JP6882209B2 - 半導体ウェハ上の高さを測定するための方法および装置 - Google Patents
半導体ウェハ上の高さを測定するための方法および装置 Download PDFInfo
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Description
本出願は、あらゆる目的でその全体の参照により本明細書に組み込まれる、Shifang Liらによって2015年6月29日に出願された先願である米国仮特許出願第62/186,215号の利益を主張する。
本発明のいくつかの実施形態は、高精度であると同時に高速度である高さ判定に達するための新規の手法を提供する。本発明のいくつかの実施形態は、被検物の高さ情報に対応する焦点シフトを、同じ試験サイトで異なる照射条件またはz位置下での付加的な測定を得ることなく推定するために微分検出器を用いる、半導体ウェハ上の構造高さを測定するための装置および方法を含む。この操作を明確に示すために、2つの例示的実施、すなわちポイント走査とライン走査レイアウトが本明細書において説明される。付加的に、高速合焦微分検出の実施形態も説明される。
D=f(z)=f(Ms)
Da=F(sa)
Db=F(sb)
Claims (22)
- 半導体構造の高さを判定するためのシステムであって、
異なる相対高さに複数の表面を有する試験片の方に1以上のソースラインまたはポイントを指向させる照射モジュールと、
表面から反射した光を検出する収集モジュールを含み、収集モジュールは、表面のうち1つから反射した光を受光するように配置された少なくとも2つの検出器を含み、第1検出器は焦点の前の位置からより多くの反射光を受光し、第2検出器は焦点の後の位置からより多くの反射光を受光し、その結果、表面のうちそのような1つが最適焦点にない限り、第1検出器と第2検出器は異なる強度値を有する光を受光し、
システムはさらに、高さ値を、異なる相対高さの2つの表面から、前記少なくとも2つの検出器のそれぞれによって受光された検出光を、前記2つの表面のうちの1つの他の1つに対する高さ値に変換することに基づいて判定するためのプロセッサシステムであり、前記高さ値は、前記2つの表面から前記第1検出器及び前記第2検出器で検出された光の差または比率に基づく関数またはモデルにより決定され、前記関数またはモデルは、
D2は第2検出器の光の強度
wは焦点深さの1/e 2 幅
Δは第1検出器と第2検出器の距離
Mは縦拡大係数
で表される、プロセッサシステムを備えるシステム。 - 前記照射モジュールが、照射光を受光して、照射のソースポイントを試験片に指向させるためのピンホールを備え、
前記収集モジュールがさらに、
反射光の一部がそれを通って第1検出器に通される焦点の前に配置された第1ピンホールと、
反射光の一部がそれを通って第2検出器に通される焦点の後に配置された第2ピンホールを備え、第1検出器と第2検出器はフォトダイオード検出器である、請求項1に記載のシステム。 - 前記照射モジュールが、照射光を受光して、照射のソースラインを試験片に指向させるためのスリットを備え、
前記収集モジュールがさらに、
反射光の一部がそれを通って第1検出器に通される焦点の前に配置された第1のスリットと、
反射光の一部がそれを通って第2検出器に通される焦点の後に配置された第2スリットを備え、第1検出器と第2検出器はフォトダイオードアレイである、請求項1に記載のシステム。 - 前記収集モジュールはさらに、一対のピンホールまたはスリットを備え、一対のピンホールまたはスリットは、前記異なる相対高さの2つの表面の高さの予測範囲から反射された焦点が、イメージ空間に関してそのようなピンホールまたはスリットの間、またはそれらのうち一方の上に受け入れられるように配置されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記一対のピンホールまたはスリットは、表面のうち1つが焦点ぼけしている場合に異なる量の光を受光し、そのような表面が合焦している場合に等しい量の光を受光するように配置されている、請求項4に記載のシステム。
- 前記一対のピンホールまたはスリットは、表面のうち1つが特定分量だけ焦点ぼけしている場合に、第1と第2検出器のうち一方のみがその特定の表面から最大強度を受光するように配置されている、請求項5に記載のシステム。
- 前記照射モジュールが、照射光を受光し照射のソースラインを試験片に指向させるためのスリットを備え、
第1検出器は焦点の前に配置され、
第2検出器は焦点の後に配置される、請求項1に記載のシステム。 - 前記照射モジュールが、照射光を受光し、その照射の複数のソースラインまたはポイントを試験片に指向させるための複数のスリットまたはピンホールを備え、
少なくとも2つの検出器は二次元画像センサである、請求項1に記載のシステム。 - 前記高さ値は、少なくとも2つの検出器によって受光された検出光を表面の位置に関連付ける関数によって判定される、請求項1に記載のシステム。
- 収集モジュールは3以上の検出器を備え、関数またはモデルはさらに、3以上の検出器によって受光された検出光を表面の位置および縦拡大係数Mに関連付ける、請求項1に記載のシステム。
- 高さを判定する方法であって、
1以上のソースラインまたはポイントを、異なる相対高さに複数の表面を有する試験片に向け、
表面から反射された光を検出し、反射光は、表面のうち1つから反射した光を受光するように配置された少なくとも2つの検出器によって検出され、検出器のうち第1検出器は、最適焦点の前の位置からより多くの反射光を受光し、検出器のうち第2検出器は最適焦点の後の位置からより多くの反射光を受光し、その結果、表面のうちそのような1つが最適焦点にない限り、第1検出器と第2検出器は異なる強度値を有する光を受光し、
高さ値を、異なる相対高さの2つの表面から、前記少なくとも2つの検出器のそれぞれによって受光された検出光を、前記2つの表面のうちの1つの他の1つに対する高さ値に変換することに基づいて判定し、前記高さ値は、前記2つの表面から前記第1検出器及び前記第2検出器で検出された光の差または比率に基づく関数またはモデルにより決定され、前記関数またはモデルは、
D2は第2検出器の光の強度
wは焦点深さの1/e 2 幅
Δは第1検出器と第2検出器の距離
Mは縦拡大係数
で表される、
ことを含む方法。 - さらに、照射光を受光して、照射光のソースポイントをソースピンホールを介して試験片に指向させることを含み、第1ピンホールは、それを通って反射光の一部が第1検出器に通される最適焦点の前に配置され、また、第2ピンホールは、それを通って反射光の一部が第2検出器に通される最適焦点の後に配置され、第1検出器と第2検出器はフォトダイオード検出器である、請求項11に記載の方法。
- 照射光を受光して、照射光のソースラインをソーススリットを介して試験片に指向させることを含み、第1のスリットは、反射光の一部がそれを通って第1検出器に通される最適焦点の前に配置され、また、第2スリットは、反射光の一部がそれを通って第2検出器に通される最適焦点の後に配置され、第1検出器と第2検出器はフォトダイオードアレイである、請求項11に記載の方法。
- 照射光を受光して、照射光のソースラインをソーススリットを介して試験片に指向させることを含み、第1検出器は最適焦点の前に配置され、第2検出器は最適焦点の後に配置され、第1検出器と第2検出器はフォトダイオードアレイである、請求項11に記載の方法。
- 照射光を受光して、照射光の複数のソースラインまたはポイントを、複数のソースピンホールまたはスリットを介して試験片に指向させること、及び異なる相対高さの2つの表面の高さの予測範囲から反射された焦点が、イメージ空間に関してそのようなピンホールまたはスリットの間、またはそれらのうち一方の上に受け入れられるように配置されている、一対のピンホールまたはスリットにおいて前記2つの表面からの反射光を受光することを含み、少なくとも2つの検出器は二次元画像センサである、請求項11に記載の方法。
- 反射光は3以上の検出器によって検出され、関数またはモデルはさらに、3以上の検出器によって受光された検出光を、表面の位置と縦拡大係数Mに関連付ける、請求項11に記載の方法。
- 半導体試験片の2つの表面間の高さを判定するためのシステムであって、
ソースラインまたはポイントを複数の表面を有する試験片の方に、異なる相対高さで指向させるための照射モジュールと、
表面から反射された光を検出するための収集モジュールを備え、収集モジュールは、可変焦点レンズと、検出器と、表面のうち1つから反射された光を検出器に指向させるための収集スリットまたはピンホールを備え、
さらに、2つの表面間の高さを、2つの表面から、少なくとも2つの異なる焦点深さで受光した検出光に基づいて判定するためのプロセッサシステムであり、前記高さを、前記2つの表面からの前記検出光の差または比率に基づく関数またはモデルで判定し、前記関数またはモデルは、
D2は第2検出器の光の強度
wは焦点深さの1/e 2 幅
Δは第1検出器と第2検出器の距離
Mは縦拡大係数
で表される、プロセッサシステムとを備えたシステム。 - 半導体試験片の2つの表面間の高さを判定するためのシステムであって、
複数のソースラインまたはポイントを、異なる相対高さに複数の表面を有する試験片の方に指向させるための照射モジュールを備え、ソースラインまたはポイントは、異なる焦点深さで試験片の方に指向され、
さらに、表面から反射された光を検出するための収集モジュールを備え、収集モジュールは、表面のうち1つから反射された光を受光するように位置決めされた少なくとも3つの検出器を含み、少なくとも3つの検出器は、各検出器が異なる焦点深さの光を受光するように、異なる焦点深さでソースラインまたはポイントに応答して反射した光を受光するように配置され、
さらに、高さを、表面のうち2つから、少なくとも2つの検出器によって受光された検出光に基づいて判定するためのプロセッサシステムであり、前記高さを、前記2つの表面からの前記検出光の差または比率に基づく関数またはモデルで判定し、前記関数またはモデルは、
D2は第2検出器の光の強度
wは焦点深さの1/e 2 幅
Δは第1検出器と第2検出器の距離
Mは縦拡大係数
で表される、プロセッサシステムとを備えたシステム。 - 照射モジュールはさらに、ソースラインまたはポイントを、試験片上の異なるxy位置に指向させるように構成されている、請求項18に記載のシステム。
- 3つの検出器は、複数のソースラインまたはポイントに応答して反射された複数の焦点が、少なくとも3つの検出器のうち2つの隣接する検出器の画像空間内のz位置の間に配置されるように位置決めされる、請求項18に記載のシステム。
- 収集モジュールは、さらに、一対のピンホールまたはスリットを備え、前記一対のピンホールまたはスリットは、前記第1検出器及び前記第2検出器に対し、前記第1検出器が最大予測不足焦点値のための最大光量を受光し、前記第2検出器が最大予測過焦点値のための最大光量を受光するように位置決めされる、請求項1に記載のシステム。
- さらに、照射光を受光して、照射光のソースポイントをソースピンホールを介して試験片に指向させることを含み、一対のピンホールまたはスリットは、前記第1検出器及び前記第2検出器に対し、前記第1検出器が最大予測不足焦点値のための最大光量を受光し、前記第2検出器が最大予測過焦点値のための最大光量を受光するように位置決めされる、請求項11に記載の方法。
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