(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の特性を測定する方法であって、
広帯域放射線の、多数の偏光状態を有する偏光サンプルビームを試料上に集束するステップで、前記偏光サンプルビームを生成するために広帯域放射線のビームを偏光するステップをさらに含み、多数の偏光状態を有するビームを前記試料上に集束するように前記集束するステップが前記偏光サンプルビームを集束し、前記偏光状態が試料表面に直角な参照面に対する角度φの関数であるステップと、
前記試料により変化している前記偏光サンプルビームから放射線を集めるステップと、偏光計スペクトルを生成するために前記試料により変化しかつ前記試料から集められた放射線を偏光素子と分散により分析するステップであって、前記放射線と前記偏光サンプルビームとの間の偏光状態における実質的な相対的変化が、前記集束するステップ、前記集めるステップ、および前記分析するステップにおいて使用される光学素子間の相対運動によって引き起こされない、分析するステップと、
前記偏光計スペクトルから前記試料の光学的に検出可能な特性を導出するステップと、  を含む方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
広帯域放射線のビームを前記偏光サンプルビームと参照ビームとに分割するステップをさらに含み、前記集束するステップが前記偏光サンプルビームを前記試料上に集束する方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、
参照スペクトルを生成するために前記参照ビームを検出するステップをさらに含み、前記導出するステップが膜厚および屈折率情報を導出するために前記偏光計スペクトルと前記参照スペクトルとを対比する方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、
前記参照ビーム、前記偏光計スペクトル、および前記参照スペクトルが、約１９０ｎｍから約８３０ｎｍまでの範囲の多重波長を含む方法。
【請求項５】
請求項２記載の方法において、
前記分割するステップが、前記広帯域放射線のビームを完全に横切る程でないように置かれたミラーに前記広帯域放射線のビームを導くことを含む方法。
【請求項６】
請求項２記載の方法において、
前記分割するステップが前記広帯域放射線のビームの一部をサンプルビームに偏向することを含み、前記放射線の非偏向部分が参照放射線ビームを画成する方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、
前記導出するステップが、複屈折特性、膜厚または屈折率情報を導出する方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、
前記集束するステップおよび前記集めるステップが、共通の対物レンズを使用する方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、
前記試料が１以上の複屈折軸を有し、前記集束するステップまたは前記集めるステップが前記複屈折軸のうちの１つの複屈折軸の周りに中心化された開口を使用する方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、
前記集束するステップおよび前記集めるステップを、前記複屈折軸のうちの少なくとも２つの複屈折軸の周りにそれぞれ整列された少なくとも２つの異なる開口を使用して繰り返す方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法において、
前記集束するステップおよび前記集めるステップを、前記複屈折軸のうちの少なくとも２つの複屈折軸の周りにそれぞれ中心化された少なくとも２つの異なる開口を使用して繰り返す方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法において、
前記集束するステップおよび前記集めるステップを、前記試料内の複屈折軸の存否を検出するために２つの異なる開口を使用して繰り返す方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法において、
前記偏光計スペクトルが、約１９０ｎｍから約８３０ｎｍまでの範囲の多重波長を含む方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法において、
前記分析するステップが、前記試料により変化した放射線をあらかじめ設定された固定の偏光面に対して分析する方法。
【請求項１５】
請求項１記載の方法において、
前記分析するステップの前に、前記試料により変化しかつ前記試料から集められた放射線の位相を変更するステップをさらに含む方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、
前記変更するステップが、前記試料により変化しかつ前記試料から集められた放射線の位相を約π／４だけ遅延する方法。
【請求項１７】
請求項１記載の方法において、
前記集束するステップおよび前記集めるステップが、２回行われ、かつ試料表面に直角な参照面に対する２つの異なる角度範囲内で行われる方法。
【請求項１８】
請求項１記載の方法において、
前記集束するステップおよび前記集めるステップが、放射線を２つの異なる開口のセットを通して通過させることによって２回行われる方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、
前記２つの異なる開口が、回転により実質的に９０°離れている方法。
【請求項２０】
請求項１記載の方法において、
前記試料が少なくとも２つの複屈折軸に沿った種々の光学的に検出可能な特性を有し、前記集束するステップまたは前記集めるステップが前記複屈折軸のうちの１つの複屈折軸の周りに中心化された開口を使用する方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法において、
前記集束するステップおよび前記集めるステップを、前記複屈折軸のうちの少なくとも２つの複屈折軸の周りにそれぞれ整列された少なくとも２つの異なる開口を使用して繰り返す方法。
【請求項２２】
請求項１記載の方法において、
前記サンプルビームが第２の偏光素子により前記試料に達する前に、前記サンプルビームを偏光するステップをさらに含み、前記試料が少なくとも２つの複屈折軸に沿った種々の光学的に検出可能な特性を有し、前記集束するステップ、前記集めるステップ、前記分析分散するステップ、および前記導出するステップが少なくとも２回行われる間は、前記第２の偏光素子が前記複屈折軸のうちの１つに整列される方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法において、
前記集束するステップ、前記集めるステップ、前記分析分散するステップ、および前記導出するステップが少なくとも２回行われる間は、前記第２の偏光素子が回転により実質的に９０°離れている２つの異なる位置にある方法。
【請求項２４】
請求項１記載の方法において、
前記サンプルビームが第２の偏光素子により前記試料に達する前に、前記サンプルビームを偏光するステップをさらに含み、前記集束するステップ、前記集めるステップ、前記分析するステップ、および前記導出するステップが、前記偏光素子が異なる位置にある状態で少なくとも２回行われる方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法において、
前記集束するステップ、前記集めるステップ、前記分析するステップ、および前記導出するステップが少なくとも２回行われる間は、前記偏光するステップおよび前記分析するステップで使用される前記偏光素子が実質的に同じ偏光面を有する方法。
【請求項２６】
請求項２４記載の方法において、
前記集束するステップ、前記集めるステップ、および前記分析するステップが少なくとも２回行われる間は前記分散するステップが少なくとも２つのスペクトルを生成し、前記導出するステップが前記少なくとも２つのスペクトルを使用して前記試料の複屈折特性に関する情報を導出する方法。
【請求項２７】
請求項２４記載の方法において、
前記２つの異なる位置が、回転により実質的に９０°離れている方法。
【請求項２８】
請求項１記載の方法において、
前記集束するステップが前記偏光サンプルビームを形成するためにビームを偏光することを含み、前記ビームを偏光することと前記試料により変化しかつ前記試料から集められた放射線を分析するステップとが前記偏光素子によって行われる方法。
【請求項２９】
請求項１記載の方法において、
前記広帯域放射線のサンプルビームが、紫外線波長または深紫外線波長を少なくとも１つ含む方法。
【請求項３０】
請求項１記載の方法において、
前記試料により変化しかつ前記試料から集められた放射線を分散するステップが、前記試料の偏光解析装置のパラメータΔに関する情報を含むスペクトルを生成する方法。
【請求項３１】
試料の特性を測定する装置であって、
広帯域放射線のビームを供給する放射線源と、
広帯域放射線の多数の偏光状態を有する偏光サンプルビームを試料上に集束する手段であって、前記広帯域放射線のビームを前記偏光サンプルビームと参照ビームとに分割する手段をさらに備え、前記集束された偏光サンプルビームが多数の偏光状態を有するように前記集束する手段が前記偏光サンプルビームを前記試料上に集束し、前記偏光状態が試料表面に直角な参照面に対する角度φの関数である集束する手段と、
前記試料により変化している前記偏光サンプルビームから放射線を集める手段と、
偏光計スペクトルを生成するために前記試料により変化しかつ前記試料から集められた放射線を偏光素子と分散を含んで分析する手段であって、前記放射線と前記偏光サンプルビームとの間の偏光状態における実質的な相対的変化が、前記集束する手段、前記集める手段、および前記分析する手段において使用される光学素子間の相対運動によって引き起こされない、分析する手段と、
前記偏光計スペクトルから前記試料の光学的に検出可能な特性を導出する手段と、
を備える装置。
【請求項３２】
請求項３１記載の装置において、
前記分割する手段が、前記広帯域放射線のビームを完全に横切る程でないように置かれた全反射ミラーを含む装置。
【請求項３３】
請求項３１記載の装置において、
前記分割する手段が、前記放射線源からの広帯域放射線のビームの一部をサンプルビームに偏向し、前記放射線の非偏向部分が参照放射線ビームを画成する装置。
【請求項３４】
請求項３１記載の装置において、
参照スペクトルを生成するために前記参照ビームを検出する検出器をさらに備え、前記導出する手段が膜厚と屈折率情報を導出するために前記偏光計スペクトルと前記参照スペクトルとを対比する手段を含む装置。
【請求項３５】
請求項３４記載の装置において、
前記放射線ビーム、前記偏光計スペクトル、および前記参照スペクトルが、約１９０ｎｍから約８３０ｎｍまでの範囲の多重波長を含む装置。
【請求項３６】
請求項３１記載の装置において、
前記分割する手段が、偏光ビーム分割器を含む装置。
【請求項３７】
請求項３１記載の装置において、
前記分割する手段が、ビーム分割器を含む装置。
【請求項３８】
請求項３１記載の装置において、
前記偏光素子が、前記集束する手段の光路内にある装置。
【請求項３９】
請求項３１記載の装置において、
前記導出する手段が、複屈折特性、膜厚または屈折率情報を導出する装置。
【請求項４０】
請求項３１記載の装置において、
前記偏光サンプルビームを形成するために広帯域放射線のビームを通過する偏光子をさらに備え、前記集束する手段による集束および前記分析分散する手段による分析中に前記偏光子と前記偏光素子とは互いに関連して回転しない装置。
【請求項４１】
請求項３１記載の装置において、
前記集束する手段および前記集める手段が、前記偏光サンプルビームを前記試料上に集束しかつ前記試料により変化した放射線を集める共通の対物レンズを有する装置。
【請求項４２】
請求項３１記載の装置において、
偏光されたかまたは偏光されない前記サンプルビームを生成するために、放射線源からの広帯域放射線のビームの経路の内外に偏光素子を動かす手段をさらに備える装置。
【請求項４３】
請求項４２記載の装置において、
前記偏光素子が、前記放射線源から発生するビームを偏光し、前記試料により変化しかつ前記集める手段により集められた放射線を分析する装置。
【請求項４４】
請求項３１記載の装置において、
放射線源をさらに備え、前記集束する手段が前記放射線源からの放射線を１以上の複屈折軸を有する前記試料上に集束し、前記装置が前記複屈折軸のうちの１つの複屈折軸に整列される少なくとも１つの開口を備え、前記開口が前記放射線源と前記分析する手段との間の光路内にある装置。
【請求項４５】
請求項４４記載の装置において、
前記少なくとも１つの開口が、前記複屈折軸のうちの１つの複屈折軸の周りに中心化される装置。
【請求項４６】
請求項４４記載の装置において、
前記複屈折軸のうちの１つの複屈折軸に整列される少なくとも２つの開口のうちの１つを選択する手段をさらに備える装置。
【請求項４７】
請求項４６記載の装置において、
前記選択する手段により２つの異なる開口のそれぞれを前記複屈折軸の対応する一つに整列させるので、前記２つの異なる開口がそれらの対応する複屈折軸に連続して整列されたときに得られる偏光計スペクトルが、前記試料の複屈折に関する情報をもたらす装置。
【請求項４８】
請求項４７記載の装置において、
前記選択する手段が、内部に少なくとも２つの開口を備えたリングを含む装置。
【請求項４９】
請求項４８記載の装置において、
前記リングが、前記少なくとも２つの開口のそれぞれに偏光子を有する装置。
【請求項５０】
請求項４８記載の装置において、
前記少なくとも２つの開口のうちの２つが、１個の象限が遮蔽された円の形に実質的に成形される装置。
【請求項５１】
請求項３１記載の装置において、
放射線源をさらに備え、前記集束する手段が前記放射線源からの放射線を１以上の複屈折軸を有する前記試料上に集束し、前記装置が前記複屈折軸を検出するために前記サンプルビームの光路内で線状偏光子を回転させる手段をさらに備える装置。
【請求項５２】
請求項３１記載の装置において、
前記広帯域放射線が、約１９０ｎｍから約８３０ｎｍまでの範囲の多重波長を含む装置。
【請求項５３】
請求項３１記載の装置において、
前記分析する手段が、前記試料により変化した放射線をあらかじめ設定された固定の偏光面に対して分析する装置。
【請求項５４】
請求項３１記載の装置において、
前記集める手段と前記分析する手段との間の光路内に位相遅延器をさらに備え、前記位相遅延器が、前記分析する手段の前に、前記試料により変化しかつ前記試料から集められた放射線の位相を変更する装置。
【請求項５５】
請求項５４記載の装置において、
前記位相遅延器が、前記試料により変化しかつ前記試料から集められた放射線の位相を約π／４遅延させる装置。
【請求項５６】
請求項３１記載の装置において、
前記集束する手段または前記集める手段が、反射された放射線の位相において、前記集束する手段および前記集める手段により約π／２の総変換を導入するコーティングを有するミラーを含む装置。
【請求項５７】
請求項３１記載の装置において、
前記集束する手段および前記集める手段が、２回行われ、かつ試料表面に直角な参照面に対する２つの異なる角度範囲内で行われる装置。
【請求項５８】
請求項３１記載の装置において、
前記集束する手段および前記集める手段が、放射線を２つの異なる開口のセットを通して通過させることによって２回行われる装置。
【請求項５９】
請求項５８記載の装置において、
前記２つの異なる開口のセットが、回転により実質的に９０°離れている装置。
【請求項６０】
請求項３１記載の装置において、
前記試料が少なくとも２つの複屈折軸に沿った種々の光学的に検出可能な特性を有し、前記装置が、放射線を集束しかつ放射線を集めるために、前記複屈折軸のうちの１つの複屈折軸の周りに中心化された開口をさらに備える装置。
【請求項６１】
請求項５８記載の装置において、
放射線を集束しかつ放射線を集めるために、前記複屈折軸のうちの少なくとも２つの複屈折軸の周りにそれぞれ整列された少なくとも２つの異なる開口をさらに備える装置。
【請求項６２】
請求項３１記載の装置において、
前記サンプルビームが前記試料に達する前に、前記サンプルビームを偏光する第２の偏光素子をさらに備え、前記試料が少なくとも２つの複屈折軸に沿った種々の光学的に検出可能な特性を有し、前記集束する手段、前記集める手段、前記分析分散する手段、および前記導出する手段が少なくとも２回行われる間は、前記第２の偏光素子が前記複屈折軸のうちの１つに整列される装置。
【請求項６３】
請求項６２記載の装置において、
前記集束する手段、前記集める手段、前記分析する手段、および前記導出する手段が少なくとも２回行われる間は、前記第２の偏光素子が回転により実質的に９０°離れている２つの異なる位置にある装置。
【請求項６４】
請求項６２記載の装置において、
前記集束する手段、前記集める手段、および前記分散する手段が行われる少なくとも２つの異なる位置間で第２の偏光素子を動かす機器をさらに備える装置。
【請求項６５】
請求項３１記載の装置において、
前記サンプルビームが前記試料に達する前に、前記サンプルビームを偏光する第２の偏光素子をさらに備え、前記集束する手段、前記集める手段、前記分析する手段、および前記導出する手段が、前記偏光素子が異なる位置にある状態で少なくとも２回行われる装置。
【請求項６６】
請求項６５記載の装置において、
前記集束する手段、前記集める手段、前記分析する手段、および前記導出する手段が少なくとも２回行われる間は、前記サンプルビームを偏光することおよび前記分析する手段で使用される前記偏光素子が実質的に同じ偏光面を有する装置。
【請求項６７】
請求項６５記載の装置において、
前記集束する手段、前記集める手段、前記分散する手段が行われる少なくとも２つの異なる位置間で第２の偏光素子を動かす機器をさらに備える装置。
【請求項６８】
請求項６５記載の装置において、
前記集束する手段、前記集める手段、および前記分析する手段が少なくとも２回行われる間は前記分散する手段が少なくとも２つのスペクトルを生成し、前記導出する手段が前記少なくとも２つのスペクトルを使用して前記試料の複屈折特性に関する情報を導出する装置。
【請求項６９】
請求項６５記載の装置において、
前記２つの異なる位置が、回転により実質的に９０°離れている装置。
【請求項７０】
請求項３１記載の装置において、
前記集束する手段が前記偏光サンプルビームを形成するためにビームを偏光し、前記ビームを偏光することと前記試料により変化しかつ前記試料から集められた放射線を分析する手段とが前記偏光素子によって行われる装置。
【請求項７１】
請求項３１記載の装置において、
前記広帯域放射線のサンプルビームが、紫外線波長または深紫外線波長を少なくとも１つ含む装置。
【請求項７２】
請求項３１記載の装置において、
前記分散する手段が、前記試料により変化しかつ前記試料から集められた放射線を分散して、前記試料の偏光解析装置のパラメータΔに関する情報を含むスペクトルを生成する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は一般には、試料の表面特性を測定する非破壊技術に関し、特に試料の偏光計スペクトルおよび他の特性を測定するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くの工業的利用にとって、薄膜の厚さやその屈折率のような試料の表面パラメータを測定することは有用である。これらのパラメータは、多くの技術によって測定され得る。よく知られた非破壊検査技術の中に、分光反射解析法と分光学的偏光解析法がある。
【０００３】
分光反射解析法において、入射放射ビームは試料で反射し、そして反射放射線の強度が分析されて試料の特性を測定する。入射放射線は多重波長成分を含んでいるから、測定データのスペクトル（反射率スペクトルまたは相対反射率スペクトルとして知られている）が計測される。米国特許第５，７４７，８１３号が一種の広帯域分光反射計を記述しており、この特許は引用により完全な形で本明細書に含まれる。
【０００４】
分光学的偏光解析装置が米国特許第５，６０８，５２６号に記載されており、これは引用により完全な形で本明細書に含まれる。この特許に記載されているように、既知の偏光状態を有する入射放射ビームが試料から概して大きな入射角度で反射され、反射放射線の偏光が分析されて試料の特性を測定する。反射放射線の偏光は入射ビームのそれとは変わるから、量的なおよび相的な偏光状態の変化が測定されて、試料表面の薄膜の厚さと屈折率が測定される。
【０００５】
分光反射解析法は、分光学的偏光解析法よりはシンプルで廉価であるが、分光学的偏光解析法は、分光反射解析法よりはより精確で、表面特性に対して感応度が高い。分光反射解析法と分光学的偏光解析法は有用な非破壊検査技術であるが、表面の複屈折のようなある種の表面パラメータを測定することが困難である。
【０００６】
従って、複屈折のような表面パラメータを測定するための改良された測定システムを提供することが望ましい。また、上述の非破壊検査技術を補足するために試料表面の特性を測定する偏光計システムを提供することも望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本出願人によって提案された偏光計システムは、分光反射計の単純性を維持するが、分光学的偏光解析装置と同様な表面特性に対する感応度を持っている。広帯域放射線の偏光サンプルビームは、試料表面に集束され、試料によって修正された放射線が集められる。試料に集束されたサンプルビームは、多数の偏光状態を有している。試料によって修正された放射線は、偏光面に関して分析されて偏光計スペクトルを生ずる。そして、厚さと屈折率の情報は、スペクトルから求められる。好ましくは、サンプルビームの偏光は、集束と試料とによってのみ変えられ、分析は、固定偏光面に関して行われる。
【０００８】
好適な実施例において、サンプルビームの集束と修正された放射線の収集は、試料内の複屈折軸の存否を検出するために２個の異なる開口を使用して繰り返される。他の実施例において、上述の技術は、薄膜の厚さと屈折率とを測定するために、偏光解析法と組み合わされる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図示における簡明さのために、同一部材は同じ符号で示されている。
図１は、本発明の好適な実施例を例示するための、分光学的偏光解析装置と偏光計システムとを有する複合装置の概要図である。複合装置の分光学的偏光解析装置を説明する前に、先ず偏光計システム８が図１および図２を参照してある程度詳しく説明される。以下に示すように、好ましくはシステム８は、図１の複合装置の分光学的（または単一波長の）偏光解析装置と一緒に使用されると有利であるが、このシステムはまた試料を測定するためにそれ自身で効果的に使用することもできる。
【００１０】
偏光計システム８の全体的な光学的配置は、米国特許第５，７４７，８１３号に記載された分光反射計に類似しており、そのシンプルさを維持している。しかしながら、かかる分光反射計とは異なり、本発明のシステム８は、米国特許第５，７４７，８１３号のシステムにおける偏光無感応の反射率スペクトルではなく偏光計反射率スペクトルを測定する。従って、システム８は、米国特許第５，７４７，８１３号のシステムよりは表面特性に対して感応度が高い。好適な実施例において、本発明は試料によって反射される放射線を検出するものとして例示されているが、本発明は、試料によって伝播される放射線が代わって検出されると本明細書に記載されているように本質的に作用し、このようなまたは他の変形は本発明の範囲内にある。平易にするために、好適な実施例は、以下に反射放射線を測定するものとして説明されるが、かかる説明は伝播放射線を測定するために容易に拡張されることができると理解される。
【００１１】
サンプル経路、参照経路、領域照明経路、測定照明経路、および偏光解析装置経路を示すための凡例が図１の右上隅に示されている。上述したように、偏光計パラメータを測定するシステムの全体的な光学的配置が図１および図２を参照して以下に説明される。
【００１２】
図１および図２の各々は、偏光計パラメータを測定するための本発明による光学システムの同じ実施例を示している。システム８の集束部材と他の光学部材および図１の分光学的偏光解析装置は部分的に図２では省略されていて、図面を簡潔にしている。その部材は、他の部材に関するその位置を最も明瞭に示す図面と関連して以下に説明される。図１を参照するに、ウェハ３の相対反射率スペクトルを測定する光学システム８は、照明サブシステム、反射計サブシステム、観察サブシステム、および自動焦点サブシステムを有し、任意の光学部材は複数のサブシステムの一部となることがある。照明サブシステムは、キセノンアークランプのような、可視光および／または紫外（ＵＶ）光の光ビーム１２を放出するランプ１０、ランプハウジング窓１４、偏芯放物面鏡１６、出し入れ式紫外線遮断フィルタ１８、カラーフィルタリング２０、平面鏡２２、凹面鏡２４、出し入れ式４０μｍ微細焦点開口３０を備えた開口ミラー２８、大アクロマート３２，領域照明シャッター３１，屈曲ミラー３６および小アクロマート３８を有する。図２において、対物レンズ４０は、ミラーとミラー４０ａ，４０ｂを取り囲むハウジング４０’を有するが、分光学的偏光解析装置（図２には図示せず）からの傾斜照明ビームのためにハウジングとウェハとの間に十分な空間を残している。
【００１３】
照明システムは、測定ビーム２５と領域照明ビーム３４とからなる複合ビーム４２を供給する。ランプ１０は、ランプハウジング窓１４を通して光ビーム１２を放出する。ランプハウジング窓は光学的理由では必要がないが、ランプが亀裂を生じて破裂したときにランプ１０を閉じこめるために設けられる。キセノンランプは、ＵＶから近赤外までのスペクトルをカバーする平坦な出力を生ずるので、タングステンランプや重水素ランプ等の他のランプより好ましい。１９０〜２２０ｎｍを含む領域の波長成分を有するサンプルビームを供給するために、キセノンランプ１０と組み合わせて重水素ランプ８８が追加的に使用され、深紫外を含むより広いスペクトルをカバーする。２個のランプを一緒に使用することによって、試料を検出するために供給される放射線の合成複合スペクトルは、約１９０ｎｍ乃至８００または８３０ｎｍまで拡張されることができる。スペクトルを深紫外領域まで拡大することは、写真印刷にとって有用である。ランプ８８からの放射線は、レンズ９３によって集束され、ミラー９５によってフィルタ１８に向けて反射され、そしてランプ１０からの放射線と組み合わされて複合ビーム１２’を形成する。矢印９９に沿うビーム１２の経路の内外にミラー９５を動かすことによって、重水素ランプ８８からの放射線を測定ビーム２５に含ませたり除外したりすることが可能である。
【００１４】
偏芯放物面鏡１６は、光ビーム１２を平行にし、これはランプ８８からの放射線と組み合わされてビーム１２’を形成した後、出し入れ式紫外線遮断フィルタ１８とカラーフィルタリング２０とによって選択的に濾波される。出し入れ式紫外線遮断フィルタ１８は、光ビーム１２’のスペクトルを制限するために部分的に使用されるから、光ビーム１２’が回折格子によって分光されるときに、１次および２次分光は重なり合わない。ビーム１２’は平面鏡２２によって凹面鏡２４上に部分的に反射されて測定ビーム２５を形成する。凹面鏡２４は測定ビーム２５を開口ミラー２８の開口上に集束する。
【００１５】
光ビーム１２の他の部分、すなわち領域照明ビーム３４は、大アクロマート３２によって屈曲ミラー３６の近くに集束され、屈曲ミラー３６をしてランプ１０、８８の像を小アクロマート３８に向けて反射させる。小アクロマート３８は、光が開口ミラー２８で反射する前に領域照明ビーム３４内の光を集める。開口ミラー２８は、一面に反射コーティングがなされた溶融シリカ板であり、反射コーティングからエッチングされた１５０μｍ2 が測定ビーム２５用の開口を生ずる。開口は、対物レンズ４０の共役軸にある。領域照明は、領域照明ビーム３４の光路内に領域照明シャッター３１を置くことにより遮断される。
【００１６】
狭い測定ビーム２５と広幅の領域照明ビーム３４は、開口ミラー２８で再合体し、領域照明ビーム３４は開口ミラー２８の前で反射し、測定ビーム２５は開口と偏光子１０２を通過し、これはモータ１０１によってビーム２５の経路に出入りされる。
【００１７】
図１は反射計と、光学システム８の観察サブシステムおよび自動焦点サブシステムとを示しているが、対物レンズ４０、ビーム分割ミラー４５，サンプルビーム４６，オプションの参照ビーム４８，凹面鏡５０，平面鏡４３，参照分光ピンホール５６を備えた参照板５２，サンプル分光ピンホール５８を備えたサンプル板５４、第２の屈曲ミラー６８，回折格子７０，サンプル線状フォトダイオードアレー７２，参照線状フォトダイオードアレー７４，短焦点距離を有するアクロマート８０，ミラー８２，ビーム分割キューブ８４，五角プリズム８６，長焦点距離を有するアクロマート９０，中立密度フィルタリング９７，第３の屈曲ミラー９１，およびビデオカメラ９６を有している。これらの構成要素のいくつかは、明確化のために図２には示されていない。
【００１８】
対物レンズ４０にとって、いくつかの拡大率は可能である。実施例において、シュバルツチルト（Schwarzchild）設計の全反射対物レンズは、回転ターレットに載せられ、これはいくつかの異なる対物レンズ（図示せず）の一つをサンプルビーム４６の光路内に置くことを可能とする。本発明における測定に著しい影響を与えずに、サンプルビーム４６の光路内に低出力の屈折部材を置くことが可能である。
【００１９】
ウェハ３の相対反射率スペクトルの測定が次に説明される。領域照明シャッター３１が領域照明ビーム３４の経路内に置かれると、複合ビーム４２は測定ビーム２５のみから構成される。複合ビーム４２は、複合ビーム４２の半分を対物レンズ４０に向かって偏向するように置かれた全反射ミラーであるビーム分割ミラー４５によって分けられ、このようにしてサンプルビーム４６を形成し、複合ビーム４２の偏向されなかった半分は参照ビーム４８を形成する。サンプルビーム４６とオプションの参照ビーム４８は、同じ光源であるランプ１０、８８から出ているので、そして複合ビーム４２は放射状に一様なので、参照ビーム４８とサンプルビーム４６は、比例的に従属のスペクトル強度を有している。さらに、ビーム分割ミラー４５は、全光路内にある部分反射ミラーではなく、光路の半分内にある全反射ミラーであるので、連続広帯域スペクトルが良好な輝度で反射される。
【００２０】
参照ビーム４８は、当初はビーム分割ミラー４５に作用しないが、代わりに凹面鏡５０を照射する。凹面鏡５０は、少し軸がオフセットしており、このため参照ビーム４８はビーム分割ミラー４５の背面上に反射し、ここで平面鏡４３が参照分光ピンホール５６に整列するように参照ビーム４８を再反射する。平面鏡４３は、参照ビーム４８をサンプルビーム４６に再整合するように設けられているため、両ビームはそれらのそれぞれの分光ピンホールを実質的に平行に通過する。参照ビームはサンプルビームと平行に分光計に入るので、このことは両チャンネルに対する分光計部材の簡単な整合を可能とする。
【００２１】
参照ビーム４８は、ビーム４６を反射するビーム分割ミラー４５の表面に作用しないので、参照ビーム４８がビーム分割ミラー４５を通過するときに参照強度の損失が無い。参照ビーム４８は、ビーム分割ミラー４５の背面のミラー４３に作用するが、光がビーム分割ミラー４５を通過しないので、これらの２個のミラーは独立している。事実、ビーム分割ミラー４５の２個の反射面が容易には１つの光学素子に一緒に置かれない別の実施例においては、複数の反射面は複数の分離ミラー部材上に存在する。
【００２２】
凹面鏡５０の焦点距離は、参照ビーム４８が参照分光計ピンホール５６に焦点を結ぶようになっている。参照分光計ピンホール５６を通過し屈曲ミラー６８で反射する光は、回折格子７０により分散される。生成された１次分散光は参照線状フォトダイオードアレー７４によって集められ、これにより相対参照スペクトルを測定する。
【００２３】
偏光サンプルビーム４６は、ビーム分割ミラー４５から対物レンズ４０に向けて反射され、ここでサンプルビーム４６はウェハ３の上に集束され、そして反射サンプルビーム４６’が対物レンズ４０によってサンプル分光計ピンホール５８上に集束される。反射サンプルビーム４６’は、ビーム分割ミラー４５の背後の参照ビーム４８も通過する空間を通過するので、反射サンプルビーム４６’は反射経路上でビーム分割ミラー４５に作用しない。試料３からの反射サンプルビーム４６’の放射線は、ピンホール５８に達する前に分析器１０４を通過する。サンプル分光計ピンホール５８を通過し屈曲ミラー６８で反射する光は、光の波長に応じて回折格子７０により分散される。参照ビームと共に、サンプルビームの生成１次分散ビームはサンプル線状フォトダイオードアレー７２によって集められ、これによりサンプル偏光計スペクトルを計測する。２本のビームが回折格子７０で交差するので、図２においてサンプルビーム４６に明らかに整列したフォトダイオードアレーは、実際参照ビーム４８用フォトダイオードアレーであり、また逆である。偏光子１０２と分析器１０４は回転せず、好ましくは静止している。従って、分析器１０４は、試料によって修正され、かつ対物レンズ４０によって集められた放射線を固定偏光面に従って分析する。
【００２４】
それから、相対反射率スペクトルは、各波長におけるサンプル光強度を各波長における相対参照強度によって割ることにより簡単に得られる。典型的には、これは、５１２個のダイオードの線状フォトダイオードアレーがサンプルスペクトルおよび参照スペクトルを記録するために使用される５１２回の割り算計算を含んでいる。好適な実施例において、スペクトルは約１９０ｎｍから８００または８３０ｎｍまでの範囲に亘っている。
【００２５】
本発明の実施例において、回折格子７０は凹面のホログラフィック格子であり、分光計ピンホールは１５ｍｍ離れている。その１５ｍｍの間隔は、両ビームが格子上に中心合わせすることを許さないので、回折格子はホログラフィック技術によりマルチスペクトルを結像するように訂正される。このような格子は、インスツルメンツＳＡによって供給されるマルチスペクトル結像格子である。また、格子は、検出器の角度が検出器からの反射を格子から外れるように設計されている。
【００２６】
領域照明を含んでいるかもしれない複合ビーム４２は、ビーム分割ミラー４５からウェハ３に向かって反射される。反射率スペクトル測定と自動焦点が行われているとき、領域照明は分散光を最小化するように切られる。
【００２７】
相対反射率スペクトルを測定するために使用される光学要素の革新的な配置のために、スペクトル測定サブシステムの多くの要素がまた自動焦点サブシステムにも使用される。例えば、図示された実施例の相対反射率スペクトル測定が、部分反射ミラーに対向するビーム分割ミラー４５を使用しているので、ウェハ３から反射される生成ビームは、非対称円形断面を有している。このため、焦点整合状態を達成するために対物レンズ４０またはウェハ３を動かす相対距離のみならず焦点方向を検出することを可能とするが、対称円形断面を用いては焦点方向を検出することはできない。
【００２８】
図１および図２の偏光計システム８は、サンプルビーム４６が本出願のシステムにおいて偏光している点で米国特許第５，７４７，８１３号に記載されたものとは異なっている。このように、サンプルビーム４６が対物レンズ４０によって試料３に向かって反射されると、ウェハ上に焦点を結ぶビームは多数のまたは複数の異なる偏光状態を持つ。これが図３Ａおよび図３Ｂに関連してより明瞭に説明される。サンプルビーム４６はミラー４０ａによってミラー４０ｂに向かって反射され、それからこれは図３Ａに示されるようにビームを試料３に向けて集束する。図３Ｂは、ウェハ３に焦点整合したときのサンプルビーム４６の照明開口を示す概念図である。図３Ａ、図３Ｂにおける種々の量は、円柱座標ρ、φ、θを基準として定義され、ここでρは座標系における点の腕長（原点からの距離）、φは試料表面に対して垂直である参照面に対する該点を含み該試料面に対して垂直な面の角度であり、そして、θは、試料表面の法線からの該点を原点に結ぶ線の角度（法線に対する入射角）である。
【００２９】
図３Ａを参照するに、偏光子１０２は角度φP における面によって定義される偏光面を有しているから、その偏光子から出てビーム分割器４５によって反射されるサンプルビーム４６はまたこの偏光を持っていると仮定される。ビーム４６は、先ずミラー４０ａによって反射され、ビームを試料３上に集束するミラー４０ｂによってその後に反射されると、試料３に集束したビームは図３Ａ、図３Ｂに示されるように、異なる入射面に入る。図３Ｂにおいて、ビーム４６の偏光面φP は１０３で示されている。
【００３０】
以上の説明から、ビーム分割ミラー４５は偏光ビームの約半分を偏向してサンプルビーム４６とし、ビームの残り半分を参照ビーム４８として通過させる。このような理由で、図３Ｂの照明開口（陰付き領域１０６）はほとんど半円形状となる。このようにして対物レンズ４０によって試料３上に集束される放射線は、半円形領域を跨ぐ入射面で試料に入射する。領域内の角度φの１値の入射面内でウェハに入射する放射線は、領域内の角度φの異値を有する入射面における放射線のそれとは異なるｓ分極およびｐ分極を有する。異なる入射面内の放射線のｓ分極およびｐ分極は、定義により、異なる向きを持つので、その一入射面内の入射放射線の偏光状態は、異なる入射面における入射放射線のそれとは異なるものとなる。従って、試料３上に入射する放射線は、φの関数としての多くのすなわち複数の偏光状態を持つことになる。
【００３１】
試料３上に集束されるビームは、以下に説明されるように対物レンズ４０ａ，４０ｂの合成反射係数の関数としてサンプルビーム４６と対比されて強度が減少する。サンプルビーム４６から生じて対物レンズ４０により試料上に集束された放射線は、試料により反射され、これは再び強度を減じ、試料の反射係数の関数として各偏光成分の相を変える。このような放射線は再び対物レンズ４０によってビーム分割器４５と分析器１０４とを通って上述した分光器に反射される。好適な実施例において、放射線を試料に集束するために使用された同じ対物レンズがまた、分析器と分光器に向かう反射放射線を収集するために使用されるけれども、これは必要なことではなく、異なる収集対物レンズが集束対物レンズに加えて使用できること、そしてその様なまたは別の改変も本発明の範囲に入ることが理解される。
【００３２】
試料表面上の原点に向かうφP 方向の分極を有する半円形照明開口内にある図３Ａの座標（ρ、φ）を持つ点１０５からの入射放射線を考えてみる。電界は、以下のように図３Ａ、図３Ｂに示されるｓ分極とｐ分極に分解される。
0004880122.tif 000002
ここで、Ｅinは、偏光子１０２によって偏光された後のビーム４６内の放射線の電界、Ｅo はその値、そしてＥs in、Ｅp inはｓ分極とｐ分極に沿う放射線の成分である。放射線が対物レンズを出た後は、次のようになる。
0004880122.tif 000003
ここで、Ｅout は、試料３によって反射された後のビーム４６内の放射線の電界、そしてＥs out 、Ｅp out はｓ分極とｐ分極に沿うその成分であり、並びにｒs s （ｒo s ）とｒs p （ｒo p ）は試料（対物レンズ）のためのｓ分極とｐ分極用反射係数である。対物レンズ用の反射係数は、図３Ａに示された２個のミラーの反射係数の積である、すなわち、ｒo s ＝ｒo1sｒo2sおよびｒop ＝ｒo1 pｒo2pである。φa の偏光面を備えた分析器を通過した後の分光器における電界は、ｐa に沿って得られる。
0004880122.tif 000004
【００３３】
検出器電流は以下のように表される。
0004880122.tif 000005
もし偏光子１０２が省略されれば、半円形開口に対する検出器電流は次のようになる。
0004880122.tif 000006
式（２）において、Ｒo s 、Ｒs s 、Ｒo p 、Ｒs p は、｜ｒo s ｜2 、｜ｒs s ｜2 、｜ｒo p ｜2 、｜ｒs p ｜2 としてそれぞれ定義される。ｒo s 、ｒs s 、ｒo p 、ｒs p は、入射角の関数、すなわちρの関数であることに留意しなければならない。偏光子１０２が、図１〜図３に示すように位置していると、分光器における強度が試料および対物レンズのｓ反射率とｐ反射率およびΔo 、Δs の関数であるとの一般式が導かれ、Δo 、Δs は、
0004880122.tif 000007
によって定義され（ここで、ｒs p 、ｒs s はｐ分極およびｓ分極における放射線の試料表面の複合反射係数であり、またここで、ｒo p 、ｒo s はｐ分極およびｓ分極における放射線の対物レンズの複合反射係数である）、そしてΨo 、Ψs 、Δo 、Δs はまた偏光解析装置のパラメータである。従って、システム８は、偏光に感応する。
【００３４】
幾つかの特殊ケースが以下に示される。
Ａ．φ0 ＝π
0004880122.tif 000008
Δの変化に感応するシステムに対し、２（φp −φa ）＝ｍπである。もしφp ＝φa'であれば、
0004880122.tif 000009
Ｂ．φ0 ＝π／２
0004880122.tif 000010
もしφp ＝φa ＝π／２であれば、
0004880122.tif 000011
【００３５】
以上の分析から、式（４）および（６）の第３項のｃｏｓ（Δo ＋Δs ）係数は、偏光子と分析器の角度が同じときに、すなわち、偏光子１０２と分析器１０４とが実質的に同じ偏光面を持つときに最大になる。換言すれば、図４に示されるように、偏光子および分析器の両方として機能する単一の偏光子を使用できる。図４に示されるように、偏光子１１６が、偏光子１０２と分析器１０４とを置換するように使用できる。フォトダイオードアレーのサンプルチャネルは、式（５）に比例する。この構成において、一つの偏光子のみが必要であり、偏光子と分析器は自己整合である。さらに別の代替例として、もし分割器４５が偏光ビームスプリッタであれば、偏光子１０２と分析器１０４が一緒に省略される。膜厚検出の感度を改良するために、図１において、点線で示される波板または遅延素子１９０がビーム分割器４５と分析器１０４の間に挿入されて、式（４）および（６）の第３項の余弦係数ｃｏｓ（Δo ＋Δs ）の議論に移相を導入する。好ましくは、分析および分散の前に素子１９０によって生ずる収集放射線の移相は、約π／４である。ミラー４０ａ、４０ｂのミラーコーティングの厚さがまた、薄膜の厚さの検出の感度を増大するために選択されるから、ミラー４０ａ、４０ｂに焦点整合し集められる放射線の相の全変化は、約π／２である。そしてこれは、式（４）および（６）の第３項の余弦係数ｃｏｓ（Δo ＋Δs ）の議論において、Δo をπ／２とするので、これらの式の余弦項は、正弦項に変換される。
【００３６】
アレー７２の検出器電流に関して測定された偏光計スペクトルは、試料３についての有用な情報を得るのに使用される。例えば、もし試料３の多くの異層の物質の型がその屈折率を推算できるように知られていれば、かかる検出器電流は、層の厚さと精確な屈折率を得るのに十分である。その様な推論の方法は当業者には知られており、ここで詳細に述べる必要は無い。代替的に、検出器信号は、膜厚と屈折率を得るために、偏光解析装置の測定結果と組み合わされる。多くの異なる波長におけるデータポイントを得ることができるので、偏光計システムにおいて検出用に広帯域放射線を使用することは有利である。このような豊富なデータポイントは、試料上の多層の厚さおよび屈折率を測定するために非常に有用であり、そしてより精確な曲線適合アルゴリズムを適用し、または測定値の精度をクロスチェックすることを可能とする。
【００３７】
システム８はまた、２回の測定により面内複屈折試料を分析するために使用できるが、その測定の各々は照明開口の２象限の一方がカバーされている。図３Ｂに示されるように、照明開口は実質的に半円であり、第１象限１０６ａと第４象限１０６ｂとを含んでいる。図５Ａおよび図５Ｂは、第１象限（斜線域）を通る照明のみを示しており、照明ビームの反射は第３象限１０６ｄのみを通る。第１象限がカバーされておりかつ第４象限がカバーされていないとき、第２の測定は、第４象限を通る照明で行われ、第２象限を通る反射が同様に集められて測定される。これは、ウェハ３を９０度物理的に回転するのと同様の効果がある。第１象限および第４象限の照明に対して複屈折軸が入射面と異なって整列しているので、２回の連続した測定から複屈折効果が減ずることができる。仮にウェハに関する複屈折の軸が知られていれば、第１象限１０６ａおよび第４象限１０６ｂが例えば正常軸と異常軸の周りのように、複屈折の対応軸の周りにそれぞれ中心化するように４個の象限の位置を配向することによって測定が最適化することができる。図５Ｂに示されるように、偏光子１０２の第４象限がカバーされ、そして偏光子１０２の偏光軸１０３がウェハの複屈折軸と整列していることが前提にされている場合、第１象限１０６ａは複屈折軸の周りに中心化されている。第１の偏光計スペクトルが得られる。それから、第４象限１０６ｂが次に偏光軸の周りに中心化されるとされかつ第１象限が代わってカバーされるように回転手段（図示せず）によって偏光子１０２が９０°回転され、第２の偏光計スペクトルが得られる。第１および第２のスペクトルの対比が、ウェハ３内の１本または複数本の複屈折軸の存在を示す。第１および第４の象限が偏光子の軸の周りに中心化しない場合でも、２個のスペクトルの対比は複屈折軸を見いだす。
【００３８】
結晶の複屈折を検出する上述の方法はまた、図６に示された回転リング２００を使用して実施されることもできる。このようにして、図１の偏光子１０２は、リング２００によって置換される。偏光計パラメータを検出するための図１を参照して上述された測定を実施するために、リング２００が回転されて位置１の偏光子２０１が開口２８を通過してビーム分割器４５に至る照明ビームの経路内に入る。照明開口は、第１象限１０６ａおよび第４象限１０６ｂから構成されており、そしてウェハ３からの反射は第２および第３象限の開口を通して集められる。図４Ｂ、図６Ｂの第１象限１０６ａを遮断すなわちカバーすることが望ましい場合、位置２における偏光子２０２が開口ミラー２８とビーム分割器４５の間の放射線ビームの経路内に入るまでリング２００が回転される。照明開口は第４象限１０６ｂのみから構成され、ウェハ３からの反射は第２象限の開口１０６ｃのみを通して集められる。代わって第４象限１０６ｂを遮断すなわちカバーすることが望ましい場合、位置３における偏光子２０３が光路内に入るまでリング２００が回転される。照明開口は第１象限１０６ａのみから構成され、ウェハ３からの反射は第３象限の開口１０６ｄのみを通して集められる。米国特許第５，７４７，８１３号と同じように操作することが望ましい場合には、偏光子が無い位置４にある開口２０４が、開口ミラー２８とビーム分割器４５の間のビームの光路内に入るまでリング２００が回転される。
【００３９】
上述の実施例においては、複屈折検出は異なる照明開口を使用して実現されたけれども、本質的には、代わりに集光開口を使用しても同じ結果が得られる。換言すれば、照明放射ビームの経路内における照明開口を部分的に遮蔽する代わりに、試料から反射され、そして集められて分光器と検出器へ導かれる放射線の経路内にある集光開口が部分的に遮蔽されすなわちカバーされる。このようなまたは他の改変例も本発明の範囲内に含まれる。
【００４０】
複屈折を検出するためのシステム８を使用する適用例が上述されている。システム８はまた、試料表面の他のパラメータを検出するためにも使用できる。図面、特に図３Ａおよび図３Ｂに関連する上述の式と説明とから、フォトダイオードアレー７２の分光計によって検出される反射スペクトルは、Δに関する情報、偏光解析に一般に使用されかつ厚さに関連する偏光計パラメータ、および試料表面の薄膜の厚さと屈折率とを使用している。従って、試料表面の所定の様相が既知であれば、このような既知の様相は、システム８によって測定された偏光計パラメータに関する情報と結びつけられて、膜厚や屈折率のような試料の有用な情報を導出する。
【００４１】
好適な実施例において、フォトダイオードアレー７２によって得られる反射スペクトルは、フォトダイオードアレー７４からの参照スペクトルと対比されて偏光計パラメータを導出し、ＳＮ比を改善する。しかしながら、幾つかの適用例においては、偏光計パラメータは参照スペクトルを使用せずに反射スペクトルのみから導出される。かかる適用においては、参照ビーム４８は必要とされないから、ビーム４８の生成に関連する全ての要素と参照スペクトルは図１および図２から削除される。このようなまたは他の改変は本発明の範囲内にある。
【００４２】
図１の複合装置の分光学的偏光解析装置３００が次に説明される。図１に示されるように、キセノンアークランプ１０から発生し、焦点１８、２０を貫通通過した放射線の一部は、ビーム分割器３０２によって光ファイバケーブル３０４へ偏向され、これはコリメータ３０６へ放射線を供給する。平行にされた後、ビームは、偏光子３１０によって偏光化され、焦点ミラー３１２によってウェハ３へ集束される。その様なビームの反射は、収集ミラー３１４により集められ、そして屈曲ミラー３１６により分析器３２０を通して反射されてから検出のために分光計３２２と検出器３２４へ供給される。ウェハ３における反射によって生起されるビーム３０８の偏光状態の変化の値と相が測定できるように、偏光子３１０と分析器３２０とが互いに関して回転される。分光学的偏光解析装置３００の操作の詳細な説明については、米国特許第５，６０８，５２６号を参照されたい。
【００４３】
複数層の薄膜を持つ試料を測定するために、図１に示すように偏光計パラメータを測定するためのシステム８と分光学的偏光解析装置３００とを有する複合装置を使用するのが望ましい。システム８と分光学的偏光解析装置３００とは、サンプルビーム４６とサンプルビーム３０８とがウェハ３の同じスポットに実質的に集束するように配置される。システム８によって測定される偏光計パラメータは、膜厚や膜の屈折率のような役に立つ情報を得るために、システム３００によって測定される偏光解析装置パラメータと組み合わせられる。システム８によって測定される偏光計パラメータと、システム３００を使用して得られる偏光解析装置パラメータとは、イワン  オーリダル(Ivan OHLIDAL)とフランテスク  ルケス(Frantisek LUKES) の「入射偏光解析の液浸と多重角との組合せによる極薄膜の自然酸化物層を備えた半導体の分析」（応用表面科学第３５号（１９８８−１９８９）第２５９頁乃至２７３頁、北オランダ、アムステルダム）に記載されているような技術を使用して結合される。
【００４４】
分光学的偏光解析装置のスペクトル領域は、約１９３ｎｍのような深紫外までは延びないけれども、複合装置を使用することにより、かかる波長における屈折率を精確に測定することが可能である。このようにして、複合装置は分光学的偏光解析装置と偏光計システム８との複合スペクトルの全体に亘って屈折率を測定するために使用される。複合装置とシステム８および分光学的偏光解析装置の双方のデータとを使用することによって、分光学的偏光解析装置のスペクトル中の波長における、試料の異なる膜の厚さと屈折率とが見い出すことができる。この厚さ情報は、複合装置からのデータと一緒に、深紫外領域における膜の屈折率の発見に使用される。アレー７２、７４の検出器の数および分光器３２２の検出器３２４は、最適結果を得るための望ましい波長におけるデータを得るように選択される。
【００４５】
代替実施例において、サンプルビーム４６、３０８は、ウェハ３の同じ点に集束される必要性は無い。ウェハ３は、通常の方法による回転により、または直線状平行移動、または２つの運動の組合せにより、動かされるので、システム８によって測定される点は、引き続きシステム３００によって測定され、またこの反対手順でも行われ、そして同じ点を測定する２つのシステムによって得られたデータが、上述したのと同様の要領で組み合わせられる。回転運動および平行移動運動は制御されるから、２つのシステム８、３００によって測定されている点の相対運動は相関されることができる。
【００４６】
上述したように、分光学的偏光解析装置は偏光計システム８と完全に結合されるが、システム８を単一波長偏光解析装置と連結することも可能である。この目的のために、図１の配置は分光器３２２の光路中においてミラー３２１と検出器３２４の間で回折格子を取り除くことによって簡単に改変される必要がある。偏光計スペクトル中の波長を持つレーザが、単一波長偏光解析装置のための放射源として使用されうる。単一波長偏光解析装置による測定およびシステム８による測定を用いて、偏光計スペクトルの全体に亘る波長における膜厚と屈折率とを得ることがなお可能である。
【００４７】
本発明は種々の実施例を参照して以上に説明されたけれども、添付の請求項およびその均等によってのみ限定される本発明の範囲から逸脱することなしに変更または修正がなされうることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の好適な実施例を示すための、分光学的偏光解析装置と偏光計システムとを有する複合装置の概念図である。
【図２】  図１の偏光計システムの斜視図である。
【図３Ａ】  偏光計パラメータを測定するための図１のシステムの一部分を示す簡略概念図である。
【図３Ｂ】  図２Ａの照明開口のグラフ表示である。
【図４】  本発明の別の実施例を示すための、偏光計パラメータを測定するためのシステムの一部の簡略概念図である。
【図５Ａ】  図１の偏光計パラメータ測定システムの簡略概念図であり、照明ビームおよび反射ビームの光路が開口を通過して、本発明の好適な実施例を示している。
【図５Ｂ】  試料の複屈折軸に関する図５Ａの開口の概念図であり、本発明を示している。
【図６】  ４個の異なった開口を備えたリングの概念図であり、その３個の開口は本発明の好適な実施例を示すためにその中に偏光子を有している。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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