JP6744437B2 - オーバーレイおよびクリティカルディメンションセンサにおける瞳照明のための方法およびデバイス - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
この出願は、２０１６年６月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／３５７，１０８号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に援用される。

（発明の分野）
本開示は、例えばリソグラフィ技術によるデバイス製造における、半導体ウェハ計測のための方法および装置に関する。

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転写する機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。その場合、マスクまた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の個々のレイヤに形成されるべき回路パターンを作成することができる。このパターンは、基板（例えばシリコンウェハ）上のターゲット部分（例えば一つまたは複数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、基板上に設けられる放射感応性材料（レジスト）の層上に結像される。一般に、単一の基板は、連続してパターン形成される隣接するターゲット部分のネットワークを含む。

リソグラフィプロセス（すなわち、通常、レジストの現像、エッチングなどの１つまたは複数の関連する処理ステップを含むことがあるリソグラフィ露光を含むデバイスまたは他の構造を作成するプロセス）では、プロセス制御や検証などのために作成された構造の測定を頻繁に行うことが望ましい。そのような測定を行うための様々なツールが知られており、これには、クリティカルディメンション（ＣＤ）を測定するためにしばしば使用される走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、およびオーバーレイ（ＯＶ）（すなわち、デバイス中の２層のアライメント精度）を測定するための専用ツールが含まれる。最近、リソグラフィ分野で使用するために様々な形態のスキャトロメータが開発されている。これらの装置は、放射ビームをターゲット上に向け、散乱放射の１つまたは複数の特性、例えば波長の関数としての単一の反射角またはある範囲の反射角での強度；反射角の関数としての１つまたは複数の波長における強度；または反射角の関数としての偏光、を測定して「スペクトル」を取得し、そこからターゲットの関心のある特性を決定することができる。関心のある特性の決定は、例えば、厳密結合波解析または有限要素法などの反復手法によるターゲット構造の再構成；ライブラリ検索；および主成分分析、などの様々な技術によって実行されてもよい。

半導体デバイスがますます小さくそしてより複雑になるにつれて、製造公差は厳しくなり続けている。したがって、計測測定を改善し続ける必要がある。スキャトロメータの１つの例示的な用途は、クリティカルディメンション（ＣＤ）計測のためのものであり、これは、半導体ウェハなどのパターン構造を測定するのに特に有用である。光学ＣＤ計測技術には、ドームスキャトロメトリ、分光反射率測定、および分光エリプソメトリが含まれる。これら全ての技術は、異なる入射方向について異なる偏光の反射強度を測定することに基づいている。そのような技術は、高い消光比、または偏光純度を必要とする。偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）は、偏光状態によって光を分割し、ｓ偏光を反射しながらｐ偏光を透過させる。完全なＰＢＳは、１００％のｐ偏光を透過し、１００％のｓ偏光を反射するが、実際のＰＢＳは、ｓ偏光とｐ偏光の混合物を透過および反射する。ｐ偏光とｓ偏光の比は消光比と呼ばれる。光学ＣＤは高い消光比を必要とする。

スキャトロメータの別の例示的な用途は、オーバーレイ（ＯＶ）計測用であり、これは、ウェハ上の層のスタックのアライメントを測定するのに有用である。リソグラフィプロセスを制御してデバイスフィーチャを基板上に正確に配置するために、一般的にアライメントマークまたはターゲットが基板上に設けられ、リソグラフィ装置は、１つまたは複数のアライメントシステムを含み、それによって基板上のマークの位置が正確に測定されなければならない。１つの既知の技術では、スキャトロメータはウェハ上のターゲットからの回折光を測定する。「暗視野」スキャトロメトリを用いた回折ベースのオーバーレイは、ゼロ次の回折（鏡面反射に対応）を遮断し、１つ以上の高次の回折のみを処理してターゲットのグレースケール画像を作成する。この暗視野技術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し、そしてマイクロ回折ベースのオーバーレイ（μＤＢＯ）として知られている。しかしながら、μＤＢＯは非常に高いコントラスト比を必要とする。

各製品およびプロセスは、計測ターゲットの設計およびオーバーレイ測定を実行するための適切な計測「レシピ」の選択に注意を必要とする。既知の計測技術では、計測ターゲットの回折パターンおよび／または暗視野画像は、ターゲットが所望の照明条件下で照明されている間に捕捉される。これらの照明条件は、放射の波長、その角度強度分布（照明プロファイル）およびその偏光などの様々な照明パラメータによって計測レシピで定義される。検査装置は、１つまたは複数の放射源を含む照明システムと、所望の照明パラメータを用いて照明を送達するための照明システムとを含む。実際には、照明システムは、測定間でこれらのパラメータを変更することによって異なる照明モード間で切り替えることができることが望ましいであろう。

照明プロファイルは大きく変化する可能性があり、カスタム照明の使用は光学計測においてますます重要になっている。照明のカスタマイズは測定品質の改善を可能にする。瞳面にわたる強度をカスタマイズするために、アパーチャプレートは、照明モードを計測技術にマッチングさせるのに、ある程度の制御手段を提供する。特定の照明モードを選択するために、複数の異なるアパーチャを含むフィルタホイールを使用することができる。しかしながら、フィルタホイールはサイズが有限であり、したがって、限られた数の異なるアパーチャしか収容できない。さらに、フィルタホイール上のアパーチャは静的であり、したがって個々のアパーチャの調整を可能にしない。空間光変調器（ＳＬＭ）を使用するなどの代替手法は、柔軟性を高めることができるが、それら自身の制限を有する。例えば、透過型液晶（ＬＣ）ＳＬＭまたはマイクロミラーアレイは、μＤＢＯに要求される極端なコントラストを達成することができない。また、既知のＬＣ ＳＬＭ構成は、ＣＤ計測に必要な高い消光比を提供しない可能性がある。さらに、複数のＬＣ ＳＬＭを使用すると、コストと複雑さが増し、追加の同期化とキャリブレーションの問題が生じる。

照明空間プロファイルの柔軟性、高い偏光消光比、および高いコントラストを達成することができる計測装置用の単一の柔軟な照明システムを提供することが望ましい。

一実施形態によれば、計測システムは、照明ビームを第１のサブビームと第２のサブビームとに分割するように構成された偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、複数のアパーチャを有する照明モードセレクタ（ＩＭＳ）であって、各アパーチャが第１のサブビームまたは第２のサブビームのいずれかを送るように構成され、当該ＩＭＳが複数の照明位置に配置されるように構成され、複数の照明位置のそれぞれが１つの照明モードに対応している、照明モードセレクタと、ピクセルアレイを有する反射型空間光変調器（ＳＬＭ）であって、ピクセルアレイが、第１のサブビームおよび第２のサブビームの空間分解ビーム特性を修正し、第１のサブビームおよび第２のサブビームの一方または両方を戻り経路に沿ってＩＭＳおよびＰＢＳに戻るように反射するよう構成され、戻り経路に沿って、ＰＢＳ、ＩＭＳおよび反射型ＳＬＭが協同して、第１のサブビームまたは第２のサブビームの少なくとも一方の複素振幅または強度空間プロファイルを制御する、反射型空間光変調器と、ＩＭＳおよびＰＢＳから第１のサブビームおよび第２のサブビームを受け取り、第１のサブビームおよび第２のサブビームを、その上にターゲット構造を有する基板に向けるように構成された対物投影システムと、ターゲット構造の像または回折像を受け取るように構成された検出器とを含む。

検査方法は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を介して照明ビームを第１のサブビームと第２のサブビームに分割することと、照明モードセレクタ（ＩＭＳ）のアパーチャを通して前記第１のサブビームまたは前記第２のサブビームのいずれかを送ることであって、前記ＩＭＳが照明モードに対応する照明位置に配置されることと、ピクセルアレイを有する反射型空間光変調器（ＳＬＭ）を介して、送られた前記第１または第２のサブビームの一部を前記ＩＭＳおよび前記ＰＢＳに反射することによって、送られた前記第１のサブビームまたは前記第２のサブビームの所望の複素振幅または強度空間プロファイルを生成することと、対物投影システムを介して、前記ＩＭＳおよび前記ＰＢＳから送られた前記第１のサブビームまたは前記第２のサブビームの一部をその上にターゲット構造を有する基板に向けることと、前記ターゲット構造の像または回折像を検出することと、を含む。

本発明のさらなる特徴および利点は、本発明の様々な実施の形態の構造および作用とともに、添付の図面を参照して以下で詳細に説明される。本発明は、本書で説明される特定の実施形態に限定されないことに注意する。このような実施形態は、例証目的で本書に提示されているに過ぎない。本書に含まれる教示に基づけば、さらなる実施形態は関連分野の当業者にとって明らかであろう。

本書に包含され明細書の一部をなす添付の図面は本発明を例証し、詳細な説明とともに本発明の原理を説明し、関連分野の当業者が本発明を実施し使用できるようにする役割を有する。

実施形態に係る反射型リソグラフィ装置を模式的に示す図である。

実施形態に係る透過型リソグラフィ装置を模式的に示す図である。

実施形態に係る反射型リソグラフィ装置をより詳細に模式的に示す図である。

実施形態に係るリソグラフィセルを模式的に示す図である。

特定の照明モードを提供する照明アパーチャの第１のペアを使用する実施形態に係る、ターゲットを測定するのに使用するための暗視野測定装置を概略的に示す図である。

所与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詳細図である。

一実施形態に係る照明システムを概略的に示す図である。

図６に示す照明システムの一部を概略的に示す図である。

一実施形態による照明モードセレクタを概略的に示す。

一実施形態に係る空間光変調器と照明モードセレクタとの組み合わせを概略的に示す図である。

図８Ａに係る空間光変調器と照明モードセレクタとの組み合わせの代替構成を概略的に示す図である。

一実施形態に係るモノリシック偏光ビームスプリッタを概略的に示す図である。

一実施形態による検査方法を示す図である。

本発明の特徴および利点は、同様の参照符号が全文書を通して対応する要素を特定する図面とともに以下で述べられる詳細な説明からより明らかになるだろう。一般に、図面において同様の参照符号は、同一の、機能的に類似の、および／または構造が類似の要素を表している。要素が最初に現れる図面は、対応する参照番号の左端の数字で表される。他に特に規定がなければ、本開示を通じて提供される図面は、縮尺どおりの図と解釈するべきではない。

本明細書は本発明の特徴を組み入れた一つまたは複数の実施形態を開示する。開示された実施形態は本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲は開示された実施形態には限定されない。本発明は添付の請求項により定義される。

説明される実施形態、および「一実施形態」、「実施形態」、「例示的な実施形態」等への明細書内での言及は、説明する実施形態が特定の特徴、構造または特性を備えてもよいが、必ずしもあらゆる実施形態がその特定の特徴、構造または特性を備える必要はないことを示している。また、このような表現は同一の実施形態を必ずしも指し示すものではない。さらに、実施形態とともに特定の特徴、構造または特性が記載される場合、明示的に記載されているか否かに関わらず、そのような特徴、構造または特性を他の実施形態とともに実現することは当業者の知識内であると理解されたい。

この種の実施形態をより詳細に説明する前に、本発明の実施形態を実装可能である例示的な環境を提示することが有益である。

（例示的な反射型および透過型リソグラフィシステム）

図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施形態を実装することのできる、リソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’をそれぞれ模式的に示す図である。リソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’はそれぞれ以下の、放射ビームＢ（例えば深紫外放射または極端紫外放射）を調整する照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク、レチクル、または動的パターニングデバイス）ＭＡを支持するよう構成されるとともに、パターニングデバイスを正確に位置決めするよう構成された第１ポジショナＰＭに接続されている支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、基板（例えば、レジストでコーティングされたウェーハ）Ｗを保持するよう構成されるとともに、基板を正確に位置決めするよう構成された第２ポジショナＰＷに接続されている基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴと、を備える。リソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’は、パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば一つまたは複数のダイを含む）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ＰＳも備える。リソグラフィ装置１００では、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳが反射型である。リソグラフィ装置１００’では、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳが透過型である。

照明システムＩＬは、放射ビームＢの向きや形状を変え、または放射ビームＢを統制するために、屈折光学素子、反射光学素子、反射屈折光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子、あるいは他の種類の光学素子などの各種の光学素子、またはこれらの組み合わせを含み得る。

支持構造ＭＴは、基準フレームに対するパターニングデバイスＭＡの姿勢、リソグラフィ装置１００および１００’の少なくとも１つの設計、およびパターニングデバイスＭＡが真空環境で保持されるか否か等のその他の条件に応じた方式でパターニングデバイスＭＡを保持する。支持構造ＭＴは、機械的固定、真空固定、静電固定、またはパターニングデバイスＭＡを保持するその他の固定技術を用いてもよい。支持構造ＭＴは、例えばフレームまたはテーブルであってもよく、これらは固定されていてもよいし必要に応じて移動可能であってもよい。センサを用いることにより、支持構造ＭＴは、例えば投影システムＰＳに対して所望の位置にパターニングデバイスＭＡを位置決めすることを保証してもよい。

「パターニングデバイス」ＭＡなる用語は、基板Ｗのターゲット部分Ｃにパターンを生成するために放射ビームＢの断面にパターンを与えるのに使用される何らかのデバイスを指すものと広義に解釈される。放射ビームＢに付与されたパターンは、集積回路を形成するためにターゲット部分Ｃに生成されるデバイスにおける特定の機能層に対応する。

パターニングデバイスＭＡは、（図１Ｂのリソグラフィ装置１００’のような）透過型であってもよいし、（図１Ａのリソグラフィ装置１００のような）反射型であってもよい。パターニングデバイスＭＡには例えばマスク、プログラム可能ミラーアレイ、及びプログラム可能ＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィにおいて周知であり、バイナリマスク、レベンソン型位相シフトマスク、減衰型位相シフトマスク、さらには多様なハイブリッド型マスクなどのマスク種類が含まれる。プログラム可能ミラーアレイは例えば、微小ミラーのマトリックス配列で構成される。各微小ミラーは、入射する放射ビームを異なる複数の方向に反射するよう個別的に傾斜可能である。小ミラーのマトリックスにより反射された放射ビームには、傾斜されたミラーによってパターンが付与されている。

「投影システム」なる用語は、使用されている露光放射に適切な、または基板Ｗ上の浸液の使用や真空の使用などのその他の因子に適切な、屈折光学素子、反射光学素子、反射屈折光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子、またはこれらの組み合わせを含む何らかの投影システムを包含することができる。過剰な放射または電子を他の気体が吸収するので、ＥＵＶまたは電子ビーム放射のために真空環境を使用してもよい。したがって、真空壁および真空ポンプの助けを借りて、ビーム経路の全体に真空環境が与えられてもよい。

リソグラフィ装置１００および／またはリソグラフィ装置１００’は２つ以上（２つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）の基板テーブルＷＴ（及び／または２つ以上のマスクテーブル）を備えてもよい。このような多重ステージ型の装置においては、追加の基板テーブルＷＴが並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルで露光が行われている間に１以上の他の基板テーブルＷＴで準備工程が実行されるようにしてもよい。ある状況では、追加のテーブルは基板テーブルＷＴでなくてもよい。

図１Ａおよび図１Ｂ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取る。例えば光源ＳＯがエキシマレーザである場合には、光源ＳＯとリソグラフィ装置１００、１００’とは別個の物理的実体であってもよい。この場合、光源ＳＯはリソグラフィ装置１００、１００’の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームＢは光源ＳＯからビーム搬送システムＢＤ（図１Ｂ）を介してイルミネータＩＬへと到達する。ビーム搬送システムＢＤは例えば適当な方向変更用ミラー及び／またはビームエキスパンダを含む。あるいは例えば光源ＳＯが水銀ランプである場合には、光源ＳＯはリソグラフィ装置１００、１００’に一体に構成されていてもよい。光源ＳＯとイルミネータＩＬとは、またビーム搬送システムＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射システムと総称されることがある。

イルミネータＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するアジャスタＡＤ（図１Ｂ）を備えてもよい。一般には、イルミネータの瞳面における照度分布の少なくとも外径及び／または内径の値（通常それぞれ「σｏｕｔｅｒ」、「σｉｎｎｅｒ」と呼ばれる）が調整される。加えてイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の要素（図１Ｂ）を備えてもよい。イルミネータＩＬはビーム断面における所望の均一性及び照度分布を得るべく放射ビームＢを調整するために用いられる。

図１Ａを参照すると、放射ビームＢは、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに保持されているパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射して、当該パターニングデバイスによりパターンが付与される。リソグラフィ装置１００では、放射ビームＢはパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡから反射される。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡから反射された後に、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過する。投影システムＰＳはビームＢを基板Ｗのターゲット部分Ｃに合焦させる。第２ポジショナＰＷと位置センサＩＦ２（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）の助けにより、基板テーブルＷＴは、（例えば、放射ビームＢの経路に異なる複数のターゲット部分Ｃをそれぞれ位置決めするように）正確に移動される。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサＩＦ１を使用して、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を正確に位置決めすることができる。マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡおよび基板Ｗを位置合わせすることができる。

図１Ｂを参照すると、支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に放射ビームＢが入射し、パターニングデバイスによってパターンが付与される。マスクＭＡの通過後、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が基板Ｗのターゲット部分Ｃにビームを合焦させる。投影システムは、照明システムの瞳ＩＰＵと共役の瞳ＰＰＵを有する。放射の一部は、照明システムの瞳ＩＰＵにおける強度分布から生じ、マスクパターンにおいて回折の影響を受けることなくマスクパターンを横切り、照明システムの瞳ＩＰＵにおいて強度分布の像を作り出す。

第２ポジショナＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）の助けにより、（例えば放射ビームＢの経路に異なるターゲット部分Ｃを位置決めするように）基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、（例えばマスクライブラリからのマスク交換後または走査の間に）第１ポジショナＰＭと別の位置センサ（図１Ｂに図示せず）により、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。

一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、ロングストロークモジュール（粗い位置決め用）及びショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により実現される。これらモジュールは、第１ポジショナＰＭの一部を構成する。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２ポジショナＰＷの一部を構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により実現される。ステッパの場合には（スキャナとは異なり）、マスクテーブルＭＴはショートストロークモジュールにのみ接続されていてもよいし、マスクテーブルＭＴは固定されていてもよい。マスクＭＡと基板Ｗとは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２、及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせされる。（図示されるように）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しているが、基板アライメントマークはターゲット部分間の領域に配置されていてもよい（スクライブラインアライメントマークとして公知である）。同様に、マスクＭＡに複数のダイがある場合には、マスクアライメントマークがダイ間に配置されてもよい。

マスクテーブルＭＴおよびパターニングデバイスＭＡは、真空チャンバ内に位置することができる。真空内ロボットＩＶＲを用いて、マスクなどのパターニングデバイスを真空チャンバ内および外に移動することができる。あるいは、マスクテーブルＭＴおよびパターニングデバイスＭＡは、真空チャンバの外側にあり、真空内ロボットＩＶＲと似た様々な輸送作業のために真空外ロボットを用いることができる。真空中および真空外ロボットは、中継ステーションの固定されたキネマティックマウントへの任意のペイロード（例えばマスク）のスムーズな輸送ために較正される必要がある。

リソグラフィ装置１００、１００’は以下のモードのうち少なくとも一つで使用することができる。

１．ステップモードにおいては、放射ビームＢに付与されたパターンの全体が１回の照射で一つのターゲット部分Ｃに投影される間、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは実質的に静止状態とされる（すなわち１回の静的な露光）。そして基板テーブルＷＴがＸ方向及び／またはＹ方向に移動されて、異なるターゲット部分Ｃが露光される。

２．スキャンモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される間、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期して走査される（すなわち１回の動的な露光）。支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められる。

３．別のモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される間、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴはプログラム可能パターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、基板テーブルＷＴは移動または走査される。パルス放射源ＳＯが用いられ、プログラム可能パターニングデバイスは走査中に基板テーブルＷＴが移動するたびに、または連続するパルスとパルスの間に必要に応じて更新される。この動作モードは、プログラム可能ミラーアレイなどのプログラム可能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適用可能である。

上記のモードを組み合わせて動作させてもよいし、モードに変更を加えて動作させてもよく、さらに全く別のモードを用いてもよい。

さらなる実施形態では、リソグラフィ装置１００は、極端紫外（ＥＵＶ）放射源を含む。極端紫外放射源は、ＥＵＶリソグラフィのためにＥＵＶ放射ビームを発生させるよう構成される。一般に、ＥＵＶ放射源は、放射システム内に構成され、対応する照明システムは、ＥＵＶ放射源のＥＵＶ放射ビームを調整するよう構成される。

図２は、リソグラフィ装置１００をより詳細に示す。ＥＵＶリソグラフィ装置１００は、放射コレクタ装置ＳＯ、照明システムＩＬ、および投影システムＰＳを含む。放射コレクタ装置ＳＯは、放射コレクタ装置ＳＯの密閉構造２２０内で真空環境を維持できるように構成および配置される。ＥＵＶ放射放出プラズマ２１０は、放電プラズマ源により形成される。ＥＵＶ放射は、例えばＸｅガス、Ｌｉ蒸気、またはＳｎ蒸気等の気体または蒸気により生成される。この気体または蒸気中に高温プラズマ２１０が形成されて、ＥＵＶ領域の電磁放射スペクトルの放射が発せられる。この高温プラズマ２１０は、例えば放電により少なくとも部分的にイオン化されたプラズマを生成することにより形成される。効率的に放射を生成するためには、Ｘｅ、Ｌｉ、Ｓｎ蒸気またはその他の適する気体または蒸気の例えば１０Ｐａの分圧が必要である。一実施形態では、励起されたスズ（Ｓｎ）のプラズマがＥＵＶ放射を生成するために提供される。

高温プラズマ２１０により放出された放射は、ソースチャンバ２１１からオプションのガスバリアまたは汚染物質トラップ２３０（ある場合には、汚染物質バリアまたはフォイルトラップとも称される）を通じてコレクタチャンバ２１２へと向かう。ガスバリアまたは汚染物質トラップ２３０は、ソースチャンバ２１１の開口またはその後方に配置されている。汚染物質トラップ２３０は、チャネル構造を含んでもよい。汚染物質トラップ２３０は、ガスバリアまたはガスバリアとチャネル構造の組み合わせを含んでもよい。本明細書に示す汚染物質トラップまたは汚染物質バリア２３０は、少なくとも技術的に知られたチャネル構造を含む。

コレクタチャンバ２１２は、放射コレクタＣＯを含む。放射コレクタＣＯは、いわゆる斜入射型コレクタであってよい。放射コレクタＣＯは、放射コレクタ上流側２５１および放射コレクタ下流側２５２を有する。放射コレクタＣＯを通過した放射は、格子スペクトルフィルタ２４０で反射され、コレクタチャンバ４８の開口に位置する仮想点源ＩＦに集束する。仮想点源ＩＦは、一般的に中間焦点と称され、放射源コレクタ装置は、中間焦点ＩＦが密閉構造２２０の開口２１９またはその近くに位置するように配置される。仮想点源ＩＦは、放射放出プラズマ２１０の像である。格子スペクトルフィルタ２４０は、特に赤外線（ＩＲ）放射を抑制するために用いられる。

その後、放射は照明システムＩＬを横切る。照明システムＩＬは、パターニングデバイスＭＡにおける所望の放射強度均一性とともに、パターニングデバイスＭＡにおける所望の放射ビーム２２１の角度分布を提供するよう配置されるファセットフィールドミラーデバイス２２２およびファセット瞳ミラーデバイス２２４を含む。支持構造ＭＴにより保持されたパターニングデバイスＭＡにおける放射ビーム２２１の反射により、パターンが付与されたビーム２２６が形成され、パターンが付与されたビーム２２６は、投影システムＰＳによって、反射素子２２８，２３０を介してウェハステージまたは基板テーブルＷＴにより保持された基板Ｗ上に結像される。

通常、図示されているよりも多くの素子が照明光学ユニットＩＬおよび投影システムＰＳに存在してよい。格子スペクトルフィルタ２４０は、リソグラフィ装置のタイプに応じてオプション的に存在してよい。さらに、図示されるよりも多くのミラーが存在してよい。例えば、図２に示すよりも多くの、１つ乃至６つの追加の反射素子が投影システムＰＳに存在してもよい。

図２に示すように、コレクタ光学システムＣＯは、コレクタ（またはコレクタミラー）のほんの一例として、斜入射リフレクタ２５３，２５４および２５５を伴う入れ子状のコレクタとして図示されている。斜入射リフレクタ２５３，２５４および２５５は、光軸Ｏの周りに軸対称に配置されており、このタイプのコレクタ光学システムＣＯは、ＤＰＰ源と称される放電プラズマ源と組み合わせて好適に用いられる。

（例示的なリソグラフィセル）

図３に示すリソグラフィセル３００は、たまにリソセルまたはクラスタとも称される。リソグラフィ装置１００または１００’は、リソグラフィセル３００の一部を形成してよい。リソグラフィセル３００は、基板上での露光前および露光後プロセスを実行するための装置も含んでよい。従来、これらは、レジスト層を堆積させるスピンコート装置ＳＣ、露光されたレジストを現像する現像装置ＤＥ、冷却プレートＣＨ、およびベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラまたはロボットＲＯは、基板を入力／出力ポートＩ／Ｏ１，Ｉ／Ｏ２から取り出し、異なるプロセス装置間で基板を移動させ、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに基板を運ぶ。これらの装置（しばしば集合的にトラックと称される）は、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、ＴＣＵ自体は監視制御システムＳＣＳにより制御され、ＳＣＳはリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。したがって、異なる装置がスループットおよびプロセス効率を最大化させるように動作しうる。

（例示的な計測装置）

実施形態での使用に適した計測装置を図４に示す。ターゲットＴ（格子のような周期的構造を含む）および回折光線が、図５にさらに詳細に示されている。計測装置は、独立型の装置であってもよく、または例えば測定ステーションにおけるリソグラフィ装置ＬＡまたはリソグラフィセルＬＣのいずれかに組み込まれてもよい。装置全体にわたっていくつかの分岐を有する光軸は、点線Ｏで表されている。この装置では、光源１１（例えば、レーザまたはキセノンランプなどの光源、または光源に接続された開口部）によって放出される放射は、レンズ１２、１４および対物レンズ１６を含む光学系によって、プリズム１５を介して基板Ｗ上に基板Ｗ上に向けられる。これらのレンズは、４Ｆ配置の二重シーケンスで配置される。検出器上に基板像を依然として提供するという条件で、異なるレンズ配置を使用することができる。

一実施形態では、レンズ配置は、空間周波数フィルタリングのための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、ここでは（共役）瞳面と呼ばれる、基板面の角度スペクトルを表す面内の空間強度分布を定義することによって選択することができる。特に、これは、例えば、対物レンズの瞳面の逆投影像である面において、レンズ１２とレンズ１４との間に適切な形状のアパーチャプレート１３を挿入することによって行うことができる。図示の例では、アパーチャプレート１３は、１３Ｎおよび１３Ｓと符号が付された異なる形態を有し、異なる照明モードを選択することを可能にする。本実施例における照明システムは、軸外照明モードを形成する。第１の照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｎは、説明のためだけに「北」として指定された方向から軸外照明を提供する。第２の照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｓを使用して同様の照明を提供するが、「南」と表示された反対方向からの照明を提供する。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の不要な放射が所望の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。

図５に示されるように、ターゲットＴは、対物レンズ１６の光軸Ｏに実質的に垂直な基板Ｗと共に配置されてもよい。一例では、軸Ｏから外れた角度からターゲットＴに当たる照明光線Ｉは、０次光線（実線０）と２つの１次光線（一点鎖線＋１と二点鎖線−１）を生じる。小さいターゲットＴが一杯になると、これらの光線は計測ターゲットＴやその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１つにすぎない。この例では、プレート１３のアパーチャは、（有用な量の放射を許容するのに必要な）有限の幅を有するので、入射光線Ｉは実際にはある角度範囲を占め、０および＋ １ ／ ?１次の回折光線はやや広がる。小さなターゲットの点広がり関数によると、各次数＋１と−１は、示されている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拡散される。周期構造ピッチおよび照明角度は、対物レンズに入射する１次光線が中心光軸と密接に整列するように設計または調整することができることに留意されたい。図４および図５の例に示されている光線は、単にそれらを図において容易に区別できるように、やや軸外に示されている。

この例では、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次および＋１次が対物レンズ１６によって集められ、プリズム１５を通って戻される。図４では、北（Ｎ）および南（Ｓ）と符号が付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および第２の照明モードの両方が示されている。入射光線Ｉが光軸の北側からの場合、すなわちアパーチャプレート１３Ｎを用いて第１の照明モードが適用される場合、＋１（Ｎ）と符号が付された＋１次の回折光線が対物レンズ１６に入射する。それに対して、アパーチャプレート１３Ｓを使用して第２の照明モードが適用されるとき、レンズ１６に入射するのは、?１次回折光（?１（Ｓ）と符号が付されている）である。したがって、一実施形態では、ある条件下で２回ターゲットを測定することにより測定結果が得られる。例えば、ターゲットを回転させた後、または照明モードを変更した後、または結像モードを変更した後に、?１次回折強度と＋１次回折強度とを別々に得る。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は、ターゲット内の非対称性の測定値を提供し、ターゲット内の非対称性は、リソグラフィプロセスのパラメータ、例えばオーバーレイエラーの指標として使用することができる。上記の状況では、照明モードが変更される。

ビームスプリッタ１７は、回折ビームを２つの測定分岐に分割する。第１の測定分岐において、光学系１８は、０次および１次の回折ビームを使用して、第１のセンサ１９（例えば、ＣＣＤまたは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ので、画像処理は次数を比較および対比することができる。センサ１９によって捕捉された瞳面画像は、計測装置に焦点を合わせること、および／または一次ビームの強度測定値を正規化すること、又は（例えばＤＢＯ計測の場合のように）様々な回折次数で強度を測定することに使用できる。瞳面画像はまた、再構成のような多くの測定のためにも使用することができ、それらはここでは詳細に説明しない。

この例では、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またはＣＭＯＳセンサ）上の基板Ｗ上にターゲットの像を形成する。第２の測定分岐では、アパーチャストップ２１が瞳面と共役な面に設けられている。アパーチャストップ２１は、センサ２３上に形成されたターゲットの像ＯＦが?１または＋１の１次ビームから形成されるように０次回折ビームを遮断するように機能する。センサ１９および２３によって捕捉された像は、画像プロセッサおよびコントローラＰＵに出力され、その機能は、実行されている特定のタイプの測定に依存する。「像」という用語はここでは広義に使用されていることに注意する。−１次および＋１次のうちの１つのみが存在する場合、そのような周期構造のフィーチャ（例えば、格子ライン）の像は形成されないであろう。

図４に示すアパーチャプレート１３およびアパーチャストップ２１の特定の形態は、単に例示的なものである。別の実施形態では、ターゲットの軸上照明が使用され、軸外アパーチャを有するアパーチャストップが、実質的に１つの１次回折放射のみをセンサに通過させるために使用される。さらに他の実施形態では、１次ビームの代わりに、またはそれに加えて、２次、３次およびより高次のビーム（図４には図示せず）を測定に使用することができる。

照明をこれらの異なる種類の測定に適応可能にするために、アパーチャプレート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た多数のアパーチャパターンを含むことができる。ここで留意すべきは、アパーチャプレート１３Ｎまたは１３Ｓを使用して、一方向（セットアップに応じてＸまたはＹ）に配向されたターゲットの周期構造を測定することができることである。直交周期構造の測定のために、９０°および２７０°のターゲットの回転が実施されてもよい。

暗視野計測の例は、国際特許出願公開第２００９／０７８７０８号および第２００９／１０６２７９号に見出すことができる。暗視野イメージングによる回折ベースのオーバーレイ測定もまた、米国特許出願公開第２０１０／０３２８６５５号に記載されている。この技術のさらなる発展は、米国特許出願公開第２０１１／００２７７０４号、第２０１１／００４３７９１号、第２０１２／００４４４７０号、第２０１２／０１２３５８１号、第２０１３／０２５８３１０号、および第２０１３／０２７１４０号に記載されている。これら全ての文書の内容は全て参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。これらのターゲットは、照明スポットよりも小さくすることができ、ウェハ上の製品構造によって囲まれることがある。したがって、「複合（コンポジット）」ターゲット（例えば、異なるオーバーレイバイアスの複数の個々の格子部分を含むターゲット）は、１つの画像内で完全に測定することができる。それ故、格子エッジはターゲットのグレースケール画像においても見える。格子エッジは、平均格子強度から逸脱する強度レベルを提示することが多い（本明細書では「エッジ効果」と呼ぶ）。μＤＢＯは極端なコントラスト比を必要とする。その理由は、図４のアパーチャプレート１３Ｎまたは１３Ｓの暗領域において小さな信号でも、アパーチャ２１を通過することが可能であり、特に回折次数の強度が反射された０次よりもはるかに小さい場合には、検出器２３をあふれさせる可能性がある。１：１００，０００より大きいコントラスト比が、低い強度の回折次数を有するターゲットのための照明瞳において望ましいことが分かっている。

（例示的な照明システム）

計測システムでの使用に適した照明システム６００の一例が図６に示されている。照明システム６００は、第１の照明調整システム６０２、第２の照明調整システム６０４、および第３の照明調整システム６０６を含む。第１の照明調整システム６０２は、光源（例えば、キセノンランプやブロードバンドレーザーなどの広帯域光源、あるいは広帯域光源に接続された開口部）により放出された放射を提供する。一実施形態では、第１の照明調整システム６０２は、１つまたは複数の波長または波長帯を選択し、より広い連続スペクトル範囲から所望の狭帯域波長に広帯域放射を調整することができる。他の実施形態では、狭帯域放射を生成する１つまたは複数の光源が使用され、第１の照明調整システムの必要性を軽減する。

上記の実施形態は、追加の柔軟性を提供するために２つ以上の光源を包含するように容易に拡張することができることが理解されるであろう。例えば、スーパーコンティニュームレーザの代わりに複数の単色光源を使用することができる。

この例では、第１の照明調整システム６０２からの放射は、ファイバ６２９を介して第２の照明調整システム６０４に導かれる。第２の照明調整システム６０４は、スポットサイズセレクタ６３１および集光レンズ６１２を含む。放射のスポットサイズを決定するためにアパーチャプレートを用いることができる。一実施形態では、計測装置の照明構成はケーラー照明であるため、アパーチャプレートにおける逆投影瞳面内の光源サイズおよび角度分布は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる米国特許出願公開第２０１１／００６９２９２号に記載されるように、基板上の照明の角度分布およびスポットサイズをそれぞれ決定する。本発明の一実施形態では、正確な測定のために、例えばスクライブラインに、比較的大きなターゲットをアンダーフィルする小さな測定スポットを設けることができる。一方で、明確に定義された照射角を有するより大きなスポットが、例えばイン・ダイ（in-die）マーカなどの比較的小さいターゲットの測定のために提供されてもよい。

この例では、集光レンズシステム６１２は、放射ビーム６３４を第３の照明調整システム６０６に供給する。第３の照明調整システム６０６は、偏光ビーム分割システム６３５、照明モードセレクタ（ＩＭＳ）６１３、および空間光変調器（ＳＬＭ）６４７を含み得る。偏光ビーム分割システム６３５は、入射放射６３４を少なくとも２つのサブビームに分割する。例えば、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６３７は、ｓ偏光放射を反射して第１のサブビーム６３９を形成し、ｐ偏光を透過させて第２のサブビーム６４０を形成する。図６に示す実施形態では、偏光ビーム分割システム６３５は、ＰＢＳ６３７を挟む２つの、例えば溶融シリカの、六面体光学スラブから成る。偏光ビーム分割システム６３５は、ビーム／サブビームが光学スラブに対して垂直に光学スラブに入射および出射するように配置されてもよい。しかしながら、例えばビーム分割キューブなどの代替的なビーム分割システム構成が用いられてもよい。

この例では、第１および第２のサブビーム６３９、６４０は、複数のフォールドミラー６４１によってＩＭＳ６１３およびＳＬＭ６４７に反射される。サブビーム６３９、６４０は、ＩＭＳ６１３の１つまたは複数のアパーチャを通過することができ、それは、第１および第２のサブビーム６３９、６４０の空間プロファイルを「クリーンアップ」する。選択されたモードに応じて、第１のサブビーム６３９または第２のサブビーム６４０は、ＩＭＳ６１３によって遮断され得る。他のモードは、両方のサブビーム６３９，６４０が通過することを可能にし得る。一実施形態では、ＩＭＳ６１３は、所定のアパーチャの外側に、サブビーム光を吸収するための光吸収コーティングを含む。ＳＬＭ６４７は、（どのサブビームがＩＭＳ６１３によって伝送されるかに応じて）第１および第２のサブビーム６３９，６４０のいずれかまたは両方の一部を反射する、形状が類似した所定の空間パターンまたは「アパーチャ」を有することができる。これについては、図８Ａおよび図８Ｂに関して以下でさらに詳細に説明する。ＳＬＭ６４７は、空間分解の方法で各ビームの偏光状態、位相、および／または強度を変える。一実施形態では、ＳＬＭ６４７は、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）アレイなどの反射型液晶アレイとすることができる。反射型液晶アレイのピクセルは、ビームプロファイルを規定する反射状態（「オン」状態）および非反射状態（「オフ」状態）に構成されてよい。アレイは、「オン」および「オフ」ピクセルのパターンを形成するように電子的に制御されてもよい。一実施形態では、「オン」ピクセルはＩＭＳ６１３の開口部に対応してよく、一方「オフ」ピクセルは「オン」ピクセルを囲む。このようにして、ＳＬＭ６４７は、照明の空間プロファイルを制御するダイアフラム機能を実行することができる。一実施形態では、「オン」ピクセルは、ＩＭＳ６１３の開口部と同じ全体形状を有することができるが、サイズが小さい。

この例では、ＳＬＭ６４７からの反射後、第１および第２のサブビーム６３９、６４０の反射部分は、再びＩＭＳ６１３を通過し、フォールドミラー６４１を介して戻ることができる。フォールドミラー６４１は、各サブビームをＰＢＳ６３７を介して戻すように次々に方向付けることができる。ＳＬＭ６４７が各サブビームの偏光を回転させた場合、ＰＢＳ６３７はサブビーム６３９の一部を透過させ、サブビーム６４０の一部を反射させる。結果として、ＰＢＳ、ＩＭＳ、およびＳＬＭは協同して、少なくとも第１のサブビームまたは第２のサブビームの複素振幅または強度空間プロファイルを制御する。次いで、サブビーム６３９、６４０の適切な部分は、フォールドミラー６４９によってレンズリレーシステム６１４に反射される。サブビーム６３９、６４０は、上述のようにそれらを計測システムに出力する。

一実施形態では、四分の一波長板などの複屈折位相板６５１を複屈折補償のためにＰＢＳ６３７とＳＬＭ６４７との間に配置することができる。複屈折位相板６５１を使用して偏光状態をわずかに微調整して、光路内のノンゼロ複屈折を補償することによって「オン」および「オフ」ピクセルのコントラストを向上させることができる。一実施形態では、１つまたは複数のフォールドミラー６４１は、サブビームが照明システムの光路から離れてビームダンプに向かうように、ミラーを傾斜させてサブビームシャッタとして機能するように作動させることができる。

図６に示す実施形態では、ＩＭＳ６１３は回転可能なアパーチャホイールである。アパーチャホイールは、アパーチャホイールの異なるセクタに配置された複数のアパーチャを含む。各セクタは、異なる照明モードに対応する。したがって、アパーチャホイールを回転させることによって異なる照明モードを選択することができる。各照明モードは、アパーチャホイールの異なる位置に対応する。ＩＭＳ６１３の例示の実施形態が図７に示されており、ここで説明される。ＩＭＳ６１３は、ＩＭＳ６１３を異なる位置、したがって異なる照明モードに回転させるために、モータ６４５によって駆動される中心回転シャフト６４３、すなわち軸に取り付けられる。モータ駆動のリニアスライダのような代替の機械的実施形態を選択することもできる。

所望の照明モードを選択するように構成されている照明制御システム６４８は、モータ６４５に通信可能に結合されている。照明制御システム６４８もまた、ＳＬＭ６４７に通信可能に結合されている。照明制御システム６４８は、ＩＭＳ６１３およびＳＬＭ６４７の構成が選択された照明モードを互いに補完するようにプログラマブル制御を提供する。本明細書に記載の実施形態は、各サブビームにアパーチャを提供するが、当業者であれば、すべての照明モードが両方のサブビームの使用を必要とするわけではないことを理解するであろう。同様に、２つのサブビームが図６に関して説明されているが図６を参照すると、当業者であれば３つ以上のサブビームを使用できることを理解するであろう。

図６に示す実施形態では、ＩＭＳ６１３およびＳＬＭ６４７は、照明瞳面内またはその近傍に配置され、その結果、ＩＭＳ６１３およびＳＬＭ６４７は、近接近して「スタック」される。照明瞳の位置は、集光レンズ系６１２によって決定される。当業者によって理解されるように、集光レンズ系６１２の焦点距離はまた、ＩＭＳ６１３およびＳＬＭ６４７が照明瞳面にどれだけ近くなければならないかを決定する。代替の実施形態では、ＩＭＳ６１３は、ＳＬＭ６４７から分離されるが、ＳＬＭ６４７の表面と実質的に光学的に共役な位置に配置されてもよい。例えば、ＩＭＳ６１３は、ＰＢＳ６３７および／または１つ??または複数のレンズ系によってＳＬＭ６４７から分離されてもよい。

ＩＭＳ６１３およびＳＬＭ６４７を、すなわち物理的または光学的に、スタッキングする（積み重ねる）ことにより、高コントラストのプログラマブルな照明瞳が生成される。ＩＭＳ６１３は、それ自体で高コントラストのアパーチャを提供できるが、そのリジッド性により調整機能が制限され、精密な位置決めを要求する。ＳＬＭ６４７は、それ自体で、プログラマブルな照明瞳を提供することができるが、かなり低いコントラストを有する。ＩＭＳ６１３とＳＬＭ６４７の組み合わせは、各サブビームの空間プロファイル、すなわちアパーチャのエッジを画定するように制御され、ＩＭＳ６１３はアパーチャの「クリーニング」を提供する。これについては、図８Ａおよび図８Ｂに関して以下でさらに詳細に説明する。このようにして、この組み合わせは、ＩＭＳ６１３の精密位置決め要件を低減するが、高いコントラスト（例えば、１：２０００よりはるかに大きい）を維持する。さらに、ＩＭＳ６１３とＳＬＭ６４７を組み合わせたものは、高い消光比（例えば、１：１００，０００）を提供する。ＩＭＳ６１３のさらなる利点は、それがＳＭＬ６４２のコントラストについてのビルトイン・リファレンス・チェックを提供することである。例えばＬＣＯＳアレイなどのＳＭＬ６４２の寿命にわたって、「オフ」状態の特性は低下する傾向がある。ＩＭＳ６１３は、各要素によって与えられたコントラストを比較するための手段を提供する。

図７は、ＩＭＳとして使用することができる例示的なアパーチャホイール７１３を示す。この例示的なアパーチャホイール７１３は、図示の４つの照明モード７２０、７３０、７４０、７５０を有する。４つのモードが示されているが、より多くのモードが通常含まれるであろう。例えば、１６個の異なるモードを単一のアパーチャホイールに収容することができる。図７の第１の照明モード７２０において、アパーチャプレート７１３は、「非偏光」測定、すなわちｓ偏光とｐ偏光の両方を含む測定のために２つのアパーチャを提供する。第２の照明モード７３０では、アパーチャプレート７１３は、ｐ偏光ＣＤ測定のために単一のアパーチャを提供する。第３の照明モード７４０では、アパーチャプレート７１３は、ｓ偏光ＣＤ測定のために単一のアパーチャを提供する。第４の照明モード７５０では、アパーチャプレート７１３は、λＢＤＯ測定のために二象限（two-quadrant）アパーチャを提供する。これらの使用、および装置の多数の他の変形および用途は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１３／０１４１７３０号に記載されている。

図８Ａおよび図８Ｂは、上述したような「スタックされた」アパーチャの２つの例示的構成を示す。図８Ａおよび図８Ｂは、例えばμＢＤＯ測定で使用され得る同じ二象限アパーチャを示す。単一の二象限アパーチャしか示されていないが、当業者であれば、上述の照明モード７５０の場合のように、照明モードが２つ以上の二象限アパーチャを有することができることを理解するであろう。図８Ａは、３つのコントラスト領域 - 高コントラスト領域８６０、中コントラスト領域８６１、および低コントラスト領域８６２を示す。高コントラスト領域８６０は、ＩＭＳに関して本明細書で説明されるように「クリーンアップ」アパーチャとして機能する。中程度のコントラスト領域８６１は、ＳＬＭアレイの「オフ」状態に対応し、上述のように照明プロファイルを規定する。低コントラスト領域８６２は、上述のように入射光を反射するＳＬＭアレイの「オン」状態に対応する。図８Ａに示す実施形態では、中コントラスト領域８６１（すなわち「オフ」ピクセル）は、サイズは小さくなっているが、高コントラスト領域８６０（すなわちＩＭＳのアパーチャ部分）と同じ全体形状（すなわち二象限アパーチャ）を有しており、有効アパーチャのエッジのみが中コントラストとなっている。ＳＬＭ上のパターンは、ＩＭＳアパーチャとオーバーラップするように生成される。これは、低コントラスト領域８６２から高コントラスト領域８６０へのトランジションにおいて、約１：１００から１：１００，０００への信号コントラストのトランジションをもたらす。その結果、照明瞳は、ＳＬＭに対する機械的なＩＭＳアパーチャのＸ、Ｙ位置決め精度に対する感度が低い。

図８Ｂは、中コントラスト領域８６１が高コントラスト領域８６０とは異なる形状である場合に、代替的な照明プロファイルを規定するために、図８ＡのＳＬＭアレイをどのようにプログラムできるかを示す。図８Ｂでは、「オン」ピクセルは、（図８Ａにおける中コントラスト領域８６１の二象限形状とは対照的に）２つの円形形状に構成されている。

図９は、本明細書に記載の照明システムと共に使用される偏光ビーム分割システムの別の実施形態を示す。偏光ビーム分割システム９３５は、入射放射９３４を少なくとも第１および第２のサブビーム９３９、９４０に分割する。図９に示すように、偏光ビーム分割システム９３５は、ビーム／サブビームが光学素子に対して垂直に光学スラブに入射および出射するように構成されてもよい。偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）９３７は、ｓ偏光放射を反射して第１のサブビーム９３９を形成し、ｐ偏光を透過して第２のサブビーム９４０を形成する。上記と同様に、第１および第２のサブビーム９３９、９４０は、例えば反射フィルムなどのフォールドミラー９４１によって反射され得る。図９に示す実施形態では、偏光ビーム分割システム９３５は、五角形の断面を有し、ＰＢＳ９３７およびフォールドミラー９４１を含むモノリシック光学プリズムである。偏光ビーム分割システム９３５は、全反射によってサブビームを方向付けることができ、
偏光ビーム分割システム９３５は、全反射によってサブビームを方向付けてもよく、または任意選択的に漏れ全反射（ＦＴＩＲ：frustrated total internal reflection）素子９４６を含んでもよい。ＦＴＩＲ素子９４６の一方または両方は、照明モードに従って所望のサブビームを選択的に反射または透過するためのビームシャッタとして機能することができる。例えば、ＦＴＩＲ素子９４６は、プリズム表面にＦＴＩＲ条件を任意に作り出すために圧電作動（例えば、ＰＺＴアクチュエータ）を使用することができる。したがって、偏光ビーム分割システム９３５は、第１および第２のサブビーム９３９、９４０のいずれかを遮断し、それによって偏光消光比を改善することができる。図示されるように、第１のサブビーム９３９は、ＦＴＩＲ素子を通過することが許可され、一方第２のサブビーム９４０はプリズム表面によって反射される。このようにして、単一の偏光サブビームを照明モード７３０のように照明に利用することができる。しかしながら、当業者であれば、第１のサブビームを照明モード７４０のように利用できること、または第１および第２のサブビームの両方を照明モード７２０，７５０のように利用できることを理解するであろう。

（例示的な照明方法）

図１０は、実施形態に係る、アライメントシステムを用いて基板上のターゲットの位置を計測するためのフローチャート１０００を示す。単に説明のために、図１０に示すステップは、図６および７に示す動作環境を参照して説明されている。しかしながら、フローチャート１０００は、これらの実施形態に限定されない。ステップは異なる順序で行うことが可能であり、特定のアプリケーションによって行われるものではないことを理解されたい。例えば、当業者は、照明モードが第１および第２のサブビームの一方または両方を利用することを理解するであろう。また、異なる照明モードは異なる空間プロファイル、波長、スポットサイズなどを必要とするかもしれない。

ステップ１００２において、照明システムは照明光を生成する。上述のように、これは、例えば、波長選択およびスポットサイズ選択を含み得る。

ステップ１００４において、照明は第１のサブビームと第２のサブビームに分割される。上述のように、分割は、ＰＢＳ６３７などの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）によって達成されてもよい。上述のように、受信光を第１のサブビームと第２のサブビームに分割した後、各ビームは、フォールドミラーによって多重反射されてもよく、四分の一波長板などの複屈折位相板を通過してもよい。

ステップ１００６において、第１のサブビームおよび／または第２のサブビームは、照明モードセレクタ（ＩＭＳ）のアパーチャを通して送られる。ここで、ＩＭＳは照明モードに対応する照明位置に配置される。上述のように、サブビームのうちの１つは、例えば、ＩＭＳによって遮断されるか、またはフォールドミラーを傾けることによって離れるように偏向され得る。しかしながら、いくつかの照明モードは、両方のサブビームが送られることを必要とするであろう。

ステップ１００８において、空間光変調器（ＳＬＭ）は、送られた第１のサブビームおよび／または第２のサブビームの空間プロファイルを生成する。例えば、ＳＬＭは、図８Ａおよび図８Ｂに関して上述したように、所望の空間プロファイルの形状のパターンを有するピクセルアレイを有する反射型ＬＣＯＳとすることができる。所望の空間プロファイルは、送られた第１および／または第２のサブビームの一部をＩＭＳに反射することによって生成される。次に、ＩＭＳは、上述のように所望の空間プロファイルの外側にある光を「クリーンアップ」することができる。

ステップ１０１０において、対物投影システムは、ＩＭＳからの第１のサブビームおよび／または第２のサブビームを受け取り、第１のサブビームおよび／または第２のサブビームをその上にターゲットを有する基板に向ける。

ステップ１０１２において、検出器は、ターゲットからの放射に基づいてターゲット構造の像を検出する。例えば、当該技術分野で知られているように、放射は、１次（＋１又は−１）放射のような回折像であってよい。このプロセスの詳細は、選択した照明モードによって異なる。

ステップ１０１４において、像が分析され、選択された照明モードに基づいて測定結果が決定される。上述のように、装置は、ターゲットからの放射を使用して、アライメントまたはオーバーレイエラー、マークの非対称性、クリティカルディメンション、および／または他のプロセス変動を決定することができる。

（結語）

本明細書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、リソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁区メモリ用案内パターンおよび検出パターン、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がある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本明細書における「ウェーハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。基板は露光前または露光後においてトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、及び／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本明細書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本明細書における基板という用語は既に処理されている多数の処理層を含む基板をも意味する。

以上では光学リソグラフィとの関連で本発明の実施形態の使用に特に言及しているが、本発明は、インプリントリソグラフィなどの他の用途においても使用可能であり、状況が許せば、光学リソグラフィに限定されないことが理解される。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィによって、基板上に生成されるパターンが画定される。パターニングデバイスのトポグラフィを基板に供給されたレジストの層に押しつけ、その後に電磁放射、熱、圧力またはその組合せにより、レジストを硬化する。パターニングデバイスをレジストから離し、レジストを硬化した後にパターンを残す。

本明細書の表現または専門用語は、説明を目的としており限定のためではなく、本明細書の専門用語または表現は、本明細書の教示を考慮して当業者によって解釈されるべきものであることを理解されたい。

本明細書に記載の実施例において、「レンズ」「レンズ素子」なる用語は文脈が許す限り、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁的光学素子、および静電的光学素子を含むさまざまな種類の光学素子のいずれかまたは任意の組み合わせを示してもよい。

さらに、本明細書における「放射」、「ビーム」および「光」なる用語は、（例えば３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長λを有する）紫外（ＵＶ）放射、（例えば５乃至２０ｎｍの範囲に含まれる波長（例えば１３．５ｎｍ）を有するか、５ｎｍ未満で作動する硬Ｘ線）極紫外（ＥＵＶまたは軟Ｘ線）放射を含むあらゆる電磁放射、及びイオンビームまたは電子ビーム等の粒子ビームを含む。一般に、約４００乃至約７００ｎｍの間の波長を有する放射は可視放射と見なされ、約７８０乃至３０００ｎｍ（またはそれ以上）の間の波長を有する放射は赤外放射とみなされる。ＵＶとはおよそ１００乃至４００ｎｍの波長を有する放射をいう。リソグラフィにおいては「ＵＶ」なる用語も水銀放電ランプにより生成される波長に用いられる。４３６ｎｍのＧ線、４０５ｎｍのＨ線、３６５ｎｍのＩ線である。真空ＵＶ（ＶＵＶ、つまり気体に吸収されるＵＶ）とはおよそ１００乃至２００ｎｍの波長を有する放射をいう。深紫外（ＤＵＶ）とは一般に１２６ｎｍから４２８ｎｍの波長を有する放射をいう。一実施形態においては、エキシマレーザが、リソグラフィ装置で使用されるＤＵＶ放射を生成可能である。なお、例えば５乃至２０ｎｍの波長を有する放射とは、５乃至２０ｎｍの範囲の少なくとも一部のある波長域を有する放射を言うものと理解されたい。

本明細書で用いられる「基板」という用語は一般に、次の材料層が上に追加される材料を言い表す。実施形態では、基板自体がパターニングされてもよく、その上に追加される材料もパターニングされてもよく、又はパターニングされずに保たれてもよい。

本発明の特定の実施形態について上述したが、本発明は説明したもの以外の態様で実施されてもよいことを理解されたい。上記説明は本発明を限定することを意図していない。

発明の概要および要約の部分ではなく、詳細な説明の部分が特許請求の範囲を解釈するために用いられることを意図されていることを理解すべきである。発明の概要および要約の部分は、発明者によって考案された本発明の実施形態のうち一つまたは複数について述べているが、全ての例示的な実施形態について述べている訳ではない。したがって、本発明および添付の特許請求の範囲をいかなる方法によっても限定する意図はない。

特定の機能および関係の実現を例証する機能的な構成要素の助けを用いて本発明を上記で説明してきた。これらの機能的な構成要素の境界は、説明の便宜上、適宜定義されている。それらの特別な機能および関係が適切に実行される限り、別の境界も定義することができる。

特定の実施形態についての上記説明は本発明の一般的性質を完全に公開しており、したがって、当分野の能力に含まれる知識を適用することによって、過度の実験をすることなく、および本発明の一般概念から逸脱することなく、種々の応用に対してそのような特定の実施形態を直ちに修正しおよび／または適応させることができる。したがって、そのような適応および修正は、本書に提示された教示および助言に基づき、開示された実施形態の意義および等価物の範囲内であると意図されている。

本発明の広さおよび範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物にしたがってのみ規定されるべきである。

Claims (24)

1. 照明ビームを第１のサブビームと第２のサブビームとに分割するように構成された偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、
   複数のアパーチャを有する照明モードセレクタ（ＩＭＳ）であって、各アパーチャが前記第１のサブビームまたは前記第２のサブビームのいずれかを送るように構成され、当該ＩＭＳが複数の照明位置に配置されるように構成され、複数の照明位置のそれぞれが１つの照明モードに対応している、照明モードセレクタと、
   ピクセルアレイを有する反射型空間光変調器（ＳＬＭ）であって、前記ピクセルアレイが、前記第１のサブビームおよび前記第２のサブビームの空間分解ビーム特性を修正し、前記第１のサブビームおよび前記第２のサブビームの一方または両方を戻り経路に沿って前記ＩＭＳおよび前記ＰＢＳに戻るように反射するよう構成され、前記戻り経路に沿って、前記ＰＢＳ、前記ＩＭＳおよび前記反射型ＳＬＭが協同して、前記第１のサブビームまたは前記第２のサブビームの少なくとも一方の複素振幅または強度空間プロファイルを制御する、空間光変調器と、
   前記ＩＭＳおよび前記ＰＢＳから前記第１のサブビームおよび前記第２のサブビームを受け取り、前記第１のサブビームおよび前記第２のサブビームを、その上にターゲット構造を有する基板に向けるように構成された対物投影システムと、
   前記ターゲット構造の像または回折像を受け取るように構成された検出器と、
   を備える計測システム。
2. 前記反射型ＳＬＭは、前記照明ビームを供給する集光レンズ系により決定される照明瞳面内またはその近傍に配置される、請求項１に記載の計測システム。
3. 前記ＩＭＳは、前記照明瞳面内またはその近傍に配置される、請求項２に記載の計測システム。
4. 前記ＩＭＳは、前記照明瞳面と実質的に光学的に共役な面内またはその近傍に配置される、請求項２に記載の計測システム。
5. 前記反射型ＳＬＭおよび前記ＩＭＳは、前記ＩＭＳの前記複数のアパーチャのうちの少なくとも１つが前記反射型ＳＬＭ上の対応する空間プロファイルパターンとオーバーラップするように配置される、請求項１に記載の計測システム。
6. 前記ＰＢＳは、２つの六面体光学プリズムの間に挟まれている、請求項１に記載の計測システム。
7. 前記ＰＢＳは、ビーム分割キューブを形成する２つの光学プリズムの間に挟まれている、請求項１に記載の計測システム。
8. 前記ＰＢＳは、モノリシック光学プリズムに組み込まれている、請求項１に記載の計測システム。
9. 前記モノリシック光学プリズムの表面に漏れ全反射（ＦＴＩＲ）条件を作り出すＦＴＩＲ素子をさらに含み、前記ＦＴＩＲ素子は、前記第１のサブビームまたは前記第２のサブビームを任意選択で遮断するように構成される、請求項８に記載の計測システム。
10. 前記ＩＭＳを所望の位置に位置決めし、前記反射型ＳＬＭ上に対応する空間プロファイルパターンを生成することによって前記照明モードを設定するように構成されたコントローラをさらに備える、請求項１に記載の計測システム。
11. 前記ＩＭＳの前記複数のアパーチャは所定の形状を有し、前記対応する空間プロファイルパターンは前記ＩＭＳの前記複数のアパーチャの所定の形状と同じ全体形状を有する、請求項１０に記載の計測システム。
12. 前記ＩＭＳの前記複数のアパーチャは所定の形状を有し、前記対応する空間プロファイルパターンは前記ＩＭＳの前記複数のアパーチャの所定の形状とは異なる全体形状を有する、請求項１０に記載の計測システム。
13. 前記照明モードは、クリティカルディメンションを測定するために前記ＩＭＳが軸外の単一のアパーチャを提供する照明モードである、請求項１に記載の計測システム。
14. 前記照明モードは、マイクロ回折に基づくオーバーレイ（μＤＢＯ）を測定するために前記ＩＭＳが二象限アパーチャを提供する照明モードである、請求項１に記載の計測システム。
15. 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を介して照明ビームを第１のサブビームと第２のサブビームに分割することと、
    照明モードセレクタ（ＩＭＳ）のアパーチャを通して前記第１のサブビームまたは前記第２のサブビームのいずれかを送ることであって、前記ＩＭＳが照明モードに対応する照明位置に配置されることと、
    ピクセルアレイを有する反射型空間光変調器（ＳＬＭ）を介して、送られた前記第１または第２のサブビームの一部を前記ＩＭＳおよび前記ＰＢＳに反射することによって、送られた前記第１のサブビームまたは前記第２のサブビームの所望の複素振幅または強度空間プロファイルを生成することと、
    対物投影システムを介して、前記ＩＭＳおよび前記ＰＢＳから送られた前記第１のサブビームまたは前記第２のサブビームの一部をその上にターゲット構造を有する基板に向けることと、
    前記ターゲット構造の像または回折像を検出することと、
    を備える検査方法。
16. 前記反射型ＳＬＭを、前記照明ビームを供給する集光レンズ系により決定される照明瞳面内またはその近傍に位置決めすることをさらに備える、請求項１５に記載の検査方法。
17. 前記ＩＭＳを前記照明瞳面内またはその近傍に位置決めすることをさらに備える、請求項１６に記載の検査方法。
18. 前記ＩＭＳを、前記照明瞳面と実質的に光学的に共役な面内またはその近傍に位置決めすることをさらに備える、請求項１６に記載の検査方法。
19. 前記ＩＭＳのアパーチャが前記反射型ＳＬＭ上の対応する空間プロファイルパターンとオーバーラップするように、前記反射型ＳＬＭおよび前記ＩＭＳを配置することをさらに備える、請求項１５に記載の検査方法。
20. ＩＭＳを所望の位置に位置決めして照明モードを設定することと、
    前記反射型ＳＬＭ上に対応する空間プロファイルパターンを生成することと、をさらに備える、請求項１５に記載の検査方法。
21. 送信された前記第１のサブビームまたは前記第２のサブビームの所望の空間プロファイルを生成することは、前記ＩＭＳのアパーチャの所定の形状と同じ全体形状を有する空間プロファイルパターンを生成する、請求項１５に記載の検査方法。
22. 送信された前記第１のサブビームまたは前記第２のサブビームの所望の空間プロファイルを生成することは、前記ＩＭＳのアパーチャの所定の形状とは異なる全体形状を有する空間プロファイルパターンを生成する、請求項１５に記載の検査方法。
23. 前記照明モードとして、クリティカルディメンションを測定するために前記ＩＭＳが軸外の単一のアパーチャを提供するクリティカルディメンション測定モードを使用することをさらに備える、請求項１５に記載の検査方法。
24. 前記照明モードとして、前記ＩＭＳが二象限アパーチャを提供するマイクロ回折に基づくオーバーレイ（μＤＢＯ）測定モードを使用することをさらに備える、請求項１５に記載の検査方法。