KR101225345B1 - 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 방위 주사 - Google Patents

반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 방위 주사 Download PDF

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팀버 테크놀로지스, 인코포레이티드
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Abstract

반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물은 입사빔을 입사각 및 방위각으로 구조물에 지향시킴으로써 검사된다. 입사빔은 방위 주사를 얻기 위해 방위각의 범위에 걸쳐서 주사된다. 회절된 빔의 교차 편광 성분들은 방위 주사 중에 측정된다.

Description

반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 방위 주사{AZIMUTHAL SCANNING OF A STRUCTURE FORMED ON A SEMICONDUCTOR WAFER}
본원은 광 계측(optical metrology)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 방위 주사에 관한 것이다.
광 계측은 입사빔을 구조물에 지향하는 것, 지향의 결과로 회절된 빔을 측정하는 것, 및 구조물의 형상(feature)을 결정하기 위해 회절된 빔을 분석하는 것을 포함한다. 반도체 제조에 있어서, 광 계측은 일반적으로 품질 보증을 위해 사용된다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼상의 반도체 칩 부근에 격자 어레이(grating array)를 제조한 후에, 광 계측 시스템이 사용되어 격자 어레이의 프로파일(profile)을 결정한다. 격자 어레이의 프로파일을 결정함으로써, 격자 어레이 및 연장에 의해 격자 어레이 근처의 반도체 칩을 형성하기 위해 사용된 제조 공정의 품질이 평가될 수 있다.
그러나, 구조물에 대해 광 계측을 행할 때, 구조물과 입사빔이 방위각에 있어 적절하게 정렬되지 않으면 측정 오차가 발생할 수도 있다. 특히, 회절된 빔의 교차 편광(cross polarization) 성분은 신호 측정을 복잡하게 하고, 측정된 신호와 광 계측에 사용된 분석 모델간의 미스피팅(mis-fitting)을 일으킬 수 있다.
또한, 3차원(3-D) 구조물, 예를 들어 콘택 홀 어레이(contact hole arrays)와 같은 두 방향의 차원을 갖는 격자 어레이의 광 계측은 반도체 산업에서 사용이 증가하고 있다. 선/공간과 같은 2차원(2-D) 구조물에 비하여 부가적인 치수로 인해, 3-D 구조의 광 계측을 수행하는 것은 보다 복잡하다. 예를 들어, 2-D 구조물의 광 계측에서는, 한쪽 방향에서의 임계 치수(critical dimension; CD)가 주로 관심사가 된다. 대조적으로, 3-D 구조의 광 계측에서는, CD와 더불어, (조감도로부터의) 형상, CD 비율, 및 구조물의 방위가 관심사가 된다.
일 실시예에서, 반도체 웨이퍼상에 형성된 3차원(3-D) 구조물은 입사 빔을 입사각 및 방위각으로 상기 3차원 구조물에 지향시킴으로써 검사된다. 입사 빔은 방위 주사를 얻기 위해 방위각의 범위에 걸쳐서 주사된다. 회절된 빔의 교차 편광 성분들은 방위 주사 중에 측정된다.
본 발명은 첨부의 도면과 함께 이루어진 다음의 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있으며, 여기서 동일한 부분은 동일한 번호로 지칭될 수 있다.
도1은 예시적인 광 계측 시스템을 나타낸다.
도2는 예시적인 격자 어레이를 나타낸다.
도3은 도2에 나타낸 예시적인 격자 어레이로부터의 신호 측정의 예시적인 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도4은 도2에 나타낸 예시적인 격자 어레이로부터의 신호 측정의 또 다른 예시적인 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도5a 내지 도5d는 예시적인 격자 어레이를 나타낸다.
도6은 또 다른 예시적인 격자 어레이의 일부를 나타낸다.
도7은 도6에 나타낸 예시적인 격자 어레이로부터의 신호 측정의 또 다른 예시적인 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도8은 도6에 나타낸 예시적인 격자 어레이로부터의 스펙트럼 주사의 예시적인 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도9는 또 다른 예시적인 격자 어레이의 일부를 나타낸다.
도10은 도9에 나타낸 예시적인 격자 어레이로부터의 신호 측정의 또 다른 예시적인 시뮬레이션의 결과를 나타낸다.
도11은 도9에 나타낸 예시적인 격자 어레이의 스펙트럼 주사를 나타낸다.
도12는 차분 신호의 스펙트럼 주사를 나타낸다.
도13은 평균 신호의 스펙트럼 주사를 나타낸다.
다음의 기재는 여러 특정 구조, 변수 등을 제시한다. 그러나, 그러한 기재는 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니라, 예시적인 실시예의 기재로써 제공되는 것임을 이해하여야 한다.
1. 광 계측
도1을 참조하면, 광 계측 시스템(100)이 반도체 웨이퍼상에 형성된 3-D 구조물을 검사하고 분석하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 광 계측 시스템(100)은 웨이퍼(104)에 형성된 격자 어레이(102)의 형상(feature)을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 전술한 것처럼, 격자 어레이(102)는 웨이퍼(104)상의, 가령 웨이퍼(104)상에 형성된 소자 부근의 테스트 영역에 형성될 수 있다. 대안으로, 격자 어레이(102)는 소자의 동작과 간섭하지 않는 소자의 영역에 또는 웨이퍼(104)상의 스크라이브 선(scribe lines)을 따라서 형성될 수 있다. 격자 어레이(102)가 콘택 홀 어레이로써 도1에 도시되었지만, 격자 어레이(102)는 다양한 2-D 및 3-D 구조물을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다.
도1에 도시된 것처럼, 광 계측 시스템(100)은 소스(106)와 검출기(112)를 구비하는 광 계측 장치를 포함할 수 있다. 격자 어레이(102)는 소스(106)로부터의 입사 빔(108)에 의해 조명된다. 본 실시예에서는, 입사 빔(108)이 격자 어레이(102)의 법선(
Figure 112006030275894-pct00001
)에 대한 입사각(θi) 및 방위각(
Figure 112006030275894-pct00002
)[즉, 입사 빔(108)의 평면(입사 평면(122))과 격자 어레이(102)의 주기성의 방향(격자 평면(120)) 사이의 각]에서 격자 어레이(102)에 지향된다. 회절된 빔(110)은 법선(
Figure 112006030275894-pct00003
)에 대해 θd의 각도로 떠나고, 검출기(112)에 의해 수신된다. 검출기(112)는 회절된 빔(110)을 측정된 회절 신호(measured diffraction signal)로써 측정하며, 여기서 상기 신호는 굴절률, 영차(zero order)의 교차 편광 효율/진폭, tan(Ψ), cos(Δ), 푸리에 계수 등을 포함할 수 있다.
광학 계측 시스템(100)은 또한 계측된 회절 신호를 수신하고 분석하도록 구성된 처리 모듈(114)을 포함한다. 후술하는 것처럼, 그 후 격자 어레이(102)의 형상은 다양한 선형 또는 비선형의 프로파일 추출 기법, 가령 라이브러리에 기반한 프로세스, 회기(regression)에 기반한 프로세스 등을 이용하여 결정될 수 있다. 라이브러리에 기반한 프로세스의 더욱 구체적인 설명은, 2001년 7월 16일에 출원되고 발명의 명칭이 "주기 격자 회절 신호의 라이브러리의 발생{Generation of a library of periodic grating diffraction signals}"인 미국특허출원 No.09/907,488을 참고하면 되고, 상기 문헌은 그 전체가 참고문헌으로 본원에 포함된다. 회기에 기반한 프로세스의 더욱 구체적인 설명은, 2001년 8월 6일에 출원되고 발명의 명칭이 "회기에 기반한 라이브러리 발생 프로세스를 통한 동적 학습 방법 및 시스템{Method and system of dynamic learning through a regression-based library generation process}"인 미국특허출원 No.09/923,578을 참고하면 되고, 상기 문헌은 그 전체가 참고문헌으로 본원에 포함된다. 기계 학습 시스템의 더욱 구체적인 설명은 2003년 6월 27일에 출원되고 발명의 명칭이 "기계 학습 시스템을 이용한 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 광 계측{Optical metrology of structures formed on semiconductor wafer using machine learning systems}"인 미국특허출원 No.10/608,300을 참고하면 되고, 상기 문헌은 그 전체가 참고문헌으로 본원에 포함된다.
2. 방위 주사
도1을 참조하면, 전술한 것처럼, 입사빔(108)이 입사각(θi) 및 방위각(
Figure 112009056122919-pct00004
)에서 격자 어레이(102)에 지향된다. 도2를 참조하면, 일 실시예에서, 방위각(202)의 범위에 걸쳐서 입사 빔(108)을 주사함으로써 방위 주사가 행해진다. 상기 범위의 방위각(202)에 대해 입사빔(108)이 주사됨에 따라, 회절된 빔(110)의 측정(즉, 신호 측정), 특히 회절된 빔(110)의 교차 편광 항(term)이 검출기(112)를 사용하여 얻어진다. 전술한 것처럼, 신호 측정은 반사율, 영차(zero order)의 교차 편광 효율/진폭, tan(Ψ), cos(Δ), 푸리에 계수 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 일반적인 타원계에 대해서, 검출기(112)(도1)는 타원계 변수(Ψ,Δ)를 측정한다. 따라서, 유효 타원계 변수(
Figure 112006030275894-pct00005
)는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112006030275894-pct00006
여기서, Ep는 입사 평면에 평행한 전기장이며, Es는 입사 평면에 수직인 전기장이며, P는 편광각이고, Rpp, Rsp, Rps, 및 Rss는 편광 항(term)이다. 방위 주사가 행해짐에 따라, 4개의 모든 편광 항 Rpp, Rsp, Rps, 및 Rss는 변한다. 교차 편광 항 Rsp, Rps는 내부 편광(in-polarization) 항 Rpp, Rss에 비해 크기가 일반적으로 작다. P가 20˚- 50˚의 범위에 있는 경우, 교차 편광 항의 기여가 내부 편광 항의 기여와 쉽게 구별되지 않으므로, 교차 편광 항은 측정하기 힘들다는 것에 주의한다. 그러나, P가 0˚ 또는 90˚인 경우에는, 내부 편광 항 Rpp 또는 Rss 중 하나는, 교차 편광 항만을 회절된 빔의 S 또는 P 성분 중 어느 하나로 남기고 사라진다. 따라서, 본 실시 예에서는, 방위 주사가 0˚ 또는 90˚의 편광각을 이용하여 행해진다.
3. 영 방위 위치 결정
광 계측은 일반적으로 측정된 회절 신호를 구조물의 가상 프로파일과 연관된 시뮬레이션된 회절 신호와 비교하는 것을 포함한다. 측정된 회절 신호가 시뮬레이션된 회절 신호와 매칭된다거나, 측정된 회절 신호와 시뮬레이션된 회절 신호의 차이가 사전설정 또는 매칭 기준 내에 있을 때, 매칭 시뮬레이션된 회절 신호와 연관된 가상 프로파일은 구조물의 실제 프로파일을 나타내는 것으로 추정된다.
광 계측에서 사용되는 시뮬레이션된 회절 신호는, 정밀 결합파 분석(RCWA), 인티그럴 법(integral method), 프레즈넬 법(Fresnel method), 한정 분석(finite analysis), 모델 분석 등의 모델링 기법을 사용하여 일반적으로 생성된다. RCWA의 상세한 설명을 위해서는, 2001년 1월 25일에 출원되고 발명의 명칭이 "신속 정밀한 결합파 분석을 위한 층 내부의 계산들의 캐싱{Caching of intra-layer calculations for rapid rigorous coupled-wave analyses}인 특허출원 No. 09/770,997을 참고하면 되고, 상기 문헌은 그 전체가 참고문헌으로 본원에 포함된다. 시뮬레이션된 회절 신호는 또한 기계 학습 시스템을 사용하여 생성될 수 있다. 기계 학습 시스템의 더욱 구체적인 설명은, 2003년 6월 27일에 출원되고 발명의 명칭이 "기계 학습 시스템을 이용한 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 광 계측{Optical metrology of structures formed on semiconductor wafer using machine learning systems}"인 미국특허출원 No.10/608,300을 참고하면 되고, 상기 문헌은 그 전체가 참고문헌으로 본원에 포함된다.
시뮬레이션된 회절 신호를 생성함에 있어, 방위각이 가정된다. 시뮬레이션된 회절 신호를 생성함에 있어 가정된 방위각(즉, 가정된 방위각)과 측정된 회절 신호를 얻는데 사용된 방위각(즉, 실제 방위각) 사이의 차이는 잘못된 결과를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 가정된 방위각 및 실제 방위각에서의 차이에 기인하여, 매칭 시뮬레이션된 회절 신호와 연관된 가상의 프로파일은 실제 프로파일을 대표하지 않을 수 있다.
따라서, 예시적인 일 적용에 있어서, 방위 주사 동안 얻어진 신호 측정은, 측정된 회절 신호를 얻는 데 사용된 방위각과 시뮬레이션된 회절 신호를 생성하는 데 사용된 방위각 사이의 방위 오정렬을 검출하기 위하여, 교차 편광 항이 영인 영 방위 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이하에 보다 상세히 설명되겠지만, 신호 측정, 보다 구체적으로는 신호 측정의 교차 편광 항은, 어떤 방위각들에서는 영이다.
예를 들어, 타원계 및 0˚ 또는 90˚의 편광각 P를 이용할 때, 타원계 신호는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112006030275894-pct00007
진폭 항들만이 고려된다면, 각 Ψ는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112006030275894-pct00008
신호 측정, 보다 구체적으로는 신호 측정의 교차 편광 항은,
Figure 112006030275894-pct00009
가 0˚, 45˚, 90˚, 135˚, 180˚, 225˚, 270˚, 315˚일 때 0이다.
도3을 참조하면, 콘택 홀 어레이의 방위 주사의 시뮬레이션 결과가 도시된다. 도3에 도시된 시뮬레이션은, 400nm의 피치 x, y를 갖는 실리콘 구조물에 감광제를 갖는 콘택 홀 어레이, 200nm의 두께를 갖는 감광제, 200nm의 직경을 갖는 홀, 60˚의 입사각, 500nm의 파장(λ)을 갖는 광을 가정했다.
도3은 두 신호 측정을, 이 예에서 0˚에서 180˚까지의
Figure 112009056122919-pct00010
의 범위에 대한 각 Ψ로 도시한다. 도3에 도시된 것처럼, 신호 측정은 0˚ 및 90˚의 편광각 P에 대한 것이다(-Ψ는 두 신호 측정을 비교할 수 있도록 90˚의 P에 대해 플롯 되었음에 주의한다). 도3에 도시된 것처럼 신호 측정은 0˚, 45˚, 90˚, 135˚에서 영이다. 또한, 신호 측정은 이러한 영 포인트에 대해 대칭이다. 또한 도3에 도시된 것처럼 90˚의 P에 해당하는 신호 측정은 0˚의 P에 해당하는 신호 측정보다 강하며, 따라서 더 나은 신호대 잡음비(SNR)를 제공할 것이다.
따라서, 본 예시적인 적용에서, 격자 어레이의 광 계측에 사용된 시뮬레이션된 회절 신호는, 가령 0˚, 45˚, 90˚, 135˚, 180˚, 225˚, 270˚, 315˚의
Figure 112009056122919-pct00011
와 같이 신호 측정, 보다 구체적으로는 신호 측정의 교차 편광 항이 0일 때에 해당하는 방위각을 사용하여 생성된다. 시뮬레이션된 회절 신호와 비교하기 위하여 격자 어레이로부터 측정된 회절 신호를 얻기 전에, 격자 어레이의 방위 주사가 수행된다. 방위 주사로부터 얻어진 신호 측정은 그 후 방위각의 오정렬을 검출하기 위해 사용되어, 측정된 회절 신호를 얻는데 사용될 수 있다. 방위각의 오정렬을 검출하는 것에 부가하여, 오정렬의 양이 신호 검출로부터 결정될 수 있다. 오정렬은 그 후 수정될 수 있다. 예를 들어, 가정된 방위각과 실제 방위각 사이에 편차(offset)가 있다면(예를 들어, 곡선이 옆 방향으로 이동되거나, 영이 가령 90˚에서 91.2˚와 같이 이동된다면), 광 계측 하드웨어의 방위 조정 오차(예를 들어 1.2˚)는 검출되어 수정될 수 있다.
도3이 비록 180˚의 범위에 대해 방위 주사를 수행하는 것을 도시하지만, 방위 주사는 가정된 방위각(즉, 시뮬레이션된 회절 신호를 생성하기 위해 사용된 방위각) 주변의 임의의 범위에 대해 수행될 수 있음을 인식하여야 한다. 예를 들어, 도4는 0˚의 가정된 방위각 주변의 -5˚에서 +5˚의 범위에 대해 방위 주사를 수행하는 것을 도시한다. 도4에 도시된 것처럼, 실제 및 가정된 방위각 사이의 각 편차는 약 0.75˚이다.
도2를 다시 참조하면, 격자 어레이(102)의 구조 형상(도2에서는 홀)이 입사 평면(122)에 대하여 대칭인 미러 영상일 때, 교차 편광 항은 영이다. 또한, 미러 대칭 구조물의 모든 동일한 피치에 대하여, 교차 편광 항은 45˚, 135˚, 225˚, 및 315˚의
Figure 112009056122919-pct00012
에 대하여 영이다.
예를 들어, 도5a를 참조하면, 홀들(holes; 502)의 격자 어레이가 도시된다. 0˚의
Figure 112006030275894-pct00013
에서, 격자 어레이의 셀(504)은 100nm의 피치를 갖는다. 홀들(502)은 0˚의
Figure 112006030275894-pct00014
에서, 입사 평면에 대해 대칭인 미러 영상이므로, 교차 편광 항은 영이다. 도5a에 도시된 것처럼, 45˚의
Figure 112006030275894-pct00015
에서, 셀(506)은 141.421nm의 피치를 갖는다. 홀들(502)은 45˚의
Figure 112006030275894-pct00016
에서, 입사 평면에 대해 대칭인 미러 영상이므로, 교차 편광 항은 여전히 영이다. 그러나, 셀(506)의 크기와 셀(506) 안의 구조는 셀(504)과 상이하므로, 내부 편광 항은
Figure 112006030275894-pct00017
=45˚에서
Figure 112006030275894-pct00018
=0˚와 다르다.
보다 일반적으로, 격자 어레이의 구조의 모양이 대칭인 미러 형상일 때, 교차 편광 항은
Figure 112009056122919-pct00019
=tan-1(n/m)에서 영이며, 여기서 n, m = 0, ±1, ±2, ±3, 등이다. 셀(506)의 피치는 셀(504)의 피치에 기초하여 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 셀(506)의 피치는 셀(504)의 피치×sqrt(n-2 + m-2)이다. 예를 들어, 도5b에 도시된 것처럼, n=1이고 m=2일 때,
Figure 112009056122919-pct00020
=tan-1(0.5)=26.565이다. 또한, 셀(504)의 피치는 100nm이고, 그러므로 셀(506)의 피치는 10×sqrt(5)=223.6nm이다.
다양한 형상이 전술한 미러 영상 대칭을 생성할 수 있음을 인식하여야 한다. 예를 들어, 도5c는
Figure 112006030275894-pct00021
=0˚ 및
Figure 112006030275894-pct00022
=45˚ 양쪽에서 대칭인 미러 영상인 사각형 구조를 도시한다. 따라서, 도5c에 도시된 격자 어레이에 대해서, 교차 편광 항은
Figure 112006030275894-pct00023
=0˚ 및
Figure 112006030275894-pct00024
=45˚ 양쪽에서 영이다. 도5d는
Figure 112006030275894-pct00025
=0˚ 및
Figure 112006030275894-pct00026
=45˚ 양쪽에서 대칭인 미러 영상이 아닌 형상을 도시한다.
4. CD 비율 결정
전술한 것처럼, 반도체 제조에 있어서, 광 계측은 일반적으로 품질 보증을 위해 사용된다. 예를 들어, 반도체 제조에서, 리소그래피 공정은 일반적으로 웨이퍼상에 구조물을 형성하기 위해 마스크로부터 반도체 웨이퍼 위로 패턴을 전달하도록 사용된다. 그러나, 리소그래피 공정에서 수차는 웨이퍼, 따라서, 웨이퍼에 형성된 구조물에 전달된 패턴에 부정확성을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 비점수차와 같은 렌즈 수차로 인해, 마스크상의 원형 콘택 홀은 웨이퍼에 타원형 홀을 발생시킬 수 있다.
따라서, 일 예시적인 적용에서, 방위 주사중에 얻어진 신호 측정은 타원형 콘택 홀을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 보다 구체적으로는, 도6을 참조하면, 신호 측정이 CD 비율을 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1 축(도6의 x축에 대응)에서의 제1 CD(602)와 제2 축(도6의 y축에 대응)에서의 제2 CD(604)의 CD 비율을 들 수 있다. 원의 CD 비율은 1이지만, 타원의 CD 비율은 1이 아님을 주의하여야 한다.
도7을 참조하면, 타원 콘택 홀 어레이의 방위 주사의 시뮬레이션 결과가 도시된다. 도7에 도시된 시뮬레이션은, 400nm의 피치 x, y를 갖는 실리콘 구조물에 감광제를 갖는 콘택 홀 어레이, 200nm의 두께를 갖는 감광제, 200nm의 의도된 직경을 갖는 홀, 65˚의 입사각, 500nm의 파장(λ)을 갖는 광, 및 90˚의 편광각 P를 가정했다.
도7은 두 신호 측정을, 이 예에서 0˚에서 180˚까지의
Figure 112006030275894-pct00027
의 범위에 대한 각 Ψ로 도시한다. 도7에 도시된 것처럼, 신호 측정은 0.66 및 0.81의 CD 비율에 대 한 것이다. 도7에 도시된 것처럼, 신호 측정은, 보다 구체적으로는 신호 측정의 교차 편광 항은 0˚, 90˚, 135˚에서 영이지만, 45˚ 및 135˚에서는 더 이상 영이 아니다.
따라서, 본 실시예에서는, 45˚, 135˚, 225˚, 또는 315˚의
Figure 112009056122919-pct00028
에서의 신호 측정은 제1 CD(602) 및 제2 CD(604)(도6) 사이의 비대칭, 따라서 타원, 슈퍼 타원, 직사각형 등인 형상을 갖는 콘택 홀과 같은 비대칭 콘택 홀을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 신호 측정이 45˚, 135˚, 225˚, 또는 315˚의
Figure 112009056122919-pct00029
에서 영일 때, 제1 CD(602) 및 제2 CD(604)는 대칭이며, CD 비율은 1이고, 홀은 원형 또는 대칭 형상을 갖는다. 그러나, 45˚, 135˚, 225˚, 또는 315˚의
Figure 112009056122919-pct00030
에서 영이 아닐 때, 제1 CD(602) 및 제2 CD(604)는 비대칭이며, CD 비율은 1이 아니고, 홀은 비대칭 형상을 갖는다. 부가적으로, 제1 CD(602)와 제2 CD(604) 사이의 비대칭의 양과, 뭇홀의 형상의 비대칭의 양은 45˚, 135˚, 225˚, 또는 315˚의
Figure 112009056122919-pct00031
에서 영으로부터의 신호편차의 양에 의해 결정될 수 있고, 여기서 비대칭의 양은 신호의 양이 영에서 벗어남에 따라 증가한다.
방위 주사에 부가적으로, 특정 방위각에서의 스펙트럼 주사는 특징 부여(characterization)를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도8을 참조하면, 27˚의
Figure 112006030275894-pct00032
에서의 스펙트럼 주사가 도시된다. 이 예에서, 27˚의
Figure 112006030275894-pct00033
가 선택됐는데, 이는 도7에서 27˚의
Figure 112006030275894-pct00034
에서의 강한 신호 때문이다.
전술한 것처럼, 타원형 콘택 홀이 렌즈수차에 기인하여 형성될 수 있다. 따라서, 일 예시적인 적용에서, 리소그래피에 사용되는 렌즈는, 마스크상의 원형 콘택 홀을 이용하고, 콘택 홀을 마스크를 사용하여 웨이퍼에 전달하고, 그 후 웨이퍼상에 형성된 콘택 홀이 원형 또는 타원형인지 여부를 결정함으로써 테스트/적격화될 수 있다.
5. 패턴 형상의 회전
도9를 참조하면, 리소그래피 공정에서의 수차가 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 회전을 발생시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 도9에 도시된 것처럼, 원형 콘택 홀을 형성할 때, 콘택 홀이 타원형 홀로써 형성되는 것에 부가하여, 홀의 실제 축(902)이 의도된 축(904)과 비교하여 회전 각 α만큼 회전될 수 있다.
따라서, 일 예시적인 적용에서, 방위 주사 동안 얻어진 신호 측정이 구조물의 회전을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 구조물이 회전될 때(예를 들어, 도9에서 실제 축(902)이 의도된 축(904)으로부터 회전될 때), 신호 측정은, 보다 구체적으로는 신호 측정의 교차 편광 항은, 더 이상 90˚, 180˚, 또는 270˚의
Figure 112009056122919-pct00035
에서 영이 아니다. 신호 측정이 더 이상 영이 아닌 한편, 0˚, 90˚, 180˚, 또는 270˚의
Figure 112009056122919-pct00036
에서 여전히 최소값(약간 각이 이동됨)이다. 또한, 신호 측정의 비대칭은 증가하는 회전 각과 함께 증가한다. 따라서, 회전의 존재, 양, 및 방향은 신호 측정의 비대칭에 기초하여 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 0˚, 90˚, 180˚, 또는 270˚의
Figure 112006030275894-pct00037
에 대해서 비대칭인 두 방위각에서의 스펙트럼이 얻어진다. 차분 신호(SΔ)는 두 방위각에서의 두 스펙트 럼 사이의 차(즉, SΔ=S1-S2)로써 결정된다. 차분 신호는 회전 없음(즉, α=0)에 대해서 영이지만, 회전의 양이 증가함에 따라 증가하며, α=45˚에서 최대이다. 차분 신호(SΔ)의 부호는 회전의 방향을 나타낸다.
또한, 본 실시예에서, 회전을 결정하기 위해 얻어진 두 방위각에서의 스펙트럼은 또한 CD 비율을 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 평균 신호(Savg)는 두 방위각에서의 두 스펙트럼 사이의 평균(즉, Savg=(S1+S2)/2)으로써 결정된다. 회전된 타원 홀에 대한 평균 신호는 회전되지 않은 타원 홀에 대한 평균 신호와 대략 동일하다. 따라서, 별도의 방위 주사가 CD 비율을 결정하기 위해 불필요하다.
도10을 참조하면, 회전된 타원 콘택 홀 어레이의 방위 주사의 시뮬레이션 결과가 도시된다. 도10에 도시된 시뮬레이션은, 400nm의 피치 x, y를 갖는 실리콘 구조물 위에 감광제를 갖는 콘택 홀 어레이, 200nm의 두께를 갖는 감광제, 200nm의 의도된 직경을 갖는 홀, 65˚의 입사각, 500nm의 파장(λ)을 갖는 광, 및 90˚의 편광각 P를 가정했다.
도10은 세 개의 신호 측정을 이 예에서 -15˚에서 +15˚까지의
Figure 112006030275894-pct00038
의 범위에 대한 각 Ψ로 도시한다. 도10에서, 신호 측정(1002, 1004, 1006)은 각각 0˚, 10˚, 45˚에 대응한다. 신호 측정(1002)는 0˚에서 영이지만, 신호 측정(1004, 1006)은 0˚에서 영이 아님을 주의해야 한다.
도11을 참조하면, 스펙트럼 주사가 0˚ 및 10˚의 회전 각에서 -8˚ 및 +8˚의
Figure 112009056122919-pct00039
에서 도시된다. 도12를 참조하면, 스펙트럼 주사는 -10˚, +10˚, 및 45˚의 회전 각에서 -8˚ 및 +8˚의
Figure 112009056122919-pct00040
에서 차분 신호에 대해 도시된다. 또한 +10˚의 회전각에 대한 스펙트럼은 45˚의 회전각에 대한 스펙트럼과 쉽게 구별할 수 있음에 주의하여야 한다. 따라서, 차분 신호는 회전의 양과 회전의 방향을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
도13을 참조하면, 0˚ 및 10˚의 회전 각에서 -8˚ 및 +8˚의
Figure 112006030275894-pct00041
에서 평균 신호의 스펙트럼 주사가 도시된다. 0˚의 회전각에 대한 스펙트럼은 +10˚의 회전각에 대한 스펙트럼과 거의 동일하며, 이는 회전된 타원 홀에 대한 평균 신호는 회전되지 않은 타원형 홀에 대한 평균 신호와 동일함을 확인하는 것임에 주의하여야 한다. 따라서, 평균 신호는 CD 비율을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예의 전술한 기재가 설명 및 기재의 목적으로 제시되어 왔다. 이들은 발명의 범위를 전부 열거하거나 개시된 정확한 형태로 제한하려는 의도가 아니며, 많은 수정 및 변형이 상술한 교시를 참조하여 가능함이 이해되어야 한다.

Claims (25)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물을 검사하는 방법으로서,
    상기 구조물에 입사각 및 방위각으로 입사 빔을 지향시키는 단계;
    방위 주사(azimuthal scan)를 얻기 위하여 방위각의 범위에 걸쳐서 입사 빔을 주사하는 단계;
    방위 주사 동안에 회절된 빔의 교차 편광(cross polarization) 성분을 측정하는 단계;
    상기 방위 주사에 기초하여 교차 편광 성분이 영(zero)인 영 방위 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 검사 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 방위각의 범위는 영 방위 위치 부근인 것인 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 검사 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 구조물의 광 계측에 사용되는 방위각을 이용하여 측정된 회절 신호를 얻는 단계로서, 상기 측정된 회절 신호가 얻어지기 전에 방위 주사가 행해지는, 측정된 회절 신호를 얻는 단계; 및
    상기 결정된 영 방위 위치에 기초하여, 시뮬레이션된 회절 신호에 대한 상기 측정된 회절 신호의 방위 오정렬을 검출하는 단계를 더 포함하는, 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 검사 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 시뮬레이션된 회절 신호는 가정된 영 방위 위치를 이용하여 생성되고, 상기 결정된 영 방위 위치가 상기 가정된 영 방위 위치와 다를 때, 측정된 회절 신호의 방위 오정렬이 검출되는 것인 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 검사 방법.
  7. 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물을 검사하는 방법으로서,
    상기 구조물에 입사각 및 방위각으로 입사 빔을 지향시키는 단계;
    방위 주사(azimuthal scan)를 얻기 위하여 방위각의 범위에 걸쳐서 입사 빔을 주사하는 단계;
    방위 주사 동안에 회절된 빔의 교차 편광(cross polarization) 성분을 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 구조물은 콘택 홀 어레이(contact hole array)이며,
    상기 방위 주사에 기초하여 콘택 홀 어레이에 있는 콘택 홀이 비대칭인지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는, 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 검사 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 교차 편광 성분이 45˚, 135˚, 225˚, 및 315˚ 중 하나 이상의 방위각에서 영이 아닌 경우에 콘택 홀은 비대칭인 것으로 결정되는 것인 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 검사 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 콘택 홀 어레이에 있는 콘택 홀이 비대칭인지 여부를 결정하는 것에 기초하여 리소그래피에 사용되는 렌즈를 테스트하는 단계를 더 포함하는, 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 검사 방법.
  10. 삭제
  11. 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물을 검사하는 방법으로서,
    상기 구조물에 입사각 및 방위각으로 입사 빔을 지향시키는 단계;
    방위 주사(azimuthal scan)를 얻기 위하여 방위각의 범위에 걸쳐서 입사 빔을 주사하는 단계;
    방위 주사 동안에 회절된 빔의 교차 편광(cross polarization) 성분을 측정하는 단계;
    상기 방위 주사에 기초하여 구조물의 회전을 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 교차 편광 성분의 프로파일에 있어, 그 최소값이 영이 아니고, 상기 프로파일이 상기 최소값에 대응하는 방위각 값의 수직축에 대하여 대칭을 이루지 않을 때, 구조물의 회전이 결정되는 것인 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 검사 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 최소값에 대응하는 방위각 값에 대해 대칭인 두 방위각에서 스펙트럼을 얻는 단계; 및
    상기 두 방위각에서 얻어진 스펙트럼에 기초하여 차분 신호를 결정하는 단계로서, 상기 차분 신호가 영이 아닌 경우에 구조물의 회전이 결정되고, 회전의 방향이 상기 차분 신호의 부호에 기초하여 결정되는 차분 신호 결정 단계를 더 포함하는, 반도체 웨이퍼상에 형성된 구조물의 검사 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 반도체 웨이퍼상에 형성된 삼차원 구조물을 검사하는 시스템으로서,
    상기 구조물에 입사각 및 방위각으로 입사 빔을 지향시키는 소스로서, 상기 입사 빔은 방위 주사를 얻기 위하여 방위각의 범위에 걸쳐서 주사되는 소스; 및
    방위 주사 동안 회절된 빔의 교차 편광 성분을 측정하는 검출기
    를 포함하고,
    영 방위 위치는 상기 방위 주사에 기초하여 결정되며, 상기 교차 편광 성분은 영 방위 위치에서 영인, 반도체 웨이퍼상에 형성된 삼차원 구조물의 검사 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 방위각의 범위는 영 방위 위치 부근인 것인 반도체 웨이퍼상에 형성된 삼차원 구조물의 검사 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 측정된 회절 신호는 상기 구조물의 광 계측에 사용되는 방위각을 이용하여 얻어지며, 상기 측정된 회절 신호가 얻어지기 전에 상기 방위 주사가 행해지고, 상기 결정된 영 방위 위치에 기초하여 시뮬레이션된 회절 신호에 대한 측정된 회절 신호의 방위 오정렬이 검출되는 것인 반도체 웨이퍼상에 형성된 삼차원 구조물의 검사 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 시뮬레이션된 회절 신호는 가정된 영 방위 위치를 이용하여 생성되며, 상기 결정된 영 방위 위치가 상기 가정된 영 방위 위치와 다를 경우에, 측정된 회절 신호의 방위 오정렬이 검출되는 것인 반도체 웨이퍼상에 형성된 삼차원 구조물의 검사 시스템.
  19. 반도체 웨이퍼상에 형성된 삼차원 구조물을 검사하는 시스템으로서,
    상기 구조물에 입사각 및 방위각으로 입사 빔을 지향시키는 소스로서, 상기 입사 빔은 방위 주사를 얻기 위하여 방위각의 범위에 걸쳐서 주사되는 소스; 및
    방위 주사 동안 회절된 빔의 교차 편광 성분을 측정하는 검출기
    를 포함하고,
    상기 삼차원 구조물은 콘택 홀 어레이이며, 상기 콘택 홀 어레이에 있는 콘택 홀은 상기 방위 주사에 기초하여 비대칭으로 결정되는 것인 반도체 웨이퍼상에 형성된 삼차원 구조물의 검사 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 콘택 홀은, 상기 교차 편광 성분이 45˚, 135˚, 225˚, 및 315˚ 중 하나 이상의 방위각에서 영이 아닌 경우에 비대칭인 것으로 결정되는 것인 반도체 웨이퍼상에 형성된 삼차원 구조물의 검사 시스템.
  21. 제19항에 있어서, 콘택 홀 어레이에 있는 콘택 홀이 비대칭인지 여부를 결정하는 것에 기초하여 리소그래피에 사용되는 렌즈가 테스트되는 것인 반도체 웨이퍼상에 형성된 삼차원 구조물의 검사 시스템.
  22. 삭제
  23. 반도체 웨이퍼상에 형성된 삼차원 구조물을 검사하는 시스템으로서,
    상기 구조물에 입사각 및 방위각으로 입사 빔을 지향시키는 소스로서, 상기 입사 빔은 방위 주사를 얻기 위하여 방위각의 범위에 걸쳐서 주사되는 소스; 및
    방위 주사 동안 회절된 빔의 교차 편광 성분을 측정하는 검출기
    를 포함하고,
    상기 방위 주사에 기초하여 상기 구조물의 회전이 결정되며,
    상기 교차 편광 성분의 프로파일에 있어, 그 최소값이 영이 아니고, 상기 프로파일이 상기 최소값에 대응하는 방위각 값의 수직축에 대하여 대칭을 이루지 않을 때, 구조물의 회전이 결정되는 것인 반도체 웨이퍼상에 형성된 삼차원 구조물의 검사 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 최소값에 대응하는 방위각 값에 대해 대칭인 두 방위각에서 스펙트럼이 얻어지고, 상기 두 방위각에서 얻어진 스펙트럼에 기초하여 차분 신호가 결정되고, 차분 신호가 영이 아닐 때 구조물의 회전이 결정되고, 회전의 방향이 상기 차분 신호의 부호에 기초하여 결정되는 것인 반도체 웨이퍼상에 형성된 삼차원 구조물의 검사 시스템.
  25. 삭제
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