JP2021520518A - 構造の特性を決定する方法及びメトロロジ装置 - Google Patents

構造の特性を決定する方法及びメトロロジ装置 Download PDF

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Abstract

構造の特性を決定するための方法及び装置が開示される。ある配置では、構造が、第１の照明放射線を用いて照明されることにより、第１の散乱放射線が生成される。センサに到達する第１の散乱放射線の一部分及び第１の基準放射線間の干渉によって、第１の干渉パターンが形成される。また、構造は、異なる方向から第２の照明放射線を用いて照明される。第２の基準放射線を用いて、第２の干渉パターンが形成される。第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンを使用して、構造の特性が決定される。センサ上への第１の基準放射線及び第２の基準放射線の方位角は、異なる。【選択図】 図３

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、参照によって全体として本明細書に組み込まれている２０１８年４月９日に出願された欧州特許出願公開第１８１６６３１２．１号の優先権を主張するものである。
[0002] 本発明は、基板上に製造された構造の特性を決定することに関する。
[0003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に施すように構築された機械である。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。リソグラフィ装置は、例えば、パターニングデバイス（例えば、マスク）にあるパターン（「デザインレイアウト」又は「デザイン」と呼ばれることも多い）を、基板（例えば、ウェーハ）上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層に投影し得る。
[0004] リソグラフィ装置は、基板にパターンを投影するために電磁放射を使用し得る。この放射の波長により、基板上に形成できるフィーチャの最小サイズが決まる。現在使用されている典型的な波長は、３６５ｎｍ（ｉ線）、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ及び１３．５ｎｍである。波長が４〜１００ｎｍの範囲、例えば６．７ｎｍ又は１３．５ｎｍである極端紫外線（ＥＵＶ）の放射を使用するリソグラフィ装置であれば、例えば、波長が１９３ｎｍである放射を使用するリソグラフィ装置よりも小さいフィーチャを基板上に形成することが可能である。
[0005] リソグラフィ装置の古典的な解像限界より小さい寸法を有するフィーチャをプロセスするために、低ｋ１リソグラフィが用いられ得る。そのようなプロセスでは、解像度の式は、ＣＤ＝ｋ１×λ／ＮＡで表され得、ここで、λは、使用される放射線の波長であり、ＮＡは、リソグラフィ装置の投影光学系の開口数であり、ＣＤは、「クリティカルディメンジョン」であり（一般には印刷される最小フィーチャサイズであるが、この場合にはハーフピッチ）、ｋ１は、経験的な解像度ファクタである。一般に、ｋ１が小さいほど、特定の電気的な機能性及び性能を達成するために回路設計者が計画した形状及び寸法に似せたパターンを基板上に複写することが困難になる。このような困難を克服するために、高度な微調整ステップがリソグラフィ投影装置及び／又はデザインレイアウトに適用され得る。そのようなステップとして、例えば、ＮＡの最適化、照明方式のカスタマイズ、位相シフトパターニング装置の使用、デザインレイアウトの様々な最適化、例えば、デザインレイアウトにおける光近接効果補正（ＯＰＣ）又は他の一般的に「解像度向上技術」（ＲＥＴ）と定義される方法があるが、これらに限定されない。代わりに、低ｋ１でのパターン複写を改善するために、リソグラフィ装置の安定性を管理する厳格管理ループが用いられ得る。
[0006] 製造プロセス中に、製造された構造を検査し、及び／又は製造された構造の特性を測定する必要性がある。適切な検査装置及びメトロロジ装置が、当該分野で知られている。知られているメトロロジ装置の１つは、スキャトロメータ（例えば、暗視野スキャトロメータ）である。
[0007] 米国特許出願公開第２０１６／０１６１８６４Ａ１号、米国特許出願公開第２０１０／０３２８６５５Ａ１号、及び米国特許出願公開第２００６／００６６８５５Ａ１号は、フォトリソグラフィ装置の実施形態及びスキャトロメータの実施形態を説明している。これらの引用文献は、本明細書において援用される。
[0008] 基板上の構造の特性を検査及び／又は測定するための改良メトロロジ装置のニーズがある。
[0009] 本発明のある局面によれば、基板上に製造された構造の特性を決定する方法であって、第１の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第１の散乱放射線を生成すること、並びにセンサ上で、センサに到達する第１の散乱放射線の一部分及び第１の基準放射線間の干渉によって形成される第１の干渉パターンを検出することと、構造の基準座標系内で第１の照明放射線とは異なる方向から、第２の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第２の散乱放射線を生成すること、並びにセンサ上で、センサに到達する第２の散乱放射線の一部分及び第２の基準放射線間の干渉によって形成される第２の干渉パターンを検出することと、第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンを使用して、構造の特性を決定することと、を含み、センサ上への第１の基準放射線の方位角が、構造の基準座標系内で、センサ上への第２の基準放射線の方位角とは異なる、方法が提供される。
[00010] 本発明者らは、第１の基準放射線の方位角及び第２の基準放射線の方位角を互いに異ならせることにより、構造に由来しない第１の干渉パターンと第２の干渉パターンとの差に対する寄与を減少させることができることを発見した。
[00011] 一実施形態では、センサ上への第１の基準放射線の方位角と、センサ上への第２の基準放射線の方位角との差が、１８０±３０度である。
[00012] このように方位角の差が１８０度に近くなるように選択することは、第１の干渉パターンと第２の干渉パターンとの差に対する望ましくない寄与を減少させるために特に効果的である。
[00013] 一実施形態では、第１の照明放射線及び第１の基準放射線を生成するために放射ビームが分割され、並びに放射ビームが分割される点とセンサとの間の光路長が、第１の照明放射線及び第１の基準放射線のそれぞれに関して等しくなるように設定される。
[00014] このように光路長が等しくなるように設定することにより、第１の干渉パターンと第２の干渉パターンとの差に対する望ましくない寄与（例えば、構造に由来しない寄与）がさらに減少する。
[00015] 一実施形態では、センサ上への第１の基準放射線の方位角が、構造上への第１の照明放射線の方位角に対して斜めである。
[00016] この差を斜角にすることにより、第１の干渉パターンにおける位置に応じたコントラストの望ましくない変動を減少させる自由が提供される。位置に応じたコントラストの変動を減少させることにより、第１の干渉パターンにおける有用なフィーチャ（例えば、フリンジ）の形成が促進される。
[00017] 一実施形態では、本方法は、第１の干渉パターンにおける位置に応じたコントラストの変動を減少させるために、構造上への第１の照明放射線の方向に対する、センサ上への第１の基準放射線の方向を調節することを含む。
[00018] この調節を行うことにより、第１の干渉パターンにおける位置に応じたコントラストの望ましくない変動を減少させることができる。
[00019] 一実施形態では、本方法は、第１の干渉パターンにおける位置に応じたコントラストの変動を減少させるために、センサに到達する第１の散乱放射線の一部分を構造からセンサへとガイドするために使用される光学系の光学特性を調節することをさらに含む。
[00020] この調節を行うことにより、第１の干渉パターンにおける位置に応じたコントラストの望ましくない変動をさらに減少させることができる。
[00021] 代替局面によれば、基板上に製造された構造の特性を決定する方法であって、第１の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第１の散乱放射線を生成すること、並びにセンサ上で、センサに到達する第１の散乱放射線の一部分及び第１の基準放射線間の干渉によって形成される第１の干渉パターンを検出することと、構造の基準座標系内で第１の照明放射線とは異なる方向から、第２の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第２の散乱放射線を生成すること、並びにセンサ上で、センサに到達する第２の散乱放射線の一部分及び第２の基準放射線間の干渉によって形成される第２の干渉パターンを検出することと、第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンを使用して、構造の特性を決定することと、を含み、構造の基準座標系内で、センサ上への第１の基準放射線の方位角が、公称で、センサ上への第２の基準放射線の方位角と同じであり、並びにセンサ上への第１の基準放射線の方位角と、構造上への第１の照明放射線の方位角及び構造上への第２の照明放射線の方位角のそれぞれとの差が、９０±３０度である、方法が提供される。
[00022] 第１の照明放射線、第１の基準放射線、第２の照明放射線、及び第２の基準放射線の相対的方向をこのように配置することにより、少なくとも、第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンの面内で第１の基準放射線及び第２の基準放射線の成分に平行する方向における、第１の干渉パターンと第２の干渉パターンとの望ましくない差（例えば、構造に由来しない差）が減少する。これは、第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンの面内で第１の基準放射線及び第２の基準放射線の成分に平行する方向に関する鏡面対称を有する位置に応じたコントラストの変動によるものである。
[00023] 本発明のある局面によれば、基板上に製造された構造の特性を決定するように構成されたメトロロジ装置であって、第１の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第１の散乱放射線を生成するように構成された照明分岐と、センサ上で、センサに到達する第１の散乱放射線の一部分及び第１の基準放射線間の干渉によって形成される第１の干渉パターンを検出するように構成された検出分岐と、を含み、照明分岐が、構造の基準座標系内で第１の照明放射線とは異なる方向から、第２の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第２の散乱放射線を生成するようにさらに構成され、検出分岐が、センサ上で、センサに到達する第２の散乱放射線の一部分及び第２の基準放射線間の干渉によって形成される第２の干渉パターンを検出するようにさらに構成され、装置が、第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンを使用して、構造の特性を決定するように構成された処理ユニットをさらに含み、並びにセンサ上への第１の基準放射線の方位角が、構造の基準座標系内で、センサ上への第２の基準放射線の方位角とは異なる、メトロロジ装置が提供される。
[00024] 本発明のある局面によれば、基板上に製造された構造の特性を決定するように構成されたメトロロジ装置であって、第１の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第１の散乱放射線を生成するように構成された照明分岐と、センサ上で、センサに到達する第１の散乱放射線の一部分及び第１の基準放射線間の干渉によって形成される第１の干渉パターンを検出するように構成された検出分岐と、を含み、照明分岐が、構造の基準座標系内で第１の照明放射線とは異なる方向から、第２の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第２の散乱放射線を生成するようにさらに構成され、検出分岐が、センサ上で、センサに到達する第２の散乱放射線の一部分及び第２の基準放射線間の干渉によって形成される第２の干渉パターンを検出するようにさらに構成され、装置が、第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンを使用して、構造の特性を決定するように構成された処理ユニットをさらに含み、並びにセンサ上への第１の基準放射線の方位角が、構造の基準座標系内で、センサ上への第２の基準放射線の方位角とは異なる、メトロロジ装置が提供される。
[00025] 以下では、添付の概略図面を参照して、本発明の実施形態をあくまで例として説明する。
[00025]リソグラフィ装置の概略的概要を示す。 [00025]リソグラフィセルの概略的概要を示す。 [00025]メトロロジ装置の模式表現を示す。 [00025]図３のメトロロジ装置で使用する照明放射線及び基準放射線を提供するための配置の模式表現を示す。 [00025]基準放射線をセンサ上へと誘導する第１の配置を示す。 [00025]基準放射線をセンサ上へと誘導する第２の配置を示す。 [00025]放射線の伝搬方向に言及するための命名規則を示す。 [00025]空間の位置に言及するための命名規則を示す。 [00025]第１の照明放射線、第１の散乱放射線、及び第１の基準放射線を示すｋ空間表現である。 [00025]第２の照明放射線、第２の散乱放射線、及び第２の基準放射線を示すｋ空間表現である。 [00025]センサの面内で、第１の基準放射線が、同じ方向にあり、且つ第１の照明放射線に対して垂直である、図９の配置に対する代替配置を示すｋ空間表現である。 [00025]センサの面内で、第２の基準放射線が、同じ方向にあり、且つ第２の照明放射線に対して垂直である、図１０の配置に対する代替配置を示すｋ空間表現である。 [00025]さらなるメトロロジ装置の模式表現を示す。 [00025]コヒーレントな照明放射線及び基準放射線を提供するための配置の模式表現を示す。
[00026] 本明細書では、「放射」及び「ビーム」という用語は、あらゆるタイプの電磁放射を包含するように使用され、そのような電磁放射には、紫外線（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７又は１２６ｎｍの波長を有する）並びにＥＵＶ（例えば、約５〜１００ｎｍの範囲の波長を有する極端紫外線）が含まれる。
[00027] 本明細書で使用される「レチクル」、「マスク」又は「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作成されるべきパターンに対応するパターン化された断面を、入射する放射ビームに提供するために使用可能な一般的なパターニングデバイスを意味するものとして広義に解釈され得る。これに関連して「ライトバルブ」という用語も使用される場合がある。古典的なマスク（透過型又は反射型のマスク、バイナリマスク、位相シフトマスク、ハイブリッドマスク等）に加えて、他のそのようなパターニングデバイスの例として、プログラマブルミラーアレイ及びプログラマブルＬＣＤアレイがある。
[00028] 図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。リソグラフィ装置ＬＡは、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射、ＤＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調節するように構成された（イルミネータとも呼ばれる）照明システム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て、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスＭＡ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に接続されたマスク支持部（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て、特定のパラメータに従って基板支持部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に接続された基板支持部（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（例えば、１つ以上のダイを含む）ターゲット部分Ｃ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。
[00029] 稼働中、照明システムＩＬは、放射源ＳＯから（例えば、ビーム送達システムＢＤを介して）放射ビームを受ける。照明システムＩＬは、放射の誘導、整形及び／又は制御のために様々なタイプの光学コンポーネントを含み得、例えば屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型及び／又は他のタイプの光学コンポーネント又はこれらの任意の組み合わせを含み得る。イルミネータＩＬは、放射ビームＢがパターニングデバイスＭＡの面において所望の空間強度分布及び角度強度分布をその断面に有するように、放射ビームＢを調節するために使用され得る。
[00030] 本明細書で使用される「投影システム」ＰＳという用語は、様々なタイプの投影システムを包含するものとして広義に解釈されたい。そのようなシステムには、使用されている露光放射の必要に応じて及び／又は他の要因（例えば、液浸液の使用又は真空の使用）の必要に応じて、屈折型、反射型、反射屈折型、アナモルフィック型、磁気型、電磁型及び／又は静電光学型のシステム又はこれらの任意の組み合わせが含まれ得る。本明細書で「投影レンズ」という用語が使用されている場合、それらは、全てより一般的な用語である「投影システム」ＰＳと同義であると見なされ得る。
[00031] リソグラフィ装置ＬＡは、投影システムＰＳと基板Ｗとの間の空間を埋めるように、基板の少なくとも一部分が、屈折率が比較的高い液体（例えば、水）で覆われ得るタイプであり得、これは、液浸リソグラフィとも呼ばれる。液浸技術の詳細については、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第６９５２２５３号に示されている。
[00032] リソグラフィ装置ＬＡは、基板支持物ＷＴが２つ以上あるタイプ（「デュアルステージ」とも呼ばれる）であってもよい。そのような「複数ステージ」マシンでは、それらの基板支持物ＷＴは並行して使用されてよく、及び／又は、それらの基板支持物ＷＴの一方に載っている基板Ｗが、その基板Ｗにパターンを露光することに使用されている間に、他方の基板支持物ＷＴに載っている別の基板Ｗに対して、その別の基板Ｗのその後の露光の準備の手順が実施されてよい。
[00033] 基板支持物ＷＴに加えて、リソグラフィ装置ＬＡは測定ステージを含んでよい。測定ステージは、センサ及び／又はクリーニング装置を保持するように構成されている。センサは、投影システムＰＳの特性、又は放射ビームＢの特性を測定するように構成されてよい。測定ステージは複数のセンサを保持してよい。クリーニング装置は、リソグラフィ装置の一部、例えば、投影システムＰＳの一部、又は液浸液を供給するシステムの一部をクリーニングするように構成されてよい。測定ステージは、基板支持物ＷＴが投影システムＰＳから離れているときに、投影システムＰＳの下を動いてよい。
[00034] 稼働中は、放射ビームＢが、パターニングデバイス（例えば、マスク支持物ＭＴ上に保持されたマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスＭＡ上にあるパターン（設計レイアウト）によってパターニングされる。放射ビームＢは、マスクＭＡを横断した後、投影システムＰＳを通り抜け、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にフォーカスさせる。第２のポジショナＰＷ及び位置測定システムＩＦの支援により、基板支持物ＷＴは正確に動くことが可能であり、例えば、様々なターゲット部分Ｃが、放射ビームＢの経路中のフォーカス及びアライメントされる位置に位置決めされるように正確に動くことが可能である。同様に、パターニングデバイスＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めするために、第１のポジショナＰＭと、場合によっては別の位置センサ（これは図１に明示されていない）とが使用されてよい。パターニングデバイス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を使用してアライメントされてよい。基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は、図示されたように専用ターゲット部分を占有するが、ターゲット部分間の空間に配置されてよい。基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は、ターゲット部分Ｃ間に配置される場合には、スクライブラインアライメントマークと呼ばれる。
[00035] 図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソグラフィセルＬＣ（リソセル又は（リソ）クラスタと呼ばれることもある）の一部をなし得、リソグラフィセルＬＣは、基板Ｗに対して露光前プロセス及び露光後プロセスを実施するための装置も含むことが多い。従来、そのような装置として、レジスト層を堆積させるスピンコータＳＣ、露光したレジストを現像するデベロッパＤＥ、冷却プレートＣＨ及びベークプレートＢＫ（これらは、例えば、基板Ｗの温度を調節するものであり、それは、例えば、レジスト層中の溶剤を調節するために行われる）がある。基板ハンドラ（即ちロボット）ＲＯが基板Ｗを入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２からピックアップし、それらの基板Ｗを様々なプロセス装置間で動かし、それらの基板Ｗをリソグラフィ装置ＬＡのローディングベイＬＢまで送達する。リソセル内のデバイスは、まとめてトラックと呼ばれることも多く、典型的にはトラック制御ユニットＴＣＵの管理下にあり、トラック制御ユニットＴＣＵ自体は、監視制御システムＳＣＳによって制御され得、監視制御システムＳＣＳは、リソグラフィ装置ＬＡも（例えば、リソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介して）制御し得る。
[00036] リソグラフィ装置ＬＡによって露光される基板Ｗが正確且つ確実に露光されるために、基板を検査して、パターン形成された構造の特性、例えば連続する層間のオーバーレイエラー、線の太さ、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）等を測定することが望ましい。そのため、検査ツール（図示せず）がリソセルＬＣに含まれ得る。エラーが検出された場合、例えば、連続する基板の露光又は基板Ｗに対して実施されるべき他のプロセスステップに対する調節が行われ得、これは、特に同じバッチ又はロットの他の基板Ｗが引き続き露光又はプロセスされる前に検査が行われる場合に行われ得る。
[00037] 装置は、基板Ｗの特性を決定するために提供され、特に異なる複数の基板Ｗの特性がどのようにばらつくか、又は同じ基板Ｗの異なる複数の層に関連付けられた特性が層ごとにどのようにばらつくかを決定するために提供される。この装置は、測定される特性の性質に応じて、検査装置又はメトロロジ装置と呼ばれ得る。装置がバイナリチェック（例えば、欠陥が存在するか否かを決定すること）を提供する場合、装置は、典型的には（ただし、排他的ではない）検査装置と呼ばれる。装置が（例えば、装置からの出力が、ナノメートルなどの単位を持つ測定値であるように）オーバーレイなどのパラメータの定量的測定を行う場合、装置は、典型的には（ただし、排他的ではない）メトロロジ装置と呼ばれる。検査装置であろうと、メトロロジ装置であろうと、装置は、リソセルＬＣの一部分であり得るか、又はリソグラフィ装置ＬＡに組み込まれ得るか、又はスタンドアロンデバイスであり得る。装置は、潜像（露光後のレジスト層内の像）に関する特性、又は半潜像（ポストベーク工程ＰＥＢ後のレジスト層内の像）に関する特性、又は現像されたレジスト像（レジストの露光部分又は非露光部分が除去されている）に関する特性、又は更に（エッチングなどのパターン転写工程後の）エッチングされた像に関する特性を測定し得る。
[00038] 図３は、本開示の実施形態による、基板Ｗ上に製造された構造８の特性（例えば、オーバーレイ）を決定するのに適したメトロロジ装置を示す。
[00039] 一実施形態では、メトロロジ装置は、第１の照明放射線２１を用いて構造８を照明するように構成された照明分岐を含む。第１の照明放射線２１による照明は、第１の散乱放射線３１を生成する。メトロロジ装置は、検出分岐を含む。検出分岐は、第１の散乱放射線３１の一部分４１を構造８からセンサ６へとガイドする光学系２を含む。従って、第１の散乱放射線３１の一部分４１は、センサ６に到達する第１の散乱放射線３１の一部分である。第１の散乱放射線３１の他の部分は、センサ６に到達しない。一実施形態では、センサ６に到達する第１の散乱放射線３１の一部分４１は、第１の散乱放射線３１の鏡面反射成分を除外する。これは、第１の照明放射線２１の入射極角が、鏡面反射（これは、照明と同じ入射極角で生じる）が光学系２の開口数（ＮＡ）の範囲外であることを確実にするのに十分な大きさとなるように配置することによって達成され得る。従って、センサ６は、暗視野測定を行う。一実施形態では、第１の散乱放射線３１の一部分４１は、少なくとも大部分は（すなわち、半分よりも多く、又は完全に）、構造８から散乱された１つ又は複数の非ゼロ次回折成分（例えば、＋１次回折成分のみ、又は＋１、＋２、＋３、若しくはそれよりも高い次数の正の非ゼロ次回折成分の１つ若しくは複数）から成る。
[00040] センサ６は、放射線強度の空間的変動を記録することができる。センサ６は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳなどの画素化イメージセンサを含み得る。一実施形態では、センサ６に衝突する放射線をフィルタリングするフィルタが設けられる。一実施形態では、フィルタは、偏光フィルタである。一実施形態では、センサ６は、光学系２の像面（これは、フィールド面とも呼ばれ得る）内に配置される。従って、センサ６は、像面（フィールド面）内の放射線強度の空間的変動を記録する。他の実施形態では、センサ６は、光学系２の瞳面内に、光学系２の瞳面と共役する面内に、又は瞳面と像面との間の面内に配置される。
[00041] 一実施形態では、光学系２は、低ＮＡ（ＮＡが０．３未満、任意選択的に０．２未満と定義される）を有する。一実施形態では、光学系２は、平凸レンズを含む。平凸レンズは、アイソプラナティックであり、比較的高い収差を有する。一実施形態では、光学系２は、平非球面レンズ（planoasphere lens）又は双非球面レンズ（bi-asphere lens）を含む。平非球面は、非アイソプラナティックであり、比較的低い収差を有する。一実施形態では、光学系２は、ミラー光学系を含む。一実施形態では、光学系２は、高ＮＡを有する。ＮＡが０．５より大きい、任意選択的に０．６５より大きい、任意選択的に０．８より大きいと定義される。
[00042] 一実施形態では、検出分岐はさらに、第１の散乱放射線３１の一部分４１と同時に、第１の基準放射線５１をセンサ６上に誘導する。一実施形態では、第１の基準放射線５１は、平面波又は球面波を含む。第１の干渉パターンが、センサ６に到達する第１の散乱放射線３１の一部分４１及び第１の基準放射線５１間の干渉によって形成される。センサ６に到達する第１の散乱放射線３１の一部分４１は、第１の干渉パターンが形成され、第１の干渉パターンがセンサ６によって検出可能となるように、センサ６において第１の基準放射線５１と少なくとも十分にコヒーレントである。第１の干渉パターンは、センサ６によって記録される。
[00043] 後に、構造８が、第２の照明放射線２２を用いて照明される。第２の照明放射線２２は、構造８の基準座標系内で第１の照明放射線２１とは異なる方向から、構造８に入射する。方向の違いは、基板Ｗを（例えば、１８０度）回転させることによって光学系２の基準座標系内の照明の方向を変更することにより、又は光学系２の基準座標系内の照明の方向を変更すること及び基板Ｗを回転させることの組み合わせによって実施され得る。第２の照明放射線２２による照明は、第２の散乱放射線３２を生成する。光学系２は、第２の散乱放射線３２の一部分４２を構造８からセンサ６へとガイドする。従って、第２の散乱放射線３２の一部分４２は、センサ６に到達する第２の散乱放射線３２の一部分である。第２の散乱放射線３２の他の部分は、センサ６に到達しない。一実施形態では、センサ６に到達する第２の散乱放射線３２の一部分４２は、第２の散乱放射線３２の鏡面反射成分を除外する。従って、センサ６は、暗視野測定を行う。一実施形態では、第２の散乱放射線３２の一部分４２は、少なくとも大部分は（すなわち、半分よりも多く、又は完全に）、構造８から散乱された１つ又は複数の非ゼロ次回折成分（例えば、−１次回折成分のみ、又は−１、−２、−３、若しくはそれよりも高い次数の負の非ゼロ次回折成分の１つ若しくは複数）から成る。一実施形態では、第２の散乱放射線３２の一部分４２を構成する１つ又は複数の非ゼロ次回折成分は、第１の散乱放射線３１の一部分４１の１つ又は複数の非ゼロ次回折成分の１つと符号が逆である。
[00044] 一実施形態では、検出分岐はさらに、第２の散乱放射線３２の一部分４２と同時に、第２の基準放射線５２をセンサ６上に誘導する。一実施形態では、第２の基準放射線５２は、平面波又は球面波を含む。第２の干渉パターンが、センサ６に到達する第２の散乱放射線３２の一部分４２及び第２の基準放射線５２間の干渉によって形成される。センサ６に到達する第２の散乱放射線３２の一部分４２は、第２の干渉パターンが形成され、第２の干渉パターンがセンサ６によって検出可能となるように、センサ６において第２の基準放射線５２と少なくとも十分にコヒーレントである。第２の干渉パターンは、センサ６によって記録される。
[00045] 図４は、図３のメトロロジ装置で使用する第１の照明放射線２１、第２の照明放射線２２、第１の基準放射線５１、及び第２の基準放射線５２を提供するための例示的配置の模式表現を示す。放射源１０は、放射ビームをビームスプリッタ１２に提供する。放射源１０は、時間的且つ空間的にコヒーレントな、又は時間的且つ空間的に部分的にコヒーレントな、又は時間的にコヒーレント且つ空間的に部分的にインコヒーレントな（ただし、センサ６で干渉が生じるのに十分コヒーレントな）電磁放射の放射ビームを生成する。一実施形態では、放射ビームは、可視波長範囲内の波長を有する。一実施形態では、放射ビームは、赤外線波長範囲内の波長を有する。一実施形態では、放射ビームは、紫外線波長範囲内の波長を有する。一実施形態では、放射ビームは、深紫外線（ＤＵＶ）波長範囲内の波長を有する。一実施形態では、放射ビームは、赤外線波長範囲とＤＵＶ波長範囲との間の範囲内の波長を有する。一実施形態では、放射ビームは、極端紫外線（ＥＵＶ）波長範囲内の波長を有する。一実施形態では、放射源１０は、制御可能な波長で放射線を生成するように構成される。一実施形態では、放射源１０は、広帯域スペクトル分布を有する放射線から制御可能な波長の放射線を生成するフィルタリングユニットを含む。
[00046] 放射ビームは、照明放射線及び基準放射線を提供するために、ビームスプリッタ１２によって分割される。図示例では、基準放射線を表す、分割された放射ビームの第１の部分は、遅延素子１４及び基準光学ユニット１６、１８を通過する。基準光学ユニット１６、１８は、基準放射線（例えば、第１の基準放射線５１又は第２の基準放射線５２）をセンサ６上に誘導する。幾つかの実施形態では、基準光学ユニット１６、１８は、放射線をセンサ６上に誘導する前に、第１の基準放射線５１及び第２の基準放射線５２を受け取り、従って、受け取りユニットと呼ばれ得る。照明放射線を表す、分割された放射ビームの第２の部分は、照明光学ユニット２０を通過する。照明光学ユニット２０は、照明放射線（例えば、第１の照明放射線２１又は第２の照明放射線２２）を構造８上に誘導する。放射ビームがビームスプリッタ１２によって分割される点１５とセンサ６との間の光路長は、遅延素子１４によって調節され得る。遅延素子１４は、例えば、遅延素子１４を通過する放射線の経路長を制御可能に増加させることによって、位相遅延を導入する任意の適切な配置を含み得る。遅延素子１４は、例えばミラー２１０及び２１８に関与する、図１２を参照して下記で説明する原理に基づいて実施され得る。この例では、遅延素子１４は、ビームスプリッタ１２と基準光学ユニット１６、１８との間の光路に設けられるが、遅延素子１４は、代替的又は追加的に、ビームスプリッタ１２と照明光学ユニット２０との間の光路に設けることも可能である。下記でさらに詳細に説明するように、幾つかの実施形態では、経路差は、ビームスプリッタ１２とセンサ６との間の２つの光路（すなわち、構造８を介した、及び構造８を介さない）のそれぞれにとって等しくなるように設定される。この条件は、位相素子１４を調整することによって、及び／又はビームスプリッタ１２とセンサ６との間の光学素子の正確なアライメントによって満たされ得る。
[00047] 第１の照明放射線２１及び第２の照明放射線２２を共に提供する放射源１０及び光学ユニット２０の組み合わせは、メトロロジ装置の照明分岐と呼ばれ得る。構造８の下流のコンポーネント（散乱放射線をセンサ６にガイドするための光学系２を含む）、及び第１の基準ビーム５１及び第２の基準ビーム５２をセンサ６にガイドするコンポーネント（上記の例では、ビームスプリッタ１２、遅延素子１４、及び基準ビーム光学ユニット１６、１８を含む）は、メトロロジ装置の検出分岐と呼ばれ得る。
[00048] 基準光学ユニット１６、１８を実施するための配置の２つの例は、それぞれ図５及び図６に示される。図５では、基準光学ユニット１６は、第１の散乱放射線３１の一部分４１及び第２の散乱放射線３２の一部分４２（これらは共にビームスプリッタを透過する）の光路に配置されたビームスプリッタを用いて、第１の基準放射線５１及び第２の基準放射線５２を再誘導する。図６では、基準光学ユニット１８は、第１の散乱放射線３１の一部分４１及び第２の散乱放射線３２の一部分４２の光路の外に配置された反射素子を用いて、第１の基準放射線５１及び第２の基準放射線５２を再誘導する。
[00049] 構造８の特性は、メトロロジ装置の処理ユニット７０によって決定される。処理ユニット７０は、センサ６によって記録された第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンを使用することにより、構造８の特性を決定する。一実施形態では、処理ユニット７０は、センサ６に結合されることにより、センサ６によって記録された第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンに関する情報を含む信号を受け取る。一実施形態では、処理ユニット７０は、光学系２の収差を補正する。一実施形態では、第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンの測定は、時間的に連続して（順次）、異なる複数の波長の放射線を用いて行われ、処理ユニット７０は、時間的に連続した（順次の）複数の波長での測定を用いて、基板Ｗ上の構造８の特性を決定するように構成される。
[00050] 一実施形態では、処理ユニット７０は、第１の干渉パターンを使用して、第１の散乱放射線３１と関連付けられたセンサ６における複素放射フィールド（ここで「複素」とは、振幅情報及び位相情報の両方が存在することを意味する）を計算する。同様に、処理ユニット７０は、第２の干渉パターンを使用して、第２の散乱放射線３２と関連付けられたセンサ６における複素放射フィールドを計算する。物体から散乱された放射線と干渉する基準放射線によって形成された干渉パターンを用いた複素放射フィールドの上記の計算は、一般論として、ホログラフィから知られている。メトロロジのためのリソグラフィの文脈におけるこのような計算を行う方法に関するさらなる詳細は、例えば、本明細書によって援用される米国特許出願公開第２０１６／００６１７５０Ａ１号に見つけることができる。
[00051] 光学系２の特性が分かれば、計算された各複素フィールドを数学的に逆伝搬させることにより、構造８における第１の散乱放射線３１及び第２の散乱放射線３２の対応する複素フィールドを取得することが可能である。
[00052] 位相情報及び振幅情報が共に利用可能ではない代替モードと比較して、複素フィールドの知識を有することは、基板Ｗ上の構造８の特性を決定するための追加情報を提供する。例えば、２０１８年２月２７日に出願された欧州特許出願公開第１８１５８７４５．２号では、どのように散乱放射線の位相情報を使用して、基板上の異なる複数の層の構造間のオーバーレイエラーを決定することができるかが開示されている（決定される構造の特性の一例）。欧州特許出願公開第１８１５８７４５．２号は、本明細書によって援用される。
[00053] 一実施形態では、構造の特性は、第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンを比較することによって決定される。一実施形態では、構造の特性は、第１の干渉パターンと第２の干渉パターンとの差に基づいて決定される。第１の干渉パターンと第２の干渉パターンとの差は、例えば、構造８における非対称性に関する情報を含み得る。構造８における非対称性に関する情報を取得することは、オーバーレイに関する情報を提供し得る。一実施形態では、２０１８年２月２７日に出願された欧州特許出願公開第１８１５８７４５．２号に記載されるように、計算された複素フィールドから取得された位相情報を使用して、オーバーレイ情報が取得される。オーバーレイは、異なる複数の時点で形成された、異なる複数のプロセスを使用して形成された、及び／又は異なる複数の層に形成されたパターンなどの構造８における異なる複数のパターン間の望ましくないミスアライメントを表す。他の実施形態では、決定される構造８の特性は、構造８を製造するためのリソグラフィプロセスで使用される放射線のフォーカスエラーを示すエラーを含み得る。さらに他の実施形態では、決定される構造８の特性は、構造８を製造するためのリソグラフィプロセスで使用される放射線の放射ドーズエラーを示すエラーを含み得る。
[00054] 構造８に由来しない第１の干渉パターンと第２の干渉パターンとの差に対する寄与を最小限に抑えることが重要である。発明者らは、構造８の基準座標系内で、センサ６上への第２の基準放射線５２の方位角とは（任意選択的に、１８０±３０度）異なるようにセンサ６上への第１の基準放射線５１の方位角を制御することによって、これらの望ましくない寄与を減少させることができることを発見した。従って、幾つかの実施形態では、センサ６上への第１の基準放射線５１の方位角は、構造８の基準座標系内で、センサ６上への第２の基準放射線５２の方位角とは（任意選択的に、１８０±３０度）異なるように配置される。構造８の基準座標系は、基板Ｗが第１の照明放射線２１を用いた照明と、第２の照明放射線２２を用いた照明との間で回転される場合に、センサ６に対して回転し得る。幾つかの実施形態では、第１の照明放射線の方位角と、第２の照明放射線の方位角との差は、公称で１８０度、例えば１８０±５度、任意選択的に１８０±２度、任意選択的に１８０±１度、又は任意選択的に工学的公差内で可能な限り１８０度に近い。
[00055] 図３を再び参照して、ここで、基礎となる機構のさらなる説明をサポートするための定義及び用語を紹介する。簡潔にするために、第１の照明放射線２１、第１の散乱放射線３１、第１の散乱放射線３１の一部分４１、及び第１の基準放射線５１のみに言及するが、第２の照明放射線２２、第２の散乱放射線３２、第２の散乱放射線３２の一部分４２、及び第２の基準放射線５２にも分析が等しく適用可能であることが理解されるだろう。
[00056] 第１の照明放射線２１は、波長λ及び極角θｉｌｌを有する。構造８からの第１の照明放射線２１の散乱によって生成された第１の散乱放射線３１は、構造８がピッチＰを有する周期構造（回折格子など）を含む場合に、以下の格子式によって表すことができる。
Figure 2021520518
 式中、ｍは、構造８からの回折次数を表し、θｍは、ｍ次回折成分から成る第１の散乱放射線３１の極角を表す。
[00057] センサ６に入射する第１の散乱放射線２１の一部分４１は、以下の式によって表すことができる。
Figure 2021520518
 式中、Ｅｏは、伝搬する放射線の電界成分を表し、Ａｏは、振幅を表し、Ｌは、第１の照明放射線２１及び第１の基準放射線５１を生成するために放射ビームが分割される点１５（上記の図４の説明を参照）とセンサ６との間の経路長差を表し、
Figure 2021520518
 は、伝搬する放射線の方向を表す単位ベクトルであり、
Figure 2021520518
 は、伝搬する放射線のベクトル位置座標である。
[00058] 単位ベクトル
Figure 2021520518
 は、以下のように表すことができる。
Figure 2021520518
 式中、ｎｘｏ、ｎｙｏ、及びｎｚｏは、
Figure 2021520518
 のｘ座標、ｙ座標、及びｚ座標であり、θｏは、極角であり、
Figure 2021520518
 は、方位角である。
[00059] 対応する式を使用して、以下のように、センサに入射する第１の基準放射線５１を表すことができる。
Figure 2021520518
 式中、Ｅｒは、伝搬する放射線の電界成分を表し、Ａｒは、振幅を表し、
Figure 2021520518
 は、伝搬する放射線の方向を表す単位ベクトルであり、
Figure 2021520518
 は、伝搬する放射線のベクトル位置座標である。
[00060] 単位ベクトル
Figure 2021520518
 は、以下のように表すことができる。
Figure 2021520518
 式中、ｎｘｒ、ｎｙｒ、及びｎｚｒは、
Figure 2021520518
 のｘ座標、ｙ座標、及びｚ座標であり、θｒは、極角であり、
Figure 2021520518
 は、方位角である。
[00061] （ｘ，ｚ）面内の平面回折の場合（デカルト座標系の方位については図３の最上部を参照）、
Figure 2021520518
 である。焦点距離Ｆ１及びＦ２を有するレンズを含む、図示した光学系２の場合、以下の式も成り立つ。
Figure 2021520518
[00062] センサ６によって記録された像面内の強度Ｉは、Ｉ＝｜Ｅｏ＋Ｅｒ｜２によって与えられる。
[00063] 上記で与えられたＥｏ及びＥｒに関する式を用いて上記の式を展開することにより、以下が得られる。
Figure 2021520518
[00064] センサ６は、図７に示すように、以下の式を使用して、単位ベクトルを面内（平行）単位ベクトル
Figure 2021520518
 及び垂直単位ベクトル
Figure 2021520518
 に分割するのに役立つように、（ｘ，ｙ）面内においてのみ強度を検出する。
Figure 2021520518
[00065] 位置ベクトル
Figure 2021520518
 は、図８に示すように、ｚ成分
Figure 2021520518
 及び面内（ｘ，ｙ）成分
Figure 2021520518
 に分解することもできる。
[00066] センサ６によって記録された像面における強度
Figure 2021520518
 は、以下のように記述することができる。
Figure 2021520518
[00067] ｍ次回折成分の面内伝搬は、格子ベクトル式によって与えられる（つまり、１Ｄ周期格子による円錐回折の場合を含む）。
Figure 2021520518
[00068] 結像から正弦法則
Figure 2021520518
 （Ｍは、光学系２の倍率を表し、図３に示す例の場合、Ｆ１／Ｆ２の比によって与えられる）を使用して、
Figure 2021520518
 に関する式を、
Figure 2021520518
 と書き換えることができるという結果になる。
[00069] 感度ベクトル
Figure 2021520518
 を
Figure 2021520518
 と定義した場合、
Figure 2021520518
 に関する式は、以下の式を得るために単純化することができる。
Figure 2021520518
[00070] この式は、（無限コヒーレンス長に等しい）単色光に有効である。準単色光は、中心波長λｃを中心とした波長範囲を含む。中心波長から離れた小さな波長の逸脱Δλの場合、波長λに関する以下の近似を使用することが可能である。
Figure 2021520518
[00071] この近似を使用して、
Figure 2021520518
 に関する式は、以下のように記述することができる。
Figure 2021520518
[00072] ここで、全強度は、−Ｂ／２からＢ／２（Ｂは、スペクトル内の全ての光を含めるのに十分な大きさである）までの波長範囲にわたり積分することによって得ることができる。
Figure 2021520518
[00073] 対称スペクトル（これは、この文脈では良好な近似であると予想される）に関して、以下のように積分を記述することが可能である。
Figure 2021520518
 式中、Ｃは、位置
Figure 2021520518
 における局所的な像コントラストを表すコヒーレンス項である。全帯域幅Ｂを有する単純な矩形スペクトルを仮定することが、コヒーレンス項Ｃに関する以下の式をもたらす。
Figure 2021520518
[00074] この積分を評価することが以下をもたらす。
Figure 2021520518
[00075] 構造８の特性（例えば、オーバーレイ、フォーカスエラー由来のエラー、又はドーズエラー由来のエラー）を決定する上記の方法の高い性能のために、コントラスト関数Ｃが、（第１の散乱放射線３１の一部分４１及び第１の基準放射線５１から形成された）第１の干渉パターン、並びに（第２の散乱放射線３２の一部分４２及び第２の基準放射線５２から形成された）第２の干渉パターンに関して同じであることが望ましい。
[00076] 幾つかの実施形態では、第１の干渉パターンは、センサ６に到達する第１の散乱放射線３１の一部分４１が＋１次回折成分のみを含む（ゼロ次、鏡面反射成分（specular, component）、又は−１次回折成分は含まない）ように、第１の照明放射線２１を用いて構造８を照明することによって形成される。追加的に、第２の干渉パターンは、センサ６に到達する第２の散乱放射線３２の一部分４２が−１次回折成分のみを含む（ゼロ次、鏡面反射成分、又は＋１次回折成分は含まない）ように、第２の照明放射線２２を用いて構造８を照明することによって形成される。この構成は、例えば、第１の干渉パターンが、極角θｉｌｌ及び方位角
Figure 2021520518
 で構造８上へと誘導される第１の照明放射線２１を用いて構造８を照明することによって形成され、第２の干渉パターンが、極角−θｉｌｌ及び方位角
Figure 2021520518
 ラジアンで構造８上へと誘導される第２の照明放射線２２を用いて構造８を照明することによって形成されるように配置することによって実現され得る。従って、構造８の基準座標系内の第１の照明放射線２１の方位角と第２の照明放射線２２の方位角との差は、公称で１８０度（若しくはπラジアン）、例えば１８０±５度、任意選択的に１８０±２度、任意選択的に１８０度±１度、又は任意選択的に工学的公差内で可能な限り１８０度に近い。
[00077] コントラスト関数Ｃは、この文脈では、２つの条件を満たすことによって、第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンに関して同じにすることができる。
[00078] 第１の条件は、Ｌがゼロに設定されるべきであることである。第１の照明放射線２１及び第１の基準放射線５１を生成し、並びに第２の照明放射線２２及び第２の基準放射線５２を生成するために放射ビームが分割される場合、これは、放射ビームが分割される点１５とセンサ６との間の光路長が、第１の照明放射線２１及び第１の基準放射線５１のそれぞれに関して、並びに第２の照明放射線２２及び第２の基準放射線５２のそれぞれに関して等しくなるべきであることを意味する。これらの条件は、例えば、図４を参照して上記で説明したように（例えば、これらの光路の一方若しくは両方において遅延素子１４を用いて調整することにより、又は光路長に影響を与える他の光学素子の正確なアライメントにより）達成することができる。
[00079] 第２の条件は、照明方向が逆にされた場合に（すなわち、θｉｌｌが、−θｉｌｌになり、
Figure 2021520518
 が、
Figure 2021520518
 になる）、感度ベクトル項
Figure 2021520518
 （これは、
Figure 2021520518
 によって与えられる）が符号を逆にしなければならないために生じる。これは、（ｘ，ｙ）面内の第１の基準ビーム５１の方向も、（ｘ，ｙ）面内の第２の基準ビーム５２の方向に対して逆の符号にならなければならないことを意味する。これは、以下：第１の基準放射線５１の極角がθｒである場合には、第２の基準放射線５２の極角が−θｒとなるべきであること、及び第１の基準放射線５１の方位角が
Figure 2021520518
 である場合には、第２の基準放射線５２の方位角が
Figure 2021520518
 ラジアンとなるべきであることを効果的に必要とする第２の条件である。つまり、センサ６上への第１の基準放射線５１の方位角と、センサ６上への第２の基準放射線５２の方位角との差は、公称で１８０度、例えば１８０±５度、任意選択的に１８０±２度、任意選択的に１８０度±１度、又は任意選択的に工学的公差内で可能な限り１８０度に近い。１８０度から最大で約３０度の逸脱まで、性能の大幅な向上が予想されるが、ほとんどの実際の状況では、少ない逸脱が望ましいことが予想される。
[00080] 上記の２つの条件が満たされる場合、第１の干渉パターンのコントラスト関数Ｃ１及び第２の干渉パターンのコントラスト関数Ｃ２は、以下のように等しい。
Figure 2021520518
[00081] 図９及び図１０は、上記の２つの条件が満たされた配置のｋ空間内（（ｋｘ，ｋｙ）面内）の視覚化を提供する。図９は、第１の干渉パターンを生成するｋ空間内の位置を示す。図１０は、第２の干渉パターンを生成するｋ空間内の位置を示す。
[00082] 大きな円形領域６０は、光学系２の開口数を表す。領域６０外の放射線は、光学系２によって捕捉されず、従って、センサ６によって記録される干渉パターンに寄与することはできない。領域６０内の放射線は、光学系２によって捕捉され、従って、センサ６によって記録される干渉パターンに寄与することができる。
[00083] 図９では、第１の照明放射線のｋベクトルが２１と表示されている。第１の照明放射線２１は、第１の散乱放射線を生成する。第１の散乱放射線は、鏡面反射成分（不図示）を含む。鏡面反射成分は、領域６０から外れ、その結果、第１の干渉パターンへの寄与から除外される。第１の散乱放射線は、＋１次回折成分も含む。＋１次回折成分は、領域６０内に入り、光学系２によってセンサ６へとガイドされる第１の散乱放射線の一部分４１に寄与する。第１の散乱放射線の一部分４１は、第１の干渉パターンに寄与する。第１の散乱放射線の一部分４１のｋベクトルは、
Figure 2021520518
 と表示され、以下の式によって与えられる。
Figure 2021520518
[00084] 第１の基準放射線は、５１と表示される。第１の基準放射線５１のｋベクトルは、
Figure 2021520518
 と表示され、以下の式によって与えられる。
Figure 2021520518
[00085] 第１の基準放射線５１の方位角は、
Figure 2021520518
 である。
[00086] 図１０では、第２の照明放射線のｋベクトルが２２と表示されている。第２の照明放射線２２は、第２の散乱放射線を生成する。第２の散乱放射線は、鏡面反射成分（不図示）を含む。鏡面反射成分は、領域６０から外れ、その結果、第２の干渉パターンへの寄与から除外される。第２の散乱放射線は、−１次回折成分も含む。−１次回折成分は、領域６０内に入り、光学系２によってセンサ６へとガイドされる第２の散乱放射線の一部分４２に寄与する。第２の散乱放射線の一部分４２は、第２の干渉パターンに寄与する。第２の散乱放射線の一部分４２のｋベクトルは、
Figure 2021520518
 と表示され、以下の式によって与えられる。
Figure 2021520518
[00087] 第２の基準放射線は、５２と表示される。第２の基準放射線のｋベクトルは、
Figure 2021520518
 と表示され、以下の式によって与えられる。
Figure 2021520518
[00088] 第２の基準放射線５２の方位角は、
Figure 2021520518
 ラジアンである。（ｋｘ，ｋｙ）面内で、図１０の配置は、（ｘ−ｙ面内で）第２の照明放射線２２に対する第１の照明放射線２１の方向の符号の反転、及び第２の基準放射線５２に対する第１の基準放射線５１の方向の符号の反転がもたらされる、図９の配置の１８０度回転と見なすことができる。
[00089] 幾つかの実施形態では、図９及び１０に示されるように、第１の基準放射線５１の方位角は、第１の照明放射線２１の方位角に対して斜めである。従って、第１の基準放射線５１の方位角と第１の照明放射線２１の方位角との差は、９０度又は９０度の倍数とならない。この差を斜角にすることにより、構造８の特性を決定する方法のロバスト性の向上の自由が提供される。
[00090] 一実施形態では、第１の照明放射線２１及び第１の基準放射線５１の相対的方向は、第１の干渉パターンにおける位置に応じたコントラストの変動を減少させるために調節される。一実施形態では、これは、感度ベクトル
Figure 2021520518
 のサイズを減少させるように第１の照明放射線２１及び第１の基準放射線５１の相対的方向を調節することによって達成される。感度ベクトル
Figure 2021520518
 のサイズを減少させることは、コントラスト関数Ｃの位置に対する感度を低下させる。コントラスト関数Ｃの位置に対する感度を低下させることにより、第１の干渉パターンにおける有用なフィーチャ（例えば、フリンジ）の形成が促進される。一実施形態では、第２の干渉パターンの感度ベクトルを減少させるために、第２の照明放射線２２及び第２の基準放射線５２の相対的方向に対して、対応する調節が行われる。
[00091] 一実施形態では、センサ６に到達する第１の散乱放射線３１の一部分４１を構造８からセンサ６へとガイドするために使用される光学系２の光学特性は、第１の干渉パターンにおける位置に応じたコントラストの変動を減少させるために調節される。一実施形態では、調節される光学特性は、光学系２の倍率Ｍ（例えば、図３の例では、Ｆ１／Ｆ２）を含む。一実施形態では、位置に応じたコントラストの変動の減少は、感度ベクトル
Figure 2021520518
 のサイズを減少させるように光学特性を調節することによって達成される。一実施形態では、光学特性の調節は、位置に応じたコントラストの変動の減少の増大を（例えば、感度ベクトル
Figure 2021520518
 の減少により）達成するために、第１の照明放射線２１及び第１の基準放射線５１の相対的方向の調節と組み合わせて行われる。第１の照明放射線２１及び第１の基準放射線５１の相対的方向の調節と組み合わせて光学特性を調節する利点は、上記の感度ベクトル
Figure 2021520518
 （
Figure 2021520518
 ）
の形式から理解することができ、光学系２の倍率Ｍ、並びに第１の照明放射線２１及び第１の基準放射線５１の相対的方向の両方に依存することが分かる。一実施形態では、第２の干渉パターンにおける位置に応じたコントラストの変動の減少を達成するために、対応する調節が行われる。
[00092] 上記の暗視野ホログラフィのような暗視野ホログラフィ、及び有限の時間的コヒーレンス長を有する照明放射線（非単色光）を用いて、各干渉パターンの形成に関与する光学素子のアライメント要件は、非常に要求が厳しくなり得る。有限の時間的コヒーレンス長は、有用なフィーチャ（例えば、フリンジ）が目に見える視野が限定され得ることを意味し、これは、情報の抽出を困難にする。基準放射線の方向、光学系２のＮＡ、並びに倍率及びソース帯域幅パラメータ範囲の微調整が、センサ６上の十分に広い領域で有用なフィーチャを見るために必要とされ得る。感度ベクトル
Figure 2021520518
 を減少させるための上記の技術は、干渉パターンの有用なフィーチャの最適な記録を容易にするための関連パラメータの体系的調整の基礎を提供する。
[00093] 図１１及び図１２は、図９及び図１０を参照して上記で説明した実施形態の変形形態を示す。この変形形態によれば、センサ６上への第１の基準放射線５１の方位角が、センサ６上への第２の基準放射線５２の方位角とは異なる代わりに、センサ６上への第１の基準放射線５１の方位角が、公称で、センサ６上への第２の基準放射線５２の方位角と同じ（任意選択的に５度以内、任意選択的に２度以内、任意選択的に１度以内）であり、センサ６上への第１の基準放射線５１の方位角と、構造８上への第１の照明放射線２１の方位角及び構造８上への第２の照明放射線２２の方位角のそれぞれとの差が、構造８の基準座標系内で、９０±３０度である。一実施形態では、センサ６上への第１の基準放射線５１の方位角と、構造８上への第１の照明放射線２１の方位角及び構造８上への第２の照明放射線２２の方位角のそれぞれとの差は、公称で９０度（任意選択的に５度以内、任意選択的に２度以内、任意選択的に１度以内）である。
[00094] 第１の照明放射線２１、第１の基準放射線５１、第２の照明放射線２２、及び第２の基準放射線５２の相対的方向をこのように配置することにより、少なくとも、（図１１及び図１２においてｋｙ軸に平行な）第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンの面内で第１の基準放射線５１及び第２の基準放射線５２の成分に平行する方向における、第１の干渉パターンと第２の干渉パターンとの望ましくない差が減少する。これは、ｋｙ軸に関する鏡面対称を有する位置に応じたコントラストの変動によるものである。（図１１の構成を用いて形成された）第１の干渉パターンのコントラスト関数Ｃ１、及び（図１２の構成を用いて形成された）第２の干渉パターンのコントラスト関数Ｃ２は、以下の通りである。
Figure 2021520518
 式中、
Figure 2021520518
 及び
Figure 2021520518
 は、それぞれの感度ベクトル項である。感度ベクトル項
Figure 2021520518
 及び
Figure 2021520518
 は、図１１及び図１２にプロットされる。図１１の構成及び図１２の構成間の照明方向の１８０度の転換は、それぞれの感度ベクトル項のｋｘ成分の変化を生じさせるが、ｋｙの変化は生じさせないことが分かる。ｋｙ方向のコントラスト関数は、照明方向の変化によって変化しない。従って、ｋｘ方向のコントラストは、ｋｙ軸に沿って鏡映される。例えば構造８の対称特性により、構造８の特性（例えば、オーバーレイ）を決定するためにｙ方向に沿った変動が主に重要である場合には、ｋｙ方向における不変のコントラスト関数の達成が、第１の干渉パターンと第２の干渉パターンとの望ましくない差（例えば、構造８に由来しない差）の減少又は回避を確実にする。
[00095] これより、図１３及び図１４を参照して、さらなる実施形態を説明する。
[00096] 基板上に製造された構造の特性を決定するためのメトロロジ装置が開示される。メトロロジ装置は、ホログラフィの原理を使用して、構造によって散乱された放射線の複素放射フィールドを測定する。メトロロジ装置は、放射線を用いて構造を照明する照明分岐を含む。メトロロジ装置は、散乱放射線の一部分を、センサに衝突する放射線を記録するのに適したセンサに向けてガイドする検出分岐を含む。検出分岐は、鏡面反射からの放射線を除外した散乱放射線の一部分を捕捉する光学素子を含む。検出分岐はさらに、構造を照明する放射線に対してコヒーレントな基準放射線を受け取る受け取りユニットを含む。検出分岐は、光学素子によって捕捉された散乱放射線とセンサ上で干渉する基準放射線をセンサへとガイドするように構成される。
[00097] 上記のメトロロジ装置は、ホログラフィック構成であり、センサにおいて、基準放射線及び構造によって散乱された放射線の一部分間の干渉の結果である像が形成される。センサ上に形成された１つ又は複数の像に基づいて、散乱放射線に関する情報を含む複素放射フィールドが決定され得る。放射線をセンサに向けてガイドする光学素子（及び任意選択的なさらなる光学系）は、カメラにおける像形成を低下させる収差を含む。光学素子の特性が分かっている場合は、散乱放射線の測定された複素フィールドを基板上の構造によって散乱された複素フィールドに向けて逆伝搬させることは比較的簡単である。散乱放射線の複素フィールドの知識を有することは、それが基板上の構造の特性を決定するために使用することができるより多くの情報を提供するため有益である。例えば、２０１８年２月２７日に出願された欧州特許出願公開第１８１５８７４５．２号では、どのように散乱放射線の位相情報を使用して、基板上の異なる複数の層の構造間のオーバーレイエラーを決定することができるかが開示されている。欧州特許出願公開第１８１５８７４５．２号は、本明細書によって援用される。
[00098] 一実施形態では、光学素子は、照明分岐と共有されない。
[00099] 任意選択的に、センサは、光学素子の瞳面内に、又は瞳面と共役する面内に配置される。任意選択的に、センサは、光学素子のフィールド面内に配置される。任意選択的に、センサは、光学素子の瞳面とフィールド面との間に構成される面内に配置される。
[000100] 一実施形態では、光学素子は、低開口数（ＮＡ）を有する。任意選択的に、光学素子のＮＡは、０．３未満であり、任意選択的に０．２未満である。任意選択的に、光学素子は、平凸レンズである。平凸レンズは、アイソプラナティックであり、比較的高い収差を有する。任意選択的に、光学素子は、平非球面である。平非球面は、非アイソプラナティックであり、比較的低い収差を有する。
[000101] 一実施形態では、光学素子は、高開口数（ＮＡ）を有する。任意選択的に、光学素子のＮＡは、０．５より大きく、任意選択的に０．６５より大きく、任意選択的に０．８より大きい。
[000102] 一実施形態では、メトロロジ装置は、受け取った放射ビームを、照明放射線を有する第１のビームと基準放射線の第２のビームとに分割するように構成されたビームスプリッタを有する。任意選択的に、メトロロジ装置は、第１のビームと第２のビームとの位相差を制御するために遅延素子を第１のビーム又は第２のビームの光路に含む。
[000103] 任意選択的に、メトロロジ装置は、時間的且つ空間的にコヒーレントな、又は時間的且つ空間的に部分的にコヒーレントな、又は時間的にコヒーレント且つ空間的に部分的にインコヒーレントな電磁放射のビームを生成するように構成された放射源を含む。この放射ビームは、ビームスプリッタに提供される。
[000104] 任意選択的に、放射線は、可視波長範囲内の波長を有する。任意選択的に、放射線は、赤外線波長範囲内の波長を有する。任意選択的に、放射線は、紫外線波長範囲内の波長を有する。任意選択的に、放射線は、深紫外線（ＤＵＶ）波長範囲内の波長を有する。任意選択的に、放射線は、極端紫外線（ＥＵＶ）波長範囲内の波長を有する。
[000105] 任意選択的に、放射源は、制御可能な波長で放射線を生成するように構成される。
[000106] 任意選択的に、放射源は、広帯域スペクトル分布を有する放射線から制御可能な波長の放射線を生成するフィルタリングユニットを含む。
[000107] 任意選択的に、メトロロジ装置は、基板上の構造の特性を決定する処理ユニットを含む。処理ユニットは、センサに衝突する放射線に関する情報を含む信号を受け取るためにセンサに結合される。任意選択的に、処理ユニットは、光学素子の収差を補正するように構成される。任意選択的に、処理ユニットは、光学素子の瞳面内の収差を補正するように構成される。
[000108] 任意選択的に、メトロロジツールは、異なる複数の波長の放射線を用いて異なる複数の測定を行い、処理ユニットは、これらの異なる複数の測定を用いて、基板上の構造を決定するように構成される。
[000109] 図１３は、メトロロジ装置１００の一実施形態を示す。メトロロジ装置は、衝突する放射線の像を登録するように構成されている画素化イメージセンサでもよいセンサ１０２を含む。任意選択的に、メトロロジ装置は、センサ１０２に衝突する放射線をフィルタリングするように構成されたフィルタ１０４を含む。フィルタ１０４は、偏光フィルタでもよい。
[000110] 基板上の構造１１８によって散乱された放射線の非ゼロ回折次数（の少なくとも一部分）の放射線１１９は、構造１１８からセンサ１０２に向けて検出分岐に沿ってガイドされる。一般に、放射線１１９は、鏡面反射の放射線ではなく、本明細書が非ゼロ回折次数に言及する場合、鏡面反射された放射線を除外した放射線と解釈することもできる。検出分岐はまた、センサ１０２に向けた放射線１１９の（部分的）透過を許容し、且つセンサ１０２に向けて基準放射線１２６を反射するビームスプリッタ１０６も含む。検出分岐は、構造１１８によって散乱された放射線の一部分を捕捉する１つの光学素子１２０を少なくとも含む。一実施形態では、光学素子１２０は、散乱放射線の非ゼロ回折次数を捕捉する。光学素子１２０は、複数の非ゼロ回折次数も捕捉し得る。０次回折次数（図には示されない）は、照明放射線１１４の入射角に等しい反射角で構造１１８によって反射される。検出分岐は、さらなる光学素子１０８を含み得る。光学素子１２０及びさらなる光学素子１０８は、レンズ又はミラーなどの屈折素子又は反射素子でもよい。レンズ及びミラーの組み合わせも使用することができる。光学素子１２０の実施形態は前述している。センサ１０２は、光学素子の瞳面又は瞳面と共役する面内に配置され得る。別の実施形態では、センサ１０２は、光学素子１２０のフィールド面内に配置され得る。
[000111] メトロロジ装置は、基板上の構造１１８を照明する照明分岐も含む。照明分岐は、例えばグラスファイバ１１０から照明放射線を受け取る照明放射線受け取りユニット１１２を含む。照明放射線受け取りユニット１１２は、構造１１８に向けて照明放射線１１４を反射するミラー１１６に向けて照明放射線１１４を伝送する。図示した実施形態では、照明放射線は、非ゼロ入射角で構造１１８に衝突する。別の実施形態では、照明放射線は、非ゼロ入射角で構造１１８に衝突し、検出分岐の光軸は、構造１１８が上に存在する基板の法線に対して非ゼロ角を有する。図１３の実施形態では、光学素子１２０は、メトロロジ装置の照明分岐と共有されない。
[000112] メトロロジ装置は、例えば、グラスファイバ１２２から基準放射線を受け取ることができる基準照明受け取りユニット１２４も含む。基準放射線１２６は、素子ビームスプリッタ１０６に向けて照明放射線１２６を反射するミラー１２８に向けて、照明受け取りユニット１２４によって伝送される。基準放射線は、照明放射線１１４とコヒーレントである。
[000113] センサ１０２は、処理ユニット１３２に結合され得る。センサ１０２は、センサ１０２に衝突する放射線の情報を表す信号１３０を提供する。処理ユニット１３２の任意選択的タスクは、上述されている。
[000114] 互いに対してコヒーレントな照明放射線及び基準放射線を生成するために、メトロロジ装置は、図１４に示すようなビーム分割配置２００を含み得る。ソース２０２は、放射ビーム２２２を提供し得る。これは、十分な空間的コヒーレンス長を有し、及び十分な時間的コヒーレンスを有するコヒーレント放射線でもよい。一般に、この放射線は、時間的且つ空間的にコヒーレントな、又は時間的且つ空間的に部分的にコヒーレントな、又は時間的にコヒーレント且つ空間的に部分的にインコヒーレントな電磁放射線の１つである。放射ビーム２２２は、ビームスプリッタ２２０に向けて提供される。ソース２０２とビームスプリッタ２２０との間に、フィルタユニット２２４が設けられ得る。フィルタユニットは、ビームスプリッタ２２０に向けた単一波長の放射線又は狭スペクトル領域内のみの放射線の透過を許容する交換可能なフィルタ又は制御可能なフィルタを備え得る。ビームスプリッタから、２つの放射ビームが伝送される。
[000115] 放射ビームの一方は、基準放射線でもよく、放射ビームの他方は、照明放射線でもよい。図１４の例では、ビーム２０４は、図１３のグラスファイバ１１０に結合され得るグラスファイバ２０８内にユニット２０６によって結合され得る照明放射線を含む。
[000116] ビームスプリッタ２２０によって伝送される他方の放射ビームは、三角形断面を有するミラー２１０に向けて伝送される。図１４の例では、この放射ビームは、基準放射線２１２である。ミラー２１０の第１の表面は、材料の凹所によって形成されるミラー２１８に向けて基準放射線を反射する。凹所の断面形状も三角形である。ミラー２１８は、ミラー２１０の第２の表面へと僅かに異なる位置で基準放射線を反射し返す。第２の表面は、図１３のグラスファイバ１２２に結合され得るファイバ２１４内に基準放射線を結合するユニットに向けて基準放射線２１２を反射する。矢印２１６によって示される方向に凹状ミラー２１８を平行移動させることにより、照明ビームと基準ビームとの制御可能な時間遅延（＝位相差）が実現され得る。また、他の手段を使用して、例えば、ビームの内外に移動され得る光学くさびなどにより制御可能な時間遅延が導入され得る。
[000117] 図１３及び図１４の上記の実施形態では、グラスファイバ１１０、１１２、２０８、２１４は、放射線をビーム分割配置から受け取りユニット１１２、１２４へと運ぶために使用される。グラスファイバの使用は、必須ではない。また、放射線を受け取りユニット１１２、１２４へと運ぶ又は伝送するために他の手段が使用されてもよい。一実施形態では、ビーム分割配置２００は、構造を照明する放射線が基板上の構造１１８へと直接伝送されるように、及び基準放射線がビームスプリッタ１０６又はセンサ１０２へと直接運ばれるように、図１３に示される配置と完全に一体化される。
[000118] 図１３及び図１４の実施形態は、あり得る構成の例であることに留意されたい。当業者は、やはり同じ機能性を有し、且つ本発明の精神の範囲内にある変形形態を思い付くことができる。
[000119] 次の条項において、さらなる実施形態を開示する。
ａ． 基板上に製造された構造の特性を決定するメトロロジ装置であって、
−放射線を用いて構造を照明する照明分岐と、
−センサに衝突する放射線を記録するのに適したセンサに向けて、散乱放射線の一部分をガイドする検出分岐であって、検出分岐が、鏡面反射からの放射線を除外した散乱放射線の一部分を捕捉する光学素子を含み、検出分岐がさらに、構造を照明する放射線に対してコヒーレントな基準放射線を受け取る受け取りユニットを含み、検出分岐が、光学素子によって捕捉された散乱放射線とセンサ上で干渉する基準放射線をセンサへとガイドするように構成される、検出分岐と、
を含む、メトロロジ装置。
[000120] 次の番号付き条項において、さらなる実施形態を開示する。
１． 基板上に製造された構造の特性を決定する方法であって、
第１の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第１の散乱放射線を生成すること、並びにセンサ上で、センサに到達する第１の散乱放射線の一部分及び第１の基準放射線間の干渉によって形成される第１の干渉パターンを検出することと、
構造の基準座標系内で第１の照明放射線とは異なる方向から、第２の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第２の散乱放射線を生成すること、並びにセンサ上で、センサに到達する第２の散乱放射線の一部分及び第２の基準放射線間の干渉によって形成される第２の干渉パターンを検出することと、
第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンを使用して、構造の特性を決定することと、
を含み、
センサ上への第１の基準放射線の方位角が、構造の基準座標系内で、センサ上への第２の基準放射線の方位角とは異なる、方法。
２． センサ上への第１の基準放射線の方位角と、センサ上への第２の基準放射線の方位角との差が、１８０±３０度である、条項１に記載の方法。
３． 構造上への第１の照明放射線の方位角と、構造上への第２の照明放射線の方位角との差が、構造の基準座標系内で、公称で１８０度である、条項１又は２に記載の方法。
４． 第１の照明放射線及び第１の基準放射線を生成するために放射ビームが分割され、並びに
放射ビームが分割される点とセンサとの間の光路長が、第１の照明放射線及び第１の基準放射線のそれぞれに関して等しくなるように設定される、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
５． 第２の照明放射線及び第２の基準放射線を生成するために放射ビームが分割され、並びに
放射ビームが分割される点とセンサとの間の光路長が、第２の照明放射線及び第２の基準放射線のそれぞれに関して等しくなるように設定される、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
６． センサに到達する第１の散乱放射線の一部分が、第１の散乱放射線の鏡面反射成分を除外する、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
７． センサに到達する第２の散乱放射線の一部分が、第２の散乱放射線の鏡面反射成分を除外する、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
８． センサに到達する第１の散乱放射線の一部分が、少なくとも大部分は、構造から散乱された１つ又は複数の非ゼロ次回折成分から成る、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
９． センサに到達する第２の散乱放射線の一部分が、少なくとも大部分は、構造から散乱された１つ又は複数の非ゼロ次回折成分から成り、１つ又は複数の非ゼロ次回折成分が、センサに到達する第１の散乱放射線の一部分の１つ又は複数の非ゼロ次回折成分と符号が逆である、条項８に記載の方法。
１０． センサ上への第１の基準放射線の方位角が、構造上への第１の照明放射線の方位角に対して斜めである、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
１１． 第１の干渉パターンにおける位置に応じたコントラストの変動を減少させるために、構造上への第１の照明放射線の方向に対する、センサ上への第１の基準放射線の方向を調節することをさらに含む、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
１２． 第１の干渉パターンにおける位置に応じたコントラストの変動を減少させるために、センサに到達する第１の散乱放射線の一部分を構造からセンサへとガイドするために使用される光学系の光学特性を調節することをさらに含む、条項１１に記載の方法。
１３． 光学特性が光学系の倍率を含む、条項１２に記載の方法。
１４． 基板上に製造された構造の特性を決定する方法であって、
第１の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第１の散乱放射線を生成すること、並びにセンサ上で、センサに到達する第１の散乱放射線の一部分及び第１の基準放射線間の干渉によって形成される第１の干渉パターンを検出することと、
構造の基準座標系内で第１の照明放射線とは異なる方向から、第２の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第２の散乱放射線を生成すること、並びにセンサ上で、センサに到達する第２の散乱放射線の一部分及び第２の基準放射線間の干渉によって形成される第２の干渉パターンを検出することと、
第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンを使用して、構造の特性を決定することと、
を含み、
構造の基準座標系内で、センサ上への第１の基準放射線の方位角が、公称で、センサ上への第２の基準放射線の方位角と同じであり、並びにセンサ上への第１の基準放射線の方位角と、構造上への第１の照明放射線の方位角及び構造上への第２の照明放射線の方位角のそれぞれとの差が、９０±３０度である、方法。
１５． 第１の基準放射線及び第２の基準放射線のそれぞれが、平面波又は球面波である、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
１６． センサに到達する第１の散乱放射線の一部分が、センサにおいて、第１の基準放射線と少なくとも部分的にコヒーレントであり、及び
センサに到達する第２の散乱放射線の一部分が、センサにおいて、第２の基準放射線と少なくとも部分的にコヒーレントである、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
１７． 構造の特性の決定が、第１の干渉パターンと第２の干渉パターンとの差に基づく、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
１８． 構造の特性の決定が、第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンのそれぞれから複素放射フィールドを計算することと、計算された複素フィールドを使用して、構造の特性を決定することと、を含む、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
１９． 構造の特性が、以下：
オーバーレイ、
構造を製造するためのリソグラフィプロセスで使用される放射線のフォーカスエラーを示すエラー、及び
構造を製造するためのリソグラフィプロセスで使用される放射線の放射ドーズエラーを示すエラー、
の１つ又は複数を含む、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
２０． 基板上に製造された構造の特性を決定するように構成されたメトロロジ装置であって、
第１の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第１の散乱放射線を生成するように構成された照明分岐と、
センサ上で、センサに到達する第１の散乱放射線の一部分及び第１の基準放射線間の干渉によって形成される第１の干渉パターンを検出するように構成された検出分岐と、
を含み、
照明分岐が、構造の基準座標系内で第１の照明放射線とは異なる方向から、第２の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第２の散乱放射線を生成するようにさらに構成され、
検出分岐が、センサ上で、センサに到達する第２の散乱放射線の一部分及び第２の基準放射線間の干渉によって形成される第２の干渉パターンを検出するようにさらに構成され、
装置が、第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンを使用して、構造の特性を決定するように構成された処理ユニットをさらに含み、並びに
センサ上への第１の基準放射線の方位角が、構造の基準座標系内で、センサ上への第２の基準放射線の方位角とは異なる、メトロロジ装置。
２１． 基板上に製造された構造の特性を決定するように構成されたメトロロジ装置であって、
第１の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第１の散乱放射線を生成するように構成された照明分岐と、
センサ上で、センサに到達する第１の散乱放射線の一部分及び第１の基準放射線間の干渉によって形成される第１の干渉パターンを検出するように構成された検出分岐と、
を含み、
照明分岐が、構造の基準座標系内で第１の照明放射線とは異なる方向から、第２の照明放射線を用いて構造を照明することにより、第２の散乱放射線を生成するようにさらに構成され、
検出分岐が、センサ上で、センサに到達する第２の散乱放射線の一部分及び第２の基準放射線間の干渉によって形成される第２の干渉パターンを検出するようにさらに構成され、
装置が、第１の干渉パターン及び第２の干渉パターンを使用して、構造の特性を決定するように構成された処理ユニットをさらに含み、並びに
構造の基準座標系内で、センサ上への第１の基準放射線の方位角が、公称で、センサ上への第２の基準放射線の方位角と同じであり、並びにセンサ上への第１の基準放射線の方位角と、構造上への第１の照明放射線の方位角及び構造上への第２の照明放射線の方位角のそれぞれとの差が、９０±３０度である、メトロロジ装置。
[000121] 本明細書では、リソグラフィ装置をＩＣの製造で使用することが具体的に参照されているが、本明細書に記載のリソグラフィ装置は、他の用途を有し得ることが理解されるべきである。可能な他の用途として、一体型光学系、磁区メモリのガイダンスパターン及び検出パターン、平面パネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造がある。
[000122] 本明細書において、リソグラフィ装置の文脈で本発明の実施形態に具体的な言及がなされている場合があるが、本発明の実施形態は、他の装置で用いることができる。本発明の実施形態は、マスク検査装置、メトロロジ装置、又はウェーハ（或いは他の基板）若しくはマスク（或いは他のパターニングデバイス）などの物体の測定若しくは処理を行う任意の装置の一部を成し得る。これらの装置は、一般にリソグラフィツールと呼ばれ得る。このようなリソグラフィツールは、真空条件又は周囲（非真空）条件を用い得る。
[000123] 「メトロロジ装置／ツール／システム」又は「検査装置／ツール／システム」に対する具体的な言及がなされるが、これらの用語は、同じタイプ又は類似のタイプのツール、装置、又はシステムを指し得る。例えば、本発明の一実施形態を含む検査装置又はメトロロジ装置は、基板上又はウェーハ上の構造の特性を決定するために使用され得る。例えば、本発明の一実施形態を含む検査装置又はメトロロジ装置は、基板の欠陥、又は基板上若しくはウェーハ上の構造の欠陥を検出するために使用され得る。このような実施形態では、基板上の構造の関心対象特性は、構造における欠陥、構造のある特定の部分の欠如、又は基板上若しくはウェーハ上の望ましくない構造の存在に関係し得る。
[000124] 本発明の実施形態を光リソグラフィに関連して使用することをここまで具体的に参照してきたが、本発明は、文脈が許す限り、光リソグラフィに限定されず、他の用途で使用され得、例えばインプリントリソグラフィで使用され得ることが理解される。
[000125] ここまで本発明の特定の実施形態について説明してきたが、当然のことながら、本発明は、説明された以外の方法で実施され得る。上述の説明は、限定的ではなく、例示的であるものとする。従って、当業者であれば明らかなように、以下に示される特許請求項の範囲から逸脱しない限り、記載された本発明に対する修正形態がなされ得る。

Claims (15)

  1. 基板上に製造された構造の特性を決定する方法であって、
    第１の照明放射線を用いて前記構造を照明することにより、第１の散乱放射線を生成すること、並びにセンサ上で、前記センサに到達する前記第１の散乱放射線の一部分及び第１の基準放射線間の干渉によって形成される第１の干渉パターンを検出することと、
    前記構造の基準座標系内で前記第１の照明放射線とは異なる方向から、第２の照明放射線を用いて前記構造を照明することにより、第２の散乱放射線を生成すること、並びに前記センサ上で、前記センサに到達する前記第２の散乱放射線の一部分及び第２の基準放射線間の干渉によって形成される第２の干渉パターンを検出することと、
    前記第１の干渉パターン及び前記第２の干渉パターンを使用して、前記構造の特性を決定することと、
    を含み、
    前記センサ上への前記第１の基準放射線の方位角が、前記構造の前記基準座標系内で、前記センサ上への前記第２の基準放射線の方位角とは異なる、方法。
  2. 前記センサ上への前記第１の基準放射線の前記方位角と、前記センサ上への前記第２の基準放射線の前記方位角との差が、１８０±３０度である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記構造上への前記第１の照明放射線の方位角と、前記構造上への前記第２の照明放射線の方位角との差が、前記構造の前記基準座標系内で、公称で１８０度である、請求項１又は２に記載の方法。
  4. ｉ）前記第１の照明放射線及び前記第１の基準放射線を生成するために放射ビームが分割され、並びに前記放射ビームが分割される点と前記センサとの間の光路長が、前記第１の照明放射線及び前記第１の基準放射線のそれぞれに関して等しくなるように設定されることと、
    ｉｉ）前記第２の照明放射線及び前記第２の基準放射線を生成するために放射ビームが分割され、並びに前記放射ビームが分割される点と前記センサとの間の光路長が、前記第２の照明放射線及び前記第２の基準放射線のそれぞれに関して等しくなるように設定されることと、
    の少なくとも一方である、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
  5. ｉ）前記センサに到達する前記第１の散乱放射線の前記一部分が、前記第１の散乱放射線の鏡面反射成分を除外することと、
    ｉｉ）前記センサに到達する前記第２の散乱放射線の前記一部分が、前記第２の散乱放射線の鏡面反射成分を除外することと、
    の少なくとも一方である、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
  6. ｉ）前記センサに到達する前記第１の散乱放射線の前記一部分が、少なくとも大部分は、前記構造から散乱された１つ又は複数の非ゼロ次回折成分から成ることと、
    ｉｉ）前記センサに到達する前記第２の散乱放射線の前記一部分が、少なくとも大部分は、前記構造から散乱された１つ又は複数の非ゼロ次回折成分から成り、前記１つ又は複数の非ゼロ次回折成分が、前記センサに到達する前記第１の散乱放射線の前記一部分の前記１つ又は複数の非ゼロ次回折成分と符号が逆であることと、
    の少なくとも一方である、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
  7. 前記センサ上への前記第１の基準放射線の前記方位角が、前記構造上への前記第１の照明放射線の前記方位角に対して斜めである、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
  8. 前記第１の干渉パターンにおける位置に応じたコントラストの変動を減少させるために、前記構造上への前記第１の照明放射線の前記方向に対する、前記センサ上への前記第１の基準放射線の方向、又は前記センサに到達する前記第１の散乱放射線の前記一部分を前記構造から前記センサへとガイドするために使用される光学系の例えば倍率などの光学特性を含む、システムを調節することをさらに含む、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
  9. 基板上に製造された構造の特性を決定する方法であって、
    第１の照明放射線を用いて前記構造を照明することにより、第１の散乱放射線を生成すること、並びにセンサ上で、前記センサに到達する前記第１の散乱放射線の一部分及び第１の基準放射線間の干渉によって形成される第１の干渉パターンを検出することと、
    前記構造の基準座標系内で前記第１の照明放射線とは異なる方向から、第２の照明放射線を用いて前記構造を照明することにより、第２の散乱放射線を生成すること、並びに前記センサ上で、前記センサに到達する前記第２の散乱放射線の一部分及び第２の基準放射線間の干渉によって形成される第２の干渉パターンを検出することと、
    前記第１の干渉パターン及び前記第２の干渉パターンを使用して、前記構造の特性を決定することと、
    を含み、
    前記構造の前記基準座標系内で、前記センサ上への前記第１の基準放射線の方位角が、公称で、前記センサ上への前記第２の基準放射線の方位角と同じであり、並びに前記センサ上への前記第１の基準放射線の前記方位角と、前記構造上への前記第１の照明放射線の方位角及び前記構造上への前記第２の照明放射線の方位角のそれぞれとの差が、９０±３０度である、方法。
  10. 前記第１の基準放射線及び前記第２の基準放射線のそれぞれが、平面波又は球面波である、請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
  11. ｉ）前記センサに到達する前記第１の散乱放射線の前記一部分が、前記センサにおいて、前記第１の基準放射線と少なくとも部分的にコヒーレントであることと、
    ｉｉ）前記センサに到達する前記第２の散乱放射線の前記一部分が、前記センサにおいて、前記第２の基準放射線と少なくとも部分的にコヒーレントであることと、
    の少なくとも一方である、請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
  12. 前記構造の特性の決定が、前記第１の干渉パターンと前記第２の干渉パターンとの差に基づく、請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
  13. 前記構造の特性の決定が、前記第１の干渉パターン及び前記第２の干渉パターンのそれぞれから複素放射フィールドを計算することと、前記計算された複素フィールドを使用して、前記構造の特性を決定することと、を含み、例えば、前記構造の特性が、
    オーバーレイ、
    前記構造を製造するためのリソグラフィプロセスで使用される放射線のフォーカスエラーを示すエラー、及び
    前記構造を製造するためのリソグラフィプロセスで使用される放射線の放射ドーズエラーを示すエラー、
    の１つである、請求項１〜１２の何れか一項に記載の方法。
  14. 基板上に製造された構造の特性を決定するように構成されたメトロロジ装置であって、
    第１の照明放射線を用いて前記構造を照明することにより、第１の散乱放射線を生成するように構成された照明分岐と、
    センサ上で、前記センサに到達する前記第１の散乱放射線の一部分及び第１の基準放射線間の干渉によって形成される第１の干渉パターンを検出するように構成された検出分岐と、
    を含み、
    前記照明分岐が、前記構造の基準座標系内で前記第１の照明放射線とは異なる方向から、第２の照明放射線を用いて前記構造を照明することにより、第２の散乱放射線を生成するようにさらに構成され、
    前記検出分岐が、前記センサ上で、前記センサに到達する前記第２の散乱放射線の一部分及び第２の基準放射線間の干渉によって形成される第２の干渉パターンを検出するようにさらに構成され、
    前記装置が、前記第１の干渉パターン及び前記第２の干渉パターンを使用して、前記構造の特性を決定するように構成された処理ユニットをさらに含み、並びに
    前記センサ上への前記第１の基準放射線の方位角が、前記構造の前記基準座標系内で、前記センサ上への前記第２の基準放射線の方位角とは異なる、メトロロジ装置。
  15. 基板上に製造された構造の特性を決定するように構成されたメトロロジ装置であって、
    第１の照明放射線を用いて前記構造を照明することにより、第１の散乱放射線を生成するように構成された照明分岐と、
    センサ上で、前記センサに到達する前記第１の散乱放射線の一部分及び第１の基準放射線間の干渉によって形成される第１の干渉パターンを検出するように構成された検出分岐と、
    を含み、
    前記照明分岐が、前記構造の基準座標系内で前記第１の照明放射線とは異なる方向から、第２の照明放射線を用いて前記構造を照明することにより、第２の散乱放射線を生成するようにさらに構成され、
    前記検出分岐が、前記センサ上で、前記センサに到達する前記第２の散乱放射線の一部分及び第２の基準放射線間の干渉によって形成される第２の干渉パターンを検出するようにさらに構成され、
    前記装置が、前記第１の干渉パターン及び前記第２の干渉パターンを使用して、前記構造の特性を決定するように構成された処理ユニットをさらに含み、並びに
    前記構造の前記基準座標系内で、前記センサ上への前記第１の基準放射線の方位角が、公称で、前記センサ上への前記第２の基準放射線の方位角と同じであり、並びに前記センサ上への前記第１の基準放射線の前記方位角と、前記構造上への前記第１の照明放射線の方位角及び前記構造上への前記第２の照明放射線の方位角のそれぞれとの差が、９０±３０度である、メトロロジ装置。
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