JP2020533609A - リソグラフィプロセスにおける計測 - Google Patents

Abstract

【解決手段】リソグラフィプロセスのパラメータを推定するための装置および方法と、リソグラフィプロセスのパラメータの推定値の質の尺度の関係性を決定するための装置および方法とが提供される。パラメータを推定する装置において、プロセッサは、テストされる基板の少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度に基づいて、かつ、テストされる基板の代わりとなる少なくとも一つの別基板の複数の対応する少なくとも第１フィーチャについて決定される関係性であって、少なくとも一つの別基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度と、対応する第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性にさらに基づいて、テストされる基板に関連するパラメータの推定値の質を決定するよう構成される。【選択図】図１０

Description

［関連出願へのクロスリファレンス］
本出願は、２０１７年９月１１日に出願された欧州出願１７１９０４０１．４および２０１７年９月２７日に出願された欧州出願１７１９３４１５．１の優先権を主張し、それらの全体が参照により本書に組み込まれる。

［技術分野］
本発明は、リソグラフィプロセスのパラメータを推定する方法および装置に関し、特にこのような推定の質を決定することに関する。具体的な構成において、パラメータはオーバレイであってもよい。

リソグラフィ装置は、基板上に所望のパターンを付与するよう構築される機械である。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。リソグラフィ装置は、例えば、パターニングデバイス（例えばマスク）にあるパターン（しばしば「デザインレイアウト」または「デザイン」とも称される）を基板（例えばウェハ）上に設けられる放射感受性材料（レジスト）の層に投影しうる。

パターンを基板上に投影するためにリソグラフィ装置は電磁放射を使用しうる。この放射の波長は、基板上に形成できるフィーチャの最小サイズを決定する。現状使用される典型的な波長は、３６５ｎｍ（ｉ線）、２４８ｎｍ、１９３ｎｍおよび１３．５ｎｍである。極端紫外（ＥＵＶ）放射（４−２０ｎｍの範囲の波長、例えば６．７ｎｍまたは１３．５ｎｍを有する）を用いるリソグラフィ装置は、例えば、１９３ｎｍの波長を持つ放射を用いるリソグラフィ装置よりも小さいフィーチャを基板上に形成するために用いられうる。

Ｌｏｗ−ｋ_１リソグラフィは、リソグラフィ装置の古典的な分解能限界よりも小さい寸法を持つフィーチャを処理するために用いられうる。このような処理において、分解能の式は、ＣＤ＝ｋ_１×λ／ＮＡで表されることができ、λは用いる放射の波長であり、ＮＡはリソグラフィ装置内の投影光学系の開口数であり、ＣＤは「クリティカルディメンジョン」（一般的に、印刷される最小のフィーチャサイズであるが、このケースではハーフピッチである）であり、ｋ_１は経験的な分解能係数である。一般に、ｋ_１が小さくなるほど、特定の電気的機能および性能を実現するために回路設計者が立案する形状および寸法に似たパターンを基板上に再現することが難しくなる。これらの困難性を克服するため、精巧な微調整工程がリソグラフィ投影装置および／またはデザインレイアウトに適用されうる。これらは、例えば、ＮＡの最適化、照明形式のカスタマイズ、位相シフトパターニングデバイスの使用、デザインレイアウトにおける光近接効果補正（ＯＰＣ、しばしば「光学プロセス補正」とも称される）といったデザインレイアウトの様々な最適化、または、「分解能向上技術」（ＲＥＴ）として一般に定義される他の方法を含むが、これらに限定されるものではない。代替的に、リソグラフィ装置の安定性を制御するためのタイト制御ループは、低（ｌｏｗ）ｋ１でのパターンの再現性を改善するために用いられうる。

リソグラフィプロセスにおいて、生成された構造のパラメータを頻繁に測定することが望ましい。このようなパラメータの一つはオーバレイであり、これは製造された構造の二以上の層の互いに対する精度の尺度である。オーバレイの測定のための一つの技術は、正のオーバレイバイアスを有する第１フィーチャについての非対称性強度データを、負のオーバレイバイアスを有する第２フィーチャについての非対称性強度データに対してプロットし、次にそのデータに適合する直線の傾きを決定することである。この技術は、非対称性強度回帰分析とも称されうる。このプロセスは、以下でより詳しく説明される。

しかしながら、非対称性強度データの質は、第１および／または第２フィーチャ自身の非対称性といった一以上の別のパラメータにより影響される。計測方法の間にそれらが受け入れられたり、却下されたり、もしくは重み付けされたりするように、オーバレイ測定の推定値の質を決定することが望ましい。

本書に開示される方法および装置は、本書で議論され、または、本書から導出可能なものを含む従来技術に関連する一以上の課題を解決または緩和することを目的とする。特に、開示される方法および装置は、オーバレイなどのパラメータの測定の質を決定することの課題を解決することを探求しうる。

さらに、発明者らは、特定のウェハについてのオーバレイ測定の質の決定には時間がかかり、半導体デバイスの大量生産に適していないかもしれないことを理解している。したがって、発明者らは、リソグラフィプロセスに高い時間的負荷を導入することなく、オーバレイなどのパラメータの質を決定するための方法および装置を有することが望ましいことを確証している。

本発明のある態様によれば、テストされる基板上でなされたリソグラフィプロセスのパラメータを推定するための装置が提供される。推定は、一以上の波長で光学システムにより射出され、テストされる基板の少なくとも第１フィーチャによって回折された放射を用いて決定された非対称性強度データの回帰分析により決定された回帰分析データに基づく。この装置は、テストされる基板の少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度に基づいて、かつ、テストされる基板の代わりとなる少なくとも一つの別基板の複数の対応する少なくとも第１フィーチャについて決定される関係性であって、少なくとも一つの別基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度と、対応する第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性にさらに基づいて、テストされる基板に関連するパラメータの推定値の質を決定するように構成されるプロセッサを備える。

この関係性は、非対称性強度のより少ない測定のみに基づいて、オーバレイの推定値の精度を決定することを可能にする。

選択的に、推定は、光学システムにより複数の波長で射出される放射に基づく。

選択的に、射出される放射は、第１フィーチャおよび第２フィーチャにより回折される。第１フィーチャは、正のオーバレイバイアスを有し、第２フィーチャは、負のオーバレイバイアスを有する。

選択的に、関係性は、少なくとも一つの別基板上の複数の対応する第１および第２フィーチャのペアについて決定される。

選択的に、フィーチャ非対称性は、回帰分析データの切片項を備える。

選択的に、少なくとも一つの別基板についてのパラメータの推定値の質の尺度は、少なくとも一つの別基板についての対応する回帰分析データの適合度を備える。

選択的に、別基板についての対応する回帰分析は、光学システムにより射出される一以上の波長よりも多い数の波長で射出され、少なくとも一つの別基板の複数の対応する少なくとも第１フィーチャから回折される放射を用いて決定される。

選択的に、プロセッサは、テストされる基板の少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度の大きさが、少なくとも一つの別基板の対応する少なくとも第１フィーチャについて決定される関係性に基づく閾値を超える場合、テストされる基板上のパラメータの推定値を無視するようさらに構成される。

選択的に、少なくとも第１フィーチャは、計測ターゲットの部分を形成する。

選択的に、光学システムは、４００ｎｍから９００ｎｍ、０．１ｎｍから１００ｎｍおよび／または１０ｎｍから２０ｎｍの範囲内の波長で放射を射出するよう構成される。

選択的に、プロセッサは、光学システムにより三以上の波長で射出され、別基板の複数の対応する少なくとも第１フィーチャから回折される放射に基づいて、別基板に関連する複数の対応する少なくとも第１フィーチャについて別基板非対称性強度データを決定し；決定された別基板非対称性強度データに基づいて、少なくとも一つの別基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度と、別基板に関連するフィーチャ非対称性の尺度とを決定し；少なくとも一つの別基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度と、複数の対応する少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を決定するようにさらに構成される。

選択的に、プロセッサは、別基板非対称性強度データを回帰分析することにより、少なくとも一つの別基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度を決定するようにさらに構成される。

選択的に、少なくとも一つの別基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度は、回帰分析の適合度を備える。

選択的に、プロセッサは、決定された別基板非対称性強度データに基づいて、複数の対応する少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度を決定するようにさらに構成される。

選択的に、複数の対応する少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度は、回帰分析の切片項を備える。

選択的に、装置は、光学システムおよび回折された放射を検出するよう構成されるセンサの一以上をさらに備える。

選択的に、リソグラフィプロセスのパラメータは、オーバレイを備える。

本発明のある態様によれば、リソグラフィプロセスのパラメータの推定値の質の尺度と、少なくとも一つのサンプル基板の複数の少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を、一以上の波長で光学システムにより射出され、サンプル基板の複数の少なくとも第１フィーチャから回折された放射に基づいて決定する装置が提供される。この装置は、回折された放射に基づいて、少なくとも一つのサンプル基板に関連する複数の少なくとも第１フィーチャについて非対称性強度データを決定し；決定された非対称性強度データに基づいて、少なくとも一つのサンプル基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度と、別基板に関連するフィーチャ非対称性の尺度とを決定し；少なくとも一つのサンプル基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度と、複数の少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を決定する、ように構成されるプロセッサを備える。

本発明のある態様によれば、本書に記載される任意の装置を備える検査装置が提供される。

選択的に、検査装置は、計測装置である。

本発明のある態様によれば、本書に記載される任意の装置を備えるリソグラフィ装置が提供される。

本発明のある態様によれば、本書に記載される任意の装置を備えるリソグラフィセルが提供される。

本発明のある態様によれば、テストされる基板上になされたリソグラフィプロセスのパラメータを推定する方法が提供される。推定は、光学システムにより一以上の波長で射出され、テストされる基板の少なくとも第１フィーチャによって回折された放射を用いて決定された非対称性強度データの回帰分析により決定された回帰分析データに基づく。この方法は、テストされる基板の少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度に基づいて、かつ、テストされる基板の代わりとなる少なくとも一つの別基板の複数の対応する少なくとも第１フィーチャについて決定される関係性であって、少なくとも一つの別基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度と、対応する第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性にさらに基づいて、テストされる基板に関連するパラメータの推定値の質を決定することを備える。

選択的に、推定は、光学システムにより複数の波長で射出される放射に基づく。

選択的に、射出される放射は、第１フィーチャおよび第２フィーチャにより回折される。第１フィーチャは、正のオーバレイバイアスを有し、第２フィーチャは、負のオーバレイバイアスを有する。

選択的に、関係性は、少なくとも一つの別基板上の複数の対応する第１および第２フィーチャのペアについて決定される。

選択的に、フィーチャ非対称性の尺度は、回帰分析データの切片項を備える。

選択的に、少なくとも一つの別基板についてのパラメータの推定値の質の尺度は、少なくとも一つの別基板についての対応する回帰分析データの適合度を備える。

選択的に、別基板についての対応する回帰分析は、光学システムにより射出される一以上の波長よりも多い数の波長で射出され、少なくとも一つの別の基板の複数の対応する少なくとも第１フィーチャから回折される放射を用いて決定される。

選択的に、この方法は、テストされる基板の少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度の大きさが、少なくとも一つの別基板の対応する少なくとも第１フィーチャについて決定される関係性に基づく閾値を超える場合、テストされる基板上のパラメータの推定値を無視することをさらに備える。

選択的に、少なくとも第１フィーチャは、計測ターゲットの部分を形成する。

選択的に、光学システムは、４００ｎｍから９００ｎｍ、０．１ｎｍから１００ｎｍおよび／または１０ｎｍから２０ｎｍの範囲内の波長で放射を射出するよう構成される。

選択的に、この方法は、光学システムにより三以上の波長で射出され、別基板の複数の対応する少なくとも第１フィーチャから回折される放射に基づいて、別基板に関連する複数の対応する少なくとも第１フィーチャについて別基板非対称性強度データを決定することと；決定された別基板非対称性強度データに基づいて、少なくとも一つの別基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度と、別基板に関連するフィーチャ非対称性の尺度とを決定することと；少なくとも一つの別基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度と、複数の対応する少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を決定することと、をさらに備える。

選択的に、この方法は、別基板非対称性強度データを回帰分析することにより、少なくとも一つの別基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度を決定することをさらに備える。

選択的に、少なくとも一つの別基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度は、回帰分析の適合度を備える。

選択的に、この方法は、決定された別基板非対称性強度データに基づいて、複数の対応する少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度を決定することをさらに備える。

選択的に、複数の対応する少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度は、回帰分析の切片項を備える。

選択的に、リソグラフィプロセスのパラメータは、オーバレイを備える。

本発明のある態様によれば、リソグラフィプロセスのパラメータの推定値の質の尺度と、少なくとも一つのサンプル基板の複数の少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を、光学システムにより一以上の波長で射出され、サンプル基板の複数の少なくとも第１フィーチャから回折される放射に基づいて決定する方法が提供される。この方法は、回折された放射に基づいて、少なくとも一つのサンプル基板に関連する複数の少なくとも第１フィーチャについて非対称性強度データを決定することと；決定された非対称性強度データに基づいて、少なくとも一つのサンプル基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度と、別基板に関連するフィーチャ非対称性の尺度とを決定することと；少なくとも一つのサンプル基板に関連するパラメータの推定値の質の尺度と、複数の少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を決定することと、を備える。

本発明のある態様によれば、少なくとも一つのプロセッサで実行される際、少なくとも一つのプロセッサに装置を制御させて本書に記載される任意の方法を実行させる指令を備えるコンピュータプログラムが提供される。

本発明のある態様によれば、上記コンピュータプログラムを含む担体が提供される。この担体は、電気信号、光信号、無線信号、または、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体の一つである。

例示的な実施の形態は、添付の図面を参照しながら本書に記載される。
リソグラフィ装置の概略図である。 リソグラフィセルまたはクラスタの概略図である。 リソグラフィプロセス向けの全体的な制御環境の概略図である。 散乱計の概略図を示す。 ターゲットおよび関連する回折された放射光線を示す。 図３ａのオーバレイ装置とともに用いるアパチャのペアを示す。 図３ａのオーバレイ装置とともに用いるアパチャのペアを示す。 基板上の複数のグレーティングターゲットの形態および測定スポットの輪郭の概略図を示す。 図３の散乱計で取得される図４のターゲットの画像の概略図を示す。 オーバレイを推定する方法を示すフローチャートである。 オーバレイを推定する方法を示すフローチャートである。 フィーチャ非対称性を有しないオーバレイグレーティングについてのＡ−に対するＡ＋のプロットである。 フィーチャ非対称性を有するオーバレイグレーティングについてのＡ−に対するＡ＋のプロットである。 フィーチャ非対称性とリソグラフィプロセスパラメータの質との間の関係性を決定する方法を示すフローチャートである。 ウェハ上のターゲットの分布および各ターゲットについての適合度の尺度を示す。 サンプル基板についてのフィーチャ非対称性に対する適合度のプロットを示す。 フィーチャ非対称性とリソグラフィプロセスのパラメータの質との間の関係性に基づいてリソグラフィプロセスのパラメータの測定値の質を決定する方法を示すフローチャートである。 コンピュータシステムの概略図である。

本書において、「放射」および「ビーム」の用語は、紫外放射（例えば、３６５，２４８，１９３，１５７または１２６ｎｍの波長を有する）およびＥＵＶ（極端紫外放射、例えば、約５−１００ｎｍの範囲の波長を有する）を含む、全ての種類の電磁放射を包含するために用いられる。

この文書で用いられる「レチクル」、「マスク」または「パターニングデバイス」の用語は、基板のターゲット部分に生成されるべきパターンに対応するパターン化された断面を入射放射ビームに与えるために使用できる一般的なパターニングデバイスを称するものと広く解釈されうる。「ライトバルブ」の用語は、この文脈で用いることもできる。古典的なマスク（透過型または反射型、バイナリ型、位相シフト型、ハイブリッド型など）に加えて、このようなパターニングデバイスの他の例は、以下を含む。
−プログラマブルミラーアレイ。このようなミラーアレイのより多くの情報は、米国特許第５，２９６，８９１および５，５２３，１９３号に与えられており、本書に参照により組み込まれる。
−プログラマブルＬＣＤアレイ。このような構成の例は、米国特許第５，２２９，８７２号に与えられており、本書に参照により組み込まれる。

図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に描く。リソグラフィ装置ＬＡは、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射、ＤＵＶ放射またはＥＵＶ放射）を調整するよう構成される照明システム（イルミネータまたは光学システムとも称される）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、パターニングデバイスＭＡを特定のパラメータにしたがって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に接続されるサポート構造（例えばマスクテーブル）Ｔ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、基板を特定のパラメータにしたがって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備える）ターゲット部分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。

動作において、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯからの放射ビームを、例えばビームデリバリシステムＢＤを介して受け取る。照明システムＩＬは、放射を方向付け、整形し、または制御するための屈折型、反射型、磁気型、静電型、電磁気型、または他の種類の光学素子、またはこれらの任意の組み合わせといった様々な形式の光学素子を含んでもよい。イルミネータＩＬは、パターニングデバイスＭＡの平面においてビームの断面が所望の空間および角度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。

本書で用いる「投影システム」ＰＳの用語は、用いられる露光放射に適切であれば、または、液浸液の使用や真空の使用といった他の要因に適切であれば、屈折型、反射型、磁気型、静電型、電磁気型、または他の形式の光学素子、またはこれらの任意の組み合わせを含む、様々な形式の投影システムを包含するものと広く解釈されるべきである。本書の「投影レンズ」の用語の任意の使用は、より一般的な用語である「投影システム」ＰＳと同義とみなしてもよい。

リソグラフィ装置ＬＡは、基板の少なくとも一部が比較的高い屈折率を有する液体、例えば水によって被覆され、投影システムと基板の間の空間が満たされるような形式であってもよい。これは、液浸リソグラフィとも称される。液浸技術のより多くの情報は、米国特許第６，９５２，２５３号および国際出願公開ＷＯ９９−４９５０４に与えられており、これらは参照により本書に組み込まれる。

リソグラフィ装置ＬＡは、二つの基板テーブルＷＴを有する形式（デュアルステージ）またはそれより多い基板テーブルＷＴを有する形式であってもよく、例えば、二以上のサポート構造Ｔ（不図示）を有する形式であってもよい。このような「マルチステージ」の機械において、追加のテーブル／構造が並行して用いられてもよく、または、一以上のテーブルで準備工程が実行される間、一以上の他のテーブルがパターニングデバイスＭＡのデザインレイアウトを基板Ｗに露光するために用いられてもよい。

動作において、放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブルＴ）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ＭＡによりパターン化される。マスクＭＡを横切ると、放射ビームＢは、基板Ｗのターゲット部分Ｃにビームを合焦させる投影システムＰＳを通過する。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式センサ）の助けを借りて、基板テーブルＷＴは、異なるターゲット部分Ｃが放射ビームＢの経路内に位置決めされるように、正確に動か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（これは図１に明示されていない）は、マスクＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めするために用いられてもよい。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１，Ｍ２および基板アライメントマークＰ１，Ｐ２を用いてアライメントされてもよい。基板アライメントマークが専用のターゲット部分を占めるように描かれているが、これらはターゲット部分の間のスペースに位置してもよい（これは、スクライブラインアライメントマークとして知られる）。

図２ａに示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、しばしばリソセルまたは（リソ）クラスタとも称されるリソグラフィセルＬＣの部分を形成してもよい。これらは、しばしば基板Ｗへの露光前および露光後処理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スピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像する現像装置ＤＥ、例えば基板Ｗの温度を調整し、レジスト層の溶剤を調整するための冷却プレート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Ｗを入力／出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２からピックアップし、異なるプロセス装置間でそれらを移動し、基板Ｗをリソグラフィ装置ＬＡのローディングベイＬＢに届ける。リソセル内の装置は、しばしば集合的にトラックとも称され、典型的にトラック制御ユニットＴＣＵの制御下にある。ＴＣＵ自身は、例えば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ＬＡも制御しうる監視制御システムＳＣＳによって制御されてもよい。

リソグラフィ装置ＬＡにより露光される基板Ｗを正確かつ一貫して露光するためには、基板を検査し、後続層との間のオーバレイ誤差、線幅、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）などといったパターン化された構造の特性またはパラメータを測定することが望ましい。この目的のため、検査ツール（不図示）がリソセルＬＣに含まれてもよい。仮にエラーが検出された場合、特に同一バッチまたは同一ロットの他の基板Ｗが露光または処理される前に検査が完了している場合、例えば後続基板の露光や基板Ｗ上で実行されるべき他の処理工程に対して調整がなされてもよい。

検査装置は、しばしば計測（メトロロジ）装置とも称され、基板Ｗの特性、特に異なる基板Ｗの特性がどのように変化しているか、または、同一基板Ｗの異なる層に関連する特性が層ごとにどのように変化しているかを決定するために用いられる。検査装置は、代替的に基板Ｗの欠陥を特定するために構築されてもよく、例えばリソセルＬＣの一部であってもよいし、リソグラフィ装置ＬＡに一体化されてもよいし、独立式（スタンドアローン）の装置であってもよい。検査装置は、潜像（露光後のレジスト層内の像）の特性を測定してもよいし、または、半潜像（露光後のベーク工程ＰＥＢの後のレジスト層内の像）の特性を測定してもよいし、または、現像されたレジスト像（レジストの露光された部分または露光されていない部分が除去されている）の特性を測定してもよいし、エッチングされた像（エッチングなどのパターン転写工程後）の特性を測定してもよい。

典型的に、リソグラフィ装置ＬＡにおけるパターニングプロセスは、基板Ｗ上の構造を高精度で寸法決めおよび配置することを必要とするプロセスにおける最重要工程の一つである。高精度を保証するため、三つのシステムは、図２ｂに概略的に描かれるような、いわゆる「全体的」な制御環境に統合されてもよい。これらのシステムの一つは、計測ツールＭＴ（第２システム）およびコンピュータシステムＣＬ（第３システム）に（仮想的に）接続されるリソグラフィ装置ＬＡである。このような「全体的」な環境の鍵は、これら三つのシステム間の連携を最適化してリソグラフィ装置ＬＡによって実行されるパターニングがプロセスウィンドウの範囲内に留まること保証することである。プロセスウィンドウは、特定の製造プロセスが定義された結果（例えば機能的な半導体デバイス）を生み出すこととなるプロセスパラメータ（例えば、ドーズ、フォーカス、オーバレイ）の範囲を定義する。典型的に、リソグラフィプロセスまたはパターニングプロセスにおけるプロセスパラメータは、その範囲内で変動することが許容される。

コンピュータシステムＣＬは、パターニングされるべきデザインレイアウト（の部分）を使用し、どの分解能向上技術を使用するかを予測し、コンピュータによるリソグラフィシミュレーションおよび計算を実行し、どのマスクレイアウトおよびどのリソグラフィ装置の設定がパターニングプロセスの全体として最大のプロセスウィンドウを実現するかを決定してもよい（図２ｂの第１スケールＳＣ１の両矢印により描かれる）。典型的に、分解能向上技術は、リソグラフィ装置ＬＡのパターニングの実現性と整合するように構成される。コンピュータシステムＣＬは、プロセスウィンドウ内でリソグラフィ装置ＬＡが現在動作しているかどうかを（例えば計測ツールＭＴからの入力を用いて）検出し、例えば最適ではないプロセスに起因して欠陥が発生しうるかどうかを予測するために用いられてもよい（図２ｂの第２スケールＳＣ２において「０」に位置する矢印により描かれる）。

計測ツールＭＴは、コンピュータシステムＣＬに入力を提供して正確なシミュレーションおよび予測が可能となるようにし、また、リソグラフィ装置ＬＡにフィードバックを提供して、例えばリソグラフィ装置ＬＡの較正ステータスにおいて発生しうるドリフトを特定しうる（図２ｂの第３スケールＳＣ３において複数の矢印により描かれる）

リソグラフィプロセスにおいて、生成された構造を頻繁に測定することは、例えばプロセスの制御および検証のために好ましい。このような測定を実行するツールは、典型的に計測ツールＭＴと呼ばれる。このような測定を実行する異なる種類の計測ツールＭＴが知られており、走査型電子顕微鏡または様々な種類の散乱計（スキャトロメータ）計測ツールＭＴを含む。散乱計は、リソグラフィプロセスのパラメータの測定を可能にする幅広い用途に使える機器であり、散乱計の対物レンズの瞳面または瞳面の共役面にセンサを有することによって（この測定は通常、瞳ベース測定と称される）、または、像面または像面の共役面にセンサを有することによって（この場合の測定は通常、画像またはフィールドベース測定と称される）実現される。このような散乱計および関連する測定技術は、特許出願ＵＳ２０１００３２８６５５、ＵＳ２０１１１０２７５３Ａ１、ＵＳ２０１２００４４４７０Ａ、ＵＳ２０１１０２４９２４４、ＵＳ２０１１００２６０３２、または、ＥＰ１，６２８，１６４Ａにさらに記載されており、これらの全体が参照により本書に組み込まれる。上述の散乱計は、軟Ｘ線放射、極端紫外放射または可視光から近赤外までの波長範囲の放射を用いてグレーティングを測定してもよい。

ある一つの構成において、散乱計ＭＴは、角度分解散乱計である。このような散乱計において、グレーティングの特性を再構築または計算するために、測定された信号に再構築法が適用されてもよい。このような再構築は、例えば、散乱された放射の相互作用をターゲット構造の数学的モデルを用いてシミュレーションし、シミュレーション結果と測定結果を比較することに起因してもよい。数学的モデルのパラメータは、実際のターゲットで観察されたものと同様の回折パターンをシミュレーションした相互作用が生成するまで調整される。

ある別の構成において、散乱計ＭＴは、分光散乱計ＭＴである。このような分光散乱計ＭＴにおいて、放射源により射出される放射はターゲット上に向けられ、ターゲットから反射または散乱された放射は分光検出器に向けられ、鏡面反射された放射のスペクトルを測定する（つまり、波長の関数としての強度の測定）。このデータから、例えば厳密結合波解析または非線形解析によって、または、シミュレーションされたスペクトルのライブラリとの比較によって、検出されたスペクトルを生じさせるターゲットの構造または形状が再構築されてもよい。

ある別の構成において、散乱計ＭＴは、偏光解析（エリプソ）散乱計である。偏光解析散乱計は、散乱された放射を複数の偏光状態のそれぞれについて測定することによりリソグラフィプロセスのパラメータの決定を可能にする。このような計測装置は、計測装置の照明部にある適切な偏光フィルタを用いることにより、偏光された光（直線偏光、円偏光または楕円偏光など）を射出する。計測装置に適した放射源が偏光された放射を提供してもよい。現存する偏光解析散乱計の様々な実施の形態は、米国特許出願１１／４５１，５９９、１１／７０８，６７８、１２／２５６，７８０、１２／４８６，４４９、１２／９２０，９６８、１２／９２２，５８７、１３／０００，２２９、１３／０３３，１３５、１３／５３３，１１０および１３／８９１，４１０に記載されており、これらの全体が参照により本書に組み込まれる。

散乱計ＭＴは、反射されたスペクトルおよび／または検出の構成における非対称性を測定することにより、アライメントされていない二つのグレーティングまたは周期構造のオーバレイを測定するように構成されてもよい。非対称性は、オーバレイの程度に関連する。二つの（典型的に重なっている）グレーティング構造は、二つの異なる層（必ずしも連続する層ではない）に付与され、ウェハの実質的に同じ位置に形成されうる。散乱計は、例えば共同特許出願ＥＰ１，６２８，１６４Ａに記載されるように、いかなる非対称性も明確に区別しうるように、対称な検出構成を有してもよい。これは、グレーティングのミスアライメントを測定する直接的な方法を提供する。周期構造の非対称性を通じてターゲットを測定し、周期構造を含む二つの層の間のオーバレイ誤差を測定するための別の例は、国際特許出願公開ＷＯ２０１１／０１２６２４または米国特許出願ＵＳ２０１６０１６１８６３に見つけることができ、それらの全体は参照により本書に組み込まれる。

関心のある他のパラメータは、フォーカスおよびドーズであってもよい。フォーカスおよびドーズは、参照により本書にその全体が組み込まれる米国特許出願ＵＳ２０１１−０２４９２４４に記載されるように、散乱計によって（または代替的に走査型電子顕微鏡によって）同時に決定されうる。単一の構造が用いられてもよく、それは、フォーカスエネルギーマトリックス（ＦＥＭ、フォーカス露光マトリックスとも呼ばれる）の各点についてクリティカルディメンジョンおよび側壁角度の測定値の固有の組み合わせを有する。仮にこれらのクリティカルディエンジョンおよび側壁角度の固有の組み合わせが利用可能であれば、フォーカスおよびドーズの値は、これらの測定値から一意に決定されうる。

計測ターゲットは、リソグラフィプロセスによって多くの場合レジスト内に形成されるが、例えばエッチングプロセスの後にも形成される、複合グレーティングの集合体であってもよい。典型的に、グレーティング内の構造のピッチおよび線幅は、計測ターゲットから来る回折次数を捕捉可能な測定光学系（特に光学系のＮＡ）に強く依存する。先に示したように、回折された信号は、二つの層の間のシフト（「オーバレイ」とも称される）を決定するために用いられてもよいし、リソグラフィプロセスにより生成される元のグレーティングの少なくとも部分を再構築するために用いられてもよい。この再構築は、リソグラフィプロセスの品質の指針を提供するために用いられてもよく、かつ、リソグラフィプロセスの少なくとも一部を制御するために用いられてもよい。ターゲットは、ターゲット内のデザインレイアウトの機能部分の寸法を模倣するように構成されるより小さなサブセグメンテーション（小区分）を有してもよい。このサブセグメンテーションに起因して、ターゲットは、全体的なプロセスパラメータの測定結果がデザインレイアウトの機能部分に酷似することとなるように、デザインレイアウトの機能部分により類似した振る舞いをするであろう。ターゲットは、アンダーフィルモードまたはオーバーフィルモードで測定されうる。アンダーフィルモードにおいて、測定ビームは、ターゲット全体よりも小さなスポットを生成する。オーバーフィルモードにおいて、測定ビームは、ターゲット全体よりも大きなスポットを生成する。このようなオーバーフィルモードでは、異なるターゲットを同時に測定することが可能であってもよく、したがって異なるプロセスパラメータを同時に決定する。

特定のターゲットを用いるリソグラフィパラメータの全体的な測定品質は、このリソグラフィパラメータの測定に用いる測定レシピによって少なくとも部分的に決まる。「基板測定レシピ」の用語は、測定自体の一以上のパラメータを含んでもよいし、測定された一以上のパターンの一以上のパラメータを含んでもよいし、または両方を含んでもよい。例えば、ある基板測定レシピに用いられる測定が回折ベースの光学測定である場合、測定の一以上のパラメータは、放射の波長、放射の偏光、基板に対する放射の入射角、基板上のパターンに対する放射の向きなどを含んでもよい。測定レシピを選択する基準の一つは、例えば、プロセスの変動に対する一つの測定パラメータの感受性であってもよい。より多くの例は、米国特許出願ＵＳ２０１６−０１６１８６３およびまだ公開されていない米国特許出願１５／１８１，１２６に記載されており、その全体が参照により本書に組み込まれる。

本発明の本書に開示される例示的な方法および装置に用いるのに適したマイクロ回折ベースオーバレイ（μＤＢＯ）計測装置は、図３（ａ）に示される。ターゲットグレーティングＴおよび回折された光線は、図３（ｂ）により詳細に示されている。μＤＢＯ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の例えば測定ステーション、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。光軸は、装置を通していくつかの分岐を有し、破線Ｏにより表される。この装置において、光源１１（例えばキセノンランプ）により射出される光は、レンズ１２，１４および対物レンズ１６を備える光学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。これらのレンズは、４Ｆ構成の二重配列で構成されてもよい。基板像を検出器に提供すると同時に、空間周波数フィルタ用の中間瞳面にアクセス可能であれば、異なるレンズ構成を用いることができる。したがって、基板に入射する放射の角度範囲は、基板平面の空間スペクトルを表す平面（ここで（共役）瞳面と称する）における空間強度分布を制限することにより選択できる。具体的には、これは、対物レンズ瞳面の後方投影像の平面において、レンズ１２と１４の間に適切な形態のアパチャプレート１３を挿入することで実現できる。図示される例において、アパチャプレート１３は、符号１３Ｎおよび１３Ｓの異なる形態を有し、異なる照明モードを選択可能である。本実施例における照明システムは、軸外照明モードを形成する。第１照明モードにおいて、アパチャプレート１３Ｎは、単に説明の便宜のため「北」に指定される方向からの軸外しを提供する。第２照明モードにおいて、アパチャプレート「１３Ｓ」は、同様の照明であるが、「南」のラベルが付いた反対方向からの照明を提供するために用いられる。他の照明モードは、異なるアパチャを用いることにより実現可能である。望ましい照明モードの外側の不必要な光は望ましい測定信号と干渉しうるため、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、ターゲットグレーティングＴは、対物レンズ１６の光軸Ｏに垂直な基板Ｗとともに配置される。照明光線Ｉは、軸Ｏから外れた角度からグレーティングＴに入射し、０次光線（実線０）および二つの１次光線（一点鎖線＋１および二点鎖線−１）を生じさせる。オーバーフィルの小さなターゲットグレーティングを用いるとき、これらの光線は、計測ターゲットグレーティング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くの平行光線の一つにすぎないことに留意すべきである。プレート１３のアパチャは有限の幅を有するため（有用な光量を受け入れるために必要）、入射光線Ｉは実際にはある角度範囲を占め、回折された光線０および＋１／−１は外に広がるであろう。小さなターゲットの点像分布関数によれば、＋１および−１次のそれぞれは、ある角度範囲にわたってさらに広がり、図示されるような単一の理想的な光線とはならないであろう。なお、グレーティングピッチおよび照明角度は、対物レンズに入射する１次光線が中心光軸の近くにアライメントされるように設計および調整されることができる。図３（ａ）および３（ｂ）に示される光線は、純粋に図面においてそれらを容易に区別できるようにするために、軸外しで示される。

基板Ｗ上のターゲットにより回折された少なくとも０次および＋１次は、対物レンズにより集められ、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）の符号がついた直径方向に反対の開口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図示される。入射光線Ｉが光軸の北側から入射するとき、つまり、アパチャプレート１３Ｎを用いて第１照明モードが適用されるとき、＋１（Ｎ）の符号が付いた＋１次回折光線が対物レンズ１６に入射する。逆に、アパチャプレート１３Ｓを用いて第１照明モードが適用されるとき、−１次回折光線（−１（Ｓ）の符号）がレンズ１６に入射する光線となる。

第２ビームスプリッタ１７は、回折されたビームを二つの測定分岐に分割する。第１測定分岐において、光学システム１８は、０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）上にターゲットの回折スペクトル（瞳面画像）を形成する。各回折次数は、センサの異なる点に当たるため、画像処理によって各次数を比較および対比できる。センサ１９により撮像される瞳面画像は、計測装置の焦点合わせおよび／または１次ビームの強度測定値の規格化のために用いることができる。瞳面画像は、再構築などの多くの測定目的に用いることもできるが、これは本開示の主題ではない。

第２測定分岐において、光学システム２０，２２は、基板Ｗのターゲットの画像をセンサ２３（例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ）上に形成する。第２測定分岐において、開口絞り２１が瞳面の共役となる面に設けられる。開口絞り２１は、０次回折ビームを遮断し、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次回折ビームのみから形成されるようにする。センサ１９および２３により撮像される画像は、画像プロセッサなどのプロセッサ、および、コントローラＰＵに出力される。コントローラＰＵの機能は実行される測定の具体的な種類に依存するであろう。なお、「画像」の用語は、本書で広い意味で用いられる。仮に−１および＋１次のみが存在する場合、グレーティングラインそれ自体の画像は形成されないであろう。

図３に示されるアパチャプレート１３および視野絞り２１の具体的な形態は例にすぎない。他の例示的な装置において、ターゲットの軸上照明が用いられ、実質的に一つの１次回折光のみをセンサに通過させるために軸外開口を有する開口絞りが用いられる。さらに別の例示的な装置において、１次ビームの代わりにまたは加えて、２次、３次およびさらに高次のビーム（図３（ｂ）に示されない）を測定に用いることができる。

これらの異なる種類の測定に適合可能な照明を生成するため、アパチャプレート１３は、所望のパターンをその位置にもたらすように回転する円盤の周に形成される多数の開口パターンを備えてもよい。代替的または追加的に、同様の効果を実現するために、一式のプレート１３を配置および交換することができる。変形可能なミラーアレイまたは透過型の空間視野変調器といったプログラマブル照明デバイスを用いることもできる。照明モードを調整する別の方法として、ミラーやプリズムを動かすこともできる。

アパチャプレート１３に関連して今説明したように、画像化のために回折次数を選択することは、瞳絞り２１を変えること、または、異なるパターンを有する瞳絞りに入れ替えること、または、プログラマブル空間光変調器を有する固定された視野絞りに交換することによって代替的に実現できる。この場合、測定光学システムの照明側を一定にしたままにすることができる一方で、撮像側が第１および第２モードを有する。したがって、本開示では、有効となる３種類の測定方法が存在し、それぞれが利点および欠点を持つ。ある方法において、異なる次数を測定するために照明モードが変化する。別の方法において、撮像モードが変化する。第３の方法において、照明モードおよび撮像モードを不変のままとするが、ターゲットが１８０度回転する。それぞれの場合において望ましい効果は同じであり、つまり、ターゲットの回折スペクトルにおいて対称的に互いに反対となる０次ではない回折放射の第１部分および第２部分を選択する。原理的に、回折次数の望ましい選択は、照明モードおよび撮像モードの同時変化を組み合わせることで得ることができるが、これは利点がなく、欠点をもたらす可能性が高いため、これ以上議論しない。

本実施例において画像化に用いる光学システムは、視野絞り２１により制限される幅広い入射瞳を有する一方、他の構成または用途では、画像システム自体の入射瞳サイズが所望の次数を制限するのに十分な程度に小さくてもよく、したがって視野絞りとして機能してもよい。異なるアパチャプレートが図３（ｃ）および（ｄ）に示されるが、これらは以下にさらに記載するように用いることができる。

典型的に、ターゲットグレーティングは、南北または東西のいずれかに延びる自身のグレーティングラインとアライメントされるであろう。言い換えれば、グレーティングは、基板ＷのＸ方向またはＹ方向にアライメントされるであろう。なお、アパチャプレート１３Ｎまたは１３Ｓは、一方向（セットアップに依存してＸまたはＹ）に配向されたグレーティングを測定するためだけに使用できる。直交するグレーティングの測定には、ターゲットの９０度または２７０度の回転が実行されるかもしれない。しかしながら、より便利には、東または西からの照明を照明光学系に設け、図３（ｃ）に示されるようなアパチャプレート１３Ｅまたは１３Ｗを用いる。アパチャプレート１３Ｎから１３Ｗは、別々に形成して交換することができ、または、それらを９０度、１８０度または２７０度回転できる単一のアパチャとしてもよい。すでに述べたように、図３（ｃ）に示される軸外アパチャは、照明アパチャプレート１３の代わりに視野絞り２１に設けることができる。この場合、照明は軸上となるであろう。

図３（ｄ）は、第１ペアおよび第２ペアの照明モードの組み合わせに用いることができるアパチャプレートの第３ペアを示す。アパチャプレート１３ＮＷは、北および東の開口を有する一方、アパチャプレート１３ＳＥは、南および西の開口を有する。これらの異なる回折信号間のクロストークがそれほど大きくなければ、照明モードを変更することなくＸおよびＹの双方のグレーティングの測定を実行できる。

図４は、既知の実施にしたがって基板上に形成される複合ターゲットを描く。複合ターゲットは、計測装置の照明ビームにより形成される測定スポット３１内に全てが存在するように近接して一緒に配置される四つのグレーティング３２から３５を備える。したがって、四つのターゲットの全ては同時に照明され、センサ１９および２３上に同時に結像する。オーバレイ測定専用の例において、グレーティング３２から３５は、それら自体が基板Ｗ上に形成される半導体デバイスの互いに異なる層にパターニングされる重なり合うグレーティングにより形成される複合グレーティングである。グレーティング３２から３５は、複合グレーティングの互いに異なる部分が形成される層と層の間のオーバレイの測定を助けるために互いに異なるオーバレイバイアスを有してもよい。本書で使用されるように、「オーバレイバイアス」の用語は、バイアスの意味に加えて、意図的に付与されるオーレイおよび任意のオーバレイ誤差を包含する。グレーティング３２から３５は、図示されるように、それらの向きが異なってもよく、その結果、入射する放射をＸおよびＹ方向に回折してもよい。一例において、グレーティング３２および３４は、それぞれ＋ｄ，−ｄのオーバレイバイアスを有するＸ方向グレーティングである。これは、グレーティング３２自体が互いに重なり合う要素を有し、その双方が公称上の位置に正確に印刷された場合に、双方の要素の一方が他方に対して距離ｄでオフセットすることとなるように配置されることを意味する。グレーティング３４は、完璧に印刷された場合にオフセットｄが存在するが第１グレーティングに対して反対向きとなるように配置される要素を有する。グレーティング３３および３５は、それぞれが＋ｄおよび−ｄのオフセットを有するＹ方向のグレーティングである。四つのグレーティングが図示されているが、別の実施の形態では望ましい精度を得るためにより大きなマトリックスを必要としてもよい。例えば、３×３の９個の複合グレーティングは、−４ｄ，−３ｄ，−２ｄ，−ｄ，０，＋ｄ，＋２ｄ，＋３ｄ，＋４ｄのバイアスを有してもよい。

図５は、図３の装置内の図４のターゲットを用いて、図３（ｄ）のアパチャプレート１３ＮＷまたは１３ＳＥを用いて、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。瞳面画像センサ１９は、異なる個々のグレーティング３２から３５を分解することができないが、画像センサ２３はそれができる。暗い矩形は、センサ上の画像フィールドを表し、その内側に基板上に照明されたスポット３１が対応する円形領域４１に結像する。この内側の矩形領域４２−４５が小さなターゲットグレーティング３２から３５の像を表す。グレーティングが製品領域内に位置する場合、この画像フィールドの周縁において製品フィーチャも見えるかもしれない。画像プロセッサおよびコントローラＰＵは、これらの画像をパターン認識を用いて処理し、グレーティング３２から３５の個々の像４２から４５を特定する。この方法において、これらの像は、センサフレーム内の特定の位置に非常に精密にアライメントされなくてもよいため、測定装置の全体としてのスループットを大幅に改善しうる。しかしながら、画像処理が画像フィールドにわたる不均一性の影響を受ける場合、正確なアライメントが必要となる。本発明の一実施の形態において、四つの位置Ｐ１からＰ４が特定され、これらの既知の位置にグレーティングが可能な限り位置合わせされる。

いったんグレーティングの個々の像が特定されると、例えば特定された領域内で選択された画素の強度値を平均化または合計することにより、それら個々の画像の強度を測定することができる。これらの画像の強度および／または他の特性は、互いに比較できる。これらの結果は、リソグラフィプロセスの異なるパラメータを測定する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例であり、二つのリソグラフィ層の横方向のアライメントの尺度である。オーバレイは、例えば、下部グレーティングの上部の中心と、対応する上部グレーティングの下部の中心との間の横方向位置の差として、より具体的に定義できる。

暗視野計測の例は、国際特許出願ＷＯ２００９／０７８７０８およびＷＯ２００９／１０６２７９に見つけることができ、これらの全体が参照により本書に組み込まれる。この技術の別の開発例は、特許公開ＵＳ２０１１００２７７０４Ａ、ＵＳ２０１１００４３７９１ＡおよびＵＳ２０１２０１２３５８１に記載される。これらの出願全ての内容は、参照により本書に組み込まれる。

図６は、出願ＷＯ２０１１／０１２６２４に記載される方法の例を用いて、要素グレーティング３２から３５といった第１および／または第２フィーチャを含む二つの層の間のオーバレイ誤差を、グレーティングの非対称性を通じてどのように測定するかを説明し、＋１次および−１次の暗視野像におけるそれらの強度を比較することにより明らかになる。ステップＳ１にて、基板、例えば半導体ウェハが図２（ａ）のリソグラフィセルを通じて一回以上処理され、オーバレイターゲット３２−３５を含む構造が生成される。Ｓ２において、図３（ａ）の計測装置を用いて、グレーティング３２から３５の画像が１次回折ビームの一方（つまり−１）を用いて取得される。その後、照明モードを変更する、画像モードを変更する、または、計測装置の視野において基板Ｗを１８０度回転させるのいずれかによって、１次回折ビームの他方（＋１）を用いてグレーティングの第２画像を取得できる（ステップＳ３）。したがって、＋１次回折放射が第２画像に撮像される。

なお、各画像において１次回折放射の半分のみを含むことにより、ここで称する「画像」は従来の暗視野顕微鏡画像とは異なる。個々のグレーティングラインは分解されないであろう。各グレーティングは、単に特定の強度レベルの領域によって表されるであろう。ステップＳ４において、各要素グレーティングの画像内で注目領域（ＲＯＩ）が特定され、ここから強度レベルが測定されるであろう。これは、特に個々のグレーティング画像のエッジ周辺で、レジスト厚、組成、ライン形状や、一般にエッジ効果といわれるプロセス変動に対して強度値が大きく依存しうるためになされる。

個々のグレーティングおよびその測定された強度値についてＲＯＩを特定すると、グレーティング構造の非対称性、つまりオーバレイ誤差を決定できる。これは、画像プロセッサなどのプロセッサおよびコントローラにより、ステップＳ５にてなされ、各グレーティング３２−３５について＋１次および−１次で得られた強度値を比較し、それらの強度値の任意の差分を特定し、そして（Ｓ６）グレーティングのオーバレイバイアスの知見からターゲットＴの近傍におけるオーバレイ誤差を決定する。

従来の出願において、上述したように、オーバレイ測定の質を向上するための様々な技術が開示されている。例えば、画像間の強度差は、異なる測定に用いられる光路の差異に起因するかもしれず、ターゲットにおける非対称性に純粋に起因しないかもしれない。照明源１１は、照明スポット３１の強度および／または位相が均一ではないようなものかもしれない。例えば、センサ２３の画像フィールドにおけるターゲット画像の位置を参照することで、補正を決定して適用し、このような誤差を最小化することもできる。これらの技術は、従来の出願に説明されており、本書ではより詳細には説明しない。これらは、本出願に新規に開示される技術と組み合わせて用いられてもよく、それらは本書に記載される。

実施例の方法に係るオーバレイ測定は、測定される非対称性がグレーティングの層と層の間の実際のオーバレイシフトに比例すると仮定している。しかしながら、これは、測定される非対称性がグレーティングの製造時に生じるフィーチャ非対称性効果の影響も受ける場合、必ずしもそうではない。これらフィーチャ非対称性効果は、側壁角度非対称性および床面傾斜を含み、１次の非対称性ベースオーバレイ測定を不安定にし、低精度のオーバレイ測定をもたらすであろう。

図７は、図６のフローチャートのステップＳ６に適合するフローチャートであり、正にバイアスされたグレーティングＡ＋の非対称性を負にバイアスされたグレーティングＡ−の非対称性の関数として決定することにより、Ａ＋対Ａ−の回帰を使用して回折ベースのオーバレイ測定（ＤＢＯおよびμＤＢＯ）を分析する。本書で用いられるように、Ａ＋およびＡ−の用語は、「非対称性強度」とも呼ばれる。Ａ＋の用語は、上述の第１画像および第２画像の強度の比較に関連し、正（＋ｄ）にオーバレイバイアスされたグレーティングについて決定される。また、Ａ−は、上述の第１画像および第２画像の強度の比較に関連し、負（−ｄ）にオーバレイバイアスされたグレーティングについて決定される。

ステップＳ６−１にて、Ａ＋およびＡ−は、測定された多数の異なる瞳画素および／または多数の異なる波長と偏光の組み合わせについて（つまり、多数の異なる照明条件または照明「レシピ」）について決定される。いくつかの例において、Ａ＋およびＡ−は、複数の波長で光学システムから射出された光を用いて決定されてもよい。この次に、ステップＳ６−２にて、オーバレイを生成するために、Ａ＋の決定された値がＡ−の決定された値に対してプロットされうる。実際にＡ＋およびＡ−の値をプロットすることは必須ではなく、Ａ＋およびＡ−の値に対して回帰分析を実行することによりオーバレイが推定されてもよいことが留意されよう。

図８は、フィーチャ非対称性を何ら有しないオーバレイグレーティングについてのＡ−に対するＡ＋のプロットであり、存在する非対称性がオーバレイバイアス（±ｄ）およびオーバレイに起因する非対称性のみである。この場合、Ａ＋とＡ−の関係は、原点を通る直線上にあり、Ａ＋およびＡ−の（非対称性強度）データを回帰分析することで直線の位置および傾きが決定されうる。測定された波長と偏光の組み合わせの全てがこの直線上にある。この直線の傾きは、オーバレイに関連し、オーバレイを決定するために用いることができる。図は、以下の四つの直線を示す。
・ＯＶ＝０の符号の点線は、オーバレイがゼロであることを示す直線であり、−１の傾きを有する。
・ＯＶ→∞の符号の点線は、＋１の傾きを有する直線であり、オーバレイが無限に近づくことを示す。
・ＯＶ＜０の符号の実線は、−１より小さい傾きを有する直線であり、オーバレイがゼロより小さいことを示す。
・ＯＶ＞０の符号の実線は、−１より大きい傾きを有する直線であり、オーバレイがゼロより大きいことを示す。

追加的に、＋ｄに等しいオーバレイは、（ここでｄはグレーティングバイアス）、ｙ軸に沿ってプロットされる直線となり、−ｄに等しいオーバレイは、ｘ軸に沿ってプロットされる直線となることが分かる。

図９は、Ａ−に対するＡ＋のプロットであり、ステップＳ６−２にてプロットされうるようなこれらの態様の最初の二つを示す。上述の方法によれば、データ点９３０は、原点を通る直線に適合するであろう。しかしながら、この実施の形態におけるデータ点は、最良適合法（例えば、最小自乗）によれば、必ずしも原点を通らない直線９１０に適合する（ステップＳ６−３）。この方法において、直線９１０の傾斜からオーバレイを計算することもできる。直線９１０は、フィーチャ非対称性を有しない同じ測定構造について見られるような直線９２０と平行であることが分かる。直線９１０の軸切片、つまり、直線９２０（直線９１０と同じ傾きを有するが、原点を通ってプロットされる直線）から直線９１０のオフセットは、フィーチャ非対称性の効果を量的に示す。

ターゲットの二つの対称にバイアスされたグレーティングのオーバレイバイアス“d”と直線９１０の傾き“slope”を用いて、オーバレイは図９から（非対称性とオーバレイの間の線形化された関係を用いて）以下のように計算できる。

ピッチの周期的な正弦関係のため、オーバレイは同様に以下のように理解できる。

ここで、“pitch”は、グレーティングピッチである。

上記処理は、非対称性強度回帰分析とも称され、非対称性強度回帰分析を用いて、オーバレイなどのリソグラフィプロセスにおけるパラメータを決定可能である。しかしながら、光学システムから射出され、非対称性強度の決定に使用され、その後、回帰分析のために用いられる異なる波長と偏光の組み合わせの数は、決定されるオーバレイの精度および質に顕著な影響を与える。複数の波長と偏光の組み合わせでなければならず、三以上であることが望ましいと考えられうる。

方程式において、オーバレイ誤差ＯＶＥと強度非対称性Ａとの間の関係性は、以下のように仮定される。

ここで、オーバレイ誤差ＯＶＥは、ターゲットのピッチＰが２πラジアンの角度に対応するようなスケールで表される。異なる既知のオーバレイバイアス（例えば＋ｄと−ｄ）を有する二つのグレーティングの測定値を用いて、オーバレイ誤差ＯＶＥは以下を用いて計算できる。

構造的（またはフィーチャ）非対称性、例えば下部グレーティング非対称性を導入する第１の効果は、「理想的」な正弦曲線の式（１）がもはや適用されなくなることである。しかしながら、少なくとも近似的に、下部グレーティング非対称性または他の構造的非対称性は、強度非対称性Ａ_±ｄに強度シフト項Ｋ０および位相シフト項φを追加することの効果を有する。強度シフト項Ｋ０および位相シフト項φは、ターゲットと選択した測定放射の特性（測定放射の波長および／または偏光など）の組み合わせに依存し、かつ、プロセス変動に敏感である。方程式において、オーバレイの計算に用いる関係性は以下になる。

異なる波長と偏光の組み合わせを用いる非対称性強度の各測定は、計測プロセスに時間的な負荷を加える。さらに、限られた数の波長のみが光学システムによって射出されうるため、限られた数の波長と偏光の組み合わせのみが取り得る。

発明者らは、大きなフィーチャ非対称性に対し、非対称性強度回帰分析法の精度が低下し始めることを理解している。これは、フィーチャ非対称性が非対称性強度データに誤差を生じさせ、それが顕著な場合、直線をデータに精度良く適合することを困難にしうるためである。この影響は、決定されたオーバレイの質を決定することで明らかになりうる。一例において、決定されたオーバレイの質は、非対称性強度データの回帰分析における適合度を決定することにより特定されてもよい。つまり、決定されたオーバレイの質は、図８の直線が非対称性強度（Ａ＋／Ａ−）データにどの程度よく適合するかにより特定されてもよい。適合度は、Ｒ^２により表されてもよく、これは、決定された直線からプロットされた非対称性強度データまでの距離の二乗の合計である。

上記視点において、本発明者らは、オーバレイ推定値とフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性に基づいて、オーバレイ測定の質を決定する方法および装置を開発した。例示的な構成において、フィーチャ非対称性の尺度は、後述するように、回帰分析データについての原点までの距離の値または切片の値を用いて決定されうるが、フィーチャ非対称性の尺度を決定する他の方法が用いられてもよい。

例示的な構成において、関係性は、測定が実施されるべき基板、テストされる基板の代わりとなる一以上の別基板を用いて決定されてもよい。このような構成において、後述するように、第１および第２フィーチャを備えうる、具体的にはグレーティング３２，２５のペアでありうる、別基板上の複数のフィーチャが上述の非対称性強度回帰分析を受けてもよい。回帰分析データの適合度といった各フィーチャについてのオーバレイ推定値の質の尺度は、フィーチャの同じペアについてのフィーチャ非対称性の尺度に対してプロットされ、それらの関係性が決定されてもよい。例示的な構成において、フィーチャ非対称性の尺度は、回帰分析で決定された直線の原点からのオフセットを備えてもよい。これは、原点からの距離として知られてもよいし、回帰分析データがＸ軸およびＹ軸の一方または双方と交じわる値である切片値または切片項として定義されてもよい。

図１０は、例示的な構成のセットアップ段階のフローチャートを示し、テストされる基板の代わりとなる一以上の別基板（これは、サンプルウェハまたはセットアップウェハＷＥであってもよい）に関して、サンプルウェハＷＥの一以上のフィーチャのオーバレイ推定値の質の尺度とフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性が決定される。

図３（ａ）に示される計測装置の光学システムは、第１の波長と偏光で放射をサンプル基板（またはウェハ）ＷＥの一以上の第１および第２フィーチャに向けて射出１０００をする。第１および第２フィーチャは、図３（ｂ）および図４に示されるような計測ターゲットＴの少なくとも部分を形成してもよい。例示的な構成において、計測装置は、上述したものと同一または同様の方法を用いて、ターゲットＴから回折され、±１などのより高次の回折次数を有する放射がセンサ２３またはセンサ１９に入射１００２をすることを可能にするよう構成されてもよい。

画像プロセッサまたはコントローラＣＵは、上述したものと同一または同様の方法で、ターゲットＴについての非対称性強度データ（Ａ＋／Ａ−）を第１の波長と偏光で回折光に基づいて決定１００４をする。

例示的な構成において、放射は光学システムにより一以上の別の波長と偏光で射出され、具体的な構成において、複数の別の波長と偏光で射出される。実際のところ、このセットアップ段階の間、後続の回帰分析のためにより多くのデータ点が提供されるように、例えば、５個、１０個またはそれより多くの波長と偏光で放射が射出される。ステップ１００６にて、さらに多くの波長と偏光が射出されるべきかどうかが決定され、もしそうであれば、各波長と偏光について、ターゲットＴについての非対称性強度データ（Ａ＋／Ａ−）の複数のペアが与えられるようにステップ１０００から１００４が繰り返され、各ペアは異なる波長と偏光に基づいて決定される。これらの非対称性強度データのペアは、回帰分析データを提供するために、上述したようにプロットされ、回帰分析１００８がなされてもよい。なお、例示的な構成では、複数の波長と偏光が順次（シーケンシャルに）射出される。

複数のターゲットＴは、基板のあちこちに分布してもよく、非対称性強度データおよび対応する回帰分析データは、各ターゲットＴについて決定されてもよい。図１１に示されるような例示的な構成において、サンプルウェハＷＥは、その表面の全体に分布するターゲットを有してもよい。基板上の各ターゲットＴは、異なるフィーチャ非対称性および／またはオーバレイを示してもよく、ターゲットＴに存在するオーバレイ推定値の質とフィーチャ非対称性の量との間の関係性を決定可能とするために利用されてもよい。代替的または追加的に、ターゲットＴのフィーチャ非対称性は、フィーチャ非対称性の尺度の範囲（例えばＤＴＯ）を提供するために制御されてもよく、これによりその関係性の決定が可能となる。

ステップ１０１０にて、より多くのターゲットが照明されるべきか否かが決定され、もしそうであれば、複数のターゲットＴのそれぞれについてステップ１０００から１００８が繰り返される。これは、非対称性強度データ（Ａ＋／Ａ−）の複数のセットを生成し、一つのセットは各ターゲットＴについて生成される。

回帰分析は、ターゲットのそれぞれについての非対称性強度データの各セットに対して実行１０１２がなされ、これにより非対称性強度データの各セットにモデルが適合され、これによりオーバレイが決定されうる。例示的な構成において、モデルは線形であり、直線は非対称性強度データに適合するが、他の構成では、非線形モデルが用いられてもよい。線形モデルを用いる場合、直線の傾きはターゲットＴのオーバレイの推定値であり、切片値はターゲットＴにおけるフィーチャ非対称性の推定値である。さらに、直線が非対称性強度データにより良く適合すればするほど、回帰分析データにより定義される直線の勾配から決定されうるオーバレイ推定値の質も良くなる。

本発明者らは、ターゲットＴにおけるオーバレイ推定値の質がフィーチャ非対称性の量に関連し、後続ウェハのオーバレイを測定するときにこの関係性を決定および使用できることに気が付いている。

例示的な構成において、オーバレイ推定値の質は、各ターゲットについての非対称強度データのセットに対する回帰分析データの適合度を用いて決定されてもよい。具体的な例において、Ｒ^２測定値がオーバレイ推定値の質を決定するために用いられてもよい。したがって、このようなオーバレイ推定値の質の尺度が各ターゲットＴについて決定１０１４される。

例示的な構成において、ターゲットＴにおけるフィーチャ非対称性は、回帰分析データについての切片項またはＤＴＯ値を用いて決定されてもよい。上述のように、ＤＴＯの増加は、フィーチャ非対称性の増加を表す。フィーチャ非対称性の尺度は、各ターゲットについて決定１０１６され、各ターゲットについて非対称性データのセットが決定されている。

図１２に示されるように、各ターゲットＴについてのオーバレイ推定値の質（このケースではＲ^２）およびフィーチャ非対称性の尺度（このケースではＤＴＯ）は、サンプルウェハについてのそれらの関係性を決定するためにプロットないし分析されてもよい。図１２に示されるように、回帰分析データのＤＴＯの大きさが増加するにつれて、オーバレイ測定の質が低下する。これは、フィーチャ非対称性の尺度について閾値の決定１０１８をすることを可能にし、その閾値を超える場合にはオーバレイ測定の質が十分な品質を有しておらず、後続ウェハでオーバレイを測定するときにその閾値を用いることができる。図１２の例示的なケースでは、０．９５の適合度が決定され、オーバレイ測定の精度の必要な程度を提供する。これは、ＤＴＯが−５から５の範囲内にあることを要求することが分かる。

上述した図１０に示される処理は、複数のウェハについて繰り返されてもよく、その結果として生じる閾値の全ては、後続ウェハでのオーバレイ測定の間に使用されるべき最終的な閾値を定義するために用いられてよい。上述のように決定された閾値は、スタックであり、測定モードに依拠してもよく、したがって、テストされる基板で測定されるべきスタックに依存した複数の異なるスタックのそれぞれについて決定される必要があってもよい。

セットアップ段階でオーバレイ推定値の質とフィーチャ非対称性との間の関係性を決定した後、その関係性は、例えば図１３に示されるプロセスにおいて、テストされる基板上のオーバレイ測定の精度のレベルを決定するために用いられてもよい。

図３（ａ）に示される計測装置の光学システムは、テストされる基板（またはウェハ）Ｗの一以上の第１および／または第２フィーチャに向けて第１の波長と偏光で放射を射出１３００する。第１および第２フィーチャは、図３（ｂ）および図４に示されるような、計測ターゲットＴの少なくとも部分を形成してもよい。例示的な構成において、計測装置は、上述したものと同一または同様の方法を用いて、ターゲットＴから回折され、±１などのより高次の回折次数を有する放射がセンサ２３またはセンサ１９に入射１３０２することを可能にするよう構成されてもよい。

画像プロセッサまたはコントローラＣＵは、上述したものと同一または同様の方法で、ターゲットＴについての非対称性強度データ（Ａ＋／Ａ−）を第１の波長と偏光で回折光に基づいて決定１３０４をする。

例示的な構成において、放射は光学システムにより一以上の別の波長と偏光で射出され、具体的な構成において、複数の別の波長と偏光で射出される。実際のところ、この測定段階の間、後続の回帰分析に十分なデータを提供するために、放射は２個の、しかしながら可能な限り多くの波長と偏光で射出される。ステップ１３０６にて、さらに多くの波長と偏光が射出されるべきかどうかが決定され、もしそうであれば、各波長と偏光について、テストすべき基板上のターゲットＴについての非対称性強度データ（Ａ＋／Ａ−）の複数のペアが与えられるようにステップ１３００から１３０４が繰り返される。各ペアは、異なる波長と偏光に基づいて決定される。これらの非対称性強度データのペアは、テストされるべき基板上のターゲットＴについて回帰分析データを提供するために、上述したようにプロットされ、回帰分析１３０８がなされてもよい。

回帰分析データは、テストされるべき基板上のターゲットＴのフィーチャ非対称性の尺度の決定１３１０をするために用いられてもよい。本書で用いられる例において、フィーチャ非対称性は、テストされる基板のターゲットＴについて決定された回帰分析データのＤＴＯに基づいて決定されてもよい。

ここで、フィーチャ非対称性とオーバレイ推定値の質との間の関係性は、オーバレイ推定値の質の決定１３１２に用いられてもよい。例えば、決定された関係性は、より多くの非対称性強度データがより多くの数の波長と偏光で射出された放射から計算されたと仮定した場合に、オーバレイ推定値についての適合度がいくつになるであろうかを決定するために用いられてもよい。さらに、セットアップ段階で決定された閾値は、テストされる基板上のターゲットＴについての回帰分析データが閾値よりも大きいＤＴＯ（または他のフィーチャ非対称性尺度）を有する場合に、オーバレイ推定値を却下することを可能にしてもよい。

本発明の優位性は、テストされる基板上でなされる測定が少ない（２程度に少ない）波長と偏光で射出される放射を必要とし、それでも、その結果生じるオーバレイ推定値の精度の理解をもたらすことにある。理解されるであろうように、２点を用いる回帰分析データの適合度は常に１である。しかしながら、本書に開示される例示的な方法および装置を用いれば、二つの波長と偏光のみを用いる場合でさえも、ターゲットＴにおけるフィーチャ非対称性の尺度（例えばＤＴＯ）に基づいて、その結果生じるオーバレイ測定値の精度を決定しうる。

上に与えらえる例は、オーバレイの測定まわりに基づくが、同一または同様の技術を用いて、他のパラメータの精度も決定できることに留意されたい。さらに、フィーチャ非対称性の尺度は、単層のグレーティングを使用しうる、下部グレーティング非対称（ＢＧＡ）ターゲットなどの代替的な方法を用いて決定されてもよい。このような構成において、フィーチャ非対称性は、一つの波長と偏光のみで光学システムから射出される放射により決定されてもよい。さらに、フィーチャ非対称性およびオーバレイ（または別のパラメータ）が分離ターゲットを用いて決定されるべきであれば、例示的な構成は、サンプル基板上およびテストされるべき基板上に一緒に配置された分離ターゲットを有してもよい。分離ターゲットは、各ターゲットのフィーチャ非対称性が公差の範囲内となるように、Ｘ−Ｙ平面内で互いに隣接してもよいし、Ｘ−Ｙ平面内で互いに近接して位置決めされてもよい。

図１４は、本書に開示される方法およびフローの実装を支援しうるコンピュータシステム１６００を示すブロック図である。コンピュータシステム１６００は、バス１６０２または情報通信のための他の通信機構と、情報処理のためにバス１６０２に接続されるプロセッサ１６０４（または複数のプロセッサ１６０４および１６０５）を含む。プロセッサは、本書に開示される任意の処理を実行するよう構成されてもよい。コンピュータシステム１６００は、バス１６０２に接続され、プロセッサ１６０４で実行すべき情報および指令を記憶するためのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他の動的記憶装置などのメインメモリ１６０６も含む。メインメモリ１６０６は、プロセッサ１６０４に実行されるべき指令の実行中に、一時的な変数や他の中間情報を記憶するために用いられてもよい。コンピュータシステム１６００は、バス１６０２に接続され、プロセッサ１６０４のための静的情報および指令を記憶するための読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１６０８や他の静的記憶装置をさらに含む。情報および指令を記憶するために、磁気ディスクや光学ディスクなどの記憶装置１６１０が設けられ、バス１６０２に接続される。

コンピュータシステム１６００は、バス１６０２を介して、コンピュータユーザに情報を表示するための陰極線管（ＣＲＴ）やフラットパネルまたはタッチパネルディスプレイといったディスプレイ１６１２に接続されてもよい。英数字および他のキーを含む入力デバイス１６１４は、情報通信およびプロセッサ１６０４へのコマンド選択のためにバス１６０２に接続される。別の種類のユーザ入力装置は、マウス、トラックボールまたはカーソル矢印キーといったカーソルコントロール１６１６であり、方向情報の通信、プロセッサ１６０４へのコマンド選択およびディスプレイ１６１２上でのカーソル移動の制御のために設けられる。この入力装置は、典型的に、第１軸（例えばｘ）および第２軸（例えばｙ）の２軸で２自由度を有し、平面内の位置を装置が特定することを可能にする。タッチパネル（スクリーン）が入力装置として用いられてもよい。

本書に記載される一以上の方法は、メインメモリ１６０６に格納される一以上の指令の一以上のシーケンスをプロセッサ１６０４が実行することに応答して、コンピュータシステム１６００により実行されてもよい。このような指令は、記憶装置１６１０などの別のコンピュータ可読媒体からメインメモリ１６０６に読み込まれてもよい。メインメモリ１６０６に格納される指令のシーケンスの実行は、本書に記載される処理ステップをプロセッサ１６０４に実行させてもよい。マルチ処理構成における一以上のプロセッサは、メインメモリ１６０６に格納される指令のシーケンスを実行するために用いられてもよい。ある代替的な実施の形態において、ソフトウェアの指令の代わりに、または、組み合わせて、物理的に配線された電気回路が用いられてもよい。したがって、本書の記載は、ハードウェアの電気回路およびソフトウェアの任意の特定の組み合わせに限定されない。

本書で用いる「コンピュータ可読媒体」の用語は、プロセッサ１６０４に実行用の指令の提供に関与する任意の媒体を称する。このような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体および伝送媒体を含む多くの形態を取りうるが、これらに限定されない。不揮発性媒体は、例えば、記憶装置１６１０などの光学または磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、メインメモリ１６０６などの動的メモリを含む。伝送媒体は、同軸ケーブル、銅線およびファイバ光学系を含み、バス１６０２を備える配線を含む。伝送媒体は、音波または光波の形態を取ることができ、これらは無線周波数（ＲＦ）および赤外（ＩＲ）のデータ通信中に生成される。コンピュータ可読媒体の一般的な形態は、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、任意の他の穴のパターンを有する物理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭおよびＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、以下に記載される搬送波、または、コンピュータが読み出しできる任意の他の媒体を含む。

コンピュータ可読媒体の様々な形態は、プロセッサ１６０４に実行させる一以上の指令の一以上のシーケンスを搬送することを含んでもよい。例えば、指令は、遠隔のコンピュータの磁気ディスクで最初に生まれてもよい。遠隔のコンピュータは、指令をその動的メモリにロードすることができ、モデムを用いて電話線を通じて指令を送信できる。コンピュータシステム１６００にローカルなモデムは、電話線上でデータを受信でき、データを赤外信号に変換する赤外送信機を用いることができる。バス１６０２に接続される赤外検出器は、赤外信号で搬送されるデータを受信でき、データをバス１６０２上に配置できる。バス１６０２は、データをメインメモリ１６０６に搬送し、プロセッサ１６０４はメインメモリ１６０６から指令を回収して実行する。メインメモリ１６０６が受信する指令は、プロセッサ１６０４の実行前または実行後のいずれかにおいて、選択的に記憶装置１６１０に記憶されてもよい。

コンピュータシステム１６００は、バス１６０２に接続される通信インターフェース１６１８を好ましくは含む。通信インターフェース１６１８は、ローカルネットワーク１６２２に接続されるネットワークリンク１６２０に接続して双方向データ通信を提供する。例えば、通信インターフェース１６１８は、対応する種類の電話線へのデータ通信接続を提供する統合デジタル通信サービス（ＩＳＤＮ）カードやモデムであってもよい。別の例として、通信インターフェース１６１８は、適合可能なＬＡＮへのデータ通信接続を提供するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）カードであってもよい。無線リンクが実装されてもよい。任意のこのような実装において、通信インターフェース１６１８は、様々な種類の情報を表すデジタルデータストリームを搬送する電気信号、電磁信号または光信号を送信および受信する。

ネットワークリンク１６２０は、典型的に、一以上のネットワークを通じて他のデータ装置へのデータ通信を提供する。例えば、ネットワークリンク１６２０は、ローカルネットワーク１６２２を通じて、ホストコンピュータ１６２４またはインターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）１６２６により運営されるデータ機器への接続を提供してもよい。ＩＳＰ１６２６は、次に、現在一般的に「インターネット」１６２８とも称されるワールドワイドのパケットデータ通信ネットワークを通じてデータ通信サービスを提供する。ローカルネットワーク１６２２およびインターネット１６２８の双方は、デジタルデータストリームを搬送する電気信号、電磁信号または光信号を使用する。コンピュータシステム１６００との間でデジタルデータを搬送する、様々なネットワークを通る信号、および、ネットワークリンク１６２０上の信号および通信インターフェース１６１８を通る信号は、情報を運ぶ搬送波の例示的な形態である。

コンピュータシステム１６００は、ネットワーク、ネットワークリンク１６２０、通信インターフェース１６１８を介して、メッセージを送信し、プログラムコードを含むデータを受信してもよい。インターネットの例において、サーバ１６３０は、インターネット１６２８、ＩＳＰ１６２６、ローカルネットワーク１６２２、および通信インターフェース１６１８を通じて、アプリケーションプログラムのための要求されたコードを送信してもよい。そのようなダウンロードされたアプリケーションの一つは、例えば本書に記載される技術の一以上を提供してもよい。受信したコードは、受信されるとプロセッサ１６０４によって実行されてもよく、および／または、後の実行のために記憶装置１６１０または他の不揮発性ストレージに記憶されてもよい。このようにして、コンピュータシステム１６００は、搬送波の形でアプリケーションコードを取得してもよい。
さらなる実施の形態は、以下の番号が付された項に記載される。
（項１）テストされる基板上でなされたリソグラフィプロセスのパラメータを推定する装置であって、前記推定は、一以上の波長で光学システムにより射出され、前記テストされる基板の少なくとも第１フィーチャによって回折された放射を用いて決定された非対称性強度データの回帰分析により決定された回帰分析データに基づいており、前記装置は、
前記テストされる基板の前記少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度に基づいて、かつ、前記テストされる基板の代わりとなる少なくとも一つの別基板の複数の対応する少なくとも第１フィーチャについて決定される関係性であって、前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの推定値の質の尺度と、前記対応する第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性にさらに基づいて、前記テストされる基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質を決定するように構成されるプロセッサを備えることを特徴とする装置。
（項２）前記推定は、前記光学システムにより複数の波長で射出される放射に基づくことを特徴とする項１に記載の装置。
（項３）前記射出される放射は、前記第１フィーチャおよび第２フィーチャにより回折され、前記第１フィーチャは、正のオーバレイバイアスを有し、前記第２フィーチャは、負のオーバレイバイアスを有することを特徴とする項１または２に記載の装置。
（項４）前記関係性は、前記少なくとも一つの別基板上の複数の対応する第１および第２フィーチャのペアについて決定されることを特徴とする項３に記載の装置。
（項５）前記フィーチャ非対称性の尺度は、前記回帰分析データの切片項を備えることを特徴とする上記いずれかの項に記載の装置。
（項６）前記少なくとも一つの別基板についての前記パラメータの前記推定値の質の尺度は、前記少なくとも一つの別基板についての対応する回帰分析データの適合度を備えることを特徴とする上記いずれかの項に記載の装置。
（項７）前記別基板についての前記対応する回帰分析は、前記光学システムにより射出される前記一以上の波長よりも多い数の波長で射出され、前記少なくとも一つの別基板の前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャから回折される放射を用いて決定されることを特徴とする項６に記載の装置。
（項８）前記プロセッサは、前記テストされる基板の前記少なくとも第１フィーチャにおける前記フィーチャ非対称性の尺度の大きさが、少なくとも一つの別基板の前記対応する少なくとも第１フィーチャについて決定される前記関係性に基づく閾値を超える場合、前記テストされる基板上の前記パラメータの推定値を無視するようさらに構成されることを特徴とする上記いずれかの項に記載の装置。
（項９）前記少なくとも第１フィーチャは、計測ターゲットの部分を形成することを特徴とする上記いずれかの項に記載の装置。
（項１０）前記光学システムは、４００ｎｍから９００ｎｍ、０．１ｎｍから１００ｎｍおよび／または１０ｎｍから２０ｎｍの範囲内の波長で放射を射出するよう構成されることを特徴とする上記いずれかの項に記載の装置。
（項１１）前記プロセッサは、前記光学システムにより三以上の波長で射出され、前記別基板の前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャから回折される放射に基づいて、
前記別基板に関連する前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャについて別基板非対称性強度データを決定し、
前記決定された別基板非対称性強度データに基づいて、前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、前記別基板に関連する前記フィーチャ非対称性の尺度とを決定し、
前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャにおける前記フィーチャ非対称性の尺度との間の前記関係性を決定する、ようにさらに構成されることを特徴とする上記いずれかの項に記載の装置。
（項１２）前記プロセッサは、前記別基板非対称性強度データを回帰分析することにより、前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの推定値の質の尺度を決定するようにさらに構成されることを特徴とする項１１に記載の装置。
（項１３）前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの推定値の質の尺度は、前記回帰分析の適合度を備えることを特徴とする項１２に記載の装置。
（項１４）前記プロセッサは、前記決定された別基板非対称性強度データに基づいて前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャにおける前記フィーチャ非対称性の尺度を決定するようにさらに構成されることを特徴とする項１１から１３のいずれかに記載の装置。
（項１５）前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャにおける前記フィーチャ非対称性の尺度は、前記回帰分析の切片項を備えることを特徴とする項１４に記載の装置。
（項１６）前記光学システムおよび前記回折された放射を検出するセンサのうちの一以上をさらに備えることを特徴とする上記いずれかの項に記載の装置。
（項１７）前記リソグラフィプロセスの前記パラメータは、オーバレイを備えることを特徴とする上記いずれかの項に記載の装置。
（項１８）リソグラフィプロセスのパラメータの推定値の質の尺度と、少なくとも一つのサンプル基板の複数の少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を、一以上の波長で光学システムにより射出され、前記サンプル基板の前記複数の少なくとも一つのフィーチャから回折された放射に基づいて決定する装置であって、前記装置は、
前記回折された放射に基づいて、前記少なくとも一つのサンプル基板に関連する前記複数の少なくとも第１フィーチャについて非対称性強度データを決定し、
前記決定された非対称性強度データに基づいて、前記少なくとも一つのサンプル基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、別基板に関連するフィーチャ非対称性の尺度とを決定し、
前記少なくとも一つのサンプル基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、前記複数の少なくとも第１フィーチャにおける前記フィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を決定する、ように構成されるプロセッサを備えることを特徴とする装置。
（項１９）上記いずれかの項に記載の装置を備えることを特徴とする検査装置。
（項２０）前記検査装置は、計測装置であることを特徴とする項１９に記載の検査装置。
（項２１）項１から１８のいずれかに記載の装置を備えることを特徴とするリソグラフィ装置。
（項２２）項１から２０のいずれかに記載の装置を備えることを特徴とするリソグラフィセル。
（項２３）テストされる基板上でなされたリソグラフィプロセスのパラメータを推定する方法であって、前記推定は、光学システムにより一以上の波長で射出され、前記テストされる基板の少なくとも第１フィーチャによって回折された放射を用いて決定された非対称性強度データの回帰分析により決定された回帰分析データに基づいており、前記方法は、
前記テストされる基板の前記少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度に基づいて、かつ、前記テストされる基板の代わりとなる少なくとも一つの別基板の複数の対応する少なくとも第１フィーチャについて決定される関係性であって、前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの推定値の質の尺度と、前記対応する第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性にさらに基づいて、前記テストされる基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質を決定することを備えることを特徴とする方法。
（項２４）前記推定は、前記光学システムにより複数の波長で射出された放射に基づくことを特徴とする項２３に記載の方法。
（項２５）前記射出された放射は、前記第１フィーチャおよび第２フィーチャにより回折され、前記第１フィーチャは、正のオーバレイバイアスを有し、前記第２フィーチャは、負のオーバレイバイアスを有することを特徴とする項２３または２４に記載の方法。
（項２６）前記関係性は、前記少なくとも一つの別基板上の複数の対応する第１および第２フィーチャのペアについて決定されることを特徴とする項２５に記載の方法。
（項２７）前記フィーチャ非対称性の尺度は、前記回帰分析データの切片項を備えることを特徴とする項２３から２６のいずれかに記載の方法。
（項２８）前記少なくとも一つの別基板についての前記パラメータの前記推定値の質の尺度は、前記少なくとも一つの別基板についての対応する回帰分析データの適合度を備えることを特徴とする項２３から２７のいずれかに記載の方法。
（項２９）前記別基板についての前記対応する回帰分析は、前記光学システムにより射出される前記一以上の波長よりも多い数の波長で射出され、前記少なくとも一つの別基板の前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャから回折された放射を用いて決定されることを特徴とする項２８に記載の方法。
（項３０）前記テストされる基板の前記少なくとも第１フィーチャにおける前記フィーチャ非対称性の尺度の大きさが、少なくとも一つの別基板の前記対応する少なくとも第１フィーチャについて決定される前記関係性に基づく閾値を超える場合、前記テストされる基板上の前記パラメータの前記推定値を無視することをさらに備えることを特徴とする項２３から２９のいずれかに記載の方法。
（項３１）前記少なくとも第１フィーチャは、計測ターゲットの部分を形成することを特徴とする項２３から３０のいずれかに記載の方法。
（項３２）前記光学システムは、４００ｎｍから９００ｎｍ、０．１ｎｍから１００ｎｍおよび／または１０ｎｍから２０ｎｍの範囲内の波長で放射を射出するよう構成されることを特徴とする項２３から３１のいずれかに記載の方法。
（項３３）前記光学システムにより三以上の波長で射出され、前記別基板の前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャから回折される波長に基づいて、
前記別基板に関連する前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャについて別基板非対称性強度データを決定することと、
前記決定された別基板非対称性強度データに基づいて、前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、前記別基板に関連する前記フィーチャ非対称性の尺度とを決定することと、
前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャにおける前記フィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を決定することと、をさらに備えることを特徴とする項２３から３２のいずれかに記載の方法。
（項３４）前記別基板非対称性強度データを回帰分析することにより、前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度を決定することをさらに備えることを特徴とする項３３に記載の方法。
（項３５）前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度は、前記回帰分析の適合度を備えることを特徴とする項３４に記載の方法。
（項３６）前記決定された別基板非対称性強度データに基づいて、前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャにおける前記フィーチャ非対称性の尺度を決定することをさらに備えることを特徴とする項３３から３５のいずれかに記載の方法。
（項３７）前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャにおける前記フィーチャ非対称性の尺度は、前記回帰分析の切片項を備えることを特徴とする項３６に記載の方法。
（項３８）前記リソグラフィプロセスの前記パラメータは、オーバレイを備えることを特徴とする項２３から３７のいずれかに記載の方法。
（項３９）リソグラフィプロセスのパラメータの推定値の質の尺度と、少なくとも一つのサンプル基板の複数の少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を、光学システムにより一以上の波長で射出され、前記サンプル基板の前記複数の少なくとも第１フィーチャから回折される放射に基づいて決定する方法であって、前記方法は、
前記回折された放射に基づいて、前記少なくとも一つのサンプル基板に関連する前記複数の少なくとも第１フィーチャについて非対称性強度データを決定することと、
前記決定された非対称性強度データに基づいて、前記少なくとも一つのサンプル基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、前記別基板に関連するフィーチャ非対称性の尺度とを決定することと、
前記少なくとも一つのサンプル基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、前記複数の少なくとも第１フィーチャにおける前記フィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を決定することと、を備えることを特徴とする方法。
（項４０）少なくとも一つのプロセッサで実行される際、前記少なくとも一つのプロセッサに装置を制御させて項２３から３９のいずれかに記載の方法を実行させる指令を備えることを特徴とするコンピュータプログラム。
（項４１）項４０に記載のコンピュータプログラムを格納する担体であって、電気信号、光信号、無線信号または不揮発性のコンピュータ可読記憶媒体のうちの一つであることを特徴とする担体。

本文中では、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用への具体的な参照がなされたが、本書に記載されるリソグラフィ装置は、他の用途にも応用できることが理解されよう。取り得る他の応用には、集積光学システム、磁気ドメインメモリ、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどのための案内および検出パターンの製造が含まれる。

本文中では、リソグラフィ装置の文脈で本発明の実施の形態への具体的な参照がなされたが、本発明の実施の形態は、他の装置で使用されてもよい。本発明の実施の形態は、マスク検査装置、計測装置、またはウェハ（または他の基板）またはマスク（または他のパターニングデバイス）などの対象物を測定または処理する任意の装置の一部を形成してもよい。これらの装置は、一般にリソグラフィツールと呼ばれてもよい。このようなリソグラフィツールは、真空条件または大気（非真空）条件を使用してもよい。

光学リソグラフィの文脈において本発明の実施の形態の使用への具体的な参照が上記でなされたが、文脈が許す限り、本発明は光学リソグラフィに限られず、他の用途、例えばインプリントリソグラフィで使用されてもよいことが理解されるであろう。

本発明の特定の実施の形態が上述されたが、本発明は、記載以外の方法で実施されてもよいことが理解されるであろう。上記の説明は、例示的であることを意図しており、限定的なものではない。したがって、以下に示す特許請求の範囲から逸脱しない限り、記載された本発明に改変がなされてもよいことは、当業者にとって明らかであろう。

Claims (15)

1. テストされる基板上でなされたリソグラフィプロセスのパラメータを推定する装置であって、前記推定は、二以上の波長で光学システムにより射出され、前記テストされる基板の少なくとも第１フィーチャによって回折された放射を用いて決定された非対称性強度データの回帰分析により決定された回帰分析データに基づいており、前記装置は、
   前記テストされる基板の前記少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度に基づいて、かつ、前記テストされる基板の代わりとなる少なくとも一つの別基板の複数の対応する少なくとも第１フィーチャについて決定される関係性であって、前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの推定値の質の尺度と、前記対応する第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性にさらに基づいて、前記テストされる基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質を決定するように構成されるプロセッサを備えることを特徴とする装置。
2. 前記射出される放射は、前記第１フィーチャおよび第２フィーチャにより回折され、前記第１フィーチャは、正のオーバレイバイアスを有し、前記第２フィーチャは、負のオーバレイバイアスを有し、選択的に、前記関係性は、前記少なくとも一つの別基板上の対応する第１および第２フィーチャの複数のペアについて決定されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記フィーチャ非対称性の尺度は、前記回帰分析データの切片項を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記少なくとも一つの別基板についての前記パラメータの前記推定値の質の尺度は、前記少なくとも一つの別基板についての対応する回帰分析データの適合度を備え、選択的に、前記別基板についての前記対応する回帰分析は、前記光学システムにより射出される一以上の波長よりも多い数の波長で射出され、前記少なくとも一つの別基板の前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャから回折される放射を用いて決定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記プロセッサは、前記テストされる基板の前記少なくとも第１フィーチャにおける前記フィーチャ非対称性の尺度の大きさが、少なくとも一つの別基板の対応する少なくとも第１フィーチャについて決定される前記関係性に基づく閾値を超える場合、前記テストされる基板上の前記パラメータの前記推定値を無視するようさらに構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記少なくとも第１フィーチャは、計測ターゲットの部分を形成することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記プロセッサは、前記光学システムにより三以上の波長で射出され、前記別基板の前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャから回折される放射に基づいて、
   前記別基板に関連する前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャについて別基板非対称性強度データを決定し、
   前記決定された別基板非対称性強度データに基づいて、前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、前記別基板に関連する前記フィーチャ非対称性の尺度とを決定し、
   前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、前記複数の対応する少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を決定する、ようにさらに構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記プロセッサは、前記別基板非対称性強度データを回帰分析することにより、前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度を決定するようにさらに構成されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度は、前記回帰分析の適合度を備えることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. リソグラフィプロセスのパラメータの推定値の質の尺度と、少なくとも一つのサンプル基板の複数の少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を、二以上の波長で光学システムにより射出され、前記サンプル基板の前記複数の少なくとも一つのフィーチャから回折された放射に基づいて決定する装置であって、前記装置は、
    前記回折された放射に基づいて、前記少なくとも一つのサンプル基板に関連する前記複数の少なくとも第１フィーチャについて非対称性強度データを決定し、
    前記決定された非対称性強度データに基づいて、前記少なくとも一つのサンプル基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、別基板に関連するフィーチャ非対称性の尺度とを決定し、
    前記少なくとも一つのサンプル基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、前記複数の少なくとも第１フィーチャにおける前記フィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を決定する、ように構成されるプロセッサを備えることを特徴とする装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置を備えることを特徴とする検査装置。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置を備えることを特徴とするリソグラフィセル。
13. テストされる基板上でなされたリソグラフィプロセスのパラメータを推定する方法であって、前記推定は、光学システムにより二以上の波長で射出され、前記テストされる基板の少なくとも第１フィーチャによって回折された放射を用いて決定された非対称性強度データの回帰分析により決定された回帰分析データに基づいており、前記方法は、
    前記テストされる基板の前記少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度に基づいて、かつ、前記テストされる基板の代わりとなる少なくとも一つの別基板の複数の対応する少なくとも第１フィーチャについて決定される関係性であって、前記少なくとも一つの別基板に関連する前記パラメータの推定値の質の尺度と、前記対応する第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性にさらに基づいて、前記テストされる基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質を決定することを備えることを特徴とする方法。
14. リソグラフィプロセスのパラメータの推定値の質の尺度と、少なくとも一つのサンプル基板の複数の少なくとも第１フィーチャにおけるフィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を、光学システムにより二以上の波長で射出され、前記サンプル基板の前記複数の少なくとも第１フィーチャから回折される放射に基づいて決定する方法であって、前記方法は、
    前記回折された放射に基づいて、前記少なくとも一つのサンプル基板に関連する前記複数の少なくとも第１フィーチャについて非対称性強度データを決定することと、
    前記決定された非対称性強度データに基づいて、前記少なくとも一つのサンプル基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、別基板に関連するフィーチャ非対称性の尺度とを決定することと、
    前記少なくとも一つのサンプル基板に関連する前記パラメータの前記推定値の質の尺度と、前記複数の少なくとも第１フィーチャにおける前記フィーチャ非対称性の尺度との間の関係性を決定することと、を備えることを特徴とする方法。
15. 少なくとも一つのプロセッサで実行される際、前記少なくとも一つのプロセッサに装置を制御させて請求項１３または１４に記載の方法を実行させる指令を備えることを特徴とするコンピュータプログラム。

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