JP6742413B2 - 検査システムの焦点合わせ方法及び装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０１５年１２月３１日出願の米国仮特許出願第６２／２７３，９８２号の優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

[0002] 本記載は、例えばリソグラフィ技術によるデバイスの製造に使用可能な検査（例えばメトロロジ）方法及び装置に関する。

[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。

[0004] リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）や他のデバイスの製造に使用することができる。このような場合、パターニングデバイス（例えばマスク）は、デバイスの個々の層に対応するパターン（「設計レイアウト」）を含むか、又は提供してもよく、パターニングデバイス上のパターンを通してターゲット部分に照射するなどの方法によって放射感応性材料層（「レジスト」）でコーティングされた基板（例えばシリコンウェーハ）上の（例えば１つ以上のダイを含む）ターゲット部分上に、このパターンを転写することができる。一般に、単一の基板は、リソグラフィ装置によって一度に１つのターゲット部分ずつパターンが連続的に転写される隣接する複数のターゲット部分を含む。リソグラフィ装置の１つのタイプでは、パターンは１つのターゲット部分上に一度で転写され、このような装置は一般にウェーハステッパと呼ばれている。一般にステップアンドスキャン装置と呼ばれる別の装置では、投影ビームがパターニングデバイス上を所与の基準方向（「スキャン」方向）にスキャンする一方、基板をこの基準方向と平行又は逆平行に同期的に移動させる。パターニングデバイス上のパターンの異なる部分が漸次１つのターゲット部分に転写される。一般に、リソグラフィ装置は拡大係数Ｍ（一般に１より小さい）を有するため、基板が移動する速度Ｆは、ビームがパターニングデバイスをスキャンする速度の係数Ｍ倍になる。

[0005] パターンをパターニングデバイスから基板に転写する前に、基板はプライミング、レジストコーティング及びソフトベークなどの様々な手順を経てもよい。露光後、基板はポストベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベーク及び転写されたパターンの測定／検査などの他の手順を経てもよい。この一連の手順は、例えば、ＩＣなどのデバイスの個々の層を製造する基礎として使用される。次に、基板はエッチング、イオン注入（ドーピング）、金属化、酸化、化学機械的研磨などの様々なプロセスを経てもよく、これらはすべてデバイスの個々の層を完成させるためのプロセスである。デバイスにいくつかの層が必要な場合は、手順全体、又はその変形手順が各層に対して反復される。最終的に、デバイスは基板上の各ターゲット部分内に存在する。これらのデバイスは、次に、ダイシング又はソーイングなどの技術によって互いに分離され、その結果、個々のデバイスを担体に取り付けたり、ピンに接続したりすることができる。

[0006] 上述のように、リソグラフィは、ＩＣ及びその他のデバイスの製造の中心的工程であり、基板上に形成されるパターンは、マイクロプロセッサ、メモリチップなどのデバイスの機能素子を画定する。フラットパネルディスプレイ、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）及びその他のデバイスの形成にも同様のリソグラフィ技術が使用される。

[0007] リソグラフィプロセス（すなわち、一般にレジストの現像やエッチングなどの１つ以上の関連処理工程を含み得る、リソグラフィ露光を伴うデバイス又は他の構造を現像するプロセス）において、例えばプロセスの制御及び検証のために、作成された構造を測定することが高い頻度で望ましい。クリティカルディメンジョン（ＣＤ）を測定するためにしばしば用いられる走査電子顕微鏡を含む、こうした測定を行うための様々なツール、及び、オーバーレイ、すなわち基板の２つの層のアライメント精度を測定するための専用ツールが知られている。

[0008] 検査装置（例えばメトロロジ装置）を使用して正確な測定値（例えばクリティカルディメンジョン、オーバーレイなど）を得るために、少なくとも基板上のターゲット構造は、検査装置の対物系の焦点面近くに、又は焦点面に位置する必要がある。これは、例えば基板上のターゲット構造が対物系の焦点面の近くに、又は焦点面に位置するまで対物系の焦点とターゲット構造の相対位置を調整することによって行うことができる。このような調整は、本明細書では基板又はターゲット構造の焦点合わせと呼ばれ、ターゲット構造に対して対物系（したがって、焦点）を移動させること、対物系内で光学素子を変化させて焦点を移動させること、焦点に対してターゲット構造を移動させること、又はこれらから選択される任意の組み合わせを含むことができる。検査装置における改善された焦点合わせ方法を提供することが望ましい。

[0009] ある実施形態では、第１の強度分布を有する放射の第１の測定ビームを基板上に誘導すること、及び、第２の強度分布を有する放射の第２の焦点合わせビームを、第１の測定ビームが基板上に誘導されるのと同時に基板上に誘導することを含み、第２の強度分布の少なくとも一部は、少なくとも基板及び／又はアパーチャデバイスにおいて第１の強度分布から空間的に分離される方法が提供される。

[0010] ある実施形態では、基板を保持するように構成された基板ホルダと、アパーチャデバイスと、第１の強度分布を有する放射の第１の測定ビームを基板上に誘導し、第２の強度分布を有する放射の第２の焦点合わせビームを、第１の測定ビームが基板上に誘導されるのと同時に基板上に誘導するように構成された光学系とを備え、第２の強度分布の少なくとも一部は、少なくとも基板及び／又はアパーチャデバイスにおいて第１の強度分布から空間的に分離される検査装置が提供される。

[0011] 本明細書では、本発明の実施形態の特徴及び／又は利点、並びに本発明の様々な実施形態の構造及び動作を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は本明細書で説明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。こうした実施形態は、本明細書では単に例示的な目的で提示される。当業者には、本明細書に含まれる教示に基づいた追加の実施形態が明らかとなろう。

[0012] 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。

[0013] ある実施形態に係るリソグラフィ装置を概略的に示す。 [0014] ある実施形態に係るリソグラフィセル又はクラスタを概略的に示す。 [0015] 一定の照明モードを提供する第１の照明アパーチャ対を使用した、ある実施形態に係るターゲットを測定する際に使用される暗視野測定装置の概略図である。 [0016] 所定の照明方向に対するターゲットの回折スペクトルの概略的詳細図である。 [0017] 回折ベースのオーバーレイ測定用の測定装置を使用する際に別の照明モードを提供する第２の照明アパーチャ対の概略図である。 [0018] 回折ベースのオーバーレイ測定用の測定装置を使用する際に別の照明モードを提供する第１及び第２のアパーチャ対を組み合わせた第３の照明アパーチャ対の概略図である。 [0019] 多重周期構造（例えば多重格子）ターゲットの形態及び基板上の測定スポットの輪郭を概略的に示す。 [0020] 図３の装置で得られる図４Ａのターゲットの像を概略的に示す。 [0021] 検査装置で使用可能な共焦点フォーカスセンサシステムのある実施形態を概略的に示す。 [0022] 図５Ａのセンサシステムから生成可能なフォーカスエラー信号を概略的に示す。 [0023] ある実施形態に係る検査装置を概略的に示す。 [0024] 異なる種類の照明アパーチャを概略的に示す。 [0024] 異なる種類の照明アパーチャを概略的に示す。 [0024] 異なる種類の照明アパーチャを概略的に示す。 [0024] 異なる種類の照明アパーチャを概略的に示す。 [0025] 図７Ａ〜７Ｄに示した照明アパーチャに対応する異なる照明形状を概略的に示す。 [0025] 図７Ａ〜７Ｄに示した照明アパーチャに対応する異なる照明形状を概略的に示す。 [0025] 図７Ａ〜７Ｄに示した照明アパーチャに対応する異なる照明形状を概略的に示す。 [0025] 図７Ａ〜７Ｄに示した照明アパーチャに対応する異なる照明形状を概略的に示す。 [0026] マルチコアファイバ又はファイバ束の断面を概略的に示す。 [0027] 図９に示したマルチモードファイバ又はファイバ束を使用した、異なる照明モードに対応する照明形状を概略的に示す。 [0027] 図９に示したマルチモードファイバ又はファイバ束を使用した、異なる照明モードに対応する照明形状を概略的に示す。 [0028] 焦点合わせビームと測定ビームをともに組み合わせた異なる照明形状を概略的に示す。 [0028] 焦点合わせビームと測定ビームをともに組み合わせた異なる照明形状を概略的に示す。 [0028] 焦点合わせビームと測定ビームをともに組み合わせた異なる照明形状を概略的に示す。 [0028] 焦点合わせビームと測定ビームをともに組み合わせた異なる照明形状を概略的に示す。 [0029] 検査装置のイルミネータのマルチコアファイバのある実施形態を概略的に示す。 [0030] 検査装置のアキシコンレンズ及び／又はプリズムを備えるビーム整形光学素子の実施形態を概略的に示す。 [0030] 検査装置のアキシコンレンズ及び／又はプリズムを備えるビーム整形光学素子の実施形態を概略的に示す。

[0031] 実施形態を詳細に説明する前に、実施形態を実施することができる例示的な環境を提示することが有用であろう。

[0032] 図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射又はＤＵＶ放射）を調節するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するように構成され、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１のポジショナＰＭに接続されたパターニングデバイス支持体又は支持構造（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成され、特定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２のポジショナＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ以上のダイを含む）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とを備える。

[0033] 照明システムは、放射を誘導し、整形し、又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらの任意の組み合わせなどの様々なタイプの光学コンポーネントを含むことができる。

[0034] パターニングデバイス支持体は、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。パターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電気等のクランプ技術を使用することができる。パターニングデバイス支持体は、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。パターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスが例えば投影システムに対して確実に所望の位置にくるようにできる。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」と同義とみなすことができる。

[0035] 本明細書において使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに付与されるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。

[0036] 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、小型ミラーのマトリクス配列を使用し、ミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームにパターンを付与する。

[0037] 本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（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）。

[0038] 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。

[0039] 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。放射源及びリソグラフィ装置は、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みなされず、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。

[0040] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えていてもよい。一般に、イルミネータ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。

[0041] 放射ビームＢは、パターニングデバイス支持体（例えば、マスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスによってパターン形成される。パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２のポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２−Ｄエンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴを、例えば様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めするように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを正確に位置決めできる。

[0042] パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ_１、Ｍ_２及び基板アライメントマークＰ_１、Ｐ_２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アライメントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分の間の空間に位置してもよい（スクライブラインアライメントマークとして周知である）。同様に、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。小さなアライメントマーカをデバイスフィーチャの中でもダイ内に含めることができ、その場合、マーカは可能な限り小さく、隣接したフィーチャと異なる結像又はプロセス条件を必要としないことが望ましい。アライメントマーカを検出することができるアライメントシステムの一実施形態を以下でさらに説明する。

[0043] 図示のリソグラフィ装置は、以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。

[0044] １．ステップモードでは、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴａ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ＷＴａがＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。

[0045] ２．スキャンモードでは、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴａは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに付与されるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一動的露光）。パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴａの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分の（スキャン方向における）高さが決まる。

[0046] ３．別のモードでは、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴａ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ＷＴａ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。

[0047] 上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

[0048] リソグラフィ装置ＬＡは、２つのテーブルＷＴａ、ＷＴｂ（例えば２つの基板テーブル）と、相互にテーブルを交換可能な露光ステーションと測定ステーションという２つのステーションとを有する、いわゆるデュアルステージ型の装置である。例えば、一方のテーブル上の基板を露光ステーションで露光している間に、別の基板を測定ステーションで他方の基板テーブル上にロードして、様々な予備工程を実行することができる。予備工程には、レベルセンサＬＳを使用して基板の表面制御をマッピングすること、及び、アライメントセンサＡＳを使用して基板上のアライメントマーカの位置を測定することが含まれてよく、いずれのセンサも基準フレームＲＦによって支持されている。位置センサＩＦが、測定ステーションにあるときだけではなく露光ステーションにあるときにもテーブルの位置を測定できない場合、両方のステーションでテーブルの位置を追跡できるようにするために、第２の位置センサを設けてもよい。別の例として、１つのテーブル上の基板が露光ステーションで露光されている間、基板の無い別のテーブルは測定ステーションで待機する（任意選択で測定アクティビティが発生し得る）。この他方のテーブルは１つ以上の測定デバイスを有し、任意選択で他のツール（例えばクリーニング装置）を有してよい。基板が露光を完了すると、基板の無いテーブルは、例えば測定を実行するために露光ステーションに移動し、基板を伴うテーブルは、基板がアンロードされ別の基板がロードされる場所（例えば測定ステーション）に移動する。これらのマルチテーブル構成は、装置のスループットを大幅に向上させることができる。

[0049] 図２に示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセル又はリソ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、リソグラフィセルＬＣは、基板上で１つ以上の露光前及び露光後プロセスを行うための装置も備える。従来、これらの装置には、レジスト層を堆積させるための１つ以上のスピンコータＳＣ、露光済みレジストを現像するための１つ以上のデベロッパＤＥ、１つ以上の冷却プレートＣＨ及び１つ以上のベークプレートＢＫが含まれる。基板ハンドラ又はロボット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、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢへと送り出す。これらのデバイスは、しばしばトラックと総称され、トラック制御ユニットＴＣＵによる制御を受ける。トラック制御ユニットＴＣＵ自身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はリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置をも制御する。このようにして、スループット及び処理効率が最大となるように様々な装置を動作させることができる。

[0050] リソグラフィ装置によって露光される基板が正しく一貫して露光されるように、後続の層間のオーバーレイエラー、ライン厚み、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）などの１つ以上の特性を測定するために露光基板を検査することが望ましい。エラーが検出された場合、特に同じバッチの別の基板がさらに露光されるように十分迅速に検査が実行できる場合、１つ以上の後続の基板の露光を調節してよい。また、既に露光された基板は、（歩留まりを向上させるために）ストリップ及び再加工又は廃棄してよく、これによって不良であることが分かっている基板上で露光を実行するのを避けることができる。基板のいくつかのターゲット部分のみが不良である場合、さらなる露光は良好なターゲット部分でのみ実行することができる。別の可能性は、エラーを補償するために後続のプロセス工程の設定を適応させることであり、例えばリソグラフィプロセス工程の結果として生じる基板間のＣＤ変動を補償するために、トリムエッチ工程の時間を調節することができる。

[0051] 基板の１つ以上の特性を決定するため、及び特に、異なる基板又は同じ基板の異なる層の１つ以上の特性が層によって及び／又は基板全体でどのように変動するかを決定するために、検査装置が使用される。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡ又はリソセルＬＣに統合するか、あるいはスタンドアロンデバイスであってよい。最も迅速な測定を可能にするためには、検査装置が露光直後に露光されたレジスト層内の１つ以上の特性を測定することが望ましい。しかしながら、レジスト内の潜像は非常に低いコントラストを有し、すなわちレジストのうち放射に露光された部分とされていない部分との屈折率の差がごくわずかであり、全ての検査装置が潜像の有用な測定を行うだけの十分な感度を有している訳ではない。したがって測定は、通例、露光基板上で実施される第１の工程であり、レジストの露光された部分と露光されていない部分との間のコントラストを増加させる、ポストベーク工程（ＰＥＢ）後に行ってよい。この段階で、レジスト内の像は半潜像と呼ばれることがある。レジストの露光された部分又は露光されていない部分のいずれかが除去された時点で、あるいはエッチングなどのパターン転写工程後に、現像されたレジスト像の測定を行うことも可能である。後者の可能性は、不良基板の再加工の可能性を制限するが、例えばプロセス制御のために依然として有用な情報を提供することができる。

[0052] 従来のスキャトロメータによって使用されるターゲットは、相対的に大きい、例えば４０μｍ×４０μｍの周期構造レイアウト（例えば、１つ以上の格子を備える）を備える。その場合、測定ビームはしばしば、周期構造レイアウトより小さいスポットサイズを有する（すなわちレイアウトは、１つ以上の周期構造がスポットによって完全には覆われないように充填不足である）。これにより、無限であるとみなすことができるため、ターゲットの数学的再構成が簡略化される。しかしながら、例えばターゲットはスクライブライン内ではなく、プロダクトフィーチャの間に配置することができるため、ターゲットのサイズは、例えば２０μｍ×２０μｍ以下、又は１０μｍ×１０μｍ以下まで縮小されている。この状況において、周期構造レイアウトは測定スポットよりも小さくすることができる（すなわち、周期構造レイアウトは充填過多である）。典型的には、このようなターゲットは、（鏡面反射に相当する）ゼロ次数の回折が遮断され、高次数のみが処理される、暗視野スキャトロメトリを使用して測定される。暗視野メトロロジの例は、ＰＣＴ特許出願公開第ＷＯ２００９／０７８７０８号及び第ＷＯ２００９／１０６２７９号に見ることが可能であり、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。技術のさらなる展開は、米国特許出願公開ＵＳ２０１１−００２７７０４、ＵＳ２０１１−００４３７９１、及びＵＳ２０１２−０２４２９７０に記載されており、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。回折次数の暗視野検出を使用する回折ベースのオーバーレイは、より小さいターゲット上でのオーバーレイ測定を可能にする。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、基板上のプロダクト構造で取り囲むことができる。ある実施形態では、複数のターゲットを１つの像内で測定することができる。

[0053] ある実施形態では、基板上のターゲットは、１つ以上の１−Ｄ周期格子を含んでよく、この格子は、現像後にバーがソリッドレジストラインで形成されるようにプリントされる。ある実施形態では、ターゲットは、１つ以上の２−Ｄ周期格子を含んでよく、この格子は、現像後に１つ以上の格子がソリッドレジストピラー又はレジスト内のビアで形成されるようにプリントされる。代替的に、バー、ピラー又はビアは、基板内にエッチングされてもよい。この格子のパターンは、リソグラフィ投影装置、特に投影システムＰＬにおける色収差、及び照明対称性に敏感であり、そのような収差の存在は、プリントされた格子における変動という形で現れる。したがって、プリントされた格子の測定データは、格子を再構成するために使用することができる。ライン幅及び形状といった１−Ｄ格子のパラメータ、又は、ピラー若しくはビアの幅、長さあるいは形状といった２−Ｄ格子のパラメータは、プリンティング工程の知識から処理ユニットＰＵによって行われる再構成プロセス及び／又は他の測定プロセスに入力され得る。

[0054] 実施形態で使用するのに好適な暗視野メトロロジ装置を図３Ａに示す。ターゲットＴ（格子などの周期構造を備える）及び回折光線を図３Ｂにより詳細に示す。暗視野メトロロジ装置は、スタンドアロンデバイスであるか、又は、例えば測定ステーションのリソグラフィ装置ＬＡ若しくはリソグラフィセルＬＣのいずれかに組み込むことができる。装置全体にわたっていくつかの分岐を有する光軸が、点線Ｏで表されている。この装置において、出力１１（例えば、レーザやキセノンランプなどの光源、又は光源に接続された開口）によって放出される放射は、レンズ１２、１４及び対物系１６を備える光学系によって、プリズム１５を介して基板Ｗ上へと誘導される。これらのレンズは、４Ｆ構成の二重シーケンスに配置される。検出器上に基板像をもたらす限りにおいて、様々なレンズ配列を使用することができる。

[0055] ある実施形態において、レンズ配列は、空間周波数フィルタリングのために中間瞳面のアクセスを可能にする。したがって、放射が基板に入射する角度範囲は、本明細書では（共役）瞳面と呼ばれる、基板面の空間スペクトルを提示する平面内の空間強度分布を定義することによって選択可能である。特にこれは、例えば、レンズ１２と１４の間に好適な形のアパーチャデバイス１３を挿入することによって、対物瞳面の逆投影像である面内で実行可能である。示された例において、アパーチャデバイス１３は１３Ｎ及び１３Ｓと標示された異なる形を有し、異なる照明モードを選択することができる。この例における照明システムは、オフアクシス照明モードを形成する。第１の照明モードでは、アパーチャデバイス１３Ｎは、単に説明のために、「北（ｎｏｒｔｈ）」と指定した方向からオフアクシス照明を提供する。第２の照明モードでは、アパーチャデバイス１３Ｓは、同様の照明であるが、「南（ｓｏｕｔｈ）」と標示された、反対の方向からの照明を提供するために使用される。異なるアパーチャを使用することによって、他の照明モードが可能である。所望の照明モード外に不必要な放射があれば、望ましい測定信号を妨害する可能性があるため、瞳面の残りの部分は暗いことが望ましい。

[0056] 図３Ｂに示すように、ターゲットＴは、基板Ｗが対物系１６の光軸Ｏに対してほぼ垂直な状態で配置される。軸Ｏを外れた角度からターゲットＴに当たる照明の光線Ｉは、ゼロ次光線（実線０）及び２本の１次光線（点鎖線＋１及び二点鎖線−１）を生じさせる。充填過多の小ターゲットＴの場合、これらの光線は、メトロロジターゲットＴ及び他のフィーチャを含む基板の領域をカバーする多くの平行光線のうちの１つに過ぎない。デバイス１３内のアパーチャは（有用な放射量を認めるのに必要な）有限幅を有するため、入射光線Ｉは、実際にはある角度範囲を占有し、回折光線０及び＋１／−１は多少広がることになる。小ターゲットの点像分布関数に従って、各次数＋１及び−１は、図示されたような単一の理想的な光線ではなく、ある角度範囲にわたってさらに広がることになる。周期構造のピッチ及び照明角度は、対物系に入射する１次光線が中心光軸と緊密に位置合わせされるように、設計又は調整可能であることに留意されたい。図３Ａ及び図３Ｂに示す光線は、純粋にそれらが図中でより容易に区別できるようにするために、軸を多少外して示されている。

[0057] 基板Ｗ上のターゲットによって回折された少なくとも０次及び＋１次は、対物系１６によって集められ、プリズム１５を介して逆誘導される。図３Ａに戻ると、北（Ｎ）及び南（Ｓ）と標示された正反対のアパーチャを指定することによって、第１と第２の照明モードがともに示されている。入射光線Ｉが光軸の北側からのものである場合、すなわち、第１の照明モードがアパーチャデバイス１３Ｎを使用して適用される場合、＋１（Ｎ）と標示された＋１回折光線が対物系１６に入る。これに対して、第２の照明モードがアパーチャデバイス１３Ｓを使用して適用される場合、（−１（Ｓ）と標示された）−１回折光線がレンズ１６に入る。したがって、ある実施形態において、ある条件下で、例えば、−１次及び＋１次の回折次数強度を別々に取得するために、ターゲットを回転させた後、照明モードを変更した後、又は結像モードを変更した後、ターゲットを２回測定することによって、測定結果が取得される。所与のターゲットについてこれらの強度を比較することで、ターゲットにおける非対称性の測定が行われ、ターゲットにおける非対称性をリソグラフィプロセスのパラメータのインジケータ、例えばオーバーレイエラーとして使用することができる。前述の状況において、照明モードが変更される。

[0058] ビームスプリッタ１７が、回折ビームを２つの測定分岐に分割する。第１の測定分岐において、光学系１８は、ゼロ次及び１次回折ビームを使用して、第１のセンサ１９（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上にターゲットの回折スペクトル（瞳面像）を形成する。各回折次数はセンサ上の異なる点に当たるため、画像処理は次数を比較対照することができる。メトロロジ装置を焦点合わせするため、及び／又は１次ビームの強度測定を正規化するために、センサ１９によって捕捉される瞳面像を使用することができる。瞳面像は、再構成などの多くの測定目的で使用することもできるが、本明細書では詳細に説明しない。

[0059] 第２の測定分岐において、光学系２０、２２は、センサ２３（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上に、基板Ｗ上のターゲットの像を形成する。第２の測定分岐において、アパーチャ絞り２１が瞳面と共役な面内に設けられる。アパーチャ絞り２１は、センサ２３上に形成されるターゲットの像ＤＦが−１又は＋１の１次ビームから形成されるように、ゼロ次回折ビームを遮断するように機能する。センサ１９及び２３によって捕捉された像は、プロセッサ及びコントローラＰＵに出力され、その機能は、実行される特定タイプの測定に依存することになる。本明細書では、「像」という用語は、広義に使用されることに留意されたい。したがって、−１次及び＋１次のうちの１つのみが存在する場合、周期構造のフィーチャ（例えば格子線）の像は形成されないことになる。

[0060] 図３に示す特定の形のアパーチャデバイス１３及び絞り２１は単なる例である。別の実施形態において、ターゲットのオンアクシス照明が使用され、実質上１つの１次回折放射のみをセンサに渡すために、オフアクシスアパーチャを有するアパーチャ絞りが使用される。さらに他の実施形態において、１次ビームの代わりに、又は１次ビームに加えて、２次、３次、及びさらに高次のビーム（図３に図示せず）を測定に使用することができる。

[0061] これらの異なるタイプの測定に適用可能な照明を作るため、アパーチャデバイス１３は、所望のパターンを所定の位置にもたらすように回転するディスクの周りに形成される多数のアパーチャパターンを有してもよい。アパーチャデバイス１３Ｎ又は１３Ｓは、一方向（設定に応じてＸ又はＹ）に方向付けられたターゲットの周期構造の測定に用いられることに留意されたい。直交する周期構造の測定のため、９０°及び２７０°のターゲットの回転が実行されてもよい。異なるアパーチャデバイスを図３Ｃ及び３Ｄに示す。図３Ｃは、２つの別のタイプのオフアクシス照明モードを示す。図３Ｃの第１の照明モードにおいて、アパーチャデバイス１３Ｅは、説明のみを目的として、既述の「北」に対して「東」と指定された方向からのオフアクシス照明を提供する。図３Ｃの第２の照明モードにおいて、アパーチャデバイス１３Ｗは、同様であるが「西」と標示された反対方向からの照明を提供するために用いられる。図３Ｄは、２つの別のタイプのオフアクシス照明モードを示す。図３Ｄの第１の照明モードにおいて、アパーチャデバイス１３ＮＷは、既述の「北」及び「西」と指定された方向からのオフアクシス照明を提供する。第２の照明モードにおいて、アパーチャデバイス１３ＳＥは、同様であるが既述の「南」及び「東」と標示された反対方向からの照明を提供するために用いられる。これらの装置の使用、及び、装置の多くの他の変形及び応用は、例えば、上記の従前に発行された特許出願公開に記載されている。

[0062] 図４Ａは、基板上に形成される例示的な複合メトロロジターゲットを示す。複合ターゲットは、互いに近くに位置する４つの周期構造（この場合、格子）３２、３３、３４、３５を備える。ある実施形態において、周期構造の全てがメトロロジ装置の照明ビームにより形成される測定スポット３１の内側となる程度に十分に互いに近接して配置される。その場合、４つの周期構造の全てが結果として同時に照明され、センサ１９及び２３上に同時に結像される。オーバーレイ測定に特化した例において、周期構造３２、３３、３４、３５はそれ自体が上位層の周期構造により形成される複合周期構造（例えば複合格子）である、すなわち、１つの層内の少なくとも１つの周期構造が異なる層内の少なくとも１つの周期構造を覆うように、基板Ｗ上に形成されるデバイスの異なる層内に周期構造がパターニングされる。このようなターゲットは、２０μｍ×２０μｍの範囲内又は１６μｍ×１６μｍの範囲内の外形寸法を有しうる。さらに、全ての周期構造は、特定の層ペア間のオーバーレイを測定するために使用される。ターゲットが複数の層ペアを容易に測定できるようにするために、周期構造３２、３３、３４、３５は、複合周期構造の異なる部分が形成された異なる層間のオーバーレイの測定を容易にするために、バイアスの異なるオーバーレイオフセットを有することができる。したがって、基板上のターゲットのための全ての周期構造は、１つの層ペアを測定するために使用され、基板上の別の同じターゲットのための全ての周期構造は、別の層ペアを測定するために使用され、ここで、異なるバイアスは、層ペアの区別を容易にする。

[0063] 図４Ａに戻ると、周期構造３２、３３、３４、３５は、図示されるように、Ｘ及びＹ方向に入ってくる放射を回折するようにそれらの配向も異なり得る。一例では、周期構造３２及び３４は、それぞれ＋ｄ、−ｄのバイアスを有するＸ方向の周期構造である。周期構造３３及び３５は、それぞれ＋ｄ及び−ｄのオフセットを有するＹ方向の周期構造であり得る。４つの周期構造が図示されているが、別の実施形態は所望の精度を得るためにより大きなマトリクスを含むことができる。例えば３×３アレイの９つの複合周期構造は、−４ｄ、−３ｄ、−２ｄ、−ｄ、０、＋ｄ、＋２ｄ、＋３ｄ、＋４ｄのバイアスを有し得る。これらの周期構造の個別の像は、センサ２３によって捕捉された像内で識別可能である。

[0064] 図４Ｂは、図３Ｄからのアパーチャデバイス１３ＮＷ又は１３ＳＥを使用し、図３の装置内の図４Ａのターゲットを使用して、センサ２３上に形成すること及びセンサ２３によって検出することが可能な像の例を示す。センサ１９は異なる個々の周期構造３２〜３５を解像することはできないが、センサ２３は解像することができる。黒い長方形はセンサ上の像の視野を表し、その中の基板上の照明されたスポット３１は対応する円形領域４１内に結像される。この像内で、矩形領域４２〜４５は周期構造３２〜３５の像を表す。周期構造がプロダクト領域内に位置する場合、プロダクトフィーチャはこの像視野の周辺でも可視であり得る。プロセッサ及びコントローラＰＵは、周期構造３２〜３５の個別の像４２〜４５を識別するために、パターン認識を使用してこれらの像を処理する。この方法では、像はセンサフレーム内の特定の場所で非常に精密に位置合わせする必要はなく、全体として測定装置のスループットを大幅に向上させる。

[0065] 周期構造の個別の像が識別されると、それら個別の像の強度は、例えば識別領域内の選択されたピクセル強度値を平均化又は合計することによって測定可能である。像の強度及び／又は他の特性は、互いに比較可能である。これらの結果を組み合わせて、リソグラフィプロセスの異なるパラメータを測定することができる。オーバーレイ性能はこうしたパラメータの一例である。

[0066] ターゲットの測定精度及び／又は感度は、ターゲット上に与えられる放射ビームの１つ以上の特性、例えば放射ビームの波長、放射ビームの偏光、及び／又は放射ビームの強度分布（すなわち角度又は空間強度分布）により異なる可能性がある。ある実施形態では、放射ビームの波長範囲は、ある範囲から選択される（例えば約４００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲から選択される）１つ以上の波長に限定される。さらに、放射ビームの異なる偏光の選択を行うことができ、例えば、複数の異なるアパーチャを使用して様々な照明形状を提供することが可能である。

[0067] さらに、正確な測定値（例えばＣＤ、オーバーレイなどの測定値）を得るために、少なくとも基板上のターゲット構造を、検査装置（例えばメトロロジ装置）の対物系の焦点面に、又は焦点面の近くに位置させる必要がある。上記のように、これは、光学系の焦点を変化させることにより、及び／又は基板と焦点を相対移動させること（例えば基板、光学系の少なくとも一部、又は両方を移動させること）により、ターゲット構造を焦点合わせすることによって行うことができる。

[0068] ある実施形態では、焦点制御を行うために、検査装置（例えばオーバーレイ及び／又はＣＤ測定装置）及び／又はリソグラフィ装置に、共焦点光学系を有するフォーカスセンサシステムを使用することができる。フォーカスセンサシステムは、基板に焦点が合っていることを保証する制御ループの一部として使用し得るフォーカスエラー信号を生成することができる。共焦点光学系を有するフォーカスセンサシステムの例示的なレイアウトを図５Ａに示す。このシステムでは、入力５００（例えば放射源）によって照明視野絞り５０５に放射が提供される。放射は、絞り５０５からコンデンサレンズ５１０を介して、ビームを対物系５２０に誘導する光学素子（例えばビームスプリッタ）５１５へ進む。放射は対物系５２０から基板５２５に出力される。基板５２５によって方向転換された放射は、対物系５２０、そして任意選択で光学素子５１５を介して検出分岐のビームスプリッタ５３０へ進む。ビームの一部分はアパーチャ５３５に提供され、別の部分はアパーチャ５４０に提供される。ある実施形態では、アパーチャ５３５、５４０は、例えば各プレートに設けられたピンホールアパーチャである。ある実施形態では、アパーチャ５３５、５４０の一方は、ビームスプリッタ５３０のビーム分割面からの距離がアパーチャ５３５、５４０の他方と異なる。アパーチャ５３５、５４０の各々が各検出器５４５、５５０と関連付けられ、各アパーチャ５３５、５４０から放射の各部分を受け取る。ある実施形態では、検出器は光検出器である。

[0069] ある実施形態では、図５Ａのシステムは、例えばアパーチャ５３５と検出器５４５の組み合わせからの信号５６０と、例えばアパーチャ５４０と検出器５５０の組み合わせからの信号５７０を使用して基板のフォーカスエラー信号を生成する。ある実施形態では、信号５７０を信号５６０から差し引き、図５Ｂに示すような基板のフォーカスエラー信号５８０を生成する。

[0070] 検査装置のこの構成に関する問題は、（基板を検査装置の焦点と合った状態に保つための）焦点スポットが、基板を検査又は測定するのに使用される（スポットが図５に示されていない）検査装置の検査分岐によって提供される測定スポットと重複する可能性があることである。この重複は、焦点合わせ及び検査動作／分岐の同時動作を妨げる可能性がある。ある実施形態では、スペクトル分離及び干渉フィルタを使用することによって同時使用を達成することができるが、これによって、検査に使用可能な波長範囲などの１つ以上の追加的な制限が生じる可能性がある。

[0071] したがって、ある実施形態では、例えば測定の精度及び／又は感度を高めることができる、及び／又は検査装置（例えばオーバーレイ及び／又はＣＤ測定装置）のスペクトル動作領域を改善することができる、検査装置のための改善された焦点合わせ装置及び／又は方法が提供される。

[0072] 図６は、焦点合わせ、及び、例えばＣＤ、オーバーレイなどの光学的測定を行うように構成された例示的な検査装置６００（例えばメトロロジ装置）の概略図を示す。図６に示すように、検査装置６００は、焦点合わせモジュール６１０と、測定モジュール６５０と、部分反射光学素子６６０と、対物系６７０と、基板６８０を保持するように構成された基板ホルダ６８２とを備える。

[0073] 焦点合わせモジュール６１０と、部分反射光学素子６６０と、対物系６７０は共同で、例えば基板６８０上のターゲット及び／又は基板６８０自体が対物系６７０の焦点面に又は焦点面の近くに位置しているかどうかと、焦点とターゲットの間の相対的な空間的調整、例えば（例えば、対物系６７０の移動による、及び／又は基板の移動によるなどの）焦点とターゲットの間の相対的な空間的調整をどのように行うかとを判断するように構成されている。例えば、ある実施形態では、相対的な空間的調整は、基板６８０上のターゲットが対物系６７０の焦点面に又は焦点面の近くに位置していないと判定された場合に、動作距離６８５を対物系６７０の焦点距離と等しくする、又は焦点距離に近づける。

[0074] 具体的には、ターゲットが焦点に又は焦点の近くにあるかどうかを判定できるように、第１の入力６３８（例えば、ランプやレーザなどの放射源、又は放射源に接続された又は接続可能な焦点合わせモジュール６１０への入力）によって放出された焦点合わせビーム６１２が、焦点合わせモジュールの照明経路にレンズ６４０と、アパーチャ絞り６４２と、部分反射光学素子６４４と、反射光学素子６４８とを備える光学系によって、焦点合わせモジュール６１０から部分反射光学素子６６０に向けて誘導される。第１の入力６３８は、レンズ６４０の焦点面に又は焦点面の近くに位置しているため、第１の入力６３８によって放出された放射は、図６に示すように平行放射ビームに変換することができる。アパーチャ絞り６４２は、例えばアパーチャ絞り６４２のアパーチャ幅を調整することによって、部分反射光学素子６４４に向けて透過させる平行放射ビームの量を制御するように構成される。焦点合わせビーム６１２はさらに、反射光学素子６４８、部分反射光学素子６６０、及び対物系６７０によって基板６８０上のターゲットに向けて誘導された後、例えば基板６８０上のターゲットによって方向転換（例えば、回折、反射など）される。

[0075] 方向転換された焦点合わせビームは対物系６７０によって集められ、例えば部分反射光学素子６６０によって焦点合わせモジュール６１０に向けて逆誘導される。具体的には、方向転換された焦点合わせビーム６１４の少なくとも一部分（すなわちビーム６３５）は、焦点合わせモジュールの検出経路に続く、対物系６７０、部分反射光学素子６６０、反射光学素子６４８、部分反射光学素子６４４、反射光学素子６３６、及び（アパーチャ絞り６４２と同様の）アパーチャ絞り６３４によってビームスプリッタ６３２へ誘導される。ビームスプリッタ６３２は、ビーム６３５を、望ましくは実質的に等しい強度を有する第１の焦点合わせビーム部６３１と第２の焦点合わせビーム部６３３とに分割する。ビームスプリッタ６３２はさらに、第１の焦点合わせビーム部６３１を第１の検出分岐に誘導し、第２の焦点合わせビーム部６３３を第２の検出分岐に誘導する。

[0076] 第１の検出分岐において、第１の焦点合わせビーム部６３１はさらに、反射光学素子６３０と、レンズ６２７と、ビーム方向に沿ってレンズ６２７の像面の後ろに配置された第１のアパーチャデバイス６２４とを備えた第１の光学系を使用することによって第１の検出器６２０に誘導される。第１の検出器６２０は、例えば第１の検出器６２０によって検出された放射ビームの強度を特性化するように構成される。第１の検出器６２０によって検出された放射ビームの測定結果はさらに、プロセッサ（図示せず）に出力することができる。

[0077] 第２の検出分岐において、第２の焦点合わせビーム部６３３は、レンズ６２８と、ビーム方向に沿ってレンズ６２８の像面の前に配置された第２のアパーチャデバイス６２６とを備えた第２の光学系を使用することによって第２の検出器６２２に誘導される。第２の検出器６２２は、例えば第２の検出器６２２によって検出された放射ビームの強度を特性化するように構成される。第２の検出器６２２によって検出された放射ビームの測定結果はさらに、プロセッサ（図示せず）に出力することができる。

[0078] ある実施形態では、焦点合わせモジュール６１０は、強度差を使用して対物系６７０の焦点とターゲットの相対位置を決定する。このことはさらに本明細書で説明される。しかしながら、焦点合わせモジュール６１０は、焦点とターゲットの相対位置を求める異なる技術、例えば位相差などを使用することもできる。

[0079] ある実施形態では、レンズ６２７及び第１のアパーチャデバイス６２４は、それぞれレンズ６２８及び第２のアパーチャデバイス６２６と実質的に同様である。

[0080] 第１のアパーチャデバイス６２４及び第２のアパーチャデバイス６２６のアパーチャ形状は、例えば第１の入力６３８によって生成される放射ビームのアパーチャ形状と同様であっても、任意の形状であってもよい。しかし、第１のアパーチャデバイス６２４及び第２のアパーチャデバイス６２６のアパーチャサイズは、例えば検出器６２０及び６２２からの応答を識別することによって焦点位置を決定できるように適切に選択され、配置（及び、例えばターゲットが焦点面にあるときの強度を測定することによって較正）される。これは、第１の検出器６２０及び第２の検出器６２２によって検出されたビームの強度を比較することによって、ターゲットがほぼ対物系６７０の焦点面上に位置しているかどうかを決定できるように設計される。例えば、両検出器で等しい強度が測定される場合は、ターゲットが対物系６７０の焦点面に又は焦点面の近くにあることを示すことができる。検出器６２０と６２２で強度が等しくない場合は焦点が合っていない状態を示し、この場合、フォーカスオフセットの方向及び量が信号の差によって決定される。具体的なデフォーカス値は較正によって決定することができる。

[0081] 第１の検出器６２０及び第２の検出器６２２からの情報を使用して決定が行われる結果、プロセッサは、例えば対物系６７０の位置をＺ方向にシフトさせること、基板ホルダ６８２の位置をＺ方向にシフトさせること、又はこれらをともに行うことによって、１つ以上のアクチュエータが焦点合わせを行うように指示することができる。この焦点合わせは、プロセッサによって決定される特定量（例えば較正によって得られる特定値）だけ行うことができる。付加的又は代替的に、第１の検出器６２０及び第２の検出器６２２によって検出される放射ビームの強度をモニタリングし、ターゲットが対物系６７０の焦点と実質的に一致しているかどうかを確認することができる。

[0082] 測定モジュール６５０と、部分反射光学素子６６０と、対物系６７０は共同で、基板６８０のターゲットを測定して、例えばＣＤ、オーバーレイ、焦点、ドーズなどを決定するように構成される。具体的には、第２の入力６６２（例えば、ランプやレーザなどの放射源、又は放射源に接続された又は接続可能な入力）によって放出された測定ビーム６５２が、レンズ６６４、６６６と、部分反射光学素子６６７と、レンズ６６９とを備える光学系によって、測定モジュール６５０から部分反射光学素子６６０に向けて誘導される。測定ビーム６５２はさらに、部分反射光学素子６６０及び対物系６７０によってターゲット上に誘導された後、測定ビーム６５２からの放射はターゲットにより方向転換される。方向転換された測定ビーム６５４の少なくとも一部分は、対物系６７０によって集められ、対物系６７０、部分反射光学素子６６０、レンズ６６９、部分反射光学素子６６７、反射光学素子６７２、レンズ６７４及びレンズ６７６を介して検出器６７８（例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）に向けて誘導される。レンズ６７４及びレンズ６７６は、４Ｆ構成の二重シーケンスに配置される。検出器６７８上にターゲットの放射を提供する限りにおいて、異なるレンズ配列を使用することができる。

[0083] 図６に示すように、焦点合わせモジュール６１０と測定モジュール６５０は同時に動作することができる。つまり、ある時点において、焦点合わせビーム６１２と測定ビーム６５２はともに基板６８０に入射する。有利には、基板６８０が対物系６７０の焦点面の特定の範囲内にないときは常に、対物系６７０の焦点と基板６８０上のターゲットの相対位置は、リアルタイムで自動的に調整することができる。

[0084] 方向転換された焦点合わせビームの一部分６１４に加え、方向転換された測定ビームの一部分６５６が、方向転換された測定ビームから部分反射光学素子６６０によって分割され、さらに、焦点合わせモジュールに誘導されて第１の検出器６２０及び第２の検出器６２２で検出される可能性がある。方向転換された測定ビームの一部分が第１の検出器６２０及び第２の検出器６２２に漏れることは、焦点合わせの精度及び／又は感度に悪影響を及ぼす。付加的又は代替的に、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６が、方向転換された焦点合わせビームから部分反射光学素子６６０によって分割され、さらに、測定モジュールに誘導されて検出器６７８で検出される可能性がある。結果として、方向転換された焦点合わせビームが検出器６７８に漏れることは、測定の精度及び／又は感度に悪影響を及ぼす。

[0085] この問題の解決策は、方向転換された焦点合わせビームと方向転換された測定ビームをスペクトル的に分離することによって実行される。これは、異なる波長及び／又は重なり合わないスペクトル帯域幅を有する焦点合わせビームと測定ビームを採用することによって行うことができる。したがって、測定ビームの波長及び／又は帯域幅に対応する１つ以上のノッチフィルタを焦点合わせモジュール６１０（例えば部分反射光学素子６４４と反射光学素子６３６の間）に挿入して、方向転換された測定ビームの一部分６５６を遮断することができる。同様に、焦点合わせビームの波長及び／又は帯域幅に対応する１つ以上のノッチフィルタを測定モジュール６５０（例えば部分反射光学素子６６７と反射光学素子６７２の間）に挿入して、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６を遮断することができる。

[0086] しかし、測定ビームと焦点合わせビームの波長及び／又は帯域幅は重なり合っていないため、測定ビームと焦点合わせビームの波長及び／又は帯域幅の選択は制限される。さらに、測定ビームと焦点合わせビームの異なる組み合わせを望む場合、フィルタの切り替えに遅延が生じ（例えばノッチフィルタの波長及び／又は帯域幅を切り替える時間は５００ミリ秒程度と遅い可能性がある）、これによってスループットが制限される。また、ノッチフィルタは、製造が困難である及び／又は製造コストが高い可能性がある。したがって、方向転換された焦点合わせビームと測定ビームを分離する効率的なアプローチを提供することが望ましい。

[0087] 本開示のある実施形態によれば、方向転換された焦点合わせビーム及び方向転換された測定ビームは、焦点合わせビーム６１２と測定ビーム６５２が重なり合わない、又は各ビームスポットの過半未満で重なり合うように、適切な照明形状を焦点合わせビーム６１２と測定ビーム６５２に与えることによって空間的に分離することができる。付加的又は代替的に、例えばアパーチャデバイス６２４及び６２６に適切なアパーチャ形状を与えることによって、方向転換された測定ビームの一部分６５６が焦点合わせモジュール６１０の検出器６２０及び６２２に到達することを防止することができる。同様に、付加的又は代替的に、例えば（図６に示すように）適切なアパーチャ形状をアパーチャデバイス６６８に与えることによって、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６が測定モジュール６５０の検出器６７８に到達することを防止することができる。

[0088] ある実施形態では、焦点合わせビームに放射がオフアクシス（例えば環状、双極、四極など）となるような強度分布を与える一方、測定ビームに焦点合わせビームの全て又は大部分が、少なくともターゲット／基板及び／又はアパーチャデバイスにおいて空間的に測定ビーム放射の外側になるようなオンアクシス（例えば円形）の強度分布を与える。ある実施形態では、測定ビームに放射がオフアクシス（例えば環状、双極、四極など）となるような強度分布を与える一方、焦点合わせビームに測定ビームの全て又は大部分が、少なくともターゲット／基板及び／又はアパーチャデバイスにおいて空間的に焦点合わせビーム放射の外側になるようなオンアクシス（例えば円形）の強度分布を与える。

[0089] 図６を再び参照すると、ある実施形態では、第１の入力６３８及び／又は第２の入力６６２は、放射に所望の強度分布を付与することができる。付加的又は代替的に、ビーム整形光学素子（例えば回折光学素子、アキシコン（ペア）、空間光モジュレータ、ウェッジピラミッドなど）が測定ビーム及び／又は焦点合わせビームの経路に設けられ、放射を方向転換して所望の強度分布を提供することができる。付加的又は代替的に、アパーチャデバイス（例えば開口を有するプレート、光路から不要な放射を遮断／反射することによって効果的に開口を提供する空間光モジュレータ、光路から不要な放射を遮断／反射する液晶素子など）を測定ビーム及び／又は焦点合わせビームの経路に設け、所望の空間強度分布を規定するアパーチャを提供することができる。同様に、ある実施形態では、方向転換された測定ビームの一部分６５６が焦点合わせモジュール６１０の検出器６２０、６２２に到達することを防止するために、ビーム整形光学素子及び／又はアパーチャデバイスを設けることができる。同様に、付加的又は代替的に、ビーム整形光学素子及び／又はアパーチャデバイスを使用して、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６が測定モジュール６５０の検出器６７８に到達することを防止することができる。さらに、デバイスの異なる組み合わせを使用して、所望の強度分布を導き出す、及び／又は放射が検出器に到達することを防止することができる。例えば、ビーム整形光学素子は所望の強度分布を提供することができる一方、アパーチャデバイスは放射が検出器に到達するのを防止することができる。

[0090] 上述のように、ある実施形態では、所望の強度分布（照明形状とも呼ばれる）を作成するためにアパーチャデバイスが提供される。焦点合わせビームのためのアパーチャデバイスは、入力６３８（例えばファイバ）、（例えば入力６３８の）視野面に設けられたアパーチャデバイス、又は（例えば角度成形デバイスの形態をとる）アパーチャデバイス６４２とすることができる。測定ビームのためのアパーチャデバイスはアパーチャデバイス６６８とすることができる。アパーチャデバイスは、照明形状を画定する１つ以上の開口を有するプレートとすることができる。例えばアパーチャプレートは、それぞれが異なる照明形状を画定する複数の開口を有することができ、プレートは、適用可能なビーム経路に異なる開口を配置できるように移動可能（例えば回転可能）である。ある実施形態では、適用可能な放射の経路内及び経路外に、複数のアパーチャプレートを設けて配置することができる。他の形態のアパーチャデバイスも、光路から不要な放射を遮断／反射することによって効果的に照明開口を提供する空間光モジュレータ、光路から不要な放射を遮断／反射する液晶素子などを備えることができる。アパーチャデバイスの照明開口の様々な実施形態を図７Ａ〜７Ｄに示す。これらの図は、図７Ａに示すような単極照明開口、図７Ｂに示すような環状リング照明開口、図７Ｃに示すような双極照明開口、及び図７Ｄに示すような四極照明開口を含む。図７Ａ〜７Ｄの照明開口によって作成される対応する放射ビームの照明形状を図８Ａ〜８Ｄに示す（便宜上、そして図７と区別するために、照明は白い背景に黒く示されているが、実際には、おそらく光路は照明が明るいために暗い）。図８Ａに示すような単極照明形状は、オンアクシス照明と呼ばれることがある。図８Ｂ〜８Ｄに示すような他の３つの照明形状は、オフアクシス照明と呼ばれることがある。図７Ａ〜７Ｄには照明開口の例が４つしか示されていないが、他の適切な照明開口を提供することもできる。

[0091] ある実施形態では、焦点合わせビーム及び／又は測定ビームの光路にビーム整形要素を設ける。ある実施形態では、ビーム整形要素は、効果的に（例えば焦点合わせビーム及び／又は測定ビームに望ましい照明形状を作成するために）例えばオンアクシス照明形状をオフアクシス照明形状に（あるいはその逆に）変換するなど、１つの強度分布から異なる所望の強度分布に放射を変換するように、又は（例えば、例えばアパーチャデバイスと組み合わせて使用される場合に放射が検出器に到達するのを防止するために）オフアクシス放射をオンアクシスに、オンアクシス放射をオフアクシス（あるいはその逆）にするように放射の形状を反転するように構成される。ある実施形態では、放射がビーム整形要素を逆方向に通過するときに、あらゆるオフアクシス放射をオンアクシス放射に変換し、あらゆるオンアクシス放射をオフアクシス放射に（あるいはその逆に）変換することがさらにできるようにビーム整形要素を光路に配置する。ビーム整形要素が照明強度分布を逆方向に変換しない場合、ビーム整形要素は、典型的には、測定ビームの場合は入力６６２と素子６６７の間、及び／又は焦点合わせビームの場合は入力６３８と素子６４４の間に位置する。ビーム整形要素が放射強度分布を逆方向に変換する場合、ビーム整形要素は、典型的には、測定ビームの場合は検出器６７８と素子６６０の間の光路に、及び／又は焦点合わせビームの場合はアパーチャデバイス６２４、６２６と素子６６０（ビーム整形要素６４６など）の間の光路に位置する。ある実施形態では、ビーム整形要素は、瞳面又はその光学的共役面に若しくはその近くに位置する。

[0092] ビーム整形要素は、例えば回折光学素子、アキシコン、空間光モジュレータなどの形態をとることができる。ある実施形態では、ビーム整形要素は、オンアクシス放射形状をリング形状（例えば図８Ｂ）に第１の方向に変換するように構成されたアキシコンレンズを備える。任意選択で、アキシコンレンズは、リング形状をオンアクシス照明形状に逆方向に変換するように配置することができる。

[0093] ある実施形態では、ビーム整形要素は、オンアクシス照明形状を調整可能な半径を有するリング形状（例えば図８Ｂ）に第１の方向に変換するように構成された一対のアキシコンレンズを備える。一対のアキシコンレンズ間の距離を調整することによって、リングの半径を変えることができる。任意選択で、一対のアキシコンレンズは、リング形状をオンアクシス照明形状に逆方向に変換するように配置することができる。

[0094] ある実施形態では、ビーム整形要素は、オンアクシス照明形状をマルチスポット形状（例えば、ピラミッド形のプリズム又は４つのウェッジの場合の図８Ｄに示すような４スポット形状、２つのウェッジの場合の図８Ｃに示すような２スポット形状）に第１の方向に変換するように構成された１つ以上のプリズム（例えばピラミッド形のプリズム、２つ以上のウェッジ）を備える。任意選択で、１つ以上のプリズムは、マルチスポット形状をオンアクシス照明形状に逆方向に変換するように配置することができる。

[0095] ある実施形態では、第１の入力６３８及び／又は第２の入力６６２は、図９に示すようなマルチコアファイバ９００を備える。マルチコアファイバ９００は、中心に１つ以上のコア９３０を有し、中心コア９３０の周囲に、この例では六角形を形成する６つのコア９２０を有する。第１の照明モードでは、図１０Ａに示すように中心コア９３０だけが放射を放出し（便宜上、そして図９と区別するために、照明は白い背景に黒く示されているが、実際には、おそらく光路は照明が明るいために暗い）、オンアクシス照明を提供する。第２の照明モードでは、図１０Ｂに示すように１つ以上の周辺コア９２０が放射を放出し（便宜上、そして図９と区別するために、照明は白い背景に黒く示されているが、実際には、おそらく光路は照明が明るいために暗い）、オフアクシス照明を提供する。図９には中心コア９３０の周囲に６つのコア９２０が示されているが、任意の適切な数のコア９２０を中心コア９３０の周囲に設けることができる。さらに、図９には単一のコア９３０が示されているが、任意の適切な数のコア９３０を設けることができる。

[0096] ある実施形態では、第１の入力６３８及び／又は第２の入力６６２は図９に示すようなファイバ束９００を備える。ファイバ束９００は、中心に位置する１つ以上のファイバ９３０を有し、中心ファイバ９３０の周囲に位置する、この例では六角形を形成する６つのファイバ９２０を有する。第１の照明モードでは、図１０Ａに示すように中心ファイバ９３０だけが放射を放出し、オンアクシス照明を提供する。第２の照明モードでは、図１０Ｂに示すように１つ以上の周辺コア９２０が放射を放出し、オフアクシス照明を提供する。図９には中心ファイバ９３０の周囲に６つのファイバ９２０が示されているが、任意の適切な数のファイバ９２０を中心ファイバ９３０の周囲に設けてもよい。さらに、図９には単一のファイバ９３０が示されているが、任意の適切な数のファイバ９３０を設けてもよい。

[0097] ある実施形態では、第１の入力６３８がマルチコアファイバ又はファイバ束を備える場合、全てのコア又はファイバは同時に放射を放出することができる。変形形態では、焦点合わせビーム６１２が基板６８０で測定６５２と完全に重なる場合、測定ビーム６５２がオンアクシス形状を有する場合に焦点合わせビーム６１２が基板６８０で測定６５２と完全に重なるように、少なくとも１つ以上の内側コア又はファイバが放射を放出する。同様に、測定ビーム６５２がオフアクシス形状を有する場合に、焦点合わせビーム６１２が基板６８０で測定６５２と完全に重なるように、少なくとも１つ以上の外側コア又はファイバが放射を放出する。

[0098] 図６を再び参照すると、ある実施形態では、焦点合わせビーム６１２は、例えば、中間像面近くのアパーチャデバイス（例えば、図７Ｂ、７Ｃ、又は７Ｄに示すような開口を有し、例えば６４６の位置に位置するアパーチャデバイス）を使用すること、上記のマルチコアファイバ又はファイバ束９００を使用した第２の照明モードで動作すること、又はビーム整形要素（例えばビーム整形デバイス６４６など）を使用することによって、（例えば図８Ｂ〜８Ｄ又は図１０Ｂに示すような）オフアクシス照明形状を有する。したがって、焦点合わせビーム６１２は、図８Ｂ〜８Ｄ又は図１０Ｂに示すような照明形状の１つと同様の照明形状を有することができる。これに伴い、測定ビーム６５２は、例えば、アパーチャデバイス（例えば、図７Ａに示すような開口を有し、例えばアパーチャデバイス６６８であるアパーチャデバイス）を使用すること、マルチコアファイバ又はファイバ束９００を使用した第１の照明モードで動作すること、又は（例えばレンズ６６９とアパーチャデバイス６６８の間に位置する）ビーム整形要素を使用することによって、（例えば図８Ａ又は図１０Ａに示すような）オンアクシス照明形状を有する。結果として、焦点合わせビーム６１２と測定ビーム６５２は共同で、例えば図１１Ａ〜１１Ｄの照明形状の１つに示すような（便宜上、そして図１０と区別するために、照明は白い背景に黒く示されているが、実際には、おそらく光路は照明が明るいために暗い）、空間的に分離した照明形状を形成することができる。

[0099] 同様に、この実施形態では、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１４と方向転換された測定ビームの一部分６５６は共同で、例えば、図１１Ａ〜１１Ｄの照明形状の１つに示すような空間的に分離した照明形状を形成することができる。また、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１４と方向転換された測定ビームの一部分６５６はともに、焦点合わせモジュール６１０に誘導される。アパーチャ開口形状が方向転換された測定ビームの一部分６５６を遮断又は反射する適切な第１のアパーチャデバイス６２４及び第２のアパーチャデバイス６２６（例えば、図７Ｂ〜７Ｄの形状を有する開口など）を使用することによって、方向転換された測定ビームの一部分６５６が焦点合わせモジュール６１０の検出器６２０、６２２に到達することを防止する。アパーチャデバイス６２４、６２６は、以下でさらに説明するビーム整形要素とともに使用することができる。

[00100] さらに、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６と方向転換された測定ビームの一部分６５４は共同で、同じ空間的に分離した照明形状を形成することができる。また、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６と方向転換された測定ビームの一部分６５４はともに、測定モジュール６５０に誘導される。アパーチャ開口形状が方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６を遮断又は反射する適切なアパーチャデバイス６６８（例えば、図７Ａの形状を有する開口など）を使用することによって、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６が測定モジュール６５０の検出器６７８に到達することを防止する。例えば、アパーチャデバイス６６８は、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６が完全に遮断される一方、方向転換された測定ビームの一部分６５４が遮断されないような適切なサイズを有するピンホールとすることができる。アパーチャデバイス６６８は、以下でさらに説明するビーム整形要素とともに使用することができる。図６に示すように、アパーチャデバイス６６８は、レンズ６６６及び６６９の焦点面に又は焦点面の近くに設けられる。しかし、その代わりにアパーチャデバイス６６８は、基板６８０から検出器６７８に向かう放射経路中の部分反射光学素子６６７と検出器６７８の間の任意の適切な場所に設けられてもよい。ある実施形態では、アパーチャデバイス６６８は、中間像面又はその光学的共役面に若しくはその近くに位置する。

[00101] 図６を再び参照すると、ある実施形態では、焦点合わせビーム６１２は、例えば、アパーチャデバイス（例えば、図７Ａに示すような開口を有し、例えば入力６３８と素子６６０の間の、例えば６４６の位置に６４０と６６０の間の追加のリレーを有して位置するアパーチャデバイス）を使用すること、上記のマルチコアファイバ又はファイバ束９００を使用した第１の照明モードで動作すること、又はビーム整形要素（例えば瞳面又は光学的共役面にあるビーム整形要素６４２）を使用することによって、（例えば図８Ａ又は図１０Ａに示すような）オンアクシス照明形状を有する。同様に、測定ビーム６５２は、例えば、アパーチャデバイス（例えば、図７Ｂ、７Ｃ、又は７Ｄに示すような開口を有するアパーチャデバイス６６８）を使用すること、マルチコアファイバ９００又はファイバ束９００を使用した第２の照明モードで動作すること、又は（例えばレンズ６６９と入力６６２の間に位置する）ビーム整形要素を使用することによって、（例えば図８Ｂ〜８Ｄ又は図１０Ｂに示すような）オフアクシス照明形状を有する。結果として、焦点合わせビーム６１２と測定ビーム６５２は共同で、例えば図１１Ａ〜１１Ｄの照明形状の１つに示すような空間的に分離した照明形状を形成することができる。

[00102] 同様に、この実施形態では、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１４と方向転換された測定ビームの一部分６５６は共同で、例えば、図１１Ａ〜１１Ｄの照明形状の１つに示すような空間的に分離した照明形状を形成することができる。また、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１４と方向転換された測定ビームの一部分６５６は、焦点合わせモジュール６１０に誘導される。アパーチャ開口形状が方向転換された測定ビームの一部分６５６を遮断又は反射する適切な第１のアパーチャデバイス６２４及び第２のアパーチャデバイス６２６（例えば、図７Ａの形状を有する開口など）を使用することによって、方向転換された測定ビームの一部分６５６が焦点合わせモジュール６１０の検出器６２０、６２２に到達することを防止する。アパーチャデバイス６２４、６２６は、以下でさらに説明するビーム整形要素とともに使用することができる。

[00103] さらに、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６と方向転換された測定ビームの一部分６５４は共同で、同じ空間的に分離した照明形状を形成することができる。また、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６と方向転換された測定ビームの一部分６５４はともに、測定モジュール６５０に誘導される。アパーチャ開口形状が方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６を遮断又は反射する適切なアパーチャデバイス６６８（例えば、図７Ｂ〜Ｄの形状を有する開口など）を使用することによって、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６が測定モジュール６５０の検出器６７８に到達することを防止する。例えば、アパーチャデバイス６６８は、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６が完全に遮断される一方、方向転換された測定ビームの一部分６５４が遮断されないような適切なサイズを有するリング又は複数のオフアクシス開口とすることができる。アパーチャデバイス６６８は、以下でさらに説明するビーム整形要素とともに使用することができる。

[00104] 理解されるように、アパーチャデバイスはビームパスの他の部分に位置することができる。ある実施形態では、焦点合わせモジュール６１０内で、又は焦点合わせモジュール６１０のために測定ビーム部分を遮断するアパーチャデバイスは、素子６４４と入力６３８の間の経路以外の、素子６６０から検出器６２０、６２２までの経路の事実上いかなる場所にも位置することができる。望ましくは、アパーチャデバイス６２４及び６２６は、焦点測定に使用されるため、測定放射を遮断するのに使用される。しかし、アパーチャデバイス６２４、６２５に測定ビームを遮断するように設計されていないアパーチャ開口を設けることが望ましい場合があり、この場合、検出器６２０、６２２のために測定放射を遮断する別のアパーチャデバイスを設ける。同様に、アパーチャデバイス６６８以外の追加のアパーチャデバイスを使用することができ、同様に、アパーチャデバイス６６８は、素子６６７と入力６６２の間の経路以外の、素子６６０から検出器６７８までの経路の事実上いかなる場所にも位置することができる。

[00105] ある実施形態では、素子６６０と素子６４４の間の光路にビーム整形要素６４６を設ける。したがって、ビーム整形要素６４６は、この実施形態では基板６８０への放射の供給経路中と、基板６８０から検出器６２０、６２２に向かう放射の戻り経路中の両方にある。ある実施形態では、ビーム整形要素６４６は、部分反射光学素子６４４と反射光学素子６４８の間にある。さらに、この実施形態では、焦点合わせビーム６１２はオフアクシス照明形状を有する一方、測定ビーム６５２はオンアクシス形状を有する。理解されるように、構成を反転することもできる。

[00106] したがって、この実施形態では、入力６３８からビーム整形要素６４６への放射はオンアクシス形状（例えば、入力６３８によって直接与えられる、又は例えば入力６３８と要素６４６の間のアパーチャデバイスによって与えられる円形状）を有する。次に、ビーム整形要素６４６はこの放射を方向転換して、オフアクシス形状（例えばリング形状又は多極構成）を形成する。したがって、焦点合わせビーム６１２は基板６８０に対してオフアクシス照明形状を有する。さらに、上記のように、測定ビーム６５２はオンアクシス照明形状を有する。

[00107] 焦点合わせビーム６１２と測定ビーム６５２が基板６８０に入射した後、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１４と方向転換された測定ビームの一部分６５６は共同で、例えば、図１１Ａ〜１１Ｄの照明形状の１つに示すような空間的に分離した照明形状を形成することができる。また、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１４と方向転換された測定ビームの一部分６５６はともに、焦点合わせモジュール６１０に誘導され、ここでビーム整形要素６４６は方向転換された焦点合わせビームの一部分６１４のオフアクシス照明形状をオンアクシス照明形状に変換し、方向転換された測定ビームの一部分６５６のオンアクシス照明形状をオフアクシス照明形状に変換する。アパーチャ開口が図７Ａのものと同様の第１のアパーチャデバイス６２０及び第２のアパーチャデバイス６２２を使用することによって、方向転換された測定ビームの一部分６５６が第１及び第２のアパーチャデバイス６２０、６２２によって検出器６２０、６２２に到達することが防止される一方、方向転換された焦点合わせビームのオンアクシス部分６１４が検出器６２０、６２２に到達する。さらに、方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６と方向転換された測定ビームの一部分６５４は共同で、上記の同じ空間的に分離した照明形状を形成することができる。方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６と方向転換された測定ビームの一部分６５４はともに、測定モジュール６５０に誘導される。アパーチャ開口が図８Ａのものと同様のアパーチャデバイス６６８を使用することによって、（オフアクシス形状を有する）方向転換された焦点合わせビームの一部分６１６が検出器６７８に到達することが防止される一方、方向転換された測定ビームの一部分６５４が検出器６７８に到達する。一部の実施形態では、アパーチャデバイス６２０、６２２、及び／又は６６８は、適切なスリット又は開口サイズを有するピンホールとすることができる。ある実施形態では、付加的又は代替的に、例えばアパーチャデバイス６６８における又はアパーチャデバイス６６８の近くにおける測定ビームの放射形状を変えるために、素子６６０と素子６６７の間の光路にビーム整形要素を設ける。

[00108] 付加的又は代替的に、アパーチャデバイス６６８を部分反射光学素子６６７と検出器６７８の間（例えば反射光学素子６７２とレンズ６７４の間）の光路に配置する場合、第１の入力６３８又は第２の入力６６２は単独で、焦点合わせビームであるとともに測定ビームでもある空間的に分離した放射ビームを同時に提供することができる。セットアップ６００の残りの部分は同様に構成することができるか、又は、例えば第１の入力６３８だけを使用する場合は、入力６６２、レンズ６６４、６６６、及び素子６６７を取り除くことができ、第２の入力６６２だけを使用する場合は、第１の入力６３８、レンズ６４０、アパーチャ絞り６４２及び素子６４４を取り除くことができることによってより単純に構成することができる。ある実施形態では、システム６００は、各入力６３８、６６２からの放射から焦点合わせビームと空間的に分離した測定ビームをともに同時に作成するビーム整形要素又はアパーチャデバイスを備える。ある実施形態では、入力６３８、６６２は、内側コア又はファイバが測定ビームを提供することができ、１つ以上の外側コア又はファイバが焦点合わせビームを提供することができる、２つの照明モードで同時に動作するマルチコアファイバ又はファイバ束を備える。このような実施形態では、測定ビーム及び焦点合わせビームは、異なる光学特性、例えば異なる波長、異なる偏光などを比較的持ちやすい可能性がある。例えば、内側部分が測定ビームであり、外側部分が焦点合わせビームである、又は逆の場合もある結合ビームの照明形状は、図１１Ａ〜１１Ｄと同様とする、又は任意の他の適切な形状とすることができる。結合ビームは、上記のように基板６８０によって方向転換され、焦点合わせモジュール６１０及び測定モジュール６５０に逆誘導される。

[00109] フォーカスセンサシステムの簡略化された光学的構成の例示的な実施形態を図１２、図１３及び図１４に示す。各システムは、入力フィールドアパーチャ１２００と、光学モジュール１２１０（例えば図６に示すような焦点検出分岐におけるビームスプリッタ６３２を含む）と、光学モジュール１２２０（例えば図６に示す素子６６０及び対物系６７０を含む）と、基板１２３０（ここでは黒で示され、明るい焦点スポットで照明されている）と、検出器アパーチャ１２４０とを有する。

[00110] 図１２のセンサシステムにおいて、入力フィールドアパーチャ１２００は、照明アパーチャ形成デバイスの役割を果たすファイバ束の形態をとる。図１２の検出器アパーチャ１２４０は、入力フィールドアパーチャ１２００からの照明形状と同じレイアウトを有するものとして示されているが、形状が同じである必要はない。

[00111] 図１３のセンサシステムにおいて、入力フィールドアパーチャ１２００は、図示された開口を有するプレートの形態をとることができる（ただし理解されるように、入力フィールドアパーチャ１２００は、ファイバ束、ＳＬＭなどを含む異なる形態とすることができ、アパーチャは異なる形状又はレイアウトとすることができる）。図１３はさらに、入力フィールドアパーチャ１２００に従って整形された放射を受けるように近い瞳空間（例えば図６の位置６４０）に位置するビーム整形光学素子１２５０を含む。図１３は、アキシコンレンズがビーム整形光学素子１２５０である場合の基板における例示的な出力照明形状（図１３の基板１２３０上に示された照明形状）、２つのウェッジがビーム整形光学素子１２５０である場合の基板における例示的な出力照明形状（図１３の基板１２３２上に示された照明形状）、及びピラミッド形のプリズムがビーム整形光学素子１２５０である場合の基板における例示的な出力照明形状（図１３の基板１２３４上に示された照明形状）を示す。図１３から分かるように、基板における照明形状は変換されて検出器アパーチャ１２４０において入力照明形状に戻る。したがって、入力照明形状と出力照明形状は、基板における中間照明形状が異なっていたとしても本質的に同じままである。図１３の検出器アパーチャ１２４０は、入力フィールドアパーチャ１２００からの照明形状と同じレイアウトを有するものとして示されているが、形状が同じである必要はない。

[00112] 図１３のセンサシステムにおいて、入力フィールドアパーチャ１２００は、図示された開口を有するプレートの形態をとることができる（ただし理解されるように、入力フィールドアパーチャ１２００は、ファイバ束、ＳＬＭなどを含む異なる形態とすることができ、アパーチャは異なる形状又はレイアウトとすることができる）。図１３はさらに、入力フィールドアパーチャ１２００に従って整形された放射を受けるように近い瞳空間（例えば図６の位置６４０）に位置するビーム整形光学素子１２６０を含む。この例では、ビーム整形光学素子１２６０は、少なくとも一方のアキシコン又はプリズムが他方のアキシコン又はプリズムに対して移動可能な（１２７０）一対のアキシコン又はプリズムを含む。図１４は、一対のアキシコンレンズがビーム整形光学素子１２５０である場合の基板における例示的な出力照明形状（図１４の基板１２３０上に示された照明形状）を示す。図１４から分かるように、基板における照明形状は変換されて検出器アパーチャ１２４０において入力照明形状に戻る。したがって、入力照明形状と出力照明形状は、基板における中間照明形状が異なっていたとしても本質的に同じままである。図１４の検出器アパーチャ１２４０は、入力フィールドアパーチャ１２００からの照明形状と同じレイアウトを有するものとして示されているが、形状が同じである必要はない。有利には、この実施形態では、ビーム整形光学素子１２６０は、単に１２７０方向のアキシコン又はプリズム間の距離を変えることによって、基板における照明形状の半径（例えば、リングの半径、複数のスポットの半径位置）を変えることができる。

[00113] ある実施形態では、第１の入力６３８と第２の入力６６２はともにレーザ源である。ある実施形態では、レーザ源によって放出される放射ビームは公称波長及び比較的狭い帯域幅を有する。

[00114] ある実施形態では、第１の強度分布を有する放射の第１の測定ビームを基板上に誘導すること、及び、第２の強度分布を有する放射の第２の焦点合わせビームを、第１の測定ビームが基板上に誘導されるのと同時に基板上に誘導することを含み、第２の強度分布の少なくとも一部は、少なくとも基板及び／又はアパーチャデバイスにおいて第１の強度分布から空間的に分離される方法が提供される。

[00115] ある実施形態では、第２の強度分布の少なくとも一部は、第１の強度分布の反対側の部分を含む。ある実施形態では、第２の強度分布の少なくとも一部は、放射のリング及び／又は複数の放射極を含む。ある実施形態では、方法はさらに、基板によって方向転換され、第２の焦点合わせビームの検出器に向かう光路中にある第１の測定ビームの少なくとも第１の部分が第２の焦点合わせビーム検出器に到達することを阻む一方、基板によって方向転換された第２の焦点合わせビームの少なくとも第１の部分が第２の焦点合わせビーム検出器に到達するのを許可することを含む。ある実施形態では、第１の測定ビームの少なくとも第１の部分を阻むことは、第１のアパーチャデバイスを使用して、方向転換された第１の測定ビームの少なくとも第１の部分を遮断することを含む。ある実施形態では、方法はさらに、基板によって方向転換され、第１の測定ビームの検出器に向かう光路中にある第２の焦点合わせビームの少なくとも第２の部分が第１の測定ビーム検出器に到達することを阻む一方、基板によって方向転換された第１の測定ビームの少なくとも第２の部分が第１の測定ビーム検出器に到達するのを許可することを含む。ある実施形態では、第２の焦点合わせビームの少なくとも第２の部分を阻むことは、第２のアパーチャデバイスを使用して、方向転換された第２の焦点合わせビームの少なくとも第２の部分を遮断することを含む。ある実施形態では、第１の強度分布及び／又は第２の強度分布はアパーチャデバイスによって与えられる。ある実施形態では、第１の測定ビーム及び／又は第２の焦点合わせビームは、マルチコアファイバによって又はファイバ束によって提供される。ある実施形態では、第１の強度分布及び／又は第２の強度分布はビーム整形光学素子によって与えられる。ある実施形態では、ビーム整形光学素子はアキシコンレンズ及び／又はプリズムを含む。

[00116] ある実施形態では、基板を保持するように構成された基板ホルダと、アパーチャデバイスと、第１の強度分布を有する放射の第１の測定ビームを基板上に誘導し、第２の強度分布を有する放射の第２の焦点合わせビームを、第１の測定ビームが基板上に誘導されるのと同時に基板上に誘導するように構成された光学系とを備え、第２の強度分布の少なくとも一部は、少なくとも基板及び／又はアパーチャデバイスにおいて第１の強度分布から空間的に分離される検査装置が提供される。

[00117] ある実施形態では、第２の強度分布の少なくとも一部は、第１の強度分布の反対側の部分を含む。ある実施形態では、第２の強度分布の少なくとも一部は、放射のリング及び／又は複数の放射極を含む。ある実施形態では、装置はさらに、第２の焦点合わせビームの検出器を備え、光学系はさらに、基板によって方向転換され、第２の焦点合わせビーム検出器に向かう光路中にある第１の測定ビームの少なくとも第１の部分が第２の焦点合わせビーム検出器に到達することを阻む一方、基板によって方向転換された第２の焦点合わせビームの少なくとも第１の部分が第２の焦点合わせビーム検出器に到達することを許可するように構成される。ある実施形態では、光学系は、第１のアパーチャデバイスを使用して、方向転換された第１の測定ビームの少なくとも第１の部分を遮断するように構成される。ある実施形態では、装置はさらに、第１の測定ビームの検出器を備え、光学系はさらに、基板によって方向転換され、第１の測定ビーム検出器に向かう光路中にある第２の焦点合わせビームの少なくとも第２の部分が第１の測定ビーム検出器に到達することを阻む一方、基板によって方向転換された第１の測定ビームの少なくとも第２の部分が第１の測定ビーム検出器に到達することを許可するように構成される。ある実施形態では、光学系は、第２のアパーチャデバイスを使用して、方向転換された第２の焦点合わせビームの少なくとも第２の部分を遮断するように構成される。ある実施形態では、アパーチャデバイスは第１の強度分布及び／又は第２の強度分布を与えるように構成される。ある実施形態では、装置はさらに、第１の測定ビーム及び／又は第２の焦点合わせビームを提供するように構成されたマルチコアファイバ又はファイバ束を備える。ある実施形態では、装置はさらに、第１の強度分布及び／又は第２の強度分布を与えるように構成されたビーム整形光学素子を備える。ある実施形態では、ビーム整形光学素子はアキシコンレンズ及び／又はプリズムを含む。

[00118] 本明細書では、例えば回折次数に由来する強度から重なり合う周期構造の相対位置を測定する、回折に基づくメトロロジに関連して実施形態が記載されている。しかしながら、本明細書の実施形態は、必要に応じた適切な変更とともに、例えばターゲットの高品質画像を用いて層１のターゲット１から層２のターゲット２までの相対位置を測定する、画像に基づくメトロロジに適用されてもよい。通常、これらターゲットは、周期構造又は「ボックス」（ボックス・イン・ボックス（ＢｉＢ））である。

[00119] 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み合わ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。

[00120] 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）及び極端紫外光（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。

[00121] 「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、又はその組み合わせを指すことができる。

[00122] 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。

[00123] 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 (22)

1. 第１の強度分布を有する放射の第１の測定ビームを基板上に誘導すること、
   第２の強度分布を有する放射の第２の焦点合わせビームを、前記第１の測定ビームが前記基板上に誘導されるのと同時に前記基板上に誘導すること、
   前記基板によって再誘導された前記第２の焦点合わせビームの少なくとも一部を、検出器を使用して検出し、前記第２の焦点合わせビームの前記少なくとも一部の検出に応答して信号を生成すること、及び
   前記信号に基づいて、前記基板と前記第１の測定ビームの光学焦点との間の相対的位置を制御することを含み、前記第２の強度分布の少なくとも一部は、少なくとも前記基板において前記第１の強度分布から空間的に分離される方法。
2. 前記第２の強度分布の少なくとも一部は、前記第１の強度分布以外の部分を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の強度分布の少なくとも一部は、放射のリング及び／又は複数の放射極を含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記基板によって方向転換され、前記第２の焦点合わせビームの検出器に向かう光路中にある前記第１の測定ビームの少なくとも第１の部分が前記第２の焦点合わせビーム検出器に到達することを阻む一方、前記基板によって方向転換された前記第２の焦点合わせビームの少なくとも第１の部分が前記第２の焦点合わせビーム検出器に到達することを許可することをさらに含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 前記第１の測定ビームの少なくとも前記第１の部分を阻むことは、第１のアパーチャデバイスを使用して、前記方向転換された第１の測定ビームの少なくとも前記第１の部分を遮断することを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記基板によって方向転換され、前記第１の測定ビームの検出器に向かう光路中にある前記第２の焦点合わせビームの少なくとも第２の部分が前記第１の測定ビーム検出器に到達することを阻む一方、前記基板によって方向転換された前記第１の測定ビームの少なくとも第２の部分が前記第１の測定ビーム検出器に到達することを許可することをさらに含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 前記第２の焦点合わせビームの少なくとも前記第２の部分を阻むことは、第２のアパーチャデバイスを使用して、前記方向転換された第２の焦点合わせビームの少なくとも前記第２の部分を遮断することを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１の強度分布及び／又は前記第２の強度分布はアパーチャデバイスによって与えられる、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 前記第１の測定ビーム及び／又は前記第２の焦点合わせビームはマルチコアファイバによって又はファイバ束によって提供される、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
10. 前記第１の強度分布及び／又は前記第２の強度分布はビーム整形光学素子によって与えられる、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
11. 前記ビーム整形光学素子はアキシコンレンズ及び／又はプリズムを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 基板を保持する基板ホルダと、
    アパーチャデバイスと、
    第１の強度分布を有する放射の第１の測定ビームを前記基板上に誘導し、第２の強度分布を有する放射の第２の焦点合わせビームを、前記第１の測定ビームが前記基板上に誘導されるのと同時に前記基板上に誘導する光学系と、
    前記基板によって再誘導された前記第２の焦点合わせビームの少なくとも一部を検出し、前記第２の焦点合わせビームの前記少なくとも一部の検出に応答して信号を生成するように構成された検出器と、
    前記信号に基づいて、前記基板と前記第１の測定ビームの光学焦点との間の相対的位置を制御するように構成された制御システムとを備え、
    前記第２の強度分布の少なくとも一部は、少なくとも前記基板において前記第１の強度分布から空間的に分離される検査装置。
13. 前記第２の強度分布の前記少なくとも一部は、前記第１の強度分布以外の部分を含む、請求項１２に記載の装置。
14. 前記第２の強度分布の前記少なくとも一部は、放射のリング及び／又は複数の放射極を含む、請求項１２又は請求項１３に記載の装置。
15. 前記第２の焦点合わせビームの検出器をさらに備え、前記光学系はさらに、前記基板によって方向転換され、前記第２の焦点合わせビーム検出器に向かう光路中にある前記第１の測定ビームの少なくとも第１の部分が前記第２の焦点合わせビーム検出器に到達することを阻む一方、前記基板によって方向転換された前記第２の焦点合わせビームの少なくとも第１の部分が前記第２の焦点合わせビーム検出器に到達することを許可する、請求項１２から１４のいずれかに記載の装置。
16. 前記光学系は、第１のアパーチャデバイスを使用して、前記方向転換された第１の測定ビームの少なくとも前記第１の部分を遮断する、請求項１５に記載の装置。
17. 前記第１の測定ビームの検出器をさらに備え、前記光学系はさらに、前記基板によって方向転換され、前記第１の測定ビーム検出器に向かう光路中にある前記第２の焦点合わせビームの少なくとも第２の部分が前記第１の測定ビーム検出器に到達することを阻む一方、前記基板によって方向転換された前記第１の測定ビームの少なくとも第２の部分が前記第１の測定ビーム検出器に到達することを許可する、請求項１２から１６のいずれかに記載の装置。
18. 前記光学系は、第２のアパーチャデバイスを使用して、前記方向転換された第２の焦点合わせビームの少なくとも前記第２の部分を遮断する、請求項１７に記載の装置。
19. 前記アパーチャデバイスは、前記第１の強度分布及び／又は前記第２の強度分布を与える、請求項１２から１８のいずれかに記載の装置。
20. 前記第１の測定ビーム及び／又は前記第２の焦点合わせビームを提供するマルチコアファイバ又はファイバ束をさらに備える、請求項１２から１９のいずれかに記載の装置。
21. 前記第１の強度分布及び／又は前記第２の強度分布を与えるビーム整形光学素子をさらに備える、請求項１２から２０のいずれかに記載の装置。
22. 前記ビーム整形光学素子はアキシコンレンズ及び／又はプリズムを含む、請求項２１に記載の装置。