JP6433504B2 - ターゲット構成の最適化及び関連するターゲット - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０１４年２月２１日出願の欧州特許出願第１４１５６１２５号の利益を主張し、参照によりその全体が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ける半導体ウェーハメトロロジーのための方法及び装置に関する。具体的には、ターゲットを構成するための最適化手法及びそのように構成されたターゲットに関する。

[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、順次パターンが付与される隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行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、パターン付与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、パターン付与された基板内又はパターン付与された基板上に形成された連続する層の間のオーバーレイエラーと、現像された感光性レジストのクリティカルな線幅と、を含んでいてもよい。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に対して行うことができる。メトロロジーターゲット（又はマーク）は、例えば、格子等の周期的構造を形成する水平バーと垂直バーの組合せを備えていてもよい。

[0005] リソグラフィプロセスにおいて形成された微細構造の測定を行うための技術としては、走査型電子顕微鏡及び様々な専用ツールの使用を含む、様々な技術がある。高速かつ非侵襲式の専門検査ツールはスキャトロメータであり、スキャトロメータでは放射ビームが基板の表面上のターゲットに向けられ、散乱又は反射されたビームの特性が測定される。

[0006] 最近、リソグラフィ分野で使用する様々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、ターゲット上に放射ビームを誘導し、例えば、波長の関数としての反射の単一角度における強度、反射角度の関数としての１つ以上の波長における強度、又は反射角度の関数としての偏光などの散乱放射の１つ以上の特性を測定し、ターゲットの対象とする特性を決定できる「スペクトル」を得る。対象とする特性の決定は様々な技術、例えば、厳密結合波解析又は有限要素法、ライブラリ検索及び主成分分析等の反復手法によるターゲット構造の再構成によって実行可能である。

[0007] 既知のスキャトロメータの例としては、米国特許出願公開第２００６−０３３９２１号及び米国特許出願公開第２０１０−２０１９６３号に記載されたタイプの角度分解スキャトロメータが含まれる。このようなスキャトロメータが使用す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）。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成が平易になる。

[0008] 各製造ウェーハについて、メトロロジー目的での実装面積の消費を制限するために、メトロロジーターゲット及びアライメントターゲットは小型化されている。例えば、オーバーレイメトロロジーのためのターゲットサイズは、２０×２０μｍ^２〜１０×１０μｍ^２である。ターゲットサイズがより小さいものの使用が検討中である。一般的に、このようなターゲットは、ゼロ次回折（鏡面反射に該当する）が遮断され、高次のみが処理されてターゲットのグレースケール像（すなわち、「暗視野」像）が生成される「暗視野」スキャトロメトリを用いて測定される。この暗視野技術を用いる回折ベースのオーバーレイは、より小さなターゲットのオーバーレイ測定を可能にするものであり、マイクロ回折ベースのオーバーレイ（μＤＢＯ）として既知である。暗視野メトロロジーの例は、国際特許出願ＷＯ２００９／０７８７０８号、ＷＯ２００９／１０６２７９号、ＷＯ２０１３／１７８４２２号及びＷＯ２０１３／１４３８１４号に見られる。この技術をさらに発展させたものは、米国特許出願公開第２０１１−００２７７０４号、米国特許出願公開第２０１１−００４３７９１号、米国特許出願公開第２０１２−００４４４７０号、米国特許出願公開第２０１２−０１２３５８１号、米国特許出願公開第２０１３−０２５８３１０号及び米国特許出願公開第２０１３−０２７１７４０号、並びに米国特許出願第６１／６５２，５５２号及び第６１／８０３，６７３号に記載されている。これらのターゲットは照明スポットよりも小さくてもよく、ウェーハ上のプロダクト構造に囲まれていてもよい。したがって、「複合」ターゲット（例えば、異なるオーバーレイバイアスを有する個々の格子部を複数備えたターゲット）は、１つの像で完全に測定することができる。したがって、格子エッジもターゲットのグレースケール像で視認可能である。格子エッジは、たいてい平均格子強度から逸脱する（本明細書では「エッジ効果」という）強度レベルを呈示する。

[0009] 像後処理（例えば、パターン認識）の後、各個々の格子内の関心領域（ＲＯＩ）は、暗視野像内で特定することができる。平均格子強度は、エッジ効果の影響を排除しながら各ＲＯＩについて計算できる。次に、格子構造の非対称性、したがってオーバーレイエラーを平均強度から推定することができる。

[0010] このように平均格子強度は、例えば、暗視野像内の格子の中心に対応する、幾つかのＣＣＤイメージセンサピクセル（すなわち、センサ上の選択されたＲＯＩのサイズ）から推定される。

[0011] 現在のμＤＢＯターゲットの設計／レイアウトは、無限大格子に基づいている。線間寸法、ピッチ、サブセグメンテーション等の格子特性は、用途に応じて最適化される。格子は、ターゲットを画定する領域のあらかじめ画定された格子中心の周りに位置決めされる。

[0012] コンピュータによるリソグラフィモデリング（例えば、リソＯＰＣ、ここでＯＰＣは、ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（光近接効果補正）の略である）は、一般に印刷可能なターゲットを設計及び最適化するために使用される。ターゲットレイアウトは、暗視野像の解像度を向上させるサブ解像度「アシストフィーチャ」（すなわち、センサで検出されない）を含んでもよい。このようなアシストフィーチャは、「検出可能な」ターゲット構造の周り（例えば、１つのターゲット格子の周り、及び／又はターゲットを含むように割り当てられた、ターゲット領域とも呼ばれるウェーハ位置の周り）の任意の位置に配置されてもよく、パターン認識プロセスが使用することができる。そして、パターン認識プロセスは、「検出可能な」ターゲット構造の周りに「空の」領域を生成することによって、例えば、格子のエッジのみを用いるよりも実質的に高い精度でＲＯＩの位置を特定することができる。例えば、認識可能なアシストフィーチャをターゲット格子の境界の数の２倍又は３倍以上設けることによって、ＲＯＩの認識精度を高めることができる。しかしながら、ターゲットを画定する公称領域は、結果としてμＤＢＯターゲットで、例えば１０×１０μｍ^２〜１２×１２μｍ^２に拡大する。

[0013] 改善されたターゲットの設計方法、及び結果として改善されたターゲットを提供することが望ましい。

[0014] 本発明の第１の態様では、複数のサブ構造をそれぞれ備えた複数の格子を備えたターゲット構成を構築する方法であって、ターゲットエリアを画定するステップと、格子を形成するためにターゲットエリア内にサブ構造を配置するステップと、格子の周辺部に、格子の周辺部における測定された強度ピークを低減するように構成されたアシストフィーチャを配置するステップと、を含む方法が提供される。

[0015] 本発明の第２の態様では、複数のサブ構造をそれぞれ備えた複数の格子と、格子のピッチよりも実質的に小さいピッチを有する線を備えたアシストフィーチャと、を備えたターゲットであって、格子の周辺部に、格子の周辺部における測定された強度ピークを低減するように構成されたアシストフィーチャを備えたターゲットが提供される。また、複数のサブ構造をそれぞれ備えた複数の格子を備えたターゲットの構成を構築する方法であって、ターゲットエリアを画定するステップと、格子を形成するためにターゲットエリア内にサブ構造を配置するステップと、メトロロジープロセスを用いるターゲットの検査によって結果として得られた像をモデリングするステップと、ターゲットの構成がメトロロジープロセスを用いる検出用に最適化されているかどうかを評価するステップと、を含む方法が開示される。

[0016] 次に、本発明の実施形態を単なる例示として且つ添付図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を示す。 本発明の一実施形態に係るリソグラフィセル又はクラスタを示す。 （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。 複数格子メトロロジーターゲットの既知の形態及び基板上の測定スポットの輪郭を示す。 図３のスキャトロメータで得られる、図４のターゲットの像を示す。 本発明の実施形態を実施するために適用可能な、図３のスキャトロメータ及び図４のメトロロジーターゲットを使用する既知のオーバーレイ測定方法のステップを示すフローチャートである。 （ａ）は、最適化されていないターゲットレイアウトの一例を示し、（ｂ）は、結果として生じる暗視野像を示す。 （ａ）〜（ｆ）は、最適化されていないターゲットレイアウト、及び本発明の一実施形態に係るターゲットレイアウトの一例、並びに異なる波長を用いて検査したこれらのターゲットの結果として生じる暗視野像を示す。 本発明の一実施形態に係るターゲットの部分断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、最適化されていないターゲットレイアウト、及び本発明の一実施形態に係るターゲットレイアウトの一例、並びに異なる波長を用いて検査したこれらのターゲットの結果として生じる暗視野像を示す。 本発明の一実施形態に係るターゲット構成を構築する方法のフローチャートである。 ターゲット構成を構築するために実行される図１１に示す方法の一例である。

[0017] このような実施形態を詳述する前に、本発明の実施形態を実施することができる例示の環境を提示することが有用であろう。

[0018] 図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えば、ＵＶ放射又はＤＵＶ放射）を調整するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構成され、かつ特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１ポジショナＰＭに連結されたパターニングデバイス支持体又は支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴと、基板（例えば、レジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成され、かつ特定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２ポジショナＰＷに連結された基板テーブル（例えば、ウェーハテーブル）ＷＴと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば、１つ以上のダイを含む）上に投影するように構成された投影システム（例えば、屈折投影レンズシステム）ＰＳと、を備える。

[0019] 照明システムは、放射を誘導し、整形し、又は制御するための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型、又はその他のタイプの光学コンポーネント、あるいはそれらの任意の組合せなどの様々なタイプの光学コンポーネントを含むことができる。

[0020] パターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計等の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。このパターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電気等のクランプ技術を使用することができる。パターニングデバイス支持体は、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。パターニングデバイス支持体は、パターニングデバイスが例えば投影システムに対して確実に所望の位置にくるようにできる。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。

[0021] 本明細書において使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを付与するために使用し得る任意のデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。ここで、放射ビームに付与されるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。

[0022] 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。

[0023] 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、電磁気光学システム及び静電気光学システム、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。

[0024] 本明細書で示すように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、又は反射マスクを使用する）。

[0025] 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。

[0026] 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。

[0027] 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ＳＯとリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源ＳＯ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。

[0028] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えていてもよい。一般に、イルミネータ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いてもよい。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。

[0029] 放射ビームＢは、パターニングデバイス支持体（例えば、マスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡに入射し、パターニングデバイスによってパターン形成される。パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２のポジショナＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２Ｄエンコーダ又は容量センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴを、例えば様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めするように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを正確に位置決めできる。一般に、パターニングデバイス支持体（例えば、マスクテーブル）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）の助けにより実現できる。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。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、パターニングデバイス支持体（例えば、マスクテーブル）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。

[0030] 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、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周知である）。同様に、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、マスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。小さなアライメントマーカをデバイスフィーチャの中でもダイ内に含めることができ、その場合、マーカは可能な限り小さく、隣接したフィーチャと異なる結像又はプロセス条件を必要としないことが望ましい。

[0031] 図示された装置は、様々なモードで使用できる。スキャンモードにおいては、パターニングデバイス支持体（例えば、マスクテーブル）ＭＴ及び基板テーブルＷＴを同期的にスキャンする一方で、放射ビームに付与さ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支持体（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。当技術分野で周知のように、別のタイプのリソグラフィ装置及び動作モードが考えられる。例えば、ステップモードが既知である。いわゆる「マスクレス」リソグラフィでは、プログラマブルパターニングデバイスを静止状態に保ちながらもパターンを変化させ、基板テーブルＷＴを動かすか又はスキャンする。

[0032] 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。

[0033] 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に、別の基板を測定ステーションで他方の基板テーブル上に装填して様々な予備工程を実行することができる。予備工程には、レベルセンサＬＳを使用して基板の表面制御をマッピングすること、及び、アライメントセンサＡＳを使用して基板上のアライメントマーカの位置を測定することが含まれてもよい。

[0034] 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ことがあるリソグラフィセルＬＣの一部を形成し、リソグラフィセルＬＣ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を備える。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は、入力／出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り上げ、それらを様々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様々な装置を動作させることができる。

[0035] メトロロジー装置（スキャトロメータ）を図３（ａ）に示す。図３（ｂ）には、格子ターゲットＴ及び回折光線がより詳細に示される。メトロロジー装置の詳細及びその形態及び用法の変形物は、上述した米国特許出願公開第２０１１−０２７７０４号及びその他の先行特許出願に記載されている。これらの先行出願の内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。スキャトロメータは、独立型のデバイスであってもよく、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、リソグラフィセルＬＣに組み込まれていてもよい。装置全体にわたって幾つかの分岐を有する光軸は点線Ｏで表される。この装置では、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って、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構成の二重シーケンスに配置される。別のレンズ配置も、それが、検出器上に基板像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。したがって、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像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。本例では、アパーチャプレートが、様々なオフアクシス照明モードを形成する。第１の照明モードでは、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照明を提供する。第２の照明モードでは、アパーチャプレート１３Ｓを用いて「南」と標示された反対の方向から同様の照明を提供する。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必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。

[0036] 図３（ｂ）に示されるように、格子ターゲット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ターゲットＴに衝突する照明光線Ｉは、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、メトロロジーターゲット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。複合格子ターゲットが設けられる場合は、ターゲット内の個々の各格子は独自の回折スペクトルを生じる。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）有限幅を有するため、入射光線Ｉは、実際には、ある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整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示されているが、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。

[0037] 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及び第２の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の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の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。

[0038] 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ターゲットの回折スペクトル（瞳面像）を第１センサ１９（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上に形成する。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像は、メトロロジー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。瞳面像は、非対称性測定、及び、再構築などの多数の測定目的に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。説明される第１の例では、非対称性を測定するために第２測定分岐を使用することになる。

[0039] 第２測定分岐では、光学システム２０、２２が、基板Ｗ上のターゲットの像をセンサ２３（例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ）上に形成する。第２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像が−１次又は＋１次ビームのみから形成されるように機能する。センサ１９及び２３によって捕捉された像は、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、行われている特定種類の測定に依存する。本明細書において「像」という用語は広い意味で用いられていることに留意されたい。そのため、格子線の像は、−１次及び＋１次のどちらか一方しか存在しない場合、センサ２３上に形成されない。

[0040] 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である。本発明の別の実施形態では、ターゲットのオンアクシス照明が使用され、オフアクシスアパーチャを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（１３及び２１で示すアパーチャは、この場合は効率的に交換される）。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。

[0041] 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光変調器等の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、可動ミラー又はプリズムを使用することもできる。

[0042] アパーチャプレート１３に関して説明したとおり、結像のための回折次数の選択は、瞳絞り２１を変更すること、又は、異なるパターンを有する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空間光変調器で代用することによって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る一方、結像側が第１及び第２のモードを有することになる。事実上、考えられる多くの種類の測定方法があり、それぞれに独自の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。

[0043] 本例において結像のために使用さ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（ｄ）には、異なるアパーチャプレートが示されており、以下でさらに説明するとおりこれらを用いることができる。

[0044] 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線に位置合わせされる。すなわち、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にのみ使用することができることに留意されたい。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が照明光学系に提供される。アパーチャプレート１３Ｎ〜１３Ｗは別個に形成して相互に交換することができ、あるいは、９０度、１８０度又は２７０度回転することができる単一のアパーチャプレートであってもよい。既に述べたように、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に設けてもよい。その場合、照明はオンアクシスとなる。

[0045] 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使用することができる第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あまり大きくなければ、Ｘ格子及びＹ格子の両方の測定を、照明モードを変更せずに行うことができる。図１２及び１３の例には、さらに多種類のアパーチャプレート１３Ｑが示される。

[0046] 図４は、既知の実施に従って基板Ｗ上に形成された複合格子ターゲット７００（すなわち、格子構造を備えるターゲット）を示す。複合ターゲット７００は、メトロロジー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つの個々の格子７２０を含む。したがって、４つの格子はすべて同時に照明され、かつセンサ１９及び２３上に同時に結像される。オーバーレイ測定に特化した例では、格子７２０自体が、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与される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。格子７２０は、複合格子の異なる部分が形成された層間のオーバーレイの測定を容易にするため、異なるバイアスがかけられたオーバーレイオフセットを有してもよい。格子７２０はまた、入射する放射をＸ及びＹ方向に回折するように、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、＋ｄ、−ｄのバイアスをそれぞれ有するＸ方向格子である。これは、格子３２は、その重なり合う成分として、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の格子等とは反対方向に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、オフセット＋ｄ及び−ｄをそれぞれ有するＹ方向格子である。４つの格子が図示されているが、別の実施形態では、所望の精度を得るためにより大きなマトリクスが必要となることもあり得る。例えば、９個の複合格子からなる３×３アレイは、−４ｄ、−３ｄ、−２ｄ、−ｄ、０、＋ｄ、＋２ｄ、＋３ｄ、＋４ｄのバイアスを有してもよい。これらの格子の別々の像を、センサ２３によって捕捉される像において特定することができる。

[0047] 図５は、図４のターゲット７００を図３の装置に用いて、図３（ｄ）のアパーチャプレート１３ＮＷ又は１３ＳＥを用いて、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像の一例を示す。瞳面イメージセンサ１９は異なる個々の格子７２０を解像することができないが、イメージセンサ２３は解像することができる。斜交平行線の陰影を付けた四角形４０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。理想的にはフィールドは暗視野である。この暗視野像内で、四角形のエリア４２〜４５は、個々の格子７２０の像を表している。格子がプロダクトエリア内に配置されている場合、プロダクト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。図５の暗視野像には単一の複合格子ターゲットのみが示されているが、実際にはリソグラフィによって製造された半導体デバイス、又はその他の製品は多くの層を有していてもよく、オーバーレイ測定は、望ましくは異なる層対間で行われる。層対間でのオーバーレイ測定ごとに、１つ以上の複合格子ターゲットが必要であり、したがって、イメージフィールド内に別の複合格子ターゲットが存在してもよい。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像を処理し、格子７２０の別々の像４２〜４５を特定する。

[0048] 格子の別々の像が特定されると、それら個々の像の強度を、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測定することが可能になる。像の強度及び／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様々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り、強度を比較することによってオーバーレイの手段として使用することができる非対称性が明らかになる。非対称性、したがってオーバーレイを測定するための別の技術では、瞳面イメージセンサ１９が使用される。

[0049] 図６は、上記の装置及びターゲットを使用してオーバーレイを測定する基本的な方法を示す。本発明は暗視野技術、あるいは角度分解スキャトロメトリにさえも限定されない。この例における方法は、図３及び４の装置を使用する米国特許出願公開第２０１１−０２７７０４号に記載の方法に基づいている。原理上、成分格子７２０を含む２つの層間のオーバーレイエラーは、＋１次及び−１次暗視野像におけるその強度を比較することで判明する格子の非対称性から測定される。ステップＳ１で、基板、例えば、半導体ウェーハが図２のリソグラフィセルにより１回以上処理され、メトロロジーターゲットを形成するオーバーレイ格子７２０を含む構造が作成される。

[0050] Ｓ２では、図３のメトロロジー装置を使用し、１次回折ビームのうちの一方のみ（例えば−１）を用いて格子７２０の像を得る。その後、照明モードを変更する、又は結像モードを変更する、又はメトロロジー装置の視野内で基板Ｗを１８０度回転することにより、他方の１次回折ビーム（＋１）を用いて格子の第２の像を得ることができる（ステップＳ３）。その結果、この第２の像において＋１回折放射が捕捉される。各像において格子７２０をすべて捕捉することができるかどうか、あるいは、格子を別々の像で捕捉するためにスキャトロメータ及び基板を移動させる必要があるかどうかは設計事項である。いずれの場合も、すべての成分格子の第１及び第２の像はイメージセンサ２３を介して捕捉されると仮定する。

[0051] 各像に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「像」が従来の暗視野顕微鏡像ではないことに留意されたい。各格子は、単に一定の強度レベルのエリアで表されることになる。＋１次及び−１次回折放射のうちの一方だけしか存在しないため、個々の格子線は解像されない。ステップＳ４において、各成分格子の像内で関心領域（ＲＯＩ、図４参照）を慎重に特定し、ここから強度レベルを測定する。これは、特に個々の格子像のエッジ周辺では、強度値が、全般的なエッジ効果に加えて、レジスト厚さ、組成、線形状等のプロセス変数に強く依存する可能性があるためである。

[0052] 各個々の格子の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、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。先行出願に記載されているように、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７２０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することによってなされる。強度差をステップＳ５で計算し、各格子の非対称性の測定値を得る。ステップＳ６において、プロセッサは、非対称性測定値及び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計算する。

[0053] μＤＢＯターゲット等の埋め込みメトロロジーターゲットを使用する現在の用途は、メトロロジー装置による最適な検出可能性に関するターゲットレイアウト全体の最適化を（部分的に）無視している。例えば、格子間距離、エッジ効果の問題、及び利用可能な格子面積を最大化できないこと等によって、次の問題が起きる可能性がある。
１．−暗視野像に、各格子の周辺部における大きなエッジ効果が観察される場合、
・利用可能な関心領域（ＲＯＩ）のサイズが（像のクロッピングにより格子エッジが除外されることにより）縮小し、算出される信号の再現性が低くなってしまう。
・算出された格子信号（平均強度）の精度が、エッジ効果による放出からの光学的クロストークによる信号劣化により低下してしまう。
・ウェーハ上での顕著なエッジ効果及び時間内のプロセス変動に伴い像が変化するために、パターン認識失敗の事例が増加してしまう。
・算出された信号のＲＯＩ位置決めエラーに対する感度が、例えば、大きなエッジ強度が偶然に信号推定に含まれる場合に増大してしまう。
・ＣＣＤセンサの（フルダイナミック階調レベル範囲の）フルスケールの使用が減少することにより、低い階調レベルでの再現性及び非線形カメラの構造的な問題に対する感度が低下してしまう。
２．−格子構造を含む総面積がターゲット領域内で最大化されない。したがって、最大光子数に達しない（すなわち、再現性のために最適化されていない）。

[0054] 図７（ａ）は、４つの格子構造７２０を備えるターゲット７００のレイアウトの一例を示す。破線の外形７１０は、利用可能なターゲットエリアを表す。図７（ａ）に見られるように、ターゲット７００のレイアウトは、利用可能なターゲットエリア７１０用に最適化されていない。格子線の数は、ピッチ及び利用可能なターゲットエリア７１０の関数として算出される。その後、所定の格子線が所定の格子中間点を中心として配置される。このため、格子間距離は最適化されない（すなわち、格子構造間の空間はターゲットエリア内で最適化されていない）。図７（ｂ）は、ターゲット７００の検査後に結果として得られる暗視野像７３０を示す。格子位置に中／高強度レベルの領域７５０を見ることができる。しかし、格子の周辺部には、エッジ効果から結果として生じるさらに高い強度レベルの領域７４０がある。これによってターゲットはパターン認識プロセスを用いた解析が困難となり、パターン認識に失敗しやすくなる。

[0055] ターゲット７００を測定するために使用される検査ツールは、効果的に周波数帯域フィルタの役割を果たす。検査ツールは、単一の格子７２０を測定する時、実際には２つの構造タイプを検出する。第１の構造は、一定のピッチを有する反復する格子線を含む構造である。第２の構造は、一定のサイズ（ハーフピッチ）を有する単一の構成要素に見える線のセットであり、これらの格子は非常に小さいため、格子と同様に単一の構造に見える。これらの「構造」は、どちらも独自のフーリエ周波数セットを与える。これら２つのセットは、整合しない場合にはステップフーリエ周波数セットを生成する。最後の周波数セットは、検査ツールの帯域フィルタを通過する１つ以上の周波数を常に有する。残念なことに、これらの周波数の強度は高いため、エッジ効果が生じる。エッジ効果は多くの場合、最大強度格子の強度より２〜４倍大きい強度をもたらす。

[0056] 改善されたメトロロジーツール検出用にターゲットレイアウト／設計を最適化するために、本明細書に記載の実施形態は以下のことを利用することを提案する。
１−利用可能なターゲットエリア全体を考慮したターゲットレイアウトの最適化。
２− 光近接効果補正（ＯＰＣ）と同様の方法を用いて、（リソグラフィプロセスを用いてターゲットを印刷する能力のためにのみ最適化するのとは対照的に）改善されたメトロロジープロセス応答のためにターゲットレイアウトを最適化するコンピュータによるリソグラフィモデリング。結果として得られるターゲットは、メトロロジーツール駆動型の光近接効果補正（ＭＴ−ＯＰＣ）アシストフィーチャを用いて、メトロロジープロセス応答の最適化を支援することができる。

[0057] 例えば、ターゲットレイアウトの最適化は、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャを利用可能なターゲットエリアの周辺部に配置することによって開始され、ターゲットを環境から「隔離」し、暗視野像における格子のエッジ効果を低減することができる。これらのアシストフィーチャは、メトロロジー装置が捕捉した暗視野像では観察されない。なぜなら、より高次の回折次数は、通常ＣＣＤセンサに伝送されないためである（ゼロ次も遮断されることに留意のこと）。

[0058] この後、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャの内側の利用可能なターゲットエリアには格子線が充填される。この各格子に対する格子線の充填は、周辺部から始まり中心に向かう方向に行われてもよい。格子線はこのように位置決めすることができ、その長さを隣接する格子の所望のピッチ及び線間隔値と整合的に一致させる。追加のＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャを格子間に位置決めし、格子のエッジ効果を低減し、かつ暗視野像で格子を分離することができる。その結果、各格子はその全周にＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャを有することができる。このようなターゲットレイアウトは、パターン認識を改善し、クロストークを制限するのに役立つ。

[0059] ターゲット設計全体の最適化は次の３つのステップを含み得る。
１−設計制約に関する格子の最適化。このような設計制約は、特定のプロダクト設計、例えば、線幅、サブセグメンテーション、ラインオンライン（ｌｉｎｅ ｏｎ ｌｉｎｅ）又はラインオントレンチ（ｌｉｎｅ ｏｎ ｔｒｅｎｃｈ）等を所与とする用途に依存する。
２−場合によってはＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャを用いる、最適メトロロジープロセス検出のためのターゲットレイアウト全体の最適化。サブセグメンテーション及び／又はその他の設計制約は、必要に応じてＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャに適用できる。
３−リソグラフィＯＰＣサイクルをターゲットレイアウト全体に対して実行し、ステップ１及び２で構築された所望のターゲットレイアウトが適切にウェーハ上に印刷されることを保証すること。

[0060] 図８は、１０×１０μｍ^２のターゲット設計の例を示す。図８（ａ）は、４つの格子構造７２０を備える最適化されていない６００ｎｍピッチのターゲットレイアウト７００（図７に示すものと同じ）を示す。各格子構造７２０は、複数の格子サブ構造７６０（格子線）を備える。図８（ｂ）は、図８（ａ）のターゲットレイアウトの改良型８００を示し、図８（ａ）の構成と同じ格子構造７２０を備え、さらにＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ８１０、８２０を備える。ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ８１０の第１セットは、ターゲットを取り囲むようにターゲットの周辺に配置され、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ８２０の第２セットは各格子間に配置される。このように、各格子７２０はＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ８１０、８２０で取り囲まれる。図８（ｃ）は、波長６５０ｎｍでの図８（ａ）のターゲットレイアウトの暗視野像シミュレーションの結果を示す。図８（ｄ）は、波長６５０ｎｍの検査放射を使用した図８（ｂ）のターゲットレイアウトの暗視野像シミュレーションの結果を示す。図８（ｅ）は、波長４２５ｎｍの検査放射を使用した図８（ａ）のターゲットレイアウトの暗視野像シミュレーションの結果を示す。図８（ｆ）は、波長４２５ｎｍの検査放射を使用した図８（ｂ）のターゲットレイアウトの暗視野像シミュレーションの結果を示す。図８（ｃ）〜８（ｆ）において、より暗い陰影の領域はより高い強度を示す。

[0061] 図８（ｃ）と８（ｄ）を比較すると、各格子の領域でエッジ効果がより少なく、はるかに均一な強度分布が示されている。これらのエッジ効果は、格子領域８４０の周辺部の非常に高い強度測定の領域８３０に見ることができる。図８（ｅ）と８（ｆ）とを比較すると、格子の分離が改善され（すなわち、図８（ｆ）の格子間の強度が図８（ｅ）と比較してより低い）、暗視野パターン認識が改善された高い暗視野像解像が示されている。

[0062] ターゲットの最適化は、ターゲットの任意のパラメータ又はアスペクトの最適化を含んでもよい。これは、とりわけ格子ピッチ、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャのピッチ、任意のフィーチャの長さ及び幅、格子デューティサイクルを含み得る。最適化プロセスは、利用可能なターゲット領域全体を考慮に入れる。この例では、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャは、（例えば、エバネセント波をもたらす約１６０ｎｍの）より小さいピッチを有する。ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャによって、エッジ効果が低減し、格子が環境から分離される。

[0063] 図９は、格子７２０及びＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ８２０を備えるターゲット８００の拡大部分断面図を示す。ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ８２０は、スペース・ライン・スペース・パターン（ｓｐａｃｅ−ｌｉｎｅ−ｓｐａｃｅ ｒｈｙｔｈｍ）で格子に位置決めされ、急峻な段差は回避される。このように、アシストフィーチャ８２０は格子７２０の線に近接して位置決めされるが、その有限次元から結果として生じる格子内の励振が開放される。格子７２０及びＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ８２０を確実に互いに同相にすることによって、高強度のエッジ効果を生じさせる「ステップ周波数セット」が回避される。格子７２０及びＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ８２０が同相であることは、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ８２０が格子７２０の連続表面を拡大することを意味する。依然としてエッジ効果は存在するが、高強度のエッジ効果は、検査ツールの伝送帯域外であり、検査ツールによって検出されない。このように、検査ツールによって実際に測定される強度ピークは減少する。

[0064] これらのアシストフィーチャ８２０から回折された光波は、名目上いかなるエネルギーをも運ばず（エバネセント又は破壊的に干渉）、あるいは検出器に伝送されるスペクトルの部分の外側にある（遮断された伝搬波）。この具体例には、入射放射Ｉ、回折されたゼロ次放射０及び１次放射−１が示されている。アシストフィーチャ８２０で回折された−１次放射は遮断され、格子７２０で回折された−１次放射のみがセンサに伝送される。しかし、アシストフィーチャ８２０の有限性のため、アシストフィーチャ反射の「テール」は、ＣＣＤセンサに伝送されたスペクトルに漏れ出し、格子線スペクトルと相互作用することになる。

[0065] 暗視野像において格子を十分に分離するために、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ８２０が検査ツールの波長の少なくとも半分の幅を有する格子間の空間を充填することが推奨される。同じことは、ターゲット上の環境からの分離及びクロストークの低減にも有効である。

[0066] 潜在的ターゲットレイアウトは、適切なメトロロジーセンサシミュレーションツールで評価することができる。センサ構成に対して特異的な最適ターゲットレイアウトにたどり着くには数回の反復が必要となる場合がある。

[0067] 図１０（ａ）は、ターゲット１０００が実際に１２×１２μｍ^２のエリア１０１０を占めるターゲット構成を示す。ターゲットレイアウトは、暗視野パターン認識を改善し、かつ環境からのクロストークを低減するために、ターゲット境界に１μｍの「隙間」領域１０２０を備える。図１０（ｂ）では、図１０（ａ）のターゲットレイアウトが１２×１２μｍ^２のターゲット領域の全体用に最適化されたターゲットレイアウト１０３０に置き換えられている。ターゲットレイアウトは、その周辺部にＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ１０３５を備え、さらに各格子１０５０間にＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ１０４０を備える。ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ１０３５、１０４０は、暗視野パターン認識性能及び環境からの光学的クロストークの低減を保証し、その結果、「隙間」領域１０２０は不要になる。したがって、利用可能なターゲットエリア１０１０に対して、各格子１０５０のサイズ、線の数、及びピッチを最適化することができる。対応する暗視野像シミュレーション結果（図示せず）は、エッジ効果が大きく低減する一方、格子間の分離によってパターン認識が向上することを示す。

[0068] 図１１は、ターゲット構成を構築する方法を示すフローチャートである。この方法は次のステップを含む。
ステップＴ１−例えば、境界の近く及び／又はターゲット領域の内側に、「サブ解像度」ピッチでＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャを描く。これによって「利用可能な／空の」ターゲット領域を画定する。アシストフィーチャの特性（例えば、線幅、形状…）は、例えば、暗視野像において環境からターゲットを効率的に隔離するために選択されてもよい。
ステップＴ２−ターゲット境界に配置されたＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャに基づいて、第１の格子の格子線を、境界を起点としてターゲット領域の内側に向かう方向に順次配置する。例えば、直前に配置された線の一部が利用可能なターゲットエリアの格子方向の中間点上に位置するまで格子線を配置する。
ステップＴ３−（必要に応じて）格子線のサイズ及びピッチに基づく形状、さらに「サブ解像度」ピッチを有するＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャを追加する。
ステップＴ４−後者のＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャに基づいて、次の格子の線長を残りの利用可能なターゲット領域に合わせる。
ステップＴ５−残りの格子のためにステップＴ２〜Ｔ４を繰り返す。
ステップＴ６−必要に応じて、ターゲット領域の中心部をＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャで充填する。

[0069] この方法の適用例を図１２に示す。図１２（ａ）はステップＴ１に対応する。ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ１２１０は、ターゲットを環境から隔離し、格子のエッジ効果を低減するように選択されたピッチで、利用可能なターゲット領域の境界に近接して描かれる。図１２（ｂ）及び（ｃ）は、ステップＴ２に対応し、格子線１２２０は、この格子構造に割り当てられたターゲット領域のおよそ４分の１を充填するように配置される。図１２（ｄ）は、ステップＴ３に対応し、格子線に合わせて別のＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ１２３０が追加される。図１２（ｄ）はまた、ステップＴ４の始まりを示し、線１２４０の線長は残りの利用可能エリアに合わせられる。図１２（ｅ）は、ステップＴ５の間の中間点に対応し、２つの格子が配置済みで、３つ目が開始される。図１２（ｆ）は、完成したターゲット構成を示し、ステップＴ６で説明したように、ターゲットレイアウトの中心領域内に追加のＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ１２５０が配置される。この方法は、数回の反復を必要としてもよく、ステップＴ６で得られた各ターゲット構成は、メトロロジーシミュレーションツールを用いて評価される。評価には特定の構成が１つ以上の所定の基準を満たすかどうかを判定すること、及び／又は、（１つ以上の所定の基準に基づいて）最良のものを決定するために、この方法に従って構築された複数の異なる構成を比較することが含まれてもよい。

[0070] ターゲットの中心領域を追加のＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ１２５０で充填する代わりに、この領域を、レチクル描画品質測定を行うための特殊ターゲット（クロス）で充填することが考えられる。

[0071] この方法は、好ましくは自動化された方法で行われてもよい。「自動化された」方法は、（非排他的に）（ｉ）許容時間枠内でメトロロジー装置応答を正確に予測することができる正確な光学的モデル、及び（ｉｉ）最適化のために明確に定義された基準を含む。例えば、最適化基準は以下を含んでもよい。
−格子中心強度と同程度の大きさの格子エッジ強度。
−オーバーレイ、デフォーカス及びメトロロジーセンサの収差の存在下におけるエッジ効果の最小変動。
−関連波長範囲での最適ターゲットパターン認識のための格子構造間の十分な間隔（間隔≧λ／２。λは検査波長を表す）。
−最大格子面積。
これらの基準は、最終ターゲット構成を構築する際に比較考量されることが理想的である。

[0072] オーバーレイメトロロジーには２つの積層格子（すなわち、２層ターゲット）が必要である。そのようなターゲットでは、下部のターゲットレイアウトは図１２の方法を用いて構築されてもよい。上部の格子構造は、通常５〜数十ナノメートルの範囲のオーバーレイバイアスを含む。このような構成では、上部のターゲット構成はバイアスを除き下部の格子構造と単純に一致してもよい。一例では、バイアスは上部のターゲット層の格子線にのみかけ、この上層のＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャにはバイアスをかけなくてもよい。代替的に、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャを上層から省略することができる。この後者のアプローチは、オーバーレイ測定を不安定にする非対称信号の発生を回避するのに役立ち得、上部の格子構造の後方反射回折が弱く、主たる後方反射回折が下部の格子構造から生じている場合に特に適切である。

[0073] ラインオンライン（ｌｉｎｅ−ｏｎ−ｌｉｎｅ）ではなく、ラインオントレンチ（ｌｉｎｅ−ｏｎ−ｔｒｅｎｃｈ）のターゲット構成では、上部の格子レイアウトを反転して、ラインオントレンチ構成を得ることができる。５０％と異なるデューティサイクルでは、逆デューティサイクル（１００％のデューティサイクル）を有するラインオンライン型として上部ターゲットを設計した後、これを反転してラインオントレンチ構成を得ることが可能である。上部格子構造と下部格子構造との間にデューティサイクルの差異がある場合のＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャの設計によって、レイアウトの最適化手順がより複雑になる可能性があるが、当業者であれば、かかる構成のために本方法を実行及びカスタマイズすることができるだろう。

[0074] 印刷適性及び半導体製造業者設計規則への準拠性を保証するために、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャの寸法は、これらのＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャのサブセグメント化を可能にすることに留意されたい。

[0075] ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャの寸法及び／又は形状は、用途の要求に応じてカスタマイズすることができる。例えば、図９の例において、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャ８２０は、「連続した四角」形で表されている。しかし、連続した四角形は、鋭角でレチクル又は印刷回路に帯電効果を引き起こす可能性がある。この問題を克服するために、レイアウトから鋭角を「取り除く」ことができる。

[0076] 上述の例では、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャは「サブ解像度」である（すなわち、プロダクトフィーチャよりも小さな解像度を有する）。しかし、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャは、用途に応じてセンサの解像度を下回るか、上回るか、又はその範囲内の寸法を有してもよい。

[0077] ターゲットレイアウト／設計を最適化するための本方法は、例えば、すべてのメトロロジー用途（アライメントを含む）のためのメトロロジー／アライメントターゲットの設計／最適化プロセス中に適用することができる。例えば、本方法は、オーバーレイ補正システム及び／又は高度なアライメントシステムに使用されるアライメントターゲットに適用することができる。

[0078] 上記の例に示したように、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャは、エッジ効果を低減するためにターゲット境界に配置してもよく、及び／又は各格子構造の周辺に配置してもよい。これに加えて、（例えば、アライメント格子等のピッチの大きな格子構造では）ライントレンチ遷移を強めたり弱めたりするために、ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャを格子構造線の間に配置してもよい。これによって、検出された次数用に固有回折効率を最適化する、又はエネルギーの配列を関連する回折次数に最適化することにより、回折効率を望ましい次数に高めることができる。これによって、「ウェーハ品質」の低いスタックの検出可能性を支援することができる。さらに、アライメントセンサ電子装置のゲイン設定ポイントは、特にウェーハ品質の低いスタックの場合、アライメントターゲットの読み出し及びスキャン中に改善することができる。

[0079] 本方法はまた、例えば、暗視野メトロロジーにおけるパラメータ推定を改善するための現在の方法と組み合わせてもよい。

[0080] 以上で開示した方法は、より大きなＲＯＩをもたらし、結果として、強度測定中により大きな光子数をもたらす。これによって、一定のターゲット領域の再現性が改善される。改善された再現性は、エッジ効果の低減から結果として得ることができ、ＲＯＩ位置決めにおける不正確さを減少させる。また、エッジ効果の低減は、より明確な暗視野ターゲット像の結果としてパターン認識を改善する。さらに、エッジ効果が暗視野像を飽和させないため、カメラのフルグレースケールダイナミックレンジを使用することができる。その結果、再現性がさらに改善し、低強度において光子ノイズから生じる非線形撮影効果が避けられる。光子ノイズは、測定された光子の数の平方根である。測定された光子の数は、使用されるピクセルの数、階調レベル、及び感度の積である。より安定した測定を得るためには、カメラ感度を一定にし、ピクセル数又は階調レベル数のいずれかを増大させる必要がある。ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャを用いることにより、より大きな階調レベルが得られる。

[0081] ＭＴ−ＯＰＣアシストフィーチャを個々の格子構造に追加することによって、各格子構造をデバイス構造に別々に分配する際のインダイ（ｉｎ−ｄｉｅ）環境からの隔離が改善される。したがって、格子が環境から隔離されるため、ターゲット／格子のインダイ配置の柔軟性が改善される。

[0082] 最後に、ターゲット領域はまた、同じ再現性を保ちながら減少させる（すなわち、より小さなターゲット寸法）こともできる。ターゲット寸法を縮小することによって、より高密度のフィールド内測定が可能になる。これによって、オンプロダクトウェーハのダイ上の高次オーバーレイ補正及びスキャナの性能特性化が改善される。

[0083] 上記のターゲット構造は、測定目的で専用に設計及び形成されたメトロロジーターゲットであるが、別の実施形態では、基板上に形成されたデバイスの機能部品であるターゲット上で特性を測定できる。多くのデバイスは正規の格子のような構造を有する。本明細書で使用する「ターゲット格子」及び「ターゲット構造」という用語は、構造が実行中の測定のために特に提供されることを必要としない。本明細書において「構造」という用語は、単純格子線等のいかなる特定の構造形態にも限定されることなく使用される。実際に、格子線や格子空間等の粗い構造的フィーチャは、より微細なサブ構造の集合により形成することができる。

[0084] 基板及びパターニングデバイス上に実現したターゲットの物理的な格子構造に関連して、ある実施形態は、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、及び／又は測定値を解析してリソグラフィプロセスに関する情報を得る方法を記述する機械可読命令の１つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラムを含んでいてもよい。このコンピュータプログラムは、例えば図３の装置内のユニットＰＵ及び／又は図２の制御ユニットＬＡＣＵ内で実行できる。そ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）を提供してもよい。例えば図３に示したタイプの既存のメトロロジー装置が既に製造段階、及び使用段階にある場合は、プロセッサに修正されたステップＳ４〜Ｓ６を実行させて、例えば補正対象のオーバーレイエラーを計算するために更新されたコンピュータプログラムを備えることによって本発明を実施することができる。プログラムは任意選択として光学システム、基板支持体等を制御して、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等を自動的に実行するように構成されてもよい。

[0085] 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。

[0086] 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）及び極端紫外線光（ＥＵＶ）放射（例えば、５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を網羅する。

[0087] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折、反射、磁気、電磁気及び静電気光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのいずれか一つ、又はその組合せを指すことができる。

[0088] 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／又はこれらを様々な用途に適応させることができる。したがって、このような適応及び修正は、本明細書に提示された教示及び案内に基づき、開示された実施形態の同等物の意味及び範囲内に入るものとする。本明細書の言葉遣い又は用語は説明のためのもので、限定するものではなく、したがって本明細書の用語又は言葉遣いは、当業者には教示及び案内の観点から解釈されるべきことを理解されたい。

[0089] 本発明の幅及び範囲は、上述した例示的実施形態のいずれによっても限定されず、特許請求の範囲及びその同等物によってのみ規定されるものである。

Claims (13)

1. 複数のサブ構造をそれぞれ有する複数の格子を備えたターゲット構成を構築する方法であって、
   ターゲットエリアを画定するステップと、
   前記格子を形成するために、前記サブ構造を前記ターゲットエリア内に配置するステップと、
   前記格子の周辺部における測定された強度ピークを低減させるアシストフィーチャを、前記格子の周辺部に配置するステップと、
   を含み、
   前記ターゲットは、２つ以上の積層されたターゲット層を備え、
   底部のターゲット層は、前記積層されたターゲット層の最下層であり、前記アシストフィーチャを含み、
   上部のターゲット層は、前記積層されたターゲット層の最上層であり、オーバーレイバイアスを含み、前記アシストフィーチャを含まない、方法。
2. 前記サブ構造を配置するステップは、個々の格子のそれぞれを順次形成することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記サブ構造を配置するステップは、前記格子ごとに、前記ターゲットエリアの周辺部を起点として前記ターゲットエリアの中心に向かって前記サブ構造を順次配置することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 特定の格子を形成する前記サブ構造を配置するのに先立って、前記格子のサブ構造の長さを残りの前記ターゲットエリアに合わせることを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記各格子は、前記各格子を取り囲んでいる環境から前記各格子を隔離するために前記アシストフィーチャにより略取り囲まれている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記アシストフィーチャは、前記格子のピッチよりも実質的に小さいピッチを有する線を備えている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記アシストフィーチャのピッチは、メトロロジープロセスを用いた前記ターゲットの検査中に前記アシストフィーチャが検出されないほどのものである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記アシストフィーチャは、前記各格子の最も外側の各サブ構造に直接隣接して配置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記方法は、メトロロジープロセスを用いた前記ターゲットの検査により結果として得られた像をモデリングすることと、前記ターゲット構成がメトロロジープロセスを用いた検出用に最適化されているかどうかを評価することと、を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記方法は、前記ターゲット構成を最適化するために反復的に繰り返される、請求項９に記載の方法。
11. 特定のターゲット構成が最適化されていると判断するかどうかを判断するための基準は、
    前記メトロロジープロセスを用いて検査する際に、格子周辺部における強度が前記格子の中心における強度と同程度の大きさであるかどうかを判定すること、
    前記メトロロジープロセスを用いて検査する際に、オーバーレイ、デフォーカス及び収差の存在下で前記格子周辺部において最小強度変動があるかどうかを判定すること、
    関連する検査波長範囲に対する最適ターゲット認識のための十分な間隔が前記格子間にあるかどうかを判定すること、及び
    総格子面積が最大化されているかどうかを判定すること、
    のうちの１つ以上を含む、請求項９又は１０に記載の方法。
12. ターゲットであって、
    複数のサブ構造をそれぞれ有する複数の格子と、
    前記格子のピッチよりも実質的に小さいピッチを有する線を備えたアシストフィーチャと、を備え、
    前記格子の周辺部における測定された強度ピークを低減させるアシストフィーチャを、前記格子の周辺部に備え、
    前記ターゲットは、２つ以上の積層されたターゲット層を備え、
    底部のターゲット層は、前記積層されたターゲット層の最下層であり、前記アシストフィーチャを含み、
    上部のターゲット層は、前記積層されたターゲット層の最上層であり、オーバーレイバイアスを含み、前記アシストフィーチャを含まない、ターゲット。
13. 請求項１２に記載のターゲットを形成するフィーチャを備えた、レチクル。
    

Images