(57)【要約】本発明は、サンプルから出射し、発散する放射ビーム（１０）が測定のために注入される光学デバイスと、記光学デバイスの下流側に検出器（１３）が配置された検出器とを備える測定アレイに関する。当該検出器は、一平面上に配列され、そして互いに分離して評価可能な複数の検出用画素を有する。光学デバイス（１１）は、発散放射ビーム（１０）を、放射ビーム（１０）の伝搬方向に対して交差する第１の方向にスペクトル的に分割し、それを検出器（１３）に向けて送出する。光学デバイスは、放射ビームが検出器（１３）に衝突する前に、伝搬方向に対して交差する第２方向に放射ビームを平行化し、放射ビームの第２方向に隣接する光線は、互いに対して平行となって、検出器（１３）に衝突する。
2005504314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料（９）から生じる発散ビーム（１０）を測定のために結合させる光学デバイス（１１）と、前記光学デバイス（１１）の後ろに配置されており、そして一平面内に配列され、かつ、互いに独立して評価可能な多数の検出用画素（２３）から成る検出器（１３）とを備えている測定装置であって、前記光学デバイス（１１）は、前記ビーム（１０）の伝搬方向（Ｃ）を横断する第１方向に前記発散ビーム（１０）をスペクトル的に分散し、そしてこれを前記検出器（１３）上に方向づける測定装置において、
前記光学デバイス（１１）は、前記ビームが前記検出器（１３）に衝突する前に、前記伝搬方向を横断する第２方向に前記ビームを平行化し、その結果前記検出器（１３）に衝突する前記ビームの光線であって、前記第２方向に互いに隣接する光線は、互いに平行に伝達することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の検出装置において、前記光学デバイス（１１）が、前記第１方向において、前記検出用画素（２３）の面において合焦が行われるように、前記スペクトル分散を行うことを特徴とする検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の測定装置において、前記光学デバイス（１１）が合焦のために円筒形ミラー（２２）を備えていることを特徴とする測定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の測定装置において、前記光学デバイス（１１）が、スペクトル分散のために分散素子、特に、溝格子（２１）を備えていることを特徴とする測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の測定装置において、前記分散素子が反射素子であることを特徴とする測定装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の測定装置において、前記光学デバイス（１１）が、平行化のために、ミラー、特に球状ミラー（１６、１７）を備えていることを特徴とする測定装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の測定装置において、前記測定装置が、入射ビーム（１０）を平行化する第１光学モジュール（１６、１７）と、前記第１光学モジュール（１６、１７）の後ろに配置され、前記平行化ビームのスペクトル分散のための第２光学モジュール（２１、２２）を備えていることを特徴とする測定装置。
【請求項８】
請求項７記載の測定装置において、前記第１光学モジュールが、平行化のためのミラー・素子（１６、１７）のみから成ることを特徴とする測定装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の測定装置において、検出用画素（２３）を行および列に配列し、スペクトル分散を行方向または列方向に行うことを特徴とする測定装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の測定装置において、前記検出器（１３）の前に微小偏光フィルタ（１４）を配置し、該微小偏光フィルタ（１４）が、各々楕円偏光法用に少なくとも２つの分析用画素から成り個別に方位付けされた主軸を有する、多数の画素群と、光覚計測のための透過性画素とを備えていることを特徴とする測定装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の測定装置において、前記発散ビーム（１０）を生成するように、ビーム（８）を検査対象試料上に送出可能な照明アーム（１）を設けたことを特徴とする測定装置。
【請求項１２】
検査対象の試料（９）上にビーム（８）を送出し、発散ビーム（１０）が試料（９）から戻ってくるようにするステップと、
前記発散ビーム（１０）の伝搬方向（Ｃ）を横断する第１方向に前記発散ビーム（１０）のスペクトル分散を行うステップと、
一つの面に配置され、かつ、互いに独立して評価可能な多数の検出用画素（２３）から成る検出器（１３）上に、前記スペクトル分散ビームを方向づけるステップとを備える測定方法において、
前記発散ビーム（１０）も、前記検出器（１３）に衝突する前に、前記伝搬方向（Ｃ）を横断する第２方向に平行化され、その結果前記第２方向において互いに隣接するビームの光線であって、前記検出器（１３）に衝突する光線は、互いに平行に伝達することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の測定方法において、検査対象の試料（９）に応じて、一部の所定の検出用画素（２３）のみを評価することを特徴とする測定方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の測定方法において、前記試料（９）に送出される前記ビーム（８）が、規定された偏光状態を有し、前記検出器（１３）に送出されるビームの一部を分析器を通じて誘導することを特徴とする測定方法。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか１項記載の測定方法において、前記ビーム（８）を前記試料（９）上に合焦することを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイス及び検出器を備えた測定装置に関する。この光学デバイスにおいて試料から来た発散ビームが結合し、一方、検出器は、その光学デバイスの後ろに配置されており、そして一つの面内に配置され、かつ、互いに独立して評価可能な多数の検出用画素を有する。光学デバイスは、ビームの伝搬方向を横断する第１方向に発散ビームをスペクトル的に散乱させ、検出器にそれを向かわせる。更に、本発明は検出方法に関し、そして具体的には、検査対象の試料上にビームを送出し、発散ビームが試料から戻ってくるようにするステップと、発散ビームの伝搬方向を横断する第１方向に、発散ビームのスペクトル分散を行うステップと、スペクトル分散したビームを、１つの面に配置され互いに独立して評価可能な多数の検出用画素を備えた検出器上に送出するステップから成る検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような測定装置は、例えば、光学散乱測定法において用いられ、光覚計測法（例えば、反射角および／または波長の関数として、試料から来る放射光線の強度を測定する）および楕円偏光法（例えば、反射角および／または波長の関数として、資料から来る放射光線の偏光状態を測定する）が光学散乱測定の方法となる。これらの方法によって得られる測定値は、試料の光学シグネチャー（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）とも呼ばれ、相応しい方法によって検査された試料に関する結論を引き出すために用いることができる。
【０００３】
ドイツ国特許第１９８  ４２  ３６４  Ｃ１号（特許文献１）は、楕円偏光法に用いる前述の形式の測定装置および測定方法を開示しており、検査する試料を、光学デバイスによって検出面に撮像し、空間分解測定（ｓｐａｃｅ−ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）を行う。
【特許文献１】
ドイツ国特許第１９８  ４２  ３６４  Ｃ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、スペクトル測定および角度分解散乱測定を試料に対して迅速に行うことができるような、前述の形式の測定装置および前述の形式の測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述の目的は、前述の形式の測定装置によって達成される。ビームが検出器に衝突する前に、光学デバイスは、更に、伝搬方向を横断する第２方向にビームを平行化し、第２方向において互いに隣接するビームの光線は、互いに平行に伝達し検出器に衝突する。これによって、ビームの強度を、反射角および波長の関数として同時に検出でき、測定時間をかなり短縮できるという利点がある。
【０００６】
したがって、本発明による測定装置に特有な利点は、角度分解およびスペクトル分解情報が、測定中機械的にいずれの部分も動かす必要がなく、１回の測定で得られることである。これによって、測定を非常に正確かつ非常に迅速に行うことができ、例えば、半導体製造におけるプロセス制御については特に大きな利点となる。
【０００７】
第１および第２方向は、伝搬方向に対して垂直に延びることが望ましく、前記第１および第２方向は、互いの間に９０゜の角度をなすことも特に好ましい。これによって、測定データの評価が容易になるという利点がある。何故なら、第１方向にはスペクトル依存性だけがあり、第２方向には角度依存性だけがあるからである。
【０００８】
特に好ましくは、光学デバイスはビームを完全に平行化する（したがって、第１方向にも）。これによって、この場合特に平行化の後に行われるスペクトル分散を、非常に正確に行うことができるので、測定装置の測定の正確さは特別に高い。
【０００９】
本発明による測定装置の特に好適な実施例では、光学デバイスが前記スペクトル分散を行い、第１方向において、検出用画素の面で合焦が行われるようにする。したがって、互いに隣り合う（即ち、第１方向に互いに隣接する）個々のスペクトル成分は、検出器上で合焦し、波長の関数として、非常に高い測定分解能が得られる。
【００１０】
特に好ましくは、円筒状ミラーを設けて、本発明による測定装置において合焦させる。このように、所望の合焦が簡単に、しかも色収差を生ずることなく、行うことができる。更に、円筒状ミラーを用いると、光路を折り曲げることができ、測定装置を小型に実現することができる。
【００１１】
即ち、本発明による測定装置における光学デバイスは、溝格子のような分散素子を、スペクトル分散のために含むとよい。この分散素子を用いると、第１方向のみに所望のスペクトル分散を確実に行うことができる。
【００１２】
分散素子は、反射溝格子のような、反射素子として具現化することが好ましい。これによって、光路を折り曲げることができ、測定装置を小型化する。合焦のための円筒状ミラーと反射分散素子との組み合わせは、光路を２偏向り曲げることによって、非常に小型の測定装置となるので、特に有利である。
【００１３】
更に、本発明による測定装置の有利な一実施形態では、平行化のための光学デバイスは、１個、２個またはそれ以上のミラーから成り、特に、１個、２個、またはそれ以上の球状ミラーから成る。これによって、平行化のために屈折素子を用いると現れることがある色収差を生ずることなく、平行化を行うことができる。これによて、測定の精度が向上する。
【００１４】
更に、分散素子、例えば、格子を、スペクトル分散のために、平行化ミラーのミラー面上に直接設け、光学デバイスの所望の機能を１つの光学素子で実現可能とすることも可能である。
【００１５】
平行化のために数個のミラーを設ける場合、これらミラーの１つ以上のミラー面上に分散素子を形成すると、測定装置に必要な空間を縮小することができる。
本発明による測定装置の有利な一実施形態では、光学デバイスは、入射ビームを平行化する第１光学モジュールと、第１光学モジュールの後ろに配置された、スペクトル分散のための第２光学モジュールとを備えている。したがって、それら自体の作業に正確に最適化することができる別個の光学モジュールによって、異なる光学的操作（即ち、平行化およびスペクトル分散）を行うことができるので、本測定装置は、特に、高精度測定に適している。
【００１６】
スペクトル分散の前に平行化を行うことは特に有利である。何故なら、望ましくない色収差を生ずることなく（例えば、平行化のためにミラー・素子を専用に使用することによって）、平行化が容易に実現可能となるからである。
【００１７】
検出用画素は、行および列に配列することが好ましく、スペクトル分散を列方向に行い、一方平行化を行方向に行う。この結果、検出用画素の評価が特に容易となる。何故なら、各検出用画素は既知の波長および既知の反射角に関連があるからである。勿論、スペクトル分散を行方向に行うこともできる。この場合、平行化は列方向に行う。
【００１８】
更に、本発明による測定装置では、微小偏光フィルタを、検出器の前に配置するとよく、前記微小偏光フィルタは、多数の画素群から成る。各画素群は、異なる方位の主軸を有する、楕円偏光法のための少なくとも２つ（好ましくは３つ）の分析用画素と、光覚計測用の透過性画素とから成る。したがって、特に、前記画素群の内唯１つの画素が各検出用画素と関連付けられている。この場合、色覚計測測定に加えて、楕円計測測定を同時に行うことができ、前記楕円偏光測定は、１回の測定動作によって、角度分解およびスペクトル分解情報を得ることを可能にする。このため、１回の測定動作によって、多数の異なる測定値を検出することができ、非常に正確かつ迅速な測定が可能となる。
【００１９】
更に、本発明による測定装置には、照明アーム（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  ａｒｍ）が設けられてもよい。照明アームは、検査対象試料の照明のために（好ましくは、集束）ビームを発生し、前記ビームをその上に送出し、発散ビームが試料から戻ってくるようにする。次いで、このビームを光学デバイスに入射させ、検査する。これによって、試料を直接適切に照明することができる、非常に小型の測定装置が得られる。
【００２０】
検査対象試料に応じて、光学デバイスに対して照明アームを配置し、試料によって反射される光、または試料を透過する光を、発散ビームとして光学デバイスに入射させるようにすることができる。これによって、それぞれの使用に最も適した配置を常に選択することができる。また、試料からの放射光のみを光学デバイスに入射するように照明アームを配置することもでき、後者の場合、光学デバイスは（ａ）所定の次数の偏向となる。あるいは、光学デバイスは、所望の放射光のみを入射させるように配置することもできる。
【００２１】
検査する試料部分の格子ベクトル（格子ベクトルは格子の周期性の特性を表す）が入射面（照明アームの軸、ならびに光学デバイスおよび検出器を備える測定アームの軸によって決定される）にある場合、恐らく現次数の偏向も入射面に位置する。しかしながら、格子ベクトルが入射面に位置しない場合、円錐状偏向として知られているものが生じる。この場合、０次の偏向（直接反射）を除く全ての偏向の最大値が、入射面に垂直な円弧上に位置する。したがって、試料の適切な位置決め（例えば、回転によって）によって、簡単な方法で、直接反射のみを光学デバイスに確実に入射させ、こうして検出する。勿論、測定装置全体を、試料の法線を中心として回転させ、前記円錐状偏向を起こしてもよい。
前述の目的は、本発明による測定方法によって達成され、前述の形式の測定方法に加えて、検出器に衝突する前に、伝搬方向を横断する第２方向にも発散ビームを平行化し、第２方向に互いに隣接するビームの光線は、互いに平行に伝達し、検出器に衝突する。これによって、いずれの部分も機械的に動かすことなく、１回の測定動作において、角度分解およびスペクトル分解測光測定が可能となる。その結果、本発明による測定方法は、より迅速となり、同時に非常に高い精度が得られる。また、これによって、異なる種類の試料の高速かつ最適な測定が可能となる。
【００２２】
本発明による測定方法の特定的な一実施形態では、検査対象試料に応じて、検出器の検出用画素の一部のみを評価する。これによって、情報が無意味な検出用画素を考慮しないので、測定を速めることができ、測定方法の望ましくない減速を防止することができる。その結果、本発明による測定方法は、一層迅速となり、同時に非常に高い精度が得られる。また、これによって、異なる種類の試料を高速かつ最適に測定することができる。
【００２３】
更に、本発明による測定方法は、規定された偏光状態を有する（好ましくは集束する）ビームを試料上に送出することもでき、その場合、検出用画素の一部に衝突する光は、分析器によって誘導され、一方他の検出用画素に衝突した光は前記分析器によって誘導され
ない。これによって、楕円偏光計測および測光計測の組み合わせが可能となり、この場合も、１回の測定動作で角度分解およびスペクトル分解測定を行うように、両測定を実行することができる。したがって、大多数の測定値を非常に迅速に検出し、検査対象試料の所望のパラメータに関して非常に正確な結論を得ることができる。
【００２４】
本発明による方法では、ビームを試料上に合焦し、次いで試料によって反射されたビーム、または試料を透過したビームを測定する。検査する試料のスポット・サイズは、前記合焦によって、または入射ビームの可能な焦点外れによっても、調節することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
これより、図面を参照しながら例に沿って本発明を更に詳しく説明する。
図１は、本発明による測定装置の構造であって、併合型角度分解およびスペクトル反射光覚測定法を示す。以下で図５に関連付けて説明するが、この測定装置は、角度分解およびスペクトル光覚測定法を同時に行えるようにすることが好ましい。
【００２６】
この測定装置は、照明アーム１および測定アーム２を備えている。照明アーム１は、例えば、２５０から７００ｎｍの波長範囲の放射光を放出する広帯域光源３と、光源３の後ろに配置され、照明光学部品６上に衝突する平行ビーム５を生成するコリメータ４とを含む。必要であれば、コリメータ４と照明光学部品６との間に、偏光板７を挿入してもよく（二重矢印Ａで示すように）、その場合、偏光光は照明光学部品６に入射することになる。
【００２７】
照明光学部品６は、集束ビーム８を生成し、これを用いて、検査対象試料９を照明する。入射面（この場合、図面の面）におけるビームのアパーチャΘの角度は約４０゜であり、一方入射面に垂直な面におけるビーム８のアパーチャの角度は、これよりも小さい（例えば、１０゜から２５゜）ことが好ましいが、勿論、アパーチャΘの角度と同じ値を有してもよい。照明アーム１は、試料の法線Ｎに対して約５０゜（角度α）にわたって傾斜し、入射面におけるビーム８が１０゜から６０゜の入射角範囲をカバーするようになっている。図１から明白なように、アーム１、２双方は、試料の法線Ｎに対して対称に配置されている。
【００２８】
集束ビーム８は、試料９に衝突し、後者と相互作用し（例えば、周期的構造によって偏向される）、試料９から来る発散ビームを生成する。ここから、図示の発散ビーム１０は測定アーム２に入射する。この場合、測定アーム２は、発散ビーム１０が、純粋にスペクトル的な反射（即ち、この場合、本質的に０次偏向）によって生成されるビームに対応するように構成配置されている。したがって、ビーム１０のアパーチャφの角度も、入射面において約４０゜であり、発散ビーム１０の光線の反射角が、入射面において１０゜から６０゜となる。この場合、ビーム１０の伝搬方向Ｃは、中央の光線の伝搬方向である（３．５゜の反射角を有する光線）。この装置は、主に、０次偏向効果を検出し、そこから、検査対象試料のパラメータに関する結論を引き出すことができる。尚、検査対象試料の構造（例えば、溝格子）は、通常前もってわかっている。
【００２９】
特に、試料９、つまり試料９内にある検査対象の周期的構造は、周期的構造の格子ベクトルが入射面内に存在しないように配置することができる。これによって、円錐状の偏向が生じ、０次偏向のみが入射面内に存在することになる。このように、０次偏向のみの評価が容易に得られる。
【００３０】
発散ビーム１０は、測定アーム２の光学デバイス１１に入射し、この光学デバイス１１において、発散ビーム１０は、一方では図の面に対して平行であり、他方では図の面に対して垂直にスペクトル的に散乱され、反射ビーム１２が生成される（光学デバイス１１の正確な機能については、以下で詳しく説明する）。こうして形成されたビーム１２は、次に、平面検出器１３に送出される。平面検出器１３は、行および列に配列された多数の検出用画素から成り、これらの検出用画素は、互いに独立して評価、即ち、読み出すことができる。ここに記載する実施形態例では、ＣＣＤチップを使用する。
【００３１】
必要であれば、微小偏光フィルタ１４を、光学デバイス１１と検出器１３との間に挿入することもできる（二重矢印Ｂで示すように）。微小偏光フィルタ１４については、以下で更に詳しく説明する。
【００３２】
図２および図３は、測定アーム２の実施例を示し、図３における入射面は、図の面である。
光学デバイス１１は、光が部デバイス１１内に入射されるビーム１０のアパーチャφの角度を制限する絞り１５（図３のみに示す）を備えている。その後ろに、凹球状ミラー１６、および凸球状ミラー１７があり、これらのミラーによって、発散ビーム１０は完全に平行化され、図３の図の面における平行ビーム１８の隣接光線、および図の面に垂直な面における平行ビーム１８の隣接光線が互いに平行に伝達する。前記平行化によって、図３の図面の面内を伝達するビーム１８の各光線の位置は、試料９における反射の角度によって与えられる。したがって、最も小さい反射角δ１（＝１０゜）を有する光線１９が平行ビーム１８において最も左側に位置し、一方最も大きな反射角δ２（＝６０゜）を有する光線２０が平行ビーム１８において最も右側を伝達する。同じことは、図の面に平行な面における光線の位置にも当てはまる。
【００３３】
このように、両ミラー１６、１７は、発散ビーム１０内の光線の反射角δを、平行ビーム１８における位置に変換する。その結果、発散ビームも、伝搬方向Ｃ（中央の光線の方向）を横断する第１方向（図３の図面の面）に平行となる。
【００３４】
図２および図３から明らかなように、平行ビーム１８は、反射格子２１上に向けられている。反射格子２１は、スペクトル分散が図３の図の面に垂直（第２方向）にのみ生ずるように形成および配置されている。したがって、各反射角δ毎に、各波長の平行光束が格子２１から出てくる。平行光束の反射角は、波長の関数として異なる値を有する。
【００３５】
これらの平行光束は、円筒状ミラー２２に衝突し、これによってスペクトル分散の方向にのみ検出器１３上で合焦する。
図４に概略的に示す検出器１３は、個別に読み取り可能で、行および列に配列された多数の光素子（検出用画素）２３から成り、スペクトル分散が列方向（矢印Ｙ）で発生し、発散ビーム１０の反射角δの変換が行方向（矢印Ｘ）において行われるように、測定アーム２に配置されている。したがって、光学デバイス１１は、試料の撮像を無限とし（検出面は、試料面と共役ではない）、スペクトル分散は検出面のみで生ずる。このようにして、検出器１３は、検査する試料の部分の光学シグネチャを検出し、角度分解が行方向（Ｘ）で生じ、波長分解が列方向（Ｙ）で生ずる。したがって、本発明による測定アーム２を用いると、反射角δの関数として、そして波長λの関数として、同時に強度測定も行うことができる。
【００３６】
測定アーム２の個々の光学素子１６、１７、２１、２２および１３の互いからの距離、ならびにミラー１６、１７、２２の半径を以下の表１に示す。ここでは、図３の図面の面は、子午線面に対応し、球欠平面は子午線面に対して垂直である。
【００３７】
【表１】
2005504314.tif 000003
測定アームの素子は、以下の偏角（入射光線と反射光線との間の差）が誘導光線の原理（ｇｕｉｄｉｎｇ  ｒａｙ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）にしたがって得られるように、互いに対して配置されている。誘導光線の原理によれば、ある素子から来る頂部光線（または素子から来るビームの中央光線）が、次の構造素子に対して、入力基準光線として機能する。
【００３８】
【表２】
2005504314.tif 000004
格子２３は、格子頻度（ｇｒａｔｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が５００線／ｍｍの平面線格子であり（この場合、１本の線が完全な構造的周期となる）、格子の法線に対する格子における入射角が１１．８２４゜となるように配置されている。波長が３８０．９１ｎｍの光線に対する偏角（球欠方向）は、１２．６５２゜である。表２に示す円筒状ミラー２２における２０゜の偏角は、３８０．９１ｎｍの波長にも関係する。この波長の光線は、円筒状ミラー２２によって反射され、検出器１３に垂直に衝突する。
【００３９】
測定アーム３では、両ミラー１６および１７によって最初に平行化が行われるので、つまり屈折素子を用いないので、前記平行化は色収差を全く発生しないという利点がある。
測定アーム２と同様に、照明アーム１の照明光学部品６は、２つの球状ミラー（図示せず）および絞り（図示せず）を備え、平行ビーム５の衝突時に所望の集束ビーム８を生成することができる。
【００４０】
周期的構造の測定において、試料９上の入射ビーム８のビーム径は、これが構造の少なくとも数周期を照明するように選択することが好ましい。半導体の製造では、かかる構造の周期（例えば、互いに離れた線のような構造。プロセスを実行するには、これらは所定の幅および高さ、ならびに所定のフランク角（ｆｌａｎｋ  ａｎｇｌｅ）を有していなければならない）を１５０ｎｍとすれば、これに向けて直径が数１０μｍのビームを出射する。試料の幾何学的形状に応じて（例えば、プロセスの変動によって変化する）、測定される光学シグネチャも変化するので、所望のパラメータ（線幅、線高、フランク角等）の実際の値に関しては、測定した光学シグネチャーに基づいて、公知の方法（例えば、ニューロン・ネットワーク）によって結論を導出すればよい。
【００４１】
前記測定によって、感度（即ち、平行線の幅や高さのような、検査するパラメータの変化の関数としての光学シグネチャーの変化）は、検出器１３に衝突するビームのビーム径全体にわたって一定ではないが、個々の試料の種類（例えば、シリコン上のフォトレジスト、エッチングしたシリコン、エッチングしたアルミニウム）や、個々の幾何学的形状（例えば、一次元のまたは二次元の反復構造）に大きく依存することが示された。
【００４２】
図４は、検出器１３の個々の画素素子２３を正方形とした場合を示し、感度は、第１種類の試料については輪郭線２４、２５、２６、２７によって、そして第２種類の試料については輪郭線２８、２９、３０、３１によって、波長λおよび反射角δの関数として示されている。輪郭線は、経験的および／または理論的に決定すればよい。
【００４３】
第１種類の試料を測定する場合、輪郭線２４内部にある画素素子２３のみを読み取り、第２種類の試料を測定する場合は、輪郭線２８内部にある画素素子２３のみを読み取るように、検出器１３を制御することが好ましい。これによって、関係のある画素素子２３のみを検出し評価することができるので、残りの画像の画素素子の関連の薄い情報によって、前記評価が不必要に下がることはない。
【００４４】
検出器１３としては、個々の画像画素を選択的に読み取ることができる検出器を用いることが好ましい。これらの例には、ＣＭＯＳ画像検出器、またはＣＩＤ画像検出器（電荷注入素子画像検出器）も含まれる。
【００４５】
記載している実施形態の更に別の実施形態では、偏光板７を照明アーム１内に配置して、照明光学部品６に入射するビームを直線偏光し、こうして規定された偏光条件即ち既知の偏光条件が得られるようにする。微小偏光フィルタ１４は、検出器１３の直前に配置することが好ましいが、測定アーム２内の光学デバイス１１と検出器１３との間に挿入する。
【００４６】
微小偏光フィルタ１４は、行および列に配列された多数のフィルタ画素３２、３３、３４、３５から成り、前記フィルタ画素３２、３３、３４、３５の各々には、正確に１つの検出用画素２３が対応している。これは、図５の検出器１３および微小偏光フィルタ１４の部分の概略分解図から明白である。この場合、２×２フィルタ画素がそれぞれ画素群３６を形成し、画素群３６の３つのフィルタ画素３２、３３、３４（例えば、既知の微小構造技術を用いて生産することができる微細金属格子）が、偏光放射に対して異なる通過方向即ち主軸方向（例えば、０゜、４５゜、９０゜）を有する分析器となり、第４フィルタ画素３５は透過性である。したがって、３つの分析用画素３２、３３、３４に対応する検出用画素２３は、偏光状態を検出することができ、透過性フィルタ画素３５に対応する第４検出用画素２３は、強度測定を可能にする。このため、本実施形態における解像度は、前述の実施形態と比較すると、１／２に低下するが、偏光状態の変化に関する追加情報が得られるので、１回の測定で、スペクトルおよび角度分解楕円偏光法を同時に実行することができる。
【００４７】
前述の測定装置を用いて空間分解測定を行う場合、試料９から両アーム２および３までの距離を調節して、集束ビーム８の試料９上における直径ができるだけ小さくなるようにすることが好ましい。つまり、集束ビーム８を、可能な限り最良の態様で試料上に合焦する。更に、試料９を両アーム２および３に対して移動させ、先の実施形態に関連して説明した測定を点毎に行えるようにする。このように、別個の点を測定することによって、空間分解能が得られる。何故なら、個々の測定自体は空間分解情報を与えないからである。これは、本発明による測定装置の測定アームが試料上の検査部位の画像を検出するのではなく、一体的な光学シグネチャ（試料スポットによって平均化した光学シグネチャ）を検出するという事実によるものである。
【００４８】
アーム２および３に対する試料９の移動は、試料９を上に保持する試料テーブル（図示せず）によって行うことが好ましい。前記試料テーブルは、アーム２、３までの距離、したがって試料９上におけるビーム８のビーム径を調節することができる。あるいは、勿論、両アーム２および３を試料９に対して移動させてもよく、また両方の移動を組み合わせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による測定装置の概略的構造を示す図。
【図２】図１に示す測定装置の測定アームの構造を示す斜視図。
【図３】図２の測定アームを示す側面図。
【図４】測定アームの検出器を示す図。
【図５】検出器および偏光フィルタの構成の詳細を示す分解図。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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