(57)【要約】  開示するのは、基板上の構造に関連する関心対象特性を測定する方法及びそれに関連付けられた装置である。この方法は、照明放射線で上記構造を照明した後に、少なくとも構造によって散乱された際の上記照明放射線の位相に対する関心対象特性の影響から直接的に関心対象特性の値を算出することを含む。【選択図】  図９
2021515416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の構造に関連する関心対象特性を測定する方法であって、
照明放射線で前記構造を照明することの後に、少なくとも前記構造によって散乱された際の前記照明放射線の位相に対する前記関心対象特性の影響から直接的に前記関心対象特性の値を算出することを含む、方法。
【請求項２】
前記散乱放射線の関心対象特性誘起位相変化寄与を決定することであって、前記関心対象特性誘起位相変化寄与が、前記構造によって散乱された際の前記照明放射線の前記位相に対する前記関心対象特性の前記影響を含む、決定することと、
少なくとも前記決定された関心対象特性誘起位相変化寄与から直接的に前記関心対象特性の前記値を算出することと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記構造によって散乱された前記放射線内に含まれる対応するより高次の回折次数ペアの回折次数に関連する振幅及び位相の決定から、前記関心対象特性誘起位相変化寄与を決定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記構造が、第１の既知の関心対象特性バイアスを有する第１のサブ構造と、関心対象特性バイアスのない、又は前記第１の既知の関心対象特性バイアスとは異なる第２の既知の関心対象特性バイアスを有する第２のサブ構造とを少なくとも含み、前記方法が、前記第１のサブ構造及び前記第２のサブ構造のそれぞれから前記散乱放射線に含まれる前記回折次数の比較から、前記関心対象特性誘起位相変化寄与を決定することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも、
前記第１のサブ構造に関連する第１の正のより高次の回折フィールド、及び前記第２のサブ構造に関連する第２の正のより高次の回折フィールドの第１の相対位相と、
前記第１のサブ構造に関連する第１の負のより高次の回折フィールド、及び前記第２のサブ構造に関連する第２の負のより高次の回折フィールドの第２の相対位相と、
から前記関心対象特性誘起位相変化寄与を決定することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のサブ構造及び前記第２のサブ構造のそれぞれが、複数の格子ペアを含み、各格子が、ピッチｐを有し、前記第１の既知の関心対象特性バイアスが、ｐ／２を含み、前記第２のサブ構造が、関心対象特性バイアスを持たない、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記関心対象特性誘起位相変化寄与が、
前記第１の正のより高次の回折フィールド及び前記第２の負のより高次の回折フィールドの第３の相対位相と、
前記第１の負のより高次の回折フィールド及び前記第２の正のより高次の回折フィールドの第４の相対位相と、
からさらに決定される、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
既知の参照フィールドに基づいて前記相対位相情報を得るために、前記より高次の回折次数のホログラフィ顕微鏡法測定を行うことを含む、請求項５から７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記相対位相情報を得るために、前記より高次の回折次数の強度測定から位相回復決定を行うことを含む、請求項５〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のサブ構造及び前記第２のサブ構造が、検出前に類似のより高次の回折次数の電界が干渉することを確実にするために、互いに十分近くに配置される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの中間フィールドが、第１のサブ構造及び前記第２のサブ構造から回折された前記より高次の回折次数の電界と干渉するように、前記少なくとも中間フィールドを生成するために前記基板上に少なくとも１つの追加構造を設けること、又は
少なくとも１つの第１の中間フィールドが、前記第１のサブ構造から回折された前記より高次の回折次数の電界と干渉するように、前記少なくとも１つの第１の中間フィールドを生成するために前記基板上に少なくとも１つの第１の追加構造を設けること、及び少なくとも１つの第２の中間フィールドが、前記第２のサブ構造から回折された前記より高次の回折次数の電界と干渉するように、前記少なくとも１つの第２の中間フィールドを生成するために前記基板上に少なくとも１つの第２の追加構造を設けること、
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記位相回復が、
検出平面における位相及び振幅のモデリングされた値を得るために、前記散乱放射線に対する入射照明放射線と前記構造との相互作用の影響をモデリングすることと、
前記モデリングされた強度と、検出された前記強度測定との間の差を最小限に抑えるために、モデリングされた前記電界の位相及び振幅を最適化することと、
を含む、請求項９から１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記関心対象特性が、オーバーレイ又は配置誤差を含む、請求項１から１２の何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１から１３の何れか一項に記載の前記方法をプロセッサに実行させるための機械可読命令を含む、非一時的なコンピュータプログラム製品。
【請求項１５】
構造を含む基板を保持する基板ホルダと、
照明放射線を前記構造上に投影させる投影光学系と、
前記照明放射線が前記構造によって散乱された後に、前記照明放射線を検出する検出器と、
前記構造によって散乱された際の照明放射線の位相に対する前記関心対象特性の影響から直接的に前記構造に関連する関心対象特性の値を算出するように動作可能なプロセッサと、
を含む、検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本出願は、参照によって全体として本明細書に組み込まれている２０１８年２月２７日に出願された欧州特許出願公開第１８１５８７４５．２号、及び２０１８年１０月２４日に出願された欧州特許出願公開第１８２０２２８９．７号の優先権を主張するものである。
【０００２】
[0002]  本発明は、基板上の構造の特性を算出するメトロロジ装置又は検査装置に関する。本発明はまた、基板上の構造の特性を算出する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に施すように構築された機械である。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。リソグラフィ装置は、例えば、パターニングデバイス（例えば、マスク）にあるパターン（「デザインレイアウト」又は「デザイン」と呼ばれることも多い）を、基板（例えば、ウェーハ）上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層に投影し得る。
【０００４】
[0004]  リソグラフィ装置は、基板にパターンを投影するために電磁放射を使用し得る。この放射の波長により、基板上に形成できるフィーチャの最小サイズが決まる。現在使用されている典型的な波長は、３６５ｎｍ（ｉ線）、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ及び１３．５ｎｍである。波長が４〜１００ｎｍの範囲、例えば６．７ｎｍ又は１３．５ｎｍである極端紫外線（ＥＵＶ）の放射を使用するリソグラフィ装置であれば、例えば、波長が１９３ｎｍである放射を使用するリソグラフィ装置よりも小さいフィーチャを基板上に形成することが可能である。
【０００５】
[0005]  リソグラフィ装置の古典的な解像限界より小さい寸法を有するフィーチャをプロセスするために、低ｋ１リソグラフィが用いられ得る。そのようなプロセスでは、解像度の式は、ＣＤ＝ｋ１×λ／ＮＡで表され得、ここで、λは、使用される放射線の波長であり、ＮＡは、リソグラフィ装置の投影光学系の開口数であり、ＣＤは、「クリティカルディメンジョン」であり（一般には印刷される最小フィーチャサイズであるが、この場合にはハーフピッチ）、ｋ１は、経験的な解像度ファクタである。一般に、ｋ１が小さいほど、特定の電気的な機能性及び性能を達成するために回路設計者が計画した形状及び寸法に似せたパターンを基板上に複写することが困難になる。このような困難を克服するために、高度な微調整ステップがリソグラフィ投影装置及び／又はデザインレイアウトに適用され得る。そのようなステップとして、例えば、ＮＡの最適化、照明方式のカスタマイズ、位相シフトパターニング装置の使用、デザインレイアウトの様々な最適化、例えば、デザインレイアウトにおける光近接効果補正（ＯＰＣ（「光学及びプロセス補正」と呼ばれることもある））又は他の一般的に「解像度向上技術」（ＲＥＴ）と定義される方法があるが、これらに限定されない。代わりに、低ｋ１でのパターン複写を改善するために、リソグラフィ装置の安定性を管理する厳格管理ループが用いられ得る。
【０００６】
[0006]  リソグラフィプロセスでは、作成された構造を（例えば、プロセスの管理及び検証のために）頻繁に測定することが望ましい。そのような測定を行う様々なツールが知られており、例えば、走査電子顕微鏡や様々な形式のメトロロジ装置（例えば、スキャトロメータ）がある。このようなツールを指す一般的な用語は、メトロロジ装置又は検査装置であり得る。
【０００７】
[0007]  例えば、オーバーレイを測定するためのスキャトロメトリベースのメトロロジに関する問題は、いわゆるスイング曲線である。スイング曲線は、典型的なスキャトロメトリ技術を用いた波長λに対するオーバーレイ感度Ｋの依存である。スイング曲線の結果は、測定がオーバーレイ非感応性であるいくつかの波長が存在するということである。さらに、スイング曲線は、スタックごとにかなり変動し、波長の選択及び十分なオーバーレイ感度の保証を難しくしている。
【発明の概要】
【０００８】
[0008]  上述の問題又は制限の１つ又は複数を解決する検査装置又はメトロロジ装置のための効果的効率的な解決策を提供することを目的とする。
【０００９】
[0009]  本発明の実施形態は、特許請求の範囲及び詳細な説明に開示される。
【００１０】
[00010]  本発明の第１の局面では、基板上の構造に関連する関心対象特性を測定する方法であって、照明放射線で上記構造を照明することの後に、少なくとも構造によって散乱された際の上記照明放射線の位相に対する関心対象特性の影響から直接的に関心対象特性の値を計算することを含む方法が提供される。
【００１１】
[00011]  本発明の第２の局面では、構造を含む基板を保持する基板ホルダと、照明放射線を構造上に投影させる投影光学系と、上記照明放射線が構造によって散乱された後に、照明放射線を検出する検出器と、少なくとも構造によって散乱された際の照明放射線の位相に対する関心対象特性の影響から直接的に構造に関連する関心対象特性の値を算出するように動作可能なプロセッサとを含む、検査装置が提供される。
【００１２】
[00012]  第１の局面の方法を実施するように動作可能であるコンピュータプログラムも提供される。
【００１３】
[00013]  以下では、添付の概略図面を参照して、本発明の実施形態をあくまで例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】[00013]リソグラフィ装置の概略的概要を示す。
【図２】[00013]リソグラフィセルの概略的概要を示す。
【図３】[00013]ホリスティックリソグラフィの概略図を示し、半導体製造を最適化するための重要な３つの技術間の協調を表す。
【図４】[00013]本発明の一実施形態による検査装置を示す。
【図５ａ】[00013]照明アパーチャの第１のペアを使用した本発明の実施形態によるターゲットの測定に使用される暗視野スキャトロメータの模式図である。
【図５ｂ】[00013]所与の照明方向に関するターゲット格子の回折スペクトルの詳細図である。
【図５ｃ】[00013]回折ベースのオーバーレイ測定にスキャトロメータを使用する際に更なる照明モードを提供する照明アパーチャの第２のペアである。
【図５ｄ】[00013]アパーチャの第１のペア及び第２のペアを組み合わせた照明アパーチャの第３のペアである。
【図６ａ】[00013]複数格子ターゲットの既知の形態及び基板上の測定スポットのアウトラインを示す。
【図６ｂ】[00013]図５のスキャトロメータで得られたターゲットの像を示す。
【図７】[00013]既知の方法を使用した波長λに対するオーバーレイ感度Ｋの依存性を示すスイング曲線を示す。
【図８ａ】[00013]強度のみの測定がオーバーレイに非感応性となる２つのシナリオを模式的に明示する。
【図８ｂ】[00013]強度のみの測定がオーバーレイに非感応性となる２つのシナリオを模式的に明示する。
【図９】[00013]本発明の一実施形態による、図５に示した検査装置の代替検査装置を示す。
【図１０ａ】[00013]本発明の一実施形態による性能測定基準として使用可能な意図的なターゲットバイアスの数値的算出を行うステップを示す、未知のターゲットバイアスφδの関数としての式の値の任意プロットを示す。
【図１０ｂ】[00013]図１０（ａ）の詳細図である。
【図１１】[00013]最上部格子及び最下部格子を有するＤＢＯターゲットの単純な回折モデルを示す。
【図１２ａ】[00013]測定レシピ最適化の現在の方法を表すフローチャートである。
【図１２ｂ】[00013]本発明の一実施形態による測定レシピ最適化の改良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】
【００１５】
[0011]  本明細書では、「放射」及び「ビーム」という用語は、あらゆるタイプの電磁放射を包含するように使用され、そのような電磁放射には、紫外線（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７又は１２６ｎｍの波長を有する）並びにＥＵＶ（例えば、約５〜１００ｎｍの範囲の波長を有する極端紫外線）が含まれる。
【００１６】
[0012]  本明細書で使用される「レチクル」、「マスク」又は「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作成されるべきパターンに対応するパターン化された断面を、入射する放射ビームに提供するために使用可能な一般的なパターニングデバイスを意味するものとして広義に解釈され得る。これに関連して「ライトバルブ」という用語も使用される場合がある。古典的なマスク（透過型又は反射型のマスク、バイナリマスク、位相シフトマスク、ハイブリッドマスク等）に加えて、他のそのようなパターニングデバイスの例として、プログラマブルミラーアレイ及びプログラマブルＬＣＤアレイがある。
【００１７】
[0013]  図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。リソグラフィ装置ＬＡは、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射、ＤＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調節するように構成された（イルミネータとも呼ばれる）照明システムＩＬと、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構築されて、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスＭＡ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に接続されたマスク支持部（例えば、マスクテーブル）MＴと、基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構築されて、特定のパラメータに従って基板支持部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に接続された基板支持部（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば、１つ以上のダイを含む）ターゲット部分Ｃ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。
【００１８】
[0014]  稼働中、照明システムＩＬは、放射源ＳＯから（例えば、ビーム送達システムＢＤを介して）放射ビームを受ける。照明システムＩＬは、放射の誘導、整形及び／又は制御のために様々なタイプの光学コンポーネントを含み得、例えば屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型及び／又は他のタイプの光学コンポーネント又はこれらの任意の組み合わせを含み得る。イルミネータＩＬは、放射ビームＢがパターニングデバイスＭＡの面において所望の空間強度分布及び角度強度分布をその断面に有するように、放射ビームＢを調節するために使用され得る。
【００１９】
[0015]  本明細書で使用される「投影システム」ＰＳという用語は、様々なタイプの投影システムを包含するものとして広義に解釈されたい。そのようなシステムには、使用されている露光放射の必要に応じて及び／又は他の要因（例えば、液浸液の使用又は真空の使用）の必要に応じて、屈折型、反射型、反射屈折型、アナモルフィック型、磁気型、電磁型及び／又は静電光学型のシステム又はこれらの任意の組み合わせが含まれ得る。本明細書で「投影レンズ」という用語が使用されている場合、それらは、全てより一般的な用語である「投影システム」ＰＳと同義であると見なされ得る。
【００２０】
[0016]  リソグラフィ装置ＬＡは、投影システムＰＳと基板Ｗとの間の空間を埋めるように、基板の少なくとも一部分が、屈折率が比較的高い液体（例えば、水）で覆われ得るタイプであり得、これは、液浸リソグラフィとも呼ばれる。液浸技術の詳細については、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第６９５２２５３号に示されている。
【００２１】
[0017]  リソグラフィ装置ＬＡは、基板支持物ＷＴが２つ以上あるタイプ（「デュアルステージ」とも呼ばれる）であってもよい。そのような「複数ステージ」マシンでは、それらの基板支持物ＷＴは並行して使用されてよく、及び／又は、それらの基板支持物ＷＴの一方に載っている基板Ｗが、その基板Ｗにパターンを露光することに使用されている間に、他方の基板支持物ＷＴに載っている別の基板Ｗに対して、その別の基板Ｗのその後の露光の準備の手順が実施されてよい。
【００２２】
[0018]  基板支持物ＷＴに加えて、リソグラフィ装置ＬＡは測定ステージを含んでよい。測定ステージは、センサ及び／又はクリーニング装置を保持するように構成されている。センサは、投影システムＰＳの特性、又は放射ビームＢの特性を測定するように構成されてよい。測定ステージは複数のセンサを保持してよい。クリーニング装置は、リソグラフィ装置の一部、例えば、投影システムＰＳの一部、又は液浸液を供給するシステムの一部をクリーニングするように構成されてよい。測定ステージは、基板支持物ＷＴが投影システムＰＳから離れているときに、投影システムＰＳの下を動いてよい。
【００２３】
[0019]  稼働中は、放射ビームＢが、パターニングデバイス（例えば、マスク支持物MＴ上に保持されたマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスＭＡ上にあるパターン（設計レイアウト）によってパターニングされる。放射ビームＢは、マスクＭＡを横断した後、投影システムＰＳを通り抜け、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にフォーカスさせる。第２のポジショナＰＷ及び位置測定システムＩＦの支援により、基板支持物ＷＴは正確に動くことが可能であり、例えば、様々なターゲット部分Ｃが、放射ビームＢの経路中のフォーカス及びアライメントされる位置に位置決めされるように正確に動くことが可能である。同様に、パターニングデバイスＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めするために、第１のポジショナＰＭと、場合によっては別の位置センサ（これは図１に明示されていない）とが使用されてよい。パターニングデバイス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を使用してアライメントされてよい。基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は、図示されたように専用ターゲット部分を占有するが、ターゲット部分間の空間に配置されてよい。基板アライメントマークＰ１、Ｐ２は、ターゲット部分Ｃ間に配置される場合には、スクライブラインアライメントマークと呼ばれる。
【００２４】
[0020]  図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソグラフィセルＬＣ（リソセル又は（リソ）クラスタと呼ばれることもある）の一部をなし得、リソグラフィセルＬＣは、基板Ｗに対して露光前プロセス及び露光後プロセスを実施するための装置も含むことが多い。従来、そのような装置として、レジスト層を堆積させるスピンコータＳＣ、露光したレジストを現像するデベロッパＤＥ、冷却プレートＣＨ及びベークプレートＢＫ（これらは、例えば、基板Ｗの温度を調節するものであり、それは、例えば、レジスト層中の溶剤を調節するために行われる）がある。基板ハンドラ（即ちロボット）ＲＯが基板Ｗを入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２からピックアップし、それらの基板Ｗを様々なプロセス装置間で動かし、それらの基板Ｗをリソグラフィ装置ＬＡのローディングベイＬＢまで送達する。リソセル内のデバイスは、まとめてトラックと呼ばれることも多く、典型的にはトラック制御ユニットＴＣＵの管理下にあり、トラック制御ユニットＴＣＵ自体は、監視制御システムＳＣＳによって制御され得、監視制御システムＳＣＳは、リソグラフィ装置ＬＡも（例えば、リソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介して）制御し得る。
【００２５】
[0021]  リソグラフィ装置ＬＡによって露光される基板Ｗが正確且つ確実に露光されるために、基板を検査して、パターン形成された構造の特性、例えば連続する層間のオーバーレイエラー、線の太さ、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）等を測定することが望ましい。そのため、検査ツール（図示せず）がリソセルＬＣに含まれ得る。エラーが検出された場合、例えば、連続する基板の露光又は基板Ｗに対して実施されるべき他のプロセスステップに対する調節が行われ得、これは、特に同じバッチ又はロットの他の基板Ｗが引き続き露光又はプロセスされる前に検査が行われる場合に行われ得る。
【００２６】
[0022]  メトロロジ装置と呼ばれることもある検査装置は、基板Ｗの特性を測定するために使用され、特に異なる複数の基板Ｗの特性がどのようにばらつくか、又は同じ基板Ｗの異なる複数の層に関連付けられた特性が層ごとにどのようにばらつくかを測定するために使用される。検査装置は、代わりに、基板Ｗ上の欠陥を識別するように構築され得、例えばリソセルＬＣの一部分であり得るか、又はリソグラフィ装置ＬＡに組み込まれ得るか、又はスタンドアロン装置であり得る。検査装置は、潜像（露光後のレジスト層内の像）に関する特性、又は半潜像（露光後ベーク工程ＰＥＢ後のレジスト層内の像）に関する特性、又は現像されたレジスト像（レジストの露光部分又は非露光部分が除去されている）に関する特性、又はさらに（エッチング等のパターン転写工程後の）エッチングされた像に関する特性を測定し得る。
【００２７】
[0023]  典型的には、リソグラフィ装置ＬＡにおけるパターニングプロセスは、基板Ｗ上の構造の寸法決定及び配置に高い精度を必要とする、処理のなかで最もクリティカルなステップの１つである。この高い精度を確保するために、図３に概略的に示されるように、３つのシステムをいわゆる「ホリスティック」管理環境として組み合わせ得る。これらのシステムの１つは、リソグラフィ装置ＬＡであり、これは、メトロロジツールＭEＴ（第２のシステム）及びコンピュータシステムＣＬ（第３のシステム）と（仮想的に）接続される。そのような「ホリスティック」環境の鍵は、これらの３つのシステム間の協調を最適化して、プロセスウィンドウ全体を強化し、厳格管理ループを実現することにより、リソグラフィ装置ＬＡによって実施されるパターニングがプロセスウィンドウ内にとどまるようにすることである。プロセスウィンドウは、プロセスパラメータ（例えば、ドーズ、フォーカス、オーバーレイ）の範囲を規定し、この範囲内で特定の製造プロセスが規定の結果（例えば、機能する半導体デバイス）を産出し、典型的には、この範囲内でリソグラフィプロセス又はパターニングプロセスのプロセスパラメータが変動し得る。
【００２８】
[0024]  コンピュータシステムＣＬは、パターニングされるデザインレイアウト（の一部）を使用することにより、何れの解像度向上技術を使用すべきかを予測することが可能であり、且つ計算機リソグラフィのシミュレーション及び計算を実施して、パターニングプロセスのプロセスウィンドウ全体の最大化を達成するマスクレイアウト及びリソグラフィ装置設定を決定することが可能である（図３において第１のスケールＳＣ１の両方向矢印で示されている）。典型的には、解像度向上技術は、リソグラフィ装置ＬＡのパターニング可能性に適合するように用意される。コンピュータシステムＣＬは、プロセスウィンドウ内の何れの箇所でリソグラフィ装置ＬＡが現在動作しているかを（例えば、メトロロジツールＭEＴからの入力を使用して）検出することにより、（例えば、準最適な処理のために）欠陥が存在する可能性があるかどうかを予測することがさらに可能である（図３において第２のスケールＳＣ２の「０」を指す矢印で示されている）。
【００２９】
[0025]  メトロロジツールＭＥＴは、正確なシミュレーション及び予測を可能にする入力をコンピュータシステムＣＬに与えることが可能であり、（例えば、リソグラフィ装置ＬＡの較正ステータスにおいて）起こり得るドリフトを識別するフィードバックをリソグラフィ装置ＬＡに与えることが可能である（図３において第３のスケールＳＣ３の複数の矢印で示されている）。
【００３０】
[0026]  リソグラフィプロセスにおいて、作成された構造を（例えば、プロセスの管理及び検証のために）頻繁に測定することが望ましい。そのような測定を行う様々なツールが知られており、例えば、走査電子顕微鏡又は様々な形式のメトロロジ装置（例えば、スキャトロメータ）がある。知られているスキャトロメータの例は、充填不足のターゲット（単純な格子又は異なる層にある重なり合う複数の格子の形式の、測定ビームが格子よりも小さいスポットを生成するのに十分な大きさのターゲット）、又は過充填のターゲット（これにより、照明スポットが部分的又は完全にターゲットを含む）などの専用メトロロジターゲットを設けることに依存することが多い。さらに、メトロロジツール（例えば、格子などの充填不足のターゲットを照明する角度分解スキャトロメータ）の使用は、散乱する放射線とターゲット構造の数学モデルとの相互作用をシミュレーションし、シミュレーション結果を測定結果と比較することによって、格子の特性を計算することができるいわゆる再構築方法の使用を可能にする。このモデルのパラメータは、シミュレーションされた相互作用が実際のターゲットから観察された回折パターンと同様の回折パターンを生成するまで調節される。
【００３１】
[0027]  スキャトロメータは、リソグラフィプロセスのパラメータの測定を可能にする多目的計器であり、測定は、スキャトロメータの対物レンズの瞳若しくは瞳に対する共役面にセンサを有すること（通常、瞳ベースの測定と呼ばれる測定）により、又は像面若しくは像面に対する共役面にセンサを有すること（この場合、通常、像ベース若しくはフィールドベースの測定と呼ばれる測定）により行われる。そのようなスキャトロメータ及び関連する測定技術については、参照によって全体として本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１００３２８６５５号、同第２０１１１０２７５３Ａ１号、同第２０１２００４４４７０Ａ号、同第２０１１０２４９２４４号、同第２０１１００２６０３２号又は欧州特許出願公開第１，６２８，１６４Ａ号に詳述されている。上述のスキャトロメータは、軟Ｘ線及び可視〜近赤外波範囲の光を使用して、１つの像において、複数の格子から複数のターゲットを測定することが可能である。
【００３２】
[0028]  スキャトロメータなどのメトロロジ装置を図４に示す。これは、放射線５を基板Ｗ上に投影する広帯域（白色光）放射プロジェクタ２を含む。反射又は散乱した放射線１０がスペクトロメータ検出器４に渡され、スペクトロメータ検出器４が、鏡面反射した放射線１０のスペクトル６を測定する（即ち、強度Ｉを波長λの関数として測定する）。このデータから、検出されたスペクトルを引き起こしている構造又はプロファイル８を処理装置ＰＵにより再構築することが可能であり、この再構築は、例えば、厳密結合波分析及び非線形回帰により、又はシミュレーションされたスペクトルのライブラリとの比較により可能である。一般に、再構築のためには、構造の一般形態は既知であり、且ついくつかのパラメータは、構造が作られたプロセスの知識から推測されるため、構造の数個のパラメータのみが、スキャトロメトリデータから算出される。このようなスキャトロメータは、法線入射スキャトロメータ又は斜め入射スキャトロメータとして構成され得る。
【００３３】
[0029]  本発明の実施形態での使用に適したメトロロジ装置を図５（ａ）に示す。なお、これは、適したメトロロジ装置の一例にすぎない。別の適したメトロロジ装置は、例えば国際公開第２０１７／１８６４８３Ａ１号に開示されたＥＵＶ放射線などのＥＵＶ放射線を使用し得る。ターゲット構造Ｔ及びターゲット構造を照明するために使用される測定放射線の回折光線を図５（ｂ）により詳細に示す。図示したメトロロジ装置は、暗視野メトロロジ装置として公知のタイプである。メトロロジ装置は、スタンドアロン型デバイスとすることができるし、又は、例えば、測定ステーション若しくはリソグラフィックセルＬＣの何れかで、リソグラフィ装置ＬＡに組み込むこともできる。装置全体にわたっていくつかの分岐を有する光軸は、点線Ｏで示されている。この装置では、放射源１１（例えば、キセノンランプ）によって放射された光は、レンズ１２、１４及び対物レンズ１６を含む光学系によって、ビームスプリッタ１５を介して基板Ｗ上に誘導される。これらのレンズは、２連の４Ｆ構成で配置されている。異なるレンズ構成が、依然として、基板像を検出器上に形成し、同時に、空間周波数フィルタリング用の中間瞳面のアクセスを可能にするという条件で、この異なるレンズ構成を使用することができる。従って、放射線が基板に入射する角度範囲は、ここでは（共役）瞳面と称される、基板平面の空間スペクトルを示す平面の空間強度分布を定義することによって選択することができる。特に、これは、レンズ１２と１４との間に、対物レンズ瞳面の後方投影像である平面内に、適切な形態のアパーチャプレート１３を挿入することによって行うことができる。図示した例では、アパーチャプレート１３は、様々な照明モードが選択されることを可能にする、１３Ｎ及び１３Ｓの符号を付けた様々な形態を有する。この例の照明システムは、オフアクシス照明モードを形成している。第１の照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｎは、単なる説明のために「北」と指定した方向からのオフアクシスを提供する。第２の照射モードでは、アパーチャプレート１３Ｓは、同様であるが「南」の符号を付けた反対方向から照明を提供するために使用される。様々なアパーチャを使用することによって、他の照明モードが可能である。所望の照明モード以外の任意の不必要な光は、所望の測定信号に干渉することになるので、瞳面の残部は暗色とするのが望ましい。
【００３４】
[0030]  図５（ｂ）に示すように、ターゲット構造Ｔは、基板Ｗが対物レンズ１６の光軸Ｏに垂直な状態で配置されている。基板Ｗは、サポート（図示せず）によって支持することができる。軸Ｏから外れた角度からターゲット構造Ｔに当たった測定放射線Ｉは、ゼロ次光線（実線０）及び２つの１次光線（一点鎖線＋１及び二点鎖線−１）を生じさせる。過充填小ターゲット構造の場合、これらの光線は、メトロロジターゲット構造Ｔ及び他のフィーチャを含む基板の領域にわたる多数の平行光線の１つにすぎないことを忘れてはならない。プレート１３のアパーチャは、（有用な光の量を受け入れるのに必要な有限の幅を有するので、入射光線Ｉは、事実上、ある角度範囲を占め、回折光線０及び回折光線＋１／−１は幾分広がる。小ターゲットの点広がり関数によれば、各次数＋１及び−１は、図示するような単一の理想光線ではなく、ある角度範囲にわたってさらに広がる。なお、ターゲット構造の格子ピッチ及び照明角は、対物レンズに入射する１次光線が中心光軸と厳密にアライメントされるように、設計又は調整することができる。図５（ａ）及び図３（ｂ）に示した光線は、単に、光線が図中でより簡単に区別されることを可能にするために、幾分軸から外れて示されている。
【００３５】
[0031]  基板Ｗ上のターゲット構造Ｔで回折した少なくとも０次及び＋１次のものは、対物レンズ１６によって集められ、逆戻りしてビームスプリッタ１５を通るように誘導される。図５（ａ）に戻ると、北（Ｎ）及び南（Ｓ）として符号を付けた直径方向両側のアパーチャを指定することによって、第１及び第２の照明モードの両方が示されている。測定放射線の入射光線Ｉが光軸の北側から来ると、即ち、アパーチャプレート１３Ｎを使用する第１の照明モードが適用されると、＋１（Ｎ）の符号を付けた＋１回折光線が、対物レンズ１６に入射する。それに対して、アパーチャプレート１３Ｓを使用する第２の照明モードが適用されると、（１（Ｓ）の符号を付けた）−１回折光線がレンズ１６に入射する。
【００３６】
[0032]  第２のビームスプリッタ１７は、回折ビームを２つの測定分岐に分割する。第１の測定分岐では、光学系１８は、ゼロ次及び１次回折ビームを使用して、ターゲット構造の回折スペクトル（瞳面像）を第１のセンサ１９（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）に形成する。各回折次数はセンサの異なる部分に当たるので、画像処理により、各次数を比較し、及び対照させることができる。センサ１９によって捕捉された瞳面像は、メトロロジ装置をフォーカスさせる、及び／又は１次ビームの強度測定値を正規化するために使用することができる。瞳面像は、再構築などの多くの測定目的に使用することもできる。
【００３７】
[0033]  第２の測定分岐では、光学系２０、２２は、ターゲット構造Ｔの像をセンサ２３（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）に形成する。第２の測定分岐では、開口絞り２１が、瞳面と共役である平面に設けられる。開口絞り２１は、ゼロ次回折ビームをブロックするように機能するので、センサ２３に形成されるターゲットの像は、−１次又は＋１次ビームからのみ形成される。センサ１９及び２３によって捕捉された像はプロセッサＰＵに出力され、プロセッサＰＵは像を処理し、プロセッサＰＵの機能は、行われる特定のタイプの測定によって決まる。なお、「像」という用語は、ここでは広い意味で使用される。−１及び＋１の次数の一方だけが存在する場合には、正確な意味での格子線の像は形成されない。
【００３８】
[0034]  図５に示すアパーチャプレート１３及び視野絞り２１の特定の形態は単なる例である。本発明の別の実施形態では、ターゲットのオンアクシス照明が使用され、オフアクシスアパーチャを有する開口絞りを使用して、実質的に１つだけの１次回折光をセンサに送る。さらに他の実施形態では、１次ビームの代わりに、又は１次ビームに加えて、２次、３次、及びさらに高次のビーム（図５では図示せず）を測定に使用することができる。
【００３９】
[0035]  これらの様々なタイプの測定に適合可能な測定放射を行うために、アパーチャプレート１３は、ディスクのまわりに形成されたいくつかのアパーチャパターンを含むことができ、このディスクは、所望のパターンを所定の位置に合わせるために回転する。なお、アパーチャプレート１３Ｎ又は１３Ｓは、一方向（セットアップに応じてＸ又はＹ）に方向付けられた格子を測定するためにのみ使用することができる。直交格子の測定の場合、ターゲットを９０°及び２７０°だけ回転させることができる。図３（ｃ）及び図３（ｄ）には異なるアパーチャプレートが示されている。これらの使用、並びに装置の多くの他の変形形態及び適用例は、上述の公開された先行出願に記載されている。
【００４０】
[0036]  図６（ａ）は、既知の慣例に従って基板上に形成されたターゲット構造又は複合ターゲットを示す。この例におけるターゲット構造は、全てメトロロジ装置のメトロロジ放射照明ビームによって形成される測定スポット３１内にあるように、互いに近接して配置された４つのターゲット（例えば格子）３２〜３５を備える。従って、４つのターゲットは全て同時に照明され、センサ１９及び２３上に同時に結像される。オーバーレイの測定に特化した例では、ターゲット３２〜３５は、それら自体、基板Ｗ上に形成された半導体デバイスの異なる層にパターン形成された格子をオーバーレイすることによって形成される複合格子である。ターゲット３２〜３５は、複合格子の異なる部分が形成されている層間のオーバーレイの測定を容易にするために、異なるバイアスのオーバーレイオフセットを有することがある。オーバーレイバイアスの意味は、図７を参照して以下に説明する。また、ターゲット３２〜３５は、入射放射線をＸ方向及びＹ方向に回折するように、図示されるようにそれらの方位が異なっていてもよい。一例では、ターゲット３２及び３４は、それぞれ＋ｄ、−ｄのバイアスを有するＸ方向格子である。ターゲット３３及び３５は、それぞれ＋ｄ及び−ｄのオフセットを有するＹ方向格子である。これらの格子の別個の像を、センサ２３によって捕捉された像内で識別することができる。これはターゲット構造の一例にすぎない。ターゲット構造は、４つよりも多い若しくは４つよりも少ないターゲット、又は１つのターゲットのみを備えていてもよい。
【００４１】
[0037]  図６（ｂ）は、図５（ｄ）のアパーチャプレート１３ＮＷ又は１３ＳＥを使用して、図５の装置において図６（ａ）のターゲットを用いてセンサ２３上に形成することができ、及びセンサ２３によって検出することができる像の一例を示す。瞳面イメージセンサ１９は、異なる個々のターゲット３２〜３５を解像することはできないが、イメージセンサ２３はそれを行うことができる。濃い色の矩形はセンサ上の像のフィールドを表し、そのフィールド内部で、基板上の照明されたスポット３１は、対応する円形エリア４１へと結像される。この円形エリア４１内で、矩形エリア４２〜４５は、小ターゲット格子３２〜３５の像を表す。ターゲットが製品エリアにある場合、製品フィーチャもこの像フィールドの周辺に見えることがある。画像プロセッサ及びコントローラＰＵは、パターン認識を使用してこれらの像を処理し、ターゲット３２〜３５の別個の像４２〜４５を識別する。このようにすると、像をセンサフレーム内の特定の位置に非常に正確にアライメントする必要がなく、これは、測定装置全体のスループットを大幅に改善する。
【００４２】
[0038]  ターゲットの別個の像が識別されると、それらの個々の像の強度を、例えば識別されたエリア内の選択された画素強度値を平均又は合計することによって測定することができる。像の強度及び／又は他の特性は、互いに比較することができる。これらの結果を組み合わせて、リソグラフィプロセスの様々なパラメータを測定することができる。オーバーレイ性能は、そのようなパラメータの重要な一例である。
【００４３】
[0039]  メトロロジ装置（例えばスキャトロメータ）の一実施形態では、メトロロジ装置は、アライメントがずれた２つの格子又は周期構造のオーバーレイを測定するように適合されており、この測定は、反射スペクトル及び／又は検出構成における、オーバーレイの程度に関連付けられる非対称性を測定することによって行われる。類似の方法を使用して、フォーカス依存非対称性を有して形成される特別なターゲットに対するフォーカスを測定することができる。オーバーレイケースでは、この２つの（典型的には一部が重なり合っている）格子構造は、異なる２つの層（必ずしも連続する層ではない）において施され得、ウェーハ上のほぼ同じ位置に形成され得る。スキャトロメータは、いずれの非対称性も明確に識別可能であるように（例えば、共有されている欧州特許出願公開第１，６２８，１６４Ａ号に記載されているような）対称検出構成を有し得る。これは、格子のアライメントのずれを測定する直接的な方法を提供する。ターゲットが周期構造の非対称性により測定される際の周期構造を含む２つの層間のオーバーレイエラーを測定する更なる例は、参照によって全体として本明細書に組み込まれる国際公開第２０１１／０１２６２４号又は米国特許出願公開第２０１６０１６１８６３号に見いだされ得る。
【００４４】
[0040]  回折ベースのオーバーレイ（ＤＢＯ）メトロロジの場合、オーバーレイは、スタックされた格子によって回折された放射線からの強度情報のみを使用して導出される。これは、被測定スタックの屈折率により、非常に波長に依存した測定感度を生じさせる。この波長依存性（スイング曲線によって表されることが多い）はまた、スタックの組成及び厚さに非常に依存し、このことは、プロセスロバスト性の問題をもたらす。
【００４５】
[0041]  図７は、この問題を示す、波長λに対するオーバーレイ感度Ｋのプロットを含む例示的スイング曲線である。図に示すように、いくつかの交点ＣＰが存在する。これらの交点ＣＰは、オーバーレイ感度Ｋ、より詳細には強度ベースのオーバーレイ感度がゼロである波長に対応し、従って、回折ベースのオーバーレイ方法は、これらの波長を使用したオーバーレイに対して非感応性である。そのため、被測定スタック内の照明（測定）放射線の吸収が、典型的には、高品質のメトロロジに利用可能な波長を限定する。さらに、スイング曲線が異なるスタックに対して異なるので、単純に、測定に使用される照明放射線がこれらの波長を避けることを確実にすることは些細なことではない。
【００４６】
[0042]  より大きな波長範囲（例えば、ＤＵＶ〜ＩＲ）を用いて測定することが、困難なスタック及び適用に対処するために望ましいことがある。同時に、ダイナミックレンジ（即ち、ターゲットの許容可能な回折効率）及び測定速度を向上させることが望ましい。従来の高ＮＡ光センサ設計を用いてこれを実現することは、既存のメトロロジ装置センサに典型的に含まれる多数の光学面により困難である。「計算イメージング」（ＣＩ（Computational Imaging））は、参照によって本明細書に組み込まれる欧州特許出願公開第１７１９９７６４号に記載される解決策を提供し得る。
【００４７】
[0043]  ＣＩでは、高品質及び高ＮＡのイメージング光学系は、例えば、イメージセンサ上に１つ又は複数のメトロロジターゲットの比較的歪んだ、及び常軌を逸した像を作成する単純な単一レンズに置き換えられる。センサ上の光の完全なフィールド（強度及び位相の両方）が、直接的な位相分解測定（例えば、ホログラフィ顕微鏡法）により、又は位相取得方法（位相が強度測定のみから取得される）により分かれば、メトロロジターゲットの完璧に近い像を取得することができる。位相分解測定では、ホログラフィセットアップ及びイメージングシステムに関する適用された知識を用いて、センサ上の完全な電界を観察することができる。位相取得方法は、位相取得アルゴリズム及びイメージングシステム及び／又はメトロロジターゲットに関する予備知識を使用し得る。適した位相取得方法の例は、上述の欧州特許出願公開第１７１９９７６４．６号（２０１７年１１月２日に出願）に記載されている。
【００４８】
[0044]  オーバーレイ（即ち、層間の相対的位置オフセット）を測定する方法が提案され、このオーバーレイは、全ての波長で感応性があるオーバーレイである。そのため、提案したオーバーレイメトロロジ方法の適用は、スイング曲線によって限定されない。これは、位相感応性（全フィールド）測定を行い、位相感応性測定値から直接オーバーレイを算出することによって達成される。より詳細には、オーバーレイは、オーバーレイによって生じる散乱（例えば、回折）放射線における位相遅延寄与の算出から計算することができる。オーバーレイターゲットによって散乱された放射線における回折次数の振幅（又は強度）及び位相の両方を測定することによって、スイング曲線（即ち、使用される波長に対するオーバーレイ感度依存性）を（部分的に）なくすことができる。
【００４９】
[0045]  スタックされた格子構造（オーバーレイターゲット）の照明は、ターゲットによる照明放射線の散乱をもたらす。結果として生じる散乱放射線の回折次数は、各ターゲットを構成する２つの格子間のオーバーレイを表す情報を含む。散乱された光のフィールドは、最上部格子からの回折（最上部格子回折フィールド
【数１】
2021515416.tif 000003
によって表される）及び最下部格子からの回折（最下部格子回折フィールド
【数２】
2021515416.tif 000004
によって表される）から成る。なお、これらの回折フィールドの両方は、複素数によって表され、これは、それらの下線表記によって表される。完全なベクトル散乱ケースへの拡張は、当業者にとっては些細なものであることが認識されるだろう。
【００５０】
[0046]  従って、検出器平面における完全なフィールド
【数３】
2021515416.tif 000005
は、最上部格子及び最下部格子回折フィールドの合計を含み（ターゲットの内部のより高次の散乱を無視する近似ケースの場合）、即ち、
【数４】
2021515416.tif 000006
である。２つの回折フィールド
【数５】
2021515416.tif 000007
間の相対位相φは、スタックによる第１の位相遅延寄与φｓｔａｃｋと、オーバーレイＯＶ（任意の意図的なバイアスδを含む）による第２の位相遅延寄与φＯＶとを含み、即ち、
φ＝φＯＶ＋φｓｔａｃｋ      式（１）
であり、式中、
【数６】
2021515416.tif 000008
であり、λは、測定放射線の波長であり、θは、ターゲットに対する測定放射線の入射角である。
【００５１】
[0047]  最も典型的なＤＢＯメトロロジ方法では、強度
【数７】
2021515416.tif 000009
（即ち、このベクトル
【数８】
2021515416.tif 000010
の長さ）のみが捕捉され、従って、位相情報が失われる。この結果がスイング曲線である。図８は、強度のみの測定がオーバーレイに非感応性となる２つのシナリオを模式的に明示する。図８（ａ）では、スタックによる第１の位相遅延寄与φｓｔａｃｋがゼロであり、図８（ｂ）では、この位相遅延φｓｔａｃｋがπである。＋１及び−１の格子次数のそれぞれの複素フィールドが、複素平面内で視覚化される。強度のみのメトロロジの場合、フィールドの強度（ベクトルの長さ）のみが捕捉される。両ケースにおいて、非対称性が存在せず、従って位置オフセットが存在しない（オーバーレイ＝０）ように見える。これは、＋１及び−１の回折次数のそれぞれに関して、完全なフィールド（振幅及び位相）
【数９】
2021515416.tif 000011
をそれぞれ捕捉することによって克服することができる。大きさだけの代わりに完全なフィールドを捕捉することによって、第２の位相遅延寄与φＯＶ（即ち、オーバーレイ誘起位相シフト）を直接算出することができ、従って、このような測定値をオーバーレイに対して感応性があるようにすることができる。
【００５２】
[0048]  以下のパラグラフでは、第２の位相遅延寄与φＯＶの取得方法を説明する。第２の位相遅延寄与φＯＶは、＋１次及び−１次のそれぞれの相対位相φ＋及びφ−から、
φ＋＝φｓｔａｃｋ＋φＯＶ      式（３）
φ−＝φｓｔａｃｋ−φＯＶ
によって算出することができる。次いで、二次位相遅延寄与φＯＶからオーバーレイを算出することができる。ＤＢＯ技術では、最下部格子及び最上部格子（ｂ及びｔの下付き文字は、これらの最下部格子及び最上部格子をそれぞれ表す）によって回折されたフィールド間のφ＋＝φ＋ｂ−φ＋ｔ（φ−＝φ−ｂ−φ−ｔに関しても同様）間の相対位相差は、位相φ＋ｔ、φ−ｔが一般に未知であるため、直接アクセスすることはできない。＋１次及び−１次の相対位相φ＋及びφ−を取得するいくつかの方法をこれより説明する。なお、提供する例は、＋１及び−１の回折次数に言及するが、対応するより高次（例えば、＋２、−２など）の任意のペアが代わりに使用されてもよい。
【００５３】
[0049]  振幅（又は強度）及び位相が捕捉されているので、ターゲットを測定するために、空間的に（部分的に）コヒーレントな放射線が使用されることが提案される。被測定ターゲットは、既知のＤＢＯタイプの複合ターゲットの形態を取り得る（但し、本明細書に記載される概念は、任意の適したターゲット設計を用いて任意のスキャトロメトリベースのメトロロジに適用可能であることが認識されるべきである）。そのため、ターゲットは、２つの（サブ）ターゲット、又は任意選択的に方向ごとに２つの（サブ）ターゲット（即ち、ｘ方向及びｙ方向のオーバーレイを捕捉するための別個のターゲットペア）を含んでもよく、２つのターゲットは、構成要素格子間に課される意図的なバイアスδが異なる。一実施形態では、両ターゲットは、異なる課されたバイアスδ１、δ２を有し得る。しかし、説明の残りの部分では、提案されるターゲット構成は、意図的に課されたバイアスδを有する第１のターゲット及び意図的なバイアスのない第２のターゲットを含む。
【００５４】
[0050]  一実施形態では、各ターゲットが、空間的にコヒーレントな放射線で照明される。両格子
【数１０】
2021515416.tif 000012
からの＋１及び−１の回折次数の完全なフィールドは、コヒーレントに算出（直接的なホログラフィ方法により、及び／又は位相取得方法により）され得る。これらのフィールドは、第１の（バイアス）ターゲットから回折された正の回折次数（例えば、＋１）から捕捉された完全なフィールドを含む第１の正のより高次の回折フィールド
【数１１】
2021515416.tif 000013
、第２の（非バイアス）ターゲットから回折された正の回折次数（例えば、＋１）から捕捉された完全なフィールドを含む第２の正のより高次の回折フィールド
【数１２】
2021515416.tif 000014
、第１の（バイアス）ターゲットから回折された負の回折次数（例えば、−１）から捕捉された完全なフィールドを含む第１の負のより高次の回折フィールド
【数１３】
2021515416.tif 000015
、及び第２の（非バイアス）ターゲットから回折された負の回折次数（例えば、−１）から捕捉された完全なフィールドを含む第２の負のより高次の回折フィールド
【数１４】
2021515416.tif 000016
を含む。
【００５５】
[0051]  第１の実施形態では、絶対コヒーレント測定のためのアルゴリズムを提案する。このような実施形態では、１つのターゲットのみ、及び２つの絶対位相測定が必要とされる。最上部格子からの回折の絶対位相シフトが分かっている（これは、例えば、ホログラフィ方法を使用して算出することができる）という条件で、オーバーレイは、単一のターゲットの＋１及び−１の回折次数のコヒーレント測定から取得することができる。これを達成するために、最上部格子のｘ及びｚ位置が、所望のオーバーレイ解像度よりも高い精度で算出されるべきである。ｘ位置の算出は、ターゲットの像から導出することができる。この実施形態は、結像ベースのオーバーレイ測定と似ており、その欠陥の多くを有する。
【００５６】
[0052]  このような実施形態では、オーバーレイ誘起位相シフトφＯＶは、
【数１５】
2021515416.tif 000017
から計算することができ、式中、バイアス誘起位相シフトφδ＝２πδである。測定ノイズは、角度φｏｖを複素数にし得ることに留意されたい。これは、角度が常に実数値であることを確実にすることによって対処することができる。
【００５７】
[0053]  第２の完全にコヒーレントな測定実施形態では、絶対位相算出は必要とされない。代わりに、２つのターゲット（例えば上記のようなもの：バイアスδを有する第１のターゲット及びバイアスのない第２のターゲット）が測定され、４つの回折フィールド
【数１６】
2021515416.tif 000018
（即ち、＋１及び−１の回折次数のそれぞれに関係し、及び各ターゲットからのフィールド）間の相対位相が捕捉される。次いで、以下の式に従って、オーバーレイ誘起位相シフトφＯＶを計算することができる。
【数１７】
2021515416.tif 000019
式中、バイアスδは、格子ピッチｐの半分に等しい（δ＝ｐ／２）。この特定のバイアスは、必須要件ではないが、オーバーレイ誘起位相シフトφＯＶの計算を簡単にする。この手法は、＋１回折次数及び−１回折次数の両方を同時に捕捉するメトロロジ構成（例えば、ターゲットに対する測定ビームの法線（又は近法線）入射を用いるメトロロジ構成）に最も良く適し得る。このような構成の場合、４つのフィールド間の相対位相は、比較的単純に捕捉することができる。代替的に、正及び負の回折次数の両方を測定するために、ウェーハを回転させてもよい。
【００５８】
[0054]  上記の実施形態は、正の回折次数に関係する回折フィールド
【数１８】
2021515416.tif 000020
間の相対位相、及び負の回折次数に関係する回折フィールド
【数１９】
2021515416.tif 000021
間の相対位相の知識のみが必要とされるように、部分的にコヒーレントな測定実施形態へと改良することができる。この実施形態は、例えば、オフアクシス照明（この場合、測定ビームは、法線から最大例えば８０度までのどんなものでもよい）を使用するメトロロジ構成を使用する場合に有用となり得る。このような構成では、正及び負の回折次数は、別々に（例えば、別個の獲得で）捕捉することができ、従って、それらの間の相対位相は、利用可能ではないことがある。そのため、本実施形態におけるオーバーレイ誘起位相シフトφＯＶは、フィールド
【数２０】
2021515416.tif 000022
の組み合わせ、及びフィールド
【数２１】
2021515416.tif 000023
の組み合わせから取得することができる。
【００５９】
[0055]  既に述べた通り、最上部格子と最下部格子との間の相対位相差は、最上部格子から回折されたフィールドの位相が未知であるため、直接測定することができない。しかし、第１のターゲット及び第２のターゲットの最上部格子間の位相関係が分かっている場合、位相φ＋、φ−は、以下のように取得することができる。
【００６０】
[0056]  フィールド
【数２２】
2021515416.tif 000024
から、最上部格子からの＋１回折フィールド
【数２３】
2021515416.tif 000025
及び最下部格子からの＋１回折フィールド
【数２４】
2021515416.tif 000026
を算出することができる。
【数２５】
2021515416.tif 000027
【００６１】
[0057]  従って、
【数２６】
2021515416.tif 000028
である。
【００６２】
[0058]  次いで、これらのステップを、φ−を算出するために−１回折次数に関して繰り返すことができる。オーバーレイ誘起位相シフトφＯＶは、
２φＯＶ＝φ＋−φ−      式（９）
から計算することができる。
従って、バイアス誘起位相シフトφδ＝２πδ（δの項は、格子ピッチに対して正規化される）の場合、上記を代入して、オーバーレイ誘起位相シフトφＯＶは、以下の式に従って計算することができる。
【数２７】
2021515416.tif 000029
式中、複素数ｚの符号は、ｓｇｎ（ｚ）＝ｚ／｜ｚ｜によって定義され、そのため、プラスの次数とマイナスの次数との間の相対位相が必要とされないことを確実にする効果を有する。
【００６３】
[0059]  この計算は、格子ピッチｐの半分を含む最適化バイアスδ（即ち、δ＝ｐ／２）が選択された場合に単純化することができる。この場合、式は、
【数２８】
2021515416.tif 000030
となる。
【００６４】
[0060]  この部分的コヒーレント実施形態の場合、測定された像（即ち、検出器上）におけるコントラストは、完全コヒーレント実施形態の場合よりも低くなることが認識されるだろう。しかし、同じ位相情報が取得される（又は、ホログラフィを使用する場合は、直接測定される）。従って、部分的コヒーレント実施形態及び完全コヒーレント実施形態に関係する式は、コントラストの損失に対する正規化局面を除き同じである。
【００６５】
[0061]  全てのケースにおいて、実際のオーバーレイＯＶは、以下の式に従って、オーバーレイ誘起位相シフトφＯＶから計算することができる。
【数２９】
2021515416.tif 000031
このオーバーレイは、現在のＤＢＯ方法のように、ターゲット格子ピッチｐを法として取得され得る。例えば、
【数３０】
2021515416.tif 000032
である。
【００６６】
[0062]  上記の式は、１次散乱のみを考慮し、それにより、オーバーレイ誘起位相シフトφＯＶと、結果として生じるオーバーレイＯＶとの間に直線関係が生じる。しかし、近接場効果及び／又はより高次の回折効果がこの関係に非線形性を加え得ることが認められている。但し、この非線形性は、非常に小さいと見込まれており、従って無視する（或いは、補正する）ことができる。上記のようにバイアスを最適化すること（δ＝ｐ／２）が、この非線形性の影響を低減することが認識されるだろう。加えて、このようなバイアスは、信号対ノイズ比を向上させるべきである。
【００６７】
[0063]  必要とされる相対（又は絶対）位相を測定又は抽出するための任意の方法が、上記の方法において使用され得る。数個の例示的測定方式を例としてこれより説明する。各ケースにおいて、空間的（部分的）コヒーレント照明が使用されるべきである。
【００６８】
[0064]  図９は、デジタルホログラフィ顕微鏡法構成を模式的に示す。（例えば、参照レーザビームＲＢからの）既知の参照フィールドが、センサＳＥＮ（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ）上で、（ターゲットＴから回折された）回折次数＋１、−１の物体フィールドとコヒーレントに結合される。結合フィールドから（例えば、センサ上の追加のフリンジから）の測定強度が、例えば、適したコンピュータアルゴリズムを使用して、参照フィールド及び物体フィールドに分解される。これは、当然、物体フィールドの強度及び位相を提供し、これらから、両格子の回折次数間の位相関係が得られる。デジタルホログラフィ顕微鏡法は、ターゲットの予備知識なしに単一の測定から位相を算出することを可能にし、さらに、絶対位相測定が行われることを可能にする。
【００６９】
[0065]  ある代替実施形態では、計算イメージング／位相取得手法が用いられ得る。このような手法では、ターゲットの振幅及び位相が、ターゲットの１つ又は複数の強度測定から取得される。位相の取得は、（例えば、位相取得アルゴリズムの導出／設計を行うための開始点を形成する損失関数に含められることに関する）メトロロジターゲットの事前情報を使用し得る。代替的に、又は事前情報手法と組み合わせて、多様性測定が行われ得る。多様性を達成するために、イメージングシステムは、測定間でわずかに変更される。多様性測定の一例は、スルーフォーカスステッピング（即ち、異なるフォーカス位置で測定値を得ることによる）である。多様性を導入するための代替方法には、例えば、異なる照明波長、若しくは異なる波長範囲を使用すること、照明を変調させること、又は測定間でターゲットに対する照明の入射角を変更することが含まれる。
【００７０】
[0066]  位相取得構成は、２つのターゲット間で相対位相を算出するために必要とされる。一般に、位相取得は、必ずしもこれを保証しない。例えば、これは、典型的には、情報が不十分なため、最良のフォーカスにおける単一の測定のみからでは不可能である。両ターゲットによって放射されたフィールドが干渉する場合に十分な情報を得ることができる。しかし、合焦時には、各ターゲットからの回折次数が狭くなる傾向があり、従って、他のターゲットからの回折次数と干渉しない。そのため、焦点外測定が提案される。必要とされる焦点外距離は、両格子間の間隔によって設定される。一実施形態では、焦点外距離は、以下によって短くすることができる：
・  対応するフィールドの直接干渉を確保するためにターゲット間の距離を短くすること（即ち、第１のターゲットからの＋１回折次数が第２のターゲットからの＋１回折次数と干渉し、及び−１回折次数に関しても同様となるように、類似のより高次の回折次数に関連して）。例えば、ターゲット間の距離が、各ターゲットの点広がり関数の空間コヒーレンス長さに対して大きくないように；
・  両ターゲットからの回折フィールドと干渉する中間（参照）フィールドを生成する１つの追加構造（例えば、単一格子）を両ターゲットの隣に追加すること、又は
・  中間（参照）フィールドを生成する２つ以上の追加構造（例えば、各ケースにおいて単一格子）を各ターゲットの近くに追加すること（各ターゲットからの各フィールドが、対応する追加構造からの回折フィールドとの干渉を受けるように）。
【００７１】
[0067]  ここまでの記載は、オーバーレイ（即ち、異なる層の相対アライメント）の算出に集中してきた。本明細書に記載する原理は、単一の構造又はターゲットの配置誤差の算出に使用することもできる。リソグラフィ装置を用いて格子をプリントする際に、格子の正確なプリント場所が、所望の位置からずれ得る。或いは、同じ層内で露光された２つの格子間の望ましくない相対位置オフセットが存在し得る。これは、リソグラフィ装置の結像レンズのレンズ収差による場合がある。ずれは、典型的には、レチクル上の場所及び／又は格子ピッチ及び／又はウェーハ処理変動に依存する。同じ層の格子の相対位置をモニタリングすることが望ましい場合がある別の適用例は、（例えば）２つの格子が異なるリソグラフィステップでプリントされるが、同じ層内にプリントされる場合である。これは、例えば、ＬＥＬＥ（Litho-Etch-Litho-Etch）プロセスなどの特定の複数のパターニングプロセスにおけるケースとなり得る。別の例は、ステッチダイのアライメントをモニタリングするためのものである。これは、リソグラフィ装置の単一露光で露光することができる最大面積（最大スキャンフィールド面積）に応じて、単一回路／デバイス層が、共にステッチされた（ステッチダイ）２回（又はそれよりも多い）の露光で露光されることの場合がある。ステッチダイの２つのサブフィールドのアライメントを測定するために、ステッチ格子ペア又はステッチターゲットを形成することができ、これは、（例えば、第１のレチクルからパターン形成された）第１のサブフィールド上の第１の格子、及び（例えば、第２のレチクルからパターン形成された）第２のサブフィールド上の第２の（相補）格子を含み得る。この場合、相補パターンの相対的ポジショニングを測定することによって、２つのサブフィールドの相対的ポジショニングの尺度（「ステッチオーバーレイ」）を提供することができる。
【００７２】
[0068]  位相感応性測定を用いた（局所）配置誤差を測定する方法をこれより説明する。この方法は、それぞれが（例えば、単一の層に）単一の格子を含む２つのターゲットの位相測定を行うことと、２つの格子間の変位誘起位相差からの相対変位を算出すること（例えば、既知の照明角を用いた照明を仮定する）とを含む。この方法は、本明細書に記載する方法の何れかを使用して位相情報を算出／抽出することができる。単一ターゲットの実施形態も説明する。
【００７３】
[0069]  互いに十分近くに配置された２つのターゲット（例えば、単一格子ターゲット）を考察する。この例では、十分に近いとは、ターゲット間の距離が各ターゲットの点広がり関数の空間コヒーレンス長さに対して大きくないようなものでよい（既に述べた通り、十分に近くない場合には、１つ又は複数の介在構造が使用され得る）。２つのターゲットの像が、像全体の位相情報を含み測定され得る。例えば、像は、個々の格子線が解像されないような暗視野像でもよい。２つのターゲットの内の第１のターゲットからの少なくとも１つのより高次の回折次数と、２つのターゲットの内の第２のターゲットからの少なくとも１つのより高次の回折次数との間の位相差は、格子間の距離に関する情報を含む。第１の格子は、第２の格子の位置の基準の役割を果たす。これは、概念上、デジタル干渉計を使用した測定に類似する。
【００７４】
[0070]  これら２つの格子は、異なるピッチｐ１、ｐ２を有してもよく、及び異なる格子次数ｍ１、ｍ２が使用されてもよい。変位Ｄ１−Ｄ２（有効格子ピッチを法とする）は、変位誘起位相差φ１−φ２から得ることができる。より詳細には、変位は、以下によって得ることができる。
【数３１】
2021515416.tif 000033
【００７５】
[0071]  なお、ターゲット間のプログラムされたオフセットは、この式に「プログラムされた」変位項を加える。
【００７６】
[0072]  一実施形態では、２つの場所（例えば、第１の場所が第１の格子の場所であり、第２の場所が第２の格子の場所である）間の配置誤差変動を表す配置誤差変動測定基準を算出することができる。これは、位相差φ１−φ２、より詳細には、差
【数３２】
2021515416.tif 000034
に関する配置誤差変動測定基準を計算することを含み得る。
【００７７】
[0073]  配置誤差変動測定基準は、標準偏差又は標準偏差ベースの測定基準を含み得る。一実施形態では、適した標準偏差ベースの測定基準は、ＭＡＤ（Median Absolute Deviation）推定量又はＭＡＤ測定基準を使用することを含み得る。ＭＡＤは、標準偏差に関係するが、より著しくロバストである（即ち、ＭＡＤは、最大５０％外れ値まで許容することができる）。
【００７８】
[0074]  なお、配置誤差変動測定基準の計算は、２πを法とする挙動による潜在的問題を考慮しなければならない。これは、センサの光軸に対して１つ又は複数の格子の原点が正確にどこにあるかを知らないという観点から考えることができる。２πを法とする挙動を考慮するために、（例えば）結果として生じる標準偏差（又は他の変動測定基準）が最小化されるように、画素レベルで任意の２π位相シフトを導入することが提案される。
【００７９】
[0075]  単一ターゲット（格子）の実施形態は、単一のターゲット内で、その単一ターゲット内の場所の関数として定位相φが予期されるという事実に基づき得る。これは、エッジ領域を無視し、それは、例えば、ターゲット回折効果により位相変動がそこで予期されるためである。位相φの変動は、標準偏差ベースの測定基準（例えば、上記のＭＡＤ推定量）のような配置誤差変動測定基準によって算出することができる。この配置誤差変動測定基準は、単一のターゲットエリア内の配置誤差のＫＰＩとして機能し得る。
【００８０】
[0076]  位相の取得自体が、上述の欧州特許出願公開第１７１９９７６４号に基づき得る。これは、ターゲット及び照明放射線の相互作用が電界（振幅及び位相）の観点から記述されるように、強度測定から対応する位相取得を算出することを記載している。この強度測定は、従来のメトロロジで使用される品質よりも低いものであり、従って上記のように焦点外となり得る。記述される相互作用は、ターゲットの真上の電界及び／又は磁場の表現を含み得る。このような実施形態では、照明されたターゲット電界像及び／又は磁場像は、ターゲットと平行な平面内の（例えば、二次元）表面上の微小電流及び／又は磁流ダイポールによる等価なソース記述としてモデリングされる。このような平面は、例えば、ターゲットの真上の平面（例えば、レイリー基準による合焦した平面）でもよい。但し、モデル平面の場所は重要ではない。一旦ある平面の振幅及び位相が分かれば、それらは、その他の平面（合焦、焦点外、又は瞳面）に計算的に伝搬させることができる。代替的に、記述は、ターゲットの複雑な伝送又はそれの二次元等価物を含み得る。
【００８１】
[0077]  位相取得は、回折放射線に対する照明放射線とターゲットとの間の相互作用の影響をモデリングして、モデリングされた強度パターンを得ることと、モデリングされた強度パターンと検出された強度パターンとの間の差を最小限に抑えるためにモデル内で電界の位相及び振幅を最適化することとを含み得る。より詳細には、測定値の獲得中に、（例えばターゲットの）像が検出器上で捕捉され、その強度が測定される。位相取得アルゴリズムを使用して、ターゲットと平行な平面にある（例えば、ターゲットの真上にある）電界の振幅及び位相が算出される。位相取得アルゴリズムは、理想センサの順モデル（例えば、収差及びコヒーレンス）を使用して、ターゲットを再結像して、検出器の平面におけるフィールドの強度及び位相のモデリングされた値を得る。ターゲットモデルは必要とされない。モデリングされた強度値と検出された強度値との間の差は、位相及び振幅の観点から最小限に抑えられ（例えば反復的に）、結果として得られる対応するモデリングされた位相値は、取得された位相と見なされる。
【００８２】
[0078]  位相を取得するために必要とされる情報は、多様性（複数の多様な測定又は像）に由来し得る。代替的に、又は組み合わせて、予備（ターゲット）知識を用いて、位相取得アルゴリズムが制約され得る。例えば、予備知識は、位相取得アルゴリズムの導出／設計を行うための開始点を形成する損失関数に含まれ得る。このような実施形態では、予備知識は、例えば、ターゲットの複数の像のそれぞれの像間に多くの規則性が存在するといった特定の観察に基づき得る。複数の像は、単一の測定（例えば、２つ以上の照明条件を用いた測定。例えば、多波長測定）において、又は既述の多様性測定（異なるフォーカスレベルなど）から得られ得る。各像に関して、ターゲットは、基本的に類似の形態を有する平坦構造を含むことが観察され得る。具体的には、得られた各ターゲット像は、各関心対象領域に関して、同じ又は非常に類似した位置及び形状を有する。例えば、ターゲットが、現在使用されているＤＢＯターゲットの一般形態を有するｘ及びｙ方向複合ターゲットである場合、各像は、一般に、複合ターゲットを構成する各ターゲットの位置に対応する比較的平坦な強度プロファイル（例えば、より大きな正方形パターンの各クアドラントにおける比較的平坦な強度プロファイル）を有する比較的高強度の領域を含む。像間のこの類似性は、例えば、全変動（Total Variation）の一般化、又はベクトル全変動（Vector Total Variation）正則化（即ち、ターゲット像の勾配にＬ１ペナルティを課す）により利用され得る。このベクトル一般化の利点は、それが例えば異なる照明条件間のカップリングを導入する点である。
【００８３】
[0079]  多様性、予備ターゲット知識、又はその両方が位相取得において使用され得ることが明らかであろう。十分な多様性があれば、収束を確実にするために予備ターゲット知識に基づいて制約を課すことが必要とはならない。同様に、予備ターゲット知識を用いて位相取得アルゴリズムを制約することにより、多様性（例えば、異なるデフォーカスレベルでの測定）は必要とはならない。収束のより高い精度又はより良い保証は、多様性及び予備ターゲット知識制約を課すことの両方を用いて得られ得る。このような方法を行うためのメトロロジ装置は、例えば、図５（ａ）に示す装置の形態を取り得る。しかし、これは、単なる例示であり、任意の適したスキャトロメトリベースのメトロロジデバイスが使用され得る。
【００８４】
[0080]  上記の例は、オーバーレイの観点から説明したが、本発明は、ターゲットなどの構造における非対称性を測定することに基づくあらゆるメトロロジに等しく適用可能である。オーバーレイは、このように測定することができる関心対象特性の一例であるが、他の例は、フォーカス及び／又はドーズを含み得る。これらは、例えばフォーカス又はドーズ依存非対称性を用いて露光されたターゲットから測定することができ、フォーカス又はドーズ依存非対称性は、逆に測定することができ、露光フォーカス位置及び／又はドーズは、それから算出することができる。本明細書の概念が適用可能な関心対象特性の別の例はＥＰＥ（エッジ配置誤差）であり、これは、オーバーレイのより複雑な形態である（例えば、オーバーレイ及びクリティカルディメンジョン均一性の組み合わせ）。
【００８５】
[0081]  別の実施形態では、絶対性能測定基準として使用することができる新規の性能測定基準又は主要性能指標（ＫＰＩ（key performance indicator））が提案される。現在、典型的な強度（のみ）非対称性ベースのオーバーレイは、真のオーバーレイが未知であるため、絶対参照を持たない。その結果、性能評価は、（例えば）異なる照明特性（波長など）を用いて測定されたターゲットのオーバーレイ測定に基づいて相対ＫＰＩから得られる。ターゲットから振幅及び位相の測定を提供する上述の文献（欧州特許出願公開第１７１９９７６４号）に記載される方法と同じ問題が生じる。この振幅及び位相像からオーバーレイ値を抽出し、この抽出されたオーバーレイ値を（例えば）別の波長を使用して算出されたオーバーレイ値と比較して初めて、測定性能を評価することができる。
【００８６】
[0082]  本実施形態において提案されるＫＰＩの基本概念は、バイアスδ（即ち、バイアス誘起位相シフトφδ）を数値的に算出し、これを所期のバイアスδ又は所期のバイアス誘起位相シフトφδと比較することである。製造誤差（例えば、プロセス変動又は類似のもの）がないと仮定して、これらの値がより近く合致するほど、測定性能は良くなる。本実施形態では、バイアス誘起位相シフト及びターゲットバイアスという用語は、それらが２π÷ターゲット格子の周期分異なるだけであるので、同義で使用される。
【００８７】
[0083]  部分的コヒーレント実施形態を再度考察し、式（１１）の導出と類似した導出であるが、複雑になり得る、正の回折次数の測定と負の回折次数の測定との間のあり得るセンサ伝送オフセットφｓｅｎｓｏｒを明確に考慮した導出が提供される。
【数３３】
2021515416.tif 000035
のそれぞれの
【数３４】
2021515416.tif 000036
の別個の測定は、
【数３５】
2021515416.tif 000037
をもたらし、式中、２つのターゲット格子のピッチは、２πの位相と一致する。
【００８８】
[0084]  式（１５）〜（１８）では、フィールド
【数３６】
2021515416.tif 000038
、
【数３７】
2021515416.tif 000039
、
【数３８】
2021515416.tif 000040
が既知であり／測定され、バイアス誘起位相シフトφδも既知であり（但し、それは、本実施形態では未知であると仮定され、ＫＰＩとして数学的に導出される）、並びに残りのパラメータが未知である。これにより、８つの（実数値）式及び８つの未知数がもたらされ、これらは、既述の通りオーバーレイＯＶについて解くことができる。例えば、
【数３９】
2021515416.tif 000041
であり、これは、式（１０）に類似する。
【００８９】
[0085]  ＫＰＩを導出するために、本実施形態では、未知のターゲットバイアス誘起位相シフトφδ（即ち、既知の意図的なターゲットバイアスδが未知であると仮定される）について式（１４）〜（１７）を解くことが提案される。その結果は、以下の式のペアである。
【数４０】
2021515416.tif 000042
これらの式の内の二番目の式は、式（１９）である。式の等価ペアは、完全コヒーレント測定実施形態（式（６））及び絶対コヒーレント測定実施形態（式（４）又は（５））に関して類似したやり方で導出され得る。
【００９０】
[0086]  未知のターゲットバイアスφδについて式（２０）のペアを、第１の式の左辺が実際にゼロである未知のターゲットバイアスの値を求めるために、これら２つの式に対する数的求根により解くことが提案される。
【００９１】
[0087]  図１０（ａ）は、未知のターゲットバイアスφδの関数として、式（１９）の第１の式の左辺の値のプロットを示し、実部は実線で示され、虚部は点線で示される。このプロットは、複数の根を示し、０及び２πの根は、これらが上記の２つの式の自明な興味のない解であるため廃棄され得る。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の一部の拡大詳細図である。これは、３つの根を示し、これらの根の内、既知の意図的なバイアスに最も近い又は等しい根が正しいと仮定される。従って、この特定の例では、既知のターゲットバイアスは、０．１０ラドであり、従って、図上の０．１０ラドで、又はその付近で観察することができる根が正しい根である。なお、他の２つの根は共に、０．４７ラド近くに存在する。
【００９２】
[0088]  従って、このようにターゲットバイアスφδを未知であるかのように数学的に算出することによって、測定性能を評価するために、既知の意図的なターゲットバイアス２πδと比較され得るＫＰＩが導出される。これは、ターゲットの回折強度及び位相の知識に基づいて測定性能を査定するためのＫＰＩをもたらす。ＫＰＩは、オーバーレイターゲットの生成された（例えば、計算イメージングによって生成された）振幅及び位相像に対して直接（即ち、それを例えば異なる波長を用いた測定と比較する必要なく）使用することができる。このことは、例えば異なる計算イメージングコンポーネント設定（例えば、光学系較正戦略設定及び／又は位相取得アルゴリズム設定）をそれらの性能に関して比較するためにＫＰＩを使用することができるため有益である。このＫＰＩは、異なる測定レシピ（例えば、ターゲット特性及び照明特性の組み合わせ）を評価するためのメトロロジ認定に使用することもできる。例えば、ＫＰＩは、このようなメトロロジ認定ステップにおいて、波長選択を増やすための絶対参照として使用され得る。より詳細には、それは、このような方法が、推定されたターゲットバイアス（ＫＰＩ）が既知の予めプログラムされたターゲットバイアスに十分に合致する（例えば、閾値範囲内）照明特性（例えば波長）のみを考慮することを含むものでもよい。
【００９３】
[0089]  図１１に示す照明及びターゲットの単純モデルに基づいて、本明細書に記載される概念を用いたいくつかの追加の実施形態をこれより開示する。これは、最上部格子ｔ及び最下部格子ｂを有するＤＢＯターゲットの単純な回折モデルを示す。説明は、一方向（Ｘ又はＹ）の測定を行うために設計された単一オーバーレイターゲットに言及し、完全なＸ＋Ｙオーバーレイターゲットへの拡張は、容易である。以下の説明におけるこの単一オーバーレイターゲットは、２つのサブターゲットを含み、第１のサブターゲットは、負のバイアス−ｄを有し、第２のサブターゲットは、正のバイアス＋ｄを有する。これは、前述の１つのバイアスターゲット及び１つの非バイアスターゲットと対照をなす。この原理は、各ケースにおいて同じであり、数学的記述の些細な詳細のみが異なる。
【００９４】
[0090]  ターゲットは、２つのモード（通常照明ＩＮ及び相補的照明ＩＣ）で露光される。通常照明モードでは、最上部格子及び最下部格子によって回折された＋１次がメトロロジツールによって共に検出され、相補的照明モードでは、結合された−１次が検出される。２つの照明モードは、２つの異なる測定モードであるウェーハ回転（ＷＲ（例えば、０度（ＷＲ０）〜１８０度（ＷＲ１８０）））又は相補的アパーチャ（ＣＡ）により得ることができる。これらの測定モードに基づいて、以下に従ってオーバーレイＯＶ及びツール誘起シフトＴＩＳを算出するためのシステム挙動が定義される。
【００９５】
【表１】
2021515416.tif 000043
【００９６】
[0091]  システムが収差に悩まされる場合、ＷＲモードでオーバーレイ測定を行うことが最も好まれ得る。これは、光学系を通る光路を固定し、収差の影響を低減すると共に、信号におけるターゲット誘起非対称性からツール誘起非対称性をより上手く分離することも可能にする。典型的には、アパーチャの切り替えは、ウェーハの回転よりもずっと速く、結果として生じるスループットの恩恵がＣＡモードでのオーバーレイ測定にある。
【００９７】
[0092]  測定されたフィールドは、最上部層及び最下部層における回折フィールド、これらのフィールド間の位相遅れ、並びに未知の共通位相の観点から表現され得る。
【数４１】
2021515416.tif 000044
式中、位相項
【数４２】
2021515416.tif 000045
及び
【数４３】
2021515416.tif 000046
は、ピッチＰに対する加えられたバイアス及びＯＶによって算出される。
【数４４】
2021515416.tif 000047
【００９８】
[0093]  なお、この表記は、未知の共通位相を強調し、且つ未知数の数を明確にするために、上記で使用したものと若干異なる。例えば、この表記下では、式（１９）と等価のオーバーレイの式は、以下の通りである。
【数４５】
2021515416.tif 000048
【００９９】
[0094]  見て分かるように、これらの関係は、８つの独立した式（測定された複素フィールド当たり２つ）を生じさせるが、６つの未知数及び意図的に知られている１つのパラメータが存在する。既に述べたように、従来のＤＢＯがスタック感度を持たない場合であっても、これらの関係を用いて、測定されたフィールドからオーバーレイを導出することができる。
【０１００】
[0095]  測定されたフィールドにおけるエラーに対する測定されたオーバーレイの感度が算出され得ることがさらに提案される。これは、測定されたオーバーレイの精度を予測するために使用することができ、従って、ある特定の適用例に対する直接的な関連性を有する品質ＫＰＩとして使用することができる。
【０１０１】
[0096]  式（２７）から開始して、各測定されたフィールドにおけるエラーに対する感度を導出することができる。より詳細には、測定されたフィールドＥ＿におけるエラーを振幅及び位相における相対エラー
【数４６】
2021515416.tif 000049
として書くと、Ｅ＿における測定エラーに対する感度に関する以下の式が導出され得る。
【数４７】
2021515416.tif 000050
【０１０２】
[0097]  同様に、他の測定されたコンポーネントの１つにおけるエラーに対する感度が導出され得る。測定エラーのソース（ノイズ又は系統性）に応じて、感度が、例えば、二乗平均平方根（ＲＭＳ）又は線形形式で追加され得る。フィールド振幅又はフィールド位相における測定ノイズに対するＲＭＳ感度は、スタック位相遅延
【数４８】
2021515416.tif 000051
の関数であると示され得る。上記の感度式は、別のＯＶ取得アルゴリズムが使用される（下記を参照）場合には変わるが、その考えは有効なままであることに留意されたい。
【０１０３】
[0098]  ここまで説明した方法は、オーバーレイの分析解に基づき（例えば、式（１９）／（２７））、これは、理想的なエラーのないケースに最適である。測定エラー又はターゲットの不完全性（欠陥、プロセス変形、格子の不均衡）が存在する場合には、この解は、必ずしも最適ではない。例えば、２０度の
【数４９】
2021515416.tif 000052
の値に関して、分析的表現に基づいた位相分解方法は、強度のみに基づくＤＢＯ測定よりも振幅エラーに対してより高い感度を有するが、追加情報としての位相の包含は、より低い感度が達成されることを可能にするはずである。
【０１０４】
[0099]  分析的表現を使用する代わりに、測定された信号のモデルとして式（２１）〜（２４）を使用し、及び測定された複素フィールドとモデリングされた複素フィールドとの間の差を最小限にする値を求めることによって、よりロバストなＯＶ推定量を得ることができる。この考えの可能な実施は、最尤推定量の使用である。以下の１つ又は複数（任意の組み合わせで）などの特定のエラーソースに対する感度を抑制するために、このような最小化で使用される費用関数において計量が適用され得る。
・  振幅よりも測定された電界の位相において、より高いノイズ、
・  測定されたフィールドに対する系統的センサエラー（センサ非対称性）の影響、
・  測定されたフィールドに対してより頻繁に生じることが知られているプロセスエラーの影響、
・  強度非対称性と電界非対称性の相関などの測定されたコンポーネントのノイズにおける相関の影響。
【０１０５】
[00100]  全電界からオーバーレイを抽出するために最適の手法を選択することは、
【数５０】
2021515416.tif 000053
の値にも基づき得る。様々な方法の感度がこのパラメータに強く依存することが示され得る。
【０１０６】
[00101]  計算された
【数５１】
2021515416.tif 000054
と既知の
【数５２】
2021515416.tif 000055
との間の一貫性に基づくＫＰＩ（即ち、予めプログラムされたオーバーレイバイアスベースのＫＰＩ）を既に説明した。これに加えて、式（２１）〜（２４）のフルセットも、パラメータＥｂ、Ｅｔ、及び
【数５３】
2021515416.tif 000056
が解かれることを可能にする。
【数５４】
2021515416.tif 000057
【０１０７】
[00102]  図１１に示すように、これらのパラメータは、ターゲット、より正確には、ターゲットを構成するジオメトリ及び材料に依存する。そして、これらは製造処理条件に依存する。従って、これらのパラメータは、一貫性ＫＰＩとして使用され得る。これらのパラメータをモニタリングし、変化にフラグを立てることは、プロセスモニタリングにおいて役に立ち得る。大量生産において、例えば、測定の品質を保証するための最小感度に基づいて、又はプロセス変動の統計分析に基づいて、管理限界を設定することが可能である。
【０１０８】
[00103]  これらの一貫性ＫＰＩを導出するために情報の余剰を使用することに加えて、理想ターゲットに対する理想測定（ノイズ及びエラーのない）に関して成り立つ以下の式が追加的に導出され得る。
｜Ｅ＋−Ｅ＋δ｜＝｜Ｅ＿−Ｅ＿δ｜      式（３０）
及び
【数５５】
2021515416.tif 000058
【０１０９】
[00104]  根本原因を見つけるために、これらの等式からのずれが分析され得る。例えば、ランダム変動は、測定ノイズが問題であると示唆するが、系統的ウェーハ全体フィンガープリントは、正バイアスターゲット及び負バイアスターゲットに異なって影響する処理効果を示す。なお、例えば、これらの式の内の２番目の式は、理想ターゲットに関して、最下部格子の＋１次及び−１次回折効率が類似するという仮定を表す。測定ツール非対称性が除外され得る場合（下記を参照）、この式からのずれは、最下部格子非対称を示し得る。
【０１１０】
[00105]  ＤＢＯでは、様々な信号間の強度差が、異なるやり方で組み合わせられることにより、非対称性の根本原因がさらに分けられる。なお、未知の共通位相項により、この方法は、電界に直接適用することはできないが、上述のものとは異なる他の信号の組み合わせの計算及びモニタリングを行うことが有益となり得る。
【０１１１】
[00106]  プロセス変動の発生及びメカニズムをより深く理解するために、上述の全パラメータのウェーハ全体の、ウェーハ間の、及びツール間の変動を分析することが有益となり得る。これは、ツール及びプロセスＫＰＩの抽出を可能にし得る。
【０１１２】
[00107]  理想的な均一ターゲットペアに関して方法を上記で説明した。これらの概念は、ピクセルペアを基礎としてターゲット内変動を算出するために使用することもできる。例えば、ウェーハ処理中に、エラーが生じる。このような処理エラーは、オーバーレイターゲットにおいて明白であることが多く、これは、それらを診断する機会を提供する。しかし、現在の像に基づくメトロロジ技術は、これを行うには不十分な情報（即ち、強度のフリンジのみ）を提供する。
【０１１３】
[00108]  位相分解オーバーレイ測定を使用することによって、像のピクセルごとに（点ごとに）、最上部格子から放射された波の強度及び位相の両方を取得することができる。これは、以下を可能にする。
・  最上部格子のトポロジの取得、
・  ピクセルごとのオーバーレイ測定、
・  トポロジ情報をスタックのモデルに与えることができる。
【０１１４】
[00109]  より詳細には、スタックにおける光の光路長を取得することができる。これは、組立誤差（スタックの厚さ／屈折率の変化）に関する情報を提供する。層の厚さ及び屈折率が分かっている場合、これは、直接的に最上部層のトポロジを与えることさえできる。
【０１１５】
[00110]  上記の部分的コヒーレント測定実施形態の仮定に基づいて、測定された複素電界
【数５６】
2021515416.tif 000059
の観点から光路長を表す式を導出することができる。ウェーハ上の２つの場所間の光路長差ΔＯＰＬ（ｒｉ，ｒｊ）（波長λを法とする、即ち、ある波長よりも小さい光路長差に関する）は、
【数５７】
2021515416.tif 000060
によって導出することができる。式中、対数の引数又は虚部を取り（実部はスタックにおける吸収の尺度を提供し、又は両場所における異なる回折強度を示す）、Δφ｛ｓｔａｃｋ｝（ｒ｛ｉ｝，ｒ｛ｊ｝）＝φ｛ｓｔａｃｋ｝（ｒ｛ｉ｝）−φ｛ｓｔａｃｋ｝（ｒ｛ｉ｝）は、
【数５８】
2021515416.tif 000061
によって与えられ、式中、
【数５９】
2021515416.tif 000062
である。
【０１１６】
[00111]  次数ごとの非対称性が、いくつかの獲得のそれぞれに対して算出される（各獲得は、異なる獲得設定で行われ得る）別の実施形態をこれより説明する。異なる獲得設定は、例えば、異なる波長、偏光、フォーカス設定、その他の関連パラメータ設定、及び／又はこれらのパラメータの２つ以上の異なる組み合わせを含み得る。次いで、複数の獲得からの非対称性を結合させることができる。
【０１１７】
[00112]  これまで説明したように、位相取得アルゴリズムによって、全ての獲得が単一の位相取得に結合されると、トラブルシューティング又は最適化を行うことが課題となり得る。計算方法（強度、位相など）ごとに、単一のオーバーレイ値が報告される。上記の概念は、獲得された像内での信頼できる位相取得結果（回折角、回折次数）の提供において、ハードウェアによって制限され得る。像間で、任意の位相オフセットが存在し得る。
【０１１８】
[00113]  本実施形態で提案された複数の獲得を使用することによって、追加の補正をオフセットに適用することができ、及び／又はこれらの複数の獲得に対する非線形性分布分析が、測定／獲得設定及び効率的なレシピセットアップにおけるトラブルシューティングを可能にする。加えて、位相取得アルゴリズムが複数の獲得にわたり完全に理解されていない場合など、多重獲得方法が、代替品として使用され得る。
【０１１９】
[00114]  非対称性信号は、もはやバイアス方向ごとに計算することができず（なぜなら、その計算が、＋１次と−１次との間の差を取得することを必要とするためである）、両次数間に任意の位相オフセットが存在する。従って、次数ごとに非対称性を計算することが提案される。そのため、オーバーレイ
【数６０】
2021515416.tif 000063
による位相寄与を計算するためのオーバーレイ位相計算は、
【数６１】
2021515416.tif 000064
と書き換えることができ、式中、
【数６２】
2021515416.tif 000065
である。
【０１２０】
[00115]  非対称性Ａ＋及びＡ−は、獲得設定ごとに（例えば、波長及び偏光状態（又はフォーカスレベル）ごとに）計算することができる。これは、例えば、
・  非対称性ごとのオフセット、
・  
【数６３】
2021515416.tif 000066
に関するオフセット、
・  非線形性、
・  
【数６４】
2021515416.tif 000067
の関数としてなど、
の補正を行うマルチ獲得補正の幾つかの可能性を生じさせる。
【０１２１】
[00116]  そのため、本実施形態では、中間結果（即ち、獲得ごとに１つ）が、獲得設定ごとに報告され得る（非対称性Ａ＋及びＡ−及び／又は他の測定基準（例えば、フィット収束、計算時間）の観点から）。次いで、オフセット及び依存性に対する１つ又は複数の追加の補正と共に、中間結果の組み合わせから関心対象特性（例えば、オーバーレイ）を計算することができる。
【０１２２】
[00117]  例えば、
【数６５】
2021515416.tif 000068
は、
【数６６】
2021515416.tif 000069
として計算することができ、式中、Ａ０＋は、Ａ＋に関するオフセットであり、Ａ０−は、Ａ−に関するオフセットであり、及び
【数６７】
2021515416.tif 000070
は、
【数６８】
2021515416.tif 000071
に関するオフセットである。
【０１２３】
[00118]  変数は、
【数６９】
2021515416.tif 000072
の関数、又はオーバーレイ及びバイアスとは無関係のその他の変数でもよい。
【０１２４】
[00119]  計算された関心対象特性の精度及びロバスト性を推定するために、中間結果に対して統計分析を行うことができる。さらに、逸脱している測定条件及び／又は光学（サブ）コンポーネントを検出するために、統計分析に対して分類及び故障検出が行われ得る。また、関心対象特性のフィット品質を推定するために、フィットの観点から、統計分析が中間結果に対して行われ得る。このような統計分析に基づいて、最適な測定設定／レシピ及びフィット状況を決定することができる。
【０１２５】
[00120]  より詳細には、統計分析は、個々の獲得の結果の分布分析（例えば、外れ値検出）に基づいて、どの獲得が位相取得ステップに最も寄与する、又は最も良くフィットするかを決定することを含み得る。この情報は、分類及び測定に対して故障検出を行うために使用され得る。逸脱している（仕様外）測定条件、及び逸脱している光学（サブ）コンポーネント（例えば、瞳の一部）も検出可能である。これは、例えば、保守動作（例えば、再較正、ハードウェアコンポーネントの再配置など）をトリガし、又は１つ若しくは複数の特定の条件を避けるために使用され得る。
【０１２６】
[00121]  複数の獲得に対して行われる分布分析は、位相取得アルゴリズム性能の尺度（例えば、収束／計算時間）と組み合わせることもできる。その場合、獲得／計算時間とオーバーレイ性能（精度／ロバスト性）との間のトレードオフが行われ得る。このようなトレードオフは、位相取得方法のレシピセットアップステップとして機能し得る。
【０１２７】
[00122]  レシピセットアップ及び最適化中に、上記の様々なＫＰＩ及び感度分析も使用することができる。この文脈では、位相情報の使用が格子のバイアスの別の選択に至り、その結果、ＯＶ取得ロバスト性を向上させるために別の
【数７０】
2021515416.tif 000073
に至ることもあることに注目されたい。具体的なこのような実施形態は、例えば、現在のメトロロジデバイス（例えば、収差が最小限に抑えられた状態で、より複雑な光学系を用いるメトロロジデバイス）に実用性を見い出し得る。図１２（ａ）は、レシピセットアップ及び最適化（ホリスティックメトロロジ認定（ＨＭＱ（holistic metrology qualification））と呼ばれる）に現在使用されている典型的プロセスフローを示す。この方法は、後続の複数の照明設定（波長及び他のレシピ設定（例えば、偏光、アパーチャ））におけるターゲット／場所のスパースサンプリング、その後の密サンプリングに基づいて、最適（単一波長／多波長）レシピを見つけることを目的とする。
【０１２８】
[00123]  ステップ１２００では、利用可能な全波長スペクトル（又は多数の波長）を用いて、比較的少ない数のターゲットに対して事前選択方法が行われる。例えば、このステップで測定されるターゲットの数は、２０未満、より詳細には、５〜１５でもよい。波長の数は、（例えば）３０〜５０、又は約４０でもよい。サブステップ１２１０では、より優れた性能の照明特性サブセット（例えば、１０〜２０、又は約１５の波長を含む）が、最適化ステップ１２２０のために選択される。最適化ステップ１２２０は、選択された（例えば、約１５の）波長を用いて密な数のターゲットを測定することを含む。例えば、ターゲットの数は、５０を超えてもよく、７０を超えてもよく、９０を超えてもよく、又は約１００でもよい。最適化は、異なる照明条件下での測定が、精度及びロバスト性に関して評価される評価サブステップ１２３０を含む。この評価ステップは、実際のオーバーレイ値のための参照ｒｅｆを使用し得る。実際のオーバーレイ値は、典型的には分かっていないため、参照を算出するための方法が使用され得る。例えば、参照によって全体として本明細書に組み込まれる国際公開第２０１５／０１８６２５号に記載されたＡ＋対Ａ−分析を使用して、自己参照オーバーレイ値を得ることができる。このような方法は、ターゲットごとにオーバーレイ値を得るために、異なる波長に関するＡ＋及びＡ−のプロットを通って回帰することと、参照値を得るために、全てのターゲットに関するこれらのオーバーレイ値を平均することとを含み得る。他の参照方法を使用することができる。この方法の結果は、最適化された（単一波長又は多波長）レシピ１２４０である。典型的には、このプロセスフローは、実施に約１時間かかる。
【０１２９】
[00124]  この方法フローには、幾つかの欠点がある。上記のオーバーレイ参照は、かなり良い性能を示すが、これは、通常の獲得では、測定された像の強度−位相が未知であるという本質的制限を有する。この強度−位相は、オーバーレイに関する有益な情報を含み得る。
【０１３０】
[00125]  図１２（ｂ）は、一実施形態による提案された方法を示す。この方法は、上記の点線で示された元のフローに基づく。そのため、最適化１２２０ステップ／評価１２３０ステップに関して向上したオーバーレイ参照を算出するために、追加のステップが、図１２（ａ）のＨＭＱフローと並行して行われることが提案される。ステップが図１２（ａ）のステップと変わりがない場合には、それらのステップは、説明されない。
【０１３１】
[00126]  事前選択ステップ１２００は、全ての事前選択測定が多様性を有して（より詳細には、複数（例えば、３〜５）のフォーカスレベルで）行われる点において若干変更される。前述同様に、このステップは、比較的少ない数のターゲットに対して多数の（例えば、全帯域）波長を用いて行われる。
【０１３２】
[00127]  サブステップ１２５０では、これらの測定の結果に基づいて、測定されたターゲット及び波長／照明設定（及び任意選択的にフォーカスレベル、又は全てのフォーカスレベルに関するサブセットに関係する測定が使用される）のサブセットが選択される。例えば、サブセットは、３〜５のフォーカスレベルに関する、１０以下の波長（例えば、５〜１０の波長）で５つ以下のターゲットに基づき得る。ステップ１２６０では、各ターゲットの全フィールド値を得るために、位相取得が行われる。ステップ１２７０では、焦点外で行われた測定に対してフォーカス補正が行われる。ステップ１２８０では、参照オーバーレイ、及び任意選択的にその他のＫＰＩが、取得された位相に基づいて、フォーカス補正測定から計算される。ステップ１２６０〜１２８０は、本明細書に開示される何れかの適切な方法を用いて行われ得る。最適化フェーズ１２２０の最後に、算出されたオーバーレイ（及び／又は計算された全フィールド）の出力は、評価サブステップ１２３０における測定されたデータと比較するための参照として使用される。限定されたターゲットサンプリングにより、位相取得出力は、精度の表示には十分となるはずである。ロバスト性に関しては、例えば、基板全体にわたる変動を定量化するために、他の参照（例えば、前述の自己参照）を依然として使用することができる。この概念は、オーバーレイ参照を求めることに限定されない。例えばＤＢＦレシピ最適化フローにおけるフォーカス参照は、このように算出され得る。
【０１３３】
[00128]  既存のメトロロジデバイスは、部分的にコヒーレントな放射線を使用する。部分的コヒーレンス位相取得は、例えば、コヒーレントシステムの和を使用して行われ得る。この手法のあり得るマイナス面は、解くべき多数のシステムが存在し、そのことが、最大で１００倍、計算時間に影響を与え得る（但し、この時間的影響を減少させる、又は排除する方法が考えられる）。位相取得計算の速度を上げるために、入力パラメータ（例えば、波長及びフォーカスレベルの数）が調整され得る（スパースサンプリング）。もしあれば、位相取得計算を行うために、メトロロジデバイスの搭載ＧＰＵが使用され得る。また、位相取得アルゴリズムの効率も向上され得る。このようにして、位相取得が、３０分以内に（既存のＨＭＱ方法フローと並行して実行するのに十分な速さ）、単一（又は数個）のターゲットに対して行われ得ることが考えられる。
【０１３４】
[00129]  従って、要約すると、関心対象特性を測定するための方法が提案され、この方法は、構造に関連する関心対象特性を、構造によって散乱された放射線の位相に対する関心対象特性の影響から直接的に算出することを含む。より詳細には、この方法は、上記構造が照明され、上記構造によって散乱されて上記散乱放射線を得る際の測定放射線に対する関心対象特性の影響に起因する散乱放射線の関心対象特性誘起位相変化寄与を算出することを含む。
【０１３５】
[00130]  本明細書に記載する方法は、ＤＢＯに限定されず、これらの方法は、ＤＢＦ（回折ベースのフォーカス）及び場合によってはまたＡＲＯ（角度分解オーバーレイ）などの全ての非対称性測定モードに適用することができる（電界位相情報が入手可能であるという条件で）。
【０１３６】
[00131]  以下の番号付けされた条項において、更なる実施形態を開示する。
１．基板上の構造に関連する関心対象特性を測定する方法であって、
照明放射線で上記構造を照明することの後に、少なくとも構造によって散乱された際の上記照明放射線の位相に対する関心対象特性の影響から直接的に関心対象特性の値を算出することを含む、方法。
２．散乱放射線の関心対象特性誘起位相変化寄与を決定することであって、関心対象特性誘起位相変化寄与が、上記構造によって散乱された際の照明放射線の位相に対する関心対象特性の影響を含む、決定することと、
少なくとも決定された関心対象特性誘起位相変化寄与から直接的に関心対象特性の値を算出することと、
を含む、条項１に記載の方法。
３．構造によって散乱された放射線内に含まれる対応するより高次の回折次数ペアの回折次数に関連する振幅及び位相の決定から、上記関心対象特性誘起位相変化寄与を決定することを含む、条項２に記載の方法。
４．上記構造が、第１の既知の関心対象特性バイアスを有する第１のサブ構造と、関心対象特性バイアスのない、又は第１の既知の関心対象特性バイアスとは異なる第２の既知の関心対象特性バイアスを有する第２のサブ構造とを少なくとも含み、この方法が、第１のサブ構造及び第２のサブ構造のそれぞれから上記散乱放射線に含まれる上記回折次数の比較から、上記関心対象特性誘起位相変化寄与を決定することを含む、条項３に記載の方法。
５．少なくとも、
第１のサブ構造に関連する第１の正のより高次の回折フィールド、及び第２のサブ構造に関連する第２の正のより高次の回折フィールドの第１の相対位相と、
第１のサブ構造に関連する第１の負のより高次の回折フィールド、及び第２のサブ構造に関連する第２の負のより高次の回折フィールドの第２の相対位相と、
から上記関心対象特性誘起位相変化寄与を決定することを含む、条項４に記載の方法。
６．第１のサブ構造及び第２のサブ構造のそれぞれが、複数の格子ペアを含み、各格子が、ピッチｐを有し、上記第１の既知の関心対象特性バイアスが、ｐ／２を含み、第２のサブ構造が、関心対象特性バイアスを持たない、条項５に記載の方法。
７．上記関心対象特性誘起位相変化寄与が、
第１の正のより高次の回折フィールド及び第２の負のより高次の回折フィールドの第３の相対位相と、
第１の負のより高次の回折フィールド及び第２の正のより高次の回折フィールドの第４の相対位相と、
からさらに決定される、条項５又は６に記載の方法。
８．上記回折フィールドのそれぞれのモデルを決定することによって関心対象特性の値を算出することと、回折フィールドのモデルと、測定された等価回折フィールドとの間の差を最小限に抑えることとを含む、条項５〜７の何れか一項に記載の方法。
９．最小化において使用される、１つ又は複数のエラーソースに対する感度を抑制する費用関数に重み付けを適用することを含む、条項１０に記載の方法。
１０．既知の参照フィールドに基づいて上記相対位相情報を得るために、上記より高次の回折次数のホログラフィ顕微鏡法測定を行うことを含む、条項５〜７の何れか一項に記載の方法。
１１．上記相対位相情報を得るために、上記より高次の回折次数の強度測定から位相回復決定を行うことを含む、条項５〜７の何れか一項に記載の方法。
１２．上記第１のサブ構造及び上記第２のサブ構造が、検出前に類似のより高次の回折次数の電界が干渉することを確実にするために、互いに十分近くに配置される、条項１１に記載の方法。
１３．少なくとも１つの中間フィールドが、第１のサブ構造及び上記第２のサブ構造から回折されたより高次の回折次数の電界と干渉するように、上記少なくとも中間フィールドを生成させるために基板上に少なくとも１つの追加構造を設けること、又は
少なくとも１つの第１の中間フィールドが、上記第１のサブ構造から回折されたより高次の回折次数の電界と干渉するように、上記少なくとも１つの第１の中間フィールドを生成させるために基板上に少なくとも１つの第１の追加構造を設けること、及び少なくとも１つの第２の中間フィールドが、上記第２のサブ構造から回折されたより高次の回折次数の電界と干渉するように、上記少なくとも１つの第２の中間フィールドを生成させるために基板上に少なくとも１つの第２の追加構造を設けること、
を含む、条項１１に記載の方法。
１４．上記強度測定が、焦点外で行われた上記構造の測定に関連する、条項１１〜１３の何れか一項に記載の方法。
１５．上記強度測定が、測定設定を変化させながら行われた上記構造の測定に関連する、条項１１〜１４の何れか一項に記載の方法。
１６．上記強度測定が、異なるフォーカスレベルで行われた上記構造の測定に関連する、条項１５に記載の方法。
１７．上記位相回復が、
検出平面における位相及び振幅のモデリングされた値を得るために、散乱放射線に対する入射照明放射線と構造との相互作用の影響をモデリングすることと、
モデリングされた強度と、検出された強度測定との間の差を最小限に抑えるために、モデリングされた電界の位相及び振幅を最適化することと、を含む、条項１１〜１６の何れか一項に記載の方法。
１８．電界の位相及び振幅の最適化に対する制約として、構造の予備知識を使用することを含む、条項１７に記載の方法。
１９．上記制約が、全変動正則化を含む、条項１８に記載の方法。
２０．関心対象特性誘起位相変化から上記回折フィールドのそれぞれにおけるエラーに対する感度を導出することと、
関心対象特性を測定する方法に関連する性能指標として、導出された感度を使用することと、
を含む、条項５〜１９の何れか一項に記載の方法。
２１．第１の既知の関心対象特性バイアスを数学的に算出することによって、性能測定基準を決定することと、
方法の性能を評価するために、性能測定基準を設計された第１の既知の関心対象特性バイアスと比較することと、
を含む、条項４〜１９の何れか一項に記載の方法。
２２．性能測定基準を決定するステップが、
第１の既知の関心対象特性バイアスに関して、第１の正のより高次の回折フィールド、第１の負のより高次の回折フィールド、第２の正のより高次の回折フィールド、及び第２の負のより高次の回折フィールドを表す連立方程式を解くことを含む、条項２１に記載の方法。
２３．解くステップが、
１つ又は複数の根を求めるために、上記連立方程式に求根演算を行うことと、
性能測定基準として、設計された第１の既知の関心対象特性バイアスに最も近く対応する値を有する根を選択することと、
を含む、条項２２に記載の方法。
２４．求根演算を行うステップが、求根においてノイズを抑制することを含む、条項２３に記載の方法。
２５．上記構造又はそれの１つ若しくは複数のサブ構造の最上部格子に関連する電界、上記構造又はそれの１つ若しくは複数のサブ構造の最上部格子に関連する電界の一方又は両方、及び／又は散乱放射線のスタック誘起位相変化寄与の値を定期的に導出することと、これらの値の変化をモニタリングすることと、
をさらに含む、条項５〜２４の何れか一項に記載の方法。
２６．複数の異なる照明設定で、及び複数の異なるフォーカス設定で、少なくとも上記構造の測定から関心対象特性の参照値を算出することと、
測定レシピ最適化方法における関心対象特性の参照として上記参照値を使用することと、
を含む、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
２７．上記関心対象特性の参照値を算出することが、測定レシピ最適化方法と並行して行われる、条項２６に記載の方法。
２８．異なる獲得設定に関連する中間測定値を決定することを含む、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
２９．上記関心対象特性を決定するために、中間測定値が、１つ又は複数のオフセット補正と組み合わせられる、条項２８に記載の方法。
３０．上記関心対象特性の品質測定基準を決定し、及び／又は仕様外の中間条件又は光学コンポーネントを検出するために、中間測定値に統計分析を行うことを含む、条項２８又は２９に記載の方法。
３１．関心対象特性のピクセルごとの値を決定することを含む、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
３２．構造の層のトポロジを表す情報を取得するために、関心対象特性の上記ピクセルごとの値を使用することを含む、条項３１に記載の方法。
３３．上記関心対象特性がオーバーレイを含む、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
３４．上記関心対象特性が配置誤差を含む、条項１〜３２の何れか一項に記載の方法。
３５．配置誤差が、層内の第１のターゲットと第２のターゲットとの相対配置に関連する、条項３４に記載の方法。
３６．第１のターゲット及び第２のターゲットのそれぞれが、多重パターニングプロセスの異なるパターニングステップにおいて形成される、条項３５に記載の方法。
３７．第１のターゲット及び第２のターゲットのそれぞれが、ステッチ露光を形成する異なる露光で形成される、条項３５に記載の方法。
３８．第１のターゲット及び第２のターゲットが、それらの形成中に、異なるレンズ収差効果を受ける、条項３５、３６、又は３７に記載の方法。
３９．相対配置が、第１のターゲット及び第２のターゲットの測定において変位誘起位相差から決定される、条項３５〜３８の何れか一項に記載の方法。
４０．上記変位誘起位相差が、上記第１のターゲット及び第２のターゲットから回折された放射線の少なくとも１つのより高次の回折次数における位相差を含む、条項３９に記載の方法。
４１．上記変位誘起位相差の変動に基づいて、第１のターゲット及び第２のターゲットの対応する場所間の配置誤差変動を表す配置誤差変動測定基準を決定することを含む、条項４０に記載の方法。
４２．相対配置が、上記第１のターゲット及び第２のターゲットのピッチを法として決定される、条項３５〜４１の何れか一項に記載の方法。
４３．配置誤差が、単一ターゲットの配置に関連する、条項３４に記載の方法。
４４．ターゲットの少なくとも一領域内の位相の変動に基づいて、単一ターゲットの配置誤差変動を表す配置誤差変動測定基準を決定することを含む、条項４３に記載の方法。
４５．配置誤差変動測定基準が、配置誤差の標準偏差ベースの測定基準を含む、条項４２又は４４に記載の方法。
４６．標準偏差ベースの測定基準が、ＭＡＤ（Median Absolute Deviation）測定基準を含む、条項４５に記載の方法。
４７．先行する条項の何れか一項に記載の方法をプロセッサに実行させるための機械可読命令を含む非一時的なコンピュータプログラム。
４８．条項１〜４６の何れか一項に記載の方法を行うように動作可能な検査装置。
４９．構造を含む基板を保持する基板ホルダと、
照明放射線を構造上に投影させる投影光学系と、
上記照明放射線が構造によって散乱された後に、照明放射線を検出する検出器と、
少なくとも構造によって散乱された際の照明放射線の位相に対する関心対象特性の影響から直接的に構造に関連する関心対象特性の値を算出するように動作可能なプロセッサと、
を含む、検査装置。
５０．プロセッサがさらに、
散乱放射線の関心対象特性誘起位相変化寄与を決定することであって、関心対象特性誘起位相変化寄与が、上記構造によって散乱された際の照明放射線の位相に対する関心対象特性の影響を含む、決定することと、
決定された関心対象特性誘起位相変化寄与から直接的に関心対象特性の値を算出することと、
を行うように動作可能である、条項４９に記載の検査装置。
５１．プロセッサがさらに、構造によって散乱された放射線内に含まれる対応するより高次の回折次数ペアの回折次数に関連する振幅及び位相の決定から、上記関心対象特性誘起位相変化寄与を決定するように動作可能である、条項５０に記載の検査装置。
５２．上記構造が、第１の既知の関心対象特性バイアスを有する第１のサブ構造と、関心対象特性バイアスのない、又は第１の既知の関心対象特性バイアスとは異なる第２の既知の関心対象特性バイアスを有する第２のサブ構造とを少なくとも含み、プロセッサが、第１のサブ構造及び第２のサブ構造のそれぞれから上記散乱放射線に含まれる上記回折次数の比較から、上記関心対象特性誘起少なくとも位相変化寄与を決定するように動作可能である、条項５１に記載の検査装置。
５３．プロセッサがさらに、少なくとも、
第１のサブ構造に関連する第１の正のより高次の回折フィールド、及び第２のサブ構造に関連する第２の正のより高次の回折フィールドの第１の相対位相と、
第１のサブ構造に関連する第１の負のより高次の回折フィールド、及び第２のサブ構造に関連する第２の負のより高次の回折フィールドの第２の相対位相と、
から上記関心対象特性誘起位相変化寄与を決定するように動作可能である、条項５２に記載の検査装置。
５４．第１のサブ構造及び第２のサブ構造のそれぞれが、複数の格子ペアを含み、各格子が、ピッチｐを有し、上記第１の既知の関心対象特性バイアスが、ｐ／２を含み、第２のサブ構造が、関心対象特性バイアスを持たない、条項５３に記載の検査装置。
５５．プロセッサがさらに、
第１の正のより高次の回折フィールド及び第２の負のより高次の回折フィールドの第３の相対位相と、
第１の負のより高次の回折フィールド及び第２の正のより高次の回折フィールドの第４の相対位相と、
から上記関心対象特性誘起位相変化寄与を決定するように動作可能である、条項５３又は５４に記載の検査装置。
５６．既知の参照フィールドを生成する参照ソースを含み、
上記プロセッサが、上記より高次の回折次数を測定し、及び上記既知の参照フィールドに関する上記相対位相情報を得るように動作可能である、ホログラフィ顕微鏡法装置である、条項５３〜５５の何れか一項に記載の検査装置。
５７．上記検出器上で上記より高次の回折次数の強度測定を検出するように動作可能であり、
プロセッサが、上記相対位相情報を得るために上記強度測定から位相回復決定を行うように動作可能である、条項５３〜５５の何れか一項に記載の検査装置。
５８．上記構造が焦点外の状態で上記強度測定を行うように動作可能である、条項５７に記載の検査装置。
５９．測定間で測定設定を異ならせた状態で、上記強度測定を行うように動作可能である、条項５７又は５８に記載の検査装置。
６０．異なるフォーカスレベルで上記強度測定を行うように動作可能である、条項５９に記載の検査装置。
６１．プロセッサが、
検出平面における位相及び振幅のモデリングされた値を得るために、散乱放射線に対する入射照明放射線と構造との相互作用の影響をモデリングすることと、
モデリングされた強度と、検出器で検出された強度測定との間の差を最小限に抑えるために、モデリングされた電界の位相及び振幅を最適化することと、
によって上記位相回復を行うように動作可能である、条項５７〜６０の何れか一項に記載の検査装置。
６２．プロセッサがさらに、電界の位相及び振幅の最適化に対する制約として、構造の予備知識を使用するように動作可能である、条項６１に記載の検査装置。
６３．上記制約が、全変動正則化を含む、条項６２に記載の検査装置。
６４．プロセッサがさらに、第１の既知の関心対象特性バイアスを数学的に算出することによって性能測定基準を決定することと、
方法の性能を評価するために、性能測定基準を設計された第１の既知の関心対象特性バイアスと比較することと、
を行うように動作可能である、条項５２〜６３の何れか一項に記載の検査装置。
６５．プロセッサが、
第１の既知の関心対象特性バイアスに関して、第１の正のより高次の回折フィールド、第１の負のより高次の回折フィールド、第２の正のより高次の回折フィールド、及び第２の負のより高次の回折フィールドを表す連立方程式を解くことによって、上記性能測定基準を決定するように動作可能である、条項５５に記載の検査装置。
６６．プロセッサが、
１つ又は複数の根を求めるために、上記連立方程式に求根演算を行うことと、
性能測定基準として、設計された第１の既知の関心対象特性バイアスに最も近く対応する値を有する根を選択することと、
によって連立方程式を解くように動作可能である、条項６５に記載の検査装置。
６７．プロセッサが、求根演算においてノイズを抑制するように動作可能である、条項６６に記載の検査装置。
６８．上記関心対象特性がオーバーレイを含む、条項４９〜６６の何れか一項に記載の検査装置。
６９．上記関心対象特性が配置誤差を含む、条項４９〜６６の何れか一項に記載の検査装置。
【０１３７】
[00132]  本明細書では、リソグラフィ装置をＩＣの製造で使用することが具体的に参照されているが、本明細書に記載のリソグラフィ装置は、他の用途を有し得ることが理解されるべきである。可能な他の用途として、一体型光学系、磁区メモリのガイダンスパターン及び検出パターン、平面パネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造がある。
【０１３８】
[00133]  本明細書では、本発明の実施形態を検査装置又はメトロロジ装置に関連して具体的に参照している場合があるが、本発明の実施形態は、他の装置で使用され得る。本発明の実施形態は、マスク検査装置、リソグラフィ装置或いはウェーハ（若しくは他の基板）又はマスク（若しくは他のパターニングデバイス）等の物体を測定又は処理する任意の装置の一部をなし得る。「メトロロジ装置」という用語は、検査装置又は検査システムも指し得る。例えば、本発明の一実施形態を含む検査装置は、基板の欠陥又は基板上の構造の欠陥を検出するために使用され得る。このような実施形態では、基板上の構造の関心対象特性は、構造における欠陥、構造のある特定部分の欠如、又は基板上の不要な構造の存在に関連し得る。
【０１３９】
[00134]  本発明の実施形態を光リソグラフィに関連して使用することをここまで具体的に参照してきたが、本発明は、文脈が許す限り、光リソグラフィに限定されず、他の用途で使用され得、例えばインプリントリソグラフィで使用され得ることが理解される。
【０１４０】
[00135]  上記のターゲット又はターゲット構造（より一般的には、基板上の構造）は、測定目的で特別に設計及び形成されたメトロロジターゲット構造であるが、他の実施形態では、関心対象特性は、基板上に形成されたデバイスの機能部分である１つ又は複数の構造に関して測定され得る。デバイスの多くは、規則的な格子状構造を有する。本明細書で使用される構造、ターゲット格子、及びターゲット構造という用語は、行われる測定のために構造が専用に設けられたものであることを必要としない。さらに、メトロロジターゲットのピッチＰは、スキャトロメータの光学システムの解像限界に近くてもよいし、又はそれよりも小さくてもよいが、ターゲット部分Ｃにおいてリソグラフィプロセスによって作成された典型的な製品フィーチャの寸法よりもかなり大きくてもよい。実際には、ターゲット構造内のオーバーレイ格子のライン及び／又はスペースは、製品フィーチャと寸法が同様のより小さい構造を含むように形成されてもよい。
【０１４１】
[00136]  ここまで本発明の特定の実施形態について説明してきたが、当然のことながら、本発明は、説明された以外の方法で実施され得る。上述の説明は、限定的ではなく、例示的であるものとする。従って、当業者であれば明らかなように、以下に示される特許請求項の範囲から逸脱しない限り、記載された本発明に対する修正形態がなされ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図５（ｄ）】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【国際調査報告】
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