JP2019529953A - 検査装置の照明源、検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】基板上のターゲット構造を測定するための検査装置および関連する方法が開示されている。検査装置は、測定放射を生成するための照明源と、測定放射をターゲット構造上に集束させるための光学構成と、補償光学デバイスとを備える。補償光学デバイスは、光学構成における不均一な製造欠陥を補償するように測定放射の波面を空間的に変調するように動作可能なＳＬＭを含み得る。代替の実施形態では、補償光学デバイスは、測定放射のビーム内に、またはＨＨＧ源において高調波放射を発生させるのに使用されるポンプ放射のビーム内に配置されてよい。ポンプ放射のビーム内に配置されている場合、補償光学デバイスは、指示誤差を補正するため、または測定放射のビームに所望のプロファイルまたは変化する照明パターンを付与するために使用されてもよい。【選択図】図５

Description

［関連出願へのクロスリファレンス］
本出願は、２０１６年９月１４日に出願された欧州特許出願第１６１８８８１６．９号の利益を主張し、その全体が参照により本書に援用される。

本発明は、リソグラフィ装置および測定を実行するための方法に関する。特に、本発明は、リソグラフィ装置に含まれる検査装置、特にその照明源、およびそれを用いて測定を実行する方法に関する。

リソグラフィ装置は、基板上、たいていの場合基板上のターゲット部分に所望のパターンを付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。この場合、代替的にマスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスがＩＣの個々の層の上に形成されるべき回路パターンを生成するために用いられうる。このパターンは、基板（例えばシリコンウェハ）上のターゲット部分（例えば、一以上のダイの部分を含む）に転写することができる。それぞれ特定のパターンおよび材料組成を有する多層が適用されて、最終製品の機能デバイスおよび相互接続を規定する。

リソグラフィプロセスでは、例えばプロセス制御および検証のために、作成された構造の測定を行うことがしばしば望ましい。そのような測定を行うための様々なツールが知られており、それには、限界寸法（ＣＤ）を測定するためにしばしば使用される走査型電子顕微鏡、およびオーバーレイ、デバイス内の２層のアライメントの正確さを測定するための専用ツールが含まれる。最近、リソグラフィ分野で使用するために様々な形態のスキャトロメータが開発されている。

既知のスキャトロメータの例は、専用の計測ターゲットの提供にしばしば頼っている。例えば、方法は、測定ビームが格子よりも小さいスポットを生成する（すなわち格子がアンダーフィルされる）のに十分に大きい単純な格子の形のターゲットを必要とすることがある。いわゆる再構成法では、散乱放射（本明細書全体を通して、散乱放射は、使用される計測スキームに応じて、ターゲットによって散乱、反射または回折される放射を含み得る）の相互作用をターゲット構造の数学モデルでシミュレートすることによって格子の特性を計算することができる。モデルのパラメータは、シミュレートされた相互作用が実際のターゲットから観察されたものと同様の回折パターンを生成するまで調整される。

再構成によるフィーチャ形状の測定に加えて、米国特許出願公開第２００６０６６８５５号に記載されているように、回折に基づくオーバーレイをそのような装置を使用して測定することができる。回折次数の暗視野イメージングを使用する回折ベースのオーバーレイ計測は、より小さいターゲット上でのオーバーレイ測定を可能にする。これらのターゲットは照明スポットよりも小さくすることができ、ウェハ上の製品構造によって囲まれることがある。暗視野イメージング計測の例は、例えば米国特許出願公開第２０１１１０２７５３号および米国特許第２０１２００４４４７０号などの多数の公開された特許出願に見出すことができる。複合格子ターゲットを使用して、1つの画像で複数の格子を測定できる。既知のスキャトロメータは、可視または近赤外線波長範囲の光を使用する傾向があり、それは、格子のピッチが、その性質が実際に重要である実際の製品構造よりもはるかに粗いことを必要とする。そのような製品のフィーチャは、はるかに短い波長を有する遠紫外線（ＤＵＶ）または極端紫外線（ＥＵＶ）放射を使用して定義することができる。あいにく、そのような波長は通常利用可能ではないか、または計測に使用可能ではない。

他方、現代の製品構造の寸法は非常に小さいので、それらは光学計測技術によって画像化することができない。小さなフィーチャは、例えば、複数のパターニングプロセス、および／またはピッチ拡大によって形成されたものを含む。そのため、大量計測に使用されるターゲットは、多くの場合、オーバーレイエラーや限界寸法が重要な特性である製品よりもはるかに大きいフィーチャを使用する。測定結果は、実際の製品構造の寸法に間接的に関連するだけであり、計測ターゲットはリソグラフィ装置内の光投影下で同じ歪み、および／または製造プロセスの他のステップでの異なる処理を受けないため、不正確であり得る。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）はこれらの最新の製品構造を直接解像することができるが、ＳＥＭは光学的測定よりはるかに時間がかかる。さらに、電子は厚いプロセス層を貫通することができず、そのためそれらは計測用途にはあまり適さない。接触パッドを使用して電気的特性を測定するなどの他の技術も知られているが、それは真の製品構造の間接的な証拠を提供するだけである。

計測中に使用される放射の波長を減少させること（すなわち、「軟Ｘ線」（ＳＸＲ）波長スペクトルに向かって移動すること）によって、より小さい構造を分解し、構造の構造変動に対する感度を高める、および／またはさらに製品構造を見抜くことが可能である。軟Ｘ線放射は、１ｎｍから５０ｎｍの範囲内の波長を有する放射として定義することができる。軟Ｘ線放射の使用に伴う問題は、それがターゲット領域上の測定スポットのぼけを増大させる可能性があるということである。これは、測定放射をターゲット領域上のスポットに集束させる反射光学系の「スロープエラー」によるものである。光学面の表面平坦性は表面に入射する放射の波長に関して説明されるので、スロープエラーは軟Ｘ線領域において特に問題となる。より短い波長に対して許容可能な表面平坦性を達成することははるかに困難である。測定スポットのぼけは、照明がターゲット領域のみを照明し、その周囲の環境を照明しないことが重要であるため、重要な問題である。測定スポットに関する他の問題には、例えば、そのプロファイルおよびその位置決めの正確さが含まれる。

計測用途における測定スポット集束を改善することが望ましいであろう。

あるいは、またはさらに、測定放射の１つまたは複数のパラメータの制御を改善された方法で改善することが望ましいであろう。

本発明の第１の態様によれば、基板上のターゲット構造を測定するための検査装置が提供される。この検査装置は、測定放射を発生するための照明源と、測定放射をターゲット構造上に集束させるための光学構成であって、斜入射で測定放射を受光するように配置された少なくとも１つの光学素子を含む光学構成と、光学構成における不均一な製造欠陥を補償するように測定放射の波面を空間的に変調するように動作可能な補償光学デバイスと、を備える。

本発明の第２の態様によれば、基板上のターゲット構造を測定する方法が提供される。この方法は、測定放射の波面を空間的に変調して、１つまたは複数の光学素子を含む光学構成内の不均一な製造欠陥を補償することと、少なくとも１つの光学素子が斜入射で測定放射を受光するように、光学構成を使用して測定放射をターゲット構造上に集束させ、それによって測定放射でターゲット構造を照明することと、測定放射によるターゲットの照明から生じる散乱放射を検出することと、検出された散乱放射を処理してターゲット構造に関する測定値を決定することと、を備える。

本発明の第３の態様によれば、高調波放射を発生するための照明源が提供される。この照明源は、高調波発生媒体と、高調波発生媒体を励起して高調波放射を発生させるためのポンプ放射のビームを放出するポンプ放射源と、高調波発生媒体を励起する前に前記ポンプ放射のビームの波面を空間的に変調するように動作可能な補償光学デバイスと、を備える。

本発明のさらなる態様、特徴および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造および動作は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。本発明は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。そのような実施形態は、例示目的のためだけに本明細書に提示される。本明細書に含まれる教示に基づいて、さらなる実施形態が当業者には明らかであろう。

ここで、単なる例として、添付の概略図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。これらの図面において同じ参照符号は対応する部分を示す。
リソグラフィ装置を示す図である。 本発明に係る検査装置が用いられうるリソグラフィセルまたはクラスタを示す図である。 既知の暗視野イメージング検査方法を実行するように適合された本発明の一実施形態に係る検査装置を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る計測装置用の照明構成を概略的に示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るＨＨＧ源を用いた計測装置を概略的に示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るＨＨＧ源を使用する計測装置を概略的に示す図である。 本発明のさらなる実施形態に係るＨＨＧ源を使用する計測装置の詳細を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るＨＨＧ源の詳細を概略的に示す図である。

本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明の実施形態が実施されうる例示的な環境を提示することが役に立つ。

図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す図である。装置は、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射またはＤＵＶ放射またはＥＵＶ放射）を調整するよう構成される照明システム（イルミネータ）ＩＬと；パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するよう構築され、特定のパラメータにしたがってパターニングデバイスを正確に位置決めするよう構成される第１位置決め装置ＰＭに接続されるパターニングデバイスサポートまたはサポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと；基板（例えばレジストコートされたウェハ）Ｗを保持するようそれぞれが構築され、特定のパラメータにしたがって基板を正確に位置決めするよう構成される第２位置決め装置ＰＷにそれぞれが接続される二つの基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴａおよびＷＴｂと；パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されるパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば一以上のダイを含む）に投影するよう構成される投影システム（例えば屈折型投影レンズシステム）ＰＳと、を備える。基準フレームＲＦは、様々な構成要素を接続し、パターニングデバイスおよび基板ならびにそれらの上のフィーチャの位置を設定および測定するための参照基準として機能する。

照明システムは、放射を方向付け、成形し、または、制御するために、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電型または他の形式の光学素子、もしくは、これらの任意の組み合わせといった様々な形式の光学素子を含んでよい。

パターニングデバイスサポートは、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置のデザイン、および、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されるか否かといった他の条件に応じた態様でパターニングデバイスを保持する。パターニングデバイスサポートは、パターニングデバイスを保持するために機械式、真空式、静電式、または他のクランプ技術を使用することができる。パターニングデバイスサポートＭＴは、例えば、必要に応じて固定式または可動式とすることができるフレームまたはテーブルとすることができる。パターニングデバイスサポートは、パターニングデバイスが、例えば投影システムに対して確実に所望の位置にくるようにすることができる。

本書で用いる「パターニングデバイス」の用語は、放射ビームの断面にパターンを付与して基板のターゲット部分にパターンを生成するように用いることのできる任意のデバイスを称するものとして広く解釈されるべきである。放射ビームに付されるパターンは、例えば、パターンが位相シフトフィーチャやいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分の所望のパターンと正確に一致しなくてもよいことに留意されよう。一般に、放射ビームに付されるパターンは、集積回路といったターゲット部分に生成されるデバイス内の特定の機能層に一致するであろう。

図示されるように、装置は透過型である（例えば透過型パターニングデバイスを用いる）。代わりに、装置は反射型であってもよい（例えば、上述したようなプログラマブルミラーアレイを用いるか、反射型マスクを用いる）。パターニングデバイスの例は、マスク、プログラマブルミラーアレイ、プログラマブルＬＣＤパネルを含む。本書での「レチクル」または「マスク」の用語の任意の使用は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義とみなされてもよい。「パターニングデバイス」の用語は、プログラマブルパターニングデバイスなどの制御に用いるためのパターン情報をデジタル形式で記憶するデバイスを参照するものと解釈されることもできる。

本書で用いる「投影システム」の用語は、用いられる露光放射や、液浸液の使用または真空の使用といった他の要素について適切であれば、屈折型、反射型、屈折反射型、磁気型、電磁気型および静電型の光学システムまたはこれらの任意の組み合わせを含む、任意の形式の投影システムを包含するものとして広く解釈されるべきである。本書での「投影レンズ」の用語のいかなる使用も、より一般的な用語である「投影システム」と同義とみなしてよい。

リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が比較的高屈折率を有する液体（例えば水）でカバーされ、投影システムと基板の間の空間が満たされる形式であってもよい。液浸液はリソグラフィ装置の他の空間、例えばマスクと投影システムの間に適用されてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増大させるための技術分野において周知である。

動作中、照明システムＩＬは放射ビームを放射源ＳＯから受ける。放射源およびリソグラフィ装置は、例えば放射源がエキシマレーザである場合、別体であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成するとみなされず、放射ビームは、放射源ＳＯからイルミネータＩＬに向けて、例えば適切な方向付けミラーおよび／またはビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤの助けを借りて通過する。別の場合、例えば放射源が水銀ランプの場合、放射源がリソグラフィ装置の一体的な部分であってもよい。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じて、ビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと称されてもよい。

イルミネータＩＬは、例えば、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤと、インテグレータＩＮと、コンデンサＣＯとを含んでよい。イルミネータは、放射ビームを調整し、その断面に所望の均一性および強度分布を有するように用いられてもよい。

放射ビームＢは、パターニングデバイスサポートＭＴ上に保持されるパターニングデバイスＭＡに入射し、パターニングデバイスによりパターニングされる。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを通過すると、放射ビームＢは、基板Ｗのターゲット部分Ｃにビームを合焦させる投影システムＰＳを通過する。第２位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計装置、リニアエンコーダまたは静電容量センサ）の助けを借りて、例えば放射ビームＢの経路上に異なるターゲット部分Ｃが位置するように基板テーブルＷＴａまたはＷＴｂを正確に移動させることができる。同様に、第１位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（これは図１に明示されていない）を用いて、例えばマスクライブラリからの機械検索後またはスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めできる。

パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１，Ｍ２および基板アライメントマークＰ１，Ｐ２を用いてアライメントされうる。基板アライメントマークが専用のターゲット部分を占めるように描かれているが、それらがターゲット部分の間のスペースに配置されてもよい（これはスクライブラインアライメントマークとして知られる）。同様に、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに二以上のダイが設けられる場合には、マスクアライメントマークがダイの間に配置されてもよい。小さなアライメントマークがダイの内側のデバイスフィーチャの間に含まれもてよく、この場合、マーカが可能な限り小さく、かつ、隣接するフィーチャとは異なる任意の結像条件またはプロセス条件を必要としないことが望ましい。アライメントマーカを検出するアライメントシステムは、以下に別途記載される。

図示される装置は、様々なモードで使用されることができる。スキャンモードでは、パターニングデバイスサポート（例えばマスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴが同期してスキャンされる間、放射ビームに付与されるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（つまり、単一動的露光）。パターニングデバイスサポート（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）特性および像反転特性により決定されうる。スキャンモードにおいて、露光フィールドの最大サイズは、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向の）幅を制限する一方で、スキャン動作の長さは、ターゲット部分の（スキャン方向の）高さを決定する。当該技術分野において周知のように、他の型式のリソグラフィ装置および動作モードも可能である。例えば、ステップモードが知られている。いわゆる「マスクレス」リソグラフィにおいて、プログラマブルパターニングデバイスが静止して保持されるがパターンの変化を伴い、基板テーブルＷＴが移動またはスキャンされる。

上述の使用モードを組み合わせてもよいし、および／または、上述の使用モードに変更を加えてもよく、または完全に異なる使用モードを用いてもよい。

リソグラフィ装置ＬＡは、二つの基板テーブルＷＴａ，ＷＴｂおよび二つのステーションを有するいわゆるデュアルステージ形式のものであり、露光ステーションＥＸＰおよび測定ステーションＭＥＡの間で基板テーブルを交換できる。一方の基板テーブル上の一方の基板が露光ステーションにて露光されている間、別の基板が測定ステーションにて他方の基板テーブル上に装填されることができ、様々な準備ステップが実行される。これは、装置のスループットの実質的な増大を可能にする。準備ステップは、レベルセンサＬＳを用いて基板の表面の等高線をマップすること、および、アライメントセンサＡＳを用いて基板上のアライメントマーカの位置を測定することを含んでよい。仮に基板テーブルが測定ステーションまたは露光ステーションにある間にその位置を位置センサＩＦが測定できなければ、基準フレームＲＦに対して双方のステーションにて基板テーブルの位置の追跡を可能にするように第２位置センサが設けられてもよい。図示されるデュアルステージ構成の代わりに他の構成が知られており、使用可能である。例えば、基板テーブルおよび測定テーブルが設けられる他のリソグラフィ装置が知られている。これらは、予備的な測定が実行されるときに一緒にドッキングされる一方、基板テーブルが露光を受けるときに切り離される。

図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、しばしばリソセルまたはクラスタとも称され、基板上での露光前および露光後プロセスを実行する装置も含むリソグラフィセルＬＣの一部を形成する。従来、これらはレジスト層を堆積させるスピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像する現像装置ＤＥ，冷却プレートＣＨおよびベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラまたはロボットＲＯは、基板を入力／出力ポートＩ／Ｏ１，Ｉ／Ｏ２から取り出し、異なるプロセス装置間で基板を移動させ、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに運ぶ。しばしば集合的に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ＴＣＵの制御下にある。ＴＣＵ自体は、監視制御システムＳＣＳにより制御され、ＳＣＳはリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。したがって、異なる装置がスループットおよびプロセス効率を最大化させるように動作することができる。

トラックによって処理された基板は、その後、デバイス製造プロセス内のエッチングおよび他の化学的または物理的処理のために他の処理ツールに移送される。いくつかの例では、そのようなエッチングまたは化学的／物理的処理工程の後に計測を基板上で実施してもよい。

リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵは、説明されているさまざまなアクチュエータおよびセンサのすべての移動および測定を制御する。 ＬＡＣＵはまた、装置の動作に関連した所望の計算を実行するための信号処理およびデータ処理能力を含む。イントロダクションおよび特許請求の範囲の用語では、これらの処理機能および制御機能の組み合わせは、単に「コントローラ」と呼ばれる。実際には、制御ユニットＬＡＣＵは、各々が装置内のサブシステムまたは構成要素のリアルタイムデータ取得、処理および制御を取り扱う多数のサブユニットのシステムとして実現されるであろう。例えば、１つの処理サブシステムは、基板ポジショナＰＷのサーボ制御専用にすることができる。別々のユニットで、粗いアクチュエータと細かいアクチュエータ、あるいは異なる軸を扱ってもよい。他のユニットが位置センサＩＦの読み出し専用であってもよい。装置の全体制御は、これらのサブシステム処理ユニットと、オペレータと、そしてリソグラフィ製造プロセスに関与する他の装置と通信する中央処理装置によって制御することができる。

図３（ａ）は、いわゆる暗視野イメージング計測を実施する検査装置の重要な要素を概略的に示す。装置は、独立型の装置であってもよく、または例えば測定ステーションのリソグラフィ装置ＬＡまたはリソグラフィセルＬＣのいずれかに組み込まれてもよい。装置全体にわたっていくつかの分岐を有する光軸は、点線Ｏによって表されている。ターゲット格子構造Ｔおよび回折光線は、図３（ｂ）により詳細に示されている。

イントロダクションで引用した先行出願に記載されているように、図３（ａ）の暗視野イメージング装置は、多目的角度分解スキャトロメータの一部であってもよく、それは分光スキャトロメータの代わりにまたはそれに加えて使用され得る。この種の検査装置では、放射源１１によって放射された放射は、照明システム１２によって調整される。例えば、照明システム１２は、コリメートレンズシステム、カラーフィルタ、偏光子およびアパーチャデバイスを含むことができる。調整された放射は、レンズＬ１、Ｌ２を介して照明経路をたどり、そこで部分反射面１５によって反射され、顕微鏡対物レンズ１６を介して基板Ｗ上のスポットＳに集束される。計測ターゲットＴは、基板上に形成され得る。レンズ１６は、好ましくは少なくとも０．９、より好ましくは少なくとも０．９５の高い開口数（ＮＡ）を有する。必要に応じて、液浸液を使用して１を超える開口数を得ることができる。多目的スキャトロメータは、２つ以上の測定分岐を有することができる。加えて、例えば強度正規化、キャプチャターゲットの粗いイメージング、焦点合わせなどのための参照放射線を集めるために、さらなる光学システムおよび分岐が実際の装置に含まれるであろう。これらの詳細は上記の先行文献に見出すことができる。本開示の目的のために、暗視野イメージング計測に関係する測定分岐のみを詳細に図示し説明する。

レンズＬ２、Ｌ４を含む暗視野結像のための収集経路において、結像光学系２１はセンサ２３（例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）上の基板Ｗ上にターゲットの像を形成する。集光路の平面Ｐ’には開口絞り２０が設けられている。平面Ｐ’は、対物レンズ１６の瞳面Ｐと共役な平面である。瞳面Ｐは、レンズＬ２から距離ｆ２離れ、レンズＬ３から距離ｆ３離れた平面であってよい。ここで、ｆ２およびｆ３はそれぞれレンズの焦点距離である。開口絞り２０は、瞳絞りとも呼ばれる。照明絞りが異なる形態をとることができるように、開口絞り２０は異なる形態をとることができる。開口絞り２０は、レンズ１６の有効開口と組み合わせて、散乱放射線のどの部分を使用してセンサ２３上に像を生成するかを決定する。典型的には、開口絞り２０は、センサ２３上に形成されたターゲットの像が１次ビームのみから形成されるように０次回折ビームを遮断するように機能する。両方の１次ビームが組み合わされて像を形成する例では、これは、暗視野顕微鏡法と同等の、いわゆる暗視野像であろう。しかしながら、本願では、以下に説明するように、１次のうちの１つのみが一度に結像される。センサ２３によって捕捉された像は画像プロセッサおよびコントローラ４０に出力され、その機能は実行されている測定の特定の種類に依存する。本目的のために、ターゲット構造の非対称性の測定が行われる。非対称測定は、それらを形成するために使用されるリソグラフィプロセスの性能パラメータの測定値を得るために、ターゲット構造の知識と組み合わせることができる。このようにして測定することができる性能パラメータは、例えばオーバーレイ、焦点および放射線量を含む。

計測ターゲットＴが基板Ｗ上に設けられる場合、これは、現像後にバーが固体レジストラインで形成されるように印刷される１次元格子であり得る。ターゲットは、現像後に格子がレジスト内の固体レジストピラーまたはビアで形成されるように印刷される２次元格子であってもよい。バー、ピラーまたはビアは、基板にエッチングされてもよい。これらの格子はそれぞれ、検査装置を使用してその特性を調査することができるターゲット構造の一例である。

照明システム１２の様々な構成要素は、同じ装置内で異なる計測「レシピ」を実施するように調整可能であり得る。特定の特性として波長（色）および偏光を選択することに加えて、照明システム１２は、異なる照明プロファイルを実施するように調整することができる。平面Ｐ”は、対物レンズ１６の瞳面Ｐおよび検出器１９の平面と共役であるので、平面Ｐ”内の照明プロファイルは、基板Ｗ上のスポットＳ内に入射する光の角度分布を規定する。アパーチャ（開口）デバイスは、可動スライドまたはホイールに取り付けられた異なる開口を含み得る。あるいは、プログラム可能な空間光変調器を含んでもよい。さらなる代替として、光ファイバを平面Ｐ”内の異なる位置に配置し、それらのそれぞれの位置に光を送達するかまたは光を送達しないように選択的に使用してもよい。

第１の例示的な照明モードでは、入射角が「Ｉ」で示されるように光線３０ａが提供され、ターゲットＴによって反射されるゼロ次光線の経路が「０」と符号が付されている（光軸「Ｏ」と混同しないように）。第２の照明モードでは、光線３０ｂを提供することができ、その場合には入射角と反射角が入れ替わることになる。これらの照明モードは両方とも軸外照明モードとして認識される。さまざまな目的のために、さまざまな照明モードを実行することができる。

図３（ｂ）により詳細に示されるように、ターゲット構造の一例としてのターゲット格子Ｔは、対物レンズ１６の光軸Ｏに対して垂直な基板Ｗを用いて配置される。軸外照明プロファイルの場合、軸Ｏから外れた角度から格子Ｔに入射する照明光線Ｉは、０次光線（実線０）と２つの１次光線（一点鎖線＋１および二点鎖線−１）を生じさせる。オーバーフィルされた小さなターゲット格子では、これらの光線は計測ターゲット格子Ｔおよび他のフィーチャを含む基板の領域をカバーする多くの平行光線のうちの１つにすぎないことを覚えておくべきである。照明光線３０ａのビームは有限の幅（有用な量の光を入射するのに必要）を有するので、入射光線Ｉは実際にはある角度範囲を占め、回折光線０および＋１／−１はいくらか広がる。小さなターゲットの点広がり関数によれば、各次数＋１および−１は、示されているような単一の理想的な光線ではなく、角度の範囲にわたってさらに拡散されるであろう。

また図３（ａ）を参照すると、光線３０ａによる第１の照明モードの下では、ターゲット格子からの＋１次回折光が対物レンズ１６に入射し、センサ２３で記録される像に寄与する。第２照明モードが使用される場合、光線３０ｂは光線３０ａとは反対の角度で入射し、そして−１次回折光線が対物レンズに入射し、像に寄与する。軸外照明を使用する場合、開口絞り２０は０次放射を遮断する。先行文献に記載されているように、照明モードはＸおよびＹ方向の軸外照明で定義することができる。

これらの異なる照明モードの下でターゲット格子の像を比較することによって、非対称測定値を得ることができる。代替として、非対称測定は、同じ照明モードを維持するがターゲットを回転させることによって得ることができる。軸外照明が示されているが、代わりにターゲットの軸上照明を使用することができ、修正された軸外絞り（アパーチャ）２０を使用して、実質的に一次回折光のみをセンサに通過させることができる。さらなる例では、開口絞り２０の代わりにプリズムが用いられる。プリズムは、＋１次および−１次をセンサ２３上の異なる位置にそらす効果を有し、その結果、２つの連続する画像捕捉ステップを必要とせずに、それらを検出し、比較することができる。この技術は、上記の米国特許出願公開第２０１１１０２７５３号に開示されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。１次ビームの代わりに、またはそれに加えて、２次、３次およびより高次のビーム（図３には示されていない）を測定に使用することができる。さらなる変形として、反対の回折次数を使用して像を捕捉するためにターゲット自体を対物レンズ１６の下で１８０度回転させながら、軸外照明モードを一定に保つことができる。

上記の技術は典型的には可視波長を有する放射を用いて行われる。このように、スキャトロメトリターゲットは、基板上の製品構造のピッチよりも大きいピッチを有する。一例として、スキャトロメトリターゲットは、ミクロン（μｍ）で測定されたターゲット格子ピッチを有することができるが、同じ基板上の製品構造は、ナノメートル（ｎｍ）で測定されたピッチを有することができる。

このピッチの差は、測定されたオーバーレイと製品構造上の実際のオーバーレイとの間のオフセットを引き起こす。オフセットは、少なくとも部分的にはリソグラフィ装置内の光学投影歪みおよび／または製造プロセスの他のステップにおける異なる処理に起因する。現在、オフセットは、測定されたオーバーレイ全体に対する大きな寄与を構成している。それを減らすかなくすと、オーバーレイ全体のパフォーマンスが向上するであろう。

例えば２ｎｍ〜５０ｎｍの間、または０．１ｎｍ〜１００ｎｍの間、または１ｎｍ〜１００ｎｍの間、または５ｎｍ〜５０ｎｍの間、または１０ｎｍ〜２０ｎｍの間の波長を有する「軟Ｘ線」またはＥＵＶ範囲の放射を放出する光源を使用する計測ツールを開発することができる。放射スペクトルは、１３．５ｎｍの波長を含み得る。そのような光源の例には、放電生成プラズマ源、レーザー生成プラズマ源または高次高調波発生（ＨＨＧ）源が含まれる。 ＨＨＧ源は、放射光中に大きな束のコリメート光子（高輝度）を供給できることが知られている。

計測用途に使用されるＨＨＧ源は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる欧州特許出願第１５２０２０３０１号、第１６１６８２３７号、第１６１６７５１２号に示され、さらに説明されている。計測用途では、そのようなＨＨＧ源は、（例えば）法線入射で、法線入射に非常に近い角度（例えば法線から１０度以内）で、斜入射（例えば表面から２０度以内）で、任意の角度または複数の角度で（１回のキャプチャでより多くの測定情報を取得するために）使用することができる。

回折に基づく測定を実行するには、例えば、オーバーレイエラーまたは限界寸法を決定するために、ターゲット構造は、好ましくは「アンダーフィル」されるべきである（すなわち、スポット直径はターゲットのサイズよりも小さい）。スポット径が大きくなると、ターゲットのサイズも比例して大きくする必要がある。より大きなターゲットは基板の表面により多くのスペースを占有し、これは例えば製品当たりの製造コストを増加させるので、生産環境においては望ましくない。ターゲットをできるだけ小さく維持することが望ましいが、測定放射がターゲットを照らすだけでその周囲の環境を照らさないことも重要である。一例として、測定中に９９．９９％の入射測定放射がターゲット構造に入射するはずである。小さいターゲットでこれを達成するためには、測定スポットサイズ（測定放射によって照らされるターゲット領域のサイズ）がよく制御され、そしてターゲット上に適切に焦点を合わせられることが重要である。

測定放射をターゲット構造に集束させるために使用される光学系は完全ではないであろう。特定の問題は、製造の不完全性による表面の中空間周波数変調から生じる「スロープエラー」である。スロープエラーの結果は、焦点調節が完全ではなくなり、測定スポットがいくらかのぼけを受けることになり、例えば、ぼけリング（blur ring）またはハロ（halo）が主集束スポットの周りに形成される可能性がある。これにより、いくらかの測定放射がターゲット構造を外れ、周囲の環境に侵入する可能性がある。これらの中空間周波数変調は、スポット品質に影響を与えず、放射損失による強度のみに影響する高空間周波数変調（すなわち表面粗さ）、および収差を誘発する表面誤差のような低空間周波数変調とは対照的である。例えば収差を補償する追加の補償要素を追加することによって、そのような収差を最小にするように光学系の設計を最適化することが可能である。追加の光学素子はスロープエラーを増加させるだけなので、スロープエラーはそのような設計最適化を使用して減少させることができないランダムエラーである。

例えば軟Ｘ線領域において、測定放射が可視放射の周波数よりも高い周波数である場合、スロープエラーの問題は悪化する。光学面の表面平坦度（真の平面からの平坦面の逸脱を測定する表面精度仕様）は、表面に入射する放射の波長λに関して記述されるので、スロープエラーは軟Ｘ線領域において特に問題となる。表面可視領域では、λ／４０の範囲の表面平坦度を有する光学素子が容易に入手可能である。しかし、２桁小さい範囲の波長（例えば、５ｎｍの範囲）では、同程度の表面平坦性を達成することははるかに困難になる。

測定放射ビームを空間的に変調することによってスロープエラーの問題に対処し、測定放射を基板に向けて集束させる光学面のスロープエラーを補償することが提案されている。一実施形態では、空間変調は、測定放射の波面を変調してこれらの光学面によって課される波面エラーを補償する。

図３（ａ）に示す第１の実施形態では、空間変調は検査装置の測定放射ビームに直接提供される。そのような実施形態では、空間変調は測定ビームの経路内のどこにでも提供することができる。特定の例として、空間変調は、例えば補償光学デバイス５０を使用して、測定ビームの経路の平行伝播部分に与えられてもよい。補償光学デバイス５０は、ビーム経路内のその位置に関係なく、空間光変調（ＳＡＭ）デバイスを含んでもよい。

図４は、測定放射をターゲットに送達するための反射構成の詳細を示す。図３（ａ）は、主に図面を見やすくするために、透過型補償光学デバイス５０を示している。このような透過型補償光学デバイス５０は本開示の範囲内であるが、補償型光学装置は反射型である可能性が高い。特に、これは測定放射が軟Ｘ線放射を含むときに必要である。

図４は、測定放射４１０を供給する放射源４００と、測定放射４１０を基板Ｗ上のターゲット構造Ｔに向けて集束させるための光学素子４２０ａ、４２０ｂとを示す。また、空間光変調デバイス（ＳＬＭ）などの補償光学デバイス４３０も示されており、これは、補償光学デバイス４３０に入射する放射に補償波面歪みを与えるものであり、光学素子４２０ｂおよび／または光学素子４２０ａによって付与された波面歪み（スロープエラー）を補償する。ＳＬＭ装置は、入射放射を空間的に変調する任意の適切なデバイスであってよい。一例として、ＳＬＭ装置は以下を備えることができる。
・可変形状ミラー：例えば、ミラーの裏面に取り付けられた複数の圧電アクチュエータを含むことができる圧電可変形状ミラー。しかし、これはピッチが大きくなり、その制御が制限される可能性がある。
・デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）：このようなデバイスは広く使用されており、頑丈である。小さなピクセルを使用しても微調整が可能である。しかしながら、このようなデバイスはバイナリ（オン/オフ）システムを備えている。ピクセルが「オフ」の場合、システムを通して光を反射することはなく、伝播される光の量は減少する。これは変形可能ミラーの場合には当てはまらず、その場合には位相が調整される。また、ミラーは、通常は＋／−１２度の範囲で反転して「オン」または「オフ」になる。斜入射方式では、これはあるピクセルの影が次のピクセルの上に投影されることを意味する。
・微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースの可変形状ミラー。これらは、約３００〜４００μｍの典型的なピッチを有する標準的な素子である。スロープエラーに対する典型的な空間周波数は約１ｍｍであるので、この値よりも小さいピッチは微細制御を可能にする。サブｎｍの高さのステップが可能である。

測定放射が高エネルギー／軟Ｘ線放射である場合、ＳＬＭデバイスは、例えば、イリジウム、ルテニウム、または金などの特別な反射コーティングを必要とする可能性がある。ＳＬＭデバイスはまた、斜入射（例えば、表面に対して約１５度）に合わせて適合されかつ寸法決めされるべきである。

図５は、代替実施形態による放射源６３０および測定構成を示す。図５の例における放射源６３０は、高調波発生（ＨＨＧ）技術に基づいてＥＵＶ放射を発生するためのＨＨＧ源である。放射源６３０の主要構成要素は、ポンプレーザ６３１およびＨＨＧガスセル６３２などのＨＨＧ媒体である。他のＨＨＧ媒体、例えば、中空ファイバ内のＨＨＧ固体表面媒体またはＨＨＧガスも同様に使用することができる。ガス供給部６３４はガスセル６３２に適切なガスを供給し、そこで電源（図示せず）によって任意にイオン化される。ポンプレーザ６３１は、例えば、光増幅器を備えたファイバベースのレーザとすることができ、必要に応じて数メガヘルツまでのパルス繰り返し率で、１パルス当たり１ｎｓ（１ナノ秒）未満持続する赤外線放射のパルスを生成する。波長は、例えば１μｍ（１ミクロン）の範囲内であってよい。レーザパルスは、補償光学デバイス６５０を介してＨＨＧガスセル６３２にポンプ（ＩＲレーザ）放射ビーム６４０として送出され、そこで放射の一部はより高い周波数（ＥＵＶおよび／または軟Ｘ線領域の最大の周波数まで）に変換される。ＨＨＧガスセル６３２から、所望の１つまたは複数の波長のコヒーレント放射を含む測定放射ビーム６４２が現れる。

この実施形態では、補償光学デバイス６５０はもはや測定放射を直接変調するのではなく、代わりに第１の（レーザ）放射ビーム６４０を変調し、それは次にＨＨＧガスセル６３２を励起して測定放射６４２を生成する。ＨＨＧ生成の１つの特性は、生成プロセスの性質により、ポンプ放射ビーム６４０の特性が引き継がれ、生成されたＨＨＧ放射ビーム６４２にコピーされることである。そのような特性の１つは波面形状である。その結果、ポンプ放射ビーム６４０の空間変調は、生成された測定放射６４２の等価空間変調をもたらすであろう。

レーザ放射に対する変調を実行することの利点は、軟Ｘ線放射と比較して、赤外線放射を変調するときに補償光学デバイス６５０に使用することができる光学部品に大きな柔軟性があることである。補償光学デバイス６５０は、前の実施形態に関して既に上述したＳＬＭ装置のいずれでもよい。しかしながら、補償光学デバイス６５０は、Ｘ線放射に特に適合させる必要はなく、例えば、より従来の液晶技術ＳＬＭを使用することができる。また、斜入射角はもはや必要ない。図示されているように、入射角は、代わりに法線により近くてよく、これによりまた、より従来型でより小さなＳＬＭの使用、およびより簡単な実施が可能となる。透過補償光学デバイスも可能である。さらなる利点は、軟Ｘ線測定放射を変調する補償光学デバイスが今はないことである。軟Ｘ線領域内の全ての光学デバイスは追加のスロープエラーをもたらすので、軟Ｘ線領域内のより少ない光学素子を有することは結果を改善すると予想される。また、補償光学デバイスは検査チャンバの真空中で動作する必要がなく、これはさらなる複雑さを減らす。

ＨＨＧ放射を生成するために、ポンプ放射ビーム６４０がＨＨＧガスセル６３２に適切に集束されることが重要である。補正されている典型的なスロープエラーは小さい（例えば、１ｍｍ当たり数１０マイクロラジアンのオーダ）ので、補償変調は小さいことだけが必要であることを示すことができる。このように、補償変調によるポンプ放射ビーム６４０の焦点ぼけは、ＨＨＧ生成に大きな影響を与えないはずである。

測定放射６４２は、複数の波長を含み得る。放射が単色である場合、測定計算（再構成）は単純化され得るが、ＨＨＧを用いるといくつかの波長を有する放射を生成することがより容易である。これらは設計上の選択事項であり、同じ装置内で選択可能なオプションでさえあり得る。例えば、異なる材料の構造を画像化するとき、異なる波長は異なるレベルのコントラストを提供するであろう。例えば、金属構造体またはシリコン構造体の検査のためには、（炭素系）レジストのフィーチャを結像するために、またはそのような異なる材料の汚染を検出するために使用されるものとは異なる波長を選択することができる。１つ以上のフィルタリングデバイス６４４が設けられてもよい。例えば、アルミニウム（Ａｌ）の薄膜のようなフィルタは、基本的なＩＲ放射が検査装置内にさらに通過するのを阻止するのに役立ち得る。基本的なＩＲ放射と放出された放射（ＳＸＲビーム）は同一直線上にあるので、駆動放射は通常、放射出力を通過して真空光学システムに入るのを防ぐために遮断される必要がある。

ガスセル６３２で生成されたものの中から１つ以上の特定の高調波波長を選択するために格子が設けられてもよい。ＥＵＶ放射は空気中を移動するときに吸収されることに留意して、ビーム経路の一部または全部を真空環境内に含めることができる。放射源６３０および照明光学系の様々な構成要素は、同じ装置内で異なる計測「レシピ」を実施するために調整可能であり得る。例えば、異なる波長および／または偏光を選択可能にすることができる。

放射源６３０から、フィルタリングされたビームは検査チャンバに入り、そこで関心のある構造またはターゲット構造を含む基板Ｗが基板サポート６１６による検査のために保持される。ターゲット構造は「Ｔ」と符号が付されている。検査チャンバ内の空気は真空ポンプ６５２によって真空近くに維持され、軟Ｘ線放射は過度の減衰なしに空気を通過することができる。照明システムは、放射を集束ビーム６５６に集束させるための１つまたは複数の光学素子６５４を含み、例えば、上述の先行出願で説明したように、２次元（２Ｄ）湾曲ミラー、または一連の（例えば一対の）１次元（１Ｄ）湾曲ミラーを含むことができる。補償光学デバイス６５０によって補償されるのは、これらの光学素子６５４のスロープエラーである。分光格子などの回折格子は、必要に応じてそのようなミラーと組み合わせることができる。集束は、関心のある構造上に投影されたときに、直径１０μｍ未満の円形または楕円形のスポットを達成するために行われる。基板サポート６１６は、例えば、Ｘ−Ｙ並進ステージおよび回転ステージを含み、それによって基板Ｗの任意の部分をビームの焦点に所望の向きに合わせることができる。このようにして、放射スポットＳが関心構造上に形成される。関心のある構造から散乱した放射線６０８は、その後、検出器６６０によって検出される。

上述の全ての実施形態において、補償光学デバイス５０、４３０、６５０は較正ステップにおいて調整されてもよいことが想定される。そのような較正ステップは、照明システム光学素子のスロープエラーに対する波面補正を最適化し、それ故に測定スポットのぼけを最小にすることができる。一実施形態では、これは、基板Ｗをスポットサイズを測定する測定装置と交換し、スポットサイズが最小になるまで補償光学デバイス５０、４３０、６５０を調整することによって行うことができる。任意選択で、照明システムの光学素子のスロープエラーを測定し、この測定値を使用して、較正ステップにおいて補償光学デバイス５０、４３０、６５０の初期始動構成を決定することができる。

スポットサイズは典型的には検出器の単一ピクセルのサイズよりも小さいので、それは静的ＣＣＤ画像上でそれを単純に測定することができないことがあり得る。代わりに、スポットは、例えばシュワルツシルト対物レンズおよびＣＣＤを用いて、（ほぼ）照明スポットのサイズのピンホールを用いて、またはナイフエッジ法を用いて、スポットを完全に結像することにより測定されてもよい。

そのような較正ステップは一回限りの較正であることが想定される。補償光学デバイスがいったん構成されると、それ以上の調整を必要とするとは予想されない。ミラー上のスロープエラーは（一実施形態では）ランダムであるが静的エラーであると仮定されてもよい。一実施形態では、較正ステップは、構築中に一度だけ実行されてもよい。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るかもしれないが、連続する較正間のタイムスケールは数週間以上であるべきである。そのため、ＳＬＭを含む多くのシステムで見られるように、リアルタイムの閉ループ制御は不要である。他の実施形態では、例えば、熱変形および鏡面汚染を含み得る環境効果によるスロープエラーの動的成分を捕捉するために、より頻繁な再較正を実行してもよい。

任意の動的成分をよりよく捕捉し補正するさらなる代替案では、スポットサイズは、（例えば、製造／基板検査中に）別個の検出器（例えば、基板の上に位置し、基板を見下ろす）を使用してリアルタイムで測定されてよく、スポットサイズを最小化および／または最適化するように補償光学デバイス５０、４３０、６５０を制御するためにフィードバック制御ループにおいて使用されてよい。

計測用に提案されている照明経路のＮＡは比較的低い（０．１未満）ため、ＳＬＭがビームの平行伝搬部分に配置されている場合、必要な波面変調はＳＬＭの位置と共に非常にゆっくりとしか変化しない。これは、補償光学デバイスと照明光学素子との相対位置の小さな変動に対して提案をロバストにする。そのため、測定中に複雑なスポットサイズの監視およびフィードバックシステムは必要ない。その後のすべての測定は、較正ステップで決定された補償光学デバイス構成を使用して実行することができる。

ポンプ放射ビーム６４０を変調するために補償光学デバイス６５０がポンプレーザ６３１とＨＨＧガスセル６３２との間に配置される図５に関連して説明された実施形態は、これまで説明されたスロープエラー補償よりも大きな適用性を有する。そのような構成のための多数の他の用途がこれから説明される。

このような第１の用途では、補償光学デバイス６５０を制御ループの一部として使用して、ターゲットＴ上の測定放射ビーム６５６の位置決めを制御することができる。環境のわずかな変化（例えば、温度および／または圧力）によって、ＨＨＧガスセル６３２内のポンプ放射ビーム６４０の焦点位置はドリフトする可能性がある。この影響は、ＨＨＧ源点（測定放射ビーム６５６の集束点）の指示誤差または位置誤差として知られている。これにより、ターゲット上の測定放射ビーム６５６の位置にドリフトが誘発される。スポットはターゲットに適切に焦点を合わせたままにする必要があるため、これは問題がある。

図６は、そのような制御ループを実施するための２つの代替構成、測定放射ビーム６５６の位置を測定することによって指示誤差を直接的に補正する第１の構成、および、ＨＨＧセル６３２内のポンプ放射ビーム６４０の位置を測定することによって指示誤差を間接的に補正する第２の構成を示す。図６は、図５の構成の簡略図を示す。（明確にするために）簡略化した方法で描かれているが、図５の構成との唯一の違いは、補償光学デバイス６５０を制御して指示誤差を補正するためにビーム位置検出器６７０、６７０’および制御ループ（矢印６７１、６７１’によって描かれる）が設けられていることである。この図では、ビーム位置検出器６７０、６７０’について２つの（代替）オプションが示されている。実際の構成はこれらの代替のうちの１つだけを含むことが想定されている。すなわち、ビーム位置検出器６７０（ＢＰＤ１）および制御ループ６７１のみ、またはビーム位置検出器６７０’（ＢＰＤ２）および制御ループ６７０’のみである。

第１のビーム位置検出器６７０（ＢＰＤ１）の実施形態を考慮すると、レーザ放射ビーム６４０が補償光学デバイス６５０から反射される（または透過する）のに続いて、ポンプ放射ビーム６４０のごく一部が（ビームスプリッタ６６９によって）ビーム位置検出器６７０によってサンプリングされ測定されるように方向づけられる。ポンプ放射ビーム６４０の測定されたビーム位置は、矢印６７１で示されるように補償光学デバイス６５０のためのフィードバック情報として使用される。

第２のビーム位置検出器６７０’（ＢＰＤ２）の実施形態では、測定放射ビーム６５６のスポット位置がターゲットＴで測定される。前述のように、この測定値は、制御のために（矢印６７１によって示されるように）補償光学デバイス６５０にフィードバックされる。

いずれの実施形態においても、任意の指示誤差（所望の位置からの測定ビーム位置の偏差）を補正する補正を計算することができる。この補正は、ポンプ放射ビーム６４０に波面変調を加えるために補償光学デバイス６５０を使用して実施されてもよく、それは指示誤差の低減または排除をもたらす。

各場合において、ビーム位置検出器６７０、６７０’は、例えば、カメラ、４分割光検出器（ＱＰＤ）、または位置センシティブ検出器（ＰＳＤ）を含むことができる。そのような実施形態は、スロープエラー補償について上述したようなスポットサイズ測定と組み合わせて実施することができる。スポットサイズとビーム位置の両方を測定し、スポットサイズとビーム位置の両方を共に最適化し制御するように、補償光学デバイス６５０に対する補正値を決定することができる。基板上の測定放射ビーム６５６の位置を測定するためにビーム位置検出器６７０’が配置されている場合、スポットサイズを測定するために同じビーム位置検出器６７０’を使用することもできる。

両方の検出器６７０、６７０’を実装することは必須ではない。好ましい位置は、特定の設計上の考慮事項によって決まる。例えば、
・基板で（すなわちＢＰＤ２ ６７０’を使用して）測定された位置情報は、ＢＰＤ１の位置で測定されたものよりも正確である。しかしながら、ＳＸＲ測定放射ビーム６５６よりも赤外ポンプ放射ビーム６４０の検出を実施する方が容易である。
・指示誤差が主にまたは完全にポンプレーザ６３１によるものである場合、ＢＰＤ１ ６７０の位置で測定された情報を使用した補正は非常に実行可能である。
・一方、スポット位置の誤差が、例えばＳＸＲ光学系（例えば、光学素子６５４）の位置によって支配されるかまたは著しく影響を受ける場合、基板（ＢＰＤ２ ６７０’）での測定が好ましい。

ポンプ放射ビーム６４０を変調するための第２の用途は、アナモルフィック測定放射ビーム６５６を生成するようにポンプ放射ビーム６４０を成形することである。そのような用途は、図７に関連して説明されている。図７は、ＨＨＧガスセル６３２からターゲットＴに送達されている測定放射ビーム６５６を示している。

ＣＤ再構成などの用途では、測定放射ビーム６５６は、ターゲットＴに対して斜入射角にあることが必要である。ターゲットＴ上には、円形スポット６７６がしばしば望まれる。したがって、ＨＨＧガスセル６３２におけるビームのビーム基準フレームＲ１と基板基準フレームＲ２との不一致のために、２つの主軸ＸおよびＹは、非常に異なる倍率を必要とする。さらに、全体的なシステム性能（特にスポット・トゥー・ターゲット性能に関して）は、非円形対称ビームプロファイルから利益を得ることができる。これは任意の構成に当てはまり、したがって、ほぼ垂直入射のＯＶＬ測定に適用可能であり得る。

図示の光学システム６５４を介して基板レベルで必要なビーム形状６７６を達成するためには、光学システム６５４は完全にアナモルフィックでなければならないであろう。入射角に応じて、これはビームのＸ軸とＹ軸を完全に別々に扱うことを必要とし、それはビーム内の成分の数を２倍にする（ＸとＹは別々の１次元湾曲セットの斜入射ミラーを必要とする）。これは、以下のようなさまざまな理由から望ましくない場合がある。
・この領域（regime）の光学系は高価になる。
・光学系はビームのｚ方向に大きくなり（例えば２００ｍｍ）、そのような要素がビーム経路内に多数必要とされる場合、ボリュームのコンフリクトを引き起こす。
・光学素子の表面品質は、この領域では比較的劣っている。反射ごとにビーム品質が低下する。

しかしながら、ＨＨＧガスセル６３２におけるポンプレーザ放射スポットの形状が円形ではなく楕円形である場合、アナモルフィック光学システムを不要にすることができる。そのような楕円形ビームを生成する１つの方法は、補償光学デバイス６５０を使用することによってポンプ放射ビーム６４０に波面変調を適用することによるものである。補償光学デバイス６５０はＳＰＭまたは１組のシリンドリカルレンズまたはミラーを含み得る。ＳＰＭを使用する利点はその柔軟性である。基板Ｗとビーム６５６との間の角度が変更された場合、ＨＨＧガスセル６３２におけるスポット形状６７５は、ターゲット上の必要なビーム形状（および従って円形または他の所望の形状のスポット６７６）を維持するように調整することができる。

別の用途では、ポンプ放射ビーム６４０の変調を使用して、レンズなしの結像のために異なる照明パターンを誘導することができる。図５に示すようなレンズのないシステムでは、サンプル（ターゲットＴ）と検出器との間に結像光学系はない。その代わりに、散乱光の強度分布を直接記録するためにＣＣＤ６６０が使用される。検出器６６０の位置における完全なフィールド（振幅および位相）が分かっている場合、画像を再構成することができる。

しかしながら、光検出器は、検出された放射の強度（振幅に関連する）のみを検出する。直接的な位相情報が存在しないため、多様性（ダイバーシティ）を導入する必要があります。これは、例えば散乱ビームに沿って異なる伝播距離で振幅を測定すること、異なる色でサンプルを照明することなどによって達成することができる。異なる照明パターンを適用することによって多様性を達成することも可能である。したがって、ポンプ放射ビーム６４０を変調してこれらの異なる照明パターンを生成するために、補償光学デバイス６５０（例えばＳＬＭ）を使用することが提案される。このアプローチの利点は以下の通りである。
・照明パターンをミリ秒のタイムスケールで変えることができる。これは検出器の速度に似ている。
・照明パターンは正確に分かっている。これは再構成に役立つ。
・再構成を最適化するために照明パターンを特定のターゲット構造Ｔに最適化することができる。これに関連して、最適化は任意の測定基準、例えば時間、精度に関して可能である。

補償光学デバイス６５０はまた、ターゲットへのより良い集束のために測定放射ビーム６５６上にトップハット（またはフラットトップ）プロファイルを誘導するためにビーム整形に使用することができる。変調が適用されない場合、伝播されたポンプ放射ビーム６４０、したがって測定放射ビーム６５６は、ガウス強度プロファイルを有する。計測を行うためには、最大９９．９９％の測定放射を３〜４μｍのスポットに集束させなければならない。

ガウス強度プロファイルを用いてこれを達成するためには、ガウステールの大部分を含める必要があるだろう。より好ましい解決策は、所望のスポットサイズに適切に集束された、測定放射ビーム６５６に対してトップハットビームプロファイルを課すことであろう。ＳＬＭなどの補償光学デバイス６５０を使用して、ポンプ放射ビーム６４０内にトップハットプロファイルを作成することができる。このプロファイルはその後、測定放射ビーム６５６に反映される。

ポンプ放射ビーム６４０を変調するために（ＳＬＭのような）補償光学デバイス６５０を使用する本明細書で論じられたすべての用途は、個別にまたは２つ以上の任意の組み合わせで実施することができる。光路を可能な限り単純化するために、本明細書に開示された前述のすべての用途（スロープエラー補償を含む）が同時に、例えば単一の補償光学デバイス６５０を介して実施された場合、有益であり得る。異なる波面変調は線形重ね合わせと見なすことができるので、そのような線形重ね合わせを課す例えばＳＬＭの使用はこれを可能にする。したがって、ＳＬＭは、本明細書に開示されているすべての（またはサブセットの）アプリケーションおよび実施形態に対する必要な補正のそれぞれの線形重ね合わせに基づいて、適切な波面変調を計算するコントローラによって制御することができる。

波面変調を決定するときに位相整合を考慮に入れるべきであることに留意されたい。 ＨＨＧガスセル６３２内の相互作用長にわたって、ポンプ放射ビーム６４０と測定放射ビーム６５６との間の位相整合は、赤外線からＳＸＲ放射への変換効率を最適化するために重要である。変換効率は重要であるが、より関連性があるのは、生成される全ＳＸＲ測定放射ではなく、実際にどのくらいのＳＸＲ測定放射が正しいスポットに集束されるかということであることを理解されたい。

複雑な波面との位相整合を改善するために、ＨＨＧガスセル内のガス密度分布を調整することが提案されている。例えば、ガス流またはガス速度を修正することができる。また、複雑な波面に対する位相整合条件を満たすためにガス密度分布を調整するようにガス供給を設計することができる。適切な較正が実行されれば、フィードフォワードシステムを使用できる。このようなフィードフォワードシステムは、図８に概念的に示されており、それは、集束光学系６８２によって補償光学デバイス６５０（例えばＳＬＭ）を介してＨＨＧガスセル６３２内のガスプルーム（plume）上に集束されるレーザ源６３１からのポンプ放射ビーム６４０を示す。ガス供給源６８０の特性、例えばガス速度および／またはガス流は、ガス供給源６８０へのフィードフォワード信号６８４を使用して、ガスプルーム６８５内のガス密度分布を制御することによって変更することができる。フィードフォワード信号６８４は、位相整合を実行するために、補償光学デバイス６５０によって課される波面に基づいて（すなわち補償光学デバイス６５０のプログラミングに基づいて）計算される。

さらなる実施形態は、以下の番号を付けた節で定義される。
１．基板上のターゲット構造を測定するための検査装置であって、
測定放射を発生するための照明源と、
前記測定放射を前記ターゲット構造上に集束させるための光学構成であって、斜入射で前記測定放射を受光するように配置された少なくとも１つの光学素子を含む光学構成と、
前記光学構成における不均一な製造欠陥を補償するように前記測定放射の波面を空間的に変調するように動作可能な補償光学デバイスと、
を備える検査装置。
２．前記光学構成における前記不均一な製造欠陥は、前記光学構成の１つまたは複数の光学素子のうちの少なくとも１つのスロープエラーを含む、節１に記載の検査装置。
３．前記補償光学デバイスは空間光変調デバイスを備える、節１または２に記載の検査装置。
４．前記空間光変調デバイスは、可変形状ミラー、デジタルマイクロミラーデバイス、または微小電気機械システムのうちの１つを備える、節３に記載の検査装置。
５．測定放射の集束から生じる測定スポットのサイズを測定するように動作可能な測定装置を基板位置に備える、節１から４のいずれかに記載の検査装置。
６．測定スポットのサイズを最小にするように前記補償光学デバイスを構成するために初期較正ステップを実行するように動作可能である、節５に記載の検査装置。
７．前記測定放射が軟Ｘ線または極端紫外線（ＥＵＶ）放射を含む、節１から６のいずれかに記載の検査装置。
８．前記補償光学デバイスは、前記測定放射のビームの波面を直接に空間変調するように前記測定放射のビーム内に配置されている、節１から７のいずれかに記載の検査装置。
９．前記補償光学デバイスが、前記測定放射ビームの平行な伝播部分内で前記照明源と前記基板との間に配置されている、節８に記載の検査装置。
１０．前記補償光学デバイスが前記検査装置の瞳面に配置されている、節９に記載の検査装置。
１１．前記補償光学デバイスが、軟Ｘ線および／または極端紫外線（ＥＵＶ）放射を反射するように最適化されたコーティングを備える、節８から１０のいずれかに記載の検査装置。
１２．前記照明源は、高調波発生媒体と、前記高調波発生媒体を励起するためのポンプ放射を放出するポンプ放射源とを備える高調波発生源であり、
前記補償光学デバイスは、前記高調波発生媒体を励起する前に前記ポンプ放射の波面を空間的に変調するように動作可能であり、それにより前記ポンプ放射の波面の空間変調は前記測定放射の波面の空間変調を引き起こす、節１から７のいずれかに記載の検査装置。
１３．前記補償光学デバイスは、前記ポンプ放射源と前記高調波発生媒体との間の光路に配置されている、節１２に記載の検査装置。
１４．前記ポンプ放射が赤外線放射を含む、節１２または１３に記載の検査装置。
１５．高調波放射を発生するための照明源であって、
高調波発生媒体と、
前記高調波発生媒体を励起して前記高調波放射を発生させるためのポンプ放射のビームを放出するポンプ放射源と、
前記高調波発生媒体を励起する前に前記ポンプ放射のビームの波面を空間的に変調するように動作可能な補償光学デバイスと、
を備える、照明源。
１６．前記補償光学デバイスは、前記ポンプ放射源と延期高調波発生媒体との間の光路に配置されている、節１５に記載の照明源。
１７．前記補償光学デバイスが空間光変調デバイスを含む、節１５または１６に記載の照明源。
１８．前記空間光変調デバイスが、可変形状ミラー、デジタルマイクロミラーデバイス、または微小電気機械システムのうちの１つを含む、節１５から１７のいずれかに記載の照明源。
１９．前記ポンプ放射は、赤外線放射を含む、節１５から１８のいずれかに記載の照明源。
２０．前記補償光学デバイスは、前記高調波放射のビームの位置誤差を補正するように前記ポンプ放射のビームの波面を空間的に変調するように動作可能である、節１５から１９のいずれかに記載の照明源。
２１．ビームの集束点の位置を表す位置信号を受信し、ここで前記ビームは前記ポンプ放射のビームまたは前記高調波放射のビームであり、
前記位置信号に基づいて、前記ポンプ放射のビームの波面変調に関して、所望の位置に対するビームの集束点の位置の補正を決定し、
前記補償光学デバイスを介して前記補正を実施するように動作可能である、節２０に記載の照明源。
２２．前記位置信号を生成するためにビームの集束点を測定するように動作可能である位置検出器を備える、節２１に記載の照明源。
２３．前記位置検出器は、前記ポンプ放射のビームの集束点の位置を測定するように動作可能である、節２２に記載の照明源。
２４．前記位置検出器は、前記高調波放射ビームの集束点の位置を測定するように動作可能である、節２２に記載の照明源。
２５．前記位置検出器はさらに、前記高調波放射のビームの集束点のスポットサイズを測定するように動作可能であり、前記照射源はさらに、前記スポットサイズをさらに最小化するように前記補正を決定するように動作可能である、節２４に記載の照明源。
２６．前記補償光学デバイスは、前記ポンプ放射のビームに所望のプロファイルを与えるように前記ポンプ放射のビームの波面を空間的に変調し、それによって前記高調波放射のビームに対応するプロファイルを与える、節１５から２５のいずれかに記載の照明源。
２７．前記所望のプロファイルは、前記ポンプ放射のビームの非円形断面プロファイルを含む、節２６に記載の照明源。
２８．前記非円形断面プロファイルは、楕円形断面プロファイルを含み、前記照明源によって生成された前記高調波放射のビームは、表面上への斜入射で集束されたときに、前記表面上に円形スポットを形成する、節２７に記載の照明源。
２９．前記所望のプロファイルは、前記ポンプ放射のビームのフラットトッププロファイルを含む、節２６、２７または２８に記載の照明源。
３０．前記補償光学デバイスは、前記ポンプ放射のビームに変化する照明パターンを与えるように前記ポンプ放射のビームの波面を空間的に変調するように動作可能である、節１５から２９のいずれかに記載の照明源。
３１．前記高調波発生媒体は、ガス源によって放出されるガスを含み、当該照明源は、前記補償光学デバイスによって課される前記ポンプ放射のビームの波面の空間変調に基づいて、前記ポンプ放射のビームと生成された前記高調波放射との間の位相整合を最適化するために、前記ガス源を制御するためのフィードフォワード制御信号を決定するように動作可能である、節１５から３０のいずれかに記載の照明源。
３２．基板上のターゲット構造を測定するための検査装置であって、
前記ターゲット構造を測定するための高調波放射を生成するための節１５から３１のいずれかに記載の照明源を備える、検査装置。
３３．基板上のターゲット構造を測定する方法であって、
測定放射の波面を空間的に変調して、１つまたは複数の光学素子を含む光学構成内の不均一な製造欠陥を補償することと、
少なくとも１つの前記光学素子が斜入射で前記測定放射を受光するように、前記光学構成を使用して前記測定放射を前記ターゲット構造上に集束させ、それによって前記測定放射で前記ターゲット構造を照明することと、
前記測定放射によるターゲットの照明から生じる散乱放射を検出することと、
検出された散乱放射を処理して前記ターゲット構造に関する測定値を決定することと、 を備える方法。
３４．前記光学構成における前記不均一な製造欠陥が、前記光学構成の前記１つまたは複数の光学素子のうちの少なくとも１つのスロープエラーを含む、節３３に記載の方法。
３５．前記測定放射の集束から生じる測定スポットのサイズを測定することと、
前記測定スポットのサイズを最小にするように空間変調を構成することと、
を含む初期較正ステップを実行することをさらに備える、節３３または３４に記載の方法。
３６．前記測定放射が軟Ｘ線または極紫外線（ＥＵＶ）放射線を含む、節３３から３５のいずれかに記載の方法。
３７．前記測定放射の波面を空間的に変調する前記ステップが、前記測定放射のビームの波面を直接に空間的に変調することを備える、節３３から３６のいずれかに記載の方法。
３８．前記測定放射のビームの波面を直接に空間的に変調することは、前記測定放射のビームの平行伝播部分の波面を空間的に変調することを含む、節３７に記載の方法。
３９．ポンプ放射で高調波発生媒体を励起することによって前記測定放射を発生させることをさらに備え、
前記測定放射の波面を空間的に変調する前記ステップは、前記高調波発生媒体を励起する前に、前記ポンプ放射の波面を空間的に変調することを備える、節１９から３６のいずれかに記載の方法。
４０．前記ポンプ放射が赤外線放射を含む、節３９に記載の方法。

本書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、本書に記載するリソグラフィ装置は、例えば集積光学システム、磁気ドメインメモリ用案内パターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドの製造といった他の用途も有しうることが理解されよう。当業者であれば、このような代替的な用途において、本書における「ウェハ」または「ダイ」の用語の任意の使用がより一般的な用語である「基板」または「ターゲット部分」のそれぞれと同義とみなされうることが理解されよう。本書で参照される基板は、露光前または露光後において、例えばトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、および／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用されうる。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本書における基板という用語は既に処理されている多数の処理層を含む基板をも意味しうる。

上記では、光学リソグラフィとの関連で本発明の実施形態の使用に特に言及しているが、本発明は、インプリントリソグラフィなどの他の用途においても使用可能であり、文脈上許されれば、光学リソグラフィに限定されないことが理解されよう。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微細構成によって、基板Ｗ上に生成されるパターンが画定される。パターニングデバイスの微細構成を基板Ｗに設けられたレジストの層に押しつけ、その後、電磁放射、熱、圧力またはその組合せにより、レジストを硬化する。レジストを硬化した後、パターニングデバイスＭＡがレジストから除去され、パターンが残される。

リソグラフィ装置に関連して用いられる「放射」および「ビーム」の用語は、いかなる種類の電磁的な放射を包含し、紫外（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍもしくは１２６ｎｍ、または、その近傍の波長を有する）および極端紫外（ＥＵＶ）放射（例えば、５−２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むとともに、イオンビームや電子ビームといった粒子ビームをも含む。

「レンズ」の用語は、文脈が許される場合において、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型および静電型の光学素子を含む任意の種類の光学素子の任意の一つまたは組み合わせと称されてもよい。

特定の実施形態の前述の説明は、当業者の範囲内の知識を適用することによって、他の人が、過度の実験をすることなく、本発明の一般的な考え方から逸脱することなく、そのような特定の実施形態を様々な用途に容易に変更および／または適合させることができる本発明の一般的性質を十分に明らかにするであろう。したがって、そのような適合および変更は、本書に提示された教示および示唆に基づいて、開示された実施形態の意義および均等物の範囲内にあることが意図される。本明細書の表現または用語は、本明細書の用語または表現が教示および指針に照らして当業者によって解釈されるように、限定ではなく例示による説明のためのものであることが理解されよう。

本発明の範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれにも限定されるのではなく、以下の請求項およびその等価物にしたがってのみ規定されるべきである。

Claims (15)

1. 基板上のターゲット構造を測定するための検査装置であって、
   測定放射を発生するための照明源と、
   前記測定放射を前記ターゲット構造上に集束させるための光学構成であって、斜入射で前記測定放射を受光するように配置された少なくとも１つの光学素子を含む光学構成と、
   前記光学構成における不均一な製造欠陥を補償するように前記測定放射の波面を空間的に変調するように動作可能な補償光学デバイスと、
   を備える検査装置。
2. 前記光学構成における前記不均一な製造欠陥は、前記光学構成の１つまたは複数の光学素子のうちの少なくとも１つのスロープエラーを含む、請求項１に記載の検査装置。
3. 前記補償光学デバイスは空間光変調デバイスを備える、請求項１または２に記載の検査装置。
4. 前記空間光変調デバイスは、可変形状ミラー、デジタルマイクロミラーデバイス、または微小電気機械システムのうちの１つを備える、請求項３に記載の検査装置。
5. 測定放射の集束から生じる測定スポットのサイズを測定するように動作可能な測定装置を基板位置に備える、請求項１から４のいずれかに記載の検査装置。
6. 測定スポットのサイズを最小にするように前記補償光学デバイスを構成するために初期較正ステップを実行するように動作可能である、請求項５に記載の検査装置。
7. 前記測定放射が軟Ｘ線または極端紫外線（ＥＵＶ）放射を含む、請求項１から６のいずれかに記載の検査装置。
8. 前記補償光学デバイスは、前記測定放射のビームの波面を直接に空間変調するように前記測定放射のビーム内に配置されている、請求項１から７のいずれかに記載の検査装置。
9. 前記補償光学デバイスが、前記測定放射のビームの平行な伝播部分内で前記照明源と前記基板との間に配置されている、請求項８に記載の検査装置。
10. 前記補償光学デバイスが前記検査装置の瞳面に配置されている、請求項９に記載の検査装置。
11. 前記照明源は、高調波発生媒体と、前記高調波発生媒体を励起するためのポンプ放射を放出するポンプ放射源とを備える高調波発生源であり、
    前記補償光学デバイスは、前記高調波発生媒体を励起する前に前記ポンプ放射の波面を空間的に変調するように動作可能であり、それにより前記ポンプ放射の波面の空間変調は前記測定放射の波面の空間変調を引き起こす、請求項１から７のいずれかに記載の検査装置。
12. 高調波放射を発生するための照明源であって、
    高調波発生媒体と、
    前記高調波発生媒体を励起して前記高調波放射を発生させるためのポンプ放射のビームを放出するポンプ放射源と、
    前記高調波発生媒体を励起する前に前記ポンプ放射のビームの波面を空間的に変調するように動作可能な補償光学デバイスと、
    を備える、照明源。
13. 前記補償光学デバイスは、前記高調波放射のビームの位置誤差を補正するように前記ポンプ放射のビームの波面を空間的に変調するように動作可能である、請求項１２に記載の照明源。
14. ビームの集束点の位置を表す位置信号を受信し、ここで前記ビームは前記ポンプ放射のビームまたは前記高調波放射のビームであり、
    前記位置信号に基づいて、前記ポンプ放射のビームの波面変調に関して、所望の位置に対するビームの集束点の位置の補正を決定し、
    前記補償光学デバイスを介して前記補正を実施するように動作可能である、請求項１３に記載の照明源。
15. 基板上のターゲット構造を測定する方法であって、
    測定放射の波面を空間的に変調して、１つまたは複数の光学素子を含む光学構成内の不均一な製造欠陥を補償することと、
    少なくとも１つの前記光学素子が斜入射で前記測定放射を受光するように、前記光学構成を使用して前記測定放射を前記ターゲット構造上に集束させ、それによって前記測定放射で前記ターゲット構造を照明することと、
    前記測定放射によるターゲットの照明から生じる散乱放射を検出することと、
    検出された散乱放射を処理して前記ターゲット構造に関する測定値を決定することと、 を備える方法。

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