JP6812536B2 - 検査システムにおける合焦のための方法及びデバイス - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本願は２０１６年９月６日に提出された米国仮特許出願第６２／３８４，１６７号の優先権を主張するものであり、同出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

[0002] 本明細書は、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（例えば計測）の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）及び他のデバイスの製造に使用可能である。そのような場合、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」）を含み又は提供し、このパターンは、パターニングデバイス上のパターンを介してターゲット部分を照射するなどの方法によって、放射感応性材料（「レジスト」）層で被覆された基板（例えば、シリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば１つ以上のダイを備える）に転写され得る。一般的に、１枚の基板は複数の隣接したターゲット部分を含み、パターンはこれらのターゲット部分に、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に、連続的に転写される。あるタイプのリソグラフィ装置においては、パターンは１つのターゲット部分に一括で転写される。そのような装置は、一般的にウェーハステッパと称される。一般的にステップ・アンド・スキャン装置と称される代替的な装置においては、投影ビームが所与の基準方向（「スキャン」方向）でパターニングデバイスをスキャンし、それと同時に基板をこの基準方向と平行又は逆平行に移動させる。パターニングデバイス上のパターンの異なる部分が１つのターゲット部分に漸次転写される。リソグラフィ装置は概して拡大係数Ｍ（通常は＜１）を有するので、基板が移動される速度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倍となる。

[0005] パターンをパターニングデバイスから基板へと転写する前に、基板は、プライミング、レジスト被覆及びソフトベークなど、様々な手順を経るであろう。露光後には、基板は、露光後ベーク（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、他の手順を施され得る。この一連の手順は、デバイス、例えばＩＣの個々の層を製作するための基礎として用いられる。基板はその後、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライゼーション、酸化、化学機械研磨など様々な処理を、いずれもデバイスの個々の層の仕上げのために、経るであろう。デバイスにいくつかの層が必要である場合には、手順全体又はその変形が各層について繰り返される。最終的には、基板上の各ターゲット部分にデバイスが存在することになる。これらのデバイスはその後、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、そこから個々のデバイスがキャリアに搭載されたり、ピンに接続されたりすることができる。

[0006] 前述のように、リソグラフィはＩＣ及び他のデバイスの製造の中心的なステップであり、基板上に形成されたパターンが、マイクロプロセッサやメモリチップ等、デバイスの機能素子を定義する。同様のリソグラフィ技術は、フラットパネルディスプレイ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）及び他のデバイスの形成においても用いられる。

[0007] リソグラフィ処理（すなわち、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処理であって、典型的にはレジストの現像、エッチングなど、１つ以上の関連する処理工程を含み得るもの）においては、例えば処理の制御及び検証のために、作成された構造の測定を頻繁に行うのが望ましい。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や、基板の２つの層のアライメントの正確性であるオーバーレイを測定するための専用のツールが含まれる。

[0008] 検査装置（例えば計測装置）を用いて正確な測定（例えばクリティカルディメンジョン、オーバーレイなど）を得るためには、少なくとも基板上のターゲット構造が検査装置の対物系の焦点面の付近又は焦点面に位置していなければならない。これは、例えば、対物系の焦点とターゲット構造との相対位置を、基板上のターゲット構造が対物系の焦点面の付近又は焦点面に位置するまで調節することによって行われ得る。そのような調節は、本明細書においては基板又はターゲット構造の合焦と称され、対物系（及びひいては焦点）をターゲット構造に対して移動させること、対物系内の光学素子を焦点をシフトするように変更すること、ターゲット構造を焦点に対して移動させること、又はこれらから選択された任意の組み合わせを含むであろう。検査装置における合焦のための改善された方法を提供することが望ましい。

[0009] 一実施形態においては、検査ビームを基板の表面上に誘導するように構成された検査光学系であって、対物系を備える検査光学系と、基板によって方向転換された焦点測定ビームを対物系から受けるように構成された焦点測定光学系であって、焦点測定ビームを受けるように構成された可動反射要素を備える焦点測定光学系と、反射要素を焦点測定ビームのビーム経路に沿った方向成分によって移動させるように構成されるとともに、焦点測定ビームに基づいて基板表面が対物系の焦点にあるかどうかを判定するように構成された、制御系と、を備える検査装置が提供される。

[0010] 一実施形態においては、対物系を用いて基板の表面上に検査ビームを誘導することと、基板によって方向転換された、対物系から焦点測定光学系内への焦点測定ビームを受けることと、焦点測定光学系の反射要素を焦点測定ビームのビーム経路に沿った方向成分によって移動させ、その可動反射要素が焦点測定ビームを受けることと、焦点測定ビームに基づいて基板表面が対物系の焦点にあるかどうかを判定することと、を含む方法が提供される。

[0011] 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、本明細書において詳細に説明する。なお、本発明は、本明細書に説明される具体的な実施形態に限定されない。そのような実施形態は、例示のみを目的として本明細書中に提示される。当業者には、本明細書に含まれる教示に基づいて、追加的な実施形態が明らかであろう。

[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] 一実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示す。 [0014] 一実施形態によるリソグラフィックセル又はクラスタを概略的に示す。 [0015] 特定の照明モードを提供する照明絞りの第１の対を用いた一実施形態によるターゲットの測定に使用される例示的な測定装置の模式図である。 [0016] 所与の照明の方向に関するターゲットの回折スペクトルの概略図である。 [0017] 回折ベースのオーバーレイ測定のために測定装置を用いるときの、更なる照明モードを提供する照明絞りの第２の対の概略図である。 [0018] 回折ベースのオーバーレイ測定のために測定装置を用いるときの、更なる照明モードを提供する第１及び第２の対の絞りを組み合わせた照明絞りの第３の対の概略図である。 [0019] 多周期構造（例えば多格子（multiple grating））ターゲットの一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の装置で得られた図４のターゲットの画像を概略的に示す。 [0021] 検査装置において使用可能な共焦点の焦点センサシステム（confocal focus sensor system）の一実施形態を概略的に示す。 [0022] 図５Ａのセンサシステムによって生成され得る焦点エラー信号を概略的に示す。 [0023] 一実施形態による検査装置を概略的に示す。 [0024] 一実施形態による検査装置の焦点検出分岐の一部を概略的に示す。 [0025] 異なるタイプの照明絞りを概略的に示す。 [0025] 異なるタイプの照明絞りを概略的に示す。 [0025] 異なるタイプの照明絞りを概略的に示す。 [0025] 異なるタイプの照明絞りを概略的に示す。 [0026] 図８Ａ〜８Ｄに図示される照明絞りに対応する異なる照明形状を概略的に示す。 [0026] 図８Ａ〜８Ｄに図示される照明絞りに対応する異なる照明形状を概略的に示す。 [0026] 図８Ａ〜８Ｄに図示される照明絞りに対応する異なる照明形状を概略的に示す。 [0026] 図８Ａ〜８Ｄに図示される照明絞りに対応する異なる照明形状を概略的に示す。 [0027] 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。 [0028] 図１０に図示されるマルチモードファイバ又はファイバ束を用い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] 図１０に図示されるマルチモードファイバ又はファイバ束を用い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。 [0029] 合焦ビームと測定ビームとの両方を組み合わせた異なる照明形状を概略的に示す。 [0029] 合焦ビームと測定ビームとの両方を組み合わせた異なる照明形状を概略的に示す。 [0029] 合焦ビームと測定ビームとの両方を組み合わせた異なる照明形状を概略的に示す。 [0029] 合焦ビームと測定ビームとの両方を組み合わせた異なる照明形状を概略的に示す。 [0030] 検査装置のイルミネータのマルチコアファイバの一実施形態を概略的に示す。 [0031] 検査装置のアキシコンレンズ及び／又はプリズムを備えたビーム整形光学素子の実施形態を概略的に示す。 [0031] 検査装置のアキシコンレンズ及び／又はプリズムを備えたビーム整形光学素子の実施形態を概略的に示す。

[0032] 実施形態を詳細に説明する前に、実施形態が実施され得る例示的な環境を提示することは有益である。

[0033] 図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置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築され、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サポート又は支持構造（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。

[0034] 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。

[0035] パターニングデバイスサポートは、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サポートは、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サポートは、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サポートは、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」と同義と見なすことができる。

[0036] 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。

[0037] 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、更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。

[0038] 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）。

[0039] 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が相対的に高い屈折率を有する液体、例えば水によって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との間など、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やすために当技術分野では周知である。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との間に液体が存在するというほどの意味である。

[0040] 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。

[0041] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度及び／又は空間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。通常、イルミネータの瞳面内の強度分布の少なくとも外側及び／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）を調整することができる。更に、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の様々な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整し、その断面に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。

[0042] 放射ビームＢは、パターニングデバイスサポート（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、２Ｄ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。

[0043] 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。図示の基板アライメントマークは専用のターゲット部分を占めるが、それらはターゲット部分間の空間に配置されてもよい（これらはスクライブラインアライメントマークとして知られている）。同様に、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡ上に複数のダイが設けられている状況では、マスクアライメントマークはダイ間に配置されてもよい。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。アラインメントマーカを検出することができるアラインメントシステムの実施形態は、以下に更に記載される。

[0044] 図示の装置は、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。

[0045] １．ステップモードでは、パターニングデバイスサポート（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。

[0046] ２．スキャンモードでは、パターニングデバイスサポート（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サポート（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。

[0047] ３．別のモードでは、パターニングデバイスサポート（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。

[0048] 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。

[0049] 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）、並びに２つのステーション、すなわち露光ステーション及び測定ステーションを有する、いわゆるデュアルステージタイプであり、これらのテーブルは２つのステーション間で交換可能である。例えば、露光ステーションで一方のテーブル上の基板を露光している間に、測定ステーションで他方の基板テーブルに別の基板をロードし、様々な予備工程を実行することができる。予備工程は、レベルセンサＬＳを用い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を用いて基板上のアライメントマークの位置を測定することを含み得る。これら双方のセンサは基準フレームＲＦによって支持されている。テーブルが測定ステーション及び露光ステーションにある間に位置センサＩＦがテーブルの位置を測定できない場合は、テーブルの位置を双方のステーションで追跡可能とするため、第２の位置センサを提供することができる。別の例として、露光ステーションで一方のテーブル上の基板を露光している間に、測定ステーションで別のテーブルは基板なしで待機する（任意選択的に測定動作が実行される場合がある）。この他方のテーブルは１つ以上の測定デバイスを有し、任意選択的に他のツール（例えば洗浄装置）も有し得る。基板の露光が完了すると、基板なしのテーブルは露光ステーションに移動して、例えば測定を実行し、基板を有するテーブルは、基板がアンロードされると共に別の基板がロードされる位置（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によって、装置のスループットの大幅な増大が可能となる。

[0050] 図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセル又はリソクラスタと称されることもあるリソグラフィックセルＬＣの一部を形成し、このリソグラフィックセルは基板上で１つ以上の露光前処理及び露光後処理を実施する装置も含む。従来、これにはレジスト層を堆積するための１つ以上のスピンコータＳＣ、露光された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が、入力／出力ポートＩ／Ｏ１，Ｉ／Ｏ２から基板をピックアップし、異なる処理デバイス間で移動させ、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに受け渡す。集合的にトラックと称されることの多いこれらのデバイスは、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にある。トラック制御ユニット自体は監視制御系ＳＣＳによって制御され、この監視制御系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。このように、スループット及び処理効率を最大化するために、異なる装置が動作され得る。

[0051] リソグラフィ装置によって露光される基板が正確に且つ安定的に露光されるためには、後続の層間のオーバーレイエラー、線幅、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）など、１つ以上の特性を測定するべく、露光された基板を検査するのが望ましい。エラーが検出される場合には、特に同じバッチの別の基板がまだ露光されるのに十分な程度に検査がすぐに且つ迅速に行われ得るのであれば、１つ以上の後続の基板の露光に対して調整がなされてもよい。また、既に露光された基板は、取り除き、（歩留まりを改善するために）再処理するか又は廃棄してもよく、それによって、欠陥があることがわかっている基板の露光を行うことが回避される。基板のうちいくつかのターゲット部分のみに欠陥がある場合には、良好なターゲット部分についてのみ、更なる露光が行われてもよい。他に可能なのは、後続の処理工程の設定を、エラーを補償するように適合させることである。例えば、トリムエッチング工程の時間は、リソグラフィ処理工程の結果生じる基板毎のＣＤ変動を補償するように調整されることができる。

[0052] 検査装置は、基板の１つ以上の特性、そして特に、異なる基板又は同一の基板の異なる層の１つ以上の特性が層毎及び／又は基板全体でどのように変化するのかを判定するために用いられる。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡもしくはリソセルＬＣに統合されていてもよいし、又は独立型のデバイスであってもよい。最も速い測定を可能にするためには、検査装置は、露光されたレジスト層の１つ以上の特性を露光の直後に測定するのが望ましい。しかしながら、レジストの潜像は非常に低コントラストであり、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間では屈折率に非常に小さな差しか存在しない。そして、すべての検査装置が潜像の有用な測定を行うのに十分な感度を有しているわけではない。したがって、測定は、露光された基板に対して慣習的に実行される第１の工程であってレジストの露光部と未露光部とのコントラストを高める露光後ベーク工程（ＰＥＢ）の後で行われてもよい。この段階では、レジストの画像は半潜像的と称され得る。現像されたレジスト画像の測定を行うことも可能である。その時点では、レジストの露光部又は未露光部のいずれかが除去されている。あるいは、エッチングなどのパターン転写工程の後で測定を行うことも可能である。後者によると欠陥のある基板を再処理する可能性は限定されるが、例えば処理制御のために、依然として有用な情報が提供され得る。

[0053] 従来のスキャトロメータによって用いられるターゲットは、例えば４０μｍ×４０μｍという、（例えば１つ以上の格子を備える）比較的大きな周期構造レイアウトを備えている。その場合、測定ビームは、周期構造レイアウトよりも小さなスポットサイズを有することが多い（すなわち、レイアウトは、周期構造のうち１つ以上がスポットによって完全にカバーされないようにアンダーフィルされる）。これにより、ターゲットを無限と見なすことができるので、ターゲットの数学的再構成が簡単になる。しかしながら、例えば、こうするとターゲットはスクライブラインにではなく製品フィーチャの中に位置決めされることができ、ターゲットのサイズは、例えば２０μｍ×２０μｍ以下、あるいは１０μｍ×１０μｍ以下に縮小された。この状況では、周期構造レイアウトは測定スポットよりも小さくされるであろう（すなわち、周期構造レイアウトはオーバーフィルされる）。典型的には、そのようなターゲットは、（正反射に対応する）ゼロ次の回折次数がブロックされてより高次の次数のみが処理される暗視野スキャトロメトリを用いて測定される。暗視野計測の例は、ＰＣＴ特許出願公開第２００９／０７８７０８号及び第２００９／１０６２７９号に見られ、これらの文献は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２０１１−００２７７０４号、第２０１１−００４３７９１号、及び第２０１２−０２４２９７０号明細書にはこの技術の更なる発展形態が記載されており、これらの文献は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。回折次数の暗視野検出を用いた回折ベースのオーバーレイは、より小さなターゲットについてのオーバーレイ測定を可能にする。これらのターゲットは照明スポットよりも小さくてもよく、基板上の製品構造に囲まれていてもよい。一実施形態においては、１つの画像内で複数のターゲットが測定され得る。

[0054] 一実施形態においては、基板上のターゲットは１つ以上の１Ｄ周期格子を備えていてもよく、これらは現像後にバーがレジスト実線で形成されるように印刷される。一実施形態においては、基板上のターゲットは１つ以上の２Ｄ周期格子を備えていてもよく、これらは現像後にその１つ以上の格子がレジスト内に固体のレジストピラー又はビアで形成されるように印刷される。バー、ピラー、又はビアは、代替的には基板にエッチングされてもよい。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の色収差に敏感であり、照明の対称性及びそのような収差の存在は、印刷された回折格子の変動に現れるであろう。したがって、印刷された格子の測定データは、回折格子を再構成するために用いることができる。線幅及び形状といった１Ｄ格子のパラメータ、あるいはピラー又はビアの幅もしくは長さもしくは形状といった２Ｄ格子のパラメータは、印刷工程及び／又は他の測定処理の知識から、処理ユニットＰＵによって実施される再構成処理に入力され得る。

[0055] 図３Ａには、実施形態における使用に適した暗視野計測装置が示されている。図３Ｂには、（格子などの周期構造を備える）ターゲットＴと回折された光線とがより詳細に図示されている。暗視野計測装置は、独立型のデバイスであってもよいし、又は、例えば測定ステーションのリソグラフィ装置ＬＡもしくはリソグラフィックセルＬＣのいずれかに組み込まれていてもよい。装置全体でいくつかの分岐を有する光軸が点線Ｏによって表されている。この装置において、出力１１（例えば、レーザもしくはキセノンランプなどの放射源又は放射源に接続された開口部）によって出射された放射は、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上に誘導される。これらのレンズは、４Ｆ配置の二重配列で構成される。ディテクタ上に基板画像が依然として提供されるのであれば、異なるレンズ構成が用いられてもよい。

[0056] 一実施形態においては、このレンズ構成は、空間周波数フィルタリングのための中間瞳面の利用を可能にする。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）瞳面と称される、基板面の空間スペクトルを表す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。これは特に、例えばレンズ１２と１４との間の、対物瞳面の後方投影画像である平面内に、適当な形状の絞りデバイス１３を挿入することによって、行うことができる。図示する例においては、絞りデバイス１３は１３Ｎ及び１３Ｓと標示された異なる形状を有しており、異なる照明モードが選択されることを可能にしている。本例の照明システムは、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、絞りデバイス１３Ｎが、説明のためにのみ「北」と指定された方向から、オフアクシス照明を提供する。第２の照明モードでは、同様の照明を提供するために絞りデバイス１３Ｓが用いられるが、「南」と標示された反対方向からである。異なる絞りを用いることによって、照明の他のモードが可能である。所望の照明モードの外部の不要な放射は所望の測定信号と干渉し得るため、残りの瞳面は暗いのが望ましい。

[0057] 図３Ｂに示されるように、ターゲットＴは、基板Ｗとともに、対物系１６の光軸Ｏに対して略垂直に配置される。軸Ｏを外れた角度からターゲットＴに衝突する照明の光線Ｉは、ゼロ次の光線（実線０）と、２つの１次の光線（一点鎖線＋１及び二点鎖線−１）とを生じさせる。小さなターゲットＴがオーバーフィルされた状態では、これらの光線は、計測ターゲット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な光線の１つにすぎない。デバイス１３の絞りは有限の幅（有用な量の放射を許容するのに必要である）を有するので、入射光線Ｉは実際にはある角度範囲を占め、回折された光線０及び＋１／−１はいくらか広がるであろう。小さなターゲットの点拡がり関数に従って、各次数＋１及びー１はある角度範囲にわたって更に広がり、図示されるような単一の理想的な光線にはならないであろう。なお、周期構造ピッチ及び照明角度は、対物系に進入する１次の光線が中心光軸と近接して整列するように設計又は調整されることができる。図３Ａ及び３Ｂに図示された光線は、図中でより容易に区別できるようにするだけのために、いくらか軸を外れて示されている。

[0058] 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によって集光され、プリズム１５を通って戻るように誘導される。図３Ａに戻ると、北（Ｎ）及び南（Ｓ）と標示された直径方向で対向する絞りを指定することによって、第１及び第２の照明モードの両方が図示されている。入射光線Ｉが光軸の北側からのものであるとき、すなわち絞りデバイス１３Ｎを用いて第１の照明モードが適用されるときには、＋１（Ｎ）と標示される＋１の回折された光線が対物系１６に進入する。対照的に、絞りデバイス１３Ｓを用いて第２の照明モードが適用されるときには、レンズ１６に進入するのは、−１の回折された光線（−１（Ｓ）と標示）である。このように、一実施形態においては、測定結果は、ターゲットを２回、特定の条件下、例えばターゲットを回転した後又は照明モードを変更した後又は撮像モードを変更した後で測定して−１次及び＋１次の回折次数強度を別々に取得することによって得られる。これらの強度を所与のターゲットについて比較することで、ターゲットのアシンメトリの測定が提供され、ターゲットのアシンメトリは、例えばオーバーレイエラーなど、リソグラフィ処理のパラメータのインジケータとして用いられ得る。上述の状況では、照明モードが変更される。

[0059] ビームスプリッタ１７は回折されたビームを２つの測定分岐に分割する。第１の測定分岐では、光学系１８が、ゼロ次及び１次の回折ビームを用いて、ターゲットの回折スペクトル（瞳面画像）を第１のセンサ１９（例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上に形成する。各回折次数はセンサ上の異なる点に当たり、したがって画像処理は次数を比較対照することができる。センサ１９によって撮像された瞳面画像は、計測装置を合焦させるため及び／又は１次のビームの強度測定を標準化するために用いることができる。瞳面画像は、本明細書には詳細に説明されていない再構成など多くの測定目的でも用いることができる。

[0060] 第２の測定分岐では、光学系２０，２２が、基板Ｗ上のターゲットの画像をセンサ２３（例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上に形成する。第２の測定分岐には、開口絞り２１が、瞳面と共役な平面内に設けられる。開口絞り２１は、センサ２３上に形成されるターゲットの画像ＤＦが−１又は＋１の１次ビームから形成されるように、ゼロ次の回折されたビームをブロックするように機能する。センサ１９及び２３によって撮像された画像は、実施される特定のタイプの測定によって機能が決まるプロセッサ及びコントローラＰＵに出力される。なお、「画像」という用語は、ここでは広い意味で用いられる。−１次及び＋１次のうち一方のみしか存在しない場合には、周期構造フィーチャ（例えば格子線）の画像自体が形成されないであろう。

[0061] 図３に示される絞りデバイス１３及び絞り２１の特定の形状は、単なる例である。別の一実施形態においては、ターゲットのオンアクシス照明が用いられ、オフアクシス絞りを有する開口絞りは実質的に１次の回折された放射のうち一方のみをセンサに渡すために用いられる。更に別の実施形態においては、１次ビームに代えて又は加えて、２次、３次、及びより高次のビーム（図３には図示しない）が測定に用いられ得る。

[0062] 照明をこうした様々なタイプの測定に適応可能にするために、絞りデバイス１３はディスクの周りに形成された多数の絞りパターンを備えていてもよく、このディスクは所望のパターンを所定の位置に持っていくように回転する。なお、絞りデバイス１３Ｎ又は１３Ｓは、一方向（設定に応じてＸ又はＹ）に配向されたターゲットの周期構造を測定するために用いられる。直交する周期構造の測定のためには、ターゲットの９０°及び２７０°の回転が実施されるであろう。図３Ｃ及びＤには様々な絞りデバイスが示されている。図３Ｃは、２つの更なるタイプのオフアクシス照明モードを図示する。図３Ｃの第１の照明モードでは、絞りデバイス１３Ｅが、前述の「北」に対して説明のためにのみ「東」と指定された方向から、オフアクシス照明を提供する。図３Ｃの第２の照明モードでは、絞りデバイス１３Ｗが同様の照明を提供するために用いられるが、「西」と標示された反対方向からである。図３Ｄは、２つの更なるタイプのオフアクシス照明モードを図示する。図３Ｄの第１の照明モードでは、絞りデバイス１３ＮＷが、前述の「北」及び「西」と指定された方向から、オフアクシス照明を提供する。
第２の照明モードでは、絞りデバイス１３ＳＥが同様の照明を提供するために用いられるが、前述の「南」及び「東」と標示された反対方向からである。装置のこれらの使用並びに多数の他の変形及び応用は、例えば、上記で言及済みの先行して公開された特許出願公開に記載されている。

[0063] 図４Ａは、基板上に形成された複合計測ターゲットの一例を図示している。この複合ターゲットは、近接して一緒に位置決めされた４つの周期構造（この場合は格子）３２，３３，３４，３５を備えている。一実施形態においては、周期構造は、いずれも計測装置の照明ビームによって形成される測定スポット３１内にあるように、十分に近接して一緒に位置決めされる。したがってその場合、４つの周期構造は、すべてが同時に照明されるとともに、同時にセンサ１９及び２３上に結像される。オーバーレイ測定に特化した一例においては、周期構造３２，３３，３４，３５はそれら自体が周期構造を重ね合わせることによって形成された複合周期構造（例えば複合格子）である。すなわち、基板Ｗ上に形成されたデバイスの異なる層において周期構造がパターン付与され、したがって１つの層の少なくとも１つの周期構造が異なる層の少なくとも１つの周期構造と重なり合う。そのようなターゲットは、２０μｍ×２０μｍ以内又は１６μｍ×１６μｍ以内の外形寸法を有し得る。また、すべての周期構造は、層の特定の対の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１対よりも多くの層を測定可能となることを容易にするべく、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の間のオーバーレイの測定を容易にするために、様々にバイアスされたオーバーレイオフセットを有していてもよい。したがって、基板上のターゲットの周期構造はある１対の層を測定するために用いられ、基板上の別の同じターゲットのすべての周期構造は別の１対の層を測定するために用いられ、ここで、異なるバイアスは層の対を区別するのを助けるであろう。

[0064] 図４Ａに戻ると、周期構造３２，３３，３４，３５は、図示されるとおり、到来する放射をＸ方向及びＹ方向に回折するように、配向も異なっている。一例においては、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方向周期構造である。周期構造３３及び３５は、それぞれ＋ｄ，−ｄのオフセットを有するＹ方向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、別の一実施形態は、所望の正確性を得るために、より大きなマトリクスを含んでいてもよい。例えば、９つの複合周期構造からなる３×３のアレイは、バイアス−４ｄ，−３ｄ，−２ｄ，−ｄ，０，＋ｄ，＋２ｄ，＋３ｄ，＋４ｄを有し得る。これらの周期構造の別々の画像はセンサ２３によって撮像された画像において識別可能である。

[0065] 図４Ｂは、図３Ｄの絞りデバイス１３ＮＷ又は１３ＳＥを用いる図３の装置において、図４Ａのターゲットを用いて、センサ２３上に形成され且つこのセンサによって検出され得る画像の一例を示す。センサ１９は異なる個々の周期構造３２から３５を解像することはできないが、センサ２３はこれをすることができる。暗い矩形はセンサ上の画像のフィールドを表し、そのフィールドの中で、基板上の照明されたスポット３１は、対応する円形の領域４１内に結像される。この中で、矩形の領域４２〜４５は、周期構造３２から３５の画像を表す。周期構造が製品領域に位置している場合には、製品フィーチャもこの画像フィールドの周辺に視認できるであろう。プロセッサ及びコントローラＰＵはこれらの画像をパターン認識を用いて処理し、周期構造３２から３５の別々の画像４２から４５を識別する。このようにすれば、画像はセンサフレーム内の特定の位置に高精度に整列されなくてもよく、このことは測定装置全体のスループットを大幅に向上させる。

[0066] 周期構造の別々の画像がいったん識別されると、それらの個々の画像の強度が、例えば識別された領域内の選択された画素強度値を平均又は合計することによって、測定可能である。画像の強度及び／又は他の特性は、互いに比較することができる。これらの結果は、リソグラフィ処理の異なるパラメータを測定するために組み合わせられてもよい。そのようなパラメータの一例がオーバーレイ精度である。

[0067] ターゲットの測定正確性及び／又は感度は、ターゲット上に提供される放射ビームの１つ以上の特徴、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）に対して変動し得る。一実施形態においては、放射ビームの波長範囲は、ある範囲から選択された（例えば約４００ｎｍから９００ｎｍの範囲から選択された）１つ以上の波長に限定される。更に、放射ビームの様々な偏光の選択が提供されてもよく、例えば複数の異なる絞りを用いて種々の照明形状が提供され得る。

[0068] また、正確な測定（例えばＣＤ、オーバーレイなどの測定）を得るためには、少なくとも基板上のターゲット構造が検査装置（例えば計測装置）の対物系の焦点面又はその付近に位置していなければならない。上述のように、これは、光学系の焦点を変更することによってであれ、及び／又は基板と焦点との間に相対移動をもたらすことによって（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って）であれ、ターゲット構造を合焦させることによって行うことができる。

[0069] 一実施形態においては、焦点制御を提供するために、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おいて、共焦点光学系を備えた焦点センサシステムが使用可能である。焦点センサシステムは焦点エラー信号を生成することができ、この信号は基板に焦点が合っていることを確実にするために制御ループの一部として用いられ得る。共焦点光学系を備えた焦点センサシステムの例示的なレイアウトが図５Ａに図示されている。このシステムにおいて、放射は入力５００（例えば放射源）によって照明フィールド絞り５０５に提供される。放射は、絞り５０５から、コンデンサレンズ５１０を介して光学素子（例えばビームスプリッタ）５１５に進み、この光学素子がビームを対物系５２０に誘導する。放射は対物系５２０から基板５２５へと出力される。基板５２５によって方向転換された放射は、対物系５２０及び任意選択的には光学素子５１５を介して検出分岐のビームスプリッタ５３０へと進む。ビームの一部は絞り５３５にもたらされ、別の一部は絞り５４０にもたらされる。一実施形態においては、絞り５３５，５４０は、例えば各プレートに設けられたピンホール絞りである。一実施形態においては、絞り５３５，５４０の一方は、ビームスプリッタ５３０のビームスプリット面からの距離が、他方の絞り５３５，５４０とは異なる。絞り５３５，５４０の各々と関連しているのが、各絞り５３５，５４０から放射の各部分を受けるための各ディテクタ５４５，５５０である。一実施形態においては、ディテクタは光検出器である。

[0070] 一実施形態においては、図５Ａのシステムは、例えば絞り５３５とディテクタ５４５との組み合わせからの信号５６０及び絞り５４０とディテクタ５５０との組み合わせからの信号５７０を用いて、基板の焦点エラー信号を生成する。一実施形態においては、図５Ｂに示されるように、信号５７０が信号５６０から減算されて基板の焦点エラー信号５８０が生成される。

[0071] 検査装置におけるこの構成の問題は、（基板を検査装置の焦点に合わせて維持するための）焦点スポットが、基板の検査又は測定に用いられる検査装置の検査分岐によって提供される測定スポット（このスポットは図５には示されていない）と重なり得るということであろう。この重なりは、合焦及び検査動作／分岐の同時動作を妨げ得る。一実施形態においては、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得ることができるが、これは、検査に用いることのできる波長範囲など、１つ以上の追加的な限定を引き起こし得る。

[0072] したがって、一実施形態においては、例えば測定の正確性及び／又は感度の向上を可能にするように、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）の動作のスペクトル範囲の改善を可能にするように、検査装置のための改善された合焦装置及び／又は方法が提供される。

[0073] 図６は、合焦を提供するとともに例えばＣＤ，オーバーレイ等の光学測定を提供するように構成された例示的な検査装置６００（例えば計測装置）の概略図を示す。図６に示されるように、検査装置６００は、合焦モジュール６１０と、測定モジュール６５０と、部分反射性光学素子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。

[0074] 合焦モジュール６１０、部分反射性光学素子６６０、及び対物系６７０は、例えば基板６８０上のターゲット及び／又は基板６８０それ自体が対物系６７０の焦点面又はその付近に位置しているかどうか、並びに、焦点とターゲットとの間の相対的な空間調整をいかにして提供するのか（例えば対物系６７０の移動を通じて、及び／又は基板の移動を通じて、など）を判定するように、集合的に構成されている。例えば、一実施形態においては、相対的な空間調整は、基板６８０上のターゲットが対物系６７０の焦点面又はその付近に位置していないと判定されるとき、作動距離６８５を対物系６７０の後方焦点距離に等しくするか又は近づける。

[0075] 具体的には、ターゲットが焦点又はその付近にあるかどうかの判定を可能にするために、第１の入力６３８（例えばランプもしくはレーザのような放射源、又は放射源に接続されたもしくは接続可能な合焦モジュール６１０への入力）によって出射された合焦ビーム６１２が、合焦モジュールの照明経路内で、レンズ６４０と、開口絞り６４２と、部分反射性光学素子６４４と、反射性光学素子６４８とを備える光学系によって、合焦モジュール６１０から部分反射性光学素子６６０の方へ誘導される。第１の入力６３８は、図６に示されるように、第１の入力６３８によって出射された放射がコリメートされた放射ビームに変換され得るように、レンズ６４０の焦点面又はその付近に位置している。開口絞り６４２は、例えば開口絞り６４２の絞り幅を調整することによって、部分反射性光学素子６４４の方に透過されるコリメートされた放射ビームの量を制御するように構成されている。合焦ビーム６１２は更に、反射性光学素子６４８と、部分反射性光学素子６６０と、対物系６７０とによって基板６８０上のターゲットの方に誘導され、続いて例えば基板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。

[0076] 方向転換された合焦ビームは、対物系６７０によって集光され、例えば部分反射性光学素子６６０によって、合焦モジュール６１０の方に戻るように誘導される。具体的には、方向転換された合焦ビーム６１４の少なくとも一部（すなわちビーム６３５）が、対物系６７０と、部分反射性光学素子６６０と、反射性光学素子６４８と、部分反射性光学素子６４４と、反射性光学素子（例えば部分反射性光学光学素子）７０４と、開口絞り６３４（開口絞り６４２と類似のもの）とによって、合焦モジュールの検出経路内で連続的に、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、望ましくは略等しい強度を有する第１の合焦ビーム部分６３１と第２の合焦ビーム部分６３３とに分割する。ビームスプリッタ６３２は更に、第１の合焦ビーム部分６３１を第１の検出分岐へ誘導し、第２の合焦ビーム部分６３３を第２の検出分岐へ誘導する。

[0077] 第１の検出分岐において、第１の合焦ビーム部分６３１は更に、反射性光学素子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の絞りデバイス６２４とを備える第１の光学系の使用を通じて、第１のディテクタ６２０へ誘導される。第１のディテクタ６２０は、例えば、第１のディテクタ６２０によって検出された放射ビームの強度を特徴付けるように構成されている。第１のディテクタ６２０によって検出された放射ビームの測定は、更にプロセッサ（図示しない）に出力されてもよい。

[0078] 第２の検出分岐において、第２の合焦ビーム部分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の絞りデバイス６２６とを備える第２の光学系の使用を通じて、第２のディテクタ６２２へ誘導される。第２のディテクタ６２２は、例えば、第２のディテクタ６２２によって検出された放射ビームの強度を特徴付けるように構成されている。第２のディテクタ６２２によって検出された放射ビームの測定は、更にプロセッサ（図示しない）に出力されてもよい。

[0079] 一実施形態においては、合焦モジュール６１０は、強度差を用いて対物系６７０の焦点とターゲットとの相対位置を判定する。これについて本明細書において更に説明する。もっとも、合焦モジュール６１０は、位相差など他の技術を用いて焦点とターゲットとの相対位置を求めてもよい。

[0080] 一実施形態においては、レンズ６２７及び第１の絞りデバイス６２４は、それぞれレンズ６２８及び第２の絞りデバイス６２６と略同様である。

[0081] 第１の絞りデバイス６２４及び第２の絞りデバイス６２６の絞り形状は、例えば第１の入力６３８によって生成される放射ビームの絞り形状（aperture shape）と同様であってもよいし、又は任意の形状であってもよい。しかし、第１の絞りデバイス６２４及び第２の絞りデバイス６２６の絞りサイズは、例えばディテクタ６２０からの応答とディテクタ６２２からの応答とを区別することによって焦点位置決定を可能にするように、適切に選択及び位置決め（及び例えばターゲットが焦点面にあるときには強度を測定することによって較正）される。これは、第１のディテクタ６２０及び第２のディテクタ６２２によって検出されるビームの強度を比較することによってターゲットが対物系６７０の焦点面上に概ね位置しているかどうかが判定可能であるように設計される。例えば、両ディテクタで測定された強度が等しければ、それはターゲットが対物系６７０の焦点面又はその付近にあることを意味し得る。ディテクタ６２０と６２２との強度が等しくなければ、それは焦点が合っていない状態を表し、焦点オフセットの方向及び量が信号の差によって判定される。具体的な焦点はずれ値は、較正によって判定可能である。

[0082] 第１のディテクタ６２０及び第２のディテクタ６２２からの情報を用いて行われる判定の結果、プロセッサは１つ以上のアクチュエータに、例えば対物系６７０の位置をＺ方向でシフトすること、基板ホルダ６８２をＺ方向でシフトすること、又はその両方によって合焦を提供するように指示するであろう。この合焦は、プロセッサによって決定される特定の量（例えば較正を通じて得られる特定の値）によるものであってもよい。追加的又は代替的には、第１のディテクタ６２０及び第２のディテクタ６２２によって検出される放射ビームの強度は、ターゲットが対物系６７０の焦点と略一致するかどうかを識別するために監視されてもよい。

[0083] 測定モジュール６５０、部分反射性光学素子６６０、及び対物系６７０は、例えばＣＤ、オーバーレイ、焦点、ドーズ等を判定するために基板６８０のターゲットを測定するように集合的に構成される。具体的には、第２の入力６６２（例えばランプもしくはレーザのような放射源、又は放射源に接続されたもしくは接続可能な入力）によって出射された測定ビーム６５２が、レンズ６６４，６６６と、部分反射性光学素子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から部分反射性光学素子６６０の方へ誘導される。測定ビーム６５２は更に部分反射性光学素子６６０と対物系６７０とによってターゲット上に誘導され、続いて測定ビーム６５２からの放射がターゲットによって方向転換される。方向転換された測定ビーム６５４の少なくとも一部は対物系６７０によって集光され、対物系６７０と、部分反射性光学素子６６０と、レンズ６６９と、部分反射性光学素子６６７と、反射性光学素子６７２と、レンズ６７４と、レンズ６７６とを介して、ディテクタ６７８（例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）の方へ誘導される。レンズ６７４及び６７６は、４Ｆ配置の二重配列で構成される。ディテクタ６７８上にターゲットの放射が依然として提供されるのであれば、異なるレンズ構成が用いられてもよい。

[0084] 図６に示されるように、合焦モジュール６１０と測定モジュール６５０とは同時に動作し得る。つまり、ある時点では、合焦ビーム６１２及び測定ビーム６５２の両方が基板６８０上に入射する。有利なことには、対物系６７０の焦点と基板６８０上のターゲットとの相対位置は、基板６８０が対物系６７０の焦点面の特定の範囲内にないときにはいつでも、実時間で自動的に調整され得る。

[0085] 上述のように、合焦モジュール６１０は、一実施形態においては、基板６８０上のスポットを合焦ビーム６１２で照明する共焦点センサシステムである。基板６８０に対して異なる経路長の位置にある絞りデバイス６２４，６２６の背後に位置する２つのディテクタ６２０及び６２２の信号の差は、基板６８０が焦点にあるかどうかを判定するために用いられる。例えば、差信号は、対物系６７０と基板６８０との相対位置を（例えば対物系６７０を動かすこと、又は基板６８０を動かすこと、又は両方によって）制御する制御ループの入力として用いられる。特に、制御ループは、差信号を、基板６８０が対物系６７０の焦点に合っている点であるゼロにしようとする。

[0086] ここで、差信号がゼロのとき又はゼロに近いとき、基板６８０は、合焦ビーム６１２の波長など合焦ビーム６１２の特定の光学条件について、対物系６７０の焦点又はその焦点深度にあるであろう。しかしながら、測定ビーム６５２は、合焦ビーム６１２とは異なる光学条件を有し得る。例えば、測定ビーム６５２は、異なる波長を有し得る。また、効果的な検出を可能にするために、測定ビーム６５２の波長は、時には同じターゲットを測定するときに、何度も変更されるであろう。合焦ビーム６１２と比較される測定ビーム６５２の１つ以上の異なる光学条件について、焦点位置は異なり得る。そのため、例えば特定の波長の合焦ビーム６１２を用いた焦点の判定は、異なる波長の測定ビーム６５２については焦点を表していないかもしれない。よって、測定ビーム６５２の適用可能な光学条件について正確な焦点の判定を可能にするために、合焦モジュール６１０の動作条件は迅速且つ正確に変更できるのが望ましい。

[0087] 追加的又は代替的には、光軸に沿って、ディテクタ６７８と共役な測定ビーム６５２平面の位置を変更することが望ましいかもしれない。つまり、基板６８０の表面に対するカスタム焦点オフセットを可能にするのが望ましいであろう。これが必要になり得るのは、例えばオーバーレイ測定の文脈において、基板６８０が比較的厚い層のスタックを有しており、レジスト内でオーバーレイ計測ターゲットの下部周期構造が上に積層されたオーバーレイ計測ターゲットの上部周期構造から比較的遠くにあり、且つ焦点を合わせる平面がこれら２つの間にある場合である。よって、特定の適用可能な測定条件に関しては基板の表面に対して焦点をオフセットすることができるように、合焦モジュール６１０の動作条件は迅速かつ正確に変更できるのが望ましい。

[0088] そのため、一実施形態においては、図６を参照すると、合焦モジュール６１０内に焦点調整構成７００が設けられる。一実施形態においては、焦点調整構成７００は、測定ビーム６５２の適用可能な測定条件に関して正確な焦点の判定を可能にするように合焦モジュール６１０の動作条件を変更すること、及び／又は、特定の適用可能な測定条件に関して基板の表面に対して焦点をオフセットすることができるように合焦モジュール６１０の動作条件を変更することができる。

[0089] 一実施形態においては、焦点調整構成７００は、方向転換された合焦ビーム６１４の伝搬の方向に平行な成分を有する方向（両方向矢印によって概略的に示されている）で移動する可動反射要素（例えばミラー）７１０を備えている。一実施形態においては、可動反射要素７１０は、この反射要素７１０を移動させるために、電動アクチュエータ、例えばピエゾアクチュエータに接続される。一実施形態においては、反射要素７１０は、迅速な移動を可能にするために、比較的小さな範囲で移動する。例えば、反射要素７１０は、５００μｍの範囲内、４００μｍの範囲内、２５０μｍの範囲内、２００μｍの範囲内、１５０μｍの範囲内、１００μｍの範囲内、又は５０μｍの範囲内で移動する。一実施形態においては、反射要素７１０は、その範囲全体でのアクチュエータによる反射要素７１０の位置の比較的速い切り替えを可能にするために、軽量であってもよい。一実施形態においては、反射要素７１０は、５００ミリ秒以下、１００ミリ秒以下、５０ミリ秒以下、１０ミリ秒以下、又は１ミリ秒以下で位置を切り替えることができる。このように、速い焦点位置変更のためには、比較的小さな反射要素７１０範囲及び質量が有利である。これは、連続合焦の実施のために有利であろう。

[0090] 方向転換された合焦ビーム６１４の伝搬の方向に平行な成分を有する方向で（例えば光軸に沿って）反射要素７１０を移動させることによって、対物系６７０の焦点面では有効な焦点はずれが生じ得る。上述のように、合焦モジュール６１０は、ディテクタ６２０，６２２の差信号をゼロにするように設計されている。これは、合焦モジュール６１０が、合焦ビーム６１２を用いて基板６８０を対物系６７０の最良焦点又はその付近に位置させること、及び、基板６８０を合焦ビーム６１２の光学条件に曝すことを可能にする。ディテクタ６２０，６２２の差信号をゼロにすることは、合焦モジュール６１０が、例えば非線形性を回避するように、有利な動作条件で動作することも可能にする。しかし、上記したように、測定ビーム６５２と合焦ビーム６１２との光学条件の差を考慮し、及び／又は焦点オフセットを適用するのが望ましいであろう。このように、基板６８０は、合焦ビーム６１２の光学条件下では対物系６７０の最良焦点又はその付近に位置させず、測定６５２の光学条件下で対物系６７０の最良焦点又はその付近に位置させるか、あるいは所望の焦点オフセットに位置させるのが望ましい。したがって、そうするために、ディテクタ６２０，６２２の差信号が焦点はずれとして認識しない合焦ビーム６１２の条件下で、反射要素７１０によって焦点はずれが有効に創出される。

[0091] 有効な焦点はずれを可能にすることを助けるために、合焦モジュール６１０において、可動反射要素７１０は基板６８０の上面と光学的に共役である。以下で詳述するように、レンズ７０８が、反射要素７１０が基板６８０の上面と光学的に共役になることを可能にし得る。一実施形態においては、反射要素７１０は光パワー（例えば正又は負のパワー）を有し得る。

[0092] 上記したように、一実施形態においては、焦点調整構成７００はレンズ７０８を備える。一実施形態においては、反射要素７１０は、レンズ７０８の焦点面（関連する焦点深度を含む）に位置決めされる。一実施形態においては、レンズ７０８はコリメートされたビームを受け、そのビームを反射要素７１０に向かって合焦させる。一実施形態においては、レンズ７０８の焦点距離は、対物系６７０の焦点距離よりも長く（例えば少なくとも数倍長く）なるように選択される。レンズ７０８と対物系６７０との焦点長さの比は、基板６８０における焦点はずれと反射要素７１０の変位との間の尺度係数を定義する。基板６８０と移動する反射要素７１０との間で倍率を上げることによって、比較的高い焦点感度及び比較的小さな反射要素７１０の移動範囲が達成される。例えば、基板６８０に対する焦点位置をｄｚ移動させるためには、反射要素７１０はdZm=(fL/fOBJ)^2*dz/2移動しなければならない。ここで、ｆＬはレンズ７０８の焦点長さであり、ｆＯＢＪは対物系６７０の焦点長さである。したがって、一例として、レンズ７０８の焦点長さが２０であり対物系６７０の焦点長さが２であれば、基板６８０における１μｍの焦点はずれは、反射要素７１０の光軸に沿った５０μｍの移動に対応する。よって、対物系６７０の利用可能な焦点長さと、レンズ７０８の利用可能な焦点長さと、利用可能な反射要素７１０の移動範囲（及びその範囲にわたる移動に要する時間）と、基板６８０において必要とされる所要焦点はずれとに応じて、これらの値の適切な組み合わせが、比較的高い感度をもって迅速な変更を可能にするように選択され得る。したがって、一実施形態においては、反射要素７１０はコリメートされた空間における波面ゼルニケＺ４補償器として用いられ得る。

[0093] 一実施形態においては、反射要素７１０にはフィールド絞りが設けられる。一実施形態においては、フィールド絞りは、反射要素７１０の前に適用される絞り構造であってもよい。一実施形態においては、フィールド絞りは、反射要素７１０が小さな断面幅（例えば直径）を有するのであれば、その反射要素の縁部であってもよい。例えば、反射要素は５ｍｍ以下の断面幅を有する。フィールド絞りは、ゴースト濾過（ghost filtration）のため、すなわち迷光の回避を助けるために用いられてもよい。一実施形態においては、フィールド絞りは、追加的なフィールド絞りの移動が不要になるように、反射要素７１０と一体化されるか又はこれに取り付けられる。

[0094] 一実施形態においては、方向転換された合焦ビーム６１４を焦点調整構成７００のレンズ７０８及び反射要素７１０に提供するための光学コンポーネント７０４が設けられる。一実施形態においては、この光学コンポーネントは、ビーム６１４をレンズ７０８及び反射要素７１０に提供するように、且つレンズ７０８及び反射要素７１０から返ってきたビームをディテクタ６２０，６２２の方へ誘導するように、配列される。一実施形態においては、この光学コンポーネントはビームスプリッタを備える。一実施形態においては、ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタである。偏光ビームスプリッタを備える一実施形態においては、ビームが偏光ビームスプリッタから反射要素７１０の方へ通過することを可能にするべく、ビーム６１４の偏光がこの反射要素の方へ通過できるように、偏光要素７０２（例えば４分の１波長板）が設けられている。また、一実施形態においては、ビーム６１４の偏光が、反射要素７１０に反射された後、偏光ビームスプリッタ７０４の内面からディテクタ６２０，６２２の方へ反射し得るように、偏光要素７０６（例えば４分の１波長板）が設けられている。偏光ビームスプリッタ及び適切な偏光要素の使用は、放射の良好な透過を可能にし得る。

[0095] 図７は、対物系６７０と、基板６８０と、合焦モジュール６１０のうち選択されたコンポーネントとに関して、焦点調整構成７００の更なる一実施形態の概略的な構成を図示する。

[0096] 上記したように、一実施形態においては、焦点調整構成７００は、測定ビーム６５２の適用可能な測定条件に関して正確な焦点の判定を可能にするように合焦モジュール６１０の動作条件を変更することができる。したがって、一実施形態においては、制御系は、測定ビーム６５２を用いた検査の合焦動作で使用されるビーム経路に沿った複数の異なる位置に反射要素を移動させるように構成されており、各位置は測定ビーム６５２の異なる光学特性に対応している。一実施形態においては、測定ビーム６５２の光学特性は、測定ビームの波長である。一実施形態においては、測定ビーム６５２の光学特性は、測定ビームの偏光である。

[0097] これらの位置に到達するために、一実施形態においては、較正が実施される。つまり、一実施形態においては、制御系は、特定の光学特性の測定ビーム６５２を用いた検査の合焦動作において使用するために反射要素７１０が移動されるビーム経路に沿った位置を判定するべく、較正を実施するように構成されている。一実施形態においては、較正は、焦点測定光学系に合焦ビーム６１４を用いて基板が対物系の焦点にあると判定させるために、対物系６７０と基板６８０との間で相対移動を引き起こすことを含む。例えば、対物系６７０と基板６８０との間で相対移動を引き起こして、差信号をゼロにする。この時点で、基板６８０は対物系６７０の焦点にある。

[0098] 次に、合焦モジュール６１０によって合焦ビーム６１４を用いて判定されたように基板６８０が対物系６７０の焦点にある間に、反射要素７１０が、（例えば合焦モジュール６１０が焦点にあると考える基板６８０によって方向転換された）測定ビーム６５２の光学パラメータが特定の条件を満たすまで、移動される。すると、検査ビームが特定の条件を満たす反射要素７１０の位置は、測定ビーム６５２を用いた検査の合焦動作で使用されるビーム経路に沿った反射要素７１０が移動される位置に対応するであろう。一実施形態においては、測定ビーム６５２の光学パラメータは、コントラストである。一実施形態においては、光学パラメータは、測定ビーム６５２の画像のコントラストである。一実施形態においては、特定の条件は最大コントラストである。一実施形態においては、光学パラメータは、ディテクタ６７８を用いて測定される。

[0099] したがって、特定の条件が最大コントラストである場合、基板６８０が合焦ビーム６１４を用いて対物系６７０の焦点にある時に、測定ビーム６５２は焦点にあると考えることができる。そしてその後、反射要素７１０が適切な位置に設定された状態で、合焦ビーム６１４を用いて基板６８０を対物系６７０の焦点に合わせることによって、基板６８０を、測定ビーム６５２について対物系６７０の焦点に合わせることができる。

[00100] 上記したように、測定ビーム６５２の光学特性は、例えば波長及び／又は偏光であり、したがって反射要素７１０の位置は、測定ビーム６５２の特定の波長及び／又は偏光について判定される。よって、上述の較正は、測定ビーム６５２の１つ以上の光学特性の複数の異なる値の１つ以上の光学特性（例えば波長及び／又は偏光）の各値を反射要素７１０のそれぞれの位置に対応させるデータ構造（例えばルックアップテーブル）を有効に生成するために、測定ビーム６５２の１つ以上の光学特性（例えば異なる波長及び／又は偏光）の複数の異なる値について繰り返されてもよい。その後、検査／測定の際に、反射要素７１０は、適用可能な測定ビーム６５２の光学特性に対応する適切な位置に移動され得る。したがって、測定ビーム６５２の１つ以上の光学特性（例えば波長）の複数の異なる値を迅速且つ効率的に用いることができ、同時に、測定ビーム６５２の光学特性のその特定の値にとって適切な位置に反射要素７１０を移動させることによって、その測定ビームの光学特性に相応の焦点が可能になる。

[00101] 上記したように、一実施形態においては、焦点調整構成７００は、特定の適用可能な測定条件に関して、基板の表面に対して焦点をオフセットすることができるように合焦モジュール６１０の動作条件を変更することができる。例えば、焦点調整構成は、基板６８０に対するカスタム焦点オフセットを可能にするべく、ビーム経路に沿ったディテクタ６７８に共役な平面の位置の変更を可能にし得る。上記したように、これは、例えばオーバーレイ測定において、基板上の厚い層のスタックに関して、オーバーレイ測定の上部周期構造がオーバーレイ測定の下部周期から比較的遠く、焦点を合わせる平面がその間にあるべきときに、必要となり得る。

[00102] そこで、一実施形態においては、制御系は、基板表面での焦点オフセットを誘発するために、測定ビーム６５２を用いた検査の合焦動作で使用されるビーム経路に沿った位置に反射要素７１０を移動させるように構成されている。よって、実質的には、合焦ビーム６１４を用いて基板６８０を対物系６７０の焦点に合わせることは、測定ビーム６５２が、基板６８０の最外表面ではなく（例えば最外表面よりも低い）どこか他の点で焦点にあることを意味する。反射要素７１０の適切な位置は、所望の焦点オフセットへの較正を通じて判定され得る。較正は、実験的な処理であってもよい。較正は、シミュレーション又は数学的なモデル化処理であってもよい。

[00103] 一実施形態においては、方向転換された測定ビーム６５６の一部は、方向転換された測定ビームから部分反射性光学素子６６０によって分割されて、第１のディテクタ６２０及び第２のディテクタ６２２での検出のために合焦モジュールへ更に誘導され得る。第１のディテクタ６２０及び／又は第２のディテクタ６２２へ方向転換された測定ビームの一部の漏出は、合焦の正確性及び／又は感度に悪影響を及ぼす。追加的又は代替的には、方向転換された合焦ビーム６１６の一部は、方向転換された測定ビームから部分反射性光学素子６６０によって分割されて、ディテクタ６７８での検出のために測定モジュールへ更に誘導され得る。したがって、ディテクタ６７８へ方向転換された合焦ビームの漏出は、測定の正確性及び／又は感度に悪影響を及ぼす。

[00104] この問題に対する解決は、方向転換された合焦ビーム及び方向転換された測定ビームを分光することによって行われる。これは、異なる波長及び／又は重ならないスペクトル帯域幅を有する合焦ビーム及び測定ビームを使用することによってなされ得る。したがって、方向転換された測定ビーム６５６の一部をブロックするために、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が合焦モジュール６１０（例えば部分反射性光学素子６４４と反射性光学素子７０４との間）に挿入されてもよい。同様に、方向転換された合焦ビーム６１６の一部をブロックするために、合焦ビームの波長及び／又は帯域幅に対応する１つ以上のノッチフィルタが測定モジュール６５０（例えば部分反射性光学素子６６７と反射性光学素子６７２との間）に挿入されてもよい。

[00105] しかしながら、測定ビーム及び合焦ビームの波長及び／又は帯域幅は重なっていないので、合焦ビーム及び測定ビームの波長及び／又は帯域幅の選択は限定される。また、測定及び合焦ビームの異なる組み合わせが望まれる場合、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ための時間は５００ミリ秒と遅いであろう）、それによってスループットが限定される。そして、ノッチフィルタは製造が困難及び／又は高価であり得る。よって、方向転換された合焦ビーム及び測定ビームを分離する効果的なアプローチを提供するのが望ましい。

[00106] 本開示の一実施形態によれば、方向転換された合焦ビーム及び方向転換された測定ビームは、合焦ビーム６１２と測定ビーム６５２とが重ならないように、又は各ビームスポットの大部分よりも少なく重なるように、適当な照明形状を有する合焦ビーム６１２及び測定ビーム６５２を提供することによって、空間的に分離され得る。追加的又は代替的には、例えば絞りデバイス６２４及び６２６に適切な絞り形状を提供することによって、誘導された測定ビーム６５６の一部は、合焦モジュール６１０内のディテクタ６２０及び６２２には到達できないであろう。同様に、追加的又は代替的には、方向転換された合焦ビーム６１６の一部は、（図６に示されるように）例えば絞りデバイス６６８に適切な絞り形状を提供することによって、測定モジュール６５０内のディテクタ６７８には到達できないであろう。

[00107] 一実施形態においては、合焦ビームは、放射がオフアクシス（例えば環状、双極、四極など）になるように強度分布を備えており、その一方で測定ビームは、合焦ビームのすべて又は大部分が、少なくともターゲット／基板及び／又は絞りデバイスにおいて、空間的に測定ビーム放射の外側になるように、オンアクシス（例えば円形）の強度分布を備えている。一実施形態においては、測定ビームは、放射がオフアクシス（例えば環状、双極、四極など）になるように強度分布を備えており、その一方で合焦ビームは、測定ビームのすべて又は大部分が、少なくともターゲット／基板及び／又は絞りデバイスにおいて、空間的に合焦ビーム放射の外側になるように、オンアクシス（例えば円形）の強度分布を備えている。

[00108] 戻って図６を参照すると、一実施形態においては、第１の入力６３８及び／又は第２の入力６６２が、所望の強度分布を有する放射を提供し得る。追加的又は代替的には、放射を方向転換して所望の強度分布を提供するために、ビーム整形光学素子（例えば回折光学素子、アキシコン（対）、空間光変調器、くさびピラミッド（wedge pyramid）など）が測定ビーム及び／又は合焦ビームの経路内に設けられてもよい。追加的又は代替的には、所望の空間強度分布を定義する絞りを提供するために、絞りデバイス（例えば、開口部のあるプレート、不要な放射を光路の外にブロック／反射することによって効果的に開口部を提供するための空間光変調器、不要な放射を光路の外にブロック／反射するための液晶素子など）が測定ビーム及び／又は合焦ビームの経路内に設けられてもよい。同様に、一実施形態においては、方向転換された測定ビーム６５６の一部が合焦モジュール６１０内のディテクタ６２０，６２２に到達できないようにするために、ビーム整形光学素子及び／又は絞りデバイスが設けられてもよい。同様に、追加的又は代替的には、方向転換された合焦ビーム６１６の一部は、ビーム整形光学素子及び／又は絞りデバイスを用いて、測定モジュール６５０内のディテクタ６７８に到達するのを妨げられ得る。また、所望の強度分布に達するため及び／又は放射がディテクタに到達するのを防止するために、デバイスの異なる組み合わせが用いられてもよいことがわかるであろう。例えば、ビーム整形光学素子が所望の強度分布を提供してもよく、その一方で絞りデバイスが放射がディテクタに到達するのを妨げてもよい。

[00109] 上記で述べたように、一実施形態においては、所望の強度分布（照明形状とも称される）を創出するために絞りデバイスが設けられる。合焦ビーム用の絞りデバイスは、入力６３８（例えばファイバ）、フィールド平面内（例えば入力６３８）に設けられた絞りデバイス、又は（例えば角度整形装置の形をした）絞りデバイス６４２であってもよい。測定ビーム用の絞りデバイスは、絞りデバイス６６８であってもよい。絞りデバイスは、照明形状を定義する１つ以上の開口部を備えたプレートであってもよい。例えば、この絞りプレートは、複数の開口部を備えていてもよく、各開口部が異なる照明形状を定義するとともに、異なる開口部が適用可能なビーム経路内に配置され得るように、プレートは移動可能（例えば回転可能）である。一実施形態においては、複数の絞りプレートが提供され、適用可能な放射の経路に出し入れ配置されてもよい。絞りデバイスの他の形態には、不要な放射を光路の外にブロック／反射することによって効果的に照明開口部を提供するための空間光変調器、不要な放射を光路の外にブロック／反射するための液晶素子などがあるであろう。図８Ａ〜８Ｄには絞りデバイスの照明開口部の様々な実施形態が図示されており、図８Ａに示されるような単極照明開口部、図８Ｂに示されるような円環状照明開口部、図８Ｃに示されるような双極照明開口部、及び図８Ｄに示されるような四極照明開口部が含まれる。図８Ａ〜８Ｄの照明開口部によって創出される放射ビームの対応する照明形状が図９Ａ〜９Ｄに図示されている（ここで、便宜のため及び図８との区別のために、照明は白い背景の上に暗いものとして図示されているが、実用では、照明が明るく、光路は暗くなるであろう）。図８Ａに示される単極照明形状は、オンアクシス照明と称されることもある。図８Ｂ〜８Ｄに示される他の３つの照明形状は、オフアクシス照明と称されることもある。図８Ａ〜８Ｄには照明開口部の４つの例しか示されていないが、他の適当な照明開口部が提供されてもよい。

[00110] 一実施形態においては、合焦ビーム及び／又は測定ビームの光路内にビーム整形要素が設けられる。一実施形態においては、ビーム整形要素は、ある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、例えば、（例えば合焦ビーム及び／又は測定ビームにとって望ましい照明形状を創出するために）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ように（又はその逆）、あるいは、（例えば絞りデバイスなどと組み合わせて用いられるときに放射がディテクタに到達するのを妨げるために）オフアクシス放射がオンアクシスにされオンアクシス放射がオフアクシスにされるように（又はその逆）放射の形状を逆にするように、効果的に構成される。一実施形態においては、ビーム整形要素は、放射が逆方向でビーム整形要素を通過するときに、更に任意のオフアクシス放射をオンアクシス放射に変換することができるように、及び任意のオンアクシス放射をオフアクシス放射に変換することができるように（又はその逆）、光路内に位置決めされる。ビーム整形要素は、逆方向での照明強度分布の変換を提供しない場合、典型的には、測定ビームについては入力６６２と要素６６７との間に、及び／又は合焦ビームについては入力６３８と要素６４４との間に位置するであろう。ビーム整形要素は、逆方向での放射強度分布の変換を提供する場合、典型的には、測定ビームについてはディテクタ６７８と要素６６０との間の光路内に、及び／又は合焦ビームについては絞りデバイス６２４，６２６と要素６６０（ビーム整形要素６４６など）との間の光路内に位置するであろう。一実施形態においては、ビーム整形要素は、瞳面又はそれと光学的に共役な平面に、あるいはその付近に、位置している。

[00111] ビーム整形要素は、例えば、回折光学素子、アキシコン、空間光変調器などの形をとり得る。一実施形態においては、ビーム整形要素は、オンアクシス放射形状を第１の方向でリング形状（例えば図９Ｂ）に変換するように構成されたアキシコンレンズを備えている。任意選択的には、アキシコンレンズは、リング形状を逆方向でオンアクシス照明形状に変換するように位置決めされてもよい。

[00112] 一実施形態においては、ビーム整形要素は、オンアクシス照明形状を第１の方向で調整可能な半径を有するリング形状（例えば図９Ｂ）に変換するように構成された１対のアキシコンレンズを備えている。このアキシコンレンズの対の間の距離を調節することによって、リングの半径は変更可能である。任意選択的には、アキシコンレンズ対は、リング形状を逆方向でオンアクシス照明形状に変換するように位置決めされてもよい。

[00113] 一実施形態においては、ビーム整形要素は１つ以上のプリズム（例えばピラミッド形プリズム、２つ以上のくさび）を備えており、これらのプリズムはオンアクシス照明形状を第１の方向でマルチスポット形状（例えば、ピラミッド形プリズム又は４つのくさびに関しては図９Ｄに図示されるような４スポット形状、２つのエッジに関しては図９Ｃに図示されるような２スポット形状）に変換するように構成されている。
任意選択的には、１つ以上のプリズムは、マルチスポット形状を逆方向でオンアクシス照明形状に変換するように位置決めされてもよい。

[00114] 一実施形態においては、第１の入力６３８及び／又は第２の入力６６２は、図１０に図示されるようなマルチコアファイバ９００を備えている。マルチコアファイバ９００は中心に１つ以上のコア９３０を備え、この例においては、中央コア９３０の周りの６つのコア９２０が六角形状を形成している。第１の照明モードでは、中央コア９３０のみが図１１Ａに示されるように放射を出射し（ここで、便宜のため及び図１０との区別のために、照明は白い背景の上に暗いものとして図示されているが、実用では、照明が明るく、光路が暗くなるであろう）、オンアクシス照明を提供する。第２の照明モードでは、周囲のコア９２０のうち１つ以上が図１１Ｂに示されるように放射を出射し（ここで、便宜のため及び図８との区別のために、照明は白い背景の上に暗いものとして図示されているが、実用では、照明が明るく、光路が暗くなるであろう）、オフアクシス照明を提供する。図１０には中央コア９３０の周りに６つのコア９２０が図示されているが、中央コア９３０の周りには任意の適当な数のコア９２０が提供されてもよい。また、図１０には単一のコア９３０が図示されているが、任意の適当な数のコア９３０が提供されてもよい。

[00115] 一実施形態においては、第１の入力６３８及び／又は第２の入力６６２は、図１０に図示されるようなファイバ束９００を備えている。ファイバ束９００は中心に位置する１つ以上のファイバ９３０を備え、この例においては、中央ファイバ９３０の周りに位置する６つのファイバ９２０が六角形状を形成している。第１の照明モードでは、中央ファイバ９３０のみが図１１Ａに示されるように放射を出射し、オンアクシス照明を提供する。第２の照明モードでは、周囲のコア９２０のうち１つ以上が図１１Ｂに示されるように放射を出射し、オフアクシス照明を提供する。図１０Ａには中央ファイバ９３０の周りに６つのファイバ９２０が図示されているが、中央ファイバ９３０の周りには任意の適当な数のファイバ９２０が提供されてもよい。また、図１０には単一のファイバ９３０が図示されているが、任意の適当な数のファイバ９３０が提供されてもよい。

[00116] 一実施形態においては、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、すべてのコア又はファイバが一度に放射を出射し得る。合焦ビーム６１２が基板６８０において測定６５２に完全に重なる変形においては、測定ビーム６５２がオンアクシス形状を有するとき、合焦ビーム６１２が基板６８０において測定６５２に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出射する。同様に、測定ビーム６５２がオフアクシス形状を有するときには、合焦ビーム６１２が基板６８０において測定６５２に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出射する。

[00117] 戻って図６を参照すると、一実施形態において、合焦ビーム６１２は、例えば、中間像面の付近の絞りデバイス（例えば図８Ｂ，８Ｃ，又は８Ｄに図示されるような開口部を有し、例えば６４９の位置に配置された絞りデバイス）を使用すること、上述したようなマルチコアファイバもしくはファイバ束９００を用いて又は（ビーム整形デバイス６４６のような）ビーム整形要素を用いて第２の照明モードで動作することによって、（例えば図９Ｂ〜９Ｄ又は図１１Ｂに示されるような）オフアクシス照明形状を有する。したがって、合焦ビーム６１２は、図９Ｂ〜９Ｄ又は図１１Ｂに示される照明形状の１つと同様の照明形状を有し得る。よって、測定ビーム６５２は、例えば、絞りデバイス（例えば図８Ａに図示されるような開口部を有し、例えば絞りデバイス６６８である、絞りデバイス）を使用すること、マルチコアファイバもしくはファイバ束９００を用いて第１の照明モードで動作すること、又は（要素６６０と絞りデバイス６６８との間に配置された）ビーム整形要素を用いることによって、（例えば図９Ａ又は図１１Ａに示されるような）オンアクシス照明形状を有する。その結果、合焦ビーム６１２及び測定ビーム６５２は、例えば図１２Ａ〜１２Ｄの照明形状の１つに示されるような空間的に分離された照明形状を集合的に形成し得る（ここで、便宜のため及び図１１との区別のために、照明は白い背景の上に暗いものとして図示されているが、実用では、照明が明るく、光路が暗くなるであろう）。

[00118] 同様に、この実施形態において、方向転換された合焦ビーム６１４の一部及び方向転換された測定ビーム６５６の一部は、例えば図１２Ａ〜１２Ｄの照明形状の１つに示されるような空間的に分離された照明形状を集合的に形成し得る。また、方向転換された合焦ビーム６１４の一部分及び方向転換された測定ビーム６５６の一部分の両方が、合焦モジュール６１０へ誘導される。方向転換された測定ビーム６５６の一部をブロック又は反射する絞り開口部形状を有する（例えば開口部が例えば図８Ｂ〜８Ｄの形状を有する）適切な第１の絞りデバイス６２４及び第２の絞りデバイス６２６を用いることによって、方向転換された測定ビーム６５６の一部は、合焦モジュール６１０内のディテクタ６２０，６２２に到達するのを妨げられる。絞りデバイス６２４，６２６は、後述するようなビーム整形要素とともに用いられてもよい。

[00119] 更に、方向転換された合焦ビーム６１６の一部及び方向転換された測定ビーム６５４の一部は、同じ空間的に分離された照明形状を集合的に形成し得る。また、方向転換された合焦ビーム６１６の一部及び方向転換された測定ビーム６５４の一部の両方が、測定モジュール６５０へ誘導される。方向転換された合焦ビーム６１６の一部をブロック又は反射する絞り開口部形状を有する（例えば開口部が例えば図８Ａの形状を有する）適切な絞りデバイス６６８を用いることによって、方向転換された合焦ビーム６１６の一部は、測定モジュール６５０内のディテクタ６７８に到達するのを妨げられる。例えば、絞りデバイス６６８は、方向転換された合焦ビーム６１６の一部は完全にブロックされるが方向転換された測定ビーム６５４の一部はブロックされないように、適切なサイズを有するピンホールであってもよい。絞りデバイス６６８は、後述するようなビーム整形要素とともに用いられてもよい。図６に示されるように、絞りデバイス６６８は、レンズ６６６及び６６９の焦点面又はその付近に設けられる。もっとも、絞りデバイス６６８は、そうではなく、基板６８０からディテクタ６７８へ向かう放射の経路内で部分反射性光学素子６６７とディテクタ６７８との間の任意の適当な箇所に設けられてもよい。一実施形態においては、絞りデバイス６６８は、中間像面又はそれと光学的に共役な平面に、あるいはその付近に、位置している。

[00120] 戻って図６を参照すると、一実施形態において、合焦ビーム６１２は、例えば、絞りデバイス（例えば図８Ａに図示されるような開口部を有し、例えば入力６３８と要素６６０との間、例えば６４６の位置に、６４０と６６０との間の追加的なリレーを備えて配置された絞りデバイス）を使用すること、上述したようなマルチコアファイバもしくはファイバ束９００を用いて第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に共役な平面のビーム整形要素６４２）を用いることによって、（例えば図９Ａ又は図１１Ａに示されるような）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、絞りデバイス（例えば図８Ｂ，８Ｃ，又は８Ｄに図示されるような開口部を有する絞りデバイス６６８）を使用すること、マルチコアファイバ９００もしくはファイバ束９００を用いて第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との間に配置された）ビーム整形要素を用いることによって、（例えば図９Ｂ〜９Ｄ又は図１１Ｂに示されるような）オフアクシス照明形状を有する。その結果、合焦ビーム６１２及び測定ビーム６５２は、例えば図１２Ａ〜１２Ｄの照明形状の１つに示されるような空間的に分離された照明形状を集合的に形成し得る。

[00121] 同様に、この実施形態において、方向転換された合焦ビーム６１４の一部及び方向転換された測定ビーム６５６の一部は、例えば図１２Ａ〜１２Ｄの照明形状の１つに示されるような空間的に分離された照明形状を集合的に形成し得る。また、方向転換された合焦ビーム６１４の一部及び方向転換された測定ビーム６５６の一部は、合焦モジュール６１０へ誘導される。方向転換された測定ビーム６５６の一部をブロック又は反射する絞り開口部形状を有する（例えば開口部が例えば図８Ａの形状を有する）適切な第１の絞りデバイス６２４及び第２の絞りデバイス６２６を用いることによって、方向転換された測定ビーム６５６の一部は、合焦モジュール６１０内のディテクタ６２０，６２２に到達するのを妨げられる。絞りデバイス６２４，６２６は、後述するようなビーム整形要素とともに用いられてもよい。

[00122] 更に、方向転換された合焦ビーム６１６の一部及び方向転換された測定ビーム６５４の一部は、同じ空間的に分離された照明形状を集合的に形成し得る。また、方向転換された合焦ビーム６１６の一部及び方向転換された測定ビーム６５４の一部の両方が、測定モジュール６５０へ誘導される。
方向転換された合焦ビーム６１６の一部をブロック又は反射する絞り開口部形状を有する（例えば開口部が例えば図８Ｂ〜Ｄの形状を有する）適切な絞りデバイス６６８を用いることによって、方向転換された合焦ビーム６１６の一部は、測定モジュール６５０内のディテクタ６７８に到達するのを妨げられる。例えば、絞りデバイス６６８は、方向転換された合焦ビーム６１６の一部は完全にブロックされるが方向転換された測定ビーム６５４の一部はブロックされないように、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部であってもよい。絞りデバイス６６８は、後述するようなビーム整形要素とともに用いられてもよい。

[00123] 前述からわかるように、絞りデバイスはビーム経路の他の部分に配置されてもよい。一実施形態においては、合焦モジュール６１０内において又はこの合焦モジュールのために測定ビームの部分をブロックする絞りデバイスは、事実上、要素６４４と入力６３８との間の経路内を除き、要素６６０からディテクタ６２０，６２２までの経路内のどこに配置されてもよい。望ましくは、絞りデバイス６２４及び６２６は、測定放射をブロックするために使用される。なぜならこれらは合焦測定のために用いられるからである。しかしながら、絞りデバイス６２４，６２５のためには、測定ビームをブロックするようには設計されていない絞り開口部を設けるのが望ましいであろう。その場合、ディテクタ６２０，６２２のための測定放射をブロックするべく、更なる絞りデバイスが設けられる。同様に、絞りデバイス６６８以外の追加的な絞りデバイスが用いられてもよいし、同様に、絞りデバイス６６８は、事実上、要素６６７と入力６６２との間の経路内を除き、要素６６０からディテクタ６７８までの経路内のどこに配置されてもよい。

[00124] 一実施形態においては、要素６６０と要素６４４との間の光路内にビーム整形要素６４６が設けられる。したがって、ビーム整形要素６４６は、この実施形態においては、基板６８０への放射の供給の経路内にあり、且つ基板６８０からディテクタ６２０，６２２へ向かう放射の戻りの経路内にある。一実施形態においては、ビーム整形要素６４６は、部分反射性光学素子６４４と反射性光学素子６４８との間にある。また、この実施形態に関しては、合焦ビーム６１２はオフアクシス照明形状を有するであろうが、測定ビーム６５２はオンアクシス形状を有する。前述からわかるように、この構成は逆であってもよい。

[00125] したがって、この実施形態においては、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によって直接もたらされる、又は例えば入力６３８と要素６４６との間の絞りデバイスによってもたらされる、円形形状）を有する。ビーム整形要素６４６はその後、そ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配列）を形成する。よって、合焦ビーム６１２は基板６８０についてはオフアクシス照明形状を有する。また、上述したように、測定ビーム６５２はオンアクシス照明形状を有する。

[00126] 合焦ビーム６１２及び測定ビーム６５２が基板６８０上に入射した後、方向転換された合焦ビーム６１４の一部及び方向転換された測定ビーム６５６の一部は、例えば図１２Ａ〜１２Ｄの照明形状の１つに示されるような空間的に分離された照明形状を集合的に形成し得る。また、方向転換された合焦ビーム６１４の一部及び方向転換された測定ビーム６５６の一部の両方が、合焦モジュール６１０へ誘導され、そこでビーム整形要素６４６が方向転換された合焦ビーム６１４の一部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するとともに、方向転換された測定ビーム６５６の一部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。絞り開口部が図９Ａのものと類似している第１の絞りデバイス６２０及び第２の絞りデバイス６２２を用いることによって、方向転換された測定ビーム６５６の一部は第１及び第２の絞りデバイス６２０，６２２によってディテクタ６２０，６２２に到達するのを妨げられるが、方向転換された合焦ビーム６１４のオンアクシス部分はディテクタ６２０，６２２に到達する。更に、方向転換された合焦ビーム６１６の一部及び方向転換された測定ビーム６５４の一部は、上述したものと同じ空間的に分離された照明形状を集合的に形成し得る。方向転換された合焦ビーム６１６の一部及び方向転換された測定ビーム６５４の一部の両方が、測定モジュール６５０へ誘導される。絞り開口部が図９Ａのものと類似している絞りデバイス６６８を用いることによって、（オフアクシス形状を有する）方向転換された合焦ビーム６１６の一部はディテクタ６７８に到達するのを妨げられるが、方向転換された測定ビーム６５４の一部はディテクタ６７８に到達する。いくつかの実施例においては、絞りデバイス６２０，６２２及び／又は６６８は、適当なスリット又は開口部サイズを備えたピンホールであってもよい。一実施形態においては、追加的又は代替的に、例えば絞りデバイス６６８又はその付近で測定ビームの放射形状を変更するように、要素６６０と要素６６７との間の光路内にビーム整形要素が設けられる。

[00127] 追加的又は代替的には、絞りデバイス６６８が部分反射性光学素子６６７とディテクタ６７８との間（例えば反射性光学素子６７２とレンズ６７４との間）の光路内に設置されるのであれば、第１の入力６３８又は第２の入力６６２のみが、空間的に分離された放射のビームを、合焦ビーム及び測定ビームの両方として同時に提供してもよい。検査装置６００の残りの部分は、同じように構成されてもよいし、又はより単純に構成されてもよい。例えば、第１の入力６３８のみが用いられる場合には入力６６２、レンズ６６４，６６６及び６６７が除去されてもよいし、あるいは、第２の入力６６２のみが用いられる場合には第１の入力６３８、レンズ６４０、開口絞り６４２及び要素６４４が除去されてもよい。一実施形態においては、検査装置６００は、各入力６３８，６６２からの放射から合焦ビームと空間的に分離された測定ビームとの両方を同時に創出するために、ビーム整形要素又は絞りデバイスを備えている。一実施形態においては、入力６３８，６６２は、両方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、その場合、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合焦ビームを提供することができる。そのような一実施形態においては、測定ビーム及び合焦ビームは、比較的容易に異なる光学特性、例えば異なる波長、異なる偏光などを有することができる。例えば、合成ビームの照明形状は、図１２Ａ〜１２Ｄ又は任意の他の適当な形状と同様であってもよく、内側部分が測定ビームで外側部分が合焦ビームであるか、又はその逆である。合成ビームは基板６８０によって方向転換され、上述したように、合焦モジュール６１０及び測定モジュール６５０へ戻るように導かれる。

[00128] 図１３，１４及び１５には、焦点センサシステムの簡略化された光学アーキテクチャの例示的な実施形態を図示する。各システムは、入力フィールド絞り１２００、光モジュール１２１０（例えば図６に示されるような焦点検出分岐のビームスプリッタ６３２を含む）、光モジュール１２２０（例えば図６に示される要素６６０及び対物系６７０を含む）、基板１２３０（ここでは暗いものとして示され、照明されて明るい焦点スポットを有する）、及びディテクタ絞り１２４０を有する。

[00129] 図１３のセンサシステムにおいては、入力フィールド絞り１２００はファイバ束の形をしており、これがデバイスを形成する照明絞りの役割を果たす。図１３のディテクタ絞り１２４０は入力フィールド絞り１２００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、形状は同一でなくてもよい。

[00130] 図１４のセンサシステムにおいては、入力フィールド絞り１２００は、図示される開口部を有するプレートの形であってもよい（が、理解されるとおり、入力フィールド絞り１２００は、ファイバ束、ＳＬＭなどを含む異なる形であってもよく、絞りは異なる形状又はレイアウトであってもよい）。図１４は更に、入力フィールド絞り１２００に従って整形された放射を受けるように近瞳空間（near pupil space）（例えば図６の位置６４６）に位置決めされたビーム整形光学素子１２５０を備えている。図１４は、アキシコンレンズをビーム整形光学素子１２５０としたときの基板における例示的な出力照明形状（図１４の基板１２３０上に示される照明形状）、２つのくさびをビーム整形光学素子１２５０としたときの基板における例示的な出力照明形状（図１４の基板１２３２上に示される照明形状）、及びピラミッド形プリズムをビーム整形光学素子１２５０としたときの基板における例示的な出力照明形状（図１４の基板１２３４上に示される照明形状）を示している。図１４に見られるように、基板における照明形状は、変換されてディテクタ絞り１２４０の入力照明形状に戻る。したがって、入力及び出力照明形状は、たとえ基板における中間照明形状が異なり得るとしても、本質的に同じままである。図１４のディテクタ絞り１２４０は入力フィールド絞り１２００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、形状は同一でなくてもよい。

[00131] 図１５のセンサシステムにおいては、入力フィールド絞り１２００は、図示される開口部を有するプレートの形であってもよい（が、理解されるとおり、入力フィールド絞り１２００は、ファイバ束、ＳＬＭなどを含む異なる形であってもよく、絞りは異なる形状又はレイアウトであってもよい）。図１５は更に、入力フィールド絞り１２００に従って整形された放射を受けるようにビームがコリメートされない空間（例えば図６の位置６４９の前）に位置決めされたビーム整形光学素子１２６０を備えている。この例においては、ビーム整形光学素子１２６０は１対のアキシコン又はプリズムを備えており、そのうち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１２７０である。図１５は、１対のアキシコンレンズをビーム整形光学素子１２６０としたときの基板における例示的な出力照明形状（図１４の基板１２３０上に示される照明形状）を示している。図１５に見られるように、基板における照明形状は、変換されてディテクタ絞り１２４０の入力照明形状に戻る。したがって、入力及び出力照明形状は、たとえ基板における中間照明形状が異なり得るとしても、本質的に同じままである。図１５のディテクタ絞り１２４０は入力フィールド絞り１２００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、形状は同一でなくてもよい。有利なことには、この実施形態において、ビーム整形光学素子１２６０は、方向１２７０でアキシコン間又はプリズム間の距離を変更するだけで、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方向位置など）を変更する能力を有する。

[00132] 一実施形態においては、第１の入力６３８及び第２の入力６６２はいずれもレーザ源である。一実施形態においては、レーザ源によって出射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。

[00133] 一実施形態においては、検査ビームを基板の表面上に誘導するように構成された検査光学系であって、対物系を備える検査光学系と、基板によって方向転換された焦点測定ビームを対物系から受けるように構成された焦点測定光学系であって、焦点測定ビームを受けるように構成された可動反射要素を備える焦点測定光学系と、反射要素を焦点測定ビームのビーム経路に沿った方向成分によって移動させるように構成されるとともに、焦点測定ビームに基づいて基板表面が対物系の焦点にあるかどうかを判定するように構成された、制御系と、を備える検査装置が提供される。

[00134] 一実施形態においては、制御系は、検査ビームを用いた検査の合焦動作において使用するために、ビーム経路に沿った複数の異なる位置に反射要素を移動させるように構成されており、各位置は検査ビームの異なる光学特性に対応している。一実施形態においては、検査ビームの光学特性は、検査ビームの波長である。一実施形態においては、制御系は、基板表面での焦点オフセットを誘発するために、検査ビームを用いた検査の合焦動作で使用されるビーム経路に沿った位置に反射要素を移動させるように構成されている。一実施形態においては、制御系は、検査ビームを用いた検査の合焦動作において使用するために反射要素が移動されるビーム経路に沿った位置を判定するべく、較正を実施させるように構成されており、較正は、焦点測定光学系に基板が対物系の焦点にあると判定させるように合焦動作を引き起こすことと、基板が対物系の焦点にある間に、基板によって方向転換された検査ビームの光学パラメータが特定の条件を満たすまで反射要素を移動させることと、を含み、ここで位置は、検査ビームが特定の条件を満たす点における反射要素の位置に対応する。一実施形態においては、光学パラメータはコントラストである。一実施形態においては、合焦動作は、対物系と基板との間で相対移動を引き起こすことを含む。一実施形態においては、較正は、検査ビームの光学特性の複数の異なる値の各々について実施される。一実施形態においては、検査ビームの光学特性の異なる値は、検査ビームの異なる波長値である。一実施形態においては、焦点測定光学系はレンズを備え、このレンズは光パワーを有し、反射要素はレンズの焦点にある。一実施形態においては、レンズはコリメートされた焦点測定ビームを受ける。一実施形態においては、検査装置は更に、基板から焦点測定ビームを受けてこの焦点測定ビームを反射要素の方に誘導するように構成された偏光ビームスプリッタと、ビーム経路内でビームスプリッタと反射要素との間に配置され、焦点測定ビームの偏光を変更するように構成された偏光要素とを備える。一実施形態においては、反射要素は、反射要素と一緒に移動可能なフィールド絞りを備える。

[00135] 一実施形態においては、対物系を用いて基板の表面上に検査ビームを誘導することと、基板によって方向転換された、対物系から焦点測定光学系内への焦点測定ビームを受けることと、焦点測定光学系の反射要素を焦点測定ビームのビーム経路に沿った方向成分によって移動させ、その可動反射要素が焦点測定ビームを受けることと、焦点測定ビームに基づいて基板表面が対物系の焦点にあるかどうかを判定することと、を含む方法が提供される。

[00136] 一実施形態においては、この方法は更に、検査ビームを用いた検査の合焦動作において使用するために、ビーム経路に沿った複数の異なる位置に反射要素を移動させることを含み、各位置は検査ビームの異なる光学特性に対応している。一実施形態においては、検査ビームの光学特性は、検査ビームの波長である。一実施形態においては、この方法は、基板表面での焦点オフセットを誘発するために、検査ビームを用いた検査の合焦動作で使用されるビーム経路に沿った位置に反射要素を移動させることを含む。一実施形態においては、この方法は更に、検査ビームを用いた検査の合焦動作において使用するために反射要素が移動されるビーム経路に沿った位置を判定するべく、較正を実施させることを含み、較正は、焦点測定光学系に基板が対物系の焦点にあると判定させるように合焦動作を引き起こすことと、基板が対物系の焦点にある間に、基板によって方向転換された検査ビームの光学パラメータが特定の条件を満たすまで反射要素を移動させることと、を含み、ここで位置は、検査ビームが特定の条件を満たす点における反射要素の位置に対応する。一実施形態においては、光学パラメータはコントラストである。一実施形態においては、合焦動作は、対物系と基板との間で相対移動を引き起こすことを含む。一実施形態においては、較正は、検査ビームの光学特性の複数の異なる値の各々について実施される。一実施形態においては、検査ビームの光学特性の異なる値は、検査ビームの異なる波長値である。一実施形態においては、この方法は、光パワーを有するレンズを用いて焦点測定ビームを反射要素に合焦させることを含み、反射要素はレンズの焦点にある。一実施形態においては、レンズはコリメートされた焦点測定ビームを受ける。一実施形態においては、この方法は更に、偏光ビームスプリッタにおいて基板から焦点測定ビームを受けること、及びこの焦点測定ビームを偏光ビームスプリッタから反射要素の方に誘導すること、そして、ビーム経路内でビームスプリッタと反射要素との間に配置された偏光要素を用いて焦点測定ビームの偏光を変更することを含む。一実施形態においては、反射要素は、反射要素と一緒に移動可能なフィールド絞りを備える。

[00137] 本明細書においては、例えば重なった周期構造の相対位置を回折次数の強度から測定する回折ベースの計測に関して、実施形態を説明してきた。しかしながら、本明細書の実施形態は、必要な場合には適切な修正を伴って、例えば、層１のターゲット１から層２のターゲット２までの相対位置をターゲットの高品質な画像を用いて測定する、画像ベースの計測に適用されてもよい。通常は、これらのターゲットは、周期構造又は「ボックス」（ボックスインボックス（ＢｉＢ））である。

[00138] 計測及び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、実施形態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適用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。

[00139] 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もしくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。

[00140] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのいずれか一つ、又はその組み合わせを指すことができる。

[00141] 特定の実施形態の前述の説明は、本発明の全体的性質を十分に明らかにしているので、当技術分野の知識を適用することにより、過度の実験をせず、本発明の全体的な概念から逸脱することなく、このような特定の実施形態を容易に変更及び／又はこれを様々な用途に適応させることができる。したがって、このような適応及び変更は、本明細書に提示された教示及び案内に基づき、開示された実施形態の同等物の意味及び範囲に入るものとする。本明細書における表現又は用語は限定でなく例示による記載のためのものであるので、本明細書の表現又は用語は、当業者によって教示及び案内の観点から解釈されるべきであることは理解されよう。

[00142] 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 (18)

1. 検査ビームを基板の表面上に誘導するように構成され、対物系を有する検査光学系と、
   前記基板によって方向転換された焦点測定ビームを前記対物系から受けるように構成された焦点測定光学系であって、前記焦点測定ビームを受けるように構成された可動反射要素を有する、焦点測定光学系と、
   前記反射要素を前記焦点測定ビームのビーム経路に沿った方向成分によって移動させるように構成されるとともに、前記焦点測定ビームに基づいて前記基板表面が前記対物系の焦点にあるかどうかを判定するように構成された制御系と、を備え、
   前記制御系は、前記検査ビームを用いた検査の合焦動作において使用するために、前記ビーム経路に沿った複数の異なる位置に前記反射要素を移動させるように構成されており、
   前記位置の各々は、前記検査ビームの異なる波長に対応している、検査装置。
2. 前記制御系は、前記基板表面での焦点オフセットを誘発するために、前記検査ビームを用いた検査の合焦動作で使用される前記ビーム経路に沿った位置に前記反射要素を移動させるように構成されている、請求項１に記載の検査装置。
3. 前記制御系は、前記検査ビームを用いた検査の合焦動作において使用するために前記反射要素が移動される前記ビーム経路に沿った位置を判定するべく、較正を実施させるように構成されており、
   前記較正は、前記焦点測定光学系に前記基板が前記対物系の焦点にあると判定させるように合焦動作を引き起こすことと、前記基板が前記対物系の焦点にある間に、前記基板によって方向転換された前記検査ビームのコントラストが最大コントラストとなるまで前記反射要素を移動させることと、を含み、
   前記位置は、前記検査ビームの前記コントラストが前記最大コントラストとなる点における前記反射要素の位置に対応する、請求項１又は２に記載の検査装置。
4. 前記合焦動作は、前記対物系と前記基板との間で相対移動を引き起こすことを含む、請求項３に記載の検査装置。
5. 前記較正は、前記検査ビームの複数の異なる波長値の各々について実施される、請求項３又は４に記載の検査装置。
6. 前記焦点測定光学系は、レンズを備え、
   前記レンズは、光パワーを有し、
   前記反射要素は、前記レンズの焦点にある、請求項１から５の何れか一項に記載の検査装置。
7. 前記レンズは、コリメートされた焦点測定ビームを受ける、請求項６に記載の検査装置。
8. 前記基板から前記焦点測定ビームを受けて前記焦点測定ビームを前記反射要素の方に誘導するように構成された偏光ビームスプリッタと、
   前記ビーム経路内で前記ビームスプリッタと前記反射要素との間に配置され、前記焦点測定ビームの偏光を変更するように構成された偏光要素と、
   を更に備える、請求項１から７の何れか一項に記載の検査装置。
9. 前記反射要素は、前記反射要素と一緒に移動可能なフィールド絞りを備える、請求項１から８の何れか一項に記載の検査装置。
10. 対物系を用いて基板の表面上に検査ビームを誘導することと、
    前記基板によって方向転換された、前記対物系から焦点測定光学系内への焦点測定ビームを受けることと、
    前記焦点測定光学系の反射要素を前記焦点測定ビームのビーム経路に沿った方向成分によって移動させ、前記可動反射要素が前記焦点測定ビームを受けることと、
    前記焦点測定ビームに基づいて前記基板表面が前記対物系の焦点にあるかどうかを判定することと、
    前記検査ビームを用いた検査の合焦動作において使用するために、前記ビーム経路に沿った複数の異なる位置に前記反射要素を移動させることと、を含み、
    前記位置の各々は、前記検査ビームの異なる波長に対応している、方法。
11. 前記基板表面での焦点オフセットを誘発するために、前記検査ビームを用いた検査の合焦動作で使用される前記ビーム経路に沿った位置に前記反射要素を移動させることを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記検査ビームを用いた検査の合焦動作において使用するために前記反射要素が移動される前記ビーム経路に沿った位置を判定するべく、較正を実施させることを更に含み、
    前記較正は、
    前記焦点測定光学系に前記基板が前記対物系の焦点にあると判定させるように合焦動作を引き起こすことと、
    前記基板が前記対物系の焦点にある間に、前記基板によって方向転換された前記検査ビームのコントラストが最大コントラストとなるまで前記反射要素を移動させることと、を含み、
    前記位置は、前記検査ビームの前記コントラストが前記最大コントラストとなる点における前記反射要素の位置に対応する、請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 前記合焦動作は、前記対物系と前記基板との間で相対移動を引き起こすことを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記較正は、前記検査ビームの複数の異なる波長値の各々について実施される、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 光パワーを有するレンズを用いて前記焦点測定ビームを前記反射要素に合焦させることを含み、
    前記反射要素は、前記レンズの焦点にある、請求項１０から１４の何れか一項に記載の方法。
16. 前記レンズは、コリメートされた焦点測定ビームを受ける、請求項１５に記載の方法。
17. 偏光ビームスプリッタにおいて前記基板から前記焦点測定ビームを受けることと、
    前記焦点測定ビームを前記偏光ビームスプリッタから前記反射要素の方に誘導することと、
    前記ビーム経路内で前記ビームスプリッタと前記反射要素との間に配置された偏光要素を用いて前記焦点測定ビームの偏光を変更することと、
    を更に含む、請求項１０から１６の何れか一項に記載の方法。
18. 前記反射要素は、前記反射要素と一緒に移動可能なフィールド絞りを備える、請求項１０から１７の何れか一項に記載の方法。