(57)【要約】ウェハー（１０４）上に形成された単一構造（１０２）のプロファイルを、その構造（１０２）にフォーカスされた光源（１０６）からの光線（１０８）及びその構造（１０２）で回折された光線（１１０）を検出するための検出器（１１０）とを用いて、その構造の光学信号を取得することによって決定することができる。取得された光学信号は、プロセッサ（１１４）においてライブラリ（１１６）に保存されたシミュレート光学信号のセットと比較することが可能である。また、各シミュレート光学信号は単一構造の仮想プロファイルに対応し、且つ仮想プロファイルに基づいてモデル化される。
2005530144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハー上に形成された単一構造のプロファイルを決定する方法であって、
前記単一構造に光線をフォーカスすること、
前記単一構造から回折された光線を検出すること、
前記回折光線から光学信号を取得すること、
前記取得された光学信号とシミュレート光学信号のセットとの比較に基づいてシミュレート光学信号を選択すること、を含み、
各シミュレート光学信号は前記単一構造の仮想プロファイルに対応し、
且つ各シミュレート光学信号は前記仮想プロファイルに基づいてモデル化される、
ことを特徴とするプロファイル決定方法。
【請求項２】
前記光線は、使用される前記光線の波長を前記単一構造と隣接する構造との距離の２倍で割ったものより大きい開口数を持つレンズを使用してフォーカスされる、
請求項１に記載のプロファイル決定方法。
【請求項３】
前記単一構造は、周期格子の１格子であり、且つ前記隣接する構造は前記周期格子の隣接する格子である、
請求項２に記載のプロファイル決定方法。
【請求項４】
前記単一構造はラインであり、且つ前記隣接する構造は隣接するラインである、
請求項２に記載のプロファイル決定方法。
【請求項５】
前記回折光線はフォーカスレンズ及び単一の光検出器を用いて検出される、
請求項１に記載のプロファイル決定方法。
【請求項６】
前記プロファイル決定方法であって、
フィルタを使用して前記回折光線の重み付き総和を生成することをさらに含む、
請求項５に記載のプロファイル決定方法。
【請求項７】
光学信号を得ることには、フォーカスされた光線で前記単一構造を横断走査することを含む、
請求項５に記載のプロファイル決定方法。
【請求項８】
前記回折光線は、フォーカスレンズと、異なる角度で回折光線を受光するように構成された複数の検出セルを備えた検出器アレイとを用いて検出される、
請求項１に記載のプロファイル決定方法。
【請求項９】
光学信号を得ることには、前記検出器アレイから取得された角度情報を解析することを含む、
請求項８に記載のプロファイル決定方法。
【請求項１０】
前記プロファイル決定方法であって、
スペクトル情報を取得することをさらに含む、
請求項９に記載のプロファイル決定方法。
【請求項１１】
前記プロファイル決定方法であって、
単一のフォーカスレンズ及びビームスプリッタを用いて、前記光線を前記単一構造にフォーカスし、且つ前記回折光線を検出する、
請求項１に記載のプロファイル決定方法。
【請求項１２】
前記光線は、斜入射を生成するように構成された瞳絞りを備える光源を用いて、前記単一構造にフォーカスされ、且つ前記回折光線は、瞳絞りを備える検出器を用いて取得される、
請求項１１に記載のプロファイル決定方法。
【請求項１３】
前記光源及び前記検出器の前記瞳絞りを、初期入射角から最終入射角まで同期してシフトする、
請求項１２に記載のプロファイル決定方法。
【請求項１４】
前記光源及び前記検出器の前記瞳絞りは、共通の形状を備える、
請求項１２に記載のプロファイル決定方法。
【請求項１５】
前記光源及び前記検出器の前記瞳絞りは、異なる形状を備える、
請求項１２に記載のプロファイル決定方法。
【請求項１６】
前記回折光線は、単一の光検出器を用いて検出される、
請求項１１に記載のプロファイル決定方法。
【請求項１７】
前記回折光線は、複数の検出セルを備える検出器アレイを用いて検出される、
請求項１１に記載のプロファイル決定方法。
【請求項１８】
ウェハー上に形成された単一構造のプロファイルを決定する方法であって、
前記単一構造にフォーカスされた光線を用いて、前記単一構造の光学信号を取得すること、
前記取得された光学信号とシミュレート光学信号のセットとを比較すること、を含み、
各シミュレート光学信号は、前記単一構造の仮想プロファイルに対応し、
且つ各シミュレート光学信号は前記仮想プロファイルに基づいてモデル化される、
ことを特徴とするプロファイル決定方法。
【請求項１９】
前記光線は、使用される前記光線の波長を前記単一構造と隣接する構造との距離の２倍で割ったものより大きい開口数を持つレンズを使用してフォーカスされる、
請求項１８に記載のプロファイル決定方法。
【請求項２０】
前記光学信号は、フォーカスレンズと単一の光検出器を用いて取得される、
請求項１８に記載のプロファイル決定方法。
【請求項２１】
前記光学信号は、フォーカスレンズと、複数の検出セルを備える検出器アレイとを用いて検出される、
請求項１８に記載のプロファイル決定方法。
【請求項２２】
光学信号を取得することには、
前記検出器アレイから取得された角度情報を解析することを含む、
請求項２１に記載のプロファイル決定方法。
【請求項２３】
前記プロファイル決定方法であって、
単一のフォーカスレンズ及びビームスプリッタを用いて、前記光線を前記単一構造にフォーカスし、且つ前記単一構造から回折された光線を検出する、
請求項１８に記載のプロファイル決定方法。
【請求項２４】
前記光線は、斜入射を生成するように構成された瞳絞りを備える光源を用いて、前記単一構造にフォーカスされ、且つ前記回折光線は、瞳絞りを備える検出器を用いて検出される、
請求項２３に記載のプロファイル決定方法。
【請求項２５】
前記光源及び前記検出器の前記瞳絞りを、初期入射角から最終入射角まで同期してシフトする、
請求項２４に記載のプロファイル決定方法。
【請求項２６】
光学信号を取得することには、
前記フォーカスされた光線で前記単一構造を横断走査すること含む、
請求項１８に記載のプロファイル決定方法。
【請求項２７】
ウェハー上に形成された単一構造のプロファイルを決定する方法であって、
前記単一構造上に光線をフォーカスすることであって、当該光線は、使用される当該光線の波長を前記単一構造と隣接する構造との距離の２倍で割ったものより大きい開口数を持つレンズを使用してフォーカスされること、
前記単一構造から回折された光線を検出すること、
前記回折光線から光学信号を取得すること、
前記取得された光学信号とシミュレート光学信号のセットとの比較に基づいてシミュレート光学信号を選択すること、
を含むことを特徴とするプロファイル決定方法。
【請求項２８】
ウェハー上に形成された単一構造のプロファイルを決定する方法であって、
シミュレート光学信号のセットを生成することであって、各シミュレート光学信号は前記単一構造のプロファイルに対応し、且つ各シミュレート光学信号は前記単一構造にフォーカスされた光線の回折を特徴付けること、
コンピュータ読取可能な記録媒体にシミュレート光学信号の前記セットを備えるものであって、シミュレート光学信号の前記セットは、実際の単一構造から取得された光学信号と比較することに用いられること、
を含むことを特徴とするプロファイル決定方法。
【請求項２９】
シミュレート光学信号の前記セットは、厳密結合波解析を用いて生成される、
請求項２８に記載のプロファイル決定方法。
【請求項３０】
シミュレート光学信号の前記セットは、使用される前記光線の波長を前記単一構造と隣接する構造との距離の２倍で割ったものより大きい開口数を仮定して生成される、
請求項２８に記載のプロファイル決定方法。
【請求項３１】
シミュレート光学信号の前記セットは、前記単一構造にフォーカスされた前記光線で前記単一構造を横断走査することを仮定して生成される、
請求項２８に記載のプロファイル決定方法。
【請求項３２】
ウェハー上に形成された単一構造のプロファイルを決定するシステムであって、
前記単一構造上に光線をフォーカスするように構成された光源と、
前記単一構造から回折された光線を検出するように構成された検出器と、
プロセッサであって、
前記回折光線から光学信号を取得し、
前記取得された光学信号とシミュレート光学信号のセットを比較するように構成されたプロセッサ、を有し、
各シミュレート光学信号は前記単一構造の仮想プロファイルに対応し、
且つ各シミュレート光学信号は前記仮想プロファイルに基づいてモデル化される、
ことを特徴とするプロファイル決定システム。
【請求項３３】
前記光源は、使用される前記光線の波長を前記単一構造と隣接する構造との距離の２倍で割ったものより大きい開口数を持つフォーカスレンズを有する、
請求項３２に記載のプロファイル決定システム。
【請求項３４】
前記検出器は、フォーカスレンズと単一の光検出器を有する、
請求項３２に記載のプロファイル決定システム。
【請求項３５】
前記検出器は、前記回折光線の重み付き総和を生成するように構成されたフィルタを有する、
請求項３４に記載のプロファイル決定システム。
【請求項３６】
前記検出器は、フォーカスレンズと、異なる角度で回折光線を受光するように構成された複数の検出セルを備える検出アレイとを有する、
請求項３２に記載のプロファイル決定システム。
【請求項３７】
ビームスプリッタと、
フォーカスレンズをさらに有し、
前記フォーカスレンズと前記ビームスプリッタを通して、前記光線を前記単一構造にフォーカスし、且つ前記単一構造から回折された光線を検出する、
請求項３２に記載のプロファイル決定システム。
【請求項３８】
前記光源は斜入射を生成するように構成された瞳絞りを有し、且つ前記検出器は瞳絞りを有する、
請求項３７に記載のプロファイル決定システム。
【請求項３９】
前記光源の前記瞳絞りと前記検出器の前記瞳絞りは、初期入射角から最終入射角まで同期してシフトするように構成される、
請求項３８に記載のプロファイル決定システム。
【請求項４０】
前記光源及び前記検出器の前記瞳絞りは、共通の形状を備える、
請求項３８に記載のプロファイル決定システム。
【請求項４１】
前記光源及び前記検出器の前記瞳絞りは、異なる形状を備える、
請求項３８に記載のプロファイル決定システム。
【請求項４２】
前記検出器は、単一の光検出器を有する、
請求項３８に記載のプロファイル決定システム。
【請求項４３】
前記検出器は、複数の検出セルを備える検出アレイを有する、
請求項３８に記載のプロファイル決定システム。
【請求項４４】
ウェハー上に形成された単一構造のプロファイルをコンピュータに決定させるためのコンピュータ実行可能な指示を含む、コンピュータ読取可能な記録媒体であって、
前記単一構造にフォーカスされた光線を用いて前記単一構造の光学信号を取得する指示と、
前記取得された光学信号とシミュレート光学信号のセットを比較する指示を含み、
各シミュレート光学信号は前記単一構造の仮想プロファイルに対応し、
且つ各シミュレート光学信号は前記仮想プロファイルに基づいてモデル化される、
ことを特徴とするコンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項４５】
前記光線は、使用される前記光線の波長を前記単一構造と隣接する構造との距離の２倍で割ったものより大きい開口数を持つレンズを使用してフォーカスされる、
請求項４４に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項４６】
前記光学信号は、フォーカスレンズと単一の光検出器を用いて取得される、
請求項４４に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項４７】
前記光学信号は、フォーカスレンズと、複数の検出セルを備える検出アレイとを用いて取得される、
請求項４４に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項４８】
単一のフォーカスレンズ及びビームスプリッタを用いて、前記光線を前記単一構造にフォーカスし、且つ前記単一構造から回折された光線を検出する、
請求項４４に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項４９】
前記光線は、斜入射を生成するように構成された瞳絞りを備える光源を用いて、前記単一構造にフォーカスされ、且つ瞳絞りを備える検出器を用いて前記回折光線が検出される、
請求項４８に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項５０】
前記光源の前記瞳絞りと前記検出器の前記瞳絞りは、初期入射角から最終入射角まで同期してシフトする指示をさらに含む、
請求項４９に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項５１】
光学信号を取得することには、前記フォーカスされた光線で前記単一構造を横断走査することを含む、
請求項４４に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項５２】
ウェハー上に形成された単一構造のプロファイル決定での使用のためのコンピュータ読取可能な記録媒体であって、
シミュレート光学信号のセットを有し、
各シミュレート光学信号は前記単一構造の仮想プロファイルに対応し、
各シミュレート光学信号は前記単一構造にフォーカスされた光線の回折を特徴付け、
シミュレート光学信号の前記セットは、実際の単一構造から取得された光学信号との比較に用いられる、
ことを特徴とするコンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項５３】
シミュレート光学信号の前記セットは、厳密結合波解析を用いて生成される、
請求項５２に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項５４】
シミュレート光学信号の前記セットは、使用される前記光線の波長を、前記単一構造と隣接する構造との距離の２倍で割ったものより大きい開口数を仮定して生成される、
請求項５２に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項５５】
シミュレート光学信号の前記セットは、前記単一構造にフォーカスされた前記光線で前記単一構造を横断走査することを仮定して生成される、
請求項５２に記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハーの測定法に関するものであり、さらに詳しくは単一構造の光学測定法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造において、周期格子が品質の保証のために一般に利用される。例えば、そのような周期格子の一つの代表的な用法には、半導体チップに近接して周期格子を製造することを含む。周期格子のプロファイルを決定することにより、また周期格子に近接した半導体チップへ拡張することにより、周期格子を形成することに利用された製造工程の品質を評価することが可能である。
周期格子のプロファイルは、光学測定法を用いて決定することができる。一般的に、光学測定法は、周期格子に入射光線を向けること、及び生じた回折光線を測定することを伴う。しかしながら、従来の光学測定法では、一般的に周期格子の複数区間が照射される。そのため、周期格子に対して決定されたプロファイルは、個々の区間を表すものというより、むしろ照射された区間の平均的表現となる。
【発明の開示】
【０００３】
典型的な実施態様では、ウェハー上に形成された単一構造にフォーカスされた光線を用いてその単一構造の光学信号（optical signature）を取得することにより、ウェハー上に形成された単一構造のプロファイルを決定できる。それから、取得された光学信号は、シミュレート光学信号の組と比較されるが、各々のシミュレート光学信号は単一構造の仮想プロファイルに対応し、且つ仮想プロファイルに基づいてモデル化されたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
本発明は、添付した図面と関連する以下の記述を参照することにより、よりよく理解されよう。なお、図面において同一部分は、同一の番号をもって参照される。
以下の記述では、多数の詳細な配置、パラメータその他について規定する。しかし、そのような記述は本発明の範囲を限定するものではなく、代表的な実施態様を表すものである。
図１を参照すると、光学測定システム１００は、ウェハー１０４上に形成された周期格子１０２のプロファイルを決定するために用いることができるものである。前述したように、周期格子１０２はウェハー１０４上の検査領域に形成することが可能である。例えば、周期格子１０２は、ウェハー１０４上に形成されたデバイスに隣接して形成することができる。代わりに、周期格子１０２は、デバイスの動作に干渉しない領域、もしくはウェハー１０４上のスクライブラインに沿って形成することもできる。
【表１】
2005530144.tif 000003
周期格子１０２のプロファイルを決定するために、光学的測定システム１００は処理モジュール１１４を含み、ここで処理モジュール１１４は検出器１１２で受光された回折光線１１０を回折信号（即ち、測定回折信号）に変換する。それから、処理モジュール１１４は、測定回折信号とライブラリ１１６に保存されたシミュレート回折信号とを比較する。ライブラリ１１６内の各シミュレート回折信号は、仮想プロファイルと関連付けられている。そのため、測定回折信号とライブラリ１１６内のシミュレート回折信号の一つとが一致する場合、その一致したシミュレート回折信号と関連付けられた仮想プロファイルが周期格子１０２の実際のプロファイルを表すものとして推定できる。
上述したように、従来の光学測定法では、一般的に周期格子１０２の複数区間が照射され、そのため周期格子１０２に対して決定されたプロファイルは照射された区間の平均的な表現に基づいたものとなる。以下に示すように、一つの代表的な実施態様では、光学測定システム１００は周期格子１０２の単一区間のプロファイルを決定するために使用することが可能である。さらに、光学測定システム１００は、ウェハー１０４上に形成された様々なタイプの単一構造のプロファイル、例えば、ライン、スペース、コンタクトホール、ドットその他といった構造のプロファイルを決定することに使用可能である。
さらに詳しくは、電磁波源１０６はウェハー１０４上に形成された単一構造のプロファイル決定に使用するための光線を生成するよう構成される。図２を参照すると、一つの代表的実施態様において、電磁波源１０６は光源２０２、コリメータ２０４及びフォーカスレンズ２０６を含む。この代表的実施態様において、ウェハー１０４上に形成された単一構造のプロファイルを決定するために、フォーカスレンズ２０６はλ/2dよりも大きな開口数を持つように構成され、ここでλは用いられる光の波長に相当し、dは着目する構造と隣接する構造との間隔に相当する。フォーカスレンズ２０６は、カスタムメイド若しくは現存する様々なタイプのレンズ、例えばコンパクトディスクのピックアップレンズ、顕微鏡対物レンズ、単一モード光ファイバその他から適合するものでもよいことに留意されたい。
例として、上述したように、単一構造は周期格子１０２（図１）の単一区間であってもよい。この例では、dは周期格子１０２（図１)のピッチに相当する。この例の目的のために、ピッチを約500nmと仮定し、それ故dも約500nmとなる。またこの例の目的のために、波長633nmが使用される。そのため、フォーカスレンズ２０６は約0.6より大きい開口数を有するように構成される。単一構造がラインであれば、dはそのラインと隣接するラインとの距離（例えば、2本の隣接するライン中央間の距離）に相当することに留意されたい。
図2に示すように、電磁波源１０６はフィルタ２０８も含むことができる。加えて、ボケを減少させるためや参照野の中央に位置させるため、オートフォーカス制御システム及びポジショニングシステム（図示されていない）を含めてもよい。
ここで図３を参照すると、一つの代表的実施態様では、検出器１１２は光検出器３０２、コリメータ３０４、及びフォーカスレンズ３０６を含む。本実施態様において、回折光線がコリメータ３０４とフォーカスレンズ３０６を用いて、光検出器３０２上へフォーカスされ且つ向けられる。上記のように、照射のフォーカス開口（即ち、図２のフォーカスレンズの開口数）及び検出の集光開口（即ち、フォーカスレンズ３０６の開口数）は同じでも、異なっていてもよい。加えて、開口形状も同じでも、異なっていてもよい。
本実施態様では、光学信号は入射する回折光線の入射角を走査することによって取得することができる。例えば、測定標本（例えばウェハー１０４）を回転させること、電磁波源１０６（図２）と検出器１１２のどちらか一方、若しくはその両方を移動させること、又は走査型ミラーを使用することによって、入射角を、範囲全般に渡って変化させることができる。
代わりとして、入射する回折光線の波長を走査することによって光学信号を取得することができる。例えば、入射光を、スペクトル域を通じて分光器によって調整したり、白色光を検出路で色分解するように用いてもよい。
以下に述べるように、光学信号は、単一構造を横断して走査することにより取得することもできる。光学信号は、入射角、入射回折光線の波長、又は単一構造の横断走査の１以上の組み合わせで取得してもよいことに留意されたい。
さらに、図３に示すように、検出器１１２は個々の回折光線の位相と同様に振幅にも影響を与えることによって重み付き総和を生成可能な、フィルタ３０８を有してもよい。より詳しくは、散乱方向に重み付けることが可能であり、フィルタ関数はA(Θs)expφ(Θ)と表すことができる。それ故、この手法では、位相効果を強度信号に反映させることが可能である。加えて、フィルタ３０８を使用される標本に適合させることにより、取得される測定値の感度を増加させることが可能である。
ここで図４を参照すると、他の代表的な実施態様において、検出器１１２はフォーカスレンズ３０６及び検出器アレイ４０２を含む。その照明におけるフォーカス開口（すなわち、図２におけるフォーカスレンズ２０６の開口数）及び検出における集光開口（すなわち、フォーカスレンズ３０６の開口数）は同じでも、異なっていてもよいことに留意されたい。加えて、開口形状についても、同じであっても、異なっていてもよい。
本実施態様において、検出器アレイ４０２の各セルは、特定の散乱方向（すなわち、角度）からの情報を受光するように構成可能である。そして光学信号は、この角度情報から取得可能である。さらに、波長域を通して単色光源を調整することにより、分光情報を取得することも可能である。代わりとして、広い波長域を有する光源で照明し、且つ検出路に分光素子を挿入することによっても分光情報を取得することができる。例えば、そのような分光はサジタル面において実行することが可能である。そのため、２次元検出器アレイ４０２の一方の軸は散乱角に対して割り当て、他方の軸は色に対して割り当てることが可能である。
他の代表的な実施態様では、フォーカスされた光で構造を横断走査することにより、その構造に対する光学信号を取得することができる。光学信号は、もっぱら構造を横断走査することにより取得できることに留意されたい。代わりとして、図３の検出器１１２の実施態様を参照して留意すべきことは、光学信号は、入射角の走査、入射する回折光線の波長の走査、及び単一構造の横断走査のいずれか、若しくはその１以上の組み合わせで取得できることである。図４の検出器１１２の実施態様を参照すると、光学信号は角度情報及び構造を横断する走査から取得できることに留意されたい。
図１を参照すると、ウェハー１０４の移動、電磁波源１０６及び検出器１１２の移動、及び走査ミラーの使用のいずれか一つ、又は組み合わせにより、その構造を走査することが可能である。構造が走査されると、サンプリングレートに相当する離散的間隔でデータを収集することが可能である。そのため、取得された光学信号の解像度を、ある程度、用いられたサンプリングレートに依存させることができる。
例として、シリコン基板上に形成された、高さ0.7μm、幅0.4μmのレジストラインを横切って走査した散乱光の光学信号が図５に示されている。図５に示された光学信号はほとんど連続的なサンプリングレートでモデル化されている。しかし、光学信号を取得し、モデル化するために様々なサンプリングレートを用いることが可能である。しかし、図５に見られるように、サンプリングレートが大きくなるにつれ、データ点の数も増大し、そのため光学信号の解像度も増大する。
さらに、図５に示される光学信号は、円形の照射開口及び検出開口であると仮定してモデル化されている。図５に示されるように、0.5及び0.9の開口数（ＮＡ）で矩形プロファイルを有するラインに対してモデル化されている。図５では、明確化のため、開口数（ＮＡ）0.5で矩形プロファイルを有するラインに対する光学信号は、正規の反射強度から約5％下げられている。また図５に見られるように、開口数を増加させると解像度も増加する（すなわち、スロープの滑らかさが向上し、画像の不鮮明さが減少する）。さらに、光学信号は、開口数（ＮＡ）0.9でノッチのプロファイルを有するラインに対してモデル化されている。図５に見られるように、ノッチのプロファイルは矩形プロファイルと比較して、特徴のある光学信号を生成する。そのため、光学信号は構造のプロファイル形状を決定するために使用することができる。
ここで図６を参照すると、さらに別の実施態様において、光学測定システム１００は、電磁波源６０２及び検出器６０４の励起及び検出チャンネルを分離するための半透過ビームスプリッタ６０８を含む。本実施態様では、電磁波源６０２及び検出器６０４は、高開口数の単一のフォーカスレンズ６０６を使用する。電磁波源６０２はコリメータ６１０も含む。電磁波源６０２及び検出器６０４は、それぞれフィルタ６１２、６１４も含むことが可能である。
さらに、検出器６０４は、単一の光検出器３０２（図３)若しくは検出器アレイ４０２（図４)を含むことができる。そのため、単一の光検出器３０２（図３）が使用される場合、入射角及び入射する回折光線の波長のいずれか一方又は両方を走査することで光学信号を取得することができる。検出器アレイ４０２（図４）が使用される場合、検出器アレイ４０２（図４）のセルから得られる角度情報を取得することにより、光学信号を取得することができる。さらに、フォーカスされた光線で構造を横断走査することによっても光学信号を取得することができる。
加えて、本実施態様では、斜入射を生ずるために瞳面に１以上の瞳絞りを用いることができる。例として、図６のフィルタ６１２及び６１４の場所に瞳絞りを置くことができる。図７−Ａ及び図７−Ｂを参照すると、フィルタ６１２及び６１４（図６）の場所に、それぞれ瞳絞り７０２及び７０８を配置できる。瞳絞り７０２及び７０８は、それぞれ中心から外れた瞳の孔７０４及び７１０を含む。そのため、この構成において、有効開口数（NAeff)は以下のように定義される。
【数１】
2005530144.tif 000004
ここでNApは瞳全体の開口数であり、dpは瞳の直径、dsは瞳における移動する孔の直径である。上述したように、単一構造のプロファイルの決定での使用に対して、NAeffはλ/2dより大きい。
瞳孔７０４及び７１０の両方に対する中心外れの量は、ｘ方向、ｙ方向で同じとすることができる。さらに、瞳孔７０４の中心外れ距離rdecは、入射の主入射角（偏向及び方位）を決定する。入射の偏向角は以下のように定義される。
【数２】
2005530144.tif 000005
瞳絞り７０２及び７０８は、入射角で走査するために同期してシフトさせることが可能である。例として、図７−Ａ及び図７−Ｂに示されるように、瞳絞り７０２及び７０８は、瞳孔７０４及び７１０がそれぞれ垂直角となる位置７０６及び７１２に到達するまで矢印で示される方向へシフトさせることができる。
瞳絞り７０２及び７０８は、単純な孔に加えて、環状、４極子（quadropule）その他といった様々な瞳形状を含むことができることに留意されたい。さらに、照明絞り（すなわち、瞳絞り７０２）及び検出絞り（すなわち、瞳絞り７０８）の形状は異なってもよい。例として、図８−Ａは環状瞳を有する照明絞りを示し、図８−Ｂは円形瞳を有する検出絞りを示す。
図１を参照すると、取得された光学信号（すなわち、実測光学信号）は、ライブラリ１１６に保存されたシミュレート光学信号と比較することが可能である。実測光学信号とライブラリ１１６内のシミュレート光学信号の一つとが一致する場合、その一致したシミュレート光学信号に関連する仮想プロファイルが、ウェハー１０４で検査されている構造の実際のプロファイルを表すものと推定できる。
一つの代表的実施態様では、ライブラリ１１６内のシミュレート光学信号は、厳密結合波解析（RCWA）、グリーン積分法（GIM）といった様々なモード法を用いて生成できる。
例として、様々な回折次の有効振幅又は複素振幅を、伝播若しくはエバネッセントの一方について、RCWAを用いてシミュレートし、取得することができる。角度分離度、すなわちβ空間（横波ベクトル成分）における分離度は格子方程式
【数３】
2005530144.tif 000006
によってもとめることが可能であり、ここでβ0 = n sinθ（伝統的取り付けに対して）であり、mは回折次数、dは検査対象の構造と隣接する構造との距離、θは入射の偏向角、λは波長である。
これらの回折次数は、角度若しくはβスペクトルとして参照可能である。さらに、回折行列がさらなる処理のためにアクセス可能なように作成される場合、モード法は完全な（複素）回折行列を与えることができる。この回折行列は、反射及び透過のどちらについても取得することが可能であり、出射する回折次数の全て、すなわち、（格子方程式で許容される）可能な入射方向に対して出射するβスペクトル、を結合することができる。特に平面波の励起に対しては、ただ一入射方向だけに着目してもよい。この場合、回折行列の全体情報の一部だけを使用してもよい。この構造は以下のベクトル−行列表記で表すことができる。
【数４】
2005530144.tif 000007
【表２】
2005530144.tif 000008
【表３】
2005530144.tif 000009
加えて、波面光学における平面波の角度スペクトル表示の概念によると、既知の複素振幅分布を有する各波面を、平面波のスペクトルに分解することができる。その分解手順は複素フーリエ変換
【数５】
2005530144.tif 000010
と同じである。
【表４】
2005530144.tif 000011
それ故、フォーカスされた光線の回折のシミュレート光学信号が以下のように生成され、取得される。
第１に、入射スペクトルは式(２)の手段によって所定の入射波の複素振幅分布から計算される。光学モデルでは、エアリーディスク回折スポットとあわせてガウシアン光と円形光が、点光源照明に関する回折限界光学系及びシングルモードレーザに対する理想化された光線形状として広く使用される二つのモデルである。例としてビームウエスト径2w0であるガウス光線は、以下の角度スペクトルを有する。
【数６】
2005530144.tif 000012
【表５】
2005530144.tif 000013
第２に、完全な回折行列r(若しくはt)が、RCWAやGIMといった厳密な回折法の手段で計算される。
第３に、回折行列は入射スペクトルの縦列ベクトルと積算され、出射（回折）スペクトルの縦列ベクトルを生ずる。
そして次に、その出射ベクトルの要素から、検出器での振幅又は強度の合計を計算することが可能であり（図３と以下の式４を参照）、若しくはその要素を散乱光のその方向での振幅及び強度としてみなすことが可能である（図４）。
さらに、検出器信号は、検出器での（複素）関数（当然、位相遅延子等、可能性のあるフィルタを含む）を表すベクトル(D)0による出射スペクトルのベクトルを積算することによって取得することができる。これは、検出器での集積された信号の複素振幅Adを与える。
【数７】
2005530144.tif 000014
最後に、その自乗Id∝Ad・Ad*を計算して強度が取得される。
上述したように、図３を参照すると、一つの代表的な実施態様において、検出器１１２は、回折光線を集光し且つ光検出器３０２上に向けるように構成されたフォーカスレンズ３０６を含む。この代表的な実施態様では、開口数の最大値は、フォーカスレンズ３０６の開口数全体に渡って強度を平均化すること及びこの値とフォーカスされた光の主（即ち、中心）光線の波面応答とを比較することにより取得することができる。正規化された偏差が得られる。それから、正規化偏差を許容誤差限界と関係付けることにより、開口数の最大値を決定することができる。
さらに、上述したように、周期的パターンに対する回折行列を超区間に組み込むことができる。図９−Ａ、９−Ｂ及び９−Ｃに示すように、周期的パターン（図９−Ａ）は、回折行列における特定の回折次に対して特定された強い対角線をもたらす可能性がある（図９−Ｂ及び９−Ｃ）。図１０−Ａ、１０−Ｂ及び１０−Ｃに示すように、一定波長では、周期的パターンのピッチが細かくなる場合（図１０−Ａ）、回折行列はより高密度になる（図１０−Ｂ及び１０−Ｃ）。また上述したように、回折行列は入力スペクトルで励起される（すなわち、式１の行列積が実行される）。
図９−Ｂ、９−Ｃ、１０−Ｂ及び１０−Ｃから読み取れるように、入射スペクトル（すなわち、入射光の２倍の開口数）がモード距離λ/dより広くない限り、結果として得られるフォーカスされた入射波で励起された出射スペクトルは、０次（すなわち、行列の主対角線）によってのみ影響を受ける。しかし、周期格子で使用するための従来の光学測定法は、一般的に以下の条件で特徴付けられている。
【数８】
2005530144.tif 000015
ここでuは開口角度である。
一方、上述したように、単一構造で使用するための光学測定法は以下の条件で特徴付けられる。
【数９】
2005530144.tif 000016
この条件に適合する場合、入射スペクトルは隣接した周縁の対角線をカバーし始める。数値的に、これは結果として得られる出射波の成分（若しくは平面波）が、すなわち、入射スペクトル成分以上からの寄与のコヒーレントな追加によって、式１に示されるように計算されなければならないことを意味する。物理的な視点から、これは干渉を意味する。低いλ/dの比との組み合わせにおける高開口数の照明の光学的意味は、広く周囲を無視する間、パターンの単一構造を取り扱えるということである。
本発明の特定の実施態様における前述の記載は、イラストと説明を目的として表されるものである。それらは開示された通りの正確な形式で発明を限定することや、網羅することを示すものではなく、且つ上述の教示に照らして多くの変形やバリエーションが可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】代表的な光学測定法のシステムを示す図である。
【図２】代表的な電磁波源を示す図である。
【図３】代表的な検出器を示す図である。
【図４】他の代表的な検出器を示す図である。
【図５】種々の光学信号例のグラフを示す図である。
【図６】代表的な電磁波源と検出器を示す図である。
【図７−Ａ】電磁波源と組となる瞳絞りを示す図である。
【図７−Ｂ】検出器と組となる瞳絞りを示す図である。
【図８−Ａ】電磁波源及び検出器と組となる瞳絞りを示す図である。
【図８−Ｂ】電磁波源及び検出器と組となる瞳絞りを示す図である。
【図９−Ａ】代表的な周期パターンを示す図である。
【図９−Ｂ】図９−Ａに示された代表的な周期パターンの代表的な回折行列を示す図である。
【図９−Ｃ】図９−Ａに示された代表的な周期パターンの代表的な回折行列を示す図である。
【図１０−Ａ】代表的な周期パターンを示す図である。
【図１０−Ｂ】図１０−Ａに示された代表的な周期パターンの代表的な回折行列を示す図である。
【図１０−Ｃ】図１０−Ａに示された代表的な周期パターンの代表的な回折行列を示す図である。
【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５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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