KR101844627B1 - 임계치수의 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

기판에 대한 다파장(multi-wavelegnth), 다방위각(multi-azimuth), 및 다입사각(multi-angle-of-incidence)의 판독을 행하는 분광 기구로서, 조사빔을 생성하는 광대역 광원, 조사빔을 다방위각 및 다입사각으로 동시에 기판으로 지향시켜, 반사빔을 생성하는 대물 광학계, 방위각과 입사각의 소망하는 별개의 조합을 갖는 반사빔의 일부를 선택적으로 통과시키기 위해 내부에 조사 개구 및 복수 개의 집광 개구가 형성되는 개구판, 방위각과 입사각의 별개의 조합을 수신하여 판독치를 생성하는 검출기, 및 판독치를 해석하는 프로세서를 포함하는 분광 기구가 제공된다.

Description

임계치수의 측정 방법{MEASUREMENT OF CRITICAL DIMENSION}
본 발명은 집적 회로 제조 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 집적 회로 구조의 계측에 사용되는 다각도 분광 반사광 측정법(multi-angle spectroscopic reflectometry)에 관한 것이다.
반사계(reflectometer)와 엘립소미터(ellipsometer) 양자 모두를 포함하는 분광 기구는 계측에서 그리고 집적 회로 제조 공정의 공정 제어에서 널리 사용되어 왔다. 본 명세서에서 사용되는 "집적 회로"라는 용어는 모놀리식 반도체 기판 상에 형성되는 것, 예컨대 실리콘 또는 게르마늄과 같은 Ⅳ족 재료 또는 갈륨 비소와 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 또는 그러한 재료들의 혼합물로 형성된 것과 같은 디바이스를 포함한다. 상기 용어는 모든 타입의 형성되는 디바이스, MOS 또는 바이폴라(bipolar)와 같은 디바이스의 메모리, 로직 및 모든 구성을 포함한다. 상기 용어는 또한 평면 디스플레이, 태양 전지 및 전하 커플링 디바이스와 같은 어플리케이션을 포괄한다.
분광 기구는, 예컨대 필름 적층체 및 회로 구조와 같은 샘플의 두께 및 임계치수를 측정하는 데 사용되어 왔다. 이들 기구에 의해 얻은 측정치는 샘플의 재료 및 기하학적 구조를 통과한 광의 회절의 측정을 기초로 한다. 이와 같이, 이러한 구조의 치수(예컨대, 두께 및 선폭)가 작아질수록, 이러한 구조가 형성하는 회절량은 매우 작아진다. 이에 따라, 이러한 보다 작은 구조를 측정하는 것이 어려워지고, 이와 동시에 소망하는 측정 정밀도와 기구간(tool-to-tool) 균일성을 유지하는 것이 어려워졌다.
최신 분광 기구는 다수의 파장 및 다수의 별개의 각도로 샘플을 측정하는 것에 의해 이들 문제를 극복하고자 한다. 그러나, 이용가능한 파장 또는 이용가능한 각도 중 적어도 하나가 제한되기 때문에, 파장과 각도의 최적 조합이 샘플마다 변한다는 사실을 가정하면, 모델 기반 분석에 의해 결정되는 파장과 측정 각도를 최적 측정 감도를 형성하는 값으로 설정하는 것이 곤란하다.
이에 따라, 적어도 부분적으로 전술한 바와 같은 문제를 저감하는 시스템이 필요하다.
상기 필요성 및 다른 필요성은 기판 상의 다파장(multi-wavelength), 다방위각(multi-azimuth), 및 다입사각(multi-angle-of-incidence)의 판독을 행하는 분광 기구에 의해 충족되며, 상기 분광 기구는 조사(照射)빔을 생성하는 광대역 광원, 기판 상에 조사빔을 다방위각과 다입사각으로 동시에 지향시켜 반사빔을 생성하는 대물 광학계를 갖고, 조사 개구 및 방위각과 입사각의 소망하는 별개의 조합을 갖는 반사빔의 일부를 선택적으로 통과시키도록 내부에 형성된 복수 개의 집광 개구를 갖는 개구판, 방위각과 입사각의 별개의 조합을 수신하고 판독치를 생성하는 검출기, 및 판독치를 해석하는 프로세서를 갖는다.
이러한 방식으로, 분광 기구는 필요하다면 동시에 파장, 방위각 및 입사각의 소망하는 조합에서 다수의 판독치를 신속하게 얻을 수 있다. 이에 따라, 개구판은 측정할 기판에 대해 가장 민감한 판독치 세트를 얻도록 설정될 수 있고, 이에 따라 측정의 정확도를 증가시킬 수 있다. 또한, 분광 기구는 상이한 기판에 대한 상이한 판독치에 대해 재구성될 수 있다.
다양한 실시예에서, 개구판은 다방위각 및 다입사각의 상이한 별개의 조합을 선택하도록 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있는 개구판 세트이다. 다른 실시예에서, 개구판은 다방위각과 다입사각의 상이한 별개의 조합을 생성하도록 전자적으로 구성 가능하다. 몇몇 실시예에서, 검출기는 방위각과 입사각의 별개의 조합을 동시에 수신한다. 다른 실시예에서, 검출기는 방위각과 입사각의 별개의 조합을 수신한다.
본 발명의 다른 장점은 세부 사항을 더욱 명확하게 보여주기 위해 실축척이 아닌 도면과 함께 고려되는 상세한 설명을 참고로 하여 명백해지며, 상기 도면에서 유사한 도면부호는 다수의 도면 전반에 걸쳐 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 다수의 실시예에 따른 복합 다각도 분광 기구를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 개구판을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 개구판을 도시한 도면이다.
본 발명의 다양한 실시예는, 반구 전체 내에서 임의의 연속 가변 복합각(샘플 평면에 있는 측정 지점에 대하여 약 0 내지 90도의 입사각, -180 내지 180도의 방위각)으로, 그리고 1개를 초과하는 복합각으로 동시에 또는 순차적으로 샘플을 측정할 수 있는 분광 기구(반사계 또는 엘립소미터)를 기술하며, 여기에서 복합각은 입사각과 방위각의 조합을 일컫는다.
이들 실시예는, 집적 회로 제조 공정에서 요망되는 소형 측정 스팟을 유지하면서, 모델 기반 분석에서의 다수의 광선의 통합을 제거하는 소형 집광 조래기에 대응하는 각각의 각도에서 측정을 수행하여, 측정 속도 및 처리량에 있어서 상당한 개선을 초래한다.
이제 도 1을 참고하면, 본 발명의 다수의 복합 실시예에 따른 다각도 분광 기구(100)가 도시되어 있다. 이에 따라, 임의의 주어진 실시예는 도 1에 도시한 구조 전부를 갖지 않을 수도 있다. 대신에, 도 1에는 상이한 실시예들에 마련될 수 있는 다양한 기본적인 요소 및 선택적인 요소가 도시되어 있다.
광대역 광원(104)으로부터의 광(102)은 대물 광학계(106)로 지향되어 샘플(108)을 스폿(110)에서 조사한다. 2개의 렌즈를 가지는 대물 광학계(106)가 도 1에 도시되어 있지만, 다른 대물 광학계(106) 구성도 또한 고려된다. 대물 광학계(106)는 원추광으로 실질적으로 임의의 연속 가변 복합 각도로부터 샘플(108)을 조사한다. 샘플(108)로부터 반사된 광(112)은 대물 광학계(106)에 의해 집광되어, 측정을 위한 분광계(114)로 지향된다. 빔 스플리터(126)는 광로(102, 112)가 빔 스플리터(126)와 샘플(108) 사이의 공통 경로(128)를 따르도록 허용한다.
몇몇 실시예에서는 편광판(118: polarizer)이 조사 경로(102)에 선택적으로 배치되어, 집광 경로(112)에서의 편광 상태가 조사 편광 상태를 기준으로 하여 입사 평면의 각도 위치에 의해 결정되는 편광 분광 반사광 측정을 가능하게 한다. 집광 경로(112)에서의 편광 상태를 명시적으로 규정하자면, 분석기(120)라고 칭하는 다른 편광판이 선택적으로 집광 경로(112)에 배치된다. 변형예에서는, 편광판(118)과 분석기(120), 소위 이중 통과 구성 대신에 단일 편광판(122)은 공통 경로(128)에 배치된다. 다른 실시예는 조사 경로(102)와 집광 경로(112) 중 어느 하나 또는 양자 모두에 배치되거나, 대안으로서 공통 경로(128)에 배치되는 파장판(124; waveplate)을 포함한다. 이들 요소(118, 120, 122, 124)는 실제적으로 임의의 조합으로 고정되거나 회전될 수 있다.
개구판(116)은 선택적으로 조사광(102)과 반사광(112)의 소망하는 팬(fan)을 선택적으로 차단하고 전달한다. 몇몇 실시예에서, 개구판(116)은 대물 광학계(106)에 있는 개구에 인접하게 또는 개구 내에 배치된다. 개구판(116)의 실시예는 도 2 및 도 3에 더 상세히 도시되어 있다. 도 2는 개구판(116)에 있어서 조사빔(102)[복합빔(128)의 성분임] 중 소망하는 부분을 통과시키는 조사 개구(202)와, 반사빔(112)[복합빔(128)의 성분임] 중 소망하는 부분을 통과시키는 행 및 열로 배치되는 집광 개구(204)를 보여준다. 반사빔(112)의 축과 동심인 원을 따라 놓이는 집광 개구(204) 내의 지점들은 모두 실질적으로 동일한 입사각을 갖는다. 집광 개구(204)는, 조사 개구(202)와 집광 개구(204) 모두가 센서(114)로 복수 개의 방위각과 입사각으로부터의 복수 개의 광대역 판독치를 동시에 수신하게 구성되도록 형성될 수 있다. 집광 개구(204)를 매우 작은 구멍으로서 형성하는 것에 의해, 너무 넓은 팬으로부터의 광선의 통합이 모델 기반 분석으로부터 제거될 수 있으며, 이에 따라 집적 회로 제조 공정에서 요구되는 소형 측정 스폿을 유지하면서 측정 속도 및 처리량에 있어서의 상당한 개선을 초래할 수 있다. 개구(204)의 개수 및 크기는 단지 예로서 주어진 것이다.
몇몇 실시예에서, 분광 기구(100)에 의해 분석되는 필름 적층체가 측정 이전에 수학적으로 모델링되어, 어느 복합각 또는 복합각 세트가 최대의 감도를 제공할지가 결정된다. 개구판(116)은 그 후에 예컨대 이 복합각 세트에 대해 집광 개구(204)가 특별히 배치되도록 제조되며, 이 경우에 도 2의 개구판(116)의 예로 도시한 바와 같이 복합값 세트에 있는 상이한 복합각이 각각 순차적으로 선택 가능하거나, 도 3의 개구판(116)의 예로 도시한 바와 같이 동시에 조사된다. 추가의 표준 집광 개구(204)도 또한 그러한 맞춤형 개구판(116)에 추가될 수 있기 때문에, 개구판(116)은 포괄적인 측정을 위해 사용될 수 있다.
상이한 개구판(116)이 상이한 필름 적층체에 대해 최적화되도록 제작될 수 있고, 그 후 필요에 따라 분광 기구(100)로부터 교체될 수 있다. 다른 실시예에서, 개구판(116)의 집광 개구(204)는, 예컨대 프로세서 구동형 전동 기계식 또는 전자식 차폐 수단(예컨대, 액정 패널)에 의해 구성 가능하며, 이러한 차폐 수단은 개구판(116)에 있어서의 집광 개구(204)의 개수, 크기 및 배치에 관하여 재구성될 수 있다.
상이한 실시예는, 순차적으로 또는 동시에 상이한 복합각으로부터의 반사광(112)을 수광하는 다양한 수단을 사용한다. 이러한 수단의 다양한 실시예가 아래에서 설명된다.
선택 1 : 한번에 하나의 복합각을 선택하도록 구성된 개구판(116)을 사용하여 한번에 하나의 복합각을 선택하고, 분광계(114)가 단지 이 복합각으로부터만 수집된 광(112)으로부터의 신호를 생성한다. 그 후, 개구판(116)을 이동시키거나 교체하는 것에 의해 추가의 복합각을 접근시키는 것이 순차적으로 실시된다.
선택 2 : 다수의 각(예컨대, 3개의 각도)을 동시에 선택하도록 구성된 개구판(116)으로 다수의 각을 선택하고, 분광계(114)의 상이한 부분으로 변위시키기 위해 광학계를 사용하여, 신호들을 동시에 검출한다.
선택 3 : 다수의 각(예컨대, 4개)을 동시에 선택하도록 구성된 개구판(116)으로 다수의 각을 선택하고, 다수의 반사빔(112)을 다수의 분광계(114)(예컨대, 예를 계속하기 위해 4개)로 변위시키기 위해 광학계를 사용하여, 다수의 복합각에 대응하는 신호들을 동시에 검출한다.
선택 4 : 마이크로 전자 기계 시스템 미러와 같은 광학계를 사용하여, 개구판(116)을 통해 빔(112) 또는 빔(112)의 직접 선택된 부분들을 분할한다.
본 발명의 실시예에 관한 전술한 설명은 예시와 설명을 목적으로 제시되었다. 전술한 설명은 본 발명을 총망라하거나 개시된 정확한 형태로 제한하도록 의도되지 않는다. 명백한 수정 또는 변형이 상기 교시의 견지에서 가능하다. 실시예들은 본 발명의 원리와 그 실제적인 어플리케이션의 예를 제시하고, 이에 따라 당업자가 다양한 실시예로 본 발명을 활용하고 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 고려하도록 하기 위한 일환으로 선택되고 기술된다. 그러한 수정 및 변형 전부는 공정하게, 법적으로, 그리고 안정되게 부여되는 범위에 따라 해석될 때에 첨부된 청구범위에 의해 결정되는 본 발명의 범위 내에 속한다.

Claims (8)

  1. 기판에 대한 다파장(multi-wavelegnth), 다방위각(multi-azimuth), 및 다입사각(multi-angle-of-incidence)의 판독을 행하는 분광 기구로서,
    복합빔 경로를 따르는 조사(照射)빔을 생성하는 광대역 광원,
    조사빔을 다방위각 및 다입사각으로 동시에 기판으로 지향시켜, 복합빔 경로를 따르는 반사빔을 생성하는 대물 광학계,
    방위각과 입사각의 소망하는 별개의 조합을 갖는 조사빔의 부분과 반사빔의 부분을 선택적으로 통과시키기 위해 내부에 조사 개구 및 복수 개의 집광 개구가 형성되는 개구판으로서, 상기 개구판은 대물 광학계에 있는 개구에 인접하게 또는 개구 내에 배치되는 것인 개구판,
    방위각과 입사각의 별개의 조합을 수신하여 판독치를 생성하는 검출기, 및
    판독치를 해석하는 프로세서
    를 포함하는 분광 기구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개구판은 다방위각과 다입사각의 상이한 별개의 조합을 선택하기 위해 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있는 개구판 세트를 포함하는 것인 분광 기구.
  3. 제1항에 있어서, 상기 개구판은 다방위각과 다입사각의 상이한 별개의 조합을 생성하도록 전자적으로 구성 가능한 것인 분광 기구.
  4. 제1항에 있어서, 상기 검출기는 방위각과 입사각의 별개의 조합들을 동시에 수신하는 것인 분광 기구.
  5. 제1항에 있어서, 상기 검출기는 방위각과 입사각의 별개의 조합들을 순차적으로 수신하는 것인 분광 기구.
  6. 제1항에 있어서, 상기 분광 기구는 반사계(reflectometer)인 것인 분광 기구.
  7. 제1항에 있어서, 상기 분광 기구는 엘립소미터(ellipsometer)인 것인 분광 기구.
  8. 제1항에 있어서, 상기 대물 광학계는 조사빔을 모든 방위각과 모든 입사각으로 지향시키도록 조정 가능한 것인 분광 기구.
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