(57)【要約】【課題】リソグラフィ技術によるデバイスの製造に使用可能なメトロロジのための方法及び装置が開示されている。【解決手段】リソグラフィ製造システムは、１０ｎｍ未満の特徴サイズと、周期性（Ｄ）の方向と、を備えた周期構造を作成する。ＥＵＶスペクトルにおける波長範囲を有する放射（１９０４）のビームは、約５μｍ直径のスポット（Ｓ）に合焦される。反射された放射（１９０８）は、ターゲットスペクトル信号（ＳＴ）を得るために取得（１９１３）されるスペクトル（１９１０）に分解される。参照スペクトル信号（ＳＲ）を得るために、参照スペクトルが検出（１９１４）される。任意で、ディテクタ（１９５０）が設けられ、ターゲットの格子構造により１次回折された放射を使用して、さらなるスペクトル信号（ＳＦ）を得る。１つ以上の角度で得られた信号（ＳＴ、ＳＲ、ＳＦ）を使用して、ＣＤ及びオーバーレイ等、ターゲットの測定特性を計算する。【選択図】図１９
2019191605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィプロセスによって製造された構造の特性を測定する方法であって、
（ａ）基板に平行な方向から２°を上回る角度の照射方向に沿った、１〜１００ｎｍの範囲の複数の波長を備えた放射ビームで、前記基板上に前記リソグラフィプロセスによって形成され少なくとも第１の方向に周期性を有する周期構造を照射することと、
（ｂ）前記周期構造によって反射された放射のスペクトルを検出することと、
（ｃ）前記周期構造の特性を判定するために、前記検出されたスペクトルを表す信号を処理することと、
を備える、方法。
【請求項２】
前記基板に平行な方向に対する前記照射方向は、前記スペクトルの検出に先立って調整され、
前記放射ビームの直径は、前記周期構造上への投影時、ビームの範囲を調整するのに対応して調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記放射ビームの生成に使用される照明システムは、真空環境に収容され、前記基板は、低圧気体環境に保持され、
前記低圧気体環境は、前記照明システムの前記真空環境を妨げることなく、新たな基板の搭載及び取外しを行うように動作可能なハウジングによって規定される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
反射された放射の前記スペクトルを検出するために使用される検出システムは、真空環境に収容され、
前記基板は、低圧気体環境に保持され、
前記低圧気体環境は、前記検出システムの前記真空環境を妨げることなく、新たな基板の搭載及び取外しを行うように動作可能なハウジングによって規定される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記照射方向は、前記基板の平面上への投影時、前記第１の方向に対してゼロ以外の方位角を規定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｂ）は、前記周期構造によって回折される放射のゼロ以外の回折次数を検出することをさらに備え、
前記ゼロ以外の回折次数は、前記周期構造によってスペクトルに広げられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記特性は、非対称性である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
リソグラフィプロセスの性能測定に使用されるメトロロジ装置であって、
１〜１００ｎｍの範囲の複数の波長を備えた放射ビームを生成する照射システムと、
基板に平行な方向から２°を上回る角度の照射方向に沿った放射で前記基板上に形成された周期構造を照射するため、前記照射システムとともに動作可能な基板支持体と、
前記周期構造によって反射された放射のスペクトルを検出する検出システムと、
を備える、装置。
【請求項９】
前記基板に平行な方向に対する前記照射方向は、調整可能であり、
前記放射ビームの直径は、前記周期構造上への投影時、ビームの範囲を調整するのに対応して調整可能である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記放射ビームの生成に使用される照明システムは、真空環境に収容され、
前記基板は、低圧気体環境に保持され、
前記低圧気体環境は、前記照明システムの前記真空環境を妨げることなく、新たな基板の搭載及び取外しを行うように動作可能なハウジングによって規定される、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
反射された放射の前記スペクトルを検出するために使用される検出システムは、真空環境に収容され、
前記基板は、低圧気体環境に保持され、
前記低圧気体環境は、前記検出システムの前記真空環境を妨げることなく、新たな基板の搭載及び取外しを行うように動作可能なハウジングによって規定される、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記照射方向は、前記基板の平面上への投影時、前記第１の方向に対してゼロ以外の方位角を規定し、
前記方位角は、前記基板を取り出すことなく調整可能である、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記周期構造によって回折される放射のゼロ以外の回折次数を検出するディテクタをさらに備え、
前記ゼロ以外の回折次数は、前記周期構造によってスペクトルに広げられる、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
リソグラフィプロセスを使用して、パターニングデバイスから基板上に、少なくとも１つの周期構造を規定するパターンを転写することと、
前記リソグラフィプロセスの１つ以上のパラメータについての値を判定するために、前記周期構造の１つ以上の特性を測定することと、
前記測定された特性に応じて、前記リソグラフィプロセスの次の動作において、補正を適用することと、を備え、
前記周期構造の前記特性を測定するステップは、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法により、特性を測定することを含む、
デバイス製造方法。
【請求項１５】
リソグラフィプロセスによって製造された構造の特性を測定する方法であって、
（ａ）基板に平行な方向から２°を上回る角度の照射方向に沿った、１〜１００ｎｍの範囲の複数の波長を備えた放射ビームで、前記基板上に前記リソグラフィプロセスによって形成され少なくとも第１の方向に周期性を有する周期構造を照射することと、
（ｂ）前記周期構造によって回折された放射のスペクトルを検出することであって、前記ゼロ以外の回折次数は、前記周期構造によって反射された前記周期構造による前記スペクトルに広げられることと、
（ｃ）前記周期構造の特性を判定するために、前記検出されたスペクトルを表す信号を処理することと、
を備える、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]  本願は、２０１６年３月２５日に出願されたＥＰ出願第１５１６０７８６．８号の優先権を主張するものであり、その内容全体を参照としてここに組み込む。
【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使用可能なメトロロジのための方法及び装置と、リソグラフィ技術を使用したデバイスの製造方法とに関連する。このようなメトロロジの特定の適用例として、クリティカルディメンション（ライン幅）の測定方法について説明する。オーバーレイ等、非対称性関連パラメータの測定方法についても説明する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  リソグラフィ装置は、基板上に、通常は、基板のターゲット部分上に、所望のパターンを付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。そのような場合、パターニングデバイスは、或いはマスク又はレチクルとも称されるが、ＩＣの個々の層に形成される回路パターンを生成するのに使用されてもよい。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、１つ又はいくつかのダイを含む）上に転写可能である。
【０００４】
[0004]  リソグラフィプロセスにおいて、例えば、プロセスの制御及び検証のために作成された構造の測定を頻繁に行うことが望ましい。このような測定を行うための様々なツールが知られており、クリティカルディメンション（ＣＤ）の測定によく使用される走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）が含まれる。非対称性関連パラメータの測定には、その他の専用ツールが使用される。これらのパラメータの１つにオーバーレイがあるが、これは、デバイス中の２つの層のアライメント精度である。最近、リソグラフィ分野での使用のために、様々な形態のスキャトロメータが開発されている。これらのデバイスは、放射ビームをターゲット上に当て、ターゲットの関心対象特性を判定することができる「スペクトル」を得るために、例えば、波長の関数としての単一の反射角における強度、反射角の関数としての１つ以上の波長における強度、反射角の関数としての偏光等、散乱線の１つ以上の特性を測定する。関心対象特性の判定は、例えば、厳密結合波分析又は有限要素法等の反復アプローチ、ライブラリサーチ、及び主成分分析によるターゲット構造の再構築等、様々な技術によって実施されてもよい。光学スキャトロメータは、ＳＥＭ技術と比較して、製品ユニットの大部分又は全体において、非常に高いスループットで使用することができる。
【０００５】
[0005]  従来のスキャトロメータで使用されるターゲットは、例えば４０μｍ×４０μｍ等、比較的大きな格子であり、測定ビームは、この格子より小さなスポットを生成する（すなわち、格子を満たすには不足する）。ターゲットのサイズを、例えば、１０μｍ×１０μｍ以下等に小さくして、けがき線でなく、製品特徴中に配置することができるようにするために、いわゆる「スモールターゲット」メトロロジが提案されており、ここでは、格子は、測定スポットより小さく作成される（すなわち、格子を余剰に満たす）。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、ウェーハ上の製品構造で包囲されてもよい。通常、小さなターゲットは、格子構造における非対称性の測定から導き出すことのできるオーバーレイ及びその他の性能パラメータの測定に使用される。ターゲットを製品特徴中に配置することにより（「インダイ（ｉｎ−ｄｉｅ）ターゲット」）、測定の精度を向上することが望まれる。例えば、インダイターゲットは、製品特徴とさらに同様に、プロセス変動の影響を受け、実際の特徴部位におけるプロセス変動の効果を判定するために必要とされる補間が少なくてよいため、精度の改善が期待される。このようなオーバレイターゲットの光学測定は、大量生産におけるオーバーレイ精度の向上において多大な成功を収めてきた。
【０００６】
[0006]  しかしながら、技術が進歩するに連れて、性能仕様がさらに厳しくなる。さらに、スモールターゲット技術は、ライン幅又はクリティカルディメンション（ＣＤ）等、その他のパラメータの測定のための開発が行われてこなかった。現在の方法をさらに限定するのは、これらが実際の製品特徴の通常寸法より非常に大きな光学波長で行われるという点である。特定の関心対象パラメータとして、ライン幅（ＣＤ）があり、ＣＤ測定のための好適なスモールターゲット法が未だに考案されていない。
【０００７】
[0007]  光学メトロロジ方法の代替として、半導体デバイスにおけるオーバーレイの測定にＸ線を使用することも考慮されている。１つの技術として、透過型Ｘ線小角散乱又はＴ−ＳＡＸＳが知られている。オーバーレイの測定に適用されるＴ−ＳＡＸＳ装置が、米国第２００７２２４５１８Ａ号（Ｙｏｋｈｉｎら、Ｊｏｒｄａｎ  Ｖａｌｌｅｙ）に開示されており、同出願の内容を参照としてここに組み込む。Ｔ−ＳＡＸＳを使用したプロファイル（ＣＤ）測定については、Ｌｅｍａｉｌｌｅｔらによる「Ｉｎｔｅｒｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  ＦｉｎＦＥＴ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ＳＰＩＥ、２０１３年、８６８１に検討されている。Ｔ−ＳＡＸＳでは、１ｎｍ未満の波長のＸ線を使用するため、Ｔ−ＳＡＸＳのターゲットは、製品同様の特徴からなるものとすることができる。残念ながら、Ｔ−ＳＡＸＳ信号は、特に、ターゲットサイズが小さい時、非常に弱くなる傾向にある。従って、このような測定は、大量の製造に使用するには、非常に時間を消費してしまう傾向にある。Ｔ−ＳＡＸＳ装置は、製品特徴の中でも、配置に関して考慮するのに十分小さなターゲットの測定に使用することができる。残念ながら、小さなターゲットのサイズは、小さなスポットサイズを要求することとなり、その結果、さらに測定時間が長くなってしまう。
【０００８】
[0008]  基板上のフィルム及び積層の特性を測定するための、斜入射におけるＸ線（ＧＩ−ＸＲＳ）及び極端紫外線（ＥＵＶ）の放射を使用するリフレクトメトリ技術が知られている。一般的なリフレクトメトリの分野においては、ゴニオメトリ技術及び／又は分光技術を適用することができる。ゴニオメトリでは、入射角の異なる反射ビームの変動が測定される。一方、分光リフレクトメトリでは、与えられた角度で反射された波長のスペクトルを（広帯域放射を使用して）測定する。例えば、ＥＵＶリフレクトメトリは、ＥＵＶリソグラフィに使用されるレチクル（パターニングデバイス）の製造に先立つ、マスクブランクの検査に使用されてきた。このような技術への取り組みについては、例えば、Ｓ．Ｄａｎｙｌｙｕｋらによる「Ｍｕｌｔｉ−  ａｎｇｌｅ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  ＥＵＶ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ  ｆｏｒ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ」Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ  Ｃ  １２、３、ｐｐ．３１８〜３２２（２０１５年）に記載されている。しかしながら、このような測定は、周期構造におけるＣＤの測定とは異なる。さらに、これら既知の技術はいずれも、特に、非常に浅い斜入射角の観点から、インダイ格子等、小さなターゲットへのメトロロジには好適でない。
【発明の概要】
【０００９】
[0009]  本発明は、小さなターゲットのメトロロジを行う代替方法を提供し、上述の光学方法及びＸ線方法の欠点のうちの１つ以上を克服することを狙いとする。例えば、測定の実施可能な速度を向上しつつ、且つ、現在及び将来のリソグラフィ技術によって作られる特徴のより小さな寸法に適合しつつ、半導体基板上の製品領域内の数か所においてパラメータを測定することが特に望ましい。
【００１０】
[0010]  第１態様における本発明は、リソグラフィプロセスによって製造された構造の特性を測定する方法であって、
（ａ）基板に平行な方向から２°を上回る角度の照射方向に沿った、１〜１００ｎｍの範囲の複数の波長を備えた放射ビームで、基板上にリソグラフィプロセスによって形成され少なくとも第１の方向に周期性を有する周期構造を照射することと、
（ｂ）周期構造によって反射された放射のスペクトルを検出することと、
（ｃ）周期構造の特性を判定するために、検出されたスペクトルを表す信号を処理することと、
を備える方法を提供する。
【００１１】
[0011]  本発明者らは、極端紫外線（ＥＵＶ）波長帯における放射が、ＣＤと、周期構造の形態を有する小さなメトロロジターゲットのその他の特性と、のメトロロジに対して、特別な効果を発揮することを認識している。一般的に実施される光学スキャトロメトリと比較すると、ＥＵＶ光線は、基本特徴に強く影響を受けるものでなく、結果として、周期構造自体のモデル化をより精密にすることができる。Ｘ線と比較すると、必要以上のパワーロスを伴うことなく、より精細なスポットにＥＵＶ放射を合焦させる潜在力がある。Ｘ線と比較すると、より大きな入射角を使用する潜在力がある。さらに、ターゲットの照明及び検出のために好適なＥＵＶ光学系を提供することにより、スポットが斜入射によって伸長された時であっても、ＥＵＶ放射がインダイメトロロジを行うのに十分な小さなスポットに形成可能となる。ＣＤメトロロジのために十分な情報を得るために、ＥＵＶ波長の範囲に亘って、スペクトル特性を測定することができる。
【００１２】
[0012]  １ｎｍ〜１００ｎｍ、又は１ｎｍ〜１５０ｎｍの波長範囲の言及は、この装置又は方法が、その波長範囲全体に亘る波長を使用しなければならないこと、ましてや、そのようにできることを意図するものでない。個々の実現例において、この範囲のサブセットのみに亘る波長で作動するように選択を行ってもよい。適切な範囲は、好適な発生源の利用可能性と、測定される構造の寸法と、によって決まるであろう。
【００１３】
[0013]  この方法は、任意で、照射方向が、基板から見た時、第１の方向に対してゼロ以外の方位角を規定するように、第１の方向及び基板に垂直な方向で規定される平面の外側となるように実施される。本明細書に開示の方法は、測定の精度を最適化するために判定された方位角を使用して実施されてもよい。方位角は、例えば、１５度、３０度、４５度を上回ってもよく、所望に応じて、８０度までとされてもよい。ゼロ以外の方位角は、その他の測定技術において、コニカルマウントと称されるものを使用して達成することができる。
【００１４】
[0014]  本発明者らは、ＣＤメトロロジのためにＥＵＶリフレクトメトリにコニカルマウントを使用することにより、１つ以上のゼロ以外の回折次数における周期構造の回折効率がゼロの方位角の照射方向の場合より高くなるように、方位角が選択されることを認識している。ターゲットの構造の測定にとって重要なゼロ回折次数及び／又はそれ以上の回折次数におけるスペクトル信号は、その構造及び材料に応じて、ある方位角では非常に弱くなり、他の方位角ではより強くなることがある。
【００１５】
[0015]  例えば、一実施形態において、方位角は、１次回折における周期構造の回折効率が、ゼロの方位角に対する回折効率の２倍を超え、任意で５倍又は１０倍を超えるように、選択されてもよい。代替又は追加として、方位角は、複数のゼロ以外の回折次数における周期構造の回折効率が、ゼロの方位角の照射方向の場合を上回るように選択されてもよい。
【００１６】
[0016]  一実施形態において、ステップ（ａ）及び（ｂ）は、異なる極角を使用して反復されてもよく、ステップ（ｃ）では、複数の異なる極角を使用して検出された散乱線を表す信号を使用して、周期構造の特性を判定する。
【００１７】
[0017]  本発明は、さらに、リソグラフィプロセスの性能測定に使用されるメトロロジ装置であって、１〜１００ｎｍの範囲の複数の波長を備えた放射ビームを生成する照射システムと、基板に平行な方向から２°を上回る角度の照射方向に沿った放射で基板上に形成された周期構造を照射するため、照射システムとともに動作可能な基板支持体と、周期構造によって反射された放射のスペクトルを検出する検出システムと、を備える装置を提供する。
【００１８】
[0018]  特定の実現例において、基板支持体は、自動化ウェーハハンドラから半導体ウェーハ（例えば、３００ｍｍウェーハ）を受容するように適合される。
【００１９】
[0019]  本発明の第２態様において、リソグラフィプロセスによって製造された構造の特性を測定する方法であって、（ａ）基板に平行な方向から２°を上回る角度の照射方向に沿った、１〜１００ｎｍの範囲の複数の波長を備えた放射ビームで、基板上にリソグラフィプロセスによって形成され少なくとも第１の方向に周期性を有する周期構造を照射することと、（ｂ）周期構造によって回折された放射のスペクトルを検出することであって、ゼロ以外の回折次数は、周期構造によって反射された周期構造によるスペクトルに広げられることと、（ｃ）周期構造の特性を判定するために、検出されたスペクトルを表す信号を処理することと、を備える方法を提供する。
【００２０】
[0020]  さらに他の態様において、本発明は、デバイス製造方法であって、リソグラフィプロセスを使用して、パターニングデバイスから基板上に、少なくとも１つの周期構造を規定するパターンを転写することと、リソグラフィプロセスの１つ以上のパラメータについての値を判定するために、周期構造の１つ以上の特性を測定することと、測定された特性に応じて、リソグラフィプロセスの次の動作において、補正を適用することと、を備え、周期構造の特性を測定するステップは、上述の本発明の第１態様又は第２態様に記載の方法により、特性を測定することを含む、方法を提供する。
【００２１】
[0021]  本発明のさらなる特徴及び効果、並びに本発明の種々の実施形態の構造及び動作について、以下に、添付の図面を参照して詳細に説明する。本発明は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されるものでないことに留意する。本明細書に記載のいくつかの実施形態は、例示のみを目的とするものである。関連分野の知識を有する者には、本明細書に含まれる教示に基づき、追加の実施形態が明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
[0022]  本発明の実施形態について、例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図１】半導体デバイスの生産設備を形成する他の装置とともにリソグラフィ装置を示している。
【図２】本発明の第１実施形態に係る、メトロロジ方法の格子ターゲットに関連した入射光線及び反射光線のジオメトリを示している。
【図３】図２の方法を実施するメトロロジ装置のコンポーネントを概略的に示している。
【図４】（ａ）は、概略側面図により、斜入射の下での放射スポットの伸長を示しており、（ｂ）及び（ｃ）では、ビーム断面Ｂの概略的表現により、スポットＳが異なる入射角に対して概略的に示されている。
【図５】図３の装置の一実施形態における照明システムのコンポーネントを概略的に示している。
【図６】ＥＵＶスペクトルの一部における波長範囲に亘る、異なる材料及び異なる斜入射角に対する反射率の変動を示している。
【図７】（ａ）は、斜入射の波長範囲についての、異なる材料におけるＥＵＶ放射の侵入深さの変動を示しており、（ｂ）は、波長範囲についての、シリコン材料における入射角を備えた侵入深さの変動を示している。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、異なる入射角について計算された、ＥＵＶスペクトルに亘る反射率のグラフであり、（ａ）の場合、プレーンシリコン基板を示し、（ｂ）は、シリコン格子構造を示し、（ａ）と（ｂ）の反射率の差が（ｃ）に示されている。（ｄ）〜（ｆ）は、異なる入射角についての、ＥＵＶスペクトルに亘る算出反射率のグラフであり、（ｄ）の場合、第１の側壁角を備えた格子構造を示し、（ｅ）は、第２の側壁角を備えた格子構造を示し、（ｄ）と（ｅ）の反射率の差が（ｆ）に示されている。
【図９】異なる真空又は略真空状態及び／又は低圧環境における、図３の装置のハウジングコンポーネントの原則を示している。
【図１０】入射角を変動させつつ、静止検出システムを維持する追加の光学要素を含む、修正されたハウジングの原則を示している。
【図１１】（ａ）では大気圧、（ｂ）では１ミリバールという、異なる気体雰囲気における、ＥＵＶスペクトルに亘るＥＵＶ放射の透過を示している。
【図１２】与えられた２００ｎｍの厚さの異なる材料のウィンドウを通じたＥＵＶ放射の透過を示している。
【図１３】ゼロ以外の方位角が使用される、本発明の第２実施形態に係るメトロロジ方法の格子ターゲットに関連した入射光線及び反射光線のジオメトリを示している。
【図１４】図１３の方法を実施する、メトロロジ装置のコンポーネントを概略的に示している。
【図１５】図１３及び図１４の方法における例としてのターゲットに対する方位角の関数として、異なる斜入射角及び波長の１次回折効率の変動を示している。
【図１６】格子ターゲットからの１次回折放射も測定される、本発明の第３実施形態に係るメトロロジ方法の格子ターゲットに関連した入射光線及び反射光線のジオメトリを示している。
【図１７】図１６の方法を実施するメトロロジ装置のコンポーネントを概略的に示している。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係るメトロロジ方法の格子ターゲットに関連した入射光線及び反射光線のジオメトリを、第２実施形態及び第３実施形態の特徴との組み合わせで示している。
【図１９】図１８の方法を実施するメトロロジ装置のコンポーネントを概略的に示している。
【図２０】本発明の実施形態に係るメトロロジ方法を示すフローチャートである。
【図２１】図２０の方法によって行われる測定を使用して、メトロロジ方法及び／又はリソグラフィ製造プロセスの性能を制御す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】
【００２３】
[0023]  本発明の実施形態について詳細に説明する前に、本発明の実施形態が実施されてもよい環境例を示すことが有益である。
【００２４】
[0024]  図１中、２００は、大量のリソグラフィ製造プロセスを実施する工業設備の一部としてのリソグラフィ装置ＬＡを示している。本例において、製造プロセスは、半導体ウェーハ等の基板上への半導体製品（集積回路）の製造に適合される。当業者は、本プロセスの変形において、様々な製品が異なる種別の基板の処理によって製造可能であることを理解するであろう。半導体製品の作成は、単に、今日、大きな商業的重要性を有する例として使用されるものである。
【００２５】
[0025]  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と示されており、露光ステーションＥＸＰは２０４と示されている。コントロールユニットＬＡＣＵは、２０６と示されている。本例において、各基板は、測定ステーション及び露光ステーションを訪れてパターンを付与させる。例えば、光学リソグラフィ装置において、投影システムは、放射の調整及び投影システムを使用して、パターニングデバイスＭＡから基板上に、製品パターンを転写するために使用される。これは、放射感応性レジスト材料の層にパターンの画像を形成することによって行われる。
【００２６】
[0026]  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、使用されている露光放射、若しくは、液浸液の使用又は真空の使用等、その他の要因に対して適切となるように、屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系、磁気光学系、電磁気光学系、静電光学系、又はそれらの任意の組み合わせを含む、任意の種別の投影システムを網羅するものとして、広義に解釈されなければならない。パターニングＭＡデバイスは、マスク又はレチクルであってもよく、これがパターニングデバイスによって伝送又は反射される放射ビームにパターンを与える。周知の動作モードには、ステッピングモード及びスキャニングモードが含まれる。周知の通り、投影システムは、所望のパターンを基板上の大きなターゲット部分に付与する様々な手法において、基板及びパターニングデバイスのための支持及び配置システムと協働してもよい。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されてもよい。例えば、放射には、深紫外線（ＤＵＶ）又は極端紫外線（ＥＵＶ）の波長帯における電磁放射が含まれてもよい。本開示は、例えば、電子ビームによるインプリントリソグラフィ及び直接描画リソグラフィ等、その他の種別のリソグラフィプロセスにも適用可能である。
【００２７】
[0027]  基板Ｗ及びレチクルＭＡを受容し、パターニング動作を実施するための種々のアクチュエータ及びセンサの移動及び測定のすべてを制御するリソグラフィ装置コントロールユニットＬＡＣＵ。ＬＡＣＵ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能力及びデータ処理能力も含む。実際には、コントロールユニットＬＡＣＵは、各々が、リアルタイムデータ取得、装置内のサブシステム又はコンポーネントの処理及び制御を行う、多くのサブユニットを含むシステムとして実現されるであろう。
【００２８】
[0028]  露光ステーションＥＸＰにおいてパターンが基板に付与される前に、種々の予備工程が実施されてもよいように、基板が測定ステーションＭＥＡにおいて処理される。予備工程には、レベルセンサを使用して基板の表面高さをマッピングすることと、アライメントセンサを使用して、基板上のアライメントマークの位置を測定することとが含まれてもよい。アライメントマークは、名目上、規則的格子パターンに配置される。しかしながら、マークの作成における不正確さと、プロセス全体を通じて発生する基板の変形とにより、マークが理想的な格子からずれてしまう。その結果として、装置が非常に高い精度で正確な箇所に製品特徴をプリントしなければならない場合、実際のアライメントセンサは、基板の位置及び配向を測定するのに加え、基板領域に亘る大きなマークの位置を詳細に測定しなければならない。装置は、各々が、コントロールユニットＬＡＣＵによって制御される位置決めシステムを備えた、２つの基板テーブルを有する、いわゆるデュアルステージ型であってもよい。１つの基板テーブル上の１つの基板が露光ステーションＥＸＰにおいて露光されている間、種々の予備工程が実施されてもよいように、他の基板を測定ステーションＭＥＡの他の基板テーブル上に搭載することができる。従って、アライメントマークの測定は、非常に時間を消費してしまうものであり、２つの基板テーブルを提供することにより、装置のスループットを実質的に増加させることができる。位置センサＩＦは、基板テーブルが測定ステーションや露光ステーションにある間、その位置を測定することができなければ、第２の位置センサが設けられ、双方のステーションにて基板テーブルの位置を追跡できるようにしてもよい。リソグラフィ装置ＬＡは、例えば、２つの基板テーブルＷＴａ及びＷＴｂと、両者間で基板テーブルの交換が可能である２つのステーション、すなわち、露光ステーション及び測定ステーションとを有する、いわゆるデュアルステージ型である。
【００２９】
[0029]  生産設備内において、装置２００は、装置２００によるパターニングのため、基板Ｗに感光性レジスト及びその他のコーティングを付与するコーティング装置２０８も含んだ「リソセル」又は「リソクラスタ」の一部を形成する。装置２００の出力側では、露光パターンを物理的なレジストパターンに現像するために、焼成装置２１０及び現像装置２１２が設けられる。基板取扱システムは、これらの装置すべての間で、基板の支持と、装置の１つの部品から次への基板の移転と、を担う。これらの装置は、多くの場合、トラックと総称されるが、監視制御システムＳＣＳによってそれ自体が制御されて、リソグラフィ装置コントロールユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御するトラックコントロールユニットの制御下にある。そこで、スループットと処理効率とを最大化するために、異なる装置を動作させることができる。開始制御システムＳＣＳは、各パターン化基板を作成するために実施されるステップの規定を詳細に提供するレシピ情報Ｒを受信する。
【００３０】
[0030]  一旦パターンが付与され、リソセルに現像されると、パターン化基板２２０は、２２２、２２４、２２６に示されるような他の処理装置に転写される。広範に亘る処理ステップは、一般的な製造設備における種々の装置によって実施される。例として、本実施形態の装置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実施する。さらなる物理処理ステップ及び／又は化学処理ステップがさらなる装置２２６等に付与される。実際のデバイスの作成には、材料の蒸着、表面材料性質の改質（酸化、ドーピング、イオン注入等）、化学機械研磨（ＣＭＰ）等、多数の種別の動作が必要とされ得る。装置２２６は、実際には、１つ以上の装置で実施される一連の異なる処理ステップを表してもよい。
【００３１】
[0031]  周知の通り、半導体デバイスの製造には、基板上の層毎に適切な材料及びパターンを備えたデバイス構造を構築するために、このような処理を多数回反復することが含まれる。従って、リソクラスタに到達した基板２３０は、新たに準備された基板であってもよく、又は、このクラスタで以前に処理されたか、他の装置で完全に処理された基板であってもよい。同様に、装置２２６を出た基板２３２は、要求される処理に応じて、同一のリソクラスタにおける後続のパターニング動作に戻されてもよく、異なるクラスタにおけるパターニング動作に向かわされてもよく、又はダイシング及び包装のために送られる完成品であってもよい。
【００３２】
[0032]  製品構造の各層は、異なるプロセスステップの組を必要とし、各層で使用される装置２２６は、完全に異なる種別であってもよい。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一である場合であっても、大きな設備において、異なる基板上にステップ２２６を実施するために並行して作動する、同一と推定されるいくつかの機械が存在することがある。これらの機械の間の設定又は障害の小さな差は、これらが異なる基板に異なって影響を及ぼすことを意味し得る。エッチング（装置２２２）等、各層に比較的共通するステップでさえ、名目上同一であるものの、スループットを最大化するために並行して作動するいくつかのエッチング装置で実施されてもよい。実際は、さらに、異なる層が、例えば、エッチングされる材料の詳細と、例えば、異方性エッチング等の特別な要件に応じて、化学エッチング、プラズマエッチング等、異なるエッチングプロセスを必要とする。
【００３３】
[0033]  前回及び／又は後続のプロセスは、今述べたように、その他のリソグラフィ装置で実施されてもよく、異なる種別のリソグラフィ装置で実施されてもよい。例えば、解像度及びオーバーレイ等のパラメータにおける要求が非常に厳しいデバイス製造プロセスにおける、いくつかの層は、より要求の少ない他の層に比べて、より高度なリソグラフィツールで実施されてもよい。従って、液浸型リソグラフィツールで露光されてもよい層もあれば、「乾式」ツールで露光される層もある。また、ＤＵＶ波長で作動するツールで露光される層もあれば、ＥＵＶ波長放射を使用して露光される層もある。
【００３４】
[0034]  リソグラフィ装置で露光される基板を正確且つ一貫して露光するために、後続の層間のオーバーレイエラー、ライン厚さ、クリティカルディメンション（ＣＤ）等の特性を測定するために、露光された基板を検査することが望ましい。従って、リソセルＬＣが配置される製造設備は、リソセルにおいて処理された基板Ｗの一部又は全部を受容するメトロロジシステムＭＥＴも含む。メトロロジの結果は、監視制御システムＳＣＳに直接又は間接に提供される。エラーが検出される場合、特に、同一バッチの他の基板をまだ露光するのに十分早期且つ迅速にメトロロジを終了できる場合、後続の基板の露光を行うために、調整が行われてもよい。また、既に露光した基板は、歩留まりを向上すべく剥がされて再加工されるか、又は廃棄されていることにより、障害を生じたと分かった基板上にさらに処理を実施することを回避してもよい。基板の一部のターゲット部分のみに障害を生じた場合、良好であるターゲット部分にのみ、さらなる露光を実施することができる。
【００３５】
[0035]  製造プロセスにおける所望の段階で製品のパラメータの測定を行うために設けられるメトロロジ装置２４０も、図１に示されている。最近のリソグラフィ生産設備におけるメトロロジ装置の一般的な例として、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等のスキャトロメータがあり、装置２２２におけるエッチングに先立って、２２０で、現像された基板の特性の測定に適用されてもよい。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ション（ＣＤ）等の重要な性能パラメータが現像されたレジストの特定の精度要件に合わないことを判定してもよい。エッチングステップに先立って、現像されたレジストを剥がし、リソクラスタを通じて基板２２０を再処理する機会が存在する。周知の通り、装置２４０からのメトロロジ結果２４２を使用して、監視制御システムＳＣＳ及び／又はコントロールユニットＬＡＣＵ２０６が時間経過に合わせて微調整を行うことにより、リソクラスタにおけるパターニング動作の精密な性能を維持し、製品が仕様外で作成されて再加工を必要としてしまうリスクを最少化することができる。当然のことながら、メトロロジ装置２４０及び／又はその他のメトロロジ装置（図示せず）は、処理済みの基板２３２、２３４と到来する基板２３０との特性を測定するのに適用することができる。
【００３６】
[0036]  リソグラフィ製造技術における各生成（通常、技術「ノード」と称される）は、ＣＤ等の性能パラメータについて、より厳しい仕様を有する。メトロロジにおける主な課題の１つとして、メトロロジターゲットサイズは、メトロロジ装置２４０とともに慣習的に使用されるターゲットより小さいことが望ましい。例えば、現在の目標は、５μｍ×５μｍ以下のサイズのターゲットを使用することである。このような小さいサイズは、ターゲットが（製品領域間のけがき線領域に制限される代わりに）製品特徴中に配置される、いわゆる「インダイ」又は「オンプロダクト」メトロロジの、より幅広い使用を許容するであろう。インダイＣＤメトロロジのために現在使用されている唯一のメトロロジ技術は、電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ）である。この既知の技術は、将来のノードに対する限定を示し、非常に限定的な構造のジオメトリ情報を提供するのみである。
【００３７】
本開示において、特定の分光ＥＵＶリフレクトメトリにおいて、将来の技術ノードに対するＣＤメトロロジ方法のソリューションとして、ＥＵＶリフレクトメトリを使用することを提案する。ＥＵＶリフレクトメトリが高い感応性の効果をもたらし、プロセス変動に対してロバストであり、関心対象のパラメータについて選択的であることを実証する。この目的のため、図１に示された製造システムは、光学スキャトロメータ２４０に加え、１つ以上のＥＵＶメトロロジ装置２４４を含む。このＥＵＶメトロロジ装置は、リソグラフィ製造システムの全体としての性能の質のさらなる制御と改善とを達成するために、監視制御システムＳＣＳによって使用可能な追加のメトロロジ結果２４６を提供する。光学スキャトロメータ２４０と同様に、ＥＵＶは、リソセル内で処理されたレジスト材料内の構造を測定すること（現像後検査又はＡＤＩ）及び／又はより硬い材料に形成された後に構造を測定すること（エッチング後検査又はＡＥＩ）を行うために使用することができる。例えば、基板は、現像装置２１２、エッチング装置２２２、アニール装置２２４、及び／又はその他の装置２２６で処理された後、ＥＵＶメトロロジ装置２４４を使用して検査されてもよい。一方、Ｘ線技術は、通常、ＡＥＩに限定され、レジストのみで形成された構造を測定するために使用することができない。これは、検査で不合格であった場合に、基板の再加工を行う可能性を制限するものである。コンパクトなＸ線発生源の限定的なパワーは、既知のＴ−ＳＡＸＳ技術が、特に小さなサイズのメトロロジターゲットについて非常に低いスループットを生じてしまうことを意味する。
【００３８】
ＥＵＶ分光リフレクトメトリ
[0037]  図２は、ＥＵＶメトロロジ方法を示し、図３は、ＥＵＶメトロロジ装置３００を示す。この装置は、図１の製造システムで処理された基板のパラメータを測定するためのＥＵＶメトロロジ装置２４４の一例として、使用することができる。
【００３９】
[0038]  図２において、ターゲットＴは、球状の参照フレームの原点における、１次元格子構造を備えるものとして、概略的に示されている。軸Ｘ、Ｙ、及びＺは、ターゲットに対して規定される（当然のことながら、原則的には、任意の座標系を規定することができ、各コンポーネントが、図示のものに対して規定される、その要素自体の局所参照フレームを有してもよい）。ターゲット構造の周期性Ｄの方向は、Ｘ軸と並行する。図面は、実際の斜視図ではなく、単なる概略的な例示である。Ｘ−Ｙ面は、ターゲット及び基板の面であり、明確に示すために、見る者の方に向かって傾斜して示されており、円３０２を斜めに見たものとして表されている。Ｚ方向は、基板に対して垂直な方向Ｎを規定する。図２において、入射光線のうちの１つは３０４の参照符号で表され、斜入射の角度αを有する。本例において、入射光線３０４（及び、放射スポットを形成するすべての入射光線）は、実質的に、方向Ｄ及びＮで規定され、円３０６で表される平面である、Ｘ−Ｚ平面に対して平行な面にある。ターゲットＴの周期構造によって散乱されない反射光線３０８は、図中、ターゲットの右手側に向かって、仰角αで出てくる。
【００４０】
[0039]  分光リフレクトメトリを実施するには、光線３０８及びその他の反射光線が、異なる波長の光線を備えたスペクトル３１０に分解される。このスペクトルは、例えば、斜入射回折格子３１２を使用して生成されてもよい。このスペクトルは、ディテクタ３１３によって検出される。このディテクタは、例えば、画素列を有するＣＣＤ画像ディテクタであってもよいが、スペクトルを電気信号に変換し、最終的には分析用のデジタルデータに変換するために使用される。
【００４１】
[0040]  実際のシステムにおいて、放射３０４のスペクトルは時間変動に晒されることがあり、分析を妨げるであろう。このような変動に対して検出されたスペクトルを正規化するために、第２のディテクタ３１４によって参照スペクトルが取得される。参照スペクトルを生成するには、発生源放射３１６が他の回折格子３１８によって回折される。格子３１８のゼロ次反射光線は、入射光線３０４を形成し、格子３１８の１次回折光線３２０は、参照スペクトルディテクタ３１４で検出される参照スペクトルを形成する。参照スペクトルを表す電気信号及びデータは、分析に使用するために得られる。
【００４２】
[0041]  入射角αの１つ以上の値について得られた、測定スペクトルから、ターゲット構造Ｔの測定を、以下にさらに詳述する手法で計算することができる。
【００４３】
[0042]  図３に戻ると、ＥＵＶメトロロジ装置３００は、図２の方法により、基板Ｗ上に形成されたメトロロジターゲットＴの特性を測定するために設けられる。種々のハードウェアコンポーネントが概略的に表されている。これらのコンポーネントの実際の実現例は、関連分野の知識を有するものにより、周知の設計原則に従い、既存のコンポーネントと特別に設計されたコンポーネントとの混合体を適用することにより、実施することができる。支持体（詳細には図示せず）は、後述する他のコンポーネントに対して、所望の位置及び配向で基板を保持するために設けられる。放射源３３０は、照明システム３３２に放射を提供する。照明システム３３２は、ターゲットＴ上に合焦された照射スポットを形成する光線３０４によって表される、ＥＵＶ放射ビームを提供する。照明システム３３２は、ディテクタ３１４に参照スペクトル３２０も提供する。コンポーネント３１２、３１３等は、便宜的に、検出システム３３３と考えられてもよい。
【００４４】
[0043]  本例における基板Ｗは、光線３０４の入射角αが調整できるように、位置決めシステム３３４を有する可動支持体上に搭載される。本例において、便宜上、基板Ｗを傾斜させて入射角を変更し、放射源３３０及び照明システム３３２を静止状態に維持することが選ばれる。反射光線３０８を捕捉するために、検出システム３３３には、さらなる可動支持体３３６が設けられ、静止状態の照明システムに対して角度２α程、又は基板に対して角度α程、移動するようにする。リフレクトメトリの斜入射状況において、図示の通り、基板の平面を参照して入射角αを規定するのが便利である。当然のことながら、入射光線Ｉの入射方向と基板に垂直な方向Ｎとの間の角度としても、等しく規定することができる。
【００４５】
[0044]  追加のアクチュエータは、図示されていないが、各ターゲットＴを合焦さられた放射のスポットＳが配置される位置に至らせるために（他の見方では、スポットを、ターゲットが配置される位置に至らせるために）設けられる。実際の適用例においては、単一の基板及び一連の基板上でも測定される、一連の個々のターゲット又はターゲット位置が存在することがある。原則的には、照明システム及びディテクタが動かず留められる間に基板及びターゲットが移動及び再配向するか、又は照明システム及びディテクタが移動する間に基板が動かず留められるか、又はこれらの技術の組み合わせにより、相対的移動の異なるコンポーネントが達成されるかは、重要でない。本開示は、これらの変形例すべてを網羅するものである。
【００４６】
[0045]  図２を参照して既に説明した通り、ターゲットＴ及び基板Ｗで反射された放射は、ディテクタ３１３に作用する前に、異なる波長の光線のスペクトル３１０に分けられる。ディテクタ３０６は、例えば、位置感応性ＥＵＶディテクタ、通常は、ディテクタ要素配列を備える。この配列は、線形配列であってもよいが、実際には、要素（画素）の２次元配列が設けられてもよい。ディテクタ３１３は、例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）画像センサであってもよい。
【００４７】
[0046]  プロセッサ３４０は、ディテクタ３１３及び３１４から信号を受信する。特に、ディテクタ３１３からの信号ＳＴはターゲットスペクトルを表し、ディテクタ３１４からの信号ＳＲは参照スペクトルを表す。プロセッサ３４０は、発生源スペクトルの変動に対して正規化されたターゲットの反射スペクトルを含むように、ターゲットスペクトルから参照スペクトルを減じることができる。結果として得られた、１つ以上の入射角に対する反射スペクトルをプロセッサにおいて使用することにより、例えば、ＣＤ又はオーバーレイ等、ターゲットの特性の測定計算を行う。
【００４８】
[0047]  実際には、発生源３３０からの放射は、一連の短パルスで提供されてもよく、信号ＳＲ及びＳＴは、各パルスに対してともに捕捉されてもよい。個々のパルスに対する異なる信号は、この入射角におけるこのターゲットに対する全反射に一体化される前に、計算される。このように、パルス間の発生源スペクトルの不安定さが補正される。パルスレートは、１秒に数千又は数万（ヘルツ）であってもよい。１つの反射スペクトルを測定するために一体化されるパルスの数は、例えば、数十又は数百であってもよい。このように多くのパルスであっても、物理的測定には数分の１秒かかる。
【００４９】
[0048]  このＥＵＶ−ＳＲの半導体製造におけるメトロロジへの適用例において、小さな格子ターゲットを使用することができる。多数の回折スペクトルは、種々の異なる値に斜入射角αを設定しつつ、ディテクタ３１３及び３１４を使用して捕捉される。ＣＤ及び／又はその他の関心対象パラメータの測定を達成するために、検出されたスペクトルとターゲット構造の数学的モデルを使用することにより、再構築計算を実施することができる。一例としての再構築方法をいかにさらに説明する。
【００５０】
[0049]  ターゲット自体について簡単に考慮すると、ライン及び空間の寸法は、ターゲットの設計によって決まるが、構造の周期は、例えば、１００ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、２０ｎｍ未満、１０ｎｍ未満且つ５ｎｍまでであってもよい。格子構造のラインは、基板の製品領域の製品特徴と同一の寸法及びピッチであってもよい。格子のラインは、実際には、メトロロジの目的のみのために専用のターゲット領域内に形成されたターゲット構造でなく、製品構造のラインであってもよい。このような小さな特徴は、例えば、インプリントリソグラフィ又は直接描写法により、ＥＵＶリソグラフィプロセスで形成されてもよい。このような小さな特徴は、今日のＤＵＶリソグラフィを使用して、いわゆるダブルパターニングプロセス（通常、マルチパターニング）により、形成されてもよい。このカテゴリの技術には、例えば、バックエンドオブライン（ＢＥОＬ）層におけるリソ−エッチ−リソ−エッチ（ＬＥＬＥ）及び自己配列デュアルダマシンによる、ピッチダブリングが含まれる。説明の目的のため、以下の例においては、ＣＤが関心対象のパラメータであると仮定する。しかしながら、互いの上に形成された２つの格子が存在する場合、他の関心対象のパラメータは、オーバーレイであってもよい。これは、以下に別に説明する通り、ＥＵＶ−ＳＲの回折次数における非対称性に基づき、測定することができる。この入射角は、下方構造への十分な進入を達成するために、必要に応じて、増すことができる。
【００５１】
[0050]  マルチプルパターニングプロセスにおいて、構造は、１つのパターニング動作でなく、２つ以上のパターニングステップで、製品の１つの層に形成される。そこで、例えば、構造の第１集団が構造の第２集団と交互配置され、これらの集団が異なるステップで形成され、１つのステップのみで生じることのできる解像度より高い解像度を達成できるようにする。これらの集団の配置は、基板上の他の特徴との関連で同一且つ完全でなければならず、当然のことながら、実際のすべての各パターンが特定の位置オフセットを示す。集団間の任意の意図的でない位置オフセットは、オーバーレイの形態としてみなし得るものであり、層間のオーバーレイの測定に使用されたものに対する類似技術で測定可能である。さらに、下層又は上層の特徴に対するオーバーレイは、複数の特徴の集団が単一の層に形成される時、各集団について異なり得るものであり、これらの集団の各々に対するオーバーレイは、所望に応じて、別々に測定することができる。
【００５２】
[0051]  図４は、斜入射リフレクトメトリを使用してインダイメトロロジを実施するための課題である、放射スポットの伸長の問題を示している。図４（ａ）において、基板Ｗ及びターゲットＴが断面で示されている。代表的な入射光線３０４及び反射光線３０８が、基板Ｗに対する入射角αとともに示されている。これらは代表的な光線であるため、入射した放射が全体として多くの光線を備えており、４０４で概略的に示されるビームを形成すると考慮されなければならない。同様に、反射された放射は、４０８で概略的に示されるビームを形成する多くの光線３０８を備える。可能な最小のターゲットを使用するために、放射スポットは、ビーム４０４の光線を合焦させることによって形成され、精密に基板Ｗの表面に出会う箇所で最小ビーム直径を規定すべく収束するようにする。図示において、入射ビーム４０４は、最少直径ｄＢで焦点に収束している。反射ビーム４０８（散乱効果は無視する）は、図示の通り、分岐光線を備える。斜入射角αが比較的小さい（還元すると、９０°よりもゼロに近い）ため、ターゲットＴ上に投影された放射ビーム４０４の直径ｄｓは、ビームの直径ｄＢより数倍大きい。直径ｄｓ及びｄＢの比率は、図４（ａ）に示される通り、角度αの正弦によって決まる。
【００５３】
[0052]  図４（ｂ）に示される通り、ターゲットＴの領域内に合う円形スポットＳを達成するには、ビーム４０４は、Ｂに示される強楕円断面を有していなければならない。角度αが、例えば、５°である時、ビームの最小直径ｄＢは、スポットｄｓの許容可能な直径より１０倍強、小さくなければならない（ｓｉｎ５°＝０．０８７）。より小さな入射角については、ビームの最小直径は、数十倍、数百倍、又は数千倍、小さくなければならないであろう。一辺５μｍ等、小さなターゲット領域内に合うスポットを得ることは、実際には、不可能であろう。α＝５°であっても、５μｍのスポットサイズを達成するには、最小のビーム直径ｄＢが約４３６ｎｍでなければならない。逆に、図４（ｃ）に見られる通り、斜入射角の増加がビーム４０４の最小直径要件を大きく緩和する。楕円Ｂ’は、ターゲットＴの領域内に合うスポットＳ’を達成するために、楕円Ｂよりかなり広いものとすることができる。例えば、α＝２０°では、ビーム直径は、３倍のみ増加するであろう。最小直径ｄＢは、５μｍのスポットサイズを超過することなく、１．７μｍ程度の大きさとすることができる。既知の技術、特にＸ線リフレクトメトリ（ＧＩ−ＸＲＳ）と比較すると、本発明者らは、これらのより大きな入射角の使用により、ＥＵＶ光学設計の能力の範囲内で、より小さなスポットサイズをもたらすことができることが分かった。
【００５４】
[0053]  図５は、図３の装置における照明システム３３２の１つの可能な配置を示している。プラズマ等の放射源は、３３０で表されている。ＥＵＶリソグラフィでは、いくつかの種別の発生源が実験的又は商業的に試験及び構築されている。これらのうちのいくつかは、所望の波長範囲に応じて、本装置に適用可能である。プラズマ発生源には、ｔｉｎ（Ｓｎ）が含まれ、Ｘｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｎ、又はこれらの任意の組み合わせも含まれる。レーザ駆動光源及び高調波発生器発生源が適用可能である。プラズマ発生源が適用可能な唯一の種別の発生源でないが、現在のところ、これらがコンパクトな形態で最も利用可能な種別である。シンクロトロン発生源は、より有用なパワーレベルを生じ、波長及びパワーがより制御可能であるものの、未だにコンパクトな形態で商業的な利用ができない。
【００５５】
[0054]  所望のスペクトル性質を有するＥＵＶ放射ビーム５００は、或る方向の範囲内で放出される。発生源３３０の出口（照明システム３３２への入口）において、第１の開口５０２は、照明システムの入射瞳として機能するように設けられる。発散度のよく規定された到来ビーム５０４は、フォーカス光学要素又はシステムに作用する。このフォーカスシステムは、本例示においては、２次元に屈曲したミラー５０６、例えば、楕円ミラーによって実現される。ミラー５０６は、集束ビーム５０８を生成し、これが、基板Ｗ上のターゲット位置にスポットを形成するように合焦される。任意で、第２の開口５１０が、ターゲットにビーム４０４の直径を制限するように設けられる。特に、開口５１０は、異なる所望／サイズ及び異なる入射角αに応じて、異なる形状のビームＢ’を生成することができるように、高さ及び／又は幅が調整可能であってもよい。
【００５６】
[0055]  反射されたビーム４０８は、検出システム３３３（同図には図示せず）に入り、ターゲットの構造についての情報を搬送する。任意で、ビームが検出システム３３３に入る際、ビームの発散度を低減するために、第２のフォーカスミラー５２０が設けられる。
【００５７】
[0056]  図２及び図３に見られる通り、参照スペクトル３２０が形成され、参照スペクトルディテクタ３１４によって検出される。図５に示される例としての照明システムにおいて、参照スペクトル３２０を生成するための格子３１８は、屈曲ミラー５０６に一体化される。代替の実施形態において、参照スペクトル格子は、ミラー５０６と直列に、別の要素として設けることができる。さらに、ビーム５０４からビーム５０８に放射を合焦させるためには、単一の２次元屈曲ミラー５０６を、一連の２つ以上の１次元屈曲（円筒形）ミラーで置き換えることができる。格子が設けられる場合にはいつでも、「フラットフィールド」型であってもよく、ディテクタ３１４における線形又は平面状の画素列に亘って、よく分解されたスペクトルが形成される。同様に、２次元屈曲フォーカスミラー５２０が検出側に設けられる場合、１次元以上の屈曲ミラーが設けられてもよい。屈曲ミラーは、ターゲットによって反射された放射のスペクトル３１０を形成する格子３１２と一体化可能である。所望のスペクトル解像度を得るために、ビーム４０８を２次元に合焦させる必要がない場合もある旨、留意する。
【００５８】
[0057]  図６は、放射波長λと入射角αとの関数として、反射率の輪郭プロット（等反射率）を示している。例えば、Ｘ線と比較すると、これらのシミュレーションは、半導体製造において出くわす可能性の高い様々な材料については、放射の大部分及び波長の大部分は、数度を上回る、比較的大きな値の斜入射角αであっても、反射するであろう。輪郭は、対数尺度で配列される。あらゆる材料において、最も強い反射率Ｒ（１に近い）は、最も小さな角度で得られる。例えば、Ｒ＝１０−１とラベル付けされる輪郭は、与えられた波長について、入射する放射の強度の１０分の１が反射される入射角を示している。
【００５９】
[0058]  特に、１５〜４０ｎｍの範囲内（及び４０ｎｍ強、図示せず）において、関心対象の材料のいくつかの反射率が、１０度、２０度、及び３０度の角度までと、相当に維持されている。図４及び図５を再び参照すること、この入射角の範囲により、利用可能なＥＵＶ光学技術を使用して、斜入射であっても、所望の小さな放射スポットを達成する光学設計を実現させることができる。
【００６０】
[0059]  図７（ａ）は、ＥＵＶ放射波長λの範囲について、原子番号Ｚに対する進入深さδを対数尺度で示すグラフを表している。図示の侵入深さは、斜入射（α＝５°）に対するものである。より大きなエネルギー（より短いλ）のＸ線に比較して、斜入射は、１−１００ｎｍ又は１−１５０ｎｍのＥＵＶ波長において、より大きな角度αで達成することができる。「全内反射」の現象は、可視波長の光学系では馴染み深く、この場合、ガラス等の材料が１を上回る屈折率を有する。ＥＵＶ波長において、材料は、通常、１未満の屈折率を有し、「全外反射」の結果を生じる。十分な反射を得ることができる限界角度は、境角と称されることがある。ＥＵＶ波長において進入深さが比較的浅いことの効果は、一般的に半導体製品内に存在する埋め込み特徴の著しい干渉を受けることなく、基板の表面構造を表す測定が得られることにある。以下にさらに説明する通り、この浅い進入深さは、再構築又はその他の技術による精密な測定を大幅に促進するものである。
【００６１】
[0060]  図７（ｂ）は、単なる一例としての材料であるシリコンに対する入射角を伴う進入深さの変動を示している。しかしながら、特に、１５〜１００ｎｍの範囲又は１５〜１５０ｎｍの範囲の波長については、所望に応じて、１０ナノメートル以上の侵入を達成することができる。与えられた構造について、入射角αをより大きな値に増やすことにより、基板に垂直な方向において、より大きな進入深さを達成することができる。図６を再び参照すると、反射率を損なうことなく、この効果を活用することのできる入射角の範囲は、例えばＸ線測定技術と比べて、ＥＵＶ範囲において、特に１５〜１００ｎｍの範囲又は１５〜１５０ｎｍの範囲において高い。
【００６２】
[0061]  図８を参照すると、グラフ（ａ）〜（ｆ）は、ＥＵＶ波長範囲の分光リフレクトメトリで、いかにシリコン基板上に形成された格子構造（周期構造）の形態に関する情報を生成するかを示している。図（ａ）〜（ｃ）において、我々は、シリコン格子構造をプレーンシリコン基板と比較している。図８（ｄ）〜（ｆ）において、我々は、２つの異なる形態の格子を比較している。
【００６３】
[0062]  図８（ａ）は、波長範囲１０〜４０ｎｍに亘ってプレーンシリコンウェーハについて計算された反射率ＲＰを示している。各曲線は、段階的に２°〜１２°の範囲の異なる入射角αで測定されている。各曲線は、上述の通り、ターゲットの反射スペクトルである。好適な較正及び正規化により、図２〜図５の方法及び装置で、少なくとも波長範囲の特定の部分において、同様の反射スペクトルが測定されるであろう。本例における格子構造の周期は２００ｎｍであり、高さは５０ｎｍである。大きな屈曲矢印は、最も小さな角度α〜最大角度までの範囲の反射スペクトルの形状において見られる蛍光を示している。図８（ｂ）において、我々は、２００ｎｍの周期と、５０ｎｍの高さとを有し、またシリコンで作成された矩形格子からなるターゲットの反射率ＲＧを見出す。また、反射率は、２°〜１２°の範囲の一連の入射角について、１０〜４０ｎｍの波長範囲に亘ってプロットされている。
【００６４】
[0063]  図８（ｃ）は、図８（ａ）のプレーンウェーハの反射率と図８（ｂ）の格子反射率との差をプロットしている。我々は、特に、約１５〜５０ｎｍの波長範囲において、特に、１２°への入射角の上昇として、格子構造に起因し得る特定の特性を非常に明確に見出だす。換言すると、図８（ｃ）のプロットは、格子ターゲットの有無及び構造に関する良好な測定情報が図２〜図５の方法及び装置を使用してＥＵＶ分光リフレクトメトリによって取得可能でなければならないことを裏付けるものである。
【００６５】
[0064]  グラフ（ｄ）〜（ｆ）を参照すると、我々は、（ａ）〜（ｃ）と同様のプロットを見出す。しかしながら、この度は、既に説明した（グラフ（ｂ）及び（ｄ）は同一である）矩形格子と、同様の周期及び高さを有するものの、側壁が６０°傾斜した格子（グラフ（ｅ））との間の比較を行っている。（ｄ）及び（ｅ）におけるグラフ間の差は、（ａ）及び（ｂ）におけるグラフ間の差より微小である。それにも関わらず、これらのグラフが差し引かれた時（グラフ（ｆ））、特徴的な特徴がこの差に見られ、それらが、格子の側壁角についての情報を表している。また、信号の強度は、入射角αが２°から１２°まで増加するに連れて大きくなる。従って、ここでは、測定される材料及び構造によっては、例えば、１０〜４０度の範囲内の角度等、５°以上の入射角αを使用することを提案する。最適な角度選択は、光源放射におけるスペクトルコンポーネントの利用可能性と、異なる材料における入射角に対する反射率とによって決まるであろう。すなわち、入射角は、図８のシミュレーションに示された信号強度と、ターゲットの特定材料による反射強度（図６）との間の妥協として、選択されなければならない。同様に、異なる信号の強度（側壁角度情報）は、波長範囲に亘って変動する。測定が実施される入射角及び波長は、特定種別のターゲット及び特定の関心対象について設定された最適メトロロジパラメータを規定するように選択可能である。
【００６６】
[0065]  図９は、ＥＵＶメトロロジ装置９００の異なる部品のハウジングを概略的に示している。これは、特に、大量製造環境において、装置内の真空及び低圧雰囲気の管理を促進する特徴を有する。図１０は、修正されたメトロロジ装置を示している。
【００６７】
[0066]  導入として、我々は、図１１のグラフ（ａ）及び（ｂ）を参照する。各グラフは、異なる気体媒質を通じて、ＥＵＶスペクトルに亘って送信されたＥＵＶ放射の割合ＴＲを示している。第１のグラフ（ａ）は、大気圧における種々の気体の５０ｃｍを通じたＥＵＶ放射の透過（又は、むしろ透過の不足）を示している。気体窒素（Ｎ）、空気（Ａ）、アルゴン（Ａｒ）、及び水素（Ｈ）が表されている。１０−５の段階的にラベル付けされた対数尺度に注目すると、ＥＵＶ光学装置が正常な雰囲気環境で動作できないことが明らかである。しかしながら、グラフ（ｂ）において、我々は、ＥＵＶ放射の経路における大気圧が１ミリバールまで下げられた時、妥当な透過が維持されることを見出す。水素及びアルゴンはともに、５〜３０ｎｍの範囲に亘って、比較的良好な透過を提供する。空気中及び窒素中であっても、透過ロスは、許容可能である。水素は、関心対象のスペクトル全体に亘るＥＵＶ透過にとって、最も簡便である。一方、水素雰囲気を使用するには、低圧であっても、コストを要する安全対策が必要となる。これらの要因はすべて、ＥＵＶメトロロジ装置の異なる部品の前に動作環境を選択する際に考慮されなければならない。
【００６８】
[0067]  図９に戻ると、例としてのＥＵＶメトロロジ装置が、図２及び図３に示されるのと同一のコンポーネント及び参照符号を使用して示されている。図１１を参照して既に説明した通り、ＥＵＶ放射信号は、ビーム経路が真空又は低圧の環境内に含まれない限り、深刻に弱まるであろう。同時に、装置が大量製造環境で使用されなければならない場合、９０２に概略的に表される動作は、現在装置内にある基板Ｗを新たな基板Ｗに交換するため、頻繁に実施されるであろう。装置全体が真空環境に収容される状況では、ウェーハ又はウェーハのバスを搭載及び取外しした後、真空環境を回復するのに必要なコストと時間遅延が、スループットを深刻に下げてしまう。同時に、高度な真空環境では、可能な限り多くのビーム経路を有することが望ましい。
【００６９】
[0068]  このため、例としてのメトロロジ装置９００においては、ＥＵＶ光学系の異なる部品が、異なるチャンバ９０４、９０６、９０８に収められる。好適な壁部がこれらのチャンバを規定し、ウィンドウ９１０及び９１２がＥＵＶ放射のチャンバ間の通過を許容する。第１のチャンバ９０４は、発生源３３０及び照明システム３３２を収める。第１の雰囲気条件は、例えば、高真空であり、図示しない好適なポンプ制御システムによってチャンバ９０４内に維持される。第１のウィンドウ９１０は、入射ビーム３０４が第２のチャンバ９０６に入るのを許容し、ここではターゲットが基板支持体Ｗに支持されている。第２のチャンバ９０６において、ターゲットの周囲には、第２の雰囲気条件が維持される。第２の雰囲気条件は、例えば、図１１（ｂ）に示される雰囲気のうちの１つを使用した、例えば、低圧気体雰囲気であってもよい。このように、基板Ｗ及びＷ’が何らかの形態の気密機構を通じて交換される時、必要な雰囲気条件を成立し、比較的迅速に、且つ、不要なコストを伴うことなく、これを回復することができる。第２の雰囲気条件における透過ロスは、高真空状態に比べて、限定的な進行距離と動作の生産性とに関して、１桁以上大きくなることがある。
【００７０】
[0069]  本例において、格子３１２及びディテクタ３１３等の検出システム３３３のコンポーネントは、第３のチャンバ９０８内に配置されており、これが第３の雰囲気条件に維持される。第３の雰囲気条件は、例えば、高真空であってもよい。第２のウィンドウ９１２は、反射光線３０８がチャンバ９０８において検出システムに入ることを許容し、基板上のターゲットについての分光情報を搬送する。
【００７１】
[0070]  ウィンドウ９１０及び９１２が限定範囲を有する場合、本例における装置９００のジオメトリは、採用されてもよい入射角の範囲を大幅に制限するものであることに留意されてもよい。図１０は、追加のミラーコンポーネントによってこの問題に対処する、図９の装置の変形例を示している。例えば、異なる入射角に適した多数の個別ウィンドウを提供すること、及び／又は、サンプルとして、同一チャンバ９０６内に検出システムのうちの少なくともいくつかの要素を収容することとにより、それらのコンポーネントがウィンドウの見通しを失うことなく動くようにする、その他のアプローチが考慮されてもよい。
【００７２】
[0071]  図１０は、図９の装置９００の修正版であるＥＵＶメトロロジ装置１０００を示している。このメトロロジ装置の核となるコンポーネントには、単なる例示として、再び３００〜３３２の番号を付している。装置の収容及び搭載に関連する他の特徴には、図９と同一の番号を付してあるが、「９」から始まる代わりに、「１０」から始まる。そこで、例えば、ウィンドウ１０１０及び１０１２を通じて光学的に連通するチャンバ１００４、１００６、及び１００８が設けられる。
【００７３】
[0072]  図３にも見て取れる通り、本例における基板支持体１０２０は、アクチュエータ３３４によって可動とされ、光線３０４が格子ターゲットに衝突する入射角αを変動させる。この対策により、発生源及び照明システム、並びにビーム３０４が、固定経路に従う。これは、発生源及び光学系の安定性にとって良好であるとともに、ウィンドウ１０１０を固定位置に保持させる。一方、本例における追加要素は、広範に亘る入射角に対応するようにもし、第２のウィンドウ１０１２及び検出コンポーネント３１２等も固定位置に保持される。これを達成するには、追加のミラー要素１０３０が設けられるが、これは、基板Ｗの平面に平行な反射面を有する平面ミラーである。簡略なジオメトリと、１０３０及び基板Ｗの間のこの平行関係を維持することとにより、反射光線の方向における２αの当初の変動の相殺が達成される。ミラー１０３０は、ミラーの異なる部分が異なる入射角における反射光線を捕捉するように、基板に近接し、且つ、基板に平行に保持される単一の大きなミラーであってもよい。或いは、入射角の変動に合わせて、ミラーの並進移動に作用するアクチュエータ１０３２とともに、より小さなミラー１０３０が設けられてもよい。
【００７４】
[0073]  図１２を参照すると、グラフは、異なるウィンドウ材料がＥＵＶ放射のスペクトルに亘って異なる透過特性を有することを示している。グラフは、各材料の２００ｎｍ膜によって形成されたウィンドウを透過する放射の割合ＴＲを対数尺度で示している。見て取れる通り、広範に及ぶＥＵＶ波長に亘って透明なウィンドウを提供することは非常に大きな課題である。ウィンドウを使用するかということと、どのような種別のウィンドウを使用するかということは、装置の各部品における雰囲気を管理するために行われてもよい代替配置に応じて決まるであろう。異なるコンパートメント９０４／１００４、９０６／１００６、９０８／１００８を分離する物理膜の代替として、異なるコンパートメント間で連通する開口部分を想定することができ、これらは、単に、有用な圧力差分をコンパートメント間で維持可能となるように十分小さくされる。そこで、ウィンドウ膜が９１０／１０１０及び９１２／１０１２で概略的に示されており、これらの膜のうちのいずれか又は双方が、１つのコンパートメントから次への気体の流動を可能な限り制限するように十分な小ささとされつつも、望まれる放射すべての通過を許容するのに十分なサイズを有してもよい開口率で、交換可能である。物理膜が一方又は双方のウィンドウのために設計されるが、図１２に表されるものより高い透過率を有する膜を開発することができる。特定の例について、Ｐｅｋｋａ  Ｔｏｒｍａの論文「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｕｌｔｒａ−  Ｔｈｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｗｉｎｄｏｗｓ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、第６１巻、第１号、２０１４年２月に記載されている。この論文は、追加の支持構造を備えた２０ｎｍまでの厚さの窒化ケイ素材料で形成された、極薄ウィンドウ膜について記載している。この論文は、より短波長の放射全般に関するものであり、低エネルギー範囲のＸ線スペクトルと、より短波長のＥＵＶスペクトルと、の間に、重複が存在する。
【００７５】
[0074]  図１３は、修正されたメトロロジ方法を示しており、図１４は、対応するメトロロジ装置１４００を示している。これらの例において「１４ｘｘ」とラベル付けされたコンポーネントは、特段の言及のない限り、図３の装置で「３ｘｘ」とラベル付けされたものと同一であると考慮されなければならない。そこで、修正された装置には、例えば、照明システム１４３０と、照明システム１４３２と、検出システム１４３３とが含まれる。しかしながら、図２の装置と比較すると、入射光線１４０４の入射角が斜入射角αのみならず、本明細書中では、φとラベル付けされる方位角においても変動可能となるように、位置決めシステム１４３４が動作可能である。
【００７６】
[0075]  また、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系が基板に対して規定される。また、ターゲットＴは、基板のＸ軸に平行な周期性Ｄの方向を備えた１次元の格子を備えると仮定する。また、基板及びターゲットは、入射角を変動させるように傾斜させることができる。しかしながら、ゼロ以外の方位の入射角φが許容される。方位角φは、格子ターゲットＴの周期性Ｄの方向に対して規定される（２次元の周期性を有するターゲットの場合、Ｄが周期性の主な方向のいずれかであってもよい）。すなわち、入射方向が基板の平面状に投影される時、入射光線と周期性Ｄの方向の間の方位角φがゼロでなく、相当な値になることがある。すなわち、照射方向は、周期性Ｄの方向と基板に対して垂直な方向Ｎによって規定される平面の外側にある。むしろ、入射光線は、周期性Ｄの方向に対して傾斜した平面内を進行する。傾斜した平面は、基板の平面に対して垂直であるものの、周期性の方向及びＸ−Ｚ面に対しては斜めである円１４０７によって表される。平面及び軸のラベルの選択は任意であるが、斜入射角及び方位角は、ターゲットの周期構造の物理特性を参照して規定されることが理解されるであろう。本発明者は、ゼロ以外の方位角が使用される時、異なる回折次数の回折効率を実質的に増加させることができると分かった。これは、引いては、反射された（ゼロ次）光線１４０８のスペクトルに影響を及ぼす。
【００７７】
[0076]  装置１４００の実現において、位置決めシステムの異なる配置を使用して、ゼロ以外の方位角を達成することができる。参照符号１４３４は、基板のＸ軸及びＹ軸周りの回転のためにアクチュエータを備えた位置決めシステムを示している。斜入射角α及び方位角φの所望の組み合わせについて、適切なコマンド値Ｒｘ及びＲｙが計算され、２次元での基板の傾斜により、所望の角度を達成させる。他の実現例において、回転及び傾斜のためにアクチュエータが設けられ、直接角度α及びφに駆動してもよい。図１４から理解される通り、回転Ｒｚは、所望の方位角φの直接対応し、この場合ではコマンド値を、所望の測定角度からより直接的に生成することができる。
【００７８】
[0077]  メトロロジの他の領域において、斜入射（極）角と方位角の双方を変動させるのに必要な種別のマウントは、「コニカルマウント」として知られており、この用語がこのＥＵＶリフレクトメトリ装置にも適合可能である。一般的に、知識を有する読者は、既知のゼロ以外の方位入射角を達成するのが好適である場合、任意の形態のコマンド及び任意の形態の駆動機構を使用して本例を実現可能であることを理解するであろう。入射方向とターゲットの相対的な向きが重要なことであると理解できる（そして当然のことながら、放射スポットＳに対するターゲットの正確なＸ−Ｙ方向位置合わせ）。
【００７９】
[0078]  上述の通り、ゼロ以外の方位角の使用により、図２及び図３の配置と比較して、図１３及び図１４のコニカルマウントを使用して、回折効率を改善させてもよい。これは、引いては、特定の特性の測定に対してより強い信号を提供し、測定時間を短縮し、及び／又は、測定精度を向上させる。ゼロ以外の方位角を使用する他の利点は、図１３において、図２との比較で既に見ることができた。スポットＳは、斜めの入射角のために伸長される場合、方位角によって規定される方向に伸長されることに気づく。従って、スポットの最長寸法は、ターゲットの対角方向と配列される。ターゲットの大部分が矩形形状であることを考えると、スポットのこの対角伸長により、実際には、より大きなスポット全体がターゲット領域内に合うようにする。この結果、与えられた照明強度に対して、測定放射のより大きな全体的パワーをターゲットに向けることができるため、ディテクタにおける信号が比例的に増加するであろう。この効果だけで、測定時間を僅かに短縮してもよい。代替又は追加として、合焦する公差が緩和されてもよく、これによっても測定時間を短縮する。
【００８０】
[0079]  図１５は、図１３及び図１４の方法における、例としてのターゲットに対する方位角の関数として、異なる斜入射角及び波長に対する１次回折効率ＤＥ＋１の変動を示している。ターゲットの各設計は、その異なる構造及び材料により、独自の特別な一連の回折効率を発揮し、反射スペクトルが方位角φ（及び斜入射角α）に合わせて変動するように独自の変動を発揮するであろう。本例におけるターゲットは、ピッチが１８ｎｍの格子である。上の行の５つのグラフにおいて、縦軸は、対数尺度で回折効率を表しており、横軸は、０〜９０度の範囲の方位角φを表している。各グラフは、印をつけた通り、異なる斜入射角αに対応する。各グラフにおいて、回折効率は、２ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、及び３０ｎｍの多数の波長に対してプロットされている。５つのグラフの下の行は、他の形態で同一のデータを表しており、ここでは、各波長の回折効率がゼロ方位角におけるその値に対して正規化されている。１次回折効率（及び、暗示的には、ディテクタ１４１３によって捕捉されるゼロ次の信号）は、特に、より短い波長及び／又はより大きな入射角で、方位角に強く依存することが見て取れる。測定のための方位角を１つ以上、特に２つ以上選ぶことにより、ターゲット構造について、より特定的な情報が得られる。
【００８１】
[0080]  図１６は、さらに修正されたメトロロジ方法を示しており、図１７は、対応するメトロロジ装置１７００を示している。これらの例において「１７ｘｘ」とラベル付けされたコンポーネントは、特段の言及のない限り、図３の装置において「３ｘｘ」とラベル付けされたものと同一であると考慮されなければならない。そこで、修正された装置には、例えば、照明システム１７３０と、照明システム１７３２と、検出システム１７３３とが含まれる。
【００８２】
[0081]  また、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系が基板に対して規定される。また、ターゲットＴは、基板のＸ軸に平行な周期性Ｄの方向を備えた１次元の格子を備えると仮定する。また、基板及びターゲットは、入射角を変動するように傾斜可能である。検出システム１７３３は、また、反射光線１７０８を異なる波長のスペクトル１７１０に分けるため、回折格子１７１２を備える。反射スペクトル１７１０は、ディテクタ１７１３によって捕捉され、信号ＳＴがプロセッサ１７４０に提供される。
【００８３】
[0082]  また、この修正された方法及び装置において、他のスペクトル１７５２を受容するため、第３のディテクタ１７５０が設けられる。スペクトル１７５２は、ターゲットＴの周期構造によって１次回折される放射を備える。１次回折放射が向けられる角度βは、ターゲット格子のピッチと、回折放射の波長とによって決まる。分光ＥＵＶリフレクトメトリの場合、入射した放射が波長範囲を備えるが、ターゲットによって回折された放射が、図示の通り、角度βの範囲でスペクトルに広がる。この１次スペクトルは、反射スペクトル１７１０と同様に、ターゲット構造についての情報を含む。ディテクタ１７５０によって捕捉される信号ＳＦは、ターゲットの関心対象特性の改善された測定計算を行う際に（信号ＳＲ及びＳＴとともに）使用されるため、プロセッサ１７４０に供給される。
【００８４】
[0083]  １次回折スペクトルの取得は、非対称性に関連付けられるターゲットの特性を分解する際に特別な利点を有することがある。
【００８５】
[0084]  角度βの範囲は、便宜上、図１６中ではかなり狭い範囲として示されているが、「後方」回折を含む、かなり幅広い範囲の角度に直面されてもよいことが理解されるであろう。これは、特に、（ｉ）関心対象の波長の範囲が、１オクターブ強（例えば、上述の例では、１０〜４０ｎｍ又は５〜５０ｎｍの範囲についても言及した）広がることがあるため、また（ｉｉ）最も精細なターゲット格子のピッチが（製品特徴であってもよい）多数の潜在的な適用例において放射の波長と同様の大きさであるために生じるケースである。図１７は、この角度範囲を示している。角度β’を参照すると、法線方向Ｎに対して規定されており、例えば、−９０°〜＋２０°の角度範囲が生じるものと予期されてもよい。
【００８６】
[0085]  回折角度β（又はβ’）の幅広い変動に適応するため、さらなるアクチュエータ１７５４が設けられ、アクチュエータ１７３４によって斜入射角αが変動して、１次回折角度βが格子ピッチ及び波長とともに変動するのに合わせて、ディテクタ１７５０を適切な位置に移動してもよい。代替又は追加として、ディテクタ１７５０は、幅広く設けられ、及び／又は、ターゲットに近接して基板付近に配置されてもよい。これが図１７に概略的に示されている。コリメート光学系が任意で設けられ、所望に応じて、角度の広がりを低減し、簡便なサイズ及び簡便な配置のディテクタ１７５０上で捕捉できるようにしてもよい。
【００８７】
[0086]  図１８は、さらに修正されたメトロロジ方法を示し、図１９は、対応するメトロロジ装置１９００を示している。この方法及び装置は、図１３及び図１４（ゼロ以外の方位角）と、図１６及び図１７（ターゲット格子からの１次回折を使用）を参照して既に上述した修正を組み合わせたものである。これらの例において「１９ｘｘ」とラベル付けされたコンポーネントは、図１３／１４及び図１６／１７の方法及び装置で「１４ｘｘ」及び／又は「１７ｘｘ」とラベル付けされたものと同一であると考慮されなければならない。そこで、この修正された装置には、例えば、照明システム１９３０と、照明システム１９３２と、検出システム１９３３とが含まれる。
【００８８】
[0087]  また、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系が基板に対して規定される。また、ターゲットＴは、基板のＸ軸に平行な周期性Ｄの方向を備えた１次元の格子を備えると仮定する。また、基板及びターゲットは、入射角を変動させるように傾斜可能である。検出システム１９３３は、また、反射光線１９０８を異なる波長のスペクトル１９１０に分けるため、回折格子１９１２を備える。反射スペクトル１９１０は、ディテクタ１９１３によって捕捉され、信号ＳＴがプロセッサ１９４０に提供される。
【００８９】
[0088]  図１３及び図１４の例のように、ゼロ以外の方位の入射角φが許容される。参照符号１９３４は、基板のＸ軸及びＹ軸周りの回転のためにアクチュエータを備えた位置決めサブシステムを示す。図１３〜図１５に関連して述べた検討が、図１８及び図１９の方法及び装置にも等しく適用される。
【００９０】
[0089]  さらに、この修正された方法及び装置においては、第３のディテクタ１９５０が設けられ、他のスペクトル１９５２を受容する。スペクトル１９５２は、ターゲットＴの周期構造によって１次回折された放射を備える。ターゲットＴの１次回折スペクトルを表す信号ＳＦがプロセッサ１９４０に提供される。図１６及び図１７に関連して述べた検討が、図１８及び図１９の方法及び装置にも等しく適用される。図１５の回折効率は、各波長における検出信号ＳＦの強度を直接判定するものである。
【００９１】
適用例
[0090]  装置３００、９００、１０００、１４００、１７００、１９００のいずれかを、図１に概略的に示したようなリソグラフィ製造システムにおけるＥＵＶメトロロジ装置２４４として使用することができる。
【００９２】
[0091]  図２０は、本明細書に開示のＥＵＶメトロロジ技術を使用した、ターゲット構造のパラメータの測定方法のフローチャートである。上述の通り、ターゲットは、半導体ウェーハ等の基板上にある。このターゲットは、２Ｄ配列における格子又は構造における周期的な一連のラインの形状をとることが多い。メトロロジ技術の目的は、形状の１つ以上のパラメータの測定計算を行うことである。再構築技術において、厳密な光学理論を効果的に使用して、これらのパラメータのどの値が結果として観察された特定の反射スペクトル（任意で、より高次の回折次数のスペクトルを含む）を生じるのかを計算する。換言すると、ターゲットの形状情報は、ＣＤ（クリティカルディメンション）及びオーバーレイ等のパラメータについて得られる。ＣＤ、すなわち、クリティカルディメンションは、基板上に「書かれた」対象の幅であり、リソグラフィ装置が物理的に基板上に書き込むことのできる限界である。状況によっては、関心対象のパラメータは、ＣＤの絶対測定自体でなく、ＣＤの均一性であってもよい。所望に応じて、格子の高さ及び側壁角等、その他のパラメータも測定されてよい。オーバーレイメトロロジは、基板上の２つの層が配列されているか否かを判定するために、２つのターゲットのオーバーレイが測定される測定システムである。
【００９３】
[0092]  ターゲット３０等のターゲット構造と、その反射及び／又は回折特性とのモデル化との組み合わせでＥＵＶメトロロジ装置２４４からの結果を使用して、構造の形状及びその他のパラメータの測定を多数の手法で実施することができる。図９に表される第１の種別のプロセスにおいて、ターゲット形状の第１推定に基づく回折パターン（第１の候補構造）を計算し、観察された反射スペクトルと比較する。そして、モデルのパラメータは、系統的に変動し、反射スペクトルが一連の反復で再計算され、新たな候補構造を生成し、最も適合するものに到達するようにする。第２の種別のプロセスにおいて、多くの異なる候補構造に対する反射スペクトルが事前に計算されて、反射スペクトルの「ライブラリ」を作成する。そして、測定ターゲットから観察された反射スペクトルを、計算されたスペクトルのライブラリと比較して、最も適合するものを見つける。双方の方法をともに使用することができる。大まかに適合するものがライブラリから得られ、次いで反復プロセスを行うことにより、最も適合するものを見つける。ＥＵＶ分光リフレクトメトリにおいて、第１の種別のプロセスに対する演算は煩わしいものでないと予期される。そうであればライブラリプロセスを当てにする必要がない。
【００９４】
[0093]  図２０をより詳細に参照すると、ターゲット形状及び／又は材料特性の測定を実施する手法をまとめて説明する。以下のステップが実施される。ステップをここに一覧表示した後、より詳細に説明する。
Ｓ１１：ターゲットを備えた基板を受容する
Ｓ１２：測定レシピ（α、φ）を規定する
Ｓ１３：ＥＵＶ反射スペクトルを測定する
Ｓ１４：モデルレシピを規定する
Ｓ１５：形状パラメータを推定する
Ｓ１６：モデル反射スペクトルを計算する
Ｓ１７：測定スペクトルと計算スペクトルを比較する
Ｓ１８：メリット関数を計算する
Ｓ１９：改正された形状パラメータを生成する
Ｓ２０：最終形状パラメータを報告する
【００９５】
[0094]  これらのステップは、必ずしも正確に上の順で実施されなくてもよく、当業者は、結果に影響を及ぼすことなく、特定のステップを異なる順で実施できることを理解するであろう。
【００９６】
[0095]  Ｓ１１において、基板Ｗは、１つ以上のメトロロジターゲットＴにより、その上に受容される。ターゲットは、説明のために、１方向のみ（１−Ｄ構造）に周期的であるものと仮定する。実際には、２方向（２次元構造）に周期的であってもよく、それに応じて処理が適合されるであろう。Ｓ１２において、測定レシピが規定されるが、これは、改良された方法において、スペクトルがとられる１つ以上の入射角の範囲を規定し、任意でゼロ以外の方位角φを規定するものである。各種別のターゲット構造及び製造プロセスに対する最適な方位角は、過去の実験及び／又は演算シミュレーションによって判定することができる。所望に応じて、２つ以上の方位角を使用してターゲットを測定するレシピを規定することができる。図１５に示されるようなグラフを使用して、最も関心のある対象である回折次数に亘って回折効率の最良の組み合わせを与える方位角の値を選択することができる。或いは、各ターゲットの測定は、方位角φに対する単一の（ゼロ又はゼロ以外の）値と異なる入射角αの範囲とからなるものとすることができる。
【００９７】
[0096]  Ｓ１３において、スポットＳに配置されたターゲット構造では、基板上の実際のターゲットの反射スペクトルは、図３、図５、図９、図１４、図１７、及び図１９のいずれかに示されるような装置におけるＥＵＶ放射を使用して測定される。測定された反射スペクトル３１０（任意で、１次回折スペクトル１７５２、１９５２を含む）は、ディテクタ３１３によって捕捉され、プロセッサ３４０等の計算システムに転送される。これらのスペクトルは、さらなる計算において使用される前に、事前記憶された較正値とディテクタ（３１４、１４１４、１７１４、１９１４）によって記録された参照スペクトルに応じて正規化される。実際には、多数の参照スペクトル及びターゲットスペクトルが放射のいくつかのパルスに亘って記録されるであろうし、各ターゲットスペクトルは、測定されたターゲットスペクトルに加えられる前に、同一のパルスから参照スペクトルに正規化される。測定された各ターゲットスペクトルは、入射角α（及び任意でゼロ以外の方位角φ）に対応する。再構築を通じたロバストな測定を得るには、同一のターゲットのいくつかのスペクトルは、情報の多様性を増すため、異なる入射角α及び異なる方位角φで捕捉されてもよい。
【００９８】
[0097]  反射スペクトルは、詳細スペクトルとして処理されてもよく、又は計算に使用される前に、一組のパラメータに簡素化されてもよいことに留意する。特定の例として、反射スペクトルは、単に、識別可能なスペクトル特徴（ピーク又はライン）の強度を表す１組の値に低減されてもよい。この強度は、例えば、入射した放射における各ピークに対応する反射スペクトルのピークを特定し、観察されたピークの高さに対応する値をそのピークに割り当てることによって得られてもよい。
【００９９】
[0098]  Ｓ１４において、多数のパラメータｐｉ（ｐ１、ｐ２、ｐ３等）に関して、ターゲット構造のパラメータ化モデルを規定する「モデルレシピ」が成立される。これらのパラメータは、例えば、１−Ｄ周期構造において、側壁の角度、特徴の高さ又は深さ、特徴の幅を表してもよい。ターゲット材料及び下層の特性は、（ＥＵＶ放射ビームに存在する各特定波長における）屈折率等のパラメータによっても表される。重要なのは、ターゲット構造がその形状及び材料の特性を記述する数十に及ぶパラメータによって規定されてもよく、モデルレシピは、固定値を有するためにこれらのうちの多くを規定する一方で、その他は、後続のプロセスステップの目的のための可変又は「浮遊」パラメータとされる。図２０を説明するため、可変パラメータのみをパラメータｐｉと考慮する。
【０１００】
[0099]  ＥＵＶ放射の侵入深さが浅いため、より長い波長を備えた光学メトロロジの場合に比べて、下層の特性を表す浮遊パラメータの提供の必要性を低くすることができる。その結果として、本明細書に開示のＥＵＶ分光メトロロジは、与えられた演算の複雑さレベルに対して、光学ＣＤメトロロジツールよりもプロセス変動に対してロバストな測定を提供することができる。
【０１０１】
[00100]  Ｓ１５において、モデルターゲットの形状は、浮遊パラメータに対する初期値Ｐｉ（０）（すなわち、ｐ１（０）、ｐ２（０）、ｐ３（０）等）を設定することによって推定される。各浮遊パラメータは、レシピに規定される通り、或る所定の範囲内に生成されるであろう。
【０１０２】
[00101]  Ｓ１６において、推定された形状と、モデル中の異なる材料の特性と、をともに表すパラメータは、例えば、ＲＣＷＡ又はＭａｘｗｅｌｌ方程式のその他任意の解法等、厳密な演算法を使用して、散乱特性を計算するのに使用される。これは、各角度α（又は角度α及びφの組み合わせ）に対して、推定されたターゲット形状の推定された反射スペクトル又はモデル反射スペクトルを与える。
【０１０３】
[00102]  そして、ステップＳ１７及びＳ１８において、測定された反射スペクトル及びモデル反射スペクトルが比較され、それらの類似点及び差異を使用して、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。
【０１０４】
[00103]  メリット関数は、モデルが実際のターゲット形状を正確に表す前に改善される必要があることを示しているとすると、制御はステップＳ１９に移り、ここで新たなパラメータｐ１（１）、ｐ２（１）、ｐ３（１）等が推定されてステップＳ１６に反復的にフィードバックされる。ステップＳ１６〜Ｓ１８が反復される。検索をアシストするために、ステップＳ１６における計算では、パラメータ空間のこの特定の領域における、パラメータの増減がメリット関数を増減させる感応性を示す、メリット関数の偏導関数を生成する。メリット関数の計算及び偏導関数の使用は、当分野で一般的に知られており、ここでは詳細に説明を行わない。
【０１０５】
[00104]  メリット関数は、この反復的プロセスが所望の精度の解に収束されたことを示し、制御はステップＳ２０に移り、現在推定されているパラメータ（例えば、ＣＤ値）が実際のターゲット構造の測定として報告される。
【０１０６】
[00105]  この反復的プロセスの演算時間は、使用されるモデルにより、換言すると、推定されるターゲット構造から厳密な回折理論を使用して推定モデルスペクトルの計算を行うことにより、大きく判定される。より多くのパラメータが必要とされる場合、より大きな自由度がある。計算時間は、原則的に、自由度数の累乗で増加する。推定されたか、又はＳ１６において計算されたモデルスペクトルは、種々の形態で表現可能である。計算されたパターンがステップＳ１３において生成された測定スペクトルと同一形態で表現される場合、比較が簡素化される。１つのターゲットに対する値が一旦計算されると、同一の基板又は同様の基板上の新たなターゲットが、測定レシピを変更することなく、同一のステップＳ１３等を使用して測定されてもよい。異なる種別の基板又はターゲットが測定される場合、又は測定レシピの変更が望まれるいずれの場合においても、制御は、代わりに、ステップＳ１１又はＳ１２に移る。
【０１０７】
[00106]  図２１は、リソグラフィ製造システムの管理における測定方法（例えば、図２０の方法）の適用例を示している。ステップをここに一覧表示した後、より詳細に説明する。
Ｓ２１：基板上に構造を作成するようにウェーハを処理する
Ｓ２２：基板に亘ってＣＤ及び／又はその他のパラメータを測定する
Ｓ２３：メトロロジレシピを更新する
Ｓ２４：リソグラフィ及び／又はプロセスレシピを更新する
【０１０８】
[00107]  ステップＳ２１において、リソグラフィ製造システムを使用して、基板に亘って構造を作成する。ステップＳ２２において、ＥＵＶメトロロジ装置２４４と、任意でその他のメトロロジ装置と、情報源と、を使用して、基板に亘って構造の特性を測定する。ステップＳ２３において、得られた測定結果に照らして、任意で、ＥＵＶメトロロジ装置及び／又はその他のメトロロジ装置２４０のメトロロジレシピ及び較正を更新する。例えば、メトロロジ装置２４４が光学メトロロジ装置２４０より低いスループットを有する場合、ＥＵＶ放射を使用する少ない数の正確な測定を使用して、特定の基板設計及びプロセスについて、光学メトロロジ装置を使用して行われる測定計算を向上することができる。
【０１０９】
[00108]  ステップＳ２４において、ＣＤ又はその他のパラメータの測定を所望の値と比較して、リソグラフィ製造システム内のリソグラフィ装置及び／又はその他の装置の設定を更新するのに使用する。スループットを向上したＥＵＶメトロロジ装置を提供することにより、システム全体の性能を向上することができる。製品特徴及び／又は製品様特徴は、最小の技術ノードであっても、直接測定することができ、過剰に大きな領域を損なうことなく、インダイターゲットを提供及び測定することができる。
【０１１０】
[00109]  以上のステップにおいて、１つ及び複数の基板に亘って十分なターゲットが測定され、プロセスの統計的に信頼性の高いモデルを導き出すことができると仮定する。ＣＤ及びその他のパラメータのプロファイルは、基板に亘る変動として完全に表現される必要はない。それは、例えば、すべてのフィールド（基板Ｗ上の異なる箇所において、パターニングデバイスＭを使用した各パターニング過程）に共通のフィールド内プロファイルと、フィールド内変動が反復的に重複される低次のフィールド内変動として表見することができる。ステップＳ２４で調整されたリソグラフィプロセスの設定には、フィールド内設定及びフィールド間設定が含まれ得る。これらは、装置のすべての動作に適用可能であるか、又は特定の製品層に特有であってもよい。
【０１１１】
ＥＵＶリフレクトメトリによるオーバーレイメトロロジ
[00110]  特に図１６〜図１９の例を参照すると、本明細書に記載の方法及び装置は、オーバーレイ等、非対称関連特徴の測定にも適用することができる。半導体製品の層間のオーバーレイは、放射の侵入深さが浅いため、何らかの入射角及び／又は波長でＥＵＶ分光リフレクトメトリを使用する測定が困難となることがある。それにも関わらず、広範に亘る波長（例えば、１〜１００ｎｍ又は１〜１５０ｎｍ）を備え、増加される入射角を使用する可能性を備えた図示の装置を設けることにより、オーバーレイの実際の測定が予期されてもよい。マルチプルパターニングプロセスにおいて、１つのパターニング動作でなく、２つ以上のパターニングステップで、製品の１つの層内に構造が形成される。そこで、例えば、構造の第１の集団が、構造の第２の集団と交互配置されてもよく、これらの集団が異なるステップで形成されて、１つのみのステップで作成できるより高い解像度を達成するようにする。集団の配置は、基板上の他の特徴との関連で同一且つ完全でなければならず、当然のことながら、あらゆる実際のパターンが特定の位置オフセットを示す。集団間の任意の意図的でない位置オフセットは、オーバーレイの形成とみなすことができ、マルチプルパターニングプロセスによって形成されたターゲット格子又は製品特徴の非対称性によって測定することができる。簡易な格子構造に対して、例えば、側壁非対称性及び溝底部非対称性等、その他の種別の非対称性を測定することができる。
【０１１２】
[00111]  非対称性が（ゼロ次）反射スペクトル３１０、１４１０、１７１０、１９１０から測定可能であるが、非対称性情報は、図１６〜図１９の例において検出された１次回折スペクトル１７５２及び１９５２においてより強くなるであろう。従って、ＥＵＶメトロロジ方法には、構造における非対称性を測定するため、周期構造から１次回折スペクトルを表す信号ＳＦを使用することが含まれてもよい。構造は、１つの方位のみにおいて測定されてもよく、又は１８０°回転した方位（Ｒｚ）で測定されてもよい。可視波長における回折ベースのオーバーレイから分かる通り、非対称性は、＋１次及び−１次の回折放射の強度を比較することによって計算することができる。ターゲットを１８０°回転させることにより、信号ＳＦ（＋１）及びＳＦ（−１）を取得及び比較することができる。非対称性は、図２０に示された種別の再構築方法により、ターゲットのその他任意の特性と同様に計算することができる。或いは、より簡易の計算が過去の較正と組み合わせられ、より直接的に＋１次及び−１次のスペクトルの比較に基づくものとすることができる。しかしながら、完全な再構築を分光アプローチと組み合わせて使用し、利用可能な情報により、単一の波長で＋１次及び−１次の強度を単に比較するよりも正確な測定をアシストしてもよい。ＥＵＶリフレクトメトリにおいて、ターゲットが製品特徴又は製品様特徴からなるものとすることができるという点が好都合であり、これは、より長い波長を使用する現在の光学技術では不可能である。オーバーレイに対する感応性は、現在のツールより大きくなることが予期される。
【０１１３】
ハイブリッドメトロロジシステム
[00112]  より多くの従来のスキャトロメトリ測定を実施するためのＥＵＶメトロロジ装置２４４と光学メトロロジ装置２４０との双方を含む、ハイブリッドメトロロジ装置を作成することができる。双方の装置は、同一基板Ｗの同一の部分又は異なる部分に対して同時に作用してもよい。これら２つの装置は、実際には、基板取扱及び位置決めシステム等、共通コンポーネントを共有しつつ、異なるタイミングに動作してもよい。メトロロジ装置は、リソグラフィ装置ＬＡ自体又はリソグラフィセルＬＣ内のいずれかに一体化されてもよい。
【０１１４】
[00113]  異なる装置が異なるターゲット構造を測定し、例えば、光学メトロロジ装置２４０をターゲットＴ１の測定に使用し、ＥＵＶメトロロジ装置２４４がターゲットＴ２の測定に使用されるようにする。このようなハイブリッドメトロロジ技術の適用例及び利点については、２０１４年５月１３日に出願の、現在の優先日に公開されていない我々の欧州特許出願第１４１６８０６７．８号に開示されている［出願人参照番号：２０１４Ｐ０００３８］。
【０１１５】
結論
[00114]  本発明の特定の実施形態について以上に説明したが、本発明は、説明した以外の方法で実施されてもよい。基板及びパターニングデバイス上に認識された新規のターゲットに関連して、一実施形態には、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、及び／又は、リソグラフィプロセスについての情報を得るために測定処理を行う方法を記述した、１つ以上のシーケンスの機械可読命令を含むコンピュータプログラムが含まれてもよい。このコンピュータプログラムは、例えば、図３の装置におけるユニットＰＵ及び／又は図２のコントロールユニットＬＡＣＵ内で実行されてもよい。このようなコンピュータプログラムが記憶されたデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気ディスク、又は光学ディスク）も提供されてよい。
【０１１６】
[00115]  本発明のさらなる実施形態を、以下、番号を付した条項において提供する。
１．リソグラフィプロセスによって製造された構造の特性を測定する方法であって、
（ａ）基板に平行な方向から２°を上回る角度の照射方向に沿った、１〜１００ｎｍの範囲の複数の波長を備えた放射ビームで、基板上にリソグラフィプロセスによって形成され少なくとも第１の方向に周期性を有する周期構造を照射することと、
（ｂ）周期構造によって反射された放射のスペクトルを検出することと、
（ｃ）周期構造の特性を判定するために、検出されたスペクトルを表す信号を処理することと、
を備える、方法。
２．周期構造への投影時の放射ビームは、１０μｍ未満、任意で５μｍ未満の範囲を有する、条項１に記載の方法。
３．放射ビームは、１μｍ未満、任意で５００ｎｍ未満の最小直径を有する条項１又は２に記載の方法。
４．基板に平行な方向に対する照射方向は、スペクトルの検出に先立って調整され、放射ビームの直径は、周期構造上への投影時、ビームの範囲を調整するのに対応して調整される、条項２又は３に記載の方法。
５．放射方向と基板に平行な方向の間の角度は、５°〜４５°、任意で１０°〜３０°である、条項１〜４のいずれかに記載の方法。
６．ステップ（ａ）における放射は、第１の寸法及び第２の寸法の双方に発生源ビームを合焦させることによって生成される放射ビームである、条項１〜５のいずれかに記載の方法。
７．第１の寸法及び第２の寸法に合焦させることは、２次元に湾曲したリフレクタを使用して実施される、条項６に記載の方法。
８．放射ビームの生成に使用される照明システムは、真空環境に収容され、基板は、低圧気体環境に保持され、低圧気体環境は、照明システムの真空環境を妨害することなく、新たな基板の搭載及び取外しを行うように動作可能なハウジングによって規定される、条項１〜７のいずれかに記載の方法。
９．反射された放射のスペクトルを検出するために使用される検出システムは、真空環境に収容され、基板は、低圧気体環境に保持され、低圧気体環境は、検出システムの真空環境を妨げることなく、新たな基板の搭載及び取外しを行うように動作可能なハウジングによって規定される、条項１〜８のいずれかに記載の方法。
１０．照射方向は、基板の平面上への投影時、第１の方向に対してゼロ以外の方位角を規定する、条項１〜９のいずれかに記載の方法。
１１．方位角は、１つ以上のゼロ以外の回折次数における周期構造の回折効率が、ゼロの方位角の照射方向の場合より大きくなるように選択される、条項１０に記載の方法。
１２．方位角は、１次回折における周期構造の回折効率が、ゼロの方位角の回折効率の２倍以上、任意で５倍以上、又は１０倍以上となるように選択される、条項１１に記載の方法。
１３．ステップ（ｂ）は、周期構造によって回折される放射のゼロ以外の回折次数を検出することをさらに備え、ゼロ以外の回折次数は、周期構造によってスペクトルに広げられる、条項１〜１２のいずれかに記載の方法。
１４．特性は非対称性である、条項１〜１３のいずれかに記載の方法。
１５．特性は非対称であり、周期構造は、２つ以上のパターニングステップにより、１つ以上の層に形成される格子である、条項１〜１４に記載の方法。
１６．ステップ（ａ）及び（ｂ）は、少なくとも２回実施され、周期構造は、垂直軸周りを０°及び１８０°回転し、ステップ（ｃ）において、０°及び１８０°の回転下におけるゼロ以外の回折次数のスペクトルを表す信号は、周期信号の非対称性を判定するために、ともに使用される、条項１３〜１５に記載の方法。
１７．ステップ（ａ）及び（ｂ）は、異なる照射方向を使用して反復され、ステップ（ｃ）において、複数の異なる照射角を使用して検出された、反射された放射のスペクトルを表す信号は、周期構造の特性を判定するために、ともに使用される、条項１〜１６のいずれかに記載の方法。
１８．ステップ（ｃ）は、手記構造のパラメータ化モデルを規定することと、検出された、反射された放射に基づき、構造の数学的再構築を実施するために、モデルを使用することとを含む、条項１〜１７に記載の方法。
１９．特性はライン幅である、条項１〜１８のいずれかに記載の方法。
２０．リソグラフィプロセスの性能測定に使用されるメトロロジ装置であって、
１〜１００ｎｍの範囲の複数の波長を備えた放射ビームを生成する照射システムと、
基板に平行な方向から２°を上回る角度の照射方向に沿った放射で基板上に形成された周期構造を照射するため、照射システムとともに動作可能な基板支持体と、
周期構造によって反射された放射のスペクトルを検出する検出システムと、
を備える、装置。
２１．周期構造への投影時の放射ビームは、１０μｍ未満、任意で５μｍ未満の範囲を有する、条項２０に記載の装置。
２２．放射ビームは、１μｍ未満、任意で５００ｎｍ未満の最小直径を有して形成可能である、条項２０又は２１に記載の装置。
２３．基板に平行な方向に対する照射方向は、調整可能であり、放射ビームの直径は、周期構造上への投影時、ビームの範囲を調整するのに対応して調整可能である、条項２１又は２２に記載の装置。
２４．放射方向と基板に平行な方向の間の角度として規定される入射角は、少なくとも５°〜４５°の値に設定可能である、条項２０〜２３のいずれかに記載の方法。
２５．放射ビームは、第１の寸法及び第２の寸法の双方に発生源ビームを合焦させることによって生成される、条項２０〜２４のいずれかに記載の装置。
２６．２次元に湾曲したリフレクタは、第１の寸法及び第２の寸法に合焦させるために設けられる、条項２５に記載の装置。
２７．放射ビームの生成に使用される照明システムは、真空環境に収容され、基板は、低圧気体環境に保持され、低圧気体環境は、照明システムの真空環境を妨害することなく、新たな基板の搭載及び取外しを行うように動作可能なハウジングによって規定される、条項２０〜２６のいずれかに記載の装置。
２８．反射された放射のスペクトルを検出するために使用される検出システムは、真空環境に収容され、基板は、低圧気体環境に保持され、低圧気体環境は、検出システムの真空環境を妨げることなく、新たな基板の搭載及び取外しを行うように動作可能なハウジングによって規定される、条項２０〜２７のいずれかに記載の装置。
２９．照射方向は、基板の平面上への投影時、第１の方向に対してゼロ以外の方位角を規定し、方位角は、基板を取り出すことなく調整可能である、条項２０〜２８のいずれかに記載の装置。
３０．周期構造によって回折される放射のゼロ以外の回折次数を検出するディテクタをさらに備え、ゼロ以外の回折次数は、周期構造によってスペクトルに広げられる、条項２０〜２９のいずれかに記載の装置。
３１．基板支持体は、自動化ウェーハハンドラから半導体ウェーハを受容するよう適合される、条項２０〜３０のいずれかに記載の装置。
３２．周期構造の特性を判定するために、検出された、反射された放射を表す信号を処理するための処理システムをさらに備える、条項２０〜３１のいずれかに記載の装置。
３３．デバイス製造方法であって、
リソグラフィプロセスを使用して、パターニングデバイスから基板上に、少なくとも１つの周期構造を規定するパターンを転写することと、
リソグラフィプロセスの１つ以上のパラメータについての値を判定するために、周期構造の１つ以上の特性を測定することと、
測定された特性に応じて、リソグラフィプロセスの次の動作において、補正を適用することと、を備え、
周期構造の特性を測定するステップは、条項１〜１９のいずれかに記載の方法により、特性を測定することを含む、方法。
３４．機能的デバイスパターンは、５０ｎｍ未満、任意で２０ｎｍ未満のクリティカルディメンションを有する製品特徴を規定する、条項３３に記載のデバイス製造方法。
３５．リソグラフィプロセスによって製造された構造の特性を測定する方法であって、
（ａ）基板に平行な方向から２°を上回る角度の照射方向に沿った、１〜１００ｎｍの範囲の複数の波長を備えた放射ビームで、基板上にリソグラフィプロセスによって形成され少なくとも第１の方向に周期性を有する周期構造を照射することと、
（ｂ）周期構造によって回折された放射のスペクトルを検出することであって、ゼロ以外の回折次数は、周期構造によって反射された周期構造によるスペクトルに広げられることと、
（ｃ）周期構造の特性を判定するために、検出されたスペクトルを表す信号を処理することと、
を備える、方法。
３６．特性は非対称である、条項３５に記載の方法。
３７．ステップ（ｃ）は、異なるパターニングステップで形成された周期構造の部品間のオーバーレイの測定値を計算することをさらに備える、条項３５又は３６に記載の方法。
３８．周期構造は、２つ以上のパターニングステップで１つ以上の層に形成された格子である、条項３６又は３７に記載の方法。
３９．リソグラフィプロセスによって製造された構造の特性を測定する方法であって、
（ａ）基板に平行な方向から２°を上回る角度の照射方向に沿った、１〜１５０ｎｍの範囲の複数の波長を備えた放射ビームで、基板上にリソグラフィプロセスによって形成され少なくとも第１の方向に周期性を有する周期構造を照射することと、
（ｂ）周期構造によって反射された放射のスペクトルを検出することと、
（ｃ）周期構造の特性を判定するために、検出されたスペクトルを表す信号を処理することと、
を備える、方法。
４０．リソグラフィプロセスの性能測定に使用されるメトロロジ装置であって、
１〜１５０ｎｍの範囲の複数の波長を備えた放射ビームを生成する照射システムと、
基板に平行な方向から２°を上回る角度の照射方向に沿った放射で基板上に形成された周期構造を照射するため、照射システムとともに動作可能な基板支持体と、
周期構造によって反射された放射のスペクトルを検出する検出システムと、
を備える、装置。
４１．リソグラフィプロセスによって製造された構造の特性を測定する方法であって、
（ａ）基板に平行な方向から２°を上回る角度の照射方向に沿った、１〜１５０ｎｍの範囲の複数の波長を備えた放射ビームで、基板上にリソグラフィプロセスによって形成され少なくとも第１の方向に周期性を有する周期構造を照射することと、
（ｂ）周期構造によって回折された放射のスペクトルを検出することであって、ゼロ以外の回折次数は、周期構造によって反射された周期構造によるスペクトルに広げられることと、
（ｃ）周期構造の特性を判定するために、検出されたスペクトルを表す信号を処理することと、
を備える、方法。
【０１１７】
[00116]  物理レチクルの形態のパターニングデバイスについて説明したが、本適用例における「パターニングデバイス」という用語には、例えば、プログラマブルパターニングデバイスとともに使用される、デジタル形態のパターンを伝達するデータ製品も含まれる。
【０１１８】
[00117]  以上、光学リソグラフィの文脈において、本発明の実施形態の使用を具体的に参照したが、本発明は、例えば、インプリントリソグラフィ等、その他の適用例において使用されてもよく、文脈が許す限り、光学リソグラフィに限定されるものでない。インプリントリソグラフィにおいて、パターニングデバイスにおけるトポグラフィは、基板上に作成されたパターンを規定する。パターニングデバイスのトポグラフィは、基板に供給されるレジストの層に押し込まれてもよく、この基板上で、電磁放射、熱、圧力、又はそれらの組み合わせを付与することでレジストが硬化される。パターニングデバイスは、レジストの硬化後、パターンを残したレジストから取り出される。
【０１１９】
[00118]  リソグラフィ装置との関連で使用した「放射」及び「ビーム」という用語は、赤外線（ＵＶ）放射（例えば、約３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、又は１２６ｎｍの波長を有する）及び極端紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、５〜２０ｎｍの範囲内の波長を有する）や、イオンビーム又は電子ビーム等の粒子ビームを含む、あらゆる種別の電磁放射を網羅する。
【０１２０】
[00119]  「レンズ」という用語は、文脈が許す限り、屈折光学コンポーネント、反射光学コンポーネント、磁気光学コンポーネント、電磁気光学コンポーネント、静電気光学コンポーネントを含む、種々の光学コンポーネントのうちのいずれか１つ又は組み合わせをいうものであってもよい。
【０１２１】
[00120]  以上の具体的な実施形態の説明は、他者が当分野の技術範囲内の知識を適用することにより、本発明の一般的概念から逸脱することなく、必要以上の実験を行わずに、このような特定の実施形態の種々な適用例の修正及び／又は適合を行うことができる程度に、十分、本発明の一般的性質を明らかにするであろう。従って、このような適合及び修正は、本明細書に記載の教示及び指導に基づく、開示の実施形態の同等物の意味及び範囲内であることが意図される。本明細書中の文体又は用語の使用は、当業者により、本教示又は指導に照らして解釈されるように、限定でなく、例示を目的とするものであることが理解されなければならない。
【０１２２】
[00121]  本発明の範囲は、上述の例としての実施形態のいずれによっても限定されてはならず、以下の特許請求の範囲及びそれらの同等物のみによって規定されなければならない。
【図１】
2019191605.tif 000003
【図２】
2019191605.tif 000004
【図３】
2019191605.tif 000005
【図４ａ】
2019191605.tif 000006
【図４ｂ】
2019191605.tif 000007
【図４ｃ】
2019191605.tif 000008
【図５】
2019191605.tif 000009
【図６ａ】
2019191605.tif 000010
【図６ｂ】
2019191605.tif 000011
【図６ｃ】
2019191605.tif 000012
【図６ｄ】
2019191605.tif 000013
【図６ｅ】
2019191605.tif 000014
【図６ｆ】
2019191605.tif 000015
【図７ａ】
2019191605.tif 000016
【図７ｂ】
2019191605.tif 000017
【図８ａ】
2019191605.tif 000018
【図８ｂ】
2019191605.tif 000019
【図８ｃ】
2019191605.tif 000020
【図８ｄ】
2019191605.tif 000021
【図８ｅ】
2019191605.tif 000022
【図８ｆ】
2019191605.tif 000023
【図９】
2019191605.tif 000024
【図１０】
2019191605.tif 000025
【図１１ａ】
2019191605.tif 000026
【図１１ｂ】
2019191605.tif 000027
【図１２】
2019191605.tif 000028
【図１３】
2019191605.tif 000029
【図１４】
2019191605.tif 000030
【図１５】
2019191605.tif 000031
【図１６】
2019191605.tif 000032
【図１７】
2019191605.tif 000033
【図１８】
2019191605.tif 000034
【図１９】
2019191605.tif 000035
【図２０】
2019191605.tif 000036
【図２１】
2019191605.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月8日(2019.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィプロセスの性能測定に使用されるメトロロジ装置であって、
１〜１００ｎｍの範囲の複数の波長を備えた放射ビームを生成する照射システムと、
基板に平行な方向から２°を上回る角度の照射方向に沿った放射で基板上に形成された周期構造を照射するため、照射システムとともに動作可能な基板支持体と、
周期構造によって反射された放射のスペクトルを検出する検出システムと、
周期構造の特性を判定するために、検出された、反射された放射を表す信号を処理するための処理システムと
を備える、
前記処理システムは、周期構造のパラメータ化モデルを規定することと、検出された、反射された放射に基づき、構造の数学的再構築を実施するために、モデルを使用するように構成される、装置。
【請求項２】
周期構造への投影時の放射ビームは、１０μｍ未満、任意で５μｍ未満の範囲を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
放射ビームは、１μｍ未満、任意で５００ｎｍ未満の最小直径を有して形成可能である、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
基板に平行な方向に対する照射方向は、調整可能であり、放射ビームの直径は、周期構造上への投影時、ビームの範囲を調整するのに対応して調整可能である、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
放射方向と基板に平行な方向の間の角度として規定される入射角は、少なくとも５°〜４５°の値に設定可能である、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
放射ビームは、第１の寸法及び第２の寸法の双方に発生源ビームを合焦させることによって生成される、請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
２次元に湾曲したリフレクタは、第１の寸法及び第２の寸法に合焦させるために設けられる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
放射ビームの生成に使用される照明システムは、真空環境に収容され、基板は、低圧気体環境に保持され、低圧気体環境は、照明システムの真空環境を妨害することなく、新たな基板の搭載及び取外しを行うように動作可能なハウジングによって規定される、請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
反射された放射のスペクトルを検出するために使用される検出システムは、真空環境に収容され、基板は、低圧気体環境に保持され、低圧気体環境は、検出システムの真空環境を妨げることなく、新たな基板の搭載及び取外しを行うように動作可能なハウジングによって規定される、請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
照射方向は、基板の平面上への投影時、第１の方向に対してゼロ以外の方位角を規定し、方位角は、基板を取り出すことなく調整可能である、請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
周期構造によって回折される放射のゼロ以外の回折次数を検出するディテクタをさらに備え、ゼロ以外の回折次数は、周期構造によってスペクトルに広げられる、請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
基板支持体は、自動化ウェーハハンドラから半導体ウェーハを受容するよう適合される、請求項１〜１１のいずれかに記載の装置。
【外国語明細書】
2019191605000001.pdf