｍ〜８６０ｎｍの波長を有する光）に感応する電荷結合デバイス（ＣＣＤ）である。一例に係る検出器１５０は、赤外光（例．９５０ｎｍ〜２５００ｎｍの波長を有する光）に感応するフォトディテクタアレイ（ＰＤＡ）である。とはいえ、一般的には、他の二次元検出器テクノロジも想定されうる（例．位置検知型検出器（ＰＳＤ）、赤外線検出器、光起電検出器等々）。各検出器は、入射光を、その入射光のスペクトル強度を示す電気信号へと変換する。例えば、ＵＶ検出器１４１が入射光１２９を示す出力信号１５４Ａを生成し、ＩＲ検出器１５０が入射光１４８を示す出力信号１５４Ｂを生成する。
【００３９】
図１に示す検出サブシステムは、集光光が計量システム１００の全検出器へと同時に伝搬するよう配列されている。計量システム１００は、ＵＶ及びＩＲ信号双方を含む検出信号１５４を受け取りそれらＵＶ及びＩＲ信号双方に基づき被計測構造（群）の注目パラメタの推定値を求めるよう構成された、情報処理システム１３０をも有している。ＵＶ及びＩＲスペクトルを同時集光することで計測時間が短縮され、且つ全スペクトルが同じ整列条件で以て計測される。これにより、全スペクトルデータセットに共通の補正を適用することができるため、波長誤差をより容易に補正することが可能になる。
【００４０】
更なる態様では、計測中に合焦誤差補正用計測入力を提供すべく検出サブシステムにファインフォーカスセンサ（ＦＦＳ）が組み込まれる。
【００４１】
図２に、計量システムの別の実施形態２００でありＦＦＳ１４６を有するものを示す。図２に示した要素のうち、図１に示した計量システム１００と同様に構成されているものは、同じ参照符号を用い指し示してある。図２に示す０次回折光１４０は、回折素子１２８により回折されたものでありビーム分岐素子１４３上に入射する。ビーム分岐素子１４３は透過性でも反射性でもかまわない。ビーム分岐素子１４３は、光のうちＩＲ域内の部分１４５をＩＲ格子１４７へと差し向け、光のうちＩＲ域より下（即ちＵＶ〜可視域）の部分１４４をＦＦＳ１４６へと差し向ける。こうして、回折素子１２８により０次回折されたＵＶ〜可視光がＦＦＳ１４６により検出される。ある種の実施形態ではＦＦＳ１４６がフォトダイオードアレイとされ、ビーム分岐素子１４３が、ＩＲの高効率反射及びＵＶの高効率透過が可能なダイクロイックビームスプリッタとされる。他のある種の実施形態では、ビーム分岐素子１４３が中性濃度フィルタ、部分反射鏡、未被覆基板その他、ビームを個別のチャネルに係りより低強度な２本以上のビームへと分割するのに適した何らかの集光素子とされる。
【００４２】
ＦＦＳ１４６により生成された出力（図示せず）は情報処理システム１３０へと送られる。情報処理システム１３０は、ＦＦＳ１４６の出力に基づきウェハ１２０の焦点位置（ｚ位置）の変化を求める。ウェハ１２０の焦点位置変化のうち望ましいものは、全て、然るべくウェハ１２０のｚ位置を調整するウェハ位置決めシステム（図示せず）へと送られる。
【００４３】
図３に、計量システムの別の実施形態３００でありＦＦＳ１４６を有するものを示す。図３に示した要素のうち、図１に示した計量システム１００と同様に構成されているものは、同じ参照符号を用い指し示してある。図３に示す０次回折光１４９は回折素子１４７により回折されたものであり、それがＦＦＳ１４６上に入射する一方で、１次回折光１４８がＩＲ検出器１５０上に入射する。
【００４４】
ＦＦＳ１４６により生成された出力（図示せず）は情報処理システム１３０へと送られる。情報処理システム１３０は、ＦＦＳ１４６の出力に基づきウェハ１２０の焦点位置（ｚ位置）の変化を求める。ウェハ１２０の焦点位置変化のうち望ましいものは、全て、然るべくウェハ１２０のｚ位置を調整するウェハ位置決めシステム（図示せず）へと送られる。
【００４５】
別の更なる態様に係る計量システムは、別々のＩＲスペクトラム域内の光を同時に検出するよう構成された２個以上の検出器を有する。
【００４６】
図４に、計量システムの別の実施形態４００であり複数個の縦続接続されたＩＲ検出器を有するものを示す。図４に示した要素のうち、図１に示した計量システム１００と同様に構成されているものは、同じ参照符号を用い指し示してある。図４に示すように、光１４５がＩＲ格子１４７に入射する。ＩＲ格子１４７は、その入射光１４５の一部分１４８を１次回折させるよう構成されている。その１次回折光１４８には、入射光１４５のＩＲ波長域のうち一部分が含まれる。更に、ＩＲ格子１４７は、入射光１４５の一部分１４９を０次回折させるよう構成されている。その０次回折光１４９には、１次回折光１４８を組成するＩＲ波長域の外側にあるＩＲ波長が含まれる。０次回折光１４９はＩＲ格子１５１へと伝搬し、そのＩＲ格子はその入射光を１次回折させてＩＲ検出器１５３に向かわせる。図４に示した実施形態における１次回折光１５２には入射光１４９の全ＩＲ波長が含まれる。他方、他のある種の実施形態では、入射光のうち一部分のみを１次回折させるようＩＲ格子１５１が構成され、残る０次光が更に他のＩＲ格子へと差し向けられる。このようにして、任意個数のＩＲ検出器を縦続接続し、集光光１２７の個別ＩＲ波長域を検出することができる。
【００４７】
図１〜図４を参照して記述した諸実施形態は非限定的な例を以て提示されたものであり、ＵＶ、可視及びＩＲ波長を同時検出する他の多くの構成を想定することができる。ある例によれば、集光光１２７のうちＩＲ波長を１次回折にて分散させるよう、且つ集光光１２７のうちＵＶ波長を０次回折させてＵＶ格子及び検出器に向かわせるよう、計量システムを構成することができる。ある種の例に従いビーム分岐素子を採用することで、集光光の全スペクトラムを２個以上のサブスペクトラムへと細分することができる。とはいえ、本願記載の如く回折素子を採用することは有益たりうることであり、それにより、ビーム分岐素子例えばダイクロイックビームスプリッタ、中性濃度フィルタ、部分反射鏡又は未被覆基板につきものの損失を回避することができる。
【００４８】
図１に示す照明光ビーム１１７はウェハ１２０の表面へとある斜め角にて供給されている。一般に、照明光は、ウェハ１２０の表面へと、どのような斜め角でも何通りの斜め角でも供給されうる。ある種の実施形態では、照明光群が、斜め照明に加え垂直入射にて（即ち表面法線に整列した態で）表面に供給される。
【００４９】
図１に示すように、Ｚ軸はウェハ１２０の表面に対し垂直な方向を向いている。Ｘ軸及びＹ軸はウェハ１２０の表面と同じ平面内にあり、従ってＺ軸に対し垂直である。照明光ビーム１１７の主光線１１８及び集光光ビーム１２７の主光線１２１により入射面が定まる。Ｘ軸は入射面と整列しており、Ｙ軸はその入射面に直交している。この構成では、入射面がＸＺ平面内に存している。照明光ビーム１１７はウェハ１２０の表面上に入射しており、Ｚ軸を基準にしたその入射角がαであり、また入射面内に存している。標本表面上への照明光ビームの形状射影が斜め角で行われているため、入射面に整列している方向に沿った照明ビーム断面に長尺化が生じている。非限定的な例を以て言えば、円形照明光ビームがウェハ表面上に投射されているので、照明エリアが楕円形になっている。このように、一般に、表面の斜め照明により照明断面に比べ長尺な射影照明エリアが生じ、またその長尺化方向が入射面に整列した方向になる。更に、入射角が大きいほど長尺化の程度が増す。より具体的には、入射面の方向に沿った入射角の余弦値に対しビーム形状が反比例する。回折及び収差効果がない場合、投射照明光は、照明平面に対し垂直な方向（例．Ｙ方向）に沿い無歪みなままとなる。
【００５０】
図５Ａは、図１の照明光ビーム１１７により照明された計測スポット１１６の図示を含むウェハ１２０の頂面図である。図１に示した実施形態では、照明光ビーム１１７の断面が（例．照明野絞り１１３にて）円形となる。円形照明光ビームの場合、ウェハ１２０の表面上への投射による計測スポット１１６が、図５Ａに示す如く楕円形になる。
【００５１】
図１に示す計測スポット１１６は、検出器１４１及び１５０の表面上へと波長分散的形態で射影される。また、ある態様では、各検出器上への光分散の平面が各検出器上の入射面の射影に対し垂直な方向を向くよう、本願記載の計量システムの分光部材が構成される。この構成では、ウェハ表面上で入射面に整列している方向が検出器表面上で波長分散方向に対し垂直な方向を向くよう、計測スポット１１６が各検出器上に結像される。こうした配列では合焦誤差に対する計量システムの感度が大きく低減される。合焦誤差に対する感度が低いため、より短いＭＡＭ時間ひいてはより高いスループットで以て、精密な計測結果が得られる。このアーキテクチャの顕著な長所は、厚膜及び多層膜スタックを波長誤差招来無しで計測しうる能力にある。
【００５２】
従来は、計測スポットの長尺方向の射影が検出器表面上で波長分散方向と整列するよう、計量システムが構成されていた。図５Ｂは従来構成を表している。図５Ｂに示すように、計測スポット１１６の長尺方向（即ちウェハにおけるＸ軸及び検出器におけるＸ’軸）の検出器２３上への射影が、検出器２３の表面上での波長分散の方向に整列している。例を以て言えば、スポット２４Ａ及び２４Ｂの長尺方向が波長分散方向に整列している。検出器２３の表面上のこれら波長依存像（例．スポット２４Ａ及び２４Ｂ）を、波長分散方向に対し垂直な方向に沿い積分することでスペクトラム、即ち波長分散軸に沿った波長の関数たる強度が得られる。ＣＣＤ型検出器の場合、波長分散に対し垂直な方向に沿い電荷を積分することでそのスペクトラムがもたらされる。
【００５３】
ウェハ表面上で入射面に整列している方向が検出器表面上で波長分散方向と整列するよう計測スポットを検出器上に結像させた場合、もたらされる点拡がり関数（ＰＳＦ）が強い波長依存性を呈する。もたらされるＰＳＦが高いピークを呈するのは、像強度が所与波長に係る長尺方向に沿い大きく変動するからである。この高ピークＰＳＤを的確に捕捉するには、分光器によりスペクトルデータを高分解能で捕捉しなければならない。そのため計測時間が延びスループットが低下する。
【００５４】
また例えば、長尺像と、それに対応する長尺な強度分布とをスペクトル分散の方向に整列させた場合、特定波長に関しもたらされるＰＳＦは入射角に依存する。もたらされるＰＳＦは入射角により拡がったり狭まったりする。
【００５５】
また例えば、もたらされるＰＳＦは合焦誤差に対し高い感応性を呈する。ウェハ上の計測ターゲットが動き焦点が合ったり外れたりするにつれ、ウェハ上の計測スポットの検出像にサイズの変化や位置のシフトが生じる。加えて、ウェハ上での計測スポットの位置がシフトする。図６に示すように、ウェハ１２０に焦点が合っているときには、照明光ビーム１１７によりウェハの部位Ａが照明される。従来形態で集光光ビーム１２７を波長分散させ検出器２３上に結像させると、図７に示す通りその像がスポット２４Ａ及び２４Ｂに現れる。ウェハ１２０がｚ方向に沿い上方に動き０超の量ΔＺだけ離焦したときには、照明光ビーム１１７によりウェハの部位Ｃが照明される。従来形態にて集光光ビーム１２７’を波長分散させ検出器２３上に結像させると、その像がスポット２４Ａ’及び２４Ｂ’に現れる。現れる像は、光学システムの合焦面からウェハが離れるにつれ大きくなり、波長分散方向に整列した方向に沿い、その像の中心位置がシフトする。この波長分散方向沿いシフトにより、波長対画素マッピングが変化するためスペクトル計測誤差が発生する。ウェハ１２０がｚ方向に沿い下方に動き０未満の量ΔＺだけ離焦したときには、照明光ビーム１１７によりウェハの部位Ｂが照明される。従来形態にて集光光ビーム１２７”を波長分散させ検出器２３上に結像させると、その像がスポット２４Ａ”及び２４Ｂ”に現れる。このときも、光学システムの合焦面からウェハが離れるにつれ、現れる像が大きくなり、波長分散方向に整列した方向に沿いその像の中心位置がシフトする。
【００５６】
こうした状況では、ΔＺ≠０なる合焦誤差に起因したウェハ１２０上での計測スポット移動により、波長の関数たる分光器分散軸沿い像移動が発生する。波長校正は合焦面即ちＺ＝０にて実行されるので、何であれ合焦誤差により引き起こされた分光器分散方向沿い像移動があると、波長校正からのずれに対し計測スペクトラムが非常に敏感になる。
【００５７】
これに対し、本願記載の如く波長分散方向に対し垂直に、検出器上へと入射面を射影することで、分散平面が入射面から分離され、従って合焦誤差が検出器上でのスペクトラム位置に影響を及ぼさなくなる。
【００５８】
図１に示すように、計測スポット１１６は検出器１４１及び検出器１５０の表面上へと波長分散的形態で射影される。計量システム１００は、計測スポット１１６の長尺方向の射影が検出器１４１及び１５０の表面上で波長分散方向に対し垂直な方向を向くよう、構成されている。図１に示すＸ’軸は、計測スポット１１６の長尺方向（即ちＸ軸）の、検出器１４１及び１５０上への射影を表している。図１に示すＸ’軸は、検出器１４１及び１５０の表面上で波長分散方向に対し垂直な方向を向いている。
【００５９】
ある種の例によれば、ウェハ表面上で入射面に整列している方向が検出器表面上で波長分散方向に対し垂直な方向を向くよう計測スポットをその検出器上へと結像させることで、焦点位置に対する感度の２０倍低減が達成される。この合焦誤差感度低減により、計測の正確性を損なうことなく、合焦正確性及び再現性条件の緩和、合焦時間の高速化並びに波長誤差に対する感度の低減を実現することができる。これらの効果はとりわけ大数値開口光学計量システムではっきり現れる。
【００６０】
図８は検出器１４１の表面の直視図である。図８に示すように、計測スポット１１６の長尺方向の射影（即ちＸ’軸）は、検出器１４１の表面上での波長分散方向に対し垂直な方向を向く。例を以て言えば、スポット１４２Ａ及び１４２Ｂの長尺方向が波長分散方向に対し垂直な方向を向いている。検出器１４１の表面上のこれら波長依存像（例．スポット１４２Ａ及び１４２Ｂ）を、波長分散方向に対し垂直な方向に沿い積分することでスペクトラム、即ち波長分散軸に沿った波長の関数たる強度が得られる。ＣＣＤ型検出器の場合、波長分散に対し垂直な方向に沿い電荷を積分することでそのスペクトラムがもたらされる。
【００６１】
検出器（例．ＣＣＤ１４１）の表面上に投射された像を、各波長にて分光器波長分散軸に対し垂直な方向に沿い積分することで、計測スペクトラムが得られる。各波長での個別スペクトル形状が、その特定波長における本システムの点拡がり関数（ＰＳＦ）である。
【００６２】
ウェハ表面上で入射面に整列している方向が検出器表面上で波長分散方向に対し垂直な方向を向くよう計測スポットを検出器上に結像させた場合、もたらされる点拡がり関数（ＰＳＦ）は従来構成に比べかなり波長への依存性が少ないものとなる。もたらされるＰＳＦが低いピークを呈するのは、像強度が、所与波長に係る長尺方向に対し垂直な方向に沿い（例．楕円の短軸に亘り）さほど大きくは変動しないからである。更に、像強度が長尺方向に沿い（例．楕円の長軸に亘り）大きく変動するけれども、長尺方向がＣＣＤの電荷積分方向と整列しているので、そうした変動は積分平滑される。この構成によれば、分光器によりスペクトルデータを高分解能で捕捉しＰＳＦを正確に構築する必要がない。そのため計測時間が縮まりスループットが高まる。
【００６３】
また例えば、長尺像をスペクトル分散の方向に対し垂直な方向に向けた場合、特定の波長に関しもたらされるＰＳＦが、入射角から独立なものとなる。像と、長尺方向に対し垂直な方向に沿った（即ち楕円の短軸に亘る）対応する強度分布とが、入射角に対し概ね不変となる。即ち、像及びそれに対応する強度分布であり、スペクトル分散方向沿い投射によるものが、入射角に対し概ね不変となる。従って、算出されるＰＳＦがほとんど入射角への依存性を呈さない。
【００６４】
また例えば、もたらされるＰＳＦが、従来の構成に比べ、合焦誤差に対しかなり低い感応性しか呈さなくなる。ウェハ上の計測ターゲットが動き焦点が合ったり外れたりするにつれ、ウェハ上の計測スポットの検出像に位置のシフトが生じる。図６に示したものと同様、ウェハ１２０に焦点が合っているときには、照明光ビーム１１７によりウェハの部位Ａが照明される。その集光光ビーム１２７は波長分散され、図８に示すようにスポット１４２Ａ及び１４２Ｂをなして検出器１４１上に結像される。ウェハ１２０がｚ方向に沿い上方に動き０超の量ΔＺだけ離焦したときには、照明光ビーム１１７によりウェハの部位Ｃが照明される。集光光ビーム１２７’は波長分散され、スポット１４２Ａ’及び１４２Ｂ’をなして検出器１４１上に結像される。波長分散方向に対し垂直なこの像位置シフトでは、波長対画素マッピングが変化しないため、合焦誤差により誘起されるスペクトル計測誤差が小さくなる。ウェハ１２０がｚ方向に沿い下方に動き０未満の量ΔＺだけ離焦したときには、照明光ビーム１１７によりウェハの部位Ｂが照明される。集光光ビーム１２７”は波長分散され、スポット１４２Ａ”及び１４２Ｂ”をなして検出器１４１上に結像される。このときも、その像位置シフトが波長分散方向に対し垂直なものであるため、合焦誤差により誘起されるスペクトル計測誤差が小さくなる。
【００６５】
この構成では、合焦誤差により、検出器上の像が波長分散軸に対し垂直な方向に沿いシフトする。分光器分散軸に対し垂直に像を積分することで算出スペクトルが得られるので、合焦誤差により誘起された像シフトは積分平滑され、実質的なスペクトル計測誤差を誘起するものとはならない。合焦誤差に対する感度のこうした低減により、原子線放射に基づき合焦誤差を追跡及び補正する必要がなくなる。この構成では、広帯域光源例えば高輝度レーザ駆動光源（ＬＤＬＳ）を、緩い焦点位置決め条件で以て、分光器量システム例えばシステム１００内光源として採用することができる。
【００６６】
上述の通り、分光器による射影でもたらされるＰＳＦは、入射面（即ちＸＺ平面）に対し垂直な方向沿いの光分布によりほとんど定まる。そうしたわけでＰＳＦは斜め入射角から独立となる。即ち、ＰＳＦの波長依存性が従来構成に比べかなり少なくなる。
【００６７】
本願記載の通り、どのような垂直入射又は斜め入射広帯域光学計量システムであれ、計測スポットが検出器の表面上に結像されるよう、その際ウェハ表面上で入射面に整列している方向が検出器表面上での波長分散方向に対し垂直な方向を向くよう、構成することができる。ある種の実施形態に従いウェハ合焦軸（例．図１〜図４中のｚ軸）に対し垂直な方向に分光器分散軸を向けることで、合焦誤差に対するシステム感度を更に下げることができる。
【００６８】
また、ある態様では、単一の検出器パッケージ上の別々の個所にある幾つかの感度帯を組み合わせたマルチゾーン赤外線検出器が、本願記載の計量システムにて採用される。この検出器は、入射個所に応じ別々の感度で連続スペクトラムのデータを提供するよう構成される。
【００６９】
図１０に、入手しうるインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）センサの典型的光感度曲線を示す。図１０に示すように、入手しうるＩｎＧａＡｓセンサのうちいずれのセンサでも、１μｍ〜２．５μｍの波長帯に亘り適切な光感度を提供することができない。即ち、個別に見ると、入手しうるセンサではある狭い波帯に亘る感知しか可能でない。実施形態のなかには、個々のセンサを例えば図４に示す如く縦続配列の態で配列するものがある。しかしながら、その場合、個別の格子構造か、ビーム分岐素子と格子構造との組合せによって、集光光を個別のスペクトル域へと細分すること並びに各スペクトル域を個々別体な検出器上へと分散させることが必要になる。その結果、不要な光損失及び光学システム複雑性が生じる。
【００７０】
ある態様では、それぞれ別の波帯に感応する複数個のセンサチップが組み合わされ、単一の検出器パッケージが構成される。更に、そのマルチゾーン検出器が本願記載の計量システム内に搭載される。
【００７１】
図９に、相異なる４個の波帯に由来する４個のセンサチップ１５０Ａ〜Ｄでありマルチゾーン赤外線検出器１５０を組成するものを示す。図１０に示したように、これら４個のセンサチップは、それぞれ異なる光感度特性を呈する別々の素材組成を有している。図１０に示したように、センサチップ１５０Ａが高感度を呈するのは波帯Ａ内、センサチップ１５０Ｂが高感度を呈するのは波帯Ｂ内、センサチップ１５０Ｃが高感度を呈するのは波帯Ｃ内、センサチップ１５０Ｄが高感度を呈するのは波帯Ｄ内である。検出器１５０が組み込まれる計量システムは、波帯Ａ内の波長をセンサチップ１５０Ａ上へと分散させ、波帯Ｂ内の波長をセンサチップ１５０Ｂ上へと分散させ、波帯Ｃ内の波長をセンサチップ１５０Ｃ上へと分散させ、且つ波帯Ｄ内の波長をセンサチップ１５０Ｄへと分散させるよう構成される。このようにすることで、波帯Ａ〜Ｄを含む集積的な波帯に亘り高い光感度（即ち高いＳＮＲ）が単一の検出器で実現される。
【００７２】
ある種の例に係るマルチゾーン検出器は、相異なるスペクトル領域に対し感度を呈するＩｎＧａＡｓセンサを有し、それを組み上げて単一センサパッケージにしたものであり、それにより、７５０ｎｍ〜３０００ｎｍ或いは更にその外側の波長をカバーする単一且つ不断なスペクトラムを得ることができる。
【００７３】
総じて、何個の個別センサをマルチゾーン検出器の波長分散方向に沿い組み上げるのでも、不断なスペクトラムをその検出器から得ることができる。とはいえ、通常、マルチゾーン検出器例えば検出器１５０では２〜４個の個別センサが採用される。
【００７４】
別の更なる態様によれば、照明野絞りのウェハ平面上射影の入射面直交方向沿い寸法を調整することで、得られる計測正確性及び速度を計測下ターゲットの性質に基づき最適化することができる。
【００７５】
入射面直交方向に沿い照明野絞りのウェハ平面上射影を調整することで、波長に対しほとんど敏感でないフラットトッププロファイルが達成されるよう、計測アプリケーション毎にＰＳＦを成形することができる。加えて、スペクトル分解能を調整することで、そのフラットトッププロファイルに基づき計測正確性及び速度の最適化を果たすことができる。
【００７６】
ある種の例によれば、例えばそのサンプルが極厚膜又は格子構造である場合に、入射面直交方向に沿い照明野絞りのウェハ平面上射影を調整することで、視野サイズを抑えスペクトル分解能の向上を果たすことができる。ある種の例によれば、例えばそのサンプルが薄膜である場合に、入射面直交方向に沿い照明野絞りのウェハ平面上射影を調整することで、視野サイズを拡げスペクトル分解能の損失無しで計測時間の短縮を果たすことができる。
【００７７】
図１〜図４に示した実施形態では、検出器１４１、１５０及び１５３（該当する場合）により検出されたスペクトル応答を示す信号１５４を受け取るよう、情報処理システム１３０が構成されている。情報処理システム１３０は、更に、制御信号１１９を決めプログラマブル照明野絞り１１３に送るように構成されている。プログラマブル照明野絞り１１３は制御信号１１９を受け取り、所望の照明野サイズが実現されるよう照明開口のサイズを調整する。
【００７８】
ある種の例によれば、照明野絞りを調整することで上述の通り計測正確性及び速度を最適化することができる。また、ある例によれば、照明野絞りを調整することで、分光器スリットによる像クリッピング及びそれに対応する計測結果劣化を防ぐことができる。この場合、計測ターゲットの像で分光器スリットが満たされないよう照明野サイズが調整されることになる。ある例では、照明光学系の偏光器スリットの射影で計量システムの分光器スリットが満たされないよう照明野絞りが調整される。
【００７９】
図１１に、少なくとも１個の態様に係る分光計測実行方法５００を示す。方法５００は計量システム、例えば図１〜図４に示した本発明の計量システム１００、２００、３００及び４００それぞれでの実行に適している。ある態様によれば、認識頂けるように、事前にプログラミングされているアルゴリズムを情報処理システム１３０その他、任意の汎用情報処理システムに備わる１個又は複数個のプロセッサにより実行することで、方法５００の諸データ処理ブロックを実行することができる。本願にて認識されている通り、計量システム１００、２００、３００及び４００の特定の構造的側面は限定を表すものではなく、専ら例証として解釈されるべきものである。
【００８０】
ブロック５０１では、照明源からの広帯域照明光群を、計測下標本の表面上の計測スポットへと、入射面内で一通り又は複数通りの入射角にて差し向ける。
【００８１】
ブロック５０２では、標本表面上の計測スポットから一群の光を集光する。
【００８２】
ブロック５０３では、集光光群のうち第１波長域内の第１部分を第１検出器の表面へと差し向け、且つ集光光群のうち第２波長域内の第２部分を第２検出器の表面へと差し向ける。
【００８３】
ブロック５０４では、第１波長域内の照明光群に対する標本の応答を検出する。
【００８４】
ブロック５０５では、第２波長域内の照明光群に対する標本の応答を、第１波長域内の照明光群に対する標本の応答が検出されるのと同時に検出する。
【００８５】
本願記載の如く構成可能な計測技術の例としては、これに限られるものではないが、分光エリプソメトリ（ＳＥ）例えばミュラー行列エリプソメトリ（ＭＭＳＥ）、回転偏光器ＳＥ（ＲＰＳＥ）、回転偏光器回転補償器ＳＥ（ＲＰＲＣ）、回転補償器回転補償器ＳＥ（ＲＣＲＣ）、分光リフレクトメトリ（ＳＲ）例えば偏光ＳＲ、非偏光ＳＲ、分光スキャタロメトリ、スキャタロメトリオーバレイ、ビームプロファイルリフレクトメトリ、角度分解又は偏光分解ビームプロファイルエリプソメトリ、単一又は複数離散波長エリプソメトリ等々がある。総じて、ＵＶ及びＩＲ波長を有する照明を内包する計量技術は、いずれも、個別的に又は任意の組合せで想定することができる。例えば、像依拠計量技術を含め半導体構造の特性解明に適用可能なＳＲ又はＳＥ技術は、いずれも、個別的に又は任意の組合せで想定することができる。
【００８６】
更なる実施形態に係るシステム１００、２００、３００及び４００は、備わる１個又は複数個の情報処理システム１３０を利用し、本願記載の方法に従い収集された分光計測データに基づく実デバイス構造の計測を実行するものである。当該１個又は複数個の情報処理システム１３０を分光器に可通信結合させるとよい。ある態様では、１個又は複数個の情報処理システム１３０を、標本１２０の構造の計測に係る計測データ１５４を受け取るように構成する。
【００８７】
ご認識頂くべきことに、本件開示の随所で述べられている１個又は複数個のステップは、単一コンピュータシステム１３０により実行することも、それに代え複数コンピュータシステム１３０により実行することも可能である。更に、システム１００、２００、３００及び４００の様々なサブシステムを、本願記載の諸ステップのうち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むものとすることができる。従って、上掲の記述は本発明に対する限定としてではなく単なる例証として解されるべきである。
【００８８】
加えて、コンピュータシステム１３０は、本件技術分野で既知ないずれの形態で分光器に可通信結合させてもよい。例えば、１個又は複数個の情報処理システム１３０を分光器に係る情報処理システムに結合させることができる。また例えば、それら分光器を、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り直接制御することができる。
【００８９】
計量システム１００、２００、３００及び４００のコンピュータシステム１３０は、伝送媒体例えば有線区間及び／又は無線区間を有するそれにより同システムのサブシステム（例．分光器等）からデータ又は情報を受信及び／又は捕捉しうるように、構成するとよい。この構成では、その伝送媒体を、コンピュータシステム１３０と、システム１００、２００、３００及び４００の他サブシステムと、の間のデータリンクとして働かせることができる。
【００９０】
計量システム１００、２００、３００及び４００のコンピュータシステム１３０は、伝送媒体例えば有線区間及び／又は無線区間を有するそれにより他システムからデータ又は情報（例．計測結果、モデリング入力、モデリング結果、参照計測結果等々）を受信及び／又は捕捉しうるように、構成するとよい。この構成では、その伝送媒体を、コンピュータシステム１３０と、他システム（例．計量システム１００、２００、３００及び４００のオンボードメモリ、外部メモリその他の外部システム）と、の間のデータリンクとして働かせることができる。例えば、その情報処理システム１３０を、データリンクを介し格納媒体（即ちメモリ１３２又は外部メモリ）から計測データを受け取るよう構成するとよい。例えば、本願記載の分光器を用いて取得した分光結果を恒久的又は半恒久的記憶デバイス（例．メモリ１３２又は外部メモリ）に格納させるとよい。この構成によれば、分光結果をオンボードメモリから、或いは外部メモリシステムからインポートすることができる。更に、伝送媒体を介しコンピュータシステム１３０が他システムにデータを送るようにするとよい。例えば、計測モデルやコンピュータシステム１３０が求めた推定パラメタ値を送り、外部メモリに格納させればよい。この構成によれば、計測結果を他システムにエキスポートすることができる。
【００９１】
情報処理システム１３０には、これに限られるものではないが、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その他、本件技術分野で既知なあらゆる装置が包括されうる。一般に、語「情報処理システム」は、記憶媒体から得た命令を実行するプロセッサを１個又は複数個有するデバイス全てが包括されるよう、広く定義することができる。
【００９２】
方法例えば本願記載のそれを実行するためのプログラム命令１３４を、伝送媒体例えばワイヤ、ケーブル又は無線伝送リンク上で伝送するようにしてもよい。例えば、図１に描かれているように、メモリ１３２に格納されているプログラム命令１３４がバス１３３上でプロセッサ１３１へと伝送される。プログラム命令１３４がコンピュータ可読媒体（例．メモリ１３２）内に格納される。コンピュータ可読媒体の例としてはリードオンリメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気又は光ディスク及び磁気テープがある。
【００９３】
ある種の例では、計測モデルが、米国カリフォルニア州ミルピタス所在のＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＳｐｅｃｔｒａＳｈａｐｅ（商品名）光学限界寸法計量システムの一構成要素として実現される。この構成では、本システムによりスペクトルが収集された直後の使用に備えモデルが生成及び準備される。
【００９４】
他種の例では、計測モデルが、例えば、米国カリフォルニア州ミルピタス所在のＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＡｃｕＳｈａｐｅ（登録商標）ソフトウェアを情報処理システムにより実行することでオフライン実現される。得られる訓練済モデルは、計測を実行する計量システムによるアクセスが可能なＡｃｕＳｈａｐｅ（登録商標）ライブラリの一構成要素として組み込むことができる。
【００９５】
また、ある態様では、本願記載の半導体デバイス分光計量方法及びシステムが、高アスペクト比（ＨＡＲ）構造、大横寸法構造又はその双方の計測に適用される。本願記載のシステム及び方法による計測に適した構造の例としては、三次元ＮＡＮＤ構造例えば垂直ＮＡＮＤ（Ｖ−ＮＡＮＤ（登録商標））構造、ダイナミックランダムアクセスメモリ構造（ＤＲＡＭ）等々があり、これらは様々な半導体製造業者例えばＳａｍｓｕｎｇ  Ｉｎｃ．（韓国）、ＳＫ  Ｈｙｎｉｘ  Ｉｎｃ．（韓国）、株式会社東芝（日本）、Ｍｉｃｒｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｉｎｃ．（米国）等々により製造されている。こうした複雑なデバイスには、計測対象構造（群）内への透光率の低さなる問題がある。図１２に、計測対象構造（群）内への透光率の低さなる問題がある高アスペクト比ＮＡＮＤ構造の例６００を示す。赤外に至る広帯域能力を有し本願記載の如くマルチゾーンセンサで以て同時スペクトル帯検出を行う分光エリプソメータは、こうした高アスペクト比構造の計測に適している。
【００９６】
更に別の態様によれば、本願記載の計測結果を用い、処理ツール（例．リソグラフィツール、エッチングツール、堆積ツール等々）に能動フィードバックをかけることができる。例えば、本願記載の計測方法に依拠し導出された計測パラメタ値をリソグラフィツールに送り、所望出力が得られるようそのリソグラフィシステムを調整することができる。同様にしてエッチングパラメタ（例．エッチング時間、拡散率等々）や堆積パラメタ（例．時間、濃度等々）を計測モデルに組み込み、それぞれエッチングツールや堆積ツールに能動フィードバックをかけることができる。ある例によれば、訓練済計測モデル並びにデバイスパラメタ計測値に基づき求めた処理パラメタに対する補正を、リソグラフィツール、エッチングツール又は堆積ツールに送ることができる。
【００９７】
本願記載の語「限界寸法」には、構造のあらゆる限界寸法（例．下部限界寸法、中部限界寸法、上部限界寸法、側壁角、格子高さ等々）、任意の２個以上の構造間の限界寸法（例．２個の構造間の距離）、並びに２個以上の構造間の位置ずれ（例．重なり合う格子構造間のオーバレイ位置ずれ等々）が包括される。構造の例としては三次元構造、パターン付構造、オーバレイ構造等々がある。
【００９８】
本願記載の語「限界寸法アプリケーション」や「限界寸法計測アプリケーション」にはあらゆる限界寸法計測が包括される。
【００９９】
本願記載の語「計量システム」には、限界寸法計量、オーバレイ計量、焦点／照射量計量及び組成計量等の計測アプリケーションを含め、任意の態様での標本の特性解明に少なくとも部分的に採用されるあらゆるシステムが包括される。とはいえ、これらの技術用語により本願記載の語「計量システム」の範囲が制限されるわけではない。加えて、計量システム１００はパターニング済ウェハ及び／又は未パターニングウェハの計測向けに構成することができる。この計量システムはＬＥＤ検査ツール、エッジ検査ツール、背面検査ツール、マクロ検査ツール又はマルチモード検査ツール（１個又は複数個のプラットフォームからの同時データ取得を伴うもの）や、限界寸法データに基づくシステムパラメタの校正から利を受ける他のあらゆる計量又は検査ツールとして、構成することができる。
【０１００】
本願中には、任意の半導体処理ツール（例．検査システム又はリソグラフィシステム）内で標本の計測に使用可能な半導体計測システムに関し、様々な実施形態が述べられている。本願では、語「標本」が、本件技術分野で既知な手段により処理（例．印刷又は欠陥検査）可能なウェハ、レティクルその他のあらゆるサンプルを指す趣旨で用いられている。
【０１０１】
本願中の用語「ウェハ」は、総じて、半導体又は非半導体素材で形成された基板を指している。その素材の例としては、これに限られるものではないが、単結晶シリコン、ヒ化ガリウム及び燐化インジウムがある。そうした基板は半導体製造設備にて目にすること及び／又は処理されることが多い。場合によってはウェハが基板のみで構成されよう（いわゆるベアウェハ）。そうではなく、ウェハが１個又は複数個の層を有し、それらが基板上に別素材で形成されていることもある。ウェハ上に形成された１個又は複数個の層が「パターニング」されていることも「未パターニング」なこともありうる。例えば、可反復なパターンフィーチャを有するダイが複数個、ウェハ内に存することもありうる。
【０１０２】
「レティクル」は、レティクル製造プロセスのいずれかの段階にあるレティクルでもレティクルの完成品でもよく、また半導体製造設備での使用向けにリリースされているものでもされていないものでもよい。レティクル或いは「マスク」は、一般に、その上に実質的に不透明な領域が形成されておりその領域がパターンをなしている実質的に透明な基板として定義される。その基板は、例えば、ガラス素材例えばアモルファスＳｉＯ２を含有するものとすることができる。レティクルをレジスト被覆ウェハ上に配し、リソグラフィプロセスのうち露出工程を行うことで、そのレティクル上のパターンをそのレジストに転写することができる。
【０１０３】
ウェハ上に形成された１個又は複数個の層は、パターニングしてもパターニングしなくてもかまわない。例えば、ウェハを構成する複数個のダイそれぞれに可反復なパターンフィーチャを設けることができる。そうした素材層の形成及び処理によって、最終的にはデバイスの完成品を得ることができる。多種類のデバイスをウェハ上に形成することが可能であり、本願中の用語ウェハは、本件技術分野で既知な任意種類のデバイスがその上に作り込まれるウェハを包括することを意図している。
【０１０４】
１個又は複数個の例示的実施形態によれば、上述の機能をハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの任意の組合せの態で実現することができる。ソフトウェアの態で実現する際には、それらの機能が１個又は複数個の命令又はコードとしてコンピュータ可読媒体上に格納され又はその媒体上で伝送される。コンピュータ可読媒体にはコンピュータ格納媒体及び通信媒体双方が包括され、またコンピュータプログラムをある場所から別の場所へと転送するのに役立つ媒体全てが包括される。格納媒体は、汎用又は専用コンピュータによるアクセスが可能な入手可能媒体ならどのようなものでもよい。限定としてではなく例として言うなら、そうしたコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭその他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージその他の磁気格納装置をはじめ、命令又はデータ構造の形態での所望のプログラムコード手段の搬送又は格納に使用することが可能で、且つ汎用又は専用コンピュータ或いは汎用又は専用プロセッサがアクセスすることが可能な、任意の他媒体を以て構成することができる。また、どのような接続であれコンピュータ可読媒体と称して差し支えない。例えば、ソフトウェアをウェブサイト、サーバその他のリモートソースから送信するに当たり同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ディジタル加入者線（ＤＳＬ）又は無線テクノロジ例えば赤外線、無線周波数若しくはマイクロ波が用いられるのであれば、それら同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ又は無線テクノロジ例えば赤外線、無線周波数若しくはマイクロ波は、媒体の定義に収まる。本願中の用語ディスク(disk/disc)には、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光ディスク、ディジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ（登録商標））、フロッピーディスク及びブルーレイ（登録商標）ディスクを含め、通常はデータが磁気的に再生されるディスク(disk)及びレーザで以て光学的に再生されるディスク(disc)が包括される。上掲のものの組合せもまたコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【０１０５】
教示目的である特定の諸実施形態につき上述してきたが、本件特許出願の教示は一般的な適用可能性を有するものであり、上述の具体的諸実施形態に限定されるものではない。従って、上述の諸実施形態の諸特徴については、特許請求の範囲に示す発明の技術的範囲から離隔することなく、様々な修正、適合化並びに組合せを実施することができる。
【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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【国際調査報告】
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