JP6033890B2 - 検査装置及び方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
[0001] 本出願は、２０１２年２月２１日出願の米国仮出願第６１／６０１，１５６号の利益を主張し、全体を参照により本明細書に組み込むものとする。

[0002] 本発明は、例えば、リソグラフィ技術によるデバイスの製造において使用可能な検査装置及び方法に関する。

[0003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、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。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが与えら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] リソグラフィプロセスを監視するために、パターン形成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、パターン形成された基板内又は基板上に形成された連続する層間のオーバレイ誤差と、現像された感光性レジストの限界線幅と、を含んでもよい。この測定は、製品基板及び／又は専用のメトロロジーターゲット上で実行できる。走査型電子顕微鏡及び様々な専用ツールの使用を含め、リソグラフィプロセスで形成された微細構造を測定するための様々な技術がある。専用のインスペクションツールの高速で非破壊的な一形態が、放射ビームを基板表面上のターゲットに誘導し、散乱又は反射したビームの特性を測定するスキャトロメータである。基板によって反射又は散乱する前と後のビームの特性を比較することで基板の特性を決定できる。これは、例えば反射ビームを既知の基板特性に関連付けられた既知の測定値のライブラリに記憶されたデータと比較することによって実行できる。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誘導し、特定の狭い角度範囲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、単色放射ビームを使用して散乱した放射の強度を角度の関数として測定する。

[0005] 分光スキャトロメトリ法は、ハードウェアが比較的簡単であるという利点を有し、このことは照合及び較正の向上の助けになる。しかしながら、この方法は極めて孤立したフィーチャの測定が困難であり、メトロロジー格子が非対称であるという問題を有する。角度分解スキャトロメトリは光学的にさらに複雑であり、較正及び照合が複雑になる。さらに、実際、複数の調整可能な波長が必要であり、その結果、光学系は複雑で高価になる。リソグラフィプロセスの解像度が上がるにつれて、基板上にはますます微小なフィーチャが作成される。最小フィーチャの解像度でスキャトロメトリ法を実行するには、リソグラフィプロセスそれ自体で使用されるものに匹敵するより短い波長の放射線を使用することが望ましい。紫外線（ＵＶ）範囲内の波長は原則的にこれに対して有効である。しかしながら、そのような波長の光学システムは特に複雑になる。

[0006] したがって、新しい形態のスキャトロメータ、特に、現世代及び次世代のリソグラフィプロセスの解像度のフィーチャサイズを有するメトロロジーターゲットの測定に適したスキャトロメータが必要になる。本発明者の認識によれば、公知の分光スキャトロメータの限界はターゲット格子からのより強力な回折放射線を使用できないという点である。

[0007] 新しいタイプのスキャトロメータが、Christopher P. Ausschnitt著、「A New Approach to Pattern Metrology」（Richard M. Silver編、Metrology, Inspection and Process Control for Microlithography XVIII、Proceedings of SPIE Vol. 5375 (SPIE, Bellingham, WA, 2004), DOI: 10.1117/12.539143）という論文で提案されている。従来の分光スキャトロメータとは異なり、AusschnittのいわゆるＭＯＸＩＥシステムはゼロ次数及び１次回折放射線の両方を使用する。また、このシステムは、基板それ自体の上のターゲット格子を用いて回折次数を分光信号に分解する。しかしながら、このシステムもパターンの非対称性の測定に最適化されていない。さらに、１次信号のスペクトル解像度はターゲットジオメトリに依存し、実際のメトロロジー用途には小さすぎることが予想される。

[0008] 公知のスキャトロメトリ技術における別の問題は、プロダクト基板上にスキャトロメトリターゲットが占める場所、すなわち、「リアルエステート」である。ターゲットは互いに、またプロダクトフィーチャから離隔されて測定間のクロストークを回避しなければならない。発明者はまた、クロストークの一因は計測器の照明スポットがメインスポットの周囲にエネルギーの大きなサイドローブを有する点拡散機能を有することであると認識している。

[0009] リソグラフィプロセスにおける一般的な問題は、基板へのパターンの転写を制御するための高さ測定が予測不能にプロセス依存型の影響を受ける可能性があるということである。

[0010] 本発明の第１の態様によれば、使用時に周期的な格子を備えるターゲット構造上のスポットに、ある入射角で広帯域放射線を誘導する照明光学系と、ターゲットから反射した放射線を受光し反射放射線のスペクトルを形成し且つ検出するゼロ次検出光学系と、ターゲット構造内の周期的な格子によって１つ以上の高次で回折した放射線を受光し、受光した回折放射線のスペクトルを形成し且つ検出する高次検出光学系と、を有する分光スキャトロメータを備える、検査装置が提供される。

[0011] 一実施形態では、照明光学系及びゼロ次検出光学系は、一般に、ターゲット構造の平面に対して垂直の第１の平面内で放射線を処理し、一方、高次検出光学系は、第１の平面に対して角度をなす第２の平面内で放射線を処理するように構成され、ターゲット構造内の周期的な格子内の線が第１の平面に対して斜めを向く結果として、高次回折放射線は装置の使用中に第２の平面に入射する。

[0012] 高次放射線を別の平面内に置くことでそのような計測器の実際の配置が容易になる。一実施形態では、第１の平面が周期的な格子内の線の予想配向に対して４５°に設定され、同じターゲット構造を同時に測定するために第２の分光スキャトロメータが提供され、第２の分光スキャトロメータの第１の平面が第１の分光スキャトロメータの第１の平面に対して直角に配置される。上記第１のスキャトロメータと第２のスキャトロメータの高次検出光学系の間で光学コンポーネントを共用できる。

[0013] 本発明の第１の態様は、周期的な格子を含む基板上のターゲット構造の特性を測定する方法であって、上記の本発明の第１の態様による検査装置を用いてターゲット構造から１つのゼロ次スペクトル及び少なくとも１つの高次スペクトルを得るステップと、測定されたスペクトルを処理してターゲット構造の１つ以上のパラメータの測定値を得るステップと、を含む方法をさらに提供する。

[0014] 本発明の独立態様である第２の態様によれば、ある入射角でターゲット構造上のスポットに広帯域放射線を誘導する照明光学系と、ターゲット構造からゼロ次又は高次で回折した放射線を受光し回折放射線のスペクトルを形成し且つ検出する検出光学系と、を備える分光スキャトロメータが提供され、検出光学系は、反射放射線の対称のスペクトル対を形成するように構成された対称の回折格子を有し、１対のスペクトル検出器はスペクトルの両方を検出するように配置され、装置は両方の検出器からの測定値を組み合わせて反射放射線の単一の検出スペクトルを得るプロセッサをさらに備える。

[0015] 本発明の第２の態様による分光スキャトロメータは、公知の分光装置と比較して、例えばＵＶ放射線の使用などに適した極めて簡単な光学構造を有することができる。

[0016] 対称のスペクトル対を有する本発明の第２の態様による分光スキャトロメータは、従来の単一スペクトル構成と比較して、デフォーカス感度が低減するようにできる。一実施形態では、別の検出器が回折格子のゼロ次ビームを受光するように構成され、該別の検出器は一般に一対のスペクトル検出器の間の一点に位置し、該別の検出器からの信号を用いてターゲット構造上のスポットの合焦がモニタされる。

[0017] 本発明の第２の態様による分光スキャトロメータを用いて、本発明の第１の態様による装置内にゼロ次及び／又は高次検出光学系を形成することができる。以下に図面に関連してこの例を示す。

[0018] 本発明の第２の態様は、ターゲット構造の周期的な格子を含む基板上の特性を測定する方法であって、上記の本発明の第２の態様による検査装置を用いてターゲット構造からスペクトルを得るステップと、検出されたスペクトルを処理してターゲット構造の１つ以上のパラメータの測定値を得るステップと、を含む方法をさらに提供する。

[0019] 本発明の第３の態様は、放射ビームをターゲット構造上のスポットに合焦させる照明光学系を含む光学装置であって、前記ビーム上に（合焦に先立って）ビームの光軸から径方向距離が増すにつれて増加する透過損失を課すフィルタが提供され、それによって、照明光学系の点拡散機能におけるサイドローブのエネルギーを低減する光学装置を提供する。

[0020] 照明光学系を含む光学装置は、例えば、本発明の第１又は第２の態様によるスキャトロメータであってもよい。点拡散機能におけるサイドローブを抑制することで、隣接するフィーチャ間のクロストークが低減され、例えば、ターゲット特性の測定の精度を上げ、及び／又は隣接する構造の近くでサイズが小さいターゲットを使用することができる。

[0021] 本発明の第３の態様は、基板上のターゲット構造の特性を測定する方法であって、上記の本発明の第３の態様による光学装置を用いてターゲット構造を放射線のスポットで照明するステップと、ターゲット構造によって回折した放射線を検出し検出された放射線を処理してターゲット構造の１つ以上のパラメータの測定値を得るステップと、を含む方法をさらに提供する。

[0022] 本発明者は、対称のスペクトル対（上記の本発明の第２の態様で使用されるスペクトル対と同様の）を有する分光スキャトロメータを、代替的に又は追加的に用いてリソグラフィパターニングプロセスの制御のために実行する高さ測定に影響するプロセス依存型変動の情報を得ることができると認識している。基板ごとに、及びロットごとに変動するこれらの影響によって、高さセンサは真の表面高さとは異なる高さを報告することがある。この高さエラーは見かけ上の表面沈下（ＡＳＤ）とも呼ばれ、例えば光学投影システムを合焦させるために高さ測定を使用する後続のリソグラフィステップで不正確な結果を引き起こすことがある。

[0023] 本発明の独立態様である第４の態様によれば、ある入射角でターゲット構造上のスポットに広帯域放射線を誘導する照明光学系と、ターゲット構造からゼロ次又は高次で回折した放射線を受光し回折放射線のスペクトルを形成し且つ検出する検出光学系と、を備える分光スキャトロメータであって、検出光学系が反射放射線の対称のスペクトル対を形成するように構成された対称の回折格子を有し、１対のスペクトル検出器がスペクトルの両方を検出するように配置され、装置が両方の検出器からの測定値を比較して基板上のターゲット構造の場所の見かけ上の表面沈下の情報を得るプロセッサをさらに備える、分光スキャトロメータが提供される。

[0024] 本発明の第４の態様は、装置が実行する高さ測定に基づいて基板全体にわたって１つ以上の場所にパターンが印加され、上記の本発明の第３の態様による分光スキャトロメータを用いて得た見かけ上の表面沈下の情報に基づいて前記高さ測定に補正が適用される、リソグラフィ装置の制御方法をさらに提供する。

[0025] 上記の本発明の様々な態様は互いに独立して使用でき、又は同じ装置若しくは方法で２つ以上の態様を組み合わせてもよい。

[0026] 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付くであろう。

[0027] 本明細書に組み込まれ、その一部を形成する添付の図面は本発明の例示的実施形態を図示し、説明とともに、さらに本発明の原理を説明し、当業者が本発明を作成して使用できるようにする働きをする。

[0028]リソグラフィ装置を示す。 [0029]リソグラフィセル又はクラスタを示す。 [0030]本発明の第１の態様を実施する新規の検査装置の概略ブロック図である。 [0031]ロションプリズム偏光子の詳細差込み図を含む、本発明の第２の態様を実施する図３の装置のゼロ次ブランチの概略ブロック図である。 [0032]図３の装置の実際の実施形態におけるゼロ次ブランチの概略図である。 [0033] [0034]（ａ）及び（ｂ）は、図３〜図５の装置の分光格子の特徴を示し、（ｃ）は、装置内の格子によって生成された異なる偏光の放射線のスペクトルの変位を示す。 [0035]（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、例示の装置内の光子予算の管理を示す。 [0036]図３〜図５の装置内で検出されたスペクトル内の収差の管理を示す。 [0036]図３〜図５の装置内で検出されたスペクトル内の収差の管理を示す。 [0037]図４及び図５の装置内の焦点エラーの管理を示す。 [0038]図３〜図５の装置の組立てに有用な新規の較正プリズムを示す。 [0039]ある実施形態でターゲット格子の方向に対して斜めの向きの図３〜図５の２つの装置を含むデュアルブランチスキャトロメータのレイアウトを示し、ゼロ次放射線に対して異なる平面内の１次回折放射線の概略位置を示す。 [0040]（ａ）〜（ｄ）は、図１２に示すデュアルブランチスキャトロメータ内の高次回折放射線の集合を示す。 [0041]本発明の第３の態様による図３〜図１２のスキャトロメータ内のプロダクトクロストークを緩和するスキャトロメータ内のフィルタの形態の詳細図である。 [0042]図１４のフィルタの様々なパラメータと、それがスキャトロメータの点拡散機能に与える効果を示すグラフである。 [0043]例えば、リソグラフィプロセスで使用される高さ測定に影響する見かけ上の表面沈下の現象を示す。 [0044]本発明の第４の態様による図４及び図５に示すタイプのスキャトロメータを用いて見かけ上の表面沈下の情報を得る方法を示す。 [0045]本発明の第４の態様の実施形態による基板のパターン形成方法のフローチャートである。

[0046] 本発明の特徴及び利点は、同様の参照符号は全体を通して対応する要素を識別する図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことでさらに明白になろう。図面では、一般に、同様の参照番号が同一の、機能が類似した、及び／又は構造が類似する要素を示す。

[0047] 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。

[0048] 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。さらに、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。さらに、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にあることが理解される。

[0049] 本発明の実施形態はハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はその任意の組合せで実施することができる。本発明の実施形態は、１つ以上のプロセッサで読み取り、実行することができる機械読み取り式媒体に記憶した命令として実施することもできる。機械読み取り式媒体は、機械（例えば、計算デバイス）で読み取り可能な形態で情報を記憶するか、又は伝送する任意の機構を含むことができる。例えば、機械読み取り式媒体は読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、電気、光、音響又は他の形態の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号など）、及びその他を含むことができる。さらに、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令を、本明細書では特定の行為を実行するものとして記述することができる。しかし、このような記述は便宜的なものにすぎず、このような行為は実際には計算デバイス、プロセッサ、コントローラ、又はファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令などを実行する他のデバイスの結果であることを認識されたい。

[0050] 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。

[0051] 図１は、本発明のある実施形態による放射源コレクタモジュールＳＯを含むリソグラフィ装置ＬＡＰを概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えば、ＥＵＶ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、マスク又はレチクル）ＭＡを支持するように構築され、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に接続された支持構造（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、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に接続された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、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）上にパターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢへ付与されたパターンを投影するように構成された投影システム（例えば、反射投影システム）ＰＳと、を備える。

[0052] 照明システムは、放射の誘導、整形、又は制御を行うための、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気型等の光学コンポーネント、又はその任意の組合せなどの種々のタイプの光学コンポーネントを含んでいてもよい。

[0053] 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方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、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に応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。この支持構造は、パターニングデバイスを保持するために、機械式、真空式、静電式等のクランプ技術を使用することができる。支持構造は、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。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などに対して確実に所望の位置にくるようにできる。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。

[0054] 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与え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、放射ビームに与えられるパターンは、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、放射ビームに与えられるパターンは、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。

[0055] 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、さら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、小さなミラーのマトリクス配列を使用し、そのミラーは各々、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与える。

[0056] 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気光学システム、又はその任意の組合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。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、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。

[0057] 本明細書で示すように、本装置は、（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マブルミラーアレイを使用する、又は反射マスクを使用する）反射タイプでもよい。

[0058] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）又はそれ以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスクテーブル）を有するタイプでよい。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。

[0059] 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を水などの比較的高い屈折率を有する液体で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加させるために当技術分野で周知である。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の間に液体が存在するというほどの意味である。

[0060] 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。

[0061] 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アジャスタＡＤを備えていてもよい。通常、イルミネータＩＬ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ＩＬ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。

[0062] 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ニングされる。マスクＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＬを通過し、投影システムＰＬ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と位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、二次元エンコーダ、又は容量センサ）を用いて、基板テーブルＷＴは、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めでき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）を用いて実現できる。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、パターニングデバイスアライメントマークＭＫ１、ＭＫ２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（スクライブレーンアライメントマークとして知られている）。同様に、マスクＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、パターニングデバイスアライメントマークをダイ間に配置してもよい。

[0063] 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．ステップモードにおいては、支持構造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、単一静的露光で像が形成されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
２．スキャンモードにおいては、支持構造ＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに与えら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）。支持構造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Ｃ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Ｃ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、支持構造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、一般にパルス状放射源を使用して、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。

[0064] 上述した使用モードの組合せ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

[0065] 図２に示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセル又はクラスタとも呼ばれることがあるリソグラフィセルＬＣの一部を形成し、それは基板上で露光前及び露光後プロセスを実行する装置も含む。従来、これらはレジスト層を堆積させるスピンコータＳＣと、露光されたレジストを現像する現像器ＤＥと、チルプレートＣＨと、ベークプレートＢＫと、を含む。基板ハンドラ、すなわちロボットＲＯは入力／出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り上げ、それを様々なプロセス装置間で移動させ、次にそれらをリソグラフィ装置のローディングベイＬＢに送出する。多くの場合、まとめてトラックと呼ばれるこれらのデバイスは、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、それ自体は監視制御システムＳＣＳによって制御され、それ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。したがってスループット及び処理の効率を最大化するために様々な装置を動作させることができる。

[0066] リソグラフィ装置によって露光される基板が正確かつ一貫して露光されるように、露光した基板を検査し、後続の層間のオーバレイ誤差、ラインの太さ、クリティカルディメンション（ＣＤ）などのような特性を測定することが望ましい。誤差が検出された場合は、特に同じバッチの他の基板がまだ露光されないほど十分即座にかつ高速で検査を実行できる場合は、後続基板の露光を調整することができる。また、既に露光した基板を（歩留まりを改善するために）取り外して再加工するか、又は廃棄し、それにより欠陥があることが分かっている基板で露光を実行するのを回避することができる。基板の幾つかのターゲット部分のみに欠陥がある場合、良好であるそれらのターゲット部分のみでさらなる露光を実行することができる。

[0067] 検査装置を使用して、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ごとにいかに変化するかが求められる。検査装置をリソグラフィ装置ＬＡに組み込むことができる、又はリソセルＬＣは独立型デバイスとすることができる。最も迅速な測定を可能にするために、検査装置は露光直後に露光したレジスト層の特性を測定することが望ましい。しかし、レジストの潜像はコントラストが非常に低く、例えば放射に露光しているレジストの部分と露光していない部分との間には屈折率の非常に小さい差しかない場合のように、すべての検査装置が、潜像を有用に測定するほど十分な感度を有しているわけではない。したがって、露光後ベークステップ（ＰＥＢ）の後に測定を実行することができ、これは通常は露光した基板で実行する最初のステップであり、レジストの露光部分と非露光部分との間のコントラストを増大させる。この段階で、レジストの像を半潜像と呼ぶことができる。現像したレジスト像で、その時点でレジストの露光部分又は非露光部分は除去されているか、又はエッチングなどのパターン転写ステップの後で測定することも可能である。後者の見込みは、欠陥がある基板を再加工する見込みを制限するが、それでも有用な情報を提供することができる。

[0068] 図３は、基板Ｗ上のターゲット１０２によって回折したゼロ次及び高次放射線の両方を処理する新規の分光スキャトロメータ１００を示す。この装置は、広帯域放射源１０４と、照明光学系１０６と、ゼロ次検出光学系１０８と、検出器１１０と、を備える。スキャトロメータは、１次検出光学系１２０と、検出器１２２と、を備える。

[0069] そのようなスキャトロメータは、直入射スキャトロメータ又は斜入射スキャトロメータとして構成できる。図３及び後続の図に示すレイアウトでは、斜入射が使用される。そのようなレイアウトの具体的な利点は、照明光学系１０６と検出光学系１０８、１２０とに反射光学系を使用でき、放射源１０４からの放射線が深ＵＶ（ＤＵＶ）及び真空ＵＶ（ＶＵＶ）周波帯にある時の光学設計を簡単にできるという点である。したがって、放射源１０４から受光した放射線１４０の狭いビームは狭い焦点ビーム１４２に形成されてターゲット１０２に入射する。ゼロ次又は鏡面反射放射線１４４は、ゼロ次検出光学系１０８によって受光され、スペクトル１４６に分割される。ターゲット１０２内の周期的特徴によって回折した１次放射線１５０は、１次検出光学系１２０によって受光され、スペクトル１５２に分割される。ゼロ次及び高次回折放射線のスペクトルはそれぞれ検出器１１０及び１２２によって捕捉され、処理ユニット１３０へ供給される。検出されたスペクトルは各々、波長λの関数としての強度Ｉを記録する。ゼロ次スペクトルは関数Ｉ^０（λ）によって表され、１次スペクトルはＩ^１（λ）によって表される。この図では、高次放射線の例として１次放射線だけが捕捉される。他の実施形態では、２次、３次放射線なども捕捉できる。以下の説明では、高次回折放射線の一例にすぎないという理解に基づいて、簡略のために１次回折放射線に言及する。

[0070] 検出器１１０及び１２２から受信したデータから、検出スペクトルを生む構造又はプロファイルを処理ユニット１３０によって再構築できる。基板Ｗ上のターゲット１０２は、現像後にバーが中実のレジスト線で形成されるように印刷された１次元格子であってもよい。ターゲット１０２は、現像後に格子が中実のレジストピラー又はレジストに開けたバイアで形成されるように印刷された２次元格子であってもよい。代替的に、バー、ピラー又はバイアは基板にエッチングしてもよい。このパターンはリソグラフィ投影装置、特に投影システムＰＬ内の色収差の影響を受けやすく、照明の対称性とそのような収差の存在が印刷された格子の変動として出現する。したがって、印刷された格子のスキャトロメトリデータを用いて格子を再構築できる。線幅及び形状などの１次元格子のパラメータ、或いはピラー又はバイア幅又は長さ又は形状などの２次元格子のパラメータを印刷ステップ及び／又はその他のスキャトロメトリプロセスの情報から処理ユニット１３０が実行する再構築プロセスに入力することができる。

[0071] 上記のように、ターゲットは基板表面上にある。このターゲットは格子内の一連の線又は２次元アレイ内の実質的に矩形の構造の形状を有することが多い。メトロロジーにおける厳密光学回折理論の目的は、実際上、ターゲットから反射した回折スペクトルの計算である。言い換えれば、ＣＤ（クリティカルディメンション）の均一性とオーバレイメトロロジーのためにターゲット形状の情報が得られる。オーバレイメトロロジーは２つのターゲットのオーバレイが測定され、基板上の２つの層が位置合わせされているか否かが決定される測定システムである。ＣＤの均一性とは、簡単に言えば基板全体にわたる様々な格子の均一性を測定してリソグラフィ装置の露光システムの機能を判定することである。特に、ＣＤ又はクリティカルディメンションは基板上に「描かれた」オブジェクトの幅と、リソグラフィ装置が基板上に物理的に描写できる限界である。

[0072] 上記のスキャトロメータをターゲット１０２などのターゲットとその回折特性のモデル化と組み合わせて使用することで、構造の形状及びその他のパラメータの測定が幾つかの方法で実行できる。第１のタイプのプロセス（モデルベースの再構築）では、ターゲット形状の第１の予想値（第１の候補構造）に基づく回折パターンが計算され、観察された回折パターンと比較される。次に、モデルのパラメータが体系的に変更され、回折が一連の反復回数だけ再計算され、新しい候補構造が生成され、最良適合が得られる。第２のタイプのプロセスでは、前もって多数の異なる候補構造の回折スペクトルが計算され、回折スペクトルの「ライブラリ」が作成される。次に、測定ターゲットから観察される回折パターンが計算されたスペクトルのライブラリと比較されて最良適合が見つかる。これらの再構築方法は共に、原則として、他のタイプのスキャトロメータを使用することで当業者には公知である。当業者は、容易に上記の再構築方法を採用して本明細書に開示する新規の計測器によって得られるスペクトルを使用できる。モデルベースの方法とライブラリベースの方法とを併用してもよい。例えば、ライブラリから粗い適合を得、その後、反復プロセスで最良適合を見つけてもよい。モデルベースの再構築を実行する技術の例は、厳密結合波解析及び非直線回帰である。一般に、再構築では、構造の一般的形態が公知であり、構造が作成されたプロセスの情報から幾つかのパラメータが仮定され、スキャトロメトリデータから決定すべき構造パラメータはわずかしか残っていない。

[0073] １次回折放射線などの高次回折放射線を捕捉することで、図３の新規の分光スキャトロメータはモデルを制約するか又はライブラリを拡張する追加のパラメータを使用でき、メトロロジーの品質が向上する。検出器は横磁気及び横電気偏光の強度及び／又は横磁気と横電気偏光の位相差を別々に測定できる。

[0074] 図４は、照明光学系１０６及びゼロ次検出光学系１０８のより詳細な図を概略的に示す。放射源１０４にはＳのラベルが付与され、例えば、ＤＵＶ放射線の広帯域スペクトルを生成する重水素ガス放電源を備える。そのような放射源は例えば日本の浜松ホトニクスから購入できる。Energetiq社から発売されているレーザ駆動光源（ＬＤＬＳ）などの別のタイプの放射源も適宜使用できる。ラベルＡが付いたアパーチャ板は照明光学系への入口アパーチャを画定する。アパーチャは、例えば１００×２００μｍで、形状が楕円であってもよい。偏光子Ｐ１はビーム１４０から１本の偏光を選択し、それを合焦ミラーＭ１へ渡し、合焦ミラーＭ１は偏光ビームをターゲット１０２を照明するスポット１６４へ合焦させる。ミラーＭ１によって形成される照明光学系はアパーチャＡの縮小像を形成し、したがって、ターゲット上には例えば直径２０μｍの小さいスポットが形成される。斜め入射角のために、アパーチャＡによって画定される楕円形のスポットはターゲット上では実質的に円形のスポットに変形する。

[0075] 合焦した照明スポット１６０の鏡面反射がゼロ次反射ビーム１４４であり、これが検出光学系１０８の一部を形成する第２の合焦ミラーＭ２によって捕捉される。第１及び第２のピクセルアレイ検出器１１０ａ及び１１０ｂと中央の焦点検出器１１０ｃとを有する特別な形態の検出器１１０が示されている。ミラーＭ２は焦点センサ１１０ｃの場所である検出器１１０上にスポット１６０の像を合焦させるように配置されている。また、検出光学系内には第２の偏光子Ｐ２と回折格子Ｇがある。偏光子Ｐ２は不要な偏光を有する放射線を阻止するアナライザの役割を果たす。回折格子Ｇはこの例では従来の分光格子ではなく簡単な透過型位相格子である。従来の分光格子であればできるだけ多量の放射線を１次スペクトル内に集中させるように「ブレージング」などの特徴を有する設計であるだろうが、このシステムで使用される比較的簡単な位相格子はゼロ次ビーム１４４の１対の対称形に配置された１次スペクトルを生成する。これらのスペクトルは図４では１４６ａ及び１４６ｂのラベルが付与され、それぞれピクセルアレイ検出器１１０ａ及び１１０ｂによって捕捉される。ゼロ次放射線１４４の部分１６２は格子Ｇを直接通過して焦点検出器１１０ｃ上にスポット１６０の像を形成する。検出光学系が照明光学系の縮小率と同程度の拡大率を有する場合、焦点センサ上のスポットの直径はアパーチャＡと同様なサイズであってもよい。公知の角度分解スキャトロメータの大きいＮＡ（開口数）と比較して、照明光学系及び検出光学系のＮＡは大幅に小さく、０．１程度である。

[0076] 矢印１６４及び１６６で示すように、偏光子Ｐ１及びＰ２を回転させて任意の所望の偏光を選択できる。上述のように、異なる測定値について異なる偏光を使用して分析に利用可能なデータの量を増やすことができる。本装置内で有用な特定形態の偏光子が差込み詳細図の１６６で示すロションプリズムである。ロションプリズムは２つの複屈折材料で形成される。この例で説明する波長の場合、マグネシウムフッ化物結晶が好適である。差込み詳細図に示すように、非偏光の左からの光線は正常光線と異常光線成分とに分離される。特に、差込み詳細図の平面内に偏光する正常光線（ｏ）は偏向することなくプリズムを真っ直ぐ通過するが、ページ内への偏光を有する異常光線（ｅ）は偏向する。正常光線のみが光学システムを進行する。所望であれば、異常光線を能動的に停止具１６８によって阻止できる。任意選択として、異常光線を検出器（１６９、点線で示す）によって検出できる。これは、例えば、必要な放射線を少しも失うことなく光信号の強度の変化をモニタする方法として有用である。

[0077] また、分析偏光子Ｐ２は、有利には、ロションプリズムで形成できる。光路内のロションプリズムの長さは、例えば、２０〜３０ｍｍである。

[0078] 用語の混同を回避するため、ターゲット１０２と格子Ｇの両方が回折格子として動作する周期的構造であるということを覚えておくことは有用である。したがって、図４の右側のゼロ次検出光学系に入射するビームはターゲット１０２に反射したゼロ次ビームである。検出光学系自体の内部で、格子Ｇはスペクトロメータの一部を形成し、スペクトル１４６ａ及び１４６ｂは差動回折格子Ｇの１次回折放射線を含む一方、焦点検出器１１０ｃに入射するビーム１６２は回折格子Ｇのゼロ次ビームである。

[0079] ＵＶ領域の超短波長放射線にとって好ましい極めて簡単な光学システムを有することに加えて、図示の方法で２つのスペクトル及び焦点ビーム１６２を生成する方法は、以下に説明するように、分光スキャトロメータの新しい設計に利点をもたらす。これらの利点はターゲット１０２（図４には示さず）によって回折した高次放射線を処理することでもたらされる利点とは無関係である。第１の利点は、焦点検出器１１０ｃ上のスポット像の位置がスポット１６０がターゲット１０２上で合焦している品質に応じて変化するということである。焦点検出器は、例えば、簡単な分割フォトダイオードを含んでいてもよい。理想的な焦点からの逸脱は焦点検出器上のスポットの位置の逸脱を引き起こす。帰還機構（図示せず）でこの現象を利用してスポットの合焦精度を最大限に保つことができる。所望であれば、放射線のごく小さい割合だけが合焦のためにこのビーム内に導入され、メトロロジーの目的にとって重要である１次スペクトル内のエネルギーを最大限にするように格子Ｇの特性を調整することができる。この合焦機構のためのアクチュエータは例えば基板Ｗを上下に移動させて適切な焦点を復旧するように構成できる。光学システムの代替構成について合焦がさらに簡単化された図５を参照しながら以下に説明する。

[0080] 図５を参照すると、図４に示す分光スキャトロメータの再構成されたバージョンは、異なるレイアウト内に基本的に同じコンポーネントを有する。図４と同じ参照符号又はラベルを有するコンポーネントは実質的に同じ形態と機能を有する。相違点は倍率、入射角などである。この修正構成の放射線の光路はより小型で垂直分散の装置を提供するように折り曲げられている。このような構成は計測器のハウジング内、特に場所に適合するか又は既存のメトロロジーシステムに沿って配置されている場所により良く適合する。実際の装置では、新しいスキャトロメータを幾つかのタスクのために利用可能にし、公知の形態の分光及び／又は角度分解スキャトロメータを他のタスクに提供することが望ましい。光路を折り曲げた構成は図に示す追加のミラーＭ３、Ｍ４、Ｍ５によって達成される。ミラーＭ４とＭ１との間及びミラーＭ２と偏光子Ｐ２との間の光路の断面は互いに平行で、基板Ｗの平面に対して垂直である。この構成によって、ターゲット上のスポット１６０の合焦は、ミラーＭ１、Ｍ２を備えるサブアセンブリを簡単に上下動させるアクチュエータ１７０によって制御可能である。このようにして、焦点アクチュエータが動かす質量は基板テーブル全体又はスキャトロメータの光学システム全体を移動させて合焦を達成すると仮定した場合と比べてはるかに小さいものであり得る。

[0081] 径方向に次第に透過率が低下する回転対称の透過フィルタ１７２が図５に示され、任意選択として図４の構成にも示されている。このフィルタによって、光学系の点拡散機能のサイドローブは確実に大幅に抑制され、その結果、ターゲット領域外での光の「漏洩」が低減する。ＤＵＶ波長で使用するそのようなフィルタの例とそれがスキャトロメータの性能に与える効果について図１４及び図１５を参照しながら以下に詳述する。

[0082] 基板平面に垂直の軸が図示され、図内でＯのラベルを付与されている。ゼロ次ビームの入射及び反射角はそれぞれθ_ｉ、θ_ｒのラベルを付与されている。入射角は実際の実施形態では、例えば、６０°であってもよい。ゼロ次ビームの場合、反射角は当然ながら入射角に等しい。図４の２つのミラーの構成と比較して、図５の構成は明らかにより複雑であり、追加のコンポーネントを必要とする。それにもかかわらず、反射光学系が好ましく、屈折光学系は避けられる。これは、放射線がＤＵＶ波長バンドにある計測器の将来の製造にとって特に有利である。

[0083] さらに、ターゲット１０２からの１次回折放射線と上記の実施形態の各々に示す１次検出光学系１２０は図を見やすくするために図５では割愛している。以下に詳述するように、上記の例の装置は、１次回折放射線が図の平面から外に偏向し、１次検出光学系がゼロ次光学系と空間を共用する必要がないように構成され、使用されるべきである。

[0084] 図６は、本発明の各実施形態の分光格子Ｇの形態を示し、図４及び図５の実施形態で使用する異なる偏光間のスペクトルのクロストークを回避する技術を示している。

[0085] 図６Ａは、格子線１８０を有する位相格子Ｇの平面図である。図６Ｂは位相格子の断面図である。この例の格子は透過型であり、使用時に放射線を透過するガラス又は水晶で製造され、周囲の媒体とは異なる屈折率を有する。この例では石英を使用してもよい。各格子線１８０は厚さが異なる部分、この例では、周期又はピッチＰと高さｈとを有する簡単な矩形波パターンを有する。入射放射線のいくらかは（図では格子の裏側に達する）真っ直ぐに格子を通過してゼロ次ビーム１６２を形成する。放射線のその他の部分はピッチＰ及び波長λに依存する角度を有する１次ビーム１４６ａ、１４６ｂに回折する。

[0086] 図６Ｂに示す光線は平衡で単色である。光線が異なる波長の放射線を含む部分では、異なる回折角によってスペクトルに分解する高次ビームが生成される。光線が平行でない部分では、下記のようにスペクトルはいくらかぼける。ゼロ次及び高次ビームの相対的な強度は格子の高さｈを調整することで調整できる。調整は特に、例えば、波長範囲の特定の部分の１次放射線を強調し、別の部分を減衰させるために使用される。この機能を下記のように活用して光源及び検出器の非均一なスペクトル応答を少なくとも部分的に補償することができる。

[0087] 別の実施形態では、回折格子Ｇは図示の透過型ではなく反射型であってもよい。反射型格子は折り畳みミラーの１つ、例えば、図５の例のミラーＭ５の代わりに配置でき、又はレイアウトを好適に適合させた追加のコンポーネントであってもよい。格子はカーブミラー上に形成してもよいが、その結果、複雑さが増す。これらの例の格子は振幅格子よりも効率が大きい（光の損失が小さい）位相格子である。そうであっても、装置は振幅格子と同様に動作する。

[0088] 上記のように、分析偏光子Ｐ２はＰ１用の偏光プリズム１６６と同様の形態を有するロションプリズムを含んでいてもよい。プリズムＰ１から出射する放射線は単一の偏光であるが、ターゲット１０２との相互作用によって、ある程度の偏光解消が引き起こされ、直交成分が導入される。第２のプリズムＰ２では、その配向に応じて、この直交成分を選択して分析でき、又は元の偏光を選択することもできる。しかしながら、ロションプリズムＰ２の機能によれば、正常及び異常成分の両方（ｏ−光線及びｅ−光線）がプリズムからわずかに異なる方向に出射する。したがって、周到な設計を怠ると、不要な放射線（ｅ−光線）が格子Ｇに衝突し、そのスペクトルが必要な放射線（ｏ−光線）のスペクトルに重畳する可能性がある。

[0089] 図６Ａに示すように、ｏ−光線は垂直又は水平偏光であってもよく、ｅ−光線はそれに対して９０°の方向に偏光する。検出器１１０ａ及び１１０ｂによって検出されたスペクトルが必要な変更のみを含むために、格子Ｇはその線１８０を偏光軸に対して異なる角度に配置する。この角度は４５°とすると好都合である。その結果、光線が拡散してスペクトルを形成する角度はｅ−光線がｏ−光線から偏向する角度とは異なる。図６Ｂに示すように、検出器１１０ａ及び１１０ｂは同様に４５°に配向され、ｏ−光線スペクトル１４６ａ及び１４６ｂを受光する。同時に、ｅ−光線は図の平面に対して垂直又は水平方向にずれるため、いずれかのｅ−光線スペクトル１４６ａ’、１４６ｂ’、１４６ａ”又は１４６ｂ”が検出器が配置された平面外にずれる。

[0090] 図７を参照すると、検出器の位置で測定対象のスペクトルの全体にわたって合理的な時間尺度で有用な測定を実行できるだけの十分な放射の強度がある場合にのみ、分光スキャトロメータなどの計測器は所望の性能を発揮できるということは当業者には明らかであろう。図７（ａ）は、獲得時間における光子の数を表す光子カウントＮ_Ａに変換されたアパーチャＡの後段の市販の重水素線源１０４の強度スペクトルを示す。獲得時間は、例えば、実際の計測器内では２０ｍｓであってもよい。この例の放射源１０４は短い波長（２００ｎｍ）で比較的高い強度を有する。この強度はスペクトルの長い端部（４００ｎｍ）ではかなり低いレベルまで落ちる。図７（ｂ）は、アパーチャＡから検出器１１０までの例示の照明及び検出光学系の正味効率ＮＥを示す。これは、所与の波長で検出器に到達する光子の割合を表す。その結果、例えば、第１の偏光子Ｐ１での光子の５０％の損失が発生し、ミラーＭ１、Ｍ２などでの一定の反射率と回折格子Ｇの一定の効率とが予想される。重要なこととして、格子の効率を高めるように設計で調整し、放射源が弱い場所の波長を調整でき、正味効率スペクトルＮＥの形状を補償する効果を達成できる。したがって、この例に示すように、効率スペクトルを選択して放射源スペクトルが弱い波長を放射源スペクトルが強い波長に対して増強することができる。

[0091] 図７（ｃ）は、受光する光子の組み合わせと照明及び検出光学系を通した正味効率から得られる検出器の位置での各波長の光子の数Ｎ_Ｄを示す。検出器の位置での光子の数は長い波長よりも短い波長の方がはるかに多いということが分かる。しかしながら、この光子数の低下は検出器１１０の感度Ｓ_Ｄのこれに対応する上昇によって釣り合いが取られ、全体として計測器の応答は比較的フラットに保たれる。当然ながら、応答は完全にフラットではないが、処理ユニット１３０内で適用する補正曲線を生成するようにモデル化及び／又は測定できる。図８は、検出光学系の極めて簡単な性質によるスペクトル１４６ａ及び１４６ｂの形成において発生する収差という現象を示す。格子Ｇのゼロ次ビーム１６２から直径Ｄを有するスポット１９０が焦点検出器上に形成される。格子の作用で偏向した光線によって周期Ｐを有する１次スペクトル（例えば、スペクトル１４６ａ）が形成される。スペクトル内の各波長λが偏向する角度θは、図示のように、波長と格子周期に両方に依存する。

[0092] 従来のスペクトロメータでは、格子に到達する光線が確実に平行になるように注意しなければならないが、この簡単な光学システムでは、光線は図示のようにスポット１９０に収束する。その結果、開口数ＮＡに依存する量だけ光線は平行でなくなる。したがって、回折スペクトル内の各波長で、光線はスポットに完全には合焦せず、スポット１９２は収差のためにぼける傾向にある。検出器１１０ａは、点線の輪郭で示す角度に配置され、合焦スペクトルの最良の近似値を得る。収差は図９に示すようにモデル化でき、各パラメータがほぼＮＡ＝０．０１、Ｌ＝１００ｍｍ、Ｄ＝２００及びＰ＝２００μｍである設計に基づいてスペクトロメータが報告する波長の不確実性Δλが得られる。スペクトルのこのぼけの量は有用な計測器で許容範囲内である。さらに、ぼけの原因を極めて首尾よくモデル化できるため、ぼけの量を計算でき、プロセッサ１３０は測定されたスペクトルにデコンボルーションを適用してさらに精度を上げることができる。

[0093] 図１０は、対称に向き合ったスペクトルが２つの検出器１１０ａ及び１１０ｂによって同時に記録される新規の構成の利点を示す。各検出器は、例えば、１０２４×１６ピクセルを有するＣＣＤアレイを含んでいてもよい。長手方向の各ピクセルの位置はスペクトル上の異なる地点を表す。強度は単一の値に統合されるアレイの短手方向のピクセルによって測定される。検出器が検出する例示のスペクトルは曲線Ｉ_ａ（λ）及びＩ_ｂ（λ）によって表される。互いのミラー画像のスペクトルが、予想通りに、焦点検出器１１０ｃ上に中心を持つことが理解されよう。両方のセンサからの値を組み合わせて（平均化して）以下の式に従って所与の波長のスペクトルの強度の測定値を得ることができる。
Ｉ（λ）＝（Ｉ_ａ（λ）＋Ｉ_ｂ（λ））／２

[0094] 分光スキャトロメータの重要な性能パラメータはターゲット１０２上のスポット１６０の焦点のオフセットによって引き起こされるエラーに対する報告されたスペクトルの耐性である。一般に、焦点のエラーΔＺは報告された波長の精度のエラーΔλ（ΔＺ）を引き起こす。したがって、公知の分光スキャトロメータでは、焦点を極めて厳格に制御してオフセットを最小限にする必要がある。他方、本実施形態で使用される対称設計では、焦点オフセットは報告された波長への影響ははるかに小さい。なぜそうなるのかを理解するには、焦点オフセットは両方のスペクトルの同じ方向のシフトΔλ（ΔＺ）を引き起こす一方、報告された波長は２つのセンサ上で逆の方向に変動するということに留意すべきである。したがって、検出器１１０ａによって報告されたスペクトル内のより長い波長へのシフトは検出器１１０ｂ内のより短い波長へのシフトによって補償される。その結果、脱焦は報告されたスペクトルのぼけを引き起こすが、焦点エラーによって引き起こされる波長方向のシフトは存在しない。したがって、合焦システムの性能パラメータを緩和でき、より簡単な構造及び／又はより高速の測定性能が得られる。所望であれば、脱焦によって引き起こされる追加のスペクトルのぼけは容易にモデル化できるため、プロセッサ１３０は合焦システムからの焦点エラー信号を用いてこれを考慮することができる。

[0095] 焦点エラー信号の提供に加えて、検出器１１０ｃを用いて照明の総合強度の変動を測定し、測定されたスペクトルを処理する前にそのような変動を補正することができる。これにより、システムの他の場所に別のセンサを提供する必要が回避される。

[0096] 分光スキャトロメータに対称設計の別の利点として、スキャトロメータの見かけ上の合焦位置（見かけ上の表面沈下又はＡＳＤ）の波長に依存する変動に関する情報を得ることができる。これは、後続のパターンの露光中の基板高さの測定に影響するプロセス依存のＡＳＤ効果を予測するのに有用である。この潜在能力を活用する例示の装置及び方法を以下に図１６及び図１７を参照しながら図示し説明する。

[0097] 図１１は、上記の分光スキャトロメータなどの計測器に較正に有用な簡単なデバイス２００を示す。特別の要件として、実際のターゲット１０２のスペクトル応答を正確に測定して計算する前に計測器全体のスペクトル応答を補正目的で測定し記憶する必要がある。ＤＵＶ波長などの短波長域へ移ると、基準反射板の利用可能性が問題になる。そのような波長では、従来のリフレクタはそれ自体の波長依存度を示す。デバイス２００は、問題の周波帯で大きい波長依存度を示さない石英又は溶融シリカなどの高透過材料のプリズムを備える。本デバイスは計測器の基板支持体ＷＴ上に配置でき、したがって、入射光線２０１は全内部反射によって表面２０２で反射し、出射光線２０３を生成する。入射面２０４及び出射面２０６はそれらが入射光線２０１及び入射光線又は２０３の方向に対して完全に垂直になり、偏向が発生しないように動作する。任意選択として、入射面及び出射面は入射及び出射ビームの収束又は開きに適合する小さい屈曲を有していてもよい。このようにして、光線は各面に垂直に「当たり」、したがって、各面によって引き起こされるビームの歪は最小限にされる。

[0098] 出射光線２０３の強度Ｉ_Ｒは入射光線２０１の強度Ｉ_０に対して高精度で公知の反射率Ｒによって関連付けられ、プリズムの構成材料の屈折率のみに依存する。反射率Ｒの式は以下のようになる。
Ｒ＝ｔ^２ａ
上式で、ａはプリズム材料の吸収率、ｔは各面２０４、２０６での透過率である、各波長での屈折率ｎが周知であれば、透過率ｔは以下のフレネルの式から計算される。
ｔ＝４ｎ／（１＋ｎ）^２

[0099] そうでなければ厄介な計測器全体のスペクトル応答が計算される較正プロセスは、この高精度の基準デバイスを使用することで簡単化される。異なる入射角を用いた計測器の較正のために、異なるプリズムを作成してもよい。あるいは、それが好ましい場合は、角度が異なる切子面を有するプリズムを作成してもよい。

[00100] 図１２は、互いに直角に配置された例えば図４又は図５に示すタイプの２つの分光スキャトロメータを備える実際の装置のレイアウトを示す。各々のスキャトロメータは完全な計測器のブランチと呼ばれ、これらのブランチは便宜上ブランチＡ及びブランチＢのラベルを付与されている。ターゲット１０２は通常の場合に回折格子の形態を有することを念頭に入れると、図ではこの格子の線はＹ軸に平行な垂直方向を向いている。スキャトロメータブランチＡ及びＢは互いに直角に配向され、両方がＸ軸及びＹ軸の両方に対して４５°を成す。したがって、ブランチＡの入射ビームはおよそ左下の放射源ＳＡから発し、ターゲットに反射して、図の右上部分の検出光学系（図示せず）に入射する。一方、ブランチＢの入射ビームは右下の放射源ＳＢから発し、ターゲットに反射して、図の左上部分の検出光学系（図示せず）に入射する。

[00101] ２つの独立したスキャトロメータブランチを提供し、それらを互いに直角に、またターゲット格子に対して４５°の位置に配置することで、下記のように機能性が向上する。第１に、２つの異なる方向から同じターゲット格子を測定することで、ブランチＡ及びＢからの測定結果を様々な方法で比較できる。ある例示の測定プロセスでは、２つのブランチが入射放射線の異なる偏光と共に使用され、これによって、ターゲットを異なる偏光で測定するために偏光を切り替える必要がなくなる。偏光の切り替えには一般に計測器内の機械的な変更が必要で、遅延及び整定時間がこれに伴うため、計測器のスループットは大幅に増加する。同じ偏光が両方のブランチで使用される別の用途では、異なる方向から収集したターゲット格子のゼロ次スペクトルを比較して格子構造の非対称性に関する情報を得ることができる。この方法は、例えば、リソグラフィセルの分解能の限界で製作された構造のオーバレイエラーの測定に使用できる。これらは、ブランチＡ及びＢとして並列に機能する２つの分光スキャトロメータによって提供される向上した機能の２つの例にすぎない。

[00102] 上記の機能に加えて、ゼロ次経路がターゲット格子１０２の線に対してある角度をなす１つ又は２つの分光スキャトロメータを提供することで、ターゲットからの高次スキャトロメトリスペクトルをゼロ次経路の平面外の場所で検出することができる。再度図１２を参照すると、ブランチＡからの入射放射線は一般に矢印Ａ^ｉで示す方向から到達し、一方ゼロ次放射線は矢印Ａ^０で示す方向からブランチＡの検出光学系に入射する。周知の「円錐回折」の原理に従って、ターゲットからの１次回折放射線は点線の矢印Ａ^−１で示す角度に出射する。同様に、ブランチＢのゼロ次及び１次回折放射線はそれぞれＢ^０及びＢ^＋１で示す方向をたどる。

[00103] 図４に示す概略レイアウトを再度参照すると、スキャトロメータの各ブランチの１次検出光学系１２０は、方向Ａ^−１及びＢ^＋１をたどるビームを遮断するような位置にあることが理解されよう。さらに、図１３に関連して例示するように、Ａ及びＢブランチの両方からの１次ビームの近位性によって、共用成分を用いて両方のブランチの１次放射線を組み合わせることができる。

[00104] 図１３（ａ）は、上記の計測器内の１次検出光学系１２０の概略平面図である。図１３（ｂ）は、Ｘ軸に沿って見た同じ検出光学系の概略側面図である。各図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、見やすくするために部分図になっている。接尾辞「Ａ」又は「Ｂ」はブランチＡ又はブランチＢの１次検出光学系に属するコンポーネントを示す。接尾辞がない場合、図は両方のブランチの一般図である。接尾辞「ａ」又は「ｂ」は、図４〜図６の接尾辞ａ又はｂの使用と同様の、２つの対向するスペクトルの一方に関連付けられたコンポーネントを示す。さらに、本明細書及び／又は図面で接尾辞ａ又はｂがない場合、特徴は両方のスペクトルに当てはまる。１次検出光学系１２０の第１のコンポーネントは楕円形のミラーセグメント２１０である。これは、計測器のＡ及びＢブランチの両方から１次回折ビーム１５０Ａ及び１５０Ｂを収集し、それらを検出器１２２の方向に合焦させる。これらのビームの各々の経路に、１次ビームをスペクトルに拡散させる別の回折格子２１２が提供され、各ブランチＡ及びＢはそれぞれ１５２Ａ及び１５２Ｂのラベルが付与されている。

[00105] １次回折ビーム１５０内の放射線はそれ自体がスペクトルであり、ターゲット格子のピッチと照明の波長λとの関係に従って拡散することを読者は理解されよう。図示の異なる波長の３つの光線をたどると、各々が格子２１２の異なる場所を通過することが分かる。スペクトルのスペクトルを収集してもより良いスペクトルは得られない。しかしながら、１次検出光学系は、光線が検出器１２２に到達する前にターゲット格子それ自体による分光効果が打ち消されるような設計になっている。これは、分光格子２１２が存在する場合、ミラー２１０がスポット１６０からのすべての１次放射線を検出器１２２の平面内でターゲット上にスポット像１６０’に確実に合焦させることだけで達成される。したがって、格子２１２が放射線をスペクトル対１５２ａ及び１５２ｂに拡散させる時には、検出器１２２ａ及び１２２ｂは、ターゲット格子の分光効果とは関係なく格子２１２の分光効果のみによって決定されるスペクトルを受光する。したがって、１次放射線を最初にある地点に合焦させ、次にそれを別のスキャトロメータへ供給する必要はない。

[00106] ゼロ次ブランチのケースと同様に、格子は透過型でも反射型でもよく、位相格子でも振幅格子でもよい。反射型格子の場合、分光格子は例えば楕円形のミラー２１０の上に形成してもよい。（その場合の線の幾何学形状は図１３（ｃ）に示す形状の変形したバージョンであるが、これは、例えば、フォトリソグラフィ技術によって計算し形成することができる。）

[00107] 側面図から分かるように、検出器１２２の「平面」はほぼ曲面としてスペクトル１５２ａ及び１５２ｂの異なる部分の焦点の収差を補償することができる。この収差はゼロ次検出光学系のための図８〜図１０に関連して上述した収差と全く同じものである。上記と同様、スペクトルの結果として得られるぼけは、所望であれば、信号処理によって簡単にモデル化し補正できる。

[00108] 図１３（ｃ）に示すように、１次分光格子２１２は、図７（ａ）に示すゼロ次格子同様、４５°の角度に配置されている。２つのブランチＡ及びＢからの光線に対して、逆の４５°の向きに、別々の格子部分２１２Ａ及び２１２Ｂが提供されている。図１３（ｄ）は、図７〜図１０に関連して上述したゼロ次検出光学系の動作に似た方法でブランチＡ及びＢの１次放射線の対称のスペクトルを収集する４つの検出器１２２Ａａ、１２２Ａｂ、１２２Ｂａ、１２２Ｂｂのセットを示す。中央の検出器１２２ｃは任意選択であるが、例えば、１次ビームのゼロ次放射線の強度を測定し、及び／又は１次検出光学系に独立した焦点信号を提供するように構成できる。１次検出光学系はゼロ次検出光学系と同じ焦点を有するように設計し製造できるため、高次検出光学系の独立した合焦は実際には不要な複雑さを生む傾向がある。この完全に対称の構成では、中央の検出器１２２ｃは（提供された場合）、両方のブランチＡ及びＢからのビームを受光するが、このことはそのような検出器の設計及び操作の際に考慮する必要がある。

[00109] 高次スペクトルを形成するための格子２１２はターゲット格子とは別個であるため、その性能はターゲット格子のピッチから独立した所望のスペクトル分解を達成するように設計できる。これは、ターゲット格子が分光を実行するために信頼される公知のＭＯＸＩＥ提案とは対照的である。

[00110] 結論として、分光スキャトロメータ装置を多くの特色があり有用な特徴と共に説明してきた。ターゲットから反射したゼロ次放射線のスペクトルの分析に加えて、１次回折放射線も捕捉され、そのスペクトルが別個に分析される。これらの分析の結果は数値処理によって組み合わされ、ターゲットの様々な特性の測定値が得られる。ゼロ次及び／又は高次回折放射線からスペクトルを得る過程で、２つの対称のスペクトルが検出され組み合わされて測定スペクトルが得られる簡単な位相格子に基づいた新規のスペクトロメータ設計を実施できる。組み合わされたスペクトルは焦点の変動に対して比較的耐性があるが、位相格子を通過するゼロ次ビームを直接に焦点センサとして使用できる。

[00111] 上記の例のその他の具体的な特徴は計測器の実施及び／又は性能に有利な点を与える。例えば、分光格子を分析対象の放射線の偏光に対してある角度に配置することで、正常光線と異常光線との間にクロストークを生じることなくスペクトルを得ることができる。別の例として、ターゲット格子１０２の向きに対してある角度をなす平面内に計測器の光路を配置することで、高次回折放射線がその平面外に偏向し、その時に、高次検出光学系による高次回折放射線の捕捉は容易になる。スキャトロメータの直交するブランチを提供することで、同じターゲット格子の複数回の測定を同時に実行できる。例えば、測定は異なる偏光を用いて実行し、又は同じ偏光を用いて実行してターゲット格子の非対称性に関する情報を得ることができる。実際、これらの技術を各ターゲットと組み合わせて測定値セット一式を得ることができる。入射放射線の各々の偏光について、分析偏光子Ｐ２を２つの異なる向きに回転させて、散乱スペクトルの偏光依存性を発見するための総計４つの測定値を得ることができる。

[00112] 計測器の複数のブランチからの高次スペクトルを収集、処理して再構築に利用可能なスペクトル情報を増加させることができる。入念な設計によって、異なるブランチの高次検出光学系の間で光学コンポーネントを共用することができる。１次及び高次回折スペクトルが得られる。原則として、ゼロ次ブランチ内の偏光子Ｐ２と同様に、分析偏光子を検出器１２２の前に高次ビーム内に含んでいてもよい。しかしながら、偏光子を省略すれば光学系はより簡単になる。１次ブランチでは、光はすでにメトロロジーターゲットによって様々な角度に散乱している。その結果、光の角発散はゼロ次ブランチの場合と同様に大幅に大きくなる。これは使用可能な偏光子のタイプを制限する。ＵＶ周波帯では、そのような発散する光ビームを扱う偏光子は今の所存在しない。

[0100] ターゲット格子内の非対称性の測定について言うならば、オーバレイが測定されている２つの層間の材料が使用する放射線を十分に透過するとすれば、これをオーバレイエラーの測定に拡張できる。

[0101] 装置の上記の用途及びその他の用途は当業者には明らかであろう。本発明はいかなる具体的な測定の用途にも限定されない。当業者の技量の範囲内で、装置の様々な修正及び変更が考えられる。上記のように、例えば、本発明の実施形態は１次より高い次数の回折放射線を収集することができる。そのような放射線について得たスペクトルを再構築又はその他のメトロロジータスクで処理することができる。互いに直角に配置された２つの同一のスキャトロメータを有する構成は特定の多用性を提供するが、異なる能力を有することを好むのであれば、これらのスキャトロメータが同一であることは必須ではない。例えば、それらが両方共高次ブランチを有することは必須ではない。２つのスキャトロメータが実際に高次ブランチを有する場合、別の構成の方が実際的であるか又はより高い性能を提供する場合、それらのスキャトロメータが楕円形のミラー２１０などのコンポーネントを共用する必要はない。ミラーＭ１〜Ｍ５及び楕円形のミラー部２１０などの一定数の光学コンポーネントが例示的であるが、それより多くの、又は少ない数の要素を有する光学システムも設計できることは言うまでもない。例えば、現在意図している用途で優れた性能を達成することが必要であるとは信じられていないが、収差によるスペクトルのぼけはより高性能の検出光学系によって低減できる。いつも通り、幾つかの点で性能を改善することと、より高性能の構成を追求することで性能を低下させ、及び／又はコストの増加を招くこととの間にトレードオフが存在することは当業者には明らかであろう。

[0102] 図１４は、光源を結像することでスポットを生成する照明光学系内に含まれるフィルタの詳細図を示す。例えば、図５の装置では、フィルタはフィルタ１７２で、光源はアパーチャＡで表される。照明光学系は、レンズとして示されているが、この例ではミラーＭ１の形態で実施される合焦要素を含む。合焦した照明スポットは１６０のラベルが付与されている。分光スキャトロメトリでは、すべての測定光がメトロロジーターゲット内に投影されるならば有利である（言い換えれば、スポットは格子を「アンダーフィル」しなければならない）。メトロロジーターゲット外の任意の迷光は、特にプロダクトフィーチャ又はその他のターゲットがそれらの領域内にある場合、潜在的にメトロロジーエラーを引き起こす可能性がある。

[0103] フィルタ１７２なしでは、回折は、ウェーハ上に照明スポットを結像する光学系の点拡散機能Ｉ_ＰＳＦが回転対称エアリー関数であるということを意味する。

[0104] ここで、Ｊ_１はベッセル関数、ｒは次式で与えられる正規化ラジアル座標である。

[0105] この式では、ＮＡは結像光学系の開口数、λは光の波長、ａはエアリー関数の中心からの半径である。光源アパーチャＡ内の光の各地点はこの関数に従って拡散する。アパーチャが小さい照明スポットを得るために極めて小さく作られている場合であっても、スポットは回折によって拡散し、このエアリー関数によるサイドローブを有する。次に、点拡散機能は変調伝達関数ＭＴＦで表される照明光学系の空間周波数応答を示す。

[0106] エアリー関数は中央のピークと半径の関数としてごくゆっくりと減衰する比較的強い振動サードローブとを有する。サイドローブの比較的強くゆっくりとした減衰の結果、光の比較的大きい量がメトロロジーターゲット外で結像される。これは小さい照明ＮＡが一般に用いられる分光計測器では特に重要である。

[0107] 図１４に示すように、フィルタ１７２は光軸Ｏからの距離ａと共に減少する透過率を有する。これをラジアル透過フィルタと呼ぶ。差込み詳細図に示すように、フィルタ１７２は、例えば径方向に増加する厚さｈの金属層１７２ｂを有する金属コート薄板１７２ａからなっていてもよい。ＵＶ波長に好適なフィルタの例示パラメータを以下に示す。フィルタはこの例では別個のコンポーネントとして示されているが、例えば、ミラーＭ１にコーティングを塗布することで別の要素に組み込まれていてもよい。

[0108] フィルタは照明光学系の瞳面内又はその近くに配置される。したがって、その効果は高い空間周波数を次第に減衰させることである。その結果、点拡散機能Ｉ_ＰＳＦのサイドローブが低減する。フィルタを用いて「リンギング」を低減させる信号処理理論から類似の挙動が周知である。ここではその理論がスキャトロメトリに適用され、メトロロジーターゲット外で漏洩する光の量が最小限にされる。

[0109] 一般に、透過の漸進的な減少はサイドローブの低減を引き起こす。しかしながら、具体的な径方向の変動は極めて効率的な低減を引き起こす。信号理論からの周知の例は、以下の式で定義される透過関数Ｔ（ａ）を生むハニング窓関数である。

[0110]
上式で、ａは上記の図１４に示すラジアル座標である。

[0111] 図１５（ａ）は、ハニング窓の形状を示す。上述したように、この透過関数は径方向に変動する厚さを有する基板上に金属膜を蒸着することで実際のフィルタ内で実現できる。図１５（ｂ）に示すこの厚さ分散は、例えば、最初に厚さ５０ｎｍのＴｉ膜を基板上に蒸着することで形成できる。次に、この膜は、エッチチャンバ内で円形の絞りを徐々に閉じることで径方向にエッチングされる。その場合、中心部は最長のエッチング時間を有し、Ｔｉ膜は完全に除去される。縁部は最短のエッチング時間を有し、したがって、縁部では厚さは低減しない。しかしながら、その他の製作方法も可能である。図１５（ｂ）の例では、金属の厚さは最初ゆっくりと増加し、次に、中心部からの距離ａが増加するにつれて増大する割合で増加する。これは、フィルタのラジアル透過関数がハニング関数を近似するという目的を有する。

[0112] 図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）に示す厚さ分散の３つの異なる波長でのラジアル透過関数Ｔの計算値を示す。この表記でのＴは入射強度のフラクションとして表される伝達強度（すなわち、電力）を表す。図から分かるように、異なる波長で減衰に一定の変動がある。必要であれば、幾つかの材料を混合することで、又は幾つかの膜を蒸着することで、波長の変動をさらに低減できる。しかしながら、この方法はより複雑であり、実際には必要でない。

[0113] 図１５（ｄ）は、照明光学系Ｍ１、ラジアル透過フィルタ１７２を有さないＭ１（ＮＦ）及び有するＭ２（Ｆ）のＰＳＦ計算値のグラフである。これらの関数はλ＝３００ｎｍの放射線について計算され、基板上で６０°の入射角でＮＡ＝０．１で合焦する。（入射の斜め角ではスポットが楕円形状になり、グラフはミラー軸上のスポットの断面を示す）。垂直ログスケールを念頭に置いて、ラジアル透過フィルタは回折リングを極めて大幅に低減することがよく理解できる。

[0114] フィルタの欠点の１つは、ノイズが増加し又は測定値獲得時間が長くなる光損失である。しかしながら、有効ＮＡも低減するので、有効ＮＡが再び元の所望のＮＡにほぼ等しくなるレベルまで合焦光学系のＮＡを増加させることができる。このようにして光損失はおそらくは許容レベルにまで制限される。

[0115] 図１６及び図１７は、見かけ上の表面沈下又はＡＳＤという現象と、本明細書に記載する分光スキャトロメータ装置内で検出される対称スペクトルを用いてこの現象を測定する方法とを示す。

[0116] 図１に示すような装置を用いたリソグラフィでは、ウェーハ高さがレベルセンサを用いて光学的に測定される。このレベルセンサの動作は、通常、光学的参画測量法に基づく。ウェーハ上に斜め角度でパターンが投影され、この反射パターンが検出器上で再結像される。ウェーハ上の高さが変動するため、検出器上のパターンがシフトする。その結果、高さ測定値が変動する。高さ変動は投影装置ＰＳを用いて基板をパターン付ビームに露光する前に基板Ｗ全体にわたってマッピングされる。高さ測定のエラーの結果、所望のプロダクトパターンの合焦が不良になり、全体としてのリソグラフィステップの性能が制限される。

[0117] 図１６（ａ）は、レベルセンシングを受ける通常の基板Ｗを示す。基礎のＳｉ基板１６００は放射線感受性レジスト１６０２でコーティングされ、中間には反射防止層１６０４が提供される。図では、層の厚さは一律の縮尺に従っていない。大半のリソグラフィステップで、以前に塗布されおそらくはパターン形成されたその他の層を層１６０４と究極の基板１６００との間に挿入してもよい。レベルセンサからの入射放射線が１６０６で示され、反射光線は１６０８で示されている。理想的には、センサはレジスト表面の最上部を測定すべきである。通常、公知のレベルセンサは可視光で動作し、レジスト及びＢＡＲＣ層は測定光を透過させる。さらに、ＢＡＲＣ層の下の層も測定光を透過させる。その結果、測定光はレジストとプロセス層のスタックを貫通し、見かけ上の表面沈下又はＡＳＤと呼ばれる図示の測定エラーを引き起こす。実際には、このＡＳＤ効果は極めて大きくなることがある（＞１００ｎｍ）。

[0118] しかしながら、現実の問題は、このエラーの大きさではなく、このエラーがウェーハごとに、又はロットごとに変動するということである。したがって、これはスループットの点でコスト高である各ウェーハに特有の情報なしには補正できない。これらの変動を低減するように対処する第１のステップとして、将来のレベルセンサは可視光の代わりにＵＶを使用する可能性がある。ＵＶ型ＬＳの場合、測定光はスタックの最上部の層に吸収され、したがって、スタック変動の結果として得られるプロセス感度は大幅に低減する。しかしながら、ＡＳＤは、ＵＶ範囲であっても部分的にしか透過しない少数のタイプのプロセス層に用いるＵＶレベルセンサにとっては依然として問題である。実際、ＵＶレベルセンサが十分に有効であるか否か、又はレベリングの問題が依然として残留ＡＳＤ変動のせいであるか否かを常に事前に予測できる訳ではない。レベリングの問題が依然として残留ＡＳＤ変動のせいであるか否かを評価するには、ＬＳプロセス依存度の変動を検出できる測定システムが利用可能であることが望ましい。

[0119] 図１６（ａ）の光線１６０６及び１６０８の斜め入射及び反射が図５のスキャトロメータ内の照明及び回折光線１４２、１４４の斜め入射及び反射と同様であることに留意してもよい。発明者は、本明細書に開示する新規の分光スキャトロメータを、代替的に又は追加的に用いて残留ＡＳＤ変動を検出できることを認識している。任意選択として、この情報を用いてレベリングシステムに供給できる補正信号を引き出すことができる。

[0120] 図１６（ｂ）は、スキャトロメータによって測定されるターゲット基板の反射スペクトルを示す。反射率Ｒは検出された放射線の強度Ｉ_Ｒを入射放射線の強度Ｉ_０で除算した値である。これらの３つの量はすべて、波長λの関数として変動する。図７に関連して上述したように、検出器の感度も波長と共に変動するということを考慮する必要がある。見かけ上の表面沈下ＡＳＤも波長の関数であり、図１６（ｃ）は、通常のスタックの場合のＡＳＤ計算値を示す。

[0121] 図１７を参照すると、リソグラフィシステム内のレベルセンサのプロセス依存の効果を測定するための分光スキャトロメータの検出器レイアウトが再び示されている。対称スペクトルが各検出器の上方のグラフに示されている。この図のスペクトルはすでに反射率Ｒ_ａ及びＲ_ｂに変換されているが、図１０のスペクトルは強度値Ｉ_ａ及びＩ_ｂで示されていた。様々な実施形態でのこのスキャトロメータの正確な動作は図４〜図１３に関連して上述したので、ここでは詳細に繰り返さない。原則として、ここに記載する内容は、ＡＳＤに関する情報を得る独立した計測器である。同じハードウェアが多数のその他の測定が可能な分光スキャトロメータの基礎を形成するという事実は、装置の設計者及びユーザが望むままに利用又は無視できる情報である。

[0122] 図４及び図５を思い出すと、アパーチャＡはミラーＭ１を介して基板Ｗ上に結像される。第２のミラーＭ２を用いて測定スポット１６０が検出器アレイ１１０ａ及び１１０ｂ並びに焦点センサ１１０ｃ上に結像される。位相格子Ｇがあるために、検出器１１０ａ及び１１０ｂ上で測定される信号は反射光の波長スペクトルである。ターゲットに斜め角度から照明するため、検出器Ｄ１及びＤ２上のスペクトルの場所はウェーハ高さエラーの影響を極めて受けやすい。上述したように、ウェーハ高さは焦点センサ１１０ｃ及び焦点アクチュエータ１７０を用いて極めて高精度にモニタされ制御されている。しかしながら、ウェーハ高さ測定値は波長に依存する。この波長依存性は検出器アレイ１１０ａ、１１０ｂによって得られる対称スペクトルを用いて測定可能である。

[0123] 図１６及び図１７を共に参照すると、ＡＳＤ現象は、焦点センサ１１０ｃによって測定されたスキャトロメータ内の反射スポットがレジストと空気との界面の最上部の真の位置の下にあるということを意味する。しかしながら、ＡＳＤ効果の大きさは波長により変化する。この結果、検出器アレイ１１０ａ及び１１０ｂ上のスペクトルは図１７のスペクトル上の小さい矢印が示す小さいが有意の波長依存シフトを示す。ｘ座標系では、このシフトは同じ方向を有する。対照的に、２つの検出器アレイ１１０ａ及び１１０ｂ上の波長（λ）座標は逆の方向を向く。その結果、スペクトルのＡＳＤ誘発シフトの方向は検出器アレイ１１０ａ及び１１０ｂ上で、またそのスペクトルＲ_ａ及びＲ_ｂ内で逆を向いている。

[0124] この対称効果を上記のように活用して、焦点エラーに対して影響を受けにくいように、２つの平均を用いてスペクトルを得た。発明者は、同じ対称効果を用いて２つのスペクトルの差分を用いて基板上の所与の場所でのＡＳＤ効果に関する情報を得ることができると認識している。なお、２つのスペクトルは同一でなければならず、一般の焦点エラーの結果として、図１０に示すように、スペクトルは完全にシフトする。各々の波長で検出されたスペクトルの間の差分信号は以下の関係によって波長依存型ＡＳＤに関連する。

[0125] この式によれば、ｄＲ／ｄλ＝０であるスペクトル内の領域ではＡＳＤ効果を検出できない。したがって、測定されたＡＳＤスペクトルには幾つかの空白の領域がある。しかしながら、これらの領域は限られていると予想される。必要であれば、これらの領域でＡＳＤ値を補間でき、又は放射源の放射線スペクトルを整形してｄＲ／ｄλ＝０である領域内の照明強度Ｉ_０（λ）に勾配を追加することができる。しかしながら、このことが望ましくない複雑さにつながる傾向がある。

[0126] 測定されたＡＳＤの情報は様々な方法で使用できる。最も興味深い適用領域は、おそらく、この情報を用いてレベルセンサの堅牢性をさらに向上させるということである。例えば、この方法を用いて、ウェーハが露光ツール内に進入する前にウェーハ上のＡＳＤ効果を測定することができる。いずれにせよ、ＡＳＤ変動を検出する能力は新規の分光スキャトロメータハードウェアの有用な特徴である。プロセッサＰＵ内のソフトウェア（図４〜１３には示していないが、各々の例で提供されている）への追加だけで、ＡＳＤスペクトル測定を上記の分光スキャトロメータの機能に追加できる。

[0127] 図１８は、リソグラフィプロセス内の結像を向上させるＡＳＤ測定の用途を示すフローチャートである。１８００で、基板がリソグラフィ装置とは別体であってもよい分光スキャトロメータ内に搬入される。スキャトロメータは上記のように操作され（１８０２）、１つ以上の波長及び１つ以上の位置におけるＡＳＤの測定値を得る。特に有利なことはリソグラフィ装置のレベルセンサ内で任意の１つ以上の波長が使用できるという点である。ＡＳＤは、例えば、基板の内部及び外部で測定でき、スピンコーティング又は化学機械研磨（ＣＭＰ）などのプロセスステップによる層の厚さの差異を明らかにできる。１８０４で、基板はリソグラフィツール内に搬入されてパターン形成動作の準備がなされる。ツールは、例えば、図１に示すタイプであってもよい。１８０６で、ツールはそのレベルセンサＬＳを用いて基板表面の高さマップを得る。１８０８で、スキャトロメータを用いて以前に得たＡＳＤ情報に基づいて、測定された高さマップが補正される。（補正は、レベルセンサの動作中にレベルセンサに適宜プログラミングしてもよい。結果は同じである。）

[0128] １８１０で、基板は、図１に関連して上述したように、露光される。基板Ｗの各々のターゲット部分Ｃへの結像によってパターニングデバイスＭＡからパターンが印加される。この結像で合焦に使用される高さマップは補正され、この基板に特有のＡＳＤ効果を記述しているので、結像品質は向上する。１８１２で、基板は図２に関連して上述したように処理され、レジスト層内に露光されたパターンが現像される。具体的にどのプロダクト層がパターン形成されるかに応じて、処理は１６１４で終了するか又は１６１６で元に戻り、コーティング、露光、エッチングなどのステップがさらに実行される。

[0129] 本発明による別の実施形態を以下の番号を付与した条項に記載する。
１．使用時に周期的な格子を含むターゲット構造上のスポットにある入射角で広帯域放射線を誘導する照明光学系と、
前記ターゲットから反射した放射線を受光し前記反射放射線のスペクトルを形成し且つ検出するゼロ次検出光学系と、
前記ターゲット構造内の前記周期的な格子によって１つ以上の高次で回折した放射線を受光し前記受光した回折放射線のスペクトルを形成し且つ検出する高次検出光学系と、
を有する分光スキャトロメータを備える、検査装置。
２．前記高次検出光学系が、
前記スポットから発した前記高次回折放射線をすべての放射線波長を含む画像スポットに合焦させる合焦構成と、
前記画像スポットの少なくとも一方の側に位置する少なくとも１つの高次スペクトル検出器と、
前記スポットと前記画像スポットとの間の光路内に位置して、前記高次スペクトル検出器上に高次回折放射線のスペクトルを形成する回折格子と、
を有する、条項１に記載の検査装置。
３．前記回折格子が対称で、前記高次回折放射線の対称なスペクトル対を形成し、１対のスペクトル検出器が提供されて前記スペクトル対の両方を捕捉し、前記装置が両方の検出器からの測定値を組み合わせて単一の検出スペクトルを得るプロセッサをさらに備える、条項２に記載の検査装置。
４．前記回折格子が、透過型又は反射型の位相格子を有する、条項２又は３に記載の検査装置。
５．前記合焦構成が、単一のカーブミラーを有する、条項２、３又は４に記載の検査装置。
６．前記照明光学系及びゼロ次検出光学系が、一般に、前記ターゲット構造の平面に対して垂直の第１の平面内で放射線を処理し、一方、前記高次検出光学系が前記第１の平面に対して角度をなす第２の平面内で放射線を処理するように構成され、前記ターゲット構造内の前記周期的な格子内の線が前記第１の平面に対して斜めを向く結果として、前記高次回折放射線が前記装置の使用中に第２の平面に入射する、条項１〜５のいずれかに記載の検査装置。
７．前記第１の平面が、前記周期的な格子内の前記線の予想配向に対して４５°の角度に設定された、条項６に記載の検査装置。
８．前記同じターゲット構造の同時測定のために第２の分光スキャトロメータが提供され、前記第２の分光スキャトロメータの第１の平面が前記第１の分光スキャトロメータの前記第１の平面に対して直角に配置された、条項６又は７に記載の検査装置。
９．前記第１のスキャトロメータと前記第２のスキャトロメータの前記高次検出光学系の間で１つ以上の光学コンポーネントが共用される、条項８に記載の検査装置。
１０．４００ｎｍより短い波長の放射線で動作するように構成され、前記照明光学系が前記放射線を前記ターゲット構造上のスポットに合焦させる１つ以上のカーブミラーを有し、一方、前記ゼロ次及び高次検出光学系が、各々、前記スポットの像をスペクトル検出器の一方の側の地点に合焦させる１つ以上のカーブミラーを有する、条項１〜９のいずれかに記載の検査装置。
１１．ある入射角でターゲット構造上のスポットに広帯域放射線を誘導する照明光学系と、
前記ターゲット構造からゼロ次又は高次で回折した放射線を受光し前記回折放射線のスペクトルを形成し且つ検出する検出光学系と、
を有する分光スキャトロメータを備える検査装置であって、
前記検出光学系が前記反射放射線の対称のスペクトル対を形成するように構成された対称の回折格子を有し、１対のスペクトル検出器が前記スペクトルの両方を検出するように配置され、前記装置が両方の検出器からの測定値を組み合わせて前記反射放射線の単一の検出スペクトルを得るプロセッサをさらに備える検査装置。
１２．別の検出器が格子のゼロ次ビームを受光するように構成され、前記別の検出器が一般に１対のスペクトル検出器の間の地点に位置し、前記別の検出器からの信号を用いて前記ターゲット構造上の前記スポットの焦点がモニタされる、条項１１に記載の検査装置。
１３．前記同じターゲット構造を同時に測定するように構成された一般に同様の形態の第１及び第２の分光スキャトロメータを備え、各スキャトロメータの前記照明光学系と検出光学系が一般に前記ターゲット構造の平面に垂直な第１の平面内で放射線を処理するように構成され、前記第２のスキャトロメータの第１の平面が前記第１のスキャトロメータの前記第１の平面に対してある角度に配置された、条項１１又は１２に記載の検査装置。
１４．前記第１及び第２の分光スキャトロメータの前記第１の平面が互いに直角に配置される、条項１３に記載の検査装置。
１５．前記検出光学系が前記ターゲット構造から反射したゼロ次回折放射線を捕捉するように構成され、前記検出光学系が前記位相格子の前段の前記反射放射線の光路内に分析偏光子を有し、前記分析偏光子が正常及び異常光線を異なる方向に透過させてスペクトルの形成のために１つの偏光のみを選択するように構成されたロションプリズムを有し、前記位相格子が前記選択した偏光に対して斜めの角度を向いた線を有し、それによって、異なる偏光の放射線がスペクトル検出器の前記対から離れた場所に前記位相格子によってそのスペクトルを形成する、条項１１〜１４のいずれかに記載の検査装置。
１６．前記検出器光学系が前記スポットから発した前記回折放射線を一般に前記スペクトル検出器の間のある場所の画像スポットに合焦させる合焦構成を備え、前記回折格子が前記スポットと前記画像スポットとの間の前記合焦構成の光路内に位置して前記スペクトル検出器上に前記回折放射線のスペクトルを形成する、条項１１〜１５のいずれかに記載の検査装置。
１７．４００ｎｍより短い波長の放射線で動作するように構成され、前記合焦構成が１つ以上のカーブミラーを備える、条項１６に記載の検査装置。
１８．前記スペクトルを処理して前記位相格子の場所で平行でない前記反射放射線の光線によって引き起こされる収差を補正する手段をさらに備える、条項１１〜１７のいずれかに記載の検査装置。
１９．前記回折格子が透過型位相格子である、条項１１〜１８のいずれかに記載の検査装置。
２０．前記回折格子が反射型位相格子である、条項１１〜１８のいずれかに記載の検査装置。
２１．前記スポットから発した前記回折放射線を一般に前記スペクトル検出器の間のある場所の画像スポットに合焦させる役割も果たすカーブミラー上に前記回折格子が形成された、条項２０に記載の検査装置。
２２．基板上のターゲット構造の特性を測定する方法であって、ターゲット構造が周期的な格子を含み、前記方法が、条項１〜１０のいずれかに記載の検査装置を用いて前記ターゲット構造から１つのゼロ次スペクトルと少なくとも１つの高次スペクトルとを得るステップと、前記測定されたスペクトルを処理して前記ターゲット構造の１つ以上のパラメータの測定値を得るステップと、を含む方法。
２３．入射放射線の異なる偏光を使用し、及び／又は前記ゼロ次検出光学系及び高次検出光学系の一方又は両方を選択することで、前記ゼロ次及び高次スペクトルが前記同じターゲットについて複数回測定される、条項２２に記載の方法。
２４．前記ターゲット構造内の前記周期的な格子の向きに対して異なる角度の入射放射線を使用して、前記ゼロ次及び高次スペクトルが前記同じターゲットについて測定され、測定値が前記異なる入射角から得られ、前記ターゲット構造の非対称性特性を測定するように組み合わせられた、条項２２又は２３に記載の方法。
２５．前記同じターゲット構造に向けられるように配置された向きが異なる２つの分光スキャトロメータを提供することで異なる入射角を用いて前記スペクトルが並列に測定される、条項２４に記載の方法。
２６．基板上のターゲット構造の特性を測定する方法であって、ターゲット構造が周期的な格子を含み、前記方法が、条項１１〜２１のいずれかに記載の検査装置を用いて前記ターゲット構造からスペクトルを得るステップと、前記検出されたスペクトルを処理して前記ターゲット構造の１つ以上のパラメータの測定値を得るステップと、を含む方法。
２７．前記スペクトルを処理して前記位相格子の場所で平行でない前記反射放射線の光線によって引き起こされる収差を補正する、条項２６に記載の方法。
２８．放射ビームをターゲット構造上のスポットに合焦させる照明光学系を備える光学装置であって、前記照明光学系が、瞳面又はその近くに提供されたフィルタを有し、前記フィルタが前記ビーム上に前記ビームの光軸から径方向距離が増すにつれて増加する透過損失を課す、光学装置。
２９．前記フィルタが、その厚さが中央地点から径方向に遠ざかるにつれて増加する金属コーティングを有する透過型基板を備える、条項２８に記載の装置。
３０．前記厚さが最初はゆっくりと増加し、前記中央地点からの距離が増すにつれて増大する割合で増加し、前記フィルタのラジアル透過関数がハニング関数を近似する、条項２９に記載の装置。
３１．前記照明光学系が、１つ以上の反射型合焦要素を備える、条項２８、２９又は３０に記載の装置。
３２．前記ビームを生成するＵＶ放射源をさらに備える、条項２８、２９、３０又は３１に記載の装置。
３３．基板上のターゲット構造の特性を測定する方法であって、前記方法が、条項２８〜３２のいずれかに記載の光学装置を用いて放射線スポットでターゲット構造を照明するステップと、前記ターゲット構造によって回折した放射線を検出するステップと、前記検出された放射線を処理して前記ターゲット構造の１つ以上のパラメータの測定値を得るステップと、を含む方法。
３４．ある入射角でターゲット構造上のスポットに広帯域放射線を誘導する照明光学系と、前記ターゲット構造からゼロ次又は高次で回折した放射線を受光し回折放射線のスペクトルを形成し且つ検出する検出光学系と、を備える分光スキャトロメータであって、前記検出光学系が前記反射放射線の対称のスペクトル対を形成するように構成された対称の回折格子を有し、１対のスペクトル検出器が前記スペクトルの両方を検出するように配置され、前記装置が両方の検出器からの測定値を比較して基板上のターゲット構造の場所の見かけ上の表面沈下の情報を得るプロセッサをさらに備える、分光スキャトロメータ。
３５．投影システムを用いて基板にパターンを印加することでリソグラフィパターニングステップを実行する方法であって、前記投影システムの合焦が前記基板全体にわたる複数の場所で実行された高さ測定に基づき、条項３４に記載の分光スキャトロメータを用いて得た見かけ上の表面沈下の情報に基づいて前記高さ測定に補正が適用される、方法。
３６．条項３５に記載の方法によって基板に１つ以上のデバイスパターンを印加するステップと、前記パターン形成された基板を処理して印加されたパターンに従ってデバイスを形成するステップとを含むデバイス製造方法。

[0130] 本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、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製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが、当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジーツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。

[0131] 光リソグラフィの分野での本発明の実施形態の使用に特に言及してきたが、本発明は文脈によってはその他の分野、例えばインプリントリソグラフィでも使用することができ、光リソグラフィに限定されないことを理解されたい。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイス内のトポグラフィが基板上に作成されたパターンを画定する。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内に刻印され、電磁放射、熱、圧力又はそれらの組合せを印加することでレジストは硬化する。パターニングデバイスはレジストから取り除かれ、レジストが硬化すると、内部にパターンが残される。

[0132] 上記の実施形態はＵＶ波長の放射線を用いて動作するように設計されているが、当業者は、所望であれば、異なるか又はより広い範囲の波長を使用するように設計を適合させることができる。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若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極紫外線（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包含する。

[0133] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電気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、又はその組合せを指すことができる。

[0134] これまで本発明の特定の実施形態を記載したが、少なくとも本明細書に記載の装置の動作方法の形態については、記載した以外の別の態様で本発明を実施してもよいことを理解されたい。例えば、少なくとも本明細書に記載の装置の動作方法の形態については、本発明の実施形態は、上記のような装置の動作方法を記載する機械読み取り式命令の１つ以上のシーケンスを含む１つ以上のコンピュータプログラム、又は、このようなコンピュータプログラムを内蔵するデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気、又は光ディスク）の形態をとることができる。さらに機械読み取り式命令は、２つ以上のコンピュータプログラムで実現することができる。２つ以上のコンピュータプログラムを、１つ以上の異なるメモリ及び／又はデータ記憶媒体に記憶することができる。

[0135] 上記の説明は例示的であり、限定的ではない。したがって、請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

[0136] 特許請求の範囲を解釈するには、「発明の概要」及び「要約書」の項ではなく、「発明を実施するための形態」の項を使用するよう意図されていることを理解されたい。「発明の概要」及び「要約書」の項は、本発明者が想定するような本発明の１つ以上の例示的実施形態について述べることができるが、全部の例示的実施形態を述べることはできず、したがって本発明及び添付の特許請求の範囲をいかなる意味でも限定しないものとする。

[0137] 以上では、特定の機能の実施態様を例示する機能的構成要素及びその関係を用いて本発明について説明してきた。これらの機能的構成要素の境界は、本明細書では説明の便宜を図って任意に画定されている。特定の機能及びその関係が適切に実行される限り、代替的境界を画定することができる。

[0138] 特定の実施形態に関する以上の説明は、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修正する、及び／又はこれら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修正は、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内に入るものとする。本明細書の言葉遣い又は用語は説明のためのもので、限定するものではなく、したがって本明細書の用語又は言葉遣いは、当業者には教示及び案内の観点から解釈されるべきことを理解されたい。

[0139] 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。

Claims (17)

1. 使用時に周期的な格子を含むターゲット構造上のスポットにある入射角で広帯域放射線を誘導する照明光学系と、
   前記ターゲットから反射した放射線を受光し前記反射放射線のスペクトルを形成し且つ検出するゼロ次検出光学系と、
   前記ターゲット構造内の前記周期的な格子によって１つ以上の高次で回折した放射線を受光し、前記受光した回折放射線のスペクトルを形成し且つ検出する高次検出光学系と、を有する分光スキャトロメータを備える検査装置であって、
   前記高次検出光学系は、
   高次回折放射線の対称なスペクトル対を形成するように構成され、かつ対称である回折格子と、
   前記スペクトル対の両方を捕捉するように構成された１対のスペクトル検出器と、を備え、
   前記回折格子は、偏光に対して斜めの角度を向いた線を有する位相格子であり、偏光の放射線の異常成分が前記１対のスペクトル検出器から離れた場所に前記位相格子によってそのスペクトルを形成する、検査装置。
2. 前記高次検出光学系は、
   前記スポットから発した前記高次回折放射線をすべての放射線波長を含む画像スポットに合焦させる合焦構成と、
   前記画像スポットの少なくとも一方の側に位置する少なくとも１つの高次スペクトル検出器と、を備え、
   前記回折格子は、前記スポットと前記画像スポットとの間の光路内に位置して、前記高次スペクトル検出器上に高次回折放射線のスペクトルを形成する、請求項１に記載の検査装置。
3. 前記検査装置は、両方の検出器からの測定値を組み合わせて単一の検出スペクトルを得るプロセッサを更に備える、請求項２に記載の検査装置。
4. 前記照明光学系及びゼロ次検出光学系は、前記ターゲット構造の平面に対して垂直の第１の平面内で放射線を処理する一方、前記高次検出光学系が前記第１の平面に対して角度をなす第２の平面内で放射線を処理し、前記ターゲット構造内の前記周期的な格子内の線が前記第１の平面に対して斜めを向く結果として、前記高次回折放射線が前記装置の使用中に前記第２の平面に入射する、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の検査装置。
5. ４００ｎｍより短い波長の放射線で動作するように構成され、
   前記照明光学系が前記放射線を前記ターゲット構造上のスポットに合焦させる１つ以上のカーブミラーを有する一方、前記ゼロ次及び高次検出光学系が、各々、前記スポットの像をスペクトル検出器の一方の側の地点に合焦させる１つ以上のカーブミラーを有する、請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の検査装置。
6. ある入射角でターゲット構造上のスポットに広帯域放射線を誘導する照明光学系と、
   前記ターゲット構造からゼロ次又は高次で回折した放射線を受光し前記回折放射線のスペクトルを形成し且つ検出する検出光学系と、
   を有する分光スキャトロメータを備える検査装置であって、
   前記検出光学系が前記反射放射線の対称のスペクトル対を形成する対称の回折格子を有し、１対のスペクトル検出器が前記スペクトルの両方を検出し、
   前記装置が、両方の検出器からの測定値を組み合わせて前記反射放射線の単一の検出スペクトルを得るプロセッサを更に備え、
   前記対称の回折格子は、偏光に対して斜めの角度を向いた線を有する位相格子であり、偏光の放射線の異常成分が前記１対のスペクトル検出器から離れた場所に前記位相格子によってそのスペクトルを形成する、検査装置。
7. 別の検出器が格子のゼロ次ビームを受光し、前記別の検出器が１対のスペクトル検出器の間の地点に位置し、前記別の検出器からの信号を用いて前記ターゲット構造上の前記スポットの焦点がモニタされる、請求項６に記載の検査装置。
8. 前記同じターゲット構造を同時に測定するように構成された第１及び第２の分光スキャトロメータを備え、
   各スキャトロメータの前記照明光学系と検出光学系が前記ターゲット構造の平面に垂直な第１の平面内で放射線を処理し、前記第２のスキャトロメータの第１の平面が前記第１のスキャトロメータの前記第１の平面に対してある角度に配置された、請求項６又は請求項７に記載の検査装置。
9. 前記検出光学系は、前記ターゲット構造から反射したゼロ次回折放射線を捕捉し、
   前記検出光学系は、前記位相格子の前段の前記反射放射線の光路内に分析偏光子を有し、
   前記分析偏光子は、正常及び異常光線を異なる方向に透過させてスペクトルの形成のために１つの偏光のみを選択するロションプリズムを有する、請求項６乃至請求項８のうち何れか１項に記載の検査装置。
10. 前記検出器光学系は、前記スポットから発した前記回折放射線を前記スペクトル検出器の間のある場所の画像スポットに合焦させる合焦構成を備え、
    前記回折格子は、前記スポットと前記画像スポットとの間の前記合焦構成の光路内に位置して前記スペクトル検出器上に前記回折放射線のスペクトルを形成する、請求項６乃至請求項９のうち何れか１項に記載の検査装置。
11. ４００ｎｍより短い波長の放射線で動作するように構成され、前記合焦構成が１つ以上のカーブミラーを有する、請求項１０に記載の検査装置。
12. 前記スペクトルを処理して前記位相格子の場所で平行でない前記反射放射線の光線によって引き起こされる収差を補正する手段をさらに備える、請求項６乃至請求項１１のうち何れか１項に記載の検査装置。
13. 基板上のターゲット構造の特性を測定する方法であって、ターゲット構造が周期的な格子を含み、前記方法が、
    請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載の検査装置を用いて前記ターゲット構造から１つのゼロ次スペクトルと少なくとも１つの高次スペクトルとを得るステップと、
    前記測定されたスペクトルを処理して前記ターゲット構造の１つ以上のパラメータの測定値を得るステップと、を含む、方法。
14. 基板上のターゲット構造の特性を測定する方法であって、ターゲット構造が周期的な格子を含み、前記方法が、
    請求項６乃至請求項１２のうち何れか１項に記載の検査装置を用いて前記ターゲット構造からスペクトルを得るステップと、
    前記検出されたスペクトルを処理して前記ターゲット構造の１つ以上のパラメータの測定値を得るステップと、を含む、方法。
15. ある入射角でターゲット構造上のスポットに広帯域放射線を誘導する照明光学系と、前記ターゲット構造からゼロ次又は高次で回折した放射線を受光し回折放射線のスペクトルを形成し且つ検出する検出光学系と、を備える分光スキャトロメータであって、
    前記検出光学系は、前記反射放射線の対称のスペクトル対を形成する対称の回折格子を有し、
    １対のスペクトル検出器は、前記スペクトルの両方を検出し、
    前記装置は、両方の検出器からの測定値を比較して基板上のターゲット構造の場所の見かけ上の表面沈下の情報を得るプロセッサをさらに備え、
    前記対称の回折格子は、偏光に対して斜めの角度を向いた線を有する位相格子であり、偏光の放射線の異常成分が前記１対のスペクトル検出器から離れた場所に前記位相格子によってそのスペクトルを形成する、分光スキャトロメータ。
16. 投影システムを用いて基板にパターンを印加することでリソグラフィパターニングステップを実行する方法であって、
    前記投影システムの合焦が前記基板全体にわたる複数の場所で実行された高さ測定に基づき、請求項１５に記載の分光スキャトロメータを用いて得た見かけ上の表面沈下の情報に基づいて前記高さ測定に補正が適用される、方法。
17. 請求項１６に記載の方法によって基板に１つ以上のデバイスパターンを印加するステップと、
    前記パターン形成された基板を処理して印加されたパターンに従ってデバイスを形成するステップと、
    を含む、デバイス製造方法。