JP7828361B2 - オーバーレイ計測用の傾斜照明 - Google Patents

Description

本開示は概して、オーバーレイ計測に関し、より詳細には、明視野撮像オーバーレイ計測に関する。

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年５月４日に出願された、「ＯＢＬＩＱＵＥ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＯＶＥＲＬＡＹ ＭＥＴＲＯＬＯＧＹ」という名称の米国仮特許出願第６３／１８３、６５１号の米国特許法第１１９号（ｅ）の下での利益を請求し、この出願は全体として参照により本明細書に組み込まれる。

オーバーレイ計測システムは、典型的には、関心対象の層上にあるオーバーレイターゲット特徴の相対位置を測定することによって、試料の複数の層のオーバーレイ整列を特徴付ける。製作された特徴のサイズが減少し、特徴密度が増加するにつれて、これらの特徴を特徴付けるのに必要とされるオーバーレイ計測システムに対する要求が増大する。

米国特許出願公開第２０１９／０３１００８０号 米国特許出願公開第２０１８／０２１６９３０号

したがって、これらの要求に対処するためのシステム及び方法を開発することが望ましい。

本開示の１つ又は複数の例示的な実施形態に従う、オーバーレイ計測システムが開示される。例示的な一実施形態では、システムは、試料上のオーバーレイターゲットの測定のための計測レシピを実施するためのオーバーレイ計測ツールを含み、オーバーレイターゲットは、１つ又は複数の測定方向に沿って分布したパターン化された特徴を有する１つ又は複数の格子構造を含む計測レシピと関連している。別の例示的な一実施形態では、オーバーレイ計測ツールは、対物レンズと、計測レシピを実施する際に、１つ又は複数の照度分布の中に分布した２つ以上の傾斜照明ローブによってオーバーレイターゲットを照明する１つ又は複数の照明光学系を含む照明経路と、を含む。別の例示的な一実施形態では、１つ又は複数の照度分布は、１つ又は複数の測定方向のそれぞれについて、対物レンズによって収集されたオーバーレイターゲットによる１つ又は複数の照度分布の回折次数が、０次回折ローブと、２つ以上の照明ローブのうちの少なくとも１つからの単一の１次回折ローブと、を排他的に含むことを提供する。別の例示的な一実施形態では、オーバーレイ計測ツールは、収集経路を含み、該収集経路は、計測レシピを実施する際に、照度分布に応じて対物レンズによって収集されたオーバーレイターゲットからの光に基づいて、１つ又は複数の検出器上にオーバーレイターゲットを撮像するための１つ又は複数の収集光学系を含む。別の例示的な一実施形態では、システムは、少なくとも１つ又は複数の検出器に通信可能に結合された制御器を含む。別の例示的な一実施形態では、制御器は、１つ又は複数の照度分布に基づいて１つ又は複数の検出器からオーバーレイターゲットの１つ又は複数の画像を受け取り、１つ又は複数の画像に基づいて１つ又は複数の測定方向と関連したオーバーレイターゲットについて１つ又は複数のオーバーレイ測定値を生成する。

本開示の１つ又は複数の例示的な実施形態に従う、オーバーレイ計測システムが開示される。例示的な一実施形態では、システムは、オーバーレイ計測ツールと通信可能に結合された制御器を含み、オーバーレイ計測ツールは、試料上のオーバーレイターゲットの測定のための計測レシピを実施するように構成され、オーバーレイターゲットは、１つ又は複数の測定方向に沿って分布したパターン化された特徴を有する１つ又は複数の格子構造を含む計測レシピと関連している。別の例示的な一実施形態では、オーバーレイ計測ツールは、対物レンズと、計測レシピを実施する際に、１つ又は複数の照度分布の中に分布した２つ以上の傾斜照明ローブによってオーバーレイターゲットを照明するための１つ又は複数の照明光学系を含む照明経路と、を含む。別の例示的な一実施形態では、１つ又は複数の照度分布は、１つ又は複数の測定方向のそれぞれについて、対物レンズによって収集されるオーバーレイターゲットによる１つ又は複数の照度分布の回折次数が、０次回折ローブと、２つ以上の照明ローブのうちの少なくとも１つからの単一の１次回折ローブとを、排他的に含むことを提供する。別の例示的な一実施形態では、オーバーレイ計測ツールは、計測レシピを実施する際に、照度分布に応じて対物レンズによって収集されたオーバーレイターゲットからの光に基づいて、１つ又は複数の検出器上にオーバーレイターゲットを撮像するための１つ又は複数の収集光学系を含む収集経路を含む。別の例示的な一実施形態では、制御器は、１つ又は複数の照度分布に基づいて、１つ又は複数の検出器からオーバーレイターゲットの１つ又は複数の画像を受け取り、１つ又は複数の画像に基づいて、１つ又は複数の測定方向と関連したオーバーレイターゲットについて１つ又は複数のオーバーレイ測定値を生成する。

本開示の１つ又は複数の例示的な実施形態に従う、オーバーレイ方法が開示される。例示的な一実施形態では、方法は、オーバーレイ計測ツールを使用してオーバーレイターゲットの１つ又は複数の画像をキャプチャすることを含み、オーバーレイ計測ツールは、試料上のオーバーレイターゲットの測定のための計測レシピを実施するように構成され、オーバーレイターゲットは、１つ又は複数の測定方向に沿って分布したパターン化された特徴を有する１つ又は複数の格子構造を含む計測レシピと関連している。別の例示的な一実施形態では、オーバーレイ計測ツールは、対物レンズと、計測レシピを実施する際に、１つ又は複数の照度分布の中に分布した２つ以上の傾斜照明ローブによってオーバーレイターゲットを照明するための１つ又は複数の照明光学系を含む照明経路と、を含む。別の例示的な一実施形態では、１つ又は複数の照度分布は、１つ又は複数の測定方向のそれぞれについて、対物レンズによって収集されたオーバーレイターゲットによる１つ又は複数の照度分布の回折次数が、０次回折ローブと、２つ以上の照明ローブのうちの少なくとも１つからの単一の１次回折ローブと、を排他的に含むことを提供する。別の例示的な一実施形態では、オーバーレイ計測ツールは、計測レシピを実施する際に、照度分布に応じて対物レンズによって収集されたオーバーレイターゲットからの光に基づいて、１つ又は複数の検出器上にオーバーレイターゲットを撮像するための１つ又は複数の収集光学系を含む収集経路を更に含む。別の例示的な一実施形態では、方法は、１つ又は複数の画像に基づいて、１つ又は複数の測定方向に関連したオーバーレイターゲットについて１つ又は複数のオーバーレイ測定値を生成することを含む。

前述の概要と以下の詳細な説明の両方は、単に例示であって説明であり、必ずしも特許請求の範囲に記載されたように発明を限定するものではないことを理解されたい。本明細書の一部分に組み込まれ、これを構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、概要と一緒に本発明の原理を説明するのに役立つ。

本開示の多くの利点は、添付図面を参照することによって、当業者によりよく理解され得る。
本開示の１つ又は複数の実施形態に従うオーバーレイ計測システムについてのブロック図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従うオーバーレイ計測ツールについての簡略化された概略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、照明源からの照明が複数の照明ローブを提供するために光ファイバの任意の組み合わせに向けられているオーバーレイ計測ツールの簡略化された概略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、重複しない特徴を有するオーバーレイターゲットの上面図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、円形形状を有する照明ローブを有する照明瞳分布である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、楕円形状を有する照明ローブを有する照明瞳分布である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、幾何学的レンズ（猫の目形状の）として形成された照明ローブを有する照明瞳分布である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、収集瞳境界に重畳された傾斜照明ローブの双極子分布を含む照明瞳境界についての概念図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、水平格子構造による図４Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳面についての概念図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、垂直格子構造による図４Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳面についての概念図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、収集瞳境界に重畳された傾斜照明ローブの四極子分布を含む照明瞳境界についての概念図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、水平格子構造による図５Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳面についての概念図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、垂直格子構造による図５Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳面についての概念図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、双極子又は四極子照度分布に基づいて選択された回折次数を有する調整された明視野撮像のための照明の波長（λ）の関数としてのピッチ（Ｐ）のプロットである。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、収集瞳境界に重畳された傾斜照明ローブの回転型双極子分布を含む照明瞳境界についての概念図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、水平格子構造による図７Ａの照度分布の回折に関連する収集瞳面についての概念図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、垂直格子構造による図７Ａの照度分布の回折に関連する収集瞳面についての概念図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、収集瞳境界上に重畳された傾斜照明ローブの回転型四極子分布を含む照明瞳境界についての概念図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、水平格子構造による図８Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳面についての概念図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、垂直格子構造による図８Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳面についての概念図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、回転型双極子又は回転型四極子照度分布に基づいて選択された回折次数によって調整された明視野撮像のための照明の波長（λ）の関数としてのピッチ（Ｐ）のプロットである。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、１次回折ローブが切り詰められている図５Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳面についての概念図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、単一方向（例えば、Ｘ方向）に沿ったピッチ（Ｐ）を有する格子構造の簡略化された概略図である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、照明瞳面内に中心を置く単一の照明ローブを含む典型的な明視野撮像のための照度分布のプロットである。 本開示の１つまたは複数の実施形態に従う、図１２Ａの照度分布及び代表的な断面に基づいて生成された図１１に示す格子構造の合焦画像である。 本開示の１つまたは複数の実施形態に従う、図１２Ｂの照度分布及び代表的な断面に基づいて生成された図１１に示す格子構造の焦点外画像である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、選択された回折次数による明視野撮像に適した直角位相照明のプロットである。 本開示の１つまたは複数の実施形態に従う、図１３Ａの照度分布及び代表的な断面に基づいて生成された図１１に示す格子構造の合焦画像である。 本開示の１つまたは複数の実施形態に従う、図１３Ｂの照度分布及び代表的な断面に基づいて生成された図１１に示す格子構造の焦点外画像である。 本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、傾斜照明及び選択された回折次数の収集による明視野撮像に基づくオーバーレイ計測のための方法において実行されるステップを示す流れ図である。

開示された主題がここで詳細に参照され、それは、添付図面に示されている。本開示は、特定の実施形態及びその特有の特徴に関して具体的に示され、説明されている。本明細書に記載された実施形態は、限定的なものではなく、例示的なものとされる。本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細の様々な変更及び修正がなされ得ることが、当業者に直ちに明らかになるであろう。

本開示の実施形態は、格子特徴を有するオーバーレイターゲットの明視野撮像に基づくオーバーレイ計測のためのシステム及び方法を対象にし、ここで、明視野画像は、０次回折ローブ、及び単一の１次回折ローブ（例えば、＋１次回折ローブ、又は－１次回折ローブ）等であってこれらに限定されない格子特徴からの２つの回折次数のみを使用して生成される。本明細書では、これらの条件下での明視野撮像が、より高い測定精度を提供するための増加したコントラスト、より緩和された測定条件についての試料焦点ずれに対する低減した画像コントラスト感度、及び目標サイズの減少を支援するためのより細かいピッチによってオーバーレイターゲットを測定する能力等であって、これらに限定されない従来の明視野撮像（例えば、０次回折ローブ、及び２つ以上の追加の回折ローブに基づく撮像）よりも多い利益を提供し得ることが本明細書において考慮されている。

本開示の目的のために、オーバーレイという用語は概して、２つ以上のリソグラフィパターン化工程によって作製された試料上の特徴の相対位置を記述するために使用され、この場合、オーバーレイ誤差という用語は、公称配列からの特徴の偏差を記述する。この文脈では、オーバーレイ測定は、相対位置の測定又はこれらの相対位置と関連したオーバーレイ誤差の測定のいずれかとして表現され得る。例えば、多層デバイスは、それぞれの層に対して異なるリソグラフィ工程を使用して、複数の試料層上にパターン化された特徴を含んでもよく、この場合、層同士の間の特徴の整列は、結果として得られたデバイスの適切な性能を保証するように典型的に厳格に制御されなければならない。したがって、オーバーレイ測定は、２つ以上の試料層上の特徴の相対位置を特徴付け得る。別の一例として、複数のリソグラフィ工程が使用されて、単一の試料層上に特徴を作製し得る。一般にダブルパターン化又はマルチパターン化技術と呼ばれるそのような技術は、リソグラフィシステムの解像度に近い高密度の特徴の作製を容易にし得る。この文脈におけるオーバーレイ測定は、この単一層上の異なるリソグラフィ工程からの特徴の相対位置を特徴付けることができる。オーバーレイ計測の特定の適用に関する本開示全体の実施例及び例示が、例示の目的でのみ提供され、そして開示を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。

更に、オーバーレイターゲットという用語は、２つの回折次数のみによる明視野撮像に基づくオーバーレイ測定に適した既知の周期性（例えば、格子特徴に対応する）を有する試料上の特徴の任意のセットを指すために本明細書で広く使用される。いくつかの実施形態では、オーバーレイターゲットは、同じ層上のデバイス特徴のオーバーレイを典型的に表すオーバーレイ測定値を提供するために作製された１つ又は複数の試料層上の特徴を有する専用ターゲットを含む。例えば、専用オーバーレイターゲットは、特定のオーバーレイ技術に従ってオーバーレイ測定値を提供するように設計された特性（例えば、格子ピッチ、特徴サイズ、格子方向等）を有する格子特徴を有する１つ又は複数のセルを含み得る。このような専用オーバーレイターゲットは、ケガキ線内部又はダイ内部を含むがこれらに限定されない、試料上の様々な位置にプリントされてもよい。いくつかの実施形態では、オーバーレイターゲットは、直接のオーバーレイ測定に適している既知の周期性を有するデバイス特徴を含む。

本明細書では、格子構造（例えば、オーバーレイターゲット内の格子構造）からの回折次数の角度分布は、照明と、格子構造のピッチ、照明ビームの波長、照明ビームの入射角（例えば、方位及び高度の）、及び照明ビームの空間ビームサイズを含む格子構造との両方についての様々な特性に依存することが考慮されている。したがって、本開示のいくつかの実施形態は、オーバーレイターゲット（又は考慮されるオーバーレイターゲット設計）の特性に基づいてオーバーレイ測定に使用される照明の特性を選択するか、そうでなければ制御することにより、オーバーレイターゲットからの回折次数の所望の角度分布を達成することを対象としている。例えば、試料に向けられた照明の様々なパラメータは、選択された回折次数が収集光学系（例えば、対物レンズの開口数（ＮＡ）等内の）によって収集され、したがって、試料の画像又は関連した測定に寄与するように利用可能であることを提供するように制御され得る。

いくつかの実施形態では、照明が、斜めの角度で試料に向けられることにより、対物レンズが、０次回折ローブ、及び単一の１次回折ローブ（例えば、＋１次回折ローブ又は－１次回折ローブ）等であってこれらに限定されないオーバーレイターゲットからの２つの選択された回折次数のみを収集する。本明細書では、２つの選択された回折次数に基づく撮像が、従来の明視野撮像技術に対して試料焦点ずれ誤差にロバストである高コントラスト撮像を提供し得ることが考慮されている。本明細書では、このような傾斜照明はまた、２つの所望の回折次数が収集瞳にわたって広げられ得るので、従来の明視野撮像システムよりも小さいピッチを有するターゲットの撮像を容易にし得ることが更に考慮されている。

本開示のいくつかの実施形態は、オーバーレイ計測ツールを構成するためのレシピを提供することを対象にしている。オーバーレイ計測ツールは、典型的には、測定中の、試料の照明、試料からの光の収集、又は試料の位置等であってこれらに限定されないオーバーレイ測定の様々な態様を制御するためのパラメータのセットを含むレシピに従って構成可能である。このように、オーバーレイ計測ツールは、関心対象の１つ又は複数のオーバーレイターゲット設計について選択されたタイプの測定を提供するように構成され得る。例えば、計測レシピは、照明波長、照明瞳分布（例えば、照明角度の分布及びそれらの角度における関連した照明強度）、入射照明の偏光、又は照明の空間分布等であってこれらに限定されない照明パラメータを含み得る。別の一例として、計測レシピは、収集瞳分布（例えば、測定に使用されるべき試料からの角度付きの光の所望の分布、及びそれらの角度における関連したフィルタリングされた強度）、関心対象の試料の部分を選択するための収集視野絞り設定、収集された光の偏光、波長フィルタ、或いは１つ又は複数の検出器を制御するためのパラメータ等であってこれらに限定されない収集パラメータを含み得る。更なる例として、計測レシピは、試料の高さ、試料の向き、試料が測定中に静止しているか否か、又は試料が測定中に動いているか否か等であってこれらに限定されない測定中の試料位置と関連した様々なパラメータを（速度、走査パターン等を記述する関連パラメータと共に）含み得る。

本開示の追加の実施形態は、照明スループット、照明の空間コヒーレンス、又はターゲットサイズに関する照明波長対ピッチ比等であってこれらに限定されない性能考慮事項をバランスさせるために、試料への斜めの入射角を提供する照明プロファイルを対象とする。本明細書では、比較的大きい照明ローブによる試料の照明（例えば、照明瞳内に画定されるような）が、増加した照明スループット、結果としてのより明るい画像、又はより高速の画像取得、並びに画像縁部におけるリンギングを低減するための低下した空間コヒーレンスを可能にし得る。しかしながら、比較的より小さい照明ローブによる試料の照明（例えば、照明瞳内に画定されるような）は、増加した波長対ピッチ比（例えば、特定の照明波長に対するオーバーレイターゲット上のより小さいピッチ格子）を可能にすることにより、より小さいオーバーレイターゲットの使用を容易にし得る。したがって、本開示の実施形態は、このような考慮事項のバランスをとるのに適した照明ビーム形状及び配列を対象とする。

ここで図１～１４を参照すると、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、オーバーレイ計測のための高コントラスト明視野撮像用のシステム及び方法がより詳細に記述される。

図１Ａは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、オーバーレイ計測システム１００の構成図である。いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測システム１００は、オーバーレイターゲット１０４内の格子構造１０８からの２つの選択された回折次数に基づいて、試料１０６上の少なくとも１つのオーバーレイターゲット１０４の少なくとも１つの明視野画像を生成するように構成されたオーバーレイ計測ツール１０２を含む。例えば、オーバーレイ計測ツール１０２は、オーバーレイターゲット１０４（例えば、既知のピッチを有する格子構造１０８を含む）の１つ又は複数の考慮された設計に基づいて１つ又は複数のオーバーレイレシピを実施することにより、選択された関心対象の回折次数が収集されて、オーバーレイターゲット１０４の画像に寄与し得る。

試料１０６は、半導体又は非半導体材料（例えば、ウェーハ等）等であってこれらに限定されないオーバーレイターゲット１０４を有する当該技術分野で公知の任意のタイプの試料を含み得る。いくつかの実施形態では、試料１０６は、単結晶シリコン、ガリウムヒ素、及びリン化インジウム等であってこれらに限定されない半導体又は非半導体材料を含む。いくつかの実施形態では、試料１０６は、界面において一緒に接合された２つの基板から形成された接合型試料を含み、この場合、オーバーレイターゲット１０４は、界面に又はその近傍に位置する。これらの基板は、半導体、金属、ポリマー、ガラス、又は結晶材料を含むがこれらに限定されない任意の材料又は材料の組み合わせから形成されてもよい。いくつかの実施形態では、基板のうちの少なくとも１つは、ウェーハ（例えば、半導体ウェーハ）を含む。例えば、試料１０６は、（例えば、ウェーハ間のプロセスにおいて）界面で接合された２つのウェーハを有する接合されたウェーハ試料として形成されてもよい。いくつかの実施形態では、基板のうちの少なくとも１つは、ダイ（例えば、製造されたダイ）を含む。例えば、試料１０６は、（例えば、ダイとウェーハの間のプロセスにおいて）ウェーハに接合された１つ又は複数のダイとして形成されてもよい。

試料１０６は、レジスト、誘電体材料、導電性材料、又は半導電性材料等であってこれらに限定されないいくつかの層を更に含んでもよい。多くの異なるタイプのこのような層が当該技術分野で公知であり、本明細書で使用されるような試料１０６は、全てのタイプのこのような層が形成され得る試料を包含することが考慮されている。試料１０６上に形成された１つ又は複数の層は、パターン化されていなくても、又はパターン化されていてもよい。例えば、試料１０６上のパターン化された特徴は、１つ又は複数の層上のデバイス特徴を含んでもよく、このような材料の層の形成及び処理は、最終的に完成したデバイスをもたらし得る。別の例として、試料１０６上のパターン化された特徴は、オーバーレイターゲット１０４（例えば、格子構造１０８等）と関連した１つ又は複数の層上のターゲット特徴を含み得る。更に、本開示の目的のために、試料とウェーハという用語は、交換可能であると解釈されるべきである。

オーバーレイ計測ツール１０２は、当技術分野で公知の任意のタイプの計測ツールを含んでもよく、該計測ツールは、２つの選択された回折次数によって形成された任意の平面又は平面の組み合わせにおいて試料１０６上の１つ又は複数のオーバーレイターゲット１０４の１つ又は複数の明視野画像を生成するのに適しており、１つ又は複数の画像に基づいて、試料１０６と関連した１つ又は複数の関心対象のパラメータを測定するのに更に適している。

いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測システム１００は、オーバーレイ計測ツール１０２又はその中の任意の構成要素に通信可能に結合された制御器１１０を含む。いくつかの実施形態では、制御器１１０は、メモリ媒体１１４又はメモリ上に維持されたプログラム命令を実行するように構成された１つ又は複数のプロセッサ１１２を含む。この点に関して、制御器１１０の１つ又は複数のプロセッサ１１２は、本開示を通じて記述された様々なプロセスステップのうちのいずれかを実行し得る。更に、制御器１１０は、オーバーレイ計測ツール１０２又はその中の任意の構成要素に通信可能に結合され得る。

制御器１１０の１つ又は複数のプロセッサ１１２は、当該技術分野で公知の任意のプロセッサ又は処理要素を含んでもよい。本開示の目的のために、「プロセッサ」又は「処理要素」という用語は、１つ又は複数の処理又は論理要素を有する任意のデバイス（例えば、１つ又は複数のマイクロプロセッサデバイス、１つ又は複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）デバイス、１つ又は複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、或いは１つ又は複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ））を包含するように広く定義されてもよい。この意味で、１つ又は複数のプロセッサ１１２は、アルゴリズム及び／又は命令（例えば、メモリ内に記憶されたプログラム命令）を実行するように構成された任意のデバイスを含んでもよい。一実施形態では、１つ又は複数のプロセッサ１１２は、本開示を通して記述されたように、デスクトップコンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、画像コンピュータ、並列プロセッサ、ネットワークコンピュータ、或いはオーバーレイ計測システム１００を動作させる又はそれとともに動作するように構成されたプログラムを実行するように構成された任意の別のコンピュータシステムとして具現化され得る。

更に、オーバーレイ計測システム１００の異なるサブシステムは、本開示で記述されるステップの少なくとも一部分を実行するのに適したプロセッサ又は論理要素を含み得る。そのため、上記の記述は、本開示の実施形態についての限定として解釈されるべきではなく、単に例示として解釈されるべきである。更に、本開示を通じて記述されたステップは、単一の制御器１１０によって実行されてもよく、又はその代替として、複数の制御器によって実行されてもよい。それに加えて、制御器１１０は、共通のハウジング内又は複数のハウジング内に収容された１つ又は複数の制御器を含んでもよい。このようにして、任意の制御器又は制御器の組み合わせは、オーバーレイ計測システム１００への統合に適したモジュールとして別個にパッケージ化されてもよい。

記憶媒体１１４は、関連した１つ又は複数のプロセッサ１１２によって実行可能なプログラム命令を記憶するのに適した、当該技術分野で公知の任意の記憶媒体を含んでもよい。例えば、記憶媒体１１４は、非一時的な記憶媒体を含んでもよい。別の一例として、記憶媒体１１４は、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気又は光メモリデバイス（例えば、ディスク）、磁気テープ、ソリッドステートドライブ等を含んでもよいが、これらに限定されない。メモリ媒体１１４は、１つ又は複数のプロセッサ１１２と共に共通の制御器ハウジング内に収容されてもよいことに更に留意されたい。一実施形態では、メモリ媒体１１４は、１つ又は複数のプロセッサ１１２及び制御器１１０の物理的位置に対して遠隔に位置してもよい。例えば、制御器１１０の１つ又は複数のプロセッサ１１２は、ネットワーク（例えば、インターネット、イントラネット等）を介してアクセス可能であるリモートメモリ（例えば、サーバ）にアクセスし得る。

この点に関して、制御器１１０は、本開示を通じて記載された様々なプロセスステップのうちのいずれかを実行してもよい。例えば、制御器１１０は、検出器からのオーバーレイターゲット１０４の１つ又は複数の画像（例えば、１つ又は複数の明視野画像）を受け取って、検出器からの１つ又は複数の画像に基づいて、試料１０６について１つ又は複数のオーバーレイ測定値を生成してもよい。別の一例として、制御器１１０は、（例えば、制御信号を介して）オーバーレイ計測ツール１０２、又はその中の任意の構成要素を誘導するか、そうでなければ制御してもよい。このようにして、制御器１１０は、オーバーレイ計測ツール１０２を誘導して、オーバーレイターゲット１０４の特定の設計について特定の測定レシピに基づいて測定を実行してもよい。

図１Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、オーバーレイ計測ツール１０２の簡略化された概略図である。

いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、照明１１８を生成するように構成された照明源１１６を含む。いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測システム１００は、照明１１８を試料１０６に誘導するための１つ又は複数の構成要素を含む照明経路１２０（例えば、照明サブシステム）を含む。

いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、本明細書では試料光１２４と呼ばれる、試料１０６からの光を収集するための１つ又は複数の構成要素を含む収集経路１２２（例えば、撮像サブシステム）を含む。

試料光１２４は、光又は粒子を含むがこれに限定されない、試料１０６から放出する任意のタイプの放射線を含んでもよい。例えば、試料光１２４は、オーバーレイターゲット１０４による照明１１８の反射及び／又は回折を含んでもよい。いくつかの実施形態では、収集経路１２２は、０次回折ローブ（例えば、正反射）、及び単一の高次回折ローブ（例えば、＋１次回折ローブ、－１次回折ローブ等）を収集する。

いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、収集経路１２２から試料光１２４の少なくとも一部分を受け取り、オーバーレイターゲット１０４の１つ又は複数の画像を生成するように構成された少なくとも１つの検出器１２６を含む。

照明源１１６は、当該技術分野で公知の任意のタイプの光源を含んでもよい。いくつかの実施形態では、照明源１１６は、１つ又は複数のレーザ源等であってこれらに限定されない１つ又は複数のコヒーレント源を含む。この点に関して、照明源１１６は、高いコヒーレンス（例えば、高い空間コヒーレンス及び／又は時間コヒーレンス）を有する照明１１８を生成し得る。例えば、照明源１１６は、１つ又は複数のスーパーコンティニュームレーザ又は白色光レーザ等であってこれらに限定されない１つ又は複数の広帯域レーザを含んでもよい。別の例として、照明源１１６は、１つ又は複数の狭帯域レーザを含んでもよい。更なる例として、照明源１１６は、可変同調型スペクトル強度を有する照明１１８を提供するための１つ又は複数の可変同調型レーザを含んでもよい。更に、コヒーレント照明源１１６は、任意のタイプの技術又は製品設計に基づいてもよい。例えば、照明源１１６は、１つ又は複数のファイバレーザ、１つ又は複数のダイオードレーザ、或いは１つ又は複数のガスレーザの任意の組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態では、照明源１１６は、低又は部分コヒーレンス（例えば、空間及び／又は時間コヒーレンス）を有する照明１１８を提供するための１つ又は複数の低コヒーレンス源を含む。例えば、照明源１１６は、１つ又は複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）又はスーパールミネッセントＬＥＤを含んでもよい。別の例として、照明源１１６は、例えば、レーザ光源によってプラズマ状態に励起される際に、広帯域照明を放出し得る１つ又は複数の要素を含むのに適したＬＳＰランプ、ＬＳＰバルブ、又はＬＳＰチャンバ等であってこれに限定されないレーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）源を含んでもよい。別の一例として、照明源１１６は、アークランプ、放電ランプ、電極レスランプ等であってこれらに限定されないランプ源を含んでもよい。

更に、照明源１１６は、光源の任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、照明源１１６は、広帯域照明を提供するための１つ又は複数のスーパーコンティニュームレーザ光源と、１つ又は複数のスーパーコンティニュームレーザ光源のスペクトル内にギャップを補充するための１つ又は複数の部分コヒーレント高輝度ＬＥＤと、を含む。

照明源１１６は、任意の選択された波長又は波長の範囲（例えば、スペクトル）を有する照明１１８を提供し得る。照明１１８のスペクトルは、最小の又は少なくとも許容可能な吸収を有する試料１０６の少なくとも一部分を透過してオーバーレイターゲット１０４に到達するように選択され得ることが本明細書において考慮されている。例えば、２つの接合された半導体基板として形成された試料１０６の場合、照明１１８のスペクトルが赤外スペクトル範囲内の波長を含むように選択されてもよい。しかしながら、本明細書において開示されたシステム及び方法は、広範囲の試料に広く適用可能であることにより、照明１１８が試料１０６の組成に基づいて任意の選択されたスペクトルを有し得ることを理解されたい。

照明源１１６は、任意の選択された時間特性を有する光を更に提供してもよい。いくつかの実施形態では、照明源１１６は、連続波照明１１８を提供するための１つ又は複数の連続波源を含む。いくつかの実施形態では、照明源１１６は、パルス型の又は別の変調された照明１１８を提供するための１つ又は複数のパルス型源を含む。例えば、照明源１１６は、１つ又は複数のモード同期レーザ、１つ又は複数のＱスイッチレーザ等を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、照明経路１２０は、照明１１８を照明源１１６から試料１０６まで誘導するための１つ又は複数の照明レンズ１２８を含む。それに加えて、照明レンズ１２８は、１つ又は複数の視野平面又は瞳面を照明経路１２０内の位置に中継するように配列されてもよい。照明経路１２０は、照明１１８を修正及び／又は調整するのに適した１つ又は複数の照明調整構成要素１３０を更に含んでもよい。照明調整構成要素１３０は、照明経路１２０内の視野平面及び／又は瞳面に位置してもよいが、そうである必要はない。例えば、１つ又は複数の照明調整構成要素１３０は、照明開口絞り、照明視野絞り、１つ又は複数の偏光子、１つ又は複数の補償器、１つ又は複数のフィルタ、１つ又は複数のビームスプリッタ、１つ又は複数のディフューザ、１つ又は複数のホモジナイザ、１つ又は複数のアポダイザ、１つ又は複数のビーム整形器、１つ又は複数のミラー、或いは１つ又は複数のレンズを含んでもよいが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２（例えば、照明源１１６及び／又は照明経路１２０）は、マルチローブ照度分布を提供する。例えば、オーバーレイ計測ツール１０２は、２つ以上の照明ローブの形態で照明１１８を提供してもよく、この場合、２つ以上の照明ローブは、同時に又は連続的に試料１０６に向けられてもよい。更に、マルチローブ照度分布内の照明ローブのいずれもが、斜めの角度で試料１０６に入射してもよく、したがって、傾斜照明ローブと呼ばれてもよい。

図１Ｂは、試料１０６上の照明１１８の角度分布を操作するために様々な構成要素が配置され得る照明瞳面１３２を更に示す。例えば、１つ又は複数の開口のようなものであってこれに限定されない構成要素が、照明瞳面１３２に配置されて、同時に又は連続的にマルチローブ照度分布を提供してもよい。

いくつかの実施形態では、収集経路１２２は、試料１０６から試料光１２４を収集し、この試料光１２４の少なくとも一部分を少なくとも１つの検出器１２６に向けるための１つ又は複数の収集レンズ１３４を含む。いくつかの実施形態では、収集経路１２２は、試料光１２４を修正及び／又は調整するのに適した１つ又は複数の収集調整構成要素（図示せず）を含む。例えば、１つ又は複数の収集調整構成要素は、１つ又は複数の偏光子、１つ又は複数のフィルタ、１つ又は複数のビームスプリッタ、１つ又は複数のディフューザ、１つ又は複数のアポダイザ、或いは１つ又は複数のビームシェイパーを含んでもよいがこれらに限定されない。

オーバーレイ計測ツール１０２内の検出器１２６は、試料１０６から受け取られた試料光１２４を捕捉するのに適した当該技術分野で公知の任意の光検出器を含んでもよい。更に、検出器１２６は、静止している又は動いているのいずれかである試料１０６の画像を捕捉するのに適していてもよい。例えば、検出器１２６としては、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）デバイス、時間遅延積分（ＴＤＩ）検出器、ラインスキャン検出器、光電子増倍管（ＰＭＴ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等が挙げられてもよいが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、検出器１２６は、試料１０６から放出し、分散要素を使用してセンサ上に分散される放射線の波長を識別するのに適した分光検出器を含んでもよい。

検出器１２６は、オーバーレイ計測システム１００の任意の撮像面に位置してもよい。例えば、検出器１２６は、試料１０６の画像を生成するために、試料１０６と共役な平面に位置してもよい。更に、オーバーレイ計測システム１００は、複数の検出器１２６（例えば、１つ又は複数のビームスプリッタによって生成された複数のビーム経路と関連した）を含むことにより、オーバーレイ計測システム１００による複数の計測測定（例えば、複数の計測ツール）を容易にし得る。いくつかの実施形態では、検出器１２６は、試料１０６から発する放射線の波長を識別するのに適した分光検出器を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、照明１１８を試料１０６に向けるため及び／又は試料１０６からの試料光１２４を捕捉するための対物レンズ１３６を含む。例えば、図１Ｂに示すように、オーバーレイ計測ツール１０２は、照明経路１２０と収集経路１２２の両方に共通のビームスプリッタ１３８を含むことにより、対物レンズ１３６が同時に照明１１８を試料１０６に向けて試料１０６からの試料光１２４を捕捉することを可能にしてもよい。いくつかの実施形態では、図示していないが、照明経路１２０及び収集経路１２２は、それぞれ照明１１８を試料１０６に誘導して、試料光１２４を収集するための別個のレンズを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、測定の前に、その最中に、及び／又はその後に試料１０６及び／又は照明１１８を調整するように構成された試料位置決めサブシステムを含む。例えば、図１Ｂは、試料位置決めサブシステムを示し、該試料位置決めサブシステムは、Ｚ軸（例えば、対物レンズ１３６の光軸）に軸方向に沿った、Ｘ－Ｙ平面内の横方向位置、先端、傾斜等であってこれに限定されない任意の寸法に沿って試料１０６の位置を調整するための並進ステージ（図示せず）を含む。別の一例として、図示されていないが、試料位置決めサブシステムは、試料１０６又はその一部分を横切って照明１１８を走査するのに適した１つ又は複数の走査光学要素（例えば、ガルバノメータ、回転式ミラー等）を含んでもよい。

本明細書で前述したように、オーバーレイ計測ツール１０２は、１つ又は複数の計測レシピに従って構成されてもよく、該計測レシピは、照明経路１２０内の構成要素、収集経路１２２内の構成要素、対物レンズ１３６、又は検出器１２６であってこれに限定されないものを含む、オーバーレイ計測ツール１０２についての様々なパラメータを制御してもよい。このようにして、オーバーレイ計測ツール１０２は、照明１１８に応じて収集瞳面１４０内の公知のオーバーレイターゲット１０４（又はターゲット設計）によって選択された２つの回折ローブのみを提供するように構成されてもよい。例えば、計測レシピは、２つの選択された回折ローブのみが対物レンズ１３６によって収集されることを提供してもよい。

ここで図２～１４を参照すると、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、２つの選択された回折次数（例えば、２つの選択された回折ローブ）に基づく明視野撮像がより詳細に記述される。図２は、２つの直交する方向に沿った測定に適した重複しない格子構造１０８を有するオーバーレイターゲット１０４の非限定的な例を示す。

オーバーレイ計測ツール１０２は、概して任意の設計を有する任意のタイプのオーバーレイターゲット１０４を特徴付けるのに好適であり得る。特に、照明経路１２０、収集経路１２２、又は検出器１２６等であってこれらに限定されないオーバーレイ計測ツール１０２の様々な構成要素が、測定されるべきオーバーレイターゲット１０４の特定の設計に基づいて、オーバーレイレシピに従って調整されてもよい。いくつかの実施形態では、オーバーレイターゲット１０４は、入射照明１１８を回折させる少なくとも１つの試料層上の周期的特徴を含む。したがって、対物レンズ１３６によって収集された試料光１２４は、オーバーレイターゲット１０４からの選択された回折次数を含み得る。

図２は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、重複しない特徴を有するオーバーレイターゲット１０４についての上面図である。一実施形態では、オーバーレイターゲット１０４は、ここではオーバーレイターゲット１０４の象限として表された４つのセル２０２ａ－ｄを含む。それぞれのセル２０２ａ－ｄは、試料１０６の第１層上に位置する第１層格子構造２０４（例えば、格子構造１０８）と、試料１０６の第２層上に位置する第２層格子構造２０６（例えば、格子構造１０８）と、を含んでもよい。

図２に示すように、それぞれのセル２０２は、測定方向に沿って周期性（例えば、既知のピッチ）を有する格子構造１０８を含んでもよい。例えば、セル２０２ｂ及びセル２０２ｄは、図２に示すように、Ｘ方向に沿ったオーバーレイ測定値を提供するように構成されてもよい。Ｘ方向に沿ったオーバーレイ測定値は、セル２０２ｂとセル２０２ｄのそれぞれのセル内又はそれらの間の第１層格子構造２０４及び第２層格子構造２０６の相対位置を直接比較することによって作成されてもよい。別の一例では、Ｘ方向に沿ったオーバーレイ測定値が、セル２０２ｂ及びセル２０２ｄを横切って分布した第１層格子構造２０４の間の回転対称（例えば、回転対称、反射対称、ミラー対称等）の点を、セル２０２ｂ及びセル２０２ｄを横切って分布した第２層格子構造２０６の間の対称の点と比較することによって作成されてもよい。同様に、セル２０２ａ及びセル２０２ｃは、図２に示すように、Ｙ方向に沿ったオーバーレイ測定値を提供するように構成されてもよい。

しかしながら、図２及び関連した記述は、例示目的のためにのみ提供され、本開示を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。例えば、オーバーレイターゲット１０４は、概して１つ又は複数の方向に沿った測定に適した任意の構成で分布している任意の数のセル２０２を含んでもよい。別の一例として、任意のセル２０２内の格子構造１０８は、単一のピッチで分布した同じ特徴に限定されない。いくつかの実施形態では、格子構造１０８は、２つ以上の特徴的ピッチを有する要素のセットとして形成される。このような構造は、試料１０６における共通の領域又は層内に異なるピッチを有する２つ以上の回折格子に機能的に分解されてもよい。いくつかの実施形態では、格子構造１０８は、製造プロセスを制御するのに適したサブ解像特徴を含む。更に、オーバーレイターゲット１０４は、概して、高度な撮像計測（ＡＩＭ）ターゲット、ロバストなＡＩＭターゲット、又はトリプルＡＩＭターゲットを含むがこれに限定されない、当該技術分野で公知の任意のオーバーレイターゲットを含んでもよい。それに加えて、オーバーレイターゲット１０４は、１つ又は複数の試料層上に格子構造１０８を含んでもよく、したがって、図２に示すような多層構成に限定されない。いくつかの実施形態では、すべての格子構造１０８は、共通の層上にあることにより、その層上のリソグラフィ露光の間にオーバーレイを（例えば、二重印刷プロセスの一部として）提供する。

ここで図３Ａ～８Ｃを参照すると、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、傾斜照明からの２つの選択された回折次数に基づいて、明視野撮像に適した様々な非限定的な照明瞳分布が記述される。

いくつかの実施形態では、照明瞳分布（例えば、照明瞳面１３２における照明１１８の分布）が選択されることにより、それぞれの測定方向について２つの回折ローブのみが対物レンズ１３６の集光ＮＡ内にあり、したがって明視野画像に寄与することを提供する。例えば、照明瞳分布におけるそれぞれの照明ローブが、斜めの角度で試料に入射するように選択されることにより、０次回折ローブ及び１つ又は複数の測定方向に沿った格子構造１０８からの単一の１次回折ローブ（例えば、＋１回折ローブ又は－１回折ローブ）だけが捕捉され、明視野画像に寄与する。

いくつかの実施形態では、照明瞳分布は以下を提供するよう構成されており、画像形成に寄与する２つの選択された回折次数（例えば、０次回折ローブ及び単一の１次回折ローブ）が、収集経路１２２によって完全に捕捉され、したがって、収集瞳面１４０内で切り詰められていない。本明細書では、２つの非切詰め回折次数を有する明視野撮像は、高コントラスト画像を更に提供し、それに対応してこれらの画像に基づく感度測定値を提供し得ることが考慮されている。

いくつかの実施形態では、照明瞳分布は、１つ又は複数の対の照明ローブを含み、この場合、それぞれの対の照明ローブは、照明瞳面１３２において対称的に分布している。この構成において、０次回折ローブ及びそれぞれの照明ローブの回折と関連した単一の１次回折ローブのみが捕捉される。本明細書では、複数の対の対称照明ローブに基づく撮像が、格子構造１０８及び／又はオーバーレイ計測ツール１０２の非対称性にロバストであり得ることが考慮されている。任意の所与の対の２つの照明ローブは、同時に又は連続的に、試料１０６に入射してもよい。したがって、オーバーレイ測定に使用される最終画像は、多くの照明構成に依存する１つ又は複数の取得された画像に基づいてもよい。

例えば、以下でより詳細に示すように、照明瞳分布は、測定方向に沿って向けられた双極子分布、２つの直交する測定方向に沿って向けられた２つの直交する双極子として形成された四極子分布、それぞれの測定方向に対して傾斜した回転型双極子分布、又はそれぞれの測定方向に対して傾斜した回転型四極子分布として形成されてもよいが、これらに限定されない。

本明細書では、特定の照明ローブのサイズと関連した性能トレードオフが存在することが考慮されている。例えば、より大きい照明ローブは、相対的により多い照明１１８を渡し、したがって相対的により明るい画像を生成してもよく、この画像は、より高速の測定及び増加したスループットを支援する。より大きい照明ローブ（例えば、照明瞳面１３２内に画定されるような）が、撮像中の空間コヒーレンスを更に減少させ、このことが、画像エッジにおけるリンギングを低減させる。しかしながら、より小さい照明ローブは、撮像され得るオーバーレイターゲット１０４内の格子構造１０８のピッチに対する、照明１１８の波長の最大比を増加させる。このようにして、比較的により小さい照明ローブ（例えば、照明瞳面１３２内に画定されるような）は、特定の照明波長に対して比較的小さいピッチの撮像を容易にし得、したがって、試料１０６上のオーバーレイターゲット１０４の必要なサイズを減少させる。したがって、異なる性能トレードオフは、特定の照明ローブ（例えば、照明瞳面１３２に描かれるような）の形状、サイズ、及び位置を変化させることによって達成され得る。

図３Ａ～３Ｃは、異なる照明ローブ形状を有する照明瞳分布の３つの非限定的な例を示す。図３Ａは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、円形形状を有する照明ローブ３０２を有する照明瞳分布である。図３Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、楕円形状を有する照明ローブ３０２を有する照明瞳分布である。図３Ｃは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、幾何学的レンズ（猫の目の形状）として形成された照明ローブ３０２を有する照明瞳分布である。例えば、幾何学的レンズ又は猫の目の形状は、２つの部分的に重複する円の交差によって特徴付けられ得る。更に、図３Ａ～３Ｃにおける照明瞳分布はそれぞれ、直交測定方向に沿って周期性を有する格子構造１０８を有するオーバーレイターゲット１０４の測定に適した２対の照明ローブ３０２を示す。

図３Ａ～３Ｃを参照すると、図３Ｃに示すような猫の眼の照明ローブ形状が、照明瞳面１３２内の照明１１８の面積を最大にし得て、それで高画像輝度を促進し、別の分布と比較して画像縁部でのリンギングを低減し得る。対照的に、図３Ａ及び３Ｂに示す楕円形及び円形の照明ローブ形状は、猫の目の分布の先端を効果的に切り詰め、したがって、２つの選択された回折次数のみが収集される格子構造１０８の最小の達成可能なピッチを減少させる。

ここで図４Ａ～８Ｃを参照すると、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、２つの選択された回折ローブへの回折光の収集を制限するのに適した調整された照度分布の様々な非限定的な例が、より詳細に説明されている。特に、図４Ａ～８Ｃは、猫の目の形状を有する照明ローブの変化を示すが、これは単に例示目的のためのものにすぎず、限定として解釈されるべきではないことを理解すべきである。むしろ、開示された概念は、照明ローブの任意の形状に拡張され得る。

図４Ａは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、収集瞳境界４０４に重畳された傾斜照明ローブ３０２の双極子分布を含む照明瞳境界４０２の概念図である。例えば、照明瞳境界４０２及び収集瞳境界４０４は、それぞれ、照明経路１２０及び収集経路１２２の有効ＮＡを表してもよい。図４Ａでは、照明瞳境界４０２は、（例えば、照明瞳面１３２での開口を使用して）収集瞳境界４０４よりもわずかに小さくなるように構成されている。この構成は、光スループットを確保し、収集光学系（例えば、収集経路１２２の構成要素）による回折効果を回避するのに有用であり得るが、必要ではない。いくつかの実施形態では、照明瞳境界４０２及び収集瞳境界４０４は、同じサイズである（例えば、同じＮＡを有する）。

図４Ａは、照明瞳境界４０２の縁部付近に傾斜照明を提供するように、ここでは水平方向に沿って広がっている、照明ローブ３０２ａ、ｂによる双極子照度分布を示す照明瞳面１３２の概念図である。それに加えて、図４Ａは、ローブ剪断ＮＡ４０６（ＮＡ_{ｉｓｈｅａｒ}）を示し、これは、明視野撮像に共通する従来の垂直入射照明に対する照明ローブ３０２の剪断又は傾斜の量を表す。剪断された照明瞳境界４０８は、衝撃傾斜照明プロファイルを強調表示するためにのみ示され、オーバーレイ計測ツール１０２内の実際の瞳面を表すものではない。更に、０次回折ローブは、収集瞳境界４０４内に明示的には示されておらず、その理由は、それらがこの照度分布において照明ローブ３０２と重複しているからである。

本明細書では、ローブ剪断ＮＡ４０６の値は、照明瞳面１３２における照明ローブ３０２のサイズに影響を与え得ることが考慮されており、その理由は、ローブ剪断ＮＡ４０６が、照明ローブ３０２がより小さくなるにつれて概して増加させられるからである。このようにして、ローブ剪断ＮＡ４０６の値は、照明スループット、空間コヒーレンス及び画像エッジのリンギングに対する関連した影響、又は本明細書に記述された技法を使用して撮像され得る格子構造１０８の最小ピッチ等であってこれらに限定されない、本明細書に前述されたような性能トレードオフをバランスさせるように選択され得る。

図４Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、水平格子構造１０８（例えば、図２のセル２０２ｂ、ｄ）による図４Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳平面１４０についての概念図である。図４Ｃは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、垂直格子構造１０８（例えば、図２のセル２０２ａ、ｃ）による図４Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳面１４０についての概念図である。

図４Ｂ及び４Ｃは、図４Ａに示す照明ローブ３０２の分布の回折と関連した０次回折ローブ４１０、＋１次回折ローブ４１２、及び－１次回折ローブ４１４を示す。いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、０次回折ローブ４１０及び照明ローブ３０２のそれぞれからの１次回折ローブのうちの１つ（例えば、＋１次回折ローブ４１２のうちの１つ又は－１次回折ローブ４１４のうちの１つ）のみが、収集瞳境界４０４内にあるように提供されるように（例えば、計測レシピに従って）構成され得る。例えば、図４Ｂは、０次回折ローブ４１０のうちの一方からの単一の＋１次回折ローブ４１２、及び０次回折ローブ４１０のうちの別の方からの単一の－１次回折ローブ４１４と一緒に０次回折ローブ４１０を捕捉することを示す。

本明細書で前述したように、２つの回折次数（例えば、０次回折ローブ４１０、及び任意の特定の照明ローブ３０２と関連した＋１次回折ローブ４１２又は－１次回折ローブ４１４のうちの１つ）にのみ基づく明視野撮像は、試料焦点ずれ誤差に対してロバストである高コントラスト撮像を提供し得る。別の一方法として、回折ローブのうちのいずれかの切詰め部分が、得られた画像のコントラストを減少させるように構成されている。

図４Ｂは、オーバーレイターゲット１０４上の格子構造１０８のピッチに対する照明１１８の波長の比（λ＼ピッチと呼ばれる）に及ぼす回折次数の分布の影響を視覚的に示す。例えば、λ＼ピッチ比は、回折次数の間の分離に影響を及ぼし得る。一般的な意味では、所与の波長に対して本明細書に開示された技法を使用して撮像され得る格子構造１０８の最小ピッチが、λ＼ピッチ比を調整することによって達成されることにより、収集された１次回折ローブ４１２又は４１４が収集瞳境界４０４の縁部にあるが、収集瞳境界４０４によって切り詰められていないということを提供し得る。

しかしながら、図２に示すように、直交格子構造１０８を有するオーバーレイターゲット１０４を撮像して、関連した直交測定方向に沿ってオーバーレイ測定を提供することがしばしば望ましい。この場合、すべての格子構造１０８からの回折についての考慮がなされる必要がある。

したがって、図４Ｃは、オーバーレイ計測ツール１０２の構成を示すが、この構成においては、様々なパラメータ（例えば、照度分布、λ＼ピッチ比等）が、垂直方向に沿った１次回折ローブが収集されないように選択される。しかしながら、図４Ｃに示す構成は、垂直回折ローブが収集瞳境界４０４のすぐ外側にあり、したがって、オーバーレイターゲット１０４が直交格子構造１０８を有する場合、特定の波長について本明細書に開示された技術を使用して撮像され得る格子構造１０８のピッチ上の下限の構成を表すことを提供する。このように、図３Ａにおけるこのような双極子照度分布が、オーバーレイターゲット１０４内の水平格子構造１０８を撮像するのに適してもよく、この場合、同じ又は異なるオーバーレイターゲット１０４内の垂直格子構造１０８は、図３Ａと同様の双極子照度分布によって撮像され得るが、９０度だけ回転させられ得る。

図５Ａ～５Ｃは、四極子照度分布のための照明及び回折パターンを示す。図５Ａは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、収集瞳境界４０４上に重畳された傾斜照明ローブ３０２の四極子分布を含む照明瞳境界４０２についての概念図である。図５Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、水平格子構造１０８（例えば、図２におけるセル２０２ｂ、ｄ）による図５Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳平面１４０についての概念図である。図５Ｃは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、垂直格子構造１０８（例えば、図２のセル２０２ａ、ｃ）による、図５Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳面１４０についての概念図である。

本明細書では、図５Ａにおける四極子照度分布は、図４Ａに示すタイプの２つの直交双極子照度分布に対応することが考慮されている。したがって、図４Ａ～４Ｃの記述は、図５Ａ～５Ｃに適用するように拡張され得る。このようにして、図５Ａにおける四極子照度分布は、本明細書に開示された技術を使用して、水平及び垂直格子構造１０８の同時撮像を容易にし得る。

式（１）及び（２）は更に、本明細書に開示された技術を用いて、図４Ａ及び５Ａの双極子又は四極子照度分布を用いて撮像するためのλ＼ピッチ比の範囲を記述する。例えば、式（１）及び（２）は、図４Ａ～５Ｃに示すように、任意の特定の格子構造１０８によって任意の特定の照明ローブ３０２からの多くとも単一の１次回折ローブの収集のための制約条件を更に記述する。

式（１）及び（２）において、Ｐは格子構造１０８のピッチであり、ＮＡ_ｏｂｊは対物レンズ１３６（例えば、収集瞳境界４０４）のＮＡであり、ＮＡ_{ｉｓｈｅａｒ}はローブ剪断ＮＡ４０６であり、ＮＡ_{ｉ０ｕｔｅｒ}は照明ＮＡ（例えば、照明瞳境界４０２）である。

図６は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、双極子又は四極子照度分布に基づいて選択された回折次数によって調整された明視野撮像についての照明１１８の波長（λ）の関数としてのピッチ（Ｐ）のプロットである。特に、式（１）及び（２）を満たすピッチ（Ｐ）及び波長（λ）の組み合わせは、矢印で示すように、図６においてプロット線内にある。更に、図６は、ＮＡ_ｏｂｊ＝０．７０、ＮＡ_{ｉ０ｕｔｅｒ}＝０．６５、及びＮＡ_{ｉｓｈｅａｒ}＝１．１０である特定の構成を示しているが、この構成は、例示の目的のためにのみ提供され、本開示を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。

図７Ａ～８Ｃは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、代替的な照度分布及び関連した回折プロファイルを示す。

図７Ａは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、収集瞳境界４０４上に重畳された傾斜照明ローブ３０２の回転型双極子分布を含む照明瞳境界４０２についての概念図である。図７Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、水平格子構造１０８（例えば、図２におけるセル２０２ｂ、ｄ）による、図７Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳面１４０についての概念図である。図７Ｃは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、垂直格子構造１０８（例えば、図２におけるセル２０２ａ、ｃ）による、図７Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳平面１４０についての概念図である。

図７Ａ～７Ｃに示すように、回転型双極子照度分布における照明ローブ３０２は、０次回折ローブ４１０及び単一の１次回折ローブが水平及び垂直格子構造１０８の両方からの回折に基づいて収集され得る構成を提供してもよい。

図８Ａは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、収集瞳境界４０４上に重畳された傾斜照明ローブ３０２の回転型四極子分布を含む照明瞳境界４０２についての概念図である。図８Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、水平格子構造１０８（例えば、図２におけるセル２０２ｂ、ｄ）による図８Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳面１４０についての概念図である。図８Ｃは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、垂直格子構造１０８（例えば、図２におけるセル２０２ａ、ｃ）による図８Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳平面１４０についての概念図である。

本明細書では、図８Ａにおける回転型四極子照度分布は、図７Ａに示すタイプの２つの直交する回転型双極子照度分布に対応することが考慮されている。したがって、図４Ａ～７Ｃの記述は、図８Ａ～８Ｃに適用するように拡張され得る。

式（３）及び（４）は更に、本明細書に開示された技術を使用する、図７Ａ及び８Ａの回転型双極子又は回転型四極子照度分布を使用して撮像するためのλ＼ピッチ比の範囲を記述する。例えば、式（３）及び（４）は更に、図７Ａ～８Ｃに示すような任意の特定の格子構造１０８によって、任意の特定の照明ローブ３０２から多くとも単一の１次回折ローブを収集するための制約条件を記述する。

図９は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、回転型双極子又は回転型四極子照度分布に基づいて選択された回折次数で調整された明視野撮像のための照明１１８の波長（λ）の関数としてのピッチ（Ｐ）のプロットである。特に、式（３）及び（４）を満たすピッチ（Ｐ）と波長（λ）の組み合わせは、矢印で示すように、図９のプロット線内部にある。更に、図９は、図６におけるようなＮＡ_ｏｂｊ、ＮＡ_{ｉ０ｕｔｅｒ}、及びＮＡ_{ｉｓｈｅａｒ}の同じ値に基づくものであるが、この構成は、例示の目的のためにのみ提供され、本開示を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。

図４Ａ～８Ｃを概して参照すると、本明細書で前述したように、いくつかの実施形態において、任意の収集された回折ローブは、それらが切断されないように、完全に収集瞳境界４０４内にある。このように、任意の特定の回折ローブは、収集瞳境界４０４の完全に内部又は完全に外側のいずれかにある。図１０は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、１次回折ローブ４１２、４１４が切り詰められている図５Ａの照度分布の回折と関連した収集瞳面１４０についての概念図である。本明細書では、図１０において収集されるような試料光１２４に基づく画像が、図５Ｂ及び５Ｃにおいて収集されるような試料光１２４に基づく画像よりもコントラストがより低いことがある。更に、図５Ａの特定の照明プロファイルに基づく図１０の描写は、例示目的のためにのみ提供され、本開示を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。むしろ、任意の形状の照明ローブ３０２からの回折が切り詰められてもよい。

ここで図１１～１３Ｃを参照すると、任意の特定の格子構造１０８による任意の特定の照明ローブ３０２からの２つの選択された回折次数に基づく撮像性能が、従来の明視野撮像と比較されている。

図１１は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、単一方向（例えば、Ｘ方向）に沿ったピッチ（Ｐ）を有する格子構造１０８についての簡略化された概略図である。このように、図１１の格子構造１０８は、図２に示すセル２０２ｂ又はセル２０２ｄと同様であってもよい。

図１２Ａは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、照明瞳面１３２に中心を置く単一の照明ローブ１２０２を含む（例えば、照明瞳面１３２における）典型的な明視野撮像のための照度分布のプロットである。図１２Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、図１２Ａの照度分布及び代表的な断面１２０６に基づいて生成された図１１に示す格子構造１０８の合焦画像１２０４である。図１２Ｃは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、図１２Ｂの照度分布及び代表的な断面１２１０に基づいて生成された図１１に示す格子構造１０８の焦点外画像１２０８である。

図１３Ａは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、選択された回折次数による明視野撮像に適した照明ローブ３０２の（例えば、照明瞳面１３２における）直角位相照度分布についてのプロットである。図１３Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、図１３Ａにおける照度分布及び代表的な断面１３０４に基づいて生成された図１１に示す格子構造１０８の合焦画像１３０２である。図１３Ｃは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、図１３Ｂにおける照度分布及び代表的な断面１３０８に基づいて生成された図１１に示す格子構造１０８の焦点外画像１３０６である。

図１３Ｂと図１２Ｂとの比較は、従来の明視野撮像技術に対して本明細書に開示されたような、照明ローブ３０２ごとの２つの選択された回折次数のみを有する明視野撮像を用いて、図１３Ｂにおける格子構造１０８の実質的により高い撮像コントラストを示している。同様に、図１３Ｃと図１２Ｃとの比較は、本明細書に開示されたような照明ローブ３０２ごとの２つの選択された回折次数のみによる明視野撮像を用いて、図１３Ｃに示すような撮像コントラストが、従来の明視野撮像技術よりも試料デフォーカス誤差（例えば、図１Ｂにおける対物レンズ１３６の光軸に沿った試料１０６の位置決めと関連した誤差）に対して実質的によりロバストであることを示す。まとめると、本明細書に開示された撮像技術は、従来の明視野撮像技術よりも優れた性能を提供するだけでなく、よりロバストな測定を提供する。

再び図１Ｂを参照すると、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、本明細書に開示された様々な撮像技術を実施するための様々な技術が、より詳細に説明されている。

本明細書では、試料１０６に向けられた照明１１８の分布（例えば、照度分布）が、当該技術分野で公知の任意の技術を用いて生成又は制御され得ることが考慮されている。いくつかの実施形態では、照度分布は、照明瞳面１３２内の１つ又は複数の開口を使用して制御される。例えば、照明瞳全体が（例えば、一様に）照明され得ることにより、開口が１つ又は複数の照明ローブ３０２を画定してもよい。このように、それぞれの照明ローブ３０２内での光の角度分布は、照明瞳面１３２内の対応する開口の位置、サイズ、及び向きによって制御されてもよい。示すように、図１Ｂの挿入図１４２は、照明瞳面１３２における照明１１８の初期分布を示し、挿入図１４４は、照明１１８の初期分布を空間的にフィルタリングすることによる図８Ａの分布等の回転型直角位相照度分布を生成するのに適した一連の４つの開口１４６を有する開口面を描いている。

いくつかの実施形態では、照明源からの照明１１８は、１つ又は複数の経路に沿って照明瞳面１３２の異なる部分に分割されて向けられる。本明細書では、このアプローチは、照明１１８のより大きい部分が照明ローブ３０２内に向けられ得るので、開口ベースのアプローチよりも比較的高いスループットを提供し得ることが考慮されている。

例えば、オーバーレイ計測ツール１０２は、照明源１１６からの照明１１８を２つ以上の回折次数に回折させることによって、マルチローブ照明１１８を生成し得、この場合、照明ローブ３０２は、回折次数の少なくとも一部から形成される。制御された回折による複数の照明ローブの効率的な生成は、概して、２０２１年９月１４日に発行された、「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｈａｐｉｎｇ ｆｏｒ Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ Ｏｖｅｒｌａｙ」という名称の米国特許第１１，１１８、９０３号に記載されており、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

別の一例として、照明源からの照明１１８が、自由空間（例えば、バルク）光学系を使用して照明瞳面１３２の異なる部分に分割されて向けられ得る。

別の一例として、照明源１１６からの照明１１８が、照明瞳面１３２内に出射面を有する１つ又は複数の光ファイバに分割されて向けられることにより、それぞれの光ファイバから出力された光は、照明ローブ３０２に対応し得る。例示として、図１Ｃは、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、照明源１１６からの照明１１８が光ファイバ１４８の任意の組み合わせに向けられることにより複数の照明ローブ３０２を提供するオーバーレイ計測ツール１０２の簡略化された概略図である。例えば、図１Ｃは、照明１１８の少なくとも一部分が選択的に光ファイバ１４８の１つ又は複数内に向けられるための調整可能な光学要素１５０を描いており、この場合、光ファイバ１４８の出射面が、照明瞳面１３２に結像される。調整可能な光学要素１５０は、ガルバノミラー、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス、音響光学偏向器等であってこれらに限定されない１つ又は複数の要素の任意の組み合わせを含んでもよく、該組み合わせは、照明１１８の全部又はその一部を選択された光ファイバ１４８内に向けることにより、選択された照度分布を形成するのに適している。

例示として、挿入図１５２は、光ファイバ１４８の出射面の画像に対応する双極子照度分布を描いている。更に、開口が使用されて、関連した照明ローブ３０２のサイズ又は形状を更に修正してもよい。図１Ｃにおいて、挿入図１５４は、照明ローブ３０２が開口を用いて円形形状にフィルタリングされる空間的にフィルタリングされる照明プロファイルを描いている。

本明細書では、任意の照度分布と関連した照明ローブ３０２が、同時に、連続的に、又は任意の組み合わせで、オーバーレイターゲット１０４に向けられ得ることが更に考慮されている。図５Ａの照度分布を非限定的な例とすると、いくつかの実施形態では、全部で４つの照明ローブ３０２が、同時にオーバーレイターゲット１０４に向けられ得る。この構成では、オーバーレイターゲット１０４の単一の明視野画像が、任意の方向に沿った格子構造１０８によってすべての関連したセル２０２を捕捉し得る。したがって、このような構成は、高いスループットを有利に提供し得る。

図５Ａの照度分布に基づく別の一例として、いくつかの実施形態では、オーバーレイターゲット１０４の複数の画像が、異なる照明ローブ３０２を有する連続照明に基づいて連続的に生成される。例えば、別個の画像は、それぞれの照明ローブ３０２に基づいて捕捉され得る。別の一例として、オーバーレイターゲット１０４の第１画像が、水平方向に沿った１つの照明ローブ３０２、及び垂直方向に沿った１つの照明ローブ３０２による照明に基づいて生成され得る。それに続いて、オーバーレイターゲット１０４の第２画像が、水平方向に沿った別の照明ローブ３０２、及び垂直方向に沿った別の照明ローブ３０２による照明に基づいて生成され得る。この構成では、試料１０６の焦点ずれによるコントラスト損失が最小に抑えられ得、その理由は、それぞれの方向に沿った格子構造１０８の特定の画像が、２つの収集された回折次数（例えば、０次回折ローブ４１０及び単一の１次回折ローブ）のみによって形成されるからである。任意の測定方向に沿ったオーバーレイは次いで、対応する格子構造１０８の別個の画像の空間位相から計算され得る。単一の照明ローブ３０２によって生成された画像における格子構造１０８の空間位相は、照明ローブ３０２の強度によって影響を受けず、それで照明ローブ３０２の対の間の相対強度差は、この構成におけるオーバーレイ計算に影響を与えない。更に、この構成における別個の画像のそれぞれは、１つの１次回折ローブのみを含むので、＋１次回折ローブ４１２と－１次回折ローブ４１４との間の任意の強度差は、オーバーレイ計算に影響を与えない。その結果、複数の対向する照明ローブ３０２による連続撮像に基づくオーバーレイ測定は、照明ローブ３０２の同じ分布の同時撮像に基づくオーバーレイ測定よりもよりロバストなオーバーレイ測定を提供し得るが、複数の画像の生成と関連したスループットが低減される。このように、同時の又は連続した撮像の間の選択は、性能トレードオフの間のバランスを表し得る。

更に、連続撮像は、当該技術分野で公知の任意の技術を用いて実施され得る。例えば、照明ローブ３０２を形成する開口は、連続的に修正又は挿入されてもよい。別の一例として、照明瞳面１３２の別個の部分に（例えば、ファイバ、自由空間光学系等を介して）向けられた照明１１８は、シャッタ、ガルバノメータ、ＭＥＭＳデバイス、又は音響光学偏向器（例えば、図１Ｃに描れるような）等であってこれらに限定されない光学要素の任意の組み合わせを使用して、それぞれの経路に沿って連続的に向けられ得る。

ここで図１４を参照すると、図１４は、本開示の１つ又は複数の実施形態に従う、傾斜照明による明視野撮像、及び選択された回折次数の収集に基づくオーバーレイ計測のための方法１４００において実行されるステップを示す流れ図である。出願人は、実施形態及びオーバーレイ計測システム１００の文脈において本明細書に前述された可能化技術は方法１４００に拡張されるべきであることを注記する。しかしながら、方法１４００は、オーバーレイ計測システム１００の構成に限定されないことに更に留意されたい。

いくつかの実施形態では、方法１４００は、オーバーレイ計測ツールを使用してオーバーレイターゲットの１つ又は複数の画像を捕捉するステップ１４０２を含み、この場合、オーバーレイ計測ツールは、それぞれの測定方向について、収集された回折次数が、０次回折ローブ、及び２つ以上の照明ローブのうちの少なくとも１つからの単一の１次回折ローブだけを含むように、１つ又は複数の照度分布の中に分布した２つ以上の傾斜照明ローブを用いてオーバーレイターゲットを照明する。例えば、ステップ１４０４は、図３Ａ～８Ｃに示す照度分布及び関連した収集プロファイルのうちのいずれかに基づいてオーバーレイターゲットを撮像することを含み得るが、これに限定されない。

いくつかの実施形態では、方法１４００は、１つ又は複数の画像に基づいて、１つ又は複数の測定方向と関連したオーバーレイターゲットについて１つ又は複数のオーバーレイ測定値を生成するステップ１４０４を含む。本明細書では、方法１４００は、当該技術分野で公知の任意のタイプのオーバーレイターゲットに適用され得、そして任意の２つのリソグラフィ露光と関連したオーバーレイ測定値を提供し得ることが考慮されている。例えば、オーバーレイターゲットは、ステップ１４０４におけるオーバーレイ測定値が２つ以上の層と関連したオーバーレイ測定値に対応するように、２つ以上の層上にパターン化された特徴を含み得る。別の一例として、オーバーレイターゲットは、共通の層上にあるが、２つ以上のリソグラフィ露光によって（例えば、二重印刷プロセス等で）生成されたパターン化された特徴を含み得る。このように、ステップ１４０４におけるオーバーレイ測定は、関連した露光と関連し得る。

本明細書に記述された主題は、別の構成要素内に含まれた、又は接続された異なる構成要素を示す場合がある。このような示された構成は、単に例示的なものであり、実際には同じ機能を達成する多くの別の構成が実施され得ることを理解されたい。概念的な意味において、同じ機能を達成するための構成要素の任意の配列は、所望の機能が達成されるように効果的に「関連している」。したがって、特定の機能を達成するために組み合わされた本明細書の任意の２つの構成要素は、構成又は中間構成要素にかかわらず、所望の機能が達成されるように互いに「関連している」とみなされ得る。同様に、そのように関連した任意の２つの構成要素もまた、所望の機能性を達成するために「接続されている」又は「結合されている」として見られ得、そしてそのように関連していることが可能な任意の２つの構成要素は、所望の機能を達成するために互いに「結合可能である」として見られ得る。結合可能という特定の例は、物理的に相互作用可能である及び／又は物理的に相互作用する構成要素、並びに／或いは無線で相互作用可能である及び／又は無線で相互作用する構成要素、並びに／或いは論理的に相互作用可能である及び／又は論理的に相互作用する構成要素を含むが、これらに限定されない。

本開示及びその付随する利点の多くは、前述の説明によって理解されるであろう、そして、様々な変更が、開示された主題から逸脱することなく又はその材料の利点のすべてを犠牲にすることなく、構成要素の形態、構造、及び配列において行われ得ることが明らかになるであろう。記述された形態は、単に説明のためのものであり、そのような変化を包含し、含むことが以下の特許請求の範囲の趣旨である。更に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定されることを理解されたい。

Claims (33)

1. オーバーレイ計測システムであって、
   試料上のオーバーレイターゲットの測定のための計測レシピを実施するように構成されたオーバーレイ計測ツールであって、前記計測レシピと関連した前記オーバーレイターゲットは、１つ又は複数の測定方向に沿って分布したパターン化された特徴を有する１つ又は複数の格子構造を含み、前記オーバーレイ計測ツールは、
   対物レンズ、
   前記計測レシピを実施する際に、１つ又は複数の照度分布の中に分布した２つ以上の傾斜照明ローブによって前記オーバーレイターゲットを照明するための１つ又は複数の照明光学系を含む照明経路であって、前記１つ又は複数の照度分布は、前記１つ又は複数の測定方向のそれぞれについて、前記対物レンズによって収集された前記オーバーレイターゲットによる前記１つ又は複数の照度分布の回折次数が、０次回折ローブ及び前記２つ以上の照明ローブのうちの少なくとも１つからの、＋１次または－１次のいずれかの単一の１次回折ローブのみを排他的に含むことを提供する、照明経路、並びに
   前記計測レシピを実施する際に、前記照度分布に応じて前記対物レンズによって収集された前記オーバーレイターゲットからの光に基づいて、１つ又は複数の検出器上に前記オーバーレイターゲットを撮像するための１つ又は複数の収集光学系を含む収集経路
   を備える、オーバーレイ計測ツールと、
   少なくとも前記１つ又は複数の検出器に通信可能に結合された制御器であって、前記制御器は、プログラム命令を実行するように構成された１つ又は複数のプロセッサを含み、前記プログラム命令は、前記１つ又は複数のプロセッサに、
   前記１つ又は複数の照度分布に基づいて、前記１つ又は複数の検出器から前記オーバーレイターゲットの１つ又は複数の画像を受け取るステップ、及び
   前記１つ又は複数の画像に基づいて、前記１つ又は複数の測定方向と関連した前記オーバーレイターゲットについて１つ又は複数のオーバーレイ測定値を生成するステップ
   を行わせる、制御器と、
   を備える、オーバーレイ計測システム。
2. 前記計測レシピは、前記１つ又は複数の照度分布内の前記２つ以上の傾斜照明ローブの前記１つ又は複数の測定方向又は波長に沿った前記オーバーレイターゲット内の前記格子構造のピッチのうちの少なくとも１つを規定することにより、前記１つ又は複数の測定方向のそれぞれについて、前記対物レンズによって収集された前記オーバーレイターゲットによる前記１つ又は複数の照度分布の回折次数は、前記０次回折ローブ及び前記２つ以上の照明ローブのうちの少なくとも１つからの前記単一の１次回折ローブを排他的に含むことを提供する、請求項１に記載のオーバーレイ計測システム。
3. 前記１つ又は複数の格子構造は、第１リソグラフィ露光と関連した格子構造の第１セットと、第２リソグラフィ露光と関連した格子構造の第２セットと、を含み、前記１つ又は複数のオーバーレイ測定値は、前記第１リソグラフィ露光と前記第２リソグラフィ露光との間のオーバーレイ測定値に対応する、請求項１に記載のオーバーレイ計測システム。
4. 前記格子構造の第１セットは、前記試料の第１層上にあり、前記格子構造の第２セットは、前記試料の第２層上にある、請求項３に記載のオーバーレイ計測システム。
5. 前記格子構造の第１セットと前記格子構造の第２セットとは、前記試料の共通の層上にある、請求項３に記載のオーバーレイ計測システム。
6. 前記オーバーレイターゲットは、前記１つ又は複数の測定方向のうちの第１のものに沿って周期性を有する前記１つ又は複数の格子構造の一部分を有する１つ又は複数のセルを含み、前記オーバーレイターゲットは、前記１つ又は複数の測定方向のうちの第２のものに沿って周期性を有する前記１つ又は複数の格子構造の一部分を有する１つ又は複数のセルを更に含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測システム。
7. 前記オーバーレイターゲットは、
   高度撮像計測（ＡＩＭ）ターゲット、ロバストＡＩＭターゲット、又はトリプルＡＩＭターゲットのうちの少なくとも１つ
   を含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測システム。
8. 前記２つ以上の傾斜照明ローブのうちの少なくとも１つは、円形として成形されている、請求項１に記載のオーバーレイ計測システム。
9. 前記２つ以上の傾斜照明ローブのうちの少なくとも１つは、楕円形として成形されている、請求項１に記載のオーバーレイ計測システム。
10. 前記２つ以上の傾斜照明ローブのうちの少なくとも１つは、幾何学的レンズとして成形されている、請求項１に記載のオーバーレイ計測システム。
11. 前記１つ又は複数の照度分布は、
    単一の照度分布
    を含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測システム。
12. 前記１つ又は複数の照度分布は、
    時間的に順次生成された２つ以上の照度分布
    を含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測システム。
13. 前記２つ以上の照明ローブは、
    前記１つ又は複数の測定方向のうちの１つに沿って向けられた双極子照度分布を形成するための２つの照明ローブ
    を含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測システム。
14. 前記２つ以上の照明ローブは、
    前記１つ又は複数の測定方向に対して非直交角度で向けられた回転型双極子照度分布を形成するための２つの照明ローブ
    を含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測システム。
15. 前記１つ又は複数の測定方向は、
    ２つの直交する測定方向
    を含み、前記２つ以上の照明ローブは、
    前記２つの測定方向に沿って向けられた四極子照度分布を形成するための４つの照明ローブ
    を含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測システム。
16. 前記１つ又は複数の測定方向は、
    ２つの直交する測定方向
    を含み、前記２つ以上の照明ローブは、
    前記２つの測定方向に対して非直交角度で向けられた回転型四極子照度分布を形成するための４つの照明ローブ
    を含む、請求項１に記載のオーバーレイ計測システム。
17. オーバーレイ計測システムであって、
    オーバーレイ計測ツールと通信可能に結合された制御器であって、前記オーバーレイ計測ツールは、試料上のオーバーレイターゲットの測定のための計測レシピを実施するように構成され、前記オーバーレイターゲットは、１つ又は複数の測定方向に沿って分布したパターン化された特徴を有する１つ又は複数の格子構造を含む前記計測レシピと関連しており、前記オーバーレイ計測ツールが、
    対物レンズと、
    前記計測レシピを実施する際に、１つ又は複数の照度分布の中に分布した２つ以上の傾斜照明ローブによって前記オーバーレイターゲットを照明するための１つ又は複数の照明光学系を含む照明経路であって、前記１つ又は複数の照度分布は、前記１つ又は複数の測定方向のそれぞれについて、前記対物レンズによって収集された前記オーバーレイターゲットによる前記１つ又は複数の照度分布の回折次数が、０次回折ローブ及び前記２つ以上の照明ローブのうちの少なくとも１つからの、＋１次または－１次のいずれかの単一の１次回折ローブのみを排他的に含む、照明経路と、
    前記計測レシピを実施する際に、前記照度分布に応じて前記対物レンズによって収集された前記オーバーレイターゲットからの光に基づいて、１つ又は複数の検出器上に前記オーバーレイターゲットを撮像するための１つ又は複数の収集光学系を含む収集経路と、
    を備え、
    前記制御器は、プログラム命令を実行するように構成された１つ又は複数のプロセッサを含み、前記プログラム命令は、前記１つ又は複数のプロセッサに、
    前記１つ又は複数の照度分布に基づいて、前記１つ又は複数の検出器から前記オーバーレイターゲットの１つ又は複数の画像を受け取るステップ、及び
    前記１つ又は複数の画像に基づいて、前記１つ又は複数の測定方向と関連した前記オーバーレイターゲットについて１つ又は複数のオーバーレイ測定値を生成するステップ
    を行わせる、オーバーレイ計測システム。
18. 前記計測レシピは、前記１つ又は複数の照度分布内の前記２つ以上の傾斜照明ローブの前記１つ又は複数の測定方向又は波長に沿った前記オーバーレイターゲット内の前記格子構造のピッチのうちの少なくとも１つを規定することにより、前記１つ又は複数の測定方向のそれぞれについて、前記対物レンズによって収集された前記オーバーレイターゲットによる前記１つ又は複数の照度分布の回折次数が、前記０次回折ローブ及び前記２つ以上の照明ローブのうちの少なくとも１つからの前記単一の１次回折ローブを排他的に含むことを提供する、請求項１７に記載のオーバーレイ計測システム。
19. 前記１つ又は複数の格子構造は、第１リソグラフィ露光と関連した格子構造の第１セットと、第２リソグラフィ露光と関連した格子構造の第２セットと、を含み、前記１つ又は複数のオーバーレイ測定値は、前記第１リソグラフィ露光と前記第２リソグラフィ露光との間のオーバーレイ測定値に対応する、請求項１７に記載のオーバーレイ計測システム。
20. 前記格子構造の第１セットは、前記試料の第１層上にあり、前記格子構造の第２セットは、前記試料の第２層上にある、請求項１９に記載のオーバーレイ計測システム。
21. 前記格子構造の第１セットと前記格子構造の第２セットとは、前記試料の共通の層上にある、請求項１９に記載のオーバーレイ計測システム。
22. 前記オーバーレイターゲットは、前記１つ又は複数の測定方向のうちの第１のものに沿って周期性を有する前記１つ又は複数の格子構造の一部分を有する１つ又は複数のセルを含み、前記オーバーレイターゲットは、前記１つ又は複数の測定方向のうちの第２のものに沿って周期性を有する前記１つ又は複数の格子構造の一部分を有する１つ又は複数のセルを更に含む、請求項１７に記載のオーバーレイ計測システム。
23. 前記オーバーレイターゲットは、
    高度撮像計測（ＡＩＭ）ターゲット、ロバストＡＩＭターゲット、又はトリプルＡＩＭターゲットのうちの少なくとも１つ
    を含む、請求項１７に記載のオーバーレイ計測システム。
24. 前記２つ以上の傾斜照明ローブのうちの少なくとも１つは、円形として成形されている、請求項１７に記載のオーバーレイ計測システム。
25. 前記２つ以上の傾斜照明ローブのうちの少なくとも１つは、楕円形として成形されている、請求項１７に記載のオーバーレイ計測システム。
26. 前記２つ以上の傾斜照明ローブのうちの少なくとも１つは、幾何学的レンズとして成形されている、請求項１７に記載のオーバーレイ計測システム。
27. 前記１つ又は複数の照度分布は、
    単一の照度分布
    を含む、請求項１７に記載のオーバーレイ計測システム。
28. 前記１つ又は複数の照度分布は、
    時間的に順次生成された２つ以上の照度分布
    を含む、請求項１７に記載のオーバーレイ計測システム。
29. 前記２つ以上の照明ローブは、
    前記１つ又は複数の測定方向のうちの１つに沿って向けられた双極子照度分布を形成するための２つの照明ローブ
    を含む、請求項１７に記載のオーバーレイ計測システム。
30. 前記２つ以上の照明ローブは、
    前記１つ又は複数の測定方向に対して非直交角度で向けられた回転型双極子照度分布を形成するための２つの照明ローブ
    を含む、請求項１７に記載のオーバーレイ計測システム。
31. 前記１つ又は複数の測定方向は、
    ２つの直交する測定方向
    を含み、前記２つ以上の照明ローブは、
    前記２つの測定方向に沿って向けられた四極子照度分布を形成するための４つの照明ローブ
    を含む、請求項１７に記載のオーバーレイ計測システム。
32. 前記１つ又は複数の測定方向は、
    ２つの直交する測定方向
    を含み、前記２つ以上の照明ローブは、
    前記２つの測定方向に対して非直交角度で向けられた回転型四極子照度分布を形成するための４つの照明ローブ
    を含む、請求項１７に記載のオーバーレイ計測システム。
33. オーバーレイ方法であって、
    オーバーレイ計測ツールを使用してオーバーレイターゲットの１つ又は複数の画像を捕捉するステップであって、前記オーバーレイ計測ツールは、試料上の前記オーバーレイターゲットの測定のための計測レシピを実施するように構成され、前記オーバーレイターゲットは、１つ又は複数の測定方向に沿って分布したパターン化された特徴を有する１つ又は複数の格子構造を含む前記計測レシピと関連しており、前記オーバーレイ計測ツールは、
    対物レンズ、
    前記計測レシピを実施する際に、１つ又は複数の照度分布の中に分布した２つ以上の傾斜照明ローブによって前記オーバーレイターゲットを照明するための１つ又は複数の照明光学系を含む照明経路であって、前記１つ又は複数の照度分布は、前記１つ又は複数の測定方向のそれぞれについて、前記対物レンズによって収集された前記オーバーレイターゲットによる前記１つ又は複数の照度分布の回折次数が、０次回折ローブ及び前記２つ以上の照明ローブのうちの少なくとも１つからの、＋１次または－１次のいずれかの単一の１次回折ローブのみを排他的に含むことを提供する、照明経路、及び
    前記計測レシピを実行する際に、前記照度分布に応じて前記対物レンズによって収集された前記オーバーレイターゲットからの光に基づいて、前記オーバーレイターゲットを１つ又は複数の検出器上に撮像するための１つ又は複数の収集光学系を含む収集経路
    を含む、ステップと、
    前記１つ又は複数の画像に基づいて、前記１つ又は複数の測定方向と関連した前記オーバーレイターゲットについて１つ又は複数のオーバーレイ測定値を生成するステップと、
    を含む、オーバーレイ方法。