JP6619883B2 - メトロロジ装置における照明方法およびメトロロジ装置 - Google Patents

Description

［関連出願へのクロスリファレンス］
本出願は、２０１５年１２月９日に出願された米国仮特許出願第６２／２６５，２９４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。

［技術分野］
本明細書は、例えばリソグラフィ技術によるデバイス製造に利用可能なメトロロジのための方法および装置に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板の目標部分に与える機械である。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。その場合、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の個々の層に対応する回路パターンを生成するために使用されうる。このパターンは、基板（例えばシリコンウエハ）上の（例えばダイの一部、一つのダイ又はいくつかのダイを備える）目標部分に転写できる。パターンの転写は、基板上に設けられる放射感受性材料（レジスト）の層への結像を典型的に介する。一般に、単一の基板は、連続的にパターン化される隣接する目標部分のネットワークを含むであろう。

リソグラフィ工程（つまり、リソグラフィ露光を含むデバイスまたは他の構造の現像工程であり、レジストの現像やエッチングといった一以上の関連する処理ステップを典型的に含みうる）において、生成した構造の測定を例えば工程制御や検証に役立てることがしばしば求められる。このような測定を実行するための様々なツールが知られており、これには、限界寸法（ＣＤ）の測定にしばしば用いられる走査型電子顕微鏡や、基板の二つの層のアライメント精度であるオーバレイの測定に特化したツールが含まれる。最近、リソグラフィ分野に用いるための様々な形態の散乱計が開発されている。この装置は、放射のビームをターゲットに向け、散乱された放射の一以上の特性（例えば、単一角度での波長の関数としての反射強度、一以上の波長での反射角度の関数としての強度、反射角度の関数としての偏光）を測定して「スペクトル」を取得する。「スペクトル」から注目するターゲットの特性を決定できる。注目する特性の決定は、様々な技術を用いて実行されてよく、例えば、厳密結合波解析や有限要素法といった反復手法によるターゲット構造の再構成、ライブラリ検索、主成分分析などである。

望ましい強度分布（すなわち照明形状）と望ましい偏光（任意に所望の空間偏光分布）を有する放射ビームを提供することができる、メトロロジ装置のための簡単な構成を有するフレキシブルイルミネータを提供することが望ましい。

一実施形態では、第１の偏光を有する第１ビーム部分と、第２の異なる偏光を有する第２ビーム部分とを提供するステップと、第２ビーム部分が遮断されていないときに第１ビーム部分を遮断するステップ、または第１ビーム部分から第２の偏光を有する第１ビームを形成するステップであって、第１ビームが第１ビーム部分を変調することにより得られる第１の強度分布を有するステップと、第１ビーム部分が遮断されていないときに第２ビーム部分を遮断するステップ、または第２ビーム部分から第１の偏光を有する第２ビームを形成するステップであって、第２ビームが第２ビーム部分を変調することにより得られる第２の強度分布を有するステップと、第１ビームおよび／または第２ビームを含む出力ビームを提供するステップであって、出力ビームが、第１の強度分布および／または第２の強度分布を備え、第１の偏光および／または第２の偏光を備えるステップと、を備える方法が提供される。

一実施形態では、第１の偏光を有する第１ビーム部分を、第２の異なる偏光を有する第２ビーム部分が遮断されていないときに遮断するように構成された、または第１ビーム部分から第２の偏光を有する第１ビームを形成するように構成された第１変調器であって、第１ビームが第１ビーム部分を変調することにより与えられる第１の強度分布を有する第１変調器と、第２ビーム部分を、第１ビーム部分が遮断されていないときに遮断するように構成された、または第２ビーム部分から第１の偏光を有する第２ビームを形成するように構成された第２変調器であって、第２ビームが第２ビーム部分を変調することにより与えられる第２の強度分布を有する第２変調器と、第１ビームおよび／または第２ビームを含む出力ビームを提供するよう構成された偏光ビーム分割面であって、出力ビームが、第１の強度分布および／または第２の強度分布を備え、第１の偏光および／または第２の偏光を備える偏光ビーム分割面と、を備えるイルミネータが提供される。

本発明の実施形態の特徴および／または利点は、本発明の様々な実施形態の構造および動作とともに、添付の図面を参照しながら本書に詳述される。本発明は、本書に記載される特定の実施形態に限定されないことに留意される。このような実施形態は、例示を目的としてのみ本書に示される。追加の実施形態は、当業者であれば、本書に含まれる教示に基づいて明らかとなるであろう。

実施形態は、以下の添付図面を参照しながら、例示を目的としてのみ説明されるであろう。

一実施形態に係るリソグラフィ装置を概略的に示す図である。

一実施形態に係るリソグラフィセルまたはクラスタを概略的に示す図である。

ある照明モードを提供する第１ペアの照明アパーチャを用いた一実施形態に係るターゲットの測定に用いられる暗視野測定装置を概略的に示す図である。

所定方向の照明に対するターゲットの回折スペクトルを概略的に示す図である。

回折に基づくオーバレイ測定用の測定装置を用いて別の照明モードを提供する第２ペアの照明アパーチャを概略的に示す図である。

回折に基づくオーバレイ測定用の測定装置を用いてさらに別の照明モードを提供する第１ペアおよび第２ペアのアパーチャを組み合わせた第３ペアの照明アパーチャを概略的に示す図である。

基板上の多重周期構造（例えば多重グレーティング）ターゲットの形状および測定スポットの外郭を概略的に示す図である。

図３の装置で得られる図４のターゲットの画像を概略的に示す図である。

イルミネータの概略図である。

図７Ａ−７Ｄは、異なる照明形状の例を概略的に示す図である。

一実施形態に係るイルミネータを概略的に示す図である。

実施形態を詳細に記述する前に、実施形態が実装されうる環境の例を示すことが有益である。

図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射またはＤＵＶ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に接続される基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴと；パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば一以上のダイを含む）目標部分Ｃ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、を含む。

照明システムは、放射を方向付け、放射を成形し、または放射を制御するための屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電型あるいは他の形式の光学素子といった各種光学素子またはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。

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方法でパターニングデバイスを保持する。パターニングデバイスサポートは、機械式、真空式、静電式または他の固定技術を用いてパターニングデバイスを保持できる。パターニングデバイスサポートは、フレームまたはテーブルであってよく、例えば必要に応じて固定式または可動式であってよい。パターニングデバイスサポートは、例えば投影システムに対して、パターニングデバイスが所望の位置にあることを確実にしてよい。本書での「レチクル」または「マスク」の用語の使用は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義であるとみなされてよい。

本書での「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して例えば基板の目標部分にパターンを生成するために使用可能な任意のデバイスを参照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、例えばパターン位相シフトフィーチャまたはいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板の目標部分における所望のパターンに完全に対応しなくてもよいことに留意されるべきである。たいていの場合、放射ビームに付されるパターンは、目標部分に生成される集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応するであろう。

パターニングデバイスは、透過型であっても反射型であってもよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、バイナリマスクやレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、さらに各種のハイブリッド型マスクが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例は、マトリックス状に配列される小型のミラーを採用し、各ミラーは入射する放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾斜できる。傾斜されるミラーは、ミラーマトリックスにより反射される放射ビームにパターンを付与する。

図示されるように、装置は透過型である（例えば透過型マスクを用いる）。代わりに、装置が反射型であってもよい（例えば上述のような形式の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）。

リソグラフィ装置は、投影システムと基板の間の隙間を埋めるように、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）により覆われる形式の装置であってもよい。液浸液は、リソグラフィ装置の他の隙間、例えばパターニングデバイス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やすための技術として周知である。本書で用いられる「液浸」の用語は、基板などの構造が流体中に水没しなければならないこと意味するのではなく、むしろ露光中に投影システムＰＳと基板Ｗの間に流体が配置されることを意味するのみである。

図１を参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯからの放射ビームを受ける。ソースおよびリソグラフィ装置は、ソースがエキシマレーザの場合、別体であってもよい。この場合、ソースがリソグラフィ装置の一部を形成するとみなされず、放射ビームがソース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、例えばソースが水銀ランプの場合、ソースがリソグラフィ装置の一体的部分であってもよい。ソース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、放射ビームの角度および／または空間強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを含んでもよい。一般に、イルミネータの瞳面における強度分布の少なくとも外側半径範囲および／または内側半径範囲（通常それぞれσアウタ、σインナと呼ばれる）を調整できる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮやコンデンサＣＯなどの様々な他の要素を含んでもよい。イルミネータは、ビーム断面における所望の均一性及び強度分布を有するように放射ビームを調整するため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（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスによりパターン化される。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡの通過後、放射ビームＢはビームを基板Ｗの目標部分Ｃに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（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２Ｄエンコーダまたは静電容量センサ）の助けを借りて、放射ビームＢの経路上に異なる目標部分Ｃが位置するように基板テーブルＷＴが正確に移動されることができる。同様に、第１位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示されていない）は、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を正確に位置決めするために用いることができる。

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Ｍ_１，Ｍ_２および基板アライメントマークＰ_１，Ｐ_２を用いて位置決めされうる。基板アライメントマークは図示されるように専用の目標部分を占めているが、目標部分の間のスペースに位置してもよい（これらはスクライブラインアライメントマークとして知られる）。同様に、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡ上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位置してもよい。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内に含まれていてもよく、この場合には、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結像または処理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できるある実施形態のアライメントシステムは、別途後述する。

図示される装置は以下のモードのうち少なくとも一つで使用することができる。

１．ステップモードでは、パターニングデバイスサポート（例えばマスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴａが実質的に静止状態とされる間、放射ビームに付与されたパターンの全体が目標部分Ｃに一度で投影される（つまり、単一静的露光）。その後、基板テーブルＷＴａがＸ方向および／またはＹ方向にシフトされ、その結果、異なる目標部分Ｃを露光できる。ステップモードにおいて、露光フィールドの最大サイズは、単一静的露光にて結像される目標部分Ｃのサイズを制限する。

２．スキャンモードでは、パターニングデバイスサポート（例えばマスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴａ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目標部分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ＷＴａ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目標部分の（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、目標部分の（スキャン方向の）高さを決定する。

３．別のモードでは、パターニングデバイスサポート（例えばマスクテーブル）ＭＴがプログラマブルパターニングデバイスを保持して実質的に静止状態を維持し、基板テーブルＷＴａが移動またはスキャンされる間、放射ビームに付与されるパターンが目標部分Ｃに投影される。このモードにおいて、一般にパルス放射源が用いられ、基板テーブルＷＴａの移動後またはスキャン中の一連の放射パルスの間に必要に応じてプログラマブルパターニングデバイスが更新される。この動作モードは、上述のタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に適用可能である。

上記の使用モードを組み合わせて動作させてもよいし、使用モードに変更を加えて動作させてもよく、さらに全く別の使用モードを用いてもよい。

リソグラフィ装置ＬＡは、いわゆるデュアルステージ式であり、二つのテーブルＷＴａ，ＷＴｂ（例えば二つの基板テーブル）および二つのステーション（露光ステーションおよび測定ステーション）を有し、ステーション間でテーブルを交換できる。例えば、一方のテーブル上の基板が露光ステーションで露光されている間、別の基板が他の基板テーブル上に測定ステーションにて搭載され、様々な準備ステップを実行できる。この準備ステップは、レベルセンサＬＳを用いて基板の表面制御をマッピングすること、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もよく、双方のセンサは基準フレームＲＦにより支持される。仮に位置センサＩＦが測定ステーションまたは露光ステーションにあるテーブルの位置を測定できない場合、双方のステーションにてテーブルの位置が追跡可能となるよう第２位置センサが設けられてもよい。別の例として、一方のテーブル上の基板が露光ステーションにて露光されている間、基板のない別のテーブルが測定ステーションにて待機する（選択的に測定ステーションにて測定動作が実行されてもよい）。この他のテーブルは、一以上の測定デバイスを有し、選択的に他のツール（例えばクリーニング装置）を有してもよい。基板の露光が完了すると、基板のないテーブルが露光ステーションに移動して測定等を実行し、基板のあるテーブルが基板の取出および別の基板の搭載が可能な場所（例えば測定ステーション）に移動する。このマルチテーブル構成は、装置のスループットの実質的な増大を可能にする。

図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソグラフィセルＬＣ（たまにリソセルまたはリソクラスタとも称され、基板上での一以上の露光前および露光後プロセスを実行するための装置も含む）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一以上のスピンコート装置ＳＣ、露光されたレジストを現像する一以上の現像装置ＤＥ、一以上の冷却プレートＣＨ、および、一以上のベークプレート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に基板を運ぶ。これら装置（しばしば集合的にトラックと称される）は、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、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しうる。

リソグラフィ装置により露光される基板を正確かつ一貫して露光するため、露光された基板を検査して、後続層との間のオーバレイ誤差、ライン幅、限界寸法（ＣＤ）などの一以上の特性を測定することが望ましい。もしエラーが検出されれば、特に同一バッチの別基板がまだ露光されている程度に迅速かつ高速に検査が実行できれば、一以上の後続基板の露光に対して調整がなされてもよい。また、すでに露光された基板も（歩留まり向上のために）剥離および再加工されてよいし、または、廃棄されてもよく、これにより不良であることが分かっている基板上で露光が実行されるのを回避できる。基板上のいくつかの目標部分のみが不良である場合には、良好である目標部分のみにさらなる露光が実行されてもよい。別の可能性は、エラーを補償するために後続の処理ステップの設定を変化させることであり、例えば、リソグラフィ処理ステップから生じる基板対基板のＣＤ変動を補償するためにトリムエッチステップの時間を調整できる。

検査装置は、基板の一以上の特性を決定するため、具体的には、異なる基板または同じ基板の異なる層の一以上の特性が層ごとおよび／または基板にわたってどのように異なるのかを決定するために用いられる。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡまたはリソセルＬＣ内に一体化されてもよいし、または、独立式の装置であってもよい。最速の測定を可能にするため、検査装置は、露光されたレジスト層における一以上の特性を露光直後に測定することが望ましい。しかしながら、レジスト内の潜像は非常に低いコントラストを有し（放射で露光されたレジスト部分とそうでないレジスト部分の間には非常に小さい屈折率差しかない）、全ての検査装置が潜像の有効な測定の実行に十分な感度を有しているわけではない。したがって、測定は露光後のベークステップ（ＰＥＢ）の後に実行されうる。ＰＥＢは通常、露光された基板上で実行される第１ステップであり、レジストの露光された部分と露光されていない部分の間のコントラストを増大させる。この段階において、レジスト内の像は、半潜像（semi-latent）と称されうる。現像されたレジスト像の測定を実行することも可能であり（この時点でレジストの露光された部分または露光されていない部分のいずれかが除去されている）、または、エッチングなどのパターン転写ステップの後に実行することも可能である。後者の可能性は、基板の不良を再加工する可能性を制限するが、例えばプロセス制御を目的として有益な情報をさらに提供するかもしれない。

従来の散乱計に用いられるターゲットは、相対的に大きい周期構造レイアウトを備え（例えば一以上のグレーティングを備える）、例えば４０μｍ×４０μｍである。この場合、測定ビームは、たいてい周期構造レイアウトより小さいスポットサイズを有する（つまり、一以上の周期構造がスポットに完全に覆われないようにレイアウトが不足する）。これは、ターゲットを無限とみなすことができるために、ターゲットの数学的再構成を単純化する。しかしながら、例えば、ターゲットがスクライブライン内ではなく製品フィーチャの間に位置することができれば、ターゲットのサイズが減少し、例えば２０μｍ×２０μｍ以下または１０μｍ×１０μｍ以下になる。この場合、周期構造レイアウトが測定スポットより小さく作成されるかもしれない（つまり、周期構造レイアウトがはみ出る）。典型的にこのようなターゲットは暗視野散乱計を用いて測定され、ゼロ次の回折（鏡面反射に相当）が遮られ、高次のみが処理される。暗視野計測の例は、ＰＣＴ特許出願公開番号ＷＯ２００９／０７８７０８およびＷＯ２００９／１０６２７９に見出すことができ、これらは参照によりその全体が本書に援用される。本技術のさらなる発展は、米国特許出願公開ＵＳ２０１１−００２７７０４，ＵＳ２０１１−００４３７９１およびＵＳ２０１２−０２４２９７０に記載されており、これらは参照によりその全体が本書に援用される。回折次数の暗視野検出を用いた回折に基づくオーバレイは、より小さなテーゲット上でのオーバレイ測定を可能にする。これらのターゲットは、照明スポットより小さくすることができ、基板上の製品構造により囲まれていてもよい。ある実施形態において、複数のターゲットを一つの画像内で測定できる。

ある実施形態において、基板上のターゲットは、一以上の１Ｄの周期的グレーティングを備えてもよく、現像後に固いレジストラインで棒状体（バー）が形成されるように印刷される。ある実施形態において、ターゲットが２Ｄの周期的グレーティングを備えてもよく、固いレジスト柱状体（ピラー）またはレジスト内のビアから一以上のグレーティングが現像後に形成されるよう印刷される。バー、ピラーまたはビアは、代替的に基板内に刻まれ（エッチングされ）てもよい。グレーティングパターンは、リソグラフィ投影装置（具体的には投影システムＰＬ）内の色収差に対する感度を有してもよく、照明の対称性およびこのような収差の存在は、印刷されたグレーティングの変化に現れるであろう。したがって、印刷されたグレーティングの測定データは、グレーティングの再構成に用いることができる。ライン幅や形状といった１Ｄグレーティングのパラメータまたはピラーやビアの幅や長さもしくは形状といった２Ｄグレーティングのパラメータは、印刷工程および／または他の測定プロセスの知見から、処理ユニットＰＵにより実行される再構成プロセスに入力されてもよい。

実施形態への使用に適した暗視野計測装置は、図３Ａに示される。（グレーティングなどの周期構造を備える）ターゲットＴおよび回折された光線は、図３Ｂにより詳細に示される。暗視野計測装置は、独立式の装置であってもよいし、リソグラフィ装置ＬＡ（例えば、測定ステーションにて）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。装置を通じて複数の分岐を有する光軸は、破線Ｏで示される。この装置において、出力１１（例えば、レーザまたはキセノンランプなどのソースまたはソースに接続された開口）により出力される放射は、レンズ１２，１４および対物レンズ１６を備える光学システムにより、プリズム１５を介して基板Ｗ上に向けられる。これらレンズは、４Ｆ配置の二重シーケンスで構成される。検出器上に基板の像を与えるのであれば、異なるレンズ配置を用いることもできる。

ある実施形態において、このレンズ配置は、空間周波数フィルタリング用の中間瞳面の利用を可能にする。したがって、放射が基板に入射する位置での角度範囲は、基板面での空間スペクトルを示し、本書で（共役）瞳面と称される面内の空間強度分布を定義することにより選択できる。具体的には、例えば、レンズ１２と１４の間であって対物レンズ瞳面の逆投影像である面内に適切な形状のアパーチャプレート１３を挿入することによりこれを実現できる。図示される例では、符号１３Ｎ，１３Ｓのアパーチャプレート１３が異なる形状を有し、異なる照明モードの選択を可能にする。第１照明モードにおいて、アパーチャプレート１３Ｎは、説明のみを目的として「北」と指定された方向からの軸外照明を提供する。第２照明モードにおいて、アパーチャプレート１３Ｓは、同様であるが「南」と名付けられた反対方向からの照明を提供するために用いられる。所望の照明モード外のいずれの不要な放射も所望の測定信号に干渉しうることから、瞳面の残りは暗闇であることが望ましい。

図３Ｂに示されるように、ターゲットＴは、対物レンズ１６の光軸Ｏに実質的に直交するよう基板Ｗに配置される。軸Ｏからずれた角度からターゲットＴに入射する照明Ｉの光線は、ゼロ次の光線（実線０）および二つの１次光線（一点破線＋１および二点破線−１）を生じさせる。はみ出る小さなターゲットＴの場合、これらの光線は、計測ターゲット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数の平行光線の一つにすぎない。プレート１３のアパーチャは（有効な放射量を認めるのに必要な）有限の幅を有するため、実際には入射光線Ｉがある角度範囲を占め、回折光線０および＋１／−１は多少拡がるであろう。小さいターゲットの点像分布関数によれば、＋１および−１の各次数は、ある角度範囲にわたってさらに拡がり、図示されるような単一の理想的な光線とならないであろう。なお、周期構造のピッチおよび照明角度は、１次光線が中心光軸の近くにアライメントされて対物レンズに入射するように設計または調整されることができる。図３Ａおよび３Ｂに示される光線は、図面において純粋にこれらが容易に識別可能となるように、多少軸外しとなるよう示されている。

基板Ｗ上のターゲットにより回折される少なくとも０および＋１の次数は、対物レンズ１６により収集され、プリズム１５を通って戻るように方向付けられる。図３Ａに戻ると、北（Ｎ）および南（Ｓ）の符号が付された径方向に反対のアパーチャを指定することにより、第１および第２照明モードの双方が示される。入射光線Ｉが光軸の北側からである場合、つまり、アパーチャプレート１３Ｎを用いて第１照明モードが適用される場合、＋１（Ｎ）の符号が付された＋１の回折光線が対物レンズ１６に入射する。反対に、アパーチャプレート１３Ｓを用いて第２照明モードが適用される場合、（−１（Ｓ）の符号が付された）−１の回折光線が対物レンズ１６に入射するものとなる。したがって、ある実施形態において、測定結果は、例えば、ターゲットの回転後、照明モードの変更後、または、−１次および＋１次の回折次数強度を個別に得るための結像モードの変更後において、特定条件下でターゲットを二回測定することにより得られる。特定のターゲットに対するこれら強度を比較することによりターゲット内の非対称性の測定が与えられ、リソグラフィ工程のパラメータの指標（例えばオーバレイ誤差）としてターゲット内の非対称性を用いることができる。上述の状況では、照明モードが変更される。

ビームスプリッタ１７は、回折ビームを二つの測定路に分割する。第１測定路において、光学システム１８は、ゼロ次および１次の回折ビームを用いて第１センサ１９（例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）上でターゲットの回折スペクトル（瞳面像）を形成する。各回折次数がセンサ上の異なる点でぶつかるため、画像処理は、次数を比較および対比できる。センサ１９に撮像される瞳面像は、計測装置のピント調整および／または１次回折ビームの強度測定の規格化に用いることができる。瞳面像は、本書に詳述されない再構成などの多くの測定の目的のために用いることもできる。

第２測定路において、光学システム２０，２２は、センサ２３（例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）上に基板上のターゲットの像を形成する。第２測定路において、瞳面に共役となる面内に開口絞り２１が設けられる。開口絞り２１は、ゼロ次の回折ビームを遮るように機能し、センサ２３上に形成されるターゲットの画像ＤＦが−１または＋１次のビームから形成されるようにする。センサ１９および２３の撮像画像は、画像処理制御部ＰＵに出力される。ＰＵの機能は、実行すべき測定の具体的な形式に依存するであろう。なお、本書に用いられる「画像」の用語は広義である。仮に−１次および＋１次の一方しか存在しなければ、周期構造のフィーチャ（例えばグレーティング線）の画像自体は形成されないであろう。

図３に示されるアパーチャプレート１３および絞り２１の具体的形状は、純粋に例にすぎない。別の実施形態において、ターゲットの軸上照明が用いられ、実質的に一方の１次回折放射のみをセンサに向けて通過させるために軸外アパーチャを持つ開口絞りが用いられる。さらに別の実施形態において、１次ビームの代わりに又は１次ビームに加えて、２次、３次、さらに高次のビーム（図３に不図示）を測定に用いることができる。

これら異なる形式の測定に適用可能な照明を作るため、アパーチャプレート１３は、所望のパターンを所定の位置にもたらすように回転するディスクの周りに形成される多数のアパーチャパターンを備えてもよい。なお、アパーチャプレート１３Ｎまたは１３Ｓは、一方向（設定に応じてＸまたはＹ）に方向付けられた周期構造の測定に用いられる。直交する周期構造の測定のため、９０°または２７０°のターゲットの回転が実行されてもよい。異なるアパーチャプレートが図３ＣおよびＤに示される。図３Ｃは、二つの別の形式の軸外照明モードを示す。図３Ｃの第１照明モードにおいて、アパーチャプレート１３Ｅは、説明のみを目的として、既述の「北」に対して「東」と指定された方向からの軸外照明を提供する。図３Ｃの第２照明モードにおいて、アパーチャプレート１３Ｗは、同様であるが「西」と名付けられた反対方向からの照明を提供するために用いられる。図３Ｄは、二つの別の形式の軸外照明モードを示す。図３Ｄの第１照明モードにおいて、アパーチャプレート１３ＮＷは、既述の「北」および「西」と指定された方向からの軸外照明を提供する。第２照明モードにおいて、アパーチャプレート１３ＳＥは、同様であるが既述の「南」および「東」と名付けられた反対方向からの照明を提供するために用いられる。これら装置の使用、および、装置の多くの他の変形および応用は、例えば、上記の従前に発行された特許出願公開に記載されている。

図４は、基板上に形成される複合計測ターゲットの例を示す。複合ターゲットは、互いに近くに位置する四つの周期構造（この場合、グレーティング）３２，３３，３４，３５を備える。ある実施形態において、周期構造の全てが計測装置の照明ビームにより形成される測定スポット３１の内側となる程度に十分に互いに近接して配置される。その場合、四つの周期構造の全てが結果として同時に照明され、センサ１９および２３上に同時に結像される。オーバレイ測定に特化した例において、周期構造３２，３３，３４，３５はそれ自体が上位層（overlying）の周期構造により形成される複合周期構造（例えば複合グレーティング）であり、つまり、一の層内の少なくとも一つの周期構造が他の層内の少なくとも一つの周期構造の上に覆うように、基板Ｗ上に形成されるデバイスの異なる層内に周期構造がパターン化される。このようなターゲットは、２０μｍ×２０μｍの範囲内または１６μｍ×１６μｍの範囲内の外形寸法を有しうる。さらに、全ての周期構造が特定の層ペアの間のオーバレイの測定に用いられる。単一の層ペアより多くを測定可能なターゲットし、複合周期構造の異なる部分が形成される異なる層間のオーバレイの測定を容易にするため、周期構造３２，３３，３４，３５はバイアスの異なるオーバレイオフセットを有してもよい。したがって、基板上のターゲット用の周期構造の全ては、ある層ペアの測定に用いられるであろうし、基板上の別の同じターゲット用の周期構造の全ては、別の層ペアの測定に用いられるであろう。ここで、異なるバイアスは、層ペアの間の区別を助けるであろう。

図４に戻ると、図示されるように、周期構造３２，３３，３４、３５は、入射する放射をＸおよびＹ方向に回折させるようにそれらの向きが異なりうる。一例において、周期構造３２および３４は、それぞれ＋ｄおよび−ｄのバイアスを持つＸ方向の周期構造である。周期構造３３および３５は、それぞれ＋ｄおよび−ｄのオフセットを持つＹ方向の周期構造であってよい。４個の周期構造が図示されているが、別の実施形態は、所望の精度を得るためにより大きなマトリックスを含んでもよい。例えば、３×３のアレイの９個の複合周期構造が−４ｄ，−３ｄ，−２ｄ，−ｄ，０，＋ｄ，＋２ｄ，＋３ｄ，＋４ｄのバイアスを有してもよい。これら周期構造の個別の画像は、センサ２３の撮像画像にて識別可能である。

図５は、図３の装置内の図４のターゲットを使用し、図３Ｄのアパーチャプレート１３ＮＷまたは１３ＳＥを用いるときに、センサ２３上に形成され、センサ２３により検出されうる画像例を示す。センサ１９は異なる個別の周期構造３２−３５を分解できないが、センサ２３であればできる。黒い四角は、センサ上の画像の視野を示し、この範囲内の円形領域４１に対応する箇所に基板上の照明されたスポット３１が結像する。この範囲内の矩形領域４２−４５が周期構造３２−３５の像を表す。仮に周期構造が製品領域に位置していれば、この画像の視野の周辺に製品フィーチャも視認しうる。画像処理制御部ＰＵは、周期構造３２−３５の個別画像４２−４５を識別するためのパターン認識を用いてこれらの画像を処理する。このようにして、センサフレーム内の特定の場所に極めて正確に画像がアライメントされる必要がなくなり、測定装置全体としてのスループットが大きく改善される。

いったん周期構造の個別画像が識別されると、例えば、識別された領域内で選択されたピクセルの強度値を平均化または合計することにより、それら個別画像の強度を測定できる。画像の強度および／または他の特性は互いに比較できる。これらの結果は、リソグラフィ工程の異なるパラメータ測定のために組み合わせることができる。オーバレイ性能はこのようなパラメータの一例である。

ターゲットの測定精度および／または感度は、ターゲット上に提供される放射ビームの１つまたは複数の特性、例えば放射ビームの波長、放射ビームの偏光、および／または放射ビームの強度分布（すなわち、角度または空間強度分布）、に関して変化する。一実施形態では、放射ビームの波長範囲は、ある範囲（例えば、約４００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲から選択される）から選択される１つ以上の波長に限定される。さらに、放射ビームの異なる偏光を選択できるようにしてもよく、例えば複数の異なるアパーチャを使用して様々な照明形状を提供することができる。

例えば、改善された測定精度および／または感度を可能にするために、メトロロジ装置のための比較的簡単な構成のフレキシブルイルミネータを提供することが望ましい。フレキシブルイルミネータは、望ましい強度分布（すなわち、照明形状）および偏光を有する放射ビームを提供することができる。

図６は、例示的なイルミネータ６００の概略図を示す。イルミネータ６００は、例えば、検査装置または他のメトロロジ装置において、放射ビームに制御された偏光および選択的な強度分布（すなわち、照明形状）を提供する。そのようなイルミネータは、例えば、図５のメトロロジ装置の構成要素１１，１２，１３を置き換えることができる。

図６に示すように、イルミネータ６００は、少なくとも２つの放射ビームを提供するために、少なくとも２つの放射ビーム入力６１０および６２０（例えば、レーザ源６１０および６２０）を備える。放射ビームは偏光されていてもよい。一実施形態では、放射ビームの波長は、約４００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲から選択される１つ以上の波長である。一実施形態では、放射ビームは公称波長と比較的狭い帯域幅とを有する。

入力６１０および６２０には、各ビーム６５７，６６３を入力６１０および６２０から各ファイバマウント６４０および６４５に伝送するための光ファイバ６３０および６３５が接続されている。ファイバ６３０および６３５のファイバ先端は、各レンズ６５０および６５５の焦点面またはその近くに配置される。レンズ６５０，６５５は、それぞれ、放射のスポットビームを平行な（またはコリメートされた）放射ビームに変換する。ファイバマウント６４０およびレンズ６５０は、まとめて第１コリメータと称される。同様に、ファイバマウント６４５およびレンズ６５５は、まとめて第２コリメータと称される。

イルミネータ６００は、それぞれ、ビーム６５７および６６３を受け取るように配置された少なくとも２つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６６０および６６５をさらに備える。各ビームスプリッタは、異なる偏光に対して選択的である。例示的な実施形態において、ビームスプリッタ６６０，６６５は、Ｓ偏光放射を反射し、Ｐ偏光放射を透過させることができる。知られているように、Ｓ偏光とは、放射の伝播方向と反射平面に垂直なベクトルとによって作られる平面に垂直な放射線の電界成分を指す。Ｓ偏光は、平行偏波（ＴＥ）とも呼ばれる。Ｐ偏光とは、放射の伝播方向と反射平面に垂直なベクトルとによって作られる平面に平行な電界の成分を指す。Ｐ偏光は、垂直偏波（ＴＭ）とも呼ばれる。

このように、ビームスプリッタ６６０，６６５は、共同して第１の偏光（例えばＰ偏光）を有するビーム６５７の一部と、第２の異なる偏光（例えば、Ｓ偏光）を有するビーム６６３の一部とを組み合わせるように構成され、結合された放射をビーム６６７として照明モードセレクタ（ＩＭＳ）６７０に送信する。ビーム６５７または６６３がオンかオフかを調節することにより、出力ビーム６６７の偏光を第１および第２の偏光間で切り替えることができる。ビーム６５７とビーム６６３の両方がオンであるとき、出力ビーム６６７の偏光は、第１偏光と第２偏光の組合せであり、その量は、それぞれの入力の制御（例えば、入力放射パワーの変更）により調整できる。したがって、出力ビーム６７５の偏光（例えば、Ｓ偏光、Ｐ偏光、またはそれらの組み合わせ）は、入力６１０、入力６２０、またはその両方の出力を変化させることによって制御することができる。

ビームスプリッタ６６０，６６５がＳ偏光を反射してＰ偏光を透過させる例として、入力６１０からのビーム６５７および入力６２０からのビーム６６３はそれぞれ、ＰＢＳ６６０および６６５の表面に当たる。Ｓ偏光を有するビーム６６３の少なくとも一部は、ＰＢＳ６６５の表面で反射し、その後ＰＢＳ６６０の表面で反射してビーム６６７となる。一方、Ｐ偏光を有するビーム６６３の他の部分（図示せず）は、もしあれば、ＰＢＳ６６５の表面を透過して失われる。さらに、Ｓ偏光を有するビーム６５７の一部（図示せず）は、もしあれば、ＰＢＳ６６０の表面で反射して失われ、一方、Ｐ偏光を有するビーム６５７の少なくとも一部は、ＰＢＳ６６０を透過して、Ｓ偏光を有するビーム６６３の一部と結合して結合ビーム６６７を形成する。

イルミネータ６００は、異なる照明マスク（例えば、異なるアパーチャ構成をビーム経路に挿入するタレット（turret）構成）を有する照明モードセレクタ（ＩＭＳ）６７０をさらに備える。したがって、ＩＭＳ６７０から適切な照明マスクを使用することによって、対応する強度分布（すなわち、照明形状）が結合ビーム６６７に与えられ、出力放射ビーム６７５が形成される。図７Ａ−７Ｄに照明形状の様々な実施形態が図示されている。これらは、図７Ａに示すような単極、図７Ｂに示すような環状リング、図７Ｃに示すような双極、および図７Ｄに示すような四極の照明形状を含む。図７Ａ−７Ｄには４つの照明形状のみが示されているが、ＩＭＳ６７０は、望ましい照明マスクを使用することにより他の適切な照明形状を提供することができる。

イルミネータ６００は、偏光の選択および照明ビーム６７５の強度分布の変動にある程度の柔軟性を提供することができるが、イルミネータ６００は複雑な構成を有する。例えば、それは、２つのレーザ源６１０，６２０、２つのファイバ６３０および６３５、２つのファイバマウント６４０および６４５、２つのＰＢＳ６６０および６６５などを含む。さらに、照明ビーム６７５の強度分布（すなわち、照明形状）の選択は、ＩＭＳ６７０の照明マスクによって制限されている。したがって、ＩＭＳ６７０を用いて照明ビーム６７５に対して任意の照明形状を生成することは、不可能ではないにしても、困難である。イルミネータ６００はまた、特別にエネルギー効率が良いわけではない。上述のように、ＰＢＳ６６０および６６５で光パワーが失われる。例えば、Ｓ偏光を有するビーム６５７の一部およびＰ偏光を有するビーム６６５の一部が失われる可能性がある。さらに、所望の偏光の空間分布（例えば、別の極とは異なる偏光を有する１つの極を有する多極照明）を生成することは、特に実現可能ではない。したがって、例えば、簡単な構成を有し、且つ所望の強度分布および所望の偏光（任意に空間偏光分布を含む）を有する照明ビームを提供する柔軟性のある能力を有するイルミネータを提供することが望ましい。

図８は、一実施形態に係るイルミネータ８００の概略図を示す。図８に示すように、イルミネータ８００は、プリズム８０３に入射する放射ビーム８０７を提供する入力８０５（例えば、レーザ源）を備える。一実施形態では、入力８０５は、約４００〜９００ｎｍの範囲から選択される１つ以上の波長を有する放射ビームを放出するレーザ源８０５である。一実施形態では、入力８０５は、適切な光学システムまたは放射ビームを放出する照明システムである。

一実施形態では、放射ビーム８０７は偏光される。一実施形態では、ビーム８０７は、少なくとも２つの異なる偏光を含む。一実施形態では、ビーム８０７は、Ｐ偏光およびＳ偏光を含む。これより前と後の考察では、異なる偏光の例として、Ｐ偏光およびＳ偏光に焦点を当てている。しかしながら、別の偏光と組み合わせて、Ｓ偏光またはＰ偏光のみを使用する組み合わせを含む異なる偏光の組み合わせを使用することができる。

一実施形態では、プリズム８０３は、図８に示すように、その構成要素が互いに対して取り付けられ、そしてもしあれば他の要素（例えば、偏光ビーム分割面８１０の材料）に取り付けられた一つのユニットとして構成されるという点において、モノリシックである。一実施形態では、プリズム８０３は、別々の構成要素を備える。例えば、図８の偏光ビーム分割面８１０より上側のプリズム８０３の部分は、図８の偏光ビーム分割面８１０より下側のプリズム８０３の部分とは別の光学素子であってよく、それらはギャップにより互いに分けられてよい。一実施形態では、プリズム８０３は溶融石英からなる。

上述したように、イルミネータ８００は、第１の偏光（例えば、Ｐ偏光）を有するビームの部分と、第２の異なる偏光（例えば、Ｓ偏光）を有するビームの部分とを分離するように構成された、ＰＢＳ６６０および６６５と同様の機能を有する偏光ビーム分割面８１０をさらに備える。偏光ビーム分割面８１０の構成および面８１０に使用される任意の材料は、使用される偏光に対して適切に選択される。

Ｓ偏光およびＰ偏光の例を用いて、入力８０５によって放出されたビーム８０７は、プリズム８０３に入り、この例では面８１０に垂直な方向に対してブルースター角θで面８１０に入射する。例えばＰまたはＳ偏光を有する第１ビーム部分８１２は、面８１０によって反射され、第１の１／４波長板８２０および第１空間光変調器８３０に向かって進み、例えばＰまたはＳ偏光の他方を有する第２ビーム部分８１４は、面８１０を透過し、第２の１／４波長板８２５および第２空間光変調器８３５に向かって進む。ブルースター角θは、プリズム８０３および面８１０のコーティング材料の屈折率によって決定される。一実施形態では、プリズム８０３が溶融石英から成る場合、ブルースター角θは５５．７４°である。一実施形態では、放射は、高いコントラストおよび／または高い消光比を可能にするために、ブルースター角で面８１０に入射する。

一実施形態では、面８１０は、プリズム８０３の材料（例えば、溶融石英）上のコーティングを備える。コーティングは、入射角、コーティング設計（例えば、層厚、層数など）および材料（例えば、１つまたは２つ以上の材料）、およびコーティングが適用される基材の材料（例えば、プリズム８０３の材料）を含むパラメータの最適化である。ブルースター角は、分散曲線によって与えられる各波長における屈折率に依存し、したがってブルースター角は異なる波長に対して異なる。したがって、イルミネータが４００〜９００ｎｍの範囲（またはそのサブレンジ、例えば４００〜６５０ｎｍまたは６５０〜９００ｎｍまたは４００〜９００ｎｍの範囲内の１００，１２５または１５０ｎｍのサブレンジ）にわたって動作可能とするために、面８１０がコーティングされる。そうしないと、面８１０が単一波長または小さな波長範囲で使用するものとなるからである。コーティング無しの場合、偏光が望まれていない経路に漏れる可能性がある。コーティング無しでは各波長で消光比が高くないからである。面８１０上のコーティングは、使用可能な波長範囲の拡大を可能にする。入射角を基材のブルースター角にまたはその近くにすることは、コーティング設計および材料の選択を単純化し、より良い消光比を達成するのに役立つ。一実施形態では、コーティング設計および材料は、偏光の消光比またはコントラスト比が、イルミネータの波長範囲（例えば、４００〜９００ｎｍ、またはそのサブレンジ、例えば４００〜６５０ｎｍ、６５０〜９００ｎｍまたは４００〜９００ｎｍの範囲内の１００，１２５または１５０ｎｍのサブレンジ）にわたって約１０００以上であるように、選択される。さらに、コーティング設計および材料は、コーティングが設けられる基材のブルースター角に近いか、またはブルースター角に等しいコーディングへの入射角に対して選択される。近いとは、ブルースター角の約１度以内である。加えてまたは代えて、コーディング設計または材料は、基本的に非吸収性（例えば約９５％以上の透過率または５％以下の吸光度）となるよう選択される。

一例として、以下のコーティング設計を溶融石英プリズムに用いることができる：基材(L H)*8 (1.2L 1.2H)*4 (1.4L 1.4H)*4 (1.6L 1.6H)*4 (1.8L 1.8H)*6 L基材。ここで、Ｌ＝６５０ｎｍにおける二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の四分の一波長光学厚さ、およびＨ＝６５０ｎｍにおける五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）の四分の一波長光学厚さである（従来と同じように、注記は多層スタックを表す、例えば、積み重ねられた層ＬとＨの８つの組み合わせがあり、続いて積み重ねられた１．２Ｌと１．２Ｈ（１．２Ｌは、層厚Ｌの１．２倍である）の４つの組み合わせがある、など）。５５．７４度または約５５．７４度の入射角でのこのコーティングは、出力におけるＰ偏光とＳ偏光との間で１０００を超えるコントラスト比を生成することができる。

第１の１／４波長板８２０および第２の１／４波長板８２５は、第１ビーム部分８１２および第２ビーム部分８１４の偏光角をそれぞれ＋４５度回転させるように構成される。第１空間光変調器８３０および第２空間光変調器８３５は、ビーム部分８１２および８１４の偏光が特定の角度または角度範囲に方向づけられているときだけ、またはそのときに良好に動作するので、これが行われる。したがって、一実施形態では、第１の１／４波長板８２０および第２の１／４波長板８２５は不要であり、省略することができる。

第１空間光変調器８３０が第１ビーム部分８１２を変調して第１変調ビーム８１３を形成した後、第１変調ビーム８１３は、第１の１／４波長板８２０を介して面８１０に戻る。第１の１／４波長板８２０は、第１変調ビーム８１３の偏光角を−４５度回転させる。同様に、第２空間光変調器８３５が第２ビーム部分８１４を変調して第２変調ビーム８１５を形成した後、第２変調ビーム８１５は、第２の１／４波長板８２５を介して面８１０に戻る。第２の１／４波長板８２５は、第２変調ビーム８１５の偏光角を−４５度回転させる。後述するように、第１変調ビーム８１３と第２の変調ビーム８１５は、面８１０で結合され、出力８４０を形成する。

一実施形態では、第１ビーム部分８１３は、第１変調ビーム８１２と異なる偏光を有する。同様に、一実施形態では、第２ビーム部分８１５は、第２変調ビーム８１４とは異なる偏光を有する。一実施形態では、第１変調ビーム８１２は、第２ビーム部分８１５と同じ偏光を有し、第２変調ビーム８１４は、第１ビーム部分８１３と同じ偏光を有する。一実施形態では、第１ビーム部分８１３と第１変調ビーム８１２の間および第２ビーム部分８１５と第２変調ビーム８１４の間の偏光の相違は、それぞれ第１空間光変調器８３０および第２空間光変調器８３５、または空間光変調器と面８１０の間の光路の光学部品によって提供される。偏光を変化させる第１空間光変調器８３０と第２空間光変調器８３５の一実施形態を以下に説明する。

一実施形態では、第１空間光変調器８３０および第２空間光変調器８３５は、それぞれ第１ビーム８１３および第２ビーム８１５に対して所望の強度分布（すなわち、照明形状）を提供する。限定された数の所定の照明形状のみを照明ビーム６６７に提供するＩＭＳ６７０とは異なり、空間光変調器（例えば、第１空間光変調器８３０および第２空間光変調器８３５）は、照明ビームに対してユーザの仕様に応じた任意の照明形状を提供できる。例えば、第１空間光変調器８３０および第２空間光変調器８３５は、第１空間光変調器８３０および第２空間光変調器８３５のそれぞれの適切なピクセルを、所望の照明形状に従って「オン」または「オフ」することにより、図７Ａ−７Ｄに示すような任意の照明形状を提供できる。一実施形態では、第１空間光変調器８３０および第２空間光変調器８３５は、第１ビーム８１３および第２ビーム８１５に対して同じ照明形状を提供する。一実施形態では、第１空間光変調器８３０は、第２空間光変調器８３５が第２ビーム８１５に提供するのとは異なる照明形状を第１ビーム８１３に提供する。例えば、第１空間光変調器８３０は、多極照明構成の１つ以上の極を提供することができ、第２空間光変調器８３５は、多極照明構成の１つ以上の他の極を提供することができる。後述するように、第１ビーム８１３は、第２ビーム８１５とは異なる偏光を有することができ、したがって、例えば、多極照明構成の異なる極は、異なる偏光を有することができる。

一実施形態では、第１空間光変調器８３０および第２空間光変調器８３５は、それぞれ液晶オンシリコンシステム（liquid crystal on silicon system：ＬＣｏＳ）であり、それぞれシリコンバックプレーンの上にある液晶層で作られる。ＬＣｏＳは、所望の強度分布を提供することに加えて、入射放射の偏光も変化させることができる。したがって、ＬＣｏＳの形態の第１空間光変調器８３０および第２空間光変調器８３５は、それぞれ、第１ビーム部分８１３と第１変調ビーム８１２との間、および第２ビーム部分８１５と第２変調ビーム８１４との間に偏光の相違を提供することができる。

したがって、一実施形態では、第１空間光変調器８３０および第２空間光変調器８３５（または空間光変調器と面８１０との間の光路内の光学部品）は、第１および第２変調ビーム８１３および８１５の偏光および強度分布の性質の制御を介して、出力ビーム８４０に望ましい偏光を提供することができる。一実施形態では、空間光変調器８３０，８３５のそれぞれは、出力ビームに特定の異なる偏光を効果的に提供するために設けられる。したがって、空間光変調器８３０，８３５によって、第１および第２変調ビーム８１３，８１５に戻さずに、出力ビーム８４０から特定の偏光を除外することができる。さらに、空間光変調器８３０,８３５のそれぞれは、空間光変調器８３０，８３５のそれぞれにより出力される第１および第２変調ビーム８１３，８１５のそれぞれの強度を制御することにより、異なる偏光の割合を同じように制御することができる。そして、上述したように、空間光変調器８３０，８３５のそれぞれによる強度分布（角度または空間）の適切な設定により、偏光の空間分布を制御することができる。

したがって、一例として、面８１０がＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する場合、第１空間光変調器８３０は、出力ビーム８４０がいくらか有するかどうかに関して、出力ビーム８４０中のＰ偏光の割合に関して、および／または出力ビーム８４０中のＰ偏光の空間分布に関して、出力ビーム８４０中のＰ偏光を制御するために設けることができる。同様に、第２空間光変調器８３５は、出力ビーム８４０がいくらか有するかどうかに関して、出力ビーム８４０中のＳ偏光の割合に関して、および／または出力ビーム８４０中のＳ偏光の空間分布に関して、出力ビーム８４０中のＳ偏光を制御するために設けることができる。

この例を続けると、第１空間光変調器８３０は、第１変調ビーム８１３の１００％が、面８１０を通過して出力ビーム８４０の一部を形成するＰ偏光を有するように第１ビーム部分８１２の偏光を変換することができる。別の例として、第１空間光変調器８３０は、第１変調ビーム８１３のある割合（例えば、５０％）がＰ偏光を有し、別の割合（例えば、５０％）がＳ偏光のままであるように偏光を処理することができる。 その結果、Ｐ偏光を有する第１変調ビーム８１３の割合（例えば、５０％）は、面８１０を通過して出力ビーム８４０の一部を形成し、Ｓ偏光を有する割合（例えば、５０％）は、面８１０で効果的にビームダンプに反射する。同様に、例えば、第２空間光変調器８３５は、第２変調ビーム８１５の１００％が、面８１０で反射して出力ビーム８４０の一部を形成するＳ偏光を有するように第２ビーム部分８１４の偏光を変換することができる。別の例として、第２空間光変調器８３５は、第２変調ビーム８１５のある割合（例えば、３０％）がＰ偏光を有し、別の割合（例えば、７０％）がＳ偏光のままであるように偏光を処理することができる。その結果、Ｐ偏光を有する第１変調ビーム８１３の割合（例えば、３０％）が面８１０を通過して効果的にビームダンプに向かい、一方でＳ偏光を有する割合（例えば、７０％）が面８１０で反射して出力ビーム８４０の一部となる。

したがって、上述したように、第１変調ビーム８１３および第２変調ビーム８１５は、例えば面８１０に垂直な方向に対してブルースター角θで、面８１０にそれぞれ達することができる。その結果、もしあれば例えばＰ偏光を有する第１変調ビーム８１３の一部は、面８１０を通過して出力ビーム８４０の一部を形成し、例えばＳ偏光を有する第１変調ビーム８１３の一部は反射され、それによって出力ビーム８４０の一部にはならない。同様に、もしあれば例えばＰ偏光を有する第２変調ビーム８１５の一部は、面８１０を通過し、それによって出力ビーム８４０の一部にはならず、Ｓ偏光を有する第２変調ビーム８１５の一部は、面８１０で反射され、例えばＰ偏光を有する第１変調ビーム８１３の一部と組み合わされて、所望の偏光（および任意に空間偏光分布）および所望の強度分布でプリズム８０３から出射する出力照明ビーム８４０を形成する。

一実施形態では、出力ビーム８４０における偏光は、第１変調ビーム８１３および／または第２変調ビーム８１５に加えてまたは代えて、ビーム８０７の偏光によって制御することができる。したがって、出力照明ビーム８４０の偏光は、例えばビーム８０７の異なる偏光の割合を調整するなど、放射ビーム８０７の偏光を調整することにより変化させることができる。一実施形態では、ビーム８０７における異なる偏光（例えばＰ偏光およびＳ偏光）間の偏光の割合は、１つ以上の偏光子を使用することによって変更することができる。例えば、１つ以上の偏光子を回転させることによって、１つ以上の偏光子を通過するビーム８０７のＰ偏光部分および／またはＳ偏光部分の特定の部分が遮断される。それにより、ビーム８０７における偏光の割合が変化する。

したがって、イルミネータ８００の動作において、放射ビーム８０７は、例えば入射面に対して直角にプリズム８０３に入射する。放射ビーム８０７は、望ましくはブルースター角θで面８１０に向かって進み、ビーム８０７は異なる偏光に対応する少なくとも２つの部分に分割される。例えばＳ偏光を有する第１ビーム部分８１２は、面８１０で反射され、任意の第１の１／４波長板８２０（第１ビーム部分８１２の偏光角を＋４５度回転させる）を通って第１空間光変調器８３０に向かって進む。第１空間光変調器８３０は、第１ビーム部分８１２を変調して、所望の強度分布と所望の偏光を有する第１変調ビーム８１３を形成する。一実施形態では、第１空間光変調器８３０は、出力ビーム８４０が例えばＰ偏光を有さないように、第１変調ビーム８１３を放出しない。一実施形態では、第１空間光変調器８３０は、後述するように、出力ビーム８４０の一部を形成する少なくともいくらかの例えばＰ偏光を有する第１変調ビーム８１３を提供する。第１変調ビーム８１３は、もしあれば、第１の１／４波長板８２０（第１変調ビーム８１３の偏光角を−４５度回転させる）を通って、望ましくは面８１０に垂直な方向に対してブルースター角で、面８１０に向かって進む。例えばＳ偏光を有する第１変調ビーム８１３の一部は、もしあれば、面８１０で反射し、したがって出力ビーム８４０の一部を形成せず、Ｐ偏光を有する第１変調ビーム８１３の一部は、面８１０を通過して、出力ビーム８４０の一部を形成する。

さらに、例えばＰ偏光を有する第２ビーム部分８１４は、面８１０を通過し、任意の第２の１／４波長板８２５（第２ビーム部分８１４の偏光角を＋４５度回転させる）を通って、第２空間光変調器８３５に向かって進む。第２空間光変調器８３５は、第２ビーム部分８１４を変調して、所望の強度分布と所望の偏光を有する第２変調ビーム８１５を形成する。一実施形態では、第２空間光変調器８３５は、出力ビーム８４０が例えばＳ偏光を有さないように、第２変調ビーム８１５を放出しない。一実施形態では、第２空間光変調器８３５は、後述するように、出力ビーム８４０の一部を形成する少なくともいくらかの例えばＳ偏光を有する第２変調ビーム８１５を提供する。第２変調ビーム８１５は、もしあれば、（第２変調ビーム８１５の偏光角を−４５度回転させる）第２の１／４波長板８２５を通って、望ましくは面８１０に垂直な方向に対してブルースター角で、面８１０に向かって進む。例えばＰ偏光を有する第２変調ビーム８１５の一部は、もしあれば、面８１０を通過し、したがって出力ビーム８４０の一部を形成せず、Ｓ偏光を有する第２変調ビーム８１５の一部は、面８１０で反射して、出力ビーム８４０の一部を形成する。

したがって、もしあれば面８１０を通過する第１変調ビーム８１３の全部または一部、すなわちＰ偏光放射は、もしあれば面８１０から反射する第２変調ビーム８１５の全部または一部、すなわちＳ偏光放射と結合され、出力照明ビーム８０４を形成し、プリズム８０３から出射する。

一実施形態では、図８に示すように、単一のビーム８０７がプリズム８０３に入力されている。一実施形態では、複数のビーム８０７がプリズム８０３に入力され、それらの全部または一部が図８に示すように入力されてよい。一実施形態では、複数のビーム８０７がプリズム８０３に入力され、それらのうち少なくとも２つがプリズム８０３の異なる部分に入力される。例えば、第１ビーム８０７が図８に示される一般的な位置に入力され、面８１０に向けてではなく、第１空間変調器８３０に向けて方向付けられてよい。この場合、第１ビーム８０７は、特定の第１の偏光、例えばＳ偏光を有してもよい。さらに、第２ビーム８０７は、面８１０より下方のプリズム８０３の対応する下部に入力され、第２空間変調器８３５に向けて方向付けられる。第２ビーム８０７は、特定の第２の異なる偏光、例えばＰ偏光を有してよい。イルミネータ８００は、別の方法で同じ動作をすることができる。したがって、この実施形態では、面８１０はビーム８０７を分割するのではなく、出力ビーム８４０に提供する放射を選択するだけである。

一実施形態では、同じ面８１０が、ビーム８０７を分割することと、放射を選択して出力ビーム８４０に提供することの両方の役割を果たす。一実施形態では、面８１０、または面８１０と異なるビーム８０７を分割する光学素子、または放射を選択して出力ビーム８４０に提供する光学素子を用いることができる。

図８には２つの空間光変調器が示されているが、異なる数の空間光変調器が設けられてもよい。一実施形態では、空間光変調器のそれぞれは、異なる偏光を効果的に制御することができる。

有利には、イルミネータ８００は、少数の構成要素を有する簡単な構成を有する。したがって、アライメントおよび機械的公差の制御が容易であることが期待される。さらに、イルミネータ８００内の空間光変調器（例えば、第１空間光変調器８３０および第２空間光変調器８３５）は、ユーザの仕様に応じて、出力照明ビーム（例えば出力照明ビーム８４０）に対して所望の偏光（任意で空間偏光分布を含む）および強度分布を提供することを可能にする。これは、例えばメトロロジ装置用の非常にフレキシブルなイルミネータを提供する。

一実施形態では、メトロロジ装置における照明方法が提供される。この方法は、放射ビームを第１の偏光を有する第１ビーム部分と第２の異なる偏光を有する第２ビーム部分とに分割するステップと、第１ビーム部分を変調することにより、第１ビーム部分から第２の偏光を有する、および／または第１の強度分布を有する第１ビームを形成するステップと、第２ビーム部分を変調することにより、第２ビーム部分から第１の偏光を有する、および／または第２の強度分布を有する第２ビームを形成するステップと、第１ビーム部分の少なくとも一部と第２ビーム部分の少なくとも一部を結合するステップと、を備える。

一実施形態では、この方法は、偏光ビーム分割面の面に対してある角度でビームを透過させるステップをさらに備える。一実施形態では、この角度はブルースター角に等しい。

一実施形態では、メトロロジ装置のイルミネータが提供される。このイルミネータは、放射ビームを第１の偏光を有する第１ビーム部分と、第２の異なる偏光を有する第２ビーム部分とに分割するように構成された第１偏光ビーム分割面と、第１ビーム部分を変調して、第１ビーム部分から、第１の強度分布を有する第１ビームを提供するように、および／または第２の偏光を有する第１ビームを提供するように構成された第１変調器と、第２ビーム部分を変調して、第２ビーム部分から、第２の強度分布を有する第２ビームを提供するように、および／または第１の偏光を有する第２ビームを提供するように構成された第２変調器と、第１ビームの少なくとも一部と第２ビームの少なくとも一部とを結合するように構成された第２偏光ビーム分割面と、を備える。

一実施形態では、イルミネータは、放射ビームを、面に垂直な方向に対してある角度で第１偏光ビーム分割面に放出するように構成されたレーザ源をさらに備える。一実施形態では、この角度はブルースター角に等しい。

一実施形態では、第１偏光ビーム分割面は、第２偏光ビーム分割面と同じである。

一実施形態では、第１変調器および／または第２変調器はＬＣｏＳである。

一実施形態では、第１の偏光はＳ偏光であり、第２の偏光はＰ偏光である。

一実施形態では、第１の強度分布および／または第２の強度分布は、仕様に従って任意の形状で提供される。

本書では、例えば回折次数に由来する強度から重なり合う周囲構造の相対位置を測定する、回折に基づく計測に関連して実施形態が記載された。しかしながら、本書の実施形態は、必要に応じた適切な変更とともに、例えばターゲットの高品質画像を用いて層１のターゲット１から層２のターゲット２までの相対位置を測定する、画像に基づく計測に適用されてもよい。通常、これらターゲットは、周期構造または「ボックス」（ボックス・イン・ボックス（ＢｉＢ））である。

上記では、メトロロジおよび光学リソグラフィとの関連で実施形態の使用に特に言及しているが、本実施形態は、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。

本書で用いられる「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 (18)

1. 第１の偏光を有する第１ビーム部分と、第２の異なる偏光を有する第２ビーム部分とを提供するステップと、
   前記第２ビーム部分が遮断されていないときに前記第１ビーム部分を遮断するステップ、または前記第１ビーム部分から前記第２の偏光を有する第１ビームを形成するステップであって、前記第１ビームが前記第１ビーム部分を変調することにより得られる第１の強度分布を有するステップと、
   前記第１ビーム部分が遮断されていないときに前記第２ビーム部分を遮断するステップ、または前記第２ビーム部分から前記第１の偏光を有する第２ビームを形成するステップであって、前記第２ビームが前記第２ビーム部分を変調することにより得られる第２の強度分布を有するステップと、
   前記第１ビームおよび／または前記第２ビームを含む出力ビームを提供するステップであって、前記出力ビームが、前記第１の強度分布および／または前記第２の強度分布を備え、前記第１の偏光および／または前記第２の偏光を備えるステップと、
   対物レンズを用いて前記出力ビームを基板上のターゲットに向けるステップと、
   前記基板上の前記ターゲットにより方向を変えられた前記出力ビームを前記対物レンズによって収集するステップと、
   前記対物レンズからの前記出力ビームをセンサによって受けて検出するステップと、
   を備えるメトロロジ装置における照明方法。
2. 前記第１ビーム部分および前記第２ビーム部分を提供するステップは、偏光ビーム分割面を用いて入力ビームを分割するステップを備え、前記偏光ビーム分割面は、前記第１の偏光を反射し前記第２の偏光を透過する、または前記第１の偏光を透過し前記第２の偏光を反射する、請求項１に記載のメトロロジ装置における照明方法。
3. 前記偏光ビーム分割面に対してブルースター角に略等しい角度で前記入力ビームを提供するステップをさらに備える、請求項２に記載のメトロロジ装置における照明方法。
4. 前記出力ビームを提供するステップは、前記偏光ビーム分割面を用いて前記第１ビームおよび／または前記第２ビームを結合するステップを備える、請求項２または請求項３に記載のメトロロジ装置における照明方法。
5. 前記偏光ビーム分割面がコーティングを備える、請求項２から４のいずれかに記載のメトロロジ装置における照明方法。
6. 前記第１ビーム部分の変調はＬＣｏＳにより実行される、および／または前記第２ビーム部分の変調はＬＣｏＳにより実行される、請求項１から５のいずれかに記載のメトロロジ装置における照明方法。
7. 前記第１の偏光がＳ偏光であり、前記第２の偏光がＰ偏光である、請求項１から６のいずれかに記載のメトロロジ装置における照明方法。
8. 前記第１の強度分布および前記第２の強度分布が実質的に同じである、請求項１から７のいずれかに記載のメトロロジ装置における照明方法。
9. 前記第１の強度分布および／または前記第２の強度分布は、仕様にしたがって任意の形状で提供される、請求項１から８のいずれかに記載のメトロロジ装置における照明方法。
10. 第１の偏光を有する第１ビーム部分を、第２の異なる偏光を有する第２ビーム部分が遮断されていないときに遮断するように構成された、または前記第１ビーム部分から前記第２の偏光を有する第１ビームを形成するように構成された第１変調器であって、前記第１ビームが前記第１ビーム部分を変調することにより与えられる第１の強度分布を有する第１変調器と、
    前記第２ビーム部分を、前記第１ビーム部分が遮断されていないときに遮断するように構成された、または前記第２ビーム部分から前記第１の偏光を有する第２ビームを形成するように構成された第２変調器であって、前記第２ビームが前記第２ビーム部分を変調することにより与えられる第２の強度分布を有する第２変調器と、
    前記第１ビームおよび／または前記第２ビームを含む出力ビームを提供するよう構成された偏光ビーム分割面であって、前記出力ビームが、前記第１の強度分布および／または前記第２の強度分布を備え、前記第１の偏光および／または前記第２の偏光を備える偏光ビーム分割面と、
    を備えるイルミネータと、
    前記イルミネータからの前記出力ビームを基板上のターゲットに向けるとともに、前記基板上の前記ターゲットにより方向を変えられた前記出力ビームを収集するように構成された対物レンズと、
    前記対物レンズからの前記出力ビームを受けて検出するセンサと、
    を備えるメトロロジ装置。
11. 放射の入力ビームを前記第１ビーム部分と前記第２ビーム部分に分割するよう構成された偏光ビーム分割面を備え、前記偏光ビーム分割面は、前記第１の偏光を反射し前記第２の偏光を透過する、または前記第１の偏光を透過し前記第２の偏光を反射する、請求項１０に記載のメトロロジ装置。
12. 前記出力ビームを提供するよう構成された偏光ビーム分割面と前記入力ビームを分割するよう構成された偏光ビーム分割面は、同じ面である、請求項１１に記載のイルミネータ。
13. 前記入力ビームは、前記偏光ビーム分割面に対してブルースター角に略等しい角度をなしている、請求項１１または１２に記載のメトロロジ装置。
14. 前記偏光ビーム分割面がコーティングを備える、請求項１１から１３のいずれかに記載のメトロロジ装置。
15. 前記第１変調器および／または前記第２変調器は、ＬＣｏＳである、請求項１０から１４のいずれかに記載のメトロロジ装置。
16. 前記第１の偏光がＳ偏光であり、前記第２の偏光がＰ偏光である、請求項１０から１５のいずれかに記載のメトロロジ装置。
17. 前記第１変調器および前記第２変調器は、前記第２の強度分布と実質的に同じ前記第１の強度分布を提供するように構成される、請求項１０から１６のいずれかに記載のメトロロジ装置。
18. 前記第１変調器および前記第２変調器は、仕様にしたがって任意の形状を有する前記第１の強度分布および／または前記第２の強度分布を提供するように構成される、請求項１０から１７のいずれかに記載のメトロロジ装置。

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