(57)【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基板上の少なくとも２つの層において形成されたターゲットの測定に関連する測定データを取得することであって、前記測定データが、非０次回折次数の少なくとも１つの対応ペアから導出されることと、
前記ターゲットの幾何学的パラメータの観点から定義された前記ターゲットの測定のシミュレーションに関連するシミュレーションデータを取得することであって、前記幾何学的パラメータが、１つ又は複数の可変幾何学的パラメータを含むことと、
前記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータの値を直接的に得るために、前記測定データと前記シミュレーションデータとの間の差を最小化することと、
を含む、メトロロジ方法。
【請求項２】
前記測定データが、前記非０次回折次数の少なくとも１つの対応ペアが像面において検出される暗視野測定から導出された前記ターゲットの測定に関連する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記最小化ステップが、測定像における前記検出された非０次回折次数の強度メトリックの観点から、前記測定データと前記シミュレーションデータとの間の前記差を最小化するように行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記測定データ及び前記シミュレーションデータがそれぞれ、測定像における複数の強度値を、非０次回折次数、測定放射特性、及び／又は前記ターゲットに含まれる付与されたターゲットバイアスの各組み合わせに対して１つずつ含み、並びに、前記強度メトリックが、前記強度値から導出される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記強度メトリックが、スケーリングされた像強度非対称性を含み、各スケーリングされた像強度非対称性測定が、平均強度によってスケーリングされた非０次回折次数の対応ペア間の強度差を含む、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記強度メトリックが、スタック感度を含み、前記スタック感度が、前記測定像内の関心領域の強度の平均に対するオーバーレイ比例定数の比である、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項７】
前記強度メトリックが、前記測定像内の関心領域の強度の平均である平均強度を含む、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項８】
前記測定データが、前記非０次回折次数の少なくとも１つの対応ペアが瞳面において検出される瞳面測定から導出された前記ターゲットの測定に関連する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、前記ターゲットに含まれる層の少なくとも１つの層の高さを含む、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、前記ターゲットに含まれる異なる層の複数の層の高さを含み、及び前記最小化ステップが、前記複数の層の高さの値を同時に得ることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
測定像における強度パラメータの波長による変動を表すスペクトルシーケンスを計算するステップであって、前記強度パラメータは、前記最小化ステップで決定された前記少なくとも１つの層の高さを有した前記ターゲットの測定放射の波長を有する、計算するステップと、
前記スペクトルシーケンスに基づいて前記測定放射を最適化するステップと、
を含む、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、前記ターゲットに含まれる構造の少なくとも１つにおける１つ又は複数の幾何学的非対称性パラメータを含む、請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、
前記ターゲットに含まれる層の１つ又は複数の層の高さと、
前記ターゲットに含まれる構造の少なくとも１つにおける幾何学的非対称性の影響のないオーバーレイエラー、及び１つ又は複数の幾何学的非対称性パラメータの１つ又は複数を含み得る１つ又は複数の他の可変幾何学的パラメータと、
を含み、
前記最小化ステップが、二段階で行われ、第１の段階が、前記１つ又は複数の層の高さの値を得るためのものであり、及び第２の段階が、前記１つ又は複数の他の可変幾何学的パラメータの値を得るためのものであり、前記第１の段階で決定された前記１つ又は複数の層の高さが、前記第２の段階において、１つ又は複数の固定層高さパラメータとしてフィードフォワードされる、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
リソグラフィプロセスによって基板上の少なくとも２つの層において形成されたターゲットの測定に関連する測定データを取得することであって、前記測定データが、非０次回折次数の少なくとも１つの対応ペアから導出されることと、
前記ターゲットの幾何学的パラメータの観点から定義された前記ターゲットの測定のシミュレーションに関連するシミュレーションデータを取得することであって、前記幾何学的パラメータが、１つ又は複数の可変幾何学的パラメータを含むことと、
前記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータの値を直接的に得るために、前記測定データと前記シミュレーションデータとの間の差を最小化することと、
を行うように動作可能なプロセッサを含む、メトロロジ装置。
【請求項１５】
装置上で実行されると、請求項１〜１３の何れかに記載の方法を行うように動作可能なプログラム命令を含む、コンピュータプログラム。
【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、２０１７年２月２日に出願され、及び本明細書にその全体が援用される欧州特許出願公開第１７１５４４２５．７号の優先権を主張する。
【０００２】
[0002]  本発明は、例えば、リソグラフィ技術によるデバイスの製造に使用可能なメトロロジの方法、装置、及びコンピュータプロダクト関し、並びにリソグラフィ技術を使用したデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  リソグラフィ装置は、所望のパターンを、基板上、通常は基板のターゲット部分上に与える機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造において使用することができる。その場合、代替的にマスク又はレチクルと呼ばれるパターニングデバイスを用いて、ＩＣの個々の層上に形成される回路パターンを生成してもよい。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つ又は幾つかのダイの一部を包含する）上に転写することができる。パターンの転写は、一般的に、基板上に設けられる放射感応性材料（レジスト）の層上への結像による。一般に、単一の基板は、連続してパターン形成される隣接するターゲット部分のネットワークを含む。
【０００４】
[0004]  リソグラフィプロセス（すなわち、一般的に、レジストの現像、エッチングなどの１つ又は複数の関連の処理ステップを包含し得るリソグラフィ露光に関与するデバイス又は他の構造の現像プロセス）では、例えば、プロセス制御及び検証のために作られた構造の測定を頻繁に行うことが望ましい。クリティカルディメンジョン（ＣＤ）を測定するために使用されることが多い走査電子顕微鏡、及びオーバーレイ（基板の２つの層のアライメントの確度）を測定するための専用ツールを包含する、このような測定を行うための様々なツールが知られている。近年、リソグラフィ分野で使用するための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、ターゲット上に放射ビームを誘導し、及び散乱線の１つ又は複数の特性（例えば、波長の関数としての単一の反射角の強度、反射角の関数としての１つ若しくは複数の波長の強度、又は反射角の関数としての偏光）を測定することによって、それからターゲットの興味対象の特性を決定することができる「スペクトル」を取得する。興味対象の特性の決定は、様々な技術、例えば、厳密結合波分析又は有限要素法などの反復的手法によるターゲット構造の再構築、ライブラリ検索、及び主成分分析によって行われ得る。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]  メトロロジ装置は、例えば、エッチング、化学機械研磨（ＣＭＰ）、堆積、などのような処理ステップによって生じるターゲットの構造的非対称性に感度が高い。このような非対称性は、数ナノメートルのオーダーの測定エラーにつながる。この影響は、オーバーレイバジェットの大半を占め始める可能性があり、及び従って解決策が必要とされる。
【０００６】
[0006]  ターゲットの周期構造の形状の非対称性は、一般に、測定されたオーバーレイに影響を及ぼす。この影響は、測定に使用される照明設定に応じて変動し得る。
【０００７】
[0007]  モニタリングされるべき他のパラメータには、スタック内の層の一部又は全ての高さが包含される。層の高さの測定は、通常、オーバーレイ及びアライメントターゲットとは異なる専用薄膜ターゲットに対して行われる。これらは、追加の基板面積を取り、及びそれらの測定は、追加の測定時間がかかる。
【０００８】
[0008]  スループット、柔軟性、及び／又は確度を向上することができる、ターゲットを使用した（例えば、オーバーレイ）メトロロジの方法及び装置を提供することが望ましい。さらに、本発明は、これに限定されないが、これを、暗視野技術を用いて読み出すことができる小さなターゲット構造に適用することができれば、大きな利点となる。
【０００９】
[0009]  本発明の第１の態様では、リソグラフィプロセスによって基板上の少なくとも２つの層において形成されたターゲットの測定に関連する測定データを取得することであって、上記測定データが、非０次回折次数の少なくとも１つの対応ペアから導出されることと、ターゲットの幾何学的パラメータの観点から定義されたターゲットの測定のシミュレーションに関連するシミュレーションデータを取得することであって、上記幾何学的パラメータが、１つ又は複数の可変幾何学的パラメータを含むことと、上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータの値を直接的に再構築するために、測定データとシミュレーションデータとの間の差を最小化することと、を含むメトロロジ方法が提供される。
【００１０】
[0010]  本発明の第２の態様では、リソグラフィプロセスによって基板上の少なくとも２つの層において形成されたターゲットの測定に関連する測定データを取得することであって、上記測定データが、非０次回折次数の少なくとも１つの対応ペアから導出されることと、ターゲットの幾何学的パラメータの観点から定義されたターゲットの測定のシミュレーションに関連するシミュレーションデータを取得することであって、上記幾何学的パラメータが、１つ又は複数の可変幾何学的パラメータを含むことと、上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータの値を直接的に再構築するために、測定データとシミュレーションデータとの間の差を最小化することと、を行うように動作可能なプロセッサを含む、メトロロジ装置が提供される。
【００１１】
[0011]  本発明はさらに、第１の態様の方法を実行するためのコンピュータプログラム及び関連のコンピュータプログラムキャリアを提供する。
【００１２】
[0012]  添付の図面を参照して、これより、本発明の実施形態を単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】[0013]図１は、リソグラフィ装置を本発明の一実施形態により描く。
【図２】[0014]図２は、リソグラフィックセル又はクラスタを本発明の一実施形態により描く。
【図３Ａ】[0015]図３（ａ）は、ある照明モードを提供する第１のペアの照明アパーチャを用いた、本発明の一実施形態による、ターゲットの測定に使用される暗視野測定装置の模式図である。
【図３Ｂ】[0016]図３（ｂ）は、所与の照明方向に関するターゲットの回折スペクトルの模式詳細図である。
【図３Ｃ】[0017] 図３（ｃ）は、回折に基づくオーバーレイ測定用の測定装置を使用する際に、さらなる照明モードを提供する第２のペアの照明アパーチャの模式図である。
【図３Ｄ】[0018]図３（ｄ）は、回折に基づくオーバーレイ測定用の測定装置を使用する際に、さらなる照明モードを提供する、第１及び第２のペアのアパーチャを組み合わせた第３のペアの照明アパーチャの模式図である。
【図４】[0019]図４は、多重周期構造（例えば、多重格子）ターゲットの形態及び基板上の測定スポットのアウトラインを描く。
【図５】[0020]図５は、図３の装置において取得された図４のターゲットの像を描く。
【図６】[0021]図６は、図３の装置を使用し、及び本発明の実施形態に適応可能なオーバーレイ測定方法のステップを示すフローチャートである。
【図７Ａ】[0022]図７（ａ）は、ゼロの領域に異なるオーバーレイ値を有するオーバーレイ周期構造（例えば、格子）の模式的断面を示す。
【図７Ｂ】[0022]図７（ｂ）は、ゼロの領域に異なるオーバーレイ値を有するオーバーレイ周期構造（例えば、格子）の模式的断面を示す。
【図７Ｃ】[0022]図７（ｃ）は、ゼロの領域に異なるオーバーレイ値を有するオーバーレイ周期構造（例えば、格子）の模式的断面を示す。
【図７Ｄ】[0022]図７（ｄ）は、ゼロの領域に異なるオーバーレイ値を有するオーバーレイ周期構造（例えば、格子）の模式的断面を示す。
【図８】[0023]図８は、理想的なターゲット構造におけるオーバーレイ測定の原理を示す。
【図９】[0024]図９は、ターゲットに含まれ得る異なる層を示すスタック例である。
【図１０】[0025]図１０は、本発明の第１の実施形態による方法を表すフローチャートである。
【図１１】[0026]図１１は、本発明の第２の実施形態による方法を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[0027]  実施形態を詳細に記載する前に、実施形態が実施され得る環境例を提示することが有益である。
【００１５】
[0028]  図１は、リソグラフィ装置ＬＡを模式的に描く。この装置は、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射又はＤＵＶ放射）を調節するように構成された照明系（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構築され、及び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サポート又はサポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構築され、及び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に付与さ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包含する）上に投影するように構成された投影系（例えば、屈折投影レンズ系）ＰＳとを包含する。
【００１６】
[0029]  照明系は、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、静電又は他のタイプの光学コンポーネント、又はそれらの何れかの組み合わせなどの様々なタイプの光学コンポーネントを包含してもよい。
【００１７】
[0030]  パターニングデバイスサポートは、パターニングデバイスの配向、リソグラフィ装置の設計、及び例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されるか否かなどの他の条件に依存したやり方で、パターニングデバイスを保持する。パターニングデバイスサポートは、機械的、真空、静電又は他のクランプ技術を用いて、パターニングデバイスを保持することができる。パターニングデバイスサポートは、必要に応じて固定されてもよく、又は移動可能であってもよいフレーム又はテーブルでもよい。パターニングデバイスサポートは、例えば投影系に対してパターニングデバイスが所望の位置にあることを確実にすることができる。本明細書における「レチクル」又は「マスク」という用語の使用は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義であると見なすことができる。
【００１８】
[0031]  本明細書で使用される「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するために、その断面にパターンを有した放射ビームを付与するために使用することができるあらゆるデバイスを指すと広く解釈されるものとする。放射ビームに付与されるパターンは、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包含する場合には、基板のターゲット部分の所望のパターンに正確に対応しない場合があることに留意されたい。一般に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイス内の特定の機能層に対応する。
【００１９】
[0032]  パターニングデバイスは、透過型又は反射型でもよい。パターニングデバイスの例は、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パネルを包含する。マスクは、リソグラフィにおいてよく知られており、及びバイナリ、レベンソン型（alternating）位相シフト、及びハーフトーン型（attenuated）位相シフトなどのマスクタイプ、並びに様々なハイブリッドマスクタイプを包含する。プログラマブルミラーアレイの一例は、小型ミラーのマトリックス配置を採用し、各小型ミラーは、入射する放射ビームを異なる方向に反射するように個々に傾斜させることができる。これらの傾斜ミラーは、ミラーマトリックスによって反射される放射ビームにパターンを付与する。
【００２０】
[0033]  ここに描かれるように、本装置は、透過型のものである（例えば、透過型マスクを用いる）。代替的に、本装置は、反射型のものであってもよい（例えば、上述のタイプのプログラマブルミラーアレイを用いる、又は反射マスクを用いる）。
【００２１】
[0034]  リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が、投影系と基板との間の空間を満たすために、比較的高い屈折率を有する液体（例えば水）によって覆われてもよいタイプのものであってもよい。液浸液は、リソグラフィ装置の他の空間、例えば、マスクと投影系との間に与えられてもよい。投影系の開口数を増加させる液浸技術が、当該分野においてよく知られている。本明細書で使用される「液浸」という用語は、基板などの構造が、液体中に沈められなければならないことを意味するのではなく、単に、液体が、露光中に、投影系と基板との間に位置することを意味する。
【００２２】
[0035]  図１を参照して、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源及びリソグラフィ装置は、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別個のエンティティでもよい。そのような場合には、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成するとは見なされず、及び放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエキスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤを用いて、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他のケースでは、放射源は、例えば放射源が水銀ランプである場合に、リソグラフィ装置の一体化部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要であればビームデリバリシステムＢＤと共に、放射システムと呼ばれる場合がある。
【００２３】
[0036]  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ように構成されたアジャスタＡＤを含んでもよい。一般に、少なくともイルミネータの瞳面内の強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（通常、それぞれσ-outer及びσ-innerと呼ばれる）を調整することができる。加えて、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの様々な他のコンポーネントを含んでもよい。イルミネータを用いて、放射ビームが、その断面に所望の均一性及び強度分布を持つように調節してもよい。
【００２４】
[0037]  放射ビームＢは、パターニングデバイスサポート（例えばマスクテーブルＭＴ）上に保持されるパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射し、及びパターニングデバイスによってパターン形成される。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを横断した後、放射ビームＢは、ビームの焦点を基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合わせる投影系ＰＳを通過する。第２のポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉デバイス、リニアエンコーダ、２Ｄエンコーダ又は静電容量センサ）を用いて、例えば異なるターゲット部分Ｃを放射ビームＢのパス内に位置決めするように、基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。同様に、例えばマスクライブラリの機械検索後に、又はスキャン中に、第１のポジショナＰＭ及び別の位置センサ（図１では明確に描かれていない）を用いて、放射ビームＢのパスに対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めすることができる。
【００２５】
[0038]  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を用いてアライメントされ得る。図示されるような基板アライメントマークは、専用ターゲット部分を占有するが、これらは、ターゲット部分間の空間に位置してもよい（これらは、スクライブラインアライメントマークとして知られている）。同様に、２つ以上のダイがパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に設けられる状況では、マスクアライメントマークは、ダイ間に位置してもよい。小さなアライメントマーカも、デバイスフィーチャの中でも、ダイ内に包含されてもよく、その場合、マーカが可能な限り小さく、及び隣接するフィーチャとは異なる結像又はプロセス条件を必要としないことが望ましい。アライメントマーカを検出することができるアライメントシステムの実施形態を以下にさらに記載する。
【００２６】
[0039]  描かれた装置は、以下のモードの少なくとも１つで使用され得る：
[0040]  １．ステップモードでは、放射ビームに付与されたパターン全体が、一度にターゲット部分Ｃ上に投影される間に、パターニングデバイスサポート（例えばマスク）ＭＴ及び基板テーブルＷＴａが、基本的に静止状態を保つ（すなわち、単一静的露光）。次に、異なるターゲット部分Ｃを露光することができるように、基板テーブルＷＴａが、Ｘ及び／又はＹ方向にシフトされる。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズが、単一静的露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズを限定する。
[0041]  ２．スキャンモードでは、放射ビームに付与されたパターンが、ターゲット部分Ｃ上に投影される間に、パターニングデバイスサポート（例えばマスク）ＭＴ及び基板テーブルＷＴａが、同期してスキャンされる（すなわち、単一動的露光）。パターニングデバイスサポート（例えばマスク）ＭＴに対する基板テーブルＷＴａの速度及び方向は、投影系ＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって決定されてもよい。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズが、単一動的露光のターゲット部分の幅（非スキャン方向の）を限定し、スキャン動作の長さが、ターゲット部分の高さ（スキャン方向の）を決定する。
[0042]  ３．別のモードでは、放射ビームに付与されたパターンが、ターゲット部分Ｃ上に投影される間に、パターニングデバイスサポート（例えばマスク）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を保つとともに、基板テーブルＷＴａが、移動又はスキャンされる。このモードでは、一般にパルス放射源が用いられ、及びプログラマブルパターニングデバイスが、基板テーブルＷＴａの各移動後に、又はスキャン中の連続した放射パルス間で、必要に応じて更新される。この動作モードは、上述の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利用するマスクレスリソグラフィに簡単に適用することができる。
【００２７】
[0043]  上記の使用モード又は完全に異なる使用モードの組み合わせ及び／又はバリエーションが用いられてもよい。
【００２８】
[0044]  リソグラフィ装置ＬＡは、２つのテーブルＷＴａ、ＷＴｂ（例えば、２つの基板テーブル）及びそれらの間でテーブルを交換することができる２つのステーション（露光ステーション及び測定ステーション）を有する、いわゆるデュアルステージ型のものである。例えば、一方のテーブル上の基板が露光ステーションで露光されている間に、別の基板が、測定ステーションの他方の基板テーブル上にロードされ、及び様々な準備ステップが行われ得る。準備ステップは、レベルセンサＬＳを使用した基板の表面制御のマッピング、及びアライメントセンサＡＳを用いた基板上のアライメントマーカの位置の測定を包含し得る（両センサは、基準フレームＲＦによって支持される）。位置センサＩＦが、測定ステーション及び露光ステーションに位置する間にテーブルの位置を測定することができない場合には、両ステーションにおけるテーブルの位置のトラッキングを可能にするために、第２の位置センサを設けてもよい。別の例として、一方のテーブル上の基板が露光ステーションで露光されている間に、基板なしの別のテーブルが、測定ステーション（任意選択的に、測定活動が生じ得る）で待機する。この他方のテーブルは、１つ又は複数の測定デバイスを有し、及び任意選択的に、他のツール（例えば、クリーニング装置）を有していてもよい。基板が露光を完了すると、基板なしのテーブルが露光ステーションに移動して、例えば測定を行い、並びに基板を有したテーブルが、基板がアンロードされ、及び別の基板がロードされる場所（例えば、測定ステーション）に移動する。これらのマルチテーブル配置は、装置のスループットの大幅な増加を可能にする。
【００２９】
[0045]  図２に示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、基板に対して１つ又は複数の露光前及び露光後プロセスを行う装置も包含する、リソセル又はリソクラスタとも呼ばれることがあるリソグラフィックセルＬＣの一部を形成する。従来、これらは、レジスト層を堆積させる１つ又は複数のスピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像するための１つ又は複数のデベロッパＤＥ、１つ又は複数の冷却プレートＣＨ、及び１つ又は複数のベークプレートＢＫを包含する。基板ハンドラ又はロボットＲＯは、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を持ち上げ、それを異なるプロセスデバイス間で移動させ、及びそれをリソグラフィ装置のローディングベイＬＢに届ける。大抵の場合トラックと総称されるこれらのデバイスは、それ自体が監視制御システムＳＣＳ（これは、リソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵにより、リソグラフィ装置も制御する）によって制御されるトラック制御ユニットＴＣＵの制御下にある。従って、異なる装置を動作させることにより、スループット及び処理効率を最大化することができる。
【００３０】
[0046]  リソグラフィ装置によって露光される基板が、正確に、且つ一貫して露光されるためには、露光された基板を検査して、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ジョン（ＣＤ）などの１つ又は複数の特性を測定することが望ましい。エラーが検出されると、特に、同じバッチの別の基板がまだこれから露光されるほど直ちに且つ迅速に検査を行うことができる場合に、１つ又は複数の後続の基板の露光に対して調整が行われ得る。また、既に露光された基板は、はがされ、及び再加工が行われてもよく（歩留まりを向上させるために）、又は破棄されてもよく、それによって、欠陥があると分かっている基板に対して露光を行うことを回避する。基板の幾つかのターゲット部分にのみ欠陥がある場合には、良好なターゲット部分のみにさらなる露光が行われてもよい。別の可能性は、エラーを補償するために、後続のプロセスステップの設定を適応させることであり、例えば、リソグラフィプロセスステップに起因する基板ごとのＣＤ変動を補償するために、トリムエッチングステップの時間を調整することができる。
【００３１】
[0047]  検査装置を用いて、基板の１つ又は複数の特性、及び具体的には、異なる基板、又は同じ基板の異なる層の１つ又は複数の特性が、層ごとに、及び／又は基板にわたりどのように変動するかが決定される。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡ、若しくはリソセルＬＣに組み込まれてもよいし、又はスタンドアローンデバイスであってもよい。最速な測定を可能にするためには、検査装置が、露光直後に、露光されたレジスト層の１つ又は複数の特性を測定することが望ましい。しかし、レジストの潜像が、非常に低いコントラスト（放射に露光されたレジストの部分と、放射に露光されていないレジストの部分との間に、ごく小さな屈折率の差異が存在するのみである）を有し、及び全ての検査装置が、潜像の有用な測定を行うのに十分な感度を有するわけではない。従って、測定は、習慣的に露光された基板に対して行われる最初のステップであり、及びレジストの露光部分と非露光部分との間のコントラストを増加させるポストベークステップ（ＰＥＢ）後に行われてもよい。この段階では、レジストの像は、半潜像的と呼ばれ得る。現像されたレジスト像の測定を行うことも可能であり（この時点で、レジストの露光部分、若しくは非露光部分は、除去済みである）、又はエッチングなどのパターン転写ステップ後に行うことも可能である。後者の可能性は、欠陥のある基板の再加工の可能性を限定するが、それでも、例えばプロセス制御のために、有用な情報を提供し得る。
【００３２】
[0048]  従来のスキャトロメータによって使用されるターゲットは、例えば、４０μｍ×４０μｍの比較的大きな周期構造レイアウト（例えば、１つ又は複数の格子を含む）を含む。その場合、測定ビームは、周期構造レイアウトよりも小さいスポットサイズを有することが多い（すなわち、レイアウトは、周期構造の１つ又は複数がスポットによって完全にカバーされないようにアンダーフィルされる）。これは、ターゲットの数学的再構築を、それを無限と見なすことができるので、単純化する。しかし、例えば、スクライブラインではなく、プロダクトフィーチャの中に、ターゲットを位置付けることができるので、ターゲットのサイズは、例えば、２０μｍ×２０μｍ以下、又は１０μｍ×１０μｍ以下にまで減少されている。この状況では、周期構造レイアウトは、測定スポットよりも小さくされてもよい（すなわち、周期構造レイアウトが、オーバーフィルされる）。一般的に、このようなターゲットは、０次回折（鏡面反射に対応する）がブロックされ、及びより高次のものだけが処理される暗視野スキャトロメトリを用いて、測定される。暗視野メトロロジの例は、その全体が本明細書により援用されるＰＣＴ特許出願公開国際公開第２００９／０７８７０８号及び同第２００９／１０６２７９号に見つけることができる。この技術のさらなる発展が、その全体が本明細書により援用される米国特許出願公開第２０１１−００２７７０４号、同第２０１１−００４３７９１号、及び同第２０１２−０２４２９７０号に記載されている。回折次数の暗視野検出を用いた回折ベースのオーバーレイ（ＤＢＯ又はμＤＢＯ）は、より小さなターゲットに対するオーバーレイ測定を可能にする。これらのターゲットは、照明スポットよりも小さくてもよく、及び基板上のプロダクト構造によって取り囲まれていてもよい。ある実施形態では、１つの像において、複数のターゲットを測定することができる。
【００３３】
[0049]  ある実施形態では、基板上のターゲットは、現像後に、バーが固体レジストラインから形成されるように印刷された１つ又は複数の１Ｄ周期格子を含み得る。ある実施形態では、ターゲットは、現像後に、１つ又は複数の格子が、固体レジストピラー又はレジストのビアから形成されるように印刷された１つ又は複数の２Ｄ周期格子を含み得る。バー、ピラー、又はビアは、代替的に、基板内にエッチングされてもよい。格子のパターンは、リソグラフィ投影装置（特に投影系ＰＬ）の色収差に感度が高く、並びに、照明対称性及びこのような収差の存在が、印刷された格子の変動に現れる。従って、印刷された格子の測定データを使用して、格子を再構築することができる。ライン幅及び形状などの１Ｄ格子のパラメータ、又はピラー若しくはビアの幅、長さ、若しくは形状などの２Ｄ格子のパラメータは、印刷ステップ及び／又は他の測定プロセスの知識から、処理ユニットＰＵによって行われる再構築プロセスに入力され得る。
【００３４】
[0050]  本発明の実施形態での使用に適した暗視野メトロロジ装置を図３Ａに示す。ターゲットＴ（格子などの周期構造を含む）及び回折光線を図３Ｂにより詳細に図示する。暗視野メトロロジ装置は、スタンドアローンデバイスでもよいし、又は例えば測定ステーションでリソグラフィ装置ＬＡに、若しくはリソグラフィックセルＬＣに組み込まれてもよい。装置全体を通して幾つかの分岐を有する光軸を点線Ｏによって表す。この装置では、出力１１（例えば、レーザ、若しくはキセノンランプなどのソース、又はソースに接続された開口）によって放出された放射は、レンズ１２、１４、及び対物レンズ１６を含む光学系によって、プリズム１５を介して基板Ｗ上に誘導される。これらのレンズは、４Ｆ配置のダブルシーケンスで配置される。異なるレンズ配置は、それでもそれが基板の像を検出器上に提供するならば、使用することができる。
【００３５】
[0051]  ある実施形態では、レンズ配置は、空間周波数フィルタリングの中間瞳面のアクセスを可能にする。従って、放射が基板に入射する角度範囲は、本明細書で（共役）瞳面と呼ばれる基板面の空間スペクトルを示す面内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。具体的には、これは、例えば、対物レンズ瞳面の後方投影像である面内で、レンズ１２と１４との間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。図示例では、アパーチャプレート１３は、異なる形態（１３Ｎ及び１３Ｓと表示される）を有し、異なる照明モードが選択されることを可能にする。本例の照明系は、オフアクシス照明モードを形成する。第１の照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｎが、単なる説明目的で「北」と指定された方向から、オフアクシス照明を提供する。第２の照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｓを用いて、「南」と表示された反対方向から同様の照明が提供される。異なるアパーチャを用いて、他の照明モードが可能である。瞳面の残りの部分は、所望の照明モード外の不必要な放射が所望の測定信号を妨げ得るので、望ましくは暗い。
【００３６】
[0052]  図３（ｂ）に示されるように、ターゲットＴは、基板Ｗが対物レンズ１６の光軸Ｏに対して実質的に垂直な状態で設置される。軸Ｏから外れた角度からターゲットＴに衝突する照明光線Ｉは、０次光線（実線０）と、２つの１次光線（一点鎖線＋１及び二点鎖線−１）とを生じさせる。オーバーフィルされた小ターゲットＴの場合、これらの光線は、メトロロジターゲットＴ及び他のフィーチャを含む基板のエリアをカバーする多くの平行光線の１つにすぎない。プレート１３のアパーチャが、（放射の有用な量を受け入れるのに必要な）有限幅を有するので、入射光線Ｉは、実際には、ある角度範囲を占有し、及び回折光線０及び＋１／−１は、若干広がる。小ターゲットの点像分布関数に従って、各次数＋１及び−１は、ある角度範囲にわたり、さらに広がる（図示されるような単一の理想光線ではない）。なお、周期構造のピッチ及び照明角度は、対物レンズに入る１次光線が中心光軸と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３（ａ）及び３（ｂ）に図示される光線は、単に図中でそれらをより簡単に区別することができるように、若干オフアクシスに示される。基板Ｗ上のターゲットによって回折された少なくとも０次及び＋１次が、対物レンズ１６によって収集され、及びプリズム１５を通して戻るように誘導される。
【００３７】
[0053]  図３（ａ）に戻り、第１及び第２の照明モードの両方が、北（Ｎ）及び南（Ｓ）と表示された正反対のアパーチャを指定することによって図示される。入射光線Ｉが光軸の北側からのものである場合、すなわち、第１の照明モードが、アパーチャプレート１３Ｎを用いて適用される場合、＋１回折光線（＋１（Ｎ）と表示される）が、対物レンズ１６に入る。対照的に、第２の照明モードが、アパーチャプレート１３Ｓを用いて適用される場合、−１回折光線（−１（Ｓ）と表示される）が、レンズ１６に入る回折光線である。従って、ある実施形態では、測定結果は、特定の条件下で、例えば、−１次及び＋１次の回折次数強度を別々に取得するために、ターゲットを回転させた後、又は照明モードを変更した後、又は結像モードを変更した後に、ターゲットを２回測定することによって取得される。あるターゲットに関してこれらの強度を比較することにより、ターゲットの非対称性の測定が提供され、及びターゲットの非対称性は、リソグラフィプロセスのパラメータ（例えばオーバーレイエラー）の指標として使用することができる。上記の状況では、照明モードが変更される。
【００３８】
[0054]  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、０次及び１次回折ビームを用いて、第１のセンサ１９（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上にターゲットの回折スペクトル（瞳面像）を形成する。像の処理が次数を比較及び対比させることができるように、各回折次数は、センサ上の異なる点に当たる。センサ１９によって捕捉された瞳面像は、メトロロジ装置の焦点を合わせる、及び／又は１次ビームの強度測定を規格化するために使用することができる。瞳面像は、ここでは詳しくは記載されていない、再構築などの多数の測定目的に使用することもできる。
【００３９】
[0055]  第２の測定分岐では、光学系２０、２２は、センサ２３（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上に、基板Ｗ上のターゲットの像を形成する。第２の測定分岐では、開口絞り２１が、瞳面と共役な面内に設けられる。開口絞り２１は、センサ２３上に形成されるターゲットの像ＤＦが、−１又は＋１次ビームから形成されるように、０次回折ビームをブロックするように機能する。センサ１９及び２３によって捕捉された像は、イメージプロセッサ及びコントローラＰＵ（これの機能は、行われる測定の特定のタイプに依存する）に出力される。なお、ここでは「像」という用語は、広い意味で使用される。そのため、−１次及び＋１次の一方のみが存在する場合、周期構造フィーチャ（例えば、格子ライン）の像は、形成されない。
【００４０】
[0056]  図３に示されるアパーチャプレート１３及び絞り２１の特定の形態は、単なる例である。別の本発明の実施形態では、ターゲットのオンアクシス照明が用いられ、及びオフアクシスアパーチャを有した開口絞りを用いて、実質的にたった１つの１次回折放射がセンサに送られる。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次及びそれより高次のビーム（図３では不図示）を測定で使用することができる。
【００４１】
[0057]  照明をこれらの異なるタイプの測定に適応できるようにするためには、アパーチャプレート１３は、ディスク（これは、所望のパターンを適所に持ってくるために回転する）の周囲に形成される幾つかのアパーチャパターンを含んでいてもよい。なお、アパーチャプレート１３Ｎ又は１３Ｓを用いて、ある方向（セットアップに応じてＸ又はＹ）に配向されたターゲットの周期構造が測定される。直交周期構造の測定の場合、９０°及び２７０°を通るターゲットの回転が実施されてもよい。異なるアパーチャプレートが、図３（ｃ）及び（ｄ）に示される。図３（ｃ）は、２つのさらなるタイプのオフアクシス照明モードを図示する。図３（ｃ）の第１の照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｅが、単なる説明目的で、前述の「北」に対して「東」と指定された方向から、オフアクシス照明を提供する。図３（ｃ）の第２の照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｗを用いて、「西」と表示された反対方向から同様の照明が提供される。図３（ｄ）は、２つのさらなるタイプのオフアクシス照明モードを図示する。図３（ｄ）の第１の照明モードでは、アパーチャプレート１３ＮＷが、前述の通り「北」及び「西」と指定された方向から、オフアクシス照明を提供する。第２の照明モードでは、アパーチャプレート１３ＳＥを用いて、前述の通り「南」及び「東」と表示された反対方向から同様の照明が提供される。これらの使用、並びに装置の多数の他のバリエーション及び適用例が、例えば、上述の以前に公表された特許出願公開に記載されている。
【００４２】
[0058]  図４は、基板上に形成された複合メトロロジターゲットの例を描く。複合ターゲットは、共に近接して位置付けられた４つの周期構造（この場合、格子）３２、３３、３４、３５を含む。ある実施形態では、周期構造は、それらが全て、メトロロジ装置の照明ビームによって形成される測定スポット３１内に位置するほどに共に近接して位置付けられる。従って、この場合、４つの周期構造は、全て同時に照明され、及び同時にセンサ１９及び２３上に結像される。オーバーレイ測定専用の例では、周期構造３２、３３、３４、３５は、それら自体が、上に重なる周期構造によって形成される複合周期構造（例えば複合格子）であり、すなわち、周期構造が、基板Ｗ上に形成されるデバイスの異なる層において、及び１つの層の少なくとも１つの周期構造が、異なる層の少なくとも１つの周期構造にオーバーレイするようにパターン形成される。このようなターゲットは、２０μｍ×２０μｍの範囲内、又は１６μｍ×１６μｍの範囲内の外寸を有していてもよい。さらに、全ての周期構造を用いて、ある特定の１対の層間のオーバーレイが測定される。ターゲットが、２対以上の層を測定できることを容易にするためには、周期構造３２、３３、３４、３５は、複合周期構造の異なる部分が形成される異なる層間のオーバーレイの測定を容易にするために、異なってバイアスされたオーバーレイオフセットを有していてもよい。従って、基板上のターゲットの全ての周期構造を用いて、１対の層が測定され、及び基板上の別の同じターゲットの周期構造の全てを用いて、別の１対の層が測定され、異なるバイアスが、層ペア間の区別を容易にする。特に図７を参照して、オーバーレイバイアスの意味を以下に説明する。
【００４３】
[0059]  図７Ａ〜Ｃは、異なるバイアスを有した、各ターゲットＴのオーバーレイ周期構造（この場合、格子）の模式的断面を示す。図３及び図４に見られるように、これらを基板Ｗに対して使用することができる。Ｘ方向の周期性を有した周期構造を単なる例として示す。異なるバイアスを有し、及び異なる配向を有したこれらの周期構造の異なる組み合わせが設けられてもよい。
【００４４】
[0060]  図７Ａから開始して、Ｌ１及びＬ２と表示される２つの層で形成された複合オーバーレイターゲット６００が描かれている。下層Ｌ１では、第１の周期構造（この場合、格子）が、基板６０６上のフィーチャ（例えば、ライン）６０２及びスペース６０４によって形成される。層Ｌ２では、第２の周期構造（この場合、格子）が、フィーチャ（例えば、ライン）６０８及びスペース６１０によって形成される。（フィーチャ６０２、６０８がページ内に延在するように断面が描かれている。）周期構造パターンは、両層において、ピッチＰで繰り返す。ライン６０２及び６０８は、単なる例として述べられるものであり、ドット、ブロック、及びビアホールなどの他のタイプのフィーチャを使用することができる。図７Ａで示される状況では、オーバーレイエラー及びバイアスが存在せず、従って、各フィーチャ６０８が下部周期構造のフィーチャ６０２上に正確に位置する（測定が、「ラインオンライン」である場合−ある実施形態では、各フィーチャ６０８がスペース６１０上に正確に位置する場合に、オーバーレイエラーが生じない場合がある（測定が「ラインオントレンチ」である））。
【００４５】
[0061]  図７Ｂでは、バイアス＋ｄを有した同じターゲットが、上側周期構造のフィーチャ６０８が、下側周期構造のフィーチャ６０２に対して右側に距離ｄ分だけシフトされて描かれている（距離ｄは、ピッチＰ未満である）。すなわち、フィーチャ６０８及びフィーチャ６０２は、それらが共に公称場所に正確に印刷されたとすれば、フィーチャ６０８がフィーチャ６０２に対して距離ｄ分だけオフセットされるように配置される。バイアス距離ｄは、実際には数ナノメートル、例えば、１０ｎｍ２０ｎｍでもよく、ピッチＰは、例えば３００〜１０００ｎｍの範囲内、例えば、５００ｎｍ又は６００ｎｍである。図７Ｃでは、バイアス−ｄを有した同じターゲットが、フィーチャ６０８がフィーチャ６０２に対して左側にシフトされて描かれている。図７Ａ〜Ｃに示すこのタイプのバイアスされたターゲット、及びそれらの測定における使用が、例えば上述の特許出願公開に記載されている。
【００４６】
[0062]  さらに、上記で示唆したように、図７Ａ〜Ｃは、ゼロの領域にバイアスを有する「ラインオンライン」ターゲットと呼ばれる、フィーチャ６０２上に位置するフィーチャ６０８（＋ｄ又は−ｄの小さなバイアスが加えられた、又は加えられていない）を描くが、ターゲットは、上側周期構造の各フィーチャ６０８が下側周期構造のスペース６０４上に位置するように、ピッチの半分であるＰ／２のプログラムバイアスを有し得る。これは、「ラインオントレンチ」ターゲットと呼ばれる。この場合も、＋ｄ又は−ｄの小さなバイアスが加えられ得る。「ラインオンライン」ターゲット又は「ラインオントレンチ」ターゲットのどちらかの選択は、適用例に依存する。
【００４７】
[0063]  図４に戻り、周期構造３２、３３、３４、３５は、入ってくる放射をＸ及びＹ方向に回折するために、図示されるように、それらの配向が異なっていてもよい。一例では、周期構造３２及び３４は、それぞれ＋ｄ及び−ｄのバイアスを有したＸ方向周期構造である。周期構造３３及び３５は、それぞれ＋ｄ及び−ｄのオフセットを有したＹ方向周期構造であってもよい。４つの周期構造が図示されるが、別の実施形態は、所望の精度を得るために、より大きなマトリックスを包含していてもよい。例えば、３×３アレイの９つの複合周期構造が、バイアス−４ｄ、−３ｄ、−２ｄ、−ｄ、０、＋ｄ、＋２ｄ、＋３ｄ、＋４ｄを有していてもよい。これらの周期構造の個別の像は、センサ２３によって捕捉される像において識別することができる。
【００４８】
[0064]  図５は、図３の装置において図４のターゲットを用いて、図３（ｄ）のアパーチャプレート１３ＮＷ又は１３ＳＥを用いて、センサ２３上に形成され、及びセンサ２３によって検出され得る像の一例を示す。センサ１９は、異なる個々の周期構造３２〜３５を分解することはできないが、センサ２３は、それを行うことができる。暗い長方形は、センサ上の像のフィールドを表し、その中で、基板上の照明スポット３１が、対応する円形エリア４１に結像される。これの中で、長方形エリア４２〜４５は、周期構造３２〜３５の像を表す。周期構造が、プロダクトエリア内に位置する場合、プロダクトフィーチャは、このイメージフィールドの周辺においても目に見える場合がある。イメージプロセッサ及びコントローラＰＵは、パターン認識を用いて、これらの像を処理することによって、周期構造３２〜３５の個別の像４２〜４５を識別する。このように、像は、センサフレーム内のある特定の場所で非常に厳密にアライメントされる必要はなく、これは、測定装置全体としてのスループットを大きく向上させる。
【００４９】
[0065]  周期構造の個別の像が識別されると、これらの個々の像の強度は、例えば識別されたエリア内の選択されたピクセル強度値の平均値又は総計を求めることによって、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異なるパラメータを測定することができる。オーバーレイ精度は、そのようなパラメータの一例である。
【００５０】
[0066]  図６は、例えば、ＰＣＴ特許出願公開国際公開第ＷＯ２０１１／０１２６２４号に記載される方法を使用して、どのように、コンポーネント周期構造３２〜３５を含有する２つの層間のオーバーレイエラーが、＋１次及び−１次暗視野像の強度を比較することによって明らかとなる周期構造の非対称性により測定されるかを図示する。ステップＭ１では、図２のリソグラフィックセルを用いて、基板（例えば、半導体ウェーハ）を１回又は複数回処理することによって、周期構造３２〜３５を含むターゲットを包含する構造を作製する。Ｍ２では、図３のメトロロジ装置を使用して、周期構造３２〜３５の像を１次回折ビームの一方（例えば、−１）を使用して取得する。ある実施形態では、第１の照明モード（例えば、アパーチャプレート１３ＮＷを使用して生成される照明モード）が使用される。次いで、例えば照明モードを変更すること、又は結像モードを変更すること、又はメトロロジ装置の視野において基板Ｗを１８０°回転させることによって、他方の１次回折ビーム（＋１）を使用して、周期構造の第２の像を取得することができる（ステップＭ３）。その結果、＋１回折放射が第２の像で捕捉される。ある実施形態では、照明モードが変更され、及び第２の照明モード（例えば、アパーチャプレート１３ＳＥを使用して生成される照明モード）が使用される。ある実施形態では、０°及び１８０°の基板配向で測定を行うことによって、ＴＩＳ（装置要因誤差）のような装置要因アーチファクトを除去することができる。
【００５１】
[0067]  なお、各像において１次回折放射の半分のみを包含することによって、ここで言及される「像」は、従来の暗視野顕微鏡像ではない。個々の周期構造フィーチャは、分解されない。各周期構造は、単に、ある強度レベルのエリアによって表される。ステップＭ４では、それから強度レベルが測定される関心領域（ＲＯＩ）が、各コンポーネント周期構造の像内で識別される。
【００５２】
[0068]  個々の周期構造３２〜３５それぞれの関心領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を識別し、及びその強度を測定すると、周期構造の非対称性、及び従って、例えばオーバーレイエラーを決定することができる。これは、各周期構造３２〜３５の＋１次及び−１次に関して取得された強度値を比較することによって、それらの強度の差、すなわち非対称性を識別するステップＭ５において、イメージプロセッサ及びコントローラＰＵによって行われる。「差」という用語は、減算のみを指すことを意図したものではない。差は、比率の形式で計算されてもよい。ステップＭ６では、幾つかの周期構造に関して測定された非対称性を、該当する場合、これらの周期構造のオーバーレイバイアスの知識と共に使用することによって、ターゲットＴの付近のリソグラフィプロセスの１つ又は複数の性能パラメータを計算する。興味対象の性能パラメータは、オーバーレイである。焦点及び／又はドーズなどのリソグラフィプロセスの性能の他のパラメータを計算することができる。１つ又は複数の性能パラメータは、リソグラフィプロセスの向上のためにフィードバックすることができる（図６自体の測定及び計算プロセスを向上させるために使用される、ターゲットＴの設計を向上させるために使用されるなど）。
【００５３】
[0069]  オーバーレイを決定するある実施形態において、図８は、オーバーレイターゲットを形成する個々の周期構造内で、ゼロオフセットの、及び構造的非対称性を持たない「理想的な」ターゲットに関する、オーバーレイエラーＯＶと測定非対称性Ａとの間の関係を図示する曲線７０２を描く。これらのグラフは、オーバーレイのみを決定する原理を図示するためのものであり、並びに、各グラフにおいて、測定非対称性Ａ及びオーバーレイエラーＯＶの単位は、任意である。
【００５４】
[0070]  図７Ａ〜Ｃの「理想的な」状況において、曲線７０２は、測定非対称性Ａが、オーバーレイと正弦曲線関係を有することを示す。正弦曲線変動の周期Ｐは、もちろん適宜のスケールに変換される、周期構造の周期（ピッチ）に対応する。正弦曲線の形は、この例では、純粋なものであるが、実際の状況では、高調波を包含し得る。単純化のために、この例では、（ａ）ターゲットからの１次回折放射のみが、イメージセンサ２３（又はある実施形態では、それの均等物）に到達すること、並びに（ｂ）実験的ターゲット設計が、これらの１次内に、強度と、上側周期構造及び下側周期構造のオーバーレイ結果との間に、純粋な正弦関係が存在するようなものであることを仮定する。これが、実際に当てはまるか否かは、光学系設計、照明放射の波長及び周期構造のピッチＰ、並びにターゲットの設計及びスタックによる。
【００５５】
[0071]  上述の通り、単一の測定に依存するのではなく、バイアス周期構造を使用して、オーバーレイを測定することができる。このバイアスは、測定信号に対応したオーバーレイの基板上較正として機能する、パターニングデバイス（例えば、レチクル）で定義された既知の値（パターニングデバイスからそれが生成された）を有する。図面では、この計算を、グラフを使って示す。図６のステップＭ１〜Ｍ５では、非対称性測定値Ａ（＋ｄ）及びＡ（−ｄ）が、それぞれバイアス＋ｄ１つの−ｄを有するコンポーネント周期構造（例えば、図７Ｂ及び７Ｃに示すような）に関して取得される。これらの測定値を正弦曲線にフィッティングすることにより、図示されるような点７０４及び７０６が与えられる。バイアスを知っていることにより、真のオーバーレイエラーＯＶを計算することができる。正弦曲線のピッチＰは、ターゲットの設計から分かっている。曲線７０２の縦のスケールは、最初に分かっていないが、オーバーレイ比例定数Ｋと呼ぶことができる未知の係数である。
【００５６】
[0072]  方程式の項において、オーバーレイと測定非対称性Ａとの間の関係は、
Ａ＝Ｋｓｉｎ（ＯＶ）      （１）
と仮定することができ、式中、ＯＶは、周期構造ピッチＰが、角度２πラジアンに対応するようなスケールで表現される。異なる既知のバイアスを有した周期構造を用いた２つの測定を使用してＡの２つの値を得ることにより、２つの方程式を解いて、未知数Ｋ及びオーバーレイＯＶを計算することができる。
【００５７】
[0073]  これらの測定技術は、高速且つ比較的計算的に単純であるが（一旦較正されれば）、それらは、オーバーレイ／側方シフトが非対称性の唯一の原因であるという仮定に基づいている。すなわち、それは、例えば、ターゲットに構造的非対称性を持たない「理想的な」状況を想定している。重ね合わせられた周期構造の一方又は両方内のフィーチャの非対称性などの、スタックにおける構造的非対称性もまた、オーバーレイ／側方シフトに加えて、１次の非対称性を生じさせる。オーバーレイに関連しないこの構造的非対称性は、明らかに測定の乱れを生じさせ、不正確な結果を生じさせる。
【００５８】
[0074]  構造的非対称性の一例として、ターゲットの周期構造の１つ又は複数が、構造的に変形され得る。例えば、ターゲットの周期構造フィーチャ（例えば、格子ライン）の１つ又は複数の側壁は、意図した通りに垂直でなくてもよい。別の例として、ターゲットの周期構造フィーチャ間の１つ又は複数のスペース（例えば、トレンチの格子スペース）は、意図したよりも大きくても、又は小さくてもよい。さらに、ターゲットの周期構造の１つ又は複数のフィーチャ（例えば、格子ライン）は、意図したよりも小さい、又は大きい幅を有してもよい。追加的に、ターゲットの１つ又は複数の周期構造に関して、意図されたものからの差が均一である場合でも、意図されたものからのその差は、ターゲットの１つ又は複数の他の周期構造に関して同じでなくてもよい。複合ターゲットの下側周期構造における構造的非対称性は、構造的非対称性の一般的な形態である。それは、例えば、下側周期構造が最初に形成された後に行われる、化学機械研磨（ＣＭＰ）などの基板処理ステップに由来し得る。
【００５９】
[0075]  図７Ｄを参照し、下側周期構造の構造的非対称性の一例が、模式的に描かれる。図７Ａ〜Ｃの周期構造のフィーチャ及びスペースは、実際のフィーチャ及びスペースが、表面に多少の傾斜及びある程度のラフネスを有するときに、完全正方形面を有して示されている。それでもやはり、それらは、プロファイルにおいて少なくとも対称的であることが意図される。図７Ｄの下側周期構造におけるフィーチャ６０２及び／又はスペース６０４は、もはや対称的な形態を全く持たず、例えば１つ又は複数の処理ステップによって歪められている。従って、例えば、各スペース６０４の底面が傾斜している。フィーチャ及びスペースの側壁角も非対称的となっている。オーバーレイが、２つのバイアス周期構造のみを使用して図６の方法によって測定される場合、構造的非対称性は、オーバーレイと区別することができず、及び結果として、オーバーレイ測定が信頼性を欠くものとなる。
【００６０】
[0076]  従って、測定の確度（例えば、ターゲットがアライメントのために使用されるアライメントの測定、ターゲットがオーバーレイ測定のために使用されるオーバーレイの測定など）は、ターゲットの１つ又は複数の周期構造（例えば、格子）の非対称の構造的変形によって大幅に低下し得る。構造的非対称性に起因する測定エラーは、例えば、歩留まり（すなわち、ターゲットが正確であったか否かを決定する処理デバイスの評価）、又はターゲットの断面に基づく、ターゲットを生成する、又は測定するプロセスに対する変更（例えば、プロセスオフセット）により補正され得る。しかし、これらの方法は、破壊的となり得る。それらは、一定の非対称性誘起プロセスエラーを補正することのみに有効となり得る。しかし、ターゲットの構造的非対称性の変動は、断面又は歩留まり測定によって効果的に解けない。従って、例えば、これら又は他の制限の１つ又は複数を克服する構造的非対称性を評価及び補正するロバストな解決策が望まれる。
【００６１】
[0077]  従って、オーバーレイ及び他の影響によって生じた、測定されたターゲット非対称性への寄与を向上したやり方で（具体的には、実際のジオメトリが数値化されることを可能にする）区別することが望ましい。そのため、単に、オーバーレイ測定に対する非対称性の影響を測定し、及びこれを補正するのではなく、本開示は、完全な角度分解再構築の必要性なしに、ターゲットの実際の形状（及び従って、実際の非対称性）が測定されることを可能にする。本明細書に記載の方法は、「真のオーバーレイ」、すなわち、格子の幾何学的な構造的非対称性の影響のないオーバーレイが、暗視野測定から直接再構築されることも可能にする。これは、強度非対称性測定（構造的非対称性による寄与を包含する）が行われ、並びに、次に、オーバーレイ測定から構造的非対称性の影響を数値化及び除去することによって、これらの寄与を補正する、国際公開第２０１６０８３０７６号に記載されるような方法を使用して決定されるオーバーレイとは対照的である。本明細書に記載の方法は、真のオーバーレイ、並びに上部及び下部格子の幾何学的な非対称性パラメータの１つ又は複数の同時再構築を可能にする。これは、それにより真のオーバーレイを推定することができる精度及び確度を根本的に向上させる。加えて、真のオーバーレイを直接的に再構築する能力は、製作プロセス及び生産歩留まりの両方の向上を大幅に支援し得る。
【００６２】
[0078]  必ずしも構造的非対称性をもたらさない、様々なプロセスパラメータにおける他の変動が、ターゲットに大きな影響を及ぼし得る。このようなプロセスパラメータには、層の高さ／厚さ（例えば、デバイス層、若しくはレジスト層のもの、エッチ深さ）、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）、又は屈折率（デバイス層、若しくはレジスト層のもの）が包含され得る。例えば、層の高さ（すなわち、層の厚さ）を測定する能力は、製作中のプロセス制御を向上し得る。層の高さの正確な測定は、興味対象の他のパラメータ（例えば、オーバーレイ）を測定するための、よりロバストなレシピ選択も可能にし得る。現在、層の厚さは、マルチ薄膜ターゲット（格子が存在しない）を使用して光学的に推定される。しかし、これは、基板上の貴重な追加の面積、及び測定を行うための追加の時間を必要とする。
【００６３】
[0079]  従って、提案される測定技術は、ターゲットから回折された高次放射を使用して、ターゲットの測定及び再構築を行うことを含む。代替実施形態では、測定は、瞳面又は像面（像面は、ターゲットの像が形成される面である）において行われ得る。瞳面における測定は、本明細書の実施形態では、測定が複数の層ターゲットに対して行われることを除き、多くの類似点を現在のＣＤ再構築技術と共有する。しかし、現在のＣＤ再構築技術は、本明細書に記載するオーバーレイターゲット（例えば）よりも大きなピッチを有する格子に対して行われる。このより大きなピッチにより、通常、０次（鏡面反射された）放射を捕捉することのみが可能である。しかし、より小さなオーバーレイターゲットに対して本明細書に記載の技術を使用することにより、波長対ピッチ比（これが回折角を決定する）は、高次（少なくとも＋１／−１次、及び場合によっては追加的に他のより高次のもの）を捕捉することが可能なものである。オーバーレイターゲットは、基板面におけるいずれの次元（例えば、Ｘ又はＹ）においても、２０μｍ以下、又は１０μｍ以下となり得る。高次（０次に加えて）を使用して再構築を行うことは、測定が、パラメータの変化に対する感度を増し、並びにその結果、より多くのパラメータ（及び具体的には浮動パラメータ）を用いたより複雑なモデルを使用することができることを意味する。しかし、より大きな利益をもたらすのは、像面における測定（上記のような回折ベースオーバーレイなどの暗視野メトロロジ技術に類似した態様で）である。従って、上記に限定されることなく、本開示は、主に、像面測定及び技術を説明する。
【００６４】
[0080]  スタックジオメトリのモデリングを可能にする再構築技術を記載する。このようなスタックジオメトリには、例えば、基板上の異なる層における２つの格子を含むターゲットのジオメトリが含まれ得る。具体的には、ターゲットは、少なくとも一対の周期構造（構成要素格子間の相対的位置における第１のオフセット（例えば、＋ｄ）を含む第１の周期構造、及び構成要素格子間の相対的位置における第２のオフセット（例えば、−ｄ）を含む第２の周期構造）を含む、図４及び図６（ｂ）〜６（ｄ）に図示される形態のものでもよい。提案される再構築技術は、オーバーレイに加えて、幾何学的パラメータの値を得ることを可能にする。このような幾何学的パラメータには、ターゲット（すなわち、ターゲットスタックにおける）の１つ又は複数の層の高さが含まれ得る。上記の方法によって層の高さを決定することができる層は、ターゲット格子を含む層以外を含んでもよく、及び／又は数に含めてもよい。ターゲットの上及び／又は下に追加の層、及び／又はそれに関して層の高さを測定することができる格子間の追加の介在層が存在してもよい。これらの層は、ターゲットの一部であると見なされる。
【００６５】
[0081]  図９は、スタック内に存在し得る異なる層を示すオーバーレイターゲット例を示す。層９００は、ターゲットが上に形成される実際の基板である。層９１０は、下部格子層（例えば、ポリシリコン「ライン」９１０ａ及び層間誘電ＩＬＤ「スペース」９１０ｂを含む）である。層９２０〜９８０は、（この特定の例においては）ＩＬＤ層９２０、シリコンカーバイド層９３０、窒化チタン層９４０、酸化物層９５０、９７０、炭素層９６０、及びＢＡＲＣ（下部反射防止コーティング）層９８０を包含し得る介在層である。最後に、層９９０が、上部格子層を含む（レジスト中に）。本明細書に記載の方法は、これらの層の一部又は全ての層の高さが決定されること、及び特に、これらの層の高さのそれぞれを有することによって、単一の再構成において浮動パラメータとなることを可能にする。
【００６６】
[0082]  本明細書に記載の方法を使用して決定され得る他の幾何学的パラメータには、例えば、クリティカルディメンジョン（例えば、中間ＣＤ）、床面傾斜、上面傾斜、並びに左及び／又は右の側壁角（ＳＷＡ：side wall angle）（上部格子及び／又は下部格子の一方又は両方の各ケースにおいて）が包含される。本明細書の方法を使用して決定することができる幾何学的パラメータの多くは、暗視野技術を使用したオーバーレイ測定に悪影響を及ぼすことが分かっている構造的非対称性パラメータ（例えば、床面傾斜、上面傾斜、及び左壁と右壁との間のＳＷＡ差）である。本明細書に記載の方法は、構造的非対称性の影響がないオーバーレイ、及び追加的に、例えば品質管理において使用することもできる、これらの実際の構造的非対称性パラメータの一部又は全ての測定を可能にする。
【００６７】
[0083]  図１０は、このような方法を記載するフローチャートである。ステップ１０００では、ターゲットの測定応答（測定データ）を取得するために、構造の測定が行われる。構造は、重ね合わせられた格子、及び異なるバイアス（例えば、＋ｄ及び−ｄ）の少なくとも２つの周期構造を有した、上記のようなターゲットを含み得る。好ましい実施形態では、本開示の範囲内で瞳測定も可能であるが、この測定は、像面におけるフィールド測定として行われる。
【００６８】
[0084]  ステップ１０１０では、記載したように、ターゲットの幾何学的パラメータを包含する幾つかのパラメータの観点から、ターゲットのパラメータ化モデルを定義する「モデルレシピ」が確立される。モデルレシピは、追加的に、ターゲット応答にも影響を与える、使用される測定放射のパラメータなどの他の「測定パラメータ」を包含し得る。ターゲット材料及び下位層の特性もまた、屈折率（スキャトロメトリ放射ビームに存在する特定の波長における）及び分散モデルなどのパラメータによって表される。
【００６９】
[0085]  ターゲットは、その形状及び材料特性を表す数十のパラメータによって定義され得るが、モデルレシピは、これらの多くを、固定値を有するものとして定義し、本明細書では、その他のものを可変又は「浮動」パラメータであると定義する。これらの浮動パラメータには、値が望まれる幾何学的パラメータ（例えば、オーバーレイＣＤ、ＳＷＡ、及び傾斜）の多く、並びに場合によっては、固定されることができず、及び従って解くことが必要であるが、再構築以上の興味がほとんどない他のパラメータ（擾乱パラメータと呼ばれることがある）が含まれ得る。さらに以下で、それによって固定パラメータ及び浮動パラメータのどちらかの選択が行われ得るプロセスを記載する。他のパラメータは、完全に独立した浮動パラメータではなく限定的にのみ変動することが許可され得る。本明細書に記載の再構築方法において、興味対象の浮動パラメータの良好な推定を依然として提供しながら、多数のパラメータが浮動となり得、及び／又は公称値で固定され得ることが注目に値する。
【００７０】
[0086]  ステップ１０２０では、例えば、ＲＣＷＡなどの厳密光回折法、又はマクスウェル方程式のその他の解法を使用して、モデルレシピによって定義されるターゲットの散乱特性をシミュレーションすることによって、ターゲットのモデル化応答（シミュレーションデータ）が取得される。ベクトル又はスカラーモデルを包含する、任意の適宜のスキャトロメトリモデルが使用され得る。ある実施形態では、点像分布関数（ＰＳＦ）モデルが使用され得る。ＰＳＦモデルは、光路をモデル化する必要も、グラフィックスプロセッシングユニットに対する必要性もなしに、比較的高速且つ単純であるという利点を有する。ＰＳＦモデルモデルが、像面におけるピクセル当たりの強度をシミュレーションしないことが留意され得る。代わりに、このモデルは、瞳面における強度に基づいて、像面における平均強度を計算するために、パーセヴァルの定理（省エネルギー）を使用する。像面における平均（グレーレベル）強度は、波長依存ＣＣＤ積分時間（これに対して、μＤＢＯカメラノイズも（任意選択的に）加算され得る）を考慮することによって取得され得る。
【００７１】
[0087]  生成されるシミュレーション平均強度の総数は、測定放射特性（例えば、波長及び偏光）の数、捕捉された回折次数の数、及びターゲットバイアスの数の積を含み得る。実例として、測定放射が、７つの波長及び２つの偏光から構成され、並びに２つの捕捉次数（＋１及び−１）及び２つのバイアス（＋ｄ及び−ｄ）が存在する例において、強度の数（強度ベクトルの長さ）は、７×２×２×２＝５６となる。
【００７２】
[0088]  ステップ１０３０において、測定応答とモデル化応答との間の差を最小化する目的関数が考案される。次いで、この目的関数が、浮動パラメータの観点から最小化される（ステップ１０４０）。この最小化は、反復的であってもよい（すなわち、所望の確度の解に収束するまで複数回反復して、浮動パラメータの１つ又は複数を変化させ、及びステップ１０２０を繰り返すことによって、更新されたモデル化応答を取得する）。代替的に、又は追加的に、このステップは、測定応答と比較するために、以前にモデル化されたモデル化応答ライブラリの結果を使用し得る。例えば、パラメータの粗い一セットのライブラリ検索が、最初に行われ、所望の確度を有したターゲットのパラメータを報告するために、目的関数を使用してパラメータのより正確な一セットを決定する１つ又は複数の反復が続き得る。
【００７３】
[0089]  目的関数は、例えば、
ｉ）スケーリングされた像強度非対称性、
ｉｉ）スタック感度、又は
ｉｉｉ）生の平均ＲＯＩ像強度ベース、
を包含し得る、任意の強度ベースメトリックに基づき得る。
【００７４】
[0090]  上記の例ｉ）、ｉｉ）、及びｉｉｉ）のそれぞれは、一部の適用例に対して、他の適用例に対するよりも良好な結果を示す。例えば、スタック感度ベースの目的関数は、特に非対称パラメータも浮動しない場合に、ウェーハスタックにおける層の高さを再構築するのにより適し得る。一方、スケーリングされた像強度非対称性ベースの目的関数の使用は、機械較正エラーの存在下で、幾何学的形状非対称性を再構築する場合に、より望ましくなり得る。例ｉ）及びｉｉ）の両方は、自己較正を行い、及び従ってモデル較正を必要としない。生の平均ＲＯＩ像強度ベースの目的関数は、例えば、単一の波長及び偏光のみの測定放射を使用することによって、興味対象のパラメータを取得するために必要とされる測定データ量を最小化することが望ましい場合に最も有用である。生の平均ＲＯＩ像強度が使用される場合、２つ以上の波長／偏光が使用される場合には、モデル較正が必要とされる。
【００７５】
[0091]  スケーリングされた像強度非対称性Ａ（＋ｄ）スケーリングされた、Ａ（−ｄ）スケーリングされたは、
【数１】
0006793840.tif 000002
として計算され得る。式中、各Ｉ項は、各下付き文字がバイアスを表し、及び各上付き文字が回折次数を表す、回折次数の測定強度であり、従って、
【数２】
0006793840.tif 000003
は、＋ｄバイアス格子からの＋１回折次数の測定強度である。
【００７６】
[0092]  生の平均ＲＯＩ像強度Ｓは、
【数３】
0006793840.tif 000004
として計算され得る。
【００７７】
[0093]  スタック感度ＳＳ（信号コントラストも）は、ターゲット（例えば、格子）層間の回折により、オーバーレイが変化するにつれて、どのくらい信号の強度が変化するかの測定値として理解され得る。すなわち、オーバーレイの文脈において、それは、オーバーレイターゲットの上側格子と下側格子との間のコントラストを表し、及び従って、上側格子と下側格子との間の回折効率間のバランスを表す。従って、それは、測定の感度の測度例である。それは、平均強度Ｓに対するオーバーレイ比例定数Ｋの比として計算され得る。
【数４】
0006793840.tif 000005
式中、
【数５】
0006793840.tif 000006
である。
【００７８】
[0094]  各ケースにおいて、目的関数は、
【数６】
0006793840.tif 000007
の形式をとり得る。式中、Ｃ事前は、ベイジアン事前分散（分散は、大きく設定されてもよい−１０のオーダーで）を有した対角行列である。Ｉｆは、実験的強度メトリック値（例えば、μＤＢＯ強度値、スケーリングされた非対称性、又はスタック感度）のセットであり、Ｍｆは、モデル化された強度メトリック値のセットであり、μは、公称パラメータ値であり、及び（任意選択的に）ＣＦは、カメラノイズに基づいたノイズ行列である。
【００７９】
[0095]  上述の通り、スケーリングされた強度非対称性ベースの再構築は、幾何学的形状非対称性の再構築に好まれ得るが、スタック感度ベースの再構築は、層の高さの再構築（幾何学的形状非対称性の再構築なしに）に好まれ得る。その結果、ある実施形態では、二段階再構築が行われ得る。第１の段階では、他のパラメータは固定された状態で、層の高さのみが再構築される（浮動パラメータ）。この第１の段階は、スタック感度ベースの目的関数を使用して行われる。第２の段階では、スケーリングされた強度非対称性目的関数を使用した、幾何学的形状非対称性（例えば、床面／上面傾斜、ＳＷＡ、オーバーレイ）及び任意選択的にＣＤメトリックの第２の再構築において、決定した層の高さが、固定パラメータとしてフィードフォワードされる。ある具体的な実施形態では、第１の段階からの決定した層の高さを使用して、基板にわたる層の高さの変動を表すスタック高さ変動マップを予測することができる。次に、このスタック高さ変動マップを使用して、第２の段階の再構築において層の高さを固定することができる。これは、既存のメトロロジデバイス（図３Ａに図示されるような）を使用して、及び追加の測定コストなしに（そのようなμＤＢＯ測定が、一般的に、いずれにせよ、既存のμＤＢＯ技術を使用してオーバーレイを測定するために行われるため）、例えば、オーバーレイエラー（他の幾何学的形状非対称性の影響がない）及び層の高さを包含する、興味対象の全てのパラメータの完全な再構築が行われることを可能にする。
【００８０】
[0096]  ある実施形態では、再構築最適化ステップを有することがさらに提案される。このようなステップを使用して、記載したような再構築において、どのパラメータが固定されるべきであり、及びどれが浮動でもよいかを決定することができる。図１１は、そのような方法を表すフローチャートである。ステップ１１００では、各再構築パラメータに対する目的関数の導関数が、パラメータドメイン内の異なるサンプリング場所で得られる。結果として生じる導関数行列のコンディショナリティが、ステップ１１１０において決定される。異なるパラメータグループ間の角度も決定される。ステップ１１２０では、コンディショナリティ及び／又は角度を使用して、高度に相関した（例えば、高い多重共線性を示す）再構築パラメータのペア（又はより大きなグループ）が存在するか否かが識別される。ステップ１１３０では、取得した導関数を使用して、目的関数において大きな変化を生じさせない再構築パラメータを識別し得る。ステップ１１４０では、どのパラメータが固定されるべきであるかが決定される。これらは、目的関数において大きな変化を生じさせないとステップ１１３０で決定されたパラメータ、及びステップ１１２０で識別された相関ペア／グループの比較的重要性の低い１つ又は複数のパラメータを包含し得る。ステップ１１２０〜１１４０は、１つ又は複数の特定のパラメータに対する導関数行列のコンディショナリティ及び角度を決定することを含み得る。例えば、導関数行列が、ある特定のパラメータに対して悪く条件付けられていると決定されると（例えば、閾値条件数に基づいて）、又はあるパラメータが、他のパラメータと同一線上にある場合には、そのパラメータは、固定され得る。高条件数に関連したパラメータの２つ以上２つ以上が、説明した分散の高い割合を有する場合、これは、高い相関を示し得る。良く条件付けられたパラメータが、再構築において浮動であると選択され得る。ステップ１１５０では、取得した導関数を使用して、ベイジアン事前分布を浮動パラメータに加えることができる。
【００８１】
[0097]  別の実施形態では、測定レシピ選択が最適化され得る。このような実施形態では、層の厚さは、記載したような再構築によって決定することができ、及び次に、スイング曲線を用いてロバストなオーバーレイのための最も適切な波長／偏光の組み合わせを求める際に、スタック高さ変動マップを使用することができる。スイング曲線は、（例えば）オーバーレイ比例Ｋ又はスタック感度などの強度パラメータのスペクトルシーケンス（例えば、波長による変動）を用いてフィッティングされた曲線でもよい。認識されるように、データのみを処理することができるので、グラフが生成される必要はない。測定レシピ選択は、例えば、スタック感度を最適化するために、このようなスイング曲線に基づいて行われ得る。スイング曲線は、層の厚さの変化に応じて変化する。オーバーレイ測定のための波長／偏光の組み合わせを選択する際に、層の厚さの変動が考慮されない場合、スイング曲線上の間違った位置が誤って選択され得るので、考慮されていない厚さの変動は、スタックが、選択されたレシピに関して、オーバーレイの変化に対して感度が不十分となることを引き起こし得る。その場合、測定されたオーバーレイは、精密でも正確でもない。再構築スタック高さ変動マップを使用することによって、正しいスイング曲線を生成することができる。この正しいスイング曲線に基づいて、ロバスト及び正しい位置で、波長／偏光レシピを選択することができるので、厚さの変動にかかわらず、オーバーレイに対する感度は、最適である。
【００８２】
[0098]  要約すれば、オーバーラップする格子を使用して、基板上の異なる層のスタック高さを推定することによって、層の高さを光学的に推定するためのマルチ薄膜（格子は存在しない）の使用を避けることができる。これは、貴重な基板の面積が、そのようなマルチ薄膜ターゲットによって使用されないことも意味する。スタックにおける推定された層の高さの知識は、製作中のプロセス制御の向上を助け得る。
【００８３】
[0099]  スタックの高さ、真のオーバーレイ（幾何学的非対称性の影響がない）、及び実際の幾何学的形状非対称性の値の推定を可能にするために、多くの既存のメトロロジシステムに対してハードウェアの変更を実施する必要はない。これは、それにより真のオーバーレイを推定することができる精度及び確度を根本的に向上させる。真のオーバーレイを測定する能力は、製作プロセス及び歩留まりの両方の向上を大幅に支援し得る。
【００８４】
[00100]  非対称性パラメータの再構築は、格子におけるクリティカルディメンジョン、側壁角、及び傾斜の推定を提供する。これらのパラメータは、製作における異なる処理ステップ（エッチング、現像、ＣＭＰ）の確度に非常に重要な見識を与えることもできる。これらは、再構築に必要とされる像面応答が、オーバーレイを計算するために既に測定されているので、全て「無料で」効果的に取得される。
【００８５】
[00101]  本明細書に記載の方法は、像面応答においてＲＯＩ内の全ピクセルの平均強度を用いるので、目的関数の信号対ノイズ比が、非常に高い。従って、再構築アルゴリズムは、多くのパラメータを浮動させる際に、ノイズの影響をあまり受けない。これは、多くのパラメータが、限られた測定データを用いて推定され得ることを意味する。
【００８６】
[00102]  ターゲットを使用して行われるこれらの測定は、必然的に、例えば、リソグラフィプロセスによるデバイスの作製に使用され得る。さらに、ターゲットを使用して行われる測定の補正に使用されることに加えて、ターゲットの非対称変形の測度は、ターゲットの（再）設計において使用されてもよく（例えば、設計のレイアウトを変更する）、ターゲットの形成プロセスにおいて使用されてもよく（例えば、材料の変更、プリンティングステップ又は条件の変更を行うなど）、測定条件の公式化において使用されてもよい（例えば、測定ビームの波長、偏光、照明モードなどに関する光学的測定公式化の変更を行う）。
【００８７】
[00103]  本発明によるさらなる実施形態を、以下の番号が付された条項にさらに記載する。
１．リソグラフィプロセスによって基板上の少なくとも２つの層において形成されたターゲットの測定に関連する測定データを取得することであって、上記測定データが、非０次回折次数の少なくとも１つの対応ペアから導出されることと、
ターゲットの幾何学的パラメータの観点から定義されたターゲットの測定のシミュレーションに関連するシミュレーションデータを取得することであって、上記幾何学的パラメータが、１つ又は複数の可変幾何学的パラメータを含むことと、
上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータの値を直接的に再構築するために、測定データとシミュレーションデータとの間の差を最小化することと、
を含む、メトロロジ方法。
２．上記測定データが、上記非０次回折次数の少なくとも１つの対応ペアが像面において検出される暗視野測定から導出されたターゲットの測定に関連する、条項１に記載の方法。
３．上記最小化ステップが、検出された非０次回折次数の強度メトリックの観点から、測定データとシミュレーションとの間の差を最小化するように行われる、条項２に記載の方法。
４．上記測定データ及びシミュレーションデータがそれぞれ、複数の強度値を、非０次回折次数、測定放射特性、及び／又は上記ターゲットに含まれる付与されたターゲットバイアスの各組み合わせに対して１つずつ含み、並びに、上記強度メトリックが、上記強度値から導出される、条項３に記載の方法。
５．上記強度メトリックが、スケーリングされた像強度非対称性を含み、各スケーリングされた像強度非対称性測定が、平均強度によってスケーリングされた非０次回折次数の対応ペア間の強度差を含む、条項３又は４に記載の方法。
６．上記強度メトリックが、スタック感度を含み、スタック感度が、測定像内の関心領域の強度の平均に対するオーバーレイ比例定数の比である、条項３又は４に記載の方法。
７．上記強度メトリックが、測定像内の関心領域の強度の平均である平均強度を含む、条項３又は４に記載の方法。
８．上記測定データが、上記非０次回折次数の少なくとも１つの対応ペアが瞳面において検出される瞳面測定から導出されたターゲットの測定に関連する、条項１に記載の方法。
９．上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、ターゲットに含まれる層の少なくとも１つの層の高さを含む、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
１０．上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、ターゲットに含まれる異なる層の複数の層の高さを含み、及び最小化ステップが、上記複数の層の高さの値を同時に再構築することを含む、条項９に記載の方法。
１１．上記最小化ステップで決定された少なくとも１つの層の高さを有したターゲットの測定放射の波長を有した強度パラメータの変動を表すスペクトルシーケンスを計算するステップと、
上記スペクトルシーケンスに基づいて測定放射を最適化するステップと、
を含む、条項９又は１０に記載の方法。
１２．上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、ターゲットに含まれる構造の少なくとも１つにおける幾何学的非対称性の影響のないオーバーレイエラーを含む、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
１３．上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、ターゲットに含まれる少なくとも１つの構造の１つ又は複数の幾何学的非対称性パラメータを含む、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
１４．上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、
ターゲットに含まれる層の１つ又は複数の層の高さと、
ターゲットに含まれる構造の少なくとも１つにおける幾何学的非対称性の影響のないオーバーレイエラー、及び１つ又は複数の幾何学的非対称性パラメータの１つ又は複数を含み得る１つ又は複数の他の可変幾何学的パラメータと、
を含み、
上記最小化ステップが、二段階で行われ、第１の段階が、上記１つ又は複数の層の高さの値を再構築するためのものであり、及び第２の段階が、上記１つ又は複数の他の可変幾何学的パラメータの値を再構築するためのものであり、第１の段階で決定された１つ又は複数の層の高さが、第２の段階において、１つ又は複数の固定層高さパラメータとしてフィードフォワードされる、条項１〜７の何れか一項に記載の方法。
１５．上記強度メトリックが、上記第１の段階においてスタック感度を含み、スタック感度が、測定像内の関心領域の強度の平均に対するオーバーレイ比例定数の比であり、及び上記強度メトリックが、上記第２の段階において、スケーリングされた像強度非対称性を含み、各スケーリングされた像強度非対称性測定が、平均強度によってスケーリングされた非０次回折次数の対応ペア間の強度差を含む、条項１４に記載の方法。
１６．第１の段階を使用して、基板にわたる層の高さの変動を表すスタック高さ変動マップを予測し、上記スタック高さ変動マップが、第２の段階において、上記１つ又は複数の固定層高さパラメータを決定するために使用される、条項１４又は１５に記載の方法。
１７．上記最小化ステップで決定された少なくとも１つの層の高さを有したターゲットの測定放射の波長を有した強度パラメータの変動を表すスペクトルシーケンスを計算するステップと、
上記スペクトルシーケンスに基づいて、測定放射を最適化するステップと、
を含む、条項１４〜１６の何れか一項に記載の方法。
１８．上記１つ又は複数の幾何学的非対称性パラメータが、床面傾斜、上面傾斜、側壁角、クリティカルディメンジョンの１つ又は複数を含む、条項１３〜１７の何れか一項に記載の方法。
１９．上記最小化ステップが、測定データとシミュレーションデータとの間の差を最小化するための目的関数を考案することを含む、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
２０．目的関数が、検出器ノイズを考慮に入れた項を含む、条項１９に記載の方法。
２１．上記の幾何学的パラメータのどれが、上記可変幾何学的パラメータであるべきかを決定する再構築最適化ステップをさらに含む、条項１９又は２０に記載の方法。
２２．各幾何学的パラメータに対して、
上記目的関数の導関数行列を決定するステップと、
上記導関数行列のコンディショナリティ、及び導関数行列内の異なる１つ又は複数のベクトルの組み合わせの角度に基づいて、上記幾何学的パラメータのどれが、上記可変幾何学的パラメータであるべきかを決定するステップと、
を行うことを含む、条項２１に記載の方法。
２３．上記再構築最適化ステップが、対応する導関数行列が、悪く条件付けられていると決定される場合、又は上記角度の１つ若しくはが、ある閾値未満である場合に、可変幾何学的パラメータとなる幾何学的パラメータを選択しないことを含む、条項２２に記載の方法。
２４．上記再構築最適化ステップが、
相関した幾何学的パラメータの１つ又は複数のセットを決定することと、
可変幾何学的パラメータとして、セット内で最大の相対的重要性を持つと見なされる各セットの相関幾何学的パラメータを決定することと、
を含む、条項２１、２２、又は２３に記載の方法。
２５．上記ターゲットが、少なくとも２つのサブターゲットを含み、それぞれのサブターゲットが、異なる付与されたオーバーレイバイアスを有する、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
２６．複数の可変幾何学的パラメータが存在し、及び最小化ステップが、これらの可変幾何学的パラメータのそれぞれの値を同時に再構築することを含む、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
２７．可変幾何学的パラメータの数が、３より大きい、条項２６に記載の方法。
２８．可変幾何学的パラメータの数が、６より大きい、条項２６に記載の方法。
２９．上記シミュレーションデータが、点像分布関数モデルから取得される、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
３０．上記測定を行うこと、及び上記非０次回折次数の少なくとも１つの対応ペアを捕捉することにより、上記測定データを取得すること、及び上記シミュレーションを行うことにより、上記シミュレーションデータを取得することを含む、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
３１．上記測定データが、複数の異なる測定放射特性を有する測定放射を用いたターゲットの測定に関連する、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
３２．上記ターゲットが、基板面におけるいずれの次元においても、１０μｍ以下である、先行する条項の何れか一項に記載の方法。
３３．リソグラフィプロセスによって基板上の少なくとも２つの層において形成されたターゲットの測定に関連する測定データを取得することであって、上記測定データが、非０次回折次数の少なくとも１つの対応ペアから導出されることと、
ターゲットの幾何学的パラメータの観点から定義されたターゲットの測定のシミュレーションに関連するシミュレーションデータを取得することであって、上記幾何学的パラメータが、１つ又は複数の可変幾何学的パラメータを含むことと、
上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータの値を直接的に再構築するために、測定データとシミュレーションデータとの間の差を最小化することと、
を行うように動作可能なプロセッサを含む、メトロロジ装置。
３４．上記メトロロジ装置の像面に検出器を含み、及び上記非０次回折次数の少なくとも１つの対応ペアが、上記測定データを取得するために、像面において上記検出器によって検出される暗視野測定を行うように動作可能である、条項３３に記載のメトロロジ装置。
３５．検出された非０次回折次数の強度メトリックの観点から、測定データとシミュレーションとの間の差を最小化するように動作可能な、条項３４に記載のメトロロジ装置。
３６．上記測定データ及びシミュレーションデータがそれぞれ、複数の強度値を、非０次回折次数、測定放射特性、及び／又は上記ターゲットに含まれる付与されたターゲットバイアスの各組み合わせに対して１つずつ含み、上記プロセッサが、上記強度値から上記強度メトリックを導出するように動作可能である、条項３５に記載のメトロロジ装置。
３７．上記強度メトリックが、スケーリングされた像強度非対称性を含み、各スケーリングされた像強度非対称性測定が、平均強度によってスケーリングされた非０次回折次数の対応ペア間の強度差を含む、条項３５又は３６に記載のメトロロジ装置。
３８．上記強度メトリックが、スタック感度を含み、スタック感度が、測定像内の関心領域の強度の平均に対するオーバーレイ比例定数の比である、条項３５又は３６に記載のメトロロジ装置。
３９．上記強度メトリックが、測定像内の関心領域の強度の平均である平均強度を含む、条項３５又は３６に記載のメトロロジ装置。
４０．上記メトロロジ装置の瞳面に検出器を含み、及び上記非０次回折次数の少なくとも１つの対応ペアが、上記測定データを取得するために、瞳面において上記検出器によって検出される瞳面測定を行うように動作可能な、条項３３に記載のメトロロジ装置。
４１．上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、ターゲットに含まれる層の少なくとも１つの層の高さを含む、条項３３〜４０の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
４２．上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、ターゲットに含まれる異なる層の複数の層の高さを含み、及びプロセッサが、上記複数の層の高さの値を同時に再構築するように動作可能である、条項４１に記載のメトロロジ装置。
４３．プロセッサが、
上記最小化で決定された少なくとも１つの層の高さを有したターゲットの測定放射の波長を有した強度パラメータの変動を表すスペクトルシーケンスを計算することと、
上記スペクトルシーケンスに基づいて測定放射を最適化することと、
を行うようにさらに動作可能である、条項４１又は４２に記載のメトロロジ装置。
４４．上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、ターゲットに含まれる構造の少なくとも１つにおける幾何学的非対称性の影響のないオーバーレイエラーを含む、条項３３〜４３の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
４５．上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、ターゲットに含まれる少なくとも１つの構造の１つ又は複数の幾何学的非対称性パラメータを含む、条項３３〜４４の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
４６．上記１つ又は複数の可変幾何学的パラメータが、
ターゲットに含まれる層の１つ又は複数の層の高さと、
ターゲットに含まれる構造の少なくとも１つにおける幾何学的非対称性の影響のないオーバーレイエラー、及び１つ又は複数の幾何学的非対称性パラメータの１つ又は複数を含み得る１つ又は複数の他の可変幾何学的パラメータと、
を含み、
上記プロセッサが、上記最小化を二段階で行うように動作可能であり、第１の段階が、上記１つ又は複数の層の高さの値を再構築するためのものであり、及び第２の段階が、上記１つ又は複数の他の可変幾何学的パラメータの値を再構築するためのものであり、第１の段階で決定された１つ又は複数の層の高さが、第２の段階において、１つ又は複数の固定層高さパラメータとしてフィードフォワードされる、条項３３〜３９の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
４７．上記強度メトリックが、上記第１の段階においてスタック感度を含み、スタック感度が、測定像内の関心領域の強度の平均に対するオーバーレイ比例定数の比であり、及び上記強度メトリックが、上記第２の段階において、スケーリングされた像強度非対称性を含み、各スケーリングされた像強度非対称性測定が、平均強度によってスケーリングされた非０次回折次数の対応ペア間の強度差を含む、条項４６に記載のメトロロジ装置。
４８．プロセッサが、上記第１の段階において、基板にわたる層の高さの変動を表すスタック高さ変動マップを予測し、及び上記第２の段階において、上記スタック高さ変動マップを使用して、上記１つ又は複数の固定層高さパラメータを決定するように動作可能である、条項４６又は４７に記載のメトロロジ装置。
４９．プロセッサが、
上記最小化で決定された少なくとも１つの層の高さを有したターゲットの測定放射の波長を有した強度パラメータの変動を表すスペクトルシーケンスを計算することと、
上記スペクトルシーケンスに基づいて、測定放射を最適化することと、
を行うようにさらに動作可能である、条項４６〜４８の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
５０．上記１つ又は複数の幾何学的非対称性パラメータが、床面傾斜、上面傾斜、側壁角、クリティカルディメンジョンの１つ又は複数を含む、条項４５〜４９の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
５１．プロセッサが、測定データとシミュレーションデータとの間の差を最小化するための目的関数を考案するように動作可能である、条項３３〜５０の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
５２．目的関数が、検出器ノイズを考慮に入れた項を含む、条項５１に記載のメトロロジ装置。
５３．プロセッサが、上記の幾何学的パラメータのどれが、上記可変幾何学的パラメータであるべきかを決定するように動作可能である、条項５１又は５２に記載のメトロロジ装置。
５４．各幾何学的パラメータに対して、プロセッサが、
上記目的関数の導関数行列を決定することと、
上記導関数行列のコンディショナリティ、及び導関数行列内の異なる１つ又は複数のベクトルの組み合わせの角度に基づいて、上記幾何学的パラメータのどれが、上記可変幾何学的パラメータであるべきかを決定することと、
を行うようにさらに動作可能である、条項５３に記載のメトロロジ装置。
５５．プロセッサが、対応する導関数行列が、悪く条件付けられていると決定される場合、又は上記角度の１つ若しくはが、ある閾値未満である場合に、可変幾何学的パラメータとなる幾何学的パラメータを選択しないようにさらに動作可能である、条項５４に記載のメトロロジ装置。
５６．プロセッサが、
相関した幾何学的パラメータの１つ又は複数のセットを決定することと、
可変幾何学的パラメータとして、セット内で最大の相対的重要性を持つと見なされる各セットの相関幾何学的パラメータを決定することと、
を行うようにさらに動作可能である、条項５３、５４、又は５５に記載のメトロロジ装置。
５７．複数の可変幾何学的パラメータが存在し、及びプロセッサが、これらの可変幾何学的パラメータのそれぞれの値を同時に再構築するようにさらに動作可能である、条項３３〜５６の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
５８．可変幾何学的パラメータの数が、３より大きい、条項５７に記載のメトロロジ装置。
５９．可変幾何学的パラメータの数が、６より大きい、条項５７に記載のメトロロジ装置。
６０．上記シミュレーションデータが、点像分布関数モデルから取得される、条項３３〜５９の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
６１．上記ターゲットを測定し、及び上記測定データを取得するために測定放射を提供する放射源を含む、条項３３〜６０の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
６２．上記放射源が、複数の異なる測定放射特性を有する測定放射を提供するように動作可能であるので、上記測定データが、上記複数の異なる測定放射特性を有する測定放射を用いたターゲットの測定に関連する、条項６１に記載のメトロロジ装置。
６３．基板面におけるいずれの次元においても、１０μｍ以下であるターゲットを測定するように動作可能である、条項３３〜６２の何れか一項に記載のメトロロジ装置。
６４．適宜の装置上で実行されると、条項１〜３２の何れかに記載の方法を行うように動作可能なプログラム命令を含むコンピュータプログラム。
６５．条項６４のコンピュータプログラムを含む、非一時的コンピュータプログラムキャリア。
【００８８】
[00104]  光リソグラフィの状況における本発明の実施形態の使用に対する具体的な言及を上記で行ったが、本発明は、他の適用例、例えば、インプリントリソグラフィにおいて使用されてもよく、及び状況が許せば、光リソグラフィに限定されないことが認識されるだろう。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が、基板上に形成されるパターンを定義する。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の層に押し付けることができ、そこで、レジストが、電磁放射、熱、圧力、又はそれらの組み合わせを加えることによって硬化される。パターニングデバイスは、レジストの硬化後に、レジストから抜け、レジスト内にパターンを残す。
【００８９】
[0105]  本明細書で使用される「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば、約３６５、３５５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍの波長を有する）及び極端紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を包含するあらゆるタイプの電磁放射、並びにイオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームを対象に含める。
【００９０】
[0106]  「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁及び静電光学コンポーネントを包含する様々なタイプの光学コンポーネントの何れか１つ又は組み合わせを指す場合がある。
【００９１】
[00107]  具体的な実施形態の上記の記載により、他の人々が、当該技術分野の知識を適用することによって、様々な適用例のために、上記具体的な実施形態を、過度の実験なしに、本発明の一般的概念から逸脱することなく、容易に修正及び／又は適応させることができるように、本発明の実施形態の一般的性質が明らかとなる。従って、このような適応及び修正は、本明細書に提示される教示及びガイダンスに基づいた、開示された実施形態の均等物の意味及び範囲内であることが意図される。本明細書における表現又は用語は、例示による説明を目的としたものであり、及び限定を目的としたものではないので、本明細書の用語又は表現は、本教示及びガイダンスに鑑みて当業者によって解釈されるものである。
【００９２】
[00108]  本発明の広がり及び範囲は、上記の例示的実施形態の何れによっても限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物によってのみ定義されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図３（ｄ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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