(57)【要約】可変照射（３０）または観察（４０）開口数、あるいは双方から得られる入射角測定を利用する、試料の差動開口数分析のためのデバイスおよび方法。度量衡適用が提供され、さらに詳しくはスカトロメーター、エリプソメーターおよび同様の分析方法を含み、ニ方向反射率または伝達分布関数測定を含む。該提供されたデバイスおよび方法は、可変開口数または開口（３０，４０）によって変化する、当るまたは散乱する角度の範囲と共に、最小の移動部品を利用する臨界的寸法の試料の分析を可能とする。
2004510972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生させるための源；
それにより、可変開口数が光線の照射が試料に当たる角度の範囲を変化させるパラメーターを決定するためのデータを得つつ、開口数範囲にわたって可変な可変照射開口数構成要素；
それにより、可変開口数が、試料からの散乱された光線が許容される角度の範囲を変化させるパラメーターを決定するためのデータを得つつ、開口数の範囲にわたって可変な可変観察開口数構成要素；および
可変観察開口数構成要素によって許容される光を受け取り、それを特徴付けるように位置した第１の検出系；
を含むことを特徴とする試料のパラメーターを決定するための装置。
【請求項２】
光ビームを発生させるための源；
それにより、光線の照射が試料に当たる角度の範囲を変化させるパラメーターを決定するためのデータを得つつ、開口数範囲にわたって開口数を変化させるための可変照射開口数構成要素；
固定された範囲の角度において試料からの散乱した光線を許容する観察開口構成要素；および
観察開口構成要素によって許容される光を受けとり、それを特徴付けるように位置した第１の検出系；
を含むことを特徴とする試料のパラメーターを決定するための装置。
【請求項３】
光ビームを発生させるための源；
光線の照射が試料に当たる角度の範囲を決定する照射開口構成要素；
それにより、試料からの散乱した光線が許容される角度の範囲を変化させるパラメーターを決定するためのデータを得つつ、増分開口数範囲にわたって開口数を変化させるための可変観察開口数構成要素；および
可変観察開口構成要素によって許容される光を受け取り、それを特徴付けるように位置した第１の検出系；
を含むことを特徴とする試料のパラメーターを決定するための装置。
【請求項４】
さらに、源によって発生した光ビームを試料に向けるように位置したビームスプリッターを含む請求項１、２または３記載の装置。
【請求項５】
さらに、当該レンズが試料に当たる照射光線を集束させ、試料からの散乱した光を集めるように位置したレンズを含む請求項１、２または３いずれか記載の装置。
【請求項６】
さらに、
当該構成要素が試料に当る光を偏光させるように位置した光を偏光させるための第１の構成要素；および
第１の検出系による受領および特徴付けに先立って、当該構成要素が試料から散乱した光を偏光するように位置した光を偏光させるための第２の構成要素；
を含む請求項１、２または３記載の装置。
【請求項７】
光を偏光させるための第１の構成要素および光を偏光させるための第２の構成要素が、偏光子、波プレート、電気光学モジュレーター、光弾性モジュレーターおよび液晶よりなる群から選択される構成要素を含む請求項６記載の装置。
【請求項８】
さらに、可変照射開口数に引き続いてではあるが、試料に当る前に、光の第１の部分を受け取り、それを特徴付けるように位置した第２の検出系を含む請求項１または２記載の装置。
【請求項９】
さらに、光の第１の部分を第２の検出系に向け、および光の第２の部分を試料に向けるように位置したビームスプリッターを含む請求項８記載の装置。
【請求項１０】
可変照射開口数が虹彩、ズームレンズアセンブリ、可変ビームエクスパンダー、可変開口停止拡大イメージングアセンブリ、開口の空間フーリエ変換停止アセンブリおよび前記の組合せを備えた開口よりなる群から選択されるメンバーを含む請求項１または２記載の装置。
【請求項１１】
虹彩が任意の形状のものである請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
第１の検出系が光ディテクタおよびスペクトロメーターよりなる群から選択されるメンバーを含む請求項１、２または３記載の装置。
【請求項１３】
第１の検出系が、光の受領および特徴付けに関するデータを記録するためのコンピューター−コンパチブル出力を含む請求項１、２または３記載の装置。
【請求項１４】
さらに、可変照射開口数構成要素の開口数および可変観察開口数構成要素の開口を制御するためのプロセッサを含む請求項１記載の装置。
【請求項１５】
可変照射開口数構成要素の開口数が０ないし約１の開口数範囲にわたって可変である請求項１または２記載の装置。
【請求項１６】
さらに、可変照射開口数構成要素の開口数を制御するためのプロセッサを含む請求項２記載の装置。
【請求項１７】
さらに、照射開口構成要素に引き続いてではあるが、試料に当る前に、光の第１の部分を受け取り、それを特徴付けるように位置した第２の検出系を含む請求項３記載の装置。
【請求項１８】
さらに、可変観察開口数構成要素の開口数を制御するためのプロセッサを含む請求項３記載の装置。
【請求項１９】
光ビームを発生させ；
光ビームを試料に集束させ；
少なくとも１つの可変開口数によって、試料への光ビームの入射の角度の範囲および試料からの検出された散乱の角度の範囲よりなる群から選択される少なくとも１つのパラメーターを変化させ；
散乱した光を検出し、特徴付ける；
工程を含むことを特徴とする試料のパラメーターを決定する方法。
【請求項２０】
少なくとも１つのパラメーターを変化させる工程が、試料への光ビームの入射の角度の範囲および試料からの検出された散乱の角度の範囲双方を変化させることを含む請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
試料への光ビームの入射の角度の範囲が第１の可変開口数によって変化し、および試料からの検出された散乱の角度の範囲が第２の可変開口数によって変化する請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
さらに、試料に当る光を偏光させ；次いで、
試料から散乱した光を偏光させる；
工程を含む請求項１９記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１つの可変開口数が、虹彩、ズームレンズアセンブリ、可変ビームエクスパンダー、可変開口停止拡大イメージングアセンブリ、開口の空間フーリエ変換停止アセンブリおよび前記の組合せよりなる群から選択されるメンバーを含む請求項１９記載の方法。
【請求項２４】
検出および特徴付けが、光ディテクタおよびスペクトロメーターよりなる群から選択されるデバイスを用いることを含む請求項１９記載の方法。
【請求項２５】
検出および特徴付けが、光の受領および特徴付けに関するデータを記録するためのコンピューター互換出力を含む請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
（関連出願の相互参照）
本出願は２０００年１０月３日に出願された差動開口数方法およびデバイスと題された米国仮特許出願番号６０／２３７，９５０の出願の利益を主張し、その明細書は引用によりここに一体化される。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
（発明の背景）
（発明の分野（技術分野））
本発明は方法、さらに詳しくは入射角測定を利用するスカテロメーター、エリプソメーターおよび同様の分析方法、なおさらに詳しくは照射の差動変化および観察開口数およびそれに基づく決定を利用する装置および方法に関する。
【０００３】
（背景技術）
以下の議論は著者および発行年度によって多数の刊行物に言及していること、および最近の発行日により、ある刊行物は、本発明に関する先行技術とは考えられないことに注意されたし。ここでそのような刊行物について議論するのはより完全な背景のためであり、そのような刊行物が特許性を判断する際の先行技術にあたることを認めるものと解釈されるべきではない。
【０００４】
マイクロエレクトロニックおよびオプトエレクトロニック半導体材料、コンピューターハードディスク、光学ディスク、よく磨かれた光学構成要素、および数十ミクロンないし１／１０ミクロン未満の範囲の横寸法を有する他の材料の微細構造を特徴付けるのに、種々のスカテロメーターおよび関連デバイスおよび測定が用いられてきた。例えば、Ａｃｃｅｎｔ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造され販売されるＣＤＳ２００スカトロメーターは、部分的には米国特許第５，７０３，６９２号に開示された、十分に自動化された非破壊的臨界的寸法（ＣＤ）測定および断面プロフィール分析系である。このデバイスは、レーザービームを高開口数レンズ系の進入瞳孔を横方向にわたって走査することによって、入射角度および偏光の関数として試料の鏡面反射を測定する。このデバイスは、同時に断面プロフィールを測定し、かつ層厚み評価を行いつつ、１ｎｍ未満の臨界的寸法を反復して解像することができる。このデバイスは、照射光ビームの入射角の関数として単一回折次数の強度をモニターする。試料からの０次または鏡面次数ならびにより高い回折次数の強度変化はこの方法でモニターすることができ、これは、照射される試料標的の特性を測定するのに有用な情報を与える。試料標的を製造するのに用いるプロセスは試料標的の特性を決定するので、該情報はプロセスの間接的モニターとしても有用である。この方法は半導体加工の文献に記載されている。米国特許第４，７１０，６４２号、第５，１６４，７９０号、第５，２４１，３６９号、第５，７０３，６９２号、第５，８６７，２７６号、第５，８８９，５９３号、第５，９１２，７４１号および第６，１００，９８５号に記載されたものを含め、スカテロメーター分析用の多数の方法およびデバイスが教示されている。
【０００５】
スカテロメーターおよび関連デバイスは種々の異なる操作方法を使用することができる。１つの方法においては単一の既知の波長源が用いられ、入射角θは測定される連続的範囲にわたって変化する。もう１つの方法においては多数のレーザービーム源が使用され、所望により、各々を異なる入射角θで用いる。さらにもう１つの方法においては、ある範囲の波長および所望により一定に保持された入射角θから照射された入射光と共に、広いスペクトルの入射光線源が用いられる。得られた回折相を検出するためのディテクタと共に、ある範囲の入射相を生じさせるためにオプティックスおよびフィルターを利用する可変相光構成要素も知られている。また、光偏光をＳからＰ成分に変化させるためにオプティックスおよびフィルターを利用する可変偏光状態光成分を使用することもできる。また、光または他の放射源が標的領域の周りを回転するか、あるいは標的が光または他の放射源に対して回転するように、入射角をある範囲Φにわたって調整することも可能である。これら種々のデバイス、およびその組合せまたは順列のいずれかを利用し、試料標的につき回折シグニチャーを得るのは可能であり、そうすることは知られている。
【０００６】
スカテロメーターデバイス以外に、ディテクタによって捕獲された光と共に、回折格子のような、標的試料で反射し得る、またはそれを通って伝達されえる光ベースの源を用いて、０次またはより高次の回折次数において回折シグニチャーを測定することができる他のデバイスおよび方法がある。これらの他のデバイスおよび方法はスカテロメーター以外にエリプソメーターおよびリフレクトメーターを含む。
【０００７】
種々の技術およびデバイスを利用してＣＤを測定する多数の方法が先行技術に開示されている。従って、Ｐｉｗｏｎｋａ−Ｃｏｒｌｅらに対する米国特許第５，９１０，８４２号は、ある範囲の入射角にわたって反射オプティックスを使用する分光エリプソメトリーのための方法およびシステムを開示する。これは、選択された狭い範囲の入射角を観察するための、その中の開口と共にアクチュエーターに位置するプレートを開示する。しかしながら、この特許は、差動的に開口を開いて、より広い範囲の入射角を積分することを開示しない。
【０００８】
ＡｓｐｎｅｓおよびＯｐｓａｌに対する米国特許第５，８７７，８５９号およびＦａｎｔｏｎおよびＯｐｓａｌに対する関連する米国特許第５，５９６，４１１号はエリプソメーターおよびエリプソメトリーの方法を開示する。ある具体例における開口の使用は開示されているが、結局はディテクターアレイ上にイメージされる試料の視野のサイズを制御するためだけてある。関連するアプローチにおいて、角度−積分エリプソメーターも提供されるが、大きな範囲の波長にわたる固定された範囲の角度におけるものである。
【０００９】
Ｓｐａｎｉｅｒらに対する米国特許第５，１６６，７５２号はエリプソメーターおよびエリプソメトリーの方法を開示する。これは種々の開口を提供するが、測定サイクルの間に開口を変化させることを開示せず、さらに複数の異なる入射光線角度の別々の同時検出を含む。
【００１０】
ＣＤの測定で使用する１つの方法は、ＢＲＤＦ（ニ方向反射率分布関数）と呼ばれるものの測定による。この方法においては、ＢＲＤＦは、ストークスベクトルＳによって記載される偏光状態にて方位角Φおよび天頂角θで中心となる差動立体角δΩに散乱した方位角Φ０および天頂角θ０で散乱表面に入射するストークスベクトルＳ０によって記載される波長λおよび偏光状態の光ビームの分率である。ほとんどの表面についてのＢＲＤＦは、入射フォトンの入射角およびストークスベクトル、散乱方向、および表面特性の複雑な関数である。対照的に、理想的な鏡は最も単純なＢＲＤＦを有し：それは、散乱した天頂角が入射天頂角に等しく、かつ散乱方位角が入射方位角と反対である場合に１であり、全ての他の散乱角度については０であり、散乱された偏光状態は入射偏光状態と等しい。
【００１１】
多くの表面は、そのＢＲＤＦを記載するのに必要な独立測定の数を減少させる対称特性を有する。例えば、誘電性材料から構築した有限横方向寸法の回折格子は、格子溝に対して直角に入射する光の偏光状態を回転または混合しない。この直角向きの入射変更状態に対するＢＲＤＦの依存性は、単純に、ＳおよびＰの入射偏光状態を表す２つの独立したＢＲＤＦとして記載される。これらの条件下では、ＢＲＤＦは１８０度の格子方位回転下でやはり対象である。商業用スカトロメーターにとって、これらの対称性を利用してＢＲＤＦモデルおよび測定装置を単純化するのは典型的である。
【００１２】
ＢＲＤＦは表面散乱の定量のための広く適用できる定義であって、光を広く多くの方向に散乱させる光学的に粗い表面に対して最もしばしば適用される。対照的に、最も普通の光学表面は光を広く散乱させず；それらは光学的に平滑であって、単純な鏡に似たＢＲＤＦを有する。そのような表面は、典型的には、それらの十分なＢＲＤＦを述べることによるよりもむしろ、反射率、回折効率または偏光回転によって記載される。しかしながら、これらの表面特性はより一般的なＢＲＤＦの特殊な場合である。
【００１３】
不透明な光学表面はそれらのＢＲＤＦによってよく記載される。しかしながら、半透明な光学表面の記載は、さらに、ＢＲＤＦと類似に伝達測定につき定義されるニ方向伝達分布関数（ＢＴＤＦ）の記載を必要とするであろう。ＢＲＤＦおよびＢＴＤＦは、それら自体、最も一般的な条件下で表面散乱を記載するニ方向散乱分布関数（ＢＳＤＦ）のサブセットである。
【００１４】
半導体産業では、統合された加工および製造デバイスが構築されつつあり、種々のステッパーまたは暴露構成要素を取り込み、構成要素を開発し、構成要素、方法用素などを熱処理する。従って、いずれかの慣用的なサイズの標準シリコンウエハーは統合された加工および製造デバイスに導入され、全ての製造および方法工程が、デバイスを出るその上にエッチングされた所望の構造を持つ仕上げられたウエハーでもって、一般にコンピューター制御下にてデバイス内で行われる。このアプローチの場合、好ましくはＣＤ測定のような一体化した測定技術を必要とする。従って、これらの構成要素は可能な程度まで小型化され、最も小さい可能なフットプリントを占有し、さらに最小の可動パーツを有するのが望ましい。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
１つの具体例において、本発明は試料のパラメーターを決定するための装置を提供し、該装置は光ビームを発生させるための源；パラメーターを決定するためのデータを得つつ、開口数範囲にわたって可能な可変照射開口数構成要素、変化する開口数は、それにより、光線の照射が試料にわたる角度の範囲を変化させ；パラメーターを徹底するためのデータを得つつ、開口数範囲にわたって可変な可変観察開口数構成要素、変化する開口数は、それにより、試料からの散乱光線が許容される角度の範囲を変化させ；および可変観察開口数構成要素によって許容される光を受け取り、それを特徴付けるように位置した第１の検出系を含む。該装置が、さらに、該源によって発生した光ビームを試料に向けるように位置したビームスプリッターを含むことができ、さらに、当該レンズ系が試料に当たる照射光線を集束させ、試料からの散乱光線を収集するように位置したレンズ系を含むことができる。関連する具体例において、該装置は、当該構成要素が試料に当る光を変更させるように位置した光を偏光させるための第１の構成要素；および当該構成要素が、第１の検出系による受領および特徴付けに先立って試料から散乱した光を偏光させるように位置した光を偏光させるための第２の構成要素を含む。光を偏光させるための第１および第２の構成要素は偏光子、波プレート、電気工学モジュレーター、光弾性モジュレーター、液晶またはいずれかの偏光回転デバイスを含むことができる。また、該装置は、可変照射開口数に引き続いてではあるが、試料に当るに先立って、光の第１の部分を受領し、それを特徴付けるように位置した第２の検出系を含むことができ、そのような検出系は所望により偏光された光検出のための構成要素を含んでもよい。ビームスプリッターは、光の第１の部分を第２の検出系に、および光の第２の部分を試料に向けるように位置させることができる。該装置においては、可変照射開口数は虹彩、ズームレンズアセンブリ、可変ビームエクスパンダー、可変開口停止拡大イメージングアセンブリ、開口の空間フーリエ変換停止アセンブリまたは前記の組合せを含むことができる。該可変開口停止拡大イメージングアセンブリは投影されたイメージを供するアセンブリを含むことができる。該虹彩は、限定されるものではないが、虹彩を形成する液晶アレイを含めた非機械的虹彩を含むことができる。虹彩はいずれの形状のものであってもよい。該装置においては、第１の検出系は光ディテクタまたはスペクトロメーターであってもよい。また、第１の検出系は光の受領および特徴付けに関するデータを記録するためのコンピューター互換出力を含むことができ、さらに、可変照射開口数構成要素の開口数および可変観察開口数構成要素の開口を制御するためのプロセッサを含むことができる。該装置においては、可変照射開口数構成要素の開口数は０ないし約１の開口数範囲にわたって可変であり得る。同様に可変観察開口数構成要素の開口数は０ないし約１の開口数範囲にわたって可変であり得る。
【００１６】
関連する具体例において、該装置は光ビームを発生させるための源；それにより、照射光線が試料に当たる角度の範囲を変化させるパラメーターを決定するためのデータを得つつ、開口数範囲にわたって開口数を変化させるための可変照射開口数構成要素；固定された範囲の角度にて試料からの散乱光線を許容する観察開口構成要素；および観察開口構成要素によって許容される光を受領し、それを特徴付けるように位置した第１の検出系を含むことができる。
【００１７】
もう１つの関連具体例において、該装置は、光ビームを発生させるための源；照射光線が試料に当る角度の範囲を決定する照射開口構成要素；それにより、試料からの散乱された光線が許容される角度の範囲を変化させるパラメーターを決定するためのデータを得つつ、増分開口数範囲にわたって開口数を変化させるための可変観察開口数構成要素；および可変観察開口構成要素によって許容される光を受け取り、それを特徴付けるように位置した第１の検出系を含むことができる。
【００１８】
本発明は、さらに、試料のパラメーターを決定する方法を提供し、該方法は、光ビームを発生させ；光ビームを試料に集束させ；少なくとも１つの可変開口数によって、試料への光ビームの入射の角度の範囲および試料からの検出された散乱の角度の範囲よりなる群から選択される少なくとも１つのパラメーターを変化させ；次いで、散乱された光を検出し、それを特徴付ける工程を含む。該方法において、少なくとも１つのパラメーターを変化させる工程は、試料への光ビームの入射の角度の範囲および試料からの検出された散乱の角度の範囲双方を変化させることを含むことができる。試料への光ビームの入射の角度の範囲は第１の可変開口数によって変化させることができ、試料からの検出された散乱の角度の範囲は第２の可変開口数によって変化させることができる。該方法は、さらに、試料に当る光を偏光させ、次いで、試料から散乱された光を偏光させる工程を含むことができる。該方法においては、該少なくとも１つの可変開口数は虹彩、ズームレンズアセンブリ、可変ビームエクスパンダー、可変開口停止拡大イメージングアセンブリ、開口の空間フーリエ変換停止アセンブリまたは前記の組合せを含むことができる。検出および特徴付けは光ディテクタまたはスペクトロメーターの使用を含むことができ、さらに、光の受領および特徴付けに関するデータを記録するためのコンピューター互換出力を含むことができる。
【００１９】
本発明の主な目的は、差動開口数技術によって、構造、特に規則的構造のＣＤ測定のための方法およびデバイスを提供することにある。
【００２０】
本発明のもう１つの目的は、入射角の範囲が可変開口数構成要素によって変化させられるスカトロメトリーまたはエリプソメトリー分析のための方法およびデバイスを提供することにある。
【００２１】
本発明のもう１つの目的は、小さくかつ異なる増分によって、構造表面に照射光線が当る角度の範囲を変化させる照射系が使用され、それにより、可変照射開口数が提供され、あるいは小さくかつ異なる増分によって、試料から散乱された光が許容される角度の範囲を変化させる観察系が使用され、それにより、可変観察開口数が提供され、あるいはそのような照射系および観察系双方が使用される、構造のＣＤの異なる開口数分析の方法を提供することにある。
【００２２】
本発明のもう１つの目的は、観察開口数に散乱されたパワーを記録しつつ、照射開口数または観察開口数、あるいは双方を差動的に変化させるための方法およびデバイスを提供することにある。
【００２３】
本発明のもう１つの目的は、可変照射開口数または可変観察開口数、あるいは双方に関連する観察を利用して、部分的には、照射および観察開口数にわたって散乱モデルを積分することによって、構造表面からの散乱を記載するモデルにおいて未知のパラメーターを見出す方法およびデバイスを提供することにある。
【００２４】
本発明の主な利点は、本発明が最小の移動パーツを持ち、かつ非常に小さなフットプリントを占有するスカトロメトリーまたはエリプソメトリーのためのデバイスを提供することである。
【００２５】
本発明のもう１つの利点は、本発明が、集積半導体加工および製造デバイスにおいてモジュールまたは構成要素として組み込むことができるＣＤ決定のためのデバイスを提供することである。
【００２６】
本発明のもう１つの利点は、本発明が、スカトロメトリーまたはエリプソメトリー技術のいずれかに、あるいは一般にはＢＲＤＦ、ＢＴＤＦまたはＢＳＤＦ分析を使用するいずれかの方法に適用することができるＣＤ計測学のための方法を提供することである。
【００２７】
本発明のさらにもう１つの利点は、それが、可変開口数構成要素において開口数を変化させることによって、種々の入射または反射角、あるいは双方を通じて走査する方法を提供することである。
【００２８】
本発明の他の目的、利点および新規な特徴、ならびに適用のさらなる範囲は、添付の図面と組み合わせて、以下の詳細な記載に部分的に記載されており、部分的には、以下を精査すると当業者に明らかであり、あるいは本発明の実施によって学ぶことができる。本発明の目的および利点は、添付の請求の範囲に特に指摘された装備および組合せによって実現し、達成することができる。
【００２９】
［発明の実施の形態）］
本発明のデバイスの一般化された具体例は図１に提供する。光源２０はビーム１００を照射するための光源を供し、その光源２０は可視スペクトル内でまたは外でいずれかの形態の光を生じさせることができる。光源２０は便宜には単色光を生じさせ、好ましくは、コヒーレントな光を生じさせ、従って、従来のレーザー、発光ダイオード等を使用することができる。しかしながら、本発明の具体例においては、後記するごとく、他の光源および光の形態を使用することもできる。光源２０によって生じたビームを照射するカラムは、照射開口３０を部分的に通過し、その照射開口３０はサイズまたは形状、あるいは双方に関して測定または走査のプロセス中に変化させることができる。１つの具体例において、照射開口３０は図１０に示したような虹彩を含む。図１０Ａにおいて、可変スリット虹彩５１０がプレート５００中に設けられ、その可変スリット虹彩は、図１０Ａに示すごとく、異なる幅に伸ばすことができる。同様に、図１０Ｂにおいて、可変四角虹彩５２０が設けられ、図１０Ｃにおいては、可変円状虹彩５３０が設けられる。虹彩はいずれの形状または配置であってもよく、本発明は図１０の例示的形状に限定されないことが理解される。
【００３０】
照射開口３０を出る照射ビーム１００のその部分は部分的ビームスプリッター５０を横切り、照射ビーム１００の一部はビームスプリッター５０によって反射されてビーム１１０を形成し、残りはビーム１０５としてビームスプリッター５０を横切る。ビームスプリッター５０は、照射ビーム１００を少なくとも２つの成分に分割する光学または光学含有成分であり得る。図１に示すごとく、そのような成分は９０°の角度にてビーム１００を分割することができるか、あるいは図１のデバイスの機能と一致するいずれかの他の角度にて分割できる。ビームスプリッター５０は、従来通り、半透明反射鏡、立方体ビームスプリッター、偏光立方体ビームスプリッター、またはビームスプリッターの機能を実行するいずれかの他の構成要素または複数構成要素であり得る。
【００３１】
反射したビーム１１０は、２以上の個々のレンズまたは他の光学構成要素を含む、対物レンズ系のような収束レンズ系であり得るレンズ６０によって集束される。レンズ６０は試料表面９５である範囲の入射角を生じ、該入射角は照射開口３０、レンズ６０からの試料表面９５の距離、ビーム１１０のスペクトルの内容、およびレンズ６０の光学特性によって決定される。一般には、例えば、ウエハー上の回折格子であり得る試料表面９５をホールダー９０に設置し、それが、ビーム１００を含む光を散漫に散乱させるであろう。レンズ６０の開口数内の散乱した光のその部分はレンズ６０を通って移動し、散乱したビーム１２０として散乱した光のカラムを形成する。レンズ６０の光軸からのいずれかの与えられた光線の距離およびそのような光線が表面９５から散乱する角度の間の関係は、図１のデバイスの光学特性の知識から性格に見積もることができる。
【００３２】
ビーム１２０はビームスプリッター５０を通過し、観察開口４０を部分的に通過し、その観察開口４０はサイズまたは形状、あるいは双方に関して制御することができる。１つの具体例において、観察開口４０は図１０に示すように、また、照射開口３０に対して前記したような虹彩を含む。観察開口４０の直径、またはより一般的にはその形状またはサイズを調整することによって、検出系７０は、散乱角度の特定範囲に対応するビーム１２０の一部を形成する散乱光線を受け取る。同様に、照射開口３０の調整は、試料表面９５に入射する角度の範囲を変化させる。
【００３３】
検出系７０はビーム１２０を形成する光に関連したいずれかのパラメーターを検出し、それにより、受け取った光を特徴付けるいずれかのディテクタデバイスを含むことができる。これは、例えば、強度、偏光状態、分光特性等を含むことができる。１つの具体例において、検出系７０は１以上の光ダイオード、光電子増倍管、あるいはビーム１２０を形成する光の波長もしくは強度、または双方を検出するのに適した他のエレメントを含む。単一のエレメントディテクタは、観察開口４０または照射開口３０あるいは双方の開口数の変化の結果として、試料表面９５に入射する角度の範囲の積分測定を供する。もし散乱特性の波長依存性を調べるべきであれば、光源２０は測定に渡って系列的な異なる波長の光を供することができるか、あるいは光源２０は白色光または短い、典型的にはフェムト秒ないしピコ秒範囲のレーザーパルスを供することができる。従って、検出系７０は、調べるべき特性および使用する光の形態に適切なように、回折格子モノクロメーター、チューナブルファブリー・ペロ共鳴器、プリズム、または多数の標準的分光ツールのいずれかのようなスペクトル分解系を含むことができる。１つの具体例において、検出系７０は並行した波長の広い範囲または組にわたる測定を可能とし、これは、試料が無視できる非線形特性を有する場合に特に有利である。というのは、照射スペクトルの各成分は従って効果的に独立しているからである。もう１つの具体例において、検出系７０は、もし設けられれば、ディテクタエレメントまたは複数エレメント上に観察開口４０の定められた範囲の角度内の全ての光を集めるためのビームコンセントレーターまたは他の集束エレメントを含む。検出系７０は、その構成要素の一部として、または別々の一部として、さらに種々のデータプロセッシング構成要素を含むことができ、これは、所望により、プロセッサ、データ貯蔵手段およびデータ検索手段のようなコンピューターを含むことができる。検出系７０のコンピューターまたはプロセッサ構成要素、または別々の構成要素は、従って、記録データ、選択的に再現するデータ、データ解析、モデル系の作成、モデルに対する比較などを提供することができる。
【００３４】
図１のデバイスは、さらに、所望により、検出系８０を含み、その検出系８０は検出系７０と同一であっても異なってもよい。検出系８０は、ビーム１０５を形成する光に関連するいずれかのパラメーターを検出するためのいずれかのディテクタデバイスを含み、好ましくは、ビーム１０５の既知の部分であるビーム１０５を測定し、それにより、図１のデバイスのキャリブレーションで用いるための１以上のデータ組を供することによって、部分的には、ビーム１００の照射パワーをモニターするための光ディテクタを含む。１つの具体例において、検出系８０はディテクターアレイを含む。従って、検出系８０は１次元および好ましくは２次元のディテクターアレイのいずれかを含むことができる。そのようなアレイは光ダイオード、電荷結合デバイス、または検出すべき波長および強度に適した他のディテクターアレイを含むことができる。ディテクターアレイの使用は、入射角の対応する範囲にわたってビーム１０５の測定を供する。同様に、いずれかの他の所望のパラメーターを種々の統計学的解析技術のいずれかでの使用を含めたキャリブレーションデータとして測定し、使用することができる。
【００３５】
図１の模式図に示したデバイスは試料表面９５の単一の点のみの照射を説明するが、本発明のデバイスは、照射された領域および観察進入ウインドを試料の横方向寸法にマッチさせるためのイメージングオプティックスを含むことができる。従って、分析される試料表面９５の領域は、部分的には、使用する光の波長および試料表面９５の一部を形成する構造のサイズによって決定される。
【００３６】
図２のデバイスは別の具体例を提供し、ここに、照射開口数構成要素１３０は、照射ビーム１００のカラムの直径を変化させる調整可能な望遠鏡、または調整可能なビームエクスパンダーを含む。調整可能な望遠鏡、ズームレンズアレイ、調整可能なビームエクスパンダーなどのような光学エレメントの使用を介して、ビーム１００の全照射パワーを変化させることなく、効果的な照射開口数を変化させることができる。典型的な調整可能なビームエクスパンダーは約１：１ないし約６：１の限定された範囲にわたって調整するが、より強力なビームエクスパンダーが知られており、構築することができ、これは、適切にはズームレンズとの組合せによる構築を含む。観察開口４０を、観察開口４０に引き続いてではあるが、ディテクタ７０に先立って、散乱されたビーム１２０のカラムの直径を変化させる調整可能なビームエクスパンダーまたは同様のオプティックスと組み合わせて使用することができるように他の組合せおよび順列が可能である。
【００３７】
図３は、偏光構成要素１５０が含まれ、所望により、偏光構成要素１５５が含まれる本発明の具体例を示す。偏光構成要素１５０および１５５は線形偏光子、回転可能な４分の１波プレートのような回転可能な波プレート、または他の偏光オプティックスを含むことができる。偏光構成要素１５０および１５５は、照射ビーム１００または散乱したビーム１２０、あるいは双方の偏光状態を制御するように選択することができる。そのような具体例において、ディテクタ系７０、および所望によりディテクタ系８０は、ビーム１２０を形成する光の偏光状態に関連する１以上のパラメーターをさらに測定する。構成要素の配置は本発明の範囲内で変更可能なことが理解されるべきである。例えば、偏光構成要素１５０は光源２０の一部を形成することができ、従って、照射開口３０の前または後とすることができる。同様に、偏光構成要素１５５は観察開口４０の前または後とすることができる。照射開口数構成要素１３０は偏光構成要素１５０とともに使用することができ、その一部を形成することができ、あるいは別の構成要素であってもよく、および構成要素１３０の前または後のいずれかであってもよい。変更オプティックスを使用するいずれかのそのような具体例において、標準エリプソメーター分析方法は、所望により、光軸からの距離と共に散乱した視野のエリプソメーター状態の可能な変化を説明するように拡大することができ、従って、測定系に対するこれらの構成要素の効果の正確なモデルを提供する。
【００３８】
図４において、別の具体例のデバイスが提供され、ここに、検出系７０はディテクターアレイを形成する複数のディテクタ７２を含む。従って、検出系７０は一次元（例えば、ディテクタの単一の列または単一の行）および好ましくはニ次元ディテクターアレイのいずれかを含むことができる。そのようなアレイは、検出すべき波長および強度に適した、光ダイオード、電荷結合デバイスまたは他のディテクターアレイを含むことができる。ディテクターアレイの使用は、ある範囲の散乱角度にわたる測定を供する。ディテクタ７２は、さらに、ビデコン、ヌベコンなどのような空間的に分解された強度測定を供する検出エレメントを含めたいずれかのデバイスを含むことができる。図４のデバイスは観察開口４０を含むが、ディテクターアレイを形成する複数のディテクタ７２を観察開口４０無しで使用することができ、あるいは観察開口数構成要素１４０と共に使用することができる。図３の偏光オプティッツクエレメントは図４のアレイと共に使用することができる。図４は、さらに、ディテクターアレイを形成する複数のディテクタ８２を含めた検出系８０を示し、そのアレイはディテクタ７２に記載した通りとすることができる。ディテクタ８２のアレイは本発明のいずれかの具体例で使用することができ、図４の具体例に限定されない。
【００３９】
図５は別の具体例のデバイスを提供し、ここには、可変照射開口または機能的に同様な照射開口数構成要素は設けられておらず、ここにおける、唯一の可変開口は観察開口４０である。この具体例は散漫に散乱させる表面を特徴付けるために用いることができるが、一般には、波長下回折格子のようなほとんど鏡面である表面にはうまく適合しない。補充的な別の具体例のデバイスが図６に示されているが、ここでは、可変照射開口３０には固定された観察開口４５が設けられている。この場合、レンズ６０の開口数および固定された観察開口４５内の散乱光の全ては常に観察され、該範囲の照射角度は照射開口３０によって変化する。この具体例は弱く散漫に散乱する表面で使用することができ、ここに、散乱効率は入射角で強く変化する。限定されるものではないが、散乱角の全範囲を含めた大きな範囲の観察は、限定された観察開口数で得ることができるものよりもシグナルレベルを増大させる。
【００４０】
加えて、開口ストップを直接的に調整するよりはむしろイメージング技術によって、開口数を変化させまたは実行することができる。多くの適用では、イメージング技術の使用は優れた結果を提供する。例えば、特に照射開口のための虹彩の使用は、虹彩を通る光の通過の結果として回折リングを生じさせることができる。従って、ピンホール開口の結果空気ディスクがもたらされ、これは回折次数を表す同心円を伴う。システムデザインは、特に、レンズ６０が２以上の個々のレンズおよび開口ストップを含めた集束レンズ系のような対物レンズ系を含む場合に、照射虹彩をレンズ６０の開口ストップ上にイメージすることによって回折を説明することができる。使用されるイメージング系は、典型的には、図面に示したレンズに加えて１以上のレンズを含み、さらに、当該分野で知られた他の光学エレメントを含むことができる。また、使用されるイメージング系は照射虹彩を拡大または縮小することもでき、それにより、開口数の変化を行うことができる。
【００４１】
従って、限定されるものではないが、（ａ）物体の有効焦点長さを拡大または縮小するのに用いることができ、それにより開口数を増加または減少させるズームエレメント；（ｂ）可変倍率にて開口ストップをイメージングすることによって、（関連光円錐の直径を決定する）開口ストップの有効サイズの調整；（ｃ）スライド上での開口ストップ、またはより特別には開口ストップの空間的フーリエ変換のプリンティング、あるいは次いで、系に投影され、それにより、スライドまたはパターンの変化が開口ストップを変化させる空間的光モジュレーターにおける開口ストップのパターニング；（ｄ）虹彩の開閉によるような開口のサイズの直接的変化；および（ｅ）前記したもののいずれかまたはいくつかの組合せまたは順列を含めた、開口数を調整するのに使用できるいくつかの技術があることになる。また、液晶が光をブロックまたは伝達するスイッチまたはセルとして働き、それにより、開口の一部を形成するように、液晶構成要素によって開口数を変化させることができるのは可能であり、考えられる。液晶アレイまたはパネルの使用はさらに偏光子機能を提供することができる。従って、本発明のデバイスが動く機械的部品を有しないように、液晶アレイまたはパネルの使用は可変開口数構成要素の一部を形成することができる。前記の全てはここに開口数の開示に含ませることが意図され、図面および記載したデバイスにおいて、開口数を変化させる前記方法のいずれかを置き換えることができる。
【００４２】
図８Ａは、差動開口数（ＤＮＡ）シグニチャーが異なる回折格子試料の間を区別することを示すために後に記載されるごとく利用される別の具体例のデバイスを提供する。ヘリウム・ネオンレーザーのような光源２２０からの光３００はビーム３１０を形成する部分的ビームスプリッター２４０から反射され、そのビームは、ベース２９０上の回折格子試料２９５上の溝に沿ってビームを偏光するＧｌａｎ−Ｔｈｏｍｓｏｎ偏光子のような偏光子２５０を通過する。ビーム３１０の直径は、それがレンズ２８０およびレンズ２８５を含むニュートン望遠鏡を通過するにつれて６倍だけ拡大され、従って、得られるビーム３２０は顕微鏡対物レンズ２６０の開口を満足させるのに十分な大きさになる。狭い矩形スリットを持つパネル２３０は、レンズ２８０およびレンズ２８５を含む望遠鏡および顕微鏡対物レンズ２６０の間に位置し、薄い矩形ビーム３３０へのビーム３２０を形成し、その位置は、マイクロメーター押込パネル２３０のダイアルとしてその長い軸に沿って移動する。図８Ｂに示したスリット２３５は、回折格子検体２９５上の溝に沿って縦に向いている。１つの具体例において、スリット２３５は幅がほぼ５００μｍであり、顕微鏡対物レンズ２６０の開口と少なくとも同程度に長い。顕微鏡対物レンズ２６０は矩形ビーム３３０を検体２９５上に集束させ、反射したビーム３４０を平行とする。その戻り経路のスリット２３５を通過する反射したビーム３４０の一部は偏光子２５０によって再度偏光され、ビームスプリッター２４０を通過し、バックグラウンド光を除去するスペクトルフィルター２７５を通過し、次いで、光ディテクタ２７０を励起させる。ＤＮＡシグニチャーはスリット２３５の位置の関数としての光ディテクタ２７０応答である。
【００４３】
図８の具体例において、スリット２３５はビームスプリッター２４０の後に、また、対物レンズ２６０に近接して置かれる。これはスリット２３５からの回折の効果を最小化し、これは、一般に、照射角の範囲がそれで規定されるクリスプネスを低下させる。別の具体例は、ビームスプリッターの前で、図１のデバイスによって示される位置に照射開口を保持し、加えて、照射開口のイメージを顕微鏡対物レンズ２６０の開口ストップまでリレーするためのイメージング系を含む。
【００４４】
本発明のデバイスは、一般に、入射方向、および所望により波長および偏光状態の関数としての既知の強度の照射を供し、特定の方向および所望により変更状態へ観察された表面によって散乱された光の観察を提供する。観察の効率は公知の方法で変化させることができる。一般にここでＢＲＤＦと呼ばれている表面モデルは、与えられた偏光状態で与えられた方向から入射する与えられた波長における光線は特定の方向および偏光状態に散乱されるであろう確率を供する。散乱確率は試料の表面パラメーターに依存し、本発明のデバイスおよび方法が決定するのはこれらのパラメーターである。該範囲の照射状態にわたってＢＲＤＦおよび照射機能を関連させることによって、特定の方向および偏光状態に散乱された光の強度を構築することが可能である。次いで、散乱された強度および観察効率を該範囲の観察状態にわたって関連させる。この関連の結果を、照射状態、観察状態および表面パラメーターのその組合せについての測定されたＤＮＡデータと比較することによって、シミュレーションおよび測定の間の誤差が決定される。次いで、照射または観察状態、あるいは双方を差動的に変化させ、それにより、新しいデータおよび誤差点を生じさせる。所望の数の点が測定されるまで、このプロセスを反復する。測定されたデータを利用し、表面パラメーターを変化させることができ、最低の誤差をもたらす表面パラメーターの組が決定されるまで、シミュレーションおよび誤差計量を再度計算する。表面パラメーターの組がこのようにモデル、技術および実験誤差の精度内で見出されれば、分析は完了となる。
【００４５】
従って、本発明の方法およびデバイスは、照射または観察開口数、あるいは双方の範囲にわたって与えられた検体につきデータ点の決定を供し、開口数のその範囲は必然的にある範囲の入射および／または散乱角を定める。データ点は段階状または経時的であり得ることが理解される。例えば、照射開口数構成要素の開口数は、いずれかの所望の速度にて、０ないし約１の範囲にわたって、徐々に増加または減少し得る。各増分工程において、検出された該範囲の角度にわたって散乱された光の強度を測定する。次いで、このデータを段階的に蓄積することができる。別法として、開口数は、初期開口数および変化の速度に相関する散乱された光の強度の検出により、経時的に既知の速度で変化し得る。同様に、観察開口数は、所望により、増分工程において、または既知の速度で変化させることができ、散乱された光の強度の検出に相関させることができる。この手段によって、入射角および検出された散乱角をこの変化にて変化させることができ、それにより、ＢＲＤＦの決定を含めた分析のための基礎を提供する。
【００４６】
一般に、本発明のＤＮＡ方法は、表面散乱モデルの未知のパラメーターを見出すのに適している。ＤＮＡシグニチャーはモデル散乱機能および照射および観察開口数機能の関連付けであり、そのため散乱機能それ自体は一般に直接的には導き出すことができない。しかしながら、もし表面パラメーターの変化がいずれかの観察された角度において散乱挙動の変化をもたらすならば、そのような変化はＤＮＡシグニチャーにおいて表されるであろう。もし表面パラメーターの変化が観察角度の広い範囲にわたって散乱を増加させるならば、ＤＮＡシグニチャーに対する効果は測定の総合的性質のため大きいであろう。しかしながら、もし表面パラメーターの変化が非常に小さな範囲の観察角度のみにわたる変化をもたらすならば、ＤＮＡシグニチャーに対する効果は比較的小さいであろう。
【００４７】
ＣＤスカトロメトリーにおいて、試料にとって、その期間が波長下であり、大きな範囲の観察角度にわたってゆっくりと変化するＢＲＤＦをもたらす回折格子であるのは典型的である。本発明のＤＮＡ方法はそのような測定によく適する。というのは、広い範囲の角度にわたる反射率の小さな変化でさえＤＮＡシグニチャーに対する大きな効果を生じるからである。ＤＮＡ方法は、一般に、観察角度と共に迅速に変化する試料ではこれ程よく適合しない。というのは、技術の総合的性質はピークおよび谷にわたって「平均する」傾向があるからである。しかしながら、この一般的記述には例外がある；例えば、試料のＢＲＤＦのスケーリングをもたらす表面パラメーターの変化の観察である。というのは、この場合には、統合された効果が依然として大きいであろうからである。
【００４８】
従って、本発明は、進入瞳孔を横切って横方向に走査する公知の従来の方法とは反対に、照射または観察開口数、あるいは双方を差動的に変化させることによって入射の角度の関数として散乱を測定する方法を提供する。従って、本発明の方法およびデバイスは、単一波長、または分光的に、角度分解スカテロメトリー、エリプソメトリー、およびニ方向反射率分布関数測定で用いることができる。
【００４９】
本発明の方法およびデバイスは伝達実験にも適合させることができる。ニ方向伝達分布関数測定の場合には、照射は試料直下に置かれる。
【００５０】
観察および照射開口は、開口数に関して、独立に制御することができ、加えて、ビームに対する位置、サイズまたは形状、あるいはその組合せにおいて変化させることができる。例えば、配置に応じて、ビームに対する固定開口の変化の結果、開口数の効果的な変化がもたらされる。
【００５１】
図７は、図１のデバイスを利用する単純化されたジェネリックな概念の測定系列を示す。照射開口数の各設定において、ディテクタにおける光電流は観察開口数の関数として測定される。光電流の増分の差はより高い角度の散乱からの寄与を決定する。図７において、Ａにおける設定はほとんど完全に閉じられた照射および観察開口ストップ双方を示し、従って、試料が直角入射においてのみ照射され、鏡面反射のみが測定されるように、双方についての開口数は低い数のものである。（Ｘ軸に沿って移動する）ＢおよびＣに示される設定において、観察開口ステップは増分工程において開かれ、観察開口数構成要素については開口数値は増加し、観察光電流は各工程で記録される。２つの工程ＢおよびＣのみが示され、工程の大きさ、および示されたものよりもかなり微細なまたは小さな増分の大きさを使用できることが理解される。ＤないしＦに示された設定において、照射開口ストップは開かれた１つの増分であって、その位置に保持され、他方、観察開口ストップは小さな工程で開かれる。ＤないしＦにおける位置から由来する測定およびＡないしＣにおける位置から由来するカウンターパート測定の間の差は、軸から離れる照射の散乱の寄与である。ＧないしＩに示す設定において、観察開口ストップが小さな工程において開かれつつ、その最大設定における照射開口数にて最終組の測定がなされる。また、観察開口ストップが固定され、かつ照射観察開口ストップが小さな工程で開かれるように、ＡからＤ、そしてＧへのごとく、Ｙ軸に沿って移動することも可能である。
【００５２】
図７に記載した一般的な系列は、最高および最低開口数設定の限界およびディテクタのバンド幅内に、軸対称を有する試料からの散乱情報の全てを含む。軸対称を有しない試料では、照射および観察開口の形状をマッチさせて、適当な対象およびそれに従って修飾された測定系列を供する。回折格子の場合では、開口は矩形対象を有し、測定系列は図７の示された設定の対角に沿って進行できる。
【００５３】
一般的には図８に示されるデバイスを利用し、３００ｍｍシリコンウエハーのようなウエハーの列４、行５および６に含まれた、フォトリソグラフィー手段によって作成された清浄な裸のシリコンウエハーおよび回折格子双方について測定を行った。パネル２３０はマイクロメーターによって移動させた。最初に、スリット２３５の下方エッジが光学軸の上にあるようにマイクロメーターダイアルをセットし；従って、反射されたビームは、その復帰経路でスリット２３５によって完全に遮断され、ゼロのシグナルが得られた。マイクロメーターによって、スリットの下方エッジは２．５μｍの段にて光学軸下に移動し、光ディテクタ２７０によって反射されたパワーが測定された。この差動プロセスを反射されたパワーが増加をストップさせるまで継続し、スリットが光学軸の中心にあることが示される。次いで、同様の手段によって回折格子を測定し、列４、行５における格子は、２．５μｍの段、５．０μｍの段および５．０μｍの段にて測定された。列４、行６における隣接する格子は、各回５．０μｍの段にて２回測定された。得られたデータを図９に示し、そこでは、シグナルはＹ軸で示され、後記するごとく計算された観察開口数はＸ軸に沿って示される。裸のシリコンウエハーからのシグニチャーは「Ｓｉ」であり、「４，５＃１」は２．５μｍの段での列４、行５における格子の測定であり、他方、「４，５＃３」は５．０μｍの段で測定された同格子である。「４，６＃１」および「４，６＃２」についてのシグニチャーは、共に、共に５．０μｍの段で測定された列４、行６における格子についてのものである。
【００５４】
図９のデータは、２つの格子のシグニチャーが、個々のシグニチャーの反復性と比較してよく分離されており、また裸のシリコンからよく分離されていることを示す。シグニチャーは観察開口数と共に単調に増加する。なぜならば、試料は鏡面であって、照射開口数は提示した全てのデータにつき観察開口数を超えるからである。マイクロメーターの読みは、平行光線によって照射された理想的なレンズ、および対物レンズ２６０の既知の０．８対物開口数についての正弦則を用いることによって、観察開口数値に変換した。正弦則は：
Ｓｉｎθ＝ｘ／ｆ　　　　　方程式１
であり、ここに、ｘは光学軸からの光線の距離であり、ｆは対物レンズの焦点の長さであって、θは対物レンズを後に光線が光学軸と共になす角度である。その上方高さｘにおける光学軸に対して最初平行な光線は角度θにて試料に当るであろう。試料の鏡面性質を仮定すれば光学軸下方スリットの下方エッジの位置は、
ＮＡ＝ｓｉｎθ＝ｘ／ｆ　　　方程式２
（式中、ｘは今やスリットの下方エッジが光学軸の下方にある距離を表し、およびＮＡは開口数である）のごとく空気中の試料につき定義された有効観察系開口数を決定する。最初に、観察開口数はゼロである。スリットの下方エッジが光学軸下方を動くにつれ、それが、
０．８＝ｘ　ｍａｘ／ｆ　　　　　方程式３
のごとく、既知の量０．８である顕微鏡対物レンズ２６０によって設定された最大値に到達するまで観察開口数は増加する。ｘ　ｍａｘに対する値は、最大シグナルの位置におけるマイクロメーターの読みからゼロシグナルの最低位置におけるマイクロメーターの読みを差し引くことによって２．９７と決定された。ｆを消去し、開口数はｘの関数として得られる。
【００５５】
ＮＡ＝０．８＊ｘ／ｘ　ｍａｘ　　　　　方程式４
従って、ＮＡに対する計算された値は図９に示すごとくシグナルに対してプロットした。
【００５６】
これまでの例では、照射は単一の波長および偏光状態よりなるものであった。スリットを格子試料の溝に沿って向けた状態では、試料がその反射率が角度と共に変化する単純な鏡として作用するモデルを考えると適切であった。簡単にするために、スリットは、試料の有効反射率がスリットの長さに対して直角の入射方向にわたって識別可能には変化しないように十分に狭いと考える。レーザービームのガウス性質はスリットの領域にわたって均一な照射を生じないが、これは簡単にするために均一な照射と近似させることができる。従って、このモデルでは、測定の初期状態ではシグナルは観察されない。というのは、該モデルにおいては、格子は有効反射率を持つ単純な鏡として作用するからである；鏡面モデルでは、スリットによって規定される観察開口数内で観察できる照射光はないと予測される。スリットが光学軸下方に降下するにつれ、上方または下方にかかわらず、光学軸から遠く離れた照射は、スリットの下方エッジが軸の下方にあるので、観察開口数内に入り、測定されると予測される。図９に示すごとく、最初の少数の測定では、スリットの下方エッジは、直角入射における試料の有効反射率のみが重要であるように、光学軸下にはほとんどない。この最初の測定は試料の表面−直角反射率のキャリブレートされていない測定を構成する。シリコン試料の反射率が知られていると仮定すれば、ほぼ直角入射に対する格子試料の測定を直接的にキャリブレートすることが可能である。
【００５７】
スリットが差動的に降下するにつれ、もし格子の有効反射率が一定であれば、シグナルのレベルは、スリットが降下する速度の２倍で直線的に増加し、２のファクターが十分に照射されたままである軸上方スリットの一部から得られ、スリット下方の一部はスリットが降下するにつれ直線的に降下し、スリットの上方および下方の双方の部分が系によって観察される。測定シグニチャーの精査は、一次まで、シグニチャーは観察開口数において直線的であることを示す。スリットが降下するにつれ、最終的に、対物レンズの限界に到達するまで、観察系は、入射のより大きな角度にわたってシグナルを蓄積し続ける。スリットが丁度軸の下方にある場合、最初の測定のみが明白な解釈を有し；一般に、測定はある範囲の角度にわたって積分した試料の反射率を表す。しかしながら前記した分析手法を用いて、最適な表面パラメーターを見出すことができる。
【００５８】
前記を利用し、コンパクトであって、種々の配置で実行することができるＤＮＡ分析用のデバイスを構築することができ、そのような配置は、半導体製造用の統合された加工および製造デバイスのモジュールまたは構成要素としての適用を含むことができる。例えば、図８のデバイスは単一の移動可能なピース、スリット２３５を含むパネル２３０を組み込み、これは、同時に、観察および照射開口数双方として機能する。光源２２０用のダイオードレーザーを利用し、およびビームスプリッター２４０および偏光子２５０用の偏光立方体ビームスプリッターを利用することによって、デバイスのアセンブリは、大体５ｃｍ×５ｃｍ×２５ｃｍ程度以下の寸法内に適合できる。同様に、図１のデバイスおよび同様の具体例は、ほんの１、２個の移動部品を使用することができ、大体５ｃｍ×２０ｃｍ×２０ｃｍ程度以下の寸法内に適合できる。液晶開口を利用し、移動する機械的部品のない本発明のデバイスを提供することが可能である。従って、効果的な小型化が可能であると共に考えられ、多くの用途に望まれる。
【００５９】
これまでの例は、一般的にまたは特異的に記載された構成要素および／またはこれまでの例で用いたものについての本発明の操作条件を置き換えることによって、同様の成功をもって反復することができる。
【００６０】
これらの好ましい具体例を特に参照して、本発明を詳細に記載してきたが、他の具体例も同一の効果を達成することができる。本発明の変形および修飾は当業者に明らかであり、全てのそのような修飾および同等物を添付の請求の範囲に置いてカバーすることを意図する。前記で引用した全ての文献、出願、特許および刊行物の全開示はここに引用して一体化させる。
【図面の簡単な説明】
明細書に盛り込まれ、その１部を形成する添付の図面は、本発明の１以上の具体例を図示し、記載と共に、本発明の原理を説明する。図面は本発明の１以上の好ましい具体例を示す目的だけであり、本発明を限定するものと解釈すべきではない。
【図１】図１は、可変照射および観察開口数双方が可変虹彩によって供される本発明の具体例を示す概略図である。
【図２】図２は、可変照射開口数がビームエクスパンダーによって供される本発明の具体例を示す概略図である。
【図３】図３は、可変照射および観察開口数双方が偏光構成要素と共に設けられる本発明の具体例を示す概略図である。
【図４】図４は、ディテクタ、アレイが設けられる本発明の具体例を示す概略図である。
【図５】図５は、固定された照射虹彩と共に、可変観察開口数が可変虹彩によって設けられる本発明の具体例を示す概略図である。
【図６】図６は、固定された観察虹彩と共に、可変照射開口数が可変虹彩によって設けられる本発明の具体例を示す概略図である。
【図７】図７は、可変照射および観察開口数双方が設けられた本発明の具体例を利用する、異なる入射および反射角度の対応する検出での、異なる観察点における開口数の変化の範囲を示す概略図である。
【図８】図８は、可変スリット虹彩を利用する単一偏光子および単一可変開口数が照射および観察双方で使用される本発明の具体例の概略図である。
【図９】図９は、単一の偏光子および単一の可変開口数が照射および観察双方で使用される本発明の差動開口数デバイスを用いて３つの検体から得られた観察開口数の関数としてのシグナルのグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の具体例で使用することができる可変虹彩の概略図である。
【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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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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