KR102497215B1 - 계측 설비의 스펙트럼 보정방법, 및 그 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 계측방법과 제조방법 - Google Patents

계측 설비의 스펙트럼 보정방법, 및 그 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 계측방법과 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 스펙트럼을 이용하는 계측 설비에 있어서, 공정들 간 및/또는 계측 설비 간의 오차를 최소화할 수 있는 계측 설비의 스펙트럼 보정방법, 및 그 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하여 신뢰성 있는 소자의 계측방법을 제공한다. 그 스펙트럼 보정 방법은 스펙트럼에 영향을 미치는 설비 파라미터들에 기초하여, 설비 파라미터들의 오차를 계산하고 설비 파라미터들의 오차를 역산을 통해 측정 스펙트럼에 반영함으로써, 계측 설비의 에러 요소들에 대한 근본적인 보정을 수행할 수 있다.

Description

계측 설비의 스펙트럼 보정방법, 및 그 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 계측방법과 제조방법{Spectrum calibration method of measurement apparatus, and measuring and fabricating method of device based on the spectrum calibration method}
본 발명의 기술적 사상은 계측방법에 관한 것으로, 특히 스펙트럼을 이용하여 계측하는 계측 설비에서의 소자의 계측방법에 관한 것이다.
일반적으로, 타원계측법(Ellipsometry)은 웨이퍼들의 유전체 특성들의 연구를 위한 광학적 기법이다. 즉, 타원계측법은 시료(예를 들어, 웨이퍼 표면)에 반사되는 편광의 변화의 분석을 통해, 시료에 관한 정보를 산출할 수 있다. 구체적으로, 광이 시료에서 반사되면 물질의 광학적 성질과 층의 두께 등에 의해 반사광의 편광상태가 달라진다. 타원계측법은 그러한 변화를 측정해 정보를 얻게 되는데, 이를 통해 물질의 기본적인 물리량인 복소 굴절률(complex refractive index) 또는 유전 함수 텐서(dielectric function tensor)를 획득하고, 물질의 형태, 결정상태, 화학적 구조, 전기 전도도 등을 유도할 수 있다. 일반적으로, 타원계측법은 수 옹스트롬, 또는 수십 나노미터 내지 수 마이크로미터 범위의 단층/다층 박막의 주로 활용되며, 정밀도가 높아 나노 과학의 발전과 함께 오늘날 여러 분야에서 활용되고 있다. 분광 타원계측법(Spectroscopic Ellipsometry: SE)은 광대역 광원을 이용하는 타원계측법 타입이며, 이는 특정 스펙트럼 범위(예를 들어, 적외선, 가시선 또는 자외선 스펙트럼 범위 내)를 커버할 수 있다. 요구되는 스펙트럼 범위를 커버함으로써, 해당 스펙트럼 범위의 복소 굴절률 또는 유전 함수 텐서가 획득될 수 있으며, 이를 통해 다양한 기본적인 물리적 특성에 대한 접근이 허용될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 스펙트럼을 이용하는 계측 설비에 있어서, 공정들 간 및/또는 계측 설비 간의 오차를 최소화할 수 있는 계측 설비의 스펙트럼 보정방법, 및 그 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하여 신뢰성 있는 소자의 계측방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은, 측정 대상에 광을 조사하여 스펙트럼(spectrum)을 획득하고 상기 스펙트럼을 분석하여 상기 측정 대상을 계측하는 계측 설비에서, 상기 스펙트럼에 영향을 미치는 설비 파라미터들을 결정하는 단계; 상기 계측 설비를 이용하여 시료(sample)에 대한 측정 스펙트럼을 획득하고, 상기 설비 파라미터들의 기준 값에 대응하는 이상(ideal) 스펙트럼과 상기 측정 스펙트럼을 비교하여 상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계; 및 상기 설비 파라미터들의 오차를 상기 측정 스펙트럼에 역산(Inverse Operation)을 통해 반영하여 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계;를 포함하는 계측 설비의 스펙트럼 보정방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이상 스펙트럼은 상기 시료에 따라 스펙트럼 모델링에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계에서, 상기 설비 파라미터들의 오차를 수치화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 설비 파라미터들의 오차의 수치화는, 상기 설비 파라미터들의 값을 변경하면서 스펙트럼 모델링을 통해 상기 측정 스펙트럼에 근사하는 근사 스펙트럼을 찾고, 상기 근사 스펙트럼에 이용된 설비 파라미터들의 값에서 상기 설비 파라미터들의 기준 값을 뺌으로써 구할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 설비 파라미터들의 오차는 행렬의 값들로 수치화되고, 상기 행렬의 역행렬을 계산하여 상기 측정 스펙트럼을 대표하는 식에 반영하여 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 계측 설비는 SE(Spectroscopic Ellipsometry) 설비이고, 상기 설비 파라미터들은, 상기 시료로 입사하는 광의 각도인 AOI(Angle of Incidence), 및 상기 시료에서 반사된 광을 검출하는 센서의 정렬 상태를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서의 정렬 상태는, 상기 센서 내의 포함된 어레이 검출기의 위치 상태, 상기 어레이 검출기의 회전 상태, 및 상기 어레이 검출기의 비틀림 상태를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이상 스펙트럼은 상기 AOI의 기준 각도와 상기 센서의 기준 정렬 상태를 대표하며, 상기 설비 파라미터들의 오차는, 상기 계측 설비의 상기 AOI가 상기 기준 각도에서 틀어진 정도와 상기 센서가 상기 기준 정렬 상태에서 벗어난 정도에 대응할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 설비 파라미터들은, 광원의 상태, 편광자(polarizer)의 상태, 및 검광자(analyzer)의 상태를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 계측 설비를 이용하여 상기 측정 대상의 측정 스펙트럼을 획득하고, 상기 측정 대상의 측정 스펙트럼에 상기 설비 파라미터들의 오차를 역산을 통해 반영하여 보정 스펙트럼을 획득하고, 상기 보정 스펙트럼은 상기 측정 대상의 계측에 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 계측 설비는 다른 측정 대상 또는 다른 공정 단계의 상기 측정 대상에 대해서 상기 보정 스펙트럼을 획득하며, 상기 다른 측정 대상 또는 다른 공정 단계의 상기 측정 대상의 상기 보정 스펙트럼의 획득에서, 상기 계측 설비에 대한 추가적인 상기 설비 파라미터들의 오차 계산 또는 상기 스펙트럼 보정을 수행하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 계측 설비와 다른 계측 설비들 각각에 대해서 상기 설비 파라미터들의 오차 계산 또는 상기 스펙트럼 보정을 한번 수행하고, 상기 설비 파라미터들의 오차 계산 또는 상기 스펙트럼 보정이 수행된 계측 설비에는, 측정 대상 또는 공정 단계와 상관없이 추가적인 상기 설비 파라미터들의 오차 계산 또는 상기 스펙트럼 보정을 수행하지 않을 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 측정 대상인 소자에 광을 조사하여 스펙트럼을 획득하고 상기 스펙트럼을 분석하여 상기 소자를 계측하는 계측 설비에서, 상기 스펙트럼에 영향을 미치는 설비 파라미터들에 기초하여 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계; 상기 계측 설비를 이용하여 상기 소자에 대하여 상기 스펙트럼 보정이 반영된 보정 스펙트럼을 획득하는 단계; 상기 소자에 관련된 파라미터들의 값을 변경하면서 스펙트럼 모델링을 통해 상기 보정 스펙트럼에 실질적으로 일치하는 제1 근사 스펙트럼을 찾는 단계; 및 상기 제1 근사 스펙트럼에 이용된 상기 파라미터들의 값에 기초하여 상기 소자의 두께나 형상에 대한 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 계측방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계는, 상기 설비 파라미터들을 결정하는 단계; 및 상기 계측 설비를 이용하여 시료에 대한 측정 스펙트럼을 획득하고, 상기 설비 파라미터들의 기준 값에 대응하는 이상 스펙트럼을 상기 측정 스펙트럼과 비교하여 상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계;를 포함하거나, 또는 상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계 이후, 상기 설비 파라미터들의 오차를 상기 측정 스펙트럼에 역산을 통해 반영하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이상 스펙트럼은 상기 시료에 따라 스펙트럼 모델링에 의해 결정되고, 상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계에서, 상기 설비 파라미터들의 오차를 수치화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 설비 파라미터들의 오차의 수치화는, 상기 설비 파라미터들의 값을 변경하면서 스펙트럼 모델링을 통해 상기 측정 스펙트럼에 근사하는 제2 근사 스펙트럼을 찾고, 상기 제2 근사 스펙트럼의 이용된 설비 파라미터들의 값에서 상기 설비 파라미터들의 기준 값을 뺌으로써 구할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 계측 설비는 SE 설비이고, 상기 설비 파라미터들은, 상기 시료로 입사하는 광의 각도인 AOI, 및 상기 시료에서 반사된 광을 검출하는 센서의 정렬 상태를 포함하며, 상기 이상 스펙트럼은 상기 AOI의 기준 각도와 상기 센서의 기준 정렬 상태를 대표하며, 상기 설비 파라미터들의 오차는, 상기 계측 설비의 상기 AOI가 상기 기준 각도에서 틀어진 정도와 상기 센서가 상기 기준 정렬 상태에서 벗어난 정도에 대응할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보정 스펙트럼을 획득하는 단계에서, 상기 계측 설비를 이용하여 상기 소자의 측정 스펙트럼을 획득하고, 상기 소자의 측정 스펙트럼에 상기 설비 파라미터들의 오차를 역산을 통해 반영하여 상기 보정 스펙트럼을 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 계측 설비는 다른 측정 대상 또는 다른 공정 단계의 상기 측정 대상에 대해서 상기 보정 스펙트럼을 획득하며, 상기 다른 측정 대상 또는 다른 공정 단계의 상기 측정 대상의 상기 보정 스펙트럼의 획득에서, 상기 계측 설비에 대한 추가적인 스펙트럼 보정을 수행하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소자에 대해 다수의 공정 단계들이 수행되고, 상기 공정 단계들 중 적어도 하나에서 상기 계측 설비와 다른 계측 설비를 이용하여 상기 소자에 대한 상기 보정 스펙트럼을 획득하는 경우, 상기 다른 계측 설비를 이용한 상기 보정 스펙트럼 획득 전에, 상기 다른 계측 설비에 대한 상기 스펙트럼 보정을 먼저 수행할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 측정 대상인 소자에 광을 조사하여 스펙트럼을 획득하고 상기 스펙트럼을 분석하여 상기 소자를 계측하는 계측 설비에서, 상기 스펙트럼에 영향을 미치는 설비 파라미터들에 기초하여 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계; 상기 소자에 대하여 계측에 관련된 반도체 공정을 수행하는 단계; 상기 계측 설비를 이용하여 상기 소자에 대하여 상기 스펙트럼 보정이 반영된 보정 스펙트럼을 획득하는 단계; 상기 소자에 관련된 파라미터들의 값을 변경하면서 스펙트럼 모델링을 통해 상기 보정 스펙트럼에 실질적으로 일치하는 제1 근사 스펙트럼을 찾는 단계; 및 상기 제1 근사 스펙트럼에 이용된 상기 파라미터들의 값에 기초하여 상기 소자의 두께나 형상에 대한 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계는, 상기 설비 파라미터들을 결정하는 단계; 및 상기 계측 설비를 이용하여 시료에 대한 측정 스펙트럼을 획득하고, 상기 설비 파라미터들의 기준 값에 대응하는 이상 스펙트럼을 상기 측정 스펙트럼과 비교하여 상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계;를 포함하거나, 또는 상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계 이후, 상기 설비 파라미터들의 오차를 상기 측정 스펙트럼에 역산을 통해 반영하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 공정은, 증착, 포토리소그라피, 식각, 세정 공정 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 공정을 통해 상기 소자에 반복 패턴이 형성되고, 상기 정보를 획득하는 단계에서 상기 반복 패턴에 대한 두께나 형상에 대한 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정보를 획득하는 단계 이후에, 상기 소자에 대한 반도체 공정의 종료 여부를 판단하는 단계; 및 차후 계측이 동일한 계측 설비에서 수행되는지를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 공정을 종료하지 않는 경우, 상기 동일한 계측 설비에서 수행되는지를 판단하는 단계로 진행하고, 동일한 계측 설비에서 수행되는 경우, 상기 반도체 공정을 수행하는 단계로 진행하며, 동일한 계측 설비에서 수행되지 않는 경우, 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계로 진행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정보를 획득하는 단계 이후에, 상기 소자에 대한 반도체 공정의 종료 여부를 판단하는 단계; 계측에 관련된 반도체 공정인지 판단하는 단계; 계측에 관련 없는 반도체 공정을 수행하는 단계; 및 차후 계측이 동일한 계측 설비에서 수행되는지를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 공정을 종료하지 않는 경우, 상기 계측에 관련된 반도체 공정인지 판단하는 단계로 진행하고, 계측에 관련 없는 반도체 공정인 경우, 상기 계측에 관련 없는 반도체 공정을 수행하는 단계로 진행하고, 상기 계측에 관련 없는 반도체 공정을 수행하는 단계 이후에 상기 종료 여부를 판단하는 단계로 진행하며, 계측에 관련된 반도체 공정인 경우, 상기 동일한 계측 설비에서 수행되는지를 판단하는 단계로 진행하고, 동일한 계측 설비에서 수행되는 경우, 상기 반도체 공정을 수행하는 단계로 진행하며, 동일한 계측 설비에서 수행되지 않는 경우, 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계로 진행할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 계측 설비의 스펙트럼 보정방법은, 스펙트럼에 영향을 미치는 설비 파라미터들에 기초하여, 설비 파라미터들의 오차를 계산하고 설비 파라미터들의 오차를 역산을 통해 측정 스펙트럼에 반영함으로써, 계측 설비의 에러 요소들에 대한 근본적인 보정을 수행할 수 있다. 그에 따라, 다른 공정 단계의 소자의 계측에 있어서도 해당 계측 설비에 대한 별도의 보정 과정은 불필요하다. 또한, 다수의 계측 설비들이 존재하는 경우, 각각의 계측 설비에 대해 전술한 스펙트럼 보정을 수행함으로써, 설비 간의 오차를 최소화할 수 있다. 따라서, 다수의 측정 설비를 사용하여도 측정 대상에 대하여 실질적으로 동일한 측정 결과를 획득할 수 있고, 소자의 계측에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 스펙트럼 보정방법에 기반으로 하는 소자의 계측방법과 제조방법은, 소자 계측에 대한 신뢰성 향상에 기초하여, 제품의 불량을 감소시킬 수 있고, 그에 따라 제품의 수율을 크게 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 설비의 스펙트럼 보정방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 도 1의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법을 적용할 수 있는 SE 설비의 개략적인 구성을 보여주는 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 SE 설비를 이용하여 측정 스펙트럼을 획득하는 과정을 보여주는 개념도들 및 그래프이다.
도 4a 내지 도 6은 도 1의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법에 이용되는 스펙트럼 모델링, 및 그 스펙트럼 모델링을 통해 소자를 계측하는 원리를 보여주는 그래프들이다.
도 7a 및 도 7b은 특정 SE 설비에서 센서의 정렬 상태 이상에 기인하여 파장 별로 소자의 두께가 다르게 측정되는 원리를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 8 및 도 9는 도 1의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법에 이용되는 설비 파라미터 및 그 영향을 보여주는 개념도 및 그래프이다.
도 10a 내지 도 11c은 도 1의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법에 이용되는 다른 설비 파라미터 및 그 영향을 보여주는 개념도들 및 그래프이다.
도 12a 내지 도 12d는 이상 스펙트럼과 측정 스펙트럼을 비교하여 설비 파라미터의 오차를 계산하는 원리를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 13a 내지 도 13d는 도 1의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법을 계측 설비들에 적용하여 보정 스펙트럼을 획득하는 과정을 개략적으로 보여주는 블록도 및 그래프들이다.
도 14는 도 13a 내지 도 13d의 과정을 통해 스펙트럼 보정이 수행된 계측 설비들을 이용하여 획득한 측정 대상의 두께들을 보여주는 그래프이다.
도 15a 내지 도 15c는 2개의 계측 설비들에 본 실시예의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법을 적용한 경우와 스펙트럼 정보 방법을 적용하지 않은 경우에, 획득한 측정 대상의 두께들을 비교하여 보여주는 그래프들이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 계측방법에 대한 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른, 하나의 계측 설비에서 여러 공정 단계의 소자에 대한 계측방법을 보여주는 블록 구성도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다수의 계측 설비들에서 여러 공정 단계의 소자에 대한 계측방법을 보여주는 블록 구성도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 제조방법에 대한 흐름도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 제조방법에 대한 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 통상의 기술자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소와 바로 연결될 수도 있지만, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 유사하게, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 구조나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 설비의 스펙트럼 보정방법에 대한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 먼저, 계측 설비에서 스펙트럼(spectrum)에 영향을 미치는 설비 파라미터들을 결정한다(S110). 여기서, 계측 설비는 측정 대상에 광을 조사하여 반사된 광을 기반으로 스펙트럼을 획득하고, 획득한 스펙트럼을 분석하여 측정 대상에 대한 물리적인 특성, 예컨대, 측정 대상의 두께나 3차원 형상에 대한 정보를 획득할 수 있는 설비를 의미할 수 있다. 예컨대, 계측 설비는 분광 타원계측법(SE) 설비, 분광 반사계측법(Spectroscopic Reflectometry: SR) 설비, X-선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy: SPX) 설비, X-선 반사법(X-Ray Reflectometry: XRR) 설비, 자외선 광전자 분광법(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy: UPS) 설비 등을 포함할 수 있다. 물론, 계측 설비가 언급된 설비들에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법이 적용될 수 있는 계측 설비에는 반사된 광을 기반으로 스펙트럼을 획득하여 측정 대상을 계측할 수 있는 모든 종류의 설비가 포함될 수 있다.
측정 대상에는 스펙트럼 분석을 통해 두께나 3차원 형상에 대한 정보가 획득될 수 있는 모든 종류의 소자들이 포함될 수 있다. 예컨대, 측정 대상에는 반도체 소자, 웨이퍼, LCD 패널, TFT 패널 등의 다양한 소자들이 포함될 수 있다.
설비 파라미터들은 계측 설비에서 측정 대상에 대한 스펙트럼을 획득할 때, 스펙트럼에 영향을 미칠 수 있는 파라미터들을 포함할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 해당 계측 설비를 구성하는 여러 구성 요소들 중 적어도 하나에 에러가 존재하는 경우, 측정 대상에 대한 정상적인 스펙트럼을 획득할 수 없고, 그에 따라 측정 대상을 정확하게 계측할 수 없다. 따라서, 계측 설비를 구성하는 모든 구성 요소들의 상태가 계측 설비의 설비 파라미터들에 해당할 수 있다. 다만, 계측 설비를 구성하는 모든 구성 요소들의 상태를 설비 파라미터들로 결정하는 경우에, 차후 설비 파라미터들의 오차를 획득하는 데에 있어서, 과도한 계산과 시간이 소비될 수 있다. 따라서, 모든 구성 요소들의 상태 대신 스펙트럼에 크게 영향을 미칠 수 있는 구성 요소들의 상태만을 설비 파라미터들로 결정할 수 있다. 설비 파라미터들의 대해서는 도 2, 및 도 8 내지 도 11c의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
설비 파라미터들의 결정 후, 계측 설비를 이용하여 시료(sample)에 대한 측정 스펙트럼을 획득한다(S130). 측정 스펙트럼의 획득은 예컨대, 해당 계측 설비를 이용하여, 광원으로부터의 광을 시료로 조사하고, 시료로부터 반사된 광을 센서를 통해 센싱함으로써, 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법에서는, SE 설비를 이용하여 반사 광의 인텐서티에 대한 측정 스펙트럼을 획득할 수 있다. 여기서, 시료는 반도체 공정이 수행되지 않은 베어(bare) 웨이퍼일 수 있다. 물론, 시료가 베어 웨이퍼에 한정되는 것은 아니다. 측정 스펙트럼에 대해서는 도 3a 및 도 3b의 설명 부분에서 좀더 상세히 기술한다.
측정 스펙트럼 획득 후, 이상(ideal) 스펙트럼과 측정 스펙트럼을 비교하여 설비 파라미터들의 오차를 계산한다(S150). 여기서, 이상 스펙트럼은 설비 파라미터들의 기준 값에 대응하여, 스펙트럼 모델링을 통해 획득한 스펙트럼일 수 있다. 설비 파라미터들의 기준 값은 구성 요소들이 정상적인 상태의 있을 때의 해당 설비 파라미터들의 값을 의미하며, 이상 스펙트럼은 시료가 정해지면 스펙트럼 모델링에 기초하여 자동으로 결정될 수 있다. 한편, 설비 파라미터들의 오차는 구체적인 값으로 수치화될 수 있다. 설비 파라미터들의 오차 계산에 대해서는 도 12a 내지 도 12d의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
설비 파라미터들의 오차 계산 후, 설비 파라미터들의 오차를 역산(Inverse Operation)을 통해 측정 스펙트럼에 반영하여 계측 설비의 스펙트럼을 보정한다(S170). 역산은 예컨대, 설비 파라미터들의 오차를 행렬의 값들로 수치화하고, 행렬의 역행렬을 구한 후, 역행렬을 측정 스펙트럼을 대표하는 행(row) 행렬 형태의 식에 곱하는 과정으로 진행될 수 있다. 이와 같이, 설비 파라미터들의 오차의 역산 과정을 통해 계측 설비의 스펙트럼이 보정됨으로써, 계측 설비의 에러 요소에 대한 보정이 완성되며, 차후 계측 설비에 대한 별도의 보정 과정은 수행할 필요가 없다. 역산을 통한 계측 설비의 스펙트럼의 보정에 대해서는 도 13a 내지 도 15c의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
본 실시예의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법은, 스펙트럼에 영향을 미치는 설비 파라미터들을 결정하고, 설비 파라미터들의 오차를 계산한 후, 설비 파라미터들의 오차를 역산을 통해 측정 스펙트럼에 반영함으로써, 계측 설비의 에러 요소들에 대한 근본적인 보정을 수행할 수 있다. 그에 따라, 다른 공정 단계의 소자의 계측에 있어서도 해당 계측 설비에 대한 별도의 보정 과정은 필요할 수 있다. 또한, 다수의 계측 설비들이 존재하는 경우, 각각의 계측 설비에 대해 전술한 스펙트럼 보정을 수행함으로써, 설비 간의 오차를 최소화할 수 있다. 따라서, 다수의 측정 설비를 사용하여도 측정 대상에 대하여 실질적으로 동일한 측정 결과를 획득할 수 있고, 소자의 계측에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
참고로, 기존의 경우, 계측 설비 간의 오차 보정을 위해, 측정이 필요한 공정 단계의 특정 시료를 계측 설비마다 운반해 가며 측정하고, 어느 하나의 계측 설비를 기준으로 그 오차만큼을 더하고 빼는 식으로 보정이 수행되었다. 그러나 이러한 시료 기반의 설비 오차 보정기술은 공정 단계마다 개별적으로 적용해야 하기 때문에, 제품당 100번 이상의 오차를 보정해야 하는 문제점이 있다. 또한, 이러한 기존의 설비 오차 보정기술은 평균만을 일치시킬 뿐, 각 계측 설비에서의 경향성은 여전히 불일치하므로 계측의 정확성을 보장할 수 없는 문제점이 있다. 예컨대, 반도체 생산 라인에서 수 ㎚급의 초미세 형상이나 두께를 측정하기 위해, 수십 내지 수백 개의 SE 설비들을 운영하여 제품당 100번 이상의 스텝을 대규모로 모니터링 하게 되는데, 기존의 설비 오차 보정기술은 SE 설비들의 오차 보정에 과도한 시간을 소비시키고 또한 여전히 계측에 대한 신뢰성이 낮을 수 있다. 그에 따라, 기존의 설비 오차 보정기술은 해당 제품의 불량을 증가시키고 신뢰성을 저하시켜 제품의 수율을 감소시키는 결과로 이어질 수 있다. 기존의 설비 오차 보정기술은 분광 에러 기반 교정(Spectral Error Based Calibration; SEBC)으로 불리기도 한다.
그에 반해, 본 실시예의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법은, 스펙트럼의 왜곡을 발생시키는 계측 설비 자체의 에러 요소들을 파악하고 보정하는 기술로써, 파악된 계측 설비의 에러 요소들, 예컨대 설비 파라미터들의 오차를 역산하여 반영한 보정 스펙트럼을 획득함으로써 해당 계측 설비의 보정을 완성할 수 있다. 즉, 본 실시예의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법은, 한 번의 보정으로 해당 계측 설비들의 오차 상태를 정상화함으로써, 공정 단계마다 동일한 시료를 옮겨가며 계측 설비들 간 보정을 해야 하는 기존 방법의 번거로움을 해결하고, 궁극적으로는 계측 설비들은 스펙트럼 보정 이후, 사용이 종료되는 시점까지 동일한 설비 상태가 유지될 수 있다.
도 2는 도 1의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법을 적용할 수 있는 SE 설비의 개략적인 구성을 보여주는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법이 적용되는 SE 설비(100)는 광원(110), 편광자(120, polarizer), 시료(130), 검광자(140, analyzer) 및 센서(150)를 포함할 수 있다.
광원(110)은 특정 파장 또는 광대역 파장의 광을 생성할 수 있다. 편광자(120)는 광원(110)으로부터의 광을 선형 편광으로 바꾸어 시료(130)에 조사할 수 있다. 예컨대, 편광자(120)는 입사된 광을 선형 편광으로 바꾸어 출사하는 편광판일 수 있다. 시료(130)는 SE 설비(100)의 스펙트럼 보정을 위한 측정 대상으로서, 예컨대 베어 웨이퍼일 수 있다. 물론, 시료(130)가 베어 웨이퍼에 한정되는 것은 아니다. 검광자(140)는 시료(130)로부터 반사된 광의 편광 상태를 알아보는 기구일 수 있다. 반사된 빔은 타원형 편광을 가질 수 있다. 그에 따라, 검광자(140)는 예컨대 타원 편광(elliptical polarization) 상태를 알아보는 기구일 수 있다. 검광자(140)에 편광판이 이용될 수 있다. 편광자(120)와 검광자(140) 중 적어도 하나는 측정 작동 중에 광축을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다.
센서(150)는 검광자(140) 통과 후 입사된 반사 광을 수용하여 파장 별로 광의 특성, 예컨대 광의 인텐서티를 검출하는 장치일 수 있다. 센서(150)는 분광 장치(152)와 어레이 검출기(154, array detector)를 포함할 수 있다. 분광 장치(152)는 입사된 광을 파장별로 분리하여 상이한 위치의 검출기로 입사시킬 수 있다. 분광 장치(152)는 예컨대, 프리즘일 수 있다. 어레이 검출기(154)는 여러 파장의 광을 동시에 측정할 수 있는 다중 채널 검출기로서, 예컨대, CCD(Charge Coupled Device), 또는 PDA(PhotoDiode Array)로 구성될 수 있다.
한편, 도시하지 않았지만, SE 설비(100)는 연산 시스템을 포함할 수 있다. 연산 시스템은 어레이 검출기(154)의 각 검출기로부터 측정된 데이터를 수신하며, 적절한 방식으로 수신한 데이터를 처리할 수 있다. 또한, 연산 시스템은 편광자(120) 및/또는 검광자(140), 또는 SE 설비(100)의 다른 구성 요소, 예컨대, 시료(130)가 안착되는 웨이퍼 위치 결정 시스템(미도시)의 각도 배향을 제어하기 위해 제어 신호를 발생시킬 수 있다. 연산 시스템은 편광자(120)에 대한 위치 센서와 검광자(140)에 대한 위치 센서로부터 각도 배향을 나타내는 데이터를 수신할 수 있고, 그러한 배향 데이터를 처리할 수 있다.
이와 같은 구성의 SE 설비(100)에서 설비 파라미터들은 광원(110)의 상태, 편광자(120)의 상태, AOI, 검광자(140)의 상태, 및 센서(150)의 상태일 수 있다. 여기서, 광원(110)의 상태는 조사된 광원 파장이나 개구수(NA)를, 편광자(120)의 상태는 편광자의 각도를, 그리고 검광자(140)의 상태는 검광자의 각도를 의미할 수 있다. 또한, AOI는 편광자(120)로부터 시료(130)로 입사되는 광의 입사각을 의미하며, 센서(150)의 상태는 예컨대, 센서(150)의 정렬 상태일 수 있다. 일반적으로, SE 설비에서 광원(110), 편광자(120), 및 검광자(140)의 상태는 기준 또는 정상 상태에서 크게 벗어나지 않을 수 있다. 따라서, 그러한 구성 요소들의 상태는 스펙트럼에 크게 영향을 미치지 않을 수 있다. 그에 반해, AOI와 센서(150)의 정렬 상태는 기준 각도 및 기준 정렬 상태에서 틀어지는 경우가 종종 발생하며, 그에 따라 스펙트럼에 크게 영향을 미칠 수 있다.
전술한 바와 같이, 계측 설비의 모든 구성 요소들의 상태를 설비 파라미터들로 결정하는 경우, 설비 파라미터들의 오차 계산, 역산을 통해 스펙트럼의 보정 등에 과도한 시간이 소비될 수 있다. 또한, 어떤 구성 요소의 상태의 경우, 스펙트럼에 미치는 영향이 미미하여 설비 파라미터로 결정한다고 하더라도 스펙트럼 보정에 아무런 효과를 가지지 않을 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법에서는, 계측 설비를 구성하는 모든 구성 요소들의 상태를 설비 파라미터들로 결정하지 않고, 스펙트럼에 중요하게 영향을 미치는 몇 가지 구성 요소들의 상태를 선택하여 그 선택된 구성 요소들의 상태만을 설비 파라미터들로 결정할 수 있다. 예컨대, SE 설비를 계측 설비로 이용하는 경우, AOI와 센서(150)의 정렬 상태를 설비 파라미터들로 결정할 수 있다.
결정된 파라미터들을 측정 스펙트럼(Sm)에 대응시키는 제1 단계(Step 1)를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Step 1: Sm =
Figure 112016046725173-pat00001
*
Figure 112016046725173-pat00002
*f(AOI)*
Figure 112016046725173-pat00003
*f(센서 정렬 상태)
결국, 제1 단계의 대응 관계는 스펙트럼에 영향을 미치지 않은 파라미터들은 무시하고, AOI와 센서 정렬 상태만을 스펙트럼에 영향을 미치는 설비 파라미터로 결정함을 의미한다. 제1 단계는 예컨대, 도 1의 설비 파라미터들을 결정하는 단계(S110)에 대응할 수 있다. AOI와 센서(150)의 정렬 상태가 스펙트럼에 미치는 영향에 대해서는 도 8 내지 도 11c의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
참고로, 스펙트럼에 영향을 미치는 파라미터로 시료(130)의 상태가 포함될 수 있다. 시료(130)의 상태는 굴절률, 유전 함수 텐서(dielectric function tensor), 모든 층들의 공칭(nominal) 두께, 층 순서 등을 포함할 수 있다. 일반적으로, 시료(130)의 상태는 시료 파라미터로서, 설비 파라미터와는 구분하여 사용될 수 있다. 예컨대, 스펙트럼 모델링에는 설비 파라미터와 시료 파라미터 둘 다가 이용될 수 있지만, 계측 설비의 에러 요소를 교정하는 데에는 보통 설비 파라미터만 이용될 수 있다. 왜냐하면, 계측 설비의 에러 교정을 위해 이용되는 시료의 상태는 모두 동일하기 때문이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 SE 설비를 이용하여 측정 스펙트럼을 획득하는 과정을 보여주는 개념도들 및 그래프로서, 도 3a는 다수의 반도체 칩들이 포함된 웨이퍼(W)와 웨이퍼(W) 내의 특정 반도체 칩(Cm)을 확대하여 보여주며, 도 3b는 SE 설비를 통해 반도체 칩(Cm)의 소정 부분을 측정하여 획득한 측정 스펙트럼에 대한 그래프를 보여준다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 일반적으로 SE 설비(도 2의 100)는 반도체 칩(Cm)에 형성된 패턴들의 두께 또는 3차원적 형상을 측정하는데 이용될 수 있다. 또한, SE 설비는 반도체 칩(Cm)의 모든 패턴들의 측정이 아닌, 라인-앤-스페이스와 같은 반복 패턴들(P)의 측정에 이용될 수 있다. 다시 말해서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체 칩(Cm)은 반복 패턴들(P)이 형성된 반복 패턴영역(A)과 임의의 패턴들이 형성된 비반복 패턴 영역(B)을 포함할 수 있는데, SE 설비는 반복 패턴영역(A)의 반복 패턴들(P)에 대한 형상이나 두께를 측정하는데 이용할 수 있다.
한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, SE 설비는 측정 대상, 즉 반도체 칩(Cm)의 반복 패턴영역(A)에서 반사된 광을 센싱하여, 파장 별로 광의 인텐서티로 표현되는 측정 스펙트럼(Sm)을 획득할 수 있다. 도 3b의 그래프에서, x 축은 반사 광의 파장으로 단위는 ㎚이고, y 축은 반사 광의 인텐서티로서 단위는 임의 단위(arbitrary unit: a.u.)일 수 있다. 덧붙여, SE 설비를 통해 반사 광의 측정 스펙트럼(Sm)을 획득했다고 해서, 해당 반도체 칩(Cm)의 반복 패턴(P)의 두께나 형상을 바로 알 수 있는 것은 아니다. 예컨대, 해당 반도체 칩(Cm)의 반복 패턴(P)의 두께나 형상의 정보는 도 4a 내지 도 4c의 설명 부분에서 설명하는 스펙트럼 모델링을 통해 획득한 스펙트럼들과 측정 스펙트럼(Sm)의 비교를 통해 획득할 수 있다.
도 4a 내지 도 6은 도 1의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법에 이용되는 스펙트럼 모델링, 및 그 스펙트럼 모델링을 통해 측정 대상을 계측하는 원리를 보여주는 그래프들이다.
도 4a 내지 도 6을 참조하면, 특정 시료의 패턴들은 전자기파 모델링이라고 불리기도 하는 스펙트럼 모델링을 통해 특정 스펙트럼으로 모델링 될 수 있다. 이하, 스펙트럼 모델링을 통해 획득한 스펙트럼을 '모델 스펙트럼'이라고 한다. 예컨대, 도 4a는 제1 폭(W1)과 제1 높이(H)를 갖는 패턴에 대한 모델 스펙트럼(S1)을 보여주고, 도 4b는 제2 폭(W2)과 제1 높이(H)를 갖는 패턴에 대한 모델 스펙트럼(S2)을 보여주며, 도 4c는 제1 폭(W1)의 하부와 제2 폭(W2)의 상부를 가지며 제1 높이(H)를 갖는 패턴에 대한 모델 스펙트럼(S3)을 보여준다.
도 4a 내지 도 4c는, 단순히 각 패턴의 사이즈나 형태에 따라 다른 형태의 모델 스펙트럼(S1, S2, S3)으로 모델링으로 된다는 것을 보여주기 위한 한 예시에 불과하다. 실제로, 스펙트럼 모델링은 패턴의 사이즈나 형태뿐만 아니라 여러 가지 파라미터들에 의해 영향받을 수 있다. 예컨대, 스펙트럼 모델링은 계측 설비의 구성 요소들의 상태, 즉 설비 파라미터들과 측정 대상의 상태, 즉 시료 파라미터들에 의해 영향을 받을 수 있다.
도 5 역시 스펙트럼 모델링을 통해 획득한 모델 스펙트럼(S4)을 보여주는데, 도 도 4a 내지 도 4c의 모델 스펙트럼들(S1, S2, S3)과는 다를 수 있다. 구체적으로, 도 4a 내지 도 4c의 경우, 각각 하나의 패턴에 대해 스펙트럼 모델링을 통해 획득한 모델 스펙트럼들(S1, S2, S3)인 반면에, 도 5는 반복 패턴에 대해 스펙트럼 모델링을 통해 획득한 모델 스펙트럼(S4)이다.
한편, 도 3b에 도시된 측정 스펙트럼(Sm)의 형태와 도 5의 모델 스펙트럼(S4) 형태가 어느 정도 유사함을 알 수 있다. 따라서, 도 3b의 측정 스펙트럼(Sm)은 반복 패턴에 대한 측정 스펙트럼임을 어느 정도 유추할 수 있다.
도 6은 도 3b의 측정 스펙트럼(Sm)과 도 5의 모델 스펙트럼(S4)을 함께 비교하여 보여주고 있는데, 정확하게 일치하지 않고 약간의 차이가 있음을 알 수 있다. 만약, SE 설비에 에러 요소가 없고, 도 3b의 측정 스펙트럼(Sm)과 도 5의 모델 스펙트럼(S4)이 정확히 일치한다면, 반도체 칩(Cm)의 반복 패턴(P)의 두께나 형상의 정보는 도 5의 모델 스펙트럼 모델링에 이용된 시료 파라미터들의 정보들을 이용하여 획득할 수 있다. 그러나 실제로는 도 6에 도시된 바와 같이, 도 3b의 측정 스펙트럼(Sm)과 도 5의 모델 스펙트럼(S4) 간에 차이가 있고, 또한, SE 설비 자체에도 에러 요소를 포함할 수 있는바, 도 5의 스펙트럼 모델링에 이용된 시료 파라미터들의 정보들을 반복 패턴(P)의 두께나 형상에 대한 정보로서 그대로 이용할 수는 없다.
참고로, SE 설비를 이용하여 측정 스펙트럼을 획득하고, 스펙트럼 모델링을 이용하여 획득한 모델 스펙트럼과 비교를 통해 측정 대상의 두께나 형상에 대한 정보는 파악하는 원리는 다음과 같다.
먼저, 편광자(도 2의 120)를 일정한 속도록 회전시키면서, 어레이 검출기(도 2의 154)의 각 검출기에서 수신된 신호는 하기 식(1)의 시간에 따른 광의 인텐서티로 나타날 수 있다.
I(t) = I0[1 + α*cos(2ωt-P0) + β*sin(2ωt-P0)]..................식(1)
여기서, I0은 광원(도 2의 110)에서 방출되는 광의 세기에 의존하는 상수이고, ω는 편광자의 회전 각속도이며, P0는 초기 시간(t=0)에 편광자의 광축과 입사 평면 간의 각도이고, α와 β는 아래의 식(2)와 식(3)으로 정의되는 값이다.
α = [tan2(Ψ) - tan2(A-A0)] / [tan2(Ψ) + tan2(A-A0)]..............식(2)
β = [2tan(Ψ)*cos(Δ)*tan(A-A0)] / [(tan2(Ψ) + tan2(A-A0)].......식(3)
여기서, tan(Ψ)는 시료 반사 광의 p 및 s 성분의 복합 비율의 크기이고, Δ는 시료 반사 광의 p 및 s 성분의 복합 비율의 위상(phase)이다. 'p' 성분은 전기장이 입사 평면에 있는 편광된 광의 성분을 가리키고, 's파' 성분은 전기장이 입사 평면에 직교하는 편광된 광의 성분을 가리킨다. 'A'는 공칭(nominal) 검광자(도 2의 140) 각도(예컨대, 검광자에 대한 위치 센서로부터 공급되는 배향 각도)이다. A0는 판독된(reading) 'A'로부터 검광자의 실제 배향 각도의 옵셋이다. 예컨대, 기계적 오정렬로 인해, A0는 0이 아닐 수 있다.
(식)1 내지 (식)3으로부터, α와 β의 값은 SE 설비(도 2의 100)에 의한 특정 시료의 측정값을 기초로 하여 결정될 수 있다. 그러므로 특정 시료의 경우, 측정값(αmeas, βmeas)은 센서로부터 검출된 데이터를 기초로 하여 결정될 수 있다.
일반적으로, 타원계측법은 검사 대상 시료의 물리적 특성을 간접적으로 측정하는 방법이다. 그에 따라, 대부분의 경우, 측정값(αmeas, βmeas)은 시료의 물리적 특성을 직접 결정하는데 사용될 수 없다. 이 문제를 해결하기 위해, 측정값(αmeas, βmeas)을 예측하는 모델링이 도입되고, 모델링에 의해 모델값이 생성될 수 있다.
하기 식(4) 및 식 (5)에 예시된 바와 같이, 모델값은 설비에 관련된 파라미터(Psys)와 및 시료에 관련된 파라미터(Psam)를 포함할 수 있다.
αmodel = f(Psys, Psam)...............................................식(4)
βmodel = g(Psys, Psam)...............................................식(5)
설비 파라미터(Psys)는 계측 설비를 특징화하도록 사용되는 파라미터일 수 있다. 예컨대, SE 설비의 경우, 전술한 바와 같이, 광원의 파장, 개구수, AOI, 편광자 각도, 검광자 각도 등이 설비 파라미터들에 포함할 수 있다. 시료 파라미터(Psam)는 시료를 특징화하도록 사용되는 파라미터일 수 있다. 예컨대, 시료 파라미터들(Psam)은 굴절률, 유전 함수 텐서, 모든 층들의 공칭 두께, 층 순서 등을 포함할 수 있다. 검사 대상인 시료의 물리적 특성은 반복 절차(예컨대, 회귀)에 의해 결정될 수 있다. 시료 파라미터들의 값이 변동되면서 모델값(αmodel , βmodel)과 측정값(αmeas, βmeas) 사이에 긴밀한 일치를 초래하는 시료 파라미터들의 세트가 결정될 때까지 모델링이 수행될 수 있다. 참고로, 측정값은 전술한 측정 스펙트럼에 해당하고, 모델값은 전술한 모델 스펙트럼에 대응할 수 있다.
한편, 모델값과 측정값 간의 불일치가 분광 에러에 해당할 수 있다. 즉, 분광 에러(δα, δβ)는 식 (6)과 식(7)로 표기된다.
δα = αmeas - αmodel...............................................식(6)
δβ = βmeas - βmodel...............................................식(7)
계측 설비의 설비 파라미터들의 값은 계측 설비에 의한 시료의 측정에 관련된 분광 에러와, 기준 계측 설비에 의한 동일한 시료의 측정에 관련된 분광 에러 간의 차이가 최소화되도록 교정될 수 있다. 이러한 분광 에러 기반 교정(SEBC) 방법은, 소정의 시료 또는 시료들의 세트를 이용하여 상이한 계측 설비들 사이에 분광 에러의 차이를 최소화시킴으로써 계측 설비들 사이의 일관성을 증가시키게 된다. 그러나 전술한 바와 같이, SEBC 방법은 공정 단계마다 개별적으로 적용해야 하기 때문에, 계측 설비마다 제품당 100번 이상 교정이 수행되어야 하는 문제점이 있다. 또한, 그러한 SEBC 방법은 평균만을 일치시킬 뿐, 각 계측 설비에서의 경향성은 여전히 불일치하므로 계측의 정확성을 보장할 수 없는 문제점이 있다.
도 7a 및 도 7b는 특정 SE 설비에서 센서의 정렬 상태 이상에 기인하여 파장 별로 측정 대상의 두께가 다르게 측정되는 원리를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 도 7a는 센서(도 2의 150)의 정렬 상태 이상이 발생한 SE 설비를 통해 획득한 측정 스펙트럼(Sm)과 기준 스펙트럼(Sr)을 보여준다. 여기서, 기준 스펙트럼(Sr)은 센서의 정렬 상태가 정상인 경우에 대응하는 스펙트럼일 수 있다. 도 7b는 도 7a의 기준 스펙트럼(Sr)과 측정 스펙트럼(Sm)의 차이에 기초하여 파장에 따라 시료의 두께 오차(△d)가 달라짐을 보여주는 그래프이다.
측정 스펙트럼(Sm)과 기준 스펙트럼(Sr)이 실질적으로 동일한 형태를 갖는 경우, SE 설비의 측정 스펙트럼을 기반으로 획득한 시료의 두께 오차(△d)는 파장과 상관없이 일정할 수 있다. 다시 말해서, 시료의 두께 오차(△d)는 y 축으로 일정한 높이를 갖는 그래프의 형태를 가질 수 있다.
그러나 도 7a에 도시된 바와 같이, 측정 스펙트럼(Sm)은 기준 스펙트럼(Sr)에 대하여 파장이 짧을수록 인텐서티가 낮아지는 형태를 가질 수 있다. 이러한 측정 스펙트럼(Sm)은 센서의 정렬 상태 이상에서 기인할 수 있다. 예컨대, 센서의 정렬 상태 이상은 어레이 검출기(도 2의 154)가 단파장 쪽으로 갈수록 분광 장치(152)에서 멀어지는 상태에 해당할 수 있다. 또한, 측정 스펙트럼(Sm)이 기준 스펙트럼(Sr)에 대하여 파장이 짧을수록 인텐서티가 낮아지기 때문에 그에 대응하여 파장이 짧아질수록 두께 오차(△d)가 커질 수 있다. 예컨대, 도 7b와 같은 그래프가 나타날 수 있다. 결국, 측정 스펙트럼(Sm)을 획득하고 그러한 측정 스펙트럼(Sm)을 기준 스펙트럼(Sr)과 비교함으로써, 시료의 두께 오차(△d)를 개략적으로 예측할 수 있다.
도 8 및 도 9는 도 1의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법에 이용되는 설비 파라미터 및 그 영향을 보여주는 개념도 및 그래프이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 도 8은 SE 설비(도 2의 100)에서, 제1 광(①)이 제1 AOI(θ1)를 가지고 시료(130)에 의해 반사되는 모습과 제2 광(②)이 제2 AOI(θ2)를 가지고 시료(130)에 의해 반사되는 모습을 보여준다. 여기서, 제2 AOI(θ2)는 제1 AOI(θ1)보다 크고, Lin1과 Lin2는 각각 제1 광(①)과 제2 광(②)의 입사광을 의미하며, Lre1과 Lre2는 각각 제1 광(①)과 제2 광(②)의 반사광을 의미할 수 있다.
도 9는 제1 광(①)과 제2 광(②)의 반사광들(Lre1과 Lre2)에 대한 스펙트럼(S①, S②)을 보여주는데, 도시된 바와 같이 제1 광(①)의 스펙트럼(S①)의 형태와 제2 광(②)의 스펙트럼(S②) 형태가 다름을 알 수 있다. 즉, AOI가 다르면 대응하는 스펙트럼의 형태가 달라짐을 알 수 있다. 따라서, SE 설비의 스펙트럼 보정방법에 이용되는 하나의 설비 파라미터로서, AOI가 결정될 수 있다.
한편, 일반적으로 AOI가 클수록 반사되는 광의 양이 증가하므로 AOI가 큰 반사광의 인텐서티가 클 수 있다. 따라서, 도 9의 스펙트럼들에서, 스펙트럼 전반에 걸쳐 제2 광(②)의 반사광(Lre2)의 인텐서티가 제1 광(①)의 반사광(Lre1)의 인텐서티보다 높게 나타날 수 있다. 물론, 파장에 따라 반사율이 다르고 또한 AOI에 따라 검광자(도 2의 140)의 상대적인 위치도 달라지므로, AOI에 따른 스펙트럼들은 도 9의 스펙트럼들의 형태와 달리 다소 복잡한 형태로 나타날 수도 있다.
참고로, 실제 SE 설비를 통해 획득한 측정 스펙트럼과 스펙트럼 모델링을 통해 획득한 모델 스펙트럼 모두에서, AOI에 따라 스펙트럼의 형태가 달라질 수 있다. 이는 스펙트럼 모델링이 여러 파라미터들을 기반으로 측정 스펙트럼에 유사하게 모델링 하는 방법이라는 점을 고려할 때 당연한 결과일 수 있다.
도 10a 내지 도 11c는 도 1의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법에 이용되는 다른 설비 파라미터 및 그 영향을 보여주는 개념도들 및 그래프이다.
도 10a 내지 도 11c를 참조하면, 도 10a 내지 도 10c는 SE 설비(도 2의 100)에서, 센서(도 2의 150), 특히 어레이 검출기(154)의 정렬 상태 이상을 보여준다. 구체적으로, 도 10a는 어레이 검출기(154)의 위치 상태 이상을 보여주고, 도 10b는 어레이 검출기(154)의 회전 상태 이상을 보여주며, 도 10c는 어레이 검출기(154)의 비틀림 상태 이상을 보여준다. 한편, 도 10d는 어레이 검출기(154)에 대한 사시도이고, 도 10a 내지 도 10c에 도시된 부분은 도 10d의 어레이 검출기(154)의 측면(154s)에 해당할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 도 10a의 위치 상태 이상은 어레이 검출기(154)가 화살표와 같이 직선 방향으로 이동함에 따른 이상일 수 있다. 도 10b의 회전 상태 이상은 어레이 검출기(154)가 화살표와 같이 회전함에 따른 이상일 수 있다. 도 10c의 비틀림 상태 이상은 어레이 검출기(154)가 화살표로 표시된 바와 같이 양쪽에서 힘을 받아 휘어져 비틀어짐에 따른 이상일 수 있다. 도 2의 SE 설비에 도시된 바와 같이, 어레이 검출기(154)는 파장에 따라 분광 장치(도 2의 152)를 통해 분리된 광을 위치별로 검출하게 된다. 즉, 각 위치의 검출기들이 해당 파장의 광을 검출하게 된다. 따라서, 도 10a 내지 도 10c와 같은 정렬 상태 이상이 발생하면, 그에 따라 스펙트럼이 달라질 수 있다.
도 11a 내지 11c는 도 10a 내지 도 10c의 정렬 상태 이상에 따른 대응하는 스펙트럼들을 구체적으로 보여준다. 즉, 도 11a는 도 10a의 어레이 검출기(154)의 위치 상태 이상에 대응하는 스펙트럼을, 도 11b는 도 10b의 어레이 검출기(154)의 회전 상태 이상에 대응하는 스펙트럼을, 그리고 도 11c는 도 10c의 어레이 검출기(154)의 비틀림 상태 이상에 대응하는 스펙트럼을 보여준다. 여기서, Sr는 기준 상태의 스펙트럼을 나타내고, S(a), S(b), 및 S(c)는 각각 어레이 검출기(154)의 위치 상태 이상, 회전 상태 이상 및 비틀림 상태 이상에 대응하는 스펙트럼일 수 있다. 도시된 바와 같이, 센서의 정렬 상태 이상에 따라 스펙트럼이 달라짐을 알 수 있다. 따라서, SE 설비의 스펙트럼 보정방법에 이용되는 하나의 설비 파라미터로서, 센서의 정렬 상태가 선택 결정될 수 있다.
참고로, 도 11a의 어레이 검출기(154)의 위치 상태 이상의 경우, 어레이 검출기(154)가 수평 방향으로 이동함에 따라 장파장 쪽 검출기가 더 많은 광을 검출하게 되고, 그에 따라 도시된 바와 같이 스펙트럼(S(a))이 기준 상태의 스펙트럼(Sr)에 대하여 수평방향으로 이동할 수 있다. 물론, 어레이 검출기(154)가 수평 방향을 따라 반대로 이동한 경우는 스펙트럼(S(a)) 역시 반대로 이동할 수 있다.
도 11b의 어레이 검출기(154)의 회전 상태 이상의 경우는, 어레이 검출기(154)가 회전함에 따라 상부 쪽의 검출기가 분광 장치(도 2의 152)로부터 멀어질 수 있다. 그에 따라, 도시된 바와 같이 스펙트럼(S(b))이 기준 상태의 스펙트럼(Sr)에 대하여 수평방향으로 늘어지되 장파장 쪽으로 갈수록 인텐서티가 감소하는 형태를 가질 수 있다.
도 11c의 어레이 검출기(154)의 비틀림 상태 이상의 경우는, 어레이 검출기(154)가 비틀어짐에 따라 중심 쪽의 검출기가 분광 장치(도 2의 152)로부터 멀어질 수 있다. 그에 따라, 도시된 바와 같이 스펙트럼(S(c))이 기준 상태의 스펙트럼(Sr)에 대하여 중간 파장 부분에서 인텐서티가 감소하는 형태를 가질 수 있다.
한편, 다른 파라미터들 기인하여, 도 10a 내지 도 10c의 정렬 상태 이상에 대응하는 스펙트럼들은 도 11a 내지 11c의 스펙트럼들(S(a), S(b), S(c))과 다른 형태를 가질 수도 있다.
도 12a 내지 도 12d는 이상 스펙트럼과 측정 스펙트럼을 비교하여 설비 파라미터의 오차를 계산하는 원리를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 12a 내지 도 12d를 참조하면, 도 12a는 SE 설비(도 2의 100)를 이용하여 시료(도 2의 130), 예컨대 베어 웨어퍼에 대한 측정 스펙트럼(Sm)을 보여주고, 도 12b는 스펙트럼 모델링에 의해 획득한 이상 스펙트럼(Si)을 보여주며, 도 12c는 측정 스펙트럼(Sm)과 이상 스펙트럼(Si)의 비교를 위해 함께 보여주며, 도 12d는 측정 스펙트럼(Sm)에 근사시킨 근사 스펙트럼(Sap)을 보여준다.
이상 스펙트럼(Si)은 전술한 바와 같이 SE 설비의 모든 구성요소들의 상태, 즉 설비 파라미터들이 정상 상태 또는 기준 상태일 때에 대응할 수 있다. 예컨대, 설비 파라미터들이 AOI와 센서(도 2의 150)의 정렬 상태라고 할 때, AOI의 정상 상태는 70°이고, 센서 정렬 상태의 정상 상태는 기준 위치에 대응할 수 있다. 한편, 이상 스펙트럼(Si)은 시료, 예컨대 베어 웨이퍼 상에 매우 얇은 산화막이 존재하는 경우에 대응할 수 있다. 전술한 바와 같이, 시료의 상태 역시 스펙트럼 모델링을 위한 파라미터가 될 수 있으나, 시료의 상태의 경우, 모든 계측 설비에 거의 동일하므로, 계측 설비의 교정을 위한 파라미터들에서 제외될 수 있다. 한편, 일반적으로 이상 스펙트럼은 시료가 정해지면 자동으로 획득될 수 있다. 예컨대, 시료가 베어 웨이퍼로 정해진 경우, 설비 파라미터들이 모두 정상 상태에 있는 것으로 가정하여, 도 12b와 같은 형태의 이상 스펙트럼(Si)이 자동으로 획득될 수 있다.
이상 스펙트럼(Si)과 측정 스펙트럼(Sm)을 비교하면 도 12c에 도시된 바와 같이 차이가 나타날 수 있다. 이러한 차이는 결국, 시료를 실제로 측정한 SE 설비의 구성 요소들의 상태가 정상 상태에 있지 않음에서 비롯할 수 있다. 즉, 이상 스펙트럼(Si)과 측정 스펙트럼(Sm)의 차이는 앞서 SE 설비의 설비 파라미터들로 결정한 AOI와 센서 정렬 상태에 에러가 있음에서 기인할 수 있다. 만약, 이상 스펙트럼(Si)과 측정 스펙트럼(Sm)이 일치한다면, 시료를 측정한 SE 설비의 설비 파라미터들이 정상 상태에 있는 것으로 볼 수 있다. 예컨대, SE 설비의 AOI가 70°이고, 센서 정렬 상태는 기준 위치에 있다고 볼 수 있다.
이상 스펙트럼(Si)과 측정 스펙트럼(Sm)이 차이가 있는 경우, 설비 파라미터들의 값들을 변경하면서 스펙트럼 모델링을 수행한다. 이러한 스펙트럼 모델링을 통해 도 12d에 도시된 바와 같이 측정 스펙트럼(Sm)에 근사하는 근사 스펙트럼(Sap)을 찾는다. 근사 스펙트럼(Sap)은 일종의 모델 스펙트럼에 해당할 수 있다. 근사 스펙트럼(Sap)을 찾은 후, 근사 스펙트럼(Sap)의 획득에 이용되는 설비 파라미터들의 값들을 파악한다. 예컨대, 근사 스펙트럼(Sap)에 대응하는 설비 파라미터들, 예컨대, AOI는 71°이고, 센서의 정렬 상태는 기준 위치에서 0.5㎜ 수평 이동한 것에 대응할 수 있다. 결과적으로, 시료를 측정한 SE 설비는, AOI가 기준 각도에서 1° 틀어진 상태이고, 센서의 정렬 상태는 기준 위치에서 0.5mm 벗어나 상태에 있는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 설비 파라미터의 오차들이 수치화될 수 있다. 예컨대, AOI의 오차는 1°이고, 센서 정렬 상태의 오차는 0.5mm로 수치화될 수 있다.
스펙트럼 모델링을 통해 설비 파라미터들의 오차를 수치화하고 그러한 설비 파라미터들의 오차를 측정 스펙트럼(Sm)에 대응시키는 제2 단계(Step 2)를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Step 2: Sm = Si*(△AOI)*(△Sen-Al)*(△Re)
여기서, '△AOI'는 AOI의 오차이고, '△Sen-Al'는 센서 정렬 상태 오차를 의미한다. 한편, '△Re'는 나머지 오차로서, 센서에 입력되는 일종의 노이즈이며, 측정 스펙트럼(Sm)과의 대응 관계에서 무시될 수 있다. 참고로, 제2 단계의 대응 관계에서 Sm과 Si은 행(row) 행렬로 표현되고, △AOI와 △Sen-Al는 정방행렬로 표현될 수 있다. 제2 단계는 도 1의 시료(sample)에 대한 측정 스펙트럼을 획득하는 단계(S130)와 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계(S150)에 대응할 수 있다.
이후, 전술한 방법을 통해 획득한 수치화된 설비 파라미터의 오차들을 이용하여 측정 스펙트럼을 보정하여 보정 스펙트럼을 구할 수 있다. 이러한 보정 스펙트럼은 계측 설비의 에러 요소들에 기인한 에러가 반영된 스펙트럼이므로, 이상 스펙트럼, 즉 정상적인 계측 설비에 의해 획득한 측정 스펙트럼에 대응할 수 있다.
결과적으로, 계측 설비에 대해 수치화된 설비 파라미터들의 오차들이 획득되면, 이후, 해당 계측 설비를 이용하여 측정 대상을 측정하여 측정 스펙트럼을 구하고 측정 스펙트럼에 전술한 스펙트럼 보정방법을 적용하여 보정 스펙트럼을 획득할 수 있다. 보정 스펙트럼은 정상적인 계측 설비에 의해 계측한 것에 대응할 수 있으므로, 보정 스펙트럼을 기반으로 측정 대상에 대한 두께나 형상에 대한 정보를 획득할 수 있다.
도 13a 내지 도 13d는 도 1의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법을 계측 설비들에 적용하여 보정 스펙트럼을 획득하는 과정을 개략적으로 보여주는 블록도 및 그래프들이다.
도 13a 내지 도 13d를 참조하면, 도 13a는 제1 계측 설비(설비 1)과 제2 계측 설비(설비 2)에서 획득한 측정 스펙트럼들(Sm1, Sm2)을 보여준다. 도 13b는 측정 스펙트럼들(Sm1, Sm2)과 이상 스펙트럼(Si)을 비교하고, 스펙트럼 모델링을 통해 근사 스펙트럼을 찾는 과정에 해당한다. 근사 스펙트럼을 찾는 과정에 대해서는 도 12a 내지 도 12d의 설명 부분에서 설명한 바와 같다. 도 13b에서, 설명의 편의를 위해 측정 스펙트럼들(Sm1, Sm2)을 Sm 하나로 대표하여 표시하고 있다.
도 13c는 근사 스펙트럼을 찾은 후, 근사 스펙트럼에 기반하여 설비 파라미터들의 오차를 수치화하는 것에 해당한다. 예컨대, 제1 계측 설비(설비 1)의 경우, AOI의 오차가 0.3°와 센서 정렬 상태 오차가 2㎜로 수치화되고, 제2 계측 설비(설비 2)의 경우, AOI의 오차가 0.5°와 센서 정렬 상태 오차가 1㎜로 수치화될 수 있다.
도 13d는 수치화된 설비 파라미터들의 오차를 측정 스펙트럼(Sm1, Sm2)에 역산(Inverse Operation)을 통해 반영하여 보정 스펙트럼(Sc1, Sc2)을 획득한 것을 보여준다. 설비 파라미터들의 오차들이 측정 파라미터들(Sm1, Sm2)에 역산을 통해 반영됨으로써, 보정 스펙트럼은 이상 스펙트럼에 가까워질 수 있다. 따라서, 제1 계측 설비(설비 1)와 제2 계측 설비(설비 2)의 보정 스펙트럼(Sc1, Sc2)의 형태는 도시된 바와 같이 거의 동일하게 나타날 수 있다.
획득한 설비 파라미터들의 오차를 역산을 통해 측정 스펙트럼에 반영하여 보정 스펙트럼(Sc)을 구하는 과정의 제3 단계(Step 3)를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Step 3: Sc = Sm*(△AOI)-1 *(△Sen-Al)-1
제2 단계에서 언급한 바와 같이, △Re의 영향이 매우 미미하므로, 보정 스펙트럼(Sc)은 이상 스펙트럼(Si)과 실질적으로 일치할 수 있다. 또한, 설비 파라미터들의 오차들(△AOI, △Sen-Al)이 정방행렬로 표현된 경우, 보정 스펙트럼(Sc)을 구하는 과정은, 설비 파라미터들의 오차의 역행렬((△AOI)-1, (△Sen-Al)- 1)을 구하고 그 역행렬을 행 행렬의 형태로 나타나는 측정 스펙트럼(Sm)에 곱하는 과정을 통해 이루어질 수 있다.
도 14는 도 13a 내지 도 13d의 과정을 통해 스펙트럼 보정이 수행된 계측 설비들을 이용하여 획득한 측정 대상의 두께들을 보여주는 그래프로서, x 축은 측정이 이루어진 포인트들을 나타내고, y 축은 두께를 나타내며 단위는 임의 단위이다.
도 14를 참조하면, 도시된 바와 같이, 제1 계측 설비(설비 1)와 제2 계측 설비(설비 2)를 이용하여 획득한 측정 대상의 두께들이 모든 포인트에서 거의 동일하게 나타나고 있음을 확인할 수 있다. 측정 대상에 대한 두께 측정의 과정을 다시 개략적으로 설명하면, 도 13a 내지 도 13d와 같은 과정을 통해 제1 계측 설비(설비 1)와 제2 계측 설비(설비 2)에 대해 스펙트럼 보정이 수행될 수 있다. 다시 말해서, 제1 계측 설비(설비 1)와 제2 계측 설비(설비 2)에 대한 설비 파라미터들의 오차들이 계산될 수 있다. 예컨대, 제1 계측 설비(설비 1)의 설비 파라미터의 오차를 △1이라 하고, 제2 계측 설비(설비 2)의 설비 파라미터의 오차를 △2라고 하자. △1과 △2는 각각 제1 계측 설비(설비 1)와 제2 계측 설비(설비 2)에서의 구성 요소들의 에러 상태를 대표하므로 일반적으로 서로 다를 수 있다.
제1 계측 설비(설비 1)와 제2 계측 설비(설비 2)의 설비 파라미터들의 오차(△1, △2)을 획득한 후, 제1 계측 설비(설비 1)를 이용하여 측정 대상에 대하여 제1 측정 스펙트럼(Sm1)을 획득하고, 제2 계측 설비(설비 2)를 이용하여 측정 대상에 대하여 제2 측정 스펙트럼(Sm2)을 획득한다. 이후, 설비 파라미터들의 오차(△1, △2)를 역산을 통해 해당 측정 스펙트럼들(Srm1, Srm2)에 반영한다. 설비 파라미터들의 오차(△1, △2)를 역산을 통해 측정 스펙트럼들(Srm1, Srm2)에 반영함으로써, 측정 대상에 대한 제1 보정 스펙트럼(Src1)과 제2 보정 스펙트럼(Src2)을 생성할 수 있다. 도 13a 내지 도 13d의 설명 부분에 기초하여 알 수 있듯이, 제1 보정 스펙트럼(Src1)과 제2 보정 스펙트럼(Src2)은 거의 동일한 형태로 나타날 수 있다. 다만, 도 13a 내지 도 13d에서의 보정 스펙트럼들(Sc1, Sc2)은 시료에 대한 것이고, 여기서 설명한 보정 스펙트럼들(Src1, Scr2)은 실제 측정 대상에 대한 것이라는 점에서, 서로 다를 수 있다. 또한, 시료와 실제 측정 대상의 물리적 특성은 전혀 다르므로, 시료에 대한 측정 스펙트럼들(Sm1, Sm2)과 보정 스펙트럼들(Sc1, Sc2)은 측정 대상에 대한 측정 스펙트럼들(Srm1, Srm2)과 보정 스펙트럼들(Src1, Src2)과 전혀 다르게 나타날 수 있다.
이후, 시료의 파라미터들의 값을 변경하면서, 스펙트럼 모델링을 통해 보정 스펙트럼들(Src1, Src2)에 근사하는 근사 스펙트럼들(Srap1, Srap2)을 찾는다. 근사 스펙트럼들(Srap1, Srap2)을 찾게 되면, 근사 스펙트럼들(Srap1, Srap2)에 이용되는 파라미터들의 값에 근거하여 측정 대상의 두께를 획득할 수 있다. 한편, 제1 보정 스펙트럼(Src1)과 제2 보정 스펙트럼(Src2)이 거의 동일한 형태로 나타나게 되므로, 대응하는 근사 스펙트럼들((Srap1, Srap2)도 거의 동일한 형태로 나타나며, 그에 따라, 측정 대상의 두께도 거의 동일하게 나타날 수 있다.
결과적으로, 본 실시예의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법에 기초하여 측정 대상에 대한 계측을 수행하는 경우, 해당 계측 설비의 에러 요소와 상관없이 측정 대상에 대하여 실질적으로 동일한 데이터를 획득할 수 있다. 다시 말해서, 전술한 스펙트럼 보정방법에 의해 계측 설비들의 에러 요소들이 근본적으로 보정되므로, 계측 설비 간에 차이가 없는 측정 대상에 대한 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 그 데이터는 측정 대상에 대한 어느 정도 실제 값에 해당할 수 있다. 한편, 본 실시예의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법이 어느 계측 설비에 대하여 수행된 경우에, 해당 계측 설비는 공정 단계와 상관없이 더이상 에러 요소에 대한 보정을 수행할 필요가 없다. 다시 말해서, 시료 측정에 기반하여 통해 설비 파라미터의 오차들이 획득된 경우, 계측 설비가 동일하다면, 다른 측정 대상 또는 다른 공정 단계의 측정 대상에 대해서도 그 설비 파라미터들의 오차를 계속해서 사용하여 보정 스펙트럼을 구할 수 있기 때문이다.
도 15a 내지 도 15c는 2개의 계측 설비들에 본 실시예의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법을 적용한 경우와 스펙트럼 정보 방법을 적용하지 않은 경우에, 획득한 측정 대상의 두께들을 비교하여 보여주는 그래프들이다. x 축은 측정이 이루어진 포인트들을 나타내고, y 축은 두께를 나타내며 단위는 임의 단위이다.
도 15a 내지 도 15c를 참조하면, 도 15a는 본 실시예의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법을 적용하지 않은 경우에, 제1 계측 설비(설비 1)과 제2 계측 설비(설비 2)를 이용하여 획득한 측정 대상의 두께들을 보여준다. 여기서, True Value는 모든 구성 요소들의 상태가 정상인 계측 설비를 이용하여 획득한 측정 대상의 두께에 해당하며, 측정 대상의 실제 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 계측 설비(설비 1)과 제2 계측 설비(설비 2)를 이용하여 획득한 측정 대상의 두께들은 True Value와 크게 차이가 남을 알 수 있다. 또한, 제1 계측 설비(설비 1)과 제2 계측 설비(설비 2)를 이용하여 획득한 측정 대상의 두께들 사이에도 서로 차이가 있음을 알 수 있다.
도 15b는 본 실시예의 계측 설비의 스펙트럼 보정방법을 적용하되 센서 정렬 상태에 대해서만 설비 파라미터로 결정하여 스펙트럼 보정방법에 적용하고, 제1 계측 설비(설비 1)과 제2 계측 설비(설비 2)를 이용하여 획득한 측정 대상의 두께들을 보여준다. 도시된 바와 같이, 제1 계측 설비(설비 1)과 제2 계측 설비(설비 2)를 이용하여 획득한 측정 대상의 두께들은 True Value와 여전히 차이가 있다. 또한, 제1 계측 설비(설비 1)과 제2 계측 설비(설비 2)를 이용하여 획득한 측정 대상의 두께들 사이에도 어느 정도의 차이가 존재함을 알 수 있다.
도 15c는 센서 정렬 상태와 AOI 둘 다를 설비 파라미터로 결정하여 스펙트럼 보정방법에 적용하고, 제1 계측 설비(설비 1)과 제2 계측 설비(설비 2)를 이용하여 획득한 측정 대상의 두께들을 보여준다. 도시된 바와 같이, 제1 계측 설비(설비 1)과 제2 계측 설비(설비 2)를 이용하여 획득한 측정 대상의 두께들은 True Value와 차이가 거의 없고, 제1 계측 설비(설비 1)과 제2 계측 설비(설비 2)를 이용하여 획득한 측정 대상의 두께들 사이에도 차이가 거의 발생하지 않음을 알 수 있다.
도 15a 내지 도 15c의 결과를 통해, 설비 파라미터들이 스펙트럼 보정에 많이 반영될수록, 해당 계측 설비 이용하여 획득한 측정 대상에 대한 데이터가 정확해짐을 알 수 있다. 또한, 모든 설비 파라미터들을 스펙트럼 보정에 반영하는 대신에 스펙트럼에 영향을 크게 미치는 몇몇 설비 파라미터들만을 스펙트럼 보정에 반영하더라도 거의 True Value에 가까운 측정 대상에 대한 데이터를 획득할 수 있음을 할 수 있다. 따라서, 모든 설비 파라미터들을 스펙트럼 보정에 반영할 필요는 없음을 알 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 계측방법에 대한 흐름도이다. 도 1 내지 도 15c에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 16을 참조하면, 먼저, 스펙트럼에 영향을 미치는 설비 파라미터들에 기초하여 계측 설비의 스펙트럼을 보정한다(S210). 계측 설비의 스펙트럼의 보정은 예컨대, 도 1의 계측 설비의 스펙트럼 보정 과정을 통해 수행할 수 있다. 예컨대, 설비 파라미터를 결정하는 단계(S110), 시료에 대한 측정 스펙트럼을 획득하는 단계(S130), 이상 스펙트럼과 측정 스펙트럼을 비교하여 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계(S150), 및 설비 파라미터들의 오차를 측정 스펙트럼에 역산을 통해 반영하여 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계(S170)를 수행할 수 있다. 한편, 계측 설비의 스펙트럼 보정은 실제로는 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계(S150)까지만을 의미할 수 있다. 왜냐하면, 설비 파라미터들의 오차를 이용한 스펙트럼 보정은 실제 측정 대상의 측정 스펙트럼에 대하여 수행하면 되고, 시료의 측정 스펙트럼에 대해서는 수행할 필요는 없기 때문이다. 다만, 각 계측 설비들에서 제대로 스펙트럼 보정이 수행됐는지 확인하기 위하여 시료의 측정 스펙트럼에 대하여 스펙트럼 보정이 수행될 수도 있다.
이후, 해당 계측 설비를 이용하여 측정 대상인 소자에 대하여 스펙트럼 보정이 반영된 보정 스펙트럼을 획득한다(S220). 좀더 구체적으로 설명하면, 해당 계측 설비를 이용하여 소자에 대한 측정 스펙트럼을 획득하고, 측정 스펙트럼에 앞서 획득한 설비 파라미터들의 오차를 역산을 통해 반영함으로써, 보정 스펙트럼을 획득할 수 있다.
보정 스펙트럼 획득 후, 소자에 관련된 파라미터들의 값을 변경하면서, 스펙트럼 모델링을 통해 보정 스펙트럼에 실질적으로 일치하는 근사 스펙트럼을 찾는다(S230). 여기서, 소자에 관련된 파라미터들은 예컨대 전술한 시료 파라미터들에 해당할 수 있다.
근사 스펙트럼을 찾게 되면, 근사 스펙트럼에 이용된 파라미터들의 값에 기초하여 소자의 두께나 형상에 대한 정보를 획득한다(S240).
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른, 하나의 계측 설비에서 여러 공정 단계의 소자에 대한 계측방법을 보여주는 블록 구성도이다. 도 1 내지 도 16에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 17을 참조하면, 먼저, 시료를 이용하여 제1 계측 설비(100-1)에 대한 스펙트럼을 보정한다(S310-1). 시료는 예컨대 베어 웨이퍼일 수 있다. 제1 계측 설비(100-1)에 대한 스펙트럼 보정은 도 1의 계측 설비의 스펙트럼 보정 과정을 통해 수행할 수 있다. 그에 따라, 제1 계측 설비(100-1)에 대한 스펙트럼 보정은, 설비 파라미터를 결정하는 단계(S110), 시료에 대한 측정 스펙트럼을 획득하는 단계(S130), 이상 스펙트럼과 측정 스펙트럼을 비교하여 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계(S150), 및 역산을 통해 측정 스펙트럼에 설비 파라미터들의 오차를 반영하여 계측 설비의 스펙트럼 왜곡을 보정하는 단계(S170)를 포함할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 제1 계측 설비(100-1)의 스펙트럼 보정은 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계(S150)까지만을 의미할 수도 있다.
다음, 제1 공정 단계의 소자에 대한 계측을 수행한다(S320-1). 구체적으로, 제1 공정 단계를 수행한 소자에 대하여, 제1 계측 설비(100-1)를 이용하여 측정 스펙트럼을 획득한다. 측정 스펙트럼에 설비 파라미터들의 오차를 역산을 통해 반영하여 보정 스펙트럼을 획득한다. 이후, 소자에 관련된 파라미터들의 값을 변경하면서 스펙트럼 모델링을 통해 보정 스펙트럼에 실질적으로 일치하는 근사 스펙트럼을 찾는다. 근사 스펙트럼을 찾게 되면, 근사 스펙트럼에 이용되는 파라미터들의 값에 기초하여 제1 공정 단계의 소자에 대한 두께나 형상 등에 대한 데이터를 획득한다.
다시, 제2 공정 단계의 소자에 대한 계측을 수행한다(S320-2). 제2 공정 단계의 소자에 대한 계측도 제1 공정 단계의 소자에 대한 계측과 실질적으로 동일한 과정을 통해 수행될 수 있다.
이후, 제n 공정 단계의 소자에 대한 계측을 수행한다(S320-n). 제n 공정 단계의 소자에 대한 계측도 제1 공정 단계의 소자에 대한 계측과 실질적으로 동일한 과정을 통해 수행될 수 있다. 여기서, n은 3 이상의 정수일 수 있고, 제1 계측 설비(100-1)에서 수행될 수 있는 최종 공정 단계의 순서에 해당할 수 있다. 한편, n이 3보다 큰 경우, 제2 공정 단계와 제n 공정 단계의 사이에 속하는 공정 단계의 소자에 대해서도 제1 계측 설비(100-1)를 이용하여 동일한 계측이 수행될 수 있다. 예컨대, n이 10인 경우, 제10의 공정 단계뿐만이 아니라 제3 공정 단계 내지 제 9의 공정 단계의 소자에 대해서도 제1 계측 설비(100-1)를 이용하여 동일한 계측이 수행될 수 있다.
본 실시예의 계측 방법은, 하나의 계측 설비, 예컨대 제1 계측 설비(100-1)에서 여러 공정 단계의 소자에 대하여 계측을 하는 방법에 대한 것으로, 도시된 바와 같이, 제1 계측 설비(100-1)에 대한 스펙트럼 보정이 한 번 수행되면, 이후 소자에 대한 다른 공정 단계에서는 더이상 제1 계측 설비(100-1)에 대한 보정을 수행할 필요가 없다. 다시 말해서, 제1 계측 설비(100-1)에서 시료를 이용하여 획득한 설비 파라미터의 오차를 제1 공정 단계뿐만이 아니라, 제1 계측 설비(100-1)를 이용하는 모든 공정 단계의 소자의 계측에 적용할 수 있다. 따라서, 공정 단계별로 제1 계측 설비(100-1)에 대한 보정을 별개로 다시 수행할 필요가 없다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다수의 계측 설비들에서 여러 공정 단계의 소자에 대한 계측방법을 보여주는 블록 구성도이다. 도 1 내지 도 17에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 18을 참조하면, 제1 계측 설비(100-1)에서 제1 공정 단계 내지 제n1 공정 단계의 소자에 대한 계측을 수행한다. 제1 공정 단계 내지 제n1 공정 단계의 소자에 대한 계측은 도 17의 제1 계측 설비(100-1)에 대해 설명한 바와 같다. 여기서, n1은 3 이상의 정수일 수 있고, 제1 계측 설비(100-1)에서 수행될 수 있는 최종 공정 단계의 순서에 해당할 수 있다.
이후, 소자가 제2 계측 설비(100-2)로 이동하고, 제2 계측 설비(100-2)에서 제1 공정 단계 내지 제n2 공정 단계의 소자에 대한 계측을 수행한다. 제1 공정 단계 내지 제n2 공정 단계의 소자에 대한 계측은, 제2 계측 설비(100-2)에서 수행된다는 점을 제외하고, 도 17의 제1 계측 설비(100-1)에 대해 설명한 바와 같다. 여기서, n2은 3 이상의 정수일 수 있고, 제2 계측 설비(100-2)에서 수행될 수 있는 최종 공정 단계의 순서에 해당할 수 있다. 한편, 제2 계측 설비(100-2)에서 알 수 있듯이, 계측 설비가 달라지면 해당 계측 설비에 대하여 시료를 이용한 스펙트럼 보정이 먼저 수행될 수 있다. 즉, 제2 계측 설비(100-2)를 이용하여 소자에 대한 계측이 수행되는 경우, 먼저, 제2 계측 설비(100-2)에 대하여 시료를 이용한 스펙트럼 보정이 수행된다(S410-1). 한편, 제2 계측 설비(100-2) 내의 제1 공정 단계, 제2 공정 단계 등은 제1 계측 설비(100-1) 내의 제1 공정 단계, 제2 공정 단계 등과는 다른 공정 단계일 수 있다.
다시, 소자가 제3 계측 설비(100-3)로 이동하고, 제3 계측 설비(100-3)에서 제1 공정 단계 내지 제n3 공정 단계의 소자에 대한 계측을 수행한다. 제1 공정 단계 내지 제n3 공정 단계의 소자에 대한 계측은, 제3 계측 설비(100-3)에서 수행된다는 점을 제외하고, 도 17의 제1 계측 설비(100-1)에 대해 설명한 바와 같다. 여기서, n3은 3 이상의 정수일 수 있고, 제3 계측 설비(100-3)에서 수행될 수 있는 최종 공정 단계의 순서에 해당할 수 있다. 또한, 제3 계측 설비(100-3)에서 알 수 있듯이, 제3 계측 설비(100-3)에 대해서도 먼저, 시료를 이용한 스펙트럼 보정이 수행된다(S510-1). 한편, 제3 계측 설비(100-2) 내의 제1 공정 단계, 제2 공정 단계 등은 제1 계측 설비(100-1) 또는 제2 계측 설비 2(100-2) 내의 제1 공정 단계, 제2 공정 단계 등과는 다른 공정 단계일 수 있다.
본 실시예의 소자에 대한 계측 방법은, 다수의 계측 설비, 예컨대 제 계측 설비(100-1) 내지 제3 계측 설비(100-3)에서 여러 공정 단계의 소자에 대하여 계측을 하는 방법에 대한 것으로, 도시된 바와 같이, 제1 계측 설비(100-1) 내지 제3 계측 설비(100-3) 각각에 대한 스펙트럼 보정이 한 번 수행되면, 이후 소자에 다른 공정 단계에서는 더이상 제1 계측 설비(100-1) 내지 제3 계측 설비(100-3)에 대한 보정을 수행할 필요가 없다. 다시 말해서, 제1 계측 설비(100-1) 내지 제3 계측 설비(100-3) 각각에서, 시료를 이용하여 해당하는 설비 파라미터의 오차를 획득한 경우, 제1 계측 설비(100-1) 내지 제3 계측 설비(100-3) 각각을 이용하는 모든 공정 단계의 소자의 계측에 해당 설비 파라미터의 오차를 적용할 수 있다. 따라서, 공정 단계별로 제1 계측 설비(100-1) 내지 제3 계측 설비(100-3) 각각에 대한 보정을 별개로 다시 수행할 필요가 없다.
한편, 본 실시예의 소자에 대한 계측 방법에서, 3개의 계측 설비가 이용되고 있지만, 계측 설비의 개수가 3개에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예의 소자에 대한 계측 방법에서 이용되는 계측 설비의 개수는 2개 또는 4개 이상일 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 제조방법에 대한 흐름도이다. 도 1 내지 도 18에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 19를 참조하면, 먼저, 스펙트럼에 영향을 미치는 설비 계수들에 기초하여 계측 설비의 스펙트럼을 보정한다(S310). 계측 설비의 스펙트럼 보정은 도 1의 계측 설비의 스펙트럼 보정 과정을 통해 수행할 수 있다. 그에 따라, 계측 설비의 스펙트럼 보정은, 설비 파라미터를 결정하는 단계(S110), 시료에 대한 측정 스펙트럼을 획득하는 단계(S130), 이상 스펙트럼과 측정 스펙트럼을 비교하여 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계(S150), 및 역산을 통해 측정 스펙트럼에 설비 파라미터들의 오차를 반영하여 계측 설비의 스펙트럼 왜곡을 보정하는 단계(S150)를 포함할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 계측 설비의 스펙트럼 보정은 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계(S150)까지만을 의미할 수 있다.
이후, 소자에 대하여 계측에 관련된 반도체 공정 수행한다(S320). 여기서, 계측에 관련된 반도체 공정이란, 공정 수행 후 계측이 수행되는 공정을 의미할 수 있다. 예컨대, 계측에 관련된 반도체 공정은 증착, 포토리소그라피, 식각, 세정 공정 등을 포함할 수 있다.
반도체 공정 수행 후, 계측 설비를 이용하여 소자에 대하여 스펙트럼 보정이 반영된 보정 스펙트럼 획득한다(S330). 좀더 구체적으로 설명하면, 해당 계측 설비를 이용하여 소자에 대한 측정 스펙트럼을 획득하고, 앞서 획득한 설비 파라미터들의 오차를 측정 스펙트럼에 역산을 통해 반영함으로써, 보정 스펙트럼을 획득할 수 있다.
보정 스펙트럼 획득 후, 소자에 관련된 파라미터들의 값을 변경하면서, 스펙트럼 모델링을 통해 보정 스펙트럼에 실질적으로 일치하는 근사 스펙트럼을 찾는다(S340). 여기서, 소자에 관련된 파라미터들은 예컨대 전술한 시료 파라미터들에 해당할 수 있다.
근사 스펙트럼을 찾게 되면, 근사 스펙트럼에 이용된 파라미터들의 값에 기초하여 소자의 두께나 형상에 대한 정보를 획득한다(S350).
소자의 두께나 형상에 대한 정보를 획득 후, 소자에 대한 반도체 공정의 종료 여부를 판단한다(S360). 반도체 공정이 종료되면(YES), 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 제조방법을 종료한다.
반도체 공정이 종료되지 않으면(NO), 차후 공정에 대한 계측이 동일한 계측 설비에서 수행되는지 판단한다(S370). 차후 공정에 대한 계측이 동일한 계측 설비에서 수행되는 경우(YES), 소자에 대하여 계측에 관련된 반도체 공정 수행하는 단계(S320)로 이행한다. 차후 공정에 대한 계측이 동일한 계측 설비에서 수행되는 않는 경우(NO), 즉 차후 공정에 대한 계측이 다른 계측 설비에서 수행되는 경우, 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계(S310)로 이행한다. 여기서, 계측 설비는 종전 계측 설비가 아니라 차후 공정의 소자에 대한 계측을 수행하는 다른 계측 설비이다. 이와 같이, 이전의 계측 설비와 다른 계측 설비를 통해 소자에 대해 계측이 수행되는 경우에는, 측정 스펙트럼 획득 전에 해당 계측 설비에 대한 스펙트럼 보정 단계가 선행될 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 제조방법에 대한 흐름도이다. 도 1 내지 도 19에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 20을 참조하면, 스펙트럼에 영향을 미치는 설비 계수들에 기초하여 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계(S310), 소자에 대하여 계측에 관련된 반도체 공정 수행하는 단계(S320), 계측 설비를 이용하여 소자에 대하여 스펙트럼 보정이 반영된 보정 스펙트럼 획득하는 단계(S330), 소자에 관련된 파라미터들의 값을 변경하면서, 스펙트럼 모델링을 통해 보정 스펙트럼에 실질적으로 일치하는 근사 스펙트럼을 찾는 단계(S340), 및 근사 스펙트럼에 이용된 파라미터들의 값에 기초하여 소자의 두께나 형상에 대한 정보를 획득하는 단계(S350)를 순차적으로 수행한다. 각 단계들(S310, S320, S330, S340, S350)에 대해서는 도 16 또는 도 19의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
소자의 두께나 형상에 대한 정보를 획득 후, 소자에 대한 반도체 공정의 종료 여부를 판단한다(S360). 반도체 공정이 종료되면(YES), 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 제조방법을 종료한다.
반도체 공정이 종료되지 않으면(NO), 차후 공정이 계측에 관련된 공정인지 판단한다(S380). 계측에 관련된 공정이 아닌 경우(NO), 계측에 관련없는 반도체 공정을 수행한다(S390). 계측에 관련없는 반도체 공정 수행 후, 다시 소자에 대한 반도체 공정의 종료 여부를 판단하는 단계(S360)로 이행한다.
계측에 관련된 공정인 경우(YES), 차후 공정에 대한 계측이 동일한 계측 설비에서 수행되는지 판단한다(S370). 차후 공정에 대한 계측이 동일한 계측 설비에서 수행되는 경우(YES), 소자에 대하여 계측에 관련된 반도체 공정 수행하는 단계(S320)로 이행한다. 차후 공정에 대한 계측이 동일한 계측 설비에서 수행되는 않는 경우(NO), 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계(S310)로 이행한다. 여기서, 계측 설비는 종전 계측 설비가 아니라 차후 공정의 소자에 대해 계측을 수행하는 다른 계측 설비일 수 있다. 이와 같이, 이전의 계측 설비와 다른 계측 설비를 통해 소자에 대한 계측이 수행되는 경우에는, 측정 스펙트럼 획득 전에 해당 계측 설비에 대한 스펙트럼 보정 단계가 선행될 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 100-1, 100-2, 100-3: 계측 설비, 110: 광원, 120: 편광자, 130: 시료, 140: 검광자, 150: 센서, 152: 분광 장치, 154: 어레이 검출기

Claims (20)

  1. 측정 대상에 광을 조사하여 스펙트럼(spectrum)을 획득하고 상기 스펙트럼을 분석하여 상기 측정 대상을 계측하는 계측 설비에서, 상기 스펙트럼에 영향을 미치는 설비 파라미터들을 결정하는 단계;
    상기 계측 설비를 이용하여 시료(sample)에 대한 측정 스펙트럼을 획득하고, 상기 설비 파라미터들의 기준 값에 대응하는 이상(ideal) 스펙트럼과 상기 측정 스펙트럼을 비교하여 상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계; 및
    상기 설비 파라미터들의 오차를 상기 측정 스펙트럼에 역산(Inverse Operation)을 통해 반영하여 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계;를 포함하고,
    상기 설비 파라미터들은, 상기 시료로 입사하는 광의 각도인 AOI(Angle of Incidence), 및 상기 시료에서 반사된 광을 검출하는 센서의 정렬 상태를 포함하는, 계측 설비의 스펙트럼 보정방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이상 스펙트럼은 상기 시료에 따라 스펙트럼 모델링에 의해 결정되고,
    상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계에서, 상기 설비 파라미터들의 오차를 수치화하는 것을 특징으로 하는 계측 설비의 스펙트럼 보정방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 설비 파라미터들의 오차의 수치화는,
    상기 설비 파라미터들의 값을 변경하면서 스펙트럼 모델링을 통해 상기 측정 스펙트럼에 근사하는 근사 스펙트럼을 찾고, 상기 근사 스펙트럼에 이용된 설비 파라미터들의 값에서 상기 설비 파라미터들의 기준 값을 뺌으로써 구하는 것을 특징으로 하는 계측 설비의 스펙트럼 보정방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 설비 파라미터들의 오차는 행렬의 값들로 수치화되고, 상기 행렬의 역행렬을 계산하여 상기 측정 스펙트럼을 대표하는 식에 반영하여 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 것을 특징으로 하는 계측 설비의 스펙트럼 보정방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 계측 설비는 SE(Spectroscopic Ellipsometry) 설비인 것을 특징으로 하는 계측 설비의 스펙트럼 보정방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 센서의 정렬 상태는, 상기 센서 내의 포함된 어레이 검출기의 위치 상태, 상기 어레이 검출기의 회전 상태, 및 상기 어레이 검출기의 비틀림 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 설비의 스펙트럼 보정방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 계측 설비를 이용하여 상기 측정 대상의 측정 스펙트럼을 획득하고, 상기 측정 대상의 측정 스펙트럼에 상기 설비 파라미터들의 오차를 역산을 통해 반영하여 보정 스펙트럼을 획득하고,
    상기 보정 스펙트럼은 상기 측정 대상의 계측에 이용되는 것을 특징으로 하는 계측 설비의 스펙트럼 보정방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 계측 설비는 다른 측정 대상 또는 다른 공정 단계의 상기 측정 대상에 대해서 상기 보정 스펙트럼을 획득하며,
    상기 다른 측정 대상 또는 다른 공정 단계의 상기 측정 대상의 상기 보정 스펙트럼의 획득에서, 상기 계측 설비에 대한 추가적인 상기 설비 파라미터들의 오차 계산 또는 상기 스펙트럼 보정을 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 계측 설비의 스펙트럼 보정방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 계측 설비와 다른 계측 설비들 각각에 대해서 상기 설비 파라미터들의 오차 계산 또는 상기 스펙트럼 보정을 한번 수행하고,
    상기 설비 파라미터들의 오차 계산 또는 상기 스펙트럼 보정이 수행된 계측 설비에는, 측정 대상 또는 공정 단계와 상관없이 추가적인 상기 설비 파라미터들의 오차 계산 또는 상기 스펙트럼 보정을 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 계측 설비의 스펙트럼 보정방법.
  10. 측정 대상인 소자에 광을 조사하여 스펙트럼을 획득하고 상기 스펙트럼을 분석하여 상기 소자를 계측하는 계측 설비에서, 상기 스펙트럼에 영향을 미치는 설비 파라미터들에 기초하여 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계;
    상기 계측 설비를 이용하여 상기 소자에 대하여 상기 스펙트럼 보정이 반영된 보정 스펙트럼을 획득하는 단계;
    상기 소자에 관련된 파라미터들의 값을 변경하면서 스펙트럼 모델링을 통해 상기 보정 스펙트럼에 실질적으로 일치하는 제1 근사 스펙트럼을 찾는 단계; 및
    상기 제1 근사 스펙트럼에 이용된 상기 파라미터들의 값에 기초하여 상기 소자의 두께나 형상에 대한 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 계측방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계는,
    상기 설비 파라미터들을 결정하는 단계; 및
    상기 계측 설비를 이용하여 시료에 대한 측정 스펙트럼을 획득하고, 상기 설비 파라미터들의 기준 값에 대응하는 이상 스펙트럼을 상기 측정 스펙트럼과 비교하여 상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계;를 포함하거나, 또는
    상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계 이후, 상기 설비 파라미터들의 오차를 상기 측정 스펙트럼에 역산을 통해 반영하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소자의 계측방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 이상 스펙트럼은 상기 시료에 따라 스펙트럼 모델링에 의해 결정되고,
    상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계에서, 상기 설비 파라미터들의 오차를 수치화하며,
    상기 설비 파라미터들의 오차의 수치화는,
    상기 설비 파라미터들의 값을 변경하면서 스펙트럼 모델링을 통해 상기 측정 스펙트럼에 근사하는 제2 근사 스펙트럼을 찾고, 상기 제2 근사 스펙트럼의 이용된 설비 파라미터들의 값에서 상기 설비 파라미터들의 기준 값을 뺌으로써 구하는 것을 특징으로 하는 소자의 계측방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 보정 스펙트럼을 획득하는 단계에서,
    상기 계측 설비를 이용하여 상기 소자의 측정 스펙트럼을 획득하고, 상기 소자의 측정 스펙트럼에 상기 설비 파라미터들의 오차를 역산을 통해 반영하여 상기 보정 스펙트럼을 획득하는 것을 특징으로 하는 소자의 계측방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 계측 설비는 다른 측정 대상 또는 다른 공정 단계의 상기 측정 대상에 대해서 상기 보정 스펙트럼을 획득하며,
    상기 다른 측정 대상 또는 다른 공정 단계의 상기 측정 대상의 상기 보정 스펙트럼의 획득에서, 상기 계측 설비에 대한 추가적인 스펙트럼 보정을 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 소자의 계측방법.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 소자에 대해 다수의 공정 단계들이 수행되고,
    상기 공정 단계들 중 적어도 하나에서 상기 계측 설비와 다른 계측 설비를 이용하여 상기 소자에 대한 상기 보정 스펙트럼을 획득하는 경우,
    상기 다른 계측 설비를 이용한 상기 보정 스펙트럼 획득 전에, 상기 다른 계측 설비에 대한 상기 스펙트럼 보정을 먼저 수행하는 것을 특징으로 하는 소자의 계측방법.
  16. 측정 대상인 소자에 광을 조사하여 스펙트럼을 획득하고 상기 스펙트럼을 분석하여 상기 소자를 계측하는 계측 설비에서, 상기 스펙트럼에 영향을 미치는 설비 파라미터들에 기초하여 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계;
    상기 소자에 대하여 계측에 관련된 반도체 공정을 수행하는 단계;
    상기 계측 설비를 이용하여 상기 소자에 대하여 상기 스펙트럼 보정이 반영된 보정 스펙트럼을 획득하는 단계;
    상기 소자에 관련된 파라미터들의 값을 변경하면서 스펙트럼 모델링을 통해 상기 보정 스펙트럼에 실질적으로 일치하는 제1 근사 스펙트럼을 찾는 단계; 및
    상기 제1 근사 스펙트럼에 이용된 상기 파라미터들의 값에 기초하여 상기 소자의 두께나 형상에 대한 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 스펙트럼 보정방법을 기반으로 하는 소자의 제조방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계는,
    상기 설비 파라미터들을 결정하는 단계; 및
    상기 계측 설비를 이용하여 시료에 대한 측정 스펙트럼을 획득하고, 상기 설비 파라미터들의 기준 값에 대응하는 이상 스펙트럼을 상기 측정 스펙트럼과 비교하여 상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계;를 포함하거나, 또는
    상기 설비 파라미터들의 오차를 계산하는 단계 이후, 상기 설비 파라미터들의 오차를 상기 측정 스펙트럼에 역산을 통해 반영하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소자의 제조방법.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 정보를 획득하는 단계 이후에,
    상기 소자에 대한 반도체 공정의 종료 여부를 판단하는 단계; 및
    차후 계측이 동일한 계측 설비에서 수행되는지를 판단하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 반도체 공정을 종료하지 않는 경우, 상기 동일한 계측 설비에서 수행되는지를 판단하는 단계로 진행하고,
    동일한 계측 설비에서 수행되는 경우, 상기 반도체 공정을 수행하는 단계로 진행하며,
    동일한 계측 설비에서 수행되지 않는 경우, 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계로 진행하는 것을 특징으로 하는 소자의 제조방법.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 정보를 획득하는 단계 이후에,
    상기 소자에 대한 반도체 공정의 종료 여부를 판단하는 단계;
    계측에 관련된 반도체 공정인지 판단하는 단계;
    계측에 관련 없는 반도체 공정을 수행하는 단계; 및
    차후 계측이 동일한 계측 설비에서 수행되는지를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소자의 제조방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 반도체 공정을 종료하지 않는 경우, 상기 계측에 관련된 반도체 공정인지 판단하는 단계로 진행하고,
    계측에 관련 없는 반도체 공정인 경우, 상기 계측에 관련 없는 반도체 공정을 수행하는 단계로 진행하고, 상기 계측에 관련 없는 반도체 공정을 수행하는 단계 이후에 상기 종료 여부를 판단하는 단계로 진행하며,
    계측에 관련된 반도체 공정인 경우, 상기 동일한 계측 설비에서 수행되는지를 판단하는 단계로 진행하고,
    동일한 계측 설비에서 수행되는 경우, 상기 반도체 공정을 수행하는 단계로 진행하며,
    동일한 계측 설비에서 수행되지 않는 경우, 상기 계측 설비의 스펙트럼을 보정하는 단계로 진행하는 것을 특징으로 하는 소자의 제조방법.
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