(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィプロセスのパラメータを測定する方法であって、
ターゲット構造を提供することであって、各ターゲット構造はリソグラフィプロセスを用いて基板上の単一の材料層に形成された２次元周期構造を含み、前記２次元周期構造の格子ラインのそれぞれを、前記格子ラインのそれぞれの軸方向に沿った所定の間隔で局所的に切断することにより、各ターゲット構造を提供することと、
前記リソグラフィプロセスにより形成されるターゲット構造を放射で照明することと、
前記ターゲット構造の角度分解散乱スペクトルを取得することと、
前記ターゲット構造の前記散乱スペクトルにおいて見出された非対称性を用いて前記パラメータの測定値を導出することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記ターゲット構造の前記角度分解散乱スペクトルを取得することは、前記ターゲット構造によって散乱されたゼロ次放射を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各ターゲット構造は２次元アレイを形成するフィーチャを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ターゲット構造は相補的２次元フーリエ空間内で非ゼロ成分を有するフィーチャを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記パラメータを導出するステップは、前記ターゲット構造の前記散乱スペクトルにおいて見出された前記非対称性を用いて製品構造に関連したオーバーレイエラーの測定値を計算することを含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記ターゲット構造の前記散乱スペクトルにおいて見出された前記非対称性を用いることは、基準から等間隔である前記散乱スペクトルの領域を用いることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記基準は線である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記基準は点である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記リソグラフィプロセスの前記パラメータの導出において使用される前記非対称性の寄与分は重み付け係数によって変更される、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記重み付け係数は対称位置の非対称関数行列式部分から取得される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記重み付け係数は異なるオーバーレイエラーで計算された非対称関数行列式から得られる、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記重み付け係数は実験計画法から得られる、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたメトロロジー装置。
【請求項１４】
リソグラフィプロセスにおいて使用されるリソグラフィ装置と、
少なくとも部分的に前記リソグラフィ装置を用いて形成されたターゲット構造を用いた前記リソグラフィプロセスのパラメータの測定において使用される、請求項１３に記載のメトロロジー装置と、
を備えるリソグラフィシステム。
【請求項１５】
適切なプロセッサ上で実行された場合に、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法の前記導出ステップを前記プロセッサに実行させる機械読み取り可能命令を含むコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
[0001]  本出願は、２０１５年８月２７日に出願された米国出願第６２／２１０，９３８号及び２０１６年３月１日に出願された米国出願第６２／３０１，８８０号の優先権を主張する。これらは参照によりその全体が本願に含まれる。
【０００２】
[0002]  本発明は、リソグラフィ技法を用いた半導体デバイス等の製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  リソグラフィ装置は、基板上、通常は基板のターゲット部分上に所望のパターンを付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。その場合、代替として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使用して、ＩＣの個々の層上に形成されるべき回路パターンを生成することができる。このパターンは、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、一部、１つ、又はいくつかのダイ）に転写することができる。各々が特定のパターン及び材料組成を有する複数の層を適用して、完成品の機能デバイス及び相互接続を画定する。
【０００４】
[0004]  現世代及び次世代のプロセスは、多くの場合、いわゆるマルチパターニング技法を利用して、リソグラフィ装置によって直接印刷できるよりも小さい寸法を有するデバイスフィーチャを生成する。各々が独自のマスク又はレチクルを有するマルチパターニングステップは、基板上の単一の層に所望のデバイスパターンを画定するために実行される。マルチパターニングの多くの異なる例が既知である。いくつかのプロセスでは、所望のデバイスパターンのための基礎として規則的な格子構造が形成される。次いで、回路に特有のマスクパターンを用いて、格子構造を形成するラインを特定の位置で切断して、ラインを個別のセグメントに分離する。格子構造は寸法が非常に小さく、ピッチが数十ナノメートル又は十数ナノメートルである場合がある。
【０００５】
[0005]  リソグラフィプロセスでは、しばしば、例えばプロセス制御及び検証のために、生成された構造の測定を行うことが望ましい。そのような測定を行うための様々なツールが既知であり、それらには、クリティカルディメンション（ＣＤ）を測定するため使用されることが多い走査型電子顕微鏡や、オーバーレイすなわち基板の２つの層の整合の精度を測定するための専用ツールが含まれる。測定されるデバイスの最終的な性能は、格子構造に対するカットマスクの位置決め及び寸法設定の精度に大きく依存する。（この文脈におけるカットマスクは、機能回路を形成するために格子構造が変更される回路特有の位置を規定するものである。）オーバーレイエラーがあると、切断又は他の変更が誤った場所で発生する可能性がある。寸法（ＣＤ）エラーがあると、切断部が大きくなり過ぎるか又は小さくなり過ぎる可能性がある（極端な場合は、隣接する格子ラインを誤って切断するか、又は対象の格子ラインを完全に切断できない）。
【０００６】
[0006]  リソグラフィプロセスの他の性能パラメータも対象となり得る。例えば光学リソグラフィでは、焦点及び露光ドーズのパラメータを測定する必要がある場合がある。
【０００７】
[0007]  しかしながら、最新の製品構造の寸法は極めて小さいので、光学メトロロジー技法によって撮像することができない。小型のフィーチャには、例えば、マルチパターニングプロセス及びピッチマルチプリケーション（ｐｉｔｃｈ−ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ）によって形成されたものが含まれる。（これらの用語については以下でさらに説明する。）実際、構造は、それらを「見る」ことができない従来のメトロロジー技法にとって小さすぎる。従って、高ボリュームメトロロジーに用いられるターゲットが使用するフィーチャは、多くの場合、オーバーレイエラー又はクリティカルディメンションが関心特性（ｐｒｏｐｅｒｔｙ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ）である製品よりもはるかに大きい。
【０００８】
[0008]  走査型電子顕微鏡は最新の製品構造を解像することができるが、走査型電子顕微鏡によって行われる測定は、光学測定に比べて、著しく時間を要すると共に費用も高い。
【発明の概要】
【０００９】
[0009]  本発明者等は、製品構造と同様の寸法及び処理を用いた構造によって散乱されたゼロ次光を用いることにより、これらの構造に対してメトロロジー測定を実行できることを認識した。
【００１０】
[0010]  本発明の第１の態様において、リソグラフィプロセスのパラメータを測定する方法が提供される。リソグラフィプロセスは、２つ以上のリソグラフィステップを用いて単一の材料層に２次元周期製品構造を形成するためのものであり、この方法は、
第１及び第２のターゲット構造を提供することであって、各ターゲット構造は第１及び第２のリソグラフィステップを用いて基板上の単一の材料層に形成された２次元周期構造を含み、第１のターゲット構造において、第２のリソグラフィステップで画定されたフィーチャは、第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャに対して、第１のリソグラフィステップで形成されたフィーチャの空間周期の半分に近い第１のバイアス量だけ変位し、第２のターゲット構造において、第２のリソグラフィステップで画定されたフィーチャは、第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャに対して、空間周期の半分に近いと共に第１のバイアス量とは異なる第２のバイアス量だけ変位している、ことと、
第１のターゲット構造の角度分解散乱スペクトル及び第２のターゲット構造の角度分解散乱スペクトルを取得することと、
第１のターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性及び第２のターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性を用いてパラメータの測定値を導出することと、
を含む。
【００１１】
[0011]  いくつかの実施形態において、各ターゲット構造の角度分解散乱スペクトルを取得することは、
ターゲット構造を放射で照明することと、
ターゲット構造によって散乱されたゼロ次放射を用いて角度分解散乱スペクトルを検出することと、
を含む。
【００１２】
[0012]  各ターゲット構造の空間周期は、ターゲット構造を照明するために用いられる放射の波長よりも著しく短い。
【００１３】
[0013]  この方法は、ターゲット構造の角度分解散乱スペクトルにおける非対称性の強度及び線形性を最適化するように、利用可能な波長範囲から放射の波長を選択することをさらに含み得る。
【００１４】
[0014]  いくつかの実施形態において、パラメータを導出するステップは、第１のターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性と、第２のターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性と、第１のバイアス量及び第２のバイアス量の知識と、を用いて、製品構造に関連したオーバーレイエラーの測定値を計算することを含む。
【００１５】
[0015]  第１のリソグラフィステップにおいて画定されるターゲット構造のフィーチャは、第１の方向における空間周期を画定する格子構造を含み得る。第２のリソグラフィステップにおいて画定されるターゲット構造のフィーチャは、２次元周期配列において周期的に離間した位置における格子構造の変更を含み得る。
【００１６】
[0016]  第１のリソグラフィステップにおいて画定されるターゲット構造のフィーチャは、第１の方向における空間周期を画定する格子構造をさらに含み得る。第２のリソグラフィステップにおいて画定されるターゲット構造のフィーチャは、格子構造の要素における切断部をさらに含み得る。
【００１７】
[0017]  いくつかの実施形態において、第１のターゲット構造及び第２のターゲット構造は、第１及び第２のリソグラフィステップを用いてそれらのフィーチャを画定した後にエッチング及び／又は堆積プロセスによって形成され得る。
【００１８】
[0018]  いくつかの実施形態において、第１及び第２のリソグラフィステップを用いて同一の基板上の他の場所で同一の材料層に製品構造が形成され得る。製品構造において、第２のリソグラフィステップで画定されたフィーチャは第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャに対していかなるバイアス量も変位していない。
【００１９】
[0019]  本発明は、さらに、リソグラフィプロセスのパラメータの測定において使用される基板を提供する。この基板は第１及び第２のターゲット構造を含み、各ターゲット構造は第１及び第２のリソグラフィステップを用いて単一の材料層に形成された２次元周期構造を含み、
第１のターゲット構造において、第２のリソグラフィステップで画定されたフィーチャは、第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャに対して、第１のリソグラフィステップで形成されたフィーチャの空間周期の半分に近い第１のバイアス量だけ変位し、
第２のターゲット構造において、第２のリソグラフィステップで画定されたフィーチャは、第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャに対して、空間周期の半分に近いと共に第１のバイアス量とは異なる第２のバイアス量だけ変位している。
【００２０】
[0020]  本発明は、さらに、上述した本発明による方法において使用されるメトロロジー装置を提供する。
【００２１】
[0021]  いくつかの実施形態において、メトロロジー装置は、
第１のターゲット構造及び第２のターゲット構造が形成されている基板のための支持体と、
各ターゲット構造を放射で選択的に照明すると共に、ターゲット構造によって散乱された少なくともゼロ次放射を集光するための光学システムと、
ゼロ次放射を用いて各ターゲット構造の角度分解散乱スペクトルを検出するための検出器と、
第１のターゲット構造の角度分解散乱スペクトルの非対称性及び第２のターゲット構造の角度分解散乱スペクトルの非対称性を用いてリソグラフィプロセスのパラメータを導出するように構成されたプロセッサと、
を備え得る。
【００２２】
[0022]  本発明は、さらに、
リソグラフィプロセスにおいて使用されるリソグラフィ装置と、
少なくとも部分的にリソグラフィ装置を用いて形成された第１及び第２のターゲット構造を用いたリソグラフィプロセスのパラメータの測定において使用される、上述した本発明によるメトロロジー装置と、
を備えるリソグラフィシステムを提供する。
【００２３】
[0023]  本発明は、さらに、適切なプロセッサ上で実行された場合に、上述した本発明による方法の導出ステップをプロセッサに実行させる機械読み取り可能命令を含むコンピュータプログラム製品を提供する。
【００２４】
[0024]  本発明は、さらに、製品構造が形成された基板におけるオーバーレイエラーを決定するための方法を提供する。製品構造は、第１のリソグラフィプロセスによって画定された第１の製品フィーチャ及び第２のリソグラフィプロセスによって画定された第２の製品フィーチャを含み、オーバーレイエラーは、第１の製品フィーチャと第２の製品フィーチャとの間の位置のずれを含み、この方法は、
基板上に第１のターゲット構造を提供することであって、第１のターゲット構造は、第１のリソグラフィプロセスによって画定された第１のターゲットフィーチャ及び第２のリソグラフィステップによって画定された第２のターゲットフィーチャを含み、第１のターゲットフィーチャと第２のターゲットフィーチャとの間の位置関係は第１のバイアス値及びオーバーレイエラーに依存する、ことと、
基板上に第２のターゲット構造を提供することであって、第２のターゲット構造は、第１のリソグラフィプロセスによって画定された第３のターゲットフィーチャ及び第２のリソグラフィステップによって画定された第４のターゲットフィーチャを含み、第３のターゲットフィーチャと第４のターゲットフィーチャとの間の位置関係は第２のバイアス値及びオーバーレイエラーに依存する、ことと、
第１のターゲット構造から回折されたゼロ次放射を用いて第１の角度分解散乱スペクトルを検出することと、
第２のターゲット構造から回折されたゼロ次放射を用いて第２の角度分解散乱スペクトルを検出することと、
第１の角度分解散乱スペクトル及び第２の角度分解散乱スペクトルにおいて観察された非対称性と、第１のバイアス値及び第２のバイアス値の知識と、に基づいて、オーバーレイエラーの測定値を計算することと、
を含む。
【００２５】
[0025]  本発明のさらなる態様、特徴及び利点、並びに本発明の様々な実施形態の構造及び動作は、添付の図面を参照しながら下記に詳細に説明する。本発明は、本明細書で説明する特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。こうした実施形態は、本明細書において、例示的目的のためにのみ提示される。関連分野の当業者であれば、本明細書に含まれる教示に基づいて追加の実施形態が明らかとなろう。
【００２６】
[0026]  次に本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】[0027]  他の装置と共に半導体デバイスのための生産設備を形成するリソグラフィ装置を示す図である。
【図２】[0028]  本発明の一実施形態に従った、角度分解散乱スペクトルを捕獲するように構成されたスキャトロメータを示す。
【図３】[0029]  本発明の第１の実施形態に従ったターゲット構造を示す。
【図４】[0030]  図３のターゲット構造の形成において基板にパターンを適用する際に用いられるパターニングデバイスのセットの一部を概略的に示す。
【図５（ａ）】[0031]  既知のマルチパターニングプロセスにおける段階を概略的に示す。
【図５（ｂ）】[0031]  既知のマルチパターニングプロセスにおける段階を概略的に示す。
【図５（ｃ）】[0031]  既知のマルチパターニングプロセスにおける段階を概略的に示す。
【図６（ａ）】[0032]  本発明の一実施形態に従ったマルチパターニングプロセスにおいて第１及び第２のターゲット構造を形成する際の段階を示す。
【図６（ｂ）】[0032]  本発明の一実施形態に従ったマルチパターニングプロセスにおいて第１及び第２のターゲット構造を形成する際の段階を示す。
【図６（ｃ）】[0032]  本発明の一実施形態に従ったマルチパターニングプロセスにおいて第１及び第２のターゲット構造を形成する際の段階を示す。
【図７】[0033]  本発明の一実施形態に従ったリソグラフィプロセスのパラメータを測定するための方法のフローチャートである。
【図８】[0034]  オーバーレイを測定する従来の方法の原理を概略的に示す。
【図９】[0035]  例示的なターゲット構造から散乱した放射の様々な波長について、オーバーレイに対する非対称性の変動のシミュレーションを示す。
【図１０】[0036]  様々なオーバーレイ値について、例示的なターゲット構造の散乱スペクトルにおける非対称性の瞳像のシミュレーションを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
[0037]  本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明の実施形態が実装可能な例示の環境を提示することが有益であろう。
【００２９】
[0038]  図１の２００は、大量のリソグラフィ製造プロセスを実装する産業生産設備の一部としてリソグラフィ装置ＬＡを示す。本例において、製造プロセスは、半導体ウェーハなどの基板上の半導体製品（集積回路）の製造に適応している。当業者であれば、本プロセスの変形において異なるタイプの基板を処理することによって、多様な製品が製造可能であることを理解されよう。半導体製品の生産は、現在、大きな商業的重要性を持つ例として純粋に使用される。
【００３０】
[0039]  リソグラフィ装置（又は、略して「リソツール」２００）内で、測定ステーションＭＥＡが２０２に示され、露光ステーションＥＸＰが２０４に示されている。制御ユニットＬＡＣＵが２０６に示されている。この例において、各基板は、パターンを付与するために測定ステーション及び露光ステーションを訪れる。光学リソグラフィ装置において、例えば、条件付き放射及び投影システムを使用して、パターニングデバイスＭＡから基板上に製品パターンを転写するために、投影システムが使用される。これは、放射感応性レジスト材料の層内にパターンのイメージを形成することによって実行される。
【００３１】
[0040]  本明細書で使用される「投影システム」という用語は、使用されている露光放射、あるいは、液浸液の使用又は真空の使用などの他の要因に適切な、屈折、反射、反射屈折、磁気、電磁、及び静電の光学システム、又はそれらの任意の組み合わせを含む、任意のタイプの投影システムを包含するものとして、広義に解釈されるべきである。パターニングＭＡデバイスは、パターニングデバイスによって透過又は反射される放射ビームにパターンを付与する、マスク又はレチクルとすることができる。動作の周知のモードは、ステッピングモード及びスキャニングモードを含む。周知のように、投影システムは、多様な様式で基板全体にわたる多くのターゲット部分に所望のパターンを印加するために、基板及びパターニングデバイスのためのサポート及び位置決めシステムと協働し得る。プログラム可能パターニングデバイスは、固定パターンを有するレチクルの代わりに使用可能である。例えば放射は、深紫外線（ＤＵＶ）又は極端紫外線（ＥＵＶ）の波帯内の電磁放射を含むことができる。本開示は、他のタイプのリソグラフィプロセス、例えば電子ビームによる、例えばインプリントリソグラフィ及びダイレクトライティングリソグラフィにも適用可能である。
【００３２】
[0041]  リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵは、基板Ｗ及びレチクルＭＡを受け取るため、及びパターニング動作を実装するための、様々なアクチュエータ及びセンサのすべての動き及び測定を制御する。ＬＡＣＵは、装置の動作に関連する所望の計算を実装するための、信号処理及びデータ処理機能も含む。実際には、制御ユニットＬＡＣＵは、各々がリアルタイムでのデータ獲得、装置内のサブシステム又は構成要素の処理及び制御を取り扱う、多くのサブユニットのシステムとして実現されることになる。
【００３３】
[0042]  露光ステーションＥＸＰで基板にパターンが印加される前に、様々な予備ステップが実施できるように、基板は測定ステーションＭＥＡで処理される。予備ステップは、レベルセンサを使用して基板の表面高さをマッピングするステップ、及び、アライメントセンサを使用して基板上のアライメントマークの位置を測定するステップを含み得る。アライメントマークは、名目上、規則的な格子パターンで配置される。しかしながら、マークの作成時の不正確さに起因し、また処理全体を通じて発生する基板の変形にも起因して、マークは理想的な格子から逸脱する。結果として、装置が非常に高い正確さで正しいロケーションに製品特徴をプリントしなければならない場合、実際にアライメントセンサは、基板の位置及び配向の測定に加えて、基板エリア全体にわたる多くのマークの位置を詳細に測定しなければならない。装置は、２つの基板テーブルを有し、各々が制御ユニットＬＡＣＵによって制御される位置決めシステムを備える、いわゆるデュアルステージタイプとすることができる。１つの基板テーブル上の１つの基板が露光ステーションＥＸＰで露光されている間、様々な予備ステップが実施できるように、測定ステーションＭＥＡで他方の基板テーブル上に別の基板をロードすることが可能である。従って、アライメントマークの測定は非常に時間がかかり、２つの基板テーブルを提供することで、装置のスループットを実質的に増加させることができる。基板テーブルが測定ステーション並びに露光ステーションにある間、位置センサＩＦが基板テーブルの位置を測定できない場合、基板テーブルの位置を両方のステーションで追跡できるようにするために、第２の位置センサを提供することができる。リソグラフィ装置ＬＡは、例えば、２つの基板テーブル並びに２つのステーション、即ち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タイプであり、基板テーブルは２つのステーション間で交換可能である。
【００３４】
[0043]  生産設備内で、装置２００は、装置２００によるパターニングのために、感光レジスト及び他のコーティングを基板Ｗに印加するためのコーティング装置２０８も含む、「リソセル」又は「リソクラスタ」の一部を形成する。装置２００の外側に、露光されたパターンを物理レジストパターンに現像するための、ベーキング装置２１０及び現像装置２１２が提供される。これらすべての装置の間で、基板ハンドリングシステムは、基板をサポートし、それらを１台の装置から次の装置へと移動させる。これらの装置はしばしばまとめてトラックと呼ばれ、トラック制御ユニットの制御下にあり、トラック制御ユニット自体は監視制御システムＳＣＳによって制御され、監視制御システムＳＣＳは、リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。従って、スループット及び処理効率を最大限にするように、様々な装置が動作可能である。監視制御システムＳＣＳは、パターン付与された各基板を作成するために実行されるべきステップの定義を非常に詳細に提供する、レシピ情報Ｒを受信する。
【００３５】
[0044]  パターンが印加され、リソセル内で現像されると、パターン付与された基板２２０は、２２２、２２４、２２６に示されるような他の処理装置へと移行される。典型的な製造設備では、様々な装置によって広範な処理ステップが実装される。例示のために、この実施形態における装置２２２はエッチングステーションであり、装置２２４はエッチング後アニーリングステップを実行する。さらなる物理的及び／又は化学的処理ステップが、さらなる装置２２６などで適用される。実際のデバイスを作成するために、材料の堆積、表面材料特徴の修正（酸化、ドーピング、イオン注入など）、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）、などの、多数のタイプの動作が必要となる可能性がある。装置２２６は、実際には１つ以上の装置で実行される一連の異なる処理ステップを表し得る。別の例として、リソグラフィ装置により画定された前駆パターンに基づいて複数のより小型のフィーチャを生成するため、自己整合マルチパターニングの実装のための装置及び処理ステップを提供することができる。
【００３６】
[0045]  周知のように、半導体デバイスの製造は、適切な材料及びパターンを用いて基板上の層ごとにデバイス構造を積み重ねていくための、こうした処理の多数の反復を含む。従って、リソクラスタに達する基板２３０は、新しく準備された基板であるか、あるいは、このクラスタ内、又は別の装置内で、全体的に事前に処理された基板であり得る。同様に、必要な処理に応じて、装置２２６から出た基板２３２は、同じリソクラスタ内の後続のパターニング動作のために戻すこと、異なるクラスタ内のパターニング動作に向けて送ること、又は、ダイシング及びパッケージングのために送られることになる完成品であることが可能である。
【００３７】
[0046]  製品構造の各層は、異なるプロセスステップのセットを必要とし、各層で使用される装置２２６は全く異なるタイプであり得る。さらに、たとえ装置２２６によって適用されるべき処理ステップが名目上同じであっても、大型設備では、異なる基板上でステップ２２６を実行するために並行して作業するいくつかの推定上同一の機械が存在する場合がある。これらの機械間のセットアップにおけるわずかな相違又は障害は、異なる様式で異なる基板に影響を与えることを意味する可能性がある。エッチング（装置２２２）などの、相対的に各層に共通のステップであっても、名目上同一であるがスループットを最大にするために並行して作業するいくつかのエッチング装置によって、実装可能である。実際には、さらに、エッチングされる材料の細部、及び、例えば異方性エッチングなどの特殊な要件に従って、異なる層は異なるエッチングプロセス、例えば化学エッチング、プラズマエッチングを必要とする。
【００３８】
[0047]  前及び／又は後続のプロセスは、今述べたように、他のリソグラフィ装置で実行可能であり、また異なるタイプのリソグラフィ装置でも実行可能である。例えば、解像度及びオーバーレイなどのパラメータにおいて要求が非常に多いデバイス製造プロセスにおけるいくつかの層は、要求の少ない他の層よりも高度なリソグラフィツールで実行することができる。従って、いくつかの層は、液浸タイプのリソグラフィツールにおいて露光可能であるが、他の層は「ドライ」ツールにおいて露光される。いくつかの層はＤＵＶ波長で作業するツールにおいて露光可能であるが、他の層はＥＵＶ波長放射を使用して露光される。
【００３９】
[0048]  リソグラフィ装置によって露光される基板が正しく一貫して露光されるために、露光された基板を検査して、後続の層の間のオーバーレイ、線の厚み、クリティカルディメンション（ＣＤ）などの特性を測定することが望ましい。従って、リソセルＬＣが位置付けられる製造設備は、リソセル内で処理された基板Ｗのうちのいくつか又はすべてを受け取る、メトロロジーシステムも含む。メトロロジー結果は、直接又は間接的に監視制御システムＳＣＳに提供される。エラーが検出された場合、特に、同じバッチの他の基板が依然として露光されるように十分迅速且つ高速にメトロロジーが実行可能な場合、後続の基板の露光に対して調整を行うことができる。また、既に露光された基板を、収量を向上させるためにはぎ取って再加工するか又は廃棄することが可能であり、それによって、欠陥があることがわかっている基板上でさらなる処理を実行することが回避される。基板のいくつかのターゲット部分のみに欠陥がある場合、良好なターゲット部分でのみさらなる露光を実行することが可能である。
【００４０】
[0049]  図１には、製造プロセスにおける所望の段階で製品のパラメータを測定するために提供される、メトロロジー装置２４０も示されている。現在のリソグラフィ生産設備におけるメトロロジーステーションの一般的な例はスキャトロメータ、例えば、角度分解スキャトロメータ又は分光スキャトロメータであり、装置２２２におけるエッチングに先立って２２０で現像された基板の特性を測定するために適用可能である。メトロロジー装置２４０を使用すると、例えば、オーバーレイ又はクリティカルディメンション（ＣＤ）などの重要な性能パラメータが、現像されたレジストにおいて指定された正確さを満たさないものと決定することができる。エッチングステップに先立ち、現像されたレジストをはぎ取り、リソクラスタを介して基板２２０を再処理する機会が存在する。装置２４０からのメトロロジー結果２４２を使用して、監視制御システムＳＣＳ及び／又は制御ユニットＬＡＣＵ２０６が経時的にわずかな調整を行うことにより、リソクラスタ内のパターニング動作の正確な性能を維持することが可能であり、それによって製品が規格外れになること、及び再加工が必要になることといった、製品のリスクを最小限にすることができる。
【００４１】
[0050]  さらに、メトロロジー装置２４０及び／又は他のメトロロジー装置（図示せず）を用いて、処理済み基板２３２、２３４、及び入来した基板２３０の特性を測定することができる。処理済み基板に対してメトロロジー装置を使用して、オーバーレイ又はＣＤ等の重要なパラメータを決定できる。本開示の実施形態によれば、メトロロジー装置を用いて、１つ以上のリソグラフィステップ、リソグラフィ露光後のエッチング及びその他のプロセスを用いて形成された機能製品構造と同一の材料及び寸法を有する構造の特性を測定する。
【００４２】
[0051]  図２は、本開示の実施形態でメトロロジー装置として使用され得る既知の角度分解スキャトロメータの基本要素を示す。このタイプのメトロロジー装置において、放射源１１が発する放射は、照明システム１２によって調節される。例えば、照明システム１２は、レンズシステム１２ａ、カラーフィルタ１２ｂ、偏光子１２ｃ、及びアパーチャデバイス１３を用いたコリメートを含み得る。調節された放射は照明経路ＩＰに沿って進み、この経路ＩＰにおいて部分反射面１５で反射され、顕微鏡対物レンズ１６を介して基板Ｗ上のスポットＳに集束される。基板Ｗ上にメトロロジーターゲットＴを形成することができる。レンズ１６は、例えば少なくとも０．９又は少なくとも０．９５のような大きい開口数（ＮＡ）を有する。所望の場合は、液浸流体を用いて１よりも大きい開口数を得ることができる。
【００４３】
[0052]  リソグラフィ装置ＬＡにおいてと同様、１つ以上の基板テーブルを設けて、測定中に基板Ｗを保持することができる。粗動ポジショナ（ｃｏａｒｓｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ）及び微動ポジショナ（ｆｉｎｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ）が、測定光学システムに対して基板を正確に位置決めするように構成され得る。様々なセンサ及びアクチュエータが、例えば対象のターゲットの位置を取得するため、及びこれを対物レンズ１６の下の位置に持っていくために提供される。通常、基板Ｗ全体における異なる位置のターゲットに対して多くの測定が行われる。基板支持体をＸ方向及び／又はＹ方向に移動させて様々なターゲットを捕らえると共に、Ｚ方向に移動させてターゲット上で光学システムの所望の合焦を得ることができる。実際には光学システムが実質的に固定されている可能性があると共に基板だけが移動する場合であっても、対物レンズ及び光学システムを基板上の様々な位置に持っていくように考えて動作を記述すると好都合である。他の装置では、基板の物理的移動によって一方向における相対移動が実施され、光学システムの物理的移動によって直交方向における相対移動が実施される。基板と光学システムの相対位置が正しいならば、原理上、これらの一方又は双方のどちらが現実の世界で移動しているかは重要でない。
【００４４】
[0053]  放射ビームがビームスプリッタ１６に入射すると、その一部はビームスプリッタ（部分反射面１５）を透過し、参照経路ＲＰに沿って参照ミラー１４の方へ向かう。
【００４５】
[0054]  メトロロジーターゲットＴで回折された放射を含む、基板によって反射された放射は、レンズ１６によって集光され、集光経路ＣＰに沿って進み、部分反射面１５を通過して検出器１９に入射する。検出器は、レンズ１６の焦点距離Ｆにある逆投影瞳面Ｐに位置付けることができる。実際には、瞳面自体はアクセスできない可能性があるので、代わりに補助光学部品（図示せず）によって、いわゆる共役瞳面Ｐ’に位置付けられた検出器に再結像（ｒｅ−ｉｍａｇｅ）され得る。検出器は、基板ターゲット３０の２次元角度散乱スペクトル又は回折スペクトルを測定できるように、２次元検出器とすることができる。瞳面又は共役瞳面において、放射の半径方向位置は、集束スポットＳの面における放射の入射／出射の角度を規定し、光軸Ｏの周囲の角度位置は、放射の方位角を規定する。検出器１９は、例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサのアレイであり、例えば１フレーム当たり４０ミリ秒の積分時間を使用し得る。
【００４６】
[0055]  参照経路ＲＰにおける放射は、同一の検出器１９の異なる部分に、あるいは異なる検出器（図示せず）に投影される。多くの場合、参照ビームは、例えば入射する放射の強度を測定するために用いられ、散乱スペクトル内で測定された強度値の正規化を可能とする。
【００４７】
[0056]  照明システム１２の様々な構成要素は、同一の装置内で異なるメトロロジー「レシピ」を実施するように調整可能であり得る。カラーフィルタ１２ｂは、例えば４０５〜７９０ｎｍの範囲内、又はより小さい２００〜３００ｎｍの範囲内の様々な関心波長（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ）を選択するための干渉フィルタセットによって実装され得る。１つの干渉フィルタの方が、異なるフィルタのセットを含むよりも調整可能であり得る。干渉フィルタの代わりに格子を用いてもよい。偏光子１２ｃは、放射スポットＳにおいて様々な偏光状態を実施するように回転可能又は交換可能であり得る。アパーチャデバイス１３は、様々な照明プロファイルを実施するように調節できる。アパーチャデバイス１３は、対物レンズ１６の瞳面Ｐ及び検出器１９の面と共役の面Ｐ’’に位置付けられている。このため、アパーチャデバイスによって画定される照明プロファイルは、アパーチャデバイス１３上の異なる位置を通過して基板上に入射する光の角度分布を規定する。
【００４８】
[0057]  検出器１９は、単一の波長（又は狭い波長範囲）の散乱光の強度を測定するか、又は複数の波長で別個に、もしくはある波長範囲にわたって積分された強度を測定できる。さらに、検出器は、ＴＭ偏光とＴＥ偏光の強度、及び／又はＴＭ偏光とＴＥ偏光との位相差を別個に測定できる。
【００４９】
[0058]  図２に概略的に表されている既知の角度分解スキャトロメータでは、メトロロジーターゲットＴが基板Ｗ上に設けられている。測定のため、このターゲットは、現像後に固体レジストラインのアレイとなるように印刷されている１Ｄ格子を含み得る。あるいは、ターゲットは、現像後にレジスト内の固体レジストピラー（ｐｉｌｌａｒ）又はビア（コンタクトホール）で形成されるように印刷されている２Ｄ格子であり得る。あるいは、バー（ｂａｒ）、ピラー、又はビアは、基板にエッチングすることも可能である。ラインの幅及び形状のようなパラメータの測定値は、印刷ステップ及び／又は他のスキャトロメトリプロセスの知識から、処理ユニットＰＵにより実行される反復再構成プロセス（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によって得ることができる。
【００５０】
[0059]  再構成によるパラメータの測定に加えて、角度分解スキャトロメトリは、製品のフィーチャ及び／又はレジストパターンにおける非対称性の測定において有用である。非対称性測定の特定の適用例は、ターゲットが相互に重畳した周期フィーチャのセットを含む場合のオーバーレイの測定である。図２の機器を用いた非対称性測定の概念は、例えば、先に引用した公開されている特許出願ＵＳ２００６０６６８５５Ａ１号に記載されている。簡単に述べると、周期ターゲットの回折スペクトルにおける高い回折次数（１次以上）の位置はターゲットの周期性のみによって決定されるが、回折スペクトルにおける強度レベルの非対称性は、ターゲットを構成する個々のフィーチャにおける非対称性を示す。検出器１９が画像センサであり得る図２の機器では、高い回折次数におけるそのような非対称性は、検出器１９によって記録された瞳像における非対称性として直接現れる。この非対称性は、ユニットＰＵにおけるデジタル画像処理によって測定され、既知のオーバーレイ値に対して較正することができる。
【００５１】
[0060]  しかしながら、照明放射の波長の何分の１という小さいフィーチャを有する極めて微細な製品構造では、高次回折信号は光学システムの集光経路ＣＰによって捕獲されない。従って、回折に基づくオーバーレイ測定の従来の方法では、最新のマルチパターニングプロセスで形成される微細な製品構造において性能上の問題を引き起こし得るタイプのオーバーレイエラーを明らかにすることができない。
【００５２】
[0061]  図３は、本開示の一実施形態に従って基板Ｗ上に形成された測定ターゲット３０を示す。測定ターゲットは、第１のターゲット構造３１及び第２のターゲット構造３２を含む。これらの例については図６を参照して以下で詳述する。第１のターゲット構造及び第２のターゲット構造は双方とも、製品フィーチャと同様の寸法を有するフィーチャから構成されている。第１のターゲット構造及び第２のターゲット構造は、同一の基板上に形成された製品フィーチャと同一の材料層内に形成され、製品フィーチャと同一のプロセスによって形成され得る。例えば、第１のターゲット構造及び第２のターゲット構造は、マルチパターニングステップによって単一の層内に形成され得る。別の例では、第１のターゲット構造及び第２のターゲット構造は、基板上で製品構造と同一のエッチングステップによって形成されている。そのような製品構造は、同一の基板上の他の場所に形成され得るか、又はこれは、メトロロジーターゲットを担持することに専用の基板であり得る。この点で、この例の基板Ｗは、図１に示したプロセスにおいてまだエッチングされていない基板２２０のうち１つでなく、基板２３２又は２３４のうち一方であり得る。
【００５３】
[0062]  この例において、第１のターゲット構造及び第２のターゲット構造は双方とも２次元構造であり、Ｘ方向及びＹ方向の一方又は双方に沿って少なくともいくつかのフィーチャで周期性を有する。全体としての構造の周期性がどのようなものであっても、構造内のフィーチャは第１の方向（例えばＸ方向）に並び、ピッチ（空間的周期）は、調査対象のリソグラフィプロセスによって形成されるはずの製品フィーチャと同様である。各ターゲット構造は全体として、１つ以上の方向において周期的であり得る。
【００５４】
[0063]  全体としての構造の周期性がどのようなものであっても、これは、Ｘ方向及びＹ方向の双方で変動するフィーチャを有するという意味で２次元構造である。これに比べ、「１次元」格子構造は、ある基板エリア上では２次元に延出し得るが、（少なくともメトロロジー装置の照明スポットＳ内では）１方向にのみ変動する。換言すると、本開示において２次元構造と言う場合、これは、各ターゲット構造が、相補的フーリエ空間（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｓｐａｃｅ）内でｋｘ方向及びｋｙ方向の双方において非ゼロ成分を有するフィーチャを含むものとして解釈できる（ｋは波数である）。
【００５５】
[0064]  見てわかるように、この例の測定ターゲット３０は、メトロロジー装置の照射スポットＳよりも大きい寸法セットを有する。これはターゲットの「アンダーフィル（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ）」として既知であり、得られた信号において他の構造の干渉を回避する。例えば、ターゲットは４０×４０μｍ以上であり得る。適切な照明システムによって、照射スポットの大きさを縮小することができる。これに釣り合うように、ターゲットの大きさを例えば１０×１０μｍまで小さく縮小することが可能となる。測定ターゲットの大きさの縮小は、製品構造のために使用され得る基板スペースを過剰に用いることなく基板上の製品エリア内にターゲットを配置可能となるので、重要である。
【００５６】
[0065]  この例において、ターゲット構造３１、３２は各々、第１の（Ｘ）方向及び第２の（Ｙ）方向の双方において周期的である。第１のターゲット構造３１及び第２のターゲット構造３２は、一実施形態において、第１のフィーチャセット及び第２のフィーチャセットにより画定されている。図３で概略的に示されている一実施形態において、第１のフィーチャは、第１のリソグラフィステップによって画定された複数の線形要素を含み、これらの線形要素は周期配列に配されている。この実施形態において、複数の線形要素は、第２のフィーチャセットによって変更されて２次元周期構造を形成する。具体的には、第２のフィーチャセットは、線形要素の一部が除去された周期的な位置配列を含む。これらの「切断部（ｃｕｔ）」の位置は、第２のリソグラフィプロセスによって規定され、２次元周期配列を有する。典型的に、すべての空間周波数成分のうち最短のピッチ（最も高い空間周波数）は、第１のリソグラフィステップを用いて形成された格子のものである。この格子は１次元又は２次元であり得る。切断部を有する線形要素の格子を含む２次元構造は、その空間周波数成分が、同一のリソグラフィプロセスを用いて同一の基板又は別の基板上に生成されるはずの製品構造と同様である。
【００５７】
[0066]  図４は、レチクル等の第１のパターニングデバイスＭＡ１の全体的なレイアウトを概略的に示す。パターニングデバイスＭＡ１は、多数のメトロロジーターゲットを画定するフィーチャ４００及び機能製品パターンエリア４０２を含み得る。周知のように、パターニングデバイスＭＡ１は、単一の製品パターンを含むか、又は、リソグラフィ装置のフィールドが製品パターンのアレイを収容するのに充分な大きさである場合は製品パターンのアレイを含み得る。図４の例は、Ｄ１〜Ｄ４と標示された４つの製品エリアを示す。ターゲットフィーチャ４００は、これらのデバイスパターンエリアに隣接してこれらの間にあるスクライブレーンエリアに配置されている。基板Ｗは、最終的に、これらのスクライブレーンに沿って切断することで個々の製品にダイシングされるので、ターゲットの存在が機能製品構造に利用できる面積を縮小することはない。ターゲットが充分に小さい場合は、それらを製品エリア４０２内に展開して、基板全体でリソグラフィ及びプロセス性能をいっそう注意深く監視することも可能である。このタイプのいくつかのダイ内ターゲットフィーチャ４０４が製品エリアＤ１〜Ｄ４内に示されている。
【００５８】
[0067]  図４はパターニングデバイスＭＡ１を示すが、同一のパターンが第１のリソグラフィステップ後に基板Ｗ上で再現されるので、上記の説明はパターニングデバイスと同様に基板Ｗにも当てはまる。多くの場合、基板上のフィーチャは、パターニングデバイス上の対応するフィーチャによって直接画定される。しかしながら、既知のように、パターニングデバイス上のパターンと基板上の完成フィーチャとの関係はより複雑である。これは、ピッチマルチプリケーション及びマルチパターニング等の技法をここに記載されるプロセスに適用する場合、特に当てはまる可能性がある。
【００５９】
[0068]  さらに、第２のパターニングデバイスＭＡ２も図４に示されている。リソグラフィプロセスの各リソグラフィステップには別々のパターニングデバイスが必要である。これらのパターニングデバイスは、図１に示されるプロセスによって完成品を作製するための一連のリソグラフィステップで使用されるより大きいパターニングデバイスセットの中の２つに過ぎない。この例では、パターニングデバイスＭＡ１及びＭＡ２は、単一の材料層内にターゲット構造と製品構造を画定するように、マルチパターニングプロセスで一緒に使用されるよう設計されている。
【００６０】
[0069]  第１のパターニングデバイスと同様、第２のパターニングデバイスも、多数のメトロロジーターゲットフィーチャ４００’及び多数の機能製品エリア４０２’を含む。レイアウトは、巨視的レベルでは２つのパターニングデバイス間で極めて類似しているが、微視的レベルでのパターンは極めて異なる可能性がある。従って、第２のパターニングデバイスは、第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャに追加される、ターゲット構造及び／又は機能製品パターンの新しいフィーチャを画定し得る。この代わりに又はこれに加えて、第２のパターニングデバイスは、第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャを変更するフィーチャを画定し得る。一例として、第１のパターニングデバイスＭＡ１は、第１のリソグラフィプロセスを用いて基板上に形成されるフィーチャの格子を（直接に又は間接的に）画定し得る。第２のパターニングデバイスＭＡ２は、第２のリソグラフィプロセス中に、格子構造の要素を変更する多数のフィーチャを画定し得る。
【００６１】
[0070]  次に図５を参照すると、基板上に製品構造を形成するためのマルチパターニングの一例が示されている。（ａ）では、第１の方向で周期配列に配された複数の格子要素５１０、５１２、５１４、５１６、５１８、５２０を含む第１の格子構造を見ることができる。第１の格子構造のフィーチャは、第１のリソグラフィステップで第１のパターニングデバイスＭＡ１によって画定されている。しかしながら、ある例では、格子構造は第１のパターニングデバイス上のパターニングによって直接画定されず、ピッチマルチプリケーション（例えば２倍化（ｄｏｕｂｌｉｎｇ）、４倍化（ｑｕａｄｒｕｐｌｉｎｇ））を用いることで形成される。ピッチマルチプリケーションによって、リソグラフィ装置ＬＡを用いて直接形成できるものよりも著しく微細なピッチを有する構造の生成が可能となる。むろん、ピッチマルチプリケーションは格子構造を形成するための１つの例示的な方法に過ぎないことに留意すべきである。
【００６２】
[0071]  マルチパターニングによって機能デバイスパターンを形成するための次のプロセスステップは、典型的に、格子構造のいくつか又はすべての要素の局所的な変更を含む。本例において、この変更は、各格子要素を切断して多数の別個の要素にするように、第１の格子構造の要素に沿って選択された位置で材料を除去することを含む。完成品では、これらの要素は例えば金属導体を実施し、図示されている層の上及び／又は下の層に形成された機能デバイス及び他の導体を接続することができる。原理上、他のタイプの変更も想定され得るが、切断が最も一般的な変更の例であるため、以下の記載で例示として用いられる。また、要素の変更は、全体的な第１の格子構造の変更の一例として理解されるべきである。第１の格子構造の変更は、例えば、要素自体を変更するのではなく、要素間のギャップを局所的に埋めることを含み得る。このように、要素間のギャップは断片的なギャップに分割され、これは、以降のプロセスステップで機能デバイス構造を形成する際に有用であり得る。
【００６３】
[0072]  格子要素５１０、５１２、５１４、５１６、５１８、５２０の局所的な切断を達成するため、第２のパターニングデバイスＭＡ２を用いて第２のリソグラフィプロセスを実行して、図（ｂ）に破線で示すカットマスク５２２を画定する。カットマスク５２２は、小さいアパーチャ５２４以外は実質的に第１の格子構造を覆っている感光性レジスト材料で形成できる。レジスト内で結像することによって直接、又は何らかのやり方で間接的にカットマスクアパーチャを形成するため、パターニングデバイス（図１のＭＡ）に適切なパターンを設けることができる。図（ｂ）に見られるように、アパーチャ５２４内で格子要素の小さい部分５２６が露出している。本例において、アパーチャ５２４は、第１の方向及び第１の方向に直交した第２の方向の双方で周期的に配列されている。カットマスクパターンの周期性は、ピッチΛの格子構造よりも低い（周期が長く、空間周波数が低い）。アパーチャが第１の方向及び第２の方向のうち一方のみで周期的に配列されている実施形態も想定され得る。適切なエッチングプロセスによって、格子要素５１０、５１２、５１４、５１６、５１８、５２０のすべての露出部分を除去する。カットマスク５２２を除去した後、（ｃ）において、切断部又はギャップによって分離された格子要素を含む機能デバイスパターンが得られる。このデバイスパターンは、完成品構造であるか、又は、このパターンに基づいて完成品を生成するため別のステップが適用される何らかの中間構造であり得る。
【００６４】
[0073]  この例示の目的のため、図５には１つのみの処理ステップが示されている。実際には、特定のパターンに従って機能デバイス構造を形成するため、別の格子要素の適用を含む別のプロセスが実行され得る。
【００６５】
[0074]  図６を参照すると、図５を参照して説明したプロセスによって図３に示すメトロロジーターゲット３０を形成するための方法が示されている。上述のように、ターゲット構造は、第１のターゲット構造３１及び第２のターゲット構造３２で形成されている。各ターゲット構造は、第１のリソグラフィステップによって画定されたフィーチャ及び第２のリソグラフィステップによって画定されたフィーチャを含む。本例では、第１のターゲット構造の形成は（ａ）における第１の格子構造６１０から開始し、第２のターゲット構造は第２の格子構造６１２から開始する。これらのフィーチャは、第１の（例えばＸ）方向にピッチΛだけ離間した周期的な格子要素６１４のアレイで構成された格子構造を含む。格子要素は、同一基板上の対応する製品構造と同様又は同一のピッチΛで、第１の方向に周期配列で配されている。この例における各格子要素は、第２の（Ｙ）方向に延出する線形要素を含む。
【００６６】
[0075]  格子構造６１０及び６１２は、単に説明のために別個の構造として図示され標示されている。実際の実施形態では、単一の格子構造が双方のメトロロジーターゲットエリア全体を通して均一に延出し、存在する場合は製品エリア（４０２）にも延出し得る。（そのような場合の製品エリアとメトロロジーターゲットエリアとの差は、後述するように、第２のリソグラフィステップで生じる。）むろん、この値は例示に過ぎないこと、ピッチΛには任意の適切な値を選択できることに留意すべきである。通常は、最終的に測定されるパラメータがいずれも実際の製品で達成されるパラメータに正確に関連するように、ピッチは製品フィーチャのピッチと一致するべきである。一例において、ピッチはΛ＝４０ｎｍである。ピッチは、例えば４００〜７００ｎｍの範囲内であり得る典型的なスキャトロメータで使用される放射波長の数分の１の大きさである。本明細書に記載される技法は、基礎となる周期構造のピッチが、測定に使用される放射波長の５分の１未満、又は１０分の１未満である場合に使用され得る。
【００６７】
[0076]  続いて、第２のリソグラフィステップ及び適切な処理の間、格子構造に対する変更を実行して、製品構造（同一基板上に存在する場合）並びに第１及び第２のターゲット構造３１、３２を形成する。
【００６８】
[0077]  第１のターゲット構造３１を形成するため、（ｂ）に示すように、第２のリソグラフィステップで第２のパターニングデバイスＭＡ２を用いて第１のカットマスク６１６を形成する。このカットマスクは複数のアパーチャ６２０を含み、この例におけるアパーチャは第１及び第２の方向の双方で周期的に配列されている。本例において、アパーチャは矩形で示されているが、むろんアパーチャは任意の適切な形状とすればよく、実際のプロセスで生成される場合はゆがむ可能性があることは認められよう。第１のカットマスク６１６のアパーチャ６２０は、格子要素から既知の量だけ位置をずらす（ｏｆｆｓｅｔ）ように（「バイアス」としても知られる）カットマスク上に配列されている。本例では、第１のカットマスクのアパーチャは、Λ／２＋ｄ（ｄ＜＜Λ）、すなわち格子構造のピッチの半分に近い量だけバイアスされている。従って、アパーチャ６２０は、図５の製品構造におけるように各アパーチャがきちんと１つの格子要素を切断するのでなく、各アパーチャが隣接した格子要素６１４の一方又は双方を部分的に切断するように位置決めされている。Λ＝４０ｎｍの例では、例えば、ｄ＝５ｎｍを選択し得る。ｄの具体的な値は例示に過ぎず、ｄには任意の適切な値が選択され得ることに留意すべきである。
【００６９】
[0078]  バイアスをΛ／２に近く設定することによって、ターゲット構造３１における非対称性はいっそう明白となり、オーバーレイエラーによって生じるようなカットマスクアパーチャのさらなる配置ミスに対していっそう高感度となる。この結果、第１のターゲット構造によって散乱される放射の非対称性が増大し、また、オーバーレイエラーにより生じる配置ミスに対するその非対称性の感度が上昇する。
【００７０】
[0079]  同様に、第２のターゲット構造３２を形成するため、第２のパターニングデバイスＭＡ２及び第２のリソグラフィステップを用いて第２のカットマスク６１８を形成する。第２のカットマスクは、第１のカットマスクと同様の配列の複数のアパーチャ６２０を含む。第２のカットマスク６１８のアパーチャ６２０は、製品エリア内の位置（図５）と比較した場合、異なる量だけバイアスされているが、この量はやはりピッチの半分に近い。一例において、第２のターゲット構造はΛ／２−ｄのバイアス量で形成されている。ピッチΛ及びｄの値は第１のカットマスクのものと同一であるので、２つのターゲット構造におけるバイアス量は、ピッチの半分の両側における等間隔である。
【００７１】
[0080]  エッチング及び他のプロセスステップの完了後、アパーチャによって露出した格子要素６１４の部分は除去されている。この結果、（ｃ）に示す構造が得られる。見てわかるように、この例における第２のターゲット構造は第１のターゲット構造のミラー像である。これが当てはまるのは、バイアス量がピッチの半分Λ／２の両側における等間隔である場合、及び、第１及び第２のリソグラフィステップ間のオーバーレイエラーがゼロである場合のみである。オーバーレイエラーが非ゼロである実際のターゲットでは、第１及び第２のターゲット構造は相互にミラー像でなく、構造内で異なる度合いの非対称性を示す。ターゲット構造３１、３２は製品構造と極めて異なり、関心パラメータ（オーバーレイ等）に対してより高感度であるが、製品構造のように同一のステップ及び処理によって、並びにパターニングデバイスＭＡ１、ＭＡ２の同一のパターンによって形成されることに留意すべきである。基礎となる格子要素６１４に対する位置のバイアスのみが異なっている。このため、メトロロジーターゲット構造を形成する場合のリソグラフィ装置及び他のプロセスステップの性能は、製品構造を形成する場合のものと同一であるはずである。
【００７２】
[0081]  次に図７を参照して、本開示の一実施形態に従ってリソグラフィプロセス７００のパラメータを測定する方法を説明する。ステップ７０１では、基板上に第１のターゲット構造及び第２のターゲット構造を提供する。本実施形態では、双方のターゲット構造は、図６を参照して上述したようなプロセスによって形成される。むろん、それらは、調査対象のどんなリソグラフィプロセスによっても形成され得る。
【００７３】
[0082]  ステップ７０２では、第１の角度分解散乱スペクトル放射を取得する。本実施形態では、上記の図２を参照して説明したような角度分解スキャトロメータが用いられる。選択した偏光及び波長の光源によって第１のターゲット構造を照明する。第１のターゲット構造によって散乱されたゼロ次光を、スキャトロメータの光学システムによって集光する。先に説明したように、逆投影瞳面Ｐに（又は共役瞳面Ｐ’に）検出器が位置付けられている。次いで検出器１９は、第１のターゲット構造によって散乱されたゼロ次光の角度分布を表す第１の散乱スペクトルを捕獲する。本例では、２Ｄ散乱スペクトルが取得される。原理上は、検出器によって１Ｄ散乱スペクトルのみが捕獲され得るが、特に本開示ではマルチパターニングによって形成される２次元構造に関心があるので、２Ｄ散乱スペクトルは実際より多くの情報を含む。
【００７４】
[0083]  ステップ７０３では、検出器によって第２の角度分解散乱スペクトルを同様に取得する。光源によって第２のターゲット構造を照明する。第２のターゲット構造によって散乱されたゼロ次光を、スキャトロメータの光学システムによって集光する。次いで検出器は、第２のターゲット構造によって散乱されたゼロ次光の角度分布を表す第２の散乱スペクトルを捕獲する。
【００７５】
[0084]  ステップ７０２及び７０４の予備ステップとして、特定のターゲット構造に適した照明条件を選択するプロセスが実行され得る。
【００７６】
[0085]  ステップ７０４では、第１の角度分解散乱スペクトルの非対称性及び第２の角度分解散乱スペクトルの非対称性から、関心パラメータの測定値を導出する。本例では、導出されるパラメータはオーバーレイエラーであり、以下に記載するように決定される。他の例では、関心パラメータは露光ドーズ、焦点、又は非対称レンズ収差であり得る。
【００７７】
[0086]  散乱スペクトルの非対称性を測定するため、一例では、処理ユニットが、第１の散乱スペクトルからそれ自身を１８０度回転させたコピーを減算することによって、第１の差動散乱スペクトルを発生する。次いで処理ユニットは、第２の散乱スペクトルからそれ自身を反転させたコピーを減算することによって、第２の差動散乱スペクトルを発生する。次いで、第１及び第２の差動散乱スペクトルに基づいて、第１のターゲット構造の非対称性ＡΛ／２＋ｄ及び第２のターゲット構造の非対称性ＡΛ／２−ｄを決定する。単純な例では、単に差動散乱スペクトルの右半分の全画素値の平均から左半分の全画素値の平均を減算することによって、平均瞳非対称性を計算する。例えば利用できる信号を最大限に使用するため、代替的な又はいっそう洗練された非対称性測定も予想できる。任意選択として、正規化非対称性測定値は相互によりいっそう比較できるので、平均瞳非対称性を全平均強度に正規化することも可能である。
【００７８】
[0087]  図８において、曲線８０２は、従来の回折に基づくオーバーレイ測定におけるオーバーレイＯＶと非対称性Ａとの関係を示す。従来のオーバーレイ測定は、ここでは単に背景として記載される。正規曲線は、＋１次及び−１次の回折信号間の非対称性を表す。また、理想化された曲線は、ターゲット構造を形成する個々の構造内に位置ずれも構造的非対称性も存在しない「理想的な」１次元ターゲット構造を想定している。従って、この理想的なターゲット構造の非対称性は、第１のフィーチャ及び第２のフィーチャの不整合に起因したオーバーレイ寄与分のみを含む。このオーバーレイ寄与分は、既知の付与されたバイアス量と（未知の）オーバーレイエラーの組み合わせから生じる。このグラフは本開示の背後にある原理を説明するためだけのものであり、非対称性Ａ及びオーバーレイＯＶの単位は任意である。実際の寸法の例は以下で与えられる。
【００７９】
[0088]  図８の「理想化された」状況において、曲線８０２は、強度非対称性Ａがオーバーレイと非線形の周期的な関係（例えば正弦波の関係）を有することを示している。正弦波変動の周期Λは、ターゲット構造の格子要素の周期又はピッチΛに対応し、むろん適切な尺度に変換されている。正弦波の形態は、この理想化された例では純粋なものであるが、実際の環境では高調波を含み得る。
【００８０】
[0089]  オーバーレイを測定するため、単一の測定に頼るのではなく、格子（既知の付与されたオーバーレイバイアスを有する）のようなバイアス構造を用いることは、当業者には周知である。このバイアスは、バイアスを生成したパターニングデバイス（例えばレチクル）において規定された既知の値を有し、これは、測定された強度非対称性に対応するオーバーレイのウェーハ上較正として機能する。図において、この計算はグラフによって示されている。単なる一例として、非対称性測定値Ａ＋ｄ及びＡ−ｄが、付与されたバイアス＋ｄ及び−ｄを有するターゲットにおいてそれぞれ取得される。これらの測定値を正弦曲線に適合させると、図示のようにポイント８０４及び８０６が与えられる。バイアスがわかれば、真のオーバーレイエラーＯＶＥを計算することができる。正弦曲線のピッチΛは、ターゲット構造の設計から既知である。曲線８０２の垂直尺度は最初は既知でなく、１次高調波比例定数Ｋ１と称され得る未知のファクタである。この定数Ｋ１は、ターゲット構造に対する強度非対称性測定の感度の測定量である。
【００８１】
[0090]  数学的には、オーバーレイエラーＯＶＥと強度非対称性Ａとの関係は以下のように想定される。
【数１】
0006740338.tif 000002
ここで、オーバーレイエラーＯＶＥは、ターゲットピッチΛが角度２πラジアンに相当するような目盛上で表現される。Ａ＋ｄ及びＡ−ｄは、それぞれバイアス＋ｄ及び−ｄを有するターゲット構造の非対称性を表す。異なる既知のバイアス（例えば＋ｄ及び−ｄ）を有するターゲットの２つの測定値を用いると、以下の関係を使用してＫ１を知ることなくオーバーレイエラーＯＶＥを計算することができる。
【数２】
0006740338.tif 000003
【００８２】
[0091]  本開示では、例えばバイアス量Λ／２＋ｄ及びΛ／２−ｄのように、ピッチの半分に近いバイアス量を使用することが提案される。正弦関数の勾配が逆であることを除いて、式（１）及び（２）におけるように、同じ原理が当てはまる。一方、本開示では、ゼロ次散乱スペクトルのみを使用することも提案される。調査対象の構造は、照明放射の波長λよりも著しく短い周期の周期性を有する。周期Λは、例えば０．２λ未満又は０．１λ未満であり、高次回折放射を集光することは、入手可能な光学システムでは不可能であり得る。従って、図８に示す正弦波形態を有する強力な非対称信号は予想されない。本発明者等は、ゼロに近いバイアス量でなくΛ／２に近いバイアス量を使用することで、単一の材料層でのマルチパターニングによって形成された２Ｄ製品構造について、ゼロ次散乱スペクトルにおいても有用な非対称信号が与えられることを認識した。
【００８３】
[0092]  この文脈におけるピッチΛは、必ずしも完成した２Ｄターゲット構造の周期性でなく、第１のリソグラフィステップで形成された格子のピッチによることに留意すべきである。これは、第２のリソグラフィステップ後の２Ｄ周期構造全体に存在するいくつかの周期成分のうち最も短い周期である。様々な理由から、Λ／２の両側で２つのバイアス値を使用すること、及び、それらをΛ／２の両側における等間隔とすることが妥当であるが、これは不可欠な要件ではない。所望の場合、バイアス量の一方を厳密にΛ／２とすることができ、双方ともΛ／２の同じ側とすることも可能である。この計算は、Λ／２に近い任意のバイアス値の対に適合させることができる。ピッチの半分に「近い」とはどういうものか考えると、これは各ターゲットでの選択と経験の問題である。現実の実施では、式（１）の正弦関数の比較的狭い領域で動作することが望ましい場合があるので、オーバーレイによる非対称性の変動は線形であると考えられる。動作領域を特定する場合にバイアス量だけでなく、実際のターゲット構造においてプログラムされたバイアスに追加される予測オーバーレイエラー範囲も考慮するべきである。例えば、バイアス量Λ／２±ｄは、０．３Λ〜０．７Λの間、又は０．４Λ〜０．６Λの間であり得る。特定の例では、パラメータｄはｄ＜Λ／４であるように選択される。一般に、ｄの厳密な大きさは、状況的な要件及び環境に応じて最適化され得る。より大きいｄの値を用いて信号対雑音比を改善することができ、より小さいｄの値を用いてオーバーレイ計算の精度を上げることができる。
【００８４】
[0093]  実際には、強度非対称性測定は、ターゲット構造の特性に依存するだけでなく、ターゲット構造に入射する光の特性にも依存する。
【００８５】
[0094]  図９は、例示的なターゲット構造について多数の例示的なシミュレーション結果を示す。各シミュレーションは特定の波長の光を用いて実行されている。各グラフは、図６を参照して記載したようなターゲット構造を有する測定ターゲットの正規化平均非対称性を示す。水平軸にオーバーレイがプロットされ、垂直軸に非対称信号の振幅がプロットされている。それぞれの例で、平均瞳非対称性は全平均強度に正規化されている。各測定で用いられる放射の波長は、左上の４２５ｎｍから最も下の７００ｎｍまでの範囲の標示で示されている。ここでシミュレーションされた例では、第１のターゲット構造の第１のフィーチャ及び第２のターゲット構造の第３のフィーチャは双方ともピッチΛ＝４０ｎｍを有する。第１のターゲット構造の第３のフィーチャは、例えばΛ／２＋ｄだけバイアスされ得る。ここでｄ＝５ｎｍである。第２のターゲット構造の第４のフィーチャは、Λ／２−ｄだけバイアスされている。
【００８６】
[0095]  本例において、非対称性は、測定で使用される波長に応じて変動する。使用する光の波長を選択することによって、測定の精度を最大限にすることができる。異なるプロセス及び異なるターゲット設計では、異なる波長及び偏光の方が成功する可能性がある。図９に示す例では、すべてのグラフでＴＭ偏光が選択されているが、偏光は、所望の場合に変動させ得る照明の１つのパラメータである。
【００８７】
[0096]  所望の場合、測定の精度をさらに向上させるため、２以上の波長及び／又は偏光で測定を行うことができる。異なる波長による結果を、オーバーレイ値に変換する前又は後に、任意の適切なやり方で組み合わせることができる。非対称信号の振幅（図９のグラフの縦の目盛）だけでなく、曲線の線形性も最適化することが望ましい場合があることに留意すべきである。選択される１又は複数の波長は、オーバーレイ（又は他の関心パラメータ）について予想される値の範囲にわたってほぼ線形である強力な信号が得られる１つ（又は２つ以上）であるべきである。図９に示す例の中から、簡単な検査を用いて、所与のターゲット構造に最良のものを選択することができる。
【００８８】
[0097]  図１０は、図９に示した放射波長のうちの１つについて、多数の例示的なシミュレーションされた瞳画像を示す。各画像は、所与のオーバーレイ値についてシミュレーションされた瞳画像を示す。放射波長及びオーバーレイ量は各画像の上の標示によって示されている。見てわかるように、使用した放射の波長は４２５ｎｍであり、オーバーレイ値は−６ｎｍから＋６ｎｍまでの範囲である。
【００８９】
[0098]  最新の製品構造の寸法は極めて小さいので、光学メトロロジー技法によって撮像することができない。小型のフィーチャには、例えば、マルチパターニングプロセス及びピッチマルチプリケーションによって形成されるものが含まれる（用語については先に説明した）。実際に、構造は、それらを「見る」ことができない従来のメトロロジー技法にとって小さすぎる。従って、高ボリュームメトロロジーで用いられるターゲットが使用するフィーチャは、多くの場合、オーバーレイエラー又はクリティカルディメンションが関心特性である製品よりもはるかに大きい。
【００９０】
[0099]  走査型電子顕微鏡は最新の製品構造を解像することができるが、走査型電子顕微鏡によって行われる測定は、光学測定に比べて著しく時間を要すると共に費用も高く、その結果として測定されるウェーハの破壊を招く。
【００９１】
[0100]  本発明者等は、製品構造と同様の寸法及び処理を用いた構造によって又は製品構造から形成された構造によって散乱されたゼロ次光を用いることにより、これらの構造に対してメトロロジー測定を実行できることを認識した。さらに、重み付け係数の慎重な選択により重み付けされた、測定されたスペクトルの非対称性寄与分を用いて、例えばマルチパターニングプロセスの２つのステップ間のオーバーレイエラーを決定できることが認識された。
【００９２】
[0101]  一態様において、リソグラフィプロセスのパラメータを測定する方法であって、リソグラフィプロセスにより形成されるターゲット構造を放射で照明することと、ターゲット構造の角度分解散乱スペクトルを取得することと、ターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性を用いてパラメータの測定値を導出することと、を含む方法が提供される。
【００９３】
[0102]  いくつかの実施形態において、ターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性を用いることは、基準から等間隔である散乱スペクトルの領域を用いることを含む。
【００９４】
[0103]  いくつかの実施形態において、リソグラフィプロセスのパラメータを導出する際に用いられるターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性の寄与分は、重み付け係数によって変更される。
【００９５】
[0104]  さらに、図２で説明したメトロロジー装置の照明は、製品構造を形成するパターンを含むウェーハＷの領域に向けて誘導することができる。通常の実験条件において、少なくとも２つのパターニングデバイスを露光した結果として製品を形成する場合、形成されたパターン構造間にオーバーレイエラーが現れることが予想される。一例として、２つのパターンは、周期的なライン構造に対応したパターニングデバイス及びカットマスクに対応したパターニングデバイスによって形成され得る。
【００９６】
[0105]  上のパラグラフで説明したような製品構造によって形成されたか、又は製品構造と同様の構造によって形成されたターゲット構造を、選択した偏光及び波長の光源によって照明する。ターゲット構造によって散乱されたゼロ次光を、スキャトロメータの光学システムによって集光する。先に説明したように、逆投影瞳面Ｐに（又は共役瞳面Ｐ’に）検出器が位置付けられている。次いで検出器１９は、第１のターゲット構造によって散乱されたゼロ次光の角度分布を表す第１の散乱スペクトルを捕獲する。本例では、２Ｄ散乱スペクトルが取得される。原理上は、検出器によって１Ｄ散乱スペクトルのみが捕獲され得るが、特に本開示ではマルチパターニングによって形成される２次元構造に関心があるので、２Ｄ散乱スペクトルは、実際はより多くの情報を含む。従って、リソグラフィプロセスのパラメータは、リソグラフィプロセスにより形成されるターゲット構造を放射で照明することと、ターゲット構造の角度分解散乱スペクトルを取得することと、ターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性を用いてパラメータの測定値を導出することと、を含む方法によって測定される。
【００９７】
[0106]  さらに、この方法は、ターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性を用いる場合、基準から等間隔である散乱スペクトルの領域を使用している。例えば、測定されたスペクトルが瞳面Ｐで測定された２Ｄ散乱スペクトルである場合、基準は、２Ｄ座標系の２つの軸のうちの１つであり得る。この場合、基準はｘ軸又はｙ軸であり得る。ｘ軸及びｙ軸は、線として対称性の基準を形成することは認められよう。さらに、同じ２Ｄ座標系において、座標系の原点も基準と考えることができる。この場合、基準は点である。
【００９８】
[0107]  リソグラフィプロセスのパラメータの測定値を導出するステップは、瞳Ｐにおいて見出されるような２Ｄ測定スペクトルの領域であって、基準に対して対称である領域を使用する。瞳の対称性寄与分を減算することにより、測定２Ｄスペクトルに存在する非対称性の程度の指示を得ることができる。瞳の対称性部分を減算するステップは、特徴ＳＳを形成する。２Ｄスペクトルの非対称性は、異なるリソグラフィステップで形成されたパターン付与された構造間のオーバーレイエラーに相関付けられる。オーバーレイエラーの導出において使用される領域は、単一の画素であるか又は画素群であり得る。画素群は内部対称性を有するか、又は全く対称性を有しない。
【００９９】
[0108]  さらに、リソグラフィプロセスのパラメータの導出において用いられるターゲット構造の散乱スペクトルで見出された非対称性の寄与分は、重み付け係数によって変更される。各特徴ＳＳは、瞳において測定される２Ｄスペクトルの非対称性の指示、及び、２Ｄ散乱スペクトルに存在する非対称性の対称性の指示を表す。複数のＳＳ特徴を測定することができ、これらＳＳ特徴の各々が、測定された２Ｄスペクトルの異なる領域からの寄与分であるか、又は異なる重み付け係数を用いることで取得されることは認められよう。各特徴ＳＳに重み付け係数（ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ  ｆａｃｔｏｒ）を導入することにより、オーバーレイエラーの検出を向上させることができる。
【０１００】
[0109]  一実施形態において、重み付け係数は、対称位置の非対称関数行列式（Ｊａｃｏｂｉａｎ）部分から取得される。オーバーレイエラーに対して感度の高い２Ｄスペクトル内の領域は、例えばＲＣＷＡのような解析又は計算方法を用いてターゲット構造の名目ターゲットモデルについて関数行列式を計算することによって取得できる。重み付け係数は、この関数行列式の非対称部分から得られる。
【０１０１】
[0110]  一実施形態において、重み付け係数は、異なるオーバーレイエラーで計算された非対称関数行列式から得られる。非線形の２Ｄスペクトル応答のため、ターゲット構造がプロセス変動によって変化した場合に関数行列式は変化し得る。異なるプロセス変動に対応したターゲット構造のモデルから得られた、（重み付けした）関数行列式平均の非対称部分を用いて、プロセス変動に対してオーバーレイ測定をいっそうロバストにすることができる。
【０１０２】
[0111]  一実施形態において、重み付け係数は、実験計画法（ＤｏＥ：Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ）から得られる。ＤｏＥを用いて、例えば、測定された２Ｄスペクトルの非対称性に主成分分析（ＰＣＡ：ｐｒｉｎｃｉｐａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ａｎａｌｙｓｉｓ）を適用することにより、オーバーレイエラーに対して感度の高い測定２Ｄスペクトル内の領域を決定できる。重み付けスキームは、１つ以上の取得された主成分から直接得られる。
【０１０３】
[0112]  物理レチクルの形態のパターニングデバイスについて記載したが、本出願における「パターニングデバイス」という用語は、例えばプログラマブルパターニングデバイスと併用されるデジタル形態のパターンを与えるデータ製品も含む。
【０１０４】
[0113]  本発明に従ったさらなる実施形態は、以下の番号を付した条項において与えられる。
１．リソグラフィプロセスのパラメータを測定する方法であって、リソグラフィプロセスは、２つ以上のリソグラフィステップを用いて単一の材料層に２次元周期製品構造を形成するためのものであり、
第１及び第２のターゲット構造を提供することであって、各ターゲット構造は第１及び第２のリソグラフィステップを用いて基板上の単一の材料層に形成された２次元周期構造を含み、第１のターゲット構造において、第２のリソグラフィステップで画定されたフィーチャは、第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャに対して、第１のリソグラフィステップで形成されたフィーチャの空間周期の半分に近い第１のバイアス量だけ変位し、第２のターゲット構造において、第２のリソグラフィステップで画定されたフィーチャは、第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャに対して、空間周期の半分に近いと共に第１のバイアス量とは異なる第２のバイアス量だけ変位している、ことと、
第１のターゲット構造の角度分解散乱スペクトル及び第２のターゲット構造の角度分解散乱スペクトルを取得することと、
第１のターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性及び第２のターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性を用いてパラメータの測定値を導出することと、
を含む方法。
【０１０５】
２．各ターゲット構造の角度分解散乱スペクトルを取得することは、
ターゲット構造を放射で照明することと、
ターゲット構造によって散乱されたゼロ次放射を用いて角度分解散乱スペクトルを検出することと、
を含む、条項１に記載の方法。
【０１０６】
３．各ターゲット構造の空間周期は、ターゲット構造を照明するために用いられる放射の波長よりも著しく短い、条項１又は２に記載の方法。
【０１０７】
４．ターゲット構造の角度分解散乱スペクトルにおける非対称性の強度及び線形性を最適化するように、利用可能な波長範囲から放射の波長を選択することをさらに含む、条項２又は３に記載の方法。
【０１０８】
５．パラメータを導出するステップは、第１のターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性と、第２のターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性と、第１のバイアス量及び第２のバイアス量の知識と、を用いて、製品構造に関連したオーバーレイエラーの測定値を計算することを含む、条項１から４のいずれかに記載の方法。
【０１０９】
６．第１のリソグラフィステップにおいて画定されるターゲット構造のフィーチャは、第１の方向における空間周期を画定する格子構造を含み、第２のリソグラフィステップにおいて画定されるターゲット構造のフィーチャは、２次元周期配列において周期的に離間した位置における格子構造の変更を含む、条項１から５のいずれかに記載の方法。
【０１１０】
７．第１のリソグラフィステップにおいて画定されるターゲット構造のフィーチャは、第１の方向における空間周期を画定する格子構造を含み、第２のリソグラフィステップにおいて画定されるターゲット構造のフィーチャは、格子構造の要素における切断部を含む、条項１から６のいずれかに記載の方法。
【０１１１】
８．第１のターゲット構造及び第２のターゲット構造は、第１及び第２のリソグラフィステップを用いてそれらのフィーチャを画定した後にエッチング及び／又は堆積プロセスによって形成されている、条項１から７のいずれかに記載の方法。
【０１１２】
９．第１及び第２のリソグラフィステップを用いて同一の基板上の他の場所で同一の材料層に製品構造が形成され、製品構造において、第２のリソグラフィステップで画定されたフィーチャは第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャに対していかなるバイアス量も変位していない、条項１から８のいずれかに記載の方法。
【０１１３】
１０．リソグラフィプロセスのパラメータの測定において使用される基板であって、この基板は第１及び第２のターゲット構造を含み、各ターゲット構造は第１及び第２のリソグラフィステップを用いて単一の材料層に形成された２次元周期構造を含み、
第１のターゲット構造において、第２のリソグラフィステップで画定されたフィーチャは、第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャに対して、第１のリソグラフィステップで形成されたフィーチャの空間周期の半分に近い第１のバイアス量だけ変位し、
第２のターゲット構造において、第２のリソグラフィステップで画定されたフィーチャは、第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャに対して、空間周期の半分に近いと共に第１のバイアス量とは異なる第２のバイアス量だけ変位している、基板。
【０１１４】
１１．第１のリソグラフィステップにおいて画定されるターゲット構造のフィーチャは、第１の方向における空間周期を画定する格子構造を含み、第２のリソグラフィステップにおいて画定されるターゲット構造のフィーチャは、２次元周期配列において周期的に離間した位置における格子構造の変更を含む、条項１から１０のいずれかに記載の基板。
【０１１５】
１２．第１のリソグラフィステップにおいて画定されるターゲット構造のフィーチャは、第１の方向における空間周期を画定する格子構造を含み、第２のリソグラフィステップにおいて画定されるターゲット構造のフィーチャは、格子構造の要素における切断部を含む、条項１から１１のいずれかに記載の基板。
【０１１６】
１３．第１のターゲット構造及び第２のターゲット構造は、第１及び第２のリソグラフィステップを用いてそれらのフィーチャを画定した後にエッチング及び／又は堆積プロセスによって形成されている、条項１から１２のいずれかに記載の基板。
【０１１７】
１４．第１及び第２のリソグラフィステップを用いて同一の基板上の他の場所で同一の材料層に製品構造が形成され、製品構造において、第２のリソグラフィステップで画定されたフィーチャは第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャに対していかなるバイアス量も変位していない、条項１０から１３のいずれかに記載の基板。
【０１１８】
１５．条項１０から１４のいずれかに記載の基板の製造のためのリソグラフィプロセスにおいて第１及び第２のターゲット構造のフィーチャを画定するために適合されたパターニングデバイスのセットであって、材料層に第１及び第２のターゲット構造を形成するための第１のリソグラフィステップにおいて使用される第１のパターニングデバイス及び第２のリソグラフィステップにおいて使用される第２のパターニングデバイスを含む、パターニングデバイスのセット。
【０１１９】
１６．パターニングデバイスはさらに、第１及び第２のリソグラフィステップを用いて同一の基板上の他の場所で同一の材料層に製品構造のフィーチャを画定するために適合され、製品構造において、第２のリソグラフィステップで画定されたフィーチャは第１のリソグラフィステップで画定されたフィーチャに対していかなるバイアス量も変位していない、条項１５に記載のパターニングデバイスのセット。
【０１２０】
１７．条項１から９のいずれかの方法を実行するように構成されたメトロロジー装置。
【０１２１】
１８．第１のターゲット構造及び第２のターゲット構造が形成されている基板のための支持体と、
各ターゲット構造を放射で選択的に照明すると共に、ターゲット構造によって散乱された少なくともゼロ次放射を集光するための光学システムと、
ゼロ次放射を用いて各ターゲット構造の角度分解散乱スペクトルを検出するための検出器と、
第１のターゲット構造の角度分解散乱スペクトルの非対称性及び第２のターゲット構造の角度分解散乱スペクトルの非対称性を用いてリソグラフィプロセスのパラメータを導出するように構成されたプロセッサと、
をさらに備える、条項１７に記載のメトロロジー装置。
【０１２２】
１９．リソグラフィプロセスにおいて使用されるリソグラフィ装置と、
少なくとも部分的にリソグラフィ装置を用いて形成された第１及び第２のターゲット構造を用いたリソグラフィプロセスのパラメータの測定において使用される、条項１７又は１８に記載のメトロロジー装置と、
を備えるリソグラフィシステム。
【０１２３】
２０．適切なプロセッサ上で実行された場合に、条項１から９のいずれかの方法の導出ステップをプロセッサに実行させる機械読み取り可能命令を含むコンピュータプログラム製品。
【０１２４】
２１．第１及び第２のターゲット構造を放射で照明すると共に導出ステップにおいて使用される角度分解散乱スペクトルを検出するようにメトロロジー装置を制御するための機械読み取り可能命令をさらに含む、条項２０に記載のコンピュータプログラム製品。
【０１２５】
２２．製品構造が形成された基板におけるオーバーレイエラーを決定するための方法であって、製品構造は、第１のリソグラフィプロセスによって画定された第１の製品フィーチャ及び第２のリソグラフィプロセスによって画定された第２の製品フィーチャを含み、オーバーレイエラーは、第１の製品フィーチャと第２の製品フィーチャとの間の位置のずれを含み、
基板上に第１のターゲット構造を提供することであって、第１のターゲット構造は、第１のリソグラフィプロセスによって画定された第１のターゲットフィーチャ及び第２のリソグラフィステップによって画定された第２のターゲットフィーチャを含み、第１のターゲットフィーチャと第２のターゲットフィーチャとの間の位置関係は第１のバイアス値及びオーバーレイエラーに依存する、ことと、
基板上に第２のターゲット構造を提供することであって、第２のターゲット構造は、第１のリソグラフィプロセスによって画定された第３のターゲットフィーチャ及び第２のリソグラフィステップによって画定された第４のターゲットフィーチャを含み、第３のターゲットフィーチャと第４のターゲットフィーチャとの間の位置関係は第２のバイアス値及びオーバーレイエラーに依存する、ことと、
第１のターゲット構造から回折されたゼロ次放射を用いて第１の角度分解散乱スペクトルを検出することと、
第２のターゲット構造から回折されたゼロ次放射を用いて第２の角度分解散乱スペクトルを検出することと、
第１の角度分解散乱スペクトル及び第２の角度分解散乱スペクトルにおいて観察された非対称性と、第１のバイアス値及び第２のバイアス値の知識と、に基づいて、オーバーレイエラーの測定値を計算することと、
を含む方法。
【０１２６】
２３．リソグラフィプロセスのパラメータを測定する方法であって、
リソグラフィプロセスにより形成されるターゲット構造を放射で照明することと、
ターゲット構造の角度分解散乱スペクトルを取得することと、
ターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性を用いてパラメータの測定値を導出することと、
を含む方法。
【０１２７】
２４．ターゲット構造の角度分解散乱スペクトルを取得することは、ターゲット構造によって散乱されたゼロ次放射を検出することを含む、条項２３に記載の方法。
【０１２８】
２５．各ターゲット構造は２次元アレイを形成するフィーチャを含む、条項２３に記載の方法。
【０１２９】
２６．ターゲット構造は相補的２次元フーリエ空間内で非ゼロ成分を有するフィーチャを含む、条項２３に記載の方法。
【０１３０】
２７．パラメータを導出するステップは、ターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性を用いて製品構造に関連したオーバーレイエラーの測定値を計算することを含む、条項１から２６のいずれかに記載の方法。
【０１３１】
２８．ターゲット構造の散乱スペクトルにおいて見出された非対称性を用いることは、基準から等間隔である散乱スペクトルの領域を用いることを含む、条項２４に記載の方法。
【０１３２】
２９．基準は線である、条項２８に記載の方法。
【０１３３】
３０．基準は点である、条項２８に記載の方法。
【０１３４】
３１．リソグラフィプロセスのパラメータの導出において使用される非対称性の寄与分は重み付け係数によって変更される、条項２８に記載の方法。
【０１３５】
３２．重み付け係数は対称位置の非対称関数行列式部分から取得される、条項３１に記載の方法。
【０１３６】
３３．重み付け係数は異なるオーバーレイエラーで計算された非対称関数行列式から得られる、条項３１に記載の方法。
【０１３７】
３４．重み付け係数は実験計画法から得られる、条項３１に記載の方法。
【０１３８】
３５．条項２３から３４のいずれかの方法を実行するように構成されたメトロロジー装置。
【０１３９】
３６．ターゲット構造が形成されている基板のための支持体と、
各ターゲット構造を放射で選択的に照明すると共に、ターゲット構造によって散乱された少なくともゼロ次放射を集光するための光学システムと、
ゼロ次放射を用いて各ターゲット構造の角度分解散乱スペクトルを検出するための検出器と、
ターゲット構造の角度分解散乱スペクトルの非対称性を用いてリソグラフィプロセスのパラメータを導出するように構成されたプロセッサと、
をさらに備える、条項３５に記載のメトロロジー装置。
【０１４０】
３７．リソグラフィプロセスにおいて使用されるリソグラフィ装置と、
少なくとも部分的にリソグラフィ装置を用いて形成されたターゲット構造を用いたリソグラフィプロセスのパラメータの測定において使用される、条項３５又は３６に記載のメトロロジー装置と、
を備えるリソグラフィシステム。
【０１４１】
３８．適切なプロセッサ上で実行された場合に、条項２３から３４のいずれかの方法の導出ステップをプロセッサに実行させる機械読み取り可能命令を含むコンピュータプログラム製品。
【０１４２】
３９．第１及び第２のターゲット構造を放射で照明すると共に導出ステップにおいて使用される角度分解散乱スペクトルを検出するようにメトロロジー装置を制御するための機械読み取り可能命令をさらに含む、条項３８に記載のコンピュータプログラム製品。
【０１４３】
[0114]  光リソグラフィの分野での本発明の実施形態の使用に特に言及してきたが、本発明は文脈によってはその他の分野、例えばインプリントリソグラフィでも使用することができ、光リソグラフィに限定されないことを理解されたい。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイス内のトポグラフィが基板上に作成されたパターンを画定する。パターニングデバイスのトポグラフィは基板に供給されたレジスト層内に刻印され、電磁放射、熱、圧力又はそれらの組み合わせを印加することでレジストは硬化する。パターニングデバイスはレジストから取り除かれ、レジストが硬化すると、内部にパターンが残される。
【０１４４】
[0115]  リソグラフィ装置に関して使用される「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、約３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７又は１２６ｎｍの波長又はこれら付近の波長を有する）及び極端紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を包含する。
【０１４５】
[0116]  「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電気光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのいずれか一つ、又はその組み合わせを指すことができる。
【０１４６】
[0117]  特定の実施形態に関する以上の説明は、本発明の全体的性質を十分に明らかにしているので、当技術分野の知識を適用することにより、過度の実験をせず、本発明の全体的概念から逸脱することなく、このような特定の実施形態を容易に修正する、及び／又はこれらを様々な用途に適応させることができる。従って、このような適応及び修正は、本明細書に提示された教示及び案内に基づき、開示された実施形態の同等物の意味及び範囲内に入るものとする。本明細書の言葉遣い又は用語は説明のためのもので、限定するものではなく、従って本明細書の用語又は言葉遣いは、当業者には教示及び案内の観点から解釈されるべきことを理解されたい。
【０１４７】
[0118]  本発明の幅及び範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによっても限定されず、特許請求の範囲及びその同等物によってのみ規定されるものである。
【図１】
0006740338.tif 000004
【図２】
0006740338.tif 000005
【図３】
0006740338.tif 000006
【図４】
0006740338.tif 000007
【図５（ａ）】
0006740338.tif 000008
【図５（ｂ）】
0006740338.tif 000009
【図５（ｃ）】
0006740338.tif 000010
【図６（ａ）】
0006740338.tif 000011
【図６（ｂ）】
0006740338.tif 000012
【図６（ｃ）】
0006740338.tif 000013
【図７】
0006740338.tif 000014
【図８】
0006740338.tif 000015
【図９】
0006740338.tif 000016
【図１０】
0006740338.tif 000017