JP2012526402A - オーバーレイエラーを決定する方法 - Google Patents

Abstract

一次回折パターンの非対称性が高調波の加重和としてモデル化されるオーバーレイエラーを決定する方法。一次高調波および高次高調波の両方とも無視できず、両方に対する重みを計算する。最小平均二乗法を用いた重ね合わせパターンの３つ以上のセットを用いて重みを計算する。
【選択図】図５

Description

関連出願への相互参照
[0001] 本願は、２００９年５月１１日に出願した米国仮出願第６１／１７７，０８１号の優先権を主張し、その全体を本願に参考として組み込む。

[0002] 本発明は、例えば、リソグラフィ技術によるデバイスの製造に使用できる検査方法およびリソグラフィ技術を用いてデバイスを製造する方法に関する。

[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] リソグラフィプロセスを監視するために、パターン付けされた基板のパラメータ、例えば基板中または基板上に形成された連続する層間のオーバーレイエラーなどを測定することが必要である。リソグラフィプロセスで形成される顕微鏡的構造を測定するには、走査電子顕微鏡および様々な特殊なツールを使用することを含めて、様々な技術がある。特殊な検査ツールの１つの形態は、放射ビームを基板の表面上のターゲットに誘導し、散乱または反射したビームの特性を測定するスキャトロメータである。基板による反射または散乱の前および後のビームの特性を比較することにより、基板の特性を求めることができる。これは、例えば反射したビームを、既知の基板特性に関連する既知の測定値のライブラリに記憶されているデータと比較することによって実行することができる。スキャトロメータは２つの主なタイプが知られている。分光スキャトロメータは、広帯域放射ビームを基板に誘導し、特定の狭い角度範囲に散乱した放射のスペクトル（波長の関数としての強度）を測定する。角度分解スキャトロメータは、単色の放射ビームを使用して角度の関数として散乱放射の強度を測定する。

[0005] 回折パターンは複数の回折次数を含んでおり、一次および高次回折次数に対しては、回折次数の対がある（±一次、±二次、±三次等）。したがって、一次および高次回折次数に対する各ピクセルは、等しいおよび反対の回折角を有する逆ピクセル有する（ピクセルの対を形成する）。所定の回折角に対する非対称性（またはピクセルの対）は、同じ回折次数の範囲内で、（同じ時点で測定される）対の一方のピクセルの強度からもう一方のピクセルの強度を減算することによって得られる。検出されたビームの非対称性は振動基底関数の加重和として、最も一般的には調和級数としてモデル化される。従来、一次回折パターンを検出する場合、一次高調波のみが減少する有意性を有する高次高調波として使用される。逆バイアスを有する重ね合わせパターンの２つの個別のセットを用いて、検出された回折パターンおよびオーバーレイエラーにおける各ピクセルに対する一次高調波の振幅を決定するが、高次高調波を無視することは、二次（または高次）高調波が十分に大きく無視できない場合、決定されたオーバーレイエラーにおける非許容オフセットへと繋がり得る。

[0006] 基底関数の振幅はＫ値として知られており、各ピクセルに対するＫ値が決定されて「Ｋマップ」となる。Ｋ値は一対の重ね合わせパターンを用いて決定することができ、Ｋマップは重ね合わせパターンの単一のセットのみを有するターゲット上で再利用される。しかしながら、（例えば、高次高調波を無視することによって）決定されたＫ値が正確ではない場合、決定されたオーバーレイも不正確である。さらに、Ｋ値は、基板にわたるプロセス変動、例えば、化学機械的研磨によって変化することがあり、Ｋ値は、決定されたオーバーレイエラーから遠い位置で決定され得る。

[0007] 回折次数の非対称性のモデル化を決定する改良された方法を提供することが望ましい。

[0008] 本発明の一実施形態の一態様によると、基板上のオーバーレイエラーを測定する方法が提供される。基板は重ね合わせパターンの複数のセットを含み、重ね合わせパターンの各セットは上部パターンおよび下部パターンを含む。上部パターンおよび下部パターンは周期的である。重ね合わせパターンの各セットは上部パターンと下部パターンとの間に異なるバイアスを有し、それによってそれぞれの上部パターンと下部パターンとの間の全シフトはオーバーレイエラーおよびバイアスの和と等しい。方法は、複数のバイアスの各々に対して一次または高次を含む回折パターンを検出することと、一次または高次から重ね合わせパターンのセットの各々に対応する非対称性を決定することと、複数のバイアスに対する非対称性のセットに基づいてオーバーレイエラーを計算することとを含む。計算は、重ね合わせパターンのセットの各々に対して、少なくとも２つの異なる振動基底関数の加重和としての全シフトの関数として、非対称性をモデル化することを含み、基底関数は、上部パターンと下部パターンとの間の全シフトに対する非対称性を有しかつ周期的パターンのピッチと等しい周期性を有する。

[0009] 本発明のさらなる実施形態によると、重ね合わせパターンの複数のセットを有する基板上のオーバーレイエラーを決定する方法が提供される。方法は、複数の配置の各々における複数の非対称性を測定するために一次または高次を含む回折パターンを検出することであって、各配置はフィールドに対応する、ことと、少なくとも２つの異なる非対称振動基底関数の加重和として非対称性をモデル化し、かつ複数の配置の各々に対して、少なくとも２つの異なる非対称振動基底関数の各々に対する重みを決定することと、複数の配置とは異なる検出配置における非対称性を測定するために一次または高次を含む回折パターンを検出することと、複数のフィールド配置に対して決定された第１振動基底関数に対する重みの間を補間することによって検出配置に対して第１振動基底関数に対する重みを決定することと、複数のフィールド配置に対して決定された第２振動基底関数に対する重みの間を補間することによって検出配置に対して第２振動基底関数に対する重みを決定することと、検出配置におけるオーバーレイエラーを計算することとを含む。

[0010] 本発明のさらなる特徴および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造および動作を、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。本発明は、本明細書で説明する特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。このような実施形態は、本明細書では例示のためにのみ提示されている。本明細書に含まれる教示に基づき、当業者には追加の実施形態が明白になるであろう。

[0011] 本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明を図示し、さらに、記述とともに本発明の原理を説明し、当業者が本発明を作成して使用できるように役立つ。
[0012] 図１は、リソグラフィ装置を示す。 [0013] 図２は、リソグラフィセルまたはクラスタを示す。 [0014] 図３は、第１スキャトロメータを示す。 [0015] 図４は、第２スキャトロメータを示す。 [0016] 図５は、一次回折パターンにおける基底関数および第１高調波を示す。 [0017] 図６は、本発明の一実施形態と関連して使用される基板の一部を示す。 [0018] 図７は、本発明の代替の実施形態と関連して使用される基板の一部を示す。

[0019] 本発明の特徴および利点は、以下に述べる詳細な説明を図面と組み合わせて考慮することによりさらに明白になるであろう。ここで、同様の参照文字は全体を通して対応する要素を識別する。図面では、同様の参照番号は全体的に同一、機能的に類似する、および／または構造的に類似する要素を示す。要素が最初に現れた図面を、対応する参照番号の最も左側の（１つ以上の）桁で示す。

[0020] 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(１つ以上の)実施形態は、本発明を例示するにすぎない。本発明の範囲は開示される（１つ以上の）実施形態に限定されない。本発明は添付の特許請求の範囲によって定義される。

[0021] 記載される（１つ以上の）実施形態、および「一実施形態」、「実施形態」、「例示的実施形態」などへの本明細書における言及は、記載される（１つ以上の）実施形態が特定の特徴、構造または特性を含むことができるが、それぞれの実施形態が必ずしも特定の特徴、構造または特性を含まないことを示す。さらに、そのようなフレーズは、必ずしも同じ実施形態に言及するものではない。さらに、一実施形態に関連して特定の特徴、構造または特性について記載している場合、明示的に記載されているか記載されていないかにかかわらず、そのような特徴、構造、または特性を他の実施形態との関連で実行することが当業者の知識にあることが理解される。

[0022] 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の任意の組合せで実施することができる。本発明の実施形態は、１つ以上のプロセッサで読み取り、実行することができる機械読取可能媒体に記憶した命令としても実施することができる。機械読取可能媒体は、機械（例えば計算デバイス）で読取可能な形態で情報を記憶するかまたは伝送する任意の機構を含むことができる。例えば、機械読取可能媒体はリードオンリーメモリ（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、電気、光、音響または他の形態の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号など）およびその他のものを含むことができる。さらに、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令を、本明細書では特定の行為を実行するものとして記述することができる。しかしながら、そのような記述は便宜的なものにすぎず、そのような行為は実際には計算デバイス、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、命令などを実行する他のデバイスの結果であることを認識されたい。

[0023] そのような実施形態をより詳細に記載する前に、本発明の実施形態を実施することができる例示的環境を示すことが有益である。

[0024] 図１は、リソグラフィ装置を概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射または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成され、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成され、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）ＰＬとを備える。

[0025] 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コンポーネントを含むことができる。

[0026] サポート構造は、パターニングデバイスの重量を支えるなどしてパターニングデバイスを支持する。サポート構造は、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。サポート構造ＭＴ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。サポート構造は、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。サポート構造は、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。

[0027] 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。

[0028] パターニングデバイスは、透過型または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様々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。

[0029] 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。

[0030] 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。

[0031] 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。

[0032] 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。

[0033] 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。

[0034] 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。

[0035] 放射ビームＢは、サポート構造（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。マスクＭＡを通り抜けた後、放射ビームＢは投影システムＰＬを通過し、投影システムＰＬ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、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、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、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）、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。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。

[0036] 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。
１．ステップモードにおいては、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。
２．スキャンモードにおいては、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）。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ＰＬ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。
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、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。

[0037] 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。

[0038] 図２に示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセルまたはクラスタと呼ばれることもあるリソグラフィセルＬＣの一部を形成し、これは基板上で露光前および露光後プロセスを実行する装置も含む。これは、レジスト層を堆積させるスピンコータＳＣ、露光したレジストを現像するデベロッパＤＥ、冷却プレートＣＨおよびベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラまたはロボットＲＯは、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り上げ、これを異なるプロセス装置間で移動させ、次にリソグラフィ装置のローディングベイＬＢへと送出する。これらのデバイスは、往々にしてトラックと総称され、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、これ自体が監視制御システムＳＣＳに制御され、これ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も制御する。したがって、様々な装置を操作して、スループットおよび処理効率を最大限にすることができる。

[0039] 一例では、リソグラフィ装置によって露光される基板を正確かつ一貫して露光するために、露光した基板を検査して、連続する層間のオーバーレイエラー、線の太さ、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。エラーが検出された場合は、特に同じバッチの他の基板をまだ露光するのに十分なほど即座に、かつ迅速に検査を実行できる場合、連続する基板の露光を調節することができる。また、既に露光された基板を（歩留まりを改善するために）取り除いて再加工するか、または廃棄し、それによって欠陥があることが分かっている基板での露光の実行を回避することができる。基板の一部のターゲット部分のみに欠陥がある場合は、良好であるターゲット部分のみにさらなる露光を実行することができる。

[0040] 一例では、検査装置を使用して、基板の特性を、特に異なる基板または同じ基板の異なる層の特性が層毎にいかに異なるかを求める。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡまたはリソセルＬＣに組み込まれるか、独立型デバイスでよい。最も迅速な測定を可能にするために、検査装置は、露光直後に露光したレジスト層の特性を測定することが望ましい。しかし、レジストの潜像はコントラストが非常に低く、放射で露光したレジストの部分と露光していない部分とには、屈折率に非常に小さい差しかなく、全ての検査装置が、潜像を有効に測定するほど十分な感度を有するわけではない。したがって、習慣的に露光した基板で実行する最初のステップであり、レジストの露光部分と非露光部分とのコントラストを向上させる露光後ベークステップ（ＰＥＢ）の後に、測定を実行することができる。この段階で、レジスト内の像を半潜在性と呼ぶことができる。レジストの露光部分または非露光部分のいずれかが除去された時点、またはエッチングなどのパターン転写ステップの後に、現像したレジスト像を測定することも可能である。後者の可能性は、欠陥がある基板を再加工する可能性を制限するが、それでも有用な情報を提供することができる。

[0041] 図３は、本発明の一実施形態で使用できるスキャトロメータＳＭ１を示している。スキャトロメータＳＭ１は、基板Ｗに放射を投影する広帯域（白色光）放射プロジェクタ２を含む。反射した放射は分光ディテクタ４へと渡され、これが鏡面反射放射のスペクトル１０（波長の関数としての強度）を測定する。このデータから、検出したスペクトルを生じさせる構造又はプロファイルを、処理ユニットＰＵによって、例えば厳密結合波解析および非線形回帰によって、または図３の底部で示すようにシミュレートしたスペクトルのライブラリとの比較によって再構築することができる。概して、再構築するためには、構造の全体的形態が知られ、幾つかのパラメータは、構造を作成したプロセスの知識から想定され、構造の幾つかのパラメータのみが、スキャトロメータデータから求めるように残されている。このようなスキャトロメータは、法線入射スキャトロメータまたは斜め入射スキャトロメータとして構成することができる。

[0042] 本発明の一実施形態で使用できる別のスキャトロメータＳＭ２が、図４に示されている。このデバイスでは、放射源２によって放出された放射は、レンズシステム１２を用いて干渉フィルタ１３および偏光器１７を通して集束され、部分反射表面１６によって反射し、少なくとも０．９、さらに少なくとも０．９５という高開口数（ＮＡ）を有する顕微鏡の対物レンズ１５を介して基板Ｗに集束される。液浸スキャトロメータは、開口数が１を超えるレンズを有してもよい。反射した放射は、次に部分反射表面１６を透過して、散乱スペクトルを検出するためにディテクタ１８に入る。ディテクタは、後方投影瞳面１１に配置することができ、これはレンズシステム１５の焦点距離にある。しかしながら、瞳面は、補助光学系（図示せず）によってディタクタへと再結像することもできる。瞳面は、放射の半径方向位置が入射角度を規定し、角度位置が放射の方位角を規定する面である。ディテクタは、基板ターゲット３０の２次元角散乱スペクトルを測定できるように、２次元ディテクタであることが好ましい。ディテクタ１８は、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサのアレイであり、例えば１フレーム当たり４０ミリ秒という積分時間を使用する。

[0043] 一例では、基準ビームは、例えば入射放射の強度を測定するために使用されることが多い。それを実行するには、放射ビームがビームスプリッタ１６に入射すると、その一部が基準ビームとして基準ミラー１４に向かってビームスプリッタを透過する。次に、基準ビームを同じディテクタ１８の異なる部分に投影する。

[0044] 一例では、４０５〜７９０ｎｍの範囲、または２００〜３００ｎｍなどのさらに低い範囲で対象の波長を選択するために、干渉フィルタ１３のセットが利用可能である。干渉フィルタは、異なるフィルタのセットを含むのではなく、調節可能であってもよい。干渉フィルタの代わりに、回折格子を使用することもできる。

[0045] 一例では、ディテクタ１８は、単一の波長（または狭い波長範囲）で散乱光の強度を測定するか、複数の波長で別々に強度を測定するか、またはある波長の範囲にわたって積分した強度を測定することができる。さらに、ディテクタは、ＴＭ(transverse magnetic)偏光、およびＴＥ(transverse electric)偏光の強度および／またはＴＭ偏光とＴＥ偏光の間の位相差を別々に測定することができる。

[0046] 一例では、広帯域光源（つまり光の周波数または波長の、したがって色の範囲が広い光源）の使用が可能であり、これは大きいエタンデュを与え、複数の波長の混合を可能にする。広帯域の複数の波長は、それぞれ＊８の帯域幅および少なくとも２＊８の間隔（つまり波長の２倍）を有してよい。幾つかの放射「源」は、ファイバ束を使用して分割された拡張放射源の異なる部分であり得る。この方法で、角度分解した散乱スペクトルを複数の波長にて並列で測定することができる。３−Ｄスペクトル（波長および２つの異なる角度）を測定することができ、３−Ｄスペクトルは２−Ｄスペクトルより多くの情報を含む。これによって、より多くの情報を測定することができ、メトロロジプロセスのロバスト性を向上させる。これについては、ＥＰ１，６２８，１６４Ａ号にさらに詳細に記載されている。

[0047] 一例では、基板Ｗ上のターゲット３０は、現像後にレジストの実線でバーが形成されるように印刷される回折格子であってもよい。あるいは、バーを基板にエッチングすることができる。このパターンは、リソグラフィ投影装置、特に投影システムＰＬの色収差に敏感であり、照明の対称性およびこのような収差の存在は、印刷された回折格子の変動として現れる。したがって、印刷された回折格子のスキャトロメトリデータを使用して、回折格子を再構築する。印刷ステップおよび／または他のスキャトロメトリプロセスの知識から、線の幅および形状などの回折格子のパラメータを再構築プロセスに入力し、処理ユニットＰＵで実行することができる。

[0048] 一例では、オーバーレイエラーを決定するために重ね合わせパターンの複数のセットが使用される。重ね合わせパターンの各セットには（未知のオーバーレイエラーに加えて）既知の（かつ異なる）バイアスが与えられる。重ね合わせパターンの各セットに対して、少なくとも一次および高次を含む回折パターンが検出される。一次または高次回折パターンを用いて非対称性を検出することができ、これは等しいおよび反対の角度における強度から減算した所定の角度における強度である。非対称性は、各反射角または各ピクセルに対して計算されてよい。非対称性は計算され、その後、異なるバイアスを有する重ね合わせパターンの各セットに対してモデル化される。次いで複数のバイアスにわたるモデル化された非対称性からオーバーレイエラーを算出することができる。

[0049] 本発明の一実施形態によると、非対称性を複数の異なる振動基底関数としてモデル化することができ、各々はパターンの周期Ｔを有する。非対称性は、最も一般的には、一連の高調波としてモデル化される。高次高調波が考慮された場合、単に第１高調波ではなく、所定のオーバーレイｄに対しての各ピクセルｐに対する検出された非対称性は以下の通りである。

ここで、Ａは非対称性であり、ｏはオーバーレイエラーであり、Ｋは各高調波の重みである。一次および二次高調波（ｎ＝１，２）が最も有意となる。三次および高次高調波がごく僅かであると考えられた場合、以下の通りとなる。

図５は、本発明の一実施形態による、バイアスを加えたオーバーレイエラーと等しいオフセットの関数として一次および二次高調波を示している。図５から分かるように、第１高調波は周期（Ｔ／２）の半分にわたってサインが変化する一方、第２高調波のサインは変化しないまま残る。±ｄおよび±ｄ＋Ｔ／２のバイアスを有するパターンのセットを使用した場合、式は以下の通りとなる。

したがって、和および差が算出されると、Ｋ_１，ＰおよびＫ_２，Ｐに対する式を導くことができる。

これは、以下のように解く。

これらの式は、Ｋ_１，Ｐに対して｜ｏ｜＜Ｔ／４およびＫ_２，Ｐに対して｜ｏ｜＜Ｔ／８が当てはまる。

[0050] その後オーバーレイエラーは最小平均二乗法を用いて決定されてよい。

[0051] この例で一次および二次高調波が使用されたが、２つの高調波のうちの一方は偶数関数でありもう一方は奇数関数である任意の２つの高調波に適用されてよい。

[0052] 異なる振動基底関数に対する重みを計算する代替の方法は、各々が異なるバイアスを有する重ね合わせパターンの３つのセットだけ使用することによって達成することができる。この例では、バイアスが特定の値となるように選択する必要はない。所定のオーバーレイ値に対して、Ｋ_１，ＰおよびＫ_２，Ｐは各ピクセルに対して２つの一次方程式のセットを用いて求めることができる。

ここで、ｘは（バイアスを加えたオーバーレイと等しい）オフセットである。この例では、最小二乗法を用いて一次および二次高調波が決定される。所定のオーバーレイ値に対して、Ｋ_１，ＰおよびＫ_２，Ｐは、結果的に最も小さい最小二乗値となる。これは複数の異なるオーバーレイ値に対して計算され、実際のオーバーレイ値は最も小さい最小二乗値に該当するオーバーレイ値である。

[0053] この方法における３つの異なるバイアスは任意の値であってよいが、選択される値は決定されたオーバーレイエラーの精度を影響し得る。結果的に、３つのバイアスは、使用されているもの以外の高調波からのクロストークを減少するためかつＫ_１，ＰおよびＫ_２，Ｐの決定に対する条件数に対して最適化されるべきである。

[0054] 各角度またはピクセルに対して、重みまたはＫ値は各基底関数または使用される高調波に対して決定される。したがって、各ピクセルに対して決定される重みまたはＫ_１およびＫ_２値は、ピクセルアレイにわたるＫ_１およびＫ_２値のマップを形成することができる。これはＫマップとして知られている。Ｋマップが一度決定されると、再度Ｋ値を導く必要がなく、このＫマップを用いて重ね合わせパターンの単一のセットに対するオーバーレイ値を決定できる。この方法の成功は決定されたＫ値の精度によるものであり、Ｋ値は基板にわたって変化しないことが推定される。

[0055] 図６は、各々が重ね合わせパターン３１、３２、３３および３４のセットを有する複数のフィールド２１、２２、２３および２４を示している。本発明の一実施形態によると、Ｋ_１およびＫ_２値は、各々の異なるフィールドに対して決定される。本発明の一実施形態によると、単にそれぞれのフィールドに付属されたＫ_１およびＫ_２値を用いる代わりに、隣接フィールドからのＫ値が補間される。したがって、フィールド内の重ね合わせパターン２８の（単一の）セットを用いてオーバーレイエラーを決定する場合、オーバーレイエラーを計算するために使用されるＫ_１およびＫ_２マップは、全ての隣接フィールドから決定されるＫ_１およびＫ_２マップから補間されてよい。

[0056] さらなる実施形態を図７に示す。この実施形態では、互いに隣接していない重ね合わせパターンの複数のセット４１、４２、４３、４４、４５、４６および４７があり、よって同じオーバーレイエラーを有することは想定されない。重ね合わせパターンのセットのうちの任意の３つのセットを選択してＫ_１およびＫ_２値、よって最小平均二乗法を用いたＫ_１およびＫ_２マップを生成することができる。あるいは、重ね合わせパターンのセットのうちの４つのセットがオーバーレイ±ｄおよび±ｄ＋Ｔ／２を有する場合、±ｄおよび±ｄ＋Ｔ／２マップを生成する第１方法を使用することもできる。

[0057] 本記載は基板上の重ね合わせパターンのセットに関するが、格子が最も一般的に使用されている。

[0058] 本発明の実施形態は一次回折パターンと関連して説明されたが、あらゆる高次回折パターンに適用されてもよい。

[0059] 本明細書において、ＩＣ製造におけるリソグラフィ装置の使用について具体的な言及がなされているが、本明細書記載のリソグラフィ装置が、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用のガイダンスパターンおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造といった他の用途を有し得ることが理解されるべきである。当業者にとっては当然のことであるが、そのような別の用途においては、本明細書で使用される「ウェーハ」または「ダイ」という用語はすべて、それぞれより一般的な「基板」または「ターゲット部分」という用語と同義であるとみなしてよい。本明細書に記載した基板は、露光の前後を問わず、例えば、トラック（通常、基板にレジスト層を塗布し、かつ露光されたレジストを現像するツール）、メトロロジーツール、および／またはインスペクションツールで処理されてもよい。適用可能な場合には、本明細書中の開示内容を上記のような基板プロセシングツールおよびその他の基板プロセシングツールに適用してもよい。さらに基板は、例えば、多層ＩＣを作るために複数回処理されてもよいので、本明細書で使用される基板という用語は、すでに多重処理層を包含している基板を表すものとしてもよい。

[0060] 光リソグラフィの関連での本発明の実施形態の使用について上述のとおり具体的な言及がなされたが、当然のことながら、本発明は、他の用途、例えば、インプリントリソグラフィに使われてもよく、さらに状況が許すのであれば、光リソグラフィに限定されることはない。インプリントリソグラフィにおいては、パターニングデバイス内のトポグラフィによって、基板上に創出されるパターンが定義される。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の中にプレス加工され、基板上では、電磁放射、熱、圧力、またはそれらの組合せによってレジストは硬化される。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てレジストの外へ移動される。

[0061] 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。

[0062] 「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、および静電型光コンポーネントを含む様々な種類の光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。

[0063] 以上、本発明の具体的な実施形態を説明してきたが、本発明は、上述以外の態様で実施できることが明らかである。例えば、本発明は、上記に開示した方法を表す１つ以上の機械読取可能命令のシーケンスを含むコンピュータプログラムの形態、またはこ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、磁気ディスクまたは光ディスク）の形態であってもよい。

結論
[0064] 発明の概要および要約の項目は、（一人以上の）発明者が想定するような本発明の１つ以上の例示的実施形態について述べることができるが、全ての例示的実施形態を述べることはできず、したがって、本発明および添付の請求の範囲をいかなる意味でも制限しないものとする。

[0065] 本発明は、特定の機能の実施を例示する機能的構成要素およびその関係を用いて上記に記載してきた。これらの機能的構成要素の境界は、説明の便宜性のために本明細書中に任意に画定されている。特定の機能およびその関係が適切に行われる限り、代替的な境界を画定することができる。

[0066] 特定の実施形態の前述の説明は、本発明の全体的性質を十分に明らかにしているので、当技術分野の知識を適用することにより、過度の実験をせず、本発明の全体的な概念から逸脱することなく、このような特定の実施形態を容易に変更および／またはこれを様々な用途に適応させることができる。したがって、このような適応および変更は、本明細書に提示された教示および案内に基づき、開示された実施形態の同等物の意味および範囲に入るものとする。本明細書の表現または用語は説明のためのもので、制限するものではなく、したがって本明細書の用語または表現は、当業者には教示および案内の観点から解釈されるべきことを理解されたい。

[0067] 本発明の幅および範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによっても制限されず、以下の特許請求の範囲およびその同等物によってのみ規定されるものである。

Claims (26)

1. 基板上のオーバーレイエラーを測定する方法であって、前記基板は重ね合わせパターンの複数のセットを含み、重ね合わせパターンの各セットは上部パターンおよび下部パターンを含み、前記上部パターンおよび前記下部パターンは周期的であり、前記重ね合わせパターンの各セットは前記上部パターンと前記下部パターンとの間に異なるバイアスを有し、それによってそれぞれの上部パターンと下部パターンとの間の全シフトは前記オーバーレイエラーおよび前記バイアスの和と等しく、前記方法は、
   （ａ）複数のバイアスの各々に対して一次または高次を含む回折パターンを検出することと、
   （ｂ）前記一次または高次から前記重ね合わせパターンのセットの各々に対応する非対称性を決定することと、
   （ｃ）前記複数のバイアスに対する非対称性のセットに基づいて前記オーバーレイエラーを計算することであって、前記計算は、前記重ね合わせパターンのセットの各々に対して、少なくとも２つの異なる振動基底関数の加重和としての前記全シフトの関数として、前記非対称性をモデル化することを含み、前記基底関数は、前記上部パターンと前記下部パターンとの間の前記全シフトに対する非対称性を有しかつ周期的パターンのピッチと等しい周期性を有する、ことと
   を含む、方法。
2. 前記少なくとも２つの異なる振動基底関数は、前記周期的パターンの前記ピッチと等しい周期を有する第１高調波および前記周期的パターンの前記ピッチの半分と等しい周期を有する第２高調波を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記異なる振動基底関数のセットは、異なる高調波次数のサイン関数のセットを含み、前記和における重みはそれぞれの高調波次数の重要性を表す、請求項１に記載の方法。
4. 前記決定することは、少なくとも３つの異なるバイアスにおける非対称性を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記計算することは、最小平均二乗法を用いて前記少なくとも２つの異なる振動基底関数に対する重みを決定することを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記決定することは、少なくとも以下のバイアス、＋ｄ、−ｄ、＋ｄ＋Ｔ／２および−ｄ＋Ｔ／２における非対称性を決定することを含み、Ｔは前記パターンの周期である、請求項１に記載の方法。
7. 前記決定することは、±ｄおよび±ｄ＋Ｔ／２における非対称性間の差を用いて第１振動基底関数に対する重みを計算することを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記決定することは、±ｄおよび±ｄ＋Ｔ／２における非対称性の和を用いて第２振動基底関数に対する重みを計算することを含む、請求項６または７に記載の方法。
9. 前記非対称性は、複数のピクセルの各々に対して検出される、請求項１に記載の方法。
10. 前記重ね合わせパターンのセットのうちの少なくとも１つは、残りの前記重ね合わせパターンのセットから離れており、かつ前記残りの前記重ね合わせパターンのセットと必ずしも同じではないオーバーレイエラーを有する、請求項１に記載のオーバーレイエラーを決定する方法。
11. 重ね合わせパターンの複数のセットを有する基板上のオーバーレイエラーを決定する方法であって、前記方法は、
    （ａ）複数の配置の各々における複数の非対称性を測定するために一次または高次を含む回折パターンを検出することであって、各配置はフィールドに対応する、ことと、
    （ｂ）少なくとも２つの異なる非対称振動基底関数の加重和として前記非対称性をモデル化し、かつ前記複数の配置の各々に対して、前記少なくとも２つの異なる非対称振動基底関数の各々に対する重みを決定することと、
    （ｃ）前記複数の配置とは異なる検出配置における非対称性を測定するために一次または高次を含む回折パターンを検出することと、
    （ｄ）複数のフィールド配置に対して決定された第１振動基底関数に対する重みの間を補間することによって前記検出配置に対して前記第１振動基底関数に対する重みを決定することと、
    （ｅ）前記複数のフィールド配置に対して決定された第２振動基底関数に対する重みの間を補間することによって前記検出配置に対して前記第２振動基底関数に対する重みを決定することと、
    （ｆ）前記検出配置におけるオーバーレイエラーを計算することと
    を含む、方法。
12. 各配置は重ね合わせパターンの複数のセットを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 基板上にパターンを形成するためにリソグラフィ装置を使用することと、
    請求項１１に記載の方法によって前記パターンのオーバーレイエラーを決定することと
    を含む、デバイス製造方法。
14. 基板上のオーバーレイエラーを測定する方法であって、前記基板は重ね合わせパターンの複数のセットを含み、重ね合わせパターンの各セットは上部パターンおよび下部パターンを含み、前記上部パターンおよび前記下部パターンは周期的であり、前記重ね合わせパターンの各セットは前記上部パターンと前記下部パターンとの間に異なるバイアスを有し、それによってそれぞれの上部パターンと下部パターンとの間の全シフトは前記オーバーレイエラーおよび前記バイアスの和と等しく、前記方法は、
    複数のバイアスの各々に対して一次または高次を含む回折パターンを検出することと、
    前記一次または高次から前記重ね合わせパターンのセットの各々に対応する非対称性を決定することと、
    前記複数のバイアスに対する非対称性のセットに基づいて前記オーバーレイエラーを決定することであって、前記決定することは、前記重ね合わせパターンのセットの各々に対して、少なくとも２つの異なる振動基底関数の加重和としての前記全シフトの関数として、前記非対称性をモデル化することを含み、前記基底関数は、前記上部パターンと前記下部パターンとの間の前記全シフトに対する非対称性を有しかつ周期的パターンのピッチと等しい周期性を有する、ことと
    を含む、方法。
15. 前記少なくとも２つの異なる振動基底関数は、前記周期的パターンの前記ピッチと等しい周期を有する第１高調波および前記周期的パターンの前記ピッチの半分と等しい周期を有する第２高調波を含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記異なる振動基底関数のセットは、異なる高調波次数のサイン関数のセットを含み、前記和における重みはそれぞれの高調波次数の重要性を表す、請求項１４に記載の方法。
17. 前記非対称性を決定することは、少なくとも３つの異なるバイアスにおける非対称性を決定することを含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記オーバーレイエラーを決定することは、最小平均二乗法を用いて前記少なくとも２つの異なる振動基底関数に対する重みを決定することを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記非対称性を決定することは、少なくとも以下のバイアス、＋ｄ、−ｄ、＋ｄ＋Ｔ／２および−ｄ＋Ｔ／２における非対称性を決定することを含み、Ｔは前記パターンの周期である、請求項１４に記載の方法。
20. 前記非対称性を決定することは、±ｄおよび±ｄ＋Ｔ／２における非対称性間の差を用いて第１振動基底関数に対する重みを計算することを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記非対称性を決定することは、±ｄおよび±ｄ＋Ｔ／２における非対称性の和を用いて第２振動基底関数に対する重みを計算することを含む、請求項１９に記載の方法。
22. 前記非対称性は、複数のピクセルの各々に対して検出される、請求項１４に記載の方法。
23. 前記重ね合わせパターンのセットのうちの少なくとも１つは、残りの前記重ね合わせパターンのセットから離れており、かつ前記残りの前記重ね合わせパターンのセットとは異なるオーバーレイを有する、請求項１４に記載の方法。
24. 重ね合わせパターンの複数のセットを有する基板上のオーバーレイエラーを決定する方法であって、前記方法は、
    複数の配置の各々における複数の非対称性を測定するために一次または高次を含む回折パターンを検出することであって、各配置はフィールドに対応する、ことと、
    少なくとも２つの異なる非対称振動基底関数の加重和として前記非対称性をモデル化し、かつ前記複数の配置の各々に対して、前記少なくとも２つの異なる非対称振動基底関数の各々に対する重みを決定することと、
    前記複数の配置とは異なる検出配置における非対称性を測定するために一次または高次を含む回折パターンを検出することと、
    複数のフィールド配置に対して決定された第１振動基底関数に対する重みの間を補間することによって前記検出配置に対して前記第１振動基底関数に対する重みを決定することと、
    前記複数のフィールド配置に対して決定された第２振動基底関数に対する重みの間を補間することによって前記検出配置に対して前記第２振動基底関数に対する重みを決定することと、
    前記検出配置におけるオーバーレイエラーを決定することと
    を含む、方法。
25. 各配置は重ね合わせパターンの複数のセットを含む、請求項２４に記載の方法。
26. デバイス製造方法であって、
    基板上にパターンを形成するためにリソグラフィ装置を使用することと、
    重ね合わせパターンの複数のセットを有する基板上のオーバーレイエラーを決定することを含み、前記方法は、
    複数の配置の各々における複数の非対称性を測定するために一次または高次を含む回折パターンを検出することであって、各配置はフィールドに対応する、ことと、
    少なくとも２つの異なる非対称振動基底関数の加重和として前記非対称性をモデル化し、かつ前記複数の配置の各々に対して、前記少なくとも２つの異なる非対称振動基底関数の各々に対する重みを決定することと、
    前記複数の配置とは異なる検出配置における非対称性を測定するために一次または高次を含む回折パターンを検出することと、
    複数のフィールド配置に対して決定された第１振動基底関数に対する重みの間を補間することによって前記検出配置に対して前記第１振動基底関数に対する重みを決定することと、
    前記複数のフィールド配置に対して決定された第２振動基底関数に対する重みの間を補間することによって前記検出配置に対して前記第２振動基底関数に対する重みを決定することと、
    前記検出配置におけるオーバーレイエラーを計算することと
    を含む、デバイス製造方法。

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