(57)【要約】  メトロジー測定方法及びツールが提供され、それらは、静止照明源によって静止回折ターゲットを照明し、零次回折信号と１次回折信号の合計から成る信号を測定し、回折ターゲット及び照明源を静止状態に維持しながら、零次回折信号と１次回折信号の間の複数の関係についての測定を反復し、そして、測定合計から１次回折信号を抽出する。照明は、干渉性であってもよく、測定は、瞳面であってもよく、又は、照明は、非干渉性であってもよく、測定は、フィールド面であってもよいが、いずれにせよ、零次回折次数と１次回折次数の部分的重複が測定される。照明は、環状であってもよく、回折ターゲットは、重複領域を分離するための異なるピッチを有する周期構造を有する１セルＳＣＯＬターゲットであってもよい。
2018529952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メトロジー測定方法であって、
静止回折ターゲットを静止照明源によって照明することと、
零次回折信号と１次回折信号の合計から成る信号を測定することと、
前記回折ターゲット及び前記照明源を静止状態に維持しながら、前記零次回折信号と前記１次回折信号の間の複数の関係についての前記測定を反復することと、
前記１次回折信号を前記測定合計から抽出することと、を含む、メトロジー測定方法。
【請求項２】
前記照明は、干渉性であり、前記測定は、前記ターゲットに関する瞳面で実行される、請求項１に記載のメトロジー測定方法。
【請求項３】
照明波長及び前記ターゲットのピッチが、前記瞳面で前記零次回折次数と前記１次回折次数の部分的重複を生じさせるように選択される、請求項２に記載のメトロジー測定方法。
【請求項４】
前記照明は、非干渉性であり、前記測定は、前記ターゲットに関するフィールド面で実行される、請求項１に記載のメトロジー測定方法。
【請求項５】
測定されない１次回折信号が、前記測定合計を生じさせるために、前記ターゲットの瞳面においてマスクされる、請求項４に記載のメトロジー測定方法。
【請求項６】
前記ターゲットは、少なくとも２つの周期構造を備える結像ターゲットであり、前記方法は、前記ターゲットの少なくとも２つのオーバーレイ測定、マスクされた＋１回折次数による少なくとも１つの測定、及びマスクされた−１回折次数による少なくとも別の１つの測定を実行することと、
前記少なくとも２つのオーバーレイ測定を平均することによってオーバーレイを抽出することと、を更に含む、請求項５に記載のメトロジー測定方法。
【請求項７】
訓練段階中に不正確をもたらす照明点を識別することと、それを除去することと、を更に含む、請求項４に記載のメトロジー測定方法。
【請求項８】
前記零次回折信号と前記１次回折信号の間の前記関係としての複数の位相について前記反復測定を実行することを更に含む、請求項２又は４に記載のメトロジー測定方法。
【請求項９】
前記零次回折信号と前記１次回折信号の間の前記関係を修正するために、前記照明の複数の角度及び／又は位相及び／又は波長について反復測定を実行することを更に含む、請求項２又は４に記載のメトロジー測定方法。
【請求項１０】
前記照明は環状であり、前記回折ターゲットは、少なくとも２つの対応する異なるピッチを有する少なくとも２つの周期構造を備え、前記環状照明の幅及び前記ピッチは、前記零次回折信号と前記１次回折信号のそれぞれとの間の重複領域を、前記それぞれの周期構造のそれぞれから分離するように選択される、請求項１に記載のメトロジー測定方法。
【請求項１１】
メトロジーツールであって、
静止回折ターゲットを照明するように構成された静止照明源と、
零次回折信号と１次回折信号の合計から成る信号を反復測定するように構成された測定ユニットであって、前記反復測定は、前記回折ターゲット及び前記照明源を静止状態に維持しながら、前記零次回折信号と前記１次回折信号の間の複数の関係について実行される、測定ユニットと、
前記１次回折信号を前記測定合計から抽出するように構成された処理ユニットと、を備える、メトロジーツール。
【請求項１２】
前記照明は、干渉性であり、前記測定は、前記ターゲットに関する瞳面で実行される、請求項１１に記載のメトロジーツール。
【請求項１３】
照明波長及び前記ターゲットのピッチは、前記瞳面での前記零次回折次数と前記１次回折次数の部分的重複を生じさせるように選択される、請求項１２に記載のメトロジーツール。
【請求項１４】
前記照明は、非干渉性であり、前記測定は、前記ターゲットに関するフィールド面で実行される、請求項１１に記載のメトロジーツール。
【請求項１５】
マスクを前記ターゲットの瞳面に更に含み、前記マスクは、前記測定合計を生じさせるために、測定されない１次回折信号を遮断するように構成されている、請求項１４に記載のメトロジーツール。
【請求項１６】
前記ターゲットは、少なくとも２つの周期構造を備える結像ターゲットであり、前記メトロジーツールは、前記ターゲットの少なくとも２つのオーバーレイ測定、遮断された＋１回折次数による少なくとも１つの測定、及び遮断された−１回折次数による少なくとも別の１つの測定を実行して、前記少なくとも２つのオーバーレイ測定を平均することによってオーバーレイを抽出するように更に構成されている、請求項１５に記載のメトロジーツール。
【請求項１７】
異なる回折次数に関するフィールド信号を分離するように構成された次数分離光学部品を更に備え、前記測定ユニットは、前記分離されたフィールド信号を測定するためのそれぞれの少なくとも２つの検出器を備える、請求項１４に記載のメトロジーツール。
【請求項１８】
前記測定ユニットは、前記零次回折信号と前記１次回折信号の間の前記関係としての複数の位相について前記反復測定を実行するように更に構成されている、請求項１１に記載のメトロジーツール。
【請求項１９】
前記反復位相測定を実行するように構成された光学位相走査装置を更に備える、請求項１８に記載のメトロジーツール。
【請求項２０】
訓練段階中に不正確をもたらす照明点を識別して、それを除去するように更に構成されている、請求項１１に記載のメトロジーツール。
【請求項２１】
前記測定ユニットは、前記零次回折信号と前記１次回折信号の間の前記関係を修正するために、前記照明の複数の角度及び／又は位相及び／又は波長について前記反復測定を実行するように更に構成されている、請求項１１に記載のメトロジーツール。
【請求項２２】
前記反復測定の間の照明ビーム入射角を修正するように構成されたビームディスプレーサを更に備える、請求項１８から２１のいずれか１項に記載のメトロジーツール。
【請求項２３】
前記照明は、環状であり、前記回折ターゲットは、少なくとも２つの対応する異なるピッチを有する少なくとも２つの周期構造を備え、前記環状照明の幅及び前記ピッチは、前記零次回折信号と前記１次回折信号のそれぞれとの間の重複領域を、前記それぞれの周期構造のそれぞれから分離するように選択される、請求項１１に記載のメトロジーツール。
【請求項２４】
請求項２３に記載のメトロジーツールから抽出されたメトロジー信号。
【請求項２５】
少なくとも２つの対応する異なるピッチを有する少なくとも２つの周期構造を有する単一セルを備える回折ターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキャトロメトリメトロジーの分野に関し、より具体的には、単一の１次回折信号の測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１５年９月９日に出願された米国仮特許出願第６２／２１５,８９５号の利益を主張するものであり、この出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
角度分解スキャトロメトリは、積層周期構造（たとえば、格子上格子（ｇｒａｔｉｎｇ  оｎ  ｇｒａｔｉｎｇ）ターゲット）の間のオーバーレイ誤差のモニタリングに広く利用されている。
【０００４】
参照によって全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，４０３，２９３号明細書は、測定ビームを生成するように配列されたスーパコンティニューム光源と、基板上に測定ビームに向けるように配列された光学システムと、構造によって反射及び／又は回折された放射を検出するためのセンサと、の使用を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０６２９７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
オーバーレイ測定のための標準スキャトロメトリ方法の主要な不利点、すなわちターゲット非対称及びプロセス不安定からもたらされるような測定誤差の不確定な増加を生じさせる、格子のトポロジー位相及び回折効率に関する制御の欠如を克服する。  
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下は、本発明の初期理解を提供する簡略化された概要である。概要は、必ずしも主な要素を識別するわけでも、本発明の範囲を限定するわけでもなく、単に以下の説明への導入として役立つだけである。
【０００８】
本発明の一態様は、静止照明源によって静止回折ターゲットを照明することと、零次回折信号と１次回折信号の合計から成る信号を測定することと、回折ターゲット及び照明源を静止状態に維持しながら、零次と１次回折信号の間の複数の関係についての測定を反復することと、測定合計から１次回折信号を抽出することと、を含むメトロジー測定方法を提供する。
【０００９】
本発明についてのこれらの、更なる、及び／又は他の態様及び／又は利点が以下の詳細な説明で述べられ、おそらく詳細な説明から推論可能であり、及び／又は本発明の実施によって学習可能である。
【００１０】
本発明の実施形態のより良い理解のために、そして、それが有効にされ得る態様を示すために、単に例として添付の図面が参照され、図面において同様の数字は全体を通して対応する要素又は部分を示す。
【００１１】
添付図面は以下のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のいくつかの実施形態に従う、メトロジーツールによるそれぞれ瞳面又はフィールド面での位相走査についての高レベル略図である。
【図２】本発明のいくつかの実施形態に従う、フィールド面での信号測定のための（瞳面での）瞳構成の高レベル略図である。
【図３】本発明のいくつかの実施形態に従う、異なるピッチを有する周期構造を有するターゲットセルから回折された環状照明と瞳スキームの高レベル略図である。
【図４Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従うメトロジーツールの高レベル略ブロック図である。
【図４Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従う、回折ターゲットの高レベル略図である。
【図５】本発明のいくつかの実施形態に従う、メトロジー測定方法を示す高レベルフローチャートである。
【図５−１】本発明のいくつかの実施形態に従う、メトロジー測定方法を示す高レベルフローチャートである。
【図５−２】本発明のいくつかの実施形態に従う、メトロジー測定方法を示す高レベルフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明がなされる前に、以下で使用される特定の用語の定義を述べることが役立つであろう。
【００１４】
本出願で使用されるような用語「回折信号」は、周期構造から回折された電磁場を指す。本出願で使用されるような用語「零次回折信号」及び「１次回折信号」は、特定の回折次数、すなわち零次及び１次と関連している電磁場を指す。＋１及び−１次回折信号は、１次回折信号の２つのローブを指す。２つの回折次数信号に関して本出願で使用されるような用語「合計」は、対応する回折次数信号の電磁場の干渉から生じる電磁場を指す。
【００１５】
ここで図面を詳細に特に参照すると、示されている事項は、例であって本発明の好ましい実施形態の例示的な議論のためのものに過ぎず、そして、本発明の原理及び概念上の態様についての最も有用で容易に理解される説明であると思われるものを提供するために示されていることが強調される。これに関して、本発明についての基本的理解に必要である以上に詳細に本発明の構造詳細を示すことがなされず、本発明のいくつかの形式が実際には具現化され得る態様を当業者に明らかにする図面によって説明がなされる。
【００１６】
本発明の少なくとも１つの実施形態が詳細に説明される前に、本発明が、以下の説明で述べられ又は図面に示される構成の詳細及び構成要素の配列へのそれ自体の適用に限定されないことを理解されたい。本発明は、様々な態様で実施化又は実行され得る別の実施形態に適用可能である。また、本明細書で用いられる表現法及び専門用語は、説明の目的のためであって限定として考えられてはならないことを理解されたい。
【００１７】
メトロジー測定方法及びツールが提供され、それらは、静止照明源によって静止回析ターゲットを照明し、零次回折信号と１次回折信号の合計から構成された信号を測定し、回折ターゲット及び照明源を静止状態に維持しながら、零次回折信号と１次回折信号の間の複数の関係についての測定を繰り返し、そして、測定された合計から１次回折信号を抽出する。照明が干渉性であって測定が瞳面でのものであってもよく、あるいは、照明が非干渉性であって測定がフィールド面でのものであってもよいが、いずれの場合でも、零次回折次数と１次回折次数の部分的な重複が測定される。照明は、環状であってもよく、そして、回折ターゲットは、重複領域を分離するための様々なピッチを有する周期構造を有する１セルＳＣＯＬ（スキャトロメトリオーバーレイ）ターゲットであってもよい。
【００１８】
１次スキャトロメトリオーバーレイでの本新規アプローチは、補助電磁場の導入に基づいており、その導入により、オーバーレイ測定のための標準スキャトロメトリ方法の主要な不利点、すなわちターゲット非対称及びプロセス不安定からもたらされるような測定誤差の不確定な増加を生じさせる、格子のトポロジー位相及び回折効率に関する制御の欠如を克服する。
【００１９】
たとえば、零次回折信号又は任意の別の干渉法安定化基準が、検出器でのＳＣＯＬ信号を強化するために使用されてもよい。ＳＣＯＬ信号の振幅は、１次信号に関する零次次数の（又は基準場の）位相走査によって、又は、位相差をマルチ画素検出器座標（カメラ）にマッピングすることによって取り出されてもよい。
【００２０】
別の例では、個々の格子の様々なピッチが、回折された電磁場（すなわち、回折された照明）の位相を格子のそれぞれ１つによって取り出すために使用されてもよい。位相は、照明瞳点同士の間の位相走査から抽出されてもよい。個々の格子位置が、対応する回折次数の位相差から抽出されてもよく、そして、オーバーレイは、個々の格子位置の差から取り出されてもよい。
【００２１】
図１は、本発明のいくつかの実施形態に従う、メトロジーツール１００による瞳面又はフィールド面８５、９５それぞれでの位相走査１１０についての高レベル略図である。図１は、周期構造８１、８２（たとえば、それぞれ格子Ｕ及びＬ）を有するオーバーレイターゲット８０の一般的なターゲットセル、及び測定に使用される回折次数を図式的に示している。数字９０は、ターゲット８０からの零次回折信号を表し、数字９１は、格子８１、８２からそれぞれ回折された信号Ｕ＋１、Ｌ＋１の合計としてターゲット８０からの＋１次回折信号を表し、そして、数字８９は、格子８１、８２からそれぞれ回折された信号Ｕ−１、Ｌ−１の合計としてターゲット８０からの−１次回折信号を表す。図１は、零次回折信号９０が−１及び＋１次回折信号８９、９１それぞれと重複している、瞳面８５での領域８８、９２を更に示し、ここに位相走査が矢印によって図式的に示されている。フィールド面９５において、零次回折信号９０と＋１次回折信号９１の例示的な合計が領域９２Ａ（ここに−１次回折信号８９がマスク１２１によって遮断されている、図２を参照）として図式的に示されており、そして、これは位相走査１１０によって修正され得る（下記の更なる説明を参照）。
【００２２】
１次スキャトロメトリ構成の信号は、それぞれ同一のピッチを有する上部と底部格子８１、８２の１次回折次数の間の干渉の結果である。上部（Ｕ）又は下部（Ｌ）の周期構造８１、８２のいずれかからの回折電磁場は、それぞれ、
【数１】
2018529952.tif 000003
で表わされることができ、ここに±１は、それぞれの１次回折次数を表し、そして、
【数２】
2018529952.tif 000004
は、（これらの回折効率に関連する）個々の格子の回折次数の振幅を表し、位相
【数３】
2018529952.tif 000005
は、正及び負の回折次数に相互に関係する積層パラメータに由来するトポロジー位相に対応し、そして、±ｆ0は、それぞれのターゲットセルでの（ピッチＰを有する）格子８１、８２の間の設計されたシフト（オフセット）を表す。回折次数の強度
【数４】
2018529952.tif 000006
は、式１に表すように、格子８１、８２の回折効率及びトポグラフィー位相差
【数５】
2018529952.tif 000007
に依存する。
【数６】
2018529952.tif 000008
【００２３】
それぞれの照明角度（瞳点）についての差動信号（Ｄ）は、式２で表される、＋１次回折次数と−１次回折次数の間の強度差として与えられる。
【数７】
2018529952.tif 000009
±ｆ0セルにおいて測定された差動信号Ｄの測定値は、オーバーレイ（ＯＶＬ）を提供する。
【００２４】
方法の概念的な単純さにもかかわらず、上記表現に関するいくつかの基本的な問題、たとえば、次の問題が存在する。（ｉ）格子の回折効率
【数８】
2018529952.tif 000010
が小さいときは常に、（式１で表される）信号強度が小さく、そして検出器ノイズレベル（制限された光収支）よりも低い場合がある。（ｉｉ）格子のどちらかの回折効率
【数９】
2018529952.tif 000011
が小さいときは常に、差動信号が（式２で表される）測定システムの光学ノイズレベルの範囲内又は非周期性ターゲット欠陥の散乱の範囲内（すなわち、ターゲットノイズの範囲内）では検出不可能であることがある。（ｉｉｉ）ハイトポロジーを有するターゲットについて、最上部と底部格子によって回折された電磁場の有効光路差は、λ／２の整数倍であって、λは照明の波長であるように生じる。そのような状況において、差動信号は、オーバーレイに関係なく消滅して
【数１０】
2018529952.tif 000012
オーバーレイへの感度の欠如を示す（式２）。後者の問題を解決するために、差動信号がトポロジー位相の広い範囲にわたって測定されて、オーバーレイに十分な感度を提供する値を選択しなければならず、及び／又は入射角のカバーされる範囲を増加させるために、標準的なＳＣＯＬ構成についての入射角が、零次回折次数からの１次回折次数の必要な分離によって強く制限されなければならない。オーバーレイスキャトロメトリのための開示された新規アプローチは、標準的な１次スキャトロメトリ構成についてのこれらの典型的な問題を解決し、そして、入射角及び／又はトポロジー位相の増加した範囲での使用を更に可能にする。
【００２５】
オーバーレイに対する高い感度は、しばしば低い信号の状態で達成される、すなわち、測定能力がしばしば損なわれることを意味する。標準的な１次スキャトロメトリ構成においては、小さい照明ＮＡ（開口数）が使用されて０及び１次回折次数に対応する瞳領域を分離する。その代替として、本発明は、全照明、たとえば最大ＮＡ〜０．９を利用するオーバーレイスキャトロメトリを実装する。図１に示されるように、零次と１次回折次数の重複に対応する瞳の領域において、電磁場は式３で表される。
【数１１】
2018529952.tif 000013
ここに、
【数１２】
2018529952.tif 000014
は、収集瞳座標を表し、λ及びＰは、それぞれ照明波長及び格子ピッチであり、
【数１３】
2018529952.tif 000015
は、格子方向の単位ベクトルであり、そして、
【数１４】
2018529952.tif 000016
は、制御パラメータとしての位相関数である。
【００２６】
収集瞳の全ての点において測定された強度は、式４で表され、
【数１５】
2018529952.tif 000017
ここに、式１からの項
【数１６】
2018529952.tif 000018
は、照明点同士の間の位相が変更されたときの収集瞳の全ての点での強度の変調を表す。照明経路の適用された位相数の十分な範囲にわたって測定された変調の振幅は、回折次数の強度を計算するために使用されてもよく、これは、後に上部と下部の格子の間のオーバーレイを計算するために使用されてもよい。このように、収集瞳のかなりより大きい領域が、信号検出のために利用され得、それにより、トポロジー位相のより広い範囲を探査することを可能にする。
【００２７】
式４の代替式が式５で表される。
【数１７】
2018529952.tif 000019
ここに、
【数１８】
2018529952.tif 000020
は、それぞれ零次回折次数の振幅及び位相であり、ＧＰ１及びＧＰ２は、格子位置（ＯＶＬ±ｆ0＝ＧＰ1−ＧＰ2）であり、そして、ｘは、照明スポット中心の位置に対応する走査パラメータである。２つの最後の項は、式６で表される以下の形式に変換され得る。
【数１９】
2018529952.tif 000021
【００２８】
照明スポットを格子方向に走査すること、すなわち、たとえば瞳に走査鏡を使用することによって式６のパラメータｘを変えること、及び測定信号の振幅への適合を実行することは、式７で表される次の信号を測定することと同等であり、
【数２０】
2018529952.tif 000022
そして、それに対応して、
【数２１】
2018529952.tif 000023
後者は、標準的なスキャトロメトリ構成で測定された信号であって、零次回折次数振幅の二乗が掛けられている。言い換えると、説明された手順を用いて、標準的なＳＣＯＬ信号が取り出されて、零次回折次数のさらにより高い信号の制御された変調として検出され、そして、これは、低い回折効率の場合の１００倍まで強いことがある。
【００２９】
システム１００及び方法２００は、照明点同士の間の位相を走査するために、（ｉ）任意の位相パターンを導入して使用するために、スキャトロメータの照明経路に適応可能な位相要素（たとえば、ＤＬＰ−デジタル光処理要素）を使用すること、（ｉｉ）傾斜角を使用して点同士の間の線形位相走査を提供するために、照明瞳内に設置される、調節可能な傾斜角を有する鏡を使用すること、及び、（ｉｉｉ）位相変動を導入するために、焦点ぼけ収差を使用して照明／収集レンズに関するターゲットの軸方向位置を修正すること等の方法のうちの任意のものを使用してもよい。
【００３０】
その代替又は補足として、収集瞳（８５）の適切な回折次数を選択しながら、信号がフィールド面（９５）で測定されてもよい。図２は、本発明のいくつかの実施形態に従う、フィールド面９５で信号を測定するための（瞳面８５における）瞳構成の高レベル略図である。たとえば、互換性のあるマスク１２１、１２２が収集瞳８５で使用されて、零次及び交替的に±１次回折次数の伝達を可能にする。そのような設定において、強化ＳＣＯＬ信号がピッチ高調波の振幅として画像に現れて、標準的な画像処理方法によって取り出されてもよい。その代替として、零次回折次数と±１次回折次数の組合せが、次数の分離のために特別に設計された光学部品を使用することによって異なる検出器で同時に検出されてもよい（図４Ａを参照）。そのようなフィールド面検出は、全てのターゲットセルの同時測定という長所がある。たとえば、図２は、中心の照明７１を示し、左側に、−１回折次数（８９）をマスク要素１２１Ａ、１２１Ｂによって（すなわち、ｘ及びｙ方向に）遮断して零次及び＋１次９０及び９１の合計をそれぞれ測定すること、そして、右側に、マスク要素１２２Ａ、１２２Ｂによって（すなわち、ｘ及びｙ方向に）＋１回折次数（９１）を遮断して零次及び−１次９０及び８９の合計をそれぞれ測定することを示す。この構成は、異なるオフセット±ｆ０を有するセル及びＸ、Ｙターゲットの両方を同時に測定することを可能にする。瞳での零次及び１次回折次数の分離が、反射された零次の振幅にわたって付加的に制御することを可能にする。測定信号は、式５Ａで表され、
【数２２】
2018529952.tif 000024
ここに、ｘはフィールドパラメータ、たとえば、検出器での座標であり、位相を走査するための要件を不要にする。フィールドの周期信号の振幅を適合させると、信号は、式７Ａで表されるＩｍになる。
【数２３】
2018529952.tif 000025
【００３１】
複数の検出器を使用する場合には、２つ以上の画像が同時にグラブされてもよく、少なくとも１つの画像が零次及び＋１次回折次数を備え、そして、少なくとも別の１つの画像が零次及び−１次回折次数を備えている。たとえば、光学要素（たとえば、図４Ａの次数分離光学部品１２４）が、光学システムの収集瞳８５の近くに設置されることにより、異なる検出器１２６の方へ瞳のそれぞれの半分を向け直してもよい。光学要素の設置誤差は、零次の対応する部分の全体強度の平方根で画像を正規化することによって補償されてもよい。あるいは、低い回折効率を有するターゲットについては、正規化は、画像をそれの平均グレイレベルの平方根に関して正規化することによってアルゴリズム上達成されてもよい。この構成は、ＭＡＭ（ｍｏｖｅ−ａｃｑｕｉｒｅ−ｍｅａｓｕｒｅ）時間での有意なブーストを可能にする。
【００３２】
フィールド面測定についての更に別の選択肢は、交替する軸外照明によって実現されてもよい。たとえば、図４Ａに図式的に示されたビームディスプレーサ１０８によって、照明中心が法線方向照明から十分に変位させられる場合、零次、及び＋１次又は−１次のいずれかの回折次数のみが常に収集瞳に到達する。２つの対称軸外照明点による連続測定の実行は、更なる位相走査を必要とせずに、オーバーレイ測定に必要な画像を捕捉することを可能にする。加えて有利に、ピッチ比に対する入射角及び波長がＬｉｔｔｒｏｗ配置（同一の回折入射角）の近くに選ばれる場合、信号の焦点外れ依存性が、有意に抑制され得る。
【００３３】
特定の実施形態では、ターゲットは、２つ以上の周期構造（同一ピッチを有するか又は異なるピッチを有する）を備える結像ターゲット（たとえば、ＡＩＭ−進行型結像メトロジーターゲット）であってもよい。メトロジーツールは、（フィールド面で）ターゲットのうちの少なくとも２つのオーバーレイ測定と、遮断＋１回折次数による少なくとも１つの測定と、遮断−１回折次数による少なくとも別の１つの測定とを実行し、そして、少なくとも２つのオーバーレイ測定を平均化することによって、オーバーレイ（すなわち、周期構造同士の間の変位）を抽出するように更に構成されてもよい。測定は、遮断＋１と−１回折次数の間での１つ又は複数の交替を含んでもよい。
【００３４】
図３は、本発明のいくつかの実施形態に従う、環状照明が異なるピッチを有する周期構造を有するターゲットセルから回折された瞳スキーム１４０の高レベル略図である。非限定的な例において、少なくとも２つの周期構造に対して異なるピッチを有する回折ターゲットを使用すると、最上部及び底部格子１５１、１５２（たとえば、図４Ｂを参照、Ｇ１及びＧ２を図３にそれぞれ表す）は、最上部及び底部格子の回折に対応する瞳でスポットを分離することを可能にする。異なる格子１５１、１５２のそれぞれ１つの零次と１次回折次数の間の重複を少なくとも部分的に別個に可能にするような態様で照明スキームを編成することにより、格子のそれぞれ１つの信号を強化し、格子のそれぞれ１つの位置を別個に決定する。一般性を失わずに、図３は、そのような測定を可能にするあり得る瞳スキーム１４０を例示する。瞳スキーム１４０は、上部格子１５１よりも小さいピッチ（Ｐ２＜Ｐ１）を有する下部格子１５２の非限定的な例において、環状照明のリング幅を表す幅Ｗを有する零次回折信号１４９と、それぞれ異なるリングとしての周期構造１５１、１５２の＋１次回折信号１４１Ｂ、１４２Ｂと、それぞれ異なるリングとしての周期構造１５１、１５２の−１次回折信号１４１Ａ、１４２Ａと、を備える。零次信号１４９の周りの黒い円は、あり得る収集ＮＡ１４８を表し、これは、信号１４９、信号１４１Ａ、Ｂについての別個の領域と、信号１４９と４つの信号１４１Ａ、１４１Ｂ、１４２Ａ、及び１４２Ｂの重複（合計）と、を含む。収集ＮＡ１４８は、メトロジー条件によって決定され得る様々なサイズを有するように選択されてもよい。
【００３５】
零次回折次数１４９と重複する１次格子１５１の１次回折次数信号１４１Ａ、Ｂを有する瞳点での（合計された）信号は、式８のように表され得る。
【数２４】
2018529952.tif 000026
ここに、
【数２５】
2018529952.tif 000027
は、格子１５１の０次回折次数の１次及び−１次回折次数（肩付き文字１によって示される）との重複の瞳領域での強度を表し、
【数２６】
2018529952.tif 000028
は、第１の格子１５１のピッチであり、
【数２７】
2018529952.tif 000029
は、それぞれ０次、１次、及び−１次回折次数の振幅を表し、
【数２８】
2018529952.tif 000030
は、第１の格子１５１の位置を表し、そして、
【数２９】
2018529952.tif 000031
は、格子１５１に関する照明スポットの位置を表し、
【数３０】
2018529952.tif 000032
は、考慮している格子の１次及び零次回折次数信号のトポロジー位相である。同様に、格子１５２についての信号が計算され得る。たとえば、光学手段を使用して、格子に関する照明スポットの位置を走査すると、又は、その代替として照明の制御可能な収差によって照明の位相
【数３１】
2018529952.tif 000033
を走査すると、格子のそれぞれ１つの位置を取り出すことができる。結果として生じる２つの格子位置の間の差がオーバーレイである。２つの格子の回折次数同士の間の干渉信号に対する必要性の欠如が、たとえば、様々な波長、極性化積分時間等によって層のそれぞれ１つに対して別個に信号を最適化しながら、測定を実行することを可能にすることが留意される。
【００３６】
干渉法安定電磁場同士の間の位相走査が、従って、フィールドの空間重複領域でのＳＣＯＬ信号の振幅を取り出すために利用されてもよい。個々の格子の異なるピッチが、格子のそれぞれ１つによって回折された電磁場の位相の取出しを可能にするために利用されてもよい。位相は、照明瞳点同士の間の位相走査から、又は、特定の実施形態では、光軸に関するターゲット変位によって、若しくはターゲットに関する光軸変位によって抽出されてもよい。個々の格子位置が、対応する回折次数同士の間の位相差から取り出されてもよく、そして、オーバーレイが、個々の格子位置の差から取り出されてもよい。
【００３７】
図４Ａは、本発明のいくつかの実施形態に従う、メトロジーツール１００の高レベル略ブロック図である。図４Ａは、複数の測定配列を示し、これらは代替的又は相補的に使用されてもよい。メトロジーツール１００は、静止回折ターゲット８０又は１５０を照明するように構成された静止照明源７０と、零次回折信号９０と１次回折信号９１又は８９と（前者は、非限定態様で示されている）の合計から成る信号を反復して測定するように構成された測定ユニット１３０であって、反復測定が、回折ターゲット８０又は１５０、及び照明源７０を静止状態に維持しながら、零次と１次の回折信号９０、９１の間の複数の関係についてそれぞれ実行される、測定ユニットと、測定合計から１次回折信号９１を抽出するように構成された処理ユニット１４０とを備える。測定ユニット１３０は、上記説明のように、瞳面８５（１３０Ａが付されている）及び／又はフィールド面９５（１３０Ｂが付されている）で測定を実行するように構成されてもよい。
【００３８】
照明は、干渉性であってもよく、そして、測定は、ターゲット８０又は１５０に関して瞳面８５（図式的に示されている）で実行されてもよい。照明波長及びターゲット８０又は１５０のピッチは、瞳面８５で零次及び１次回折次数９０、９１の部分的重複をそれぞれ生じさせるように選ばれてもよい。
【００３９】
照明は、非干渉性であってもよく、そして、測定は、ターゲット８０又は１５０に関してフィールド面９５（図式的に示されている）で実行されてもよい。メトロジーツール１００は、ターゲット８０又は１５０の瞳面８５にマスク１２１又は１２２を更に備えてもよく、マスク１２１又は１２２は、測定されない１次回折信号（非限定の例示的な場合、−１回折次数８９）を遮断して測定合計を生じさせるように構成されている。
【００４０】
メトロジーツール１００は、訓練段階中、不正確をもたらす照明点を識別し、次いでそれを除去するように構成されてもよい。訓練段階で照明パターンを使用して最適化することは、測定に不正確をもたらす照明点の寄与を防止することを可能にし得る。不正確をもたらす照明点は、照明点にわたって走査しながらフィールド画像を観察することによって、又は、ターゲットから受け取られた瞳画像を分析することによって、トレーン中に（たとえば、処方選択中に）見つけられてもよい。後者の選択は、特別の１セル「トレーン」ターゲットの導入を追加的に含んでもよく、又は、正確な瞳分析を可能にするために単一セルまで視野を低減することを含んでもよい。不正確をもたらす照明点は、格子同士の間のオーバーレイに対して低い感度を有する点として、又は、最終画像の逆コントラストを使用して識別されてもよい。識別された不正確をもたらす照明点は、（トレーニング段階の後の）実際の測定で、たとえば、制御されたピクセル化照明装置を使用して、照明スキームから除去、すなわち排除されてもよい。
【００４１】
測定ユニット１３０は、零次と１次回折信号９０、９１の間の関係としての複数の位相に対して反復測定をそれぞれ実行するように更に構成されてもよい。測定ユニット１３０は、照明の複数の角度及び／又は位相及び／又は波長について反復測定を実行して、零次と１次回折信号９０、９１の間の関係をそれぞれ修正するように更に構成されてもよい。メトロジーツール１００は、反復位相測定（図１のような位相走査１１０）を実行するように構成された光学位相走査装置１０７（たとえば、ディジタル光処理要素ＤＬＰ、傾斜型鏡、焦点収差要素等）を更に備えてもよい。基準ビーム９３（図４Ａで図式的に示されている）が零次回折信号９０の代わりに又はそれに加えて使用されることにより、本明細書に記載されるように１次回折信号の測定能力を強化させてもよい。メトロジーツール１００は、反復測定同士の間の照明ビーム入射角を修正するように構成されたビームディスプレーサ１０８を更に備えてもよい。位相走査は、ターゲット８０又は１５０、照明源７０、及び／又は測定面を物理的に動かすことによって置換又は強化されてもよいことが留意される。
【００４２】
メトロジーツール１００は、（１３０Ｃとして示され、明らかに検出器１２６は測定ユニット１３０の部分であってもよい）分離されたフィールド信号を測定するための測定ユニット１３０と関連したそれぞれの少なくとも２つの検出器１２６によって測定されるべき異なる回折次数に関するフィールド信号を分離するように構成された次数分離光学部品１２４を更に備えてもよい。零次と±１次回折次数の組合せは、次数の分離のために特別に設計された光学部品を使用することによって、異なる検出器において同時に検出されてもよい。そのようなフィールド面検出は、全てのターゲットセルの同時測定の長所を有する。
【００４３】
図４Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に従う、回折ターゲット１５０の高レベル略図である。照明は、環状であってもよく、そして回折ターゲット１５０は、少なくとも２つの対応する異なるピッチＰ１、Ｐ２を有する少なくとも２つの周期構造１５１、１５２をそれぞれ備えてもよい。環状照明の幅（Ｗ、図３を参照）並びにピッチＰ１及びＰ２は、零次回折信号９０と１次回折信号８９、９１のそれぞれとの間の重複領域を周期構造１５１、１５２のそれぞれから分離するように選択されてもよい。特定の実施形態は、上記説明のように、単一セルＳＣＯＬターゲットとして回折ターゲット１５０を備え、メトロジーツール及び測定は、単一セルＳＣＯＬターゲットから回折される信号から位相情報を決定するように構成されている。
【００４４】
図５は、本発明のいくつかの実施形態に従う、メトロジー測定方法２００を示す高レベルフローチャートである。方法２００は、たとえば、メトロジーモジュールに、少なくとも１つのコンピュータプロセッサによって少なくとも部分的に実装されてもよい。特定の実施形態は、コンピュータ可読記憶媒体を備えるコンピュータプログラム製品を備え、この媒体は、それによって具現化され、そして、方法２００の関連した段階を実行するように構成されたコンピュータ可読プログラムを備える。特定の実施形態は、方法２００の実施形態によって設計されたそれぞれのターゲットのターゲットデザインファイルを備える。特定の実施形態は、方法２００によって、及び／又はツール１００によって抽出されるメトロジー信号を備える。
【００４５】
メトロジー測定方法２００は、静止照明源によって静止回折ターゲットを照明すること（段階２１０）と、零次回折信号と１次回折信号の合計から成る信号を測定すること（段階２２０）と、回折ターゲット及び照明源を静止状態に維持しながら、零次回折信号と１次回折信号の間の複数の関係についての測定を反復すること（段階２３０）と、測定合計から１次回折信号を抽出すること（段階２４０）と、を含む。
【００４６】
方法２００は、干渉性照明を提供することと、照明２１０が干渉性照明によって実行され、測定２２０、２３０がターゲットに関する瞳面で実行されるように瞳面で測定すること（段階２５０）と、を含んでもよい。方法２００は、瞳面に零次回折次数と１次回折次数の部分的重複を生じさせるために、照明波長及びターゲットのピッチを選択すること（段階２５５）を更に含んでもよい。
【００４７】
方法２００は、非干渉性照明を提供することと、照明２１０が非干渉性照明によって実行され、そして、測定２２０、２３０がターゲットに関するフィールド面で実行されるようにフィールド面で測定すること（段階２６０）と、含んでもよい。方法２００は、測定合計を生じさせるために、計測されない１次回折信号をターゲットの瞳面においてマスクすること（段階２６５）を更に含んでもよい。方法２００は、（たとえば、ＡＩＭターゲットのような、同一の又は異なるピッチを有する格子等の少なくとも２つの周期構造を備える）結像ターゲットの少なくとも２つのオーバーレイ測定、マスクされた＋１回折次数による測定のうちの少なくとも１つ、及びマスクされた−１回折次数による測定のうちの少なくとも別の１つを実行することと、少なくとも２つのオーバーレイ測定を平均することによってオーバーレイを抽出することと、を更に含んでもよい。方法２００は、上記説明のように、訓練段階中に、不正確をもたらす照明点を識別することと、それを除去することと、を更に含んでもよい。
【００４８】
方法２００は、零次と１次回折信号の間の関係を修正するために、零次と１次回折信号の間の関係として、複数の位相について反復測定を実行すること（段階２７０）、及び／又は、照明の複数の角度及び／又は位相及び／又は波長について反復測定を実行すること（段階２７５）、を備えてもよい。
【００４９】
方法２００は、環状照明を提供することと、ピッチが異なる格子を有するターゲットを使用することと（段階２８０）、を含んでもよく、それにより、照明が環状であり、そして、回折ターゲットが、少なくとも２つの対応する異なるピッチを有する少なくとも２つの周期構造を備える。方法２００は、照明幅及びピッチを選択することを更に含んでもよく、それにより、零次回折信号と１次回折信号の間の重複領域を分離する（段階２８５）、たとえば、零次回折信号と１次回折信号のそれぞれとの間の重複領域を、それぞれの周期構造のそれぞれから分離する。
【００５０】
方法２００は、異なるピッチを有する格子を有する単一セルＳＣＯＬターゲットを使用すること（段階２８２）と、環状照明によって単一セルＳＣＯＬターゲットを測定すること（段階２８３）と、格子のそれぞれのゼロ次回折信号とそれぞれの１次回折信号の間の重複を測定すること（段階２８４）と、を含んでもよい。
【００５１】
有利なことに、開示されたシステム１００及び方法２００は、スキャトロメトリオーバーレイ測定での優れた精度を達成し、ツール性能を改善し、そしてプロセス変動の影響を低減する新たな光学構成を提供する。更に、開示されたシステム１００及び方法２００は、格子上格子ターゲットの検出器位置で単一回折次数よりも良好に検出すること、照明点同士の間での位相走査によって情報を取り出すこと、及び、１次回折次数と、零次回折次数又はターゲット変位若しくは照明スポット変位のいずれかによる基準ビームのいずれかの間での位相走査を編成することを可能にする。回折次数同士の間の位相を走査することは、照明に制御可能な収差を導入することによって、すなわち適応可能な光学要素によって実行されてもよい。システム１００及び方法２００は、単一よりも多い回折次数が検出器において可能にされながら、フィールド面での格子上格子ターゲットの変調振幅の測定を可能にする。システム１００及び方法２００は、また、回折次数の位相の変調及びそれぞれの瞳画像の捕捉によって、異なるピッチを有する格子上格子ターゲットの測定及び格子位置（及びオーバーレイ）の取出しを可能にする。最終的に、開示されたシステム１００及び方法２００は、オーバーレイ測定の精度を改善し、そして、スキャトロメトリの適用性を以前にはほとんどアドレス可能でなかった層にまで拡大する。
【００５２】
上記説明において、実施形態は、本発明の例又は実装例である。「一実施形態」、「実施形態」、「特定の実施形態」、又は「いくつかの実施形態」は、必ずしも全てが同一の実施形態を指すわけではない。
【００５３】
本発明の様々な特徴が単一の実施形態と関連して説明されることがあるけれども、特徴は、また、別個に又は任意の好適な組合せで提供されてもよい。反対に、本発明が、明瞭であるために別個の実施形態と関連して本明細書に記載されることがあるけれども、本発明は、また、単一の実施形態に実装されてもよい。
【００５４】
本発明の特定の実施形態は、上記で開示された様々な実施形態からの特徴を含んでもよく、そして、特定の実施形態が、上記で開示された別の実施形態からの要素を組み込んでもよい。特定の実施形態と関連した本発明の要素の開示は、特定の実施形態だけでのそれらの使用に限定するように考えられるべきではない。
【００５５】
更に、本発明は、様々な態様で実行または実施されてもよく、そして、本発明は、上記説明で概説されたもの以外の特定の実施形態で実装されてもよいことが理解されるべきである。
【００５６】
本発明は、それらの線図又はその対応する説明に限定されない。たとえば、フローは、それぞれ示されたボックス又は状態を通って、又は、図示及び説明されたのとちょうど同じ順序で動く必要はない。
【００５７】
本明細書で使用される技術的及び科学的用語の意味は、別途定義されない限り、本発明が属する技術分野の当業者のうちの一人によって理解されるように一般的に理解されるべきである。
【００５８】
本発明が限られた数の実施形態に関して説明されてきたが、これらが本発明の範囲に対する限定として解釈されてはならず、むしろ、好ましい実施形態のうちの一部についての事例として解釈されなければならない。他の可能な変形、修正、及び応用もまた、本発明の範囲内にある。したがって、本発明の範囲は、これまでに説明されたことによって限定されてはならず、添付の請求項及びそれらの法的な均等物によって限定されなければならない。
【図１】
2018529952.tif 000034
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
2018529952.tif 000037
【図４Ｂ】
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【図５】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【国際調査報告】
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2018529952.tif 000043