KR20210030974A - 기판 상의 하나 이상의 구조체의 특성을 결정하기 위한 계측 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

기판 상의 제1 구조체와 제2 구조체를 포함하는 구조체 쌍에 의한 방사선의 산란을 기술하는, 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장을 획득하기 위한 방법이 개시된다. 본 방법은 제1 구조체에 의해 산란된 제1 방사선에 관한 제1 전기장을 결정하는 것; 제2 구조체에 의해 산란된 제2 방사선에 관한 제2 전기장을 결정하는 것; 및 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장을 획득하기 위해, 제1 전기장과 제2 전기장의 간섭을 컴퓨테이션으로 결정하는 것을 포함한다.

Description

기판 상의 하나 이상의 구조체의 특성을 결정하기 위한 계측 시스템 및 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2018년 8월 1일에 출원된 EP 출원 18186825.8 및 2018년 10월 11일에 출원된 EP 출원 18199813.9의 우선권을 주장하며, 이들은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 기판 상의 구조체의 특성을 결정하기 위한 계측 장치 또는 검사 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 기판 상의 구조체의 특성을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상으로 원하는 패턴을 적용하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)에 있는 패턴 (또는 "설계 레이아웃" 또는 "설계"로도 지칭됨)을 기판 (예를 들어, 웨이퍼) 상에 제공된 방사선-감응 물질(레지스트)의 층 상으로 투영할 수 있다.

기판 상에 패턴을 투영하기 위해 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이 방사선의 파장은 기판 상에 형성될 수 있는 피처의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되고 있는 전형적인 파장은 365㎚ (i-line), 248㎚, 193㎚ 및 13.5㎚이다. 4 내지 20㎚ 범위 내의, 예를 들어 6.7㎚ 또는 13.5㎚의 파장을 갖는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예를 들어 193㎚의 파장을 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 기판 상에 더 작은 피처를 형성하기 위해 사용될 수 있다.

로우(low)-k₁ 리소그래피는 리소그래피 장치의 전형적인 분해능 한계보다 작은 치수를 갖는 피처를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 공정에서, 분해능 공식은

로 표현될 수 있으며, 여기서 λ는 사용되는 방사선의 파장, NA는 리소그래피 장치 내의 투영 광학계의 개구수, CD는 "임계 치수" (일반적으로, 프린트되는 가장 작은 피처 크기이나, 이 경우에서는 반분-피치), 그리고 k₁은 경험적인 분해능 인자이다. 일반적으로, k₁이 작을수록, 특정한 전기적 기능 및 성능을 달성하기 위하여 회로 설계자에 의하여 계획된 형상 및 치수와 유사한 패턴을 기판 상에 재현하는 것이 더 어려워진다. 이 어려움을 극복하기 위하여 정교한 미세 조정(fine-tuning) 단계가 리소그래피 투영 장치 및/또는 설계 레이아웃에 적용될 수 있다. 이는, 예를 들어 NA의 최적화, 맞춤 조명 방식(customized illumination schemes), 위상 시프팅 패터닝 디바이스의 사용, 설계 레이아웃에서의 광학 근접 보정(OPC, 때로는 또한 "광학 및 공정 보정"으로 지칭됨)과 같은 설계 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 일반적으로 "분해능 향상 기술"(RET)로서 규정된 다른 방법을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 대안적으로, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격한 제어 루프는 로우 k₁에서 패턴의 재현을 개선하기 위해 사용될 수 있다.

리소그래피 공정에서, 예를 들어 공정 제어 및 검증을 위하여, 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 스캐닝 전자 현미경 또는 스캐터로미터와 같은 다양한 형태의 계측 장치를 포함하는, 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴이 알려져 있다. 이러한 툴을 지칭하기 위한 일반적인 용어는 계측 장치 또는 검사 장치일 수 있다.

두꺼운 스택을 측정할 때 측정되고 있는 2개의 층 사이에 상당한 거리가 있을 수 있다. 이는 -1차 및 +1차 회절 차수 세기를 사용하여 획득된 이미지가 추정 (예를 들어, 평균)이 취해질 수 있는 상당히 안정된 세기의 영역을 표시하지 않기 때문에 세기 비대칭성을 사용하는 오버레이 결정을 신뢰할 수 없게 만들 수 있다. 이는 퓨필 평면 이미지를 사용하여 오버레이를 결정함으로써 다루어질 수 있지만, 이는 각 격자 쌍 타겟 구역에 대해 매우 큰 타겟 및 별도의 획득을 필요로 한다.

위에서 논의된 문제 또는 제한 중 하나 이상을 해결하는 검사 또는 계측 장치를 위한 효과적인 그리고 효율적인 해결책을 제공하는 것이 목적이다.

본 발명의 실시예는 청구범위에 그리고 상세한 설명에 개시되어있다.

본 발명의 제1 양태에서, 기판 상의 제1 구조체와 제2 구조체를 포함하는 구조체 쌍에 의한 방사선의 산란을 기술하는, 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장을 획득하기 위한 방법이 제공된다. 본 방법은 제1 구조체에 의해 산란된 제1 방사선에 관한 제1 전기장을 결정하는 것; 제2 구조체에 의해 산란된 제2 방사선에 관한 제2 전기장을 결정하는 것; 및 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장을 획득하기 위해, 제1 전기장과 제2 전기장의 간섭을 컴퓨테이션으로 결정하는 것을 포함한다.

또한, 제1 양태의 방법을 수행하도록 동작 가능한 처리 장치 및 컴퓨터 프로그램 제품, 및 이러한 처리 장치를 포함하는 검사 장치가 제공된다.

첨부된 개략적인 도면을 참조하여 본 발명의 실시예가 단지 예로서 설명될 것이며, 도면에서:
도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요를 도시하고 있다.
도 3은 반도체 제조를 최적화하기 위한 세 가지 핵심 기술 간의 협력을 나타내는, 전체적인(holistic) 리소그래피의 개략적인 도면을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 검사 장치를 도시하고 있다.
도 5는 (a) 제1 쌍의 조명 개구를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 타겟을 측정하는데 사용하기 위한 암시야 스캐터로미터의 개략적인 도면, (b) 주어진 조명 방향에 대한 타겟 격자의 회절 스펙트럼의 세부 사항 (c) 회절 기반 오버레이 측정을 위해 스캐터로미터를 사용할 때 추가 조명 모드를 제공하는 제2 쌍의 조명 개구 및 (d) 제1 쌍의 개구와 제2 쌍의 개구를 조합하는 제3 쌍의 조명 개구를 포함하고 있다;
도 6은 (a) 공지된 형태의 다중 격자 타겟 및 기판 상의 측정 스폿의 윤곽 및 (b) 도 5의 스캐터로미터에서 획득된 타겟의 이미지를 도시하고 있다; 그리고
도 7은 (a) 얇은 타겟 및 (b) 두꺼운 타겟을 통한 측정 방사선의 예시적인 광학 경로 및 대응하는 이미지 그리고 세기 플롯(intensity plots)을 보여주고 있다.

본 문헌에서, 용어 "방사선" 및 "빔"은 (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126㎚의 파장을 갖는) 자외 방사선 및 EUV (예를 들어, 약 5 내지 100㎚의 범위 내의 파장을 갖는, 극자외 방사선)를 포함하는 모든 유형의 전자기 방사선을 포함하도록 사용된다.

본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"는 기판의 타겟 부분에 생성될 패턴에 대응하여, 입사 방사선 빔에 패터닝된 횡단면을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 포괄적인 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다. 용어 "광 밸브(light valve)"가 또한 이와 관련하여 사용될 수 있다. 전형적인 마스크 (투과형 또는 반사형, 바이너리(binary), 위상-시프팅, 하이브리드(hybrid) 등) 외에, 이러한 패터닝 디바이스의 다른 예는 프로그램 가능한 미러 어레이 및 프로그램 가능한 LCD 어레이를 포함하고 있다.

도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 도시하고 있다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B) (예를 들어, UV 방사선, DUV 방사선 또는 EUV 방사선)을 조정하도록 구성된 조명 시스템 (일루미네이터로도 지칭됨)(IL), 패터닝 디바이스 (예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 소정 매개변수에 따라 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치시키도록 구성된 제1 포지셔너(PM)에 연결되어 있는 마스크 지지체 (예를 들어, 마스크 테이블)(T), 기판 (예를 들어, 레지스트 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고 소정 매개변수에 따라 기판 지지체를 정확하게 위치시키도록 구성된 제2 포지셔너(PW)에 연결되어 있는 기판 지지체(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 (예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함하는) 타겟 부분(C) 상으로 투영하도록 구성된 투영 시스템 (예를 들어, 굴절형 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함하고 있다.

작동 시에, 조명 시스템(IL)은, 예를 들어 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 받아들인다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping) 및/또는 제어하기 위하여, 굴절식, 반사식, 자기, 전자기, 정전기 및/또는 다른 유형의 광학 구성 요소 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 광학 구성 요소를 포함할 수 있다. 일루미네이터(IL)는 패터닝 디바이스(MA)의 평면에서 방사선 빔(B)의 횡단면에 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 갖도록 방사선 빔(B)을 조정하기 위해 사용될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 "투영 시스템"(PS)은 사용되는 노광 방사선에 적합하고 및/또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인에 대해 적합한 것으로서, 굴절형, 반사형, 반사굴절형, 애너모픽, 자기, 전자기 및/또는 정전기 광학 시스템 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 유형의 투영 시스템을 포괄하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 용어 "투영 렌즈"의 임의의 사용은 더 일반적인 용어 "투영 시스템"(PS)과 동의어로 간주될 수 있다.

리소그래피 장치(LA)는 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우기 위하여 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예를 들어 물로 기판의 적어도 일부가 덮일 수 있는 유형일 수도 있으며, 이는 또한 침지 리소그래피로 지칭된다. 침지 기술에 대한 더 많은 정보는 미국특허 제6,952,253호에 제공되어 있으며, 이는 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.

리소그래피 장치(LA)는 또한 2개 이상의 기판 지지체(WT) (또한 "이중 스테이지"로 명명됨)를 갖는 유형일 수 있다. 이러한 "다중 스테이지" 기계에서는, 기판 지지체(WT)들이 동시에 사용될 수 있으며, 및/또는 기판(W)의 후속 노광의 준비 단계가 기판 지지체(WT) 중 하나에 위치된 기판(W) 상에서 수행될 수 있는 동안에, 다른 기판 지지체(WT) 상의 또 다른 기판(W)은 다른 기판(W) 상에 패턴을 노광하기 위하여 이용되고 있다.

기판 지지체(WT)에 더하여, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/ 또는 세정 디바이스를 유지하도록 배열되어 있다. 센서는 투영 시스템(PS)의 특성 또는 방사선 빔(B)의 특성을 측정하도록 배열될 수 있다. 측정 스테이지는 다수의 센서를 유지시킬 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 일부, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 일부 또는 침지 액체를 제공하는 시스템의 일부를 세정하도록 배열될 수 있다. 기판 지지체(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 떨어져 있을 때 측정 스테이지는 투영 시스템(PS) 아래로 이동할 수 있다.

작동 시에, 방사선 빔(B)은 마스크 지지체(MT) 상에 유지되는 패터닝 디바이스, 예를 들어 마스크(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스(MA) 상에 존재하는 패턴 (설계 레이아웃)에 의해 패터닝된다. 마스크(MA)를 거친 후에, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하며, 투영 시스템은 빔을 기판(W)의 타겟 부분(C) 상으로 집속시킨다. 제2 포지셔너(PW) 및 위치 측정 시스템(IF)의 도움으로, 기판 지지체(WT)는, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에서 집속되고 정렬된 위치에 상이한 타겟 부분(C)을 위치시키기 위하여 정확하게 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치 포지셔너(PM) 및 가능하게는 또 다른 위치 센서 (이는 도 1에 명확히 도시되지는 않는다)가 사용되어 패터닝 디바이스(MA)를 방사선 빔(B)의 경로에 대해 정확하게 위치시킬 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 사용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크(P1, P2)는 전용 타겟 부분을 점유하지만, 이들은 타겟 부분들 사이의 공간에 위치될 수 있다. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 이들이 타겟 부분(C)들 사이에 위치될 때 스크라이브-레인 정렬 마크로 알려져 있다.

도 2에서 보여지는 바와 같이, 리소그래피 장치(LA)는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있으며, 이는 때로는 리소 셀 또는 (리소) 클러스터로도 지칭되고, 흔히 기판(W) 상에서 노광 전 및 노광 후 공정을 수행하는 장치를 포함하고 있다. 일반적으로, 이들은 레지스트 층을 증착하기 위한 스핀 코터(SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 예를 들어 레지스트 층 내의 용매를 조절하기 위하여, 예를 들어 기판(W)의 온도를 조절하기 위한 냉각 플레이트(CH) 및 베이크 플레이트(BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)은 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하여, 이를 상이한 공정 장치들 사이에서 이동시키며, 기판(W)을 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(loading bay; LB)에 전달한다. 흔히 통칭적으로 트랙으로도 지칭되는, 리소셀 내의 디바이스는 전형적으로 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있으며, 감독 제어 시스템은 또한 예를 들어 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어할 수 있다.

리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판(W)이 정확하고 일관되게 노광되도록 하기 위하여, 기판을 검사하여 후속하는 층들 간의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은, 패터닝된 구조체의 특성을 측정하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위하여, 검사 툴(보이지 않음)이 리소셀(LC)에 포함될 수 있다. 오차가 검출되면, 특히 동일 배치 (batch) 또는 로트의 다른 기판(W)이 노광되거나 처리되기 전에 검사가 수행된다면, 예를 들어 후속 기판의 노광에 대해 또는 기판(W) 상에서 수행될 다른 처리 단계에 대해 조정이 이루어질 수 있다.

계측 장치로도 지칭될 수 있는 검사 장치는 기판(W)의 특성을 결정하기 위해, 그리고 특히 상이한 기판(W)들의 특성이 어떻게 달라지는지 또는 동일한 기판(W)의 상이한 층들과 연관된 특성이 층마다 어떻게 달라지는지를 결정하기 위해 사용된다. 검사 장치는 대안적으로 기판(W) 상의 결함을 식별하도록 구성될 수 있으며, 예를 들어 리소셀(LC)의 일부일 수 있거나, 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있거나, 심지어 독립형 디바이스일 수도 있다. 검사 장치는 잠상 (노광 후의 레지스트 층 내의 이미지)에 관한, 또는 반-잠상 (노광 후 베이크 단계(PEB) 후의 레지스트 층 내의 이미지)에 관한, 또는 (레지스트의 노광된 또는 노광되지 않은 부분이 제거된) 현상된 레지스트 이미지에 관한, 또는 심지어 (에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후의) 에칭된 이미지에 관한 특성을 측정할 수 있다.

전형적으로 리소그래피 장치(LA)에서의 패터닝 공정은 기판(W) 상의 구조체의 치수 및 배치의 높은 정확도를 요구하는 처리에서 가장 중요한 단계 중 하나이다. 이러한 높은 정확도를 보장하기 위하여, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 3개의 시스템이 소위 "전체론적(holistic)" 제어 환경으로 조합될 수 있다. 이 시스템들 중 하나는 계측 툴(MET)(제2 시스템)에 그리고 컴퓨터 시스템(CL)(제3 시스템)에 (가상적으로) 연결되어 있는 리소그래피 장치(LA) 이다. 이러한 "전체론적" 환경의 핵심은 이 3개의 시스템 사이의 협력을 최적화하여 전체적인 공정 윈도우를 향상시키고 엄격한 제어 루프를 제공하여 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행된 패터닝이 공정 윈도우 내에 유지되는 것을 보장하는 것이다. 공정 윈도우는 공정 매개 변수 (예를 들어, 선량, 초점, 오버레이)의 범위를 규정하며, 특정 제조 공정은 이 공정 매개 변수 내에서 규정된 결과 (예를 들어, 기능 반도체 디바이스)를 생성한다-전형적으로 이 범위 내에서 리소그래피 공정 또는 패터닝 공정에서의 공정 매개변수는 달라지는 것이 허용된다.

컴퓨터 시스템(CL)은 패터닝될 설계 레이아웃(의 일부)을 사용하여 어떤 분해능 향상 기술을 사용할지 예측할 수 있고 어떤 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 (도 3에서 제1 스케일(SC1)의 이중 화살표에 의하여 도시된) 패터닝 공정의 가장 큰 전체 공정 윈도우를 달성할지 결정하도록 컴퓨테이션 리소그래피 시뮬레이션 및 계산을 수행할 수 있다. 전형적으로, 분해능 향상 기법은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 매칭되도록 구성된다. 컴퓨터 시스템(CL)은 또한 공정 윈도우 내에서 (예를 들어, 계측 툴(MET)로부터의 입력을 사용하여) 리소그래피 장치(LA)가 현재 작동하고 있는 곳을 검출하도록 사용되어 예를 들어 (도 3에서 제2 스케일(SC2) 내의 "0"을 가리키는 화살표에 의하여 도시된) 차선의 처리로 인하여 결함이 존재할 수 있는지 여부를 예측할 수 있다.

계측 툴(MT)은 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하기 위해 컴퓨터 시스템(CL)에 입력을 제공할 수 있으며, 또한 예를 들어 (도 3에서 제3 스케일(SC3) 내의 다중 화살표에 의하여 도시된) 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태에서, 가능한 드리프트를 식별하기 위해 리소그래피 장치(LA)에 피드백을 제공할 수 있다.

리소그래피 공정에서, 예를 들어 공정 제어 및 검증을 위하여, 생성된 구조체를 자주 측정하는 것이 바람직하다. 주사 전자 현미경 또는 다양한 형태의 계측 장치, 예를 들어 스캐터로미터를 포함하는, 이러한 측정을 수행하기 위한 다양한 툴이 알려졌다. 공지된 스캐터로미터의 예는 종종 언더필된 타겟 (측정 빔이 격자보다 작은 스폿을 생성할만큼 충분히 큰, 단순한 격자 또는 상이한 층들 내의 중첩 격자들의 형태의 타겟) 또는 오버필된 타겟 (그에 의하여 조명 스폿은 타겟을 부분적으로 또는 완전하게 포함한다)과 같은 전용 계측 타겟의 제공에 의존한다. 또한, 계측 툴, 예를 들어 격자와 같은 언더필된 타겟을 조명하는 각도 분해 스캐터로미 터의 사용은 타겟 구조체의 수학적 모델과의 산란 방사선의 상호 작용을 시뮬레이션하고 시뮬레이션 결과를 측정의 결과와 비교함으로써 격자의 특성이 계산될 수 있는 소위 재구성 방법의 사용을 허용한다. 모델의 매개변수는 시뮬레이션된 상호 작용이 실제 타겟으로부터 관측된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조정된다.

스캐터로미터는 스캐터로미터의 대물렌즈의 퓨필 또는 퓨필과 공액 관계인 평면에 센서를 가짐으로써 (측정은 일반적으로 퓨필 기반 측정으로 지칭됨), 또는 이미지 평면 또는 이미지 평면과 공액 관계인 평면에 센서를 가짐으로써 (이 경우 측정은 일반적으로 이미지 또는 필드 기반 측정으로 지칭된다) 리소그래피 공정의 매개 변수의 측정을 허용하는 다용도 기구이다. 이러한 스캐터로미터 및 연관된 측정 기술은 미국특허 출원공개 US2010/0328655, US2011/102753A1, US2012/0044470A, US2010/049470A, US2011/0249244, US2011/0026032 또는 EP1,628,164A에 더 설명되어 있으며, 이 문헌들은 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함된다. 앞서 언급된 스캐터로미터는 연질 X-선 및 가시광선 내지 근적외선 파장 범위의 광을 사용하여 다수의 격자로부터 다수의 타겟을 하나의 이미지에서 측정할 수 있다.

스캐터로미터와 같은 계측 장치가 도 4에 도시되어 있다. 이 장치는 방사선(5)을 기판(W) 상으로 투영하는 광대역 (백색광) 방사선 프로젝터(2)를 포함하고 있다. 반사된 또는 산란된 방사선(10)은 스캐터로미터 검출기(4)로 나아가며, 이 검출기는 정반사된 방사선(10)의 스펙트럼(6)을 측정한다 (즉, 파장(λ)의 함수로서 세기(I)의 측정). 이 데이터로부터, 검출된 스펙트럼을 발생시키는 구조체 또는 프로파일(8)은 처리 유닛(PU)에 의해, 예를 들어 엄밀한 결합 파동 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀에 의하여 또는 시뮬레이션된 스펙트럼의 라이브러리와의 비교에 의하여 재구성될 수 있다. 일반적으로, 재구성을 위하여, 일반적인 형태의 구조체가 알려져 있으며, 구조체가 만들어진 공정의 정보(knowledge)로부터 일부 매개변수가 가정되어 스캐터로메트리 데이터로부터 결정될 구조체의 몇 가지 매개변수만을 남긴다. 이러한 스캐터로미터는 수직 입사 스캐터로미터 또는 경사 입사 스캐터로미터로서 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용하기에 적합한 계측 장치가 도 5a에서 보여지고 있다. 이는 적절한 계측 장치의 한 예일 뿐이라는 점이 주목된다. 대안적인 적절한 계측 장치는 예를 들어 WO2017/186483A1에 개시된 것과 같은 EUV 방사선을 사용할 수 있다. 타겟 구조체(T) 및 타겟 구조체를 조명하기 위해 사용되는 측정 방사선의 회절선이 도 5b에 더 상세히 도시되어 있다. 도시된 계측 장치는 암시야 계측 장치로 알려진 유형이다. 리소그래피 장치는 독립형 디바이스일 수 있거나, 예를 들어, 측정 스테이션에서 리소그래피 장치(LA)에 또는 리소그래피 셀(LC)에 통합될 수 있다. 장치 전체에 걸쳐 여러 분기부(branches)를 갖는 광학 축은 점선(O)으로 나타내어진다. 이 장치에서, 소스(11) (예를 들어, 크세논 램프)에 의해 방출된 광은 렌즈(12, 14)와 대물렌즈(16)를 포함하는 광학 시스템에 의하여 빔 스플리터(beam splitter)(15)를 통해 기판(W) 상으로 향하게 된다. 이 렌즈들은 4F 구성의 이중 시퀀스(double sequence)로 배열되어 있다. 검출기 상으로 기판 이미지를 여전히 제공하고 공간-주파수 필터링을 위하여 중간 퓨필-평면(pupil-plane)의 접근을 동시에 허용한다면, 상이한 렌즈 구성이 사용될 수 있다. 따라서, 방사선이 기판 상에 입사하는 각도 범위는, 본 명세서에서 (공액(conjugate)) 퓨필 평면으로 지칭되는, 기판 평면의 공간 스펙트럼을 나타내는 평면에서의 공간 세기 분포를 규정함으로써 선택될 수 있다. 특히, 이는 대물렌즈 퓨필 평면의 후방-투영된 이미지(back-projected image)인 평면에서 렌즈(12 및 14)들 사이에 적절한 형태의 개구 플레이트(aperture plate)(13)를 삽입함으로써 이루어질 수 있다. 도시된 예에서, 개구 플레이트(13)는 13N 및 13S로 표기된 상이한 형태들을 가져 상이한 조명 모드들이 선택되는 것을 허용한다. 본 예에서의 조명 시스템은 축외(off-axis) 조명 모드를 형성한다. 제1 조명 모드에서, 개구 플레이트(13N)는 단지 설명의 목적을 위해 "북(north)"으로 지정된 방향으로부터 축외 조명을 제공한다. 제2 조명 모드에서, 개구 플레이트(13S)는 유사한, 그러나 "남(south)"으로 표기된 반대 방향으로부터 조명을 제공하기 위하여 사용된다. 상이한 개구들을 이용함으로써 다른 조명 모드가 가능하다. 원하는 조명 모드 외의 임의의 불필요한 광이 원하는 측정 신호를 방해할 것이기 때문에 퓨필 평면의 나머지는 바람직하게는 어둡다(dark).

도 5b에서 보여지는 바와 같이, 타겟 구조체(T)는 대물렌즈(16)의 광학 축(O)에 수직인 기판(W)과 함께 위치되어 있다. 기판(W)은 지지체 (보이지 않음)에 의하여 지지될 수 있다. 축(O)을 벗어난 각도로부터 타겟 구조체(T)에 충돌하는 측정 방사선의 광선(I)은 0차 광선 (실선(0))과 2개의 1차 광선 (일점 쇄선(+1) 및 이점 쇄선(-1))을 생기게 한다. 오버필된(overfilled) 작은 타겟 구조체를 이용하여 이 광선들은 계측 타겟 구조체(T)와 다른 피처를 포함하는 기판의 영역을 덮는 많은 평행 광선 중 하나일 뿐이라는 것이 기억되어야 한다. 플레이트(13) 내의 개구가 (유효한 양의 광을 받아들이는데 필요한) 유한 폭을 갖고 있기 때문에, 입사 광선(I)은 사실상 각도 범위를 차지할 것이며, 회절선(0 및 + 1/-1)은 어느 정도 확산될 것이다. 작은 타겟의 점 확산 함수에 따라, 각 차수(+1 및 -1)는 보여지는 바와 같이 단일의 이상적인 광선이 아니라, 각도 범위에 걸쳐 더 확산될 것이다. 타겟 구조체의 격자 피치 및 조명 각도는 대물렌즈로 들어가는 1차 광선이 중앙 광학 축과 밀접하게 정렬되도록 설계되거나 조정될 수 있다는 점을 주목한다. 도 5a 및 도 3b에 도시된 광선은 전적으로 도면에서 보다 더 쉽게 구별되는 것이 가능하도록 축을 약간 벗어난 것으로 보여지고 있다.

기판(W) 상의 타겟 구조체(T)에 의해 회절된 적어도 0 및 +1 차수는 대물렌즈(16)에 의해 집광되고 빔 스플리터(15)를 통해 뒤로 지향된다. 도 5a로 돌아가서, 북(N) 및 남(S)으로 표시된 정반대의 개구들을 지정함으로써 제1 및 제2 조명 모드들 모두가 도시되어 있다. 측정 방사선의 입사 광선(I)이 광학 축의 북측으로부터 온 경우, 즉 제1 조명 모드가 개구 플레이트(13N)를 사용하여 적용되는 경우, +1(N)으로 표시되는 +1 회절선은 대물렌즈(16)로 들어간다. 그에 반하여, 제2 조명 모드가 개구 플레이트(13S)를 사용하여 적용되는 경우, (1(S)로 표시된) -1 회절선은 렌즈(16)로 들어가는 광선이다.

제2 빔 스플리터(17)는 회절 빔을 2개의 측정 분기부로 분할한다. 제1 측정 분기부에서, 광학 시스템(18)은 0차 및 1차 회절 빔을 이용하여 제1 센서(19) (예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟 구조체의 회절 스펙트럼 (퓨필 평면 이미지)을 형성한다. 각 회절 차수는 센서 상의 상이한 포인트에 도달(hit)하며, 따라서 이미지 처리는 차수들을 비교하고 대조할 수 있다. 센서(19)에 의해 캡처된 퓨필 평면 이미지는 계측 장치를 집속하고 및/또는 1차 빔의 세기 측정을 정규화하기 위하여 사용될 수 있다. 퓨필 평면 이미지는 또한 재구성과 같은 많은 측정 목적을 위하여 사용될 수 있다.

제2 측정 분기부에서, 광학 시스템(20, 22)은 센서(23)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서) 상에 타겟 구조체(T)의 이미지를 형성한다. 제2 측정 분기부에서, 퓨필-평면에 대해 공액 관계인 평면에 구경 조리개(aperture stop)(21)가 제공된다. 구경 조리개(21)는, 센서(23) 상에 형성된 타겟의 이미지가 -1차 또는 +1차 빔으로부터만 형성되도록 0차 회절 빔을 차단하는 기능을 한다. 센서(19 및 23)에 의해 캡처된 이미지는 이미지를 처리하는 프로세서(PU)로 출력되며, 프로세서의 기능은 수행되고 있는 측정의 특정 유형에 의존할 것이다. 본 명세서에서 용어 "이미지"는 넓은 의미로 사용된다는 것을 유의한다. -1차 및 +1차 중 하나만이 존재하는 경우에, 이와 같은 격자 라인의 이미지는 형성되지 않을 것이다.

도 5에서 보여지는 개구 플레이트(13) 및 시야 조리개(field stop)(21)의 특정 형태들은 전적으로 예이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 타겟의 축상(on-axis) 조명이 사용될 수 있으며 축외 개구를 갖는 구경 조리개는 실질적으로 하나의 1차 회절 광만을 센서로 보내기 위해 사용된다. 또 다른 실시예에서, 1차 빔 대신에, 또는 이에 더하여, 2차, 3차 및 더 높은 차수의 빔(도 5에서는 보여지지 않음)이 측정에 사용될 수 있다.

측정 방사선을 이 상이한 유형의 측정들에 적응 가능할 수 있게 하기 위하여, 개구 플레이트(13)는 디스크 주위에 형성되는 다수의 개구 패턴을 포함할 수 있으며, 디스크는 회전하여 원하는 패턴을 제 위치로 이동시킨다. 개구 플레이트(13N 또는 13S)는 한 방향으로 (설정(set-up)에 따라 X 또는 Y) 배향되는 격자를 측정하기 위해서만 사용될 수 있다는 점을 주목한다. 직교 격자의 측정을 위하여, 90° 및 270°를 통한 타겟의 회전이 구현될 수 있다. 상이한 개구 플레이트들이 도 5c 및 도 5d에 나타나 있다. 이들의 사용 및 본 장치의 많은 다른 변형 및 적용은 위에서 언급된, 앞서 공개된 출원에 설명되어 있다.

도 6a는 공지된 실시에 따라 기판 상에 형성된 타겟 구조체 또는 복합 타겟을 도시하고 있다. 이 예에서의 타겟 구조체는 모두가 계측 장치의 계측 방사선 조명 빔에 의해 형성된 측정 스폿(31) 내에 있도록 서로 근접하게 위치된 4개의 타겟 (예를 들어, 격자)(32 내지 35)을 포함하고 있다. 따라서, 4개의 타겟은 모두 동시에 조명되고 또한 센서(19 및 23)에서 동시에 이미지화된다. 오버레이의 측정에 전용인 예에서, 타겟(32 내지 35)은 그 자체가, 기판(W) 상에 형성된 반도체 디바이스의 상이한 층들에서 패터닝된 격자를 위에 놓음(overlying)으로써 형성된 복합 격자이다. 복합 격자의 상이한 부분들이 형성되는 층들 간의 오버레이의 측정을 용이하게 하기 위하여 타겟(32 내지 35)은 상이하게 바이어스된 오버레이 오프셋을 가질 수 있다. 오버레이 바이어스(overlay bias)의 의미는 도 7을 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 들어오는 방사선을 X 및 Y 방향으로 회절시키기 위하여, 보여지는 바와 같이 타겟(32 내지 35)들은 또한 그들의 배향이 상이할 수 있다. 일 예에서, 타겟(32 및 34)들은 +d, -d의 바이어스를 각각 갖는 X-방향 격자이다. 타겟(33 및 35)들은 +d 및 -d의 오프셋을 각각 갖는 Y-방향 격자이다. 이 격자들의 개별 이미지는 센서(23)에 의해 캡처된 이미지에서 식별될 수 있다. 이는 타겟 구조체의 한 예일뿐이다. 타겟 구조체는 4개보다 많거나 적은 타겟 또는 단일 타겟만을 포함할 수 있다.

도 6b는 도 5d로부터의 개구 플레이트(13NW 또는 13SE)를 이용하여, 도 5의 장치 내의 도 6a의 타겟을 사용하여 센서(23) 상에 형성될 수 있고 센서에 의해 검출될 수 있는 이미지의 예를 보여주고 있다. 퓨필 평면 이미지 센서(19)가 상이한 개별 타겟(32 내지 35)을 분해(resolve)할 수 없는 반면에, 이미지 센서(23)는 그렇게 할 수 있다. 어두운 사각형은 센서 상의 이미지의 필드를 나타내며, 그 필드 내에서 기판 상의 조명된 스폿(31)은 대응하는 원형 영역(41)으로 이미지화된다. 이 안에서, 직사각형 영역(42 내지 45)은 작은 타겟 격자(32 내지 35)의 이미지를 나타낸다. 타겟이 제품 영역 내에 위치된 경우, 제품 피처는 또한 이 이미지 필드의 주위에서 보일 수 있다. 이미지 프로세서 및 컨트롤러(PU)는 패턴 인식을 사용하여 이 이미지들을 처리하여 타겟(32 내지 35)의 개별 이미지(42 내지 45)를 식별한다. 이렇게 하여, 이미지는 센서 프레임 내의 특정 위치에서 매우 정확하게 정렬될 필요가 없으며, 이는 전체로서 측정 장치의 처리량을 크게 향상시킨다.

타겟의 개별 이미지가 식별되면, 예를 들어, 식별된 영역 내에서의 선택된 픽셀 세기 값을 평균하거나 합산함으로써 이 개별 이미지들의 세기가 측정될 수 있다. 이미지의 세기 및/또는 다른 특성들이 서로 비교될 수 있다. 이 결과들은 조합되어 리소그래피 공정의 상이한 매개변수들을 측정할 수 있다. 오버레이 성능은 이러한 매개변수의 중요한 예이다.

계측 장치 (예를 들어, 스캐터로미터)의 일 실시예에서, 계측 장치는 반사된 스펙트럼 및/또는 검출 구성에서의 비대칭성을 측정함으로써 2개의 오정렬된 격자 또는 주기적 구조체의 오버레이를 측정하도록 조정되며, 여기서 비대칭성은 오버레이의 범위와 관련이 있다. 초점 의존적 비대칭성을 갖고 형성된 특정 타겟 상의 초점을 측정하기 위해 유사한 방법이 사용될 수 있다. 오버레이 경우에, 2개의 (전형적으로 중첩되는) 격자 구조체는 (반드시 연속적인 층은 아닌) 2개의 상이한 층에 적용될 수 있으며, 웨이퍼 상의 실질적으로 동일한 위치에 형성될 수 있다. 스캐터로미터는, 예를 들어 공동 소유의 특허 출원 EP1,628,164A에서 설명된 바와 같이 대칭적 검출 구성을 가질 수 있으며, 따라서 임의의 비대칭성은 명확하게 구별 가능하다. 이는 격자의 오정렬을 측정하는 간단한 방법을 제공한다. 타겟이 주기적 구조체의 비대칭성을 통해 측정됨에 따라 주기적 구조체를 포함하는 2개 층 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위한 추가 예가 원용에 의해 전체적으로 본 명세서에 포함되는 PCT 특허 출원 공개 WO2011/012624 또는 미국 특허 출원 공개 US2016/0161863에서 찾아질 수 있다.

위에서 설명한 것과 같은 회절 계측 방법을 사용한 오버레이 타겟의 측정은 더 얇은 스택에 대해 더 정확하며, 여기서 측정되고 있는 2개의 층 간의 (기판 평면에 수직인 z-방향으로의) 거리가 너무 크지 않다. 더 두꺼운 스택의 측정은, 특히 계측 장치가 측정 방사선이 비-수직 각도(non-normal angle)로 타겟에 입사되도록 하는 경우 더 큰 어려움을 제공한다. 광의 비수직 전파로 인하여, 최상부 및 최하부 격자들 사이의 유한 두께의 타겟을 통과하는 다중 회절 경로를 따라서, 격자들은 적절히 정렬되지 않을 것이며 따라서 서로에 대해 효과적으로 변위될 것이다. 이 변위는 유한 영역 개구 내에서 여러 각도에서 도달하는 조명으로 인해 훼손된다 (smeared out). 결과적으로, 이미지 평면 (검출기, 예를 들어 도 3의 검출기(23)에 의하여 이미지화된 평면) 내의 상이한 지점은 격자 이미지의 교차점에 대한 상이한 정보를 전달하며 따라서 스택 민감도는 이미지 평면에서의 급변하는 위치 함수가 된다. 얇은 타겟에서, 이 효과는 이미지 에지에만 영향을 준다. 따라서, 관심 대상 영역(Region of Interest: ROI)은 이미지 내의 에지에서 떨어진 영역으로서 식별되며, 여기서 측정된 세기는 거의 없는 공간적 변화를 보여준다. 그러나 스택이 두꺼울수록 이 효과는 타겟 이미지의 에지뿐만 아니라 전체 타겟 이미지에 걸쳐 발생한다. 임의의 선택된 ROI 영역 내에서의 스택 민감도의 빠른 표시(sign) 변화로 인하여, 이미지를 가로지른 평균 비대칭 신호는 스택 민감도 (오버레이에 대한 측정의 민감도)가 거의 없는 반면에, 개별 픽셀은 상당히 더 큰 스택 민감도를 갖는다. 이는 매우 부정확한 오버레이 추정을 야기한다. 스택 민감도는 바이어스 타겟(d)에 의해 스케일링된 세기의 평균에 의하여 정규화된 서브-타겟들 간의 비대칭 신호의 변화를 설명한다. 특정 예에서, 정규화된 스택 민감도(K₁/S)는 하기 수학식에 의하여 설명된다:

여기서 +d 및 -d는 (크기(d)를 갖는) 부과된 서브-타겟 바이어스이며, A_+d는 +d 서브-타겟의 상보적 이미지로부터의 비대칭성 측정 값(세기 차이)이고, A_-d는 -d 서브-타겟의 상보적 이미지로부터의 비대칭성 측정 값(세기 차이)이다. I _av 는 +1 및 -1 회절 차수 모두에 대한 서브-타겟(+d, -d) 모두의 세기 측정 값의 평균이다.

두꺼운 스택에 대하여, 충분히 큰 ROI는 없으며, 이 ROI를 위하여 평균은 강력하고 안정적인 스택 민감도를 야기할 것이다. 부가적으로, 현재의 이미지 인식 알고리즘은 균일한 영역을 식별함으로써 작동하지만 두꺼운 스택에서는 타겟 주변의 경계가 매끄러워지고 지워져(washed out) ROI 검출을 더 어렵게 한다.

도 7은 이 효과를 보여주고 있다. 도 7a는 입사 측정 방사선(700), 그리고 얇은 격자 쌍 또는 타겟(720)을 형성하도록 배열되어 있는 최상부 격자(720a)와 최하부 격자(720b)를 포함하는 구조체 쌍의 조명 후의 산란 방사선(710)을 도시하고 있다. 명확함을 위하여 단일 경로만이 보여지지만, 실제로는 다수의 경로가 있을 것이다. 도 7b는 입사 측정 방사선(700), 그리고 두꺼운 격자 쌍 또는 타겟(740)을 형성하도록 배열된 최상부 격자(740a)와 최하부 격자(740b)를 포함하는 구조체 쌍의 조명 후의 산란 방사선(730)을 보여주고 있다. 각 경우에, 측정된 산란 방사선을 위한 (x 또는 y 방향의) 위치에 대하여 결과적인 캡처 이미지 (750a, 750b) 및 (예를 들어, 단일 회절 차수의) 세기의 대응 그래프(760a, 760b)가 보여지고 있다.

명확함을 위하여, 양 도면에서 단일 경로만이 보여지고 있지만, 실제로 다수의 경로가 있을 것이다. 최상부 격자(720a, 740a)에서의, 그후 최하부 격자(720b, 740b)에서의, 그리고 다시 최상부 격자(720a, 740a)에서의 연속적인 회절/반사/투과 이벤트(event) 때문에 많은 상이한 광학 경로가 발생하며, 방사선은 각 회절 이벤트에서 상이한 각도로 회절 가능하다. 따라서 표시된 것과 다른, 타겟 내부의 광학 경로가 존재하고 유사하게 거동한다 (즉, 중첩이 없는 영역, 최상부-최하부 중첩을 갖는 영역 및 최상부-최하부-최상부 중첩을 갖는 영역이 있을 것이다). 또한, 최상부 격자에서 반사되는 일부 방사선이 있어, 영역(a, a')과 부분적으로 중첩되고 중첩 영역에서만 오버레이 신호를 전달하는 추가 영역을 야기할 것이다.

도 7a에서, 산란 방사선(710)은 타겟을 통과하는 방사선의 경로에 따라 a, b 및 c로 표시된 영역들로 나누어졌다. a로 표시된 가장 큰 영역은 최상부 격자 (720a)를 통해 최하부 격자(720b) 상으로, 그리고 돌아가서 최상부 격자(720a)를 통하는 경로를 취한 측정 방사선(700)으로부터 생긴다. 이 영역 내의 방사선이 동일한 산란 구조체의 영향을 받으며 이미지에 관하여 상대적으로 크기 때문에, 이미지(750a)의 영역과 ROI로 표시된 그래프(760a)에 의해 보여진 것과 같이 그의 세기는 영역에 걸쳐 상대적으로 안정적일 것이다. b로 표시된 영역은 최상부 격자(720a)를 통해 최하부 격자(720b) 상으로, 그러나 다시 최상부 격자(720a)를 통하지 않는 경로를 취한 측정 방사선(700)으로부터 생긴다. 이 영역(a, b)들 모두가 최상부 격자(720a) 및 최하부 격자(720b) 모두에 의해 흩어짐에 따라, 이 영역들 각각은 오버레이 정보를 포함할 것이다. c로 표시된 영역은 최상단 격자(720a)에 의해서만 흩어졌으며, 따라서 오버레이 정보를 포함하지 않는다.

도 7b는 두꺼운 격자 쌍 또는 타겟에 대한 동등한 상황을 보여주고 있다. 영역 a'는 도 7a의 등가 영역 a보다 훨씬 작다는 것을 알 수 있다. 또한, 오버레이 정보를 포함하지 않는 영역 c'는 도 7a의 등가 영역 c보다 훨씬 크다. 개구는 크기가 유한하다는 것으로 인하여, 입사 측정 방사선(700)은 다수의 입사각으로 타겟에 도달하는데, 이는 결과적 이미지가 측정 방사선의 전파 방향을 따라 훼손된다는 (퍼진다는) 것을 의미하며, 격자들 사이의 거리는 이 퍼짐을 악화시킨다. 각 회절 이벤트 이후의 (다수의 회절 각도로 인한) 다수의 광학 경로는 타겟의 이미지를 더욱 복잡하게 만든다. 그 결과는 x/y 대각선에서의 세기의 이 퍼짐을 보여주는 이미지(750b)에 의하여, 그리고 안정적인 세기의 영역이 없으며 따라서 평균이 취해질 수 있는 양호한 ROI가 없다는 것을 볼 수 있는 그래프(760b)에서 보여진다. 이미지(750b)에서의 퍼짐 방향은 계측 장치 및 개구 구성에 의존하며, 다른 계측 장치 및 개구 구성에 대하여, 퍼짐은 상이한 방향으로; 예를 격자 축(예를 들어, x-격자에 대해 x-축)을 따라 이루어질 수 있다는 것을 주목한다.

이를 해결하기 위해, 양 격자를 통과한 방사선의 실제 간섭을 측정하는 것보다는, 제1 구조체 또는 제1 격자 (예를 들어, 제1 층 내의: 최하부 격자)와 제2 구조체 또는 제2 격자 (예를 들어, 제2 층 내의: 최상부 격자)를 중첩시키고 따라서 이들 사이의 간섭이 컴퓨테이션으로 생성되는 방법이 제안된다. 이는 최상부 격자를 통과하고 최하부 격자를 통과하는 방사선의 전체 필드 (적어도 위상 및 진폭, 또한 가능하면 편광 및/또는 코히어런스(coherence) (시간 및/또는 공간))가 알려진 경우에 가능하다. 이 정보는 이제, 예를 들어 원용에 의해 본 명세서에 포함되는, 2017년 10월 5일에 출원된 특허 출원 EP17194905.0, 2017년 11월 2일에 출원된 EP17199764.6, 2017년 12월 13일에 출원된 EP17206967.6, 또는 2018년 2월 27일에 출원된 특허 출원 EP18158745.2에 설명된 바와 같은, 컴퓨테이션 이미징 (CI) 기술을 사용할 때 이용 가능하다. CI에서, 전형적인 계측 장치의 고품질 및 고 NA 이미징 광학계는, 예를 들어 이미지 센서 상에 계측 타겟(들)의 상대적으로 왜곡된 및/또는 벗어난 이미지를 생성하는 간단한 단일 렌즈로 대체된다. 센서 상의 광의 전체 필드 (세기와 위상 모두)가 직접 위상 분해 측정 (예를 들어, 홀로그래픽 현미경) 또는 위상 복원 방법 (위상이 세기 측정으로부터만 복원된다)에 의해 알려진 경우, 계측 타겟의 거의 완벽한 이미지가 복원될 수 있다. 위상 분해 측정에서, 센서 상의 전체 전기장은 홀로그래피 설정 및 이미징 시스템과 관련된 응용 정보를 이용함으로써 관찰할 수 있다. 위상 복원 방법은 위상 복원 알고리즘 및 이미징 시스템 및/또는 계측 타겟과 관련된 선행 정보를 사용할 수 있다. 적절한 위상 복원 방법의 예가 앞서 언급된 특허 출원 EP17194905.0, EP17199764.6 및 EP17206967.6에 설명되어 있다.

예를 들어, 최하부 격자로부터의 그리고 최상부 격자로부터의 회절 광이 부분적으로만 중첩하거나, 기하학적 관점에서 전혀 중첩되지 않거나 (그러나, (부분적인) 가간섭성 점 확산 함수(coherent point spread function)의 크기로 인하여 여전히 상호 작용하거나), 또는 기하학적 관점에서 전혀 중첩되지 않는 (그리고 또한 (부분적인) 가간섭성 점 확산 함수의 크기로 인하여 직접적으로 상호 작용하지 않는) 경우에도, 타겟에 의해 회절된 광의 진폭과 위상 모두를 아는 것은 오버레이의 계산을 가능하게 한다. 후자의 경우, 격자의 상대 위치 (즉, 오버레이)의 컴퓨테이션을 가능하게 하기 위하여, 측정된 위상 정보의 절대 교정이 요구된다.

명세서 전체에서, (격자들이 (전체적으로 또는 부분적으로) 중첩되는지 여부의 맥락에서) 용어 "중첩"은 측정 조명의 입사각 (경로 방향) (즉, 이들이 측정 조명의 조명 경로 내에서 중첩되는지 여부)에 관한 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 웨이퍼의 평면도(top-down view)는 중첩되지 않은 구조체 쌍을 나타낼 수 있다; 그러나, 격자들 사이의 거리 및 조명 각도로 인하여 양 구조체는 검출된 이미지에서 효과적으로 완전히 중첩될 수 있다. 이러한 예에서, 구조체들은 본 발명의 맥락 내에서 중첩되는 것으로 간주되어야 한다. 이와 같이, 격자 쌍들 간의 중첩 정도는 입사각 및 스택 의존적일 것이다.

본 방법은 제1 방사선 (즉, 제1 구조체에 의해 산란된 방사선)의 적어도 일부 및 제2 방사선 (즉, 제2 구조체에 의해 산란된 방사선)의 적어도 일부를 개별적으로 검출하는 것을 포함할 수 있다. 이는 단일 획득으로, 예를 들어 검출기의 개별 영역 상에 (또는 개별 검출기 상에) 제1 방사선 및 제2 방사선을 동시에 이미징함으로써 달성될 수 있다. 본 방법은 방사선이 최하부 격자에 의해서만 산란된 적어도 제1 영역 및 방사선이 최상부 격자에 의해서만 산란된 적어도 제2 영역을 포함하는 적어도 하나의 타겟의 이미지를 획득하는 것을 포함할 수 있다 (대안적으로, 최상부 격자와 최하부 격자 산란은 별도의 이미지로 캡처될 수 있다). 본 방법은 그후, 제1 (예를 들어, 최하부) 격자에 의해서만 산란된 제1 방사선을 기술하는 제1 전기장의 그리고 제2 (예를 들어, 최상부) 격자에 의해서만 산란된 제2 방사선을 기술하는 제2 전기장의 기술(description)이 획득되도록 적어도 이 영역들에 대한 방사선의 위상 (그리고 가능하게는 또한 진폭 및/또는 편광 및/또는 코히어런스와 같은 다른 특성)을 결정하는 것을 포함한다. 제1 전기장 및 제2 전기장은 그후 컴퓨테이션으로 전파되고 간섭되어 간섭 전기장의 설명을 포함하는, 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장 (즉, 제1 전기장과 제2 전기장의 간섭으로부터 생긴, 컴퓨테이션으로 유도된 전기장)을 획득할 수 있다. 도 7의 예는 최하부 격자에 의해서만 산란된 영역을 실제로 보여주지 않는다는 것을 알 수 있다. 이미지에서 이러한 영역을 얻을 수 있는 다수의 방법이 있다. (예를 들어, 격자들이 부분적으로만 중첩되거나 또는 전혀 중첩되지 않도록) 최하부 격자는 최상부 격자에 대해 (기판 평면과 평행한 평면에서) 오프셋을 갖고 더 크게 만들어질 수 있으며 및/또는 위치될 수 있으며 및/또는 (법선에 대해) 더 큰 입사각이 사용될 수 있다.

적층된 격자 구조체 (오버레이 타겟)의 기존 조명은 타겟에 의한 조명 방사선의 산란을 야기한다. 산란 방사선의 결과적인 회절 차수는 각 타겟이 구성되는 2개의 격자 사이의 오버레이를 기술하는 정보를 포함하고 있다. 산란광 필드는 (최상부 격자 회절 필드( E _t )에 의하여 설명된) 최상부 격자로부터의 그리고 (최하부 격자 회절 필드(E _b )에 의하여 설명된) 최하부 격자로부터의 회절로 구성된다. 이 회절 필드 모두는 복소수(complex numbers)에 의하여 설명되며, 복소수는 또한 그의 밑줄 표기법에 의하여 나타내어진다는 점이 주목된다. 전체 벡터 산란 경우에 대한 확장은 본 기술 분야에 지식이 있는 자에게 사소한 것이라는 점이 인식될 것이다. 보다 구체적으로, 검출 평면에서의 전체 필드( E )는 최상부 격자와 최하부 격자 회절 필드의 간섭 즉, (타겟의 내부의 더 높은 차수의 산란을 무시하는 기존의 이상적인 측정에서의) 합계(

)를 포함할 것이다.

따라서, 일 실시예에서 간섭 필드는 제1 전기장과 제2 전기장을 함께 합산함으로써 컴퓨테이션으로 도출될 수 있다는 것이 제안된다. 당업자에게 명백할 바와 같이, 전기장들을 조합하는 다른 더욱 복잡한 방법 (즉, 그들의 간섭을 모델링하는 것) 또한 가능하다. 이러한 모델링은 산란 모델 또는 역산란 모델을 이용할 수 있다. 예를 들어, 이러한 방법은 타겟 내에서 더 높은 차수의 산란을 설명할 수 있다.

위의 설명은 특히 회절 기반 오버레이 기술을 사용할 때 두꺼운 스택 (즉, z 방향으로 큰 분리)을 측정하는 문제를 해결하는 맥락에서 제공된다. 그러나 본 방법은 예를 들어 2개의 격자가 기판 평면에서 (x 및/또는 y에서) 분리되는 경우와 같은, 다수의 다른 상황에서 유용할 수 있다. 다음과 같은 구성(arrangement)이 예상될 수 있다:

^● 1) 격자들이 완전히 중첩된다.

^● 2) 격자들이 부분적으로 중첩된다.

^● 3) 격자들은 중첩되지 않지만, (예를 들어, 기판 평면에서의) 그들의 분리 간격은 작으며, 여기서 이 맥락에서의 작다는 것은 (기판 평면에서의) 분리 간격이 조명 광의 공간적 코히어런스 길이에 대하여 크지 않다는 것을 의미하는 것으로 받아들여질 수 있으며; 더욱 특히 분리 간격이 공간적 코히어런스 길이(spatial coherence length)보다 크지 않다는 것을 의미하는 것으로 받아들여질 수 있다.

^● 4) 격자들이 중첩되지 않고, 그들의 분리 간격이 크며, 여기서 이 문맥에서의 크다는 것은 (기판 평면에서의) 분리 간격이 조명 광의 공간적 코히어런스 길이에 대하여 크다는 것을 의미하며; 더욱 특히 분리 간격이 공간적 코히어런스 길이보다 크고, 중간 구조체(들)가 존재하지 않는다는 것을 의미한다.

^● 5) 최상부 격자와 최하부 격자 사이의 분리 간격은 크지만, 그들 사이에 적어도 하나의 보조 기준 구조체 (예를 들어, 기준 격자)가 있으며, 따라서 각 격자와 그의 인접한 기준 구조체 사이의 거리는 인접한 기준 구조체들 (하나 이상이 있는 경우) 사이의 거리와 마찬가지로 작으며, 작다는 것은 위의 구성 3)에서 규정된 것이다.

공간적 코히어런스 길이는 광학계의 점 확산 함수의 크기와 관련되어 있다는 것이 주목된다; 전형적으로 이 숫자는 개구수로 나누어진 파장의 대략 10배일 것이다. 본 명세서에서 설명된 원리는 컴퓨테이션으로 간섭될 필드가 가간섭성 (또는 적어도 충분히 가간섭성)이도록 제1 격자에 의하여 산란된 방사선과 제2 격자에 의하여 산란된 방사선 사이에 양호하게 규정된 위상 관계가 있는 임의의 구성으로 확장될 수 있다. 위의 1), 2) 및 3)의 예에서, 위상 관계는 격자의 근접성으로 인하여 본질적으로 충분히 규정될 것이다. 4)의 예에서, 세기가 0인 센서에서 검출된 바와 같이 제1 및 제2 격자의 조명 사이에 간격이 있을 것이기 때문에, 이는 반드시 그렇지 않다 (특히 암시야 검출 방식)을 사용하는 경우). 이는 이러한 구성에 대해 위상 관계가 부적절하게 규정될 수 있다는 것을 의미한다. 구성 5)는 제1 격자와 제2 격자 사이의 위상 관계를 회복시킴으로써 이를 해결한다. 이는 제1 격자와 제2 격자 사이에 하나 이상의 보조 기준 격자를 배치시키는 것에 의하여 갭을 효과적으로 연결(bridging)함으로써 수행된다. (제한된 개구수 검출 광학계를 이용한 암시야 검출로 인하여) 이 기준 격자들은 최상부 격자와 최하부 격자와 동일한 피치를 포함할 수 있다는 것이 주목된다. 센서 상의 갭을 연결하기 위한 또 다른 방법은 (컴퓨테이션 이미징 방법을 사용하여 컴퓨테이션으로 다시 초점이 맞추어질 수 있는) 일부 의도적인 디포커스(defocus)로 측정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 디포커스는 센서 상에서의 산란 방사선 확산 (구역)을 넓혀 공간적인 코히어런스 길이를 효과적으로 증가시킬 것이다.

실시예에서, 제1 격자와 제2 격자는 동일한 층에 형성될 수 있다 (즉, z-방향으로 분리되지 않을 수 있다). 리소그래피 장치의 단일 노광에서 노광될 수 있는 가장 큰 영역 (최대 스캐닝 필드 영역)에 따라, 단일 회로/디바이스 층은 함께 스티칭된 2번 (또는 그 이상)의 노광(스티칭된 다이)에서 노광될지도 모른다. 스티칭된 다이의 2개의 서브-필드의 정렬을 측정하기 위해, 스티칭된 격자 쌍 또는 스티칭된 타겟이 형성될 수 있으며, 이는 (예를 들어, 제1 레티클로부터 패터닝된) 제1 서브-필드 상의 제1 격자 및 (예를 들어, 제2 레티클로부터 패터닝된) 제2 서브-필드 상의 제2 (상보적인) 격자를 포함할 수 있다. 상보적인 패턴들의 상대적인 위치가 그후 측정되어 2개의 서브 필드 ("스티칭된 오버레이")의 상대적 위치의 측정을 제공할 수 있다. 이 문맥에서의 "스티칭된 오버레이"는 다른 층 내의 구조체의 정렬을 측정하지 않는다는 점에서 일반적인 오버레이가 아니라는 점이 주목된다. 그러나 본 발명의 맥락에서의 용어 "오버레이"는 일반적인 오버레이에 더하여 이 스티칭된 오버레이를 포함하는 것으로 이해되어야 한다; 즉, 용어 오버레이는 이 구조체들이 상이한 층 또는 동일 층에 포함되는지 여부와 관계없이 제1 구조체와 제2 구조체 사이의 상대적 측면 변위의 측정을 포함한다. 스티칭된 타겟의 2개의 격자가 전형적으로 서브-필드들이 중첩되는 작은 영역에서 (일반적인 오버레이 타겟과 유사하게) 중첩되도록 형성되는 반면에, 위의 구성 1), 2), 3) 및 5)에 의하여 설명된 바와 같은, 본 명세서에서 설명된 방법은 다른 구성을 가능하게 한다는 점이 더 인식될 것이다. 이는 스티칭된 다이가 비중첩 서브-필드로부터 형성될 수 있으며 (또는 중첩 양이 감소될 수 있으며) 이에 의하여 스티칭된 다이의 유효 최대 크기를 증가시킬 수 있다는 것을 의미한다. 2개의 격자는 그후 서로의 최상부에 컴퓨테이션으로 (가상적으로) 배치되어 매우 약한 비대칭성 신호의 문제 (예를 들어, EUV 리소그래피에서 레지스트 층이 매우 얇을 때의 문제; 더 두꺼운 레지스트는 반드시 이러한 약한 신호를 초래하지 않을 것이다)를 완화시킬 수 있으며, 이 경우 2개의 격자 사이에 수직 분리가 있는 경우에만 신호가 측정 가능하다. 예를 들어, 전기장은 (예를 들어, 합산에 의해) 컴퓨테이션으로 간섭되지만, 위치 시프트는 (적어도) 하나의 격자에 대해 규정되며 따라서 전기장은 다른 격자의 최상부에 "가상적으로" 위치된다. 그후, 각 위치에 대해 필드가 합산되고 세기가 계산된다.

특정 실시예에서, 스티칭 타겟은 (예를 들어, 회절 기반 오버레이(DBO) 타겟과 유사한 형태로 사분면에 배치된) 방향 당 2개의 (서브) 타겟을 포함할 수 있다. 2개의 (서브) 타겟은 방향 별로, 제1 노광 격자 및 제2 노광 격자를 포함할 수 있으면서, 제1 노광 격자와 제2 노광 격자 중 하나 (또는 둘 모두)는 (상이한) 바이어스를 가져 DBO 계측에 사용되는 것과 유사한 방법을 사용하여 다른 타겟 비대칭성을 보정하면서 스티칭된 오버레이가 계산되는 것을 가능하게 한다.

이 방법을 이용함으로써, 관심 대상 비대칭성 기반 매개변수 (특히 스티칭된 오버레이를 포함하는 오버레이)가 계산될 수 있다. 센서를 사용하여 실제 간섭 필드를 직접적으로 감지하는 것보다 간섭 전기장을 컴퓨테이션으로 유도하는 단계 외에, 그렇지 않으면 오버레이를 결정하기 위한 일반적인 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 이러한 일반적인 방법은 대응하는 회절 차수의 세기 (예를 들어, 한 쌍의 더 높은 차수가 또한 사용될 수 있지만 +1 차수 및 -1 차수) 및 그후 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장으로부터 세기 비대칭성 (예를 들어, 그들의 차이)를 (컴퓨테이션으로) 결정하는 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 오버레이 민감도 (세기 비대칭성과 오버레이 사이의 관계)를 결정하기 위하여, 세기 비대칭성은 2개 쌍 이상의 구조체 (예를 들어, 상이한 부과된 바이어스를 가진 2개의 격자 쌍 또는 타겟)으로부터 이러한 방식으로 측정될 수 있다. 이러한 방법은 공지되어 있으며, 예를 들어 원용에 의해 본 명세서에 포함된 WO2015/018625에 설명되어있다. 그러나 이 방법은 또한 오버레이를 계산하기 위한 개선된 방법이 사용되는 것을 허용한다.

또 다른 방법은 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장의 상대적 위상차를 기반으로 오버레이를 계산할 수 있다. 이는 위상 민감 (전체 필드) 측정을 수행하고 위상 민감 측정 값에서 오버레이를 직접 결정함으로써 달성된다. 보다 구체적으로, 오버레이는 세기 비대칭성보다는, 컴퓨테이션으로 간섭된 더 높은 회절 차수의 필드 비대칭성의 결정을 통한 오버레이로 생긴 위상 지연 기여도의 결정으로부터 계산될 수 있다. 최상부 및 최하부 격자로부터의 2개의 회절 필드( E _t , E _b ) 사이의 상대적 위상(f)은 스택 (f_스택)으로 인한 제1 위상 지연 기여도 및 (의도적인 임의의 바이어스(d)를 포함하는) 오버레이(OV)로 인한 제2 위상 지연 기여도(f _OV )를 포함한다는 것이 인식되어야 하며, 즉

이다.

제2 위상 지연 기여도(f _OV )는 +1 차수와 -1 차수의 상대적 위상(f₊ 및 f_-)으로부터 하기 식에 의하여 각각 결정된다:

여기서 f_{+ 1st}는 제1 격자에 의해 부과된 위상차이며, f_{+ 2nd}는 제2 격자에 의해 부과된 위상차이다.

오버레이는 제2 위상 지연 기여도(f _OV )로부터 결정될 수 있다. 상대 위상이 결정되어 제1 및 제2 전기장을 컴퓨테이션으로 간섭하기 때문에 이 상대적 위상차(f₊ 및 f_-)가 알려져 있다. 따라서, (예를 들어, 격자가 동일한 피치를 갖고 동일한 조명 특성을 갖는 조명을 사용하여 측정되는) 실시예에서, 본 방법은 간섭 전기장의 +1 차수 및 -1 차수 (또는 다른 더 높은 차수)의 상대 위상(f₊ 및 f_-)을 결정하는 것 및 이들을 이용 (예를 들어, 앞 단락의 식을 이용)하여 제2 위상 지연 기여도(f _OV )를 계산하고 따라서 오버레이를 계산하는 것을 포함할 수 있다.

컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장으로부터 (예를 들어, 한 쌍의 격자 쌍 또는 타겟으로부터)으로부터 오버레이를 결정하기 위해 사용될 수 있는 또 다른 방법이 앞서 언급된 특허 출원 EP18158745.2에 설명되어 있다. 그러한 방법은 간섭 전기장의 컴퓨테이션으로 도출된 기술(description)로부터 필드 비대칭성을 결정 (예를 들어, 상보적인 더 높은 차수들 간의 필드 차이를 계산)하는 것을 설명하고 있다. 이러한 실시예에서, 측정되고 있는 타겟은 공지된 회절 기반 오버레이(DBO; Diffraction Based Overlay) 유형의 복합 타겟의 형태를 취할 수 있지만, 본 명세서에서 설명된 개념은 임의의 적절한 타겟 설계를 사용하는 임의의 스캐터로메트리 기반 계측에 적용 가능하다는 점이 인식되어야 한다. 이러한 타겟이 방향 당 2개의 (서브) 타겟, 또는 선택적으로 2개의 (서브) 타겟; 즉, x-방향 및 y-방향으로 오버레이를 캡처하기 위한 별개의 타겟 쌍을 포함할 수 있음에 따라, 2개의 타겟은 구성 요소 격자들 사이에 부과된 그들의 의도적인 바이어스(δ)가 상이하다. 실시예에서, 양 타겟은 서로 상이한 부과된 바이어스(δ₁, δ₂)를 가질 수 있다. 그러나, 설명의 나머지 부분을 위하여, 제안된 타겟 구성은 의도적으로 부과된 바이어스(δ)를 갖는 제1 타겟 및 임의의 의도적인 바이어스가 없는 제2 타겟을 포함할 것이다.

실시예에서, 각 타겟은 공간적 가간섭성 방사선으로 조명된다. 양 격자(

_,

및

_,

)로부터의 +1 및 -1 회절 차수의 전체 필드는 (직접, 홀로그래픽을 통하여 및/또는 위상 복원 방법을 통하여) 가간섭적으로 결정될 수 있다. 이 필드는 제1 (바이어스된) 타겟으로부터 회절된 양의 회절 차수(예를 들어, +1)로부터 캡처된 바와 같은 전체 필드를 포함하는 제1 양의 더 높은 차수 회절 필드(

), 제2 (바이어스되지 않은) 타겟으로부터 회절된 양의 회절 차수(예를 들어, +1)로부터 캡처된 바와 같은 전체 필드를 포함하는 제2 양의 더 높은 차수 회절 필드(

), 제1 (바이어스된) 타겟으로부터 회절된 음의 회절 차수(예를 들어, -1)로부터 캡처된 바와 같은 전체 필드를 포함하는 제1 음의 더 높은 차수 회절 필드(

), 및 제2 (바이어스되지 않은) 타겟으로부터 회절된 음의 회절 차수(예를 들어, -1)로부터 캡처된 바와 같은 전체 필드를 포함하는 제2 음의 더 높은 차수 회절 필드(

)를 포함한다.

제1 실시예에서, 절대적인 가간섭성 측정을 위한 알고리즘이 제안된다. 이러한 실시예에서, 단 하나의 타겟 및 2개의 절대 위상 측정이 요구된다. 최상부 격자로부터의 회절의 절대 위상 시프트가 알려진다면 (이는, 예를 들어 홀로그래피 방법을 사용하여 결정될 수 있다), 오버레이는 단일 타겟의 +1 및 -1 회절 차수의 가간섭성 측정으로부터 복원될 수 있다. 이를 이루기 위해, 최상부 격자의 x 및 z 위치는 원하는 오버레이 분해능보다 더 정확하게 결정되어야 한다. x 위치의 결정은 타겟의 이미지에서 유도될 수 있다.

하나의 이러한 실시예에서, 오버레이 유도 위상 시프트(f_OV)는 하기 식으로부터 계산될 수 있거나:

또는 필드 비대칭성(대응하는 회절 차수들의 전기장 차이)으로부터 계산될 수 있다:

여기서, 바이어스 유도 위상 시프트(

)는

이다. 측정 노이즈는 각도(

)를 복잡하게 만들 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 이는 각도가 항상 실가(real valued)라는 것을 보장함으로써 해결될 수 있다.

제2의 완전한 가간섭성 측정 실시예에서, 절대 위상 결정이 요구되지 않는다. 대신, 2개의 타겟 (예를 들어, 설명된 바와 같이: 바이어스(δ)를 갖는 제1 타겟 및 바이어스가 없는 제2 타겟)이 측정되며, 4개의 회절 필드(

) (즉, 타겟들의 각각으로부터의 +1 및 -1 회절 차수의 각각과 관련된 필드) 사이의 상대적 위상이 캡처된다. 오버레이 유도 위상 시프트(

)는 그후 하기 수학식에 따라 계산될 수 있다:

여기서, 바이어스(δ)는 격자 피치(p)의 절반과 같다 (δ=p/2). 이 특정 바이어스는 요구 조건은 아니지만, 오버레이 유도 위상 시프트(

)에 대한 계산을 단순화시킨다. 이 접근 방식은 +1 및 -1 회절 차수 모두를 동시에 캡처하는 계측 구성(arrangement): 예를 들어, 타겟에 대한 측정 빔에 대해 수직 (또는 근수직) 입사를 사용하는 계측 구성에 가장 적합할 수 있다. 이러한 구성을 위하여, 4개의 필드 사이의 상대적 위상이 비교적 간단하게 캡처될 수 있다. 대안적으로, 웨이퍼는 회전되어 양 및 음의 회절 차수 모두를 측정할 수 있다.

위의 실시예는 부분적인 가간섭성 측정 실시예로 개선될 수 있으며, 따라서 양의 회절 차수(

_,

)와 관련된 회절 필드들 사이의 상대 위상의 그리고 음의 회절 차수(

_,

)와 관련된 회절 필드들 사이의 상대 위상의 정보(knowledge)만이 요구된다. 이 실시예는, 예를 들어 축외 조명을 사용하는 계측 구성을 사용할 때 유용할 수 있으며, 여기서 측정 빔은, 예를 들어 수직으로부터 80도까지의 임의의 것일 수 있다. 이러한 구성에서, 양의 그리고 음의 회절 차수는 별개로 (예를 들어, 별도 획득에서) 캡처될 수 있으며, 따라서 이들 사이의 상대적 위상은 사용 가능하지 않을 수 있다. 이와 같이, 이 실시예에서의 오버레이 유도 위상 시프트(

)는 필드(

_,

)의 조합 및 필드(

_,

)의 조합으로부터 복원될 수 있다.

이러한 실시예에서, 바이어스 유도 위상 시프트(

)에 대하여 (여기서, 용어 d는 격자 피치에 대하여 정규화된다), 오버레이 유도 위상 시프트(

)는 하기 수학식에 따라 계산될 수 있다:

여기서, 복소수(z)의 부호는 sgn(z)=z/|z|에 의하여 규정되며, 따라서 양 및 음의 차수들 사이의 상대 위상이 필요하지 않다는 것을 보장하는 효과를 갖고 있다.

격자 피치의 반분을 포함하는 최적화된 바이어스(δ)(즉, δ

)가 선택되면 계산은 간략화될 수 있다. 이 경우, 위의 수학식은 하기의 수학식이 된다:

이 부분적 가간섭성 실시예의 경우 측정된 이미지(즉, 검출기에서)의 콘트라스트는 완전한 가간섭성 실시예에 대한 것보다 낮을 것이라는 점이 인식될 것이다. 그러나 동일한 위상 정보가 복원 (또는 홀로그래피를 사용하는 경우 직접적으로 측정)될 것이다. 따라서 부분적으로 가간섭성인 실시예와 완전하게 가간섭성인 실시예에 관한 수학식들은, 콘트라스트 손실에 대한 정규화 측면을 제외하고는 동일하다

오버레이 유도 위상 시프트(

)의 결정을 기반으로 하는 위의 모든 경우에, 실제 오버레이(OV)는 다음 수학식에 따라 오버레이 유도 위상 시프트(

)로부터 계산될 수 있다:

현재의 DBO 방법에 따라, 이 오버레이는 타겟 격자 피치(p)를 모듈로(modulo) 복원될 수 있다.

오버레이를 계산하기 위해 제1 및 제2 필드 (또는 도 7의 영역 a 및 영역 c와 같은 상이한 중첩 영역과 관련된 필드)를 조합하는 것은 필드들을 병진시키고 적절한 위상 인자를 추가하는 것을 더 포함할 수 있다. 이 위상 인자(

)는

로 규정될 수 있으며, 여기서 k-벡터 (

)는 방출 각도와 연관되며,

는 병진 거리(translation distance)이다.

현재, 콘트라스트 및 회절 효율이 측정에 최적이도록 최상부 및 최하부 격자는 균형을 필요로 한다. 이는 2개의 격자 중 (예를 들어, 제1 층 내의) 하나가 전형적으로 (예를 들어, 제2 층 내의) 다른 격자보다 훨씬 더 강한 신호를 생성할 수 있기 때문이다. 따라서, 2개의 격자의 균형을 유지하기 위해, 더 강한 격자가, 예를 들어 서브-세그멘테이션(sub-segmentation)을 이용함으로써 일부 방식으로 감소될 수 있다. 이 서브-세그멘테이션은, 예를 들어 프린트 가능성 및 공정 견고성에 항상 유리한 것은 아니다. 서브-세그멘테이션 대신에, (홀로그래픽 기술을 이용한 직접 측정에 의하여, 또는 위상 복원에 의한 복원에 의하여 개별 격자의 세기와 위상을 결정하고, 그리고 간섭을 계산하는) 본 명세서에서 설명된 방법은 콘트라스트를 최적화하는 것과 관련이 없는, 개별 층에 대해 가장 강하고 및/또는 가장 강력한 신호를 제공하기 위하여 최적화된 형태를 갖고 있는 격자의 사용을 가능하게 한다. 그후 간섭을 컴퓨테이션으로 결정할 때 전기장들 중 하나를 (그후에) 스케일링(scaling)함으로써 최적의 콘트라스트가 획득될 수 있다.

통상적으로, 오버레이 타겟은 하나 또는 다수의 파장/편광을 갖는 방사선을 사용하여 측정되며, 각 측정은 개별적으로 분석되고 결과들은 조합된다. 예를 들어, 3D X-포인트와 같은 일부 구조체 (스택형 교차-그리드화된 데이터 액세스 어레이와 함께, 저장부가 벌크 저항의 변화를 기반으로 하는 저항성(restive) RAM의 한 형태)의 경우, 2개의 격자 사이의 층은 (적어도 스펙트럼의 가시광선 또는 근적외선 부분, 예를 들어, 400 내지 1,000 ㎚에 대해) 매우 불투명할 수 있으며, (예를 들어, 1,000 ㎚보다 큰) 더 긴 측정 파장이 대신 사용되어야 할 수도 있다. (레지스트 내의 격자인) 최상부 격자로부터의 신호는 파장이 증가함에 따라 점차 더 약해질 것이다. 이러한 타겟을 구성하는 2개의 격자의 측정 균형을 더 잘 맞추는 것이 바람직할 것이다.

본 명세서에 개시된 컴퓨테이션 간섭 기술은, 예를 들어, 제1 피치(P1)를 갖는 제1 (최하부) 구조체를 측정하기 위해 제1 파장(λ1)을 사용하고 제2 피치(P2)를 갖는 제2 (최상부) 구조체를 측정하기 위해 제2 파장(λ2)을 사용하여; 각 격자에 대해 캡처된 신호 강도를 최대화하기 위해 조명 방사선 및 격자 피치를 최적화하는 가능성을 가능하게 한다. 예를 들어, 최상부 (제2) 격자를 측정하기 위해 더 일반적인 (더 작은) 피치(P2) 및 제2 파장(λ2)이 사용될 수 있다. 제2 파장(λ2)은, 예를 들어 가시광선 또는 (근)적외선 파장일 수 있으며, 보다 구체적으로 400 내지 1,000 ㎚ 범위 내, 보다 구체적으로 여전히 700㎚의 범위 내일 수 있다. 실시예에서, 피치(P2)는 그것을 측정하는데 사용된 파장(λ2)과 유사하거나 동일할 수 있다 (즉, P2=λ2). 이러한 일반적인 파장의 사용은 조명 방사선이 불투명 층을 투과하지 않을 것이며 따라서 최하부 격자가 측정되지 않을 것임을 의미할 것이다; 그러나 이는 최상부 격자를 위하여 최적화될 수 있다. 최하부 (제1) 격자는 제1의 더 긴 파장(λ1) (예를 들어, 1,000 ㎚보다 큰, 보다 구체적으로 λ1= 2λ2; 또는 주어진 특정 예에서 1,400 ㎚이도록)으로 측정될 수 있다. 회절 차수를 캡처하기 위하여, P1=λ1=2P2이도록 최하부 격자의 피치(P1)는 될 수 있다. 이 제1 파장 방사선을 사용할 때, 최상부 격자로부터의 회절은 캡처되지 않을 것이다. 본 명세서에 개시된 다른 실시예와 같이, 최상부 및 최하부 격자의 측정의 각각은 컴퓨테이션 또는 홀로그래픽 기술을 이용하여 이루어져 세기와 위상을 캡처하면서, 그들 각각의 필드의 간섭은 컴퓨테이션으로 결정되어 오버레이 값을 획득한다. 이전 실시예에서와 같이, 콘트라스트를 최적화하기 위해 전기장들 중 하나에 스케일링이 적용될 수 있다.

이 실시예는 제1 및 제2 파장(λ1 및 λ2) 사이의 컴퓨테이션 이미징 센서에 대한 위상 및 투과 보정을 포함해야 한다는 점이 주목되어야 한다. 이는 다수의 파장을 갖는 하나 이상의 격자를 측정함으로써 그리고 그후 획득된 정보를 조합하여 파장들(λ1 및 λ2) 간의 컴퓨테이션 이미징 센서의 진폭 및 위상 관계를 결정함으로써 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 컴퓨테이션 이미징 센서는 (로컬) 정렬 센서와 유사하게 작동하는 것으로 볼 수 있으며 2개의 (상이한) 파장(λ1 및 λ2)을 이용하여 최상부 격자와 최하부 격자 간의 상대 위치를 관련시킬 수 있다.

또 다른 실시예에서, 하이브리드 접근법이 사용될 수 있으며, 이에 의하여 양 격자에 의하여 산란되고 따라서 실제 간섭을 받는 방사선에 대응하는 획득된 이미지의 영역은, 본 명세서에 개시된 방법을 사용하여 각각의 단일 격자에 의해 산란된 감지된 방사선의 컴퓨테이션 간섭과 조합하여, 감지된 것과 같은 실제 간섭 세기를 기반으로 일반적인 기술을 사용하여 처리될 수 있다. 이러한 방법은 실제 간섭을 겪은 양 격자에 의해 산란된 방사선의 측정된 세기로부터 제1 오버레이 값을 그리고 설명된 바와 같이 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장으로부터 제2 오버레이 값을 계산하기 위해 일반적인 기술을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방법에서, 하나의 오버레이 값은 다른 값에 대한 점검으로서의 역할을 할 수 있으며, 그렇지 않으면 제1 및 제2 오버레이 값은 평균화하고 평균 오버레이 값은 최종 오버레이 값으로 사용할 수 있다. 선택적으로, 결과적인 최종 오버레이 값의 결과적인 신호 대 노이즈 비를 최적화하기 위하여, 평균화할 때 가중(weighing)이 적용될 수 있다. 예를 들어, 더 우수한 신호 대 노이즈 비를 갖는 측정에 선호도/우선 순위가 주어질 수 있다.

필요한 상대적인 (또는 절대) 위상을 측정 또는 추출하기 위한 임의의 방법이 위의 방법에서 사용될 수 있다. 이제 몇 가지 측정 방식이 예로서 설명될 것이다. 각 경우에, 공간적 (부분적) 가간섭성 조명이 사용되어야 한다.

컴퓨테이션 이미징/위상 복원 접근 방식이 사용될 수 있다. 이러한 접근 방식에서, 타겟의 세기 및 위상은 타겟의 하나 또는 다수의 세기 측정으로부터 복원된다. 위상 복원은 (예를 들어, 위상 복원 알고리즘을 유도/설계하기 위한 시작점을 형성하는 손실 함수에의 포함을 위하여) 계측 타겟의 선행 정보를 사용할 수 있다. 대안적으로, 또는 선행 정보 접근법과 조합하여, 다이버시티(diversity) 측정이 이루어질 수 있다. 다이버시티를 달성하기 위해, 이미징 시스템이 측정들 사이에서 변경된다. 다이버시티 측정의 예는 스루-포커스 스테핑(through-focus stepping)으로서, 즉 상이한 초점 위치들에서 측정을 획득하는 것에 의해 이루어진다. 다이버시티를 도입하기 위한 대안적인 방법은, 예를 들어 상이한 조명 파장들 또는 상이한 파장 범위를 사용하는 것, 조명을 변조하는 것, 또는 측정들 사이에서 타겟 상의 조명의 입사각을 변화시키는 것을 포함한다.

2개의 타겟 간의 상대적인 위상을 결정하기 위해 위상 복원 구성이 필요하다. 일반적으로, 위상 복원은 반드시 이를 보장하지 않는다. 예를 들어, 충분한 정보가 없기 때문에 이는 전형적으로 최상의 초점에서 단일 측정만으로는 가능하지 않다. 양 타겟에 의하여 방출하는 필드들이 간섭할 때 충분한 정보가 획득될 수 있다; 그러나 초점이 맞을 때, 각 타겟으로부터의 회절 차수는 좁아지는 경향이 있으며 따라서 다른 타겟으로부터의 회절 차수를 방해하지 않는다. 따라서, 2개의 타겟의 위상 관계가 충분히 양호하게 규정되는 것을 보장하기 위하여, 위에서 설명된 것과 같은 방법이 이용되어 위상 관계가 제1 격자와 제2 격자 사이에서 충분히 양호하게 규정되도록 보장할 수 있다. 이렇게 하여, 각 타겟의 2개의 격자 사이 및 (예를 들어, DBO 유형의) 복합 타겟의 2개의 타겟 사이의 위상 관계가 충분히 양호하게 규정될 것이다.

위상 복원 자체는 앞에서 언급된 특허 출원 EP17199764를 기반으로 할 수 있다. 이는 타겟과 조명 방사선의 상호 작용이 그의 전기장 (진폭 및 위상)의 면에서 설명되도록 세기 측정으로부터 대응 위상 복원을 결정하는 것을 설명한다. 세기 측정은 기존 계측에서 사용된 것보다 품질이 낮을 수 있으며, 따라서 설명된 바와 같이 초점을 벗어날 수 있다. 설명된 상호 작용은 타겟 바로 위의 전기장 및/또는 자기장의 표현을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 조명된 타겟 전기장 및/또는 자기장 이미지는 타겟과 평행한 평면에서 (예를 들어, 2차원) 표면 상의 무한소 전류 및/또는 자류 쌍극자에 의해 등가 소스 기술(equivalent source description)로서 모델링된다. 이러한 평면은, 예를 들어 타겟 바로 위의 평면, 예를 들어 레일리(Rayleigh) 기준에 따라 초점이 맞는 평면일 수 있지만, 모델 평면의 위치는 중요하지 않다: 한 평면에서의 진폭과 위상이 알려지면, 이들은 임의의 다른 평면 (초점이 맞는 평면, 초점이 벗어난 평면, 또는 심지어 퓨필 평면)으로 컴퓨테이션으로 전파될 수 있다. 대안적으로, 기술(description)은 타겟의 복소 투과(complex transmission) 또는 그의 2차원 등가물을 포함할 수 있다.

위상 복원은 모델링된 세기 패턴을 얻기 위해 회절 방사선에 대한 조명 방사선과 타겟 사이의 상호 작용의 효과를 모델링하는 것; 및 모델링된 세기 패턴과 검출된 세기 패턴 사이의 차이를 최소화하기 위해 모델 내의 전기장의 위상 및 진폭을 최적화하는 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 측정 획득 중에, (예를 들어, 타켓의) 이미지가 (검출 평면에서) 검출기 상에 캡처되며 그의 세기가 측정된다. 위상 복원 알고리즘은 예를 들어 타겟과 평행한 평면 (예를 들어, 타겟 바로 위)에서 전기장의 진폭과 위상을 결정하는 데 사용된다. 타겟을 컴퓨테이션으로 이미지화하여 검출 평면에서 필드의 세기 및 위상에 대한 모델링된 값을 획득하기 위하여, 위상 복원 알고리즘은 센서의 포워드 모델을 이용한다 (예를 들어, 수차가 고려된다). 타겟 모델은 요구되지 않는다. 모델링된 세기 값과 감지된 세기 값 사이의 차이는 위상 및 진폭 측면에서 (예를 들어, 반복적으로) 최소화되며, 결과적인 대응하는 모델링된 위상 값은 복원된 위상으로 간주된다.

위상을 복원하기 위하여 필요한 정보는 다이버시티 (다수의 다양한 측정 또는 이미지)에서 올 수 있다. 대안적으로, 또는 조합적으로, 선행 (타겟) 정보는 위상 복원 알고리즘을 제한하기 위하여 사용될 수 있다. 선행 정보는, 예를 들어 위상 복원 알고리즘을 도출/설계하기 위한 시작점을 형성하는 손실 함수에 포함될 수 있다. 이러한 실시예에서, 선행 정보는 특정 관찰을 기반으로 할 수 있다; 예를 들어 타겟의 다수의 이미지의 각 이미지 간에는 많은 규칙성이 있다. 다수의 이미지는 단일 측정 (예를 들어, 하나 이상의 조명 조건, 예를 들어, 다중 파장 측정을 사용하는 측정)에서 또는 이미 설명된 다이버시티 측정 (다른 초점 레벨 등)으로부터 획득될 수 있다. 각 이미지에 대해 타겟은 본질적으로 유사한 형태를 포함하고 있다는 것이 관찰될 수 있다. 특히, 각 획득된 타겟 이미지는 각 관심 대상 영역에 대해 동일한 또는 매우 유사한 위치 및 형상을 갖는다. 예를 들어, 타겟이 현재 사용되고 있는 DBO 타겟의 일반적인 형태를 갖는, x 및 y 방향 복합 타겟인 경우, 각 이미지는 일반적으로 복합 타겟을 구성하는 각 타겟의 위치에 대응하는 비교적 편평한 세기 프로파일 (예를 들어, 더 큰 정사각형 패턴의 각 사분면에서 상대적으로 편평한 세기 프로파일)을 갖는 비교적 높은 세기의 영역을 포함할 것이다. 이미지들 간의 이러한 유사성은, 예를 들어 총 변동(Total Variation) 또는 벡터 총 변동 정규화(Vector Total Variation regularization) 의 일반화 (즉, 타겟 이미지의 기울기에 L1 불이익(penalty)을 부과함)에 의하여 이용된다. 이 벡터 일반화의 이점은, 예를 들어 상이한 조명 조건들 간의 커플링을 도입한다는 것이다.

다이버시티, 선행 타겟 정보 또는 둘 모두는 위상 복원에서 사용될 수 있다는 것이 분명해야 한다. 충분한 다이버시티로 인해, 수렴을 보장하기 위해 선행 타겟 정보를 기반으로 제약을 부과할 필요는 없다. 마찬가지로, 선행 타겟 정보를 이용하여 위상 복원 알고리즘을 제약함으로써, 다이버시티 (예를 들어, 상이한 레벨의 디포커스(defocus)에서의 측정)이 필요하지 않다. 다이버시티를 사용하고 선행 타겟 정보 제약을 부과함으로써 더 큰 정확도 또는 더 우수한 수렴의 보장이 획득될 수 있다. 이러한 방법을 수행하기 위한 계측 장치는, 예를 들어 도 5a에 도시된 형태를 취할 수 있다. 그러나 이는 순전히 예시적인 것이며 임의의 적절한 스캐터로메트리 기반 계측 디바이스가 사용될 수 있다.

두꺼운 스택에 대해, 최하부 격자와 최하부 격자 사이의 거리가 클 수 있다 (즉, 초점 깊이, 예를 들어 초점 깊이에 대한 레일리(Rayleigh) 기준과 비교하여 클 수 있다). 여기에서 간섭될 2개의 전기장의 각각은 그들 각각의 최상의 및/또는 최적의 초점에서 규정된다는 것이 제안된다; 예를 들어, 최하부 격자의 위치와 대응하는 z-레벨에서 제1 평면에 위치된 제1 전기장은 제1 평면에 대한 최상의 초점에서 규정되며, 최상부 격자의 위치와 대응하는 z-레벨에서 제2 평면에 위치된 제2 전기장은 제2 평면에 대한 최상의 및/또는 최적의 초점에서 규정된다. 마찬가지로, 2개 이상의 격자가 있는 경우, 모든 격자는 그들의 각각의 z 레벨에 대해 최적 및/또는 최상의 초점에서 규정될 수 있다. 최적의 초점은 최상의 초점 (즉, 가장 선명한 초점)일 수 있거나, 선명도에 더하여 또는 선명도 외에 고려 사항(예를 들어, 공정 변동 견고성)을 고려하는 또 다른 최적의 초점일 수 있다. 앞서 언급된 특허 출원 EP17194905.0, EP17199764.6 및 EP17206967.6은 다양한 레벨의 깊이/초점 수준에서 복잡한 필드를 계산하는 데 사용될 수 있는 알고리즘 (예를 들어, L1 표준(norm)과 같은 선행 정보 알고리즘) 및 가능한 재이미징 기술을 설명하고 있다.

설명된 바와 같이, 2개의 상이한 평면 상의 타겟 레벨에서 전기장을 규정하는 것은 알려지지 않은 것의 양의 배가(doubling)를 야기한다. 각 이미지의 선명화(sharpening)를 촉진하는 L1 표준(norm)과 같은 설명된 선행 정보 위상 복원 기술이 모든 미지의 문제를 해결하기 위해 사용될 수 있다. 이것의 장점은 2개의 격자의 각각의 제1 및 제2 전기장이 그들의 각각의 최상의 초점 위치에서 독립적으로 특징지어질 수 있다는 것이다. 그후 이 제1 및 제2 전기장은 설명된 방법을 사용하여 컴퓨테이션으로 간섭되어, 예를 들어 오버레이를 추론할 수 있다. (점 확산 함수가 최상의 초점에서 가장 컴팩트함에 따라) 최상의 초점에 있는 것의 이점은 이웃하는 제품 구조체들의 영향이 최소화된다는 것이다. 따라서 설명된 이중 초점 접근 방식은 개선된 공정 견실성으로 이어질 수 있다.

위상을 컴퓨테이션으로 복원하기 위한 대안으로서, 디지털 홀로그래픽 현미경 구성을 사용하여 필요한 위상 정보가 추출될 수 있다. 이러한 구성에서, (예를 들어, 참조 레이저 빔으로부터) 알려진 참조 필드는 (각 격자에서 회절된) 회절 차수 +1, -1의 객체 필드와 센서에서 가간섭적으로 조합된다. 조합된 필드들로부터의 (예를 들어, 센서의 부가적인 프린지로부터의) 측정된 세기는, 예를 들어 적절한 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 기준 및 객체 필드로 분해된다. 이는 각 격자의 회절 차수들 사이의 위상 관계가 획득되는, 개체 필드의 세기 및 위상을 자연스럽게 제공한다. 디지털 홀로그래픽 현미경은 임의의 선행 타겟 정보(information) 없이 단일 측정으로부터 위상이 결정되는 것을 허용하며, 심지어 절대 위상 측정이 이루어지는 것을 가능하게 할 수 있다.

위의 예가 오버레이의 관점에서 설명되었지만, 본 발명은 (적어도) 2개의 격자를 포함하는 타겟과 같은 구조체에서 비대칭성을 측정하는 것을 기반으로 하는 임의의 계측에 동일하게 적용될 수 있다. 오버레이가 이러한 방식으로 측정될 수 있는 관심 대상 특성의 한 예이지만, 다른 예는 초점 및/또는 선량을 포함할 수 있다. 이들은, 예를 들어 다시 측정될 수 있는 초점 또는 선량 의존적 비대칭성을 갖고 노광된 타겟 및 그로부터 결정된 노광 초점 위치 및/또는 선량으로부터 측정될 수 있다. 본 명세서의 개념이 적용 가능한 관심 대상 특성의 또 다른 예는 EPE (에지 배치 오차(Edge Placement Error))이며, 이는 더욱 복잡한 형태의 오버레이 (예를 들어, 오버레이와 임계 치수 균일성의 조합)이다.

추가 실시예가 다음의 번호가 매겨진 절에 개시되어 있다:

1. 기판 상의 제1 구조체와 제2 구조체를 포함하는 구조체 쌍에 의한 방사선의 산란을 기술하는, 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장을 획득하는 방법은;

제1 구조체에 의해 산란된 제1 방사선에 관한 제1 전기장을 결정하는 것;

제2 구조체에 의해 산란된 제2 방사선에 관한 제2 전기장을 결정하는 것; 및

컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장을 획득하기 위해, 제1 전기장과 제2 전기장의 간섭을 컴퓨테이션으로 결정하는 것을 포함한다.

2. 제1절의 방법에서, 컴퓨테이션으로 결정하는 것은 제1 전기장과 제2 전기장을 조합하는 것을 포함한다.

3. 제2절의 방법에서, 제1 전기장과 제2 전기장을 조합하는 것은 제1 전기장과 제2 전기장을 합산하는 것을 포함한다.

4. 제1절의 방법에서, 컴퓨테이션으로 결정하는 것은 제1 전기장과 제2 전기장의 산란 모델 또는 역산란 모델을 이용하여 이들의 간섭을 모델링하는 것을 포함한다.

5. 제1절 내지 제4절 중 어느 한 절의 방법은:

제1 방사선과 제2 방사선의 세기 측정을 수행하는 것; 및

제1 방사선과 제2 방사선에 관한 위상 정보를 결정하는 것을 포함한다.

6. 제5절의 방법에서, 위상 정보는 적어도 제1 방사선과 제2 방사선 간의 상대적 위상을 포함한다.

7. 제5절 또는 제6절의 방법에서, 세기 측정은 제1 방사선 및 제2 방사선의 더 높은 회절 차수의 세기 측정을 포함하며, 위상 정보를 결정하는 것은 세기 측정으로부터 위상 복원 결정을 수행하는 것을 포함한다.

8. 제7절의 방법에서, 위상 복원은, 제1 구조체와 제2 구조체의 각각에 대하여:

검출 평면에서 위상 및 세기에 대한 모델링된 값을 얻기 위해 산란 방사선에 대한 입사 조명 방사선과 구조체 간의 상호 작용 효과를 모델링하는 것; 및

모델링된 세기와 검출된 바와 같은 세기 측정값 간의 차이를 최소화하기 위하여, 모델링된 바와 같은 제1 전기장 또는 제2 전기장 중 대응하는 하나의 위상 및 세기를 최적화하는 것

을 수행하는 것을 포함한다.

9. 제5절의 방법에서, 위상 정보를 결정하는 것은 알려진 기준 필드를 기반으로, 제1 방사선과 제2 방사선의 더 높은 회절 차수의 홀로그래픽 현미경 측정을 수행하는 것을 포함한다.

10. 제5절 내지 제9절 중 어느 한 절의 방법은 간섭을 컴퓨테이션으로 결정할 때 콘트라스트를 최적화하기 위해 적어도 제1 전기장 또는 제2 전기장의 상대적인 스케일링을 수행하는 것을 포함한다.

11. 제5절 내지 제10절 중 어느 한 절의 방법에서, 제1 구조체와 제2 구조체 각각은 제1 방사선 및 제2 방사선의 신호 세기 및/또는 신호 견고함(robustness)을 위해 각각 최적화된 형태를 갖는 방법

12. 제10절의 방법에서, 제1 방사선의 신호 세기 및/또는 신호 견고함을 위해 최적화된 제1 파장을 갖는 제1 입사 조명 방사선은 제1 방사선을 획득하기 위해 제1 구조체를 조명하는데 사용되며, 제2 방사선의 신호 세기 및/또는 신호 견고함을 위해 최적화된 제2 파장을 갖는 제2 입사 조명 방사선은 제2 방사선을 획득하기 위해 제2 구조체를 조명하는데 사용된다.

13. 제12절의 방법에서, 제1 구조체와 제2 구조체 사이에 하나 이상의 불투명 층이 있으며, 하나 이상의 불투명 층은 제2 파장에 대해 불투명하고, 제1 파장은 하나 이상의 불투명 층을 통과하기에 충분히 길다.

14. 제12절 또는 제13절의 방법에서, 제1 파장은 제2 파장의 2배이며, 제1 구조체의 피치는 제2 구조체의 피치의 2배이다.

15. 제12절, 제13절 또는 제14절의 방법은 제1 파장을 갖는 제1 입사 조명 방사선과 제2 파장을 갖는 제2 입사 조명 방사선 사이의 감지를 교정하기 위해 위상 및 투과 교정을 수행하는 것을 포함한다.

16. 제1절 내지 제15절 중 어느 한 절의 방법에서, 적어도 제1 전기장과 제2 전기장 각각은 대응하는 각각의 최상의 및/또는 최적의 초점 위치에 대하여 결정된다.

17. 제1절 내지 제16절 중 어느 한 절의 방법에서, 제1 방사선의 적어도 일부분과 제2 방사선의 적어도 일부분은 별도로 검출된다.

18. 제1절 내지 제17절 중 어느 한 절의 방법에서, 제1 구조체와 제2 구조체는 입사 조명 방사선의 방향으로 적어도 부분적으로 중첩된다.

19. 제18절의 방법에서, 단일 획득에서 제1 방사선 및 제2 방사선의 세기 측정의 캡처를 가능하도록 하기 위하여, 제1 구조체와 제2 구조체 중 하나는 나머지 것보다 크며 및/또는 나머지 것에 대하여 오프셋된다.

20. 제1절 내지 제17절 중 어느 한 절의 방법에서, 제1 구조체와 제2 구조체는 입사 조명 방사선의 방향으로 중첩되지 않으며, 기판의 평면에서의 이들의 분리 간격은 제1 방사선과 제2 방사선을 획득하기 위해 구조체 쌍을 조명하는데 사용되는 입사 조명 방사선의 공간적 코히어런스 길이보다 크지 않다.

21. 제1절 내지 제17절 중 어느 한 절의 방법에서, 제1 구조체와 제2 구조체는 입사 조명 방사선의 방향으로 중첩되지 않으며, 기판과 평행한 평면에서의 이들의 분리 간격은 제1 방사선과 제2 방사선을 획득하기 위해 구조체 쌍을 조명하는데 사용되는 입사 방사선의 공간적 코히어런스 길이보다 크고, 제1 구조체, 제2 구조체 그리고 하나 이상의 보조 기준 구조체의 인접한 구조체들 사이의 분리가 제1 방사선과 제2 방사선을 획득하기 위해 구조체 쌍을 조명하는데 사용되는 입사 방사선의 공간적 코히어런스 길이보다 크지 않도록 기판은 제1 구조체와 제2 구조체 사이에 하나 이상의 보조 기준 구조체를 포함한다.

22. 제1절 내지 제21절 중 어느 한 절의 방법에서, 제1 구조체와 제2 구조체는 기판 상의 상이한 층들에 포함된다.

23. 제1절 내지 제21절 중 어느 한 절의 방법에서, 제1 구조체와 제2 구조체는 기판 상의 동일한 층에 포함되며, 구조체 쌍은 스티칭된 다이의 인접한 서브-필드의 상대적인 정렬을 측정하기 위하여 스티칭된 타겟을 형성한다.

24. 제1절 내지 제23절 중 어느 한 절의 방법에서, 제1 전기장, 제2 전기장 및 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장은 세기 및 위상에 관하여 설명된다.

25. 제24절의 방법에서, 제1 전기장, 제2 전기장 및 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장은 편광, 시간적 코히어런스 및 공간적 코히어런스 중 하나 이상에 관하여 추가로 설명된다.

26. 제1절 내지 제25절 중 어느 한 절의 방법은 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장으로부터 구조체 쌍과 관련된 관심 대상 특성을 결정하는 것을 포함한다.

27. 제26절의 방법에서, 관심 대상 특성은 제1 구조체와 제2 구조체 간의 상대적인 측 방향 변위를 기술하는 오버레이를 포함한다.

28. 제26절 또는 제27절의 방법에서, 관심 대상 특성은 하나 이상의 구조체 쌍으로부터 컴퓨테이션으로 결정됨에 따라 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장의 대응하는 더 높은 회절 차수의 적어도 세기 내의 비대칭성으로부터 결정된다.

29. 제26절, 제27절 또는 제28절의 방법은:

컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장의 관심 대상 특성 유도 위상 변화 기여도를 결정하는 것; 및

관심 대상 특성 유도 위상 변화로부터 관심 대상 특성을 결정하는 것을 포함한다.

30. 제29절의 방법에서, 관심 대상 특성 유도 위상 변화는 구조체의 하나 이상의 쌍으로부터 컴퓨테이션으로 결정됨에 따라 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장의 대응하는 더 높은 회절 차수의 상대적인 위상 차이로부터 결정된다.

31. 제29절의 방법에서, 관심 대상 특성 유도 위상 변화는 하나 이상의 구조체의 쌍으로부터 컴퓨테이션으로 결정됨에 따라 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장의 대응하는 더 높은 회절 차수의 전기장의 비대칭성으로부터 결정된다.

32. 제29절의 방법에서, 관심 대상 특성 유도 위상 변화는, 2개의 대응하는 더 높은 회절 차수의 각각에 대하여, 제1 타겟에 대응하는 제1의 컴퓨테이션으로 결정된 전기장과 제2 타겟에 대응하는 제2의 컴퓨테이션으로 결정된 전기장의 차이로부터 결정되며; 제1 타겟과 제2 타겟 사이에 상대적인 바이어스 차이가 있다.

33. 제26절 내지 제32절 중 어느 한 절의 방법은 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장으로부터 제1 관심 대상 특성 값을 결정하는 것과 제1 전기장 및 제2 전기장의 실제 간섭으로부터 발생하는 대응하는 감지된 간섭 전기장으로부터 제2 관심 대상 특성 값을 결정하는 것; 및 최종 관심 대상 특성 값을 얻기 위해 제1 관심 대상 특성 값과 제2 관심 대상 특성 값을 조합하는 것을 포함한다.

34. 프로세서가 제1절 내지 제33절 중 어느 한 절의 방법을 수행하도록 하기 위한 기계-판독 가능한 명령어를 포함하는 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품.

35. 처리 디바이스가 제1절 내지 제33절 중 어느 한 절에서 규정된 방법을 수행하도록 하기 위한 기계-판독 가능한 명령어를 포함하는 처리 장치.

36. 제35절의 처리 장치를 포함하는 검사 장치.

37. 제36절의 검사 장치는:

제1 구조체와 제2 구조체를 포함하는 기판을 유지하기 위한 기판 홀더,

조명 방사선을 제1 구조체와 제2 구조체 상으로 투영하기 위한 투영 광학계;

제1 구조체와 제2 구조체에 의해 산란된 조명 방사선으로부터 기인한 제1 방사선과 제2 방사선을 검출하기 위한 검출기를 포함한다.

이 문맥에서 IC의 제조에서의 리소그래피 장치의 사용에 대한 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 본 명세서에서 설명된 리소그래피 장치는 다른 적용을 가질 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 가능한 다른 적용은 통합 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 플랫-패널 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조를 포함한다.

이 문맥에서는 검사 또는 계측 장치와 관련하여 본 발명의 실시예에 대한 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 본 발명의 실시예는 다른 장치에서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 마스크 검사 장치, 리소그래피 장치, 또는 웨이퍼 (또는 다른 기판) 또는 마스크 (또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정 또는 처리하는 임의의 장치의 일부를 형성할 수 있다. 용어 "계측 장치"는 또한 검사 장치 또는 검사 시스템을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예를 포함하는 검사 장치는 기판의 결함 또는 기판 상의 구조체의 결함을 검출하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기판 상의 구조체의 관심 대상 특성은 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 상의 원치 않는 구조체의 존재와 관련될 수 있다.

광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예의 사용에 대해 위에서 특정 참조가 이루어질 수 있지만, 문맥이 허용하는 경우, 본 발명은 광학 리소그래피에 제한되지 않으며 다른 적용, 예를 들어 임프린트 리소그래피에서 사용될 수 있다는 점이 인식될 것이다.

위에서 설명된 타겟 또는 타겟 구조체 (보다 일반적으로 기판 상의 구조체)는 측정의 목적을 위해 특별히 설계되고 형성된 계측 타겟 구조체이지만, 다른 실시예에서, 관심 대상 특성은 기판 상에 형성된 디바이스의 기능적 부분인 하나 이상의 구조체 상에서 측정될 수 있다. 많은 디바이스는 규칙적인 격자 형상의 구조체를 갖고 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 용어 구조체, 타겟 격자 및 타겟 구조체는 수행되고 있는 측정을 위하여 구조체가 특별히 제공된다는 점을 필요로 하지 않는다. 또한, 계측 타겟의 피치(P)는 스캐터로미터의 광학 시스템의 분해능 한계에 가까울 수 있거나 더 작을 수 있지만, 타겟 부분(C)에서의 리소그래피 공정에 의해 만들어진 전형적인 제품 피처의 치수보다 훨씬 클 수 있다. 실제로, 타겟 구조체 내의 오버레이 격자의 선 및/또는 공간은 제품 피처와 치수가 유사한 더 작은 구조체를 포함하도록 만들어질 수 있다.

본 발명의 특정 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과는 달리 실시될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 위의 설명은 제한이 아닌, 설명을 위한 것이다. 따라서, 아래에 제시된 청구범위의 범위를 벗어남이 없이 설명된 바와 같이 본 발명에 대하여 수정이 이루어질 수 있다는 것이 당 업자에게 명백할 것이다.

Claims (15)

1. 기판 상의 제1 구조체와 제2 구조체를 포함하는 구조체 쌍에 의한 방사선의 산란을 기술하는, 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장을 획득하기 위한 방법에 있어서:
   상기 제1 구조체에 의해 산란된 제1 방사선에 관한 제1 전기장을 결정하는 것;
   상기 제2 구조체에 의해 산란된 제2 방사선에 관한 제2 전기장을 결정하는 것; 및
   컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장을 획득하기 위해, 상기 제1 전기장과 상기 제2 전기장의 간섭을 컴퓨테이션으로 결정하는 것을 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 컴퓨테이션으로 결정하는 것은 상기 제1 전기장과 상기 제2 전기장을 조합하는 것을 포함하며, 선택적으로, 상기 제1 전기장과 상기 제2 전기장을 조합하는 것은 상기 제1 전기장과 상기 제2 전기장을 합산하는 것을 포함하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 컴퓨테이션으로 결정하는 것은 상기 제1 전기장과 상기 제2 전기장의 산란 모델 또는 역산란 모델을 이용하여 이들의 간섭을 모델링하는 것을 포함하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은:
   상기 제1 방사선과 제2 방사선의 세기 측정을 수행하는 것; 및
   상기 제1 방사선과 제2 방사선에 관한 위상 정보를 결정하는 것을 포함하며,
   선택적으로, 상기 위상 정보는 적어도 상기 제1 방사선과 상기 제2 방사선 간의 상대적 위상을 포함하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 세기 측정은 상기 제1 방사선 및 제2 방사선의 더 높은 회절 차수의 세기 측정을 포함하며, 상기 위상 정보를 결정하는 것은 상기 세기 측정으로부터 위상 복원(retrieval) 결정을 수행하는 것을 포함하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 위상 복원은, 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체의 각각에 대하여:
   검출 평면에서 위상 및 세기에 대한 모델링된 값을 얻기 위해 산란 방사선에 대한 입사 조명 방사선과 구조체 간의 상호 작용 효과를 모델링하는 것; 및
   모델링된 세기와 검출된 바와 같은 세기 측정값 간의 차이를 최소화하기 위하여, 모델링된 바와 같은 상기 제1 전기장 또는 제2 전기장 중 대응하는 하나의 위상 및 세기를 최적화하는 것
   을 수행하는 것을 포함하는 방법.
7. 제4항에 있어서, 상기 위상 정보를 결정하는 것은 알려진 기준 필드를 기반으로, 상기 제1 방사선과 제2 방사선의 더 높은 회절 차수의 홀로그래픽 현미경 측정을 수행하는 것을 포함하는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 방사선의 적어도 일부분과 상기 제2 방사선의 적어도 일부분은 별도로 검출되는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 구조체 및 제2 구조체는 입사 조명 방사선의 방향으로 적어도 부분적으로 중첩되며, 단일 획득에서 상기 제1 방사선 및 제2 방사선의 세기 측정의 캡처를 가능하도록 하기 위하여, 선택적으로, 상기 제1 구조체와 제2 구조체 중 하나는 나머지 것보다 크며 및/또는 나머지 것에 대하여 오프셋되는 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체는 입사 조명 방사선의 방향으로 중첩되지 않고, 기판의 평면에서의 이들의 분리 간격은 상기 제1 방사선과 제2 방사선을 획득하기 위해 상기 구조체 쌍을 조명하는데 사용되는 입사 방사선의 공간적 코히어런스 길이보다 크지 않은 구성, 및
    - 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체는 입사 조명 방사선의 방향으로 중첩되지 않고, 상기 기판과 평행한 평면에서의 이들의 분리 간격은 상기 제1 방사선과 제2 방사선을 획득하기 위해 상기 구조체 쌍을 조명하는데 사용되는 입사 방사선의 공간적 코히어런스 길이보다 크며, 상기 기판은 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체 사이에 하나 이상의 보조 기준 구조체를 포함하여, 상기 제1 구조체, 상기 제2 구조체 그리고 상기 하나 이상의 보조 기준 구조체의 인접한 구조체들 사이의 분리가 상기 제1 방사선과 상기 제2 방사선을 획득하기 위해 상기 구조체 쌍을 조명하는데 사용되는 입사 방사선의 공간적 코히어런스 길이보다 크지 않게 되는 구성
    중 하나인 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장으로부터 구조체 쌍과 관련된 관심 대상 특성을 결정하는 것을 포함하며, 선택적으로, 상기 관심 대상 특성은 상기 제1 구조체와 상기 제2 구조체 간의 상대적인 측 방향 변위를 기술하는 오버레이를 포함하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 컴퓨테이션으로 결정된 간섭 전기장으로부터 제1 관심 대상 특성 값을 결정하는 것과 상기 제1 전기장 및 상기 제2 전기장의 실제 간섭으로부터 발생하는 대응하는 감지된 간섭 전기장으로부터 제2 관심 대상 특성 값을 결정하는 것; 및 최종 관심 대상 특성 값을 얻기 위해 상기 제1 관심 대상 특성 값과 상기 제2 관심 대상 특성 값을 조합하는 것을 포함하는 방법.
13. 프로세서가 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 하기 위한 기계-판독 가능한 명령어를 포함하는 비일시적 컴퓨터 프로그램 제품.
14. 처리 디바이스가 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 청구된 방법을 수행하도록 하기 위한 기계-판독 가능한 명령어를 포함하는 처리 장치.
15. 제14항의 처리 장치를 포함하는 검사 장치.

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