JP2019507368A - メトロロジ方法、ターゲット、及び基板 - Google Patents

Abstract

第１の偏光を有する第１の放射ビーム（９４０）を用いてメトロロジターゲット（Ｔ）の少なくとも第１の周期構造（１０１０）を照明すること、第２の異なる偏光を有する第２の放射ビーム（９５０）を用いてメトロロジターゲット（Ｔ）の少なくとも第２の周期構造（１０００）を照明すること、干渉を生じさせるために第１の周期構造（１０１０）から回折された放射を第２の周期構造（１０００）から回折された放射と組み合わせること、検出器（１２４５）を使用して組み合わされた放射を検出すること、及び、検出された組み合わされた放射から対象のパラメータを決定することを含む、方法。
【選択図】 図１２

Description

[0001] 本明細書は、例えば、デバイスの製造においてパターニングプロセスによって使用可能なメトロロジのための方法、装置、及び基板に関し、また、パターニングプロセスを使用するデバイス製造の方法に関する。

[0002] 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）と平行或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。

[0003] パターニングプロセス（すなわち、典型的には、レジストの現像、エッチングなどの１つ以上の関連付けられた処理ステップを含み得る、パターニング（リソグラフィ露光又はインプリントなど）に関係するデバイス又は他の構造を作成するプロセス）において、例えばプロセスの制御及び検証のために、作成された構造を頻繁に測定することが望ましい。したがって、パターニングプロセスを監視するために、パターン形成された基板の１つ以上のパラメータが測定される。パラメータは、例えば、パターン形成された基板内又は基板上に形成される連続層間のオーバーレイエラー、及び／又は、現像された感光性レジスト、エッチングされた構造などの臨界線幅を含み得る。この測定は、製品基板の、及び／又は、専用メトロロジターゲットの形の、ターゲット表面上で実行され得る。メトロロジターゲット（又はマーク）は、周期構造、例えば、格子などの水平及び垂直のバーの組み合わせを含み得る。

[0004] クリティカルディメンション（ＣＤ）を測定するためにしばしば使用される、走査電子顕微鏡、及び、オーバーレイ、デバイス内の２つの層のアライメントの確度を測定するための、特殊ツールを含む、こうした測定を行うための様々なツールが知られている。近年、リソグラフィの分野で使用するために、様々な形のスキャトロメータが開発されてきている。これらのデバイスは、放射のビームをターゲット上へと誘導し、対象のターゲットの特性が決定できる「スペクトル」を取得するために、散乱した放射の１つ以上の特性、例えば、波長の関数としての単一反射角での強度、反射角の関数としての１つ以上の波長での強度、又は、反射角の関数としての偏光を、測定する。対象の特性の決定は、例えば、厳密結合波分析又は有限要素法などの反復手法によるターゲット構造の再構築、ライブラリ検索、及び／又は、主成分分析などの、様々な技法によって実行され得る。

[0005] スループット、柔軟性、及び／又は確度を向上させることが可能な、ターゲットを使用するメトロロジのための方法及び装置が提供されることが望ましい。更に、これには限定されないが、ダークフィールドイメージベース技法を用いて読み出し可能な小さなターゲット構造に適用可能な場合、大きな利点となろう。

[0006] 一実施形態において、第１の偏光を有する第１の放射ビームを用いてメトロロジターゲットの少なくとも第１の周期構造を照明すること、第２の異なる偏光を有する第２の放射ビームを用いてメトロロジターゲットの少なくとも第２の周期構造を照明すること、干渉を生じさせるために第１の周期構造から回折された放射を第２の周期構造から回折された放射と組み合わせること、検出器を使用して組み合わされた放射を検出すること、及び、検出された組み合わされた放射から対象のパラメータを決定することを含む、方法が提供される。

[0007] 一実施形態において、第１の偏光を有する第１の放射ビーム及び第２の偏光を有する第２の放射ビームを複数の周期構造を有するメトロロジターゲット上に提供するように構成された、光学素子と、周期構造からの回折放射が組み合わされ、干渉する、周期構造によって回折された第１及び第２の放射ビームからの放射を検出するように構成された、検出器と、検出された組み合わされた回折放射から対象のパラメータを決定するように構成された、制御システムと、を備える、メトロロジ装置が提供される。

[0008] 一実施形態において、パターニングプロセスを使用する一連の基板にデバイスパターンが印加される、デバイスを製造する方法が提供され、方法は、本明細書で説明する方法を使用して、基板のうちの少なくとも１つの上に、デバイスパターンの一部として、又はその傍らに形成された、少なくとも回折測定ターゲットを検査すること、及び、方法の結果に従って、その後の基板のためのパターニングプロセスを制御することを、含む。

[0009] 一実施形態において、本明細書で説明す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備える、非一時的コンピュータプログラム製品が提供される。

[0010] 一実施形態において、本明細書で説明す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備える、非一時的コンピュータプログラム製品が提供される。

[0011] 一実施形態において、基板上の回折測定ターゲット上にビームを提供するように、及び、パターニングプロセスのパラメータを決定するためにターゲットによって回折された放射を検出するように、構成された、検査装置と、本明細書で説明する非一時的コンピュータプログラム製品と、を備える、システムが提供される。

[0012] 実施形態の特徴及び／又は利点、並びに様々な実施形態の構造及び動作は、添付図面を参照して本明細書で詳細に説明される。本発明は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。実施形態は、例示的な目的でのみ本明細書に提示される。更なる実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づいて当業者には明らかであろう。

[0013] 実施形態を、添付の図面を参照して、単なる例示として以下に説明する。

[0014]リソグラフィ装置の実施形態を示す図である。 [0015]リソグラフィセル又はクラスタの実施形態を示す図である。 [0016]或る照明モードを提供する照明アパーチャの第１のペアを使用してターゲットを測定する際に使用するための、測定装置の実施形態を示す概略図である。 [0017]所与の方向の照明のためのターゲット周期構造の回折スペクトルを示す概略詳細図である。 [0018]回折ベースのオーバーレイ測定のためにスキャトロメータを使用する際に更なる照明モードを提供する、照明アパーチャの第２のペアを示す概略図である。 [0019]回折ベースのオーバーレイ測定のためにスキャトロメータを使用する際に更なる照明モードを提供する、アパーチャの第１及び第２のペアを組み合わせた照明アパーチャの第３のペアを示す概略図である。 [0020]多重周期構造（例えば、格子）ターゲットの形及び基板上の測定スポットの概要を示す図である。 [0021]図３の装置内で取得される図４のターゲットのイメージを示す図である。 [0022]図３の装置を使用するオーバーレイ測定方法のステップを示すフローチャートである。 [0023]ゼロの領域内に異なるオーバーレイ値を有するオーバーレイ周期構造を示す概略断面図である。 [0023]ゼロの領域内に異なるオーバーレイ値を有するオーバーレイ周期構造を示す概略断面図である。 [0023]ゼロの領域内に異なるオーバーレイ値を有するオーバーレイ周期構造を示す概略断面図である。 [0024]理想的なターゲット構造におけるオーバーレイ測定の原理を示す図である。 [0025]測定装置のための光学システム設計の実施形態を示す概略図である。 [0026]基板の層内のメトロロジターゲット及び入射測定放射ビームの実施形態を示す、概略側面図である。 [0027]図１０Ａのメトロロジターゲット及び入射放射ビームを示す概略上面図である。 [0028]基板の層内のメトロロジターゲット及び入射測定放射ビームの実施形態を示す、概略側面図である。 [0029]図１１Ａのメトロロジターゲット及び入射放射ビームを示す概略上面図である。 [0030]メトロロジターゲットと組み合わされた測定装置の実施形態を示す概略図である。 [0031]基板の層内のメトロロジターゲット及び入射測定放射ビームの実施形態を示す、概略側面図である。 [0032]図１３Ａのメトロロジターゲット及び入射放射ビームを示す概略上面図である。 [0033]基板の層内のメトロロジターゲット及び入射測定放射ビームの実施形態を示す、概略側面図である。 [0034]図１４Ａのメトロロジターゲット及び入射放射ビームを示す概略上面図である。 [0035]図１４のターゲットからの回折放射の測定を示す概略図である。 [0036]基板の層内のメトロロジターゲット及び入射測定放射ビームの実施形態を示す、概略側面図である。 [0037]図１６のターゲットからの回折放射の測定を示す概略図である。 [0038]メトロロジ方法の実施形態を示すフローチャートである。 [0039]メトロロジターゲットを設計するためのシステムの実施形態を示す概略図である。 [0040]メトロロジターゲットを設計するプロセスの実施形態を示すフローチャートである。 [0041]性能を監視するために、並びに、メトロロジ、設計、及び／又は生産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、プロセスの実施形態を示すフローチャートである。

[0042] 実施形態を詳細に説明する前に、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。

[0043] 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放射又は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に付与されたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ以上のダイを含む）上に投影するように構成された投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＳと、を備える。

[0044] 照明システムは、放射を誘導し、整形し、又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその他のタイプの光学コンポーネント、或いはそれらの任意の組み合わせなどの様々なタイプの光学コンポーネントを含むことができる。

[0045] 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方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、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、静電気等のクランプ技術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、例えばフレーム又はテーブルでよく、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できる。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。

[0046] 本明細書において使用する「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生成するように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに付与されるパターンは、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、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。

[0047] パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。パターニングデバイスの例には、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パネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、バイナリマスク、レベンソン型（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）位相シフトマスク、ハーフトーン型（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）位相シフトマスクのようなマスクタイプ、更には様々なハイブリッドマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例として、小型ミラーのマトリクス配列を使用し、ミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射ビームにパターンを付与する。

[0048] 本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。或いは、装置は反射タイプでもよい（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使用する、又は反射マスクを使用する）。

[0049] 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充填するように、基板の少なくとも一部を水などの比較的高い屈折率を有する液体で覆えるタイプでもよい。液浸液は、例えばマスクと投影システムの間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させるために当技術分野で使用することができる。本明細書で使用する「液浸」という用語は、基板などの構造を液体に沈めなければならないという意味ではなく、露光中に投影システムと基板の間に液体が存在するというほどの意味である。

[0050] 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。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤと共に放射システムと呼ぶことができる。

[0051] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えていてもよい。一般に、イルミネータの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒ及びσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。イルミネータを用いて放射ビームを調節し、その断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。

[0052] 放射ビームＢ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）上に保持されたパターニングデバイス（例えば、マスク）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を横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２のポジショナ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、２Ｄエンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴを、例えば様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めするように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビーム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を正確に位置決めできる。

[0053] パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ_１、Ｍ_２及び基板アライメントマークＰ_１、Ｐ_２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アライメントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分の間の空間に位置してもよい（スクライブラインアライメントマークとして周知である）。同様に、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。小さなアライメントマーカをデバイスフィーチャの中でもダイ内に含めることができ、その場合、マーカは可能な限り小さく、隣接したフィーチャと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。

[0054] 図示のリソグラフィ装置は、以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。

[0055] １．ステップモードでは、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ＷＴａは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに与えたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一静的露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴａがＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光で像が形成されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。

[0056] ２．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ＷＴａは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに与えられるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一動的露光）。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ＷＴａの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分の（スキャン方向における）高さが決まる。

[0057] ３．別のモードでは、パターニングデバイス支持体（例えば、マスクテーブル）ＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴａを移動又はスキャンさせながら、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス状放射源を使用して、基板テーブルＷＴａを移動させる毎に、又はスキャン中に連続する放射パルスの間で、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上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利用できる。

[0058] 上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

[0059] 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あり、少なくとも２つのテーブルＷＴａ、ＷＴｂ（例えば、２つの基板テーブル）、及び、その間でテーブルのうちの少なくとも１つが交換可能な、少なくとも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を有する。例えば、一方のテーブル上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の他方の基板テーブル上にロードし、様々な予備工程を実施することが可能である。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、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カの位置を測定することを含み得、どちらのセンサも参照フレームＲＦによって支持されている。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がテーブルの位置を測定できない場合、テーブルの位置を両方のステーションで追跡できるようにするために、第２の位置センサを提供することができる。別の例として、一方のテーブル上の基板が露光ステーションで露光されている間、基板を伴わない別のテーブルは測定ステーション（任意選択で、測定アクティビティが発生し得る）で待機する。この他方のテーブルは１つ以上の測定デバイスを有し、任意選択で他のツール（例えば、クリーニング装置）を有し得る。基板が完全に露光されると、基板を伴わないテーブルは露光ステーションへと移動して、例えば測定を実行し、基板を伴うテーブルは、基板がアンロードされ別の基板がロードされるロケーション（例えば、測定ステーション）へと移動する。これらのマルチテーブル配置により、装置のスループットを大幅に増加させることができる。

[0060] 図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセル又はリソ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１つ以上の露光前及び露光後のプロセスを実行するための装置も含む。従来、これらは、レジスト層を堆積させるための１つ以上のスピンコーターＳＣ、露光されたレジストを現像するための１つ以上のデベロッパＤＥ、１つ以上の冷却プレートＣＨ、及び１つ以上のベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラ、又はロボットＲＯは、入力／出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り出し、これを異なるプロセスデバイス間で移動させ、これをリソグラフィ装置のローディングベイＬＢに送達する。これらのデバイスはしばしば集合的にトラックと呼ばれ、それ自体が監視制御システムＳＣＳによって制御されるトラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、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、動作スループット及び処理効率を最大にするために、様々な装置を動作させることができる。

[0061] リソグラフィ装置によって露光される基板が正確且つ一貫して露光されるように、露光された基板を検査して、後続の層間のオーバーレイエラー、ライン厚み、クリティカルディメンション（ＣＤ）などの、１つ以上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、特に、同じロット／バッチの別の基板がまだ露光されていないように十分早く且つ高速に検査が実行できる場合、１つ以上の後続の基板の露光を調整することが可能である。また、既に露光された基板を除去、（歩留まりを向上させるために）再加工、又は廃棄することが可能であり、それによって、不良であることがわかっている基板上で露光を実行するのを回避することができる。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、更なる露光は良好なターゲット部分上でのみ実行することが可能である。別の可能性は、エラーを補償するために後続のプロセスステップの設定を採用することであり、例えば、トリムエッチステップの時間を、リソグラフィプロセスステップの結果として生じる基板対基板ＣＤ変動を補償するように調整することができる。

[0062] 基板の１つ以上の特性を、また特に、異なる基板又は同じ基板の異なる層の１つ以上の特性が層間及び／又は基板全体でどのように変動するかを決定するために、検査装置が使用される。検査装置は、リソグラフィ装置ＬＡ又はリソセルＬＣに組み込むか、或いはスタンドアロンデバイスとすることができる。ほとんどの高速測定を可能にするために、検査装置は、露光直後に露光されたレジスト層内の１つ以上の特性を測定することが望ましい。しかしながら、レジスト内の潜像は非常に低いコントラストを有し、放射に露光されたレジストの部分と露光されていない部分との間の屈折率には非常にわずかな差しか存在せず、すべ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とは限らない。したがって、測定は、通例、露光された基板上で実施される第１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間のコントラストを増加させる、露光後ベークステップ（ＰＥＢ）の後で行うことが可能である。この段階で、レジスト内のイメージは半潜像的と呼ぶことができる。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、或いは、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イメージを測定することも可能である。後者の可能性は、不良基板の再加工の可能性を制限するが、例えば、プロセス制御の目的で、依然として有用な情報を提供することができる。

[0063] 従来のスキャトロメータによって使用されるターゲットは、相対的に大きな、例えば４０μｍ掛ける４０μｍの、周期構造（例えば、格子）レイアウトを含む。その場合、測定ビームはしばしば、周期構造レイアウトよりも小さなスポットサイズを有する（すなわち、周期構造レイアウトはアンダーフィルされる）。これによって、ターゲットは無限であると見なすことができるため、ターゲットの数学的再構成が簡略化される。しかしながら、例えば、ターゲットはスクライブラインではなくプロダクトフィーチャ間に位置決め可能であるため、ターゲットのサイズは、例えば２０μｍ掛ける２０μｍ又はそれ未満まで、或いは、１０μｍ掛ける１０μｍ又はそれ未満まで、縮小される。この状況において、周期構造レイアウトを測定スポットより小さくすることができる（すなわち、周期構造レイアウトはオーバーフィルされる）。典型的には、こうしたターゲットはダークフィールドスキャトロメータを使用して測定され、ゼロ次数の回折（鏡面反射に対応する）はブロックされ、それより高い次数のみが処理される。ダークフィールドメトロロジの例は、ＰＣＴ特許出願ＷＯ２００９／０７８７０８号及びＷＯ２００９／１０６２７９号に見られ、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。この技法の更なる展開は、米国特許出願ＵＳ２０１１−００２７７０４号、ＵＳ２０１１−００４３７９１号、及びＵＳ２０１２−０２４２９７０号に記載されており、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。回折次数のダークフィールド検出を使用する回折ベースオーバーレイは、より小さなターゲット上でのオーバーレイ測定を可能にする。これらのターゲットは照明スポットよりも小さいことが可能であり、基板上でプロダクト構造によって取り囲むことができる。一実施形態では、１つのイメージ内で複数のターゲットを測定することができる。

[0064] ダークフィールドメトロロジ装置の実施形態が図３（ａ）に示されている。ターゲットＴ（周期構造を含む）及び回折光線が、図３（ｂ）により詳細に示されている。ダークフィールドメトロロジ装置は、スタンドアロンデバイスであるか、或いは、例えば測定ステーションにあるリソグラフィ装置ＬＡ、又はリソグラフィセルＬＣのいずれかに組み込むことができる。装置全体を通じていくつかの分岐を有する光軸が、点線Ｏによって表される。この装置において、出力１１（例えば、レーザ又はキセノンランプなどの光源、或いは光源に接続される開口）によって放出される放射は、レンズ１２、１４及び対物レンズ１６を備える光学システムによって、プリズム１５を介して基板Ｗ上に誘導される。これらのレンズは２重シーケンスの４Ｆ配置に配置される。依然として基板イメージを検出器上に提供するという条件で、異なるレンズ配置を使用することができる。

[0065] 一実施形態において、レンズ配置は空間周波数フィルタリングのための中間瞳面のアクセスを可能にする。したがって、放射が基板上に入射する角度範囲は、本明細書では（共役）瞳面と呼ばれる、基板面の空間スペクトルを提示する面内の空間強度分布を定義することによって、選択することができる。特にこれは、例えば、対物レンズ瞳面の後方投影イメージである面内のレンズ１２と１４との間に好適な形のアパーチャプレート１３を挿入することによって、実行可能である。図示された例において、アパーチャプレート１３は、異なる照明モードが選択可能な、１３Ｎ及び１３Ｓとラベル表示された異なる形を有する。本例における照明システムは、オフアクシス照明モードを形成する。第１の照明モードにおいて、アパーチャプレート１３Ｎは、単なる説明のために、「北」と指定された方向からオフアクシス照明を提供する。第２の照明モードにおいて、アパーチャプレート１３Ｓは、同様の照明であるが、「南」とラベル表示された、異なる（例えば、反対の）方向からの照明を提供するために使用される。異なるアパーチャを使用することによって、他の照明モードが可能である。望ましい照明モードの外側のいずれかの不必要な放射が望ましい測定信号に干渉する可能性があるため、望ましくは瞳面の残り部分はダークである。

[0066] 図３（ｂ）に示されるように、ターゲットＴは、対物レンズ１６の光軸Ｏに対して実質的に垂直に基板Ｗに配置される。軸Ｏから外れた角度からターゲットＴ上に衝突する照明Ｉの光線は、ゼロ次光線（実線０）及び２本の１次光線（一点鎖線＋１及び二点鎖線−１）を生じさせる。オーバーフィルされた小さなターゲットＴの場合、これらの光線は、メトロロジターゲットＴ及び他のフィーチャを含む基板のエリアをカバーする、多くの平行光線のうちの単なる１つである。複合周期構造ターゲットが提供される場合、ターゲット内の各個別の周期構造はそれ独自の回折スペクトルを生じさせることになる。プレート１３内のアパーチャは（有用な量の放射を認めるために必要な）有限幅を有するため、入射光線Ｉは実際に、或る範囲の角度を占有することになり、回折光線０及び＋１／−１はやや広がることになる。小さいターゲットの点像分布関数によれば、各次数＋１及び−１は、図に示されるような単一の理想的光線ではなく、或る角度範囲にわたって更に広がることになる。周期構造のピッチ及び照明角度は、対物レンズ入射にする１次光線が中央の光軸と緊密に位置合わせされるように、設計又は調整可能であることに留意されたい。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示される光線は、純粋にそれらを図面内でより容易に区別できるように、ややオフアクシスに示されている。

[0067] 基板Ｗ上のターゲットによって回折された少なくとも０及び＋１次は、対物レンズ１６によって集められ、プリズム１５を介して後方へ誘導される。図３（ａ）に戻ると、（この場合は）北（Ｎ）及び南（Ｓ）としてラベル表示された正反対のアパーチャを指定することによって、第１及び第２の両方の照明モードが示されている。入射光線Ｉが光軸の北側からである場合、すなわち、アパーチャプレート１３Ｎを使用して第１の照明モードが適用される場合、＋１（Ｎ）とラベル表示された＋１回折光線が対物レンズ１６に入る。これに対して、アパーチャプレート１３Ｓを使用して第２の照明モードが適用される場合、（−１（Ｓ）とラベル表示された）−１回折光線がレンズ１６に入る。したがって、一実施形態では、或る条件下でターゲットを２回測定することによって、例えば、ターゲットを回転させた後、或いは、−１次及び＋１次の回折次数強度を別々に取得するために、照明モードを変更するか又は結像モードを変更した後に、測定結果が取得される。所与のターゲットについてこれらの強度を比較することで、ターゲット内の非対称性の測定が与えられ、ターゲット内の非対称性は、リソグラフィプロセスのパラメータ、例えばオーバーレイエラーのインジケータとして使用することができる。前述の状況において、照明モードは変更される。

[0068] 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の測定分岐において、光学システム１８は、ゼロ次及び１次回折ビームを使用して、第１のセンサ１９（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上にターゲットの回折スペクトル（瞳面イメージ）を形成する。各回折次数がセンサ上の異なるポイントをヒットするため、イメージ処理は次数の比較及び対照を行うことができる。センサ１９によってキャプチャされた瞳面イメージは、メトロロジ装置をフォーカスさせるため、及び／又は、１次ビームの強度測定値を規格化するために、使用可能である。瞳面イメージは、非対称性の測定、並びに再構築などの、本明細書では詳細に説明していない多くの測定目的にも使用可能である。最初に説明する例では、非対称性を測定するために第２の測定分岐を使用することになる。

[0069] 第２の測定分岐において、光学システム２０、２２は、センサ２３（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上の基板Ｗ上に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ストップ２１が提供される。アパーチャストップ２１は、センサ２３上に形成されるターゲットのイメージＤＦが−１次又は＋１次ビームから形成されるように、ゼロ次回折ビームをブロックするように機能する。センサ１９及び２３によってキャプチャされたイメージは、イメージプロセッサ及びコントローラＰＵに出力され、その機能は、実行される特定タイプの測定に依存することになる。「イメージ」という用語は、本明細書では広義に使用されることに留意されたい。したがって、ターゲットの周期構造のフィーチャのイメージは、−１次及び＋１次のうちの１つしか存在しない場合、形成されないことになる。

[0070] 図３に示される特定形式のアパーチャプレート１３及びストップ２１は、単なる例である。別の実施形態では、ターゲットのオンアクシス照明が使用され、オフアクシスアパーチャを備えるアパーチャストップは、１つの１次回折放射のみをセンサへと通過させるために使用される（その場合、１３及び２１に示されるアパーチャは効果的にスワップされる）。更に別の実施形態では、測定の際に、１次ビームの代わりに、又はそれに加えて、２次、３次、及びより高次のビーム（図３には示されていない）を使用することができる。

[0071] 照明をこれらの異なるタイプの測定に適合可能にするために、アパーチャプレート１３は、所望のパターンを正しい位置に移動させるように回転するディスク周囲に形成された、いくつかのアパーチャパターンを備えることができる。代替又は追加として、同じ効果を達成するために、プレート１３のセットを提供及びスワップすることができる。変形可能ミラーアレイ又は透過型空間光モジュレータなどの、プログラマブル照明デバイスも使用可能である。照明モードを調整するための別の方法として、可動ミラー又はプリズムが使用可能である。

[0072] アパーチャプレート１３との関係のみを説明したが、代替として、結像のための回折次数の選択は、アパーチャストップ２１を変更すること、又は異なるパターンを有する瞳ストップを代わりに使用すること、又は固定式のフィールドストップをプログラマブル空間光モジュレータに置き換えることによっても、達成可能である。その場合、測定光学システムの照明側は一定のままであるが、結像側は第１及び第２のモードを有する。実際には、多くの可能なタイプの測定方法が存在し、各々がそれ独自の利点及び欠点を伴う。一方法において、異なる次数を測定するために照明モードが変更される。別のモードでは、結像モードが変更される。第３の方法では、照明モード及び結像モードは変更されないままであるが、ターゲットが、例えば１８０度回転される。それぞれの場合において、所望の効果は同じであり、すなわち、例えば、ターゲットの回折スペクトルにおいて互いに対称的に正反対な、非ゼロ次回折放射の第１及び第２の部分を選択するためである。

[0073] 本例では、結像のために使用される光学システムは、アパーチャストップ２１によって制約される幅広い入射瞳を有するが、他の実施形態又は適用例では、結像システム自体の入射瞳サイズは、所望の次数に制約するように十分小さく、したがってフィールドストップとしても働くことができる。図３（ｃ）及び図３（ｄ）には、更に下記で説明するように使用可能な、異なるアパーチャプレートが示されている。

[0074] 典型的には、ターゲットは、南北又は東西に走るその周期構造フィーチャと位置合わせされることになる。すなわち、周期構造（例えば、格子）は、基板ＷのＸ方向又はＹ方向に位置合わせされることになる。しかしこれは、異なる角度、すなわち４５°の角度であり得る。アパーチャプレート１３Ｎ又は１３Ｓは、１方向（例えば、セットアップに応じて、Ｘ、Ｙ、又は他の方向）に配向されたターゲットの周期構造を測定するために使用される。別の角度（例えば、実質的には垂直）での周期構造の測定のために、ターゲットの回転（例えば、実質的に垂直な周期構造の場合、９０°及び２７０°の回転）が実施され得る。或いは、照明光学系において、図３（ｃ）に示される、適切な角度（例えば、東又は西）にアパーチャを有し得る、アパーチャプレート１３Ｅ又は１３Ｗを使用して、別の角度（例えば、東又は西）からの照明を提供することができる。アパーチャプレート１３Ｎから１３Ｗは、別々に形成して交換することが可能であるか、又は、適切な角度（例えば、９０、１８０、又は２７０度）だけ回転可能な単一のアパーチャプレートとすることができる。

[0075] 異なるアパーチャプレートが図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示されている。図３（ｃ）は、オフアクシス照明モードの２つの更なるタイプを示す。図３（ｃ）の第１の照明モードにおいて、アパーチャプレート１３Ｅは、単なる説明のために、前述の「北」に対して「東」と指定された方向から、オフアクシス照明を提供する。前述のように、「東」は図に示されるものとは異なる角度であってよい。図３（ｃ）の第２の照明モードにおいて、アパーチャプレート１３Ｗは、同様であるが、「西」とラベル表示された、異なる（例えば、正反対の）方向から、照明を提供するために使用される。図３（ｄ）は、オフアクシス照明モードの２つの更なるタイプを示す。図３（ｄ）の第１の照明モードにおいて、アパーチャプレート１３ＮＷは、前述のように「北」及び「西」と指定された方向からオフアクシス照明を提供する。第２の照明モードにおいて、アパーチャプレート１３ＳＥは、同様であるが、前述のように「南」及び「東」とラベル表示された、異なる（例えば、正反対の）方向から、照明を提供するために使用される。これらの異なる回折信号間のクロストークが大き過ぎないという条件で、異なる方向（例えば、Ｘ及びＹの両方）に延在する周期構造の測定を、照明モードを変更せずに実行することができる。これらの使用、及び、装置の多数の他の変形及び適用例は、例えば、前述の先行公開された特許出願公開に記載されている。既に述べたように、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示されたオフアクシスアパーチャは、アパーチャプレート１３の代わりに、アパーチャストップ２１に提供可能である。その場合、照明はオンアクシスとなる。

[0076] 図４は、基板上に形成される例示の複合メトロロジターゲットを示す。複合ターゲットは、共に近接して位置決めされた４つの周期構造（例えば、格子）３２、３３、３４、３５を備える。一実施形態において、周期構造は共に十分近接して位置決めされるため、すべてが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内に存在する。したがって、その場合、４つの周期構造はすべて同時に照明され、センサ１９及び２３上に同時に結像される。オーバーレイ測定専用の例において、周期構造３２、３３、３４、３５は、それら自体が、基板Ｗ上に形成されたデバイスの異なる層内にパターン形成された別のターゲットの周期構造を上に重ねることによって形成される、複合周期構造である。こうしたターゲットは、２０μｍ×２０μｍ内又は１６μｍ×１６μｍ内の、外寸寸法を有し得る。更に、すべての周期構造は、層の特定ペア間のオーバーレイを測定するために使用される。ターゲットの測定を層の単一ペアよりも容易にするために、周期構造３２、３３、３４、３５は、複合周期構造の異なる部分が形成される異なる層間のオーバーレイの測定を容易にするために異なってバイアスされたオーバーレイオフセットを有し得る。したがって、基板上のターゲットのためのすべての周期構造は、層の１つのペアを測定するために使用され、基板上の別の同じターゲットのためのすべての周期構造は、層の別のペアを測定するために使用され、オーバーレイバイアスは層ペア間の区別を容易にする。オーバーレイバイアスの意味は、特に図７を参照しながら下記で説明する。

[0077] 図７（ａ）〜図７（ｃ）は、異なるバイアスを伴うそれぞれのターゲットＴのオーバーレイ周期構造の概略断面図を示す。これらは、図３及び図４に見られるように、基板Ｗ上で使用可能である。Ｘ方向に周期性を伴う周期構造は、例示のためにのみ示されている。異なるバイアス及び異なる配向を伴うこれらの周期構造の異なる組み合わせが提供可能である。

[0078] まず初めに図７（ａ）では、Ｌ１及びＬ２とラベル表示された２つの層で形成される複合オーバーレイターゲット６００が示されている。低い方の層Ｌ１において、第１の周期構造は基板６０６上のフィーチャ（例えば、ライン）６０２及びスペース６０４によって形成される。層Ｌ２において、第２の周期構造はフィーチャ（例えば、ライン）６０８及びスペース６１０によって形成される。（断面は、フィーチャ６０２、６０８がページ内へと延在するように図示されている。）周期構造パターンは、どちらの層においてもピッチＰで反復している。ライン６０２及び６０８は例示のためにのみ挙げられており、ドット、ブロック、及びバイアホールなどの、他のタイプのフィーチャが使用可能である。図７（ａ）に示される状況では、オーバーレイエラー及びバイアスは存在しないため、各周期構造フィーチャ６０８は、下位の周期構造内の周期構造フィーチャ６０２の真上にある。

[0079] 図７（ｂ）では、同じターゲットがバイアス＋ｄで示されているため、上位の周期構造のフィーチャ６０８は、下位の周期構造のフィーチャ６０２に対して距離ｄだけ右にシフトされている。すなわち、フィーチャ６０８及びフィーチャ６０２は、それらがどちらも正確にそれらの公称ロケーションにプリントされるように配置され、フィーチャ６０８はフィーチャ６０２に対して距離ｄだけオフセットされることになる。バイアス距離ｄは、実際には数ナノメートル、例えば５〜６０ｎｍであり得、ピッチＰは、例えば３００〜１０００ｎｍの範囲内、例えば５００ｎｍ又は６００ｎｍである。図７（ｃ）では、同じターゲットがバイアス−ｄで示されているため、フィーチャ６０８はフィーチャ６０２に対して左にシフトされている。図７（ａ）から図７（ｃ）で示されるこのタイプのバイアスされたターゲットは、例えば、前述の特許出願公開に記載されている。

[0080] 更に、図７（ａ）〜図７（ｃ）は、フィーチャ６０８が（＋ｄ又は−ｄの小さなバイアスが適用されるか又は適用されていない状態で）フィーチャ６０２の上にあることを示しており、これはゼロの領域内のバイアスを有する「ラインオンライン」ターゲットと呼ばれ、ターゲットは、上位の周期構造における各フィーチャ６０８が下位の周期構造におけるスペース６０４の上にあるように、Ｐ／２、すなわちピッチの半分のプログラミングされたバイアスを有し得る。これは、「ラインオントレンチ」ターゲットと呼ばれる。この場合、＋ｄ又は−ｄの小さなバイアスも適用可能である。「ラインオンライン」ターゲットか「ラインオントレンチ」ターゲットかの選択は、適用例に依存する。

[0081] 図４に戻ると、周期構造３２、３３、３４、３５は、図に示されるように、入射する放射をＸ及びＹ方向に回折するように、それらの配向も異なり得る。一例において、周期構造３２及び３４は、それぞれ、＋ｄ、−ｄのバイアスを伴うＸ方向の周期構造である。周期構造３３及び３５は、それぞれ、＋ｄ、−ｄのオフセットを伴うＹ方向の周期構造であり得る。４つの周期構造が示されているが、別の実施形態は、所望の確度を得るためにより大きなマトリックスを含むことができる。例えば、９つの複合周期構造の３×３アレイは、−４ｄ、−３ｄ、−２ｄ、−ｄ、０、＋ｄ、＋２ｄ、＋３ｄ、＋４ｄのバイアスを有し得る。これらの周期構造の別々のイメージは、センサ２３によってキャプチャされるイメージ内で識別可能である。

[0082] 図５は、図３の装置内で図４のターゲットを使用し、図３（ｄ）からアパーチャプレート１３ＮＷ又は１３ＳＥを使用して、センサ２３上に形成され、センサ２３によって検出され得る、イメージの例を示す。センサ１９は異なる個別の周期構造３２から３５を分解できないが、センサ２３はこれが可能である。クロスハッチ付き矩形は、センサ上のイメージのフィールドを表し、その内部で、基板上の照明されたスポット３１は対応する円形エリア４１内に結像される。一実施形態において、フィールドはダークである。このイメージ内で、矩形エリア４２〜４５は周期構造３２から３５のイメージを表す。周期構造がプロダクトエリア内に位置する場合、プロダクトフィーチャはこのイメージフィールドの周辺でも可視であり得る。図５のダークフィールドイメージ内には単一の複合格子ターゲットのみが示されているが、実際には、リソグラフィによって作られるプロダクトは多くの層を有し得、層の異なるペア間でオーバーレイ測定が行われることが望ましい。層のペア間での各オーバーレイ測定について、１つ以上の複合格子ターゲットが使用されるため、他の複合ターゲットがイメージフィールド内に存在し得る。イメージプロセッサ及びコントローラＰＵは、周期構造３２から３５の別々のイメージ４２から４５を識別するために、パターン認識を使用してこれらのイメージを処理する。このようにして、イメージはセンサフレーム内の特定ロケーションで非常に精密に位置合わせされる必要がなく、これによって測定装置のスループットが全体として大幅に向上する。

[0083] 周期構造の別々のイメージが識別されると、それらの個別イメージの強度は、例えば、識別されたエリア内で選択されたピクセル強度値を平均化又は合計することによって、測定可能である。イメージの強度及び／又は他の特性は、互いに比較することができる。これらの結果を組み合わせて、パターニングプロセスの異なるパラメータを測定することができる。オーバーレイ性能は、こうしたパラメータの一例である。例えば、強度を比較することで、オーバーレイの測定として使用可能な非対称性が明らかになる。非対称性を、したがってオーバーレイを測定するための別の技法では、センサ１９が使用される。

[0084] 図６は、例えばＰＣＴ特許出願公開ＷＯ２０１１／０１２６２４号及び米国特許出願公開第２０１１／０２７７０４号に記載された方法を使用して、並びに、例えば、図３及び図４の装置を使用して、構成周期構造３２から３５を含む２つの層間のオーバーレイエラーが、＋１次及び−１次のダークフィールドイメージ内のそれらの強度を比較することによって明らかにされた周期構造の非対称性を介して、どのように測定されるかを示す。

[0085] ステップＭ１で、メトロロジターゲットを形成する周期構造３２〜３５を備えるターゲットを含む構造を作成するために、基板、例えば半導体ウェーハが、図２のリソグラフィセルを介して１回以上処理される。Ｍ２で、図３のメトロロジ装置を使用して、周期構造３２から３５のイメージが、１次回折ビームのうちの１つ（例えば、−１）を使用して取得される。一実施形態において、第１の照明モード（例えば、アパーチャプレート１３ＮＷを使用して作成される照明モード）が使用される。次に、照明モードを変更すること、又は結像モードを変更すること、又はメトロロジ装置の視野内で基板Ｗを１８０°回転させることの、いずれかによって、他の１次回折ビーム（＋１）を使用して、周期構造の第２のイメージを取得することができる（ステップＭ３）。したがって、＋１回折放射は第２のイメージ内でキャプチャされる。一実施形態において、照明モードは変更され、第２の照明モード（例えば、アパーチャプレート１３ＳＥを使用して作成された照明モード）が使用される。すべての周期構造が各イメージ内でキャプチャできるかどうか、又は、別々のイメージ内で周期構造をキャプチャするために、測定装置と基板との間に相対的な動きが必要であるかどうかは、設計選択の問題である。いずれの場合でも、すべての構成周期構造の第１及び第２のイメージはセンサ２３を介してキャプチャされることが想定される。

[0086] 各イメージ内に１次回折放射の半分のみを含むことによって、本明細書で言及される「イメージ」は、従来のダークフィールド顕微鏡イメージではないことに留意されたい。＋１次及び−１次の回折放射のうちの１つしか存在しないため、個々の周期構造フィーチャは分解されない。各周期構造は、或る強度レベルのエリアによって単純に表されることになる。ステップＭ４において、強度レベルが測定されることになる各構成周期構造のイメージ内で関心領域（ＲＯＩ）が識別される。これは、特に個々の格子イメージの縁部周辺で、強度値が、一般に、レジスト厚み、組成、ライン形状、並びに縁部効果などのプロセス変数に高度に依存可能であるためである。

[0087] 各それぞれ個別の周期構造３２〜３５について関心領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を識別し、その強度を測定することで、周期構造の非対称性、したがって例えばオーバーレイエラーを決定することが可能である。これは、ステップＭ５で、イメージプロセッサ及びコントローラＰＵが、それらの強度、すなわち非対称性における任意の差を識別するために、各周期構造３２〜３５の＋１次及び−１次について取得された強度値を比較することによって実行される。「差」という用語は、減算のみを言い表すものとは意図されていない。差は、比率の形で計算可能である。したがって強度差は、ステップＭ５で、各周期構造について非対称性の測定を取得するために計算される。ステップＭ６で、いくつかの周期構造について測定される非対称性は、適用可能であれば、それらの周期構造のオーバーレイバイアスの知識と共に使用され、ターゲットＴ付近でのパターニングプロセスの１つ以上の性能パラメータが計算される。対象の性能パラメータは、オーバーレイであってよい。フォーカス及び／又はドーズなどの、パターニングプロセスの性能の他のパラメータが計算可能である。１つ以上の性能パラメータは、パターニングプロセスの向上のためにフィードバックすること、及び／又は、図６の測定及び計算プロセス自体を向上させるために使用することが可能である。

[0088] オーバーレイを決定するための実施形態において、図８は、ゼロオフセットを有し、オーバーレイ周期構造を形成する個々の周期構造内にフィーチャ非対称性を有さない、「理想的な」ターゲットについての、オーバーレイエラーＯＶと測定される非対称性Ａとの間の関係を示す、曲線７０２を示す。このグラフは、オーバーレイのみを決定する原理を示すためのものであり、グラフにおいて、測定される非対称性Ａ及びオーバーレイエラーＯＶの単位は任意である。

[0089] 図７（ａ）〜図７（ｃ）の「理想的な」状況では、曲線７０２は、測定される非対称性Ａがオーバーレイとの正弦関係を有することを示す。正弦波変動の周期Ｐは、もちろん適切なスケールに変換された、周期構造の周期（ピッチ）に対応する。正弦波の形はこの例では純粋であるが、実際の環境では高調波を含む可能性がある。簡略化するために、この例では、（ａ）ターゲットからの１次回折放射のみがイメージセンサ２３（又は、所与の実施形態におけるその等価物）に到達すること、及び、（ｂ）実験に基づくターゲットは、これらの１次数において、純粋な正弦関係が上位と下位の周期構造結果の間の強度とオーバーレイとの間に存在するように設計されることが、想定される。これが実際に真であるかどうかは、光学システム設計、照明放射の波長及び周期構造のピッチＰ、並びに、ターゲットの設計及びスタックの、関数である。

[0090] 前述のように、バイアスされた周期構造は、単一の測定に依拠するのではなくオーバーレイを測定するために使用可能である。このバイアスは、それが作られたパターニングデバイス（例えば、レチクル）内に定義された既知の値を有し、測定された信号に対応するオーバーレイの基板上較正として働く。図面には、計算がグラフを使って示されている。図６のステップＭ１〜Ｍ５において、それぞれバイアス＋ｄ及び−ｄを有する構成周期構造について（例えば、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示されるように）、非対称性測定Ａ（＋ｄ）及びＡ（−ｄ）が取得される。これらの測定を正弦曲線に当てはめることで、図のようにポイント７０４及び７０６が与えられる。バイアスがわかると、真のオーバーレイエラーＯＶを計算することができる。正弦曲線のピッチＰは、ターゲットの設計からわかる。曲線７０２の縦軸の始まりはわからないが、第１調和比例定数Ｋ_１と呼ぶことのできる未知の係数である。

[0091] 方程式の項において、オーバーレイと非対称性との間の関係は、以下のように想定され、
Ａ＝Ｋ_１・ｓｉｎ（ＯＶ）
上式で、ＯＶは、周期構造ピッチＰが角度２πラジアンに対応するように目盛り上に表される。異なる既知のバイアスを伴う周期構造と共に２つの測定値を使用して、２つの方程式を解き、未知のＫ_１及びオーバーレイＯＶを計算することができる。

[0092] したがって、一般に、オーバーレイしている周期構造（すなわち、複数の層の各々における周期構造、及び、少なくとも部分的に重なる少なくとも１つの下位周期構造から間隔を置いて配置された少なくとも１つの周期構造）を含むオーバーレイターゲットの場合、オーバーレイターゲット上の入射放射の回折強度は、上位及び下位の両方の周期構造の振幅回折係数、並びに、上位周期構造で回折される波と下位周期構造で回折される波との間の位相差によって、決定される。周期構造のうちの１つが、互いの重なりに関して（例えば、水平に）他方に対してシフトされる時、＋１次及び−１次の場合、正反対の付加的な位相シフトが導入される。これにより、２つの１次回折強度において強度差が生じる。前述のように、強度非対称性（＋１と−１との回折次数における差）は、オーバーレイに比例する（Ａ＝Ｋ^＊ＯＶ）。したがって、２つの異なる課せられた付加シフト（例えば、＋２０及び−２０ｎｍのバイアス＋ｄ及び−ｄ）を伴う２つの異なる周期構造上の非対称性を測定することによって、比例定数（Ｋ）を決定することが可能であり、オーバーレイ（ＯＶ）を決定することが可能である。

[0093] ターゲット、測定装置、及び測定方法の、多くの態様は、良好な結果を達成するために重要である。例えば、良好な「検出可能性」、例えば高い信号対ノイズ比が存在するはずである。これは、かなりの程度まで、回折効率（所望の（通常は１次）回折放射及び照明ビームの量の比）及びターゲットのスタック感度（ターゲット（例えば、格子）層間の回折に起因してオーバーレイが変化するにつれて、信号の強度がどれだけ変化するか、例えば、オーバーレイの単位量当たりの放射の量における相対的変化の測定）によって決定される。良好な「確度」が存在するはずである。これは、例えば、測定が相対的に、プロセス誘起変動、例えば、ターゲットの下位又は上位の周期構造におけるプロセス誘起構造非対称性（例えば、側壁角度における変化、底壁角度における変化など）に対して、反応しないことを示唆する。検出可能性及び確度はどちらも、望ましくは、正しいターゲット設計を作成及び選択することによって、並びに、正しい測定設定（例えば、照明ビームの波長及び／又は偏光）を選択することによって、最適化される。したがって、メトロロジターゲット設計は、例えば、ターゲット係数（ＴＣ）、スタック感度（ＳＳ）、オーバーレイインパクト（ＯＶ）、などの、様々なパラメータによって特徴付けることができる。ターゲット係数は、測定システムによる光子収集における変動の結果としての、特定の測定時間についての信号対ノイズ比の測定として理解することができる。一実施形態において、ターゲット係数は、光子ノイズに対するスタック感度の比率として見なすことも可能であり、すなわち、信号（すなわち、スタック感度）は、ターゲット係数を決定するために光子雑音の測定によって分割され得る。オーバーレイインパクトは、オーバーレイエラーにおける変化をターゲット設計の関数として測定する。

[0094] 実際に、材料及び層の厚みは、メトロロジターゲットの性能を最適化するためではなく、基板上に製造されるデバイスの歩留まり及び性能を最適化するために選択される。設計規則などの他の制約との組み合わせで、「良好な」ターゲット／レシピの組み合わせを得ることは、時には困難であるか、更には不可能である。例として、ターゲットの上位と下位の周期構造間にある層が吸収性である場合、下位周期構造から来る放射の量は、上位周期構造から来る放射よりも大幅に弱い可能性がある。したがってターゲットは、検出器によって測定した時は「明るい」可能性があるが、オーバーレイ感度が小さいため、オーバーレイの適切な決定が困難であり得る。

[0095] 更に、ターゲット設計は、例えばシミュレーションモデルで使用された、公称スタック（すなわち、測定された周期構造が形成される層と材料との組み合わせ）に基づくことができる。しかしながら、「実」スタックは、公称スタックとは異なり得る、及び／又は、パターニングプロセスにおける変動に起因して変動し得る。これにより、また、測定プロセスにおける可能な変動により、ターゲット応答は予想された（例えば、シミュレーションされた）ものと全く異なる（典型的にはより悪くなる）可能性があるため、好適なメトロロジターゲット及び測定レシピを見つけることが困難になる。これは更に、典型的には、メトロロジターゲット設計は、いったんパターニングデバイスに施されると新しいパターニングデバイスが作成されるまで変更は不可能であり、測定レシピにおける変更は、対象のパラメータの良好な測定／決定を実行可能にするには十分でない可能性がある、という事実によって、悪化する。

[0096] 更に、波長の範囲は測定の際に照明ビームに使用可能であり得るが、測定装置の光学系は、性能が他の波長よりも良い波長範囲である「スイートスポット」を有し得る。しかし、この「スイートスポット」は、メトロロジターゲットが望ましくは対象のパラメータの良好な測定／決定を実行可能にするはずである波長範囲と、一致しない可能性がある。

[0097] 典型的なメトロロジターゲットにおいて、上位周期構造（例えば、格子）は、下位周期構造（例えば、格子）と少なくとも部分的に重なる。更に、測定装置を使用して測定される場合、それらの周期構造はどちらも単一の測定ビームによって照明される。また、上位及び下位の周期構造は、実質的に同じピッチを有するため、上位及び下位の周期構造から出射する回折放射は（回折次数当たり）単一のビームに統合される。上記で識別された問題のうちの１つ以上、又は他の問題に対処するために、異なるメトロロジターゲット設計、測定装置、及び測定プロセスが提案される。

[0098] 一実施形態によれば、上位周期構造（例えば、格子）は、下位周期構造（例えば、格子）とは異なる測定ビームによって照明される。したがって、異なる測定ビームを独立に制御することができる。更に、一実施形態において、それらの異なる測定ビームは互いにコヒーレントであり（すなわち、実質的に固定された位相関係を有し）、それぞれの周期構造による回折の前に互いに実質的に干渉しないように提供される。次いで、上位及び下位の周期構造からの回折放射は単一の光ビームに統合されるため、上位及び下位の周期構造からの回折放射は干渉し、オーバーレイ情報を搬送する可能性がある。統合された回折ビームは、瞳面内（例えば、瞳ベースのオーバーレイ決定）又はフィールド面内（例えば、ダークフィールドイメージ内）のいずれかにおいて、検出及び分析可能である。これらのステップが実行可能なメトロロジターゲット設計を、以下で更に説明する。

[0099] 上位及び下位の周期構造に進む放射の強度比及び／又は位相差を制御することによって、メトロロジターゲットの応答を効果的に制御することが可能になる。例えば、スタック感度、変動を処理するためのロバスト性、及び／又は下位周期構造非対称性の構造的非対称性に対する感度が、調整可能である。したがって、一実施形態において、測定性能は現在可能な性能を超えて最適化可能である。追加又は代替として、適用空間を拡大することができる。

[00100] 一実施形態によれば、垂直偏光を伴う少なくとも２つの別々の照明ビームが使用される。このようにして、照明ビームは干渉できない（干渉は、例えば、均一スポットの代わりにターゲットを照明するためのストライプパターンを生じさせる可能性がある）。図９を参照しながら、こうしたビームを可能にするための光学システムの実施形態を概略的に示す。光学システムは、例えば、ランプ又はファイバー（単に便宜上、図示されていない）から入射ビーム９００を受け取り、このビームは偏光子又は位相差板９１０に提供される。偏光子又は位相差板９１０からのビームは、任意選択で、補償器９２０に提供され得る。次いで、偏光子又は位相差板９１０、或いは任意選択の補償器９２０のいずれかからの偏光放射は、ビームスプリッタ９３０に提供される。一実施形態において、ビームスプリッタ９３０は、偏光ビームスプリッタ、或いは、ウォラストン又はノマルスキープリズムである。ビームスプリッタ９３０から、第１の偏光ビーム９４０及び別の第２の偏光ビーム９５０が提供される。第１及び第２の偏光ビーム９４０、９５０は、垂直に偏光される。例えば第１のビーム９４０は、９６０に示されるように第１の方向に線形偏光を有し得、第２のビーム９５０は、９７０に示されるように、第１の方向に対して直角な第２の方向に線形偏光を有し得る。例えば偏光方向は、（図９に示されるように）０度及び９０度に沿って選択可能であるが、例えば図９のユニット全体を回転させることによって、回転させることができる。一実施形態において、偏光は、ターゲットの周期構造のフィーチャの伸長方向に対して＋４５度及び−４５度となるように選択され、その場合、ターゲットとの相互作用は、ビーム９４０、９５０について実質的に同一となる。この例では、線形に偏光されるビーム９４０、９５０が使用されるが、一実施形態は、ビーム９４０、９５０の偏光が直交する限りは、異なる偏光（例えば、左回り円偏光及び右回り円偏光）を使用することができる。第１及び第２のビーム９４０、９５０が実質的に固定された位相関係を有することを保証するのを助けるために、入射ビーム９００は、９８０に示されるように、第１と第２のビーム９４０、９５０のそれぞれの偏光の間の或る角度で（例えば、これらの偏光と４５度で）偏光されるはずである。

[00101] 入射する偏光子又は位相差板９１０での偏光方向の位置（例えば、回転角度）を変動させることによって、ビーム９４０、９５０の強度比を制御することができる。更に、偏光子又は位相差板９１０とビームスプリッタ９３０との間に、任意選択の補償器（例えば、４分の１波長板などの位相差板）が提供される場合、ビーム９４０、９５０の間の位相差は変動可能である。ビーム９４０、９５０が作成されると、任意の光学設計を使用して、ビーム９４０、９５０の各々をそれら自体の瞳及び／又はフィールド位置へと誘導することができる。

[00102] 次に、一実施形態において、これらのビーム９４０、９５０の構成、関連付けられたメトロロジターゲット設計、及び、ビーム９４０、９５０からの回折放射を再組み合わせするための方法が提供される。

[00103] 図１０を参照すると、入射測定ビームを伴うメトロロジターゲットの実施形態が概略的に示されている。図１０Ａを参照すると、典型的な回折ベースのメトロロジターゲットに比べて、１つの測定ビームの代わりに２つの測定ビーム９４０、９５０が提供され、各ビームは、メトロロジターゲットのそのそれぞれの周期構造１０００、１０１０上に実質的に同じ角度で入射する。更に、周期構造は互いに完全に重なっていない。下位周期構造及び上位周期構造は、測定ビーム９４０、９５０が横方向に変位しているのと実質的に同じ距離だけ、横方向に変位している。図１０Ａを参照のこと。図１０Ａに示されるように、ビーム９５０は周期構造１０００を照明し、ビーム９４０は異なる周期構造１０１０を照明し、周期構造１０１０は下位層１０２０内にあり、周期構造１０００は上位層１０３０内にある。各ビーム９４０、９５０は、周期構造１０１０、１０００のうちのそれぞれ１つを照明するため、各周期構造１０００、１０１０はそれ自体の放射の回折ビームを提供することになる。

[00104] 一実施形態において、照明ビーム９００を分割するビームスプリッタ９３０の分割面（例えば、ウォラストン又はノマルスキープリズム）は、等価の瞳面と一致する。このようにして、ビーム９４０、９５０はどちらも同じ瞳ポイントから発せられるが、フィールド面内では互いに関してシフトされる。したがって、２つの異なるスポット、すなわち、例えば図１０Ｂ内のビームのスポット９４０、９５０が、ターゲット上に作成される。

[00105] 実施形態において、図１０Ｂに示されるような「アンダーフィル」スポット（すなわち、それぞれのスポットがそのそれぞれの周期構造の境界内に含まれる）は、瞳モードで測定される。一実施形態において、他の測定モードをサポートすることができる。例えば、瞳イメージの代わりに（ダーク）フィールドイメージが取得可能である。これは、図１１Ｂに示されるような「オーバーフィル」スポット（すなわち、それぞれのスポットがそのそれぞれの周期構造の境界を越えて延在する）と組み合わせることが可能である。そこで、図１０と同様に、図１１内のターゲットは、周期構造１０００は上位層１０３０内、及び周期構造１０１０は下位層１０２０内と、別々の部分に提供される。図１１において、ビームのスポット９４０、９５０（また、したがってターゲットの周期構造１０００、１０１０）間の空間は、スポットサイズ自体よりも大きく、したがってスポットは明らかに分かれている。

[00106] 更に、図１０は単一の格子の形の周期構造の例を示すが、図１１は格子の組み合わせの形の（図１１の例では、格子のフィーチャの伸長方向が直交している）周期構造の例を示す。しかし、図１１の周期構造は図１０の実施形態で使用可能である。そこで、本明細書における実施形態は、例えば、単一種類の周期構造（例えば、格子）を有する周期構造、例えば、周期構造が互いに異なる角度のフィーチャの伸長方向を有し得る複数の周期構造（例えば、格子）を有する周期構造、及び／又は、それらの組み合わせ、を有することが可能である。

[00107] 例えばオーバーレイを決定するために、それぞれのビーム９５０、９４０を伴う周期構造１０００、１０００の照明からの回折放射は干渉するはずであるため、再組み合わせする必要がある。この再組み合わせのために、ビーム９００をビーム９４０、９５０に分割するために使用されるのと同様の技法が、但し、逆方向に使用可能である。例えば、それぞれのビーム９５０、９４０を伴う周期構造１０００、１０００の照明から作成された垂直偏光と共に回折放射を受け取るために、検出経路内に結合光学要素（例えば、ウォラストン又はノマルスキープリズム）が提供可能であり、結合光学要素は回折放射を単一ビームに組み合わせる。垂直偏光を伴う回折放射が干渉可能であることを保証するのを助けるために、この結合光学要素の後に、別の偏光子又は位相差板が続く。

[00108] 望ましい実施形態において、結合光学要素は、回折放射の分割及び結合の両方を可能にするためのビームスプリッタ９３０である。例えば、ビーム９４０、９５０を作成し、周期構造１０００、１０００の照明から作成される垂直偏光を伴う回折放射をそれぞれのビーム９４０、９５０と組み合わせる、ウォラストン又はノマルスキープリズム９３０が提供される。

[00109] 一実施形態において、照明及び検出経路内で印加される偏光は、１つ以上の同じ光学要素によって提供可能である。しかしながら、一実施形態において、例えば、偏光角度を変動させることによってメトロロジターゲット応答を最適化することが望ましいため、最適な、及び／又は、カスタマイズされた性能が取得できるように、別々の偏光子又は位相差板（例えば、図１２を参照のこと）を有することが望ましい。

[00110] 図１２を参照すると、ビーム９４０、９５０の作成を可能にするため、周期構造１０００、１０００の照明から作成される垂直偏光を伴う回折放射をそれぞれのビーム９５０、９４０と組み合わせるため、及び、対象の１つ以上のパラメータ（例えば、オーバーレイ）を導出するために組み合わされた回折放射を測定するための、測定装置の実施形態が概略的に示されている。放射入力１２００、例えばランプ又は放射源からの光ファイバは、入射ビーム９００を提供する。任意選択の光学要素１２０５（例えば、レンズ）は、入射ビームを偏光子又は位相差板９１０に提供する。一実施形態において、入射ビーム９００は非偏光であり得、偏光子９１０は所望の偏光をビームに提供する。一実施形態において、入射ビーム９００は偏光され得、位相差板９１０は偏光を所望の偏光に偏光する。

[00111] 偏光子又は位相差板９１０からの放射は瞳面（又はその共役面）１２１０に提供され、その瞳面又はその近くにアパーチャストップが提供され得る。次いで、面１２１０からの放射は、任意選択の光学要素（例えば、レンズシステム）１２１５によって処理される。面１２１０又は光学要素１２１５のいずれかから、一実施形態において、放射をビームスプリッタ９３０に誘導するために、放射は光学要素１２２０に提供される。一実施形態において、光学要素１２２０は、或る変更の放射を反射し、或る異なる偏光の放射がそこを通過できるようにするために、偏光感受性であり得る。一実施形態において、光学要素１２２０はターゲットＴにビーム９００を提供するための照明経路内にあり、ターゲットＴからの回折放射の検出経路内にある。

[00112] 任意選択として、偏光子又は位相差板９１０からのビームは、偏光子又は位相差板９１０とビームスプリッタ９３０との間の光路内の補償器（図１２には示されていないが、例えば図９内の補償器９２０を参照のこと）に提供され得る。

[00113] 前述のように、偏光子又は位相差板９１０からの偏光放射９００は、ビームスプリッタ９３０に提供される。一実施形態において、ビームスプリッタ９３０は、偏光ビームスプリッタ或いはウォラストン又はノマルスキープリズムである。一実施形態において、ビームスプリッタ９３０のビーム分割表面は、瞳面（又はその共役面）１２２５又はその近くに位置する。一実施形態において、ビームスプリッタ９３０のビーム分割表面は、フィールド面（又はその共役面）又はその近くに位置する。このようにして、２つの異なる瞳分布（すなわち、２つの異なる入射の角度）、及び基板上の単一のスポットが作成される。関連付けられたターゲット及び照明ビームの実施形態は、上記で更に考察される。

[00114] ビームスプリッタ９３０から、第１の偏光ビーム９４０及び別の第２の偏光ビーム９５０が、ターゲットＴに向けて提供される。第１及び第２の偏光ビーム９４０、９５０は垂直に変更される。例えば、第１のビーム９４０は第１の方向に線形偏光を有し得、第２のビーム９５０は、第１の方向に垂直な第２の方向に線形偏光を有し得る。一実施形態において、第１及び第２のビーム９４０、９５０の偏光は、ターゲットの周期構造のフィーチャの伸長方向に対して＋４５度及び−４５度となるように選択され、その場合、ターゲットとの相互作用は、ビーム９４０、９５０について実質的に同一となる。この例では、線形に偏光されるビーム９４０、９５０が使用されるが、一実施形態は、ビーム９４０、９５０の偏光が直交する限りは、異なる偏光（例えば、左回り円偏光及び右回り円偏光）を使用することができる。第１及び第２のビーム９４０、９５０が実質的に固定された位相関係を有することを保証するのを助けるために、入射ビーム９００は、第１と第２のビーム９４０、９５０のそれぞれの偏光の間の或る角度で（例えば、これらの偏光と４５度で）偏光されるはずである。光学要素１２３０（例えば、レンズ）は、ビーム９４０、９５０をターゲットＴに提供し得る。

[00115] ターゲットＴで、ビーム９４０、９５０はターゲットＴの周期構造によって回折される。次いで、回折放射は検出経路に沿って検出器１２４５に提供される。前述のように、例えばオーバーレイを決定するために、ビーム９４０、９５０を伴うターゲットＴの周期構造の照明からの回折放射は干渉するはずであるため、再組み合わせする必要がある。一実施形態において、ビーム９００をビーム９４０、９５０に分割するために使用されるのと同様の技法が、但し、逆方向に使用可能である。例えば、ビーム９４０、９５０を伴うターゲットＴの周期構造の照明から作成される垂直偏光と共に回折放射を受け取るために、検出経路内に結合光学要素（例えば、ウォラストン又はノマルスキープリズム）が提供可能であり、結合光学要素は回折放射を単一ビームに組み合わせる。垂直偏光を伴う回折放射が干渉可能であることを保証するのを助けるために、この結合光学要素の後に、別の偏光子又は位相差板１２４０が続く。すなわち、検出経路内の偏光子又は位相差板１２４０は、ターゲットＴが偏光状態を維持する場合、回折放射ビームを（回折後であってもそれらが直交するように）「強制的に」干渉させるために必要であり得る。

[00116] 図１２の実施形態において、結合光学要素は、回折放射の分割及び結合の両方を可能にするためのビームスプリッタ９３０である。例えば、ビーム９４０、９５０を作成し、ターゲットＴの周期構造の照明から作成される垂直偏光を伴う回折放射をビーム９４０、９５０と組み合わせる、ウォラストン又はノマルスキープリズム９３０が提供される。

[00117] 図１２の実施形態において、光学要素１２２０はターゲットＴからの回折放射の検出経路内にあり、組み合わされた放射をビームスプリッタ９３０から受け取る。光学要素１２２０は、入射ビーム９００の放射を反射し、ターゲットＴからの回折放射がそこを通過できるようにするために、偏光感受性であり得る。次いで、面ビームスプリッタ９３０からの放射は、任意選択の光学要素（例えば、レンズシステム）１２４０によって処理され、偏光子又は位相差板１２４０に提供される。偏光子又は位相差板１２４０から、検出器１２４５に放射が提供される。一実施形態において、検出器の検出表面は瞳面（又は、その共役面）１２５０のイメージを受け取る。

[00118] 一実施形態において、測定装置は、偏光子又は位相差板９１０、偏光子又は位相差板１２４０、及びビームスプリッタ９３０（例えばウォラストン又はノマルスキープリズム）のパッケージで補完可能な、既存の測定装置を含み得る。したがって、既存の測定装置の挙動は、例えば、偏光子又は位相差板の偏光軸をビームスプリッタ９３０の偏光軸と位置合わせすることによって、或いは、ビームスプリッタ９３０を光路から除去することによって、回復させることができる。一実施形態において、偏光子又は位相差板９１０、１２４０、及びビームスプリッタ９３０は、動作している既存の測定装置をそのままにするために、既存の測定装置から除去することができる。

[00119] 一実施形態において、偏光子又は位相差板９１０は、光路内にある間、移動可能、例えば回転可能である。一実施形態において、偏光子又は位相差板１２４０は、光路内にある間、移動可能、例えば回転可能である。更に一実施形態において、提供されている場合、補償器９２０は、光路内にある間、移動可能、例えば回転可能である。上記で考察したように、光路内の偏光子又は位相差板９１０での偏光方向の位置（例えば、回転角度）を変動させることによって、ビーム９４０、９５０の強度比を制御することができる。更に、任意選択の補償器９２０（例えば、４分の１波長板などの位相差板）が提供される場合、ビーム９４０、９５０の間の位相差は変動可能である。

[00120] 以前に示したように、ターゲットＴの応答を制御することが望ましい。これは、照明又は検出経路のいずれかにおいて、偏光の方向又は位相差板の位相を変更することによって達成される。これは、例えば、偏光子又は位相差板９１０、補償器９２０、及び／又は、偏光子又は位相差板１２４０を回転させることによって、機械的に実行可能である。速さを向上させるために、ポッケルセルなどの電気光学モジュレータを使用することができる。

[00121] 偏光子又は位相差板９１０、補償器９２０、及び／又は、偏光子又は位相差板１２４０の設定は、最適化手順中にいったん最適化し、その後、後続の測定のために一定に維持することができる。一実施形態において、設定は、測定中に観察されるターゲット特性に動的に依存して、更新することができる。一実施形態において、複数の偏光子又は位相差板９１０、補償器９２０、及び／又は、偏光子又は位相差板１２４０の設定は、ターゲット毎に使用可能であり、単一の測定に組み合わせることができる。設定の選択は、最適化中又はランタイム中のいずれかに関わらず、スタック感度、回折効率、下位周期構造の構造的非対称性に対する感度、及び／又は、（ＳＥＭなどの）外部参照への整合などの、いくつかのパラメータの最適化に基づくことができる。

[00122] 図１０及び図１１から明白なように、ここでのターゲット配置は、上位周期構造が下位周期構造の上に完全に重なっていないため、上位層内の周期構造が下位層内の周期構造の上に完全に重なるターゲットよりも多くの空間を占有する。これは、例えばオーバーレイのみが測定される場合、下位周期構造の上に完全に重なっている上位周期構造が実行できるため、占有する「スペース」は少ないが、不利であり得る。しかし、この新しいターゲット配置及び測定モードでは、例えば、プロセス変動に起因する周期構造の構造的非対称性を監視するために、下位周期構造（及び／又は、上位周期構造）を別々に測定することができる。これを実行するために、上位周期構造が下位周期構造の上に完全に重なっているターゲットでは、現在必要でない別のターゲットがプリントされるはずである。実際に、上位周期構造が下位周期構造の上に完全に重なっているターゲットでは、上位周期構造及び下位周期構造の各々について１つずつ、及び、対象のパラメータ、例えばオーバーレイを測定するために１つの、３つのターゲットが必要であり得る。本配置では、
図１０及び図１１に示されるように、単一のターゲットに、横方向に変位している周期構造を提供することが可能であり、周期構造の各々はそれ自体で監視されることが可能であり、並びに、周期構造をまとめて使用して、対象のパラメータ（オーバーレイなど）を決定することが可能である。例えば、ビーム９４０、９５０の両方を使用して、オーバーレイなどの対象のパラメータを測定することが可能であり、ビーム９３０、９４０のうちの１つのみを使用して（例えば、照明偏光子又は位相差板９１０の偏光軸を、ビームスプリッタ９３０の特定の偏光軸と適切に位置合わせすることによって）、下位周期構造１０１０又は上位周期構造１０００のいずれかを、別々に測定することが可能である。

[00123] 図１１に示される実施形態において、スポット（したがってターゲットの周期構造）間の間隔は、スポットサイズ自体よりも大きく、したがって、２つのスポットは分かれている。しかしながら、これは必須ではない。図１３Ｂに概略的に示されるように、オーバーフィルしているスポットはオーバーラップも可能であるため、ターゲットの周期構造１０００、１０１０を共により近くに配置することができる。しかしながら、周期構造１０００、１０１０の中心間の距離は、依然として、スポット中心間のシフトに整合するはずである。この場合には、ビーム９４０の少なくとも一部が周期構造１０００上に衝突し、ビーム９５０の少なくとも一部が周期構造１０１０上に衝突する。

[00124] 図１３の配置の簡略版が図１４に概略的に示されており、図１３に示される周期構造１０００、１０１０が各々複数の格子を備えているのに対して、周期構造１０００、１０１０はそれぞれ単一の格子を備えている。図１４に概略的に示される配置を使用して検出器１２４５上に作成されるイメージが、図１５に示されている。これは、ビームスプリッタ９３０の第２の通過の後、ターゲットＴから回折されるビーム９３０、９４０を再組み合わせした後に、結果として検出器１２４５上に生じるイメージである。ターゲットの２つの周期構造が存在するが、図１５に示されるように、２つのビームを再組み合わせするビームスプリッタ９３０の第２の通過に起因して、イメージは３つの別々の放射分布を示す。第１の放射分布１５００は、上位及び下位の両方の周期構造によって回折される放射を組み合わせ、したがって、例えば「通常の」オーバーレイ情報を搬送する。この組み合わせられた放射分布１５００で、オーバーレイなどの対象のパラメータが決定可能である。他の放射分布である、第２の放射分布１５１０及び第３の放射分布１５２０は、それぞれ個別の上位及び下位の周期構造１０００、１０１０の１つ以上の特性（例えば、回折効率、構造的非対称性など）に関する情報を、それぞれ提供する。例えば、第２の放射分布１５１０は周期構造１０００に関連付けることが可能であり、第３の放射分布１５２０は周期構造１０１０に関連付けることが可能である。有利には、個別の周期構造に関する情報を、周期構造の組み合わせに関する情報（例えば、オーバーレイ情報）の取得と共に、互いに一緒に／同時に取得することが可能である。個別の周期構造から、又は周期構造の組み合わせから、決定された情報を使用して、１つ以上の設定を最適化すること、又は、測定を訂正することが可能である（例えば、個別の周期構造の１つ以上について決定された情報を使用して、それらの組み合わせから決定された情報（例えば、オーバーレイ）を訂正することが可能である）。

[00125] 上記で概説した実施形態は、ビーム９４０、９５０が実質的に同じ入射角でターゲットを照明し、スポットは異なる空間位置でターゲットにヒットするように、入射ビーム９００をフィールド内のビーム９４０、９５０に分割することに主に重点を置いている。しかしながら、一実施形態では、ビーム９４０、９５０がターゲット上の実質的に同じスポットをヒットし、ターゲットでの異なる入射角でターゲットを照明するように、入射ビーム９００をビーム９４０、９５０に分割することができる。この場合、ビーム９００は瞳内のビーム９４０、９５０に分割することができる。このようにして、周期構造１０００、１０１０の周期構造ベクトル（例えば、周期構造ピッチ及び／又は周期フィーチャの方向）における差が、瞳内のビーム９４０、９５０の変位と整合することを条件として、複数の周期構造の寄与を別々に制御し、更に上位周期構造１０００が下位周期構造１０１０の上に完全に重なることが依然として可能である。このようにして、組み合わされたビームが形成可能であり、対象のパラメータ（例えば、オーバーレイ）を測定することが可能である。したがって、この実施形態は、周期構造が別の周期構造の上に完全に重なるが、別のターゲットを有さない個別の周期構造の測定が依然として可能であるという利点を有することが可能である。

[00126] したがって、一実施形態において、周期構造ベクトルは、周期構造の周期フィーチャの方向及び／又は間隔（例えば、ピッチ）を表す（例えば、周期構造ベクトルは、周期フィーチャ（例えば、格子ライン）の伸長方向に対して直角を指し示し、長さは２π／ピッチに対応する）。このようにして周期構造ベクトルは、周期構造の回折角度（すなわち、瞳空間内の位置）を決定する。

[00127] 図１７は、瞳内のビーム分離を使用する実施形態を概略的に示す。異なる瞳位置から発せられる２つの照明ビーム９４０、９５０は、周期構造１０００、１０１０を含むターゲットを照明する。この場合、周期構造１０００は、例えばオーバーレイを測定するために、従来の回折ターゲットと同様の周期構造１０１０の上に重なる。しかし、周期構造１０００、１０１０は、異なる周期構造ベクトル（例えば、周期フィーチャの異なるピッチ及び／又は異なる方向）を有する。また、図１７に示されるように、ビーム９４０、９５０の各々は、異なる入射角で周期構造１０００、１０１０を照明する。したがって、両方の周期構造は各々、ビーム９４０、９５０の各々について、１次ビームを作成する。異なる周期構造ベクトル（例えば、周期構造ピッチ及び／又は周期フィーチャ方向）を、瞳内のビームの変位、すなわち、瞳分離に「整合」させることによって、各周期構造について、及び周期構造の組み合わせについて、瞳内に別々の１次放射分布を含む、複数の放射分布が生成されることになる。したがって、一実施形態において、周期構造のうちの１つについての第１の１次放射分布、第２の周期構造についての第２の１次放射分布、及び、周期構造の組み合わせについての第３の１次放射分布が提供される。例えば、第１の１次放射分布１７２０は主に周期構造１０１０からの１次放射のみを含み、第２の１次放射分布１７４０は主に周期構造１０００からの１次放射のみを含み、第３の１次放射分布１７３０は、周期構造１０００、１０１０からの組み合わされた１次放射を含む。したがって、第３の１次放射分布１７３０は例えばオーバーレイ情報を搬送する。瞳は、ビーム９４０、９５０の各々からのターゲットから回折された０次放射分布も含むことになる。したがって、一実施形態において、第１の０次放射分布１７００は主にビーム９５０からの０次放射を含み、第２の０次放射分布１７１０は主にビーム９４０からの０次放射を含む。したがって、一実施形態において、図１７を参照すると、周期構造１０００、１０１０の周期構造ベクトル（例えば、ピッチ及び／又は周期フィーチャ方向）は、周期構造１０００、１０１０が照明ビーム９４０、９５０の瞳位置に適しているように、及び、重複エリア１７３０が形成されるように、選択される。追加又は代替として、一実施形態において、照明ビーム９４０、９５０の瞳位置は、周期構造１０００、１０１０の周期構造ベクトル（例えば、ピッチ及び／又は周期フィーチャ方向）に適合される。

[00128] この実施形態において、ビームスプリッタ９３０は放射を２つの瞳分布に分割することができる。しかし、この実施形態において、ターゲットは放射を回折するだけではなく、回折された放射を更に再組み合わせする。したがって、ビームスプリッタ９３０又は他のコンバイナは、検出経路内に不要である。

[00129] 更に、図１６及び図１７に示される実施形態は、瞳内の分割されたビーム９４０、９５０を示し、同じ方法がフィールド検出でも適用可能である。例えば、組み合わされた１次放射（例えば、１次放射分布１７３０）のみを伝送するダークフィールドアパーチャを使用すること、及び、フィールドを結像することによって、イメージを作成することができる。

[00130] 望ましくは、個別の周期構造の寄与を収集して、例えば周期構造の構造的非対称性に関する情報を抽出するように、柔軟な瞳選択が（例えば、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）又はＬＣＤベース「アパーチャ」を用いて）実行可能である。一実施形態において、３つの構成要素をすべて同時に結像するために、プレノプティックカメラが使用される。

[00131] 一実施形態において、例えばオーバーレイ値を較正するために、複数のプログラミングされたオーバーレイバイアスを（前述のように）上位及び／又は下位の周期構造内に提示することができる。

[00132] そこで、図１８を参照すると、メトロロジ方法の実施形態が提示されている。１８００で、メトロロジターゲットの少なくとも第１の周期構造が第１の偏光を有する第１の放射ビームによって照明される。

[00133] １８０２で、メトロロジターゲットの少なくとも第２の周期構造が、第２の異なる偏光を有する第２の放射ビームによって照明される。一実施形態において、第１及び第２の周期構造の照明は同時に発生する。一実施形態において、第２の偏光は第１の偏光に対して実質的に垂直である。一実施形態において、第１及び第２の放射ビームは、互いに関してコヒーレントである。

[00134] 一実施形態において、入射ビームを、第１の偏光を有する第１の放射ビーム及び第２の偏光を有する第２の放射ビームに分割するために、ビームスプリッタが使用される。一実施形態において、ビームスプリッタはウォラストン又はノマルスキープリズムを備える。一実施形態において、入射ビームは第１及び第２の偏光の間に、平面波の偏光角度或いは位相及び／又は振幅を有する。一実施形態において、ビームスプリッタは、第１の周期構造から回折される放射と、第２の周期構造から回折される放射とを組み合わせる。一実施形態において、ビームスプリッタの分割面は、ターゲット上の第２の放射ビームのスポットの中心から横方向に変位している、ターゲット上の第１の放射ビームのスポットの中心を生成するために、瞳面、又はその共役面と実質的に一致する。一実施形態において、ビームスプリッタの分割面は、ターゲット上の第２の放射ビームの入射角とは異なる、ターゲット上の第１の放射ビームの入射角を生成するために、フィールド面又はその共役面と実質的に一致する。

[00135] 一実施形態において、ターゲット上の第１の放射ビームのスポットの中心は、ターゲット上の第２の放射ビームのスポットの中心から横方向に変位している。一実施形態において、第２の周期構造の少なくとも一部は第１の周期構造の少なくとも一部の上に重なっておらず、第１の放射ビームのスポットの中心は第１の周期構造の少なくとも一部に入射し、第２の放射ビームのスポットの中心は第１の周期構造の少なくとも一部に入射しない。一実施形態において、ターゲット上の第１の放射ビームのスポットは、ターゲット上の第２の放射ビームのスポットとオーバーラップする。一実施形態において、第１の放射ビームのスポット及び／又は第２の放射ビームのスポットは、それぞれ第１の周期構造及び／又は第２の周期構造よりも大きい。

[00136] 一実施形態において、ターゲット上の第１の放射ビームの入射角は、ターゲット上の第２の放射ビームの入射角とは異なる。一実施形態において、第２の周期構造の少なくとも一部は第１の周期構造の少なくとも一部の上に重なり、第１及び第２の放射ビームは第２の周期構造の少なくとも一部に入射する。一実施形態において、第１と第２の周期構造の間に、周期構造ベクトル差が存在する。一実施形態において、周期構造ベクトル差は、第２の周期構造のフィーチャのピッチとは異なる、第１の周期構造のフィーチャのピッチを備える。

[00137] 一実施形態において、方法は、第１と第２の放射ビームの間の強度比を変更することを更に含む。一実施形態において、方法は、第１と第２の放射ビームの間の位相を変更することを更に含む。一実施形態において、強度比及び／又は位相における変更は、第１及び第２の放射ビームに分割される入射ビーム上で実行される。

[00138] 一実施形態において、第１及び第２の偏光は、第１及び第２の周期構造の格子ラインの伸長方向に対して約４５度である。一実施形態において、第１及び第２の偏光は線形偏光である。

[00139] １８０４で、第１の周期構造から回折される結合放射は、干渉を生じさせるために、第２の周期構造から回折される放射と組み合わされる。一実施形態において、組み合わされた放射は、検出の前に偏光子又は位相差板を通過する。

[00140] １８０６で、組み合わされた放射は検出器を使用して検出される。１８０８で、検出された組み合わされた放射から対象のパラメータが決定される。一実施形態において、対象のパラメータを決定することは、組み合わされた放射からターゲットについて対象のパラメータを決定すること、及び、組み合わされた放射から、第１の周期構造及び／又は第２の周期構造に特有の対象のパラメータを決定することを含む。一実施形態において、対象のパラメータはオーバーレイを含む。一実施形態において、対象のパラメータは、第１の周期構造及び／又は第２の周期構造に特有の、回折効率及び／又は構造的非対称性を含む。

[00141] そこで、一実施形態において、第１の偏光を有する第１の放射ビーム及び第２の偏光を有する第２の放射ビームを、複数の周期構造を有するメトロロジターゲット上に提供するように構成された、光学要素と、周期構造によって回折された第１及び第２の放射ビームから放射を検出するように構成された、検出器であって、周期構造から回折された放射は組み合わせられて干渉する、検出器と、検出された組み合わされた回折放射から対象のパラメータを決定するように構成された、制御システムと、を備える、メトロロジ装置が提供される。

[00142] 一実施形態において、第２の偏光は第１の偏光に対して実質的に垂直である。一実施形態において、第１及び第２の放射ビームは、互いに関してコヒーレントである。一実施形態において、第１及び第２の偏光は、第１及び第２の周期構造の格子ラインの伸長方向に対して約４５度である。一実施形態において、第１及び第２の偏光は線形偏光である。一実施形態において、対象のパラメータはオーバーレイを含む。一実施形態において、対象のパラメータは、第１の周期構造及び／又は第２の周期構造に特有の、回折効率及び／又は構造的非対称性を含む。

[00143] 一実施形態において、光学要素は、入射ビームを、第１の偏光を有する第１の放射ビーム及び第２の偏光を有する第２の放射ビームに分割するように構成された、ビームスプリッタを備える。一実施形態において、ビームスプリッタは、ウォラストン又はノマルスキープリズムを備える。一実施形態において、入射ビームは、第１及び第２の偏光のそれの間に、平面波の偏光角度或いは位相及び／又は振幅を有する。一実施形態において、ビームスプリッタは、第１の周期構造から回折された放射と、第２の周期構造から回折された放射とを組み合わせる。一実施形態において、ターゲット上の第１の放射ビームのスポットの中心は、ターゲット上の第２の放射ビームのスポットの中心から横方向に変位している。一実施形態において、ビームスプリッタの分割面は、ターゲット上の第２の放射ビームのスポットの中心から横方向に変位しているターゲット上の第１の放射ビームのスポットの中心を生成するために、瞳面、又はその共役面と実質的に一致する。一実施形態において、第２の周期構造の少なくとも一部は、第１の周期構造の少なくとも一部の上に重なっておらず、第１の放射ビームのスポットの中心は第１の周期構造の少なくとも一部に入射し、第２の放射ビームのスポットの中心は第１の周期構造の少なくとも一部に入射しない。一実施形態において、ターゲット上の第１の放射ビームのスポットは、ターゲット上の第２の放射ビームのスポットとオーバーラップする。一実施形態において、第１の放射ビームのスポット及び／又は第２の放射ビームのスポットは、それぞれ第１の周期構造及び／又は第２の周期構造よりも大きい。

[00144] 一実施形態において、ターゲット上の第１の放射ビームの入射角は、ターゲット上の第２の放射ビームの入射角とは異なる。一実施形態において、ビームスプリッタの分割面は、ターゲット上の第２の放射ビームの入射角とは異なるターゲット上の第１の放射ビームの入射角を生成するために、フィールド面、又はその共役面と実質的に一致する。一実施形態において、第２の周期構造の少なくとも一部は第１の周期構造の少なくとも一部の上に重なり、第１及び第２の放射ビームは第２の周期構造の少なくとも一部に入射する。一実施形態において、第１の周期構造のフィーチャのピッチは、第２の周期構造のフィーチャのピッチとは異なる。

[00145] 一実施形態において、装置は、第１と第２の放射ビームの間の強度比を変更するように構成された、偏光子又は位相差板を更に備える。一実施形態において、装置は、第１と第２の放射ビームの間の位相を変更するように構成された、位相差板を更に備える。

[00146] 一実施形態において、装置は、検出の前に組み合わされた放射を処理するように構成された、偏光子又は位相差板を更に備える。

[00147] 一実施形態において、検出された組み合わされた放射から対象のパラメータを決定するように構成された制御システムは、組み合わされた放射からターゲットについての対象のパラメータを決定するように、及び、組み合わされた放射から、第１の周期構造及び／又は第２の周期構造に特有の対象のパラメータを決定するように、構成される。

[00148] したがって、一実施形態において、ターゲットは少なくとも２つのコヒーレントな直交する偏光ビームによって照明される。少なくとも２つの照明ビームの空間又は角度分離が提供される。ターゲットによって回折された放射は、（例えば、光学要素又はターゲット自体によって）干渉するように組み合わされる。組み合わされ回折された放射が測定され、対象のパラメータが測定から決定される。対応するターゲット設計が提供される（例えば、空間的に分離された上位及び下位の周期構造、又は、上位と下位との周期構造間の周期構造ベクトル差）。光路内で１つ以上の偏光子又は位相差板を使用することによって、ターゲット特性のアクティブな操作が提供可能である。例えば、少なくとも２つの照明ビーム間の強度比及び／又は位相差の最適化が提供可能である。

[00149] 本明細書における装置及び／又はメトロロジ方法は、例えば、より良好な測定確度、より良好な測定精度、変動を処理するためのより良好な測定のロバスト性、より大きな適用範囲、ターゲットについてのより大きな設計自由度、及び／又は、波長選択におけるより大きな自由度を、可能にすることができる。

[00150] 示唆したように、提案したメトロロジターゲット設計には、印刷適性及び検出可能性の両方の観点から、それらの好適性及び／又は実現可能性を確認するためのテスト及び／又はシミュレーションを実施することができる。商用環境において、捕捉が遅いことは生産ラインの総スループットにとって致命的であるため、良好なオーバーレイマーク検出可能性は、低い総合的な測定不確実性並びに短い移動−捕捉−移動時間の組み合わせであると見なすことができる。現在のマイクロ回折ベースオーバーレイターゲット（μＤＢＯ）は、一辺がおよそ１０〜２０μｍとすることができる。

[00151] 加えて、上記の基準を満たすメトロロジターゲットが選択されると、フィルム厚さ変動、様々なエッチバイアス、並びに／或いは、エッチ及び／又は研磨プロセスによって誘引されるジオメトリ非対称性などの、典型的な処理変動に関して、検出可能性が変化する可能性がある。したがって、低い検出可能性変動、及び、様々なプロセス変動に対して測定される対象のパラメータ（例えば、オーバーレイ、アライメントなど）における低い変動を有する、ターゲットを選択することが有用であり得る。同様に、結像されるマイクロ電子デバイスを生成するために使用される特定の機械のフィンガープリント（例えばレンズ収差を含む印刷特徴）は、一般に、メトロロジターゲットの結像及び生成に影響を与えることになる。したがって、いくつかのパターンは特定のリソグラフィフィンガープリントによって影響を受けることになるため、メトロロジターゲットはフィンガープリントの影響に対して耐性があることを保証することが有用であり得る。

[00152] したがって、一実施形態において、本明細書で説明するメトロロジ方法及び装置で使用するためのメトロロジターゲットを設計するための方法が提供される。一実施形態において、提案されるメトロロジターゲット設計のうちの１つ以上の好適性及び／又は実現可能性を確認するために、様々なメトロロジターゲットをシミュレートすることが望ましい。

[00153] リソグラフィ及びメトロロジターゲットを含む製造プロセスをシミュレートするためのシステムにおいて、主要な製造システム構成要素及び／又はプロセスは、例えば、図１９に示されるような様々な機能モジュールによって説明することが可能である。図１９を参照すると、機能モジュールは、メトロロジターゲット（及び／又はマイクロ電子デバイス）設計パターンを定義する、設計レイアウトモジュール１３００と、パターニングデバイスパターンがターゲット設計に基づいて多角形内にどのようにレイアウトされるかを定義する、パターニングデバイスレイアウトモジュール１３０２と、シミュレーションプロセス中に利用される画素化された連続階調パターニングデバイスの物理特性をモデル化する、パターニングデバイスモデルモジュール１３０４と、リソグラフィシステムの光学構成要素の性能を定義する、光学モデルモジュール１３０６と、所与のプロセスで使用されるレジストの性能を定義する、レジストモデルモジュール１３０８と、レジスト後現像プロセス（例えば、エッチ）の性能を定義する、プロセスモデルモジュール１３１０と、メトロロジターゲット（例えば、本明細書で説明するメトロロジ方法及び／又は装置）で使用されるメトロロジシステムの性能、したがって、メトロロジシステムで使用される際のメトロロジターゲットの性能を定義する、メトロロジモジュール１３１２とを、含むことができる。シミュレーションモジュールの１つ以上の結果、例えば、予測されるコンター及びＣＤが、結果モジュール１３１４に提供される。

[00154] ＮＡシグマ（σ）設定並びに任意の特定の照明源形状を含むが限定されない、照明及び投影光学系の特性は、光学モデルモジュール１３０６においてキャプチャされ、σ（又はシグマ）はイルミネータの外側半径範囲である。基板上でコーティングされるフォトレジスト層の光学特性、すなわち、屈折率、フィルム厚さ、伝搬及び偏光効果は、光学モデルモジュール１３０６の一部としてもキャプチャされ得るが、レジストモデルモジュール１３０８は、例えば、基板上に形成されるレジストフィーチャのコンターを予測するために、レジスト露光、ポストベーク（ＰＥＢ）、及び現像中に発生する化学プロセスの効果を記述する。パターニングデバイスモデルモジュール１３０４は、ターゲット設計フィーチャがパターニングデバイスのパターン内にどのようにレイアウトされるかをキャプチャし、例えば米国特許第７，５８７，７０４号に記載されるようなパターニングデバイスの詳細な物理特性の表現を含むことができる。シミュレーションの目的は、例えば、エッジ配置及びＣＤを正確に予測することであり、次いでこれをターゲット設計と比較することができる。ターゲット設計は一般に、プリＯＰＣパターニングデバイスレイアウトとして定義され、ＧＤＳＩＩ又はＯＡＳＩＳなどの標準化デジタルファイル形式で提供される。

[00155] 一般に、光学モデルとレジストモデルとの間の接続は、基板上への放射の投影、レジストインターフェースでの屈折、及びレジストフィルムスタックにおける多重反射から生じる、レジスト層内のシミュレートされた空間像強度である。放射強度分布（空間像強度）は、光子の吸収によって潜在的な「レジスト像」に変えられ、これが更に、拡散プロセス及び様々なローディング効果によって修正される。フルチップアプリケーションにとって十分高速な効率的なシミュレーション方法は、２次元空間（及びレジスト）像によって、レジストスタック内の現実的な３次元強度分布を近似する。

[00156] したがって、モデルの公式化は、プロセス全体の既知の物理的及び化学的性質のすべてではなくともほとんどを記述し、モデルパラメータの各々は、望ましくは、別個の物理的又は化学的効果に対応する。したがって、モデルの公式化は、製造プロセス全体をシミュレートするためにモデルがどれほど有用であるかについての上限を設定する。しかしながら、モデルパラメータは、時には測定及び読み取りエラーのために不正確であり得、システム内に他の欠陥が存在する場合がある。モデルパラメータの精密な較正によって、極度に正確なシミュレーションを実行することができる。

[00157] 製造プロセスにおいて、様々なプロセスパラメータにおける変動は、デバイス設計を忠実に反映することが可能な好適なターゲットの設計に重大な影響を与える。こうしたプロセスパラメータは、側壁角度（エッチング又は現像プロセスによって決定される）、（デバイス層又はレジスト層の）屈折率、（デバイス層又はレジスト層の）厚み、入射放射の周波数、エッチ深さ、フロア傾斜、放射源についての消光係数、（レジスト層又はデバイス層についての）コーティングの非対称性、化学的機械的研磨プロセス中の浸食における変動、などを含むが、限定されない。

[00158] 本明細書では、例えば、（例えば、リソグラフィプロセスを使用してメトロロジターゲットを露光すること、メトロロジターゲットを現像すること、ターゲットをエッチングすることなどを含む）メトロロジシステムシミュレーション又はターゲット製造プロセスシミュレーションで使用するための、メトロロジターゲット設計を定義する、コンピュータ実施方法を説明する。一実施形態において、ターゲットについて１つ以上の設計パラメータ（例えば、幾何学的寸法）が指定可能であり、１つ以上の設計パラメータについて更なる離散値又は値の範囲を指定することが可能である。例えば、１つ以上の設計パラメータは、上位層の周期構造の少なくとも一部が下位層の周期構造の少なくとも一部の上に重ならないように、上位層の周期構造が下位層の周期構造に対して横方向に変位していることを指定することができる。別の例として、設計パラメータは、本明細書で考察する第１及び第２の放射ビームの横方向間隔に基づく、上位及び下位の周期構造の横方向間隔の関係であり得るか、又は、設計パラメータは、第１及び第２の放射ビームの入射角に基づく、周期構造ベクトル差（例えば、上位と下位との周期構造間のピッチ差）の関係であり得る。更に、ユーザ及び／又はシステムは、例えば、そのターゲットが望ましいパターニングプロセスに基づいて、同じ層内又は層間のいずれかの１つ以上の設計パラメータ（例えば、ピッチと空間幅との間の関係、ピッチ又は空間幅の制限、フィーチャ（例えば、ライン）幅（ＣＤ）とピッチとの間の関係（例えば、フィーチャ幅がピッチよりも小さい）など）に、１つ以上の制約を課すことができる。例えば、制約は、本明細書で考察する第１及び第２の放射ビームの横方向間隔に基づく、上位及び下位の周期構造の横方向間隔の関係であり得るか、又は、制約は、第１及び第２の放射ビームの入射角に基づく、周期構造ベクトル差（例えば、上位と下位の周期構造間のピッチ差）の関係とすることができる。一実施形態において、１つ以上の制約を、離散値又は範囲が指定されている１つ以上の設計パラメータに、又は、１つ以上の他の設計パラメータに、課すことができる。

[00159] 図２０は、実施形態に従ってメトロロジターゲット設計を定義するコンピュータ実施方法を概略的に示す。方法は、ブロックＢ１で、メトロロジターゲットの複数の設計パラメータ（例えば、幾何学的寸法）の各々に、値の範囲又は複数の値を提供することを含む。

[00160] 一実施形態において、メトロロジターゲット設計システムのユーザは、メトロロジターゲットについて設計パラメータ（例えば、幾何学的寸法）のうちの１つ以上を指定することができる。ユーザは、メトロロジターゲットの周期構造１０００、１０１０の数を、更に指定することができる。更に、一実施形態において、ユーザは、メトロロジターゲットの設計パラメータのうちの１つ以上、その１つ以上の周期構造、及び、周期構造の１つ以上の周期サブ構造の、各々について、離散値又は値の範囲を指定（例えば、選択）することができる。例えばユーザは、メトロロジターゲットについて、フィーチャ（例えば、ライン）幅、空間幅、メトロロジターゲットのサイズ、ピッチなどについての、値の範囲又は値のセットを選択することができる。一実施形態において、メトロロジターゲットは複数の周期構造（格子）、又はセグメント化された周期構造（格子）を含み、ユーザは、他の設計パラメータ、例えば共有ピッチについて値の範囲又は値のセットを選択又は提供することができる。

[00161] 一実施形態において、設計パラメータは、ターゲットの周期構造のピッチ、ターゲットの周期構造フィーチャ（例えば、ライン）幅、ターゲットの周期構造空間幅、周期構造のフィーチャの１つ以上のセグメント化パラメータ（セグメント化タイプに応じた、Ｘ及び／又はＹ方向のセグメント化ピッチ／フィーチャ幅／空間幅）から選択された、任意の１つ以上の幾何学的寸法を含むことができる。更に、単一の層又は複数の層（例えば、２つの層、又は２つの層と中間遮へい層とを加えたもの）について、パラメータを指定することができる。複数の層の場合、ピッチを共有することができる。或るメトロロジターゲット、例えば、フォーカス又はアライメントターゲットの場合、他のパラメータを使用することができる。他の設計パラメータは、ターゲットについてメトロロジシステムにおいて使用される放射の波長、メトロロジシステムにおいて使用される放射の偏光、メトロロジシステムのアパーチャ数、ターゲットタイプ、及び／又は、プロセスパラメータから選択された、１つ以上などの、物理的制限とすることができる。一実施形態において、非均一及び非対称パターン、例えば、変調されたオーバーレイターゲット及びフォーカスターゲットが、提供可能である。したがって、設計パラメータは変動可能であり、必ずしも特定方向に均一ではない。

[00162] ブロックＢ２で、メトロロジターゲットの１つ以上の設計パラメータについて１つ以上の制約が提供される。任意選択として、ユーザは１つ以上の制約を定義することができる。制約は、線形代数式であってよい。一実施形態において、制約は非線形であっておい。いくつかの制約は他の制約に関係してよい。例えば、フィーチャ幅、ピッチ、及び空間幅は、この３つのうちの任意の２つが既知である場合、３つ目は完全に決定できるような関係である。

[00163] 一実施形態において、ユーザは、メトロロジターゲットのエリア、寸法、又はその両方に対する制約を指定することができる。ユーザは、周期構造の数に対する制約を指定することができる。

[00164] 一実施形態において、制約はメトロロジパラメータ制約であってよい。例えば、いくつかのメトロロジシステムにおいて、システムの物理特性が制約を加える場合がある。例えば、システム内で使用される放射の波長は、ターゲット設計のピッチ、例えば下限に制約を与える場合がある。一実施形態において、波長、ターゲットのタイプ、及び／又はメトロロジシステムのアパーチャの関数として、ピッチに対する（上／下）限が存在する。制約として使用可能な物理的制限は、メトロロジシステムにおいて使用される放射の波長、メトロロジシステムにおいて使用される放射の偏光、メトロロジシステムのアパーチャ数、及び／又はターゲットタイプから選択される、１つ以上を含む。一実施形態において、制約は、プロセスパラメータ制約（例えば、エッチタイプ、現像タイプ、レジストタイプなどに依存する制約）であってよい。

[00165] 使用される特定のプロセスに応じて、一実施形態において、１つ以上の制約が、１つの層の設計パラメータ（例えば、幾何学的寸法）と別の層の設計パラメータ（例えば、幾何学的寸法）との間の制約に関係することができる。

[00166] ブロックＢ３で、プロセッサによって、方法は、設計パラメータについての値の範囲内又は複数の値内でサンプリングすることによって、１つ以上の制約を満たす１つ以上の設計パラメータを有する複数のメトロロジターゲット設計を、解決及び／又は選択する。例えば、解決に関与する一実施形態において、１つ以上の潜在的メトロロジターゲット設計が解決され得る。すなわち、例えば、特定の値について解決するための１つ以上の等式制約を使用して許可された値について解決することによって、１つ以上の潜在的メトロロジターゲット設計が導出され得る。例えば、サンプリングに関与する一実施形態において、様々な設計パラメータ及び制約によって凸多面体が定義され得る。凸多面体の体積は、すべての制約を満たすサンプルメトロロジターゲット設計を提供するために、１つ以上の規則に従ってサンプリングされ得る。メトロロジターゲット設計をサンプリングするために、１つ以上のサンプリング規則が適用され得る。

[00167] しかしながら、このようにして発見されたすべてのメトロロジターゲット設計が、プロセス変動を等しく表すものではないことに留意されたい。したがって、一実施形態において、本明細書で説明する方法を使用して発見されたメトロロジターゲット設計は、例えば、メトロロジターゲット設計のうちの１つ以上の実現可能性及び／又は好適性を決定するために、ブロックＢ４で更にシミュレートすることができる。次いで、シミュレートされたメトロロジターゲット設計は、いずれの１つ以上のメトロロジターゲット設計がプロセス変動を最高に又はより良く表すかを識別するために、例えば、主要な性能指数又はロバスト性基準に基づいてそれらをランク付けすることによって、ブロックＢ５で評価することができる。ブロックＢ６で、例えば測定のために、特定のメトロロジ設計を選択及び使用することができる。

[00168] 図２１は、性能を監視するため、並びに、メトロロジ、設計、及び／又は生産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、プロセスを示すフローチャートである。ステップＤ１において、本明細書で説明するような製品フィーチャ及び１つ以上のメトロロジターゲットを生成するために、基板が処理される。ステップＤ２で、パターニングプロセスパラメータ（例えば、オーバーレイ）値が、例えば、本明細書で説明するような方法及び／又は装置を使用して、測定及び計算される。ステップＤ３で、メトロロジレシピを更新するために、測定されたパターニングプロセスパラメータ（例えば、オーバーレイ）値を（使用可能な場合は他の情報と共に）使用することができる。更新されたメトロロジレシピは、パターニングプロセスパラメータの再測定のため、及び／又は、その後処理される基板上のパターニングプロセスパラメータの測定のために、使用される。このようにして、計算されたパターニングプロセスパラメータは確度が向上する。更新プロセスは、所望であれば自動化可能である。ステップＤ４において、更なる基板の再加工及び／又は処理のためにデバイス製造プロセスにおいてパターニングステップ及び／又は他のプロセスステップを制御するレシピを更新するために、パターニングプロセスパラメータ値が使用される。ここでも、この更新は所望であれば自動化可能である。

[00169] 本明細書で説明するメトロロジターゲットの実施形態は、主にオーバーレイ測定に関して説明してきたが、本明細書で説明するメトロロジターゲットの実施形態は、１つ以上の追加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ために使用することができる。例えば、メトロロジターゲットは、露光ドーズ変動の測定、露光フォーカス／デフォーカスの測定、などのために使用することができる。一実施形態において、同じメトロロジターゲットを使用して複数の異なるパラメータを測定することができる。例えば、メトロロジターゲットは、オーバーレイを測定するように、及び、クリティカルディメンション、フォーカス、ドーズなどの１つ以上の他のパラメータを測定するように、配置することができる。一例として、周期構造のうちの１つ以上を、オーバーレイを測定する（例えば、異なる層内にそれらの関連付けられた周期構造を有する）ように設計し、１つ以上の他の周期構造を、クリティカルディメンション、及び／又はフォーカス、及び／又はドーズなどを測定するように設計することができる。一実施形態において、周期構造の特定の組み合わせを、２つ以上のパラメータ、例えばオーバーレイ、及び、クリティカルディメンション、フォーカス、ドーズなどの１つ以上の他のパラメータを、測定するように設計することができる。本明細書で考察するように、複数の周期構造を複数の放射ビームと共に測定することが可能であり、複数の周期構造からの組み合わせられた回折放射を使用して、複数の周期構造の組み合わせからのパラメータ（例えば、オーバーレイ）、及び、周期構造のうちの１つ以上に特有のパラメータ（例えば、構造的非対称性、回折効率など）を、測定することができる。

[00170] 前述のターゲット構造は、測定の目的で特別に設計及び形成されたメトロロジターゲットであるが、他の実施形態では、基板上に形成されたデバイスの機能部分であるターゲット上で特性を測定することができる。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」及び「ターゲット周期構造」という用語は、その構造が特に実行される測定のために提供されることを必要とするものではない。更に、メトロロジターゲットのピッチＰは、スキャトロメータの光学システムの解像度限界に近いが、ターゲット部分Ｃにおいてパターニングプロセスによって作られる典型的な製品フィーチャの寸法よりもかなり大きくてよい。実際には、オーバーレイ周期構造のフィーチャ及び／又は空間は、寸法が製品フィーチャと同様のより小さい構造を含むように作ることができる。

[00171] 更に、図面はターゲットの周期構造の単なる例示である。例えば、いくつかの図面は、実際に周期構造が更に多くの周期フィーチャを有し得る場合、周期構造の数個の周期フィーチャのみを示すことができる。

[00172] 或る実施形態において、メトロロジターゲットの周期構造は回転対称であり得る。すなわち、メトロロジターゲットの２つ以上（例えば、３つ以上、４つ以上など）の周期構造が存在し得、周期構造は、対称の共通の中心を共有するように構成され、各周期構造は、対称の共通中心周囲の１８０度又はそれ以上の回転まで不変である。更に、各周期構造は、２つ以上の周期サブ構造（例えば、３つ以上、４つ以上など）を含み、周期サブ構造の各々は対称の個別の中心を有し、各周期サブ構造は、対称の個別の中心周囲の１８０度又はそれ以上の回転まで不変である。

[00173] しかし、一実施形態において、メトロロジターゲットの周期構造は回転非対称であり得る。これは、いくつかの様式のうちのいずれかで達成され得る。例えば、３つ以上の周期構造のうちの１つの周期構造は、他の周期構造の対称の共通中心から離れてシフトする（位置する）ことができる。別の例として、周期構造のうちの１つ以上のフィーチャのうちの１つ以上は、１つ以上の他の周期構造のフィーチャのうちの１つ以上と比べて、わずかに短縮、伸長、又はシフトすることができる。別の例として、任意の対称性を中断するために１つ以上のダミー構造を周期構造間に挿入することができる。一実施形態において、１つ以上のダミー構造は回転非対称である。シフト、短縮、又は伸長は、測定装置の測定可能範囲を超えないものとすることができる。一実施形態において、シフト、短縮、又は伸長は、１ｎｍ範囲又はそれ未満である。こうした変更はわずかであるため、測定読み取りにほとんど影響を及ぼさない。同様に、ダミー構造は、測定装置の有効測定範囲を超えないフィーチャサイズ又はピッチを有し得る。

[00174] ダークフィールドメトロロジに関して実施形態を説明してきたが、本明細書における実施形態は、角度分解及び／又はイメージメトロロジに適切に適用可能である。

[00175] 「構造」という用語は、本明細書では、単純な格子ラインなどの構造の任意の特定の形に限定されることなく使用される。実際に、格子のライン及び空間などの、粗な構造的フィーチャは、より微細なサブ構造の集合によって形成可能である。

[00176] 基板及びパターニングデバイス上で実現されるターゲットの物理的な周期構造に関連して、一実施形態は、基板のためのターゲットを設計する方法、基板上にターゲットを生成する方法、基板上のターゲットを測定する方法、及び／又は、パターニングプロセスに関する情報を取得するために測定を分析する方法を記述する、機械可読命令の１つ以上のシーケンスを含む、コンピュータプログラムを含むことができる。一実施形態は、ターゲットを記述する機械可読命令又はデータの１つ以上のシーケンスを含む、コンピュータコードを含むことができる。このコンピュータプログラム又はコードは、例えば、図３の装置内のユニットＰＵ、及び／又は図２の制御ユニットＬＡＣＵ内で、実行可能である。こうしたコンピュータプログラム又はコードが内部に記憶される、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など）も提供され得る。例えば、図３に示されるタイプの既存のメトロロジ装置が、既に生産されている、及び／又は使用中である場合、本発明の一実施形態は、本明細書で説明する方法の１つ以上をプロセッサに実行させるために、更新されたコンピュータプログラム製品を提供することによって、実施可能である。コンピュータプログラム又はコードは、任意選択として、好適な複数のターゲット上で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行するために、光学システム、基板支持体などを制御するように配置可能である。コンピュータプログラム又はコードは、更なる基板の測定のために、リソグラフィ及び／又はメトロロジレシピを更新することが可能である。コンピュータプログラム又はコードは、更なる基板のパターニング及び処理のために、リソグラフィ装置を（直接又は間接的に）制御するように配置可能である。一実施形態において、本明細書で説明する測定ターゲットを定義する機械可読命令又はデータを備える、非一時的コンピュータプログラム製品が提供される。一実施形態において、本明細書で説明する測定ターゲットを備える基板が提供される。一実施形態において、本明細書で説明する測定ターゲットを少なくとも部分的に形成するように構成された、パターニングデバイスが提供される。

[00177] 本発明に従った更なる実施形態が、下記の番号付けされた条項で提供される。
１． 第１の偏光を有する第１の放射ビームを用いて、メトロロジターゲットの少なくとも第１の周期構造を照明すること、
第２の異なる偏光を有する第２の放射ビームを用いて、前記メトロロジターゲットの少なくとも第２の周期構造を照明すること、
干渉を生じさせるために、前記第１の周期構造から回折された放射を前記第２の周期構造から回折された放射と組み合わせること、
検出器を使用して前記組み合わされた放射を検出すること、及び、
前記検出された組み合わされた放射から対象のパラメータを決定すること、
を含む、方法。
２． 前記第２の偏光は前記第１の偏光に対して実質的に垂直である、条項１に記載の方法。
３． 前記第１及び第２の放射ビームは互いに関してコヒーレントである、条項１又は条項２に記載の方法。
４． 入射ビームを、前記第１の偏光を有する前記第１の放射ビーム及び前記第２の偏光を有する前記第２の放射ビームに分割するために、ビームスプリッタを使用することを更に含む、条項１から３のいずれかに記載の方法。
５． 前記ビームスプリッタはウォラストン又はノマルスキープリズムを備える、条項４に記載の方法。
６． 前記入射ビームは、前記第１及び第２の偏光の間に、平面波の偏光角度或いは位相及び／又は振幅を有する、条項４又は条項５に記載の方法。
７． 前記ビームスプリッタは、前記第１の周期構造から回折される前記放射と、前記第２の周期構造から回折される前記放射とを組み合わせる、条項４から６のいずれかに記載の方法。
８． 前記ビームスプリッタの前記分割面は、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームのスポットの中心から横方向に変位している、前記ターゲット上の前記第１の放射ビームのスポットの中心を生成するために、瞳面又はその共役面と実質的に一致する、条項４から７のいずれかに記載の方法。
９． 前記ビームスプリッタの前記分割面は、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームの入射角とは異なる、前記ターゲット上の前記第１の放射ビームの入射角を生成するために、フィールド面又はその共役面と実質的に一致する、条項４から７のいずれかに記載の方法。
１０． 前記ターゲット上の前記第１の放射ビームのスポットの中心は、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームのスポットの中心から横方向に変位している、条項１から８のいずれかに記載の方法。
１１． 前記第２の周期構造の少なくとも一部は前記第１の周期構造の少なくとも一部の上に重なっておらず、前記第１の放射ビームの前記スポットの前記中心は前記第１の周期構造の前記少なくとも一部に入射し、前記第２の放射ビームの前記スポットの前記中心は前記第１の周期構造の前記少なくとも一部に入射しない、条項１０に記載の方法。
１２． 前記ターゲット上の前記第１の放射ビームの前記スポットは、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームの前記スポットとオーバーラップする、条項１０又は条項１１に記載の方法。
１３． 前記第１の放射ビームの前記スポット及び／又は前記第２の放射ビームの前記スポットは、それぞれ前記第１の周期構造及び／又は第２の周期構造よりも大きい、条項１０から１２のいずれかに記載の方法。
１４． 前記ターゲット上の前記第１の放射ビームの前記入射角は、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームの前記入射角とは異なる、条項１から７又は９のいずれかに記載の方法。
１５． 前記第２の周期構造の少なくとも一部は前記第１の周期構造の少なくとも一部の上に重なり、前記第１及び第２の放射ビームは前記第２の周期構造の前記少なくとも一部に入射する、条項１４に記載の方法。
１６． 前記第１の周期構造のフィーチャのピッチは、前記第２の周期構造のフィーチャのピッチとは異なる、条項１４又は条項１５に記載の方法。
１７． 前記第１と第２の放射ビームの間の前記強度比を変更することを更に含む、条項１から１６のいずれかに記載の方法。
１８． 前記第１と第２の放射ビームの間の前記位相を変更することを更に含む、条項１から１７のいずれかに記載の方法。
１９． 前記第１及び第２の偏光は、前記第１及び第２の周期構造の格子ラインの伸長方向に対して約４５度である、条項１から１８のいずれかに記載の方法。
２０． 前記組み合わされた放射を、検出の前に偏光子又は位相差板を介して通過させることを更に含む、条項１から１９のいずれかに記載の方法。
２１． 前記第１及び第２の偏光は線形偏光である、条項１から２０のいずれかに記載の方法。
２２． 前記対象のパラメータを決定することは、前記組み合わされた放射から前記ターゲットについて対象のパラメータを決定すること、及び、前記組み合わされた放射から、前記第１の周期構造及び／又は前記第２の周期構造に特有の対象のパラメータを決定すること、を含む、条項１から２１のいずれかに記載の方法。
２３． 前記対象のパラメータはオーバーレイを含む、条項１から２２のいずれかに記載の方法。
２４． 前記対象のパラメータは、前記第１の周期構造及び／又は前記第２の周期構造に特有の、回折効率及び／又は構造的非対称性を含む、条項１から２２のいずれかに記載の方法
２５． 前記第１及び／又は第２の偏光を最適化することを更に含む、条項１から２４のいずれかに記載の方法。
２６． 前記最適化することは、前記メトロロジターゲットの観察された特性に基づいて実行される、条項２５に記載の方法。
２７． 前記最適化することは、複数のメトロロジターゲットパラメータを最適化することを含む、条項２５又は条項２６に記載の方法。
２８． 前記メトロロジターゲットパラメータは、スタック感度、回折効率、下位周期構造の構造的非対称性に対する感度、及び／又は、外部参照への整合から選択される、１つ以上のパラメータを含む、条項２７に記載の方法。
２９． 第１の偏光を有する第１の放射ビーム及び第２の偏光を有する第２の放射ビームを、複数の周期構造を有するメトロロジターゲット上に提供するように構成された、光学要素と、
前記周期構造によって回折された前記第１及び第２の放射ビームから放射を検出するように構成された、検出器であって、前記周期構造から回折された放射は組み合わせられて干渉する、検出器と、
前記検出された組み合わされた回折放射から対象のパラメータを決定するように構成された、制御システムと、
を備える、メトロロジ装置。
３０． 前記第２の偏光は前記第１の偏光に対して実質的に垂直である、条項２９に記載の装置。
３１． 前記第１及び第２の放射ビームは、互いに関してコヒーレントである、条項２９又は条項３０に記載の装置。
３２． 前記光学要素は、入射ビームを、前記第１の偏光を有する前記第１の放射ビーム及び前記第２の偏光を有する前記第２の放射ビームに分割するように構成された、ビームスプリッタを備える、条項２９から３１のいずれかに記載の装置。
３３． 前記ビームスプリッタは、ウォラストン又はノマルスキープリズムを備える、条項３２に記載の装置。
３４． 前記入射ビームは、前記第１及び第２の偏光のそれの間に、平面波の偏光角度或いは位相及び／又は振幅を有する、条項３２又は条項３３に記載の装置。
３５． 前記ビームスプリッタは、前記第１の周期構造から回折された前記放射と、前記第２の周期構造から回折された前記放射とを組み合わせる、条項３２から３４のいずれかに記載の装置。
３６． 前記ビームスプリッタの前記分割面は、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームのスポットの中心から横方向に変位している前記ターゲット上の前記第１の放射ビームのスポットの中心を生成するために、瞳面、又はその共役面と実質的に一致する、条項３２から３５のいずれかに記載の装置。
３７． 前記ビームスプリッタの前記分割面は、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームの入射角とは異なる前記ターゲット上の前記第１の放射ビームの入射角を生成するために、フィールド面、又はその共役面と実質的に一致する、条項３２から３５のいずれかに記載の装置。
３８． 前記ターゲット上の前記第１の放射ビームのスポットの中心は、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームのスポットの中心から横方向に変位している、条項２９から３６のいずれかに記載の装置。
３９． 前記第２の周期構造の少なくとも一部は、前記第１の周期構造の少なくとも一部の上に重なっておらず、前記第１の放射ビームの前記スポットの前記中心は前記第１の周期構造の前記少なくとも一部に入射し、前記第２の放射ビームの前記スポットの前記中心は前記第１の周期構造の前記少なくとも一部に入射しない、条項３８に記載の装置。
４０． 前記ターゲット上の前記第１の放射ビームの前記スポットは、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームの前記スポットとオーバーラップする、条項３９又は条項３９に記載の装置。
４１． 前記第１の放射ビームの前記スポット及び／又は前記第２の放射ビームの前記スポットは、それぞれ前記第１の周期構造及び／又は前記第２の周期構造よりも大きい、条項３８から４０のいずれかに記載の装置。
４２． 前記ターゲット上の前記第１の放射ビームの前記入射角は、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームの前記入射角とは異なる、条項２９から３５又は３７のいずれかに記載の装置。
４３． 前記第２の周期構造の少なくとも一部は前記第１の周期構造の少なくとも一部の上に重なり、前記第１及び第２の放射ビームは前記第２の周期構造の前記少なくとも一部に入射する、条項４２に記載の装置。
４４． 前記第１の周期構造のフィーチャのピッチは、前記第２の周期構造のフィーチャのピッチとは異なる、条項４２又は条項４３に記載の装置。
４５． 前記第１と第２の放射ビームの間の前記強度比を変更するように構成された、偏光子又は位相差板を更に備える、条項２９から４４のいずれかに記載の装置。
４６． 前記第１と第２の放射ビームの間の前記位相を変更するように構成された、位相差板を更に備える、条項２９から４５のいずれかに記載の装置。
４７． 前記第１及び第２の偏光は、前記第１及び第２の周期構造の格子ラインの伸長方向に対して約４５度である、条項２９から４６のいずれかに記載の装置。
４８． 検出の前に前記組み合わされた放射を処理するように構成された、偏光子又は位相差板を更に備える、条項２９から４７のいずれかに記載の装置。
４９． 前記第１及び第２の偏光は線形偏光である、条項２９から４８のいずれかに記載の装置。
５０． 前記検出された組み合わされた放射から対象のパラメータを決定するように構成された前記制御システムは、前記組み合わされた放射から前記ターゲットについての対象のパラメータを決定するように、及び、前記組み合わされた放射から、前記第１の周期構造及び／又は前記第２の周期構造に特有の対象のパラメータを決定するように、構成される、条項２９から４９のいずれかに記載の装置。
５１． 前記対象のパラメータはオーバーレイを含む、条項２９から５０のいずれかに記載の装置。
５２． 前記対象のパラメータは、前記第１の周期構造及び／又は前記第２の周期構造に特有の、回折効率及び／又は構造的非対称性を含む、条項２９から５１のいずれかに記載の装置。
５３． 前記制御システムは、前記第１及び／又は第２の偏光を最適化するように更に構成される、条項２９から５２のいずれかに記載の装置。
５４． パターニングプロセスを使用する一連の基板にデバイスパターンが印加される、デバイスを製造する方法であって、条項１から２８に記載のいずれかの方法を使用して、前記基板のうちの少なくとも１つの上に、前記デバイスパターンの一部として、又はその傍らに形成された、少なくとも回折測定ターゲットを検査すること、及び、前記方法の結果に従って、その後の基板のための前記パターニングプロセスを制御すること、を含む、方法。
５５． 条項１から２８のいずれかに記載の方法をプロセッサに実行させるための機械可読命令を備える、非一時的コンピュータプログラム製品。
５６． 基板上の回折測定ターゲット上にビームを提供するように、及び、パターニングプロセスのパラメータを決定するために前記ターゲットによって回折された放射を検出するように、構成された、検査装置と、
条項５５に記載の前記非一時的コンピュータプログラム製品と、
を備える、システム。
５７． 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、前記変調された放射ビームを放射感受性基板上に投影するように配置された投影光学システムと、を備える、リソグラフィ装置を更に備える、条項５６に記載のシステム。

[00178] 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印加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。

[00179] 本明細書で使用される「最適化すること」及び「最適化」という用語は、（例えば、リソグラフィの）パターニング及び／又はデバイス製造の結果及び／又はプロセスが、基板上での設計レイアウトの投影のより高い確度、より大きなプロセスウィンドウなどの、１つ以上の望ましい特徴を有するように、装置又はプロセス、例えば、リソグラフィ装置又は光学リソグラフィプロセスステップを、調整することを意味する。

[00180] 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若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）及び極端紫外光（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網羅する。

[00181] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電気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。

[00182] 特定の実施形態に関する以上の説明は、本発明の実施形態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修正する、及び／又はこれらを様々な用途に適応させることができる。したがって、このような適応及び修正は、本明細書に提示された教示及び案内に基づき、開示された実施形態の同等物の意味及び範囲内に入るものとする。本明細書の言葉遣い又は用語は説明のためのもので、限定するものではなく、したがって本明細書の用語又は言葉遣いは、当業者には教示及び案内の観点から解釈されるべきことを理解されたい。

[00183] 本発明の幅及び範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによっても限定されず、特許請求の範囲及びその同等物によってのみ規定されるものである。

Claims (25)

1. 第１の偏光を有する第１の放射ビームを用いて、メトロロジターゲットの少なくとも第１の周期構造を照明すること、
   第２の異なる偏光を有する第２の放射ビームを用いて、前記メトロロジターゲットの少なくとも第２の周期構造を照明すること、
   干渉を生じさせるために、前記第１の周期構造から回折された放射を前記第２の周期構造から回折された放射と組み合わせること、
   検出器を使用して前記組み合わされた放射を検出すること、及び、
   前記検出された組み合わされた放射から対象のパラメータを決定すること、
   を含む、方法。
2. 前記第２の偏光は前記第１の偏光に対して実質的に垂直である、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１及び第２の放射ビームは互いに関してコヒーレントである、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 入射ビームを、前記第１の偏光を有する前記第１の放射ビーム及び前記第２の偏光を有する前記第２の放射ビームに分割するために、ビームスプリッタを使用することを更に含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 前記ターゲット上の前記第１の放射ビームのスポットの中心は、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームのスポットの中心から横方向に変位している、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 前記第２の周期構造の少なくとも一部は前記第１の周期構造の少なくとも一部の上に重なっておらず、前記第１の放射ビームの前記スポットの前記中心は前記第１の周期構造の前記少なくとも一部に入射し、前記第２の放射ビームの前記スポットの前記中心は前記第１の周期構造の前記少なくとも一部に入射しない、請求項５に記載の方法。
7. 前記ターゲット上の前記第１の放射ビームの前記入射角は、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームの前記入射角とは異なる、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
8. 前記第１と第２の放射ビームの間の前記強度比を変更することを更に含む、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 前記第１と第２の放射ビームの間の前記位相を変更することを更に含む、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
10. 前記組み合わされた放射を、検出の前に偏光子又は位相差板を介して通過させることを更に含む、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
11. 前記対象のパラメータを決定することは、前記組み合わされた放射から前記ターゲットについて対象のパラメータを決定すること、及び、前記組み合わされた放射から、前記第１の周期構造及び／又は前記第２の周期構造に特有の対象のパラメータを決定すること、を含む、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
12. 第１の偏光を有する第１の放射ビーム及び第２の偏光を有する第２の放射ビームを、複数の周期構造を有するメトロロジターゲット上に提供するように構成された、光学要素と、
    前記周期構造によって回折された前記第１及び第２の放射ビームから放射を検出するように構成された、検出器であって、前記周期構造から回折された放射は組み合わせられて干渉する、検出器と、
    前記検出された組み合わされた回折放射から対象のパラメータを決定するように構成された、制御システムと、
    を備える、メトロロジ装置。
13. 前記第２の偏光は前記第１の偏光に対して実質的に垂直である、請求項１２に記載の装置。
14. 前記第１及び第２の放射ビームは、互いに関してコヒーレントである、請求項１２又は請求項１３に記載の装置。
15. 前記光学要素は、入射ビームを、前記第１の偏光を有する前記第１の放射ビーム及び前記第２の偏光を有する前記第２の放射ビームに分割するように構成された、ビームスプリッタを備える、請求項１２から１４のいずれかに記載の装置。
16. 前記ターゲット上の前記第１の放射ビームのスポットの中心は、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームのスポットの中心から横方向に変位している、請求項１２から１５のいずれかに記載の装置。
17. 前記第２の周期構造の少なくとも一部は前記第１の周期構造の少なくとも一部の上に重なっておらず、前記第１の放射ビームの前記スポットの前記中心は前記第１の周期構造の前記少なくとも一部に入射し、前記第２の放射ビームの前記スポットの前記中心は前記第１の周期構造の前記少なくとも一部に入射しない、請求項１６に記載の装置。
18. 前記ターゲット上の前記第１の放射ビームの前記入射角は、前記ターゲット上の前記第２の放射ビームの前記入射角とは異なる、請求項１２から１５のいずれかに記載の装置。
19. 前記第１と第２の放射ビームの間の前記強度比を変更するように構成された、偏光子又は位相差板を更に備える、請求項１２から１８のいずれかに記載の装置。
20. 前記第１と第２の放射ビームの間の前記位相を変更するように構成された、位相差板を更に備える、請求項１２から１９のいずれかに記載の装置。
21. 検出の前に前記組み合わされた放射を処理するように構成された、偏光子又は位相差板を更に備える、請求項１２から２０のいずれかに記載の装置。
22. 前記検出された組み合わされた放射から対象のパラメータを決定するように構成された前記制御システムは、前記組み合わされた放射から前記ターゲットについての対象のパラメータを決定するように、及び、前記組み合わされた放射から、前記第１の周期構造及び／又は前記第２の周期構造に特有の対象のパラメータを決定するように、構成される、請求項１２から２１のいずれかに記載の装置。
23. パターニングプロセスを使用する一連の基板にデバイスパターンが印加される、デバイスを製造する方法であって、請求項１から１１に記載のいずれかの方法を使用して、前記基板のうちの少なくとも１つの上に、前記デバイスパターンの一部として、又はその傍らに形成された、少なくとも回折測定ターゲットを検査すること、及び、前記方法の結果に従って、その後の基板のための前記パターニングプロセスを制御すること、を含む、方法。
24. 請求項１から１１のいずれかに記載の方法をプロセッサに実行させるための機械可読命令を備える、非一時的コンピュータプログラム製品。
25. 基板上の回折測定ターゲット上にビームを提供するように、及び、パターニングプロセスのパラメータを決定するために前記ターゲットによって回折された放射を検出するように、構成された、検査装置と、
    請求項２４に記載の前記非一時的コンピュータプログラム製品と、
    を備える、システム。

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