特許 7261903 暗視野顕微鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-12

(45)【発行日】2023-04-20

(54)【発明の名称】暗視野顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20230413BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20230413BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 521

G03F7/20 501

G01B11/00 G

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2021560362

(86)(22)【出願日】2020-04-02

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-13

(86)【国際出願番号】 EP2020059473

(87)【国際公開番号】W WO2020224882

(87)【国際公開日】2020-11-12

【審査請求日】2021-12-08

(31)【優先権主張番号】19172766.8

(32)【優先日】2019-05-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】504151804

【氏名又は名称】エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ．

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】グーアデン，セバスティアヌス，アドリアヌス

【審査官】田中 秀直

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５２７７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０２４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１９４３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２３３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０００６７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０２－０２８３１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｇ０３Ｆ ９／００

Ｇ０１Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

照明を測定される試料に向けるように及び前記試料からの散乱線を収集するように動作可能な対物レンズ配置であって、前記散乱線は０次放射及びより高次の回折放射を備えており、前記対物レンズ配置は照明経路において前記照明を受光するための照明角度の最大範囲と検出経路において前記散乱線を受光するための検出角度の最大範囲とを定義する、対物レンズ配置と、
前記０次放射を遮蔽するように動作可能な０次ブロックと、
を備える暗視野メトロロジデバイスであって、
前記暗視野メトロロジデバイスは、前記照明角度の最大範囲の少なくとも２つの異なるサブセットにわたって前記照明をスキャンするための照明スキャンを実施するように、及び同時に、前記照明スキャンの少なくとも一部において前記検出角度の最大範囲の対応するサブセットにわたって前記０次ブロックと前記散乱線との両方のうち一方を互いに対してスキャンする検出スキャンを実施するように、動作可能であり、
前記照明は、複数の照明ビームを備えると共に前記メトロロジデバイスの照明瞳に複数の瞳点を備えており、
少なくとも検討される各測定方向に対応する前記照明ビームに関しては、前記複数の照明ビームの一つ一つの各瞳点は、前記複数の照明ビームの他の照明ビームに対応する瞳点を有し、それによって対応する瞳点の複数のセットを定義し、
対応する瞳点の各セットの前記瞳点は、互いに対して空間的にコヒーレントである、暗視野メトロロジデバイス。

【請求項2】

前記照明スキャンの際に前記０次が常に遮蔽されることを保証するために、前記検出スキャンは、前記照明スキャンの少なくとも一部と同期して同時に実施される、請求項１に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項3】

前記検出スキャンは、前記０次ブロックを移動させることを備える、請求項１又は２に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項4】

前記検出スキャンは、前記０次ブロックが固定された状態で前記０次ブロック上の前記散乱線をスキャンすることを備える、請求項１又は２に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項5】

前記照明スキャン及び検出スキャンは、同期を確保するために、共通の光学素子によって同時に実施される、請求項４に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項6】

前記照明スキャンは、前記照明角度の最大範囲の複数の異なるサブセットで実施され、その数は前記照明のコヒーレンスに依存する、請求項１から５のいずれか一項に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項7】

前記照明は、空間的にインコヒーレントであって、Ｍ個の空間モードを有し、
前記照明スキャンは、Ｍ＊Ｋが試料レベルで利用可能な及び／又はアドレスされる前記空間モードの総数に概ね等しくなるように、前記照明角度の最大範囲のＫ個の異なるサブセットについて実施される、請求項６に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項8】

前記照明は、空間的にコヒーレントであり、
前記照明スキャン及び検出スキャンは、２段階で実施され、
第１の段階は、前記０次ブロックが前記散乱線に対して固定されている間に前記照明角度の最大範囲の第１の複数のサブセットにわたって前記照明スキャンを実施することを備え、
第２の段階では、前記照明角度の最大範囲の第２の複数のサブセットにわたって前記照明スキャン及び検出スキャンが同時に実施される、請求項６に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項9】

前記照明を供給する照明源は、コヒーレントであり、
前記照明スキャンは、前記照明が前記対応する瞳点の複数のセット以外についてはインコヒーレントであることを保証する、請求項１から８の何れか一項に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項10】

前記各瞳点は、前記同じ照明ビームの他の全ての瞳点に対して実質的に空間的にインコヒーレントである、請求項１から９の何れか一項に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項11】

各照明ビームは、前記照明瞳に位置しており、それによって、周期構造による前記測定照明の散乱の後、対応するより高い回折次数が各照明ビームについて前記メトロロジデバイスの検出瞳でキャプチャされる、請求項１から１０の何れか一項に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項12】

前記複数の照明ビームは、検討される測定方向毎に１ペアの照明ビームを備える、請求項１１に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項13】

前記照明を前記対物レンズ配置に向かって選択的に輸送するためのファイバ束を備えると共に、前記照明スキャンが前記輸送を実施するための前記ファイバ束に含まれるファイバの異なるサブセットの順次選択によって行われるように動作可能である、請求項１から１２の何れか一項に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項14】

集積回路製造制御プロセスの一部としてメトロロジを実施するように動作可能である、請求項１から１３の何れか一項に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項15】

前記メトロロジは、基板ステージ及び／又はレチクルステージのアライメントを実施するための露光前メトロロジを備える、請求項１４に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項16】

前記メトロロジは、性能パラメータを測定するための露光後メトロロジを備える、請求項１４に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項17】

前記性能パラメータは、オーバーレイ、焦点、ドーズ、クリティカルディメンジョン、又はエッジ配置エラーを備える、請求項１６に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【請求項18】

前記試料は、メトロロジターゲットを備える、請求項１から１７の何れか一項に記載の暗視野メトロロジデバイス。

【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２０１９年５月６日に提出された欧州出願第１９１７２７６６．８号の優先権を主張するものであり、同出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

[0002] 本発明は暗視野顕微鏡法のための装置に関する。

【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の個々の層上に形成す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つ又はいく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。一般的に、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んでいる。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行に同期的にスキャンしながら、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナと、を含む。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。

【0004】

[0004] 複雑なデバイスの製造においては、一般的に、多くのリソグラフィパターニングステップが実施され、それによって基板上の連続する層に機能的フィーチャが形成される。したがって、リソグラフィ装置の性能の重要な一態様は、適用されるパターンを、前の層に（同じ装置又は異なるリソグラフィ装置によって）定められたフィーチャに対して、正確に且つ精度よく設置する能力である。この目的のために、基板には、１セット以上のアライメントマークが設けられる。各マークは、位置センサ、一般的には光学位置センサを用いて、後から位置を測定することのできる構造である。リソグラフィ装置は１つ以上のアライメントセンサを含み、そのアライメントセンサによって基板上のマークの位置を精度よく測定することができる。異なる製造業者及び同じ製造業者の異なる製品による様々なタイプのマーク及び様々なタイプのアライメントセンサが知られている。現在のリソグラフィ装置において幅広く使用されているあるタイプのセンサは、米国特許第６９６１１１６号明細書（den Boef他）に記載の自己参照干渉計に基づくものである。概して、Ｘ位置及びＹ位置を得るためには、マークが別々に測定される。しかしながら、米国特許出願公開第２００９／１９５７６８Ａ号明細書（Bijnen他）に記載された技術を用いると、Ｘ及びＹの組み合わせ測定を実施することができる。そのようなセンサの変形及び応用が、米国特許出願公開第２０１５３５５５５４Ａ１号明細書（Mathijssen）、国際公開第２０１５０５１９７０Ａ１号（Tinnemans他）に記載されている。これらの全ての刊行物の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0005】

[0005] リソグラフィプロセスを監視するために、パターンを付与された基板のパラメータが測定される。パラメータは、例えば、パターンを付与された基板の中又は上に形成された連続する層の間のオーバーレイエラーを含み得る。この測定は、製品基板に対して及び／又は専用のメトロロジターゲットに対して実施され得る。リソグラフィプロセスにおいて形成された微細構造の測定を行うためには、走査電子顕微鏡及び種々の専用ツールの使用を含め、様々な技術が存在する。高速で非侵襲性の形態の専用インスペクションツールがスキャトロメータである。スキャトロメータでは、放射ビームが基板の表面上のターゲットに向けられ、散乱又は反射したビームの特性が測定される。２つの主要なタイプのスキャトロメータが知られている。分光スキャトロメータは、広帯域放射ビームを基板上に向けて、特定の狭い角度範囲内に散乱した放射のスペクトル（波長の関数としての強度）を測定する。角度分解スキャトロメータは、単色放射ビームを用いて、散乱線の強度を角度の関数として測定する。

【0006】

[0006] 既知のスキャトロメータの例は、米国特許出願公開第２００６０３３９２１Ａ１号明細書及び米国特許出願公開第２０１０２０１９６３Ａ１号明細書に記載されているタイプの角度分解スキャトロメータを含む。そのようなスキャトロメータによって用いられるターゲットは比較的大きな、例えば４０μｍ×４０μｍの格子であり、測定ビームはその格子よりも小さいスポットを生成する（すなわち、格子はアンダーフィルされる）。再構築によるフィーチャ形状の測定に加え、米国特許出願公開第２００６０６６８５５Ａ１号明細書に記載されているような装置を用いて、回折ベースのオーバーレイを測定することができる。回折次数の暗視野イメージングを用いた回折ベースのオーバーレイメトロロジは、より小さなターゲットについてのオーバーレイ測定を可能にする。暗視野イメージングメトロロジの例は、国際公開第２００９／０７８７０８号及び国際公開第２００９／１０６２７９号において確認することができる。両文献はその全体が参照によって本明細書に組み込まれる。技術の更なる発展は、米国特許出願公開第２０１１００２７７０４Ａ号明細書、米国特許出願公開第２０１１００４３７９１Ａ号明細書、米国特許出願公開第２０１１１０２７５３Ａ１号明細書、米国特許出願公開第２０１２００４４４７０Ａ号明細書、米国特許出願公開第２０１２０１２３５８１Ａ号明細書、米国特許出願公開第２０１３０２５８３１０Ａ号明細書、米国特許出願公開第２０１３０２７１７４０Ａ号明細書、及び国際公開第２０１３１７８４２２Ａ１号に記載されている。これらのターゲットは照明スポットよりも小さくすることができ、ウェーハ上の製品構造に囲まれてもよい。複合格子ターゲットを用いて、１つの画像内で複数の格子を測定することができる。これらの全ての出願の内容もまた、参照により本明細書に組み込まれる。

【0007】

[0007] 暗視野顕微鏡、より一般的には上述したメトロロジデバイスなどには、照明及び検出の受光角度の範囲を限定させるという課題がある。なぜなら、受光角度の全範囲（角度分解瞳内の領域に対応する）が照明経路と検出経路とで共有されることが必要であるからである。これは照明及び検出の実効ＮＡを限定する。

【0008】

[0008] 照明及び検出の実効ＮＡは増大させるのが望ましいであろう。

【発明の概要】

【0009】

[0009] 本発明の第１の態様においては、照明を測定される試料に向けるように及びその試料からの散乱線を収集するように動作可能な対物レンズ配置であって、散乱線は０次放射及びより高次の回折放射を備えており、対物レンズ配置は照明経路において照明を受光するための照明角度の最大範囲と検出経路において散乱線を受光するための検出角度の最大範囲とを定義する、対物レンズ配置と、０次放射を遮蔽するように動作可能な０次ブロックと、を備える暗視野メトロロジデバイスが提供され、暗視野メトロロジデバイスは、照明角度の最大範囲の少なくとも２つの異なるサブセットにわたって照明をスキャンするための照明スキャンを実施するように、及び同時に、照明の少なくとも一部において検出角度の最大範囲の対応するサブセットにわたって０次ブロックと散乱線との両方のうち一方を互いに対してスキャンする検出スキャンを実施するように動作可能である。

【0010】

[0010] 本発明の別の特徴及び利点並びに本発明の様々な実施形態の構造及び作用は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。本発明は、本明細書に記載する特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。このような実施形態は、例示のみを目的として本明細書に記載されている。本明細書に含まれる教示に基づいて当業者はさらなる実施形態を容易に思いつくであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

[0011] 本発明の実施形態を、添付の図面を参照して、単なる例示として以下に説明する。

【0012】

【図1】リソグラフィ装置を、半導体デバイスの生産設備を形成する他の装置と共に図示する。

【図2】ターゲットの測定に用いられる暗視野スキャトロメータの模式図を備える。

【図3】本発明の概念を適用可能なメトロロジデバイスの概略図である。

【図4】本発明の概念を示す、３つの時間インスタンスにおける瞳表現である。

【図5】本発明の第１の実施形態によるメトロロジデバイスの概略図である。

【図6】本発明の第２の実施形態によるメトロロジデバイスの概略図である。

【図7】本発明の概念を適用可能なメトロロジデバイスの概略図である。

【図8】（ａ）入力放射の瞳像と、（ｂ）第１の実施形態による図７のメトロロジデバイスの動作原理を示すオフアクシス照明ビームの瞳像と、（ｃ）第２の実施形態による図７のメトロロジデバイスの動作原理を示すオフアクシス照明ビームの瞳像と、を備える。

【図9】（ａ）図７に示される装置の典型的な検出瞳、及び、（ｂ）照明ＮＡが増大された同じ検出瞳、を示す。

【図10】図７のメトロロジデバイスに関する本発明の概念を示す、（ａ）照明瞳表現、（ｂ）検出瞳表現、（ｃ）（ａ）及び（ｂ）のスキャン成分、である。

【図11】本発明の第３の実施形態によるメトロロジデバイスの概略図である。

【図12】本発明の第４の実施形態によるメトロロジデバイスの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

[0012] 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。

【0014】

[0013] 図１は、２００において、リソグラフィ装置ＬＡを、大量リソグラフィック製造プロセスを実施する産業生産設備の一部として示す。本例においては、製造プロセスは、半導体ウェーハのような基板上の半導体製品（集積回路）の製造用に適応されている。当業者であれば、このプロセスの変形において様々なタイプの基板を処理することにより多様な製品が製造可能であることを理解するであろう。半導体製品の生産は純粋に、今日大きな商業的意義を有するものの一例として用いられる。

【0015】

[0014] リソグラフィ装置（又は略して「リソツール」２００）内には、２０２に測定ステーションＭＥＡが示されると共に、２０４に露光ステーションＥＸＰが示されている。２０６には制御ユニットＬＡＣＵが示されている。本例において、各基板は、パターンを適用させるために、測定ステーション及び露光ステーションを訪れる。光リソグラフィ装置においては、例えば、投影システムを使用して、調整された放射及び投影システムを用いて製品パターンをパターニングデバイスＭＡから基板上に転写する。これは、放射感応性レジスト材料の層内にパターンの画像を形成することによって行われる。

【0016】

[0015] 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、又は液浸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、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁気光学システム及び静電光学システム、又はその任意の組み合わせを含む任意の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。パターニングＭＡデバイスは、パターニングデバイスによって伝送又は反射される放射ビームにパターンを付与するマスク又はレチクルであってもよい。周知の動作モードはステッピングモードとスキャンモードとを含む。周知のように、投影システムは、所望のパターンを基板全体にわたる多くのターゲット部分に適用するべく、基板の支持システム及び位置決めシステム並びにパターニングデバイスと様々に協働し得る。固定パターンを有するレチクルの代わりにプログラマブルパターニングデバイスが用いられてもよい。放射は、例えば、深紫外（ＤＵＶ）周波帯又は極端紫外（ＥＵＶ）周波帯の電磁放射線を含み得る。本開示は、他のタイプのリソグラフィプロセス、例えば電子ビームによる、例えばインプリントリソグラフィ及びダイレクトライティングリソグラフィにも適用可能である。

【0017】

[0016] リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵは、種々のアクチュエータ及びセンサの全ての移動及び測定を、基板Ｗ及びレチクルＭＡを受け入れるように及びパターニング動作を実施するように制御する。ＬＡＣＵは、装置の動作に関連する所望の計算を実施するための信号処理及びデータ処理能力も備えている。実用においては、制御ユニットＬＡＣＵは多くのサブユニットからなるシステムとして実現され、そのサブユニットの各々がリアルタイムのデータ取得や装置内のサブシステム又はコンポーネントの処理及び制御に対処する。

【0018】

[0017] 露光ステーションＥＸＰにおいてパターンが基板に適用される前に、基板は、種々の準備ステップを実行できるように、測定ステーションＭＥＡにおいて処理される。準備ステップは、レベルセンサを用いて基板の表面高さをマッピングすること、及びアライメントセンサを用いて基板上のアライメントマークの位置を測定することを含み得る。アライメントマークは、公称では通常の格子パターンで配置される。しかしながら、マーク作成の精度不良に起因して、並びに基板の処理全体を通じて発生する基板の変形に起因して、マークは理想的な格子から外れる。その結果、装置が正確な場所に非常に高い精度で製品フィーチャを印刷しようとする場合、基板の位置及び配向を測定することに加え、アライメントセンサは、実用では、基板エリア全体にわたって多くのマークの位置を詳細に測定しなければならない。装置は、制御ユニットＬＡＣＵによって制御される位置決めシステムを各々が備える２つの基板テーブルを有する、所謂デュアルステージタイプのものであってもよい。種々の準備ステップが実行され得るように、露光ステーションＥＸＰで一方の基板テーブル上の１つの基板が露光されている間に、測定ステーションＭＥＡでは他方の基板テーブル上に別の基板をロードすることができる。したがって、アライメントマークの測定には非常に時間がかかり、２つの基板テーブルを設けることは、装置のスループットの実質的な向上を可能にする。基板テーブルが測定ステーション並びに露光ステーションにあるときの基板テーブルの位置を位置センサＩＦが測定することができない場合には、両ステーションにおいて基板テーブルの位置が追跡されることを可能にするために、第２の位置センサが設けられてもよい。リソグラフィ装置ＬＡは、例えば所謂デュアルステージタイプのものであってもよく、これは２つの基板テーブルと２つのステーションすなわち露光ステーション及び測定ステーションとを有しており、基板テーブルはステーション間で交換可能である。

【0019】

[0018] 生産設備内では、装置２００は「リソセル」又は「リソクラスタ」の一部を形成し、これは装置２００によるパターニングのために基板Ｗに感光性レジスト及び他のコーティングを適用するコーティング装置２０８も含む。装置２００の出力側には、露光されたパターンを物理的なレジストパターンへと現像するために、焼成装置２１０及び現像装置２１２が設けられる。これらの全ての装置の間で、基板ハンドリングシステムが基板の支持及び１つの装置から次の装置への基板の搬送を引き受ける。集合的にトラックと称されることの多いこれらの装置は、トラック制御ユニットの制御下にある。トラック制御ユニット自体は監視制御システムＳＣＳによって制御され、監視制御システムＳＣＳはリソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。このように、異なる装置が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。監視制御システムＳＣＳは、各パターン付き基板を作成するために実施されるべきステップの定義を綿密に提供するレシピ情報Ｒを受信する。

【0020】

[0019] リソセルにおいてパターンが適用され現像されると、パターン付き基板２２０は、２２２，２２４，２２６に図示されるような他の処理装置へと搬送される。一般的な製造設備においては、広範囲の処理ステップが種々の装置によって実施される。例として、本実施形態における装置２２２はエッチングステーションであり、装置２２４はエッチング後のアニールステップを行う。更なる装置２２６等では、更なる物理的及び／又は化学的な処理ステップが適用される。実デバイスを作るためには、材料の堆積、表面材料特性の修正（酸化、ドーピング、イオン注入等）、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）などといった多様なタイプの動作が必要とされるであろう。装置２２６は、実用では、１つ以上の装置で行われる一連の様々な処理ステップを表し得る。別の一例としては、リソグラフィ装置によって定められた原版パターンに基づいて複数のより小さなフィーチャを生産するべく、自己整合多重パターニングの実施のための装置及び処理ステップが設けられてもよい。

【0021】

[0020] 周知のように、半導体デバイスの製造は、適当な材料及びパターンによって基板上に１層ずつデバイス構造を築き上げるために、こうした処理を何度も繰り返すことを伴う。よって、リソクラスタに到達する基板２３０は、新たに用意された基板であってもよいし、又は先にこのクラスタにおいてもしくは別の装置において完全に処理された基板であってもよい。同様に、必要な処理に応じて、装置２２６を去る基板２３２は、同じリソクラスタにおける後続のパターニング動作のために戻されてもよいし、異なるクラスタにおけるパターンニング動作を予定されてもよいし、又はダイシング及びパッケージ化に送られる完成品であってもよい。

【0022】

[0021] 製品構造の各層は異なる工程ステップのセットを必要とし、各層で用いられる装置２２６は完全にタイプが異なるものであり得る。また、装置２２６によって適用される処理ステップが名目上同じである場合でも、大型施設においては、異なる基板に対してステップ２２６を行うべく並行して動作する、恐らくは同一であると思われるいくつかの機械が存在し得る。これらの機械間の設定又は異常の小さな相違は、そうした相違が異なる基板に様々に影響することを意味し得る。エッチング（装置２２２）のような、各層にとって比較的一般的なステップでさえ、スループットを最大化するために、名目上は同一であるが並行して動作するいくつかのエッチング装置によって実施され得る。更に、実用においては、異なる層は、エッチングされる材料の詳細次第で、例えば化学エッチング、プラズマエッチングといった様々なエッチングプロセスや、例えば異方性エッチングのような特別な要件を必要とする。

【0023】

[0022] 前工程及び／又は後工程は、前述のように他のリソグラフィ装置において実施されてもよいし、異なるタイプのリソグラフィ装置においてさえ実施され得る。例えば、デバイス製造プロセスにおいて解像度やオーバーレイといったパラメータの要求が非常に厳しいいくつかの層は、要求が厳しくない他の層よりも高度なリソグラフィツールにおいて実施され得る。したがって、いくつかの層は液浸タイプのリソグラフィツールで露光されてもよく、その一方で他の層は「ドライ」ツールで露光される。いくつかの層はＤＵＶ波長で動作するツールで露光されてもよく、その一方で他の層はＥＵＶ波長放射を用いて露光される。

【0024】

[0023] リソグラフィ装置によって露光される基板が正確に且つ安定的に露光されるためには、後続の層間のオーバーレイエラー、線幅、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）等の特性を測定するべく、露光済み基板を検査するのが望ましい。よって、リソセルＬＣが所在する製造設備は、そのリソセルにおいて処理された基板Ｗのうちいくつか又は全部を受け入れるメトロロジシステムも含む。メトロロジ結果は、直接又は間接に監視制御システムＳＣＳに提供される。エラーが検出される場合には、特に、メトロロジをすぐに且つ迅速に行うことが可能で同じバッチの他の基板がまだ露光できるのであれば、後続の基板の露光に対して調節がなされてもよい。また、既に露光された基板は、取り除き、再処理して歩留まりを改善するか、あるいは廃棄してもよく、それによって、欠陥があることがわかっている基板の更なる処理を行うことが回避される。ある基板のいくつかのターゲット部分だけに欠陥がある場合には、良好なターゲット部分についてのみ、更なる露光が行われてもよい。

【0025】

[0024] 図１には、製造プロセスの所望の段階で製品のパラメータの測定を行うために設けられたメトロロジ装置２４０も示されている。最新のリソグラフィ生産設備におけるメトロロジステーションのよくある例は、例えば暗視野スキャトロメータ、角度分解スキャトロメータ、又は分光スキャトロメータといったスキャトロメータであり、これは装置２２２におけるエッチングの前に、２２０で現像された基板の特性を測定するために適用され得る。メトロロジ装置２４０を用いて、例えば、オーバーレイ又はクリティカルディメンジョン（ＣＤ）などの重要な性能パラメータが、現像済みレジストにおいて特定の精度要件を満たさないことを判定することができる。エッチングステップの前に、現像済みレジストを取り除き、リソクラスタを通じて基板２２０を再処理する機会が存在する。装置２４０からのメトロロジ結果２４２は、経時的に小さな調節を行う監視制御システムＳＣＳ及び／又は制御ユニットＬＡＣＵ２０６によって、リソクラスタにおけるパターニング動作の高精度の性能を維持するために使用可能であり、それによって製品が仕様外にされたり再処理を必要としたりするリスクが最小化される。

【0026】

[0025] また、処理済みの基板２３２，２３４及び入ってくる基板２３０の特性を測定するために、メトロロジ装置２４０及び／又は他のメトロロジ装置（図示しない）が適用されてもよい。メトロロジ装置は、オーバーレイ又はＣＤのような重要なパラメータを判定するために、処理済みの基板に対して使用されてもよい。

【0027】

[0026] 図２は単純な暗視野顕微鏡又はメトロロジデバイス配置を示す。暗視野メトロロジ装置において、０次放射は検出光学素子から遮蔽され、したがってキャプチャされる暗視野像はより高次の回折放射のみを備える（迷光を無視する）。これは、瞳（フーリエ平面）を（０次がターゲットに許容される）照明角度の範囲と（より高次の散乱光が進むことが予期される）許される検出角度の範囲とに分けることによって実現される。これは瞳を（複数の隔離領域を備え得る）相互排他的な照明領域と（やはり複数の隔離領域を備え得る）検出領域とに効果的に分割する。これらは以下ではそれぞれ照明瞳及び検出瞳と称される。

【0028】

[0027] 図２において、光源ＬＳは放射を提供し、その放射はレンズシステムＬ１，Ｌ２によって収集される。照明瞳ＩＰでは、ブロックが照明形状を定義する。本例においては、中心ビームＣＢが遮蔽されて照明瞳ＩＰにおける輪帯照明プロファイルを定義する。照明は、レンズＬ２によって、測定される試料Ｔ上に合焦される。試料Ｔによって回折された光は、対物レンズＯＬによって収集されると共にディテクタＤＥＴ上に合焦される。０次ブロック０Ｂは試料Ｔからの０次放射を遮蔽する。結果として得られる検出瞳ＤＰは、（検出ＮＡを定義する）回折照明に利用可能なエリアＤを示す。したがって、照明Ｉに使用されており検出には利用可能でないエリア、及び更には０次の周囲に散乱する光の抑制を限定する適当な０次ブロックマージン０Ｍも示される。

【0029】

[0028] 図３（ａ）は、リソグラフィプロセスのメトロロジ用途に特に適合されたタイプの例示的な暗視野メトロロジ装置を示す。代替的なメトロロジ装置は、例えば国際公開第２０１７／１８６４８３Ａ１号に開示されるもののようなＥＵＶ放射を用い得る。ターゲット構造Ｔ及びターゲット構造を照明するために用いられる測定放射の回折光線は、図３（ｂ）により詳細に示されている。メトロロジ装置は、独立型のデバイスであってもよいし、又は、例えば測定ステーションでリソグラフィ装置ＬＡに、もしくはリソグラフィックセルＬＣに組み込まれていてもよい。装置全体でいくつかの分岐を有する光軸が点線Ｏによって表されている。この装置において、源１１（例えばキセノンランプ）によって出射された光は、レンズ１２，１４及び対物レンズ１６を備える光学系によって、ビームスプリッタ１５を介して基板Ｗ上に向けられる。これらのレンズは、４Ｆ配置の二重配列で構成される。ディテクタ上に基板画像を依然として提供し、且つ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を可能にするのであれば、異なるレンズ配置が用いられてもよい。したがって、放射が基板に入射する角度範囲は、ここでは（共役）瞳面と称される基板面の空間スペクトルを表す平面における空間強度分布を定義することによって、選択可能である。これは特に、対物レンズ瞳面の後方投影画像である平面内でレンズ１２と１４との間に適当な形状のアパーチャプレート１３を挿入することによって、行うことができる。図示する例においては、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状を有しており、異なる照明モードが選択されることを可能にしている。異なるアパーチャを用いることによって、照明の他のモードが可能である。所望の照明モードの外側の不要な光は所望の測定信号と干渉するため、瞳面の残りの部分は暗いのが望ましい。

【0030】

[0029] 図３（ｂ）に示されるように、ターゲット構造Ｔは、基板Ｗと共に、対物レンズ１６の光軸Ｏに対して垂直に設置される。基板Ｗはサポート（図示しない）によって支持されてもよい。軸Ｏを外れた角度からターゲット構造Ｔに衝突する測定放射の光線Ｉは、０次の光線（実線０）と、２つの１次光線（一点鎖線＋１及び二点鎖線－１）とを生じさせる。小さなターゲット構造がオーバーフィルされた状態では、これらの光線は、メトロロジターゲット構造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な光線の１つにすぎないことに留意すべきである。プレート１３のアパーチャは（有用な量の光を許容するのに必要な）有限の幅を有するので、入射光線Ｉは実際にはある角度範囲を占め、回折された光線０及び＋１／－１はいくらか広がるであろう。小さなターゲットの点拡がり関数に従って、各次数＋１及び－１はある角度範囲にわたって更に広がり、図示されるような単一の理想的な光線にはならないであろう。なお、ターゲット構造の格子ピッチ及び照明角度は、対物レンズに進入する１次の光線が中心光軸と密に位置合わせされるように設計又は調整されることができる。図３（ａ）及び３（ｂ）に図示された光線は、図中でより容易に区別できるようにするだけのために、いくらか軸を外れて示されている。図３に示されるアパーチャプレート１３及び視野絞り２１の特定の形状は、単なる例である。

【0031】

[0030] 基板Ｗ上のターゲット構造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を通って戻るように方向付けられる。第２のビームスプリッタ１７は回折されたビームを２つの測定分岐に分割する。第１の測定分岐では、光学系１８が、０次及び１次の回折ビームを用いて、ターゲット構造の回折スペクトル（瞳面像）を第１のセンサ１９（例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上に形成する。各回折次数はセンサ上の異なる点に当たり、したがって画像処理は次数を比較対照することができる。センサ１９によってキャプチャされた瞳面像は、メトロロジ装置を合焦させるため及び／又は１次ビームの強度測定を標準化するために用いることができる。瞳面像は、再構築など多くの測定目的でも用いることができる。

【0032】

[0031] 第２の測定分岐では、光学系２０，２２が、ターゲット構造Ｔの像をセンサ２３（例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上に形成する。第２の測定分岐には、開口絞り２１が、瞳面と共役な平面内に設けられる。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、０次回折ビームを遮蔽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に出力される。このプロセッサの機能は実施される測定の特定のタイプによって決まる。なお、「像」という用語は、ここでは広い意味で用いられる。－１次及び＋１次のうち一方のみしか存在しない場合には、格子線の像自体が形成されないであろう。

【0033】

[0032] 瞳を相互排他的な照明瞳と検出瞳とに分割することの結果は、照明ＮＡ及び検出ＮＡを減少させる必要があるということである。照明ＮＡと検出ＮＡとの間のトレードオフにはいくらかの柔軟性があるが、最終的に両方のＮＡを好適に大きくすることは、単一の瞳においては可能ではない。戻って図２を参照すると、（角度の範囲、すなわち環幅によって定義される）照明ＮＡは、僅か０．１程度である。０次ブロックマージンも約０．１のＮＡを備えており、検出ＮＡを約０．６に限定している。

【0034】

[0033] 現在実現可能であるものと比較して増加された照明ＮＡ及び検出ＮＡを提供する暗視野顕微鏡又はメトロロジデバイスを記載する。本明細書に記載の概念は、リソグラフィ用途で用いられるか他の用途で用いられるかに関わらず、どんな暗視野顕微鏡又はメトロロジデバイスにも適用可能である。リソグラフィ用途の文脈では、この概念は暗視野アライメントセンサデバイス及び（図３に示されるような）露光後暗視野メトロロジデバイスに等しく適用可能である。

【0035】

[0034] この概念は、測定の際、照明瞳内の少なくとも２つの異なる場所の間で照明を移動させると同時に検出アパーチャを効果的に移動させることを備える。検出アパーチャの効果的な移動は、０次ブロックを、瞳内の回折／反射放射に関して、照明の各場所について０次放射を遮蔽するように移動させることによって実現され得る。０次ブロックを検出瞳内の回折／反射放射に関して移動させることは、０次ブロックを物理的に移動させること又は０次ブロックを固定されたままにして瞳内の回折／反射放射（もしくは両者の組み合わせ）を物理的に移動させる／方向付けることを備え得る。以下で０次ブロックを移動させることに言及する場合、０次ブロックが物理的に固定されており回折／反射放射線が照明に対応して方向付けられる状況を包含するものと理解することができる。

【0036】

[0035] より具体的には、メトロロジデバイスは、照明を測定される試料に向けるように及びその試料からの散乱線を収集するように動作可能な対物レンズ配置であって、散乱線は０次放射及びより高次の回折放射を備えており、対物レンズ配置は照明経路において照明を受光するための照明角度の最大範囲と検出経路において散乱線を受光するための検出角度の最大範囲とを定義する、対物レンズ配置と、０次放射を遮蔽するように動作可能な０次ブロックと、を備えている。暗視野メトロロジデバイスは、照明角度の最大範囲の少なくとも２つの異なるサブセットにわたって照明をスキャンするための照明スキャンを実施するように、及び同時に、その照明のスキャンの少なくとも一部において検出角度の最大範囲の対応するサブセットにわたって０次ブロックと散乱線との両方のうち一方を互いに対してスキャンする検出スキャンを実施するように動作可能である。

【0037】

[0036] 一実施形態においては、照明は、０次ブロックが０次放射を常に遮蔽するように位置決めされた状態で、２つよりも多くの場所にわたって移動される。この場合、０次は、照明に対応して全ての場所にわたって、又は代替的には必要なときにのみ０次を遮蔽するように、移動され得る（例えば、後者の場合には、第１段階で０次を移動させることなく中心エリアがスキャンされ、第２段階で周辺エリアが０次ブロックと同時にスキャンされる）。一実施形態においては、スキャンによってカバーされる場所の数は、放射源の空間的コヒーレンスと、ウェーハレベルで利用可能な及び／又はアドレスされる空間モードとに依存し得、例えばそれらは略等しいはずである（例えば２０％以内又は１０％以内）。

【0038】

[0037] 図４は基本的な原理を示す。同図は、スキャン時の３つの異なる時間インスタンスｔ１，ｔ２，ｔ３における照明瞳ＩＰ，ＩＰ’，ＩＰ’’及び検出瞳ＤＰ，ＤＰ’，ＤＰ’’を示している。各瞳は強度の角度分解スペクトルである。より具体的には、各外円の範囲はそれぞれ、照明を受光するための照明角度の最大範囲を表す最大照明ＮＡ（照明方向の最大ＮＡ）と、検出経路において散乱線を検出するための検出角度の最大範囲を表す顕微鏡対物系の最大検出ＮＡ（検出方向の最大ＮＡ）と、に対応する。いずれの場合も、最大ＮＡは、純粋な一例として、０．９５ＮＡであってもよい。検出瞳ＤＰ，ＤＰ’，ＤＰ’’は０次ブロック０Ｂによって定義される。照明経路ＩＰＡ及び０次ブロック経路０ＢＰは、対応する蛇行線として示されている。各時間インスタンスにおいて、０次ブロック０Ｂは、照明瞳ＩＰ，ＩＰ’，ＩＰ’’の場所に応じて０次を遮蔽するように位置している。よって、０次ブロックは、照明Ｉが辿る経路に対応する経路に沿って、同じスピードで、しかし逆の方向でスキャンされる。

【0039】

[0038] 図示される蛇行経路は、基本的な概念を説明するための純粋に例示的なものである。蛇行経路が用いられた場合、瞳内のより大きなエリア（受光角度のより大きな範囲）がカバーされるように、パスはより密に束ねられるであろう。各空間モードが等しくアドレスされるように、各場所が等しい期間にわたってスキャンされるのが好適であろう。したがって、蛇行の終点でのドウェルを防止するために、螺旋形の経路が好適であろう。スキャンは連続的なものであってもよいし、又は照明の不連続な移動（及び０次ブロックの対応する移動）が行われてもよい。照明及び０次ブロックを、照明及び検出の両方について、利用可能な対物レンズＮＡ全体にわたってこのようにスキャンすることが可能であることは理解されよう。よって、この配置は、暗視野顕微鏡の照明ＮＡ及び検出ＮＡの各々が０．９５程度であることを可能にする。同時に、０次ブロックマージンは、非常に柔軟でもありつつ、０．２～０．３ＮＡに増加されることができる。

【0040】

[0039] スキャン箇所の数は、照明特性、特に放射の空間的コヒーレンスに依存し得ることに言及した。とりわけ、実施形態は次のものを含むであろう。
１） 空間的にコヒーレントな光源を使用して多数の位置（例えば１００から１０００、又は１００から１００００箇所）にわたってスキャンをすること。例えば、スキャンされる位置の数は、ウェーハレベルで利用可能な及び／又はアドレスされる空間モードの総数と等しくても（又は同程度であっても）よい。
２） 空間的にインコヒーレントな光源を使用して（例えばＭ個の空間モードで）より少ないスキャン位置（例えばＫ個の位置）にわたってスキャンをすること。ただし、Ｍ＊Ｋは典型的には、ウェーハレベルで利用可能な及び／又はアドレスされるエタンデュ（すなわち空間モードの総数）に概ね等しいであろう（例えば２０％以内又は１０％以内）。
３） 空間的にコヒーレントな光源を使用して２段階スキャンをすること。第１段階のスキャンは、０次ブロックが（回折／反射ビームに対して）固定位置にある間に、例えば第１の領域内のＭ個の空間モードにわたって光源をスキャンする。これは直前の実施形態２）における単一のスキャン位置に概ね等しい。次に、第２段階のスキャンは、（例えばスキャン対象のエリアの残りの部分をカバーするように）例えば瞳内のＫ個のスキャン位置にわたって照明と０次ブロックとを一緒にスキャンする。

【0041】

[0040] 実施形態３）の利点は、明るい光源を有することと０次ブロックのエッジにおけるクリッピングの平均をとることとの組み合わせ（及び全ての実施形態に適用可能な、センサ欠陥と、角度依存性マーク効果と、対物瞳のエッジにおけるクリッピングと、の平均をとるという利点）を提供するということである。

【0042】

[0041] 典型的には、全てのスキャン位置の積分を備える１つのカメラ画像（例えば１ｍｓから１００ｍｓの積分時間）をキャプチャできることが提案される。原則的に、各スキャン位置において高速カメラで個別の画像を撮り、次にそのデータを後処理する（例えば、画像を積分する／平均するよりも高度な何かをする）ことも可能である。

【0043】

[0042] 多くの顕微鏡及びセンサにおける課題は、高輝度光源及び空間的にインコヒーレントな照明の両方が同時に所望されることである。これは提案されるシステムの主たる利点ではないが、同システムは、これらの利点の両方を随意（for free）効果的に提供する。

【0044】

[0043] 図５は、提案される原理を組み込んだ、考え得る暗視野顕微鏡配置の概略図である。同図はレーザ光源ＬＳを示しており、その出力は適当な方法（例えばコヒーレントな放射の実施形態についてはシングルモードファイバＳＭＦ）を介してシステム（すなわち光モジュールの内部）に連結されている。結果として生じる放射は、構成可能な光学デバイスＭ（例えば可倒式／スキャンミラー、デジタルマイクロミラーデバイス、又は同等のもの）を介し、ビームスプリッタＢＳを通じて、対物レンズＯＬへ及びサンプル（例えば基板Ｗ上のターゲット）上へ向けられる。散乱されたもの（例えば、０次及び＋１及び／又は－１回折次数を備える回折及び反射放射）は、ビームスプリッタＢＳによって検出分岐に向けられる。０次ブロック０Ｂは０次（反射）放射を遮蔽し、その一方でより高次の放射はディテクタＤＥＴ上に結像される。コントローラＣＯＮが光学デバイスＭと０次ブロック０Ｂとを同時に記載されているように制御する（０次が常に遮蔽されることを保証するように、０次ブロック０Ｂを移動させながら利用可能な瞳内で照明を移動させる）。

【0045】

[0044] 図６は、十分に正確に行うことが難しいであろう光学デバイスＭと０次ブロック０Ｂとの制御を同期化するという課題を取り除く、代替的な暗視野顕微鏡配置の概略図である。図５と要素が同一である場合には再度の説明はしない。

【0046】

[0045] 本実施形態の主な相違は、０次ブロックＦ０Ｂが位置を固定されており、光学デバイスＭ１のみがコントローラＣＯＮによって制御されるという点である。しかしながら、デバイス内でのビームの方向付けは、同じ光学デバイスＭが、ある範囲の受光角度にわたる照明放射と、検出瞳内の固定された０次ブロックＦ０Ｂに対する散乱線とを同時に方向付けるようになっており、それによって０次は照明スキャンの全体を通じて遮蔽される。図示される配置は、結果としてもたらされる照明の制御及び散乱線と０次ブロックとの相対位置の制御が、図４に示されるものと実質的に同一に、又は図５の配置による同時制御と同一のやり方で実施され得るようなものであろう。これを実現するための図示される具体的な配置は純粋に例示的なものであり（例えばビームスプリッタＢＳ及びミラーＭ２を使用する）、当業者は、同様に作用すると思われる多くの異なる配置及び構成があることを認識するであろう。

【0047】

[0046] 上記の例においては、物理的なスキャンが、可倒式／スキャンミラー、デジタルマイクロミラーデバイス、又は同等のものなどの構成可能な光学デバイスＭを用いて行われる。しかしながら、光学モジュールの内部の照明ビームのスキャンは不安定性を引き起こすおそれがある。したがって、別の一実施形態においては、照明角度の異なるサブセットを通じたスキャン（瞳内のスキャン）は、（おそらくはレンズアレイと組み合わせて）ファイバ束を用いて実施され得る。そのような一実施形態においては、ファイバ束は、光モジュールの外部の照明源から照明光学部品へ、照明放射を選択的に輸送する。スキャンは、ファイバ束のファイバのどのサブセットが同時にアクティブであるか（照明放射を輸送しているか）を選択することによって実現される。例えば、配置は、束内のファイバの各々を通じて個別に（又はより一般的にはファイバの異なるサブセットを通じて個別に）光を順次送ることによって、照明スキャンを実施し得る。光は、例えばファイバ束入力にある走査ミラーによって、又は当業者には自明であろう任意の他の手段によって、異なるファイバを通じて送られてもよい。よって、物理的スキャンがフーリエ平面で行われるのか像面で行われるのかに関係なく、照明瞳内の照明を（照明角度の異なるサブセットを通じて）スキャンする任意の方法を用いることができる。

【0048】

[0047] やはり提案される概念を適用可能な、コヒーレンスが最適化された具体的な暗視野メトロロジデバイスを次に簡潔に説明する。そのようなデバイスは、参照により本明細書に組み込まれる欧州出願第１８１９５４８８．４号及び第１９１５０２４５．９号に開示されると共により包括的に記載されている。

【0049】

[0048] このメトロロジデバイスは、複数の空間的にインコヒーレントな測定照明のビームを生成するように構成されており、それらのビームの各々（又は、それらのビームの、各々が測定方向に対応する測定ペアの、両方のビーム）は断面内に対応する領域を有しており、その断面についてはこれらの領域におけるビーム間の位相関係がわかっている。すなわち、対応する領域については相互の空間的コヒーレンスが存在する。そのようなメトロロジデバイスは、暗視野モードで許容可能な（最小の）干渉アーチファクト（スペックル）を有する小さなピッチのターゲットを測定することができる。そのようなメトロロジデバイスは、基板位置又はオーバーレイもしくは焦点など他の露光後パラメータを測定するための位置又はアライメントセンサとして用いられ得る。

【0050】

[0049] 図７は、そのようなメトロロジデバイスのとり得る一実装形態を示す。このメトロロジデバイスは実質的に、新規の照明モードを備える標準的な顕微鏡として動作する。メトロロジデバイス３００は、デバイスの主要なコンポーネントを備える光モジュール３０５を備えている。照明源３１０（モジュール３０５の外部に位置しマルチモードファイバ３１５によって同モジュールに光学的に連結され得る）が、空間的にインコヒーレントな放射ビーム３２０を光モジュール３０５に提供する。光学コンポーネント３１７が、その空間的にインコヒーレントな放射ビーム３２０を、コヒーレントなオフアクシス照明ジェネレータ３２５に送給する。コヒーレントなオフアクシス照明ジェネレータ３２５は、空間的にインコヒーレントな放射ビーム３２０から複数（例えば４つ）のオフアクシスビーム３３０を生成する。コヒーレントなオフアクシス照明ジェネレータ３２５は、例えば位相格子を備え得る。これらのオフアクシスビーム３３０の特徴は、以下で詳細に説明される。必要な場合（例えば、コヒーレントなオフアクシス照明ジェネレータ３２５が位相格子を備えているとき）には、照明ジェネレータの０次は照明０次ブロック素子３７５によって遮蔽され得る。オフアクシスビーム３３０は（光学コンポーネント３３５及び）スポットミラー３４０を介して（例えば高ＮＡの）対物レンズ３４５に送給される。対物レンズはオフアクシスビーム３３０を基板３５０上に位置するサンプル（例えば周期構造／アライメントマーク）上に合焦させ、オフアクシスビームはそこで散乱及び回折する。散乱したより高い回折次数３５５＋，３５５－（例えばそれぞれ＋１次及び－１次）は、スポットミラー３４０を介して伝搬して戻り、光学コンポーネント３６０によってセンサ又はカメラ３６５上に合焦され、そこで干渉して干渉パターンを形成する。その後、適当なソフトウェアを実行するプロセッサ３８０が、ディテクタ又はカメラ３６５によってキャプチャされた干渉パターンの１つ又は複数の像を処理することができる。（例えば固定された基準に対する）干渉パターンの縞の位置から、位置情報が判定され得る。よって、メトロロジセンサは、リソグラフィック製造プロセス又は他のメトロロジプロセスにおいて（例えば基板及び／又はレチクルステージの）位置合わせを実施するためのアライメントセンサとして使用することができる。

【0051】

[0050] ０次の（正反射的な）放射は、検出分岐内の適当な場所で、例えばスポットミラー３４０及び／又は別個の検出０次ブロック素子によって遮蔽される。なお、オフアクシス照明ビームの各々について０次反射がある。すなわち、本実施形態においては、合計で４つのこうした０次反射がある。４つの０次反射を遮蔽するのに適したアパーチャプロファイルの一例が、図９（ａ）及び（ｂ）に、４２２と標示されて示されている。よって、メトロロジデバイスは暗視野メトロロジデバイスとして動作した。

【0052】

[0051] このメトロロジデバイスの主概念は、必要な場合にのみ測定照明の空間的コヒーレンスを誘発することである。より具体的には、空間的コヒーレンスは、オフアクシスビーム３３０の各々の対応する瞳点のセット間で誘発される。更に具体的には、１セットの瞳点は対応する単一の瞳点をオフアクシスビームの各々に備えており、その１セットの瞳点は相互に空間的にコヒーレントであるが、各瞳点は同じビームの他の全ての瞳点に対してインコヒーレントである。このようにして測定照明のコヒーレンスを最適化することによって、小さいピッチのターゲットに対して暗視野オフアクシス照明を行うことが可能になるが、各オフアクシスビーム３３０は空間的にインコヒーレントであるから、スペックルアーチファクトは最小になる。

【0053】

[0052] 図８は、この概念を説明するための３つの瞳像を示している。図８（ａ）は図７の瞳面Ｐ１に関する第１の瞳像を示し、図８（ｂ）及び８（ｃ）はそれぞれ図７の瞳面Ｐ２及び瞳面Ｐ３に関する第２の瞳像を示す。図８（ａ）は空間的にインコヒーレントな放射ビーム３２０を（断面図で）示し、図８（ｂ）及び８（ｃ）は２つの異なる実施形態においてコヒーレントなオフアクシス照明ジェネレータ３２５によって生成されたオフアクシスビーム３３０を（断面図で）示す。どの場合も、外円３９５の範囲は顕微鏡の対物系の最大検出ＮＡに対応する。これは、純粋な一例として、０．９５ＮＡであってもよい。

【0054】

[0053] 瞳の各々における三角形４００は、互いに対して空間的にコヒーレントな１セットの瞳点を示す。同様に、バツ印４０５は、互いに対して空間的にコヒーレントな別の１セットの瞳点を示す。三角形は、バツ印及びビーム伝搬に対応する他の全ての瞳点に対して空間的にインコヒーレントである。（図８（ｂ）に示される例における）一般原則は、相互に空間的にコヒーレントな瞳点の各セット（点の各コヒーレントセット）は照明瞳Ｐ２内において他の全ての点のコヒーレントセットと同一の間隔を有するということである。よって、本実施形態においては、点の各コヒーレントセットは、他の全ての点のコヒーレントセットの瞳内における平行移動である。

【0055】

[0054] 図８（ｂ）において、三角形４００によって表される点の第１のコヒーレントセットの各瞳点の間の間隔は、バツ印４０５によって表される点のコヒーレントセットの各瞳点の間の間隔と等しくなければならない。この文脈における「間隔」は指向性である。すなわち、バツ印のセット（点の第２のセット）は三角形のセット（点の第１のセット）に対して回転不能である。よって、オフアクシスビーム３３０の各々はそれぞれにインコヒーレントな放射を備えているが、オフアクシスビーム３３０を合わせたものは、既知の位相関係（空間的コヒーレンス）を有する対応する点のセットを断面内に有する同一のビームを備えている。なお、点の各セットの点は等間隔である必要はない（例えば、本例における４つの三角形４０５の間の間隔は等しいことを要さない）。よって、オフアクシスビーム３３０は瞳内に対称的に配置されなくてもよい。

【0056】

[0055] 図８（ｃ）は、この基本的概念が、ビーム３３０Ｘが第１の方向（Ｘ方向）に対応しビーム３３０Ｙが第２の方向（Ｙ方向）に対応する場合に、単一の測定方向に対応するビームの間でのみ相互の空間的コヒーレンスを提供することにまで拡張可能であることを示す。本例において、四角形及びプラス記号はそれぞれ、三角形及びバツ印によって表される瞳点のセットと対応するが必ずしも空間的にコヒーレントではない瞳点のセットを示す。もっとも、バツ印は相互に空間的にコヒーレントであり、プラス記号も同様であり、バツ印はプラス記号の瞳における幾何学的な平行移動である。よって、図８（ｃ）においては、オフアクシスビームはペア毎にのみコヒーレントである。

【0057】

[0056] 本実施形態においては、オフアクシスビームは、方向、例えばＸ方向３３０Ｘ及びＹ方向３３０Ｙによって、別個に検討される。キャプチャされたＸ方向の回折次数を生成するビーム３３０Ｘのペアは、（点４００Ｘのペアが相互にコヒーレントであり、点４０５Ｘのペアもそうであるように）互いに対してのみコヒーレントであればよい。同様に、キャプチャされたＹ方向の回折次数を生成するビーム３３０Ｙのペアは、（点４００Ｙのペアが相互にコヒーレントであり、点４０５Ｙのペアもそうであるように）互いに対してのみコヒーレントであればよい。しかしながら、点４００Ｘのペアと点４００Ｙのペアとの間、あるいは点４０５Ｘのペアと点４０５Ｙのペアとの間には、コヒーレンスが存在する必要はない。よって、検討される各測定方向に対応するオフアクシスビームのペアにはコヒーレントな点のペアが含まれている。やはり、測定方向に対応するビームの各ペアに関しては、コヒーレントな点の各ペアは、他の全ての点のコヒーレントなペアの瞳内における幾何学的な平行移動である。

【0058】

[0057] 図９（ａ）は、４つ全てのオフアクシス照明ビーム４２０から得られる検出瞳表現（キャプチャされた次数のみ）を示す。キャプチャされた次数は、－１Ｘ方向回折次数４２５、＋１Ｘ方向回折次数４３０、－１Ｙ方向回折次数４３５、及び＋１Ｙ方向回折次数４４０を含む。記載されているように、これらの回折次数はカメラで結像され、そこで縞パターンを形成しながら干渉する。４つ（又はいくつかの単方向の実施形態においては２つ）のビーム４２５，４３０，４３５，４３５をキャプチャすると同時に４つの０次４２０を遮蔽する（ここでは０次ブロック４２２によって行われる）必要があるので、最大照明及び検出ＮＡは、この場合、概ね０．２に限定される。図９（ｂ）は、照明ＮＡが増加された場合に予期され得るものを示す。この場合、照明及び検出領域が重複し、暗視野メトロロジは不可能であろう。

【0059】

[0058] 図１０は、本明細書に記載される概念が、この照明及び検出ＮＡを約５０％（例えば約０．３）有意に増大させるためにどのように用いられ得るのかを図示している。これは利用可能な空間モードの数を実質的に２倍にし、スペックルの更なる平均化を可能にする。この概念は、照明瞳ＩＰ内のより大きな照明瞳エリアＩにわたってスキャンされるのが４つ全てのオフアクシス照明ビームであるという点以外は、同じである。これは図１０（ａ）に図示されている。結果として得られる検出瞳は図１０（ｂ）に図示されている。同図は、図９（ａ）の配置に対して、より大きい０次絞りマージン及び検出ＮＡを示している。

【0060】

[0059] 図１０（ｃ）は、図１０（ａ）及び１０（ｂ）に図示されている瞳が（照明に関して及びそれに対応して０次絞りに関して）どのように４つの異なるスキャン場所からなるのかを示している。これについて、ビームは実質的に空間的にインコヒーレントであるため、装置は上記の実施形態２）によって説明される手法で動作している。０次絞りは、アパーチャとして示されているが、図９の０次ストップ４２２と類似の形態をとってもよい。代替案として、装置は、（上記で実施形態３）として記載された）２段階スキャンの実施形態で動作してもよい。例えば、第１のスキャンは、例えば図１０（ｂ）に図示される４つの場所のうち１つのエリアをカバーするように、０次ブロックが固定位置にある間に、例えば瞳のＭ個の場所を０．１ＮＡと０．１５ＮＡとの間のディスクでスキャンしてもよい。例えば、０．１５ＮＡのディスクには、０．１５ＮＡのディスクの２×２を合算したものが概ね０．３ＮＡをカバーするという利点がある。ディスク毎に０．１ＮＡであれば、スキャンはＭ個＝３×３＝９つの位置を備え得る。第２のスキャンは、図１０（ｂ）に図示される残りの３つの場所にわたって０次ブロックと同時に実施される。

【0061】

[0060] 図１１は、図５／６及び図７に図示された装置の組み合わせの単純化された表現を示す。より具体的には、この配置は（図５の配置に基づく配置が想定され得るものの）図６に図示される配置に基づいているが、オフアクシス照明ジェネレータ（例えば位相格子）ＰＧが追加されると共に残りの光学素子がそれに応じて適応されている。残りの配置は図６に示されるものと実質的に同じであるため、更なる説明はしない。

【0062】

[0061] 図１２は 図１１の配置のバリエーションを示す。図１１においては、光源ＩＬＳは、マルチモードファイバＭＭＦを介して輸送される空間的にインコヒーレントな光源である。図１２の実施形態では、コヒーレントな放射源ＣＬＳが用いられ、放射はシングルモードファイバＳＭＦを介して輸送される。この実施形態のメトロロジデバイスの利点は放射がほとんどインコヒーレントであるということであるが、瞳内のいくつかのスキャンされた位置を積分／平均する効果はインコヒーレントな放射の効果に似ており（スペックルを平均化する）、よって、特にスキャンが多数の位置にわたるときには、コヒーレントな放射源を用いることができる。

【0063】

[0062] 本明細書において用いられる暗視野メトロロジ装置という用語は、用途に関係なく、任意の暗視野顕微鏡又は他のメトロロジデバイスを指し得る。０次放射は、メトロロジ装置の設定（例えば、測定が反射型又は透過型のいずれで実施されるか）に応じて、正反射的な放射又は透過放射を備える。より高次の回折放射は、任意の１つ以上の回折次数からの放射を備え得る（例えば１次だけでなく又は必ずしも１次ではない）。

【0064】

[0063] 本明細書に記載されたメトロロジデバイスとの関係において用いられる「放射」及び「ビーム」という用語は、１０００～３０００ｎｍ波長などの赤外波長を含む任意の波長範囲のあらゆるタイプの電磁放射線を網羅する。

【0065】

[0064] 上記の記載はリソグラフィ装置／スキャナの補正を説明しているが、決定された補正は、どのプロセスにでも用いられ得ると共に、層内に形成される構造の位置及び／又は寸法に対して影響のある、例えばエッチング装置など、ＩＣ製造プロセスのどの集積回路（ＩＣ）製造装置によっても用いられ得る。

【0066】

[0065] リソグラフィ装置に関係して用いられる「放射」及び「ビーム」という用語は、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）、並びにイオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームを含む、あらゆるタイプの電磁放射を網羅する。

【0067】

[0066] 「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。

【0068】

[0067] 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。

【0069】

[0068] 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】

【図2】

【図3(a)】

【図3(b)】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8(a)】

【図8(b)】

【図8(c)】

【図9(a)】

【図9(b)】

【図10(a)】

【図10(b)】

【図10(c)】

【図11】

【図12】