KR102418198B1 - 기판 상의 패턴을 측정하는 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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Abstract

기판 상의 유기 패턴을 이용하여 무기 패턴의 체적 또는 임계 치수를 측정하는 방법들 및 시스템이 설명된다. 상기 방법은 유기 패턴을 가진 기판을 준비하고, 상기 기판 상의 상기 유기 패턴에 여기 광을 비추어 상기 유기 패턴으로부터 형광을 방출시키고, 상기 유기 패턴으로부터 방출된 상기 형광의 강도를 감지하고, 및 감지된 상기 형광의 강도에 기초하여 상기 기판 상의 상기 유기 패턴의 체적을 결정하는 것을 포함할 수 있다.

Description

기판 상의 패턴을 측정하는 시스템들 및 방법들{SYSTEMS AND METHODS FOR MEASURING PATTERNS ON A SUBSTRATE}
본 개시는 기판 상의 구조 또는 패턴의 체적 또는 임계 선폭들을 측정하고 컨트롤하는 것에 관련된 것이다. 특히, 이 개시는 반도체 웨이퍼를 포함하는 기판들 상의 구조들 및 패턴들을 계측하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
컴퓨팅 파워 및 정보 공유의 발전은 빨라진 반도체 소자들의 속도 및 통신 링크의 대역 폭이 커진 결과이다. 프로세서 및 메모리와 같은 반도체 소자들의 속도를 높이는 것은 보다 더 엄격한 디자인 룰을 요구한다. 따라서, 폭이 1 마이크론 미만 및 더 작은 패턴들이 형성되고 있다. 유사하게, 분산된 피드백 레이저 같은 광 섬유 링크용 송신기는 서브-마이크론 체적 또는 임계 선폭들을 갖는 주기적 구조들 또는 패턴들의 생성을 요구한다.
서브-마이크론 체적 또는 임계 선폭들을 생성하기 위한 가공 방법은 전형적으로 포토리소그래피 공정을 사용한다. 포토리소그래피 공정은 초 고해상도 이미징 시스템을 이용하여 소자의 이미지를 전사하는 유기 감광성 물질 (일반적으로 포토레지스트)에 잠재 패턴들을 생성하는 미세 제조 기술이다. 이러한 잠재 패턴들은 하부의 물질들 내에 구조들 및 패턴들을 생성하기 위하여 구조들 또는 식각 마스크로 기능하는 양각(relief) 패턴들로 나타날 수 있다. 후속 미세 가공 공정들은 플라즈마 에칭을 사용하여 포토 레지스트의 양각 패턴들을 영구적 또는 임시적 구조로 전달하여 반도체 소자 패턴 또는 그 일부를 형성한다. 이러한 양각 패턴의 치수(dimension)는 소자의 성능에 직접적인 영향을 준다. 따라서, 이러한 치수를 정확하게 제어하여 반도체 소자가 적절하게 기능하도록 할 수 있다. 치수 제어가 잘못되면 소자의 고장이 발생할 수 있다.
종래의 치수 계측 방법들은 웨이퍼 상에 주어진 패턴 폭을 측정하기 위하여 주사 전자 현미경 (SEM, scanning electron microscope)를 이용하여, 10만 내지 50만 배 배율과 같은 매우 높은 배율의, 전자 현미경 이미지들을 이용하여 수행된다. 개별 소자 측정을 위하여 측정용 SEM(Scanning Electron Microscope) 또는 CD(critical dimension)-SEM이 이용될 수 있다. 실제로, 측정용 타겟 패턴 이미지는 로컬 영역 내에서 획득(capture)된다. 측정 포인트들 사이의 이 프로파일 치수에서 감지된 왼쪽 및 오른쪽 패턴들의 평균을 추가함으로써 얻어진 이미지 프로파일을 생성하기 위하여 신호 파형 패턴을 길이 방향으로 생성한 다음, 패턴 크기를 거리로 계산한다. SEM을 이용하는 것은 소자의 치수를 측정하고 및 모든 종류의 모양이나 사이즈를 측정하기에 유용한 기술이다.
그러나, 전자 현미경 이미징은 매우 느린 공정이다. SEM 이미징과 함께 진공 공정이 요구되는 다른 문제도 있다. 따라서, 총 측정 속도는 포토리소그래피 공정의 생산 속도와 비교하여 매우 늦다. 이러한 문제들 때문에, SEM 이미징은 특히 대량 생산을 위해 측정되는 소자들의 양에서 매우 제한적이다.
샘플링 및 측정의 제한으로 인해 최종 소자들이 전기적으로 테스트될 때까지 숨겨져 감지할 수 없는 많은 문제가 발생한다. 소자 치수 제어에 실패하면 성능이 나쁜 소자들 또는 작동하지 않는 소자들이 생산된다. 따라서, 웨이퍼의 더 넓은 영역을 측정하고 및 더 많은 총 웨이퍼들을 측정하기 위한 요구들이 증가하고 있다.
다른 계측 방법은 산란법 (scatterometry)이라고 불리는 빛의 회절 특성을 이용하는 것이다. 산란법은 또한 선폭을 측정하는 데 사용되었으나, 이 공정은 다른 회절 차수를 측정하기 위하여 입사광에 대하여 다른 각도로 배열된 여러 개의 감지기들을 요구한다.
예를 들어, 클라크(Clark) 등에게 주어진 미국 특허 번호 5,114,233호는 간섭 광의 빔이 가공물로 조사되고 및 산란된 빛의 강도 (intensity)가 여러 회절 차수에 걸쳐 측정되는 식각된 가공물을 검사하는 방법을 설명한다. 그런 다음, 각 강도 측정에 대해 공간 주파수가 계산된다. 산란된 빛은 축이 가공물의 타겟 영역에 정렬되는 회전 아암 상에 정확하게 장착된 포토다이오드에 의해 감지된다. 각도 범위는 수 백 회의 측정이 이루어지고 기록되는 약 90° 내지 약 180° 정도이다. 강도(intensity) 대(versus) 공간 주파수의 정위(envelope)은 주성분이 결정된 것으로부터 매트릭스를 형성하도록 다음으로 근사된다. 상관 관계는 언더컷(undercut) 프로파일들 또는 경사진(tapered) 프로파일들과 같은 가공물의 식각 특성으로 이루어진다. 이것은 비파괴 테스트지만, 스캔해야 하는 회절 각도의 범위 때문에 진공 챔버에서 인-시츄(in-situ) 공정으로 구현하기 어려울 것이다.
산란 측정법은 주기적 구조들인 작은 구조들을 측정하는 데 유용한 방법이다. 그러나, 비-주기적 구조들을 측정하는 것은 불가능하다. 또한, 긴 주기적 구조들을 측정하는 것도 어렵다. 실제 소자 제작에서, 소자 패턴들은 모니터링되어야 한다. 그러나, 많은 소자 패턴들은 주기적이지 않다. 부가하여, 하부 구조의 변동은 산란 측정법으로 모델링하기 위한 너무 많은 변수를 추가한다. 따라서, 특별하게 설계된 대상들만 이용될 수 있다.
다른 일반적인 계측 기술은 타원 측정법(ellipsometry)이고, 다양한 필름의 두께를 측정하기 위하여 사용되어 왔다. (R. M. A. Azzam and N. M. Bashara, "Ellipsometry and Polarized Light", North Holland, 1987) 만약, 보통의 백색 광이 편광기를 통해 보내지면, 그 빛은 전기장 벡터가 편광기의 축과 정렬되는 선형적으로 편광된 빛으로 나타난다. 선형적으로 편광된 빛은 입사 평면에 평행하고 및 수직하는 두 개의 벡터들에 의해 정의될 수 있다. 만약, 평행 벡터가 수직 벡터와 위상이 다른 경우, 그 결과는 타원형으로 편광된 빛이다. 만약, 두 벡터들이 같은 위상이면, 그 결과는 원형으로 편광된 빛이다. 타원 측정법은 편광된 빛의 빔이 매체로부터 반사될 때 발생하는 편광 변환에 기초한다. 변환은 위상 변화 및 진폭 변화의 두 부분으로 구성된다. 이러한 변화들은 입사 평면에 수직으로 오실레이팅하는 전기 벡터 (s-성분)와 비교하여 입사 평면으로 오실레이팅하는 전기 벡터 (p-성분)와 입사 방사선(incident radiation)에 대해 다르다. 타원 측정법은 입사된 빔으로부터 반사된 빔의 위상 변화인 각도 델타(Δ); 및 입사 및 반사된 빔들의 진폭 비율의 아크 탄젠트로 정의되는 각도 프사이(Ψ)에 의해 간편하게 표현된 이 두 변화의 결과를 측정한다. 반사된 빔이 입사한 빔에 대해 정 위치에 고정되므로, 타원 측정법은 챔버 내에서 발생하는 공정들의 인-시츄 제어를 위한 매력적인 기술이다. 입사 및 반사의 각도는 동등하지만, 부호는 서로 반대이고, 빔을 챔버 내로 향하게 하는 편의를 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, Yu 등에게 주어진 미국 특허 번호 5,1361,752호는 가공물 상에 증착된 필름의 두께를 모니터링하기 위하여 타원 측정법을 이용하는 것을 개시한다. 이 방법은 평면 표면으로 제한된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 주기적 패턴들의 치수들, 특히 1 마이크론 미만 내지 수 마이크론 범위의 치수를 갖는 나노 미터 스케일 구조로 더 작은 치수를 갖는 피쳐들의 치수들을 정확하게 측정하는 방법에 대한 측정 기술 및 공정 제어에 대한 요구를 충족시키는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 챔버 내에서 패턴들이 식각될 때 비파괴적이고 인-시츄 공정 제어에 적합한 계측 기술을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인-시츄 공정 제어로 수율을 개선하고, 웨이퍼 및 로트(lot) 전체의 균일성에 기여함으로써 소자 신뢰성을 향상시킬 수 있는 인-시츄 계측 기술을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대량의 제조 흐름과 양립할 수 있는 신속한 측정이 가능한 비파괴적인 인-시츄 계측 기술을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유기 물질로 비춰지는 여기된 빛의 고정된 또는 미리 측정된 양으로부터 형광의 총량을 측정함으로써 유기 물질 패턴의 체적 및 임계 선폭을 측정하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대량 제조에 사용하기에 충분히 빠르게 측정할 수 있고, 및 전체 웨이퍼 표면을 측정할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 기판 측정 방법은 유기 패턴을 가진 기판을 준비하고, 상기 기판 상의 상기 유기 패턴에 여기 광을 비추어 상기 유기 패턴으로부터 형광을 방출시키고, 상기 유기 패턴으로부터 방출된 상기 형광의 강도를 감지하고, 및 감지된 상기 형광의 강도에 기초하여 상기 기판 상의 상기 유기 패턴의 체적을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 기판 측정 방법은 유기 패턴을 갖는 기판 상에 제1 파장을 가진 제1 광량의 빛을 비추어 상기 유기 패턴으로부터 형광을 방출시키고, 상기 유기 패턴으로부터 방출된 상기 형광의 강도를 측정하고, 및 상기 유기 패턴으로부터 방출된 상기 형광의 측정된 강도에 기초하여 상기 기판 상의 상기 유기 패턴의 체적을 계산하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 기판 측정 방법은 무기 물질의 양각 패턴을 갖는 기판을 준비하고, 상기 양각 패턴에 의해 정의된 공간들 내에 유기 물질을 채워 유기 패턴을 형성하고, 상기 기판 상의 상기 유기 패턴에 여기 광을 비추고, 상기 유기 패턴으로부터 방출된 형광의 강도를 감지하고, 및 상기 감지된 형광의 강도에 기초하여 상기 기판 상의 상기 무기 물질의 상기 양각 패턴의 체적을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 기판 측정 시스템은 기판의 가공 표면 상의 유기 패턴에 여기 광을 비추는 광원, 상기 여기 광을 상기 유기 패턴에 비추어 상기 유기 패턴으로부터 방출된 빛의 강도를 감지하는 광 감지기, 및 상기 방출된 빛의 감지된 빛의 강도, 유기 물질 특성, 및 여기 광 특성에 기초하여 상기 유기 패턴의 체적 또는 임계 치수를 계산하는 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 의한 기판 상의 패턴 측정 방법 및 패턴 측정 시스템은 대량 제조에 사용하기에 충분히 빠르게 전체 웨이퍼 표면 상의 패턴들의 체적 및 임계 치수를 측정할 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적인 시스템에서 형광의 강도를 측정하는 방법을 설명하는 개략도이다.
도 2는 비-유기 재료 패턴을 측정하는 본 개시의 예시적인 시스템에서 형광의 강도를 측정하는 방법을 설명하는 개략도이다.
도 3은 본 개시의 예시적인 시스템에서 형광 강도를 측정하는 방법을 설명하는 개략도이다.
도 4는 본 개시의 예시적인 고해상도 시스템에서 형광의 강도를 측정하는 방법을 설명하는 개략도이다.
도 5는 치수 계측에 대한 측정 결과 테이블이다
도면들은 실제 비율이 아닐 수 있다.
본 출원은 2019년 5월 15일자로 미국 특허청에 출원된 미국 가출원 제62/848,211호의 우선권 및 이익을 주장하며, 이의 전체 내용은 본 출원 명세서에 참조로 포함된다.
유기 물질이 단파장 광으로 조명될 때, 유기 물질은 더 긴 파장의 광을 방출하는데, 이를 형광이라고 한다. 형광의 주어진 강도(intensity)는 여기 광의 강도, 재료의 조성, 및 유기 물질의 양에 의존할 것이다. 재료의 조성 및 여기된 광의 강도가 고정되면, 방출되는 형광의 양 또는 강도는 유기 재료가 충분히 투명할 때, 유기 재료의 부피에 비례한다. 반도체 패터닝에 사용되는 대부분의 유기 물질들은 가시 파장에서 투명하다. 이러한 재료 선택으로 인해, 형광의 강도는 기판 (웨이퍼) 상의 유기 재료의 체적에 비례한다.
소자 또는 특정 패턴의 설계 특성을 알면, 특정 영역에서 유기 물질의 원하는 체적이 계산될 수 있다. 또한, 알고 있는 크기의 물질의 형광의 강도가 측정될 수 있다. 알고 있는 크기의 교정 물질은 블랭킷(blanket) 필름 또는 전자 현미경으로 측정된 치수를 갖는 패턴일 수 있다.
유기 물질의 기준 체적에 따른 형광의 강도와, 유기 패턴으로부터 방출된 형광의 측정된 강도를 비교하여, 유기 패턴들의 체적 또는 임계 치수가 계산될 수 있다. 이 방법은 유기 물질의 양을 측정하기 때문에 하부 구조의 영향을 받지 않는다. 또한, 강도(intensity) 측정만을 필요로 하기 때문에 측정 시간이 기존 계측 방법보다 훨씬 빨라질 수 있다. 부가하여, 본 명세서의 계측 기술에는 복잡한 모델링이 필요하지 않다. 따라서, 본 개시의 기술은 대량 제조에 사용하기에 충분히 빠르게 측정할 수 있고, 및 전체 웨이퍼 표면을 측정할 수 있는 시스템 및 방법을 제공한다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 형광 치수 측정 방법은 실리콘 기판(101)을 준비하는 것을 포함할 수 있다. 기판(101)은 유기 패턴(102)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기 패턴(102)이 기판(101) 상에 형성될 수 있다. 유기 패턴(102)은 선 모양일 수 있다. 예를 들어, 유기 패턴(102)은 평행하는 다수의 선들을 포함할 수 있다.
광원(113)으로부터, 여기 광(103), 예를 들어, 강도-조절된 UV 빔(103)이 기판(101) 및 유기 패턴(102)으로 조명될 수 있다. 여기 광은 미리 정해진 강도, 예를 들어 제1 여기 광 강도로 기판(101)의 유기 패턴(102)을 비출 수 있다. 여기 광(103)으로 기판(101) 및 유기 패턴(102)을 비추는 것은 플루드 노광을 실행하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 여기 광(103)으로 기판(101) 및 유기 패턴(102)이 전면적으로 조명될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 방법은 기판(101)의 상면, 예를 들어, 기판(101)의 작업 표면을 여기 광(103)으로 스캐닝하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광원(113)은 다수의 단위 광원들을 포함할 수 있다.
이 결과로 기판(101)으로부터 UV 광(104)이 반사되고 및 기판(101)의 유기 패턴(102)으로부터 형광(105)이 방출될 수 있다. 감지 센서(106)는 유기 패턴들(102)로부터 방출된 형광(105)을 감지 및 센싱하도록 위치될 수 있다. 감지 센서(106)은 다수의 단위 센서들을 포함할 수 있다. 감지된 형광(105)의 양에 기초하여, 유기 패턴들(102)의 체적 또는 임계 치수가 계산될 수 있다. 일 실시예에서, 기판(101) 상의 임의의 위치, 예를 들어, 기판 (101) 상의 주어진 공간적 위치에 대하여 방출되는 형광의 강도를 측정 및 감지하고, 및 감지된 형광의 강도에 기초하여 유기 패턴들(102)의 체적 또는 임계 치수가 계산 및 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 유기 패턴들(102)의 체적 또는 임계 치수는 기판(101)을 가로지르는 다수의 공간적 위치들에 대하여 측정 및 계산될 수 있다. 체적 또는 임계 치수를 계산하는 것은 시스템 내의 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
여기 광, 즉 강도-조절된 UV 빔(103)은 예를 들어, 고차 고조파(high order harmonics)에 의해 생성될 수 있는 UV 레이저로부터 공급될 수 있다. 형광을 방출할 수 있는 많은 파장이 존재한다. 예를 들어, 450nm 미만의 파장의 여기 광은 측정될 수 있는 충분한 형광을 발생시킬 수 있다. 파장이 짧을수록 형광 생성 효율이 향상될 수 있다. 예시적으로 여기 광의 파장은 193nm, 213nm, 248nm, 266nm, 또는 기타 다양한 파장을 포함할 수 있다. 형광은 모든 방향으로 퍼진다. 따라서, 보다 효율적으로 캡쳐하기 위하여, 큰 각도의 센서들이 감지 센서(106)로 사용될 수 있다. 이 예시적인 실시 예에서, 형광(105)의 강도는 조명 영역 내에서 유기 패턴들(102)의 평균 크기를 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 상기 방법은 디자인 제원(목표 체적 또는 치수)를 확인하고, 가공 표면 상의 유기 패턴들(102)의 측정 및 계산된 체적 또는 치수와 가공 표면 상의 유기 패턴들(102)의 디자인 목표 체적 또는 치수와 비교하고, 및 디자인 제원들을 수정하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 기판(101) 상의 무기 물질 패턴들의 체적 또는 임계 선폭들을 측정하는 것이 요구될 수 있다. 이러한 측정은 무기 물질 패턴들 사이의 공간을 유기 물질로 채우고, 유기 물질을 측정한 다음, 무기 물질 패턴의 체적 또는 임계 치수(CD, Critical Dimension)를 계산함으로써 수행될 수 있다. 도 2를 참조하면, 기판(201) 상에 비-유기 물질 패턴(201A), 예를 들어, 무기 물질 패턴(201A)이 형성될 수 있다. 비-유기 물질 패턴(201A)은 선 모양의 양각(relief) 패턴일 수 있다. 예를 들어, 비-유기 물질 패턴(201A)은 다수의 평행하는 선들 모양의 양각 패턴일 수 있다. 희생 유기 물질(202)이 측정을 위해 비-유기 물질 패턴(201A)들 사이에 추가되거나 또는 형성될 수 있다. 기판(201)으로부터 방출되는 형광(205)의 양은 희생 유기 물질(202)에 의해 채워지는 비-유기, 예를 들어 무기 물질 패턴(201A)들의 간격의 크기에 비례할 수 있다. 희생 유기 물질(202)로부터 방출되는 형광(205)의 강도를 센싱하여 유기 물질(202)의 체적 또는 임계 치수가 계산될 수 있다. 따라서, 측정 및 계산된 유기 물질(202)의 체적 또는 임계 치수에 기초하여 무기 물질 패턴(201A)의 체적 또는 임계 치수가 계산될 수 있다. 측정이 끝난 후, 희생 유기 물질(202)은 용매 또는 플라즈마 애싱을 통하여 쉽게 제거될 수 있다.
도 3은 시스템의 다른 구성을 보여준다. 보다 정확하게 측정하기 위하여, 입사각과 검출각(방출각)을 정확하게 제어하는 것이 유리할 수 있다. 따라서, UV 빔(303)은 빔 스플릿 미러(308)(빔 스플리터)를 통하여 기판(301)의 표면을 거의 수직으로 조명하도록 비춰질 수 있다. 빔 스플릿 미러(308)는 UV 빔(303)을 스플릿 할 수 있다. 예를 들어, 빔 스플릿 미러(308)는 UV 빔(303)을 반사하고 및 더 긴 파장의 빛을 투과시킬 수 있다. 따라서, UV 빔(303)만을 유기 패턴(302)으로 조명하도록 반사할 수 있다.
형광 강도를 정확하게 측정하려면 반사 및 방출된 빛(305)로부터 UV 빔(303)의 강도가 제거되어야 한다. 따라서, 선택적 UV 필터(307)는 형광(305)이 UV 광(303) 없이 감지 센서(306)에 도달하도록 반사 및 방출된 광(304)으로부터 임의의 나머지 UV 광을 필터링하도록 빔 스플릿 미러(308)와 감지 센서(306) 사이에 위치될 수 있다.
도 4는 초 고해상도 측정을 위한 다른 예시적 구성을 보여준다. 단일 포인트 빔(403) 대신에, 구조 빔(403B)이 기판(401)에 비춰질 수 있다. 확산기(409) 및 성형 렌즈(410)를 사용하여 단일 포인트 빔(403)이 영역을 조명하는 구조 빔(403B)으로 성형될 수 있고, 및 패턴(402)의 비교적 넓은 영역이 균일한 도즈(dose)로 조명될 수 있다. 알려진 장치 구조들을 사용하여 균일하지 않은 강도가 보정될 수 있다. 이어서, 영역 감지 센서(406)와 함께 카메라 렌즈(411)를 사용하여, 많은 수의 형광(405)의 강도들이 신속하게 감지 및 측정될 수 있다. 예를 들어, 주어진 조명 영역이 1x1cm이고 1000x1000 픽셀 카메라 (또는 CMOS 센서)를 사용하는 경우, 단일 이미지는 백만 포인트를 측정할 수 있으며 샘플링 해상도는 10um 일 수 있다. 이 설정을 사용하면 비교적 짧은 시간에 10 억 라인 폭 데이터가 측정될 수 있다.
도 1 내지 도 4의 시스템들은 반도체 제조 장비 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 4의 시스템들은 반도체 제조 장비들 중 하나일 수 있다. 언급되었듯이, 도 1 내지 도 4의 시스템들은 프로세서를 더 포함할 수 있고, 프로세서는 감지 센서들(106, 206, 306, 406)에서 감지 및 센싱한 형광들(105, 205, 305, 405)의 강도에 기초하여 체적 또는 임계 치수를 계산할 수 있다.
도 5는 형광 치수 측정의 실험 결과를 보여준다. x-축은 가변된 크기의 유기 패턴들이고 및 y-축은 측정된 형광의 강도이다.
알 수 있는 바와 같이, 광원들, 광 지향 메커니즘, 광 필터들, 광 성형 메커니즘, 및 검출기들, 및 어레이들의 다양한 구성들이 본 명세서의 실시 예들과 함께 사용될 수 있다. 본 명세서에서 유기 물질이 물질 크기 및 여기 광 강도에 비례하여 형광을 방출할 수 있다는 것을 발견함으로써, 시스템 및 방법을 사용하여 다양한 미세 또는 나노 제조 구조의 체적 및 CD가 측정될 수 있다. 알려진 체적 및 유기 물질들의 유형들로 시스템을 교정함으로써, 다른 웨이퍼들의 체적 및/또는 CD를 측정하도록 시스템이 구성될 수 있다. SOD (spin-on-deposition) 등에 의해 비-유기 물질들이 오버코팅 될 수 있고, 그런 다음 희생 유기 물질의 부피를 측정하는 것이 잔류 비-유기 물질에 의해 점유된 공간/부피를 결정하기 위하여 이용될 수 있다. SEM은 이러한 초기 교정에 사용될 수 있으며, 그 다음 본 명세서의 시스템은 대량 제조에서 각 웨이퍼를 측정하는데 사용될 수 있다. 본 명세서의 시스템은 웨이퍼에 걸쳐 몇 개의 포인트를 측정하거나 웨이퍼에 걸쳐 수백만 개의 포인트를 측정하도록 구성될 수 있다.
101, 201, 301, 401: 기판
102, 202, 302, 402: 유기 패턴
103, 203, 303, 403: 여기 광 (UV 빔)
104, 204, 304, 404: 반사된 UV 광
105, 205, 305, 405: 방출된 형광
106, 206, 306, 406: 감지 센서
113: 광원
201A: 무기 물질 패턴
202: 희생 유기 물질
307, 407: UV 필터
308, 408: 빔 스플릿 미러
403B: 구조 빔
409: 확산기
410: 성형 렌즈
411: 카메라 렌즈

Claims (24)

  1. 다수의 선들을 포함하는 유기 패턴을 가진 기판을 준비하고;
    상기 기판 상의 상기 유기 패턴에 여기 광을 비추어 상기 유기 패턴으로부터 형광을 방출시키고;
    상기 유기 패턴으로부터 방출된 상기 형광의 강도를 감지하고; 및
    감지된 상기 형광의 강도에 기초하여 상기 기판 상의 상기 유기 패턴의 체적을 결정하는 것을 포함하고,
    상기 유기 패턴에 상기 여기 광을 비추는 것은 상기 유기 패턴의 상기 다수의 선들을 전면적으로 조명하는 플루드 노광을 실행하는 것을 포함하는 기판 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기 패턴의 상기 다수의 선들은 1 마이크론 미만의 폭을 갖는 기판 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기 패턴에 상기 여기 광을 비추는 것은 UV 빔으로 상기 기판 상의 상기 유기 패턴을 조명하는 것을 포함하는 기판 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유기 패턴의 체적은 상기 기판 상에 주어진 공간적 위치에 대하여 결정되는 기판 측정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유기 패턴의 체적은 상기 기판을 가로지르는 다수의 공간적 위치들에 대하여 결정되는 기판 측정 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유기 패턴의 체적을 결정하는 것은 상기 기판 상에 주어진 공간적 위치에서 상기 유기 패턴의 체적을 계산하는 것을 포함하는 기판 측정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유기 패턴의 체적을 결정하는 것은 상기 기판 상에 주어진 공간적 위치에서 상기 유기 패턴의 임계 치수를 계산하는 것을 포함하는 기판 측정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유기 패턴의 체적을 결정하는 것은 상기 기판 상의 다수의 공간적 위치들에서 상기 유기 패턴의 임계 치수를 계산하는 것을 포함하는 기판 측정 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유기 패턴의 디자인 체적과 상기 유기 패턴의 계산된 체적을 비교하는 것을 더 포함하는 기판 측정 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 여기 광은 제1 강도로 비춰지는 기판 측정 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 가로지르는 다수의 위치들에서 방출된 형광의 강도들을 측정하는 것을 더 포함하는 기판 측정 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 유기 패턴의 체적을 결정하는 것은 상기 유기 패턴의 체적에 기초하여 상기 기판 상의 상기 다수의 선들의 폭을 계산하는 것을 포함하는 기판 측정 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 유기 패턴의 체적을 결정하는 것은 상기 기판을 가로지르는 공간적 위치들에서 상기 다수의 선들의 폭을 계산하는 것을 포함하는 기판 측정 방법.
  16. 삭제
  17. 다수의 선들을 포함하는 유기 패턴을 갖는 기판 상에 제1 파장을 가진 제1 광량의 빛을 비추어 상기 유기 패턴으로부터 형광을 방출시키고;
    상기 유기 패턴으로부터 방출된 상기 형광의 강도를 측정하고; 및
    상기 유기 패턴으로부터 방출된 상기 형광의 측정된 강도에 기초하여 상기 기판 상의 상기 유기 패턴의 체적을 계산하는 것을 포함하고,
    상기 빛을 비추는 것은 상기 유기 패턴의 상기 다수의 선들을 전면적으로 조명하는 플루드 노광을 실행하는 것을 포함하는 기판 측정 방법.
  18. 무기 물질의 양각 패턴을 갖는 기판을 준비하고;
    상기 양각 패턴에 의해 정의된 공간들 내에 유기 물질을 채워 다수의 선들을 포함하는 유기 패턴을 형성하고;
    상기 기판 상의 상기 유기 패턴에 여기 광을 비추고;
    상기 유기 패턴으로부터 방출된 형광의 강도를 감지하고; 및
    상기 감지된 형광의 강도에 기초하여 상기 기판 상의 상기 무기 물질의 상기 양각 패턴의 체적을 결정하는 것을 포함하고,
    상기 유기 패턴에 상기 여기 광을 비추는 것은 상기 유기 패턴의 상기 다수의 선들을 전면적으로 조명하는 플루드 노광을 실행하는 것을 포함하는 기판 측정 방법.
  19. 기판의 가공 표면 상의 유기 패턴에 여기 광을 비추는 광원;
    상기 여기 광을 상기 유기 패턴에 비추어 상기 유기 패턴으로부터 방출된 빛의 강도를 감지하는 광 감지기; 및
    상기 방출된 빛의 감지된 빛의 강도, 유기 물질 특성, 및 여기 광 특성에 기초하여 상기 유기 패턴의 체적 또는 임계 치수를 계산하는 프로세서를 포함하고,
    상기 유기 패턴은 다수의 선들을 포함하고,
    상기 유기 패턴에 상기 여기 광을 비추는 것은 상기 유기 패턴의 상기 다수의 선들을 전면적으로 조명하는 플루드 노광을 실행하는 것을 포함하는 기판 측정 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 광 감지기는 다수의 감지기들을 포함하는 기판 측정 시스템.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 광 감지기로 향하는 빛으로부터 상기 여기 광을 필터링하도록 위치한 UV 필터를 더 포함하는 기판 측정 시스템.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 유기 패턴에 이르기 전에 상기 여기 광을 스플릿하는 빔 스플리터를 더 포함하는 기판 측정 시스템.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 시스템은 반도체 제조 장비 내에 위치되는 기판 측정 시스템.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 시스템은 다수의 광원들 및 감지 센서들을 포함하는 기판 측정 시스템.
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