(57)【要約】  光学素子の非接触温度測定を、長波長赤外光で実行する方法およびシステムが本明細書において説明される。被測定光学素子は、長波長赤外光に対して低放射を示し、多くの場合、長波長赤外光に対して高反射性または高透過性である。一態様において、長波長ＩＲ波長での高放射性、低反射性および低透過性を有する材料コーティングが、計測または検査システムの１つ以上の光学素子の選択された部分を覆って配置される。材料コーティングの箇所は、試験片の測定を実行するために計測または検査システムによって用いられる一次測定光の直接光学経路の外部である。ＩＲ透過性光学素子の正面と背面の温度測定が、単一のＩＲカメラによって実行される。温度測定は、一次測定ビームの光学経路内の複数の光学素子によって実行される。
2018535426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
光学ベースの測定システムの所定量の一次測定光の光学経路内に配置された第１の光学素子を備え、前記所定量の一次測定光は、前記第１の光学素子の第１の部分にわたり前記第１の光学素子上に入射し、前記第１の光学素子は、８マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内の長波長赤外波長での低放射性を有する材料で構築され、さらに、
前記第１の光学素子の前記第１の領域とは離れた前記第１の光学素子の第２の部分を覆って前記第１の光学素子上に配置された、長波長赤外波長での高放射性を有する第１の量の材料と、
８マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内の波長を有する長波長赤外光で前記第１の光学素子のＩＲに基づく温度測定を実行するように構成された赤外カメラシステムを備え、前記第１の光学素子の前記第２の部分は前記赤外カメラシステムの視野内にある、装置。
【請求項２】
前記第１の光学素子は、８マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内の波長を有する長波長赤外光を実質的に透過または実質的に反射する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
さらに、前記所定量の一次測定光の光学経路内に配置された第２の光学素子を備え、前記所定量の一次測定光は、前記第２の光学素子に、前記第２の光学素子の第１の部分にわたり入射し、前記第２の光学素子は、８マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内の長波長赤外波長での低放射性を有する材料で構築されており、さらに、
前記第２の光学素子の前記第１の領域とは離れた前記第２の光学素子の第２の部分を覆って前記第２の光学素子上に配置された、長波長赤外波長での高放射性を有する第２の量の材料を備え、前記第２の光学素子の前記第２の部分は、前記赤外カメラシステムの視野内にあり、前記赤外カメラシステムはさらに、前記第２の光学素子の、長波長赤外光でのＩＲ温度測定を実行するように構成されている、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記長波長赤外光は、前記第１の光学素子を通って前記第２の光学素子の前記第２の部分に通過する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の光学素子の前記第２の部分は、前記所定量の一次測定光の光学経路にはない前記第１の光学素子の正面の一部分と、前記所定量の一次測定光の光学経路にはない前記第１の光学素子の背面の一部分を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記長波長赤外波長での高放射性を有する材料は酸化物材料である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の光学素子の形状は、前記第１の光学素子の前記第２の部分に入射する一次測定光からの迷光の量を極減するように最適化される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
さらに、前記所定量の一次測定光の強度を、前記赤外カメラシステムによって実行されたＩＲに基づく温度測定に基づいて推定するように構成されたコンピューティングシステムを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
測定システムであって、
所定量の一次照明光を生成するように構成された照明源と、
前記一次照明光を試験片の表面上に投影するように構成された照明光学素子サブシステムを備え、前記照明光学素子サブシステムが、
前記所定量の一次測定光の光学経路内に配置された第１の光学素子であって、前記所定量の一次測定光は、前記第１の光学素子上に、前記第１の光学素子の第１の部分にわたり入射し、前記第１の光学素子は、８マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内の長波長赤外波長での低放射性を有する材料で構築されている、第１の光学素子と、
前記第１の光学素子上に、前記第１の光学素子の前記第１の領域とは離れた前記第１の光学素子の第２の部分を覆って配置された、長波長赤外波長での高放射性を有する第１の量の材料と、
８マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内の波長を有する長波長赤外光で第１の光学素子のＩＲに基づく温度測定を実行するように構成された赤外カメラシステムを含み、前記第１の光学素子の前記第２の部分は、前記赤外カメラシステムの視野内にある、測定システム。
【請求項１０】
前記第１の光学素子は、８マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内の波長を有する長波長赤外光を実質的に透過または実質的に反射する、請求項９に記載の測定システム。
【請求項１１】
前記照明光学サブシステムがさらに、前記所定量の一次測定光の光学経路内に配置された第２の光学素子を備え、前記所定量の一次測定光は、前記第２の光学素子に、前記第２の光学素子の第１の部分にわたり入射し、前記第２の光学素子は、８マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内の長波長赤外波長での低放射性を有する材料で構築されており、さらに、
前記第２の光学素子の前記第１の領域とは離れた前記第２の光学素子の第２の部分を覆って前記第２の光学素子上に配置された、長波長赤外波長での高放射性を有する第２の量の材料を備え、前記第２の光学素子の前記第２の部分は、前記赤外カメラシステムの視野内にあり、前記赤外カメラシステムはさらに、前記第２の光学素子のＩＲ温度測定を長波長赤外光で実行するように構成されている、
請求項９に記載の測定システム。
【請求項１２】
前記長波長赤外光は、前記第１の光学素子を通って前記第２の光学素子の第２の部分に通過する、請求項１１に記載の測定システム。
【請求項１３】
前記第１の光学素子の前記第２の部分は、前記所定量の一次測定光の光学経路にはない前記第１の光学素子の正面の一部分と、前記所定量の一次測定光の光学経路にはない前記第１の光学素子の背面の一部分を含む、請求項１１に記載の測定システム。
【請求項１４】
前記長波長赤外波長での高放射性を有する材料は酸化物材料である、請求項９に記載の測定システム。
【請求項１５】
さらに、前記所定量の一次測定光の強度を、前記赤外カメラシステムによって実行されたＩＲに基づく温度測定に基づいて推定するように構成されたコンピューティングシステムを備える、請求項９に記載の測定システム。
【請求項１６】
方法であって、
所定量の一次照明光を生成し、
前記一次照明光を試験片の表面上に投影し、前記一次照明光は、８マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内の長波長赤外波長での低放射性を備えた材料から構築された１つ以上の光学素子を含む光学経路を有し、
８マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内の波長を有する長波長赤外光で１つ以上の光学素子の温度プロファイルをイメージングし、前記１つ以上の光学素子の一部分は、長波長赤外波長での高放射性を有する材料でコーティングされ、前記高放射材料でコーティングされた１つ以上の光学素子の前記一部分は、前記一次照明光の直接光学経路内の前記１つ以上の光学素子の一部分とは離れていることを含む、方法。
【請求項１７】
さらに、前記１つ以上の光学素子それぞれの温度分布を、前記測定された温度プロフィルに基づいて推定することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
さらに、前記１つ以上の光学素子それぞれによって吸収された一次測定光の量を、前記測定された温度プロファイルに基づいて推定することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、前記１つ以上の光学素子へのダメージの大きさを、前記測定された温度プロファイルに基づいて推定することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、前記一次照明光の強度を、前記１つ以上の光学素子の測定された温度プロファイルに基づいて推定することを含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
記載される開示は、顕微鏡のための光学的計測および検査システムに関し、より具体的には、真空紫外波長で作動する照明源と光学系を包含する光学計測および検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本特許出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１５年１１月３０日出願の米国仮特許出願第６２／２６１，２９２号、名称「Ｎｏｎ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ＶＵＶ  Ｏｐｔｉｃ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ」の優先権を主張するものであり、その主題は、全体の参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
ロジックおよびメモリ装置などの半導体装置は、典型的には、試験片に適用される一連の処理ステップにより製造される。半導体装置の様々なフィーチャおよび多様な構造的レベルは、これらの処理ステップにより形成される。例えば、なかでもリソグラフィーは、半導体ウェハ上にパターンを生成することを含む１つの半導体製作プロセスである。半導体製作プロセスの追加例は、化学機械研磨、エッチ、堆積、およびイオン注入を含むが、これらに限定されない。多様な半導体装置は、単一の半導体ウェハ上に製作され、次に、個別の半導体装置に分離され得る。
【０００４】
検査および計測プロセスは、ウェハ上の欠陥を検出してより高い収率を促進するために、半導体の製造プロセスにおける様々なステップで使用される。
【０００５】
光学的計測技法は、試料を損壊するリスクなしで高スループットの可能性を提供する。光散乱計測および光反射計測の実装および関連する分析アルゴリズムを含むいくつかの光学的計測に基づく技法が、ナノスケール構造のクリティカルディメンション、膜厚、組成、オーバーレイおよびその他のパラメータを特性評価するために一般的に用いられる。高アスペクト比構造を含む現代の半導体構造の高スループット測定を行うために、真空紫外（ＶＵＶ）波長から赤外（ＩＲ）波長までの広範囲の照明波長が用いられなければならない。
【０００６】
同様に、半導体ウェハ明視野（ＢＦ）および暗視野（ＤＦ）等の反射または疑似反射面を検査する場合、パターン付きウェハの検査と欠陥レビューの両方を実行するためにモダリティが用いられ得る。ＢＦ検査システムにおいて、収集光学素子は、収集光学素子が、被検表面によって鏡面反射した光のかなりの部分をキャプチャするように位置決めされている。ＤＦ検査システムにおいて、収集光学素子は、ウェハの表面上の超小型回路パターンまたは汚染物質等の、被検表面上の物体によって散乱された光を捕捉するように、鏡面反射光の経路外に位置決めされている。実行可能な検査システム、特にＢＦ検査システムは、システムの欠陥感度を最大化するために、高輝度照明と高開口数（ＮＡ）を要求する。
【０００７】
現代のウェハ検査および計測システムは一般的に、レーザー維持プラズマ等のＶＵＶ源を含む広範な照明源を用いる。レーザー維持プラズマは、レーザープラズマより低温の作動ガスに包囲された高圧電球内に生成される。輝度のかなりの改善がレーザー維持プラズマで得られる。連続波長またはパルスポンプ源のいずれかを用いた場合、これらのプラズマでの原子およびイオン放射が、２００ｎｍ未満を含む全スペクトル領域での波長を生成する。１７１ｎｍでの波長発光（例えば、キセノンエキシマ発光）向けに、レーザー維持プラズマ内にエキシマ発光も配置されてよい。したがって、高圧電球内の単純なガス混合物で、例えば、高スループット、高分解能ＢＦウェハ検査をサポートする十分な輝度と平均出力を有する深紫外（ＤＵＶ）波長での波長範囲を維持できる。
【０００８】
高出力照明源を利用できることは、被測定試験片に高出力放射を収集し集束するために用いられる光学部品に多大な負担を課す。汚染と吸収の問題が、光学部品の不具合をもたらし得る。現代の計測および検査システムにおいて光学部品のサーマル特性を監視することは、ツールの性能と信頼性を確実にするために重要となっている。
【０００９】
いくつかの例において、温度は、光学部品と機械的に接触して配置されたセンサ（例えば、熱電対）によって測定される。接触型温度測定は、特定の状況では単純に実装できるが、接触式熱測定にはいくつかの大きな制約がある。例えば、センサを光学素子に直接機械的に取り付けることは、非常に難しい可能性があり、潜在的に光学素子自体を損傷する可能性がある。光学素子に取り付けられたとしても、光学素子の熱伝導率が劣っていることにより、センサは不正確な温度を示すことがある。熱電対線自体が比較的高い熱伝導率を有するため、接点の温度を変える可能性がある。さらに、接触型センサはシステム内の光を吸収し散乱する可能性がある。したがって、接触型センサの物理的存在が、接点での温度、また、光学系の温度も変える。多くの状況において、接触型センサの設置は、クリーンさの要求、光学的アライメント感度等により、高感度の光学系内部では不可能である。これらの問題は、とりわけＶＵＶシステム内で顕著になる。接触式熱測定は温度を接点のみで測定する。多くの場合、これは、光学部品自体ではなく、対象光学部品（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ）とは温度が非常に異なる光学マウントである。典型的に、光学素子の周囲での１つまたは２つの位置での温度測定は、完全な対象温度分布を再構築するために十分な情報を提供しない。総温度分布または光フィールドの中心部でのピーク温度の正確な推定が好ましい。
【００１０】
いくつかの他の例では、温度はサーマルイメージングによって測定される。サーマルイメージングは、センサを光学素子上に配置することを要求しない。したがって、多くの用途において、光学部品のサーマルイメージングが好まれる。典型的に、サーマルイメージングに基づく温度測定は、対象物体を１つ以上の校正されたＩＲカメラでイメージングすることによって実行される。しかしながら、サーマルイメージングに基づく温度測定も大きな制約を被る。例えば、サーマルカメラは高価であり、正確な結果を達成するために多くの統合労力を要求する。
【００１１】
さらに、サーマルベースの温度測定は、被測定物体の、遮られない視野を要求するため、それは多くの光学系において達成が困難または不可能である。さらに、多くの場合、光学部品自体がＩＲを透過または反射するため、それらはＩＲカメラからは見えない。これは、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウムおよびフッ化リチウム等のＶＵＶ透過材料、および金属ミラー等のＶＵＶ反射材料を含むＶＵＶ光学部品の場合に特に当てはまる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第８１４８９００号
【特許文献２】米国特許第５６８３１８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
要約すると、進行中のフィーチャサイズの縮小化と、構造的フィーチャの深さの増加は、光学的計測システムに困難な要求を課している。光学的計測システムは、高スループットでのますます複雑化するターゲットがコスト効率を保つために、高精密度および正確度要求を満たさなければならない。この意味で、高出力光学系が用いられなければならず、動作中に光学部品のサーマル特性を監視することがますます重要になっている。多くの例において、これらの測定を実行することは不可能であった。したがって、これらの制約を克服するための改良されたシステムおよび方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
光学素子の非接触温度測定を長波長赤外光（例えば、８−１５マイクロメートル）で実行する方法およびシステムが、本明細書において説明される。被測定光学素子は、長波長赤外光に対して低放射性を示し、多くの場合、長波長赤外光に対して高反射性または高透過性である。
【００１５】
一態様において、長波長ＩＲ波長での高放射性、低反射性および低透過性を有する材料コーティングが、計測または検査システムの１つ以上の光学素子の選択された部分の上に配置されている。材料コーティングの位置は、試験片の測定を実行するために計測または検査システムによって用いられる一次測定光の直接光学経路の外部にある。光学素子に、一次測定光の直接光学経路の外部にある領域を覆ってＩＲ放射材料のコーティングを施すことで、一次測定光とＩＲ放射材料の間の相互作用が低減される。
【００１６】
一部の実施形態において、温度測定の対象の光学素子はＩＲ透過性である。これらの実施形態において、ＩＲ透過光学部品の一部分は、サーマルイメージングを可能にするためにＩＲ放射材料でコーティングされる。いくつかの他の実施形態において、光学素子はＩＲ反射性である。これらの実施形態において、ＩＲ反射性光学部品の一部分は、サーマルイメージングを可能にするためにＩＲ放射材料でコーティングされる。
【００１７】
いくつかの他の実施形態において、光学系が、一次測定光を光学素子の中央部から外れるように方向付ける遮蔽を有する場合に、光学素子のサーマルイメージングを可能にするために、長ＩＲ波長に対して高放射性を有する材料が、光学素子の中心に配置されている。
【００１８】
さらなる態様において、ＩＲ透過性光学素子の正面と背面の温度測定に基づくＩＲイメージングが、単一のＩＲカメラで実行される。
【００１９】
もう１つの別の態様において、ＩＲイメージングに基づく光学素子の温度測定が、光学系のもう１つの光学素子によって実行される。光学部品がＩＲ照明に対して透過性または反射性である場合、測定は、ＩＲ放射材料でコーティングされた測定スポットが、ＩＲカメラの視野内で互いに遮り合うことがなければ、一次測定ビームの光学経路内の複数の光学素子によって実行され得る。
【００２０】
もう１つの別の態様において、二次反射からのＩＲ放射材料の寄生加熱の影響は、測定された温度を調節することによって取り除かれる。もう１つの別の態様において、１つ以上の光学素子の形状と、光学素子上のＩＲ放射材料コーティングの位置は、ＩＲ放射材料コーティングに入射する迷一次測定光の量を極減するために最適化される。
【００２１】
もう１つの別の態様において、ＩＲカメラによってイメージングされる１つ以上の光学素子の温度分布は、収集されたサーマルイメージに基づいて推定される。
【００２２】
もう１つの別の態様において、ＩＲカメラによってイメージングされる各光学素子によって吸収された一次測定光の総量が、収集されたサーマルイメージに基づいて推定される。
【００２３】
もう１つの別の態様において、ＩＲカメラによってイメージングされる各光学素子の透過効率が、収集されたサーマルイメージに基づいて推定される。
【００２４】
もう１つの別の態様において、ＩＲカメラによってイメージングされる各光学素子へのダメージの大きさが、収集されたサーマルイメージに基づいて推定される。
【００２５】
もう１つの別の態様において、一次照明光の強度が、一次照明光の光学経路内の１つ以上の光学素子の収集されたサーマルイメージに基づいて推定される。
【００２６】
上記は要約であり、したがって、簡略化、一般化、および詳細の省略を必然的に含むものであり、結果として、当業者は、要約が単なる説明上のものであり、何らかの形で限定するものではないことを理解するであろう。本明細書に記載される装置および／またはプロセスの他の態様、発明上の特徴、ならびに利点は、本明細書で説明される非限定的な詳細な記述で明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】光学素子を通過する一次測定光の直接光学経路に配置された複数の領域を覆って長ＩＲ波長での高放射性を有する材料でコーティングされた光学レンズ素子を示す簡略図である。
【図２】一実施形態におけるＩＲカメラの視野内で見える、図１に描写された複数のコーティングされた領域の位置を示す簡略図である。
【図３】別の実施形態におけるＩＲカメラの視野内の複数のコーティングされた領域の位置を示す簡略図である。
【図４】光学素子の正面の複数の領域および光学素子の背面上の複数の領域を覆って長ＩＲ波長での高放射性を有する材料でコーティングされた光学的レンズ素子を示す簡略図である。
【図５】ＩＲカメラの視野内の、図４に描写された複数のコーティングされた領域の位置を示す簡略図である。
【図６】一次測定光の光学経路内の２つの光学レンズ素子を示す簡略図である。各光学レンズ素子は、両光学素子を通過する一次測定光の直接光学経路の外部に配置された複数の領域を覆って長ＩＲ波長での高放射性を有する材料でコーティングされる。
【図７】ＩＲカメラの視野内の、図６に描写された複数のコーティングされた領域の位置を示す簡略図である。
【図８】本明細書に記載されるようにＩＲ温度測定を実行するために用いられるＩＲ放射材料に入射する迷一次測定光の量を極減するプリズム素子を示す図である。
【図９】本明細書に記載されるようにＩＲ温度測定を実行するために用いられるＩＲ放射材料に入射する迷一次測定光の量を極減するレンズ素子を示す図である。
【図１０】本明細書に記載されるように低ＩＲ放射性を有する光学素子のＩＲに基づくサーマルイメージングを用いて試験片の特性を測定するための光学的測定システムを示す図である。
【図１１】測定システムの１つ以上の光学素子の温度プロファイルを、長波長赤外光でイメージングするのに適した１つの例示的方法２００を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
ここで本発明の背景例およびいくつかの実施形態が詳細に参照され、それらの実施例は付属の図面で説明される。
【００２９】
光学素子の非接触温度測定を長波長赤外光（例えば、８−１５マイクロメートル）で実行する方法およびシステムが、本明細書において説明される。被測定光学素子は長波長赤外光に対して低放射性を示し、多くの場合、長波長赤外光に対して高反射性または高透過性である。これらの理由により、これらの光学部品のＩＲに基づく温度測定は難しいか、または不可能である。
【００３０】
一態様において、長波長ＩＲ波長での高放射性、低反射性および低透過率を有する材料コーティングが、計測または検査システムの１つ以上の光学素子の選択された部分を覆って配置されている。材料コーティングの位置は、試験片の測定を実行するために計測または検査システムによって用いられる一次測定光の直接光学経路の外部である。一次測定光の直接光学経路の外部にある領域を覆って光学素子をＩＲ放射材料でコーティングすることによって、一次測定光とＩＲ放射材料の間の相互作用が低減される。
【００３１】
図１は、領域１０５Ａ−Ｄを覆って（領域１０５Ｄは図１では隠れている）長波長ＩＲ波長での高放射性を有する材料でコーティングされた光学レンズ素子１０２を描写している。領域１０５Ａ−Ｄは、光学素子１０２を通過する一次測定光の直接光学経路１０３の外部に配置されている。図１に描写されるように、領域１０５Ａ−ＤはＩＲカメラ１０１の視野内に配置されている。よって、ＩＲカメラ１０１によって収集されるサーマルイメージは、領域１０５Ａ−Ｄの温度を含む。
【００３２】
図２は、ＩＲカメラ１０１の視野内の領域１０５Ａ−Ｄの位置を示す。さらに、光学素子１０２の外周と、光学素子１０２への一次測定光１０３の投影も描写されている。図２に描写されるように、領域１０５Ａ−Ｄは光学素子１０２の面上に配置されているが、一次測定光の直接光学経路１０３の外部である。図２には４つの別個の領域セグメントが示されているが、一般的に、任意の個数の異なる領域セグメント、または、一次測定光の直接光学経路１０３の外部の全領域が、長ＩＲ波長での高放射性を有する材料でコーティングされてよい。
【００３３】
図３は、別の実施形態における、長ＩＲ波長での高放射性を有する材料でコーティングされた領域１０６の位置を示す。光学素子１０２の外周と、光学素子１０２への一次測定光１０３の投影も描写されている。図３に描写されるように、領域１０６は光学素子１０２の面上に配置されているが、一次測定光の直接光学経路１０３の外部である。この実施形態において、ＩＲ放射材料は光学素子の外周全体の周りに配置されている。この実施形態において、ＩＲカメラ１０１によって収集されるサーマルイメージは、光学素子１０２全体の完全な温度分布を予測するために用いられ得る温度値のリッチなセットを含む。
【００３４】
一部の実施形態において、光学素子１０２はＩＲ透過性である（例えば、ＶＵＶ光学系のレンズである）。これらの実施形態において、ＩＲ透過光学部品の一部分は、サーマルイメージングを可能にするためにＩＲ放射材料でコーティングされている。一例において、酸化物コーティングがＶＵＶレンズ上に配置されている。
【００３５】
いくつかの他の実施形態において、光学素子はＩＲ反射性である（例えば、ＶＵＶ光学系のミラーである）。これらの実施形態において、ＩＲ反射性光学部品の一部分は、サーマルイメージングを可能にするためにＩＲ放射材料でコーティングされている。一例において、酸化物コーティングがＶＵＶ金属ミラー（例えば、アルミニウムまたはプラチナミラー）上に配置されている。
【００３６】
いくつかの他の実施形態において、長ＩＲ波長に対する高放射性を有する材料が、光学素子の中心に配置されている。これらの実施形態は、計測システムが、一次測定光を光学素子の中心部から逸れた方向に向ける遮蔽を含む場合に適している（例えば、遮蔽を用いる計測システムの瞳付近）。これらの実施形態において、光学素子の中心部の温度測定が、ＩＲカメラによって収集されたイメージに基づいて実行される。
【００３７】
さらなる態様において、ＩＲ透過性光学素子の正面と背面のＩＲイメージングに基づく温度測定が、単一のＩＲカメラで実行される。図４は、光学素子１０２の正面上の領域１０７Ａおよび１０７Ｃを覆って長波長ＩＲ波長での高放射性を有する材料でコーティングされた光学レンズ素子１０２を描写している。さらに、光学レンズ素子１０２は、光学素子１０２の背面上の領域１０７Ｂおよび１０７Ｄ（領域１０７Ｄは図４では隠れている）を覆って長波長ＩＲ波長での高放射性を有する材料でコーティングされている。領域１０７Ａ−Ｄは、光学素子１０２を通過する一次測定光の直接光学経路１０３の外部に配置されている。さらに、図４に描写されるように、領域１０７Ａ−ＤはＩＲカメラ１０１の視野内に配置されている。こうして、ＩＲカメラ１０１によって収集されるサーマルイメージは、領域１０７Ａ−Ｄの温度を含む。
【００３８】
図５は、ＩＲカメラ１０１の視野内の領域１０７Ａ−Ｄの位置を示す。さらに、光学素子１０２の外周と、光学素子１０２への一次測定光１０３の投影も描写されている。図５には４つの別個の領域セグメントが示されているが、一般的に、ＩＲカメラ１０１の視野内で、レンズ素子１０２の正面上のコーティングされた領域が、レンズ素子１０２の背面上のコーティングされた領域を遮らない限り、任意の個数の異なる領域セグメント、または、一次測定光の直接光学経路１０３の外部の全領域が、長ＩＲ波長での高放射性を有する材料でコーティングされてよい。
【００３９】
一部の実施形態において、レンズ素子１０２はＩＲ透過性のＶＵＶ光学レンズ素子である。ＶＵＶ光学素子１０２の正面の温度が、ＩＲカメラ１０１とＶＵＶ光学素子１０２の正面との間の遮られない光学経路を有するＩＲカメラ１０１によって測定される。さらに、ＶＵＶ光学素子１０２の背面の温度が、光学素子自体を介して同じＩＲカメラ１０１によって測定される。ＶＵＶ光学素子１０２はＩＲ照明に対して透過性であるため、ＩＲカメラ１０１の視野内で、正面上のＩＲ放射材料でコーティングされた測定スポットが、背面上のＩＲ放射材料でコーティングされた測定スポットを遮らない限り、測定はレンズ自体を介して実行され得る。
【００４０】
もう１つの別の態様において、ＩＲイメージングに基づく光学素子の温度測定が、光学系内のもう１つの光学素子を介して実行される。光学部品がＩＲ照明に対して透過性または反射性である場合、測定は、ＩＲ放射材料でコーティングされた測定スポットが、ＩＲカメラの視野内で互いに遮り合うことがない限り、一次測定ビームの光学経路内の複数の光学素子を介して実行され得る。こうして、複数の光学素子の温度測定が、単一のＩＲカメラシステムによって同時に実行され得る。
【００４１】
図６は、一次測定光１０３の光学経路内の光学レンズ素子１０２および１０８を描写している。光学レンズ素子１０２は、領域１０５Ａ−Ｄを覆って長波長ＩＲ波長での高放射性を有する材料でコーティングされている。さらに、光学レンズ素子１０８は、領域１０９Ａ−Ｄを覆って長波長ＩＲ波長での高放射性を有する材料でコーティングされている。領域１０５Ａ−Ｄおよび１０９Ａ−Ｄはそれぞれ、光学素子１０２および１０８を通過する一次測定光の直接光学経路１０３の外部に配置されている。さらに、図６に描写されるように、領域１０５Ａ−Ｄおよび１０９Ａ−ＤはＩＲカメラ１０１の視野内に配置されている。したがって、ＩＲカメラ１０１によって収集されるサーマルイメージは、領域１０５Ａ−Ｄおよび１０９Ａ−Ｄの温度を含む。
【００４２】
図７は、ＩＲカメラ１０１の視野内の領域１０５Ａ−Ｄおよび１０９Ａ−Ｄの位置を示す。さらに、光学素子１０２の外周と、光学素子１０２への一次測定光１０３の投影も描写されている。図７には各レンズ素子上にコーティングされた４つの別個の領域セグメントが示されているが、一般的に、ＩＲカメラ１０１の視野内で、レンズ素子１０２の表面上のコーティングされた領域が、レンズ素子１０８の表面上のコーティングされた領域を遮らない限り、任意の個数の異なる領域セグメント、または、一次測定光の直接光学経路１０３の外部の全領域が、長ＩＲ波長での高放射性を有する材料でコーティングされてよい。
【００４３】
一部の実施形態において、光学素子１０２および１０８はＶＵＶ光学素子である。ＶＵＶ光学素子１０８上のコーティングされた箇所の温度は、ＩＲカメラとＶＵＶ光学素子１０８の間に配置されたＶＵＶ光学素子１０２を介してＩＲイメージングによって測定される。
【００４４】
一般的に、各光学素子上のＩＲ放射材料でコーティングされた測定スポットが、ＩＲカメラの視野内で互いに遮り合わない限り、また、光学素子自体がＩＲ透過性またはＩＲ反射性である限り、任意の個数の光学素子の熱測定値が本明細書に記載される方式でＩＲカメラによって測定され得る。
【００４５】
一部の実施形態において、ＩＲ放射材料のコーティングは、シリコン酸化物、アルミニウム酸化物等の酸化物材料を含む。一部の実施形態において、ＶＵＶ光学素子は、一次測定ビームと直接相互作用する光学素子の領域の外部の箇所においてＩＲ放射材料でコーティングされる。次に、ＶＵＶ光学素子は、所望のＶＵＶ光学系性能を達成するために、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウムまたはフッ化リチウムコーティングでコーティングされる。一実施形態において、一次測定ビームと直接相互作用する光学素子の領域の外部の箇所において、アルミニウム酸化物コーティングがアルミニウムミラーに施されている。次に、ミラーは、フッ化マグネシウム、または類似した保護コーティングでコーティングされる。
【００４６】
ＩＲ放射材料は一次測定ビームの直接の光学経路の外部に配置されているが、一次測定ビームから派生した迷光（例えば、後方反射等）がＩＲ放射材料によって吸収されることがあり、それが温度測定のエラーにつながる。そのようなシナリオでは、測定された温度は通常動作における光学素子の動作温度を単に反映するのではなく、光学素子上にＩＲ放射材料が存在しなかった場合には起こり得ない迷光によるＩＲ放射材料の偶発性加熱も反映しているはずである。一例において、一次測定ビームの直接の光学経路の外部の酸化物コーティング上に入射する、後方反射されたＶＵＶ照明光は、酸化物コーティングの加熱ならびに増加した温度測定値をもたらす。
【００４７】
もう１つの別の態様において、二次反射からのＩＲ放射材料の寄生加熱の影響は、その影響を補償するために、測定された温度を調整する（例えば、測定された温度値を減少させて、一次測定ビームの二次反射によって誘起された温度増加を補償する）ことによって取り除かれる。
【００４８】
もう１つの別の態様において、１つ以上の光学素子の形状と、光学素子（複数の場合あり）上のＩＲ放射材料コーティング箇所は、ＩＲ放射材料コーティングに入射する迷一次測定光の量を極減するべく最適化される。
【００４９】
図８は、本明細書に記載されるようにＩＲ温度測定を実行するために用いられるＩＲ放射材料に入射する迷一次測定光の量を極減するプリズム素子１８１を示す。一例において、プリズム素子１８１は、半導体測定システムにおける照明波長選択のために用いられるディストーションプリズムとして用いられる。一次測定光１８２はプリズム素子１８１を通過して二次反射１８４を生成し、二次反射１８４はプリズム構造内で伝播してから逸出する。ＩＲ放射材料１８３Ａ−Ｂをプリズムのコーナー付近の箇所に配置することによって、二次反射１８４の実質的に全てが、ＩＲ放射材料の領域１８３Ａ−Ｂに入射することなく、プリズム構造から逸出する。
【００５０】
図９は、本明細書に記載されるようにＩＲ温度測定を実行するために用いられるＩＲ放射材料に入射する迷一次測定光の量を極減するレンズ素子１９１を示す。一例において、レンズ素子１９１は、半導体測定システムで用いられる集束光学素子として採用される。一次測定光１９２はレンズ素子１９１を通過して二次反射１９４を生成し、二次反射１９４はプリズム構造内で伝播してから逸出する。ＩＲ放射材料１９３Ａ−Ｂをレンズの外周付近の箇所に配置することによって、二次反射１９４の実質的に全てが、ＩＲ放射材料の領域１９３Ａ−Ｂに入射することなく、レンズ構造から逸出する。
【００５１】
一般的に、光学部品は、ＩＲに基づく熱測定を増強するための特殊な形状になっている。特定の光学的設計に関して直接および間接測定光（例えば、ＶＵＶ照明光）への露光を極減するために、コーティングが配置され得る。さらに、光学素子の形状は、直接および間接測定光への露光を極減することによって、ＩＲカメラへの可視性を最大化することによって、またはそれら両方を行うことによってＩＲに基づく熱測定を可能にするべく最適化され得る。
【００５２】
もう１つの態様において、半導体測定システムは、本明細書に記載されるように光学素子のＩＲに基づく温度測定を実行するＩＲイメージングシステムを含む。
【００５３】
図１０は、低ＩＲ放射性を有する光学素子の、ＩＲに基づくサーマルイメージングを含む、試験片の特性を測定するための光学的測定システム１００を示す。図１０に示すように、システム１００は、試験片位置決めシステム１４１上に配置された試験片１４０の光学的光散乱計測測定を実行するために用いられ得る。
【００５４】
図１０に描写されるように、システム１００は、照明光を生成するためのレーザー維持プラズマ（ＬＳＰ）照明源１１０を含む。一部の実施形態において、ＬＳＰ照明源１１０は、１５０ナノメートルから２５００ナノメートルの間の波長を生成するように構成される。ＬＳＰ照明源は、計測および検査用途に適した高出力および高輝度広帯域光を生成することができる。ＬＳＰ照明源１１０は、レーザー１１３と、透明電球１１２によって封じ込められた作動ガス１１にレーザー放射を集束させる集束光学素子１１４を含む。レーザー放射はガス１１１を、発光するプラズマ状態に励起する。この効果は典型的には、レーザー放射でプラズマを「ポンピング」すると呼ばれる。プラズマ電球１１２は、作動ガス種ならびに生成されたプラズマ１１５を封じ込めるように構成される。一部の実施形態において、ＬＳＰ照明源１１０は、数キロワットオーダーのビーム出力を有する赤外レーザーポンプで維持されている。レーザービームは、プラズマ電球１１２によって封じ込められた低圧または中圧作動ガス１１１のボリューム内に集束される。プラズマによるレーザー出力の吸収がプラズマを生成し、例えば、１００００ケルビンから２００００ケルビンの間のプラズマ温度に維持する。
【００５５】
説明された実施形態において、プラズマ電球１１２は、球形の端部を備えた円筒形形状を含む。一部の実施形態において、プラズマ電球１１２は、実質的に球形状、実質的に円筒形状、実質的に楕円形状および実質的に長球形状のうちいずれかを含む。これらの形状は、非限定的な例として提供されている。しかしながら、多くのその他の形状が想定されてよい。プラズマ電球１１２は、レーザーポンプ光の少なくとも一部分に対して実質的に透過性であり、また、プラズマ電球１１２内に維持されたプラズマ１１５によって発せられた収集可能な照明（例えば、ＩＲ光、可視光、紫外光）の少なくとも一部分に対しても実質的に透過性である。
【００５６】
本明細書において、様々なガス環境でプラズマを維持するのに、再充填可能なプラズマ電球１１２を用いてもよいことが考えられる。一実施形態では、プラズマ電球１１２の作動ガス１１１は、不活性ガス（例えば、希ガスまたは非希ガス）または非不活性ガス（例えば、水銀）またはそれらの混合体を含んでいてもよい。一般的に、プラズマ電球１１２は、レーザー維持プラズマ光源での使用に適した、当技術分野で知られる任意のガスを充填してもよい。さらに、作動ガスは、２つまたはそれ以上のガスの混合体を含んでいてもよい。非限定的な例として、作動ガスは、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｎ２、Ｂｒ２、Ｃｌ２、Ｉ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｈ２、ＣＨ４、ＮＯ、ＮＯ２、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、ＣＯ２、ＮＨ３、１つまたは複数の金属ハロゲン化物、Ｎｅ／Ｘｅ混合物、Ａｒ／Ｘｅ混合物、Ｋｒ／Ｘｅ混合物、Ａｒ／Ｋｒ／Ｘｅ混合物、ＡｒＨｇ混合物、ＫｒＨｇ混合物およびＸｅＨｇ混合物のうち任意の１つ、またはそれらの組み合わせを含んでよい。一般的に、本発明は、いずれの光ポンププラズマ発生システムにまでも拡張されるものと解釈されるべきであり、さらに、プラズマ電球内のプラズマを維持するのに適したいずれの種類のガスにまでも拡張されるものと解釈されるべきである。
【００５７】
ビーム成形光学素子１２０および１２１は、入射照明光を成形してポラライザ１２４を介して方向付ける。描写された実施形態において、ビーム成形光学素子１２０および１２１は、ＬＳＰ照明源１１０によって生成された照明光をコリメートする。一部の実施形態において、ビーム成形光学素子１２０および１２１は、１つ以上のコリメートミラー、アパーチャ、モノクロメータ、およびビームストップ、多層光学素子、屈折光学素子、ゾーンプレートなどの回折光学素子またはそれらの任意の組み合わせを含む。
【００５８】
描写された実施形態において、コリメートされた照明光はポラライザ１２４を通過する。一部の実施形態において、ポラライザ１２４は、偏光素子を照明光ビームの光軸の周りで選択的に回転させるように構成される。一般的に、ポラライザ１２４は、当技術分野で知られる任意の偏光素子と、偏光素子を回転させるためのシステムを含んでよい。例えば、ポラライザ１２４は回転式アクチュエータに機械的に結合された偏光素子を含んでよい。一例において、偏光素子はロション（Ｒｏｃｈｏｎ）プリズムであってよい。別の例では、偏光素子はビームディスプレーサを含んでよい。ポラライザ１２４は、システム１００内で、回転活性状態または回転不活性状態で作動するように構成される。一例において、ポラライザ１２４の回転式アクチュエータは、偏光素子が照明光ビームの光軸の周りに回転方向に固定された状態となるように不活性状態であり得る。別の例において、回転式アクチュエータは偏光素子を、照明光の光軸の周りで、選択された角周波数ωｐで回転させてよい。いくつかの他の実施形態において、ポラライザ１２４は、照明光ビームの光軸の周りでの固定された偏光角で構成される。
【００５９】
図１０に描写されるように、ポラライザ１２４は、ビームスプリッタ１２５のほうに指向した偏光ビームを生成する。ビームスプリッタ１２５は、偏光ビームを対物レンズ１３０のほうに向ける。図１０に描写された実施形態において、対物レンズ１３０は、反射型光学素子のみを含む４ミラー、４路構成に配置されている。対物レンズ１３０は、照明光（すなわち、一次測定光）をウェハ１４０の表面上に集束させるミラー１３１−１３４を含む。照明光は、ウェハ１４０の表面上に、入射角の範囲にわたり集束される。集束され、偏光された照明光の、ウェハ１４０との相互作用は、放射の偏光を、反射、散乱、回折、透過または任意の他のプロセスのうちいずれかによって改質する。ウェハ１４０との相互作用の後で、改質光は対物レンズ１３０によって収集されてビームスプリッタ１２５に向けられる。ビームスプリッタ１２５は、改質光をポラライザ１２６のほうに透過するように構成される。図１０に描写された実施形態において、ポラライザ１２６は、ビームがポラライザ１２６を介して分散素子１２７および分光計の検出器１７０に通過するにつれ改質光ビームの光軸の周りに回転方向に固定された状態を保つポラライザ素子を含む。分光計において、異なる波長を有するビーム成分は、検出器１７０の１つ以上の検出器素子の異なる方向に屈折されるか（例えば、プリズム分光計で）、または回折される（例えば、回折格子分光計で）。検出器は光ダイオードのリニアアレイであってよく、各光ダイオードが異なる波長範囲で放射を測定する。分光計によって受け取られた放射は、偏光状態に関して分析されて、ポラライザ１２６によって伝えられた放射の、分光計によるスペクトル分析を可能にする。検出されたスペクトル１７１は、ウェハ１４０の構造的特徴の分析のためにコンピューティングシステム１３０に伝えられる。
【００６０】
検出器１７０は、ウェハ１４０からの放射を収集して、入射照明光に感応する試験片１４０の特性を示す出力信号１７１を生成する。検出器１７０は、１つ以上の光子エネルギーを分解して、試験片の特性を示す各エネルギー成分に関する信号を生成することができる。一部の実施形態において、検出器１７０は、ＣＣＤアレイ、光ダイオードアレイ、ＣＭＯＳ検出器、および光電子倍増管のうちいずれかを含む。一部の実施形態において、検出器１７０は波長分散型検出器であり、例えば、波長分散型計測を実施するシステム１００の実施形態においてはそうである。いくつかの他の実施形態において、検出器１７０はエネルギー分散型検出器であり、例えば、エネルギー分散型計測を実施するシステム１００の実施形態においてはそうである。
【００６１】
もう１つの態様において、システム１００は、システム１００の複数の光学素子のサーマルイメージングを実行するＩＲカメラシステム１５０および１６０を含む。図１０に描写されるように、ＩＲカメラ１５０は、ＩＲ放射材料でコーティングされた光学素子１２０および１２１の部分がＩＲカメラ１５０の視野内に来るように位置決めされている。例えば、光学素子１２０の領域１２２Ａと１２２ＢにＩＲ放射材料がコーティングされており、光学素子１２１の領域１２３Ａと１２３ＢにＩＲ放射材料がコーティングされている。ＩＲカメラ１５０によって収集されたＩＲイメージ１５１は、光学素子１２０および１２１の温度分布の分析のためにコンピューティングシステム１３０に通信される。同様に、ＩＲカメラ１６０は、ＩＲ放射材料でコーティングされた光学素子１３１−１３４の部分がＩＲカメラ１６０の視野内に来るように位置決めされている。さらに、ＩＲ放射材料の領域は、ＩＲカメラのそれぞれ対応する視野内でそれらが互いに遮り合うことがないように配置されている。ＩＲカメラ１６０によって収集されたＩＲイメージ１６１は、光学素子１３１−１３４の温度分布の分析のためにコンピューティングシステム１３０に通信される。
【００６２】
システム１００はさらに、検出器１７０によって生成された信号１７１を取得し、試験片の特性を、取得信号に少なくとも部分的に基づいて決定するために用いられるコンピューティングシステム１３０も含む。さらなる実施形態において、コンピューティングシステム１３０は、試験片１４０に関連する少なくとも１つの試験片パラメータ値の値を決定するために、リアルタイムクリティカルディメンショニング（ＲＴＣＤ）を用いて、モデルパラメータにリアルタイムでアクセスするように構成されるか、または、予め計算されたモデルのライブラリにアクセスしてもよい。
【００６３】
図１０に示すように、システム１００は、試験片１４０の、システム１００の照明源１１０と検出器１７０に対する位置合わせおよび配向の両方を行うように構成された試験片位置決めシステム１４１を含む。コンピューティングシステム１３０は、試験片位置決めシステム１４１のモーションコントローラに、試験片１４０の望ましい位置を示すコマンド信号（図示せず）を通信する。それに応答して、モーションコントローラは、試験片１４０の望ましい位置決めを達成するために試験片位置決めシステム１４１の種々のアクチュエータにコマンド信号を発生する。
【００６４】
別のさらなる態様において、コンピューティングシステム１３０は、ＩＲカメラ１５０および１６０によって収集されるサーマルイメージを受け取るように構成される。コンピューティングシステム１３０はさらに、ＩＲカメラ１５０および１６０によってイメージングされた光学素子それぞれの温度分布を、受け取ったサーマルイメージに基づいて推定するように構成される。一部の実施形態において、コンピューティングシステム１３０はさらに、ＩＲカメラ１５０および１６０によってイメージングされた光学素子それぞれによって吸収された一次測定光の総量を、受け取ったサーマルイメージに基づいて推定するように構成される。一例において、光学素子のうち１つ以上によって吸収された光の量は、一次照明光のスペクトルを示す。別の例において、光学素子のうち１つ以上によって吸収された光の量は、光学素子を構築するために用いられた材料の吸収端付近またはそれ未満（例えば、１２０ナノメートル付近）のＶＵＶスペクトルに関する光学素子の透過効率を示す。
【００６５】
もう１つの別の態様において、コンピューティングシステム１３０は、光学素子へのダメージの大きさを、受け取ったサーマルイメージに基づいて推定するように構成される。ダメージを受けた光学素子は、より高温および異なる温度分布特性を示すことになる。こうして、受け取ったサーマルイメージは光学素子の健全性を示す。
【００６６】
もう１つの別の態様において、コンピューティングシステム１３０は、一次照明光の強度を、吸収型光学素子または光学素子群の測定された温度プロファイルに基づいて推定するように構成される。一例において、ＶＵＶ照明光の強度は、従来方式の測定を実行するためには必然であり得る付加的な光損失を招かずに、このような方式で推定される。
【００６７】
本開示を通して説明された種々のステップは、単一のコンピュータシステム１３０によって、または複数のコンピュータシステム１３０によって実行され得ることを認識すべきである。さらに、試験片位置決めシステム１４０、ＩＲカメラ１５０および１６０または検出器１７０等の、システム１００の異なるサブシステムは、本明細書に記載されるステップの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んでもよい。したがって、上記の説明は、本発明への限定と解釈されるべきではなく、単なる説明と解釈されるべきである。さらに、１つ以上のコンピューティングシステム１３０は、本明細書に記載される方法の実施形態のうちいずれかの、いずれかの他のステップ（複数の場合あり）を実行するように構成されてもよい。
【００６８】
さらに、コンピュータシステム１３０は、ＩＲカメラ１５０および１６０に、当技術分野で知られるいずれの方式で通信可能に結合されてもよい。例えば、１つ以上のコンピューティングシステム１３０は、ＩＲカメラ１５０および１６０にそれぞれ関連するコンピューティングシステムに結合されてもよい。別の例では、検出器１７０と、ＩＲカメラ１５０および１６０はいずれも、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って直接制御されてよい。
【００６９】
システム１００のコンピュータシステム１３０は、システムのサブシステム（例えば、検出器１７０、ＩＲカメラ１５０および１６０など）からのデータまたは情報を、有線および／または無線部分を含み得る伝送媒体によって受信および／または取得するように構成されてよい。このように、伝送媒体は、コンピュータシステム１３０と、システム１００のその他のサブシステムとの間のデータリンクとして働き得る。
【００７０】
システム１００のコンピュータシステム１３０は、その他のシステムからのデータまたは情報（例えば、温度測定結果、モデリング入力、モデリング結果など）を、有線および／または無線部分を含み得る伝送媒体によって受信および／または取得するように構成されてよい。このように、伝送媒体は、コンピュータシステム１３０と、その他のシステム（例えば、メモリオンボードシステム１００、外部メモリまたは外部システム）との間のデータリンクとして働き得る。例えば、コンピューティングシステム１３０は、データリンクを介して記憶媒体（すなわち、メモリ１３２）から測定データ（例えば、信号１５１、１６１および１７１）を受け取るように構成されてよい。例えば、ＩＲカメラ１５０および１６０を用いて得られた温度測定結果は、永久または半永久メモリ装置（例えば、メモリ１３２）に記憶されてよい。これに関連して、温度測定結果はオンボードメモリから、または外部メモリシステムからインポートされてよい。さらに、コンピュータシステム１３０は、伝送媒体を介して他のシステムにデータを送信してもよい。例えば、コンピュータシステム１３０によって決定された温度分布は、永久または半永久メモリ装置（例えば、外部メモリ）に記憶されてよい。これに関連して、測定結果は別のシステムにエクスポートされてよい。
【００７１】
コンピューティングシステム１３０は、限定はしないが、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、または当技術分野で知られる任意のその他の装置を含んでよい。一般的に、用語「コンピューティングシステム」は、メモリ媒体からの命令を実行する１つ以上のプロセッサを有する任意の装置を包含するように広範に定義され得る。
【００７２】
本明細書に記載されるような方法を実施するプログラム命令１３４は、ワイヤ、ケーブルまたは無線伝送リンク等の伝送媒体を介して伝送されてよい。例えば、図１０に示すように、メモリ１３２に記憶されたプログラム命令は、バス１３３を介してプロセッサ１３１に伝送される。プログラム命令１３４は、コンピュータ可読媒体（例えば、メモリ１３２）に記憶される。例示的なコンピュータ可読媒体は、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気もしくは光ディスク、または磁気テープを含む。
【００７３】
図１０を参照して説明したように、システム１００は光散乱計システムを含む。しかしながら、一般的に、１つ以上の異なる計測または検査技法に関連する光学素子の温度測定が、本特許明細書の範囲内で想定されてもよい。
【００７４】
一般的に、本明細書に記載される温度測定は、広範囲の光学的計測および検査システムのための有用な性能フィードバックを提供する。本明細書に記載される温度測定技法は、膜、クリティカルディメンション（ＣＤ）および組成計測に用いられる分光エリプソメトリ（ＳＥ）、分光リフレクトメトリ（ＳＲ）およびビームプロファイルリフレクトメトリ（ＢＰＲ）システムの性能を改善できる。さらに、本明細書に記載される温度測定技法は、様々なタイプおよびサイズの欠陥を検出するために用いられるウェハおよびマスク検査システムの性能を改善できる。
【００７５】
非限定的な例として、以下の、分光エリプソメトリ（含ミュラー行列エリプソメトリ）、ミュラー行列分光エリプソメトリ、分光リフレクトメトリ、分光光散乱計測、光散乱計測オーバーレイ、ビームプロファイルリフレクトメトリ（角度および偏光分解）、ビームプロファイルエリプソメトリ、単一または複数の離散型波長エリプソメトリ、多入射角エリプソメトリおよび分光旋光測定を含む光学的計測技法が、本特許明細書の範囲内で想定され得る。
【００７６】
本明細書に記載される計測技法は、半導体構造の特徴を判断するために用いられ得る。例示的構造は、限定はしないが、ＦｉｎＦＥＴ、ナノワイヤまたはグラフェン等の低次元構造、サブ１０ｎｍ構造、薄膜、リソグラフィー構造、貫通シリコン電極（ＴＳＶ）、ＤＲＡＭ、ＤＲＡＭ４Ｆ２、フラッシュ等のメモリ構造、および３Ｄ−ＮＡＮＤ構造等の高アスペクト比メモリ構造を含む。例示的構造的特徴は、限定はしないが、ラインエッジ粗さ、ライン幅粗さ、ポアサイズ、ポア密度、側壁角度、プロファイル、膜厚、クリティカルディメンション、ピッチ等の形状パラメータ、および、電子密度、結晶粒構造、モルフォロジー、配向、ストレス、歪み、元素同定、および材料組成等の材料パラメータを含む。
【００７７】
一部の実施形態において、本明細書に記載される温度測定技法は、製造プロセスツールの一部として実施されてもよい。製造プロセスツールの例は、限定はしないが、リソグラフィー露光ツール、膜堆積ツール、インプラントツールおよびエッチツールを含む。こうして、温度測定の結果は、製造プロセスを制御するために用いられる。
【００７８】
図１１は、少なくとも１つの発明の態様に従って光学素子のサーマルイメージを生成するのに適した方法２００を示す。方法２００のデータ処理素子は、プログラム命令１３４の一環として記憶され、コンピューティングシステム１３０の１つ以上のプロセッサによって実行される、予めプログラムされたアルゴリズムによって実行されてよいことが認識される。以下の説明は、図１０に描写されたシステム１００の脈絡で提示されるが、本明細書では、システム１００の特定の構造的態様は、限定を表さず、例示としてのみ解釈されるべきであるということが認識される。
【００７９】
ブロック２０１で、所定量の一次照明光が照明源によって生成される。
【００８０】
ブロック２０２で、一次照明光が試験片の表面に投影される。一次照明光は、８マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内の長波長赤外波長での低放射性を有する材料から構築された１つ以上の光学素子を含む光学経路を有する。
【００８１】
ブロック２０３で、１つ以上の光学素子の温度プロファイルが、８マイクロメートルから１５マイクロメートルの範囲内の波長を有する長波長赤外光でイメージングされる。１つ以上の光学素子の一部分は、長波長赤外波長で高放射性を有する材料でコーティングされる。高放射材料でコーティングされた１つ以上の光学素子の部分は、一次照明光の直接光学経路内の１つ以上の光学素子の部分とは離れている。
【００８２】
もう１つの態様において１１マイクロメートル超の波長を有する赤外光が、計測または検査システムの光学素子の温度を測定するために用いられる。一部の実施形態において、光学部品は多少の放射性を示す。例えば、ガラスレンズは高放射性と多少の反射性を示すが、実質的に、１１マイクロメートル超の波長を有する光の透過は示さない。これらの実施形態において、光学素子の温度プロファイルは、光学素子全体または光学素子の大部分に基づいてイメージングされ得るが、それは、温度プローブ光が、試験片の測定を実行するために計測システム自体によって用いられる一次測定光の直接光学経路と一致し得るからである。
【００８３】
本明細書で用いられる用語「真空紫外光」または「ＶＵＶ光」は、空気、酸素、二酸化炭素および水分子によって大量に吸収される紫外光を指す。ＶＵＶ光は一般的に、約１９０ｎｍ未満の波長を有する光を含む。用語「非真空紫外光」または「非ＶＵＶ光」は、深紫外光、紫外光、可視光、赤外光またはそれらの任意の組み合わせを指す。一般的に、用語「非ＶＵＶ光」は、約１９０ｎｍを超える波長を有する任意の光を指す。さらに、用語「近真空紫外光」または「近ＶＵＶ光」は、部分的に大気内で伝わる約１９０ｎｍから約２００ｎｍの波長を有する光を指す。ＶＵＶ光、非ＶＵＶ光および近ＶＵＶ光は、単色、近単色、多色または広帯域光であり得る。
【００８４】
試験片を処理するために用いられ得る半導体処理システム（例えば、検査システム、計測システムまたはリソグラフィーシステム）に関する様々な実施形態が、本明細書において説明された。用語「試験片」は、本明細書において、当技術分野で知られる手段によって処理され得る（例えば、印刷され、欠陥検査される）ウェハ、レチクルまたは任意の他の試料を指して用いられる。
【００８５】
本明細書で用いられる用語「ウェハ」は、一般に半導体または非半導体材料から形成された基板を指す。例としては、限定はしないが、単結晶シリコン、ガリウム砒素、リン化インジウムを含む。そのような基板は半導体製作設備内で一般的に見出され得る、および／または処理され得る。いくつかの場合には、ウェハは、基板のみ（すなわち、ベアウェハ）を含んでよい。代替的に、ウェハは、基板上に形成された異なる材料の１以上の層を含んでよい。ウェハ上に形成された１以上の層は、「パターン付き」でも「パターンなし」でもよい。例えば、ウェハは、反復可能なパターンフィーチャを有する複数のダイを含んでよい。
【００８６】
「レチクル」は、レチクル製造プロセスの任意の段階におけるレチクルであってもよいし、あるいは、半導体製作設備内での使用向けにリリースされてもリリースされなくてもよい完成したレチクルであってもよい。レチクルまたは「マスク」は、その上に形成され、パターン状に構成された実質的に半透明な領域を有する実質的に透明な基板として一般に定義される。基板は、例えば石英等のガラス材料を含んでよい。レチクルは、レチクル上のパターンがレジストに転写されるように、リソグラフィープロセスの露光ステップ中にレジストで被覆されたウェハの上に配置されてよい。
【００８７】
ウェハ上に形成される１つ以上の層は、パターン付きでもパターンなしでもよい。例えば、ウェハは、反復可能なパターンフィーチャをそれぞれが有する複数のダイを含んでよい。そのような材料の層を形成し処理することが、最終的に完成した装置をもたらし得る。多くの異なるタイプの装置がウェハ上に形成されてよく、本明細書で用いる用語ウェハは、当技術分野で知られる任意のタイプのデバイスがその上に製作されるウェハを包含することを意図している。
【００８８】
１つ以上の例示的実施形態では、記載される機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらのいずれかの組み合わせで実装され得る。ソフトウェアで実装される場合、機能は、１つ以上の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶または伝送され得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、コンピュータプログラムの一箇所から他箇所への伝送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、汎用または専用コンピュータによりアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であってよい。例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、限定はしないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光学ディスク記憶体、磁気ディスク記憶体または他の磁気記憶装置、または、命令またはデータ構造の形で所望のプログラムコード手段を搬送または記憶するのに用いることができ、汎用または専用コンピュータまたは汎用または専用プロセッサによりアクセスすることができる任意の他の媒体を含み得る。さらに、あらゆる接続が、正式にコンピュータ可読媒体と呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、撚り線対、デジタルサブスクライバライン（ＤＳＬ）、または赤外線、ラジオ、およびマイクロ波などの無線技術を用いてウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから伝送される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、撚り線対、ＤＳＬ、または赤外線、ラジオおよびマイクロ波などの無線技術は媒体の定義に含まれる。ディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、本明細書で用いられる場合、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザーディスク（登録商標）、光学ディスク、デジタル万能ディスク（ＤＶＤ）、フロッピーディスクおよびブルーレイディスクを含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は、通常、データを磁気的に再生するが、ディスク（ｄｉｓｃ）は、レーザーを用いてデータを光学的に再生する。上記のものの組み合わせも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００８９】
ある特定の実施形態が教示目的のために上に記載されているが、本特許文書の教示内容は、一般的な適用可能性を有し、上に記載された特定の実施形態に限定されない。したがって、本請求項に記載されるような本発明の範囲から逸脱せずに、記載された実施形態の様々な特徴の様々な変更、適用、および組み合わせを実践することができる。
【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５】
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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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【国際調査報告】
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