JP6133980B2 - リソグラフィのためのメトロロジ - Google Patents

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Description

［関連出願の相互参照］
[0001] 本出願は、２０１２年７月５日出願の米国仮出願第６１／６６８，２７７号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
[0002] 本発明は、例えば、リソグラフィ技術によるデバイスの製造において使用可能なメトロロジ方法及び装置、並びにリソグラフィ技術を使用してデバイスを製造する方法に関する。
[0003] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板上、通常、基板のターゲット部分上に付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。その場合、ＩＣの個々の層上に形成される回路パターンを生成するために、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用いることができる。このパターンは、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、ダイの一部、又は１つ以上のダイを含む）に転写することができる。通常、パターンの転写は、基板上に設けられた放射感応性材料（レジスト）層上への結像によって行われる。一般には、単一の基板が、連続的にパターニングされる隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。公知のリソグラフィ装置としては、ターゲット部分上にパターン全体を一度に露光することにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるステッパ、及び放射ビームによってある特定の方向（「スキャン」方向）にパターンをスキャンすると同時に、この方向に平行又は逆平行に基板をスキャンすることにより各ターゲット部分を照射する、いわゆるスキャナが含まれる。パターンを基板上にインプリントすることにより、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。
[0004] リソグラフィプロセスにおいては、例えば、プロセス制御及び検証のため、作り出した構造を測定することがしばしば望まれる。そのような測定のためのさまざまなツールが知られており、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）を測定するためにしばしば使用される走査電子顕微鏡や、デバイス内の２つの層のアライメント精度であるオーバーレイを測定するための専用ツールが含まれる。近年、リソグラフィ分野での使用のためにさまざまな形態のスキャトロメータが開発されている。これらのデバイスは、放射ビームをターゲット上に誘導し、散乱放射の１以上の特性、例えば、波長の関数としての単一反射角での強度、反射角の関数としての１以上の波長での強度、又は、反射角の関数としての偏光を測定して、ターゲットの対象となっている特性を決定することができる「スペクトル」を取得する。対象となっている特性の決定は、さまざまな技術、例えば、厳密結合波分析又は有限要素法のような反復的アプローチによるターゲット構造の再構築、ライブラリ検索、主成分分析といった技術により行ってよい。
[0005] 従来のいくつか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な、例えば、４０μｍ×４０μｍの格子であり、測定ビームはこの格子より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る(underfilled)）。これにより、ターゲットを無限とみなすことができるためターゲットの数学的再構築が平易になる。しかしながら、ターゲットのサイズを、例えば、スクライブライン内ではなく製品フィーチャの間に位置決めできるように、例えば、１０μｍ×１０μｍ以下に縮小するため、格子を測定スポットより小さくした（すなわち、格子はオーバーフィルされる(overfilled)）メトロロジが提案されている。典型的には、そのようなターゲットは、（鏡面反射に相当する）ゼロ次回折を遮断し、これより高次のもののみを処理する暗視野スキャトロメトリを用いて測定される。回折次数の暗視野検出を使用した回折ベースのオーバーレイによって、より小さなターゲットのオーバーレイ測定が可能になる。これらのターゲットは測定スポットより小さくすることができ、ウェーハ上の製品構造で包囲されていてもよい。１つのイメージ内で多数のターゲットを測定することが可能である。
[0006] 公知のメトロロジ技術において、オーバーレイ測定結果は、ターゲットを回転するか、あるいは、照明モード又は結像モードを変更して−１次回折強度及び＋１次回折強度を別個に取得しながら、一定の条件下でターゲットを２回測定することで得られる。任意の格子に関するこれらの強度値を比較することで、この格子における非対称性測定値が求められ、オーバーレイ格子における非対称性は、オーバーレイエラーの指標として用いることができる。
[0007] 公知の暗視野イメージベースのオーバーレイ測定は、高速、かつ（いったん較正されると）計算上非常に平易であるが、この測定は、オーバーレイがターゲット構造における非対称性の唯一の原因であるとの仮定に依拠している。スタック中のその他の非対称性、例えば、重ね合わせられた格子の一方又は双方の中のフィーチャの非対称性もまた、１次非対称性の原因となる。オーバーレイに関連しないこの非対称性は、明らかにオーバーレイ測定を乱すものであり、不正確なオーバーレイ結果を与える。オーバーレイ格子の下部格子における非対称性は、よく見られる形態のフィーチャ非対称性である。これは、例えば、下部格子が当初形成された後に行われる、化学機械研磨（ＣＭＰ）のようなウェーハ処理工程に由来するものであり得る。
[0008] したがって現状では、当業者は、一方で、オーバーレイ測定値を与える平易かつ高速な測定プロセスであるが、他の非対称性原因が存在する場合に不正確なものとなりやすい測定プロセスと、他方で、計算量が多いより伝統的な技術であって、瞳イメージがオーバーレイ格子の環境からの信号によって汚染され、これに基づく再構築が阻害されることを回避するため、通常、大型でアンダーフィルされた格子を複数回測定することが必要となる技術との間で選択をしなければならない。
[0009] そのため、ターゲット構造のために必要となる基板面積を最小限に抑えながら、オーバーレイとその他の影響とによって生じる、ターゲット構造の非対称性に対する寄与をより直接的かつ平易な方法で区別することが望まれる。
[0010] 従来公開された技術に対してスループット及び精度を改善することができる、ターゲット構造を使用したオーバーレイメトロロジ方法及び装置を提供することが望ましい。さらに、本発明がこれに限定されるわけではないが、暗視野イメージベースの技術で読み取ることのできる小さなターゲット構造に適用可能であると、大きな利点をもたらす。
[0011] 本発明の第１の態様によれば、リソグラフィプロセスのパラメータを測定する方法が提供され、この方法は、リソグラフィプロセスを用いて基板全体の複数の位置に分散された複数のターゲット構造を形成することであって、該ターゲット構造は、ターゲット構造全体に分散された一定数の異なるオーバーレイバイアス値を持つ重ね合わされた周期構造を有し、ターゲット構造のうちの少なくともいくつかは、異なるオーバーレイバイアス値の数よりも少ない数の重ね合わされた周期構造を含む、リソグラフィプロセスを用いてターゲット構造を形成することと、ターゲット構造を照明し、ターゲット構造によって散乱させられる放射の非対称性を検出することと、検出された非対称性を用いてパラメータを決定することと、を含む。
[0012] 本発明の第２の態様によれば、リソグラフィプロセスのパラメータを測定する検査装置が提供され、この装置は、複数のターゲット構造を有する基板のためのサポートであって、該複数のターゲット構造は、基板全体の複数の位置に分散され、かつターゲット構造全体に分散された一定数の異なるオーバーレイバイアス値を持つ重ね合わされた周期構造を有し、ターゲット構造のうちの少なくともいくつかは、異なるオーバーレイバイアス値の数よりも少ない数の重ね合わされた周期構造を含む、サポートと、ターゲット構造を照明し、ターゲット構造によって散乱させられる放射の非対称性を検出するための光学システムと、検出された非対称性を用いてパラメータを決定するように配置されたプロセッサと、を備える。
[0013] 本発明の第３の態様によれば、第１の態様に係る方法の処理をプロセッサに実行させるための機械可読命令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]本発明の第４の態様によれば、リソグラフィ装置を備えるリソグラフィシステムが提供され、該リソグラフィ装置は、 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、パターンのイメージを基板上に投影するように配置された投影光学システムと、第２の態様に係る検査装置と、を備える。このリソグラフィ装置は、パターンを別の基板に適用する際、検査装置からの測定結果を使用するように配置される。
[0015] 本発明の第５の態様によれば、リソグラフィプロセスを使用してデバイスパターンが一連の基板に適用される、デバイス製造方法であって、上記基板のうちの少なくとも１つの基板上にデバイスパターンの一部として、又はデバイスパターンに加えて形成された少なくとも１つの周期構造を、第１の態様に係る方法を用いて検査することと、この方法の結果にしたがって以降の基板のためにリソグラフィプロセスを制御することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
[0016] 本発明の第６の態様によれば、複数のターゲット構造を含む基板が提供され、上記複数のターゲット構造は、基板全体の複数の位置に分散され、かつターゲット構造全体に分散された一定数の異なるオーバーレイバイアス値を持つ重ね合わされた周期構造を有し、ターゲット構造のうちの少なくともいくつかは、異なるオーバーレイバイアス値の数よりも少ない数の重ね合わされた周期構造を含む。
[0017] 本発明のさらなる特徴及び利点は、本発明のさまざまな実施形態の構造及び作用とともに、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。本発明は、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。かかる実施形態は、例示の目的でのみ本明細書に提示されている。本明細書に含まれる教示から、当業者には追加の実施形態が明らかであろう。
[0018] 本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす添付の図面は、本発明を図解し、さらに、その説明とともに、本発明の原理を説明し、かつ、当業者が本発明を実施及び使用することを可能にするように機能する。
[0019] 本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を示す。 [0020] 本発明の一実施形態に係るリソグラフィックセル又はクラスタを示す。 [0021] （ａ）は、本発明の実施形態に係るターゲットを第１の照明アパーチャ対を用いて測定する際に使用される暗視野スキャトロメータの概略図であり、（ｂ）は、任意の方向の照明に対するターゲット格子の回折スペクトルの詳細図であり、（ｃ）は、回折ベースのオーバーレイ測定にスキャトロメータを使用する際に別の照明モードを提供する第２の照明アパーチャ対を示し、（ｄ）は、第１及び第２のアパーチャ対を組み合わせた第３の照明アパーチャ対を示す。 [0022] 複数格子ターゲットの公知の形態及び基板上の測定スポットの輪郭を示す。 [0023] 図３のスキャトロメータで得られる、図４のターゲットのイメージを示す。 [0024] 本発明の実施形態に係るオーバーレイ測定方法を表すフローチャートである。 [0025] フィーチャ非対称性の影響を受けない理想的なターゲット構造におけるオーバーレイ測定の原理を示す。 [0026] 本発明の一実施形態を使用したフィーチャ非対称性の補正を含む、非理想的なターゲット構造におけるオーバーレイ測定の原理を示す。 [0027] 製品エリアと、スクライブラインエリアと、スクライブラインエリアと製品エリアの両方にあるメトロロジターゲットと、を有するパターニングデバイスを示す。 [0028] 本発明の実施形態とともに使用されるパターニングデバイスの一実施形態を示す。 [0029] 本発明の実施形態において使用することができるバイアススキームを有する、基板全体に分散された３つの複合格子構造であって、オーバーレイ測定の直交する２方向に成分格子を組み合わせた構造を示す。 [0030] 本発明の実施形態において使用することができるバイアススキームを有する、基板全体に分散された５つの複合格子構造を示す。
[0031] 本発明の特徴及び利点は、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、及び／又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。
[0032] 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。
[0033] 説明される（１つ以上の）実施形態、及び明細書中の「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、又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、又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、又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、又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。
[0034] 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、又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つ又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又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、又は電気、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、又はファームウェア、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。
[0035] 本発明の実施形態を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。
[0036] 図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示している。このリソグラフィ装置は、放射ビームＢ（例えば紫外線又はＤＵＶ放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構築され、かつ特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１ポジショナＰＭに連結されたパターニングデバイスサポート又はサポート構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構築され、かつ特定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２ポジショナＰＷに連結された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付け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）上に投影するように構成された投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＳと、を含む。
[0037] 照明システムとしては、放射を誘導し、整形し、又は制御するために、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらのあらゆる組合せなどのさまざまなタイプの光学コンポーネントを含むことができる。
[0038] 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設計、及び、パターニングデバイスが真空環境内で保持されているか否かなどの他の条件に応じた態様で、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、静電式又はその他のクランプ技術を使って、パターニングデバイスを保持することができる。パターニングデバイスサポートは、例えば、必要に応じて固定又は可動式にすることができるフレーム又はテーブルであってもよい。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を、例えば、投影システムに対して所望の位置に確実に置くことができる。本明細書において使用される「レチクル」又は「マスク」という用語はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語と同義であると考えるとよい。
[0039] 本明細書において使用される「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内にパターンを作り出すように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用できるあらゆるデバイスを指していると、広く解釈されるべきである。なお、留意すべき点として、放射ビームに付与されたパターンは、例えば、その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内の所望のパターンに正確に一致しない場合もある。通常、放射ビームに付けたパターンは、集積回路などのターゲット部分内に作り出されるデバイス内の特定の機能層に対応することになる。
[0040] パターニングデバイスは、透過型であっても、反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、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パネルが含まれる。マスクは、リソグラフィでは公知であり、バイナリ、レべンソン型(alternating)位相シフト、及びハーフトーン型(attenuated)位相シフトなどのマスク型、並びに種々のハイブリッドマスク型を含む。プログラマブルミラーアレイの一例では、小型ミラーのマトリックス配列が用いられており、各小型ミラーは、入射する放射ビームをさまざまな方向に反射させるように、個別に傾斜させることができる。傾斜されたミラーは、ミラーマトリックスによって反射される放射ビームにパターンを付ける。
[0041] 本明細書において使用される「投影システム」という用語は、使われている露光放射にとって、あるいは液浸液の使用又は真空の使用といった他の要因にとって適切な、屈折型、反射型、反射屈折型、磁気型、電磁型、及び静電型光学系、又はそれらのあらゆる組合せを含むあらゆる型の投影システムを包含していると広く解釈されるべきである。本明細書において使用される「投影レンズ」という用語はすべて、より一般的な「投影システム」という用語と同義であると考えるとよい。
[0042] 本明細書に示されているとおり、リソグラフィ装置は、透過型のもの（例えば、透過型マスクを採用しているもの）である。また、リソグラフィ装置は、反射型のもの（例えば、上述のプログラマブルミラーアレイを採用しているもの、又は反射型マスクを採用しているもの）であってもよい。
[0043] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）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）を有する型のものであってもよい。そのような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルは並行して使うことができ、又は予備工程を１つ以上のテーブル上で実行しつつ、別の１つ以上のテーブルを露光用に使うこともできる。
[0044] また、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満たすように、比較的高屈折率を有する液体（例えば水）によって基板の少なくとも一部を覆うことができるタイプのものであってもよい。また、リソグラフィ装置内の別の空間（例えば、マスクと投影システムとの間）に液浸液を加えてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を増加させることで当技術分野において周知である。本明細書において使用される「液浸」という用語は、基板のような構造物を液体内に沈めなければならないという意味ではなく、単に、露光中、投影システムと基板との間に液体があるということを意味するものである。
[0045] 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。例えば、放射源がエキシマレーザである場合、放射源とリソグラフィ装置は、別個の構成要素であってもよい。そのような場合には、放射源は、リソグラフィ装置の一部を形成しているとはみなされず、また放射ビームは、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ、例えば、適切な誘導ミラー及び／又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を使って送られる。その他の場合においては、例えば、放射源が水銀ランプである場合、放射源は、リソグラフィ装置の一体部分とすることもできる。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要ならばビームデリバリシステムＢＤとともに、放射システムと呼んでもよい。
[0046] イルミネータＩＬは、放射ビームの角強度分布を調節するアジャスタＡＤを含むことができる。一般に、イルミネータの瞳面内の強度分布の少なくとも外側及び／又は内側半径範囲（通常、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。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯといったさまざまな他のコンポーネントを含むことができる。イルミネータを使って放射ビームを調整すれば、放射ビームの断面に所望の均一性及び強度分布をもたせることができる。
[0047] 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）上に保持されているパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に入射して、パターニングデバイスによってパターン形成される。パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを通り抜けた後、放射ビームＢは投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、基板Ｗのターゲット部分Ｃ上にビームの焦点をあわせる。第２ポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２次元エンコーダ、又は静電容量センサ）を使って、例えば、さまざまなターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路内に位置決めするように、基板テーブルＷＴを正確に動かすことができる。同様に、第１ポジショナＰＭ及び別の位置センサ（図１には明示的に示されていない）を使い、例えば、マスクライブラリから機械的に取り出した後又はスキャン中に、パターニングデバイス（例えば、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こともできる。通常、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の移動は、第１ポジショナＰＭの一部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）を使って達成することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動も、第２ポジショナＰＷの一部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使って達成することができる。ステッパの場合は（スキャナとは対照的に）、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は、ショートストロークアクチュエータのみに連結されてもよく、又は固定されてもよい。
[0048] パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ及び基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１及びＭ２と、基板アライメントマークＰ１及びＰ２とを使って、位置合わせされてもよい。例示では基板アライメントマークが専用ターゲット部分を占めているが、基板アライメントマークをターゲット部分とターゲット部分との間の空間内に置くこともできる（これらは、スクライブラインアライメントマークとして公知である）。同様に、複数のダイがパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に設けられている場合、マスクアライメントマークは、ダイとダイの間に置かれてもよい。マーカをできる限り小さくして隣接するフィーチャと異なる結像又はプロセス条件を必要としないことが望ましい場合、ダイの内部であって、デバイスフィーチャの間に小型のアライメントマーカが含まれていてもよい。アライメントマーカを検出するアライメントシステムについては、以降でさらに説明する。
[0049] 例示の装置は、以下に説明するモードのうち少なくとも１つのモードで使用できる。
[0050] １．ステップモードにおいては、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及び基板テーブルＷＴを基本的に静止状態に保ちつつ、放射ビームに付けられたパターン全体を一度にターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一静的露光）。その後、基板テーブルＷＴは、Ｘ及び／又はＹ方向に移動され、それによって別のターゲット部分Ｃを露光することができる。ステップモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光時に結像されるターゲット部分Ｃのサイズが限定される。
[0051] ２．スキャンモードにおいては、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及び基板テーブルＷＴを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付けられたパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する（すなわち、単一動的露光）。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に対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの（縮小）拡大率及び像反転特性によって決めることができる。スキャンモードにおいては、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光時のターゲット部分の幅（非スキャン方向）が限定される一方、スキャン動作の長さによって、ターゲット部分の高さ（スキャン方向）が決まる。
[0052] ３．別のモードにおいては、プログラマブルパターニングデバイスを保持した状態で、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を基本的に静止状態に保ち、また基板テーブルＷＴを動かす、又はスキャンする一方で、放射ビームに付けられているパターンをターゲット部分Ｃ上に投影する。このモードにおいては、通常、パルス放射源が採用されており、さらにプログラマブルパターニングデバイスは、基板テーブルＷＴの移動後ごとに、又はスキャン中の連続する放射パルスと放射パルスとの間に、必要に応じて更新される。この動作モードは、前述の型のプログラマブルミラーアレイといったプログラマブルパターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。
[0053] 上述の使用モードの組合せ及び／又はバリエーション、あるいは完全に異なる使用モードもまた採用可能である。
[0054] リソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂと、相互に基板テーブルを交換可能な露光ステーションと測定ステーションという２つのステーションとを有する、いわゆるデュアルステージ型の装置である。一方の基板テーブル上の１つの基板を露光ステーションで露光している間、測定ステーションで他方の基板テーブル上に別の基板を装填してさまざまな予備工程を行うことができる。予備工程としては、レベルセンサＬＳを使って基板の表面制御をマッピングすること、及び、アライメントセンサＡＳを使って基板上のアライメントマーカの位置を測定することを含んでよい。これにより、装置のスループットの大幅な上昇が可能になる。位置センサＩＦが、露光ステーションにいる間だけでなく測定ステーションにいる間も基板テーブルの位置を測定することができるものでない場合、第２位置センサを設けて両方のステーションで基板テーブルの位置を追跡できるようにしてもよい。
[0055] 図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、リソセル又はクラスタとも呼ばれるリソグラフィックセルＬＣの一部を形成し、このリソグラフィックセルには、基板上で露光前及び露光後プロセスを行うための装置も含まれる。従来、これらの装置には、レジスト層を堆積するためのスピンコータＳＣ、露光済みレジストを現像するためのデベロッパＤＥ、冷却プレートＣＨ及びベークプレートＢＫが含まれる。基板ハンドラ又はロボットＲＯが入力／出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り上げ、それらをさまざまなプロセス装置間で移動させ、その後リソグラフィ装置のローディングベイＬＢへと送り出す。これらのデバイスは、しばしばトラックと総称され、トラック制御ユニットＴＣＵによる制御を受ける。トラック制御ユニットＴＣＵ自身は監視制御システムＳＣＳによって制御され、監視制御システムＳＣＳはリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置をも制御する。このようにして、スループット及び処理効率が最大となるようにさまざまな装置を動作させることができる。
[0056] 暗視野メトロロジの例を、参照によりその全体がここに組み込まれる国際特許出願ＷＯ２００９／０７８７０８号及び第２００９／１０６２７９号に見ることができる。この技術をさらに発展させたものが、米国特許出願ＵＳ２０１１００２７７０４Ａ及びＵＳ２０１１００４３７９１Ａ号、並びに公開米国特許出願ＵＳ２０１２０１２３５８１号に記載されている。これらすべての出願の内容も参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
[0057] 本発明の実施形態における使用に適した暗視野メトロロジ装置を図３（ａ）に示す。図３（ｂ）には、ターゲット格子Ｔ及び回折光線がより詳細に示される。暗視野メトロロジ装置は、独立型のデバイスであってもよいし、リソグラフィ装置ＬＡの、例えば測定ステーションに、あるいは、リソグラフィックセルＬＣに組み込まれていてもよい。装置全体にわたっていくつかの分岐を有する光軸は点線Ｏで表される。この装置において、放射源１１（例えば、キセノンランプ）から放出される光は、レンズ１２、１４及び対物レンズ１６を備える光学システムにより、ビームスプリッタ１５を介して基板Ｗ上に誘導される。これらのレンズは、４Ｆ構成の二重シークエンスに配置される。別のレンズ配置も、それが、ディテクタ上に基板イメージを提供すると同時に、空間周波数フィルタリングのための中間瞳面のアクセスを可能にするものであれば、使用できる。そのため、本明細書において（共役）瞳面と呼ぶ、基板面の空間スペクトルを与える面内での空間強度分布を規定することによって、放射が基板に入射する角度範囲を選択することができる。これは、特に、レンズ１２とレンズ１４の間の、対物レンズ瞳面の後方投影イメージである面内に好適な形状のアパーチャプレート１３を挿入することにより行うことができる。図示された例において、アパーチャプレート１３は、１３Ｎ及び１３Ｓと標示された異なる形状を有し、これにより異なる照明モードの選択が可能になる。本例示では、照明システムがオフアクシス照明モードを形成する。第１照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｎが、説明の便宜上、「北」と表記された方向からオフアクシスを提供する。第２照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｓが、「南」と標示される反対の方向から同様の照明を提供するために用いられる。異なるアパーチャを用いることで、他の照明モードも可能である。所望の照明モード外の不要な光は所望の測定信号と干渉するため、瞳面の残りの部分は暗いことが望ましい。
[0058] 図３（ｂ）に示されるように、ターゲット格子Ｔは、基板Ｗとともに、対物レンズ１６の光軸Ｏに対して垂直になるように載置される。軸Ｏを外れたある角度で格子Ｔに入射する照明光線Ｉが、ゼロ次光線（実線０）及び２つの１次光線（一点鎖線＋１及び二点鎖線−１）を生じる。オーバーフィルされた小さなターゲット格子では、これらの光線は、メトロロジターゲット格子Ｔと他のフィーチャとを含む基板のエリアをカバーする多くの平行光線のうちのただ１つとなることに留意すべきである。プレート１３内のアパーチャは（有効量の光を受け入れるために必要な）有限の幅をもつため、入射光線Ｉは、実際には、あす角度範囲を占めることになり、回折光線０及び＋１／−１はある程度拡散されることになる。小さなターゲットの点像分布関数によれば、＋１及び１の各次数はさらに一定の角度範囲に拡散されることになり、図示されるような一本の理想的な光線とはならない。ここで、格子ピッチ及び照明角度は、対物レンズに入る１次光線が中心光軸と近接して位置合わせされるように設計又は調節することが可能である。図３（ａ）及び３（ｂ）に示される光線は、ある程度オフアクシスとして記載されているが、これは、単にこれらの光線を図中でより容易に判別できるようにするためである。
[0059] 少なくとも、基板Ｗ上のターゲットによって回折された０次及び＋１次が対物レンズ１６によって集められ、ビームスプリッタ１５を通って戻される。図３（ａ）に戻ると、第１照明モード及び第２照明モードの両方が、北（Ｎ）及び南（Ｓ）と標示された直径方向に反対の位置にあるアパーチャを指定して図示されている。入射光線Ｉが光軸の北側から来る場合、すなわち、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）と標示された＋１回折光線が対物レンズ１６に入る。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）と標示された）−１回折光線がレンズ１６に入る光線となる。
[0060] 第２ビームスプリッタ１７は、回折ビームを２つの測定分岐に分割する。第１の測定分岐では、光学システム１８が、ゼロ次及び１次回折ビームを用いて第１センサ１９（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上にターゲットの回折スペクトル（瞳面イメージ）を形成する。各回折次数がセンサ上の異なる点に当たるため、イメージ処理によって各次数を比較対照することができる。センサ１９によって捕捉された瞳面イメージは、メトロロジ装置を焦点合わせするため、及び／又は、１次ビームの強度測定値を正規化するために使用することができる。瞳面イメージは、再構築などの数多くの測定目的で使用することもできるが、これらは本開示の主題ではない。
[0061] 第２の測定分岐では、光学システム２０、２２がセンサ２３（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上に基板Ｗ上のターゲットのイメージを形成する。第２の測定分岐では、瞳面と共役な面内にアパーチャ絞り２１が設けられる。アパーチャ絞り２１は、ゼロ次回折ビームを遮断してセンサ２３上に形成されるターゲットのイメージが−１次又は＋１次ビームのみから形成されるようにする機能をもつ。センサ１９及び２３によって捕捉されたイメージは、イメージプロセッサ・コントローラＰＵに出力される。このイメージプロセッサ・コントローラＰＵの機能は、どのような種類の測定が行われているかに依存する。本明細書において「イメージ」という用語は広い意味で用いられていることに注意する。そのため、格子ラインのイメージは、−１次及び＋１次のどちらか一方しか存在しない場合、形成されない。
[0062] 図３に示されるアパーチャプレート１３及び視野絞り２１の特定の形態は単なる例示である。本発明の別の実施形態においては、ターゲットのオンアクシス照明が用いられ、オフアクシスアパーチャを有するアパーチャ絞りを使って実質的に１つの１次回折光のみをセンサに通す。さらに別の実施形態では、（図３には示されない）２次、３次及びさらに高次のビームを、１次ビームの代わりに、又は、１次ビームに加えて、測定に用いることができる。
[0063] これらの異なる種類の測定に適合可能な照明とするために、アパーチャプレート１３は、ディスクの周りに形成された多数のアパーチャパターンを備えてよく、このディスクが回転することで所望のパターンが配置される。代替的にあるいは付加的に、プレート１３のセットを設けてこれを交換することで同じ効果を達成することも可能である。変形可能ミラーアレイや透過型空間視野モジュレータといった、プログラマブル照明デバイスを使用することもできる。照明モードを調節する別の方法として、可動ミラー又はプリズムを使用することもできる。
[0064] アパーチャプレート１３に関連して説明したとおり、瞳絞り２１を変更すること、又は、異なるパターンの瞳絞りで置き換えること、又は、固定視野絞りをプログラマブルな空間光モジュレータで代用することにより、結像のための回折次数の選択を代替的に達成することができる。この場合、測定光学システムの照明側は一定とすることができ、その一方、結像側が第１及び第２のモードを持つことになる。したがって、本開示においては、事実上、３種類の測定方法があり、それぞれに利点及び欠点がある。１つの方法では、照明モードを変更して異なる次数を測定する。別の方法では、結像モードを変更する。第３の方法では、照明モード及び結像モードは変更せず、ターゲットを１８０度回転させる。それぞれの場合で、所望の効果は同じ、すなわち、ターゲットの回折スペクトルにおいて、非ゼロ次回折放射の互いに対称な第１及び第２の部分を選択することである。原理上は、照明モード及び結像モードを同時に変更する組み合わせによっても所望の次数選択を行うことができるが、欠点があって利点がない可能性が高く、そのためこれ以上の説明は行わないこととする。
[0065] 本例示において結像のために用いられる光学システムは、視野絞り２１によって制限される広い入射瞳を有するが、他の実施形態又は用途においては、結像システムの入射瞳のサイズ自体が所望の次数に制限することができる程度の小ささであり、したがって、視野絞りとして機能してもよい。図３（ｃ）及び図３（ｄ）には、異なるアパーチャプレートが示され、以下でさらに説明するとおりこれらを使用することもできる。
[0066] 典型的には、ターゲット格子は、南北又は東西に延びるその格子ラインに位置合わせされる。つまり、格子は、基板ＷのＸ方向又はＹ方向に位置合わせされる。アパーチャプレート１３Ｎ又は１３Ｓは、（設定によりＸ又はＹの）一方向に向けられた格子を測定するためだけに使用することができることに注意する。直交格子の測定のために、ターゲットの９０度及び２７０度の回転を実施してもよい。しかし、より簡便には、図３（ｃ）に示されるアパーチャプレート１３Ｅ又は１３Ｗを用いて、東又は西からの照明を照明光学系に設けることである。アパーチャプレート１３Ｎ〜１３Ｗは別個に形成して相互に交換可能とすることができ、あるいは、９０度、１８０度又は２７０度回転可能な単一のアパーチャプレートとしてもよい。既に述べたとおり、図３（ｃ）に図示されたオフアクシスアパーチャを、照明アパーチャプレート１３に設ける代わりに視野絞り２１に設けることもできる。その場合、照明はオンアクシスとなる。
[0067] 図３（ｄ）は、第１及び第２の照明モード対を組み合わせるために用いることができる第３のアパーチャプレート対を示す。アパーチャプレート１３ＮＷは北及び東にアパーチャを有し、アパーチャプレート１３ＳＥは南及び西にアパーチャを有する。これらの異なる回折信号間のクロストークがそれほど大きくなければ、Ｘ格子及びＹ格子の両方の測定を、照明モードを変更することなく行うことができる。
[0068] 図４は、公知の手法にしたがって基板上に形成された複合ターゲットを示す。この複合ターゲットは、メトロロジ装置の照明ビームによって形成される測定スポット３１内にそのすべてが入るように互いに近接して位置決めされた４つの格子３２〜３５を含む。したがって、４つのターゲットはすべて同時に照明され、かつ同時にセンサ１９及び２３上に結像される。オーバーレイ測定に特化した例では、格子３２〜３５は、それら自身が、基板Ｗ上に形成される半導体デバイスの異なる層にパターン付けされた格子を重ね合わせることによって形成された複合格子である。複合格子の異なる部分が形成された層と層の間のオーバーレイの測定を容易にするため、格子３２〜３５は異なるバイアスをかけられたオーバーレイオフセットを有してもよい。また、入射する放射をＸ及びＹ方向に回折するように、格子３２〜３５は、図示されるようにその向きが異なっていてもよい。一例では、格子３２及び３４は、それぞれ＋ｄ、−ｄのバイアスをもつＸ方向格子である。これは、格子３２は、その重なりあう成分として、両成分がその公称位置に正確に印刷された場合、一方の成分が他方の成分に対して距離ｄだけオフセットされるように配置された成分を有することを意味する。格子３４は、その成分として、完全に印刷された場合、第１の格子などと反対方向にｄのオフセットが生じるように配置された成分を有する。格子３３及び３５は、それぞれ＋ｄ及びｄのオフセットを有するＹ方向格子である。４つの格子が図示されているが、別の実施形態においては、所望の精度を得るためにより大きなマトリックスが必要となることもあり得る。例えば、９つの複合格子からなる３×３アレイは、−４ｄ、−３ｄ、−２ｄ、−ｄ、０、＋ｄ、＋２ｄ、＋３ｄ、＋４ｄのバイアスを有し得る。センサ２３によって捕捉されるイメージにおいて、これらの格子の別々のイメージを特定することができる。
[0069] 図５は、図３の装置において図４のターゲットを使用し、図３（ｄ）のアパーチャプレート１３ＮＷ又は１３ＳＥを使用することにより、センサ２３上に形成され、かつセンサ２３によって検出され得るイメージの一例を示す。瞳面イメージセンサ１９は異なる個々の格子３２〜３５を分解することができないが、イメージセンサ２３は分解することができる。暗い四角形はセンサ上のイメージフィールドを表しており、この中で、基板上の照明されたスポット３１が対応する円形エリア４１に結像されている。このうち、四角形のエリア４２〜４５は、小さいターゲット格子３２〜３５のイメージを表している。格子が製品エリア内に位置している場合、製品フィーチャもこのイメージフィールドの周辺部に視認できる場合がある。イメージプロセッサ・コントローラＰＵは、パターン認識を用いてこれらのイメージを処理し、格子３２〜３５の別々のイメージ４２〜４５を特定する。このようにして、センサフレーム内の特定の位置に極めて精密にイメージを位置合わせする必要がなくなり、測定装置全体のスループットが大きく向上する。しかし、結像プロセスがイメージフィールド全体における不均一性の影響を受ける場合、正確なアライメントの必要性は残る。本発明の一実施形態では、４つの位置Ｐ１〜Ｐ４が特定され、格子はこの判明した位置と可能な限り位置合わせされる。
[0070] 各格子の別々のイメージが特定されると、例えば、特定されたエリア内の選択されたピクセル強度値を平均又は合計することによりそれら個々のイメージの強度を測定することが可能になる。各イメージの強度及び／又はその他の特性は互いに比較することができる。その結果を組み合わせてリソグラフィプロセスのさまざまなパラメータを測定することができる。オーバーレイ性能はそのようなパラメータのうちの重要な一例である。
[0071] 図６は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる国際出願ＷＯ２０１１／０１２６２４号に記載される方法を用いて、＋１次及び１次暗視野イメージにおける成分格子３２〜３５の強度を比較することで判明するこれらの格子の非対称性から、これらの格子を含む２つの層の間のオーバーレイエラーを測定する方法を示す。ステップＳ１は、基板、例えば、半導体ウェーハが図２のリソグラフィックセルにより１回又は複数回処理され、オーバーレイターゲット３２〜３５を含む構造が作り出される。Ｓ２では、図３のメトロロジ装置を使用し、１次回折ビームのうちの一方のみ（例えば−１）を使って格子３２〜３５のイメージを得る。その後、照明モード変更する、又は結像モードを変更する、又はメトロロジ装置の視野内で基板Ｗを１８０°回転することにより、他方の１次回折ビーム（＋１）によって格子の第２のイメージを得ることができる（ステップＳ３）。その結果、この第２のイメージにおいて＋１回折放射が捕捉される。
[0072] 各イメージに１次回折放射のうちの半分のみを含めることにより、ここでいう「イメージ」が従来の暗視野顕微鏡イメージではないことに注意する。個々の格子ラインは分解されず、各格子が単に一定の強度レベルのエリアとして表されることになる。ステップＳ４において、各成分格子のイメージ内で関心領域（ＲＯＩ：region of interest）を慎重に特定し、ここから強度レベルを測定する。これは、特に個々の格子イメージのエッジ周辺では、強度値が、全般的なエッジ効果に加えて、レジスト厚み、組成、ライン形状といったプロセス変数に強く依存する可能性があるためである。
[0073] 各個別格子においてＲＯＩが特定され、その強度が測定されると、格子構造の非対称性を決定することができ、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、イメージプロセッサ・コントローラＰＵが各格子３２〜３５の＋１次及び１次で得られる強度値を比較してその強度差を特定し、（Ｓ６）格子のオーバーレイバイアスについての知識からターゲットＴ近傍でのオーバーレイエラーを決定することによりなされる。
[0074] 上述の先行出願では、上述した基本的方法を用いたオーバーレイ測定の質を高めるためのさまざまな技術が開示されている。例えば、イメージ間の強度差は、ターゲットにおける非対称性のみに起因するのではなく、それぞれの測定値に用いられた光路の差による場合がある。照明源１１は、照明スポット３１の強度及び／又は位相が均一ではないものである場合がある。例えば、センサ２３のイメージフィールドにおけるターゲットイメージの位置を参照することにより、これらのエラーを最小化するための補正を決定し、かつ適用することができる。こうした技術は先行出願において説明されているので、ここでさらに詳細な説明は行わない。これらの技術は、以下で説明される、本願において新たに開示される技術と組み合わせて使用し得る。
[0075] 本願では、図６の方法でオーバーレイを測定するために、基板全体の複数の位置に分散された３つ以上のバイアスを有する格子を使用することを提案する。少なくとも３つの異なるバイアスを有する格子に関する非対称性を測定することで、例えば、実際のリソグラフィプロセスにおいて下部格子非対称性（ＢＧＡ：bottom grating asymmetry）によって引き起こされるような、ターゲット格子のフィーチャ非対称性を補正するようにステップＳ６の計算を修正することができる。基板全体におけるオーバーレイエラーのマルチパラメータモデルを使用することにより、オーバーレイバイアスをかけられた格子を基板全体の複数の位置に分散させることが可能になり、オーバーレイバイアスをかけられた全ての格子をまとめて配置した合成ターゲットを持つ必要がないため、スペースの節約になる。
[0076] 図７において、曲線７０２は、オフセットがゼロであり、オーバーレイ格子を形成する個々の格子内にフィーチャ非対称性がない「理想的」なターゲットに関する、オーバーレイエラーＯＶと非対称性測定値Ａとの関係を示す。これらのグラフは本発明の原理を図示することのみを目的とするものであり、各グラフにおいて非対称性測定値Ａ及びオーバーレイエラーＯＶは任意の単位でよい。実際の大きさの例は以下でさらに説明する。
[0077] 図７の「理想的」な状態において、曲線７０２は、非対称性測定値Ａがオーバーレイとの間に正弦波の関係を有することを示している。正弦変化の周期Ｐは格子の周期に対応する。この例では、純粋な正弦波形状であるが、他の状況下では、高調波が含まれる可能性がある。説明を簡単にするため、この例においては、（ａ）ターゲットからの１次回折放射のみがイメージセンサ２３（又は任意の実施形態におけるその等価物）に達し、かつ（ｂ）これらの１次数において、強度と、上部格子と下部格子のオーバーレイとの間に純粋な正弦関係が生じるような試験的ターゲット設計であるものと仮定する。これが実際に真実であるかどうかは、光学システム設計、照明放射の波長や格子のピッチＰ、及びターゲットの設計やスタックに関係する。２次、３次、又はより高い次数もセンサ２３によって測定される強度に寄与する実施形態や、ターゲット設計により１次に高調波が導入される実施形態において、本願の教示をより高い次数が存在可能となるように適合させることは当業者にとって容易である。
[0078] 上述の通り、オーバーレイを測定するために、１回の測定に依拠するのではなく、バイアスをかけられた複数の格子を使用することができる。このバイアスは、それが作られるもととなったパターニングデバイス（例えば、レチクル）において定義された既知の値を有し、これが、測定信号に対応するオーバーレイのオン・ウェーハ(on-wafer)較正として機能する。図において、この計算がグラフとして示されている。ステップＳ１〜Ｓ５において、バイアス＋ｄ及びバイアス−ｄをそれぞれ有する成分格子について非対称性測定値Ａ（＋ｄ）及びＡ（−ｄ）が求められる。これらの測定値を正弦曲線に当てはめると、図に示されるように点７０４及び点７０６が得られる。バイアス値が既知であるため、真のオーバーレイエラーＯＶを計算することができる。正弦曲線のピッチＰはターゲットの設計から既知である。曲線７０２の縦軸目盛は、当初は不明であるが、１次高調波比例定数Ｋ１と呼ぶことができる未知の要素である。異なる既知のバイアスを有する格子の２つの測定値を用いて、未知数であるＫ１及びオーバーレイＯＶを計算するための２つの式を解くことができる。
[0079] 図８は、例えば、下部格子層に対する処理工程の影響により、フィーチャ非対称性が導入される場合の影響を示す。「理想的」な正弦曲線７０２はここでは適用されない。しかしながら、少なくとも概算的には、下部格子非対称性又はその他のフィーチャ非対称性が、全てのオーバーレイ値にわたって比較的一定である非対称性値Ａに対してオフセットを加える効果を有することを本発明者らは確認した。結果として得られる曲線が図中７１２として表されており、符号ＡＢＧＡがフィーチャ非対称性によるオフセットを示している。３つ以上の異なるバイアス値を有するバイアススキームで複数の格子を設けることで、オフセットされた正弦曲線７１２に測定値を当てはめ、定数を消去することによって正確なオーバーレイ測定値を得ることができる。
[0080] 修正された測定及び計算の原理を説明するための簡単な例として、図８は、曲線７１２に当てはめられた３つの測定点７１４、７１６及び７１８を示す。点７１４及び７１６は、図７の点７０４及び７０６と同様に、＋ｄ及びｄのバイアスを有する格子から測定される。（この例においては）バイアスゼロの格子からの第３の非対称性測定値は７１８にプロットされる。３点に曲線を当てはめることで、フィーチャ非対称性に起因する一定の非対称性値ＡＢＧＡを、オーバーレイエラーに起因する正弦寄与ＡＯＶから分離することが可能となり、オーバーレイエラーをより正確に計算することができる。
[0081] 既に示した通り、修正されたステップＳ６のオーバーレイ計算は、いくつかの仮定に基づく。第１に、フィーチャ非対称性（例えば、ＢＧＡ）に起因する１次強度非対称性は、関心のあるオーバーレイ範囲に関してオーバーレイと無関係であり、したがって、一定のオフセットＫ０で表すことができると仮定する。この仮定の妥当性については、モデルベースのシミュレーションで検証された。もう１つの仮定は、強度非対称性は、オーバーレイの正弦関数として振る舞い、その周期Ｐが格子のピッチに対応するというものである。格子から少ない回折次数の伝搬のみを可能とする低いピッチ−波長比を使用することで、回折ベースのオーバーレイのために少ない高調波数となるよう設計することができる。したがって、いくつかの実施形態では、強度非対称性に対するオーバーレイの寄与は、第１高調波との間と、必要であれば第２高調波との間にのみ正弦関係を有すると仮定し得る。また、ターゲット設計において、ライン幅及び間隔を用いて、主に第１高調波、又は最初の２つ又は３つの高調波が存在するように最適化、調整を行うことができる。
[0082] 図９は、パターニングデバイスＭの全体的レイアウトを概略的に示す。メトロロジターゲット９２は、機能的デバイスパターンエリア９０の間の、適用されたパターンのスクライブライン部分に含まれてよい。周知のように、パターニングデバイスＭは、単一のデバイスパターンを含んでもよいし、リソグラフィ装置のフィールドがデバイスパターンのアレイに対応できる程度の大きさであれば、そのようなデバイスパターンのアレイを含んでもよい。図９の例では、Ｄ１〜Ｄ４と標示された４つのデバイスエリアが示されている。スクライブラインターゲット９２は、これらのデバイスパターンエリアに隣接し、かつこれらの間に置かれる。半導体デバイス等の完成した基板では、これらのスクライブラインに沿ってカットすることにより基板Ｗがさいの目状に切断されて個々のデバイスとなるので、ターゲットが存在することによって機能的デバイスパターンのために使用可能なエリアが減少することがない。ターゲットが従来のメトロロジターゲットと比較して小さい場合、そのようなターゲットはデバイスエリア内部に配置されてもよく、それにより、基板全体におけるリソグラフィ及びプロセス性能をより緻密に監視することが可能になる。この種のターゲット９４がデバイスエリアＤ１に示されている。図９はパターニングデバイスＭを示しているが、リソグラフィプロセス後には基板Ｗ上に同じパターンが再現されるので、この説明はパターニングデバイスだけでなく基板Ｗにもあてはまる。
[0083] 図１０は、パターニングデバイスＭ上の製品エリア９０のうちの１つをより詳細に示し、ターゲット９２及び９４をより詳細に示す。同じパターンが基板上の各フィールドに作成され、かつ繰り返される。製品エリアはＤと標示され、スクライブラインエリアはＳＬと標示される。デバイスエリア９０には、ターゲット９４が製品フィーチャの間の異なる位置に所望の密度で分布している。スクライブラインエリアＳＬには、ターゲット９２が設けられている。ターゲット９２及び９４は、例えば、図４に示される形状であり、図３のスキャトロメータの暗視野結像センサ２３を用いて測定することができる。
[0084] 図１１は、本発明の実施形態で使用可能なバイアススキームを有する、基板全体に分散された３つの複合格子構造であって、２つの直交するオーバーレイ測定方向の成分格子を組み合わせた複合格子構造を示す。図１１は、ＢＧＡ補正を伴うオーバーレイモデルパラメータ測定を実施するために使用することができる３つの例示的ターゲット１１１、１１２及び１１３を示す。オーバーレイの値を求めるためには、Ｋ０、Ｋ１及びオーバーレイという少なくとも３つの未知数があるため、少なくとも３つのバイアスが必要である。
[0085] 本発明の実施形態は、フィールド、ダイ、又はそれより小さい測定対象エリアに分散された、単一のバイアスをかけられた格子を有し得る。図１１に示されるような別の実施形態は２×２ターゲット設計に適合する。バイアスを、バイアス＝＋ｄ、バイアス＝−ｄ、又はバイアス＝０と表して、本例の３種類のレイアウトを含む以下のバイアススキームを使用した格子により、例えば１０×１０μｍ２のターゲットを作成することができる。
−ターゲット１１１：＋ｄ，Ｘ；＋ｄ，Ｙ，−ｄ，Ｙ；−ｄ，Ｘ
−ターゲット１１２：＋ｄ，Ｘ；＋ｄ，Ｙ，０，Ｙ；０，Ｘ
−ターゲット１１３：０，Ｘ；０，Ｙ，−ｄ，Ｙ；−ｄ，Ｘ
[0086] これら３つのターゲットは全て、対称・非対称第１高調波法を使用した、検出回折ベースのオーバーレイ方法（スキャトロメータのスポットサイズが十分小さい場合）又は暗視野回折ベースのオーバーレイ方法を使用してオーバーレイの局所値を計算するためにも使用することができる。同時に、局所結果は、モデルパラメータ化されたモデル、例えば、説明される６パラメータモデルによる結果と比較し、ＢＧＡ補正及び高次高調波補正の全てを含む局所値へと再計算することができる。本発明の実施形態が２つの高次高調波のみに限定されないことが理解されるだろう。
[0087] これらのターゲットに共通する特性は、これら全てが、上述の従来の特許出願から公知の暗視野イメージベースの技術によってもオーバーレイ用に読み取ることができるということである。このことは、スタックの再構築なしに、小型のターゲットでＢＧＡ補正されたオーバーレイを行うことを可能にする。
[0088] 図１１は、３つの異なるバイアスを有する複合格子ターゲットであって、Ｘ方向格子及びＹ方向格子の両方がターゲットエリア全体に設けられた複合格子ターゲットを示す。各方向についてバイアススキームが示されているが、もちろん、個々のターゲット構造において、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つの異なるバイアスが含まれ、基板全体に分散されているのであれば、別のスキームを想定することも可能である。各バイアス値を有するＸ格子及びＹ格子は隣り合っているが、このことは必須のことではない。Ｘ格子及びＹ格子は、それぞれのＸ格子が互いに隣り合うようにではなく対角線上に離隔し、Ｙ格子が互いに隣り合うようにではなく対角線上に離隔するように、交互のパターンで互いに点在している。この配置は、異なるバイアスをかけられた格子の回折信号間のクロストークを減らすことに役立ち得る。このように、全体の配置は、良好な性能を必要とすることなしに、コンパクトなターゲット設計を可能にする。図１１の成分格子は正方形であるが、Ｘ成分格子及びＹ成分格子を含む複合格子ターゲットは、細長の格子で作ることもできる。その例が、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる公開米国特許出願ＵＳ２０１２００４４４７０号に記載されている。
[0089] 図１２を参照すると、１ターゲットにつき（１方向につき）１つのバイアスがかけられた格子を使用してもよい。例えば、Ｋ０及びＫ１を考慮するために、Ｘ方向について５つの未知のパラメータ（Ｔｘ，Ｍｘ，Ｒｘ，Ｋ０ｘ，Ｋ１ｘ）と、Ｙ方向について５つの未知のパラメータ（Ｔｙ，Ｍｙ，Ｒｙ，Ｋ０ｙ，Ｋ１ｙ）がある。すると、１方向につき少なくとも５つの式を解くことができ、したがって、１方向につき５つの非対称測定値が必要である。本例において、このことは、ノイズを無視することができる理想的なケースでは、各方向に５つのターゲットがあれば十分であることを意味している（図１２の例ではターゲットが５つあり、各ターゲットは１方向につき１つのバイアスがかけられた格子を有している）。実際には、例えば、ノイズや起こり得るモデルエラーを平均するため、冗長性を持つことが有用である。
[0090] Ｋ０、Ｋ１及びオーバーレイという３つのパラメータを考慮するためには、３つの異なるバイアスが必要である（例えば、＋ｄ、０、−ｄ）。この例示的ケースでは、ターゲットの数（５つ）がバイアスの数（３つ）より多い。図１２を参照すると、５つのターゲットが示され、３つの異なるバイアス（＋ｄ、０、−ｄ）があるが、これらのターゲットすべてが異なるターゲットというわけではない。図１２に示される構成は、それでも、ノイズを無視することができる理想的なケースについて上記したように、本例における全ての未知のパラメータを決定するのに十分である。図１２に示されるよりも高い冗長性があると、ノイズを平均し、Ｘ及びＹに関するＴ、Ｒ及びＭの点でよりよい回答を得ることが可能となる。より高い冗長性は、実験上の現実がこの６パラメータモデルよりも複雑である場合にも有用である。
[0091] オーバーレイエラーは、２つのバイアスをかけられた格子における非対称性を直接比較することで決定し得る。オーバーレイは、非対称性との間に以下の単一高調波関係を有するものとモデル化し得る。
Figure 0006133980
 ここで、Ａは検出された＋１次及び１次回折強度の間の非対称性であり、ＯＶはオーバーレイであり、Ｐはターゲット格子のピッチであり、Ｋ１は第１高調波比例定数である。Ｘ方向に２つの格子を使用し、Ｙ方向に２つの格子を使用する。典型的な暗視野回折ベースのオーバーレイターゲットは１０×１０μｍ２のスペースを有する。
[0092] 式１の単一高調波法における問題は、下部格子非対称性や、非線形性による第１高調波より高次の高調波を考慮することができないことである。１回のオーバーレイエラー測定につき２つの格子のみを使用すると、Ｋ１及びＯＶという２つの未知数を決定することしかできない。より高次の項や、非対称性項にはより多くの格子が必要となり、したがってより多くのスペースが必要となる。
[0093] 実際には、上記の関係は、格子構造からの信号のオーバーレイにおけるピッチ周期性によって、非対称性特性：正弦級数に関し、ピッチ−周期関数の無限和の打ち切りとなり、完全な式（第１余弦項とみなすことができる非対称性寄与を表す定数項を含む）は以下の通りとなる。
Figure 0006133980
[0094] 高次のＫ項であるＫ２、Ｋ３等は、オーバーレイターゲットにおいて重ね合わせられた上部格子と下部格子の間の距離が比較的小さく、したがって強い結合を有するターゲットにとって特に重要である。Ｋ０項は、非対称性を持ち込むあらゆるプロセス工程にとって重要である。
[0095] 式（２）においてより多くの高調波を測定するために、基板上のある位置にあるターゲットに対して格子を追加することもできる。しかし、これには、ターゲット当たりのスペースが増加するという欠点がある。従来の４格子ターゲットに格子を追加して、ＢＧＡ補正のために合計６格子とすることが許容される場合はある。しかし、多くの製品上での用途(on-product applications)においては、Ｋ０だけでなくＫ２、場合によってはＫ３又はそれより高い次数が重要となる。これはメトロロジターゲットのためのスペースがさらに増加することを意味し、望ましくない。
[0096] 本発明の実施形態は、オーバーレイモデルパラメータに解を与え（すなわち、ターゲット位置ごとにオーバーレイを直接求めるのではなく、６パラメータモデルを使用する）、下部格子非対称性項Ｋ０及び非線形性補正のための高次のＫ項と組み合わせる。これは、オーバーレイのための測定及びモデル化対象であるダイ又はエリアにわたるターゲットの分布を組み合わせることにより達成される。
[0097] 利点としては、ターゲット当たりのスペースが増加しないことがある。さらに、この方法は、例えば、並進、拡大及び回転などの、半導体製造者が関心をもつモデルパラメータのみに直接解を与える。なぜなら、それらのパラメータがリソグラフィ装置において制御可能なパラメータだからである。その後、必要であれば、あるいは検証の目的で、モデルパラメータから再計算することにより局所的にオーバーレイを取得することができる。
[0098] 本発明の実施形態は、ターゲットのみを測定し、最終的には、バイアスをかけられた格子の、ダイにおける分布を測定することで実施可能である。続いて、オーバーレイのための強度差測定値及び必要な高調波を求める。格子は、基板全体にわたるバイアス分布を有する。これは、２つ、３つ又はそれ以上のバイアスであり得る。使用されるバイアスの数は考慮する高調波の数に依存する。単一ターゲットの場合で、Ｋ１及びオーバーレイのみが未知数である場合、２つのバイアスがあればよく、Ｋ０、Ｋ１及びオーバーレイが未知数である場合、３つのバイアスがあればよく、Ｋ０、Ｋ１、Ｋ２及びオーバーレイが未知数である場合は４つのバイアス、というようになる。本実施形態におけるように、フィールド／ダイにわたって分布している場合、その解は１つのブロックで求められる（以下の式を参照）。なお、このようなダイにわたる分布と、ｘ方向及びｙ方向メトロロジの分離は、イメージベースオーバーレイ（ＩＢＯ：image-based overlay）メトロロジにおけるバーインバー（ＢｉＢ：Bar-in-Bar）ターゲットでは実験上きわめて困難である。
[0099] 本発明の一実施形態における数式のセットは、６パラメータのフィールド内モデルを使用し、Ｋ０、Ｋ１及びＫ２に関して、以下の通りである。
Figure 0006133980
[00100] ここで、ｎはＸ格子の数及びＹ格子の数である（ただし両者が必ずしも同数である必要はない）。これは、ｎが正弦展開における高調波数を表す別の表記法とは異なっている（ここではｍが高調波数として使用されている）。したがって、ｎは、異なるバイアスの数ではなく、異なる格子の数であり、それらの格子は全て異なるバイアスを有し得る。ただし、このモデルが適用される基板にわたって、当該モデルのために解くべき十分な数の異なるバイアスがあるのであれば、多数の異なる格子が同じバイアスを有する（ただし基板位置及び局所的オーバーレイは異なる）ことも可能である。
[0100] 格子は、スクライブラインの内部とダイの内部の両方にあり得る。スクライブライン格子は、処理及び層がわずかに異なり得るため、場合によっては、インダイ(in-die)格子とは異なるＫｍ値（ここで、ｍは高調波正弦級数におけるＫ０、Ｋ１、Ｋ２等を表す）を有する。このモデルにおいてＫｍ(ｓｃｒｉｂｅ)とＫｍ（ｉｎ−ｄｉｅ）とに分離すると、両者を同じモデル化ステップに当てはめた場合に、これを考慮することができる。
[0101] 本発明の実施形態は、高速に読み取られた多数の（超）小型ターゲットを使用し、各測定サイト（各ターゲットが配置された基板位置）で局所的にではなく、フィールドにわたって、測定された情報を解いてモデルパラメータの値を求める。多数の格子又はターゲットは、１より多くのオーバーレイと１より多くのＫ値を抽出することを可能にする。さらに、モデルパラメータの値を一度に求めることでノイズの平均化が起こる。
[0102] 図７の議論において、第１の仮定は、モデルパラメータの値を求める複数の基板位置にわたってＫｍ値（ｍ＝０、１、２、…）が一定であるというものであった。そのようなマルチパラメータ系の解を求める解法が存在する。これらは、オーバーレイ及びグリッド変形を補正するためにスキャナ及びステッパで使用され得るような、非線形最小二乗モデル、信頼領域モデル、レーベンバーグ・マーカート(Levenberg-Marquardt)モデル等のモデルであってよく、したがって、スキャトロメータが測定したモデルパラメータをスキャナに対して直接フィードバックすることができる。
[0103] しかしながら、一般的なケースでは、処理による局所的スタックやエッチ変動のため、この仮定は必ずしも正しくない。一実施形態において、これは、Ｋｍ係数を、例えば、ウェーハ基板上の半径の関数として変動させることにより解決され、このことは、信頼区間を増加させる可能性があるものの、決定されるオーバーレイの精度の向上につながる。別の実施形態においては、ウェーハ上のダイ又はフィールドの一部にわたって係数が一定であるとみなすことができ、したがって、そのような一部にわたって係数は変動されないが、隣接するダイ又はフィールド部分との間ではいくらか変動する。
[0104] 本発明の１つ又は複数の実施形態の潜在的利点として、ＢＧＡ補正と高次高調波の非線形を含めてオーバーレイがより正確に決定されるということがある。本質的なターゲット非対称性によるオーバーレイへの寄与は減少する。非対称性とオーバーレイとの関係においてより高次の項が考慮され、これは暗視野回折ベースのメトロロジの線形性を改善する。多くの小型ターゲット又は格子を平均し、１フィールドにつき「１ステップ」としてモデルパラメータを計算することで、測定上のノイズが平均される。また、印刷エラー（例えば、ラインエッジの粗さ）及びウェーハエラーも平均される。
[0105] これまで説明したターゲット構造は、測定目的のために特に設計され、かつ形成されたメトロロジターゲットであるが、他の実施形態において、基板上に形成されるデバイスの機能部分であるターゲットについて特性を測定してもよい。多くのデバイスは規則的な、格子状の構造を有する。本明細書において使用される「ターゲット格子」及び「ターゲット構造」との用語は、実施される測定のために特に設けられた構造であることを必要とするものではない。
[0106]基板及びパターニングデバイス上に実現されるターゲットの物理的格子構造に関連して、一実施形態は、基板上にターゲットを作成し、基板上のターゲットを測定し、かつ／又は測定値を分析してリソグラフィプロセスに関する情報を取得する方法を記述する機械可読命令の１つ又は複数のシークエ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の装置のユニットＰＵ内で、及び／又は図２の制御ユニットＬＡＣＵ内で実行され得る。また、そのようなコンピュータプログラムが記憶されたデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気又は光ディスク）が提供されてもよい。例えば、図３に示されるタイプの既存のメトロロジ装置が既に稼働中及び／又は使用中である場合、プロセッサに修正されたステップＳ６を行わせてフィーチャ非対称性に対する感度が抑えられたオーバーレイエラーの計算を行うための、更新されたコンピュータプログラムプロダクトを提供することで本発明を実施することができる。こうしたプログラムは、任意で、適切な複数のターゲット構造の非対称性を測定するためにステップＳ２〜Ｓ５を実行するよう、光学システム、基板サポート等を制御するように配置されてもよい。
本発明のさらなる実施形態は、以下に番号付けられた条項において提供される。
１．リソグラフィプロセスのパラメータを測定する方法であって、
（ａ）前記リソグラフィプロセスを用いて、基板全体の複数の位置に分散された複数のターゲット構造を形成するステップであって、前記ターゲット構造は、前記ターゲット構造全体に分散された一定数の異なるオーバーレイバイアス値を持つ重ね合わされた周期構造を有し、前記ターゲット構造のうちの少なくともいくつかは、前記異なるオーバーレイバイアス値の数よりも少ない数の重ね合わされた周期構造を含む、ステップと、
（ｂ）前記ターゲット構造を照明し、前記ターゲット構造によって散乱させられる放射の非対称性を検出するステップと、
（ｃ）前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するステップと、
を含む方法。
２．前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するステップ（ｃ）は、オーバーレイエラーと非対称性との間に仮定される非線形関係を含む、条項１に記載の方法。
３．前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するステップ（ｃ）は、前記基板全体の異なる位置に分散された、３つ以上の異なるそれぞれのオーバーレイバイアス値を有する３つ以上のターゲット構造の検出された非対称性を使用し、前記３つの異なるオーバーレイバイアス値に関する情報を用いて前記パラメータを決定することを含む、条項１又は２に記載の方法。
４．前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するステップ（ｃ）は、前記基板全体のオーバーレイエラーのマルチパラメータモデルを使用することを含む、条項１〜３のいずれかに記載の方法。
５．前記オーバーレイエラーのマルチパラメータモデルは、並進、拡大、回転及び基板座標を表すパラメータを含む、条項４に記載の方法。
６．前記オーバーレイエラーのマルチパラメータモデルは、少なくとも６パラメータモデルである、条項５に記載の方法。
７．前記仮定される非線形関係は、正弦関数、又は、任意選択で、互いに高調波の関係にある正弦関数の組み合わせである、条項２、又は条項２を引用する条項３〜６のいずれかに記載の方法。
８．前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するステップ（ｃ）は、前記周期構造のうちの１つ又は複数の周期構造内部のフィーチャ非対称性による非対称性全体への寄与は、全てのオーバーレイ値に対して一定であると仮定して行われる、条項１〜７のいずれかに記載の方法。
９．前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するステップ（ｃ）は、前記周期構造のうちの１つ又は複数の周期構造内部のフィーチャ非対称性による非対称性全体への寄与、及び前記仮定される非線形関係を記述する１つ又は複数の高調波比例定数は変動していると仮定して行われる、条項２、又は条項２を引用する条項３〜８のいずれかに記載の方法。
１０．前記異なるオーバーレイバイアス値は、前記周期構造の各ピッチの４％より大きい範囲、１０％より大きい範囲、任意選択で、１５％又は２０％より大きい範囲におよぶ、条項１〜９のいずれかに記載の方法。
１１．リソグラフィプロセスのパラメータを測定する検査装置であって、
複数のターゲット構造を有する基板のためのサポートであって、前記複数のターゲット構造は、前記基板全体の複数の位置に分散され、かつ前記ターゲット構造全体に分散された一定数の異なるオーバーレイバイアス値を持つ重ね合わされた周期構造を有し、前記ターゲット構造のうちの少なくともいくつかは、前記異なるオーバーレイバイアス値の数よりも少ない数の重ね合わされた周期構造を含む、サポートと、
前記ターゲット構造を照明し、前記ターゲット構造によって散乱させられる放射の非対称性を検出するための光学システムと、
前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するように配置されたプロセッサと、
を備える検査装置。
１２．前記プロセッサは、オーバーレイエラーと非対称性との間に仮定される非線形関係を含むことにより、前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するように配置される、条項１１に記載の検査装置。
１３．前記プロセッサは、前記基板全体の異なる位置に分散された、３つ以上の異なるそれぞれのオーバーレイバイアス値を有する３つ以上のターゲット構造の検出された非対称性を使用し、該３つの異なるオーバーレイバイアス値に関する情報を用いて前記パラメータを決定することにより、前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するように配置される、条項１１又は１２に記載の検査装置。
１４．前記プロセッサは、前記基板全体のオーバーレイエラーのマルチパラメータモデルを使用することにより、前記検出された非対称を用いて前記パラメータを決定するように配置される、条項１１〜１３のいずれかに記載の検査装置。
１５．前記オーバーレイエラーのマルチパラメータモデルは、並進、拡大、回転及び基板座標を表すパラメータを含む、条項１４に記載の検査装置。
１６．前記オーバーレイエラーのマルチパラメータモデルは、少なくとも６パラメータモデルである、条項１５に記載の検査装置。
１７．前記仮定される非線形関係は、正弦関数、又は、任意選択で、互いに高調波の関係にある正弦関数の組み合わせである、条項１２、又は条項１２を引用する条項１３〜１６のいずれかに記載の検査装置。
１８．前記プロセッサは、前記周期構造のうちの１つ又は複数の周期構造内部のフィーチャ非対称性による非対称性全体への寄与は、全てのオーバーレイ値に対して一定であると仮定して、前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するように配置される、条項１１〜１７のいずれかに記載の検査装置。
１９．前記プロセッサは、前記周期構造のうちの１つ又は複数の周期構造内部のフィーチャ非対称性による非対称性全体への寄与、及び前記仮定される非線形関係を記述する１つ又は複数の高調波比例定数は変動していると仮定して、前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するように配置される、条項１２、又は条項１２を引用する条項１３〜１８のいずれかに記載の検査装置。
２０．前記異なるオーバーレイバイアス値は、前記周期構造の各ピッチの４％より大きい範囲、１０％より大きい範囲、任意選択で、１５％又は２０％より大きい範囲におよぶ、条項１１〜１７のいずれかに記載の検査装置。
２１．条項１〜１０のいずれかに記載の方法の処理ステップ（ｃ）をプロセッサに実行させるための機械可読命令を含むコンピュータプログラムプロダクト。
２２．リソグラフィ装置を備えるリソグラフィシステムであって、
前記リソグラフィ装置は、
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、
前記パターンのイメージを基板上に投影するように配置された投影光学システムと、
条項１１〜２０のいずれかに記載の検査装置と、を備え、
前記リソグラフィ装置は、前記パターンを別の基板に適用する際、前記検査装置からの測定結果を使用するように配置される、
リソグラフィシステム。
２３．リソグラフィプロセスを使用してデバイスパターンが一連の基板に適用される、デバイス製造方法であって、前記基板のうちの少なくとも１つの基板上に前記デバイスパターンの一部として、又は、前記デバイスパターンに加えて形成された少なくとも１つの周期構造を、条項１〜１０のいずれかに記載の方法を用いて検査することと、前記方法の結果果にしたがって、以降の基板のために前記リソグラフィプロセスを制御することと、を含むデバイス製造方法。
２４．複数のターゲット構造を含む基板であって、前記複数のターゲット構造は、前記基板全体の複数の位置に分散され、かつ前記ターゲット構造全体に分散された一定数の異なるオーバーレイバイアス値を持つ重ね合わされた周期構造を有し、前記ターゲット構造のうちの少なくともいくつかは、前記異なるオーバーレイバイアス値の数よりも少ない数の重ね合わされた周期構造を含む、基板。
[0107] 光リソグラフィの関連での本発明の実施形態の使用について上述のとおり具体的な言及がなされたが、当然のことながら、本発明は、他の用途、例えば、インプリントリソグラフィに使われてもよく、さらに状況が許すのであれば、光リソグラフィに限定されることはない。インプリントリソグラフィにおいては、パターニングデバイス内のトポグラフィによって、基板上に創出されるパターンが定義される。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の中にプレス加工され、基板上では、電磁放射、熱、圧力、又はそれらの組合せによってレジストは硬化される。パターニングデバイスは、レジストが硬化した後、レジスト内にパターンを残してレジストの外へ移動される。
[0108] 本明細書で使用される「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）（例えば、３６５ｎｍ、３５５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、又は１２６ｎｍの波長、又はおよそこれらの値の波長を有する）、及び極端紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、並びにイオンビームや電子ビームなどの微粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射を包含している。
[0109] 「レンズ」という用語は、文脈によっては、屈折、反射、磁気、電磁気、及び静電型光学コンポーネントを含むさまざまな種類の光学コンポーネントのいずれか１つ又はこれらの組合せを指すことができる。
[0110] 特定の実施形態の以上の説明は、本発明の全般的性質を完全に明らかにしているため、当該分野の技術の範囲内の知識を適用することにより、他の者が、本発明の基本概念を逸脱することなく、過度の実験の必要なく容易に、かかる特定の実施形態をさまざまな用途に合わせて変形及び／又は適合させることができるだろう。したがって、そのような適合及び変形は、本明細書に提示された教示及び手引きに基づき、開示された実施形態の均等物の意味及び範囲内であることが意図される。本明細書中の表現又は用語は、限定ではなく例示による説明を目的とするものであり、本明細書の用語又は表現は、当業者により上記教示及び手引きに照らして解釈されるべきことを理解すべきである。
[0111] 本発明の広さ及び範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきでなく、以下の請求の範囲及びその均等物に基づいてのみ画定されるべきである。
[0112] 当然のことながら、請求の範囲の解釈には、概要及び要約部分ではなく、詳細な説明部分が用いられることが意図されている。概要及び要約部分は、本発明者（ら）が考える本発明の１つ以上の例示的な実施形態を記載し得るが、それがすべてではなく、したがって、いかなる意味においても本発明及び添付の請求の範囲を限定することを意図していない。
[0113] これまで、特定の機能の実施及びそれらの関係を示す機能的構成単位を用いて本発明を説明してきた。これらの機能的構成単位の境界は、説明の便宜上、本明細書において任意に定められたものである。かかる特定の機能及びそれらの関係が適切に実行される限り、別の境界を定めることが可能である。
[0114] 特定の実施形態の以上の説明は、本発明の全般的性質を完全に明らかにしているため、当該分野の技術の範囲内の知識を適用することにより、他の者が、本発明の基本概念を逸脱することなく、過度の実験の必要なく容易に、かかる特定の実施形態をさまざまな用途に合わせて変形及び／又は適合させることができるだろう。したがって、そのような適合及び変形は、本明細書に提示された教示及び手引きに基づき、開示された実施形態の均等物の意味及び範囲内であることが意図される。本明細書中の表現又は用語は、限定ではなく説明を目的とするものであり、本明細書の用語又は表現は、当業者により上記教示及び手引きに照らして解釈されるべきことを理解すべきである。
[0115] 本発明の広さ及び範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきでなく、以下の請求の範囲及びその均等物に基づいてのみ画定されるべきである。

Claims (13)

  1. リソグラフィプロセスのパラメータを測定する方法であって、
    （ａ）前記リソグラフィプロセスを用いて、基板全体の複数の位置に分散された複数のターゲット構造を形成するステップであって、前記ターゲット構造は、前記ターゲット構造全体に分散された一定数の異なるオーバーレイバイアス値を持つ重ね合わされた周期構造を有し、前記ターゲット構造のうちの少なくともいくつかは、前記異なるオーバーレイバイアス値の数よりも少ない数の重ね合わされた周期構造を含む、ステップと、
    （ｂ）前記ターゲット構造を照明し、前記ターゲット構造によって散乱させられる放射の非対称性を検出するステップと、
    （ｃ）前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するステップと、
    を含み、
    前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するステップ（ｃ）は、前記基板全体の異なる位置に分散された、３つ以上の異なるそれぞれのオーバーレイバイアス値を有する３つ以上のターゲット構造の検出された非対称性を使用し、前記３つの異なるオーバーレイバイアス値に関する情報を用いて前記パラメータを決定することを含み、
    前記３つ以上のターゲット構造は、前記基板の複数のデバイスエリアの何れかのエリア内に含まれた第１のターゲット構造と、前記基板の複数のデバイスエリアの間の部分に含まれた第２のターゲット構造とを有する、方法。
  2. 前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するステップ（ｃ）は、オーバーレイエラーと非対称性との間に仮定される非線形関係を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するステップ（ｃ）は、前記基板全体のオーバーレイエラーのマルチパラメータモデルを使用することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記オーバーレイエラーのマルチパラメータモデルは、並進、拡大、回転及び基板座標を表すパラメータを含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記仮定される非線形関係は、正弦関数、又は、任意選択で、互いに高調波の関係にある正弦関数の組み合わせである、請求項２〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. リソグラフィプロセスのパラメータを測定する検査装置であって、
    複数のターゲット構造を有する基板のためのサポートと、
    前記ターゲット構造を照明し、前記ターゲット構造によって散乱させられる放射の非対称性を検出する光学システムと、
    前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定するプロセッサと、
    を備え、
    前記複数のターゲット構造は、前記基板全体の複数の位置に分散され、かつ前記ターゲット構造全体に分散された一定数の異なるオーバーレイバイアス値を持つ重ね合わされた周期構造を有し、前記ターゲット構造のうちの少なくともいくつかは、前記異なるオーバーレイバイアス値の数よりも少ない数の重ね合わされた周期構造を含み、
    前記プロセッサは、前記基板全体の異なる位置に分散された、３つ以上の異なるそれぞれのオーバーレイバイアス値を有する３つ以上のターゲット構造の検出された非対称性を使用し、前記３つの異なるオーバーレイバイアス値に関する情報を用いて前記パラメータを決定することにより、前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定し、
    前記３つ以上のターゲット構造は、前記基板の複数のデバイスエリアの何れかのエリア内に含まれた第１のターゲット構造と、前記基板の複数のデバイスエリアの間の部分に含まれた第２のターゲット構造とを有する、検査装置。
  7. 前記プロセッサは、オーバーレイエラーと非対称性との間に仮定される非線形関係に基づいて、前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定する、請求項６に記載の検査装置。
  8. 前記プロセッサは、前記基板全体のオーバーレイエラーのマルチパラメータモデルを使用することにより、前記検出された非対称を用いて前記パラメータを決定する、請求項６又は７に記載の検査装置。
  9. 前記仮定される非線形関係は、正弦関数、又は、任意選択で、互いに高調波の関係にある正弦関数の組み合わせである、請求項７、又は請求項７を引用する請求項８に記載の検査装置。
  10. 前記プロセッサは、前記周期構造のうちの１つ又は複数の周期構造内部のフィーチャ非対称性による非対称性全体への寄与は、全てのオーバーレイ値に対して一定であると仮定して、前記検出された非対称性を用いて前記パラメータを決定する、請求項６〜９のいずれか一項に記載の検査装置。
  11. リソグラフィ装置を備えるリソグラフィシステムであって、
    前記リソグラフィ装置は、
    パターンを照明する照明光学システムと、
    前記パターンのイメージを基板上に投影する投影光学システムと、
    請求項６〜１０のいずれか一項に記載の検査装置と、を有し、
    前記リソグラフィ装置は、前記パターンを別の基板に適用する際、前記検査装置からの測定結果を使用する、リソグラフィシステム。
  12. リソグラフィプロセスを使用してデバイスパターンが一連の基板に適用される、デバイス製造方法であって、
    前記基板のうちの少なくとも１つの基板上に前記デバイスパターンの一部として、又は、前記デバイスパターンに加えて形成された少なくとも１つの周期構造を、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法を用いて検査することと、
    前記方法の結果果にしたがって、以降の基板のために前記リソグラフィプロセスを制御することと、
    を含む、デバイス製造方法。
  13. 複数のターゲット構造を含む基板であって、
    前記複数のターゲット構造は、前記基板全体の複数の位置に分散され、かつ前記ターゲ
    ット構造全体に分散された一定数の異なるオーバーレイバイアス値を持つ重ね合わされた周期構造を有し、
    前記ターゲット構造のうちの少なくともいくつかは、前記異なるオーバーレイバイアス値の数よりも少ない数の重ね合わされた周期構造を含み、
    前記複数のターゲット構造は、前記基板全体の異なる位置に分散された、３つ以上の異なるそれぞれのオーバーレイバイアス値を有する３つ以上のターゲット構造を有し、
    前記３つ以上のターゲット構造は、前記基板の複数のデバイスエリアの何れかのエリア内に含まれた第１のターゲット構造と、前記基板の複数のデバイスエリアの間の部分に含まれた第２のターゲット構造とを有する、基板。
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