(57)【要約】【課題】改良型の回折ベースのオーバレイ誤差測定システム及び方法を提供する。【解決手段】基板（１００）上の第１の格子（１１０）と第１の格子（１１０）の上の第２の格子（１２０）との間のオーバレイを決定する方法であって、第２の格子（１２０）が第１の格子（１１０）と実質的に同一のピッチ（Ｐ１）を有し、第２及び第１の格子が複合格子（１１０，１２０）を形成し、前記方法が、基板の表面に沿った第１の水平方向（Ｄ１）に複合格子（１１０，１２０）をある入射角（β）で照明する第１の照明ビーム（ＩＢ）を提供するステップと、複合格子（１１０，１２０）から１次回折ビーム（Ｂ＋）の第１の強度（ｉ＋）を測定するステップと、基板の表面に沿った第１の水平方向（Ｄ１）と逆向きの第２の水平方向（Ｄ２）に複合格子（１１０，１２０）を入射角（−β）で照明する第２の照明ビームを提供するステップと、複合格子（１１０，１２０）から−１次回折ビーム（Ｂ−）の第２の強度（ｉ−）を測定するステップとを含む方法。【選択図】図２ａ
2011507264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面の第１のパターンと前記第１のパターンに重畳した第２のパターンとの間のオーバレイ誤差を決定する方法であって、前記第１のパターンが第１の格子を含み、前記第２のパターンが前記第１の格子の上の第２の格子を含み、前記第２の格子が前記第１の格子と実質的に同一のピッチを有し、前記第２及び第１の格子が複合格子を形成し、前記方法が、
固定位置の前記基板の表面に沿った第１の水平方向にある成分を有する方向に前記第１の照明ビームが伝搬するように、少なくとも前記複合格子をある入射角で照明する第１の照明ビームを提供するステップと、
前記複合格子から１次回折ビームの第１の強度を測定するステップと、
前記固定位置の前記基板の表面に沿った前記第１の水平方向と逆向きの第２の水平方向に第２の照明ビームがある成分を有するように少なくとも前記複合格子を前記入射角で照明する前記第２の照明ビームを提供するステップと、
前記複合格子から−１次回折ビームの第２の強度を測定するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の強度と前記第２の強度との強度差を決定するステップであって、前記強度差が、前記第１の格子と前記第２の格子との間の前記オーバレイ誤差に比例するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１及び第２の照明ビームが、共通の照明ビームの一部である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記共通の照明ビームが、環状の断面を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記入射角が、前記基板表面に対して斜めであり、前記表面の法線に対する前記１次及び前記−１次回折ビームの回折角が、前記入射角より小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記入射角が、前記基板表面に実質的に垂直であり、
前記第２の照明ビームとして前記第１の照明ビームを使用するステップを含み、
前記複合格子からの前記１次回折ビームの前記第１の強度を測定し、前記複合格子からの前記１次回折ビームの前記第２の強度を測定するステップが、前記第１の照明ビームが提供されている間に連続的に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の照明ビームを提供する時に、前記１次回折次数以外の回折次数のビームを阻止するステップと、
前記第２の照明ビームを提供する時に、前記−１次回折次数以外の回折次数のビームを阻止するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複合格子から前記１次回折ビームの前記第１の強度を測定するステップが、
パターン認識によって前記１次回折ビームだけによって得られる前記複合格子の画像を検出するステップを含み、
前記複合格子から前記−１次回折ビームだけによって得られる前記複合格子の前記第２の強度を測定するステップが、
パターン認識によって前記−１次回折ビームだけによって得られる前記複合格子の画像を検出するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記基板上に追加の複合格子を提供するステップであって、前記追加の複合格子が、前記第１のパターン内の第３の格子と、前記第１の格子の上の第４の格子とによって形成され、前記第３の格子及び前記第４の格子が、前記第１及び前記第２の格子と実質的に同一のピッチを有し、前記複合格子が、前記格子方向に沿ったシフト方向に第１のシフト量だけバイアスされ、前記追加の複合格子が、前記格子方向に沿った前記シフト方向に第１のシフト量と異なる第２のシフト量だけバイアスされるステップと、
前記固定位置の前記基板の表面に沿った前記第１の水平方向にある成分を有する方向に前記第１の照明ビームが伝搬するように、前記追加の複合格子を前記ある入射角で照明する前記第１の照明ビームを提供するステップと、
前記第２の複合格子から１次回折ビームの第１の強度を測定するステップと、
前記基板の表面に沿った前記第２の水平方向にある成分を有する方向に前記第２の照明ビームが伝搬するように、前記追加の複合格子を前記入射角で照明する前記第２の照明ビームを提供するステップと、
前記第２の複合格子から−１次回折ビームの第２の強度を測定するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
基板の表面の第１のパターンと前記第１のパターンに重畳した第２のパターンとの間のオーバレイ誤差を決定する検出システムであって、前記第１のパターンが第１の格子を含み、前記第２のパターンが前記第１の格子の上の第２の格子を含み、前記第２の格子が前記第１の格子と実質的に同一のピッチを有し、前記第２及び第１の格子が複合格子を形成し、前記システムが、
（ａ）前記基板位置の前記基板の表面に沿った第１の水平方向にある成分を有する方向に第１の照明ビームが伝搬するように、前記基板上の前記複合格子をある入射角で照明する前記第１の照明ビームを形成し、（ｂ）前記基板位置の前記基板の表面に沿った前記第１の水平方向と逆向きの第２の水平方向にある成分を有する方向に前記第２の照明ビームが伝搬するように、前記基板上の前記複合格子をある入射角で照明する前記第２の照明ビームを形成する照明源と、
前記複合格子から−１次回折ビームを受光する画像検出器と、
前記基板位置と前記画像検出器との間の光路に沿って配置された複数のレンズと、
開口絞りと、
を備える検出システム。
【請求項１１】
前記画像検出器が、パターン認識方法によって、１次回折ビームと前記−１次回折ビームだけを用いて前記複合格子の画像を検出する、請求項１０に記載の検出システム。
【請求項１２】
前記検出システムの前記開口絞りが、前記第１の照明ビームを形成する時には、前記１次回折次数以外の回折次数のビームを阻止し、前記第２の照明ビームを形成する時には、前記−１次回折次数以外の回折次数のビームを阻止する、請求項１０に記載の検出システム。
【請求項１３】
前記複数のレンズが、少なくとも前記基板表面に隣接する対物レンズと、前記画像検出器に隣接する投影レンズとを備え、前記開口絞りが、前記対物レンズと前記投影レンズとの間の前記光路に沿って配置され、
前記対物レンズが第１の開口数の値を有し、前記開口絞りが第２の開口数の値を有し、前記第２の開口数の値が前記第１の開口数の値より小さい、請求項１０に記載の検出システム。
【請求項１４】
基板の表面の第１のパターンと前記第１のパターンに重畳した第２のパターンとの間のオーバレイ誤差を決定する検出システムを備えるリソグラフィ装置であって、前記第１のパターンが第１の格子を含み、前記第２のパターンが前記第１の格子の上の第２の格子を含み、前記第２の格子が前記第１の格子と実質的に同一のピッチを有し、前記第２及び第１の格子が複合格子を形成し、前記システムが、
（ａ）前記基板位置の前記基板の表面に沿った第１の水平方向にある成分を有する方向に前記第１の照明ビームが伝搬するように、前記基板上の前記複合格子をある入射角で照明する前記第１の照明ビームを形成し、（ｂ）前記基板位置の前記基板の表面に沿った前記第１の水平方向と逆向きの第２の水平方向にある成分を有する方向に前記第２の照明ビームが伝搬するように、前記基板上の前記複合格子をある入射角で照明する前記第２の照明ビームを形成する照明源と、
前記複合格子から−１次回折ビームを受光する画像検出器と、
前記基板位置と前記画像検出器との間の光路に沿って配置された複数のレンズと、
開口絞りと、
を備えるリソグラフィ装置。
【請求項１５】
放射ビームを調節する照明システムと、
前記放射ビームをパターニングしてパターン付放射ビームを形成する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支持体と、
前記基板を保持する基板テーブルと、
前記パターン付放射ビームを前記基板上に投影する投影システムと、
をさらに備える、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１６】
前記画像検出器が、パターン認識方法によって、１次回折ビームと前記−１次回折ビームだけを用いて前記複合格子の画像を検出する、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１７】
前記検出システムの前記開口絞りが、前記第１の照明ビームを形成する時には、前記１次回折次数以外の回折次数のビームを阻止し、前記第２の照明ビームを形成する時には、前記−１次回折次数以外の回折次数のビームを阻止する、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。
【請求項１８】
前記複数のレンズが、少なくとも前記基板表面に隣接する対物レンズと、前記画像検出器に隣接する投影レンズとを備え、前記開口絞りが、前記対物レンズと前記投影レンズとの間の前記光路に沿って配置され、
前記対物レンズが第１の開口数の値を有し、前記開口絞りが第２の開口数の値を有し、前記第２の開口数の値が前記第１の開口数の値より小さい、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
[0001]  本出願は、参照によりその全体を本明細書に組み込むものとする２００７年１２月１７日出願の米国仮出願第６１／００６，０７３号の利益を主張する。
【０００２】
[0001]  本発明は、回折ベースのオーバレイメトロロジーツール及び回折ベースのオーバレイメトロロジーの方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0002]  リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。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。このような場合、代替的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使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、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つ又は幾つか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、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが与えら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。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行に同期的にスキャンしながら、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。
【０００４】
[0003]  リソグラフィ処理の場合、基板上の後続の層内のパターンの場所は、基板上のデバイスフィーチャを正確に画定するためにできるだけ正確でなければならず、それらのフィーチャはすべて指定の許容範囲内のサイズを有していなければならない。オーバレイ誤差（すなわち、後続の層の不一致）は、機能デバイスを作成するために明確に規定された許容範囲内でなければならない。
【０００５】
[0004]  このために、一般にオーバレイ測定モジュールを用いて基板上のパターンのオーバレイ誤差がパターンの上のレジスト層内に画定されたマスクパターンで決定される。
【０００６】
[0005]  通常、オーバレイ測定モジュールは、光学装置で測定を実行する。基板上のパターンの位置に対するレジスト層内のマスクパターンの位置は、光源によって照明される光学マーカーからの光学応答を測定することにより決定される。光学マーカーによって生成される信号は、センサ装置によって測定される。センサの出力を用いてオーバレイ誤差を導出することができる。通常、オーバレイ誤差がその上で測定されるパターンは、ターゲット部分間のスクライブレーン内に位置する。
【０００７】
[0006]  オーバレイメトロロジーの２つの基本概念が知られている。
【０００８】
[0007]  第１の概念は、画像ベースのオーバレイ誤差の測定に関する。基板上のパターンの画像の位置は、レジスト層内のマスクパターンの位置と比較される。この比較からオーバレイ誤差が決定される。オーバレイ誤差を測定する一例は、外側のボックス内の内側のボックスの位置が外側のボックスの位置に対して測定されるいわゆるボックスインボックス構造である。
【０００９】
[0008]  画像ベースのオーバレイ誤差測定は、測定中の振動と焦点品質に影響されやすいことがある。このため、画像ベースのオーバレイ誤差測定は、追跡システム内などの振動にさらされる環境では精度が低下することがある。また、画像ベースのオーバレイ測定は、測定の精度をさらに低減する可能性がある光学装置内の収差に影響されやすい場合がある。
【００１０】
[0009]  第２の概念は、回折ベースのオーバレイ誤差測定に関する。基板上のパターン層内には第１の格子が位置し、レジスト層内には第２の格子が第１の格子と実質的に同一のピッチで位置する。第２の格子は、名目上第１の格子の上にある。互いに重畳した第１及び第２の格子によって生成される回折パターンの強度を測定することで、オーバレイ誤差のための手段を得ることができる。第１及び／又は第２の格子の間に何らかのオーバレイ誤差が存在する場合、これは、回折パターンから検出することができる。
【００１１】
[0010]  回折ベースのオーバレイ誤差測定では、格子の周囲の隣接する領域に反射する光は回折パターンの強度レベルに干渉するので、第１及び第２の格子だけが照明される。しかし、ダイの内部の（必ずしもスクライブレーン内ではなく）臨界構造付近にオーバレイ誤差測定値を有する傾向が出現する。また、回路に利用することができる面積を広げるために、格子のサイズを低減する需要がある。そのような需要は、格子外の領域の照明を回避するために第１及び第２の格子に入射する照明ビームの断面を低減することで、ある程度満足される。しかし、照明ビームの最小断面は、基本的に物理法則によって制約される（すなわち、回折のため制約がある）。以下、ビームの回折が生起する断面サイズを回折限界と呼ぶ。
【発明の概要】
【００１２】
[0011]  改良型の回折ベースのオーバレイ誤差測定システム及び方法を有することが望ましい。
【００１３】
[0012]  本発明の一態様によれば、基板表面の第１のパターンと第１のパターンに重畳した第２のパターンとの間のオーバレイ誤差を決定する方法であって、基板が第１のパターン内の第１の格子と第１の格子の上の第２の格子を含み、第２の格子が第１の格子と実質的に同一のピッチを有し、第１の格子と第２の格子とが第１の複合格子を形成し、上記方法が、固定位置の基板の表面に沿った第１の水平方向にある入射角で少なくとも第１の複合格子を照明する第１の照明ビームを提供するステップと、第１の複合格子から１次回折ビームの第１の強度を測定するステップと、固定位置の基板の表面に沿った第１の水平方向と逆向きの第２の水平方向に上記入射角で少なくとも第１の複合格子を照明する第２の照明ビームを提供するステップと、第１の複合格子から−１次回折ビームの第２の強度を測定するステップとを含む方法が提供される。
【００１４】
[0013]  本発明の一態様によれば、上記方法は、第１の強度と第２の強度との強度差を決定するステップであって、強度差が第１の格子と第２の格子との間のオーバレイ誤差に比例するステップをさらに含む。
【００１５】
[0014]  本発明の一態様によれば、第１及び第２の照明ビームは、共通の照明ビームの一部である。
【００１６】
[0015]  本発明の一態様によれば、共通の照明ビームは、環状の断面を有する。
【００１７】
[0016]  本発明の一態様によれば、入射角は基板表面に対して斜めであり、表面の法線に対する１次及び−１次回折ビームの回折角は入射角より小さい。
【００１８】
[0017]  本発明の一態様によれば、入射角は基板表面に実質的に垂直であり、本方法は、第２の照明ビームとして第１の照明ビームを使用するステップを含み、第１の複合格子からの１次回折ビームの第１の強度と第１の複合格子からの１次回折ビームの第２の強度を測定するステップが第１の照明ビームが提供されている間に連続的に実行される。
【００１９】
[0018]  本発明の一態様によれば、上記方法は、第１の照明ビームを提供する時には、１次回折次数以外の回折次数のビームを阻止するステップと、第２の照明ビームを提供する時には、−１次回折次数以外の回折次数のビームを阻止するステップとを含む。
【００２０】
[0019]  本発明の一態様によれば、複合格子から１次回折ビームの第１の強度を測定するステップは、パターン認識によって１次回折ビームだけによって得られる複合格子の画像を検出するステップを含み、複合格子から−１次回折ビームだけによって得られる複合格子の第２の強度を測定するステップは、パターン認識によって−１次回折ビームだけによって得られる複合格子の画像を検出するステップを含む。
【００２１】
[0020]  本発明の一態様によれば、上記方法は、基板上に第２の複合格子を提供するステップであって、第２の複合格子が第１のパターン内の第３の格子と第１の格子の上の第４の格子とによって形成され、第３の格子及び第４の格子が第１及び第２の格子と実質的に同一のピッチを有し、第１の複合格子が格子方向に沿ったシフト方向に第１のシフト量だけバイアスされ、第２の複合格子が格子方向に沿ったシフト方向に第１のシフト量と異なる第２のシフト量だけバイアスされるステップと、固定位置の基板の表面に沿った第１の水平方向にある入射角で第２の複合格子を照明する第１の照明ビームを提供するステップと、第２の複合格子から１次回折ビームの第１の強度を測定するステップと、基板の表面に沿った第２の水平方向に上記入射角で第２の複合格子を照明する第２の照明ビームを提供するステップと、２の複合格子から−１次回折ビームの第２の強度を測定するステップとを含む。
【００２２】
[0021]  本発明の一態様によれば、基板表面の第１のパターンと第１のパターンに重畳した第２のパターンとの間のオーバレイ誤差を決定するように構成された検出システムであって、照明源と、複数のレンズと、開口絞りと画像検出器とを含むシステムであって、複数のレンズが基板を保持する基板位置と画像検出器との間の光路に沿って配置され、基板が第１のパターン内の第１の格子と第１の格子の上の第２の格子とを含み、第２の格子が第１の格子と同一のピッチを有し、第２及び第１の格子が複合格子を形成し、照明源が基板位置の基板の表面に沿った第１の水平方向にある入射角で基板上の複合格子を照明する第１の照明ビームを形成するように配置され、画像検出器が複合格子から１次回折ビームを受光するように配置され、照明源が基板位置の基板の表面に沿った第１の水平方向と逆向きの第２の水平方向にある入射角で複合格子を照明する第２の照明ビームを形成するように配置され、画像検出器が複合格子から−１次回折ビームを受光するように配置された検出システムが提供される。
【００２３】
[0022]  本発明の一態様によれば、上記の基板表面の第１のパターンと第１のパターンに重畳した第２のパターンとの間のオーバレイ誤差を決定する検出システムを含むリソグラフィ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
[0023]  対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照しながら以下に本発明の実施形態について説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。
【００２５】
【図１】[0024] 本発明のある実施形態によるリソグラフィ装置を示す図である。
【図２ａ】[0024] ある実施形態による回折ベースのオーバレイ誤差メトロロジーを示す図である。
【図２ｂ】[0024] ある実施形態による回折ベースのオーバレイ誤差メトロロジーを示す図である。
【図２ｃ】[0024] ある実施形態による回折ベースのオーバレイ誤差メトロロジーを示す図である。
【図３ａ】[0025] 本発明のある実施形態による回折ベースのオーバレイ誤差検出システムの第１の測定中の図である。
【図３ｂ】[0025] 本発明のある実施形態による回折ベースのオーバレイ誤差検出システムの第２の測定中の図である。
【図４ａ】[0026] オーバレイ誤差の関数としての−１次及び１次回折ビームの強度の例示的な測定値を示す図である。
【図４ｂ】[0027] オーバレイ誤差の関数としての−１次及び１次回折ビームの強度の差を示す図である。
【図５】[0028] 本発明によって決定される画像ベースのオーバレイ誤差と回折ベースのオーバレイ誤差の相関関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
[0029]  図１は、本発明の一実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調節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成され、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のポジショナＰＭに接続されたパターニングデバイス支持体又は支持構造（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成され、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のポジショナＰＷに接続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に与えられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ又は複数のダイを含む）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。
【００２７】
[0030]  照明システムは、放射の誘導、整形、又は制御を行うための、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気型等の光学コンポーネント、又はその任意の組合せなどの種々のタイプの光学コンポーネントを含んでいてもよい。
【００２８】
[0031]  パターニングデバイス支持体又は支持構造は、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。このパターニングデバイス支持体又は支持構造は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電気等のクランプ技術を使用することができる。支持構造は、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。支持構造は、パターニングデバイスが例えば投影システムなどに対して確実に所望の位置にくるようにできる。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。
【００２９】
[0032]  本明細書において使用する「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にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに与えられるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ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における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに与えられるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。
【００３０】
[0033]  パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、及びプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型(alternating)位相シフトマスク、ハーフトーン型(attenuated)位相シフトマスクのようなマスクタイプ、さらには様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小さなミラーのマトリクス配列を使用し、そのミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームにパターンを与える。
【００３１】
[0034]  本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁気光学システム及び静電気光学システム、又はその任意の組合せを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。
【００３２】
[0035]  本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、又は反射マスクを使用する）。
【００３３】
[0036]  リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）又はそれ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）を有するタイプでよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルを並行して使用するか、１つ又は複数の他のテーブルを露光に使用している間に１つ又は複数のテーブルで予備工程を実行することができる。
【００３４】
[0037]  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充填するように、基板の少なくとも一部を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆えるタイプでもよい。液浸液は、例えばパターニングデバイス（例えばマスク）と投影システムの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させるために当技術分野で周知である。本明細書で使用する「液浸」という用語は、基板などの構造を液体に沈めなければならないという意味ではなく、露光中に投影システムと基板の間に液体が存在するというほどの意味である。
【００３５】
[0038]  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。放射源ＳＯとリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源ＳＯがリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。
【００３６】
[0039]  イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するアジャスタＡＤを含んでいてもよい。通常、イルミネータの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ-outer及びσ-innerと呼ばれる）を調整することができる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。イルミネータを用いて放射ビームを調節し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。
【００３７】
[0040]  放射ビームＢは、パターニングデバイス支持体又は支持構造（例えば、マスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスによってパターニングされる。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２のポジショナＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ又は容量センサ）の助けを借りて、基板テーブルＷＴは、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めできるように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めできる。一般に、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴの移動は、第１のポジショナＰＭの部分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）の助けにより実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２のポジショナＰＷの部分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用いて実現できる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴをショートストロークアクチュエータのみに接続するか、又は固定してもよい。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、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アライメントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分の間の空間に位置してもよい（スクライブレーンアライメントマークとして周知である）。同様に、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。
【００３８】
[0041]  図示のリソグラフィ装置は、以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。
【００３９】
[0042]  １．ステップモードにおいては、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに与えたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一静的露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴがＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光で像が形成されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
【００４０】
[0043]  ２．スキャンモードにおいては、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに与えられるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一動的露光）。パターニングデバイス支持体（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の拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分の（スキャン方向における）高さが決まる。
【００４１】
[0044]  ３．別のモードでは、パターニングデバイス支持体（例えばマスクテーブル）ＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴを移動又はスキャンさせながら、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス状放射源を使用して、基板テーブルＷＴを移動させる毎に、又はスキャン中に連続する放射パルスの間で、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に利用できる。
【００４２】
[0045]  上述した使用モードの組合せ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。
【００４３】
[0046]  図２ａ、図２ｂ、図２ｃは、ある実施形態による回折オーバレイメトロロジーに使用可能な照明ビームと２つの重なり合う格子との相互作用を示す。
【００４４】
[0047]  図２ａには、ゼロオーバレイ誤差を示す複合格子１１０、１２０の断面図が示されている。
【００４５】
[0048]  基板１００上には、第１の格子１１０と第２の格子１２０を含む複合格子が構築される。第１の格子１１０は、基板材料内にパターニングされ、格子方向Ｘ１に沿った第１の周期的構造を含む。
【００４６】
[0049]  ある実施形態では、第１の格子の周期的構造は、２次ライン１１２が介在する複数の１次ライン１１１を含む。周期的構造は、層１１５内に形成される。
【００４７】
[0050]  図を見やすくするため、図２ａでは、１つの１次ライン１１１と１つの隣接する２次ライン１１２だけが参照番号で示されている。
【００４８】
[0051]  格子１１０のピッチＰは、１つのライン１１１と１つの２次ライン１１２の幅に等しい。
【００４９】
[0052]  当業者には明らかなように、２次ライン１１２は、基板の材料とは異なる材料で充填された基板ライン１１１の間のトレンチから作成することができる。例えば、基板材料はシリコンで、トレンチ材料は、二酸化シリコンなどの誘電体又はタングステンもしくは銅などの金属である。
【００５０】
[0053]  第１の格子１１０の上に第２の格子１２０が存在する。第２の格子は、第２の周期的構造からなる。
【００５１】
[0054]  図示の実施形態では、第２の周期的構造は、格子方向Ｘ１のトレンチ１２２が介在する複数のライン１２１を含む。
【００５２】
[0055]  この例では、ライン１２１は、第１の格子１１０の２次ライン１１２の上に位置する。第２の格子１２０は、１つのライン１２１と１つのトレンチ１２２の幅に等しい方向Ｘ１のピッチＰ’を有する。第２の格子１２０のピッチＰ’は、第１の格子１１０のピッチＰと実質的に等しくなるように選択される。ある実施形態では、第２の格子１２０のライン１２１は、第１の格子１１０の２次ライン１１２と実質的に同じ幅を有していてもよい。
【００５３】
[0056]  あるいは、第２の格子１２０のライン１２１は、第１の格子１１０の１次ライン１１１の上にあってもよい。
【００５４】
[0057]  第２の格子は、レジスト層１２５内に形成されたパターンであってもよい。
【００５５】
[0058]  図２ａの場合、第１及び第２の格子１１０及び１２０のアライメントは完全であり、不一致は理想的なゼロである（ゼロオーバレイ誤差と呼ばれる）。第２の格子１２０のライン１２１は、第１の格子１１０の２次ライン１１２に完全に整列している。
【００５６】
[0059]  図２ａでは、照明ビームＩＢと複合格子１１０、１２０との相互作用のある実施形態が概略的に示されている。
【００５７】
[0060]  この実施形態では、照明ビームＩＢは、格子方向Ｘ１の格子構造に第１の斜め入射角βで入射する。入射角βは、表面法線ｎに対して測定される。照明ビームＩＢは、複合格子１１０、１２０によって散乱し、それぞれ１次とゼロ次の（少なくとも）２つの回折ビームＢ＋及びＢ０を形成する。１次回折ビームＢ＋は、角度θ（表面法線ｎに対する）で、またゼロ次回折ビームは、正反射でそれぞれ基板を離れる。複合格子１１０、１２０のピッチＰ及び照明ビームＩＢの波長は回折条件を満たすように選択されることに留意されたい。図２ａでは、回折次数と照明ビームが１つの平面内に示されているが、これは、便宜的な理由からである。本発明のある実施形態は、また、回折ビームが照明ビームと同じ平面内になくてもよい円錐回折のケースにも適用可能である。
【００５８】
[0061]  格子のピッチＰ（Ｐ＝Ｐ’）と照明ビームＩＢの波長の比率に応じて、より高次の回折ビームも存在し得るが、それらはここでは無視する。
【００５９】
[0062]  図２ｂには、照明ビームＩＢの第２の斜め入射に対する図２ａの複合格子１１０、１２０の同じ断面が示されている。
【００６０】
[0063]  図２ｂでは、照明ビームＩＢは、格子構造に第２の斜め入射角−βで入射する。第２の入射角−βは、第１の斜め入射角βと実質的に同じ大きさを有するが、比較では、格子方向Ｘ１に沿った反対方向に誘導される。第２の入射角−βは、表面法線ｎに対して測定される。
【００６１】
[0064]  照明ビームＩＢは、複合格子１１０、１２０によって散乱し、それぞれ１次（負）とゼロ次の（少なくとも）２つの回折ビームＢ−及びＢ０を形成する。各ビームは、それぞれ角度−θ及び正反射で基板を離れる。
【００６２】
[0065]  回折ビームＢ＋は、１次回折次数を示し、回折ビームＢ−は、−１次回折次数を示す。第１及び第２の格子は、完全に整列しているという事実によって、複合格子は対称である、すなわち、第１の格子１１０の２次ライン１１２は、複合ライン１１２、１２１として第２の格子１２０のライン１２１と一致する。複合格子が対称である結果、回折パターンも対称である。すなわち、１次回折ビームＢ＋の強度Ｉ＋は、−１次回折ビームＢ−の強度Ｉ−に実質的に等しい。
【００６３】
[0066]
I+ = I- = I+0                            式（１）
上式で、Ｉ＋０は、対称の複合格子の１次回折ビームの強度を示す。
【００６４】
[0067]  図２ｃに、非ゼロオーバレイ誤差を示す複合格子１１０、１２０の断面が示されている。第２の格子１２０のライン１２１は、第１の格子の２次ライン１１２に対するオーバレイ誤差（ミスアライメント）εを示す。その結果、図２ｃに示す複合格子は非対称である。第２の格子１２０のライン１２１は、第１の格子１１０内のライン１１２と比較して距離εだけシフトする。
【００６５】
[0068]  この非対称のために、第１の斜め入射角βで測定された１次回折ビームＢ＋の強度Ｉ＋は、この例では第２の斜め入射角−βで測定された−１次回折ビームＢ−の強度Ｉ−に等しくない。
【００６６】
[0069]  小さいオーバレイ誤差の場合、回折ビームの強度の変化は、オーバレイ誤差に直線的に比例する。オーバレイ誤差εの関数としての１次回折ビームＢ＋の強度Ｉ＋は、以下のように良好に近似される。
I+ = I+0 ＋ K × ε                        式（２）
上式で、Ｋは比例定数である。
−１次回折ビームＢ−の強度Ｉ−は、以下の式で近似される。
I- = I+0 − K × ε                        式（３）
差分ΔＩ＝Ｉ＋−Ｉ−を計算することで、オーバレイ誤差εと直線的に拡大縮小する信号が得られる。
ΔＩ = 2K × ε                          式（４）
【００６７】
[0070]  比例定数Ｋについて以下に詳述する。
【００６８】
[0071]  別の実施形態では、オーバレイメトロロジーは、各々が複合格子１１０、１２０に実質的に垂直に入射する第１の照明ビームＩＢ１と第２の照明ビームＩＢ２の使用を含んでいてもよい。そのような実施形態では、第１の照明ビームＩＢ１と第２の照明ビームＩＢ２は一致し、単一の照明ビームとして提供されることは当業者には明らかであろう。第１の照明ビームは、第２の照明ビームとして使用することができる。また、１次回折ビームと−１次回折ビームＢ＋、Ｂ−も垂直な照明ビームとして入射する。これらのビームＢ＋、Ｂ−について、強度は、図２ａ〜図２ｃ及び式１〜４に関連して前述したのと同じ関係を示す。この実施形態では、１次及び−１次回折ビームの強度差ΔＩは、第１の照明ビームを使用し、それぞれ１次及び−１次回折ビームの強度を連続的に測定することで測定可能である。
【００６９】
[0072]  図３ａは、本発明のある実施形態による、複合格子１１０、１２０を保持する基板の第１の測定中の、回折ベースのオーバレイ誤差検出システム（以下、検出システムと呼ぶ）２００を概略的に示す。本発明のある実施形態では、検出システムは、基板を支持するように構成された支持体を含んでもよい。本発明のある実施形態では、支持体は、図１のリソグラフィ装置の基板テーブルであってもよい。
【００７０】
[0073]  この実施形態では、検出システム２００は、複数のレンズ、すなわち、第１、第２、第３及び第４の正レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４と、開口絞りＤＦと、画像検出器ＩＤとを含む。
【００７１】
[0074]  検出システム２００内で、複合格子１１０、１２０が斜め入射角で照明ビームＩＢによって照明することができる基板位置から複合格子の画像を画像検出器ＩＤ上に投影できる位置まで延在する光軸ＯＰが配置される。
【００７２】
[0075]  例えば、画像検出器ＩＤは、ＣＣＤカメラであってもよい。照明される区域は、格子の区域よりも広い。言い換えれば、周囲の環境も照明される。これは、「オーバフィル」とも呼ばれる。
【００７３】
[0076]  複合格子１１０、１２０の画像が検出システム２００の画像検出器ＩＤ上に投影されるように、光軸ＯＰに沿って、第１、第２、第３及び第４の正レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４がそれぞれの中心を光軸上に置いて配置される。
【００７４】
[0077]  第１のレンズＬ１は、基板１００の上の複合格子１１０、１２０が位置できる基板位置の上部に配置される。第１のレンズと基板位置との距離は、第１のレンズＬ１の焦点距離Ｆ１に実質的に等しい。第１のレンズＬ１からある距離に、第２及び第３のレンズＬ２、Ｌ３が光軸ＯＰに沿って対として配置される。第４のレンズＬ４は、画像検出器ＩＤの投影レンズとして配置される。第３及び第４のレンズＬ３、Ｌ４の間に開口絞りＤＦが位置する。
【００７５】
[0078]  測定中に、複合格子１１０、１２０を備えた基板は基板位置にある。複合格子１１０、１２０は、所定位置（Ｑで示す）にある。非対称照明モードで、基板表面に沿った第１の水平方向（矢印Ｄ１で示す）に斜め入射角で第１の照明ビームＩＢ１が使用される。例えば、第１の照明ビームは、基板表面に沿った第１の水平方向にある成分を有する方向に伝搬する。第１の照明ビームＩＢ１が第１のレンズを通過した後に回折角θの１次回折次数のビームＢ＋を生成する角度で複合格子に入射するように、第１の照明ビームＩＢ１は第１のレンズＬ１に入射する。その結果、１次回折ビームＢ＋は基板表面で回折し、ゼロ次回折ビームＢ０は正反射で（この例では角度２θで）回折する。
【００７６】
[0079]  １次回折ビームＢ＋とゼロ次ビームＢ０は、両方共第１のレンズＬ１を通過する。複合格子は第１のレンズＬ１の焦点距離Ｆ１の位置にあるため、１次及びゼロ次回折ビームＢ＋、Ｂ０は第１のレンズＬ１を通過した後で平行に誘導される。
【００７７】
[0080]  次に、１次及びゼロ次回折ビームＢ＋、Ｂ０は、第２のレンズＬ２を通過する。１次回折ビームＢ＋は、光軸に実質的に一致し、第２のレンズＬ２の中心を通過する。ゼロ次回折ビームＢ０は、第２のレンズＬ２の光軸外を通過し、通過後、第２のレンズＬ２の焦点を通るように誘導される。
【００７８】
[0081]  第３のレンズＬ３は、焦点Ｆ３が第２のレンズＬ２の焦点Ｆ２に一致した状態で配置される。
【００７９】
[0082]  １次回折ビームＢ＋は、第３のレンズの光軸に一致し、第３のレンズＬ３の中心を通過し、光軸上に留まっている。ゼロ次回折ビームＢ０は、第３のレンズの光軸外を通過する。第２及び第３のレンズの焦点Ｆ２、Ｆ３が一致するという事実によって、ゼロ次回折ビームは、第３のレンズＬ３を通過した後で光軸に実質的に平行である。
【００８０】
[0083]  第３のレンズＬ３の後段に、開口絞りＤＦが光軸上に配置され、ゼロ次回折次数を阻止するように配置される。開口絞りＤＦは光軸ＯＰ上の１次回折ビームＢ＋を通過させ、ゼロ次回折ビームＢ０を阻止する。こうして、カメラ上の画像は、ゼロ次ではなく１次回折次数だけによって形成される。この結像モードは、普通「暗視野」結像と呼ばれる。開口絞りＤＦは、ゼロ次回折ビームＢ０を阻止し、１次回折ビームＢ＋を通過させる幅を有するように配置されている。
【００８１】
[0084]  その結果、複合格子の画像は、１次又は−１次回折次数だけを用いてＣＣＤカメラ上に形成される。次に、当業者には周知の適切な画像処理及びパターン認識アルゴリズムを用いて複合格子の周囲の製品構造から複合格子を識別することができる。開口絞りを応用して、格子のサイズは回折限度に示す値より小さいままで回折限度を超えた断面サイズを備えた照明ビームを使用することができる。
【００８２】
[0085]  最後に、１次回折ビームＢ＋は、１次回折ビームＢ＋を画像検出器ＩＤ上に結像させるように配置された第４のレンズＬ４を通過する。
【００８３】
[0086]  こうして、１次回折ビームＢ＋から生成される複合格子１１０、１２０の画像は、画像検出器ＩＤ上に投影される。画像は１つ高次の（１次）回折次数によってのみ形成されるため、画像は個別の格子ラインの変化を示すことはない。
【００８４】
[0087]  １次回折次数は、表面に対して正確に垂直であるとは限らないことに留意されたい。１次回折次数は、開口絞りによって透過される限り（その他のどの回折次数も開口絞りを通過することなく）、ウェーハ表面と任意の角度をなしてもよい。
【００８５】
[0088]  画像検出器上に登録された複合格子１１０、１２０の画像から、強度Ｉ＋を決定することができる。格子の画像の正確な場所は、パターン認識アルゴリズム、例えば、縁部検出で決定される。
【００８６】
[0089]  図３ｂは、本発明のある実施形態による、複合格子１１０、１２０を保持する基板の第２の測定中の回折ベースのオーバレイ誤差検出システムを概略的に示す。
【００８７】
[0090]  図３ｂにおいて、先行する図に示す同じ参照番号を有するエンティティは、対応するエンティティを指す。
【００８８】
[0091]  第２の測定では、複合格子１１０、１２０は、図３ａに示す第１の測定中に使用する第１の水平方向Ｄ１と逆向きの第２の水平方向（矢印Ｄ２で示す）に第２の照明ビームＩＢ２によって非対称に照明される。例えば、第２の照明ビームは、基板表面に沿った第１の水平方向に成分を有する方向に伝搬する。複合格子は、第１の測定中と同様に同じ所定位置Ｑに保持される。
【００８９】
[0092]  これらの条件下で、−１次回折ビームＢ−は、基板表面に垂直に回折し、ゼロ次回折ビームＢ０は、角度θで回折する。開口絞りＤＦは、ゼロ次回折ビームＢ０を阻止し、−１次回折ビームＢ−を通過させる幅を有するように配置される。
【００９０】
[0093]  その結果、第２の測定中、−１次回折ビームＢ−から生成された複合格子１１０、１２０の画像は、画像検出器ＩＤ上に投影される。画像検出器ＩＤ上に登録された複合格子１１０、１２０の画像から、強度Ｉ−を決定することができる。さらに、パターン認識技法を用いて強度測定を実行すべきＣＣＤ上の領域を識別することができる
【００９１】
[0094]  別の実施形態では、照明ビームは、実質的に垂直の入射角を有することに留意されたい。当業者には明らかなように、この実施形態は、第１の事例では、１次回折ビームだけを通過させ、第２の事例では、−１次回折ビームだけを通過させる開口絞りの機能が同じである、異なるが機能的に同等の照明／検出レイアウトを使用することができる。
【００９２】
[0095]  さらに、斜め入射角によってより小さいピッチの格子を使用することができるため、斜め入射角は必要ではないが、場合によっては好ましいことを理解されたい。
【００９３】
[0096]  上記のように、１次回折ビームＢ＋の強度Ｉ＋と−１次回折ビームＢ−の強度Ｉ−の差は、式４によるオーバレイ誤差εに比例する。比例定数Ｋは、処理条件、照明ビームの波長、回折角及び偏光によって変わる。当業者には明らかなように、処理、波長、回折角及び偏光の所与の組合せで、比例定数の較正を実行することが望ましい。
【００９４】
[0097]  本発明のある実施形態では、比例定数Ｋは、基板上の２つのバイアスされた複合格子上のオーバレイ誤差εを決定することで較正される。各々のバイアスされた複合格子は、第１の格子１１０と第２の格子１２０との間にそれぞれの所定の埋込みシフトを有する。２つのバイアスされた格子は、互いに基板上の固定位置にある。
【００９５】
[0098]  第１のバイアスされた複合格子は、格子方向Ｘ１に沿ったシフト方向に第１の埋込みシフト＋ｄを有する。第２のバイアスされた複合格子は、格子方向Ｘ１に沿って第１の埋込みシフトに等しいが、符号が逆の第２の埋込みシフト−ｄを有する。
【００９６】
[0099]  オーバレイ誤差εの場合、第１のバイアスされた複合格子は全オーバレイ誤差ε＋ｄを示し、第２のバイアスされた複合格子は全オーバレイ誤差ε−ｄを示す。
【００９７】
[00100]  第１のバイアスされた複合格子上の１次及び−１次回折次数の間の強度差ΔＩ１と第２のバイアスされた複合格子上の１次及び−１次回折次数の間の強度差ΔＩ２は、以下の式で与えられる。
第１のバイアスされた複合格子の場合、
ΔＩ1 = K × (ε ＋ d)                        式（５）
第２のバイアスされた複合格子の場合、
ΔＩ2 = K × (ε − d)                        式（６）
【００９８】
[00101]  Ｋを消去すると、以下のようになる。
【数１】
2011507264.tif 000003
式（７）
【００９９】
[00102]  ある実施形態では、図３ａ、図３ｂに示す検出システムによって第１及び第２のバイアスされた複合格子を同時に測定することができる。その場合、画像検出器ＩＤは、第１のバイアスされた複合格子の画像と第２のバイアスされた複合格子の画像を同時に登録する。画像処理ソフトウェアを使用して、第１のバイアスされた複合格子の画像の強度と第２のバイアスされた複合格子の画像の強度を別々に決定することができる。オーバレイ誤差εは、式（５）〜（７）を用いて計算することができる。
【０１００】
[00103]  第１及び第２の照明ビームＩＢ１、ＩＢ２は各々かすめ入射を行うため、複合格子（すなわち、製品区域）外の表面領域に反射する光は、第１、第２、第３及び第４のレンズ系Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を通して画像検出器ＩＤに到達しないと考えられる。本発明のある実施形態では、第１及び／又は第２の照明ビームＩＢ１、ＩＢ２は、基板上の複合格子１１０、１２０よりも大きい断面を有していてもよく、格子外の表面に反射した光と複合格子によって回折した光との干渉を引き起こすことがない。
【０１０１】
[00104]  開口絞りＤＦの開口数を増やすことは、複合格子と、複合格子が埋め込まれたその周囲の製品区域との間の急峻な遷移を可能にするため、好ましい。同時に、開口絞りＤＦはゼロ次回折ビームＢ０を阻止するように配置されているため、開口絞りＤＦの開口数は、十分なゼロ次回折ビームの阻止と製品区域からの反射による十分に小さいクロストークとが折り合う上限値を有する。この手法で約１０×１０μｍ２のサイズの複合格子を使用することが実現可能である。
【０１０２】
[00105]  モデル化ソフトウェアを用いてクロストークをさらに最小限にできる製品区域と埋込み複合格子のレイアウトを計算することができることを留意されたい。この手法によって、約４×４μｍ２のサイズの埋込み複合格子を設計することができる。
【０１０３】
[00106]  ある実施形態では、開口絞りＤＦの開口数は約０．７であり、第１のレンズの開口数は約０．９５である。
【０１０４】
[00107]  図４ａは、バイアスされた格子上のシフトｄの関数としての−１次及び１次回折ビームの強度の測定値の例を示す。
【０１０５】
[00108]  図４ａでは、ピッチＰ＝６６０ｎｍの複合格子、波長λ＝７００ｎｍの照明ビームについて−１次回折ビームＢ−の強度Ｉ−と１次回折ビームＢ＋の強度Ｉ＋にシフトｄを加えた値の変動が示されている。０ｎｍ付近のシフトについての強度Ｉ＋，Ｉ−の変化は実質的に直線的であることが観察される。
【０１０６】
[00109]  図４ｂは、図４ｂに示すバイアスされた格子上のシフトｄの関数としての−１次及び１次回折ビームの強度の差を示す。０ｎｍ付近のシフトについての強度差ΔＩの変化は実質的に直線的であることが観察される。
【０１０７】
[00110]  図５は、本発明によって決定される画像ベースのオーバレイ誤差と回折ベースのオーバレイ誤差の相関関係を示す。
【０１０８】
[00111]  いくつかのサンプルについて、回折ベースのオーバレイ誤差メトロロジーによって測定されるバイアスされた複合格子のシフトｄは、画像ベースのオーバレイ誤差メトロロジーによっても測定される。図５では、回折によって測定されるオーバレイ（縦軸に沿った）と画像ベースの方法によって測定されるオーバレイ（横軸に沿った）との相関関係が示されている。データの直線フィットは、実線で示されている。方法の誤差の範囲内では、実線の係数は１である。相関係数は０．９９より大きい。
【０１０９】
[00112]  上記の照明ビームＩＢは、単一のビームであってもよいことに留意されたい。あるいは、照明ビームは、断面が環の半分の形状を有していてもよい。その場合、図３ａの非対称照明は環状ビームの一方の半分で実行され、図３ｂに示す反対方向からの非対称の照明は環状ビームの他方の半分で実行される。
【０１１０】
[00113]  照明ビームＩＢは、単色ランプ、又はレーザ源などの光源によって生成することができる。測定に時間をかけられない場合、比較的強度が高いレーザ源を使用することができる。
【０１１１】
[00114]  本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが、当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジーツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。
【０１１２】
[00115]  光リソグラフィの分野での本発明の実施形態の使用に特に言及してきたが、本発明は文脈によってはその他の分野、例えばインプリントリソグラフィでも使用することができ、光リソグラフィに限定されないことを理解されたい。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイス内のトポグラフィが基板上に作成された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内に刻印され、電磁放射、熱、圧力又はそれらの組合せを印加することでレジストは硬化する。パターニングデバイスはレジストから取り除かれ、レジストが硬化すると内部にパターンが残される。
【０１１３】
[00116]  本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。
【０１１４】
[00117]  「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電気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いずれか一つ、又はその組合せを指すことができる。
【０１１５】
[00118]  以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明は、上記で開示したような方法を述べる機械読み取り式命令の１つ又は複数のシーケンスを含むコンピュータプログラム、又はこのようなコンピュータプログラムを内部に記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）の形態をとることができる。
【０１１６】
[00119]  上記の説明は例示的であり、限定的ではない。それ故、下記に示す特許請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図５】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【国際調査報告】
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