KR102244577B1 - 전자 빔 열 어레이를 사용한 오버레이 및 가장자리 배치 오차의 측정 - Google Patents

전자 빔 열 어레이를 사용한 오버레이 및 가장자리 배치 오차의 측정 Download PDF

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Abstract

전자 빔 열(column)들의 어레이를 사용하여 다중 다이의 측정을 수행하기 위한 방법 및 시스템이 본 명세서에서 제시된다. 웨이퍼는 웨이퍼 상에 배치된 다이 행(row)들과 평행한 방향으로 스캐닝된다. 전자 빔 측정 열들은 열 정렬 방향으로 공간적으로 분리되어 있다. 웨이퍼는, 각각의 전자 빔 열이 동일한 웨이퍼 패스(pass) 동안 상이한 다이 상의 동일한 행의 다이 피처들을 측정하도록, 열 정렬 방향에 대해 경사각으로 배향된 방향으로 스캐닝된다. 웨이퍼는, 웨이퍼를 회전시키거나, 전자 빔 열들을 회전시키거나, 또는 이 둘 다에 의해 전자 빔 열들의 어레이에 대해 배향된다. 추가적인 양태에서, 각각의 측정 빔은 편향되어, 각각의 열과 측정될 대응하는 다이 행 간의 정렬 오차를 정정하고 웨이퍼 포지셔닝 시스템에 의해 보고된 웨이퍼 포지셔닝 오차를 정정한다.

Description

전자 빔 열 어레이를 사용한 오버레이 및 가장자리 배치 오차의 측정
본 특허출원은 2016년 9월 27일에 출원된 미국 가특허 출원 62/400,229로부터의 우선권을 35 U.S.C. §119 하에서 청구하며, 이 가특허 출원 내용 전체는 참조로서 본 명세서 내에서 원용된다.
설명되는 실시예들은 계측(metrology) 시스템 및 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 반도체 구조물들의 개선된 측정을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
로직 및 메모리 디바이스와 같은 반도체 디바이스들은 일반적으로 표본(specimen)에 가해진 처리 단계들의 시퀀스에 의해 제조된다. 이러한 처리 단계들에 의해 반도체 디바이스들의 다양한 피처(feature)들 및 다중 구조적 레벨들이 형성된다. 예를 들어, 다른 것들 중에서도 리소그래피는 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 생성하는 것을 수반하는 하나의 반도체 제조 공정이다. 반도체 제조 공정들의 추가적인 예시들은, 비제한적인 예시로서, 화학적 기계적 폴리싱, 에칭, 퇴적, 및 이온 주입을 포함한다. 다중 반도체 디바이스들이 단일 반도체 웨이퍼 상에서 제조되고, 그 후 개별적인 반도체 디바이스들로 분리될 수 있다.
반도체 제조 공정 동안 웨이퍼들 상의 결함들을 검출하여 더 높은 수율(yield)을 도모시키기 위해 다양한 단계들에서 계측 공정들이 이용된다. 임계 치수(dimension), 막 두께, 조성, 오버레이 및 나노스케일 구조물들의 기타 파라미터들을 특징화(characterize)하기 위해 산란계측(scatterometry) 및 반사계측(reflectometry) 구현들 및 관련 분석 알고리즘들을 비롯한 복수의 광학 계측 기반 기술들이 통상적으로 이용된다.
일부 예시들에서, 광학 임계 치수(critical dimension; CD) 및 막 계측(분광(spectroscopic) 또는 각도 분해형(angle-resolved))은 리소그래피 패터닝 공정 동안 구조적 파라미터 값들을 모니터링하여 원하는 피치 및 프로파일을 갖는 구조물들이 제조되도록 보장하기 위해 사용된다. 그러나, 광학 CD 및 막 계측은 특히, 매립된 구조물을 포함하여 다중 패터닝 기술에서 사용되는 많은 구조물들에 대한 민감성의 결여로 인해 어려움을 겪고 있다. 가장자리 배치 오차(edge placement error; EPE)와 같은 일부 구조적 파라미터의 경우, 현재 고 처리량(예컨대, 광학) 측정 솔루션이 없다.
또 다른 예시에서, 광학 오버레이 계측이 또한 사용되지만, 광학 오버레이 측정은 다중 패터닝 기술에 의해 제조된 구조물들을 특징화하기 위한 특수 계측 타겟을 필요로 한다. 기존의 방법에서, 오버레이 오차는 리소그래피 툴에 의해 웨이퍼 상의 다양한 위치들에서 형성된 특수 타겟 구조물들의 측정들에 기초하여 평가된다. 타겟 구조물들은 박스 내 박스(box in box) 구조물과 같은, 많은 형태들을 취할 수 있다. 이 형태에서, 박스는 웨이퍼의 하나의 층 상에서 생성되며, 두번째의 더 작은 박스는 다른 층 상에서 생성된다. 두 개의 박스들의 중심들 간의 정렬을 비교함으로써 국부화된 오버레이 오차가 측정된다. 이러한 측정들은 타겟 구조물들이 이용가능한 웨이퍼 상의 위치들에서 행해진다.
불행하게도, 이러한 특수 타겟 구조물들은 종종 전자 디바이스를 생성하기 위해 사용되는 특정 반도체 제조 공정의 설계 규칙을 따르지 않는다. 이것은 적용가능한 설계 규칙에 따라 제조된 실제 디바이스 구조물들과 관련된 오버레이 오차의 추정시 오류를 야기시킨다. 예를 들어, 이미지 기반 오버레이 계측은 광학 현미경으로 패턴을 분해할 것을 요구하는 경우가 종종 있는데, 이는 설계 규칙 임계 치수를 훨씬 초과하는 임계 치수를 갖는 두꺼운 라인들을 요구한다. 다른 예시에서, 각도 분해형 SCOL은 오버레이 타겟으로부터 +1 과 -1 전파 회절 차수에서 충분한 신호를 생성하기 위해 큰 피치 타겟을 종종 요구한다. 일부 예시들에서, 500㎚~800㎚ 범위의 피치 값이 사용될 수 있다. 한편, 로직 또는 메모리 응용들을 위한 실제 디바이스 피치(설계 규칙 치수)는 훨씬 작을 수 있는데, 예를 들어, 100㎚~400㎚의 범위에 있거나 또는 심지어 100㎚ 미만일 수 있다.
다른 예시에서, 가장자리 배치 거리(edge placement distance; EPD) 및 관련 가장자리 배치 오차(EPE)는 디바이스 전기 접촉이 이루어진 후에 모니터링하고 제어하기 위한 중요한 파라미터이다. 원하는 EPD와 실제 EPD 간의 차이를 EPE라고 부른다. EPD와 EPE는 오버레이와 CD 오차 둘 다의 함수이다.
일부 예시들에서, 임계 치수 주사 전자 현미경(critical dimension-scanning electron microscopy; CD-SEM)이 오버레이 및 EPE를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 대부분의 고급 공정 노드는 CD-SEM 툴로는 달성할 수 없는 작은 계측 오차 및 고 처리량을 필요로 한다.
요약하면, 로직 디바이스 및 고급 DRAM, 및 수직 또는 평면 NAND 디바이스에 대해 20나노미터 미만의 디바이스 제조 노드에서의 반도체 디바이스 수율은 막 두께, 패터닝된 라인들의 프로파일 파라미터, 오버레이 오차, 및 가장자리 배치 오차(EPE)를 비롯한, 많은 파라미터들의 복잡한 함수이다. 이들 중에서, EPE는 가장 까다로운 공정 윈도우를 가지고 있으며 CD 및 오버레이의 계측 및 제어를 필요로 한다. EPE 측정 및 많은 온 디바이스 오버레이 측정 응용들을 위한 고 처리량의 광학 계측 솔루션은 현재 없다. 또한, 적당한 계측의 부재는 디바이스 수율을 향상시키는 제어 방식을 정의하는 것을 어렵게 만든다.
관심 파라미터를 추정하기 위해 전자 빔 열(column)들의 어레이를 사용하여 다중 다이의 측정을 수행하기 위한 방법 및 시스템이 본 명세서에서 제시된다. 관심 파라미터들은, 비제한적인 예시로서, 웨이퍼의 디바이스 영역에 위치해 있는 실제 디바이스 구조물들의 오버레이, 가장자리 배치 오차(EPE), 피치 워크, 및 임계 치수(CD)를 포함한다.
일 양태에서, 다중 전자 빔 측정 열들은 단일 웨이퍼 패스(pass)에서 상이한 다이 상의 동일한 다이 피처들의 다중 행(row)들을 측정한다. 웨이퍼 스캐닝 방향은 웨이퍼 상에 배치된 다이 행들과 정렬된다. 각각의 전자 빔 측정 열은 인접한 전자 빔 측정 열로부터 열 정렬 방향으로 고정된 거리만큼 공간적으로 분리된다. 웨이퍼 스캐닝 방향은 열 정렬 방향에 대해 경사각으로 배향된다. 경사각은 각각의 전자 빔 열이 동일한 웨이퍼 패스 동안 상이한 다이 상의 동일한 행의 다이 피처들을 측정하도록 선택된다.
추가적인 양태에서, 복수의 전자 빔 열들 각각은 각각의 대응하는 행의 다이 피처들의 1차원 측정을 수행한다. 달리 말하면, 전자 빔 열들 자체는 스캐닝 모드로 동작하지 않는다.
일부 실시예들에서, 웨이퍼는, 웨이퍼 포지셔닝(positioning) 시스템에 내장된 회전 스테이지로 웨이퍼를 회전시킴으로써 열들의 어레이에 대해 배향된다.
일부 다른 실시예들에서, 웨이퍼는, 사전 정렬 스테이지로부터 웨이퍼 포지셔닝 시스템으로 웨이퍼를 이송하기 전에 사전 정렬 스테이지를 통해 원하는 배향으로 웨이퍼를 회전시킴으로써 열들의 어레이에 대해 배향된다.
일부 다른 실시예들에서, 웨이퍼는, 웨이퍼에 대하여 열들의 어레이를 회전시킴으로써 열들의 어레이에 대해 배향된다.
추가적인 양태에서, 각각의 측정 빔들은 각각의 웨이퍼 패스 동안 각각의 열과, 측정될 대응하는 다이 행 간의 정렬 오차를 보정하기 위해 소량만큼 편향된다.
다른 추가적인 양태에서, 각각의 측정 빔들은 웨이퍼 포지셔닝 시스템에 의해 보고된 웨이퍼 포지셔닝 오차를 정정하기 위해 소량만큼 편향된다. 이러한 방식으로, 웨이퍼 상의 1차 전자들의 빔의 입사 위치는 웨이퍼 포지셔닝 오차를 보정하도록 조정된다.
전술한 내용은 요약이며, 이에 따라, 필연적으로, 상세사항의 단순화, 일반화 및 생략을 포함하며, 결과적으로, 본 업계의 당업자는 본 요약이 예시에 불과하며 어떠한 방식으로든 제한적인 것이 아님을 알 것이다. 여기서 설명된 디바이스들 및/또는 공정들의 다른 양태들, 발명적 특징들, 및 장점들이 여기서 진술된 비제한적인 상세한 설명에서 명백해질 것이다.
도 1은 여기에 제시된 예시적인 방법에 따라 실질적으로 개선된 처리량으로 다이 피처들의 다중 행들의 전자 빔 검사 측정을 수행하기 위한 시스템(100)을 도시한다.
도 2는 도 1에서 도시된 웨이퍼(102) 및 열들의 어레이(101A~101D)의 평면도를 도시한다.
도 3은 보다 자세하게 도시된 다이의 행들을 갖는 웨이퍼(102) 및 열들의 어레이(101A~101D)의 평면도를 도시한다.
도 4는 각각의 열이 각각의 대응하는 다이 행의 동일한 피처 행을 측정하도록 열들의 어레이(101A~101D)에 대해 회전된 웨이퍼(102)의 평면도를 도시한다.
도 5는 마이크로전자 칩의 정적 랜덤 액세스 메모리(static random access memory; SRAM) 영역(150)에서 제조된 라인 구조물(151)들의 하드마스크 패턴을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 5에서 도시된 라인 구조물들의 패턴의 최상부에 배치된 바닥 반사 방지 코팅(bottom anti-reflective coating; BARC)층(152) 및 레지스트층(153)을 도시하는 도면이다.
도 7은 도 1에서 도시된 시스템(100)에 의해 측정될 수 있는 구조물(160)의 단면을 도시한다.
도 8은 활성 필드, 게이트, 및 콘택트를 포함하는 디바이스 구조물(170)의 평면도를 도시한다.
도 9는 적어도 하나의 신규한 양태에서 관심 파라미터들을 추정하기 위해 전자 빔 열들의 어레이를 사용하여 다중 다이의 프로브 측정을 수행하는 방법(200)을 예시하는 흐름도이다.
이제부터, 본 발명의 배경적인 예시들과 몇몇의 실시예들에 대해 상세한 설명을 할 것이며, 이러한 예시들은 첨부된 도면들에 나타나 있다.
관심 파라미터를 추정하기 위해 전자 빔 열(column)들의 어레이를 사용하여 다중 다이의 측정을 수행하기 위한 방법 및 시스템이 본 명세서에서 제시된다. 측정될 수 있는 관심 파라미터들은, 비제한적인 예시로서, 웨이퍼의 디바이스 영역에 위치해 있는 실제 디바이스 구조물들의 오버레이, 가장자리 배치 오차(EPE), 피치 워크, 및 임계 치수(CD)를 포함한다.
일 양태에서, 다중 전자 빔 측정 열들은 단일 웨이퍼 패스에서 상이한 다이 상의 동일한 피처들의 다중 행들의 EPE 측정, 오버레이 측정, 또는 이 둘 다를 수행하기 위해 활용된다. 웨이퍼 스캐닝 방향은 웨이퍼 상에 배치된 다이 행들과 정렬된다. 각각의 전자 빔 측정 열은 인접한 전자 빔 측정 열로부터 열 정렬 방향으로 고정된 거리만큼 공간적으로 분리된다. 웨이퍼는 열 정렬 방향에 대해 경사각으로 배향된 방향으로 스캐닝된다. 경사각은 각각의 전자 빔 열이 동일한 웨이퍼 패스 동안 상이한 다중 다이 상의 동일한 행의 다이 피처들을 측정하도록 선택된다. 추가적인 양태에서, 복수의 전자 빔 열들 각각은 각각의 행의 다이 피처들의 1차원 측정을 수행한다. 달리 말하면, 전자 빔 열들 자체는 스캐닝 모드로 동작하지 않는다.
도 1은 여기에 제시된 예시적인 방법에 따라 실질적으로 개선된 처리량으로 다이 피처들의 다중 행들의 전자 빔 검사 측정을 수행하기 위한 시스템(100)을 도시한다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 전자 빔 측정 열들의 어레이(101A~101D), 웨이퍼 포지셔닝 시스템(125), 및 컴퓨팅 시스템(130)을 포함한다.
전자 빔 측정 열들의 어레이(101A~101D)는 웨이퍼(102) 상에 제조된 구조물들의 동시적인 측정을 수행하도록 구성된다. 각각의 전자 빔 열은 전자 빔 소스(120), 빔 편향기(106), 대물 렌즈(105), 및 검출기(104)를 포함한다.
전자 빔 소스(120)는 웨이퍼(102)에 지향되는 1차 전자(primary electron)들의 빔을 생성하도록 구성된다. 일 실시예에서, 전자 빔 소스(120)는 전자를 방출하는 캐소드 소스 또는 이미터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 전자 빔 소스(120)는 하나 이상의 렌즈 엘리먼트(예를 들어, 자기 엘리먼트, 전자기 엘리먼트, 정전 엘리먼트, 어퍼처, 애노드 등)를 포함한다. 렌즈 엘리먼트는 방출된 전자를 가속화시키고 포커싱하여 전자 빔 열의 전기 광학 축(electro-optical axis)을 따라 지향된 1차 전자 빔(103)을 생성한다.
캐소드 소스 또는 이미터로부터 추출된 후, 전자는 "추출 에너지(extraction energy; EE)"로서 정의된 상대적으로 낮은 에너지 레벨에 있다. 가속화 이후, 1차 전자 빔(103) 내의 전자는 "빔 에너지(beam energy; BE)"로서 정의된 더 높은 에너지 레벨에 있다. 하나의 예시적인 구현예에서, EE 레벨은 4keV 내지 7keV의 범위 내에 있을 수 있고, BE 레벨은 8keV 내지 12keV의 범위 내에 있을 수 있다. 사용될 특정 에너지 레벨은 특정 구현예에 따라 다르다. 또다른 예시적인 구현예에서, 최대 35keV의 초고(ultra-high) BE가 사용될 수 있다. BE는 극도로 높은 전압을 사용하지 않고서 전자들 간의 상호작용을 감소시키기 위해 고 BE 전자 광학기기를 이용하도록 가변적이 될 수 있다.
일부 실시예들에서, 1차 전자 빔(103)은 웨이퍼 상에 투영된 빔 전류를 선택하도록 빔 전류 선택 어퍼처를 통과한다. 일부 실시예들에서, 빔 전류 선택 어퍼처는 연속적으로 가변적인 어퍼처이다. 예시적인 실시예들은 2012년 10월 2일에 등록받은 공동 소유의 미국 특허 제8,278,623호, 및 2014년 3월 4일에 등록받은 미국 특허 제8,664,594호에서 개시되어 있으며, 그 전체 내용은 본원에 참고로서 원용된다.
1차 전자 빔(103)은 대물 렌즈(105)에 의한 빔 스폿(beam spot)을 통해 웨이퍼(102) 상에 포커싱된다. 대물 렌즈(105)는 매우 낮은 구면 수차 계수 및 매우 낮은 색수차 계수를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 대물 렌즈(105)는 "빔 에너지(BE)" 레벨로부터, 더 낮은 "랜딩 에너지(landing energy; LE)" 레벨로 1차 빔(103) 내의 전자들의 에너지를 감소시킬 수 있다(즉, 전자를 감속시킨다). 사용될 특정 에너지 레벨은 특정 구현예에 따라 다르다. 일반적으로, 빔 스폿은 분해될 피처 크기보다 더 작은 크기를 갖는다. 일부 실시예들에서, 10나노미터 또는 그 미만의 피처 크기가 분해된다. 따라서, 빔 스폿은 10나노미터보다 더 작은 크기를 갖는다. 일부 실시예들에서, 5나노미터 또는 그 미만의 피처 크기가 분해된다. 따라서, 빔 스폿은 5나노미터보다 더 작은 크기를 갖는다.
빔 편향기(106)는 웨이퍼(102) 상에서의 1차 전자들의 빔의 입사 위치를 조정하도록 구성된다. 도 1에서 도시된 실시예에서, 빔 편향기(106)는 y방향(즉, 웨이퍼 스캐닝 방향에 수직)으로 빔을 편향시켜서 웨이퍼(102) 상에서의 1차 전자 빔(103)의 입사 위치를 조정한다. 일부 실시예들에서, 빔 편향기는 빈(Wien) 필터를 포함한다. 빈 필터는 웨이퍼(102) 상의 빔 스폿의 위치의 원하는 변경을 달성하기 위해 y방향으로 1차 전자 빔(103)을 편향시키도록 제어되는 수직 전기장 및 자기장을 포함한다.
웨이퍼(102) 상에서의 1차 전자 빔(103)의 충돌은 2차 전자(107)의 방출을 야기시킨다. 2차 전자는 웨이퍼(102)로부터 추출되고 빔 편향기(106)의 빈 필터에 의해 전자 열의 전기 광학 축으로부터 편향된다. 일부 실시예들에서, 빈 필터의 정전 편향 장(electrostatic deflection field)은 1차 전자 빔을 편향시키기 위해 사용되며, 수직 자기 편향 장(perpendicular magnetic deflection field)은 정전 편향 장과 균형을 이루어 2차 전자(107)를 1차 전자 빔(103)의 경로로부터 검출기(104)쪽으로 편향시킨다.
검출기(104)는 2차 전자(107)를 검출하고 검출된 2차 전자의 세기에 기초하여 출력 신호(109A)를 생성하도록 구성된다. 전자는 일정한 주기성을 갖고 샘플로부터 수집되어 디지털 세기 신호로 변환된다. 스테이지 위치 및 신호 세기 둘 다는 각각의 샘플에 대해 알려져 있으므로, 2차 전자 세기 신호(109A~109D)는 웨이퍼 위치와 동기화되어 스캐닝 방향(즉, 도 1에서 도시된 x방향)을 따른 웨이퍼 위치의 함수로서 측정된 세기의 1차원 측정치를 생성한다.
웨이퍼(102)는 웨이퍼 포지셔닝 시스템(125)에 의해 열들의 어레이(101A~101D) 아래에 정확하게 위치된다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼 포지셔닝 시스템은 1나노미터 미만의 반복성을 갖고 전자 빔 측정 열들의 어레이에 대해 웨이퍼를 위치시킨다. 이것은 수 나노미터 내에서의 측정된 피처들의 절대적 포지셔닝 결정을 가능하게 한다.
도 1에서 도시된 실시예에서, 웨이퍼 포지셔닝 시스템(125)은 웨이퍼 표면 상의 빔 스폿들의 위치를 조정하기 위해 웨이퍼(102)를 전자 빔 측정 열들(101A~101D) 아래로 이동시킨다. 웨이퍼 포지셔닝 시스템(125)은 웨이퍼 척(126), 모션 제어기(123), 회전 스테이지(121), 및 병진 스테이지(122)를 포함한다. 웨이퍼(102)는 웨이퍼 척(126) 상에서 지지된다.
웨이퍼(102)는 그 기하학적 중심이 회전 스테이지(121)의 회전축과 대략적으로 정렬되도록 위치된다. 이러한 방식으로, 회전 스테이지(121)는 열 정렬 방향(즉, 도 1에서 도시된 y'방향)과 웨이퍼 스캐닝 방향(즉, 도 1에서 도시된 x방향) 사이에서 원하는 경사각(α)을 수용가능한 허용오차 내에서 달성하도록 웨이퍼(102)를 회전시킨다. 병진 스테이지(122)는 웨이퍼(102)를 웨이퍼 스캐닝 방향으로 특정 속도(VT)로 병진시킨다. 모션 제어기(123)는 시스템(100) 내의 웨이퍼(102)의 원하는 배향 및 스캐닝 모션을 달성하기 위해 회전 스테이지(121)에 의한 웨이퍼(102)의 회전 및 병진 스테이지(122)에 의한 웨이퍼(102)의 병진운동을 제어한다.
컴퓨팅 시스템(130)은 전자 빔 측정 열들(102A~102D) 각각에 의해 생성된 출력 신호들(109A~109D)을 수신하고 출력 신호들에 기초하여 오버레이 값, 가장자리 배치 오차 값, 또는 이 둘 다를 추정하도록 구성된다. 일부 예시들에서, 관심 파라미터의 값은 측정된 세기 신호들(109A~109D)을 설계 참조 데이터와 비교함으로써 추정된다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 웨이퍼(102)는, 검사될 유사한 다이 피처들의 행들 사이의 간격이 다이 행들에 수직한 방향으로 전자 빔 열 간격과 일치하도록, 전자 빔 측정 열들의 어레이(101A~101D)에 대해 회전된다. 도 2는 웨이퍼(102) 및 열들의 어레이(101A~101D)의 평면도를 도시한다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 열들은 열 정렬 방향(y'방향)으로 서로 거리(D)만큼 동일하게 이격되어 있다. 하나의 예시에서, 전자 빔 측정 열들은 각각 20밀리미터의 거리만큼 격리되어 있다. 또한, 도 2는 x방향으로 연장되는 몇 개의 다이 행들을 도시한다. 각각의 다이 행은 y방향으로 연장되는 다이 높이(HDIE)를 갖는다. 다이 행 간격을 스캐닝 방향에 수직인 방향으로 열 간격과 일치시키기 위해, 웨이퍼(102)는 열들의 어레이 및 다이 행들에 대해 경사각(α)으로 배향되며, 여기서 α는 식(1)에 의해 주어진다.
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이러한 방식으로, 각각의 열은 각각의 상이한 다이 행에서 동일한 피처들을 프로빙(probe)한다.
도 3은 보다 자세하게 도시된 다이의 행들을 갖는 웨이퍼(102) 및 열들의 어레이(101A~101D)의 평면도를 도시한다. 도 3의 예시에서는, 16개의 다이가 웨이퍼(102) 상에서 4개의 행으로 배열된다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 각각의 다이는 여러 행들의 피처들을 포함한다. 피처 행들(111~114)은 동일한 피처들이며 각각의 다이에 대해 동일한 위치에 위치한다. 마찬가지로, 피처 행들(115~118)은 동일한 피처들이며 각각의 다이에 대해 동일한 위치에 위치한다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 열 정렬 방향(즉, y'방향)은 웨이퍼 스캐닝 방향(즉, x방향)에 대해 경사각(α)으로 배향된다. 또한, 웨이퍼 스캐닝 방향은 웨이퍼(102) 상에 배치된 다이 행들의 길이 방향에 평행하다. 경사각은 각각의 열이 대응하는 각각의 다이 행의 동일한 피처 행을 측정하도록 선택된다. 다시 말해, 피처 행들(111~114) 각각은 대응하는 열에 의해 동일한 웨이퍼 패스에서 측정된다. 마찬가지로, 피처 행들(115~118) 각각은 각각의 대응하는 열에 의해 다른 웨이퍼 패스에서 함께 측정된다.
일부 실시예들에서, 웨이퍼(102)는 웨이퍼 포지셔닝 시스템 내에 내장된 회전 스테이지(예를 들어, 도 1에서 도시된 회전 스테이지(121))로 웨이퍼(102)를 회전시킴으로써 열들의 어레이(101A~101D)에 대해 배향된다. 도 4는 각각의 열이 각각의 대응하는 다이 행의 동일한 피처 행을 측정하도록 열들의 어레이(101A~101D)에 대해 회전된 웨이퍼(102)의 평면도를 도시한다.
일부 다른 실시예들에서, 웨이퍼(102)는, 사전 정렬 스테이지로부터 웨이퍼 포지셔닝 시스템(125)으로 웨이퍼를 이송하기 전에 사전 정렬 스테이지를 통해 원하는 배향으로 웨이퍼를 회전시킴으로써 열들의 어레이(101A~101D)에 대해 배향된다.
일부 다른 실시예들에서, 웨이퍼(102)는, 웨이퍼(102)에 대하여 열들의 어레이(101A~101D)를 회전시킴으로써 열들의 어레이(101A~101D)에 대해 배향된다. 도 3은 각각의 열이 각각의 대응하는 다이 행의 동일한 피처 행을 측정하도록 웨이퍼(102)에 대해 회전된 열들의 어레이(101A~101D)의 평면도를 도시한다. 하나의 예시에서, 열들의 어레이(101A~101D)는 시스템(100) 내에서 이동가능한 프레임에 마운팅된다. 이동가능한 프레임은, 웨이퍼(102)에 대한 원하는 각도가 달성되도록, 웨이퍼 포지셔닝 시스템 및 웨이퍼(102)에 대해 재배치된다.
일반적으로, 열들의 어레이(101A~101D)에 대한 웨이퍼(102)의 배향은, 웨이퍼(102)가 웨이퍼 포지셔닝 시스템(125) 상에 이송되기 전 또는 후에, 웨이퍼 및 열들의 어레이의 이동들의 임의의 조합에 의해 변경될 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 웨이퍼(102)는 열들의 어레이(101A~101D)에 대한 웨이퍼(102)의 상대적 회전에 의해 열들의 어레이(101A~101D)에 대해 배향된다. 그러나, 많은 예시들에서, 이 이동은 각각의 열이 각각의 대응하는 다이 행의 동일한 피처 행을 측정하는 것을 보장하도록 충분히 정확하지는 않다. 열들의 정렬 및 웨이퍼 포지셔닝 오차의 허용오차는 각각의 웨이퍼 패스 동안 각각의 열과, 측정될 대응하는 다이 행 간의 작은 오정렬을 야기할 수 있다.
추가적인 양태에서, 측정 빔들은 각각의 웨이퍼 패스 동안 각각의 열과, 측정될 대응하는 다이 행 간의 정렬 오차를 보정하기 위해 소량만큼 편향된다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 열들의 어레이는 커맨드 신호들(108A~108D)을 수신한다. 이에 응답하여, 웨이퍼(102) 상에서의 1차 전자들의 빔의 입사 위치를, 측정될 피처들의 행에 대응하도록(예컨대, 오버랩되도록) 조정하기 위해, 각각의 측정 빔은 대응하는 빔 편향기(예를 들어, 빔 편향기(106))에 의해 편향된다.
일반적으로, 웨이퍼 포지셔닝 시스템(125)은 자신의 현재 위치를 계속해서 측정하고, 해당 위치를 원하는 위치와 비교하고, 이들 오차를 제로쪽으로 유도하는 모션 제어 커맨드를 생성하는 피드백 포지셔닝 시스템이다. 그러나, 웨이퍼 포지셔닝 시스템의 대역폭은 유한하므로, 실제 동작 환경에서 원하는 모션 궤적을 완벽하게 추적하는 것은 불가능하다.
추가적인 양태에서, 측정 빔들은 웨이퍼 포지셔닝 시스템(125)에 의해 보고된 웨이퍼 포지셔닝 오차를 정정하기 위해 소량만큼 편향된다. 일부 실시예들에서, 포지셔닝 오차는 웨이퍼 포지셔닝 시스템(125)에 의해 측정되고, 이들 오차(도시되지 않음)를 나타내는 신호들은 컴퓨팅 시스템(130)에 전달된다. 이어서, 컴퓨팅 시스템(130)은 웨이퍼 포지셔닝 오차들을 보정하기 위한 커맨드들을 포함하는 신호들(108A~180D)을 각각 열들(101A~101D)에 전달한다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 열들의 어레이는 커맨드 신호들(108A~108D)을 수신한다. 이에 응답하여, 웨이퍼 포지셔닝 오차들을 보정하도록 웨이퍼(102) 상에서의 1차 전자들의 빔의 입사 위치를 조정하기 위해, 각각의 측정 빔은 대응하는 빔 편향기(예를 들어, 빔 편향기(106))에 의해 편향된다. 따라서, 일반적으로, 빔을 편향시키고 이들 오차들을 정정하기 위해 스테이지 포지셔닝에서의 오차들은 열 제어 전자장치에 연속적으로 전달된다.
20나노미터 미만의 반도체 디바이스 제조 노드에서 제조된 많은 고급 로직 및 메모리 디바이스들이 다중 패터닝 공정들을 사용하여 구축된다. 예시적인 다중 패터닝 공정들은 자기 정렬 이중 패터닝(self-aligned double patterning; SADP), 자기 정렬 삼중 패터닝(self-aligned triple patterning; SATP), 및 자기 정렬 사중 패터닝(self-aligned quadruple patterning; SAQP) 기술을 포함한다.
하나의 예시에서, SAQP 핀 형성 공정은 종래의 단일 패턴 리소그래피를 통해 획득될 수 있는 피치의 1/4인 타겟 피치를 달성한다. 하나의 예시에서, 핀 구조물들을 생성하기 위해서는 적어도 14개의 단계들이 필요하다. 이러한 단계들은 원하는 피치 및 프로파일을 갖는 핀 구조물들을 실현하기 위해 정밀하게 제어되어야 하는 리소그래피, 에칭, 및 스트리핑 단계들을 포함한다. SAQP 핀 형성 공정에 의해 달성되는 최종적인 피치 값 및 핀 프로파일(예를 들어, CD, SWA)은 이전 단계들로부터의 구조적 파라미터 값들(예를 들어, 레지스트 프로파일 파라미터, 스페이서 막 두께 등)에 의해 영향을 받는다.
도 5는 마이크로전자 칩의 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM) 영역(150)에서 제조된 라인 구조물(151)들의 하드마스크 패턴을 도시한다. 활성 영역의 복합 레이아웃은 다중 패터닝 기술을 마스크 커팅(cut mask)과 결합하여 생성된다. 마스크 커팅은 기판을 활성 영역들로 패터닝하는데 사용되는 하드 마스크층의 부분들을 선택적으로 제거한다. 도 6은 도 5에서 도시된 라인 구조물들의 패턴의 최상부에 배치된 바닥 반사 방지 코팅(BARC)층(152) 및 레지스트층(153)을 도시한다. 레지스트층은 레지스트층(153)의 개구부(154) 아래의 하드 마스크 패턴의 일부를 선택적으로 제거하는데 사용된다. 도 5에서 도시된 바와 같이, 라인 구조물(151)의 하드 마스크 패턴은 BARC층(152)에 의해 매립되며, 심지어 레지스트층(153)의 개구부(154) 내에도 있다. 일부 실시예들에서, 마스크 커팅 공정을 위한 적당한 수율을 제공하기 위해, 여기에 설명된 방식으로 오버레이의 신뢰성 있는 측정이 수행된다.
도 7은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 전자 빔 열들의 어레이에 의해 측정된 반도체 구조물(160)의 단면도를 도시한다. 구조물(160)은 매립 구조물(162)을 포함하는 물질층(161)을 포함한다. 물질층들(163, 164)은 BARC층(165)으로부터 구조물(162)을 분리시킨다. 포토레지스트 구조물(166)은 BARC층(165)의 최상부 상에 배치된다. 도시된 바와 같이, 구조물(160)은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 전자 빔 열들의 어레이에 의해 측정되는 오버레이 오프셋(overlay offset; OVL)을 포함한다.
도 8은 활성 필드(171~174), 게이트(175~178), 및 콘택트(179~190)를 포함하는 실제 디바이스 구조물(170)의 평면도를 도시한다. 도 8은 게이트(177)와 콘택트(188) 간의 가장자리 배치 거리(EPD1)를 나타낸다. 도 8은 또한 게이트(176)와 콘택트(184) 간의 가장자리 배치 거리(EPD3) 및, 게이트(178)와 콘택트(188) 간의 가장자리 배치 거리(EPD2)를 나타낸다. 높은 디바이스 수율을 보장하기 위해서는 가장자리 배치 거리를 신중하게 제어해야 한다. 이들 가장자리 배치 거리들 중 임의의 가장자리 배치 거리와 관련된 가장자리 배치 오차가 너무 큰 경우, 디바이스는 고장날 것이다. 도 8에서 도시된 바와 같이, 오버레이 오차와 CD 오차 둘 다는 EPE에 기여한다. 예를 들어, 콘택트와 연관된 층들이 게이트와 연관된 층들과 오정렬된 경우 EPE가 초래된다. 마찬가지로, 접촉 구조물들과 연관된 CD가 공칭 치수에서 벗어나는 경우 EPE가 초래된다. 예를 들어, 콘택트들(183, 186)은 너무 크다. 그 결과, 각각의 콘택트와, 대응하는 게이트 구조물 간의 오버랩, 및 디바이스 고장이 초래된다. 일부 실시예들에서, 가장자리 배치 오차들(EPE1, EPE2, EPE3)은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 전자 열들의 어레이(102)에 의해 측정된다.
도 9는 적어도 하나의 신규한 양태에서 관심 파라미터들을 추정하기 위해 전자 빔 열들의 어레이를 사용하여 다중 다이의 측정을 수행하는 방법(200)을 나타낸다. 방법(200)은 본 발명의 도 1에서 나타난 계측 시스템(100)과 같은 계측 시스템에 의한 구현예에 적절하다. 하나의 양태에서, 방법(200)의 데이터 처리 블록들은 컴퓨팅 시스템(130), 또는 임의의 다른 범용 컴퓨팅 시스템의 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 미리 프로그래밍된 알고리즘을 통해 수행될 수 있다는 것이 인식된다. 여기서 계측 시스템(100)의 특정 구조적 양태들은 제한성들을 나타내지 않으며 예시용으로서만 해석되어야 한다는 것이 인식된다.
블록(201)에서, 표본이 웨이퍼 스캐닝 방향으로 복수의 전자 빔 측정 열들 아래에서 스캐닝된다. 웨이퍼 스캐닝 방향은 웨이퍼 상에 배치된 다이의 행과 평행하다. 복수의 전자 빔 측정 열들 각각은 인접한 전자 빔 측정 열로부터 열 정렬 방향을 따라 고정된 거리만큼 공간적으로 분리된다.
블록(202)에서, 표본의 웨이퍼 스캐닝 방향은 열 정렬 방향에 대해 경사각을 갖고 배향된다. 이 경사각에서, 복수의 전자 빔 측정 열들 각각은 상이한 다이 행의 동일한 피처 행의 1차원 측정을 수행한다.
본 발명개시 전반에 걸쳐 설명된 다양한 단계들은 단일 컴퓨터 시스템(130)에 의해 수행될 수 있거나, 또는 이와 달리, 다중 컴퓨터 시스템들(130)에 의해 수행될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 시스템(100)의 상이한 서브시스템들은 여기서 설명된 단계들의 적어도 일부분을 수행하는 데에 적절한 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 그러므로, 앞서 언급한 설명은 본 발명에 대한 제한으로서 해석되어서는 안되고 단순한 예시로서 해석되어야 한다. 또한, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템들(130)이 여기서 설명된 임의의 방법 실시예들의 임의의 다른 단계(들)을 수행하도록 구성될 수 있다.
또한, 컴퓨터 시스템(130)은 본 업계에 알려진 임의의 방법으로 전자 빔 열들의 어레이(120A~120D)에 통신가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(130)은 전자 빔 열들의 어레이 각각과 연관된 컴퓨팅 시스템들에 결합될 수 있다. 다른 예시에서, 열들의 어레이(101A~101D)는 컴퓨터 시스템(130)에 결합된 단일 컴퓨터 시스템에 의해 직접 제어될 수 있다.
계측 시스템(100)의 컴퓨터 시스템(130)은 유선 및/또는 무선 부분들을 포함할 수 있는 전송 매체에 의해 시스템(예컨대, 웨이퍼 포지셔닝 시스템(125), 전자 빔 측정 열들(101A~101D) 등)의 서브시스템들로부터 데이터 또는 정보를 수신하고/수신하거나 획득하도록 구성될 수 있다. 이러한 방법으로, 전송 매체는 시스템(100)의 컴퓨터 시스템(130)과 다른 서브시스템들 간의 데이터 링크로서 역할을 할 수 있다.
컴퓨터 시스템(130)은 유선 및/또는 무선 부분들을 포함할 수 있는 전송 매체에 의해 다른 시스템들로부터 데이터 또는 정보(예컨대, 측정 결과들, 모델링 입력들, 모델링 결과들, 참조 측정 결과들 등)를 수신하고/수신하거나 획득하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 전송 매체는 컴퓨터 시스템(130)과 다른 서브시스템들(예컨대, 메모리 온보드 계측 시스템(100), 외부 메모리, 또는 다른 외부 시스템들) 간의 데이터 링크로서 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(130)은 데이터 링크를 통해 저장 매체(즉, 메모리(132) 또는 외부 메모리)로부터 측정 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 전자 빔 측정 열들(101A~101D)을 사용하여 획득된 측정 데이터는 영구적 또는 반영구적 메모리 디바이스(예컨대, 메모리(132) 또는 외부 메모리) 내에 저장될 수 있다. 이와 관련하여, 측정 결과들은 온보드 메모리로부터 또는 외부 메모리 시스템으로부터 불러오기될 수 있다. 다른 예시에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 데이터 링크를 통해 참조 측정 소스(예를 들어, 저장 매체)로부터 참조 측정 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 참조 측정 데이터는 영구적 또는 반영구적 메모리 디바이스 내에 저장될 수 있다. 이와 관련하여, 참조 측정 결과들은 온보드 메모리로부터 또는 외부 메모리 시스템으로부터 불러오기될 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(130)은 전송 매체를 통해 데이터를 다른 시스템들에 보낼 수 있다. 예컨대, 컴퓨터 시스템(130)에 의해 결정된 추정된 디바이스 파라미터 값(140)은 외부 메모리 내에 전달되어 저장될 수 있다. 이와 관련하여, 측정 결과들은 다른 시스템으로 내보내기될 수 있다.
컴퓨팅 시스템(130)은 비제한적인 예시로서, 개인 컴퓨터 시스템, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 프로세서, 또는 본 업계에서 알려진 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 일반적으로, "컴퓨팅 시스템"이라는 용어는 메모리 매체로부터의 명령어들을 실행하는 하나 이상의 프로세서를 갖는 임의의 디바이스를 망라하도록 광범위하게 정의될 수 있다.
여기서 설명된 것과 같은 방법들을 구현하는 프로그램 명령어들(134)은 유선, 케이블, 또는 무선 전송 링크와 같은 전송 매체를 통해 전송될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 예시된 바와 같이, 메모리(132) 내에 저장된 프로그램 명령어들(134)은 버스(133)를 통해 프로세서(131)에 전송된다. 프로그램 명령어들(134)은 컴퓨터 판독가능한 매체(예컨대, 메모리(132)) 내에 저장된다. 예시적인 컴퓨터 판독가능한 매체는 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기적 또는 광학적 디스크, 또는 자기적 테이프를 포함한다.
또다른 양태에서, 여기서 설명된 측정들은 능동 피드백을 공정 툴(예컨대, 리소그래피 툴, 에칭 툴, 퇴적 툴 등)에 제공하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 희망하는 출력을 달성하기 위해 리소그래피 시스템을 조정하도록, 여기서 설명된 방법들을 사용하여 결정된 EPE 또는 오버레이 오차의 값들이 리소그래피 툴에 전달될 수 있다. 일부 예시에서, 측정된 EPE 또는 오버레이 값들에 기초하여 결정된 공정 파라미터들에 대한 정정은 리소그래피 툴, 에칭 툴, 또는 퇴적 툴에 전달될 수 있다. 예를 들어, 에칭 툴들 또는 퇴적 툴들에 각각 능동 피드백을 제공하기 위해 에칭 파라미터들(예컨대, 에칭 시간, 확산도 등) 또는 퇴적 파라미터들(예컨대, 시간, 농도 등)이 포함될 수 있다.
일부 예시들에서, 하나 이상의 에칭 단계 또는 리소그래피 단계 전후의 측정된 파라미터 값들 간의 차이는 에칭 공정 또는 리소그래피 공정의 폐루프 제어에 대한 입력으로서 사용될 수 있다.
일반적으로, 전자 빔 측정은, 예를 들어, 2개의 공정 모니터링 단계들 사이의 타겟 바이어스를 설정하거나, 필드당 정정을 제공하거나, 고차수 정정(예컨대, OVL 또는 EPE 제어)을 제공하기 위해 사용될 수 있는 글로벌(웨이퍼), 필드(필드 평균), 또는 로컬(사이트 당) 결과를 허용한다.
여기서 설명된 용어 "임계 치수"는 구조물의 임의의 임계 치수(예컨대, 바닥 임계 치수, 중앙 임계 치수, 최상단 임계 치수, 측벽 각도, 격자 높이 등), 임의의 두 개 이상의 구조물들 간의 임계 치수(예컨대, 두 개의 구조물들 간의 거리), 및 두 개 이상의 구조물들 사이의 변위(예컨대, 오버레이 격자 구조물들 사이의 오버레이 변위 등)를 포함한다. 구조물들은 삼차원 구조물들, 패터닝된 구조물들, 오버레이 구조물들 등을 포함할 수 있다.
여기서 설명된 용어 "임계 치수 응용" 또는 "임계 치수 측정 응용"은 임의의 임계 치수 측정을 포함한다.
여기서 설명된 용어 "계측 시스템"은 임계 치수 계측, 오버레이 계측, 초점/도즈 계측, 및 조성 계측과 같은 측정 응용들, 및 검사 응용들을 비롯하여, 표본을 임의의 양태로 특징화하기 위해 적어도 부분적으로 활용된 임의의 시스템을 포함한다. 하지만, 이러한 기술적 용어들은 여기서 설명된 용어 "계측 시스템"의 범위를 제한시키지 않는다. 또한, 계측 시스템(100)은 패터닝된 웨이퍼들 및/또는 패터닝되지 않은 웨이퍼들의 측정을 위해 구성될 수 있다. 계측 시스템은 LED 검사 툴, 가장자리 검사 툴, 후면 검사 툴, 매크로 검사 툴, 또는(하나 이상의 플랫폼들로부터의 데이터를 동시적으로 포함하는) 멀티 모드 검사 툴, 및 임의의 다른 계측 또는 검사 툴로서 구성될 수 있다.
여기서는 표본을 처리하기 위해 이용될 수 있는 반도체 프로세싱 시스템(예컨대, 검사 시스템 또는 리소그래피 시스템)을 위한 다양한 실시예들이 설명된다. 여기서는, 본 업계에 알려진 수단들에 의해 처리될 수 있는(예컨대, 결함들을 위해 인쇄되거나 또는 검사되는) 웨이퍼, 레티클, 또는 임의의 다른 샘플을 가리키기 위해 용어 "표본"이 이용된다.
여기서 이용된 용어 "웨이퍼"는 일반적으로 반도체 또는 비반도체 물질로 형성된 기판들을 가리킨다. 그 예시들은, 비제한적인 예시로서, 단결정 실리콘, 갈륨 비소, 및 인듐 인을 포함한다. 이러한 기판들은 통상적으로 반도체 제조 설비들에서 발견되고/발견되거나 처리될 수 있다. 몇몇의 경우들에서, 웨이퍼는 기판만을 포함할 수 있다(즉, 베어 웨이퍼). 대안적으로, 웨이퍼는 기판 상에 형성된 상이한 물질들의 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 웨이퍼 상에 형성된 하나 이상의 층들은 "패터닝"될 수 있거나 또는 "비패터닝"될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 반복가능한 패턴 피처들을 갖는 복수의 다이들을 포함할 수 있다.
"레티클"은 레티클 제조 공정의 임의의 스테이지에서의 레티클, 또는 반도체 제조 설비 내에서의 이용을 위해 릴리즈되거나 또는 릴리즈되지 않을 수 있는 완성된 레티클일 수 있다. 레티클, 또는 "마스크"는 일반적으로, 패턴으로 구성되거나 또는 그 위에 실질적으로 불투명한 영역들이 형성되어 있는 실질적으로 투명한 기판으로서 정의된다. 기판은, 예컨대, 비정질 SiO2와 같은 유리 물질을 포함할 수 있다. 레티클 상의 패턴이 레지스트에 전사될 수 있도록 리소그래피 공정의 노광 단계 동안에 레티클은 레지스트가 덮혀진 웨이퍼 위에 배치될 수 있다.
웨이퍼 상에 형성된 하나 이상의 층들은 패터닝될 수 있거나 또는 패터닝되지 않을 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 반복가능한 패턴 피처들을 각각 갖는 복수의 다이들을 포함할 수 있다. 이러한 물질층들의 형성 및 처리는 궁극적으로 완성된 디바이스들을 초래시킬 수 있다. 많은 상이한 유형들의 디바이스들이 웨이퍼 상에 형성될 수 있고, 여기서 이용된 용어 웨이퍼는 본 업계에서 알려진 임의의 유형의 디바이스가 그 위에 제조되고 있는 웨이퍼를 망라하도록 의도된 것이다.
하나 이상의 예시적인 실시예들에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 만약 소프트웨어로 구현되면, 기능들은 컴퓨터 판독가능한 매체 상에서 하나 이상의 명령어들 또는 코드로서 저장되거나 또는 이러한 명령어들 또는 코드를 통해서 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 하나의 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 전달을 용이하게 해주는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 및 컴퓨터 저장 매체 둘 다를 포함한다. 저장 매체는 범용 또는 특수목적용 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체일 수 있다. 비제한적인 예시로서, 이러한 컴퓨터 판독가능한 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 디바이스, 또는 범용 또는 특수목적용 컴퓨터 또는 범용 또는 특수목적용 프로세서에 의해 액세스될 수 있고, 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드 수단을 운송하거나 또는 저장하는데 이용될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 이와 관련물은 그 어떤 것이든지 컴퓨터 판독가능한 매체로서 적절하게 칭한다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스티드 페어, DSL(digital subscriber line) 또는 적외선, 무선파, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 이용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 전송된다면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스티드 페어, DSL, 또는 적외선, 무선파, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 정의 내에 포함된다. 여기서 사용된 디스크 또는 디스켓은 컴팩트 디스크(CD), 레이저 디스크, 광학 디스크, DVD(digital versatile disc), 플로피 디스켓, 및 블루레이 디스크를 포함하며, 여기서 디스켓은 통상 데이터를 자기적으로 재현시키며, 디스크는 레이저를 사용하여 광학적으로 데이터를 재현시킨다. 상기의 조합들은 또한 컴퓨터로 판독가능한 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.
위에서는 교육을 목적으로 어떠한 특정의 실시예들을 설명하였지만, 본 특허 명세서의 교시내용은 범용적인 적용성을 가지며, 위에서 설명된 특정의 실시예들로 제한되지 않는다. 이에 따라, 설명된 실시예들의 다양한 특징들의 다양한 수정들, 개조들, 및 조합들이 청구항들에서 진술된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 실시될 수 있다.

Claims (20)

  1. 계측(metrology) 시스템에 있어서,
    복수의 전자 빔 측정 열(column)들;
    표본 포지셔닝(specimen positioning) 서브시스템; 및
    컴퓨팅 시스템
    을 포함하고,
    상기 복수의 전자 빔 측정 열들 각각은 상기 복수의 전자 빔 측정 열들 중의 인접한 전자 빔 측정 열로부터 제1 방향을 따라 고정된 거리만큼 공간적으로 분리되어 있고,
    각각의 전자 빔 측정 열은,
    1차 전자(primary electron)들의 빔을 생성하도록 구성된 전자 빔 소스(electron beam source);
    피측정 표본(specimen under measurement) 상에서의 상기 1차 전자들의 빔의 입사 위치를 조정하도록 구성된 빔 편향기; 및
    상기 1차 전자들의 입사 빔에 응답하여 상기 표본으로부터 2차 전자들을 검출하고 상기 검출된 2차 전자들에 기초하여 출력 신호를 생성하도록 구성된 검출기
    를 포함하고,
    상기 표본 포지셔닝 서브시스템은 표본 상에 배치된 다이의 행(row)과 정렬된 제2 방향으로 상기 표본을 스캐닝(scan)하도록 구성되고,
    상기 제1 방향은, 상기 복수의 전자 빔 측정 열들 각각이 상이한 다이 행의 피처(feature)들의 동일한 행의 1차원 측정을 수행하도록, 상기 제2 방향에 대해 경사각으로 배향되어 있고;
    상기 컴퓨팅 시스템은,
    상기 전자 빔 측정 열들 각각에 의해 생성된 출력 신호들을 수신하며;
    상기 출력 신호들에 기초하여, 오버레이(overlay) 값, 가장자리 배치 오차(edge placement error) 값, 또는 이 둘 다를 추정하도록 구성된 것인 계측 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향은, 상기 표본 포지셔닝 서브시스템의 회전 스테이지를 통해 상기 표본을 회전시킴으로써 상기 제2 방향에 대해 상기 경사각으로 배향되는 것인 계측 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표본을 상기 표본 포지셔닝 서브시스템 상에 로딩하기 전에 상기 제1 방향이 상기 제2 방향에 대해 상기 경사각으로 배향되도록 상기 표본을 배향시키는 사전 정렬 스테이지(pre-alignment stage)
    를 더 포함하는 계측 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향은 상기 표본에 대해 상기 복수의 전자 빔 측정 열들을 회전시킴으로써 상기 제2 방향에 대해 상기 경사각으로 배향되는 것인 계측 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 빔 편향기는 상기 표본 포지셔닝 서브시스템의 포지셔닝 오차의 표시에 응답하여 상기 피측정 표본 상에서의 상기 1차 전자들의 빔의 입사 위치를 조정하도록 구성된 것인 계측 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빔 편향기는 상기 피측정 표본 상에서의 상기 1차 전자들의 빔의 입사 위치를 피측정 피처들(features under measurement)의 행에 대응하게끔 조정하도록 구성된 것인 계측 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전자 빔 측정 열들에 대한 상기 표본 포지셔닝 서브시스템의 포지셔닝 반복성은 1나노미터 미만인 것인 계측 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 오버레이 값, 상기 가장자리 배치 오차 값, 또는 이 둘 다의 추정은 상기 출력 신호들과 설계 참조 데이터의 비교에 기초한 것인 계측 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 표본 상에 입사하는 1차 전자들의 빔의 측정 스폿 크기(measurement spot size)는 10나노미터 미만인 것인 계측 시스템.
  10. 계측 시스템에 있어서,
    복수의 전자 빔 측정 열들 - 상기 복수의 전자 빔 측정 열들 각각은 인접한 전자 빔 측정 열로부터 열 정렬 방향을 따라 고정된 거리만큼 공간적으로 분리되어 있음 -;
    표본 상에 배치된 다이의 행과 평행한 웨이퍼 스캐닝 방향으로 상기 복수의 전자 빔 측정 열들 아래에서 상기 표본을 스캐닝하도록 구성된 표본 포지셔닝 서브시스템; 및
    컴퓨팅 시스템
    을 포함하고,
    상기 컴퓨팅 시스템은,
    상기 복수의 전자 빔 측정 열들 각각이 상이한 다이 행의 동일한 피처 행의 1차원 측정을 수행하도록 상기 열 정렬 방향에 대한 상기 웨이퍼의 원하는 배향을 결정하며;
    상기 웨이퍼가 상기 원하는 배향으로 재배향되게 하는 커맨드 신호를 전달하도록 구성된 것인 계측 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 전자 빔 측정 열들 각각은,
    1차 전자들의 빔을 생성하도록 구성된 전자 빔 소스;
    피측정 표본 상에서의 상기 1차 전자들의 빔의 입사 위치를 조정하도록 구성된 빔 편향기; 및
    상기 1차 전자들의 입사 빔에 응답하여 상기 표본으로부터 2차 전자들을 검출하고 상기 검출된 2차 전자들에 기초하여 출력 신호를 생성하도록 구성된 검출기
    를 포함한 것인 계측 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 시스템은 또한,
    상기 전자 빔 측정 열들 각각에 의해 생성된 출력 신호들을 수신하며;
    상기 출력 신호들에 기초하여, 오버레이 값, 가장자리 배치 오차 값, 또는 이 둘 다를 추정하도록 구성된 것인 계측 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 표본 포지셔닝 서브시스템은 상기 커맨드 신호를 수신하고, 상기 표본 포지셔닝 서브시스템의 회전 스테이지는 상기 웨이퍼를 상기 원하는 배향으로 재배향시키는 것인 계측 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 빔 편향기는 상기 표본 포지셔닝 서브시스템의 포지셔닝 오차의 표시에 응답하여 상기 피측정 표본 상에서의 상기 1차 전자들의 빔의 입사 위치를 조정하도록 구성된 것인 계측 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 빔 편향기는 상기 1차 전자들의 빔의 입사 위치를 피측정 피처들의 행에 대응하게끔 조정하도록 구성된 것인 계측 시스템.
  16. 계측 방법에 있어서,
    표본 상에 배치된 다이의 행과 평행한 웨이퍼 스캐닝 방향으로 복수의 전자 빔 측정 열들 아래에서 상기 표본을 스캐닝하는 단계 - 상기 복수의 전자 빔 측정 열들 각각은 인접한 전자 빔 측정 열로부터 열 정렬 방향을 따라 고정된 거리만큼 공간적으로 분리되어 있음 -; 및
    상기 복수의 전자 빔 측정 열들 각각이 상이한 다이 행의 동일한 피처 행의 1차원 측정을 수행하도록 상기 표본의 상기 웨이퍼 스캐닝 방향을 상기 열 정렬 방향에 대해 경사각으로 배향시키는 단계
    를 포함하는 계측 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    1차 전자들의 복수의 빔들을 생성하는 단계;
    상기 복수의 빔들 각각을 편향시켜서 상기 표본 상에서의 상기 1차 전자들의 각각의 빔의 입사 위치를 조정하는 단계; 및
    상기 1차 전자들의 입사 빔들에 응답하여 상기 표본으로부터 2차 전자들을 검출하는 단계;
    상기 검출된 2차 전자들에 기초하여 복수의 출력 신호들을 생성하는 단계; 및
    상기 출력 신호들과 설계 참조 데이터의 비교에 기초하여 오버레이 값, 가장자리 배치 오차 값, 또는 이 둘 다를 추정하는 단계
    를 더 포함하는 계측 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 열 정렬 방향에 대한 상기 웨이퍼 스캐닝 방향의 재배향은 표본 포지셔닝 서브시스템의 회전 스테이지를 통해 상기 표본을 회전시키는 것을 포함한 것인 계측 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 빔들 각각을 편향시켜서, 표본 포지셔닝 서브시스템의 포지셔닝 오차의 표시에 응답하여 상기 표본 상에서의 1차 전자들의 각각의 빔의 입사 위치를 조정하는 단계
    를 더 포함하는 계측 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 빔들 각각을 편향시켜서, 상기 표본 상에서의 1차 전자들의 각각의 빔의 입사 위치를, 피측정 피처들의 행과 오버랩되도록 조정하는 단계
    를 더 포함하는 계측 방법.
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