JP6967146B2 - 一組の相補的回折パターンを位置合わせする方法および関連する測定方法および装置 - Google Patents

一組の相補的回折パターンを位置合わせする方法および関連する測定方法および装置 Download PDF

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Description

［関連出願へのクロスリファレンス］
本出願は、２０１７年９月１３日に出願され、その全体が参照により本書に援用される欧州出願第１７１９０８１０．６号の優先権を主張する。
［技術分野］
本発明は、例えば、リソグラフィ技術によるデバイスの製造において使用可能な計測のための方法および装置、なら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。
リソグラフィ装置は、基板上に所望のパターンを付与するように構築された機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使用することができる。リソグラフィ装置は、例えば、パターニングデバイス（例えば、マスク）のパターン（「設計レイアウト」または「設計」とも呼ばれる）を、基板（例えばウェハ）上に設けられた放射感応性材料（レジスト）の層に投影することができる。
基板上にパターンを投影するために、リソグラフィ装置は電磁放射を使用することができる。この放射の波長は、基板上に形成できるフィーチャの最小サイズを決定する。現在使用されている代表的な波長は、３６５ｎｍ（ｉ線）、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１３．５ｎｍである。４〜２０ｎｍの範囲内、例えば６．７ｎｍまたは１３．５ｎｍの波長を有する極端紫外線（ＥＵＶ）放射を使用するリソグラフィ装置を用いて、例えば波長１９３ｎｍの放射を使用するリソグラフィ装置よりも小さいフィーチャを基板上に形成することができる。
低ｋ１リソグラフィを使用して、リソグラフィ装置の古典的な解像限界よりも小さい寸法のフィーチャを処理することができる。このようなプロセスでは、解像度の式はＣＤ＝ｋ１×λ／ＮＡとして表すことができる。ここで、λは使用する放射の波長、ＮＡはリソグラフィ装置の投影光学系の開口数、ＣＤは「限界寸法」（通常、印刷される最小のフィーチャサイズであるが、この場合はハーフピッチ）およびｋ１は経験的な解像度係数である。一般に、ｋ１が小さいほど、特定の電気的機能と性能を実現するために回路設計者が計画した形状と寸法に似たパターンを基板に再現することが難しくなる。これらの困難を克服するために、高度な微調整ステップをリソグラフィ投影装置および／または設計レイアウトに適用することができる。これらには、たとえば、ＮＡの最適化、カスタマイズされた照明スキーム、位相シフトパターニングデバイスの使用、設計レイアウトにおける光学近接効果補正（ＯＰＣ：optical proximity correction、「光学補正およびプロセス補正」とも呼ばれる）などの設計レイアウトのさまざまな最適化、または一般に「解像度向上技術」（ＲＥＴ：resolution enhancement techniques）として定義されている他の方法が含まれるが、これらに限定されない。あるいは、リソグラフィ装置の安定性を制御するための厳しい制御ループを使用して、低ｋ１でのパターンの再現を改善することができる。
既知の計測技術では、オーバーレイ測定結果は、ターゲットを特定の条件下で２回測定し、ターゲットを回転させるか、照明モードまたはイメージングモードを変更して、−１次と＋１次の回折次数強度を個別に取得する。特定のターゲットに対する強度の非対称性、これらの回折次数強度の比較は、ターゲットの非対称性の測定値、つまりターゲットの非対称性を提供する。このターゲットの非対称性は、オーバーレイの指標（２つの層の望ましくない位置ずれ）として使用できる。
可視測定放射を使用してターゲットの暗視野画像を生成するいくつかの計測装置では、強度の非対称性は、通常、関心領域にわたって平均化された強度値から決定される。しかしながら、これは、特に測定放射が２つ以上の波長を含む場合、ＥＵＶ測定放射および低い開口数を有する投影光学系を使用するより最近の計測装置では実用的ではない。これらのような計測ツールで測定信号を平均化することは、回折次数に含まれる情報が平均化されて失われることを意味する。対象のパラメータに対する感度を向上するために複数の波長が測定され、この感度は、すべての波長にわたって平均化することにより大幅に低下する。しかし、これらのような計測デバイスの場合、検出器にわたって大きな強度勾配が生じる傾向がある。大きな強度勾配は、強度値をサブピクセルベースで比較できるように、測定された回折パターンの正確なアライメント（サブピクセルアライメントなど）が重要であることを意味する。
サブピクセル比較のために回折パターンを位置合わせする改善された方法が開示される。
本発明の第１の態様では、第１の相補的回折パターンおよび第２の相補的回折パターンを含む一組の相補的回折パターンを位置合わせする方法が提供される。前記一組の相補的回折パターンは、リソグラフィプロセスによって形成された構造への計測プロセスの実行から得られる。当該方法は、一組の相補的回折パターンを位置合わせするために少なくとも細かいアライメント段階を実行することを含む。細かいアライメント段階は、検出器領域の少なくとも一部にわたって第１の相補的回折パターンの測定値を補間することと、第２の相補的回折パターンの平行移動および回転の一方または両方によって、第２の相補的回折パターンの測定値と第１の相補的回折パターンの補間からの対応する補間値との間の残差を最小化することと、を含む。
本発明の第２の態様では、リソグラフィプロセスで基板上に形成された構造の対象のパラメータを測定する方法が提供される。この方法は、測定放射で構造を照明することと、構造による測定放射の回折に続いて相補的な一組の回折次数を検出し、第１の相補的回折パターンおよび第２の相補的回折パターンを含む一組の相補的回折パターンを得ることと、第１の態様の方法を実行することにより、一組の相補的な回折パターンを位置合わせすることと、１つ以上の位置合わせされた測定値の組の比較により対象のパラメータの値を決定し、測定値の各組は前記第１の相補的回折パターンの前記測定値の１つと前記第２の相補的回折パターンの前記測定値の１つを含む。
本発明の第３の態様では、計測装置が提供される。この装置は、基板の支持体であって、前記基板はリソグラフィプロセスを使用してその上に形成された構造を有する支持体と、前記構造を測定放射で照明するための光学システムと、構造によって散乱された測定放射を検出するための検出器と、第１の態様の方法を実行するように、および／または第２の態様の方法を実行するために当該計測装置を制御するように構成されたプロセッサと、を備える。
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して、例としてのみ説明される。
リソグラフィ装置の概略図である。 リソグラフィセルの概略図である。 半導体製造を最適化するための３つの主要技術間の連携を表す、全体的なリソグラフィの概略図である。 ＥＵＶ放射を使用する計測方法を概略的に示す図である。 本発明の実施形態に係るＥＵＶ計測装置を概略的に示す図である。 複数の格子ターゲットの既知の形態および基板上の測定スポットの輪郭を示す図である。 本発明の実施形態に係る、リソグラフィプロセスで形成された構造への計測プロセスの実行から得られた相補的な画像を位置合わせする方法を説明するフローチャートを示す図である。 図８（ａ）〜８（ｃ）は、図７のフローチャートに示されている粗いアライメント段階のステップを概念的に示す図である。 図９（ａ）〜９（ｃ）は、図７のフローチャートに示されている細かいアライメント段階のステップを概念的に示す図である。
本明細書では、「放射線」および「ビーム」という用語は、紫外線（例えば、波長が３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍ）およびＥＵＶ（極端紫外線放射、例えば、約５〜１００ｎｍの範囲の波長を有する）を含むすべてのタイプの電磁放射線を包含するために使用される。
本明細書で使用される「レチクル」、「マスク」または「パターニングデバイス」という用語は、入射放射ビームに基板の目標部分に作成されるべきパターンに対応するパターン化された断面を与えるために使用できる一般的なパターニングデバイスを指すと広く解釈され得る。「ライトバルブ」という用語もこの文脈で使用できる。標準的なマスク（透過型または反射型、バイナリ、位相シフト、ハイブリッドなど）に加えて、他のこのようなパターニングデバイスの例には以下のものがある。
−プログラマブルミラーアレイ。そのようなミラーアレイに関するさらなる情報は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，２９６，８９１号および第５，５２３，１９３号に示されている。
−プログラマブルＬＣＤアレイ。このような構造の例は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，２２９，８７２号に示されている。
図１は、リソグラフィ装置ＬＡを概略的に示す。このリソグラフィ装置ＬＡは、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射、ＤＵＶ放射またはＥＵＶ放射）を調整するよう構成される照明システム（イルミネータとも呼ばれる）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するよう構築され、特定のパラメータにしたがってパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めするよう構成される第１位置決め装置ＰＭに接続されるサポート構造（例えばマスクテーブル）Ｔと；基板（例えばレジストコートされたウェハ）Ｗを保持するよう構築され、特定のパラメータにしたがって基板を正確に位置決めするよう構成される第２位置決め装置ＰＷに接続される基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴと；パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば一以上のダイを含む）目標部分Ｃに投影するよう構成される投影システム（例えば屈折型投影レンズシステム）ＰＳと、を含む。
動作中、イルミネータＩＬは、例えばビームデリバリシステムBDを介して、放射源ＳＯからビームを受け取る。照明システムＩＬは、放射を方向付け、放射を成形し、または放射を制御するための屈折型、反射型、磁気型、電磁気型、静電型あるいは他の形式の光学素子といった各種光学素子またはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。イルミネータＩＬは、パターニングデバイスＭＡの平面におけるその断面において所望の空間および角度強度分布を有するように放射ビームＢを調整するために使用されてもよい。
本明細書において使用する「投影システム」ＰＳという用語は、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、アナモルフィック光学システム、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」ＰＳという用語と同義と見なすことができる。
リソグラフィ装置は、投影システムと基板の間の隙間を埋めるように、基板の少なくとも一部が比較的高屈折率を有する液体（例えば水）により覆われる形式の装置であってよい。これは、液浸リソグラフィとも呼ばれる。液浸技術の詳細については、米国特許第６，９５２，２５３号および国際特許公開第ＷＯ９９−４９５０４号に記載されており、これらは参照により本明細書に組み込まれる。
リソグラフィ装置ＬＡはまた、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブルＷＴと、例えば２つ以上のサポート構造Ｔ（図示せず）とを有するタイプのものであってもよい。 そのような「多段の」マシンでは、追加のテーブル／構造を並行して使用したり、1つ以上の他のテーブルを使用して基板ＷにパターニングデバイスＭＡの設計レイアウトを露光しながら、１つ以上のテーブルで準備ステップを実行したりできる。
動作中、放射ビームＢは、サポート構造（例えばマスクテーブルＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスＭＡによりパターン化される。マスクＭＡの通過後、放射ビームＢはビームを基板Ｗの目標部分Ｃに合焦させる投影システムＰＳを通過する。第２位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２Ｄエンコーダまたは静電容量センサ）の助けを借りて、放射ビームＢの経路上に異なる目標部分Ｃが位置するように基板テーブルＷＴを正確に移動できる。同様に、第１位置決め装置ＰＭおよび場合により別の位置センサ（図１には明示されていない）は、放射ビームＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めするために用いることができる。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示の基板アライメントマークは専用のターゲット部分を占めるが、それらはターゲット部分の間のスペースに配置されてもよい（これらは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）。
図２に示されるように、リソグラフィ装置ＬＡは、たまにリソセルまたは（リソ）クラスタとも称され、しばしば基板Ｗ上での露光前および露光後プロセスを実行するための装置も含むリソグラフィシセルＬＣの一部を形成してよい。従来、これらは、例えば基板Ｗの温度を調整するため、例えばレジスト層の溶剤を調整するために、レジスト層を堆積させるスピンコート装置ＳＣ、露光されたレジストを現像する現像装置ＤＥ、冷却プレートＣＨ、およびベークプレートＢＫを含む。基板ハンドラまたはロボットＲＯは、基板Ｗを入力／出力ポートＩ／Ｏ１，Ｉ／Ｏ２から取り出し、それらを異なるプロセス装置間で基板を移動させ、リソグラフィ装置ＬＡのローディングベイＬＢに基板Ｗを運ぶ。リソセルの装置（しばしば集合的にトラックとも称される）は、通常はトラック制御ユニットＴＣＵの制御下にあり、ＴＣＵ自体は監視制御システムＳＣＳにより制御され、ＳＣＳは例えばリソグラフィ制御ユニットＬＡＣＵを介してリソグラフィ装置ＬＡを制御してもよい。
リソグラフィ装置ＬＡによって露光された基板Ｗを正確かつ一貫して露光するために、基板を検査して、後続の層間のオーバーレイエラー、線幅、限界寸法（ＣＤ）などのパターン構造の特性を測定することが望ましい。この目的のために、検査ツール（図示せず）をリソセルＬＣに含めることができる。エラーが検出された場合、たとえば、特に同じバッチまたはロットの他の基板Ｗがまだ露光または処理される前に検査がなされる場合には、後続の基板の露光または基板Ｗで実行される他の処理ステップを調整することができる。
計測装置と呼ばれることもある検査装置は、基板Ｗの特性、特に、異なる基板Ｗの特性がどのように変化するか、または同じ基板Ｗの異なる層に関連する特性が層ごとにどのように変化するかを決定するために使用される。あるいは、検査装置は、基板Ｗ上の欠陥を特定するように構成されてもよく、例えば、リソセルＬＣの一部であってもよく、またはリソグラフィ装置ＬＡに統合されてもよく、または独立型（スタンドアロン）の装置であってもよい。検査装置は、潜像（露光後のレジスト層の画像）、または半潜像（後露光ベークステップＰＥＢ後のレジスト層の画像）、または現像されたレジスト画像（レジストの露光部分または非露光部分が除去された画像）、またはエッチングされた画像（エッチングなどのパターン転写ステップ後）の特性を測定することができる。
通常、リソグラフィ装置ＬＡでのパターニングプロセスは、基板Ｗ上の構造のディメンジョニングおよび配置の高精度を必要とする処理における最も重要なステップの１つである。この高精度を保証するために、図３に概略的に示すように、３つのシステムをいわゆる「全体的な」統制環境で組み合わせることができる。これらのシステムの１つは、計測ツールＭＴ（２番目のシステム）とコンピュータシステムＣＬ（３番目のシステム）に（実質的に）接続されているリソグラフィ装置ＬＡである。そのような「全体的な」環境の鍵は、これら３つのシステム間の連携を最適化してプロセスウィンドウ全体を強化し、リソグラフィ装置ＬＡによって実行されるパターニングがプロセスウィンドウ内にとどまることを保証する厳密な制御ループを提供することである。プロセスウィンドウは、特定の製造プロセスが定義された結果（機能的半導体デバイスなど）を生成する一連のプロセスパラメータ（たとえば、ドーズ、フォーカス、オーバーレイ）、通常、その範囲内でリソグラフィプロセスまたはパターニングプロセスのプロセスパラメーターが変化を許可される、を定義する。
コンピュータシステムＣＬは、パターン化される設計レイアウト（の一部）を使用して、どの解像度向上技術を使用するかを予測し、計算機によるリソグラフィシミュレーションおよび計算を実行して、どのマスクレイアウトおよびリソグラフィ装置設定がパターニングプロセスの最大の全体的なプロセスウィンドウを達成するかを決定することができる（図３において第１スケールＳＣ１の二重矢印で示されている）。通常、解像度向上技術は、リソグラフィ装置ＬＡのパターニングの可能性に一致するように構成される。コンピュータシステムＣＬはまた、例えば次善の処理によって欠陥が存在するかどうかを予測するために、プロセスウィンドウ内のどこでリソグラフィ装置ＬＡが現在動作しているか（例えば、計測ツールＭＴからの入力を使用して）を検出するために使用されてもよい（図３において第２スケールＳＣ２の「０」を指す矢印で示されている)。
計測ツールＭＴは、コンピュータシステムＣＬに入力を提供して、正確なシミュレーションおよび予測を可能にすることができ、リソグラフィ装置ＬＡにフィードバックを提供して、例えばリソグラフィ装置ＬＡの較正状態にいて起こり得るドリフトを特定することができる（図３において第３スケールＳＣ３の複数の矢印で示されている）。
リソグラフィプロセスでは、例えばプロセス制御および検証のために、作成された構造の測定を頻繁に行うことが望ましい。このような測定を行うためのツールは、通常、計測ツールＭＴと呼ばれる。そのような測定を行うための様々なタイプの計測ツールＭＴ、走査型電子顕微鏡または様々な形態のスキャトロメータ計測ツールＭＴが含まれる、が知られている。スキャトロメータは、瞳またはスキャトロメータの対物レンズの瞳との共役面にセンサを有することにより（通常は瞳ベースの測定と呼ばれる測定）、または像平面または像平面との共役面にセンサを有することにより、リソグラフィプロセスのパラメータの測定（この場合、測定は、通常、画像またはフィールドベースの測定と呼ばれる）を可能とする汎用性の高い機器である。このようなスキャトロメータおよび関連する測定技術は、参照により全体が本明細書に組み込まれる、特許出願ＵＳ２０１００３２８６５５号、ＵＳ２０１１１０２７５３Ａ１号、ＵＳ２０１２００４４４７０Ａ号、ＵＳ２０１１０２４９２４４号、ＵＳ２０１１００２６０３２号またはＥＰ１，６２８，１６４Ａ号にさらに記載されている。上述のスキャトロメータは、軟Ｘ線からの光および可視から近赤外の波長範囲の光を使用して格子を測定することができる。
第１の実施形態では、スキャトロメータＭＴは、角度分解スキャトロメータである。そのようなスキャトロメータでは、回折格子の特性を再構成または計算するために、測定された信号に再構成法を適用することができる。そのような再構成は、例えば、散乱放射線とターゲット構造の数学的モデルとの相互作用をシミュレーションし、シミュレーション結果を測定結果と比較することから生じ得る。数学的モデルのパラメータは、シミュレートされた相互作用が実際のターゲットから観察されたものと同様の回折パターンを生成するまで調整される。
第２の実施形態では、スキャトロメータＭＴは分光スキャトロメータＭＴである。そのような分光スキャトロメータＭＴでは、放射源から放出された放射はターゲットに向けられ、ターゲットからの反射または散乱放射は、正反射性の反射放射のスペクトルを測定する（つまり、波長の関数としての強度の測定）スペクトロメータ検出器に向けられる。このデータから、例えば厳密結合波解析と非線形回帰により、またはシミュレーションされたスペクトルのライブラリとの比較により、検出されたスペクトルを生じさせるターゲットの構造またはプロファイルを再構築できる。
第３の実施形態では、スキャトロメータＭＴは、エリプソメトリックスキャトロメータである。エリプソメトリックスキャトロメータは、各偏光状態の散乱放射を測定することにより、リソグラフィプロセスのパラメータを決定することを可能にする。そのような計測装置は、例えば、計測装置の照明セクションに適切な偏光フィルタを使用することにより、（直線、円、または楕円などの）偏光を放出する。計測装置に適した放射源は、偏光放射も提供してもよい。既存のエリプソメトリックスキャトロメータの様々な実施形態は、米国特許出願第１１／４５１，５９９号、第１１／７０８，６７８号、第１２／２５６，７８０号、第１２／４８６，４４９号、第１２／９２０，９６８号、第１２／９２２，５８７号、第１３／０００，２２９号、第１３／０３３，１３５号、第１３／５３３，１１０号および第１３／８９１，４１０号に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
＜ＥＵＶ分光反射率測定法＞
図４はＥＵＶ計測方法を示し、図５はＥＵＶ計測装置３００を示す。この装置は、図１の製造システムで処理される基板Ｗのパラメータを測定するためのＥＵＶ計測装置２４４の例として使用できる。ＥＵＶ計測装置によって使用される放射は、０．１から１００ｎｍの波長範囲、または任意選択で１から１００ｎｍの波長範囲、または任意選択で１から５０ｎｍの波長範囲、または任意選択で１０〜２０ｎｍの波長範囲の放射を含む。
図４では、ターゲットＴは、球形基準座標系の原点に一次元格子構造を含むものとして概略的に表されている。軸Ｘ，Ｙ，Ｚは、ターゲットを基準にして定義される。（もちろん、任意の座標系を原則として定義でき、各コンポーネントは独自のローカルな基準座標系を持つことができる。これは、示されているものを基準にして定義できる。）ターゲット構造の周期Ｄの方向は、Ｘ軸に合わせられている。図面は真の透視図ではなく、概略図にすぎない。Ｘ−Ｙ平面は、ターゲットおよび基板の平面であり、明確にするために、観察者に向かって傾斜して示されており、円３０２の斜め図によって表されている。Ｚ方向は、基板に垂直な方向Ｎを定義する。図４では、入射光線の１つに符号３０４付されており、これは角度αのかすめ入射である。この例では、入射光線３０４（および放射スポットＳを形成するすべての入射光線）は、実質的にＸＺ平面に平行な平面、すなわち、方向ＤおよびＮを定義し、円３０６によって表される平面にある。ターゲットＴの周期構造によって散乱されない反射光線３０８は、仰角αで、図のターゲットの右側に向かって現れる。
分光反射率測定を実行するために、光線３０８および他の反射光線は、異なる波長の光線を含むスペクトル３１０に分解される。スペクトルは、例えば、かすめ入射回折格子３１２を使用して生成され得る。スペクトルは、スペクトル検出器３１３によって検出される。例えばピクセルのアレイを有するＣＣＤ画像検出器であり得るこのスペクトル検出器３１３は、スペクトルを電気信号に変換し、最終的には分析用のデジタルデータに変換する。
スペクトル３１０に加えて、より高い（非ゼロ）回折次数３５２（例えば、少なくとも＋１次および−１次、および場合により他のより高い次数）は、回折次数検出器３５０を使用して検出され得る。ここでは１つの次数検出器３５０が示されているが、たとえば、＋１次に対しては第１の高次検出器、−１次に対しては第２の高次検出器というように、２つ以上の高次検出器が使用されてもよい。回折次数検出器３５０は、例えば、ピクセルのアレイを有するＣＣＤ画像検出器であってもよい。
実用的なシステムでは、放射３０４のスペクトルは、分析を妨害するであろう時間変動を受ける可能性がある。検出されたスペクトル３１０および／またはより高い回折次数３５２をこれらの変動に対して正規化するために、基準スペクトルは基準スペクトル検出器３１４によって捕捉される。基準スペクトルを生成するために、ソース放射３１６は別の回折格子３１８によって回折される。回折格子３１８の０次反射光線は入射光線３０４を形成し、回折格子３１８の１次回折光線３２０は、基準スペクトル検出器３１４によって検出された基準スペクトルを形成する。基準スペクトルを表す電気信号およびデータは、分析で使用するために得られる。
入射角αの１つまたは複数の値について得られた測定スペクトル３１０および／またはより高い回折次数３５２から、ターゲット構造Ｔの特性の測定値を、以下でさらに説明する方法で計算することができる。
図５を参照すると、図４の方法によって基板Ｗ上に形成された計測ターゲットＴの特性を測定するためのＥＵＶ計測装置３００が提供されている。様々なハードウェア構成要素が概略的に示されている。これらの構成要素の実際の実装は、周知の設計原理に従って、既存の構成要素と特別に設計された構成要素とを混合する当業者によって実行することができる。記載される他の構成要素に対して所望の位置および方向で基板を保持するために、支持体（詳細は示されていない）が提供される。放射源３３０は、照明システム３３２に放射を提供する。照明システム３３２は、ターゲットＴ上に集束照射スポットを形成する光線３０４によって表されるＥＵＶ測定放射のビームを提供する。照明システム３３２はまた、基準スペクトル３２０を基準スペクトル検出器３１４に提供する。構成要素３１２、３１３などは、スペクトル検出システム３３３と都合よく考えることができる。
この例の基板Ｗは、光線３０４の入射角αを調整できるように、および／または基板Ｗのｘ，ｙ，ｚ位置を調整できるように、位置決めシステム３３４を有する可動支持体に取り付けられる。この例では、放射源３３０および照明システム３３２を静止させたまま、基板Ｗを傾けて入射角を変化させることが便宜上選択されている。反射光線３０８を捕捉するために、検出システム３３３は、さらなる可動支持体３３６を備え、それにより、静止照明システムに対して角度２α、または基板に対して角度αだけ移動する。反射率測定のかすめ入射レジームでは、図のように、基板の平面を参照して入射角αを定義すると便利です。もちろん、これは、入射光線Ｉの入射方向と基板に垂直な方向Ｎとの間の角度として等しく定義することができる。
放射の集束スポットＳが配置される位置に各ターゲットＴを持って行くために、図示されていない追加のアクチュエータが設けられる。（別の見方をすると、ターゲットが配置されている位置にスポットを持って行く。）実際のアプリケーションでは、単一の基板上で測定される一連の個々のターゲットまたはターゲット位置があり、一連の基板の場合もある。原理上は、照明システムと検出器３１３，３５０が静止しているときに基板とターゲットを移動して向きを変えるかどうか、照明システムと検出器３１３，３５０が移動しているときに基板が静止するかどうか、または相対運動のさまざまな構成要素がこれらの技術の組み合わせによって達成されるかどうかは、重要ではない。本開示は、これらすべての変形を包含する。
図４を参照して既に説明したように、ターゲットＴおよび基板Ｗによって反射された放射は、スペクトル検出器３１３に衝突する前に、異なる波長の光線のスペクトル３１０に分割される。スペクトル検出器３１３および／または回折次数検出器３５０は、例えば、位置敏感型ＥＵＶ検出器、典型的には検出器要素のアレイを含む。いずれの場合も、アレイは線形アレイであってもよいが、実際には、要素（ピクセル）の２次元アレイが提供されてもよい。スペクトル検出器３１３および／または回折次数検出器３５０は、例えば、ＣＣＤ（電荷結合デバイス）画像センサであってよい。
プロセッサ３４０は、検出器３５０、３１３、および３１４から信号を受信する。特に、スペクトル検出器３１３からの信号ＳＴはターゲットスペクトルを表し、回折次数検出器３５０からの信号ＳＦは高次回折パターンを表し、検出器３１４からの信号ＳＲは基準スペクトルを表す。プロセッサ３４０は、ターゲットスペクトルから基準スペクトルを差し引いて、放射源スペクトルの変動に対して正規化された、ターゲットの反射スペクトルを得ることができる。１つまたは複数の入射角の結果として得られる反射スペクトルは、プロセッサで使用され、ターゲットのプロパティの測定値（ＣＤまたはオーバーレイなど）を計算する。同様に、プロセッサ３４０は、より高次の回折次数パターン（スペクトル）３５２から基準スペクトルを差し引いて、放射源スペクトルの変動に対して正規化されたより高次の回折パターンを得ることができる。これらのより高い回折次数パターン３５２を強度非対称測定で比較して、ターゲットの特性の測定、例えばオーバーレイまたはフォーカスを計算することができる。
実際には、放射源３３０からの放射は、一連の短いパルスで提供されてもよく、信号ＳＲおよびＳＴは、各パルスに対して一緒に捕捉されてもよい。この入射角でのこのターゲットの全反射スペクトルに集約される前に、個々のパルスごとの差分信号が計算される。このようにして、パルス間の放射源スペクトルの不安定性が修正される。パルスレートは、毎秒数千、または数万（ヘルツ）でさえあり得る。１つの反射スペクトルを測定するために集約されたパルスの数は、例えば、数十または数百であり得る。非常に多くのパルスがあっても、物理的な測定には、ほんの1秒しかかからない。
このＥＵＶ分光反射率測定を半導体製造の計測に適用すると、小さな格子計測ターゲットを使用することができる。かすめ入射角αをさまざまな異なる値に設定しながら、検出器３５０、３１３および３１４を使用して複数の回折スペクトルが捕捉される。スペクトル検出器３１３によって検出されたスペクトルおよびターゲット構造の数学的モデルを使用して、再構成計算を実行して、ＣＤおよび／または対象となる他のパラメータの測定に到達することができる。代替的にまたは追加的に、回折次数検出器３５０によって検出された相補的なより高い回折次数を比較して、ターゲット構造の非対称性を決定し、したがって、ターゲットの特性に応じて、オーバーレイ、フォーカス、または線量などの１つ以上の関連するパラメータを決定する。
スキャトロメータＭＴの一実施形態では、スキャトロメータＭＴは、反射スペクトルおよび／または検出構成の非対称性を測定することにより、２つの正しく位置合わせされていない格子または周期構造のオーバーレイを測定するように構成される。非対称性は、オーバーレイの程度に関連する。２つの（典型的には重なり合う）格子構造は、２つの異なる層（必ずしも連続した層である必要はない）に適用されてもよく、ウェハ上の実質的に同じ位置に形成されてもよい。スキャトロメータは、例えば共同所有の特許出願ＥＰ１，６２８，１６４Ａに記載されるように、非対称性を明確に区別できるよう対称的な検出構成を有することができる。これにより、回折格子のミスアライメントを簡単に測定できる。周期構造の非対称性を介して測定されるターゲットとして周期構造を含む２つの層の間のオーバーレイエラーを測定するためのさらなる例は、国際特許出願公開番号第ＷＯ２０１１／０１２６２４号または米国特許出願第ＵＳ２０１６０１６１８６３号に見いだすことができ、これらは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
図６は、オーバーレイを測定するために使用することができるような、基板Ｗ上の例示的な計測ターゲットＴを示す。ターゲットＴは、主にレジストにリソグラフィプロセスによって形成されるが、例えばエッチングプロセス後にも形成される、複合格子またはサブターゲット３２、３３、３４、３５の集合を含むことができる。オーバーレイアプリケーションの場合、サブターゲット３２，３３，３４，３５は、同じウェハの異なるが必ずしも連続していない層の同じ位置に形成された一組の類似の回折格子であってよい。計測装置は、オーバーレイ測定として知られている、これら２つの重なり合う回折格子間のミスアライメントを測定する。一実施形態では、ターゲットＴは、適切なスキャトロメータを使用して、暗視野測定用に設計されてもよい。暗視野ターゲットは、通常、利用可能な照明スポット３１よりも小さくなる（通常のターゲットは５×５ミクロンの正方形であり、照明スポットの直径は３５マイクロメートルである）。したがって、同時に測定できる複数のオーバーレイサブターゲット３２，３３，３４，３５を使用するのに十分なスペースがあり、複数の機能の測定が可能となる。サブターゲット３２，３３，３４，３５は、Ｘ方向とＹ方向に入射する放射を回折するために、図示のように向きが異なってよい。示されている特定の例では、サブターゲット３２および３４は、それぞれ＋ｄ、−ｄのバイアスを持つＸ方向のサブターゲットであり、サブターゲット３３および３５は、オフセット＋ｄおよび−ｄを持つＹ方向のサブターゲットである。あるいは、一方向のみの測定では、サブターゲットの半分、つまりその方向に対応するサブターゲットのみが必要になる。４つのサブターゲットが示されているが、別の実施形態は、所望の精度を得るために、より大きなマトリックスを含んでもよい。たとえば、９つの複合サブターゲットの３×３アレイは、−４ｄ、−３ｄ、−２ｄ、−ｄ、０、＋ｄ、＋２ｄ、＋３ｄ、＋４ｄのバイアスを有してよい。これらのサブターゲットの個別の画像は、検出システムによってキャプチャされた画像で識別できる。
一実施形態では、次いで、ターゲットの非対称性、したがって、例えばオーバーレイを決定することができる。これは、画像処理プロセッサとコントローラを使用して、各周期構造３２〜３５の＋１次および−１次（または他の相補的な高次）に対して得られた強度値を比較して、それらの強度の差、すなわち強度の非対称性を特定する。「差」という用語は、減算のみを指すことを意図していない。差は、比率の形式または和の形式で計算されてもよい。複数の周期構造に対して測定された強度の非対称性は、妥当な場合、それらの周期構造のオーバーレイバイアスの知識とともに使用され、ターゲットＴの近くのリソグラフィプロセスの1つ以上の性能パラメータを計算する。関心のある性能パラメータはオーバーレイである。焦点および／または線量など、リソグラフィプロセスの他の性能パラメータを計算することができる。１つまたは複数の性能パラメータは、リソグラフプロセスの改善のためにフィードバックされ、スキャトロメータ自体の測定および計算プロセスを改善するために使用され、たとえばターゲットＴの設計を改善するために使用され得る。
より具体的には、例えば全体が参照により本明細書に組み込まれる国際特許出願公開第ＷＯ２０１１／０１２６２４号または米国特許出願第ＵＳ２０１６０１６１８６３号に記載された方法を用いて、サブターゲット３２〜３５を含む２つの層の間のオーバーレイを、以下のステップを含む方法によって測定することができる。最初のステップでは、基板、たとえば半導体ウェハが、図２のリソグラフィセルを介して１回以上処理され、周期構造３２〜３５を含むターゲットを含む構造が作成される。次のステップでは、周期構造３２〜３５からの第１の回折パターンが、１次回折ビームの一方（例えば−１）を使用して得られる。一実施形態では、第１の照明モードが使用される。次に、例えば、照明モードを変更することによって、またはイメージングモードを変更することによって、または計測装置の視野内で基板Ｗを１８０°回転させることによって、他方の１次回折ビーム＋１を用いて周期構造からの第２の回折パターンが得られる。その結果、＋１次の回折放射線が第２の画像に取り込まれる。一実施形態では、照明モードが変更され、第２の照明モードが使用される。一実施形態では、ＴＩＳ（Tool Induced Shift）のようなツールに起因するアーチファクトは、０°および１８０°の基板方位で測定を行うことによって除去することができる。次に、例えば、各サブターゲットの回折パターン内の強度レベルの差を計算することにより、第１および第２の回折パターンが比較される。
オーバーレイ計測における重要な考慮事項は、ターゲットから散乱された光がオーバーレイ情報だけでなく、プロセスによって引き起こされる構造的非対称性の程度に関する情報も含むことである。プロセスによって引き起こされる構造的非対称性の寄与は、オーバーレイなどの対象の正確な測定に有害であると見なされることがよくある。参照により全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願第１５／１３３，８６６号、第１４／９０６，８９６号、第１３／７９９，６７３号、第１３／１８１，９３２号、第６２／４２０，３７５号は、測定された強度に対するプロセス起因の非対称性の寄与を区別する方法を含む。
方程式では、プロセスによって引き起こされる非対称性の寄与がない場合のオーバーレイＯＶＥと強度非対称性Ａの関係は、次のように仮定される。
Figure 0006967146
ここで、オーバーレイＯＶＥは、ターゲットピッチＰが角度２πラジアンに対応するようなスケールで表される。すでに説明したように、異なる既知のバイアス（＋ｄと−ｄなど）を持つ回折格子の２つの測定値を使用することにより、オーバーレイＯＶＥは次のように計算できる。
Figure 0006967146
プロセスによって引き起こされる非対称性の寄与、たとえば下部格子の非対称性を導入する第１の効果は、式（１）の「理想的な」正弦曲線が適用されなくなることである。しかしながら、少なくともおおよそ、下部格子の非対称性または他のプロセスによって引き起こされる非対称性は、強度シフト項Ｋ０および位相シフト項Φを強度非対称性Ａ±ｄに追加する効果を有する。この強度シフト項Ｋ０と位相シフト項Φは、ターゲットと、測定放射の波長および／または偏光および／または入射角などの測定放射の選択された特性との組み合わせに依存し、プロセス変動に敏感である。方程式では、オーバーレイの計算に使用される関係は次のようになる。
Figure 0006967146
他の方法では、位相シフト項Φを無視して、強度シフト項Ｋ０のみを修正するだけで十分な場合がある。いずれの場合でも、オーバーレイＯＶＥを計算するには、これらの追加の項をキャンセルまたは修正できるように、たとえば異なるバイアスのある追加のサブターゲットの追加の測定および／または異なる特性の測定放射を使用することが必要になる。追加のサブターゲットを使用することは、追加のサブターゲット用のレチクル／基板領域がさらに必要になるため、魅力的ではない。したがって、図６に関連して既に説明したような計測装置は、たとえば、異なる波長および／または偏光および／または入射角を有する２つ以上の特性を有する測定放射を使用してターゲットを測定するように構成され得る。そのような装置は、例えば広帯域または複数の波長の測定放射を使用して、異なる特性を有する測定放射で同時に複数の測定を行うことができ、それにより測定時間を短縮することができる。
前述の先願の特許出願に記載されているものなどの暗視野計測装置では、強度の非対称性測定は、各サブターゲットの関心領域にわたる平均強度値を使用して実行される。これは、非ＥＵＶ（可視など）の波長測定放射線の場合、特に一度に単一波長の放射を使用して測定を行う場合に実用的である。しかしながら、ＥＵＶ測定放射、特に複数の波長のＥＵＶ測定放射を使用する場合、関心領域にわたる強度を平均化することは非現実的になる。ＥＵＶ計測デバイス内の投影光学系の開口数（ＮＡ）は低く、検出された画像にわたって強度勾配が大きくなるため、ピクセルごとの強度のばらつきが大きくなる。さらに、異なる波長の回折次数は、ほんの少ししか分離されないため、重複する（たとえば、重複するガウステールを有する）。
このため、比較される（対応する高次からの）２つの相補的な回折パターンは、非常に正確に、たとえばサブピクセル精度内に位置合わせする必要がある。理想的には、アライメントはピクセルの１００分の１程度の精度である必要がある。次に、サブピクセルベースで２つの画像内の対応するピクセルを比較できる。そのようにして、画像を位置合わせする方法が提案されている。
第１の相補的画像または第１の相補的回折パターン（例えば回折次数検出器３５０によって測定されるような例えば正の回折次数）と、第２の相補的画像または第２の相補的回折パターン（例えば回折次数検出器３５０によって測定されるような例えば負の回折次数）とを含む一組の相補的画像または回折パターンを位置合わせする方法が開示される。ここで、前記一組の相補的回折パターンは、リソグラフィプロセスで形成された構造への計測プロセスの実行から得られる。この方法は、（例えば主成分分析（ＰＣＡ）により）一組の相補的回折パターンの配向軸を決定し、一組の相補的回折パターンをピクセル以上の精度内に位置合わせするために、粗いアライメント段階を実行することと、一組の相補的回折パターンをサブピクセル精度内に位置合わせするために、細かいアライメント段階を実行することを含む。
細かいアライメント段階は、相補的回折パターン（例えば、第１の相補的回折パターン）の１つについて検出器にわたって強度変動を補間することと、第２の相補的回折パターンの各サンプル点で２つの相補的回折パターン間のアライメントエラーを計算することと、非線形ソルバー（non-linear solver）を使用して、第２の相補的回折パターンの回転および／または移動によってこのエラーを最小化することと、を含むことができる。次に、提案された方法を、図７図８および図９と組み合わせてより詳細に説明する。
図７は、提案された方法のフローチャートであり、図８は、本方法の粗いアライメント段階を概念的に示している。最初に図７を参照すると、粗いアライメント段階７００は、例えば構造を照明し、相補的なより高い回折次数を検出することによって構造の測定を行うことによって、２つの相補的回折パターンを取得するステップ７０５で始まる。図８（ａ）は、ステップ７０５の結果を、検出器で検出された２つの相補的回折パターン８００ａ、８００ｂとして示す。この例では、第１の相補的回折パターン８００ａは、−１次回折次数パターンの回折パターンに対応し、第２の相補的回折パターン８００ｂは、＋１次回折次数パターンの回折パターンに対応する。相補的な回折パターン８００ａ、８００ｂのそれぞれは、関心領域（それぞれ陰影を付けた楕円によって表される）内の検出器領域にわたって複数の検出された強度値を含む。
ステップ７１０で、相補的回折パターンの一方、この例では第２の相補的回折パターン８００ｂが、ピクセルグリッドに対して鏡像反転される（相補的回折パターン８００ａ、８００ｂは反対の次数からであり、したがって互いに鏡像反転するため）。これに続いて、ステップ７１５で、両方の相補的回折パターン８００ａ、８００ｂの配向軸（orientation axes）が決定される。ステップ７１５は、ＰＣＡを使用して実行することができる。より具体的には、各回折パターン８００ａ、８００ｂについて、その重心が計算され、共分散行列が回折パターンのモーメント（例えば、二次中心モーメント）に基づいて構築されてもよい。そのような共分散行列の固有ベクトルは、回折パターン強度の主軸と副軸に対応するため、各回折パターンの配向軸を決定できる。このステップの結果は、図８（ｂ）に示され、鏡像反転された第２の相補的回折パターン８００ｂ、および示された各相補的回折パターン８００ａ、８００ｂの配向軸を示す。
ステップ７２０および７２５は、相補的な回折パターン８００ａ、８００ｂの一方を他方にそれぞれ回転および平行移動することを含む。ステップ７２０と７２５の順序は重要ではない。配向軸がわかっている場合、ステップ７２０および７２５は、ほぼ単一のピクセル精度で実行するのが容易である。図８（ｃ）は、これらのステップ７２０、７２５を概念的に示し、相補的回折パターン８００ｂは、相補的回折パターン８００ａと同じ向きに回転されており、矢印は、平行移動ステップ７２５を示している。
必要なサブピクセル精度を達成するために、本方法は、次に、図９と組み合わせて説明される細かいアライメント段階７３０に進む。ステップ７３５で、相補的回折パターンの一方（この例では第１の相補的回折パターン８００ａ）の強度値による補間が実行される。これは図９（ａ）に表されている。図９（ａ）は、ライン９１０として示されている補間を用いた、第１の相補的回折パターン８００ａの検出器上のピクセル位置に対する強度の第１のプロット（−１とラベル付けされている）を含む。また、第２の相補的回折パターン８００ｂの検出器上のピクセル位置に対する強度の第２のプロット（＋１とラベル付けされている）も示されている。もちろん、ここに示されているいくつかよりもはるかに多くのサンプル点がある。
ステップ７４０で、第１の相補的回折パターン８００ａの補間９１０に対して、非補間回折パターン（第２の相補的回折パターン８００ｂ）の各サンプル点の間でアライメントエラーＥｒが計算される。したがって、アライメントエラーＥｒは、サンプル点での第２の相補的回折パターン８００ｂの測定強度と、第１の相補的回折パターン８００ａの補間９１０による対応する点での推定強度との間の残差を含み得る。ステップ７４０は、図９（ｂ）により表されている。図９（ｂ）は、同じ軸上の図９（ａ）のプロットと、第２の相補的回折パターン８００ｂのサンプル点の１つについて示されるアライメントエラーＥｒを示す。第１の相補的回折パターン８００ａのサンプル点は陰影なしで示され、第２の相補的回折パターン８００ｂのサンプル点は陰影付きで示されている。
ステップ７４５では、非線形ソルバーを使用して、非補間回折パターン、すなわち第２の相補的回折パターン８００ｂの平行移動および／または回転のみを使用して、このアライメントエラーを（例えば、反復的に）最小化する。ステップ７４５の結果は図９（ｃ）に示されている。図９（ｃ）は、同じ補間曲線９１０上にある両方の相補的回折パターン８００ａ、８００ｂのサンプル点を示す。もちろん、強度非対称性測定における測定原理（このような回折に基づく回折オーバーレイ）は、相補的な回折パターン８００ａ、８００ｂ間に測定可能な強度差があり、そこからオーバーレイ（または他の関心のあるパラメータ）を決定できるという事実に依存する。したがって、相補的な回折パターン８００ａ、８００ｂの間には常に残差がある。しかしながら、この残差（アライメントエラー）が最小のとき、回折パターンのアライメントが最適になる。
本方法は、＋１次および−１次の回折次数からの回折パターンを整列させることに関して上記で説明されているが、これに限定されない。他の相補的なより高い回折次数（たとえば、＋２／−２次、＋３／−３次など）を使用できる。基本的な回折パターン位置合わせ方法を使用して、回折次数検出器３５０またはスペクトル検出器３１３で測定された検出回折パターンまたは画像を対応する基準検出回折パターン（例えば、図４および５の基準検出器３１４を使用して検出されたもの）と位置合わせすることもできる。そのようなアプリケーションでは、本方法はいくつかの実装の詳細が異なる場合がある（たとえば、検出回折パターンまたはスペクトルの１つを鏡像反転する必要がない場合がある）。しかしながら、ターゲットＴでの散乱により波長強度の変動が大きくなることが予想されるため、この方法で基準スペクトルと測定スペクトルを調整することは、より不正確になる可能性がある。
図９に示される例は１次元での補間を示すが、本明細書で説明される方法は２次元の例にも適用可能であることを理解されたい。例えば、図示されるような１次元プロットではなく、補間された強度面は、回折パターン８００ａ、８００ｂのうちの一方について得られる。次に、説明した方法で非線形ソルバーを使用して、他の回折パターンの回転および／または平行移動（おそらくサブピクセル距離に沿った）によって、強度面の対応するｘ，ｙ座標ごとにエラーを最小化する。
相補的な回折パターン８００ａ、８００ｂが位置合わせされると、それらを使用して、関心のあるパラメータ（例えば、オーバーレイ、焦点または線量）を決定することができる。複数の波長測定放射が使用される場合、複数の強度非対称測定は、回折パターンの単一の組（例えば、単一の測定または取得）から得ることができる。そのような実施形態では、回折パターンからの整列されたピクセル（またはサブピクセル）の異なる組のそれぞれの強度差が計算され、整列されたピクセルの各組は異なる波長に対応する。このようにして、例えば、オーバーレイは、測定に対するプロセスにより引き起こされる非対称性の影響をキャンセル、抑制および／または計算しながら、単一の取得から決定することができる。
多くの実施形態が後続の番号付きの項で開示される。
１．第１の相補的回折パターンおよび第２の相補的回折パターンを含む一組の相補的回折パターンを位置合わせする方法であって、前記一組の相補的回折パターンは、リソグラフィプロセスによって形成された構造への計測プロセスの実行から得られ、
当該方法は、一組の相補的回折パターンを位置合わせするために少なくとも細かいアライメント段階を実行することを含み、
細かいアライメント段階は、
検出器領域の少なくとも一部にわたって第１の相補的回折パターンの測定値を補間することと、
第２の相補的回折パターンの平行移動および回転の一方または両方によって、第２の相補的回折パターンの測定値と第１の相補的回折パターンの補間からの対応する補間値との間の残差を最小化することと、を含む方法。
２．細かいアライメント段階は、一組の相補的回折パターンをサブピクセル精度内に位置合わせする、項１に記載の方法。
３．非線形ソルバーを使用して前記残差を最小化することを含む、項１または２に記載の方法。
４．残差を最小化するステップは、第２の相補的回折パターンの測定値と第１の相補的回折パターンの補間からの対応する補間値との間の残差を計算することを含む、前項のいずれかに記載の方法。
５．残差を最小化するステップが反復的に実行される、前項のいずれかに記載の方法。
６．前記細かいアライメント段階を実行する前に、粗いアライメント段階を実行することを含む、前項のいずれかに記載の方法。
７．粗いアライメント段階は、一組の相補的回折パターンのそれぞれの配向軸の決定を含む、項６に記載の方法。
８．前記配向軸の決定は、主成分分析を使用して実行される、項７に記載の方法。
９．粗いアライメント段階は、第１の相補的回折パターンおよび第２の相補的回折パターンを位置合わせする回転および／または平行移動ステップをさらに含む、項６、７、または８に記載の方法。
１０．第１の相補的回折パターンまたは第２の相補的回折パターンの一方が最初に検出された回折パターンの鏡像反転回折パターン（mirrored diffraction pattern）となるように、前記計測プロセスから検出された回折パターンを鏡像反転する初期ステップを含む、項９に記載の方法。
１１．１つ以上の位置合わせされた測定値の組の比較により、リソグラフィプロセスによって形成された前記構造の対象のパラメータの値を決定することを含み、各位置合わせされた測定値の組は、第１の相補的回折パターンの前記測定値の１つおよび第２の相補的回折パターンの前記測定値の１つを含む、項９または１０に記載の方法。
１２．前記対象のパラメータは、オーバーレイ、焦点または線量の１つを含む、項１１に記載の方法。
１３．一組の相補的回折パターンは、前記計測プロセスにおける前記構造による測定放射の回折に続いて検出された回折パターンと、検出された回折パターンの正規化のための基準回折パターンとを含む、項１から１２のいずれかに記載の方法。
１４．.第１の相補的回折パターンおよび第２の相補的回折パターンの前記測定値がそれぞれ強度値を含む、前項のいずれかに記載の方法。
１５．第１の相補的回折パターンおよび第２の相補的回折パターンがそれぞれ、前記計測プロセスにおける前記構造による測定放射の回折に続いて相補的な高い回折次数から得られる、前項のいずれかに記載の方法。
１６．リソグラフィプロセスで基板上に形成された構造の対象のパラメータを測定する方法であって、
測定放射で構造を照明することと、
構造による測定放射の回折に続いて相補的な一組の回折次数を検出し、第１の相補的回折パターンおよび第２の相補的回折パターンを含む一組の相補的回折パターンを得ることと、
項１から１５のいずれかの方法を実行することにより、一組の相補的な回折パターンを位置合わせすることと、
１つ以上の位置合わせされた測定値の組の比較により対象のパラメータの値を決定し、測定値の各組は第１の相補的回折パターンの前記測定値の１つと第２の相補的回折パターンの前記測定値の１つを含む、方法。
１７．前記対象のパラメータは、オーバーレイ、焦点または線量の１つを含む、請求項１６に記載の方法。
１８。測定放射は、１〜５０ｎｍの波長範囲の放射を含む、項１６または１７に記載の方法。
１９．測定放射は、異なる波長の放射を含む、項１６、１７または１８に記載の方法。
２０．計測装置であって、
基板の支持体であって、前記基板はリソグラフィプロセスを使用してその上に形成された構造を有する支持体と、
前記構造を測定放射で照明するための光学システムと、
構造によって散乱された測定放射を検出するための検出器と、
項１から１５のいずれかの方法を実行するように、および／または項１６から１９のいずれかの方法を実行するために当該計測装置を制御するように構成されたプロセッサと、
を備える計測装置。
２１．測定放射は、１〜５０ｎｍの波長範囲の放射を含む、項２０に記載の計測装置。
２２．測定放射は、異なる波長の放射を含む、項２０または２１に記載の計測装置。
２３．項１から項１９のいずれかの方法を実施するコンピュータによって実行されるときの命令が記録された非一時的なコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品。
本明細書では、ＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特定の言及がなされ得るが、本明細書に記載されるリソグラフィ装置は、他の用途を有し得ることを理解するべきである。他の可能な用途には、統合光学システム、磁区メモリ、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどのガイダンスと検出パターンの製造が含まれる。
本明細書では、リソグラフィ装置との関連で本発明の実施形態を具体的に参照することができるが、本発明の実施形態は、他の装置で使用することができる。本発明の実施形態は、マスク検査装置、計測装置、またはウェハ（または他の基板）またはマスク（または他のパターニングデバイス）などの物体を測定または処理する任意の装置の一部を形成することができる。これらの装置は、一般にリソグラフィツールと呼ばれることがある。そのようなリソグラフィツールは、真空条件または周囲（非真空）条件を使用することができる。
上記では、光学リソグラフィの文脈での本発明の実施形態の使用について具体的に言及してきたが、文脈が許せば、本発明は光学リソグラフィに限定されず、その他のアプリケーション、たと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る。
本発明の特定の実施形態が上記で説明されたが、本発明は、説明された以外の方法で実施されてもよいことが理解されよう。上記の説明は、限定ではなく例示を意図したものである。したがって、以下に記載される特許請求の範囲から逸脱することなく、記載された本発明に変更を加えることができることが当業者には明らかであろう。

Claims (15)

  1. 第１の相補的回折パターンおよび第２の相補的回折パターンを含む一組の相補的回折パターンを位置合わせする方法であって、前記一組の相補的回折パターンは、リソグラフィプロセスによって形成された構造への計測プロセスの実行から得られ、
    当該方法は、前記一組の相補的回折パターンを位置合わせするために少なくとも細かいアライメント段階を実行することを含み、
    前記細かいアライメント段階は、
    検出器領域の少なくとも一部にわたって前記第１の相補的回折パターンの測定値を補間することと、
    前記第２の相補的回折パターンの平行移動および回転の一方または両方によって、前記第２の相補的回折パターンの測定値と前記第１の相補的回折パターンの補間からの対応する補間値との間の残差を最小化することと、を含む方法。
  2. 前記細かいアライメント段階は、前記一組の相補的回折パターンをサブピクセル精度内に位置合わせする、請求項１に記載の方法。
  3. ．非線形ソルバーを使用して前記残差を最小化することを含む、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記残差を最小化するステップは、前記第２の相補的回折パターンの測定値と前記第１の相補的回折パターンの補間からの対応する補間値との間の残差を計算することを含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
  5. 前記残差を最小化するステップが反復的に実行される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
  6. 前記細かいアライメント段階を実行する前に、粗いアライメント段階を実行することを含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
  7. 前記粗いアライメント段階は、前記一組の相補的回折パターンのそれぞれの配向軸の決定を含む、請求項６に記載の方法。
  8. 前記粗いアライメント段階は、前記第１の相補的回折パターンおよび前記第２の相補的回折パターンを位置合わせする回転および／または平行移動ステップをさらに含む、請求項６または７に記載の方法。
  9. 前記第１の相補的回折パターンまたは前記第２の相補的回折パターンの一方が最初に検出された回折パターンの鏡像反転回折パターンとなるように、前記計測プロセスから検出された回折パターンを鏡像反転する初期ステップを含む、請求項８に記載の方法。
  10. １つ以上の位置合わせされた測定値の組の比較により、リソグラフィプロセスによって形成された前記構造の対象のパラメータの値を決定することを含み、各位置合わせされた測定値の組は、前記第１の相補的回折パターンの前記測定値の１つおよび前記第２の相補的回折パターンの前記測定値の１つを含む、請求項８または９に記載の方法。
  11. 前記一組の相補的回折パターンは、前記計測プロセスにおける前記構造による測定放射の回折に続いて検出された回折パターンと、前記検出された回折パターンの正規化のための基準回折パターンとを含む、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
  12. .前記第１の相補的回折パターンおよび前記第２の相補的回折パターンの前記測定値がそれぞれ強度値を含む、請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
  13. 前記第１の相補的回折パターンおよび前記第２の相補的回折パターンがそれぞれ、前記計測プロセスにおける前記構造による測定放射の回折に続いて相補的な高い回折次数から得られる、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
  14. リソグラフィプロセスで基板上に形成された構造の対象のパラメータを測定する方法であって、
    測定放射で前記構造を照明することと、
    前記構造による測定放射の回折に続いて相補的な一組の回折次数を検出し、第１の相補的回折パターンおよび第２の相補的回折パターンを含む一組の相補的回折パターンを得ることと、
    請求項１から１３のいずれかに記載の方法を実行することにより、前記一組の相補的な回折パターンを位置合わせすることと、
    １つ以上の位置合わせされた測定値の組の比較により前記対象のパラメータの値を決定し、測定値の各組は前記第１の相補的回折パターンの前記測定値の１つと前記第２の相補的回折パターンの前記測定値の１つを含む、方法。
  15. 計測装置であって、
    基板の支持体であって、前記基板はリソグラフィプロセスを使用してその上に形成された構造を有する支持体と、
    前記構造を測定放射で照明するための光学システムと、
    前記構造によって散乱された測定放射を検出するための検出器と、
    当該計測装置を制御するように構成されたプロセッサと、
    前記プロセッサに、請求項１から１３のいずれかに記載の方法、および／または請求項１４に記載の方法を実行させるプログラムと、
    を備える計測装置。
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