(57)【要約】放射を構造上に合焦させるため及び構造からの反射放射を検出システムに誘導するための光学システムを備えるメトロロジ装置が開示される。光学システムは、構造からの反射の前及び／又は後に光学特徴の複数の異なるオフセットを放射に適用するため、対応する複数の異なるオフセットは、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射に関連して、瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射に提供される。検出システムは、瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射と、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射と、の間の干渉の結果として生じる、対応する複数の放射強度を検出する。各放射強度は、複数の異なるオフセットのうちの異なる１つに対応する。【選択図】図６
2021501309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象となるパラメータを決定するために基板上に形成された構造を測定するためのメトロロジ装置であって、
放射を前記構造上に合焦させるように、及び、前記構造から反射した放射を検出システムに誘導するように、構成された光学システムを備え、
前記光学システムは、前記構造からの反射の前及び／又は後に、光学特徴の複数の異なるオフセットを放射に適用するように構成されるため、対応する複数の異なるオフセットは、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射に関連して、瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射に提供され、
前記検出システムは、前記瞳面フィールド分布の前記第１のポイントから導出される前記反射放射と、前記瞳面フィールド分布の前記第２のポイントから導出される前記反射放射と、の間の干渉の結果として生じる、対応する複数の放射強度を検出するように構成され、
各放射強度は、前記複数の異なるオフセットのうちの異なる１つに対応する、メトロロジ装置。
【請求項２】
前記干渉は、対象となる前記パラメータに関する情報を含む前記検出される放射強度の成分が、前記検出される放射強度の１つ以上の他の成分に関連して強化されるものである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記異なるオフセットは、異なる振幅オフセット又は異なる位相オフセットのうちのいずれか又は両方を含む、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記異なるオフセットは、第１の方向の少なくとも１つのオフセット、及び、前記第１の方向と反対の第２の方向の少なくとも１つのオフセットを含む、請求項１から３の何れか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記異なるオフセットは、前記放射の偏光に基づいて、偏光依存光学要素を通過する放射の振幅又は位相を修正するように構成された、前記偏光依存光学要素によって少なくとも部分的に定義され、また、
前記光学システムは、前記瞳面フィールド分布の前記第１のポイントからの放射、又は前記第１のポイントを形成する放射が、前記瞳面フィールド分布の前記第２のポイントからの放射、又は前記第２のポイントを形成する放射とは異なる偏光を伴う前記偏光依存光学要素を通過するように構成される、
請求項１から４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記光学システムは、偏光ビームスプリッタを備え、
前記異なるオフセットは、前記偏光ビームスプリッタと位相差板及びポラライザのうちのいずれか又は両方との間の、異なる相対角度によって少なくとも部分的に定義される、請求項１から５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記異なるオフセットは、ビームスプリッタの異なる分割割合によって少なくとも部分的に定義される、請求項１から６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記光学システムは、前記瞳面フィールド分布内の第１及び第２のポイントの複数の異なる対からの反射放射間の干渉の結果として生じる、放射強度のセットを、前記検出システムに検出させるように構成され、
放射強度の各セットは、前記複数の異なるオフセットの各々についての放射強度を含む、請求項１から７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記光学システムは、前記瞳面フィールド分布の前記第１及び第２のポイントからの前記反射放射間に前記干渉を生じさせるために、放射ビームを複数の放射ビームに分割し、その後、前記複数の放射ビームを再結合するように構成される、請求項１から８の何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記光学システムは、放射ビームを第１の放射ビーム及び第２の放射ビームに分割するように構成されたビームスプリッタを備え、
前記光学システムは、前記第１の放射ビーム及び前記第２の放射ビームが、第１の分岐及び第２の分岐を備える共通光路の周りを反対方向に伝搬し、前記第１の放射ビームが前記第１の分岐に沿って前記ビームスプリッタから前記基板へ伝搬し、また前記第２の分岐に沿って前記基板から前記ビームスプリッタへ戻り、前記第２の放射ビームが前記第２の分岐に沿って前記ビームスプリッタから前記基板へ伝搬し、また前記第１の分岐に沿って前記基板から前記ビームスプリッタへ戻る、ように構成される、請求項１から９の何れか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数の異なるオフセットに対応する前記複数の放射強度のうちの少なくとも２つは、異なる測定分岐内で同時に測定される、請求項１から１０の何れか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記複数の異なるオフセットに対応する前記複数の放射強度のうちの少なくとも２つは、前記同じ測定分岐内で異なる時点に測定される、請求項１から１１の何れか一項に記載の装置。
【請求項１３】
対象となる前記パラメータは、オーバーレイを含む、請求項１から１２の何れか一項に記載の装置。
【請求項１４】
リソグラフィプロセスを実行するように構成されたリソグラフィ装置と、
請求項１から１３の何れか一項に記載のメトロロジ装置と、
を備える、リソグラフィシステム。
【請求項１５】
対象となるパラメータを決定するために、基板上に形成された構造を測定する方法であって、
放射を前記構造上に合焦させることと、前記構造から反射した放射を検出するために検出システムを使用することと、を含み、
光学特徴の複数の異なるオフセットは、前記構造からの反射の前及び／又は後に放射に適用され、
対応する複数の異なるオフセットは、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射に関連して、前記瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射に提供され、
前記検出システムは、前記瞳面フィールド分布の前記第１のポイントから導出される前記反射放射と、前記瞳面フィールド分布の前記第２のポイントから導出される前記反射放射と、の間の干渉の結果として生じる、対応する複数の放射強度を検出し、
各放射強度は、前記複数の異なるオフセットのうちの異なる１つに対応する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本願は、２０１７年１０月１６日出願の欧州特許出願第１７１９６６７０．８号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002]  本発明は、リソグラフィプロセスによって基板上に形成された構造を測定するためのメトロロジ装置、リソグラフィシステム、及び、リソグラフィプロセスによって基板上に形成された構造を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個別の層上に形成されるべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば１つ又は幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般に、１枚の基板は、順次パターンが付与される隣接したターゲット部分のネットワークを含むことになる。リソグラフィプロセスにおいて、例えば、プロセス制御及び検証のために作り出された構造の測定を頻繁に行うことが望ましい。こうした測定を行うための様々なツールが既知であり、クリティカルディメンション（ＣＤ）を測定するためにしばしば使用される走査電子顕微鏡、及び、デバイス内の２つの層のアライメントの確度の尺度である、オーバーレイの測定専用のツールを含む。オーバーレイは、２つの層間のミスアライメントの程度の観点から言い表すことが可能であり、例えば、測定されたオーバーレイが１ｎｍであるということは、２つの層が１ｎｍだけミスアライメントしているという状況を言い表すことができる。
【０００４】
[0004]  近年、リソグラフィ分野において使用するための様々な形のスキャトロメータが開発されている。これらのデバイスは、放射のビームをターゲット上に誘導し、ターゲットの対象となる特性を決定することができる「スペクトル」を取得するために、散乱放射の１つ以上の特性、例えば、波長の関数としての単一角度の反射における強度、反射角度の関数としての１つ以上の波長における強度、又は、反射角度の関数としての偏光を測定する。対象となる特性の決定は、例えば、厳密結合波分析又は有限要素法などの反復手法によるターゲットの再構成、ライブラリ検索、及び主成分分析などの、様々な技法によって実行可能である。
【０００５】
[0005]  既知のメトロロジ技法では、ターゲットから−１次及び＋１次の回折次数強度が取得される。強度非対称、これらの回折次数強度の比較は、ターゲット非対称、すなわちターゲットにおける非対称の測定を提供する。ターゲットにおけるこの非対称は、オーバーレイ（２つの層の望ましくないミスアライメント）のインジケータとして使用することができる。
【０００６】
[0006]  上記メトロロジ技法を使用するオーバーレイ（又は、ターゲット構造における他の非対称）の測定は、問題の構造が製造されるべきデバイスフィーチャの解像度にある場合、困難である。これは、高解像度フィーチャがそれに対応して、キャプチャすることが困難な高角度の回折を生じさせるか、又は、回折次数がエバネッセント（非増殖型）になるためである。エッチングが実施された後の場合などのように、互いに非常に近い層によって画定される構造の場合、ゼロ次散乱から非対称に関する何らかの情報を取得することは、依然として可能な場合がある。しかしながら、こうした測定において、特に層の分離がそれほど小さくない場合、十分な感応性を取得することは困難である。
【発明の概要】
【０００７】
[0007]  ターゲット非対称又は対象となる他のパラメータの測定を、特に高解像度ターゲットについて、改善することが望ましい。
【０００８】
[0008]  本発明の態様によれば、対象となるパラメータを決定するために、基板上に形成された構造を測定するためのメトロロジ装置が提供され、メトロロジ装置は、放射を構造上に合焦させるように、及び構造から反射した放射を検出システムに誘導するように構成された光学システムを備え、光学システムは、構造からの反射の前及び／又は後に、光学特徴の複数の異なるオフセットを放射に適用するように構成されるため、対応する複数の異なるオフセットは、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射に関連して、瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射に提供され、検出システムは、瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射と、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射と、の間の干渉の結果として生じる、対応する複数の放射強度を検出するように構成され、各放射強度は、複数の異なるオフセットのうちの異なる１つに対応する。
【０００９】
[0009]  本発明の態様によれば、対象となるパラメータを決定するために、基板上に形成された構造を測定する方法が提供され、方法は、放射を構造上に合焦させること、及び、構造から反射した放射を検出するために検出システムを使用することを含み、光学特徴の複数の異なるオフセットが、構造からの反射の前及び／又は後に、放射に適用され、対応する複数の異なるオフセットは、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射に関連して、瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射に提供され、検出システムは、瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射と、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射と、の間の干渉の結果として生じる、対応する複数の放射強度を検出し、各放射強度は、複数の異なるオフセットのうちの異なる１つに対応する。
【００１０】
[0010]  対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照しながら以下に本発明の実施形態について説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】[0011]リソグラフィ装置を示す図である。
【図２】[0012]リソグラフィセル又はクラスタを示す図である。
【図３】[0013]（ａ）照明アパーチャの第１の対を使用してターゲットを測定する際に使用するための暗視野スキャトロメータの概略図、（ｂ）所与の方向の照明についてのターゲット格子の回折スペクトルの詳細、（ｃ）既知の形の複数の格子ターゲット及び基板上の測定スポットの輪郭線の記述、並びに、（ｄ）図３（ａ）のスキャトロメータにおいて取得される図３（ｃ）のターゲットの像の記述を含む図である。
【図４】[0014]ビームスプリッタを備える光学ユニットに入力放射を提供する、メトロロジ装置の光学要素を示す図である。
【図５】[0015]図４の配置から入力放射ビームを受け取るように構成された光学ユニットと、第１及び第２の放射ビームを基板上に誘導するため、並びに反射された第１及び第２の放射ビームを検出器上に誘導するための、光学システムと、を示す図である。
【図６】[0016]ビームスプリッタとの間を伝搬する放射ビーム内の瞳面フィールド分布を示す、図５の配置の光学ユニットの動作を更に詳細に示す図である。
【図７】[0017]第１の分岐において実行される追加のフリップを伴う、図６の光学ユニットに基づく代替の光学ユニットの動作を示す図である。
【図８】[0018]ターゲット構造からの反射の前及び後に、放射が第１及び第２のビームスプリッタを通過する、代替の光学ユニットを示す図である。
【図９】[0019]ターゲット構造からの反射の後のみに、放射が第１及び第２のビームスプリッタを通過する、光学配置を示す図である。
【図１０】[0020]異なるオーバーレイを伴うターゲットに対して適用される位相オフセットの関数としての、信号強度の典型的な変動を示すグラフである。
【図１１】[0021]適用される位相オフセットの複数の離散について、信号強度の例示的測定値を示すグラフである。
【図１２】[0022]少なくとも１つの負の適用される位相オフセット及び少なくとも１つの正の適用される位相オフセットを含む信号強度の例示的測定値、及び最良適合ラインを示すグラフである。
【図１３】[0023]共通パス干渉法を実装し、振幅及び／又は位相オフセットを適用するための共通パスループ内に偏光依存光学要素を備える、光学ユニットを示す図である。
【図１４】[0024]共通パス干渉法を実装し、振幅及び／又は位相オフセットを適用するための共通パスループの後に可変位相差板及びλ／２板を備える、光学ユニットを示す図である。
【図１５】[0025]ターゲット構造から反射後の放射を受け取るように構成された自己参照干渉計を備え、また振幅及び／又は位相オフセットを適用するための可変位相差板及びλ／２板を備える、検出システムを示す図である。
【図１６】[0026]複数の異なる振幅及び／又は位相オフセットを、共通パス干渉法を受けた放射に適用するように構成された、検出システムを示す図である。
【図１７】[0027]複数の異なる振幅及び／又は位相オフセットを、自己参照干渉計による干渉を受けた放射に適用するように構成された、検出システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[0028]  本明細書は、本発明の特徴を組み込んだ１つ以上の実施形態を開示する。開示される１つ又は複数の実施形態は本発明を例示するにすぎない。本発明の範囲は開示される１つ又は複数の実施形態に限定されない。本発明は、本明細書に添付される特許請求の範囲によって定義される。
【００１３】
[0029]  記載された実施形態、及び本明細書で「一実施形態」、「ある実施形態」、「例示的実施形態」などに言及した場合、それは記載された実施形態が特定の特徴、構造、又は特性を含むことができるが、それぞれの実施形態が必ずしも特定の特徴、構造、又は特性を含まないことがあることを示す。更に、このようなフレーズは、必ずしも同じ実施形態に言及するものではない。更に、ある実施形態に関連して特定の特徴、構造、又は特性について記載している場合、明示的に記載されているか、記載されていないかにかかわらず、このような特徴、構造、又は特性を他の実施形態との関連で実行することが当業者の知識の範囲内にあることが理解される。
【００１４】
[0030]  このような実施形態を詳述する前に、本発明の実施形態を実施することができる例示の環境を提示することが有用であろう。
【００１５】
[0031]  図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示している。この装置は、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射又はＤＵＶ放射）を調節するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するように構築され、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１のポジショナＰＭに連結された支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構築され、特定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２のポジショナＰＷに連結された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ以上のダイを含む）上に投影するように構成された投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＳと、を含む。
【００１６】
[0032]  照明システムは、放射を誘導し、整形し、又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらの任意の組み合わせなどの様々なタイプの光学コンポーネントを含むことができる。
【００１７】
[0033]  支持構造は、パターニングデバイスを支持、すなわちその重量を支えている。支持構造は、パターニングデバイスの配向、リソグラフィ装置の設計及び、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否か等の条件に応じた方法でパターニングデバイスを保持する。支持構造は、機械式、真空式、静電式又はその他のクランプ技術を用いて、パターニングデバイスを保持することができる。支持構造は、例えば、必要に応じて固定又は可動式にできるフレーム又はテーブルであってもよい。支持構造は、パターニングデバイスが例えば投影システムに対して確実に所望の位置に来るようにしてもよい。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。
【００１８】
[0034]  本明細書において使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに付与されるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。
【００１９】
[0035]  パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）位相シフトマスク、ハーフトーン型（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）位相シフトマスクのようなマスクタイプ、更には様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小型ミラーのマトリクス配列を使用し、ミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するように個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームにパターンを付与する。
【００２０】
[0036]  本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、又は浸漬液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、及び反射屈折システムを含む、様々なタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これは更に一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。
【００２１】
[0037]  本実施形態では、例えば、装置は、（例えば透過マスクを使用する）透過タイプである。あるいは、装置は、（例えば、上記で言及したようなタイプのプログラム可能なミラーアレイを使用するか、又は反射マスクを使用する）反射タイプであってもよい。
【００２２】
[0038]  リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブルと、例えば２つ以上のマスクテーブルを有するタイプのものとすることができる。このような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルを並行して使用するか、１つ以上の他のテーブルを露光に使用している間に１つ以上のテーブルで予備工程を実行することができる。
【００２３】
[0039]  リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を充填するように、基板の少なくとも一部が相対的に高い屈折率を有する液体、例えば水によって覆えるタイプでもよい。液浸液は、例えばマスクと投影システムとの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。液浸技術は、投影システムの開口数を増やすために当技術分野では周知である。本明細書で使用する「液浸」という用語は、基板などの構造を液体に沈めなければならないという意味ではなく、露光中に投影システムと基板との間に液体が存在するというほどの意味である。
【００２４】
[0040]  図１を参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。
【００２５】
[0041]  イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えていてもよい。一般に、イルミネータの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒ及びσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。イルミネータを用いて放射ビームを調節し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。
【００２６】
[0042]  放射ビームＢは、支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスによってパターン形成される。マスクＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２のポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２Ｄエンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴを、例えば様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めするように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めできる。一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１のポジショナＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）の助けにより実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２のポジショナＰＷの部分を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを用いて実現できる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴをショートストロークアクチュエータのみに接続するか、又は固定してもよい。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アライメントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分の間の空間に位置してもよい（スクライブラインアライメントマークとして周知である）。同様に、マスクＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。
【００２７】
[0043]  図示のリソグラフィ装置は、以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。
１．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに付与されたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一静的露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴがＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
２．スキャンモードでは、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに付与されるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分の（スキャン方向における）高さが決まる。
３．別のモードでは、マスクテーブルＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴを移動又はスキャンさせながら、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス放射源を使用して、基板テーブルＷＴを移動させる毎に、又はスキャン中に連続する放射パルスの間で、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に利用できる。
【００２８】
[0044]  上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。
【００２９】
[0045]  図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、基板上で露光前及び露光後プロセスを実行するための装置も含む、時にはリソセル又はクラスタとも呼ばれるリソグラフィセルＬＣの一部を形成する。従来これらは、レジスト層を堆積させるためのスピンコータＳＣ、露光レジストを現像するためのデベロッパＤＥ、冷却プレートＣＨ、及びベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラ、又はロボットＲＯは、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を受け取り、それらを異なるプロセス装置間で移動させ、その後、リソグラフィ装置のローディングベイに送達する。これらのデバイスは、しばしば集合的にトラックと呼ばれ、それ自体が監視制御システムＳＣＳによって制御されるトラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、監視制御システムＳＣＳはリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。したがって、異なる装置は、スループット及び処理効率を最大化するように動作可能である。
【００３０】
[0046]  リソグラフィ装置によって露光される基板が正しく一貫して露光されるために、後続の層間のオーバーレイエラー、ライン厚み、クリティカルディメンション（ＣＤ）などの特性を測定するために露光基板を検査することが望ましい。エラーが検出された場合、特に、同じバッチの他の基板が依然として露光されるように十分に速く迅速に検査が実行可能である場合、例えば、後続の基板の露光を調整することが可能である。また、既に露光された基板は、歩留まりを向上させるために取り去って再加工するか、又は場合によっては廃棄することが可能であり、それによって欠陥があることがわかっている基板上で露光を実行することが回避される。基板のいくつかのターゲット部分のみに欠陥がある場合、欠陥がないと見なされるターゲット部分のみで更なる露光を実行することができる。
【００３１】
[0047]  メトロロジ装置は、基板の特性、特に、異なる基板又は同じ基板の異なる層の特性が層によってどのように変化するかを、決定するために使用される。メトロロジ装置は、リソグラフィ装置ＬＡ又はリソセルＬＣに統合可能であるか、又はスタンドアロンデバイスとすることができる。最も迅速な測定を実行可能にするために、メトロロジ装置は、露光されたレジスト層内の特性を露光後すぐに測定することが望ましい。しかしながら、放射に露光されたレジストの部分と露光されていない部分との間で、屈折率の差が非常に小さいような場合、レジスト内の潜像は非常に低いコントラストを有し、すべてのメトロロジ装置が有益な潜像の測定を行うのに十分な感度を有するわけではない。したがって、通例、露光基板上で行われる第１のステップであり、レジストの露光された部分と未露光の部分との間のコントラストを増加させる、露光後ベークステップ（ＰＥＢ）の後で、測定を行うことができる。この段階で、レジスト内の像は半潜像と呼ぶことができる。レジストの露光された部分又は未露光の部分のいずれも除去されていないか、又はエッチングなどのパターン転写ステップの後の、いずれかの時点で、現像されたレジスト像の測定を行うことも可能である。後者の可能性は、欠陥のある基板の再加工の可能性を制限するが、有用な情報も提供することができる。
【００３２】
[0048]  メトロロジ装置が、図３（ａ）に示されている。ターゲットＴ、及びターゲットを照明するために使用される測定放射の回折光線が、図３（ｂ）により詳細に示されている。図示されているメトロロジ装置は、暗視野メトロロジ装置として既知のタイプである。メトロロジ装置は、スタンドアロン型デバイスであるか、あるいは、例えば測定ステーションにあるリソグラフィ装置ＬＡ又はリソグラフィセルＬＣのいずれかに組み込むことができる。装置全体にわたっていくつかの分岐を有する光軸が、破線Ｏによって表されている。この装置では、ソース１１（例えば、キセノンランプ）によって放出された光が、レンズ１２、１４及び対物レンズ１６を備える光学システムによって、ビームスプリッタ１５を介して基板Ｗ上へと誘導される。これらのレンズは、４Ｆ配置の二重シーケンスで配置される。異なるレンズ配置は、依然として基板像を検出器上へと提供し、同時に、空間周波数フィルタリングのための中間瞳面へのアクセスが可能であるという条件で、使用可能である。したがって、放射が基板上に入射する角度レンジは、ここでは（共役）瞳面と呼ばれる、基板平面の空間スペクトルを提示する平面内の空間強度分布を定義することによって、選択可能である。特にこれは、対物レンズ瞳面の後方投影像である平面内で、レンズ１２と１４との間に好適な形のアパーチャプレート１３を挿入することによって実行可能である。図示された例では、アパーチャプレート１３は１３Ｎ及び１３Ｓと標示された異なる形を有し、異なる照明モードを選択することが可能である。図３の例における照明システムは、オフアクシス照明モードを形成する。第１の照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｎは、単なる記述のために「北」と指定された方向からオフアクシスを提供する。第２の照明モードでは、同様であるが、「南」と標示された反対方向から照明を提供するために、アパーチャプレート１３Ｓが使用される。所望の照明モードの外側の不必要な光が所望の測定信号と干渉することになるため、瞳面の残余部は暗いことが望ましい。他の実施形態では、図４から図８を参照しながら下記で考察するように、１３Ｈと標示されたアパーチャプレートなどの、異なる形のアパーチャプレート１３が使用可能である。
【００３３】
[0049]  図３（ｂ）に示されるように、ターゲットＴは、対物レンズ１６の光軸Ｏに垂直な基板Ｗに配置される。基板Ｗはサポート（図示せず）によって支持することができる。軸Ｏを外れた角度からターゲットＴに当たる測定放射Ｉの光線が、ゼロ次光線（実線０）及び２本の１次光線（一点鎖線＋１及び二点鎖線−１）を生じさせる。小さなターゲットが過剰充填されると、これらの光線は、メトロロジターゲットＴ及び他のフィーチャを含む基板のエリアをカバーする多くの平行光線のうちの１つに過ぎないことに留意されたい。プレート１３内のアパーチャは（有用な量の光が入ることを許すために必要な）有限幅を有するため、入射光線Ｉは実際にはあるレンジの角度を占有し、回折光線０及び＋１／−１は幾分広がることになる。小さなターゲットの点像分布関数に従い、各次数＋１及び−１は、図示されたような単一の理想的な光線ではなく、ある角度レンジにわたって更に広がることになる。ターゲットの格子ピッチ及び照明角度は、対物レンズに入る１次光線が中央の光軸と厳密に位置合わせされるように設計又は調整可能であることに留意されたい。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示される光線は、単に図面内でより容易に区別できるようにするために、幾分オフアクシスに示されている。
【００３４】
[0050]  図３の例では、基板Ｗ上のターゲットＴによって回折された少なくとも０次及び＋１次は、対物レンズ１６によって収集され、ビームスプリッタ１５を介して戻るように誘導される。図３（ａ）に戻ると、北（Ｎ）及び南（Ｓ）と標示された正反対のアパーチャを指定することによって、第１及び第２の両方の照明モードが示されている。測定放射の入射光線Ｉが光軸の北側からのものである場合、すなわち、アパーチャプレート１３Ｎを使用する第１の照明モードが適用される場合、＋１（Ｎ）と標示された＋１回折光線が対物レンズ１６に入る。これに対して、アパーチャプレート１３Ｓを使用する第２の照明モードが適用される場合、−１回折光線（−１（Ｓ）と標示）がレンズ１６に入る。
【００３５】
[0051]  第２のビームスプリッタ１７は、回折ビームを２つの測定分岐に分ける。第１の測定分岐において、光学システム１８は、ゼロ次及び１次の回折ビームを使用して、第１のセンサ１９（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上のターゲットの回折スペクトル（瞳面像）を形成する。画像処理が次数を比較及び対比することができるように、各回折次数はセンサ上の異なるポイントに当たる。センサ１９によってキャプチャされた瞳面像は、メトロロジ装置の合焦及び／又は１次ビームの強度測定の規格化に使用可能である。瞳面像は、再構成などの多くの測定目的にも使用可能である。
【００３６】
[0052]  第２の測定分岐において、光学システム２０、２２は、センサ２３（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上にターゲットＴの像を形成する。第２の測定分岐において、瞳面と共役の平面内に開口絞り２１が提供される。開口絞り２１は、センサ２３上に形成されるターゲットの像が−１又は＋１の１次ビームからのみ形成されるように、ゼロ次回折ビームをブロックするように機能する。センサ１９及び２３によってキャプチャされた像は像を処理するプロセッサＰＵに出力され、プロセッサＰＵの機能は、実行される特定タイプの測定に依存する。「像」という用語は、本明細書では広義に使用されることに留意されたい。したがって、−１及び＋１の次数のうちの１つのみが存在する場合、格子線の像は形成されないことになる。
【００３７】
[0053]  図３に示される特定の形のアパーチャプレート１３及びフィールド絞り２１は、単なる例である。本発明の別の実施形態では、ターゲットのオンアクシス照明が使用され、実質的に１つの１次回折光のみをセンサに渡すために、オフアクシスアパーチャを伴う開口絞りが使用される。更に他の実施形態では、１次ビームの代わりに、又は１次ビームに加えて、２次、３次、及びより高次のビーム（図３には図示せず）を測定において使用することができる。
【００３８】
[0054]  測定放射をこれらの異なるタイプの測定に適合可能にするために、アパーチャプレート１３は、ディスクの周辺に形成された多くのアパーチャパターンを備えることができ、このディスクは所望のパターンを定位置に移動させるように回転する。アパーチャプレート１３Ｎ又は１３Ｓは、１つの方向（セットアップに応じてＸ又はＹ）に配向された格子を測定するためにのみ使用可能であることに留意されたい。直交格子の測定のために、９０°及び２７０°を介したターゲットの回転が実装可能である。
【００３９】
[0055]  図３（ｃ）は、既知の実施に従って基板上に形成された（複合）ターゲットを示す。本例におけるターゲットは、メトロロジ装置のメトロロジ放射照明ビームによって形成される測定シーン又は測定スポット２４内にすべてがあるように、共に接近して位置決めされた４つの格子２５ａから２５ｄを備える。したがって、４つの格子はすべて同時に照明され、センサ１９及び２３上に同時に結像される。オーバーレイの測定専用の例では、格子２５ａから２５ｄ自体が、基板Ｗ上に形成された半導体デバイスの異なる層内にパターニングされた格子を重ねることによって形成された複合格子である。格子２５ａから２５ｄは、複合格子の異なる部分が形成された層間のオーバーレイの測定を容易にするために、異なってバイアスされたオーバーレイオフセット（層間の意図的な不一致）を有することができる。こうした技法は当業者にとって周知であり、これ以上は説明しない。図に示されるように、格子２５ａから２５ｄは、入射放射をＸ及びＹ方向に回折するように、それらの配向も異なるものとすることができる。一例において、格子２５ａ及び２５ｃは、それぞれ＋ｄ、−ｄのバイアスを伴うＸ方向の格子である。格子２５ｂ及び２５ｄは、それぞれ＋ｄ、−ｄのオフセットを伴うＹ方向の格子である。これらの格子の別の像を、センサ２３によってキャプチャされる像内で識別することができる。これは、ターゲットの単なる一例である。ターゲットは４つよりも多いか又は少ない格子を含むか、又は単一の格子のみを含むことができる。
【００４０】
[0056]  図３（ｄ）は、図３（ａ）の装置内で図３（ｃ）のターゲットを使用して、センサ２３上に形成された、センサ２３によって検出可能な、像の例を示す。瞳面像センサ１９は、異なる個別の格子２５ａから２５ｄを解像することができないが、像センサ２３はそれが可能である。暗い矩形はセンサ上のイメージフィールドを表し、その内部の対応する円形エリア２６内に、基板上で照明されたスポット２４が結像される。この内部の矩形エリア２７ａから２７ｄは、小さなターゲット格子２５ａから２５ｄの像を表す。ターゲットがプロダクトエリア内に配置される場合、プロダクトフィーチャもこのイメージフィールドの周辺において可視であり得る。イメージプロセッサ及びコントローラＰＵは、格子２５ａから２５ｄの別々のイメージ２７ａから２７ｄを識別するために、パターン認識を使用してこれらの像を処理する。このようにして、像は、センサフレーム内の特定のロケーションにおいて非常に精密に位置合わせされる必要はないため、全体として、測定装置のスループットを大幅に改善する。
【００４１】
[0057]  格子の別々の像が識別されると、例えば識別エリア内で選択されたピクセル強度値を平均化又は合計することによって、それらの個別の像の強度を測定することができる。像の強度及び／又は他の特性を、互いに比較することができる。これらの結果を組み合わせて、リソグラフィプロセスの異なるパラメータを測定することができる。オーバーレイ性能は、こうしたパラメータの重要な例である。
【００４２】
[0058]  本明細書の導入部で述べたように、構造が、製造されるべきデバイスフィーチャの解像度にあるとき、ターゲット構造内のオーバーレイ及び他の非対称の測定は困難である。これは、ゼロ次よりも高い回折放射をキャプチャすることが困難なためである。例えば、図３（ａ）から図３（ｄ）に示されたタイプの配置において、＋１及び−１の回折次数のいずれか又は両方の反射の角度は、対物レンズ１６によってキャプチャされる両方について非常に高くなるか、あるいは、これらの次数はエバネッセント（非増殖型）になる。
【００４３】
[0059]  ターゲット非対称は、極端に小さいが、ゼロ次反射ビーム（すなわち、鏡面反射ビーム）に寄与する。ゼロ次反射ビームは、対物レンズ１６によって相対的に容易にキャプチャされる。高感度のゼロ次反射ビームへの非対称寄与、並びに対象となる他のパラメータを測定するために、干渉法を使用することができる。この原理に基づく実施形態を、下記で説明する。
【００４４】
[0060]  一実施形態に従い、リソグラフィプロセスによって基板上に形成された構造を測定するためのメトロロジ装置が提供される。一実施形態において、メトロロジ装置は、（瞳面内に検出器が配置される）第１の測定分岐のみが提供される場合、広義には図３のメトロロジ装置と同様である。しかしながら、検出は必ずしも瞳面内で実行されるとは限らない。他の実施形態において、検出器は、像面内に配置されるか、又は像面と瞳面との間の平面内に配置される。メトロロジ装置は、放射を構造上に合焦させ、反射後、放射を（矢印１００を介して）検出システム１０２へと誘導する、光学システム（図４及び図５を参照しながら下記で説明する）を備える。例示の検出システム１０２に関する更なる詳細は、図１３から図１７を参照しながら下記に示される。検出システム１０２が、瞳面フィールド分布内の少なくとも２つの異なるポイントからの放射間の干渉の結果として生じる、放射強度を検出するような、光学システムが構成される。干渉は、対象となるパラメータに関する情報を含む検出される放射強度の成分が、（１つ以上の他の成分に対応する、少なくとも部分的に弱め合う干渉に起因して）検出される放射強度の１つ以上の他の成分に関連して強化されるものである。光学システムは、異なるポイント間の必要な空間コヒーレンスを瞳面フィールド分布に導入することができるため、インコヒーレントな放射源を使用して機能を実装することができる。一実施形態において、検出される放射強度は、構造からのゼロ次反射から生じる。したがってこの手法は、高解像度フィーチャ（例えば、製造されるべきデバイス構造の解像度にあるフィーチャ）を測定するのに好適である。
【００４５】
[0061]  図４から図７、図１３、図１４、及び図１６を参照しながら考察する実施形態は、共通パス干渉法の形を使用して上記の機能を実装し、ビームスプリッタによって分割された光は、ビームスプリッタを２回目に通過した後に干渉される前に、異なる方向に共通パスをたどる。これらの実施形態において対象となるパラメータはオーバーレイであるが、原理は、対象となる他のパラメータに適用可能である。
【００４６】
[0062]  図４は、入力放射ビーム３４を光学ユニット４０（図５から図７に図示）に提供するための、メトロロジ装置の光学要素を示す。ソース１１（例えば、光ファイバの出力端）は、レンズ１２、１４Ａ、及び１４Ｂを備えるレンズシステムを通過する、放射ビームを提供する。レンズ１２、１４Ａ、及び１４Ｂは、図３に示されるレンズ１２及び１４に対応する。図３のレンズ１２及び１４と同様に、レンズ１２、１４Ａ、及び１４Ｂは４Ｆ配置の二重シーケンスで配置可能である。瞳面フィールド分布が形成される瞳面は、３２と標示されている。ソース（例えば、光ファイバの端部）の像が形成される像面は、３５と標示されている。瞳面３２内にアパーチャプレート１３が提供される。アパーチャプレート１３は、例えば（上から見た）挿入図１３Ｈによって示される形を取ることができる。アパーチャプレート１３は、所望の瞳面フィールド分布をビームスプリッタ４８に提供される入力放射３４に付与するものであり、下記でより詳細に説明される。入力放射３４は、任意選択として、ポラライザによって偏光することができる（例えば、線形偏光）。
【００４７】
[0063]  図６、図７、図１３、及び図１４に示されるような実施形態において、光学ユニット４０はビームスプリッタ４８を備える。ビームスプリッタ４８は、入力放射ビーム３４を第１の放射ビーム及び第２の放射ビームに分割する。光学ユニット４０は、光学システム（図５に示される）の一部であり、第１の放射ビーム及び第２の放射ビームを基板Ｗ上に誘導し、基板Ｗから反射された放射を、ビームスプリッタ４８を介して（矢印１００を介して）（例えば、１つ以上のＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサを備えることができる）検出システム１０２に誘導する。検出システム１０２は瞳面内を検出することができる。したがって検出システム１０２は、基板Ｗからの反射後、第１の放射ビーム及び第２の放射ビームの組み合わせの瞳面フィールド分布における強度を記録することができる。下記で更に詳細に説明するように、検出システム１０２は、第１の放射ビームと第２の放射ビームとの間の干渉の結果生じる放射を検出する。一実施形態において、干渉は、第１の放射ビーム及び第２の放射ビームが、ターゲット構造の対称成分からの反射についての検出ポイントにおいて、ターゲット構造の非対称成分からの反射よりも、より弱め合うように（例えば、完全に弱め合うように）干渉するものである。それによって、ターゲット構造内の非対称に関する情報を含まないバックグラウンド信号が、除去又は削減される。ターゲット構造内の非対称に関する情報を含む信号の一部は保持される。それによって、非対称が測定可能な感度は増加する。第１の放射ビームと第２の放射ビームとの間の干渉は、瞳面フィールド分布における異なるポイント間の干渉を含む。これらの実施形態において、互いに干渉し合うはずの瞳面フィールド分布におけるポイントの対は、対称の（ポイント対称についての）共通ポイント又は（ミラー対称についての）共通軸に関して対称的に配置される。瞳面フィールド分布が対称の共通ポイント又は共通軸に関して完全に対称であるとき、ポイントの対は同じ振幅を有し、それらの間に１８０度の位相シフトを適用することによって、弱め合うように干渉させることができる。したがって、対称バックグラウンド信号を効率的に除去することが可能であり、対称からの逸脱があれば高感度で検出可能である。下記で説明する図６は、瞳面フィールド分布における異なるポイントが対称的に干渉されるミラーである一例である。下記で説明する図７は、瞳面フィールド分布における異なるポイントが対称的に干渉されるポイントである一例である。
【００４８】
[0064]  一実施形態において、検出器に到達する反射した第１の放射ビーム及び反射した第２の放射ビームは、基板Ｗ上のターゲット構造からのゼロ次反射から生じる。したがって、この手法は、高解像度フィーチャ（例えば、製造されるべきデバイス構造の解像度にあるフィーチャ）の測定に適している。
【００４９】
[0065]  図４から図７、図１３、図１４、及び図１６の実施形態において、光学システム６０は、第１の放射ビーム及び第２の放射ビームが、第１の分岐６１及び第２の分岐６２を備える共通光路の周辺で反対方向に伝搬するものである。図示された実施形態において、第１の分岐６１及び第２の分岐６２は共通の光学要素（例えば、レンズ４２Ａ、４２Ｂ、及び４４）を有するが、放射は各分岐内のこれらの共通光学要素の異なる部分を介して伝搬する。共通光路は、第１の放射ビームの光軌道及び第２の放射ビームの光軌道が互いに（エンジニアリング閾値内で）重畳可能であるという意味で共通である。共通光路における第１の放射ビーム及び第２の放射ビームの光軌道間の唯一の違いは、第１の放射ビーム及び第２の放射ビームが反対方向に移動することである。共通光路は閉光路である。第１の放射ビームは、第１の分岐６１に沿ってビームスプリッタ４８から基板Ｗへと（図示された例では下方へと）伝搬し、第２の分岐６２に沿って基板Ｗからビームスプリッタ４８へと（図示された例では上方へと）戻る。第２の放射ビームは、第２の分岐６２に沿ってビームスプリッタ４８から基板Ｗへと（図示された例では下方へと）伝搬し、第１の分岐６１に沿って基板Ｗからビームスプリッタ４８へと（図示された例では上方へと）戻る。第１の放射ビーム及び第２の放射ビームは基板上の同じロケーション上に合焦され、基板Ｗ上に像（例えば、ソース１１の像）を形成する。検出器３８における第１の放射ビームと第２の放射ビームとの間の弱め合う干渉を（位相シフトが適用されない場合と比べて）増加させるために、第２の放射ビームに対する位相シフトが第１の放射ビームに適用される。一実施形態において、位相シフトは、第２の放射ビームの断面全体に対して第１の放射ビームの断面全体に均一に適用される。特定の１つのクラスの実施形態において、位相シフトは１８０度に等しい。位相シフトは、対象となるパラメータ（例えば、オーバーレイ）に関する情報を含む検出される放射強度の成分を、検出される放射強度の１つ以上の他の成分に比べて、干渉によって強化させるようなものである。
【００５０】
[0066]  第１の放射ビーム及び第２の放射ビームの共通光路に起因して、第１の放射ビーム及び第２の放射ビームが反射されるターゲット構造が完全に対称（例えば、ポイント対称又はミラー対称）である場合、検出システム１０２において、適用される位相差が１８０度の場合、瞳面フィールド分布におけるすべてのポイントについて完全な弱め合う干渉を達成することができる。例えばオーバーレイに起因して、ターゲット構造内のいずれの非対称も、不完全な弱め合う干渉を生じさせることになる。不完全な弱め合う干渉は、非対称の測定を取得するために使用可能な、検出システム１０２における信号を提供する。したがって干渉法は、望まないバックグラウンド信号を除去し、非対称が測定可能な感度を向上させる。
【００５１】
[0067]  バックグラウンドが除去可能な範囲は、ビームスプリッタ４８及び／又は光学欠陥などの光学要素のアライメント確度に依存することになる。欠陥アライメントは、（相互に正確に重なっていないか、又は正確に同じ方向に伝搬していない、第１の放射ビーム及び第２の放射ビームから反射されるビームに起因した）フリンジにつながることになる。欠陥光学系は、例えばビームスプリッタ４８が正確に５０／５０のビーム分割を提供しない場合、不完全なバックグラウンド抑制につながることになる。
【００５２】
[0068]  図５の例では、第１の放射ビーム及び第２の放射ビームはどちらも、レンズ４２Ａ、４２Ｂ、及び４４によって基板Ｗ上に合焦される。レンズ４２Ａと４２Ｂとの間の像面は３４と標示される。基板Ｗも像面内に位置決めされる。レンズ４２Ｂと４４との間の瞳面は３２と標示される。第１の放射ビーム及び第２の放射ビームから反射される放射は、レンズ１８Ａ及び１８Ｂを介してビームスプリッタ４８を２回通過した後、検出器３８に誘導される。レンズ１８Ａと１８Ｂとの間の像面は３４と標示される。
【００５３】
[0069]  一実施形態において、第１の放射ビーム及び第２の放射ビームは基板Ｗ上に対称的に誘導される。対称は結果として、基板Ｗからの第１の放射ビーム及び第２の放射ビームの反射の前に、（第１の放射ビームの瞳面フィールド分布と同じ平面内にある）第２の放射ビームの瞳面フィールド分布に関してミラー対称又はポイント対称の、第１の放射ビームの瞳面フィールド分布を生じさせることができる。光学システムは、第１の放射ビームからの像及び第２の放射ビームからの像が、それぞれ、互いにミラー対称又はポイント対称である瞳面フィールド分布を有する放射によって形成されるように、第１の分岐又は第２の分岐内を伝搬する放射の瞳面フィールド分布の少なくとも１つのフリップ又は回転を実行する。
【００５４】
[0070]  図６の例において、第１の放射ビームからの像及び第２の放射ビームからの像が、それぞれ、互いに関してミラー対称な瞳面フィールド分布を有する放射によって形成されるように、第１の分岐内を伝搬する放射の瞳面フィールド分布がフリップ（反射）される。このタイプの実施形態において、瞳面フィールド分布のフリップによって導入される追加の光路長を補償するために、光路長補償器５０を提供することができる。図６の特定の例では、瞳面は、第１の分岐６１内の瞳面フィールド分布修正ユニット４６によってフリップされる。その後、光路長補償器５０は第２の分岐６２内に位置決めされる。
【００５５】
[0071]  瞳面フィールド分布修正ユニット４６は様々な手法で実装可能である。図示された構成において、放射の方向を（水平から下方へ）変更し、及び、瞳面フィールド分布をフリップする、所望の機能を達成する、光学要素の任意の組み合わせが使用可能である。機能は、例えば、２つの適切に配向されたミラー又はペンタプリズムを使用して実装可能である。
【００５６】
[0072]  光路長補償器５０は、様々な手法で実装可能である。ビームスプリッタ４８から基板Ｗ上のターゲット構造への光路長を、（瞳面フィールド分布修正ユニット４６を介する迂回を補償することによって）第１の放射ビーム及び第２の放射ビームについて同じにする、所望の機能を達成する、光学要素の任意の組み合わせが使用可能である。これは、ターゲット構造が像面内にあり、したがって合焦している（ターゲット構造の最適な測定を可能にする）ことを保証するために必要である。図６の特定の例では、光路長補償器５０は４つのミラーを備える。光路長補償器５０は、代替として、直角プリズム、又は直角プリズムとミラーとの組み合わせを使用して、実装可能である。光路長補償器５０は、固定する（例えば、瞳面フィールド分布修正ユニット４６に完全に一致させる）か、又は、（柔軟性のために）長さを調節可能とすることができる。原則として、ガラスの板（屈折率が高いため）を使用することができる。
【００５７】
[0073]  図７は、第１の放射ビーム及び第２の放射ビームを基板Ｗ上に対称的に誘導する、代替の実装を示す。ミラー対称が達成される図６の実施形態とは対照的に、図７の配置は、結果として、基板Ｗからの第１の放射ビーム及び第２の放射ビームの反射の前に、第２の放射ビームの瞳面フィールド分布に関してポイント対称の、第１の放射ビームの瞳面フィールド分布を生じさせる。図７の例では、これは、第１の分岐６１内に追加のフリップ（ミラー反射）を付加するために、図６の配置を修正することによって達成される。図示された例では、追加のフリップはダブプリズム８０によって実装される。代替実施形態では、追加のフリップは、例えば光路長補償器５０のミラーのうちの１つの代わりに、ルーフトップアミチプリズムを使用して実装される。代替として、追加のフリップは第２の分岐６２内に提供される。代替として、例えば、分岐のうちの１つにおける−９０度回転、及び、他方の分岐における＋９０度回転を実装することによる、瞳面フィールド分布の回転によって、効果が達成可能である。ポイント対称は、ターゲットと相互作用した反対方向からの干渉光ビームに対応するため、望ましい。これは、ターゲット自体の対称が、瞳面フィールド分布内のミラー対称が適切であり得ることを意味する、位置合わせされた格子ターゲットには必要ない場合がある。しかしながら、オーバーレイターゲットが位置合わせされていないとき、又は、プロダクトフィーチャを測定することが望ましいとき、瞳面フィールド分布がポイント対称であることを保証するために、図７のような実施形態を使用することが必要な場合がある。
【００５８】
[0074]  ビームスプリッタ４８は、様々な手法で実装可能である。図示された例では、プレートビームスプリッタが使用される。他の実施形態では、キューブビームスプリッタ又はペリクルビームスプリッタが使用される。最大の弱め合う干渉の場合、５０／５０ビームスプリッタが好ましい。
【００５９】
[0075]  オーバーレイのみなど、非対称のみを測定するとき、通常は１８０度の位相シフトが使用されることになる。しかしながら、別の位相シフトを使用することは、バックグラウンド信号の不完全な抑制を意味することになる。これは、バックグラウンド信号から情報を取得することが望ましい場合に有益であり得る。例えば、ターゲットの対称特性（例えば、クリティカルディメンション）に関する情報が取得可能である。一実施形態において、メトロロジ装置は、位相シフトが選択的に制御可能なように構成される。したがって、バックグラウンドのレベルが所望に応じて調節可能であるか、又は、測定が主に非対称特性に敏感なモードと主に対称特性に敏感なモードとの間で切り替え可能である。一実施形態において、位相シフトは、少なくとも一時的に１８０度に近いが、正確に１８０度ではない（例えば、１８０度プラスマイナス１度、任意選択で２度、任意選択で５度、任意選択度で１０度、任意選択で２０度のシフト）ように配置される。位相シフトの制御は、例えばビームスプリッタ４８の好適な適合によって実装可能である。
【００６０】
[0076]  代替又は追加として、対称特性の測定は、ビームスプリッタ４８を選択的に除去するため、又は、ビームスプリッタを２面ミラーなどの異なるコンポーネントに選択的に置き換えるために、装置を提供することによって達成可能である。代替又は追加として、ビームスプリッタ４８は、５０／５０以外の割合のビーム分割を有する（結果として、ターゲット構造の対称成分に関して不完全な弱め合う干渉を生じさせることになる）ように構成可能である。
【００６１】
[0077]  図６及び図７の実施形態において、反射された第１の放射ビームと反射された第２の放射ビームとの間に、２つのビームが反射されるか又はビームスプリッタを介して透過される２つの異なる手法によって、１８０度の位相シフトが提供される。図示された特定の例では、第１の放射ビームは、ビームスプリッタ４８の一方の側（左側）からの反射によって出力され、共通光路の周辺を伝搬した後、ビームスプリッタ４８の反対側（右側）からの反射によって検出器３８へと誘導される。これには、２つの反射（１つは内部、１つは外部）が含まれる。これに対して第２の放射ビームは、ビームスプリッタ４８を介する透過によって出力され、共通光路の周辺を伝搬した後、ビームスプリッタ４８を介した２回目の透過によって検出器３８へと誘導される。したがって、光路長が同じ場合、ビームスプリッタからの１つの外部反射によって導入される１８０度の位相シフトは、２つの放射ビーム間に所望の１８０度の位相シフトを提供する。
【００６２】
[0078]  一実施形態において、ビームスプリッタ４８への入力放射３４は、瞳面フィールド分布の第２の領域のみを残すために瞳面フィールド分布の第１の領域が除去されている、瞳面フィールド分布を備える。図４から図７、図１３、図１４、及び図１６の実施形態において、第１の領域はアパーチャプレート１３Ｈによって除去される。一実施形態において、第１の領域及び第２の領域は反対向きの半円である。この手法は、最大の割合の放射が基板Ｗの対称照明に寄与できるようにするため、望ましい。レンズ４４では、全円の瞳面フィールド分布が提供される。半分は第１の放射ビームによって提供され、他方の半分は第２の放射ビームによって提供される。このタイプの実施形態では、瞳面フィールド分布のフリップは、瞳面の第１の領域の半円の直線エッジに関する反射（図６）、及び／又は、瞳面の第１の領域の半円のミラー対称の線に関する反射（図７）を含むことができる。
【００６３】
[0079]  図６は、光学ユニット４０への入力放射３４の入力と、基板Ｗからの反射後の放射ビームの光学ユニット４０からの出力と、の間の光路内の様々なポイントにおける瞳面フィールド分布を示す。光学ユニット４０への入口ポイントにおける入力放射３４の瞳面フィールド分布は、（上から見た場合）７０と標示される。矢印は放射の伝搬方向（この場合、下方）を示す。図面内には、図内の光学システムを介した瞳面フィールド分布の配向を視覚的に追跡するのを容易にするために、瞳面フィールド分布の参照部分を識別するための、円形、四角形、及び三角形が提供される（それらは、実際の瞳面フィールド分布内には存在しない）。
【００６４】
[0080]  上述のように、入力放射３４は、ビームスプリッタによって第１の放射ビーム及び第２の放射ビームに分割される。
【００６５】
[0081]  第１の放射ビームは第１の分岐６１をたどり、瞳面フィールド分布修正ユニット４６を通過した後、光学ユニット４０から下方へ出る。この段階での瞳面フィールド分布は、（上から見た場合）７１Ａと標示される。図を見るとわかるように、瞳面フィールド分布７１Ａは、瞳面フィールド分布７０のミラー像である。ミラー対称の軸は、半円の直線エッジである。第１の放射ビームは光学ユニット４０と基板Ｗとの間の光学系（第１の分岐６１の残りの部分）を通過して、基板Ｗ上に像を形成する。その後、第１の放射ビームは基板Ｗから反射され、第２の分岐６２に沿って上方へと伝搬する。反射された第１の放射ビームは、基板Ｗと光学ユニット４０との間の光学系を通過する。光学ユニットへの入口での反射された第１の放射ビームの瞳面フィールド分布は、（上から見た場合）７１Ｂと標示される。光学ユニット４０と基板Ｗとの間の光学系は、瞳面フィールド分布７１Ｂを提供するためのポイント対称法における瞳面フィールド分布７１Ａの再配置につながる。反射された第１の放射ビームは光路長補償器５０を上方へと通過し、ビームスプリッタ４８からの反射された後、光学ユニット４０から出力される。この（左から水平に見た）段階での瞳面フィールド分布は、７１Ｃと標示される。
【００６６】
[0082]  第２の放射ビームは、共通光路の周辺を第１の放射ビームとは反対方向に伝搬する。ビームスプリッタ４８を介した伝搬及び光路長補償器５０を介した伝搬の後の、第２の放射ビームの瞳面フィールド分布は、（上から見た場合）７２Ａと標示される。瞳面フィールド分布７２Ａは、瞳面フィールド分布７０と同一である。第２の放射ビームは、光学ユニット４０と基板Ｗとの間の光学系（第２の分岐６２の残りの部分）を通過して、基板Ｗ上に像を形成する。その後、第２の放射ビームは基板Ｗから反射され、第１の分岐６１に沿って上方へと伝搬する。反射された第２の放射ビームは、基板Ｗと光学ユニット４０との間の光学系を通過する。光学ユニット４０への入口での反射された第２の放射ビームの瞳面フィールド分布は、（上から見た場合）７２Ｂと標示される。光学ユニット４０と基板Ｗとの間の光学系は、瞳面フィールド分布７２Ｂを提供するためのポイント対称法における瞳面フィールド分布７２Ａの再配置につながる。反射された第２の放射ビームは瞳面フィールド分布修正ユニット４６を通過し、ビームスプリッタ４８を介した２回目の透過の後、光学ユニット４０から出力される。この（左から水平に見た）段階での瞳面フィールド分布は、７２Ｃと標示される。
【００６７】
[0083]  図７は、図６と同じポイントでの瞳面フィールド分布を示す。上記で考察した追加のフリップは、瞳面フィールド分布７１Ａを、瞳面フィールド分布７２Ａに関してミラー対称ではなくポイント対称にする。
【００６８】
[0084]  瞳面フィールド分布７１Ｃ及び７２Ｃは同じ配向を有し、互いに正確に（エンジニアリング閾値の範囲内で）重なる。これによって、図６及び図７内の７１Ｂ及び７２Ｂの組み合わせによって定義される瞳面フィールド分布内で、互いに関してミラー対称又はポイント対称であるポイントの対から生じる放射を干渉させる。その後、対応する放射強度を検出システム１０２で検出することができる。図６及び図７の概略図において、７１Ｂ及び７２Ｂの２つの三角形が干渉し、７１Ｂ及び７２Ｂの２つの四角形が干渉し、７１Ｂ及び７２Ｂの２つの円形が干渉することになる。瞳面フィールド分布７１Ｂ及び７２Ｂが互いに正確に同じである場合（ターゲット構造がいかなる非対称も誘起しないため）、弱め合う干渉は瞳面フィールド分布全体を暗くすることになる。半分の瞳の２つのコピーが空間的に重複するため、瞳全体にわたって空間コヒーレンスを有する必要はない。上記で考察したように、瞳面フィールド分布内に非対称があれば不完全な弱め合う干渉を生じさせることになり、それによって明るい領域が提供される。明るい領域は検出システム１０２によって検出され、ターゲット構造内の非対称に関する情報を提供することができる。
【００６９】
[0085]  代替の実施形態において、光学瞳対称化（ＯＰＳ）システムを使用して、ターゲット構造の対称成分からの反射に対して弱め合う干渉を提供し、ターゲット構造の非対称成分（オーバーレイなど）からの反射に対して強め合う干渉を提供する、メトロロジ装置が提供される。ＯＰＳシステムを実装する方法の詳細は、国際出願第ＷＯ２０１６／０９６３１０Ａ１号に提供されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００７０】
[0086]  一実施形態において、図４の構成は瞳面フィールド分布の第１の領域を除去するためのアパーチャプレート１３Ｈを備えなくてもよいという点、及び光学ユニット４０は図８に示されるように構成されるという点を除いて、図４から図５を参照しながら上記で説明したメトロロジ装置が提供される。図８の光学ユニット４０は、ＯＰＳシステムを備える。光学ユニット４０は、放射ビーム３４を第１の放射ビーム及び第２の放射ビームに分割する、第１のビームスプリッタ８３を備える。光学ユニット４０は、第１の放射ビーム及び第２の放射ビームを再結合する、第２のビームスプリッタ８４を更に備える。第１の放射ビームは、第１のビームスプリッタ８３と第２のビームスプリッタ８４との間を、第１の光分岐８１に沿って伝搬する。第２の放射ビームは、第１のビームスプリッタ８３と第２のビームスプリッタ８４との間を、第２の光分岐８２に沿って伝搬する。第１の光分岐８１及び第２の光分岐８２は、第１の放射ビームのフィールド分布を、第２の放射ビームのフィールド分布に関連して２本の直交軸の周りでフリップ又は回転させる。図８の例では、第１の放射ビームは、第１の分岐８１内の第１の軸の周りで、第１のダブプリズム８５を使用してフリップされる。第２の放射ビームは、第２の分岐８２内の、第１の軸に垂直な第２の軸の周りで、第２のダブプリズム８６を使用してフリップされる。代替の実装では、第１の分岐内で第１の放射ビームを−９０度回転させ、第２の分岐内で第２の放射ビームを＋９０度回転される、光学要素が提供される。第１の光分岐８１に沿った光路長は、第２の光分岐８２に沿った光路長に等しい。
【００７１】
[0087]  放射ビームは、第１のビームスプリッタ８３及び第２のビームスプリッタ８４を通過した後、（例えば、図５に示されるように構成可能な光学システム６０を介して）ターゲット構造から反射される。構造上に合焦される放射ビームの瞳面フィールド分布は、ポイント対称である。次いで放射ビームは、ターゲット構造からの（反対方向の）反射の後、追加として、第１のビームスプリッタ８３及び第２のビームスプリッタ８４を通過する。その結果として、ターゲット構造の対称成分からの反射に対して弱め合うように干渉し、ターゲット構造の非対称成分からの反射に対して強め合うように干渉する、第１の放射ビーム及び第２の放射ビームによって、第１のビームスプリッタ８３からの第１の出力８７が形成される。したがって第１の出力８７は、対象となるパラメータ（例えば、オーバーレイ）に関する情報を含む検出される放射強度の成分が、１つ以上の他の成分（例えば、対称成分）に関連して強化されるものである。
【００７２】
[0088]  放射は、１）第１の光分岐８１を介してターゲット構造へ、及び第２の光分岐８２を介して第１のビームスプリッタ８３へ戻る、２）第２の光分岐８２を介してターゲット構造へ、及び第１の光分岐８１を介して第１のビームスプリッタ８３へ戻る、３）第１の光分岐８１を介してターゲット構造へ、及び第１の光分岐８２を介して第１のビームスプリッタ８３へ戻る、並びに、４）第２の光分岐８２を介してターゲット構造へ、及び第２の光分岐８２を介して第１のビームスプリッタ８３へ戻る、という、４つの異なるルートを介して、図８のＯＰＳシステムを介して伝搬可能である。ルート１及び２は、共に、図４から図７を参照しながら考察した、共通パス干渉法実施形態と同様である。ルート３及び４は、共に、二重マッハツェンダー干渉計に似ているものと見なされる。どちらのルートの対も、ターゲット構造の対称成分からの反射について１８０度の位相差を提供し、それによって弱め合う干渉につながる。非対称成分は強め合うように干渉し、それによって、第１の出力８７を介して検出された信号に寄与することができる。
【００７３】
[0089]  図９は、放射ビームがターゲット構造からの反射後のみ通過する（及び反射前は通過しない）ように、図８のＯＰＳシステムが位置決めされる、代替実施形態を示す。このタイプの実施形態では、構造上に入射する放射内に空間コヒーレンスを導入するために他の配置が提供可能、及び／又は、ソース１１が空間的にコヒーレントな放射を出力するように構成可能である。この場合のメトロロジ装置は、図４の構成は瞳面フィールド分布の第１の領域を除去するためのアパーチャプレート１３Ｈを備えなくてもよいという点、図５の光学ユニット４０は単一のビームスプリッタからなるという点、及び、図９のＯＰＳシステムは図５に示されるレンズ１８Ｂの後に提供されるという点を除いて、図４から図５を参照しながら上記で述べた通りである。この実施形態では、第１の検出器３８Ａは、第２のビームスプリッタ８４の第１の出力８７から放射出力を検出する。第２の検出器３８Ｂは、第２のビームスプリッタ８４の第２の出力８８から放射出力を検出する。この場合、ＯＰＳシステムは、マッハツェンダー干渉計の原理に従って動作する。第１の光分岐８１及び第２の光分岐８２におけるパス長が等しいとき、第１の出力８７は弱め合う干渉に起因して暗くなり、第２の出力８８は強め合う干渉に起因して明るくなる。図８の実施形態と同様に、ダブプリズム８５及び８６は、瞳の２つのコピーが干渉するときにポイント対称であるように、第１の放射ビーム及び第２の放射のフィールド分布をフリップする。第１の検出器３８Ａにおいて、光は弱め合うように干渉され、（ターゲット構造の非対称成分からの反射から）非対称信号のみが残される。これにより、対象となるパラメータ（例えば、オーバーレイ）に関する情報を含む検出される放射強度の成分が、他の成分に対して強化される。第２の検出器３８Ｂにおいて、光は強め合うように干渉される。これにより、第２の検出器３８Ｂは、対象となるパラメータ（例えば、オーバーレイ）に関する情報を含む成分が他の成分に対して抑制される、放射強度を検出することができる。したがって第２の検出器３８Ｂは、例えば瞳の対称部分を測定するために使用可能である。
【００７４】
[0090]  図６から図９を参照しながら上記で説明した干渉法システムは、完全に均衡が取れており、測定される放射強度は、ターゲット非対称（例えば、オーバーレイ）の関数として概ねコサイン曲線をたどる。コサイン曲線の対称とは、強度の単一の値のみが取得される場合、検出される非対称の符号が不明瞭であることを意味する。第１の符号を伴う所与の大きさの非対称（例えば、＋Ｘ方向のオーバーレイ）は、反対の符号を伴う同じ大きさの非対称（例えば、−Ｘ方向のオーバーレイ）と同じ強度を生じさせることになる。この問題に対処するための手法の１つは、非ゼロの名目上の非対称を伴うメトロロジターゲット、例えば、オーバーレイバイアスを有するメトロロジターゲットを使用することである。この手法は、特別なメトロロジターゲットを必要とし、相対的に柔軟性がなく、どれだけ多くの追加の情報が提供されるかに関して制限されている。放射の光学特徴におけるオフセットを適用することによって柔軟性が高まる代替の手法を、下記で説明する。
【００７５】
[0091]  一実施形態において、光学システムは、ターゲット構造からの反射の前及び／又は後の放射に、光学特徴の複数の異なるオフセットを適用するように構成される。異なるオフセットは、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射に関連して、瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射に、対応する複数の異なるオフセットが提供されるように適用される。瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射と、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射との間の干渉の結果として生じる、対応する複数の放射強度を検出する、検出システム１０２が提供される。各放射強度は、複数の異なるオフセットのうちの異なる１つに対応する。瞳面フィールド分布内の第１と第２のポイントの複数の異なる対から反射される放射間の干渉の結果として生じる放射強度のセットを、検出することができる。放射強度の各セットは、複数の異なるオフセットの各々についての放射強度を備える。一実施形態において、ポイントの各対は、ミラー対称の同じラインに関して互いにミラー対称的に位置決めされるか、又は、同じ対称ポイントに関して互いにポイント対称的に位置決めされる。一実施形態において、複数の異なるオフセットに対応する複数の放射強度のうちの少なくとも２つは、（例えば、図１３から図１５を参照しながら下記で考察するように）同じ測定分岐内の異なる時点で測定される。この手法は、コンパクトな装置を使用して複数のオフセットでの測定を実行可能にする。別の実施形態において、複数の異なるオフセットに対応する複数の放射強度のうちの少なくとも２つが、（例えば、図１６及び図１７を参照しながら下記で考察するように）異なる測定分岐内で同時に測定される。この手法は、複数のオフセットでの測定を迅速に実行可能にする。
【００７６】
[0092]  手法は、瞳面フィールド分布内の異なるポイントからの放射が、（図６及び図７のような）共通パス干渉法ベースアーキテクチャ、及び（図８及び図９のような）ＯＰＳベースアーキテクチャを使用して干渉される実施形態を含む、上記で考察した実施形態のうちのいずれかに適用可能である。１つのクラスの実施形態において、異なるオフセットは位相における異なるオフセットを含む。別のクラスの実施形態において、異なるオフセットは振幅における異なるオフセットを含む。更に別のクラスの実施形態において、異なるオフセットは振幅及び位相のオフセットの組み合わせを含む。
【００７７】
[0093]  上記で詳細に考察したように、瞳面フィールド分布内の異なるポイントからの放射間の干渉は、対象となるパラメータに関する情報を含む検出される放射強度の成分が、検出される放射強度の１つ以上の他の成分に関連して強化されるようなものとすることができる。本質的に、干渉は、１つ以上の他の成分からの寄与を、弱め合う干渉によって少なくとも部分的に打ち消す。２つの異なるポイントからの放射間の位相又は振幅においてオフセットを適用することによって、打ち消しが発生する範囲を調整する。図１０は、干渉によって生成された検出される強度Ｉが、３つの異なるオーバーレイ値について適用される位相バイアスθの関数としてどのように変動するかの予測を示す。曲線１１１はゼロオーバーレイに対応し、曲線１１２は正のオーバーレイに対応し、曲線１１３は負のオーバーレイに対応する。曲線１１１〜１１３の各々は、時間的コヒーレンスの制限に起因して、より大きなバイアスについての減衰を伴う形、ｃｏｓ（π＋ｂｉａｓ）を取る。ターゲット構造における非対称（例えば、オーバーレイ）に起因した位相非対称が、曲線を左又は右へシフトさせる。シフトの大きさが、ターゲット構造における非対称の大きさに関する情報を提供する。シフトの方向が、ターゲット構造における非対称の符号に関する情報を提供する。図示された特定の例において、正のオーバーレイは曲線を左へシフトし（曲線１１２）、負のオーバーレイは曲線を右へシフトする（曲線１１３）。
【００７８】
[0094]  異なる位相バイアスにおいて干渉強度の複数の測定を行うことで、曲線への適合を可能にする。６つのこうした測定の例示の線図が、図１１に示されている。これらのポイントに曲線を適合することで、ターゲット構造のオーバーレイが、図１０の曲線１１２に最も近接に一致することが示される。したがって、ターゲット非対称の大きさ及び符号の両方を高い確度で取得することができる。適用された振幅及び／又は位相オフセットに対して理論的に生成される干渉強度の曲線に正確に一致させる能力が、複数の適用されたオフセットを使用せずに可能となるよりも詳細な、分析されるターゲット構造に関する情報を、より一般的に決定するための基準を提供する。
【００７９】
[0095]  一実施形態において、異なるオフセットは、第１の方向の少なくとも１つのオフセット（例えば、２つのポイントのうちの第２のポイントに関連する干渉に寄与する２つのポイントのうちの第１のポイントからの放射の振幅を増加させること、又は、第２のポイントに関連する第１のポイントからの放射の位相角度を増加させること）、及び、第１の方向とは反対の、第２の方向の少なくとも１つのオフセット（例えば、第１のポイントからの放射の振幅を第２のポイントに関連して減少させること、又は、第１のポイントからの放射の位相角度を第２のポイントに関連して減少させること）を含む。一実施形態において、２つのオフセットは互いにサイズは等しいが、符号は逆である。この手法によって、必要なオフセットを最低２つに抑えて、オフセットに対する強度の曲線の導関数が正確に取得できるようになる。図１２は、ポイント１１４及び１１５において２回の測定が実行された、例示の手法を示す。直線１１６を２つのポイントに適合することで、測定されるターゲット構造が曲線１１２（すなわち、正のオーバーレイ）に対応するターゲット構造に最も近接に似ていることを識別する、ゼロオフセットでの曲線の導関数の推定を生み出す。導関数は、負のオーバーレイ（曲線１１３）について反対の符号を有することになり、それによって、ターゲット構造内の検出される非対称（この場合はオーバーレイ）の符号の感度の高い測定が提供される。導関数は、非対称（例えば、オーバーレイ）の大きさに関する情報も提供する。より大きな導関数は、より大きな非対称（例えば、オーバーレイ）に対応する。
【００８０】
[0096]  異なるオフセットを様々な方法で適用することができる。いくつかの例を下記で説明する。
【００８１】
[0097]  １つのクラスの実施形態において、異なるオフセットは、偏光依存光学要素１３１によって少なくとも部分的に定義される。偏光依存光学要素１３１は、放射の偏光に基づいて、偏光依存光学要素１３１を通過する放射の振幅又は位相を修正する。こうした実施形態において、瞳面フィールド分布の第１のポイントからの放射、又はこの第１のポイントを形成する放射は、瞳面フィールド分布の第２のポイントからの放射、又はこの第２のポイントを形成する放射とは異なる偏光を伴う偏光依存光学要素１３１を通過する。したがって偏光依存光学要素１３１は、第１のポイントからの放射を、第２のポイントからの放射とは異なるように修正し、それによって望ましいオフセットを適用することができる。
【００８２】
[0098]  図１３は、図６の光学ユニット４０が第１の分岐６１内の偏光依存光学要素１３１を含むように修正される、例示の実装を示す。偏光依存光学要素１３１は、代替として第２の分岐６２内に位置決めすることができる。ターゲット構造が放射の偏光を（例えば、格子からの）反射時に少なくとも部分的に変換し、対象となるパラメータに関する情報がこの偏光変換の方向依存性に含まれる場合、図１３のループの周りを時計回りに（すなわち、第２の分岐６２を下に、及び第１の分岐６１を上に）伝搬する放射の偏光特性が、偏光依存光学要素１３１において、反時計回りに（すなわち、第１の分岐６１を下に、及び第２の分岐６２を上に）伝搬する放射の偏光特性とは潜在的に異なるため、偏光依存光学要素１３１はオフセットを適用することができる。これは、時計回りの放射は、ターゲット構造からの反射の後、偏光依存光学要素１３１に遭遇するが、反時計回りの放射は、ターゲット構造からの反射の前に、偏光依存光学要素１３１に遭遇するためである。例として、入力放射３４が単にＸ偏光であるとき、Ｙ偏光放射は、（ターゲット構造の偏光変換特性に起因して）反射放射内にのみ存在することになる。偏光依存光学要素１３１が、Ｘ偏光放射に関連してＹ偏光を遅らせる場合、これは、（Ｙ偏光が存在する）反射後に偏光依存光学要素１３１に遭遇する、時計回りに進行する放射のみに影響を及ぼすことになる。反時計回りに進行する放射は、Ｙ偏光が存在しない、したがって遅れない場合、ターゲットからの反射の前に偏光依存光学要素１３１のみを通過する。これは、時計回り及び反時計回りの伝搬方向における放射間のオフセットにつながる。瞳面フィールド分布が干渉を発生させるために引き続いて重畳される場合（図６及び図７の７１Ｃ及び７２Ｃを参照）、適用されるオフセットは、瞳面フィールド分布の第１のポイントから（例えば、反時計回りの放射によって提供される、ターゲット構造上に入射する放射を定義する、７１Ａと標示される瞳面フィールド分布の一部におけるポイントから）導出される反射放射に、瞳面フィールド分布の第２のポイントから（例えば、時計回りの放射によって提供される、７１Ａと標示される瞳面フィールド分布の一部における上述のポイントと対称的に反対の、７２Ａと標示される瞳面フィールド分布の一部におけるポイントから）導出される反射放射に関連して提供される、光学特性（位相又は振幅）のオフセットを続行する。オフセットが位相におけるオフセットを含む場合、偏光依存光学要素１３１は、上記の例のように位相差板を備えることができる。オフセットが振幅におけるオフセットを含む場合、偏光依存光学要素１３１は、ダイアテニュエータ（線形ダイクロイック光学系、偏光依存損失光学系、又は弱ポラライザとしても既知である）を備えることができる。
【００８３】
[0099]  一実施形態において、位相差板は可変位相差板である。可変位相差板を使用することで、複数の異なる位相オフセットを適用するために、位相オフセットを容易に微細に調節すること、及び／又は、実質的に異なる値に効率的に変更することが可能になる。可変位相差板は、ソレイユバビネ補償器、又はポッケルスセルを備えることができる。ポッケルスセルは、ナノ秒の時間スケールで制御可能である。第１の分岐６１及び／又は第２の分岐６２内に位置決めされた偏光依存光学要素１３１の使用は、部品を移動させる必要がないことに起因して、アライメントへの影響を最小限にして実装可能である。
【００８４】
[00100]  Ｘ偏光入力の特定の例において、ポラライザ１２０を通過後、時計回りパスＸ偏光出力Ｘｏｕｔ及びＹ偏光出力Ｙｏｕｔが、下記のように与えられる（等式の右側での寄与は、右から左の順に以下の通りである。入力、ビームスプリッタ４８、ターゲット構造、偏光依存光学要素１３１内の位相差板、偏光依存光学要素１３１内のダイアテニュエータ、ビームスプリッタ４８、ポラライザ１２０）。
【００８５】
[00101]  
【数１】
2021501309.tif 000003
【００８６】
[00102]  
【数２】
2021501309.tif 000004
【００８７】
[00103]  ポラライザ１２０を通過後、反時計回りパスからの出力は、下記のように与えられる（等式の右側での寄与は、右から左の順に以下の通りである。入力、ビームスプリッタ４８、偏光依存光学要素１３１内のダイアテニュエータ、偏光依存光学要素１３１内の位相差板、ターゲット構造、ビームスプリッタ４８、ポラライザ１２０）。
【００８８】
[00104]  
【数３】
2021501309.tif 000005
【００８９】
[00105]  
【数４】
2021501309.tif 000006
【００９０】
[00106]  再結合された放射の干渉からの強度は、下記のように与えられる。
【００９１】
[00107]  
【数５】
2021501309.tif 000007
【００９２】
[00108]  上記で考察した実施形態において、ビームスプリッタ４８は非偏光ビームスプリッタであった。これは、いくつかの実施形態において、対象となる非対称（例えば、オーバーレイに起因する非対称）が通常は、
【数６】
2021501309.tif 000008
と
【数７】
2021501309.tif 000009
との間、又は
【数８】
2021501309.tif 000010
と
【数９】
2021501309.tif 000011
との間で、非対称（すなわち、瞳面フィールド分布内の反対の位置、−ｋ及び＋ｋからの反射間の非対称であり、両方の反射について、ＸからＹ又はＹからＸへの偏光内に同じ変化を含む）であるため、適切であり得る。図６及び図７に示したような配置において、ビームスプリッタ４８を偏光ビームスプリッタに置き換えることで、通常は、
【数１０】
2021501309.tif 000012
対
【数１１】
2021501309.tif 000013
又は
【数１２】
2021501309.tif 000014
対
【数１３】
2021501309.tif 000015
の測定につながり、相反／時間反転の理由に起因するオーバーレイに起因して、非対称に敏感でなくなる。
【００９３】
[00109]  しかしながら、図１４に示されるように、λ／２板１２２と組み合わせる場合、偏光ビームスプリッタが使用可能である。図１４の光学ユニット４０は、次の点を除いて、図１３に示された光学ユニット４０と同じである。ビームスプリッタ４８は、ビームスプリッタ４８Ａに置き換えられている。４５°で配向されたλ／２板１２２が、偏光依存光学要素１３１の代わりに第１の分岐６１内に提供されている（代替として、第１の分岐６１から偏光依存光学要素１３１を省き、４５°で配向されたλ／２板１２２を第２の分岐６２内に提供することもできる）。可変位相差板１３１Ａ及び更なるλ／２板１３１Ｂが、偏光ビームスプリッタ４８Ａの下流の測定分岐１５０内に提供されている。
【００９４】
[00110]  この実施形態における入力放射３４は、偏光ビームスプリッタ４８Ａに関連して４５°の偏光を有する。これは、ポラライザ、又はポラライザと４５°のλ／２板との組み合わせによって達成可能である。偏光ビームスプリッタ４８Ａは、入力放射３４の５０％を透過し、入力放射３４の５０％を反射することになる。一例において、Ｘ偏光放射は透過され、Ｙ偏光放射は反射される。λ／２板１２２は、この例では、第１の分岐６１及び第２の分岐６２の両方がＸ偏光放射を用いてターゲット構造を照明するように、Ｙ偏光放射をＸ偏光放射に変換させる。ターゲット構造と相互作用した後、非対称（例えば、オーバーレイに起因する）に関する情報を含む放射の一部はＹ偏光放射に変換されることになる。時計回り方向では、Ｙ偏光放射はλ／２板１２２によってＸ偏光放射に変換され、続いてこれが、偏光ビームスプリッタ４８Ａを介して出力分岐内に透過される。反時計回り方向では、ターゲット構造からのＹ偏光放射は偏光ビームスプリッタ４８Ａによって反射され、出力分岐にも入る。したがって、ターゲットにおいて偏光変換された放射は、出力分岐に沿って検出システムに向けて伝搬するが、変換されていない放射は伝搬しない。
【００９５】
[00111]  偏光ビームスプリッタ４８Ａのすぐ下流にある測定分岐１５０において、第１の分岐６１及び第２の分岐６２によって形成されるループ内での時計回り伝搬からの放射は、Ｘ偏光を有する。反時計回り伝搬からの放射はＹ偏光を有する。Ｘ偏光放射を−４５°偏光に変換するため、及びＹ偏光放射を＋４５°偏光に変換するために、更なるλ／２板１３１Ｂが２２．５°に配向される。時計回り伝搬からの放射を反時計回り伝搬からの放射と干渉させることができるように、ポラライザ１２０（又は、代替として、更なる偏光ビームスプリッタ）は、−４５°及び＋４５°の偏光をＸ及び／又はＹ軸上に投影するように構成される。ポラライザ１２０が＋４５°で配向される場合、λ／２板１３１Ｂは省略することも可能である。
【００９６】
[00112]  上記で説明した偏光ビームスプリッタ４８Ａの使用により、位相又は振幅のオフセットを適用するための手法の代替範囲が広がる。図示された例では、可変位相差板１３１Ａが測定分岐１５０内に位置決めされる。時計回り伝搬からの放射は、可変位相差板１３１Ａを通過するとき、反時計回り伝搬からの放射に対して垂直な偏光を有し、それによって、干渉の前に位相オフセットを放射に適用することができる。振幅オフセットを適用するためのオプションはいくつかある。例えば、測定分岐１５０内のλ／２板１３１Ｂは回転可能であり、結果として、放射は５０／５０以外の割合でＸ及び／又はＹ軸上に投影される。したがって、可変位相差板１３１Ａ及びλ／２板１３１Ｂは、図１３を参照しながら上記で考察した機能と等価の機能を偏光依存光学要素１３１に提供する。他の実施形態において、振幅オフセットは、λ／２板１３１Ｂを回転させる代わりに、又はこれに加えて、ポラライザ１２０を回転させることによって制御される。代替又は追加として、入力放射３４の偏光を、偏光ビームスプリッタ４８Ａに到達する前に調節することが可能であり、これによって、偏光ビームスプリッタ４８Ａからの第１の反射において、５０：５０以外の分割割合が生じることになる。入力放射３４の偏光の調節は、偏光ビームスプリッタ４８Ａの上流にある、λ／２板１６１及び／又はポラライザ１６２の回転によって達成可能である。したがって、偏光ビームスプリッタ４８Ａと、位相差板（例えば、λ／２板１６１）及びポラライザ１６２のいずれか又は両方との間の異なる角度によって、異なるオフセットを少なくとも部分的に定義することができる。
【００９７】
[00113]  図１４の例において第１の分岐６１及び第２の分岐６２によって形成されるループを介した時計回りの伝搬は、下記のように与えられる（等式の右側での寄与は、右から左の順に以下の通りである。入力、偏光ビームスプリッタ４８Ａ、ターゲット構造、λ／２板１２２、偏光ビームスプリッタ４８Ａ）。
【００９８】
[00114]  
【数１４】
2021501309.tif 000016
【００９９】
[00115]  
【数１５】
2021501309.tif 000017
【０１００】
[00116]  反時計回りの伝搬は、下記のように与えられる（等式の右側での寄与は、右から左の順に以下の通りである。入力、偏光ビームスプリッタ４８Ａ、λ／２板１２２、ターゲット構造、偏光ビームスプリッタ４８Ａ）。
【０１０１】
[00117]  
【数１６】
2021501309.tif 000018
【０１０２】
[00118]  
【数１７】
2021501309.tif 000019
【０１０３】
[00119]  測定分岐１５０において、時計回り伝搬からの放射からの出力は、下記のように与えられる（等式の右側での寄与は、右から左の順に以下の通りである。時計回り寄与からの入力、可変位相差板１３１Ａ、λ／２板１３１Ｂ、ポラライザ１２０）。
【０１０４】
[00120]  
【数１８】
2021501309.tif 000020
【０１０５】
[00121]  
【数１９】
2021501309.tif 000021
【０１０６】
[00122]  測定分岐１５０において、反時計回り伝搬からの放射からの出力は、下記のように与えられる（等式の右側での寄与は、右から左の順に以下の通りである。反時計回り寄与からの入力、可変位相差板１３１Ａ、λ／２板１３１Ｂ、ポラライザ１２０）。
【０１０７】
[00123]  
【数２０】
2021501309.tif 000022
【０１０８】
[00124]  
【数２１】
2021501309.tif 000023
【０１０９】
[00125]  再結合された放射の干渉からの強度は、下記のように与えられる。
【０１１０】
[00126]  
【数２２】
2021501309.tif 000024
【０１１１】
[00127]  したがって、異なる位相オフセットは、可変位相差板１３１Ａ内に、位相φｘ及びφｙを定義する異なる遅れ量を設定することによって適用可能である。異なる振幅オフセットは、λ／２板１３１Ｂの配向（角度αを定義する）について異なる値を設定することによって適用可能である。
【０１１２】
[00128]  上記の実施形態は、ビームスプリッタ４８Ａの異なる分割割合を提供することによって、異なるオフセットを少なくとも部分的に定義することが可能であることも示す。上記の例では、異なる分割割合は、偏光ビームスプリッタ４８Ａ上に入射する放射の偏光を回転させることによって達成された。いくつかの他の可能性がある。例えば、勾配ビームスプリッタを移動させることによって、可変の位相及び振幅のオフセットが適用可能である。
【０１１３】
[00129]  図１５は、図９を参照しながら上記で考察したＯＰＳシステムの干渉法原理に基づいて、位相及び／又は振幅オフセットを適用するための代替手法を示す。図９の実施形態と同様に、また、図１３及び図１４の例とは対照的に、図１５の実施形態では、瞳面フィールド分布内の異なるポイントからの放射を干渉するために放射を分割及び再結合することは、全体として、ターゲット構造からの放射の反射後に実行される。図１５の実施形態は、図９の第１及び第２の光分岐８１及び８２のマッハツェンダー干渉計機能に対応する機能が、自己参照干渉計１５３によって実装されるという点を除いて、図９の実施形態と同様である。したがって、図１５の実施形態は、図４の構成が瞳面フィールド分布の第１の領域を除去するためのアパーチャプレート１３Ｈを備えなくてもよいという点、ソース１１は空間的にコヒーレントな放射を出力するように構成されるという点、図５の光学ユニット４０は単一のビームスプリッタからなるという点、及び、図１５に示されるようなコンポーネントは図５に示されたレンズ１８Ｂの後に提供されるという点を除いて、図４から図５を参照しながら上記で説明したメトロロジ装置内で実装可能である。
【０１１４】
[00130]  自己参照干渉計１５３は、偏光ビームスプリッタを伴うマッハツェンダー干渉計として解釈可能な複合プリズムを備える。自己参照干渉計１５３の１本のアームにおいて、瞳面フィールド分布及び偏光は＋９０度回転される。他方のアームにおいて、瞳面フィールド分布及び偏光は−９０度回転される。回転は複数の反射によって達成される。自己参照干渉計１５３の出力は、瞳面フィールド分布の２つの重畳コピーを備え、それらがポイント対称であるように互いに関連して回転される。２つのコピーは互いに対して直交する偏光を有する。
【０１１５】
[00131]  図１５の実施形態では、光学システム４０内への入力放射３４の偏光に関して交差する、ポラライザ１５１が提供される。したがってポラライザは、光学システム４０内への入力放射３４に関して共偏光された放射を除去する。これは例えば、対象となるパラメータがオーバーレイである場合、オーバーレイに関する情報は、主に光学システム４０内への入力放射３４に関して交差偏光された放射内に存在することが予想されるため、有用であり得る。対象となる他のパラメータについて、情報は共偏光された放射内に存在可能であり、この場合、ポラライザ１５１は省略可能である。λ／２板１５２は、ポラライザ１５１（提供されている場合）の下流に位置決めされる。この実施形態において、λ／２板１５２は、λ／２板１５２を通過する放射の偏光を４５°回転させるために、２２．５°で配向される。次いで、放射は自己参照干渉計１５３を通過し、測定分岐１５０へ出力される。測定分岐１５０は可変位相差板１３１Ａを備える。可変位相差板１３１Ａは、２つの直交偏光間の位相差を設定する。これを使用して、自己参照干渉計１５３内の望まないパス長差を補償すること、又は、下記で説明するように、複数の異なる位相オフセットを適用することができる。測定分岐１５０は、２つのコピーの偏光を（偏光の直交性を維持しながら）４５°回転させるように構成された、λ／２板１３１Ｂを更に備える。λ／２板１３１Ｂからの出力は偏光ビームスプリッタ１５７に入る。偏光ビームスプリッタ１５７は、瞳面フィールド分布の両方のコピーを２つの直交偏光成分に分解し、そのうちの１つは透過され、他方は反射される。その結果、瞳面フィールド分布の２つのコピーは互いに干渉し合うことになる。干渉は、（同様に構成された検出器３８Ａ及び３８Ｂについて、図９を参照しながら上記で説明したように）２つの検出器１５８及び１５９のいずれか又は両方で測定される。例えば、検出器１５８において、放射は弱め合うように干渉し、（ターゲット構造の非対称成分からの反射から）非対称信号のみが残される（オフセットの影響は無視する）。これにより、対象となるパラメータ（例えば、オーバーレイ）に関する情報を含む検出される放射強度の成分が、他の成分に関連して強化される。検出器１５８において、放射は強め合うように干渉される。これにより、検出器１５８は、対象となるパラメータ（例えば、オーバーレイ）に関する情報を含む成分が他の成分に関連して抑制される、放射強度を検出することができる。したがって検出器１５８は、例えば瞳の対称部分を測定するために使用可能である。したがって、対象となるパラメータ（例えば、オーバーレイ）に関する情報は、２つの検出器１５８、１５９のうちの１つのみを使用して取得可能であるため、検出器１５８、１５９の両方を提供することは不可欠ではない。
【０１１６】
[00132]  図１５の配置は、振幅オフセットを適用するために使用可能である。一実施形態において、λ／２板１３１Ｂは回転可能にされる。名目上の２２．５°角度から外れてλ／２板１３１Ｂを回転させることで、偏光ビームスプリッタ１５７の分割割合を５０／５０から逸脱させ、瞳面フィールド分布の一方のコピーに他方の瞳面フィールド分布に関連して振幅オフセットを適用し、それによって、検出器１５８、１５９のうちの１つによって検出される瞳面フィールド分布のポイントの干渉し合う対からの放射間に振幅オフセットを適用する。代替又は追加として、λ／２板１５２を回転させ、自己参照干渉計１５３内の偏光ビームスプリッタにおける分割割合を変更することができる。自己参照干渉計１５３内の偏光ビームスプリッタにおける分割割合の変更は、振幅オフセットも適用する。
【０１１７】
[00133]  図１５の配置を使用して、位相オフセットを適用することができる。一実施形態において、可変位相差板１３１Ａを通過する際に相互に直交して偏光される、瞳面フィールド分布の２つのコピー間の位相差を設定するために、可変位相差板１３１Ａが使用される。したがって、可変位相差板１３１Ａ及びλ／２板１３１Ｂは、図１４の可変位相差板１３１Ａ及びλ／２板１３１Ｂと等価の機能、並びに、図１３の偏光依存光学要素１３１と等価の機能を提供する。
【０１１８】
[00134]  図１５の一実施形態において、要素１３１Ａは、瞳の半分が０°でλ／４の遅れに至り、他方の半分には遅れがない、固定位相差板である。更に図１５のこの実施形態において、偏光要素１５７はウォラストンプリズムである。図１５のこの実施形態は、４つの代表的な瞳を混合することを含む単一の測定ステップにおいて、対象となるパラメータの測定を容易にする。
【０１１９】
[00135]  図１５の更なる実施形態において、ウォラストンプリズムとの組み合わせで自己参照干渉計が使用される。図１５のこの実施形態では、対象となるパラメータを計算するために代表的な２つの瞳のみが必要である。
【０１２０】
[00136]  位相及び／又は振幅のオフセットを適用するための様々な配置を、図１３から図１５を参照しながら上記で考察してきた。図１４及び図１５の可変位相差板１３１Ａ及び／又はλ／２板１３１Ｂ、あるいは、図１３の偏光依存光学要素１３１などの、要素の設定を変更することによって、複数の異なる位相及び／又は振幅のオフセットを、異なる時点で適用することができる。図１６及び図１７は、複数の異なる振幅及び／又は位相のオフセットにおける測定を並行して達成できるようにする、例示の実装を示す。
【０１２１】
[00137]  図１６は、測定分岐１５０内で可変位相差板１３１Ａ、λ／２板１３１Ｂ、及びポラライザ１２０によって提供される機能が、複数の測定分岐１５０Ａ〜Ｄ内に別々に提供されている点を除き、複数の異なる振幅及び／又は位相のオフセットにおいて、図１４に示されたタイプの構成を使用して並行して測定を行うように構成された、検出システム１０２を示す。偏光ビームスプリッタ４８Ａからの放射出力（矢印１００）を４つの異なる測定分岐１５０Ａ〜Ｄの間で同時に分配するための、４つのビームスプリッタ１４２Ａ〜Ｄが提供される。各測定分岐１５０Ａ〜Ｄ内で、図１４の可変位相差板１３１Ａ及びλ／２板１３１Ｂの機能を実行するために、可変位相差板１３１ＡＡ〜Ｄ及びλ／２板１３１ＢＡ〜Ｄが提供される。この実施形態では、複数の異なる振幅及び／又は位相のオフセットを提供するために、異なる時点で異なるように調節するのではなく、各測定分岐１５０Ａ〜Ｄ内の可変位相差板１３１ＡＡ〜Ｄ及びλ／２板１３１ＢＡ〜Ｄは、他の測定分岐１５０Ａ〜Ｄの各々に関連して異なる振幅及び／又は位相のオフセットを提供するように調節される。図１４のポラライザ１２０の機能は、本実施形態では、各測定分岐１５０Ａ〜Ｄ内の偏光ビームスプリッタ１４５Ａ〜Ｄによって提供される。各測定分岐１５０Ａ〜Ｄにおける偏光ビームスプリッタ１４５Ａ〜Ｄからの出力は、各測定分岐１５０Ａ〜Ｄについて異なる特定の振幅及び／又は位相のオフセットが適用され、瞳面フィールド分布内の異なるポイントからの放射間の干渉に対応する放射強度を検出する、少なくとも１つの検出器１４６Ａ〜Ｄ、１４７Ａ〜Ｄによって検出される。
【０１２２】
[00138]  図１７は、測定分岐１５０内で、可変位相差板１３１Ａ、λ／２板１３１Ｂ、偏光ビームスプリッタ１５７、並びに検出器１５８及び１５９によって提供される機能が、複数の測定分岐１５０Ａ〜Ｄ内に別々に提供されているという点を除き、複数の異なる振幅及び／又は位相のオフセットにおいて、図１５に示されたタイプの構成を使用して並行して測定を行うように構成された、検出システム１０２を示す。自己参照干渉計１５３から出力された放射を、４つの異なる測定分岐１５０Ａ〜Ｄ間で同時に分配するために、４つのビームスプリッタ１４２Ａ〜Ｄが提供される。各測定分岐１５０Ａ〜Ｄ内で、図１５の可変位相差板１３１Ａ及びλ／２板１３１Ｂの機能を実行するために、可変位相差板１３１ＡＡ〜Ｄ及びλ／２板１３１ＢＡ〜Ｄが提供される。この実施形態では、複数の異なる振幅及び／又は位相のオフセットを提供するために、異なる時点で異なるように調節するのではなく、各測定分岐１５０Ａ〜Ｄ内の可変位相差板１３１ＡＡ〜Ｄ及びλ／２板１３１ＢＡ〜Ｄは、他の測定分岐１５０Ａ〜Ｄの各々に関連して異なる振幅及び／又は位相のオフセットを提供するように調節される。各測定分岐１５０Ａ〜Ｄにおける偏光ビームスプリッタ１５７Ａ〜Ｄからの出力は、各測定分岐１５０Ａ〜Ｄについて異なる特定の振幅及び／又は位相のオフセットが適用され、瞳面フィールド分布内の異なるポイントからの放射間の干渉に対応する放射強度を検出する、少なくとも１つの検出器１５７Ａ〜Ｄ、１５８Ａ〜Ｄによって検出される。
【０１２３】
[00139]  上記の実施形態は、第１の層内に第１のコンポーネントを有し、第２の層内に第２のコンポーネントを有する層構造を備えるターゲット構造内で、第１の層と第２の層との間の分離がλ／２０よりも大きく、λは入力放射ビームの波長である場合に、非対称の測定に特に有用に適用可能である。これは例えば、リソグラフィ現像ステップの後であるが、後続のエッチングステップの前に、方法がターゲット構造に適用されるケースであり得る。非対称に対する感度が高いということは、たとえ（層間の分離が大きいことに起因して）ゼロ次反射に対する寄与が極端に小さいと予想される場合などであっても、高解像度構造について、非対称（例えば、第１のコンポーネントと第２のコンポーネントとの間のオーバーレイ）が測定可能であることを意味する。追加又は代替として、測定回数を著しく減少させることができる。
【０１２４】
[00140]  本明細書で開示する概念は、監視の目的で構造のリソグラフィ後測定を超えるユーティリティを見つけることができる。例えば、こうした検出器アーキテクチャは、パターニングプロセス中に基板を位置決めするためにリソグラフィ装置で使用される、瞳面検出に基づく将来のアライメントセンサ概念において使用可能である。
【０１２５】
[00141]  上記で説明したターゲットは、測定の目的で特別に設計及び形成されたメトロロジターゲットとすることができる。しかしながら、高解像度ターゲットを測定するための能力は、実施形態が、基板上に形成されたデバイスの機能部分であるターゲットにも適用可能であることを意味する。多くのデバイスは、規則的な格子状構造を有する。本明細書で使用される「ターゲット格子」及び「ターゲット」という用語は、実行される測定のために構造が明確に提供されていることを必要としない。
【０１２６】
[00142]  メトロロジ装置は、図２を参照しながら上記で考察したリソグラフィセルＬＣなどの、リソグラフィシステム内で使用可能である。リソグラフィシステムは、リソグラフィプロセスを実行するリソグラフィ装置ＬＡを備える。リソグラフィ装置は、後続のリソグラフィプロセスを実行するときに、例えば、後続のリソグラフィプロセスを向上させるために、リソグラフィプロセスによって形成された構造のメトロロジ装置による測定の結果を使用するように構成可能である。
【０１２７】
[00143]  実施形態は、構造上のターゲットを測定する方法及び／又はリソグラフィプロセスに関する情報を取得するために測定を分析する方法を記述する、機械可読命令の１つ以上のシーケンスを含む、コンピュータプログラムを含むことができる。こうしたコンピュータプログラムが記憶されたデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気又は光ディスク）も提供可能である。既存のリソグラフィ又はメトロロジ装置が既に製造中及び／又は使用中である場合、本発明は、本明細書に記載した方法をプロセッサに実行させるために、更新済みのコンピュータプログラム製品を提供することによって実装可能である。
【０１２８】
[00144]  本書では、ＩＣの製造にリソグラフィ装置を使用することについて具体的に言及可能であるが、本明細書で説明するリソグラフィ装置は、集積光学システムの製造、磁気ドメインメモリのためのガイダンス及び検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの、他の適用例を有し得ることを理解されたい。当業者であれば、こうした代替の適用例との関連において、本明細書で使用される「ウェーハ」又は「ダイ」という用語は、それぞれ「基板」又は「ターゲット部分」というより一般的な用語の同義と見なし得ることを理解されよう。本明細書で言及される基板は、例えばトラック（典型的にはレジストの層を基板に塗布し、露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジツール、及び／又は検査ツールにおいて、露光の前又は後に、処理することができる。適用可能であれば、本明細書における開示は、こうした基板処理ツール及び他の基板処理ツールに適用可能である。更に基板は、例えば多層ＩＣを作成するために複数回処理可能であるため、本明細書で使用される基板という用語は、すでに複数の処理済み層を含む基板を指す場合もある。
【０１２９】
[00145]  上記では、本発明の実施形態を光学リソグラフィとの関連において具体的に言及してきたが、本発明は、他の適用例、例えばインプリントリソグラフィにおいても使用可能であり、状況が許せば、光学リソグラフィに限定されないことを理解されよう。インプリントリソグラフィにおいて、パターニングデバイス内のトポグラフィは、基板上に作成されるパターンを定義する。パターニングデバイスのトポグラフィは、基板に供給されたレジスト層にプレスされ、その上で、電磁放射、熱、圧力、又はそれらの組み合わせを印加することによってレジストが硬化される。レジストが硬化された後、パターニングデバイスはレジストから外され、パターンが残る。
【０１３０】
[00146]  本発明に従った更なる実施形態を、下記の番号付けした各条項で更に説明する。
【０１３１】
１．対象となるパラメータを決定するために基板上に形成された構造を測定するためのメトロロジ装置であって、
放射を構造上に合焦させるように、及び構造から反射した放射を検出システムに誘導するように構成された光学システムを備え、
光学システムは、構造からの反射の前及び／又は後に、光学特徴の複数の異なるオフセットを放射に適用するように構成されるため、対応する複数の異なるオフセットは、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射に関連して、瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射に提供され、
検出システムは、瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射と、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射との間の干渉の結果として生じる、対応する複数の放射強度を検出するように構成され、各放射強度は、複数の異なるオフセットのうちの異なる１つに対応する、
基板上に形成された構造を測定するためのメトロロジ装置。
【０１３２】
２．干渉は、対象となるパラメータに関する情報を含む検出される放射強度の成分が、検出される放射強度の１つ以上の他の成分に関連して強化されるものである、条項１の装置。
【０１３３】
３．異なるオフセットは、異なる振幅オフセット又は異なる位相オフセットのうちのいずれか又は両方を含む、条項１又は２の装置。
【０１３４】
４．異なるオフセットは、第１の方向の少なくとも１つのオフセット、及び、第１の方向と反対の第２の方向の少なくとも１つのオフセットを含む、条項１から３のうちのいずれかの装置。
【０１３５】
５．異なるオフセットは、放射の偏光に基づいて、偏光依存光学要素を通過する放射の振幅又は位相を修正するように構成された、偏光依存光学要素によって少なくとも部分的に定義され、また、
光学システムは、瞳面フィールド分布の第１のポイントからの放射、又はこの第１のポイントを形成する放射が、瞳面フィールド分布の第２のポイントからの放射、又はこの第２のポイントを形成する放射とは異なる偏光を伴う偏光依存光学要素を通過するように構成される、
条項１から４のいずれかの装置。
【０１３６】
６．偏光依存光学要素は位相差板を備える、条項５の装置。
【０１３７】
７．位相差板は可変位相差板である、条項６の装置。
【０１３８】
８．偏光依存光学要素はダイアテニュエータを備える、条項５から７のいずれかの装置。
【０１３９】
９．ダイアテニュエータは可変ダイアテニュエータである、条項８の装置。
【０１４０】
１０．光学システムは偏光ビームスプリッタを備え、異なるオフセットは、偏光ビームスプリッタと位相差板及びポラライザのうちのいずれか又は両方との間の、異なる相対角度によって少なくとも部分的に定義される、条項１から９のいずれかの装置。
【０１４１】
１１．異なるオフセットは、ビームスプリッタの異なる分割割合によって少なくとも部分的に定義される、条項１から１０のいずれかの装置。
【０１４２】
１２．光学システムは、瞳面フィールド分布内の第１及び第２のポイントの複数の異なる対からの反射放射間の干渉の結果として生じる、放射強度のセットを、検出システムに検出させるように構成され、放射強度の各セットは、複数の異なるオフセットの各々についての放射強度を含む、条項１から１１のいずれかの装置。
【０１４３】
１３．ポイントの各対は、ミラー対称の同じラインに関して互いにミラー対称的に位置決めされるか、又は、同じ対称ポイントに関して互いにポイント対称的に位置決めされる、条項１２の装置。
【０１４４】
１４．光学システムは、瞳面フィールド分布の第１及び第２のポイントからの反射放射間に干渉を生じさせるために、放射ビームを複数の放射ビームに分割し、その後、複数の放射ビームを再結合するように構成される、条項１から１３のいずれかの装置。
【０１４５】
１５．放射ビームを複数の放射ビームに分割することは、第１の瞳面フィールド分布の複数のコピーを作成し、また、
光学システムは、第１の瞳面フィールド分布の複数のコピーを使用して、第２の瞳面フィールド分布を形成する、
条項１４の装置。
【０１４６】
１６．第１の瞳面フィールド分布の複数のコピーは、第２の瞳面フィールド分布を形成するために、互いに関連して回転又はフリップされる、条項１５の装置。
【０１４７】
１７．光学システムは、放射ビームを第１の放射ビーム及び第２の放射ビームに分割するように構成されたビームスプリッタを備え、光学システムは、
第１の放射ビーム及び第２の放射ビームは、第１の分岐及び第２の分岐を備える共通光路の周りを反対方向に伝搬し、第１の放射ビームは第１の分岐に沿ってビームスプリッタから基板へ伝搬し、また第２の分岐に沿って基板からビームスプリッタへ戻り、第２の放射ビームは第２の分岐に沿ってビームスプリッタから基板へ伝搬し、また第１の分岐に沿って基板からビームスプリッタへ戻るように構成される、
条項１から１６の装置。
【０１４８】
１８．光学システムは、第１の放射ビームからの像及び第２の放射ビームからの像が、互いにミラー対称又はポイント対称である瞳面フィールド分布を有する放射によって、それぞれ形成されるように、第１の分岐又は第２の分岐内を伝搬する放射の瞳面フィールド分布の少なくとも１つのフリップ又は回転を実行するように構成される、条項１７の装置。
【０１４９】
１９．ビームスプリッタへの放射ビーム入力は、瞳面フィールド分布の第２の領域のみを残すために瞳面フィールド分布の第１の領域が除去された、瞳面フィールド分布を備える、条項１７又は１８の装置。
【０１５０】
２０．第１の領域及び第２の領域は反対向きの半円である、条項１９の装置。
【０１５１】
２１．複数の異なるオフセットに対応する複数の放射強度のうちの少なくとも２つは、異なる測定分岐内で同時に測定される、条項１から２０の装置。
【０１５２】
２２．複数の異なるオフセットに対応する複数の放射強度のうちの少なくとも２つは、同じ測定分岐内で異なる時点に測定される、条項１から２１の装置。
【０１５３】
２３．対象となるパラメータはオーバーレイを含む、条項１から２２の装置。
【０１５４】
２４．リソグラフィシステムであって、
リソグラフィプロセスを実行するように構成されたリソグラフィ装置、及び、
条項１から２３のいずれかのメトロロジ装置、
を備える、リソグラフィシステム。
【０１５５】
２５．対象となるパラメータを決定するために、基板上に形成された構造を測定する方法であって、
放射を構造上に合焦させること、及び、構造から反射した放射を検出するために検出システムを使用することを含み、
光学特徴の複数の異なるオフセットは、構造からの反射の前及び／又は後に、放射に適用され、対応する複数の異なるオフセットは、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射に関連して、瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射に提供され、
検出システムは、瞳面フィールド分布の第１のポイントから導出される反射放射と、瞳面フィールド分布の第２のポイントから導出される反射放射との間の干渉の結果として生じる、対応する複数の放射強度を検出し、各放射強度は、複数の異なるオフセットのうちの異なる１つに対応する、
基板上に形成された構造を測定する方法。
【０１５６】
２６．複数の異なるオフセットに対応する複数の放射強度のうちの少なくとも２つが同時に測定される、条項２５の方法。
【０１５７】
２７．複数の異なるオフセットに対応する複数の放射強度のうちの少なくとも２つが異なる時点に測定される、条項２５又は２６の方法。
【０１５８】
２８．可変位相差板及び可変ダイアテニュエータのうちのいずれか又は両方は、異なる時点での測定の間に、第１のポイントからの反射放射に適用されるオフセットを、第２のポイントからの反射放射に関連して変更するために使用される、条項２７の方法。
【０１５９】
２９．方法は、リソグラフィ現像ステップの後であるが、後続のエッチングステップの前に、構造に適用される、条項２５から２８のいずれかの方法。
【０１６０】
３０．対象となるパラメータは構造内の非対称を含む、条項２５から２９のいずれかの方法。
【０１６１】
３１．対象となるパラメータはオーバーレイを含む、条項２５から３０のいずれかの方法。
【０１６２】
３２．検出される放射強度は構造からのゼロ次反射の結果として生じる、条項２５から３１のいずれかの方法。
【０１６３】
[00147]  本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍもしくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。
【０１６４】
[00148]  「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのいずれか一つ、又はその組み合わせを指すことができる。
【０１６５】
[00149]  特定の実施形態の前述の説明は、本発明の全体的性質を十分に明らかにしているので、当技術分野の知識を適用することにより、過度の実験をせず、本発明の全体的な概念から逸脱することなく、このような特定の実施形態を容易に変更及び／又はこれを様々な用途に適応させることができる。したがって、このような適応及び変更は、本明細書に提示された教示及び案内に基づき、開示された実施形態の同等物の意味及び範囲に入るものとする。本明細書における表現又は用語は限定でなく例示による記載のためのものであるので、本明細書の表現又は用語は、当業者によって教示及び案内の観点から解釈されるべきであることは理解されよう。
【０１６６】
[00150]  本発明の幅及び範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによっても限定されず、特許請求の範囲及びその同等物によってのみ規定されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図３（ｄ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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