(57)【要約】基板上の構造に関連する、対象となるパラメータを測定する方法と、関連するメトロロジ装置と、が開示される。方法は、複数の測定信号の中からの測定信号に対する測定条件の影響を補償するための補正を求めることを含み、各上記測定信号は、上記測定条件の異なるバリエーションのもとで行われる構造の異なる測定から得られる。この場合に、補正は、上記構造の数学モデルによる再現で使用されて、上記測定条件のバリエーションの、再現に対する影響を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の構造に関連する、対象となるパラメータを測定する方法であって、
１）複数の測定信号の中からの測定信号に対する測定条件の影響を補償するための補正を求め、各前記測定信号は、前記測定条件の異なるバリエーションのもとで行われる前記構造の異なる測定から得られることと、
２）前記構造の数学モデルによる再現に対する前記測定条件のバリエーションの影響を抑制するために、前記補正を使用して前記再現を行うことと、
を含む、方法。
【請求項２】
３）前記再現に基づく、前記対象となるパラメータの測定結果を通知することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記構造の数学モデルによる再現を実施するステップは、
ａ）前記構造の形状及び材料特性が、対象となる少なくとも１つのパラメータを含む複数のパラメータによって表される数学モデルを規定することと、
ｂ）前記数学モデルを使用してモデル信号を計算することと、
ｃ）前記構造の測定から得られた測定信号と前記モデル信号との間の一致度を求め、それと同時に、前記モデル信号において十分に表されない前記測定条件のバリエーションの、前記一致度に対する前記影響を抑制するために補正を使用することと、
ｄ）十分に高い一致度をもたらす、前記複数のパラメータのパラメータ値の一セットを求めることと、
を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記補正は、重み関数又は重みマトリクスを含み、この重み関数又は重みマトリクスは、ステップｃ）で求めた前記検出信号とモデル信号との間の前記一致度が、前記重み関数又は重みマトリクスによって規定される、前記信号の様々な成分に対する依存性を有するように作用可能である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
測定条件の様々なバリエーションのもとで実施される前記測定には、測定パラメータを変えて実施される測定が含まれる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
測定条件の様々なバリエーションのもとで実施される前記測定には、様々なメトロロジ装置に対して実施される測定が含まれる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
測定条件の様々なバリエーションのもとで実施される前記測定には、前記基板が取り外され、再導入される取外し及び再導入ステップの前後に実施される測定が含まれる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記補正は、前記補正を求めるステップ時に、前記複数の測定信号の中からの各測定信号に重みを課す重み係数を含み、
前記重みは、前記測定信号に対応する前記測定条件の特定のバリエーションの相対尤度に基づく、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成された、メトロロジ装置。
【請求項１０】
構造が形成される基板用のサポートと、
測定条件の複数の異なるバリエーションに対して、前記構造を放射で選択的に照明し、前記構造で散乱した散乱放射に集まる光学系と、
測定条件の各バリエーションごとに、前記散乱放射から測定信号を検出する検出器と、
検出した前記測定信号の中からの測定信号に対する前記測定条件の影響を補償するための補正を求めるように構成されたプロセッサと、
を含む、メトロロジ装置。
【請求項１１】
前記プロセッサはさらに、前記構造の数学モデルによる再現に対する前記測定条件のバリエーションの影響を抑制するために、前記補正を使用して前記再現を行うことが可能であり、前記再現に基づく、前記構造の対象となるパラメータの測定結果を通知する、請求項１０に記載のメトロロジ装置。
【請求項１２】
前記プロセッサはさらに、
ａ）前記構造の形状及び材料特性が、対象となる少なくとも１つのパラメータを含む複数のパラメータによって表される数学モデルを規定し、
ｂ）前記数学モデルを使用してモデル信号を計算し、
ｃ）前記構造の測定から得られた測定信号と前記モデル信号との間の一致度を求め、それと同時に、前記モデル信号において十分に表されない前記測定条件のバリエーションの、前記一致度に対する前記影響を抑制するために前記補正を使用し、
ｄ）十分に高い一致度をもたらす、前記複数のパラメータのパラメータ値の一セットを求める、
ように動作可能である、請求項１１に記載のメトロロジ装置。
【請求項１３】
前記補正は、重み関数又は重みマトリクスを含み、
前記重み関数又は重みマトリクスは、前記検出信号とモデル信号との間の前記一致度が、前記重み関数又は重みマトリクスによって規定される前記信号の様々な成分に対する依存性を有するように作用可能である、請求項１２に記載のメトロロジ装置。
【請求項１４】
リソグラフィプロセスで使用するリソグラフィ装置と、
請求項９〜１３のいずれか一項に記載のメトロロジ装置と、
を含む、リソグラフィシステム。
【請求項１５】
適切なプロセッサ上で実行する場合に、プロセッサに請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法を実施させる機械可読命令を含む、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本願は、２０１６年１１月４日に出願された欧州特許出願第１６１９７２０４．７号の優先権を主張するものであり、この特許は、参照によりその全体を本明細書に援用される。
【０００２】
[0002]  本発明は、基板上の構造を測定する方法及び装置と、誤差補正を行うためのモデルと、に関する。本発明は、例えば、リソグラフィ装置のクリティカルディメンジョン（ＣＤ）又はオーバーレイ性能を推定するための、例えば、モデルに基づく微細構造のメトロロジに適用することができる。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  リソグラフィ装置は、基板に、通常は基板のターゲット部分に所望のパターンを付加する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。その際に、代替としてマスク又はレチクルとも称されるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層に形成される回路パターンを発生させることができる。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）のターゲット部分（例えば、１つ又は複数のダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けられた放射感応性材料（レジスト）層への結像による。一般に、単一の基板は、連続的にパターン形成された、隣接したターゲット部分のネットワークを含む。公知のリソグラフィ装置には、いわゆるステッパがあり、このステッパでは、各ターゲット部分は、パターン全体の、ターゲット部分への一度の露光で照射され、さらに、いわゆるスキャナもあり、このスキャナでは、各ターゲット部分は、パターンを放射ビームによって所与の方向（「走査方向」）に走査し、同時にそれと同期して、この方向に平行に、又は不平行に基板を走査して照射される。パターンを基板にインプリントすることで、パターンをパターニングデバイスから基板に転写することも可能である。
【０００４】
[0004]  リソグラフィプロセスを観測するために、パターン形成した基板のパラメータが測定される。パラメータには、例えば、パターン形成した基板内に、又は基板上に形成された連続層間のオーバーレイエラーと、現像した感光性レジストのクリティカル線幅（ＣＤ）と、があり得る。この測定は、製品基板及び／又は専用のメトロロジターゲットに対して実施することができる。リソグラフィプロセスで形成される微細構造を測定するのに、走査電子顕微鏡及び様々な専門ツールの使用を含む様々な技術がある。高速で非侵略的な形態の専門検査ツールにはスキャトロメータがあり、このスキャトロメータでは、放射ビームが、基板の表面上のターゲットに向けられ、散乱又は反射ビームの特性が測定される。スキャトロメータの２つの主要なタイプが公知である。分光スキャトロメータは、広帯域放射ビームを基板上に送出し、特定の狭い角度範囲内で散乱した放射のスペクトル（波長に応じた強度）を測定する。角度分解スキャトロメータは、単色放射ビームを使用し、角度に応じた散乱放射の強度を測定する。
【０００５】
[0005]  ビームが基板で反射又は散乱した前後のビームの特性を比較することで、基板の特性を特定することができる。これは、例えば、反射又は散乱ビームの測定から得られたデータをパラメータ化モデルから計算したモデルの（シミュレートした）回折信号と比較することで行うことができる。計算信号は、前もって計算してライブラリに格納することができ、ライブラリは、パラメータ化モデルのパラメータ空間に分散した複数の候補基板構造を表す。代替案として、又はそれに加えて、パラメータは、計算した回折信号が、測定した信号と一致するまで、反復検索プロセス時に変えることができる。例えば、米国特許第７６２２２９３号（Ｗｕ）、米国特許出願公開第２０１２／０１２３７４８号では、例えば、これらの２つの技術は、例えば、それぞれ「ライブラリ型」及び「回帰型」プロセスとして説明されている。
【０００６】
[0006]  特に、複雑な構造又は特定の材料を含む構造の場合に、散乱ビームを正確にモデル化するのに必要とされるパラメータ数は多い。パラメータが所与の（「固定された」）ものか、又は可変の（「流動的な」）ものかのいずれかとして定義される「モデルレシピ」が規定される。流動的なパラメータの場合、許容バリエーション範囲が、絶対値として、又は基準値からの偏差を表すものとして規定される。モデル内の各流動的パラメータは、モデル内の別の「自由度」、したがって、最もよく一致する候補構造が存在する多次元パラメータ空間内の別の次元を表す。パラメータが少数の場合でさえ、計算タスクの量は、例えば、ライブラリサンプル数を増やすことで、容認できないほど、すぐにきわめて多くなる。これはまた、測定された基板に対応しないパラメータセットに誤って一致するリスクも高める。測定される構造の実際の値と同一でない値にパラメータを固定することは、場合によっては、再現にほとんど影響を及ぼさないことがある。しかし、他の場合、パラメータの固定値と実際の値との間の差は、マッチングプロセスを大きく歪めることがあり、そのため、対象となるパラメータの再現を不正確にする。
【０００７】
[0007]  そのような固定パラメータは、計算の精度と実用性との間の適切な妥協点を見つけることを困難にする。固定パラメータは、測定される構造のモデルのパラメータとすることができるが、測定値を得るために使用される装置の、又は測定の別の態様のパラメータとすることもできる。すなわち、様々な装置を使用する測定などの様々な測定条件により、同じ構造から若干異なる回折信号が得られることがあり、したがって、対象となるパラメータの若干異なる測定値がもたらされることがある。
【０００８】
[0008]  測定条件の様々なバリエーションの影響を緩和することが望ましい。
【発明の概要】
【０００９】
[0009]  本発明の第１の態様では、基板上の構造に関連する、対象となるパラメータを測定する方法が提供され、その方法は、１）複数の測定信号の中からの測定信号に対する測定条件の影響を補償するための補正を求め、各上記測定信号は、上記測定条件の異なるバリエーションのもとで行われる、構造の異なる測定から得られることと、２）上記構造の数学モデルによる再現に対する上記測定条件のバリエーションの影響を抑制するために、補正を使用して上記再現を行うことと、を含む。
【００１０】
[0010]  本発明の第２の態様では、メトロロジ装置が提供され、このメトロロジ装置は、構造が形成される基板用のサポートと、測定条件の複数の異なるバリエーションに対して、上記構造を放射で選択的に照明し、構造によって散乱した散乱放射に集まる光学系と、測定条件の各バリエーションごとに、散乱放射から測定信号を検出する検出器と、検出された測定信号の中からの測定信号に対する測定条件の影響を補償するための補正を求めるように構成されたプロセッサと、を含む。
【００１１】
[0011]  本発明はまた、適切なプロセッサ上で実行する場合に、プロセッサに第１の態様の方法を実施させる機械可読命令を含むコンピュータプログラム製品を提供する。
【００１２】
[0012]  本発明はまた、リソグラフィプロセスで使用するリソグラフィ装置と、第２の態様によるメトロロジ装置と、を含むリソグラフィシステムを提供する。
【００１３】
[0013]  本発明のさらなる態様、特徴及び利点、さらには、本発明の様々な実施形態の構造及び動作が、添付図面を参照して下記に詳細に説明される。なお、本発明は、本明細書で説明する特定の実施形態に限定されない。そのような実施形態は、例示のみを目的として本明細書に提示される。さらなる実施形態が、本明細書に記載された教示から当業者に明らかになるであろう。
【００１４】
[0014]  本発明の実施形態が、例として、添付の図面を参照して以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】リソグラフィ装置を半導体デバイス用の製造設備を形成する他の装置と共に示している。
【図２】本発明の実施形態による、角度分解散乱スペクトルを取り込むように構成されたスキャトロメータを示している。
【図３】本発明の実施形態による方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[0015]  本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明の実施形態を実施できる例示的環境を提示することは有益である。
【００１７】
[0016]  図１は、リソグラフィ大量製造プロセスを実施する産業製造設備の一部として、リソグラフィ装置ＬＡを２００で示している。この例では、製造プロセスは、半導体ウェーハなどの基板上での半導体製品（集積回路）の製造に適している。当業者には、このプロセスの変形型で様々なタイプの基板を処理することで、多岐にわたる製品を製造できると分かるであろう。今日、莫大な商業的価値がある半導体製品の製造は、単なる例として使用される。
【００１８】
[0017]  リソグラフィ装置（又は、略して「リソツール」２００）内において、測定ステーションＭＥＡは２０２で示され、露光ステーションＥＸＰは２０４で示されている。制御ユニットＬＡＣＵは２０６で示されている。この例では、各基板は、測定ステーションと、適用されるパターンを有する露光ステーションと、に滞在する。光学リソグラフィ装置では、例えば、調整された放射線及び投影システムを使用して、製品パターンをパターニングデバイスＭＡから基板に転写するために、投影システムが使用される。これは、放射線感応性レジスト材料の層にパターン像を形成することで行われる。
【００１９】
[0018]  本明細書で使用される「投影システム」という用語は、露光放射を使用するのに適した、又は液浸液の使用若しくは真空の使用などの他の要素に適した、屈折式、反射式、反射屈折式、磁気式、電磁式、及び静電式光学系、又はそれらの任意の組み合わせを含む任意のタイプの投影システムを包含すると広く解釈すべきである。パターニングＭＡデバイスはマスク又はレチクルとすることができ、パターン又はレチクルは、パターニングデバイスによって透過又は反射される放射ビームにパターンを付与する。公知の動作モードとして、ステッピングモード及び走査モードがある。公知のように、投影システムは、基板及びパターニングデバイス用のサポート及び位置決めシステムと様々な方法で協同して、基板全体にわたる多数のターゲット部分に所望のパターンを付加することができる。プログラマブルパターニングデバイスは、固定パターンを有するレチクルの代わりに使用することができる。放射には、例えば、深紫外線（ＤＵＶ）又は極紫外線（ＥＵＶ）周波帯の電磁放射があり得る。本開示は、他のタイプのリソグラフィプロセス、例えば、電子ビームによる、例えば、インプリントリソグラフィ及びダイレクトライティングリソグラフィにも適用可能である。
【００２０】
[0019]  リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵは、基板Ｗ及びレチクルＭＡを受け入れ、パターン形成処理を実施するために、様々なアクチュエータ及びセンサの全ての動作及び測定を制御する。ＬＡＣＵには、装置の動作に関連する所望の計算を実施する信号処理及びデータ処理能力もある。実際に、制御ユニットＬＡＣＵは、それぞれがリアルタイムのデータ取得、処理、及び装置内のサブシステム又はコンポーネントの制御を取り扱う多数のサブユニットからなるシステムとして具現化される。
【００２１】
[0020]  基板は、様々な予備ステップが実施できるように、露光ステーションＥＸＰでパターンが基板に付加される前に、測定ステーションＭＥＡで処理される。予備ステップは、高さセンサを使用して、基板の面高さをマッピングすること、及びアライメントセンサを使用して、基板のアライメントマークの位置を測定すること、を含むことができる。アライメントマークは、通常、規則的な格子パターンに配置される。しかし、マークを形成する際の不正確さにより、さらに、基板の処理全体を通して発生する基板の変形により、マークは理想的な格子から外れる。このため、装置が、製品フィーチャをきわめて高い精度で正確な位置にプリントする場合に、基板の位置及び向きを測定することに加えて、実際上、アライメントセンサが、基板領域全体にわたって、多数のマークの位置を詳細に測定しなければならない。装置は、制御ユニットＬＡＣＵによって制御される位置決めシステムをそれぞれが含む２つの基板テーブルを有する、いわゆる２段タイプとすることができる。一方の基板テーブルに載った１つの基板が、露光ステーションＥＸＰで露光されている間、別の基板は、様々な予備ステップを実施できるように、測定ステーションＭＥＡで他方の基板テーブルに載せることができる。したがって、アライメントマークの測定は非常に時間がかかり、２つの基板テーブルを設けることで、装置のスループットの大幅な向上が可能になる。基板テーブルが測定ステーション及び露光ステーションにある間、位置センサＩＦが、基板テーブルの位置を測定できない場合に、両方のステーションで基板テーブルの位置を探知するのを可能にする第２の位置センサを設けることができる。リソグラフィ装置ＬＡは、例えば、２つの基板テーブルと、基板テーブルを交換することができる２つのステーション（露光ステーション及び測定ステーション）を有する、いわゆる２段タイプとすることができる。
【００２２】
[0021]  製造設備内で、装置２００は、装置２００でパターンを形成するために、感光性レジスト及び他の被覆を基板Ｗに塗布する被覆装置２０８も収容する「リソセル」又は「リソクラスタ」の一部を形成する。装置２００の出力側には、露光されたパターンを現像して物理レジストパターンにするために、焼成装置２１０及び現像装置２１２が設けられている。これらの全装置間で、基板ハンドリングシステムは、基板の支持と、１つの装置から次の装置への基板の移送とを引き受ける。しばしば一括して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の制御下にあり、トラック制御ユニットは、それ自体、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はまた、リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵを通してリソグラフィ装置を制御する。こうして、様々な装置は、スループット及び処理効率を最大限にするように動作することができる。監視制御システムＳＣＳは、各パターン付き基板を形成するために実施されるステップの定義をより詳細に規定したレシピ情報Ｒを受け取る。
【００２３】
[0022]  パターンがリソセルにおいて付加され、現像されると、パターン付き基板２２０は、２２２、２２４、２２６などで示す他の処理装置に移送される。典型的な製造設備の様々な装置によって、様々な処理ステップが実施される。例として、この実施形態の装置２２２は、エッチングステーションであり、装置２２４は、エッチング後のアニールステップを行う。さらなる物理的及び／又は化学的処理ステップがさらなる装置２２６などに適用される。材料の堆積、表面材料特性の改質（酸化、ドーピング、イオン注入など）、化学機械研磨（ＣＭＰ）などの様々なタイプの処理が、実際のデバイスを作製するために必要とされ得る。装置２２６は、実際上、１つ又は複数の装置で実施される一連の様々な処理ステップを表すことができる。別の例として、装置及び処理ステップは、リソグラフィ装置によって敷設された前駆パターンに基づいて、複数のより小さいフィーチャを生成するために、自己整列型多パターン形成を実施するために用意することができる。
【００２４】
[0023]  公知のように、半導体デバイスの製造は、基板の層ごとに適切な材料及びパターンを用いてデバイス構造を構築するために、そのような処理を多数繰り返すことを必要とする。相応して、リソクラスタに到達した基板２３０は、新たに用意された基板とすることができ、又は基板２３０は、このクラスタで、又は全く別の装置ですでに処理された基板とすることができる。同様に、必要とされる処理に応じて、基板２３２は、装置２２６から出ると、次のパターン形成処理のために同じリソクラスタに戻すことができ、又はパターン形成処理のために、行き先を異なるクラスタにすることができ、又はダイシング及びパッケージ化のために送られる完成品とすることができる。
【００２５】
[0024]  製品構造の各層は、プロセスステップの異なるセットを必要とし、各層で使用される装置２２６は、タイプが完全に異なることがある。さらに、装置２２６によって適用される処理ステップが名目上同じである場合でさえ、大型設備において、様々な基板に対してステップ２２６を実施するために、並行して動作するいくつかの同一と考えられる機械があり得る。これらの機械間の構成又は欠点の小さな相違は、この小さな相違が、様々な基板に異なる形で影響を及ぼすことを意味し得る。エッチング（装置２２２）などの比較的各層に共通であるステップでさえ、名目上同一であるが、スループットを最大化するために並行して動作するいくつかのエッチング装置によって実施されることがある。実際上、さらに、様々な層は、エッチングされる材料の細部と、例えば、異方性エッチングなどの特別な要件と、に応じて、様々なエッチングプロセス、例えば、化学エッチング、プラズマエッチングを必要とする。
【００２６】
[0025]  上記のように、前の、及び／又は次のプロセスは、他のリソグラフィ装置で実施することができ、様々なタイプのリソグラフィ装置で実施することさえできる。例えば、解像度及びオーバーレイなどのパラメータに関して要求がきわめて厳しい一部の層は、デバイス製造プロセスにおいて、要求があまり厳しくない他の層よりも高度なリソグラフィツールで実施することができる。したがって、一部の層は、液浸タイプのリソグラフィツールで露光することができ、一方、他の層は、「ドライ」ツールで露光される。一部の層は、ＤＵＶ波長で動作するツールで露光することができ、一方、他の層は、ＥＵＶ波長の放射線を使用して露光される。
【００２７】
[0026]  リソグラフィ装置によって露光される基板が、正確且つ一貫的に露光されるために、露光された基板を検査して、基板層間のオーバーレイエラー、線太さ、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）などの特性を測定するのが望ましい。相応して、リソセルＬＣが配置された製造設備は、メトロロジシステムも含み、メトロロジシステムは、リソセルで処理された基板Ｗの一部又はすべてを受け入れる。メトロロジの結果は、監視制御システムＳＣＳに直接的に、又は間接的に供給される。エラーが検出されると、特に、同じバッチの他の基板がそれでも露光される程度にすぐに、且つ素早くメトロロジを行うことができる場合に、次の基板の露光を調整することができる。また、すでに露光された基板は、歩留まりを改善するために剥がして再処理するか、又は廃棄することができ、それにより、欠陥があると分かっている基板に対するさらなる処理の実施を回避する。基板の一部のターゲット部分だけに欠陥がある場合に、良好であるターゲット部分に対してだけ、さらなる露光を実施することができる。
【００２８】
[0027]  製造プロセスの所望の段階で、製品のパラメータの測定をするために設けられたメトロロジ装置２４０も図１に示されている。最新のリソグラフィ製造設備のメトロロジステーションの一般的な例には、スキャトロメータ、例えば、角度分解スキャトロメータ又は分光スキャトロメータがあり、このスキャトロメータは、装置２２２でエッチングを行う前に、２２０の現像された基板の特性を測定するのに使用することができる。メトロロジ装置２４０を使用して、例えば、オーバーレイ又はクリティカルディメンジョン（ＣＤ）などの重要な性能パラメータが、現像されたレジストにおいて特定の精度要件を満たしていないことを明らかにすることができる。エッチングステップの前に、現像されたレジストを剥がし、リソクラスタによって基板２２０を再処理する機会が存在する。装置２４０からのメトロロジの結果２４２を使用して、リソクラスタでのパターン形成処理の高精度な性能を維持し、監視制御システムＳＣＳ及び／又は制御ユニットＬＡＣＵ２０６によって、長期にわたる小調整を行い、それにより、製品が仕様から外れる、及び再処理を必要とするリスクを最小限にすることができる。
【００２９】
[0028]  あるいは、メトロロジ装置２４０及び／又は他のメトロロジ装置（図示せず）は、処理済み基板２３２、２３４及び投入基板２３０の特性を測定するのに使用することができる。メトロロジ装置は、オーバーレイ又はＣＤなどの重要なパラメータを求めるために、処理済みの基板に対して使用することができる。本発明の実施形態によれば、メトロロジ装置は、リソグラフィ露光後、１つ又は複数のリソグラフィステップ、エッチング、及び他のプロセスを使用して形成された機能的製品構造と同じ材料及び大きさを有する構造の特性を測定するために使用される。
【００３０】
[0029]  図２は、本開示の実施形態でメトロロジ装置として使用できる公知の角度分解スキャトロメータの基本要素を示している。この種のメトロロジ装置では、放射源１１から放射された放射線は、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、コリメート使用レンズシステム１２ａ、カラーフィルタ１２ｂ、ポラライザ１２ｃ、及びアパーチャデバイス１３を含むことができる。調整された放射は、照明路ＩＰをたどり、照明路ＩＰ内で部分反射面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に合焦される。メトロロジターゲットＴは、基板Ｗ上に形成することができる。レンズ１６は、例えば、少なくとも０．９、又は少なくとも０．９５の高い開口数（ＮＡ）を有する。必要な場合、液浸流体を使用して、１を超える開口数を用いて得ることができる。
【００３１】
[0030]  リソグラフィ装置ＬＡと同様に、測定時に基板Ｗを保持するために、１つ又は複数の基板テーブルを設けることができる。粗及び精密ポジショナは、基板を測定光学系に対して正確に位置決めするように構成することができる。例えば、対象となるターゲットの位置を求め、そのターゲットを対物レンズ１６の下に運ぶために、様々なセンサ及びアクチュエータが設けられる。通常、基板Ｗ全体にわたる様々な位置にあるターゲットに対して、多数の測定が行われる。基板サポートは、様々なターゲットを捉えるためにＸ及び／又はＹ方向に移動し、所望通りに光学系の焦点をターゲットに合わせるためにＺ方向に移動することができる。実際上、光学系が実質的に静止したままであり、基板だけが移動する場合に、対物レンズ及び光学系が基板に対して様々な位置に運ばれるように動作を考え、説明するのが好都合である。他の装置では、一方向の相対移動は、基板の物理的移動で実施され、一方、直角方向の相対移動は、光学系の物理的移動によって実施される。基板と光学系との相対位置が正確であるという条件で、実際にこれらの一方が移動するか、又は両方が移動するかは原理的に問題ではない。
【００３２】
[0031]  放射ビームがビームスプリッタ１６に入射すると、放射ビームの一部は、ビームスプリッタ（部分反射面１５）を通り抜け、基準ミラー１４に向かって基準路ＲＰをたどる。
【００３３】
[0032]  任意のメトロロジターゲットＴで回折した放射を含む、基板で反射した放射は、レンズ１６によって収集されて収集路ＣＰをたどり、収集路ＣＰにおいて、放射は、部分反射面１５を通って検出器１９に進む。検出器は、レンズ１６の焦点距離Ｆの位置にある後方投影瞳面Ｐに配置することができる。原理的に、瞳面自体はアクセス不可であり、その代わりとして、補助光学部品（図示せず）を用いて、いわゆる共役瞳面Ｐ’に配置された検出器上に再結像することができる。検出器は、２次元検出器とすることができ、そのため、基板ターゲット３０の２次元角散乱スペクトル又は回折スペクトルを測定することができる。瞳面又は共役瞳面において、放射の半径方向位置は、合焦スポットＳの平面内の放射の入射／出射の角度を画定し、光軸Ｏのまわりの角度位置は、放射のアジマス角を画定する。検出器１９は、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサアレイとすることができ、例えば、フレーム当たり４０ｍｓの積算時間を使用することができる。
【００３４】
[0033]  基準路ＲＰ内の放射は、同じ検出器１９の異なる部分、あるいは異なる検出器（図示せず）に投射される。基準ビームは、多くの場合、例えば、入射放射線の強度を測定して、散乱スペクトルで測定された強度の正規化を可能にするために使用される。
【００３５】
[0034]  照明システム１２の様々な構成要素は、同じ装置内で様々なメトロロジ「レシピ」を実施するように調整可能である。例えば、干渉フィルタの一セットでカラーフィルタ１２ｂを構築して、例えば、４０５〜７９０ｎｍ、又はさらに短い２００〜３００ｎｍなどの範囲の対象となる様々な波長を選択することができる。干渉フィルタは、様々なフィルタの一セットを含むよりもむしろ調整可能である。干渉フィルタの代わりに格子を使用することができる。ポラライザ１２ｃは、放射スポットＳの様々な偏光状態を実現するように回転可能又は交換可能である。アパーチャデバイス１３は、様々な照明プロファイルを実施するために調整することができる。アパーチャデバイス１３は、対物レンズ１６の瞳面Ｐ及び検出器１９の平面と共役である平面Ｐ”に配置されている。このようにして、アパーチャデバイスによって画定される照明プロファイルは、基板に入射する光の角度分布を画定し、放射は、アパーチャデバイス１３の様々な位置を通過する。
【００３６】
[0035]  検出器１９は、単一波長（又は狭波長域）の散乱光の強度を測定することができるし、又は検出器１９は、強度を多波長で別々に、若しくは波長域にわたって統合して測定することができる。さらに、検出器は、横磁場及び横電場偏光光の強度及び／又は横磁場偏光光と横電場偏光光との間の位相差を別々に測定することができる。
【００３７】
[0036]  図２に概略的に示す公知の角度分解スキャトロメータでは、メトロロジターゲットＴは、基板Ｗ上に設けられている。測定を行うために、このターゲットは、１Ｄ格子を含むことができ、この１Ｄ格子は、現像後に、連続レジスト線であるようにプリントされる。あるいは、ターゲットは２Ｄ格子とすることができ、この２Ｄ格子は、現像後に、連続するレジストピラー又はレジスト内のビア（接続穴）で形成されるようにプリントされる。あるいは、バー、ピラー、又はビアは、基板にエッチングで形成することができる。線幅及び形状などのパラメータの測定値は、処理ユニットＰＵによって実施される反復再現プロセスによって、プリントステップ及び／又は他のスキャトロメトリプロセスの情報から得ることができる。ターゲットは、ＤＲＡＭ製品セルの一部などのより複雑な構造を含むこともできる。
【００３８】
[0037]  再現によるパラメータの測定に加えて、角度分解スキャトロメトリは、製品内のフィーチャ及び／又はレジストパターンの非対称性の測定に有用である。非対称性の測定の特定の用途は、オーバーレイの測定用であり、ターゲットは、別のフィーチャに重ねられた周期性フィーチャの一セットを含む。図２の計測器を使用する非対称性測定の概念は、例えば、上記の米国特許出願公開第２００６０６６８５５号で説明されている。簡単に説明すると、周期性ターゲットの回折スペクトルのより高い回折次数（一次以上）の位置は、ターゲットの周期によってのみ定まり、回折スペクトルの強度レベルの非対称性は、ターゲットを構成する個々のフィーチャの非対称性を示す。図２の計測器では、検出器１９は、イメージセンサとすることができ、より高い回折次数でのそのような非対称性は、検出器１９によって記録された瞳像の非対称性として直接出現する。この非対称性は、ユニットＰＵでのデジタル画像処理によって推定し、公知のオーバーレイ値と対比して校正することができる。
【００３９】
[0038]  「回帰型」及び「ライブラリ型」の方法などのパターン再現プロセスの詳細な説明、並びに様々なタイプのスキャトロメータの説明は、米国特許出願公開第２０１２／０１２３７４８号に見ることができる。本書は、「回帰型」再現プロセスでのエラーを回避する、且つ／又は補正する方法の使用について説明する。そのような方法は、「ライブラリ型」プロセス、回帰及びライブラリプロセスの複合体などの他の再現モデルで、及びダイレクトインバージョン型プロセスに使用することができる。提案される方法は、様々な再現プロセスに適用することができる。
【００４０】
[0039]（例えば）スキャトロメトリを使用するＣＤ又はプロファイル再現は、対象となるパラメータ（例えば、ＣＤ、側壁角度、層厚さ、屈折率）を基板上の構造の反射率測定から分析することを試みる。構造には、スクライブレーン又はダミー領域内の専用設計のターゲットか、あるいは直接的にデバイス領域の繰返し構造かのいずれかがあり得る。
【００４１】
[0040]  反射率測定データから、検出されたスペクトル（又は「瞳」）のもとになる構造又はプロファイルは、処理ユニットＰＵ内での計算によって再現することができる。再現は、例えば、厳密結合波分析及び非線形回帰によって行うことができる。一般に、再現を行う場合に、構造の一般形態は公知であり、いくつかのパラメータは、構造が作製されるプロセスの情報から想定され、スキャトロメトリデータから求められる、構造の少数のパラメータだけが残る。簡単に説明すると、再現プロセスは、モデル化構造のスペクトル又は瞳応答をシミュレートすることと、このスペクトル又は瞳応答を実際の測定スペクトルと比較することとを含む。シミュレートスペクトルと測定スペクトルとが完全一致しない場合に、モデルの１つ又は複数のパラメータの値が変えられ、スペクトル応答が再度シミュレートされる。これは、シミュレートしたスペクトルと測定したスペクトルとの間の不一致が最小化されるまで繰り返される。
【００４２】
[0041]  ＣＤ又はプロファイルの再現は、標準積層体ジオメトリ及び光学材料が周知であることを必要とし、標準からの小さな偏差を適合プロセスで再現できることを利用する。このプロセスでは、測定データは、測定センサの（既知の／モデル化した）特性と共に、パラメータ偏差に応じた、電磁波の反射方程式（マクスウェルの方程式）の数値解析に基づくシミュレーションによって適合化される。
【００４３】
[0042]  シミュレートしたスペクトルと測定したスペクトルとの間の最も近い一致をもたらすモデル化パラメータ値（例えば、ジオメトリ及び／又は光学材料パラメータ）は、対象となるパラメータ（例えば、ＣＤ、ＳＷＡ（側壁角））の実際の値を含むと考えられる。ただし、モデルの一部のパラメータは固定され（例えば、光学材料パラメータ）、他のパラメータは、モデルの要素では全くなくて、測定に、ひいては回折パターンに影響を及ぼす。これらには、例えば、Ｘ及び／又はＹ（Ｘ及びＹは、図２に示すターゲットの平面である）の（測定スポットに関連する）ターゲット位置、測定焦点（例えば、図２に示すＺにおけるターゲット位置）、使用されるセンサ、及び測定放射波長／帯域幅があり得る。
【００４４】
[0043]  シミュレートしたスペクトルと測定したスペクトルとを比較すると、残差強度（測定した強度とモデル化強度との間の差）は、ゼロ平均と、検出器（例えば、検出器１９）のＣＣＤ暗電流及びショットノイズをモデル化した（例えば、対角）共分散マトリクスＣ１によって示される分散と、を含む正規分布を有すると想定される。これは、検出器ノイズに対する不十分な信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を有するピクセルが、良好なＳＮＲを有するピクセルに対して少数であることを保証する。
【００４５】
[0044]  次第に小さい方のターゲットに向かって（間の寸法を介して４０μｍ四方から４．５μｍ四方）測定を進める傾向がある。これは、環境から測定瞳への有害信号の関与を大きくし、この有害信号は、再現に使用される順モデルでシミュレートされず、したがって、対象となるパラメータ（例えば、ＣＤ）の測定を妨害することがある。特に、対象となるパラメータに対する位置決め誤差の影響は、ターゲットが小さいほど重大になる。
【００４６】
[0045]  したがって、再現型測定を実施することが提案され、この再現型測定では、ターゲットの繰返し測定が行われ、この繰返し測定中に測定条件が変えられ（例えば、上記のものなどの測定パラメータが意図的に変えられる、又は測定シーケンスの一部が繰り返される）、一方で、対象となるパラメータは、不変のままである（例えば、繰返し測定は、同じ物理的ターゲット構造に対する）。測定パラメータは、その測定パラメータに対するロバスト性が所望される（すなわち、影響が最小化される）パラメータである。そのような方法は、再現法を使用する任意の測定ツールに適用可能であり、この場合に、測定信号とモデル化信号との間の残差（例えば、各照明角に対する残差強度、又は各波長に対する残差エリプソメータ信号）が最小化される。ターゲットの多測定を使用して、測定条件の影響を緩和するための最小化で使用できる補正を求めることができる。
【００４７】
[0046]  実施形態では、補正は、残差の各成分（例えば、ピクセル）に重みを課す重み関数又は重みマトリクス（例えば、共分散マトリクス）を含むことができる。この重みマトリクスは、例えば、共分散マトリクスＣＩを使用することで検出器ノイズモデルに対して課された重みに加えることができる。そのような実施形態では、共分散マトリクスＣＩは、以下のような新たな共分散マトリクスＣで置き換えることができる。
Ｃ＝ＣＩ＋Ｃｒ    式（１）
ここで、重みマトリクスＣｒは、様々な測定条件下でのターゲットごとの多測定から求められる。別の実施形態では、重みマトリクスＣｒは、共分散マトリクスＣＩなしに、それだけで補正として使用される。
【００４８】
[0047]  測定条件又はパラメータは、それに対するロバスト性が所望され、例えば、以下のものの１つ又は複数を含むことができる。
１．Ｘ及び／又はＹにおける位置（ウェーハアライメントロバスト性に対して）−ターゲットの各多測定は、ターゲット中心（又は他の地点）に対する測定スポットの位置を変えて、例えば、単一ターゲット全体にわたるＸＹマトリクス走査で行うことができる。
２．焦点（焦点ロバスト性に対して）−ターゲットの各多測定は、異なる焦点高さ、例えば、単一ターゲット全体にわたるＺ走査で行うことができる（ターゲットは多数の高さレベルで測定される）。
３．検出器／メトロロジ装置（ツール適合ロバスト性に対して）−ターゲットの各多測定は、異なるセンサ及び／又はメトロロジ装置を使用して行うことができる。
４．基板の導入及び取外し（ダイナミックリプロ  ロバスト性に対して）−ターゲットの測定は、基板の導入及び取外し作業の前後で、すなわち、同じ基板がメトロロジ装置から取り外され、次いで再導入された場合に、同じターゲットに対して行うことができる。
５．測定放射パラメータ（測定放射ロバスト性に対して）−ターゲットの各多測定は、測定放射の１つ又は複数のパラメータ、例えば、波長、波長帯域、ビーム入射角、及び／又は帯域幅を変えながら、同じターゲットに対して行うことができる。
【００４９】
[0048]  実施形態では、多測定条件からのそのようなデータを、例えば、２つ以上の重みマトリクスを加えることで組み合わせることが提案され、各重みマトリクスは、同じターゲットの多測定に対してではあるが、異なる測定条件に変えて取得される（この場合に、独立したバリエーションを組み合わせるように注意を払う必要がある）。例えば、Ｘ／Ｙにおける様々な位置でのターゲットの多測定から得られたアライメント位置（Ｘ／Ｙ）重みマトリクスは、Ｚにおける様々な位置での同じターゲットの多測定から得られた焦点（Ｚ−位置）重みマトリクスに（及び、場合によっては、それぞれが別の変えられた測定条件に対応する１つ又は複数の他の重みマトリクスに加えることができる）。
【００５０】
[0049]  別の実施形態は、多数のターゲットの測定から（それぞれが同じ測定パラメータのバリエーションに対応する）様々な共分散マトリクスの平均を取ることを含み、その理由は、対象となるパラメータのバリエーションは、測定条件のバリエーションと連関することができるからである。多数のターゲットは、すべて同様とすることができる、すなわち、同じ用途（同じ構造／パターン）とすることができる。そのような実施形態では、第１のターゲットの測定は、測定パラメータのバリエーション（例えば、様々なアライメント）に関して、多測定条件下で行うことができ、第２の（同様の）ターゲットの測定は、同じ測定パラメータのバリエーション（例えば、様々なアライメント）に関して、多測定条件下で行うことができる。次いで、第１及び第２のターゲットから得られたマトリクスは平均を取ることができる。
【００５１】
[0050]  前の２つの段落の実施形態は組み合わせることができて、第１の測定パラメータを変えながら多数のターゲットから得られた平均化重みマトリクスは、第２の測定パラメータを変えながら（例えば、同じ）多数のターゲットから得られた平均化重みマトリクスに加えることができる。
【００５２】
[0051]  重みマトリクスＣｒを計算するいくつかの方法がある。Ｉ１，…，ＩＮが、（測定条件が変えられる）Ｎ回の測定から得た同じターゲットの測定信号（例えば、測定した瞳強度又は測定スペクトルのベクトル）である例を考えると、第１の方法は、再現時に、Ｎ回の測定にわたってより多く変化する成分（例えば、ピクセル）、例えば、測定パラメータに対して最大の依存性を示すピクセルに、より小さい重みを付与する。この方法では、これらのピクセルは、再現されるプロファイルパラメータに及ぼす影響がより小さい。より具体的な実施形態では、重みマトリクスは、Ｎ回の測定すべてにわたってｉ番目のピクセルの分散を表す対角（分散）マトリクスとすることができる。
（Ｃｒ）ｉｉ＝ｖａｒ（（Ｉ１）ｉ，…，（ＩＮ）ｉ）    式（２）
【００５３】
[0052]  式（２）の例は、有意であり得る様々なピクセル間の依存性を全くとらえない。したがって、別の実施形態では、共分散マトリクスＣｒ全体が計算される。
【数１】
2019534479.tif 000003
上式で、Ｉａｖｇは、Ｎ回の測定にわたる平均強度であり、以下の通りに定義される。
【数２】
2019534479.tif 000004
そのような共分散マトリクスは、測定条件のバリエーションによる様々なピクセルのカップリングを抑制し、したがって、各ピクセルの個々の分散及び様々なピクセル対間の共通バリエーションの両方を抑制する。
【００５４】
[0053]  測定した瞳に見られるすべてのバリエーションが、等しく起こるとは限らない。例えば、非常に大きな位置誤差は、小さい位置誤差よりも起こりにくいと想定される。したがって、式（３）の例のバリエーションにおいて、様々な測定は、測定パラメータが、測定に対応する特定の値を有する可能性を反映する重み係数Ｐｊ（
【数３】
2019534479.tif 000005
）によって、重み付けすることができる。この場合に、例えば、測定パラメータは位置を含み、（様々な位置誤差に対する）重み係数Ｐｊの値は、（例えば）正確な位置決めのためのセンサ母集団データから取得することができる。この実施形態では、Ｃｒは、以下の式によって計算することができる。
【数４】
2019534479.tif 000006
【００５５】
[0054]  他の実施形態では、特に、測定回数Ｎが、測定された強度数、すなわち、ベクトルＩｊの次元数よりも少ない場合に、適切な推定器を使用して、共分散マトリクスのより高度で安定した推定を行うことができる。推定器には、例えば、以下のもののうちの１つが含まれる。
・縮退共分散推定器。式（４）と別のマトリクスとの凸一次結合が行われ、他のマトリクスは、例えば、http://strimmerlab.org/publications/journals/shrinkcov2005.pdfで見ることができ、参照によりその全体を本明細書に援用される”A Shrinkage Approach to Large-Scale Covariance Matrix Estimation and Implications for Functional Genomics”, Schaefer and Strimmer, Statistical Applications in Genetics and Molecular Biology Volume 4, Issue 1, Article 32の表２に載せられたものの１つとすることができる。
・バンド推定器。式（４）で表されるマトリクスは、その対角の周囲の適切に選択されたバンド以外のすべての成分が０に設定される。
・テーパリング推定器。式（４）で表されるマトリクスは、マトリクス成分のマトリクス対角までの距離ｔ（｜ｉ−ｊ｜）の関数、例えば、対角までの距離が長くなるにつれて、１から０まで線形的に減少する区分的線形テーパリング関数によってマトリクス成分（Ｃｒ）ｉｊが減少する。
【００５６】
[0055]  共分散マトリクスは、用途ごとに（すなわち、異なる構造／デザイン／パターンごとに）推定することができる。瞳内において、対象となるパラメータと測定パラメータとの間に用途依存性の連関があることが分かり、異なる構造は、例えば、位置決め誤差に対して、照明及び検出のバリエーションに様々に連関することができる。
【００５７】
[0056]  実際上、共分散マトリクス（補正）は、校正ステップで求めることができる。校正ステップは、例えば、ＸＹ−移動（又は他のパラメータバライエーション）下でのターゲットの測定を含むことができ、関連する信号（角度依存強度）を測定し、次いで、ＸＹ−移動下でのこれらの強度のバリエーションから共分散マトリクスを求める。この場合に、補正を加えることには、後の段階の測定時に、「オンザフライ」による、測定した強度とモデル化強度との間の差に、求めた共分散マトリクスの逆マトリクスを適用することが含まれる。
【００５８】
[0057]  図３は、パラメータ化モデルと、スキャトロメータなどの検査装置を使用して検出された回折パターン（回折スペクトル又は瞳）と、を使用して、ターゲットを再現する「回帰型」プロセスを示している。この種の再現プロセスは、ターゲット形状の第１の推定（第１の候補構造）に基づく回折パターンが計算され、測定した回折パターンと比較される。計算は、放射と、モデルによって表される構造と、の間の相互作用をシミュレートする。次いで、新たな候補構造を生成し、最良に適合させるために、一連の反復修正において、モデルのパラメータが系統的に変えられ、回折パターンが再計算される。ターゲットは、この説明において、例えば、図３を参照して説明したように、一方向の周期構造であると想定される。実際上、ターゲットは、２つの（又は２つを超える）方向に周期的とすることができ、処理は、相応して適合される。回折パターンは、例えば、図２のスキャトロメータのセンサ１９によって検出された２Ｄ瞳像とすることができる。
【００５９】
[0058]  導入部及び特許請求の範囲の専門用語において、スキャトロメータによって測定される回折パターンは検出信号の例である。パラメータ化モデルを使用して計算される回折パターンはモデル信号の例である。より詳細な方法のステップは以下の通りである。
【００６０】
[0059]  ３０２：いくつかのパラメータＰｉ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３など）によって、ターゲット構造のパラメータ化モデルを規定する「再現モデル」を確立する。これらのパラメータは、例えば、１Ｄ周期構造において、側壁の角度、フィーチャの高さ又は深さ、フィーチャの幅を表すことができる。ターゲット及び下層の材料特性も、（スキャトロメータ放射ビームに存在する特定の波長での）屈折率などのパラメータによって表される。重要なことであるが、ターゲット構造は、その形状及び材料特性を表す多数のパラメータによって画定することができるが、再現モデルは、これらのパラメータの多くを固定値を有するように規定し、一方、他のパラメータは、次に続くプロセスステップにおいて、可変又は「流動的」パラメータである。先行公報の米国特許出願公開第２０１２／０１２３７４８号では、固定パラメータと流動的パラメータとの間で選択が行われるプロセスが記載されている。選択セットは、再現プロセスのための「レシピ」と称することができ、様々なレシピを試行することができる。例えば、先行公報は、完全に独立した流動的パラメータなしに、パラメータを変えることができる方法を導入している。これらの技術は、本発明を実施する際に、採用してよいし、又はしなくてもよい。図３の説明上、流動的パラメータのみがパラメータＰｉとみなされる。
【００６１】
[0060]  ３０３：流動的パラメータに対して初期値（Ｐｉ（０）（すなわち、Ｐ１（０）、Ｐ２（０）、Ｐ３（０）など）を設定して、モデルターゲットの形状を推定する。各流動的パラメータは、レシピで規定した通りに、ある所定の範囲内で生成される。
【００６２】
[0061]  ３０４：例えば、スキャトロメータを使用して、基板上の実際のターゲットの回折パターンを複数回測定し、各これらの測定は、すべてのパラメータＰｉが変わらないままであるように、（ターゲットではなくて）測定に関連する測定条件（例えば、測定パラメータ）の異なるバリエーションで行われる。測定した回折パターンは、コンピュータなどの計算システムに転送される。特に、測定パラメータは、測定スポットに対応するターゲット部分（この場合に、様々な測定は、同じターゲットに対して、Ｘ及び／又はＹにおける様々な位置で行われる）、焦点（この場合に、様々な測定は、同じターゲットに対して、Ｚにおける様々な焦点高さ又は位置で行われる）、再現性（この場合に、様々な測定は、同じターゲットに対して、取外し及び導入作業の前後に行われる）、検出装置（この場合に、様々な測定は、同じターゲットに対するものであり、異なる検出器又はメトロロジ装置を使用して測定される）、又は波長若しくは帯域幅などの測定放射パラメータ（この場合に、様々な測定は、同じターゲットに対するものであり、異なる波長若しくは帯域幅の測定放射を用いて行われる）とすることができる。計算システムは、上記の処理ユニットＰＵとしてよいし、又は別の装置としてもよい。
【００６３】
[0062]  ３０５：ステップ３０４で行われた測定全体にわたって、変えられた測定パラメータの影響を緩和する補正を計算する。補正には、各ピクセルごとの検出したピクセル強度全体にわたる分散を表す分散／共分散マトリクスなどの重みマトリクスＣｒを含むことができる。分散／共分散マトリクスは、式（２）、式（３）、又は式（４）のいずれかによって計算することができる。分散／共分散マトリクスはまた、本明細書で説明した任意のバリエーションを含むことができ、例えば、推定器を使用することができるし、又は重みマトリクスは、様々な測定条件を変えて得られた様々な重みマトリクスの総和とすることができ、且つ／若しくは様々なターゲットにわたって平均を取ることができる。補正には、同様に、検出器モデルに基づく重みを含む式（１）の共分散マトリクスＣを含むことができる。
【００６４】
[0063]  ３０６：ターゲットの推定形状を表すパラメータをモデル化ターゲットの様々な要素の材料特性と共に使用して、散乱挙動を計算する。これは、例えば、ＲＣＷＡ（厳密結合波解析）又はマクスウェルの方程式の他の任意のソルバなどの厳密光回折法を使用して行うことができる。これは、推定したターゲット形状に対するモデル回折パターンをもたらす。
【００６５】
[0064]  ３０８、３１０：次いで、測定した回折パターン及びモデル回折パターンを比較し、それらの類似性及び相違を使用して、モデルターゲット形状に対する「メリット関数」を計算する。本明細書に開示した新規の方法では、ステップ３０５で計算された補正をメリット関数の計算で使用して、測定条件のバリエーションの影響を小さくする。この方法では、メリット関数の最小化の反復修正ごとに補正が加えられる。例えば、各反復修正において、測定した回折パターンとモデル解析パターンとの間の計算した残差に補正を加えることができ、その残差は、メリット関数で使用される。
【００６６】
[0065]  ３１２：モデルが実際のターゲット形状を正確に表すには、その前にモデルを改良する必要があることを、メリット関数が示す場合に、新たなパラメータＰ１（１）、Ｐ２（１）、Ｐ３（１）が推定されて、ステップ３０６に反復的にフィードバックされる。測定したターゲットを最もよく表すパラメータ値のセットを捜すように、ステップ３０６−３１２を繰り返す。探索の助けとするために、ステップ３０６での計算は、パラメータ空間のこの特定の領域で、パラメータを増減させることで、メリット関数が増減する感度を示すメリット関数の偏導関数をさらに生成することができる。メリット関数の計算及び導関数の使用は、当技術分野において公知であり、ここでは詳細に説明しない。
【００６７】
[0066]  ３１４：メリット関数が、この反復プロセスが所望の精度で解決に向けて収束したことを示す場合に、現時点で推定したパラメータが、実際のターゲット構造の測定結果として通知される。
【００６８】
[0067]  上記のプロセスのステップは、説明のために特定の順序で提示された。これらのステップは、説明した順序で実施される必要はない。例えば、ステップ３０２及び／又はステップ３０３は、ステップ３０４で測定を行った後に実施することができる。この反復プロセスの計算時間は、使用した順回折モデルによって、すなわち、厳密光回折理論を使用する推定モデル回折パターンの計算によって、推定ターゲット構造からほぼ定まる。より流動的なパラメータが必要とされる場合に、自由度がより高くなる。計算時間は、自由度数と共に増大する。３０６で計算された、推定又はモデル回折パターンは、様々な形態で表すことができる。例えば、モデルが、照明源１１から検出器１９までの装置の光挙動と、さらには、検査下のターゲットの散乱挙動とを含む場合に、モデル化回折スペクトルは、図２のスキャトロメータ装置によって測定された回折スペクトルと容易に比較することができる。これは、多くのターゲットがすべての基板で測定される場合に重要な検討材料となる。
【００６９】
[0068]  図３以降のこの説明全体にわたって、「回折パターン」という用語は、図２の例示的な装置において、及び上記の先行公報の米国特許出願公開第２０１２／０１２３７４８号で説明されているような角度分解スキャトロメータが使用されるという仮定のもとで、検出信号の例として使用されている。当業者は、例えば、様々なタイプのスキャトロメータに、エリプソメータ、光プロファイル測定システム、さらには他のタイプの測定機器に、及びスペクトル的に分解される回折パターンに、この教示を容易に適応させることができる。
【００７０】
[0069]  要約すれば、図３のプロセスは、ターゲット構造のパラメータをスキャトロメトリ測定信号から推定するモデル適合手法を使用する。流動的パラメータは、モデルの内部にのみ係わることができるし、又はシステムユーザが、測定及び再現プロセス通じて求めたいと思う、対象となる真正のパラメータとすることもできる。概念は原理的に単純であるが、実際上、再現モデルを作るのは困難である。モデルは、例えば、二乗平均平方根誤差（ＲＭＳＥ）によって規定することができ、ノイズ感度（再現性）及びバイアス（定誤差）に分解することができる精度に対して最適化されなければならない。モデルの最適化はまた、ノイズ、校正誤差、モデル近似、及び他のパラメータのバリエーションの影響を受けにくいと同時に、対象となるパラメータの実際のバリエーションに対応する最適測定を達成しなければならない。最後に、モデル実行時間は、最小化されなければならない。
【００７１】
[0070]  上記の技術を使用して、ＣＤ（又は他の）測定にスポット位置決めと、焦点と、メトロロジツール（適合）と、測定放射と、ウェーハの導入／取外しによる再現性と、を含む測定環境のバリエーションに対するロバスト性を持たせることもできる。説明した技術は、モデル適合を使用する他の測定、例えば、オーバーレイ測定に使用することもできる。この技術は、他のメトロロジツールと、リソグラフィ装置のアライメントセンサを用いて行われる波長を通じた測定などの測定と、に適用することもできる。
【００７２】
[0071]  物理的レチクルの形態のパターニングデバイスが説明されたが、本願における「パターニングデバイス」という用語は、例えば、プログラマブルパターニングデバイスと共に使用するために、パターンをデジタルの形態に導くデータプロダクトも含む。
【００７３】
[0072]  光リソグラフィとの関連において、本発明の実施形態の使用について上記に特定の言及を行うことができたが、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で使用することができ、状況が可能にする場合、光リソグラフィに限定されない。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トポグラフィが、基板に形成されるパターンを画定する。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に押し付けることができ、レジストは、電磁放射、熱、圧力、又はそれらの組み合わせを加えることで硬化する。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たままレジストから引き離される。
【００７４】
[0073]  本発明によるさらなる実施形態が、下記の番号を付けた条項でさらに説明される。
１．基板上の構造に関連する、対象となるパラメータを測定する方法であって、
１）複数の測定信号の中からの測定信号に対する測定条件の影響を補償するための補正を求め、各上記測定信号は、上記測定条件の異なるバリエーションのもとで行われる、構造の異なる測定から得られることと、
２）上記構造の数学モデルによる再現に対する上記測定条件のバリエーションの影響を抑制するために、補正を使用して上記再現を行うことと、
を含む、方法。
２．３）再現に基づく、上記対象となるパラメータの測定結果を通知することをさらに含む、条項１による方法。
３．上記構造の数学モデルによる再現を実施するステップは、
ａ）上記構造の形状及び材料特性が、対象となる少なくとも１つのパラメータを含む複数のパラメータによって表される数学モデルを規定することと、
ｂ）上記数学モデルを使用してモデル信号を計算することと、
ｃ）構造の測定から得られた測定信号とモデル信号との間の一致度を求め、それと同時に、モデル信号において十分に表されない上記測定条件のバリエーションの、一致度に対する影響を抑制するために補正を使用することと、
ｄ）十分に高い一致度をもたらす、上記複数のパラメータのパラメータ値の一セットを求めることと、
を含む、条項１又は２による方法。
４．上記ステップｂ）〜ｄ）は、測定信号とモデル信号との間の差を最小化するように、上記複数のパラメータの１つ又は複数の値を変えながら反復的に行われ、それと同時に、最小化の各反復修正において補正を加える、条項３による方法。
５．ステップｃ）、ｄ）は、測定信号とモデル信号との間のミスフィットを最小限にして、パラメータ値のセットを求めるためにダイレクトインバージョンを行うことを含む、条項４による方法。
６．ステップｂ）は、候補モデル信号のライブラリを計算するように、パラメータ値の複数の異なるセットに対して前もって実施され、ステップｃ）、ｄ）は、上記一致度が十分に高くなるまで、測定信号と上記候補モデル信号との間の一致度を求めることを含む、条項４による方法。
７．上記補正は、重み関数又は重みマトリクスを含み、この重み関数又は重みマトリクスは、ステップｃ）で求めた検出信号とモデル信号との間の一致度が、重み関数又は重みマトリクスによって規定される、信号の様々な成分に対する依存性を有するように作用する、条項３〜６のいずれかによる方法。
８．ステップｃ）は、測定信号とモデル信号との間の差に重み関数又は重みマトリクスを適用することを含む、条項７による方法。
９．上記検出信号は、角度分解スキャトロメータによって得られた２次元回折パターンであり、上記重み関数又は重みマトリクスは、一致度を計算するために、上記回折パターンの一部の成分に対して、他の成分よりも小さい重みを設定する、条項７又は８による方法。
１０．上記検出信号は、反射率測定又はエリプソメトリによって得られた２次元スペクトル分解回折パターンであり、上記重み関数又は重みマトリクスは、一致度を計算するために、上記回折パターンの一部の成分に対して、他の成分よりも小さい重みを設定する、条項７又は８による方法。
１１．上記重み関数又は重みマトリクスは、複数の測定信号の成分ごとの分散を表すマトリクスを含み、上記重み関数又は重みマトリクスは、複数の測定信号にわたって最大の分散を示す成分に、より小さい重みを課す、条項９又は１０による方法。
１２．上記重み関数又は重みマトリクスは、複数の測定信号の成分ごとの分散と、複数の測定信号成分の各対間の共分散と、を表すマトリクスを含み、上記重み関数又は重みマトリクスは、通常、最大の分散を示す成分及び／又は複数の測定信号にわたって最大振幅の共分散を示す成分対に、より小さい重みを課す、条項９又は１０による方法。
１３．重み関数又は重みマトリクスは、測定信号を検出するために使用される検出器に作用するノイズを補償する検出器ノイズ重み関数又は重みマトリクスと組み合わされる、条項７〜１２のいずれかによる方法。
１４．それぞれが上記測定条件の異なる１つに対応する、複数の測定条件の様々な重みマトリクスを得るために、複数の異なる測定条件に対してステップ１）、２）を行うことと、
上記重み関数又は重みマトリクスを得るために、上記複数の測定条件の様々な重みマトリクスを組み合わせることと、
を含む、条項７〜１３による方法。
１５．それぞれが上記構造の異なる１つに対応する、複数の構造の様々な重みマトリクスを得るために、異なるが同等の複数の構造に対してステップ１）〜２）を実施することと、
上記重み関数又は重みマトリクスを得るために、上記複数の構造の様々な重みマトリクスの平均を取ることと、
を含む、条項７〜１４のいずれかによる方法。
１６．測定条件の様々なバリエーションのもとで実施される測定には、測定パラメータを変えて実施される測定が含まれる、条項１〜１５のいずれかによる方法。
１７．測定パラメータには、基板の平面内の測定スポットの、構造に対する位置が含まれる、条項１６による方法。
１８．測定パラメータには、構造上の測定スポットの焦点が含まれる、条項１６による方法。
１９．測定パラメータには、測定を行うために使用される測定放射のパラメータが含まれる、条項１６による方法。
２０．測定パラメータは、測定放射の１つ又は複数の波長である、条項１９による方法。
２１．測定パラメータは、測定放射の帯域幅である、条項１９による方法。
２２．測定パラメータは、測定ビームの入射角である、条項１９による方法。
２３．測定条件の様々なバリエーションのもとで実施される測定には、様々なメトロロジ装置に対して実施される測定が含まれる、条項１〜１５のいずれかによる方法。
２４．測定条件の様々なバリエーションのもとで実施される測定には、基板が取り外され、再導入される取外し及び再導入ステップの前後に実施される測定が含まれる、条項１〜１５のいずれかによる方法。
２５．補正は、補正を求めるステップ時に、複数の測定信号の中からの各測定信号に重みを課す重み係数を含み、重みは、測定信号に対応する測定条件の特定のバリエーションの相対尤度に基づく、条項１〜２４のいずれかによる方法。
２６．対象となるパラメータは、上記構造の物理寸法である、条項１〜２５のいずれかによる方法。
２７．対象となるパラメータはオーバーレイである、条項１〜２５のいずれかによる方法。
２８．条項１〜２７のいずれかの方法を実施するように構成されたメトロロジ装置。
２９．構造が形成される基板用のサポートと、
測定条件の複数の異なるバリエーションに対して、上記構造を放射で選択的に照明し、構造で散乱した散乱放射に集まる光学系と、
測定条件の各バリエーションごとに、散乱放射から測定信号を検出する検出器と、
検出した測定信号の中からの測定信号に対する測定条件の影響を補償するための補正を求めるように構成されたプロセッサと、
を含む、メトロロジ装置。
３０．上記プロセッサは、上記構造の数学モデルによる再現に対する上記測定条件のバリエーションの影響を抑制するために、補正を使用して上記再現を行い、再現に基づく、上記構造の対象となるパラメータの測定結果を通知するようにさらに動作する、条項２９によるメトロロジ装置。
３１．対象となるパラメータは、上記構造の物理寸法である、条項３０によるメトロロジ装置。
３２．対象となるパラメータはオーバーレイである、条項３０によるメトロロジ装置。
３３．上記プロセッサは、
ａ）上記構造の形状及び材料特性が、対象となる少なくとも１つのパラメータを含む複数のパラメータによって表される数学モデルを規定し、
ｂ）上記数学モデルを使用してモデル信号を計算し、
ｃ）構造の測定から得られた測定信号とモデル信号との間の一致度を求め、それと同時に、モデル信号において十分に表されない上記測定条件のバリエーションの、一致度に対する影響を抑制するために補正を使用し、
ｄ）十分に高い一致度をもたらす、上記複数のパラメータのパラメータ値の一セットを求める、
ようにさらに動作する、条項３０〜３２のいずれかによるメトロロジ装置。
３４．測定信号とモデル信号との間の差を最小化するように、上記複数のパラメータの１つ又は複数の値を変えながら反復的にモデル信号を計算し、一致度を求め、それと同時に、最小化の各反復修正において補正を加えるように動作する、条項３３によるメトロロジ装置。
３５．測定信号とモデル信号との間のミスフィットを最小限にして、パラメータ値のセットを求めるためにダイレクトインバージョンを行うように動作する、条項３３によるメトロロジ装置。
３６．候補モデル信号のライブラリを取得して、上記一致度が十分に高くなるまで、測定信号と上記候補モデル信号との間の一致度を求めるように動作する、条項３３によるメトロロジ装置。
３７．上記補正は、重み関数又は重みマトリクスを含み、この重み関数又は重みマトリクスは、検出信号とモデル信号との間の一致度が、重み関数又は重みマトリクスによって規定される、信号の様々な成分に対する依存性を有するように作用する、条項３３〜３６のいずれかによるメトロロジ装置。
３８．測定信号とモデル信号との間の差に重み関数又は重みマトリクスを適用するように動作する、条項３７によるメトロロジ装置。
３９．上記検出信号は、角度分解スキャトロメータによって得られた２次元回折パターンであり、上記重み関数又は重みマトリクスは、一致度を計算するために、上記回折パターンの一部の成分に対して、他の成分よりも小さい重みを設定する、条項３７又は３８によるメトロロジ装置。
４０．上記検出信号は、反射率測定又はエリプソメトリによって得られた２次元スペクトル分解回折パターンであり、上記重み関数又は重みマトリクスは、一致度を計算するために、上記回折パターンの一部の成分に対して、他の成分よりも小さい重みを設定する、条項３７又は３８によるメトロロジ装置。
４１．上記重み関数又は重みマトリクスは、複数の測定信号の成分ごとの分散を表す分散マトリクスを含み、上記重み関数又は重みマトリクスは、複数の測定信号にわたって最大の分散を示す成分に、より小さい重みを課す、条項３９又は４０によるメトロロジ装置。
４２．上記重み関数又は重みマトリクスは、複数の測定信号の成分ごとの分散と、複数の測定信号の各対間の共分散とを表す共分散マトリクスを含み、上記重み関数又は重みマトリクスは、最大の分散を示す成分及び／又は複数の測定信号にわたって最大振幅の分散を示す成分対に、より小さい重みを課す、条項３９又は４０によるメトロロジ装置。
４３．重み関数又は重みマトリクスを、測定信号を検出するために使用される検出器に作用するノイズを補償する検出器ノイズ重み関数又は重みマトリクスと組み合わせるように動作する、条項３７〜４２のいずれかによるメトロロジ装置。
４４．それぞれが異なる測定条件に対応する、複数の測定条件の様々な重みマトリクスを求め、
上記重み関数又は重みマトリクスを取得するために、上記複数の測定条件の様々な重みマトリクスを組み合わせるように動作する、条項３７〜４３のいずれかによるメトロロジ装置。
４５．それぞれが、異なるが同等の構造に対応する、複数の構造の様々なマトリクスを求めるように動作し、
上記重み関数又は重みマトリクスを取得するために、上記複数の構造の様々な重みマトリクスの平均を取る、条項３７〜４４のいずれかによるメトロロジ装置。
４６．測定条件の様々なバリエーションには、測定パラメータのバリエーションが含まれる、条項２９〜４５のいずれかによるメトロロジ装置。
４７．測定パラメータには、基板の平面内の測定スポットの、構造に対する位置が含まれ、この位置は、上記構造を放射で選択的に照明するときに画定される、条項４６によるメトロロジ装置。
４８．測定パラメータには、上記構造を放射で選択的に照明するときに構造に対して画定される測定スポットの焦点が含まれる、条項４６によるメトロロジ装置。
４９．測定パラメータには、上記構造を選択的に照明するのに使用される放射のパラメータが含まれる、条項４６によるメトロロジ装置。
５０．測定パラメータは、放射の１つ又は複数の波長である、条項４９によるメトロロジ装置。
５１．測定パラメータは、上記構造を選択的に照明するのに使用される放射の測定ビームの入射角である、条項４９によるメトロロジ装置。
５２．測定パラメータは、測定放射の帯域幅である、条項４９によるメトロロジ装置。
５３．測定条件の様々なバリエーションには、基板が取り外され、再導入される取外し及び再導入ステップの前後の条件が含まれる、条項２９〜４５のいずれかによるメトロロジ装置。
５４．補正は、補正を求めるステップ時に、各測定信号に重みを課す重み係数を含み、重みは、測定信号に対応する測定条件の特定のバリエーションの相対尤度に基づく、条項２９〜５３のいずれかによるメトロロジ装置。
５５．リソグラフィプロセスで使用するリソグラフィ装置と、
条項２８〜５４のいずれかによるメトロロジ装置と、
を含む、リソグラフィシステム。
５６．適切なプロセッサ上で実行する場合に、プロセッサに条項１〜２７のいずれかの方法を実施させる機械可読命令を含む、コンピュータプログラム製品。
【００７５】
[0074]  リソグラフィ装置に関連して使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、（例えば、３６５、３５５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍの波長、あるいはそれらの近辺の波長を有する）紫外（ＵＶ）線及び（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）極端紫外（ＥＵＶ）線、さらには、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームを含むすべてのタイプの電磁放射線を包含する。
【００７６】
[0075]  「レンズ」という用語は、状況が可能にする場合、屈折式、反射式、磁気式、電磁気式、及び静電式光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントの任意の一つ、又はそれらの組み合わせを指すことができる。
【００７７】
[0076]  特定の実施形態の前述の説明は、本発明の一般的な性質を完全に明らかにするので、他者は、当業者の技能の範囲内の知識を適用することで、過度の実験を行うことなく、本発明の一般概念から逸脱することなく、そのような特定の実施形態を修正し、且つ／又はそのような特定の実施形態を様々な用途に適合させることができる。したがって、そのような適合及び修正は、本明細書に提示した教示及びガイダンスに基づいて、開示した実施形態の等価物の趣旨及び範囲内であることを意図されている。当然のことながら、本明細書における専門語又は用語は、例を用いて説明するためのものであり、限定するものではなく、本明細書の用語又は専門語は、教示及びガイダンスに照らして、同業者によって解釈されるべきである。
【００７８】
[0077]  本発明の広さ及び範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれかによって限定されるのではなくて、添付の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ規定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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