JP6008851B2 - オーバレイ誤差を決定する方法及び装置 - Google Patents

Description

（関連出願への相互参照）
[0001] 本出願は、参照によりその全体を本明細書に組み込むものとする、２０１０年７月１９日出願の米国仮出願第６１／３６５，５３８号の利益を主張する。

[0002] 本発明は、例えば、リソグラフィ装置を用いたリソグラフィ技術によるデバイスの製造におけるオーバレイ誤差を決定する方法及び検査装置に関する。

[0003] 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、順次パターンが与えら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）と平行ある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。

[0004] リソグラフィプロセスを監視するために、パターン形成された基板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た２つの層間のオーバレイ誤差と、現像された感光性レジストの限界線幅と、を含んでもよい。この測定は、製品基板及び／又は専用のメトロロジーターゲット上で実行できる。走査型電子顕微鏡及び様々な専用ツールの使用を含め、リソグラフィプロセスで形成された微細構造を測定するための様々な技術がある。専用のインスペクションツールの高速で非破壊的な一形態が、放射ビームを基板表面上のターゲットに誘導し、散乱又は反射したビームの特性を測定するスキャトロメータである。基板によって反射又は散乱する前と後のビームの特性を比較することで基板の特性を決定できる。これは、例えば反射ビームを既知の基板特性に関連付けられた既知の測定値のライブラリに記憶されたデータと比較することによって実行できる。２つの主要なタイプのスキャトロメータが知られている。分光スキャトロメータは、広帯域放射ビームを基板上に誘導し、特定の狭い角度範囲に散乱した放射のスペクトル（波長の関数としての強度）を測定する。角度分解スキャトロメータは、単色放射ビームを使用して散乱した放射の強度を角度の関数として測定する。

[0005] 半導体デバイス製造業者は、ウェーハ上に存在する格子を用いてウェーハを整列させる。アライメントセンサは、サブｎｍの繰り返し精度で格子の場所を測定する。また、製造業者は、重なり合う格子を用いて製品上のオーバレイを測定する。ここで、サブｎｍの総測定不確実性（ＴＭＵ）数も容易に達成できる。しかし、オーバレイメトロロジー及びアライメントセンサには、エッチング、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）及び蒸着などの処理ステップによって引き起こされるマーカの非対称性の問題がある。これらの非対称性は、数ｎｍ程度のオーバレイ及びアライメント誤差を引き起こす。この影響はオーバレイの予算を支配し始めており、したがって、解決策が必要である。

[0006] （例えば、各レシピが様々な照明波長と偏光とを有する）スキャトロメータ測定レシピ選択は、現在、平均装置要因誤差（ＴＩＳ）及び／又はＴＩＳ変動性（ＴＩＳ３シグマとも呼ばれる）などのパラメータを用いて実行されている。参照層が非対称プロファイルをいつ示すかという問題がある。

[0007] ターゲット格子の形状の非対称性は、一般に測定されたオーバレイに影響する。この影響は、測定に使用される照明設定によって変化することがある。

[0008] 処理及び結像後の格子の形状の実際の情報なしにターゲットレシピ選択が実行される。さらに、現行プロセスの状況は、レシピ選択の決定に使用されない。ＴＩＳ及び／又はＴＭＵに基づく修飾子を用いても、ターゲットの非対称性に最も耐性がある測定レシピが得られるとは限らない。

[0009] 本発明の第１の態様によれば、オーバレイ誤差を決定する方法であって、第１の構造を含む第１のターゲットの散乱特性を測定するステップと、測定された散乱特性を用いて第１の構造に対応する第１のモデル構造を含む第１の構造のモデルを構築するステップと、第１のモデル構造の非対称性に基づいてモデルを修正するステップと、修正モデル内で互いに重なり合う第１のモデル構造と第２のモデル構造との間の非対称性誘導オーバレイ誤差を計算するステップと、計算された非対称性誘導オーバレイ誤差を用いて第２のターゲット内のオーバレイ誤差を決定するステップと、を含む方法が提供される。

[0010] 本発明の第２の態様によれば、オーバレイ誤差を決定する検査装置であって、検査装置は、第１の構造を含む第１のターゲットの散乱特性を測定するように構成され、検査装置は、測定された散乱特性を用いて第１の構造に対応する第１のモデル構造を含む第１の構造のモデルを構築し、第１のモデル構造の非対称性に基づいてモデルを修正し、修正モデル内で互いに重なり合う第１のモデル構造と第２のモデル構造との間の非対称性誘導オーバレイ誤差を計算し、計算された非対称性誘導オーバレイ誤差を用いて第２のターゲット内のオーバレイ誤差を決定するように構成された少なくとも１つのプロセッサを備える検査装置が提供される。

[0011] 本発明の第３の態様によれば、パターンを照明するように配置された照明光学システムと、基板上にパターンの像を投影するように配置された投影光学システムと、第２の態様による検査装置と、を備えるリソグラフィ装置が提供される。

[0012] 本発明の第４の態様によれば、基板に放射感受性層を塗布するように配置されたコーターと、コーターによって塗布された基板の放射感受性層上に像を露光するように配置されたリソグラフィ装置と、リソグラフィ装置によって露光された像を現像するように配置された現像装置と、第２の態様による検査装置と、を備えるリソグラフィセルが提供される。

[0013] 本発明の第５の態様によれば、オーバレイ誤差を決定するマシン可読命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラムプロダクトであって、前記命令は、１つ以上のプロセッサにオーバレイ誤差を決定する方法を実行させるように構成され、上記方法は、第１の構造を含む第１のターゲットの散乱特性を測定するステップと、測定された散乱特性を用いて第１の構造に対応する第１のモデル構造を含む第１の構造のモデルを構築するステップと、第１のモデル構造の非対称性に基づいてモデルを修正するステップと、修正モデル内で互いに重なり合う第１のモデル構造と第２のモデル構造との間の非対称性誘導オーバレイ誤差を計算するステップと、計算された非対称性誘導オーバレイ誤差を用いて第２のターゲット内のオーバレイ誤差を決定するステップと、を含むコンピュータプログラムプロダクトが提供される。

[0014] 本発明の別の特徴及び利点と本発明の様々な実施形態の構造及び作用を、添付の図面を用いて以下に詳述する。本発明は、本明細書に記載する特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。このような実施形態は、例示のみを目的として本明細書に記載されている。本明細書に含まれる教示に基づいて当業者はさらなる実施形態を容易に思い付くであろう。

[0015] 本明細書に組み込まれ、その一部を形成する添付の図面は本発明を図示し、説明とともに、さらに本発明の原理を説明し、当業者が本発明を作成し、使用できるような働きをする。
[0016]リソグラフィ装置を示す。 [0017]リソグラフィセル又はクラスタを示す。 [0018]第１のスキャトロメータを示す。 [0019]第２のスキャトロメータを示す。 [0020]スキャトロメータ測定値からの構造の再構築のための第１の例示的なプロセスを示す。 [0021]スキャトロメータ測定値からの構造の再構築のための第２の例示的なプロセスを示す。 [0022]モデル内の中央にある上部格子の位置決めを示す本発明のある実施形態によるオーバレイ誤差を決定する方法を示す。 [0023]モデル内のオフセットされた上部格子の位置決めを示す本発明のある実施形態によるオーバレイ誤差を決定する方法を示す。 [0024]底部及び上部格子の両方の測定及び再構築を示す本発明のある実施形態によるオーバレイ誤差を決定する方法を示す。 [0025]最適なレシピを決定するための変化するモデル化された非対称性を示す本発明のある実施形態によるオーバレイ誤差を決定する方法を示す。 [0026]大きなオーバレイ誤差に最適なレシピを決定するための変化するモデル化された非対称性を示す本発明のある実施形態によるオーバレイ誤差を決定する方法を示す。

[0027] 本発明の特徴および利点は、これらの図面と併せて以下に記載される詳細な説明からより明らかになるであろう。図面において、同じ参照記号は、全体を通じて対応する要素を特定する。図面において、同じ参照番号は、基本的に、同一の、機能的に同様な、および／または構造的に同様な要素を示す。ある要素が初めて登場する図面は、対応する参照番号における左端の数字によって示される。

[0028] 本明細書は、本発明の特徴を組み込んだ１つ以上の実施形態を開示する。開示される実施形態は本発明を例示するに過ぎない。本発明の範囲は開示される実施形態に限定されない。

[0029] 説明される（１つ以上の）実施形態、および明細書中の「一実施形態」、「ある実施形態」、「例示的な実施形態」等への言及は、説明される実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含み得ることを示すが、必ずしもすべての実施形態がその特定の特徴、構造、または特性を含んでいなくてもよい。また、かかる表現は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。また、特定の特徴、構造、または特性がある実施形態に関連して説明される場合、かかる特徴、構造、または特性を他の実施形態との関連においてもたらすことは、それが明示的に説明されているか否かにかかわらず、当業者の知識内のことであると理解される。

[0030] 本発明の実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらのあらゆる組合せにおいて実施され得る。本発明の実施形態はまた、機械可読媒体に記憶され、１つまたは複数のプロセッサにより読み出され実行され得る命令として実施されてもよい。機械可読媒体は、機械（例えばコンピュータデバイス）によって読み取りが可能な形態で情報を記憶または送信するためのあらゆるメカニズムを含み得る。例えば、機械可読媒体は、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、または電気、光、音、もしくはその他の形態の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号等）、などを含み得る。また、本明細書において、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令が何らかの動作を行うと説明されることがある。しかし、そのような説明は単に便宜上のものであり、かかる動作は実際には、コンピュータデバイス、プロセッサ、コントローラ、またはファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令等を実行する他のデバイスによるものであることが理解されるべきである。

[0031] このような実施形態をより詳細に説明する前に、本発明の実施形態が実施され得る例示的な環境を提示することが有益である。

[0032] 図１は、リソグラフィ装置を概略的に示したものである。この装置は、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射又はＤＵＶ放射）を調節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築され、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のポジショナＰＭに接続された支持構造（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築され、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のポジショナＰＷに接続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に与えられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ以上のダイを含む）に投影するように構成された投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＬと、を備える。

[0033] 照明システムは、放射の誘導、整形、又は制御を行うための、屈折、反射、磁気、電磁、静電型等の光学コンポーネント、又はその任意の組合せなどの種々のタイプの光学コンポーネントを含んでいてもよい。

[0034] 支持構造は、パターニングデバイスを支持、すなわちその重量を支えている。支持構造は、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。この支持構造は、機械式クランプ、真空、又は他のクランプ技術、例えば真空条件下での静電クランプを使用することができる。支持構造は、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。支持構造は、パターニングデバイスが例えば投影システムなど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「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。

[0035] 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与え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、放射ビームに与えられるパターンは、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、放射ビームに与えられるパターンは、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。

[0036] 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、さら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、小さなミラーのマトリクス配列を使用し、そのミラーは各々、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与える。

[0037] 本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁光学システム及び静電型光学システム、又はその任意の組合せを含む任意のタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」という用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。

[0038] 本明細書で示すように、本装置は（例えば透過マスクを使用する）透過タイプである。あるいは、装置は、（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）反射タイプでもよい。

[0039] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）又はそれ以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスクテーブル）を有するタイプでよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルを並行して使用するか、１つ以上の他のテーブルを露光に使用している間に１つ以上のテーブルで予備工程を実行することができる。

[0040] 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周知である。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。

[0041] 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を用いて、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とともに放射システムと呼ぶことができる。

[0042] 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アジャスタＡＤを備えていてもよい。通常、イルミネータＩＬ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もよい。イルミネータＩＬ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。

[0043] 放射ビームＢは、支持構造（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ＭＡによってパターニングされる。パターニングデバイスＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＬを通過し、投影システムＰＬは、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と位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２次元エンコーダ又は容量センサ）を用いて、基板テーブルＷＴは、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めでき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（図１には明示されていない）別の位置センサとを用いて、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ＭＡを正確に位置決めできる。一般に、支持構造ＭＴの移動は、第１のポジショナＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）を用いて実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２のポジショナＰＷの部分を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを用いて実現できる。（スキャナとは対照的に）ステッパの場合、支持構造ＭＴをショートストロークアクチュエータのみに接続するか、又は固定してもよい。パターニングデバイスＭＡ及び基板Ｗは、パターニングデバイスアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２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Ｃの間の空間に位置してもよい（スクライブレーンアライメントマークとして知られている）。同様に、パターニングデバイスＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、パターニングデバイスアライメントマークをダイ間に配置してもよい。

[0044] 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。

[0045] １．ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴ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ＷＴ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、単一静的露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
[0046] ２．スキャンモードにおいては、マスクテーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴ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）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＬ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。
[0047] ３．別のモードでは、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ＷＴ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ＷＴを移動させるごとに、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。

[0048] 上述した使用モードの組合せ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

[0049] 図２に示すように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセル又はクラスタとも呼ばれることがあるリソグラフィセルＬＣの一部を形成し、それは基板上で露光前及び露光後プロセスを実行する装置も含む。従来、これらはレジスト層を堆積させるスピンコータＳＣ、露光されたレジストを現像する現像器ＤＥ、チルプレートＣＨ及びベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラ、すなわちロボットＲＯは入力／出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り上げ、それを様々なプロセス装置間で移動させ、次にそれらをリソグラフィ装置のローディングベイＬＢに送出する。多くの場合まとめてトラックと呼ばれるこれらのデバイスは、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、それ自体は監視制御システムＳＣＳによって制御され、それはリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置も制御する。したがってスループット及び処理の効率を最大化するために様々な装置を動作させることができる。

[0050] リソグラフィ装置によって露光される基板が正確かつ一貫して露光されるように、露光した基板を検査し、２つの層間のオーバレイ誤差、ラインの太さ、クリティカルディメンション（ＣＤ）などのような特性を測定することが望ましい。誤差が検出された場合は、特に同じバッチの他の基板がまだ露光されないほど十分即座にかつ高速で検査を実行できる場合は、後続基板の露光を調整することができる。また、既に露光した基板を（歩留まりを改善するために）取り外して再加工するか、又は廃棄し、それにより欠陥があることが分かっている基板で露光を実行するのを回避することができる。基板の幾つかのターゲット部分のみに欠陥がある場合、良好であるそれらのターゲット部分のみでさらなる露光を実行することができる。

[0051] 基板の特性を、特に異なる基板又は同じ基板の異なる層の特性が層ごとにいかに変化するかを決定するために、検査装置が使用される。検査装置をリソグラフィ装置ＬＡに組み込むことができる、又はリソセルＬＣは独立型デバイスとすることができる。最も迅速な測定を可能にするために、検査装置は露光直後に露光したレジスト層の特性を測定することが望ましい。しかし、レジストの潜像はコントラストが非常に低く、例えば放射に露光してあるレジストの部分と露光していない部分との間には屈折率の非常に小さい差しかない場合のように、すべての検査装置が、潜像を有用に測定するほど十分な感度を有しているわけではない。したがって、露光後ベークステップ（ＰＥＢ）の後に測定を実行することができ、これは通常は露光した基板で実行する最初のステップであり、レジストの露光部分と非露光部分との間のコントラストを増大させる。この段階で、レジストの像を半潜像と呼ぶことができる。現像したレジスト像で、その時点でレジストの露光部分又は非露光部分は除去されているか、又はエッチングなどのパターン転写ステップの後で測定することも可能である。後者の見込みは、欠陥がある基板を再加工する見込みを制限するが、それでも有用な情報を提供することができる。

[0052] 図３は、本発明に使用できるスキャトロメータを示す。このスキャトロメータは、放射を基板Ｗ上に投影する広帯域（白色光）放射プロジェクタ２を備える。反射した放射はスペクトロメータ検出器４へ渡され、スペクトロメータ検出器４は鏡面反射した放射のスペクトル１０（波長の関数としての強度）を測定する。このデータから、検出されるスペクトルを生む構造又はプロファイルを処理ユニットＰＵによって、例えば厳密結合波解析及び非線形回帰によって、又は図３の下部に示されるようなシミュレートしたスペクトルのライブラリとの比較によって再構築することができる。一般的に、再構築するために構造の全体的形状は知られており、幾つかのパラメータは、構造を形成したプロセスの情報から仮定され、スキャトロメトリデータから決定すべき構造のパラメータはわずかしか残らない。そのようなスキャトロメータは、垂直入射スキャトロメータ又は斜め入射スキャトロメータとして構成することができる。しかし、垂直入射の場合、このスキャトロメータはパターンの非対称性に影響されない。０次回折次数でのパターンの非対称性を検出するには、斜め入射が必要である。

[0053] 本発明にとってより好適な他のスキャトロメータを図４に示す。このデバイスにおいては、放射源２が放出した放射は、干渉フィルタ１３及び偏光子１７を通してレンズシステム１２を使用してコリメートされ、部分反射面１６によって反射し、好適には、少なくとも０．９、より好適には少なくとも０．９５という高開口数（ＮＡ）を有する顕微鏡対物レンズ１５を介して基板Ｗ上に合焦する。液浸スキャトロメータは、１を超える開口数を有するレンズも有してよい。反射した放射は、次に、散乱スペクトルを検出させるために部分反射面１６を透過して検出器１８内に達する。検出器は、レンズシステム１５の焦点距離にある逆投影された瞳面１１に位置してもよいが、瞳面は、その代わりに補助光学装置（図示せず）で検出器に再結像してもよい。瞳面は、放射の半径方向位置が入射角度を画定し、角度位置が放射の方位角を画定する面である。検出器は、基板ターゲット３０の２次元角度散乱スペクトルが測定できるように、２次元検出器であることが好ましい。検出器１８は、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサのアレイであってもよく、例えば、フレーム当たり４０ミリ秒の積分時間を使用することができる。

[0054] 例えば、入射放射の強度を測定するために、多くの場合、参照ビームが使用される。このために、放射ビームがビームスプリッタ１６に入射すると、その一部が参照ビームとしてビームスプリッタを透過して参照ミラー１４に向かう。次に、参照ビームは、同じ検出器１８の異なる部分上、あるいは別の検出器（図示せず）上に投影される。

[0055] 例えば４０５〜７９０ｎｍ又はさらに低い、２００〜３００ｎｍなどの範囲の対象となる波長を選択するために、干渉フィルタ１３のセットが使用可能である。干渉フィルタは、様々なフィルタのセットを備える代わりに調整可能であってもよい。干渉フィルタの代わりに格子を使用することもできる。

[0056] 検出器１８は、単一の波長（又は狭い波長範囲）で散乱光の強度を複数の波長で別々に、又はある波長範囲にわたって積分された強度を測定してもよい。さらに、検出器は、ＴＭ偏光及びＴＥ偏光の強度及び／又はＴＭ偏光とＴＥ偏光の位相差を別々に測定してもよい。

[0057] 広帯域光源（すなわち光の周波数又は波長、したがって色の範囲が広い光源）を使用することができ、これによって大きなエタンデュを生じさせて、複数の波長を混合できるようにする。広帯域の複数の波長は、好ましくはそれぞれΔλの帯域幅及び少なくとも２Δλ（すなわち、帯域幅の２倍）の間隔を有する。幾つかの放射「源」は、ファイバ束を使用して分割された拡張した放射源の異なる部分でもよい。こうして、角度分解散乱スペクトルを複数の波長において並列に測定することができる。３次元スペクトル（波長と２つの異なる角度）を測定することができ、これは、２次元スペクトルより多くの情報を含む。これによって、より多くの情報を測定することができ、メトロロジープロセスの堅牢性が向上する。これは、参照によりその全体を本明細書に組み込むものとするＥＰ１，６２８，１６４Ａ号に詳述されている。

[0058] 基板Ｗ上のターゲット３０は、現像後にバーが固体レジスト線で形成されるように印刷された１次元周期格子であってもよい。ターゲット３０は２次元周期格子であってもよく、この２次元周期格子は、現像後に格子が固体レジストピラー又はレジストのビアで形成されるように印刷される。あるいは、バー、ピラー、又はビアを基板内にエッチングしてもよい。このパターンは、リソグラフィ投影装置、特に投影システムＰＬ内の色収差に影響されやすく、照明の対称性及びそのような収差の存在は、印刷された格子内の変動にはっきりと現れる。したがって、印刷された格子のスキャトロメトリデータを使用して格子が再構築される。線幅及び形状などの１次元格子のパラメータ、又はピラー若しくはビアの幅、長さ、若しくは形状などの２次元格子のパラメータを、印刷ステップ及び／又は他のスキャトロメトリプロセスの情報から、処理ユニットＰＵによって行われる再構築プロセスに入力することができる。

[0059] 上記のように、ターゲットは基板の表面上にある。このターゲットは、多くの場合、格子内の一連の線又は２次元アレイ内の略矩形構造の形をとる。メトロロジーにおける厳密光回折理論の目的は、ターゲットから反射された回折スペクトルを効果的に計算することである。言い換えれば、ターゲット形状の情報は、ＣＤ（クリティカルディメンション）の均一性及びオーバレイメトロロジーのために得られる。オーバレイメトロロジーは、基板上の２つの層が整合されているか否かを判断するために２つのターゲットのオーバレイを測定する測定システムである。ＣＤの均一性は、リソグラフィ装置の露光システムがどのように機能しているかを判定するためのスペクトル上の格子の均一性の単なる測定値である。特に、ＣＤ、すなわちクリティカルディメンションは、基板上に「書き込まれた」オブジェクトの幅であり、リソグラフィ装置が基板上に書き込むことが物理的に可能である限界である。

[0060] 上記のスキャトロメータの１つをターゲット３０などのターゲット構造のモデル化及びその回折特性と組み合わせて使用して、構造の形状及びその他のパラメータの測定を幾つかの方法で実行できる。図５が示す第１のタイプのプロセスでは、ターゲット形状の第１の推定値（第１の候補構造）に基づく回折パターンを計算し、観察された回折パターンと比較する。次に、モデルのパラメータを体系的に変化させ、回折を一連の反復で再計算し、新しい候補構造を生成して最良適合に到達する。図６が示す第２のタイプのプロセスでは、多くの異なる候補構造の回折スペクトルを事前に計算して回折スペクトルの「ライブラリ」を生成する。次に、測定ターゲットから観察された回折パターンを、計算されたスペクトルのライブラリと比較して最良適合を見つける。両方の方法を併用することができる。すなわち、粗い適合をライブラリから得て、その後、反復プロセスで最良適合を見つけてもよい。

[0061] 以下に、図５をより詳細に参照して、ターゲット形状及び／又は材料特性の測定を実行する方法を要約する。この説明では、ターゲットは１方向のみにおいて周期的であることを前提とする（１次元構造）。実際には、２方向において周期的であってよく（２次元構造）、処理はそれに応じて適合される。

[0062] ステップ５０２では：基板上の実際のターゲットの回折パターンが、上述したようなスキャトロメータを用いて測定される。この測定された回折パターンが、コンピュータなどの計算システムへ送られる。計算システムは、上記の処理ユニットＰＵであってもよく、又は別の装置であってもよい。

[0063] ステップ５０３では：幾つかのパラメータｐ_ｉ（ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３など）について、ターゲット構造のパラメータ化されたモデルを定義する「モデルレシピ」が確立される。これらのパラメータは、例えば、１次元周期構造において、側壁の角度、フィーチャの高さ又は深さ、フィーチャの幅を表すことができる。ターゲット材料及びその下にある層の特性も、（スキャトロメトリ放射ビームに存在する特定の波長における）屈折率などのパラメータによって表される。具体例を以下に示す。重要なことには、ターゲット構造は、その形状及び物質特性を示す数十のパラメータによって定義できるが、モデルレシピはこれらのうちの多数を定義して固定値を持たせる一方、他のパラメータは以降のプロセスステップのために可変又は「流動的な」パラメータである。さらに以下に、固定パラメータと流動パラメータとの間の選択を行うプロセスを説明する。さらに、完全に独立した流動パラメータなしにパラメータが変化することを可能にする方法を紹介する。図５を説明するために、可変パラメータのみをパラメータｐ_ｉと見なす。

ステップ５０４では：モデルターゲットの形状が、流動パラメータに対する初期値ｐ_ｉ ^（０）（すなわち、ｐ_１ ^（０）、ｐ_２ ^（０）、ｐ_３ ^（０）など）を設定することによって推定される。各流動パラメータは、レシピに定義されるようなある所定の範囲内で生成される。

[0064] ステップ５０６では：推定形状を表すパラメータは、モデルの別々の要素の光学特性と共に使用されて、例えば、ＲＣＷＡなどの厳密光学回折法又はマクスウェル方程式の他任意の解法を用いて散乱特性を計算する。これによって、推定ターゲット形状の推定又はモデル回折パターンが与えられる。

[0065] ステップ５０８、５１０では：次に、測定回折パターンとモデル回折パターンとが比較され、類似点及び相違点を用いてモデルターゲット形状の「メリット関数」が計算される。

[0066] ステップ５１２では：実際のターゲット形状を正確に表す前にモデルを改良する必要があることをメリット関数が示すということを前提にして、新しいパラメータｐ_１ ^（１）、ｐ_２ ^（１）、ｐ_３ ^（１）などが推定され、ステップ５０６に反復的に戻される。ステップ５０６〜５１２が繰り返される。

[0067] この検索を支援するために、ステップ５０６の計算は、メリット関数の偏導関数をさらに生成することができる。これは、パラメータ空間のこの特定の領域において、パラメータを増加又は減少させることによってメリット関数が増加又は減少する感度を示す。メリット関数の計算及び導関数の使用は、一般に当業者に知られており、本明細書では詳述しない。

[0068] ステップ５１４では：この反復プロセスが所望の精度で解に収束したことをメリット関数が示す場合、現在の推定パラメータが実際のターゲット構造の測定値として報告される。

[0069] この反復プロセスの計算時間は、主に、使用される順方向回折モデル、すなわち、推定ターゲット構造から厳密光回折理論を用いて推定モデル回折パターンを計算することで決定される。より多くのパラメータが必要な場合、自由度の数は増加する。原則として、計算時間は、自由度の数の累乗に比例して増加する。ステップ５０６で計算された推定又はモデル回折パターンは、様々な形で表すことができる。計算されたパターンがステップ５１０で生成される測定パターンと同一の形で表される場合、比較が簡単化される。例えば、モデル化スペクトルを、図３の装置によって測定されたスペクトルと容易に比較することができる。すなわち、モデル化された瞳パターンを図４の装置によって測定された瞳パターンと容易に比較することができる。

[0070] 図５以降の説明を通じて、「回折パターン」という用語は、図４のスキャトロメータが使用されるという前提のもとに使用される。当業者は、この教示を別のタイプのスキャトロメータ、又は他のタイプの測定機器に対しても容易に適合させることができる。

[0071] 図６は、異なる推定ターゲット形状（候補構造）に対する複数のモデル回折パターンを事前に計算し、実測値との比較のためにライブラリ内に記憶する代替の例示的なプロセスを示している。基本的な原則及び用語は、図５のプロセスに関するものと同じである。図６のプロセスのステップは以下の通りである。

[0072] ステップ６０２では：ライブラリを生成するプロセスを開始する。ターゲット構造のタイプごとに別々のライブラリを生成することができる。ライブラリは、必要に応じて測定装置のユーザによって生成されてもよく、又は装置の供給業者によって事前に生成されてもよい。

[0073] ステップ６０３では：幾つかのパラメータｐ_ｉ（ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３など）について、ターゲット構造のパラメータ化されたモデルを定義する「モデルレシピ」が確立される。考慮すべきことは、反復プロセスのステップ５０３と同様である。

[0074] ステップ６０４では：パラメータの第１のセットｐ_１ ^（０）、ｐ_２ ^（０）、ｐ_３ ^（０）などが、例えば、各々が期待値範囲内にあるすべてのパラメータのランダム値を生成することで生成される。

[0075] ステップ６０６では：モデル回折パターンが計算され、ライブラリ内に記憶される。このモデル回折パターンは、パラメータが表すターゲット形状から推定された回折パターンを表す。

[0076] ステップ６０８では：形状パラメータの新しいセットｐ_１ ^（１）、ｐ_２ ^（１）、ｐ_３ ^（１）などが生成される。すべての記憶されたモデル化回折パターンを含むライブラリが十分に完成していると判断されるまで、ステップ６０６〜６０８が数十回、数百回、又は数千回繰り返される。各々の記憶されたパターンは、多次元パラメータ空間のサンプル点を表す。ライブラリ内のサンプルは、任意の現実の回折パターンが十分に近接して表されるのに十分な密度でサンプル空間を埋める。

[0077] ステップ６１０では：ライブラリが生成されると（その前であってもよいが）、現実のターゲット３０がスキャトロメータ内に配置され、その回折パターンが測定される。

[0078] ステップ６１２では：測定されたパターンがライブラリ内に記憶されたモデル化パターンと比較され、最良の一致パターンを見つけられる。比較はライブラリ内のサンプルごとに行うことができるか、又は演算の負荷を低減するためにより系統的な検索法を採用することができる。

[0079] ステップ６１４では：次に、一致が見つかった場合、一致するライブラリパターンを生成するために使用される推定ターゲット形状を概略のオブジェクト構造として決定することができる。一致サンプルに対応する形状パラメータが、測定形状パラメータとして出力される。一致プロセスはモデル回折信号に対して直接行うことができるか、又は高速評価のために最適化された代替モデルに対して行うことができる。

[0080] ステップ６１６では：オプションとして、最も近い一致サンプルを開始点として用い、改良プロセスを用いて報告用の最終パラメータが得られる。この改良プロセスは、例えば、図５に示すプロセスと非常に類似した反復プロセスを含んでもよい。

[0081] 改良ステップ６１６が必要であるか否かは、実施者の選択事項である。ライブラリが非常に稠密にサンプリングされている場合、良好な一致が常に見つかるので反復改良は必要とされない場合がある。一方、そのようなライブラリが実用には大きすぎる場合がある。したがって、実際的な解決法は、パラメータの粗いセットを求めるライブラリ検索を使用し、その後、１回以上の反復でメリット関数を用いてより正確なパラメータのセットを決定して所望の精度でターゲット基板のパラメータを報告するという方法である。追加の反復を行う場合、計算された回折パターン及び関連付けられた改良パラメータのセットをライブラリの新しいエントリとして追加するオプションが可能である。このようにして、比較的少ない演算作業量に基づくものの、改良ステップ６１６の演算作業を用いてより大きなライブラリに構築されるライブラリを、最初に使用することができる。どの方式を用いても、複数の候補構造の一致という長所に基づいて、報告される可変パラメータの１つ以上の値のさらなる改良を達成できる。例えば、両方の又はすべての候補構造が高一致スコアを有することを前提にすると、最終的に報告されるパラメータ値は、複数の候補構造のパラメータ値の間で補間を行うことによって生成できる。

[0082] この反復プロセスの演算時間は、主に、ステップ５０６及び６０６での順方向回折モデル、すなわち、推定ターゲット形状から厳密光回折理論を用いて推定モデル回折パターンを計算することで決定される。

[0083] 本発明は、オーバレイ誤差を決定する実施形態に関する。

[0084] 図７は、モデル内の中央にある上部格子の位置決めを示す本発明のある実施形態によるオーバレイ誤差を決定する方法を示す。

[0085] ステップ７０２では：ウェーハ上のターゲットの散乱特性が測定される。測定されたターゲットは、層７０８及び７１０内に形成された処理済格子などの第１の構造７０６を含む。構造７０６は、この例では、右側の側壁よりも浅い勾配を有する左側の側壁を有するプロセス誘導非対称歪を有する。図４に関連して説明したＳＭ２などのスキャトロメータを使用して、ターゲットは、放射７１２の（例えばアパーチャを用いるなど）照明プロファイル７１１で照明される。散乱放射７１４は瞳面内で検出され、角度分解スペクトル７１６が得られる。照明プロファイル７１１によって、ターゲットの少なくとも１つの特性が別々に検出された０次回折次数とより高次の回折次数とを用いて再構築できる。分解スペクトル７１６内で示すように、１次回折パターンが照明プロファイル内の暗い象限に対応する２つの象限（右上と左下）に示され、０次（反射）回折パターンが他の２つの象限に示されている。したがって、回折次数は分離され、１次回折次数の一部が瞳面内で０次と混合する従来の環状プロファイルの欠点が回避される。環状照明は回折光内の情報が少ないため、環状照明プロファイルは測定されたターゲットの非対称性の誤差を引き起こすことがある。例えば、環状照明では、ターゲットの非対称性を測定するのに有用な情報を含む光ビームの垂直に近い入射は存在しない。

[0086] ステップ７１８では：図５及び図６に関連して述べたように、モデル化プロセスを用いてターゲットのモデルが構築される。モデル構造７２２〜７２６は、それぞれターゲット構造７０６〜７１０に対応する。したがって、処理されたオーバレイターゲットはその非対称歪を含んで再構築される。

[0087] ステップ７２８では：第１のモデル構造７２２の非対称性に基づいてモデルが修正される。このステップはその非対称性を補償するために、第１のモデル構造７２２の位置パラメータ、この例では中央点を定義するステップを含む。処理された再構築格子の「０」位置（すなわち、「中央」）７３２が定義される。半導体デバイス製造業者（すなわち、エンドユーザ）はプロセスモデルの物理的な説明又は電気的オーバレイ測定又はデバイス歩留まりとの相関関係などのその他の方法に基づいてこの中央位置７３２を定義する入力を与えることができる。中央７３２は、例えば、所期の構造形状の情報を用いて（いかなるプロセス誘導非対称性も用いずに）定義できる。

[0088] この実施形態では、この例のレジスト格子を表す第２のモデル構造７３０がこの段階でモデルに導入される。第１のモデル構造７２２及び第２のモデル構造７３０は、位置パラメータを用いて互いに対して位置決めする。これは、図７で、モデル構造７２２及び７３０の一方又は両方のモデル内に位置を挿入する（しかし、図９に示すように、移動しても実行できる）ことで達成される。この位置決めは、それらが互いに対して中央にあるようにモデル構造を重ねてもよい（図７、図９及び図１０）。あるいは、モデル構造７２２及び７３０を意図的なオフセットＸで互いに対して位置決めしてもよい（図８及び図１１）。

[0089] 分析ソフトウェアでは、レジスト格子７３０が処理済格子７２２の中央７３２の上部の中央にある（すなわち、オーバレイ誤差がゼロである）ような方法でレジスト格子７３０が再構築されたプロセススタック上に挿入され配置される。これは完全にソフトウェア内で実行でき、したがって、現実の実験は不要である。図７に示すように、この位置は、矢印ｂの間の上部構造７３０の中央が矢印ａの間の基礎構造７２２の中央７３２と同じ位置にあるように調整されている。図７で、上部モデル構造７２０及び７３０の幅、すなわち、ｂ＋ｂは、下部モデル構造の幅ａ＋ａと同じである（プロセス誘導非対称性なしに）。しかし、各々の幅は異なっていてもよいことを理解されたい。すなわち、ａ≠ｂであってもよい。

[0090] ステップ７３４では：第１のモデル構造７２２と第２のモデル構造７３０との間の非対称性誘導オーバレイ誤差ΔＯＶ_ｒが修正モデルを用いて決定される。非対称性誘導オーバレイ誤差は、瞳面内の検出器全体のピクセルで決定される＋１次及び−１次回折次数の間の瞳面内の強度デルタとして計算できる。少量の非対称性についても比較的大きい非対称性誘導オーバレイ誤差を有するピクセルが瞳面内に識別される。これらのピクセルは、以下のステップ７３６で全体の瞳面の非対称性誘導オーバレイ誤差数ΔＯＶ_ｒの計算から除外される。

[0091] 非対称性誘導オーバレイ誤差は、修正モデル上でのスキャトロメータオーバレイ測定をシミュレートする数値計算によって計算できる。そのような測定は、参照によりその全体を本明細書に組み込むものとする米国特許公開第２００６／００３３９２１Ａ１号に開示されている。通常、これは幾つかのスキャトロメータ測定レシピｒにわたって繰り返されるので、異なるレシピ、例えば、照明波長と偏光の異なる組合せを有する補正のセットΔＯＶ_ｒが後続の使用のために準備される。非対称性誘導オーバレイ誤差ΔＯＶ_ｒは、次のステップ７３６で説明するように、半導体デバイス製造中のオーバレイ測定にその後適用される補正である。

[0092] ステップ７３６では：図４に関連して説明するＳＭ２などのスキャトロメータ内のレシピｒを用いて測定された（未補正の）オーバレイ誤差ΔＯＶ’_ｒが得られ、生産半導体ウェーハ上などの第２のターゲットの角度分解スペクトル７４８が測定される。測定された第２のターゲットは、層７４０及び７４２内に形成される処理済格子などの第１の構造７３８を含む。構造７３８は、構造７０６と同様のプロセス誘導非対称歪を有する。図４に関連して説明するＳＭ２などのスキャトロメータを用いて、ターゲットは放射７４４の照明プロファイル７４３で照明される。散乱放射７４６が検出され、角度分解スペクトル７４８が得られる。環状照明プロファイル７４３は、米国特許公開第２００６／００３３９２１Ａ１号に開示されるような、使用する回折ベースのオーバレイ測定方法に好適である。この方法はいかなる再構築も含まず、したがって、生産ウェーハに関しては十分高速であるが基礎の処理済格子の非対称性によって劣化しており、この非対称性を補正することが望ましい。

[0093] 第２のターゲットの非対称性誘導オーバレイ誤差ΔＯＶ_ｒと測定オーバレイ誤差ＯＶ’_ｒとの差を計算することで補正オーバレイ誤差ＯＶ’が決定される。したがって、この補正オーバレイ誤差ＯＶ’＝ＯＶ’_ｒ−ΔＯＶ_ｒである。

[0094] 測定瞳面内の座標ｘ及びｙの全ピクセルを考慮に入れて、計算されたオーバレイ数ＯＶ’_ｒを用いて、オーバレイ補正が計算できる。すなわち、
である。

[0095] あるいは、各ピクセルのオーバレイ補正を最初は個別に計算し、次に、全ピクセルについてオーバレイを平均することで正味オーバレイ誤差を計算できる。すなわち、
である。

[0096] 第２のターゲット内のオーバレイ誤差ＯＶ’の測定で、図１０及び図１１に関連して以下に説明する実施形態に従ってこのステップのために最適なレシピｒ’を決定し選択できる。

[0097] ターゲット形状はウェーハにわたって変化するため、ステップ７０２、７１８、７２８、７３４及び７３６はウェーハ上のターゲットごとに、又はターゲットの代表的なサブセット上で実行してもよい。

[0098] この実施形態は、半導体製造における処理の変動を低減する効果があり、究極的にオーバレイ改善を助ける。さらに、半導体製造の歩留まりが向上する。

[0099] 様々な測定レシピｒについての非対称性誘導オーバレイ誤差ΔＯＶ_ｒの上記計算を、ＯＶ’_ｒ＝０であるゼロに近いオーバレイ誤差の測定値を補正するのに有用な図７に関連して説明する中央にある格子について実行できる。しかし、大きなオーバレイ誤差
の測定では、測定オーバレイ誤差Ｘの付近、すなわち、
でこの非対称性誘導オーバレイ誤差を計算することが有用である。したがって、補正オーバレイ誤差は、
である。これは、回折ベースのオーバレイの非線形挙動のためである。大きなオーバレイ誤差と比較してゼロに近いオーバレイ誤差について、同量のターゲットの非対称性からわずかに異なる非対称性誘導オーバレイ誤差が発生する。この方法を図８及び図１１に関連して説明する。

[00100] 図８は、モデル内のオフセットされた上部格子の位置決めを示す本発明のある実施形態によるオーバレイ誤差を決定する方法を示す。図８で、図７と同じ数字は、同じステップ及びオブジェクトに対応する。しかし、図８では、ステップ８２８で、レジスト格子８３０が処理済格子７２２の中央７３２から距離Ｘだけオフセットされる（すなわち、オーバレイ誤差がＸである）ような方法で、上部レジスト格子を表す第２のモデル構造８３０を再構築されたプロセススタック上に挿入することでモデルが修正される。

[0100] これをＸの幾つかの値について繰り返してオフセットＸのある範囲について非対称性誘導オーバレイ誤差のライブラリ又はルックアップテーブルを構築できる。Ｘは、図７に示すケースと同等である０に等しくてもよい。ステップ８３４で、Ｘの値の各々について修正モデルを用いて第１のモデル構造７２２と第２のモデル構造８３０との間の非対称性誘導オーバレイ誤差ΔＯＶ_ｒ，Ｘが決定される。

[0101] 図８に、基礎の製品格子７３８からほぼＸのオフセットを有する上部製品格子構造８４０が示されている。ステップ８３６は、測定オーバレイ誤差Ｘに一致する非対称性誘導オーバレイ誤差の値、すなわち、
が選択され、次に、上記のように、補正オーバレイ誤差は、
になる。

[0102] 図９は、底部及び上部格子の両方の測定及び再構築を示す本発明のある実施形態によるオーバレイ誤差を決定する方法を示す。図９で、図７と同じ数字は、同じステップ及びオブジェクトに対応する。しかし、図９では、第１のターゲットの単位セルは、処理済構造７０６上に重ねられたレジスト格子などのレジスト構造９０４を有する断面で示されている。

[0103] ステップ９１８で、図５及び図６に関連して説明したモデル化プロセスを用いて、ターゲットのモデルが構築される。モデル構造９２０は、ターゲット構造９０４に対応する。ステップ９２８で、第１のモデル構造７２２と第２のモデル構造７３０が位置パラメータを用いて互いに対して位置決めするようにモデルが修正される。これは、図９で、モデル構造９２０のモデル内の位置を位置７３０へ移動することで達成される。この移動はモデル構造に重なるため、モデル構造は互いに対して中央に位置する。あるいは、図８に関連して説明したように、モデル構造７２２及び７３０を意図的なオフセットＸで互いに対して位置決めしてもよい

[0104] あるいは、モデル構造を移動させずに、モデル構造７２２と９２０との間のオーバレイ誤差をモデル化するためのオーバレイパラメータを調整することで、モデルを修正できる。したがって、モデル内でのモデル構造の位置は変化しない。

[0105] 図１０は、最適なレシピを決定するための変化するモデル化された非対称性を示す本発明のある実施形態によるオーバレイ誤差を決定する方法を示す。

[0106] ステップ１００２では：ウェーハ（図示せず）上のターゲットの散乱特性が測定される。図７に関連して説明したように、スキャトロメータを用いて角度分解スペクトル７１６が得られる。

[0107] ステップ１００４では：図７に関連して説明したように、ターゲットのモデルが構築される。幾何学的パラメータｐ^（ｎ）は、図７の下部ターゲット構造７０６の形状に対応するモデル構造７２２のパラメータである。特に、ｐ^（ｎ）は、下部モデル構造７２２の非対称性を記載する形状パラメータである。この例では、ｐ^（ｎ）は、特定の側壁勾配角を示す。別のタイプの幾何学的パラメータが層厚さパラメータである。幾何学的パラメータの代わりに、又は追加的に、モデル構造パラメータは放射散乱に影響する材料パラメータを含んでもよい。

[0108] 以下のステップ１００６及び１００８で、再構築された形状のモデルとその（推定）変動が前方計算機へ供給されて、非対称性誘導オーバレイ誤差が計算される。

[0109] ステップ１００６では：基礎モデル構造７２２の非対称性に基づいてモデルが修正される。この実施形態では、この修正プロセスは、パラメータｐ^（ｎ）を異なる値ｐ^（ｎ’）及びｐ^（ｎ”）に調整してモデル構造内の非対称性を変化させ、それによって、下部モデル構造７２２と挿入された上部モデル構造１０３０との間の非対称性誘導オーバレイ誤差を変化させるステップを含む。この例では、ｐ^（ｎ’）及びｐ^（ｎ”）は、異なる特定の側壁勾配角に対応する。

[0110] ステップ１００８では：修正モデルごとに、パラメータｐ^（ｎ’）及びｐ^（ｎ”）を用いて、また元のモデルについて、パラメータｐ^（ｎ）を用いて、幾つかのスキャトロメータ測定レシピｒについて非対称性誘導オーバレイ誤差ΔＯＶ_ｒ，ｐの計算が繰り返される。数値計算内で各修正モデル上でのスキャトロメータオーバレイ測定をシミュレートする修正モデルを用いて計算が実行される。

[0111] ステップ１０１０では：計算された非対称性誘導オーバレイ誤差ΔＯＶ_ｒ，ｐを最初に用いて生産ターゲット内のオーバレイ誤差ＯＶが決定され、例えば、最適な波長と偏光とを有する生産ターゲットを測定するために使用する最適なスキャトロメータ測定レシピｒ’が選択される。上記のモデル変動に対する最も安定した挙動を示すレシピが最適レシピ「ｒ」として選択される。モデル形状パラメータの変動への低い感受性として安定した挙動を決定できる。変動の分析で文脈情報を決定できる。例えば、接点の上に線を配置する場合、プロファイルの最上部によって散乱の測定に集中して最適な結果を与えるレシピを選択することが重要である。

[0112] ステップ１０１２では：ステップ１０１０で決定したように、最適なレシピｒ’を用いて、図４に関連して説明したＳＭ２などのスキャトロメータを使用して、測定オーバレイ誤差ＯＶ’_ｒ’が得られ、角度分解スペクトル１０１４が測定される。

[0113] 図１０及び図１１に関連して説明する実施形態を図７〜図９に関連して説明した実施形態と組み合わせてもよい。例えば、図１０に関連して説明したように、決定した最適なレシピｒ’を用いて製品オーバレイを測定でき、次に、図７に関連して説明したように、測定された製品オーバレイ誤差から非対称性誘導オーバレイ誤差を減算することができる。

[0114] 図１１は、大きなオーバレイ誤差に最適なレシピを決定するための変化するモデル化された非対称性を示す本発明のある実施形態によるオーバレイ誤差を決定する方法を示す。図１１で、図１０と同じ数字は、同じステップ及びオブジェクトに対応する。しかし、図８に関連して説明したのと同じ目的のために、ステップ１１０６では、上部モデル構造１１３０がオフセットＸを付けて挿入される。さらに、ステップ１１０８では、非対称性誘導オーバレイ誤差の計算はレシピｒごとに、各オフセットＸについて実行される。その結果、ステップ１１１０で、各オフセットＸについて最適なレシピを決定できる。最後にステップ１１１２で、最適でないレシピを用いて製品ウェーハ上の測定でオーバレイ誤差の粗い値を提供できる。次に、粗い測定製品オーバレイ誤差に一致するオフセットＸを有する最適なレシピを選択して同じターゲット又は同じ製品オーバレイ誤差を有すると推定される後続のターゲット上での測定を実行できる。

[0115] 図１０及び図１１に関連して説明した本発明の実施形態は、スキャトロメータ測定レシピを選択する堅牢な方法を提供する。本発明のこれらの実施形態を使用することで、非対称プロファイルを有する参照層のオーバレイターゲットを使用する際の生産のプロセスの複雑さ、コスト及び時間の増加を回避できる。

[0116] 本発明の実施形態による方法は、１つ以上のプロセッサに本明細書に記載する方法を実行させるマシン可読命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラムプロダクトを実行することで実施できる。

[0117] スキャトロメータは自立型検査装置であってもよく、それぞれ図１及び図２のリソグラフィ装置ＬＡ又はリソグラフィセルＬＣ内に組み込まれてもよい。

[0118] 本文ではＩＣの製造における方法及び装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明する検査方法及び装置には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが、当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）、メトロロジーツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及びその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指すことができる。

[0119] 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合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。

[0120] 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）及び極端紫外線（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。

[0121] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁及び静電型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、又はその組合せを指すことができる。

[0122] 以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明は、上記で開示したような方法を述べる機械読み取り式命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラム、又はこのようなコンピュータプログラムを内部に記憶したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）の形態をとることができる。

[0123] 特許請求の範囲を解釈するには、「発明の概要」及び「要約書」の項ではなく、「発明を実施するための形態」の項を使用するよう意図されていることを理解されたい。「発明の概要」及び「要約書」の項は、本発明者が想定するような本発明の１つ以上の例示的実施形態について述べることができるが、全部の例示的実施形態を述べることはできず、したがって本発明及び添付の特許請求の範囲をいかなる意味でも限定しないものとする。

[0124] 以上では、特定の機能の実施態様を例示する機能的構成記憶要素及びその関係を用いて本発明について説明してきた。これらの機能的構成要素の境界は、本明細書では説明の便宜を図って任意に画定されている。特定の機能及びその関係が適切に実行される限り、代替的な境界を画定することができる。

[0125] 特定の実施形態に関する以上の説明は、本発明の全体的性質を十分に明らかにしているので、当技術分野の知識を適用することにより、過度の実験をせず、本発明の全体的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。

[0126] 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。上記の説明は例示的であり、限定的ではない。それ故、下記に示す特許請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

Claims (14)

1. オーバレイ誤差を決定する方法であって、
   第１の構造を含む第１のターゲットの散乱特性を測定するステップと、
   前記測定された散乱特性を用いて前記第１の構造に対応する第１のモデル構造を含む前記第１の構造のモデルを構築するステップと、
   前記第１のモデル構造の非対称性を補償するための前記第１のモデル構造の位置パラメータを定義するステップと、
   前記定義された位置パラメータを用いて、第２のモデル構造を前記第１のモデル構造に対して位置決めするステップと、
   前記第１のモデル構造内に前記第２のモデル構造を挿入することにより前記第１及び第２のモデル構造を修正するステップと、
   前記修正モデル内で互いに重なり合う前記第１のモデル構造と前記第２のモデル構造との間の非対称性誘導オーバレイ誤差を計算するステップと、
   前記計算された非対称性誘導オーバレイ誤差を用いて第２のターゲット内のオーバレイ誤差を決定するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記位置決めステップは、前記モデル内における少なくとも１つの前記モデル構造の前記位置を調整するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記修正するステップは、前記第１のモデル構造と前記第２のモデル構造との間のオーバレイ誤差をモデル化するために使用するオーバレイパラメータを調整するステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第２のターゲット内のオーバレイ誤差を決定するステップは、前記第２のターゲットの非対称性誘導オーバレイ誤差と測定オーバレイ誤差との差を計算するステップを含む、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の方法。
5. 前記モデルを修正するステップは、モデル構造パラメータ値を調整して非対称性誘導オーバレイ誤差を変化させるステップを含み、
   前記非対称性誘導オーバレイ誤差の計算ステップは、複数の散乱特性測定レシピの複数のモデル構造パラメータ値について繰り返され、前記第２のターゲット内のオーバレイ誤差を決定する前記ステップは、前記計算された非対称性誘導オーバレイ誤差を用いて前記第２のターゲットを測定するために使用する最適な散乱特性測定レシピを選択するステップを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記パラメータは、幾何学的パラメータを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記パラメータは、材料パラメータを含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記モデル構造パラメータは、前記第１のモデル構造の非対称性をモデル化する、請求項５乃至請求項７のうち何れか１項に記載の方法。
9. 前記第１のターゲットは、第２の構造を含み、前記第１及び第２の構造は、互いに重なり合い、前記第２のモデル構造は、前記第２の構造に対応する、請求項１乃至請求項８のうち何れか１項に記載の方法。
10. 非対称性誘導オーバレイ誤差の前記計算ステップは、前記第１のモデル構造の前記非対称性に応答して最大のオーバレイ誤差を有するピクセルを除外しつつ、角度分解スキャトロメータの瞳面内の複数のピクセルでのオーバレイ誤差を計算するステップを含む、請求項１乃至請求項９のうち何れか１項に記載の方法。
11. 第１の構造を含む第１のターゲットの散乱特性を測定し、オーバレイ誤差を決定する検査装置であって、
    前記測定された散乱特性を用いて前記第１の構造に対応する第１のモデル構造を含む前記第１の構造のモデルを構築し、
    前記第１のモデル構造の非対称性を補償するための前記第１のモデル構造の位置パラメータを定義し、
    前記定義された位置パラメータを用いて、第２のモデル構造を前記第１のモデル構造に対して位置決めし、
    前記第１のモデル構造内に前記第２のモデル構造を挿入することにより前記第１及び第２のモデル構造を修正し、
    前記修正モデル内で互いに重なり合う前記第１のモデル構造と前記第２のモデル構造との間の非対称性誘導オーバレイ誤差を計算し、
    前記計算された非対称性誘導オーバレイ誤差を用いて第２のターゲット内のオーバレイ誤差を決定する、
    少なくとも１つのプロセッサを備える、検査装置。
12. パターンを照明する照明光学システムと、
    基板上に前記パターンの像を投影する投影光学システムと、
    請求項１１に記載の検査装置と、
    を備える、リソグラフィ装置。
13. 基板に放射感受性層を塗布するコーターと、
    前記コーターによって塗布された基板の放射感受性層上に像を露光するリソグラフィ装置と、
    前記リソグラフィ装置によって露光された像を現像する現像装置と、
    請求項１１に記載の検査装置と、
    を備える、リソグラフィセル。
14. オーバレイ誤差を決定するマシン可読命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラムであって、前記命令は、１つ以上のプロセッサにオーバレイ誤差を決定する方法を実行させ、
    前記方法は、
    第１の構造を含む第１のターゲットの散乱特性を測定するステップと、
    前記測定された散乱特性を用いて前記第１の構造に対応する第１のモデル構造を含む前記第１の構造のモデルを構築するステップと、
    前記第１のモデル構造の非対称性を補償するための前記第１のモデル構造の位置パラメータを定義するステップと、
    前記定義された位置パラメータを用いて、第２のモデル構造を前記第１のモデル構造に対して位置決めするステップと、
    前記第１のモデル構造内に前記第２のモデル構造を挿入することにより前記第１及び第２のモデル構造を修正するステップと、
    前記修正モデル内で互いに重なり合う前記第１のモデル構造と前記第２のモデル構造との間の非対称性誘導オーバレイ誤差を計算するステップと、
    前記計算された非対称性誘導オーバレイ誤差を用いて第２のターゲット内のオーバレイ誤差を決定するステップと、
    を含む、コンピュータプログラム。