JP7843846B2 - 複数の照明パラメータを使用した多方向オーバーレイ計測および分離画像化 - Google Patents

Description

本開示は一般に画像化オーバーレイ計測に関し、より詳細には、複数の方向に沿った同時分離画像化オーバーレイ計測測定に関する。

画像ベースのオーバーレイ計測は通常、様々なリソグラフィ露光を使用して製作された試料上の複数のフィーチャを画像化し、画像化されたフィーチャの相対位置を判定することによって、オーバーレイ測定値を生成する。このようにして、オーバーレイ測定によって、リソグラフィ露光間のレジストレーション誤差の指標を提供することができる。しかしながら、より小さなフィーチャサイズの製造が要求されると、オーバーレイ公差がより厳密になる。

米国特許出願公開第２０１８／０２２４７５３号 米国特許出願公開第２０２２／００５７１９２号

したがって、高い正確度およびスループットでオーバーレイ計測を提供するシステムおよび方法を開発する必要がある。

本開示の１つ以上の例示的な実施形態に係る光学計測システムが開示される。１つの例示的な実施形態では、システムは、試料上のオーバーレイターゲットの特性を評価する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む。本開示の１つ以上の例示的な実施形態によれば、オーバーレイターゲットは、第１の測定方向に沿って分布した第１の方向の周期的フィーチャと、試料の層の第２の組における第２の方向の周期的フィーチャとを含む。別の例示的な実施形態では、オーバーレイ計測ツールは、１つ以上の第１の照明ビームおよび１つ以上の第２の照明ビームでオーバーレイターゲットを照明するための照明光学要素を含み、第１の照明ビームのうちの少なくとも１つおよび第２の照明ビームのうちの少なくとも１つは、オーバーレイターゲットに同時に入射する。別の例示的な実施形態では、オーバーレイ計測ツールは、オーバーレイターゲットによる第１の照明ビームおよび第２の照明ビームの回折に基づいて、１つ以上の検出器上にオーバーレイターゲットの画像を生成するように構成可能な、集光光学要素を更に含む。別の例示的な実施形態では、第１の照明ビームの回折次数は第１の方向の周期的フィーチャのみの解像画像形成に寄与し、第２の照明ビームの回折次数は第２の方向の周期的フィーチャのみの解像画像形成に寄与する。別の例示的な実施形態では、システムは、画像に基づいて第１および第２の測定方向に沿った第１および第２のオーバーレイ測定値を生成するための制御装置を更に含む。

本開示の１つ以上の例示的な実施形態に係る光学計測システムが開示される。１つの例示的な実施形態では、システムは、計測レシピを実施するときに第１の照明ビームおよび第２の照明ビームで試料上のオーバーレイターゲットを照明するための照明光学要素を含み、第１の照明ビームのうちの少なくとも１つおよび第２の照明ビームのうちの少なくとも１つは、オーバーレイターゲットに同時に入射する。別の例示的な実施形態では、計測レシピに従うオーバーレイターゲットは、第１の測定方向に沿って分布した第１の方向の周期的フィーチャと、第１の測定方向とは異なる第２の測定方向に沿って分布した第２の方向の周期的フィーチャとを含む。別の例示的な実施形態では、システムは、オーバーレイターゲットによる第１の照明ビームおよび第２の照明ビームの回折に基づいて、１つ以上の検出器上にオーバーレイターゲットの画像を生成するための、集光光学要素を更に含む。別の例示的な実施形態では、第１の照明ビームの回折次数は第１の方向の周期的フィーチャのみの解像画像形成に寄与し、第２の照明ビームの回折次数は第２の方向の周期的フィーチャのみの解像画像形成に寄与する。別の例示的な実施形態では、システムは、画像に基づいて第１および第２の測定方向に沿った第１および第２のオーバーレイ測定値を生成するための制御装置を更に含む。

本開示の１つ以上の例示的な実施形態に係る光学計測方法が開示される。１つの例示的な実施形態では、方法は、第１の照明ビームおよび第２の照明ビームで試料上のオーバーレイターゲットを照明することを含み、第１の照明ビームのうちの少なくとも１つおよび第２の照明ビームのうちの少なくとも１つは、オーバーレイターゲットに同時に入射する。別の例示的な実施形態では、オーバーレイターゲットは、第１の測定方向に沿って分布した第１の方向の周期的フィーチャと、第１の測定方向とは異なる第２の測定方向に沿って分布した第２の方向の周期的フィーチャとを含む。別の例示的な実施形態では、方法は、オーバーレイターゲットによる第１の照明ビームおよび第２の照明ビームの回折に基づいて、１つ以上の検出器上にオーバーレイターゲットの画像を生成することを含む。別の例示的な実施形態では、第１の照明ビームの回折次数は第１の方向の周期的フィーチャのみの解像画像形成に寄与し、第２の照明ビームの回折次数は第２の方向の周期的フィーチャのみの解像画像形成に寄与する。別の例示的な実施形態では、方法は、１つ以上の画像に基づいて第１の測定方向に沿った第１のオーバーレイ測定値を生成することを含む。別の例示的な実施形態では、方法は、１つ以上の画像に基づいて第２の測定方向に沿った第２のオーバーレイ測定値を生成することを含む。

上記の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は例示的かつ説明的なものに過ぎず、特許請求される本発明を必ずしも限定するものではないことが理解されるべきである。本明細書に組み込まれその一部を構成している添付の図面は本発明の実施形態を示しており、この一般的な説明とともに本発明の原理を説明する役割を果たす。

本開示の多数の利点は添付の図面を参照することで当業者によりよく理解され得る。

本開示の１つ以上の実施形態に係る、オーバーレイ計測システムを示す概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、オーバーレイ計測ツールを示す概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、２つの集光チャネルを含むオーバーレイ計測ツールの概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、重なり合わないフィーチャ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つ以上の実施形態に係る、モアレ構造を有するオーバーレイターゲットのセルの上面図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、基板上にある図２Ｂのセルの側面図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、垂直入射する照明ビームからの回折次数の集光の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、斜め入射する照明ビームからの回折次数の集光の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、照明瞳境界内に、直交する方位方向に沿った斜め照明を提供するように位置付けられた２つの照明ビームを含む、照明瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、図４Ａの照明プロファイルに基づく方向分離画像化を示す集光瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、回転させた構成を有する方向依存性の照明ビームを示す、照明瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、ＮＡに基づいて区別された方向依存性の照明ビームを示す、照明瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、傾斜度に基づいて区別された方向依存性の照明ビームを示す、照明瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、スペクトル特性に基づいて区別された方向依存性の照明ビームを示す、照明瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、強度に基づいて区別された方向依存性の照明ビームを示す、照明瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、偏光に基づいて区別された方向依存性の照明ビームを示す、照明瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、図４Ａに示す照明分布に基づく斜め明視野画像化モードでの方向分離画像化を示す、集光瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、対物レンズによって集光されたオーバーレイ計測ツールの構成を示す、集光瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、暗視野画像化を提供するために０次回折ローブが遮断される、図７Ａの集光瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、様々な回折ローブの生成の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、図８Ａに示す回折ローブに基づく光学モアレモードでの方向分離画像化を示す、集光瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、集光瞳面に０次回折ローブを選択的に遮断するための遮断部を含む、図８Ｂの集光瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、直交する方位方向に沿った対称な斜め照明を提供するように位置付けられた４つの照明ビームを含む、照明瞳面の概念図である。 本開示の１つ以上の実施形態に係る、方向分離画像化のための方法で実行されるステップを示すフロー図である。

以下では、添付の図面に示されている開示される主題を詳細に参照する。本開示を、特定の実施形態およびその詳細な特徴に関して具体的に示し説明してきた。本明細書に明記されている実施形態は、限定的なものではなく例示的なものとして解釈される。本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく形態および詳細の様々な変更および変形を行い得ることが、当業者には容易に明らかであろう。

本開示の実施形態は、異なる照明条件を有する照明ビームによる同時照明を用いて異なる方向に沿った試料フィーチャの方向分離画像化を提供する、画像ベースのオーバーレイ計測のためのシステムおよび方法を対象とする。例えば、第１の方向（例えば、第１の測定方向）に沿った試料フィーチャの画像（またはその一部）は第１の照明条件と関連付けられている照明から形成されてもよく、第２の方向（例えば、第２の測定方向）に沿った試料フィーチャの画像（またはその一部）は第２の照明条件と関連付けられている照明から形成されてもよい。本開示の目的上、照明条件には画像を生成するために使用される照明ビームのパラメータの組を含めることができ、この組は、限定するものではないが、開口数（ＮＡ）、ビーム形状、ビーム傾斜度、入射の方位角、入射の高度角、波長、スペクトル帯域幅、偏光、または強度を含む。

いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測は、少なくとも２つの異なる（例えば直交する）測定方向に沿ったオーバーレイ測定を容易にするように配置された少なくとも２組の周期的ターゲットフィーチャを有するオーバーレイターゲットを照明することによって実行される。例えば、周期的ターゲットフィーチャの組は、特定の測定方向に沿ったフィーチャの周期的分布を含んでもよい。非限定的な実例として、フィーチャのこのような周期的分布としては、格子方向に沿った格子ピッチによって特徴付けられる回折格子（例えば格子構造）を挙げることができる。このようにして、２つの異なる方向に沿ったオーバーレイ測定用に設計されたオーバーレイターゲットは、第１の格子方向を有する１組の周期的フィーチャと、第２の格子方向を有する周期的フィーチャの第２の組とを含み得る。

本明細書では、周期的ターゲットフィーチャの画像と関連付けられる様々な画質測定基準（ｍｅｔｒｉｃ）に、画像を生成するために使用される周期的ターゲットフィーチャからの回折次数の数および構成によって影響が与えられ得ることが企図される。更に、画像を生成するために使用される特定の回折次数の数および構成の影響は、限定するものではないが、画像化システムの光学解像度での、またはその付近での試料フィーチャの画像化といった、困難な用途において、より顕著になる可能性がある。暗視野画像化技術を含む実例として、０次回折（例えば鏡面反射）によって、画像コントラストを低下させ得るＤＣバイアスが導入される可能性がある。オーバーレイ計測に特に関連する別の実例として、特定の測定の対象ではないフィーチャからの回折によって、画像のコントラストが同様に低下する、および／または、結果的な測定の感度に影響し得る他のアーチファクトが導入される可能性がある。例えば、Ｙ方向格子からの回折はＸ方向格子の画像に悪影響を与える可能性があり（例えば、コントラストを低下させる可能性があり）、その結果、画像に基づくオーバーレイ測定に悪影響を与える可能性がある。

本開示の実施形態は、異なる格子方向を有するフィーチャの照明分離画像化を提供するためのシステムおよび方法を対象とする。このようにして、画質（例えば、コントラスト、または任意の他の適切な画質測定基準）が、従来の技術と比べて改善され得る。いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測システムは、異なる方向依存性の照明の条件を有する複数の照明ビームでオーバーレイターゲットを同時に照明し、オーバーレイターゲットは異なる（例えば直交する）格子方向を有するフィーチャを含む。このようにして、各照明ビームは格子方向の各々に沿って回折され得る。しかしながら、本開示の実施形態において、オーバーレイ計測ツールは（例えば計測レシピを用いて）、任意の特定の照明ビームからの回折されたローブが、１つの特定の方向に沿った周期的フィーチャの画像のみを形成するように構成される。この構成では、他の方向に沿った特定の照明ビームの回折は、周期的構造の解像画像を形成するには不十分である。

本明細書では、周期的構造の画像を形成するには、画像形成に寄与するために少なくとも２つの回折ローブが集光され検出器に渡される必要があることが認識されている。本開示の目的上、方向分離画像化とは、任意の特定の照明ビームに対して、画像形成に２つ以上の回折ローブが寄与する方向が１つしかない構成を指す。他の方向では、集光され検出器に渡される回折ローブは最大でも１つである。このような条件下では、他の方向に沿った周期的フィーチャは解像されない。いくつかの実施形態では、他の方向と関連付けられている回折次数は、画質に悪影響を及ぼし得るこれら他の回折次数の残留影響（例えば、他の方向に沿った０次反射光と関連付けられているＤＣバイアス）を回避または軽減するために、集光されない。いくつかの実施形態では、他の方向に沿った単一の回折次数が検出器に渡され画像形成に寄与することが許容される（例えば０次反射光）。このような場合、単一の回折ローブの残留影響は、特定の用途の許容範囲内であり得る。

例えば、直交する格子フィーチャ（例えば、Ｘ方向格子およびＹ方向格子）を含むオーバーレイターゲットは、照明条件の第１の組を有する第１の照明ビームと、照明条件の第２の組を有する第２の照明ビームとによって、同時に照明され得る。しかしながら、画像のＸ方向格子を含む部分の形成に寄与するのは、Ｘ方向格子による第１の照明ビームの回折のみである。同様に、画像のＹ方向格子を含む部分の形成に寄与するのは、Ｙ方向格子による第２の照明ビームの回折のみである。その結果、Ｘ方向およびＹ方向の格子は同時に画像化されるが、それぞれの画像（またはその一部）は、第１および第２の照明ビームによって提供される異なる照明条件に基づいて形成される。

ここで図１Ａ～図１０を参照すると、本開示の１つ以上の実施形態に係る、方向依存性の照明条件を用いる光学的に分離された画像化のためのシステムおよび方法が、より詳細に記載されている。

図１Ａは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、オーバーレイ計測システム１００を示す概念図である。

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、計測レシピ（例えばオーバーレイレシピ）に従い、その計測レシピに基づく設計を有するオーバーレイターゲット１０４と関連付けられているオーバーレイ測定値を生成するように構成可能な、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、少なくとも１つの照明源１０８からの２つ以上の照明ビーム１０６（例えば、異なる照明条件を有する方向依存性の照明ビーム１０６）を試料１１０上のオーバーレイターゲット１０４に向け、照明ビーム１０６に応じてオーバーレイターゲット１０４から発せられる光または他の放射（本明細書では測定光１１２と呼ぶ）を集光し、測定光１１２に基づいて少なくとも１つの検出器１１４から検出信号を生成することができる。

オーバーレイ計測ツール１０２は、試料１１０上のオーバーレイターゲットと関連付けられているオーバーレイを判定するのに適したオーバーレイ信号を生成するのに適した、当技術分野で知られている任意のタイプのツールを含み得る。いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、オーバーレイターゲット１０４の１つ以上の画像に基づいてオーバーレイ測定値を生成する画像化計測ツールである。オーバーレイ計測ツール１０２は、明視野または暗視野画像化技術を含むがこれらに限定されない、当技術分野で知られている任意の画像化技術または画像化技術の組合せを使用して、画像を生成し得る。更に、本明細書に開示するように、オーバーレイ計測ツール１０２は（例えば計測レシピに基づいて）、異なる方向に沿って配向されたフィーチャの光学的に分離された画像化を提供するための、方向依存性の照明条件を提供するように構成され得る。

本開示のいくつかの実施形態は、選択された回折次数に基づいてオーバーレイ測定が容易になるようにオーバーレイ計測ツール１０２を構成するためのレシピを提供することを対象とする。計測レシピは、限定するものではないが、試料の照明、試料からの光の集光、または測定中の試料の位置といった、オーバーレイ測定の様々な側面を制御するためのパラメータの組を含み得る。このようにして、オーバーレイ計測ツール１０２は、選択されたオーバーレイターゲット設計に対して、選択されたタイプの測定を実現するように構成され得る。例えば、計測レシピは照明ビーム１０６のパラメータ、例えば、照明波長、照明瞳分布（例えば、照明角度の分布、およびそれらの角度における照明の関連する強度）、入射照明の偏光、または照明の空間分布を含み得るが、これらに限定されない。別の例として、計測レシピは集光パラメータ、例えば、集光瞳分布（例えば、測定に使用されるオーバーレイターゲット１０４からの角度の付いた光の所望の分布、およびそれらの角度における関連するフィルタリングされた強度）、オーバーレイターゲット１０４の対象部分を選択するための集光視野絞り設定、集光される光の偏光、波長フィルタ、または１つ以上の検出器を制御するためのパラメータを含み得るが、これらに限定されない。別の例として、計測レシピは、オーバーレイターゲット１０４の設計と関連付けられている様々なパラメータ、例えば、試料フィーチャの位置および配向（例えば、特定の方向に沿った格子フィーチャのピッチ）を含み得るが、これらに限定されない。更なる例として、計測レシピは、測定中の試料１１０の位置と関連付けられている様々なパラメータ、例えば、試料の高さ、試料の配向、測定中に試料が静止しているかどうか、または、測定中に試料が動いているかどうか（速度、走査パターンなどを記述する関連するパラメータに加えて）を含み得るが、これらに限定されない。

このようにして、オーバーレイ計測ツール１０２は、計測レシピに従って、既知の設計を有する特定のオーバーレイターゲット１０４を分析するときに、集光瞳における光の選択された分布を提供するように構成可能であり得る。そして集光瞳における光のこの分布は、所望のオーバーレイ測定を行うために、所望に応じて様々な光学要素によって更に変形され得る。

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、メモリ１２０（例えばメモリ媒体）に保持されているプログラム命令を実行するように構成されている１つ以上のプロセッサ１１８を有する、制御装置１１６を更に含む。制御装置１１６は、限定するものではないが検出器１１４などのオーバーレイ計測システム１００の構成要素のいずれかと、通信可能に結合され得る。このようにして、制御装置１１６は計測レシピに従い、検出信号に基づいてオーバーレイ測定値を生成することができる。

制御装置１１６の１つ以上のプロセッサ１１８は、当技術分野で知られている任意のプロセッサまたは処理要素を含み得る。本開示の目的上、「プロセッサ」または「処理要素」という用語は、１つ以上の処理要素もしくは論理要素（例えば、１つ以上のマイクロプロセッサデバイス、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）デバイス、１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または１つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ））を有する任意のデバイスを包含するように、広く定義され得る。この意味において、１つ以上のプロセッサ１１８は、アルゴリズムおよび／または命令（例えば、メモリに記憶されているプログラム命令）を実行するように構成されている任意のデバイスを含み得る。一実施形態では、１つ以上のプロセッサ１１８は、本開示の全体を通して記載されているようなオーバーレイ計測システム１００を動作させるようにまたはそのようなオーバーレイ計測システム１００と連繋して動作するように構成されているプログラムを実行するように構成されている、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、ネットワーク化コンピュータ、または任意の他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の様々なサブシステムに、本開示に記載するステップの少なくとも一部を実行するのに適したプロセッサまたは論理要素を含めることができる。したがって、上記の説明は本開示の実施形態に対する限定としてではなく、単なる実例として解釈されるべきである。更に、本開示の全体を通して記載されているステップは、単一の制御装置１１６、または別法として複数の制御装置によって、実行され得る。更に、制御装置１１６は、１つの共通のハウジング内または複数のハウジング内に収容された、１つ以上の制御装置を含み得る。このようにして、任意の制御装置または制御装置の組合せを、オーバーレイ計測システム１００への組み込みに適したモジュールとして、個別にパッケージ化することができる。

メモリ１２０は、関連付けられた１つ以上のプロセッサ１１８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、当技術分野で知られている任意の記憶媒体を含み得る。例えば、メモリ１２０は、非一時的メモリ媒体を含み得る。別の例として、メモリ１２０は、限定するものではないが、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気または光学メモリデバイス（例えばディスク）、磁気テープ、ソリッドステートデバイスなどを含み得る。メモリ１２０を１つ以上のプロセッサ１１８と一緒に共通の制御装置ハウジング内に収容してもよいことが更に留意される。一実施形態では、メモリ１２０を、１つ以上のプロセッサ１１８および制御装置１１６の物理的な場所に対して遠隔に配置してもよい。例えば、制御装置１１６の１つ以上のプロセッサ１１８は、ネットワーク（例えば、インターネット、イントラネットなど）を介してアクセス可能な遠隔メモリ（例えばサーバ）にアクセスし得る。

ここで図２Ａ～図２Ｃを参照すると、本開示の１つ以上の実施形態に係るオーバーレイターゲット１０４の様々な非限定的な例が、より詳細に説明されている。

本開示の目的上、オーバーレイという用語は一般に、２つ以上のリソグラフィパターニングステップによって製作された試料１１０上のフィーチャの相対位置を記述するために使用され、その場合オーバーレイ誤差という用語は、公称配置からのフィーチャの偏差を記述する。この文脈では、オーバーレイ測定は、相対位置の測定、またはこれら相対位置と関連付けられているオーバーレイ誤差の測定として表現され得る。例えば、多層デバイスは、複数の試料層上に層ごとに異なるリソグラフィ工程を使用してパターニングされたフィーチャを含む場合があり、その場合通常は、得られるデバイスの適切な性能を確保するために、層間のフィーチャのアライメントを厳密に制御しなければならない。その結果、オーバーレイ測定は、試料層のうちの２つ以上の上のフィーチャの相対位置を特徴付けることができる。別の例として、単一の試料層上にフィーチャを製作するために、複数のリソグラフィ工程を使用してもよい。一般にダブルパターニング技術またはマルチパターニング技術と呼ばれるこのような技術は、リソグラフィシステムの解像度に近い高密度のフィーチャの製作を容易にし得る。この文脈でのオーバーレイ測定は、この単一の層上の異なるリソグラフィ工程からのフィーチャの相対的な位置を特徴付けることができる。本開示の全体を通してオーバーレイ計測の特定の用途に関連する例および実例は、例示のみを目的として提供されており、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が、理解されるべきである。

更に、オーバーレイターゲット１０４という用語は本明細書では、（例えば、格子のフィーチャに対応する）オーバーレイ測定に適した既知の周期性を有する試料上のフィーチャの任意の組を指すように、広義に使用される。いくつかの実施形態では、オーバーレイターゲット１０４は、１つ以上の試料層上に、同じ層上のデバイスフィーチャのオーバーレイを典型的に代表するオーバーレイ測定値を提供する目的で作製されるフィーチャを有する、専用のターゲットを含む。例えば、専用の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たオーバーレイ測定を実現するように設計された特徴（例えば、格子のピッチ、フィーチャのサイズ、格子の配向など）を有する格子フィーチャを有する、１つ以上のセルを含み得る。このような専用のオーバーレイターゲットは、スクライブライン内またはダイ内を含むがこれに限定されない、試料上の様々な場所にプリントされ得る。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た既知の周期性を有するデバイスフィーチャを含む。

図２Ａは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、重なり合わないフィーチャを有するオーバーレイターゲット１０４の上面図である。特に、図２Ａは、ここではオーバーレイターゲット１０４を４分割したものとして表される４つのセル２０２ａ～ｄを含むオーバーレイターゲット１０４の、非限定的な構成を示す。この構成では、各セル２０２ａ～ｄは、第１のリソグラフィ露光と関連付けられている周期的フィーチャの第１の組２０４と、第２のリソグラフィ露光と関連付けられている周期的フィーチャの第２の組２０６とを含み得る。更に、セル２０２ｂおよびセル２０２ｄは、図２Ａに示されているＸ方向に沿ったオーバーレイ測定を実現するように構成され得る。例えば、各セル内でまたはセル２０２ｂとセル２０２ｄとの間で、周期的フィーチャの第１の組２０４と周期的フィーチャの第２の組２０６の相対位置を直接比較することによって、Ｘ方向に沿ったオーバーレイ測定を行うことができる。別の例では、セル２０２ｂおよびセル２０２ｄにわたって分布する周期的フィーチャの第１の組２０４の間の回転対称（例えば、回転対称、反射対称、鏡面対称など）の点を、セル２０２ｂおよびセル２０２ｄにわたって分布する周期的フィーチャの第２の組２０６の間の対称の点と比較することによって、Ｘ方向に沿ったオーバーレイ測定を行うことができる。同様に、セル２０２ａおよびセル２０２ｃは、図２Ａに示されているＹ方向に沿ったオーバーレイ測定を実現するように構成され得る。この場合、第１の測定方向（例えばＸ方向）に沿った周期性を有する、セル２０２ｂおよびセル２０２ｄ内の周期的フィーチャの第１の組２０４および周期的フィーチャの第２の組２０６を、第１の方向の周期的フィーチャと呼ぶ場合があり、一方で、第２の測定方向（例えばＹ方向）に沿った周期性を有する、セル２０２ａおよびセル２０２ｃ内の周期的フィーチャの第１の組２０４および周期的フィーチャの第２の組２０６を、第２の方向の周期的フィーチャと呼ぶ場合がある。

任意の特定のセル２０２内の周期的フィーチャの第１の組２０４および周期的フィーチャの第２の組２０６は、試料１１０の任意の層上に配置され得る。例えば、周期的フィーチャの第１の組２０４および周期的フィーチャの第２の組２０６は、多重露光処理フローにおける第１のリソグラフィ露光と第２のリソグラフィ露光との間のオーバーレイ測定が容易になるように、試料１１０の共通の層上に位置してもよい。別の例として、第１の層と第２の層との間のオーバーレイ測定を容易にするために、周期的フィーチャの第１の組２０４を試料１１０の第１の層に配置してもよく、周期的フィーチャの第２の組２０６を試料１１０の第２の層に配置してもよい。更に、第１の測定方向と関連付けられている周期的フィーチャの第１の組２０４および周期的フィーチャの第２の組２０６（例えば第１の方向の周期的フィーチャ）は、試料１１０の層の第１の組に配置されてもよく、一方で、第２の測定方向と関連付けられている周期的フィーチャの第１の組２０４および周期的フィーチャの第２の組２０６（例えば第２の方向の周期的フィーチャ）は、第１の方向の周期的フィーチャの場合と同じであっても異なっていてもよい、試料１１０の層の第２の組に配置されてもよい。実例として、セル２０２ｂおよびセル２０２ｄは、上記したように、試料１１０の第１の層２１０に周期的フィーチャの第１の組２０４を、および試料１１０の第２の層２１２に周期的フィーチャの第２の組２０６を含んでもよく、一方で、セル２０２ａおよびセル２０２ｃは、試料１１０の第１の層２１０に周期的フィーチャの第１の組２０４を、および試料１１０の第３の層（明示されていない）に周期的フィーチャの第２の組２０６を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、オーバーレイターゲット１０４は、異なる方向に沿って配向されたプリント要素の様々な構成を含む。例えば、セル２０２ｂおよびセル２０２ｄは、第１の層２１０に周期的フィーチャの第１の組２０４を、および第２の層２１２に周期的フィーチャの第２の組２０６を含んでもよく、一方で、セル２０２ａおよびセル２０２ｃは、第１の層２１０に周期的フィーチャの第１の組２０４を、および試料１１０の第３の層に周期的フィーチャの第２の組２０６を含んでもよい。このようにして、オーバーレイターゲット１０４は、複数の異なる層の対の間の同時のオーバーレイ測定を容易にし得る。

更に、任意の特定のセル２０２内の周期的フィーチャの第１の組２０４と周期的フィーチャの第２の組２０６のピッチは、同じであっても異なっていてもよい。例えば、図２Ａは、セル２０２ａ～ｄの各々内の周期的フィーチャの第１の組２０４および周期的フィーチャの第２の組２０６が共通のピッチを有する、オーバーレイターゲット１０４の構成を示す。しかしながら、周期的フィーチャの第１の組２０４と周期的フィーチャの第２の組２０６は、異なるピッチを有してもよい。

いくつかの実施形態では、任意の特定のセル２０２内の周期的フィーチャの第１の組２０４および周期的フィーチャの第２の組２０６は、試料１１０の異なる層に形成される。例えば、任意の特定のセル２０２内の周期的フィーチャの第１の組２０４および周期的フィーチャの第２の組２０６は、格子重畳（ｇｒａｔｉｎｇ－ｏｖｅｒ－ｇｒａｔｉｎｇ）構造を生成するべく試料の少なくとも部分的に重なり合う領域に形成されてもよく、または重なり合わない領域に形成されてもよい。この構成では、周期的フィーチャの第１の組２０４と周期的フィーチャの第２の組２０６のピッチは、同じであっても異なっていてもよい。実例として、周期的フィーチャの第１の組２０４と周期的フィーチャの第２の組２０６が異なるピッチを有する構成は、モアレ構造を形成し得る。このようなモアレ構造は、周期的フィーチャの第１の組２０４および周期的フィーチャの第２の組２０６の両方からの回折と関連付けられるモアレ回折（例えば、二重回折、複合回折など）を生成する可能性がある。本明細書では、（例えば、様々な計測レシピと関連付けられた）様々なオーバーレイ技術が、構成フィーチャ（例えば、周期的フィーチャの第１の組２０４および周期的フィーチャの第２の組２０６）からの回折ローブの任意の組合せを単独で、またはモアレ回折ローブと組み合わせて利用できることが企図される。例えば、第１の計測レシピは、構成フィーチャの各々からの１次回折ローブを利用してもよく、一方で、第２の計測レシピは、モアレ回折ローブを単独で、または構成フィーチャのうちの１つ以上からの回折ローブと組み合わせて、利用してもよい。

図２Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、モアレ構造２０８を有するオーバーレイターゲット１０４のセル２０２の上面図である。図２Ｃは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、図２Ｂのセル２０２の側面図である。特に、図２Ｂおよび図２Ｃは、試料１１０の第１の層２１０における周期的フィーチャの第１の組２０４（例えば第１の層の格子）のピッチ、および、試料１１０の第２の層２１２上の周期的フィーチャの第２の組２０６（例えば第２の層の格子）のピッチを、それぞれＰおよびＱとして示す。図２Ｂは、様々な層が堆積された基板２１４を更に示す。いくつかの実施形態では、明示されてはいないが、オーバーレイターゲット１０４は測定方向ごとに、反転したモアレ構造対を提供する２つのセル２０２を含む。例えば、第１のセル２０２は、ピッチＰを有する周期的フィーチャの第１の組２０４と、ピッチＱを有する周期的フィーチャの第２の組２０６とを含んでもよく、一方で、第２のセル２０２は、ピッチＱを有する周期的フィーチャの第１の組２０４と、ピッチＰを有する周期的フィーチャの第２の組２０６とを含んでもよい。

図２Ａ～図２Ｃを全体的に参照すると、オーバーレイターゲット１０４は一般に、画像ベースの回折に適した既知のオーバーレイターゲット設計を含み得る。例えば、オーバーレイターゲット１０４は、高度画像化計測（ＡＩＭ）ターゲット、３つの層上にフィーチャを有するトリプルＡＩＭターゲット、１つ以上のモアレ構造を含むロバストＡＩＭ（ｒＡＩＭ）ターゲットなどを含み得るが、これらに限定されない。

ここで図１Ｂを参照すると、本開示の１つ以上の実施形態に係る、オーバーレイ計測ツール１０２の様々な態様が説明されている。

図１Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、オーバーレイ計測ツール１０２を示す概念図である。一実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、少なくとも１つの照明ビーム１０６を生成するように構成されている照明源１０８を含む。照明源１０８からの照明は、紫外（ＵＶ）放射、可視放射、または赤外（ＩＲ）放射を含むがこれらに限定されない、光の１つ以上の選択された波長を含み得る。

別の実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、照明源１０８からの照明を、照明経路１２２を介してオーバーレイターゲット１０４に向ける。照明経路１２２は、照明ビーム１０６を変形および／または調整するのに、また更に照明ビーム１０６を試料１１０に向けるのに適した、１つ以上の光学構成要素を含み得る。一実施形態では、照明経路１２２は、（例えば、照明をコリメートするため、瞳面および／または視野面を中継するため、などの）１つ以上の照明経路レンズ１２４を含む。別の実施形態では、照明経路１２２は、照明の整形またはその他の制御を行うための、１つ以上の照明経路光学要素１２６を含む。例えば、照明経路光学要素１２６は、１つ以上の視野絞り、１つ以上の瞳絞り、１つ以上の偏光子、１つ以上のフィルタ、１つ以上のビームスプリッタ、１つ以上の拡散器、１つ以上のホモジナイザ、１つ以上のアポダイザ、１つ以上のビーム整形器、または１つ以上のミラー（例えば、静止ミラー、並進ミラー、走査ミラーなど）を含み得るが、これらに限定されない。更に、照明経路光学要素１２６は、照明瞳面１２８または照明視野面を含むがこれらに限定されない、任意の適切な場所に配置されてもよい。

別の実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、照明をオーバーレイターゲット１０４上に集束させる対物レンズ１３０を含む。別の実施形態では、試料１１０は、試料１１０を固定するのに適しており、オーバーレイターゲット１０４を照明ビーム１０６に対して位置付けるように更に構成されている、試料ステージ１３２上に配設される。

いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、オーバーレイターゲット１０４から発せられる光または他の照明（例えば測定光１１２）を集光経路１３４を介して捕捉するための、少なくとも１つの検出器１１４を含む。集光経路１３４は、オーバーレイターゲット１０４からの測定光１１２を変形および／または調整するのに適した１つ以上の光学的要素を含み得る。一実施形態では、集光経路１３４は、（例えば、照明ビーム１０６をコリメートするため、瞳面および／または視野面を中継するため、などの）１つ以上の集光経路レンズ１３６を含み、これには対物レンズ１３０が含まれてもよいが、含むことは必須ではない。別の実施形態では、集光経路１３４は、測定光１１２の整形またはその他の制御を行うための、１つ以上の集光経路光学要素１３８を含む。例えば、集光経路光学要素１３８は、１つ以上の視野絞り、１つ以上の瞳絞り、１つ以上の偏光子、１つ以上のフィルタ、１つ以上のビームスプリッタ、１つ以上の拡散器、１つ以上のホモジナイザ、１つ以上のアポダイザ、１つ以上のビーム整形器、または１つ以上のミラー（例えば、静止ミラー、並進ミラー、走査ミラーなど）を含み得るが、これらに限定されない。更に、集光経路光学要素１３８は、集光瞳面１４０または集光視野面（図示せず）を含むがこれらに限定されない、任意の適切な場所に配置されてもよい。

検出器１１４は集光経路１３４内の任意の選択された場所に配置され得る。いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、オーバーレイターゲット１０４の画像を生成するために、視野面（例えば、試料１１０と共役な面）に検出器１１４を含む。

オーバーレイ計測ツール１０２の照明経路１２２および集光経路１３４は、照明ビーム１０６で試料１１０を照明し、入射照明ビーム１０６に応じて試料１１０から発せられる光を集光するのに適した、広範な構成で配向され得る。例えば、図１Ｂに示すように、オーバーレイ計測ツール１０２は、共通の対物レンズ１３０が、照明ビーム１０６を試料１１０に向けることと試料１１０からの光を集光することとを同時に行い得るように配向された、ビームスプリッタ１４２を含み得る。別の例として、照明経路１２２および集光経路１３４は、重なり合わない光路を含み得る。

更に、照明経路１２２および／または集光経路１３４は、１つ以上のチャネルを含み得る。例えば、照明経路１２２は２つ以上の照明ビーム１０６を単一の照明チャネルから、または専用の複数の照明チャネルを介して、提供することができる。別の例として、集光経路１３４は、単一の集光チャネル内の単一の検出器１１４を、または、複数の集光チャネルにわたって分散させた複数の検出器１１４を含み得る。

実例として、図１Ｂは、単一の集光チャネル１４４を有するオーバーレイ計測ツール１０２を示す。図１Ｃは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、２つの集光チャネル１４４を含むオーバーレイ計測ツール１０２の概念図である。例えば、オーバーレイ計測ツール１０２は、測定光１１２を少なくとも２つの集光チャネル１４４へと分割するための、１つ以上のビームスプリッタ１４６を含み得る。更に、各集光チャネル１４４は、各集光チャネル１４４内の測定光１１２を個別に変形して方向分離画像化を提供するために、個別の集光経路光学要素１３８（例えば、偏光子、スペクトルフィルタ、減光フィルタ、遮断部、アパーチャなど）を含み得る。本明細書では、複数の集光チャネル１４４の使用によって、１つの集光チャネル１４４の場合よりも、方向分離された画像を生成するためのより大きな融通性を実現できることが企図されるが、このことによって更なる複雑さが加わる可能性がある。このように、本明細書に開示されているシステムおよび方法の特定の実装を、特定の用途の許容範囲に合わせて選択するまたは適合させることができる。

ここで図３Ａ～図９を参照すると、本開示の１つ以上の実施形態に係る、異なる方向に沿って配向されたフィーチャの方向分離画像化に基づくオーバーレイ測定が、より詳細に記載されている。

本明細書では、オーバーレイターゲット１０４上の周期的構造（例えば、図２Ａ～図２Ｃに示す、周期的フィーチャの第１の組２０４、および周期的フィーチャの第２の組２０６）が、狭いスペクトル範囲および限定された角度範囲を有する照明ビーム１０６で照明されたときに、離散的な回折次数を生成できることが企図される。更に、集光瞳面１４０における照明ビーム１０６の回折次数の特定の配置は、照明ビーム１０６の様々な特性（例えば、スペクトル、偏光、方位方向および／もしくは高度方向の入射角、開口数（ＮＡ）など）、集光経路１３４の様々な特性（例えば、対物レンズ１３０のＮＡなど）、またはオーバーレイターゲット１０４の様々な特性（例えば、プリントされたフィーチャのピッチ、入射照明ビーム１０６に対するプリントされたフィーチャの配向など）の影響を受け得る。

実例として、図３Ａおよび図３Ｂには、（例えばオーバーレイターゲット１０４上の）格子からの回折次数の分布に対する、高度入射角の影響が描かれている。図３Ａは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、垂直入射する照明ビーム１０６からの回折次数の集光の概念図である。図３Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、斜め入射する照明ビーム１０６からの回折次数の集光の概念図である。特に、図３Ａおよび図３Ｂは、対物レンズ１３０によって集光される特定の回折次数の、入射角に基づく制御を示している。

このように、いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２および／または試料は、計測レシピによって、方向分離画像化を容易にするための選択された回折次数の集光を実現するように構成される。

いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、２つ以上の照明ビーム１０６でオーバーレイターゲット１０４を同時に照明し、その場合、各照明ビーム１０６の様々なパラメータは、（例えば集光瞳面１４０における）異なる方向に沿った照明ビーム１０６の回折次数の分離を容易にするように構成される。対物レンズ１３０および／または集光経路１３４の様々なパラメータはその場合、１つ以上の検出器１１４上での方向分離画像化を提供するように構成することができ、その場合、特定の格子方向を有する格子が、特定の照明ビーム１０６からの光で排他的に画像化される。

本明細書では、オーバーレイ計測ツール１０２の様々な構成を使用して方向分離画像化を実施できることが企図される。

いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、対物レンズ１３０が、本明細書に開示するような方向分離画像化を提供する各照明ビーム１０６と関連付けられている、選択された回折次数のみを集光するように構成される。このような構成では、対物レンズ１３０は、単一の検出器１１４を使用して方向分離画像化を提供することができ、その場合、生成された画像のうち異なる格子方向を有する格子構造と関連付けられている部分は、異なる照明ビーム１０６に基づいて画像化される。

図４Ａおよび図４Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、異なる方位入射角を有する照明ビーム１０６に基づく、（例えば、図２Ｂおよび図２Ｃに示すような）モアレ構造の方向分離画像化を示す。特に、図４Ａは、対物レンズ１３０が、方向分離画像化を提供する各照明ビーム１０６と関連付けられている選択された回折次数のみを集光する構成を示す。

図４Ａは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、照明瞳境界４０２内に、直交する方位方向に沿った斜め照明を提供するように位置付けられた２つの照明ビーム１０６ａ、ｂを含む、照明瞳面１２８の概念図である。図４Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、図４Ａの照明プロファイルに基づく方向分離画像化を示す集光瞳面１４０の概念図である。例えば、図４Ｂは、図２Ａに示すオーバーレイターゲット１０４の照明に応じて生成される回折ローブを示す。

図４Ｂに示すように、照明ビーム１０６ａによるオーバーレイターゲット１０４の照明は、Ｘ方向およびＹ方向の両方に沿って分布する回折ローブ４０４をもたらす。しかしながら、集光瞳境界４０６とともにあり、したがって対応する構造の画像の形成に寄与するように利用可能であるのは、Ｘ方向に沿った選択された回折次数のみである。同様に、照明ビーム１０６ｂによるオーバーレイターゲット１０４の照明は、Ｘ方向およびＹ方向の両方に沿って分布する回折ローブ４０８をもたらすが、集光瞳境界４０６とともにあり、したがって対応する構造の画像の形成に寄与するように利用可能であるのは、Ｙ方向に沿った選択された回折次数のみである。

このようにして、フィーチャの画像のＸ方向に沿って分布する部分は、フィーチャの画像のＹ方向に沿って分布する部分から光学的に分離される。別の言い方をすれば、格子情報は、画像形成に寄与する回折次数の選択によって提供される照明条件ごとにコード化される。その結果、Ｘ方向に沿って配向されたフィーチャと関連付けられる様々な画質測定基準は、照明ビーム１０６ａからの選択された回折次数に完全に（または少なくとも実質的に）依存する可能性があり、またＹ方向に沿って配向されたフィーチャと関連付けられる画質測定基準は、照明ビーム１０６ｂからの選択された回折次数に完全に（または少なくとも実質的に）依存する可能性がある。

図３Ａ～図４Ｂを全体的に参照すれば、図３Ａ～図４Ｂが例示の目的でのみ提供されており、限定的なものと解釈されるべきではないことが理解されるはずである。例えば、図４Ａおよび図４Ｂにおいて、照明ビーム１０６ａ、ｂと関連付けられている照明条件間の主な違いは、方位入射角である。しかしながら、本明細書では、ＮＡ、ビーム形状、波長、スペクトル帯域幅、偏光、または強度を含むがこれらに限定されないパラメータの任意の組合せに基づいて区別される照明条件を有する、複数の照明ビーム１０６を使用して、方向依存性の照明分離画像化を達成できることが企図される。更に、照明条件のこのような区別は、照明経路光学要素１２６または異なる照明条件を有する照明ビーム１０６の直接生成を含むがこれらに限定されない、当技術分野で知られている任意の技術を用いて達成され得る。

更に、オーバーレイ計測ツール１０２は、方向分離画像化を提供するために選択された回折ローブを更に分離するために、様々な構成の集光経路１３４を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、集光経路１３４は、集光瞳面１４０における（例えば、対物レンズ１３０によって集光されるが、それにもかかわらず特定の画像化技術には望ましくない）選択された回折ローブをフィルタリングまたは遮断するための、１つ以上の集光経路光学要素１３８を含む。例えば、以下により詳細に記載するように、光学的分離を確実にするおよび／または暗視野画像化を実施するために、１つ以上の方向に沿った０次回折光（例えば、鏡面反射）を遮断することが望ましい場合がある。

（例えば図１Ｃに示すような）いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は複数の集光チャネル１４４を含む。このようにして、各集光チャネル１４４は、様々な回折ローブをフィルタリングまたは遮断するための、様々な集光経路光学要素１３８を含み得る。例えば、各集光チャネル１４４は、異なる照明ビーム１０６からの回折光に基づいて、異なる選択された方向に沿った格子の画像を提供し得る。

ここで図５Ａ～図５Ｆを参照すると、本開示の１つ以上の実施形態に係る、方向依存性の照明分離画像化を提供するための様々な技術が、より詳細に記載されている。図５Ａ～図５Ｆには方位入射角および追加の特性の両方に基づく照明条件の区別が描かれていることが留意されるが、方位入射角の区別は必須ではないことが理解されるべきである。

図５Ａ～図５Ｆは、照明瞳面１２８における照明ビーム１０６の場所、サイズ、形状、または配向に基づいて照明ビーム１０６を区別するための、非限定的な様々な技術を示す。

図５Ａは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、回転させた構成を有する方向依存性の照明ビーム１０６を示す、照明瞳面１２８の概念図である。特に、図５Ａは図４Ａと同様の照明ローブの分布を示すが、この場合、照明ビーム１０６ａ、ｂは、オーバーレイターゲット１０４の格子方向（例えば、図２Ａに示すＸ方向およびＹ方向）に対して回転されている。照明ビーム１０６ａ、ｂはオーバーレイターゲット１０４の格子方向に対して回転されるが、関連付けられた回折ローブは依然として格子方向に沿って分布していることが留意される。しかしながら、回転させたローブを使用することによって、集光瞳面１４０における回折次数の更なる分離が可能になる場合があり、用途によってはそのような使用が適している場合がある。

図５Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、ＮＡに基づいて区別された方向依存性の照明ビーム１０６を示す、照明瞳面１２８の概念図である。特に、図５Ｂは、照明ビーム１０６ａ、ｂを提供するための、異なるサイズ（ＮＡ１、ＮＡ２と標示）を有するアパーチャ５０２ａ、ｂを示す。更に、アパーチャ５０２ａ、ｂは別個の要素として、または空間選択的な要素によって実装され得る。

更に、図示しないが、照明ビーム１０６ａ、ｂは一般に、照明瞳面１２８において、関連付けられた回折次数の形状に対応し得る、任意の選択された形状を有し得る。例えば、照明瞳面１２８における照明ビーム１０６ａ、ｂの形状は、円、楕円、または猫の目（例えば幾何学的レンズ）を含み得るが、これらに限定されない。更に、照明ビーム１０６ａ、ｂは同じ形状を有しても異なる形状を有してもよい。いくつかの実施形態では、照明瞳面１２８における照明ビーム１０６ａ、ｂの形状は、照明瞳面１２８におけるアパーチャ５０２ａ、ｂによって制御される。

図５Ｃは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、傾斜度に基づいて区別された方向依存性の照明ビーム１０６を示す、照明瞳面１２８の概念図である。特に、図５Ｃは、異なる高度入射角を有する照明ビーム１０６ａ、ｂを提供するための、照明瞳面１２８内の異なる半径方向位置（θ１、θ２と標示）にあるアパーチャ５０４ａ、ｂを示す。更に、アパーチャ５０２ａ、ｂは別個の要素として、または空間選択的な要素によって実装され得る。

図５Ｄは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、スペクトル特性に基づいて区別された方向依存性の照明ビーム１０６を示す、照明瞳面１２８の概念図である。特に、図５Ｄは、照明ビーム１０６ａ、ｂに異なるスペクトル特性を付与するための、スペクトルフィルタ５０６ａ、ｂ（ＢＷ１、ＢＷ２と標示）を示す。スペクトルフィルタ５０６ａ、ｂは、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、または帯域除去フィルタを含むがこれらに限定されない、任意のタイプのスペクトルフィルタであり得る。このように、スペクトルフィルタ５０６ａ、ｂは、限定するものではないが中心波長または帯域幅といったスペクトル特性に基づいて、照明ビーム１０６ａ、ｂを区別することができる。更に、スペクトルフィルタ５０６ａ、ｂは別個の要素として、または空間選択的な要素によって実装され得る。

図５Ｅは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、強度に基づいて区別された方向依存性の照明ビーム１０６を示す、照明瞳面１２８の概念図である。特に、図５Ｅは、照明ビーム１０６ａ、ｂに異なる強度を付与するための、減光フィルタ５０８ａ、ｂ（ＮＤ１、ＮＤ２と標示）を示す。更に、減光フィルタ５０８ａ、ｂは別個の要素として、または空間選択的な要素によって実装され得る。

図５Ｆは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、偏光に基づいて区別された方向依存性の照明ビーム１０６を示す、照明瞳面１２８の概念図である。特に、図５Ｆは、照明ビーム１０６ａ、ｂに異なる偏光（例えば直交する偏光）を付与するための、偏光子５１０ａ、ｂ（Ｓ、Ｐと標示）を示す。更に、偏光子５１０ａ、ｂは別個の要素として、または空間選択的な要素によって実装され得る。

図４Ａ～図５Ｆを全体的に参照すると、本明細書では、オーバーレイ計測ツール１０２が一般にこのような技術の任意の組合せを実施できることが企図されている。例えば、図４Ａ～図５Ｃは一般に、限定するものではないが、対物レンズ１３０によって集光される回折ローブの分布の操作に適している場合があり、したがって画像化に寄与するように利用可能である。しかしながら、以下でより詳細に記載するように、完全に分離された方向ごとの画像化を実施するため、または特定の画像化技術を実施するためのいずれかにより、集光された回折ローブの追加のフィルタリングおよび／または遮断を行うことが望ましい場合がある。図５Ｄ～図５Ｆは一般に、限定するものではないが、関連付けられた回折ローブを任意の集光チャネル１４４内の追加の要素によって分離および／またはフィルタリングできるように、照明ビーム１０６ａ、ｂの追加の特性を操作するのに適している場合がある。

ここで図６～図８Ｃを参照すると、本開示の１つ以上の実施形態に係る、方向分離画像化に基づく様々な非限定的な画像化モードがより詳細に説明されている。図６～図８Ｃは、図４Ａに示すプロファイルを有する照明に基づいている。更に、図６～図７Ｂは、（例えば図２Ａに示すような）共通のピッチの周期的フィーチャを有するオーバーレイターゲット１０４の画像化を示し、一方で、図８Ａ～図８Ｃは、異なるピッチの周期的フィーチャ（例えば、図２Ｂ～図２Ｃに示すようなモアレ構造）を有するオーバーレイターゲット１０４の画像化を示す。

図６～図８Ｃにおいて、画像化中のオーバーレイターゲット１０４は、直交する格子方向（例えば、図２Ａ～図２Ｃに示すようなＸ方向およびＹ方向）に沿って配向された周期的構造を含む。

本明細書では、方向分離画像化に関する本明細書に開示されている原理を、広範な画像化技術に一般的に拡張できることが企図される。したがって、図６～図８Ｃは例示の目的でのみ提供されており、限定的なものと解釈されるべきではないことが理解されるべきである。

図６は、本開示の１つ以上の実施形態に係る、図４Ａに示す照明分布に基づく斜め明視野画像化モードでの方向分離画像化を示す、集光瞳面１４０の概念図である。特に、図６は（例えば計測レシピに基づく）オーバーレイ計測ツール１０２の構成を示しており、この構成では、Ｘ方向の周期的構造（例えば、図２Ａのセル２０２ｂ、ｄ）による第１の照明ビーム１０６ａの０次回折ローブ６０２（例えば鏡面反射）および１次回折ローブ６０４と、Ｙ方向の周期的構造（例えば、図２Ａのセル２０２ａ、ｃ）による第２の照明ビーム１０６ｂの０次回折ローブ６０６および１次回折ローブ６０８とが、排他的に提供されている。

このように、第１の照明ビーム１０６ａによってＸ方向の周期的構造（例えば、図２Ａのセル２０２ｂ、ｄ）の像（またはその一部）が形成され、一方で、第２の照明ビーム１０６ｂによってＹ方向の周期的構造（例えば、図２Ａのセル２０２ａ、ｃ）の像（またはその一部）が形成される。

しかしながら、図６の集光瞳面１４０に基づく単一の画像は、直交方向からの０次回折ローブ６０２、６０６に由来する残留ＤＣバイアスを呈する可能性があることが留意される。例えば、Ｘ方向の周期的構造の画像は、０次回折ローブ６０６と関連付けられている残留ＤＣバイアスの影響を受ける可能性がある。同様に、Ｙ方向の周期的構造の画像は、０次回折ローブ６０２と関連付けられている残留ＤＣバイアスの影響を受ける可能性がある。用途によっては、このような残留ＤＣバイアスは動作許容範囲内である場合があり、許容できる場合がある。

しかしながら用途によっては、オーバーレイ計測ツール１０２は、この残留ＤＣバイアスを除去または緩和するための、１つ以上の追加の要素を含み得る。いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、偏光分離を提供するために、（例えば、図５Ｆに示すように）照明ビーム１０６ａ、ｂに直交偏光を付与する。更に、集光経路１３４は照明ビーム１０６ａ、ｂから回折ローブを分離するための１つ以上の偏光子を含み得るが、含むことは必須ではない。例えば、オーバーレイ計測ツール１０２は、２つの集光チャネル１４４内の検出器１１４がオーバーレイターゲット１０４を直交偏光で個別に画像化するように、２つの集光チャネルと、（例えば、任意の適切な場所にあるビームスプリッタ１４６または他の集光経路光学要素１３８のような）１つ以上の偏光子とを含み得る。別の例として、集光経路１３４は、画像面において関連付けられた周期的フィーチャの場所に対応する異なる偏光方向を提供する、構造化された画像面（例えば視野面）偏光子を含み得る。

いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は（例えば、図５Ｄに示すように）、照明ビーム１０６ａ、ｂに異なるスペクトル内容（例えば、中心波長、帯域幅など）を付与する。この場合、オーバーレイ計測ツール１０２は、スペクトル内容に基づく分離のためのスペクトルフィルタを含んでもよい。例えば、２つの集光チャネル１４４を有する構成では、ダイクロイックビームスプリッタ１４６および／またはた異なる集光チャネル１４４内に配置された異なるスペクトルフィルタは、直交するターゲットフィーチャの個別の画像を提供し得る。

図７Ａおよび図７Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、暗視野画像化モードでの方向分離画像化を示す。図７Ａは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、対物レンズ１３０によって集光されたオーバーレイ計測ツール１０２の構成を示す、集光瞳面１４０の概念図である。特に、図７Ａは（例えば計測レシピに基づく）オーバーレイ計測ツール１０２の構成を示しており、この構成では、集光瞳面１４０は、Ｘ方向の周期的構造（例えば、図２Ａのセル２０２ｂ、ｄ）による第１の照明ビーム１０６ａの０次回折ローブ７０２、１次回折ローブ７０４、および２次回折ローブ７０６と、Ｙ方向の周期的構造（例えば、図２Ａのセル２０２ａ、ｃ）による第２の照明ビーム１０６ｂの０次回折ローブ７０８、１次回折ローブ７１０、および２次回折ローブ７１２とを含む。

図７Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、暗視野画像化を提供するために０次回折ローブが遮断される、図７Ａの集光瞳面１４０の概念図である。例えば、図７Ｂは、０次回折ローブ７０２、７０８を選択的に遮断するための、集光瞳面１４０（例えば、集光経路光学要素１３８の一部）における遮断部７１４を示す。この遮断部７１４は一般に任意の形状を有することができ、任意の数の要素から形成され得る。このように、図７Ｂに示されている特定の構成は、本開示を限定するものではない。

この構成では、Ｘ方向の周期的構造（例えば、図２Ａのセル２０２ｂ、ｄ）の像（またはその一部）は第１の照明ビーム１０６ａのみによって形成され、一方で、Ｙ方向の周期的構造（例えば、図２Ａのセル２０２ａ、ｃ）の像（またはその一部）は第２の照明ビーム１０６ｂのみによって形成される。特に、０次回折ローブ７０２、７０８を遮断することで、直交する構造のいかなる残留影響も排除される。更に、得られる暗視野画像は完全なコントラスト（例えば１００％のコントラスト）を有することになる。

図８Ａは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、様々な回折ローブの生成の概念図である。図８Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、図８Ａに示す回折ローブに基づく光学モアレモードでの方向分離画像化を示す、集光瞳面１４０の概念図である。例えば、オーバーレイターゲット１０４は、図２Ｂ～図２Ｃに示すような異なるピッチを有する格子重畳フィーチャ（例えばモアレ構造）を含み得るが、直交する方向（例えば、Ｘ方向およびＹ方向）に沿って配向されたモアレ構造を有する異なるセル２０２を含む。特に、図８Ｂは（例えば計測レシピに基づく）オーバーレイ計測ツール１０２の構成を示しており、この構成では、集光瞳面１４０は、０次回折ローブ８０２と、Ｘ方向に沿って分布する周期的フィーチャの第１の組２０４からの第１の照明ビーム１０６ａの１次回折ローブ８０４（１と標示）と、Ｘ方向に沿って分布する周期的フィーチャの第２の組２０６からの第１の照明ビーム１０６ａの１次回折ローブ８０６（１’と標示）とを含む。図８Ｂは更に、０次回折ローブ８０８と、Ｙ方向に沿って分布する周期的フィーチャの第１の組２０４からの第２の照明ビーム１０６ｂの１次回折ローブ８１０（１と標示）と、Ｙ方向に沿って分布する周期的フィーチャの第２の組２０６からの第２の照明ビーム１０６ｂの１次回折ローブ８１２（１’と標示）と、を示す。

図８Ｃは、本開示の１つ以上の実施形態に係る、集光瞳面１４０に０次回折ローブ８０２、８０８を選択的に遮断するための遮断部８１４を含む、図８Ｂの集光瞳面１４０の概念図である。この遮断部８１４は一般に任意の形状を有することができ、任意の数の要素から形成され得る。このように、図８に示されている特定の構成は本開示を限定するものではない。この構成では、Ｘ方向の周期的構造の像（またはその一部）は第１の照明ビーム１０６ａのみによって形成され、一方で、Ｙ方向の周期的構造の像（またはその一部）は第２の照明ビーム１０６ｂのみによって形成される。特に、０次回折ローブ８０２、８０８を遮断することで、直交する構造のいかなる残留影響も排除される。更に、本明細書で既に説明したように、限定するものではないがスペクトル内容または偏光といった、照明ビーム１０６ａ、ｂの様々な識別パラメータを使用して、１つまたは２つの集光チャネル１４４内のＸ方向およびＹ方向の構造の画像を、更に分離することができる。

ここで図４Ａ～図８Ｃを全体的に参照すれば、示されている画像化構成が例示のためだけに提供されており、限定的なものと解釈されるべきではないことが理解されるはずである。例えば、方向分離画像化を、方向ごとの回折次数の異なる組合せを利用する、他の画像化モードに拡張することができる。別の例として、対称な斜め照明条件の画像を提供するのが望ましい場合がある。

図９は、本開示の１つ以上の実施形態に係る、直交する方位方向に沿った対称な斜め照明を提供するように位置付けられた４つの照明ビーム１０６ａ、ｂ、ｃ、ｄを含む、照明瞳面１２８の概念図である。例えば、図９は、図４Ａの照明分布の対称的な変形形態を表し得る。

いくつかの実施形態では、オーバーレイターゲット１０４が４つ全ての照明ビーム１０６ａ、ｂ、ｃ、ｄで同時に照明され、その場合、本明細書に開示されているように、１つ以上の集光チャネル１４４内に方向分離された画像が生成される。例えば、図６に示す斜め明視野画像化モードは、照明ビーム１０６ａ、ｂ、ｃ、ｄによる同時照明に適している場合があるが、これに限定されない。

いくつかの実施形態では、オーバーレイターゲット１０４は、対称的に向かい合う照明ビーム１０６で順次照明される。例えば、オーバーレイターゲット１０４を最初に照明ビーム１０６ａ、ｂで照明して、１つ以上の集光チャネル１４４内に方向分離された画像の第１の組を形成し、次に照明ビーム１０６ｃ、ｄで照明して、１つ以上の集光チャネル１４４内に方向分離された画像の第２の組を形成することができる。得られた画像はその後、オーバーレイ測定を提供するために一緒に分析され得る。

ここで図１Ａおよび図１Ｂを再び参照すると、本開示の１つ以上の実施形態に係る、オーバーレイ計測システム１００の様々な追加の構成要素がより詳細に説明されている。

照明源１０８は、少なくとも１つの照明ビーム１０６を提供するのに適した、任意のタイプの照明源を含み得る。一実施形態では、照明源１０８はレーザ源である。例えば、照明源１０８は、限定するものではないが、１つ以上の狭帯域レーザ源、広帯域レーザ源、超広帯域レーザ源、白色光レーザ源などを含み得る。この関連において、照明源１０８は、高いコヒーレンス（例えば、高い空間コヒーレンスおよび／または時間コヒーレンス）を有する照明ビーム１０６を提供し得る。別の実施形態では、照明源１０８はレーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）源を含む。例えば、照明源１０８は、ＬＳＰランプ、ＬＳＰ電球、または、レーザ源によってプラズマ状態へと励起されると広帯域照明を放射し得る１つ以上の要素を収容するのに適したＬＳＰチャンバを含み得るが、これらに限定されない。別の実施形態では、照明源１０８はランプ源を含む。例えば、照明源１０８は、アークランプ、放電ランプ、無電極ランプなどを含み得るが、これらに限定されない。この関連において、照明源１０８は、低いコヒーレンス（例えば、低い空間コヒーレンスおよび／または時間コヒーレンス）を有する照明ビーム１０６を提供し得る。

オーバーレイ計測ツール１０２は、当技術分野で知られている任意の技術を用いて、２つ以上の照明ビーム１０６を生成し得る。更に、照明ビーム１０６は、双極子照明、直交照明などを含むがこれらに限定されない任意の配置で配置され得る。

いくつかの実施形態では、照明源１０８は、２つ以上の照明ビーム１０６を直接生成する。いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、照明瞳面１２８（例えば照明経路光学要素１２６）に、照明源１０８からの照明を２つ以上の照明ビーム１０６または照明ローブへと分割するための、２つ以上のアパーチャを含む。更に、試料１１０上の１つ以上の照明ビーム１０６の空間プロファイルは、視野面絞りによって任意の選択された空間プロファイルを有するように制御され得る。

いくつかの実施形態では、照明源１０８は２本以上の光ファイバに光を提供し、その場合各光ファイバから出力される光が、照明ビーム１０６の照明ローブである。例えば、光ファイバの出力面は照明瞳面１２８内にある、または照明瞳面１２８に画像化される可能性がある。いくつかの実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、照明源１０８からの照明を２つ以上の回折次数に回折し、その場合照明ビーム１０６は、光源の回折次数のうちの少なくともいくつかから形成される。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、２０２１年９月１４日に発行された「ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ ＳＨＡＰＩＮＧ ＦＯＲ ＳＣＡＴＴＥＲＯＭＥＴＲＹ ＯＶＥＲＬＡＹ」と題する米国特許第１１，１１８，９０３号に概説的に記載されており、その全体を本願に引用して援用する。

オーバーレイ計測ツール１０２は一般に、オーバーレイを示す試料１１０からの光を捕捉するのに適した、任意の数またはタイプの検出器１１４を含み得る。一実施形態では、検出器１１４は、静止した試料の特性を評価するのに適した、１つ以上の検出器１１４を含む。この関連において、オーバーレイ計測ツール１０２は、測定中に試料１１０が静止している静止モードで動作し得る。例えば、検出器１１４は、限定するものではないが電荷結合デバイス（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスなどの、２次元画素アレイを含み得る。この関連において、検出器１１４は単一の測定で２次元画像を生成し得る。一実施形態では、検出器１１４は、限定するものではないが、２Ｄ画素アレイ、時間遅延積分（ＴＤＩ）検出器などの、動く試料（例えば走査される試料）の特性を評価するのに適した１つ以上の検出器１１４を含む。この関連において、オーバーレイ計測ツール１０２は、測定中に測定視野に関して試料１１０が走査される走査モードで動作し得る。

別の実施形態では、オーバーレイ計測ツール１０２は、計測測定中に測定視野に対して試料１１０を走査するための、走査サブシステムを含む。例えば、試料ステージ１３２は、対物レンズ１３０の集束容積内に試料１１０を位置付け、配向することができる。別の実施形態では、試料ステージ１３２は、限定するものではないが、直線並進ステージ、回転ステージ、またはチップ／チルトステージなどの、１つ以上の調節可能なステージを含む。別の実施形態では、図示しないが、走査サブシステムは、試料１１０に対して照明ビーム１０６を走査させるための、１つ以上のビーム走査光学要素（例えば、回転可能なミラー、ガルバノメータなど）を含む。

図１０は、本開示の１つ以上の実施形態に係る、方向分離画像化のための方法１０００で実行されるステップを示すフロー図である。出願人は、本明細書においてオーバーレイ計測システム１００の文脈で既に説明した実施形態および可能にする技術が、方法１０００に拡張されるよう解釈されるものであることに留意している。ただし、方法１０００はオーバーレイ計測システム１００の構成様式（ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）に限定されないことが更に留意される。

いくつかの実施形態では、方法１０００は、試料上のオーバーレイターゲットを１つ以上の第１の照明ビームおよび１つ以上の第２の照明ビームで照明するステップ１００２を含み、オーバーレイターゲットは、第１の測定方向に沿って分布した試料の層の第１の組に第１の方向の周期的フィーチャを、および、第１の測定方向とは異なる第２の測定方向に沿って分布した試料の層の第２の組に第２の方向の周期的フィーチャを含む。このようにして、オーバーレイターゲットは、Ｘ方向およびＹ方向の両方向において、第１および第２の照明ビームの回折ローブを生成することができる。ステップ１００２は、第１および第２の照明ビームでオーバーレイターゲットを同時に照明することを更に含み得る。

オーバーレイターゲットは一般に、画像ベースの回折に適した既知のオーバーレイターゲット設計を含み得る。例えば、オーバーレイターゲットは、高度画像化計測（ＡＩＭ）ターゲット、３つの層上にフィーチャを有するトリプルＡＩＭターゲット、１つ以上のモアレ構造を含むロバストＡＩＭ（ｒＡＩＭ）ターゲットなどを含み得るが、これらに限定されない。更に、オーバーレイターゲットは任意の数の層に周期的フィーチャを含むことができ、その場合、ある測定方向（例えばＸ方向）の周期的フィーチャは、別の測定方向（例えばＹ方向）の周期的フィーチャと同じ層上にある必要はない。

いくつかの実施形態では、方法１０００は、１つ以上の集光光学要素を用いて、オーバーレイターゲットによる１つ以上の第１の照明ビームおよび１つ以上の第２の照明ビームの回折に基づいて、１つ以上の検出器上にオーバーレイターゲットの１つ以上の画像を生成するステップ１００４を含み、１つ以上の第１の照明ビームの回折次数は周期的フィーチャの第１の組のみの解像画像形成に寄与し、１つ以上の第２の照明ビームの回折次数は周期的フィーチャの第２の組のみの解像画像形成に寄与する。いくつかの実施形態では、集光光学要素、オーバーレイターゲット、ならびに第１および第２の照明ビームは（例えば計測レシピに従って）、第１の方向の周期的フィーチャによる第１の照明ビームの回折次数は集光されるが、第２の方向の周期的フィーチャによる第１の照明ビームの回折次数は集光されない（例えば、集光光学要素のＮＡの外側、集光瞳の境界の外側などにある）ように構成され得る。同様に、集光光学要素、オーバーレイターゲット、ならびに第１および第２の照明ビームは（例えば計測レシピに従って）、第１の方向の周期的フィーチャによる第２の照明ビームの回折次数は集光されないが、第２の方向の周期的フィーチャによる第２の照明ビームの回折次数は集光されるように構成され得る。このようにして、第１の方向の周期的構造は第１の照明ビームの回折に基づいてのみ解像可能であり、一方で、第２の方向の周期的構造は第２の照明ビームの回折に基づいてのみ解像可能である。

いくつかの実施形態では、方法１０００は、１つ以上の画像に基づいて第１の測定方向に沿った第１のオーバーレイ測定値を生成するステップ１００６を含む。例えば、ステップ１００６は、第１の照明ビームに基づく解像された第１の方向の周期的フィーチャに基づいて、オーバーレイ測定値を生成することを含み得る。いくつかの実施形態では、方法１０００は、１つ以上の画像に基づいて第２の測定方向に沿った第２のオーバーレイ測定値を生成するステップ１００８を含む。例えば、ステップ１００８は、第２の照明ビームに基づく解像された第２の方向の周期的フィーチャに基づいて、オーバーレイ測定値を生成することを含み得る。

本明細書に記載する主題は場合によっては、他の構成要素内に含まれるかまたは他の構成要素に接続される様々な構成要素を例示する。描かれているそのような構成様式は単に例示的なものであること、および、実際には同じ機能性を達成する他の多くの構成様式を実装できることが、理解されるべきである。概念的な意味において、同じ機能性を達成するような構成要素の構成は、所望の機能性が達成されるように効果的に「関連付けられて」いる。したがって、本明細書において特定の機能性を達成するように組み合わされている任意の２つの構成要素は、構成様式または介在する構成要素に関わらず、所望の機能性が達成されるように互い「と関連付けられている」ものと見なすことができる。同様に、そのように関連付けられた任意の２つの構成要素は所望の機能性を達成するように互いに「接続されている」または「結合されている」ものと見なすこともでき、そのように関連付け可能な任意の２つの構成要素はまた、所望の機能性を達成するように互いに「結合可能」であると見なすこともできる。結合可能であることの具体的な例としては、物理的に相互作用可能なおよび／もしくは物理的に相互作用する構成要素、ならびに／または、ワイヤレスに相互作用可能なおよび／もしくはワイヤレスに相互作用する構成要素、ならびに／または、論理的に相互作用可能なおよび／もしくは論理的に相互作用する構成要素が挙げられるが、これらに限定されない。

本開示およびその付随する利点の多くが上記の説明によって理解されるものと考えられ、また、開示される主題から逸脱することなくまたはその重要な利点の全てを犠牲にすることなく、構成要素の形態、構造、および構成に様々な変更を行い得ることが明らかであろう。記載されている形態は単に説明のためのものであり、以下の特許請求の範囲にはそのような変更が包摂され含まれることが意図されている。また更に、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が理解されるべきである。

Claims (31)

1. 試料上のオーバーレイターゲットの特性を評価するための計測レシピを実施するように構成可能なオーバーレイ計測ツールであって、前記計測レシピに従う前記オーバーレイターゲットは前記試料の層の第１の組に第１の方向の周期的フィーチャを含み、前記第１の方向の周期的フィーチャは第１の測定方向に沿って分布しており、前記計測レシピに従う前記オーバーレイターゲットは前記試料の層の第２の組に第２の方向の周期的フィーチャを更に含み、前記第２の方向の周期的フィーチャは前記第１の測定方向とは異なる第２の測定方向に沿って分布しており、前記計測レシピに従う前記オーバーレイ計測ツールは、
   前記オーバーレイターゲットを１つ以上の第１の照明ビームおよび１つ以上の第２の照明ビームで照明するように構成可能な１つ以上の照明光学要素であり、前記第１の照明ビームのうちの少なくとも１つおよび前記第２の照明ビームのうちの少なくとも１つが前記オーバーレイターゲットに同時に入射する、１つ以上の照明光学要素、ならびに、
   前記オーバーレイターゲットによる前記１つ以上の第１の照明ビームおよび前記１つ以上の第２の照明ビームの回折に基づいて、１つ以上の検出器上に前記オーバーレイターゲットの１つ以上の画像を生成するように構成可能な１つ以上の集光光学要素であり、前記１つ以上の第１の照明ビームの回折次数に基づいて前記第１の方向の周期的フィーチャのみの画像を生成し、前記１つ以上の第２の照明ビームの回折次数に基づいて前記第２の方向の周期的フィーチャのみの画像を生成する、１つ以上の集光光学要素
   を備える、オーバーレイ計測ツールと、
   前記１つ以上の検出器に通信可能に結合されている制御装置であって、プログラム命令を実行するように構成されている１つ以上のプロセッサを含み、前記プログラム命令は、前記１つ以上のプロセッサに、
   前記１つ以上の画像に基づいて前記第１の測定方向に沿った第１のオーバーレイ測定値を生成すること、および
   前記１つ以上の画像に基づいて前記第２の測定方向に沿った第２のオーバーレイ測定値を生成すること
   を行わせる、制御装置と
   を備えることを特徴とする、光学計測システム。
2. 請求項１に記載の光学計測システムであって、前記第１の照明ビームと前記第２の照明ビームとは、前記オーバーレイターゲットへの方位入射角と、前記オーバーレイターゲットへの高度入射角、波長、帯域幅、偏光、強度、前記１つ以上の照明光学要素の照明瞳における開口数、前記照明瞳におけるローブ形状、または傾斜度のうちの少なくとも１つとによって区別されることを特徴とする、光学計測システム。
3. 請求項１に記載の光学計測システムであって、前記第１の照明ビームは前記オーバーレイターゲットへの第１の方位入射角を提供する単一の第１の照明ビームを含み、前記第２の照明ビームは前記オーバーレイターゲットへの第２の方位入射角を提供する単一の第２の照明ビームを含むことを特徴とする、光学計測システム。
4. 請求項３に記載の光学計測システムであって、前記第１および第２の方位入射角は直交することを特徴とする、光学計測システム。
5. 請求項１に記載の光学計測システムであって、前記第１の照明ビームは、前記オーバーレイターゲットへの対称的に対向する方位入射角の第１の組を提供する２つの照明ビームの第１の組を含み、前記第２の照明ビームは、前記オーバーレイターゲットへの対称的に対向する方位入射角の第２の組を提供する２つの照明ビームの第２の組を含むことを特徴とする、光学計測システム。
6. 請求項５に記載の光学計測システムであって、前記方位入射角の第１および第２の組は直交することを特徴とする、光学計測システム。
7. 請求項５に記載の光学計測システムであって、前記１つ以上の照明光学要素は、前記計測レシピを実施するとき、２つの照明ビームの前記第１の組および２つの照明ビームの前記第２の組を同時に前記オーバーレイターゲットに向けることを特徴とする、光学計測システム。
8. 請求項５に記載の光学計測システムであって、前記１つ以上の照明光学要素は、２つの照明ビームの前記第１の組のうちの一方および２つの照明ビームの前記第２の組のうちの一方を第１の露光として前記オーバーレイターゲットに向け、前記１つ以上の照明光学要素は、２つの照明ビームの前記第１の組のうちのもう一方および２つの照明ビームの前記第２の組のうちのもう一方を第２の露光として前記オーバーレイターゲットに向けることを特徴とする、光学計測システム。
9. 請求項１に記載の光学計測システムであって、前記１つ以上の集光光学要素は単一の集光チャネルを含み、前記１つ以上の検出器は単一の検出器を含むことを特徴とする、光学計測システム。
10. 請求項１に記載の光学計測システムであって、前記１つ以上の集光光学要素は２つの集光チャネルを含み、前記１つ以上の検出器は２つの検出器を含み、前記２つの集光チャネルの各々は前記２つの検出器のうちの一方を含み、前記１つ以上の集光光学要素は、前記第１の照明ビームからの回折次数を前記２つの集光チャネルのうちの第１のものへと、および、前記第２の照明ビームからの回折次数を前記２つの集光チャネルのうちの第２のものへと分離し、前記２つの集光チャネルのうちの前記第１のものは、前記第１の方向の周期的フィーチャのみが解像されている前記オーバーレイターゲットの１つ以上の画像を提供し、前記２つの集光チャネルのうちの前記第２のものは、前記第２の方向の周期的フィーチャのみが解像されている前記オーバーレイターゲットの１つ以上の画像を提供することを特徴とする、光学計測システム。
11. 請求項１に記載の光学計測システムであって、前記計測レシピに従い、前記オーバーレイ計測ツールは、
    前記１つ以上の第１の照明ビームの各々から前記第１の方向の周期的フィーチャによって生成された、前記第１の測定方向に沿った２つ以上の回折ローブと、
    前記１つ以上の第２の照明ビームの各々から前記第２の方向の周期的フィーチャによって生成された、前記第２の測定方向に沿った２つ以上の回折ローブと
    を排他的に集光することを特徴とする、光学計測システム。
12. 請求項１に記載の光学計測システムであって、前記計測レシピに従い、前記オーバーレイ計測ツールは、
    前記１つ以上の第１の照明ビームの各々から前記第１の方向の周期的フィーチャによって生成された、前記第１の測定方向に沿った０次回折ローブおよび１次回折ローブと、
    前記１つ以上の第２の照明ビームの各々から前記第２の方向の周期的フィーチャによって生成された、前記第２の測定方向に沿った０次回折ローブおよび１次回折ローブと
    を排他的に集光し、
    前記オーバーレイターゲットの１つ以上の画像は斜め明視野画像であることを特徴とする、光学計測システム。
13. 請求項１に記載の光学計測システムであって、前記計測レシピに従い、前記オーバーレイ計測ツールは、
    前記１つ以上の第１の照明ビームの各々から前記第１の方向の周期的フィーチャによって生成された、前記第１の測定方向に沿った０次回折ローブ、１次回折ローブ、および２次回折ローブと、
    前記１つ以上の第２の照明ビームの各々から前記第２の方向の周期的フィーチャによって生成された、前記第２の測定方向に沿った０次回折ローブ、１次回折ローブ、および２次回折ローブと
    を排他的に集光し、
    前記１つ以上の集光光学要素は、前記第１および第２の測定方向に沿った前記０次回折ローブを遮断するための１つ以上の要素を含み、
    前記オーバーレイターゲットの１つ以上の画像は暗視野画像であることを特徴とする、光学計測システム。
14. 請求項１に記載の光学計測システムであって、前記第１の方向の周期的フィーチャは、第１の方向のモアレ構造が形成されるように前記第１の測定方向に沿って分布させた第１のピッチおよび第２のピッチを有する格子を含み、前記第２の方向の周期的フィーチャは、第２の方向のモアレ構造が形成されるように前記第２の測定方向に沿って分布させた前記第１のピッチおよび前記第２のピッチを有する格子を含み、前記計測レシピに従い、前記オーバーレイ計測ツールは、
    前記１つ以上の第１の照明ビームの各々と関連付けられている、０次回折ローブ、前記第１の方向のモアレ構造における前記第１のピッチを有する前記格子からの１次回折ローブ、および前記第１の方向のモアレ構造における前記第２のピッチを有する前記格子からの１次回折ローブと、
    前記１つ以上の第２の照明ビームの各々と関連付けられている、０次回折ローブ、前記第２の方向のモアレ構造における前記第１のピッチを有する前記格子からの１次回折ローブ、および前記第２の方向のモアレ構造における前記第２のピッチを有する前記格子からの１次回折ローブと
    を排他的に集光することを特徴とする、光学計測システム。
15. 請求項１４に記載の光学計測システムであって、前記１つ以上の集光光学要素は、前記第１および第２の測定方向に沿った前記０次回折ローブを遮断するための１つ以上の要素を更に含むことを特徴とする、光学計測システム。
16. 請求項１に記載の光学計測システムであって、前記オーバーレイターゲットは、
    高度画像化計測（ＡＩＭ）ターゲット、トリプルＡＩＭターゲット、またはロバストＡＩＭ（ｒＡＩＭ）ターゲットのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、光学計測システム。
17. 請求項１に記載の光学計測システムであって、試料層の前記第１および第２の組は共通の試料層の組であることを特徴とする、光学計測システム。
18. 請求項１に記載の光学計測システムであって、試料層の前記第１の組は試料層の前記第２の組とは異なることを特徴とする、光学計測システム。
19. 請求項１８に記載の光学計測システムであって、試料層の前記第１の組は前記試料の第１の層と前記試料の第２の層とを含み、試料層の前記第２の組は前記試料の前記第１の層と前記試料の第３の層とを含むことを特徴とする、光学計測システム。
20. 請求項１に記載の光学計測システムであって、前記第１または第２の方向の周期的フィーチャのうちの少なくとも一方は、異なるリソグラフィ露光と関連付けられているフィーチャを単一の層上に含むことを特徴とする、光学計測システム。
21. 計測レシピを実施するときに試料上のオーバーレイターゲットを１つ以上の第１の照明ビームおよび１つ以上の第２の照明ビームで照明するように構成可能な１つ以上の照明光学要素であって、前記第１の照明ビームのうちの少なくとも１つおよび前記第２の照明ビームのうちの少なくとも１つは前記オーバーレイターゲットに同時に入射し、前記計測レシピに従う前記オーバーレイターゲットは前記試料の層の第１の組に第１の方向の周期的フィーチャを含み、前記第１の方向の周期的フィーチャは第１の測定方向に沿って分布しており、前記計測レシピに従う前記オーバーレイターゲットは前記試料の層の第２の組に第２の方向の周期的フィーチャを更に含み、前記第２の方向の周期的フィーチャは前記第１の測定方向とは異なる第２の測定方向に沿って分布している、１つ以上の照明光学要素と、
    前記計測レシピを実施するときに、前記オーバーレイターゲットによる前記１つ以上の第１の照明ビームおよび前記１つ以上の第２の照明ビームの回折に基づいて、１つ以上の検出器上に前記オーバーレイターゲットの１つ以上の画像を生成するように構成可能な１つ以上の集光光学要素であり、前記１つ以上の第１の照明ビームの回折次数に基づいて前記第１の方向の周期的フィーチャのみの画像を生成し、前記１つ以上の第２の照明ビームの回折次数に基づいて前記第２の方向の周期的フィーチャのみの画像を生成する、１つ以上の集光光学要素と、
    前記１つ以上の検出器に通信可能に結合されている制御装置であって、プログラム命令を実行するように構成されている１つ以上のプロセッサを含み、前記プログラム命令は、前記１つ以上のプロセッサに、
    前記１つ以上の画像に基づいて前記第１の測定方向に沿った第１のオーバーレイ測定値を生成すること、および
    前記１つ以上の画像に基づいて前記第２の測定方向に沿った第２のオーバーレイ測定値を生成すること
    を行わせる、制御装置と
    を備えることを特徴とする、光学計測システム。
22. 試料上のオーバーレイターゲットを１つ以上の第１の照明ビームおよび１つ以上の第２の照明ビームで照明することであって、前記第１の照明ビームのうちの少なくとも１つおよび前記第２の照明ビームのうちの少なくとも１つは前記オーバーレイターゲットに同時に入射し、計測レシピに従う前記オーバーレイターゲットは前記試料の層の第１の組に第１の方向の周期的フィーチャを含み、前記第１の方向の周期的フィーチャは第１の測定方向に沿って分布しており、前記計測レシピに従う前記オーバーレイターゲットは前記試料の層の第２の組に第２の方向の周期的フィーチャを更に含み、前記第２の方向の周期的フィーチャは前記第１の測定方向とは異なる第２の測定方向に沿って分布している、照明することと、
    前記オーバーレイターゲットによる前記１つ以上の第１の照明ビームおよび前記１つ以上の第２の照明ビームの回折に基づいて、１つ以上の検出器上に前記オーバーレイターゲットの１つ以上の画像を生成することであって、前記１つ以上の第１の照明ビームの回折次数に基づいて前記第１の方向の周期的フィーチャのみの画像を生成し、前記１つ以上の第２の照明ビームの回折次数に基づいて前記第２の方向の周期的フィーチャのみの画像を生成する、生成することと、
    前記１つ以上の画像に基づいて前記第１の測定方向に沿った第１のオーバーレイ測定値を生成することと、
    前記１つ以上の画像に基づいて前記第２の測定方向に沿った第２のオーバーレイ測定値を生成することと
    を含むことを特徴とする、光学計測方法。
23. 請求項２２に記載の光学計測方法であって、前記第１の照明ビームと前記第２の照明ビームとは、前記オーバーレイターゲットへの方位入射角と、前記オーバーレイターゲットへの高度入射角、波長、帯域幅、偏光、強度、１つ以上の照明光学要素の照明瞳における開口数、前記照明瞳におけるローブ形状、または傾斜度のうちの少なくとも１つとによって区別されることを特徴とする、光学計測方法。
24. 請求項２２に記載の光学計測方法であって、前記第１の照明ビームは前記オーバーレイターゲットへの第１の方位入射角を提供する単一の第１の照明ビームを含み、前記第２の照明ビームは前記オーバーレイターゲットへの第２の方位入射角を提供する単一の第２の照明ビームを含むことを特徴とする、光学計測方法。
25. 請求項２２に記載の光学計測方法であって、前記第１の照明ビームは、前記オーバーレイターゲットへの対称的に対向する方位入射角の第１の組を提供する２つの照明ビームの第１の組を含み、前記第２の照明ビームは、前記オーバーレイターゲットへの対称的に対向する方位入射角の第２の組を提供する２つの照明ビームの第２の組を含むことを特徴とする、光学計測方法。
26. 請求項２５に記載の光学計測方法であって、前記１つ以上の第１の照明ビームおよび前記１つ以上の第２の照明ビームで試料上の前記オーバーレイターゲットを照明することは、
    ２つの照明ビームの前記第１の組および２つの照明ビームの前記第２の組を同時に前記オーバーレイターゲットに向けることを含むことを特徴とする、光学計測方法。
27. 請求項２５に記載の光学計測方法であって、１つ以上の第１の照明ビームおよび１つ以上の第２の照明ビームで試料上の前記オーバーレイターゲットを照明することは、
    ２つの照明ビームの前記第１の組のうちの一方および２つの照明ビームの前記第２の組のうちの一方を第１の露光として前記オーバーレイターゲットに向けることと、
    ２つの照明ビームの前記第１の組のうちのもう一方および２つの照明ビームの前記第２の組のうちのもう一方を第２の露光として前記オーバーレイターゲットに向けることと
    を含むことを特徴とする、光学計測方法。
28. 請求項２３に記載の光学計測方法であって、１つ以上の集光光学要素を用いて、前記オーバーレイターゲットによる前記１つ以上の第１の照明ビームおよび前記１つ以上の第２の照明ビームの前記回折に基づいて、前記１つ以上の検出器上に前記オーバーレイターゲットの１つ以上の画像を生成することは、
    前記オーバーレイターゲットの前記１つ以上の画像を、
    前記１つ以上の第１の照明ビームの各々から前記第１の方向の周期的フィーチャによって生成された、前記第１の測定方向に沿った２つ以上の回折ローブと、
    前記１つ以上の第２の照明ビームの各々から前記第２の方向の周期的フィーチャによって生成された、前記第２の測定方向に沿った２つ以上の回折ローブと
    を排他的に用いて生成することを含むことを特徴とする、光学計測方法。
29. 請求項２３に記載の光学計測方法であって、１つ以上の集光光学要素を用いて、前記オーバーレイターゲットによる前記１つ以上の第１の照明ビームおよび前記１つ以上の第２の照明ビームの回折に基づいて、１つ以上の検出器上に前記オーバーレイターゲットの１つ以上の画像を生成することは、
    前記オーバーレイターゲットの前記１つ以上の画像を、
    前記１つ以上の第１の照明ビームの各々から前記第１の方向の周期的フィーチャによって生成された、前記第１の測定方向に沿った０次回折ローブおよび１次回折ローブと、
    前記１つ以上の第２の照明ビームの各々から前記第２の方向の周期的フィーチャによって生成された、前記第２の測定方向に沿った０次回折ローブおよび１次回折ローブと
    を排他的に用いて生成することを含み、
    前記オーバーレイターゲットの前記１つ以上の画像は斜め明視野画像であることを特徴とする、光学計測方法。
30. 請求項２３に記載の光学計測方法であって、１つ以上の集光光学要素を用いて、前記オーバーレイターゲットによる前記１つ以上の第１の照明ビームおよび前記１つ以上の第２の照明ビームの回折に基づいて、１つ以上の検出器上に前記オーバーレイターゲットの１つ以上の画像を生成することは、
    前記オーバーレイターゲットの前記１つ以上の画像を、
    前記１つ以上の第１の照明ビームの各々から前記第１の方向の周期的フィーチャによって生成された、前記第１の測定方向に沿った０次回折ローブ、１次回折ローブ、および２次回折ローブと、
    前記１つ以上の第２の照明ビームの各々から前記第２の方向の周期的フィーチャによって生成された、前記第２の測定方向に沿った０次回折ローブ、１次回折ローブ、および２次回折ローブと
    を排他的に用いて生成することを含み、
    前記１つ以上の集光光学要素は、前記第１および第２の測定方向に沿った前記０次回折ローブを遮断するための１つ以上の要素を含み、
    前記オーバーレイターゲットの１つ以上の画像は暗視野画像であることを特徴とする、光学計測方法。
31. 請求項２３に記載の光学計測方法であって、前記第１の方向の周期的フィーチャは、第１の方向のモアレ構造が形成されるように前記第１の測定方向に沿って分布させた第１のピッチおよび第２のピッチを有する格子を含み、前記第２の方向の周期的フィーチャは、第２の方向のモアレ構造が形成されるように前記第２の測定方向に沿って分布させた前記第１のピッチおよび前記第２のピッチを有する格子を含み、１つ以上の集光光学要素を用いて、前記オーバーレイターゲットによる前記１つ以上の第１の照明ビームおよび前記１つ以上の第２の照明ビームの回折に基づいて、１つ以上の検出器上に前記オーバーレイターゲットの１つ以上の画像を生成することは、
    前記オーバーレイターゲットの前記１つ以上の画像を、
    前記１つ以上の第１の照明ビームの各々と関連付けられている、０次回折ローブ、前記第１の方向のモアレ構造における前記第１のピッチを有する前記格子からの１次回折ローブ、および前記第１の方向のモアレ構造における前記第２のピッチを有する前記格子からの１次回折ローブと、
    前記１つ以上の第２の照明ビームの各々と関連付けられている、０次回折ローブ、前記第２の方向のモアレ構造における前記第１のピッチを有する前記格子からの１次回折ローブ、および前記第２の方向のモアレ構造における前記第２のピッチを有する前記格子からの１次回折ローブと
    を排他的に用いて生成することを含むことを特徴とする、光学計測方法。