(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にリソグラフィプロセスによって形成される１つ又は複数の周期構造の特性を測定する方法であって、
（ａ）前記リソグラフィプロセスを用いて前記基板上にターゲット構造を形成するステップであって、前記ターゲット構造が前記基板上に１つ又は複数の周期構造を含む、ステップと、
（ｂ）前記ターゲット構造を放射ビームで照明しながら前記ターゲット構造のイメージを少なくとも１つ形成し、かつ検出するステップであって、前記イメージは、ゼロ次回折放射を遮断しながら非ゼロ次回折放射の第１部分を用いて形成される、ステップと、
（ｃ）前記ターゲット構造の前記イメージ内の少なくとも１つの関心領域から抽出した強度値を用いて前記周期構造のうちの対応する１つの構造の前記特性を決定するステップと、を含み、
ステップ（ｃ）を行うため、前記ターゲット構造の前記イメージにおいて複数の境界フィーチャの位置を識別し、前記識別された位置のフィーチャから前記関心領域の位置を計算することで、前記検出されたイメージにおいて前記関心領域を特定し、前記境界フィーチャの数は、少なくとも一方向において、前記ターゲット構造内の周期構造の境界の数の少なくとも２倍である、方法。
【請求項２】
前記周期構造のうちの１つ又は複数は、境界領域の割込みによって形成され、前記境界領域の割込みが、前記ターゲット構造の前記検出されたイメージにおける前記境界フィーチャを生じさせる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記割込みの各々は、前記周期構造のフィーチャと同様の形状であるが、向きが異なるフィーチャを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記割込みの各々は、前記周期構造のフィーチャと同様の形状であるが、前記周期構造のピッチと実質的に異なるピッチを有するように離間したフィーチャを含む、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記境界フィーチャは、前記周期構造のうちの少なくとも１つの周期構造の境界領域に形成された周期的フィーチャにより形成され、前記周期的フィーチャは、前記周期構造自体のピッチの整数倍のピッチを有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記境界フィーチャは、前記ターゲット構造内の前記周期構造のうちの少なくとも２つの周期構造を分割する境界領域に形成されたフィーチャにより形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ターゲット構造は少なくとも２つの周期構造を含み、前記２つの周期構造にそれぞれ対応する関心領域の位置が、境界フィーチャの識別された位置の共通セットを用いて計算される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ａ）で形成される前記ターゲット構造は、直交する方向に周期性を有する少なくとも２つの周期構造を含み、ステップ（ｂ）において、直交する２方向に回折した放射を用いて単一イメージが形成され、前記２つの周期構造に対応する別個の関心領域からの強度を前記単一イメージから抽出するようにステップ（ｃ）が実行される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記周期構造の前記特性が非対称性であり、前記非ゼロ次回折放射の第１部分及び第２部分をそれぞれ用いて第１イメージ及び第２イメージを形成するようにステップ（ｂ）及び（ｃ）が繰り返され、前記方法はさらに、（ｄ）前記第１イメージ及び第２イメージにおける対応する関心領域から抽出した強度を比較して、前記周期構造のうちの１つ又は複数における非対称性の測定を取得することを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記検出されたイメージにおける前記関心領域又は各関心領域の位置は、前記周期構造のピッチに比べて非常に高い精密さで決定される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
基板上の周期構造の特性を測定する検査装置であって、
前記基板に放射ビームを送出して、前記基板上の１つ又は複数の周期構造を含むターゲット構造を照明するように動作可能な照明構成と、
前記基板からの回折放射を用いて前記ターゲット構造のイメージを形成し、かつ検出するように動作可能な検出構成と、
前記ターゲット構造の前記イメージ内の少なくとも１つの関心領域から強度値を抽出し、該抽出された値を用いて前記周期構造の前記特性を決定するように動作可能な計算構成と、を備え、
前記計算構成は、前記ターゲット構造の前記イメージにおいて複数の境界フィーチャの位置を識別し、前記識別された位置のフィーチャから前記関心領域の位置を計算し、前記境界フィーチャの数は、少なくとも一方向において、前記ターゲット構造内の周期構造の境界の数の少なくとも２倍である、検査装置。
【請求項１２】
前記計算構成は、前記周期構造のうちの少なくとも１つの周期構造の境界領域に周期的に配置された境界フィーチャを識別する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記計算構成は、前記関心領域のうちの少なくとも２つを分割する境界領域に配置された境界フィーチャの位置を識別することによって、前記検出されたイメージにおける少なくとも２つの関心領域の位置を、計算する、請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記計算構成は、前記検出されたイメージにおける少なくとも２つの関心領域の位置を、境界フィーチャの識別された位置の共通セットを用いて計算する、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記周期構造の前記特性が非対称性であり、前記照明構成及び検出構成は、同じターゲット構造の第１イメージ及び第２イメージを前記非ゼロ次回折放射の第１部分及び第２部分をそれぞれ使用して形成するように動作可能であり、前記計算構成はさらに、前記第１イメージ及び第２イメージにおける対応する関心領域から抽出された強度を比較して前記周期構造の１つ又は複数における非対称性の測度を取得する、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
リソグラフィ装置を備えるリソグラフィシステムであって、
前記リソグラフィ装置は、
パターンを照明する照明光学システムと、
前記パターンのイメージを基板上に投影する投影光学システムと、
請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の検査装置と、を備え、
前記リソグラフィ装置は、前記パターンを別の基板に適用する際、前記検査装置からの測定結果を使用する、リソグラフィシステム。
【請求項１７】
リソグラフィプロセスを使用してデバイスパターンが一連の基板に適用される、デバイス製造方法であって、
前記基板のうちの少なくとも１つの基板上に前記デバイスパターンの一部として、又は、前記デバイスパターンに加えて形成された少なくとも１つの周期構造を、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の検査方法を用いて検査することと、
前記検査方法の結果にしたがって、以降の基板のために前記リソグラフィプロセスを制御することと、を含むデバイス製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法に使用されるパターニングデバイスであって、該方法のステップ（ａ）で使用されると、ステップ（ｃ）において検出される前記イメージ内に前記境界フィーチャを作成するのに適したフィーチャを前記ターゲット構造に与える、パターニングデバイス。
【請求項１９】
リソグラフィ装置を備えるリソグラフィシステムであって、
前記リソグラフィ装置は、
パターンを照明する照明光学システムと、
前記パターンのイメージを基板上に投影する投影光学システムと、
検査装置と、を備え、
前記検査装置は、
前記基板に放射ビームを送出して、前記基板上の１つ又は複数の周期構造を含むターゲット構造を照明するように動作可能な照明構成と、
前記基板からの回折放射を用いて前記ターゲット構造のイメージを形成し、かつ検出するように動作可能な検出構成と、
前記ターゲット構造の前記イメージ内の少なくとも１つの関心領域から強度値を抽出し、該抽出された値を用いて前記周期構造の前記特性を決定するように動作可能な計算構成と、を備え、
前記計算構成は、前記ターゲット構造の前記イメージにおいて複数の境界フィーチャの位置を識別し、前記識別された位置のフィーチャから前記関心領域の位置を計算し、前記境界フィーチャの数は、少なくとも一方向において、前記ターゲット構造内の周期構造の境界の数の少なくとも２倍であり、
前記リソグラフィ装置は、前記パターンを別の基板に適用する際、前記検査装置からの測定結果を使用する、リソグラフィシステム。
【請求項２０】
リソグラフィプロセスを使用してデバイスパターンが一連の基板に適用されるデバイス製造方法であって、
前記基板のうちの少なくとも１つの基板上に前記デバイスパターンの一部として、又は、前記デバイスパターンに追加して形成された少なくとも１つの周期構造を、検査方法を用いて検査することと、
前記検査方法の結果にしたがい、以降の基板のために前記リソグラフィプロセスを制御することと、を含み、
前記検査方法は、
（ａ）前記リソグラフィプロセスを用いて前記基板上にターゲット構造を形成するステップであって、前記ターゲット構造が前記基板上に１つ又は複数の周期構造を含む、ステップと、
（ｂ）前記ターゲット構造を放射ビームで照明しながら前記ターゲット構造のイメージを少なくとも１つ形成し、かつ検出するステップであって、前記イメージは、ゼロ次回折放射を遮断しながら非ゼロ次回折放射の第１部分を用いて形成される、ステップと、
（ｃ）前記ターゲット構造の前記イメージ内の少なくとも１つの関心領域から抽出した強度値を用いて前記周期構造のうちの対応する１つの構造の前記特性を決定するステップと、を含み、
ステップ（ｃ）を行うため、前記ターゲット構造の前記イメージにおいて複数の境界フィーチャの位置を識別し、前記識別された位置のフィーチャから前記関心領域の位置を計算することで、前記検出されたイメージにおいて前記関心領域を特定し、前記境界フィーチャの数は、少なくとも一方向において、前記ターゲット構造内の周期構造の境界の数の少なくとも２倍である、デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
[0001]  本出願は、２０１１年８月２３日出願の米国仮出願第６１／５２６，６５１号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002]  本発明は、例えば、リソグラフィ技術によるデバイスの製造において使用可能なメトロロジ方法及び装置に関し、また、リソグラフィ技術を使用してデバイスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上、通常、基板のターゲット部分上に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。その場合、ＩＣの個々の層上に形成される回路パターンを生成するために、マスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを用いることができる。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば、ダイの一部、又は１つ以上のダイを含む）に転写することができる。通常、パターンの転写は、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層上への結像によって行われる。一般には、単一の基板が、連続的にパターニングされる隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。公知のリソグラフィ装置としては、ターゲット部分上にパターン全体を一度に露光することにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるステッパ、及び放射ビームによってある特定の方向（「スキャン」方向）にパターンをスキャンすると同時に、この方向に平行又は逆平行に基板をスキャンすることにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるスキャナが含まれる。パターンを基板上にインプリントすることにより、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。
【０００４】
[0004]  リソグラフィプロセスにおいては、例えば、プロセス制御及び検証のため、作り出した構造を測定することがしばしば望まれる。そのような測定のためのさまざまなツールが知られており、クリティカルディメンジョン(ＣＤ)測定のためにしばしば使用される走査電子顕微鏡や、デバイス内の２つの層のアライメント精度であるオーバーレイ測定のための専用ツールが含まれる。近年、リソグラフィ分野での使用のためにさまざまな形態のスキャトロメータが開発されている。これらのデバイスは、放射ビームをターゲット上に誘導し、散乱放射の一以上の特性、例えば、波長の関数としての単一反射角での強度、反射角の関数としての一以上の波長での強度、又は、反射角の関数としての偏光を測定して、ターゲットの対象となっている特性を決定することができる「スペクトル」を取得する。対象となっている特性の決定は、さまざまな技術、例えば、厳密結合波分析又は有限要素法のような反復的アプローチによるターゲット構造の再構築、ライブラリ検索、主成分分析といった技術により行ってよい。
【０００５】
[0005]  従来のスキャトロメータによって使用されるターゲットは比較的大きな、例えば、４０μｍ×４０μｍの格子であり、測定ビームはこの格子より小さいスポットを生成する（すなわち、格子はアンダーフィルされる(underfilled)）。これにより、ターゲットを無限とみなせるためターゲットの数学的再構築が平易になる。しかしながら、ターゲットのサイズを、例えば、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決めできるように、例えば、１０μｍ×１０μｍ以下に縮小するため、格子を測定スポットより小さくした（すなわち、格子はオーバーフィルされる(overfilled)）メトロロジが提案されている。典型的には、そのようなターゲットは、（鏡面反射に相当する）ゼロ次回折を遮断し、これより高次のもののみを処理する暗視野スキャトロメトリを用いて測定される。
【０００６】
[0006]  公知の暗視野メトロロジ技術において、オーバーレイ測定結果は、ターゲットを回転するか、あるいは、照明モード又は結像モードを変更して−１次回折強度及び＋１次回折強度を別個に取得しながら、一定の条件下でターゲットを２回測定することで得られる。装置のイメージフィールド内にターゲットを位置決めするための要件は、より高いスループットのためには、緩和されるべきである。イメージ面での暗視野検出によるパターン認識を用いることで、イメージフィールド内に位置する限り、１つ又は複数のオーバーレイターゲットからの強度と周囲の製品構造からの強度とを効率的に分離することができる。一方、エッジ効果及びプロセス依存を取り除くためには、本発明者らによれば、イメージフィールド内の各関心領域を概算的にだけでなく高い精密性と再現性をもって特定することが求められる。現在のターゲットによるパターン認識の精度には限界がある。
【発明の概要】
【０００７】
[0007]  これまでに公開された技術に比べてスループット及び精度を改善することができる、ターゲット格子を使用したメトロロジ方法及び装置を提供することが望ましい。
【０００８】
[0008]  第１の側面における本発明の一実施形態は、基板上にリソグラフィプロセスによって形成される１つ又は複数の周期構造の特性を測定する方法であって、（ａ）リソグラフィプロセスを用いて基板上にターゲット構造を形成するステップであって、ターゲット構造が基板上に１つ又は複数の周期構造を含む、ステップと、（ｂ）ターゲット構造を放射ビームで照明しながらターゲット構造のイメージを少なくとも１つ形成し、かつ検出するステップであって、該イメージは、ゼロ次回折放射を遮断しながら非ゼロ次回折放射の第１部分を用いて形成される、ステップと、（ｃ）ターゲット構造のイメージ内の少なくとも１つの関心領域から抽出した強度値を用いて周期構造のうちの対応する１つの構造の特性を決定するステップと、を含む方法を提供する。ステップ（ｃ）を行うため、ターゲット構造のイメージにおいて複数の境界フィーチャの位置を識別し、この識別された位置のフィーチャから関心領域の位置を計算することで、検出されたイメージにおいて関心領域が特定され、また、境界フィーチャの数は、少なくとも一方向において、ターゲット構造内の周期構造の境界の数の少なくとも２倍である。
【０００９】
[0009]  ターゲット構造は、周期構造を形成する複数のより小さな格子を備える複合格子であってよい。これらの格子は、例えば、少なくとも２つのリソグラフィプロセスからなるシークエンスにより形成されるオーバーレイ格子であってよい。周期構造の特性は非対称性であってよく、これがオーバーレイエラーを表す。
【００１０】
[0010]  第２の側面における本発明の一実施形態は、基板上の周期構造の特性を測定するように構成された検査装置であって、基板に放射ビームを送出して、基板上の１つ又は複数の周期構造を含むターゲット構造を照明するように動作可能な照明構成と、基板からの回折放射を用いてターゲット構造のイメージを形成し、かつ検出するように動作可能な検出構成と、ターゲット構造のイメージ内の少なくとも１つの関心領域から強度値を抽出し、該抽出された値を用いて周期構造の特性を決定するように動作可能な計算構成と、を備える検査装置を提供する。計算構成は、ターゲット構造のイメージにおいて複数の境界フィーチャの位置を識別し、この識別された位置のフィーチャから関心領域の位置を計算するように構成され、また、境界フィーチャの数は、少なくとも一方向において、ターゲット構造内の周期構造の境界の数の少なくとも２倍である。
【００１１】
[0011]  本発明の一実施形態はさらに、リソグラフィプロセスを使用してデバイスパターンが一連の基板に適用されるデバイス製造方法であって、該基板のうちの少なくとも１つの基板上にデバイスパターンの一部として、又は、デバイスパターンに追加して形成された少なくとも１つの周期構造を、前述の本発明の第１の側面に係る検査方法を用いて検査することと、この検査方法の結果にしたがい、以降の基板のためにリソグラフィプロセスを制御することと、を含む方法を提供する。
【００１２】
[0012]  本発明の一実施形態はさらに、リソグラフィ装置と、前述の本発明の第２の側面に係る検査装置と、を含むリソグラフィシステムを提供する。リソグラフィ装置は、パターンを別の基板に適用する際、検査装置からの測定結果を使用するように構成される。
【００１３】
[0013]  本発明の一実施形態はさらにまた、前述の本発明の第１の側面の方法に使用されるパターニングデバイスを提供し、このパターニングデバイスは、上記方法のステップ（ａ）で使用されると、ステップ（ｃ）において検出されるイメージ内に境界フィーチャを作成するのに適したフィーチャをターゲット構造に与える。
【００１４】
[0014]  上記パターニングデバイスは、第２のパターニングデバイスと組み合わせて提供されてもよく、２つのパターニングデバイスがともに、周期構造としてのオーバーレイ格子でターゲット構造を形成する際の使用に適合される。
【００１５】
[0015]  本発明のさらなる特徴及び利点は、本発明のさまざまな実施形態の構造及び作用とともに、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、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。かかる実施形態は、例示の目的でのみ本明細書に提示されている。本明細書に含まれる教示から、当業者には追加の実施形態が明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
[00017]  本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす添付の図面は、本発明を図解し、さらに、その説明とともに、本発明の原理を説明し、かつ、当業者が本発明を実施及び使用することを可能にするように機能する。
【図１】[00018]  本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を示す。
【図２】[00019]  本発明の一実施形態に係るリソグラフィックセル又はクラスタを示す。
【図３】[00020]  （ａ）は本発明の実施形態に係るターゲットを第１の照明アパーチャ対を用いて測定する際に使用される暗視野スキャトロメータの概略図であり、（ｂ）は任意の方向の照明に対するターゲット格子の回折スペクトルの詳細図であり、（ｃ）は回折に基づくオーバーレイ測定にスキャトロメータを使用する際に別の照明モードを提供する第２の照明アパーチャ対を示し、（ｄ）は第１及び第２のアパーチャ対を組み合わせた第３の照明アパーチャ対を示す。
【図４】[00021]  複数格子ターゲットの公知の形態及び基板上の測定スポットの輪郭を示す。
【図５】[00022]  図３のスキャトロメータで得られる、図４のターゲットのイメージを示す。
【図６】[00023]  図３のスキャトロメータを用いたオーバーレイ測定のステップを表すフローチャートである。
【図７】[00024]  （ａ）は図４のターゲットの拡大図であり、（ｂ）はスキャトロメータで得られるイメージにおいて関心領域を識別する際の問題を示す。
【図８】[00025]  （ａ）は本発明の第１実施形態に係る変更された格子ターゲットを示し、（ｂ）はこの変更された格子の図３のスキャトロメータにおけるイメージを示す。
【図９】[00026]  図８（ａ）の変更された格子を組み入れた複数格子ターゲットを示す。
【図１０】[00027]  本発明の第２実施形態に係る別の複数格子ターゲットを示す。
【図１１】[00028]  本発明の第３実施形態に係るさらに別の複数格子ターゲットを示す。
【００１７】
[0029]  本発明の特徴及び利点は、これらの図面と併せて以下に記載される詳細な説明からより明らかになるであろう。図面において、同じ参照記号は、全体を通じて対応する要素を特定する。図面において、同じ参照番号は、基本的に、同一の、機能的に同様な、及び／又は構造的に同様な要素を示す。ある要素が初めて登場する図面は、対応する参照番号における左端の数字によって示される。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
[0030]  本明細書は、本発明の特徴を組み込んだ１つ以上の実施形態を開示する。開示される実施形態は本発明を例示するに過ぎない。本発明の範囲は開示される実施形態に限定されない。
【００１９】
[0031]  説明される（１つ以上の）実施形態、及び明細書中の「一実施形態」、「ある実施形態」、「例示的な実施形態」等への言及は、説明される実施形態が特定の特徴、構造、又は特性を含み得ることを示すが、必ずしもすべての実施形態がその特定の特徴、構造、又は特性を含んでいなくてもよい。また、かかる表現は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。また、特定の特徴、構造、又は特性がある実施形態に関連して説明される場合、かかる特徴、構造、又は特性を他の実施形態との関連においてもたらすことは、それが明示的に説明されているか否かにかかわらず、当業者の知識内のことであると理解される。
【００２０】
[0032]  本発明の実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらのあらゆる組合せにおいて実施され得る。本発明の実施形態はまた、機械可読媒体に記憶され、１つ又は複数のプロセッサにより読み出され実行され得る命令として実施されてもよい。機械可読媒体は、機械（例えばコンピュータデバイス）によって読み取りが可能な形態で情報を記憶又は送信するためのあらゆるメカニズムを含み得る。例えば、機械可読媒体は、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、又は電気、光、音、もしくはその他の形態の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号等）、などを含み得る。また、本明細書において、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令が何らかの動作を行うと説明されることがある。しかし、そのような説明は単に便宜上のものであり、かかる動作は実際には、コンピュータデバイス、プロセッサ、コントローラ、又はファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令等を実行する他のデバイスによるものであることが理解されるべきである。
【００２１】
[0033]  このような実施形態をより詳細に説明する前に、本発明の実施形態が実施され得る例示的な環境を提示することが有益である。
【００２２】
[0034]  図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示している。このリソグラフィ装置は、放射ビームＢ（例えば紫外線又はＤＵＶ放射）を調整するように構成された照明システム（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を支持するように構築され、かつ特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１ポジショナＰＭに連結されたパターニングデバイスサポート又はサポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構築され、かつ特定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２ポジショナＰＷに連結された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付けられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ以上のダイを含む）上に投影するように構成された投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＳと、を含む。
【００２３】
[0035]  照明システムとしては、放射を誘導し、整形し、又は制御するために、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらのあらゆる組合せなどのさまざまなタイプの光学コンポーネントを含むことができる。
【００２４】
[0036]  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設計、及び、パターニングデバイスが真空環境内で保持されているか否かなどの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、機械式、真空式、静電式又はその他のクランプ技術を使って、パターニングデバイスを保持することができる。パターニングデバイスサポートは、例えば、必要に応じて固定又は可動式にすることができるフレーム又はテーブルであってもよい。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を、例えば、投影システムに対して所望の位置に確実に置くことができる。本明細書において使用される「レチクル」又は「マスク」という用語はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語と同義であると考えるとよい。 
【００２５】
[0037]  本明細書において使用される「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分内にパターンを作り出すように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用できるあらゆるデバイスを指していると、広く解釈されるべきである。なお、留意すべき点として、放射ビームに付与されたパターンは、例えば、そのパターンが位相シフトフィーチャ又は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内の所望のパターンに正確に一致しない場合もある。通常、放射ビームに付けたパターンは、集積回路などのターゲット部分内に作り出されるデバイス内の特定の機能層に対応することになる。
【００２６】
[0038]  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としては、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィでは公知であり、バイナリ、レべンソン型(alternating)位相シフト、及びハーフトーン型(attenuated)位相シフトなどのマスク型、並びに種々のハイブリッドマスク型を含む。プログラマブルミラーアレイの一例では、小型ミラーのマトリックス配列が用いられており、各小型ミラーは、入射する放射ビームをさまざまな方向に反射させるように、個別に傾斜させることができる。傾斜されたミラーは、ミラーマトリックスによって反射される放射ビームにパターンを付ける。
【００２７】
[0039]  本明細書において使用される「投影システム」という用語は、使われている露光放射にとって、あるいは液浸液の使用又は真空の使用といった他の要因にとって適切な、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、及び静電型光学系、又はそれらのあらゆる組合せを含むあらゆる型の投影システムを包含していると広く解釈されるべきである。本明細書において使用される「投影レンズ」という用語はすべて、より一般的な「投影システム」という用語と同義であると考えるとよい。
【００２８】
[0040]  本明細書に示されているとおり、リソグラフィ装置は、透過型のもの（例えば、透過型マスクを採用しているもの）である。また、リソグラフィ装置は、反射型のもの（例えば、上述のプログラマブルミラーアレイを採用しているもの、又は反射型マスクを採用しているもの）であってもよい。
【００２９】
[0041]  リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスクテーブル）を有する型のものであってもよい。そのような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルは並行して使うことができ、又は予備工程を１つ以上のテーブル上で実行しつつ、別の１つ以上のテーブルを露光用に使うこともできる。 
【００３０】
[0042]  また、リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を満たすように、比較的高屈折率を有する液体（例えば水）によって基板の少なくとも一部を覆うことができるようなタイプのものであってもよい。また、リソグラフィ装置内の別の空間（例えば、マスクと投影システムとの間）に液浸液を加えてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させることで当技術分野において周知である。本明細書において使用される「液浸」という用語は、基板のような構造物を液体内に沈めなければならないという意味ではなく、単に、露光中、投影システムと基板との間に液体があるということを意味するものである。
【００３１】
[0043]  図１を参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受ける。例えば、放射源がエキシマレーザである場合、放射源とリソグラフィ装置は、別個の構成要素であってもよい。そのような場合には、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成しているとはみなされず、また放射ビームは、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ、例えば、適切な誘導ミラー及び／又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を使って送られる。その他の場合においては、例えば、放射源が水銀ランプである場合、放射源は、リソグラフィ装置の一体部分とすることもできる。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要ならばビームデリバリシステムＢＤとともに、放射システムと呼んでもよい。
【００３２】
[0044]  イルミネータＩＬは、放射ビームの角強度分布を調節するアジャスタＡＤを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面内の強度分布の少なくとも外側及び／又は内側半径範囲（通常、それぞれσ-outer及びσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯといったさまざまな他のコンポーネントを含むことができる。イルミネータを使って放射ビームを調整すれば、放射ビームの断面に所望の均一性及び強度分布をもたせることができる。
【００３３】
[0045]  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）上に保持されているパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に入射して、パターニングデバイスによってパターン形成される。パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを通り抜けた後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームの焦点をあわせる。第２ポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２次元エンコーダ、又は静電容量センサ）を使って、例えば、さまざまなターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内に位置決めするように、基板テーブルＷＴを正確に動かすことができる。同様に、第１ポジショナＰＭ及び別の位置センサ（図１には明示的に示されていない）を使い、例えば、マスクライブラリから機械的に取り出した後又はスキャン中に、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めすることもできる。通常、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の移動は、第１ポジショナＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）を使って達成することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動も、第２ポジショナＰＷの一部を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを使って達成することができる。ステッパの場合は（スキャナとは対照的に）、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は、ショートストロークアクチュエータのみに連結されてもよく、又は固定されてもよい。
【００３４】
[0046]  パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１及びＭ２と、基板アライメントマークＰ１及びＰ２とを使って、位置合わせされてもよい。例示では基板アライメントマークが専用ターゲット部分を占めているが、基板アライメントマークをターゲット部分とターゲット部分との間の空間内に置くこともできる（これらは、スクライブラインアライメントマークとして公知である）。同様に、複数のダイがパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に設けられている場合、マスクアライメントマークは、ダイとダイの間に置かれてもよい。マーカをできる限り小さくして隣接するフィーチャと異なる結像又はプロセス条件を必要としないことが望ましい場合、ダイの内部であって、デバイスフィーチャの間に小型のアライメントマーカが含まれていてもよい。アライメントマーカを検出するアライメントシステムについては、以降でさらに説明する。 
【００３５】
[0047]  例示の装置は、以下に説明するモードのうち少なくとも１つのモードで使用できる。 
１．ステップモードにおいては、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及び基板テーブルＷＴを基本的に静止状態に保ちつつ、放射ビームに付けられたパターン全体を一度にターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一静的露光）。その後、基板テーブルＷＴは、Ｘ及び／又はＹ方向に移動され、それによって別のターゲット部分Ｃを露光することができる。ステップモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光時に結像されるターゲット部分Ｃのサイズが限定される。
２．スキャンモードにおいては、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及び基板テーブルＷＴを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付けられたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、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の速度及び方向は、投影システムＰＳの（縮小）拡大率及び像反転特性によって決めることができる。スキャンモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が限定される一方、スキャン動作の長さによって、ターゲット部分の高さ（スキャン方向）が決まる。
３．別のモードにおいては、プログラマブルパターニングデバイスを保持した状態で、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を基本的に静止状態に保ち、また基板テーブルＷＴを動かす、又はスキャンする一方で、放射ビームに付けられているパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する。このモードにおいては、通常、パルス放射源が採用されており、さらにプログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの移動後ごとに、又はスキャン中の連続する放射パルスと放射パルスとの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述の型のプログラマブルミラーアレイといったプログラマブルパターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。
【００３６】
[0048]  上述の使用モードの組合せ及び／又はバリエーション、あるいは完全に異なる使用モードもまた採用可能である。
【００３７】
[0049]  リソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂと、相互に基板テーブルを交換可能な露光ステーションと測定ステーションという２つのステーションとを有する、いわゆるデュアルステージ型の装置である。一方の基板テーブル上の１つの基板を露光ステーションで露光している間、測定ステーションで他方の基板テーブル上に別の基板を装填してさまざまな予備工程を行うことができる。予備工程としては、レベルセンサＬＳを使って基板の表面制御をマッピングすること、及び、アライメントセンサＡＳを使っ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。これにより、装置のスループットの大幅な上昇が可能になる。位置センサＩＦが、露光ステーションだけでなく測定ステーションにいる間も基板テーブルの位置を測定することができない場合、第２位置センサを設けて両方のステーションで基板テーブルの位置を追跡できるようにしてもよい。
【００３８】
[0050]  図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセル又はクラスタとも呼ばれるリソグラフィックセルＬＣの一部を形成し、このリソグラフィックセルには、基板上で露光前及び露光後プロセスを行うための装置も含まれる。従来、これらの装置としては、レジスト層を堆積するためのスピンコータＳＣ、露光済みレジストを現像するためのデベロッパＤＥ、冷却プレートＣＨ及びベークプレートＢＫが含まれる。基板ハンドラ又はロボットＲＯが入力／出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り上げ、それらをさまざまなプロセス装置間で移動させ、その後リソグラフィ装置のローディングベイＬＢへと送り出す。これらのデバイスは、しばしばトラックと総称され、トラック制御ユニットＴＣＵによる制御を受ける。トラック制御ユニットＴＣＵ自身は監視制御システムＳＣＳによって制御され、監視制御システムＳＣＳは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をも制御する。このようにして、スループット及び処理効率が最大となるようにさまざまな装置を動作させることができる。
【００３９】
[0051]  暗視野メトロロジの例を、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる国際特許出願公開第２００９／０７８７０８号及び第２００９／１０６２７９号に見ることができる。この技術をさらに発展させたものが、米国特許出願公開第２０１１００２７７０４Ａ号、第２０１１００４３７９１Ａ号及び第２０１２０１２３５８１号に記載されている。これらすべての出願の内容も参照により本明細書に組み込まれる。回折次の暗視野検出を用いた回折ベースのオーバーレイは、より小さなターゲット上でのオーバーレイ測定を可能にする。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、ウェーハ上の製品構造によって囲まれていてもよい。１つのイメージ内で複数のターゲットを測定することができる。
【００４０】
[0052]  本発明の実施形態における使用に適した暗視野メトロロジ装置を図３（ａ）に示す。図３（ｂ）には、ターゲット格子Ｔ及び回折光線がより詳細に示される。暗視野メトロロジ装置は、独立型のデバイスであってもよいし、リソグラフィ装置ＬＡの、例えば測定ステーションに、あるいは、リソグラフィックセルＬＣに組み込まれていてもよい。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で表される。この装置において、放射源１１（例えば、キセノンランプ）から放出される光は、レンズ１２、１４及び対物レンズ１６を備える光学システムにより、ビームスプリッタ１５を介して基板Ｗ上に誘導される。これらのレンズは、４Ｆ構成の二重シークエンスに配置される。そのため、本明細書において（共役）瞳面と呼ぶ、基板面の空間スペクトルを与える面内での空間強度分布を規定することによって、放射が基板に入射する角度範囲を選択することができる。これは、特に、レンズ１２とレンズ１４の間の、対物レンズ瞳面の後方投影イメージである面内に好適な形状のアパーチャプレート１３を挿入することにより行うことができる。図示された例において、アパーチャプレート１３は、１３Ｎ及び１３Ｓと標示される異なる形状を有し、これにより異なる照明モードの選択が可能になる。本例示では、照明システムがオフアクシス照明モードを形成する。第１照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｎが、説明の便宜上、「北」と表記された方向からオフアクシスを提供する。第２照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｓが、「南」と表記される反対の方向から同様の照明を提供するために用いられる。異なるアパーチャを用いた他の照明モードも可能である。所望の照明モード外の不要な光は所望の測定信号と干渉するため、瞳面の残りの部分は暗いことが望ましい。
【００４１】
[0053]  図３（ｂ）に示されるように、ターゲット格子Ｔは、基板Ｗとともに、対物レンズ１６の光軸Ｏに対して直交するように載置される。軸Ｏを外れたある角度で格子Ｔに入射する照明光線Ｉが、ゼロ次光線（実線０）及び２つの１次光線（一点鎖線＋１及び二点鎖線−１）を生じる。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、メトロロジターゲット格子Ｔと他のフィーチャとを含む基板のエリアをカバーする多くの平行光線のうちのただ１つとなることに留意すべきである。プレート１３内のアパーチャは（有効量の光を受け入れるために必要な）有限の幅をもつため、入射光線Ｉは、実際には、あす角度範囲を占めており、回折光線０及び＋１／−１はある程度拡散される。小さなターゲットの点像分布関数によれば、＋１及び１の各次はさらに一定の角度範囲に拡散され、図示されるような一本の理想的な光線とはならない。ここで、格子ピッチ及び照明角度は、対物レンズに入る１次光線が中心光軸と近接して位置合わせされるように設計又は調整することが可能である。図３（ａ）及び３（ｂ）に示される光線は、ある程度オフアクシスとして記載されているが、これは、単にこれらの光線を図中でより容易に判別できるようにするためである。
【００４２】
[0054]  少なくとも、基板Ｗ上のターゲットによって回折された０次及び＋１次が対物レンズ１６によって集められ、ビームスプリッタ１５を通って戻される。図３（ａ）に戻ると、第１及び第２照明モードが、北（Ｎ）及び南（Ｓ）と標示された正反対にあるアパーチャを指定して示されている。入射光線Ｉが光軸の北側から来る場合、すなわち、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）と標示された＋１回折光線が対物レンズ１６に入る。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）と標示された）−１回折光線がレンズ１６に入る光線となる。
【００４３】
[0055]  第２ビームスプリッタ１７は、回折ビームを２つの測定分岐に分割する。第１の測定分岐では、光学システム１８が、ゼロ次及び１次回折ビームを用いて第１センサ１９（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上にターゲットの回折スペクトル（瞳面イメージ）を形成する。各回折次がセンサ上の異なる点に当たるため、イメージ処理によって各次数を比較対照することができる。センサ１９によって捕捉された瞳面イメージは、メトロロジ装置を焦点合わせするため、及び／又は、１次ビームの強度測定値を正規化するために使用することができる。瞳面イメージは、再構築といった数多くの測定目的で使用することもできるが、これらは本開示の主題ではない。
【００４４】
[0056]  第２の測定分岐では、光学システム２０、２２がセンサ２３（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上に基板Ｗ上のターゲットのイメージを形成する。第２の測定分岐では、瞳面と共役な面内にアパーチャ絞り２１が設けられる。アパーチャ絞り２１は、ゼロ次回折ビームを遮断してセンサ２３上に形成されるターゲットのイメージが−１次又は＋１次ビームのみから形成されるようにする機能をもつ。センサ１９及び２３によって捕捉されたイメージは、イメージプロセッサ・コントローラＰＵに出力される。このイメージプロセッサ・コントローラＰＵの機能は、どのような種類の測定が行われているかに依存する。本明細書において「イメージ」という用語は広い意味で用いられていることに注意する。そのため、格子ラインのイメージは、−１次及び＋１次のどちらか一方しか存在しない場合、形成されない。
【００４５】
[0057]  図３に示されるアパーチャプレート１３及び視野絞り２１の特定の形態は単なる例示である。本発明の別の実施形態においては、ターゲットのオンアクシス照明が用いられ、オフアクシスアパーチャを有するアパーチャ絞りを使って実質的に１つの１次回折光のみをセンサに通す。さらに別の実施形態では、（図３には示されない）２次、３次及びさらに高次のビームを、１次ビームの代わりに、又は、１次ビームに加えて、測定に用いることができる。
【００４６】
[0058]  これらの異なる種類の測定に適合可能な照明とするために、アパーチャプレート１３は、ディスクの周りに形成された多数のアパーチャパターンを備えてよく、このディスクが回転することで所望のパターンが配置される。代替的にあるいは付加的に、プレート１３のセットを設けてこれを交換することで同じ効果を達成することも可能である。変形可能ミラーアレイ、透過型空間光モジュレータといった、プログラマブル照明デバイスを使用することもできる。照明モードを調節する別の方法として、可動ミラー又はプリズムを使用することもできる。
【００４７】
[0059]  アパーチャプレート１３との関連で説明したとおり、視野絞り２１を変更すること、又は、異なるパターンの視野絞りで置き換えること、又は、固定視野絞りをプログラマブルな空間光モジュレータで代用することにより、結像のための回折次数の選択を代替的に達成することができる。この場合、測定光学システムの照明側は一定とすることができ、その一方、結像側が第１及び第２のモードを持つことになる。したがって、本開示においては、事実上、３種類の測定方法があり、それぞれに利点及び欠点がある。１つの方法では、照明モードを変更して異なる次数を測定する。別の方法では、結像モードを変更する。第３の方法では、照明モード及び結像モードは変更せず、ターゲットを１８０度回転させる。それぞれの場合で、所望の効果は同じ、すなわち、ターゲットの回折スペクトルにおいて互いに対称な非ゼロ次回折放射の第１及び第２の部分を選択することである。原理上は、照明モード及び結像モードを同時に変更する組み合わせによっても所望の次数選択を行うことができるが、欠点があって利点がない可能性が高く、そのためこれ以上の説明は行わないこととする。
【００４８】
[0060]  本例示において結像に用いられる光学システムは、視野絞り２１によって制限される広い入射瞳を有するが、他の実施形態又は用途においては、結像システム自身の入射瞳のサイズが所望の次数に制限することができる程度の小ささであり、したがって、視野絞りとして機能してもよい。図３（ｃ）及び３（ｄ）には、異なるアパーチャプレートが示され、以下でさらに説明するとおりこれらを使用することもできる。
【００４９】
[0061]  典型的には、ターゲット格子は、南北又は東西に延びるその格子ラインに位置合わせされる。つまり、格子は、基板ＷのＸ方向又はＹ方向に位置合わせされる。アパーチャプレート１３Ｎ又は１３Ｓは、（設定によりＸ又はＹの）一方向に向けられた格子を測定するためだけに使用することができることに注意する。直交格子の測定のために、ターゲットの９０度及び２７０度の回転を実施してもよい。しかし、より簡便には、図３（ｃ）に示されるアパーチャプレート１３Ｅ又は１３Ｗを用いて、東又は西からの照明を照明光学系に設けることである。アパーチャプレート１３Ｎ〜１３Ｗは別個に形成して交換可能とすることができ、あるいは、９０度、１８０度又は２７０度回転可能な単一のアパーチャプレートとしてもよい。既に述べたとおり、図３（ｃ）に記載のオフアクシスアパーチャを、照明アパーチャプレート１３に設ける代わりに視野絞り２１に設けることもできる。その場合、照明はオンアクシスとなる。
【００５０】
[0062]  図３（ｄ）は、第１及び第２の照明モード対を組み合わせるために用いることができる第３のアパーチャプレート対を示す。アパーチャプレート１３ＮＷは北及び東にアパーチャを有し、アパーチャプレート１３ＳＥは南及び西にアパーチャを有する。これらの異なる回折信号間のクロストークがそれほど大きくなければ、Ｘ格子及びＹ格子の両方の測定を、照明モードを変更することなく行うことができる。
【００５１】
[0063]  図４は、公知の手法にしたがって基板上に形成された複合ターゲットを示す。この複合ターゲットは、メトロロジ装置の照明ビームによって形成される測定スポット３１内にそのすべてが入るように互いに近接して位置決めされた４つの格子３２〜３５を含む。したがって、４つの格子はすべて同時に照明され、同時にセンサ１９及び２３上に結像される。オーバーレイ測定に特化した例では、格子３２〜３５は、それら自身が、基板Ｗ上に形成される半導体デバイスの異なる層にパターン付けされた格子を重ね合わせることによって形成された複合格子である。複合格子の異なる部分が形成された層と層の間のオーバーレイ測定を容易にするため、格子３２〜３５は異なるバイアスをかけられている。また、入射する放射をＸ及びＹ方向に回折するように、格子３２〜３５は、図示されるようにその向きが異なっていてもよい。一例では、格子３２及び３４は、それぞれ＋ｄ、−ｄのバイアスをもつＸ方向格子である。これは、格子３２は、その重なりあう成分として、各成分がその公称位置に正確に印刷された場合、一方の成分が他方の成分に対して距離ｄだけオフセットされるように配置された成分を有することを意味する。格子３４は、その成分として、完全に印刷された場合、第１の格子などと反対方向にｄのオフセットが生じるように配置された成分を有する。格子３３及び３５は、それぞれ＋ｄ及びｄのオフセットを有するＹ方向格子である。４つの格子が図示されているが、別の実施形態においては、所望の精度を得るためにより大きなマトリックスが必要となることもあり得る。例えば、９つの複合格子からなる３×３アレイは、−４ｄ、−３ｄ、−２ｄ、−ｄ、０、＋ｄ、＋２ｄ、＋３ｄ、＋４ｄのバイアスを有し得る。これらの格子の別個のイメージを、センサ２３によって捕捉されるイメージにおいて特定することができる。
【００５２】
[0064]  図５は、図３の装置において図４のターゲットを使用し、図３（ｄ）のアパーチャプレート１３ＮＷ又は１３ＳＥを使用することにより、センサ２３上に形成され、かつ、センサ２３によって検出され得るイメージの一例を示す。瞳面イメージセンサ１９は異なる個々の格子３２〜３５を分解することができないが、イメージセンサ２３は分解できる。暗い四角形はセンサ上のイメージフィールドを表しており、この中で、基板上の照明されたスポット３１が対応する円形エリア４１に結像されている。このうち、四角形のエリア４２〜４５は、小さいターゲット格子３２〜３５のイメージを表している。格子が製品エリア内に位置している場合、製品フィーチャもこのイメージフィールドの周辺部に認められることがある。イメージプロセッサ・コントローラＰＵはパターン認識を用いてこれらのイメージを処理し、格子３２〜３５の別個のイメージ４２〜４５を特定する。このようにして、センサフレーム内の特定の位置に極めて正確にイメージを位置合わせする必要がなくなり、測定装置全体のスループットが大きく向上する。しかし、結像プロセスがイメージフィールド全体における不均一性の影響を受ける場合、正確なアライメントの必要性は残る。本発明の一実施形態では、４つの位置Ｐ１〜Ｐ４が特定され、格子はこの判明した位置と可能な限り位置合わせされる。
【００５３】
[0065]  格子の別々のイメージが特定されると、例えば、特定されたエリア内の選択されたピクセル強度値を平均又は合計することによりそれら個々のイメージの強度を測定することが可能になる。イメージの強度及び／又はその他の特性は互いに比較することができる。その結果を組み合わせてリソグラフィプロセスのさまざまなパラメータを測定することができる。オーバーレイ性能はそのようなパラメータのうちの重要な一例である。
【００５４】
[0066]  図６は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６０８９４号に記載される方法を用いて、成分格子３２〜３５を含む２つの層の間のオーバーレイエラーを、＋１次及び１次の暗視野イメージにおける強度を比較することで判明するこれらの格子の非対称性により測定する方法を示す。ステップＳ１では、基板、例えば、半導体ウェーハが図２のリソグラフィックセルにより１回又は複数回処理され、オーバーレイターゲット３２〜３５を含む構造が作り出される。Ｓ２では、図３のメトロロジ装置を使用し、１次回折ビームのうちの一方のみ（例えば−１）を使って格子３２〜３５のイメージを得る。その後、照明モード変更する、又は結像モードを変更する、あるいはメトロロジ装置の視野内で基板Ｗを１８０°回転することにより、他方の１次回折ビームによって格子の第２のイメージを得ることができる（ステップＳ３）。その結果、この第２のイメージにおいて＋１回折放射が捕捉される。
【００５５】
[0067]  各イメージに１次回折放射のうちの半分のみを含めることにより、ここでいう「イメージ」が従来の暗視野顕微鏡イメージではないことに注意する。個々の格子ラインは分解されず、各格子が単に一定のグレイレベルのエリアとして表されることになる。ステップＳ４において、強度レベルを測定することとなる各成分格子のイメージ内で関心領域（region of interest: ROI）を慎重に特定する。これは、特に個々の格子イメージのエッジ周辺では、強度値は、全般的なエッジ効果に加えて、レジスト厚み、組成、ライン形状といったプロセス変数に強く依存する可能性があるためである。測定値の精度を最良のものとするため、ＲＯＩは、高い再現性をもって、場合によっては格子自体のピッチよりもはるかに高い精度で特定されるべきであることを本発明者らは見出した。本出願は、ＲＯＩ特定の精度を改善する技術を、以下に説明する通り開示するものである。
【００５６】
[0068]  各個別格子においてＲＯＩが特定され、その強度が測定されると、格子構造の非対称性、したがって、オーバーレイエラーを決定することができる。これは、ステップＳ５において、イメージプロセッサ・コントローラＰＵが各格子３２〜３５の＋１次及び１次で得られる強度値を比較してその強度差を特定し、（Ｓ６）格子のオーバーレイバイアスについての知識からターゲットＴ近傍でのオーバーレイエラーを決定することによりなされる。
【００５７】
[0069]  上述の先行出願では、上述した基本的方法を用いたオーバーレイ測定の質を高めるためのさまざまな技術が開示されている。例えば、イメージ同士の強度差は、ターゲットにおける非対称性のみに起因するのではなく、異なる測定値に用いられた光路の差による場合がある。照明源１１は、照明スポット３１の強度及び／又は位相が均一ではないものである場合がある。例えば、センサ２３のイメージフィールド内におけるターゲットイメージの位置を参照することにより、これらのエラーを最小化するための補正を決定し、かつ、適用することができる。こうした技術は先行出願において説明されているので、ここでさらに詳細な説明は行わない。
【００５８】
[0070]  図７（ａ）は、図４に示される４つの個別格子３２〜３５を備える複合格子ターゲット７００の拡大詳細図である。この拡大された尺度では、各ターゲットの個々の格子ラインがよりはっきりと判別できる。各格子におけるライン数は重要ではなく、例えば、５から１００の範囲とし得る。この例では、格子がすべて正方形であるが、長方形の格子もそれが好ましい場合は使用できる。図７（ｂ）は、図３の装置の暗視野イメージセンサ２３上における複合格子７００のイメージ７０２の拡大詳細図である。図５のように、特定の照明モードを用いると、各格子３２〜３５がそれぞれ対応するグレーエリア４２〜４５としてセンサ２３のイメージフィールド内に表されるようになる。
【００５９】
[0071]  図示した方法のステップＳ４において関心領域（ＲＯＩ）を正確に特定するため、プロセッシングユニットＰＵは、各格子イメージ４２〜４５のエリアを、このイメージにおいて利用可能なエッジフィーチャを使って特定しなければならない。図７（ａ）のターゲットにおける４つの正方形による単純なアレイでは、Ｘ方向に３か所、Ｙ方向に３か所、エッジフィーチャが利用できる。これらエッジフィーチャの位置は図においてＥＸ及びＥＹと標示されている。周知のコグネックスソフトウェアのような高度なパターンマッチング技術を用いたとしても、各方向に３つのエッジフィーチャしかないという事実は、ＲＯＩの位置を特定する際の精度に対する大きな制約となることが分かる。
【００６０】
[0072]  次に図８（ａ）を参照すると、変更された格子ターゲット８００が示される。図８（ｂ）には対応するイメージ８０２が示され、センサ２３からみた単一回折次数での暗視野イメージを表している。図から分かるように、格子８００の境界部分は、格子の主要エリアの周期よりも大きな周期の境界フィーチャを導入するよう変更されている。図示された例において、これらの境界フィーチャは、エッジ領域上のＸ方向格子に割り込むことによって作られている。割込み８０４は単なる空白エリアで形成することもできる。ただし、この例では、格子ラインに直交するように配列された短いバーがギャップを埋めるように使われており、このことは、格子のラインがプロセス効果で歪むことがなく、ターゲット全体におけるフィーチャの密度が比較的均一になるという利点をもつ。図の例では、これら短いバーの間隔が、格子ラインの間隔と同じである。以下でさらに説明するとおり、必ずしもそうである必要はない。
【００６１】
[0073]  暗視野イメージ８０２を従来の格子のイメージ７０２と比較すると、割込み８０４によって、関心領域ＲＯＩを含むグレーエリアのエッジ周辺にいかに顕著なフィーチャが生じるかが分かる。図示された単純な例では、正方形の格子の各エッジに沿って、５つのこれら「境界フィーチャ」があり、これをステップＳ４のパターン認識プロセスで使うことができる。これら５つのフィーチャの特定された位置を統計的に組み合わせることで、装置は、正方形格子３２のエッジのみを使用する場合より実質的に高い精度でＲＯＩの位置を特定することができる。境界が等間隔で位置決めされている場合、データに周期的フィット(periodic fit)を適用することができる。例として、スキャナでのアライメントに用いられるような、最小二乗正弦フィット(least-squares sine fit)がある。
【００６２】
[0074]  ターゲット格子３２〜３５の境界の２倍、３倍又はそれ以上に多い数の識別可能な境界フィーチャを設けることで、ＲＯＩを識別する精度を向上させることができる。また、設計により、フィーチャの外観を制御して、例えば、プロセス条件及び照明条件への依存性のより低いコントラストをつけることができる。図示されたパターン例では、割込みの配置、及び、結果としてイメージ８０２に見られる境界フィーチャの配置は周期的である。境界フィーチャのピッチは、格子本体のバーのピッチの４倍である。他の実施形態では、例えば、２倍、３倍、４倍又は５倍というように、整数倍としてよい。このことは必須ではないものの、これにより、パターンの設計がよりシンプルになり、境界フィーチャの外観がより一貫性をもつようになる。境界フィーチャの周期構造により、周期的フィットの使用が可能となるが、あらゆる公知の構造をあてはめてよい。例えば、均等でない間隔の(oddly spaced)追加フィーチャも使用し得る。境界フィーチャの選択された構成が分かっていれば、これを検出することができる。
【００６３】
[0075]  図９を参照すると、正方形のアレイ内に４つの変更された格子８００を含み、図７の複合格子７００の変更例を形成する複合格子ターゲット９００が示される。この例では、各個別格子に、その４つのエッジに沿って周期的パターンの割り込みが設けられている。個別の格子が互いに隣接する部分では、格子同士で割込み部分が共有され、スペースを最大限に利用するようにしている。個別格子のうちの１つである９３５に示されるように、変更された格子においてより顕著となるエッジ効果を避けるため、対応する関心領域ＲＯＩはサイズを縮小する必要がある場合がある。
【００６４】
[0076]  図１０は、やはり４つのより小さな個別格子１０３２〜１０３５からなる正方形のアレイを備える、別の例の変更された格子ターゲット１０００を示す。この例では、周期的割込みは、格子と格子が互いに接する内側エッジのみに設けられている。複合格子の外側エッジは、ターゲットのエッジに対して直角な通常の格子ラインを備える。これにより、ＲＯＩは、ターゲット９００におけるよりいくらか大きくすることができ、基板上でのスペース利用を最大化し、オーバーレイ測定に使用される強度信号の質を改善することができる。ターゲット１０００における周期的割込みは「クロスヘアー（crosshairs）」ターゲットを提供し、これはパターン認識ステップＳ４で容易に識別することができ、それにより４つのターゲット１０３２〜１０３５のいずれかのＲＯＩの位置を特定することができる。
【００６５】
[0077]  すでに述べたとおり、図８、９及び１０の例において、各格子における割込み８０４、９０４、１００４は、反対（直交する）向きの短いバーで埋められている。ターゲットが単極照明、すなわち、Ｘ方向のみ又はＹ方向のみの回折を測定するように角度付けられた照明で検査されている場合、割込みを埋める直交バーは回折信号を生じることなく、図８（ｂ）のイメージ８０２におけるように暗く見える。一方、複合ターゲットが、直交する極からの照明で、例えば、アパーチャ１３ＮＷ又は１３ＳＥを用いて検査されている場合、直交バーは、格子のバーと潜在的に同じ強さの回折信号を生成し、割込み８０４は、イメージ内に表われるとしてもはっきりとは表われない。
【００６６】
[0078]  図１１は、割込みを含む格子のさらに別の変更例であって、Ｘ方向格子及びＹ方向格子において同時にＲＯＩ識別を行うために用いることのできるものを示す。複合格子ターゲット１１００は、割込み１１０４における短いバーのピッチＰ２が主格子におけるバーのピッチＰ１と大きく異なる点を除いては、図１０のターゲット１０００と同様である。このようにすることで、確実に、短いバーからの回折信号がターゲット格子１１３２〜１１３５の回折信号とは大きく異なる角度で発生するようになる。その結果、ターゲット内の全体的なフィーチャ密度は比較的均一でありながら、センサ２３での結像のために選択された回折次のうちの１つにおける放射強度が、短いバーの位置する割込みをはっきりと示すことになる。細かいピッチの短いバーは、図８、９又は１０に示されるパターンのいずれにおいても採用することができる。一方のピッチでは測定イメージにおいて回折光が検出され、もう一方のピッチでは検出されないのであれば、「短いバー」が主たるバーと同じ方向に位置決めされている場合にもこの細かいピッチを使用することができる。同じピッチかつ同じ方向であっても、上層と下層の間のバイアス差のみで使用することが可能である。この後者の例ではコントラストが低くなり得るが、プロセス制限によってはこれが好ましいこともあり得る。
【００６７】
[0079]  上述の実施形態では、回折イメージ内に境界フィーチャが生成されるように格子ターゲット、例えば、オーバーレイ格子が変更されたさまざまなパターンが示されている。この周期的に配置し得る境界フィーチャは、格子のピッチより大きいが、格子自身の寸法よりはかなり小さな間隔をもつ。これらのパターンを、選択した回折次光を用いた暗視野メトロロジにおけるターゲットとして採用すると、暗視野イメージ内に数多くの境界フィーチャを識別することができる一方、格子自体は関心領域にわたって強度信号を生成する。公知のターゲットを使用する場合に比べて、より高い精度で、より高い整合性をもってＲＯＩ位置を特定し得る。位置決めエラーは格子のピッチより２倍、３倍又はそれ以上に小さいものとなり得る。位置決めの精密さは、測定イメージの解像度の点でサブピクセルになり得る。
【００６８】
[0080]  既に言及したとおり、異なる実施形態のフィーチャを組み合わせてもよい。図示した例示のパターンは、いかなる意味においても、当業者によって選択され得る変形例を制限することを意図していない。格子内のバーの数、格子のエッジに沿った割込みの数、割込みの幅、ピッチ及びデューティサイクル、割込みが採用される格子のページ数はすべて、所望の性能を達成するために自由に変更可能なパラメータの例示である。割込みの数は奇数でも偶数でもよく、Ｘ方向とＹ方向とで同数である必要はない。一方向に沿ってＲＯＩを正確に特定することのみが重要である場合には、割込み又はその他の変更例は、Ｘ方向及びＹ方向にではなく、一方向のみに配置することが可能である。
【００６９】
[0081]  格子に追加された周期的フィーチャを「割込み」として特徴付けてきたが、割込みと割込みの間の格子バーを格子ラインの「延長」として特徴付けることも可能であることが理解されるだろう。単に格子ラインの長さを変更することで周期的フィーチャを作り出すことには利便性がある一方、別の種類の変更を適用したパターンが想定できる。
【００７０】
[0082]  オーバーレイターゲットの場合、プロセス制限により許容されるのであれば、割込みは１つの層に設ける（その上部／下部は透明なエリア）だけでよい。これは、格子エリアに対するコントラストを最適化するために使用することができる。隣接するアライメントマークも（暗視野照明で検出可能であれば）境界フィーチャの作成に使用できるが、このような隣接アライメントマークはターゲットとともに結像される程度に（したがって、２５μｍスポット内に）近接している必要がある。
【００７１】
[0083]  これまで本発明の特定の実施形態を説明してきたが、上述した以外の方法で本発明を実施し得ることが理解されるだろう。上述の例は、イメージセンサ２３への光路からゼロ次回折放射を除く暗視野結像技術を用いた多重測定を特徴としている。上述の技術は、別の種類の測定において補正を適用するために使用することもできる。例えば、別の技術において、ゼロ次放射を用いてイメージを形成することでターゲットからの強度測定を行ってもよい。ターゲットが照明スポットより小さく、ターゲット成分のイメージが測定光学システムの視野より小さい場合、複数のターゲット成分を複合ターゲットに配置し、所望の放射でイメージを形成し、センサにより検知したイメージの異なる部分の強度を検出して測定結果を分離することで、複数の強度測定を一回の工程で行うことができる。この場合の各ターゲット成分は異なる光路を通して測定されるため、測定値には、測定すべきプロセスパラメータを表す必要な変数に加えて、位置依存エラーが含まれることになる。
【００７２】
[0084]  上述したターゲット構造は、測定の目的で特に設計され、かつ形成されたメトロロジターゲットであるが、他の実施形態においては、基板上に形成されるデバイスの機能部分であるターゲットに関して特性を測定してもよい。多くのデバイスは規則的な格子状の構造を有する。本明細書で使用される「ターゲット格子」及び「ターゲット構造」との用語は、その構造が特に行われている測定のために設けられたものであることを必要とするものではない。
【００７３】
[0085]  基板及びパターニングデバイス上に実現されるターゲットの物理的な格子構造に関連して、一実施形態は、基板上にターゲットを作成し、基板上のターゲットを測定し、かつ／又は、測定を分析してリソグラフィプロセスに関する情報を得る方法を記述する１つ以上の一連の機械可読命令を含むコンピュータプログラムを含んでよい。このコンピュータプログラムは、例えば、図３の装置のユニットＰＵ及び／又は図２の制御ユニットＬＡＣＵにおいて実行し得る。また、そのようなコンピュータプログラムを記憶したデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気ディスク又は光ディスク）が設けられてもよい。
【００７４】
[0086]  光リソグラフィの関連での本発明の実施形態の使用について上述のとおり具体的な言及がなされたが、当然のことながら、本発明は、他の用途、例えば、インプリントリソグラフィに使われてもよく、さらに状況が許すのであれば、光リソグラフィに限定されることはない。インプリントリソグラフィにおいては、パターニングデバイス内のトポグラフィによって、基板上に創出されるパターンが定義される。パターニングデバイスのトポグラフィは、基板に供給されたレジスト層の中にプレス加工され、基板上では、電磁放射、熱、圧力、又はそれらの組合せによってレジストは硬化される。パターニングデバイスは、レジストが硬化した後、レジスト内にパターンを残してレジストの外へ移動される。
【００７５】
[0087]  本明細書で使用される「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、又は１２６ｎｍの波長、又はおよそこれらの値の波長を有する）、及び極端紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、並びにイオンビームや電子ビームなどの微粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を包含している。
【００７６】
[0088]  「レンズ」という用語は、文脈によっては、屈折、反射、磁気、電磁気、及び静電型光学コンポーネントを含むさまざまな種類の光学コンポーネントのいずれか１つ又はこれらの組合せを指すことができる。
【００７７】
[0089]  特定の実施形態の以上の説明は、本発明の全般的性質を完全に明らかにしているため、当該分野の技術の範囲内の知識を適用することにより、他の者が、本発明の基本概念を逸脱することなく、過度の実験の必要なく容易に、かかる特定の実施形態をさまざまな用途に合わせて変形及び／又は適合させることができるだろう。したがって、そのような適合及び変形は、本明細書に提示された教示及び手引きに基づき、開示された実施形態の均等物の意味及び範囲内であることが意図される。本明細書中の表現又は用語は、限定ではなく例示による説明を目的とするものであり、本明細書の用語又は表現は、当業者により上記教示及び手引きに照らして解釈されるべきことを理解すべきである。
【００７８】
[0090]  本発明の広さ及び範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきでなく、以下の請求の範囲及びその均等物に基づいてのみ画定されるべきである。
【００７９】
[0091]  当然のことながら、請求の範囲の解釈には、概要及び要約部分ではなく、詳細な説明部分が用いられることが意図されている。概要及び要約部分は、本発明者（ら）が考える本発明の１つ以上の例示的な実施形態を記載し得るが、それがすべてではなく、したがって、いかなる意味においても本発明及び添付の請求の範囲を限定することを意図していない。
【００８０】
[0092]  これまで、特定の機能の実施及びそれらの関係を示す機能的構成単位を用いて本発明を説明してきた。これらの機能的構成単位の境界は、説明の便宜上、本明細書において任意に定められたものである。かかる特定の機能及びそれらの関係が適切に実行される限り、別の境界を定めることが可能である。
【図１】
0006045588.tif 000002
【図２】
0006045588.tif 000003
【図３（ａ）】
0006045588.tif 000004
【図３（ｂ）】
0006045588.tif 000005
【図３（ｃ）】
0006045588.tif 000006
【図３（ｄ）】
0006045588.tif 000007
【図４】
0006045588.tif 000008
【図５】
0006045588.tif 000009
【図６】
0006045588.tif 000010
【図７（ａ）】
0006045588.tif 000011
【図７（ｂ）】
0006045588.tif 000012
【図８（ａ）】
0006045588.tif 000013
【図８（ｂ）】
0006045588.tif 000014
【図９】
0006045588.tif 000015
【図１０】
0006045588.tif 000016
【図１１】
0006045588.tif 000017