(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定方法の性能を予測する方法であって、前記測定方法は、リソグラフィプロセスによって形成された１つ又は複数のターゲット構造内部の周期的フィーチャの回折スペクトルにおける非対称性に基づいており、性能を予測する前記方法は、
（ａ）前記ターゲット構造によって回折された放射の前記回折スペクトルの対称的に反対の部分を使用して、前記ターゲット構造の第１及び第２の像を形成するステップと、
（ｂ）前記第１及び第２の像から、前記回折スペクトルの反対の部分間の強度の対称性及び非対称性の複数の局所測定値を導出するステップであって、対称性及び非対称性の各局所測定値は、前記ターゲット構造上の特定の位置に対応する、ステップと、
（ｃ）対称性及び非対称性の値の前記局所測定値の統計分析に基づいて、前記測定方法の性能の予測を決定するステップと、
を含み、
ステップ（ｃ）において、性能の前記予測は、一組の局所測定値に渡る対称性値と非対称性値との相関に基づいている、
方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）〜（ｃ）を異なる測定条件を使用して繰り返して、異なる測定条件下で前記測定方法の性能の予測を得る、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
（ｄ）前記測定方法を実行して同一の又は同様のターゲット構造の特性の測定値を得るステップ、を更に含み、ステップ（ｄ）において、前記測定方法は、前記得られた性能の予測同士を比較することにより選択される測定条件を使用して実行される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
（ｄ）前記測定方法を実行して同一の又は同様のターゲット構造の特性の測定値を得るステップ、を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
（ｅ）前記ターゲット構造の前記特性の前記測定値を、前記測定方法の性能の予測と一緒に報告するステップ、を更に含む、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ｄ）は更に、ステップ（ｃ）で得られた性能の前記予測を使用して、前記特性の前記測定値に補正を加えることを含む、請求項３、４、又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記補正は、ステップ（ｃ）において得られた性能の前記予測、及び前記同一の又は同様のターゲット構造の追加の特性の測定値、に基づいている、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｄ）において、前記ターゲットの前記特性の前記測定値は、前記同一の又は同様のターゲット構造内部の２つ以上のターゲット構造間で観察された非対称性の差に基づいており、追加の特性の前記測定値は、前記２つ以上の周期構造間で観察された対称性の差に基づいている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
（ｅ）前記ターゲット構造の前記特性の前記測定値を、前記測定方法の性能の予測と一緒に報告するステップ、を更に含む、請求項４〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ｄ）は、複数の基板上にリソグラフィによって形成されたターゲット構造に対して繰り返され、且つ前記ステップ（ａ）〜（ｃ）は、少なくとも各基板に対して繰り返される、請求項４〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｄ）は、１つの基板上にリソグラフィによって形成された複数のターゲット構造に対して繰り返され、且つ前記ステップ（ａ）〜（ｃ）は、同一の基板上の複数のターゲット構造に対して繰り返される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｄ）において、前記測定方法は、前記回折スペクトルの反対の部分間の強度の非対称性の１つ又は複数の大域的測定に基づいており、各大域的測定非対称性は、前記第１及び第２の像の各々における関心領域に対応しており、前記関心領域は、対称性及び非対称性の前記局所測定値よりも大きな領域の前記ターゲット構造上に延びている、請求項４〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｄ）において、前記測定方法は、非対称性がプログラムされたバイアス量だけ互いに異なる２つ以上のターゲット構造に対する非対称性の大域的測定に基づいている、請求項４〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
ステップ（ａ）〜（ｃ）において、前記測定方法の性能の前記予測は、１つの前記ターゲット構造に対して行われた局所測定に基づいている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ステップ（ａ）〜（ｃ）において、前記測定方法の性能の前記予測は、２つ以上の前記ターゲット構造に対して行われた局所測定に基づいている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップ（ａ）において、前記第１の像は、共通の像フィールド内の異なる位置において前記２つ以上のターゲット構造に対して捕捉される、請求項１３、１４、又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステップ（ａ）において、少なくとも１つのターゲット構造の前記第１及び第２の像は、共通の像フィールド内の異なる位置で捕捉される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
各局所測定値は、前記第１及び第２の像の各々における個々の画素値に基づいている、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（ｃ）において、性能の前記予測は、前記局所測定値における非対称性と対称性との間の依存関係の勾配に基づいており、より低い勾配は、異なるターゲット構造における対称性間の差に対するより大きな感度を示す、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
リソグラフィプロセスのパラメータを測定するためのメトロロジ装置であって、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法を実施するように動作可能であるメトロロジ装置。
【請求項２１】
請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法をプロセッサに実施させるための機械可読命令を含む、非一時的なコンピュータプログラム製品。
【請求項２２】
システムであって、
基板上のターゲット構造に放射ビームを提供し、前記ターゲットによって回折された放射を検出してパターニングプロセスのパラメータを決定する検査装置と、
請求項２１に記載の非一時的なコンピュータプログラム製品と
を備えるシステム。
【請求項２３】
放射ビームを変調するためにパターニングデバイスを保持する支持構造と、前記変調された放射ビームを放射線感受性基板上に投影する投影光学系とを備えるリソグラフィ装置を更に備える、請求項２２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本出願は、２０１６年１２月９日に出願された欧州特許出願公開第１６２０３２０８．０号の優先権を主張するものであり、この特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002]  本開示は、例えば、リソグラフィ技術によるデバイスの製造に使用可能な検査（例えば、メトロロジ）のための方法及び装置と、リソグラフィ技術を使用してデバイスを製造する方法とに関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  リソグラフィ装置は、基板に、通常は基板のターゲット部分に所望のパターンを付加する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造で使用することができる。その際に、代替としてマスク又はレチクルとも称されるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層に形成される回路パターンを発生させることができる。このパターンは、基板（例えば、シリコンウェーハ）のターゲット部分（例えば、１つ又は複数のダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けられた放射感応性材料（レジスト）層への結像による。一般に、単一の基板は、連続的にパターン形成された、隣接したターゲット部分のネットワークを含む。これらのターゲット部分は一般的に、「フィールド」と呼ばれる。
【０００４】
[0004]  リソグラフィ形成プロセスでは、多くの場合、例えば、プロセス制御及び検証を行うために、形成された構造の測定を行うのが好ましい。クリティカルディメンジョン（ＣＤ）を測定するのにしばしば使用される走査電子顕微鏡と、デバイスの２つの層のアライメント精度であるオーバーレイを測定する専用ツールとを含む、上記の測定を行う様々なツールが公知である。最近では、様々な形態のスキャトロメータが、リソグラフィ分野で使用するために開発された。これらのデバイスは、ターゲットの対象となる特性を求めることを可能にする回折「スペクトル」を得るために、放射ビームをターゲットに誘導し、散乱された放射線の１つ又は複数の特性、例えば、単一の反射角における波長に応じた強度照度、１つ又は複数の波長における反射角に応じた強度照度、又は反射角に応じた偏光を測定する。
【０００５】
[0005]  既知のスキャトロメータの例としては、米国特許出願公開第２００６０３３９２１Ａ１号及び米国特許出願公開第２０１０２０１９６３Ａ１号に記載されているタイプの角度分解スキャトロメータが挙げられる。そのような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に大きな、例えば４０μｍ×４０μｍの格子であり、測定ビームは、格子よりも小さなスポットを生成する（即ち、格子はアンダーフィル（underfilled）されている）。再構成によるフィーチャ形状の測定に加えて、米国特許出願公開第２００６０６６８５５Ａ１号に記載されているように、そのような装置を使用して、回折に基づくオーバーレイを測定することができる。回折次数の暗視野イメージングを使用した回折に基づくオーバーレイメトロロジにより、より小さなターゲット上でのオーバーレイ測定が可能になる。暗視野イメージングメトロロジの例は、国際特許出願の米国特許出願公開第２０１４１９２３３８号及び同第２０１１０６９２９２Ａ１号にみられ、これらの文献はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。この技法を更に発展させたものが、米国特許出願公開第２０１１００２７７０４Ａ号、米国特許出願公開第２０１１００４３７９１Ａ号、米国特許出願公開第２０１１１０２７５３Ａ１号、米国特許出願公開第２０１２００４４４７０Ａ号、米国特許出願公開第２０１２０１２３５８１Ａ号、米国特許出願公開第２０１３０２５８３１０Ａ号、米国特許出願公開第２０１３０２７１７４０Ａ号、及び米国特許出願公開第２０１６０９１４２２Ａ１号に記載されている。これらのターゲットは、照明スポットよりも小さくてよく、ウェーハ上の製品構造によって囲まれていてもよい。複合格子ターゲットを使用して、１つの像内で複数の格子を測定することができる。これらの全ての出願の内容も、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００６】
[0006]  オーバーレイ測定値は、通常、それぞれに異なるプログラムされた（意図的な）オフセット又は「バイアス」を有する２つのオーバーレイ格子の非対称性を測定することにより、取得される。オーバーレイ測定は（一旦較正されると）高速で計算的に非常にシンプルであるが、オーバーレイ測定は、オーバーレイ（すなわち、オーバーレイ誤差及び意図的なバイアス）が、ターゲットにおける非対称性の唯一の原因であるという仮定に依拠する。ターゲットにおいて任意の他の非対称性があると、オーバーレイ測定が乱され、不正確なオーバーレイ測定値がもたらされる。ターゲットの下部又は底部の周期構造における非対称性は、構造的非対称性の一般的な形態である。例えば、これは、底部周期構造が最初に形成された後に行われる化学機械研磨（ＣＭＰ）などの基板処理ステップに起因し得る。
【０００７】
[0007]  オーバーレイ測定値を得るために２つ以上のバイアスされた格子構造を使用する場合、既知の方法は、これら２つの格子が、バイアスを除いては同一であると更に仮定する。ターゲット内の構造的非対称性に加えて、又はその代わりに、ターゲットの隣接する周期構造間又は隣接するターゲット間の相違が、オーバーレイ測定などの測定の精度に悪影響を及ぼす因子となり得ることが、明らかになっている。この相違は、「スタック差」と呼ばれることがあり、周期構造間又はターゲット間の物理的な構成における意図していない差を含む。スタック差不均衡には、隣接する周期構造間又はターゲット間のスタックの１つ又は複数の層の厚さの差、隣接する周期構造間又はターゲット間の屈折率の差、隣接する周期構造間又はターゲット間の材料の差、隣接する周期構造又はターゲットの構造の格子ＣＤ若しくは高さの差、等が含まれるが、これらに限定されるものではない。構造的非対称性と同様に、スタック差は、パターニングプロセスにおいて、ＣＭＰ、層堆積などの処理ステップによって持ち込まれることがある。
【０００８】
[0008]  そのような構造がオーバーレイ測定の目的のために測定されると、スタック差は測定信号に影響を与えることがある。反対の回折次数である回折信号間の差を通じて非対称性を測定する場合、スタック差は、例えば、回折信号の相加平均の差も引き起こすことがある。測定信号において表されるスタック差の影響は、「格子不均衡」と呼ばれることがある。
【発明の概要】
【０００９】
[0009]  本発明者らは、格子不均衡に対する測定の感度が既知であるならば、１つ又は複数の所望のメトロロジターゲット測定レシピ（例えば、特定の所望のターゲット設計、及び／又は、（測定ビーム波長及び／又は偏光などの）１つ又は複数の特定の測定パラメータ）を特定することが可能であり得ることを、認識している。これに加えて又はこれに代えて、格子不均衡及び格子不均衡に対する測定の感度がオーバーレイなどの測定値を計算する時点で既知とすることができるならば、測定値と共に不確実性尺度（測定品質尺度）も提供することができる。決定された格子不均衡、及び格子不均衡の感度を使用して、改善されたオーバーレイの測定値を決定することが、更に可能であり得る。
【００１０】
[0010]  従って、本発明は、測定方法の性能を予測する方法を提供しようと務めるものであり、この測定方法は、リソグラフィプロセスによって形成された１つ又は複数のターゲット構造内部の周期的フィーチャの回折スペクトルにおける非対称性に基づいている。本発明の目的は、特に、格子不均衡に対する測定方法の感度の予測を可能にすることであり、及び／又は、個々の測定における格子不均衡に起因する誤差の予測を可能にすることである。大量製造において使用できるようにするために、方法は、測定方法に含まれるオーバーヘッドを本質的に大きく増加させないものであるべきである。
【００１１】
[0011]  本発明は、第１の態様において、測定方法の性能を予測する方法を提供するものであり、この測定方法は、リソグラフィプロセスによって形成された１つ又は複数のターゲット構造内部の周期的フィーチャの回折スペクトルにおける非対称性に基づいており、性能を予測するこの方法は、以下のステップを含む。即ち、
（ａ）ターゲット構造によって回折された放射の上記の回折スペクトルの対称的に反対の部分を使用して、ターゲット構造の第１及び第２の像を形成するステップと、
（ｂ）上記の第１及び第２の像から、回折スペクトルの反対の部分間の強度の対称性及び非対称性の複数の局所測定値を導出するステップであって、対称性及び非対称性の各局所測定値は、ターゲット構造上の特定の位置に対応する、ステップと、
（ｃ）対称性及び非対称性の値の局所測定値の統計分析に基づいて、測定方法の性能の予測を決定するステップと、を含む。
【００１２】
[0012]  このようにして得られた性能の予測は、例えば、格子不均衡に対する感度の尺度であり得る。
【００１３】
[0013]  この方法の実施形態は更に、（ｄ）測定方法を実行して同一又は同様のターゲット構造の特性の測定値を取得するステップ、を含むことがある。
【００１４】
[0014]  実施形態によっては、ターゲット構造の特性の測定値が、測定方法の性能の予測と一緒に報告されることがある。
【００１５】
[0015]  実施形態によっては、ステップ（ｄ）は更に、ステップ（ｃ）で得られた性能の予測を使用して、特性の測定値に補正を加えることを含む。
【００１６】
[0016]  本発明は更に、リソグラフィプロセスのパラメータを測定するためのメトロロジ装置を提供し、このメトロロジ装置は、上述したように、本発明の第１の態様による方法を実行するように動作可能である。
【００１７】
[0017]  本発明は更に、上述したように、本発明の第１の態様による方法をプロセッサに実行させるための機械可読命令を含む非一時的なコンピュータプログラムを提供する。
【００１８】
[0018]  本発明は更に、ターゲット構造に放射ビームを供給し、且つターゲットによって回折された放射を検出してパターニングプロセスのパラメータを決定するように構成された検査装置と、これと組み合わせて、上述したような本発明に従った非一時的なコンピュータプログラムと、を含むシステムを提供する。このシステムは更に、放射ビームを変調するためにパターニングデバイスを保持するように構成された支持構造と、変調された放射ビームを放射線感受性基板上に投影する投影光学系と、を備えるリソグラフィ装置を備える。
【００１９】
[0019]  更なる特徴及び利点、更には、様々な実施形態の構造及び動作が、添付図面を参照して下記に詳細に説明される。なお、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。そのような実施形態は、例示のみを目的として本明細書に提示される。更なる実施形態が、本明細書に記載された教示から当業者に明らかになるであろう。
【００２０】
[0020]  実施形態が、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】リソグラフィ装置の一実施形態を示す図である。
【図２】リソグラフィセル又はクラスタの一実施形態を示す図である。
【図３】（ａ）本発明の幾つかの実施形態による角度分解スキャトロメトリ及び暗視野イメージング検査方法を実行するように適合された検査装置と、（ｂ）図３（ａ）の装置内のターゲット格子による入射放射線の回折の拡大した詳細と、を概略的に示す図である。
【図４】多重周期構造ターゲットの形態と、基板上の測定スポットの概要とを示す図である。
【図５】図３の検査装置で得られた図４のターゲットの像を示す図である。
【図６】図３の検査装置を使用するオーバーレイ測定法のステップを示す流れ図である。
【図７Ａ】ゼロの領域内で異なるオーバーレイ値を有するオーバーレイ周期構造の概略断面図である。
【図７Ｂ】ゼロの領域内で異なるオーバーレイ値を有するオーバーレイ周期構造の概略断面図である。
【図７Ｃ】ゼロの領域内で異なるオーバーレイ値を有するオーバーレイ周期構造の概略断面図である。
【図７Ｄ】処理の効果による底部周期構造での構造的非対称性を有するオーバーレイ周期構造の概略断面図である。
【図８】構造的非対称性を受けない理想的なターゲットでのオーバーレイ測定の原理を示す図である。
【図９】本明細書における実施形態で開示されるような構造的非対称性の補正を用いた、理想的でないターゲットにおけるオーバーレイ測定の原理を示す図である。
【図１０Ａ】バイアスが＋ｄである第１のターゲット周期構造とバイアスが−ｄである第２のターゲット周期構造との間にスタック差が存在しない状況を概略的に示し、第１及び第２のターゲット周期構造による回折の後の回折信号を示す図である。
【図１０Ｂ】第１のターゲット周期構造によって回折された、合成された＋１次の回折次数信号及び合成された−１次の回折次数信号の強度変動を概略的に示す図である。
【図１０Ｃ】第２のターゲット周期構造によって回折された、合成された＋１次の回折次数信号及び合成された−１次の回折次数信号の強度変動を概略的に示す図である。
【図１１Ａ】第１のターゲット周期構造と第２のターゲット周期構造との間にスタック差が存在する状況を概略的に示し、第１及び第２のターゲット周期構造による回折の後の回折信号を示す図である。
【図１１Ｂ】第１のターゲット周期構造によって回折された、合成された＋１次の回折次数信号及び合成された−１次の回折次数信号の強度変動を概略的に示す図である。
【図１１Ｃ】第２のターゲット周期構造によって回折された、合成された＋１次の回折次数信号及び合成された−１次の回折次数信号の強度変動を概略的に示す図である。
【図１１Ｄ】第１のターゲット周期構造によって回折された、合成された＋１次の回折次数信号及び合成された−１次の回折次数信号のコントラスト変動を示す図である。
【図１１Ｅ】第２のターゲット周期構造によって回折された、合成された＋１次の回折次数信号及び合成された−１次の回折次数信号のコントラスト変動を示す図である。
【図１１Ｆ】第１のターゲット周期構造によって回折された、合成された＋１次の回折次数信号及び合成された−１次の回折次数信号の位相変動を示す図である。
【図１１Ｇ】第２のターゲット周期構造によって回折された、合成された＋１次の回折次数信号及び合成された−１次の回折次数信号の位相変動を示す図である。
【図１２】（ａ）スタック差（格子不均衡）に対して感度の高いレシピを使用した場合、（ｂ）スタック差に対して感度の低いレシピを使用した場合、のオーバーレイ測定方法の異なる性能を示しており、且つ上記の感度及び測定されたスタック差に基づくオーバーレイ測定の補正ステップも示している図である。
【図１３】第１のターゲット周期構造と第２のターゲット周期構造との間にスタック差が存在し、且つ、各周期構造内部にもスタック差が存在する状況を概略的に示す図である。
【図１４】図５の像と類似したターゲットの像に基づいて、オーバーレイ測定におけるスタック差に対する感度を予測するための信号の処理を概略的に示す図である。
【図１５】（ａ）スタック差（格子不均衡）に対して感度の高いレシピと、（ｂ）スタック差に対して感度の低いレシピを使用した場合を区別するために、図１４の処理から得られる、対称性に対する非対称性のプロットの例を示す図である。
【図１６】一実施形態による方法のステップの流れ図である。
【図１７】性能を監視するために、並びにメトロロジ、設計、及び／又は製造プロセスを制御するための基礎として、メトロロジターゲットが使用されるプロセスを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
[0021]  本発明の実施形態について詳細に述べる前に、本発明の実施形態を実施することができる例示的な環境を示すことが有益である。
【００２３】
[0022]  図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射線又はＤＵＶ放射線）を調整するように構成された照明系（照明器）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成され、且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の位置決め装置ＰＭに接続された、パターニングデバイス支持体又は支持構造（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を保持するようにそれぞれ構成され、且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の位置決め装置ＰＷにそれぞれ接続された、２つの基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴａ及びＷＴｂと、基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ又は複数のダイを含む）上に、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを投影するように構成された投影系（例えば屈折投影レンズ系）ＰＳとを含む。基準フレームＲＦは様々なコンポーネントと接続し、パターニングデバイス及び基板の位置並びにそれらの上のフィーチャの位置を設定及び測定するための基準として機能する。
【００２４】
[0023]  照明系は、放射線を誘導、整形、又は制御するための、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気、若しくは他のタイプの光学構成要素、又はそれらの任意の組合せなど、様々なタイプの光学構成要素を含むことがある。
【００２５】
[0024]  パターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置の設計、及び例えばパターニングデバイスが真空環境内に保持されているかどうかなどの他の条件に応じた様式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支持体は、パターニングデバイスを保持するために機械的、真空、静電、又は他のクランプ技法を使用することができる。パターニングデバイス支持体は、フレーム又はテーブルでよく、例えば、必要に応じて固定式又は可動式でよい。パターニングデバイス支持体ＭＴは、パターニングデバイスが例えば投影システムに対して確実に所望の位置にくるようにすることができる。
【００２６】
[0025]  本明細書で使用される「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを作成するように、ビームの断面にパターンを付与するために使用することができる任意のデバイスを表すものとして広く解釈すべきである。例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、放射ビームに付与されたパターンは、基板のターゲット部分での所望のパターンに正確には対応しないことがあることに留意されたい。一般に、放射ビームに付与されたパターンは、集積回路などのターゲット部分に作成されているデバイスでの特定の機能層に対応する。
【００２７】
[0026]  本明細書で示すように、装置は透過型（例えば透過型パターニングデバイスを採用する）のものである。代替として、装置は反射型（例えば、上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを採用する、又は反射型マスクを採用する）のものでもよい。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、及びプログラマブルＬＣＤパネルが挙げられる。本明細書における「レチクル」又は「マスク」という用語の使用は、より一般的な「パターニングデバイス」という用語と同義とみなすことができる。「パターニングデバイス」という用語は、そのようなプログラマブルパターニングデバイスの制御において使用するために、パターン情報をデジタル形式で記憶するデバイスを指すと解釈することもできる。
【００２８】
[0027]  本明細書で使用される「投影系」という用語は、使用される露光放射にとって適切な、又は、液浸液の使用若しくは真空の使用などの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、電磁気型、及び静電気型の光学系、又はそれらの任意の組合せを含む、任意のタイプの投影系を包含するものとして、広く解釈されるべきである。本明細書における「投影レンズ」という用語の使用は、より一般的な「投影系」という用語と同義とみなすことができる。
【００２９】
[0028]  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、比較的高い屈折率を有する液体、例えば水で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もよい。リソグラフィ装置内の他の空間、例えばマスクと投影システムとの間に浸液を適用してもよい。投影システムの開口数を増加させるための液浸技法は、当技術分野においてよく知られている。
【００３０】
[0029]  動作中、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば放射源がエキシマレーザであるとき、放射源とリソグラフィ装置とは別体でもよい。そのような場合、放射源は、リソグラフィ装置の一部を成すとはみなされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエキスパンダを含むビーム送達システムＢＤによって放射源ＳＯからイルミネータＩＬに送られる。他の場合には、例えば放射源が水銀ランプであるとき、放射源はリソグラフィ装置の一部でよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要であればビーム送達システムＢＤと共に、放射システムと呼ぶことができる。
【００３１】
[0030]  イルミネータＩＬは、例えば、放射ビーム、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯの角強度分布を調節するための調節装置ＡＤを含むことができる。イルミネータを使用して、放射ビームを調整し、その断面に所望の均一性及び強度分布を有するようにすることができる。
【００３２】
[0031]  放射ビームＢは、パターニングデバイス支持体ＭＴに保持されているパターニングデバイスＭＡに入射し、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を通過すると、放射ビームＢは、投影系ＰＳを通過し、投影系ＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させる。第２の位置決め装置ＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２−Ｄエンコーダ、又は静電容量センサ）を用いて、例えば異なるターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内に位置決めするように基板テーブルＷＴａ又はＷＴｂを正確に移動させることができる。同様に、第１の位置決め装置ＰＭ及び別の位置センサ（図１には明示されていない）を使用して、例えばマスクライブラリからの機械的な取出し後、又はスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めすることができる。
【００３３】
[0032]  パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡと基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２と基板アライメントマークＰ１、Ｐ２とを使用してアライメントすることができる。図示される基板アライメントマークは専用のターゲット部分を占めるが、ターゲット部分間の空間内に位置されてもよい（これらはスクライブレーンアライメントマークとして知られている）。同様に、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに複数のダイが設けられている状況では、マスクアライメントマークをダイ間に位置することができる。小さいアライメントマスクが、デバイスフィーチャの間でダイ内部に含まれてもよく、この場合、マスクはできるだけ小さく、隣接するフィーチャとは異なる結像又はプロセス条件を必要としないことが望ましい。
【００３４】
[0033]  図示した装置は、様々なモードで使用することができる。スキャンモードでは、パターニングデバイス支持体（例えば、マスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは、放射ビームに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影される間に、同期してスキャンされる（即ち、単一動的露光）。パターニングデバイス支持体（例えば、マスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影系ＰＳの（縮小）倍率及び像反転特性によって決定することができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大寸法が、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向の）幅を制限し、一方、スキャン動作の長さが、ターゲット部分の（スキャン方向の）高さを決定する。当技術分野で良く知られているように、他のタイプのリソグラフィ装置及び動作モードも可能である。例えば、ステップモードが知られている。いわゆる「マスクレス」リソグラフィでは、プログラマブルパターニングデバイスは固定して保持されるが変化するパターンを有し、基板テーブルＷＴは移動されるか又はスキャンされる。
【００３５】
[0034]  上述した使用モードの組合せ及び／又は変形、或いは完全に異なる使用モードを用いることもできる。
【００３６】
[0035]  リソグラフィ装置ＬＡは、いわゆるデュアルステージタイプのものであり、２つの基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂと、２つのステーション（露光ステーションＥＸＰ及び測定ステーションＭＥＡ）とを有し、それらのステーション間で基板テーブルを交換することができる。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で露光されている間に、別の基板を測定ステーションで他の基板テーブルに装填することができ、様々な予備ステップを行うことができる。これにより、装置のスループットを大幅に増加させることができる。予備ステップは、レベルセンサＬＳを使用して基板の表面高さ等高線をマッピングすること、及びアライメントセンサＡＳ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ことを含むことがある。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に、位置センサＩＦが基板テーブルの位置を測定することができない場合、第２の位置センサを設けて、基準フレームＲＦを基準にして、両方のステーションにおいて基板テーブルの位置を追跡可能にすることができる。図示したデュアルステージ構成の代わりに、他の構成が知られており使用可能である。例えば、基板テーブル及び測定テーブルが設けられる他のリソグラフィ装置が知られている。これらのテーブルは、予備測定を行うときにはドッキングされ、その後基板テーブルが露光を受ける間はドッキング解除される。
【００３７】
[0036]  この装置は、リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵを更に含み、このＬＡＣＵは、説明した様々なアクチュエータ及びセンサの全ての動き及び測定を制御する。ＬＡＣＵは、装置の動作に関連した所望の計算を実行するための信号処理能力及びデータ処理能力も含む。実際には、制御ユニットＬＡＣＵは多数のサブユニットのシステムとして実現され、それぞれのサブユニットは、装置内部のサブシステム又はコンポーネントのリアルタイムのデータ取得、処理、及び制御をこなす。例えば、１つの処理サブシステムを、基板位置決め装置ＰＷのサーボ制御専用とすることができる。別々のユニットが、粗動及び微動アクチュエータ、又は異なる軸を扱うことさえできる。別のユニットを、位置センサＩＦの読み出し専用とすることができる。装置の全般的な制御を、これらのサブシステムと通信する中央処理ユニットによって制御することができる。
【００３８】
[0037]  図２に示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセル又はクラスタと時には呼ばれることもある、リソグラフィックセルＬＣの一部を形成し、リソグラフィックセルＬＣは、基板に対して露光前及び露光後の処理を行う装置も含む。従来、これらは、レジスト層を堆積するためのスピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像するための現像装置ＤＥ、冷却プレートＣＨ、及びベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラ又はロボットＲＯは、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り出し、それらを異なる処理装置間で移動させ、次いでリソグラフィ装置のローディングベイＬＢに送達する。総称してトラックと呼ばれることが多いこれらのデバイスは、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、トラック制御ユニットＴＣＵは、それ自体、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はまた、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制御する。従って、スループット及び処理効率を最大にするように異なる装置を動作させることができる。
【００３９】
[0038]  リソグラフィ装置によって露光される基板を正確に一貫して露光するために、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誤差、ライン太さ、クリティカルディメンジョン（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が配置される製造設備はメトロロジシステムＭＥＴも含み、メトロロジシステムＭＥＴは、リソセル内で処理された基板Ｗの一部又は全部を受け取る。メトロロジの結果は、監視制御システムＳＣＳに直接的又は間接的に提供される。誤差が検出された場合には、特に、同じバッチに属する他の基板がまだ露光されていないうちに、検査を直ちに且つ十分に速く実施することができるならば、後続の基板の露光に調節を加えることができる。また、既に露光された基板は、歩留まりを改善するために、はぎとられ再加工されるか又は破棄されることがあり、それにより、欠陥があることが分かっている基板に対して更なる処理を行うのを回避する。基板の一部のターゲット部分のみに欠陥がある場合には、良好なターゲット部分に対してのみ更なる露光を行うことができる。
【００４０】
[0039]  メトロロジシステムＭＥＴ内部では、検査装置を使用して、基板の特性、とりわけ、異なる基板、又は同じ基板の異なる層の特性が、層によってどのように異なるのか、を決定する。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡ又はリソセルＬＣと一体化されていてもよく、又はスタンドアロン型のデバイスであってもよい。最も迅速な測定を可能にするために、検査装置は露光直後の露光されたレジスト層の特性を測定することが望ましい。しかしながら、レジストの潜像は非常にコントラストが低く、放射線に露光されたレジスト部分と露光されていないレジスト部分との間で、屈折率には非常に小さな差しかなく、全ての検査装置が、潜像の有用な測定を行うのに十分な感度を有するわけではない。従って、測定は、露光後ベークステップ（ＰＥＢ）の後で行われることがあり、このＰＥＢは、慣例上、露光された基板に対して実行される最初のステップであり、レジストの露光された部分と露光されていない部分とのコントラストを高める。この段階では、レジストにおける像は半潜像と呼ばれることがある。レジストの露光された部分又は露光されていない部分のいずれかが除去された時点で、又はエッチングなどのパターン転写ステップの後で、現像されたレジストの像の測定を行うことも可能である。後者の可能性は、欠陥のある基板を再加工する可能性を制限するが、依然として有用な情報を提供することができる。
【００４１】
[0040]  図３（ａ）は、いわゆる暗視野イメージングメトロロジを実施する検査装置の重要な要素を概略的に示す。この装置は、スタンドアロン型デバイスとすることができるし、又は、リソグラフィ装置ＬＡの例えば測定ステーションに、若しくはリソグラフィックセルＬＣのいずれかに、組み込むこともできる。装置全体に渡っていくつかの分岐を有する光軸は、点線Ｏで示されている。ターゲット格子構造Ｔ及び回折光線が、図３（ｂ）により詳細に図示されている。
【００４２】
[0041]  概論で引用した先行出願において記載されているように、図３（ａ）の暗視野イメージング装置は、分光スキャトロメータの代わりに又はこれに加えて使用することができる、多目的角度分解スキャトロメータの一部であり得る。このタイプの検査装置では、放射源１１によって放射された放射線は、照明系１２によって調整される。例えば、照明系１２は、コリメートレンズシステム１２ａ、カラーフィルタ１２ｂ、ポラライザ１２ｃ、及び開口デバイス１３を含むことがある。調整された放射線は、照明経路ＩＰをたどり、放射線は部分反射面１５によって反射され、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。メトロロジターゲットＴは、基板Ｗ上に形成されることがある。対物レンズ１６は、形状が顕微鏡対物レンズと類似していることがあるが、開口数（ＮＡ）が高く、好ましくは少なくとも０．９、より好ましくは少なくとも０．９５である。望まれる場合には、液浸流体を使用して、１を超える開口数を得ることができる。
【００４３】
[0042]  この例での対物レンズ１６は、ターゲットによって散乱された放射線を集光するようにも働く。概略的に、この戻ってくる放射線についての集光経路ＣＰを示す。多目的スキャトロメータは、この集光経路内に２つ以上の測定分岐を有することがある。図示した例は、瞳イメージング光学系１８及び瞳像センサ１９を備える瞳イメージング分岐を有する。以下でより詳細に説明する別のイメージング分岐も示されている。更に、例えば強度の正規化のため、捕捉ターゲットの粗いイメージングのため、集束のためなどに、基準放射線を集光するために、実際の装置では、更なる光学系及び分岐が含まれる。これらの詳細は、上述した先行公開文献において見出すことができる。
【００４４】
[0043]  メトロロジターゲットＴが基板Ｗ上に設けられる場合、これは、現像後に固体レジストラインからバーが形成されるように印刷された１−Ｄ格子であり得る。ターゲットは、２−Ｄ格子でもよく、これは、現像後にレジスト内の固体レジストピラー又はビアから格子が形成されるように印刷される。或いは、バー、ピラー、又はビアは、基板にエッチングされることがある。これらの格子のそれぞれは、検査装置を使用して特性を調べることができるターゲット構造の例である。格子の場合には、構造は周期的である。オーバーレイメトロロジターゲットの場合には、格子は、前のパターニングステップによって形成された別の格子の上に印刷されるか、又はこれと交互に配置される。
【００４５】
[0044]  照明系１２の様々なコンポーネントは、同じ装置内で異なるメトロロジ「レシピ」を実施するように調節することができる。照明放射線の特性として、波長（色）及び偏光を選択することに加えて、照明系１２は、異なる照明プロファイルを実装するように調節することができる。開口デバイス１３の平面は、対物レンズ１６の瞳面、及び瞳像検出器１９の平面と共役である。従って、開口デバイス１３によって画定される照明プロファイルは、スポットＳで基板Ｗに入射する光の角度分布を画定する。異なる照明プロファイルを実装するために、開口デバイス１３を照明経路内に設けることができる。開口デバイスは、可動スライド又はホイールに取り付けられた異なる開口部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ等を含むことがある。開口デバイスは代わりに、固定の又はプログラム可能な空間光変調器（ＳＬＭ）を含むことがある。更なる代替案として、照明瞳面内の異なる位置に光ファイバを配置して、それぞれの位置において光を送達するように又は光を送達しないように選択的に使用することができる。これらの変形例は全て、上記で引用した文献において、考察され例示されている。開口デバイスは、透過型ではなく、反射型形式のものでもよい。例えば、反射型ＳＬＭを使用することができる。実際、ＵＶ又はＥＵＶ波長帯で動作する検査装置では、光学素子の大部分又は全部が、反射型であることがある。
【００４６】
[0045]  照明モードに応じて、例示的な光線３０ａを、入射角が図３（ｂ）で「Ｉ」で示されたものになるように、供給することができる。ターゲットＴによって反射されたゼロ次の光線の経路は、「０」とラベル付けされている（光軸「Ｏ」と混同されないように）。同様に、同じ照明モード又は第２の照明モードでは、光線３０ｂを供給することができ、その場合には、入射角及び反射角は、第１のモードと比べて入れ替わることになる。図３（ａ）では、第１及び第２の例示的な照明モードのゼロ次の光線は、それぞれ０ａ及び０ｂとラベル付けされている。
【００４７】
[0046]  図３（ｂ）に更に詳細に示すように、ターゲット構造の例としてのターゲット格子Ｔが、基板Ｗを対物レンズ１６の光軸Ｏに垂直にした状態で、載置されている。オフアクシス照明プロファイルの場合には、軸Ｏから外れた角度から格子Ｔに当たった照明Ｉの光線３０ａは、ゼロ次光線（実線０）及び２つの１次光線（一点鎖線＋１及び二点鎖線−１）を生じさせる。小ターゲット格子がオーバーフィルされる場合、これらの光線は、メトロロジターゲット格子Ｔ及び他のフィーチャを含む基板の領域に渡る多数の平行光線の１つにすぎないことを忘れてはならない。照明光線３０ａのビームは、（有用な光量を入射させるのに必要な）有限の幅を有するので、入射光線Ｉは、事実上、ある角度範囲を占め、回折光線０及び回折光線＋１／−１は幾分広がる。小ターゲットの点広がり関数によれば、各次数＋１、−１の回折放射線は、図示するような単一の理想光線ではなく、ある角度範囲に渡って更に広がる。
【００４８】
[0047]  暗視野イメージングのための集光経路の分岐では、イメージング光学系２０が、センサ２３（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上に基板Ｗ上のターゲットの像Ｔ’を形成する。対物レンズ１６の瞳面と共役である集光経路ＣＰのイメージング分岐内の平面には開口絞り２１が設けられる。開口絞り２１は、瞳絞りと呼ばれることもある。照明開口部が異なる形態を取ることができるように、開口絞り２１は異なる形態を取ることができる。開口絞り２１は、レンズ１６の有効開口と組み合わせて、散乱線のどの部分を使用して、センサ２３上に像を生成するかを決定する。通常、開口絞り２１は、ゼロ次回折ビームを遮断するように機能するので、センサ２３上に形成されるターゲットの像は、１次ビームからのみ形成される。１次ビームの両方が組み合わされて像を形成する例では、これはいわゆる暗視野像であり、暗視野顕微鏡使用法に相当する。
【００４９】
[0048]  センサ２３によって取り込まれた像は画像プロセッサ及びコントローラＰＵに出力され、ＰＵの機能は、行われる特定のタイプの測定によって決まる。本発明の目的のために、ターゲット構造の非対称性の測定が行われる。非対称性の測定値を、ターゲット構造についての知識と組み合わせて、ターゲット構造を形成するのに使用されたリソグラフィプロセスの性能パラメータの測定値を得ることができる。このようにして測定することができる性能パラメータには、例えば、オーバーレイ、焦点、及びドーズ量が含まれる。異なる性能パラメータのこれらの測定を、同一の基本的な非対称性測定方法を通じて行うことができるように、ターゲットの特別な設計が提供される。
【００５０】
[0049]  プロセッサ及びコントローラＰＵはまた、照明特性（偏光、波長）を制御するために、且つ、開口デバイス１３又はプログラム可能空間光変調器を使用して開口部を選択するために、λ、ｐ、及びＡＰなどの制御信号を生成する。開口絞り２１も、同じようにして制御することができる。照明及び検出のこれらのパラメータの各組合せは、行われることになる測定のための「レシピ」とみなされる。
【００５１】
[0050]  再び図３（ｂ）及び照明光線３０ａを参照すると、ターゲット格子からの＋１次の回折光線が対物レンズ１６に入射し、センサ２３で記録される像に寄与する。光線３０ｂは光線３０ａと反対の角度で入射し、よって、−１次の回折光線が対物系に入射し、像に寄与する。開口絞り２１は、オフアクシス照明を使用する場合には０次放射を遮断する。先行公開文献に記載されているように、照明モードは、Ｘ方向及びＹ方向のオフアクシス照明を用いて定義することができる。図３（ａ）の開口デバイス１３内の開口部１３ｃ、１３ｅ、及び１３ｆは、Ｘ方向及びＹ方向の両方においてオフアクシス照明を含んでいる。集光経路内の放射線を適切に処理すると、ターゲット特性の測定を、両方の方向において同時に行うことができる。開口部１３ｃは、セグメント化された開口部の特定の形態であり、上述した米国特許出願公開第２０１０２０１９６３Ａ１号及び米国特許出願公開第２０１６０９１４２２Ａ１号により詳細に記載されている。
【００５２】
[0051]  これらの異なる照明モードの下でのターゲット格子の像を比較することにより、非対称性測定値を得ることができる。或いは、非対称性測定値は、同じ照明モードを保ちつつターゲットを回転させることによって、得ることができる。オフアクシス照明が図示されているが、代わりにターゲットのオンアクシス照明を使用することもでき、修正されたオフアクシス開口絞り２１を使用して、実質的に１つの１次回折光のみをセンサに向けて通過させることができる。更なる例では、１組のオフアクシスプリズム２２を、オンアクシス照明モードと組み合わせて使用する。これらのプリズムはセグメント化された開口を画定し、この開口では、各四分円内の光線がある角度を通じてわずかに偏向される。瞳面におけるこの偏向は、＋１次及び−１次を、像面内の各方向に空間的に分離する効果を持つ。言葉を換えると、各回折次数及び方向の放射線は、センサ２３上の異なる位置に像を形成し、その結果、それらの像を、２つの連続的な画像取込ステップを必要とすることなしに、検出し比較することができる。実際上、別々の像が、画像センサ２３上の別々の位置に形成される。例えば、図３（ａ）では、照明光線３０ａからの＋１次の回折を使用して形成された像Ｔ’（＋１ａ）は、照明光線３０ｂからの−１次の回折を使用して形成された像Ｔ’（−１ｂ）から、空間的に分離されている。この技法は、上述した米国特許出願公開第２０１１１０２７５３Ａ１号に開示されており、この出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。１次ビームの代わりに、又は１次ビームに加えて、２次、３次、及び更に高次のビーム（図３には示していない）を測定に使用することができる。更なる変形例として、オフアクシス照明モードを一定に保ちながら、ターゲット自体を対物レンズ１６の下で１８０度回転させて、反対の回折次数を使用した像を取り込むことができる。
【００５３】
[0052]  従来のレンズに基づくイメージングシステムを図示しているが、本明細書に開示する技術は、プレノプティックカメラ、及びいわゆる「レンズレス」又は「デジタル」イメージングシステムにも同じように適用することができる。従って、回折放射線用の処理システムのどの部分を光学領域で実装し、どの部分を電子領域及びソフトウェア領域で実装するか、という、設計の選択肢の大きな幅がある。
【００５４】
[0053]  図４は、既知の慣例に従って基板Ｗ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、互いに近接して位置決めされた４つの格子３２〜３５を備え、それらの格子は全て、メトロロジ装置の照明ビームによって形成される測定スポットＳ内にある。円３１は、基板Ｗ上のスポットＳの範囲を示す。従って、これら４つのターゲットは全て同時に照らされ、センサ２３上に同時に結像される。オーバーレイ測定に特化した例では、格子３２〜３５は、それ自体、基板Ｗ上に形成された半導体デバイスの異なる層にパターン形成された重なり合う格子によって形成された、複合格子である。この点に関して、「格子」という用語は、１つ又は複数の方向において周期的である任意の構造を意味するものとして理解されるべきである。格子３２〜３５は、複合格子の異なる部分が形成されている層間のオーバーレイの測定を容易にするために、異なるバイアスのオーバーレイオフセットを有することがある。また、格子３２〜３５は、入射放射線をＸ方向及びＹ方向に回折するように、図示されるようにそれらの向きが異なっていてもよい。一例では、格子３２及び３４は、それぞれ＋ｄ、−ｄのバイアスを有する、Ｘ方向の格子である。これは、格子３２は、重なり合うコンポーネントが両方ともそれらの公称位置に正確に印刷された場合、コンポーネントのうちの一方が、他方のコンポーネントに対して距離ｄだけオフセットされるように配置された、重なり合うコンポーネントを有することを意味する。格子３４は、完全に印刷された場合、第１の格子とは反対の方向にオフセットｄが存在するように配置されたコンポーネントを有する。格子３３及び３５は、それぞれオフセット＋ｄ及び−ｄを有するＹ方向の格子である。これらの格子の個別の像を、センサ２３によって取り込んだ画像内で識別することができる。４つの格子を図示しているが、別の実施形態は所望の精度を得るために、より大きなマトリックスを必要とすることがある。
【００５５】
[0054]  図５は、図３の装置において図４のターゲットを使用して、且つ、Ｘ方向とＹ方向の両方に同時にオフアクシス照明をもたらす照明プロファイルを使用して、センサ２３上に形成されセンサ２３によって検出することができる像の一例を示す。濃い色の矩形４０はセンサ上の像のフィールドを表し、そのフィールド内部で、基板上の照射されたスポット３１は、対応する円形エリア４１内に結像される。この円形エリア４１内で、矩形エリア４２〜４５は、小さいターゲット格子３２〜３５の像を表す。格子が製品エリアにある場合、製品フィーチャもこの像フィールドの周辺に見えることがある。画像プロセッサ及びコントローラＰＵは、パターン認識を使用してこれらの像を処理して、格子３２〜３５の別個の像４２〜４５を識別する。このようにすると、像をセンサフレーム内の特定の位置に非常に正確にアライメントする必要がない。これは、測定装置全体のスループットを大幅に改善する。しかしながら、イメージング処理が像フィールド全体に渡って不均一になりやすい場合には、正確なアライメントの必要性が残る。本発明の一実施形態では、４つの位置Ｐ１〜Ｐ４が識別され、格子はこれらの既知の位置とできる限りアライメントされる。
【００５６】
[0055]  プリズムデバイス２２を使用した実施形態では、図５に示したものと同様の複数の格子像を、センサ２３のフィールド４０内で同時に取り込むことができる。図３（ａ）を参照して上述したように、反対の回折次数（例えば、＋１次及び−１次）で形成された像を、取り込まれた同一の像内の、空間的に離れた異なる位置に見出すことができる。
【００５７】
[0056]  一旦格子の個別の像が識別されると、それらの個々の像の強度を、例えば識別されたエリア内の選択された画素強度値を平均又は合計することによって測定することができる。強度及び／又は像の他の特性を互いに比較して、４つ以上の格子の非対称性の測定値を同時に取得することができる。これらの結果を、ターゲット構造及びバイアス方式についての知識と組み合わせて、リソグラフィプロセスの異なるパラメータを測定することができる。オーバーレイ精度は、そのようなパラメータの重要な例であり、２つのリソグラフィ層の横方向のアライメントの尺度である。オーバーレイは、より具体的に、例えば、底部格子の上部の中心と、対応する上部格子の底部の中心との間の横方向の位置の差として、定義することができる。リソグラフィプロセスの他のパラメータの測定値を取得するために、異なるターゲット設計を用いることができる。再度、ターゲット設計及びバイアス方式についての知識を非対称性測定値と組み合わせて、所望の性能パラメータの測定値を取得することができる。例えば、このようにして取得された非対称性測定値からドーズ量又は焦点の測定値を得るためのターゲット設計が知られている。
【００５８】
[0057]  上述したタイプの暗視野イメージングによる非対称性測定に加えて、オーバーレイ及び他のパラメータの測定を、ターゲットの直接イメージングによって行うことができる。
【００５９】
[0058]  半導体の製造などの産業において必要とされるメトロロジの量及び精度は、常に増加している。
【００６０】
[0059]  図６は、例えば米国特許出願公開第２０１１０２７７０４Ａ１号に記載されている方法を使用して、コンポーネント周期構造、即ち格子３２〜３５を含む２つの層間のオーバーレイ誤差（すなわち、望ましくなく且つ意図的でないオーバーレイミスアライメント）を測定する方法を示す。この測定は、強度非対称性の尺度を得るためにターゲット格子の＋１次暗視野像及び−１次暗視野像での強度を比較すること（他の対応する高次の強度、例えば＋２次及び−２次の強度を比較することもできる）によって明らかになるターゲット非対称性を識別することによって行われる。ステップＳ１で、基板、例えば半導体ウェーハを、図２のリソグラフィックセルなどのリソグラフィ装置によって１回又は複数回処理して、格子３２〜３５を含むターゲットを作製する。ステップＳ２で、図３の検査装置を使用して、１次回折ビームのうちの１つ（例えば−１）のみを使用して格子３２〜３５の像を得る。ステップＳ３で、照明モードを変更すること、若しくは結像モードを変更することによって、又は検査装置の視野内で基板Ｗを１８０°回転させることによって、他の１次回折ビーム（＋１）を用いた格子の第２の像を得ることができる。その結果、第２の像において＋１次回折放射線が捕捉される。プリズム２１ｂを用いて適切な照明を使用する実施形態では、ステップＳ２及びＳ３を同時に行うことができる。その場合には、第１の像及び第２の像は、画像センサ２３のフィールド内に空間的に離れて得られる。
【００６１】
[0060]  各像に一次回折放射線の半分しか含まないことにより、ここで言う「像」は、従来の暗視野顕微鏡像ではないことに留意されたい。ターゲット格子の個々のターゲットフィーチャは解像されない。各ターゲット格子は、単に特定の強度レベルのエリアによって表される。ステップＳ４で、各成分ターゲット格子の像内で関心領域（ＲＯＩ）が識別され、そこから強度レベルが測定される。
【００６２】
[0061]  個々のターゲット格子毎にＲＯＩを識別し、その強度を測定すると、ターゲットの非対称性、従ってオーバーレイ誤差を決定することができる。これは、ステップＳ５において、ターゲット格子３２〜３５毎に＋１次及び−１次に関して得られた強度値を比較して、それらの強度非対称性、例えばそれらの強度の差を識別して（例えばプロセッサＰＵによって）行われる。「差」という用語は、減算のみを表すものとは意図されていない。差は、比率の形で算出されてもよい。ステップＳ６で、いくつかのターゲット格子に関する測定された強度非対称性を、それらのターゲット格子の任意の既知の課されたオーバーレイバイアスの知識と共に使用して、ターゲットＴの近傍でのパターニングプロセスの１つ又は複数の性能パラメータを算出する。
【００６３】
[0062]  非常に関心の持たれる性能パラメータは、オーバーレイである。後述するように、パターニングプロセスの性能の他のパラメータを計算することができる。性能パラメータ（例えば、オーバーレイ、ＣＤ、焦点、ドーズ量など）は、パターニングプロセスの改良、ターゲットの改良のためにフィードバック（又はフィードフォワード）することができ、及び／又は、図６自体の測定及び算出プロセスを改良するために使用することができる。
【００６４】
[0063]  上述した特許出願公開では、上述した基本的な方法を使用してオーバーレイ測定の品質を改良するための様々な技術が開示されている。これらの技術については、本明細書では更に詳細には説明しない。それらの技術は、本出願において新たに開示する技術と組み合わせて使用することができる。
【００６５】
[0064]  更に、測定システムを使用して測定の１つ又は複数のパラメータを指定する、メトロロジターゲット測定レシピを使用することができる。一実施形態では、「メトロロジターゲット測定レシピ」という用語は、測定自体の１つ若しくは複数のパラメータ、測定されたパターンの１つ若しくは複数のパラメータ、又はそれら両方を含む。
【００６６】
[0065]  これに関連して、測定されるパターン（「ターゲット」又は「ターゲット構造」とも呼ばれる）は、光学的に測定されるパターン、例えばその回折が測定されるパターンであり得る。測定されるパターンは、測定目的のために特に設計又は選択されたパターンであり得る。ターゲットの複数のコピーが基板上の多くの場所に配置されることがある。例えば、メトロロジターゲット測定レシピを使用して、オーバーレイを測定することができる。一実施形態では、メトロロジターゲット測定レシピを使用して、別のプロセスパラメータ（例えば、ドーズ量、焦点、ＣＤなど）を測定することができる。一実施形態では、メトロロジターゲット測定レシピを使用して、基板上の既存のパターンに対する、結像されるパターンの層のアライメントを測定することができる。例えば、メトロロジターゲット測定レシピを使用して、基板の相対位置を測定することによってパターニングデバイスを基板にアライメントすることができる。
【００６７】
[0066]  一実施形態では、メトロロジターゲット測定レシピが測定自体の１つ又は複数のパラメータを含む場合、測定自体の１つ又は複数のパラメータは、測定を行うために使用される測定ビーム及び／又は測定装置に関する１つ又は複数のパラメータを含むことがある。例えば、メトロロジターゲット測定レシピで使用される測定が回折ベースの光学測定である場合、測定自体の１つ又は複数のパラメータは、測定放射線の波長、及び／又は測定放射線の偏光、及び／又は測定放射線強度分布、及び／又は測定放射線の基板に対する照射角度（例えば入射角や方位角など）、及び／又は回折測定放射線の基板上のパターンに対する相対向き、及び／又はターゲットの測定された点若しくはインスタンスの数、及び／又は基板上で測定されたターゲットのインスタンスの位置を含むことがある。測定自体の１つ又は複数のパラメータは、測定に使用されるメトロロジ装置の１つ又は複数のパラメータを含むことがあり、これは、検出器感度や開口数などを含むことがある。
【００６８】
[0067]  一実施形態では、メトロロジターゲット測定レシピが、測定されたパターンの１つ又は複数のパラメータを含む場合、測定されたパターンの１つ又は複数のパラメータは、１つ又は複数の幾何学的特徴（パターンの少なくとも一部の形状、及び／又はパターンの少なくとも一部の向き、及び／又はパターンの少なくとも一部のピッチ（例えば、下側格子の層よりも上の層における上側格子のピッチ、及び／又は下側格子のピッチを含む、格子のピッチ）、及び／又はパターンの少なくとも一部のサイズ（例えばＣＤ）（例えば、上側格子及び／又は下側格子のフィーチャのＣＤを含む、格子のフィーチャのＣＤ）、及び／又はパターンのフィーチャのセグメント化（例えば、下位構造への格子のフィーチャの分割）、及び／又は格子若しくは格子のフィーチャの長さ）、及び／又はパターンの少なくとも一部の材料特性（例えば、屈折率、吸光係数、材料タイプなど）、及び／又はパターンの識別（例えば、あるパターンと別のパターンとの区別）などを含むことがある。
【００６９】
[0068]  メトロロジターゲット測定レシピは、（ｒ１，ｒ２，ｒ３，…，ｒｎ；ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔｍ）のような形で表現することができる。ここで、ｒｉは、測定の１つ又は複数のパラメータであり、ｔｊは、測定される１つ又は複数のパターンの１つ又は複数のパラメータである。理解されるように、ｎ及びｍは１でよい。更に、メトロロジターゲット測定レシピは、測定の１つ又は複数のパラメータと、測定される１つ又は複数のパターンの１つ又は複数のパラメータとの両方を有する必要はない。測定の１つ又は複数のパラメータのみを有することも、或いは測定される１つ又は複数のパターンの１つ又は複数のパラメータのみを有することもできる。
【００７０】
[0069]  ２つのメトロロジターゲット測定レシピＡ及びＢを使用してターゲットを測定することができる。それらのレシピは、例えば、ターゲットが測定される処理段階が異なることがあり（例えば、レシピＡは、ターゲットが潜像構造を備えるときにターゲットを測定し、レシピＢは、ターゲットが潜像構造を備えないときにターゲットを測定する）、及び／又はそれらの測定のパラメータが異なることがある。メトロロジターゲット測定レシピＡ及びＢは、少なくとも、測定されるターゲットが異なることがある（例えば、レシピＡは第１のターゲットを測定し、レシピＢは第２の異なるターゲットを測定する）。メトロロジターゲット測定レシピＡ及びＢは、ターゲットのそれらの測定のパラメータが異なることがある。メトロロジターゲット測定レシピＡ及びＢは、同じ測定技法に基づいていなくてもよい。例えば、レシピＡは、回折に基づく測定に基づいてよく、レシピＢは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）測定に基づいてよい。
【００７１】
[0070]  従って、一実施形態では、所望のプロセスパラメータ（例えばオーバーレイ）の正確な測定量を生成し、及び／又はプロセス変動性に対してロバストな所望のプロセスパラメータの測定値を生成する、１つ又は複数のメトロロジターゲット測定レシピを決定するために、複数のメトロロジターゲット測定レシピを１つ又は複数の性能指標に対して評価して、そのような１つ又は複数の正確な及び／又はロバストなメトロロジターゲット測定レシピを識別することができる。そのような性能指標は、実質上、測定方法の性能の予測である。そしてまた、測定方法は、リソグラフィプロセスなどのプロセスの性能を測定するためのものであり得る。
【００７２】
[0071]  ここで、図７は、異なるバイアスオフセットを有するターゲット格子（オーバーレイ格子）の概略断面図を示す。図３及び図４にみられるように、これらは、基板Ｗ上の複合ターゲットＴ内の構成要素格子３２、３３等として使用することができる。単に例として、Ｘ方向に周期性を有する格子が示されている。異なるバイアス及び異なる向きを有するこれらの格子の異なる組合せを、個別に又は複合ターゲット若しくは一組の個々のターゲットの一部として提供することができる。
【００７３】
[0072]  図７（ａ）から始めると、符号Ｌ１及びＬ２で表される少なくとも２つの層にターゲット６００が形成される。下部又は底部層Ｌ１では、第１の周期構造（下部又は底部の格子）、例えば格子が、基板６０６上のフィーチャ６０２及び空間６０４によって形成される。層Ｌ２では、第２の周期構造、例えば格子が、フィーチャ６０８及び空間６１０によって形成される。（フィーチャ６０２、６０８（例えばライン）が紙面奥へ延びるように断面が描かれている。）格子パターンは、両層においてピッチＰで繰り返される。フィーチャ６０２及び６０８は、ライン、ドット、ブロック、及びビアホールの形態を取ることがある。それらはまとめて、オーバーレイ格子と呼ばれることがある。図７（ａ）に示される状況では、ミスアライメントによるオーバーレイ寄与、例えばオーバーレイ誤差及び課されたバイアスがなく、従って、第２の構造の各フィーチャ６０８が、第１の構造でのフィーチャ６０２の真上に位置する。
【００７４】
[0073]  図７（ｂ）では、同じターゲットタイプであるが第１の既知のバイアス＋ｄを有するターゲットが示されており、第１の構造のフィーチャ６０８は、第２の構造のフィーチャに対して右に距離ｄだけシフトされている。バイアス距離ｄは、実際には数ナノメートル、例えば１０ｎｍ〜２０ｎｍであることがあり、ピッチＰは、例えば３００〜１０００ｎｍの範囲、例えば５００ｎｍ又は６００ｎｍである。図７（ｃ）には、第２の既知の課されたバイアス−ｄを有する別のターゲットが示されており、フィーチャ６０８が左にシフトされている。ｄの値は、各構造に対して同じである必要はない。図７（ａ）から図７（ｃ）に示されるこのタイプのバイアスされたオーバーレイ格子は、上述した先行特許出願公開に記載されている。
【００７５】
[0074]  図７（ｄ）は、構造的非対称性、この場合には第１の周期構造における構造的非対称性（底部格子の非対称性）の現象を概略的に示す。図７（ａ）〜図７（ｃ）での格子内のフィーチャは、完全に正方形の側面を有して示されているが、現実のフィーチャは、側面にいくらかの傾斜及びある程度の粗さを有する。それにもかかわらず、それらは、断面が少なくとも対称であるように意図されている。図７（ｄ）での第１の周期構造のフィーチャ６０２及び／又は空間６０４は、もはや全く対称形ではなく、１つ又は複数の処理ステップによって歪められている。従って、例えば、各空間の底面は傾斜している（底壁傾斜）。例えば、やはり、フィーチャ及び空間の側壁角度が非対称になっている。この結果、ターゲットの全体的なターゲット非対称性は、構造的非対称性とは無関係のオーバーレイ寄与（すなわち、第１の構造と第２の構造とのミスアライメントによるオーバーレイ寄与；それ自体、オーバーレイ誤差と任意の既知のバイアスとからなる）と、ターゲットにおけるこの構造的非対称性による構造的寄与とを含む。
【００７６】
[0075]  バイアスされた格子を２つだけ使用して図６の方法によってオーバーレイが測定されるとき、処理に起因する構造的非対称性は、ミスアライメントによるオーバーレイ寄与と区別することができず、結果としてオーバーレイ測定（特に、望ましくないオーバーレイ誤差の測定）は信頼性が低くなる。ターゲットの第１の周期構造（底部格子）における構造的非対称性は、構造的非対称性の一般的な形態である。この構造的非対称性は、例えば、第１の構造が最初に形成された後に実施される化学機械研磨（ＣＭＰ）などの基板処理ステップで発生し得る。
【００７７】
[0076]  参照により全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１３２５８３１０Ａ１号では、３つ以上の構成要素格子を使用して、図６の方法の修正版によりオーバーレイを測定する。図７（ａ）〜図７（ｃ）に示されるタイプの３つ以上の格子を使用してオーバーレイ測定値を得る。これらのオーバーレイ測定値は、実際のパターニングプロセスにおける底部構造非対称性によって引き起こされるものなどの、ターゲット格子における構造的非対称性に関してある程度補正される。本説明を簡単にするために、２つのバイアスされた格子を有する従来の構造のみを使用して、本開示の原理を説明する。
【００７８】
[0077]  図８において、曲線７０２は、ターゲットを形成する個々の格子内、特に底部格子内にオフセットを有さず、且つ構造的非対称性を有さない「理想的な」ターゲットに関する、オーバーレイＯＶと強度非対称性Ａとの関係を示す。その結果、この理想的なターゲットのターゲット非対称性は、既知の課されたバイアス及び未知のオーバーレイ誤差ＯＶＥから生じる第１の構造と第２の構造とのミスアライメントによるオーバーレイ寄与のみを含み、未知のオーバーレイ誤差ＯＶＥは、この例では、測定されるべき性能パラメータである。このグラフ及び図９のグラフは、測定方法の背後にある原理のみを示す。各グラフにおいて、強度非対称性Ａ及びオーバーレイＯＶの単位は任意である。
【００７９】
[0078]  図８の「理想的な」状況では、曲線７０２は、強度非対称性Ａがオーバーレイとの非線形の周期的な関係（例えば正弦関係）を有することを示す。正弦波変動の周期Ｐは、格子の周期又はピッチＰに対応し、当然、適切なスケールに変換される。この例では正弦波形は純粋なものであるが、現実の状況では高調波を含むことがある。
【００８０】
[0079]  上述したように、オーバーレイを測定するために、単一の測定量に依拠するのではなく、（既知の課されたオーバーレイバイアスを有する）バイアス格子を使用することができる。このバイアスは、それが生成されたパターニングデバイス（例えばレチクル）で定義される既知の値を有し、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基板上での較正として働く。図面には、算出結果がグラフで示されている。ステップＳ１〜Ｓ５において、（例えば図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示されるように）課されたバイアス＋ｄ及び−ｄをそれぞれ有する格子に関して、強度非対称性測定量Ａ＋ｄ及びＡ−ｄが得られる。これらの測定量を正弦曲線に当てはめると、図示のように点７０４及び７０６が得られる。バイアスを知ると、真のオーバーレイ誤差ＯＶＥを算出することができる。正弦曲線のピッチＰは、ターゲットの設計から分かっている。曲線７０２の垂直スケールは、最初は分かっておらず、未知の係数であり、１次高調波比例定数Ｋ１と呼ぶことができる。この定数Ｋ１は、ターゲットに対する強度非対称性測定量の感度の尺度である。
【００８１】
[0080]  等式としては、オーバーレイ誤差ＯＶＥと強度非対称性Ａとの関係は、以下のように仮定される。
Ａ±ｄ＝Ｋ１ｓｉｎ（ＯＶＥ±ｄ）    （１）
ここで、オーバーレイ誤差ＯＶＥは、ターゲットピッチＰが角度２πラジアンに対応するようにスケール調整して表される。異なる既知のバイアス（例えば＋ｄ及び−ｄ）を有する格子の２つの測定量を使用して、以下の式を用いてオーバーレイ誤差ＯＶＥを算出することができる。
【数１】
0006907314.tif 000002
【００８２】
[0081]  図９は、構造的非対称性、例えば図７Ｄに示される底部格子非対称性を導入する第１の効果を示す。「理想的な」正弦曲線７０２は、もはや当てはまらない。しかし、少なくとも概して、底部格子非対称性又は他の構造的非対称性は、強度非対称性Ａ±ｄに強度シフト項Ｋ０及び位相シフト項φを加える効果を有する。結果として得られる曲線は、グラフ中に符号７１２として示され、ラベルＫ０は強度シフト項を示し、ラベルφは位相オフセット項を示す。強度シフト項Ｋ０及び位相シフト項φは、ターゲットと、測定放射線の選択された特徴、例えば測定放射線の波長及び／又は偏光との組合せに依存し、プロセス変動に敏感である。等式としては、ステップＳ６での算出に使用される関係は以下のようになる。
Ａ±ｄ＝Ｋ０＋Ｋ１ｓｉｎ（ＯＶＥ±ｄ＋φ）    （３）
【００８３】
[0082]  構造的非対称性がある場合、式（２）によって記述されるオーバーレイモデルは、強度シフト項Ｋ０及び位相シフト項φによって影響を及ぼされるオーバーレイ誤差値を提供し、結果として不正確になる。また、構造的非対称性は、強度及び位相シフトが波長及び／又は偏光に依存するので、オーバーレイ誤差をマッピングするときに、１つ又は複数の異なる測定パラメータ（例えば測定ビームの波長及び／又は偏光）を使用する同じターゲットの測定の差をもたらす。
【００８４】
[0083]  修正されたステップＳ６のオーバーレイ算出は、いくつかの仮定に依拠する。第１に、強度非対称性がオーバーレイの正弦関数として挙動し、周期Ｐが格子ピッチに対応すると仮定する。これらの仮定は、現在のオーバーレイ範囲に有効である。小さいピッチ−波長比は、格子からの少数の伝播回折次数のみを可能にするので、高調波の数を小さく設計することができる。しかし、実際には、ミスアライメントによる強度非対称性に対するオーバーレイ寄与は、必ずしも真に正弦波形ではないことがあり、またＯＶ＝０に関して必ずしも完全に対称ではないことがある。
【００８５】
[0084]  一実施形態では、ターゲットのターゲット非対称性が決定され、従って、オーバーレイを決定することができ、このオーバーレイは、図４に示したターゲット設計などの現在のターゲット設計の使用を可能にしながらも、構造的非対称性の影響を無視するものでない。これは、図６に示した方法のステップＳ６に対する修正として実施することができる。一実施形態では、この方法は、実際の基板測定データを使用してオーバーレイ誤差を正確に計算することができ、且つターゲットを測定するために最適な又は望ましいメトロロジターゲット測定レシピを決定することができる。シミュレーション又は再構成は必要ないことがある。
【００８６】
[0085]  特に、関心の持たれるオーバーレイ範囲について、構造的非対称性に起因するオーバーレイ寄与の強度項及び位相項の両方が、ミスアライメントに起因するオーバーレイ寄与とは無関係であることが観察された。
【００８７】
[0086]  従って、合計オーバーレイＯＶ（即ち、測定されるオーバーレイ）は、構造的非対称性に起因するオーバーレイ寄与ＯＶＳＡと、構造的非対称性とは無関係なオーバーレイ寄与ＯＶＮＳＡによって表すことができる。
ＯＶ＝ＯＶＮＳＡ＋ＯＶＳＡ    （４）
【００８８】
[0087]  構造的非対称性とは無関係なオーバーレイ寄与ＯＶＮＳＡは、オーバーレイ誤差ＯＶＥ（任意の、意図しない層のミスアライメント）及び／又は任意の既知の課されたバイアスｄを含むことがある。構造的非対称性に起因するオーバーレイ寄与ＯＶＳＡを、成分強度項ＯＶＳＡＩ及び位相項ＯＶＳＡφに分離すると、次のようになる。
ＯＶ＝ＯＶＮＳＡ＋（ＯＶＳＡＩ＋ＯＶＳＡφ）    （５）
【００８９】
[0088]  更に、構造的非対称性に起因するオーバーレイ寄与の成分強度項ＯＶＳＡＩは、下側格子ＢＧＡにおける構造的非対称性に比例していることが判断された（ここで、γは比例定数である）。
ＯＶＳＡＩ＝γ＊ＢＧＡ    （６）
【００９０】
[0089]  強度項ＯＶＳＡＩと位相項ＯＶＳＡφとの間には、関係Ｇ（プロセスロバスト性指標と呼ばれることもある）が存在すると仮定すると、
ＯＶＳＡφ＝Ｇ＊ＯＶＳＡＩ    （７）
次いで、式（５）は次のように書き直すことができる。
ＯＶ＝ＯＶＮＳＡ＋γ＊ＢＧＡ＋Ｇ＊ＯＶＳＡＩ
＝ＯＶＮＳＡ＋γ＊ＢＧＡ＋Ｇ＊γ＊ＢＧＡ
＝ＯＶＮＳＡ＋ξＢＧＡ＊ＢＧＡ    （８）
但し、ξＢＧＡ＝γ＋Ｇ＊γである。関係関数ξＢＧＡが基板全体に渡って一定であるならば、関係関数ξＢＧＡを決定することにより、構造的非対称性とは無関係なオーバーレイＯＶＮＳＡを決定することが可能である。従って、このオーバーレイ測定は、強度項と位相項を組み合わせている、構造的非対称性に起因するオーバーレイ寄与ＯＶＳＡを、含まない。一定の関係関数ξはまた、プロセスロバスト性指標Ｇも、スタック変動があってすら、基板全体に渡って一定であることを示している。従って、一定の関係関数ξは、メトロロジターゲット測定レシピがプロセス変動に対してロバストであることを示している。
【００９１】
[0090]  関係関数ξＢＧＡは、異なる２組の測定パラメータを使用して、基板上のターゲットを測定することにより、求めることができる。この場合には、次のようになる。
ＯＶＡ＝ＯＶＮＳＡＡ＋ξＢＧＡ，Ａ＊ＢＧＡＡ
ＯＶＢ＝ＯＶＮＳＡＢ＋ξＢＧＡ，Ｂ＊ＢＧＡＢ
ΔＯＶ＝ξＢＧＡ，Ａ＊ＢＧＡＡ−ξＢＧＡ，Ｂ＊ＢＧＡＢ＋Ｃ    （９）
但し、下付き文字Ａ及びＢは、それぞれ、測定パラメータの組Ａ（レシピＡ）及び測定パラメータの組Ｂ（レシピＢ）を使用して行われた測定に帰する項を示しており、ＯＶＡ及びＯＶＢは、それぞれ、測定パラメータの組Ａ及び測定パラメータの組Ｂを用いて測定されたオーバーレイである。ΔＯＶは、測定パラメータの組Ａを使用して測定されたオーバーレイＯＶＡと、測定パラメータの組Ｂを使用して測定されたオーバーレイＯＶＢとの差である。式（９）は更に、ＯＶＮＳＡＡ＝ＯＶＮＳＡＢ＝ＯＶＮＳＡであるという仮定に基づいている。言い換えると、構造的非対称性とは無関係なオーバーレイは、測定パラメータとは無関係であると仮定される。測定パラメータに依存するのは、構造的非対称性信号ＢＧＡのみである。
【００９２】
[0091]  測定パラメータの組Ａ及びＢは、測定放射線の波長及び／又は偏光が異なることがある。
【００９３】
[0092]  一実施形態では、関係関数ξＢＧＡは、測定パラメータの組Ａを使用して下側格子ＢＧＡＡにおいて測定された構造的非対称性と、測定パラメータの組Ｂを使用して下側格子ＢＧＡＢにおいて測定された構造的非対称性と、測定パラメータの組ＡとＢとの間のオーバーレイ測定値の差ΔＯＶと、の関係を決定することにより、求めることができる。ξＢＧＡを使用して、オーバーレイＯＶＮＳＡＡ＝ＯＶＮＳＡＢ＝ＯＶＮＳＡを、式（９）から決定することができる。
【００９４】
スタック差及び格子不均衡
[0093]  ターゲット内の構造的非対称性に加えて、又はその代わりに、ターゲットの隣接する格子間又は隣接するターゲット間のスタック差が、オーバーレイ測定などの測定の精度に悪影響を及ぼす因子となることがある。互いに隣接して形成される、複合ターゲットの構成要素格子は、同じ処理条件にかけられると予想される。一実施形態では、互いに２００μｍ以内、互いに１５０μｍ以内、互いに１００μｍ以内、互いに７５μｍ以内、互いに５０μｍ以内、互いに４０μｍ以内、互いに３０μｍ以内、互いに２０μｍ以内、又は互いに１０μｍ以内にある場合、格子又はターゲットは隣接している。
【００９５】
[0094]  スタック差は、所与の測定方法で使用されるターゲットの構成要素格子間の物理的構成における意図しない差として理解することができる。スタック差は、隣接する格子又はターゲットにおいてよくあるオーバーレイ誤差以外、意図的なバイアス以外、及び構造的非対称性以外による、構成要素格子間又はターゲット間の測定放射線の光学特性（例えば強度や偏光など）の差を引き起こす。スタック差は、限定はしないが、隣接する格子又はターゲット間の厚さの差（例えば、１つの格子又はターゲットが、実質的に等しいレベルになるように設計された別の格子又はターゲットよりも高くなる又は低くなるような、１つ又は複数の層の厚さの差）、隣接する格子又はターゲット間の屈折率の差（例えば、実質的に等しい合成屈折率を有するように設計されたとしても、１つの格子又はターゲットに関する１つ又は複数の層に関する合成屈折率が、別の格子又はターゲットに関する１つ又は複数の層に関する合成屈折率とは異なるような、１つ又は複数の層の屈折率の差）、隣接する格子又はターゲット間の材料の相違（例えば、実質的に同じ材料を有するように設計された、１つの格子又はターゲットと別の格子又はターゲットとに関する材料の相違が存在するような、１つ又は複数の層の材料タイプや材料均一性などの相違）、隣接する格子又はターゲットの構造の格子周期の差（例えば、実質的に同じ格子周期を有するように設計された、１つの格子又はターゲットと別の格子又はターゲットとに関する格子周期の差）、隣接する格子又はターゲットの構造の深さの差（例えば、実質的に同じ深さを有するように設計された、１つの格子又はターゲットと別の格子又はターゲットとの構造の深さのエッチングによる差）、隣接する格子又はターゲットのフィーチャの幅（ＣＤ）の差（例えば、実質的に同じフィーチャの幅を有するように設計された、１つの格子又はターゲットと別の格子又はターゲットとのフィーチャの幅の差）などを含む。いくつかの例では、スタック差は、パターニングプロセスにおいて、ＣＭＰ、層堆積、エッチングなどの処理ステップによって持ち込まれる。
【００９６】
[0095]  図１０は、複合ターゲットの隣接する格子（例えば、構成要素格子）間でスタック差が存在しない状況を概略的に示している。単純にするために、構造的非対称性はこの例では考慮されていない。更に、図１０及び図１１の例では、オーバーレイは測定パラメータとして考慮される。ＣＤ、焦点、ドーズ量など、特別なターゲットを使用して、異なるパラメータ測定に対して適切な調節を行う。これらの場合の全てにおいて、構成要素格子における非対称性が、測定方法にとって重要であるとみなされる。
【００９７】
[0096]  図１０Ａは、ターゲットの第１の格子１１０１がバイアス＋ｄを有し、ターゲットの隣接する第２の格子１１０６がバイアス−ｄを有することを示す。第１の入射測定放射ビーム１１１０は第１の格子１１０１の第１の構造１１０５及び第２の構造１１０３を照射し、第１の構造１１０５と第２の構造１１０３との間にはバイアス＋ｄが存在する。結果として、−１次回折次数信号１１３０及び１１２０が、それぞれ第１の構造１１０５及び第２の構造１１０３によって回折される。第１の格子１１０１によって回折された−１次回折次数信号
【数２】
0006907314.tif 000003
は、−１次回折次数信号１１３０と１１２０との組合せとして理解することができる。更に、＋１次回折次数信号１１５０及び１１４０が、それぞれ第１の構造１１０５及び第２の構造１１０３によって回折される。第１の格子１１０１によって回折された＋１次回折次数信号
【数３】
0006907314.tif 000004
は、＋１次回折次数信号１１５０と１１４０との組合せとして理解することができる。従って、第１の格子１１０１によって回折された−１次回折次数信号
【数４】
0006907314.tif 000005
及び第１の格子１１０１によって回折された＋１次回折次数信号
【数５】
0006907314.tif 000006
は、次式によって、まとめて表すことができる。
【数６】
0006907314.tif 000007
但し、Ｃは信号のコントラスト（これは格子設計、測定波長等の関数である）を示し、
【数７】
0006907314.tif 000008
、Ｔは第１の格子の厚さであり、λは測定放射線の波長であり、位相項
【数８】
0006907314.tif 000009
、ＯＶは実際のオーバーレイ誤差（前の記載ではＯＶＥであり、層の意図しないミスアライメントに起因する）、Ｐは第１の格子１１０１の第１の構造１１０５及び第２の構造１１０３のピッチである。
【００９８】
[0097]  図１０Ｂでは、第１の格子１１０１によって回折された−１次回折次数信号
【数９】
0006907314.tif 000010
及び第１の格子１１０１によって回折された＋１次回折次数信号
【数１０】
0006907314.tif 000011
の強度プロファイルが、式（１０）に従って、それぞれ線１１６０及び１１７０で示されている。
【００９９】
[0098]  同様に、第２の入射測定放射ビーム１１１５は第２の格子１１０６の第１の構造１１０９及び第２の構造１１０７を照射し、第１の構造１１０９と第２の構造１１０６との間にはバイアス−ｄが存在する。図３に示した暗視野イメージング方法の場合には、第１及び第２の入射測定放射ビーム１１１０及び１１１５は、同じ照明スポットの一部であり得る。結果として、−１次回折次数信号１１３５及び１１２５が、それぞれ第２の格子１１０６の第１の構造１１０９及び第２の構造１１０７によって回折される。第２の格子１１０６によって回折された−１次回折次数信号
【数１１】
0006907314.tif 000012
は、−１次回折次数信号１１３５と１１２５との組合せとして理解することができる。更に、＋１次回折次数信号１１５５及び１１４５が、それぞれ第１の構造１１０９及び第２の構造１１０７によって回折される。第２の格子１１０６によって回折された＋１次回折次数信号
【数１２】
0006907314.tif 000013
は、＋１次回折次数信号１１５５と１１４５との組合せとして理解することができる。従って、第２の格子１１０６によって回折された−１次回折次数信号
【数１３】
0006907314.tif 000014
及び第２の格子１１０６によって回折された＋１次回折次数信号
【数１４】
0006907314.tif 000015
は、次式によって、まとめて表すことができる。
【数１５】
0006907314.tif 000016
但し、Ｃはそれぞれの信号のコントラストを示し、
【数１６】
0006907314.tif 000017
、Ｔは第２の格子の厚さであり、λは測定放射線の波長であり、位相項
【数１７】
0006907314.tif 000018
、ＯＶは実際のオーバーレイ（層の意図しないミスアライメントに起因する）であり、Ｐは第２の格子１１０６の第１の構造１１０９及び第２の構造１１０７のピッチである。図１０Ｃでは、第２の格子１１０６によって回折された−１次回折次数信号
【数１８】
0006907314.tif 000019
及び第２の格子１１０６によって回折された＋１次回折次数信号
【数１９】
0006907314.tif 000020
の強度プロファイルが、式（１１）に従って、それぞれ線１１８０及び１１９０で示されている。
【０１００】
[0099]  ここで、図１１は、バイアス＋ｄを有する第１の格子１２０１と、バイアス−ｄを有する隣接する第２の格子１２０６との間にスタック差が存在する状況を示している。この場合、純粋に例として、スタック差は、図１１Ａに示し且つ後述するように、層間の厚さの差である。図１０と同様に、第１の入射測定放射ビーム１２１０が、第１の格子１２０１の第１の構造１２０５及び第１の格子１２０１の第２の構造１２０３をそれぞれ照射する。結果として、−１次回折次数信号１２３０及び１２２０が、それぞれ第１の構造１２０５及び第２の構造１２０３によって回折される。従って、第１の格子１２０１によって回折された−１次回折次数信号
【数２０】
0006907314.tif 000021
は、−１次回折次数信号１２３０と１２２０との組合せとして理解することができる。更に、＋１次回折次数信号１２５０及び１２４０が、それぞれ第１の構造１２０５及び第２の構造１２０３によって回折される。従って、第１の格子１２０１によって回折された＋１次回折次数信号
【数２１】
0006907314.tif 000022
は、＋１次回折次数信号１２５０と１２４０との組合せとして理解することができる。
【０１０１】
[0100]  同様に、第２の入射測定放射ビーム１２１５が、第２の格子１２０６の第１の構造１２０９及び第２の構造１２０７をそれぞれ照射する。結果として、−１次回折次数信号１２３５及び１２２５が、それぞれ第１の構造１２０９及び第２の構造１２０７によって回折される。従って、第２の格子１２０６によって回折された−１次回折次数信号
【数２２】
0006907314.tif 000023
は、−１次回折次数信号１２２５と１２３５との組合せとして理解することができる。更に、＋１次回折次数信号１２５５及び１２４５が、それぞれ第１の構造１２０９及び第２の構造１２０７によって回折される。従って、第２の格子１２０６によって回折された＋１次回折次数信号
【数２３】
0006907314.tif 000024
は、＋１次回折次数信号１２５５と１２４５との組合せとして理解することができる。
【０１０２】
[0101]  スタック差の一例として、第１の格子１２０１と第２の格子１２０６との間の１つ又は複数の層は、図１１Ａに示すように厚さが異なることがある。しかしながら、別の例では、第１の格子１２０１と第２の格子１２０６との間の物理的な構成における追加の又は代替の意図しない差をもたらす１つ又は複数の他の要因によって、スタック差が生じることがある。例えば、第１の格子１２０１が第２の格子１２０６よりも第１の測定放射ビーム１２１０に対して不透明である場合に、スタック差が生じることがある。例えば、第１の格子１２０１と第２の格子１２０６との間で材料に違い（例えば、異なる屈折率を有する同じ種類の材料、異なる種類の材料、等）があることがある。別の例として、第１の格子１２０１のピッチが第２の格子１２０６に対して、実質的に同じピッチを有するように設計されていたとしても、差があることがある。スタック差のこれらの例は、スタック差が存在し得る唯一の態様ではなく、よって、限定するものとしてみなされるべきではない。
【０１０３】
[0102]  式（１０）及び式（１１）に戻って参照すると、スタック差は、式（１０）及び式（１１）のそれぞれに３つの追加的な項を持ち込むことができる。第１の項、ΔＩＮは、それぞれの信号の強度の実際の変化を示す。第２の項、ΔＣＮは、それぞれの信号のコントラストの実際の変化を示す。第３の項、Δβは、それぞれの信号の位相の実際の変化を示す。これらの３つの項は、測定放射ビーム１２１０及び１２１５の波長及び／又は偏光に依存している。従って、スタック差が存在すると、第１の格子１２０１によって回折された−１次回折次数信号
【数２４】
0006907314.tif 000025
及び第１の格子１２０１によって回折された＋１次回折次数信号
【数２５】
0006907314.tif 000026
は、次式によって、まとめて表すことができる。
【数２６】
0006907314.tif 000027
【０１０４】
[0103]  図１１Ｂでは、第１の格子１２０１によって回折された−１次回折次数信号
【数２７】
0006907314.tif 000028
及び第１の格子１２０１によって回折された＋１次回折次数信号
【数２８】
0006907314.tif 000029
の強度プロファイルが、式（１２）に従って、それぞれ線１２６０及び１２６２で示されている。
【０１０５】
[0104]  図１１Ｄでは、第１の格子１２０１によって回折された−１次回折次数信号
【数２９】
0006907314.tif 000030
及び第１の格子１２０１によって回折された＋１次回折次数信号
【数３０】
0006907314.tif 000031
のコントラストプロファイルが、式（１２）に従って、それぞれ線１２７０及び１２７２で示されている。
【０１０６】
[0105]  図１１Ｆでは、第１の格子１２０１によって回折された−１次回折次数信号
【数３１】
0006907314.tif 000032
及び第１の格子１２０１によって回折された＋１次回折次数信号
【数３２】
0006907314.tif 000033
の位相プロファイルが、式（１２）に従って、それぞれ線１２８０及び１２８２で示されている。
【０１０７】
[0106]  更に、スタック差が存在すると、第２の格子１２０６によって回折された−１次回折次数信号
【数３３】
0006907314.tif 000034
及び第２の格子１２０６によって回折された＋１次回折次数信号
【数３４】
0006907314.tif 000035
は、次式によって、まとめて表すことができる。
【数３５】
0006907314.tif 000036
【０１０８】
[0107]  図１１Ｃでは、第２の格子１２０６によって回折された−１次回折次数信号
【数３６】
0006907314.tif 000037
及び第２の格子１２０６によって回折された＋１次回折次数信号
【数３７】
0006907314.tif 000038
の強度プロファイルが、式（１３）に従って、それぞれ線１２６４及び１２６６で示されている。従って、図１１Ｂと比べると、強度の不均衡があり、これは測定誤差につながり得る。
【０１０９】
[0108]  図１１Ｅでは、第２の格子１２０６によって回折された−１次回折次数信号
【数３８】
0006907314.tif 000039
及び第２の格子１２０６によって回折された＋１次回折次数信号
【数３９】
0006907314.tif 000040
のコントラストプロファイルが、式（１３）に従って、それぞれ線１２７４及び１２７６で示されている。従って、図１１Ｄと比べると、コントラストの不均衡があり、これは測定誤差につながり得る。
【０１１０】
[0109]  図１１Ｇでは、第２の格子１２０６によって回折された−１次回折次数信号
【数４０】
0006907314.tif 000041
及び第２の格子１２０６によって回折された＋１次回折次数信号
【数４１】
0006907314.tif 000042
の位相プロファイルが、式（１３）に従って、それぞれ線１２８４及び１２８６で示されている。従って、図１１Ｆと比べると、位相の不均衡があり、これは測定誤差につながり得る。
【０１１１】
[0110]  第１の格子１２０１の測定された強度非対称性ΔＩ＋ｄは、以下のように定義される。
【数４２】
0006907314.tif 000043
【０１１２】
[0111]  式（１２）を式（１４）に組み込み、＋ΔＩＮ及びΔＣＮは小さいと仮定することにより、ΔＩ＋ｄは次のように表すことができる。
【数４３】
0006907314.tif 000044
【０１１３】
[0112]  また、平均強度
【数４４】
0006907314.tif 000045
は次のように表すことができる。
【数４５】
0006907314.tif 000046
但し、
【数４６】
0006907314.tif 000047
【０１１４】
[0113]  同様に、第２の格子１２０６の測定された強度非対称性ΔＩ−ｄは、以下のように定義される。
【数４７】
0006907314.tif 000048
【０１１５】
[0114]  式（１３）を式（１６）に組み込み、＋ΔＩＮ及びΔＣＮは小さいと仮定することにより、ΔＩ−ｄは次のように表すことができる。
【数４８】
0006907314.tif 000049
【０１１６】
[0115]  また、平均強度
【数４９】
0006907314.tif 000050
は次のように表すことができる。
【数５０】
0006907314.tif 000051
【０１１７】
[0116]  測定されるオーバーレイＯＶｍは、次式によって計算することができる。
【数５１】
0006907314.tif 000052
【０１１８】
[0117]  式（１４）〜（１７）を式（１８）に組み込むことにより、オーバーレイ測定の誤差ΔεＯＶを、以下のように得ることができる。
【数５２】
0006907314.tif 000053
【０１１９】
[0118]  β≒９０°（適切に設計されたターゲットの場合）であり、オーバーレイ（ＯＶ）が（バイアスｄに対して）小さい場合、式（１９）は以下のように更に単純化することができる。
ΔεＯＶ＝ＯＶｍ−ＯＶ≒ｄ＊（ΔＩＮ＋ΔＣＮ）    （２０）
【０１２０】
[0119]  更に、第１の格子１２０１及び第２の格子１２０６が、１に等しいか又はほぼ等しいコントラストＣを有して適切に設計されている場合、ΔＣＮはほぼゼロに等しくなる。従って、測定誤差ΔεＯＶは、以下のように更に単純化することができる。
ΔεＯＶ＝ＯＶｍ−ＯＶ≒ｄ＊ΔＩＮ    （２１）
【０１２１】
[0120]  式（１９）〜（２１）から分かるように、測定されるオーバーレイＯＶｍは、実際のオーバーレイＯＶとは、スタック差によって生じる測定誤差ΔεＯＶだけ異なる。従って、測定の精度は、隣接する格子間又はターゲット間のスタック差を補正することによって、向上させることができる。スタック差から生じる測定誤差は、格子又はターゲットを生成するプロセス又は測定するプロセスへの変更（例えば、プロセスオフセット）によって補正することができ、これは、例えば、歩留まり（即ち、格子又はターゲットが正確であるかどうかを判定するための処理されたデバイスの評価）、隣接する格子又はターゲットの断面の評価、又は複合的な測定及び分析的再構成に基づく。これらの方法は、遅く、及び／又は破壊的であることがある。それらは、一定のプロセス誤差を補正することに対してのみ有効であることがある。更に、隣接する格子又はターゲットのスタック差の変動は、断面又は歩留まりを測定しても効果的に解決されないことがある。従って、例えば、スタック差を評価し補正するロバストな解決策が望まれている。
【０１２２】
[0121]  スタック差、及び報告された測定値に対するスタック差の影響を特徴付けるために、１つ又は複数のスタック差パラメータを定義することができる。スタック差パラメータは、隣接する格子又はターゲットの物理的構成における意図しない差の尺度となり得る。別のスタック差パラメータは、スタック差に対する報告された測定値の感度の尺度となり得る。スタック差パラメータを使用して、測定方法の性能を予測することができる。更に、測定毎に十分な情報が利用可能である場合、格子又はターゲットを使用して行われた測定を補正する。補正された測定値は、当然、例えばパターニングプロセスによるデバイスの作製、認定、検証などに使用することができる。測定値が補正されていない場合でも、全般的な又は特定のターゲット毎の測定方法の性能に関する情報を使用して、パターニングプロセスの制御において測定値に与えられる影響を調節することができる。追加として又は代替として、スタック差パラメータを、ターゲットのうちの１つ又は複数の（再）設計において使用することができ（例えば、設計のレイアウトの変更を行うなど）、隣接する格子又はターゲットのうちの１つ又は複数を形成するプロセスで使用することもでき（例えば、材料の変更や、印刷ステップ又は条件の変更など）、測定条件の定式化で使用することもできる（例えば、測定ビームの波長、偏光、照明モードなどに関して光学測定定式化の変更を行う）。
【０１２３】
[0122]  スタック差パラメータの一例として、図５に示したタイプの画像内の関心領域（ＲＯＩ）に渡り、＋１次の回折次数及び−１次の回折次数を使用して形成された２つの格子像の相加平均強度を比較することにより、格子間の「不均衡」の指標を得ることができる。この相加平均強度は、非対称性Ａと同じ方法で計算することができるが、格子の像のＲＯＩ内に記録された強度の差ではなく、合計に基づいている。従って、相加平均強度は、格子の「対称性」特性Ｓと呼ばれることもあり、非対称性及び対称性の式は次の通りである。
Ａ＝Ｉ＋−Ｉ−
Ｓ＝Ｉ＋＋Ｉ−    （２２）
但し、Ｉ＋は＋１次回折次数放射線の強度を表し、Ｉ−は−１次の回折放射線の強度を表す。
【０１２４】
[0123]  パラメータオーバレイを、式（２３）の式によって、同じ強度値から計算することができることを思い起こされたい。
【数５３】
0006907314.tif 000054
但し、接尾辞＋ｄ及び−ｄは、異なるバイアスの格子を示す。複合ターゲット内の２つの格子間の相加平均強度（対称性）の差から、例えば次式によって、「格子不均衡」パラメータを得ることができる。
【数５４】
0006907314.tif 000055
【０１２５】
[0124]  この数ＧＩは、上で説明した理由により、ターゲット設計とプロセスの間で、及び同じ基層上のターゲット間で異なる。報告される格子不均衡は、同じスタック差の場合であっても、異なる測定レシピ間でも異なり、この格子不均衡を使用して、特に敏感なレシピを選択するのを回避することができる。即ち、所与のターゲットについて、あるレシピが著しい格子不均衡を報告する一方で、別のレシピはそうではないことがある。しかしながら、更に、多かれ少なかれ等しい「格子不均衡」を報告する２つのレシピについて、オーバーレイ測定（又は他の関心対象のパラメータ）に対する影響は大きく異なる可能性があることが分かった。言い換えると、格子不均衡に対する測定方法の感度は、設定毎に大きく異なることがある。格子不均衡に対する測定方法のこの感度（「ＧＩ感度」）は、以下で説明する方法によって予測することができる、方法の性能パラメータの一例である。
【０１２６】
[0125]  図１２は、同じターゲットに対して２つの異なる測定レシピ（ａ）及び（ｂ）を使用した場合の、報告されるオーバーレイＯＶ及び格子不均衡ＧＩを概略的に示す。各サンプルポイントを得るために、上記の式を使用して、オーバーレイ及び格子不均衡を像から計算する。広く分布したポイントを得るために、これらのサンプルは、ＲＯＩ全体ではなく、ＲＯＩ内部の像の小領域を処理することによって得られた、局所的なオーバーレイ及びＧＩの値である。実際のこれらの小領域は、個々の画素と同じくらい小さいことがあるが、望まれるなら、数画素の領域を選択することもできる。各プロットにおいて、サンプルはＯＶ及びＧＩに対してプロットされる。プロット（ａ）では、報告されたＧＩ値は、平均値ＧＩｒｅｆのまわりに広くばらついており、報告されたオーバーレイでは相関した変動がみられることが分かる。プロット（ｂ）では、同じターゲットについて、格子不均衡においては同様のばらつきがあるものの、オーバーレイ値はこれによって規則正しく影響を受けてはいない。
【０１２７】
[0126]  線形回帰などの統計分析により、各プロットでプロットされたデータに線を当てはめる。プロット（ａ）における線１３０２はかなりの勾配を有するが、（ｂ）における線１３０４は実質的に水平である。線の傾きは、レシピ（ａ）又は（ｂ）が使用されたときの測定方法の感度を表し、上述した利点を伴って、測定方法の性能の予測として使用することができる。レシピ（ｂ）は、例えば、線１３０４のより低い勾配に基づいて、将来このタイプのターゲットを測定するために選択することができる。或いは、レシピ（ａ）が使用される場合、線１３０２の勾配を使用して、不確定値（エラーバー）を報告することができる。
【０１２８】
[0127]  また、線１３０２の勾配及び高さを使用して、報告されたＧＩ値及び報告されたオーバーレイ値に基づいて補正値を計算し、報告されたオーバーレイを公称線１３０６に調節することもできる。従って、例えば、測定方法は補正ステップを含むことがあり、この補正ステップでは、１３０８にプロットされるようなオーバーレイ及び格子不均衡の測定値を有するターゲットが補正にかけられ、点１３１０に対応する値で報告される。
【０１２９】
[0128]  原理的には非常に有用であるものの、これらの利点は、どの測定値に対しても統計分析が利用可能である場合にのみ実現される。「画素ベースの」「オーバーレイ」及び「格子不均衡」を計算するためには、実のところ２つの画素が必要である。１つは正のバイアスの格子のものであり、もう１つは負のバイアスの格子のものである。この組合せは、ＲＯＩ内の強度値から、多数の異なる方法で作成することができる。それらをそれらの元の向きで組み合わせることができ（例えば、正のバイアス格子の左上の画素を、負のバイアス格子の左上の画素と組み合わせる）、又は像を互いに対して回転させることができ（例えば、ＰＢ（正のバイアス）格子の左上をＮＢ（負のバイアス）格子の右下と組み合わせる）、又は、像を反転させることができる。これらの多数の可能な態様のうちのいずれが「正しい」組合せなのかは、正確なターゲットレイアウトと、存在する処理効果のタイプに依存し、これは事前には分からない。
【０１３０】
[0129]  この問題に対処するためには、単純に、画素の可能な組合せの全てについて、効果を計算することができる。しかしながら、これは、大量生産状況に対して、リアルタイムで利用可能な状況を超えた、多大な計算量に容易につながることある。例えば、各ＲＯＩが５０×５０画素の領域から構成される場合を考えると、そのような計算は、（５０×５０）×（５０×５０）＝６２５００００通りの異なる画素の組合せを要求することになる。その結果、全ての測定値に対して図１２のようなプロットを生成することは、非現実的である。
【０１３１】
[0130]  本発明者は、単一の格子のみを用いて測定方法の性能の同等の予測を得ることができることを、認識している。統計的妥当性を高めるために、異なる格子について性能の予測を計算する場合でさえ、計算負荷は依然として限られており、リアルタイムで容易に達成される。この洞察は、以下のように説明することができる。上記で定義されたような格子不均衡は、基本的に２つの格子の相加平均強度Ｓの差であるので、これは、格子のうちの少なくとも１つの対称性Ｓ（相加平均強度）が変化した場合にのみ、変化することがある。同時に、オーバーレイは２つの格子の非対称性Ａから計算されるので、それは、２つの格子のうちの少なくとも１つの非対称性が変化した場合にのみ変化することがある。従って、図１２のプロットで示す情報は、個々の格子の非対称性対強度（又は対称性）のプロットで求めることもできる。
【０１３２】
[0131]  図１３は、実際に、格子のスタック及び他の特性が、異なる格子間のみではなく、それぞれの個々の格子の内部でもある程度変動する様子を示す。この変動は、ある範囲の対称性及び非対称性の状態に対する測定方法の応答を精査するために、開示する方法において利用される。
【０１３３】
[0132]  図１４は、本開示の一実施形態における方法の実施を概略的に示す。図４を参照して上述したのと同じ形態で、複合ターゲットの格子像を示している。左側には、（例えば）＋１次の回折放射線を使用して形成された４つの格子像４２＋〜４５＋があり、右側には、同じ複合ターゲットであるが−１次の回折放射線を使用して形成された４つの格子像４２−〜４５−がある。（次数をどのようにラベル付けするかは選択の問題であり、同じ像内に、異なる構成要素格子の＋１次及び−１次の回折放射線が現れることがある。）
【０１３４】
[0133]  既知の測定方法のように、ＲＯＩ全体からの相加平均強度を使用して、オーバーレイ、又は関心対象の他の非対称性関連パラメータを計算する。Ｙ方向の格子について、これを点線で示す。各格子について非対称性を計算し、その後、異なるバイアスの格子同士の非対称性を組み合わせて、上記の式（２３）に基づいて、オーバーレイ値ＯＶを得る。
【０１３５】
[0134]  オーバーレイ測定方法の性能の予測を得るために、追加の画素レベルの処理が実線で表されている。例えば像４５＋及び４５−など、一対の像のＲＯＩ内部の各画素ｐについて、画素毎の差を生成して非対称性値Ａを計算し、画素毎の相加平均を生成して対称性値Ｓを計算する。例えば、５０×５０画素のＲＯＩが与えられると、２５００個の個々のサンプル点が得られる。ＯＶの計算と同じＲＯＩの画素を使用することは、必ずしも必要ではない。しかしながら、それらを同じか同様に保つことによって、特定のＯＶ測定に対してＧＩ感度が最も精度が良くなることを期待することができる。
【０１３６】
[0135]  図１５は、プロット（ａ）及び（ｂ）を示しており、これらのプロットは図１２のプロットと非常に良く似て見えるが、これらは単に画素毎の非対称性値Ａ及び対称性値Ｓのプロットである。（簡単にするために、２５００点よりも少ない点が示されている。）この方法の背後にある仮定が正しいことを確認するために、これらのサンプル点の分布は、レシピ（ａ）及び（ｂ）について、図１２にプロットされているオーバーレイ値及び格子不均衡値の分布に非常に似ていることが、実際の測定で分かる。しかしながら、これらの値は１つの格子の像のみから導出されるので、画素毎のオーバーレイ及び格子不均衡の計算に関連した複雑さ及び計算負荷は回避される。線形回帰などの統計分析を使用して、レシピ（ａ）によって得られたデータ分布に線１５０２を当てはめ、レシピ（ｂ）によって得られたデータに線１５０４を当てはめる。前のように、各線の勾配は、対応するレシピに従った測定方法の性能の予測を提供する。少なくともこの性能パラメータより、レシピ（ａ）は「悪い」レシピであり、レシピ（ｂ）は「良い」レシピであることが分かる。上記で既に考察したように、格子不均衡に対する感度などのパラメータにおける測定方法の性能を予測することができることにより、レシピの選択を改善可能にすることができる。これに代えて又はこれに加えて、ターゲット全体について報告されるオーバーレイ値と共に、信頼性値（例えば「エラーバー」）を報告することができる。ＲＯＩ全体について報告されたオーバーレイ及び格子不均衡を把握すると、単一のＲＯＩから得られた当てはめ線１５０２の勾配及び高さを使用して、報告されたオーバーレイ測定値に補正を施すことができ、図１２（ａ）に示すように、点１３０８から点１３１０に結果を正規化することができる。図１４に示した計算及び図１５に示したデータは、測定方法自体と並行して、容易にリアルタイムに達成される。
【０１３７】
[0136]  数学的には、ＧＩ感度の計算の導出は次の通りである。オーバーレイ及びＧＩについての上記の式を思い起こすと、ＧＩ及びＯＶの導関数は、正のバイアスの格子について、次のように計算することができる。
【数５５】
0006907314.tif 000056
【０１３８】
[0137]  これにより、ＧＩ感度についての数式は、以下のようになる。
【数５６】
0006907314.tif 000057
但し、ＳＳは、以下のようにして計算される「スタック感度」パラメータである。
【数５７】
0006907314.tif 000058
但し、ｄＡ＋ｄ／ｄＳ＋ｄの形の項は、図１４及び図１５の方法によって得られる画素毎の非対称性値及び対称性値の統計分析によって得られる、非対称性と対称性との関係の勾配である。
【０１３９】
[0138]  ＧＩ感度についての上記の式を一般化すると、正のバイアスの格子については、次のように書くことができる。
【数５８】
0006907314.tif 000059
また、負のバイアスの格子については、次のように書くことができる。
【数５９】
0006907314.tif 000060
【０１４０】
[0139]  バイアス値に対してＯＶの値が小さいと仮定し、且つ、ＧＩも小さいと仮定すると、上記の式の近似式を書くことができる。
【数６０】
0006907314.tif 000061
【０１４１】
[0140]  小さなＯＶ及び小さなＧＩについてのこれらの式を書き直すと、以下の関係が適用される。
【数６１】
0006907314.tif 000062
但し、バーは、全ての個々の画素に渡るＡ値及びＳ値の相加平均を示す。
【０１４２】
[0141]  ＧＩ感度についての式にこれらを代入すると、両方の格子についての式は同じになることが分かる。
【数６２】
0006907314.tif 000063
この式（３３）は、格子像を得るために使用したレシピに従って、オーバーレイを測定する方法の性能の予測としてＧＩ感度を計算するための式を提供する。従って、非対称性（＋１次と−１次との差）と「対称性」（＋１次と−１次との合計又は相加平均）との関係を決定することにより、このようにして、格子不均衡に対する感度を決定することが提案される。
【０１４３】
[0142]  このＧＩ感度値は、全ての捕捉されたＲＯＩについて決定することができるので、ＲＯＩの正しい向きについて心配する必要がなく、且つ画素毎のオーバーレイ及び画素毎のＧＩを計算するのに必要な順列と比較すると、計算量は大幅に少なくなる。原理的には単一のＲＯＩで十分であるが、一般的には少なくとも２つがあるであろう。２つの勾配は通常は似ている、というのも、２つの格子の特性が大きく異なることはあり得ないからである。２つの勾配を単一の数に集約するために、例えば、それらを平均することができる。これは、方向毎に３つ以上の格子パッドがあるマルチバイアスシナリオに、容易に拡張することができる。ＧＩ感度及びＧＩは、Ｘ方向とＹ方向との間で大きく異なることがあると想定され、従って、Ｘ及びＹについて個別に全てのパラメータを測定し計算することになる。
【０１４４】
[0143]  この計算は単純であり素早く実行することができるので、全ての単一の点において感度を計算し報告することができる。感度を標準的な格子不均衡と組み合わせて、例えばナノメートルで表される「オーバーレイ影響数」を生成することができ、これも、点毎に報告することができる。特定の測定に固有のオーバーレイ影響数は、オーバーレイ値を補正するために更に使用することができる。良くない設定を回避するために、レシピ選択中にこれらの値を使用することができ、或いは、ランタイム中にこれらの値を使用して、測定の信頼性をチェックし、且つ、選択したレシピが依然として良い選択結果であるかどうか（これは、例えばプロセスにおけるドリフトに起因して変わることがある）をチェックすることができる。これらの値を、新たなメトロロジターゲットの設計において同様に使用して、所与の測定レシピの下でＧＩ感度を下げることができる。
【０１４５】
[0144]  測定レシピだけでなく、メトロロジターゲット設計も、幾つかの態様で変わることがある。例えば、限界寸法、側壁角度、ピッチなどの１つ又は複数のパラメータの変化があり得る。いくつかの候補メトロロジターゲット設計を評価することができ、そのそれぞれがこれらのパラメータのうちの１つ又は複数の変化を示す。同様に、測定特性が、波長及び／又は偏光などのパラメータに関して、変化することがある。従って、複数のメトロロジターゲット測定レシピを評価することができ、それぞれのレシピが、これらのパラメータのうちの１つ又は複数の変化を示す。
【０１４６】
[0145]  図１６は、例示的な実施形態によるメトロロジターゲット測定レシピの選択方法の流れ図である。１６００で、第１のメトロロジターゲット測定レシピの測定放射強度値が捕捉され、ターゲット内部の１つ又は複数の周期構造の局所的な非対称性値及び対称性値が得られる（例えば、画素毎の非対称性値及び対称性値）。１６１０で、対称性Ｓに対する非対称性Ａのデータの当てはめ線の勾配。１６２０で、メトロロジターゲット測定レシピの当てはめ線の勾配を、以前に又はその後に得られた別の異なるメトロロジターゲット測定レシピの当てはめ線の勾配と比較する。１６３０で、どちらのメトロロジターゲット測定レシピがより良い当てはめ線の勾配を有するかを決定する。例えば、０に近い又は０に等しい勾配を有するメトロロジターゲット測定レシピは、隣接する格子の測定から得られるオーバーレイ又は類似の非対称性に基づく測定が、スタック差（格子不均衡ＧＩ）の変動に対して敏感ではないことを示す。従って、この勾配は、より優れたメトロロジターゲット測定レシピを、０から更に遠い勾配を有する別のメトロロジターゲット測定レシピから区別するのに使用することができる、性能の予測となる。１６４０で、任意選択的に、１つ又は複数の更なるメトロロジターゲット測定レシピが、１６００〜１６３０に従って評価される。１６５０で、当てはめ線の勾配の分析に基づいて、１つ又は複数の望ましいメトロロジターゲット測定レシピが出力される。
【０１４７】
[0146]  図１７は、性能を監視するために、並びにメトロロジ、設計、及び／又は製造プロセスを制御するための基礎として、メトロロジターゲットが使用されるプロセスを示す流れ図である。ステップ１７００で、製品フィーチャ、及び例えば図４に図示したタイプのターゲットなどの１つ又は複数のメトロロジターゲットを生成するように、基板を処理する。ステップ１７１０で、パターニングプロセスの性能パラメータ（例えば、オーバーレイ）の値を、例えば図６の方法を使用して、測定し計算する。任意選択的に、ＧＩ感度情報及び測定されたスタック差に基づいて、パターニングプロセス性能パラメータの補正値を、上記の図１２を参照して上述した方法に従って、計算する。１７２０で、決定されたパターニングプロセスパラメータ値を（利用可能である他の情報と共に）使用して、メトロロジターゲット測定レシピを更新、変更などすることができる。これの代わりに又はこれに加えて、例えば上述した方法によって決定されたＧＩ感度尺度などの、測定方法自体の性能の予測を使用して、多数の可能なレシピの中からより良いメトロロジターゲット測定レシピを決定する。更新、変更などされたメトロロジターゲット測定レシピは、パターニングプロセスパラメータの引き続いての測定（例えば、後に処理される基板でのパターニングプロセスパラメータの測定）に使用することができる。このようにして、算出されるパターニングプロセスパラメータの精度を向上させることができる。望みに応じて更新プロセスを自動化することができる。ステップ１７３０で、パターニングプロセスパラメータ値を使用して、例えば、再加工のため及び／又は更なる基板の処理のための、パターニングプロセスにおける、リソグラフィパターニングステップ／装置及び／又は他のプロセスステップ／装置を制御、修正、設計などすることができる。望みであれば、この更新も自動化することができる。
【０１４８】
[0147]  以下のうちの１つ又は複数は、本明細書に説明する概念によって可能になる特徴である。インライン測定におけるオーバーレイ誤差測定値の補正のためにスタック差（ＧＩ）測定値及びＧＩ感度を使用して、より正確なオーバーレイ測定値を取得することができる。プロセスロバストなメトロロジターゲット測定レシピは、ＧＩ感度を使用して識別することができる。及び／又は、望ましいメトロロジターゲット測定レシピを、算出したスタック差（ＧＩ）から決定することができる。
【０１４９】
[0148]  本明細書に説明する方法は、何らの新たなレチクル設計、メトロロジ設計の変更、及び／又はメトロロジターゲットスペースの増加を必要としないことがある。これらの方法はより広範な用途にも対応可能であり、例えば、スタック差はプロセス安定性監視に使用することができる。
【０１５０】
[0149]  実施形態では＋１次及び−１次の回折次数放射線に焦点を当てたが、他の回折次数の放射線を考慮し処理することもできる。
【０１５１】
[0150]  上述した実施形態は、回折に基づくオーバーレイ測定（例えば、図３Ａに示される装置の第２の測定分岐を使用して行われる測定）に関して述べたが、原理的には、同じモデルを瞳孔に基づくオーバーレイ測定（例えば、図３Ａに示される装置の第１の測定分岐を使用して行われる測定）に使用することができる。従って、本明細書で述べる概念は、回折ベースのオーバーレイ測定にも瞳孔ベースのオーバーレイ測定にも適用可能であることを理解されたい。実施態様に応じて、例えば、これは、視野像分岐（センサ２３）においてＧＩ感度を測定し、その後、ＧＩ感度を予測するために得た知識を、瞳像センサ１９を使用して行われる測定のために応用するための、解決策となり得る。言い換えると、測定方法自体で使用されるセンサとは異なるセンサを使用して、その測定方法の性能の予測を得ることが考えられる。
【０１５２】
[0151]  本明細書で述べるメトロロジターゲットの実施形態は、主として、オーバーレイ測定に関して述べたが、本明細書で述べるメトロロジターゲットの実施形態を使用して、１つ又は複数の追加の又は代替のパターニングプロセスパラメータを測定することもできる。例えば、適切に設計されたメトロロジターゲットを使用して、露光量変動を測定し、露光焦点／焦点はずれを測定し、ＣＤを測定するなどができ、これらは全て、バイアスされた格子の対間の非対称性差に基づいている。更に、本明細書における記載は、適宜修正を伴って、アライメントマークを使用するリソグラフィ装置での基板及び／又はパターニングデバイスのアライメントなどに適用することもできる。同様に、アライメント測定のための適切なレシピを決定することができる。
【０１５３】
[0152]  上述したターゲット構造は、測定目的のために特別に設計されて形成されたメトロロジターゲットであるが、他の実施形態では、基板に形成されたデバイスの機能部分であるターゲットに関して特性を測定することができる。多くのデバイスは、格子に似た規則的な周期構造を有する。本明細書で使用される「ターゲット」、「格子」、又はターゲットの「周期構造」という用語は、適用可能な構造が、実施される測定のために特別に提供されていることを必要としない。更に、メトロロジターゲットのピッチＰは、測定ツールの光学系の解像限界に近いが、ターゲット部分Ｃにパターニングプロセスによって形成される典型的な製品フィーチャの寸法よりもはるかに大きくてよい。実際には、格子のフィーチャ及び／又は空間は、製品フィーチャと寸法が同様のより小さい構造を含むように形成されてもよい。
【０１５４】
[0153]  基板及びパターニングデバイスで実現されるようなターゲットの物理的構造に関連して、一実施形態は、機械可読命令及び／又は機能データの１つ又は複数のシーケンスを含むコンピュータプログラムを含むことがあり、これらの機械可読命令及び／又は機能データは、ターゲット設計を記述し、基板用のターゲットを設計する方法を記述し、基板にターゲットを生成する方法を記述し、基板上のターゲットを測定する方法を記述し、及び／又はパターニングプロセスに関する情報を得るために測定値を分析する方法を記述する。このコンピュータプログラムは、例えば図３の装置におけるユニットＰＵ及び／又は図２の制御ユニットＬＡＣＵ内で実行することができる。そのようなコンピュータプログラムを記憶したデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリや、磁気又は光ディスク）も提供することができる。例えば図３に示されるタイプの既存の検査装置が既に製造中及び／又は使用中である場合、実施形態は、本明細書で述べる方法のうちの１つ又は複数をプロセッサに実施させる（例えば、本明細書で述べたようにオーバーレイ誤差を計算する）ための更新されたコンピュータプログラムを提供することによって実施することができる。プログラムは、任意選択的に、光学系、基板支持体等を制御して、適切な複数のターゲットに対してパターニングプロセスのパラメータを測定する方法を実施する（例えば、適切な複数のターゲットのスタック差及び／又は構造的非対称性を決定するために測定し、及び／又はオーバーレイ誤差を決定する）ように構成することができる。プログラムは、更なる基板の測定のために、パターニングプロセスのパラメータ、及び／又はメトロロジレシピのパラメータを更新することができる。プログラムは、更なる基板のパターン形成及び処理のためにリソグラフィ装置を（直接的又は間接的に）制御するように構成することができる。
【０１５５】
[0154]  本発明の一実施形態は、本明細書に開示されている方法を記述する機械可読命令の１つ又は複数のシーケンスを含むコンピュータプログラム、又は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、磁気又は光ディスク）の形態を取ることができる。更に、機械可読命令は、２つ以上のコンピュータプログラムで具現化することができる。２つ以上のコンピュータプログラムは、１つ又は複数の異なるメモリ及び／又はデータ記憶媒体に記憶されてもよい。
【０１５６】
[0155]  本明細書に開示されている１つ又は複数の態様は、制御システム内に組み込むことができる。本明細書で述べる任意の制御システムは、それぞれ又は組み合わせて、装置の少なくとも１つの構成要素内に位置された１つ又は複数のコンピュータプロセッサによって１つ又は複数のコンピュータプログラムが読み取られるときに動作可能であり得る。制御システムは、それぞれ又は組み合わせて、信号を受信、処理、及び送信するための任意の適切な構成を有することができる。１つ又は複数のプロセッサは、制御システムの少なくとも１つと通信するように構成される。例えば、各制御システムは、上述した方法のための機械可読命令を含むコンピュータプログラムを実行するための１つ又は複数のプロセッサを含むことができる。制御システムは、そのようなコンピュータプログラムを記憶するためのデータ記憶媒体、及び／又はそのような媒体を受け取るためのハードウェアを含むことができる。従って、制御システムは、１つ又は複数のコンピュータプログラムの機械可読命令に従って動作することができる。
【０１５７】
[0156]  光リソグラフィとの関連において、実施形態の使用について上記に特定の言及を行うことができたが、当然のことながら、本発明の実施形態は、他の用途、例えば、インプリントリソグラフィで使用することができ、状況が可能にする場合、光リソグラフィに限定されない。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィが、基板に形成される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に押し付けることができ、レジストは、電磁放射、熱、圧力、又はそれらの組合せを加えることで硬化する。パターニングデバイスは、レジストが硬化した後、レジスト内にパターンを残したままレジストから引き離される。
【０１５８】
[0157]  本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、（例えば、３６５、３５５、２４８、１９３、１５７、又は１２６ｎｍの波長、或いはそれらの近辺の波長を有する）紫外（ＵＶ）線及び（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）極端紫外（ＥＵＶ）線、更には、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームを含む全てのタイプの電磁放射線を包含する。
【０１５９】
[0158]  「レンズ」という用語は、状況が可能にする場合、屈折式、反射式、磁気式、電磁気式、及び静電式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任意の一つ、又はそれらの組合せを指すことができる。
【０１６０】
[0159]  特定の実施形態の前述の説明は、本発明の実施形態の一般的な性質を明らかにするので、他者は、当業者の技能の範囲内の知識を適用することで、過度の実験を行うことなく、本発明の一般概念から逸脱することなく、そのような特定の実施形態を容易に修正し、及び／又はそのような特定の実施形態を様々な用途に適合させることができる。従って、そのような適合及び修正は、本明細書に提示した教示及びガイダンスに基づいて、開示した実施形態の等価物の趣旨及び範囲内であることを意図されている。当然のことながら、本明細書における専門語又は用語は、例を用いて説明するためのものであり、限定するものではなく、本明細書の用語又は専門語は、教示及びガイダンスに照らして、同業者によって解釈されるべきである。
【０１６１】
[0160]  本発明の広さ及び範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれかによって限定されるのではなくて、添付の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ規定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５（ａ）】
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【図１５（ｂ）】
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【図１６】
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【図１７】
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