(57)【要約】  回転する偏光子素子による偏光の変化を受ける光学測定ビームを能動的に安定化させながら試料を測定するための方法およびシステムを本明細書において説明する。回転する偏光子素子によって誘起される集束された測定ビームスポットの動きが、集束された測定ビームスポットの測定に基づいてビーム経路内の光学素子の位置を能動的に制御することによって補償される。フィードバックおよびフィードフォワード制御方式の両方を、ビーム位置誤差を減少させるために利用することができる。１つの態様では、測定システム１００は、照明ビーム経路、集光ビーム経路、または両方の回転する光学偏光子と、ビーム位置センサ１１２、１２２と、能動ビーム補償用素子１１１、１２０とを含む。ビーム位置誤差が、ビーム位置センサ１１２、１２２によって検出され、制御命令が、測定されたビーム位置誤差を減少させるために能動ビーム補償用素子１１１、１２０へ伝達される。
2020535445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある量の照明光を発生するように構成された照明光源と、
前記照明光源からの前記量の照明光を受光し、照明ビーム経路に沿って測定中の試料に照明測定ビームを投射するように構成された１つ以上の照明光学素子と、
前記入射照明測定ビームに対する前記試料の応答を示している複数の出力信号を発生するように構成された検出器と、
前記試料の表面からある量の集光された光を集光するように、そして集光ビーム経路に沿って前記検出器へ前記試料からの集光測定ビームを投射するように構成された１つ以上の集光光学素子と、
前記照明ビーム経路、前記集光ビーム経路、または両方に設置された回転する光学偏光子素子と、
前記回転する光学偏光子素子の後に、前記照明ビーム経路、前記集光ビーム経路、または両方に設置されたビーム位置センサであり、前記ビーム位置センサが前記測定ビームの場所を示している出力信号を発生する、ビーム位置センサと、
前記回転する光学偏光子素子と前記ビーム位置センサとの間の前記照明ビーム経路、前記集光ビーム経路、または両方に設置された能動ビーム補償用素子と、
前記測定ビームの前記場所を示している前記出力信号を受信し、
前記能動ビーム補償用素子に前記ビーム位置センサによって測定されるように所望の場所に向けて前記測定ビームの場所を調節させる命令信号を前記能動ビーム補償用素子に伝達する
ように構成された、計算システムと
を備えることを特徴とする、測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記能動ビーム補償用素子が、２つの回転自由度で独立に作動する鏡素子であることを特徴とする測定システム。
【請求項３】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記能動ビーム補償用素子が、２つの並進移動自由度で独立に作動するレンズ素子であることを特徴とする測定システム。
【請求項４】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記能動ビーム補償用素子が、ある回転自由度でそれぞれ独立に作動するリスレープリズムの対を含むことを特徴とする測定システム。
【請求項５】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記ビーム位置センサが、クワドラチャに配置された４つの光学センサおよび前記４つの光学素子の交点のところに中心を置くアパーチャを有するクワドラチャセンサであることを特徴とする測定システム。
【請求項６】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記ビーム位置センサが、前記照明測定ビーム、前記集光測定ビーム、または両方の軸の周りに配置された複数の感光素子を含むことを特徴とする測定システム。
【請求項７】
請求項６に記載の測定システムであって、
前記ビーム位置センサが、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイ、相補型金属酸化物オンシリコン（ＣＭＯＳ）デバイスのアレイ、位置感応検出器（ＰＳＤ）デバイス、光電子増倍管（ＰＭＴ）のアレイ、およびフォトダイオードのアレイのうちのいずれかを含むことを特徴とする測定システム。
【請求項８】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記ビーム位置センサが、
第１のビーム位置検出器と、
焦点合わせ光学素子と、
前記照明光学経路、前記集光光学経路、または両方に配置され、前記入射ビームの比較的大きな部分を透過しそして前記入射ビームの比較的小さな部分を前記焦点合わせ光学素子を通して前記第１のビーム位置検出器に向けて反射する、ビーム分流素子と
を含むことを特徴とする測定システム。
【請求項９】
請求項８に記載の測定システムであって、
前記ビーム位置センサが、
第２のビーム位置検出器と、
ビーム分割素子であり、前記ビーム分割素子が前記反射されたビームの第１の部分を前記焦点合わせ素子を通して前記第１のビーム位置検出器に向けてそして前記反射されたビームの第２の部分を前記第２のビーム位置検出器に向けて案内する、ビーム分割素子と
を含むことを特徴とする測定システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記ビーム位置センサおよび前記能動ビーム補償用素子が、前記集光ビーム経路内に配置されることを特徴とする測定システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記ビーム位置センサおよび前記能動ビーム補償用素子が、前記照明ビーム経路内に配置されることを特徴とする測定システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記測定システムが、分光エリプソメータであることを特徴とする測定システム。
【請求項１３】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記測定システムが、膜計測、成分計測、クリティカル寸法計測、形状計測、およびオーバーレイ計測のうちのいずれかを実行するように構成されることを特徴とする測定システム。
【請求項１４】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記回転する光学偏光子素子の回転位置を測定するように構成された回転位置センサをさらに備え、
前記計算システムが、
前記回転する光学偏光子素子の前記測定した回転位置に基づいて前記測定ビームの所望の場所に向けて前記測定ビームの場所を前記能動ビーム補償用素子に調節させる命令信号を前記能動ビーム補償用素子に伝達する
ようにさらに構成されることを特徴とする測定システム。
【請求項１５】
照明ビーム経路に沿って測定中の試料に測定ビームを投射するステップと、
前記入射測定ビームに応じて前記試料の表面からある量の集光された光を集めるステップと、
集光ビーム経路に沿って前記試料から検出器へ前記測定ビームを投射するステップと、
前記入射照明測定ビームに対する前記試料の応答を示している複数の出力信号を発生するステップと、
前記測定ビームの光学経路内の第１の場所において前記測定ビームの回転偏光を変えるステップと、
前記光学経路内の第２の場所において前記測定ビームの位置の変動を測定するステップであって、前記光学経路内の前記第２の場所は、前記測定ビームが前記光学経路内を伝播するので前記第１の場所の後に位置する、測定するステップと、
前記光学経路内の第３の場所における前記測定ビームの位置の前記変動を減少させるために前記測定ビームの位置を調節するステップであり、前記第３の場所は、前記測定ビームが前記光学経路内を伝播するので前記第１の場所と前記第２の場所との間に位置する、調節するステップと
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記測定ビームの位置の前記変動を減少させるために前記測定ビームの前記位置を前記調節するステップが、前記測定ビームの位置の前記変動の前記測定に基づくことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、
前記測定ビームの前記回転偏光を変える回転する光学偏光子素子の回転位置を測定するステップであり、前記測定ビームの位置の前記変動を減少させるために前記測定ビームの前記位置を前記調節するステップが、前記回転する光学偏光子素子の前記回転位置の前記測定に基づく、測定するステップ
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
測定システムのビーム経路内に設置された回転する光学偏光子素子と、
前記回転する光学偏光子素子の後の前記ビーム経路内に設置されたビーム位置センサであって、前記ビーム位置センサが前記ビームの場所を示している出力信号を発生する、ビーム位置センサと、
前記回転する光学偏光子素子と前記ビーム位置センサとの間の前記ビーム経路内に設置された能動ビーム補償用素子と、
前記ビームの前記場所を示している前記出力を受信し、
前記ビーム位置センサによって測定されるので所望の位置に向けて前記ビームの場所を前記能動ビーム補償用素子に調節させる命令信号を前記能動ビーム補償用素子に伝達する
ように構成された計算システムと
を備えることを特徴とする、測定システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の測定システムであって、
前記能動ビーム補償用素子が、２つの回転自由度で独立に作動する鏡素子，２つの並進移動自由度で独立に作動するレンズ素子、およびある回転自由度でそれぞれが独立に作動するリスレープリズムの対のうちのいずれかであることを特徴とする測定システム。
【請求項２０】
請求項１８に記載の測定システムであって、
前記ビーム位置センサが、
第１のビーム位置検出器と、
焦点合わせ光学素子と、
前記入射ビームの比較的大きな部分を透過しそして前記入射ビームの比較的小さな部分を前記焦点合わせ光学素子を通して前記第１のビーム位置検出器に向けて反射する、前記ビーム経路内に配置されたビーム分流素子と、
第２のビーム位置検出器と、
ビーム分割素子であり、前記ビーム分割素子が前記反射されたビームの第１の部分を前記焦点合わせ素子を通して前記第１のビーム位置検出器に向けてそして前記反射されたビームの第２の部分を前記第２のビーム位置検出器に向けて案内する、ビーム分割素子と
を含むことを特徴とする測定システム。
【請求項２１】
請求項１８に記載の測定システムであって、
前記回転する光学偏光子素子の回転位置を測定するように構成された回転位置センサをさらに備え、
前記計算システムが、
前記回転する光学偏光子素子の前記測定した回転位置に基づいて前記ビームの所望の場所に向けて前記ビームの場所を前記能動ビーム補償用素子に調節させる命令信号を前記能動ビーム補償用素子に伝達する
ようにさらに構成されることを特徴とする測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
説明する実施形態は、計測システムおよび方法に関し、とりわけ小さな測定箱型部分の大きさで測定分解能を向上させるための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
論理デバイスおよびメモリデバイスなどの半導体デバイスは、試料に適用する一連の加工処理ステップによって典型的には製造される。半導体デバイスの様々な形体および多数の構造レベルが、これらの加工処理ステップによって形成される。例えば、とりわけリソグラフィは、半導体ウェハ上にパターンを生成することを含む１つの半導体製造プロセスである。半導体製造プロセスのさらなる例は、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。多数の半導体デバイスを、単一の半導体ウェハ上に製造することができ、次いで個々の半導体デバイスへと分離することができる。
【０００３】
リソグラフィプロセスは、上に述べたように、ウェハの表面を薄く覆っているレジスト材料の一部分を選択的に除去するために実行され、これによりエッチング、材料堆積、注入、等などの選択的加工処理のために上にレジストが形成されている試料の下にある領域を露出させる。これゆえ、多くの事例では、リソグラフィプロセスの出来栄えが、試料の上に形成される構造の特性（例えば、寸法）を主として決定する。その結果、リソグラフィにおける動向は、これまでよりも小さな寸法を有するパターンを形成することができるシステムおよび構成要素（例えば、レジスト材料）を設計することである。
【０００４】
光学計測に基づく検査プロセスが、ウェハ上の欠陥を検出してより高い歩留まりに高めるために半導体製造プロセス中の様々なステップにおいて使用される。光学的計測技術は、試料を破壊するリスクなしに高いスループットのための可能性を提供する。デバイスの幾何学的形状を特徴付けるための、反射計測、エリプソメトリ、および散乱計測の実装形態を含め多数の光学計測に基づく技術ならびに付随する解析アルゴリズムが、説明されてきている。しかしながら、小さな測定箱型部分の大きさを保つための難題が残っている。小さな測定箱型部分の大きさは、計測標的のために利用可能な面積が極わずかである半導体インライン製品計測では特に重要である。測定箱型部分の大きさは、測定結果が光学的計測において安定でありそして（例えば、光学的回折ウィングに起因する）エッジ効果によっては悪影響を受けない試料上の最小面積を指す。これゆえ、測定箱型部分の大きさが小さいほど、計測標的用に必要な面積は小さい。計測標的に対して割り当てられるウェハのスペースが（多くの場合にスクライブラインの内部もしくはさらにダイの内部に）制限される半導体産業では、３０μｍ×３０μｍ、１０μｍ×１０μｍ、またはもっと小さいなどの、望ましい箱型部分の大きさの仕様は、しばしば非常に挑戦的である場合がある。
【０００５】
測定箱型部分の大きさの大きさを縮小するために、測定標的を取り囲む領域から生じそして検出器に到達する信号情報の量を、最小にしなければならない。望ましくない信号混入を最小にするために、照明光を、測定標的領域の外側への流出を最小にした状態で測定標的の上へと投射しなければならない。
【０００６】
回折、収差、画像品質、および他の制限する効果を、より小さな照明スポットの大きさを実現するために制御しなければならない。測定箱型部分の大きさを制御するために既存の手法が設計されているにも拘らず、全測定範囲にわたり小さな測定箱型部分の大きさの仕様を実現することは、非常に挑戦的である。
【０００７】
多くの光学に基づく測定システムは、試料に与える照明光、試料から集光した光、または両方の偏光状態を操作するために回転する偏光子素子を利用する。実際のシステムでは、偏光光学系の入射面および出射面は完全には平行ではない。このミスアライメントを、一般にウェッジと呼ぶ。加えて、偏光光学系の回転運動を制約するために利用する機械ベアリングは、有限の同心度およびランアウト誤差を有する。これが、偏光光学系に、偏光光学系を通過するビームの光学軸の周りに揺れを生じさせる。ウェッジ誤差および回転ベアリング誤差は、システム内の他の光学素子に対して相対的にビームの光学経路を変える。これが、光学経路内の様々な重要な場所におけるビームの位置決め誤差としてそれ自体を明らかにする。例えば、分光エリプソメータシステムに関して、ウェッジ誤差および回転ベアリング誤差は、偏光素子を回転させるので、偏光子スリット、測定中の試料、および分光器スリットとの光ビームのミスアライメントを生じさせる。測定スポットが偏光素子の回転中に動くので、多数のツール間での測定の正確さ、精度、およびマッチングが悪化する。
【０００８】
これらの問題を軽減する試みにおいて、様々な解決策が考えられてきている。いくつかの例では、偏光用光学系が、非常に小さなウェッジ許容誤差で製造される。しかしながら、特に妥当なコスト内で、実現可能なウェッジ誤差許容範囲について実際的な製造上の限界がある。加えて、ゼロのウェッジ誤差を有する偏光子素子を製造することが可能である場合でさえ、環境条件（例えば、温度）の変化は、ウェッジ角を変化させ、結果として偏光子素子の回転中に測定スポットの移動を生じさせる。
【０００９】
いくつかの例では、ベアリングの揺れによって誘起される測定ビームの移動を減少させるために、改善した回転ベアリングを利用する。再び、特に妥当なコスト内で、実現可能なランアウト誤差許容範囲についての実際的な製造上の限界がある。加えて、完全な同心度でゼロのランアウトを有するベアリングを製造することが可能である場合でさえ、ベアリン疲労は、長時間にわたり、特にほぼ定常的な使用を受ける半導体計測ツールの寿命にわたって誤差の増加を生じさせる。
【００１０】
いくつかの例では、集束するビームのビーム経路内に設置された偏光子光学系を、ウェッジ誤差を補償するように傾斜させる。偏光子光学系の傾斜は、出力ビームの線形オフセットを生じさせる。集束するビームの焦点において、線形オフセットは、ウェッジによって生じる角度オフセットを相殺する。この手法は、偏光子光学系を通過するビームがコリメートされている場合には、有効ではない。また、この手法は、ビーム経路内に２つの回転する偏光子光学系がある場合にも同様に働かない。加えて、この手法は、ベアリングが経時的に摩耗するまたはウェッジ誤差が温度とともに変化するときには、有効ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２５７２００号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１６／０３１３１７９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
リソグラフィシステムおよび計測システムがより高い分解能へと押しやられるので、測定箱型部分の大きさが、デバイス歩留まりを維持する際の制限要因になる。このように、多種多様な計測技術に関係する小さな測定箱型部分の大きさを実現するための改善した方法およびシステムが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
回転する偏光子素子によって偏光の変化を受ける光学測定ビームを能動的に安定化させながら試料を測定するための方法およびシステムを、本明細書において説明する。回転する偏光子素子によって誘起される集束された測定ビームスポットの動きが、集束された測定ビームスポットの測定に基づいてビーム経路内の光学素子の位置を能動的に制御することによって補償される。測定ビームスポットの動きを減少させることによって、半導体構造の光学的測定が、縮小した測定箱型部分の大きさで実現される。
【００１４】
回転する偏光子素子によって誘起される測定ビームの動きを能動的に制御することによって、偏光子素子のウェッジ誤差許容範囲を、回転ベアリングの許容誤差とともに大きくすることができる。このことが、設計の柔軟性を大きくしそしてコストを削減する。加えて、測定ビームの動きの能動的な制御は、温度シフトおよびベアリング摩耗などの効果を補償する。加えて、測定ビームの場所および動きをモニタすることによって、測定システムが動作している間に、光学システムのアライメントを確認することができる。
【００１５】
１つの態様では、測定システムは、照明ビーム経路、集光ビーム経路、または両方の回転する光学偏光子と、ビーム位置センサと、能動ビーム補償用素子とを含む。回転する光学偏光子の回転運動によって誘起されるビーム位置誤差が、ビーム位置センサによって検出される。計算システムは、能動ビーム補償用素子へ制御命令を伝達し、そしてそれに応じて能動ビーム補償用素子は、ビーム位置センサによって検出されるようなビーム位置誤差を減少させるために測定ビームの場所を調節する。
【００１６】
いくつかの例では、能動ビーム補償用素子は、フィードバック制御方式でビーム位置センサによって測定されたビーム位置誤差に基づいて計算システムによって制御される。
【００１７】
いくつかの例では、能動ビーム補償用素子は、フィードフォワード制御方式で回転する偏光子素子の回転方位に基づいて計算システムによって制御される。
【００１８】
一般に、本明細書において説明するようなフィードバックおよびフィードフォワード制御方式の両方を、ビーム位置誤差を減少させるために同時に利用することができる。
【００１９】
さらなる態様では、ビーム位置センサを、測定中のウェハのウェハ傾斜およびｚ−位置を測定するために利用することができる。
【００２０】
前述のものは概要であり、したがって必要があって、単純化、一般化、および詳細の省略を含み、その結果として、概要が単に例証でありそして多少なりとも限定しないことを、当業者なら認識するだろう。本明細書において説明するデバイスおよび／またはプロセスの他の態様、独創的な特徴、および利点が、本明細書において記述される非限定的な詳細な説明において明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】小さな測定箱型部分の大きさ内の試料の特性を測定するための計測ツール１００の実施形態の図である。
【図２】測定中のウェハ１０１の上面図を例示する図である。
【図３Ａ】アパーチャを部分的に透過し、クワドラチャに配置されたビーム位置センサによって部分的に測定される測定ビームの図である。
【図３Ｂ】能動ビーム補償用素子による補正後にアパーチャを通過する測定ビームの図である。
【図４Ａ】アパーチャを部分的に透過し、光検知素子のアレイによって部分的に測定される測定ビームの図である。
【図４Ｂ】能動ビーム補償用素子による補正後にアパーチャを通過する測定ビームの図である。
【図５】１つの実施形態におけるビーム位置センサ１６０の図である。
【図６Ａ】誤差補正を用いないウェッジ誤差によって誘起されるビーム角誤差、α、の図である。
【図６Ｂ】１つの実施形態において誤差補正をともなうウェッジ誤差によって誘起されるビーム角誤差、α、の図である。
【図６Ｃ】誤差補正を用いないウェッジ誤差によって誘起されるビーム角誤差、−α、の図である。
【図６Ｄ】１つの実施形態において誤差補正をともなうウェッジ誤差によって誘起されるビーム角誤差、−α、の図である。
【図７Ａ】補正を用いないウェッジ誤差によって誘起されるビーム角誤差、α、の図である。
【図７Ｂ】もう１つの実施形態において補正をともなうウェッジ誤差によって誘起されるビーム角誤差、α、の図である。
【図８Ａ】補正を用いないウェッジ誤差によって誘起されるビーム角誤差、α、の図である。
【図８Ｂ】さらにもう１つの実施形態において補正をともなうウェッジ誤差によって誘起されるビーム角誤差、α、の図である。
【図９】本明細書において説明するような回転する偏光子素子によって誘起されるビーム誤差を補正するための方法のフローチャート２００である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
背景例および本発明のいくつかの実施形態をここで詳細に言及する。その実施形態の例が添付した図面に図示されている。
【００２３】
回転する偏光子素子による偏光の変化を受ける光学測定ビームを能動的に安定化させながら試料を測定するための方法およびシステムを、本明細書において説明する。回転する偏光子素子によって誘起される集束された測定ビームスポットの動きが、集束された測定ビームスポットの測定に基づいてビーム経路内の光学素子の位置を能動的に制御することによって補償される。測定ビームスポットの動きを減少させることによって、半導体構造の光学的測定を、小さくした測定箱型部分の大きさを用いて実現する。
【００２４】
回転する偏光子素子によって誘起される測定ビームの動きを能動的に制御することによって、偏光子素子のウェッジ誤差許容範囲を、回転ベアリング許容誤差とともに大きくすることができる。これが、設計の自由度を大きくし、そしてコストを削減する。加えて測定ビームの動きの能動的な制御は、温度シフトおよびベアリング摩耗などの効果を補償する。加えて、測定システムが測定ビームの場所および動きをモニタすることによって運転している間に、光学システムのアライメントをチェックすることができる。
【００２５】
図１は、小さな測定箱型部分の大きさ内の試料の特性を測定するための計測ツール１００のある実施形態を図示している。図１に描かれたように、試料位置決めシステム１０７の上に配置された試料１０１の測定領域１０２の全体にわたって光学測定を実行するために、計測システム１００を使用することができる。
【００２６】
一般に、そして図１に描かれたように、計測ツール１００は、照明光源１０８、および照明光源１０８によって発生された光を受光しそして照明測定ビーム１１５を試料１０１の測定箱型領域１０２へ案内するように構成された照明光学素子を含む。非限定的な例として、光学照明光源１０８は、１つ以上のアーク灯、レーザ、発光ダイオード、レーザ駆動型プラズマ光源、およびレーザ駆動型超連続光源、またはこれらのいずれかの組み合わせを含む。一般に、任意の適切な光学照明光源または光源の組み合わせを考えることができる。いくつかの実施形態では、光学照明光源１０８を、１００ナノメートルと２５００ナノメートルとの間の波長成分を有する照明光を発生するように構成する。
【００２７】
試料１０１の測定箱型領域１０２へと入射光学照明ビーム１１５をコリメートするまたは焦点を合わせるように、照明光学素子を構成する。いくつかの例では、入射照明測定ビーム１１５を単色化するように、照明光学素子を構成する。いくつかの実施形態では、照明光学素子は、１つ以上の光学鏡、焦点合わせまたは焦点外し光学系（反射型または回折型）、偏光子および波長板を含め光学偏光部品、光学アパーチャ、光学モノクロメータ、ならびに光学的ビームストッパ、またはこれらのいずれかの組み合わせを含む。
【００２８】
集光光学素子は、試料１０１から散乱され、反射され、回折され、または屈折されたある量の集光した光を集め、そして集光測定ビーム１１６を検出器１２３へ案内する。ともに、照明測定ビームおよび集光測定ビームは、測定システムの測定ビームを含む（すなわち、照明測定ビーム１１５および集光測定ビーム１１６は、計測システム１００の測定ビームを含む）。検出器１２３は、入射照明光に対する試料の応答を示している出力信号１２４を発生する。いくつかの実施形態では、散乱した光学放射は、試料位置決めシステム１０７が角度的に分解され散乱された光学放射を生成するように試料１０１を設置し向きを合わせながら、光学検出器１２３によって検出される。光学検出器１２３は、１つ以上の光学フォトンエネルギーを分解することができ、そして試料の特性を示しているそれぞれの光学エネルギー成分について信号を生成する。いくつかの実施形態では、光学検出器１２３は、ＣＣＤアレイ、フォトダイオードアレイ、ＣＭＯＳ検出器または光電子増倍管のうちのいずれかである。いくつかの実施形態では、光学検出器１２３が分光器であり、そして測定データ１２４が、光学分光器によって実施された１つ以上のサンプリングプロセスに基づいて試料の測定されたスペクトル応答の指標を含む。
【００２９】
計測ツール１００はまた、光学検出器１２３によって発生された信号１２４を捕捉し、捕捉した信号の少なくとも一部に基づいて試料の特性を決定するために利用される計算システム１３０を含む。いくつかの実施形態では、計算システム１３０は、リアルタイムクリティカルディメンショニング（ＲＴＣＤ：Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉｎｇ）を利用して、リアルタイムでモデルパラメータにアクセスするように構成される、または計算システム１３０は、試料１０１に関係する少なくとも１つの試料パラメータ値の値を決定するために事前に計算されたモデルのライブラリにアクセスできる。一般に、試料の割り当てられたＣＤパラメータと測定した試料に関係するＣＤパラメータとの間の違いを評価するために、ＣＤエンジンのある形態を使用することができる。試料パラメータ値を計算するための例示的な方法およびシステムが、ＫＬＡ−テンカー社（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  Ｃｏｒｐ．）へ、２０１０年１１月２日に交付された米国特許第７，８２６，０７１号に記載されており、その全体を本願に引用して援用する。一般に、単にＣＤだけでなく薄膜、オーバーレイ、ピッチウォーク、焦点／ドーズ、および組成測定値にも関係する測定モデルを、非限定的な例として、試料パラメータ値を解くために計算システム１３０により適用することができる。いくつかの他の実施形態では、計算システム１３０は、物理学に基づく参照モデル、例えば、信号応答モデルに基づく測定値またはオーバーレイ測定値を参照せずに試料の特性を決定するように構成される。
【００３０】
図１に図示したように、計測ツール１００は、照明測定ビーム１１５の下で試料１０１を動かすように構成された試料位置決めシステム１０７を含む。いくつかの実施形態では、計算システム１３０は、試料１０１の所望の位置を指示する命令信号を試料位置決めシステム１０７の動きコントローラ１０６に伝達する。呼応して、動きコントローラ１０６は、試料１０１の所望の位置決めを実現するために試料位置決めシステム１０７の様々なアクチュエータへの命令信号を発生する。
【００３１】
図１に描かれた実施形態では、試料位置決めシステム１０７は、ウェハチャック１０３、動きコントローラ１０６、回転ステージ１０４および並進移動ステージ１０５、ならびにｚ−ステージ（図示せず）を含む。回転ステージ１０４および並進移動ステージ１０５は、座標系１２９によって表現されたｘ−ｙ平面内で２次元に試料１０１を並進移動するように構成される。ｚ−ステージは、座標系１２９によって表現されたｚ−方向に試料１０１を並進移動させるように構成される。試料１０１は、ウェハチャック１０３上に支持される。いくつかの実施形態では、試料１０１は、その幾何学的中心を回転ステージ１０４の回転の軸とほぼ一直線に整列した状態で設置される。このようにして、回転ステージ１０４は、受け入れ可能な許容誤差内で指定された角速度、ω、でそれ自体の幾何学的中心の周りに試料１０１をスピンさせる。加えて、並進移動ステージ１０５は、指定された速度、ＶＴ、で回転ステージ１０４の回転の軸にほぼ垂直な方向に試料１０１を並進移動させる。動きコントローラ１０６は、回転ステージ１０４による試料１０１のスピンと並進移動ステージ１０５による試料１０１の並進移動とを調和させて、システム１００内の試料１０１の所望のスキャン運動を実現する。
【００３２】
図１に描かれたように、照明光源１０８よって発生された照明光は、偏光子スリット１１３のところにまたは近くに位置する焦点面に焦点合わせ光学系１０９によって焦点を合わせられる。照明ビームは、回転する偏光子１１０（例えば、ロション（Ｒｏｃｈｏｎ）偏光子）、能動ビーム補償用素子１１１、および偏光子スリット１１３を通過する。偏光子スリット１１３を通過した後で、照明光の偏光されたビームは、試料１０１の上へと照明対物レンズ１１４によって焦点を合わせられる。試料１０１の表面から反射され、屈折され、回折され、そして散乱された光の一部分は、集光対物レンズ１１７によって集められる。集光ビーム１１６は、分光器スリット１２２のところにまたは近くに位置する焦点面に集光対物レンズ１１７によって焦点を合わせられる。集光された光１１６のビームは、リターダ１１８、回転する検光子１１９、能動ビーム補償用素子１２０、分光器スリット１２２を通過し、そして測定システム１００の１つ以上の検出器１２３に入射する。
【００３３】
図１に描かれたように、計測ツール１００の測定ビームは、３つの異なる中間の場所：偏光子スリット１１３、ウェハ１０１、および分光器スリット１２２のところにまたは近くに焦点を合わせられる。これらの焦点面のうちのいずれかにおける測定ビームの動きは、測定の正確さ、精度、および再現性に負の影響を与える。図１に描かれた実施形態では、回転偏光用素子１１１の回転運動は、偏光子スリット１１３およびウェハ１０１のところでの測定ビームの動きを誘起する。加えて、回転検光子１１９の回転運動は、分光器スリット１２２のところでの測定ビームの動きを誘起する。
【００３４】
図２は、測定中のウェハ１０１の上面図を図示する図である。所望の測定領域１２８が影を付けた領域として示されている。加えて、照明測定ビーム１１５によって照明された実際の測定領域１０２が、回転する偏光用素子１１１の４つの異なる角度方位のところに描かれている。図２に描かれたように、ウェッジ誤差および回転ベアリング誤差は、回転する偏光用素子１１１の角度方位が変化するにつれて軌道に沿って実際の測定領域１０２を移動させる。４つの異なる測定領域１０２Ａ〜１０２Ｄが、回転する偏光用素子１１１の４つの異なる角度方位について図示されている。類似のビーム位置決め誤差パターンが偏光子スリット１１３のところのまたは近くの焦点面において生じる。
【００３５】
１つの態様では、計測システム１００などの測定システムは、照明ビーム経路、集光ビーム経路、または両方に回転する光学偏光子、ビーム位置センサ、および能動ビーム補償用素子を含む。回転する光学偏光子の回転運動によって誘起されるビーム位置誤差は、ビーム位置センサによって検出される。計算システム１３０などの計算システムは、制御命令を能動ビーム補償用素子へ伝達し、そしてそれに応じて、能動ビーム補償用素子は、ビーム位置センサによって検出されるようなビーム位置誤差を減少させるために測定ビームの場所を調節する。
【００３６】
いくつかの例では、能動ビーム補償用素子は、フィードバック制御方式でビーム位置センサによって測定されたビーム位置誤差に基づいて計算システムによって制御される。
【００３７】
１つの実施形態では、能動ビーム補償用素子１１１は、フィードバック制御方式で計算システム１３０によって制御される。ビーム位置センサ１１２は、偏光子スリット１１３のところのまたは近くの照明測定ビーム１１５の位置を検出する。ビーム位置センサ１１２によって発生された出力信号１３７は、計算システム１３０へ伝達される。順に、計算システム１３０は、ビーム位置誤差（すなわち、ビーム位置が測定されるときの特定の段階において、測定したビーム位置と所望のビーム位置との間の違い）を決定する。加えて、計算システム１３０は、能動ビーム補償用素子１１１にビーム位置を調節させそしてビーム位置誤差を減少させる能動ビーム補償用素子１１１への命令信号１３６を発生する。
【００３８】
同様に、１つの実施形態では、能動ビーム補償用素子１２０は、フィードバック制御方式で計算システム１３０によって制御される。ビーム位置センサ１２２は、分光器スリット１２１のところのまたは近くの集光測定ビーム１１６の位置を検出する。ビーム位置センサ１２２によって発生された出力信号１２５は、計算システム１３０へ伝達される。順に、計算システム１３０は、ビーム位置誤差（すなわち、ビーム位置が測定されるときの特定の段階において、測定したビーム位置と所望のビーム位置との間の違い）を決定する。加えて、計算システム１３０は、能動ビーム補償用素子１２０にビーム位置を調節させそしてビーム位置誤差を減少させる能動ビーム補償用素子１２０への命令信号１２６を発生する。
【００３９】
いくつかの例では、能動ビーム補償用素子は、フィードフォワード制御方式で回転する偏光子素子の回転方位に基づいて計算システムによって制御される。１つの例では、ビーム位置誤差は、校正測定の一部としての能動補正を用いずに回転する偏光子素子の回転方位の関数として（例えば、ビーム位置センサによって）測定される。測定したビーム位置誤差に基づいて、ビーム位置誤差を減少させる制御命令が、回転方位の関数として決定される。測定された誤差、制御命令、または両方が、計算システムによりアクセス可能なメモリに関数としてまたはルックアップテーブルで記憶される。動作中に、回転する偏光子素子の方位が測定される。計算システムは、測定された方位および記憶した関数またはルックアップテーブルに基づいてビーム位置誤差を減少させるための制御命令を決定する。計算システムは、ビーム位置誤差を減少させるために能動ビーム補償用素子に制御命令を伝達する。いくつかの他の例では、動作中にビーム位置誤差を最小にする方位の関数として制御命令のところに届くように繰り返し方式で回転方位の関数として知られている誤差補正を用いて、校正測定を実行することができる。
【００４０】
１つの実施形態では、能動ビーム補償用素子１１１は、フィードフォワード制御方式で計算システム１３０によって制御される。回転する偏光子素子１１０の回転方位センサ１１０’は、回転する偏光子素子１１０の回転位置を検出する。センサ１１０’によって発生された出力信号１３５は、計算システム１３０へ伝達される。順に、計算システム１３０は、測定した方位およびビーム位置が測定されるときの特定の段階において、記憶した関数またはルックアップテーブルに基づいてビーム位置制御命令１３６’を決定する。加えて、計算システム１３０は、能動ビーム補償用素子１１１にビーム位置を調節させそしてビーム位置誤差を減少させる能動ビーム補償用素子１１１へのビーム位置制御命令１３６’を伝達する。
【００４１】
同様に、１つの実施形態では、能動ビーム補償用素子１２０は、フィードフォワード制御方式で計算システム１３０によって制御される。回転する偏光子素子１１９の回転方位センサ１１９’（例えば、回転エンコーダ）は、回転する偏光子素子１１９の回転位置を検出する。センサ１１９’によって発生された出力信号１２７は、計算システム１３０へ伝達される。順に、計算システム１３０は、測定した方位およびビーム位置が測定されるときの特定の段階において、記憶した関数またはルックアップテーブルに基づいてビーム位置制御命令１２６’を決定する。加えて、計算システム１３０は、能動ビーム補償用素子１２０にビーム位置を調節させそしてビーム位置誤差を減少させる能動ビーム補償用素子１２０へのビーム位置制御命令１２６’を伝達する。
【００４２】
一般に、本明細書において説明したようなフィードバック制御方式およびフィードフォワード制御方式の両方を、ビーム位置誤差を減少させるために同時に利用することができる。
【００４３】
図３Ａおよび図３Ｂは、１つの実施形態におけるビーム位置センサ１５０を描いている。ビーム位置センサ１５０は、クワドラチャに配置された４つの感光素子１５１Ａ〜１５１Ｄを含む。非限定的な例として、感光素子を、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイ、相補型金属酸化物オンシリコン（ＣＭＯＳ）デバイスのアレイ、位置感応検出器（ＰＳＤ）デバイス、光電子増倍管（ＰＭＴ）のアレイ、およびフォトダイオードのアレイのうちのいずれかとすることができる。加えて、ビーム位置センサ１５０は、測定ビームが通過することを可能にするためにクワドラチャ配置の中央にアパーチャ１５２を含む。ビーム位置誤差が増加するにつれて、測定ビーム１５３の一部分は、ビーム位置センサ１５０の感光素子のうちの１つに入射する。例えば、図３Ａに描かれたように、測定ビーム１５３は、アパーチャ１５２を通って部分的に透過する。しかしながら、測定ビーム１５３の大部分は、感光素子１５１Ａの上に入射する。この例では、感光素子１５１Ａ〜１５１Ｄによって発生される出力信号１５４Ａ〜１５４Ｄは、ビーム位置誤差がしきい値よりも小さいときには、ビーム位置誤差、Ｅ、を示している。図３Ｂは、本明細書において説明したような能動ビーム補償用素子（例えば、図１に描かれた能動ビーム補償用素子１１１および１２０）による補正の後でビーム位置センサ１５０のアパーチャ１５２を通過する測定ビーム１５３を描いている。この事例では、ビーム位置決め誤差は、アパーチャ１５２の大きさにより設定されたしきい値よりも小さく、出力信号１５４Ａ〜１５４Ｄは、ビーム位置誤差がないことを示している。
【００４４】
一般に、ビーム位置センサ１５０は、測定システムの焦点面に実際的にできるだけ近くに設置される。例えば、ビーム位置センサ１５０を、偏光子スリット１１３および分光器スリット１２１のところにまたは近くに位置する焦点面のところにまたは近くに設置することができる。実際には、ビーム位置センサ１５０を、（例えば、偏光子スリット１１３および分光器スリット１２１との機械的な干渉で）正確に焦点面のところに設置することが可能でないことがある。しかしながら、ビーム位置センサ１５０が焦点面と完全には位置合わせされていないときのビーム位置に関する十分な情報を、ビーム位置センサ１５０は提供する。
【００４５】
図４Ａおよび図４Ｂは、１つの実施形態におけるビーム位置センサ１９０を描いている。ビーム位置センサ１９０は、測定ビームが通過することを可能にするアパーチャ１９２の周りに配置された感光素子１９１のアレイを含む。非限定的な例として、感光素子を、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイ、相補型金属酸化物オンシリコン（ＣＭＯＳ）デバイスのアレイ、位置感応検出器（ＰＳＤ）デバイス、光電子増倍管（ＰＭＴ）のアレイ、およびフォトダイオードのアレイのうちのいずれかとすることができる。感光素子１９１のアレイを、集積型アレイまたは単体デバイスのアレイとして構成することができる。ビーム位置誤差が大きくなるにつれて、測定ビーム１９３の一部分は、ビーム位置センサ１９０の感光素子のうちの１つ以上に入射する。例えば、図４Ａに描かれたように、測定ビーム１９３は、部分的にアパーチャ１２２を透過する。しかしながら、測定ビーム１９３の大部分は、多数の感光素子の上に入射する。この例では、感光素子によって発生された出力信号１９４は、２次元のビーム位置誤差（すなわち、ｘ−方向の誤差、Ｅｘ、およびｙ−方向の誤差、Ｅｙ）を示している。
【００４６】
図４Ｂは、本明細書において説明したような能動ビーム補償用素子（例えば、図１に描かれた能動ビーム補償用素子１１１および１２０）による補正の後でビーム位置センサ１９０のアパーチャ１９２を通過する測定ビーム１９３を描いている。この事例では、ビーム位置決め誤差は、アパーチャ１９２の大きさにより設定されたしきい値よりも小さく、出力信号１９４は、ビーム位置誤差がないことを示している。
【００４７】
一般に、ビーム位置センサ１９０は、測定システムの焦点面に実際的にできるだけ近くに設置される。例えば、ビーム位置センサ１９０を、偏光子スリット１１３および分光器スリット１２１のところにまたは近くに位置する焦点面のところにまたは近くに設置することができる。実際には、ビーム位置センサ１９０を、（例えば、偏光子スリット１１３および分光器スリット１２１との機械的な干渉で）正確に焦点面のところに設置することが可能でないことがある。しかしながら、ビーム位置センサ１９０が焦点面と完全には位置合わせされていないときのビーム位置に関する十分な情報を、ビーム位置センサ１９０は提供する。
【００４８】
図５は、１つの実施形態におけるビーム位置センサ１６０を描いている。ビーム位置センサ１６０は、測定ビーム、Ｍ、の光学経路内にビーム分流素子１６１を含む。例示的なビーム分流素子は、コーティングしない窓などの「ピックオフ」鏡を含む。適したコーティングしない窓を、石英ガラスまたはフッ化カルシウムから製造することができる。図５に描かれた例では、ビーム分流素子１６１は、傾斜したコーティングしない窓である。図５に描かれたように、ビーム分流素子１６１に入射する測定ビームは、コリメートされ、そして窓１６１は、光の約９２％を透過する。透過した光は、焦点合わせ光学系１６６を通過し、この焦点合わせ光学系は、焦点距離、Ｄ、にわたって焦点面１６７のところに測定ビームの焦点を合わせる。ビーム分流素子１６１から反射された光の一部分は、ビーム分割素子１６２によって反射されて、ビーム位置検出器１６４の上へと焦点距離、Ｄ、にわたって焦点合わせ光学系１６５によって焦点を合わせられる。ビーム位置検出器１６４上のビームの動きは、焦点合わせ光学系１６５の入射におけるビーム角度を示しており、このビーム角度は、焦点合わせ光学系１６６の入射のところの測定ビームのビーム角度と一致する。したがって、ビーム位置検出器１６４は、焦点合わせ光学系１６６との入射のところでの測定ビームのビーム角度を示している出力信号１６９を発生する。
【００４９】
さらなる態様では、ビーム分割素子１６２を透過した光は、ビーム位置検出器１６３の上に入射する。ビーム位置検出器１６３の上に入射するビームの動きは、測定ビームの位置（例えば、（ｘ，ｙ）位置）を示している。ビーム位置検出器１６３は、測定ビームの位置を示している出力信号１６８を発生する。このようにして、ビーム位置センサ１６０は、測定ビームのビーム角度およびビーム位置の両方を検出する。いくつかの実施形態では、測定システムは、出力信号１６８に基づいてビーム位置を補正するために配置された能動ビーム補償用素子および出力信号１６９に基づいてビーム角度を補正するために配置されたもう１つの能動ビーム補償用素子を含む。このことが、ビーム角度だけまたはビーム位置だけを補正することによって達成されるものよりも大きなアライメント誤差の補正を可能にする。
【００５０】
一般に、ビーム位置センサ１６０を、ビーム角度だけ、または代わりに、ビーム位置だけを測定するように配置することができる。例えば、ビーム分割素子１６２を鏡で置き換え、そしてビーム位置検出器１６３を削除することによって、ビーム位置センサ１６０をビーム角度だけを測定するように配置することができる。もう１つの例では、ビーム分割素子１６２、焦点合わせ光学系１６５、およびビーム位置検出器１６４を削除することによってビーム位置だけを測定するように、ビーム位置センサ１６０を配置することができる。
【００５１】
非限定的な例として、ビーム位置検出器１６３および１６４を、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のアレイ、相補型金属酸化物オンシリコン（ＣＭＯＳ）デバイスのアレイ、位置感応検出器（ＰＳＤ）デバイス、光電子増倍管（ＰＭＴ）のアレイ、およびフォトダイオードのアレイとして構成することができる。
【００５２】
さらなる態様では、測定中のウェハのウェハ傾斜およびｚ−位置を測定するために、ビーム位置センサ１６０を計測ツール１００の一部として利用することができる。ビーム位置検出器１６３および１６４において測定されるビームの場所は、回転偏光用素子によって誘起されるビーム誤差に敏感であることに加えて、ウェハ傾斜およびｚ−位置に敏感である。いくつかの例では、回転偏光用素子によって誘起されるビーム誤差が、本明細書において前に説明したように校正モデルまたはルックアップテーブルに基づくフィードフォワード制御によって大いに緩和される。回転偏光用素子によって誘起されたビーム誤差の校正の後で、ビーム位置検出器１６３および１６４によって検出されるさらなるビーム誤差は、ウェハ傾斜およびｚ−位置誤差を示している。このようにして、測定中にｚ−位置誤差およびウェハ傾斜を推定するために、出力信号１６８および１６９が計算システム１３０によって利用される。
【００５３】
ビーム位置センサ１６０は、ｚ−位置誤差およびウェハ傾斜を示している誤差が、別の光学システムというよりはその測定ツールの測定ビームから直接測定されるという理由で、ｚ−位置誤差およびウェハ傾斜の指標としての利点を提供する。このことは、別の光学システムによりｚ−位置誤差およびウェハ傾斜を測定することによって生じるドリフトおよび安定性の問題を著しく減少させる。
【００５４】
図６Ａ〜図６Ｄは、１つの実施形態における能動ビーム補償用素子１４５を描いている。能動ビーム補償用素子１４５は、可動鏡素子、鏡アクチュエータ１４２、およびドライバ１４１を含む。命令信号１４３を、計算システム（例えば、計算システム１３０）から受信する。命令信号１４３に応じて、ドライバ１４１は、設置された鏡素子１４０に利用されているアクチュエータ１４２の動きを制御する。適したアクチュエータは、ピエゾ電気アクチュエータ、電動式親ねじ、等を含む。いくつかの実施形態では、鏡素子１４０は、動的マウント部を用いてアクチュエータ１４２に結合されて、鏡素子１４０の機械的に過剰な束縛に関する可能性および潜在的な変形を緩和する。
【００５５】
図６Ａ〜図６Ｄに描かれたように、能動ビーム補償用素子１４５は、測定ビーム、Ｍ、の光学経路内に設置される。測定ビーム、Ｍ、は、ウェッジ誤差を含んでいる回転する偏光子素子１４４を通過する。図６Ａに描かれたように、ウェッジ誤差は、ビーム角度誤差、α、を誘起する。図６Ａは、補正行為が能動ビーム補償用素子１４５によっては行われないシナリオを図示している。このシナリオでは、ビーム角度誤差、α、は伝播し続ける。図６Ｂは、能動ビーム補償用素子１４５がアクチュエータ１４２に角度、α／２、だけ鏡１４０を回転させる命令信号１４３を受信するシナリオを図示している。鏡素子１４０の方位のこの変化は、回転する偏光子素子１４４によって誘起されたビーム角度誤差、α、を補償する。図６Ｃおよび図６Ｄは、図６Ａおよび図６Ｂの方位とは反対の方位における回転する偏光子素子を描いている。これゆえ、ウェッジ誤差は、ビーム角度誤差、−α、を誘起する。図６Ｃは、補正行為が能動ビーム補償用素子１４５によっては行われないシナリオを図示している。このシナリオでは、ビーム角度誤差、−α、は伝播し続ける。図６Ｄは、能動ビーム補償用素子１４５がアクチュエータ１４２に角度、−α／２だけ鏡１４０を回転させる命令信号１４３を受信するシナリオを図示している。鏡素子１４０の方位のこの変化は、回転する偏光子素子１４４によって誘起されたビーム角度誤差、−α、を補償する。
【００５６】
図７Ａ〜図７Ｂは、１つの実施形態における能動ビーム補償用素子１７０を描いている。能動ビーム補償用素子１７０は、可動レンズ素子１７１、レンズアクチュエータ１７２、およびドライバ１７３を含む。命令信号１７５を、計算システム（例えば、計算システム１３０）から受信する。命令信号１７５に応じて、ドライバ１７３は、レンズ素子１７１を設置するために利用されているアクチュエータ１７２の動きを制御する。適したアクチュエータは、ピエゾ電気アクチュエータ、電動式親ねじ、等を含む。いくつかの実施形態では、レンズ素子１７１は、動的マウント部を用いてアクチュエータ１７２に結合されて、レンズ素子１７１の機械的に過剰な束縛に関する可能性および潜在的な変形を緩和する。
【００５７】
図７Ａ〜図７Ｂに描かれたように、能動ビーム補償用素子１７０は、測定ビーム、Ｍ、の光学経路内に設置される。測定ビーム、Ｍ、は、ウェッジ誤差を含んでいる回転する偏光子素子１７４を通過する。図７Ａに描かれたように、ウェッジ誤差は、ビーム角度誤差、α、を誘起する。図７Ａは、補正行為が能動ビーム補償用素子１７０によっては行われないシナリオを図示している。このシナリオでは、ビーム角度誤差、α、は伝播し続ける。図７Ｂは、レンズ素子の中心軸が指定された量だけビームの中心軸、Ｍ、からオフセットされるように、能動ビーム補償用素子１７０がアクチュエータ１７２にレンズ素子１７１を並進移動させる命令信号１７５を受信するシナリオを図示している。測定ビーム、Ｍ、に対するレンズ素子１７１のこの横方向の動きは、回転する偏光子素子１４４によって誘起されたビーム角度誤差、α、を補償する。
【００５８】
図８Ａ〜図８Ｂは、１つの実施形態における能動ビーム補償用素子１８０を描いている。能動ビーム補償用素子１８０は、２つの等しいが反対のウェッジ形状をした光学素子（例えば、リスレー（Ｒｉｓｌｅｙ）プリズム）１８１Ａおよび１８１Ｂ、それぞれ光学素子１８１Ａおよび１８１Ｂに結合された回転アクチュエータ１８２Ａおよび１８２Ｂ、ならびにドライバ１８３を含む。命令信号１８５を、計算システム（例えば、計算システム１３０）から受信する。命令信号１８５に応じて、ドライバ１８３は、それぞれウェッジ形状の素子１８１Ａおよび１８１Ｂを設置するために利用されているアクチュエータ１８２Ａおよび１８２Ｂの動きを制御する。
【００５９】
図８Ａ〜図８Ｂに描かれたように、能動ビーム補償用素子１８０は、測定ビーム、Ｍ、の光学経路内に設置される。測定ビーム、Ｍ、は、ウェッジ誤差を含んでいる回転する偏光子素子１８４を通過する。図８Ａに描かれたように、ウェッジ誤差は、ビーム角度誤差、α、を誘起する。図８Ａは、補正行為が能動ビーム補償用素子１８０によっては行われないシナリオを図示している。このシナリオでは、ビーム角度誤差、α、は伝播し続ける。図８Ｂは、回転する偏光子素子１８４によって誘起されたビーム角度誤差、α、を補償するために、アクチュエータ１８２Ａおよび１８２Ｂにウェッジ素子１８１Ａおよび１８１Ｂを回転させる命令信号１８５を能動ビーム補償用素子１８０が受信するシナリオを図示している。
【００６０】
図１は照明ビーム経路および集光ビーム経路の両方に回転する光学偏光子、ビーム位置センサ、および能動ビーム補償用素子を描いているけれども、一般に、回転する光学偏光子、ビーム位置センサ、および能動ビーム補償用素子を、照明ビーム経路だけまたは集光ビーム経路だけに設置してもよい。一般に、ビーム補償用素子およびビーム位置センサを、回転する偏光子素子の後の測定システムの光学経路内の任意の場所に設置することができ、回転する偏光子素子によって誘起されたビーム位置決め誤差を補正する。一般に、回転する光学偏光子素子は、光学素子を透過した光の偏光を変えるいずれかの回転する光学素子を含む。非限定的な例として、回転する光学偏光子素子は、回転する偏光子と通常呼ばれるいずれかの回転する光学偏光子素子、回転する補償板、回転するリターダ、回転する検光子、回転する波長板、等を含む。
【００６１】
図９は、計測システム（例えば、図１に図示された計測システム１００）による実施のために適した方法２００を図示している。１つの態様では、方法２００のデータ処理ブロックを、計算システム１３０の１つ以上のプロセッサによって実行される事前にプログラムされたアルゴリズムを介して行うことができることが認識される。方法２００の下記の説明が計測システム１００の文脈で提示されているが、計測システム１００の特定の構造的態様が限定を表してはいないこと、そして単に例示的であると解釈されるべきであることが本明細書では認識される。
【００６２】
ブロック２０１では、測定ビームが照明ビーム経路に沿って測定中の試料に投射される。
【００６３】
ブロック２０２では、ある量の集光された光が、入射測定ビームに応じて試料の表面から集められる。
【００６４】
ブロック２０３では、測定ビームを、集光ビーム経路に沿って試料から検出器へ投射する。
【００６５】
ブロック２０４では、入射照明測定ビームに対する試料の応答を示している複数の出力信号を発生する。
【００６６】
ブロック２０５では、測定ビームの回転偏光を、測定ビームの光学経路内の第１の場所において変える。
【００６７】
ブロック２０６では、測定ビームの位置の変動を、光学経路内の第２の場所において測定する。光学経路内の第２の場所は、測定ビームが光学経路内を伝播するので第１の場所の後に位置する。
【００６８】
ブロック２０７では、測定ビームの位置を、光学経路内の第３の場所における測定ビームの位置の変動を減少させるために調節する。測定ビームが光学経路内を伝播するので、第３の場所は、第１の場所と第２の場所との間に位置する。
【００６９】
本開示の全体を通して説明した様々なステップを、単一の計算システム１３０または、代替で、複数の計算システム１３０によって実行してもよいことを認識すべきである。その上、試料位置決めシステム１０７などのシステム１００の異なるサブシステムは、本明細書において説明したステップのうちの少なくとも一部分を実行するために適したコンピュータシステムを含むことができる。そのため、前述の説明は、本発明の限定として解釈されるべきではないだけでなく、単に例示に過ぎない。さらに、１つ以上の計算システム１３０を、本明細書において説明した方法実施形態のうちのいずれかの任意の他のステップを実行するように構成することができる。
【００７０】
加えて、計算システム１３０を、本技術において知られているいずれかの方式で光学検出器１２３、回転する光学偏光子素子１１０と１１９、能動ビーム補償用素子１１１と１２０、およびビーム位置センサ１１２と１２２に通信でつなげることができる。例えば、１つ以上の計算システム１３０を、光学検出器１２３、回転する光学偏光子素子１１０と１１９、能動ビーム補償用素子１１１と１２０、およびビーム位置センサ１１２と１２２に関係する計算システムにつなげることができる。もう１つの例では、光学検出器１２３、回転する光学偏光子素子１１０と１１９、能動ビーム補償用素子１１１と１２０、およびビーム位置センサ１１２と１２２のうちのいずれかを、計算システム１３０につなげられた単一のコンピュータシステムによって直接制御することができる。
【００７１】
計算システム１３０を、有線および／または無線部分を含むことができる伝送媒体によりシステムのサブシステム（例えば、光学検出器１２３、回転する光学偏光子素子１１０と１１９、能動ビーム補償用素子１１１と１２０、およびビーム位置センサ１１２と１２２、１６０等）からのデータまたは情報を受信するおよび／または取り込むように構成することができる。このようにして、伝送媒体は、システム１００の計算システム１３０と他のサブシステムとの間のデータリンクとして働くことができる。
【００７２】
計測システム１００の計算システム１３０を、有線および／または無線部分を含むことができる伝送媒体により他のシステムからデータまたは情報（例えば、測定結果、モデル化入力、モデル化結果、等）を受信するおよび／または取り込むように構成することができる。このようにして、伝送媒体は、計算システム１３０と他のシステム（例えば、メモリオンボード計測システム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くことができる。例えば、計算システム１３０を、データリンクを介してストレージ媒体（すなわち、メモリ１３２または外部メモリ）から測定データ（例えば、信号１２４）を受信するように構成することができる。１つの例では、光学検出器１２３の分光器を使用して得られたスペクトルの結果を、恒久的なまたは半恒久的なメモリデバイス（例えば、メモリ１３２または外部メモリ）に記憶することができる。もう１つの例では、計算システム１３０またはもう１つの計算システムによって決定された、それぞれ、回転する光学偏光子素子１１０と１１９の回転位置の関数として能動ビーム補償用素子１１１と１２０の所望の状態を、恒久的なまたは半恒久的なメモリデバイス（例えば、メモリ１３２または外部メモリ）に記憶することができる。この点で、所望の状態を、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することができる。その上、計算システム１３０は、伝送媒体を介して他のシステムへデータを送ることができる。例えば、計算システム１３０またはもう１つの計算システムによって決定された、それぞれ、回転する光学偏光子素子１１０と１１９の回転位置の関数として能動ビーム補償用素子１１１と１２０の所望の状態を、恒久的なまたは半恒久的なメモリデバイス（例えば、メモリ１３２または外部メモリ）に記憶することができる。この点で、結果を、もう１つのシステムへエクスポートすることができる。
【００７３】
計算システム１３０は、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、画像コンピュータ、並列プロセッサ、またはこの技術において知られているいずれかの他のデバイスを含むことができるが、これらに限定されない。一般に、「計算システム」という用語を、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すべてのデバイスを包含するように広く定義することができる。
【００７４】
本明細書において説明したものなどの方法を実施するプログラム命令１３４を、電線、ケーブル線、または無線伝送リンクなどの伝送媒体を通して伝送することができる。例えば、図１に図示したように、メモリ１３２に記憶されたプログラム命令を、バス１３３を通してプロセッサ１３１へ伝送する。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、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気ディスクもしくは光ディスク、または磁気テープを含む。
【００７５】
一般に、様々な計測システムアーキテクチャが、測定ビームの光学経路内の回転偏光子素子によって誘起されるビームの動きの能動的な補償によって可能にされた測定箱型部分の大きさの縮小から恩恵を受ける。いくつかの例では、小さな計測箱型部分の大きさが、本明細書において説明した方法および装置を使用する多数の入射角を用いる計測アーキテクチャに対して実現される。これらは、１次元または２次元角度分解型実装形態、角度分解型散乱計測、および分光散乱計測のいずれかにおいて使用されるビームプロファイル反射計測（ＢＰＲ）またはビームプロファイルエリプソメトリ（ＢＰＥ）技術を用いる、標準またはミュラー（Ｍｕｅｌｌｅｒ）行列（ＭＭＳＥ）実装形態における多重ＡＯＩ分光エリプソメトリ（ＳＥ）、多重ＡＯＩ分光反射計測、ビームプロファイル反射計測（ＢＰＲ）、単一波長エリプソメトリ、ビームプロファイルエリプソメトリ（ＢＰＥ）を含むが、これらに限定されない。
【００７６】
しかしながら、一般に本明細書において説明した方法および装置は、個別でまたは統合型測定解析部の一部として組み合わせて、すべての知られている光学計測ツールと互換性がある。このような光学計測技術は、非限定的な例として、分光エリプソメトリ、分光反射計測、角度分解型反射計測およびエリプソメトリ、分光散乱計測、散乱計測オーバーレイ、ビームプロファイル反射計測、（角度および偏光分解型）、ビームプロファイルエリプソメトリ、単一波長または多数の個別波長エリプソメトリ、多数の入射角エリプソメトリ、ならびに分光ポラリメトリ、等を含む。一般に、画像に基づく計測技術を含め、半導体構造の特性解析に適用可能なすべての計測技術を、想定することができる。
【００７７】
いくつかの例では、小さな大きさの測定箱型部分を実現するために本明細書において説明した装置および方法を、１）ＫＬＡ−テンカー社に１９９７年、３月４日に交付された「Ｆｏｃｕｓｅｄ  ｂｅａｍ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ  ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ｓｙｓｔｅｍ」という名称であり本願に十分に述べられているかのようにその内容が引用して援用される米国特許第５，６０８，５２６号、および２）ＫＬＡ−テンカー社に１９９９年、１月１２日に交付された「Ａｐｏｄｉｚｉｎｇ  ｆｉｌｔｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ  ｕｓｅｆｕｌ  ｆｏｒ  ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ｓｐｏｔ  ｓｉｚｅ  ｉｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  ｏｔｈｅｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」という名称であり本願に十分に述べられているかのようにその内容が引用して援用される米国特許第５，８５９，４２４号によって記載されたものなどの既存の集束ビームエリプソメータシステムとともに使用することができる。
【００７８】
小さな計測箱型部分の大きさを実現するために本明細書において説明した方法および装置は、ＣＤ計測、薄膜計測、形状計測、および組成計測にとって有用である。しかしながら、これらの用途は、限定するものではなく、本明細書において説明した方法はまた、オーバーレイ計測用途、ピッチウォーク測定用途、焦点およびドーズ量モニタリング用途、エッチモニタリング用途、リソグラフィ用途、等においても有用である。
【００７９】
一般に、この特許文書に記載した方法および装置もまた、製造プロセスおよび／または製造プロセスツールの一部として実装することができる。製造プロセスツールの例は、リソグラフィ露光ツール、膜堆積ツール、注入ツール、およびエッチツールを含むが、これらに限定されない。このようにして、測定結果が、製造プロセスを制御するために使用される。１つの例では、本明細書において説明した方法および装置にしたがって、１つ以上の標的から集められた測定データは、焦点およびドーズ量を制御するためにリソグラフィツールによって使用される。もう１つの例では、本明細書において説明した方法および装置にしたがって、１つ以上の標的から集められた測定データは、エッチ時間などのエッチプロセスパラメータを制御するためにエッチツールによって使用される。
【００８０】
本明細書において説明したように、「クリティカル寸法」という用語は、構造の任意のクリティカル寸法（例えば、底部クリティカル寸法、中央クリティカル寸法、最上部クリティカル寸法、側壁角、グレーティング高さ、等）、任意の２つ以上の構造同士の間のクリティカル寸法（例えば、２つの構造同士の間の距離）、および２つ以上の構造同士の間の変位（例えば、重なり合っているグレーティング構造同士の間のオーバーレイ変位、等）を含む。構造は、３次元構造、パターン形成した構造、オーバーレイ構造、等を含むことができる。
【００８１】
本明細書において説明したように、「クリティカル寸法用途」または「クリティカル寸法測定用途」という用語は、任意のクリティカル寸法測定を含む。
【００８２】
本明細書において説明したように、「計測システム」という用語は、クリティカル寸法用途およびオーバーレイ計測用途を含め、任意の態様において試料を少なくとも一部が特徴付けるために利用されるいずれかのシステムを含む。しかしながら、技術のこのような用語は、本明細書において説明したような「計測システム」という用語の範囲を限定しない。加えて、計測システム１００を、パターンを形成したウェハおよび／または未だパターンを形成しないウェハの測定用に構成することができる。計測システムを、ＬＥＤ検査ツール、ソーラ検査ツール、端部検査ツール、裏面検査ツール、マクロ検査ツール、または（同時の１つ以上のプラットフォームからのデータを含め）多重モード検査ツール、およびクリティカル寸法データに基づくシステムパラメータの校正から恩恵を受けるいずれかの他の計測ツールまたは検査ツールとして構成することができる。
【００８３】
様々な実施形態が、試料を加工処理するために使用することができる半導体処理システム（例えば、検査システムまたはリソグラフィシステム）に関して本明細書では説明されている。「試料」という用語を、本明細書では、ウェハ、レチクル、または本技術において知られている手段によって処理する（例えば、焼き付けるまたは欠陥を検査する）ことができるいずれかの他のサンプルを指すために使用する。
【００８４】
本明細書において、「ウェハ」という用語は、一般に、半導体材料または非半導体材料から作られた基板を指す。例は、単結晶シリコン、ガリウムヒ素、およびインジウムリンを含むが、これらに限定されない。このような基板を、半導体製造施設において普通に見つけるおよび／または処理することができる。いくつかのケースでは、ウェハは、基板（すなわち、ベアウェハ）だけを含むことがある。あるいは、ウェハは、基板の上に形成された異なる材料の１つ以上の層を含むことができる。ウェハの上に形成した１つ以上の層を、「パターニングすること」も「パターニングしないこと」もある。例えば、ウェハは、繰り返し可能なパターンの形体を有する複数のダイを含むことができる。
【００８５】
「レチクル」を、レチクル製造プロセスの任意の段階におけるレチクル、または半導体製造施設での使用のため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、一般に、実質的に透明な基板であり、その基板上に形成されそしてパターンに構成された実質的に不透明な領域を有する基板として規定される。基板は、例えば、非晶質ＳｉＯ２などのガラス材料を含むことができる。レチクルを、リソグラフィプロセスの露光ステップ中にレジストで覆われたウェハの上方に配置することができ、その結果、レチクル上のパターンをレジストに転写することができる。
【００８６】
ウェハ上に形成した１つ以上の層を、パターニングすることもパターニングしないこともある。例えば、ウェハは、繰り返し可能なパターンの形体を各々が有する複数のダイを含むことができる。材料のこのような層の形成および加工処理が、最後には完成したデバイスをもたらすことができる。多くの異なるタイプのデバイスを、あるウェハの上に形成することができ、そして本明細書において使用されるようなウェハという用語は、本技術において知られている任意のタイプのデバイスが上に製造されるウェハを包含するものとする。
【００８７】
１つ以上の例示的な実施形態では、説明した機能を、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらのいずれかの組み合わせで実装することができる。ソフトウェアで実装される場合、機能を、コンピュータ可読媒体上の１つ以上の命令またはコードとして記憶するまたは伝送することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、１つの場所からもう１つの場所へのコンピュータプログラムの伝送を容易にする任意の媒体を含め通信媒体との両方を含む。記憶媒体を、汎用コンピュータまたは専用コンピュータよってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体とすることができる。例として、そして限定ではなく、このようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気ストレージデバイス、あるいは命令もしくはデータ構造の形態の所望のプログラムコード手段を搬送するためまたは記憶するために使用することができ、そして汎用コンピュータもしくは専用コンピュータ、または汎用プロセッサもしくは専用プロセッサによってアクセスすることができるいずれかの他の媒体を含むことができる。また、任意の接続が、コンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、ウェブサイト、サーバ、または同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ディジタル加入者回線（ＤＳＬ）、もしくは赤外、無線、およびマイクロ波などのワイアレス技術を使用して他の遠隔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、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外、無線、およびマイクロ波などのワイアレス技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書において使用するように、ディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ｄｉｓｃ）（ＣＤ）、レーザディスク（ｄｉｓｃ）、光ディスク（ｄｉｓｃ）、ディジタルバーサタイルディスク（ｄｉｓｃ）（ＤＶＤ）、フロッピディスク（ｄｉｓｋ）およびブルーレイディスク（ｄｉｓｃ）を含み、ここでディスク（ｄｉｓｋ）は通常データを磁気的に再生し、一方でディスク（ｄｉｓｃ）はレーザを用いてデータを光学的に再生する。上記の組み合わせもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００８８】
ある種の具体的な実施形態が、説明的な目的で上に記述されているとはいえ、この特許文書の教示は、汎用的な適用可能性を有し、上に記述した具体的な実施形態に限定されない。したがって、記述した実施形態の様々な特徴の様々な変形、改造、および組み合わせを、特許請求の範囲において述べるような本発明の範囲から逸脱せずに実行することができる。
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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