JP2019523449A - ターゲットの測定方法、基板、計測装置およびリソグラフィ装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】ターゲットの測定方法、関連する基板、計測装置、およびリソグラフィ装置が開示されている。一構成では、ターゲットは層状構造を含む。層状構造は、第１の層に第１のターゲット構造を有し、第２の層に第２のターゲット構造を有する。本方法は、ターゲットを測定放射で照明することを含む。複数の所定の回折次数の間の干渉によって形成された散乱放射が検出される。所定の回折次数は、第１のターゲット構造からの測定放射の回折によって生成され、続いて第２のターゲット構造から回折される。リソグラフィプロセスの特性は、所定の回折次数間の干渉によって形成される検出された散乱放射を使用して計算される。【選択図】図１２

Description

［関連出願へのクロスリファレンス］
本出願は、２０１６年７月２１日に出願された米国特許出願第６２／３６５，１４２号、２０１６年９月１４日に出願された米国特許出願第６２／３９４，４５７号、および２０１６年９月２７日に出願された米国特許出願第６２／４００，３６０号の利益を主張し、その全体が参照により本書に援用される。

［技術分野］
本発明は、例えばリソグラフィ技術によるデバイス製造に利用可能な計測のための方法および装置に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板の目標部分に与える機械である。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、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ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成するために使用されうる。このパターンは、基板（例えばシリコンウエハ）上の（例えばダイの一部、一つのダイ又はいくつかのダイを備える）目標部分に転写できる。パターンの転写は、基板上に設けられる放射感受性材料（レジスト）の層への結像を典型的に介する。一般に、単一の基板は、連続的にパターン化される隣接する目標部分のネットワークを含むであろう。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に、生成した構造の測定を行うことがしばしば望ましい。このような測定を行うための様々なツールが知られており、これには、限界寸法（ＣＤ）を測定するためにしばしば使用される走査型電子顕微鏡、およびオーバーレイ、デバイス内の２つの層のアライメントの正確さの尺度を測定するための専用ツールが含まれる。オーバーレイは、２つの層の間の位置ずれの程度に関して説明することができ、例えば、１ｎｍの測定されたオーバーレイを参照することは、２つの層が１ｎｍだけ位置ずれしている状況を説明することができる。

最近、リソグラフィ分野に用いるための様々な形態の散乱計が開発されている。この装置は、放射のビームをターゲットに向け、散乱された放射の一以上の特性（例えば、単一角度での波長の関数としての反射強度、一以上の波長での反射角度の関数としての強度、反射角度の関数としての偏光）を測定して「スペクトル」を取得する。「スペクトル」から注目するターゲットの特性を決定できる。注目する特性の決定は、様々な技術を用いて実行されてよく、例えば、厳密結合波解析や有限要素法といった反復手法によるターゲットの再構成、ライブラリ検索、主成分分析などである。

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比較的大きく、例えば４０μｍ×４０μｍの格子であり、測定ビームは格子よりも小さいスポットを生成する（すなわち格子はアンダーフィルされている）。無限遠と見なすことができるので、これはターゲットの数学的再構成を単純化する。しかし、例えばスクライブレーンではなく製品フィーチャ中に配置できるように、ターゲットのサイズを例えば１０μｍ×１０μｍ以下に縮小するために、格子が測定スポットよりも小さくされる（すなわち、格子がオーバーフィルされる）計測法が提案されている。典型的には、このようなターゲットは、ゼロ次回折（正反射に対応する）が遮断され、高次のみが処理される暗視野スキャトロメトリを使用して測定される。暗視野計測の例は、国際特許出願ＷＯ２００９／０７８７０８号およびＷＯ２００９／１０６２７９号に見出すことができ、これらの文献は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。この技術のさらなる発展は、特許公報ＵＳ２０１１００２７７０４Ａ、ＵＳ２０１１００４３７９１ＡおよびＵＳ２０１２０２４２９７０Ａに記載されている。これらすべての出願の内容もまた、参照により本明細書に組み込まれる。回折次数の暗視野検出を用いた回折ベースのオーバーレイは、より小さい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くすることができ、ウェハ上の製品構造によって囲まれることがある。ターゲットは、１つの画像において測定することができる複数の格子を含むことができる。

既知の計測技術では、オーバーレイ測定結果は、オーバーレイターゲットを回転させるか、照明モードまたはイメージングモードを変更して−１次および＋１次の回折次数強度を別々に取得しながら、ある条件下でオーバーレイターゲットを２回測定することによって得られる。所与のオーバーレイターゲットに対する強度の非対称性、これらの回折次数強度の比較は、ターゲットの非対称性、すなわちターゲット内の非対称性の測定を提供する。 オーバーレイターゲットにおけるこの非対称性は、オーバーレイエラー（２つの層の望ましくない位置合わせ不良）の指標として使用することができる。

半導体デバイスの製造プロセスの変更は、オーバーレイエラー測定のロバスト性または信頼性を低下させる可能性があることが分かっている。

本発明の目的は、オーバーレイエラーなどのリソグラフィ特性の測定値のロバスト性または信頼性を向上させることである。

ある態様によれば、リソグラフィプロセスによって形成されたターゲットを測定する方法が提供される。ターゲットは、第１の層に第１のターゲット構造を有し、第２の層に第２のターゲット構造を有する層状構造を備える。本方法は、測定放射でターゲットを照明することと、複数の所定の回折次数間の干渉により形成される散乱放射を検出することであって、所定の回折次数は、第１のターゲット構造からの測定放射の回折によって生成され、続いて第２のターゲット構造から回折される、ことと、所定の回折次数間の干渉によって形成される検出された散乱放射を使用してリソグラフィプロセスの特性を計算することと、を備える。

別の態様によれば、リソグラフィプロセスによって形成されたターゲットを含む基板が提供される。ターゲットは、第１の層に第１のターゲット構造を、第２の層に第２のターゲット構造を有する層状構造を含む。第１のターゲット構造および第２のターゲット構造は、ターゲットが測定放射で照射されたときにターゲットから散乱された放射の検出を可能とするよう構成される。検出された散乱放射は、複数の所定の回折次数の間の干渉によって形成される。所定の回折次数は、第１のターゲット構造からの測定放射の回折によって生成され、続いて第２のターゲット構造から回折される。

本発明のさらなる特徴および利点は、本発明の様々な実施形態の構造および動作とともに、添付の図面を参照しながら本書に詳述される。本発明は、本書に記載される特定の実施形態に限定されないことに留意される。このような実施形態は、例示を目的としてのみ本書に示される。追加の実施形態は、当業者であれば、本書に含まれる教示に基づいて明らかとなるであろう。

本発明の実施形態は、以下の添付図面を参照しながら、例示を目的としてのみ説明されるであろう。
本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係るリソグラフィセルまたはクラスタを示す図である。 第１ペアの照明アパーチャを用いてターゲットを測定する際に用いられる暗視野スキャトロメータの概略図であり、図３（ｂ）は、所定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レイ測定用のスキャトロメータを用いて別の照明モードを提供する第２ペアの照明アパーチャを示す図であり、図３（ｄ）は、第１ペアおよび第２ペアのアパーチャを組み合わせた第３ペアの照明アパーチャを示す図である。 既知の多重格子ターゲットの形状およ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のターゲットの画像を概略的に示す図である。 図３のスキャトロメータを使用し、本発明の実施形態を形成するのに適した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。 既知の方法でオーバーレイターゲットによる回折から生じる主な回折モードの一部を示す図である。 本明細書に開示されるターゲットを設計する際に使用可能な例示的なターゲット設計方法の異なる態様のフローチャートを示す図である。 例示的なターゲットを通る例示的な光線の軌跡を示す斜視図である。 異なる角度から見た図９の構成の斜視図である。 さらに異なる角度から見た図９の構成の斜視図である。 図９の構成の側断面図である。 ターゲット内の例示的な第２のターゲット構造の上面図である。 図１３のターゲットにおける例示的な第１のターゲット構造の上面図である。 ２つのペアの重なり合うターゲットサブ構造から形成される検出された干渉縞を示す。 関心領域における干渉縞についての位置（横軸）に対する信号強度（縦軸）のプロットを示す図である。 それぞれ、図１６の干渉縞の周波数スペクトルおよび位相スペクトルを示す図である。 ２つの異なるオーバーレイ値における異なる波長の測定放射線についての位相の測定値のプロットを示す図である。 ５つの異なるオーバーレイ値での異なるターゲット厚さ（層厚）に対する位相の測定値のプロットを示す図である。 それぞれ、さらなる例示的な第２のターゲット構造およびさらなる例示的な第１のターゲット構造を示す上面図である。 同じピッチを有する第１周期成分を有する１ペアの重なり合ったターゲットサブ構造を含むターゲットを通る例示的な光線の軌跡を示す図である。 図２１に示す重なり合ったターゲット部構造からの回折のフーリエ空間表現を示す図である。 図２１に示すタイプの重なり合ったターゲットサブ構造の４つの異なってバイアスされたペアからの散乱から生じる４つの強度サブ領域を示す図である。 図２１に示すタイプの重なり合ったターゲットサブ構造の４つの異なってバイアスされたペアの平面図である。 図２４に示す平面Ｘ−Ｘに垂直な側断面図である。 図２４に示す平面Ｙ−Ｙに垂直な側断面図である。 オーバーレイオフセットに対する予測強度変動のプロットであり、図２１に示すタイプの重なり合ったターゲットサブ構造の４つの異なってバイアスされたペアに対応する４つの予測強度値を示す図である。 異なるピッチを有する第１周期成分を有する１ペアの重なり合ったターゲットサブ構造を含むターゲットを通る例示的な光線の軌跡を示す図である。 図２８に示す重なっているターゲットサブ構造からの回折のフーリエ空間表現を示す図である。 図２９に示されたタイプの２ペアの重なり合ったターゲットサブ構造の平面図である。 図３０に示す平面Ｘ−Ｘに垂直な側断面図である。 異なる層内に異なるピッチを有する４つのターゲット構造を含むターゲットの側断面図である。 共通のピッチおよび異なるオーバーレイバイアスを有するターゲットサブ構造体のペアを使用してオーバーレイエラーを測定する方法と、異なるピッチを有するターゲットサブ構造のペアを使用してオーバーレイエラーを測定する方法との間の対応を示す図である。 矩形要素を有するチェッカーボードパターンを示す図である。 傾斜したチェッカーボードパターンを示す図である。 さらなる例示的なターゲット構造のペアを示す図である。 さらなる例示的なターゲット構造のペアを示す図である。 さらなる例示的なターゲット構造のペアを示す図である。 さらなる例示的なターゲット構造のペアを示す図である。

本発明の実施形態を詳細に記述する前に、本発明の実施形態が実装されうる環境の例を示すことが有益である。

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放射またはＤＵＶ放射）を調整するよう構成される照明光学システム（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を支持するよう構築され、特定のパラメータにしたがってパターニングデバイスを正確に位置決めするよう構成される第１位置決め装置ＰＭに接続されるパターニングデバイスサポートまたはサポート構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと；基板（例えばレジストコートされたウェハ）Ｗを保持するよう構築され、特定のパラメータにしたがって基板を正確に位置決めするよう構成される第２位置決め装置ＰＷに接続される基板テーブル（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（例えば一以上のダイを含む）目標部分Ｃに投影するよう構成される投影システム（例えば屈折型投影レンズシステム）ＰＳと、を含む。

照明光学システムは、放射を方向付け、放射を成形し、または放射を制御するための屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電型あるいは他の形式の光学素子といった各種光学素子またはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。

パターニングデバイスサポートは、パターニングデバイスの向き、リソグラフィ装置のデザイン、および、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されるか否かといった他の条件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サポートは、機械式、真空式、静電式または他の固定技術を用いてパターニングデバイスを保持できる。パターニングデバイスサポートは、フレームまたはテーブルであってよく、例えば必要に応じて固定式または可動式であってよい。パターニングデバイスサポートは、例えば投影システムに対して、パターニングデバイスが所望の位置にあることを確実にしてよい。本書での「レチクル」または「マスク」の用語の使用は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義であるとみなされてよい。

本書での「パターニングデバイス」の用語は、放射ビームの断面にパターンを付して例えば基板の目標部分にパターンを生成するために使用可能な任意のデバイスを参照するものとして広く解釈されるべきである。放射ビームに付されるパターンは、例えばパターン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、基板の目標部分における所望のパターンに完全に対応しなくてもよいことに留意されるべきである。たいていの場合、放射ビームに付されるパターンは、目標部分に生成される集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応するであろう。

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には、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、さら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は、マトリックス状に配列される小型のミラーを採用し、各ミラーは入射す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できる。傾斜されるミラーは、ミラーマトリックスにより反射される放射ビームにパターンを付与する。

図示されるように、装置は透過型である（例えば透過型マスクを用いる）。代わりに、装置が反射型であってもよい（例えば上述のような形式のプログラマブルミラーアレイを用いるか、反射型マスクを用いる）。

リソグラフィ装置は、投影システムと基板の間の隙間を埋めるように、基板の少なくとも一部が比較的高屈折率を有する液体（例えば水）により覆われる形式の装置であってもよい。液浸液は、リソグラフィ装置の他の隙間、例えばパターニングデバイスと投影システムの間に適用されてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増やすための技術として周知である。本書で用いられる「液浸」の用語は、基板などの構造が流体中に水没しなければならないこと意味するのではなく、むしろ露光中に投影システムＰＳと基板Ｗの間に流体が配置されることを意味するのみである。

図１を参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯからの放射ビームを受ける。ソースおよびリソグラフィ装置は、ソースがエキシマレーザの場合、別体であってもよい。この場合、ソースがリソグラフィ装置の一部を形成するとみなされず、放射ビームがソースＳＯからイルミネータＩＬに向けて、例えば適切な方向付けミラーおよび／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の助けを借りて通過する。別の場合、例えばソースが水銀ランプの場合、ソースがリソグラフィ装置の一体的部分であってもよい。ソースＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに、放射システムと称されてもよい。

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を含んでもよい。一般に、イルミネータの瞳面における強度分布の少なくとも外側半径範囲および／または内側半径範囲（通常それぞれσアウタ、σインナと呼ばれる）を調整できる。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮやコンデンサＣＯなどの様々な他の要素を含んでもよい。イルミネータは、ビーム断面における所望の均一性及び強度分布を有するように放射ビームを調整するために用いられてもよい。

放射ビームＢは、パターニングデバイスサポート（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、パターニングデバイスによりパターン化される。パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡの通過後、放射ビームＢはビームを基板Ｗの目標部分Ｃに合焦させる投影光学システムＰＳを通過し、それにより、パターンの像をターゲット部分Ｃ上に投影する。第２位置決め装置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、２Ｄエンコーダまたは静電容量センサ）の助けを借りて、放射ビームＢの経路上に異なる目標部分Ｃが位置するように基板テーブルＷＴが正確に移動されることができる。同様に、第１位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示されていない）は、例えば、マスクライブラリからの機械検索後またはスキャン中に、放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを正確に位置決めするために用いることができる。

パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ_１，Ｍ_２および基板アライメントマークＰ_１，Ｐ_２を用いて位置決めされうる。基板アライメントマークは図示されるように専用の目標部分を占めているが、目標部分の間のスペースに位置してもよい（これらはスクライブラインアライメントマークとして知られる）。同様に、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡ上に二以上のダイが設けられる場合には、マスクアライメントマークがダイの間に位置してもよい。小さなアライメントマークがダイの内側のデバイスフィーチャ内に含まれていてもよく、この場合には、マーカが可能な限り小さく、かつ、隣接するフィーチャとは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。アライメントマーカを検出すアライメントシステムは、別途後述する。

図示の装置は、例えばステップモードまたはスキャンモードを含む様々なモードで使用することができる。リソグラフィ装置の構成および動作は当業者には周知であり、本発明を理解するためにさらに説明する必要はない。

図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソグラフィシステムの一部を形成し、リソグラフィセルＬＣまたはリソセルまたはクラスタとも称される。リソグラフィセルＬＣは、基板上での露光前および露光後プロセスを実行するための装置を含んでもよい。従来、これらは、レジスト層を堆積させるスピンコート装置ＳＣ、露光されたレジストを現像する現像装置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、基板を入力／出力ポートＩ／Ｏ１，Ｉ／Ｏ２から取り出し、それらを異なるプロセス装置間で基板を移動させ、その後リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに基板を運ぶ。これら装置（しばしば集合的にトラックと称される）は、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、ＴＣＵ自体は監視制御システムＳＣＳにより制御され、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、異なる装置をスループットおよびプロセス効率を最大化させるように動作させることができる。

計測装置を図３（ａ）に示す。ターゲットＴおよびターゲットを照射するために使用される測定放射の回折光線が、図３（ｂ）により詳細に示されている。図示されている計測装置は、暗視野計測装置として知られているタイプのものである。計測装置は、独立式の装置であってもよいし、リソグラフィ装置ＬＡ（例えば、測定ステーションにて）またはリソグラフィセルＬＣのいずれかに組み込まれてもよい。装置を通じて複数の分岐を有する光軸は、破線Ｏで示される。この装置において、光源１１（例えば、キセノンランプ）により出力される光は、レンズ１２，１４および対物レンズ１６を備える光学システムにより、ビームスプリッタ１５を介して基板Ｗ上に向けられる。これらレンズは、４Ｆ配置の二重シーケンスで構成される。検出器上に基板の像を与えるのであれば、異なるレンズ配置を用いることもでき、同時に、このレンズ配置は、空間周波数フィルタリング用の中間瞳面の利用を可能にする。したがって、放射が基板に入射する位置での角度範囲は、基板面での空間スペクトルを示し、本書で（共役）瞳面と称される面内の空間強度分布を定義することにより選択できる。具体的には、レンズ１２と１４の間であって対物レンズ瞳面の逆投影像である面内に適切な形状のアパーチャプレート１３を挿入することによりこれを実現できる。図示される例では、符号１３Ｎ，１３Ｓのアパーチャプレート１３が異なる形状を有し、異なる照明モードの選択を可能にする。第１照明モードにおいて、アパーチャプレート１３Ｎは、説明のみを目的として「北」と指定された方向からの軸外を提供する。第２照明モードにおいて、アパーチャプレート１３Ｓは、同様であるが「南」と名付けられた反対方向からの照明を提供するために用いられる。所望の照明モード外のいずれの不要な光も所望の測定信号に干渉することから、瞳面の残りは暗闇であることが望ましい。

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に直交するよう基板Ｗに配置される。基板Ｗは、サポート（図示せず）により支持されてよい。軸Ｏからずれた角度からターゲットＴに入射する測定放射Ｉの光線は、ゼロ次の光線（実線０）および二つの１次光線（一点破線＋１および二点破線−１）を生じさせる。はみ出る小さなターゲットの場合、これらの光線は、計測ターゲットＴおよび他のフィーチャを含む基板の領域をカバーする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のアパーチャは（有効な光量を認めるのに必要な）有限の幅を有するため、実際には入射光線Ｉがある角度範囲を占め、回折光線０および＋１／−１は多少拡がるであろう。小さいターゲットの点像分布関数によれば、＋１および−１の各次数は、ある角度範囲にわたってさらに拡がり、図示されるような単一の理想的な光線とならないであろう。ターゲットの格子ピッチおよび照明角度は、１次光線が中心光軸の近くにアライメントされて対物レンズに入射するように設計または調整されることができることに留意する。図３（ａ）および図３（ｂ）Ｂに示される光線は、図面において純粋にこれらが容易に識別可能となるように、多少軸外しとなるよう示されている。

基板Ｗ上のターゲットＴにより回折される少なくとも０および＋１の次数は、対物レンズ１６により収集され、ビームスプリッタ１５を通って戻るように方向付けられる。図３（ａ）に戻ると、北（Ｎ）および南（Ｓ）の符号が付された径方向に反対のアパーチャを指定することにより、第１および第２照明モードの双方が示される。測定放射の入射光線Ｉが光軸の北側からである場合、つまり、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場合、＋１（Ｎ）の符号が付された＋１の回折光線が対物レンズ１６に入射する。反対に、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場合、（−１（Ｓ）の符号が付された）−１の回折光線が対物レンズ１６に入射するものとなる。

第２ビームスプリッタ１７は、回折ビームを二つの測定路に分割する。第１測定路において、光学システム１８は、ゼロ次および１次の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）上でターゲットの回折スペクトル（瞳面像）を形成する。各回折次数がセンサ上の異なる点でぶつかるため、画像処理は、次数を比較および対比できる。センサ１９に撮像される瞳面像は、計測装置のピント調整および／または１次回折ビームの強度測定の規格化に用いることができる。瞳面像は、再構成などの多くの測定の目的のために用いることもできる。

第２測定路において、光学システム２０，２２は、センサ２３（例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）上にターゲットＴの像を形成する。第２測定路において、瞳面に共役となる面内に開口絞り２１が設けられる。開口絞り２１は、ゼロ次の回折ビームを遮るように機能し、センサ２３上に形成されるターゲットの画像が−１または＋１次のビームからのみ形成されるようにする。センサ１９および２３の撮像画像は、画像を処理する処理部ＰＵに出力される。ＰＵの機能は、実行すべき測定の具体的な形式に依存するであろう。なお、本書に用いられる「画像」の用語は広義である。仮に−１次および＋１次の一方しか存在しなければ、グレーティングラインの画像自体は形成されないであろう。

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の具体的形状は、純粋に例にすぎない。本発明の別の実施形態において、ターゲットの軸上照明が用いられ、実質的に一方の１次回折光のみをセンサに向けて通過させるために軸外アパーチャを持つ開口絞りが用いられる。さらに別の実施形態において、１次ビームの代わりに又は１次ビームに加えて、２次、３次、さらに高次のビーム（図３に不図示）を測定に用いることができる。

これら異なる形式の測定に適用可能な測定放射を作るため、アパーチャプレート１３は、所望のパターンを所定の位置にもたらすように回転するディスクの周りに形成される多数のアパーチャパターンを備えてもよい。なお、アパーチャプレート１３Ｎまたは１３Ｓは、一方向（設定に応じてＸまたはＹ）に方向付けられた格子の測定にのみ用いることができる。直交する格子の測定のため、９０°または２７０°のターゲットの回転が実行されてもよい。異なるアパーチャプレートが図３（ｃ）および（ｄ）に示されている。 これらの使用、および装置の他の多数の変形形態および用途は、上記の従前に発行された特許出願公開に記載されている。

図４は、既知のプラクティスに従って基板上に形成されたオーバーレイターゲットまたは複合オーバーレイターゲットを示す。この例におけるオーバーレイターゲットは、それらが全て計測装置の計測放射照明ビームによって形成される測定スポット３１内にあるように互いに密接に配置された４つのサブオーバーレイターゲット（例えば、格子）３２−３５を含む。したがって、４つのサブオーバーレイターゲットは、すべて同時に照射され、センサ１９および２３上に同時に結像される。オーバーレイ測定専用の例では、格子３２−３５は、それ自体、基板Ｗ上に形成される半導体の異なる層にパターニングされた格子を重ね合わせることによって形成される複合格子である。格子３２−３５は、複合格子の異なる部分が形成されている層間のオーバレイの測定を容易にするために、異なるバイアスをかけられたオーバレイオフセットを有することができる。オーバーレイバイアスの意味は、図７を参照して以下に説明される。格子３２−３５はまた、入射する放射をＸ方向およびＹ方向に回折するように、図示のようにそれらの向きが異なってもよい。一例では、格子３２および３４は、それぞれオフセット＋ｄ、−ｄを有するＸ方向格子である。格子３３および３５は、それぞれオフセット＋ｄおよび−ｄを有するＹ方向格子である。これらの格子の別々の画像は、センサ２３によって捕捉された画像において識別することができる。これはオーバーレイターゲットの一例にすぎない。オーバーレイターゲットは、４つより多い、または少ない数の格子、または単一の格子のみを含むことができる。

図５は、図３の装置内の図４のオーバーレイ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を用いるときに、センサ２３上に形成され、センサ２３により検出されうる画像例を示す。瞳面イメージセンサ１９は異なる個別の格子３２−３５を分解できないが、イメージセンサ２３であればできる。黒い四角は、センサ上の画像の視野を示し、この範囲内の円形領域４１に対応する箇所に基板上の照明されたスポット３１が結像する。この範囲内では、矩形領域４２−４５が小さいオーバーレイターゲット格子３２−３５の像を表す。仮にオーバーレイ格子が製品領域に位置していれば、この画像の視野の周辺に製品フィーチャも視認しうる。画像処理制御部ＰＵは、格子３２−３５の個別画像４２−４５を識別するためのパターン認識を用いてこれらの画像を処理する。このようにして、センサフレーム内の特定の場所に極めて正確に画像がアライメントされる必要がなくなり、測定装置全体としてのスループットが大きく改善される。

いったんオーバーレイターゲットの個別画像が識別されると、例えば、識別された領域内で選択されたピクセルの強度値を平均化または合計することにより、それら個別画像の強度を測定できる。画像の強度および／または他の特性は互いに比較できる。これらの結果は、リソグラフィ工程の異なるパラメータ測定のために組み合わせることができる。オーバレイ性能はこのようなパラメータの重要な一例である。

図６は、例えば国際公開第２０１１／０１２６２４号パンフレットに記載されている方法を使用して、コンポーネントオーバーレイターゲット３２−３５を含む２つの層の間のオーバーレイエラー（すなわち、望ましくなく且つ意図的でないオーバーレイミスアライメント）がどのように測定されるかを示す。そのような方法は、マイクロ回折ベースのオーバーレイ（μＤＢＯ）と呼ばれることがある。この測定は、＋１次および−１次暗視野画像におけるそれらの強度（他の対応するより高次の強度、例えば＋２次および−２次の強度）を比較することにより明らかにされるように、オーバーレイターゲット非対称性を通して行われる。ステップＳ１において、基板、例えば半導体ウェハは、図２のリソグラフィセルのようなリソグラフィ装置を通して１回以上処理されて、格子３２−３５を含むオーバーレイターゲットを形成する。Ｓ２において、例えば図３の計測装置を使用して、オーバーレイターゲット３２−３５の画像は、１次回折ビームのうちの１つのみ（例えば−１）を使用して取得される。ステップＳ３において、照明モードを変更することによって、または結像モードを変更することによって、あるいは計測装置の視野内で基板Ｗを１８０°回転させることによって、他の１次回折ビーム（＋１）を使用するオーバーレイターゲットの第２画像が得られる。その結果、＋１次の回折放射が第２の画像に捕捉される。

各画像に１次回折放射の半分しか含まないことによって、ここで言及される「画像」は従来の暗視野顕微鏡検査画像ではないことに留意されたい。オーバーレイターゲットの個々のオーバーレイターゲットラインは分解されない。各オーバーレイターゲットは、単に特定の強度レベルの領域により表される。ステップＳ４において、各コンポーネントオーバーレイターゲットの画像内で関心領域（ＲＯＩ）が識別され、そこから強度レベルが測定される。

個々のオーバーレイターゲットごとにＲＯＩを識別し、その強度を測定した後、オーバーレイターゲットの非対称性、したがってオーバーレイエラーを決定することができる。これはステップＳ５において（例えばプロセッサＰＵによって）各オーバーレイターゲット３２−３５に関して＋１次と−１次について得られた強度値を比較してそれらの強度の非対称性、例えばそれらの強度の差を識別することにより行われる。「差」という用語は、減算のみを指すことを意図していない。差は比率の形で計算されてもよい。ステップＳ６において、多数のオーバーレイターゲットについて測定された強度の非対称性は、それらのオーバーレイターゲットの任意の既知の課せられたオーバーレイバイアスの知識と共に、オーバーレイターゲットＴの近傍におけるリソグラフィプロセスの１つ以上の性能パラメータを計算するために用いられる。本明細書に記載の用途では、２つ以上の異なる測定レシピを用いた測定が含まれる。非常に興味深いパフォーマンスパラメータはオーバーレイである。

図７は、重なり合う（オーバーラップする）周期構造を含むオーバーレイターゲットの典型的な回折構成を示す。重なり合う周期構造は、第１の周期構造（または第１の格子）および第２の周期構造（または第２の格子）を含む。図示の特定の例では、第１層に第１（下部）格子７００、第２層に第２（上部）格子７１０があり、全て基板７０５上に形成されている。第１格子７００と第２格子７１０の間には層材料７４０があり、これは（この概略例では）第２の層構造がエッチングされる材料を含み得る。測定放射線７２０が第２の格子７１０に入射し、その結果、ゼロ以外（例えば、１次）の回折次数７３０を形成する回折が生じる。さらに、測定放射線７２０の一部（０次）は、第２の格子７１０および層材料７４０を通過して、第１の格子７００に入射する。そこでは再び、ゼロ以外（例えば１次）の回折次数７５０を形成する回折がある。第２の格子７１０からのゼロ以外の回折次数７３０および第１の格子７００からのゼロ以外の回折次数７５０は、最終的には（例えば遠視野で）干渉して、センサ（例えば図３（ａ）に示す装置のセンサ１９またはセンサ２３）によって捕捉され得るオーバーレイ信号を形成する。この図は、オーバーレイ信号を生成する関連原理を説明するためだけに提供されており、簡単にするために、全ての回折モードを示すわけではない（例えば、透過回折モードは示されていない）ことに留意されたい。既に説明したように、第１の格子７００と第２の格子７１０との間には意図的なオフセット（図示せず）があり得る。

Ｄ４Ｃのような計測ターゲット設計プラットフォームが、計測（オーバーレイ）ターゲットを設計する際に使用されてもよい。Ｄ４Ｃを使用すると、Ｄ４Ｃプログラムの作成者の介入なしに、ユーザが計測ターゲットを設計するために必要なすべての手順を実行できるようになる。適切なグラフィックユーザインタフェース（ＧＵＩ）が、Ｄ４Ｃプログラムの機能を設定し、実行し、検討しそして使用するために利用可能にされる。通常、計測ターゲット設計は実際のデバイス製造領域ではなくシミュレーション領域にほとんど限定されているため、製造ツールとの特別なインターフェースは必要ない。

マルチフィジックス３Ｄモデリングソフトウェアなどの従来のターゲット設計ツールは、通常、純粋にグラフィカルな面積要素または体積要素を使用して幾何学的構造を「描く」または「構築する」。これらのグラフィック要素には、マルチフィジックスパラメータ特性が割り当てられています。Ｄ４Ｃ法と従来の方法との根本的な違いは、リソグラフィプロセス自体が計測ターゲットの３Ｄ構造のレンダリングを駆動するため、設計者がモデルを要素ごとに構築する必要がないことである。

図８（ａ）は、Ｄ４Ｃ法の主な段階を列挙するフローチャートを示す。段階１１１０において、リソグラフィプロセスで使用される材料が選択される。材料は、適切なＧＵＩを介してＤ４Ｃと適合する材料ライブラリから選択することができる。段階１１２０では、各プロセスステップに入り、全プロセスシーケンスについてコンピュータシミュレーションモデルを構築することによってリソグラフィプロセスが定義される。段階１１３０において、計測ターゲットが定義される、すなわちターゲットに含まれる様々なフィーチャの寸法および他の特性がＤ４Ｃプログラムに入力される。例えば、格子が構造に含まれる場合、格子要素の数、個々の格子要素の幅、２つの格子要素間の間隔などを定義しなければならない。段階１１４０において、３Ｄ形状が作成される。このステップでは、マルチレイヤターゲット設計に関連する情報、たとえば異なるレイヤ間の相対シフトなどがある場合も考慮される。この機能により、多層ターゲット設計が可能になる。段階１１５０において、設計されたターゲットの最終形状が視覚化される。以下により詳細に説明されるように、最終設計が視覚化されるだけでなく、設計者がリソグラフィプロセスの様々なステップを適用するとき、設計者は、プロセス誘起効果（process-induced effect）のために３Ｄ形状がどのように形成され変化するかを視覚化することができる。例えば、レジストパターニング後の３Ｄ形状は、レジスト除去およびエッチング後の３Ｄ形状とは異なる。

本開示の重要な態様は、ターゲット設計者が、モデル化およびシミュレーション中にそれらの知見および制御を容易にする方法の段階を視覚化できるようにすることである。Ｄ４Ｃソフトウェアには、「ビューア」と呼ばれるさまざまな視覚化ツールが組み込まれている。例えば、図８（ｂ）に示されるように、設計者は、定義されたリソグラフィプロセスおよびターゲットに応じて材料プロット１１６０を見ることができる（そしてまたランタイム推定プロットを得ることもできる）。リソグラフィモデルが作成されると、設計者はモデルビューアツール１１７５を介してモデルパラメータを見ることができる。設計レイアウトビューアツール１１８０を用いて設計レイアウトを見ることができる（例えば、ＧＤＳファイルの視覚的レンダリング）。レジストプロファイルビューアツール１１８５を使用して、レジスト内のパターンプロファイルを見ることができる。ジオメトリビューアツール１１９０は、ウェハ上の３Ｄ構造を見るために使用され得る。瞳ビューアツール１１９５を使用して、計測ツール上でシミュレート応答を見ることができる。当業者であれば、これらの閲覧ツールが設計およびシミュレーション中の設計者の理解を高めるために利用可能であることを理解するであろう。これらのツールのうちの１つまたは複数は、Ｄ４Ｃソフトウェアのいくつかの実施形態には存在しなくてもよく、いくつかの他の実施形態には追加の閲覧ツールが存在してもよい。

Ｄ４Ｃによって、設計者は、数千または数百万ものデザインを設計することが可能になる。これらの設計のすべてが必要なオーバーレイ信号を生成するわけではない。オーバーレイ信号を生成するそのようなターゲット設計の１つまたはサブセットを決定するために、Ｄ４Ｃ方法は多くの設計を評価し視覚化することを可能にする。したがって、どのターゲットが必要とされるオーバーレイ信号を生成するか（そしてこれらのどれが最良のオーバーレイ応答を提供するか、および／またはプロセス変動などに対して最もロバストであるか）を識別することが可能である。

図８（ｃ）は、リソグラフィプロセスの実際のシミュレーションのために選択された計測ターゲットの数を減らすことによって、Ｄ４Ｃプロセスがシミュレーションプロセス全体の効率をどのように向上させるかを表すフローチャートを示す。前述のように、D4Cを使用すると、設計者は数千から数百万ものデザインを設計できる。これらの設計の全てがプロセスステップにおける変動に対してロバストであるとは限らない。プロセス変動に耐えることができるターゲット設計のサブセットを選択するために、ブロック１１５２に示すように、リソグラファーは、定義されたリソグラフィプロセスの１つ以上のステップを意図的に摂動させることができる。摂動の導入は、それが元々定義されていた方法に関して全体のプロセスシーケンスを変更する。したがって、摂動プロセスシーケンスを適用すること（ブロック１１５４）は、設計ターゲットの３Ｄ幾何学形状も変更する。リソグラファーは、元の設計ターゲット内のゼロ以外のオルタネーションを示す摂動を選択するだけであり、選択されたプロセス摂動のサブセットを作成する（ブロック１１５６）。次いで、リソグラフィプロセスは、このプロセス摂動のサブセットを用いてシミュレートされる（ブロック１１５８）。以下に説明される実施形態は、計測ターゲットおよび計測装置を使用したリソグラフィ特性の測定方法に関する。

光計測は、ターゲットから散乱された光を使用してリソグラフィプロセスに関する情報を提供する。測定は、スキャトロメータなどの光学機器で行われる。スキャトロメータが測定するのに適しているという情報は、例えばオーバーレイである。これは、２つの重なっている格子と平行な平面内における、２つの重なっている格子の間の相対距離である。

回折に基づくオーバーレイ測定では、オーバーレイは、１次の正および負の回折次数に対する光強度の差から抽出される。回折光からオーバレイを測定するのに適した公知のスキャトロメータの例は、US2006033921A1、US2010201963A1、US2006066855A1、US2014192338、US2011069292A1、US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A、WO2016083076A1及び62/320780に記載されているものスキャトロメータを含む。これらすべての出願の内容は、参照により本明細書に具体的かつ完全に組み込まれる。

さらに、最適でロバストな結果をもたらし、ひいては正確なオーバーレイ測定をもたらす計測方法を使用できることが望ましい。

オーバーレイを測定するための計測用途が直面する問題の１つは、２つの重なり合う格子から回折される強度のバランスを乱す強度摂動である。さらに、現在の測定方法では、オーバーレイに起因する強度変動と、厚さまたは散乱光の波長の変化に起因する強度変動とを区別するための選択肢はほとんどない。摂動のもう一つの原因は、ターゲットの有限性によるもので、エッジ効果などの強い信号で現れる。さらに、結像光学系の収差も強度摂動の原因となる。スキャトロメトリを用いてオーバーレイを測定する現在知られている方法では、信号のオーバーレイ感度は、層厚変動に敏感である。これもまた、この特許出願に開示されている実施形態によって解決される課題である。

本明細書に開示されている実施形態の目的は、オーバーレイなどのリソグラフィ特性の正確かつロバストな測定方法を提供することである。さらに、本明細書に開示される実施形態の目的は、オーバーレイなどのリソグラフィ特性の正確でロバストな測定方法を提供することであり、測定されたオーバーレイは、スタックの厚さ、例えば２つの重なり合う格子間の距離などの厚さとは無関係である。さらに、本明細書に開示される実施形態の目的は、オーバーレイなどのリソグラフィ特性の正確かつロバストな測定方法を提供することであり、測定されたオーバーレイは、計測ターゲットを照射するために使用される光の波長とは無関係である。

上述の欠点に対処するために、図９−図１２のターゲット６０のように、２つの重なり合う格子を含むターゲット６０が提案される。この例におけるターゲット６０は、ピッチＰ_２を有するラインによって形成された上部格子（以下で参照されるような第２のターゲット構造９２の例）および上部格子のピッチＰ_２と平行な方向にピッチＰ_１を有し、ピッチＰ_２およびＰ_１に垂直な方向にピッチＰ_Ｈを有するチェス盤（チェッカーボードとも呼ばれる）格子（以下で参照されるような第１のターゲット構造９１の例）を含む。可視または赤外または近赤外または紫外またはＥＵＶスペクトルの光で照射されると、光線は図９−図１２に示されるように経路をたどる。法線入射光（図１１および図１２のように見たとき）は、下部格子（第１のターゲット構造９１）によって回折され、結果として生じる回折次数＋１および−１は、上部格子（第２のターゲット構造９２）によって回折または散乱される。上部格子によって回折され、それらの間に２＊θ_２の角度を有する２つの光線（７８Ａ、７８Ｂ）は干渉し、干渉縞を形成する。干渉縞は、カメラまたはフォトダイオード（または複数のフォトダイオード）などの光強度センサによって検出され、周期的な振動パターンを有する画像を形成する。縞の周期Ｐ_ｆはピッチＰ_１およびＰ_２のみの関数である。角度θ_１、θ_２および縞の周期Ｐ_ｆは以下の式で与えられる。ここで、ｍは整数である。

好ましいターゲットの一例を図１３および図１４に示す。図１３は、上部格子の一例を示す。図１４は、下部格子の一例を示す。図１３および図１４のターゲットからの縞模様を図１５に示す。オーバーレイ（上部格子と下部格子との間の相対的なシフト）は、周期的な干渉縞のシフトから抽出される。既知の信号処理技術を用いて、周期信号の位相φが抽出され、周期信号は、式３に示されるように、Ｐ_１およびＰ_２によって決定される縞の周波数に等しい周波数を有する。例示的な信号処理手順のステップが図１６および１７に示されている。図１６は、重なり合う格子の２つの隣接するペアから生じる関心領域８０内の干渉縞に関する位置（横軸）に対する信号強度（縦軸）のプロットを示す。オーバーレイエラーによる周期的な干渉縞のシフトは、対応する位相シフトφを提供する。位相シフトφは、図１７に示すように干渉縞の空間フーリエ解析から決定することができる。図１７（ａ）は干渉縞の周波数スペクトルを示す。図１７（ｂ）は、干渉縞の位相スペクトルを示す。周波数スペクトルのピークは縞の周期Ｐ_ｆによって決定される。ピークに対応する位相（破線の矢印で示す）は、干渉縞のシフト、したがってオーバーレイエラーに関する情報を提供する。

上部格子としてのチェス盤パターンおよび下部格子としてのライン／スペースパターンを有するターゲット６０は、同様の原理で機能する。

図１８および図１９は、ターゲット６０を照射するために使用される波長の関数として（図１８）およびスタックの厚さの関数として（図１９）、干渉縞によって与えられる周波数を有する周期信号の位相などのパラメータの依存性を示す。式４に従って位相に正比例するオーバーレイは、波長またはスタックの厚さには依存しない。

一実施形態に係る代替的な設計が図２０に示されている。図２０（ａ）は、上部格子を示し、図２０（ｂ）は下部格子を示している。単一のターゲットは、上層と下層の両方に二次元格子を備えている。上部ターゲットは、Ｘ方向とＹ方向の両方にピッチＰ_１（例えば、５００ｎｍ）を有する２Ｄ格子からなる。下部ターゲットは、ＸとＹの両方にピッチＰ_２（例えば、４５０ｎｍ）を有するチェッカーボードである。この場合、Ｐ_Ｈ＝Ｐ_２である。干渉縞からなる基準は、上下に反転したＰ_１およびＰ_２を使用して、示された、または隣接して配置されたターゲットを囲むであろう。位相基準には、固定の周期的にセグメント化された回折格子を使用することもできる。

照射方向は、どのオーバーレイ感度が現在表示されているかを決定する。Ｘオーバーレイ測定の場合、ターゲットは主にＹ方向から照射される。Ｙオーバーレイ測定では、ターゲットは主にＸ方向から照射される。照明方向およびＸＹオーバーレイ条件に応じて、異なる一組の干渉縞が生成される。

このターゲット設計の利点は、ＸおよびＹターゲットを複製しないことにより、ターゲットの設置面積を減少させることである。別の利点は、全格子領域が特定の方向での測定に使用できること、すなわち全領域が干渉縞によって覆われ、設計の柔軟性、より大きな縞変位倍率（fringe displacement magnification）によるオーバーレイ感度、およびより大きな一組の縞にわたる平均化による雑音低減が向上することである。

本発明の利点は、波長およびスタック層の厚さとは無関係にオーバーレイ信号を測定することである。この利点は、＋１次回折と−１次回折の等しい経路長に基づいている。本発明のさらなる利点は、位相シフトが照明源に面しているターゲットエッジと直交しているので、エッジ効果に対して鈍感であることである。

図２１−図２７は、さらに他の実施形態を示している。図２１は、光（測定放射７２）で照明された等しいピッチＰを有する格子を有するターゲット６０を示す。そのようなターゲット６０の具体例は、図２４−図２６に示されており、以下にさらに詳細に説明されている。そのようなターゲット６０の画像は、回折型スキャトロメータで光を照射されると、図２３の１４１〜１４４と符号が付された正方形（強度サブ領域と呼ばれることがある）に似ていることがある。正方形１４１〜１４４は、例えば−Ｐ／８±ｄ、Ｐ／８±ｄで上部格子と下部格子との間に相対シフト（オーバーレイバイアス）を有するターゲットを照明するときに得られる。Ｐは、上部格子および下部格子の等しいピッチであり、ｄは任意のバイアス（所定の定数）である。そのようなターゲット６０は、例えば、重なり合うターゲットサブ構造１５１〜１５８の複数のペア６１〜６４を含むことができる。オーバーレイは、各画像１４１〜１４４における強度に比例する値またはそれらの関係から抽出することができる。図２３の複合信号７８の強度は、式５のような式によって与えられる（以下でさらに詳細に説明する）。

コンポーネント信号７８の強度は、図２７に示すように、上部格子と下部格子との間のオーバーレイ差Ｘ_ｓの関数として変化する。Ｉ_Ａ−Ｄに示される４つの強度の各々は、ゼロオーバーレイエラーを伴う、上述の４つのオーバーレイバイアス（−Ｐ／８±ｄ、Ｐ／８±ｄ）のうちの異なるものに対応する。オーバーレイエラーは曲線をさらに右または左にシフトする。シフトは、強度Ｉ_Ａ−Ｄの変化から計算することができる。

図２２に示される例（以下でさらに詳細に説明される）のような回折光線のフーリエ解析では、１次の正と負の回折次数の間の干渉光は、使用される波長および格子間の距離などのスタックの厚さとは無関係になる。異なる照明アパーチャを使用することは、回折パターンの様々なフーリエ成分の位置を制御する方法であり、したがって、回折された正および負の次数のみに基づいて信号の検出可能性を高める。そのような次数はオーバーレイに対して非常に敏感だからである。

一実施形態によれば、ターゲット６０を測定する方法が提供される。ターゲットはリソグラフィプロセスによって形成される。そのような方法の具体例は、図９−図２７を参照して上述されている。方法、および方法の変形は、以下にさらに詳細に説明される。

例えば図１２に示すように、ターゲット６０は層状構造を含む。第１の層８１には第１のターゲット構造９１（周期構造）が設けられている。第２の層８２には第２のターゲット構造９２（周期構造）が設けられている。第１のターゲット構造９１と第２のターゲット構造９２との間には、層材料８５がある。層材料８５は、第２のターゲット構造９２を形成する構造がエッチングされる材料を含んでよい（または含まなくてもよい）。積層構造が基板８７上に形成されている。

ターゲット６０は、測定放射線７２で照射される。この方法は、複数の所定の（異なる）回折次数７４Ａ、７４Ｂの間の干渉によって形成された散乱放射線を検出することを含む。ターゲットを形成するために使用されるオーバーレイエラーなどのリソグラフィプロセスの特性は、検出された散乱放射を使用して計算される。

干渉する所定の回折次数７４Ａ、７４Ｂは、第１のターゲット構造９１からの測定放射線７２の回折によって生成される。一実施形態では、干渉する所定の回折次数７４Ａ、７４Ｂは、２つの等しい反対の回折次数を含む、またはそれから成る。図１２の特定の例では、干渉する所定の回折次数は、−１次回折（負の１次）および＋１次回折（正の１次）（すなわち、等しく且つ反対の１次回折）を含む。他の実施形態では、他の所定の回折次数が、干渉によって形成される検出された散乱放射に寄与してもよい（例えば、０次または高次）。

干渉する所定の回折次数７４Ａ、７４Ｂは、最初、比較的大きな角度θ１でターゲット構造９１から発散する。その後の第２のターゲット構造９２による回折は、干渉する所定の回折次数７４Ａ、７４Ｂを互いに近づける（光線７８Ａおよび７８Ｂによって示されるように、これらは非常に小さい角度θ２で発散する）。光線７８Ａは光線７４Ａから発生した−１次回折であり、光線７８Ｂは光線７４Ｂから発生した＋１次回折である。この方法は、光線７８Ａおよび７８Ｂを使用して干渉パターン（または干渉によって引き起こされる均一強度の領域）を形成し、干渉パターン（または干渉によって引き起こされる均一強度の領域）を使用してオーバーレイエラーを測定する。所定の回折次数間の干渉の検出は、第２のターゲット構造９２からの後続の回折によって可能になる。この後続の回折は、それらが検出システムの対物レンズ１６によって効率的かつ同時に受け取られ、且つ干渉パターン（または干渉によって生じる一様な強度の領域）がオーバーレイエラーに敏感になるのに十分に近い所定の回折次数をもたらす。例えば、図３（ａ）に示されるタイプの計測装置が使用される場合、干渉縞は第２の測定分岐によって測定されてもよい。

層状構造を通る干渉する所定の回折次数の経路長は等しい。したがって、経路長効果（例えば、より長い経路長に対するより大きい減衰）によって引き起こされる検出された散乱放射の強度変動は回避される。測定はまた、ターゲット６０の厚さ（例えば、スタックの厚さとも呼ばれることがある、第１のターゲット構造９１と第２のターゲット構造９２との間の間隔）とは無関係である。測定は、薄いターゲット６０および厚いターゲット６０に対して有効である。以下に詳細に説明するように、検出された干渉パターン（または干渉によって引き起こされる均一強度の領域）もまた放射の波長とは無関係である。これは、測定放射がターゲット６０を通って伝播する際の測定放射のスペクトルの変化または差によって生じるエラーを低減または回避する。

所定の回折次数の間の干渉によって形成される検出された散乱放射は、第１のターゲット構造９１と第２のターゲット構造９２との間のオーバーレイエラーの関数として変動する。第１のターゲット構造９１および第２のターゲット構造９２が、オーバーレイエラーの関数として検出された散乱放射の変動をもたらすように構成され得る複数の方法がある。具体例は上述されている。さらなる具体例を以下に説明する。

一実施形態では、干渉する所定の回折次数７４Ａ、７４Ｂは、第１のターゲット構造９１からの反射による回折によって生成される。第２のターゲット構造９２からの生成された回折次数７４Ａ、７４Ｂの後続の回折は、第２のターゲット構造９２を透過する回折を含む。図１２は、このタイプの実施形態を示す。他の実施形態では、代替的な形状が使用されてもよい。例えば、他の実施形態では、所定の回折次数７４Ａ、７４Ｂは、第１のターゲット構造９１を透過する回折によって生成される。加えてまたは代えて、後続の回折は、第２のターゲット構造９２からの反射による回折を含む。

一実施形態では、干渉する所定の回折次数は、第１のターゲット構造を透過する回折によって生成され、第２のターゲット構造からの所定の回折次数の後続の回折は、第２のターゲット構造からの反射による回折を含む。そのような実施形態は、図１２に示されるものと同様の光線７８Ａおよび７８Ｂを提供するように使用され得るが、この場合、第１のターゲット構造は、第２のターゲット構造の下ではなく上にある必要がある。したがって、そのような実施形態では、図１２の「９１」と符号が付されたターゲット構造は第２のターゲット構造に対応し、「９２」と符号が付されたターゲット構造は第１のターゲット構造に対応するであろう。測定放射７２は、（図１２のように直進するのではなく）最初に「９２」と符号が付されたターゲット構造から回折し、次に（光線７８Ａおよび７８Ｂとして「９２」と符号が付されたターゲット構造を直進する前に）「９１」と符号が付されたターゲット構造から２回目の（反射による）回折をする。

したがって、測定放射線７２は、上部ターゲット構造および下部ターゲット構造からいずれかの順序で二重に回折する。二重回折は、異なる回折次数を一緒にして、（特性強度および／または特性周波数および位相の干渉縞を有する）特徴的な干渉を生じさせる。この干渉は、波長およびスタック厚さに影響されない。実際には、２つの一連の回折は同時に起こり、そして強化する。単一の回折または３回の回折から生じる回折次数は、著しく異なる角度にあり、観察される干渉（例えば、強度および／または干渉縞）には寄与しない。

一実施形態では、ターゲット６０は、３つ以上のペア６１〜６４の重なり合うターゲットサブ構造１５１〜１５８を含む。そのようなターゲット６０の例は、図２１−図２７を参照して簡単に上述した。例示的なターゲット６０の構造を図２４−図２６に示す。そのような実施形態における重なり合うターゲットサブ構造１５１〜１５８の各ペア６１〜６４は、第１のターゲットサブ構造１５１〜１５４を含む。第１のターゲットサブ構造１５１〜１５４は、第１のターゲット構造９１内（すなわち、第１の層８１内）に設けられている。そのような実施形態における重なり合うターゲットサブ構造１５１〜１５８の各ペア６１〜６４は、第２のターゲットサブ構造１５５〜１５８をさらに含む。第２のターゲットサブ構造１５５〜１５８は、第２のターゲット構造９２内（すなわち、第２の層８２内）に設けられている。図２４−図２６の例では、４つのペアが設けられている。第１ペア６１は、第１ターゲットサブ構造１５１と第２ターゲットサブ構造１５５とを含む。第２ペア６２は、第１ターゲットサブ構造１５２と第２ターゲットサブ構造１５６とを含む。第３ペア６３は、第１ターゲットサブ構造１５３と第２ターゲットサブ構造１５７とを含む。第４ペア６４は、第１ターゲットサブ構造１５４と第２ターゲットサブ構造１５８とを含む。

重なり合うターゲットサブ構造体１５１〜１５８の各ペア６１〜６４内の第１のターゲットサブ構造体１５１〜１５４および第２のターゲットサブ構造体１５５〜１５８のそれぞれは、同じピッチおよび向き（オリエンテーション）を有する第１周期成分（例えば、ライングレーティングまたはチェッカーボードパターン）を含む。図２１−図２７の実施形態では、第１周期成分は、少なくとも一方向に沿ってピッチＰを有する格子（例えば、ピッチＰを有するライングレーティングまたはピッチＰを有するチェッカーボードパターン）を含む。重なり合うターゲットサブ構造１５１〜１５８の各ペア６１〜６４には、異なるオーバーレイバイアスが与えられる。以下に説明するように、重なり合うターゲットサブ構造１５１〜１５８のペア６１〜６４に異なるオーバーレイバイアスを与えることにより、オーバーレイエラーを高い信頼性および／または高い精度で得ることが可能になる。

図２２は、図２１に示す重なり合ったターゲットサブ構造１５１、１５５のペア６１からの回折のフーリエ空間表現である。当業者は、同じ原理が重複するターゲットサブ構造１５２〜１５４、１５６〜１５８の他のペア６２〜６４のそれぞれに適用されることを理解するであろう。

グラフ１０１は、ターゲットサブ構造１５５の予測回折パターン（フーリエ変換）を表す。グラフ１０２は、ターゲットサブ構造１５１の予測回折パターン（フーリエ変換）を表す。グラフ１０３は、ターゲットサブ構造１５５とターゲットサブ構造１５１との組み合わせから形成された組み合わせ構造からの回折から生じる予測回折パターン（フーリエ変換）を表す。組み合わせ構造は、ターゲットサブ構造１５５をターゲットサブ構造１５１と重ね合わせる（または乗算する）ことによって形成される。したがって、図２２に示すように、グラフ１０３の回折パターンは、グラフ１０１の回折パターンとグラフ１０２の回折パターンとの畳み込みによって得ることができる。

グラフ１０１の回折パターンは、関連するフーリエ係数Ａ_−１、Ａ_０およびＡ_１を有する局所的ピークによってそれぞれ表される−１次、０次および＋１次回折次数を含む。この例におけるターゲットサブ構造１５５は単純なライングレーティング（第１周期成分）からなるので、全てのピークは水平軸に沿って整列している。したがって、唯一の空間的周期性はライングレーティングのピッチによって表され、それは今度はピークＡ_−１およびＡ_１の水平軸に沿った間隔によって表される（２＊ｋに等しい、ここでｋ＝２π／Ｐ）。

ターゲットサブ構造１５１が第１周期成分と第２周期成分の両方を含むので、グラフ１０２の回折パターンはより多くのピークを含む。第１周期成分は、ターゲットサブ構造１５５のライングレーティングと平行であり、同じピッチＰを有する。第２周期成分は、第１周期成分と垂直である（例えば、チェッカーボードパターン）。第１周期成分と第２周期成分との組み合わせからの回折から生じるピークは、フーリエ係数Ｂ_０,０を有する０次ピークと、フーリエ係数Ｂ_−１,１、Ｂ_１,１、Ｂ_１,−１およびＢ_{−１,−１}を有する１次ピークとを含む。ピークＢ_−１,１とＢ_１,１との間、およびピークＢ_１,−１とＢ_{−１,−１}との間の間隔は、第１周期成分のピッチＰによって決定される。ピークＢ_−１,１とＢ_{−１,−１}との間およびＢ_１,１とＢ_１,−１との間の間隔は、第２周期成分のピッチによって決定され、それは図示の特定の例でもＰであるが、任意の他の値とすることもできる。

グラフ１０１および１０２の回折パターンの畳み込みは、グラフ１０２のピークＢ_０,０、Ｂ_−１,１、Ｂ_１,１、Ｂ_１,−１およびＢ_{−１,−１}のそれぞれの位置でグラフ１０１の３つのピークＡ_−１、Ａ_０およびＡ_１を効果的に重ね合わせる。２つのターゲットサブ構造１５１および１５５のそれぞれにおける第１周期成分のピッチＰが同一であるため、グラフ１０３の回折パターンの１次回折ピークは、異なる所定の回折次数から生成された重なり合うピークから形成される。フーリエ空間における重なり合うピークの局所的な性質は、所定の回折次数間の干渉によって形成された散乱放射が名目上同じ角度で（または小さな角度範囲内で）ターゲット６０から出力されることを示している。グラフ１０３の縦軸に沿った各１次ピークは、ターゲットサブ構造１５１からの＋１次回折に続くターゲットサブ構造１５５からの−１次回折に対応するピーク（Ａ_１Ｂ_−１,１またはＡ_１Ｂ_{−１,−１}）と、ターゲットサブ構造１５１からの−１次回折に続くターゲットサブ構造１５５からの＋１次回折に対応するピーク（Ａ_−１Ｂ_１,１またはＡ_−１Ｂ_１,−１）のオーバーラップから形成される。したがって、互いに干渉する所定の回折次数は、ペア６１の第１周期成分からの回折に関して定義される（したがって、この場合、所定の回折次数は、２つのターゲットサブ構造１５１および１５５のそれぞれにおいて周期Ｐを有する第１周期成分に関して、＋１および−１の回折次数である）。グラフ１０３の重なり合うピークによって生成される散乱放射の強度Ｉ_０,１およびＩ_０,−１は、上記の式５で提供される式によって与えられる。計測学において、例えば、図３を参照して上述したようにアパーチャプレート１３を使用して適切な照明モードを選択することによって、フーリエ空間における選択された領域に対応する散乱放射を選択的に測定する方法はよく知られている。したがって、Ｉ_０,１およびＩ_０,−１を測定することができる。

強度Ｉ_０,１およびＩ_０,−１のそれぞれは、各ペア６１〜６４の重なり合うターゲットサブ構造１５１〜１５８の第１周期成分間のオーバーレイオフセットの関数として変化する。オーバーレイオフセットによる強度変動の一例が図２７に示されており、上述されている。変動は、Ｉ_０の平均強度で少なくともほぼ正弦波であると予想される。一実施形態では、オーバーレイエラーは、異なるオーバーレイバイアスで強度を測定することによって右または左への曲線の位置の変化を測定することによって検出される。

一実施形態では、異なるオーバーレイバイアスは、等しく且つ反対のオーバーレイバイアスの１つ以上のペアを含む。そのようなオーバーレイバイアスは、オーバーレイオフセットの関数として強度変動の対称的なサンプリングを提供し、それは信号中の高調波の存在に対してそれほど敏感ではないと予想される。一実施形態では、異なるオーバーレイバイアスは、以下の４つのバイアスを含む：−Ｐ／８−ｄ、Ｐ／８＋ｄ、−Ｐ／８＋ｄおよびＰ／８−ｄ、ここで、Ｐは第１周期成分のピッチであり、ｄは所定の定数である。このタイプの例は、図２１−図２７を参照して上述した。図２７から分かるように、これら４つのオーバーレイバイアスから生じる強度Ｉ_Ａ−Ｄは、原点に関して名目上対称的に分布している。さらに、（Ｐ／８で）公称曲線の最も急勾配の部分の両側の限られた範囲内にオーバーレイバイアスを配置することによって、強度Ｉ_Ａ−Ｄのすべてが名目上、比較的急勾配を有する領域に配置されることになる。オーバーレイエラーによる曲線の位置のいかなる変化も、それ故、測定された強度Ｉ_Ａ−Ｄの比較的急速な変化をもたらし、それによって高感度を好む。

バイアスが−Ｐ／８−ｄ、Ｐ／８＋ｄ、−Ｐ／８＋ｄおよびＰ／８−ｄで与えられる場合、４つの強度Ｉ_Ａ−Ｄは、以下の式によりオーバーレイエラーＯＶに関係する。

これらの４つの式は、３つの未知数しか含んでいないので、ＯＶを求めるために解くことができる。

図２１−図２７を参照して上述したタイプの実施形態では、所定の回折次数間の干渉によって形成される検出散乱放射は、（図２３に示すように）複数の強度サブ領域１４１〜１４４を含む。各強度サブ領域１４１〜１４４は、ターゲットサブ構造１５１〜１５８の３つ以上のペア６１〜６４の異なる各ペアから回折された測定放射によって形成される。図２３の特定の例では、４つの正方形の強度サブ領域１４１〜１４４が、図２４〜図２６に示されている正方形アレイターゲット６０によって提供されている。各強度サブ領域１４１〜１４４は、干渉によって形成されるが、どの時点においても単一の強度値しか得られない。強度サブ領域１４１〜１４４は、いかなる干渉生成空間構造を有する干渉パターン（例えば、干渉縞パターン）も個々には含まない。この空間構造の欠如は、検出された強度を生成するために干渉しているピークのフーリエ空間における高度のオーバーラップの結果である。空間構造を有するパターンを検出するのではなく、空間的に均一な強度の単一の絶対値を検出することが望ましい。オーバーレイを測定する既存の方法（図３−図６を参照して上述）は、単一の強度の絶対値の測定にも依存し、したがって、本方法を実行するために特に効率的に適合させることができるからである。

代替の実施形態では、空間構造を有する干渉パターンが形成され、その空間構造はオーバーレイを抽出するために使用される。そのような方法の例は、図２８−図３１を参照して以下に説明される。

このような方法では、重なり合っているターゲットサブ構造１５１〜１５４少なくとも１つのペア６１、６２を含むターゲット６０が提供される。そのようなターゲット６０の例を図３０および図３１に示す。重なり合うターゲットサブ構造１５１〜１５４の各ペア６１、６２は、第１のターゲット構造９１（すなわち、第１の層８１）内に第１のターゲットサブ構造１５１、１５２を含み、第２のターゲット構造９２（すなわち、第２の層８２）内に第２のターゲットサブ構造１５３、１５４を含む。重なり合うターゲットサブ構造体１５１〜１５４の各ペア６１、６２における第１のターゲットサブ構造体１５１、１５２および第２のターゲットサブ構造体１５３、１５４は、同じ向きおよび異なるピッチＰ_１、Ｐ_２を有する第１周期成分を含む。 後述するように、異なるピッチＰ_１、Ｐ_２は、空間構造を有する異なる所定の回折次数間の干渉パターンを提供する。一実施形態では、所定の回折次数間の干渉によって形成される検出散乱放射は、ターゲットサブ構造１５１〜１５４の各ペア６１、６２によって形成された干渉縞（フリンジパターン）を含む。一実施形態では、干渉縞は、第１のターゲット構造９１と第２のターゲット構造９２との間のオーバーレイエラーの変動が各干渉縞内の縞（フリンジ）の位置シフト（すなわち位相の変化）を引き起こすようなものである。したがって、干渉縞の位相を抽出することによってオーバーレイエラーを得ることができる。

図２９は、図２８に示す重なり合ったターゲットサブ構造１５１、１５３のペア６１からの回折のフーリエ空間表現である。当業者であれば、同じ原理が重なり合ったターゲットサブ構造１５２、１５４の他のペア６２にも当てはまることを理解するであろう。

図２８に示される重なり合うターゲットサブ構造体１５１、１５３のペア６１は、下方のターゲットサブ構造１５１のピッチＰ_１が上方のターゲットサブ構造１５３のピッチＰ_２と異なることを除いては、図２１に示される重なり合うターゲットサブ構造体１５１、１５５のペア６１と同じである。さらに、ターゲットサブ構造１５１は、ピッチＰ_３（Ｐ_１またはＰ_２または任意の他の値に等しくてよい）を有する第２周期成分を含む。

グラフ２０１は、ターゲットサブ構造１５３の予測回折パターン（フーリエ変換）を表す。グラフ２０２は、ターゲットサブ構造１５１の予測回折パターン（フーリエ変換）を表す。グラフ２０３は、ターゲットサブ構造１５３とターゲットサブ構造１５１との組み合わせから形成された組み合わせ構造からの回折から生じる予測回折パターン（フーリエ変換）を表す。組み合わせ構造は、ターゲットサブ構造１５３をターゲットサブ構造１５１と重ね合わせる（または乗算する）ことによって形成される。したがって、図２９に示すように、グラフ２０３の回折パターンは、グラフ２０１の回折パターンとグラフ２０２の回折パターンとの畳み込みによって得ることができる。

グラフ２０１の回折パターンは、−１と＋１のピーク間の間隔が２＊ｋ_２によって与えられることを除いて、図２２のグラフ１０１の回折パターンと同じである。ここで、ｋ_２＝２π／Ｐ_２である。

グラフ２０２の回折パターンは、水平方向に沿った−１と＋１のピーク間の間隔が２＊ｋ_１によって与えられることを除いて、図２２の回折パターン１０２と同じである。ここで、ｋ_１＝２π／Ｐ_１である。そして、垂直方向に沿った−１と＋１のピーク間の間隔は、２＊ｋ３によって与えられる。ここで、ｋ_３＝２π／Ｐ_３である。

グラフ２０１および２０２の回折パターンの畳み込みは、グラフ２０２のピークＢ_０,０、Ｂ_−１,１、Ｂ_１,１、Ｂ_１,−１およびＢ_{−１,−１}のそれぞれの位置でグラフ２０１の３つのピークＡ_−１、Ａ_０およびＡ_１を効果的に重ね合わせる。２つのターゲットサブ構造１５１および１５３のそれぞれにおける第１周期成分の異なるピッチＰ_１およびＰ_２により、図２２のグラフ１０３の重なり合う１次ピーク（所定の回折次数に対応する）の領域内に２つの明確なピークを含む回折パターンが形成される。明確なピークは、示されるように、２π／Ｐ_２−２π／Ｐ_１で互いに分離されている。これらの所定の回折次数からのピークは、フーリエ空間内で互いに近くに位置しており、したがって効率的に抽出することができ、所定の回折次数が互いに干渉する強度パターンを形成するために使用することができる。グラフ２０３の所定の回折次数からのピークのペアのそれぞれは、ターゲットサブ構造１５１からの＋１次回折に続くターゲットサブ構造１５３からの−１次回折に対応するピーク（Ａ_１Ｂ_−１,１またはＡ_１Ｂ_{−１,−１}）と、ターゲットサブ構造１５１からの−１次回折に続くターゲットサブ構造１５３からの＋１次回折に対応するピーク（Ａ_−１Ｂ_１,１またはＡ_−１Ｂ_１,−１）を含む。したがって、互いに干渉する所定の回折次数は、ペア６１の第１周期成分からの回折に関して定義される（この場合、ペア６１の第１周期成分からの回折に関する＋１および−１の回折次数）。グラフ２０３内のこれらのピークのペアのそれぞれの強度Ｉ_０,１およびＩ_０,−１は、式５の一般化された形で与えられ、これらは式６とラベル付けされ、以下のように与えられる。

式６は、強度Ｉ_０,１およびＩ_０,−１が、
に比例するピッチ（モアレ周期とも呼ばれる）およびオーバーレイオフセットＸ_ｓに比例する位相を有する空間周期項をさらに含むという点で式５と異なる。空間周期項は、強度Ｉ_０,１およびＩ_０,−１によって形成される干渉縞のピッチおよび位相を定義する。オーバーレイエラーは、干渉縞の位相をシフトさせる。したがって、位相の測定はオーバーレイエラーを測定するために使用することができる。位相のオーバーレイエラーに対する感度は、Ｐ_１およびＰ_２を適切に選択することによって所望のように変えることができる。

空間構造を有する干渉パターン（例えば、干渉縞）を生成することは、（図１７に示されるように）空間周波数領域におけるフィルタリングを可能にする。オーバーレイに関連しない検出された放射強度への寄与は、取り除くことができる。除外することができる強度寄与因子の例には、ターゲットエッジピーク、非対称照明、および隣接するデバイスまたは他の構造からの散乱光が含まれる。したがって、干渉縞の位相を高い精度と信頼性で抽出することができる。

干渉縞の位相は、＋πから−πまでの位相範囲にわたってオーバーレイエラーに対して線形に変化するのが有利である。この線形変化は、較正を容易にし、そして均一な感度を提供する。

その一例が図３２に示されている実施形態では、ターゲット６０は、位相基準として作用するための基準構造Ｒ１をさらに含む。基準構造Ｒ１は、干渉縞と同じ周期性を有する放射パターンを提供する。基準構造Ｒ１は、第１のターゲット構造９１と第２のターゲット構造９２との間のオーバーレイエラーの関数として、基準パターンＲ１からの放射パターン内の縞の位置シフトが実質的にないように設けられている。例えば、基準構造Ｒ１は、完全にターゲットの単一層内に形成されてもよい。したがって、干渉縞と基準構造Ｒ１からの放射パターンとの間の相対的なシフトを使用して、オーバーレイエラーを得ることができる。図３２の特定の例では、ターゲット６０は、４つのターゲット構造９１〜９４を含むが、（例えば図３０および図３１のように）２つのターゲット構造のみ、または他の数のターゲット構造を含むターゲット６０に原理を適用できることを理解されたい。

位相基準を提供することに対する代替的または追加のアプローチは、オーバーレイエラーの関数として互いに対して反対方向に移動する縞（フリンジ）を生成するターゲット６０を提供することである。この種の例示的なターゲット６０を図３０および図３１に示す。ターゲット６０は、少なくとも第１ペアの重なり合うターゲットサブ構造１５１および１５３と、第２ペアの重なり合うターゲットサブ構造１５２および１５４とを含む。重なり合っている第１サブ構造体１５１、１５３の第１ペア６１において、第１ターゲットサブ構造１５１の第１周期成分は第１ピッチＰ_１を有し、第２ターゲットサブ構造１５３の第１周期成分は第２ピッチＰ_２を有する。重なり合うターゲットサブ構造１５２および１５４の第２ペア６２において、第１のターゲットサブ構造１５２の第１周期成分は第２のピッチＰ_２を有し、第２のターゲットサブ構造１５４の第１周期成分は第１のピッチＰ_１を有する。式６を精査すると、このようにＰ_１とＰ_２を交換することは、重なり合うターゲットサブ構造１５１および１５３の第１ペア６１から干渉縞を生成するターゲット６０をもたらす。この干渉縞は、オーバーレイエラーの関数として、重なり合うターゲットサブ構造１５２および１５４の第２ペア６２からの干渉縞とは逆方向に移動する。図１３および図１４は、このタイプのターゲット６０のパターン例を示している。図１３は、ターゲットサブ構造１５３（右）および１５４（左）に適したパターンを示す。図１４は、ターゲットサブ構造１５１（右）および１５２（左）に適したパターンを示す。図１５は、干渉縞の例を示す。右側の干渉縞は、重なり合うターゲットサブ構造１５１および１５３の第１ペア１６１に対応する。左側の干渉縞は、重なり合うターゲットサブ構造１５２および１５４の第２ペア６２に対応する。

図３３は、（例えば図２１−２７を参照して上述したように）共通ピッチおよび異なるオーバーレイバイアスを有するターゲットサブ構造のペアを使用してオーバーレイエラーを測定する方法とオーバーレイを測定する方法と、（例えば、図２８−図３２を参照して上述したように）異なるピッチを有するターゲットサブ構造の１つのペアを使用してオーバーレイエラーを測定する方法との対応を示す。図３３（ａ）は、ピッチＰ_１を有する例示的な第１のターゲット構造９１およびピッチＰ_２を有する例示的な第２のターゲット構造９２の一部を示す。ピッチの違いを利用して、上述のように干渉縞を作り出すことができる。オーバーレイエラーは、干渉縞の空間位相の変化から抽出することができる。同じピッチＰを有するが異なるオーバーレイバイアスを有する複数ペアのターゲットサブ構造を使用する代替的なアプローチは、異なるピッチを有するターゲット構造を使用して生成される干渉縞を効果的にサンプリングすると見なすことができる。図３３（ｂ）は、図３３（ａ）のアレンジメントから抽出された例示的なセグメント４０１〜４０５を示す。各セグメント４０１〜４０５は、セグメント内の第１のターゲット構造９１の部分と第２のターゲット構造９２の部分との間で異なる平均シフトを有することになる。次に、図３３（ｃ）に示すように、各セグメント４０１〜４０５は、同じピッチおよびセグメント４０１〜４０５の平均シフトに等しいオーバーレイバイアスを有するターゲットサブ構造４１１〜４１５の各ペアによって近似することができる。したがって、例えば、ペア４１１はセグメント４０１の平均シフトに等しいオーバーレイバイアスを有し、ペア４１２はセグメント４０２の平均シフトに等しいオーバーレイバイアスを有する、などである。したがって、結果として生じる図３３（ｃ）の複数ペアのサブ構造４１１〜４１５は、図３３（ａ）のフルアレンジメントの近似を提供する。図３３（ｃ）の複数ペアのターゲットサブ構造４１１〜４１５に対応する強度値の測定は、図３３（ａ）のアレンジメントによって直接形成された干渉縞の強度の変動を効果的にサンプリングする。このようにして干渉縞の位相のシフトを検出することができる。したがって、位相のシフトに比例したオーバーレイエラーも検出することができる。

一実施形態では、例えば図３２に示すように、ターゲット６０は、層状構造の１つまたは複数のさらなる層８３、８４内にそれぞれ、１つまたは複数のさらなるターゲット構造９３、９４を備える。したがって、上述の実施形態の第１のターゲット構造９１および第２のターゲット構造９２（それぞれ層８１および８２内）に加えて、さらなるターゲット構造９３、９４が設けられる。そのような実施形態では、ターゲット６０は、層状構造の層の複数の異なる各ペアのそれぞれにおいて、少なくとも１ペアの重なり合うターゲットサブ構造を含む。層状構造の層の異なる各ペアにある重なり合うサブ構造のペアのそれぞれは、ピッチの差が異なる第１周期成分を含み、それによって、層状構造の層の異なるペアのそれぞれに対して異なる空間周波数を有する干渉縞を提供する。図３２の例では、ターゲット構造９１〜９４はそれぞれピッチＰ_１〜Ｐ_４を有する第１周期成分を含む。ターゲット構造の異なるペアは、異なるピッチ差を有する：例えば、Ｐ_１−Ｐ_２≠Ｐ_１−Ｐ_３≠Ｐ_１−Ｐ_４など。したがって、異なるペアから生じる干渉縞は異なる空間周波数を有し、したがって解像することができる。異なる周波数は、異なるフリンジ周波数が、異なる情報、例えば異なるフリンジ周波数ごとに別々のオーバーレイ値、を符号化することを可能にする。したがって、ターゲット内の異なるペアの層に関するオーバーレイエラーは、ターゲット上の１つの同じ領域の単一の照明を介して同時に得ることができる。したがって、複数の異なるターゲットおよび／または複数の異なる測定ステップなしで、詳細なオーバーレイ測定が可能である。

図示の実施形態では、複数の基準構造Ｒ１〜Ｒ３は、考慮されているターゲット構造のペアのそれぞれに対して位相基準を提供する。基準構造Ｒ１は、（例えば、ターゲット構造９１および９２によって形成された縞と同じピッチを有する縞を形成することによって）ターゲット構造９１および９２によって形成された縞（フリンジ）に対する位相基準として作用する。基準構造Ｒ２は、（たとえば、ターゲット構造９１および９３によって形成された縞と同じピッチを有する縞を形成することによって）ターゲット構造９１および９３によって形成された縞に関して位相基準として作用する。基準構造Ｒ３は、（例えば、ターゲット構造９１および９３によって形成された縞と同じピッチを有する縞を形成することによって）ターゲット構造９１および９３によって形成された縞に関して位相基準として作用する。必要に応じて、より少ないまたは追加の基準構造を提供することができる。

上述のいずれの実施形態においても、ターゲットサブ構造の各ペアは、第１周期成分に対して異なる方向に配向された第２周期成分を有する少なくとも１つのターゲットサブ構造を含み得る（すなわち、各ペアのいずれかまたは両方のターゲット部分構造は、それぞれそのような第２周期成分を含む）。例えば、第２周期成分は、第１周期成分に対して垂直に配向されてもよい。第２周期成分は、干渉縞の位相および周波数を制御するフーリエ成分とは無関係に、０次散乱放射からの干渉する所定の回折次数を瞳面（フーリエ空間）において分離するように作用し、それによって、所定の回折次数間の干渉によって形成される散乱放射を検出できる精度を改善する。０次放射からのコンタミネーションは低減される。さらに、第２周期成分は、所定の回折次数間の干渉によって形成された散乱放射がターゲット６０を離れる角度を変える（例えば図９−１１参照）。したがって、第２周期成分は、角度が計測システムの検出システムに適切であることを確実にするように（例えば、散乱放射が検出システムの対物レンズ１６の瞳に入るように、および／または放射が検出システムの検出アレイ上の特定の位置に向けられることを可能とするように）構成できる。したがって、第２周期成分は、（ａ）１つの平面内で対称的な二重回折次数と、（ｂ）別の、典型的には直交する平面内の０次からの選択された情報搬送次数との分離を同時に可能にする。

第１周期成分に対して異なる方向に配向された第２周期成分を有するターゲットサブ構造は、以下のうちの１つ以上を含む様々な形態を取り得る：正方形要素または長方形要素から形成されるチェッカーボードパターン、チェッカーボードパターンの面に垂直な軸周りに所定の角度だけ回転された正方形要素または長方形要素から形成される傾斜チェッカーボードパターン、および二次元格子。

正方形要素から形成された例示的なチェッカーボードパターンは、例えば、図１４および図２０（ｂ）に示される。長方形（非正方形）の要素から形成されたチェッカーボードパターンの例を図３４に示す。傾斜したチェッカーボードパターンの例を図３５示す。チェッカーボードパターンは、回折パターン中の比較的低レベルの望ましくない高調波のために、特に効果的に機能することがわかった。傾斜チェッカーボードパターンは、チェッカーボードの要素間のコーナーからコーナーへの接触（corner-to-corner contact）を回避することが望ましい場合には、通常のチェッカーボードパターンよりも優先され得る。しかしながら、他のパターンも使用可能である。例えば、図２０（ａ）に示すように、全ての正方形要素がＸとＹの両方に沿って整列しているチェッカーボードパターンの変形を使用することができる。別の実施形態では、上部格子がピッチＰ_１を有し、下部格子がピッチＰ_２を有する１ペアのターゲットサブ構造が設けられる。下部格子上のグレーティングラインは、上部格子に対して傾斜角θで設けられている。下部格子は複数の格子セグメントを含む。第１組の格子セグメントは＋θで回転したグレーティングラインを含む。第２組の格子セグメントは、−θで回転したグレーティングラインを含む。代替的に又は追加的に、異なる組からのセグメントは、互いに対して散在して、等しく且つ反対方向に回転した格子セグメントの周期的パターンを形成することができる。回転したセグメントは、チェッカーボードと同じ角度であるが個々の構造要素のコーナーからコーナーへの接触なしに回折を生じる。さらなる代替的な実施形態では、チェッカーボードパターンは、丸みを帯びたエッジまたは不均等な矩形スペース比（unequal rectangle-space ratio）で形成される。

典型的な二次元格子の一例が、例えば図２０（ａ）に示されている。

特定のターゲット構造のさらなる例が図３６−図３９に示されている。これらの各図において、（ａ）に示すパターンは第２のターゲット構造９２（上部ターゲット）に対応し、（ｂ）に示すパターンは第１のターゲット構造９１（下部ターゲット）に対応する。しかしパターンは逆にすることができる。

図３６（ａ）は、Ｙ方向（図の垂直方向）に沿って１６ミクロン以内およびＸ方向（図の水平方向）に沿って３２ミクロン以内のフットプリントを有する第２のターゲット構造９２を示す。これらは単に例示的な寸法である。ターゲットサブ構造３０１および３０３は、ピッチ（Ｐ_１）＝４５０ｎｍのライングレーティングである。ターゲットサブ構造３０２および３０４は、ピッチ（Ｐ_２）＝５００ｎｍのライングレーティングである。

図３６（ｂ）は、図３６（ａ）の第２のターゲット構造９２と共にターゲットサブ構造のペアを形成するように構成された第１のターゲット構造９１を示す。ターゲットサブ構造３１１および３１３（それぞれターゲットサブ構造３０１および３０３と対をなす）は、ターゲットサブ構造３０１および３０３のピッチＰ_１に平行なピッチ（Ｐ_２）＝５００ｎｍ、および垂直方向にピッチ（Ｐ_Ｈ）＝５００ｎｍを有するチェッカーボードパターンを含む。ターゲットサブ構造３１２および３１４（それぞれターゲットサブ構造３０２および３０４と対をなす）は、ターゲットサブ構造３０２および３０４のピッチに平行なピッチ（Ｐ_１）＝４５０ｎｍ、および垂直方向にピッチ（Ｐ_Ｈ）＝５００ｎｍを有するチェッカーボードパターンを含む。したがって、この例ではＰ_１＝４５０ｎｍおよびＰ_２＝５００ｎｍである。ターゲットサブ構造３０１、３０２、３１１、および３１２は、図中の垂直方向のオーバーレイエラーに対する感度を提供する。ターゲットサブ構造３０３、３０４、３１３、および３１４は、図中の水平方向のオーバーレイエラーに対する感度を提供する。

図３７は、Ｐ_１＝６００ｎｍ、Ｐ_２＝７００ｎｍおよびＰ_Ｈ＝７００ｎｍであることを除いて図３６と同じである第２のターゲット構造９２および第１のターゲット構造９１を示す。図３６および図３７におけるＰ_１、Ｐ_２およびＰ_Ｈの値は単に例示的なものである。

図３８（ａ）は、Ｙ方向（図の垂直方向）に沿って１６ミクロン以内およびＸ方向（図の水平方向）に沿って３２ミクロン以内のフットプリント（単に例示的）を有する第２のターゲット構造９２を示す。ターゲットサブ構造３０１Ａおよび３０１Ｂは、ピッチ（Ｐ_１）＝４５０ｎｍの平行周期成分を有する格子を含む。ターゲットサブ構造体３０３Ａおよび３０３Ｂはまた、ピッチ（Ｐ_１）＝４５０ｎｍ（３０１Ａおよび３０１Ｂに垂直）の平行周期成分を有する格子を含む。外部格子３０１Ａおよび３０３Ａは、垂直方向にピッチ（Ｐ_Ｈ）＝５００ｎｍの周期性をさらに含む。

ターゲットサブ構造３０２Ａおよび３０２Ｂは、ピッチ（Ｐ_２）＝５００ｎｍの平行周期成分を有する格子を含む。ターゲットサブ構造３０４Ａおよび３０４Ｂは、ピッチ（Ｐ_２）＝５００ｎｍ（３０２Ａおよび３０２Ｂに垂直）の平行周期成分を有する格子も含む。外側格子３０２Ａおよび３０４Ａは、垂直方向にピッチ（Ｐ_Ｈ）＝５００ｎｍの周期性をさらに含む。

外側格子３０１Ａ、３０２Ａ、３０３Ａおよび３０４Ａの二次元構造は、内側格子３０１Ｂ、３０２Ｂ、３０３Ｂおよび３０４Ｂの２倍の縞（フリンジ）周期を作り出す。縞周期を２倍にすることは、位相アンビギュイティ（phase ambiguity）を減らすために望ましい可能性がある。例えば、オーバーレイが内側の縞の組（内側格子によって生成される）にπ位相シフトを生じさせる場合、外側の縞の組（外側格子によって生成される）はπ／２位相シフトを有することになる。それにより、明確な測定の範囲が広がる。

図３８（ｂ）は、図３８（ａ）の第２のターゲット構造９２と共にターゲットサブ構造のペアを形成するように構成された第１のターゲット構造９１を示す。ターゲットサブ構造３１１および３１３は、ターゲットサブ構造３０１Ａ、３０１Ｂ、３０３Ａおよび３０３Ｂのピッチ（Ｐ_１）と平行なピッチ（Ｐ_２）＝５００ｎｍ、および垂直方向のピッチ（Ｐ_Ｈ）＝５００ｎｍを有するチェッカーボードパターンを含む。ターゲットサブ構造３１２および３１４は、ターゲットサブ構造３０２Ａ、３０２Ｂ、３０４Ａおよび３０４Ｂのピッチ（Ｐ_２）に平行なピッチ（Ｐ_１）＝４５０ｎｍ、および垂直方向にピッチ（Ｐ_Ｈ）＝５００ｎｍを有するチェッカーボードパターンを含む。

図３９（ａ）は、Ｙ方向（図の垂直方向）に沿って１６ミクロン以内およびＸ方向（図の水平方向）に沿って３２ミクロン以内の（単に例示的な）フットプリントを有する第２のターゲット構造９２を示す。ターゲットサブ構造３２１〜３２４は、同じピッチ（Ｐ）＝５００ｎｍであるが異なるオーバーレイバイアスを有するライングレーティングを含む。オーバーレイバイアスは、−Ｐ／８−ｄ、Ｐ／８＋ｄ、−Ｐ／８＋ｄおよびＰ／８−ｄで与えられる。ここで、ｄ＝２０ｎｍで、−８２．５ｎｍ、−４２．５ｎｍ、４２．５ｎｍおよび８２．５ｎｍのオーバーレイバイアスが得られる。ターゲットサブ構造３２１〜３２４は、（第１のターゲット構造９１と組み合わせて）Ｙ方向のオーバーレイエラーに対する感度を提供する。ターゲットサブ構造３２５〜３２８は、ターゲットサブ構造３２１〜３２４に対して垂直に配向されているが、それ以外はターゲットサブ構造３２１〜３２４と同じである。したがって、ターゲットサブ構造３２５〜３２８は、（第１のターゲット構造９１と組み合わせて）Ｘ方向のオーバーレイエラーに対する感度を提供する。

図３９（ｂ）は、図３９（ａ）の第２のターゲット構造９２と共にターゲットサブ構造のペアを形成するように構成された第１のターゲット構造９１を示す。ターゲットサブ構造３３０は、ターゲットサブ構造３２１、３２２、３２３、および３２４のピッチ（Ｐ）に平行なピッチ（Ｐ）＝５００ｎｍ、および垂直方向にピッチ（Ｐ_Ｈ）＝５００ｎｍを有するチェッカーボードパターン（すなわち正方形の要素を含むチェッカーボードパターン）を含む。チェッカーボードパターンはまた、ターゲットサブ構造３２５、３２６、３２７および３２８のピッチ（Ｐ）に平行なピッチ（Ｐ）＝５００ｎｍ、および垂直方向にピッチ（Ｐ_Ｈ）＝５００ｎｍを提供する。

一実施形態では、上述のターゲットを測定する方法のうちのいずれかを実行するように動作可能である計測装置が提供される。計測装置は、例えば図３（ａ）で上述したように構成することができる。照明システムは、基板上にリソグラフィプロセスを使用して生成されたターゲット６０を測定放射線で照明する。検出システムは、ターゲット６０の照明から生じる散乱放射を検出する。検出システムは、図３（ａ）に示す少なくとも第２の測定分岐を含み得る。検出システムは、所定の回折次数間の干渉によって形成された散乱放射線を検出するセンサ２３を含み得る。

本発明によるさらなる実施形態は、以下の番号が付けられた項で提供される。
Ｉ．リソグラフィプロセスの特性を測定する方法であって、
ターゲットが照明光源からの光で照明されているときに、少なくとも２つの重なり合う格子を含むターゲットから散乱された干渉光を検出することと、
ターゲットの特性とは無関係にリソグラフィプロセスの特性を計算することと、
を備える方法。
ＩＩ．計算が、干渉光から生じる周期的信号の位相に比例する信号を使用することである、節Ｉに記載の方法。
ＩＩＡ．ターゲットの特性が、スタックの厚さである、前節のいずれかに記載の方法。
ＩＩＩ．リソグラフィプロセスの特性を測定する方法であって、
ターゲットが照明光源からの光で照明されているときに、少なくとも２つの重なり合う格子を含むターゲットから散乱された干渉光を検出することと、
照明光源からの光の波長とは無関係にリソグラフィプロセスの特性を計算することと、
を備える方法。
ＩＶ．計算が、干渉光から生じる周期的信号の位相に比例する信号を使用することである、節ＩＩＩに記載の方法。
Ｖ．リソグラフィプロセスの特性を測定する方法であって、
ターゲットが照明光源からの光で照明されているときに、少なくとも２つの重なり合う格子を含むターゲットから散乱された干渉光を検出することと、
干渉光から生じる周期的信号の位相を決定することを含むリソグラフィプロセスの特性を計算することと、
を備える方法。
ＶＩ．リソグラフィプロセスの特性の計算が、スタックの厚さとは無関係である、節Ｖに記載の方法。
ＶＩＩ．リソグラフィプロセスの特性の計算が、ターゲットを照明するのに使用される光の波長とは無関係である、前節のいずれかに記載の方法。
ＶＩＩＩ．リソグラフィプロセスの特性が、オーバーレイである、前節のいずれかに記載の方法。

本発明に係るさらなる実施形態は、以下の番号が付けられた節に記載されている。
１．リソグラフィプロセスによって形成されたターゲットを測定する方法であって、ターゲットは、第１の層に第１のターゲット構造を有し、第２の層に第２のターゲット構造を有する層状構造を備え、
測定放射でターゲットを照明することと、
複数の所定の回折次数間の干渉により形成される散乱放射を検出することであって、 所定の回折次数は、第１のターゲット構造からの測定放射の回折によって生成され、続いて第２のターゲット構造から回折される、ことと、
所定の回折次数間の干渉によって形成される検出された散乱放射を使用してリソグラフィプロセスの特性を計算することと、
を備える方法。
２．リソグラフィプロセスの特性が、第１のターゲット構造と第２のターゲット構造との間のオーバーレイエラーを含む、節１に記載の方法。
３．所定の回折次数が、２つの等しく且つ反対の回折次数を含む、節１または２に記載の方法。
４．所定の回折次数は、第１のターゲット構造からの反射による回折によって生成され、第２のターゲット構造からの所定の回折次数の後続の回折は、第２のターゲット構造の透過による回折を含む、または、
所定の回折次数は、第１のターゲット構造の透過による回折によって生成され、第２のターゲット構造からの所定の回折次数の後続の回折は、第２のターゲット構造からの反射による回折を含む、
節１〜３のいずれかに記載の方法。
５．ターゲットは、３ペア以上の重なり合うターゲットサブ構造を含み、重なり合うターゲットサブ構造の各ペアは、第１のターゲット構造内の第１のターゲットサブ構造と、第２のターゲット構造内の第２のターゲットサブ構造とを含み、
重なり合うターゲットサブ構造の各ペアにおける第１のターゲットサブ構造および第２のターゲットサブ構造のそれぞれは、同じピッチおよび配向を有する第１周期成分を含み、
重なり合うターゲットサブ構造の各ペアは、異なるオーバーレイバイアスを与えられる、
前節のいずれかに記載の方法。
６．所定の回折次数の間の干渉によって形成される検出された散乱放射は、複数の強度サブ領域を含み、各強度サブ領域は、空間的に均一な強度を有し、ターゲットサブ構造の３つ以上のペアのうち異なるそれぞれのペアから回折された測定放射によって形成され、リソグラフィプロセスの特性を計算することは、各強度サブ領域内の強度のレベルを使用してリソグラフィプロセスの特性を決定する、節５に記載の方法。
７．所定の回折次数は、ターゲットサブ構造の各ペアにおける第１周期成分からの回折に関して定義される、節５または６に記載の方法。
８．オーバーレイバイアスは、１ペア以上の等しく且つ反対のオーバーレイバイアスを含む、節５から７のいずれかに記載の方法。
９．３ペア以上のターゲットサブ構造は、４ペアのターゲットサブ構造を含む、節５から８のいずれかに記載の方法。
１０．オーバーレイバイアスは、以下：−Ｐ／８−ｄ、Ｐ／８＋ｄ、−Ｐ／８＋ｄおよびＰ／８−ｄを含み、ここで、Ｐは第１周期成分のピッチであり、ｄは所定の定数である、節９に記載の方法。
１１．所定の回折次数の間の干渉によって形成される検出された散乱放射は、干渉縞を含む、節１から４のいずれかに記載の方法。
１２．リソグラフィプロセスの特性の計算は、干渉縞の位相を抽出することによって第１のターゲット構造と第２のターゲット構造との間のオーバーレイエラーを計算することを含む、節１１に記載の方法。
１３．ターゲットは、少なくとも１ペアの重なり合うターゲットサブ構造を含み、重なり合うターゲットサブ構造の各ペアは、第１のターゲット構造内の第１のターゲットサブ構造および第２のターゲット構造内の第２のターゲットサブ構造を含み、
重なり合うターゲットサブ構造の各ペアにおける第１のターゲットサブ構造および第２のターゲットサブ構造のそれぞれは、同じ向きおよび異なるピッチを有する第１周期成分を含む、
節１１または１２に記載の方法。
１４．所定の回折次数の間の干渉によって形成される検出された散乱放射は、ターゲットサブ構造の各ペアによって形成された干渉縞を含む、節１３に記載の方法。
１５．ターゲットは、干渉縞と同じ周期性を有する放射パターンを提供するように構成された基準構造をさらに含み、基準構造は、第１のターゲット構造と第２のターゲット構造との間のオーバーレイエラーの関数としての放射パターンにおける縞の位置シフトが実質的にないように設けられる、節１４に記載の方法。
１６．ターゲットは、少なくとも第１ペアの重なり合うターゲットサブ構造および第２ペアの重なり合うターゲットサブ構造を含み、
第１ペアの重なり合うターゲットサブ構造において、第１のターゲットサブ構造の第１周期成分は第１ピッチを有し、第２のターゲットサブ構造の第１周期成分は第２ピッチを有し、
第２ペアの重なり合うターゲットサブ構造において、第１のターゲットサブ構造の第１周期成分は第２ピッチを有し、第２のターゲットサブ構造の第１周期成分は第１ピッチを有する、
節１３から１５のいずれかに記載の方法。
１７．ターゲットは、層状構造の１つ以上のさらなる層にそれぞれ、１つ以上のさらなるターゲット構造を含み、
ターゲットは、層状構造の層の複数の異なる各ペアのそれぞれにおいて、少なくとも１ペアの重なり合うターゲットサブ構造を含み、層状構造の層の異なる各ペアにある重なり合うサブ構造のペアのそれぞれは、ピッチの差が異なる第１周期成分を含み、それによって、層状構造の層の異なるペアのそれぞれに対して異なる空間周波数を有する干渉縞を提供する、
節１１から１６のいずれかに記載の方法。
１８．ターゲットサブ構造の各ペアにおけるターゲットサブ構造のいずれかまたは両方は、それぞれ、第１周期的成分に対して異なる方向に配向された第２周期的成分を含む、節５から１７のいずれかに記載の方法。
１９．第１周期成分が第２周期成分に対して垂直に配向されている、節１８に記載の方法。
２０．第１周期成分に対して異なる方向に配向された第２周期成分を有するターゲットサブ構造は、以下：正方形要素または長方形要素から形成されるチェッカーボードパターン、チェッカーボードパターンの面に垂直な軸周りに所定の角度だけ回転された正方形要素または長方形要素から形成される傾斜チェッカーボードパターン、および二次元格子、のうちの１つまたは複数を含む、節１８または１９に記載の方法。
２１．リソグラフィプロセスによって形成されたターゲットを含む基板であって、ターゲットは、第１の層に第１のターゲット構造を、第２の層に第２のターゲット構造を有する層状構造を含み、第１のターゲット構造および第２のターゲット構造は、ターゲットが測定放射で照射されたときにターゲットから散乱された放射の検出を可能とするよう構成され、検出された散乱放射は、複数の所定の回折次数の間の干渉によって形成され、所定の回折次数は、第１のターゲット構造からの測定放射の回折によって生成され、続いて第２のターゲット構造から回折される、基板。
２２．ターゲットは、オーバーレイエラーを測定するためのオーバーレイターゲットであり、オーバーレイターゲットは、所定の回折次数間の干渉によって形成される検出された散乱放射が第１ターゲット構造と第２ターゲット構造との間のオーバーレイエラーの関数として変化するように構成される、節２１に記載の基板。
２３．基板上にリソグラフィプロセスを使用して生成されたターゲットを測定放射で照明するように構成された照明システムと、
ターゲットの照明から生じる散乱放射を検出するように構成された検出システムと、
を備え、
節１から２０のいずれかの方法を実行するように作動する計測装置。
２４．基板上にターゲットを形成することによって節２１または２２に記載の基板を製造するように構成されたリソグラフィ装置。

上述のターゲットは目的のために特別に設計され形成された計測ターゲットであるが、他の実施形態では、特性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測定されてもよい。多くのデバイスは規則的な格子状構造を有する。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」という用語は、構造が実施される測定のために特に設けられていることを必要としない。さらに、計測ターゲットのピッチＰは、スキャトロメータの光学系の解像度限界に近いが、ターゲット部分Ｃにおいてリソグラフィ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はるかに大きくてもよい。実際には、ターゲット内のオーバーレイ格子のラインおよび／または空間は、製品のフィーチャと寸法が類似するより小さな構造を含むように作られてもよい。

基板およびパターニングデバイス上に実現されるようなターゲットの物理的格子構造に関連して、一実施形態は、基板上のターゲットを測定する方法および／またはリソグラフィプロセスに関する情報を得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み得る。このコンピュータプログラムは、例えば図３の装置内のユニットＰＵおよび／または図２の制御ユニットＬＡＣＵ内で実行することができる。そのようなコンピュータプログラムがその中に格納されるデータ記憶媒体（たとえば半導体メモリ、磁気または光ディスク）も提供することができる。例えば図３に示すタイプの既存の計測装置が既に製造中および／または使用中である場合、本発明は、プロセッサに修正ステップＳ６を実行させるための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でき、したがって構造の非対称性に対する感度を下げて、オーバーレイエラーやその他のパラメータを計算する。

プログラムは、任意選択で、光学システム、基板支持体などを制御して、適切な複数のターゲットについて非対称性を測定するためのステップＳ２〜Ｓ５を実行するように構成することができる。

上述の実施形態は、回折ベースのオーバーレイ測定（例えば、図３（ａ）に示される装置の第２の測定分岐を使用して行われる測定）に関して説明されているが、瞳ベース（pupil based）のオーバーレイ測定（例えば、図３（ａ）に示す装置の第１の測定分岐を使用して行われる測定）に対して原則的に同じモデルを使用することができる。したがって、本明細書に記載の概念は、回折ベースのオーバーレイ測定および瞳ベースのオーバーレイ測定に等しく適用可能であることを理解されたい。

上記では、光学リソグラフィとの関連で本発明の実施形態の使用に特に言及しているが、本発明は、インプリントリソグラフィなどの他の用途においても使用可能であり、文脈上許されれば、光学リソグラフィに限定されないことが理解されよう。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスの微細構成によって、基板Ｗ上に生成されるパターンが画定される。パターニングデバイスの微細構成を基板Ｗに設けられたレジストの層に押しつけ、その後、電磁放射、熱、圧力またはその組合せにより、レジストを硬化する。レジストを硬化した後、パターニングデバイスＭＡがレジストから除去され、パターンが残される。

本書で用いられる「放射」および「ビーム」の用語は、いかなる種類の電磁的な放射を包含し、紫外（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍもしくは１２６ｎｍ、または、その近傍の波長を有する）および極端紫外（ＥＵＶ）放射（例えば、５−２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むとともに、イオンビームや電子ビームといった粒子ビームをも含む。

「レンズ」の用語は、文脈が許される場合において、屈折型、反射型、磁気型、電磁気型および静電型の光学素子を含む任意の種類の光学素子の任意の一つまたは組み合わせと称されてもよい。

特定の実施形態の前述の説明は、当業者の範囲内の知識を適用することによって、他の人が、過度の実験をすることなく、本発明の一般的な考え方から逸脱することなく、そのような特定の実施形態を様々な用途に容易に変更および／または適合させることができる本発明の一般的性質を十分に明らかにするであろう。したがって、そのような適合および変更は、本書に提示された教示および示唆に基づいて、開示された実施形態の意義および均等物の範囲内にあることが意図される。本明細書の表現または用語は、本明細書の用語または表現が教示および指針に照らして当業者によって解釈されるように、限定ではなく例示による説明のためのものであることが理解されよう。

本発明の範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれにも限定されるのではなく、以下の請求項およびその等価物にしたがってのみ規定されるべきである。

Claims (15)

1. リソグラフィプロセスによって形成されたターゲットを測定する方法であって、前記ターゲットは、第１の層に第１のターゲット構造を有し、第２の層に第２のターゲット構造を有する層状構造を備え、
   測定放射で前記ターゲットを照明することと、
   複数の所定の回折次数間の干渉により形成される散乱放射を検出することであって、 前記所定の回折次数は、前記第１のターゲット構造からの測定放射の回折によって生成され、続いて前記第２のターゲット構造から回折される、ことと、
   前記所定の回折次数間の干渉によって形成される検出された散乱放射を使用して前記リソグラフィプロセスの特性を計算することと、
   を備える方法。
2. 前記リソグラフィプロセスの特性が、前記第１のターゲット構造と前記第２のターゲット構造との間のオーバーレイエラーを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記所定の回折次数は、２つの等しく且つ反対の回折次数を含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記所定の回折次数は、前記第１のターゲット構造からの反射による回折によって生成され、前記第２のターゲット構造からの所定の回折次数の後続の回折は、前記第２のターゲット構造の透過による回折を含む、または、
   前記所定の回折次数は、前記第１のターゲット構造の透過による回折によって生成され、前記第２のターゲット構造からの所定の回折次数の後続の回折は、前記第２のターゲット構造からの反射による回折を含む、
   請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記ターゲットは、３ペア以上の重なり合うターゲットサブ構造を含み、前記重なり合うターゲットサブ構造の各ペアは、前記第１のターゲット構造内の第１のターゲットサブ構造と、前記第２のターゲット構造内の第２のターゲットサブ構造とを含み、
   前記重なり合うターゲットサブ構造の各ペアにおける前記第１のターゲットサブ構造および前記第２のターゲットサブ構造のそれぞれは、同じピッチおよび配向を有する第１周期成分を含み、
   前記重なり合うターゲットサブ構造の各ペアは、異なるオーバーレイバイアスを与えられる、
   請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 前記所定の回折次数の間の干渉によって形成される検出された散乱放射は、複数の強度サブ領域を含み、各強度サブ領域は、空間的に均一な強度を有し、前記ターゲットサブ構造の３つ以上のペアのうち異なるそれぞれのペアから回折された測定放射によって形成され、前記リソグラフィプロセスの特性を計算することは、各強度サブ領域内の強度のレベルを使用して前記リソグラフィプロセスの特性を決定する、請求項５に記載の方法。
7. 前記所定の回折次数は、前記ターゲットサブ構造の各ペアにおける前記第１周期成分からの回折に関して定義される、請求項５または６に記載の方法。
8. 前記オーバーレイバイアスは、１ペア以上の等しく且つ反対のオーバーレイバイアスを含む、請求項５から７のいずれかに記載の方法。
9. ３ペア以上の前記ターゲットサブ構造は、４ペアのターゲットサブ構造を含む、請求項５から８のいずれかに記載の方法。
10. 前記オーバーレイバイアスは、以下：−Ｐ／８−ｄ、Ｐ／８＋ｄ、−Ｐ／８＋ｄおよびＰ／８−ｄを含み、ここで、Ｐは前記第１周期成分のピッチであり、ｄは所定の定数である、請求項９に記載の方法。
11. 前記所定の回折次数の間の干渉によって形成される検出された散乱放射は、干渉縞を含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
12. リソグラフィプロセスによって形成されたターゲットを含む基板であって、前記ターゲットは、第１の層に第１のターゲット構造を、第２の層に第２のターゲット構造を有する層状構造を含み、前記第１のターゲット構造および前記第２のターゲット構造は、前記ターゲットが測定放射で照射されたときに前記ターゲットから散乱された放射の検出を可能とするよう構成され、検出された散乱放射は、複数の所定の回折次数の間の干渉によって形成され、前記所定の回折次数は、前記第１のターゲット構造からの測定放射の回折によって生成され、続いて前記第２のターゲット構造から回折される、基板。
13. 前記ターゲットは、オーバーレイエラーを測定するためのオーバーレイターゲットであり、前記オーバーレイターゲットは、前記所定の回折次数間の干渉によって形成される検出された散乱放射が前記第１のターゲット構造と前記第２のターゲット構造との間のオーバーレイエラーの関数として変化するように構成される、請求項１２に記載の基板。
14. 基板上にリソグラフィプロセスを使用して生成されたターゲットを測定放射で照明するように構成された照明システムと、
    前記ターゲットの照明から生じる散乱放射を検出するように構成された検出システムと、
    を備え、
    請求項１から１１のいずれかの方法を実行するように作動する計測装置。
15. 基板上にターゲットを形成することによって請求項１２または１３に記載の基板を製造するように構成されたリソグラフィ装置。