JP2014531023A - 変調光源を備える光学計測ツール - Google Patents

Abstract

本発明は、試料台に配置された試料表面を照らすよう構成された変調可能な光源と、試料表面から発する照明を検出する検出器と、変調光源からの照明を試料表面に向けるよう構成された照明光学系の組と、試料表面からの照明を検出器に向けるよう構成された集光光学系の組と、変調可能な光源に通信可能に接続された変調制御システムであって、変調可能な光源の駆動電流を、選択されたコヒーレンスフィーチャー長を有する照明の生成に適した選択された変調周波数で変調するよう構成された変調制御システムを備える。さらに、本発明は、複数の光源の出力の時系列インターリービングを含み、多波長光時系列計測において利用する周期的なパルストレインを生成する。

Description

本発明は、一般に、光学計測に関する方法およびシステムに関し、詳細には、変調光源を備える光学計測方法およびシステムに関する。

かつてないほど微細化している半導体デバイス機能の需要が高まり増え続けるのに伴い、改善された光学計測技術の需要も高まり増え続けるであろう。光学計測技術は、臨界次元（ＣＤ）計測、薄膜厚および組成物計測、およびオーバーレイ計測を含むことができる。これらの光学計測技術は、反射測定光学システム、エリプソメトリ光学システム、および分光分析光学システムなどの種々の光学構成を利用して行うことができる。

通常は、光学計測システムは、システムの光学安定性確保およびノイズレベルを許容限度内に維持するために、定電流または、定光出力モードで作動する光源を利用する。

コヒーレント光源が与えられる光学計測構成において、重複画像から生じる干渉縞（例えば、「ゴースト）およびスペックルなどのコヒーレントアーチファクトの生成は、所与の光学計測ツールの動作における重大な懸念である。レーザー式照明光の大きなコヒーレンス長に起因し、コヒーレントアーチファクトの影響を最小限に抑えることは困難とされる。利用される照明のコヒーレント長（１００ｍまたはそれ以上のことが多い）の光学計測構成に現れるコヒーレントアーチファクトは、計測ツールの光反射面間の距離よりも大きい。このような反射面は、レンズ、ビームスプリッター、光ファイバーなどを含むことができる。この場合、プライマリービームは、パラスティックビームからの照明に建設的に干渉し、ゴーストによって引き起こされる干渉縞を生成させる。この干渉具合は、強度値がプライマリービームの大きさと同桁となる程度まで増大するので、その結果、所与の光学計測ツールの有用性を著しく阻害する。

さらに、一部の計測用途は、異なる光の波長を放射する複数の光源の時系列の強度制御が要求される。先行技術は、シャッター、音響光学装置、およびポッケルセルなどの種々の光学機械式および電子光学式の装置を用いて時系列の強度制御を成し遂げている。複数の光源の時系列制御を行うためのこのような装置の先行技術利用は安定性および再現性の低下を招く可能性がある。

米国特許出願公開第２０１０／０２７１６２１号 米国特許出願公開第２００９／０３０４０３３号 米国特許出願公開第２０１０／０３０９４７７号 米国特許出願公開第２００９／０２５９０９８号

したがって、先行技術の不具合を解消し、光学計測構成におけるコヒーレンスアーチファクトの影響および過剰なノイズ源を緩和するためのシステムおよび方法を提供することは有益であろう。さらに、多波長光学計測用途に多波長光源の時系列出力の効率的手段を提供するシステムおよび方法を提示することは有益であろう。

光学計測ツールを開示する。一態様において、光学計測ツールは、試料台に配置された試料表面を照らすよう構成された変調可能な光源と、変調光源からの照明を試料表面に向けるよう構成された照明光学系の組と、集光光学系の組と、試料表面から発する照明の少なくとも一部を検出する検出器であって、集光光学系の組は試料表面からの照明を検出器に向けるよう構成された検出器と、変調可能な光源に通信可能に接続された変調制御システムであって、変調可能な光源の駆動電流を、選択されたコヒーレンスフィーチャーを有する照明の生成に適した選択された変調周波数で変調するよう構成された変調制御システムを備えることができるが、これらに限定されない。

他の態様において、光学計測ツールは、第１の波長の照明を生成するよう構成された第１の光源と、付加的波長の照明を生成するよう構成された少なくとも１つの付加的光源であって、付加的波長は、第１の波長と異なり、試料台に配置された試料表面を照らすよう構成された第１の光源および少なくとも１つの付加的光源と、第１の光源および少なくとも１つの付加的光源からの第１の波長の照明および少なくとも１つの付加的波長の照明を試料表面に向けるよう構成された照明光学系の組と、集光光学系の組と、試料表面から発する照明の少なくとも一部を検出する検出器であって、集光光学系の組は試料表面から発する照明を検出器に向けるよう構成された検出器と、第１の光源および少なくとも１つの付加的光源に通信可能に接続された変調制御システムであって、第１の波長の第１の照明波形を生成するために第１の光源の駆動電流を変調するよう構成され、付加的波長の付加的照明波形を生成するために少なくとも１つの付加的光源の駆動電流を変調するよう構成され、第１の照明波形のパルスは少なくとも前記付加的照明波形のパルスに合わせてインターリーブされ、第１の照明波形および付加的照明波形は、選択された波形周波数を有する変調制御システムを備えることができるが、これらに限定されない。

他の態様において、光学計測ツールは、第１の波長の照明を生成するよう構成された第１の光源と、付加的波長の照明を生成するよう構成された少なくとも１つの付加的光源であって、付加的波長は、第１の波長と異なり、試料台に配置された試料表面を照らすよう構成された第１の光源および少なくとも１つの付加的光源と、第１の光源および少なくとも１つの付加的光源からの第１の波長の照明および少なくとも１つの付加的波長の照明を試料表面に向けるよう構成された照明光学系の組と、集光光学系の組と、試料表面から発する照明の少なくとも一部を検出する検出器であって、集光光学系の組は試料表面から発する照明を検出器に向けるよう構成された検出器と、第１の光源に通信可能に接続され、伝送した第１の波長の照明強度を制御するよう構成された第１の照明切替装置と、少なくとも１つの付加的光源に通信可能に接続され、伝送した付加的波長の照明強度を制御するよう構成された少なくとも１つの付加的照明切替装置と、第１の照明切替装置および少なくとも１つの付加的切替装置に通信可能に接続され、照明切替装置の１つ以上の特徴を制御することによって、伝送した第１の波長の照明強度および伝送した付加的波長の照明強度を変調するよう構成された照明制御システムを備えることができるが、これらに限定されない。

他の態様において、光学計測ツールは、照明ビームを生成するよう構成された変調可能な励起源と、所定量のガスを収容するバルブを有するプラズマセルと、照明ビームを成形し、所定量のガス内にプラズマを維持するために、変調可能な励起源からの照明ビームを所定量のガス内に合焦させるよう構成された光学素子の組と、プラズマセルからの照明ビームを試料表面に向ける照明光学系の組と、集光光学系の組と、試料表面から発する照明の少なくとも一部を検出するよう構成された検出器であって、集光光学系の組は試料表面からの照明を検出器に向けるよう構成された検出器と、変調可能な励起源に通信可能に接続された励起制御システムであって、プラズマセル内に収容されたプラズマ内に時変性を与えるために変調可能な励起源の駆動電流を選択された変調周波数で変調するよう構成された励起制御システムを備えることができるが、これらに限定されない。

前述の一般的な説明および次の詳細な説明の両方は、例示的および説明的なものに過ぎず、請求の範囲に記載の本発明を必ずしも限定するものではないことが理解されよう。本明細書に組み込まれ、その一部を形成する添付図面は、本発明の幾つかの実施態様を示しており、説明とともに本発明の原理を説明するのに役立つ。

本開示の多くの利点は、添付図面を参照することにより、当業者によってより理解され得る。

本発明の一実施形態に係る１つ以上の変調光源を備える光学計測ツールを示す上位ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る１つ以上の変調光源を備える反射測定光学計測ツールを示す上位概略図である。 本発明の一実施形態に係る１つ以上の変調光源を備えるエリプソメトリ光学計測ツールを示す上位概略図である。 本発明の一実施形態に係る光源変調による強度スペクトルと光源変調を用いない強度スペクトルとを示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る、それぞれ波長が異なる複数の光源を備える光学計測システムを示す上位概略図である。 本発明の一実施形態に係る、それぞれ波長が異なる複数の光源のインターリーブパルス列を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る強度切替装置を介して強度が制御される、それぞれ波長が異なる複数の光源を備える光学計測システムを示す上位概略図である。 本発明の一実施形態に係るスペクトル監視装置を備える光学計測ツールを示す上位概略図である。 本発明の一実施形態に係る変調された励起源を備えるレーザー励起プラズマ式の光学計測ツールを示す上位ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る変調された励起源を備えるレーザー励起プラズマ式の光学計測ツールを示す概略図である。

ここで、添付図面に例示する開示の本発明の主題を詳細に参照する。

概して図１〜７Ｂを参照して、本発明に係る時間変調光源の機能を有する光学計測ツールを説明する。本開示は、１つ以上の時間変調光源を備える光学計測を行うシステムおよび方法に関する。本発明の計測システムの１つ以上の光源から発する照明の時間変調は、改善された精度、正確さ、および計測スループットを提供する。

ある意味において、本発明によって実施される照明変調は、限定するものではないが、計測される光信号（例えば、角度分解反射率または偏光解析パラメータ、偏光分解反射率または偏光解析パラメータ、波長分解反射率または偏光解析パラメータ等）における干渉縞、コヒーレントノイズ、およびスペックルなどの、コヒーレンスアーチファクトの抑制を支援する。さらに、本発明は、複数の光源出力の時間変調に関し、これによって複数の光源（例えば、レーザーおよび／またはランプ）の照明出力の時系列インターリービングを可能にする。本発明の複数の光源の出力のインターリービングは、複数の波長照明を必要とする計測用途において、改善された波長安定性、ノイズ減少、および強度制御を実現する。さらに、本発明は、光持続のプラズマ源の１つ以上の励起源の照明出力の時間変調に関する。励起源照明出力の変調は、持続プラズマ光源の出力照明におけるノイズレベル減少を実現する。

一般的に、本発明の種々の実施形態によって提供される時間変調は、多くの利益を与える。特に、本発明は、レーザー式計測用途におけるコヒーレンスノイズの減少、異なるタイプの光源の時系列インターリービング、およびレーザー励起プラズマ源におけるノイズ減少を実現する。

図１は、本発明の一実施形態に係る時間変調された照明能力を備える光学計測ツール１００を示すブロック図である。

当業者は、コヒーレンスアーチファクト制御が光学計測ツールの設計における共通の課題であることを認識するであろう。所与の光学計測ツールが１つ以上のコヒーレント光源（例えば、レーザー）を有する構成において、迷光およびゴーストに関連するコヒーレント効果（例えば、スペックルおよび干渉縞）を制御する能力は、ますます難しくなる。例えば、所与の光学計測ツール（図２Ａおよび２Ｂ参照）は、複数の光学面を有する。これらの光学面は、ビームスプリッター、レンズ、光ファイバー、対物レンズ面、アポダイザなどを備えることができるがこれらに限定されない。光学計測ツールにおけるコヒーレント照明はしばしば悪影響のあるスペックル、縞、およびその他のコヒーレントアーチファクトを引き起こす。これらは測定の精度および正確さに悪影響を及ぼす測定ノイズおよび不安定性の一因となり得る。

例えば、所与の光学システムにおいて、プライマリーパスを伝播するビームは、光学システムの光学面（例えば、ミラー、ビームスプリッターなど）から反射されたパラスティックビームと干渉し得る。プライマリービームおよびパラスティックビーム干渉の有害な影響を示すために、プライマリービームおよびパラスティックビームは強度Ｉ_１およびＩ_２によって特徴付けられる。これらの２つのビームの重畳は、次の結合ビーム出力を提供する。

上記式において、θはプライマリービームと光学計測ツールの反射面からのパラスティックビーム間の相対位相を示す。例示を目的として、Ｉ_１＝１およびＩ_２＝０．００２５（反射率０．２５％で面反射するパラスティックビームと一致）の場合、プライマリーおよびパラスティック波が建設的に干渉する場合における式１の干渉項は、プライマリービームの１０％の大きさを有するであろう。この干渉寄与レベルは、光学計測ツールの大半において容認されない。

対照的に、プライマリービームおよびパラスティックビームが互いにコヒーレントでない構成においては、式１の干渉項はゼロとなり、計測ツールのゴースト補正は、プライマリービームの０．２５％の大きさを有するであろうが、これは上記で説明した場合よりもはるかに扱いやすい。

当業者は、レーザー（例えば、半導体ダイオード技術ベースのレーザー）の標準的なスペクトルが単一の狭いスペクトル線または複数の狭いスペクトル線を含むことを認識するであろう。このようなレーザー源は、共通して長いコヒーレンス長を有する。それらの波長安定性および低ノイズのため、単一波長レーザーが計測用途全体にわたり遍在的に利用される。単一波長レーザーの大きなコヒーレンス長のため、これはしばしば１００ｍを超えるが、本明細書の前出の理由による計測構成において実行中のコヒーレンスアーチファクトは抑制される。

本発明の一態様において、システム１００は、試料台に配置された試料１０６（例えば、半導体ウェハ）の表面を照らすよう構成された変調光源１０２、試料１０６の表面から反射された光を検出するよう構成された検出器１１０、および変調光源１０２および検出器１１０を光学的に接続する役割を果たす光学システムを備える。光学システムは、光源１０２からの光を試料１０６に向け、および／または集光させるのに適した照明光学系の組１０４（例えば、レンズ、ミラー、フィルターなど）を備えることができる。光学システムは、さらにウェハ１０６の表面から反射または散乱した光を検出器１１０に向けるのに適した集光光学系の組１０８（例えば、レンズ、ミラー、フィルターなど）を備えることができる。この方法において、光は光源１０２から発し、照明アームに沿って（照明系１０４を介して）試料１０６の表面へ伝播することができる。試料１０６から反射または散乱した光は、システム１００の集光アームに沿って（集光系１０８を介して）試料１０６から検出器１１０へ伝播することができる。他の態様において、光学計測システム１００は、変調可能な光源１０２（例えば、レーザー）の駆動電流を選択された変調周波数で変調させるよう構成された変調制御システム１１２を備える。

本発明の光学計測システム１００は、当技術分野における如何なる形式の光学計測を実行するよう構成されていてもよいことが本明細書において注記される。例えば、光学計測システム１００は、次の計測手法の少なくとも１つを実行するよう構成される。これらの手法とは、臨界次元（ＣＤ）計測、薄膜（ＴＦ）厚および組成物計測、およびオーバーレイ計測である。

本発明の光学計測システム１００は、特定の光学構成または光学計測機能に限定されるものではないことがさらに注記される。一部の実施形態において、本発明の光学計測システム１００は、反射測定計測システムとして構成することができる。例えば、光学計測システム１００は、角度分解モードで作動するビームプロファイルレフレクトメータ（例えば、狭帯域のビームプロファイルレフレクトメータ）、分光レフレクトメータなどを備えることができるがこれらに限定されない。スペクトルおよび単一波長のビームプロファイルレフレクトメータの概要は、２００１年３月２７日に出願された米国特許第６，４２９，９４３号に記載されており、その全体が参考として本明細書に組み込まれる。

他の実施形態において、本発明の光学計測システム１００は、散乱計測式の計測システムとして構成することができる。例えば、光学計測システム１００は、広帯域のスキャタロメータ（例えば、広帯域の分光スキャタロメータ）または狭帯域のスキャタロメータを備えることができるがこれに限定されない。

追加の実施形態において、本発明の光学計測は、エリプソメトリ計測システムとして構成することができる。例えば、光学計測システム１００は、ビームプロファイルエリプソメータまたは分光エリプソメータを備えることができるが、これに限定されない。エリプソメトリの原理のエリプソメトリの概要の概要は、Ｈａｒｌａｎｄ Ｇ． ＴｏｍｐｋｉｎｓおよびＥｕｇｅｎｅ Ａ． ＩｒｅｎｅのＨａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｅｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ， １ｓｔ ｅｄ， Ｗｉｌｌｉａｍ Ａｎｄｒｅｗ，Ｉｎｃ．，２００５に記載されており、その全体が参考として本明細書に組み込まれる。さらに、ミュラー行列エリプソメトリは、Ｐ．Ｓ． Ｈａｕｇｅの、“Ｍｕｅｌｌｅｒ Ｍａｔｒｉｘ Ｅｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ ｗｉｔｈ Ｉｍｐｅｒｆｅｃｔ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｓ”， Ｊ． ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃ． ｏｆ ＡＭ． Ａ６８（１１），１５１９−１５２８， １９７８； Ｒ．Ｍ．Ａ Ａｚｚａｍの、Ａ Ｓｉｍｐｌｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｐｈｏｔｏｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ ａｎｄ Ａｎａｌｙｚｅｒ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｊｏｎｅｓ ａｎｄ Ｍｕｅｌｌｅｒ Ｍａｔｒｉｃｅｓ， Ｏｐｔ Ｃｏｍｍ ２５（２）， １３７−１４０， １９７８に詳細に記載されており、それら全体が参考として本明細書に組み込まれる。さらに、「完全な」エリプソメトリの概念は、Ｍ． Ｌ． Ａｌｅｋｓａｎｄｒｏｖらの、“Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｌｅｔｅ Ｅｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ（ｒｅｖｉｅｗ）”，Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ４４（６）， ５５９−５７８， １９８６に記載されており、その全体が参考として本明細書に組み込まれる。分光エリプソメトリの概要は、１９９５年１０月１０日に出願された米国特許第５，７３９，９０９号に記載されており、その全体が参考として本明細書に組み込まれる。ビームプロファイルエリプソメトリの概要は、２００１年３月２７日に出願された米国特許第６，４２９，９４３号に記載されており、その全体が前述に参考として本明細書に組み込まれる。

ここで図２Ａを参照すると、本発明の光学計測システム１００は、ツール２００などの反射測定計測ツールとして実施することができる。図２Ａは、本発明において実施するのに適した反射測定計測ツールを示す上位概略図である。レフレクトメータ２００は光源１０２と、光学システムと、検出器１１０とを備えることができる。光学システムは、照明光学系の組１０４と、ビームスプリッター２０４と、集光光学系の組１０８とを備えることができる。この点において、光は光源１０２から発し、照明光学系１０４およびビームスプリッター２０４を介して試料台２０２に配置された試料１０６の表面に伝播することができる。本出願人は、図２Ａに示す構成は限定的なものではなく、例示を目的としたものに過ぎない旨を注記する。前述したように、多数のレフレクトメータ式の光学構成は、本発明の範囲内において利用されることが想定される。

図２Ｂを参照すると、本発明の光学計測システム１００は、ツール２５０などの、散乱計測／エリプソメトリ計測ツールとして実施することができる。図２Ｂは、本発明において実施するのに適したエリプソメトリ計測ツールを示す上位概略図である。スキャタロメータ／エリプソメータ２５０は、光源１０２と、光学システムと、検出器１１０を備えることができる。光学システムは、照明光学系の組１０４と、偏光子２０６と、集光光学系の組１０８と、検光子２０８を備えることができる。照明および集光光学系は、ミラー、レンズ、ビームスプリッター、補償器などを備えることができる。この点において、光は光源１０２から発し、偏光子２０６および照明光学系１０４を通り、試料台２０２に配置された試料１０６の表面に伝播することができる。試料１０６から散乱する光は、その後、集光光学系１０８を介し、検光子２０８を通し、試料１０６の表面から検出器１１０へ伝播することができる。本出願人は、図２Ｂに示す構成は限定的なものではなく、例示を目的としたものに過ぎない旨を注記する。前述したように、多数の散乱計測およびエリプソメトリ光学構成は、本発明の範囲内において利用されることが想定される。

本発明の一態様において、変調制御システム１１２は、変調可能な光源１０２の駆動電流を選択された変調周波数で変調するよう構成される。一態様において、選択された変調周波数は、選択されたコヒーレンスフィーチャーを有する照明を生成するのに適したものであってよい。

一実施形態において、選択されたコヒーレンスフィーチャーは、選択された縞可視度曲線を有することができるが、これに限定されない。この点において、選択された変調周波数は、縞可視度曲線を有する照明を生成するのに適したものであってよい。さらなる実施形態において、選択された変調周波数は、選択された許容レベル未満のレベル未満の（例えば、コヒーレンスアーチファクトが計測ツール１００の作動を許可するほど小さい場合のレベル）コヒーレンスアーチファクトを実現する縞可視度曲線を有する照明を生成するのに適したものであってよい。他の実施形態において、変調周波数は、選択されたレベルを超える強度（例えば、計測ツール１００の作動を許可するほど小さい干渉縞の強度）を有する干渉縞の発生を抑制するよう構成された縞可視度曲線を生成するのに適する。他の実施形態において、変調周波数は、光学計測ツール１００の特徴光路長から異なる距離に位置する強度ピークの組を有する縞可視度曲線を生成するのに適する。光学計測ツール１００の特徴光路長は、光学計測ツールの第１の反射面と光学計測ツールの第２の反射面の間の距離を有することができる。さらなる実施形態において、変調周波数は、変調されていない状態の光源の縞可視度曲線とは実質的に異なる縞可視度曲線を有する照明を生成するのに適する。前述したように、光源１０２によって放出された照明の縞可視度曲線を十分に変化させることによって、コヒーレンスアーチファクト（例えば、スペックルおよび干渉縞）の影響を除去または少なくとも軽減することができる。

他の実施形態において、選択された変調周波数は、選択された長さ未満の長さ（すなわち、システム１００の光学素子間の距離よりも短いコヒーレンス長）コヒーレンス長を有する照明を生成するのに適することができる。例えば、選択された変調周波数は、変調されていない状態の光源１０２のコヒーレンス長未満のコヒーレンス長（例えば、変調前の光源のコヒーレンス長）を有する照明を生成するのに適することができる。他の例では、選択された変調周波数は、光学計測ツール１００の特徴光路長未満のコヒーレンス長を有する照明を生成するのに適することができる。例えば、選択された変調周波数は、光学計測ツール１００の第１の反射面と光学計測ツール１００の第２の反射面の間の距離よりも小さいコヒーレンス長を有する照明を生成するのに適することができる。本明細書において先述したように、光源１０２によって放射された照明のコヒーレンス長を計測ツール１００内の反射面間の距離を下回るように縮小させることによって、コヒーレンスアーチファクト（例えば、スペックルおよび干渉縞）の影響を除去または少なくとも軽減することができる。

本発明の一実施形態において、変調制御システム１１２は、１つ以上のレーザー光源の電流を選択された周波数で駆動する役目ができる。例えば、変調制御システム１１２は、レーザー光出力において変調された縞可視度曲線を実現するためにレーザー光源（例えば、多縦モードレーザー光源）の駆動電流を変調する役目ができるので、レーザー光源の変調された縞可視度曲線は、光学計測ツール１００内のコヒーレンスアーチファクトを選択された許容レベル未満のよう低減するのに適している。他の例では、変調制御システム１１２は、選択されたレベル未満のコヒーレンス長を有する照明を生成するためにレーザー光源の駆動電流を変調する役目ができる。

図３は、駆動電流変調３０２を備えていないレーザー源からの強度スペクトルおよび駆動電流変調３０４を備えたレーザー源からの強度スペクトルを示す概念図である。図３に示すように、直流電流駆動の場合、レーザー源に関連するスペクトル３０２は、レーザー空洞の多縦モードを含む。図３に示すスペクトル３０４は、曲線３０２の各々のスペクトルピークの広いエンベロープを示す。この点において、レーザー源の駆動電流の高速変調は、強度スペクトル３０４の広がりおよび平滑化を与える。縞可視度曲線の変化は、本明細書において先述したコヒーレンスアーチファクト（例えば、干渉縞）を抑制する役目をすることができる。さらに、所与の光学計測ツール（例えば、１００）の光学面は、光源１０２が強度スペクトル３０４に一致する状態のような変調された状態にあるとき、パラスティック干渉の影響を取るに足りないものにする十分な距離で分離されるよう比較的簡単に構成され得るということが本明細書において注記される。本出願人は、縞可視度曲線、コヒーレンス長、および光学素子間の距離に関する上記の説明は、例示目的のために示すに過ぎず、限定するものとして解釈されるべきではない旨を注記する。

さらなる実施形態において、変調制御システム１１２は、変調可能な光源１０２の駆動電流を高周波（ＲＦ）範囲の周波数で変調することができる。制御システム１１２が変調可能な光源１０２を駆動する特定の周波数は、トライアルおよびエラーから選択することができるということがさらに本明細書において注記される。例えば、実施される変調周波数は、変調可能な光源１０２からの照明のコヒーレンス長を光学計測システム１００の特徴光路長を下回るよう縮小する役目をする周波数であり得る。例えば、光学計測システム１００の特徴光路長は、光学計測ツール１００の２つ以上の反射面の間の距離を有することができる。他の例として、コヒーレンス長も縞可視度曲線（上記に示すように）も光源１０２の変調を行うために測定される必要はないということが認識される。この意味で、制御システム１１２は、満足な検出器１１０出力が実現されるまで、制御システム１１２の変調周波数をスイープすることができる。

さらなる本発明の一態様において、光学計測ツール１００の変調制御システム１１２は、通信可能に変調可能な光源１０２に接続されている１つ以上のプロセッサ（図示せず）を備え、光源１０２の変調を制御するよう構成することができる。変調制御システム１１２は、キャリア媒体１１４（例えば、非一時的なストレージ媒体）にプログラム命令の組１１６として保存された変調制御アルゴリズム１１８を実行するよう構成される。プログラム命令１１６は、制御システム１１２の１つ以上のプロセッサが本開示に記載の種々のステップの１つ以上を実行するように構成されている。

本開示全体にわたり記載の変調制御に関連する種々の制御ステップは、単一コンピューターシステムまたは代替的に複数のコンピューターシステムによって実行され得ることが認識されよう。さらに、システム１００の異なるサブシステムは、上記で説明した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ーシステムを備えることができる。さらに、１つ以上のコンピューターシステムは、本明細書において記載の実施形態のどの方法の他のステップも実行するよう構成することができる。

変調制御システム１１２は、パーソナルコンピューターシステム、メインフレームコンピューターシステム、ワークステーション、イメージコンピューター、パラレルプロセッサ、または当技術分野において知られているその他の装置を備えることができるが、これらに限定されない。一般に、「コンピューターシステム」、「コンピューティングシステム」または「コンピューター制御システム」という用語は、記憶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如何なる装置も包含するため広義に定義され得る。

本明細書に記載されるようなプログラム命令１１６が実行する方法は、キャリア媒体１１４を介して伝送または保存され得る。キャリア媒体は、ワイヤー、ケーブル、またはワイヤレス伝送リンクなどの伝送媒体であってよい。キャリア媒体は、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気または光ディスク、または磁気テープなどの非一時的ストレージ媒体を含むことができる。

他の実施形態において、制御システム１１２は、当該技術分野で公知の如何なる方法において、光源１０２またはシステム１００のその他の如何なるサブシステムにも通信可能に接続することができる。例えば、変調制御システム１１２は、ワイヤラインまたはワイヤレス接続を介してシステム１００の種々のサブシステムに通信可能に接続することができる。

本発明の他の実施形態において、変調可能な光源１０２は、当技術分野において知られている狭帯域の光源を含むことができる。一実施形態において、光源１０２は、１つ以上のレーザーを含むことができるが、これに限定されない。例えば、レーザー光源は、１つ以上の半導体レーザーを含むことができるが、これに限定されない。別例では、レーザー源は、ダイオード励起固体レーザーを含むことができるが、これに限定されない。別例では、レーザー源は、スーパーコンティニウムレーザーを含むことができるが、これに限定されない。さらに、第１のスペクトル領域に照明を放射する第１の光源は、第２のスペクトル領域に照明を放射する第２の光源と結合させることができる。

その他の態様において、検出器１１０は、レフレクトメータ、スキャタロメータ、分光計、またはエリプソメータ構成において実施するのに最適な当該技術分野で公知の光検出システムを備えることができる。例えば、検出器１１０は、ＣＣＤアレイＣＭＯＳアレイ、一次元フォトダイオードアレイ、二次元フォトダイオードアレイなどの少なくとも１つを含むことができるが、これらに限定されない。

図４は、本発明の代替実施形態に係るマルチソース光源１０２を示す図である。一態様において、光学計測ツール１００のマルチソース光源１０２は、２つ以上の単一光源を含み、それぞれの単一ソースが異なる出力波長を有する。一態様において、本発明は、安定強度バランスおよび複数の光源の制御を実現する。当業者は、一般的にレーザーおよびＬＥＤのなどの、光源のＯＮ／ＯＦＦ切替は、安定性の低下を招き、ノイズを増加させるということを認識するであろう。本出願人らは、不安定さおよびノイズ発生は、周期的な波形を満たす構成において制限されるということを理解している。このように、周期的な波形操作は、光源の平均的かつ安定した温度、電気、および光学特性を維持する役目を果たし、その結果、波長安定性およびノイズ低減を向上させる。

本発明の一態様において、システム１００の変調可能な光源１０２は、第１の波長（λ_１）の照明を生成するよう構成された第１の光源４０２ａ、第２の波長（λ_２）の照明を生成するよう構成された第２の光源４０２ｂ、…、第Ｎの波長（λ_Ｎ）の照明を生成するよう構成された第Ｎの光源４０２ｃを含むことができる。

本発明の追加の態様において、変調制御システム１１２は、当該技術分野において公知の手段によって（例えば、ワイヤラインまたはワイヤレス接続）、第１の光源４０２ａ、第２の光源４０２ｂ、…、第Ｎの光源４０２ｃに通信可能に接続される。さらなる様態において、変調制御システム１１２は、光源４０２ａ〜４０２ｃのそれぞれの照明出力の波形を制御するのに適したマルチソース制御アルゴリズム１２０を実行するよう構成される。変調制御システム１１２（制御アルゴリズム１２０を介して）は、第１の波長の第１の照明波形（例えば、選択された周波数の段階的な波形）を生成するために、第１の光源４０２ａの駆動電流を変調するよう構成される。さらに、変調制御システム１１２は、第２の波長の第２の照明波形を生成するために、第２の光源４０２ｂの駆動電流を変調するよう構成される。この方法において、第１の照明波形のパルスは、第２の照明波形のパルスに合わせてインターリーブし、第１の照明波形および第２の照明波形は選択された波形周波数を有する。結合された波形は、任意の数の成分波形を含むことができることが本明細書においてさらに注記される。このように、第１の照明波形のパルスは、第２の照明波形、…、第Ｎの波形のパルスに合わせてインターリーブされる。光源４０２ａ〜４０２ｃからの種々の波形のインターリーブは、多波長での時系列計測測定を可能にする。さらに、光源４０２ａ〜４０２ｃからの照明の変調が駆動電流変調で達成されるので、本発明は、光シャッター、チョッパーホイールなどの種々の光学機械的部品の必要性をなくす。そのようなものとして、図４Ａに示す実施形態は、光学計測ツール１００における多波長強度制御に対し簡素化したアプローチを提供する。

他の実施形態において、マルチソース光源１０２は、光源４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃから発するビーム４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃをそれぞれ結合させるよう構成された複数の波長結合器４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃを含む。この点において、波長結合器４０４ａ〜４０４ｃは、空間的にビームを結合させる役目をし、変調制御システム１１２により実行されたアルゴリズム１２０によって実施されたソース波形の一時的なインターリービングを可能にする。波長のビームへの一時的なインターリービングおよび空間的な結合に次いで、結合された波形出力４０８は、光学計測ツール１００の照明系１０４へ向けることができる。光源１０２は、ステアリングミラー４０６のような追加の光学素子を備えることができることがさらに注記される。本出願人は、図４Ａおよび上記に示す光学構成は限定的なものではなく、例示的なものと解釈される旨を注記する。光源４０２ａ，４０２ｂ，…，４０２ｃの波形と空間的に結合および一時的にインターリーブさせるために、複数の同等の光学構成は実施されるということが本明細書において認識される。単一結合ビームへの多数のレーザービームの空間的な結合は概して、２０１１年５月１６日に出願されたＨｉｌｌらの米国特許出願第１３／１０８，８９２号に記載されており、その全体が本明細書に組み込まれる。

一実施形態において、変調制御システム１１２によって実行される第１、第２、…、第Ｎの光源の変調は、レーザー式またはＬＥＤ光源の駆動電流を切替えることを含む。この方法における光源駆動電流の切替は、光源４０２ａ〜４０２ｃのそれぞれの照明出力に段階的（例えば、ＯＮ／ＯＦＦ）またはほぼ段階的な波形パターンを生成することができる。この点において、図４Ａに示し、使用されるマルチソースは、チャネル選択および相対的強度制御を「色」順次式に可能にする。本開示の目的は、用語「色」が各光源のプライマリー波長（例えば、ピーク波長）を説明するために使用されることである。さらに、用語「色」は、電磁スペクトルの特定の部分に適用すると解釈されるべきではない。所与の光源の波長は、可視スペクトルの外に存在し得ることが想定される。例えば、光源４０２ａ〜４０２ｃの出力のスペクトル領域は、可視、ＵＶ、およびＩＲスペクトル領域を含むことができる。

図４Ｂは、異なる波長λ_１，λ_２，λ_３の３つの光源からのインターリーブ波形の組のグラフ４５０の概念図である。図４Ｂに示すパルストレイン４５１は、光源の入力駆動電流またはそれぞれの波長（例えば、λ_１，λ_２，λ_Ｎ）の光源の出力強度のいずれかを表す。この点において、パルストレイン４５１は、波長λ_１のパルスの組４５２、波長λ_２のパルスの組４５４、…、波長λ_Ｎのパルスの組から成る。入力駆動電流（図４Ｂに図示せず）、デューティサイクル（すなわち、所与の波長に対する各パルスの幅）、および出力電力（すなわち、図４Ｂにおける所与の波長に対する各パルスの高さ）は、一般に各波長波形で異なり、所与の光学計測システムの要項に基づいて選択されるということが本明細書において注記される。さらに、駆動電流は、ゼロおよび公称ピーク電流の間で切替えることができるが、または代替として、さらに複雑な周期的方式（例えば、下限は、非ゼロ電流に選ばれ得る）に従うことが可能であるということが本明細書において認識される。波形の周波数、デューティサイクル、および、ピーク電流および電力レベルは、光源（例えば、レーザー）および計測ツール１００の他の素子、これらはビームモニタ、検出器（例えば、１つ以上のＣＣＤ）、およびオートフォーカスサブシステムなど、の最適性能のために選択することができる。デューティサイクルおよび出力電力の変更もまた複数の光源４０２ａ〜４０２ｃの所望の強度レベルおよびバランスを実現することを支援し得ることがさらに注記される。パルストレイン４５１の波形の繰り返し周波数は約１００Ｈｚであってよいことがさらに認識される。そのようなものとして、本発明のマルチソースの繰り返し周波数は、本明細書で上述した光源１０２の単一ソースの変調周波数（例えば、ＲＦ周波数）よりもはるかに遅い。したがって、インターリーブされた色順次の動作（例えば、１００Ｈｚ周波数範囲）の制御方式およびノイズ／コヒーレンス効果減少（例えば、ＲＦ周波数）の制御方式は、同時に実施することができる。この点において、制御システム１１２は、著しく異なる時間スケールで動作する複数の周期的波形を有する所与の光源（例えば、４０２ａ〜４０２ｃ）を駆動することができる。例えば、光源４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃの波形のインターリービングに加え、４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃの１つ以上は、所与の単一ソースに対するコヒーレンスアーチファクトを軽減するために、高速変調操作（ＲＦ周波数に従って）を受けることができる。

本発明の他の態様において、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上は、当該技術分野において公知の広帯域光源を有することができる。一実施形態において、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上は、上記のようなＨＬＳを有することができるが、これに限定されない。別例では、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上は、キセノンアーク灯を有することができる。他の例によると、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上は、ジュウテリウムアーク灯を有することができる。他の実施形態において、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上は、当技術分野において知られている如何なる放電プラズマ源も有することができるが、これに限定されない。他の実施形態において、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上は、レーザー駆動プラズマ源を有することができるが、これに限定されない。さらなる実施形態において、１つ以上のスペクトルフィルター（図示せず）は、１つ以上の広帯域光源のスペクトル出力をスペクトル的にフィルターするために、１つ以上の広帯域フィルターの出力と波長結合器４０４ａ〜４０４ｃの間に配置することができる。

本発明の他の態様において、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上は、当技術分野において知られている狭帯域光源を有することができる。一実施形態において、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上は、１つ以上のレーザーを備えることができるが、これに限定されない。例えば、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上は、１つ以上の半導体レーザーを備えることができるが、これに限定されない。別例では、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上は、ダイオード励起固体レーザーを備えることができるが、これに限定されない。別例では、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上は、スーパーコンティニウムレーザーを備えることができるが、これに限定されない。他の実施形態において、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上は、１つ以上の発光ダイオードを備えることができるが、これに限定されない。上述した光源は限定を表すものではなく、例示的なものとして解釈されるに過ぎないことが当業者によって認識されよう。一般的な意味では、可視、赤外線、および紫外線スペクトルの範囲の照明を生成することができる光源は、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上において実施するのに適している。

複数の光源の組４０２ａ〜４０２ｃは、狭帯域および広帯域の結合を含むことができることが本明細書においてさらに認識される。例えば、光源４０２ａ〜４０２ｃの１つ以上は、レーザー源を含むことができるが、残りの光源の１つ以上は、固定または波長切替可能スペクトルフィルターを備える広帯域灯（例えば、レーザー生成プラズマ源）からなる。

図５は、本発明の代替実施形態に係る、強度切替能力を有するマルチソース光源１０２を示す。一態様において、光学計測ツール１００のマルチソース光源１０２は、２つ以上の単一光源を含むことができ、各単一ソースは異なる出力波長を有する。追加の態様において、図５のマルチソース光源１０２は、照明切替装置の組５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃを有する。この点において、各光源４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃの結合された出力ビーム４０８に対する強度寄与は、照明切替装置５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃをそれぞれ利用することで、制御することができる。さらに、変調制御システム１１２は、照明切替アルゴリズムを介して照明切替装置５０２ａ〜５０２ｃを制御するよう構成することができ、それによって結合されたビーム４０８の各波長成分の強度を制御する。この方法において、変調制御システム１１２は、各波長λ_１，λ_２，…，λ_Ｎに関連する波形を制御することができるので、選択された周波数の結合された波形、デューティサイクル、および各波長成分の強度を伝送する。

一実施形態において、照明切替装置５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃの１つ以上は、第１の偏光子および第２の偏光子の間に配置されたポッケルセルを備えることができるが、これに限定されない。この点において、各波長チャネルλ_１、λ_２、およびλ_Ｎに関連するポッケルセルは、変調制御信号から伝送された信号に応答するデジタルＯＮ／ＯＦＦ強度切替としての役目ができる。さらなる実施形態において、各ポッケルセルの切替周期は、検出器１１０の積分時間よりも随分短くてよく、ポッケルセルと所与の光源４０２ａ〜４０２ｃおよび／または検出器１１０の間の位相同期の必要を無くす。

他の実施形態において、照明切替装置５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃの１つ以上は、音弾性光学切替装置を備えることができるが、これに限定されない。一般的な意味では、当技術分野において知られている如何なる高速光学切替装置でもよい。

図６は、本発明の一実施形態に係る、変調可能な光源１０２の１つ以上のスペクトル特徴を監視するよう構成されたスペクトル監視システム６０２を示す。ノイズおよびコヒーレンスアーチファクトが軽減された構成（例えば、照明のコヒーレンスを軽減することによって）において、照明のスペクトル特性の的確な知識が望ましいということが本明細書において認識される。一実施形態において、スペクトル監視システム６０２は、各光源のピークまたは重心波長を監視するために利用することができる。照明ビームのスペクトル出力の正確な監視は、許容レベル未満のよう所与の照明ビームのコヒーレンス長を確実に軽減することができるので、スペクトル監視システム６０２は、駆動電流変調ダイオードレーザー式光源（本明細書において前述）において特に役立つ。この点において、スペクトル監視システム６０２の１つ以上の部分は光学計測ツール１００の照明路６０４に沿って配置することができる。この意味では、スペクトル監視システム６０２は変調可能な光源１０２から発する照明の１つ以上のスペクトル特徴を測定することができる。一実施形態において、１つ以上のスペクトル特徴は、選択された波長範囲を超える強度スペクトル、目的とする１つ以上のスペクトルピークの位置（例えば、重心波長の位置）、目的とするスペクトルピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）などを有することができるが、これらに限定されない。

さらなる実施形態において、スペクトル監視システムは、通信可能に変調制御システム１１２に接続することができる。この点において、照明路６０４の照明のスペクトル計測の結果は、制御システム１１２に伝送することができる。さらなる実施形態において、変調制御システム１１２は、スペクトル監視プロセスの結果を今後の使用のために記憶媒体に記憶することができる。

一実施形態において、スペクトル監視システム６０２は、光源１０２からの照明の１つ以上のスペクトル特徴をリアルタイムまたはほぼリアルタイムで監視することができる。例えば、スペクトル監視システム６０２は、光源１０２からの照明の１つ以上のスペクトル特徴のリアルタイム測定に適した分光計を有することができる。例えば、スペクトル監視システム６０２は、回折格子式分光計を有することができるが、これに限定されない。本出願人らは、回折格子式分光計は、本発明の光学計測ツールに使用される光源のスペクトル特徴（例えば、重心波長）の測定において特に役立つ旨を注記する。

他の実施形態において、スペクトル監視システム６０２は、校正目的の光源１０２からの照明の１つ以上のスペクトル特徴を監視することができる。例えば、スペクトル監視システム６０２は、ツール設定校正プロセスにおける光源からの照明の１つ以上のスペクトル特徴を監視することができる。例えば、スペクトル監視システム６０２は、ツール設定校正プロセスにおける光源１０２からの照明の１つ以上のスペクトル特徴を測定することができるので、光学計測測定が校正対象物に行われる（すなわち、既知のパラメータ（例えば、既知のＣＤ、既知の薄膜厚および／または構成物、既知のオーバーレイなど）を有する対象物）。計測測定（例えば、厚測定）の結果および照明の測定されたスペクトル特徴の結果を利用することで、制御システム１１２は、キャリア媒体１１４に保存されたスペクトル監視校正アルゴリズム１１９を実行する頃ができる。変調制御システム１１２は、校正試料の測定および測定されたスペクトル特性に基づき、光源１０２からの照明の１つ以上のスペクトル特性を周期的に校正または「再算出」することができる。さらに、スペクトル校正の周波数は、所与の光源のスペクトル安定性に依存し得る。

一実施形態において、校正試料は、既知の薄膜厚を有する試料から成り得る。例えば、校正試料は、既知の酸化物層厚を有する試料（例えば、既知の酸化膜厚を有するシリコンＷチップ）を含むことができるが、これに限定されない。この点において、校正試料の厚みを制御システム１１２によって実行される校正プロセス中に校正することができる。校正試料のスペクトル特徴は、システム１００の各データチャネル（例えば、照明の全ての波長、偏光状態など）を使用し、周期的に監視することができる。スペクトル監視システム６０２による監視を基に、制御システム１１２は、光源１０２のスペクトル特性（例えば、スペクトルの各波長値）を算出することができる。

追加の態様において、変調制御システム１１２は、所与の試料の１つ以上のスペクトル特徴測定からの結果を制御システム１１２の試料モデリングソフトウェアに入力することができる。この点において、制御システム１１２によって実行される試料モデリングソフトウェアは、試料から測定されたデータを所与の光学モデルと関連付ける役目をする。実施される光学モデルは、スペクトル監視システム６０２によって取得した所与の被験試料の１つ以上のスペクトル特徴を入力として利用することができる。

スペクトル監視システム６０２は、当該技術分野において公知の如何なるスペクトル監視／測定装置も有することができることが本明細書において注記される。例えば、スペクトル監視装置６０２は、当該技術分野において公知の如何なる分光計（例えば、回折格子式分光計）も備えることができるが、これに限定されない。

図７Ａは、本発明の光学計測ツール１００において実施するのに適した変調された励起源を備える光駆動プラズマ照明サブシステム７００を示すブロック図である。定電流モードで駆動される励起源（例えば、励起レーザー）を備えるプラズマ源の動作は、光学計測用途に望ましいレベルのノイズよりも大きいノイズを引き起こすということが本明細書において注記される。本発明は、プラズマ源の出力照明におけるノイズレベルを減少させるためのプラズマ源の励起レーザーの駆動電流変調に関する。特に、光駆動（例えば、レーザー駆動）照明サブシステム７００の励起制御システム７０１は、励起源７０２を検出器１１０の帯域幅よりも大きい周波数で変調することによってノイズレベルを特定の周波数帯域幅内に減少させる役目を果たすことができる。この点において、レーザー変調が、検出された目的の周波数範囲に対してエイリアスを生じないように変調周波数が選択される。

一態様において、光学計測ツール１００のプラズマ式照明サブシステム７００は、照明を生成する（例えば、選択された波長の照明を生成する）よう構成された変調可能な励起源７０２と、選択されたガス（例えば、アルゴン、キセノン、水銀など）を収容するのに適するプラズマセル７０６を有することができる。さらに、サブシステム７００は、励起源７０２から発するビームを調整および成形するよう構成され、さらにビームをプラズマセル７０６のバルブ内に収容されたガスの容量内に集光するよう構成された光学系の組７０４（例えば、集光光学系、成形光学系、調整光学系など）を備えることができる。サブシステム７００のビーム成形および調整素子は、プラズマセル７０６における励起効果を最大限にするために（または少なくとも励起効果の選択されたレベルを達成するために）励起源７０２から発するビームの成形を最適化または少なくとも改善する目的で利用され得ることが本明細書において注記される。さらに、ビーム成形光学系はプラズマセル７０６内のプラズマの成形を最適化するのに使用することができる。励起源７０２からの光をプラズマセル７０６内に収容されたガスの容量内に集光することによって、プラズマセル７０６のバルブ内のガスまたはプラズマによりエネルギーが吸収され、プラズマを生成または維持するためにガス種を「励起」させる。

さらなる態様において、プラズマセル７０６によって放射された広帯域照明は、光学計測ツール１００の照明光学系１０４を介して試料１０６へと向けられる。次いで、光学計測ツール１００の集光光学系１０８は、試料１０６から反射または散乱した照明を検出器１１０へ向ける。

不活性ガス種内におけるプラズマの生成は一般的に、２００７年４月２日に出願された米国特許出願第１１／６９５,３４８号；２００８年１０月１４日に発行された米国特許番号第７，４３５，９８２に記載されており、それら全体が参考として本明細書に組み込まれる。一般的な意味において、サブシステム７００は、当該技術分野において公知の如何なるプラズマ式光源まで拡大解釈されよう。

図７Ｂは、本発明の一実施形態に係る、レーザー駆動式照明サブシステム７００を示す概略図である。一実施形態において、サブシステム７００の光学系７０４は、変調された励起源７０２からのビームを調整／成形するために構成されたビーム調整／成形光学系７１７を備えることができるが、これに限定されない。さらに、光学系７０４は、励起源７０２からの照明をプラズマセル７０６のバルブ内に収容されたガス７０７の容量内に集光するのに適した集光光学系の組７１６を備えることができる。

追加の実施形態において、サブシステム７００は、種々の追加の光学素子を備えることができる。例えば、サブシステム７００は、変調された励起源７０２らの照明７２１をプラズマセル７０６に向けるのに適したステアリングミラー７１８を備えることができるが、これに限定されない。さらなる例において、サブシステム７００は、励起源７０２からの照明をプラズマセル７０６に伝送するのに適し、さらにプラズマセル７０６によって放射された（そして楕円７２０によって方向付けられた）広帯域照明を光学計測ツール１００（本明細書において前述）の照明光学系の組１０４に向かう出力路７２４に沿って反射するのに適したスプリッター／ダイクロイックミラー７２２を備えることができるが、これに限定されない。

本出願人は、レーザー駆動照明サブシステム７００の上記の説明は、決して限定的なものではなく、例示的なものに過ぎないと解釈されよう旨を注記する。レーザー駆動プラズマ照明サブシステムは、本発明において実施するのに適していることが本明細書において注記される。

例えば、楕円７２０は、励起源７０２から発する照明のための集光素子として働くよう構成されてもよく、楕円７２０は、プラズマセル７０６のガス７０７の容量内に照明７２１を集光する役目ができる。この点において、楕円７２０は、励起源７０２からのレーザー照明をプラズマセル７０６内へ集光し、プラズマセル７０６からの広帯域放射を計測ツール１００の下流照明光学系１０４に向けるよう構成することができる。この実施形態において、サブシステム７００は、励起源７０２から発する照明の視準を合せるよう構成されたコリメータ（図示せず）を含むことができる。

他の例によると、システム７００は、ビームスプリッター７２２を必要とすることなく、プラズマセル７０６によって放射された広帯域放射７２４から励起源７０２によって放射された照明７２１を分離させるよう構成される。この点において、光学計測ツール１００の照明光学系１０４は、プラズマセル７０６から直接広帯域放射７２４を受けるよう構成することができる。例えば、励起源ＮＡ７２１は、プラズマ照射ＮＡ７２４から分離することができるため、励起源ＮＡ７２１は、垂直に配向される一方、プラズマ放射は水平路に沿って集光される。

追加の態様において、照明サブシステム７００は、変調可能な励起源７０２に通信可能に接続される励起制御システム７０１を備え、変調制御システム７０１は、プラズマセル７０６内に収容されたプラズマ／ガス内に時変性を与えるために変調可能な励起源７０２からの駆動電流を選択された変調周波数で変調するよう構成される。例えば、時変性は、プラズマセル７０６内のプラズマ／ガス内への時変性熱分布を含むことができるが、これに限定されない。さらなる態様において、励起制御システム７０１は、キャリア媒体１１４内にプログラム命令の組１１６として保存された励起制御アルゴリズム７２０を介して、変調可能な励起源７０２を制御することができる。

一実施形態において、照明サブシステム７００の変調可能な励起源７０２は、１つ以上のレーザーを含むことができるが、これに限定されない。本出願人は、明確にするために、照明光学系１０４から下流に存在する光学計測ツール１００の種々の部品は図７Ｂに示していないとさらに述べている。しかし本出願人は、本明細書において前述された光学計測ツール１００の種々の部品およびサブシステムは、図７Ａおよび７Ｂに示す光駆動プラズマ源まで拡大解釈されよう旨を注記する。さらに、図７Ａおよび７Ｂに示す光持続プラズマ源は、本明細書において前述のレフレクトメータ、スキャタロメータ、エリプソメータ、または分光計構成において実施することができる。

励起源７０２の変調の周波数は、検出器１１０内に生じるエイリアスを最小限に抑えるために光学計測ツール１００の検出機器のナイキスト周波数を十分に上回るべきことが本明細書において注記されている。

さらに、変調の深さは、プラズマ内の電力密度をプラズマが維持できなくなるレベルまで減少させることなく、大きな特徴変動がプラズマセル７０６のプラズマ内において達成されるよう選択されなければならない。さらなる態様において、励起制御システム７０１は、レーザー励起源７０２の駆動電流を変調する役目ができるので、その結果、励起レーザー強度および波長を変調する。励起源７０２の光出力における強度および波長の変調は、振動特徴（例えば、温度分布）をプラズマセル７０６のプラズマ内に生じさせる役目をすることができる。プラズマセル７０６からのプラズマ放射は、光学システムを介して撮像されたプラズマの空間的な延伸を制限する１つ以上の開口を含む多数の光学部品を概して通過するので、プラズマ源の空間分布の変調は、光源から収集された空間的に一体化した電力の変調と同桁に寄与することができる。本出願人らは、約２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚの変調周波数の振幅変調の広い範囲にわたって著しいノイズレベルの低下を見出している。本出願人らは、励起源７０２の矩形波および正弦波変調は、ノイズレベルの低下に効果的であるとも示している。本出願人らは、上記の周波数範囲および波形のタイプは、決して限定的なものではなく、例示目的で提示されたにすぎない旨を注記する。種々の変調波形および周波数範囲は本発明の範囲内であると想定される。

上述のプラズマ特徴の制御および各検出器試料の複数の変調周期を積分することによって、照明サブシステム７００は、全体的な光学計測ツール１００の全体のノイズレベルへのランダムな影響を低減する役目ができると本明細書においてさらに注記される。

上述した方法の実施形態はそれぞれ、本明細書に記載の如何なる他の方法の如何なる他のステップをも含み得ることが本明細書においてさらに考察される。さらに、上述した方法のそれぞれは、本明細書に記載の如何なるシステムによっても実行され得る。

本明細書に記載の本発明の主題の特定の態様を図示および説明しているが、当業者であれば、本明細書における教示を基に、本明細書に記載の発明の主題およびその広い態様から逸脱することなく変更および修正を行うことができ、したがって、添付の特許請求の範囲はそれらの範囲において包含し、全てのそのような変更および修正は本明細書に記載の発明の主題の真の趣旨および範囲において包含するということが明らかとなるであろう。

さらに、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義されることが理解される。本発明の特定の実施形態が示されているが、上記開示の範囲および趣旨ら逸脱することなく本発明の種々の修正および実施形態が当業者によって成されることは明らかである。したがって、本発明の範囲は本明細書に添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。本開示およびその付随する利点の多くは上述の説明によって理解され、開示した本発明の主題から逸脱することなく、またはその要素の利点を全て犠牲にすることなく、構成要素の形式、構成、および配置における種々の変更が成されることが明らかであると考察される。記載された形式は例示的なものに過ぎず、後述の特許請求の範囲がそれらの変形例を包合および有することを意図している。

Claims (56)

1. 試料台に配置された試料の表面を照らすよう構成された変調可能な光源と、
   前記変調光源からの照明を前記試料の表面に向けるよう構成された照明光学系の組と、
   集光光学系の組と、
   前記試料の前記表面から発する照明の少なくとも一部を検出する検出器であって、前記集光光学系の組は前記試料の前記表面からの照明を前記検出器に向けるよう構成された検出器と、
   前記変調可能な光源に通信可能に接続された変調制御システムであって、前記変調可能な光源の駆動電流を、選択されたコヒーレンスフィーチャーを有する照明の生成に適した選択された変調周波数で変調するよう構成された変調制御システムを備える光学計測ツール。
2. 選択されたコヒーレンスフィーチャーを有する照明を生成するのに適した前記変調周波数は、選択された縞可視度曲線を有する照明を生成するのに適した変調周波数を備える、請求項１に記載の光学計測ツール。
3. 選択された縞可視度曲線を有する照明を生成するのに適した前記変調周波数は、選択された許容レベル未満のコヒーレンスアーチファクトを達成するのに適した縞可視度曲線を有する照明を生成するのに適した変調周波数を備える、請求項２に記載の光学計測ツール。
4. 前記選択された縞可視度曲線は、選択されたレベルを超える強度を有する干渉縞の生成を抑制するよう構成される、請求項２に記載の光学計測ツール。
5. 前記選択された縞可視度曲線は、前記光学計測ツールの特徴光路長から異なる距離に位置する強度ピークの組を有する、請求項２に記載の光学計測ツール。
6. 前記光学計測ツールの前記特徴光路長は、前記光学計測ツールの第１の反射面と前記光学計測ツールの第２の反射面の間の距離を備える、請求項５に記載の光学計測ツール。
7. 前記選択された縞可視度曲線は、変調されていない状態の前記光源の縞可視度曲線とは実質的に異なる、請求項２に記載の光学計測ツール。
8. 選択されたコヒーレンスフィーチャーを有する照明を生成するのに適した前記変調周波数は、選択された長さ未満のコヒーレンス長を有する照明を生成するのに適した変調周波数を備える、請求項１に記載の光学計測ツール。
9. 前記選択された長さは、前記光学計測ツールの特徴光路長を備える、請求項８に記載の光学計測ツール。
10. 前記光学計測ツールの特徴光路長は、前記光学計測ツールの第１の反射面と前記光学計測ツールの第２の反射面の間の距離を備える、請求項９に記載の光学計測ツール。
11. 前記選択された長さは、変調されていない状態の前記変調可能な光源のコヒーレンス長を備える、請求項８に記載の光学計測ツール。
12. 前記光学計測ツールは、臨界次元計測、薄膜計測、およびオーバーレイ計測の少なくとも１つを実行するよう構成される、請求項１に記載の光学計測ツール。
    
13. 前記光源は、１つ以上のレーザーを備える、請求項１に記載の光学計測ツール。
14. 前記１つ以上のレーザーは、１つ以上の半導体ダイオードレーザーを備える、請求項１３に記載の光学計測ツール。
15. 前記１つ以上のレーザーは、１つ以上のダイオード励起固体レーザーを備える、請求項１３に記載の光学計測ツール。
16. 前記１つ以上のレーザーは、１つ以上の、スーパーコンティニウムレーザーを備える、請求項１３に記載の光学計測ツール。
17. 前記選択された変調周波数は、高周波（ＲＦ）範囲内である、請求項１に記載の光学計測ツール。
18. 前記変調可能な光源、前記検出器、前記照明光学系の組、および前記集光光学系の組は、反射測定配置において構成される、請求項１に記載の光学計測ツール。
19. 前記変調可能な光源、前記検出器、前記照明光学系の組、および前記集光光学系の組は、角度分解反射測定配置および分光反射測定配置の少なくとも１つにおいて構成される、請求項１８に記載の光学計測ツール。
20. 前記変調可能な光源、前記検出器、前記照明光学系の組、および前記集光光学系の組は、散乱計測配置において構成される、請求項１に記載の光学計測ツール。
21. 前記変調可能な光源、前記検出器、前記照明光学系の組、および前記集光光学系の組は、エリプソメトリ配置において構成される、請求項１に記載の光学計測ツール。
22. 前記検出器は、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳアレイ、一次元フォトダイオードアレイ、および二次元フォトダイオードアレイの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の光学計測ツール。
23. 前記検出器は、前記制御システムと同期する、請求項１に記載の光学計測ツール。
24. 前記変調可能な光源からの照明の１つ以上のスペクトル特徴を監視するよう構成され、さらに前記１つ以上のスペクトル特徴を示す信号を前記制御システムへ伝送するよう構成されたスペクトル監視システムをさらに備える、請求項１に記載の光学計測ツール。
25. 第１の波長の照明を生成するよう構成された第１の光源と、
    付加的波長の照明を生成するよう構成された少なくとも１つの付加的光源であって、前記付加的波長は、前記第１の波長と異なり、試料台に配置された試料の表面を照らすよう構成された前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源と、
    前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源からの前記第１の波長の照明および少なくとも１つの付加的波長の照明を前記試料の前記表面に向けるよう構成された照明光学系の組と、
    集光光学系の組と、
    前記試料の表面から発する照明の少なくとも一部を検出する検出器であって、前記集光光学系の組は前記試料の前記表面から発する照明を前記検出器に向けるよう構成された検出器と、
    前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源に通信可能に接続された変調制御システムであって、前記第１の波長の第１の照明波形を生成するために前記第１の光源の駆動電流を変調するよう構成され、前記付加的波長の付加的照明波形を生成するために前記少なくとも１つの付加的光源の駆動電流を変調するよう構成され、前記第１の照明波形のパルスは少なくとも前記付加的照明波形のパルスに合わせてインターリーブされ、前記第１の照明波形および前記付加的照明波形は、選択された波形周波数を有する変調制御システムを備える光学計測ツール。
26. 前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源の少なくとも１つは、１つ以上のレーザーを備える、請求項２５に記載の光学計測ツール。
27. 前記１つ以上のレーザーは、１つ以上の半導体ダイオードレーザーを備える、請求項２６に記載の光学計測ツール。
28. 前記１つ以上のレーザーは、１つ以上のダイオード励起固体レーザーを備える、請求項２６に記載の光学計測ツール。
29. 前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源の少なくとも１つは、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える、請求項２５に記載の光学計測ツール。
30. 前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源の少なくとも１つは、１つ以上の広帯域光源を備える、請求項２５に記載の光学計測ツール。
31. 前記１つ以上の広帯域光源の出力をフィルターするよう構成された１つ以上のスペクトルフィルターをさらに備える、請求項３０に記載の光学計測ツール。
32. 前記第１の光源は広帯域光源を備え、前記少なくとも１つの付加的光源は狭帯域光源を備え、前記広帯域光源のパルスは前記狭帯域光源のパルスに合わせてインターリーブされる、請求項２５に記載の光学計測ツール。
33. 前記制御システムはさらに、前記第１の照明波形の１つ以上のパルスおよび前記付加的照明波形の１つ以上のパルス間の選択された電力バランスを制御するために、前記第１の光源のデューティサイクルおよび前記少なくとも１つの付加的光源のデューティサイクルを制御するよう構成される、請求項２５に記載の光学計測ツール。
34. 前記制御システムはさらに、前記第１の照明波形の１つ以上のパルスおよび前記付加的照明波形の１つ以上のパルス間の選択された電力バランスを制御するために、前記第１の光源のピーク出力および前記少なくとも１つの付加的光源のピーク出力を制御するよう構成される、請求項２５に記載の光学計測ツール。
35. 前記変調制御システムはさらに、前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源の少なくとも１つの出力を変調するために、前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源の少なくとも１つの駆動電流を選択された変調周波数で変調するよう構成され、前記選択された変調周波数は、選択されたレベル未満のコヒーレンス長を有する照明を生成するのに適した請求項２５に記載の光学計測ツール。
36. 前記選択された変調周波数は、前記第１の照明波形および前記付加的照明波形の前記選択された波形周波数よりも大きい、請求項３５に記載の光学計測ツール。
37. 前記第１の光源、前記少なくとも１つの付加的光源、前記検出器、前記照明光学系の組、および前記集光光学系の組は、反射測定配置において構成される、請求項２５に記載の光学計測ツール。
38. 変調可能な光源、前記検出器、前記照明光学系の組、および前記集光光学系の組は、角度分解反射測定配置および分光反射測定配置の少なくとも１つにおいて構成される、請求項３７に記載の光学計測ツール。
39. 前記第１の光源、前記少なくとも１つの付加的光源、前記検出器、前記照明光学系の組、および前記集光光学系の組は、散乱計測配置において構成される、請求項２５に記載の光学計測ツール。
40. 前記第１の光源、前記少なくとも１つの付加的光源、前記検出器、前記照明光学系の組、および前記集光光学系の組は、エリプソメトリ配置において構成される、請求項２５に記載の光学計測ツール。
41. 前記検出器は、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳアレイ、一次元フォトダイオードアレイ、および二次元フォトダイオードアレイの少なくとも１つを備える、請求項２５に記載の光学計測ツール。
42. 前記検出器は、前記制御システムと同期する、請求項２５に記載の光学計測ツール。
43. 前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源の少なくとも１つの光源の１つ以上のスペクトル特徴を監視するよう構成され、さらに前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源の少なくとも１つの光源の１つ以上のスペクトル特徴を示す信号を前記変調制御システムへ伝送するよう構成されたスペクトル監視システムをさらに備える、請求項２５に記載の光学計測ツール。
44. 第１の波長の照明を生成するよう構成された第１の光源と、
    付加的波長の照明を生成するよう構成された少なくとも１つの付加的光源であって、前記付加的波長は、前記第１の波長と異なり、試料台に配置された試料の表面を照らすよう構成された前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源と、
    前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源からの前記第１の波長の照明および少なくとも１つの付加的波長の照明を前記試料の前記表面に向けるよう構成された照明光学系の組と、
    集光光学系の組と、
    前記試料の表面から発する照明の少なくとも一部を検出する検出器であって、前記集光光学系の組は前記試料の前記表面から発する照明を前記検出器に向けるよう構成された検出器と、
    前記第１の光源に通信可能に接続され、前記第１の波長の前記照明の伝送された強度を制御するよう構成された第１の照明切替装置と、
    前記少なくとも１つの付加的光源に通信可能に接続され、前記付加的波長の前記照明の伝送された強度を制御するよう構成された少なくとも１つの付加的照明切替装置と、
    前記第１の照明切替装置および前記少なくとも１つの付加的切替装置に通信可能に接続され、前記照明切替装置の１つ以上の特徴を制御することによって前記第１の波長の前記照明の伝送された強度および前記付加的波長の前記照明の伝送された強度を変調するよう構成された照明制御システムを備える光学計測ツール。
45. 前記第１の照明切替装置および前記少なくとも１つの付加的切替装置の少なくとも１つは、
    第１の直線偏光子と、
    第２の直線偏光子と、
    前記第１の直線偏光子と前記第２の直線偏光子の間に配置されたポッケルセルを備える請求項４４に記載の光学計測ツール。
46. 前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源の少なくとも１つは、１つ以上のレーザーを備える、請求項４４に記載の光学計測ツール。
47. 前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源の少なくとも１つは、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える、請求項４４に記載の光学計測ツール。
48. 前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源の少なくとも１つは、１つ以上の広帯域光源を備える、請求項４４に記載の光学計測ツール。
49. 前記第１の光源は広帯域光源を備え、前記少なくとも１つの付加的光源は狭帯域光源を備え、前記広帯域光源のパルスは前記狭帯域光源の前記パルスに合わせてインターリーブされる、請求項４４に記載の光学計測ツール。
50. 前記第１の光源、前記少なくとも１つの付加的光源、前記検出器、前記照明光学系の組、および前記集光光学系の組は、反射測定配置、散乱計測配置およびエリプソメトリ配置の少なくとも１つにおいて構成される、請求項４４に記載の光学計測ツール。
51. 前記検出器は、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳアレイ、一次元フォトダイオードアレイ、および二次元フォトダイオードアレイの少なくとも１つを備える、請求項４４に記載の光学計測ツール。
52. 前記検出器は、前記制御システムと同期する、請求項４４に記載の光学計測ツール。
53. 前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源の少なくとも１つの光源の１つ以上のスペクトル特徴を監視するよう構成され、さらに前記第１の光源および前記少なくとも１つの付加的光源の少なくとも１つの光源の１つ以上のスペクトル特徴を示す信号を変調制御システムへ伝送するよう構成されたスペクトル監視システムをさらに備える、請求項４４に記載の光学計測ツール。
54. 照明ビームを生成するよう構成された変調可能な励起源と、
    所定量のガスを収容するバルブを有するプラズマセルと、
    前記照明ビームを成形し、前記所定量のガス内にプラズマを維持するために、前記変調可能な励起源からの前記照明ビームを前記所定量のガス内に合焦させるよう構成された光学素子の組と、
    前記プラズマセルからの前記照明ビームを試料の表面に向ける照明光学系の組と、
    集光光学系の組と、
    試料の表面から発する照明の少なくとも一部を検出するよう構成された検出器であって、前記集光光学系の組は前記試料の前記表面からの照明を前記検出器に向けるよう構成された検出器と、
    前記変調可能な励起源に通信可能に接続された励起制御システムであって、前記プラズマセル内に収容された前記プラズマ内に時変性を与えるために前記変調可能な励起源の駆動電流を選択された変調周波数で変調するよう構成された励起制御システムを備える光学計測ツール。
55. 前記変調可能な励起光源は、１つ以上のレーザーを備える、請求項５４に記載の光学計測ツール。
56. 前記時変性は、時変熱分布を備える、請求項５４に記載の光学計測ツール。

Images