JP2017521709A - 線量測定方法、検査装置、パターニングデバイス、基板、およびデバイス製造方法 - Google Patents

線量測定方法、検査装置、パターニングデバイス、基板、およびデバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】照射線量を既存の方法よりも速く測定する。【解決手段】基板へのリソグラフィプロセスで用いられるリソグラフィ装置の照射線量を決定する方法である。この方法は、（ａ）リソグラフィプロセスを用いて製造される第１および第２構造を備える基板を受け取るステップと、（ｂ）第１構造を放射で照明する間に散乱放射を検出して第１スキャトロメータ信号を取得するステップと、（ｃ）第２構造を放射で照明する間に散乱放射を検出して第２スキャトロメータ信号を取得するステップと、（ｄ）第１および第２スキャトロメータ信号を用いて、前記第１および第２構造を製造するために使用される照射線量値を決定するステップとを備える。第１構造は、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有する。第２構造は、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有する。照射線量は、第１および第２構造の照射線量の影響を受ける空間的特徴に異なる方法で影響を及ぼす。【選択図】図７

Description

この出願は、２０１４年６月３０日に出願された欧州特許出願第１４１７４９７３号の利益を要求し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
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おいて瞳面検出または暗視野スキャトロメトリとともに用いることのできるリソグラフィ装置の照射線量を測定するための方法および装置並びにリソグラフィ技術を用いたデバイス製造方法に関する。
リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板、通常は基板のターゲット部分に転写する機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。この場合、例えばマスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスが、集積回路の個々の層に形成されるべき回路パターンを形成するために使用されうる。このパターンが基板（例えばシリコンウェハ）の（例えばダイの一部、あるいは１つまたは複数のダイを含む）ターゲット部分に転写される。パターン転写は典型的には基板に形成された放射感応性材料（レジスト）層への結像による。一般に一枚の基板にはネットワーク状に隣接する一群のターゲット部分が含まれ、これらは連続的に露光される。既知のリソグラフィ装置にはいわゆるステッパとスキャナとがある。ステッパにおいては、ターゲット部分にパターン全体が一度に露光されるようにして各ターゲット部分は照射を受ける。スキャナにおいては、所与の方向（スキャン方向）にビームによりパターンを走査するとともに基板をスキャン方向に平行または逆平行に走査するようにして各ターゲット部分は照射を受ける。パターニングデバイスから基板へのパターン転写は、基板にパターンをインプリントすることによっても可能である。
リソグラフィプロセスでは、例えばプロセス制御および検証のため、作り出した構造を測定することがしばしば望まれる。そのような測定のためのさまざまなツールが知られており、クリティカルディメンジョン(ＣＤ)測定のためにしばしば使用される走査電子顕微鏡や、リソグラフィ装置のオーバーレイ（デバイス内の２つの層のアライメント精度）およびデフォーカスを測定するための専用ツールが含まれる。近年、リソグラフィ分野での使用のためにさまざまな形態のスキャトロメータが開発されている。これらのデバイスは、放射ビームをターゲット上に誘導し、散乱放射の一以上の特性、例えば、波長の関数としての単一反射角での強度、反射角の関数としての一以上の波長での強度、又は、反射角の関数としての偏光を測定して、ターゲットの対象となっている特性を決定することができる「スペクトル」を取得する。対象となっている特性の決定は、さまざまな技術、例えば、厳密結合波分析や有限要素法などの反復的解決法によるターゲット構造の再構築、ライブラリ探索、および主成分分析によって行うことができる。
従来のスキャトロメータによって用いられるターゲットは、例えば、４０μｍ×４０μｍの比較的大きい格子であり、測定ビームは、格子より小さいスポットを生成する（すなわち格子がアンダーフィルされる（underfilled））。これにより、ターゲットを無限とみなせるためターゲットの数学的再構築が平易になる。しかしながら、ターゲットのサイズを、例えば、スクライブライン内ではなく製品フィーチャの間に位置決めできるように、例えば、１０μm×１０μm以下などに縮小するために、格子を測定スポットより小さくした(すなわち格子がオーバーフィルされる（overfilled））メトロロジが提案されている。典型的には、そのようなターゲットは、（鏡面反射に相当する）ゼロ次回折を遮断し、これより高次のもののみを処理する暗視野スキャトロメトリを用いて測定される。
回折次数の暗視野検出を用いた回折に基づくオーバーレイにより、より小さいターゲットのオーバーレイ測定が可能となる。これらのターゲットは、照明スポットよりも小さくすることができ、ウェハ上の製品構成により取り囲まれてよい。多数のターゲットを一つのイメージ中で測定することができる。
公知のメトロロジ技術において、オーバーレイ測定結果は、ターゲットを回転するか、あるいは、照明モード又は結像モードを変更して−１次回折強度及び＋１次回折強度を別個に取得しながら、一定の条件下でターゲットを２回測定することで得られる。所与の格子のためにこれらの強度を比較することにより、格子の非対称性を測定が提供される。
オーバーレイエラーの指標として、一組のスタックされた格子の非対称性を用いることができる。同様に、デフォーカスの指標として、焦点感度格子（focus-sensitive grating）を用いることができる。
しかしながら、スキャトロメータの瞳における非対称性の変化をもたらす影響は、スキャナのデフォーカスに起因する。そのような影響の一つは、照射線量の影響である。照射線量の変動は、特に小さいダイ内のターゲットにおいては、測定することが難しい。
リソグラフィ装置のレチクルと処理の組合せから生じる有効照射線量は、通常、臨界製品構造（critical product structure）の線幅（限界寸法、ＣＤ（critical dimension））を通じて測定される。このような測定に用いられる検査装置は、ＣＤ−ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）およびスキャトロメータなどの計測ツールを含む。
しかしながら、ＣＤ−ＳＥＭは比較的遅い。スキャトロメータを用いた光再構成もまた、遅いプロセスである。さらに、スキャトロメータは非常に高感度の計測ツールであるが、感度は広範囲の特徴パラメータに対する。ターゲットを作り上げている物質の下層スタックの変動からＣＤ変動を切り離すために、慎重なスキャトロメータのセットアップレシピの作成および最適化が必要である。さらに、ＣＤ測定用のスキャトロメータは、通常、大きなターゲットを必要とする（例えば４０×４０μｍ）。
照射線量を既存の方法よりも速く測定することが望ましい。さらに、これが暗視野イメージに基づく技術で読み取ることができる小ターゲット構造に適用できる場合には、非常に有利である。さらに、照射線量測定に用いられるメトロロジフィーチャを、前記測定と干渉することなく、例えばオーバーレイまたは焦点測定に用いられるメトロロジフィーチャに組み込むことが有利であると考えられる。すなわち、設計ルールに従うメトロロジターゲットを同時に、異なる機能性備えるメトロロジターゲットに組み込むことができる。
第１の態様によれば、基板へのリソグラフィプロセスで用いられるリソグラフィ装置の照射線量を決定する方法が提供される。この方法は、（ａ）リソグラフィプロセスを用いて製造される第１および第２構造を備える基板を受け取るステップと、（ｂ）第１構造を放射で照明する間に散乱放射を検出して第１スキャトロメータ信号を取得するステップと、（ｃ）第２構造を放射で照明する間に散乱放射を検出して第２スキャトロメータ信号を取得するステップと、（ｄ）第１および第２スキャトロメータ信号を用いて、前記第１および第２構造を製造するために使用される照射線量値を決定するステップと、を備え、第１構造は、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有し、第２構造は、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有し、照射線量は、第１および第２構造の照射線量の影響を受ける空間的特徴に異なる方法で影響を及ぼす。
ある態様によれば、基板へのリソグラフィプロセスで用いられるリソグラフィ装置の照射線量を決定する検査装置が提供される。この検査装置は、基板上にリソグラフィプロセスを用いて製造される第１および第２構造を放射で照明するよう構成される照明系と、第１構造の照明から生じる散乱放射を検出して第１スキャトロメータ信号を取得するよう構成されるとともに、第２構造の照明から生じる散乱放射を検出して第２スキャトロメータ信号を取得するよう構成される検出系と、第１および第２スキャトロメータ信号を用いて、第１構造を製造するために使用される照射線量値を決定するよう構成されるプロセッサと、を備え、第１構造は、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有し、第２構造は、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有し、照射線量は、第１および第２構造の照射線量の影響を受ける空間的特徴に異なる方法で影響を及ぼす。
ある態様によれば、基板へのリソグラフィプロセスで用いられるリソグラフィ装置の照射線量を決定するパターニングデバイスが提供される。このパターニングデバイスは、ターゲットパターンを備え、該ターゲットパターンは、リソグラフィプロセスを用いて第１構造を製造するよう構成される第１サブパターンであって、第１構造が、空間的特徴を備える周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらにもう一つの第２の周期的特徴とを有する、第１サブパターンと、リソグラフィプロセスを用いて第２構造を製造するよう構成される第２サブパターンであって、第２構造が、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有する、第２サブパターンと、を備え、照射線量は、第１および第２構造の照射線量の影響を受ける空間的特徴に異なる方法で影響を及ぼす。
ある態様によれば、基板へのリソグラフィプロセスで用いられるリソグラフィ装置の照射線量を決定する基板が提供される。この基板はターゲットを備え、該ターゲットは、少なくとも第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらにもう一つの第２の周期的特徴とを有する第１構造と、少なくとも第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有する第２構造と、を備え、照射線量は、第１および第２構造の照射線量の影響を受ける空間的特徴に異なる方法で影響を及ぼす。
ある態様によれば、デバイスパターンがリソグラフィプロセスを用いて一連の基板に付与されるデバイス製造方法が提供される。この方法は、第１の態様に係る方法を用いて少なくとも一つの基板を用いてリソグラフィ装置の照射線量を決定することと、照射線量の決定方法の結果に従って、後の基板に対するリソグラフィプロセスを制御することと、を含む。
本発明のさらなる特徴、効果は、本発明のさまざまな実施形態の構成および作用とともに添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。本発明は、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されないことを留意されたい。これらの実施形態は、単に説明のみを目的として本明細書に示されている。本明細書に含まれる技術に基づくさらなる実施形態は、当業者にとって明らかであろう。
本明細書に組み込まれ、かつ明細書の一部を形成する添付の図面は、本発明を示し、さらに説明とともに本発明の原理を説明し、かつ当業者が本発明を行い使用することを可能とするのに役立つ。
本発明の実施形態に係るリソグラフィ装置を示す図である。
本発明の実施形態に係るリソグラフィックセル又はクラスタを示す図である。
図３（ａ）は本発明の実施形態に係るターゲットを第１の照明アパーチャ対を用いて測定する際に使用される暗視野スキャトロメータの概略図であり、図３（ｂ）は任意の方向の照明に対するターゲット格子の回折スペクトルの詳細図であり、図３（ｃ）は回折に基づくオーバーレイ測定にスキャトロメータを使用する際に別の照明モードを提供する第２の照明アパーチャ対を示し、図３（ｄ）は第１及び第２のアパーチャ対を組み合わせた第３の照明アパーチャ対を示す図である。
複数の格子ターゲットの公知の形態及び基板上の測定スポットの輪郭を示す図である。
図３のスキャトロメータで得られる、図４のターゲットのイメージを示す図である。
本発明の実施形態に係るターゲットの例を示す図である。
本発明の実施形態に係るターゲットの例と、照射線量に直接に比例する格子のパラメータの関数としての高次回折の強度を示すグラフとを示す図である。
本発明の特徴および利点は、図面を参照した以下の詳細な説明から、より明らかであろう。これらの図面において、同一の参照符号は、全体を通じて対応する要素を示す。図面において、同一の参照番号は、概して、同一、機能的に同様、および／または構造的に同様の要素を示す。要素が最初に現れる図面は、対応する参照番号の最も左の数字によって示される。
本明細書は、本発明の特徴を組み込んだ一つ以上の実施形態を開示している。開示された実施形態は、単に本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲は、開示された実施形態に限られない。本発明は、この文書に添付された特許請求の範囲によって定義される。
本明細書において「一実施形態」、「実施形態の一実施例」とは、説明した実施形態が特定のフィーチャ、構造、または特徴を含んでいてもよいことを表すが、すべての実施形態がその特定のフィーチャ、構造、または特徴を必ずしも含んでいるわけではない。さらにまた、上記のフレーズは必ずしも同じ実施形態を指すものではない。さらに、特定のフィーチャ、構造、または特徴を一実施形態に関して説明するとき、明示的に説明しようがしまいが、他の実施形態に関してそのような特定のフィーチャ、構造、または特徴を作用させることは、当業者の知識の範囲内であるとして理解すべきである。
本発明の実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明の実施形態は、また、一つ以上のプロセッサにより読み込まれ、実行されるコンピュータ読み取り可能媒体に記憶されたインストラクションとして実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能媒体は、機械により読み取り可能な形式の情報を記憶または伝送するメカニズムを含んでもよい（例えば、コンピュータデバイス）。例えば、コンピュータ読み取り可能媒体は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）；ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）；磁気ディスク記憶媒体；光記憶媒体；フラッシュメモリ装置；電気的、光学的、音響的またはその他の形式の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号）などである。さらに、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、インストラクションは、特定の動作を実行できるものとして、ここで説明されてもよい。しかしながら、このような説明は、単に便宜上のためだけであり、このような動作は、実際は、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、インストラクションなどを実行するコンピュータデバイス、プロセッサ、コントローラ、その他のデバイスによって生じるものであると理解すべきである。
しかしながら、このような実施形態をより詳細に説明する前に、本発明の実施形態を実装可能である例示的な環境を提示することが有益である。
図１は、リソグラフィ装置ＬＡを模式的に示す。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を支持し、パターニングデバイスをあるパラメータに従って正確に位置決めするよう構成された第１位置決め装置ＰＭに接続されているパターニングデバイス支持部または支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、基板（例えば、レジストでコーティングされたウェハ）Ｗを保持し、基板をパラメータに従って正確に位置決めするよう構成された第２位置決め装置ＰＷに接続されている基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば１つまたは複数のダイを含む）ターゲット部分Ｃに投影するよう構成されている投影系（例えば屈折投影レンズ系）ＰＳと、を含む。
照明系は、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子、あるいは他の種類の光学素子などの各種の光学素子、またはこれらの組合せを含み得るものであり、放射の向きや形状を整え、あるいは放射を制御するためのものである。
パターニングデバイス支持部は、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で保持されるか否か等のその他の条件に応じた方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部は、機械的固定、真空固定、静電固定、またはパターニングデバイスを保持するその他の固定技術を用いてもよい。パターニングデバイス支持部は、例えばフレームまたはテーブルであってもよく、これらは固定されていてもよいし必要に応じて移動可能であってもよい。パターニングデバイス支持部は、パターニングデバイスが例えば投影系に対して所望の位置にあることを保証してもよい。本明細書における「レチクル」または「マスク」なる用語の使用は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同じ意味と見なしてよい。
本明細書において「パターニングデバイス」なる用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するために放射ビーム断面にパターンを与えるのに使用される何らかのデバイスについて言及するものとして広義に解釈される。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に望まれるパターンに厳密に一致していなくてもよい。例えば、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がパターンに含まれていてもよい。一般に、放射ビームに付与されたパターンは、ターゲット部分に生成される集積回路等のデバイスにおける特定の機能層に対応する。
パターニングデバイスは透過型であっても反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、例えばマスクやプログラマブルミラーアレイ、プログラマブルＬＣＤパネルなどがある。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、バイナリマスクやレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、更に各種のハイブリッド型マスクが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例としては、小型のミラーがマトリックス状に配列され、各ミラーが入射してくる放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾斜されるというものがある。これらの傾斜ミラーにより、マトリックス状ミラーで反射された放射ビームにパターンが付与されることになる。
本明細書で使用される「投影系」という用語は、使用される露光光あるいは液浸や真空の利用などの他の要因に関して適切とされるいかなる投影系をも包含するよう広く解釈されるべきである。投影系には例えば屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系、磁気的光学系、電磁気的光学系、静電的光学系、またはこれらの任意の組み合わせなどが含まれる。以下では「投影レンズ」という用語は、より一般的な用語である「投影系」と同義に用いられ得る。
ここに図示されるのは、（例えば透過型マスクを用いる）透過型のリソグラフィ装置である。これに代えて、（例えば上述のようなプログラマブルミラーアレイまたは反射型マスクを用いる）反射型のリソグラフィ装置を用いることもできる。
リソグラフィ装置は２つ以上（２つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）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）を備えるタイプのものであってもよい。このような「多重ステージ型」の装置においては追加されたテーブルは並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルで露光が行われている間に他の１以上のテーブルで準備工程を実行するようにしてもよい。
また、リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が比較的屈折率の高い液体、たとえば水で覆われ、それにより投影系と基板との間の空間が充填されるタイプの装置であってもよい。液浸液は例えばマスクと投影系との間などの、リソグラフィ装置の他の空間に与えられてもよい。液浸技術は、投影系の開口数を大きくするため技術として周知である。本明細書で使用される「液浸（immersion）」という用語は、基板などの構造が液体の中に沈められなければならないことを意味するものではなく、むしろ露光中投影系と基板との間に液体がある程度のことを意味するものである。
図１に示されるように、照明器ＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば光源がエキシマレーザである場合には、光源とリソグラフィ装置とは別体であってもよい。この場合、光源はリソグラフィ装置の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームは光源ＳＯから照明器ＩＬへとビーム搬送系ＢＤを介して受け渡される。ビーム搬送系ＢＤは例えば適当な方向変更用のミラーおよび／またはビームエキスパンダを含む。あるいは光源が例えば水銀ランプである場合には、光源はリソグラフィ装置に一体に構成されていてもよい。光源ＳＯと照明器ＩＬとは、またビーム搬送系ＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射系と総称される。
照明器ＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを含んでもよい。一般には、照明器の瞳面における強度分布の少なくとも半径方向外径および／または内径の大きさ（通常それぞれ「シグマ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）」、「シグマ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）」と呼ばれる）が調整される。加えて照明器ＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなどの種々の他の要素を含んでもよい。照明器はビーム断面における所望の均一性および強度分布を得るべく放射ビームを調整するために用いられる。
放射ビームＢは、パターニングデバイス支持部（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに入射して、当該パターニングデバイスによりパターンが付与される。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを通過した放射ビームＢは投影系ＰＳに進入する。投影系ＰＳはそのビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束する。第２の位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、２Ｄエンコーダ、静電容量センサなど）により基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。基板テーブルＷＴは例えば放射ビームＢの経路上に異なるターゲット部分Ｃを位置決めするように移動される。同様に、第１の位置決め装置ＰＭおよび他の位置センサ（図１には明示せず）は、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のに使用されうる。この位置決めは例えばマスクライブラリからのマスクの機械検索後や走査中に行われる。一般に、パターニングデバイス支持部（例えばマスクテーブル）ＭＴの移動は、第１の位置決め装置ＰＭの一部を形成するロングストロークモジュール（粗い位置決め用）およびショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により実現されうる。同様に基板テーブルＷＴの移動は、第２の位置決め装置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用して実現されうる。ステッパでは（スキャナとは異なり）、パターニングデバイス支持部（例えばマスクテーブル）ＭＴは、ショートストロークのアクチュエータにのみ接続されているか、あるいは固定されていてもよい。
パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡと基板Ｗとは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を用いてアライメントされてもよい。図においては基板アライメントマークが専用のターゲット部分を占拠しているが、アライメントマークはターゲット部分間のスペースに配置されてもよい（これ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、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡに複数のダイがある場合にはマスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。デバイスフィーチャの間において、小アライメントマーカがダイ内に含まれてもよい。その場合、マーカはできるだけ小さく、且つ隣接するフィーチャと異なる結像または処理条件を必要としないことが望ましい。アライメントマークを検出するアライメントシステムについては以下でさらに説明する。
図示の装置は以下のモードのうち少なくとも１つで使用することができる。
１．ステップモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンの全体が１回の照射で１つの目標部分Ｃに投影される間、支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴは実質的に静止状態とされる（すなわち１回の静的な露光）。そして基板テーブルＷＴがＸ方向及び／又はＹ方向に移動されて、異なる目標部分Ｃが露光される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズは、１回の静的露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズを制限する。
２．スキャンモードにおいては、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、パターニングデバイス（例えばマスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴは同期して走査される（すなわち単一動的露光）。パターニングデバイス（例えばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影系ＰＳの拡大（縮小）特性および像反転特性により定められてもよい。スキャンモードでは露光フィールドの最大サイズが単一動的露光でのターゲット部分の（非走査方向の）幅を制限し、走査移動距離がターゲット部分の（走査方向の）長さを決定する。
３．別のモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、パターニングデバイス支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴは、プログラマブルパターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、基板テーブルＷＴは移動又は走査される。このモードでは一般にパルス放射源が用いられ、プログラマブルパターニングデバイスは走査中に基板テーブルＷＴが移動するたびに、又は連続する放射パルスと放射パルスの間に必要に応じて更新される。この動作モードは、上述のタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクレスリソグラフィに容易に適用可能である。
上記で記載した使用モードを組み合わせて動作させてもよいし、各モードに変更を加えて動作させてもよいし、さらに全く別の使用モードでリソグラフィ装置を使用してもよい。
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で、２つの基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂおよび２つのステーション、すなわち、露光ステーションおよび測定ステーションを有し、それらの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つの基板を露光ステーションで露光している間に、測定ステーションで別の基板を他の基板テーブル上に載せ、さまざまな予備工程を実行することができる。予備工程は、レベルセンサＬＳを使用して基板の表面制御をマッピングすることと、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カの位置を測定することを含んでよい。これにより、装置のスループットの実質的増加が可能となる。位置センサＩＦが、露光ステーションと同様に測定ステーションにあるのに、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が両方のステーションで追跡できるように、第２位置センサが設けられてもよい。
図２に示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソグラフィセルＬＣの一部を形成している。リソグラフィセルは、リソセル（lithocell）またはクラスタ（cluster）とも称され、基板に露光前プロセスおよび露光後プロセスを実行する装置も含む。従来、これらは、レジスト層を堆積させるスピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像するディベロッパＤＥ、チルプレートＣＨ、およびベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラー、つまりロボットＲＯは、入力／出力ポートＩＯ１，ＩＯ２から基板を持ち上げ、これを異なるプロセス装置間で移動させ、これをリソグラフィ装置のローディングベイＬＢへと送出する。これらの装置は、往々にしてまとめてトラックと呼ばれ、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にある。トラック制御ユニットＴＣＵ自体は、監視制御システムＳＣＳにより制御される。監視制御システムＳＣＳは、リソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。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。
暗視野メトロロジの例を、国際特許出願第２００９／０７８７０８号および国際特許出願第２００９／１０６２７９に見ることができ、これらの文献の全体が参照により本明細書に組み込まれる。この技術をさらに発展させたものが、米国特許出願公開第２０１１／００２７７０４Ａ号、米国特許出願公開第２０１１／００４３７９１Ａ号、米国特許出願公開第２０１２／０１２３５８１Ａ号に記載されている。全てのこれらの出願の内容も参照により組み込まれる。米国特許出願公開第２０１１／０２４９２４７Ａ合は、焦点感度（focus-sensitive）非対称ターゲットから測定されたスキャトロメータ信号を用いて、リソグラフィ装置のデフォーカスを測定することを開示している。その出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。そのような方法では、−１次回折強度と＋１次回折強度との差の形でスキャトロメータで利用可能な非対称情報が、測定されたスキャトロメータ信号からスキャナデフォーカスを推測するために用いられる。
本発明の実施形態において好適な暗視野メトロロジ装置を図３（ａ）に示す。ターゲット格子Ｔおよび回折光線が図３（ｂ）により詳細に図示されている。暗視野メトロロジ装置は、独立した装置であってもよいし、例えば測定ステーションにおけるリソグラフィ装置ＬＡまたはリソグラフィセルＬＣに組み込まれてもよい。光軸が点線Ｏで表されている。光軸は装置にわたっていくつかの分岐を有する。この装置において、放射源１１（例えば、キセノンランプ）によって放出される光は、レンズ１２、１４および対物レンズ１６を備える光学系によって、ビームスプリッタ１５を介して基板Ｗ上に誘導される。これらのレンズは、４Ｆ配置の二重シーケンスに配置される。基板イメージを検出器に与えるものであれば、異なるレンズ配置を用いることができ、同時に空間周波数フィルタリングのための中間瞳面のアクセスを可能とする。従って、放射が基板に入射する角度範囲は、基板面の空間スペクトルを与える面、ここでは（共役）瞳面と称される、に空間強度分布を規定することによって選択することができる。特に、これは、適切な形態のアパーチャプレート１３をレンズ１２とレンズ１４との間の、対物レンズの瞳面の背面投影像である面に挿入することによって実現することができる。図示の実施例において、アパーチャプレート１３は、選択された異なる照明モードを可能とする、符号１３Ｎおよび１３Ｓが付された別の形を有する。本実施例の照明系は、軸外照明モードを形成する。第１照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｎは、説明の便宜上「北」と標記された方向から軸外照明を提供する。第２照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｓは、「南」と標記された反対の方向から同様の照明を提供するために用いられる。異なるアパーチャを用いた他の照明モードも可能である。所望の照明モード外の不要な光は所望の測定信号と干渉するため、瞳面の残りの部分は暗いことが望ましい。
図３（ｂ）に示されるように、ターゲット格子Ｔは、基板Ｗとともに、対物レンズ１６の光軸Ｏに対して直交するように設置される。光軸Ｏから外れた角度で格子Ｔに入射する照明Ｉの光線は、ゼロ次光線（実線０）および２つの１次光線（一点鎖線＋１および二点鎖線−１）を生じさせる。オーバーフィルされる小ターゲット格子の場合、これらの光線は、メトロロジターゲット格子Ｔおよび他のフィーチャを含む基板の領域を覆う多数の平行光線の一つにすぎないことを忘れてはならない。プレート１３内のアパーチャは（有効な光量を受け入れるのに必要な）有限の幅をもつため、実際には入射光線Ｉがある範囲の角度を占めており、回折光線０および＋１／−１はある程度拡散される。小ターゲットの点広がり関数によれば、＋１および−１の各次はさらに一定の角度範囲に拡散され、図示されるような一本の理想的な光線とはならない。ここで、格子ピッチおよび照射角は、対物レンズに入射する１次光線が中心光軸と近接して並ぶように設計または調整され得ることを留意されたい。図３（ａ）および図３（ｂ）に図示される光線はある程度軸外に表されているが、これは、単にそれらを光線を図中でより容易に区別できるようにするためである。
少なくとも基板Ｗ上のターゲットにより回折した０次および＋１次は、対物レンズ１６により集光され、ビームスプリッタ１５を介して誘導されて戻る。図３（ａ）に戻ると、北（Ｎ）および南（Ｓ）と標記された正反対にあるアパーチャを指定して、第１および第２照明モードの両方が図示されている。入射光Ｉが光軸の北側から来る場合、アパーチャプレート１３Ｎを用いて第１照明モードが適用されるときに、＋１（Ｎ）と標記された＋１次回折光線が対物レンズ１６に入射する。それに対して、アパーチャプレート１３Ｓを用いて第２照明モードが適用されるとき、（−１（Ｓ）と標記された）−１次回折光線がレンズ１６に入射する光線となる。
第２ビームスプリッタ１７は、回折ビームを２つの測定分岐に分割する。第１の測定分岐では、光学系１８が、ゼロ次および１次回折ビームを用いて第１センサ１９(例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ)上にターゲットの回折スペクトル(瞳面イメージ)を形成する。各回折次がセンサ上の異なる点に当たるため、イメージ処理によって各次数を比較対照することができる。センサ１９によって捕捉された瞳面イメージは、メトロロジ装置を焦点合わせするため、および／または、１次ビームの強度測定値を正規化するために使用することができる。本発明の実施形態によれば、アンダーフィルされるターゲット用の瞳面イメージは、線量および焦点計測のための入力として用いられてよい。
第２の測定分岐では、光学系２０，２２がセンサ２３(例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ)上に基板Ｗ上のターゲットのイメージを形成する。第２の測定分岐では、瞳面と共役な面内にアパーチャ絞り２１が設けられる。アパーチャ絞り２１は、ゼロ次回折ビームを遮断してセンサ２３上に形成されるターゲットのイメージが−１次または＋１次ビームのみから形成されるようにする機能をもつ。センサ１９および２３によって捕捉されたイメージは、イメージプロセッサ・コントローラＰＵに出力される。このイメージプロセッサ・コントローラＰＵの機能は、どのような種類の測定が行われているかに依存する。本明細書において「イメージ」という用語は広い意味で用いられていることに注意する。そのため、格子ラインのイメージは、−１次および＋１次のどちらか一方しか存在しない場合、形成されない。
図３に示されるアパーチャプレート１３および視野絞り２１の特定の形態は単なる例示である。本発明の別の実施形態においては、ターゲットの軸上照明が用いられ、軸外アパーチャを有するアパーチャ絞りを使って実質的に１つの１次回折光のみをセンサに通す。さらに別の実施形態では、(図３には示されない)２次、３次およびさらに高次のビームを、１次ビームの代わりに、または、１次ビームに加えて、測定に用いることができる。
これらの異なる種類の測定に適合可能な照明とするために、アパーチャプレート１３は、ディスクの周りに形成された多数のアパーチャパターンを備えてよく、このディスクが回転することで所望のパターンが所定の位置に配置される。代替的にあるいは付加的に、プレート１３のセットを設けてこれを交換することで同じ効果を達成することも可能である。変形可能ミラーアレイ、透過型空間光モジュレータといった、プログラマブル照明デバイスを使用することもできる。照明モードを調節する別の方法として、可動ミラーまたはプリズムを使用することもできる。
アパーチャプレート１３との関連で説明したとおり、瞳絞り２１を変更すること、または、異なるパターンを有する瞳絞りで代用すること、または、固定視野絞りをプログラム可能な空間光変調器で置き換えることにより、結像のための回折次数の選択を代替的に達成することができる。この場合、測定光学系の照明側は一定とすることができ、その一方、結像側が第１および第２のモードを持つことになる。従って、本開示では、事実上、３種類の測定方法があり、それぞれに利点および欠点がある。１つの方法では、照明モードを変更して異なる次数を測定する。別の方法では、結像モードを変更する。第３の方法では、照明モードおよび結像モードは変更しないが、ターゲットを１８０度回転させる。それぞれの場合で、所望の効果は同じ、すなわち、ターゲットの回折スペクトルにおいて互いに対称な非ゼロ次回折放射の第１および第２の部分を選択することである。原理上は、所望の次数の選択は、照明モードと結像モードを同時に変更することの組合せにより得られるが、これは、有利になる代わりに不利になる可能性があるので、これ以上説明しない。
本実施例において結像に用いられる光学系は、視野絞り２１によって制限される広い入射瞳を有するが、他の実施形態または用途においては、結像系自身の入射瞳のサイズが所望の次数に制限することができる程度の小ささであり、したがって、視野絞りとして機能してもよい。図３（ｃ）および図３（ｄ）には、異なるアパーチャプレートが示され、以下でさらに説明するとおりこれらを使用することもできる。
典型的には、ターゲット格子は、南北または東西に延びるその格子ラインに位置合わせされる。つまり、格子は、基板ＷのＸ方向またはＹ方向に位置合わせされる。アパーチャプレート１３Ｎまたは１３Ｓは、(設定によりＸまたはＹの)一方向に向けられた格子を測定するためだけに使用することができることに注意する。直交格子の測定のために、ターゲットの９０度および２７０度の回転を実施してもよい。しかし、より簡便には、図３（ｃ）に示されるアパーチャプレート１３Ｅまたは１３Ｗを用いて、東または西からの照明を照明光学系に設けることである。アパーチャプレート１３Ｎ〜１３Ｗは別個に形成して交換可能とすることができ、あるいは、９０度、１８０度または２７０度回転可能な単一のアパーチャプレートとしてもよい。既に述べたとおり、図３（ｃ）に記載の軸外（オフアクシス）アパーチャを、照明アパーチャプレート１３に設ける代わりに、視野絞り２１に設けることもできる。その場合、照明は軸上（オンアクシス）となる。
図３（ｄ）は、第１および第２の照明モード対を組み合わせるために用いることができる第３のアパーチャプレート対を示す。アパーチャプレート１３ＮＷは北および東にアパーチャを有し、アパーチャプレート１３ＳＥは南および西にアパーチャを有する。これらの異なる回折信号間のクロストークがそれほど大きくなければ、Ｘ格子およびＹ格子の両方の測定を、照明モードを変更することなく行うことができる。
図４は、周知の手法にしたがって基板上に形成された複合ターゲットを示す。この複合ターゲットは、メトロロジ装置の照明ビームによって形成される測定スポット３１内にそのすべてが入るように互いに近接して位置決めされた４つの格子３２〜３５を備える。したがって、４つの格子はすべて同時に照明され、同時にセンサ１９および２３上に結像される。デフォーカス測定に特化した例では、格子３２〜３５は、それら自身が、基板Ｗ上に形成される半導体デバイスの層にパターン付けされた非対称格子によって形成された焦点感度格子である。格子３２〜３５は、入射する放射をＸおよびＹ方向に回折するように、図示されるようにその向きが異なっていてもよい。一実施例では、格子３２および３４は、Ｘ方向格子である。格子３３および３５は、Ｙ方向格子である。これらの格子の別個のイメージを、センサ２３によって捕捉されるイメージにおいて特定することができる。
図５は、図３の装置において図４のターゲットを使用し、図３（ｄ）のアパーチャプレート１３ＮＷまたは１３ＳＥを使用することにより、センサ２３上に形成され、且つ、センサ２３によって検出され得るイメージの一例を示す。瞳面イメージセンサ１９は、異なる個々の格子３２〜３５を分解することができないが、イメージセンサ２３は分解できる。暗い四角形は、センサ上のイメージフィールドを表しており、この中で、基板上の照明されたスポット３１が対応する円形領域４１に結像されている。この中で、四角形領域４２〜４５は、小ターゲット格子３２〜３５のイメージを表している。格子が製品領域内に位置している場合、製品フィーチャもこのイメージフィールドの周辺部に認められることがある。イメージプロセッサ・コントローラＰＵは、パターン認識を用いてこれらのイメージを処理し、格子３２〜３５の別個のイメージ４２〜４５を特定する。このように、イメージはセンサフレーム内で特定の位置に非常に正確に位置合わせされる必要はない。これは、全体として、測定装置のスループットを大幅に改善する。しかしながら、結像プロセスがイメージフィールドにわたって不均一になりやすい場合、正確な位置合わせの必要性は残る。本発明の一実施形態では、４つの位置Ｐ１からＰ４が特定され、格子がこれらの既知の位置とできるだけ位置合わせされる。
格子の別々のイメージが特定されると、例えば、特定された領域内の選択されたピクセル強度値を平均または合計することにより、それら個々のイメージの強度を測定することが可能になる。イメージの強度および／またはその他の特性は互いに比較することができる。その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０１１／００２７７０４Ａ号に示されるように、これらの結果を組み合わせて焦点などのリソグラフィプロセスのさまざまなパラメータを測定することができる。
図３のスキャトロメータおよび図５に示す対応するイメージとともに図３に示すターゲットを用いた測定の難しさは、それらは、照射線量を測定する目的に対して遅いと考えられていることである。ＣＤ−ＳＥＭなどの代替装置の使用は、同様の測定時間の拡張につながる。
加えて、測定ターゲットに影響を及ぼす様々なパラメータに対する計測ツールの感度を克服するために、慎重なレシピのセットアップが必要であると認識されている。
加えて、現在の照射線量測定技術は、大きなメトロロジターゲットを用いているが、この大きなターゲットは、仮にそうでなければ半導体デバイスのために用いられる基板表面を前記ターゲットが占有するので不利である。
本発明は、変調ターゲットを用いて照射線量を測定する方法を提供することにより、上述の問題を解決する。前記変調ターゲットは、一方向の第１ピッチと任意方向の第２ピッチを備える格子を含む。前記第２ピッチに対応する周期的フィーチャは、照射線量に依存する形状を有するよう設計される。前記第２ピッチに対応する第２周期的フィーチャは、回折パターンに高次をつくり、これは照射線量に直接に比例する。照射線量に対して異なる方法で反応するよう設計されたフィーチャを有する２つのターゲットを考えることにより、測定された差分信号から前記照射線量を抽出することができる。差分信号は、２つの前記ターゲットからの高次回折強度管の差に基づく。
本発明は、基板へのリソグラフィプロセスで用いられるリソグラフィ装置の照射線量を決定する方法を提供することにより、上述の問題を解決する。この方法は、
（ａ）リソグラフィプロセスを用いて製造される第１および第２構造を備える基板を受け取るステップと、
（ｂ）第１構造を放射で照明する間に散乱放射を検出して第１スキャトロメータ信号を取得するステップと、
（ｃ）第２構造を放射で照明する間に散乱放射を検出して第２スキャトロメータ信号を取得するステップと、
（ｄ）第１および第２スキャトロメータ信号を用いて、前記第１および第２構造を製造するために使用される照射線量値を決定するステップと、を備え、第１構造は、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有し、第２構造は、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有し、照射線量は、第１および第２構造の照射線量の影響を受ける空間的特徴に異なる方法で影響を及ぼす。本発明は、リソグラフィプロセスを用いて基板上に第１構造を製造することであって、第１構造が、少なくとも第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備える第２の周期的特徴とを有することと、リソグラフィプロセスを用いて基板上に第２構造を製造することであって、第２構造が、少なくとも第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備える第２の周期的特徴とを有することと、をさらに備え、照射線量は、第１および第２構造の照射線量の影響を受ける空間的特徴に異なる方法で影響を及ぼす。
変調ターゲットの利点は、前記ターゲットは、測定が速く従って照射線量を抽出するのに必要な時間を減らす、既存の回折に基づくスキャトロメータに用いるのに適しているということである。変調ターゲットの第２ピッチは、例えばオーバーレイや焦点などの他の測定に用いられる第１ピッチの格子を有する既存のメトロロジターゲットに重ね合わされ、これはメトロロジに用いられるウェハ上の領域を減らすのに役立つ。また別の利点は、より小さいターゲットに用いる可能性であり、本方法は、暗視野フィールドイメージスキャトロメトリに適している。
第２ピッチを有するターゲットを用いた高速の照射線量測定を可能とする別の実施形態を以下で説明する。
図６は、変調ターゲットの前記コンセプトを説明する、３つの異なるターゲットの例を示す。図６（ａ）は、格子６０１間に一定ピッチを備える周期的構造を示す。図６（ｂ）は、第２の格子が導入された別の周期的構造を示す。構造のピッチは、両方の格子において同じ方向であり、要素６２０により与えられる。要素６１０は同様の格子である。各格子６３０の形状が要素６４０に従って変調されたさらに別の例が図６（ｃ）に与えられる。要素６３０を備える周期的構造は、要素６３０に垂直な方向に周期的である。構造６４０もまた周期的であるが、要素６３０と平行な方向にである。図面を簡単にするために、それらは図示されていない。図６（ｃ）の例では、要素６３０のピッチは１００ｎｍとできるのに対して、フィーチャ６４０に対応するピッチは６００ｎｍである。図６に示す格子は、リソグラフィプロセスを用いて第１構造を製造することであって、第１構造が、少なくとも第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備える第２の周期的特徴とを有することと、リソグラフィプロセスを用いて基板上に第２構造を製造することであって、第２構造が、少なくとも第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備える第２の周期的特徴とを有することと、により製造することができ、照射線量は、第１および第２構造の照射線量の影響を受ける空間的特徴に異なる方法で影響を及ぼす。
ある実施形態では、第１および第２構造の第１の周期的特徴は、格子を含むメトロロジターゲットのピッチである。図６に示す格子は、図４に示す種類のメトロロジターゲットを形成できる。図６に示す格子もまた、単層で用いることのできるメトロロジターゲットを形成できる。
さらに別の実施形態では、第１および第２構造の第２の周期的特徴は、格子を含むメトロロジターゲットのピッチである。さらに、第１および第２構造の第２の周期的特徴の方向は、第１および第２構造がある面と平行な面内にある。実施例としての機能を果たす一実施形態では、第１および第２構造の第２の周期的特徴の方向は、第１および第２構造の第１の周期的特徴の方向と実質的に平行である。実施例としての機能を果たすさらに別の実施形態では、第１および第２構造の第２の周期的特徴の方向は、第１および第２構造の第１の周期的特徴の方向と実質的に垂直である。
別の実施形態では、第１および第２構造を照明する間に散乱放射を検出する上述のステップは、像面検出スキャトロメトリを用いて実行される。第１および第２構造を照明する間に散乱放射を検出する上述のステップは、瞳面検出スキャトロメトリを用いて実行されることも認められる。図６（ｃ）の既存の周期的構造６３０を異なる周期を有する要素６４０で変調することにより、高次が回折信号中で作られる。要素６４０を照射線量や照射焦点などのリソグラフィの照射パラメータに敏感に設計する場合、高次回折信号強度の測定は、非公称の線量または焦点の効果の指標となる。このような測定は、散乱放射を検出するステップが、ゼロ次散乱放射を高次散乱放射から分離することと、高次散乱放射を検出して各スキャトロメータ信号を取得することを備えることを包含する。
図７は、リソグラフィ装置で使用される照射線量の測定方法を示す。前記リソグラフィ装置を用いることにより、要素６０１を含む格子を作ることができる。要素６０１は、リソグラフィ装置でレジストに転写されるデバイスの要素とすることができる。デバイスフィーチャと似た要素６０１により覆われる領域内に、図７（ａ）（ｉ）の組込フィーチャ７０１と図７（ａ）（ｉｉ）の組込フィーチャ７０２を含む２つの構造を定義することができる。この特定の例では、要素７０１および７０２の周期は、図６の要素６４０と似ている。このような周期は、要素６０１の周期に対して垂直である。要素７０１および７０２のピッチは、６００ｎｍとすることができる。要素７０１および７０２は、照射線量に対して敏感に設計される。回折信号は、要素７０１で変調された要素６０１を有するターゲットで作られた第１構造および要素７０２で変調された要素６０１を有するターゲットで作られた第２構造で測定される。要素７２１により図７（ｂ）に示される測定された高次信号は、図７（ａ）（ｉ）に示される第１構造に対する線７１１および図７（ａ）（ｉｉ）に示される第２構造に対する線７１０となる。要素７１１および７１２は、測定された高次回折信号強度の照射線量への異なる依存を示す。図７（ｂ）の要素７２０は、格子の限界寸法の変化であり、それは照射線量に直接に比例している。この実施形態の現実の実施では、要素７２０は照射線量となる。本方法はさらに、信号７１０と信号７１１との差分である差分信号７２２を抽出することを備える。差分信号７２２も、第１および第２の測定スキャトロメータ信号のそれぞれに対応する強度の和に正規化される。図７（ｃ）では、各測定要素７２２に対し、要素７２０への換算値が関係７１２を通じて見つけられ、これは、上述の利点の全てを伴って照射線量の抽出につながる。本方法は、第１および第２スキャトロメータ信号を用いて前記第１および第２構造を製造するために用いられる照射線量値を決定するステップを用いており、このステップは、第１および第２の測定スキャトロメータ信号のそれぞれに対応する第１および第２の測定強度間の差分を用いることを備える。さらに、第１および第２スキャトロメータ信号を用いて前記第１および第２構造を製造するために用いられる照射線量値を決定するステップは、正規化ステップを備え、正規化因子は、第１および第２の測定スキャトロメータ信号のそれぞれに対応する強度の和である。前記第１および第２構造の第２の周期的特徴は、６００ｎｍの周期を有する。
上述したターゲット構造は、測定の目的で特に設計され、かつ形成されたメトロロジターゲットであるが、他の実施形態においては、基板上に形成されるデバイスの機能部分であるターゲットに関して特性を測定してもよい。多くのデバイスは規則的な格子状の構造を有する。本明細書で使用される「ターゲット格子」および「ターゲット構造」なる用語は、その構造が特に行われている測定のために設けられたものであることを必要とするものではない。
基板およびパターニングデバイス上に実現されるターゲットの物理的な格子構造に関連して、一実施形態は、基板上にターゲットを作成すること、基板上のターゲットを測定すること、および／または測定を解析してリソグラフィプロセスについての情報を得ること、の方法を記載する１つ以上の一連の機械可読命令を含むコンピュータプログラムを含んでよい。このコンピュータプログラムは、例えば、図３の装置のユニットＰＵおよび／または図２の制御ユニットＬＡＣＵにおいて実行し得る。また、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、磁気ディスク又は光ディスク)が設けられてもよい。例えば図３に示すタイプの既存のメトロロジ装置が既に製造されている、および／または、使用されている場合、本発明は、プロセッサに本明細書に記載された方法を実行させ、照射線量を計算させ、そしてまた照射線量に対して低い感度でデフォーカスさせるためのアップデートされたコンピュータプログラムプロダクトを準備することにより実行することができる。プログラムは、適切な複数のターゲット構造の測定のためのステップを実行するために、光学系、基板サポートなどを制御するよう任意に構成されてよい。
本明細書で使用する「放射」および「ビーム」という用語は、イオンビームあるいは電子ビームといったような粒子ビームのみならず、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍの波長を有する）および極端紫外線光（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包含する。
「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気および静電気光学部品を含む様々なタイプの光学部品のいずれか、またはその組合せを指してもよい。
特定の実施形態についての上記説明は発明の一般的性質を完全に公開しており、したがって、当分野の能力に含まれる知識を適用することによって、過度の実験をすることなく、および本発明の一般概念から逸脱することなく、種々の応用に対してそのような特定の実施形態を直ちに修正しおよび／または適応させることができる。したがって、そのような適応および修正は、本明細書に提示された教示および助言に基づき、開示された実施形態の意義および等価物の範囲内であると意図されている。本明細書の表現または専門用語は例示による説明を目的としており限定のためではなく、本明細書の専門用語または表現は教示および助言を考慮して当業者によって解釈されるべきものであることを理解されたい。
「課題を解決する手段」および「要約書」の項ではなく「発明の詳細な説明」の項が請求項を解釈するのに使用されるように意図されていることを理解されたい。「課題を解決する手段」および「要約書」の欄は本発明者が考えた本発明の実施例の１つ以上を示すものであるが、すべてを説明するものではない。よって、本発明および請求項をいかなる形にも限定するものではない。
特定の機能および関係の実現を例証する機能的な構成要素の助けを用いて本発明を説明してきた。これらの機能的な構成要素の境界は、説明の便宜上、適宜定義されている。それらの特別な機能および関係が適切に実行される限り、別の境界も定義することができる。
特定の実施形態についての上記説明は発明の一般的性質を完全に公開しており、したがって、当分野の能力に含まれる知識を適用することによって、過度の実験をすることなく、および本発明の一般概念から逸脱することなく、種々の応用に対してそのような特定の実施形態を直ちに修正しおよび／または適応させることができる。したがって、そのような適応および修正は、本明細書に提示された教示および助言に基づき、開示された実施形態の意義および等価物の範囲内であると意図されている。本明細書の表現または専門用語は説明を目的としており限定のためではなく、本明細書の専門用語または表現は教示および助言を考慮して当業者によって解釈されるべきものであることを理解されたい。
本発明の広さおよび範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物にしたがってのみ規定されるべきである。

Claims (30)

  1. 基板へのリソグラフィプロセスで用いられるリソグラフィ装置の照射線量を決定する方法であって、
    （ａ）リソグラフィプロセスを用いて製造される第１および第２構造を備える基板を受け取るステップと、
    （ｂ）第１構造を放射で照明する間に散乱放射を検出して第１スキャトロメータ信号を取得するステップと、
    （ｃ）第２構造を放射で照明する間に散乱放射を検出して第２スキャトロメータ信号を取得するステップと、
    （ｄ）第１および第２スキャトロメータ信号を用いて、前記第１および第２構造を製造するために使用される照射線量値を決定するステップと、を備え、
    第１構造は、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有し、
    第２構造は、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有し、
    照射線量は、第１および第２構造の照射線量の影響を受ける空間的特徴に異なる方法で影響を及ぼす、方法。
  2. リソグラフィプロセスを用いて基板上に第１構造を製造するステップであって、第１構造が、少なくとも第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備える第２の周期的特徴とを有するステップと、リソグラフィプロセスを用いて基板上に第２構造を製造するステップであって、第２構造が、少なくとも第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備える第２の周期的特徴とを有するステップと、をさらに備え、照射線量は、第１および第２構造の照射線量の影響を受ける空間的特徴に異なる方法で影響を及ぼす、請求項１に記載の方法。
  3. 第１および第２構造の第１の周期的特徴は、格子を含むメトロロジターゲットのピッチである、請求項１または２に記載の方法。
  4. 第１および第２構造の第２の周期的特徴は、格子を含むメトロロジターゲットのピッチである、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
  5. 第１および第２構造の第２の周期的特徴の方向は、第１および第２構造がある面と平行な面内にある、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
  6. 第１および第２構造の第２の周期的特徴の方向は、第１および第２構造の第１の周期的特徴の方向と実質的に平行である、請求項５に記載の方法。
  7. 第１および第２構造の第２の周期的特徴の方向は、第１および第２構造の第１の周期的特徴の方向と実質的に垂直である、請求項５に記載の方法。
  8. 第１および第２構造を照明する間に散乱放射を検出するステップは、像面検出スキャトロメトリを用いて実行される、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
  9. 第１および第２構造を照明する間に散乱放射を検出するステップは、瞳面検出スキャトロメトリを用いて実行される、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
  10. 散乱放射を検出するステップは、ゼロ次散乱放射を高次散乱放射から分離することと、高次散乱放射を検出して各スキャトロメータ信号を取得することとを備える、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
  11. 第１および第２スキャトロメータ信号を用いて前記第１および第２構造を製造するために用いられる照射線量値を決定するステップは、第１および第２の測定スキャトロメータ信号のそれぞれに対応する第１および第２の測定強度間の差分を用いることを備える、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
  12. 第１および第２スキャトロメータ信号を用いて前記第１および第２構造を製造するために用いられる照射線量値を決定するステップは、正規化ステップを備える、請求項１１に記載の方法。
  13. 正規化因子は、第１および第２の測定スキャトロメータ信号のそれぞれに対応する強度の和である、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記第１および第２構造の第２の周期的特徴は、６００ｎｍの周期を有する、請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
  15. 基板へのリソグラフィプロセスで用いられるリソグラフィ装置の照射線量を決定する検査装置であって、
    基板上にリソグラフィプロセスを用いて製造される第１および第２構造を放射で照明するよう構成される照明系と、
    第１構造の照明から生じる散乱放射を検出して第１スキャトロメータ信号を取得するよう構成されるとともに、第２構造の照明から生じる散乱放射を検出して第２スキャトロメータ信号を取得するよう構成される検出系と、
    第１および第２スキャトロメータ信号を用いて、第１構造を製造するために使用される照射線量値を決定するよう構成されるプロセッサと、を備え、
    第１構造は、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有し、
    第２構造は、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有し、
    照射線量は、第１および第２構造の照射線量の影響を受ける空間的特徴に異なる方法で影響を及ぼす、検査装置。
  16. 第１および第２構造の第１の周期的特徴は、格子を含むメトロロジターゲットのピッチである、請求項１５に記載の検査装置。
  17. 第１および第２構造の第２の周期的特徴は、格子を含むメトロロジターゲットのピッチである、請求項１５に記載の検査装置。
  18. 第１および第２構造の第２の周期的特徴の方向は、第１および第２構造の第１の周期的特徴の方向と実質的に平行である、請求項１６または１７に記載の検査装置。
  19. 第１および第２構造の第２の周期的特徴の方向は、第１および第２構造の第１の周期的特徴の方向と実質的に垂直である、請求項１６または１７に記載の検査装置。
  20. 第１および第２構造を照明する間に散乱放射を検出するステップは、像面検出スキャトロメトリを用いて実行される、請求項１５から１９のいずれかに記載の検査装置。
  21. 第１および第２構造を照明する間に散乱放射を検出するステップは、瞳面検出スキャトロメトリを用いて実行される、請求項１５から１９のいずれかに記載の検査装置。
  22. プロセッサは、第１および第２の測定スキャトロメータ信号のそれぞれに対応する第１および第２の測定強度間の差分を計算することに基づいて、第１および第２スキャトロメータ信号を用いて前記第１および第２構造を製造するために用いられる照射線量値を決定するよう構成される、請求項１５に記載の検査装置。
  23. 第１および第２スキャトロメータ信号を用いて前記第１および第２構造を製造するために用いられる照射線量値を決定するステップは、正規化ステップを備える、請求項２２に記載の検査装置。
  24. 正規化因子は、第１および第２の測定スキャトロメータ信号のそれぞれに対応する強度の和である、請求項２３に記載の検査装置。
  25. 検出系は、ゼロ次散乱放射を高次散乱放射から分離することと、高次散乱放射を検出して各スキャトロメータ信号を取得することとにより、散乱放射を検出するよう構成される、請求項１５から２４のいずれかに記載の検査装置。
  26. 基板へのリソグラフィプロセスで用いられるリソグラフィ装置の照射線量を決定する基板であって、基板はターゲットを備え、該ターゲットは、
    少なくとも第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらにもう一つの第２の周期的特徴とを有する第１構造と、
    少なくとも第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有する第２構造と、を備え、
    照射線量は、第１および第２構造の照射線量の影響を受ける空間的特徴に異なる方法で影響を及ぼす、基板。
  27. 第１および第２構造の第１および第２の周期的特徴は、格子を含むメトロロジターゲットのピッチである、請求項２６に記載の基板。
  28. 基板へのリソグラフィプロセスで用いられるリソグラフィ装置の照射線量を決定するパターニングデバイスであって、パターニングデバイスはターゲットパターンを備え、該ターゲットパターンは、
    リソグラフィプロセスを用いて第１構造を製造するよう構成される第１サブパターンであって、第１構造が、空間的特徴を備える周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらにもう一つの第２の周期的特徴とを有する、第１サブパターンと、
    リソグラフィプロセスを用いて第２構造を製造するよう構成される第２サブパターンであって、第２構造が、空間的特徴を備える第１の周期的特徴と、照射線量の影響を受けるよう設計された空間的特徴を備えるさらに少なくとももう一つの第２の周期的特徴とを有する、第２サブパターンと、を備え、
    照射線量は、第１および第２構造の照射線量の影響を受ける空間的特徴に異なる方法で影響を及ぼす、パターニングデバイス。
  29. 第１および第２構造の第１および第２の周期的特徴は、格子を含むメトロロジターゲットを基板上に形成するために用いるのに適しているパターニングデバイス上のピッチである、請求項２８に記載のパターニングデバイス。
  30. デバイスパターンがリソグラフィプロセスを用いて一連の基板に付与されるデバイス製造方法であって、請求項１から１４のいずれかに記載の方法を用いて少なくとも一つの基板を用いてリソグラフィ装置の照射線量を決定することと、照射線量の決定方法の結果に従って、後の基板に対するリソグラフィプロセスを制御することとを含む、デバイス製造方法。
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