(57)【要約】  光学システムは、対物レンズと、照明の光源と、照明を対物レンズ上に向けるように構成されている照明光学系を有する照明システムと、それぞれ照明システムの中にある、瞳共役平面およびフィールド共役平面に位置付けられる少なくとも２つの動的光学アレイ装置と、を含み得る。動的光学アレイ装置は、照明システムから対物レンズに結合される照明の１つ以上の特性を制御するように構成されている。
2014521116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学システムにおいて、
対物レンズと、
照明の光源と、
前記照明を前記対物レンズ上に向けるように構成されている照明光学系を有する照明システムと、
それぞれ前記照明システムの中にある、瞳共役平面およびフィールド共役平面に位置付けられる少なくとも２つの動的光学アレイ装置と、を備えており、
前記動的光学アレイ装置は、前記照明システムから前記対物レンズに結合される前記照明の１つ以上の特性を制御するように構成されている、光学システム。
【請求項２】
前記対物レンズが、前記照明をターゲットに焦束させて、前記ターゲットから照明散乱放射線を収集するように構成されている、請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記対物レンズに光学的に結合される収集光学系を有する収集システムをさらに備えており、前記収集光学系が、前記ターゲットから前記散乱照明を収集し、前記散乱照明を検出器に結合させるように構成されており、前記動的光学アレイ装置が、前記収集光学系の光学収差を除去するために光学収差を補償することを前記照明システムに導入するように構成されている、請求項２に記載の光学システム。
【請求項４】
前記瞳共役平面に位置付けられる前記アレイ装置が、前記瞳共役平面の異なる対応する部分を通過する前記照明の異なる選択部分を、前記照明のコヒーレンス時間より長く、かつ前記検出器の検出器フレームより短い時間にわたって、同時に伝達するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記収集システムが、前記収集光学系の瞳面に位置付けられる追加的な動的光学アレイ装置を含んでいる、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記追加的な動的光学アレイ装置が、前記検出器に到達する中から前記収集光学系の必要とされない回折次数をフィルタリングするように構成されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記収集光学系の収差を決定するように構成されている位置感応検出器（ＰＳＤ）アレイまたは位相検出器アレイをさらに備えている、請求項３に記載の光学システム。
【請求項８】
前記ＰＳＤアレイまたは位相検出器アレイが、収集経路内に位置付けられる、請求項７に記載の光学システム。
【請求項９】
前記動的光学アレイ装置が、１つ以上のマイクロミラー装置を含んでいる、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記瞳共役平面に位置付ける前記マイクロミラー装置が、前記瞳の必要照明分散をもたらすように構成されている、請求項９に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記フィールド共役平面に位置付けられる前記マイクロミラー装置が、光密度の修正のために前記フィールド点を選択するように構成されている、請求項１０に記載の光学システム。
【請求項１２】
前記マイクロミラー装置が、デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を備えている、請求項１１に記載の光学システム。
【請求項１３】
前記動的光学アレイ装置が、前記光学システムの瞳またはフィールドにわたって前記照明の偏光分散を調整するように構成されている１つまたはアレイの装置を含んでいる、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１４】
照明の前記光源が、前記電磁放射の偏光状態を選択するように構成されている偏光制御要素を含んでいる、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１５】
前記偏光制御要素が、前記照明の波長に応じて前記偏光状態を選択するように構成されている、請求項１４に記載の光学システム。
【請求項１６】
前記動的光学アレイ装置が、前記照明光学系の不完全性を補償するように構成されている、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１７】
前記照明光学系の前記不完全性が、ガラス不均質性、ｓｔｒａｅ、気泡またはかき傷およびくぼみ、粗さを含んでいる、請求項１６に記載の光学システム。
【請求項１８】
前記瞳共役平面の動的光学アレイ装置が、前記対物瞳の瞳で前記照明の直径を制御するように構成されている、請求項１に記載の光学システム。
【請求項１９】
前記瞳共役平面の前記動的アレイ装置は、照明が前記対物レンズの前記瞳に到達することを選択的に阻止する、あるいは、照明が前記対物レンズの前記瞳に到達するべく照明を選択的に伝達するまたは反射するように構成されている、請求項１８に記載の光学システム。
【請求項２０】
前記フィールド共役平面の前記動的光学アレイ装置が、前記対物レンズによってターゲットに結合される前記照明の角度分散を制御するように構成されている、請求項１に記載の光学システム。
【請求項２１】
前記フィールド共役平面の前記動的光学アレイ装置が、前記対物レンズによって前記ターゲットに結合される前記放射線で前記ターゲットの選択部分だけを照明するように構成されている、請求項２０に記載の光学システム。
【請求項２２】
前記動的光学アレイ装置が、前記瞳共役平面またはフィールド共役平面の前記照明の光学特性を画素当たりベースで調整するように構成されている動的光学装置のアレイを含んでいる、請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記光学特性が、前記対物レンズの前記瞳での照明の画素当たりの角度分散である、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１または第２の動的光学アレイ装置に結合されている制御装置をさらに備えており、制御装置は、その間、前記第１または第２の動的光学アレイ装置の中の動的光学装置が、特定の状態で過ごす、検出器フレームの間の時間の割合を調整するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記動的光学装置と照明の前記光源の間、または、前記動的光学装置と前記対物レンズの間に配置される追加的な動的光学装置をさらに備えており、前記制御装置が、前記動的光学装置の前記状態を前記追加的な動的装置の状態と同期させるように構成されている、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記追加的な動的光学装置が、スペクトル制御要素または偏光制御要素である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記動的光学アレイ装置が、特定の偏光の照明を画素当たりベースで選択的に伝達するまたは反射するように構成されている電子的に調節可能な偏光装置のアレイと、照明の偏光を望ましい方向に画素当たりベースで回転させるように構成されている偏光回転装置のアレイと、照明の電磁周波数の特定範囲を画素当たりベースで選択的に反射するまたは送信するように構成されているスペクトルフィルタ装置のアレイとを含んでいる、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２８】
前記光学システムは、散乱計測オーバーレイシステムである、請求項１に記載のシステム。
【請求項２９】
前記瞳共役およびフィールド共役に位置付けられる前記光学アレイ装置が、前記照明光学系の対称収差を補償するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３０】
前記照明システムが、前記照明の偏光角を前記フィールド共役平面に位置付けられる前記アレイ装置によって選択される画像に同期させるように構成される回転偏光子をさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３１】
対物レンズと、照明の光源と、照明を前記対物レンズ上に向けるように構成されている照明光学系とを有する光学システムの照明制御のための方法であって、
前記光源からの照明の第１の特性を、前記瞳共役平面に位置付けられる第１の動的光学アレイ装置を使用して、瞳共役平面で調整することであって、前記瞳共役平面は、前記対物レンズの瞳に対して共役である、照明の第１の特性を調整することと、
前記光源からの照明の第２の特性を、前記フィールド共役平面に位置付けられる第２の動的光学アレイ装置を使用して、フィールド共役平面で調整することであって、前記フィールド共役平面は、ターゲットで前記対物レンズの焦点のフィールドに対して共役である、照明の第２の特性を調整することと、を含む方法。
【請求項３２】
前記第１の特性が、前記瞳共役平面での照明の直径である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２の特性が、前記フィールド共役平面での照明の角度分散である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１または第２の特性が、画素当たりベースの照明減衰の画素当たり分散である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１または第２の光学特性が、前記照明の画素当たりスペクトルである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１または第２の特性が、前記照明の偏光分散である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１または第２の特性が、前記対物レンズの前記瞳での照明の画素当たり角度分散である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記光学システムと前記異なる光学システムとをツールマッチングさせるために、１つ以上の前記動的光学アレイ装置の設定を異なる光学システムに転送することをさらに含んでいる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１または第２の特性を調整することが、その間、前記第１または第２の動的光学アレイ装置の中の動的光学装置が、特定の状態で過ごす、検出器フレームの間の時間の割合を調整することを含んでいる、請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
特性が含む前記１または２番目を調整することが、前記第１または第２の動的光学アレイの中の動的光学装置のそれぞれの前記状態を、前記第１または第２の動的光学アレイ装置に光学的に結合されている追加的な動的光学装置の状態と同期させることを含んでいる、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記追加的な動的光学装置が、スペクトル制御要素または偏光制御要素である、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１または第２の動的光学アレイの中で、動的光学装置のそれぞれの前記状態を同期させることが、前記第１および第２、または第２の動的光学アレイ装置の前記動的光学装置のさまざまなサブセットを、前記追加的な光学装置のさまざまな状態に、検出器フレームの前記過程を通して同期させることを含んでいる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
動的光学装置のそれぞれの前記状態を同期させることが、前記照明の偏光角を、前記フィールド共役平面に位置付けられる前記アレイ装置によって選択される画像に同期させることを含んでいる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１の特性を調整することが、前記瞳の照明部分の角度分散を、画素当たりベースで制御することを含んでいる、請求項３１に記載の方法。
【請求項４５】
前記瞳共役およびフィールド共役に位置付けられる前記光学アレイ装置が、前記照明光学系の対称収差を補償するように構成されている、請求項３１に記載の方法。
【請求項４６】
固定コンピュータ可読媒体は、その中にコンピュータ実行可能命令を包含していて、前記命令は、実行されれば、対物レンズと、照明の光源と、照明を前記対物レンズ上に向けるように構成されている照明光学系とを有する光学システムの照明制御のための方法を実施するように構成されており、前記方法において、
前記光源からの照明の第１の特性を、前記瞳共役平面に位置付けられる第１の動的光学アレイ装置を使用して、瞳共役平面で調整することであって、前記瞳共役平面は、前記対物レンズの瞳に対して共役である、照明の第１の特性を調整することと、
前記光源からの照明の第２の特性を、前記フィールド共役平面に位置付けられる第２の動的光学アレイ装置を使用して、フィールド共役平面で調整することであって、前記フィールド共役平面は、ターゲットで前記対物レンズの焦点のフィールドに対して共役である、照明の第２の特性を調整することと、を含んでいる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概括的には、光学オーバーレイ測定学に、より厳密には、オーバーレイシステムでの照明光学系の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィは、高レベルの超小形回路集積用のドライブにおいて主要な因子である。ダイナミックＲＡＭは、最小の幾何学的形状の縮小およびチップサイズの増大のために、集積レベルが３年毎に４倍に増え続けてきた。最小幾何学的形状がより小さくなったことから、光リソグラフィの代替物、例えば電子ビーム直接書き込み技術、Ｘ線および電子／イオンビーム近接技術は、興味を引きつけるものになった。後者の３つの技術は、光リソグラフィと比較すると、依然として未発達な段階にあり、それぞれ、スループットの低下、光源輝度の低さおよびマスクの複雑さなどの克服すべき障壁を今なお有している。
【０００３】
光リソグラフィは、確立されており、最低でも０．３５ミクロンの程度のサブミクロン解像度を実現することが可能であるので、光リソグラフィは、主要な技術であり続けているものの、幾何学的形状をより小さくするための努力は、新規な技術を目指している。光リソグラフィおよびその代替物の両方において、短波長の領域への進歩は、光学表面上の汚れ、レンズおよびミラーがもたらす収差、フォトレジストの厚さおよび表面変化、ならびにウェハの平坦性および平面性などの、微細な面不完全性に対する感度を高めることをもたらした。
【０００４】
製造上の制限に因り、大部分の光学素子は、平面、球面、または放物面の形状を有する。表面が単純形状に制限されることで、光学収差に因る回折制限性能を実現する光学システムの能力には制限が課される。
【０００５】
光学式の機械的視覚装置では、通常、観察したターゲットと検出器との間の光学品質に大きな注意が払われる。このことは、半導体測定学において、特に当てはまり、光学系が、測定信号へのエラー貢献をできるだけ小さくすることが期待されている。光学的な最適化プロセスでは、標準的光学解析法が、通常採用されており、理想的なシミュレーション光線円錐が、ターゲット上の点から検出器に向かって発射され、中間の光学系が、改良されて、検出器で最善の集束性光線円錐を実現する。検出器での最良の円錐は、回折限界エアリーディスク（円盤）を生成し、これは、中心に明るい領域を有した、均一に照明された円形孔に起因する、回折パターンである。
【０００６】
点拡がり関数（ＰＳＦ）は、点光源または点オブジェクトへの結像システムの応答を表現している。画像内の点オブジェクトの拡がり（ぼやけ）の程度は、結像システムの品質の測度となる。品質の低下した円錐は点拡がり関数（ＰＳＦ）で表現することができる、すなわち、集束円錐品質は、光学収差によって制限される。照明光学系は、完全であるとみなされ、照明反射の結果として、ターゲットから検出器に向かって発出している光線束も完全である、すなわち、その源では収差または回折を被っていない、とみなされる。多くの場合、これは優れた想定であるが、副波長機能を深く測定するときには、不十分である。照明を改善する伝統的な方法は、照明光学系の最適化および静的拡散体および動的拡散体の使用を含んでいる。しかし、改良された照明光学系は、不完全な光源を必ずしも補償することができず、拡散体の使用は、それらの無作為性に依存しているので、照明品質全体の制御支援は限定的である。本明細書では、２つの構造素子、フィールド共役のものと瞳共役のもの、を含むダイナミック方式を提案しており、この方式は、照明の空間特性および角度特性に関する制御を可能にする。
【０００７】
半導体製造で使用する重要な測定学技術は、ウェハ上の連続したパターン付きの層の間のオーバーレイエラーの測定である。オーバーレイ測定学は、集積回路および装置の製造で使用する最も重要なプロセス制御技術の１つである。オーバーレイ精度は、標準的には、第１のパターン付きの層が、その上または下に配置される第２のパターン付きの層に対してどの程度正確に整列しているのかを判定することと、第１のパターンが、同じ層に配置されている第２のパターンに対してどの程度正確に整列しているのかを判定すること、に関係している。現在、オーバーレイ測定は、ウェハの層と共に印刷されるテストパターンを介して実行される。こうしたテストパターンの画像は、画像処理ツールを介して取り込まれ、解析アルゴリズムは、取り込まれた画像から、パターンの相対的変位を算出するのに使用される。本発明の実施形態が生じるのは、この文脈の範囲内である。
【０００８】
本発明の目的および利点は、以下の詳細な説明を読んで、添付の図面を参照することで明らかになるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−５２５５８９号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／１０００７８号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／１３０５６１号明細書
【特許文献４】韓国特許第１０−２０１０−１０７０１４号公報
【特許文献５】韓国特許第１０−２００７−８７５０７号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下の詳細な説明には、例示目的で多数の具体的な詳細が含まれているが、当業者であれば理解されるように、以下の詳細に加えられる多くの変型および修正も、本発明の範囲に含まれるものである。したがって、以下で説明される本発明の実施形態の実施例は、請求される本発明の一般性を何ら喪失することなく、かつ請求される本発明に制限を課すことなく示されている。
【００１１】
従来の照明方法の目的は、照明システムの全体的なエラーへの貢献を制限するように、空間および角度の分散に関する最良の照明スポットをターゲットに送達することである。しかし、照明光源および光学系は、ターゲットから反射すると、収集光学品質より全体的に品質を低下させる収差をもたらす可能性がある。逆に、照明制御で収集光学系の欠陥を補償する試みは行なわれていない。完全な照明条件への挑戦は可能であり、照明システムは、性能を改善するために解析および最適化され得る。
【００１２】
天文学的装置では、構造能動素子、例えばＤＬＰが、大気の収差修正に使用されており、光源は、通常、点光源と考えられているので、フィールド分散問題は存在しない。その上、ＤＬＰチップは、照明光学系ではなく、収集光学系の中に配置されている。
【００１３】
投光器は、フィールド共役で当該装置を使用しており、それらは、瞳共役ではなく、スクリーンに投射されるオブジェクトの役割を成す。
【００１４】
大部分の光学式測定装置は、反射装置または伝達装置のどちらかであるので、ターゲットは、ミラーまたはウィンドウのどちらかと考えられ得る。これは、実際問題として、従来の解析でターゲットから発出する円錐は、実際のところ照明システムから結果的に生じる円錐であることを意味している。この推論に従うと、照明システムの回折および収差は、同様に収集チャネルで終わり、これは、上記のように、通常独立して最適化される。好適な解決案は、照明を改良することであり、それは、回折限界および収差のないスポットを測定されたターゲットに送達する。しかし、典型的な照明光源は、理想の点源から離れているので、照明光学系を制御して送達照明スポットを最適化するために、静的または動的のどちらかの較正ノブを加えることができる。上記のような光の順次伝播を考慮すると、こうしたノブは、照明に意図的な収差を導入するように実際に較正することができ、これらの収差は、収集チャネル収差と大きさが等しく、反対符号になっており、したがって、効果的に収差をなくすことで、システム性能に貢献している。このような概念は、品質およびコストを低下した光学系と協働することを可能にすることができる、または単一の光学系を、それぞれが独特の光学要件を有するさまざまな応用例に効果的に最適化することを支援することができる。こうした収差ノブが利用可能であれば、効果的な焦点調節のような手段も、試みることができる。
【００１５】
上記の概念を拡大して、ガラス不均質性、ｓｔｒａｅ、気泡、かき傷およびくぼみ、粗さなどの収差以外の光学系不完全性を補償することができる。
【００１６】
他の利点は、照明を制御することで実現することができる。例えば、対物レンズの瞳内の照明スポットの直径は（ケーラー照明の場合）、オーバーレイに影響を及ぼす。方策移植（ポーティング）の間、ノブを用いて対物瞳で照明直径を制御することは、ツールマッチングで用いることができる。
【００１７】
さらに、ターゲットまたはスポット上の照度も、同様に制御することができる。さらに、いくつかのターゲットは、異なった層または領域を有している。ターゲットの層（または領域）には、適切に反射し得るものもあり、十分に反射しないものもある。この場合、高反射性部分がより少ない光を受け、十分に反射しない部分がより多くの光を受けるように、照明は、さまざまなフィールド位置に制御することができる。さらに、瞳の光分散を制御して、各フィールド位置でターゲットに当たる光の角度分散を最適化すれば望ましい。この選択的なフィールド照明は、小さいターゲットを測定すること、すなわち、その近辺ではなく、情報を含んでいるターゲットの部分だけを照明することで、光学的クロストークの誘発を低減するときには有益である。ここでは、さらに、照明された区域のエッジに向かう照明角度分散も、最適化することができる。
【００１８】
本発明の好適な実施形態によれば、照明収差装置は、投光器で現在利用可能であるようなマイクロミラーアレイを使用して、ターゲット照明の強度分散を制御してもよい。一例としてであって、制限するためではないが、所与の素子を、例えば時間の８０％の間、光をターゲットから離れる方に向ける逆行反射状態にし、時間の２０％の間、光をターゲットの方へ向ける傾斜状態にするように、当該素子のアレイの中の個別の光学素子の反射状態を制御することができる。マイクロミラー装置の反射状態は、非常に高い割合で制御することができる。各装置は、何千もの個々の制御可能なマイクロミラーを有することができ、システムの瞳共役およびフィールド共役の両方に配置される場合には、それらの相互作用は、求められる任意の収差を表現する光線の任意の分散を可能にすることができる。
【００１９】
当該マイクロミラーアレイでは、物理的なミラー画素が、光学的画素より約５分の１小さければ望ましい。このような場合には、マイクロミラーアレイによって処理される光を収集する光学系は、ミラー画素の大きさの約５倍の点拡がり関数を有し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のある実施形態による測定学機器を例示している概略図である。
【図２】図１で描写される測定学機器の照明光学系を例示している概略図である。
【図３】本発明の好適な実施形態による照明収差制御光学系を例示している概略図である。
【図４】本発明のある実施形態によるオーバーレイ測定システムの簡略図である。
【図５】本発明のある実施形態によるコヒーレンス符号化の実施例を例示している瞳面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明のある実施形態による、光学機器１００を例示している概略図である。図１に示すように、照明光源１０２は、照明光学系１０１に結合する照明の光線を発生する。光源１０１からの照明は、赤外線、可視光および紫外線を、これらに限定するわけではないが含む電磁スペクトルの任意の一部分またはいくつかの部分からの電磁放射でもよい。例として、照明光源１０２は、レーザあるいはアークランプまたはスーパーコンティニューム光源などの広帯域光源のような、単色光源を含み得る。
【００２２】
照明光源１０２は、点光源または点光源に近いものでもよい。例として、光学式ファイバの端は、ほぼ点光源と考えられ得る。ランプまたはレーザなどの一次光源を形成する光は、例えば適切な光学構成要素によって、ファイバの一方の端に結合され、他方の端から発生する光が、照明光学系に結合され得る。
【００２３】
光源１０２は、ある波長または波長の選択された領域を含め得る、または入射光から除外し得るように、同調可能でもよく、または、調節可能または選択可能なフィルタを含んでいてもよい。光源１０２は、場合によっては波長毎に偏光状態を選択することができるように、偏光制御素子を含んでいてもよい。光源１０２からの入射光は、レンズ装置１０３によって平行にされ、対物レンズ１１０の対物瞳１１２を照明し、これは、入射光を試料１１８上の単一または複数の特徴に向ける。この光は、レンズ１０４、１０６および１０７を含むレンズ装置１０３を最初に通過し、その後、ビームスプリッタ１０８を通過して、対物レンズ１１０の対物瞳１１２に到着する。レンズ装置１０３は、光を対物レンズ１１０の対物瞳１１２に向ける役割を果たす。
【００２４】
照明光学系１０１は、光源１０２からの発散光を平行ビームに変換するコリメーティングレンズ１０４を有するレンズ装置１０３を含み得る。第２のレンズ１０６は、光を焦束する。第１の動的光学アレイ装置３０２は、レンズ１０４と１０６の間に位置付けられる。第２のレンズ１０６によって焦束される光は、第３のレンズ１０７によって平行にされ、対物レンズ１１０に結合され得る。第２の動的光学アレイ装置３０４は、第２および第３のレンズ１０６，１０７の間、または、それらの相互の焦点近くに位置付けられ得る。
【００２５】
試料１１８上で特徴に到達する入射光は、整然とした散乱放射線および拡散する散乱放射線の両方として散乱される。この散乱放射線は、対物レンズ１１０の対物瞳１１２を通って後方へ通過し、その後ビームスプリッタ１０８に到達する。ビームスプリッタ１０８は、戻り光の一部の進路を収集経路に変更する。この進路変更光は、収集光学系１１４を通過し、収集光学系は、制御装置によってさらに処理されるように戻り光の光学信号を電気信号に変換する、例えば、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）または位置感応検出器（ＰＳＤ）などの２Ｄアレイ検出器１１６に向かって、光を焦束させるリレーレンズを含み得る。
【００２６】
場合によっては、瞳画像には、比較的高い強度有する、必要とされない回折次数が存在する。これは、検出器１１６のダイナミックレンジ問題を引き起こすことがあり得、検出器のノイズに関与する可能性がある。必要とされない回折次数は、通常、ソフトウェアの検出器１１６によって取り込まれる画像からフィルタリングで抜き出される。しかし、画像のソフトウェアフィルタリングは、前述のノイズ問題を解決しない。こうしたノイズ問題を解決するために、第３の動的光学アレイ装置３１８、例えばプログラム可能な光空間変調器が、収集経路の瞳面に含まれてもよい。第３の動的な光学アレイ装置３１８が、制御装置３１０に結合されて、適切なプログラミングを介して、検出器１１６に到達する前に、収集経路の中で必要とされない回折次数をフィルタリングするように構成され得る。
【００２７】
図２は、図１の光学機器の照明光学系１０１を例示している概略図である。この図に示すように、最適な瞳共役平面２０２およびフィールド共役平面２０４は、空間および角度分散に関してあらかじめ定義されており、瞳共役平面２０２は、レンズ１０４と１０６の間に配置され、フィールド共役平面２０４は、レンズ１０６と１０７の間に配置されている。瞳共役平面は、対物レンズ１１０の対応する瞳１１２と共役している。フィールド共役平面２０４は、対物レンズ１１０の焦点のフィールドと共役している。対物レンズの焦点が適切に合わせられるとき、焦点のフィールドが、試料１１８に位置付けられれば好ましい。
【００２８】
照明収差制御の実装が、図３に例示される。動的なアレイ装置３０２，３０４は、システムの照明経路内の瞳共役平面およびフィールド共役平面２０２，２０４に配置されるマイクロミラーアレイであり得る。各マイクロミラーアレイは、調節可能なマイクロミラーで構成されている一次元または二次元のアレイを含み得る。各マイクロミラーの角度は、例えば、電子制御装置３１０からの信号に応答して制御され得る。
【００２９】
制御装置３１０は、光学システム１００における照明制御のための方法を実施するように構成され得る。方法は、第１の動的光学アレイ装置３０２を使用して、光源１０２からの照明の第１の特性を、瞳共役平面２０２で調整することと、第２の動的光学アレイ装置３０４を使用して、光源１０２からの照明の第２の特性を、フィールド共役平面２０４で調整することを含み得る。一例として、制御装置３１０は、コンピュータプロセッサ３１２およびメモリ３１４を有する汎用コンピュータでもよく、アレイ装置３０２，３０４の制御は、命令３１６をプロセッサ３１２上で実行することで実施され得る。命令３１６は、メモリ、または任意の適切な固定コンピュータ可読媒体、例えば読出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ＣＤ―ＲＯＭ、フラッシュメモリ、フロッピーディスクなどの中に記憶され得る。あるいは、制御装置３１０は、例えば、特定用途向け集積回路によってハードウェアに実装されてもよい。制御装置３１０は、入出力（Ｉ／Ｏ）回路を含んでいて、適切な制御信号をアレイ装置３０２，３０４に供給し得る。制御装置３１０は、さらに、システムの検出器１１６または任意の他の検出器からのフィードバックを受け取り得る。こうしたフィードバックは、例えば、照明光学系１０３および／または収集光学系１１４で収差を決定し、アレイ装置３０２，３０４をこうした収差を相殺するように調整することに有用であり得る。
【００３０】
アレイにおけるマイクロミラーに関する位置のさまざまな組み合わせは、システム１００でさまざまな照明構成を可能にし得る。ミラー構成は、さらに、瞳共役平面２０２またはフィールド共役平面２０４にわたって照明の減衰の画素毎の分散を可能にし得る。こうした構成は、照明収差を制御するためのフィールド点毎に任意の角度の照明分散を画定することを支援し得る。照明光学系１０３からの入射光は、対物レンズ１１０の対物瞳１１２を照明し、対物レンズは、入射光を試料１１８上の単一または複数の特徴に向ける。この光は、レンズ１０４を最初に通過し、瞳共役平面に位置するマイクロミラー装置３０２の方に向かう。マイクロミラー装置３０２からの反射光は、次いでレンズ１０６を通され、フィールド共役平面に位置するマイクロミラー装置３０４の方に向けられる。マイクロミラー装置３０４からの反射光は、対物レンズ１１０の対物瞳１１２に達する。
【００３１】
動的光学アレイ装置３０２，３０４は、瞳共役点２０２およびフィールド共役点２０４で照明特性を制御することができる、個別に制御可能な光学素子のアレイを、標準的には含み得る。これらの共役点で照明特性を最適に制御することで、動的光学アレイは、対物瞳１１２、および試料１１８における焦点フィールドでの照明を最適化することができる。動的光学アレイ装置３０２，３０４は、適応光学で一般的に使用される型の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）光学素子のアレイを含み得る。制限するためではなく、一例として、動的光学アレイ装置３０２，３０４は、瞳共役平面２０２またはフィールド共役平面２０４での照明のいくつかの光学特性を画素当たりベースで調整することができる、他の型の動的光学装置のアレイを含んでいてもよい。アレイのそれぞれの動的装置は、画素と考えられ得る。例えば、マイクロミラーアレイ装置の代替物は、特定の偏光の照明を画素当たりベースで選択的に送信するまたは反射することができる、電子的に調節可能な偏光装置のアレイ（例えば、液晶アレイ）と、照明の偏光を望ましい方向に画素当たりベースで回転させることができる、偏光回転装置のアレイ（例えば、ファラデー素子のアレイ）と、照明の電磁周波数の特定範囲を画素当たりベースで選択的に反射するまたは送信することができるスペクトルフィルタ装置のアレイとを、これらに限定するわけではないが含んでいる。動的光学アレイ装置３０２，３０４は、２つ以上のこうした装置の組み合わせを有するアレイ（例えば、偏光子に結合される波長選択偏光回転装置のアレイ）をさらに含み得る。
【００３２】
瞳共役平面に位置するアレイ装置３０２の各光学素子（例えば、マイクロミラー）の状態は、瞳で必要照明分散をもたらすように調整され得る。フィールド共役平面２０４に位置するアレイ装置３０４は、光密度の修正のために、各フィールド点の照明を同様に調整し得る。この構成は、フィールド点ごとの瞳分散修正および瞳点ごとのフィールド分散修正を可能にする。一例としてであって、制限するためではなく、アレイ装置３０２および３０４は、Texas Instruments社によって発明されたデジタルライト処理（ＤＬＰ）技術に使用される型のデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）であり得、これは、デジタルチップを使用して画像を投射および表示する。ＤＬＰチップは、標準メモリセルを含んでおり、その最上部には、最高で百万個までのヒンジ結合の微視的ミラーの矩形アレイが取り付けられている。ＤＭＤは、ミラーで光の密度を修正し、瞳またはフィールドにわたって光強度分散を制御する。
【００３３】
アレイ装置３０２，３０４の個別の動的光学装置の設定は、適切なタイムスケールを通して調整され得る。例えば、検出器１１６は、本明細書において、フレームと呼ばれる期間を通して散乱照明を収集することができる。制限するためではなく、一例として、空間／角度分散の動的範囲は、アレイ装置３０２，３０４のそれぞれの動的光学装置が、特定の状態である、それぞれの検出器フレームの間の時間割合を決定することによって提供され得る。特に、ＤＭＤアレイの場合、制御装置３１０は、それぞれのＤＭＤアレイのそれぞれのマイクロミラーが、反射状態または非反射状態である時間を個別に制御することができる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、システム１００は、光源の中に、あるいは、光源１０２と動的光学アレイ装置３０２，３０４のどちらかの間、または動的光学アレイ装置と対物レンズ１１０の間で光学的に結合されている、追加的な動的光学装置３０６，３０８を含んでいてもよい。追加的な動的光学装置３０６，３０８は、制御装置３１０からの信号に応答して制御され得る状態を有するアレイ型装置または非アレイ装置でもよい。動的光学装置３０６，３０８は、調節可能な光学フィルタ、光学減衰器または調節可能な偏光制御装置を含んでいてもよい。制御装置３１０は、動的光学装置３０６，３０８の状態を、動的光学アレイ装置３０２，３０４の中のそれぞれの動的光学装置の状態に時刻同期させることができる。例えば、第１の動的光学アレイ装置３０２が、ＤＭＤアレイであり、第１の動的な光学デバイス３０６が、光学（非アレイ）フィルタであり、第２の動的光学装置３０８が、（非アレイ）偏光制御装置である、と仮定する。制御装置は、一定の時間間隔の間、アレイ３０２の中の特定のＤＭＤ装置の特定の反射状態と一致するように、光学フィルタおよび偏光制御装置の状態を時刻同期させることができる。このようにして、特有の偏光状態および波長範囲を有する照明が、対物瞳１１２の特定の点に、対応する角度で、選択的に送達され得る。アレイ装置３０２，３０４および光学装置３０６，３０８の応答が、検出器フレームと比較して十分に迅速である場合には、アレイ３０２，３０４の動的光デバイスのさまざまなサブセットを、追加的な光学装置３０６，３０８のさまざまな状態に、検出器フレームの過程を通して同期させることによって、多様な強度、波長、そして、偏光／空間−角度照明分散を実現することができる。
【００３５】
制限するためではなく、一例として、瞳共役平面２０２にアレイ装置３０２を構成している装置の適切な設定は、対物瞳１１２での照明の直径を制御することができる。具体的には、所望の直径の範囲外のアレイの装置を、照明が対物瞳に到達することを防ぐように設定することが可能であり、所望の直径の範囲内の装置を、それが対物瞳に到達するべく照明を伝達する（または反射する）ように設定することが可能である。照明の所望の直径を得るのに使用されるアレイ装置３０２の設定は、２つのシステムのツールマッチングのためのツール対策の一部として、システム１００と同じまたは同様の構成を有するさまざまな光学システムに移植することができる。
【００３６】
それぞれのフィールド点でターゲット１１８に当たっている光の角度分散を制御するために、瞳共役平面２０２にアレイ装置３０２を作っている個々の装置およびフィールド共役平面２０４にアレイ装置３０４を作っている個々の装置は、あらかじめ定義された角度の分散が、あらゆるフィールド点に到達するように、設定することができる。フィールド点毎に照明の所望の角度の分散を得るのに使用されるアレイ装置３０２および３０４の設定は、２つのシステムのツールマッチングのためのツール対策の一部として、システム１００と同じまたは同様の構成を有するさまざまな光学システムに移植することができる。
【００３７】
動的光学アレイ装置３０２，３０４の追加は、収集システム収差を相殺する目的であらかじめ定義された角度分散および空間分散を備えるための、照明スポットの最適な準備として用いられ得る。これらの装置の動的特性は、例えばコントラスト強調などの瞳照明分散、照明補助焦点調節、およびシステム測定最適化を制御することをさらに含む。照明初期条件は、照明瞳点毎のターゲット１１８上の照明フィールド分散を最適化することによって、および／または全体的な光学収差を減少させることおよび／または類似の方法によって、決定され得る。光学システムの性能エラーは、トレーニングおよび最適化段階になって較正することができる。装置の最適な作動状態は、最適な照明条件を予測する、ターゲットの詳細な電磁シミュレーションによっても決定され得る。動的光学アレイ装置３０２，３０４は、例えば、開口数（ＮＡ）、ダイポール、環状などの照明パラメータを選択することによって最適な照明構成を実現することができる。これらの周知の瞳関数に加えて、対物瞳１１２の特有の角度分散を、こうした瞳関数毎に画定することができる。特に、どの瞳点が照明されるのか、およびどの瞳点が、照明されないのかを決定する、あらかじめ定義された瞳照明強度分散関数（例えば、ドーナツ、ダイポール、円、ガウス強度分散など）を形成することに加えて、対物瞳１１２の照明された部分の角度分散は、画素毎に、すなわち対物瞳１１２での瞳点毎に制御され得る。この追加機能は、照明最適化、コントラスト増強などの追加的な自由度を広げる。
【００３８】
さらに、動的装置３０２，３０４は、照明システム不完全性を修正することもできる。例えば、ファイバからの光は、空間的または角度的に均一ではない。マイクロミラー装置は、これらの不均一性を修正するように構成することができる。例えば、瞳共役平面２０２のアレイ装置３０２は、アレイのそれぞれの素子が反射するまたは伝達する光量を調整することによって、対物瞳１１２に入る照明強度の不均一性を調整することができる。同様にして、フィールド共役平面２０４のアレイ装置３０４は、アレイのそれぞれの素子が反射するまたは伝達する光量を調整することによって、対物瞳１１２に入る照明の角度分散の不均一性を調整することができる。
【００３９】
本発明のある実施形態では、アレイ装置３０２，３０４は、照明光学系の対称収差を補償するように構成され得る。こうした補償は、例えばツールマッチングに有用である。本明細書で使用する、「対称収差」という用語は，光学軸の周囲で対称分散する、瞳の位相歪のような光学収差を意味する。主要な当該収差は、焦点および球面の収差であり、これらは、通常、焦点を正しく決定することに関係するエラーを生じる。さらに、こうした収差は、スペクトルに依存しており、したがって、ターゲットの反応であるので、生じる焦点エラーは、スペクトル的に変化し得る。コヒーレントシステムの当該収差を補償するために、瞳共役２０２の光学アレイ装置３０２は、瞳中心周辺の対称分散を伴う位相遅れを生じるように構成され得る。そのような位相遅れは、波長範囲毎に潜在的に生じさせることができる。収差がフィールドに依存する場合には、１つのフィールド点が、瞳共役アレイ装置３０２による、第１の収差補正を伴いながら、フィールド共役２０４のアレイ装置３０４によって照明されるシーケンスについて考えることができる。次に続くフィールド部分は、瞳アレイ装置３０２その他による別の収差補償を伴いながら照明され得、ついには、フィールドの全てが、フィールド点毎に対応する収差補償を伴って照明される。アレイ装置が検出器より十分に迅速である場合には、この工程は、単一の検出器フレームの範囲内で達成される可能性があり得る。
【００４０】
いくつかの実施形態では、フィールド共役２０４のアレイ装置３０４が、回転偏光子３０６と同期して作動し、照明放射線の偏光状態のフィールド符号化を可能にすることができる。この構造は、例えば、試料１１８の構造ターゲット構造物に、コントラスト依存を誘発する偏光要素がある場合には、性能を高めることが可能である。
【００４１】
偏光子３０６は、照明システムのどこにでも配置し得るが、開口数（ＮＡ）が低く、角度依存を回避できる場所であれば好ましい。制限するためではなく、一例として、偏光子３０６は、照明放射線が平行にされる照明光学系の一部の中にあるアレイ装置３０２，３０４の間で、照明光学系の一部分に配置されてもよい。回転偏光子３０６とアレイ装置３０４の間の同期は、偏光子回転角度とアレイ装置の画像選択の間で同期することで実現され得る。
【００４２】
マイクロミラー装置は、光源または他で利用可能な波長および偏光の選択オプションと同期させて作動させることができるので、本発明の実施形態におけるように照明経路の中に動的装置を追加することは、スペクトルおよび偏光を制御するのに用いることができる。これは、最適な性能に必要な、強度、波長および偏光の任意の空間的および角度的構造を可能にする。
【００４３】
本発明の実施形態におけるように照明経路の中に動的装置を追加することは、照明および収集を伴い、照明または照度制御の品質が重要である任意の光学装置にとってより一般的な任意の画像処理ツールに役立ち得る。
【００４４】
代替実施形態では、位置感応検出器（ＰＳＤ）を、ＤＭＤと共に使用して、照明（ビームスプリッタで収集され得る）を最適化することができる。ＰＳＤは、収集光学系の収差を決定するために、検出経路で使用することができる。あるいは、位相検出器（例えばハルトマン−シャック位相検出器）を、この目的で検出経路に使用することもできる。このような収差は、例えば動的光学アレイ装置３０２，３０４を調整することによって補償することができるので、ＰＳＤまたは位相検出器で測定される際に、ターゲット１１８の照明の構成が、収集光学系の測定収差を減少させるまたはなくす傾向がある。
【００４５】
上述の照明設計は、散乱計測ツールで使用することができる。そのような場合には、照明における偏光分散を知っていることが、多くの場合望ましく、偏光分散の問題を補償することが必要である。これは、楕円偏光法に適用することができる。
【００４６】
光学測定学規格がますます厳しくなったので、照明システム品質は、性能のボトルネックになっている。さらに、性能に対応するために、光学系のコストはますます増加してきた。これは、光学規格に相反する必要のある応用例にも、さらにあてはまる。照度制御を通じて動的にシステム収差を制御する能力は、性能のみならず、全体的なコスト低減にも貢献し得る。
【００４７】
本発明のある実施形態では、色毎の収差補正は、位相または振幅のどちらかにアレイ装置３０２，３０４を使用して実施することができる。例えば、スペクトル全体の色焦点ずれを均等にするために縦色収差を誘発する。
【００４８】
本発明の実施形態への別の有用な応用例は、オーバーレイ測定学の分野である。図４は、本発明の実施形態に従ってオーバーレイを測定するのに使用され得るオーバーレイ測定システムまたは計測ツール１２０の簡略図である。
【００４９】
図４に描写されるものとは異なる、従来型のオーバーレイ測定システム（例えば、画像処理または散乱計測）は、一般的には、明視野照明顕微鏡法に基づいており、専用の測定ターゲットは、少なくとも２つの別々のリソグラフィ露光ステップからの空間情報を含んでおり、二次元センサアレイ上に結像される。既存の構造と関連する多くの欠点がある。例えば、測定精度は、通常、コントラストによって制限されており、一般に、最低コントラストターゲット形状の画像投射における最高点対谷底点の差によって制約される。さらに、測定正確さおよびツールに誘発されたシフト性能も同様に、コントラストによって制限されている。さらに、多くのターゲット構造では、さまざまな入射角から、すなわち照明瞳のさまざまな箇所から照明されるときには、エッジまたは周期的特徴のコントラスト反転が、発生する場合がある。ターゲットが複数の入射角から同時に照明される場合、コントラスト反転の効果は、ターゲット上の複数の入射角度からの光が像平面で統合されるときに、特異的な特徴のコントラストを減少させるまたは完全になくすものであり得る。
【００５０】
現在のコントラスト制御は、固定開口および当該開口の側方運動（例えばｐｚｔ制御下で）に基づいている。しかし、これらの開口は、２進性（オン／オフ）である。その結果、コントラストの調整に一般的に利用可能である唯一のフィードバック機構は、開口の側位を調整することによる（またはおそらく開口を切り替えることによる）ものである。
【００５１】
本発明の実施形態では、動的アレイ装置、例えば、プログラム可能な空間光変調器が、照明カラムの瞳共役平面での機械的停止の代わりに使用され得る。これは、照明システムが、ハードウェアを変更する必要なしに、単一の動的構成要素の多くの異なるマスクを実装することを可能にする。そのうえ、空間光変調器を使用することで、単なる静的停止またはアポダイゼイションではなく、動的アポダイゼイションが可能になる。プログラム可能な特徴の使用は、さらに、ハードウェア変更なしに照明瞳マスクの将来的な開発を可能にする。
【００５２】
再度図４を参照すると、システム１２０は、ウェハ１２４上に配置された１つ以上のオーバーレイターゲット１２２を介してオーバーレイエラーを決定するように配列され得る。オーバーレイターゲット１２２は、ウェハ１２４上の、ウェハをのこ引き（ソーイング）およびダイシングして複数のダイにするのに使用されるスクライブラインの中に、一般的には配置される。システム１２０は、光学アセンブリ１２６およびコンピュータ１２８を含んでいる。
【００５３】
光学アセンブリ１２６は、一般的には、オーバーレイターゲット１２２の画像を取り込むように配列される。コンピュータ１２８は、一般的には、取り込まれた画像からオーバーレイターゲットの素子の相対的変位を算出するように配置される。光学アセンブリ１２６は、一般的には、照明光学系１２７を含んでおり、これは、第１の経路１３４に沿って光１３２を発するように配列される光源１３０（例えば、インコヒーレントまたはコヒーレントであるが、インコヒーレントが一般的には好ましい）を含んでいる。光１３２は、第１のレンズ１３５上に投射され、このレンズは、光１３２を光ファイバ光１３２が通過するライン１３６に集束させる。光ファイバライン１３６から発生する光１３２は、次いで、第２のレンズ１３８を通過して、光１３２を平行にする。照明光学系から出た平行光１３２は、次いで、平行光を経路１４２に向けるビームスプリッタ１４０に続き、光１３２をウェハ１２４に集束させる対物レンズ１４４上に投射される。第１の動的光学アレイ要素１３７は、照明光学系のフィールド共役に配置されてもよく、そして、第２の動的光学アレイ要素１３９は、照明光学系１２７の瞳共役に位置付けられてもよい。動的光学アレイ要素は、コンピュータ１２８によって実行される命令に応答して生成される信号に応答して作動し得る。
【００５４】
次いで、ウェハ１２４に反射する光１３２の一部は、対物レンズ１４４に収集される。対物レンズ１４４から離れた光１３２は、経路１４２に沿って（後ろ向きに）進み、ついにはビームスプリッタ１４０に到達する。ビームスプリッタ１４０は、光１３２を経路１４６に向かわせる。次いで、経路１４６上を進む光１３２は、チューブレンズ１５０によって収集され、チューブレンズは、光１３２を、ウェハ１２４の一部の画像、より厳密にはターゲット１２２の画像を記録するカメラ１５２上に集束させる。例として、カメラ１５２は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、二次元ＣＣＤまたは線形ＣＣＤアレイでもよい。ほとんどの場合、カメラ１５２は、記録画像を電気信号に変換し、この信号を、コンピュータ１２８が使用することができるので、コンピュータ１２８に送信される。電気信号を受信した後、コンピュータ１２８は、画像のオーバーレイエラーを算出する解析アルゴリズムを実行する。解析アルゴリズムについて、下文で詳細に説明する。
【００５５】
システム１２０は、コンピュータ１２８およびカメラ１５２と協働して、ウェハ１２４の画像を捉えるフレームグラバ１５４をさらに含んでいる。フレームグラバ１５４は、独立した構成要素として示されているが、フレームグラバ１５４が、コンピュータ１２８の一部分および／またはカメラ１５２の一部分でもよいことを留意されたい。フレームグラバ１５４は、通常、２つの機能、すなわちターゲット捕捉および画像グラブ（画像取り込み）を有する。ターゲット捕捉の間、フレームグラバ１５４およびコンピュータ１２８は、ウエハステージ１５６と協働して、ターゲットを焦点が合うように設置し、かつターゲットを、測定ツールの視野（ＦＯＶ）の中心に可能な限り近づけて配置する。ほとんどの場合、フレームグラバは、複数の画像（例えば、オーバーレイを測定するのに使用される画像でない）を捉え、ターゲットが、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に正しく配置されるまで、載物台がウェハをこれらのグラブの間で移動させる。理解されるように、Ｘ方向＆Ｙ方向は、一般的には、視野（ＦＯＶ）に対応し、Ｚ方向は、一般的には、焦点に対応する。フレームグラバが、ターゲットの正しい位置を決定すれば、これらの２つの機能のうちの第２の機能が、実装される（例えば、画像グラブ）。画像グラブの間、フレームグラバ１５４は、正しく配置されたターゲット画像、すなわちオーバーレイを決定するのに使用される画像を取り込んで格納するように、最終的な１つまたは複数の捕捉を行なう。
【００５６】
画像を捉えた後に、位置決めエラーを判定するために、捉えた画像から情報を引き出さなければならない。引き出された情報は、デジタル情報または波形状でもよい。ここでは、半導体ウェハの様々な層の間の位置決めエラーを判定するのに様々なアルゴリズムを使用してもよい。例えば、周波数領域ベース手法、空間領域ベース手法、フーリエ変換アルゴリズム、ゼロ交差検出、相関および交差相関アルゴリズム他を使用することができる。
【００５７】
周期構造を含むマークを使用してオーバーレイを判定するアルゴリズムは、一般的には、いくつかの群に分けることができる。例えば、１つの群は、位相回復ベース解析に関係する場合がある。位相回復ベース解析は、しばしば周波数領域ベース手法と呼ばれるが、通常、周期構造のラインに沿って画素を合計することで、それぞれの作業帯域を折りたたむことによって、一次元信号を作成することを含んでいる。使用可能な位相回復アルゴリズムの実施例は、Bareketに発行された米国特許第６,０２３,３３８号、２０００年６月２２日に出願された米国特許出願第０９／６０３、１２０号、および２０００年９月１日に出願の米国特許出願第０９／６５４，３１８号に記載されており、これらを全て参考文献として本明細書において援用する。さらに別の使用可能な位相回復アルゴリズムは、２０００年１０月２６日に出願の米国特許出願第０９／６９７０２５号に記載されており、同出願も、本明細書において参考文献として援用する。そこに開示される位相回復アルゴリズムは、信号を一組の基本的な信号周波数の高調波に分解する。異なる高調波の振幅および位相を定量的に比較することで、信号の対称性およびスペクトル成分に関する重要情報が得られる。特に、第１の高調波および第２の高調波または同じ信号の高い高調波（振幅によって較正された）の間の位相差は、信号の非対称性の程度を示す。このような非対称への主要な貢献は、測定ツール（ツール誘発シフト）ならびに、工程誘発構造特徴（ウェハ誘発シフト）の光学不整合および照明の非対称性によるものである。同じ工程層上の視界の異なる部分から取得される信号に関して第１の高調波および第２の高調波の位相間で位置決めの誤りを比較することで、測定ツールの光学収差に関する独自の情報を提供することができる。最終的に、ウェハを１８０度回転させた後に、得られたものを用いた所与の方向での測定からこれらの位置決めの誤りを比較することは、非対称による、ツール誘発シフトおよびウェハ誘発シフトの分離を可能にする。
【００５８】
さらに別の使用可能な位相回復アルゴリズムは、ウェーブレット解析である。ウェーブレット解析は、上記に記載したものにいくらか類似しているが、しかし、ここでは、動的ウィンドウが、一次元信号にわたって動かされ、位相推定は、追加の局所的な方法で実行される。これは、チャープ周期構造に関して使用される場合に特に重要である。別の群は、強度相関ベース方法に関係するものでもよい。この手法では、工程層ごとの対称性の中心は、同じ工程層からの、マークの対向する部分からの逆転信号を用いて、１つの信号の相互共分散を算出することによって別々に見つけ出される。この技術は、ボックスインボックスターゲットに関して今日用いられる技術と類似している。
【００５９】
本発明の実施形態は、本明細書においてコヒーレンス符号化と呼ばれる技術を用いることで強化され得る。一般に理解されているように、コヒーレンスという用語は、波の物理量間の相関を指す。２つの波のコヒーレンスは、相互相関関数によって定量化されるときに、波が適切に相関している程度から導き出される。コヒーレンス符号化は、例えば、異なる瞳点の間の位相関係を制御するのに使用することができる。このような制御は、例えば、検出器フレーム毎にいくつかの瞳関数書き込み画像を実施することによって実現されてもよく、例えばスーパーコンティニューム照明器からのビームのような、大空間コヒーレンスを有するビーム上で作動する。空間コヒーレンスという用語は、経時的に平均化されるとき、波の範囲の空間の２つの点、ｘ１およびｘ２が干渉する能力を表している。より正確には、空間コヒーレンスは、常時、波の２つの点の間の交差相関として、従来通り画定されている。経過することで交差相関のかなりの量が減少してゆく時間は、コヒーレンス時間と呼ばれる。照明がコヒーレンス時間の間に移動する距離は、コヒーレンス長と呼ばれる。
【００６０】
２つの光学アレイ装置、例えば瞳共役平面のものとフィールド共役平面のものを使用するとき、空間的瞳コヒーレンス符号化は、フィールド点毎に実施することができる。コヒーレンスを制御することは、ターゲットの外観に影響を及し、これは、同様に、性能にとっても重要である。照明システムの瞳共役に位置する動的光学アレイ装置（例えば、図３のアレイ装置３０２）の構成は、異なる瞳点の間に異なる位相関係を生み出すように、検出器フレーム毎に数回変わってもよい。この技術の長所は、コントラスト改良などのいくつかの所望の結果に従ってコヒーレンス群を、コヒーレントにまたは非コヒーレントに合計することができることである。
【００６１】
例として、図１のアレイ装置３０２および制御装置３１０は、アレイ装置３０２が、選択された瞳点の照明を同時に伝達するだけになるように構成され得る。図５は、その中を通って、光が、検出器フレームの継続期間にわたって同時に通過することができる、瞳面の異なる部分を示している。検出器フレームという用語は、その期間を通じて、検出器１１６（例えば、電荷結合デバイス）が、データ一式を集める期間を指している。同じシェーディングパターンを有する装置３０２の一部は、本明細書では瞳フレームと呼んでいる所与の期間の間に照明を伝達する。この構成は、瞳照明の一部を、コヒーレントに画像に合わせ、かつ一部を、インコヒーレントに合わせる制御を可能にする。図５に描写される実施例では、３つの異なる瞳フレームに対して３つの異なるパターンが存在している。具体的には、部分３０２Ａ、３０２Ｃ、３０２Ｅおよび３０２Ｇは、第１の瞳フレームの間、同時に照明を伝達し、部分３０２Ｂ、３０２Ｄ、３０２Ｆおよび３０２Ｈは、第２の瞳フレームの間、同時に照明を伝達し、部分３０２Ｉは、第３の瞳フレームの間、照明を伝達する。
【００６２】
照明の短いコヒーレント長（またはコヒーレンス時間）は、異なる照明瞳点の間の位相関係を管理する。短いコヒーレンス時間は、さらに、次の瞳フレームの照明瞳点との位相相関の欠如を管理する。一般的には、瞳フレームの継続期間は、照明用コヒーレンス時間より長く、検出器フレームより短い。
【００６３】
コヒーレンス符号化は、コントラストを強化することができ、さらに、コヒーレント偏光符号化およびコヒーレント位相符号化の必要条件である。コヒーレンス符号化は、さらに、狭帯域照明の抑制を遂行するのに使用することができる。１つの実装では、照明光源は、スーパーコンティニューム光源でもよい。本明細書において使用しているように、スーパーコンティニューム光源は、短い長手方向コヒーレンス長（例えば、約２．５μ）および長い空間コヒーレンス、例えば数ミリメートルを有する照明の光源を指している。しかし、コヒーレンス符号化は、他の広帯域光源で実施することもできることを留意されたい。このような光源に関するコヒーレンス時間は、１０−１４秒で、スペックル像につき約５×１０９コヒーレンス時間であってもよい。ＤＬＰフレーム継続期間が１ミリ秒であり、拡散体画像が０．０５ミリ秒毎に得られる場合には、ＤＬＰフレーム毎に２０個のスペックルが具現化される。検出器が、３０ミリ秒のフレーム継続期間を有するＣＣＤである場合には、ＣＣＤフィールドフレーム毎に３０個のＤＬＰフレームが存在する。そのような場合には、コヒーレントＤＬＰ貢献のインコヒーレント総和が存在することになる。
【００６４】
上記が本発明の好適な実施形態の詳細であるが、さまざまな代替物、修正および等価物を使用することは可能である。したがって、本発明の範囲は、上記説明を参照して決定されるべきではなく、代わりに、添付の請求の範囲を、等価物の全範囲と合わせて参照して決定されなければならない。好適であるかどうかにかかわらず、任意の特徴を、好適であるかどうかにかかわらず任意の他の特徴と、組み合わせることができる。後述の特許請求の範囲では、不定冠詞「Ａ」または「Ａｎ」は、それ以外の方法で明白に述べている場合を除いて、冠詞に続く１つ以上の項目の数量を指している。ミーンズプラスファンクション限定が、「のための手段」という語句を使用して所与の請求項で明示的に詳述されていない限り、添付の請求の範囲は、ミーンズプラスファンクション限定を含んでいると解釈されないものである。
【図２】
2014521116.tif 000003
【図５】
2014521116.tif 000004
【図１】
2014521116.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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