特許 6412163 メトロロジーに用いられる基板及びパターニングデバイス、メトロロジー方法、及びデバイス製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6412163

(24)【登録日】2018年10月5日

(45)【発行日】2018年10月24日

(54)【発明の名称】メトロロジーに用いられる基板及びパターニングデバイス、メトロロジー方法、及びデバイス製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 9/00 20060101AFI20181015BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20181015BHJP

【ＦＩ】

   G03F9/00 H

   G03F7/20 501

【請求項の数】15

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2016-565062(P2016-565062)

(86)(22)【出願日】2015年4月16日

(65)【公表番号】特表2017-516138(P2017-516138A)

(43)【公表日】2017年6月15日

(86)【国際出願番号】EP2015058238

(87)【国際公開番号】WO2015172963

(87)【国際公開日】20151119

【審査請求日】2016年11月30日

(31)【優先権主張番号】14168067.8

(32)【優先日】2014年5月13日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】504151804

【氏名又は名称】エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ．

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(72)【発明者】

【氏名】キンタニーリャ，リチャード

(72)【発明者】

【氏名】コーネ，ウィレム，マリエ，ジュリア，マルセル

【審査官】 今井 彰

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３０５９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１４７３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９４９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００５９２４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３０４４２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１５−５３１０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０４７６３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７、２１／３０、２１／６４−２１／６６

Ｇ０３Ｆ ７／２０−７／２４、９／００−９／０２

Ｇ０２Ｂ １１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板であって、
前記基板上に形成され分散している１つ以上の製品フィーチャと、複数のメトロロジーターゲットと、を有し、
前記複数のメトロロジーターゲットが、前記製品フィーチャ及びメトロロジーターゲットが前記基板に適用されたリソグラフィプロセスの性能のパラメータの測定に用いるために適合され、
前記メトロロジーターゲットが、前記パラメータを測定するための第１のターゲットセットと、同一のパラメータを測定するための第２のターゲットセットと、を含み、
前記第１のターゲットセットの第１のサブセットが、前記第２のセットのターゲットも配置された前記基板の第１のロケーションにほぼ分散し、前記第１のターゲットセットの第２のサブセットが、前記第１のロケーションに追加された第２のロケーションに分散し、
前記第１のターゲットセットが、前記製品フィーチャの最小のものよりも大きいサイズを有する主要フィーチャを備え、前記第２のターゲットセットが、前記製品フィーチャの最小のものと同様のサイズの主要フィーチャを備え、
これによって、１５０ｎｍよりも長い波長の放射を用いて前記第１のセットのターゲットを検査すると共に、波長が１ｎｍより短いＸ線の放射を用いて前記第２のセットのターゲットを検査することにより、前記第１のロケーションの各々で前記パラメータを測定することを可能とする、基板。

【請求項2】

前記製品フィーチャが、スクライブレーンによって分離された複数の製品エリアに配置され、前記第１のロケーションが主に前記スクライブレーン内にあると共に前記第２のロケーションが前記製品エリア内に分散している、請求項１に記載の基板。

【請求項3】

前記第１のセットの各ターゲットが、前記第２のセットの各ターゲットが占める面積の半分よりも小さい面積を占める、請求項１又は２に記載の基板。

【請求項4】

前記第１のセットの各ターゲットが、前記第２のセットの各ターゲットが占める面積の３分の１よりも小さい面積を占める、請求項１から３のいずれか一項に記載の基板。

【請求項5】

前記パラメータがオーバーレイであり、各ターゲットが２つ以上のパターニングステップで形成されたオーバーレイターゲットである、請求項１から４のいずれか一項に記載の基板。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載の基板の製造に用いるためのパターニングデバイスであって、
製品パターンフィーチャ及びターゲットパターンフィーチャを有し、
前記ターゲットパターンフィーチャが、第１及び第２のセットに形成され、
前記第１及び第２のセットが、前記パターニングデバイスから基板にパターンが適用された場合に前記第１及び第２のターゲットセットを生成するように配置されている、パターニングデバイス。

【請求項7】

請求項６のパターニングデバイスと組み合わせて用いるためのパターニングデバイスであって、
製品パターンフィーチャ及びターゲットパターンフィーチャを有し、
前記ターゲットパターンフィーチャが、請求項６のパターニングデバイスによって適用された前記パターンの上にパターンが適用された場合にオーバーレイ格子を生成するように形成されている、パターニングデバイス。

【請求項8】

製品フィーチャが基板に適用されたリソグラフィプロセスの性能のパラメータを測定する方法であって、
（ａ）前記製品フィーチャの前記基板への適用と同時に、同一のパラメータを測定するための第１のターゲットセット及び第２のターゲットセットを含む複数のメトロロジーターゲットを適用することであって、前記第１のターゲットセットの第１のサブセットが、前記第２のセットのターゲットも配置された前記基板の第１のロケーションにほぼ分散し、前記第１のターゲットセットの第２のサブセットが、前記第１のロケーションに追加された第２のロケーションに分散していることと、
（ｂ）前記第１のターゲットセットの前記第１のサブセットの少なくとも１つのターゲットに、１５０ｎｍよりも長い波長の放射を照射し、前記ターゲットによって回折又は反射された放射を検出し、前記放射を表す信号を処理して、前記第１のロケーションの対応する１つにおける前記パラメータの第１の値を決定することと、
（ｃ）同一の第１のロケーションにおける前記第２のセットのターゲットに波長が１ｎｍより短いＸ線の放射を照射し、前記第２のセットの前記ターゲットによって散乱された放射を検出し、前記放射を表す信号を処理して、前記第１のロケーションにおける前記パラメータの第２の値を決定することと、
（ｄ）同一の第１のロケーションで測定した前記第１及び第２の値間の比較に基づいて、前記第１のターゲットセットを用いて測定したパラメータ値の補正を決定することと、
を含む、方法。

【請求項9】

（ｅ）前記第１のターゲットセットの前記第２のサブセットの少なくとも１つのターゲットに、１５０ｎｍよりも長い波長の放射を照射し、前記第２のサブセットの前記ターゲットによって回折又は反射された放射の検出とステップ（ｄ）において決定した前記補正とに基づいて前記パラメータの値を算出すること、を更に備える、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

ステップ（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）が同一の基板上の複数の第１のロケーション上で実行され、
前記ステップ（ｅ）が、２つ以上の第１のロケーションについて決定した補正間で補間された補正を用いる、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記製品フィーチャが、スクライブレーンによって分離された複数の製品エリアに配置され、
前記第１のロケーションが主に前記スクライブレーン内にあると共に前記第２のロケーションが前記製品エリア内に分散している、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記第１のセットの各ターゲットが、前記第２のセットの各ターゲットが占める面積の半分よりも小さい面積を占める、請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記パラメータが、オーバーレイであり、
各ターゲットが、２つ以上のパターニングステップで形成されたオーバーレイターゲットである、請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

第１及び第２のメトロロジーターゲットセットを画定するパターンを基板に転写するのと同時に、リソグラフィプロセスを用いて機能デバイスパターンをパターニングデバイスから前記基板上に転写することと、
前記基板に適用された前記メトロロジーターゲットを測定して、前記リソグラフィプロセスの１つ以上のパラメータの値を決定することと、
前記メトロロジーの結果に従って、前記リソグラフィプロセスの以降の動作において補正を適用することと、を含み、
前記メトロロジーターゲットが、同一のパラメータを測定するための第１のターゲットセット及び第２のターゲットセットを含み、
前記第１のターゲットセットの第１のサブセットが、前記第２のセットのターゲットも配置された前記基板の第１のロケーションにほぼ分散し、
前記第１のターゲットセットの第２のサブセットが、前記第１のロケーションに追加された第２のロケーションに分散し、
前記メトロロジーターゲットを測定する前記ステップが、請求項９又は１０に記載の方法によって前記第２のロケーションの１つ以上で前記パラメータの値を決定することを含む、
デバイス製造方法。

【請求項15】

前記機能デバイスパターンが、スクライブレーンによって分離された複数の製品エリアに配置された製品フィーチャを画定し、
前記第１のロケーションが主に前記スクライブレーン内にあると共に前記第２のロケーションが前記製品エリア内に分散している、請求項１４に記載のデバイス製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
[0001] 本出願は、２０１４年５月１３日に出願された欧州出願第１４１６８０６７号の利益を主張する。この出願は参照によりその全体が本願にも含まれるものとする。

【0002】

[0002] 本発明は、例えばリソグラフィ技法によるデバイスの製造に使用することができるメトロロジーのための方法及び装置に関し、更に、リソグラフィ技法を用いてデバイスを製造する方法に関する。そのようなメトロロジーの具体的な適用例として、オーバーレイを測定する方法を記載する。

【背景技術】

【0003】

[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つ又はいくつかのダイの一部を含む）に転写することができる。

【0004】

[0004] リソグラフィプロセスでは、往々にして、例えばプロセスの制御及び検証のために、生成した構造を測定することが望ましい。そのような測定を行うための様々なツールが既知であり、それらには、クリティカルディメンション（ＣＤ）の測定に用いられることが多い走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や、オーバーレイすなわちデバイス内の２つの層の整合（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）の精度を測定する専用のツールが含まれる。最近、リソグラフィ分野での使用向けに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、放射ビームをターゲットへと誘導し、例えば、波長の関数としての単一の反射角度における強度、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等の散乱放射の１つ以上の特性を測定して、ターゲットの対象とする特性を決定することができる「スペクトル」を得る。対象とする特性の決定は、例えば厳密結合波解析又は有限要素法（ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）のような反復手法によるターゲット構造の復元、ライブラリ検索、及び主成分分析（ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ）のような様々な技法によって実行可能である。ＳＥＭ技法に比べ、光学スキャトロメータは、製品ユニットの大部分又は全てにおいて、はるかに高いスループットで用いることができる。

【0005】

[0005] 従来のスキャトロメータが用いるターゲットは比較的大きく、例えば４０μｍｘ４０μｍの格子であり、測定ビームはこの格子よりも小さいスポットを発生する（すなわち格子はアンダーフィルされる（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ））。ターゲットのサイズを例えば１０μｍｘ１０μｍ以下に縮小して、例えばスクライブレーン内でなく製品フィーチャ間に位置決め可能とするために、格子を測定スポットよりも小さく生成する（すなわち格子がオーバーフィルされる（ｏｖｅｒｆｉｌｌ））、いわゆる「小さいターゲット」メトロロジーが提案されている。こういったターゲットは、照明スポットよりも小さく、ウェーハ上で製品構造によって囲まれる場合がある。典型的に、小さいターゲットは、ゼロ次の回折（鏡面反射に対応する）が阻止され、もっと高い次数のみが処理される暗視野スキャトロメトリを用いて測定される。暗視野メトロロジーの例は、国際特許出願ＷＯ２００９／０７８７０８号及びＷＯ２００９／１０６２７９号で見ることができる。暗視野結像による回折ベースのオーバーレイ測定は、米国特許出願ＵＳ２０１００３２８６５５Ａ号に記載されている。この技法の更に別の開発は、公開特許公報ＵＳ２０１１００２７７０４Ａ号、ＵＳ２０１１００４３７９１Ａ号、ＵＳ２０１２００４４４７０Ａ号、ＵＳ２０１２０１２３５８１Ａ号、ＵＳ２０１３０２５８３１０Ａ号、ＵＳ２０１３０２７１７４０Ａ号、及びＷＯ２０１３１７８４２２号に記載されている。複合格子ターゲットを用いて、１つの画像において多数の格子を測定することも可能である。これら全ての出願の内容は参照により本願にも含まれるものとする。上記の文書は全て参照により全体が本願にも含まれるものとする。また、画像ベースのメトロロジーを含む他のタイプのターゲット及び測定も利用可能である。

【0006】

[0006] 製品フィーチャ間にターゲットを配置することにより、測定精度の向上が期待される。これは、ターゲットが小さくなるとプロセスのばらつきによって受ける影響が製品フィーチャと似てくるからであり、また、実際のフィーチャ部位におけるプロセスのばらつきの効果を決定するために必要な内挿が低減され得るからである。回折ベースであれ画像ベースであれ、オーバーレイターゲットの光学測定は、大量生産においてオーバーレイ性能を向上させることに大きく成功している。

【0007】

[0007] しかしながら、技術が進歩するにつれて、オーバーレイの仕様は更に厳しくなっている。現在の方法の１つの限界は、ターゲットフィーチャの寸法が必然的に実際の製品フィーチャの典型的な寸法よりも著しく大きくなる光波長を用いることである。例えば格子ピッチは数百ナノメートルであるが、これは最小製品フィーチャの少なくとも１０倍である。このため、光学ターゲットからのオーバーレイ測定結果は、製品フィーチャ内のオーバーレイを直接表すものではない。製品フィーチャピッチと同様の波長の、もっと短い波長放射を用いることによって、解像度及び精度を向上させることが考えられる。残念ながら、約２００ｎｍよりも短い波長では、製品材料は透明でなくなり、計器は下部格子を「見る」ことができない。従って、波長が短くなると、オーバーレイに対する感度は低下する。

【0008】

[0008] 光学検査方法の代替案として、半導体デバイスのオーバーレイを測定するためにＸ線を用いることが検討されている。１つの技法は、透過小角Ｘ線散乱すなわちＴ−ＳＡＸＳ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｓｍａｌｌ ａｎｇｌｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）として知られている。オーバーレイの測定に適用されるＴ−ＳＡＸＳ装置は、ＵＳ２００７２２４５１８Ａ号（Ｙｏｋｈｉｎ等、Ｊｏｒｄａｎ Ｖａｌｌｅｙ）に開示されている。この出願の内容は参照により本願にも含まれるものとする。Ｔ−ＳＡＸＳは１ｎｍ未満の波長のＸ線を使用するので、Ｔ−ＳＡＸＳのターゲットは製品同様のフィーチャから生成され得る。残念ながら、Ｔ−ＳＡＸＳ信号は、特にターゲットサイズが小さい場合に極めて弱い傾向がある。従ってこの測定は、大量製造で用いるには時間がかかり過ぎる傾向がある。Ｔ−ＳＡＸＳ装置を用いると、製品フィーチャ間に配置することが考えられる充分に小さいターゲットを測定することができる。しかしながら、小さいターゲットサイズには小さいスポットサイズが必要であり、結果として測定時間が更に長くなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

[0009] 本発明は、小さいターゲットのメトロロジーを用いて、例えば半導体基板上の製品エリア内のロケーションにおけるパラメータの測定を可能にすると共に、それらの測定値が製品フィーチャのパラメータを表す精度の向上を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

[0010] 本発明の第１の態様によれば、基板であって、この基板上に形成され分散している１つ以上の製品フィーチャと、複数のメトロロジーターゲットと、を有する基板が提供される。複数のメトロロジーターゲットは、製品パターンが基板に適用されたリソグラフィプロセスの性能のパラメータの測定に用いるために適合され、メトロロジーターゲットは、
パラメータを測定するための第１のターゲットセットと、
同一のパラメータを測定するための第２のターゲットセットと、を含み、
第１のターゲットセットの第１のサブセットは、第２のセットのターゲットも配置された基板の第１のロケーションにほぼ分散し、第１のターゲットセットの第２のサブセットは、第１のロケーションに追加された第２のロケーションに分散し、
第１のターゲットセットは、製品フィーチャの最小のものよりも何倍も大きいサイズを有する主要フィーチャを備え、第２のターゲットセットは、フィーチャを含む製品フィーチャの最小のものと同様のサイズの主要フィーチャを備え、
これによって、１５０ｎｍよりも長い波長の放射を用いて第１のセットのターゲットを検査すると共に、Ｘ放射を用いて第２のセットのターゲットを検査することにより、第１のロケーションの各々でパラメータを測定することができる。

【0011】

[0011] 第１及び第２の双方のセットのターゲットは各々、格子のような１つ以上の周期構造を備えることができる。第１のセットのターゲットの格子は１００ｎｍより大きいピッチ（空間周期）を有することができ、これは例えば２００ｎｍより大きい。主要フィーチャの内部に製品フィーチャと同一又は類似の規模であり得る下部構造（ｓｕｂ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が含まれる実施形態を除外することなく、主要フィーチャのサイズを規定することができる。

【0012】

[0012] 第１のターゲットセットの測定用の放射は、可視光範囲、又はＵＶもしくはＤＵＶ範囲とすることができる。ＵＶ及びＤＵＶ波長は多数の層を貫通しないので、多数の層に生成されたフィーチャ間のオーバーレイの測定には適さない可能性がある。クリティカルディメンション（ＣＤ）、又はマルチパターニング層内のオーバーレイのような他の構造特性では、単一の層のみを検査すればよいので、貫通しないことは支障とならない場合がある。

【0013】

[0013] Ｘ放射は、例えば１ｎｍ未満、又は０．２ｎｍ未満の波長を有し得る。多くの場合、Ｘ線は波長でなく光子エネルギによって特徴付けられる。これによって表すと、Ｘ放射は、１３ＫｅＶより大きいか又は１５ＫｅＶより大きいエネルギを有し得る。

【0014】

[0014] ＵＳ２０１３００５９２４０号では、光学スキャトロメータを使用して行うオーバーレイ測定の精度を向上させるために、大きいターゲット及び小さいターゲットの組み合わせを用いる提案が行われたことを注記しておく。しかしながら、その場合の大きいターゲット及び小さいターゲットの双方は、同一の形態及びフィーチャサイズを有し、同一の光学計器内で異なる分岐によって測定される。従って、この提案は、製品同様のフィーチャのオーバーレイを精度高く測定するという問題には対処していない。

【0015】

[0015] パラメータはオーバーレイとすることができ、各ターゲットは２つ以上のパターニングステップで形成されたオーバーレイ格子とすることができる。本発明のいくつかの実施形態では、製品フィーチャはスクライブレーンによって分離された製品エリアに配置され、第２のセットのターゲットは主にスクライブレーン内に位置すると共に第１のセットのターゲットは製品エリア内に分散している。第１のセットのターゲットの方が第２のセットのターゲットよりも数が多く、第２のセットのターゲットの各々の方が大きい面積を占める。

【0016】

[0016] 本開示において、「製品フィーチャ」という表現は、製造された機能デバイスにおける最終形態の製品フィーチャに限定されることは意図しておらず、そのようなフィーチャの前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）を含む。その例として、パターンを物理的な製品フィーチャへと変化させる現像やエッチング等を行う前の、露光によってパターンが記録された感光性レジスト材料の部分が挙げられる。２つの層間のオーバーレイの測定では、例えば、完成品の半導体デバイス又は他の製造される製品内に存在する機能フィーチャを形成する前に、下の層にエッチングされている物理的な製品フィーチャを、レジスト層に潜像として又は現像済みの形態で存在する製品フィーチャと比較すればよい。

【0017】

[0017] 本発明は更に、製品フィーチャが基板に適用されたリソグラフィプロセスの性能のパラメータを測定する方法を提供する。この方法は、
（ａ）製品フィーチャの基板への適用と同時に、同一のパラメータを測定するための第１のターゲットセット及び第２のターゲットセットを含む複数のメトロロジーターゲットを適用することであって、第１のターゲットセットの第１のサブセットが、第２のセットのターゲットも配置された基板の第１のロケーションにほぼ分散し、第１のターゲットセットの第２のサブセットが、第１のロケーションに追加された第２のロケーションに分散していることと、
（ｂ）第１のターゲットセットの第１のサブセットの少なくとも１つのターゲットに、１５０ｎｍよりも長い波長の放射を照射し、ターゲットによって回折又は反射された放射を検出し、放射を表す信号を処理して、第１のロケーションの対応する１つにおけるパラメータの第１の値を決定することと、
（ｃ）同一の第１のロケーションにおける第２のセットのターゲットにＸ放射を照射し、第２のセットのターゲットによって散乱された放射を検出し、放射を表す信号を処理して、第１のロケーションにおけるパラメータの第２の値を決定することと、
（ｄ）同一の第１のロケーションで測定した第１及び第２の値間の比較に基づいて、第１のターゲットセットを用いて測定したパラメータ値の補正を決定することと、
を含む。

【0018】

[0018] 本発明は更に、デバイス製造方法を提供する。この方法は、
第１及び第２のメトロロジーターゲットセットを画定するパターンを基板に転写するのと同時に、リソグラフィプロセスを用いてパターニングデバイスから基板上に機能デバイスパターンを転写することと、
基板に適用されたメトロロジーターゲットを測定して、リソグラフィプロセスの１つ以上のパラメータの値を決定することと、
メトロロジーの結果に従って、リソグラフィプロセスの以降の動作において補正を適用することと、を含み、
メトロロジーターゲットが、同一のパラメータを測定するための第１のターゲットセット及び第２のターゲットセットを含み、第１のターゲットセットの第１のサブセットが、第２のセットのターゲットも配置された基板の第１のロケーションにほぼ分散し、第１のターゲットセットの第２のサブセットが、第１のロケーションに追加された第２のロケーションに分散し、
メトロロジーターゲットを測定するステップが、上述したような本発明に従った方法によって第２のロケーションの１つ以上でパラメータの値を決定することを含む。

【0019】

[0019] 以下で、本発明の別の特徴及び利点、並びに本発明の様々な実施形態の構造及び動作について、添付図面を参照して詳細に記載する。本発明は、本明細書に記載する特定の実施形態に限定されないことに留意すべきである。このような実施形態は、例示の目的のためにのみ本明細書に提示する。本明細書に包含される教示に基づき、当業者には追加の実施形態が明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【0020】

[0020] これより、添付図面を参照して、一例として本発明の実施形態について記載する。

【0021】

【図1】本発明の一実施形態に従ったリソグラフィ装置を示す。

【図2】本発明の一実施形態に従ったリソグラフィセル又はクラスタを示す。

【図3】本発明の一実施形態に従った、基板上の異なるターゲットを測定するＸ線メトロロジー装置及び光学メトロロジー装置を備えたメトロロジーシステムを示す。

【図4a】図３のシステムで用いるのに適した１対の異なるターゲットを概略断面図で示す。

【図4b】図３のシステムで用いるのに適した１対の異なるターゲットを平面図で示す。

【図5】本発明の代替的な実施形態に従った基板上の代替的なターゲット対を平面図で示す。

【図6】製品エリアと、スクライブレーンエリアと、スクライブレーン及び製品エリアの双方におけるメトロロジーターゲットと、を有するパターニングデバイスの一般的な形態を示す。

【図7】本発明に従った図６のパターニングデバイスの一実施形態を更に詳細に示す。

【図8】本発明の一実施形態に従って、図７のパターニングデバイスを用いて露光した基板上に形成された大きいターゲット及び小さいターゲットから得られる測定結果を組み合わせていっそう正確な測定値を得る原理を示す。

【図9】本発明の一実施形態に従ったメトロロジー方法を示すフローチャートである。

【図10】図９の方法により行った測定を用いて検査方法及び／又はリソグラフィ製造プロセスの性能を制御する方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

[0021] 本発明の実施形態について詳述する前に、本発明の実施形態を実施することができる例示的な環境を提示することが有用である。

【0023】

[0022] 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）を調節するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するように構成され、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを精度高く位置決めするように構成された第１のポジショナＰＭに接続された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、各々が基板（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、特定のパラメータに従って基板を精度高く位置決めするように構成された第２のポジショナＰＷに接続された２つの基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴａ及びＷＴｂと、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに与えられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ以上のダイを含む）に投影するように構成された投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳと、を含む。基準フレームＲＦは様々なコンポーネントを接続し、パターニングデバイス及び基板、並びにそれらのフィーチャの位置を設定及び測定するための基準として機能する。

【0024】

[0023] 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み合わせ等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。

【0025】

[0024] 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、及び、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等の他の条件に応じた方法で、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、又はその他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。

【0026】

[0025] 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。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すべきである。一般的に、放射ビームに付与されるパターンは、集積回路等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。

【0027】

[0026] パターニングデバイスは透過性又は反射性とすることができる。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パネルが含まれる。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）位相シフトマスク等のマスクタイプ、更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に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。従って、「パターニングデバイス」という用語は、そのようなプログラマブルパターニングデバイスによって実現されるパターンを規定する情報をデジタル形式で記憶するデバイスを指すものと解釈することも可能である。

【0028】

[0027] 本明細書において使用する「投影システム」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のような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、又はその任意の組み合わ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、これは更に一般的な「投影システム」という用語と同義と見なすことができる。

【0029】

[0028] 本明細書で示すように、本装置は、（例えば透過マスクを使用する）透過タイプである。あるいは、装置は、（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、又は反射マスクを使用する）反射タイプでもよい。

【0030】

[0029] 例示として示す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Ｗｔａ及びＷｔｂ（及び／又は２つ以上のマスクテーブル）を有するタイプである。このような「マルチステージ」機械では、追加のテーブルを並行して使用するか、あるいは、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。

【0031】

[0030] 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等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等、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。

【0032】

[0031] 図１を参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダを含むビームデリバリシステムＢＤを利用することで、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤと共に放射システムと呼ぶことができる。

【0033】

[0032] イルミネータＩＬは、例えば、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、インテグレータＩＮ、及びコンデンサを含むことができる。イルミネータ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。

【0034】

[0033] 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が付与される。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と位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダ、２Ｄエンコーダ、又は容量センサ）を利用して、基板テーブルＷＴａ又はＷＴｂは、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決め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、例えば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。

【0035】

[0034] 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と基板アライメントマークＰ１、Ｐ２とを使用して整合させることができる。図示する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ているが、基板アライメントマークをターゲット部分間の空間内に配置することもできる（これらはスクライブレーンアライメントマークとして既知である）。同様に、２つ以上のダイがパターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡ上に提供されている場合、これらのダイ間にマスクアライメントマークを配置してもよい。また、ダイ内でデバイスフィーチャ間に小さいアライメントマークを含めてもよい。この場合、マーカはできるだけ小さくし、隣接するフィーチャと異なる結像条件又はプロセス条件を必要としないことが望ましい。

【0036】

[0035] 図示する装置は多種多様なモードで用いることができる。スキャンモードでは、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ＷＴａ（又はＷＴｂ）が同期的にスキャンされる一方、放射ビームに付与されるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一動的露光）。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ＷＴａの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分の（スキャン方向における）高さが決まる。他のタイプのリソグラフィ装置及び動作モードも可能であり、これらは当技術分野では周知である。例えばステップモードが知られている。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は静止状態に保持されるがパターンが変化し、基板テーブルＷＴａを移動又はスキャンする。

【0037】

[0036] 上述した使用モードの組み合わせ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。

【0038】

[0037] リソグラフィ装置ＬＡは、２つの基板テーブルＷＴａ、ＷＴｂと、２つのステーションすなわち露光ステーションＥＸＰ及び測定ステーションと、を有する、いわゆるデュアルステージタイプであり、これらのステーション間で基板テーブルを交換することができる。露光ステーションで一方の基板テーブル上の１枚の基板が露光されている間、測定ステーションで他方の基板テーブルに別の基板を搭載し、様々な予備行程を実行することができる。予備行程には、レベルセンサＬＳを用いて基板の表面制御をマッピングすること、アライメントセンサＡＳを用い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得る。これによって装置のスループットを大幅に高めることができる。基板テーブルが測定ステーション及び露光ステーションにある間にその位置を位置センサＩＦが測定できない場合、第２の位置センサを設けて、基準フレームＲＦに対して双方のステーションにおける基板テーブルの位置を追跡することも可能である。

【0039】

[0038] 図２に示すように、リソグラフィ装置ＬＡはリソグラフィセルＬＣの一部を形成する。リソグラフィセルＬＣはリソセル（ｌｉｔｈｏｃｅｌｌ）又はクラスタと呼ばれることもあり、基板に露光前プロセス及び露光後プロセスを実行する装置も含む。従来、これらには、レジスト層を堆積するためのスピンコータＳＣ、露光したレジストを現像するためのデベロッパＤＥ、チルプレート（ｃｈｉｌｌ ｐｌａｔｅ）ＣＨ、及びベークプレート（ｂａｋｅ ｐｌａｔｅ）ＢＫが含まれる。基板ハンドラすなわちロボットＲＯは、入出力ポートＩ／Ｏ１、Ｉ／Ｏ２から基板を取り出し、それらを上記の様々なプロセス装置間で移動させた後、リソグラフィ装置のローディングベイＬＢに引き渡す。これらのデバイスは、まとめてトラックと称されることも多く、トラック制御ユニットＴＣＵの制御下にある。ＴＣＵ自体は監督制御システムＳＣＳによって制御され、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も制御する。従って、これら様々な装置はスループット及び処理効率を最大化するように動作させることができる。

【0040】

[0039] 図３は、リソグラフィセルＬＣでリソグラフィ装置ＬＡによって処理される基板のパラメータ測定に用いられるメトロロジーシステムを示す。このメトロロジーシステムは、図１及び図２に示すものだけでなく、他の製造システムと併用することも可能である。具体的な目的はオーバーレイを測定することであるが、他のパラメータを測定することも可能であり、その場合は適宜、本明細書に開示する技法を適合させる。

【0041】

[0040] 図３に、本発明の一実施形態において有用なメトロロジーシステムが示されている。メトロロジーシステム１は、光学タイプである第１のメトロロジー装置１０２と、Ｘ線を使用する第２のメトロロジー装置１０４と、を備えて言える。図示のように、装置１０２は、リソグラフィプロセスによって基板Ｗ上に形成された第１のメトロロジーターゲットＴ１の特性を測定する。実際には装置全体を通していくつかの分岐を有する第１の光軸が、点線Ｏ１によって単純に表されている。装置１０２内の照明光学システムによって、光源からの照明放射がターゲットＴ１上のスポット内に形成される。説明のため、図では１本の入射光線Ｉ１を示す。照明放射は、光線０、＋１、及び−１として表されるように、ターゲットＴ１で反射され回折される。これらの光線の少なくとも一部を、装置１０２内の検出光学システムによって収集して処理することで、第１のオーバーレイ測定値ＯＶ１を得る。

【0042】

[0041] 装置１０４は、ターゲットＴ１と同一のリソグラフィプロセスによって同一の基板上に形成された第２のメトロロジーターゲットＴ２の特性を測定する。点線Ｏ２によって第２の光軸が単純に表されている。照明システム１０４ａは、光線Ｉ２で表すＸ線放射ビームを与え、これがターゲットＴ２上に照射スポットを形成する。この放射はターゲットＴ２を通過し、基板Ｗを通過する。この放射の一部は様々な角度に回折され、装置１０４の検出システム１０４ｂによって検出される。これらの角度はこの概略図では誇張されているが、実際には極めて小さい角度であり得る。検出システム１０４ｂによって検出された信号を処理して、ターゲットＴ２におけるオーバーレイの測定値ＯＶ２を得る。

【0043】

[0042] ターゲットＴ１及びＴ２は、製品フィーチャＰと同一の基板上に同一のプロセスによって形成される。従って、ターゲットＴ１、Ｔ２を提供して測定することにより、メトロロジーシステム１００は、製品フィーチャＰのオーバーレイを間接的に測定することができる。以下で更に説明するように、基板全体に分布するロケーションに多数のターゲットＴ１及びＴ２が形成されている。認められるように、リソグラフィによって作製される典型的な製品は、相互に重なって形成されたいくつかの製品フィーチャ層を有する。測定対象のパラメータがオーバーレイである場合、ターゲットＴ１、Ｔ２の各々は、例えば相互に重なった層内に形成された複数のフィーチャを含み得る。

【0044】

[0043] 別の形態のオーバーレイは、単一の層に形成された複数のフィーチャの様々なポピュレーション（ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ）間のものである。そのようなフィーチャは、いわゆるダブルパターニングプロセス（一般にはマルチパターニング（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ））で製造されるデバイスで生成されることがある。このカテゴリの技法には、例えば、ＬＥＬＥ（ｌｉｔｈｏ−ｅｔｃｈ−ｌｉｔｈｏ−ｅｔｃｈ）及びバックエンド（ＢＥＯＬ）層の自己整合デュアルダマシン（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｄｕａｌ−ｄａｍａｓｃｅｎｅ）によるピッチ倍増（ｐｉｔｃｈ ｄｏｕｂｌｉｎｇ）が含まれる。マルチパターニングプロセスでは、製品の１つの層に、１つのパターニング動作でなく２つ以上のパターニングステップで構造が形成される。このため、例えば構造の第１のポピュレーションが構造の第２のポピュレーションと交互になり（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）、これらのポピュレーションは異なるステップで形成されて、１つのステップだけで生成可能であるよりも高い解像度を達成することができる。これらのポピュレーションの配置は、基板上の他のフィーチャに対して同一かつ完璧でなければならないが、むろん実際のパターンは全てある程度の位置オフセットを示す。ポピュレーション間の意図しない位置オフセットはオーバーレイの一形態と見なすことができ、本明細書に開示するものと同様の技法によって測定可能である。更に、単一の層にフィーチャの多数のポピュレーションが形成される場合、下の層又は上の層内のフィーチャに対するオーバーレイはポピュレーション毎に異なることがあり、所望の場合は、これらのポピュレーションの各々で別個にオーバーレイを測定することができる。ターゲット及び方法は、要望どおりに、例えばクリティカルディメンション（ＣＤ）等のリソグラフィプロセスの他のパラメータを測定するように適合することができる。説明の目的のため、以下の例では、２つの層内のフィーチャ間のオーバーレイが対象のパラメータであることを想定する。

【0045】

[0044] 図３に概略的に示すように、ターゲットＴ１を形成する個々のフィーチャは、製品フィーチャＰと比べて比較的サイズが大きい。ターゲットＴ２を形成する個々のフィーチャは、製品フィーチャＰと同一か又は同様のサイズである。図３には示さないが、装置１０４の光線Ｉ２が形成する放射スポットは、装置１０２の光線Ｉ１が形成する照明スポットよりも直径が大きい場合がある。従って、ターゲットＴ２が占める面積は、ターゲットＴ１が占めるものよりも大きい場合がある。ターゲットＴ２が占める面積は、ターゲットＴ１が占める面積の例えば２倍、３倍、又は４倍であり得る。このような大きい面積の利点は、良好な測定のための充分な放射をより迅速に収集できることである。Ｘ線メトロロジー装置１０４は、プロセスのばらつきに比較的影響を受けず、オーバーレイの正確かつ絶対的な測定値を与えることができるが、大きいターゲットＴ２が占める空間は、とりわけ製品エリア内でない多くのロケーションに含めるには大きすぎる。ターゲットＴ１は、製品エリア内を含めて基板の比較的多くのロケーションに設けるには充分に小さいが、これらのターゲットからの測定値はプロセスのばらつきによって影響され、必ずしも製品フィーチャＰ内に存在するオーバーレイを表すものではない。新規のメトロロジーシステムでは、処理ユニット１０６が、装置１０２、１０４を共に用いて双方のタイプのターゲットからの信号を処理して、基板の多くのポイントでオーバーレイの正確な測定値を得る。

【0046】

[0045] 説明の目的のため、図３は、第１及び第２のメトロロジー装置１０２、１０４が基板Ｗ上のターゲットＴ１及びＴ２を同時に測定することを示すが、実際には、異なる時点及び場所で測定が行われる場合がある。ターゲットＴ１及びＴ２は、実際は基板Ｗのサイズに比べて極めて小さく、実際の基板上にはそれぞれのタイプの多くのターゲットが形成される。メトロロジー装置１０２、１０４は各々、大型の機器であり得る。このため、実用的な実施形態では、基板が装置１０２内にある間に全てのターゲットＴ１を測定し、（それより前又は後の）異なる時点で、基板が装置１０４内に搭載されている間に全てのターゲットＴ２を測定するということが考えられる。第１及び第２のメトロロジー装置は、単独のデバイスであるか、又は共通のハードウェアシステム内で相互に組み込むことができる。第１及び第２のメトロロジー装置の一方又は双方を、リソグラフィ装置ＬＡ自体と一体化するか、又はリソグラフィセルＬＣ内に組み込んでもよい。

【0047】

[0046] 各メトロロジー装置のいっそう詳細な実施に関して、第１の実施形態では、第１のメトロロジー装置１０２は、序論（ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）で述べたタイプの暗視野結像装置である。しかしながら、例えば画像ベースのターゲットのような他のタイプの小さいターゲットメトロロジーの精度向上のために本発明を適用可能であることは理解されよう。

【0048】

[0047] 装置１０２及びターゲットＴ１の内部構造については、ここでは詳細な図示も説明もしない。適切な装置１０２の構造及び動作、並びに適切なターゲットＴ１の設計の詳細は、国際特許出願ＷＯ２００９／０７８７０８号及びＷＯ２００９／１０６２７９号で見ることができる。これらの文書は参照により全体が本願にも含まれるものとする。こういったターゲットは、照明スポットよりも小さく、ウェーハ上で製品構造によって囲まれる場合がある。複合格子ターゲットを用いて、１つの画像において多数の格子を測定することも可能である。この技法の更に別の開発は、公開特許公報ＵＳ２０１１００２７７０４Ａ号、ＵＳ２０１１００４３７９１Ａ号、ＵＳ２０１２００４４４７０Ａ号、ＵＳ２０１２０１２３５８１Ａ号、ＵＳ２０１３０２５８３１０Ａ号、ＵＳ２０１３０２７１７４０Ａ号、及びＷＯ２０１３１７８４２２号に記載されている。これらの開発のいずれも、本開示の装置１０２に関連して適用することができ、これら全ての出願の内容は参照により本願にも含まれるものとする。

【0049】

[0048] 暗視野オーバーレイメトロロジーのための装置１０２の動作を簡潔にまとめると、軸Ｏから外れた角度からターゲットＴ１内の格子に入射する照明光線Ｉ１は、ゼロ次の光線（実線０）及び２つの一次光線（一点鎖線＋１及び二点鎖線−１）を生じる。これらの光線は、メトロロジーターゲット格子Ｔ及び場合によっては（オーバーフィルされた小さいターゲット格子と共に）他のフィーチャを含む基板エリアをカバーする多くの平行光線の１つに過ぎないことに留意すべきである。図示する方向からの照明を用いて、格子の暗視野像を形成するために＋１次のみが選択される。照明の方向を変化させることで、−１次を別個に結像することができる。これら２つの画像を捕獲し、これらを比較すると、格子における非対称性を検出し解析することができる。２つ以上のバイアスさせた格子（プロセスによって生じる未知のオーバーレイエラーに加えて、既知のオフセットがプログラムされている格子）を用いて、これらの非対称性測定値をオーバーレイ測定値ＯＶ１に変換することができる。図３の例示は、Ｘ方向の回折を示す格子のみを示す。これと同じ原理が、直交格子（これはＹ方向の回折を生じる）の測定にも適用される。１つの代替案では、照明角を回転させる代わりに基板を１８０度回転させる。検出は暗視野像の形態であるので、単一のステップで多数の格子を測定することができる。

【0050】

[0049] 例示的な実施形態における第２のメトロロジー装置１０４は、透過小角Ｘ線散乱（Ｔ−ＳＡＸＳ）装置である。典型的には、１３ＫｅＶより大きいか又は１５ＫｅＶより大きいエネルギを有し、０．１ｎｍ未満の極めて短い波長を有するＸ線を用いる。様々なエネルギを用いたコンパクトなＸ線源が容易に入手できる。これらの波長では、シリコン基板は透明である。このような短い波長では、シリコンウェーハは透明であり、ウェーハを通してターゲットの散乱パターン（例えば格子の回折パターン）を測定することができる。Ｔ−ＳＡＸＳ技法は材料解析のために広く用いられており、適切なＴ−ＳＡＸＳ装置は、例えばＸｅｎｏｃｓ（仏国グレノーブル、ｗｗｗ．ｘｅｎｏｃｓ．ｃｏｍ）、又はＢｒｕｋｅｒ ＡＸＳ ＧｍｂＨ（独国カールスルーエ、ｗｗｗ．ｂｒｕｋｅｒ．ｃｏｍ）から市販されている。オーバーレイの測定に適用されるＴ−ＳＡＸＳ装置は、ＵＳ２００７２２４５１８号（Ｙｏｋｈｉｎ等、Ｊｏｒｄａｎ Ｖａｌｌｅｙ）に開示されており、この出願の内容は参照により本願にも含まれるものとする。この例の照明システム１０４ａは、Ｘ線源と、モノクロメータ等の光学要素と、コリメータと、を備えている。モノクロメータは、使用する波長の狭い範囲を保証し、コリメータは、Ｘ線照射スポットを形成するための入射角の狭い範囲を保証する。スポットサイズは数十ミクロンとすることができ、例えば直径２０μから２００μｍである。スポットサイズはもっと小さい場合もある。検出システム１０４ｂは主として、典型的には検出要素のアレイである位置感応型Ｘ線検出器を備えている。このアレイは線形アレイとすることができるが、要素（画素）の２次元アレイを設けることで、Ｘ方向及びＹ方向の双方の回折パターンを同時に捕獲することも可能である。場合によっては、ビームストップ１０４ｃを含ませて、散乱していないビーム１０８が検出器に到達するのを防ぐことで、ターゲットにより散乱される（比較的弱い）光線を容易に検出できるようにする。

【0051】

[0050] また、反射Ｘ線散乱装置も利用可能である。これらは例えば、ＧＩ−ＳＡＸＳ（ＧＩはかすめ入射を表す）、及び高反射率高解像度Ｘ線結晶構造解析を含む。Ｙｕｒｉ Ｓｈｖｙｄ’ｋｏ及び他による論文が、「Ｈｉｇｈ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｘ−ｒａｙ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｐｔｉｃｓ ｗｉｔｈ ｄｉａｍｏｎｄｓ」（Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ６、１９６〜１９９（２０１０年）、Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｏｎｌｉｎｅ、２０１０年１月１７日、ｄｏｉ：１０．１０３８／ｎｐｈｙｓ１５０６）を記載している。Ｓｈｖｙｄ’ｋｏの論文は、Ｘ線波長で高い反射率を達成可能であることを裏付けているが、通常の材料の場合は貫通する。これらの反射技法は、原理上、Ｔ−ＳＡＸＳに加えて又はＴ−ＳＡＸＳの代わりに、リソグラフィプロセスによって製造される周期構造の特性を測定するように適合して使用することができる。ＧＩ−ＳＡＸＳでは、照射スポットは、半導体製造における典型的なオーバーレイターゲットに望ましいものよりも著しく大きい傾向がある。しかしながら、高反射率Ｘ線技法は、必要に応じて小さいスポットを用いて機能することができる。

【0052】

[0051] 製品同様のフィーチャ寸法及びＸ線波長から得られる散乱角によって、いくつかの回折次数を検出できることになる。Ｘ線波長帯におけるオーバーレイターゲットの場合、双方の層の寄与は回折振幅について付加的であり、上層と下層との間に結合はない。しかしながら、完璧に整合した格子及びわずかに整合していない格子は、異なる回折ピーク強度を有する。回折パターンの全体的な形状を表す回折包絡線は異なっている。回折次数の強度を測定することで、オーバーレイ及び強度をリンクさせる経験的モデルを構築することができる。このモデルは、ピーク強度のみに基づくか、又はピークもしくはスペクトル全体の形状を考慮することができる。このモデルの詳細な設計は、特性が測定されるターゲットの性質、計算能力における妥協、測定時間等によって決まる。回折ピークの形状を用いて、例えば、ターゲットの不規則性（ラインエッジの粗さＬＥＲ）等のターゲットに関する何らからの情報を得ることができる。これは、例えば透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）又は光学ＣＤメトロロジー（ＯＣＤ）により行われる測定を用いたデジタル処理及び比較によって実行される。また、回折プロセスを明示的にモデル化することによってオーバーレイターゲットを復元することも実行可能である。Ｘ線散乱では、ＣＤ、高さ等のパラメータ間の相互相関は無視することができ、測定値はプロセスのばらつきに影響されない。

【0053】

[0052] 回折プロセスは以下のようにモデル化することができる。Ａは、位置ｘ_１及びｘ_２にフィーチャｆ_１及びｆ_２を有する２つの格子の回折振幅を表すものとする。オーバーレイメトロロジーに用いられるような単周期的（ｍｏｎｏｐｅｒｉｏｄｉｃ）（「１Ｄ−ｐ」）格子の回折次数（ｈ、０、０）では、振幅は以下の通りである。

【数1】

このため、回折強度は以下の通りとなる。

【数2】

ここでｃは定数である。オーバーレイｏｖはｘ_２−ｘ_１と定義される。一方の格子を半ピッチだけ他方の格子上でシフトすることにより、強度とオーバーレイとの間のサイン依存性（ｓｉｎｅ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙ）を得る。

【数3】

ｈは個々の回折ピークの次数である。各回折次の強度は、オーバーレイに関する情報を伝えることができる。

【0054】

[0053] Ｘ線方法は、プロセスロバスト性が高く、パターン形成されていない層の影響を受けない。これによって、多数のバイアスさせたターゲットに頼ることなく絶対的なオーバーレイ測定値を得ることができるが、所望の場合は多数のバイアスさせたターゲットを用いることも可能である。しかしながら、これが最良に機能するのは、２つのみの対象の格子（レベル１及びレベル２）が存在する透過のための透明なエリアが存在する場合である。これは、少数のみの層が生成されているリソグラフィ製造プロセスの「フロントエンド」（ＦＥＯＬ）に当てはまることが多い。一般に、これらのフロントエンド層は、オーバーレイ等のパラメータについて最もクリティカルな仕様を有するものである。対象のターゲットとピッチが異なる場合、Ｘ線経路内にパターン形成された構造を有し得る。原理的には、その場合、オーバーレイターゲットについて得られる情報を、異なる周期性を有するバックグラウンドから区別することができる。しかしながら一般的には、他の構造が存在することで、ダイ内又は製品内の測定はいっそう複雑になるか又は不可能となるので、相互に重なった２つのみの対象の構造を有することが好ましい。

【0055】

[0054] 図４は、基板Ｗ上のメトロロジーターゲットＴ１及びＴ２の代表的な例を示す。図４（ａ）は基板Ｗを概略的に示す断面図である。製造プロセス中に、この基板に対して下部及び上部の製品層Ｌ１及びＬ２が追加される。基板に載っている製品フィーチャ（機能デバイス構造）の品質がオーバーレイの注意深い制御に左右されることは理解されよう。実際の製品は多数の層を有する。図４（ｂ）は、これらのターゲット領域における基板の平面図を示す。断面図（ａ）に示すように、これらのターゲットは双方の層Ｌ１及びＬ２の双方に格子フィーチャを有するが、平面図では上層のフィーチャのみを見ることができる。

【0056】

[0055] この例において、ターゲットＴ１は、暗視野オーバーレイ測定技法において既知であるような、基板上の複合ターゲットを含む。複合ターゲットは、第１のメトロロジー装置１０２の照明ビームによって形成される測定スポット４０８内に収まるように近接配置された４つの小さい格子４０２〜４０５を備えている。このため、これら４つの格子は全て同時に照明され、同時にセンサ上に結像される。オーバーレイ測定専用の例では、格子４０２〜４０５自体は、基板Ｗ上に形成された半導体デバイスの異なる層内にパターニングされたオーバーレイ格子で形成されている。格子４０２〜４０５は、複合格子の異なる部分が形成されている層間のオーバーレイの測定を容易にするため、異なるバイアスが与えられている。本例では、格子は異なる向き（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を有する。例えば、図４に示すターゲット内にＸ格子及びＹ格子が概略的に示されている。Ｘ方向の格子４０２、４０４はそれぞれオフセット＋ｄ及び−ｄを有すると共に、Ｙ方向の格子４０３、４０５は＋ｄ及び−ｄのオフセットを有することができる。別の例では、４つの格子は単一の向きを有するが、それぞれ＋ｄ、−ｄ、＋３ｄ、−３ｄのオフセットを有することができる。この「バイアス」とは、格子の一方において、コンポーネントが双方とも正確に公称位置で印刷された場合にコンポーネントの一方が他方に対して距離ｄだけオフセットされるようにコンポーネントが配置されていることを意味する。第２の格子では、コンポーネントが完璧に印刷された場合にオフセットｄを有するが、これが第１の格子とは逆方向であるようにコンポーネントが配置されている等とする。４つの格子を示すが、実際的な実施形態では、所望の精度を得るためにもっと多くの格子を用いることも可能である。

【0057】

[0056] ターゲットＴ１の寸法Ｌ１は、例えば約１０μｍであり、例えば５〜２０μｍの範囲とすればよい。第１のメトロロジー装置１０２は、画像センサに形成された暗視野像内の異なる個々の格子４０２〜４０５を分解する。画像プロセッサ及びコントローラＰＵはこれらの画像を処理して、例えばパターンマッチング技法によって、格子の別々の画像を識別する。

【0058】

[0057] いったん格子の別々の画像が識別されたら、例えば識別したエリア内の選択した画素の強度値を平均化又は合計することによって、これらの個々の画像の強度を測定することができる。画像の強度及び／又は他の特性を相互に比較することができる。異なる向き又は照明方向を用いて、異なる測定値の取得が可能となる。これらの結果を組み合わせて、リソグラフィプロセスのパラメータとしてオーバーレイを測定することができる。

【0059】

[0058] また、ターゲットＴ２は、層Ｌ１及びＬ２に形成されたオーバーレイ格子４２０及び４２２を備えている。この図示する例では、一方の格子４２０はＸ方向に周期的であり、Ｘ方向のオーバーレイ測定値を与えるのに対し、格子４２２はＹ方向に周期的であり、Ｙ方向で測定されるオーバーレイを与える。第２のメトロロジー装置１０４は、円４２４で表す照射スポットを用いて、検出システム１０４ｂで回折スペクトルを得る。これについては上述し、更に（例えば）ＵＳ２００７２２４５１８Ａ号に開示されている。ターゲットＴ２のターゲットフィーチャ（格子ライン）はターゲットＴ１のフィーチャよりもはるかにピッチが細かいが、それらは一定の縮尺通りに描かれていないことに留意すべきである。特に、それらは、最もクリティカルな製品フィーチャＰ（図４（ｂ）には示さないが、図３に示すように基板上に存在する）と同一又は同様の寸法を有する場合がある。これに対して、第１のターゲットＴ１の格子フィーチャ又は他のフィーチャは、製品フィーチャよりもはるかに大きい。一例として、ターゲットＴ２は、一方又は双方の方向において５０ｎｍ未満のピッチの周期パターンを有し得る。一例として、ターゲットＴ１は、１００ｎｍよりも大きい、例えば４００ｎｍよりも大きいピッチの周期パターンを有し得る。

【0060】

[0059] ここで言及するピッチ及びフィーチャサイズは、ターゲットの主要フィーチャに関連することに留意すべきである。様々な理由で、格子又はその他のメトロロジーターゲットの主要フィーチャ自体が細分される（ｓｕｂ−ｓｅｇｍｅｎｔ）場合があることは既知である。このような細分は、例えば、露光及びエッチングプロセスにおいてフィーチャをいっそう製品同様にするために行われる。また、細分は、例えば正弦格子を近似するため、主要フィーチャの有効屈折率を変調するために提案されている。しかしながら、もっと長い波長で動作する光学メトロロジー装置は、細分が「見えない（ｂｌｉｎｄ）」ので、主要フィーチャのみを見る。

【0061】

[0060] 図５は、ターゲットＴ１及びＴ２の代替的な形態を平面図で示す。この例におけるターゲットＴ１は、格子の代わりに「ボックスインボックス（ｂｏｘ−ｉｎ−ｂｏｘ）」フィーチャ５０２、５０３を有する。１つのボックス型フィーチャ５０２は１つの層に形成され、別のフィーチャ５０３は別の層に形成されている。５０８は、例えばＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ｗｗｗ．ｋｌａ−ｔｅｎｃｏｒ．ｃｏｍ）により製造されたＡｒｃｈｅｒ（ＴＭ）とすることができる画像ベースのオーバーレイメトロロジー装置の視野を表す。フィーチャ５０２、５０３は、装置が捕獲した画像内で別々に分解され、内側フィーチャ５０３が外側フィーチャ５０２に対して中心にあるか又は中心から外れているかを判定することによってオーバーレイを測定することができる。画像ベースのオーバーレイメトロロジーのための様々な強化（ｅｎｈａｎｃｅｄ）ターゲットが、Ａｄｅｌ等による論文「Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｏｖｅｒｌａｙ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｍａｒｋｓ： Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ」（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（１７巻、２号、２００４年５月、１６６〜１７９ページ、ＤＯＩ １０．１１０９／ＴＳＭ．２００４．８２６９５５））に開示されている。図５に示すボックスインボックス設計は概略的なものに過ぎない。上述のように、５０２、５０３と表記するボックス等の主要フィーチャは、（細分された）もっと小さいフィーチャから構成され得る。これらのフィーチャのサイズに対する言及は、図示する主要フィーチャについてのものである。光学メトロロジー装置には、細分が「見えない（ｂｌｉｎｄ）」。

【0062】

[0061] この例のターゲットＴ２は、図４の格子４２０、４２２の一方と同様のサイズの二次元（２−Ｄ）格子５２０を備えている。Ｘ線照射スポット５２４は同様のサイズであるが、この場合の適切なメトロロジー装置１０４は、単一の露光によって、Ｘ方向及びＹ方向の双方で別々に回折パターンを分解することができる。図示する格子５２０のフィーチャはドットであり、製品同様の寸法を有し、例えば各方向のピッチは５０ｎｍである。上述したＵＳ２００７２２４５１８Ａ号に示すタイプのボックス及びバーのようなフィーチャを含む、異なる形態の２−Ｄフィーチャも想定することができる。一実施形態において、図５のターゲットＴ１を図４のターゲットＴ２と共に使用することができ、その逆もまた同様であることに留意すべきである。

【0063】

[0062] 図４及び図５のいずれの実施形態においても、ターゲットＴ２はターゲットＴ１よりも著しく大きい寸法Ｌ２を有することがわかる。例えば、これは４０μｍ又はそれ以上であり得る。ターゲットは照射スポット４２４によってアンダーフィルされることが好ましい。Ｘ線源システム１０４ａにおいて適切なコリメータを用いて、照射スポット４２４のサイズを例えば１０ｘ１０μｍの小ささに縮小することにより、もっと小さいターゲットを達成可能である。しかしながらその場合、既存のＸ線機器は、正確な回折スペクトルを得るために比較的長い捕獲時間を必要とする。もっと大きいターゲットを提供することによってスポットサイズを拡大することは、精度及びスループットの必要な組み合わせを得るための１つの方法である。一方、製品エリア内でオーバーレイを測定することも重要であり（いわゆる「ダイ内」メトロロジー）、その目的のためには小さいターゲットが重要である（ダイ内のスペース（ｒｅａｌ ｅｓｔａｔｅ）は極めて高価である）。

【0064】

[0063] 従って、本開示は、非製品エリアにおける製品同様の大きいターゲットのＸ線測定と、製品エリアにおける小さいターゲットの光学メトロロジーとを組み合わせた、ハイブリッドな解決策を提案する。小さいターゲットの隣に並置してスクライブラインに大きいＸ線ターゲットを配置することにより、Ｘ線測定を用いて小さいターゲットの光学測定を較正することができ、Ｘ線測定は、「解像度レベルの（ａｔ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）」フィーチャ（例えば５０ｎｍピッチ）で測定されたオーバーレイと、もっと粗いターゲット（例えば５００ｎｍピッチ）で測定されたオーバーレイを、変換する（ｔｒａｎｓｌａｔｅ）ように機能することができる。これにより、例えば非対称性感度の差によって引き起こされ、リソグラフィ装置ＬＡの投影システムＰＳにおける収差に関連した感度の差によって引き起こされ得る、粗いピッチと細かい解像度レベルのピッチとのオーバーレイ間の系統的バイアスを、処理ユニット１０６によって補正することができる。

【0065】

[0064] 図６は、上述のハイブリッド技法をサポートするパターニングデバイスＭの全体的なレイアウトを概略的に示す。パターニングデバイスＭは、例えばレチクルであり得る。すでに述べたように、メトロロジーターゲット６００は、機能デバイスパターンエリア６０２の間の、適用されたパターンのスクライブレーン部分に含めることができる。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むか、又はリソグラフィ装置のフィールドが充分に大きいのでこれに収まる場合には複数のデバイスパターンのアレイを含むことも可能である。図６の例は、Ｄ１からＤ４と表記する４つのデバイスエリアを示す。スクライブレーンターゲット６００は、これらのデバイスパターンエリアに隣接してこれらの間に配置されている。半導体デバイス等の完成基板において、基板Ｗは、これらのスクライブレーンに沿って切断することで個々のデバイスにダイシングされるので、ターゲットの存在が機能デバイスパターンのために利用できるエリアを縮小することはない。ターゲットが従来のメトロロジーターゲットに比べて小さい場合、ターゲットをデバイスエリア内に配置して、基板全体のリソグラフィ及びプロセス性能を綿密に監視することができる。このタイプのいくつかのダイ内ターゲット６０４をデバイスエリアＤ１に示す。図６はパターニングデバイスＭを示すが、リソグラフィプロセスの後に同じパターンが基板Ｗ上で再現されるので、結果として、この説明は基板Ｗ及びパターニングデバイスに当てはまる。

【0066】

[0065] 製品内スペースを犠牲にすることなくオーバーレイ測定の性能及び密度を向上させるため、図８のスクライブレーンターゲット６００及びダイ内ターゲット６０４は、小さい（光学）ターゲットＴ１及び大きい（Ｘ線）ターゲットＴ２のハイブリッドに基づいている。これについて以下で説明する。

【0067】

[0066] 図７は、パターニングデバイスＭ上の製品エリア６０２の１つを更に詳細に示し、ターゲット６００及び６０４を更に詳細に示す。リソグラフィプロセス中に、基板上の各フィールドで同一のパターンが生成及び反復される。製品エリアをＤと表記し、スクライブラインエリアをＳＬと表記する。製品エリア６０２には、小さいターゲット６０４が、製品フィーチャ間の様々なロケーションに所望の密度で散在している。これらのターゲット６０４は、例えば図４又は図５に示すターゲットＴ１の形態を有し、図３のメトロロジーシステムの第１のメトロロジー装置１０２を用いて測定することができる。スクライブレーンエリアＳＬには、例えば図４又は図５に示すタイプＴ２の大きいターゲット６００ａが設けられ、これらはＸ線を用いる第２のメトロロジー装置１０４を使用して測定することができる。大きいターゲット６００ａの各々の横に１つ以上の小さいターゲット６００ｂが設けられているが、これらはスクライブレーンエリアＳＬ内にあってもよく、又は製品エリア６０２内部にあってもよい。各ターゲットが２つ以上の個々の格子から成るグループを含む場合、小さいターゲット及び大きいターゲットの個々の格子は、完全に別々ではなく、大きいターゲットの格子の間に位置付けることができる。小さいターゲット６００ｂは、製品エリア６０２に分布した小さいターゲット６０４と同一の形態である。ターゲットのこの組み合わせにより、大きいスクライブレーンターゲット６００ａを用いてオーバーレイの低次のモデルを高い精度で測定することができると共に、小さい製品内ターゲット６０４を高密度で測定し、低次モデルの摂動（ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）としてモデル化することができる。規則的なターゲット６００ａには近傍に小さいターゲット６００ｂが付随するので、例えば小さいターゲットを用いて測定したオーバーレイのプロセス依存性が引き起こす不正確さを認識して補償することができる。

【0068】

[0067] 序論及び特許請求の範囲の用語で述べると、図７から、基板上に設けられたターゲットが、タイプＴ１の第１のターゲットセット及びタイプＴ２の第２のターゲットセットを含むことがわかる。第１のターゲットセットの第１のサブセット（ターゲット６００ｂ）は、第２のターゲットセット（６００ａ）も配置された基板の第１のロケーションにほぼ分散している。第１のターゲットセットの第２のサブセット（６０４）は、第１のロケーションに追加された第２のロケーションに分散している。

【0069】

[0068] 図８は、上述の新規のハイブリッド測定概念と、図３のメトロロジーシステムにおいて処理ユニット１０６が実施する処理とをグラフで示す。横軸Ｘは、基板の幅方向の（ａｃｒｏｓｓ）１つの次元を表す。この軸上に製品エリアＤ及びスクライブレーンエリアＳＬが画定される。縦軸は、測定されたオーバーレイ値ＯＶＬを表す。７００ａと表記する円で囲んだ２つのポイントが記入され、大きいターゲット６００ａで測定したオーバーレイを示している。大きいターゲットに隣接した小さいターゲット６００ｂを用いて測定したオーバーレイ値は７００ｂと表記され、小さいターゲット６０４を用いて製品エリアで測定されたオーバーレイ値は７０４と表記されている。例示のため、この製品エリアの両端のオーバーレイに単純な線形モデルを適用して、ポイント７００ａ間で一点鎖線のプロファイル曲線７０６を描くことができる。この曲線は又は、ポイント７００ａでオーバーレイをサンプリングする場合に高い精度を有すると見なすことができるが、それらの間の製品エリアでは詳細がない。小さいターゲット測定値７００ｂ及び７０４から、別のプロファイル曲線７０８（二点鎖線）が描かれる。この高次のプロファイルは明らかにＸ方向の詳細をもっと含むが、その測定オーバーレイ値は、プロセス依存性及び測定計器の限界のためにエラーを生じやすいことが知られている。しかしながら、ターゲット６００ｂ及び６００ａが基板上のほぼ同じポイントに位置することがわかっているので、グラフ上のポイント７００ｂが表す真のオーバーレイ値はポイント７００ａの値によってもっと正確に表されると想定することができる。従って、オフセット７１０を計算し、全てのポイント７０４に適用することにより、曲線７０８からの詳細を直線７０６の摂動として適用して、絶対精度と製品エリアにおける詳細な構造の双方を有する曲線７１２を得ることができる。

【0070】

[0069] 図８の簡略化した図示は１つのみの次元を示すが、測定及びモデルがＸ方向及びＹ方向の双方に拡張されることは当業者には認められよう。Ｘ方向及びＹ方向のオーバーレイを、この２次元エリアにおいて別々にモデル化することができる。同様に、曲線７０６は２つのみのサンプルポイント間の線形モデルであるが、実際の基板は多数の測定値７００ａを有し、これらは２次元においても高次モデルに結び付ける（ｊｏｉｎ）ことができる。この線形補間は、例えばスキャンタイプのリソグラフィ装置において、オーバーレイに対する結像効果の影響が照明スリット上で線形に変動する場合、充分に機能し得る。別の代替案は、追加の大きいターゲット及び小さいターゲットの対を用いて、下部スクライブレーンに沿ったばらつきを測定することである。これらによって、装置は、スリットに沿った高次の挙動を捕獲することができる。いずれの場合であっても、曲線７０８から摂動を追加することで、特に製品内ばらつきを示す更なる高次をモデルに追加することができ、しかも、大きいＸ線ターゲットに必要なエリアを犠牲にすることはなく、小さいＸ線ターゲットを用いるのに必要なスループットを犠牲にすることもない。オーバーレイ値は多数の方法で解析することができる。例えばプロセッサ１０６は、基板の全てのフィールドに共通する摂動を、基板全体で様々に異なるものから分離させることができる。このため、フィールド間オーバーレイ指紋からフィールド内オーバーレイ指紋を分離させることができる。

【0071】

[0070] 図９は、図３のメトロロジーシステムにおいて、オーバーレイ等のリソグラフィプロセスのパラメータを測定するための全体的なプロセスの一例を示すフローチャートである。このプロセスは、基板に比較的まばらに分布したＸ線ターゲットと、もっと高密度に分布した小さい光学ターゲットとの組み合わせを使用する。ステップＳ１では、１つのパターニングデバイス（レチクル）又はパターニングデバイスのセットに、図４及び図５で示したもののようなターゲットパターンを、製品パターンエリア６０２の周りに及び内部に分散させて設ける。ターゲットのレイアウトは、例えば図８に示したものと同様とすればよい。ターゲットがオーバーレイ測定のためのものである場合、半導体又は他の製品の異なる層Ｌ１、Ｌ２内にパターンを画定する少なくとも２つの異なるレチクルに、ターゲットを生成するためのパターンを含ませる。レチクルをプログラマブルパターニングデバイスで置き換える場合、パターンはデータ形態で与えられるが、プロセスは本質的に同じである。Ｓ２では、リソグラフィプロセスを用いて基板のフィールドエリア上にメトロロジーターゲット及び製品フィーチャを形成する。むろん、実際には一連の基板にパターンを形成し、ステップＳ２及び以降のステップを繰り返す。以下のステップは特定の順序で図示し記載するが、プロセスの原理から逸脱することなく様々な順序で実行することができる。

【0072】

[0071] 次いで、パターンを形成した基板を、図３のメトロロジーシステム１００を形成するもの等のメトロロジー装置内に搭載する。ステップＳ３及びＳ５は、第２の（Ｘ線）メトロロジー装置１０４における大きいターゲット６００ａのオーバーレイの測定に関する。Ｓ３では、小角Ｘ線散乱を用いて、各ターゲット（及び、多数の格子が設けられている場合はターゲット内の各格子）の回折スペクトルを捕獲する。Ｓ５では、スペクトルを処理して、１つ以上のターゲット６００ａにおける測定値を導出する。Ｓ６では、測定した大きいターゲットオーバーレイ値を組み合わせて、図１０の曲線７０６で表される基板のオーバーレイの低次プロファイルを得る。

【0073】

[0072] ステップＳ７及びＳ８では、暗視野結像技法を想定し、基板における小さいターゲット６００ｂ及び６０４を、−１次及び＋１次回折放射を用いてそれぞれ測定する。単に一例として図３のスキャトロメータを用いて、これらの測定を暗視野結像分岐及びセンサ２３によって従来の出願に述べられているように実行する。ステップＳ９では、各ターゲット及びターゲット内の各格子について、２つの測定強度を比較して、小さいターゲットの各々のオーバーレイ測定値を得る。Ｓ１０では、これらを組み合わせて、図８の曲線７０８と同様の、基板のオーバーレイの高次プロファイルを規定することができる。第１のメトロロジー装置が、例えば画像ベースのメトロロジー装置のような異なるタイプである場合、異なるステップＳ７〜Ｓ９を実行して、小さいターゲットからのオーバーレイ測定値を得ることができる。

【0074】

[0073] Ｓ１１では、小さい光学ターゲット６００ｂが大きい製品同様のターゲット６００ａに隣接しているという知識を用いて、ステップＳ６及びＳ１１からの低次プロファイル及び高次プロファイルをマージすることで、ハイブリッドプロファイル（すなわち図８の曲線７１２）を生成する。２つのタイプのターゲットからのデータを組み合わせる方法は重要でなく、実際にはそれらのデータを別々に記憶し、使用の際に相互参照及び／又は調整を行うことも可能である。原理は、小さいターゲットを用いて測定したパラメータ（例えばオーバーレイ）を、相互に隣接した小さいターゲットと大きいターゲットとの間で観察されたオフセットを参照して補正できるということである。

【0075】

[0074] 上述のように、オーバーレイ及びその他のパラメータのプロファイルは、基板全体で１つのばらつきとして表現する必要はない。これは例えば、全てのフィールドに共通するフィールド内プロファイル（基板Ｗ上の異なるロケーションにおけるパターニングデバイスＭを用いたパターニングの各インスタンス）と、フィールド内ばらつきが繰り返し重畳される低次のフィールド間ばらつきとして、表現することができる。

【0076】

[0075] オーバーレイエラーのプロファイルが、全てのフィールドについてほぼ同じである強力なフィールド内成分を有すると想定すると、ステップＳ１２で破線が示すように、短縮した測定プロセスを実施することができる。プロセスのこの変更された実施形態では、小さいターゲット６００ｂ、６０４は全て、フィールド内プロファイル及びオフセット７１０を決定し記録するのに充分な少数の代表的なフィールドについてのみ測定される。基板の小さいターゲットを全て測定することなく、フィールド内ばらつきを、基板の全てのフィールドについて、低次フィールド間プロファイル上に重畳することができる。むろん、この実施形態はフィールド内プロファイルが充分に繰り返されることを想定しており、これは各プロセスで実験によって検証する必要がある。利点は、時間及び測定スループットの犠牲が、小さいターゲットを全て測定するプロセスほど大きくないことである。同様に、小さいターゲット測定と大きいターゲット測定との間に適用される補正は基板全体で一定であり得るので、少数のみの比較から予測可能である。従って、スループットを向上させるために、与えられたターゲットのサブセットのみを実際に測定すればよい。あるいは、実験によって、補正が極めて変わりやすいこと、それ自体をフィールドごとに変わりやすいパラメータとしてモデル化しなければならないことが明らかになる場合もある。

【0077】

[0076] スクライブレーン内のスペースは、製品エリア内のスペースほどではないものの、やはり高価であるので、製品同様のフィーチャを有するＸ線ターゲット６００ａのサイズを縮小することが望ましい場合がある。スループットを犠牲にして、例えば１０μｍｘ１０μｍの小さいターゲットを設けることができる。その場合の各ターゲットは、測定に数秒を要する場合がある（が、Ｘ方向及びＹ方向は単一の露光で測定可能である）。測定する必要のあるターゲットが少数のみである場合、小さいＸ線ターゲットに伴うスループットの犠牲は許容可能であり得る。今後のもっと明るいＸ線源では、１つのターゲット当たりの捕獲時間は、１秒未満まで短縮される可能性があり、精度が低下しても所望のオーバーレイ性能測定のために充分な精度が得られるならばもっと短縮され得る。しかしながら当分の間は、比較的迅速な光学測定に比べて、Ｘ線測定に伴う時間に関する欠点は常に存在する。

【0078】

[0077] 図１０は、図３及び図１０のメトロロジーシステム並びに適切なパターニングデバイス及び基板が、メトロロジー及び／又は生成プロセスの性能を監視するために、更にそれらを制御するための基礎として用いられる製造プロセスを示すフローチャートである。ステップＳ２１では、ウェーハを処理して、製品フィーチャと、上述のような小さい光学ターゲット及びＸ線ターゲットの双方を含むメトロロジーターゲットと、を生成する。ステップＳ２２では、図１０の方法を用いて、オーバーレイ及び／又は他のパラメータを測定し算出する。ステップＳ２３では、測定したパラメータを（利用可能な他の情報と共に）用いて、メトロロジーレシピを更新する。メトロロジーレシピは、例えば、ターゲットを照明するためにどの波長（複数の波長）及び／又はどの偏光を用いるか、又は入射光線Ｉ１のどの角度を用いるかを規定することができる。更新したメトロロジーレシピは、オーバーレイの再測定のため、及び／又はこの後に処理されるウェーハのオーバーレイの測定のために用いられる。このようにして、算出したオーバーレイ測定値の精度を向上させる。所望の場合、更新プロセスを自動化することができる。

【0079】

[0078] ステップＳ２４では、更に別のウェーハの処理のため、第１及び第２のメトロロジー装置からの測定値を組み合わせて得られた解像度レベルのオーバーレイの知識を用いて、デバイス製造プロセスのリソグラフィパターニングステップ及び／又は処理ステップを制御するレシピを更新する。所望の場合、この更新も自動化することができる。

【0080】

[0079] 本発明の特定の実施形態について上述したが、本発明は記載したものとは異なる実施が可能であることは認められよう。基板及びパターニングデバイス上で実現されるような新規のターゲットに関連して、一実施形態は、基板上にターゲットを生成し、基板上のターゲットを測定し、及び／又は測定値を処理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読み取り可能命令の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むことができる。このコンピュータプログラムは、例えば図３の装置におけるユニットＰＵ、及び／又は図２の制御ユニットＬＡＣＵ内で実行することができる。また、そのようなコンピュータプログラムを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）も提供することができる。

【0081】

[0080] 物理的なレチクルの形態のパターニングデバイスについて記載したが、本出願における「パターニングデバイス」という用語は、例えばプログラマブルパターニングデバイスと関連付けて用いられる、デジタル形態のパターンを有するデータ製品も含む。

【0082】

[0081] 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み合わ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。

【0083】

[0082] 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もしくは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。

【0084】

[0083] 「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、又はその組み合わせを指すことができる。

【0085】

[0084] 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。従って、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、従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。

【0086】

[0085] 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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】