(57)【要約】  アライメントシステム（AS）と機能的に複合されているサンプル調査システム（ES）、およびマッピングエリプソメーターまたは同様のシステムへの適用を用いた著しく迅速に（例えば秒単位の）、サンプル高さ、入射角度および入射面の調整を可能にする方法論。
2011524000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エリプソメーター；
偏光計；
反射率計；
スペクトロフォトメーター；および
ミュラー行列測定システム；
からなる群から選択されるサンプル調査システム（ES）においてサンプルを整列させる方法であって、このシステムは：
電磁放射線のサンプル調査ビームの光源（ELS）；
サンプル（SAM）を支持するためのステージ（STG）；
データ検出器（DDET）；
サンプル（SAM）を支持するための前記ステージ（STG）と、ユニットとしての、電磁放射線のサンプル調査ビームの前記光源（ELS）およびデータ検出器（DDET）との間での相対的「高さ」（H）位置決めを調整する手段；ならびに電磁放射線のサンプル調査ビームの前記光源と前記データ検出器（DDET）とに対する前記サンプル（SAM）の相対的位置を２つの直交軸に沿って移動させる手段、および任意選択的ではあるが、前記サンプルに対してシステムの相対的方位を調整して、前記サンプル調査ビームの入射角度および入射面を前記サンプル（SAM）の表面に対して設定する手段；
を含み、
前記システムは、任意選択的ではあるが、電磁放射線のサンプル調査ビームの前記光源（ELS）と前記データ検出器（DDET）との間に少なくとも１つの偏光子（P）、検光子（A）、補償子（RC）および／または焦点調節手段（CL１）（CL２）（C１３）（CL４）を含み；
使用中、前記サンプル調査ビームの光源（ELS）からの電磁放射線のサンプル調査ビームは、前記サンプル（SAM）に斜めの入射角度で到達し、かつ当該サンプルから前記データ検出器（DDET）へ反射し；
前記方法は、
ａ）前記サンプル調査システム（ES）にサンプルアライメントシステム（AS）を機能的に搭載するステップを含み、そのサンプルアライメントシステム（AS）が：
電磁放射線のアライメントビームのアライメント光源（ALS）；
前記アライメント光源（ALS）からもたらされる電磁放射線のアライメントビームを、サンプルを支持する前記システムのステージ（STG）上のサンプル（SAM）に、焦点調節するための第１アライメントビーム焦点調節手段（CLA1）；
前記サンプル（SAM）から反射するアライメントビーム電磁放射線を二次元検出器アレイ（SCRN１）に焦点調節するための第２アライメント焦点調節手段（CLA２）；および
前記二次元検出器アレイ（SCRN１）；
を含んでいて、
使用中、前記アライメント光源（ALS）からの電磁放射線のアライメントビームを、前記サンプル（SAM）に斜めの入射角度で焦点調節し、かつ当該サンプルから反射させて前記二次元検出器アレイ（SCRN１）に焦点調節し；
前記サンプルアライメントシステム（AS）は、任意選択的ではあるが、さらに：
前記第２アライメント焦点調節手段（CLA２）と前記二次元検出器アレイ（SCRN１）との間に、前記サンプル（SAM）から反射する電磁放射線のアライメントビームの一部を第２二次元検出器アレイ（SCRN２）に向けるビームスプリッター（BS）と、当該第２二次元検出器アレイ（SCRN２）と
を含み；
前記サンプル調査システム（ES）とアライメントシステム（AS）は、電磁放射線のサンプル調査ビームおよび前記電磁放射線のアライメントビームが前記サンプル（SAM）に実質的に同じ位置で入射するように、互いに搭載されており；
前記方法はさらに：
ステップｅの前にステップｂおよびｃを少なくとも１回実行することを含み、ここでステップｂおよびｃは：
ｂ）前記データ検出器（DDET）からの出力強度を監視する間に、前記電磁放射線ビームの光源（ELS）からの電磁放射線のサンプル調査ビームを前記サンプル（SAM）に斜めの入射角度で到達させ、かつ当該サンプルから前記データ検出器（DDET）に反射させ、前記データ検出器（DDET）からの出力が望ましい強度になるまで、前記サンプルを支持するためのステージ（STG）と、ユニットとしての、電磁放射線のサンプル調査ビームの前記光源（ELS）およびデータ検出器（DDET）との間での相対的「高さ」位置決めを調整する手段を調節するステップ；および
ｃ）前記アライメント光源（ALS）からの電磁放射線のアライメントビームの光源を斜めの入射角度で前記サンプル（SAM）に到達させ、かつ当該サンプルから前記二次元検出器アレイ（SCRN１）上に反射させ、および前記二次元検出器アレイ（SCRN１）上の位置を整列位置として認識するステップであり、
前記方法はさらに、ステップｄ、ｅおよびｆを複数回実施することを含み、ここでステップｄ、ｅおよびｆは：
ｄ）ユニットとしての、電磁放射線のサンプル調査ビームの前記光源（ELS）および前記データ検出器（DDET）に対する前記サンプル（SAM）の相対的位置を２つの直交軸に沿って移動させる前記手段を使用して、前記サンプル（SAM）の相対的移動を前記直交軸の少なくとも１つに沿って行って、前記サンプル（SAM）上の新しいスポットを前記サンプル調査ビームによって調査し、かつステップｃにおいて、前記サンプル（SAM）の表面から反射されるアライメントビームの位置が、二次元検出器アレイ（SCRN１）上に、おそらくは前記整列位置とは異なる位置で現れるようにするステップ；
ｅ）必要な場合には、ステップｃにおいて、前記サンプル（SAM）の表面から反射する前記アライメントビームが前記整列位置で二次元検出器アレイ（SCRN１）に現れるまで、サンプル（SAM）を支持するための前記ステージ（STG）と、ユニットとしての、電磁放射線ビームの前記光源（LS）およびデータ検出器（DDET）との間での相対的「高さ」位置決めを調整する手段を調整するステップ；
ｆ）上述の調整セットを用いて、前記データ検出器からのデータを取得するステップ
である、方法。
【請求項２】
前記サンプルアライメントシステム（AS）がさらに：
前記第２アライメント焦点調節手段（CLA２）と前記二次元検出器アレイ（SCRN１）との間における、前記サンプル（SAM）から反射するアライメントビーム電磁放射線の一部を第２二次元検出器アレイ（SCRN２）に向けるビームスプリッター（BS）と、当該第２二次元検出器アレイ（SCRN２）；および
前記サンプル（SAM）に対してサンプル調査システム（ES）の相対的方位を調整して、前記サンプル（SAM）の表面に対して前記サンプル調査ビームの入射角度および入射面を設定する手段；
を備えて設けられる方法であって、前記方法がさらに、ステップｅの前に：
前記光源（ELS）からの電磁放射線のサンプル調査ビームを、前記サンプルに斜めの入射角度で到達させ、かつ当該サンプルから前記データ検出器（DDET）へ反射させるようにする間に、データ検出器（DDET）からの出力を監視し、かつデータ検出器（DDET）出力の強度が最大になるまで、前記サンプル（SAM）に対してサンプル調査システム（ES）の相対的方位を調整する手段を調整して、前記サンプル（SAM）の表面に対する前記サンプル調査システム（ES）ビームの入射角度および入射面を設定し、それによりアライメントビームの前記光源（ALS）からの電磁放射線を前記サンプル（SAM）に反射させ、かつ、前記ビームスプリッター（BS）を経由して、前記第２二次元検出器アレイ（SCRN２）上に現れるようにし、および前記第２二次元検出器アレイ（SCRN２）上の位置を整列位置として認識すること；
を含み、
ここで前記方法においては、前記直交軸の少なくとも１つに沿って前記サンプルの相対的移動を行い、それにより、前記サンプル（SAM）上の新しいスポットを前記サンプル調査システム（ES）ビームによって調査するステップｄの実施後に、ステップｅを実施し、このステップｅはさらに：
ｅ）前記サンプルに対してシステムの相対的方位を調整する手段を調整して、ステップｃにおいて、前記サンプル（SAM）の表面から反射する前記アライメントビームが二次元検出器アレイ（SCRN２）上に前記整列位置で現れるまで、前記サンプル（SAM）の表面に対して前記ビームの入射角度および入射面を設定すること
を含み、その後にステップｆの実施が続く、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電磁放射線ビームの光源（ELS）を提供するステップが、分光用光源を提供することを伴う、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに、ステップｆにおいて、前記データ検出器（DDET）から取得したデータを解析することを含む、請求項１に記載のサンプルの調査方法。
【請求項５】
データの取得には、前記サンプル（SAM）上の少なくとも２つのスポットからデータを獲得するためにステップｂ〜ｆを少なくとも２回繰り返すことを伴い、および解析は、前記サンプル（SAM）上の前記少なくとも２つのスポットから獲得したデータでの同時回帰（ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ  ｏｎｔｏ  ｄａｔａ）を含む、請求項４に記載のサンプルの調査方法。
【請求項６】
さらに、公知の物理的性質および／または光学的性質を有する少なくとも１つの標準サンプルの調査中に前記データ検出器（DDET）から獲得したデータに回帰手順を使用して、前記システムの数学的モデルにおいてパラメータを評価することによって前記システムを較正するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
サンプル調査システム（ES）の提供は、前記光源からの電磁放射線のサンプル調査ビームの前記光源（ELS）と前記サンプル（SAM）との間に偏光子（P）を、および前記サンプル（SAM）とデータ検出器（DDET）との間に検光子（A）を設けることを含み、システムはエリプソメーターまたは偏光計である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ステップｃ、および任意選択的ではあるが、ステップｂは、ステップｄ、ｅおよびｆが実施される度に実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
サンプル調査システム（ES）とアライメントシステム（AS）との複合型システムであって、
エリプソメーター；
偏光計；
反射率計；
スペクトロフォトメーター；および
ミュラー行列測定システム；
からなる群から選択されるサンプル調査システムを含み、
当該サンプル調査システムは、
電磁放射線のサンプル（SAM）調査ビームの光源（ELS）；
サンプル（SAM）を支持するためのステージ（STG）；
データ検出器（DDET）；
前記サンプル（SAM）を支持するためのステージ（STG）と、ユニットとしての、電磁放射線のサンプル調査ビームの前記光源（ELS）およびデータ検出器（DDET）との間での相対的「高さ」位置決めを調整する手段；ならびに電磁放射線のサンプル調査ビームの前記光源（ELS）と前記データ検出器（DDET）とに対する前記サンプル（SAM）の相対的位置を２つの直交軸に沿って移動させるための、任意に設けられる手段、および任意選択的ではあるが、前記サンプル（SAM）に対してサンプル調査サンプル調査システム（ES）の相対的方位を調整して、前記サンプル（SAM）の表面に対して前記電磁放射線のサンプル（SAM）調査ビームの入射角度および入射面を設定する手段；
を含み、
前記サンプル調査システム（ES）は、任意選択的ではあるが、電磁放射線のサンプル（SAM）調査ビームの前記光源（ELS）と前記データ検出器（DDET）との間に少なくとも１つの偏光子（P）、検光子（A）、補償子（RC）および／または焦点調節手段（CL１）（CL２）（CL３）（CL４）を含み；
使用中、前記サンプル調査ビーム光源（ELS）からの電磁放射線のサンプル調査ビームが前記サンプル（SAM）に斜めの入射角度で到達し、かつ当該サンプルから前記データ検出器（DDET）へ反射するようにし；および
アライメントシステム（AS）は：
電磁放射線のアライメントビームのアライメント光源（ALS）；
前記アライメント光源（ALS）からもたらされた電磁放射線のアライメントビームを、前記サンプル調査システム（ES）のサンプル（SAM）を支持するためのステージ（STG）上のサンプル（SAM）に焦点調節するための第１アライメントビーム焦点調節手段（CLA1）；
前記サンプルから反射するアライメントビーム電磁放射線を、二次元検出器アレイ（SCRN１）上に焦点調節するための第２アライメント焦点調節手段（CLA２）；および
当該二次元検出器アレイ（SCRN１）；
を含み、
使用中、前記アライメント光源（ALS）からの電磁放射線のアライメントビームを、前記サンプル（SAM）上に斜めの入射角度で焦点調節し、かつ当該サンプルから反射させて、前記二次元検出器アレイ（SCRN１）に焦点調節するようにし；
前記サンプルアライメントシステム（AS）は、任意選択的ではあるが、さらに：
前記第２アライメント焦点調節手段（CLA２）と前記二次元検出器アレイ（SCRN１）との間に、前記サンプル（SAM）から反射するアライメントビーム電磁放射線の一部を第２二次元検出器アレイ（SCRN２）に向けるビームスプリッター（BS）と、当該第２二次元検出器アレイ（SCRN２）と；
を含み、
前記サンプル（SAM）調査システム（ES）およびアライメントシステム（AS）は、電磁放射線のサンプル調査ビームおよび前記電磁放射線のアライメントビームが前記サンプル（SAM）上の実質的に同じ位置で入射するように、互いに搭載されている、サンプル調査システム（ES）とアライメントシステム（AS）との複合型システム。
【請求項１０】
さらに
前記サンプル（SAM）調査システム（ES）とアライメントシステム（AS）との複合型システムを支持する搭載フレーム（MF）を含み、当該搭載フレーム（MF）は、立体図でみると水平に向けられた支持体から垂直に上方に突出し、および当該搭載フレームには、サンプル（SAM）を支持するための前記ステージ（STG）と、ユニットとしての、電磁放射線ビームの前記光源（ELS）およびデータ検出器（DDET）との間での相対的「高さ」位置決めを調節する前記手段、ならびに電磁放射線ビームの前記光源（ELS）と前記データ検出器（DDET）とに対する、前記サンプルの相対的位置を２つの直交軸に沿って移動させる前記手段、および前記サンプル（SAM）に対してサンプル調査システム（ES）の相対的方位を調整して、前記サンプル（SAM）の表面に対して前記ビームの入射角度および入射面を設定するための前記任意に設けられる手段が固定されており、
およびサンプル（SAM）を支持するための前記ステージ（STG）は、前記搭載フレーム（MF）の前記垂直に上方に突出した平面からわずかにオフセットした平面内にサンプル（SAM）を固定して、当該搭載フレーム内に入るサンプル（SAM）は、それから外れることないように向けられており、前記ステージ（STG）は、サンプル（SAM）の縁にのみ接触するように構成されている、請求項９に記載のサンプル調査システムとアライメントシステムとの複合型システム。
【請求項１１】
さらに：
サンプル（SAM）が前記ステージ（STG）に接触する前記ステージの縁に複数のクランプ手段（LTCH）を含み、それによりサンプル（SAM）をステージ（STG）の前記縁に固定して前記サンプル（SAM）をしっかりと固定し、かつ当該サンプルの非平坦な反りを減らす、請求項１０に記載のサンプル調査システムとアライメントシステムとの複合型システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エリプソメトリー、偏光測定、反射率測定および分光測光の実施に関し；より詳細には、サンプルマッピングなどのシステムに適用して、サンプルの高さ、入射角度（AOI：angle-of-incidence）および入射面（POI: plane-of-incidence）の著しく迅速な調整を可能にするサンプル調査システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エリプソメトリーは、サンプルの物理的性質および光学的性質を決定するための周知の手法である。しかしながら、正確な結果を得るためには、エリプソメーターと調査中のサンプルとの間の距離（例えばサンプルの「高さ」）、およびエリプソメータービームのサンプルに対する入射角度および入射面を含む特定の調整可能なパラメータに関する値を知ることが必要とされる。サンプル上の一点を調査する場合、許容できる時間的制約内（例えば数秒〜１分など）で望ましい値をもたらすアライメント手順が確立されている。しかしながら、大きなサンプル上の多くの点を調査する状況（例えばサンプルのマッピングが実施される）では、望ましい結果を達成するために、調査される多くの各点で従来のアライメントを行うために必要な時間は、許容できない時間遅延（例えば各５秒）をもたらす場合がある。本発明は、調査するサンプル上の各スポットで、サンプルの高さ、入射角度および入射面を著しく迅速に（例えば１秒または２秒程度）設定することを可能にするアライメントシステム、およびその使用方法を提供する。本発明はまた、アライメントシステムを応用する関連のサンプルマッピングシステムを説明する。
【０００３】
さらに、２００７年８月５日出願の係属中の米国特許出願第１１／８９０，３９１号明細書（特許文献１）は、２００５年４月１４日出願の米国特許出願第１１／１０５，８５２号明細書（２００４年４月２３日出願の米国仮特許出願第６０／５６４，７４７号明細書まで優先権が遡る）まで優先権が遡り、かつ、電磁放射線の光源と検出器の複合装置をサンプルの表面上で、直交する二次元（例えば「X」および「Y」）内で動かしてこの装置を望ましい位置に位置決めでき、かつ前記光源と検出器の複合装置と、前記サンプルとの間の距離に対応する、「Z」次元におけるサンプルからの距離をオフセットさせ、それにより、前記サンプルの表面に対する電磁放射線ビームの異なる入射角度の順次設定を容易に可能にする実質的に内蔵型のフライング型エリプソメーター、偏光計、反射率計またはスペクトロフォトメーターシステムにつき説明していることに留意されたい。
【０００４】
（特許文献１）での説明のように、エリプソメーターシステムは一般的に、電磁放射線ビームの光源、電磁放射線ビームに、知られた（一般に直線形の）偏光状態を与える偏光子、サンプルを支持するためのステージすなわち台、および材料系と相互作用した後に電磁放射線ビームの偏光状態を選択し、かつ電磁放射線ビームを検出器システムで解析するために当該検出器システムに通過させる検光子を含む。その上、１つ以上の補償子が存在し得、かつ偏光電磁放射線ビームの直交成分間の位相リターダンスに影響を及ぼす働きをする場合もある。回転素子を含むものおよび変調素子を含むものなど、多くのタイプのエリプソメーターシステムが存在する。これら回転素子を含むこれらのシステムには、回転偏光子（RP）、回転検光子（RA）および回転補償子（RC）を含む。好ましい実施形態は回転補償子エリプソメーターシステムである。なぜなら、それらは、エリプソメーター（偏光解析）データの入手が困難な「デッドスポット」を示さないからである。それらは、全角度範囲で材料系のPSIおよびDELTAを読み取ることができるが、唯一の制限がある。この制限は、PSIが実質的にゼロ（０．０）になる場合、PSIベクトルと「X」軸との間の角度を形成する十分なPSI極性ベクトル長がないためにDELTAを決定することができないという制限である。一方、回転検光子および回転偏光子のエリプソメーターは、０．０度または１８０度付近のDELTAで「デッドスポット」を有し、かつ変調素子エリプソメーターも、４５度）付近のPSIで「デッドスポット」を有する。そのため、回転補償子型エリプソメーターシステムの有用性は明らかであろう。回転補償子型エリプソメーターシステムによってもたらされる別の利点は、偏光子（P）および検光子（A）の位置が固定され、それにより、データ収集中の入力および出力光学系に対する偏光状態の感度が実質的に存在しないという利点を奏することである。これにより、入出力用に光ファイバー、ミラー、レンズなどの使用が比較的容易になる。
【０００５】
スペクトロフォトメーター、反射率計、偏光計、エリプソメーターおよび同様のシステム（例えば回転検光子、回転偏光子、回転補償子、変調素子エリプソメーター）の典型的な構成は、実質的に適所に固定されるサンプル支持ステージを提供する。前記サンプル支持ステージに対してある傾斜した角度で電磁放射線ビームを提供する、実質的に固定された位置の光源手段（S）、および前記サンプル支持ステージに置かれたサンプルから反射する（またはサンプルを透過する）電磁放射線を遮る、実質的に固定された位置のデータ検出手段（D）が、互いに作用的に方向付けられている。典型的な手順は、サンプルをサンプル支持ステージ上に置き、当該サンプルに電磁放射線ビームが入射するようにし、かつ当該サンプルに入射する電磁放射線に応答してデータ検出手段によって生成されたデータを記録し、そのデータを解析してサンプルの光学的性質および物理的性質に関する情報（ｉｎｓｉｇｈｔ：インサイト）を提供することである。前記手順は、「X」−「Y」平面におけるサンプル支持ステージの調整、または電磁放射線の光源および検出器の調整と、その表面に対して垂直な「Z」方向に沿った調整（すなわち、横方向に配置された光源から電磁放射線が斜めの角度でサンプルに達する垂直位置調整）を含み得る。この前記「Z」調整の目的は、例えば、データ検出器を移動させることなく、前記サンプル支持ステージに置かれたサンプルから反射する電磁放射線ビームをデータ検出器の方へ向けて、データ検出器が、前記サンプルから出射するビームを遮るすなわち受光することを可能にする。入射電磁ビームに関するそのようなサンプルの位置決め調整および向きに対する備えを要する従来の反射率計、エリプソメーターおよび偏光計システムは、一般に、サンプル支持ステージに対して光源およびデータ検出器の位置を同時変更させることによってではなく、サンプル支持ステージの位置を調整可能とすることによってそれを行っていることを理解されたい。なぜなら、サンプル支持ステージの位置変更を実施する方が遙かに簡単であるためである。しかしながら、代替的な方法としては、反射率計、スペクトロフォトメーター、エリプソメーター、偏光計または同様のシステムを、サンプルを支持するための実質的に固定された位置のステージに対して、「X」−「Y」平面においてかつサンプルのその表面に垂直な「Z」方向に沿って、動かすための手段に当該システムを取り付けることがある。しかしながら、どちらの場合も、反射率計、エリプソメーター、偏光計または同様のシステムとサンプルとの間に相対運動が発生する。
【０００６】
そこで、本発明は、一般にサンプルを支持するための実質的に固定された位置のステージを提供する一方、「X」−「Y」平面内においてかつサンプルのその表面に垂直な「Z」方向に沿って、位置調整が可能な位置決めシステムに取り付けられた反射率計、スペクトロフォトメーター、エリプソメーター、偏光計または同様のシステムを提供することによって、従来の手法とは関係なく異なるものとなる。従って、本発明により、大きなサンプルの多くの位置での調査が可能になる。
【０００７】
さらに、この調査システムを偏光計、反射率計、スペクトロフォトメーターおよび同様のシステムなどのいずれかの材料系調査システムに適用できるが、重要な応用は、単色でもスペクトル光でもエリプソメーターシステムにおける応用である。それゆえ、エリプソメトリーは、単一または複数の波長、およびサンプルシステムの表面に対する電磁放射線ビームの１つ以上の入射角度（AOI）でのサンプルシステムを特徴づけるデーを取得することを含むことを理解されたい。
【０００８】
エリプソメトリーにおける典型的な目標は、サンプルシステムと相互作用するようにされた前記電磁放射線ビームの各入射角度と各波長に関して、サンプルシステムを特徴づけるPSI値およびDELTA値を得ることである（ここでPSIは、前記電磁放射線ビームにおける直交成分の大きさの比ｒｐ／ｒｓの変化に関係し、およびDELTAは、前記サンプルシステムと相互作用することによって生じる前記直交成分ｒｐとｒｓとの間の位相シフトに関係している：
ＴＡＮ（Ψ）ｅ（ｉΔ）＝ｒｐ／ｒｓ
【０００９】
１つの（AOI）および１つまたは複数の波長で取得したデータは、サンプルシステムのエリプソメーター的な特徴を認めるのに十分であることが多いが、エリプソメーターの調査結果は、追加的なデータセットを得るために複数の（AOI）を使用することによって著しく改善できる。しかしながら、広範囲にわたる困難な物理的なエリプソメーターシステムの方位変更を行わずに比較的容易に波長変化をもたらすことができる一方、一般に電磁放射線ビームがサンプルシステムの表面に対する入射角度（AOI）を変更することは困難である。（AOI）を変更するには、冗長で時間のかかる電磁ビーム光源および検出器の双方の再位置決めおよび整列すなわちアライメトを行う必要がある。それゆえ、本発明は、（AOI）変更を容易にもたらす手段を提供し得る。エリプソメトリックデータ（ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｉｃ  ｄａｔａ）の解析は、一般に、サンプルに数学的モデルを提案しかつそのモデルを前記エリプソメトリックデータに回帰させて、例えば、最小２乗誤差判定基準に基づく最適値に適合する、数学的モデルのパラメータの値を求めることによって行うことにも留意されたい。さらに、複数の類似のサンプルからデータを獲得し、かつ同時に異なるエリプソメトリックデータセットに相似モデルを回帰することが知られている。この技術は、サンプルの厚さが異なる場合の厚さと屈折率との間の相関を打ち破ることができる。同様の手法を、単一のサンプルの複数のスポットから取得したデータに適用できる。
【００１０】
Finarovへの（特許文献２）には、サンプルシステムの表面上の大きな二次元領域にわたってエリプソメータービームを動かすシステムであって、ビーム偏向器を使用するシステムが記載されている。
【００１１】
Bergerらへの（特許文献３）には、電磁ビームをサンプルシステムに向けるプリズムを備えるエリプソメーターが記載されている。
【００１２】
Caninoへの（特許文献４）には、サンプルシステムを回転させて、このサンプルシステムへの電磁放射線ビームの入射角度を制御可能にするシステムが記載されている。得られた反射ビームを受光するために複数の検出器が存在する。
【００１３】
Bjorkらへの（特許文献５）には、反射素子を電磁放射線ビームの経路に移動させるエリプソメーターシステムが記載されている。
【００１４】
Grimbergenらへの（特許文献６）には、基板表面にわたってビームを走査する手段を含む半導体エンドポイントエッチングを検出するためのシステムが記載されている。
【００１５】
Rayへの（特許文献７）には、サンプル表面にわたってレーザービームを走査するシステムが記載されている。
【００１６】
Kasaiへの（特許文献８）には、内部全反射プリズムを使用して、サンプルの表面上へ電磁放射線ビームを向けるための手段が記載されている。
【００１７】
Rosencwaigらへの（特許文献９）には、多数の入射角度でサンプル表面に電磁ビームを同時に提供するエリプソメーターシステムが記載されている。
【００１８】
Chenらへの（特許文献１０）には、エリプソメーターシステムの較正に回帰を適用することが記載されている。
【００１９】
「エリプソメーター」および「マッピング」の双方を含む特許文献を検索すると、以下の特許が検索される：
Finarovへの（特許文献１１）；
Finarovへの（特許文献１２）；
Vurensへの（特許文献１３）；
Schulzへの（特許文献１４）；
Chowへの（特許文献１５）；
Nakaらへの（特許文献１６）。
【００２０】
（非特許文献１）もまたChenらの特許より以前に存在すると認められ、かつエリプソメーター較正に対して本質的に類似の手法について記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許出願第１１／８９０，３９１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７６４，３６５号明細書
【特許文献３】米国特許第５，３４３，２９３号明細書
【特許文献４】米国特許第４，６７２，１９６号明細書
【特許文献５】米国特許第４，６４７，２０７号明細書
【特許文献６】米国特許第６，０８１，３３４号明細書
【特許文献７】米国特許第５，４１０，４０９号明細書
【特許文献８】米国特許第３，８７４，７９７号明細書
【特許文献９】米国特許第５，４１２，４７３号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，５８１，３５０号明細書
【特許文献１１】米国再発行特許第４０，２２５号明細書
【特許文献１２】米国再発行特許第３８，１５３号明細書
【特許文献１３】米国特許第６，６７８，０４３号明細書
【特許文献１４】米国特許第７，０９９，０１０号明細書
【特許文献１５】米国特許第７，２９５，３３０号明細書
【特許文献１６】米国特許第７，３２７，４４４号明細書
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】Johsによる論文、表題「Regression Calibration Method For Rotating Element Ellipsometers」、（Thin Film Solids、第２３４巻（１９９３年））
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
従来技術を考慮しても、
調査するサンプル上の各スポットにおいて、サンプルの高さ、入射角度および入射面を著しく迅速に（例えば１秒または２秒程度の）設定することを可能とするエリプソメーターシステム、およびアライメントシステムを適用するサンプルマッピングシステムと；
回転機能を含む、三次元設定における複数の点に前記選択されたシステムを位置決めするための三次元位置設定手段に機能的に搭載されているエリプソメーターシステムと
が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、エリプソメーターシステムにおいてサンプルを整列させる方法を含む。前記エリプソメーターシステムは、以下の構成要素を含むものとして説明し得る：
電磁放射線ビームの光源；
偏光子；
サンプルを支持するためのステージ；
検光子；
データ検出器；
前記サンプルを支持するためのステージと、ユニットとしての、前記電磁放射線ビームの光源およびデータ検出器との間での相対的「高さ」位置決めを調整する手段；ならびに電磁放射線のエリプソメータービームの前記光源と前記データ検出器とに対する前記サンプルの相対的位置を２つの直交軸に沿って移動させる手段、および任意選択的ではあるが、前記サンプルに対してエリプソメーターシステムの相対的方位を調整して前記サンプルの表面に対して前記エリプソメータービームの入射角度および入射面を設定する手段。
【００２５】
前記エリプソメーターシステムは、前記電磁放射線ビームの光源と前記データ検出器との間に少なくとも１つの補償子および／または焦点調節手段を含み得る。
【００２６】
使用中、前記電磁放射線ビームの光源からの電磁放射線ビームは前記サンプルに斜めの入射角度で到達し、かつ当該サンプルから前記データ検出器へ反射する。
【００２７】
サンプルを整列させる前記方法はさらに：
ａ）前記エリプソメーターシステムにサンプルアライメントシステムを機能的に搭載するステップであって、当該サンプルアライメントシステムは：
電磁放射線のアライメントビームのアライメント光源；
前記アライメント光源からもたらされる電磁放射線のアライメントビームを、前記エリプソメーターシステムのサンプルを支持するためのステージ上のサンプルに焦点調節するための第１アライメントビーム焦点調節手段；
前記サンプルから反射する電磁放射線のアライメントビームを二次元検出器アレイに焦点調節するための第２アライメント焦点調節手段；および
前記二次元検出器アレイ；
を含み、
使用中、前記アライメント光源からの電磁放射線のアライメントビームを、前記サンプルに斜めの入射角度で焦点調節し、かつ当該サンプルから反射させて、前記二次元検出器アレイに焦点調節する、ステップを含む。
【００２８】
前記サンプルアライメントシステムは、任意選択的ではあるが、さらに：
前記第２アライメント焦点調節手段と前記二次元検出器アレイとの間に、前記サンプルから反射するアライメントビーム電磁放射線の一部を第２二次元検出器アレイに向けるビームスプリッターと、当該第２二次元検出器アレイとを含むことができる。
【００２９】
前記エリプソメーターシステムおよびアライメントシステムを、電磁放射線のエリプソメータービームおよび前記電磁放射線のアライメントビームが前記サンプル上の実質的に同じ位置に入射するように、互いに搭載してある。
【００３０】
前記方法はさらに：
ステップｅの前に、ステップｂおよびｃを少なくとも１回実施することを含むことができ、前記ステップｂおよびｃは：
ｂ）前記データ検出器からの出力強度を監視して前記電磁放射線ビームの光源からの電磁放射線ビームを前記サンプルに斜めの入射角度で到達させ、かつ当該サンプルから前記データ検出器に反射させるようにする間に、
前記データ検出器からの出力が望ましい強度になるまで、前記サンプルを支持するためのステージと、ユニットとしての、前記電磁放射線ビームの光源およびデータ検出器との間での相対的「高さ」位置決めを調整する手段を調整するステップ、；および
ｃ）前記光源からの電磁放射線のアライメントビームの光源を、前記サンプルに斜めの入射角度で到達させ、かつ該サンプルから前記二次元検出器アレイに反射させて、前記二次元検出器アレイ上での位置を整列位置として認識するステップ
である。
【００３１】
前記方法はさらに、ステップｄ、ｅおよびｆを複数回実施することを含むことができる。前記ステップｄ、ｅおよびｆは：
ｄ）ユニットとしての、電磁放射線のエリプソメータービームの前記光源と前記データ検出器とに対する前記サンプルの相対的位置を２つの直交軸に沿って移動させる前記手段を使用して、前記サンプルの相対的移動を前記直交軸の少なくとも１つに沿って行って、前記サンプル上の新しいスポットを前記エリプソメータービームによって調査し、およびステップｃにおいて、前記サンプルの表面から反射されるアライメントビームの位置が、二次元検出器アレイ上の、おそらくは前記整列位置とは異なる位置で現れるようにする、ステップ；
ｅ）必要な場合には、ステップｃにおいて、前記サンプル表面から反射する前記アライメントビームが二次元検出器アレイに前記整列位置で現れるまで、前記サンプルを支持するためのステージと、ユニットとしての、前記電磁放射線ビームの光源およびデータ検出器との間での相対的「高さ」位置決めを調整する手段を調節するステップ；
ｆ）上述の調節セットを行って、前記データ検出器からエリプソメトリックデータを取得するステップ
である。
【００３２】
前記方法はさらに、
前記第２アライメント焦点調節手段と前記二次元検出器アレイとの間に、前記サンプルから反射するアライメントビーム電磁放射線の一部を第２二次元検出器アレイに向けるビームスプリッター、および当該第２二次元検出器アレイとを設け；および
前記サンプルに対してエリプソメーターの相対的方位を調整して、前記サンプルの表面に対して前記エリプソメータービームの入射角度および入射面を設定する手段を設ける
ことを含むことができる。
【００３３】
前記方法はさらに、ステップｅの前に：
前記光源からの電磁放射線ビームを前記サンプルに斜めの入射角度で到達させ、かつ当該サンプルから前記データ検出器へ反射させるようにする間に、データ検出器からの出力を監視し、かつ、データ検出器の出力の強度が最大になるまで、前記サンプルに対してエリプソメーターの相対的方位を調整する手段を調整して、前記サンプルの表面に対して前記エリプソメータービームの入射角度および入射面を設定し、それにより、前記アライメント光源からの電磁放射線を前記サンプルから反射させ、前記ビームスプリッターを経由して、前記第２二次元検出器アレイ上に現れるようにし、および前記第２二次元検出器アレイ上の位置を整列位置として認識すること；
を含むことができ、
および前記方法においては、前記直交軸の少なくとも１つに沿って前記サンプルの相対的移動を行い、それにより、前記サンプル上の新しいスポットを前記エリプソメータービームによって調査するステップｄの実施後に、ステップｅを実施し、そのステップｅはさらに：
ｅ）前記サンプルに対してエリプソメーターの相対的方位を調整する手段を調整して、ステップｃにおいて、前記サンプル表面から反射される前記アライメントビームが二次元検出器アレイ上に前記整列位置で現れるまで、前記サンプルの表面に対して前記エリプソメーターのビームの入射角度および入射面を設定すること；
を含み、その後にステップｆの実施が続く。
【００３４】
サンプルをエリプソメーターシステムに整列させる方法の、より包括的な説明は、以下の構成要素を含むエリプソメーターシステムを提供することを含む。
【００３５】
電磁放射線ビームの光源；
偏光子；
サンプルを支持するためのステージ；
検光子；
データ検出器；
前記サンプルを支持するためのステージと、ユニットとしての、前記電磁放射線ビームの光源およびデータ検出器との間での相対的「高さ」位置決めを調整する手段；ならびに電磁放射線のエリプソメータービームの前記光源と前記データ検出器とに対する前記サンプルの相対的位置を２つの直交軸に沿って移動させる手段、および前記サンプルに対してエリプソメーターの相対的方位を調整して、前記サンプルの表面に対して前記エリプソメータービームの入射角度および入射面を設定する手段。
【００３６】
前記システムは、任意選択的ではあるが、電磁放射線のサンプル調査ビームの前記光源と前記データ検出器との間に少なくとも１つの偏光子、検光子、補償子または焦点調節手段を含むことができる。
【００３７】
使用中、前記電磁放射線ビームの光源からの電磁放射線ビームは前記サンプルに斜めの入射角度で到達させ、かつ当該サンプルから前記データ検出器へ反射する。
【００３８】
前記方法はまた：
ａ）前記エリプソメーターシステムにサンプルアライメントシステムを機能的に搭載するステップであって、当該サンプルアライメントシステムは：
電磁放射線のアライメントビームのアライメント光源；
前記アライメント光源からもたらされる電磁放射線のアライメントビームを、前記エリプソメーターシステムのサンプルを支持するためのステージ上のサンプルに、焦点調節するための第１アライメントビーム焦点調節手段；
前記サンプルから反射するアライメントビーム電磁放射線を二次元検出器アレイに焦点調節するための第２アライメント焦点調節手段；および
前記二次元検出器アレイ、
を含み、
使用中、前記アライメント光源からの電磁放射線のアライメントビームを前記サンプルに斜めの入射角度で焦点調節し、かつ当該サンプルから反射させて、前記二次元検出器アレイに焦点調節する、ステップを含む。
【００３９】
前記サンプルアライメントシステムはさらに：
前記第２アライメント焦点調節手段と前記二次元検出器アレイとの間に、前記サンプルから反射する電磁放射線のアライメントビームの一部を第２二次元検出器アレイに向けるビームスプリッターと、当該第２二次元検出器アレイと；
を含み、
前記エリプソメーターシステムおよびアライメントシステムは、電磁放射線のエリプソメータービームおよび前記電磁放射線のアライメントビームが前記サンプル上の実質的に同じ位置に入射するように、互いに搭載されている。
【００４０】
次いで、前記方法はさらに、ステップｅの前に、ステップｂおよびｃを少なくとも１回実施することを含み、前記ステップｂおよびｃは：
ｂ）前記電磁放射線ビームの光源からの電磁放射線ビームを前記サンプルに斜めの入射角度で到達させ、かつ当該サンプルから前記データ検出器へ反射させる間に、データ検出器からの出力を監視し、かつ、前記サンプルに対してエリプソメーターの相対的方位を調整して、データ検出器の出力の強度が最大になるまで、前記サンプルの表面に対して前記エリプソメータービームの入射角度および入射面を設定する手段を調整し、それにより、前記アライメント光源からの電磁放射線を前記サンプルから反射させ、および前記ビームスプリッターを経由して、前記第２二次元検出器アレイに現れるようにし、および前記第２二次元検出器アレイ上の位置を整列位置として認識するステップ；および
ｃ）前記データ検出器からの出力強度を監視する間に、前記電磁放射線ビームの光源からの電磁放射線ビームを前記サンプルに斜めの入射角度で到達させ、かつ当該サンプルから前記データ検出器へ反射させ、前記データ検出器からの出力が望ましい強度になるまで、前記サンプルを支持するためのステージと、ユニットとしての、前記電磁放射線ビームの光源およびデータ検出器との間での相対的「高さ」位置決めを調整する手段を調整し、かつ前記二次元検出器アレイ上の位置を整列位置として認識するステップ
である。
【００４１】
次いで、前記方法はさらにステップｄ、ｅおよびｆを複数回実施することを含み、前記ステップｄ、ｅおよびｆは：
ｄ）ユニットとしての、電磁放射線のエリプソメータービームの前記光源および前記データ検出器に対する前記サンプルの相対的位置を２つの直交軸に沿って移動させる前記手段を使用して、前記サンプルの相対的移動を前記直交軸の少なくとも１つに沿って行って、前記サンプル上の新しいスポットを前記エリプソメータービームによって調査し、およびステップｃにおいて、前記サンプル表面から反射されるアライメントビームの位置が、二次元検出器アレイ上に、おそらくは前記整列位置とは異なる位置で現れるようにするステップ；
ｅ）必要な場合には、ステップｃにおいて前記サンプル表面から反射される前記アライメントビームが二次元検出器アレイ上の前記整列位置に現れるまで、前記サンプルを支持するためのステージと、ユニットとしての、前記電磁放射線ビームの光源およびデータ検出器との間での相対的「高さ」位置決めを調整する手段を調整し、およびステップｃにおいて、前記サンプルの表面から反射される前記アライメントビームが第２二次元検出器アレイ上に前記整列位置で現れるまで、前記サンプルに対してエリプソメーターの相対的方位を調整する手段を調整して、前記サンプルの表面に対して前記エリプソメーターのビームの入射角度および入射面を設定するステップ；
ｆ）上述の調節セットを行って、前記データ検出器からエリプソメトリックデータを取得するステップ
である。
【００４２】
前述では、ステップｂおよびｃは「少なくとも１回」実施される一方、ステップｄ、ｅおよびｆは「複数回」実施されることに留意されたい。この表現は、ステップｃ、および任意選択的ではあるが、ステップｂを、ステップｄ、ｅおよびｆがサンプルのある位置で実施される度に、実施できるけれども、ステップｃ（および任意選択的にステップｂ）を１回のみ実施し、それぞれ続いて、ステップｄ、ｅおよびｆを複数回実施することで十分である。これは、サンプルを十分に平坦にすることができ、それゆえサンプル上の多くの位置に対して高さ、入射角度および入射面を１回だけ設定することで十分となり得るためである。従って、方法論では、ステップｄ、ｅおよびｆを実施する度毎にステップｃ、および任意選択的ではあるが、ステップｂの実施を含み得るが、一般にこのようなケースは当てはまらない。
【００４３】
サンプルを調査する本発明の方法論はさらに、ステップｆにおいて前記データ検出器から取得されたエリプソメトリックデータを解析することを含むことができ、およびエリプソメトリックデータの取得を伴い得るその解析は、前記サンプルの少なくとも２つのスポットからエリプソメトリックデータを獲得するためにステップｂ〜ｆを少なくとも２回繰り返すことを伴い、およびその解析は、前記サンプル上の前記少なくとも２つのスポットから獲得したデータへの同時回帰を含む。
【００４４】
前記サンプルを支持するためのステージと、ユニットとの間での相対的「高さ」位置決めを伴うステップでは、データ検出器の出力を「望ましい強度」に設定することにも留意されたい。これは、望ましい強度を「最大にする」必要はないことを示す。しかしながら、前記サンプルに対するエリプソメーターの相対的方位で前記サンプルの表面に対して前記エリプソメータービームの入射角度および入射面を設定する場合には、データ検出器の出力を最大にする。これは、前記入射角度および／または入射面が、ビームをデータ検出器に向けるように設定されない場合には、データ検出器の出力を獲得できず、および信号が検出される範囲が小さいためである。すなわち、データを獲得するというなら、厳しい制限の下で入射角度および入射面の調整が重要である一方、高さの調整にはそのような厳しい制限がない。実施には、高さを調整する間にデータ検出器の出力を「最大にする」ことが含まれる場合があるが、前記最大化は必ずしも本発明に必要ではない。
【００４５】
次いで、前述の方法は、以下のステップ群から少なくとも１つのステップを実施することを含むことができる。
【００４６】
前記データ検出器によってもたらされた少なくとも一部のデータを機械可読媒体に記憶すること；
前記データ検出器によってもたらされたデータの少なくとも一部を解析し、かつ前記解析の結果の少なくとも一部を機械可読媒体に記憶すること；
前記データ検出器によってもたらされた少なくとも一部のデータを電子的なおよび／または非電子的な手段によって表示すること；
前記データ検出器によってもたらされたデータの少なくとも一部を解析し、かつ前記解析の結果の少なくとも一部を電子的なおよび／または非電子的な手段によって表示すること；
前記データ検出器によってもたらされた少なくとも一部のデータが、具体的な目に見える結果をもたらすように適用される信号を生成するようにすること；
前記データ検出器によってもたらされたデータの少なくとも一部を解析し、かつその少なくとも一部が、具体的な目に見える結果をもたらすように適用される信号を生成するようにすること。
【００４７】
上記では、例示的なエリプソメーターシステムに密接に関連したアプリケーションについて議論したが、特許請求の範囲は、
エリプソメーター；
偏光計；
反射率計；
スペクトロフォトメーター；および
ミュラー行列測定システム
などのいずれかの材料系調査システムを含むものとして広く解釈される必要がある。
【００４８】
その意味では、本発明は、
エリプソメーター；
偏光計；
反射率計；
スペクトロフォトメーター；および
ミュラー行列測定システム；
からなるの群から選択されるものを含む、サンプル調査システムとアライメントシステムとの複合型システムを含むものとしても説明できる。
【００４９】
この複合型システムは、
電磁放射線のサンプル調査ビームの光源；
サンプルを支持するためのステージ；
データ検出器；
前記サンプルを支持するためのステージと、ユニットとしての、電磁放射線のサンプル調査ビームの前記光源およびデータ検出器との間での相対的「高さ」位置決めを調整する手段；ならびに、任意選択的ではあるが、電磁放射線のサンプル調査ビームの前記光源と前記データ検出器とに対する前記サンプルの相対的位置を２つの直交軸に沿って移動させる手段、および任意選択的ではあるが、前記サンプルに対してサンプル調査システムの相対的方位を調整して、前記サンプルの表面に対して前記電磁放射線のサンプル調査ビームの入射角度および入射面を設定する手段
を含む。
【００５０】
前記システムは、任意選択的ではあるが、電磁放射線のサンプル調査ビームの前記光源と前記データ検出器との間に少なくとも１つの偏光子、検光子、補償子または焦点調節手段を含むことができる。
【００５１】
使用中、前記サンプル調査ビームの光源からの電磁放射線のサンプル調査ビームは、前記サンプルに斜めの入射角度で到達し、かつ当該サンプルから前記データ検出器へ反射する。
【００５２】
前記サンプル調査システムは、
電磁放射線のアライメントビームのアライメント光源；
前記アライメント光源からもたらされる電磁放射線のアライメントビームを、サンプルを支持するための、前記エリプソメーターシステムのステージ上のサンプルに、焦点調節するための第１アライメントビーム焦点調節手段；
前記サンプルから反射するアライメントビーム電磁放射線を、二次元検出器アレイ上に焦点調節するための第２アライメント焦点調節手段；および
当該二次元検出器アレイ；
を含むアライメントシステムを任意選択的に含み、使用中、前記アライメント光源からの電磁放射線のアライメントビームを、前記サンプル上に斜めの入射角度で焦点調節し、かつ当該サンプルから反射させて、前記二次元検出器アレイに焦点調節するようにする。
【００５３】
前記サンプルアライメントシステムは、任意選択的ではあるが、さらに：
前記第２アライメント焦点調節手段と前記二次元検出器アレイとの間に、前記サンプルから反射するアライメントビーム電磁放射線の一部を第２二次元検出器アレイに向けるビームスプリッターと、当該第２二次元検出器アレイと；
を含み、前記サンプル調査システムとアライメントシステムは、電磁放射線のサンプル調査ビームおよび前記電磁放射線のアライメントビームが前記サンプル上の実質的に同じ位置に入射するように、互いに搭載されている。
【００５４】
前記サンプル調査システムとアライメントシステムとの複合型システムはさらに：
前記サンプル調査システムとアライメントシステムとの複合型システムを支持する搭載フレームを含むことができ、前記搭載フレームは、立体図でみると水平に向けられた支持体から垂直に上方に突出しており、および当該搭載フレームには、前記サンプルを支持するためのステージと、ユニットとしての、前記電磁放射線ビームの光源およびデータ検出器との間での相対的「高さ」位置決めを調整する前記手段、ならびに、前記電磁放射線ビームの光源と前記データ検出器とに対する、前記サンプルの相対的位置を２つの直交軸に沿って移動させる前記手段、および前記サンプルに対してエリプソメーターの相対的方位を調整して、前記サンプルの表面に対する、前記ビームの入射角度および入射面を設定する、任意選択的な前記手段が固定されており、
前記サンプルを支持するためのステージは、サンプルを、前記搭載フレームの前記垂直に上方に突出した平面からわずかにオフセットした平面に固定するように向けられており、そのため、そこに入るサンプルは、そこから外れないようになっており、前記ステージは、サンプルの縁にのみ接触するように構成されている。
【００５５】
その上、前記サンプル調査システムとアライメントシステムとの複合型システムはさらに：
サンプルが前記ステージに接触する当該ステージの縁における複数のクランプ手段を含み、それにより、当該サンプルをステージの前記縁によりしっかりと固定しかつ当該サンプルにおける非平坦な反りを減らすようにする。
【００５６】
最後に、特許請求の範囲は、一部では、一部のステップにおいて、用語「望ましい強度」のデータ検出器の出力の設定をすることを説明していることに留意されたい。この用語は、取り得る強度を最大にする可能性を含むと解釈されるが、別のやり方が言及されない限り、そのようなことが望まれない。例えば、これは、検出器の最大出力が発生するときに検出器が飽和するのを防止する場合である。最大値の約２０％が「望ましい」。
【００５７】
上述した発明は、図面と併せて本開示の詳細な説明の項を参照することにより、より理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】エリプソメーター（ES）とアライメント（AS）との複合型システムを示す。
【図２】２ａは基本的なアライメントシステム（AS）を示し、２ｂはサンプル（SAM）の前面（F）、および背面（B）からそれぞれ反射したビーム成分は二次元検出器アレイ（SCRN１）上に２つのスポットを形成し得ることを示す。
【図３】３ａはビームスプリッター（BS）および第２二次元検出器アレイ（SCRN２）を含む好ましいサンプルアライメントシステム（AS）を示す。３ｂはエリプソメトリックビーム（EB）の（AOI）および（POI）を前記サンプル（SAM／STG）の表面に対して、回転させることによって調整できることを示す。３ｃはサンプル（SAM）とアライメントシステム（AS）との間の高さ（H）の調整によって、二次元検出器アレイ（SCRN１）上でスポット（HA）が動くことを示す。３ｄはサンプル（SAM）とアライメントシステム（AS）との間の相対的な傾き／傾斜によって、第２二次元検出器アレイ（SCRN２）上のスポット（TTA）を（AOI）では縦方向すなわち垂直におよび（POI）では横方向すなわち水平に動かすことを示す。
【図４−１】４ａ、４ｂは上述のエリプソメーター（ES）とアライメント（AS）との複合型システムを、搭載フレーム（MF）に共通に搭載してサンプルマッピングシステムを形成できることを機能的に示す。
【図４−２】４ｃは上述のエリプソメーター（ES）とアライメント（AS）との複合型システムを、搭載フレーム（MF）に共通に搭載してサンプルマッピングシステムを形成できることを機能的に示す。
【図４−３】４ｄ、４ｅは実際の実施形態の搭載フレーム（MF）、ステージ（STG）およびサンプル（SAM）を示す。
【図４−４】４ｆは実際の実施形態の搭載フレーム（MF）、ステージ（STG）およびサンプル（SAM）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
ここで図面を参照すると、図１に、エリプソメーター（ES）とアライメント（AS）との複合型システムを示す。エリプソメーターシステム（ES）を、
電磁放射線ビームの光源（ELS）；
偏光子（P）；
サンプルを支持するためのステージ（SAM／STG）；
検光子（A）；
データ検出器（DDET）；および
前記サンプルを支持するためのステージ（SAM／STG）と、ユニットとしての、前記電磁放射線のエリプソメータービーム（EB）の光源（ELS）およびデータ検出器（DDET）との間での相対的「高さ」（H）位置決めを調整する手段；ならびにユニットとしての、電磁放射線のエリプソメータービーム（EB）の前記光源（ELS）および前記データ検出器に対する前記サンプル（SAM／STG）の相対的位置を２つの直交軸に沿って移動例えば平行移動させる手段；および任意選択的ではあるが、エリプソメーターの、前記サンプル（SAM／STG）に対する相対的方位を調整して、前記エリプソメータービーム（EB）の入射角度（AOI）および入射面（POI）（図３ｂを参照）を前記サンプル（SAM／STG）の表面に対して設定する手段、
を含むものとして例示する。
【００６０】
前記エリプソメーターシステムを、電磁放射線ビーム（EB）の前記光源（ELS）と前記データ検出器（DDET）との間に、任意選択的ではあるが、少なくとも１つの補償子（RC）および／または焦点調節手段（CL１）（CL２）（CL３）（CL４）を備えるように示している。使用中、前記電磁放射線の光源（WLS）からの電磁放射線のエリプソメータービーム（EB）は、斜めの入射角度で前記サンプル（SAM／STG）に到達し、このサンプルから、解析可能なデータを生じる前記データ検出器（DDET）へ反射する。
【００６１】
図２ａは、基本的なアライメントシステム（AS）を示し、このアライメントシステムは、
電磁放射線のアライメントビーム（AB）のアライメント光源（ALS）；
前記エリプソメーターシステムのサンプル（SAM）を支持するためのステージ（STG）上のサンプル（SAM／STG）に、前記アライメントアライメントビーム光源からもたらされる電磁放射線のアライメントビーム（AB）をフォーカシングすなわち焦点調節するための第１のアライメントビーム（AB）焦点調節手段（CLA1）；
前記サンプル（SAM）から反射するアライメントビーム電磁放射線を二次元検出器アレイ（SCRN１）に焦点調節するための第２アライメント焦点調節手段（CLA２）；および
前記二次元検出器アレイ（SCRN１）
を含む。
【００６２】
使用時、前記アライメント光源（ALS）からの電磁放射線のアライメントビーム（AB）を、斜めの入射角度で前記サンプル（SAM）に焦点調節し、かつこのサンプルから反射させて、前記二次元検出器アレイ（SCRN１）上に焦点調節する。
【００６３】
図２ｂには、サンプル（SAM）の前面（F）および背面（B）からそれぞれ反射したビーム成分が、二次元検出器アレイ（SCRN１）上に２つのスポットを形成できることを示している。前記スポット間の距離はサンプル（SAM）の厚さに関係する。
【００６４】
図３ａに示す前記アライメントシステム（AS）は、好ましくは、さらに
前記第２アライメント焦点調節手段（CLA２）と前記二次元検出器アレイ（SCRN１）との間に、前記サンプル（SAM）から反射する電磁放射線のアライメントビームの一部を第２二次元検出器アレイ（SCRN２）に向けるビームスプリッター（BS）
を含む。
【００６５】
前記エリプソメーターシステム（ES）とアライメントシステム（AS）は、電磁放射線のエリプソメータービーム（EB）と電磁放射線の前記アライメントビーム（AB）が前記サンプル（SAM）上に実質的に同じ位置に入射するように、互いに、搭載される。図３ｂは、サンプル（SAM）およびステージ（STG）を、直交軸の周りで回転させてアライメントビーム（AB）の（AOI）および（POI）を設定し得ることを示す。このことは、機能的に同等の回転機能が、おそらくは、代替的に、アライメントシステム（AS）に与えられることを示していると解釈されるべきである。この回転機能は、本発明で重要な、サンプル（SAM）とアライメントシステム（AL）との間の相対的回転である。
【００６６】
図３ｃは、サンプル（SAM）とアライメントシステム（AS）との間の高さ（H）を調節することによって、二次元検出器アレイ（SCRN１）上でスポット（HA）を動かせることを示す。図３ｄは、サンプル（SAM）とアライメントシステム（AS）との間の相対的な傾き／傾斜によって、第２二次元検出器アレイ（SCRN２）上でスポット（TTA）を（AOI）では縦方向すなわち垂直にかつ（POI）では横方向すなわち水平に動かせることを示す。前記図３ｃおよび図３ｄは実際に、本発明がどうしたら高さ（H）、ならびに（AOI）および（POI）を著しく迅速にに調節することが可能になるかに関する特定の情報（ｉｎｓｉｇｈｔ：インサイト）を与える。ステージ（STG）（図４ａ〜図４ｃではステージ（STG）は固定されていることに留意されたい）とアライメントシステム（AS）との間での相対的高さ（H）の移動例えば平行移動および（AOI）と（POI）の相対的回転を実施して、スポット（HA）および（TTA）を二次元検出器アレイ（SCRN１）および（SCRN２）上の「理想的」（Ｉ）位置として認識される位置に位置決めできる。これを達成するための方法論を、説明の本発明の開示セクションに説明する。
【００６７】
続いて、図４ａ〜図４ｃに示す、上述のエリプソメーターシステム（ES）とアライメントシステム（AS）との複合型システムがさらに：
前記エリプソメーターシステム（ES）とアライメントシステム（AL）との複合型システムを支持する搭載フレーム（MF）を含み、この搭載フレームは、立面図で分かるように、水平方向に向いた支持体から垂直方向に上方に突出している。図４ｃは、サンプル（SAM）を支持するための前記ステージ（STG）と、ユニットとしての、前記電磁放射線ビームの光源およびデータ検出器（まとめて（ES）で示す）との間での相対的「高さ」（H）位置決めを調整する手段が存在することを示す。その上、前記電磁放射線ビームの光源および前記データ検出器に対する前記サンプルの相対的位置を２つの直交軸に沿って移動例えば平行移動させる前記手段（HR）（DR）がある。前記サンプルに対してエリプソメーターの相対的方位を調整して、前記エリプソメーターのビームの入射角度および入射面を前記サンプル（SAM）の表面に対して設定するための前記任意選択的な手段（丸い矢印で示す）がある。
【００６８】
さらに、図４ｃに示す、サンプル（SAM）を支持するための前記ステージ（STG）は、サンプル（SAM）を、前記搭載フレーム（MF）の前記垂直方向に上向きに突出した平面からわずかにオフセットしたすなわちずれた平面内に固定するように向け、そこに入れられたサンプル（SAM）がそこから外れる（ｆａｌｌ  ｂａｃｋ：フォールバック）ことがなく、前記ステージ（STG）が、サンプルの縁にのみ接触するように構成されている（図４ａ参照）。また、サンプル（SAM）が前記ステージ（STG）に接触する、図４ａおよび図４ｃにおける前記ステージ（STG）の縁の複数の「クランプ手段」（LTCH）に留意されたい。前記クランプ手段は、サンプル（SAM）をステージ（STG）にその縁で固定して、前記サンプル（SAM）をよりしっかりと固定させ、かつそこでの非平坦な反りを減らせる。本発明で調査されるサンプル（SAM）の長さは、側面に沿って１メートル程度とし得るのだから、非平坦な表面であることが予期できることに留意されたい。
【００６９】
図４ａ〜図４ｃでは、本発明を、エリプソメーターシステム（ES）とアライメントシステム（AS）との複合型システムを支持する搭載フレーム（MF）を含むサンプル（SAM）マッピングシステムとして作り直すことができることを説明する。前記搭載フレーム（MF）は、立面図でみると実質的に横方向すなわち水平に向けられた支持体から実質的に縦方向すなわち垂直に上方に突出しており、およびこの場合には、前記エリプソメーターシステム（ES）とアライメントシステム（AS）との複合型システムは上述したものである。図４ｂに示す、エリプソメーターシステム（ES）をガイド（HR）で摺動式に水平にまたはガイド（VR）で摺動式に垂直に動かすことができることにも留意されたい。図４ｃに示すように、ガイド（DR）が、（H）（例えばサンプル（SAM）と複合システム（ES）との間の「高さ」）を調整するように適用され得る前進および後退運動を可能にする。図４ｃには、サンプル（SAM）が垂直に向けられておらず、むしろ垂直方位からわずかにオフセットした、固定された位置に搭載されていることを示す。これによりサンプル（SAM）をより固定させる。しかしながら、その利点を達成するためには、図示のような（AOI）および（POI）の調節機能をもたらすために複合システム（ES）が回転可能であることが必要となる。
【００７０】
図４ｂはまた、エリプソメーターシステム（ES）が入射ビームをエリプソメーターシステム（ES）に入射させることができる位置に搭載された標準サンプル（SSMP）を示していることに留意されたい。使用中、エリプソメーターシステム（E）を、公知の物理的性質および／または光学的性質を有する標準サンプル（SSMP）を「調査」するように位置決めでき、およびエリプソメーターシステム（ES）がそのように位置決めされている間に、データ検出器（DDET）から獲得したデータを使用して、回帰手順によってエリプソメーターシステム（ES）を較正することができる。この較正手法は、Johsらへの米国特許第５，８７２，６３０号明細書で説明されており、基本的には、サンプル（SAM）パラメータを評価するのと同じように、エリプソメーターシステム（ES）の構成部品を説明する数学的モデルでパラメータを評価する。
【００７１】
図４ｄ〜図４ｆに、実際の実施形態の搭載フレーム（MF）、ステージ（STG）およびサンプル（SAM）を示し、ガイド（HR）および（VR）、ならびに図４ａ〜図４ｃに機能的に示したようにエリプソメーターシステム（ES）とアライメントシステム（AS）との複合型システムが搭載フレーム（MF）に搭載されている位置を示す。
【００７２】
アライメントスクリーンおよび第２アライメントスクリーン（SCRN１）（SCRN２）は、照明源がアライメントシステム（AS）（図示せず）に加えられるときに、サンプルの像を提供するための手段として二重にすることができることにも留意されたい。これが行われるとき、係属中の出願、米国特許出願第１１／７８４，７５０号明細書に記載のように、サンプル（SAM）とアライメントシステム（AS）との間の相対的な傾斜がScheimpflug条件に適合するように設定される場合、サンプル表面の比較的大きな領域を焦点があった状態で見ることができる。７５０号出願は、参照のために本願明細書に援用される。
【００７３】
上記では、エリプソメーターシステムの密接に関連した応用について議論したが、特許請求の範囲は、
エリプソメーター；
偏光計；
反射率計；
スペクトロフォトメーター；および
ミュラー行列測定システム；
などのいずれの材料系調査システムも含むものとして広く解釈されるべきであり、これらは、
VUV（真空紫外）；
UV（紫外）；
可視；
赤外；
遠赤外；
無線波
などの少なくとも１つの波長帯における少なくとも１つの波長で動作する。
【００７４】
エリプソメーター、偏光計およびミュラー行列測定システムを反射率計またはスペクトロフォトメーターと比較したときの主な違いは、反射率計またはスペクトロフォトメーターは、偏光子（P）および検光子（A）などの偏光関連の素子を含まないことである。
【００７５】
最後に、二次元検出器アレイ（SCRN１）および第２二次元検出器アレイ（SCRN２）をCDDまたはCMOS Cameraなどとし得ることに留意されたい。
【００７６】
本発明の主題を説明したが、本発明の多くの修正例、代替例、および変更例がこの教示を考慮して可能であることは明白である。それゆえ、本発明を、具体的に説明した以外の方法で実施し得ること、およびその範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されることを理解されたい。
【図１】
2011524000.tif 000003
【図２】
2011524000.tif 000004
【図３】
2011524000.tif 000005
【図４−１】
2011524000.tif 000006
【図４−２】
2011524000.tif 000007
【図４−３】
2011524000.tif 000008
【図４−４】
2011524000.tif 000009
【国際調査報告】
2011524000.tif 000010