JP6921243B2 - 測定方法の性能を予測する方法及び装置、測定方法及び装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本願は、２０１７年５月３１日に出願された欧州特許第１７１７３７８６．９号及び２０１７年１０月３日に出願された欧州特許第１７１９４５５２．０号の優先権を主張するものであり、これらの特許は、参照によりその全体を本明細書に援用される。

[0002] 本開示は、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）用の方法及び装置と、リソグラフィ技術を使用してデバイスを製造する方法とに関する。

[0003] リソグラフィ装置は、基板に、通常は基板のターゲット部分に所望のパターンを付加する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。その際に、代替としてマスク又はレチクルとも称されるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層に形成される回路パターンを発生させることができる。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェハ）のターゲット部分（例えば、１つのダイの一部、又は複数のダイを含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けられた放射感応性材料（レジスト）層への結像による。一般に、単一の基板は、連続的にパターン形成された、隣接したターゲット部分のネットワークを含む。これらのターゲット部分は、通常「フィールド」と呼ばれる。

[0004] リソグラフィプロセスでは、多くの場合、例えば、プロセス制御及び検証を行うために、形成された構造の測定を行うのが好ましい。クリティカルディメンジョン（ＣＤ）を測定するのにしばしば使用される走査電子顕微鏡と、デバイスの２つの層のアライメント精度、オーバーレイを測定する専用ツールとを含む、上記の測定を行う様々なツールが公知である。最近では、様々な形態のスキャトロメータが、リソグラフィ分野で使用するために開発された。これらのデバイスは、ターゲットの対象となる特性を求めることを可能にする回折「スペクトル」を得るために、放射ビームをターゲットに誘導し、散乱線の１つ又は複数の特性、例えば、単一の反射角における波長に応じた強度照度、１つ又は複数の波長における反射角に応じた強度照度、又は反射角に応じた偏光を測定する。

[0005] 同時に、公知の検査技術は、可視又は紫外波帯の放射を使用する。これは、測定できる最小フィーチャを限定し、そのため、この技術は、もはや最新リソグラフィプロセスで作製された最小フィーチャを直接測定することができない。より小さい構造の測定を可能にするために、例えば、ＥＵＶリソグラフィで使用される極紫外（ＥＵＶ）波長と同様のより短い波長の放射を使用することが提案された。そのような波長は、例えば、１〜１００ｎｍ、又は１〜１２５ｎｍの範囲を取ることができる。この波長範囲の一部又はすべては、軟ｘ線（ＳＸＲ）波長とも呼ばれることがある。一部の著者は、例えば、１〜１０ｎｍ又は１〜２０ｎｍの範囲のより狭い波長範囲を指すために、ＳＸＲを使用することがある。本開示において、これらの用語ＳＸＲ及びＥＵＶは、厳然たる区別を含意することなく使用される。例えば、０．１〜１ｎｍの範囲のより硬質のｘ線を使用するメトロロジも考えられる。透過及び／又は反射散乱モードでこれらの波長を使用する透過及び反射メトロロジ技術の例は、公開特許出願である米国特許出願公開第２０１５／３３１３３６Ａ１号に開示されている。透過及び／又は反射散乱モードでこれらの波長を使用するメトロロジ技術及び装置の例は、公開特許出願である米国特許出願公開第２０１６／２８２２８２Ａ１号、米国特許出願公開第２０１７／０４５８２３Ａ１号、及び国際公開第２０１７／０２５３９２Ａ１号と、本件の優先日にまだ公開されていない（現時点で米国特許出願公開第２０１７／１８４９８１Ａ１号として公開されている）国際特許出願番号ＰＣＴ／ＥＰ２０１６／０８００５８号とに記載されている。すべてのこれらの出願の内容は、参照により本明細書に援用される。

[0006] ＳＸＲ放射の簡便な放射源には、レーザからの赤外ポンピング光が、ガス状媒体との相互作用によって、より短い波長の放射に変換される、高調波発生（ＨＨＧ）源がある。ＨＨＧ源は、例えば、KMLabs, Boulder Colorado, USA (http://www.kmlabs.com/)から入手可能である。リソグラフィ用の検査装置での用途に対して、ＨＨＧ源の様々な修正も検討されている。これらの修正の一部は、例えば、本願の優先日に公開されていない、２０１６年１１月１１日付の欧州特許出願第１６１９８３４６．５号に開示されている。他の修正は、同様に本願の優先日にまだ公開されていない（現時点で米国特許出願公開第２０１７／１８４５１１Ａ１号として公開されている）、２０１５年１２月２３日付の欧州特許出願第１５２０２３０１．６号からの優先権を共に主張する米国特許出願第１５／３８８，４６３号及び国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１６／０８０１０３号に開示されている。本件の優先日に公開されていない、２０１６年９月１４日付の欧州特許出願第１６１８８８１６．９号は、検査装置の測定スポットのぼけを最小限にするためのＨＨＧ放射源の波面の補正について記載している。すべてのこれらの出願の内容は、参照により本明細書に援用される。

[0007] 波面測定は、例えば、光源の焦点を特定のスポット径及び形状に合わせる能力を示すために使用することができる。これは、高ＳＸＲ束が、例えば、オーバーレイメトロロジ用の明瞭で限定されたスポットに必要とされる場合に重要な情報である。そのようなパラメータが、迅速に測定できる場合に、その情報は、メトロロジで使用されるＳＸＲビームの適応制御用に、又はメトロロジ測定の結果を改善するために、フィードバックループで使用することができる。

[0008] 極紫外線（ＥＵＶ）及び軟ｘ線の特定の領域での波面の測定は、ほとんどの材料による高い吸収作用と、集束光学部品を製造する困難さとのために難易度が高い。ＥＵＶ波帯での一般的な手法は、開口アレイであるハルトマンセンサを使用して、局所位相勾配を測定することである。Mercere et al., Opt. Lett. 28, 1534 (2003)、Kuenzel et al., Appl. Opt. 54, 4745 (2015)、及び米国特許出願公開第２００４／１９６４５０号に例が記載されている。ＥＵＶで頻繁に使用される別の手法は、位相−シフト点回折干渉法（Naulleau et al., Appl. Opt. 38, 7252 (1999)）と呼ばれる干渉技術である。２つのより新型の非標準技術も説明されている。最初の技術は、スリットを走査することでビームプロファイル全体にわたって測定された単一スリット回折に基づく（Frumker et al., Opt. Lett. 34, 3026 (2009)）。第２の技術は、２つの同一ビーム間の干渉パターンを使用し、横剪断アルゴリズムによって波面を再構築する（Austin et al., Opt. Lett. 36, 1746 (2011)）。

[0009] ＥＵＶ／ＳＸＲメトロロジに対して有望なＨＨＧ源について検討すると、ＨＨＧ源は、本来スペクトルが広帯域であり、非線形の発生プロセスにより、ビームパラメータの変動が生じやすい。高速スペクトル測定は存在するが、高速２Ｄ波面測定は、スペクトル分解なしに行うことしかできない、すなわち、放射源の全スペクトルにわたって統合される。近年の測定は、様々な高調波に対して波面の大きな変動があり得ることを示している。したがって、典型的な測定よりも短時間で、スペクトル分解された２Ｄ波面を測定し、可能な場合に、ＨＨＧ源の特性を安定させるために、ＨＨＧ源に関するフィードバックを行うという要望がある。

[0010] スペクトル分解された波面測定を行うために、最新技術の説明で述べた各技術は、スペクトロメータを追加して組み合わせる必要がある。これは、波面の測定を一次元のみに制限し、その理由は、ＥＵＶスペクトロメータが、スペクトルを記録するのに一空間次元のカメラを必要とするからである。この場合に、スペクトル分解及び２Ｄで波面を測定することは、遅くて煩雑な走査プロセスを必要とする。

[0011] 開口内のカラーフィルタを使用して、波面センサのスペクトル成分を分解する試みがなされた（例えば、米国特許出願公開第２０１６／１０９２９０Ａ１号及び露国特許第２０３６４９１Ｃ１号を参照のこと）。残念なことに、これらの技術は、カラー数に比例してセンサの空間分解能を低くし、カラーフィルタは、ＥＵＶ／ＳＸＲ波長に容易に使用することができない。

[0012] 本発明の目的は、放射源装置、例として、例えば、ＨＨＧ放射源装置を含むＥＵＶ又はＳＸＲ放射源の動作状態の観測及び／又は制御を改善することである。

[0013] 別の態様では、本発明の目的は、２Ｄ空間分解能及びスペクトル分解能を有する波面センサを提供することである。波面センサは、ＥＵＶ及びＳＸＲ波長、或いは任意の波帯での使用に適応することができる。

[0014] 本発明は、第１の態様において、放射ビームを発生させることができる放射源装置を提供し、放射源装置は、
発生した放射ビームに交差する位置アレイでの波面の傾斜を少なくとも断続的に測定する波面センサと、
測定した波面の傾斜に少なくとも部分的に基づいて、放射源装置の動作状態を求めるプロセッサと、
を含み、
上記波面センサは、上記アレイ内の各位置に分散要素を設けられ、スペクトル分解を用いて、上記アレイ内の各位置での波面傾斜を測定するように構成される。

[0015] 本発明は、検査放射をターゲット構造に送出する照明系と、ターゲット構造と相互作用した後の上記検査放射を検出する検出系とを含む検査装置をさらに提供し、照明系は、上記の本発明の第１の態様による放射源装置を含む。

[0016] 本発明は、放射源装置の動作状態を観測する方法をさらに提供し、方法は、上記放射源装置によって発生した放射ビームに交差する位置アレイでの波面の傾斜を少なくとも断続的に測定することと、測定した波面傾斜に少なくとも部分的に基づいて、放射源装置の動作状態を求めることとを含み、波面傾斜は、上記アレイ内の各位置で、スペクトル分解を用いて測定される。

[0017] この方法では、公知の波面センサで得られないスペクトル分解と空間分解との組み合わせを得ることができる。波面傾斜をスペクトル分解を用いて測定することには、例えば、各複数のスペクトル成分に対して波面傾斜を測定することを含むことができる。実施形態では、同じ複数のスペクトル成分は、完全にスペクトル的に、且つ空間的に分解された波面情報を得るために、アレイ内の各位置で測定することができると想定される。しかし、本開示の原理に基づく他の実施例も想定することができる。本開示は、異なる複数のスペクトル成分に対する斜面傾斜が、位置アレイの様々な位置で測定される実施例を排除しない。本開示は、別の位置アレイが設けられ、例えば、本発明の位置アレイと混在し、別の位置アレイにおいて、波面傾斜が、任意のスペクトル分解を用いることなく、従来の態様で検出される実施例を排除しない。

[0018] 本発明は、１つ又は複数のスペクトル成分の波面傾斜に基づいて、プロセッサによって求められた動作状態に少なくとも部分的に応じて、方法の少なくとも１つの動作パラメータを自動で調整することをさらに含むことで、放射源装置を制御する方法をさらに提供する。

本発明は、リソグラフィプロセスによって基板上に形成された構造を検査する方法をさらに提供し、その方法は、
上記の本発明による方法によって制御される高調波発生により生成された検査放射でターゲット構造を照明することと、
上記検査放射のうちのターゲット構造と相互作用した後の部分を検出することと、
を含む。

[0019] 検査方法は、上記検査放射の検出した部分に少なくとも部分的に基づいて、ターゲット構造の特性を求めることをさらに含むことができる。

[0020] 検査方法は、ターゲット構造の求めた特性に少なくとも部分的に基づいて、リソグラフィプロセスの少なくとも１つの性能パラメータを求めることをさらに含むことができる。

[0021] 本発明は、デバイスを製造する方法をさらに提供し、その方法は、リソグラフィプロセスステップを含み、上記リソグラフィプロセスステップを実施する前、又は後に、上記の本発明による検査方法によって、基板上の１つ又は複数のターゲット構造の特性を求め、基板及び／又は次の基板を処理するために、求めた特性を使用して、リソグラフィプロセスステップのパラメータを調整する。

[0022] 本発明は、上記の本発明による放射源装置の処理及び／又は制御をプロセッサに実施させる機械可読命令を含むコンピュータプログラム製品をさらに提供する。機械可読命令は、非一時的記憶媒体に組み入れることができる。

[0023] さらなる独立した態様では、本発明は、放射ビームに交差する位置アレイでの波面の傾斜を測定する波面センサをさらに提供し、上記波面センサは、上記アレイ内の各位置に分散要素を設けられ、スペクトル分解を用いて、上記アレイ内の各位置での波面傾斜を測定するように構成される。

[0024] そのような波面センサを使用して、上記の放射源装置の状態を観測することができるし、又は波面センサを使用して、任意の所望の目的に使用することもできる。波面センサは、ＥＵＶ放射、又は任意の他の波帯の放射との併用に適応することができる。

[0025] 本発明の任意の態様では、位置アレイは、１つ又は複数の空間ベクトルによって規定することができ、各分散要素の分散の方向は、上記空間ベクトルのいずれとも平行ではない。これは、アレイの様々な位置によるスペクトル成分間の干渉なしに、所望の空間分解が達成されるのを可能にする。

[0026] 位置アレイは、２つ以上のサブセットに分割することができ、各サブセットの分散要素は、分散の方向が異なる。これは、空間分解能がさらに高くなり、且つ／又はアレイの様々な位置のスペクトル成分がさらに分離されるのを可能にする。

[0027] さらなる特徴及び利点、さらには、様々な実施形態の構造及び動作が、添付図面を参照して下記に詳細に説明される。なお、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。そのような実施形態は、例示のみを目的として本明細書に提示される。さらなる実施形態が、本明細書に記載された教示から当業者に明らかになるであろう。

[0028] 実施形態が、例としてのみ、添付の図面を参照して以下に説明される。

半導体デバイス用の製造設備を形成し、本発明の実施形態による検査装置を含むメトロロジ装置を含む他の装置と共にリソグラフィ装置を示している。 放射源装置と本発明を適用することができる波面センサとを含む検査装置の第１の実施形態のコンポーネントの構成を概略的に示している。 例示的な放射源装置での第１の放射とＨＨＧ媒体との間の相互作用領域を示している。 ＨＨＧ放射源装置で起こり得る動作状態のいくつかの例示的な偏移を示している。 スペクトル分解のない公知のハルトマンタイプの波面センサの動作原理を示している。 スペクトル分解のない公知のシャックハルトマンタイプの波面センサの動作原理を示している。 本開示の実施形態による修正ハルトマン波面センサで使用する、分散要素を含む開口アレイの顕微鏡写真である。 図７のアレイ内に２つのサブセット（ａ）、（ｂ）の分散要素を含む開口の拡大詳細図を示している。 図７、８に示す開口アレイを使用して、修正ハルトマン波面センサ内に取り込んだ回折像を示している。 図９の回折像の一部分の拡大詳細図を示しており、アレイ内の１つの位置における複数のスペクトル成分に対する波面傾斜の計算を示している。 図９に示す回折像から再構築した９つのスペクトル成分に対する波面を示している。 （ａ）波面傾斜がゼロの単一波長に対する波面センサのジオメトリと、（ｂ）波面傾斜がゼロでない単一波長に対する波面センサのジオメトリと、（ｃ）波面傾斜がゼロでなく、センサ内のコンポーネントのアライメントがずれた単一波長に対する波面センサのジオメトリとを示している。 例示的なＨＨＧ放射源に対する波面傾斜の測定結果を示している。 連続スペクトルを含む放射に対する波面測定に使用できる３つの２次元開口格子（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を示している。 連続スペクトルを有する放射に対する波面の測定原理を示している。 図１４、１５の原理に基づいて波面傾斜を求めるための例示的な手順を示している。 本開示の例示的な実施形態による図２の検査装置内のセンサ信号及びフィードバック制御信号の流れを概略的に示している。 図１の検査装置によって行われる測定を使用して、メトロロジ法及び／又はリソグラフィ製造プロセスの性能を制御する方法を示す流れ図である。

[0029] 本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明の実施形態を実施できる例示的環境を提示することは有益である。

[0030] 図１は、リソグラフィ大量製造プロセスを実施する製造設備の一部として、リソグラフィ装置ＬＡを１００で示している。この例では、製造プロセスは、半導体ウェハなどの基板上での半導体製品（集積回路）の製造に適している。当業者には、このプロセスの変形型で様々なタイプの基板を処理することで、多岐にわたる製品を製造できると分かるであろう。今日、莫大な商業的価値がある半導体製品の製造は、単なる例として使用される。

[0031] リソグラフィ装置（又は、略して「リソツール」１００）内において、測定ステーションＭＥＡは１０２で示され、露光ステーションＥＸＰは１０４で示されている。制御ユニットＬＡＣＵは１０６で示されている。この例では、各基板は、測定ステーションと、適用されるパターンを有する露光ステーションに滞在する。光学リソグラフィ装置では、例えば、調整された放射線及び投影システムを使用して、製品パターンをパターニングデバイスＭＡから基板に転写するために、投影システムが使用される。これは、放射線感応性レジスト材料の層にパターン像を形成することで行われる。

[0032] 本明細書で使用される「投影システム」という用語は、露光放射を使用するのに適した、又は液浸液の使用若しくは真空の使用などの他の要素に適した、屈折式、反射式、反射屈折式、磁気式、電磁式、及び静電式光学系、又はそれらの任意の組み合わせを含む任意のタイプの投影システムを包含すると広く解釈すべきである。パターニングＭＡデバイスはマスク又はレチクルとすることができ、パターン又はレチクルは、パターニングデバイスによって透過又は反射される放射ビームにパターンを付与する。公知の動作モードとして、ステッピングモード及び走査モードがある。公知のように、投影システムは、基板及びパターニングデバイス用のサポート及び位置決めシステムと様々な方法で協同して、基板全体にわたる多数のターゲット部分に所望のパターンを付加することができる。プログラマブルパターニングデバイスは、固定パターンを有するレチクルの代わりに使用することができる。放射には、例えば、深紫外線（ＤＵＶ）又は極紫外線（ＥＵＶ）周波帯の電磁放射があり得る。本開示は、他のタイプのリソグラフィプロセス、例えば、電子ビームによる、例えば、インプリントリソグラフィ及びダイレクトライティングリソグラフィにも適用可能である。

[0033] リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵは、装置に基板Ｗ及びレチクルＭＡを受け入れさせ、パターン形成処理を実施させるために、様々なアクチュエータ及びセンサのすべての動作及び測定を制御する。ＬＡＣＵには、装置の動作に関連する所望の計算を実施する信号処理及びデータ処理能力もある。実際に、制御ユニットＬＡＣＵは、それぞれがリアルタイムのデータ取得、処理、及び装置内のサブシステム又はコンポーネントの制御を取り扱う多数のサブユニットからなるシステムとして具現化される。

[0034] 基板は、様々な予備ステップが実施できるように、露光ステーションＥＸＰでパターンが基板に付加される前に、測定ステーションＭＥＡで処理される。予備ステップは、高さセンサを使用して、基板の面高さをマッピングすること、及びアライメントセンサを使用して、基板のアライメントマークの位置を測定することを含むことができる。アライメントマークは、通常、規則的な格子パターンに配置される。しかし、マークを形成する際の不正確さにより、さらに、基板の処理全体を通して発生する基板の変形により、マークは理想的な格子から外れる。このため、装置が、製品フィーチャをきわめて高い精度で正確な位置にプリントする場合に、基板の位置及び向きを測定することに加えて、実際上、アライメントセンサが、基板領域全体にわたって、多数のマークの位置を詳細に測定しなければならない。

[0035] リソグラフィ装置ＬＡは、制御ユニットＬＡＣＵによって制御される位置決めシステムをそれぞれが含む２つの基板テーブルを有する、いわゆる２段タイプとすることができる。一方の基板テーブルに載った１つの基板は、露光ステーションＥＸＰで露光され、別の基板は、様々な予備ステップを実施できるように、測定ステーションＭＥＡで他方の基板テーブルに載せることができる。したがって、アライメントマークの測定は非常に時間がかかり、２つの基板テーブルを設けることで、装置のスループットの大幅な向上が可能になる。基板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、位置センサＩＦが、基板テーブルの位置を測定できない場合に、両方のステーションで基板テーブルの位置を探知するのを可能にする第２の位置センサを設けることができる。リソグラフィ装置ＬＡが、２つの基板テーブルを有する、いわゆる２段タイプである場合に、露光ステーション及び測定ステーションは、基板テーブルを交換することができる別の位置とすることができる。しかし、これは、単なる１つの可能な構成に過ぎず、測定ステーション及び露光ステーションはそのように別個である必要はない。例えば、単一の基板テーブルを有することは周知であり、測定台は、予備露光測定段階時に一時的に単一の基板テーブルに連結される。本開示は、どちらのタイプのシステムにも限定されない。

[0036] 製造設備内で、装置１００は、装置１００でパターンを形成するために、感光性レジスト及び他の被覆を基板Ｗに塗布する被覆装置１０８も収容する「リソセル」又は「リソクラスタ」の一部を形成する。装置１００の出力側には、露光されたパターンを現像して物理レジストパターンにするために、焼成装置１１０及び現像装置１１２が設けられている。これらの全装置間で、基板ハンドリングシステムは、基板の支持と、１つの装置から次の装置への基板の移送とを引き受ける。しばしば一括してトラックと称されるこれらの装置は、トラック制御ユニットの制御下にあり、トラック制御ユニットは、それ自体、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はまた、リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵを通してリソグラフィ装置を制御する。こうして、様々な装置は、スループット及び処理効率を最大限にするように動作することができる。監視制御システムＳＣＳは、各パターン付き基板を形成するために実施されるステップの定義をより詳細に規定したレシピ情報Ｒを受け取る。

[0037] パターンがリソセルにおいて付加され、現像されると、パターン付き基板１２０は、１２２、１２４、及び１２６などで示す他の処理装置に移送される。典型的な製造設備の様々な装置によって、様々な処理ステップが実施される。例として、この実施形態の装置１２２は、エッチングステーションであり、装置１２４は、エッチング後のアニールステップを行う。さらなる物理的及び／又は化学的処理ステップがさらなる装置１２６などに適用される。材料の堆積、表面材料特性の改質（酸化、ドーピング、イオン注入など）、化学機械研磨（ＣＭＰ）などの様々なタイプの処理が、実際のデバイスを作製するために必要とされ得る。装置１２６は、実際上、１つ又は複数の装置で実施される一連の様々な処理ステップを表すことができる。

[0038] 公知のように、半導体デバイスの製造は、基板の層ごとに適切な材料及びパターンを用いてデバイス構造を構築するために、そのような処理を多数繰り返すことを必要とする。相応して、リソクラスタに到達した基板１３０は、新たに用意された基板とすることができ、又は基板１３０は、このクラスタで、又は全く別の装置ですでに処理された基板とすることができる。同様に、必要とされる処理に応じて、基板１３２は、装置１２６から出ると、次のパターン形成処理のために同じリソクラスタに戻すことができ、又はパターン形成処理のために、行き先を異なるクラスタにすることができ、又はダイシング及びパッケージ化のために送られる完成品とすることができる。

[0039] 製品構造の各層は、プロセスステップの異なるセットを必要とし、各層で使用される装置１２６は、タイプが完全に異なることがある。さらに、装置１２６によって適用される処理ステップが名目上同じである場合でさえ、大型設備において、様々な基板に対してステップ１２８を実施するために、並行して動作するいくつかの同一と考えられる機械があり得る。これらの機械間の構成又は欠点の小さな相違は、この小さな相違が、様々な基板に異なる形で影響を及ぼすことを意味し得る。エッチング（装置１２２）などの比較的各層に共通であるステップでさえ、名目上同一であるが、スループットを最大化するために並行して動作するいくつかのエッチング装置によって実施されることがある。実際上、さらに、様々な層は、エッチングされる材料の細部と、例えば、異方性エッチングなどの特別な要件とに応じて、様々なエッチングプロセス、例えば、化学エッチング、プラズマエッチングを必要とする。

[0040] 上記のように、前の、及び／又は次のプロセスは、他のリソグラフィ装置で実施することができ、様々なタイプのリソグラフィ装置で実施することさえできる。例えば、解像度及びオーバーレイなどのパラメータに関して要求がきわめて厳しい一部の層は、デバイス製造プロセスにおいて、要求があまり厳しくない他の層よりも高度なリソグラフィツールで実施することができる。したがって、一部の層は、液浸タイプのリソグラフィツールで露光することができ、一方、他の層は、「ドライ」ツールで露光される。一部の層は、ＤＵＶ波長で動作するツールで露光することができ、一方、他の層は、ＥＵＶ波長の放射線を使用して露光される。

[0041] リソグラフィ装置によって露光される基板が、正確且つ一貫的に露光されるために、露光された基板を検査して、基板層間のオーバーレイエラー、線太さ、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）などの特性を測定するのが望ましい。相応して、リソセルＬＣが配置された製造設備は、メトロロジシステムＭＥＴも含み、メトロロジシステムＭＥＴは、リソセルで処理された基板Ｗの一部又はすべてを受け入れる。メトロロジの結果は、監視制御システム（ＳＣＳ）１３８に直接的に、又は間接的に供給される。エラーが検出されると、特に、同じバッチの他の基板がそれでも露光される程度にすぐに、且つ素早くメトロロジを行うことができる場合に、次の基板の露光を調整することができる。また、すでに露光された基板は、歩留まりを改善するために剥がして再処理するか、又は廃棄することができ、それにより、欠陥があると分かっている基板に対するさらなる処理の実施を回避する。基板の一部のターゲット部分だけに欠陥がある場合に、良好であるターゲット部分に対してだけ、さらなる露光を実施することができる。

[0042] 製造プロセスの所望の段階で、製品のパラメータの測定をするために設けられたメトロロジ装置１４０も図１に示されている。最新のリソグラフィ製造設備のメトロロジ装置の一般的な例には、スキャトロメータ、例えば、角度分解スキャトロメータ又は分光スキャトロメータがあり、このスキャトロメータは、装置１２２でエッチングを行う前に、１２０の現像された基板の特性を測定するのに使用することができる。メトロロジ装置１４０を使用して、例えば、オーバーレイ又はクリティカルディメンジョン（ＣＤ）などの重要な性能パラメータが、現像されたレジストにおいて特定の精度要件を満たしていないことを明らかにすることができる。エッチングステップの前に、現像されたレジストを剥がし、リソクラスタによって基板１２０を再処理する機会が存在する。やはり公知のように、装置１４０からのメトロロジの結果１４２を使用して、リソクラスタでのパターン形成処理の高精度な性能を維持し、監視制御システムＳＣＳ及び／又は制御ユニットＬＡＣＵ１０６によって、長期にわたる小調整を行い、それにより、製品が仕様から外れる、及び再処理を必要とするリスクを最小限にすることができる。当然のことながら、メトロロジ装置１４０及び／又は他のメトロロジ装置（図示せず）は、処理済み基板１３２、１３４及び投入基板１３０の特性を測定するのに適用することができる。

[0043] メトロロジ装置１４０は、必要に応じて、複合メトロロジシステムを構築することができる。最新のリソグラフィ製造設備のメトロロジ装置の一般的な例には、スキャトロメータ、例えば、角度分解スキャトロメータ又は分光スキャトロメータがあり、このスキャトロメータは、通常、装置１２２でエッチングを行う前に、現像された基板の特性を１２０で測定するのに使用することができる。

[0044] リソグラフィ製造技術の各世代（通常、技術「ノード」と呼ばれる）は、ＣＤなどの性能パラメータに対して厳密な仕様を有する。メトロロジにおける主要な問題の１つは、製品内のフィーチャのサイズがますます小さくなり、このより小さいフィーチャサイズは、メトロロジターゲットの構造にも反映されるべきである。相応して、メトロロジ装置１４０は、従来の可視又は紫外波長よりも短い波長の放射と共に動作するように設計された検査装置を含むことができる。特定の例として、１〜１０ｎｍ又は１〜２０ｎｍの範囲の波長を有する軟ｘ線（ＳＸＲ）放射を使用することができるし、又は、より一般的には、１〜１００ｎｍの範囲の波長を有する極紫外ＥＵＶ放射を使用することもできる。

[0045] あらゆる用途に対して単一の検査装置を利用するのではなくて、実際上、様々な検査装置を使用することができる。複合メトロロジシステムは、様々な波長で機能するスキャトロメータと、その他のタイプの検査装置とを含むことができるので、所与のターゲット構造に対して対象となる１つ又は複数のパラメータのより良好な全測定値を得るために、複合メトロロジシステム内で複数の種類の測定を行うことができる。

[0046] 複合メトロロジシステム内の各検査装置は、特定の特性の放射用の特定の照明系を有することができる。組み合わせることができる装置のタイプのより詳細な例は、上記に説明した、係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１６／０８００５８号に提示されている。本開示において、メトロロジ装置１４０は、１００ｎｍよりも短い波帯の軟ｘ線（ＳＸＲ又はＥＵＶ）放射を使用する検査装置と想定される。このＳＸＲ検査装置は、複合メトロロジシステム内の検査装置の１つとして使用することができるが、必要に応じて、単独で使用することもできる。

[0047] 図２は、単なる例として、斜入射でＥＵＶ／ＳＸＲ放射を使用する分光スキャトロメータを含む検査装置３０２の概略的な物理構成を示している。検査装置の代替の形態は、より長い波長で動作する従来のスキャトロメータと同様に垂直又は垂直に近い入射で放射を使用する角度分解スキャトロメータの形態で設けることができる。検査装置３０２は、放射源３１０、照明系３１２、基板サポート３１６、検出系３１８、及びメトロロジ処理ユニット（ＭＰＵ）３２０を含む。この例では、放射源３１０は、高調波発生（ＨＨＧ）技術に基づくＥＵＶ又は軟ｘ線放射の発生機を含む。そのような放射源は、例えば、KMLabs, Boulder Colorado, USA (http://www.kmlabs.com/)から入手可能である。放射源の主コンポーネントは、駆動レーザ３３０及びＨＨＧガスセル３３２である。ガス供給部３３４は、適切なガスをガスセルに供給し、ガスは、任意選択で、電源３３６によってイオン化される。駆動レーザは、例えば、光増幅器を有するファイバ型レーザとすることができ、必要に応じて、最大で数メガヘルツのパルス繰返し数で、パルス当たり１ｎｓ（１ナノ秒）未満だけ持続できるパルス状の赤外放射を発生させる。赤外放射の波長は、例えば、１μｍ（１ミクロン）近辺とすることができる。レーザパルスは、第１の放射ビーム３４０としてＨＨＧガスセル３３２に送られ、ガス中で、放射の一部分は、第１の放射よりも高い周波数に変換されて、１つ又は複数の所望の波長のコヒーレントの第２の放射を含むビーム３４２になる。

[0048] 第２の放射は複数の波長を含むことができる。放射が単色の場合に、測定計算（例えば、再現）は簡単化することができるが、ＨＨＧを用いて複数の波長を有する放射を発生させることはより容易である。ガスセル３３２内のガス量はＨＨＧ空間を画定するが、空間は完全に閉じられる必要はなく、静的体積の代わりにガス流を使用することができる。ガスは、例えば、ネオン（Ｎｅ）又はアルゴン（Ａｒ）などの希ガスとすることができる。Ｎ_２、Ｏ_２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅガスはすべて、単体か、又は混合物かのいずれかで対象となり得る。これらは、設計選択事項であり、同じ装置内で選択可能なオプションとすることさえできる。様々な波長は、例えば、様々な材料からなる構造の像を形成する場合に、様々なコントラストレベルをもたらす。金属構造又はシリコン構造を検査する場合に、例えば、（炭素系）レジストのフィーチャの像を形成するのに、又はそのような様々な材料の汚染を検出するのに使用されるものに合わせて様々な波長を選択することができる。１つ又は複数のフィルタデバイス３４４を設けることができる。例えば、薄膜アルミニウム（Ａｌ）などのフィルタは、基本ＩＲ放射が検査装置内をさらに進むのを遮断するように機能することができる。格子（図示せず）は、ガスセル内で発生したものの中から１つ又は複数の特定の高調波波長を選択するために設けることができる。ビーム路の一部又はすべては、真空環境内に収容することができ、ＳＸＲ放射は、空中を移動するときに吸収されることに留意されたい。放射源３１０及び照明光学系３１２の様々なコンポーネントは、同じ装置内で様々なメトロロジ「レシピ」を実施するように調整可能である。例えば、様々な波長及び／又は偏光を選択可能にすることができる。

[0049] 様々な波長により、検査下の構造の材料に応じて、下側層への所望の侵入レベルをもたらすことができる。最小デバイスフィーチャと最小デバイスフィーチャの中の欠陥とを解像する場合に、短い波長が好ましいと考えられる。例えば、１〜２０ｎｍ又は１〜１０ｎｍの範囲の１つ又は複数の波長を選択することができる。半導体製造において一般的に対象となる材料から反射する場合に、５ｎｍ未満の波長には、臨界角がきわめて小さいという欠点がある。したがって、５ｎｍを超える波長を選択することで、より高い入射角の強い信号が得られる。他方で、検査作業が、特定の材料の存在を検出する、例えば、汚染物を検出するためである場合に、最大で５０ｎｍまでの波長が有用であり得る。

[0050] 放射源３１０から出て、フィルタを通ったビーム３４２は検査チャンバ３５０に入り、検査チャンバでは、対象となる構造を含む基板Ｗが、検査を行うために基板サポート３１６によって保持されている。対象となる構造はＴの符号が付いている。検査チャンバ３５０内の雰囲気は、真空ポンプ３５２によってほぼ真空に維持されるので、ＥＵＶ放射は、雰囲気中で過度の減衰なしに進むことができる。照明系３１２は、放射を集束ビーム３５６に集束させる機能を有し、例えば、上記の国際出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１６／０８００５８号に記載しているように、二次元的に湾曲したミラー、又は一次元的に湾曲した一連のミラーを含むことができる。集束は、対象となる構造上に投射される場合に、直径が１０μｍ未満の円形又は楕円形のスポットＳを得るために行われる。基板サポート３１６は、例えば、Ｘ−Ｙ並進試料台及び回転試料台を含み、基板Ｗの任意の部分は、これらの試料台によって、所望する向きでビームの焦点に運ぶことができる。こうして、放射スポットＳが、対象となる構造上に形成される。

[0051] 反射放射３６０は、検出器３１８によって取り込まれ、ターゲット構造Ｔの特性の計算に使用するために、スペクトルがプロセッサ３２０に供給される。照明系３１２及び検出系３１８は、こうして検査装置を形成する。この検出装置は、米国特許出願公開第２０１６／２８２２８２Ａ１号に記載された種類のＳＸＲ分光反射率計を含むことができる。１つ又は複数の次元の基板の傾斜も得ることができる。

[0052] スポットＳと所望の製品構造とのアライメント及び焦点を合わせる助けとするために、検査装置３０２は、メトロロジプロセッサ３２０の制御下で、補助放射を使用する補助光学部品を設けることもできる。メトロロジプロセッサ３２０は、並進試料台及び回転試料台を動作させる位置コントローラ３７２と通信することもできる。メトロロジプロセッサ３２０は、センサを介して、基板の位置及び向きに関する高精度なフィードバックを受け取る。センサ３７４は、例えば、ピコメートル程度の精度をもたらすことができる干渉計を含むことができる。検査装置３０２の動作時に、検出系３１８によって取り込まれたスペクトルデータ３８２は、メトロロジ処理ユニット３２０送られる。

[0053] 説明したように、検査装置の代替形態は、例えば、回折に基づく非対称性測定を行うために、垂直入射又は垂直に近い入射でＳＸＲ放射を使用する。複合メトロロジシステム内に両方のタイプの検査装置を設けることができる。測定される性能パラメータには、オーバーレイ（ＯＶＬ）、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）、コヒーレント回折イメージング（ＣＤＩ）、及びアット−リゾルーションオーバーレイ（at-resolution overlay、ＡＲＯ）メトロロジがあり得る。ＳＸＲ放射は、例えば、１００ｎｍ未満の波長を有することができて、例えば、５〜３０ｎｍの範囲の放射を使用する。放射は、特性的に狭帯域又は広帯域とすることができる。

[0054] 今日の製造設備で使用される光学スキャトロメータと同様に、検査装置３０２は、リソセル内で処理されたレジスト材料内の構造を測定する（現像後検査又はＡＤＩ（After Develop Inspection）として公知）ために、及び／又は構造が硬質材料で形成された後、構造を測定する（エッチング後検査又はＡＥＩ（After Etch Inspection）として公知）ために使用することができる。例えば、基板は、現像装置１１２、エッチング装置１２２、アニール装置１２４、及び／又は他の装置１２６で処理された後、メトロロジ装置３０２を使用して検査することができる。

[0055] 図３は、高調波発生（ＨＨＧ）源の動作原理を示している。そのような放射源では、高出力フェムト秒パルス状ＩＲレーザ（駆動レーザ３３０）は、第１の放射ビーム３４０を発生させる。図３に実線で概略的に示すように、ビーム３４０は、ＨＨＧ発生空間内の点４０２で合焦している。ノズル４０４は、Ｎｅ、Ａｒ、又は第１の放射と相互作用する他の原子を含むガスジェット４０６を送出する。焦点位置の周囲で第１の放射によって発生した大きな振動電場は、電子をガス原子から移動させる。再結合時に、エネルギ性光子が、ポンピング光と同期するが、高調波エネルギを伴って発生する。これは、第２の放射ビーム３４２（点線）をもたらす。対象となるＳＸＲ／ＥＵＶ光子は、任意の媒体への非常に短い侵入深さを有するので、ガスジェットは、常に低圧に減圧される真空チャンバに配置される。ＨＨＧ放射源装置の別のタイプでは、ガスは、ポンピング光と共に細長い光ガイド内に閉じ込められる。動作原理は、どちらの場合も同じである。

[0056] ＨＨＧ放射源に基づく検査装置を大量製造設備に適用するには、手動設定の手順によってもたらされるものに勝るＨＨＧ放射源装置のある程度の制御及び安定性と、既存の放射源の短い運転時間とが必要である。ガスジェットに対するポンピング光集束の位置、形状、及び大きさ、さらには、ガスジェット自体の幾何形状、流量、圧力、及び安定性などの特性は、強力で安定した出力の望ましい放射を発生させるのに重要なパラメータであると考えられる。

[0057] 図４は、ＨＨＧ放射源装置の動作を悪化させることがある動作状態のいくつかの偏移を概略的に示している。図４（ａ）では、ポンピング光は、ガスジェットからずれた点４０２’で集束しており、ガスジェット内の電場の最大振幅の低下をもたらし、結果として、ＨＨＧプロセスの不具合／効率低下をもたらす可能性がある。（ｂ）で、ポンピング光は不完全に集束し、この場合も、電場の最大振幅の低下をもたらす。（ｃ）で、ポンピング光は、ガスジェット内の点４０２”で集束しているが、設計位置４０２からずれている。ガスジェットの形態は、この点において異なることがあり、ＨＨＧプロセスの不具合／効率低下をもたらす可能性があり、且つ／又は第２の放射３４２が、照明系３１２に対して不正確に配置されることになる。（ｄ）で、ポンピング放射は、望ましい位置で集束しているが、ガスジェットの状態が、例えば、誤った圧力又はノズルの摩耗により悪化し、この場合も、ＨＨＧプロセスの不具合／効率低下をもたらす可能性がある。これらの４つの例は、起こり得る偏移の一部に過ぎない。現在のところ、上記のパラメータの大部分は、発生したＥＵＶ光の（波長依存の）強度を評価しながら、手動で調整されている。

[0058] 本開示は、ＥＵＶ出力を安定化及び最適化する自動フィードバックループを用いて、産業上より利用可能な放射源装置の提供を可能にすることを目的とする。ＨＨＧプロセスから発生するイオンにさらされる光学コンポーネントの摩耗を含む、ノズル摩耗以外の摩耗状態も発生し得る。そのようなコンポーネントには、真空システム入射窓と、真空内部にある場合のポンピング光集束光学部品とがあり得る。「摩耗」状態と考えることができる他の状態には、ガス組成及びガス純度のばらつきがある。制御されるガス混合物を使用することができ、このガス混合物は、長期にわたって変化したり、又は、例えば、ガスが経済的な理由から再利用される場合に、不純物が蓄積したりすることがある。

[0059] 再度図２を参照して、本願は、複数のスペクトル成分に対する放射ビーム３５６の波面を検出することで、ＨＨＧ放射源装置及び照明系の動作状態を観測するための１つ又は複数のセンサを設けることを提案するものである。様々な実施形態が、それぞれ単なる例として説明される。図示した例では、波面センサ４２０は、ビーム誘導デバイス４２２を介して集束ビーム３５６の少なくとも一部分３５６’を受け入れる。すなわち、この例での波面センサは、照明系３１２の最後の合焦要素の下流の点で、第２の放射３４２の一部分を受け入れる。この方法では、波面センサを使用して、ＨＨＧ発生空間の動作状態についての情報を得ることができるが、照明系３１２の特性も考慮に入れる。他の実施形態では、波面センサは、合焦要素より上流から放射３４２を受け入れることができるし、又は合焦要素は存在しなくてもよい。

[0060] ビーム誘導デバイス４２２は、ビームの主要部分が、ターゲットＴ上にスポットＳを形成し続けている間、ビーム３５６の一部分をセンサに分流するビームスプリッタとすることができる。この方法では、波面センサは、ターゲットの測定と同時に連続して動作することができる。他の実施形態では、ビーム誘導デバイス４２２は、ビーム３５６の通路内に断続的に配置される可動要素とすることができ、そのため、波面センサは、ターゲットの測定の合間にだけ動作し、ターゲットの測定は、第２の放射３４２の減少及び擾乱を最小限にして行われる。第２の放射３４２が、ＳＸＲ又はＥＵＶ波帯の波長を有する例では、当然のことながら、透過型光学要素は設けるのが困難である。しかし、ビームスプリッタは、非常に薄い多層デバイス又は非常に薄い金属フィルムとして実装することができる。可動要素の例では、多層リフレクタ、又は金属面も想定することができる。

[0061] 波面センサ４２０は、放射ビーム３５６’の通路に配置された開口アレイ４２４と、開口アレイによって形成された２次元スポットパターンを取り込むためのイメージセンサ４２６とを含む。波面プロセッサ４２８は、スポットパターンを表す像信号（アナログ又はデジタルデータ）をイメージセンサ４２６から受け取り、スポットパターンの情報から波面情報ＷＦを導出する。放射源装置及び照明系の動作状態を表す１つ又は複数の信号４３０（アナログ又はデジタルデータ）を生成することができる。

[0062] 下記に説明するように、本明細書に開示する修正波面センサを使用して、波面情報ＷＦがスペクトル的にも空間的にも分解される。波面情報は、自動フィードバック制御ループを構築して、放射源装置３１０の動作を制御するために、コントローラ４３２により使用することができる。それに代えて、又はそれに加えて、放射源装置の動作状態を表す信号は、例えば、摩耗状態の不良状態を検出し、動作を緊急に中断するために、又は保守作業のスケジュールを組むために、診断目的で監視することができる。それに代えて、又はそれに加えて、波面情報をメトロロジプロセッサ３２０で使用して、対象となるパラメータのより正確な測定値を引き出すようにスペクトルデータ３８２の処理に影響を及ぼすことができる。他のタイプのセンサをさらに使用して、動作状態に関するさらなる情報を得ることができる。

[0063] 放射源３１０内で制御可能な動作パラメータの例が下記にさらに説明される。例として、図２は、ＨＨＧセル３３２より上流の第１の放射３４０の通路で波面修正するための補償光学デバイス４４０を示している。本件の優先日に公開されていない、２０１６年９月１４日付の欧州特許出願第１６１８８８１６．９号は、検査装置の照明系３１２の光学要素の「傾斜エラー」を補正するための、したがって、測定スポットのぼけを最小限にするための波面の補正について記載している。この欧州特許出願は、この傾斜エラーを補正する較正が１回限りの較正である実施形態について記載しており、補償光学デバイスが設定されると、さらなる調整を必要としないことが期待される。そのような実施形態では、較正ステップは、構築時に一度だけ行うことができる。他の実施形態では、較正ステップは、周期的に繰り返される必要があり得る。波面のリアルタイムの閉ループ制御を可能にするために、補償光学デバイス４４０は、プログラム可能な空間光変調器（ＳＬＭ）とすることができる。言うまでもなく、ビーム送出システムの実際の実施例は、いくつかの光学要素を含み、簡略化した図面で示したような単一レンズではない。図面は、単に図解を簡略化するために、透過型ＳＬＭデバイスを示していることに留意されたい。出力がレーザビームであるために、実用的な実施例は、反射タイプのＳＬＭ（例えば、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）アレイ）を使用することができる。

波面センサの背景
[0064] 図５は、（スペクトル分解のない）従来のハルトマンタイプの波面センサの動作原理を示している。開口アレイ５０２は、放射ビームの通路に配置され、イメージセンサ５０４は、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサである。開口アレイ５０２は、例えば、開口５０６が、次元Ｘ、Ｙで規定される平面内で規則的なアレイの形で離間した金属プレートを含む。波面センサに垂直にＺ方向に接近した放射は、開口アレイを通り抜け、そのため、同様にＸ−Ｙ平面に配置されたイメージセンサ５０４上にスポット５０８のアレイを形成する。放射ビームが完全に同位相の平行光線のみを含み、Ｚ軸に完全に合致するように、放射ビームが理想的な平面状の波面を有する場合に、各スポットは、対応する開口５０６の真後ろに形成される。他方で、実際のビームは、図面に示す凸形波面５１０などの何らかの傾斜及び／又は湾曲形態を有する。この場合に、波面は、開口アレイ内の各位置において特定の態様で傾斜し、対応するスポット５０８は、その傾斜に応じた位置ずれを伴ってイメージセンサ５０４上に形成される。相対位置ずれは、スポットの絶対「ゼロ偏位」位置が未知の場合でさえ、観察及び測定することができる。

[0065] イメージセンサ５０４の拡大した一部分が５０４ａで示されており、１つのスポット５０８（白丸）を示し、さらに、同じスポットに対する基準位置５０８ｒ（黒丸）を示している。イメージセンサ５０４は、実際のスポット５０８の基準位置５０８ｒからの偏位５１２が、開口アレイの各開口５０６ごとに、二次元的に検出及び定量化され得る十分な空間分解能（十分なピクセル密度）を有する光検出器要素（ピクセル）のアレイを含む。波面プロセッサ５２０は、イメージセンサ５０４から像データを受け取り、波面情報５２２を出力する。波面プロセッサ５２０は通常、適切なプログラム可能なプロセッサにプログラムを組み入れることで構築することができ、例えば、多段階で動作することができる。第１の処理段階５２４は、スポット５０８の位置を検出するために、イメージセンサ５０４からの像を解析する。第２の段階５２６は、開口アレイ内の各位置で波面５１０の局所傾斜を求めるために、スポット５０８の位置を基準位置５０８ｒと比較する。第３の段階５２８は、全波面のモデルを得るために、局所傾斜のアレイを統合及び補間する。この波面モデルは、波面情報の例として出力することができる。波面モデルは、例えば、ツェルニケ又は他の多項式表現を使用して、局所傾斜ベクトルのアレイとして、及び／又はパラメータ化モデルとして表すことができる。

[0066] 図６は、公知のシャック−ハルトマン波面センサの一部を示している。このシャック−ハルトマン波面センサは、図５に示すハルトマンセンサと全く同じ原理で動作し、同様の部分は、前数字「５」の代わりに前数字「６」を用いることを除いて同様の参照番号を有する。シャック−ハルトマンセンサの主要な相違は、単純な開口５０６のアレイの代わりに、ミニチュアレンズ６０６（小型レンズ又はマイクロレンズ）などの合焦要素のアレイ６０２が設けられていることである。主な利点は、取り込まれる光量を改善し、そのため、イメージセンサ６０４上のスポット６０８の強度を高めることである。スポット位置として検出された局所的な波面傾斜は、１つの小さい開口におけるものではなく、合焦要素の領域にわたる傾斜の平均になる。波面は、このアレイの規模では比較的平滑であると想定される。

[0067] なお、図５に示す開口アレイ５０２は、示したように放射を透過する実際の開孔アレイによって構築されるが、同じ機能は、放射を局所的に反射する反射スポットのアレイで実施することもできる。どちらの実施例も本開示に対して有効であるが、それぞれは、実施の際にそれ自体の実用的な利点及び問題をもたらす。同様に、合焦要素６０６のアレイ６０２は、透過式の小型レンズによって従来通り構築できるが、１つ又は複数の成形した反射面によって構築することもできる。（反射型か、又は透過型のいずれかのフレネルゾーンプレートを使用する）回折による合焦は、原理的にさらに別のオプションである。反射オプションは、そのような波面センサが、屈折要素が容易に利用できないＥＵＶ／ＳＸＲ波長用に設計された場合に、より実用的であり得る。

[0068] 従来の波面センサについて留意すべきもう１つの点は、従来の波面センサが、単色イメージセンサ５０４、６０４を使用することである。したがって、様々な波面形状を有することができる様々なスペクトル成分の分解はない。スペクトル分解を付加する従来の試みは、単に低い空間分解能という犠牲を払って試行しているに過ぎず、ＥＵＶ及びＳＸＲ波長などのすべての波長に対応していない。

スペクトル分解能を有する波面センサ
[0069] 上記のように、本開示によれば、スペクトル分解した波面情報を得るために使用することができる修正波面センサが提供される。修正波面センサは、例えば、放射源装置を制御するための波面センサ４２０として使用することができ、且つ／又は、例えば、ＳＸＲ波長を使用するメトロロジ用の検査装置で波面を測定するために使用することができる。しかし、修正波面センサの原理は、これらの用途又はこれらの波長に限定されず、他の用途及び波帯に適用することができる。それでもなお、修正波面センサは、これらの用途に特定の利益をもたらし、修正波面センサの例は、それに関連して説明される。

[0070] 本開示の原理によれば、修正波面センサ４２０は、放射ビームに交差する位置アレイでの波面の傾斜を少なくとも断続的に測定するのに適する。修正波面センサは、上記アレイ内の各位置に分散要素を設けられ、上記アレイ内の各位置で各複数のスペクトル成分に対する波面傾斜を測定するように構成されている。これを達成するために、これから図示及び説明するように、開口アレイ５０２／６０２が修正され、波面プロセッサ５２０による処理が修正される。

[0071] 図７は、本開示の実施形態による修正ハルトマン波面センサで使用する、分散要素を含む開口アレイの顕微鏡写真である。開口アレイ７０２は、開口７０６を含むマスクによって画定され、各開口７０６は、透過型格子構造を含む。この例の構造は、（ＥＵＶに対して不透過性の）金属被覆薄膜にミリングされた直径２０μｍの開口セットからなる。開口の大きさは、設計上の選択事項である。

[0072] この例での開口アレイは、Ａ及びＢの符号が付けられ、交互配置された開口位置の２つのサブセットによって画定される。位置アレイを位置のサブセットに分割する理由は、下記にさらに説明される。サブセット数は、必要に応じて、１つ、２つ、又は３つ以上とすることができる。開口の各サブセットは、それぞれ２次元空間ベクトルａ１、ａ２、及びｂ１、ｂ２によって規定される２次元グリッド上に配置されている。交互配置空間ベクトルａｂは、２つのグリッド間のずれを規定する。なお、各グリッドに対する空間ベクトルは平行でないし、直角でもない。本開示の原理から逸脱することなく、他の配置も許容可能である。

[0073] 図８（ａ）は、アレイ位置のサブセットＡに属する開口７０６（Ａ）の格子構造をより詳細に示し、一方、図８（ｂ）は、サブセットＢの開口７０６（Ｂ）を示している。見て分かるように、各格子構造は、その開口を（透過）ラインの格子及び（不透過）領域で占有している。各格子構造は、周期性の方向を有し、サブセットＡ、Ｂ間の相違は、格子ベクトルＰａで示すサブセットＡに対する周期性の方向が、光子ベクトルＰｂで示すサブセットＢに対する周期性の方向と異なることである。格子構造のピッチは、適度な数量の格子ラインが開口７０６の大きさ内に収まるようなものとされる。図面に示す例では、格子構造のピッチは０．５μｍである。ピッチは、両方のサブセットに対して同じであるが、原理的に異なってもよい。

[0074] 格子ベクトルＰａ、Ｐｂも図７に示されている。各格子ベクトルは、開口アレイ７０２の対応する位置サブセットの空間ベクトルに対して斜角をなしているのが分かる。熟練した読者には、格子構造が、異なる波長（異なるスペクトル成分）の放射を異なる方向に分散させるように働くと分かるであろう。異なるスペクトル成分の方向は、分散方向に沿って離間している。格子ベクトルは、分散の方向も規定する。間隔Ｓａ、Ｓｂも図７に示されている。これらの間隔は、そのサブセットの格子ベクトルによって規定される分散方向に垂直な方向に測定した、位置アレイのそのサブセットの位置の最小離隔距離を示している。

[0075] 格子構造は、分散要素の例である。原理的に、プリズムなどの屈折分散要素も想定することができる。開口アレイ及び分散要素は、図示した透過要素の代わりに、反射要素として設けることができる。シャック−ハルトマンセンサに基づく実施形態では、分散要素は、合焦要素の領域をカバーするほど十分に大きい。分散要素は、必要に応じて、合焦要素の一部として形成することができるし、又は独立したコンポーネントとして使用することもできる。分散要素は、必要に応じて、様々なサブセットに配置することができる。本開示は、分散要素のない、又は異なる目的のために設けられた分散要素を有する別の位置サブセットが設けられる可能性を排除しない。導入部及び特許請求の範囲の言いまわしは、分散要素のない他の開口位置を設けること、又は異なる目的のために分散要素を有することを排除すると解釈すべきでない。さらに、導入部及び特許請求の範囲の言いまわしは、同じ複数のスペクトル成分が、各位置サブセット内で測定されることを義務づけない。要するに、導入部及び特許請求の範囲の言いまわしは、異なる複数のスペクトル成分に対する波面傾斜が位置アレイの様々な位置で測定される実施例を排除しない。導入部及び特許請求の範囲の言いまわしは、別の位置アレイが設けられ、別の位置アレイにおいて、波面傾斜が、スペクトル分解を用いることなく、従来の態様で検出される実施例を排除しない。

[0076] 図９は、図２に示す放射源３１０などのＨＨＧ源からの放射ビーム内の開口アレイ７０２を使用して、修正波面センサのイメージセンサによって取り込まれたスポット像を示している。図１０は、拡大した像の一部を示している。図９、１０の像は、波長８００ｎｍのレーザ放射を使用して、アルゴンガス中に発生した３００パルスのＨＨＧ放射ビームを含む単一の１秒露光から得られる。得られたＥＵＶスペクトルは、主に２５〜４５ｎｍの範囲のスペクトル成分を含む。一部の改良形態では、単一パルスの検出さえ可能であり、ミリ秒程度の取得時間で、完全な２Ｄ波面と、位置分解されたスペクトルとが得られる。そのような高速測定は、フィードバック方式で、メトロロジ測定におけるＨＨＧ焦点スポットパラメータを安定化するために利用することができる。或いは、これらのパラメータの並行測定を使用して、後処理を通じたウェハメトロロジ測定を改善することができる。

[0077] ＨＨＧ源は、複数のスペクトル成分、主に、ポンピング光３４０の高調波を含む放射を発生させる。取り込まれた像は、（０）の符号の付いた中心領域の従来のハルトマンマスクスポットパターンを示すが、さらに、各開口ごとの各＋１次及び−１次の回折次数に対するスポットパターンを示している。開口サブセットＡからの回折次数は、（Ａ、−１）及び（Ａ、＋１）の符号の付いた領域に見られる。これらのスポットパターンは、それぞれが放射内の高調波（スペクトル成分）に対応するスポットのアレイからなり、格子ベクトルＰａによって規定される分散方向に拡散している。同様に、開口サブセットＢからの回折次数は、（Ｂ、−１）及び（Ｂ、＋１）の符号の付いた領域に見られる。異なるスペクトル成分に対応するスポットは、格子ベクトルＰｂによって規定される分散方向に拡散している。

[0078] 間隔Ｓａが、サブセットＡの様々な開口のスペクトル成分が重ならず、像において空間的に分離されることをどのように保証するかが分かる。同様に、間隔Ｓｂは、サブセットＢの様々な開口のスペクトル成分が重ならないことを保証する。開口を分散方向が異なるサブセットに分割することで、単一の分散方向を用いて可能である、より顕著な空間分離が得られ、それにより、全体として開口アレイのより大きな空間分解能を可能にする。この原理を拡張するために、さらなるサブセットを追加することができる。例えば、第３のサブセットは、図９の（Ｃ、−１）及び（Ｃ、＋１）の符号の付いた領域の「空き」領域を使用して容易に追加することができる。

[0079] なお、格子構造のピッチは、特定のＨＨＧ放射源装置で通常発生する高調波のサブセットに対して、１次回折だけがイメージセンサに取り込まれるように選択された。さらに高い次数は、必要に応じて、適切な設計によって取り込むことができる。放射のスペクトル成分に応じて、１次及び２次スポットの分布が重なることがある。この例でのイメージセンサは、開口アレイの後方にほんの数ミリメートルとすることができ、波面センサの構造をきわめてコンパクトにする。開口内の格子構造は、例えば、縁部の近くの非周期性格子、又は開口のすぐ外のさらなる構造を使用して、開口からの回折を抑制するように設計することができる。

[0080] このとき、中心スポットパターン（Ａ＋Ｂ、０）は、開口アレイ内の対応する位置での放射のすべてのスペクトル成分を各スポットに統合している。この場合に、スペクトル成分ごとの波面傾斜は得ることができない。しかし、より高い回折次数が、分離したスポットに分散された外側領域では、これらの分離したスポットを見ることができ、これらのスポットの位置が個々に測定される。図５で上記に説明した波面センサの処理段階５２４で、単純な調節を適用することができる。実際上、この調整を行う様々な方法が考えられ、１つの例が説明されるが、他の方法を排除することはない。

[0081] 図１０は、図９の回折像の一部分の拡大詳細図を示しており、アレイ内の１つの位置における複数のスペクトル成分に対する波面傾斜の計算を示している。取り込まれた回折像の一連のスポットは、予測される一連の波長λ１、λ２などに対応する。例えば、波長λ５、λ６が、図１０の１つの開口に対して強調されている。回折は、波長λ５に対する＋１次スポットをその波長に対する０次位置に対して量ｑ５＋だけずれさせ、一方、波長λ５に対する−１次スポットは、０次位置に対して量ｑ５−だけずれている。０次スポットは、単色の取込み像ですべて重なり、区別できないので、０次スポットの位置は直接測定できないが、より高い次数（例えば１次）のスポットの位置から推測することができる。これは、修正されたステップの処理段階５２４の機能である。

[0082] 例では、波長λ５に対する２つの＋１次及び−１次スポットが特定され、それらの位置が、例えば、２Ｄガウシアンプロファイルを各スポットの予測される周辺の像に当てはめることで測定される。この場合に、これらの２つの位置の重心が計算され、波長λ５に対する全体位置として使用される。この全体位置の基準位置からの偏位は、この開口位置での波長λ５に対する、波面傾斜を測定するのに使用することができる。同様に、λ１からλ５、λ６などまでの様々な波長に対するスポットの位置を認識及び測定することで、各スペクトル成分（波長）ごとの、及びアパーチャアレイ内の各位置ごとの波面傾斜の個々の測定値を得ることができる。一実施例では、各次数に対する偏位を取得するために、各より高次のスポットに対する基準位置が計算され、観測した位置と比較される。この場合に、＋及び−次数に対する偏位は、そのスペクトル成分に対する波面傾斜を表す偏位を取得するために統合される（例えば、平均を取られる）。或いは、上記のように、重心（平均）位置は計算することができ、次いで、重心に対する基準位置と比較される。

[0083] 回折角とイメージセンサ上の位置との間の関係は、対称である必要はない。ジオメトリが既知という条件で、回折次数の予測位置及び偏位を計算するために、適切な変換を適用することができる。図１２、１３を参照して下記にさらに説明するように、スペクトル成分ごとの波面傾斜は、単純な重心計算である必要はない。傾斜角の増大に伴う回折パターンのディストーション、及び／又は波面センサ内のコンポーネントのミスアライメントによって生じるディストーションを考慮した拡張計算を使用することができる。さらに、上記の方法は、既知のスペクトル成分（高調波など）を含む不連続スペクトルに対してうまくいくが、連続的な、又は準連続的なスペクトル全体にわたって波面傾斜を測定するために、さらなる高度化を図ることができる。これらの高度化は、図１４、１５を参照して下記に説明される。

[0084] 反対次数の平均又は重心を測定することは不可欠ではない。他の実施例では、ただ１つのより高次のスポット、例えば、＋１次スポット又は−１次スポットが、各スペクトル成分に対して測定される。そのスポットに対する基準位置は、計算及び／又は事前の較正によって画定される。この１つのスポットの偏位が、波面傾斜を求めるために直接使用される。複数のスポットの位置は、そのスポットの位置とすることができる。反対の次数を使用し、重心を計算することは、統計的に２つの測定値の平均を取ることによって、測定におけるノイズの影響を低減することができるが、１つの次数だけを使用することも可能である。例えば、「ブレーズ」格子は、一方の回折次数をなくし、回折放射を他方の次数、例えば、＋又は−だけに集中させる回折格子の公知の変種である。一方の回折次数がなくなるようにブレーズ格子を使用することで、一方は、開口アレイの開口のより高密度の実装を構成し、ひいては、空間分解能を高めることができる。そのような設計上の選択は、本開示の原理内である。例えば、回折スペクトルが、ブレーズ格子の使用によって片側になっている場合に、開口の異なるサブセットに互いに反対の分散方向を付与することができ、そのため、図９で「Ａ、＋１」及び「Ａ、−１」の符号の付いた領域は、実際に、開口の異なるサブセットに対応する。

[0085] 熟練者は、これらの特定の状況に対してどの実施例が適切であるかを判断することができる。メトロロジツール及びソフトウェアは、メトロロジレシピとして、特定の実施例が測定の時点で選択されるのを可能にするように設計することができる。未処理の回折像が保存される場合に、様々な実施例を同じデータ上で実行することができる。

[0086] 図１１は、図７、８の開口アレイを使用し、図９、１０に示すものなどの取り込まれた回折像を処理した実際の実験で得られた結果を示している。図１１の各波面像（ａ）〜（ｉ）は、１つのスペクトル成分の波面傾斜から再構築された波面を示している。波長は、図符号の上に書かれており、最も長い波長として４９．２ｎｍのスペクトル成分（ａ）から最短の２５．４ｎｍのスペクトル成分（ｉ）までの範囲に及ぶ。平滑な波面モデルが、各開口位置に対して測定された個々の傾斜に当てはめられる。結果は、単に視覚化の助けとするために、フリンジパターンとして示されている。明色から暗色へ、再度明色への各移行は、波面の２πの位相シフトを示し、波長に相当する波面の進み、又は遅れを示している。予測されるように、波長がより短くなると、干渉縞はより多くなる。

[0087] 単色フリンジパターンは、波面が凸形であるか、又は凹形であるかを示さないが、フリンジパターンに隠れたデータは、各スペクトル成分において、波面が凸形であることを示す。予備解析は、波面の曲率に波長依存のバリエーションがあることも示し、これは、焦点スポットの形状及び大きさに関して重要な意味をもつ。したがって、リアルタイムビーム解析は、軟Ｘ線ウェハメトロロジにとって重要な側面をもつように思える。開口の空間次元及び格子ピッチは、測定が、所与のスペクトル及び中心波長に対して最適化されるように選択することができ、上記の例は、単に方法を説明するのに寄与する。有益は設計コンセプトは、格子回折が遠視野状態にあり、一方、開口からの回折は制限されたままであるようにすることである。説明したように、単純な開口は、必要に応じて、合焦要素で置き換えることができる。

[0088] 図１１（ｊ）は、図７の開口アレイが、図１１（ａ）〜１１（ｉ）の再構築された波面像の輪郭にどのように対応しているかを示している。縞領域の各頂点は、開口位置の１つを示している。開口アレイは、図７の顕微鏡写真に対して裏返され、若干回転している。左上の大きく外れた位置（図７〜９の右下）は、波面の計算から除外され、その理由は、十分な回折次数が図９の回折像で取り込まれていないからである。

[0089] したがって、各高調波波長に対して、２つの回折次数の質量中心又は別の方法を使用して、２次元の局所波面傾斜の測定値をどうして得ることができるが示されている。このデータは、各高調波に対する２Ｄ波面を取り出すのに十分であり、このデータから、さらに焦点の大きさ及び形状とビーム指向情報とを取り出すことができる。各スペクトル成分の波面情報から定量化できるビームの別の特性として、ビームプロファイルに関係する空間コヒーレンスがある。単一の横モードを含むビームは、通常「完全空間コヒーレント」（又は「回折限界」）と呼ばれ、それに対して、複数の空間モードを含むビームは、「部分コヒーレント」と呼ばれる傾向があり、その理由は、ビームプロファイルのすべての部分が、重なった場合に、構造上干渉するわけではないからである。

[0090] 上記の原理に基づく修正波面センサは、スペクトル成分の他のパラメータを測定するのに使用することもできる。分散特性（格子ピッチ）及び開口アレイからイメージセンサまでの距離に関する情報を用いて、各格子は、透過格子スペクトロメータとしても機能し、放射ビーム全体にわたる位置依存スペクトルをもたらす。

[0091] さらに、２Ｄガウシアンフィルタを、取り込まれた回折像のスポットに当てはめることで、スポットは円形ではなくて、分散方向に広がる楕円形であることが分かる。この広がりは、特定のスペクトル成分の帯域幅と、放射源装置で作用することができるスペクトル拡張現象との目安となることができる。

[0092] 同様に、２つの反対の回折次数の重心のシフトは波面傾斜を示し、回折次数間の間隔の増減（例えば、図１０の距離ｑ５−、ｑ５＋の拡大又は短縮）は、スペクトル成分の周波数シフトの測度として使用することができる。片側測定だけが行われる場合に、波面傾斜又はスペクトルシフトが、スポットの位置ずれの原因であるかどうか関しては不明瞭なことがある。特定の実施例の設計者は、意図した用途に対して、この曖昧さが重要であるかどうかを判断することができる。

[0093] 波面センサ４２０は、様々なスペクトル成分の放射の偏光の測度を計算するように構成することもできる。放射ビームに交差する多数の位置で多数のスペクトル成分に対して行われるこれらの様々な測定のすべては、従来のセンサと比較して、診断及び制御の機会を増やす。

[0094] 図１２（ａ）は、波面傾斜がゼロの単一波長に対する波面センサのジオメトリを示している。図１２（ｂ）は、ゼロでない波面傾斜が存在する場合における、単一波長に対する波面センサのジオメトリを示している。図１２（ｃ）は、波面傾斜と、実際に起こり得るセンサ内のコンポーネントのミスアライメントとの両方が存在する場合における、単一波長に対する波面センサのジオメトリを示している。上記のように、様々なスペクトル成分及び位置に対する波面傾斜の計算の精度は、波面傾斜とセンサ内のコンポーネントのミスアライメントとを考慮した、改良した計算を使用して高めることができる。

[0095] 図１２（ａ）では、イメージセンサ４２６から距離ｚだけ間隔を置いた開口アレイ４２４の１つの開口が断面図で示されている。簡単にするために、図示した断面は、Ｘ軸に沿って見た断面であり、一方、この特定の開口に対する分散方向はＹ軸に平行である。対象となる放射のスペクトル成分の入射放射１２０２は、開口の格子と交わり、０次ビーム１２０４及び１次ビーム１２０６＋、１２０６−に分散される。回折光線は、開口アレイとイメージセンサとの間のギャップを横断し、イメージセンサに衝突して、図９、１０に示すタイプのパターンを形成する放射スポットとして検出される。放射スポットは、図示したように、イメージセンサ上の位置ｈ_−１、ｈ_０、ｈ_＋１で検出される。

[0096] 図１２（ａ）では、開口アレイ４２４及びイメージセンサ４２６は、互いに完全に平行であり、入射放射１２０２は、入射角θ_ｉ＝０、すなわち、ゼロ傾斜に対応するＺ軸に完全に合致している。測定位置ｈ_−１、ｈ_０、ｈ_＋１は、それぞれ位置ｙ_−１、ｙ_０、ｙ_＋１に対応する。０次ビームの位置ｙ_０は、上記のように、１次スポットの重心から計算することができる、すなわち、ｙ_０＝（ｙ_＋１＋ｙ_−１）／２。（上記のように、単一スペクトル成分に対する０次ビームの位置ｈ_０又は位置ｙ_０は直接測定することができず、その理由は、この位置ｈ_０は、すべてのスペクトル成分に対する０次ビームと重複するからである）。

[0097] ここで、図１２（ｂ）に示すように、ゼロでない入射角θ_ｉを有するゼロでない傾斜が存在することで、回折パターンは、イメージセンサの平面に到達するときに非対称にゆがむ。数学的に表すと、入射ビームと波面センサとの間にゼロでない角度が存在する場合に、回折次数の回折角は、以下の格子式に従って変わる。

上式で、ｍは回折次数であり、ｄは開口の格子のピッチである。この場合に、イメージセンサ上の回折スポットの位置は、ｙ_ｍ＝ｚ ｔａｎ（θ_ｍ）で与えられる。ゼロでない傾斜θ_ｉの場合、結果として、回折次数の質量中心（ｙ_＋１＋ｙ_−１）／２は、０次位置ｙ_０からずれる。言い換えると、式（ｙ_＋１＋ｙ_−１）／２で与えられるスポットの重心は、もはや０次スポットの位置ｙ_０を正確に示さない。スポットの重心を波面傾斜の測度として使用することで、不正確な入射角θ_ｉ’を有する点線１２０２’、１２０４’で示される波面傾斜の測度が不正確になる。角度が小さい場合、誤差は小さく、少なくとも傾斜の概略的な方向及び傾斜の相対的な大きさは、それでも正しく表される。したがって、簡単な重心計算はだけで、観測及び制御目的に対して十分であり得る。しかし、精度をより高くするために、回折パターンのディストーションを補正し、それにより、各スペクトル成分ごとに、正確な位置ｙ_０及び／又は傾斜角θ_ｉを算出するように計算を行うことができる。

[0098] 波面傾斜を正確に計算するために、他の因子を考慮する必要があり得る。図１２（ｃ）は、例えば、イメージセンサ４２６が、開口アレイ４２４に平行な方向と完全には一致していない状況を示している。このミスアライメントは、Ｘ軸まわりの回転角βで図に示されている。この角度βは非常に小さいが、装置で測定される波面傾斜も、例えば、数十又は数百マイクロラジアンなどきわめて小さいことがある。このミスアライメントの影響は、図１２（ｃ）に示すように、イメージセンサ上で測定した位置ｈ_−１、ｈ_０、ｈ_＋１が、もはやＸ−Ｙ平面の位置ｙ_−１、ｙ_０、ｙ_＋１に線形的に対応しないことである。言い換えると、ゼロでない角度βは、測定像から直接的に波面傾斜θ_ｉを導き出すことをより複雑にする。点線１２０２”、１２０４”で示すように、不正確な入射角θ_ｉ”、この場合は、（ｈ_＋１＋ｈ_−１）／２で計算される重心位置は、実際の０次位置ｙ_０及び実際の傾斜角θ_ｉをいっそう不正確に表している。

[0099] 数学的に表すと、測定したスポット位置ｈ_±１は、以下の関係を通じて「真の」位置ｙ_±１に関係付けられる。

[0100] これから、入射角に対する式が得られる。

[0101] この式は、βの正確な較正なしに、測定から絶対傾斜角θ_ｉを直接求めることは不可能であることを示している。実際上、そのような較正は、既知の基準ビームを使用して測定を行うことで可能である。ただし、較正がない場合、各位置の波長間の相対傾斜に加えて、長期にわたる傾斜変化を引き続き検出することができる。

[0102] この効果は、分散方向の平面での傾斜に対してのみ観測されることに留意されたい。したがって、（図７〜１１の例の場合のように）開口アレイ４２４が少なくとも２つの異なる方向に向けられた格子を含む場合に、波面傾斜は、様々な格子の向きに対する＋／−１次の回折次数の質量中心位置間のずれを測定することによって検出することができる。センサアライメント効果（角度β）は、傾斜方向と合致する分散方向を有する開口のサブセットにのみ影響を及ぼし、一方、異なる位置及び波長における波面間の相対傾斜は、両方のサブセットに現れる。したがって、すべての波長に対するこれらのサブセット間の質量中心のずれを比較することで、ミスアライメントの効果は、波面傾斜θ_ｉから切り離すことができる。異なるサブセットの格子は、ｘ及びｙ方向の両方で傾斜を独立して測定するために直角に向けられる必要はない。Ｙ軸と合致するミスアライメントの説明は、単に説明を簡単にするためである。解析は、任意の方向のミスアライメントが、任意の格子方向と合致する成分に分解することができ、次いで、（必要に応じて）任意の軸系に変換されるように一般的に行うことができる。下記に説明し、上記に説明したように、異なる分散方向の数量は２つに限定されず、実際上、開口の３つ以上の異なる向きのサブセットからの測定を統合することができる。

[0103] βが、何らかの他の情報源から、例えば、アライメントの直接測定によって既知の場合、測定した質量中心のずれと波長との比較をとり、それらを式（２）に当てはめることで、絶対傾斜角θ_ｉを得ることもできる。

[0104] 図１３は、実際のＨＨＧビームに対する傾斜解析の例を示している。波面傾斜θ_ｉは、（それぞれ「チルト（tilt）」及び「チップ(tip）」とも称することができる)成分θ_ｘ、θ_ｙによって２次元で表される。図７の開口アレイを用いて測定値を採集し、次いで、測定値を分散方向Ｐａ、Ｐｂから適切なｘ−ｙ座標系に変換した。サンプル１３０２／１３０４などは、波長が３０〜６０ｎｍの範囲に及ぶ７つの異なるスペクトル成分（高調波）に対するチルト／チップの測定値を表している。これらの成分は、説明したばかりの技術によって測定され、開口の２つのサブセットからの信号を組み合わせることで、ミスアライメント角（β_ｘ、β_ｙ）の影響を取り除いている。曲線１３０６は、チルト測定値１３０２に当てはめられ、曲線１３０８は、チップ測定値１３０４に当てはめられている。これらの結果は、波長依存の波面傾斜が、実際上、ＨＨＧビームに存在することができ、ＨＨＧビームに交差する多数の位置において２次元で測定できることとを示している。当然のことながら、図１３の垂直目盛りは任意の原点を有し、この例での測定値は、絶対傾斜ではないが、空間成分間の相対傾斜を示している。最も長い波長サンプル（最も低い高調波）が、曲線に十分に合っていないのが見られる。ＨＨＧプロセスにおける最も低い高調波は、より高い高調波と比較して影響を余分に受けるのはよくあることである。これは、図示した分布を説明することができる。必要に応じて、さらなる検査を行うことができる。

[0105] 波面傾斜及びアライメントの上記の測定は、単一の又は複数の開口を用いて、並びに／或いは開口アレイにわたって空間的に分離された多数の位置で行うことができる。絶対傾斜はすべての実施形態で測定可能であるが、異なる波長間及び位置間の相対傾斜を測定する能力は、有効な診断ツールをもたらす。センサ−カメラ間の距離ｚの適切な評価を除いて、外部較正は必要とされないことに留意されたい。スペクトルに関するある種の情報が入手可能な場合に（すなわち、少なくとも２つの波長が分かること、又は高調波は周波数が等間隔に離れていることが分かること）、ｚは測定自体から求めることもできる。

[0106] 図１４〜１６は、上記の技術が、どのようにして、スペクトル成分として一連の離散高調波を含むスペクトルだけでなく、連続又は準連続スペクトルまで拡張できるかを示している。当然のことながら、図９のスポットパターンは、放射がより連続的なスペクトルを有する場合に、一連の「スミア」又は「縞」になる。回折スポットの認識に基づく技術は機能しない。しかし、様々な分散方向を有する分散要素の存在を利用すると、そのような連続スペクトルの場合でさえ、多数の位置で波長依存の波面傾斜を測定することができる。

[0107] 図１４は、２つ以上の分散方向を有する様々なタイプの格子を示している。例（ａ）は、一群の２つの１次元格子を示しており、第１の格子１４０２は、Ｘ軸と合致する分散方向を有し、第２の格子１４０４は、Ｙ軸と合致する分散方向を有する。分散方向は、点線矢印で示されている。例（ｂ）は、単一のＸ及びＹ軸両方と合致する分散方向を有する単一の２次元格子対１４０８を示している。例（ｃ）は、３つの分散方向を有する単一の２次元格子対１４１０の一部を示している。

[0108] 図１４（ａ）、図１４（ｂ）、又は図１４（ｃ）に示すタイプの格子は、概略的に上記に説明したタイプの波面センサ４２０内の開口アレイ４２４全体にわたる位置に形成することができる。一部の実施形態では、２つ以上の１次元格子の群は、開口アレイ内の各位置に配置することができる。この１次元格子の群は、サブセットＢの開口をサブセットＡの開口により接近するまで移動させることで、図７の開口アレイ７０２を基本として配置することができる。他の実施形態では、下記に説明するように、サブセットＡ、Ｂは、空間分解能を犠牲にして、図７に示すように離間したままとすることができる。他の実施形態では、単一の２次元格子（例えば、１４０８又は１４１０）を各位置に配置することができる。原理的に、一群の２次元格子は、分散方向のさらなる多様性のために、各位置に設けることができる。

[0109] 図１５は、連続スペクトルの放射に対する２次元波面傾斜を測定する原理を示している。１５０２の差込図は、放射の標準スペクトルである。図１４（ａ）に示す１次元格子１４０２、１４０４の対が設けられたと仮定する。これは、実際上、開口アレイ４２４内に間隔が接近した２つの開口を形成する。これら２つの開口及びすべての波長に対する０次スポットは、位置１５０４でイメージセンサ上に重なる。Ｘ方向を向いた格子１４０２からの１次回折放射は、図示したように、図面の左右に広く縞１５０６−、１５０６＋を形成している。Ｙ方向を向いた格子１４０４からの１次回折放射は、図示したように、図面の上下に広く縞１５０８−、１５０８＋を形成している。

[0110] 回折パターン内の各縞は、独自の強度分布と、スペクトルの各部分の波面のチップ角及びチルト角に応じた独自の横偏位とを有する。図示した例では、波面は、任意の波長に対して、Ｘ方向の波面依存性の大きい傾斜（チルト）と、Ｙ方向の比較的小さい傾斜（チップ）とを有すると想定される。この状況は、観測した回折パターンに次の効果を引き起こす。第１に、縞１５０６−、１５０６＋に示すように、これらの縞は比較的直線状になり、わずかな横偏位ｄｙを有する。他方で、様々な波長の様々な傾斜は、放射の標準スペクトル１５０２に対する強度プロファイル１５１６−、１５１６＋のディストーションを引き起こす。スペクトルの山及び谷は、左又は右に移動することができ、標準スペクトルに対してスペクトルの一部を圧縮及び拡張する。このディストーションは、スペクトルが、縞１５０６−／１５０６＋の様々な部分の強度から評価された場合に認識することができる。このディストーションは、＋１次及び−１次の回折次数に対して反対であり、その理由は、波面傾斜が、両方のスポットを同じ方向に（そのため、一方の次数に対して見かけ上の短い方の波長に、他方の次数に対して長い方の波長に向かって）移動させるからである。

[0111] 第２に、縞１５０８−、１５０８＋に示すように、Ｘ方向の傾斜は、大きな横偏位ｄｘをもたらし、この横偏位は、＋及び−の縞の両方で測定することができる。強度プロファイル１５１８−、１５１８＋は、Ｙ傾斜がないために、したがって、放射スペクトルに対する強度プロファイルのディストーションがないために、標準スペクトル１５０２にほぼ一致している。

[0112] 言い換えると、局所的な波面傾斜に垂直な方向に、線の一部のずれ（横偏位）が生じる。傾斜に平行な方向では、一部のスペクトル成分のずれが、スペクトルの見かけ上のディストーションをもたらす。真の波面補正スペクトルは、両方の回折次数に対して同じはずであるので、この効果はまた、スペクトル波面傾斜によって生じるディストーションの検出を可能にする。ディストーションは、＋１次及び−１次の回折次数に対して反対であるので、ディストーションは、放射自体のスペクトルの任意の変化と区別することができる。

[0113] 総論として、一方の格子方向に対して回折方向から生じた横ずれと、他方の方向に対するスペクトルディストーションとの組み合わせを検出することで、局所波面傾斜を特定することができる。当然のことながら、一般的に、２次元波面傾斜は、所与の格子の分散方向に平行な成分と、分散方向に垂直な成分とを有することができる。一般的に、分散方向は、Ｘ及びＹ軸とは異なるように選択することができ、互いに垂直である必要はない。

[00114] 当然のことながら、連続スペクトル（縞）の場合の波面傾斜の計算は、いくつかの孤立した高調波を含むスペクトル（スポット）の場合よりも複雑である。一実施形態では、数値解法によって、各開口ごとにスペクトル分解された波面傾斜を再構築することが提案される。

[0115] 図１６は、例示的な手順を示し、以下の通りにステップＳ１１〜Ｓ１５を含む。
Ｓ１１：様々な波長、強度、及び波面傾斜を有する多数の単色プローブビームによって照明の近似スペクトルを近似的に生成する。これらのプローブの数量は、近似標準スペクトルに基づいて、検査中に光に合わせて調整される。
Ｓ１２：各プローブごとに、予測されるスポットパターンをマスクの回折から計算する。これは、対応するプローブビームのシグネチャをイメージセンサの座標に形成する。
Ｓ１３：すべてのプローブビームに対する予測されるスポットパターンを総合的に検討して、イメージセンサによって実際に測定された縞模様と比較することができる。予測されるスポットパターンと観測したパターンとの間の相関関係は、測定したデータに見合うこれらのプローブビームを増強し、見合わないプローブビームの効果を減ずる、ピクセルに関するマルチプライヤをもたらす。
Ｓ１４：マルチプライヤを用いて個々のプローブを掛け合わせた後、更新されたプローブビームセットを使用して、開口における波面及び強度を更新する。
Ｓ１５：流れはステップ１３に戻り、強度及び波面を修正したプローブビームの更新セットを使用して、イメージセンサのフィールドの新たな予測スポットパターンを計算する。
Ｓ１６：十分な反復修正の後、更新プローブビームのパラメータを波面傾斜の測定値として通知する。

[0116] ステップＳ１１から始めて、次いで、ステップＳ１３〜Ｓ１５を何度か繰り返すことで、測定ビームのすべてのスペクトル成分に対する波面傾斜の信頼できる推定値が収束する。この手順は、様々なセンサジオメトリ及び照明に対して効果を出すことができる。アルゴリズムの収束は、直角回折方向の存在、照明の情報、及びより高次の回折の存在などの複数の特性に依存する。計算は、例えば、隣接する開口間で、及び、又は連続するサンプル間で学習を適時に共有することで、より堅牢且つ効率的に行うことができる。これは、当然のことながら、波面が、ビームによって、及び／又は時間サンプリング間隔によって、ゆっくりと変化するという仮定に基づく。

[0117] 説明したように、多方向格子又は格子群は、図７に提示したものと同様のレイアウトで存在することができる。ただし、回折パターンが重なるリスクが大きくなるので、全体的なスペクトル分解能及び空間分解能は、連続又は準連続スペクトルを有する放射から情報を得るために低くする必要があり得る。多方向格子又は格子群は、あらゆる位置に設ける必要はない。図１４（ｃ）の三角形格子などの３つ以上の回折方向に向けられた格子は、正確な波面の再構築を改善する。格子群の場合、様々な向きを有する格子は、図１５に示すように、若干異なる位置で波面をサンプリングする。これは、波面が有意な短範囲の変動を含まない場合に許容できる。波面が長範囲にわたってのみ変化する場合に、様々な向きの群は不必要なことがあり、図７と同様に完全に分散した格子のサブセットを有するレイアウトを使用することができる。

[0118] 方法は、開口アレイとイメージセンサとの間の距離ｚの較正を含むことができるが、これは、既知の波長でセンサを照明することで可能である。

[0119] より高い回折次数（＋／−２次以上）も検出できる場合に、この回折次数は、局所的な波面傾斜によって引き起こされる見かけ上のスペクトルディストーションが、各次数ごとに異なるので、再構築に寄与する補足情報をもたらすことができる。

[0120] もとのスペクトルについての事前の情報を有することは、各開口で測定したスペクトルをこの規準と比較することを可能にするので、波面構築の助けとなる。しかし、＋／−１次の次数に対するスペクトルが同一であることと、別の回折方向での横ずれとの組み合わせだけで、独自の問題解決策に十分であるので、この事前の情報は、波面測定に不可欠ではない。

[0121] 要約すると、図１４、１５の例で示した技術は、連続若しくは半連続スペクトル、又は、一般的には、複雑なスペクトルに対してでさえ、単一カメラ露光による、スペクトル分解された２次元波面測定を可能にする。図７〜１１の例と同様に、方法は、フィルタの走査又は交換を必要とせず、そのため、単一のパルス測定を可能にする。方法はまた、スペクトルフィルタの較正に依存せず、これは、他の分光法での定誤差の生じ得る原因を排除する。

適用例
[0122] 上記の例のいずれかにおいて、修正波面センサ４２０から得られるスペクトル分解され、空間分解された情報を使用して、動作する放射源装置の様々なパラメータを観測及び／又は調整することができる。リアルタイムに観測できる（且つ自動で又は手動で調整できる）パラメータ及び状態の例には、
１）ポンピング光の方向と、
２）ポンピング光焦点の位置決めと、
３）ポンピング光の波面（例えば、空間光変調器４４０を修正する、又は再プログラミングすることによる）と、
４）ガス流設定、ノズル形状、及び他のガスジェットパラメータと、
５）ガスジェットノズル劣化と、
６）ガス組成及び純度と、
がある。

[0123] この例の波面センサは、照明系３１２の集束装置より下流に配置され、照明系内のパラメータ及び状態は、別々にか、又は放射源及び照明系の組み合わせのパラメータとしてかのいずれかで観測することができる。

[0124] 図１７は、図２の放射源装置及び検査装置の制御系の例示的なブロック図である。図２のハードウェア図面の特定可能なコンポーネントは破線で示され、同じ参照符号を付けられている。例えば、駆動レーザ３３０、波面補償デバイス（ＳＬＭ）４４０、及びガス４０６が示され、ポンピング光（第１の放射）３４０及び出力ＥＵＶ放射（第２の放射）３４２が示されている。レーザビーム送出システム９０２が示されている。波面センサ４２０は、同時に、又は断続的にターゲットＴに向けられるＥＵＶ放射３５６の少なくとも一部分３５６’を受け入れる。波面センサ４２０からの波面情報４３０は、フィードバックコントローラ４３２によって処理される。９０４、９０６、９０８、及び９１０で概略的示すハードウェア要素の動作パラメータは、フィードバック制御を実施し、放射源装置及び／又は照明系の動作を長期にわたって安定化するフィードバックプロセッサ４３２（又は別のフィードバックプロセッサ）によって調整される。

[0125] 挙動の解析及び／又は経験的観察、並びに観測に基づいて、様々な機構をフィードバックコントローラに構築することができる。フィードバック動作の例には、以下のものがあり得る。
・駆動レーザ軸に沿った駆動レーザ集束レンズ及び／又はガスジェットの位置の移動は、発散度、空間コヒーレンス特性、及び／又は高調波のスペクトル幅の変化に応じて制御することができる。
・駆動レーザ集束レンズの横移動、又は入射駆動レーザビーム方向の角度は、波面傾斜によって示されるＨＨビームの方向の変化に応じて制御することができる。
・ＨＨＧ相互作用領域のガス圧は、ＨＨＧビームの観測した強度及びスペクトル成分から導出された位相整合特性の変化に応じて制御することができる。
・駆動レーザ強度、例えば、ピーク強度は、ＨＨＧ放射強度、及び、任意選択でスペクトル成分の変化に応じて制御することができる。
・駆動レーザビームの空間形状は、ＨＨＧ放射ビームの発散度及び空間特性と、任意選択で強度との変化に応じて、（調整可能な開口か、又は空間光変調器４４０かのいずれかを通じて）変えることができる。
・レーザパルス形状及びパルス長は、ＨＨＧ放射強度及びスペクトル成分の変化に応じて、レーザ増幅システムのパルスコンプレッサを変化させることによってか、ビームを発散させることによってか、又は空間光変調器４４０などのパルス成形デバイスによって変えることができる。

[0126] ハードウェア制御の機能は、波面センサ信号から動作状態を導出するのと同じ処理ハードウェアで実施することができる。この処理ハードウェアは、波面プロセッサ自体及び／又はメトロロジプロセッサ３２０と統合することもできる。他の実施例では、観測信号の処理及び制御機能は、別々の処理ハードウェアで実施することができる。取り込んだ回折像信号がデジタル化されると、動作状態を導出するための、及び／又は適切なフィードバック制御動作を定めるための回折像信号の解析は、既定の応答、及び／又は適応性のある機械学習応答を用いて、適切なプログラミングによって実施することができる。

[0127] やはり説明したように、放射源装置３１０及び／又は照明系３１２を制御するのに代えて、又はそれに加えて、スペクトル分解及び空間分解された波面情報は、９１２でメトロロジプロセッサ３２０に供給することができる。この場合に、この波面情報を使用して、ターゲットＴの特性及び／又はリソグラフィプロセスの性能パラメータの計算を修正することができる。例えば、検出器３１８からの信号の処理は、放射ビーム３５６のスペクトル特性及び／又は波面形状についての特定の仮定に基づくことができる。例えば、ビームは、それぞれの波面形状及び強度を有するスペクトル成分の特定の混合物を含むと仮定することができる。ビームに交差する様々な位置での様々なスペクトル成分に対する実際の波面形状及び強度を示す波面情報が得られた場合に、対象となる特性の計算は、調整してより正確にすることができる。したがって、波面センサを使用して、放射源装置の安定性を改善する、又はメトロロジ装置によって行われる測定のロバスト性を改善する、又はその両方を改善することができる。

[0128] したがって、実施形態は、検査装置のハードウェアコンポーネントに関連して、放射源装置の動作状態を求め、且つ／又は求めた状態に応じて、放射源装置を制御する方法を記述する１つ又は複数の一連の機械可読命令、及び／或いは関数型データを含むコンピュータプログラムを含むことができる。このコンピュータプログラムは、例えば、図２〜１６の装置のメトロロジ処理ユニットＭＰＵ及び／又は図１の監視制御システムＳＣＳ内で実行することができる。そのようなコンピュータプログラムが格納された非一時的データ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気ディスク、又は光ディスク）を設けることもできる。この場合に、既存の放射源装置は、すでに製造され、且つ／又は使用されており、修正実施形態は、プロセッサに本明細書で説明した方法の１つ又は複数を実行させるための更新したコンピュータプログラム製品を用意することで実施することができる。

[0129] 本明細書では詳述しないレーザ放射送出システム及びＨＨＧ放射源の他のコンポーネントのさらなる修正があり得る。これらの修正の一部は、例えば、上記の米国特許出願公開第２０１７／１８４５１１Ａ１号（本願の優先日に公開されていない）に開示されている。他の修正は、同様に本願の優先日にまだ公開されていない、２０１５年１２月２３日付の欧州特許出願第１５２０２３０１．６号からの優先権を共に主張する米国特許出願第１５／３８８，４６３号及び国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１６／０８０１０３号に開示されている。欧州特許出願第１６１８８８１６．９号はすでに説明した。すべてのこれらの出願の内容は、参照により本明細書に援用され、それらの出願で説明した技術は、本開示の技術と組み合わせて使用することができる。

[0130] 本開示は、特に、現在の技術開発の対象となる例として、１〜１００ｎｍのＥＵＶ及びＳＸＲ放射を提示したが、例えば、１ｎｍ未満、場合によっては０．１ｎｍ未満の波長を有する「より硬質の」ｘ線領域のより短い波長を使用することもできる。放射の反射による検査を例として説明したが、本開示の原理は、特に、より短いｘ線放射が基板全体を貫通できる透過型装置に適用することもできる。

[0131] 図１８は、図１に示すタイプのリソグラフィ製造システムの制御における、検査装置３０２などの検査装置の適用例を示している。この場合に、ステップが列挙され、次いで、詳細に説明される。
Ｓ２１：ウェハを処理して基板上に構造を形成する。
Ｓ２２：基板全体にわたってＣＤ及び／又は他のパラメータを測定する。
Ｓ２３：メトロロジレシピを更新する。
Ｓ２４：リソグラフィ及び／又はプロセスレシピを更新する。

[132] ステップＳ２１で、リソグラフィ製造システムを使用して、基板全体にわたって構造を形成する。ステップ２２で、メトロロジ装置１４０と、任意選択で、他のメトロロジ装置及び情報源とを使用して、基板全体にわたる構造の特性を測定する。上記に説明した本開示の原理によれば、上記のように、放射源装置を観測及び制御することで発生したＥＵＶ又はＳＸＲ放射を使用して、１つ又は複数のターゲットの特性を測定する。空間及びスペクトル分解能を有する波面センサを使用して、放射源の制御を改善することができる。波面傾斜及び／又は測定中に存在するスペクトル成分に関する情報を使用して、メトロロジ結果の処理を改善することができる。

[0133] ステップＳ２３で、任意選択で、得られた測定結果を踏まえて、メトロロジ装置のメトロロジレシピ及び較正を更新する。メトロロジレシピは、最も信頼できる非対称特性に対して回折スペクトルのどの部分を比較すべきかを指定することができる。レシピは、例えば、ＳＸＲ放射のスペクトル及び／又は偏光を制御するために、レーザ放射送出システムの設定を指定することもできる。レシピはまた、メトロロジ装置の精度を改善するために、スペクトル分解された波面情報をどのように使用すべきかを示すことができる。

[0134] ステップＳ２４で、オーバーレイ又は他の性能パラメータの測定値が望ましい値と比較され、リソグラフ装置及び／又はリソグラフ製造システム内の他の装置の設定を更新するために使用される。

おわりに
[0135] 単一の取込み像において、放射ビームに交差する各位置での２次元空間分解能とスペクトル分解能との両方をもたらす波面センサの修正形態が上記に開示された。

[0136] 波面センサは、放射源装置の改善された観測及び制御を支援することができる。波面センサは、メトロロジ装置が、放射源装置によって発生した放射ビームの品質に依存する場合に、測定のより正確な計算を支援することができる。十分に高速の測定は、例えば、大量製造において、オーバーレイ測定の時間尺度で完全なＥＵＶビーム情報をもたらす。

[0137] スペクトル選択性を得るために、ＥＵＶ分散計を追加する必要はなく、その理由は、格子がハルトマンマスクに組み込まれるからである。ＥＵＶでの高偏光感度の波面測定が可能になる。

[0138] 本開示の原理は、任意の波長領域に適用できるが、特に、放射源の安定性が、必要とされる進化であり、干渉法などの光波面検出法が問題を含むＥＵＶ／軟Ｘ線領域に適用可能である。

[0139] 原理から外れることなく、開口アレイ及び分散要素を透過式又は反射式にすることができる。反射で動作する変形型は、例えば、斜入射円錐回折構成を含むことができる。これは、製造性及びロバスト性の観点から利点を有し、回折ジオメトリ及びコントラストに対して完全に異なるパラメータ空間をもたらす。斜入射におけるＥＵＶ放射の円錐回折の解析は、論文、C. Braig, L. Fritzsch, T. Kae sebier, E.-B. Kley, C. Laubis, Y. Liu, F. Scholze, and A. Tue nnermann, “An EUV beamsplitter based on conical grazing incidence diffraction,” Opt. Express 20, 1825-1838 (2012)に提示されている。

[0140] 波面処理の実施は簡単であり得る。単一波長に対応する回折スポットは、選択された数値法によって局所化され、その後、ハルトマン／シャック−ハルトマン波面センサ用の確立された従来の再構築ルーチンを通じて、各スペクトル成分に対する波面の再構築を進めることができる。

[0141] 所与のマスク（開口アレイ）で特徴付けることができる波長領域、スペクトル分解能、及び波面曲率は、幾何学的パラメータ（穴径及び位置、格子ピッチ、カメラまでの距離、センサピクセルサイズなど）によって決まる。開口アレイに代えて、又は開口アレイに加えて、合焦要素を使用することができる。そのような合焦要素は、反射式の形態か、又は透過式の形態（波長容認）のいずれかの合焦要素とすることができ、同じ反射式又は透過式の形態は分散要素に適用される。スペクトル分解は、波長スペクトルをわずか２つのスペクトル成分、又は何百ものスペクトル成分に分割することで行うことができる。各スペクトル成分は、何が実用的か、及び所与の目的に何が必要とされるかに応じて、きわめて広い波長帯域によって、又はきわめて狭い帯域によって範囲を限定することができる。

[0142] 任意選択で、センサは、例えば、所望のスペクトル領域及びスペクトル分解が、個々の穴／格子間の間隔が大きいことを必要とする場合に、波面の空間分解能を高めるために、ビームに対して走査することができる。波面センサの特有の空間分解能とは、他の走査構成と比較して、必要とされる走査範囲が狭いということである（ほぼ開口間の距離）。

[0143] 開口アレイによる予測される回折のモデル化は、複雑な波面及び複雑なスペクトルを特性化する能力を高める。例えば、（開口の形状に関係する）あらゆるスポットの形状を理解することは、中心位置のより正確な特定を可能にする。

[0144] 本開示の原理は、高調波発生源などのＥＵＶ源を用いるが、（空間フィルタにかけられた）プラズマ放電などのあまりコヒーレントでない放射源を用いても適用することができる。

[0145] 偏光感度をこの手法に含めることもできる。格子回折効率が偏光依存である場合、格子のサブセットを直角方向に向けることで、波面の局所偏光状態をサンプリングすることができる。或いは、第２の測定のために、マスク又は開口アレイを画定する他のコンポーネントを９０°回転させることができる。より複雑な形状及び向きを有する格子は、同様な効果を得るためと考えられる。言い換えると、これらの異なるサブセット／向きに対応するスポットの相対強度を測定することで、ビーム全体にわたる何らかの空間分解能と共に、放射ビームの偏光状態についての何らかの情報が得られる。格子の偏光感度はまた、格子ピッチ、マスク厚さ、及びマスク用材料の選択を調整することで導入することができる。

[0146] ブレーズ格子を使用することで、一方の回折次数をなくすことができ、これは、センサの穴／格子のより高密度な実装（したがって、高い分解能）を可能にする。

[0147] メトロロジの用途では、上記のターゲット構造は、測定を目的として特別に設計及び形成されたメトロロジターゲットとすることができ、他の実施形態では、基板上に形成されたデバイスの機能部分であるターゲットの特性を測定することができる。多くのデバイスは、格子状の規則的な周期性の構造を有する。本明細書で使用される「ターゲット」、ターゲットの「格子」又は「周期性構造」は、測定を実施するために、適用可能な構造を特別に設けることを必要としない。さらに、メトロロジターゲットのピッチＰは、測定ツールの光学系の分解能限界に近いが、パターン形成プロセスによって、ターゲット部分Ｃに作られる典型的な製品フィーチャの寸法よりもはるかに大きくすることができる。実際上、格子のフィーチャ及び／又は間隔は、大きさが製品フィーチャと同様のより小さい構造を含むように作製することができる。

[0148] さらなる実施形態が、次の番号を付けた条項で開示される。
１．放射ビームを発生させることができる放射源装置であって、
発生した放射ビームに交差する位置アレイでの波面の傾斜を少なくとも断続的に測定する波面センサと、
測定した波面の傾斜に少なくとも部分的に基づいて、放射源装置の動作状態を求めるプロセッサと、
をさらに含み、
上記波面センサは、上記アレイ内の各位置に分散要素を設けられ、スペクトル分解を用いて、上記アレイ内の各位置での波面傾斜を測定するように構成される、放射源装置。
２．位置アレイは、１つ又は複数の空間ベクトルによって規定され、各分散要素の分散の方向は、上記空間ベクトルのいずれとも平行ではない、条項１に記載の放射源装置。
３．位置アレイは、２つ以上のサブセットに分割され、各サブセットの分散要素は分散の方向が異なる、条項２に記載の放射源装置。
４．上記分散要素は回折格子を含み、放射は、アレイ内の各位置で、複数のスペクトル成分に対する正及び負の回折次数を含むスペクトルに分散される、条項１〜３のいずれか一項に記載の放射源装置。
５．上記波面センサは、スペクトル成分の正及び負の回折次数の検出に基づいて、アレイ内の各位置での各スペクトル成分に対する波面傾斜を計算するように動作可能である、条項４に記載の放射源装置。
６．上記波面センサは、単一像内の様々なスペクトル成分及び様々な位置に対する上記正及び負の回折次数の位置及び強度を取り込むための像検出器を含み、様々なスペクトル成分及び様々な位置は、発生した放射の高調波構造の情報と各分散要素の分散特性の情報とに基づいて、取り込んだ像内の回折次数の位置によって特定される、条項５に記載の放射源装置。
７．上記波面傾斜は、計算及び／又は較正によって求めた基準位置に対する上記正及び負の回折次数の検出位置に基づいて計算される、条項６に記載の放射源装置。
８．上記分散要素は、分散の複数の異なる方向を規定し、アレイ内の位置での複数のスペクトル成分に対する波面傾斜は、少なくとも２つの分散方向を有する回折スペクトルからの正及び負の次数を組み合わせることで求められる、条項４に記載の放射源装置。
９．波面傾斜は、分散方向に直角な方向の、取り込んだ回折スペクトルの偏位から少なくとも部分的に求められる、条項８に記載の放射源装置。
１０．波面傾斜は、分散の方向に平行な方向の、取り込んだ回折スペクトルのディストーションから少なくとも部分的に求められる、条項８又は９に記載の放射源装置。
１１．上記波面傾斜は、予測される回折パターンと取り込んだ回折パターンとを比較する反復プロセスによって求められる、条項８〜１０のいずれか一項に記載の放射源装置。
１２．プロセッサは、放射源装置の動作状態を求めるために、様々なスペクトル成分に対する、測定した波面傾斜を使用するように構成される、条項１〜１１のいずれか一項に記載の放射源装置。
１３．上記波面センサは、アレイ内の各位置での上記スペクトル成分の相対強度を測定するようにさらに動作可能であり、相対強度の情報は、放射源装置の動作状態を求めるために、上記プロセッサで使用される、条項１〜１２のいずれか一項に記載の放射源装置。
１４．上記波面センサは、アレイ内の各位置での１つ又は複数の上記スペクトル成分のスペクトル幅を測定するようにさらに動作可能であり、スペクトル幅の情報は、放射源装置の動作状態を求めるために、上記プロセッサで使用される、条項１〜１３のいずれか一項に記載の放射源装置。
１５．上記波面センサは、アレイ内の各位置での１つ又は複数の上記スペクトル成分の偏光特性を測定するようにさらに動作可能であり、測定した偏光特性は、放射源装置の動作状態を求めるために、上記プロセッサで使用される、条項１〜１４のいずれか一項に記載の放射源装置。
１６．上記波面センサは、アレイ内の各位置での１つ又は複数の上記スペクトル成分の空間コヒーレンス特性を測定するようにさらに動作可能であり、測定した空間コヒーレンス特性は、放射源装置の動作状態を求めるために、上記プロセッサで使用される、条項１〜１５のいずれか一項に記載の放射源装置。
１７．上記位置アレイは、開口アレイによって画定され、アレイの各開口は、上記スペクトル成分を異なる方向に向けるための分散要素を設けられる、条項１〜１６のいずれか一項に記載の放射源装置。
１８．上記位置アレイは、合焦要素アレイによって画定され、アレイの各合焦要素は、上記スペクトル成分を異なる方向に向けるための分散要素を設けられる、条項１〜１７のいずれか一項に記載の放射源装置。
１９．上記分散要素は回折格子である、条項１７又は１８に記載の放射源装置。
２０．発生した放射ビームは、１００ｎｍ未満の波長を含む、条項１〜１９のいずれか一項に記載の放射源装置。
２１．プロセッサによって求めた動作状態に少なくとも部分的に応じて、放射源装置の少なくとも１つの動作パラメータを自動で調整するコントローラをさらに含む、条項１〜２０のいずれか一項に記載の放射源装置。
２２．第１の放射と媒体との間の相互作用を引き起こし、それにより、高調波発生によって上記放射ビームを発生させるように構成される、条項２１に記載の放射源装置。
２３．媒体はガス状媒体である、条項２２に記載の放射源装置。
２４．調整される動作パラメータは、ビームのパルス強度又はパルス長、軸方向焦点位置、横方向焦点位置、或いは波面などの、第１の放射の放射源及び／又はビーム送出システムの動作パラメータである、条項２２又は２３に記載の放射源装置。
２５．調整される動作パラメータは媒体のパラメータである、条項２３又は２４に記載の放射源装置。
２６．媒体はガスジェットであり、調整される動作パラメータは、ガス送出システムの動作パラメータである、条項２５に記載の放射源装置。
２７．上記プロセッサは、求めた動作状態に少なくとも部分的に基づいて、診断情報を出力するように動作可能である、条項１〜２６のいずれか一項に記載の放射源装置。
２８．媒体はガスジェットであり、診断情報は、放射源装置の一部の摩耗状態に関する、条項２７に記載の放射源装置。
２９．検査放射をターゲット構造に送出する照明系と、ターゲット構造と相互作用した後の上記検査放射を検出する検出系とを含む検査装置であって、照明系は、条項１〜２８のいずれか一項に記載の放射源装置を含み、発生した放射ビームは、上記検査放射として使用される、検査装置。
３０．検査放射は、１００ｎｍ未満の波長を含む、条項２９に記載の検査装置。
３１．検出した検査放射に基づいて、ターゲット構造の特性を求めるための処理装置をさらに含む、条項３０に記載の検査装置。
３２．上記処理装置は、ターゲット構造の求めた特性に少なくとも部分的に基づいて、リソグラフィプロセスの第１の性能パラメータを計算するようにさらに構成される、条項３１に記載の検査装置。
３３．上記処理装置は、波面センサの出力にさらに基づいて、ターゲット構造の上記特性及び／又は上記第１の性能パラメータを求めるように構成される、条項３１又は３２に記載の検査装置。
３４．上記波面センサは、検査放射の一部分を連続して受け入れ、一方、検査放射の別の部分は、ターゲット構造と相互作用する、条項２９〜３３のいずれか一項に記載の検査装置。
３５．上記波面センサは、検査放射がターゲット構造と相互作用する間以外の時間に、検査放射の少なくとも一部分を断続的に受け入れるように構成される、条項２９〜３３のいずれか一項に記載の検査装置。
３６．上記波面センサは、上記照明系の合焦要素よりも下流の上記検査放射の少なくとも一部分を受け入れるように構成される、条項２９〜３５のいずれか一項に記載の検査装置。
３７．放射ビームに交差する位置アレイでの波面の傾斜を測定する波面センサであって、上記アレイ内の各位置に分散要素を設けられ、スペクトル分解を用いて、上記アレイ内の各位置での波面傾斜を測定するように構成される波面センサ。
３８．位置アレイは、１つ又は複数の空間ベクトルによって規定され、各分散要素の分散の方向は、上記空間ベクトルのいずれとも平行ではない、条項３７に記載の波面センサ。
３９．位置アレイは、２つ以上のサブセットに分割され、各サブセットの分散要素は分散の方向が異なる、条項３８に記載の波面センサ。
４０．上記分散要素は回折格子を含み、放射は、アレイ内の各位置で、複数のスペクトル成分に対する正及び負の回折次数を含むスペクトルに分散される、条項３７〜３９のいずれか一項に記載の波面センサ。
４１．上記波面センサは、スペクトル成分の正及び負の回折次数の検出に基づいて、アレイ内の各位置での各スペクトル成分に対する波面傾斜を計算するように動作可能である、条項４０に記載の波面センサ。
４２．上記波面センサは、単一像内の様々なスペクトル成分及び様々な位置に対する上記正及び負の回折次数の位置及び強度を取り込むための像検出器を含み、様々なスペクトル成分及び様々な位置は、放射ビームの高調波構造の情報と各分散要素の分散特性の情報とに基づいて、取り込んだ像内の回折次数の位置によって特定される、条項４１に記載の波面センサ。
４３．上記波面傾斜は、計算及び／又は較正によって求めた基準位置に対する上記正及び負の回折次数の検出位置に基づいて計算される、条項４２に記載の波面センサ。
４４．上記分散要素は、分散の複数の異なる方向を規定し、アレイ内の位置での複数のスペクトル成分に対する波面傾斜は、少なくとも２つの分散方向を有する回折スペクトルからの正及び負の次数を組み合わせることで求められる、条項４０に記載の波面センサ。
４５．波面傾斜は、分散方向に直角な方向の、取り込んだ回折スペクトルの偏位から少なくとも部分的に求められる、条項４４に記載の波面センサ。
４６．波面傾斜は、分散の方向に平行な方向の、取り込んだ回折スペクトルのディストーションから少なくとも部分的に求められる、条項４４又は４５に記載の波面センサ。
４７．上記波面傾斜は、予測される回折パターンと取り込んだ回折パターンとを比較する反復プロセスによって求められる、条項４４〜４６のいずれか一項に記載の波面センサ。
４８．上記波面センサは、アレイ内の各位置での上記スペクトル成分の相対強度を測定するようにさらに動作可能である、条項３７〜４７のいずれか一項に記載の波面センサ。
４９．上記波面センサは、アレイ内の各位置での１つ又は複数の上記スペクトル成分のスペクトル幅を測定するようにさらに動作可能である、条項３７〜４８のいずれか一項に記載の波面センサ。
５０．上記波面センサは、アレイ内の各位置での１つ又は複数の上記スペクトル成分の偏光特性を測定するようにさらに動作可能である、条項３７〜４９のいずれか一項に記載の波面センサ。
５１．上記波面センサは、アレイ内の各位置での１つ又は複数の上記スペクトル成分の空間コヒーレンス特性を測定するようにさらに動作可能である、条項３７〜５０のいずれか一項に記載の波面センサ。
５２．上記位置アレイは、開口アレイによって画定され、アレイの各開口は、上記スペクトル成分を異なる方向に向けるための分散要素を設けられる、条項３７〜５１のいずれか一項に記載の波面センサ。
５３．上記位置アレイは、合焦要素のアレイによって画定され、アレイの各合焦要素は、上記スペクトル成分を異なる方向に向けるための分散要素を設けられる、条項３７〜５１のいずれか一項に記載の波面センサ。
５４．上記分散要素は回折格子である、条項５２又は５３に記載の波面センサ。
５５．放射源装置の動作状態を観測する方法であって、上記放射源装置によって発生した放射ビームに交差する位置アレイでの波面の傾斜を少なくとも断続的に測定することと、測定した波面傾斜に少なくとも部分的に基づいて、放射源装置の動作状態を求めることとを含み、波面傾斜は、上記アレイ内の各位置で、スペクトル分解を用いて測定される、方法。
５６．複数のスペクトル成分に対する波面傾斜は、上記アレイ内の各位置に分散要素を設けることで測定される、条項５５に記載の方法。
５７．各スペクトル成分に対する波面傾斜は、計算及び／又は較正によって求めた基準位置に対する正及び負の回折次数の検出位置に基づいて計算される、条項５６に記載の方法。
５８．プロセッサによって求められた動作状態に少なくとも部分的に応じて、方法の少なくとも１つの動作パラメータを自動で調整することをさらに含む、条項５５〜５７のいずれか一項に記載の方法。
５９．第１の放射と媒体との間の相互作用を引き起こし、それにより、高調波発生によって上記放射ビームを発生させるように構成され、調整される動作パラメータは、第１の放射のビーム送出システムの動作パラメータである、条項５８に記載の方法。
６０．調整される動作パラメータは媒体のパラメータである、条項５５〜５９のいずれか一項に記載の方法。
６１．媒体はガスジェットであり、調整される動作パラメータは、ガス送出システムの動作パラメータである、条項６０に記載の方法。
６２．求めた動作状態に少なくとも部分的に基づいて、診断情報を出力することをさらに含む、条項５５〜６１のいずれか一項に記載の方法。
６３．リソグラフィプロセスによって基板上に形成された構造を検査する方法であって、
条項５８〜６２のいずれか一項に記載の方法によって制御される放射源装置により発生した検査放射でターゲット構造を照明することと、
上記検査放射のうちのターゲット構造と相互作用した後の部分を検出することと、
を含む方法。
６４．上記検査放射の検出した部分に少なくとも部分的に基づいて、ターゲット構造の特性を求めることをさらに含む、条項６３に記載の方法。
６５．ターゲット構造の求めた特性に少なくとも部分的に基づいて、リソグラフィプロセスの少なくとも１つの性能パラメータを求めることをさらに含む、条項６３又は６４に記載の方法。
６６．デバイスを製造する方法であって、リソグラフィプロセスステップを含み、上記リソグラフィプロセスステップを実施する前、又は後に、条項６３〜６５のいずれか一項に記載の方法によって、基板上の１つ又は複数のターゲット構造の特性を求め、基板及び／又は次の基板を処理するために、求めた特性を使用して、リソグラフィプロセスステップのパラメータを調整する、方法。
６７．条項１〜２８のいずれか一項に記載の放射源装置の処理をプロセッサに実施させる機械可読命令を含むコンピュータプログラム製品。
６８．条項１〜２８のいずれか一項に記載の放射源装置の波面センサ内の、又は条項３７〜５４のいずれか一項に記載の波面センサ内の複数のスペクトル成分に対する波面傾斜をプロセッサに計算させる機械可読命令を含むコンピュータプログラム製品。
６９．条項２１〜２６のいずれか一項に記載の放射源装置の制御をプロセッサに実施させる機械可読命令を含むコンピュータプログラム製品。

[0149] 光リソグラフィとの関連において、実施形態の使用について上記に特定の言及を行うことができたが、当然のことながら、本発明の実施形態は、他の用途、例えば、インプリントリソグラフィで使用することができ、状況が可能にする場合、光リソグラフィに限定されない。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィが、基板に形成される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に押し付けることができ、レジストは、電磁放射、熱、圧力、又はそれらの組み合わせを加えることで硬化する。パターニングデバイスは、レジストが硬化した後、レジスト内にパターンを残したままレジストから引き離される。

[0150] 特定の実施形態の前述の説明は、本発明の実施形態の一般的な性質を明らかにするので、他者は、当技術分野の技能の範囲内の知識を適用することで、過度の実験を行うことなく、本発明の一般概念から逸脱することなく、そのような特定の実施形態を容易に修正し、且つ／又はそのような特定の実施形態を様々な用途に適合させることができる。したがって、そのような適合及び修正は、本明細書に提示した教示及びガイダンスに基づいて、開示した実施形態の等価物の趣旨及び範囲内であることを意図されている。当然のことながら、本明細書における専門語又は用語は、例を用いて説明するためのものであり、限定するものではなく、本明細書の用語又は専門語は、教示及びガイダンスに照らして、同業者によって解釈されるべきである。

[0151] 本発明の広さ及び範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれかによって限定されるのではなくて、添付の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ規定されるべきである。

Claims (15)

1. 放射ビームを発生させることができる放射源装置であって、
   前記発生した放射ビームに交差する位置アレイでの波面の傾斜を少なくとも断続的に測定する波面センサと、
   前記測定した波面傾斜に少なくとも部分的に基づいて、前記放射源装置の動作状態を求めるプロセッサと、
   を含み、
   前記波面センサは、前記アレイ内の各位置に分散要素を設けられ、スペクトル分解を用いて、前記アレイ内の各位置での波面傾斜を測定し、
   前記波面センサは、単一像内の様々なスペクトル成分及び様々な位置に対する、正及び負の回折次数の位置及び強度を取り込むための像検出器を含む、放射源装置。
2. 前記位置アレイは、１つ又は複数の空間ベクトルによって規定され、各分散要素の分散の方向は、前記空間ベクトルのいずれとも平行でなく、任意選択で、前記位置アレイは、２つ以上のサブセットに分割され、各サブセットの前記分散要素は分散の方向が異なる、請求項１に記載の放射源装置。
3. 前記分散要素は回折格子を含み、前記放射は、前記アレイ内の各位置で、複数のスペクトル成分に対する正及び負の回折次数を含むスペクトルに分散される、請求項１又は２に記載の放射源装置。
4. 前記波面センサは、前記スペクトル成分の前記正及び負の回折次数の検出に基づいて、前記アレイ内の各位置での各スペクトル成分に対する波面傾斜を計算することができる、請求項３に記載の放射源装置。
5. 前記波面センサは、単一像内の様々なスペクトル成分及び様々な位置に対する前記正及び負の回折次数の位置及び強度を取り込むための像検出器を含み、前記様々なスペクトル成分及び様々な位置は、前記発生した放射の高調波構造の情報と各分散要素の分散特性の情報とに基づいて、前記取り込んだ像内の回折次数の位置によって特定され、任意選択で、前記波面傾斜は、計算及び／又は較正によって求めた基準位置に対する前記正及び負の回折次数の検出位置に基づいて計算される、請求項４に記載の放射源装置。
6. 前記分散要素は、分散の複数の異なる方向を規定し、前記アレイ内の位置での複数のスペクトル成分に対する波面傾斜は、少なくとも２つの分散方向を有する回折スペクトルからの正及び負の次数を組み合わせることで求められ、任意選択で、波面傾斜は、前記分散方向に直角な方向の、取り込んだ回折スペクトルの偏位から少なくとも部分的に求められる、請求項３に記載の放射源装置。
7. 波面傾斜は、前記分散方向に平行な方向の、取り込んだ回折スペクトルのディストーションから少なくとも部分的に求められる、請求項６に記載の放射源装置。
8. 前記波面傾斜は、予測される回折パターンと取り込んだ回折パターンとを比較する反復プロセスによって求められる、請求項６又は７に記載の放射源装置。
9. 前記プロセッサは、前記放射源装置の動作状態を求めるために、様々なスペクトル成分に対する前記測定した波面傾斜を使用する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の放射源装置。
10. 前記波面センサは、前記アレイ内の各位置での前記スペクトル成分の相対強度を測定することがさらに可能であり、前記相対強度の情報は、前記放射源装置の動作状態を求めるために、前記プロセッサで使用される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の放射源装置。
11. 前記波面センサは、前記アレイ内の各位置での１つ又は複数の前記スペクトル成分のスペクトル幅を測定することがさらに可能であり、前記スペクトル幅の情報は、前記放射源装置の動作状態を求めるために、前記プロセッサで使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の放射源装置。
12. 検査放射をターゲット構造に送出する照明系と、前記ターゲット構造と相互作用した後の前記検査放射を検出する検出系とを含む検査装置であって、前記照明系は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の放射源装置を含み、前記発生した放射ビームは、前記検査放射として使用される、検査装置。
13. 放射ビームに交差する位置アレイでの波面の傾斜を測定する波面センサであって、前記アレイ内の各位置に分散要素を設けられ、スペクトル分解を用いて、前記アレイ内の各位置で波面傾斜を測定し、
    単一像内の様々なスペクトル成分及び様々な位置に対する、正及び負の回折次数の位置及び強度を取り込む、波面センサ。
14. 放射源装置の動作状態を観測する方法であって、前記放射源装置によって発生した放射ビームに交差する位置アレイでの波面の傾斜を少なくとも断続的に測定することと、前記測定した波面傾斜に少なくとも部分的に基づいて、前記放射源装置の動作状態を求めることと、単一像内の様々なスペクトル成分及び様々な位置に対する、正及び負の回折次数の位置及び強度を取り込むこととを含み、波面傾斜は、前記アレイ内の各位置で、スペクトル分解を用いて測定される、方法。
15. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の放射源装置の前記波面センサ内の、又は請求項１２に記載の前記波面センサ内の複数のスペクトル成分に対する波面傾斜をプロセッサに計算させる機械可読命令を含むコンピュータプログラム製品。
    

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