KR102025957B1

KR102025957B1 - 패턴처리된 구조물 측정용 광학 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102025957B1
Application number: KR1020147004237A
Authority: KR
Inventors: 길라드 바락; 보아즈 브릴
Original assignee: 노바 메주어링 인스트루먼츠 엘티디.
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2019-11-26
Also published as: KR20140050669A; WO2013011508A3; WO2013011508A2; US9140544B2; TW201307826A; TWI539148B; US20140168646A1

Abstract

비아를 갖는 패턴처리 구조물의 측정에 사용하기 위한 광학 시스템이 제시된다. 상기 광학 시스템은, 측정되는 구조물에 조명되는 광을 전파하기 위한 조명 채널과, 조명되는 구조물로부터 되돌아오는 광을 검출 유닛에게로 집광하기 위한 검출 채널과, 조명 및 검출 채널에 수용되고, 검출 채널을 따라 전파되는 광의 선택적 감쇠를 위해 구성 및 작동가능한 감쇠 조립체를 포함하며, 감쇠는 선택적으로 감쇠되는 광에 대해 기결정된 조건을 생성하고, 상기 기결정된 조건은 상기 선택적으로 감쇠된 광에서 암시야 조건에 대응하는 제 1 광 부분과, 명시야 조건에 대응하는 제 2 광 부분 사이의 기결정된 비에 의해 형성되며, 따라서, 검출되는 선택적 감쇠광은 조명되는 비아의 적어도 하나의 파라미터를 표시한다.

Description

패턴처리된 구조물 측정용 광학 시스템 및 방법 {OPTICAL SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING IN PATTERNED STRUCTURES}

본 발명은 일반적으로 광학 측정 기술 분야의 것이고, 비아를 갖는 반도체 웨이퍼와 같은 패턴처리된 구조물에서의 측정 방법에 관한 것이다.

반도체 기술이 진보함에 따라, 소자 치수 축소가 점점 복잡한 작업이 되어가고 있다. 이러한 난관을 극복하기 위한 한가지 기법은 복수의 반도체 소자(칩)의 수직 집적을 이용하는 것이다. 이로써, (가령, 메모리 응용예에서) 유닛 당 더 많은 수의 소자를 얻을 수 있고, 서로 다른 기능의 칩들을 집적할 수 있어서, 더 우수한 성능의 하이브리드 시스템(가령, 센서, 프로세서, 및 메모리)을 도출할 수 있다.

수직 집적을 위해 개발 중인 한가지 방법은 관통 실리콘 비아(TSV)에 기초한다. TSV는 실리콘 웨이퍼 또는 다이를 완전히 통과하는 수직 전기 연결부(비아)다. TSV는, 비아들의 밀도가 실질적으로 높고 연결부들의 길이가 짧기 때문에, (패키지-온-패키지 방식과 같은 대안에 비해) 3D 패키지 및 3D 집적 회로를 생성하기 위한 고성능 기술이다. TSV에 따르면, 실리콘 기판 내에 전도성 필라(pillars)가 형성되어, 나중에 일련의 칩들과 접촉하는데 사용된다. 서로 다른 층에 있는 구성요소들을 전기적으로 연결하기 위해, TSV 기술을 이용하여 전기 인터커넥트를 제공하고 기계적 지지를 제공한다. TSV 기술에서, 반도체 프로세스에 의해 제조되는 서로 다른 활성 집적 회로 소자 또는 기타 소자들을 갖는 실리콘 칩에 비아가 제조되며, 비아는 Cu, Au, W, 땜납, 또는 고-도핑 반도체 물질(가령, 폴리실리콘)과 같은 금속으로 충전된다. 이러한 비아를 구비한 복수의 구성요소들이 그 후 적층되고 함께 본딩된다.

TSV 프로세스의 한가지 중요한 단계는 비아 형성으로서, 이때, 접촉부들의 패턴이 실리콘 내로 에칭된다. 요구되는 비아 품질을 유지하기 위해, 비아의 깊이 및 프로파일을 모두 제어하는 것은 본질적 사항이다.

TSV 제조 프로세스 중 생성되는 패턴 특징부들의 파라미터를 모니터링하기 위한, 특히, 생성되는 비아의 깊이를 모니터링하기 위한, 신규한 기술이 당 업계에 필요하다.

TSV는 딥 실리콘 에칭(deep silicon etch)에 의해 생성되어, 높은 종횡비를 갖는 실리콘 내 수직 구멍을 도출한다. TSV는 의도되는 구체적 응용예 및 집적 기법에 따라 각기 다른 단면을 가질 수 있고, 원형, 정사각형, 팔각형 또는 환형 형상을 가질 수 있다. 비아는 실제로 폭좁은 그루브, 즉, 높은 종횡비의 그루브, 다시 말해서, 비아 깊이(높이) 및 폭(단면 치수) 간의 높은 비를 나타낸다. 비아의 전형적인 단면 크기(비아 직경)는 1-50㎛ 범위이고, 깊이는 최대 200㎛이어서, 최대 20:1의 종횡비를 제공한다. 에칭에 이어, 비아 내부에 얇은 절연층("라이너"라 불림)을 배치하고, 이 단계에 이어, Cu 원자의 확산을 제한하는 다른 층("장벽")이 성장하며, 그 후, 구리의 증착 프로세스 개선을 위해 "시드"라 불리는 얇은 금속층이 성장하여, 접촉부를 형성한다. 이러한 모든 얇은 층들의 특성화는 작은 결함, 불균질성 및 갭이 TSV 기능을 손상시킬 수 있기에, 대단한 산업적 관심의 대상이다.

신뢰가능하고 반복가능한 집적 프로세스를 보장하기 위해, 여러 중요한 비아 프로파일 파라미터들은 비아 깊이, 상부 직경, 측벽 각도, 측벽 리플(즉, TSV 제조 프로세스의 결과로 비아 측벽 상에 나타나는 발진형 오목부 패턴), 하부 직경, 및 상부 언더컷과 같은 파라미터의 모니터링 및 제어를 필요로한다. 이러한 관점에서, 비아 프로파일(10)을 개략적으로 예시하는 도 1을 참조한다.

도시되는 바와 같이, 비아(10)는 상부 직경, 하부 직경, 깊이, 및 측벽 리플에 의해 통상적으로 형성된다. 웨이퍼를 얇게 처리한 후 칩의 양 측부 간에 연결부를 형성하도록, 비아 깊이는 칩 스택 내 층의 최종 계획 두께를 넘어야 한다. 측벽 리플은 실질적으로 매끄러운 측벽 프로파일을 제공하도록 가능한 크게 감소되어야 한다. "매끄러운" 비아 측벽은 비아의 최적 충전을 보장하기 위해 요구된다. 상부 및 하부 직경은 통상적으로 측부 벽체 각도를 형성한다. 다음의 제조 단계에서 TSV의 코팅 및 충전 프로세스는 잘 제어된 각도의 측벽을 요구한다. 추가적으로, 인터커넥트의 우수한 전도 성질을 보장하기 위해, 상당한 하부 직경이 유지되어야 한다. 다시 말해서, 측벽 기울기가 수직에 매우 가깝게 유지될 필요가 있다. 에칭 프로세스의 가능한 결과는 비아의 상부 에지에서의 언더컷 생성이다(상부 언더컷). 이러한 언더컷은 다음의 충전 프로세스를 손상시킬 수 있다. 관심 대상인 추가적인 파라미터는 비아 벽체 상에 얇은 층들을 형성하는 비아 형성 이후의 코팅 또는 다른 프로세스에 관련된다. 모든 경우에, 이러한 층들의 두께를 제어하고 이를 측정하는 것이 산업계에 요구된다.

일반적으로, 비아 상부 직경은 알려진 여려가지 기술을 이용하여 결정될 수 있고, 예를 들어, 광이 비아 영역에 수직으로 입사하고 정반사광이 검출 및 분석되는, 명시야 광학 이미징이 이러한 기술에 포함된다. 그러나, 이러한 수직-입사 명시야 이미징은 비아의 비아 깊이에 대한 정보에 사용될 수 없고, 특히, TSV의 경우 통상적인 고종횡비를 갖는 비아의 경우, 사용될 수 없다. 비아 깊이 결정을 위해 제안된 다른 공통된 기법들은 간섭계 방법에 기초한다.

비아 상부 직경이 감소함에 따라, 비아 하부에 도달하는 광학 신호가 감소하여, 깊고 폭좁은 비아의 측정에 상당한 난관이 된다. 더욱이, 작은 비아 상부 직경을 갖는 구조물에서 측정할 때, 조명되는 스팟은 상부 직경보다 통상적으로 크고, 따라서, 명시야 모드에서 검출되는 광은 비아 외부의 구조물 상부 표면으로부터 반사되는 광의 기여분이 크고, 따라서, 비아의 하부로부터 유효 검출을 더 감소시킨다. 이러한 관점에서, 다음에 주목하여야 한다.

비아 깊이를 측정하기 위한 한가지 가능한 기법은 정반사계를 이용하는 것이다. 이 방법에서, 광은 통상적으로 상부로부터(즉, 수직 입사 모드) 비아 영역 상에 포커싱되고, 비아 하부 및 웨이퍼 상부 표면으로부터 반사된다. 대안으로서, 적외선광(Si가 투과성인 파장 범위)이 아래로부터 웨이퍼 상에 입사될 수 있고, 비아 하부 및 웨이퍼 표면으로부터 반사된 광이 측정된다.

비아 하부로부터 반사된 광과 웨이퍼 표면으로부터 반사된 광 간의 간섭 신호/패턴은 스펙트럼 응답에서 고속 발진으로 표현될 수 있다:

이때, A는 반사 스펙트럼이고,

는 광 파수이며, A0 및 A1은 인터페이스로부터 반사 세기에 의해 주로 결정되는 k의 느리게 변하는 함수이고, D는 비아 깊이다. 방정식 1에 도시되는 바와 같이, 스펙트럼 발진은 2D에 의해 주어질 때 k의 구체적 주기성을 갖는다. 이러한 관계는 폭넓은 비아에 대해 적용가능하고, 사용되는 파장에 필적하거나 그보다 작은 전형적 직경의 비아의 경우, 이 관계는 아래 설명되는 바와 같이 변형되어야 한다.

발명자는 (고급 반도체 소자에서 요구되는) 고종횡비 비아를 갖는 구조물에서의 스펙트럼-반사계 측정 방법의 사용시 어려움 중 하나가 비아 저부로부터의 반사광 및 웨이퍼 표면으로부터의 반사광의 서로 다른 세기와 연관된다. 일반적으로 말하자면, 비아로부터 나타나는 고속 발진의 진폭은 비아 하부로부터 검출기 내로 반사되는 광의 양에 의해 결정된다. 이에 반해, 측정 노이즈는 전체 측정 신호에 의해 결정되고, 주로 웨이퍼 표면으로부터 반사에 의해 결정된다. 이러한 두 값 사이의 작은 비는 고종횡비 비아의 깊이 측정 기능을 제한한다.

또한, 발명자는 비아 측벽의 프로파일을 결정할 수 있게 하면서 스펙트럼-반사계의 암시야 검출 모드를 이용하는 것이 비아 깊이에 관한 충분한 정보를 제공하지 못할 수 있다는 점을 발견하였다. 이는 순수한 암시야 검출 모드가 비아 하부 및 웨이퍼 표면으로부터 되돌아오는 광의 정반사 성분을 실제로 제거하기 때문이다. 비아 하부는 "평탄"하지 않고, 즉, 웨이퍼 표면에 전체적으로 평행하지 않으며, 대신에, 곡면을 형성하며, 따라서, 입사광에 대한 비아 하부의 광 응답은 정반사 및 산란 성분에 의해 형성된다.

본 발명의 기술은 검출되는 신호의 정반사 및 산란 성분에 해당하는 위 두 요인들 사이의 관계를 적절히 변형하는 것을 목표로하는, 신규한 소위 "그레이-시야"(gray-field) 측정 기법의 이용에 기초한다. 이 기법은 비아 하부가 "평탄"하지 않다는 앞서 언급한 사실을 이용하며, 이는 비아 하부로부터 반사/복귀하는 광이 입사광의 방향 및 편광(따라서, 입사광의 방향 및 편광을 유지하는 웨이퍼 표면으로부터 정반사되는 광)과는 다른 편광 및 방향을 갖는다.

본 발명의 그레이 시야 측정 기술은 구조물(웨이퍼)의 조명되는 비아-보유 영역에 대한 광 응답의 정반사 성분의 선택적 감쇠를 이용하며, 이러한 감쇠는 광 응답 신호에 대한 기결정된 조합식 암시야 및 명시야 검출 조건을 제시하는 그레이-시야 검출 조건을 생성한다. 이러한 조합식 암시야 및 명시야 검출 조건은, 웨이퍼 표면 및 비아 하부로부터 정반사되는 광 및 비아 하부 및 비아 측벽으로부터 산란되는 광을 포함하는 선택적 감쇠 광이 산란광에 의해 형성되는 제 1 광 부분과, 정반사에 의해 형성되는 제 2 광 부분을 포함하며, 제 1 및 제 2 광 부분의 세기 사이의 비는 기결정되어 있다.

측정 데이터는 선택적 감쇠 광의 검출에 의해 형성되는 스펙트럼 시그너처의 형태를 취한다. 이러한 암시야 및 명시야 광 응답 성분 사이의 요구되는 비에 대응할 때 이러한 스펙트럼 시그너처는 조명되는 비아의 적어도 하나의 파라미터(특히, 비아 깊이)를 표시하는 데이터를 결정하기 위해 측정 데이터의 적절한 분석을 제공한다. 이러한 분석은 비아 측벽의 광 응답을 추출할 수 있게 하는 비아 하부의 광 응답을 특성화시키는 스펙트럼 시그너처 주파수의 식별에 기초하는 스펙트럼 분석을 포함할 수 있다.

본 발명의 측정 기술은 유사 요소들의 분리 구조 또는 격자에 대해 구현될 수 있다.

따라서, 발명의 일 형태에 따르면, 비아를 갖는 패턴처리 구조물의 측정에 사용하기 위한 광학 시스템이 제공되며, 상기 시스템은, 측정되는 구조물에 조명되는 광을 전파하기 위한 조명 채널과,

조명되는 구조물로부터 되돌아오는 광을 검출 유닛에게로 집광하기 위한 검출 채널과,

조명 및 검출 채널에 수용되고, 검출 채널을 따라 전파되는 광의 선택적 감쇠를 위해 구성 및 작동가능한 감쇠 조립체를 포함하며,

감쇠는 선택적으로 감쇠되는 광에 대해 기결정된 조건을 생성하고, 상기 기결정된 조건은 상기 선택적으로 감쇠된 광에서 암시야 조건에 대응하는 제 1 광 부분과, 명시야 조건에 대응하는 제 2 광 부분 사이의 기결정된 비에 의해 형성되며, 따라서, 검출되는 선택적 감쇠광은 조명되는 비아의 적어도 하나의 파라미터를 표시한다.

앞서 표시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 광 부분은 각각 실질적 산란광 및 실질적 정반사광에 대응한다.

바람직한 경우, 조명 채널은 광대역(broadband) 광원을 포함하고, 검출 채널은 분광계를 포함하며, 검출된 광은 스펙트럼 시그너처 형태를 취한다. 상기 스펙트럼 시그너처는 조명되는 비아의 깊이를 적어도 표시한다.

또한, 바람직한 경우, 조명 및 검출 채널은 수직 입사 모드에 따라 구성된다.

일부 실시예에서, 감쇠 조립체는 조명 및 검출 채널을 따라 통과하는 광의 편광에 적어도 영향을 미치기 위해 구성 및 작동가능하다. 예를 들어, 감쇠 조립체는 조명 및 검출 채널에 수용되는, 그리고, 기결정된 예각을 형성하는 편광 평면들을 갖는, 제 1 및 제 2 편광자를 포함한다. 상기 예각은 90도에 가까운 것이 바람직하며, 예를 들어, 70도보다 크다. 상기 기결정된 예각은 제 1 및 제 2 광 부분의 세기가 동일 수준에 있도록(of the same order) 선택된다.

감쇠 조립체는, 각각 조명 및 검출 채널에 수용되는, 그리고, 상기 기결정된 예각을 형성하도록 배향된 편광 평면들을 갖는, 제 1 및 제 2 편광자와,

상기 조명 및 검출 채널에 수용되는, 그리고, 구조물로부터 검출 채널을 따라 되돌아오는 광의 전파 방향에 대해 제 2 편광자의 상류에 위치하는, 공통 위상 지연체를 포함할 수 있다.

다른 가능한 예에서, 감쇠 조립체는 조명 및 검출 채널의 공통부에 이격된 관계로 수용되는 공통 편광자 및 공통 위상 지연체를 포함할 수 있다. 상기 편광자는 조명 채널을 따라 구조물까지 조명광의 전파 방향에 대해 위상 지연체의 상류에 위치한다.

발명의 일부 실시예에서, 감쇠 조립체는 조명 및 검출 채널의 부분적 마스킹을 위해 구성 및 작동가능하다. 감쇠 조립체는 기결정된 투과 패턴을 갖는 마스크를 포함할 수 있고, 상기 투과 패턴은 제 1 및 제 2 광 부분의 세기 사이에 상기 기결정된 비를 제공하도록 구성된다. 상기 마스크는 조명 및 검출 채널과 교차하는 평면에 위치할 수 있다. 대안의 예에서, 감쇠 조립체는 상보형 패턴을 갖는 제 1 및 제 2 마스크를 포함할 수 있고, 각각의 패턴은 제 1 및 제 2 광 부분에 대해 서로 다른 광 투과의 영역에 의해 형성된다.

마스크는 제 1 및 제 2 광 부분에 대해 서로 다른 투과를 보이는 적어도 2개의 세그먼트를 갖는다.

광학 시스템은 검출 채널 내 선택적 감쇠 광을 표시하는 측정 데이터(가령, 스펙트럼 시그너처)를 수신하도록, 그리고 비아의 적어도 하나의 파라미터를 결정하기 위해 상기 측정 데이터를 처리하도록, 구성 및 작동가능한 제어 유닛과 연관(연결)될 수 있다.

광학 시스템은 상기 기결정된 조합식 암시야 및 명시야 검출 조건에 대응하는 작동 모드로 선택적으로 변경하기 위해 감쇠 조립체를 선택적으로 작동시키도록 구성 및 작동가능한 제어 유닛과 연관/연결될 수 있다. 상기 제어 유닛은 명시야 검출 모드, 암시야 검출 모드, 및 중간 혼합 암시야 및 명시야 검출 모드 중 하나로 감쇠 조립체를 또한 작동시키도록 구성 및 작동가능할 수 있다.

발명의 다른 형태에 따르면, 비아를 갖는 패턴처리 구조물에서의 광학적 측정에 사용하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 조명되는 비아-보유 영역으로부터 되돌아오는 광을 선택적으로 감소시키는 단계를 포함하고, 선택적 감쇠는 기결정된 조합식 암시야 및 명시야 검출 조건을 생성하여, 되돌아오는 선택적 감쇠광은 암시야 조건에 대응하는 제 1 광 부분과 명시야 조건에 대응하는 제 2 광 부분을 포함하게 되고, 제 1 및 제 2 광 부분의 세기 사이에 기결정된 비를 가지며, 따라서, 되돌아오는 선택적 감쇠광은 조명되는 비아의 적어도 하나의 파라미터를 표시한다.

발명의 또 다른 형태에 따르면, 비아를 갖는 패턴처리 구조물에서의 광학적 측정에 사용하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 명시야 검출 모드 및 암시야 검출 모드를 이용한 광학적 측정을 수행하도록 구성 및 작동가능한 광학 시스템을 제공하는 단계와, 조명되는 비아-보유 영역으로부터 되돌아오는 광을 선택적으로 감쇠시키기 위한 감쇠 모드를 적용하기 위해 상기 광학 시스템을 선택적으로 작동시키는 단계를 포함하며,

따라서, 되돌아오는 감쇠광에 대해 기결정된 조합식 암시야 및 명시야 검출 조건을 생성하게 되고, 되돌아오는 감쇠광이 암시야 조건에 대응하는 제 1 광 부분과 명시야 조건에 대응하는 제 2 광 부분을 포함하게 되고, 제 1 및 제 2 광 부분의 세기 사이에 기결정된 비를 가지며, 따라서, 되돌아오는 감쇠광은 조명되는 비아의 적어도 하나의 파라미터를 표시한다.

도 1은 상부 직경, 하부 직경, 깊이, 및 측벽 리플과 같은 파라미터를 보여주는 전형적인 비아 단면도를 개략적으로 예시하고,
도 2는 그레이-시야 검출 모드를 수행하도록 구성 및 작동가능한 발명에 따른 측정 시스템의 블록도이며,
도 3A, 3B, 4는 조명 및 검출 채널을 따라 진행하는 광의 편광에 영향을 미치도록 감쇠 조립체가 구성 및 작동가능한, 발명의 광학 시스템의 3개의 예를 각각 도시하고,
도 5A-5C는 발명의 광학 시스템의 감쇠 조립체에서 마스킹 효과를 이용하는 발명의 다른 실시예의 원리를 예시하며, 도 5A는 마스크 패턴과 상호작용하는 광에 대한 마스킹 효과의 원리를 보여주고, 도 5B 및 도 5C는 비아의 명시야 측정(도 5B)을 비아의 그레이-시야 측정(도 5C)과 비교하는 실험 결과를 보여주며,
도 6A는 광학 시스템의 조명 및 검출 채널의 공통 세그먼트에 수용되는 투과 패턴에 의해 형성되는 감쇠 조립체를 이용하는 발명의 광학 시스템을 예시하고,
도 6B 및 6C는 투과 패턴의 2가지 예를 각각 보여주며,
도 7은 광학 시스템의 조명 및 검출 채널에 각각 수용되는 2개의 투과 패턴에 의해 형성되는 감쇠 조립체를 이용하는 발명의 광학 시스템을 예시한다.

도 1은 상부 직경, 하부 직경, 깊이, 및 측벽 리플과 같은 파라미터를 규정하는 전형적인 비아 프로파일을 개략적으로 예시한다.

앞서 표시한 바와 같이, 본 발명은 위 파라미터들 중 하나 이상의 측정/모니터링을 제공하며, 특히, 측정 중 구조물(웨이퍼)로부터 검출되는 광에 대한 조합된 암시야 및 명시야 검출 조건에 대응하는 측정 모드를 이용한 비아 깊이 파라미터의 측정/모니터링을 제공한다. 이와 같이 조합된 측정 모드는 아래 더 설명되는 바와 같이 선택적으로 수행될 수 있다(개시될 수 있다).

도 2는 비아를 갖는 (반도체 웨이퍼와 같은) 패턴처리된 구조물에서 측정할 수 있도록 본 발명에 따라 구성 및 작동가능한 광학 시스템(102)을 포함하는 측정 시스템(100)을 블록도를 통해 예시한다. 광학 시스템(102)은 측정 중인 구조물에 조명 광(L1)을 지향시키기 위한 조명 채널(C1)과, 조명 구조물로부터 되돌아오는 광(L2)에 의해 형성되는 광을 검출 유닛(22)을 향해 집광 및 지향시키기 위한 검출 채널(C2)과, 감쇠 조립체(50)를 포함한다. 조명 및 검출 채널(C1, C2)은 부분적으로 겹쳐질 수 있다. 이러한 채널들이 수직 입사 모드에 따라 구성되는 것이 바람직하다.

광학 시스템(102)의 검출 채널에 설치되는 검출 유닛(50)은 검출기에 의해(가령, 관련 광학계와 함께), 또는, 광학 윈도우 또는 광 안내 조립체에 의해 구성될 수 있고, 이러한 광학 윈도우 또는 광 안내 조립체는 구조물로부터 되돌아오는 광을 시스템(100)의 하우징 외부에 설치된 검출기를 향해 지향시킨다. 도면에 도시되는 바와 같이, 조명 채널은 외부 발광 조립체로부터 광을 지향시키는 광학 윈도우 또는 안내 조립체, 또는 시스템(100)의 하우징 내부에 설치된 발광 조립체에 의해 유사하게 구성될 수 있는 광원(12)을 포함한다. 광원(12)은 광대역 조명을 생성하기 위해 구성되고, 검출 유닛(22)은 분광계를 포함하거나 분광계와 연관된다. 따라서, 조명되는 영역의 검출 광 응답은 스펙트럼 시그너처의 형태를 취한다.

감쇠 조립체(50)는 하나 이상의 광학 조립체/요소를 포함하며, 조명 및 검출 채널(C1, C2)에 수용되는 이러한 2개의 조립체(50A, 50B)가 도 2의 비제한적 예에 도시된다. 감쇠 조립체(50)(하나 이상의 조립체들을 함께)는 검출되는 광의 기결정된 그레이 시야 조건을 생성하도록 검출 채널을 따라 전파하는 광을 감쇠시키도록 적응된다. 따라서, 광학 요소는 광원(12)으로부터 조명 채널(C1)을 따라 전파되는 조명 광(L1)을 적절히 감쇠시키고, 감쇠광(L(mod)1)은 웨이퍼 상에, 그 비아-보유 영역 상에, 입사된다. 조명광의 감쇠가 광 세기에 반드시 영향을 미쳐야 하는 것은 아니지만, 앞서 설명한 바와 같이, 되돌아오는 광을 선택적으로 감쇠시킬 수 있도록 하기 위해, 조명광의 광학적 성질에 영향을 미치는 과정을 포함한다. 그러므로, 조명광에 대해 언급할 때 "감쇠"라는 용어는 적절히 해석되어야 한다. 따라서, 조명 영역으로부터 되돌아오는 광(L2)은 검출 채널(C2)을 따라 전파되고, 조립체(50B)에 의해 선택적 감쇠를 진행한다. 이와 같이 생성된 감쇠광(L(mod)2)은 검출 채널(C2)을 따라 검출 유닛(22)을 향해 전파된다. 감쇠 조립체(50)는 검출 채널을 따라 전파되는 감쇠광(L(mod)2)의 기결정된 조합식 암시야 및 명시야 검출 조건을 (가령, 선택적으로) 생성하도록 구성 및 작동가능하다. 이 조건은 감쇠광(L(Mod)2)이 암시야 조건에 대응하는 제 1 광 부분과, 명시야 조건에 대응하는 제 2 광 부분을 이들 사이의 지정된 관계/비로 포함하도록 이루어진다. 후자는 비아 하부로부터 그리고 웨이퍼의 상부 표면으로부터 되돌아오는 광의 세기 사이의 기결정된 비에 대응한다.

검출되는 선택적 감쇠광(L(mod)2)을 표시하는 측정 데이터(스펙트럼 시그너처)을 수신 및 분석하기 위해, 유선 또는 무선 신호 전송을 통해, (광학 시스템(102)의 하우징에 설치되는 것으로 도면에 예시되는) 검출기(22)의 출력에 연결가능한 제어 유닛(24)이 측정 시스템(100)에 또한 제공된다. 제어 유닛(24)은 특히 데이터 입력 및 출력 유틸리티(26), 메모리(28), 프로세서(30), 및 가능하다면 또한 디스플레이(32)로 이러한 기능 유틸리티들을 포함하는 컴퓨터 시스템인 것이 일반적이다. 제어 유닛(24)은 감쇠 조립체/요소들 중 적어도 하나가 감쇠 정도를 선택적으로 조정하기 위한 튜닝가능 장치인 경우에 감쇠 컨트롤러(34)를 또한 포함할 수 있고, 조명 컨트롤러(35) 및/또는 검출 컨트롤러(37)를 포함할 수 있다.

앞서 표시한 바와 같이, 지정된 그레이 시야 검출 모드는 선택적으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 광학 시스템(102)은 명시야 검출 모드 또는 암시야 검출 모드 또는 암시야 및 명시야 검출 모드(혼합 모드)로 최초에 작동할 수 있고, 가령, 물의 소정의 조건/파라미터를 식별할 때, 해당 모드로부터 그레이 시야 검출 모드로 선택적으로 변경될 수 있다. 이를 위해, 감쇠 조립체는 (즉, 조명 및 검출 채널 바깥에 있거나 상기 채널 내에 있으나 채널을 통한 광 전파에 영향을 미치지 않는) 비-작동 위치와, 통과 광에 영향을 미치는 작동 위치 내로 변경가능할 수 있다.

다음은 본 발명의 광학 시스템의 구조의 여러 예다. 이해를 돕기 위해, 동일한 도면 부호가 모든 예에서 공통인 구성요소들을 식별하기 위해 사용된다. 이러한 예 각각에서, 광학 시스템은 조명 및 검출 채널(C1, C2)을 형성하고, 암시야 조건에 대응하는 검출광의 제 1 광 부분과, 명시야 조건에 대응하는 검출광의 제 2 광 부분의 세기 사이의 기결정된 관계/비에 해당하는 감쇠광(L(mod)2)에 대한 앞서 설명한 조합식 암시야 및 명시야 검출 조건을 생성하도록 구성된다.

발명의 일부 실시예에서, 감쇠 조립체(50)는 조명 및 검출 채널을 따라 전파되는 광의 편광에 적어도 영향을 미치도록 구성 및 작동가능하다. 이는 도 3A-3B 및 도 4에 예시된다.

도 3A의 예에서, 감쇠 조립체(50)는 조명 채널(C1)에 편광자(50A)를, 그리고, 검출 채널(C2)에 분석기(50B)를 포함한다. 편광자(50A)는 조명광(L1)의 편광에 영향을 미쳐서, 구조물에 입사되는 편광광(L(mod)1)을 생성한다. 분석기(50B)는 편광자(50A)의 편광 평면에 대해 기결정된 예각으로 배향되는 편광 평면을 갖는다. 이러한 예각은 90도에 가까운 값을 갖고, 예를 들어 70도 이상의 값이다. 이 각도는 정반사 및 산란광 부분의 세기가 동일 수준이도록 선택되는 것이 바람직하다.

편광에 영향을 미침으로써 광의 선택적 감쇠의 이용은 다음에 기초한다: 웨이퍼 표면으로부터 정반사되는 광은 원래의 편광을 유지하고, 따라서, 편광자의 편광 평면에 비해 기결정된 예각으로 배향되는 편광 평면을 갖는 분석기(50B)를 통과한 후, 어느 정도 방해받는다. 그러나, 비아 하부로부터 반사되는 광의 편광 분포는 이와 다르며, 비아 하부로부터 산란되는, 그리고 측부 벽체로부터 산란되는, 광의 편광 분포는 크게 달라서, 비아 하부로부터 반사되는 더 많은 부분의 광이 분석기(50B)를 통과할 수 있고, 측벽으로부터 되돌아오는 더 적은 부분들의 광만이 분석기를 통과할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼 표면으로부터 반사되는 광과 비아 하부로부터 반사되는 광 사이의 비는 적절히 조정되고, 발진 비아 신호는 유도 노이즈에 비해 강해진다.

더욱 구체적으로, 도 3A를 참조하면, 시스템(102)은 (발광 배열에 의해, 또는, 외부 발광기와 연관된 광 안내 유닛에 의해, 구성될 수 있는) 광원 유닛(12), 검출 유닛(22), 및 광 감쇠 조립체(50)를 포함한다. 집광/지향 배열(15)이 광학 시스템에 또한 제공된다. 본 예에서, 조명 및 검출 채널은 부분적으로 겹쳐지고 있다. 따라서, 조명 및 검출 채널(C1, C2)의 공통부에 수용되는 집광/지향 배열(15)은 빔 스플리터(16) 및 공통 포커싱 광학계(대물 렌즈)(18)를 포함한다. 광원(12)으로부터 들어오는 광(L1)은 조명 채널(C1)을 따라 전파되고, 편광자(50A)에 의해 편광되며, 결과적인 편광광(L(mod)1)은 빔스플리터(16)에 의해 대물 렌즈(18)를 향해 반사되고, 대물 렌즈(18)는 측정 중 구조물(S)의 비아-보유 영역(10)에 광을 포커싱한다. 조명되는 영역으로부터 반사되는(되돌아오는) 광(L2)은 검출 채널(C2)을 따라 전파되어, 광학계(18)에 의해 빔 스플리터(16)에 포커싱되고 이에 따라 분석기(50B)에 전달되어, 앞서 설명한 바와 같이 통과하는 광을 선택적으로 감쇠시키게 된다. 이와 같이 생성된 선택적 감쇠광(L(mod)2)은 검출 유닛(22)까지 전파된다.

앞서 표시한 바와 같이, 분석기(50B)의 편광 평면은 편광자(50A)의 편광 평면에 대해 소정 각도로 배향된다. 웨이퍼 표면으로부터 반사되는 광은 편광을 유지하고(명시야 모드 조건에 대응하는 제 1 광 부분), 따라서, 분석기(50B)에 의해 어느 정도 방해받으며, 반면 편광 분포가 약간 다른 점으로 인해 비아 하부로부터 반사되는 더 많은 부분의 광(암시야 모드 조건에 대응하는 제 2 광 부분의 일부분)은 분석기(50B)를 통과한다. 비아(10)의 측벽으로부터 되돌아오는 광 성분의 경우, 이들은 상당한 편광 변화를 거치고, 따라서, (암시야 모드 조건에 대응하는 제 2 광 부분의 일부분인) 이러한 광의 적은 부분만이 분석기(50B)를 통과한다. 감쇠광 내 산란광 성분 및 정반사광 성분에 의해 형성되는 제 1 및 제 2 광 부분 사이에 요구되는 비의 결과로, 제 1 및 제 2 광 부분의 세기의 스펙트럼 분포에 의해 형성되는 검출된 스펙트럼 시그너처는 비아 깊이를 표시한다.

도 3B의 예에 도시되는 바와 같이, 그레이 시야 모드(되돌아오는 광에 대한 조합식 암시야 및 명시야 검출 조건)는 적절한 각도만큼 광 편광을 회전시키는 위상 지연체(phase retarder)(50C)를 감쇠 조립체(50)에서 선택적으로 이용할 수 있고, 편광자(50A) 및 분석기(50B)는 편광 평면들의 실질적으로 동일한 배향을 갖는다. 시스템은 다음 방식으로 작동한다.

광원(12)으로부터의 광(L1)은 편광자(50A)를 통과하고, 편광광(L(mod)'1)은 빔 스플리터(16)에 의해 위상 지연체(50C)로 반사되며, 위상 지연체(50C)는 광 편광을 θ=45˚만큼 회전시키고, 이와 같이 생성된 광(L(mod)1)은 대물 렌즈(L1)에 의해 샘플에 포커싱된다. 되돌아오는(반사된) 광(L2)은 렌즈 유닛(18)에 의해 위상 지연체(50C)에 포커싱되고, 그 위상은 다시 45˚만큼 회전하여, 광(L(mod)'2)을 도출하며, 이는 다시 검출 경로(C2)에 위치한 (입사 경로 편광자(50A)의 편광 평면에 평행하게 배향되는 선회되는 편광 평면을 갖는) 편광자(50B)를 지나게 되고, 결과적으로, 선택적으로 감쇠되는, 복귀광(L(mod)2)으로 나타난다. 앞서 설명한 바와 같이, 웨이퍼 표면으로부터 정반사되는 광 성분은 원래의 편광을 유지하고, 반면, 비아 하부로부터 반사되는 광은 약간 다른 편광을 가지며, 비아의 측벽으로부터 산란되는 광은 상당히 다른 편광 분포를 갖는다. 이러한 모든 광 성분들은 지연체에 의해 편광 회전을 거치게 되고, 그 결과, 분석기(50B)에 의해 적용되는 다음의 선택적 감쇠가 서로 다른 광 성분들 간을 더 잘 구분하게 한다.

도 4에 걔략적으로 예시되는 바와 같이, 조명 및 집광 경로(C1, C2)에 공통인 지점에 설치되는 단일 편광자(50A)에 이은 지연체(50CF) 형태의 감쇠 조립체(50)를 이용함으로써 유사한 효과를 얻을 수 있다. 여기서, 지연체(50C)는 편광자로부터 웨이퍼로 그리고 반사 후 다시 웨이퍼로부터 편광자로 전달됨에 따라 광의 편광 회전을 유도한다. 더욱 구체적으로, 편광자(50A)는 빔 스플리터(16)와 위상 지연체(50C) 사이에 위치한다. 광원(12)으로부터의 광(L1)은 편광자(50A)를 통과하고, 편광 광(L(mod)'1)은 빔 스플리터(16)에 의해 위상 지연체(50C)로 반사되며, 상기 위상 지연체는 광 편광을 θ=45˚만큼 회전시켜서, 결과적인 조명광(L(mod)1)는 대물 렌즈(l1)에 의해 샘플에 포커싱된다. 돌아오는(반사된) 광(L2)은 렌즈 유닛(18)에 의해 위상 지연체(18C)에 포커싱되고, 그 위상은 다시 45˚만큼 회전하여 광(L(mod)'2)을 도출하고, 이는 그 후 검출 경로(C2)로 (입사 경로 편광자(50A)의 편광 평면에 평행하게 배향되는, 선호되는 편광 평면을 갖는) 편광자(50B)를 전달하여, 선택적으로 감쇠된 돌아오는 광(L(mod)2)을 도출한다. 이러한 구조를 이용하여, 앞서 표시한 바와 같이, 지연체는 편광자로부터 웨이퍼로, 그리고, 반사 후 웨이퍼로부터 다시 편광자로 전달됨에 따라 광의 편광 회전을 유도한다. 따라서, 편광자로 되돌아올 때 회전되는 편광으로 인해, 정반사광(웨이퍼 표면으로부터 되돌아오는 광)이 거의 억제된다. 이에 반해, 샘플(비아 하부 및 측벽)에 의해 회전되는 편광을 갖는 광은 편광자에 의해 유사하게 감쇠되지 않을 것이다. 편광자-분석기 배열에서와 같이, 이러한 셋업은 웨이퍼 상부 표면으로부터 반사되는 광과, 비아 하부로부터 반사되는 광의 상대적 기여분에 대한 제어를 가능하게 한다.

발명의 일부 실시예에서, 감쇠 조립체(50)는 조명 및 검출 채널의 부분적 마스킹을 위해, 또는 다시 말해서, 그레이-시야 각도 분포를 이용하여, 구성 및 작동가능하다. 이는 도 5A에 개략적으로 도시된다. 이러한 기술은 마스크 상의 가장 투명한 지점의 경우, 광선이 반사되는 위치에 대응하는 공액점(conjugate point)이 불투명함을 확신함에 기초한다. 도 5A에 도시되는 바와 같이, 대물 렌즈(18)와 연관된 (감쇠 조립체를 구성하는) 마스크의 효과는, 대물 개구(18)의 일부분(18A)이 불투명하고 다른 부분(18B)이 투명하도록 나타난다. 평탄한 표면(S)으로부터 정반사되는 입사 광선(I1)은 렌즈 개구의 불투명부(18A) 내 지점(R) 내로 반사되고, 따라서, 차단된다. 그러나, (광 전파 채널에 대한 마스킹 패턴 구조 때문에) 정반사가 차단되지 않는 (I2와 같은) 적은 분포의 광선들이 존재하며, 이 광선들은 렌즈의 투명부(18B) 내 지점(R') 내로 반사/산란된다. 따라서, 샘플에 의해 변경되는 전파 방향을 갖는 광선과, 상부 표면으로부터 반사되는 적은 기결정 분율의 광이 집광되어, 그레이 시야 측정을 구현한다. 따라서, 가령, 입사 광경로를 부분적으로 차단함으로써, 제한된 범위의 각도로 웨이퍼 표면에 광이 입사된다. 집광 경로 역시 제한되어, 정반사광의 상당 부분을 효과적으로 차단한다. 이에 대응하여, 상부 표면으로부터 반사되는 적은 분율의 광만이 집광될 것이다. 역으로, 비아에 들어오는 더 많은 부분의 광이, 경로가 곡면 비아 하부 및 비아 벽체에 의해 구부러짐에 따라, 검출기에 도달할 것이다.

이러한 비교의 측정 예가 도 5B, 5C에서 제시된다. 도 5B는 비아의 명시야 반사계 측정을 보여주어, 웨이퍼 표면으로부터 그리고 비아 하부로부터의 반사 간의 간섭으로부터 나타나는 고속 발진을 보여주고, 도 5C는 입사 집광 광의 각도 분포가 제한되어, 웨이퍼 표면으로부터 정반사되는 광으로부터 기여를 감소시킨다. 그 결과, 고속 스펙트럼 발진의 콘트래스트가 그레이-시야 측정에서 크게 증가한다.

그레이-시야 각도 분포는 다양한 방식으로 제공될 수 있다. 이러한 관점에서, 이러한 개념을 이용하는 발명의 광학 시스템을 예시하는 도 6A 내지 도 6C를 참조한다. 도 6A에 도시되는 바와 같이, 적절한 투과 패턴을 갖는 마스킹 요소(50)(감쇠 조립체를 구성)이 입사광 전파 방향에 대해 포커싱 광학계(18)의 상류에 배치되어, 대물 렌즈 상의 조명 영역을 제한하고, 결과적으로 웨이퍼에 입사되는 각도 범위를 제한한다. 마찬가지로, 이러한 마스크는 되돌아오는 광을 부분적으로 차단하여, 검출기에서 수용가능한 반사 광선을 제한한다. 더욱 구체적으로, 광원(12)으로부터의 광(L1)은 빔 스플리터(16)로 지향되고, 빔 스플리터는 이러한 광을 마스크(50)에게로 반사하며, 마스크로부터 발원하는 감쇠광(L(mod)1)은 대물 렌즈에 의해 웨이퍼에 포커싱된다. 반사광(l2)은 대물 렌즈(18)에 의해 집광되어 다시 마스크(50)에게로 지향되어, 되돌아오는 감쇠광(L(mod)2)을 생성하며, 이는 빔 스플리터를 통해 검출기(22)를 향해 전파된다. 이러한 마스크는 리턴 경로를 부분적으로 차단하여, 반사 후 수용가능한 광선을 제한한다.

도 6B는 마스킹 요소(50)의 일례를 보여준다. 마스크의 투과 패턴은 구경의 절반보다 약간 작은 대물 렌즈 구경의 일부분이, 도 5A를 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, 불투명하게 렌더링되도록 이루어진다.

도 6B에 도시되는 마스크(50)는 구현이 간단하지만, 원하지 않는 결과를 이끌 수 있는 좌-우 대칭을 강하게 파괴할 수 있다. 예를 들어, 이러한 대칭 파괴는 수평 또는 수직 방향으로 배향되는 물체에 대해 서로 다른 감도를 야기할 수 있다. 이러한 효과는 필드가 3개 이상의 부분으로 나누어지도록 마스크 패턴을 이용함으로써 어느 정도까지 감소될 수 있다. 물체 표면으로부터의 정반사는 입사 경로 내 가장 투명한 영역이 역방향 경로에서 마스킹된 영역에 의해 공액화됨에 따라 부분적으로 제한된다. 일반적으로, 필드는 2n개의 웨지로 나누어질 수 있고, n은 홀수다(따라서 대향되는 투과 및 차단부의 쌍을 가질 수 있게 된다). 이는 도 6C에 개략적으로 예시된다. 이러한 설계는 회전 대칭 측면에서 유리하지만, 제조가 어렵고, 회절 효과를 방지하기 위해, 각각의 투과성 부분이 파장보다 훨씬 폭넓은 요건에 의해 제한된다.

앞서 표시한 바와 같이, 단일 마스크를 이용하여 허용되는 광 경로를 제어함으로써, 회전 대칭이 파괴될 수 있고, 원하지 않는 부작용을 야기할 수 있다. 대안의 기술은 조명 및 검출 채널에서 허용되는 광 경로의 별도의 마스킹 이용에 기초할 수 있다. 이는 도 3A의 상술한 시스템과 대체로 유사하게 구성되는 광학 시스템을 보여주지만, 조명 및 집광 경로(C1, C2)에서 서로 다른 편광자가 대물 렌즈(18)의 후방 초점 평면에 또는 그 근처에 위치하는(선호됨) 서로 다른 조명 및 집광 패턴(마스크)로 대체된다.

도 7에 도시되는 바와 같이, 광원(12)으로부터의 광(L1)은 조명 마스크(50A)를 통과하고, 마스크(14)를(주로 마스크의 중앙부를) 통과하는 감쇠광(L(mod)1)은 빔 스플리터(16) 및 대물 렌즈(18)에 의해 웨이퍼(S)에게로 지향된다. 웨이퍼로부터의 반사광(L2)은 대물 렌즈(18)에 의해 집광되고 빔 스플리터(16)에 의해 집광 마스크(50B)에 전파된다. (주로 마스크(50B)의 주변 영역을 통과하는 광에 의해 형성되는) 마스크 통과에 의해 감쇠되는 광 부분(L(mod)2)은 검출기(22)에 의해 검출된다. 이러한 구현예에서, 입사광 경로는 마스크(50A)에 의해 부분적으로 차단되어, 필드 중심의 원형 투과 영역과 주변부의 차단 영역을 남긴다. 중앙 원형 영역을 차단하는 공액 마스크(50B)가 반사광 경로(C2)에 사용되어, 웨이퍼 내 평탄한 수평 표면으로부터의 반사광이 크게 감쇠되고(차단되고) 비아 측벽에 의해 그리고 비아 하부의 곡면으로부터 산란된 광의 많은 부분이 집광된다. 또한, 명시야 기여분을 감소시키기 위해, 마스크들은 겹쳐지도록 설계된다. 앞서 설명한 단일 마스크에 기초한 방법에 반해, 이 기법에서는 원통 대칭이 유지된다.

적절한 그레이 시야를 얻기 위해 명시야 신호에 인가되는 최적 소멸 수준이 다음과 같이 추정될 수 있다. 위 방정식 1을 고려할 때, 깊이-유도 스펙트럼 발진에 대한 최적 콘트래스트는 방정식 1에서

일 때, 즉, 웨이퍼 상부 표면으로부터 반사로부터 발생하는 신호가 비아 하부로부터의 반사와 동일할 때, 획득된다. 개략적 추정으로서, 비아 하부로부터 반사되는 광이 임의적으로 회전한 편광을 갖도록 반사된다고 가정해보자. 명시야 신호에 대해 큰 최기비 A0/A1이 주어졌을 때, 아래의 각도로 편광자의 편광 평면에 대해 배향되는 편광 평면을 갖는 분석기가 사용될 수 있다.

웨이퍼 상부 표면으로부터 반사되는 광은 다음과 같이 주어지는 소광을 겪고,

비아 하부로부터 반사되는 광은 전혀 소광없이(또는 훨씬 적은 소광으로) 진행된다. 그 결과, 이러한 두 구성요소들의 결과적인 상대적 반사 강도가 유사하게 이루어져서, 크게 개선된 발진 가시성을 도출한다. 예를 들어, 명시야 발진이 5%의 전형적인 콘트래스트를 가질 경우, 분석기의 편광 평면은

의 각도로 회전할 수 있다. 대체로, 관측되는 명시야 발진은 1-10% 범위의 통상적 콘트래스트를 갖는다.

이러한 원리는 광선의 각도 분포에 적용되는 제한 정도를 추정하기 위해 적용될 수 있다. 비아가 훨씬 넓혀진 방향 범위에서 광을 반사한다고 가정할 때, 허용되는 반사 방향의 차단에 훨씬 덜 민감할 것이다. 앞서 설명한 바와 같이, 개별적인 두 그룹의 입사 방향이 존재하는 경우에, 입사 방향의 소정 범위 Ω에 대해, 검출기에 의해 정반사가 집광된다. 그러나, 나머지 입사 방향 (1-Ω)의 경우, 이러한 반사 경로는 거의 차단된다. 제 1 그룹의 광선들이 웨이퍼 표면 및 비아 하부로부터의 반사에 기여하지만, 정반사의 대폭적 감쇠가 이루어지는 광선들은 비아의 측벽으로부터 나타나는 신호에만 기여한다. 그러므로, Ω는

일 때 비아 깊이 검출을 위해 최적화된다.

따라서, 본 발명은 유효 그레이 시야 검출 모드를 생성하도록 입사광 및 복귀광의 하나 이상의 성질에 영향을 미침으로써 광학 시스템 내 검출 채널의 광을 선택적으로 감쇠시킴으로써, 비아 깊이를 결정하기 위한 신규한 유효 기술을 제공한다. 정규 스펙트럼(세기 대 파장)은, 주기적 발진이 파수 스펙트럼에서만 나타나기 때문에, 파수 스펙트럼으로 변환될 수 있다. 파수 스펙트럼의 강한 고속 발진은 비아 하부 및 웨이퍼 상부 표면으로부터 되돌아오는 광에 의해 형성되는 간섭 신호/패턴에 대응한다.

이러한 발진의 가시성을 정량화하기 위한 한가지 방식은, 측정 데이터의 스펙트럼 분석(스펙트럼 시그너처)을 이용하는 것이다. 이러한 분석은 스펙트럼 시그너처의 전형적 주파수의 존재에 대한 정략적 측정을 제공한다. 이러한 분석에 대해 매우 공통적인 툴은 퓨리에 변환이며, 이러한 경우에 발진은 퓨리에 스펙트로그램에서 개별적인 날카로운 피크를 나타낸다. 이러한 피크의 위치는 발진 주파수에 의해 결정되며, 이는 (설명되는 바와 같이) TSV 깊이에 의해 결정된다.

퓨리에 변환을 이용한 고속 발진의 가시성의 정량화 방법은 일례에 불과하고 달리 알려진 많은 다른 스펙트럼 분석법도 역시 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 이는 그 중에서도, 고조파 분해를 위한 Pisarenko 및 MUSIC 알고리즘, Welch, Yule-Walker, 및 Burg 알고리즘, 아이겐벡터 스펙트럼 분해, 등과 같은 기술들을 포함한다. 이러한 기술들의 원리는 잘 알려져 있고, 따라서 세부적으로 설명되지 않는다. 이러한 방법은 비아 깊이에 대해 일관된 값에 대응하는, 측정 신호의 고속 주파수의 존재를 식별 및 정량화하는데 사용될 수 있다. 비아 깊이의 개략적 추정은 이러한 주파수가 예상되는 합리적 범위를 식별하기 위해 충분하다.

Claims

비아를 갖는 패턴처리 구조물의 측정에 사용하기 위한 광학 시스템에 있어서,
측정되는 구조물에 조명되는 광을 전파하기 위한 조명 채널과,
조명되는 구조물로부터 되돌아오는 광을 검출 유닛에게로 집광하기 위한 검출 채널과,
조명 및 검출 채널에 수용되고, 검출 채널을 따라 전파되는 광의 선택적 감쇠를 위해 구성 및 작동가능한 감쇠 조립체 - 감쇠는 선택적으로 감쇠되는 광에 대해 기결정된 조건을 생성하고, 상기 기결정된 조건은 상기 선택적으로 감쇠된 광에서 암시야 조건에 대응하는 제 1 광 부분과, 명시야 조건에 대응하는 제 2 광 부분 사이의 기결정된 비에 의해 형성되며, 검출되는 선택적 감쇠광은 조명되는 비아의 적어도 하나의 파라미터를 표시함 - 를 포함하는
광학 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 광 부분은 각각 산란광 및 정반사광에 대응하는 광학 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
조명 채널은 광대역(broadband) 광원을 포함하고, 검출 채널은 분광계를 포함하며, 검출된 광은 스펙트럼 시그너처 형태를 취하는
광학 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
스펙트럼 시그너처는 조명되는 비아의 깊이를 적어도 표시하는 광학 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
조명 및 검출 채널은 수직 입사 모드에 따라 구성되는
광학 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
감쇠 조립체는 조명 및 검출 채널을 따라 통과하는 광의 편광에 적어도 영향을 미치기 위해 구성 및 작동가능한
광학 시스템.
제 6 항에 있어서,
감쇠 조립체는 조명 및 검출 채널에 수용되는, 그리고, 기결정된 예각을 형성하는 편광 평면들을 갖는, 제 1 및 제 2 편광자를 포함하는
광학 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 기결정된 예각은 70도보다 큰
광학 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 기결정된 예각은 제 1 및 제 2 광 부분의 세기가 동일 수준에 있도록 선택되는
광학 시스템.
제 7 항에 있어서,
감쇠 조립체는,
각각 조명 및 검출 채널에 수용되는, 그리고, 상기 기결정된 예각을 형성하도록 배향된 편광 평면들을 갖는, 제 1 및 제 2 편광자와,
상기 조명 및 검출 채널에 수용되는, 그리고, 구조물로부터 검출 채널을 따라 되돌아오는 광의 전파 방향에 대해 제 2 편광자의 상류에 위치하는, 공통 위상 지연체를 포함하는
광학 시스템.
제 7 항에 있어서,
감쇠 조립체는 조명 및 검출 채널의 공통부에 이격된 관계로 수용되는 공통 편광자 및 공통 위상 지연체를 포함하고, 상기 편광자는 조명 채널을 따라 구조물까지 조명광의 전파 방향에 대해 위상 지연체의 상류에 위치하는
광학 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
감쇠 조립체는 조명 및 검출 채널의 부분적 마스킹을 위해 구성 및 작동가능한
광학 시스템.
제 12 항에 있어서,
감쇠 조립체는 기결정된 투과 패턴을 갖는 마스크를 포함하고, 상기 투과 패턴은 제 1 및 제 2 광 부분의 세기 사이에 상기 기결정된 비를 제공하도록 구성되며, 상기 마스크는 조명 및 검출 채널과 교차하는 평면에 위치하는
광학 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 마스크는 제 1 및 제 2 광 부분에 대해 서로 다른 투과를 보이는 적어도 2개의 세그먼트를 갖는
광학 시스템.
제 13 항에 있어서,
감쇠 조립체는 상보형 패턴을 갖는 제 1 및 제 2 마스크를 포함하고, 각각의 패턴은 제 1 및 제 2 광 부분에 대해 서로 다른 광 투과를 보이는 영역에 의해 형성되는
광학 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
검출 채널에서 선택적 감쇠광을 표시하는 측정 데이터를 수신하도록, 그리고, 비아의 적어도 하나의 파라미터를 결정하기 위해 상기 측정 데이터를 처리하도록, 구성 및 작동가능한 제어 유닛을 포함하는
광학 시스템.
제 3 항에 있어서,
검출 채널에서 선택적 감쇠광에 대응하는 스펙트럼 시그너처를 표시하는 측정 데이터를 수신하도록, 그리고, 비아의 적어도 하나의 파라미터를 결정하기 위해 상기 측정 데이터를 처리하도록, 구성 및 작동가능한 제어 유닛을 포함하는
광학 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 기결정된 조건에 대응하는 작동 모드로 선택적으로 변경하기 위해 감쇠 조립체를 선택적으로 작동시키도록 구성 및 작동가능한 제어 유닛을 포함하는
광학 시스템.
제 18 항에 있어서,
상기 제어 유닛은 명시야 검출 모드, 암시야 검출 모드, 및 중간 혼합 암시야 및 명시야 검출 모드 중 하나로 감쇠 조립체를 선택적으로 작동시키도록 구성 및 작동가능한
광학 시스템.
비아를 갖는 패턴처리 구조물에서의 광학적 측정에 사용하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 조명되는 비아-보유 영역으로부터 되돌아오는 광을 선택적으로 감소시키는 단계를 포함하고, 선택적 감쇠는 기결정된 조합식 암시야 및 명시야 검출 조건을 생성하여, 되돌아오는 선택적 감쇠광은 암시야 조건에 대응하는 제 1 광 부분과 명시야 조건에 대응하는 제 2 광 부분을 포함하게 되고, 제 1 및 제 2 광 부분의 세기 사이에 기결정된 비를 가지며, 선택적 감쇠광은 조명되는 비아의 적어도 하나의 파라미터를 표시함을 특징으로하는 광학적 측정에 사용하기 위한 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 조명광은 광대역 광원에 의해 생성되고, 되돌아오는 상기 감쇠광은 스펙트럼 시그너처 형태를 취함을 특징으로하는 광학적 측정에 사용하기 위한 방법.
제 20 항에 있어서,
비아의 상기 적어도 하나의 파라미터는 적어도 비아 깊이를 포함함을 특징으로하는 광학적 측정에 사용하기 위한 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 기결정된 조합식 암시야 및 명시야 검출 조건이 선택적으로 생성함을 특징으로하는 광학적 측정에 사용하기 위한 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 선택적 감쇠는 조명 및 검출 채널을 따라 전파되는 광의 편광에 적어도 영향을 미치는 단계를 포함함을 특징으로하는 광학적 측정에 사용하기 위한 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 선택적 감쇠는 조명 및 검출 채널의 부분적 마스킹을 포함함을 특징으로하는 광학적 측정에 사용하기 위한 방법.
제 21 항에 있어서,
검출되는 감쇠광의 스펙트럼 시그너처에 대응하는 측정 데이터를 수신 및 처리하는 단계와, 비아의 적어도 하나의 파라미터를 결정하는 단계를 포함함을 특징으로하는 광학적 측정에 사용하기 위한 방법.
비아를 갖는 패턴처리 구조물에서의 광학적 측정에 사용하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 명시야 검출 모드 및 암시야 검출 모드를 이용한 광학적 측정을 수행하도록 구성 및 작동가능한 광학 시스템을 제공하는 단계와, 조명되는 비아-보유 영역으로부터 되돌아오는 광을 선택적으로 감쇠시키기 위한 감쇠 모드를 적용하기 위해 상기 광학 시스템을 선택적으로 작동시키는 단계를 포함하며,
감쇠는 되돌아오는 감쇠광에 대해 기결정된 조합식 암시야 및 명시야 검출 조건을 생성하도록 적응되어, 되돌아오는 감쇠광이 암시야 조건에 대응하는 제 1 광 부분과 명시야 조건에 대응하는 제 2 광 부분을 포함하게 되고, 제 1 및 제 2 광 부분의 세기 사이에 기결정된 비를 가지며, 되돌아오는 감쇠광은 조명되는 비아의 적어도 하나의 파라미터를 표시함을 특징으로하는 광학적 측정에 사용하기 위한 방법.