(57)【要約】【課題】基板上の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の露光ドーズを決定する方法を提供する。【解決手段】基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状のドーズ感度を有するフィーチャを持つ第１構造を、リソグラフィプロセスを使用して基板上に作成する。リソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有するが、露光ドーズに対する感度が第１構造と異なる、ドーズ感度を有するフィーチャを持つ第２構造を、リソグラフィプロセスを使用して基板上に作成する。第１および第２構造を放射で照明しながら散乱放射を検出して第１および第２スキャトロメータ信号を取得する。第１および第２スキャトロメータ信号を使用して、第１および第２構造のうちの少なくとも一方を作成するために使用される露光ドーズ値を決定する。【選択図】図２
2016503520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の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の露光ドーズを決定する方法であって、
（ａ）前記リソグラフィプロセスを使用して作成された第１構造および第２構造を含む基板を受け取るステップと、
（ｂ）前記第１構造を放射で照明しながら散乱放射を検出して、第１スキャトロメータ信号を取得するステップと、
（ｃ）前記第２構造を放射で照明しながら散乱放射を検出して、第２スキャトロメータ信号を取得するステップと、
（ｄ）前記第１スキャトロメータ信号および前記第２スキャトロメータ信号を使用し、
前記基板上における前記リソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャを有する前記第１構造と、
前記基板上における前記リソグラフィ装置の前記露光ドーズに依存する形状を有するが、前記基板上における前記リソグラフィ装置の前記露光ドーズに対する感度が前記第１構造と異なる、少なくとも１つのフィーチャを有する前記第２構造と、
に基づいて、前記第１構造を作成するために使用される露光ドーズ値を決定するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記リソグラフィプロセスを使用して、前記基板上における前記リソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャを有する前記第１構造を前記基板上に作成することと、
前記リソグラフィプロセスを使用して、前記基板上における前記リソグラフィ装置の前記露光ドーズに依存する形状を有するが、前記基板上における前記リソグラフィ装置の前記露光ドーズに対する感度が前記第１構造と異なる、少なくとも１つのフィーチャを有する前記第２構造を前記基板上に作成することと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１スキャトロメータ信号および前記第２スキャトロメータ信号を使用して、前記第１構造を作成するために使用される露光ドーズ値を決定する前記ステップは、同じ露光ドーズにおける前記第１スキャトロメータ信号と前記第２スキャトロメータ信号との差を最小化するように選択された、前記第１構造および前記第２構造の前記形状にさらに基づく、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１構造の前記少なくとも１つのフィーチャと、前記第２構造の前記少なくとも１つのフィーチャと、はそれぞれ異なるピッチを有するが同様のライン幅−ピッチ比を有する格子を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
散乱放射を検出する前記各ステップは、
ゼロ次散乱放射をより高次の散乱放射から分離することと、
前記ゼロ次散乱放射を検出してそれぞれのスキャトロメータ信号を取得することと、
を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記照明放射の波長は、その波長を使用すると第１構造および第２構造それぞれのピッチがサブ解像度となるように選択された波長である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１スキャトロメータ信号および前記第２スキャトロメータ信号を使用して、前記第１構造を作成するために使用される露光ドーズ値を決定する前記ステップは、前記第１スキャトロメータ信号および前記第２スキャトロメータ信号それぞれに対応する第１測定強度と第２測定強度との差を使用することを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１構造および前記第２構造を照明しながら散乱放射を検出する前記各ステップは、イメージ面検出スキャトロメトリを用いて行われる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１構造および前記第２構造を照明しながら散乱放射を検出する前記各ステップは、瞳面検出スキャトロメトリを用いて行われる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１構造および前記第２構造を照明しながら散乱放射を検出する各ステップは、同時に行われる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１スキャトロメータ信号および前記第２スキャトロメータ信号を使用し、前記リソグラフィ装置の前記露光ドーズに依存する非対称性であって、前記第１構造を作成するために使用される露光ドーズ値を決定するために使用される前記各スキャトロメータ信号に非対称性情報をもたらす非対称性を有するプロファイルを持つ前記第１構造および前記第２構造のうちの少なくとも一方の少なくとも１つのフィーチャに基づいて、前記露光ドーズ値が決定される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
基板上の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の露光ドーズを決定する方法であって、
前記リソグラフィプロセスを使用して作成された第３構造を含む基板を受け取るステップと、
前記第３構造を放射で照明しながら散乱放射を検出して、第３スキャトロメータ信号を取得するステップと、
前記第３スキャトロメータ信号を使用し、前記基板上における前記リソグラフィ装置のフォーカスに依存する形状を有するプロファイルを持つ少なくとも１つのフィーチャを有する前記第３構造に基づいて、前記基板上における前記リソグラフィ装置のフォーカスのために、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法で得られた前記露光ドーズ値を補正するステップと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記リソグラフィプロセスを使用して、前記基板上における前記リソグラフィ装置のフォーカスに依存する形状を有するプロファイルを持つ少なくとも１つのフィーチャを有する前記第３構造を前記基板上に作成することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
基板上の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のフォーカスを決定する方法であって、
作成された第３構造を含む基板を受け取るステップと、
前記第３構造を放射で照明しながら散乱放射を検出して、第３スキャトロメータ信号を取得するステップと、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法で得られた前記露光ドーズ値と、前記第３スキャトロメータ信号と、を使用して、前記基板上における前記リソグラフィ装置のフォーカスに依存する形状を有するプロファイルを持つ少なくとも１つのフィーチャを有する前記第３構造に基づいて、前記第３構造を作成するために使用されるフォーカス値を決定するステップと、
を含む、方法。
【請求項１５】
前記リソグラフィプロセスを使用して、前記基板上における前記リソグラフィ装置のフォーカスに依存する形状を有するプロファイルを持つ少なくとも１つのフィーチャを有する第３構造を前記基板上に作成することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記露光ドーズ値を使用してフォーカス値を決定する前記ステップは、前記第３スキャトロメータ信号を使用して前記フォーカス値を決定する際に使用する較正曲線を選択するために、前記露光ドーズ値を使用することを含む、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記露光ドーズ値を使用してフォーカス値を決定する前記ステップは、前記露光ドーズ値に関連するパラメータを含むモデルを使用することを含む、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１８】
基板上の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の露光ドーズを決定する検査装置であって、
前記基板上に前記リソグラフィプロセスを使用して作成された第１構造および第２構造を放射で照明する照明システムと、
前記第１構造の照明から生じる散乱放射を検出して第１スキャトロメータ信号を取得し、かつ前記第２構造の照明から生じる散乱放射を検出して第２スキャトロメータ信号を取得する検出システムと、
前記第１スキャトロメータ信号および前記第２スキャトロメータ信号を使用し、
前記基板上における前記リソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャを有する前記第１構造と、
前記基板上における前記リソグラフィ装置の前記露光ドーズに依存する形状を有するが、前記基板上における前記リソグラフィ装置の前記露光ドーズに対する感度が前記第１構造と異なる、少なくとも１つのフィーチャを有する前記第２構造と、
に基づいて、前記第１構造を作成するために使用される露光ドーズ値を決定するプロセッサと、
を備える、検査装置。
【請求項１９】
前記プロセッサは、前記第１スキャトロメータ信号および前記第２スキャトロメータ信号を使用し、同じ露光ドーズにおける前記第１スキャトロメータ信号と前記第２スキャトロメータ信号との差を最小化するように選択された、前記第１構造および前記第２構造の前記形状に基づいて、前記第１構造を作成するために使用される露光ドーズ値を決定する、請求項１８に記載の検査装置。
【請求項２０】
前記第１構造の前記少なくとも１つのフィーチャと、前記第２構造の前記少なくとも１つのフィーチャと、はそれぞれ異なるピッチを有するが同様のライン幅−ピッチ比を有する格子を含む、請求項１８または１９に記載の検査装置。
【請求項２１】
前記検出システムは、ゼロ次散乱放射をより高次の散乱放射から分離し、前記ゼロ次散乱放射を検出してそれぞれのスキャトロメータ信号を取得することにより、散乱放射を検出する、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項２２】
前記照明システムは、第１構造および第２構造それぞれのピッチをサブ解像度とするような波長の放射で前記第１構造および前記第２構造を照明する、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項２３】
前記プロセッサは、前記第１スキャトロメータ信号および前記第２スキャトロメータ信号を使用し、前記第１スキャトロメータ信号および前記第２スキャトロメータ信号それぞれに対応する第１測定強度と第２測定強度との差を使用することで、前記第１構造を作成するために使用される露光ドーズ値を決定する、請求項１８〜２２のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項２４】
前記プロセッサは、前記第１スキャトロメータ信号および前記第２スキャトロメータ信号を使用し、前記リソグラフィ装置の前記露光ドーズに依存する非対称性であって、前記第１構造を作成するために使用される露光ドーズ値を決定するために使用される前記各スキャトロメータ信号に非対称性情報をもたらす非対称性を有するプロファイルを持つ前記第１構造および前記第２構造のうちの少なくとも一方の少なくとも１つのフィーチャに基づいて、前記露光ドーズ値を決定する、請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項２５】
前記照明システムは、前記基板上に前記リソグラフィプロセスを使用して作成された第３構造を放射で照明し、
前記検出システムは、さらに、前記第３構造の照明から生じる散乱放射を検出して第３スキャトロメータ信号を取得し、
前記プロセッサは、さらに、前記第３スキャトロメータ信号を使用し、前記基板上における前記リソグラフィ装置のフォーカスに依存する形状を有するプロファイルを持つ少なくとも１つのフィーチャを有する前記第３構造に基づいて、前記第１スキャトロメータ信号および前記第２スキャトロメータ信号を使用して得られた前記露光ドーズ値を補正する、請求項１８〜２４のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項２６】
前記照明システムは、前記基板上に前記リソグラフィプロセスを使用して作成された第３構造を放射で照明し、
前記検出システムは、さらに、前記第３構造の照明から生じる散乱放射を検出して第３スキャトロメータ信号を取得し、
前記プロセッサは、さらに、前記第１スキャトロメータ信号および前記第２スキャトロメータ信号を使用して得られた前記露光ドーズ値と、前記第３スキャトロメータ信号と、を使用し、前記基板上における前記リソグラフィ装置のフォーカスに依存する形状を有するプロファイルを持つ少なくとも１つのフィーチャを有する前記第３構造に基づいて、前記第３構造を作成するために使用されるフォーカス値を決定する、請求項１８〜２５のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項２７】
前記プロセッサは、前記第３スキャトロメータ信号を使用して前記フォーカス値を決定する際に使用する較正曲線を選択するために前記露光ドーズ値を使用することにより、前記露光ドーズ値を使用してフォーカス値を決定する、請求項２６に記載の検査装置。
【請求項２８】
前記プロセッサは、前記露光ドーズ値に関連するパラメータを含むモデルを使用することにより、前記露光ドーズ値を使用してフォーカス値を決定する、請求項２６に記載の検査装置。
【請求項２９】
基板上の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の露光ドーズを決定するためのパターニングデバイスであって、
前記パターニングデバイスは、ターゲットパターンを含み、
前記ターゲットパターンは、
前記基板上における前記リソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャを有する第１構造を、前記リソグラフィプロセスを使用して作成する第１サブパターンと、
前記基板上における前記リソグラフィ装置の前記露光ドーズに依存する形状を有するが、前記基板上における前記リソグラフィ装置の前記露光ドーズに対する感度が前記第１構造と異なる、少なくとも１つのフィーチャを有する第２構造を、前記リソグラフィプロセスを使用して作成する第２サブパターンと、
を含む、パターニングデバイス。
【請求項３０】
前記第１構造の前記少なくとも１つのフィーチャと、前記第２構造の前記少なくとも１つのフィーチャと、はそれぞれ異なるピッチを有するが同様のライン幅−ピッチ比を有する格子を含む、請求項２９に記載のパターニングデバイス。
【請求項３１】
前記第１サブパターンおよび前記第２サブパターンは、それぞれ、前記リソグラフィ装置の前記露光ドーズに依存する非対称性を有するプロファイルを持つように、前記第１構造および前記第２構造それぞれの少なくとも１つのフィーチャを作成する、請求項２９または３０に記載のパターニングデバイス。
【請求項３２】
基板上の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の露光ドーズを決定するための基板であって、
前記基板は、ターゲットを含み、
前記ターゲットは、
前記基板上における前記リソグラフィ装置のフォーカスおよび露光ドーズに依存する非対称性を有するプロファイルを持つ少なくとも１つのフィーチャを有する第１構造と、
前記基板上における前記リソグラフィ装置の前記フォーカスおよび露光ドーズに依存する形状を有するプロファイルを持つが、前記基板上における前記リソグラフィ装置の前記フォーカスに対する感度が前記第１構造より低く、かつ前記リソグラフィ装置の前記露光ドーズに対する感度が前記第１構造より高い、少なくとも１つのフィーチャを有する第２構造と、
を含む、基板。
【請求項３３】
前記第１構造の前記少なくとも１つのフィーチャと、前記第２構造の前記少なくとも１つのフィーチャと、はそれぞれ異なるピッチを有するが同様のライン幅−ピッチ比を有する格子を含む、請求項３２に記載の基板。
【請求項３４】
前記第１構造および前記第２構造それぞれの少なくとも１つのフィーチャは、前記リソグラフィ装置の前記露光ドーズに依存する非対称性を有するプロファイルを持つ、請求項３２または３３に記載の基板。
【請求項３５】
リソグラフィプロセスを使用して一連の基板にデバイスパターンを適用するデバイス製造方法であって、
前記基板のうちの少なくとも１つを使用し、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法を用いて前記リソグラフィ装置の露光ドーズを決定することと、
露光ドーズを決定する前記方法の結果に従って、以降の基板に対する前記リソグラフィプロセスを制御することと、
を含む、デバイス製造方法。
【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、２０１２年１１月３０日出願の米国仮特許出願第６１／７３１，９４７号および２０１２年１２月２７日出願の米国仮出願第６１／７４６，３８４号に関連し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002]  本発明は、例えば、リソグラフィ技術によるデバイス製造において瞳面検出または暗視野スキャトロメトリとともに使用可能な、リソグラフィ装置の露光ドーズおよびフォーカスを決定する方法および装置、ならびにリソグラフィ技術を用いたデバイス製造方法に関する。
【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、基板のターゲット部分上に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）の製造に用いることができる。その場合、ＩＣの個々の層上に形成される回路パターンを生成するために、マスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを用いることができる。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、ダイの一部、または１つ以上のダイを含む）に転写することができる。通常、パターンの転写は、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層上への結像によって行われる。一般には、単一の基板が、連続的にパターニングされる隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。公知のリソグラフィ装置としては、ターゲット部分上にパターン全体を一度に露光することにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるステッパ、および放射ビームによってある特定の方向（「スキャン」方向）にパターンをスキャンすると同時に、この方向に平行または逆平行に基板をスキャンすることにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるスキャナが含まれる。パターンを基板上にインプリントすることにより、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。
【０００４】
[0004]  リソグラフィプロセスにおいては、例えば、プロセス制御および検証のため、作り出した構造を測定することがしばしば望まれる。そのような測定のためのさまざまなツールが知られており、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）を測定するためにしばしば使用される走査型電子顕微鏡や、オーバーレイ（デバイス内の２つの層のアライメント精度）およびリソグラフィ装置のデフォーカスを測定するための専用ツールが含まれる。近年、リソグラフィ分野での使用のためにさまざま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、放射ビームをターゲット上に誘導し、散乱放射の１以上の特性、例えば、波長の関数としての単一反射角での強度、反射角の関数としての１以上の波長での強度、または、反射角の関数としての偏光を測定して、ターゲットの対象となっている特性を決定することができる「スペクトル」を取得する。対象となっている特性の決定は、さまざまな技術、例えば、厳密結合波分析または有限要素法のような反復的アプローチによるターゲット構造の再構築、ライブラリ検索、主成分分析といった技術により行われ得る。
【０００５】
[0005]  従来のいくつかのスキャトロメータによって使用されるターゲットは比較的大きな、例えば、４０μｍ×４０μｍの格子であり、測定ビームはこの格子より小さいスポットを生成する（すなわち、格子はアンダーフィルされる(underfilled)）。これにより、ターゲットを無限とみなすことができるためターゲットの数学的再構築が平易になる。しかしながら、ターゲットのサイズを、例えば、スクライブライン内ではなく製品フィーチャの間に位置決めできるように、例えば、１０μｍ×１０μｍ以下に縮小するため、格子を測定スポットより小さくした（すなわち、格子はオーバーフィルされる(overfilled)）メトロロジが提案されている。典型的には、そのようなターゲットは、（鏡面反射に相当する）ゼロ次回折を遮断し、これより高次のもののみを処理する暗視野スキャトロメトリ
を用いて測定される。
【０００６】
[0006]  回折次数の暗視野検出を使用した回折ベースのオーバーレイによって、より小さなターゲットのオーバーレイ測定が可能になる。これらのターゲットは照明スポットより小さくすることができ、ウェーハ上の製品構造で包囲されていてもよい。１つのイメージ内で多数のターゲットを測定することが可能である。
【０００７】
[0007]  公知のメトロロジ技術において、オーバーレイ測定結果は、ターゲットを回転しながら、あるいは照明モードまたは結像モードを変更しながら一定の条件でターゲットを２回測定し、−１次回折強度および＋１次回折強度を別個に取得することにより得られる。任意の格子に関するこれらの強度値を比較することで、この格子における非対称性測定値が求められる。
【０００８】
[0008]  積層された一対の格子における非対称性は、オーバーレイエラーの指標として用いることができる。同様に、フォーカス感度を有する格子における非対称性は、デフォーカスの指標として用いることができる。
【０００９】
[0009]  しかしながら、スキャトロメータの瞳において非対称性に変化をもたらすあらゆる作用は、スキャナのデフォーカスによるものと考えられる。そのような作用の一つとして、露光ドーズの作用がある。露光ドーズの変動は、特に、小型のインダイ(in-die)ターゲットにおいては測定が難しい。
【００１０】
[0010]  リソグラフィ装置、レチクルおよび処理の組み合わせに起因する有効露光ドーズは、通常、臨界的製品構造のライン幅（クリティカルディメンジョン、ＣＤ）から測定される。このような測定に使用される検査装置としては、ＣＤ−ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）およびスキャトロメータといったメトロロジツールがある。
【００１１】
[0011]  しかしながら、ＣＤ−ＳＥＭは比較的低速で、通常０．２５ｎｍ〜１ｎｍ３−シグマのノイズレベルを有する。また、スキャトロメータは、非常に感度の高いメトロロジツールであるものの、その感度は広範囲のフィーチャパラメータに対するものである。ターゲットを構成する下層材料スタックにおける変動からＣＤ変動を分離するためには、スキャトロメータの設定方法を慎重に決定し、かつ最適化することが必要となる。さらに、ＣＤ測定のためのスキャトロメトリは、通常、大型のターゲット（例えば、４０×４０μｍ）を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
[0012]  露光ドーズをより直接的に測定し、フォーカス測定の精度を向上させることが望ましい。また、暗視野イメージに基づく技術で読み取ることのできる小型のターゲット構造にこれを適用可能であることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
[0013]  第１の例によれば、基板上の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の露光ドーズを決定する方法が提供され、該方法は、（ａ）リソグラフィプロセスを使用して作成された第１構造および第２構造を含む基板を受け取るステップと、（ｂ）第１構造を放射で照明しながら散乱放射を検出して、第１スキャトロメータ信号を取得するステップと、（ｃ）第２構造を放射で照明しながら散乱放射を検出して、第２スキャトロメータ信号を取得するステップと、（ｄ）第１スキャトロメータ信号および第２スキャトロメータ信号を使用し、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャを有する第１構造と、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有するが、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに対する感度が第１構造と異なる、少なくとも１つのフィーチャを有する第２構造と、に基づいて、第１構造を作成するために使用される露光ドーズ値を決定するステップと、を含む。
【００１４】
[0014]  別の例によれば、基板上の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の露光ドーズを決定する方法であって、リソグラフィプロセスを使用して作成された第３構造を含む基板を受け取るステップと、第３構造を放射で照明しながら散乱放射を検出して、第３スキャトロメータ信号を取得するステップと、第３スキャトロメータ信号を使用し、基板上におけるリソグラフィ装置のフォーカスに依存する形状を有するプロファイルを持つ少なくとも１つのフィーチャを有する第３構造に基づいて、基板上におけるリソグラフィ装置のフォーカスのために、上記第１の例の方法で得られた露光ドーズ値を補正するステップと、を含む方法が提供される。
【００１５】
[0015]  さらに別の例によれば、基板上の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のフォーカスを決定する方法であって、作成された第３構造を含む基板を受け取るステップと、第３構造を放射で照明しながら散乱放射を検出して、第３スキャトロメータ信号を取得するステップと、上記第１の例の方法で得られた露光ドーズ値と、第３スキャトロメータ信号とを使用して、基板上におけるリソグラフィ装置のフォーカスに依存する形状を有するプロファイルを持つ少なくとも１つのフィーチャを有する第３構造に基づいて、第３構造を作成するために使用されるフォーカス値を決定するステップと、を含む方法が提供される。
【００１６】
[0016]  さらに別の例によれば、基板上の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の露光ドーズを決定するための検査装置であって、基板上にリソグラフィプロセスを使用して作成された第１構造および第２構造を放射で照明するように構成された照明システムと、第１構造の照明から生じる散乱放射を検出して第１スキャトロメータ信号を取得するように構成され、かつ第２構造の照明から生じる散乱放射を検出して第２スキャトロメータ信号を取得するように構成された検出システムと、第１スキャトロメータ信号および第２スキャトロメータ信号を使用し、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャを有する第１構造と、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有するが、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに対する感度が第１構造と異なる、少なくとも１つのフィーチャを有する第２構造と、に基づいて、第１構造を作成するために使用される露光ドーズ値を決定するように構成されたプロセッサと、を備える検査装置が提供される。
【００１７】
[0017]  別の例によれば、基板上の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の露光ドーズを決定するためのパターニングデバイスが提供され、該パターニングデバイスはターゲットパターンを含み、このターゲットパターンは、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャを有する第１構造を、リソグラフィプロセスを使用して作成するように構成された第１サブパターンと、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有するが、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに対する感度が第１構造と異なる、少なくとも１つのフィーチャを有する第２構造を、リソグラフィプロセスを使用して作成するように構成された第２サブパターンと、を含む。
【００１８】
[0018]  さらに別の例によれば、基板上の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の露光ドーズを決定するための基板が提供され、該基板はターゲットを含み、このターゲットは、基板上におけるリソグラフィ装置のフォーカスおよび露光ドーズに依存する非対称性を有するプロファイルを持つ少なくとも１つのフィーチャを有する第１構造と、基板上におけるリソグラフィ装置のフォーカスおよび露光ドーズに依存する形状を有するプロファイルを持つが、基板上におけるリソグラフィ装置のフォーカスに対する感度が第１構造より低く、かつリソグラフィ装置の露光ドーズに対する感度が第１構造より高い、少なくとも１つのフィーチャを有する第２構造と、を含む。
【００１９】
[0019]  別の例によれば、リソグラフィプロセスを使用して一連の基板にデバイスパターンを適用するデバイス製造方法であって、上記基板のうちの少なくとも１つを使用し、上述の第１の例に係る方法を用いてリソグラフィ装置の露光ドーズを決定することと、露光ドーズを決定する上記方法の結果に従って、以降の基板に対するリソグラフィプロセスを制御することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
【００２０】
[0020]  本発明のさらなる特徴および利点は、本発明のさまざまな実施形態の構造および作用とともに、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。本発明は、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。かかる実施形態は、例示の目的でのみ本明細書に提示されている。本明細書に含まれる教示から、当業者には追加の実施形態が明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
[0021]  本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす添付の図面は、本発明を図解し、さらに、その説明とともに、本発明の原理を説明し、かつ、当業者が本発明を実施および使用することを可能にするように機能する。
【図１】[0022]  本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を示す。
【図２】[0023]  本発明の一実施形態に係るリソグラフィックセル又はクラスタを示す。
【図３】[0024]  （ａ）は、本発明の実施形態に係るターゲットを第１の照明アパーチャ対を用いて測定する際に使用される暗視野スキャトロメータの概略図、（ｂ）は、任意の方向の照明に対するターゲット格子の回折スペクトルの詳細図、（ｃ）は、回折ベースのオーバーレイ測定にスキャトロメータを使用する際に別の照明モードを提供する第２の照明アパーチャ対、（ｄ）は、第１および第２のアパーチャ対を組み合わせた第３の照明アパーチャ対、を示す。
【図４】[0025]  複数格子ターゲットの公知の形態および基板上の測定スポットの輪郭を示す。
【図５】[0026]  図３のスキャトロメータで得られる、図４のターゲットのイメージを示す。
【図６】[0027]  図３のスキャトロメータを使用したデフォーカス測定方法であって、本発明の一実施形態を形成するように適合可能なデフォーカス測定方法の各ステップを示すフローチャートである。
【図７】[0028]  フォーカス感度を有する非対称格子パターンを示す。
【図８】[0029]  図７の格子パターンを露光する場合のフォーカス設定に対する側壁角度差の依存性を示すグラフである。
【図９】[0030]  図７と同様の格子パターンを露光する場合のリソグラフィ装置のデフォーカスに対する、スキャトロメータによって測定される非対称性の関係を表すグラフである。
【図１０】[0031]  ａおよびｂは、ドーズ感度を有する対称格子パターンを示し、それぞれ異なるドーズ感度を有している。
【図１１】[0032]  図１０ａの格子パターンを露光する場合のリソグラフィ装置のフォーカスおよびドーズ設定に対するクリティカルディメンジョンの依存性を示すグラフである。
【図１２】[0033]  ドーズ感度を有する非対称格子パターンを示す。
【図１３】[0034]  図１２の格子パターンを露光する場合のリソグラフィ装置のフォーカスおよびドーズ設定に対する側壁角度差の依存性を示すグラフである。
【図１４】[0035]  ａおよびｂは、暗視野イメージ検出スキャトロメトリに適した、フォーカス感度および異なるドーズ感度を有するターゲットの組み合わせを概略的に示す。
【図１５】[0035]  暗視野イメージ検出スキャトロメトリに適した、フォーカス感度および異なるドーズ感度を有するターゲットの組み合わせを概略的に示す。
【図１６】[0036]  本発明の一実施形態に従って、異なるドーズ感度を有する非対称格子を用いて、暗視野スキャトロメトリでドーズおよびフォーカスを決定する方法のフローチャートである。
【図１７】[0037]  本発明の別の実施形態に従って、異なるドーズ感度を有する対称格子を用いて、暗視野スキャトロメトリでドーズおよびフォーカスを決定する方法のフローチャートである。
【図１８】[0038]  本発明の実施形態に従って、異なるドーズ感度を有する非対称格子を用いて、瞳面検出スキャトロメトリでドーズおよびフォーカスを決定する方法のフローチャートである。
【図１９】[0039]  本発明の別の実施形態に従って、異なるドーズ感度を有する対称格子を用いて、瞳面検出スキャトロメトリでドーズおよびフォーカスを決定する方法のフローチャートである。
【図２０】[0040]  ａおよびｂは、それぞれ、ピッチ８０ｎｍおよび１００ｎｍの異なるドーズ感度を有する格子対における、３つの異なるドーズに関するフォーカス対ＣＤ（Ｂｏｓｓｕｎｇ図）のグラフである。
【図２１】[0041]  図２０ａおよび２０ｂに使用したデータから導出された、３つの異なるドーズに関するフォーカス対有効ＣＤ差のグラフである。
【図２２】[0042]  本発明の一実施形態に従って、異なるドーズ感度を有する対称格子を用いてドーズを決定する方法のフローチャートである。
【図２３】[0043]  本発明の別の実施形態に従って、異なるドーズ感度を有する対称格子を用いて、暗視野およびイメージ面検出スキャトロメトリでドーズおよびフォーカスを決定する方法のフローチャートである。
【図２４】[0044]  本発明の別の実施形態に従って、異なるドーズ感度を有する対称格子を用いて、瞳面検出スキャトロメトリでドーズおよびフォーカスを決定する方法のフローチャートである。
【００２２】
[0045]  本発明の特徴および利点は、これらの図面と併せて以下に記載される詳細な説明からより明らかになるであろう。図面において、同じ参照記号は、全体を通じて対応する要素を特定する。図面において、同じ参照番号は、基本的に、同一の、機能的に同様な、および／または構造的に同様な要素を示す。ある要素が初めて登場する図面は、対応する参照番号における左端の数字によって示される。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[0046]  本明細書は、本発明の特徴を組み込んだ１つ以上の実施形態を開示する。開示される実施形態は本発明を例示するに過ぎない。本発明の範囲は開示される実施形態に限定されない。
【００２４】
[0047]  説明される（１つ以上の）実施形態、および明細書中の「一実施形態」、「ある実施形態」、「例示的な実施形態」等への言及は、説明される実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含み得ることを示すが、必ずしもすべての実施形態がその特定の特徴、構造、または特性を含んでいなくてもよい。また、かかる表現は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。また、特定の特徴、構造、または特性がある実施形態に関連して説明される場合、かかる特徴、構造、または特性を他の実施形態との関連においてもたらすことは、それが明示的に説明されているか否かにかかわらず、当業者の知識内のことであると理解される。
【００２５】
[0048]  本発明の実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらのあらゆる組合せにおいて実施され得る。本発明の実施形態はまた、機械可読媒体に記憶され、１つまたは複数のプロセッサにより読み出され実行され得る命令として実施されてもよい。機械可読媒体は、機械（例えばコンピュータデバイス）によって読み取りが可能な形態で情報を記憶または送信するためのあらゆるメカニズムを含み得る。例えば、機械可読媒体は、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、または電気、光、音、もしくはその他の形態の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号等）、などを含み得る。また、本明細書において、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令が何らかの動作を行うと説明されることがある。しかし、そのような説明は単に便宜上のものであり、かかる動作は実際には、コンピュータデバイス、プロセッサ、コントローラ、またはファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令等を実行する他のデバイスによるものであることが理解されるべきである。
【００２６】
[0049]  ただし、そのような実施形態をより詳細に説明する前に、本発明の実施形態が実施され得る例示的な環境を提示することが有益である。
【００２７】
[0050]  図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示している。このリソグラフィ装置は、放射ビームＢ（例えば紫外線またはＤＵＶ放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構築され、かつ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ポジショナＰＭに連結されたパターニングデバイスサポートまたはサポート構造（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、かつ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ポジショナＰＷに連結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に付けられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ以上のダイを含む）上に投影するように構成された投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＳと、を含む。
【００２８】
[0051]  照明システムとしては、放射を誘導し、整形し、または制御するために、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、またはその他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらのあらゆる組合せなどのさまざまなタイプの光学コンポーネントを含むことができる。
【００２９】
[0052]  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向き、リソグラフィ装置の設計、および、パターニングデバイスが真空環境内で保持されているか否かなどの他の条件に応じた態様で、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、機械式、真空式、静電式またはその他のクランプ技術を使って、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、例えば、必要に応じて固定または可動式にすることができるフレームまたはテーブルであってもよい。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を、例えば、投影システムに対して所望の位置に確実に置くことができる。本明細書において使用される「レチクル」または「マスク」という用語はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語と同義であると考えるとよい。 
【００３０】
[0053]  本明細書において使用される「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内にパターンを作り出すように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用できるあらゆるデバイスを指していると、広く解釈されるべきである。なお、留意すべき点として、放射ビームに付与されたパターンは、例えば、そのパターンが位相シフトフィーチャまたはいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分内の所望のパターンに正確に一致しない場合もある。通常、放射ビームに付けたパターンは、集積回路などのターゲット部分内に作り出されるデバイス内の特定の機能層に対応することになる。
【００３１】
[0054]  パターニングデバイスは、透過型であっても、反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィでは公知であり、バイナリ、レべンソン型(alternating)位相シフト、およびハーフトーン型(attenuated)位相シフトなどのマスク型、ならびに種々のハイブリッドマスク型を含む。プログラマブルミラーアレイの一例では、小型ミラーのマトリックス配列が用いられており、各小型ミラーは、入射する放射ビームをさまざまな方向に反射させるように、個別に傾斜させることができる。傾斜されたミラーは、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ける。
【００３２】
[0055]  本明細書において使用される「投影システム」という用語は、使われている露光放射にとって、あるいは液浸液の使用または真空の使用といった他の要因にとって適切な、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、および静電型光学系、またはそれらのあらゆる組合せを含むあらゆる型の投影システムを包含していると広く解釈されるべきである。本明細書において使用される「投影レンズ」という用語はすべて、より一般的な「投影システム」という用語と同義であると考えるとよい。
【００３３】
[0056]  本明細書に示されているとおり、リソグラフィ装置は、透過型のもの（例えば、透過型マスクを採用しているもの）である。また、リソグラフィ装置は、反射型のもの（例えば、上述のプログラマブルミラーアレイを採用しているもの、または反射型マスクを採用しているもの）であってもよい。
【００３４】
[0057]  リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（および／または２つ以上のマスクテーブル）を有する型のものであってもよい。そのような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルは並行して使うことができ、または予備工程を１つ以上のテーブル上で実行しつつ、別の１つ以上のテーブルを露光用に使うこともできる。 
【００３５】
[0058]  また、リソグラフィ装置は、投影システムと基板との間の空間を満たすように、比較的高屈折率を有する液体（例えば水）によって基板の少なくとも一部を覆うことができるタイプのものであってもよい。また、リソグラフィ装置内の別の空間（例えば、マスクと投影システムとの間）に液浸液を加えてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させることで当技術分野において周知である。本明細書において使用される「液浸」という用語は、基板のような構造物を液体内に沈めなければならないという意味ではなく、単に、露光中、投影システムと基板との間に液体があるということを意味するものである。
【００３６】
[0059]  図１を参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受ける。例えば、放射源がエキシマレーザである場合、放射源とリソグラフィ装置は、別個の構成要素であってもよい。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しているとはみなされず、また放射ビームは、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ、例えば、適切な誘導ミラーおよび／また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を使って送られる。その他の場合においては、例えば、放射源が水銀ランプである場合、放射源は、リソグラフィ装置の一体部分とすることもできる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要ならばビームデリバリシステムＢＤとともに、放射システムと呼んでもよい。
【００３７】
[0060]  イルミネータＩＬは、放射ビームの角強度分布を調節するアジャスタＡＤを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面内の強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（通常、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれる）を調節することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯといったさまざまな他のコンポーネントを含むことができる。イルミネータを使って放射ビームを調整すれば、放射ビームの断面に所望の均一性および強度分布をもたせることができる。
【００３８】
[0061]  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）上に保持されているパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に入射して、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を通り抜けた後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームの焦点をあわせる。第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２次元エンコーダ、または静電容量センサ）を使って、例えば、さまざまなターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内に位置決めするように、基板テーブルＷＴを正確に動かすことができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示的に示されていない）を使い、例えば、マスクライブラリから機械的に取り出した後またはスキャン中に、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めすることもできる。通常、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の移動は、第１ポジショナＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）を使って達成することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動も、第２ポジショナＰＷの一部を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使って達成することができる。ステッパの場合は（スキャナとは対照的に）、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は、ショートストロークアクチュエータのみに連結されてもよく、または固定されてもよい。
【００３９】
[0062]  パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１およびＭ２と、基板アライメントマークＰ１およびＰ２と、を使って、位置合わせされてもよい。例示では基板アライメントマークが専用ターゲット部分を占めているが、基板アライメントマークをターゲット部分とターゲット部分との間の空間内に置くこともできる（これらは、スクライブラインアライメントマークとして公知である）。同様に、複数のダイがパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に設けられている場合、マスクアライメントマークは、ダイとダイの間に置かれてもよい。マーカをできる限り小さくして隣接するフィーチャと異なる結像またはプロセス条件を必要としないことが望ましい場合、ダイの内部であって、デバイスフィーチャの間に小型のアライメントマーカが含まれていてもよい。アライメントマーカを検出するアライメントシステムについては、以降でさらに説明する。 
【００４０】
[0063]  例示の装置は、以下に説明するモードのうち少なくとも１つのモードで使用できる。 
【００４１】
[0064]  １．ステップモードにおいては、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および基板テーブルＷＴを基本的に静止状態に保ちつつ、放射ビームに付けられたパターン全体を一度にターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一静的露光）。その後、基板テーブルＷＴは、Ｘおよび／またはＹ方向に移動され、それによって別のターゲット部分Ｃを露光することができる。ステップモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光時に結像されるターゲット部分Ｃのサイズが限定される。
【００４２】
[0065]  ２．スキャンモードにおいては、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および基板テーブルＷＴを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付けられたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する（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、マスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの（縮小）拡大率および像反転特性によって決めることができる。スキャンモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が限定される一方、スキャン動作の長さによって、ターゲット部分の高さ（スキャン方向）が決まる。
【００４３】
[0066]  ３．別のモードにおいては、プログラマブルパターニングデバイスを保持した状態で、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を基本的に静止状態に保ち、また基板テーブルＷＴを動かす、またはスキャンする一方で、放射ビームに付けられているパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する。このモードにおいては、通常、パルス放射源が採用されており、さらにプログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの移動後ごとに、またはスキャン中の連続する放射パルスと放射パルスとの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述の型のプログラマブルミラーアレイといった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容易に適用することができる。
【００４４】
[0067]  上述の使用モードの組合せおよび／またはバリエーション、あるいは完全に異なる使用モードもまた採用可能である。
【００４５】
[0068]  リソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂと、相互に基板テーブルを交換可能な露光ステーションと測定ステーションという２つのステーションとを有する、いわゆるデュアルステージ型の装置である。一方の基板テーブル上の１つの基板を露光ステーションで露光している間、測定ステーションで他方の基板テーブル上に別の基板を装填してさまざまな予備工程を行うことができる。予備工程としては、レベルセンサＬＳを使って基板の表面制御をマッピングすること、およびアライメントセンサＡＳを使って基板上のアライメントマーカの位置を測定すること、を含んでよい。これにより、装置のスループットの大幅な上昇が可能になる。位置センサＩＦが、露光ステーションにいる間だけでなく測定ステーションにいる間も基板テーブルの位置を測定することができるものでない場合、第２位置センサを設けて両方のステーションで基板テーブルの位置を追跡できるようにしてもよい。
【００４６】
[0069]  図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセルまたはクラスタとも呼ばれるリソグラフィックセルＬＣの一部を形成し、このリソグラフィックセルには、基板上で露光前および露光後プロセスを行うための装置も含まれる。従来、これらの装置には、レジスト層を堆積するためのスピンコータＳＣ、露光済みレジストを現像するためのデベロッパＤＥ、冷却プレートＣＨおよびベークプレートＢＫが含まれる。基板ハンドラまたはロボットＲＯが入力／出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り上げ、それらをさまざまなプロセス装置間で移動させ、その後リソグラフィ装置のローディングベイＬＢへと送り出す。これらのデバイスは、しばしばトラックと総称され、トラック制御ユニットＴＣＵによる制御を受ける。トラック制御ユニットＴＣＵ自身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はリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置をも制御する。このようにして、スループットおよび処理効率が最大となるようにさまざまな装置を動作させることができる。
【００４７】
[0070]  暗視野メトロロジの例を、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる国際特許出願ＷＯ２００９／０７８７０８およびＷＯ２００９／１０６２７９に見ることができる。この技術をさらに発展させたものが、米国特許出願公開ＵＳ２０１１００２７７０４Ａ、ＵＳ２０１１００４３７９１ＡおよびＵＳ２０１２０１２３５８１Ａに記載されている。これらすべての出願の内容も参照により本明細書に組み込まれる。米国特許出願公開ＵＳ２０１１０２４９２４７Ａ号は、フォーカス感度を有する非対称ターゲット設計から測定されたスキャトロメータ信号を使用してリソグラフィ装置のデフォーカスを測定することを開示している。この出願の内容は参照により本明細書に組み込まれる。そうした方法では、測定されたスキャトロメータ信号からスキャナのデフォーカスを推測するために、スキャトロメータの瞳内で得られる、−１次回折強度と＋１次回折強度との差として非対称性情報が使用される。
【００４８】
[0071]  本発明の実施形態における使用に適した暗視野メトロロジ装置を図３（ａ）に示す。図３（ｂ）には、ターゲット格子Ｔおよび回折光線がより詳細に示される。暗視野メトロロジ装置は、独立型のデバイスであってもよいし、リソグラフィ装置ＬＡの、例えば測定ステーションに、あるいは、リソグラフィックセルＬＣに組み込まれていてもよい。装置全体にわたっていくつかの分岐を有する光軸は点線Ｏで表される。この装置において、放射源１１（例えば、キセノンランプ）から放出される光は、レンズ１２、１４および対物レンズ１６を備える光学システムにより、ビームスプリッタ１５を介して基板Ｗ上に誘導される。これらのレンズは、４Ｆ構成の二重シークエンスに配置される。別のレンズ配置も、それが、ディテクタ上に基板イメージを提供すると同時に、空間周波数フィルタリングのための中間瞳面のアクセスを可能にするものであれば、使用できる。そのため、本明細書で（共役）瞳面と呼ぶ、基板面の空間スペクトルを与える面内での空間強度分布を規定することによって、放射が基板に入射する角度範囲を選択することができる。これは、特に、レンズ１２とレンズ１４の間の、対物レンズ瞳面の後方投影イメージである面内に好適な形状のアパーチャプレート１３を挿入することにより行うことができる。図示された例において、アパーチャプレート１３は、１３Ｎおよび１３Ｓと標示された異なる形状を有し、これにより異なる照明モードの選択が可能になる。本例示では、照明システムがオフアクシス照明モードを形成する。第１照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｎが、説明の便宜上、「北」と表記された方向からオフアクシスを提供する。第２照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｓが、「南」と標示される反対の方向から同様の照明を提供するために用いられる。異なるアパーチャを用いることで、他の照明モードも可能である。所望の照明モード外の不要な光は所望の測定信号と干渉するため、瞳面の残りの部分は暗いことが望ましい。
【００４９】
[0072]  図３（ｂ）に示されるように、ターゲット格子Ｔは、基板Ｗとともに、対物レンズ１６の光軸Ｏに対して垂直になるように載置される。軸Ｏを外れたある角度で格子Ｔに入射する照明光線Ｉが、ゼロ次光線（実線０）および２つの１次光線（一点鎖線＋１および二点鎖線−１）を生じる。オーバーフィルされた小さなターゲット格子では、これらの光線は、メトロロジターゲット格子Ｔと他のフィーチャとを含む基板のエリアをカバーする多くの平行光線のうちのただ１つとなることに留意すべきである。プレート１３内のアパーチャは（有効量の光を受け入れるために必要な）有限の幅をもつため、入射光線Ｉは、実際には、ある角度範囲を占めることになり、回折光線０および＋１／−１はある程度拡散されることになる。小さなターゲットの点像分布関数によれば、＋１および−１の各次数はさらに一定の角度範囲に拡散されることになり、図示されるような一本の理想的な光線とはならない。ここで、格子ピッチおよび照明角度は、対物レンズに入る１次光線が中心光軸と近接して位置合わせされるように設計または調節することが可能である。図３（ａ）および３（ｂ）に示される光線は、ある程度オフアクシスとして記載されているが、これは、単にこれらの光線を図中でより容易に判別できるようにするためである。
【００５０】
[0073]  少なくとも、基板Ｗ上のターゲットによって回折された０次および＋１次が対物レンズ１６によって集められ、ビームスプリッタ１５を通って戻される。図３（ａ）に戻ると、第１照明モードおよび第２照明モードの両方が、北（Ｎ）および南（Ｓ）と標示された直径方向に反対の位置にあるアパーチャを指定して図示されている。入射光線Ｉが光軸の北側から来る場合、すなわち、アパーチャプレート１３Ｎを用いて第１照明モードが適用される場合、＋１（Ｎ）と標示された＋１回折光線が対物レンズ１６に入る。反対に、アパーチャプレート１３Ｓを用いて第２照明モードが適用される場合、（−１（Ｓ）と標示された）−１回折光線がレンズ１６に入る光線となる。
【００５１】
[0074]  第２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、光学システム１８が、ゼロ次および１次回折ビームを用いて第１センサ１９（例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）上にターゲットの回折スペクトル（瞳面イメージ）を形成する。各回折次数がセンサ上の異なる点に当たるため、イメージ処理によって各次数を比較対照することができる。センサ１９によって捕捉された瞳面イメージは、メトロロジ装置を焦点合わせするため、および／または、１次ビームの強度測定値を正規化するために使用することができる。アンダーフィルされたターゲットの瞳面イメージは、本発明の実施形態に従い、ドーズおよびフォーカスメトロロジについての入力として使用することも可能である。
【００５２】
[0075]  第２の測定分岐では、光学システム２０、２２がセンサ２３（例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）上に基板Ｗ上のターゲットのイメージを形成する。第２の測定分岐では、瞳面と共役な面内にアパーチャ絞り２１が設けられる。アパーチャ絞り２１は、ゼロ次回折ビームを遮断してセンサ２３上に形成されるターゲットのイメージが−１次または＋１次ビームのみから形成されるようにする機能をもつ。センサ１９および２３によって捕捉されたイメージは、イメージプロセッサ・コントローラＰＵに出力される。このイメージプロセッサ・コントローラＰＵの機能は、どのような種類の測定が行われているかに依存する。本明細書において「イメージ」という用語は広い意味で用いられていることに注意する。そのため、格子ラインのイメージは、−１次および＋１次のどちらか一方しか存在しない場合、形成されない。
【００５３】
[0076]  図３に示されるアパーチャプレート１３および視野絞り２１の特定の形態は単なる例示である。本発明の別の実施形態においては、ターゲットのオンアクシス照明が用いられ、オフアクシスアパーチャを有するアパーチャ絞りを使って実質的に１つの１次回折光のみをセンサに通す。さらに別の実施形態では、（図３には示されない）２次、３次およびさらに高次のビームを、１次ビームの代わりに、または、１次ビームに加えて、測定に用いることができる。
【００５４】
[0077]  これらの異なる種類の測定に適合可能な照明とするために、アパーチャプレート１３は、ディスクの周りに形成された多数のアパーチャパターンを備えてよく、このディスクが回転することで所望のパターンが配置される。代替的にあるいは付加的に、プレート１３のセットを設けてこれを交換することで同じ効果を達成することも可能である。変形可能ミラーアレイや透過型空間視野モジュレータといった、プログラマブル照明デバイスを使用することもできる。照明モードを調節する別の方法として、可動ミラーまたはプリズムを使用することもできる。
【００５５】
[0078]  アパーチャプレート１３に関連して説明したとおり、瞳絞り２１を変更すること、または、異なるパターンの瞳絞りで置き換えること、または、固定視野絞りをプログラマブルな空間光モジュレータと交換することにより、結像のための回折次数の選択を代替的に達成することができる。この場合、測定光学システムの照明側は一定とすることができ、その一方、結像側が第１および第２のモードを持つことになる。したがって、本開示においては、事実上、３種類の測定方法があり、それぞれに利点および欠点がある。１つの方法では、照明モードを変更して異なる次数を測定する。別の方法では、結像モードを変更する。第３の方法では、照明モードおよび結像モードは変更せず、ターゲットを１８０度回転させる。それぞれの場合で、所望の効果は同じ、すなわち、ターゲットの回折スペクトルにおいて、非ゼロ次回折放射の互いに対称な第１および第２の部分を選択することである。原理上は、照明モードおよび結像モードを同時に変更する組み合わせによっても所望の次数選択を行うことができるが、欠点があって利点がない可能性が高く、そのためこれ以上の説明は行わないこととする。
【００５６】
[0079]  本例示において結像のために用いられる光学システムは、視野絞り２１によって制限される広い入射瞳を有するが、他の実施形態または用途においては、結像システムの入射瞳のサイズ自体が所望の次数に制限することができる程度の小ささであり、したがって、視野絞りとして機能してもよい。図３（ｃ）および図３（ｄ）には、異なるアパーチャプレートが示され、以下でさらに説明するとおりこれらを使用することもできる。
【００５７】
[0080]  典型的には、ターゲット格子は、南北または東西に延びるその格子ラインに位置合わせされる。つまり、格子は、基板ＷのＸ方向またはＹ方向に位置合わせされる。アパーチャプレート１３Ｎまたは１３Ｓは、（設定によりＸまたはＹの）一方向に向けられた格子を測定するためだけに使用することができることに注意する。直交格子の測定のために、ターゲットの９０度および２７０度の回転を実施してもよい。しかし、より簡便には、図３（ｃ）に示されるアパーチャプレート１３Ｅまたは１３Ｗを用いて、東または西からの照明を照明光学系に設けることである。アパーチャプレート１３Ｎ〜１３Ｗは別個に形成して相互に交換可能とすることができ、あるいは、９０度、１８０度または２７０度回転可能な単一のアパーチャプレートとしてもよい。既に述べたとおり、図３（ｃ）に図示されたオフアクシスアパーチャを、照明アパーチャプレート１３に設ける代わりに視野絞り２１に設けることもできる。その場合、照明はオンアクシスとなる。
【００５８】
[0081]  図３（ｄ）は、第１および第２の照明モード対を組み合わせるために用いることができる第３のアパーチャプレート対を示す。アパーチャプレート１３ＮＷは北および東にアパーチャを有し、アパーチャプレート１３ＳＥは南および西にアパーチャを有する。これらの異なる回折信号間のクロストークがそれほど大きくなければ、Ｘ格子およびＹ格子の両方の測定を、照明モードを変更することなく行うことができる。
【００５９】
[0082]  図４は、公知の手法にしたがって基板上に形成された複合ターゲットを示す。この複合ターゲットは、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内にそのすべてが入るように互いに近接して位置決めされた４つの格子３２〜３５を含む。したがって、４つのターゲットはすべて同時に照明され、かつ同時にセンサ１９および２３上に結像される。デフォーカス測定に特化した例では、格子３２〜３５自体が、基板Ｗ上に形成される半導体デバイスの各層においてパターニングされた非対称格子によって形成されたフォーカス感度を有する格子である。格子３２〜３５は、入射する放射をＸおよびＹ方向に回折するように、図示の通りその向きが異なっていてもよい。一例では、格子３２および３４はＸ方向格子であり、格子３３および３５はＹ方向格子である。センサ２３によって捕捉されるイメージ内で、これら格子の別々のイメージを識別することができる。
【００６０】
[0083]  図５は、図３の装置において図４のターゲットを使用し、図３（ｄ）のアパーチャプレート１３ＮＷまたは１３ＳＥを使用することにより、センサ２３上に形成され、かつセンサ２３によって検出され得るイメージの一例を示す。瞳面イメージセンサ１９は異なる個々の格子３２〜３５を解像することができないが、イメージセンサ２３は解像することができる。暗い四角形はセンサ上のイメージフィールドを表しており、この中で、基板上の照明されたスポット３１が対応する円形エリア４１に結像されている。このうち、四角形のエリア４２〜４５は、小さいターゲット格子３２〜３５のイメージを表している。格子が製品エリア内に位置している場合、製品フィーチャもこのイメージフィールドの周辺部に視認できる場合がある。イメージプロセッサ・コントローラＰＵは、パターン認識を用いてこれらのイメージを処理し、格子３２〜３５の別々のイメージ４２〜４５を識別する。このようにして、センサフレーム内の特定の位置に極めて精密にイメージを位置合わせする必要がなくなり、測定装置全体のスループットが大きく向上する。しかし、結像プロセスがイメージフィールド全体における不均一性の影響を受ける場合、正確なアライメントの必要性は残る。本発明の一実施形態では、４つの位置Ｐ１〜Ｐ４が識別され、格子はこれらの判明した位置と可能な限り位置合わせされる。
【００６１】
[0084]  各格子の別々のイメージが識別されると、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を平均または合計することによりそれら個々のイメージの強度を測定することが可能になる。各イメージの強度および／またはその他の特性は互いに比較することができる。その結果を組み合わせてリソグラフィプロセスのさまざまなパラメータ、例えば、フォーカスを測定することができる。
【００６２】
[0085]  図６は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国出願ＵＳ２０１１００２７７０４Ａに記載される方法を用いて、＋１次および−１次暗視野イメージにおける１以上のフォーカス感度を有する格子の強度を比較することで判明するこれらの格子の非対称性から、デフォーカスを測定する方法を示す。ステップＳ１では、基板、例えば、半導体ウェーハが図２のリソグラフィックセルにより１回または複数回処理され、格子を含む構造が作り出される。Ｓ２では、図３のメトロロジ装置を使用し、１次回折ビームのうちの一方（例えば−１）のみを使って各格子のイメージを取得する。その後、照明モード変更するか、または結像モードを変更するか、またはメトロロジ装置の視野内で基板Ｗを１８０°回転することにより、他方の１次回折ビーム（＋１）を使って各格子の第２のイメージを取得することができる（ステップＳ３）。
【００６３】
[0086]  各イメージに１次回折放射のうちの半分のみを含めることにより、ここでいう「イメージ」が従来の暗視野顕微鏡イメージではないことに注意する。個々の格子ラインは解像されず、各格子が単に一定の強度レベルのエリアとして表されることになる。ステップＳ４において、各成分格子のイメージ内で関心領域（ＲＯＩ：region of interest）を慎重に識別し、ここから強度レベルを測定する。これは、特に個々の格子イメージのエッジ周辺では、強度値が、全般的なエッジ効果に加えて、レジスト厚み、組成、ライン形状といったプロセス変数に強く依存する可能性があるためである。
【００６４】
[0087]  各個別格子においてＲＯＩが識別され、その強度が測定されると、格子構造の非対称性を決定することができ、したがって、デフォーカスを決定することができる。これは、ステップＳ５において、イメージプロセッサ・コントローラＰＵが各格子３２〜３５の＋１次および−１次で得られる強度値を比較してその強度差を識別し、（Ｓ６）ターゲットＴ近傍でのデフォーカスを決定することによりなされる。
【００６５】
[0088]  上述のターゲット構造は、特に測定目的で設計および形成されたメトロロジターゲットであるが、他の実施形態においては、基板上に形成されるデバイスの機能部分であるターゲット上で特性を測定することも可能である。多くのデバイスは規則的な格子状の構造を有している。本明細書において使用される「ターゲット格子」および「ターゲット構造」との用語は、その構造が特に実施される測定のために設けられたものであることを必要としない。
【００６６】
[0089]  基板およびパターニングデバイス上に実現されるターゲットの物理的格子構造に関連して、一実施形態は、基板上にターゲットを形成し、基板上のターゲットを測定し、かつ／または測定値を分析してリソグラフィプロセスに関する情報を取得する方法を記述する機械可読命令の１つまたは複数のシークエンスを含むコンピュータプログラムを含み得る。このコンピュータプログラムは、例えば、図３の装置のユニットＰＵ内で、および／または図２の制御ユニットＬＡＣＵ内で実行され得る。また、そのようなコンピュータプログラムが記憶されたデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気または光ディスク）が提供されてもよい。例えば、図３に示されるタイプの既存のメトロロジ装置が既に製造中および／または使用中である場合、プロセッサに本明細書に記載された方法を実行させ、それにより露光ドーズを計算し、かつ露光ドーズに対する感度が低減されたデフォーカスを計算するための、更新されたコンピュータプログラムプロダクトを提供することで本発明を実施することができる。こうしたプログラムは、任意で、適切な複数のターゲット構造を測定するためのステップを実行するように、光学システム、基板サポート等を制御するように配置されてもよい。
【００６７】
[0090]  図７は、フォーカス感度を有する非対称格子パターンを示す。図７では、格子の３周期のみという限られた部位が示されている。格子全体では、パターン７０２が垂直方向および水平方向に繰り返されている。パターン７０２は、例えば、レチクル上のクロムパターンであってよい。パラメータｗ１／ｗ２／ｗ３は、ピッチ等の他のパラメータとともに、格子のアスペクトを記述するために使用され得る。ウェーハ上にフォーカス感度を有する格子構造を作成するため、リソグラフィ装置において図７のパターン７０２が使用される場合、より小さい水平方向の投影は解像される場合とされない場合があるが、かかる投影は、各印刷ラインの右側と左側との間にフォーカスに依存する違い（すなわち、非対称性）を有するプロファイルを与える。側壁角度差はそのような非対称性の一例である。この右側の側壁角度のフォーカス依存性は、投影のない左側の依存性とは異なる。したがって、パターン７０２は、各ラインの左側と右側の間の、例えば、印刷側壁角度（ΔＳＷＡ）のような、非対称性に違いをもたらし、これは、格子パターンを露光する際のリソグラフィ装置のフォーカスに依存する。
【００６８】
[0091]  図８は、図７の格子パターンの露光を使用するリソグラフィ装置のフォーカス設定Ｆ（単位：ｎｍ）に対する側壁角度差ΔＳＷＡ（単位：度）の依存性を示すグラフである。１００％と標示された黒い曲線は露光ドーズ１００％を表す。ＳＷＡのフォーカス感度ＦＳの大まかな大きさが示され、この大きさはフォーカスの変動に伴うΔＳＷＡの範囲を表している。さらに２本の曲線が示されているが、それぞれドーズ９５％およびドーズ１０５％を示している。これらの異なるドーズは、ドーズ１００％の曲線からそれぞれ下方および上方にシフトしている。このようにドーズ感度（ＤＳ）が示され、これは、ドーズの変動に伴うΔＳＷＡの範囲を表している。フォーカス感度およびドーズ感度は単位が異なるため慎重に比較しなければならないものの、図７の格子パターンに関しては、−７５ｎｍから＋７５ｎｍまでの選択されたフォーカス範囲にわたるフォーカス感度ＦＳは、９５％から１０５％までの選択されたドーズ範囲にわたるドーズ感度ＤＳに対して非常に大きいように思われる。ただし、そのドーズ感度は、非対称性を用いたフォーカス測定の精度に問題を引き起こすのに十分なものである。この問題を図９に示す。
【００６９】
[0092]  図９は、スキャトロメータによって測定された非対称性ＡＳと、図７と同様の格子パターンの露光を使用するリソグラフィ装置のデフォーカスＤＦ（単位：ｎｍ）との関係を表すグラフである。それぞれドーズ２０〜２４ｍＪ／ｃｍ２と標示された５種類のドーズが示されている。したがって、図９は、測定された非対称性曲線をフォーカスおよびドーズの関数として示している。非対称フォーカスターゲットからの非対称性情報を使用する場合、黒矢印で表されるドーズのクロストーク作用を受ける。この例では、ドーズが、矢印のように２１ｍＪ／ｃｍ２から２２ｍＪ／ｃｍ２へと１ｍＪ／ｃｍ２（−５％）変化すると、点線で示されるように、クロストーク（フォーカスエラー）が−２０ｎｍとなる。本明細書に記載される実施形態は、異なるドーズ感度を有するスキャトロメータ格子の情報を用いて露光ドーズを決定し、図７に示されるような、フォーカス感度を有する非対称格子を用いて測定されたリソグラフィ装置の実際のデフォーカス値から、ドーズのクロストーク条件(cross-talk terms)の影響を切り離す。
【００７０】
[0093]  本明細書に記載される例は、暗視野結像法により測定されるターゲット（例えば、インダイ(in-die)ターゲット）を用いて、ウェーハ上およびウェーハ間の有効なスキャナドーズ変動を測定するための方法を提供し得る。
【００７１】
[0094]  本明細書に記載される例は、暗視野イメージ面内の強度を捕捉することで、ドーズ感度を有するターゲットの反射強度に基づいてドーズを測定することを含み得る。このことは、１次フィールド検出またはより高次のフィールド検出に許容される範囲にピッチ範囲を制限する。
【００７２】
[0095]  本明細書に記載される例では、プロセスにおける変化の感度を回避するために、異なるドーズ感度（コントラストまたは露光寛容度の違い）を有する２つのターゲットの組み合わせを使用し得る。２つのターゲットは、（例えば、オーバーレイ測定または非対称性測定における２つのバイアス値のように）同時に検出し、イメージ処理によって分離することができる（関心領域の選択）。同時に検出することで、強度に影響を及ぼす全てのエラー原因は両方のターゲットに等しく適用されるとみなすことが可能になる。図１０ａおよび１０ｂはともに、異なるドーズ感度を有する対称格子パターンの例を示している。
【００７３】
[0096]  図１０ａおよび１０ｂでは、図７と同様に、各格子の３周期のみという限られた部位が示されている。格子全体では、図１０ａおよび図１０ｂのパターン１００２およびパターン１００４がそれぞれ、垂直方向および水平方向に繰り返されている。パターン１００２およびパターン１００４は、例えば、レチクル上のクロムパターンであってよい。パラメータｗは、ピッチとともに格子パターンを画定する。
【００７４】
[0097]  ウェーハ上にドーズ感度を有する格子構造を作成するため、リソグラフィ装置において図１０ａまたは図１０ｂのパターンが使用される場合、その構造は、各印刷ラインの左側と右側の両方に、フォーカスに等しく依存する側壁角度を持つプロファイルを有する。例えば、図１０ａのパターン１００２は、フォーカスに依存するライン幅、あるいはクリティカルディメンジョンＣＤをもたらす。しかしながら、このＣＤは、図７のパターン７０２よりも強くドーズに依存する。このことが図１１によって示されている。図１０ｂのパターン１００４は図１１に示されたものとは異なるドーズ感度を有する。
【００７５】
[0098]  図１１は、異なるドーズにおける、図１０ａの格子パターンの露光を使用するリソグラフィ装置のフォーカス設定Ｆ（単位：ｎｍ）に対するクリティカルディメンジョンＣＤの依存性を示すグラフである。１００％と標示された黒い曲線は露光ドーズ１００％を表す。ＣＤのフォーカス感度ＦＳの大まかな大きさが示され、この大きさはフォーカスの変動に伴うＣＤの範囲を表している。さらに２本の曲線が示されているが、これらはそれぞれドーズ９５％およびドーズ１０５％を示している。これらの異なるドーズは、ドーズ１００％の曲線からそれぞれ上方および下方にシフトしている。このようにドーズ感度ＤＳが示され、これは、ドーズの変動に伴うＣＤの範囲を表している。図７のパターン７０２から得られる印刷格子と比較して、図１０ａのパターン１００２から得られる印刷格子は、リソグラフィ装置のフォーカスに対する感度は低いが、リソグラフィ装置の露光ドーズに対する感度が高い形態を有している。ライン幅ｗおよびピッチｐを変更することでドーズ感度を変更させることが可能である。したがって、図１０ａの格子１００２は、図１０ｂの格子１００４とは異なるドーズ感度を有している。
【００７６】
[0099]  図１２は、ドーズ感度を有する非対称格子パターンを示す。図１２では、格子の３周期のみという限られた部位が示されている。格子全体では、図１２のパターン１２０２が垂直方向および水平方向に繰り返されている。パターン１２０２は、例えば、レチクル上のクロムパターンであってよい。ウェーハ上にドーズ感度を有する格子構造を作成するため、リソグラフィ装置において図１２のパターンが使用される場合、より小さい水平方向の投影は解像されないが、かかる投影は、各印刷ラインの右側にフォーカスに依存する側壁角度を有するプロファイルを与える。この右側の側壁角度のフォーカス依存性は、投影のない左側の依存性とは異なる。パターン１２０２は、各ラインの左側と右側との間で、印刷格子の側壁角度差ΔＳＷＡをもたらし、この差は、格子パターンを露光する際のリソグラフィ装置のフォーカスに依存するが、図７のパターン７０２により印刷された格子に比べてそのフォーカス感度は低い。図７のパターン７０２よりドーズ感度が高く、図１０のパターン１００２に近いドーズ感度を有しているため、パターン１２０２は、パターン７０２から得られる格子と比較して、リソグラフィ装置の露光ドーズに対する感度が高い形態を有する印刷格子をもたらす。このことが図１３によって示されている。
【００７７】
[00100]  図１２に示されるパラメータｗ１、ｗ２およびｗ３は、非対称ターゲットの形状のアスペクトを画定する。パラメータｗ１、ｗ２およびｗ３を変更することで、異なるドーズ感度を得ることが可能である。したがって、スキャトロメータを使用して測定されるパラメータ（この例では側壁角度）のドーズ感度を調節することができる。図７に示されるターゲットでは、図１２に示されるターゲットよりはるかに低いドーズ感度を達成するようにパラメータｗ１／ｗ２／ｗ３が選択される。
【００７８】
[0100]  図１３は、異なるドーズにおける、図１２の格子パターンの露光を使用するリソグラフィ装置のフォーカス設定Ｆ（単位：ｎｍ）に対する側壁角度差ΔＳＷＡ（単位：度）の依存性を示すグラフである。１００％と標示された黒い曲線は露光ドーズ１００％を表す。ＳＷＡのフォーカス感度ＦＳの大まかな大きさが示され、この大きさはフォーカスの変動に伴うΔＳＷＡの範囲を表している。さらに２本の曲線が示されているが、それぞれドーズ９５％およびドーズ１０５％を示している。これらの異なるドーズは、ドーズ１００％の曲線からそれぞれ下方および上方にシフトしている。このようにドーズ感度ＤＳが示され、これはドーズの変動に伴うΔＳＷＡの範囲を表している。図１０および１１を参照して説明したのと同様に、図１２のパターン１２０２から得られる印刷格子は、図７のパターン７０２から得られる印刷格子と比較して、リソグラフィ装置の露光ドーズに対する感度が高い形状を有している。この異なるドーズ感度はフォーカス依存性が弱く、したがって、同一のターゲット設計内に暗視野非対称フォーカス格子を組み合わせると都合がよい。このことは、スキャナの実際のフォーカスに対して異なるドーズ感度を補正することを可能にする。絶対的ドーズターゲット、異なるドーズターゲットおよび非対称フォーカスターゲットを組み合わせることで、以下のパラメータを解くことができる。すなわち、特許出願公開ＵＳ２０１１００２７７０４Ａに記載されるようなフォーカス感度を有する非対称ターゲットを用いてプロセス感度をもたないフォーカスを得ることができる。ここでプロセス感度をもたないとは、暗視野測定が基板およびターゲットを構成する各層の処理に起因するクロストーク変動の影響を受けないということを意味する。また、本明細書に記載されるドーズを決定する例を用いてドーズ補正されたフォーカスを得ることができ、このドーズ補正されたフォーカスをさらに使用して、特許出願公開ＵＳ２０１１００２７７０４Ａに記載されるようなフォーカス感度を有する非対称ターゲットから得られるフォーカス測定値が補正される。さらに、本明細書に記載されるドーズを決定する例を用いてプロセス感度をもたないドーズを得ることができる。
【００７９】
[0101]  ターゲットの組み合わせは、単一のフォーカス−露光マトリックス（Ｆｏｃｕｓ−Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｍａｔｒｉｘ：ＦＥＭ）で露光することができ、このＦＥＭからフォーカス感度および異なるドーズ感度を得ることができる。
【００８０】
[0102]  図１４ａは、暗視野イメージ検出スキャトロメトリに適した、フォーカス感度および異なるドーズ感度を有するターゲットの組み合わせ１４０２を概略的に示す。各格子の３周期分のみが示されているが、これは格子のタイプを表すためだけのものである。これらのパターンは、原寸に比例しておらず、実際にはこれより小さく、かつ垂直方向および水平方向に繰り返されることになる。ＦＳＨおよびＦＳＶと標示された格子が、図７を参照して説明したようなフォーカス感度を有する非対称格子であり、それぞれ、水平方向および垂直方向にラインを有している。したがって、ＦＳＨおよびＦＳＶは、基板上におけるリソグラフィ装置のフォーカスに依存する形状を有するプロファイルを持つ少なくとも１つのフィーチャを有している。ＤＳ１およびＤＳ２と標示された格子は、異なるドーズ感度を有する格子である。したがって、ＤＳ１は、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャを有し、ＤＳ２は、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャを有するが、その基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに対する感度は上記第１の構造とは異なる。
【００８１】
[0103]  このような異なるドーズ感度は、典型的なオーバーレイ／フォーカスタイプの格子ＤＳ１のコントラストを操作することによって作り出すことができる。この例では、定型格子のサブ解像度(sub resolution)セグメント化を適用して格子ＤＳ２を得ることにより行われる。
【００８２】
[0104]  図１４ｂは、フォーカス感度を有するターゲットに関する暗視野イメージ検出スキャトロメトリに適した、フォーカス感度および異なるドーズ感度を有するターゲットの組み合わせ１４０４を概略的に示す。異なるドーズ感度を有するターゲットに関しては、空間的に分離され、かつその強度が測定されるのは、暗視野ではなく鏡面反射（０次）である。したがって、図１４ｂのターゲットは、異なるドーズ感度を有するターゲットＤＳ３およびＤＳ４に関するイメージ面検出スキャトロメトリに適している。ここでも、各格子の３周期のみが示されているが、これは格子のタイプを表すためだけのものである。これらのパターンは、原寸に比例しておらず、実際にはこれより小さく、かつ垂直方向および水平方向に繰り返されることになる。ＦＳＨおよびＦＳＶと標示された格子が、図７を参照して説明したようなフォーカス感度を有する非対称格子であり、それぞれ、水平方向および垂直方向にラインを有している。したがって、ＦＳＨおよびＦＳＶは、基板上におけるリソグラフィ装置のフォーカスに依存する形状を有するプロファイルを持つ少なくとも１つのフィーチャを有している。ＤＳ３およびＤＳ４と標示された格子は、異なるドーズ感度を有する格子であり、異なるピッチを持つが、フィルファクタ（ライン幅−ピッチ比）は同じである。したがって、ＤＳ３は、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャ（ＤＳ３の格子の各ライン）を有し、ＤＳ４は、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャ（ＤＳ４の格子の各ライン）を有しているが、その基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに対する感度は上記第１の構造とは異なる。
【００８３】
[0105]  異なるドーズ感度は、格子ＤＳ３のおよびＤＳ４のピッチおよびライン幅を操作することによって作り出すことができる。この例では、格子ＤＳ４のピッチを格子ＤＳ３に対して変更しつつ、ＤＳ３と同じフィルファクタを維持することにより行われる。具体的な例は、図２０〜２３を参照して後述する。
【００８４】
[0106]  図１４ａおよび１４ｂを参照すると、図４のターゲットを参照して説明したのと同様の複合ターゲットが達成されている。そのため、図１４ａおよび１４ｂ（さらに図１５も同様）の各図の４つのターゲットは全て、メトロロジ装置の照明ビームによって形成される１つの測定スポット内に入れることができる。したがって、図１４ａの４つのターゲットは全て、暗視野スキャトロメトリ測定において同時に照明し、かつ同時に結像することが可能である。また、図１４ｂの４つのターゲットは、ドーズ感度を有するターゲットＤＳ３およびＤＳ４からの散乱放射から分離されるゼロ次放射を、フォーカス感度を有する非対称ターゲットＦＳＨおよびＦＳＶからの散乱放射の１次（＋１次または−１次）放射と同時に検出することができるのであれば、４つのターゲット全てをイメージ面検出スキャトロメトリ測定において同時に照明し、かつ同時に結像することが可能である。そのような並列測定には、図３（ａ）の装置（例えば、ビームスプリッタや追加のディテクタ）を変更する必要があり、現状では、図２３を参照して後述されるように、フォーカス感度を有するターゲットとドーズ感度を有するターゲットは同時ではなく順番に測定することができるようになっている。
【００８５】
[0107]  図１５は、暗視野イメージ検出スキャトロメトリに適した、フォーカス感度および異なるドーズ感度を有するターゲットの組み合わせ１５０２を概略的に示す。図１４ａおよび１４ｂについて説明したように、各格子の３周期のみが示されているが、これは格子のタイプを表すためだけのものである。ここでも、ＦＳＨおよびＦＳＶと標示された格子が、図７を参照して説明したようなフォーカス感度を有する非対称格子であり、それぞれ、水平方向および垂直方向にラインを有している。ＤＳ３およびＤＳ４と標示された格子は、図１２を参照して説明されたような異なるドーズ感度を有する格子であり、パラメータｗ１／ｗ２／ｗ３のうちの１つまたは複数について異なる値を有している。したがって、ＤＳ３は、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャを有し、ＤＳ４は、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャを有しているが、その基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに対する感度は上記第１の構造とは異なる。
【００８６】
[0108]  図１６は、本発明の一実施形態に従って、非対称な異なるドーズ格子と、非対称なフォーカス感度を有する格子とを使用して暗視野スキャトロメトリでデフォーカスを決定する方法のフローチャートである。この例示の方法では、図１５に示されるような非対称ターゲットが使用される。図１６では、水平方向格子のみに言及するが、ＸおよびＹフォーカス挙動を別個に測定するために垂直方向格子を使用することもできる。
【００８７】
[0109]  ステップ１６０２において、リソグラフィ装置を用いてウェーハを処理し、異なるドーズ感度を有する格子ＤＳ３およびＤＳ４、ならびにフォーカス感度を有する格子ＦＳＨをウェーハ上に作成する。
【００８８】
[0110]  ステップ１６０４において、第１照明モードを用いて−１次のスキャトロメトリイメージを測定する。
【００８９】
[0111]  ステップ１６０６において、第２照明モードを用いて＋１次のスキャトロメトリイメージを測定する。
【００９０】
[0112]  ステップ１６０８において、各イメージから各格子の関心領域（ＲＯＩ）を認識・抽出する。
【００９１】
[0113]  ステップ１６１０において、各格子の（−１次測定値と＋１次測定値との間の）差分イメージを計算して非対称性を決定する。
【００９２】
[0114]  ステップ１６１２において、異なるドーズ感度の格子ＤＳ３およびＤＳ４の非対称性を用いてドーズ値を計算し、さらにこのドーズ値を使用してフォーカス感度を有する格子ＦＳＨのための較正曲線を選択する。
【００９３】
[0115]  ステップ１６１４において、選択された較正曲線と、フォーカス感度を有する格子ＦＳＨの決定された非対称性とを用いて、デフォーカスを決定する。
【００９４】
[0116]  上述のように、図１６の例の方法では、図１５に示されるような非対称ターゲットを使用したが、ドーズ感度を有するターゲットは、図１４ａにＤＳ１およびＤＳ２として示されるターゲットや、図１４ｂにＤＳ３およびＤＳ４として示されるターゲットのような対称ターゲットであってもよいことが理解されるだろう。そのようなケースが図１７に示されている。図１７は、本発明の他の実施形態に従って、対称な異なるドーズ格子と、非対称なフォーカス感度を有する格子とを用いて暗視野スキャトロメトリでデフォーカスを決定する方法のフローチャートである。ステップ１７０２は図１６のステップ１６０２の変形であり、非対称な異なるドーズ格子ではなく対称な格子が用いられる。ステップ１７１０は図１６のステップ１６１０の変形であり、フォーカス感度を有するターゲットＦＳＨおよびＦＳＶについてのみ非対称性を決定する。ステップ１７１２では、ドーズ感度を有する対称格子ＤＳ１およびＤＳ２の測定値を使用してフォーカス感度を有する格子の較正曲線を選択するためのドーズが決定される。このドーズ値は、ターゲットＤＳ１およびＤＳ２に対応する関心領域から得られる強度値の差から求めてもよい。測定される強度値は、ターゲットの露光に使用されたドーズと関係がある。この関係は、例えば、まず、各ターゲットＤＳ１およびＤＳ２の強度値の強度対ドーズ較正曲線を、ＦＥＭによりドーズの関数として求めることによって得ることができる。その後（例えば、別のウェーハ上で）ＤＳ１およびＤＳ２ターゲット構造の強度測定を行い、その強度値から、上記強度対ドーズ較正曲線を用いてドーズ値が推測される。
【００９５】
[0117]  あるいは、例えば、まず、ターゲットＤＳ１とターゲットＤＳ２との間の強度差の強度差対ドーズ較正曲線を、ＦＥＭによりドーズの関数として求めることによって上記関係を得ることができる。その後（例えば、別のウェーハ上で）ＤＳ１ターゲット構造およびＤＳ２ターゲット構造の強度差測定を行い、その強度差から、上記強度差対ドーズ較正曲線を用いてドーズ値が推測される。
【００９６】
[0118]  図１４および１５を参照して説明したように、フォーカス感度を有する格子とドーズ感度を有する格子とは物理的に離れている必要はない。それらの格子が物理的に１つの格子であってもよい。図１６および１７を参照して説明したような検出方法は、検査装置の１回の操作によるドーズ感度情報およびフォーカス感度情報を分離することを可能にする。また、これらのターゲットは、例えば、両方のタイプのターゲット構造を直交するように配置する（ドーズ感度を有するターゲットを水平方向に、フォーカス感度を有するターゲットを垂直方向に配置する）ことにより、ウェーハ上のある一つ位置上で組み合わされていてもよい。このような組み合わせは、図１８を参照して以下に説明される瞳検出スキャトロメトリモードにも適している。
【００９７】
[0119]  図１８に示されるように、瞳面検出スキャトロメトリは、本発明の実施形態に従って使用されるスキャトロメトリ信号を得るために、（図６、１６および１７に関して説明したような）暗視野イメージ検出スキャトロメトリの代わりに単独で、あるいは暗視野イメージ検出スキャトロメトリと組み合わせて使用することもできる。
【００９８】
[0120]  図１８は、本発明の一実施形態に従って、非対称な異なるドーズ格子と非対称なフォーカス感度を有する格子とを用いて瞳面検出スキャトロメトリでデフォーカスを決定する方法のフローチャートである。この例示の方法は、図７および１２に示されるようなアンダーフィルされたターゲットを使用し得る。図１８のステップ１６０２、１６１２および１６１４は、図１６を参照して説明したものと同様である。しかし、ステップ１６０４〜１６１０は瞳面検出ステップに置き換えられる。ステップ１８０４において、例えば、図３ａのセンサ１９を使用して瞳面における−１次強度および＋１次強度を測定する。ステップ１８０６において、例えば、図３ａの処理ユニットＰＵを使用して、−１次強度と＋１次強度の差を計算して非対称性を求める。
【００９９】
[0121]  図１９は、本発明の別の実施形態に従って、対称な異なるドーズ格子と非対称なフォーカス感度を有する格子とを用いて瞳面検出スキャトロメトリでデフォーカスを決定する方法のフローチャートである。図１８と同様に、この例示の方法でも図７および１２に示されるようなアンダーフィルされたターゲットを使用し得る。図１９のステップ１７０２および１７１２は、図１７を参照して説明したものと同様である。しかし、図１７と比較して、ステップ１６０４〜１７０２は、図１８を参照して説明した瞳面検出ステップ１８０４、フォーカス感度を有する格子のみの非対称性を求めるステップ１９０６、ドーズ感度を有する対称格子の測定値を使用するステップ１９１２に置き換えられる。
【０１００】
[0122]  ステップ１９１２は、フォーカス感度を有する格子の較正曲線を選択するためのドーズを決定するために、ＣＤ再構築（CD reconstruction）を用いて行われ得る。例えば、ＣＤは、完全な再構築サイクルを用いてスキャトロメトリ信号から計算され得る。あるいは、測定されたターゲットからドーズ情報を引き出す前に、ＣＤ−ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）のような別のメトロロジ方法で、ドーズ感度を有する対称または非対称ターゲットのＣＤ測定を行ってもよい。しかしながら、既に述べたように、ＣＤ−ＳＥＭは低速であり、また、再構築には時間を要する。
【０１０１】
[0123]  露光ドーズは、ドーズ感度を有する対称ターゲット対を用いて求めることができ、このようなターゲット対は、最適なプロセス作用点に異なる態様で印刷されるが、この最適なプロセス作用点において同様のスキャトロメトリ信号を引き起こす。適切なターゲット設計により、スキャトロメトリ信号の差を有効露光ドーズのみに依存するようにすることができる。
【０１０２】
[0124]  この例示の動作は、以下の観測結果に基づいている。
【０１０３】
[0125]  （１）狭いピッチ（ｐ＜２００ｎｍ）の場合、ほとんどのスキャトロメータはサブ解像度を操作することになる。このことは、装置がターゲットのピッチを直接解像できないことを示唆している。
【０１０４】
[0126]  （２）特に、密集したライン／スペースターゲットのスキャトロメトリ信号は、ターゲット構造、例えば、パターニングされたレジスト層の有効媒質挙動（effective medium behavior）によって支配される。
【０１０５】
[0127]  （３）パターニングされた層は、方向に依存する屈折率ｎｘおよびｎｙを有する材料として振る舞う。この屈折率はライン／スペース比に大きく依存するが、ピッチにはほとんど依存しない。
【０１０６】
[0128]  作用点がアイソフォーカル(isofocal)、すなわち、ＣＤがもっともフォーカスに依存しない地点に選択される場合、密集したライン／スペースターゲットのＣＤはドーズによって支配される。
【０１０７】
[0129]  一例として、以下のターゲット対を使用し得る。
【０１０８】
[0130]  ターゲット１：ピッチ８０ｎｍ、ＣＤ３３ｎｍ、フィルファクタ３３ｎｍ／８０ｎｍ＝０．４１
【０１０９】
[0131]  ターゲット２：ピッチ１００ｎｍ、ＣＤ４１ｎｍ、フィルファクタ４１ｎｍ／１００ｎｍ＝０．４１
【０１１０】
[0132]  図１０ａおよび１０ｂ（原寸通りでない）は、そのようなターゲット対であって、瞳面検出スキャトロメトリに適したターゲット対を示している。また、図１４ｂにおいて、ＤＳ３およびＤＳ４は、そのようなターゲット対であって、イメージ面検出スキャトロメトリに適したターゲット対を概略的に表している。こうしたターゲット対においては、ピッチに顕著な差があってもスキャトロメトリ信号は実質的に同じであることが確認されている。例えば、各ターゲットの瞳強度をＩとすると、
【数１】
2016503520.tif 000003
は１％未満である。
【０１１１】
[0133]  ターゲット対の各々のスキャトロメトリ信号のＣＤ変動に対する感度は、大きさにわずかな差はあってもよく類似している。下層スタックの変動に対する感度についても同様のことが言える。そのため、ターゲット対の各々は互いに異なる態様で印刷されるものの、スキャトロメトリ信号の挙動は、ＣＤおよび下層スタックの変動に関して類似している。一方で、ドーズ感度はターゲット対の間で異なる。
【０１１２】
[0134]  図２０ａおよび２０ｂは、ターゲット対のドーズおよびフォーカス感度を示している。図２０ａおよび２０ｂは、２つのターゲットに関するＢｏｓｓｕｎｇ図を示しており、横軸がフォーカス、縦軸がＣＤを表している（図２０ａ：ピッチ８０ｎｍ、図２０ｂ：ピッチ１００ｎｍ）。図は、３つの異なる露光ドーズ、すなわちＢＥ（最良露光）、ＢＥ＋１％およびＢＥ−１％について示している。ドーズ感度は大きく異なるがフォーカス感度はいずれのターゲットにおいてもきわめて低いことが明らかである。
【０１１３】
[0135]図２１は、図２０ａおよび２０ｂに示されたデータの「有効」ＣＤ差、すなわちスキャトロメータの感度の違いで重み付けをしたＣＤ差を示す。スキャトロメータを用いて測定される有効ＣＤ差は、ドーズに非常に強く依存するがフォーカスにはほとんど依存しないことが明らかである。
【０１１４】
[0136]  ターゲット対の設計をさらに最適化することが可能である。同一ドーズで基本的に同様のスキャトロメトリ信号を有する一方、異なるＣＤおよびピッチを有し、したがって大きく異なるドーズ感度を有する他のターゲットを設計する、あるいはシミュレーションまたは実験によりそのようなターゲットを見出すことが可能である。
【０１１５】
[0137]  本明細書においてはターゲット対が言及されているが、異なるドーズ感度を有する３つ以上のターゲットを使用し、これら３つ以上のターゲットの測定結果を単純に組み合わせることでドーズを計算してもよいことが理解されるだろう。
【０１１６】
[0138]  図２２は、本発明の一実施形態に従って、異なるドーズ感度を有する対称格子を用いてドーズを決定する方法のフローチャートである。図２２に示される、基板上の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の露光ドーズを決定する例示の方法は以下の通りである。
【０１１７】
[0139]  ステップ２２０２において、リソグラフィ装置を使用してウェーハを処理し、例えば、図１０ａおよび１０ｂに示されるものや、図１４ｂにおけるＤＳ３およびＤＳ４のような、異なるドーズ感度を有する対称格子対を作成する。リソグラフィプロセスを使用して、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャを有する第１構造を基板上に作成し、かつ、上記リソグラフィプロセスを使用して、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有するが、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに対する感度が第１構造とは異なる、少なくとも１つのフィーチャを有する第２構造を基板上に作成する。
【０１１８】
[0140]  ステップ２２０３において、基板を検査装置内に受け入れる。
【０１１９】
[0141]  ステップ２２０７において、第１構造を放射で照明しながら散乱放射を検出することで第１スキャトロメータ信号を取得し、第２構造を放射で照明しながら散乱放射を検出することで第２スキャトロメータ信号を取得する。このステップは、ゼロ次散乱放射を高次の散乱放射から分離し、このゼロ次散乱放射を検出して各個別のスキャトロメータ信号を取得することを含んでもよい。これにより、異なるピッチのターゲット対からの異なる量の高次回折光が測定されないようにすることができる。照明放射の波長は、その波長を使用すると第１構造および第２構造それぞれのピッチがサブ解像度となるように選択された波長であってよい。このことによっても、異なるピッチのターゲット対からの異なる量の高次回折光が測定されないようにすることができる。
【０１２０】
[0142]  ステップ２２１２において、第１および第２スキャトロメータ信号を使用し、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有する少なくとも１つのフィーチャを有する第１構造と、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに依存する形状を有するが、基板上におけるリソグラフィ装置の露光ドーズに対する感度が第１構造とは異なる、少なくとも１つのフィーチャを有する第２構造とに基づいて、第１構造を作成するために使用する露光ドーズ値を決定する。このステップは、コンピュータプログラム命令を実行する図３（ａ）のＰＵのような処理ユニットによって行ってよい。さらに、このステップは、同じ露光ドーズにおける第１スキャトロメータ信号と第２スキャトロメータ信号との差を最小化するように選択された、第１構造および第２構造の形状に基づいてもよい。これにより、スキャトロメータ信号の差がドーズ感度に支配されるようにすることができる。第１構造の上記少なくとも１つのフィーチャと、第２構造の上記少なくとも１つのフィーチャとは、それぞれ異なるピッチを有しつつ、同様のライン幅−ピッチ比を有する格子を含んでもよい。このことは、ターゲット対の各々について方向に依存する屈折率を同一または同様のものとすることにより、同じ露光ドーズにおける第１スキャトロメータ信号と第２スキャトロメータ信号との差を最小化させる効果をもつ。
【０１２１】
[0143]  図２２に示されるドーズ測定方法は、フォーカス測定方法にも適用し得る。このことを図２３および２４を参照して説明する。
【０１２２】
[0144]  図１４ｂに示されるＤＳ３およびＤＳ４のような異なるドーズ感度を有するターゲット対の使用が図２３に示されており、同図は、本発明の実施形態に従って、異なるドーズ感度を有する対称格子およびフォーカス感度を有する非対称格子を用いて、暗視野スキャトロメトリでデフォーカスを決定する方法のフローチャートである。ステップ２３０４およびステップ２３０６が、フォーカス感度を有する格子についてのみ１次（またはより高次の）スキャトロメトリイメージを測定するというように、ステップ１６０４および１６０６の変形であることを除いては、各ステップは図１７について説明したものと同様である。また、異なるドーズ感度を有する対称格子ＤＳ３およびＤＳ４それぞれについて、第３照明モードでゼロ次強度を測定するステップ２３０７が挿入されている。このステップは図２２のステップ２２０７に相当する。この第３照明モードはゼロ次を選択する一方、ディテクタ（図３ａの２３）からのより高次の散乱放射を遮断する。当業者であれば、例えば、適切なアパーチャ１３および／または視野絞り２１（図３ａ参照）を使用することでこれを達成できることが理解されるだろう。このようなゼロ次回折とそれより高次の回折とを分離する配置は、特許出願公開ＵＳ２０１０２０１９６３Ａ１に記載されている。該出願の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０１２３】
[0145]  図２２の説明に従い、図２３のステップ１７１２では、ターゲットＤＳ３およびＤＳ４に対応する関心領域から得られるゼロ次放射強度値の差から、ドーズ値を得ることができる。測定される強度値は、ターゲットの露光に使用されたドーズと関係がある。この関係は、例えば、まず、各ターゲットＤＳ３およびＤＳ４の強度値の強度対ドーズ較正曲線を、ＦＥＭによりドーズの関数として求めることによって得ることができる。その後、（例えば、別のウェーハ上で）ターゲット構造ＤＳ３およびＤＳ４の強度測定を行い、その強度値から、上記強度対ドーズ較正曲線を用いてドーズ値が推測される。
【０１２４】
[0146]  図１４ｂを参照して説明したように、フォーカス感度を有する格子とドーズ感度を有する格子とは物理的に離れている必要はない。それらの格子が物理的に１つの格子であってもよい。図１６、１７および２３を参照して説明したような検出方法は、検査装置の１回の操作によるドーズ感度情報およびフォーカス感度情報を分離することを可能にする。図１４ｂに示されるようなこれらのターゲットは、例えば、両方のタイプのターゲット構造を直交するように配置する（ドーズ感度を有するターゲットを水平方向に、フォーカス感度を有するターゲットを垂直方向に配置する）ことにより、ウェーハ上のある一つ位置上で組み合わされていてもよい。このような組み合わせは、図２４を参照して以下に説明される瞳検出スキャトロメトリモードにも適している。
【０１２５】
[0147]  図２４で示されるように、瞳面検出スキャトロメトリは、本発明の実施形態に従って使用されるスキャトロメトリ信号を得るために、（図６、１６、１７および２３に関して説明したような）暗視野イメージ検出スキャトロメトリの代わりに単独で、あるいは暗視野イメージ検出スキャトロメトリと組み合わせて使用することもできる。
【０１２６】
[0148]  図２４は、本発明の別の実施形態に従って、異なるドーズ感度を有する対称格子およびフォーカス感度を有する非対称格子を用いて瞳面検出スキャトロメトリでデフォーカスを決定する方法のフローチャートである。図１９に関して説明したように、この例示の方法は、（フォーカス感度を有するターゲットに関する）図７および（ドーズ感度を有するターゲット対に関する）図１０ａおよび１０ｂに示されるようなアンダーフィルされたターゲットを使用し得る。図２４のステップ１７０２、１８０４、１９０６、１９１２および１６１４は、図１９およびそれ以前の図を参照して説明したものと同様である。しかし、図１９と比較して、異なるドーズ感度を有する対称格子ＤＳ３およびＤＳ４それぞれのゼロ次強度を測定するステップ２３０７が挿入されている。このステップは図２２のステップ２２０７に相当する。照明放射の波長は、その波長を使用すると第１構造および第２構造それぞれのピッチがサブ解像度となるように選択された波長であってよい。これにより、ターゲット対の異なるピッチから生じる異なる高次回折が瞳内に検出されないようにすることができる。そのため、図２２および２４を参照して説明される方法を使用して、完全な瞳信号を使用してＣＤまたはドーズ差を決定することができる。これにより、測定の精密さが向上する。さらに、検出される差は１つのパラメータのみ、すなわち、ドーズのみに支配されているため、詳細な瞳面イメージを得る必要がない。
【０１２７】
[0149]  上述の例では１次回折強度信号差を用いて非対称性が決定されているが、非対称性情報はより高次の回折にも存在する。フォーカスまたはドーズと非対称性との間の明白な関係をもたらすものであれば、どんなスキャトロメータ信号の生成および処理であっても適している。同様に、ただし、対称ターゲットに関連して、上述の例で暗視野の１次回折強度信号差を用いて強度が決定される場合、強度情報はより高次の回折にも存在し得る。フォーカスまたはドーズと強度との間の明白な関係をもたらすものであれば、どんなスキャトロメータ信号の生成および処理であっても適している。したがって、本発明の実施形態は１次スキャトロメトリ信号差を使用するものに限定されない。
【０１２８】
[0150]  本明細書に記載される例は、ドーズおよびフォーカス測定の精度を高め、かつターゲット設計に関する制約を低減する(ドーズのクロストークに関する費用関数を最低限に抑える要件を緩和する)。実際には、これらのドーズ感度を有するターゲットは、ウェーハ上の２〜３のポイントのみで測定され得る。
【０１２９】
[0151]  本明細書に記載される例を適用可能な用途として、全体のドーズ変動を可能な限りフラットなものにすることにより、望ましくないスキャナのドーズ変動、レチクル寄与およびプロセス寄与を補償するためのスキャナ制御ループでの使用がある。
【０１３０】
[0152]  本明細書に記載される例は、従来のフォーカス・ドーズ手法をインダイ(in-die)規格のターゲットサイズに移行させることを可能にする。これは、暗視野イメージ検出スキャトロメトリは小型ターゲットから散乱する複数の回折次を分離することができるためである。
【０１３１】
[0153]  本明細書に記載される例は、異なる感度を有するターゲット設計によりドーズの「独立した（orthogonal）」検出を可能にする。すなわち、ドーズ測定がターゲットを構成する材料スタックの処理に起因する変動の影響を受けない。これは、そのような変動がいずれも、異なるドーズ感度を有するターゲット双方に共通するものだからである。
【０１３２】
[0154]  本明細書に記載される例は、小型のインダイ(in-die)ターゲットを使用することができるため、高いサンプリング密度を可能にする。
【０１３３】
[0155]  また、図２２および２３を参照して説明したようなオブジェクト面イメージ検出を使用する場合、ターゲットをスキャトロメータのスポットサイズより小さくすることができるが、ターゲットの小型化のために測定の精密さが犠牲となる。図２０〜２４を参照して説明した方法を使用すると、完全な再構築の必要がなく、そのため、スキャトロメータ設定レシピの生成プロセスが簡略化される。
【０１３４】
[0156]  本明細書で使用される「放射」および「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長、またはおよそこれらの値の波長を有する）、および極端紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、ならびにイオンビームや電子ビームなどの微粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を包含している。
【０１３５】
[0157]  「レンズ」という用語は、文脈によっては、屈折、反射、磁気、電磁気、および静電型光学コンポーネントを含むさまざまな種類の光学コンポーネントのいずれか１つまたはこれらの組合せを指すことができる。
【０１３６】
[0158]  特定の実施形態の以上の説明は、本発明の全般的性質を完全に明らかにしているため、当該分野の技術の範囲内の知識を適用することにより、他の者が、本発明の基本概念を逸脱することなく、過度の実験の必要なく容易に、かかる特定の実施形態をさまざまな用途に合わせて変形および／または適合させることができるだろう。したがって、そのような適合および変形は、本明細書に提示された教示および手引きに基づき、開示された実施形態の均等物の意味および範囲内であることが意図される。本明細書中の表現または用語は、限定ではなく例示による説明を目的とするものであり、本明細書の用語または表現は、当業者により上記教示および手引きに照らして解釈されるべきことを理解すべきである。
【０１３７】
[0159]  当然のことながら、請求の範囲の解釈には、概要および要約部分ではなく、詳細な説明部分が用いられることが意図されている。概要および要約部分は、本発明者（ら）が考える本発明の１つ以上の例示的な実施形態を記載し得るが、それがすべてではなく、したがって、いかなる意味においても本発明および添付の請求の範囲を限定することを意図していない。
【０１３８】
[0160]  これまで、特定の機能の実施およびそれらの関係を示す機能的構成単位を用いて本発明を説明してきた。これらの機能的構成単位の境界は、説明の便宜上、本明細書において任意に定められたものである。かかる特定の機能およびそれらの関係が適切に実行される限り、別の境界を定めることが可能である。
【０１３９】
[0161]  特定の実施形態の以上の説明は、本発明の全般的性質を完全に明らかにしているため、当該分野の技術の範囲内の知識を適用することにより、他の者が、本発明の基本概念を逸脱することなく、過度の実験の必要なく容易に、かかる特定の実施形態をさまざまな用途に合わせて変形および／または適合させることができるだろう。したがって、そのような適合および変形は、本明細書に提示された教示および手引きに基づき、開示された実施形態の均等物の意味および範囲内であることが意図される。本明細書中の表現または用語は、限定ではなく説明を目的とするものであり、本明細書の用語または表現は、当業者により上記教示および手引きに照らして解釈されるべきことを理解すべきである。
【０１４０】
[0162]  本発明の広さおよび範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきでなく、以下の請求の範囲およびその均等物に基づいてのみ画定されるべきである。
【図１】
2016503520.tif 000004
【図２】
2016503520.tif 000005
【図３（ａ）】
2016503520.tif 000006
【図３（ｂ）】
2016503520.tif 000007
【図３（ｃ）】
2016503520.tif 000008
【図３（ｄ）】
2016503520.tif 000009
【図４】
2016503520.tif 000010
【図５】
2016503520.tif 000011
【図６】
2016503520.tif 000012
【図７】
2016503520.tif 000013
【図８】
2016503520.tif 000014
【図９】
2016503520.tif 000015
【図１０ａ】
2016503520.tif 000016
【図１０ｂ】
2016503520.tif 000017
【図１１】
2016503520.tif 000018
【図１２】
2016503520.tif 000019
【図１３】
2016503520.tif 000020
【図１４ａ】
2016503520.tif 000021
【図１４ｂ】
2016503520.tif 000022
【図１５】
2016503520.tif 000023
【図１６】
2016503520.tif 000024
【図１７】
2016503520.tif 000025
【図１８】
2016503520.tif 000026
【図１９】
2016503520.tif 000027
【図２０ａ】
2016503520.tif 000028
【図２０ｂ】
2016503520.tif 000029
【図２１】
2016503520.tif 000030
【図２２】
2016503520.tif 000031
【図２３】
2016503520.tif 000032
【図２４】
2016503520.tif 000033
【国際調査報告】
2016503520.tif 000034
2016503520.tif 000035
2016503520.tif 000036