KR102501986B1 - 차동 편광 간섭계를 이용하여 에칭 깊이를 측정하는 방법 및 기기, 그리고 이러한 측정 기기를 포함하는 글로우 방전 분광 측정 장치 - Google Patents
차동 편광 간섭계를 이용하여 에칭 깊이를 측정하는 방법 및 기기, 그리고 이러한 측정 기기를 포함하는 글로우 방전 분광 측정 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 - 광 빔을, 제1 및 제2 반사 빔(31, 32)을 형성하도록 에칭 처리에 노출된 시료(10)의 제1 및 제2 영역(11, 12)으로 향해지는 제1 및 제2 입사 빔(21, 22)을 분리하는 단계, - 제1 반사 빔과 제2 반사 빔을 재결합시켜 간섭 빔을 형성하는 단계, - 제1 및 제2 편광 성분(35, 37)에 대한 제1 및 제2 간섭 강도 신호를 검출하는 단계, - 차동 편광 간섭 신호의 하부 엔벨로프 함수와 상부 엔벨로프 함수를 계산하는 단계, - 제1 하부 엔벨로프 함수와 제1 상부 엔벨로프 함수로부터 오프셋 함수와 정규화 함수를 결정하는 단계, 및 - 매 시각(t)에서 국소적으로 정규화된 차동 편광 간섭 함수를 계산하는 단계를 포함하는 에칭 깊이 측정 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 일반적으로 광학 측정에 기초한 현장 에칭 깊이 측정 장치 및 방법 분야에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은 차동 편광 간섭 측정(differential polarimetric interferometry) 기술에 기초한 현장 에칭 깊이 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 특히 글로우 방전 분광 측정법(glow discharge spectrometry)를 이용하여 물질을 분석하는 시스템 또는 방법에 적용되며, 이 분석은 시료 내 에칭 깊이의 함수로서 분해된다.
본 발명은 더 구체적으로 발광 분광 측정법(GD-OES) 또는 질량 분광 측정법(GD-MS)를 이용한 분석 기기와 결합된 글로우 방전(GD)에 기초한 기본 분석 시스템 또는 방법에 적용된다. 따라서, 본 발명은 이 글로우 방전 플라즈마에 노출된 시료의 에칭 깊이를 현장에서 측정하기 위한 글로우 방전 분광 측정(GDS) 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서, 에칭 처리는, 재료 또는 고체 시료를 플라즈마, 이온 충격(ionic bombardment), 액상 또는 기상 화학 처리, 또는 플라즈마-보조 기상 화학 처리(plasma-assisted vapour-phase chemical treatment)에 노출시키는 것을 의미한다. 에칭될 재료의 조성에 따라, 액체 및/또는 기체 상태의 상이한 이온 전구체가 이 에칭을 수행하는데 사용될 수 있다.
박막 재료 에칭 처리는 마이크로 전자 공학 또는 박막 전자 장치를 형성하기 위한 광전지 제조에 일반적으로 사용된다.
에칭 처리 동안 시간의 함수로서 에칭 깊이를 현장에서 제어하는 반사 측정법(reflectometry)에 기초한 측정 기기들이 존재한다. 따라서, 문헌 FR2760085 A1에는 편광 카메라 장치(polarimetric camera device)가 공지되어 있다. 그러나, 이 측정 기기들의 정확성 및 신뢰성을 향상시키는 것이 바람직하다.
박막 재료 또는 박막 층의 에칭은 또한 이들 재료의 조성을 분석하는 역할을 한다. 따라서, 글로우 방전 분광 측정법은 균질 또는 다층의 고체 시료의 기본 및/또는 분자 화학 조성을 분석할 수 있게 하는 측정 기술이다. 이 측정은 시료의 코어(core)에서 수행되거나 깊이에 따라 분석(depth-resolve)될 수 있다. 글로우 방전 분광 측정법은 일반적으로 균일한 시료의 조성을 분석하는데 사용된다. 글로우 방전 분광 측정법은 또한 에칭 깊이의 함수로서 박막 층의 스택(stacks)으로 구성된 고체 재료 또는 고체 시료의 조성 프로파일(composition profile)을 분석하는 데 사용된다.
글로우 방전 분광 측정법 원리는 시료 일면의 제한된 영역을 에칭 플라즈마에 노출시키는 것이다. 플라즈마는 시료 표면으로부터 원자를 떼어 이온화 또는 여기 전자(excited electronic) 상태로 만든다. 이들 원자의 특성은 플라즈마의 방출 스펙트럼 및 플라즈마로 생성된 이온들의 질량 스펙트럼의 분석에 의해 결정될 수 있다. 원자들이 플라즈마에 노출된 표면으로부터 원자들이 떨어져 나갔기 때문에, 크레이터(crater)가 플라즈마에 노출된 시간의 함수로서 시료 표면에 생성된다. 따라서, 침식(erosion) 시간의 함수로서 질량 분광 분석 또는 발광 분광 분석 신호를 분석함으로써, 에칭 시간의 함수로서 분석된 시료 조성을 얻을 수 있게 된다.
그러나, 에칭 속도는 일반적으로 에칭 공정 동안 변한다. 에칭 속도는 특히 플라즈마에 노출된 시료 영역의 조성의 함수로서, 예를 들어 스택의 서로 다른 박막 층들의 조성 및/또는 구조의 함수로서, 그리고 또한 플라즈마의 시작과 관련된 과도 현상(transient phenomena)의 함수로서 변한다.
이제, 플라즈마 침식 동안 시간의 함수로서만이 아니라 플라즈마에 의해 생성된 침식 크레이터의 깊이의 함수로서 조성을 분석하는 것이 바람직하다.
침식 크레이터의 깊이를 시간의 함수로서 측정하기 위한 서로 다른 방법들이 존재한다.
오늘날 가장 많이 사용되는 방법은 알려진 조성의 표준 시료에 대한 침식 속도의 보정에 기초한다. 이 보정은 서로 다른 표준 시료들에 대한 서로 다른 측정을 필요로하며, 예를 들면 고려된 층 또는 재료의 알려진 및/또는 균질한 비중과 같은 가정(hypotheses)에 기초한다. 얻은 결과의 정확도는 불확실하다.
특히 글로우 방전 분광 측정 장치와 결합된 에칭 깊이 측정 시스템이 문헌 WO 2015/166186 A1에 공지되어 있다. 더 상세하게는, 플라즈마에 노출된 제1 영역의 에칭 깊이의 측정은, 매 시각에서, 플라즈마로부터 보호된 시료의 제2 기준 영역을 널(null) 깊이의 기준으로 취한다. 이런 식으로, 측정값은 에칭 챔버의 확장에 민감하지 않다.
그럼에도 불구하고, 노출된 층의 특성에 따라 에칭 깊이 측정에 에러(error)가 관측된다. 이러한 에러는 수백 나노미터에서 수 마이크로미터까지의 낮은 에칭 깊이에 해당하는 값들에서는 비교적 의미가 있을 수 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것이다.
전술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해, 본 발명은 차동 편광 간섭 측정(differential polarimetric interferometry)을 이용하여 시간의 함수로서 에칭 깊이를 측정하는 방법을 제안하고, 이 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
- 광 빔(light beam)을, 제1 반사 빔을 형성하도록 에칭 처리에 노출된 시료의 제1 영역으로 향해지는 제1 입사 빔 및 제2 반사 빔을 형성하도록 시료의 제2 영역으로 향해지는 제2 입사 빔으로 분할하는 단계,
- 간섭 빔(interferometric beam)을 형성하기 위해 제1 반사 빔과 제2 반사 빔을 재결합하는 단계,
- 상기 간섭 빔을 서로 직교하는 적어도 제1 편광 성분과 제2 편광 성분으로 편광 분할하는 단계,
- 시간(t)의 함수로서, 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐, 제1 편광 성분에 관한 제1 간섭 강도 신호(first interferometric intensity signal)와 제2 편광 성분에 관한 제2 간섭 강도 신호(second interferometric intensity signal)를 검출하는 단계,
- 상기 제1 간섭 강도 신호와 상기 제2 간섭 강도 신호의 선형 결합(linear combination)의 함수로서 제1 차동 편광 간섭 신호(first differential polarimetric interferometry signal)를 계산하는 단계,
- 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 상기 제1 차동 편광 간섭 신호의 제1 하부 엔벨로프 함수(first lower envelope function)와 제1 상부 엔벨로프 함수(first upper envelope function)를 계산하는 단계,
- 시간 간격(t0, t1)의 매 시각(t)에서 상기 제1 하부 엔벨로프 함수와 상기 제1 상부 엔벨로프 함수의 합의 절반과 동일한 제1 오프셋 함수(first offset function)를 결정하는 단계,
- 시간 간격(t0, t1)의 매 시각(t)에서 상기 제1 하부 엔벨로프 함수와 상기 제1 상부 엔벨로프 함수 사이의 차의 절반과 동일한 제1 정규화 함수(first normalisation function)를 결정하는 단계,
- 상기 제1 오프셋 함수와 상기 제1 정규화 함수를 상기 제1 차동 편광 간섭 신호에 적용하여 시간 간격(t0, t1)의 매 시각(t)에서 국소적으로 정규화된 제1 차동 편광 간섭 함수(first locally-normalised differential polarimetric interferometry function)를 형성하는 단계,
- 상기 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 시간의 함수로서 국소적으로 정규화된 상기 제1 차동 편광 간섭 함수로부터 광학 위상-시프트 측정값(optical phase-shift measurement)을 추출하는 단계, 및
- 상기 광학 위상-시프트 측정값으로부터 시간의 함수로서 에칭 깊이를 계산하는 단계.
이 방법은 편광 간섭 신호의 평균값 및 진폭값의 (시간적인 측면에서) 국소적인 또는 순간적인 정규화를 가능하게 한다. 따라서 추출된 위상-시프트 측정값은 보다 정확하고 보다 정밀하며 노이즈(noise)가 적다.
이 방법은 에칭된 표면의 굴절 계수 변화(reflexion coefficient variations)에 구속받지 않을 수 있다.
또한, 오프셋 및 진폭 함수들이 각각의 측정 시각에서 평가될 수 있기 때문에, 매 시각 t에서의 이러한 국소적인 정규화는 실시간 추정에 적합하다.
바람직하게는, 시료의 제2 영역은 예를 들어 포토리소그래피 마스크(photolithography mask)와 같은 마스크를 포함하거나, 에칭 처리에 대해 물리적으로 보호되는 기준 영역이다. 제2 영역의 에칭은 제1 영역의 에칭에 대해 무시할 수 있는 것으로 간주된다.
개별적으로 또는 기술적으로 가능한 모든 조합에 따라 취해진, 본 발명에 따른 방법의 다른 비-제한적이고 바람직한 특징들은 다음과 같다:
- 상기 간섭 빔을 편광 분할하는 단계는 제3 편광 성분과 제4 편광 성분을 더 생성하고, 상기 제3 및 제4 편광 성분들은 서로 직교하고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 편광 성분들은 서로 독립적이며, 상기 방법은 다음의 단계들을 더 포함한다:
- 시간(t)의 함수로서, 시간 간격(t0, t1)에서, 상기 제3 편광 성분에 대한 제3 간섭 강도 신호(third interferometric intensity signal) 및 상기 제4 편광 성분에 대한 제4 간섭 강도 신호(fourth interferometric intensity signal)를 검출하는 단계;
- 상기 제3 간섭 강도 신호와 상기 제4 간섭 강도 신호의 선형 결합의 함수로서 제2 차동 편광 간섭 신호(second differential polarimetric interferometry signal)를 계산하는 단계;
- 상기 제2 차동 편광 간섭 신호의 제2 하부 엔벨로프 함수(second lower envelope function)와 제2 상부 엔벨로프 함수(second upper envelope function)를 계산하는 단계;
- 시각 t에서 상기 제2 하부 엔벨로프 함수와 상기 제2 상부 엔벨로프 함수의 합의 절반과 동일한 제2 오프셋 함수(second offset function)를 결정하는 단계;
- 시각 t에서 상기 제2 하부 엔벨로프 함수와 상기 제2 상부 엔벨로프 함수 사이의 차의 절반과 동일한 제2 정규화 함수(second normalisation function)를 결정하는 단계; 및
- 상기 제2 오프셋 함수와 상기 제2 정규화 함수를 상기 제2 차동 편광 간섭 신호에 적용하여 국소적으로 정규화된 제2 차동 편광 간섭 함수(second locally-normalised differential polarimetric interferometry function)를 형성하는 단계를 더 포함하고,
- 상기 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 시간의 함수로서 상기 광학 위상-시프트 측정값을 추출하는 것은 국소적으로 정규화된 상기 제1 차동 편광 간섭 함수와 국소적으로 정규화된 상기 제2 차동 편광 함수 사이의 비율(ratio)로부터 수행된다.
특수한 그리고 바람직한 양태에 따르면, 상기 제3 편광 성분과 제4 편광 성분은 선형 또는 원형 편광 성분들 중에서 선택된다.
특수한 그리고 바람직한 양태에 따르면, 상기 제2 차동 편광 간섭 신호는 상기 제3 간섭 강도 신호와 상기 제4 간섭 강도 신호 사이의 차를 상기 제3 간섭 강도 신호와 상기 제4 간섭 강도 신호 사이의 합으로 나눈 것이다.
바람직하게는, 상기 제1 편광 성분과 제2 편광 성분은 선형 또는 원형 성분들 중에서 선택된다.
특수한 그리고 바람직한 양태에 따르면, 상기 제1 차동 편광 간섭 신호는 상기 제1 간섭 강도 신호와 상기 제2 간섭 강도 신호 사이의 차를 상기 제1 간섭 강도 신호와 상기 제2 간섭 강도 신호의 합으로 나눈 것이다.
특정 실시예에서, 제1 및/또는 제2 하부 엔벨로프 함수를 계산하는 단계는 선형 또는 다항식 보간(polynominal interpolation)을 포함하고/포함하거나, 제1 및/또는 제2 상부 엔벨로프 함수를 계산하는 단계는 또 하나의 선형 또는 다항식 보간을 포함한다.
특히 바람직하게는, 상기 방법은 엔벨로프 함수를 계산하는 단계 이전에 제1 간섭 강도 신호 및/또는 제2 간섭 강도 신호를 필터링하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 또한, 광 빔을 생성하는 광원; 광 빔을, 제1 반사 빔을 형성하도록 에칭 처리에 노출된 시료의 제1 영역으로 향해지는 제1 입사 빔과 제2 반사 빔을 형성하도록 시료의 제2 영역으로 향해지는 제2 입사 빔으로 분할하는 광학 빔 스플리터(optical beam splitter); 제1 반사 빔과 제2 반사 빔을 재결합시켜 간섭 빔을 형성하는 빔 결합기(beam combiner); 상기 간섭 빔을 서로 직교하는 적어도 제1 편광 성분과 제2 편광 성분으로 분할하는 편광 스플리터(polarisation splitter); 제1 편광 성분을 수신하고 시간(t)의 함수로서 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 제1 간섭 강도 신호를 생성하는 제1 검출기 및 제2 편광 성분을 수신하고 시간(t)의 함수로서 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 제2 간섭 강도 신호를 생성하는 제2 검출기를 포함하는 차동 편광 간섭계(differential polarimetric interferometer)를 제안한다.
본 발명에 따르면, 상기 차동 편광 간섭계는, 제1 간섭 강도 신호와 제2 간섭 강도 신호의 선형 결합의 함수로서 제1 차동 편광 간섭 신호를 계산하고; 시간 간격(t1, t1)에 걸쳐 제1 차동 편광 간섭 신호의 제1 하부 엔벨로프 함수와 제1 상부 엔벨로프 함수를 계산하고; 매 시각 t에서 제1 하부 엔벨로프 함수와 제1 상부 엔벨로프 함수의 합의 절반과 동일한 제1 오프셋 함수를 결정하고; 시간 간격(t0, t1)의 매 시각 t에서 제1 하부 엔벨로프 함수와 제1 상부 엔벨로프 함수 사이의 차의 절반과 동일한 제1 정규화 함수를 결정하고; 제1 차동 편광 간섭 신호에 제1 오프셋 함수와 제1 정규화 함수를 적용하여 국소적으로 정규화된 제1 차동 편광 간섭 함수를 형성하고; 상기 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 시간의 함수로서 국소적으로 정규화된 제1 차동 편광 간섭 함수로부터 광학 위상-시프트 측정값을 추출하고; 상기 광학 위상-시프트의 함수로서 에칭 깊이를 계산하는 계산기를 포함한다.
특수한 그리고 바람직한 실시예에 따르면, 차동 간섭계는, 간섭 빔을, 서로 직교하며 제1 편광 성분 및 제2 편광 성분과는 독립적인 제3 편광 성분과 제4 편광 성분으로 분할하는 또 하나의 편광 스플리터(polarisation splitter); 및 제3 편광 성분을 수신하고 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 시간(t)의 함수로서 제3 간섭 강도 신호를 생성하는 제3 검출기 및 제4 편광 성분을 수신하고 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 시간(t)의 함수로서 제4 간섭 강도 신호를 생성하는 제4 검출기를 더 포함하고, 상기 계산기는, 상기 제3 간섭 강도 신호와 상기 제4 간섭 강도 신호의 선형 결합의 함수로서 제2 차동 편광 간섭 신호를 계산하고; 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 상기 제2 차동 편광 간섭 신호의 제2 하부 엔벨로프 함수와 제2 상부 엔벨로프 함수를 계산하고; 시각 t에서 제2 하부 엔벨로프 함수와 제2 상부 엔벨로프 함수의 합의 절반과 동일한 제2 오프셋 함수를 결정하고; 시간 간격(t0, t1)의 매 시각 t에서 제2 하부 엔벨로프 함수와 제2 상부 엔벨로프 함수 사이의 차의 절반과 동일한 제2 정규화 함수를 결정하고; 상기 제2 차동 편광 간섭 신호에 제2 오프셋 함수와 제2 정규화 함수를 적용하여 국소적으로 정규화된 제2 차동 편광 간섭 함수를 형성하고; 상기 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 시간의 함수로서, 국소적으로 정규화된 제1 차동 편광 간섭 함수와 국소적으로 정규화된 제2 차동 편광 함수 사이의 비율로부터 광학 위상-시프트 측정값을 추출한다.
본 발명은 또한 전술한 실시예들 중 하나에 따른 차동 편광 간섭계를 포함하는 글로우 방전 분광 측정 장치(glow discharge spectrometry)에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은 또한 시료의 제1 영역 및 제2 영역의 이미지를 형성하는 시각화 카메라(visualisation camera)와 결합된, 전술한 실시예들 중 하나에 따른 차동 편광 간섭계를 포함하는 에칭 제어 장치에 관한 것이다.
비-제한적인 예로서 주어진 첨부된 도면들과 관련된 다음의 설명은 본 발명이 무엇을 구성하는지 그리고 그것이 어떻게 구현될 수 있는지를 잘 이해할 수 있게 할 것이다.
첨부된 도면들에서:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적인 에칭 장치와 결합된 차동 편광 간섭계 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 편광 간섭계 측정 및 전역 정규화 처리(global normalisation treatment)로부터 얻어진 시간의 함수로서 강도 곡선을 나타낸다.
도 3은 도 2의 전역 정규화를 갖는 강도 곡선으로부터 계산된 광학 위상-시프트 측정값을 나타낸다.
도 4 및 도 5는 각각 시간의 함수로서 선형 편광(L) 및 원형 편광(C)에 따른 간섭 강도의 획득값을 나타낸다.
도 6은 편광된 간섭 강도의 곡선상에서 국소 최소값 및 최대값을 결정하는 단계를 나타낸다.
도 7은 도 4에서 결정된 최소값 및 최대값의 보간(interpolation)에 의해, 편광된 간섭 강도의 곡선의 엔벨로프(envelope)를 계산하는 단계를 나타낸다.
도 8 및 도 9는 각각 국소 정규화 이후의 선형 및 원형 편광에 따른 간섭 강도 측정값을 나타낸다.
도 10은 도 8 및 9의 국소 정규화를 갖는 강도 곡선으로부터 계산된 광학 위상-시프트 측정값을 나타낸다.
도 11은 도 7 및 8의 국소 정규화를 갖는 강도 곡선으로부터 계산된 에칭 깊이 측정치를 나타낸다.
도 12는 편광 카메라 장치의 일례를 개략적으로 나타낸다.
첨부된 도면들에서:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적인 에칭 장치와 결합된 차동 편광 간섭계 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 편광 간섭계 측정 및 전역 정규화 처리(global normalisation treatment)로부터 얻어진 시간의 함수로서 강도 곡선을 나타낸다.
도 3은 도 2의 전역 정규화를 갖는 강도 곡선으로부터 계산된 광학 위상-시프트 측정값을 나타낸다.
도 4 및 도 5는 각각 시간의 함수로서 선형 편광(L) 및 원형 편광(C)에 따른 간섭 강도의 획득값을 나타낸다.
도 6은 편광된 간섭 강도의 곡선상에서 국소 최소값 및 최대값을 결정하는 단계를 나타낸다.
도 7은 도 4에서 결정된 최소값 및 최대값의 보간(interpolation)에 의해, 편광된 간섭 강도의 곡선의 엔벨로프(envelope)를 계산하는 단계를 나타낸다.
도 8 및 도 9는 각각 국소 정규화 이후의 선형 및 원형 편광에 따른 간섭 강도 측정값을 나타낸다.
도 10은 도 8 및 9의 국소 정규화를 갖는 강도 곡선으로부터 계산된 광학 위상-시프트 측정값을 나타낸다.
도 11은 도 7 및 8의 국소 정규화를 갖는 강도 곡선으로부터 계산된 에칭 깊이 측정치를 나타낸다.
도 12는 편광 카메라 장치의 일례를 개략적으로 나타낸다.
본 발명은 특히, 글로우 방전 플라즈마 소스의 반응기에서 시료의 에칭 동안 획득한 차동 편광 간섭 측정 데이터를 처리하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
시료를 선택적으로 에칭하는 장치(60)가 도 1에 개략적으로 도시된다. 이 장치는 기상-화학 에칭용 반응기 또는 플라즈마-보조 에칭용 반응기일 수 있다. 특수한 적용에서, 이 장치(60)는 글로우 방전 분광기용 방전 램프이다.
시료(10)는 시료의 제1 영역(11)이 선택적인 에칭 처리에 노출되는 한편 시료의 제2 영역(12)이 에칭 처리로부터 보호되거나 마스킹되도록 선택적인 에칭 장치에 배치된다. 이 선택적 에칭은 제1 영역(11)에 공간적으로 국한되는 에칭 처리의 구성에 기인할 수 있다. 대안적으로, 이 장치는 제1 영역(11)을 에칭 처리에 노출시키면서 에칭 처리로부터 제2 영역(12)을 선택적으로 보호하는 마스크 또는 스크린을 포함한다. 또 하나의 대안적인 예에 따르면, 시료의 제2 영역(12)은 시료 표면에 침착된 마스킹 층을 포함하며, 이 마스킹 층은 시료가 에칭 처리에 노출될 때의 제1 영역(11)의 에칭 속도에 대해 무시할 수 있는 에칭 속도를 갖는다.
도 1에 도시된 예에서, 시료는 기준 정규 직교계(orthonormal reference system)(X, Y, Z)의 XY 평면에 배치된 평평한 면을 포함한다. 시료의 평면에 대한 법선은 Z축에 평행하다. 에칭 처리는 시료(10)의 제1 영역(11)에 평탄한 바닥의 침식성 크레이터(flat bottom erosion crater)를 생성한다고 추정된다.
d(t)가 시간의 함수로서의 에칭 깊이, 즉 Z축을 따르는 제1 영역(11)과 제2 영역 사이의 거리인 점을 주목한다. 에칭 깊이 d(t)를 에칭 처리에 노출된 시간의 함수로서 정확하게 측정하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 선택적 에칭 장치(60)는 현장 에칭 깊이 측정 기기와 결합된다. 간섭 빔의 4개의 독립적인 편광 성분들, 바람직하게는 2개의 직교하는 선형 편광 성분 및 2개의 직교하는 원형 편광 성분을 동시에 검출하도록 구성된 편광 검출 시스템(polarimetric detection system)을 포함하는 편광 간섭 측정 시스템이 바람직하게 사용된다.
편광 간섭계 시스템은 본질적으로 광원(1), 소스 빔을 2개의 분리된 광학 경로를 따라 전파하는 2개의 입사 빔으로 분할하는 광학 빔 스플리터(3), 시료의 2 개의 별개의 영역에서의 반사 후에 2개의 빔을 재결합시키는 광학 빔 결합기, 소스-검출기 스플리터(5), 편광 검출 시스템 및 신호 처리 시스템을 포함한다.
더 상세하게는, 도 1의 에칭 깊이 측정 기기는 광원(1), 즉 예를 들어 레이저 소스 또는 레이저 다이오드를 포함한다. 광원(1)은 바람직하게 단색, 예를 들어 635nm 또는 780nm, 532nm, 405nm 파장의 소스 빔(2)을 방출한다. 바람직하게는, 광학 이솔레이터(optical isolater)(25)가 소스 빔(2) 상에 배치된다. 예를 들어 분할 플레이트(splitting plate) 타입(50-50) 또는 비-편광 분할 큐브(non-polarising splitting cube)의 소스-검출기 스플리터(5)가 소스 빔(2) 상에 배치된다. 반-파 플레이트(half-wave plate)(9)는 소스 빔의 편광 축을 배향시킬 수 있게 한다. 소스-검출기 스플리터(5)는 소스 빔(2)이 반-파 플레이트(9)를 향한 다음 또 하나의 빔 스플리터(3)를 향하게 한다.
빔 스플리터(3)는 예를 들면 반- 파장 플레이트(9)를 통과한 선형 편광 입사 빔(2)의 축에 대하여 편광 축이 45도 기울어진 편광 스플리터 큐브이다. 예로서, 빔 스플리터(3)는 입사 빔을 제1 입사 빔(21)과 제2 입사 빔(22)으로 각도 분할하는 월라스톤 프리즘(Wollaston prism)이다. 바람직하게는, 제1 입사 빔(21)과 제2 입사 빔(22)은 서로 직교하는 편광 상태를 따라 선형 편광된다. 따라서, p-편광된 제1 입사 빔(21)은 제1 방향으로 향하고, s-편광된 제2 입사 빔(22)은 제2 방향으로 향한다. 월라스톤 프리즘(3)의 구성에 의해, 제1 방향 및 제2 방향은 0.1 내지 20도 사이의 각도로 각도가 이격된다.
바람직하게는, 반-파 플레이트(9)는 제1 입사 빔(21)과 제2 입사 빔(22)이 동일한 진폭을 갖도록 배향된다.
렌즈(4)는 처리 반응기 내부에 광학 액세스(optical access)를 제공하는 구멍에 장착된다. 바람직하게는, 빔 스플리터(3)는 렌즈(4)의 초점에 배치된다. 따라서, 렌즈(4)는 선택적인 에칭 처리 반응기에서 시료의 면을 향하여 서로 평행하게 전파되는 공간적으로 분리된 2개의 입사 빔(21, 22)을 형성한다. 그러한 방식으로, 렌즈(4)는 에칭 플라즈마에 노출된 시료의 제1 영역(11)에 제1 입사 빔(21)을 포커싱한다. 반면, 렌즈(4)는 에칭 플라즈마로부터 보호된 시료의 제2 영역에 제2 입사 빔(22)을 포커싱한다. 제1 영역 및 제2 영역 상의 입사각은 일반적으로 10도 미만, 바람직하게는 5도 이하이다. 제1 영역(11)에서의 반사에 의해, 제1 입사 빔(21)은 제1 반사 빔(31)을 형성한다. 마찬가지로, 제2 영역(12)에서의 반사에 의해, 제2 입사 빔(22)은 제2 반사 빔(32)을 형성한다.
변형 예에서, 월라스톤 프리즘(3) 대신에, 빔 오프셋 스플리터(beam offset splitter)가 사용될 수 있고, 렌즈(4)는 윈도우(window)로 대체될 수 있다.
대안적인 실시예에 따르면, 제1 입사 빔(21)과 제2 입사 빔(22)에 대해 제1 반사 빔(31)과 제2 반사 빔(32)을 각도 분리하기 위해 시료 상의 법선에 대한 비-널(non-null) 입사각이 사용된다. 그러한 방식으로, 재조합된 반사 빔(30)은 소스-검출기 스플리터를 필요로 하지 않고 입사 빔(2)으로부터 공간적으로 분리된다.
도 1에 도시된 예에서, 시료는 평탄한 면을 갖고, 제1 영역(11)의 에칭은 평탄한 바닥의 크레이터를 생성한다. 바람직하게는, 이 예에서 설명되는 바와 같이, 입사 빔들(21, 22)은 널(null) 입사각으로 시료 상에서 반사된다. 이 경우, 제1 반사 빔(31)은 제1 입사 빔(21)에 대해 반대 방향으로 전파하고, 제2 반사 빔(32)은 제2 입사 빔(22)에 대해 반대 방향으로 전파한다.
렌즈(4)는 제1 반사 빔(31)과 제2 반사 빔(32)을 수집하고, 이들을 광학 재결합 시스템을 향하게 하며, 이 광학 재결합 시스템은 여기서 입사 빔을 분할하는 역할을 하는 동일한 월라스톤 프리즘(3)이다.
월라스톤 프리즘(3)은 제1 반사 빔(31)과 제2 반사 빔(32)을 재결합하여 간섭 빔(30)을 형성한다. 간섭 빔(30)은 반-파 플레이트(9)를 통과하고, 이 간섭 빔을 편광 검출 시스템을 향하여 반사시키는 비-편광 소스-검출기 스플리터(5) 상에 입사된다.
필터(18)는 바람직하게는 광원(1)의 방출 파장을 중심에 둔 스펙트럼 필터(spectral filter)이다. 필터(18)는 바람직하게는 플라즈마 또는 주변 광으로부터 오는 스퓨리어스 광(spurious light)을 제거할 수 있다. 필터(18)는 예를 들어 스펙트럼 폭 10nm의 635nm를 중심에 둔 간섭 필터(interferential filter)이다.
편광 검출 시스템은 비-편광 스플리터(51), 제1 편광 스플리터(52)와 제2 편광 스플리터(53), 반-파 플레이트(54), 편광 회전기(55) 및 4개의 검출기(81, 82, 83, 84)를 포함한다. 대안적인 실시예에서, 요소들(54, 55)의 위치는 반전될 수 있다.
바람직하게는, 비-편광 스플리터(51)는 전송된 경로 및 반사된 경로 모두에서 입사 간섭 빔의 편광 상태를 최상으로 보전한다. 이와 같이, 좁은 파장 범위로 최적화된 레이저용 비-편광 스플리터는 예를 들어 전체 가시 범위를 커버하는 광대역 스플리터(wide-band splitter)보다 바람직하다. 비-편광 스플리터(51)는 간섭 빔(30)을 수신하고 이를 분할하여 비-편광 스플리터(51)의 전송 경로 상에 간섭 빔(33)의 제1 부분을 형성하고, 비-편광 스플리터(51)의 반사 경로 상에 간섭 빔(34)의 제2 부분을 형성한다.
편광 회전기(55)는 편광 스플리터(52)와 결합되어 빔 스플리터(3)의 축에 대해 45도로 배향된 선형 편광의 분석기를 형성한다. 검출기(81)는 간섭 빔(33)의 제1 부분의 선형 편광 성분(35)을 검출하고, 이 선형 편광 성분(35)은 빔 스플리터(3)의 축에 대해 +45도로 배향된다. 이와 동시에, 검출기(82)는 간섭 빔(33)의 제1 부분의 또 하나의 선형 편광 성분(37)을 검출하고, 이 다른 선형 편광 성분 (37)은 빔 스플리터(3)의 축에 대해 -45도로 배향된다.
1/4 파 플레이트(54)는 편광 스플리터(53)와 연계되어 각각 우측 및 좌측 원형 편광의 분석기를 형성한다. 검출기(83)는 간섭 빔(34)의 제2 부분의 우측 원형 편광 성분(36)을 검출한다. 이와 동시에, 검출기(84)는 간섭 빔(34)의 제2 부분의 좌측 원형 편광 성분(38)을 검출한다.
따라서, 도 1의 편광 검출 시스템은 간섭 빔(30)의 4개의 독립적인 편광 성분들을 동시에 검출할 수 있게 한다.
4개의 검출기(81, 82, 83, 84)에 의해 검출된 4개의 신호로부터, 제1 영역 (11)에 의해 반사된 빔(31), 즉 시료의 에칭에 의해 생긴 크레이터와 기준으로서 역할을 하는 제2 영역(12)에 의해 반사된 빔(32) 사이의 위상-시프트를 추정하는 것이 가능하다.
특히 바람직하게는, 편광 검출 시스템은 간섭 빔의 적어도 2개의, 바람직하게는 4개의 직교하는 편광 성분, 즉 적어도 2개의 직교하는 선형 편광 성분 및/또는 2개의 직교하는 원형 편광 성분을 동시에 검출하도록 구성된다.
먼저, 4개의 편광 성분에 대응하는 신호의 종래의 분석 방법에 대해 상세히 설명한다.
다음에 주목한다:
- 제1 영역의 입사 빔의 수평 선형 편광(H)에 대해 그리고 제2 영역의 입사 빔의 수직 선형 편광(V)에 대해 +45도의 방향을 따르는 간섭 빔의 선형 성분의 강도 IL1;
- 제1 영역의 입사 빔의 선형 편광(H)에 대해 그리고 제2 영역의 입사계(incident field)의 선형 편광(V)에 대해 -45도의 방향을 따르는 간섭 빔의 선형 성분의 강도 IL2;
- 간섭 빔의 우측 원형 성분의 강도 Ic1; 및
- 간섭 빔의 좌측 원형 성분의 강도 Ic2.
시료의 에칭 동안에, 제1 영역의 깊이가 증가하고, 따라서 2개의 반사파 사이의 위상차는 시간 t의 함수로서 변화한다.
더 상세하게는, 제1 반사 빔과 제2 반사 빔 사이의 상대적인 광학 위상-시프트 δ(t)에 주목하면:
여기서, k= 2π /λ이고, d(t)는 시간의 함수로서 에칭 깊이를 나타낸다.
제1 영역의 반사 계수는 
와 제2 영역의 반사 계수 
는 다음의 식으로 표현된다.
편광 간섭계에서, 한편으로는, 선형 편광 경로들 상에서 검출된 강도 사이의 정규화된 강도 차(L)가 통상적으로 다음과 같이 계산된다:
반면, 원형 편광 경로들 상에서 검출된 강도 사이의 정규화된 강도 차(C)는 통상적으로 다음과 같이 계산된다:
이론적으로, 2개의 반사된 광학 빔 사이의 상대적인 위상-시프트 δ(t)는 다음과 같이 쓰여진다:
다른 식으로는 다음과 같다:
이 위상-시프트로부터 2개의 입사 빔들이 향해지는 2개의 영역들 사이의 상대적인 깊이 차 d(t)가 추정된다.
실제로, 편광 검출은 광학 구성 요소, 거울, 빔 스플리터 및/또는 결합기로 인한 결함에 의해 영향을 받을 수 있다. 또한, 편광 신호 역시 에칭 시간의 함수로서 시료 자체의 특성의 변형에 의해 영향을 받을 수 있다. 표면 상태 및/또는 거칠기의 변화(evolution)는 편광 신호를 변형시킬 수 있다.
소위 전역 정규화 방법은 임의의 바람직하지 않은 영향을 수정하기 위해 존재한다.
이상적인 편광 검출, 그리고 빔들과 미러들의 불완전한 재결합의 경우에, 4개의 검출기(81, 82, 83, 84) 상에 각각 수신된 편광 강도 신호들은 각각 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
여기서, 계수 a는 오프셋 파라미터를 나타내고, 계수 b는 진폭 파라미터를 나타낸다.
예를 들어 기준 기판상에서 δ(t)만 변하는 샘플링 주기를 사용하여, 오프셋 a 및 진폭 b와 같은 파라미터가 각각의 편광 강도에 대해 계산될 수 있다:
따라서 전역 정규화 강도 
는 다음과 같이 계산된다:
δ(t)는 다음의 방정식에 의해 추정된다:
이 전역 정규화(global normalisation)는 특정 상황에서는 만족스럽지만 단점이 있다. 먼저, 사용자는 데이터 획득 후 정규화의 시간 영역(time area)을 정의해야 한다. 따라서, 이 정규화는 실시간 추정에 적합하지 않다. 경험에 따르면 주어진 시료에 대해 일련의 정규화 계수를 여러 측정에 사용할 수 없다. 또한, 이 전역 정규화는 주어진 측정에 대한 정규화 계수의 단일성을 가정하는 반면, 경험에 따르면 특정 시료는 측정 중에 변화하는 표면 거칠기를 나타내며, 이는 결과에 영향을 미친다.
도 2는 전역 정규화 기술에 따라 정규화된 측정의 예를 나타낸다. 시료는 탄화 텅스텐 기판 상에 대략 4 마이크론의 두께를 갖는 질화 티타늄 층으로 형성된다. 시료의 에칭 동안 곡선들이 기록된다. 정규화는 곡선의 시간 영역(도시된 예에서 t > 220초에 해당)에 대해 수행된다. 그리고 나서, 곡선의 나머지 부분(t < 220초)에 동일한 계수를 적용하여 외삽법(extrapolation)이 수행된다. 0 ~ 360초의 시간 간격에 걸친 시간 t의 함수로서 전역 정규화된 곡선 
, 
, 
및 
이 각각 나타난다. 에칭 처리는 시각 t = 0에서 시작한다. t가 약 220초보다 높은 곡선들의 섹션에서 곡선들은 값 +1과 -1 사이에서 진동한다. 따라서 정확한 전역 정규화는 t > 220초에 해당하는 강도 곡선들의 섹션에서 관찰된다. 반면에, t < 220초인 경우, 전역 정규화는 곡선들의 첫 번째 섹션에서 확실히 부적합한 것으로 나타난다.
도 3은 도 2에 도시된 이 전역 정규화된 강도 곡선들로부터 계산된 시간 위상-시프트(time phase-shift)를 나타낸다. 시간 위상-시프트 δ(t)는 t > 220초인 섹션에서 노이즈(noise)가 감소하면서 단조롭게 변화하는 것처럼 보인다. 반면에, t < 220초의 경우, 위상 호핑(phase hopping) 및 예상된 선형 변화와는 다른 위상의 변화가 관찰된다. 실제로, t ~ 100초까지의 첫 번째 섹션에서 위상-시프트는 대략 널(null) 평균값으로 진동하고, 이는 에칭 깊이를 평가하는데 심각한 에러(error)를 일으킨다.
편광 간섭 신호들의 혁신적인 분석 방법이 이하에 자세히 기술된다.
전술한 바와 같이, 도 1에 도시된 4개의 검출기를 갖는 편광 검출 시스템은 직교하는 선형 편광(IL1, IL2)의 2개의 간섭 신호들 및/또는 직교하는 원형 편광(IC1, IC2)의 2개의 간섭 신호들을 동시에 검출할 수 있게 한다. 예로서, 신호 IL1은 수평 편광을 나타내고, 신호 IL2는 수직 편광을 나타내고, 신호 IC1은 우측 원형 편광을 나타내고, 신호 IC2는 좌측 원형 편광을 나타낸다.
도 1에서, 편광 검출 시스템은 컴퓨팅 프로세서에 속하는 서로 다른 계산 모듈들(91, 92, 95)과 연결된다.
컴퓨팅 모듈(91)은 직교하는 선형 편광 경로들(IL1, IL2) 상에서 검출된 2개의 간섭 신호들의 강도들의 선형 결합들의 제1 비(ratio)를 사용하여 매 시각 t에서 정규화된 제1 강도 차(L)를 형성한다:
따라서, 컴퓨팅 모듈(91)은 매 시각 t에서 L(t)의 값을 실시간으로 또는 후처리(post-processing) 시에 제공할 수 있다.
특히 바람직하게는, 컴퓨팅 모듈(92)은 직교하는 원형 편광 경로들(IC1, IC2)상에서 검출된 2개의 다른 간섭 신호들의 강도들의 선형 결합들의 제2 비를 사용하여 매 시각 t에서 정규화된 제2 강도 차(C)를 형성한다:
따라서, 컴퓨팅 모듈(92)은 매 시각 t에서 C(t)의 값을 실시간으로 또는 후처리 시에 제공할 수 있다.
정규화된 제1 강도 차(L)는 cos(δ(t))의 함수이고, 정규화된 제2 강도 차(C)는 sin(δ(t))의 함수이다:
이는 이 측정값들로부터 cos(δ(t))와 sin(δ(t))를 계산하기 위한 것이다.
위상 변화가 에칭 깊이 변화에 비례하는 불투명한 시료가 본 명세서에서 고려된다.
도 4에는 전술한 시료에 대한 시간 간격(0; 360초)에 걸친 시간 t의 함수로서 정규화된 제1 강도 차(L)의 기록이 도시되어 있다. 마찬가지로, 도 5에는 동일한 시료에 대한 시간 간격(0; 360초)에 걸친 시간 t의 함수로서 정규화된 강도 차(C)의 기록이 도시되어 있다.
변수 αL,C와 βL,C에 의해 정의된 신호 엔벨로프 변화는 재료의 각 층의 내부에서 느리며, 2개의 층 사이의 계면에서 가파른 변화가 있다는 것이 관찰된다. 그러나, 신호들의 엔벨로프는 일반적으로 무진동 거동을 갖는다.
그런 다음, 데이터 처리는 다음의 단계들을 포함한다:
단계 1
시간 t의 함수로서의 정규화된 강도 차의 각각의 곡선에 대해, 국소 최소값 및 최대값이 결정된다. 다시 말해, 각각의 진동에서 상단점(top) 및 하단점(bottom)이 발견된다.
따라서, 도 6에는 정규화된 제1 강도 차(L)의 곡선상에서 국소 최소값에 대응하는 작은 원들(100) 및 국소 최대값에 대응하는 작은 원들(200)이 각각 도시된다.
이 단계의 변형 예에서, 노이즈를 감소시키기 위해, 예를 들어 평균값의 샘플링 및/또는 계산에 의해 필터링이 미리 수행된다.
특수한 양태에 따르면, 계산 모듈(91, 92)은 허위 최소값(false minima) 및 허위 최대값(false maxima)을 제거한다. 예를 들면, L의 최소값 또는 최대값이 C의 최소값과 최대값 사이의 시간 간격의 중간에 위치한다는 것, 그리고 그 반대의 경우도 확인된다.
단계 2
상부 엔벨로프 곡선(UL)은 정규화된 제1 강도 차(L)의 국소 최대값(200)들 사이의 보간(interpolation)에 의해 결정된다. 마찬가지로, 하부 엔벨로프 곡선(LL)은 정규화된 제1 강도 차(L)의 국소 최소값들(100) 사이의 보간에 의해 결정된다. 보간은 선형적일 수도 있고 스플라인 함수(spline function) 또는 다항식 분해(polynomial decomposition)에 기초할 수도 있다.
컴퓨팅 모듈(91)은 바람직하게는 매 시각 t 또는 미리 결정된 샘플링 주기에서 하부 엔벨로프 UL(t) 및 상부 엔벨로프 LL(t) 곡선들을 계산하도록 구성된다.
특히 바람직하게는, 또 하나의 상부 엔벨로프 곡선(UC)은 마찬가지로 정규화된 제2 강도 차(C)의 국소 최대값들 사이의 보간에 의해 결정되고, 또 하나의 하부 엔벨로프 곡선(LC)은 정규화된 제2 강도 차(C)의 국소 최소값들 사이의 보간에 의해 결정된다.
마찬가지로, 컴퓨팅 모듈(92)은 매 시각 t 또는 미리 결정된 샘플링 주기에서 하부 엔벨로프 UC(t) 및 상부 엔벨로프 LC(t) 곡선들을 계산하도록 구성된다.
단계 3
또 하나의 컴퓨팅 모듈(95)은 엔벨로프 곡선들 UL(t), LL(t), UL(t) 및 LL(t)을 수신한다.
컴퓨팅 모듈(95)은 매 시각 t에서 제1 오프셋 함수를 계산한다:
컴퓨팅 모듈(95)은 매 시각 t에서 제1 정규화 함수를 계산한다:
바람직하게는, 컴퓨팅 모듈(95)은 매 시각 t에서 제2 오프셋 함수를 계산한다:
컴퓨팅 모듈(95)은 매 시각 t에서 제2 정규화 함수를 계산한다:
컴퓨팅 모듈(95)은 제1 차동 편광 성분 간섭 신호에 제1 오프셋 함수 
및 제1 정규화 함수 
를 적용하여, 정규화된 제1 차동 편광 간섭 함수를 계산하고, 다음으로부터 추정한다:
따라서, 도 8은 시간 t의 함수로서 cos(δ(t))와 동일한 정규화된 제1 차동 편광 간섭 함수를 나타낸다.
마찬가지로, 제2 오프셋 함수 
및 정규화 함수 
는 제2 편광 간섭 신호에 적용되어, 정규화된 제2 차동 편광 간섭 함수를 계산하고, 다음으로부터 추정한다:
따라서, 도 9는 시간 t의 함수로서 sin(δ(t))와 동일한 정규화된 제2 차동 편광 간섭 함수를 나타낸다.
대략 220초의 인터페이스의 변화에도 불구하고, 전체 시간 간격에 걸쳐 -1과 +1 값들 사이에서 곡선들이 진동하는 바와 같이, 도 8과 9에서 전체 시간 간격(0; 360초)에 걸쳐 국소 정규화가 거의 완벽하다는 것을 알 수 있다.
단계 4
컴퓨팅 모듈(95)은, 예를 들면 정규화된 제2 차동 편광 간섭 함수 sin(δ(t))와 정규화된 제1 차동 편광 간섭 함수 cos(δ(t)) 사이의 비율(ratio)의 아크 탄젠트 함수를 계산함으로써 순간 위상-시프트 δ(t)를 추출한다.
따라서, 도 10은 시간의 함수로서 라디안으로 위상-시프트, 모듈러 π(modulo π)를 나타낸다. 알고리즘은 시간의 함수로서 위상-시프트를 전개할 수 있다. 공기 중에서 또는 진공에서, 에칭 크레이터의 굴절률은 1과 같다. 도 11에 도시된 바와 같이, 50.5 nm/rad.의 변환 인자는 시간의 함수로서 그로부터 에칭 깊이 d(t)를 추정할 수 있게 한다.
도 3의 형상과 도 11의 형상을 비교하면, 전역 정규화로 인한 에러가 사라진 것을 알 수 있다.
이 방법은 차동 편광 간섭 신호의 자동 국소 정규화를 가능하게 한다. 미리 보정을 수행할 필요가 없다.
사용자는 정규화의 시간 간격을 정의하기 위해 수동으로 개입하지 않는다.
또한, 보정 계수들을 기록할 필요가 없다.
일 실시예에서, 계산은 나중에 수행된다.
변형 예에서, 계산은 실시간으로 수행되며 새로운 측정값을 취득함에 따라 조정된다.
본 발명은 시료가 선택적인 플라즈마 에칭 처리에 노출되는 글로우 방전 분광 장치에서 특정 용도를 발견한다. 에칭 깊이 측정 기기는 보다 정확하고 보다 신뢰성 있는 시료의 에칭 깊이 측정을 가능하게 한다.
본 발명은 또한 도 12의 예로서 도시된 편광 카메라 장치에서 특정 용도를 발견한다. 편광 카메라 장치는 본 명세서에 기술된 차동 편광 간섭계(50) 및 영상 시스템(70)을 포함한다. 영상 시스템은 시각화 카메라(visualisation camera) 및 바람직하게는 조명 광원을 포함한다. 편광 카메라 장치는 렌즈(들) 또는 거울(들)에 기초한 분할 플레이트(24) 및 광학 시스템(14)을 더 포함한다. 분할 플레이트(24)는 예를 들면 차동 편광 간섭계(50)와 영상 시스템(70)의 광학 경로를 결합 할 수 있게 하는 다이크로익 플레이트(dichroic plate)이다. 광학 시스템(14)에 결합된 분할 플레이트(24)는 제1 입사 빔(21)이 시료의 제1 영역(11)을 향하게 하고, 제2 입사 빔(22)이 시료의 제2 영역(12)을 향하게 한다. 복귀 방향에서, 분할 플레이트(24)에 결합된 광학 시스템(14)은 제1 반사 빔(31)과 제2 반사 빔(32)을 차동 편광 간섭계(50)의 검출 시스템 측으로 되돌려 보낸다.
이와 동시에, 분할 플레이트(24)에 결합된 광학 시스템(14)은 영상 시스템 (70)의 시각화 카메라를 향하여 광 빔(71)을 전송한다. 광 빔(71)은 바람직하게는 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)을 포함하는 시료의 연장된 표면에서의 반사에 의해 형성된다. 따라서, 시각화 카메라는 시료(10)의 표면 이미지를 형성한다.
따라서, 편광 카메라 장치는 시료의 연장된 표면의 이미지를 제공하면서 시료의 제1 영역(11)과 제2 영역(12) 사이의 에칭 깊이를 정확하게 측정할 수 있게 한다.
Claims (12)
- 차동 편광 간섭 측정을 이용하여 시간의 함수로서 에칭 깊이를 측정하는 방법으로서,
- 광 빔(2)을, 제1 반사 빔(31)을 형성하도록 에칭 처리에 노출된 시료(10)의 제1 영역(11)으로 향해지는 제1 입사 빔(21) 및 제2 반사 빔(32)을 형성하도록 시료의 제2 영역(12)으로 향해지는 제2 입사 빔(22)으로 분할하는 단계,
- 간섭 빔을 형성하기 위해 제1 반사 빔(31)과 제2 반사 빔(32)을 재결합하는 단계,
- 상기 간섭 빔을 서로 직교하는 적어도 제1 편광 성분(35)과 제2 편광 성분(37)으로 편광 분할하는 단계,
- 시간(t)의 함수로서, 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐, 제1 편광 성분(35)에 관한 제1 간섭 강도 신호와 제2 편광 성분(37)에 관한 제2 간섭 강도 신호를 검출하는 단계,
- 상기 제1 간섭 강도 신호와 상기 제2 간섭 강도 신호의 선형 결합의 함수로서 제1 차동 편광 간섭 신호를 계산하는 단계,
- 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 상기 제1 차동 편광 간섭 신호의 제1 하부 엔벨로프 함수와 제1 상부 엔벨로프 함수를 계산하는 단계,
- 시간 간격(t0, t1)의 매 시각(t)에서 상기 제1 하부 엔벨로프 함수와 상기 제1 상부 엔벨로프 함수의 합의 절반과 동일한 제1 오프셋 함수를 결정하는 단계,
- 시간 간격(t0, t1)의 매 시각(t)에서 상기 제1 하부 엔벨로프 함수와 상기 제1 상부 엔벨로프 함수 사이의 차의 절반과 동일한 제1 정규화 함수를 결정하는 단계,
- 시간 간격(t0, t1)의 매 시각(t)에서 국소적으로 정규화된 제1 차동 편광 간섭 함수를 형성하기 위해 상기 제1 오프셋 함수와 상기 제1 정규화 함수를 상기 제1 차동 편광 간섭 신호에 적용하는 단계,
- 상기 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 시간의 함수로서 국소적으로 정규화된 상기 제1 차동 편광 간섭 함수로부터 광학 위상-시프트 측정값을 추출하는 단계, 및
- 상기 광학 위상-시프트 측정값으로부터 시간의 함수로서 에칭 깊이를 계산하는 단계를 포함하는 에칭 깊이 측정 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 간섭 빔을 편광 분할하는 단계는 제3 편광 성분(36)과 제4 편광 성분(38)을 더 생성하고, 상기 제3 및 제4 편광 성분들은 서로 직교하고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 편광 성분들은 서로 독립적이며, 상기 에칭 깊이 측정 방법은:
- 시간(t)의 함수로서, 시간 간격(t0, t1)에서, 상기 제3 편광 성분에 대한 제3 간섭 강도 신호 및 상기 제4 편광 성분에 대한 제4 간섭 강도 신호를 검출하는 단계;
- 상기 제3 간섭 강도 신호와 상기 제4 간섭 강도 신호의 선형 결합의 함수로서 제2 차동 편광 간섭 신호를 계산하는 단계;
- 상기 제2 차동 편광 간섭 신호의 제2 하부 엔벨로프 함수와 제2 상부 엔벨로프 함수를 계산하는 단계;
- 시각 t에서 상기 제2 하부 엔벨로프 함수와 상기 제2 상부 엔벨로프 함수의 합의 절반과 동일한 제2 오프셋 함수를 결정하는 단계;
- 시각 t에서 상기 제2 하부 엔벨로프 함수와 상기 제2 상부 엔벨로프 함수 사이의 차의 절반과 동일한 제2 정규화 함수를 결정하는 단계; 및
- 상기 제2 오프셋 함수와 상기 제2 정규화 함수를 상기 제2 차동 편광 간섭 신호에 적용하여 국소적으로 정규화된 제2 차동 편광 간섭 함수를 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 시간의 함수로서 상기 광학 위상-시프트 측정값을 추출하는 것은 국소적으로 정규화된 제1 차동 편광 간섭 함수와 국소적으로 정규화된 제2 차동 편광 함수 사이의 비율로부터 수행되는 에칭 깊이 측정 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 제3 편광 성분과 제4 편광 성분은 선형 또는 원형 편광 성분들 중에서 선택되는 에칭 깊이 측정 방법.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제2 차동 편광 간섭 신호는 제3 간섭 강도 신호와 제4 간섭 강도 신호 사이의 차를 제3 간섭 강도 신호와 제4 간섭 강도 신호의 합으로 나눈 것인 에칭 깊이 측정 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 편광 성분과 제2 편광 성분은 선형 또는 원형 성분들 중에서 선택되는 에칭 깊이 측정 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 차동 편광 간섭 신호는 제1 간섭 강도 신호와 제2 간섭 강도 신호 사이의 차를 제1 간섭 강도 신호와 제2 간섭 강도 신호 사이의 합으로 나눈 것인 에칭 깊이 측정 방법.
- 제1항에 있어서,
제1 및/또는 제2 하부 엔벨로프 함수를 계산하는 단계는 선형 또는 다항식 보간을 포함하고/포함하거나, 제1 및/또는 제2 상부 엔벨로프 함수를 계산하는 단계는 또 하나의 선형 또는 다항식 보간을 포함하는 에칭 깊이 측정 방법.
- 제1항에 있어서,
엔벨로프 함수를 계산하는 단계 이전에 제1 간섭 강도 신호 및/또는 제2 간섭 강도 신호를 필터링하는 단계를 더 포함하는 에칭 깊이 측정 방법.
- - 광 빔(2)을 생성하는 광원(1);
- 광 빔(2)을, 제1 반사 빔(31)을 형성하도록 에칭 처리에 노출된 시료의 제1 영역으로 향해지는 제1 입사 빔(21)과 제2 반사 빔(32)을 형성하도록 시료의 제2 영역(12)으로 향해지는 제2 입사 빔(22)으로 분할하는 광학 빔 스플리터(3);
- 제1 반사 빔(31)과 제2 반사 빔(32)을 재결합시켜 간섭 빔을 형성하는 빔 결합기(3);
- 상기 간섭 빔을 서로 직교하는 적어도 제1 편광 성분(35)과 제2 편광 성분(37)으로 분할하는 편광 스플리터(52);
- 제1 편광 성분(35)을 수신하고 시간(t)의 함수로서 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 제1 간섭 강도 신호를 생성하는 제1 검출기(81) 및 제2 편광 성분(37)을 수신하고 시간(t)의 함수로서 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 제2 간섭 강도 신호를 생성하는 제2 검출기(82)를 포함하는 차동 편광 간섭계에 있어서,
계산기(91, 92, 95)를 포함하고, 상기 계산기는:
- 제1 간섭 강도 신호와 제2 간섭 강도 신호의 선형 결합의 함수로서 제1 차동 편광 간섭 신호를 계산하고,
- 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 제1 차동 편광 간섭 신호의 제1 하부 엔벨로프 함수와 제1 상부 엔벨로프 함수를 계산하고,
- 매 시각 t에서 제1 하부 엔벨로프 함수와 제1 상부 엔벨로프 함수의 합의 절반과 동일한 제1 오프셋 함수를 결정하고,
- 시간 간격(t0, t1)의 매 시각 t에서 제1 하부 엔벨로프 함수와 제1 상부 엔벨로프 함수 사이의 차의 절반과 동일한 제1 정규화 함수를 결정하고,
- 제1 차동 편광 간섭 신호에 제1 오프셋 함수와 제1 정규화 함수를 적용하여 국소적으로 정규화된 제1 차동 편광 간섭 함수를 형성하고,
- 상기 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 시간의 함수로서 국소적으로 정규화된 제1 차동 편광 간섭 함수로부터 광학 위상-시프트 측정값을 추출하고,
- 상기 광학 위상-시프트의 함수로서 에칭 깊이를 계산하는 것을 특징으로 하는 차동 편광 간섭계.
- 제9항에 있어서,
- 상기 간섭 빔을, 서로 직교하며 제1 편광 성분(35) 및 제2 편광 성분(37)과는 독립적인 제3 편광 성분(36)과 제4 편광 성분(38)으로 분할하는 또 하나의 편광 스플리터(53);
- 제3 편광 성분(36)을 수신하고 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 시간(t)의 함수로서 제3 간섭 강도신호를 생성하는 제3 검출기(83) 및 제4 편광 성분(38)을 수신하고 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 시간(t)의 함수로서 제4 간섭 강도 신호를 생성하는 제4 검출기(84)를 더 포함하고,
상기 계산기는:
- 상기 제3 간섭 강도 신호와 상기 제4 간섭 강도 신호의 선형 결합의 함수로서 제2 차동 편광 간섭 신호를 계산하고;
- 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 상기 제2 차동 편광 간섭 신호의 제2 하부 엔벨로프 함수와 제2 상부 엔벨로프 함수를 계산하고;
- 매 시각 t에서 제2 하부 엔벨로프 함수와 제2 상부 엔벨로프 함수의 합의 절반과 동일한 제2 오프셋 함수를 결정하고;
- 시간 간격(t0, t1)의 매 시각 t에서 제2 하부 엔벨로프 함수와 제2 상부 엔벨로프 함수 사이의 차의 절반과 동일한 제2 정규화 함수를 결정하고;
- 상기 제2 차동 편광 간섭 신호에 상기 제2 오프셋 함수와 상기 제2 정규화 함수를 적용하여 국소적으로 정규화된 제2 차동 편광 간섭 함수를 형성하고,
- 상기 시간 간격(t0, t1)에 걸쳐 시간의 함수로서 국소적으로 정규화된 제1 차동 편광 간섭 함수와 국소적으로 정규화된 제2 차동 편광 함수 사이의 비율로부터 광학 위상-시프트 측정값을 추출하는 차동 편광 간섭계.
- 제9항 또는 제10항에 따른 차동 편광 간섭계를 포함하는 글로우 방전 분광 측정 장치.
- 상기 시료의 제1 영역 및 제2 영역의 이미지를 형성하는 시각화 카메라와 결합된, 제9항 또는 제10항에 따른 차동 편광 간섭계를 포함하는 에칭 제어 장치.
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