(57)【要約】リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。ますます多くの特定の材料を用いて、ますます多くの層が基板上に堆積されるにつれて、アライメントマークを正確に検出することはますます困難になる。その理由の１つは、層の１つ以上に用いられる材料の１つ以上が、アライメントマークの検出に使用される放射に対して全体的に又は部分的に不透明であることである。第１のステップでは、基板を励起放射で照明する。第２のステップでは、埋め込み構造によって散乱した反射材料効果に関連した少なくとも１つの効果を適切な方法で測定する。この効果は、一例において、基板の表面の物理的変位を含み得る。第３のステップでは、測定された効果に基づいて構造の少なくとも１つの特徴を導出する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の構造を測定するための方法であって、前記構造は前記基板上に堆積された少なくとも１つの層の下に位置付けられ、
前記基板の励起エリアを励起時に励起放射で照明することであって、前記励起放射によって材料効果が前記基板との相互作用を引き起こし、前記励起放射は前記基板の表面上に空間パターンを形成する、ことと、
前記構造によって散乱した散乱材料効果に関連した少なくとも１つの効果を測定することと、
前記測定された少なくとも１つの効果に基づいて前記構造の少なくとも１つの特徴を導出することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記測定するステップは、
前記基板を測定放射で照明することと、
前記基板によって散乱した散乱測定放射を受光することであって、前記散乱測定放射は前記少なくとも１つの効果を表している、ことと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
散乱測定放射を受光することは検出器を使用することを含み、前記検出器は、干渉計、暗視野検出器、差動検出器、レンズレス検出システム、単一画素検出器、位相コントラスト検出器、又はＣＣＤ検出器のうち１つである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記励起放射は少なくとも第１の励起ビームを含み、前記基板を前記励起放射で照明する前記ステップは、
前記少なくとも第１の励起ビームに前記基板の表面上に前記空間パターンを形成させるように放射形成要素を使用することを含む、請求項１、２、又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記基板の前記表面上の前記少なくとも１つの効果は、前記基板の前記表面の物理的変位、又は前記基板の前記表面の少なくとも１つの光学特性の変化、又は前記基板の前記表面の少なくとも１つの物理的品質の変化のうち少なくとも１つを含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの効果は前記基板の前記表面上に空間的に周期的なパターンとして形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの効果は前記基板の前記表面上の過渡的パターンである、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記過渡的パターンは前記構造の少なくとも一部の回折パターンである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記測定するステップは、
前記励起時から１つ以上の所定の時間間隔で、前記基板を測定放射で照明することと、
前記１つ以上の所定の時間間隔の各々において、前記基板によって散乱した散乱測定放射を受光することであって、前記散乱測定放射は各１つ以上の所定の時間間隔における前記過渡的パターンを表している、ことと、
を含む、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記過渡的パターンは空間的に周期的なパターンである、請求項７から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板は前記励起エリアの１つ以上の所定の部分において測定放射で照明される、請求項９及び１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記励起放射は、前記構造の周期的なパターンに直接対応する回折効果を発生させるように構成されている、請求項７から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記材料効果は音波である、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記材料効果は熱拡散である、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記測定放射の前記少なくとも１つの特徴は、前記基板の少なくとも１つの層の１つ以上の特徴又は材料特性に応じて選択することができる、請求項１から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１項の方法を実行するための手段を備えるリソグラフィ装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載のリソグラフィ装置を備えるリソグラフィシステム。
【請求項１８】
デバイスを製造する方法であって、リソグラフィ装置を用いたリソグラフィプロセスによって一連の基板上にデバイスフィーチャが形成され、請求項１から１５のいずれかの方法を用いて前記基板の特性が測定され、前記測定された特性を用いて前記リソグラフィプロセスのパラメータを調整する、方法。
【請求項１９】
請求項１から１５のいずれかに記載の方法を実施するための機械読み取り可能命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
[1]  本出願は、２０１７年１月２５日に出願された欧州出願第１７１５３０１７．３号、及び２０１７年１１月２０日に出願された欧州出願第１７２０２５１１．６号の優先権を主張する。これらは援用により全体が本願に含まれる。
【０００２】
[2]  本発明は、基板上の構造を測定するための、具体的には、基板の表面上に堆積された少なくとも１つの層の下に位置付けられている構造を測定するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
[3]  リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば１つ又は幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが付与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。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行に同期的にスキャンしながら、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。
【０００４】
[4]  基板上にデバイスフィーチャを正確に配置するようリソグラフィプロセスを制御するため、通常、例えば基板上に１つ以上のアライメントマークが設けられており、リソグラフィ装置は、このマークの位置を正確に測定できる１つ以上のアライメントセンサを含む。アライメントセンサは実質的に位置測定装置となることができる。異なる時点及び異なる製造業者による異なるタイプのマーク及び異なるタイプのアライメントセンサが知られている。
【０００５】
[5]  既知のアライメントセンサは、１つ又はいくつかの放射源を用いて、異なる波長を有する複数の放射ビームを発生させる。このようにして、センサは、同一の１又は複数のターゲット格子上でいくつかの波長（例えば色）及び放射の偏光（例えば光）を用いて位置を測定することができる。あらゆる状況で測定を行うには単一の色又は偏光は理想的でないので、システムは、多数の信号の中から最も信頼性の高い位置情報を与えるものを選択する。
【０００６】
[6]  ますます多くの特定の材料を用いて、ますます多くの層が基板上に堆積されるにつれて、アライメントマークを正確に検出することはますます困難になる。その理由の１つとして考えられるのは、ますます多くの層を通って放射が伝搬しなければならないことである。更に、層の１つ以上に用いられる材料の１つ以上は、アライメントマークの検出に使用される放射に対して全体的に又は部分的に不透明である場合がある。これはアライメント測定の精度を低下させ、又はいくつかの例ではアライメント測定を不可能にすることもある。これによって、リソグラフィプロセスの品質とリソグラフィ装置の機能性が低下する恐れがある。
【発明の概要】
【０００７】
[7]  本発明の第１の態様によれば、基板上の構造を測定するための方法が提供される。構造は基板上に堆積された少なくとも１つの層の下に位置付けられている。この方法は、
基板の励起エリアを励起時に励起放射で照明することであって、励起放射によって材料効果（material effect）が基板との相互作用を引き起こし、励起放射は基板の表面上に空間パターンを形成する、ことと、
構造によって散乱した散乱材料効果に関連した少なくとも１つの効果を測定することと、
測定された少なくとも１つの効果に基づいて構造の少なくとも１つの特徴を導出することと、
を含む。
【０００８】
[8]  一実施形態において、測定するステップは、基板を測定放射で照明することと、基板によって散乱した散乱測定放射を受光することであって、散乱測定放射は少なくとも１つの効果を表している、ことと、を含む。
【０００９】
[9]  一実施形態において、散乱測定放射を受光することは検出器を使用することを含み、検出器は、干渉計、暗視野検出器、差動検出器、レンズレス検出システム、単一画素検出器、位相コントラスト検出器、又はＣＣＤ検出器のうち１つである。
【００１０】
[10]  一実施形態において、励起放射は少なくとも第１の励起ビームを含み、基板を励起放射で照明するステップは、少なくとも第１の励起ビームに基板の表面上に空間パターンを形成させるように放射形成要素を使用することを含む。別の実施形態において、放射形成要素は空間光変調器を含む。更に別の実施形態において、放射形成要素は干渉計を含む。
【００１１】
[11]  一実施形態において、空間パターンは、１次元の空間的周期パターン、２次元の空間的周期パターン、又は円形対称周期パターンのうち１つを含む。
【００１２】
[12]  一実施形態において、基板の表面上の少なくとも１つの効果は、基板の表面の物理的変位、又は基板の表面の少なくとも１つの光学特性の変化、又は基板の表面の少なくとも１つの物理的品質の変化のうち少なくとも１つを含む。別の実施形態において、少なくとも１つの効果は基板の表面上に空間的に周期的なパターンとして形成される。別の実施形態において、少なくとも１つの効果は基板の表面上の過渡的パターンである。別の実施形態において、過渡的パターンは構造の少なくとも一部の回折パターンである。別の実施形態において、測定するステップは、励起時から１つ以上の所定の時間間隔で、基板を測定放射で照明することと、１つ以上の所定の時間間隔の各々において、基板によって散乱した散乱測定放射を受光することであって、散乱測定放射は各１つ以上の所定の時間間隔における過渡的パターンを表している、ことと、を含む。一実施形態において、過渡的パターンは空間的に周期的なパターンである。一実施形態において、基板は励起エリアの１つ以上の所定の部分において測定放射で照明される。一実施形態において、励起放射は、構造の周期的なパターンに直接対応する回折効果を発生させるように構成されている。一実施形態において、回折効果はタルボット効果である。
【００１３】
[13]  一実施形態において、材料効果は音波である。
【００１４】
[14]  一実施形態において、材料効果は熱拡散である。一実施形態において、材料効果は基板の電子エネルギの熱拡散である。別の実施形態において、少なくとも１つの効果は、基板の表面上における電子ガスエネルギの拡散コントラストパターンである。一実施形態において、電子ガスエネルギは電子ガス温度である。
【００１５】
[15]  一実施形態において、測定放射の少なくとも１つの特徴は、基板の少なくとも１つの層の１つ以上の特徴又は材料特性に応じて選択することができる。
【００１６】
[16]  本発明は更に、上述した方法を実行するための手段を備えるリソグラフィ装置を提供する。
【００１７】
[17]  本発明は更に、上述したリソグラフィ装置を備えるリソグラフィシステムを提供する。
【００１８】
[18]  本発明は更に、デバイスを製造する方法を提供する。リソグラフィ装置を用いたリソグラフィプロセスによって一連の基板上にデバイスフィーチャが形成され、上述した方法を用いて基板の特性が測定され、測定された特性を用いてリソグラフィプロセスのパラメータを調整する。
【００１９】
[19]  本発明は更に、上述した方法を実施するための機械読み取り可能命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラム製品を提供する。
【００２０】
[20]  本発明の別の態様、特徴及び利点並びに本発明の様々な実施形態の構造及び作用は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。本発明は、本明細書に記載する特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。このような実施形態は、例示のみを目的として本明細書に記載されている。本明細書に含まれる教示に基づいて当業者はさらなる実施形態を容易に思いつくであろう。
【００２１】
[21]    対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照しながら以下に本発明の実施形態について説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】リソグラフィ装置を、半導体デバイスの生産設備を形成する他の装置と共に示す。
【図２】図１のリソグラフィ装置において使用されるアライメントセンサを示す。
【図３】基板上に堆積された多数の層の下に埋め込まれた構造を示す。
【図４】埋め込み構造を表出させる（reveal）ための原理を示す。
【図５】本発明に従って埋め込み構造を表出させるための方法を示す。
【図６】図５の方法を実施することができる装置を概略的に示す。
【図７】本発明の第２の態様に従った特定の方法を示す。
【図８】図７の方法を実施することができる装置を示す。
【図９】本発明の第３の態様に従って埋め込み構造を表出させるための装置を示す。
【図１０】音響回折パターンを利用して埋め込み構造を表出させる本発明の第４の態様の原理を示し、（ａ）は表面における遠視野回折パターンを示し、（ｂ）は欠陥上の音響散乱を示す。
【図１１】１００ｎｍの中心波長を有する音波束についての１μ厚さの金層内の音波伝搬のシミュレーションの簡略化された図であり、（ａ）は入射音響平面波がナノサイズ構造の方へ伝搬していることを示し、（ｂ）は音波の反射及び回折の後の、構造の直接像でなく遠視野回折パターンを示す。
【図１２】本発明の第４の態様の方法を実施することができる装置を概略的に示す。
【図１３】１又は複数のフェムト秒レーザパルスによって励起された「ホット（hot）」エレクトロンの拡散コントラストを利用した本発明の第５の態様の原理を示し、（ａ）は励起レーザビームが金属層に入射することを示し、（ｂ）は光学表皮厚さ（optical skin depth）における「ホット」エレクトロンの生成を示し、（ｃ）は「ホット」エレクトロンの金属内への拡散を示し、（ｄ）は構造によって引き起こされた異なる拡散体積に起因する金属層の上面での空間電子温度勾配を示し、（ｅ）は「ホット」と「コールド（cold）」との間の色分けされた温度スケールを示す。
【図１４】（ａ）はガラス基板側から励起ビーム及び測定ビームを与えながら、上部に４０ｎｍの金の格子を有する１００ｎｍ金層に実行した「原理証明」実験の結果を示し、（ｂ）は実験セットアップの簡略化された概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[22]  本発明の実施形態について詳述する前に、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提示することが有益である。
【００２４】
[23]  図１の１００は、大量のリソグラフィ製造プロセスを実施する産業設備の一部としてリソグラフィ装置ＬＡを示す。本例において、製造プロセスは、半導体ウェーハのような基板上に半導体製品（集積回路）を製造するため適合されている。このプロセスの変形において異なるタイプの基板を処理することによって多種多様な製品を製造できることは、当業者には認められよう。半導体製品の生産は単に、現在商業的に重要である例として用いられる。
【００２５】
[24]  リソグラフィ装置（又は、略して「リソツール」１００）内で、測定ステーションＭＥＡが１０２に示され、露光ステーションＥＸＰが１０４に示されている。制御ユニットＬＡＣＵが１０６に示されている。この例において、各基板は、パターンを適用するために測定ステーション及び露光ステーションを訪れる。光学リソグラフィ装置では、例えば、調節された放射及び投影システムを用いて、パターニングデバイスＭＡから基板上に製品パターンを転写するために、投影システムが使用される。これは、放射感応性レジスト材料の層内にパターンの像を形成することによって実行される。
【００２６】
[25]  本明細書で使用される「投影システム」という用語は、使用されている露光放射、又は液浸液の使用もしくは真空の使用のような他の要因に合わせて適宜、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、及び静電型の光学系、又はそれらの任意の組み合わせを含む、任意のタイプの投影システムを包含するものとして、広義に解釈されるべきである。パターニングＭＡデバイスは、パターニングデバイスによって透過又は反射される放射ビームにパターンを付与するマスク又はレチクルとすることができる。周知の動作モードは、ステッピングモード及びスキャンモードを含む。周知のように、投影システムは、基板及びパターニングデバイスのためのサポート及び位置決めシステムと多種多様な様式で共働して、基板全体にわたる多くのターゲット部分に所望のパターンを適用することができる。固定パターンを有するレチクルの代わりに、プログラマブルパターニングデバイスを使用することも可能である。放射は例えば、深紫外線（ＤＵＶ）又は極端紫外線（ＥＵＶ）の波帯内の電磁放射を含むことができる。本開示は、他のタイプのリソグラフィプロセス、例えばインプリントリソグラフィや、例えば電子ビームによる直接描画リソグラフィにも適用可能である。
【００２７】
[26]  リソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵは、様々なアクチュエータ及びセンサの全ての移動及び測定を制御して、基板Ｗ及びレチクルＭＡを受け取ると共にパターニング動作を実施する。また、ＬＡＣＵは、装置の動作に関連した所望の計算を実施するための信号処理及びデータ処理機能も含む。実際には、制御ユニットＬＡＣＵは、各々がリアルタイムでのデータ獲得、装置内のサブシステム又はコンポーネントの処理及び制御を取り扱う、多くのサブユニットのシステムとして実現される。
【００２８】
[27]  露光ステーションＥＸＰで基板にパターンを適用する前に、様々な準備ステップを実施できるように、基板は測定ステーションＭＥＡで処理される。準備ステップは、レベルセンサを使用して基板の表面高さをマッピングすること、及び、アライメントセンサを使用して基板上のアライメントマークの位置を測定することを含み得る。アライメントマークは名目上、規則的な格子パターンで配置される。しかしながら、マークの作成時の不正確さに起因し、更に処理全体を通じて発生する基板の変形にも起因して、マークは理想的な格子から逸脱する。結果として、装置が非常に高い精度で正しいロケーションに製品フィーチャをプリントしなければならない場合、アライメントセンサは実際には、基板の位置及び向きの測定に加えて、基板エリア全体にわたる多くのマークの位置を詳細に測定しなければならない。装置は、２つの基板テーブルを有し、その各々が制御ユニットＬＡＣＵによって制御される位置決めシステムを備える、いわゆるデュアルステージタイプとすることができる。一方の基板テーブル上の１つの基板が露光ステーションＥＸＰで露光されている間、様々な準備ステップを実施できるように測定ステーションＭＥＡで他方の基板テーブル上に別の基板をロードすることが可能である。従って、アライメントマークの測定は非常に時間がかかるが、２つの基板テーブルを提供することで装置のスループットの大幅な増大が可能となる。基板テーブルが測定ステーション及び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できない場合、基板テーブルの位置を双方のステーションで追跡可能とするために、第２の位置センサを提供することができる。リソグラフィ装置ＬＡは、例えば、２つの基板テーブルＷＴａ及びＷＴｂと、２つのステーションすなわち露光ステーション及び測定ステーションとを有する、いわゆるデュアルステージタイプとすることができ、これら２つ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。
【００２９】
[28]  生産設備内で、装置１００は、装置１００によるパターニングのために感光性レジスト及び他のコーティングを基板Ｗに適用するためのコーティング装置１０８も含む「リソセル」又は「リソクラスタ」の一部を形成する。装置１００の外側に、露光されたパターンを物理レジストパターンに現像するためのベーキング装置１１０及び現像装置１１２が提供されている。これら全ての装置の間で、基板ハンドリングシステムは、基板をサポートすることと、基板を１台の装置から次の装置へと移動させることを担当する。これらの装置は、多くの場合まとめてトラックと呼ばれ、トラック制御ユニットの制御下にある。トラック制御ユニット自体は監視制御システムＳＣＳによって制御され、監視制御システムＳＣＳはリソグラフィ装置制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。従って、これらの様々な装置はスループット及び処理効率を最大限にするように動作可能である。監視制御システムＳＣＳは、各パターン付き基板を作成するために実行されるステップの規定を非常に詳細に提供するレシピ情報Ｒを受信する。
【００３０】
[29]  一度リソセル内でパターンが適用されて現像されると、パターン付き基板１２０は、１２２、１２４、１２６に示されるような他の処理装置へ移送される。典型的な製造設備では、様々な装置によって広範な処理ステップが実装される。例示として、この実施形態における装置１２２はエッチングステーションであり、装置１２４はエッチ後アニーリングステップを実行する。別の装置１２６等において、更に別の物理及び／又は化学処理ステップが適用される。実際のデバイスを作成するためには、材料の堆積、表面材料特性の変更（酸化、ドーピング、イオン注入等）、化学機械研磨（ＣＭＰ）等、多くのタイプの動作が必要となる可能性がある。装置１２６は、実際は、１つ以上の装置で実行される一連の異なる処理ステップを表す場合がある。
【００３１】
[30]  周知のように、半導体デバイスの製造では、このような処理を多数回繰り返すことで、基板上に１層ずつ適切な材料及びパターンを有するデバイス構造を構築する。従って、リソクラスタに到達した基板１３０は、新しく準備された基板であるか、又はこのクラスタ内もしくは別の装置内で全体的に事前に処理された基板であり得る。同様に、必要な処理に応じて、装置１２６から出た基板１３２は、同じリソクラスタ内の後続のパターニング動作のために戻されるか、異なるクラスタ内でパターニング動作を行う予定になっているか、又は、ダイシング及びパッケージングのため送出される完成品である可能性がある。
【００３２】
[31]  製品構造の各層はそれぞれ異なるプロセスステップの一セットを必要とし、各層で使用される装置１２６は全く異なるタイプであり得る。更に、たとえ装置１２６によって適用される処理ステップが名目上同じであっても、大型設備では、異なる基板にステップ１２６を実行するため、同一と推定されるいくつかの機械が並行して作業している場合がある。これらの機械間のセットアップにわずかな相違又は障害があると、異なる基板に異なる影響を及ぼすことになる可能性がある。エッチング（装置１２２）のような各層に比較的共通したステップであっても、名目上同一であるがスループットを最大にするため並行して作業するいくつかのエッチング装置によって実施されることがある。更に、実際には、エッチングされる材料の詳細や、例えば異方性エッチング等の特殊な要件に応じて、異なる層は、例えば化学エッチやプラズマエッチのような異なるエッチプロセスを必要とする。
【００３３】
[32]  これよりも前のプロセス及び／又は後続のプロセスは、前述のように他のリソグラフィ装置で実行される可能性があり、更には、異なるタイプのリソグラフィ装置で実行される可能性もある。例えば、解像度及びオーバーレイ等のパラメータの要求が非常に厳しいデバイス製造プロセスにおけるいくつかの層は、それらに比べて要求が厳しくない他の層よりも高度なリソグラフィツールで実行することができる。従って、いくつかの層は液浸タイプのリソグラフィツールにおいて露光されるが、他の層は「ドライ」ツールにおいて露光される場合がある。いくつかの層はＤＵＶ波長で動作するツールにおいて露光されるが、他の層はＥＵＶ波長放射を用いて露光される場合がある。
【００３４】
[33]  リソグラフィ装置によって露光される基板を正確にかつ一貫して露光するため、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エラー、ラインの太さ、クリティカルディメンション（ＣＤ）のような特性を測定することが望ましい。従って、リソセルＬＣが配置されている製造設備は、リソセル内で処理された基板Ｗのいくつか又は全てを受け取るメトロロジシステムＭＥＴも含む。メトロロジ結果は、直接又は間接的に監視制御システムＳＣＳに提供される。エラーが検出された場合、特に、メトロロジを迅速かつ高速に実行できるので同一バッチ内の別の基板がまだ処理されていない場合、後続基板の露光に対して調整を行うことができる。また、既に露光済みの基板を、歩留まりを向上させるためにはぎ取って再加工するか、又は廃棄することによって、不良であるとわかっている基板上で更に処理を実行することを回避できる。１つの基板のいくつかのターゲット部分のみが不良である場合は、良好なターゲット部分にのみ更に露光を実行することができる。
【００３５】
[34]  図１には、製造プロセス中の所望の段階で製品のパラメータを測定するために提供されるメトロロジ装置１４０も示されている。最新のリソグラフィ生産設備におけるメトロロジ装置の一般的な例は、例えば角度分解スキャトロメータ又は分光スキャトロメータのようなスキャトロメータであり、装置１２２におけるエッチングに先立って１２０において現像済み基板の特性を測定するために適用可能である。メトロロジ装置１４０を使用して、例えば、オーバーレイ又はクリティカルディメンション（ＣＤ）等の重要な性能パラメータが現像済みレジストにおける指定された精度の要件を満たさないことが判定され得る。エッチングステップに先立って、現像済みレジストをはぎ取り、リソクラスタを介して基板１２０を再処理する機会が存在する。周知のように、装置１４０からのメトロロジ結果１４２を用いて、監視制御システムＳＣＳ及び／又は制御ユニットＬＡＣＵ１０６が小さい調整を経時的に行うことにより、リソクラスタにおいてパターニング動作の高精度の性能を維持することができ、それによって、製品が規格外れになること及び再加工が必要になることといったリスクを最小限に抑えることが可能となる。むろん、メトロロジ装置１４０及び／又は他のメトロロジ装置（図示せず）を適用して、処理済みの基板１３２、２３４及び入来する基板１３０の特性を測定することも可能である。
【００３６】
[35]  図２は、例示的なアライメントセンサの光学系２００を示している。例示的なアライメントセンサはオフアクシス照明モードを利用し、これはとりわけ精度向上のためのアライメントマークのピッチの縮小を可能とする。また、この光学系によって、別個のスキャトロメータ機器でなくアライメントセンサを用いてスキャトロメトリタイプの測定を実行することが可能となる。図２では、簡略化のため、複数の波長及び偏光の詳細は省略されている。むろん、図示されているアライメントセンサは単なる例示であり、アライメントセンサの他の実施も容易に想定できることは認められよう。
【００３７】
[36]  いくつかの分岐を有する光軸「Ｏ」は、光学系２００全体に延出する破線で示されている。光学系は、放射源２２０、照明ビーム２２２、対物レンズ２２４、情報搬送ビーム２２６、自己参照干渉計２２８、及び検出器２３０を含む。実際、いくつかの例では任意の複数の検出器を提供することができる。検出器からの信号は処理ユニットＰＵによって処理され、処理ユニットＰＵは、以下で説明する特徴を実施すると共に各マークの位置測定値ＰＯＳを出力するように変更されている。
【００３８】
[37]  この概略図に示されている追加のコンポーネントは以下の通りである。照明サブシステム２４０において、放射源２２０からの放射は、光ファイバ２４２を介して照明成形光学系２４６に送出される。照明成形光学系２４６は、入力ビーム２２２を、ビームスプリッタ２５４を介して瞳面Ｐを有する対物レンズ２２４に送出する。対物レンズ２２４は、アライメントマーク１０１上にスポット２０６を形成する。マークによって回折された情報搬送ビーム２２６は、ビームスプリッタ２５４を通過して干渉計２２８に至る。干渉計２２８は、放射フィールドを、直交偏光を有する２つの部分に分割し、これらの部分を光軸を中心として相互に１８０度回転させ、それらを結合して出射ビーム２８２にする。レンズ２８４は全フィールドを検出器２３０上に集束させる。この例及びアライメントセンサにおける検出器２３０は、実質的には単一のフォトダイオードであり、既に記載したスキャン移動によるもの以外は空間情報を与えない。共役瞳面に空間解像度を有する検出器を追加することで、このアライメントセンサハードウェアを用いて角度分解スキャトロメトリ法を実行できる。
【００３９】
[38]  図２に示されている例では、例えばビーム整形要素のような実際に使用されるいくつかの光学要素が省略されていることに留意するべきである。これは、単にこの考えの説明を簡略化するために行われている。実際の実施では、それらを含める必要があり得る。更に、様々な例では、光学系は追加のサブシステム（例えば非対称測定構成等）を含むことがある。このような要素又は特徴は、光学系内でのそれらの位置を含めて、当業者によって想定することができる。
【００４０】
[39]  いくつかのプロセスでは、アライメントマークの形成後に基板上で層を処理すると、信号強度が低いか又は存在しないためにこれらのマークがアライメントセンサによって検出できないという状況になる。低い信号強度又はゼロの信号強度は、例えば、マークの上にある不透明層がアライメントセンサの動作を妨げることによって発生し得る。この問題は、典型的な基板上の層の数が増え続けるにつれて、より一般的になっている。更に、典型的に測定の位置合わせ（又は他のタイプ）に使用される放射に対して部分的に又は全体的に不透明な材料を使用することは、ますます一般的になっている。
【００４１】
[40]  図３はこの問題を概略的に示す。基板の一部が断面で３００に示されている。この図は単なる概略図であり、従って一定の縮尺通りに描かれていないことに留意するべきである。図３Ａは、アライメントマーク３０２として機能するように格子構造が形成されている場合の基板の状態を示す。このマーク３０２は、基板全体にわたって存在する複数のマークのうちの１つに過ぎないことは理解されよう。異なるセンサ及び／又は異なるプロセス条件に合わせるため、異なるタイプのマークを提供することも可能である。粗い位置測定及び細かい位置測定のために異なるマークを提供してもよい。格子構造を画定するフィーチャは、リソグラフィ装置ＬＡ又は同様の装置を用いて基板のブランク材料に適用されてレジスト層にパターンを形成し、次いで適用されたパターンを化学的に又は物理的にエッチングしてトレンチを形成し、これによってブランク材料内に永続的な格子構造を画定している。この後、これらのトレンチに別の層３０４の材料を充填することができる。格子構造を形成するためのパターニングは、基板の第１の層の処理の一部として実行することができ、同じパターニングステップが第１の層のデバイスフィーチャにも適用される。あるいは、いくつかのプロセスでは、アライメントマーク３０２を専用ステップで形成することが好ましく、これを「層０」と呼ぶことができる。
【００４２】
[41]  図３Ｂに見られるように、マーク３０２が材料層３０４及び３０６のような上に重なった構造の下に埋め込まれた場合であっても、リソグラフィ装置内のアライメントセンサＡＳを用いてマーク３０２の位置を検出することができる。引用文献に記載されている既知のアライメントセンサは一般に、典型的な上に重なった構造を貫通するように、異なる波長の放射を用いてマーク３０２の位置を検出する機能を提供する。一方、デバイスの構築に使用されるいくつかの材料は、アライメントセンサで使用される放射のいずれかに対して不透明である可能性がある。図３Ｃでは、特定の層３０８が追加されている。これは例えば炭素ハードマスク層である。層３０８は、パターンを付与する準備のため、デバイスの機能層を形成するため、又は下の層のエッチング用のハードマスクを形成するために適用される。しかしながら層３０８は、従来の波長範囲を用いるアライメントセンサＡＳの放射に対して不透明である。
【００４３】
[42]  不透明な層３０８が、マークの検出を可能とするトポグラフィフィーチャを残さない場合、不透明な層３０８にフィーチャを画定するためのパターンの正確な位置決めは、追加の措置なしでは不可能になる。例えば、以降の層に追加のマークを生成してマーク検出を容易にすることは既知である。しかしながら、この追加のマークの生成はコストが高い。いくつかのプロセスは、既存のマークの上に光学ウィンドウを生成することで、マークの上に位置する材料のみを除去し、これによってマークの測定を可能とすることに頼っている。光学ウィンドウの開口によって、アライメントセンサＡＳはマーク３０２の位置を読み取ることができるので、リソグラフィ装置は不透明な層３０８上に以降のパターンを正確に位置決めできる。「クリアアウト（clear-out）」としても既知であるこの光学ウィンドウは、特定の位置精度で実行する必要がある。さもなければ、機能デバイスのために残す必要がある層の部分を除去してしまうことで、ダイの歩留まりが影響を受ける。不透明な層３０８の下の層のトポグラフィを変更することによって、クリアアウトウィンドウの位置決めを可能とするのに充分な高精度で読み取れるアライメントマークを提供することができる。しかしながら、これらには追加の処理ステップ及びコストが必要であるので、この解決策は望ましくない。
【００４４】
[43]  これより図４を参照して、上述の問題を克服するための例示的な方法について説明する。表面ＳＳを有する基板Ｓ上に、アライメントマーク又は位置決めマーク等のマークＭが堆積されている。この後、マークの上に１つ又はいくつかの層が堆積されている。これらの層のうち１つ以上は、上述したように、アライメント又は位置測定で使用される放射に対して部分的に又は完全に不透明である可能性がある。
【００４５】
[44]  最初に、マークＭを覆っている１又は複数の堆積層の外面ＯＳを、埋め込みマークＭのエリア全体にわたって、短パルスレーザ等の適切な放射を用いて励起する。これによって、図４Ａに示されているように、例えば音響波面のような波面ＷＦが発生し、マークを覆っている堆積層を通って下方向に伝搬する（矢印で示されている）。図４Ｂに示されているように、波面ＷＦが埋め込みマークＭの上部のレベルに達すると、マークが隆起しているエリアにおいてのみ反射が発生する。従って、図４Ｃに示されているように、外面ＯＳの方へ戻る反射Ｒは埋め込みマークの像を伝達する。実際には、表面ＳＳに達する波面によっても反射が発生し得ることに留意するべきである。これらの反射は、マークの隆起部分からの反射に対してある時間遅延の後に外面ＯＳに到達する。この時間遅延はマークＭの寸法に依存する。いくつかの例では、マークＭの隆起部分からの反射の代わりに又は隆起部分からの反射に加えてこれらの反射を用いて、位置合わせを実行することができる。
【００４６】
[45]  図４Ｄに示されているように、反射Ｒが外面ＯＳに到達すると、埋め込みマークＭに対応したパターンＰに表面が変位する及び／又は外面の反射率が変化する。こういった変位、及び表面の変位エリアと非変位エリアとの間の反射率の差は、実質的に、マークＭ自体と同様にアライメントビームを回折する回折格子を形成する。次いで、埋め込みマークＭのこの音響表現に対して位置合わせを実行することができる。
【００４７】
[46]  これより図５及び図６を参照して、本開示に従って基板上の構造を測定するための例示的な方法及び装置について検討する。構造は、基板の表面上に堆積された少なくとも１つの層の下に位置付けられている。しかしながら、本例では単一の層のみが示されているが、この方法は複数の堆積層を備えた基板にも等しく使用できることに留意するべきである。
【００４８】
[47]  第１のステップ５０１では、基板６０２を励起放射６０４で照明する。励起放射は、基板の表面上に空間パターン６０８を形成する。励起放射によって材料効果６０６が基板内を伝搬する。材料効果は、任意の適切な形態をとり、励起放射によって任意の適切な様式で発生させることができる。一例において、材料効果は音波である。別の例において、材料効果は熱拡散であり、例えば基板の電子エネルギの熱拡散である。一例では、前述のように、励起放射は適切なレーザ源によって送出される短レーザパルスである。材料効果は、励起放射及び／又は基板上の１つ以上の層の１つ以上の特徴に依存することは認められよう。更に、上記においても以下の記載においても「表面」という用語を使用するが、励起放射は場合によっては、ある材料体積を励起し得ることは認められよう。同様にいくつかの例において、以降の測定ステップは、表面とだけ相互作用するのではなくある材料体積と相互作用することができる。
【００４９】
[48]  励起放射は、基板の表面上に任意の適切な空間パターンを形成することができる。いくつかの例において空間パターンは、１次元の空間的周期パターン、２次元の空間的周期パターン、又は円形対称周期パターンのうち１つを含む。任意の適切な空間パターンを使用できることは認められよう。いくつかの例では、特定の空間パターンを用いて１つ以上の有益な特徴を有する特定の材料効果を発生させることができる。
【００５０】
[49]  空間パターンは任意の適切な様式で発生させることができる。いくつかの例では、励起放射は少なくとも第１の励起ビームを含み、基板の表面上に空間パターンを形成させるように放射形成要素を用いて発生させることができる。一例において、励起放射は第１の励起ビーム及び第２の励起ビームを含み、空間パターンは第１の励起ビームと第２の励起ビームとの干渉パターンとして形成される。別の例では、励起放射は第１の励起ビームを含み、放射形成要素は空間光変調器を含む。
【００５１】
[50]  第２のステップ５０２では、構造６１４によって散乱した反射材料効果６１２に関連した少なくとも１つの効果６１０を測定する。この効果は、適切な検出器６１６を用いて任意の適切な方法で測定することができる。上述のように、いくつかの例では、効果は基板の表面における屈折率の変化を含む。他の例では、効果は基板の表面の物理的変位を含む。更に別の例では、効果は屈折率の変化と物理的変位の双方を含む。効果は、少なくともいくつかの例では、反射材料効果及び／又は基板の１つ以上の層の１つ以上の特徴に依存することは認められよう。
【００５２】
[51]  任意の適切なタイプの測定及び／又は検出器を用いて測定ステップを実行することができる。いくつかの例において検出器は、干渉計、暗視野検出器、差動検出器、レンズレス検出システム、単一画素検出器、位相コントラスト検出器、又はＣＣＤ検出器のうち１つである。効果の測定に使用される測定の１又は複数の特定のタイプ及び検出器のタイプは、いくつかの例では測定対象の効果の特徴に依存することは認められよう。例えば、効果が屈折率の変化を含む場合、効果は基板の表面の反射率の変化として測定可能である。別の例において、効果が物理的変位を含む場合、測定は位相シフトとして測定可能である。他の例にでは、効果は屈折率の変化と物理的変位の双方を含み得る。多数の例示的な測定方法及び装置については、以下で更に詳しく検討する。
【００５３】
[52]  第３のステップ５０３では、少なくとも１つの測定された効果に基づく構造の少なくとも１つの特徴を導出する。導出ステップは適切な方法で実行することができる。一例において、導出ステップは処理ユニット６１８によって実行される。
【００５４】
[53]  これより図７及び図８を参照して、測定方法の第１の特定の例示的な実施、及びこれを実施することができる装置について検討する。以下で検討される特定の実施は単なる例示であり、いかなる点でも本開示の範囲を限定することは意図していないことは認められよう。また、先に図２を参照して記載したような装置において実施することができる多数の具体的な実施が想定され得ることは認められよう。更に、図６との比較を容易にするため、図６の対応する要素と同様の図８の要素は、図６で使用したものと同様の参照符号で標示するが、接頭文字は「６」でなく「８」を用いる。
【００５５】
[54]  第１のステップ７０１では、基板８０２を励起放射８０４ａ、８０４ｂで照明する。励起放射は基板の表面上に空間パターン８０８を形成する。励起放射によって材料効果８０６が基板内を伝搬する。以下で更に詳しく検討するように、線形正弦曲線としての空間パターンの概略表現は単に例示を目的としたものであることに留意するべきである。
【００５６】
[55]  励起放射は任意の適切な様式で与えることができる。本例では、励起放射は第１の励起成分８０４ａ及び第２の励起成分８０４ｂを含む。第１の励起成分及び第２の励起成分は基板の表面の方へ誘導され、これによって基板の表面上に空間パターンを形成する。図８には２つのみの励起成分が図示されているが、任意の適切な数の励起成分を使用できることは認められよう。
【００５７】
[56]  任意の適切な空間パターンを使用することができる。空間パターンの具体的な実施は、励起放射及び励起放射が提供される方法に依存し得ることは認められよう。いくつかの例において空間パターンは、１次元の空間的周期パターン、２次元の空間的周期パターン、又は円形対称周期パターンのうち１つを含む。一例において、空間パターンは周期的線形干渉パターンである。パターンは、構造の特徴のうち少なくとも１つに合致するように形成できることは認められよう。
【００５８】
[57]  第２のステップ７０２では、基板を測定放射８２０で照明する。任意の適切な測定放射を使用することができる。いくつかの例では、基板の少なくとも１つの層の１つ以上の特徴又は材料特性に応じて測定放射の１つ以上の特徴を選択することができる。一例において、測定放射は、基板によって散乱される放射量を最大限にするように最適化される。測定放射は、適切な照明システム（図示せず）によって任意の適切な様式で送出することができる。いくつかの例では、本開示の照明システムは、装置（例えばリソグラフィ装置）の少なくとも１つの他の光学系と、１つ以上の光学コンポーネントを共有することができる。
【００５９】
[58]  第３のステップ７０３では、基板によって散乱された散乱測定放射８２２を受光する。散乱測定放射は少なくとも１つの効果を表している。上述のように、散乱測定放射の１つ以上の特徴は表面効果によって変更される。使用される測定方法及び照明放射の特性に応じて、追加の散乱放射８２４が発生し得る。いくつかの例では、散乱放射を複数の回折次に分離し、それらのうち１つのみの特定の回折次を特定の測定のために使用することができる。任意の追加の散乱放射は適切な方法で処理することができる。いくつかの例では、追加の散乱放射を追加の又は代替的な測定において使用することができる。他の例では、追加の散乱放射を阻止するか又はビームダンプ（図示せず）の方へ送出することができる。
【００６０】
[59]  散乱測定放射は検出器８１６において適切な様式で受光することができる。ＣＣＤ検出器等、任意の適切なタイプの検出器を使用できる。検出器の選択は、測定において使用される放射のタイプに依存し得る。検出器に加えて、任意の適切な数の光学コンポーネント８２６を提供して、例えば散乱放射を整形又は最適化することができる。検出器は、散乱放射の特定のサブセットを検出するように配置できる。散乱放射が基板の表面で散乱される複数の回折次に散乱されるいくつかの例では、検出器は「＋１」次回折放射を受光するように配置されている。他の例では、検出器によって「０」次回折放射を受光してもよい。更に別の例では、検出器によって「−１」次回折放射を受光してもよい。更に別の例では、検出器は複数の回折次の組み合わせを受光するように構成できる。
【００６１】
[60]  第４のステップ７０４では、少なくとも１つの測定された効果に基づく構造の少なくとも１つの特徴を導出する。上記で検討したように、導出は、例えば検出器に接続された処理ユニット（図示せず）によって任意の適切な方法で実行できる。この後、例えばリソグラフィ装置における更に別の層の堆積を制御するため、導出された特徴を適切な様式で用いることができる。
【００６２】
[61]  これより図９を参照して、上記で検討した方法を実施することができる測定装置の第２の特定の例示的な実施について検討する。図８との比較を容易にするため、図８の対応する要素と同様の図９の要素は、図８で使用したものと同様の参照符号で標示するが、接頭文字は「８」でなく「９」を用いる。簡潔さのため、以下では、図８を参照して記載したものと異なる特徴についてのみ詳しく説明する。
【００６３】
[62]  この例示的な実施において、散乱放射９２２は、基板９０２によって直接散乱された放射を含む（例えば鏡面反射）。散乱放射９２２は検出器９１６において受光される。
【００６４】
[63]  この例において、励起放射９０４ａ、９０４ｂは、極めて短いパルス時間の１対のレーザ放射源によって与えられる。励起放射は、基板９０２の表面上に空間パターンを発生させる。この空間パターンは、極めて短い期間（典型的にｐｓすなわちピコ秒単位で測定可能である）の後に消失する。次いで空間パターンは、前述の例で記載したように、構造９１４によって反射される材料効果（例えば音波）を発生させる。
【００６５】
[64]  材料効果は、基板を測定放射９２０で照明することによって測定される効果を発生させる。本例では、この効果は、検出器９１６で受光される散乱測定放射信号９２２の変調を含む。
【００６６】
[65]  いくつかの例では、検出器に加えて、任意の適切な数の光学コンポーネント９２６を提供して、例えば散乱放射９２２を整形又は最適化することができる。特定の例では、１つ以上の別の追加の光学コンポーネント９２８（例えばビーム阻止要素、減衰要素、又は位相遅延要素）を光学系に含めることも可能である。
【００６７】
[66]  これより図１０から図１２を参照して、本発明の第４の態様に従って基板上の構造を測定するための別の例示的な方法及び装置について検討する。構造１０１４は、基板の表面上に堆積された少なくとも１つの層の下に位置付けられている。しかしながら、本例では単一の層のみが図示されているが、この方法は複数の堆積層を備えた基板にも等しく使用可能であることに留意するべきである。
【００６８】
[67]  従来技術から既知であるように、音波を用いて、金属等の光学的に不透明な層の下に隠れた構造を検出することができる。この概念は、必要な解像度及び感度を満足させられるならば、位置合わせ、ＣＤ（クリティカルディメンション）、及びリソグラフィにおいて一般に見られる様々な材料の厚い多層スタックを介した他の形態のウェーハメトロロジのために有用であり得る。
【００６９】
[68]  更に、超高速レーザが様々な材料の内部に音波を発生できることが知られている（例えば、Ruello等、Ultrasonics 56, 21(2015)を参照のこと）。このため、ここ数年、レーザ発生音波（ＡＷ）を検出するための励起−測定方法が用いられている。音波は、光学的方法を用いて観察可能な２つの効果を生成することができる。すなわち、（１）伝搬歪みが金属格子の変位を引き起こす、及び（２）音波に関連した応力が光弾性効果によって誘電率の変化を誘発する（例えばMatsuda等、Ultrasonics 56, 3(2015)を参照のこと）。測定ビームの反射を測定しながら励起パルスと測定パルスとの間の遅延時間をスキャンすることで、サンプルを通る音波の伝搬を表出させる振動信号（oscillating signal）が得られる。
【００７０】
[69]  更に、光学メトロロジは、検出システムの開口数（ＮＡ）と光の波長とで決定される回折限界によって解像度が限定されていることは既知である。位置合わせ及びオーバーレイでは、格子１０１４のような繰り返し構造の使用によってサブナノメートル位置解像度を達成できるが、使用可能なマーカのピッチは光学回折限界によって限定される。光学回折限界を超えた高い空間解像度を有することは、解像度メトロロジ（at-resolution metrology）ターゲットの使用及びオンデバイスの（on-device）位置合わせ及びオーバーレイを可能とし、光学ＣＤメトロロジにとって大きな利点を有する。
【００７１】
[70]  このため本発明の第４の態様では、不透明な層（例えば金属層）を通して「見る」ため、光学的に誘発された音波を用いる。具体的には、１つ以上の層の下の構造１０１４の音響反射は表面１００２に戻り、表面１００２を変位させて例えばその材料の屈折率を変更するので、光学手段によって検出可能である。光学的に誘発された音波（ＡＷ）は、原理上は光学方法よりもはるかに高い解像度を可能とする１０〜１００ｎｍの範囲内の波長を有し得る。
【００７２】
[71]  本発明の第４の態様は１０〜５０ｎｍの範囲内の空間解像度を達成し、ＣＤメトロロジ及びマスク欠陥検査のために有用となり得る。更に、本発明の方法の第４の態様はこの解像度を達成するために繰り返し構造を必要としないので、エッジ配置誤差等のいっそう複雑なタスクを考慮することができる。また、これによって、位置合わせ用途のためのいっそう小さいピッチのターゲットの使用が可能となる。
【００７３】
[72]  本発明の第４の態様では、音波１０１２の回折パターン１０１０が表面１００２において光学的に検出される。戻り音波１０１２の遠視野音響回折パターンを検出できる場合、構造１０１４の解像度は、光学検出システムの解像度でなく、回折パターン１０１０の音響開口数（ＮＡ）すなわち音響信号の最大検出回折角及び音響波長によって決定することができる。
【００７４】
[73]  図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に本発明の第４の態様の概念が示されている。音響エコー１０１２が埋め込みナノ構造の一セット１０１４から反射され、例えば金属の層を介して表面１００２に戻る。上述のように、音波１０１２の回折は表面１００２に遠視野回折パターン１０１０を生成する。図１０（ｂ）に示されているように、音波（例えば１０〜１００ｎｍ）と同等のサイズの欠陥１００８は、表面１００２において検出可能な著しい音響散乱を引き起こし得る。
【００７５】
[74]  回折の関連性（relevance）は、フレネル数Ｆ＝ａ２／（Ｌλ）によって定量化することができる。ここで、「ａ」は回折している物体の寸法であり、「Ｌ」は伝搬距離であり、λは波長である。「Ｆ」＜＜「１」である場合、回折は遠視野にあると言われ、Ｆ＞＞「１」である場合、回折は顕著でない可能性があり、物体の像が観察される。ナノ構造の場合（例えば「ａ」＜１００ｎｍ）、例えば、１μｍの典型的な層の厚さ及び１０〜１００ｎｍの波長の場合、遠視野回折が関連レジーム（relevant regime）であると予想される。
【００７６】
[75]  図１１は、２つの異なる時点、すなわち（ａ）埋め込みナノ構造１０１４からの反射前及び（ｂ）反射後の、サンプル内部の変位フィールド（すなわち音響応答）の図を示している。音波（ＡＷ）の回折１０１６が戻った場合、表面における変位は埋め込み物体１０１４のトポグラフィに類似するのでなく、音波（ＡＷ）の回折１０１６の結果である変調を示すことがわかる。
【００７７】
[76]  本発明の第４の態様の重要な態様は、励起ビームと測定ビームとの間の時間遅延の関数として一連の像を記録することにより、音響回折パターンの時間的な進展（すなわち過渡的な性質）が測定されることである。図１１（ｂ）に示されているように、回折波１０１６は構造から様々な角度で現れるので、より大きい角度の成分を検出するには、励起からより長い時間遅延が必要である。高ＮＡパターンを記録するには、励起と測定との間に約数ナノ秒の時間遅延が必要となり得る。これは、例えば機械的遅延ライン又は適切な電子方法によって実現できる。
【００７８】
[77]  再構築アルゴリズムは、利用可能な音響回折フィールド１０１６から物体（すなわち構造）を取得する。このフィールドの振幅及び／又は位相を測定することができるので、これは、例えばフーリエ変換法（遠視野回折の場合）を用いて、又は近視野（フレネル）回折では波伝搬に基づく方法を用いて達成できる。例えば、表面における音波（ＡＷ）の位相及び振幅が測定された場合、層及び測定された音響フィールドの情報を入力として用いる逆伝搬アルゴリズムを利用して、埋め込み物体（すなわち構造１０１４）の像を数値的に再構築することができる。
【００７９】
（ｉ）実施例
[78]  ５μｍ厚さの不透明層では、１０×１０μｍの面積にわたる戻り音響エコーの光学的検出によって、０．５のＮＡが得られる。これにより、２０ｎｍの音波では、Ｒ＝λ／２ＮＡ＝２０ｎｍの空間解像度が可能となる。光学検出システムの解像度は回折パターンのサンプリング密度を決定し、これは再構築される像の視野を決定する。２００ｎｍの光学解像度では、記載されたジオメトリによって、５０×５０画素に分割される「１×１」μｍの像サイズを与えることができる。
【００８０】
[79]  図１２は、励起−測定システム２０００及び光学的に不透明な層１００２の下の表面下構造１０１４を検出するためのセットアップの例示的な実施形態を示す。励起パルス１００４は不透明層１００２内に音波を発し、時間遅延測定パルス１０２０は戻りエコーを検出する。光学撮像システム２００２は回折パターンの空間構造を取得する。遠視野音響回折パターンの場合、光学系２０００のＮＡは再構築された埋め込み物体（すなわち構造１０１４）の視野を決定する。
【００８１】
（ｉｉ）実施例−第１の位置合わせ実施形態
[80]  ターゲットは既知の格子１０１４であるので、既定の角度において別個の音響回折次数を予想することができる。
【００８２】
[81]  適切なシステムは以下を含むことができる。
（１）光音響発生及び検出のためのポンプ−プローブシステム２０００
（２）励起スポット（表面上のエリア）の周りのいくつかの（典型的には２つの）既定位置における高ＮＡの空間的に分解された検出
（３）２つの回折次数間の位相差を検出できる光学系２００２
（４）アライメントセンサ電子回路及びアルゴリズム
【００８３】
[82]  ここで、適切な検出システムは、表面に戻っている＋１次／−１次の音響回折を分解するだけでよい。遠視野回折の場合、これらの回折エコーを励起スポット位置から空間的に分離することができる（以下の例を参照のこと）。励起と戻りエコーとの時間差のため、時間遅延測定は依然として必要である。しかしながら、既知の層厚さを用いるので、検出は、１次の回折に対応した既知の時間遅延を中心とする限られた励起−測定時間遅延スキャンで実行することができる。
【００８４】
[83]  これにより、光学位置合わせに比べて小さい格子ピッチに対する感度という利点が得られる。例えば、５０ｎｍ音波が５０ｎｍラインの格子に入射すると、結果として３０度の角度の１次回折が得られる。１μｍ厚さの層では、戻りエコーは表面で０．５８μｍ変位する可能性があり、約３６０ｐｓの励起−測定時間遅延で到達する（正確なタイミングは不透明層内での音速に依存する）。強く集束させた励起スポット（表面上のエリア）を用いて、このような戻り回折スポットを空間的に分解することができる。
【００８５】
（ｉｉｉ）実施例−第２の位置合わせ実施形態
[84]  格子１０１４を拡大して、より大きい励起スポットによって照明し、戻り音響フィールドも空間的に拡大された回折パターンを形成する。音響波長、層の厚さ、及び材料に応じて、タルボット効果を利用して表面１００２に格子状の回折パターンを生成することができる。この回折パターンのピッチ及び位相は埋め込み格子（すなわち構造１０１４）に直接関連し得るので、回折された格子上で位置合わせを実行できる。いくつかのパラメータでは、タルボット効果によって生じる表面格子は、埋め込み格子（すなわち構造１０１４）のピッチの２分１から４分の１の大きさのピッチを有し得る。
【００８６】
[85]  第２の位置合わせ実施形態を実現するため、システムは以下のものを必要とし得る。
（１）光音響発生及び検出のためのポンプ−プローブシステム
（２）回折された格子を検出するための、ＳＭＡＳＨ（Smart Alignment Sensor Hybrid, ASML）と同様のセンサ
【００８７】
[86]  回折された音響格子の検出は、固定の励起−測定時間遅延で実行することができる。
【００８８】
[87]  本発明の第４の態様の実施形態のいずれにおいても、例えば、より単色の音波を有するため、複数の又は整形された励起パルスを用いて音響励起スペクトルを変更できることは、当業者によって理解されよう。更に、関連する音響周波数は百ＧＨｚ範囲であり得るので、音響フィールドは励起−測定スキャンによって直接サンプリングすることができる（干渉法は必要ない）。また、達成できる解像度は実際には音波（ＡＷ）の減衰に依存し、高角度の回折は鏡面反射よりも長い距離を進むので、高ｋ成分はいっそう減衰され、実質的に音響ＮＡを制限することは理解されよう。更に、赤外線又は極端紫外線の範囲内の波長を用いて、音波（ＡＷ）を光学的に透明な表面層内に発することも可能である。また、「ｔ」検出ステップは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて実行することで、回折パターンのサンプリングが改善される可能性がある。しかしながら、そのような実施形態では、ポンプビームのための光学アクセスが問題となる恐れがある。
【００８９】
[88]  これより図１３及び図１４を参照して、本発明の第５の態様に従った、基板上の構造を測定するための別の例示的な方法及び装置について検討する。
【００９０】
[89]  本発明のこの実施形態は、フェムト秒レーザパルスによって励起されたホットエレクトロンの拡散コントラストを用いて、基板上の埋め込み構造を検出する。ここで、表面に近い領域からのホットエレクトロンエネルギの拡散速度（光学表皮厚さによって決定される）は、金属（例えば金属Ａ）の厚さと、内部に又は下方に埋め込まれているが金属Ａと接触している別の金属（例えば、金属Ａと同一の金属材料であり得る金属Ｂ）の存在と、によって影響を受ける。図１３は第５の実施形態の簡略化された図である。図１３（ａ）では、励起ビーム（例えばフェムト秒レーザパルス）が金属（例えば金属Ａ）に入射し、図１３（ｂ）では、その後ホットエレクトロンが光学表皮厚さで発生し、図１３（ｃ）では、ホットエレクトロンエネルギが金属（例えば金属Ａ）内に拡散し、図１３（ｄ）では、格子の「谷」及び「山」の上方の異なる拡散体積に起因して、上面において空間的に周期的な電子温度勾配が生じている。図１３（ｅ）は、「ホット」と「コールド」との間の色分けされた温度スケールである。
【００９１】
[90]  以下は、本発明の第５の態様の実施形態のいくつかの適用例である。
【００９２】
（ｉｖ）実施例−位置合わせ
[91]  本発明の第５の態様の実施形態は、埋め込みアライメント格子の位置を見つけ出すように適合されている。隠れた格子によって、空間的に周期的な電子温度が上面に生じる（例えば図１３（ｄ）を参照のこと）。図１４（ａ）は、ガラス基板側から励起及び測定を行いながら、上部に４０ｎｍの金の格子を有する１００ｎｍの金層に実行した「原理証明」実験の結果を示す。金の格子を有するエリアでは、この電子温度コントラストのために回折信号が観察された。ゼロ時間遅延の近くのスパイクは、このコントラストに起因している。後の時点で音響エコーが観察されている。電子コントラストピークの回折効率は５×１０−８である。
【００９３】
（ｖ）実施例−欠陥検査
[92]  本発明の第５の態様の実施形態は、金属内の欠陥の存在を検出するように適合されている。金属内の欠陥の存在によって、表面における電子温度分布に変化が生じ得る。従って、この技法によってサブ波長寸法の欠陥を検出することができる。
【００９４】
（ｖｉ）実施例−電気コンタクト検査
[93]  本発明の第５の態様の実施形態は、電気コンタクト及び電気絶縁を検査するように適合されている。２つの金属間の無傷の電気コンタクトは、一方の金属から他方の金属へ電子エネルギを伝達することができる。これは電子エネルギ拡散に影響を及ぼし、次いで上面における電子温度を変化させる。この技法は、例えば電気コンタクトを調べるために高エネルギ電子を用いるよりもはるかに高速である。また、光学的な励起−測定タイプのセンサは、より費用効率が高い可能性があり、より大きいエリアを検査することができる。
【００９５】
（ｖｉｉ）実施例−金属層を介したオーバーレイ
[94]  本発明の第５の態様の実施形態は、例えばYieldstar (ASML)のようなシステムで使用されて、レジスト格子と埋め込みターゲット格子とのオーバーラップを測定するように適合されている。電子温度コントラストは下にある格子の位置を与えることができ、これをレジスト格子からの回折信号と比較することによってオーバーレイが求められる。
【００９６】
[95]  上述した特定の例示的な実施は単に例示を目的としたものであることは認められよう。本開示の範囲内で代替的な実施を想定することができ、それらのいくつかは、追加の又は代替的な技術的利益又は利点を有する。
【００９７】
[96]  単に一例として、ＣＣＤベースの検出器の代わりに又はこれと組み合わせて、基準アームを用いた干渉検出器を使用することができる。いくつかの例では、干渉検出は、表面効果に対する表面変位と屈折率の寄与分を別個に測定し、これによって検出器の感度及び／又は検出器ノイズに対する信号強度を増大させることができる。
【００９８】
[97]  同様に、放射を狭ビームスキャンシステム又はスポットスキャンシステムとして提供することも可能である。この場合、励起放射又は測定放射の一方又は双方を放射スポットに集束させ、基板表面全体にわたって空間的にスキャンする。
【００９９】
[98]  更に、レンズベースの光学コンポーネントを用いた従来の光学系に加えて又はその代わりに、レンズレス光学系を想定することも可能である。そのような実施では、基板の表面に与えられる照明放射は、適切な検出器で受光することができる回折パターンに散乱される。そのような例では、導出ステップ中に適切な位相検索アルゴリズムを用いて、受光した回折パターンに基づいて構造を導出できる。いくつかのそのような例では、追加のアルゴリズム及び／又は導出ステップを用いて、更に別の補正（例えば収差補正）及び／又は解像度の改善を実行することができる。
【０１００】
[99]  測定装置の前述した特定の例示的な実施に示されている放射検出システムが例示に過ぎないことは認められよう。更に、代替的な放射検出システムを想定し実施できることも認められよう。様々な例において、検出器は、干渉計、暗視野検出器、差動検出器、レンズレス検出システム、単一画素検出器、位相コントラスト検出器、又はＣＣＤ検出器のうち１つである。
【０１０１】
[100]  本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用ガイダンス及び検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板プロセスツールに適用することができる。更に基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。
【０１０２】
[101]  光リソグラフィの分野での本発明の実施形態の使用に特に言及してきたが、本発明は文脈によってはその他の分野、例えばインプリントリソグラフィでも使用することができ、光リソグラフィに限定されないことを理解されたい。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイス内のトポグラフィが基板上に作成されたパターンを画定する。パターニングデバイスのトポグラフィは基板に供給されたレジスト層内に刻印され、電磁放射、熱、圧力又はそれらの組み合わせを適用することでレジストは硬化する。パターニングデバイスはレジストから取り除かれ、レジストが硬化すると、内部にパターンが残される。
【０１０３】
[102]  本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、イオンビーム又は電子ビームなどの粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍもしくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外線（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。
【０１０４】
[103]  「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのいずれか一つ、又はその組み合わせを指すことができる。
【０１０５】
[104]  以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明は、上記で開示したような方法を述べる機械読み取り式命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラム、又はこのようなコンピュータプログラムを内部に記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）の形態をとることができる。
【０１０６】
[105]  本発明の代替的な用途も可能である。そのような用途の一例は、薄い層が用いられるプロセスにおける品質管理のための使用である。不透明な層を適用し、本発明を用いて、不透明な層の下にある基板内の欠陥及び／又は傷を検出することができる。これを更に利用して、接着剤や他の材料の品質を求めるために使用することも可能である。
【０１０７】
[106]  代替的な用途の別の例は、紙幣やパスポートのような特定の貴重な物体及び／又は文書の安全を保証することである。これにより、層の下に隠れているので目に見えない構造を追加することが可能となる。
【０１０８】
[107]  また、別の例では、本発明に従った方法を用いて読み取られるコンパクトな情報担体（information carrier）を提供することができる。上記の説明は例示的であり、限定的ではない。従って、請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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