KR101185473B1 - 표면에 대한 간섭 측정의 분석 - Google Patents

표면에 대한 간섭 측정의 분석 Download PDF

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Abstract

대상물의 공간 특성을 결정하는 방법은 2 이상의 접경을 포함하는 측정 대상물로부터 스캐닝 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하는 단계를 포함한다. 상기 스캐닝 저 코히어런스 간섭 신호는 각각의 접경으로부터 각각 생기는 2 이상의 중첩 저 코히어런스 간섭 신호를 포함한다. 상기 저 코히어런스 간섭 신호에 근거하여, 상기 접경들 중 적어도 하나의 공간 특성을 결정한다. 일부의 경우, 상기 결정은 상기 신호의 전체보다는 상기 저 코히어런스 간섭 신호의 서브세트에 근거한다. 대안으로 또는 부가해서, 상기 결정은 템플릿에 근거할 수 있는데, 이 템플릿은 상기 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하는데 사용되는 간섭계의 측정 응답을 나타낸다.
대상물, 공간 특성, 접경, 저 코히어런스 간섭 신호, 템플릿

Description

표면에 대한 간섭 측정의 분석{INTERFEROMETRIC ANALYSIS OF SURFACES}
본 출원은 미국 가출원들 즉 2003년 9월 15일에 출원되고 발명의 명칭이 High Speed Scanning Interferometer for Surface Profiling and for Focus and Tilt Sensing인 제60/502,932호, 2003년 9월 15일에 출원되고 발명의 명칭이 Grazing Incidence Interferometer for Profiling Surfaces Which May Have a Thin Film coating인 제60/502,933호, 2003년 9월 15일에 출원되고 발명의 명칭이 Triangulation Sensor for Profiling surfaces Through a Thin Film Coating인 제60/502,907호, 2003년 9월 15일에 출원되고 발명의 명칭이 Rapid Measurement of Surface Topographies in the Presence of Thin Films인 제60/502,930호, 그리고 2004년 1월 16일에 출원되고 발명의 명칭이 Surface Profiling Using an International Pattern Matching Template인 제60/539,437호의 이점을 청구하는 바이며, 상기 출원 각각은 본 명세서에 원용된다.
본 발명은 대상물 지형의 간섭 결정과 같은 대상물의 간섭 분석에 관한 것이다.
간섭 측정, 즉 백색광의 스캐닝 간섭 측정(SWLI)을 사용하여 대상물의 공간 특성을 결정할 수 있다. 통상적인 공간 특성은 일부의 기준(reference)과 관련해서 대상물의 표면 지형이나 위치를 포함한다. 불투명 기판 위에 겹치는 두꺼운 막을 포함하는 대상물의 경우, SWLI 데이터는 기판-막 접경과 막-공기 접경으로 각각 생기는 2개의 분리된 부분 간섭 패턴을 포함할 수 있다. 간섭 패턴들이 전체적으로 분리 가능하다면, 즉 2개의 신호 사이의 제로 변조의 영역이 존재한다면, 상기 데이터는 표준 기술을 이용하여 기판 표면과 막-공기 접경에 관한 독립적인 정보를 제공할 수 있다. 상기 겹치는 막이 얇아질수록, 각각의 간섭 패턴은 중첩되어 서로 왜곡하기 시작한다. 이렇게 중첩된 간섭 패턴은 기판 표면 및 막-공기 접경에 관하여 잘못된 공간 정보를 제공할 수 있다.
본 발명의 한 관점은 광 경로 길이 차(OPD)의 함수에 따라 중첩되는 간섭 패턴을 생성하는 대상물로부터 저 코히어런스 간섭 신호를 분석하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 방법 및 시스템은 예컨대 평판 패널 디스플레이 측정, 반도체 웨이퍼 도량형, 땜납 범프 프로세스, 원위치 박막 측정(in situ thin film measurements), 및 상이한 재료 분석에 사용될 수 있다.
하나의 예시적인 방법은 포토리소그래피 시스템과 관련해서 원위치 초점 및 틸트 조정을 위한 패턴화된 웨이퍼 위의 포토레지스트의 공간 특성의 신속 결정에 관한 것이다. 상기 공간 특성은 상기 포토리소그래피 시스템의 기준과 관련해서 상기 포토레지스트의 상부 표면의 지형 및/또는 위치를 포함할 수 있다. 일부의 실시예에서, 상기 공간 특성은 예컨대 포토리소그래피 시스템과 관련해서 포토레지스트 막의 절대 위치 또는 상대 위치를 나타낸다.
일반적으로, 한 관점에 따르면, 본 발명은 (ⅰ) 제1 및 제2 접경을 포함하는 측정 대상물로부터, 상기 제1 및 제2 접경에서 각각 생기는 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴을 포함하는 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하는 단계; 및 (ⅱ) 상기 중첩 간섭 패턴의 서브세트를 식별하되, 상기 서브세트는 상기 제1 및 제2 간섭 패턴 중 하나의 간섭 패턴으로부터 다른 간섭 패턴보다 더 큰 기여도(contribution)를 가지는, 상기 식별하는 단계를 포함하는 방법을 특징으로 한다.
상기 방법에 대한 실시예는 이하의 특징들 중 어떤 것이라도 포함할 수 있다.
상기 획득하는 단계는 복수의 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하는 단계를 포함하며, 각각의 저 코히어런스 간섭 신호는 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴을 포함하며, 각각의 제1 간섭 패턴은 상기 제1 접경의 다른 포인트로부터 생기며, 각각의 제2 간섭 패턴은 상기 제2 접경의 다른 포인트로부터 생기며, 상기 복수의 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하는 단계는 상기 대상물을 촬상하는 단계를 포함하며, 상기 식별하는 단계는 상기 간섭 신호 각각의 서브세트를 식별하는 단계를 포함하며, 각각의 서브세트는 대응하는 간섭 신호의 상기 제1 및 제2 간섭 패턴 중 하나의 간섭 패턴으로부터 다른 간섭 패턴보다 더 큰 기여도를 가진다.
상기 복수의 저 코히어런스 간섭 신호 각각에 대해, 상기 획득하는 단계는 간섭계를 사용하는 단계를 포함하며, 광으로부터 생기는 상기 복수의 저 코히어런스 간섭 신호 각각은 광 경로 길이 차이의 범위를 가지며, 광 경로 길이 차이의 각각의 범위는 상기 간섭계의 코히어런스 길이의 적어도 50%이며, 각각의 범위는 적어도 상기 간섭계의 코히어런스 길이만큼 크다.
상기 제1 접경은 상기 대상물의 외측 표면이며, 상기 방법은 상기 외측 표면의 복수의 포인트 각각의 상대적 높이를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 접경은 1000 nm 이하로 분리될 수 있다.
상기 제1 접경은 상기 대상물의 외측 표면이며 상기 제2 접경은 상기 외측 접경 아래에 있다. 예를 들어, 상기 외측 표면은 기판 위에 겹치는 포토레지스트의 층의 외측 표면이며, 상기 제2 접경은 상기 포토레지스트의 외측 표면과 상기 기판 사이로 한정될 수 있다.
상기 제1 및 제2 접경은 액정 디스플레이 셀의 접경이 될 수 있다.
상기 방법은 상기 저 코히어런스 간섭 신호들에 근거하여 상기 제1 또는 제2 접경들의 포인트들 중 적어도 일부의 각각의 공간 특성을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴 각각은 복수의 줄무늬를 포함하며, 상기 포인트들 중 적어도 일부의 각각의 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 제1 또는 제2 중첩 간섭 패턴 중 하나의 중첩 간섭 패턴의 줄무늬의 1/2 미만에 근거하여 상기 포인트들 중 적어도 일부의 각각의 공간 특성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴 각각은 복수의 줄무늬를 포함하며, 상기 포인트들 중 적어도 일부의 각각의 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 제1 또는 제2 중첩 간섭 패턴 각각의 줄무늬의 1/2을 변환시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 포인트들 중 적어도 일부의 각각의 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 대응하는 간섭 신호의 상기 중첩 간섭 패턴의 비대칭 서브세트에 근거하여 상기 포인트들 중 적어도 일부의 각각의 공간 특성을 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어 상기 포인트들 중 적어도 일부의 각각의 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 비대칭 서브세트를 변환시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 제1 접경은 상기 대상물의 외측 표면이며, 상기 포인트들 중 적어도 일부의 각각의 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 외측 표면의 복수의 포인트의 공간 특성을 결정하는 단계를 포함한다. 이러한 경우들에 있어서, 각각의 비대칭 서브세트는 상기 대상물의 외측 표면으로부터 생기는 접경에 의해 좌우될 수 있다.
상기 식별하는 단계는 간섭계 응답을 나타내는 템플릿(template)에 근거하여 상기 비대칭 서브세트의 경계를 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 상기 템플릿은 대상물 높이 독립 간섭계 응답(object-height independent interferometer response)을 나타낸다. 상기 경계를 결정하는 단계는 상기 템플릿과 상기 저 코히어런스 간섭 신호를 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 서브세트를 식별하는 단계는 상기 템플릿과 상기 저 코히어런스 간섭 신호를 교차상관시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 교차상관시키는 단계는 상기 저 코히어런스 간섭 신호의 형태에 기초하여 정규화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 포인트들 중 적어도 일부의 각각의 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 대응하는 저 코히어런스 간섭 신호 및 간섭계 응답을 나타내는 템플릿에 근거하여 공간 특성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 포인트들 중 적어도 일부의 각각의 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 대응하는 저 코히어런스 간섭 신호와 상기 템플릿을 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 비교하는 단계는 상기 대응하는 저 코히어런스 간섭 신호와 상기 템플릿 사이의 최상의 일치 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 비교하는 단계는 상기 템플릿과 상기 중첩 간섭 패턴을 교차상관시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 교차상관시키는 단계는 상기 대응하는 저 코히어런스 간섭 신호의 형태에 기초하여 정규화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 템플릿은 비대칭이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 템플릿은 절단된 간섭 패턴의 형태를 가질 수 있다. 상기 방법은 기준 대상물의 복수의 포인트로부터 기준 저 코히어런스 간섭 신호를 획득함으로써 상기 템플릿을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 템플릿은 상기 기준 저 코히어런스 간섭 신호 각각으로부터 도출된 기여도를 포함할 수 있다.
예를 들어, 각각의 저 코히어런스 간섭 신호는 상기 대응하는 대상물 포인트의 높이를 나타내는 대상물 높이 의존 속성을 포함하며, 상기 템플릿을 작성하는 단계는 상기 기준 저 코히어런스 간섭 신호로부터 대상 높이 의존 속성을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기준 저 코히어런스 간섭 신호는 비중첩 간섭 패턴을 포함할 수 있다.
다른 관점에 따르면, 본 발명은 (ⅰ) 복수의 접경을 가지는 대상물로부터 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하도록 구성되며, 상기 저 코히어런스 간섭 신호는 상기 대상물의 적어도 제1 및 제2 접경으로부터 생기는 적어도 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴을 포함하는, 광학 시스템; 및 (ⅱ) 상기 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴의 비대칭 서브세트에 근거하여 상기 제1 및 제2 접경 중 적어도 하나의 공간 특성을 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하는 장치를 특징으로 한다.
상기 장치에 대한 실시예는 이하의 특징들 중 어떤 것이라도 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 제1 및 제2 간섭 패턴 중 하나의 간섭 패턴으로부터, 다른 간섭 패턴과는 반대로, 더 큰 기여도를 포함하는 상기 저 코히어런스 간섭 신호의 일부를 결정하며, 상기 저 코히어런스 신호의 일부로부터 데이터의 서브세트를 선택하도록 추가로 구성될 수 있다.
상기 제1 접경은 상기 대상물의 외측 표면이며, 상기 제1 간섭 패턴은 상기 제1 접경으로부터 생기며, 상기 프로세서는 상기 제1 접경의 공간 특성을 결정하도록 추가로 구성될 수 있다.
상기 광학 시스템은 상기 대상물로부터 복수의 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하도록 구성되며, 상기 저 코히어런스 간섭 신호는 상기 제1 및 제2 접경의 다른 포인트들로부터 생기는 각각의 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴을 포함하며, 상기 프로세서는 상기 복수의 저 코히어런스 간섭 신호의 각각의 비대칭 서브세트에 근거하여 상기 제1 접경의 복수의 포인트의 공간 특성을 결정하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 포인트의 공간 특성은 상기 포인트 각각의 상대적 높이가 될 수 있다.
상기 프로세서는 상기 대상물의 외측 표면의 공간 특성을 다른 대상물과 관련하여 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는 포토리소그래피 장치와 관련해서 상기 대상물의 외측 표면의 일부를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 프로세서는 본 발명의 전술한 방법의 관점과 관련해서 전술한 단계들 중 어떤 단계도 실행하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 다른 관점에 따르면, 본 발명은, 간섭계를 사용하여 복수의 접경을 가지는 대상물로부터 획득된 저 코히어런스 간섭 신호를 수신하되, 상기 저 코히어런스 간섭 신호는 상기 대상물의 적어도 제1 및 제2 접경에서 생기는 적어도 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴을 포함하며, 상기 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴의 비대칭 서브세트에 근거하여 상기 제1 및 제2 접경 중 적어도 하나의 접경의 공간 특성을 결정하도록 적어도 구성된 프로세서를 특징으로 한다.
상기 프로세서에 대한 실시예들은 본 발명의 전술한 방법의 관점과 관련해서 전술한 특징을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 다른 관점에 따르면, 본 발명은, (ⅰ) 간섭계를 사용하여 제1 대상물로부터 획득된 저 코히어런스 간섭 신호를 제공하는 단계; 및 (ⅱ) 상기 저 코히어런스 간섭 신호 및 상기 간섭계의 응답을 나타내는 템플릿에 근거하여 상기 제1 대상물의 공간 특성을 결정하는 단계를 포함하는, 대상물의 공간 특성 결정 방법을 특징으로 한다.
상기 방법에 대한 실시예는 이하의 특징들 중 어떤 것이라도 포함할 수 있다.
상기 제1 대상물은 외측 표면을 가지며, 상기 결정하는 단계는 상기 외측 표면의 포인트의 상대적 높이를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제공하는 단계는 상기 간섭계를 사용하여 상기 제1 대상물의 대응하는 서로 다른 포인트로부터 각각 획득된 복수의 저 코히어런스 간섭 신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 결정하는 단계는 대응하는 저 코히어런스 간섭 신호 및 상기 템플릿에 근거하여 상기 서로 다른 포인트의 각각의 공간 특성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 저 코히어런스 간섭 신호는 상기 간섭계를 사용하여 상기 대상물의 일부를 촬상하는 단계를 포함하는 단계들에 의해 각각 획득될 수 있다.
상기 대상물은 외측 표면을 가지며 상기 서로 다른 포인트의 각각의 공간 특성은 각각의 포인트의 높이이다. 예를 들어, 상기 대상물은 포토레지스트로 코팅된 웨이퍼를 포함하며, 상기 대상물의 외측 표면은 상기 포토레지스트의 외측 표면이 될 수 있다.
상기 템플릿은 비대칭이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 템플릿은 절단된 간섭 패턴의 형태를 가질 수 있다. 상기 저 코히어런스 간섭 신호는 상기 대상물의 제1 및 제2 접경으로부터 생기는 중첩 간섭 패턴을 포함하며, 상기 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 제1 및 제2 접경 중 적어도 하나의 접경의 공간 특성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 접경은 상기 대상물의 외측 표면이며, 상기 결정하는 단계는 상기 외측 표면의 공간 특성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 템플릿의 형태는 상기 제2 접경과는 반대로 상기 제1 접경으로부터 생기는 기여도에 의해 좌우되는 상기 저 코히어런스 간섭 신호의 일부에 대응할 수 있다.
상기 템플릿은 복수의 제2 저 코히어런스 간섭 신호 각각으로부터 도출된 기여도를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 제2 저 코히어런스 간섭 신호 각각은 기준 대상물의 각각의 서로 다른 포인트로부터 생길 수 있다.
상기 복수의 제2 저 코히어런스 간섭 신호 각각은 대응하는 기준 대상물 포인트의 높이를 나타내는 대상물 높이 의존 속성을 포함하며, 상기 방법은 상기 템플릿을 생성하는 단계를 포함하며, 상기 생성하는 단계는 상기 대상물 높이 의존 속성으로부터 기여도를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 제2 저 코히어런스 간섭 신호는 상기 대응하는 기준 대상물 포인트의 높이를 나타내는 위상 관련 속성을 가지며, 상기 기여도를 제거하는 단계는 상기 위상 관련 속성을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 또한,
상기 제1 및 기준 대상물은 동일할 수 있다. 대안으로, 상기 제1 대상물은 겹치는 박막을 포함하는 기판을 포함하며, 상기 복수의 제2 저 코히어런스 간섭 신호는 단일의 반사 접경을 갖는 상기 기준 대상물의 일부로부터 획득될 수 있다.
본 발명은 상기 템플릿과 상기 저 코히어런스 간섭 신호를 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 비교하는 단계는 상기 템필릿과 상기 저 코히어런스 간섭 신호를 교차상관시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 교차상관은 부분적으로 복소 교차상관을 포함할 수 있다. 상기 교차상관시키는 단계는 상기 저 코히어런스 간섭 신호의 형태에 기초하여 정규화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비교하는 단계는 상기 저 코히어런스 간섭 신호 내의 위치를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 위치의 한편에 위치하는 상기 저 코히어런스 간섭 신호의 일부를 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 상기 저 코히어런스 간섭 신호를 변환하는 단계도 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 저 코히어런스 간섭 신호는 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴을 포함하고, 상기 위치의 한편에 대한 상기 저 코히어런스 간섭 신호의 일부는 상기 제2 간섭 패턴과는 반대로 상기 제1 간섭 패턴으로부터의 기여도에 의해 좌우될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 간섭 패턴은 상기 제1 대상물의 외측 표면으로부터 생길 수 있다.
일반적으로, 다른 관점에 따르면, 본 발명은 간섭계를 사용하여 대상물의 대응하는 서로 다른 포인트로부터 각각 획득되는 복수의 저 코히어런스 간섭 신호를 제공하는 단계; 및 간섭계의 응답을 나타내는 템플릿을 생성하는 단계를 포함하며, 상기 생성하는 단계는 상기 저 코히어런스 간섭 신호 각각으로부터의 기여도를 결합하는 단계를 포함하는 간섭계 템플릿 작성 방법을 특징으로 한다.
상기 방법에 대한 실시예는 이하의 특징들 중 어떤 것이라도 포함할 수 있다.
각각의 저 코히어런스 간섭 신호는 간섭계를 사용하여 상기 대상물의 일부를 촬상함으로써 상기 대상물의 상기 대응하는 다른 포인트로부터 획득될 수 있다.
상기 대상물의 서로 다른 포인트 각각은 각각의 공간 특성을 가지며, 각각의 저 코히어런스 간섭 신호는 상기 대응하는 대상체 포인트의 공간 특성에 의존하는 공간 의존 특성을 포함하며, 상기 템플릿을 생성하는 단계는 상기 저 코히어런스 간섭 신호 중 적어도 일부의 공간 의존 특성을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 공간 특성은 상대적 높이가 될 수 있다.
상기 공간 의존 속성을 제거하는 단계는, 상기 저 코히어런스 간섭 신호를 역차수(inverse dimension)으로 변환시키되, 상기 변환된 저 코히어런스 간섭 신호는 상기 역차수를 따라 위상 변화를 나타내는, 상기 변환시키는 단계; 및 상기 역차수과 관련해서 상기 위상 변화의 선형 부분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 대상물의 서로 다른 포인트들은 상기 대상물의 접경에 관해 서로 다른 포인트들이 될 수 있다.
상기 접경은 상기 대상물의 외측 표면이 될 수 있다.
상기 방법은, 간섭계를 이용하여, 제2 대상물의 하나의 포인트로부터 생기는 적어도 하나의 제2 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하는 단계; 및 상기 제2 저 코히어런스 간섭 신호와 상기 템플릿에 근거하여 상기 제2 대상물의 상기 포인트의 공간 특성을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 대상물은 기판 및 적어도 하나의 겹치는 층을 포함하며, 상기 제2 대상물의 상기 포인트는 상기 겹치는 층의 일부에 의해 한정된다. 상기 겹치는 층은 상기 대상물의 외측 표면을 한정하는 표면을 가지며, 상기 제2 대상물의 상기 포인트는 상기 외측 표면에 위치한다.
상기 간섭계를 이용하여 획득하는 단계는 상기 제2 대상물의 서로 다른 포인트로부터 각각 생기는 복수의 제2 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하는 단계를 포함하며, 상기 제2 대상물의 상기 포인트의 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 제2 저 코히어런스 간섭 신호와 상기 템플릿에 근거하여 상기 제2 대상물의 서로 다른 포인트들의 공간 특성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제2 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하는 단계는 상기 제2 대상물의 일부를 촬상하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 결정하는 단계는 상기 제2 저 코히어런스 간섭 신호와 상기 템플릿을 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 비교하는 단계는 상기 적어도 하나의 제2 저 코히어런스 간섭 신호와 상기 템플릿을 교차상관시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 비교하는 단계는 상기 제1 저 코히어런스 간섭 신호의 형태와 관련해서 상기 교차상관을 정규화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 템플릿은 비대칭 절단 저 코히어런스 간섭 신호의 형태를 가질 수 있다.
일반적으로, 다른 관점에 따르면, 본 발명은, 대상물의 적어도 하나의 포인트로부터 생기는 간섭 패턴을 포함하며 간섭계를 사용하여 얻어지는 적어도 하나의 저 코히어런스 간섭 신호를 제공하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 저 코히어런스 간섭 신호로부터, 간섭계의 응답을 나타내는 비대칭 템플릿을 생성하는 단계를 포함하는 것을 간섭계 템플릿 작성 방법을 특징으로 한다.
상기 방법에 대한 실시예는 이하의 특징들 중 어떤 것이라도 포함할 수 있다.
상기 비대칭 템플릿은 절단된 간섭 패턴의 형태를 가질 수 있다.
상기 대상물의 상기 적어도 하나의 포인트는 공간 특성을 가지며 상기 적어도 하나의 저 코히어런스 간섭 신호는 상기 적어도 하나의 포인트의 공간 특성에 의존하는 공간 의존 특성을 가지며, 상기 생성하는 단계는 저 코히어런스 간섭 신호로부터 상기 공간 의존 특성을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일반적으로, 다른 관점에 따르면, 본 발명은, 대상물로부터 획득한 저 코히어런스 간섭 신호를 제공하는 단계; 및 상기 저 코히어런스 간섭 신호와 절단된 간섭 패턴의 형태를 갖는 템플릿과의 비교에 근거하여 상기 대상물의 공간 특성을 결정하는 단계를 포함하는 방법을 특징으로 한다.
상기 방법에 대한 실시예는 이하의 특징들 중 어떤 것이라도 포함할 수 있다.
상기 제공하는 단계는 상기 대상물의 대응하는 서로 다른 포인트로부터 각각 획득된 복수의 저 코히어런스 간섭 신호를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 대응하는 저 코히어런스 간섭 신호와 상기 템플릿과의 비교에 근거하여 상기 대상물의 서로 다른 포인트 각각의 공간 특성을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 저 코히어런스 간섭 신호와 상기 템플릿을 교차상관시킴으로써 상기 저 코히어런스 간섭 신호와 상기 템플릿을 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 대상물은 기판 및 적어도 하나의 겹치는 층을 더 포함하며, 상기 대상물의 상기 공간 특성은 상기 겹치는 층의 외측 표면의 적어도 하나의 포인트의 공간 특성이다.
상기 저 코히어런스 간섭 신호는 상기 겹치는 층의 외측 표면으로부터 광을 반사하는 단계를 포함하는 방법에 의해 획득될 수 있다. 상기 겹치는 층은 포토레지스트가 될 수 있다.
일반적으로, 다른 관점에 따르면, 본 발명은 대상물의 서로 다른 포인트들로부터 복수의 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하도록 구성된 광학 시스템; 및 코드를 포함하는 프로세서를 포함하는 간섭계를 특징으로 한다. 상기 프로세서는, 간섭계의 응답을 나타내며, 상기 복수의 저 코히어런스 신호로부터의 기여도를 포함하는 템플릿을 작성하도록 구성된다.
상기 장치에 대한 실시예는 이하의 특징들 중 어떤 것이라도 포함할 수 있다.
상기 복수의 저 코히어런스 간섭 신호는 상기 대상물의 서로 다른 포인트들의 공간 특성에 관련된 특성을 포함하며, 템플릿을 작성하도록 구성된 코드는 상기 대상물의 서로 다른 포인트들의 공간 특성에 관련된 특성 중 적어도 일부가 부족한 템플릿을 작성하도록 구성된 코드를 포함할 수 있다.
상기 코드를 포함하는 프로세서는 제2 대상물로부터 제2 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하고, 상기 제2 저 코히어런스 간섭 신호와 상기 템플릿에 근거하여 상기 제2 대상물의 공간 특성을 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 공간 특성을 결정하는 코드는 상기 제2 저 코히어런스 간섭 신호와 상기 템플릿을 비교하도록 구성된 코드를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 전술한 발명의 관점에 따라 전술한 대응하는 단계들 중 어떠한 단계로 수행하도록 추가로 구성될 수 있다.
일반적으로, 다른 관점에 따르면, 본 발명은 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는 프로세서를 특징으로 하며, 상기 매체는 프로세서로 하여금, 간섭계를 사용하여 대상물의 서로 다른 포인트들로부터 획득된 복수의 저 코히어런스 간섭 신호를 수신하고, 상기 간섭계의 응답을 나타내며, 상기 복수의 저 코히어런스 간섭 신호로부터의 기여도를 포함하는 템플릿을 생성하게 하도록 구성된 코드를 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 코드는 상기 프로세서로 하여금 전술한 방법의 관점에 따라 전술한 대응하는 단계들 중 어떤 단계라도 수행하게 하도록 할 수 있다.
간섭 측정 데이터를 획득하는 시스템에 대한 실시예는 저 코히어런스 (특히 광대역 및/또는 확장 소스) 간섭계, 예를 들어 시스템의 적어도 하나의 소자를 전자-광학적으로 스캐닝하도록 장비된 스캐닝 백색광 간섭측정(SWLI) 기구를 포함하여, 대상물 표면에 지향된 측정 경로와 기준 경로 사이의 광 경로 차를 변화시킨다. 프로세서는 예를 들어 대상의 일부를 복수의 검출기 소자에 촬상함으로써, OPD 스캐닝 동안 복수의 간섭 신호를 레코딩한다. 장치의 저 코히어런스 소스 및/또는 기하학에 의해, 상기 간섭 신호를 대상물 표면의 촬상된 포인트마다 제로 OPD 위치에 관해 집중시킨다. 상기 시스템은 복수의 층, 특히 기판 위의 투명 박막을 가질 수 있는 대상물을 분석하도록 구성되는데, 이를 위해 층들 간의 접경으로부터의 간섭 신호들을 완전히 분리하지 않는다.
본 발명의 방법은 각각의 검출기 소자가 검출한 간섭 신호의 일부를 선택하는 단계를 포함한다. 상기 검출된 부분은 선택된 접경 또는 표면, 예를 들어 기판과 박막 층 사이의 접경에 대응한다. 각각의 간섭 신호의 상기 선택된 부분은 다른 접경이나 표면으로부터의 반사에서 생기는 원하지 않는 간섭 현상에 의해 상대적으로 왜곡되지 않는 것으로 식별된다. 상기 선택된 부분은 관심의 대상이 되는 접경에 있어서 제로 OPD와는 다른 OPD 위치에 대해 획득된 간섭 정보를 포함하거나 이에 한정되지 않는다.
간섭 신호의 부분들을 선택하기 위한 본 발명의 방법은 신호의 일부 다른 특성이나 신호의 중심(centroid)에 의해 식별된 특정한 광 경로 길이 차에서 시작하는 간섭 신호의 부분을 추출하는 단계를 포함하는데, 상기 신호의 일부 다른 특성이나 신호의 중심은 관심의 대상이 되는 신호 중 실질적으로 악화되지 않은 부분에 대한 한계를 예상해서 한정하지 않는다. 그런 다음 추가의 처리를 위해 상기 추출된 부분을 마치 전체 신호인 것처럼 해서 전송한다.
저 코히어런스 간섭 신호의 일부를 선택하기 위한 다른 방법은 측정으로부터 획득된 측정 간섭 신호와 기준 표면의 이전의 측정에 의해 생성된 템플릿을 비교하는 단계를 포함하는데, 상기 측정 간섭 신호 자체를 사용함으로써, 이론적 예측이나 그 조합에 의해 비교한다. 상기 템플릿은 실질적으로 왜곡되지 않은 각각의 저 코히어런스 간섭 신호의 일부에 대응할 수 있다. 상기 방법은 상기 템플릿과 최상으로 일치하는 각각의 측정 저 코히어런스 간섭 신호의 위치를 찾아내는 단계를 포함할 수 있다. 이 기술은 추가의 처리 없이 바로 접경 높이 위치를 제공할 수 있다. 측정 분해능에 대한 개선책으로서, 상기 기술은 하나의 저장된 신호보다 많이 포함할 수 있는데, 예를 들어 보간을 향상시키기 위해 다양한 오프셋을 갖는 일련의 템플릿을 포함할 수 있다.
데이터 프로세싱의 단계로서, 일단 접경의 위치가 광 경로 길이 차와 관련해서 상기 선택된 신호 부분의 위치에 따라 식별되었다면, 박막들의 회절 특성과 분산 특성을 고려하고 이러한 물질 파라미터들이 대물(objective)의 NA 및 조사(illumination)의 스펙트럼 대역폭과 어떤 관계가 있는지, 그리고 관심의 대상이 되는 접경의 물리적 프로파일에 대응하는 정정된 데이터를 제공하도록, 요소들을 보상하는 것이 포함될 수 있다.
일부의 실시예에서, 포토레지스트의 외측 표면의 공간 특성을 중첩 간섭 패턴을 포함하는 간섭 신호의 적어도 일부에 근거하여 결정한다. 포토레지스트와 포토리소그래피 시스템의 상대적 위치를 상기 공간 특성에 근거하여 수정할 수 있다.
일부의 실시예에서, 대상물의 외측 표면의 공간 특성은, 예를 들어 상기 외측 표면으로부터 일부의 재료를 제거한 후, 저 코히어런스 간섭의 적어도 일부로부터 결정된다. 상기 공간 특성에 근거하여, 추가의 재료를 제거할 수 있다. 예를 들어, 추가 제거 동안 제거의 레이트를 수정할 수 있다.
일부의 실시예에서, 대상물의 일부의 공간 특성은, 예를 들어 상기 대상물의 일부에 레이저 빔을 조사하여 스크라이브 라인을 형성한 후에 결정된다. 상기 대상물 또는 다른 대상물에 대한 추가의 스크라이빙은 상기 공간 특성에 근거하여 수행된다.
일부의 실시예에서, 복수의 저 코히어런스 간섭 신호가 획득된다. 각각의 간섭 신호는 광 경로 길이 차 값들의 함수로서 검출기 강도를 포함하며
Figure 112006026514121-pct00001
로 표시할 수 있다. 상기 복수의 간섭 신호는 주파수 도메인으로 평균화하여 단일의 부분 스펙트럼
Figure 112006026514121-pct00002
를 결정하며, 이 스펙트럼은 주파수 도메인에서 모든 저 코히어런스 간섭 신호에 대한 필드 평균(field average)에 대응한다.
상기 부분 스펙트럼을 역변환시키면 템플릿
Figure 112006026514121-pct00003
를 제공할 수 있고, 이것의 실수부는 각각의 간섭 신호에 유사한 간섭 신호를 나타내지만 진폭 스케일링(amplitude scaling)과 대상물 높이 의존 차이(object height dependent difference)는 제거된다. 일부의 실시예에서, 상기 템플릿은 복소수 형태
Figure 112006026514121-pct00004
로 유지되어, 복소수 함수
Figure 112006026514121-pct00005
의 절대값(modulus)와 독립 변수(argument)를 각각 사용하여 각각의 스캔 위치
Figure 112006026514121-pct00006
에서 엔벨로프와 위상을 분리할 수 있다.
달리 정의되어 있지 않으면, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 그리고 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 공통적으로 이해할 수 있는 동일한 의미를 갖는다.
달리 언급되어 있지 않으면, 본 명세서에서 논의한 방법 및 시스템에 의해 결정된 대상물의 공간 특성은 상대적이거나 절대적일 수 있다.
본 발명의 다른 특징, 목적, 및 이점은 이하의 상세한 설명으로부터 분명하게 될 것이다.
도 1은 스캔 위치는
Figure 112006026514121-pct00007
좌표인 상태에서, 박막이나 다른 코팅이 없는 고체 실리콘 기판으로부터의 저 코히어런스 간섭 신호를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 설명에서 인용되는 실리콘 기판의 복수의 서로 다른 위치 각각으로부터 획득된 간섭 신호들로부터의 기여도(contribution)를 포함하는 템플릿을 나타내며, 상기 템플릿은 도시되어 있는 윈도우 함수로 확대된 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 기판 및 겹치는 박막을 가진 대상물로부터 획득된 중첩 간섭 패턴을 나타내는 도면이다.
도 4는 비대칭 템플릿을 나타내는 도면이다.
도 5는 2㎛의 두께의 Si3N4로 코팅된 (실리콘) 기판으로부터 저 코히어런스 간섭 신호를 나타내는 도면이다.
도 6은 1.1㎛의 두께의 Si3N4로 코팅된 (실리콘) 기판으로부터 저 코히어런스 간섭 신호를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 3(다이아몬드)의 플롯과 도 6(실선)의 플롯과의 직접 비교를 확대한 확대도이다.
도 8은 템플릿을 작성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 간섭 신호를 획득하기 위한 간섭 시스템의 예시도이다.
도 10a는 기판 및 겹치는 층, 예컨대 박막을 포함하는 측정 대상물의 단면도이다.
도 10b는 도 10a의 대상물의 평면도이다.
도 11a 및 도 11b는 구리 상호접속을 갖는 구조의 예시도이며, 평탄화 전후의 구조를 각각 나타낸다.
도 12a 및 도 12b는 솔더 범프 프로세스 동안 형성된 구조의 예시도이며, 도 12a는 땜납의 추가 전의 구조를 나타내고 도 12b는 땜납의 추가 후 땜납이 흐르기 전의 구조를 나타낸다.
도 13은 예시적인 액정 디스플레이의 일부를 나타낸 도면이다.
도 14a는 도 2의 간섭 신호의 푸리에 변환의 크기 스펙트럼(magnitude spectrum)의 포지티브-주파수 부분을 나타내는 도면이다.
도 14b는 필드 평균 스펙트럼
Figure 112006026514121-pct00008
의 포지티브-주파수 부분을 포함하는 변환된 도메인의 템플릿이며, 이 템플릿은 대상물의 서로 다른 포인트들로부터 결정된 복수의 간섭 신호로부터의 기여도를 포함하는 도면이다.
도 15는 복수의 간섭 신호로부터 결정된 템플릿과, 템플릿의 줄무늬가 붕괴되는 하에서의 엔벨로프를 나타내며, 상기 템플릿은 도 3의 템플릿과 동일하지만 윈도우 함수가 수행되지 않은 점이 다른 도면이다.
도 16은 도 2의 간섭 신호의 줄무늬와 엔벨로프의 진폭의 적(product)을 나타내는 도면이다.
도 17은 도 3의 윈도우화된 템플릿과 도 2의 간섭 신호로부터 결정된 메릿 함수(merit function)를 나타내는 도면이다.
도 18은 도 2의 간섭 신호를 획득하기 위해 사용된 대상물의 높이 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 19는 도 2의 신호를 획득하기 위해 사용된 실리콘 기판으로부터 획득된 101 시뮬레이트된 기준 간섭 신호 I ex 의 제2 세트 중 한 세트를 나타내며, 스캔 위치는
Figure 112006026514121-pct00009
좌표인 도면이다.
도 20a는 도 19의 간섭 신호의 푸리에 변환의 크기 스펙트럼의 포지티브-주파수 부분을 나타내는 도면이다.
도 20b는 템플릿 변환 간섭측정 데이터이고 도 19에 따른 복수의 간섭 신호로부터의 기여도를 포함하는 필드 평균 스펙트럼
Figure 112006026514121-pct00010
의 포지티브 주파수 부분을 나타내는 도면이다.
도 21은 도 19의 데이터로부터 도출된 템플릿의 적과, 비동기 윈도우 함수로부터 결정된 비동기 템플릿을 나타내며, 도 19의 데이터로부터 도출된 템플릿의 우측 부분만이 유지되어 있는 것을 나타내는 도면이다.
도 22는 박막을 갖는 실리콘 기판으로부터 획득된 101 시뮬레이트된 간섭 신호들 I ex 중 하나를 나타내며, 박막이 존재하는 경우와는 달리, 실리콘 기판은 도 19의 데이터를 얻는데 사용된 기판과 동일하며, 스캔 위치는
Figure 112006026514121-pct00011
좌표인 도면이다.
도 23은 도 22의 간섭 신호의 줄무늬와 엔벨로프에 대한 진폭들의 적을 나타내는 도면이다.
도 24는 도 21의 비대칭 템플릿과 도 22의 데이터로부터 결정된 메릿 함수를 나타내는 도면이다.
도 25는 도 21의 템플릿과 도 22의 데이터를 사용하여 결정된 것과 같은 도 22의 데이터를 얻는데 사용된 실리콘 기판의 기판-막 접경의 높이 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 시뮬레이트된 저 코히어런스 간섭 신호(150)는 대상물의 단일의 포인트, 예컨대 단일의 반사 접경을 갖는 실리콘 웨이퍼의 한 포인트로부터 얻은 복수의 검출기 강도 값들을 포함한다. 강도 값은 대상물 포인트로부터 반사된 광과 기준 대상물로부터 반사된 광 사이의 광 경로 길이 차(OPD)의 함수로서 표시되어 있다. 간섭 신호(150)는, 예컨대 상기 대상물로부터 반사된 광 또는 상기 기준 광이 이동하는 광 경로를 변화시키도록 광학 장치 및/또는 대상물을 이동시킴으로써, OPD를 스캐닝하여 얻은 저 코히어런스 스캐닝 백색광 간섭 측정(SWLI) 신호이다. 저 코히어런스 스캐닝 백색광 간섭계로서 구성될 수 있는 간섭계의 일례로는 미라우 간섭계(Mirau interferometer)가 있다. 대안으로 또는 조합하여, 간섭계는 대상물로부터 반사된 광과 기준 광의 공간적 분포를 검출함으로써 OPD를 변화시킬 수 있는데, OPD는 검출기 상의 공간 위치의 함수로서 변화한다.
도 1에서, 강도 값들은 OPD의 함수(여기서는 스캔 위치)로서 표시되어 있고, 간섭 패턴(151)이 복수의 줄무늬(152)를 갖고 있는데, 상기 복수의 줄무늬는 저 코히어런스 엔벨로프(154)에 따라 최대치의 양쪽에서 붕괴되고 있는 것으로 나타나 있다. 저 코히어런스 엔벨로프가 없는 경우, 간섭 패턴의 줄무늬는 통상 광 경로 차의 넓은 범위에 걸쳐 유사한 진폭들을 갖는다. 엔벨로프(154) 자체는 이러한 간섭 신호들에서 명확하게 나타나지 않지만 설명의 편의상 도시한 것이다. OPD 축을 따르는 간섭 패턴의 위치는 일반적으로 제로 OPD의 위치, 예컨대 대상물 포인트로부터 반사된 광과 기준 대상물로부터 반사된 광 사이의 제로 OPD에 대응하는 스캔 위치 또는 공간 위치와 관련되어 있다. 제로 OPD 스캔 위치는 각각의 대상물 포인트의 상대적 높이를 나타내는 대상물 지형(topography)과, 간섭계와 관련해서 각각의 대상물 포인트의 위치에 영향을 주는 대상물 자체의 방향과 위치의 함수이다. 간섭 신호 역시 예컨대, 간섭계 광학 장치와 관련된 기구의 기여도를 포함하는데, 예컨대 광학 장치의 개구수(numerical aperture)(NA), 데이터 획득 레이트, 스캔 속도, 간섭 신호를 획득하는데 사용된 광의 파장, 파장의 함수로서의 검출기 감도, 및 기타 기구 특성을 포함한다.
줄무늬(152)의 진폭을 변조시키는 코히어런스 엔벨로프(154)의 폭은 일반적으로 검출된 광의 코히어런스 길이에 대응한다. 코히어런스 길이를 결정하는 요소들 중에는, 예컨대 소스의 스펙트럼 대역폭과 관련된 시간적 코히어런스 현상, 예컨대 대상물을 조사하는 광의 입사각 범위와 관련된 공간적 코히어런스 현상이 있다. 통상적으로, 상기 코히어런스 길이는 (a) 소스의 스펙트럼 대역폭이 증가함에 따라, 및/또는 (b) 입사각 범위가 넓어짐에 따라 감소한다. 데이터를 획득하는데 사용된 간섭계의 구성에 의존하여, 이러한 코히어런스 현상 중 하나 또는 다른 하나가 현저해질 수 있거나 또는 상기 현상 모두가 전체적인 코히어런스 길이에 실질 적으로 기여할 수도 있다. 간섭계의 코히어런스 길이는 박막 구조가 아닌, 단일의 반사 표면을 갖는 대상물로부터 간섭 신호를 획득함으로써 결정될 수 있다. 상기 코히어런스 길이는 관찰된 간섭 패턴을 변조하는 엔벨로프의 완전한 폭의 최대치의 절반에 대응한다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 간섭 신호(150)는, 상기 코히어런스 엔벨로프의 폭보다 많이 변하는, 그래서 상기 검출된 광의 코히어런스 길이보다 많이 변하는 광 경로 차의 범위를 갖는 검출 광으로부터 생긴다. 일반적으로, 상기 검출된 광의 코히어런스 엔벨로프에 의해 진폭 변조되는 간섭 신호를 획득함으로써 저 코히어런스 신호를 얻을 수 있다. 예를 들어, 간섭 패턴은 상기 관찰된 간섭 줄무늬의 진폭이 서로에 대해 적어도 20%, 적어도 30%, 또는 적어도 50%씩 상이한 OPD에 걸쳐 획득될 수 있다. 예를 들어, 줄무늬(98)는 줄무늬(99)의 피크 진폭보다 약 50% 미만인 피크 진폭을 갖는다.
저 코히어런스 간섭계는 간섭 신호를 검출하도록 구성되는데, 상기 간섭 신호는 간섭계의 코히어런스 길이와 비교될만한 또는 그보다 큰 OPD의 범위에 걸쳐 검출될 수 있다. 예를 들어, 상기 검출된 OPD의 범위는 상기 코히어런스 길이보다 적어도 2배 또는 적어도 3배 더 클 수 있다. 일부의 실시예에서, 상기 검출된 광의 코히어런스 길이는 대상물의 특징부들의 높이 변동과 유사하고, 예를 들어 대략 2, 3 미크론이거나 상기 검출된 광의 명목 파장보다 작거나 큰 정도이다.
일반적으로, 간섭 신호에 대한 기여도, 예컨대 간섭 패턴의 형태와 위상과 관련된 기구는 대상물의 지형과 위치에 따라 천천히 변하는 경향이 있다. 한편, 간 섭 패턴은 서로 다른 공간 특성을 갖는, 예컨대 간섭계와 관련한 상대적 높이나 서로 다른 상대 위치를 갖는 대상물 포인트들로부터 얻어진 간섭 신호들의 스캔 위치 축을 따라 이동한다. 따라서, 서로 다른 대상물 포인트들로부터 얻어진 간섭 패턴은 형태가 유사하지만 각각의 포인트의 공간 특성에 관련된 양만큼 스캔 위치 축을 따라 이동된다.
도 2를 참조하면, 템플릿(215)은 대상물 및 대상물 포인트들의 공간 특성, 예컨대 대상물 지형, 대상물 위치(이것은 서로 다른 포인트들의 상대적 높이를 나타냄), 및 대상물 방향 기여도와 관련된 기여도를 감소하거나 제거하였다. 템플릿(215)은 대상물에 대한 간섭계의 응답을 나타내며, 간섭계를 사용하여 저 코히어런스 간섭 신호에 나타나는 것들을 나타내는 기구 기여도를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 기구 기여도는 서로 다른 대상물 포인트로부터 얻어진 간섭 신호들과 유사하거나 동일하다. 그러므로 템플릿(215)은 서로 다른 대상물 포인트로부터 얻어진 간섭 신호들로부터의 기여도를 포함할 수 있다. 서로 다른 포인트들은 분석될 전체 표면에 관하여, 또는 분석될 영역의 하나 이상의 서브세트에 관하여 배치될 수 있다.
서로 다른 대상물 포인트로부터의 간섭 신호들을 처리하여 템플릿을 작성하기 위한 복수의 간섭 신호로부터의 정보를 조합하며, 예컨대 평균화한다. 그 결과적인 템플릿은 개별적인 간섭 신호들보다 상당히 높은 신호 대 잡음비(S/N)를 가질 수 있다. 일부의 실시예에서, 템플릿(215)은 복수의 간섭 신호로부터의 기여도를 포함하며 개별적인 간섭 신호들보다 적어도 10배, 적어도 33배, 또는 적어도 100배 큰 S/N을 갖는다. 출원인은 이러한 템플릿에 근거하여 간섭 신호들을 처리하면 대상물의 하나 이상의 공간 특성을 결정할 수 있다는 것을 알게 되었다.
도 3을 참조하면, 간섭 신호(190)를 대상물(191)로부터 획득하는데, 이 대상물은 기판(192) 및 겹치는 층, 예컨대 박막(193)을 포함한다. 기판 및 막은 이들 사이의 접경(194)을 한정한다. 막(195)의 외측 표면은 대상물과 그 주위 사이의, 예컨대 공기나, 다른 기체 또는 진공 사이의 접경을 한정한다. 접경은 일반적으로 대상물의 부분들 사이의 굴절률의 변화에 의해 한정된다.
간섭 신호(190)는 접경(194)으로부터 생기는 제1 간섭 패턴(196)과, 접경(195)으로부터 생기는 제2 간섭 패턴(197)을 포함한다. 제1 및 제2 간섭 패턴(196, 197)은 중첩된다. 예를 들어, 간섭 패턴들(196, 197)의 최대치는 간섭계의 코히어런스 길이 미만의 OPD에 의해 분리되지만 제로 강도(zero intensity)의 영역에 의해서는 분리되지 않는다. 중첩 간섭 패턴을 생성하는 접경을 갖는 대상물의 공간 특성을 결정하는 현재의 방법들에서는 오류의 결과가 양산될 수 있는데 그 이유는 상기 중첩 간섭 패턴들이 서로 왜곡하기 때문이다. 출원인은 이러한 접경을 갖는 대상물의 공간 특성을 상기 중첩하는 간섭 패턴들에 걸친 부분에 근거해서 결정할 수 있다는 것을 알게 되었다. 예를 들어, 접경(195)의 공간 특성, 예를 들어 대상물(191)의 외측 표면의 지형을 간섭 신호(190)의 서브세트(200)에 근거하여 결정할 수 있다. 서브세트(200)는 (접경(194)으로부터의) 간섭 패턴(196)과는 반대로 (접경(195)으로부터의) 간섭 패턴(197)으로부터의 기여도에 의해 좌우된다. 접경(194)의 공간 특성은 서브세트(200)와 유사한 그러나 중첩 패턴의 좌측 편에 위 치하지 않는 서브세트에 근거하여 결정될 수 있다.
도 4를 참조하면, 템플릿(180)은 비대칭이며, 절단된 간섭 패턴의 형태를 갖는다. 하나 이상의 접경을 갖는 대상물의 공간 특성, 예컨대 대상물(190)의 접경(195)의 공간 특성은 비대칭 템플릿(180)에 근거하여 결정될 수 있다. 일부의 실시예에서, 간섭 신호를 비대칭 템플릿으로 처리하여 접경의 공간 특성을 결정하기 위해 처리될 수 있는 간섭 신호의 서브세트의 경계를 결정할 수 있다. 예를 들어, 간섭 신호(200)(도 3)를 템플릿(180)(도 4)으로 처리하여 간섭 신호(190)(도 3)를 갖는 서브세트(200)의 경계(201)를 결정할 수 있다. 상기 경계는 일반적으로 간섭 신호의 축을 따르는 위치, 예컨대 스캔 위치이다. 상기 서브세트는 특정한 접경의 공간 특성을 결정하기 위한 처리에 대해 추가로 수행될 수 있다. 일부의 실시예에서는, 간섭 신호를 비대칭 템플릿으로 처리하여 추가의 처리 없이 대상물의 접경의 공간 특성을 결정할 수 있다.
박막들을 갖지 않는 대상물로부터 그리고 박막들을 갖지 않는 대상물들로부터 저 코히어런스 접경 신호들에 대해서는 상세히 설명하지 않는다.
도 1을 참조하면, 저 코히어런스 간섭 신호(150)는, 파수(wavenumbers)가 가우스 분포를 갖고 파장에서의 100nm 대역폭이 평균 640nm에 집중되는 광원과, 대물 개구수(NA) 0.3과, 640nm에서 부분적으로 투명한 고체 질화 실리콘(Si3N4, 굴절률=2.019)으로 만들어진 측정 대상물을 사용하여 획득된 데이터를 시뮬레이트하고 있다.
도 5를 참조하면, 저 코히어런스 간섭 신호(156)는 2㎛의 두께의 Si3N4로 코팅된 실리콘(Si, 굴절률=3.725-0.029i) 기판을 갖는 측정 대상물로부터 획득된 데이터를 시뮬레이트하고 있다. 설명의 편의상, 간섭 신호(156)를 잡음없이 시뮬레이트하는 것으로 한다. 신호(156)는 제1 간섭 패턴(157) 및 제2 간섭 패턴(159)을 포함한다. 제1 및 제2 간섭 패턴(157, 159) 각각은 각각의 엔벨로프(158, 160)를 따라 붕괴하는 피크(165, 167) 및 줄무늬(162, 164)를 포함한다. 간섭 패턴의 피크들은 스캔 위치 축을 따라 서로 분리되어 있다. 간섭 패턴(157, 159)은 각각 측정 대상물의 기판-막 접경 및 막-공기 접경으로부터의 반사에서 생기는 간섭에 대응한다. 간섭 패턴들(157, 159)은 중첩하지 않는데, 예를 들어 상기 간섭 패턴들은 본질적으로 제로 변조 강도의 영역(169)에 의해 분리되어 있다. 따라서, 간섭 신호(157, 159)는 서로 독립적으로 처리되어 대상물 접경의 공간 특성을 결정할 수 있다.
도 6을 참조하면, 저 코히어런스 간섭 신호(170)는 1.1㎛의 두께의 Si3N4박막으로 코팅된 실리콘(Si, 굴절률=3.725-0.029i) 기판을 갖는 측정 대상물로부터 획득된 데이터를 시뮬레이트하고 있다. 상기 간섭 신호는 (실리콘 기판에서 접경으로부터 생기는) 제1 간섭 패턴(172) 및 (Si3N4 층의 외측 표면에서 생기는) 제2 간섭 패턴을 포함하며, 각각의 간섭 패턴은 각각의 엔벨로프(181, 183)에 따라 붕괴하는 복수의 줄무늬를 포함한다. (도 5와 비교해서) 감소된 박막 두께 때문에, 간섭 패턴(182, 174)은 중첩되어 전체 간섭 패턴이 만들어진다. 종래의 데이터 처리 는 상기 조합된 간섭 효과를 구별할 수 없어 잘못된 접경 공간 특성, 예컨대 부정확한 막 높이, 지형 또는 위치를 제공할 것이다.
도 7을 참조하면, 도 1로부터의 간섭 신호(150)의 일부가 간섭 패턴(172 및 174)을 포함하는 도 6의 간섭 신호(170)의 일부와 함께 표시되어 있다. (여기서는 설명의 편의상 간섭 신호(150)의 간섭 패턴을 도 1에서와 같이 라인을 형성하기 위해 연결된 포인트들처럼 하지 않고 이산 포인트들로서 도시하고 있다. 각각의 포인트는 특정한 스캔 위치에서 관찰한 검출기 강도를 나타낸다.) 1.1㎛ 막의 존재는 간섭 신호(150)에 비해 간섭 신호(170)를 변화시키기는 하지만, (막-공기 접경에서 생기는) 간섭 패턴(174) 및 (기판-공기 접경에서 생기는) 간섭 패턴(151)의 부분들은 거의 동일하다.
본 명세서에서 설명한 일부의 실시예에서, 하나 이상의 층, 예컨대 박막들을 갖는 기판을 포함하는 대상물의 선택된 부분의 공간 특성은 간섭 신호의 서브세트에 근거하여 결정된다. 이러한 대상물들로부터 획득된 간섭 신호들은 중첩된 간섭 패턴들을 포함할 수 있기는 하지만, 이러한 신호들은 상기 중첩에 의해 비교적 왜곡되지 않은 서브세트를 포함할 수 있다. 간섭 신호의 비교적 왜곡되지 않은 서브세트를 사용하여 측정 대상물의 공간 특성을 결정할 수 있다. 통상적으로, 각각의 서브세트는 측정 대상물의 선택된 부분으로부터 생기는 간섭에 의해 좌우되는 간섭 패턴의 적어도 일부를 포함한다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 간섭 신호(170)의 서브세트(180')는 하부의 실리콘-막 접경에서 생기는 간섭과는 반대로, 1.1㎛의 두 께의 Si3N4 박막-접경에서 생기는 간섭으로부터의 기여도에 의해 좌우되는 줄무늬를 포함하는데, 이것은 간섭 신호의 좌측에서 나타난다. 서브세트(180')는 스캔 위치와 관련해서 비대칭이다. 예를 들어 간섭 위상을 포함하는 서브세트(180')의 특성들은 상기 하부의 실리콘-박막 접경으로부터의 영향이 거의 또는 전혀 없는 상태에서 Si3N4 박막-접경에 대응한다.
1.1㎛의 두께의 Si3N4 박막의 공간 특성, 예를 들어 그 표면에서 하나 이상의 상대적 높이는 서브세트(180')에 근거하여 결정될 수 있다. 일부의 실시예에서, 상기 결정은 서브세트(180') 외측에서는 간섭 신호(170)의 부분들에 거의 또는 전혀 가중치를 주지 않는다. 예를 들어, 간섭 신호의 다른 부분들을 제로에 설정하도록 억압할 수 있다. 서브세트(180')를 분석하여 측정 대상물의 막-공기 접경의 일부의 공간 특성을 결정할 수 있다.
일부의 실시예에서, 서브세트(180')는 비대칭이며 간섭 패턴 줄무늬의 강도를 변조하는 엔벨로프 아래의 영역의 75% 또는 그 미만, 65% 또는 그 미만, 50% 또는 그 미만을 포함한다. 예를 들어, 서브세트(180')는 엔벨로프(183) 아래의 영역의 약 50%만을 포함한다.
일부의 실시예에서, 서브세트의 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 또는 적어도 75%는 가까이에 분리되어 있는 제2 접경 또는 표면이 없을 시에 관찰되는 간섭 패턴의 센트로이드(centroid)의 한편에 위치한다. 예를 들어, 본질적으로 모든 서브세트(180')는 도 6의 중첩 간섭 패턴(172)에서 생기는 막이 없을 시에 관찰 되는 간섭 패턴(151)의 센트로이드의 우측에 위치한다.
일부의 실시예에서, 서브세트(180')는 간섭 신호의 모든 간섭 무늬보다 적은 수를 포함한다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 간섭 신호(170)는 적어도 임계 강도(189)만큼 큰 강도를 갖는 16 줄무늬를 포함한다. 도 4의 간섭 패턴들은 (도 3의 것과는 달리) 중첩되기 때문에, 간섭 패턴(172, 174) 모두의 줄무늬는 전체적인 간선 패턴에 기여한다. 서브세트(180')는 줄무늬의 50% 또는 그보다 더 적은 수, 35% 또는 그보다 더 적은 수, 25% 또는 그보다 더 적은 수, 20% 또는 그보다 더 적은 수, 15% 또는 그보다 더 적은 수를 포함할 수 있다. 임계 강도는 최대 줄무늬 강도의 적어도 5%, 적어도 10%, 적어도 20%가 될 수 있다. 임계 강도는 최대 줄무늬 강도의 30% 이하, 예를 들어 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하가 될 수 있다.
일부의 실시예에서, 서브세트(180')의 폭은 분석될 표면 또는 접경에 대응하는 간섭 패턴에 인접하는 간섭 패턴으로부터 결정된다. 예를 들어, 간섭 패턴(172)은 기판-막 접경(실리콘-Si3N4)으로부터 생기고 간섭 패턴(174)은 인접하는, 하부의 Si3N4-공기 접경으로부터 생긴다. 인접하는 간섭 패턴(172)의 치수, 예컨대 폭 는 피크(191) 및 스캔 위치, 예컨대 스캔 위치(193)로부터 결정될 수 있는데, 상기 스캔 위치에서는 상기 인접하는 간섭 패턴의 진폭이 선택된 값, 예컨대 피크의 25%, 피크의 15%, 피크의 10%, 피크의 5%, 또는 피크의 2%로 감소되어 있다. 서브세트(180')의 위치는 스캔 위치(197)의 좌측에 대해 데이터를 배척하는 것과 같이, 피크(191)의 △ 내에 위치하는 간섭 신호의 데이터를 배척함으로써 결정된다.
대안적으로 또는 부가적으로, 간섭 신호(170)(예를 들어, 도 6의 좌측에 위치하는 간섭 신호(170)의 일부로부터 도출되는 서브세트)의 다른 서브세트를 분석하여 측정 대상물의 기판-막 접경의 공간 특성을 결정할 수 있다.
일부의 실시예에서, 간섭 패턴의 서브세트는 FDA에 대해 수행되어 측정 대상물의 공간 특성을 결정한다. FDA 실시예에서, 서브세트는 예컨대 푸리에 변환에 의해, 역차수(inverse dimension)으로 변환될 수 있다. 통상적으로, 상기 분석은 변환된 신호의 주파수에 관련하여 주파수 도메인 위상의 변화율을 결정하는 단계를 포함한다. FDA 기술은 일반적으로, 발명의 명칭이 "METHOD AND APPARATUS FOR SURFACE TOPOGRAPHY MEASUREMENTS BY SPATIAL-FREQUENCY ANALYSIS OF INTERFERENCE SIGNALS"인 미국특허 제5,398,113호에 개시되어 있으며, 상기 문헌의 내용은 본 명세서에 원용된다.
일부의 실시예에서, 간섭 패턴의 서브세트는 광 경로 길이 차 도메인에서, 예를 들어 신호의 변환 없이 스캔 도메인에서 직접적으로 분석된다. 공간 정보는 예를 들어 일부의 서브세트의 위치, 상기 서브세트 내의 줄무늬의 공간, 또는 제2 간섭 신호의 줄무늬들에 관련된 서브세트의 줄무늬들의 위상에 근거하여 결정될 수 있다.
일부의 실시예에서, 이론, 실험 또는 이것들의 조합으로 결정된 바와 같이, 적어도 하나의 플레이트를 사용하여 간섭 신호 및/또는 측정 대상물의 선택된 부분의 일부의 공간 특성, 예컨대 기판-막 접경 또는 막-공기 접경의 지형 또는 위치와 관련해서 서브세트(180')의 위치 또는 경계를 결정할 수 있다. 템플릿은 대칭일 수 있거나 템플릿(180)과 같이 비대칭이 될 수도 있다. 템플릿은 하나의 표면이나 접경보다는 많은 표면이나 접경으로부터 원하는 신호들을 포함할 수도 있는 측정 간섭 신호의 대응하는 부분과 일치시키기 위한 필터 템플릿을 제공할 수 있다. 템플릿 방법에서는, 일치 또는 데이터 상관 알고리즘을 사용하여, 스캔 위치와 관련해서, 측정 대상물의 선택된 부분으로부터 생기는 간섭에 대응하는 측정 간섭 데이터의 일부를 알아낼 수 있다. 간섭 데이터의 대응하는 부분의 스캔 위치에 관한 위치는 측정 대상물의 상기 선택된 부분의 공간 특성을 나타낸다. 템플릿 데이터는 하나 이상의 기준 대상물로부터, 하나 이상의 측정 데이터로부터 또는 이것들의 조합으로부터 도출될 수 있다.
일부의 실시예에서, 간섭 신호를 템플릿에 근거하여 처리하여 간섭 신호 내의 관심의 대상이 되는 영역을 결정한다. 예를 들어, 템플릿 및 간섭 신호를 교차상관시킴으로써 간섭 신호의 관심의 대상이 되는 영역에 대응하는 스캔 위치를 결정한다. 예를 들어, 주파수 도메인 분석(FDA)에 의해서나 또는 전술한 바와 같이 광 경로 길이 차원 내에서, 경계의 한편에 대한 간섭 신호의 일부에 대해 추가의 처리를 실시한다.
일부의 실시예에서, 간섭 신호를 템플릿에 근거하여 처리하여 기판-박막 사이의 접경 또는 박막과 대상물 주위의 환경 사이의 접경, 예컨대 박막-공기 접경과 같은, 특정한 접경에 대응하는 스캔 위치를 결정한다. 이러한 접경들을 갖는 대상물의 일례로는 포토레지스트가 코팅된 웨이퍼가 있다. 관심의 대상이 되는 영역이 일단 식별되었다면, 간섭 신호의 일부에 대해 추가의 분석을 수행하여, 예를 들어, FAD 또는 위상 이동을 수행하여, 대상물 또는 대상물 포인트 공간 특성, 예를 들어 대상물 지형, 위치, 또는 방향을 결정할 수 있다. 일부의 실시예에서, 데이터의 분석된 부분은 비대칭이며, 특정한 접경에서 생기는 간섭 패턴의 일부만을 포함한다. 근처에 접경들이 존재하는 경우에도, 예를 들어 1000nm 이하, 800nm 이하, 600nm 이하, 500nm 이하, 400nm 이하로 떨어져 있는 접경이 존재하는 경우에도, 공간 특성을 정확하게 결정할 수 있다. 일부의 실시예에서, 200nm 이상으로 떨어져 있는 접경이 존재하는 경우에도 하나 이상의 공간 특성을 정확하게 결정할 수 있다. 예를 들어, 하부의 기판-박막 접경이 존재하는 경우에도 박막-공기 접경의 하나 이상의 포인트들의 높이 및 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 일부의 실시예에서, 2 접경 사이의 거리는 데이터를 얻기 위해 사용된 간섭계의 코히어런스 길이와 유사하며, 예를 들어 수 미크론 또는 그 미만 정도이다.
일부의 실시예에서, 템플릿을 사용하여 간섭 패턴을 처리함으로써 대상물 공간 특성을 결정한다. 예를 들어, 템플릿과 간섭 신호 사이의 교차상관을 사용하여 대상물 및/또는 그 대상물의 하나 이상의 포인트의 높이 또는 위치를 결정할 수 있다.
일부의 실시예에서, 제1 대상물, 예를 들어 박막이 없는 기준 대상물로부터 템플릿을 도출한다. 제2 대상물, 예를 들어 기판-박막 접경 및 박막-공기 접경을 갖는 측정 대상물로부터 얻어진 하나 이상의 간섭 신호를 상기 템플릿에 근거하여 처리한다. 일부의 실시예에서, 대상물로부터 얻어진 템플릿을 사용하여 그 동일한 대상물로부터 도출된 간섭 신호를 처리한다.
일부의 실시예에서, 공간 특성은 측정 대상물의 지형, 예를 들어 기판을 덮고 있는 층의 높이, 위치, 또는 두께와 관련되어 있다. 상기 공간 특성은 측정 대상물의 일부의 위치 및/또는 방향, 예를 들어 다른 대상물과 관련된 측정 대상물의 일부의 위치, 예를 들어 포토리소그래피 툴의 기준 부분과 관련해서 기판을 덮고 있는 층의 표면의 위치와 관련될 수 있다.
대상물에서 획득하는 간섭 신호
도 9를 참조하면, 간섭 신호를 얻기 위한 예시적인 측정 시스템(50)은 간섭계(51)와 자동 컴퓨터 제어 시스템(52)을 포함한다. 측정 시스템(50)은 측정 대상물(53)의 하나 이상의 공간 특성을 결정하도록 작동한다. 일부의 실시예에서, 하나 이상의 공간 특성은 다른 대상물과 관련해서, 예를 들어 시스템(52)의 일부와 관련해서 대상물(53)의 지형 및/또는 위치와 관련한다. 일부의 실시예에서, 다른 대상물은 포토리소그래피 시스템의 기준 부분이다. 어떠한 경우에도, 시스템(50)은 하나 이상의 적어도 부분적으로 덮는 층들, 예를 들어 포토레지스트나 땜납의 층과 접촉하는 고 있는 기판을 포함하는 대상물들의 하나 이상의 공간 특성을 결정하도록 작동한다.
소스(54)는 백색광 램프와 같은, 스펙트럼적으로 광대역 소스가 될 수 있고, 예컨대 복수의 발광 다이오드로부터 생기는 복수의 서로 다른 파장을 포함하며, 확산 스크린(55)을 조사한다. 광대역 소스의 대안으로서 또는 이와 조합해서, 소스(54)는 통상적으로 높은 개구수를 가지는, 협대역 또는 의사 단색광 소스를 포함 할 수 있다. 높은 개구수와 조합하여 단색광 소스를 사용하여 저 코히어런스 간섭 신호를 획득할 수 있는데, 예를 들어 코히어런스 길이는 대략 수 미크론 이하가 될 수 있다.
렌즈(56)는 시준 빔을 빔 분할 소자(57)로 투과시키는데 상기 빔 분할 소자는 빔의 제1 부분을 렌즈(62)와 기준 대상물(58)로 통과시킨다. 일부의 실시예에서, 기준 대상물(58)은 광학적으로 편평하며 단일 반사 표면만을 포함한다. 예를 들어, 기준 대상물(58)은 기준 미러가 될 수 있다. 일부의 실시예에서, 기준 대상물(58)은 3차원 표면 지형을 보이거나 및/또는 광을 반사하는 하나 이상의 분리된 층을 포함한다. 이하에서는, 아무런 제한 없이 기준 대상물(58)이 단일의 반사 표면을 포함하는 기준 미러인 것으로 가정한다.
빔 분할 소자(57)는 빔의 제2 부분을 렌즈(60)에 보내는데 이 렌즈(60)는 상기 빔을 측정 대상물(53)에 초점을 맞춘다. 빔 분할 소자(57)는 기준 미러(58)에서 반사된 광과 측정 대상물(53)에서 반사된 광을 결합한다. 결합된 광은 렌즈(61)로 보내지는데, 이 렌즈(61)는 상기 결합된 광을 검출기(59)에 초점을 맞춘다. 측정 대상물(52)에서 반사된 광과 미러(58)에서 반사된 광은 검출기(59)에서 간섭을 일으키는데, 상기 검출기(59)는 그 결과적인 빔 강도를 나타내는 검출기 신호를 생성한다.
검출기(59)는 통상적으로 복수의 검출기 소자, 예를 들어 적어도 하나 이상의 일반적으로 2차원으로 배열된 픽셀을 포함한다. 이하에서는, 아무런 제한 없이 검출기(59)는 CCD가 복수의 픽셀을 포함하는 것과 같이, 검출기 소자의 2차원 어레 이를 포함하는 것으로 가정한다. 도시된 실시예에서, 렌즈(60) 및 렌즈(61)는, 검출기(59)의 각각의 검출기 소자가 각각의 포인트, 예를 들어 측정 대상물(53)의 작은 영역 또는 위치에 대응하도록, 측정 대상물(53)에서 반사된 광을 검출기(59)에 초점을 맞춘다. 부가적으로, 렌즈(62)는 렌즈(61)와 협동하여 기준 대상물(58)을 검출기(59)에 촬상한다. 그러므로 확장된 (즉, 공간적으로 인코히어런트) 조사인 경우에도 간섭 패턴을 검출기(59)에서 관찰할 수 있다.
전술한 바와 같이, 측정 대상물(53)은 하나 이상의 적어도 부분적으로 광학적으로 투과성인 층을 포함하는 기판과 같은 하나 이상의 반사 표면을 포함할 수 있다. 제1 반사 표면은 최외각 광학 투광층과 주위의 대기 (또는 진공) 사이의 접경에 의해 한정된다. 추가의 반사 표면은 층들 사이의 각각의 접경이나 층들과 기판 사이의 접경에 의해 한정된다. 이러한 실시예에서, 측정 대상물(53)에서 반사된 광은 예를 들어, 각각의 반사 표면이나 접경에서 반사되는 분리 빔과 같은 기여도를 포함할 수 있다. 각각의 반사 표면 또는 접경은 일반적으로 빔 전파의 축을 따라 분리되어 있기 때문에, 측정 대상물(53)에서 반사된 광과 결합할 때, 각각의 분리 빔은 서로 다른 간섭 패턴을 발생한다. 검출기(59)에 의해 관찰되는 간섭 패턴은 측정 대상물에서 반사된 각각의 분리 빔이 발생하는 간섭 패턴들의 합을 포함한다.
시스템(50)은 통상적으로 기준 대상물(58)로 향하는 빔 및 그로부터 반사된 빔과 측정 대상물(53)로 향하는 빔 및 그로부터 반사된 빔 사이의 광 경로 길이 차(OPD)를 생성하도록 구성되어 있다. 일부의 실시예에서, 측정 대상물(53)은 전자 기계적 트랜스듀서(63), 예컨대 압전 트랜스듀서(PZT)와, 컴퓨터(52)에 의해 제어되는 구동 전자 장치(64)에 의해 변위되거나 작동되어, 간섭계(51)의 OPD를 변화시키는 방향을 따라 정확한 스캔을 수행할 수 있다. 일부의 실시예에서, 시스템(50)은 기준 대상물(58)을 이동시킴으로써 OPD를 수정하도록 구성된다. 일부의 실시예에서, 시스템(50)은 적어도 대상물의 지형상의 높이 변동만큼이나 큰 양만큼 OPD를 수정하도록 구성된다. 일부의 실시예에서, 광 경로 길이는 적어도 간섭계의 코히어런스 길이만큼이나 큰 거리에 의해 변화되는데, 예를 들어 수 미크론 정도이다.
시스템(50)은 측정 대상물(53)의 위치를 스캐닝함으로써, OPD가 수정될 때 복수의 검출기 신호를 획득할 수 있다. 이렇게 해서 획득된 검출기 신호들은 디지털 형식으로 간섭 신호들의 어레이로서 저장될 수 있는데, 상기 간섭 신호들 중 하나의 간섭 신호는 검출기(59)의 각각의 픽셀로부터 획득되고, 각각의 검출 신호는 측정 대상물(53)의 서로 다른 위치에서 OPD의 함수로서 강도의 변동을 나타낸다. 예를 들어, 검출기(59)가 픽셀의 128x128 어레이를 포함하고 또한 64 이미지가 스캔 동안 저장되는 경우, 길이가 각각 64 데이터 포인트인 대략 16,000 간섭 신호가 존재하게 된다. 광대역 소스(54)를 사용하는 실시예에서, 간섭 신호를 스캐닝 백색광 간섭 측정(SWLI) 간섭 신호로 지칭하는데, 더 일반적으로는 저 코히어런스 길이 스캐닝 간섭 신호라 지칭한다.
데이터를 획득한 후, 컴퓨터(52)는 예를 들어 방법(100 및 110)에 따라 간섭 신호를 처리하여 측정 대상의 표면 지형을 나타내는 데이터를 출력할 수 있다(67). 방법(100, 110)의 다양한 관점 및 데이터 처리(67)에 대해서는 후술한다.
간섭 측정 템플릿의 작성
도 8을 참조하면, 템플릿을 획득하는 방법(110)은 대상물의 복수의 서로 다른 포인트들을 촬상함으로써 복수의 저 코히어런스 기준 간섭 신호를 획득하는 단계(112)를 통상적으로 포함한다. 기준 간섭 신호들은 이론적으로 발생되는데, 측정 대상물 대신에 기준 대상물을 사용하여 얻어진 기준 간섭 신호들로부터 결정되고, 기준 대상물 자체를 사용하여 얻어진 측정 간섭 신호로부터 결정되거나, 또는 이러한 방법들의 조합에 의해 결정된다. 어떠한 경우이든지, 복수의 기준 간섭 신호는 예컨대 푸리에 변환에 의해, 변환된 차원으로 변환되어 복수의 변환된 간섭 신호들을 생성할 수 있다(114). 단계(116)에서, 상기 변환된 간섭 측정 세트들 중 하나 이상으로부터 기여도를 포함하는 하나 이상의 대표적인 변환된 간섭 신호를 생성한다. 단계(118)에서, 변환된 템플릿을 생성한다. 상기 변환된 템플릿은 간섭계로부터 기여도를 유지하는 동안 대상물의 지형 및 위치로부터 기여도를 제한하거나 배척할 수 있다. 상기 변환된 템플릿은 복수의 기준 간섭 신호들로부터 도출된 기여도를 포함할 수 있다. 일부의 실시예에서, 상기 변환된 템플릿 간섭 측정 데이터는 상기 변환된 간섭 신호들의 평균으로부터 도출된다. 단계(120)에서, 상기 변환된 템플릿은 역변환되어 비대칭일 수 있는 템플릿을 작성한다.
템플릿을 획득하기 위한 방법(110)에 대해서는 측정 대상물 대신에 기준 대상물로부터 얻어진(112) 기준 간섭 신호들로부터 템플릿을 작성하는 것과 연계에서 아무런 제한 없이 설명한다. 그렇지만, 방법(110)은 측정 대상물 그 자체로부터 획 득된 측정 간섭 신호로부터 상기 템플릿을 작성하는 단계를 포함할 수 있다. 기준 대상물은 통상적으로 단일의 반사 표면을 포함하는데 예를 들어 상기 대상물에는 투명 코팅 또는 막이 없을 수 있다. 일부의 실시예에서, 기준 대상물은 약한 비선형, 예를 들어 탄화 실리콘 평면을 갖는 SWLI 간섭 신호를 생성한다. 기준 대상물은 3차원 지형을 가지므로 기준 대상물 높이 h sys 는 서로 다른 대상물 포인트에서 변한다. 복수의 픽셀을 갖는 2차원 검출기 예컨대 시스템(50)이 검출기(59)를 갖는 간섭 측정 시스템을 사용하여 상기 대상물을 촬상함으로써, 서로 다른 대상물 포인트들로부터 검출된 광을 서로 다른 검출기 픽셀에 의해 검출할 수 있다. 서로 다른 OPD에 각각 대응하는 서로 다른 스캔 위치들
Figure 112006026514121-pct00012
에서 강도 값을 획득하여 복수의 간섭 신호를 획득하는데 통상적으로 검출기 픽셀마다 하나씩 획득한다. 이러한 구성을 사용하여 획득한 SWLI 데이터의 예에 대해 설명한다. 그렇지만, 예를 들어 측정과 기준광 사이의 광 경로 길이를 변화시키도록 스캐닝함으로써 얻든지 또는 복수의 광 경로 길이 차에 대해 측정과 기준광을 공간적으로 검출함으로써 얻든지 간에 어떠한 저 코히어런스 간섭 신호라도 본 설명에 적용할 수 있음은 물론이다. OPD의 변동은 일반적으로 관찰된 줄무늬의 진폭을 충분히 변조할 수 있다.
저 코히어런스 간섭 신호에 대해서는 일부의 경우 엔벨로프에 의해 변조된 순수 사인 반송파(pure sinusoidal carrier)를 통해 서술될 수 있다. 변조된 순수 사인 반송파 설명은 대칭 소스 스펙트럼, 비확산 광학 장치 및 고체 표면 대상물을 포함하는 경우에 적용할 수 있다. 일반적으로 그렇지만 이러한 조건들은 순수 사인 반송파로부터의 편차를 흡수하는 추가의, 비선형 OPD 의존 위상 항목을 포함하도록 일반화된다. 물론, 방법(110)은 저 코히어런스 간섭 신호에 대한 다른 설명, 예컨대 전술한 사이 반송파 모델과 관련해서 수행될 수 있다.
단일의 검출기 픽셀 x에 의해 검출된 저 코히어런스 간섭 신호, 예를 들어 기준 간섭 신호
Figure 112006026514121-pct00013
는 다음 식에 따라 스캔 위치
Figure 112006026514121-pct00014
의 함수에 따라 변화한다.
Figure 112006026514121-pct00015
여기서 DC sys 는 상수이며, AC sys 는 명목 각 주파수 K0에서 발진하고 엔벨로프 m sys 및 위상 ψ sys 의해 변조된 간섭 신호의 진폭이며, h sys (x)는 픽셀 x에서 촬상된 대상 포인트의 높이이다. 상기 신호 엔벨로프 m sys 는 광원의 속성, 검출기에 의해 검출된 파장의 범위, 및 광학 시스템의 개구수와 관련되어 있다. 전술한 바와 같이, 상기 엔벨로프 m sys 및 위상 ψ sys 은 일반적으로 스캔 위치에 따라 느리게 변화한다. 서로 다른 상대 위치들 예를 들어 높이들을 갖는 대상물 위치들로부터 얻어진 간섭 패턴들은 유사하게 형성된 엔벨로프 기능 및 주파수 컨텐츠를 가지지만 표면 높이와 관련된 양에 의해 스캔 위치 축을 따라 이동한다. 이하의 설명에서는 템 플릿의 결정에 대해 설명하되, 대상 공간 특성으로부터의 제한된 기여도를 포함하거나 기여도를 포함하지 않지만 측정 기여도를 유지하는 것에 대해 설명한다.
일부의 실시예에서, 템플릿을 결정하는 것은 기준 간섭 신호들을 예를 들어 각각의 간섭 신호의 푸리에 변환에 의해 서로 다른 차원으로 변환시켜 각각의 변환된 간섭 신호 q sys (K,x)를 획득하는 단계를 포함하며, 여기서 K는 변환된 차원의 유닛으로서, 예컨대 파수, 역 스캔 위치, 또는 데이터 획득 주파수이다.
간섭 신호의 푸리에 변환은 다음 식에 따라 수행될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00016
여기서,
Figure 112006026514121-pct00017
이고, 정규화 적분(normalization integral)은
Figure 112006026514121-pct00018
이다.
여기서, "＾"는
Figure 112006026514121-pct00019
가 식 (2) 및 식 (3)에서 적분의 자유 변수인 것을 나타내는데 사용된다. 기준 간섭 신호의 푸리에 변환 및 및 푸리에 이동 이동의 응용에 따르면, 픽셀 x마다의 상기 변환된 간섭 신호는 다음과 같이 표현된다.
Figure 112006026514121-pct00020
여기서
Figure 112006026514121-pct00021
이고 그리고
Figure 112006026514121-pct00022
이다.
상기 변환된 간섭 신호의 K>0 주파수 성분은 K가 반전된, 스펙트럼의 포지티브-주파수 성분의 켤레 복소수이다.
상기 변환된 간섭 신호에 대해 윈도우 함수(windowing function)가 수행되어 관심의 대상이 되는 주파수-도메인 영역(ROI)을 선택하도록, 예를 들어 Kmin 내지 Kmax로 한정된 윈도우를 선택한다. 상기 윈도우는 ROI 내의 잡음과 관련해서, 의미 있는 강도 또는 진폭을 갖는 비-DC 포지티브-주파수 스펙트럼 성분 G sys (K-K0)에 의해서만 좌우되거나 이것만을 포함하도록 선택될 수 있다. 윈도우 함수는 어포다이징 기능(apodizing function)이 될 수 있다.
대표적 변환된 간섭 데이터를 생성하는 단계(118)는, 가중치를 가지고 또는 가중치 없이, 예컨대 가중치에 기반한 잡음으로 평균화함으로써, 복수의 변환된 간섭 신호를 결합하는 단계를 포함한다. 일부의 실시예에서, 상기 생성하는 단 계(118)는 상기 변환된 간섭 신호의 크기로부터의 기여도를 포함하는 제1 변환된 간섭 신호 및 상기 변환된 간섭 신호의 위상으로부터의 기여도를 포함하는 제2 변환된 간섭 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 상기 변환된 간섭 신호의 크기로부터의 기여도를 포함하는 제1 변환된 간섭 신호, 예를 들어 크기의 필드 평균은 다음과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00023
여기서
Figure 112006026514121-pct00024
이고 그리고 상기 변화된 간섭 신호들의 위상들의 조합, 예를 들어 위상들의 필드 평균은 다음과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00025
여기서 각 주파수의 함수로서의 상기 측정된 위상은
Figure 112006026514121-pct00026
이며, 단
Figure 112006026514121-pct00027
이다.
주파수 도메인 내의 위상 데이터
Figure 112006026514121-pct00028
의 3 프라임(prime)은 (1) 각 주파수로부터 각 주파수 K까지, (2) 픽셀마다, 그리고 (3) 절대 기준과 관련해서 전부에 이르기까지, 위상 정보 내에 복수의 2π 불확실성이 존재한다는 것을 나타낸다. 식 (10)에서 connect K 함수는 픽셀마다 교차 각 주파수를 연결함으로써 상기 3 프라임 중 하나를 제거한다. 이러한 2π 불확실성을 제거하기 위한 함수의 예에 대해서는 2001년 11월 2일에 출원되고 발명의 명칭이 Height scanning interference method and apparatus including phase gap analysis인 미국출원 제10/053,106호 및 Ghiglia 등이 출판한 Two Dimensional Phase Unwrapping: Theory, Algorithma, and Software, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1998에 개시되어 있으며, 상기 문헌들은 본 명세서에 참조로 원용된다. 식 (9)에서 필드 평균화는 다른 프라임을 제거하고, 위상에 대한 모든 오프셋 값이 알려지지 않았음을 나타내는 하나의 프라임만을 남긴다.
변환된 템플릿
Figure 112006026514121-pct00029
은 단계(118)에서 다음과 같이 생성될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00030
여기서 함수 nonlin K는 각 주파수 K와 관련해서 비선형인 독립 변수(argument)의 부분으로 복귀하고 이에 의해 각 주파수 K와 관련해서 위상의 선형 변화를 제거한다. 각 주파수를 갖는 위상의 선형 변화는 스캔 위치 축을 따라 간섭 패턴의 대상물 지형 관련 이동(object topography related shift)과 관련되어 있다. 주파수의 선형 변화를 제거하면 간섭 패턴에 대한 소정의 기구 관련 기여도를 유지할 수 있다. 그러므로 상기 템플릿은 대상물에 대한 기구의 응답에 관련되어 있다. 위상의 선형 변화는 간섭 신호들을 조합하기 전에 제거될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
식 (12)에서 기호 "~"는 변환된 템플릿
Figure 112006026514121-pct00031
가 포지티브 논제로 주파수들만을 포함한다는 것을 나타낸다. 논제로 주파수들만을 포함하는 대신에, 상기 변환된 템플릿은 마찬가지로 다른 주파수들을 포함할 수 있다.
상기 변환된 템플릿
Figure 112006026514121-pct00032
을 역변환시켜 스캔 도메인에서의 템플릿을 작성할 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00033
역 푸리에 변환에 따라,
Figure 112006026514121-pct00034
여기서, 설명의 편의상, 평균화된 스케일링 인자
Figure 112006026514121-pct00035
에 1의 값을 할당한다.
함수
Figure 112006026514121-pct00036
의 실수부는 각각의 스캔 위치에서 용이하게 분리 가능한 엔벨로프 및 위상을 갖는다. 상기 엔벨로프는
Figure 112006026514121-pct00037
이고, 상기 위상은
Figure 112006026514121-pct00038
이며, 단
Figure 112006026514121-pct00039
이다.
상기 템플릿은 간섭 신호로서 동일한 유닛, 예컨대 검출기 강도 v 대 스캔 위치를 가질 수 있다. 상기 변환된 템플릿은 변환된 간섭 신호로서 동일한 유닛, 예컨대 강도 또는 진폭 v 대 역 스캔 위치를 가질 수 있다. 상기 템플릿은 일반적으로 대상물에 대한, 예컨대 대상물 접경의 한 포인트에 대한 간섭계의 응답을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 상기 템플릿을 결정하는 것은 예를 들어 대상물-위치 및 표면 높이 h sys 와 관련된 기여도를 감소시키거나 제거하는 동시에, 예를 들어 엔벨로프 및 위상의 형태와 관련된 기여도와 관련된 측정을 유지하는 단계를 포함한다. 발진하는 그리고 일정한 배경 신호 AC sys , DC sys 의 진폭으로부터의 기여도 역시 감소되거나 제거될 수 있다. 템플릿
Figure 112006026514121-pct00040
또는
Figure 112006026514121-pct00041
중 어느 하나를 사용하여, 상기 템플릿이 기준 대상물로부터 획득되었던지 또는 다른 방식으로 예컨대 측정 대상물 자체로부터 획득되었던지 간에 측정 대상물의 공간 특성을 결정할 수 있다.
일부의 실시예에서, 상기 템플릿의 일부를 선택하여 상기 공간 특성을 결정하는데 사용할 수 있다. 예를 들어, 템플릿의 윈도우 부분
Figure 112006026514121-pct00042
을 윈도우 함수를 사용하여 선택할 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00043
상기 템플릿 윈도우는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112006026514121-pct00044
예시적 윈도우는 제로 스캔 위치
Figure 112006026514121-pct00045
를 중심으로 하고 있고 이 경우 적절한 윈도우는 다음과 같이 될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00046
여기서 윈도우 폭
Figure 112006026514121-pct00047
은 임의적으로 결정될 수 있다. 대안적으로, 윈도우 함수의 엔드 포인트는 엔벨로프의 피크 진폭과 관련해서 정의될 수 있는데, 예를 들어 윈도우는 피크 진폭의 10%에 대응하는 스캔 위치로 연장하는 폭을 가질 수 있다.
일부의 실시예에서, 상기 윈도우화된 템플릿은 제로 스캔 위치를 중심으로 하지 않는다. 일부의 실시예에서, 상기 윈도우화된 템플릿은 간섭 측정 데이터와 관련해서 비대칭이며, 예를 들어 상기 윈도우화된 템플릿은 템플릿의 한 편에서 10% 진폭에 대응하는 스캔 위치로 연장하지만 상기 템플릿의 다른 편 상의 동일한 상대 진폭에 대응하는 스캔 위치로는 연장하지 않는다. 예를 들어, 엔벨로프 m sys 의 피크의 스캔 위치에 대응하도록 그리고 유지되고 있는 피트의 한편 상의 스캔 위치 에 대응하는 템플릿 데이터에만 대응하도록
Figure 112006026514121-pct00048
를 선택할 수 있다. 이러한 절단된 템플릿을 사용하여, 하나 이상의 가까이에 분리되어 있는 층들이 존재하는 경우에, 예를 들어 박막을 갖는 기판의 경우에, 표면이나 접경의 관심의 대상이 되는 공간 특성이나 영역을 결정할 수 있다.
템플릿에 근거하여 관심의 대상이 되는 영역 또는 공간 특성의 결정
측정 대상물의 관심의 대상이 되는 영역 또는 공간 특성을 결정하는 것은, 예를 들어 템플릿에 대응하는, 예를 들어 템플릿과 유사한 형태 특징을 가지는 측정 간섭 신호의 일부를 찾아냄으로써 간섭 신호와 템플릿을 비교하는 단계를 포함한다. 상기 비교는 간섭 신호와 템플릿 사이의 교차-상관으로부터 결정된 메릿 함수로서 표현된다. 간섭 신호와 템플릿을 비교하는 방법에 대해 후술한다.
템플릿에 근거하여 공간 특성을 결정하는 제1 방법
이하에서는 템플릿
Figure 112006026514121-pct00049
을 사용하여 측정 대상물의 관심의 대상이 되는 영역이나 공간 특성을 결정하는 것에 대해 설명한다. 복수의 측정 간섭 신호들
Figure 112006026514121-pct00050
은 상기 측정 대상물로부터 획득된다. 각각의 간섭 신호는 하나의 픽셀에 대한 검출기 강도 v 대 스캔 위치 신호에 대해 다음과 같이 나타낸다.
Figure 112006026514121-pct00051
각각의 간섭 신호
Figure 112006026514121-pct00052
의 푸리에 변환은 다음과 같이 획득될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00053
여기서
Figure 112006026514121-pct00054
이다.
부분 스펙트럼은 각각의 푸리에 변환된 측정 간섭 신호의 포지티브-주파수 부분으로부터 획득될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00055
각각의 부분 스펙트럼은 다음과 같이 역변환될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00056
픽셀 x에 대한 각각의 역변환된 부분 스펙트럼
Figure 112006026514121-pct00057
의 실수부는 동일한 픽셀에 대한 간섭 신호 I ex 에 대응한다. 부가적으로, 스펙트럼
Figure 112006026514121-pct00058
의 위상 및 엔벨로프는 간단한 동작들에 의해 쉽게 분리 가능한데, 예를 들어 신호 강도 AC ex (x) 및 엔벨로프 m ex 는 복소수 함수
Figure 112006026514121-pct00059
의 크기로부터 다음과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00060
상기 템플릿 간섭 측정 데이터의 엔벨로프 m pat 의 적어도 일부는 통상적으로 각각의 스펙트럽
Figure 112006026514121-pct00061
의 붕괴를 나타내는 엔벨로프 m ex 와 유사한 형태 특징을 갖는다. 엔벨로프들 사이의 차이는 통상적으로 각각의 픽셀 x에서 촬상된 대상물 위치의 선형 오프셋 h ex 및 스케일링 인자 AC ex (x)와 관련되어 있다. 부가적으로, 실험적인 간섭 패턴 템플릿 위상 오프셋들 ψ ex , ψ pat 사이의 차이는 각각의 픽셀 x에서 촬상된 대상물 위치의 높이 hex에도 관련되어 있다. 통상적으로, 위상 오프셋들의 차이는 높이 h ex 에 선형적으로 비례한다. 따라서, 엔벨로프 m ex , m pat 사이의 차이 및/또는 위상 오프셋 ψ ex , ψ pat 사이의 차이를 사용하여 측정 대상물의 공간 특성을 결정할 수 있다. 상기 방법은 엔벨로프 m ex , m pat 및 ψ ex , ψ pat 의 형태들이 최상으로 일치하는 스캔 위치
Figure 112006026514121-pct00062
를 식별하는 단계를 포함한다. 비교의 결과는 메릿 함수에 의해 설명될 수 있다. 일부의 실시예에서, 상기 메릿 함수는 간섭 신호와 템플릿을 교차상관시킴으로써 결정된다. 상기 교차상관은 복소수 상관이거나 부분적으로 복소수 상관이 될 수 있다.
일부의 실시예에서,
Figure 112006026514121-pct00063
를 식별하는 단계는 윈도우 W에 의해 정의되는 바와 같은 간섭측정 데이터의 서브세트 내에서 간섭 신호를 갖는 템플릿의 상관으로부터 도출되는 다음과 같은 메릿 함수 Π를 사용하여 식별된다.
Figure 112006026514121-pct00064
여기서
Figure 112006026514121-pct00065
는 복소수 상관 함수이고
Figure 112006026514121-pct00066
는 신호-강도에 독립적인 메릿 함수를 만드는 정규화이다. 상기 정규화는 간섭 신호의 형태에 의존하는데, 예를 들어 윈도우 W 내에서 복소수 간섭 신호의 제곱 크기의 이동 평균(moving average)에 의존한다. 식 (30)은 통계학과 유사한 계통인 "피어슨의 r(Pearson's r)"의 제곱이며 또한 최소 제곱 분석(a least-squares analysis)에 의해 도출될 수 있다. 템플릿의 켤레 복소수
Figure 112012016816133-pct00067
의 사용하면 동기 선형 위상 항목
Figure 112012016816133-pct00068
을 삭제하고 ψex , ψpat 가 일치하는 경우 Π를 최대화할 수 있다. 상관의 절대값 ｜｜은 나머지 복소수 위상을 제거한다.
Figure 112006026514121-pct00069
가 잘못된 높은 값을 생성하는 것을 방지하고 저 신호 레벨에서의 특이점(singularity)에 직면하게 되는 것을 방지하기 위해, 최대값 MinDenom을 다음과 같이 분모에 부가할 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00070
여기서 max() 함수는 전체 스캔 길이
Figure 112006026514121-pct00071
에 걸쳐 신호 강도 ｜
Figure 112006026514121-pct00072
｜의 최대값을 복귀시키며 MinDenom은 관련 정보를 제공하도록 고려되는 최소 상대적 신호 강도이다. 예를 들어, MinDenom은 상기 최대 신호의 5%로 설정될 수 있거나 잡음의 레벨에 의존해서 다른 값으로 설정될 수 있다. 상기 상관은 또한 상기 데이터를 가중함으로써 수행되어 상기 상관의 결과를 결정하는데 있어서 상대적으로 잡음의 영향을 받지 않는 데이터를 제공한다.
상관 적분
Figure 112006026514121-pct00073
은 상관 정리를 사용하여 주파수 도메인에서 수행될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00074
여기서
Figure 112006026514121-pct00075
이며 그리고
Figure 112006026514121-pct00076
이다.
메릿 함수 Π는 최상의 일치 위치
Figure 112006026514121-pct00077
를 생성한다. 통상적으로, 최상의 일치 위치는 메릿 함수의 피트이며 상기 피크의 상대적 진폭은 일치의 품질에 대한 제로부터 1까지의 측정으로서 1은 완전한 일치에 상응한다. 최상의 일치 위치에 대한 탐색은 부가적인 조건 및 제약을 포함하여 안정감(robustness)을 향상시킬 수 있다. 유효한 최상의 일치 위치
Figure 112006026514121-pct00078
는 다음과 같은 신호 강도를 가지도록 선택될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00079
여기서 MinMod는 0-100% 값이다. 통상적인 MinMod는 평활 표면인 경우 10%이며 거친 표면인 경우 통상적으로 더 낮다. 최상의 일치 위치에서의 메릿 함수의 값은 또한 위조 결과를 감소하기 위해, 선택된 최소 MinMerit를 초과하도록 다음과 같이 요구될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00080
여기서 MinMerit의 범위는 0 내지 1이고, 예시적인 값은 약 0.3이다.
가까이에 분리되어 있는 접경 또는 표면이 부족한 측정 대상물의 경우, 메릿 함수는 Π가 최대화되는 스캔 위치
Figure 112006026514121-pct00081
에 대해 탐색될 수 있다. 가까이에 분리되어 있는 접경 또는 표면을 갖는 측정 대상물의 경우, 복수의 스캔 위치가 MinMod 및 MinMerit 조건들 모두를 만족시킨다. 스캔 위치들은 한 단부에서, 예를 들어
Figure 112006026514121-pct00082
-좌표 스캔의 높은 단부에서 시작하는 MinMerit를 만족하는 제1 피크를 찾아 내는, 예컨대 탐색 알고리즘을 사용하여, 식별될 수 있다. 알고리즘은 또한 MinMod 및 MinMerit 조건들을 더 확립하며, 이 조건들은, 더 작은 피크들이 약간의 백분율 값에 따라 가장 높은 피크에 상대적으로 비견될 수 있는 신호들을 가지는 것을 요구한다.
대안의 또는 상보적인 탐색 루틴은, Π가, 피크가 아닌 경우라도, 소정의 임계값을 초과하는 제1 스캔 위치에 대한 메릿 함수를 탐색하는 단계를 포함한다. 이 방식은 예를 들어 하부 기판의 존재로 인해 막-공기 접경에서 생기는 피크가 희미하게 되는 경우, 가까이에 분리되어 있는 접경 또는 표면을 갖는 측정 대상물에서 생기는 데이터의 분석에 사용될 수 있다.
Π를 탐색하는 방법은 예를 들어 표면 높이를 찾아내기 위해 메릿 함수의 도함수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
최상의 일치 위치
Figure 112006026514121-pct00083
는 통상적으로 엔벨로프들 m ex , m pat 가 정렬되는 스캔 위치와 관련되어 있다. 따라서, 교차 상관으로부터의 최상의 일치 위치는 다음과 같이 정상 분해능(normal resolution) 또는 CT-놈 높이 측정(CT-Norm height measurement)을 제공할 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00084
여기서 첨자 Θ는 높이 측정 h Θ 가 (순수 높이 h와는 반대로) 코히어런스 접근 또는 줄무늬-대조 분석에 근거하고 있음을 나타낸다.
주파수 도메인 분석에서와 같이, 정상 분해능 높이 프로파일 h Θ 는 줄무늬-차수 불확실성(fringe-order uncertainty)과는 관계없지만 소정의 잡음 레벨을 갖는다. 주파수 도메인 분석은 미국특허 제5,398,113호에 개시되어 있으며, 상기 문헌은 본 명세서에 원용된다. 상기 잡음 레벨은 간섭 패턴에서 하부의 캐리어 줄무늬를 사용하면 감소시킬 수 있다.
상관 템플릿 분석에서, 상관 함수의 독립 변수
Figure 112006026514121-pct00085
는 차 ψ ex -ψ pat 와 동일한 상대적 위상 값을 갖는다. 상대적 위치ψ"는 픽셀마다 그리고 기지수(datum)와 관련한 전체에 대해, 교차 스캔 위치들
Figure 112006026514121-pct00086
을 연결한 후, ψ"의 줄무늬 차수에서 2겹의 불확실성(two-fold uncertainty)을 유지하는 추가의, 정교한 스케일 정보를 제공한다. 상대적 위상 ψ"은 스캔 위치
Figure 112006026514121-pct00087
를 갖는 선형 레이트 K0에서 근사적으로 전개된다. 피크 상관 위치
Figure 112006026514121-pct00088
에서의 상대적 위상 ψ"는 간섭 패턴 템플릿의 엔벨로프 부분과 관련한 다음과 같은 위상 갭이다.
Figure 112006026514121-pct00089
이것은 다음과 같은 고분해능 위상 프로파일을 이끌어 낸다.
Figure 112006026514121-pct00090
여기서 Θ는 다음과 같은 명목 각 주파수 K0에서 위상의 유닛들에서의 코히어런스 프로파일이다.
Figure 112006026514121-pct00091
식 (44)에서 코히어런스 프로파일 Θ(x)는 수학적 분석과 양립하는 명목 각 주파수 K0를 사용하여 결정될 수 있다. 부정확한 K0는 통상적으로 보간 에러를 야기한다. 일부의 실시예에서, 템플릿은 다음과 같이 자체적으로 자동상관된다.
Figure 112006026514121-pct00092
이에 따라 자동 상관 위상은 다음과 같이 스캔 위치
Figure 112006026514121-pct00093
의 함수로서 탐색될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00094
스캔 위치들
Figure 112006026514121-pct00095
사이의 증가를 알면, 명목 주파수 K0는 다음과 같이 주 어진다.
Figure 112006026514121-pct00096
명목 주파수 K0는 다음과 같은 식에 따라, 필드 연결된, 적절한 위상 갭 α'을 사용하여 줄무늬 차수 불확실성을 제거하는데 사용될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00097
여기서 Round 함수는 가장 근접한 정수를 그 독립 변수에 복귀시킨다. 위상 갭 α'는 사인-코사인 평균화 기술을 사용하여 결정될 수 있다. 위상 갭을 결정하는 예시적인 기술은, 2001년 11월 2일에 출원되고 발명의 명칭이 "HEIGHT SCANNING INTERFEROMETRY METHOD AND APPARATUS INCLUDING PHASE GAP ANALYSIS"인 미국 특허출원 제10/053,106호와, 2003년 5월 2일에 출원되고 발명의 명칭이 "PHASE GAP ANALYSIS FOR SCANNING INTERFEROMETRY"인 미국특허출원 제10/429,175호와, "Determination of fringe order in white-light interference microscopy," Appl. Opt. 41(22)4571(2002)에 개시되어 있으며, 상기 문헌들은 본 명세서에 원용된다. 위상 갭을 결정하면, 측정 대상물 높이는 코히어런스 프로파일 및 명목 주파수 K0를 사용하여 다음과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00098
템플릿에 근거하여 공간 특성을 결정하는 제2 방법
공간 특성을 결정하기 위한 상기 방법은 광 경로 길이 차 차수로부터 역 차수, 예를 들어 역 스캔 차수로의 간섭 신호들의 변환을 포함하였다. 일부의 실시예에서는, 예를 들어 역 차수로의 변환 없이, 간섭 신호들을 상기 스캔 차수에서 처리한다. 상기 처리는 스캔 차수에서 간섭 신호와 템플릿을 교차 상관시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 상기 프로세스는 다음과 같이 각각의 간섭 신호와 템플릿에 대해 부분적 복소수 상관을 수행한다.
Figure 112006026514121-pct00099
상기 템플릿의 특성은 상기 간섭 신호와 템플릿 사이의 최상의 일치 위치에 대해 상기 부분적 복소수 상관의 감도를 향상시키도록 선택될 수 있다. 간섭 신호는 다음과 같이 표현되고,
Figure 112006026514121-pct00100
상기 부분적 복소 상관은 2부분의 합으로 표현될 수 있으며,
Figure 112006026514121-pct00101
여기서 원하지 않는 err 항은 다음과 같이 주어진다.
Figure 112006026514121-pct00102
템플릿
Figure 112006026514121-pct00103
의 특성은 상기 err을 작게 하도록, 예를 들어 상기 항을 제로 만들도록 선택될 수 있어서, 상관의 결과는 식 (53)의 좌측에 있는 제1 항목에 의해 결정된다. 예를 들어, 그러한 템플릿
Figure 112006026514121-pct00104
의 푸리에 변환
Figure 112006026514121-pct00105
은 간섭 신호의 예상된 주파수의 포지티브-주파수 근처를 벗어나는 낮은 또는 무시 가능한 값을 가질 수 있다. 일부의 실시예에서, 템플릿
Figure 112006026514121-pct00106
의 복소수 부분의 평균 또는 DC 값은 제로이고,
Figure 112006026514121-pct00107
의 상관 및 (수학적으로 가상의)
Figure 112006026514121-pct00108
역시 제로이다. 예를 들어, 템플릿
Figure 112006026514121-pct00109
는 제로 네거티브 주파수 성분을 가질 있다.
범위 Kmin..Kmax에서 본질적으로 강력한, 논-DC 포지티브-주파수 스펙트럼 성분으로 구성되는 템플릿
Figure 112006026514121-pct00110
는 전술한 바와 같이 작성되는 상기 변환된 템플릿에 대해 어포다이징 윈도우 함수를 수행한다. 일부의 실시예에서, 상기 어포다이징 윈도우 함수는 주파수 도메인에서 더 예리한 차단을 갖는 윈도우 대신에 다음과 같은 상승 코사인 또는 폰-한 윈도우(von-Hann window)를 포함한다.
Figure 112006026514121-pct00111
상기 어포다이징 윈도우 함수는
Figure 112006026514121-pct00112
을 생성할 때 울림을 감소시키며, 제한된 스캔 길이 내의 간섭 패턴에 관한 모든 중요한 정보를 더 쉽게 포함할 수 있게 한다. 어포다이제이션(apodization)을 수용하기 위해, 전체 주파수-도메인 범위 ΔK는 장방형 또는 직사각형 윈도우 함수보다 커야 한다는 점, 예컨대 주파수 도메인에서의 넓이 2배로 커야 한다는 점에 유의하라.
장방형 또는 직사각형 윈도에 비해 감소된 예리함(sharpness)을 갖는 스캔 도메인 윈도우 함수 W 역시 다음과 같이 사용될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00113
간섭 패턴 템플릿은 다음과 같이 템플릿과 스탬 도메인 윈도 함수의 적으로 주어진다.
Figure 112006026514121-pct00114
여기서
Figure 112006026514121-pct00115
는 복수의 간섭 신호로부터의 기여도를 포함한다. 비대칭 윈도는 W를 오른편으로
Figure 112006026514121-pct00116
양만큼 이동시키면 작성될 수 있다.
최종적인 인-라인 패턴 템플릿
Figure 112006026514121-pct00117
은 다음과 같이 이산 부분적-복소수 상관의 커널(kernel)로서 사용된다.
Figure 112006026514121-pct00118
여기서 선택적 오프셋
Figure 112006026514121-pct00119
은 제로 위치를 유지함으로써 푸리에 변환 실행의 제로 위치와 일치할 수 있다.
콘볼루션 커널(convolution kernel)
Figure 112006026514121-pct00120
의 프레임이나 버킷(bucket)의 수는 기구의 코히어런스 길이, 스캔 레이트(nm/frame) 및 패턴 임계 파라미터에 따라 변한다. 예를 들어, 패턴 임계값이 20%로 설정되어 있고, 윈도우 W의
Figure 112006026514121-pct00121
는 시스템 특징화 신호 엔벨로프의 폭을 최대값의 어느 한편 레벨의 20%까지 이르게 한다. 100-nm 대역폭, 560 nm 중심 파장 및 80-nm/frame scan rate의 경우, 커널
Figure 112006026514121-pct00122
은 대략 23 버킷에 이르게 된다. 패턴 임계값이 40%까지 상승하게 되면,
Figure 112006026514121-pct00123
은 17 버킷으로 감소하게 된다.
메릿 함수는 다음과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00124
여기서
Figure 112012016816133-pct00125
는 식 (57)에 의해 정의된 인-라인 부분적 복소수 상관이다. 정규화는 선택된, 임의의 단일 길이, 예를 들어 포화 상태 하에서의 신호로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, 이러한 신호는 검출기의 디지털 계조 레벨의 수의 1/2이 될 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00126
메릿 함수는 패턴 일치의 품질이 변하지 않는 경우에도 간섭 신호 강도로 진동한다. 일부의 실시예에서, 메릿 함수의 결정은 간섭 신호 I ex 를 통해 차례차례 진행하는 PSI 알고리즘(켤레 커널
Figure 112006026514121-pct00127
에 의해 정의됨)의 응용과 유사하게 동작한다. 이것은 이산 데이터의 항목에서 식 (57)의 상기 부분적 복소수 상관을 다시 표현함으로써 다음과 같이 설명될 수 있고,
Figure 112006026514121-pct00128
알고리즘 계수는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112006026514121-pct00129
그러므로
Figure 112006026514121-pct00130
이고
Figure 112006026514121-pct00131
이다.
상기 부분적 복소수 상관에 근거한 메릿 함수를 구하여 관심의 대상이 되는 영역에 대응하는, 예를 들어 대상물의 접경에 대응하는 위치를 식별할 수 있다. 예를 들어, 대상물의 외측 표면에 대응하는 스캔 위치를 결정하기 위해, 메릿 함수를 오른쪽으로부터 제1 피크에 대해 구한다(오른쪽에 대한 스캔 위치는 대상물로부터 의 증가된 거리에 대응하는 것으로 가정한다). 막의 외측 표면에 대응하는 스캔 위치를 결정하기 위해, 적어도 2개의 메릿 피크가 존재한다는 가정 하에, 메릿 함수를 오른쪽으로부터 제1 피크에 대해 구한다. 막 두께는 메릿 함수의 가장 강력한 2개의 피크에 대응하는 스캔 위치들로부터 결정될 수 있다.
일부의 실시예에서, 메릿 함수는 정규화된 신호 강도의 제곱에 근사하다. 따라서, 메릿 함수 제곱근은 피크에 대해 다음과 같이 구해질 수 있다.
Figure 112006026514121-pct00132
메릿 함수는 MinMod 2의 모든 값들이 제로에 설정된 상태에서 감소될 수 있다. 그런 다음 상기 감소된 메릿 함수를 피크들에 대해 구한다. 일단 피크를 찾아내면, 원래의 Π inline 메릿 함수를 사용하여 이웃하는 이산 스캔 위치들 사이의 보간에 의해 더욱 정확한 정보를 구할 수 있다.
메릿 함수 Π는 실험적인 신호가 윈도우 W 내에서 간섭 패턴 템플릿
Figure 112012016816133-pct00133
에 얼마나 잘 일치하는지를 평가한다는 점에서 단일의 신호 강도 또는 엔벨로프 계산과는 다르다. 이러한 이유로, 신호 크기에 대한 정규화를 요구한다.
프로세싱 및 프로세서 코드
상술한 컴퓨터 분석 방법들 중 어떤 방법도 하드웨어나 소프트웨어, 또는 양 자를 조합하여 구현될 수 있다. 상기 방법들은 여기에 개시되는 방법 및 도면에 따른 표준 프로그램 기법을 사용하여 컴퓨터 프로그램 내에 구현될 수 있다. 프로그램 코드는 입력 데이터에 적용되어 여기에 개시되는 기능들을 수행하고 출력 정보를 생성한다. 출력 정보는 디스플레이 모니터와 같은 하나 이상의 출력 디바이스에 적용된다. 각각의 프로그램은 높은 수준의 절차적 프로그래밍 언어(procedural programming language) 또는 객체 지향 프로그래밍 언어로 구현되어 컴퓨터 시스템과 통신할 수 있다. 그러나 원한다면, 프로그램들은 어셈블리어 또는 기계어로 구현될 수 있다. 어떤 경우든, 언어는 컴파일 언어이거나 인터프리터 언어일 수 있다. 또한, 프로그램은 그 목적을 위해 미리 프로그래밍된 전용의 통합 회로에서 수행될 수 있다.
이러한 컴퓨터 프로그램 각각은 바람직하게는 저장 매체 또는, 범용 또는 전용 프로그래머블 컴퓨터가 읽을 수 있는 디바이스 (예컨대 ROM 또는 자기 디스켓) 상에 저장된다. 여기서 저장 매체 또는 디바이스가 여기에 기술된 처리 절차를 수행하기 위해 컴퓨터에 의해 읽힐 때에 컴퓨터를 구성하거나 작동하기 위한 목적을 갖는다. 또한, 컴퓨터 프로그램은 프로그램을 실행하는 동안 캐시 메모리 또는 주 메모리 내에 자리잡는다. 분석 방법은 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 컴퓨터 프로그램으로 구성된 매체로서 구현될 수 있다. 여기서 이렇게 구성된 저장 매체는 컴퓨터로 하여금 여기에 기술된 기능을 수행하기 위해 특정된, 미리 정해진 방법으로 작동하도록 한다.
어플리케이션의 예(Exemplary Applications)
상술한 저 코히어런스 간섭계 방법 및 시스템은 아래의 표면 분석 문제(surface analysis problems) 중 어느 것에 대해서라도 사용될 수 있다: 간단한 박막; 다중층 박막; 회절시키거나 그렇지 않으면 복잡한 간섭 효과를 생성하는 표면 지형(feature) 및 샤프 에지; 미해결된 표면 거칠기(unresolved surface roughness); 미해결의 표면 지형(feature), 예컨대, 매끈한 표면상의 서브-파장 폭(sub-wavelength width)의 홈; 서로 다른 재료들; 표면의 편광-의존적 특성; 및 표면의 움직임, 편향, 진동 또는 입사각에 의존적인 간섭 현상의 섭동(perturbations)으로 귀결되는 변형 가능한 표면 지형. 박막의 경우, 관심의 대상이 되는 변수 파라미터는 막의 두께, 막의 굴절률, 기판의 굴절률, 또는 그것들의 어떤 조합일 수 있다. 서로 다른 재료의 경우에 있어서, 예컨대 표면은 박막과 고체 금속(solid metal)의 조합을 포함할 수 있고, 각도-의존적 표면 특성은, 필름 또는 상응하는 간섭 강도 신호(interference intensity signal)에 대한 일치에 의한 고체 금속을 자동적으로 식별하기 위해 두 개의 표면 구조 타입 모두를 포함하는 이론적인 예측을 만들 수 있다. 이러한 특징을 나타내는 디바이스 및 대상물을 포함하는 예시적인 어플리케이션은 다음에 설명한다.
포토리소그래피 (Photolithography)
많은 마이크로 전자장치 어플리케이션에서, 포토리소그래피는 기판, 예컨대 실리콘 웨이퍼와 같은 것을 덮는 포토레지스트 층의 패턴을 만드는데 사용된다. 도 10a 및 10b를 참조하면, 대상물(30)은 기판, 예컨대 웨이퍼(32) 및 겹치는 층, 예를 들어 포토레지스트(34)를 포함한다. 대상물(30)은 서로 다른 굴절률의 재료들 사이에서 발생할 때 복수의 접경을 포함한다. 예를 들어, 대상물-주위 접경(38)은, 포토레지스트(34)의 외측 표면(39)이 대상물(30)을 에워싸는 환경, 예를 들어 액체, 공기, 다른 가스, 또는 진공 등과 접촉하는 곳으로 정의된다. 기판-층 접경(36)는 웨이퍼(32)의 표면(35)과 포토레지스트(34)의 하부 표면(37) 사이로 정의된다. 웨이퍼의 표면(35)은 복수의 패턴화된 특징부(39)를 포함한다. 이러한 특징부들 중 일부는 기판의 인접하는 부분들과 동일한 높이를 가지지만 굴절률은 다르다. 다른 특징부들은 기판의 인접하는 부분들과 관련하여 위 또는 아래로 연장할 수 있다. 따라서, 대상물은 포토레지스트의 외부 표면 아래에 있는 복잡한, 가변의 지형을 보일 수 있다.
포토리소그래피 장치는 패턴을 대상물 위에 촬상한다. 예컨대, 패턴은 전자회로의 소자들(또는 회로의 원판(negative))에 대응할 수 있다. 촬상 후에, 포토레지스트의 일부분은 제거되면서, 제거된 포토레지스트 아래에 있는 기판을 드러낸다. 드러난 기판은 에칭되고, 침전된 재료로 덮이는데, 그렇지 않으면 변형될 수 있다. 남아 있는 포토레지스트는 이러한 변형으로부터 기판의 다른 부분들을 보호한다.
제조 효율을 증가시키기 위해, 종종 한 개 이상의 디바이스가 단일 웨이퍼로부터 준비된다. 이 디바이스들은 서로 같거나 다를 수 있다. 각각의 디바이스는, 웨이퍼의 서브세트가 패턴을 가지고 촬상될 것을 필요로 한다. 어떤 경우에는, 패 턴은 순차적으로 서로 다른 서브세트 상에 촬상된다. 여러 가지 이유 때문에 순차적인 촬상이 수행될 수 있다. 광수차(optical aberrations)는 웨이퍼의 넓은 면적에 걸쳐 적당한 패턴 포커스 품질을 달성하는 것을 막을 수 있다. 광수차가 존재하지 않는 경우라도, 웨이퍼 및 포토레지스트의 공간 특성은 웨이퍼의 넓은 영역에 걸쳐 적절한 패턴 포커스를 이루를 것을 막을 수 있다. 웨이퍼/레지스트의 공간적 특성과 포커스 품질 사이의 관계의 양상은 다음에 설명한다.
도 10b를 다시 참조하면, N개의 서브세트(40i)를 갖는 대상물(30)이 도시되어 있고, 서브세트 각각은 대상물이 촬상될 전체 영역(41)보다 작다. 각각의 서브세트(40i)에서, 공간 특성 변동, 예컨대 웨이퍼 또는 포토레지스트의 높이 및 기울기 변동은 일반적으로 전체 영역(41)에 걸쳐 따져보았을 때보다 일반적으로 더 작다. 그럼에도 불구하고, 서로 다른 서브세트(40i)의 포토레지스트 또는 웨이퍼는 일반적으로 서로 다른 높이와 기울기를 갖는다. 예컨대, 층(34)은 두께(Δt1) 및 두께(Δt2)를 갖고, 이 두께들은 표면(39)의 높이 및 기울기를 변화시킨다(도 10a). 따라서, 대상물의 서브세트 각각은 포토리소그래피 촬상기(photolithography imager)와 서로 다른 공간 관계를 가질 수 있다. 포커스의 품질은 공간적 관계, 예컨대 대상물과 포토리소그래피 촬상기(photolithography imager) 사이의 거리에 관계된다. 대상물의 서로 다른 서브세트를 적절할 포커스로 하는 것은 대상물과 이미저의 상대적인 재배치를 필요로 한다. 대상물의 높이와 경사의 변동 때문에, 촬상된 서브세트, 예컨대 대상물의 측면(43)에서 멀리 떨어진 대상물의 일부분에 대한 대상물의 위치 및 방향을 결정하는 것만으로는 적절한 서브세트 포커스를 얻을 수 없다.
촬상되어야 할(그렇지 않으면 다르게 처리되어야 할) 서브세트 내의 대상물의 공간적인 특징을 결정함으로써 적절한 포커스를 얻을 수 있다. 일단 서브세트의 위치가 결정되면 기준(a reference), 예컨대 포토리소그래피 이미저의 일부분에 대해 서브세트의 위치를 변경하기 위해 대상물 (및/또는 포토리소그래피 촬상기의 일부)을 이동할 수 있다. 예컨대, 병진시킬 수 있고, 회전시킬 수 있고, 및/또는 경사가 지게 할 수 있다. 결정 및 이동은 (필요하다면) 촬상되어야 할 각각의 서브세트에 대해서 반복될 수 있다.
서브세트의 공간적 특성의 결정은 대상물의 얇은 층의 외부 표면의 하나 이상의 점의 위치 및/또는 높이를 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, 촬상되어야 할 대상물의 서브세트 내에는 하나 이상의 포인트가 놓인다. 예컨대, 서브세트(402)의 외부 표면(39)의 위치 및 방향(도 1a)을 상기 서브세트 내의 포인트(421-423)의 위치에 근거하여 결정할 수 있다. 촬상되어야 할 서브세트의 공간적 특성에 대한 결정은 상기 서브세트를 광으로 조사할 간섭계를 사용하는 단계와 상기 조사된 서브세트로부터 반사된 광을 포함하는 간섭 신호를 검출하는 단계를 포함한다. 일부의 실시예에서는, 복수의 서브세트를 광으로 동시에 조사하여 복수의 간섭 신호를 얻는다. 각각의 간섭 신호는 서브세트의 하나 이상의 특성을 나타낸다. 그러므로, 상기 간섭 신호들을 사용하여 복수의 서브세트에 대해 대상물의 지형을 나타내는 이미지를 작성할 수 있다. 상기 서브세트의 포토리소그래피 동안, 상기 복수의 간섭 신호로부터 결정된 바와 따라 개개의 서브세트의 지형에 근거하여 웨이퍼를 위치시킨다. 그러므로, 각각의 서브세트를 포토리소그래피 장치와 관련해서 최적으로 포커스로 위치시킬 수 있다.
촬상되어야 할 대상물의 각각의 서브세트로부터 간섭 신호를 검출하는 것은 상기 서브세트로부터 반사된 광을 검출하고, 적어도 상기 검출된 광의 코히어런스만큼 큰 OPD 범위 내의 기준 광을 검출하는 단계를 포함한다. 예컨대, 적어도 그 코히어런스 길이에 걸쳐서 광이 검출될 수 있다. 일부의 실시예에서, 상기 조사된 서브세트로부터 반사된 광이 외측 접경(예를 들어 외측 표면 (39)) 또는 내측 접경(예를 들어 내측 접경(36)) 중 어느 하나로부터 반사된 광에 의해 좌우되도록 간섭계를 구성한다. 일부의 실시예에서는, 일부의 간섭 신호에만 근거하여 대상물의 공간 특성을 결정한다. 예컨대, 간섭 신호가 2 이상의 중첩 간섭 패턴을 포함하고 있다면, 그 대상물의 단일 접경으로부터의 기여에 의해 좌우되는 간섭 패턴들 중 하나의 패턴의 일부에 근거하여 그 대상물의 공간 특성을 결정할 수 있다.
구리 상호접속 구조 및 화학 기계적 연마
소위 '이중의 물결 무늬 구리(dual damascene copper)' 프로세스를 사용하여 칩의 서로 다른 부분들 사이의 전기적 상호접속을 확립하는 것이 칩 제조업체들에게서 일반화되어 가고 있다. 이것은 적절한 표면 지형 시스템을 사용하여 효과적 으로 특징지어질 수 있는 프로세스의 일례이다. 이중의 물결 무늬 프로세스는 6부분을 갖는 것으로 생각해 볼 수 있는데, (1) 유전체 재료(예를 들어 폴리머나 유리)의 층을 (복수의 개별 칩을 포함하는) 웨이퍼의 표면 위에 증착하는 층간 절연체(ILD) 증착; (2) 상기 유전체 층을 정밀 광학 리소그래피에 적절한 평탄한 표면이 되도록 연마하는 화학 기계적 연마(CMP); (3) 웨이퍼 표면에 평행하게 진행하는 협 트렌치(narrow trenches)와 상기 트렌치의 하부로부터 하부 (이미 정의된) 전기적 전도층으로 진행하는 작은 비아를 포함하는 복소 망(complex network)을 생성하는, 리소그래픽 패터닝 단계와 반응성 이온 에칭 단계의 조합; (4) 구리 트렌치와 비아의 증착으로 생기는 금속 증착 단계들의 조합; (5) 상기 구리 트렌치와 비아에 유전체를 적용하는 유전체 증착 단계; (6) 초과하는 구리를 제거하여 유전체 재료로 에워싸이는 구리로 채워진 트렌치의 망을 남기는 최종적인 CMP 단계이다.
도 11a를 참조하면, 디바이스(500)는 기판(501) 위에 증착된 구리 특징부(502)에 걸쳐 유전체(504)를 증착함으로써 생기는 막 구조의 예이다. 유전체(504)는 높이 변동을 보이는 불규칙적 외부 표면(506)을 갖는다. 디바이스(500)로부터 얻은 간섭 신호는 표면(506)과, 구리 특징부(502와 유전체(504) 사이의 접경(508)과, 기판(501)과 유전체(504) 사이의 접경(510)으로부터 생기는 간섭 패턴을 포함할 수 있다. 디바이스(500)도 또한 간섭 패턴을 생성하는 복수의 다른 특징부를 포함할 수도 있다.
도 11b를 참조하면, 디바이스(500')는 최종적인 CMP 단계 후의 디바이스(500)의 상태를 나타낸다. 상부 표면(506)은 표면(506')으로 평탄화되었으므로, 접경(508)은 주위에 노출될 수 있다. 기판 표면에서의 접경(510)은 접촉 상태를 유지한다. 디바이스의 성능과 균일성은 표면(504)의 평탄화를 감시하는 것에 절대적으로 의존한다. 연마 속도와, 연마 후의 남아 있는 구리 (및 유전체) 두께가 (패드 압력 및 연마 슬러리 합성과 같은) 연마 상태뿐만 아니라 구리 및 주위의 유전체 영역의 상세한 국부적 배열(즉, 방향, 근접성 및 형태)에 강력하고 복잡하게 의존한다는 것을 인식하는 것이 중요하다. 그러므로 구리 요소(502) 위의 표면(506)의 부분들은 표면(506)의 다른 부분들과는 상이한 속도로 에칭할 수 있다. 또한, 일단 구리 요소(502)의 인터페이스가 노출되면, 유전체와 구리 요소는 상이한 에칭 속도를 보일 수 있다.
이러한 "위치 의존 연마 속도'는 많은 측면 길이 스케일에 가변의 표면 지형을 일으키는 것으로 알려져 있다. 예컨대, 웨이퍼의 가장자리에 집단적으로 가까이 위치하는 칩들이 중심에 가까이 위치하는 것들보다 더욱 신속하게 연마되어, 가장자리 근처에서 원하는 것보다 더 얇은 구리 영역이 생성되고 중심에서는 원하는 것보다 더 두껍게 생성된다는 것을 의미할 수 있다. 이것이 '웨이퍼 스케일' 프로세스 비균일성 - 즉, 웨이퍼 직경에 비견될만한 길이 스케일로 발생하는 것의 한 예이다. 또한 고밀도의 구리 트렌치를 갖는 영역들이 저밀도의 구리 라인을 갖는 근처의 영역들보다 더 빠른 속도로 연마되는 것으로 알려져 있다. 이로 인해 구리 고밀도 영역에서 'CMP 유도성 부식'으로 알려진 현상이 일어난다. 이것은 '칩 스케일' 프로세스 비균일성 - 즉, 단일 칩의 길이 차원(linear dimension)에 비견될만한(때로는 그보다 못한) 길이 스케일로 발생하는 것의 한 예이다. 칩 스케일 비 균일성의 다른 형태는 '디싱(dishing)'이라 알려져 있으며, 단일 구리로 채워진 트렌치 영역들 내에서 발생한다(이것은 주위의 유전체 재료보다 더 빠른 속도로 연마되는 경향이 있다). 폭이 수 미크론 이상인 트렌치에 있어서, 디싱은 악영향을 받은 라인들이 나중에 과도한 전기 저항을 보이는 결과에 따른 시련을 겪게 되어, 칩이 실패로 끝나게 될 수도 있다.
CMP 유도 웨이퍼 및 칩 스케일 프로세스 비균일성은 본질적으로 예측하는 것이 어려워, CMP 프로세싱 시스템 내의 상황들이 진행되는 시간 이상으로 변화를 겪게 된다. 허용될 수 있는 한계 내에서 임의의 비균일성이 유지되게 하는 목적을 위한 프로세스 조건을 효과적으로 감시하고 적절하게 조정하기 위해, 프로세스 엔지니어가 칩에 대해 많은 수의 넓은 위치에서 비접촉 표면 지형 측정을 자주 행하는 것이 중요하다. 이것은 전술한 간섭계 방법 및 시스템의 실시예를 사용하면 가능하다.
일부의 실시예에서는 하나 이상의 공간적 특성, 즉 표면(506)의 지형 및/또는 유전체(504)의 두께를, CMP 전 및/또는 CMP 동안 구조물로부터의 저 코히어런스 간섭 신호를 획득함으로써 감시한다. 상기 공간적 특성에 근거하여 연마 조건을 바꿈으로써 원하는 평탄한 표면(506')을 달성할 수 있다. 예컨대, 패드 압력, 패드 압력 분배, 연마제 특성, 용매 합성 및 흐름, 및 다른 조건들을 상기 공간적 특성에 근거하여 결정할 수 있다. 상당한 연마 시간이 경과한 후, 상기 공간적 특성을 다시 결정할 수 있고 연마 조건들을 필요에 따라 변경할 수 있다. 지형 및/또는 두께도 또한 예컨대, 표면(504')을 달성하는 종점(end-point)을 나타낸다. 그러 므로, 저 코히어런스 간섭 신호를 사용하여 대상물의 서로 다른 영역에 대한 과도한 연마에 의해 야기된 침하를 회피할 수 있다. 저 코히어란스 간섭 방법 및 시스템은 디바이스의 공간적 특성, 예컨대 (a) 구리 요소에 대한 그리고 (b) 상기 구리에 인접하는 기판 표면(510)에 대한 유전체 표면의 상대적 높이를 복수의 접경이 있는 경우에도 결정할 수 있기 때문에 그러한 점에서 이점이 있다.
땜납 범프 프로세스
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 구조물(550)은 땜납 범프 프로세스 동안 제조되는 예시적 구조물이다. 구조물(550)은 기판(551), 땜납에 의해 비습식성으로 되는 영역(502), 및 땜납에 의해 습식성으로 되는 영역(503)을 포함한다. 영역(502)은 외측 표면(507)을 가진다. 영역(503)은 외측 표면(509)를 가진다. 따라서, 영역(502)과 기판(501) 사이에 접경이 형성된다.
프로세스 동안 대량의 땜납(504)이 습식성 영역(503)과 접촉하여 위치하게 된다. 땜납이 흐르게 되면, 땜납은 습식성 영역(503)과 확실하게 접촉하게 된다. 인접하는 비습식성 영역(502)은 상기 구조물에 관해 상기 흐르는 땜납이 바람직하지 않은 이동을 하지 않도록 하는 댐과 같은 역할을 한다. 구조물(507, 509)의 상대적 높이를 포함하는 구조물의 공간 특성과, 표면(502)에 대한 땜납(504)의 치수를 아는 것이 바람직하다. 본 명세서의 다른 부분에서 판단할 수 있는 바와 같이, 구조물(550)은 간섭 패턴에서 각각 생길 수 있는 복수의 접경을 포함한다. 간섭 패턴들간의 겹침으로 인해 공지의 간섭 기술을 이용해서는 공간 특성을 정확하게 결 정하지 못한다. 본 명세서에 서술된 방법 및 시스템의 애플리케이션에 의해 공간 특성을 결정할 수 있다.
구조물(550)로부터 결정된 공간 특성을 사용하여 층(502, 503)의 증착 횟수 및 영역(503) 당 사용된 땜납의 양 등의 제조 조건을 변화시킬 수 있다. 부가적으로, 땜납을 흐르게 하는데 사용되는 가열 조건 역시 공간 특성에 근거하여 변화시킬 수 있으므로 땜납의 적절한 흐름이나 이동을 달성할 수 있다.
액정 디스플레이
도 13을 참조하면, 수동 매트릭스 LCD(450)이 수개의 층으로 구성되어 있다. 주요 부분은 봉인(454)으로 접속된 2개의 유리판(452, 453)이다. 편광기(456)를 전면 유리판(453)에 적용하여 한 방향으로 인입하는 광을 편광시킨다. 상기 편광된 광은 전면 유리판(453)을 통해 통과한다. 인듐 주석 산화물(ITO) 층(458)은 전극으로서 사용된다. 패시베이션 층(460)을 이따금 하드 코트 층이라 하는데, 왜냐하면 SiOx를 ITO(458) 위에 코팅하여 표면을 전기적으로 절연하기 때문이다. 폴리이미드(462를 패시베이션 층(460) 위에 프린트하여 액정 액(464)을 정렬한다. 액정 액은 전계에 민감하여 전계가 인가되면 방향이 변하게 된다. 액정도 또한 광학적으로 활성이므로 인입하는 광의 편광 방향을 회전시킨다. 셀 갭 △g, 즉 액정 층(464)의 두께는 스페이서(466)에 의해 결정되고, 상기 스페이서는 2개의 유리판(452, 453)이 고정 거리를 유지하게 한다. 전면판(453)으로부터 배면판(452)으로 전위가 없으면, 편광은 액정 층(464)를 통과할 때 90°회전한다. 전위가 한 플레이트로부터 다 른 플레이트로 인가되면 광은 회전하지 않는다. 광이 액정 층(464)을 통해 통과한 경우, 그 광은 배면 유리판(452), 다른 하드 코트 층(470), 배면 ITO 전극(472), 및 배면 유리판(452)를 통과하게 된다. 배면 편광기(474)에 도달하면, 90°회전되었는지의 여부에 따라 광은 통과하거나 흡수하게 된다. 셀(450)은 필터(476) 또는 다른 컬러 소자를 포함하여 컬러 디스플레이를 제공할 수 있다.
셀 갭 △g는 LCD의 광전기 특성, 예를 들어 대조비 및 휘도를 크게 결정한다. 제조 동안의 셀 갭 제어는 일정한 품질의 디스플레이를 얻는데 중요하다. 실제의 셀 갭은 스페이서(466)의 치수와는 다를 수 있는데 왜냐하면 조립 동안 압력이나 진공이 인가되어 액정 매체를 유도함으로써 봉인(454)이 경화되어 치수가 변화되고, 부가된 액정 매체는 유리판(480, 482) 사이에 모세관 힘을 발생하기 때문이다. 액정 매체(464)를 부가하기 전후 모두에, 판(452, 453)의 표면(480, 482)은 광을 반사하여 셀 갭 △g을 나타내는 간섭 패턴이 생기게 된다. 간섭 신호의 저 코히어런스 속성은 그 자체나 전술한 간섭 신호 처리 기술과 관련하여 사용되어 셀의 다른 층들에 의해 형성되는 접경이 있을 때조차도 제조 동안 셀 갭 △g을 포함하는 셀의 특성을 감시한다.
예시적 방법은 층(464)을 부가하기 전 셀 갭 △g을 나타내는 간섭 패턴을 포함하는 저 코히어런스 간섭 신호를 얻는 단계를 포함할 수 있다. 셀 갭(또는 셀의 다른 공간 특성)은 간섭 패턴으로부터 결정되고 특정한 값과 비교될 수 있다. 제조 조건, 예컨대 판(452, 453)에 인가되는 압력이나 진공을 변화시켜, 상기 특정한 값과 상기 결정된 셀 갭 사이의 차이가 허용 공차를 초과하면 셀 갭 △g을 수정할 수 있다. 이 처리는 원하는 셀 갭을 얻을 때까지 반복될 수 있다. 이때 액정 매체는 셀로 유도된다. 부가될 액정 매체의 양은 셀의 측정된 공간 특성으로부터 결정될 수 있다. 이에 의해 셀의 오버필링(overfilling) 또는 언더필링(underfilling)을 회피할 수 있다. 필링 프로세스는 또한 표면(480, 482)으로부터의 간섭 신호를 관찰함으로써 감시될 수 있다. 셀이 일단 채워지면, 부가적인 저 코히어런스 간섭 패턴을 얻어 셀 갭 △g (또는 다른 공간 특성)를 감시할 수 있다. 다시, 제조 조건을 변화시켜 셀 갭을 허용공차 내로 유지하거나 유도할 수 있다.
레이저 스크라이빙 및 커팅 (Laser Scribing and Cutting)
레이저는 서로 다른, 동시에 제조된 구조물, 예컨대 마이크로전자 구조를 분리하는 것에 대비하여 대상물을 스크라이브(scribe)하는데 사용될 수 있다. 분리의 품질은 스크라이빙 조건, 예컨대 레이저 포커스 사이즈, 레이저 파워, 대상물의 이동율(translation rate), 및 스크라이브 깊이(scribe depth)에 관계된다. 구조의 지형의 밀도가 클 수 있기 때문에, 스크라이브 라인(scribe lines)은 구조물의 인접한 박막 또는 층일 수 있다. 박막 또는 층과 관련되는 접경들은 간섭계가 스크라이브 깊이를 결정하는데 사용될 때에 나타나는 간섭 패턴을 생성할 수 있다. 여기에 개시된 방법 및 시스템은 이러한 인접한 필름 또는 층이 존재하는 경우라도 스크라이브 깊이를 결정하는데 사용될 수 있다.
하나의 예시적인 방법은 하나 이상의 전자 구조물을 스크라이빙하는 단계 및 스크라이브 라인을 따라 구조물을 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 분리하기 이 전 및/또는 이후에, 저 코히어런스 간섭 신호는 스크라이브의 깊이를 결정하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 레이저 스팟 사이즈(laser spot size), 레이저 파워(laser power), 이동율(translation rate)과 같은 다른 스크라이빙 조건이 알려져 있다. 스크라이브 깊이는 간섭 신호로부터 결정될 수 있다. 스크라이브 깊이를 포함하는 스크라이빙 조건의 함수로서, 분리 품질은 분리된 구조물을 평가함으로써 결정될 수 있다. 이러한 결정을 기초로, 요구하는 분리 품질을 달성하는데 필요한 스크라이빙 조건이 결정될 수 있다. 계속되는 제조공정 동안, 저 코히어런스 간섭 신호는 스크라이빙 된 영역으로부터 얻어 처리과정을 모니터할 수 있다. 스크라이빙 조건은 허용 오차 내의 스크라이브 특성을 유지하거나 일으키기 위해 변화될 수 있다.
예
측정 대상물의 공간 특성을 결정하는 것에 대해 이하의 비제한적인 예를 들어 상세히 설명한다.
1. 단일-표면 측정 대상물의 공간 특성의 결정
도 1을 참조하면, 간섭 신호(150)는 대상물 표면을 가로지르는 선형의 트레이스를 나타내는 전체 101 간섭 신호들 중 하나이다. 설명의 편의상, 나머지 100 간섭 신호들은 도시하지 않는다. 이산화 실리콘 대상물 표면은 PV=600nm인 대략 구면(spherical)의 프로파일을 갖는다. 방사 파장은 550nm이고 대역폭은 100nm이다. 대역폭은 파수의 가우스이다. 개구는 정상 입사의 시준광인 경우에 0.01이다. 각각의 간섭 신호는 256 계조 단계의 완전 스케일 디지털 분해능(full scale digital resolution)을 갖는다. 평균 신호 강도는 65 계조 레벨 DC 이상의 20 계조 레벨 진폭 AC이다. 신호들은 2 계조 레벨의 표준 편차를 갖는 임의 잡음이다.
101 간섭 신호는 푸리에 변환을 사용하여 역 도메인으로 변환된다. 도 14a를 참조하면, 간섭 신호(200)의 푸리에 변환(205)의 크기는 LPD의 미크론 당 약 3.7 주기에 위치하는 피크를 갖는다. 상기 변환된 간섭 신호를 사용하여 모든 상기 변환된 간섭 신호들로부터의 기여도를 포함하는 변환된 템플릿을 작성한다. 관심의 대상이 되는 영역(202)은 피크를 중심으로 해서 도시되어 있다.
도 14b를 참조하면, 상기 101 변환된 간섭 신호로부터의 기여도를 포함하는 변환된 간섭 신호(204)는 도 10a 및 도 10b를 비교하면 알 수 있는 바와 같이 각각의 변환된 간섭 신호보다 상당히 더 높은 신호 대 잡음비(S/N)를 갖는다.
도 15를 참조하면, 템플릿(210)은 엔벨로프(212)에 따라 붕괴하는 복수의 줄무늬를 포함한다. 템플릿(210)은 도 1 및 도 11과의 비교에서 알 수 있는 바와 같이 각각의 간섭 신호보다 상당히 더 높은 S/N을 갖는다. 템플릿(212)은 상기 대상물 표면 높이로부터의 기여도, 서로 다른 간섭 신호들 사이의 위상 차, 및 DC 바이어스가 상기 템플릿으로부터 제거되었다는 점에서 상기 101 측정 간섭 신호들과는 다르다.
도 2를 다시 참조하면, 윈도우 템플릿(215)은 템플릿(212)과 윈도우 함수(217)의 적을 나타내며, 윈도우 함수의 외측에 있는 템플릿(212)의 값은 제로에 설정되어 있다.
도 16을 참조하면, 발진 신호의 AC 부분의 진폭과 도 1의 간섭 신호(200)의 줄무늬(AC ex m ex )의 붕괴를 나타내는 엔벨로프의 적(product)으로 함수(220)가 주어진다.
도 17을 참조하면, 도 2의 윈도우 템플릿과 도 1의 간섭 신호(150)의 복소수 교차 상관에 의해 메릿 함수(230)가 얻어진다.
도 18을 참조하면, 코히어런스 프로파일 240 h Θ 접근 및 위상 프로파일 242 h Θ 접근을 사용하여 템플릿(215) 및 101 간섭 신호들로부터 결정된 바와 같이 측정 대상물의 표면 높이가 대상물 표면을 가로지르는 측면 위치로서 도시되어 있다.
2. 박막을 갖는 측정 대상물의 공간 특성의 결정
도 19를 참조하면, 기준 간섭 신호(300)는 예 1에서 사용된 동일한 기준 대상물로부터 얻어진 101 간섭 신호 중 하나이다.
도 20a 및 도 20b를 참조하면, 101 기준 간섭 신호는 푸리에 변환에 의해 역 도메인으로 변환된다. 간섭 신호(300)의 푸리에 변환(305)의 크기는 OPD의 미크론 당 약 3.7 주기에 위치하는 피크를 갖는다. 상기 101 변환된 간섭 신호들의 크기로부터의 기여도를 포함하는 변환된 간섭 신호(304)는 도 20a 및 도 20b를 비교하면 알 수 있는 바와 같이 각각의 변환된 간섭 신호보다 상당히 더 높은 신호 대 잡음비(S/N)를 갖는다.
도 15의 템플릿(22)과 유사한 특징을 갖는 템플릿(도시되지 않음)은 상기 101 변환된 간섭 신호로부터 작성된다. 도 21을 참조하면, 비대칭 윈도우 템플릿(315)은 상기 템플릿과 윈도우 함수(317)의 적을 나타내며, 윈도우 함수(317)의 외측에 있는 템플릿의 값들은 제로에 설정된다. 템플릿의 좌측 경계는 줄무늬들의 붕괴를 결정하는 엔벨로프의 피크에 대응한다.
도 22를 참조하면, 측정 간섭 신호(400)는 실리콘 기판(Si 위의 SiO2) 상의 이산화 실리콘막을 포함하는 측정 대상물로부터 얻어진다. 대상물의 기판은 기준 간섭 신호를 획득하는데 사용된 것과 같으며, 즉 기판은 예 1에서 사용된 측정 대상물과 같다. 막 두께의 범위는 (픽셀 (50)에서) 가장자리의 900 nm 내지 중간자리의 1500 nm이다. 101 측정 간섭 신호의 선형 스트립은 예 1에서와 동일한 조건 하에서 획득된다.
도 22에서 보이는 바와 같이, 간섭 신호(400)는 기판-박막 접경 및 박막-공기 접경으로부터 각각 생기는 제1 및 제2 간섭 패턴(402, 404)을 포함한다. 상기 간섭 패턴들은 부분적으로 중첩된다.
도 23을 참조하면, 발진 신호의 AC 부분의 진폭과 도 22의 간섭 신호(400)의 제1 및 제2 간섭 패턴(402, 404)의 줄무늬의 붕괴를 나타내는 엔벨로프의 적(product)으로 함수(420)가 주어진다.
도 24를 참조하면, 메릿 함수(425)는 제1 및 제2 피크(427, 429)를 스캔 위치의 함수로서 포함한다. 상기 메릿 함수(425)는 도 22의 윈도우 템플릿과 도 23의 간섭 신호(150)의 교차 상관에 의해 얻어진다. 교차 상관의 각각의 포인트는 식 30과 관련해서 설명한 바와 같이 정규화된다. 라인(431)은 스캔 위치와 관련해서 제1 피크 위치
Figure 112012016816133-pct00134
의 위치를 나타낸다. 제1 피크 위치
Figure 112012016816133-pct00135
는 박막-공기 접경의 위치를 나타낸다.
도 25를 참조하면, 박막-공기 접경의 높이 프로파일이 도시되어 있다. 프로파일(440) h Θ (코히어런스)는 코히어런스 방식을 사용함으로써 결정되고 높이 프로파일(442) h Θ (위상)는 위상 방식을 사용해서 결정된다.

Claims (98)

  1. 제1 및 제2 접경을 포함하는 측정 대상물로부터, 상기 제1 및 제2 접경에서 각각 생기는 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴을 포함하는 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하는 단계; 및
    상기 중첩 간섭 패턴의 서브세트를 식별하되, 상기 서브세트는 상기 제1 및 제2 간섭 패턴 중 하나의 간섭 패턴으로부터 다른 간섭 패턴보다 더 큰 기여도(contribution)를 가지는, 상기 식별하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는 복수의 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하는 단계를 포함하며, 각각의 저 코히어런스 간섭 신호는 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴을 포함하며, 각각의 제1 간섭 패턴은 상기 제1 접경의 다른 포인트로부터 생기며, 각각의 제2 간섭 패턴은 상기 제2 접경의 다른 포인트로부터 생기며, 상기 복수의 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하는 단계는 상기 대상물을 촬상하는 단계를 포함하며,
    상기 식별하는 단계는 상기 간섭 신호 각각의 서브세트를 식별하는 단계를 포함하며, 각각의 서브세트는 대응하는 간섭 신호의 상기 제1 및 제2 간섭 패턴 중 하나의 간섭 패턴으로부터 다른 간섭 패턴보다 더 큰 기여도를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 저 코히어런스 간섭 신호 각각에 대해, 상기 획득하는 단계는 간섭계를 사용하는 단계를 포함하며, 광으로부터 생기는 상기 복수의 저 코히어런스 간섭 신호 각각은 일정 범위의 광 경로 길이 차이를 가지며, 각각의 상기 일정 범위는 상기 간섭계의 코히어런스 길이의 적어도 50%인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 상기 일정 범위는 적어도 상기 간섭계의 코히어런스 길이와 같은 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 접경은 상기 대상물의 외측 표면이며,
    상기 외측 표면의 복수의 포인트 각각의 상대적 높이를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 접경은 1000 nm 이하로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 접경은 상기 대상물의 외측 표면이며 상기 제2 접경은 상기 외측 접경 아래에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 외측 표면은 기판 위에 겹치는 포토레지스트의 층의 외측 표면이며, 상기 제2 접경은 상기 포토레지스트의 외측 표면과 상기 기판 사이로 한정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중첩 간섭 패턴들의 서브세트에 근거하여 상기 외측 표면의 공간 특성을 결정하는 단계와 상기 공간 특성에 근거하여 상기 대상물과 포토리소그래피 시스템의 상대적 위치를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1 접경은 상기 대상물의 외측 표면이며,
    상기 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하는 단계 이전에 상기 대상물의 외측 표면으로부터 재료를 제거하는 단계;
    상기 중첩 간섭 패턴들의 서브세트에 근거하여 상기 대상물의 외측 표면의 공간 특성을 결정하는 단계; 및
    상기 공간 특성에 근거하여 상기 대상물의 외측 표면으로부터 추가의 재료를 제거하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 접경은 액정 디스플레이 셀의 접경인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 저 코히어런스 간섭 신호를 획득하는 단계 이전에, 상기 대상물에 레이저를 조사하여 스크라이브 라인을 형성하는 단계;
    상기 중첩 간섭 패턴의 서브세트에 근거하여 상기 스크라이브 라인을 포함하는 상기 대상물의 일부의 공간 특성을 결정하는 단계; 및
    상기 공간 특성에 근거하여 동일한 대상물 또는 다른 대상물의 추가의 스크라이빙을 수행하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 저 코히어런스 간섭 신호를 결정하는 단계 이전에, 땜납 범프 프로세스 동안 상기 제1 및 제2 접경을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 접경들의 적어도 일부 포인트들 각각에 대해, 대응하는 저 코히어런스 간섭 신호에 근거하여, 공간 특성을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴 각각은 복수의 줄무늬를 포함하며, 상기 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 제1 또는 제2 중첩 간섭 패턴 중 하나의 중첩 간섭 패턴의 줄무늬의 1/2 미만에 근거하여 상기 적어도 일부 포인트들 각각의 공간 특성을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 중첩 간섭 패턴 각각은 복수의 줄무늬를 포함하며, 상기 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 제1 또는 제2 중첩 간섭 패턴 각각의 줄무늬의 1/2을 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 대응하는 간섭 신호의 상기 중첩 간섭 패턴의 비대칭 서브세트에 근거하여 상기 적어도 일부 포인트들 각각의 공간 특성을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 비대칭 서브세트를 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 접경은 상기 대상물의 외측 표면이며, 상기 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 외측 표면의 복수의 포인트의 공간 특성을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    각각의 비대칭 서브세트는 상기 대상물의 외측 표면으로부터 생기는 접경에 의해 좌우되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 식별하는 단계는 간섭계 응답을 나타내는 템플릿(template)에 근거하여 상기 비대칭 서브세트의 경계를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 템플릿은 대상물 높이 독립 간섭계 응답(object-height independent interferometer response)을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 경계를 결정하는 단계는 상기 템플릿과 상기 저 코히어런스 간섭 신호를 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제14항에 있어서,
    상기 서브세트를 식별하는 단계는 간섭계 응답을 나타내는 템플릿과 상기 저 코히어런스 간섭 신호를 교차상관시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 교차상관시키는 단계는 상기 저 코히어런스 간섭 신호의 형태에 기초하여 정규화(normalizing)시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제14항에 있어서,
    상기 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 대응하는 저 코히어런스 간섭 신호 및 간섭계 응답을 나타내는 템플릿에 근거하여 공간 특성을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 공간 특성을 결정하는 단계는 상기 대응하는 저 코히어런스 간섭 신호와 상기 템플릿을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 비교하는 단계는 상기 대응하는 저 코히어런스 간섭 신호와 상기 템플릿 사이의 최상의 일치 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 비교하는 단계는 상기 템플릿과 상기 중첩 간섭 패턴을 교차상관시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 교차상관시키는 단계는 상기 대응하는 저 코히어런스 간섭 신호의 형태에 기초하여 정규화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제26항에 있어서,
    상기 템플릿은 비대칭인 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 템플릿은 절단된 간섭 패턴의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제26항에 있어서,
    기준 대상물의 복수의 포인트로부터 기준 저 코히어런스 간섭 신호를 획득함으로써 상기 템플릿을 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 템플릿은 상기 기준 저 코히어런스 간섭 신호 각각으로부터 도출된 기여도를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    각각의 저 코히어런스 간섭 신호는 상기 대응하는 대상물 포인트의 높이를 나타내는 대상물 높이 의존 속성을 포함하며,
    상기 템플릿을 작성하는 단계는 상기 기준 저 코히어런스 간섭 신호로부터 대상 높이 의존 속성을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 기준 저 코히어런스 간섭 신호는 비중첩 간섭 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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