KR102557192B1 - 코-로케이티드 계측을 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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조나단 엠. 매드센
알렉산더 쿠즈넷소브
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Abstract

둘 이상의 측정 서브시스템을 이용하여 반도체 구조체의 코-로케이티드(co-located) 측정을 수행하기 위한 방법 및 시스템이 본 명세서에 제시된다. 충분히 작은 측정 박스(measurement box) 크기를 달성하기 위해, 계측 시스템은 각각의 계측 서브시스템의 측정 스폿과 계측 타겟의 정렬을 모니터링하고 수정하여, 계측 타겟과 각각의 계측 서브시스템의 측정 스폿의 최대 코-로케이션(co-location)을 달성한다. 다른 측면에서, 측정은 동일한 웨이퍼 위치에서 높은 스루풋으로 둘 이상의 계측 서브시스템에 의해 동시에 수행된다. 또한, 계측 시스템은 각각의 측정 서브시스템과 연관된 동시에 획득된 측정 신호를 효과적으로 분리한다. 이는 둘 이상의 계측 서브시스템에 의한 동일한 계측의 동시 측정과 연관된 신호 정보를 최대화한다.

Description

코-로케이티드 계측을 위한 방법 및 시스템
설명된 실시형태는 계측 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 반도체 구조체의 개선된 측정을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
로직 및 메모리 디바이스와 같은 반도체 디바이스는 일반적으로 시료에 적용되는 일련의 프로세싱 단계에 의해 제조된다. 이러한 프로세싱 단계에 의해 반도체 디바이스의 다양한 피처(features) 및 다중 구조 레벨이 형성된다. 예를 들어, 리소그래피는 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 생성하는 것을 포함하는 반도체 제조 프로세스 중 하나이다. 반도체 제조 프로세스의 추가적인 예로는, 이에 국한되는 것은 아니지만, 화학적-기계적 연마, 에칭, 퇴적 및 이온 주입이 포함된다. 다수의 반도체 디바이스가 단일의 반도체 웨이퍼 상에서 제조된 다음 개개의 반도체 디바이스로 분리될 수도 있다.
계측 프로세스는 더 높은 수율을 촉진하기 위해 웨이퍼 상의 결함을 검출하기 위해 반도체 제조 프로세스 동안 다양한 단계에서 사용된다. 광학 계측(Optical metrology) 기술은 샘플 파괴의 위험없이 높은 스루풋 가능성을 제공한다. 산란계측(scatterometry) 및 반사계측(reflectometry) 구현 및 관련 분석 알고리즘을 포함한 다수의 광학 계측 기반 기술이 나노스케일 구조체에 대한 임계 치수, 필름 두께, 조성, 오버레이 및 기타 파라미터를 특성화하는 데 보통 사용된다.
관심 구조체에 대한 측정은 종종 측정 정확도 및 정밀도를 증가시키기 위해 다수의 계측 기술을 사용하여 순차적으로 수행된다. 일부 예에서, 분광 타원계측(spectroscopic ellipsometry, SE) 및 분광 반사계측(spectroscopic reflectometry, SR) 시스템이 반도체 기판 상에 위치된 동일한 계측 타겟에 대한 순차적 측정을 수행한다. 상이한 측정 서브시스템을 사용하여 계측 타겟에 대해 순차적 측정을 수행하기 위해, 각각의 서브시스템은 측정 시점에 계측 타겟과 정렬되어야 한다. 이는 상기 계측 타겟이 하나의 측정 서브시스템과 정렬되도록 웨이퍼를 위치시키고 그 서브시스템으로 측정을 수행한 다음, 상기 동일한 계측 타겟이 다른 측정 서브시스템과 정렬되도록 상기 웨이퍼를 재위치시킴으로써 달성될 수 있다. 이 접근 방식은, 다수의 스테이지 이동이 과도한 시간을 소모하기 때문에 높은 스루풋 계측 설정에서는 바람직하지 않다. 이러한 문제를 피하기 위해, 일부 예에서는, SE 시스템 및 SR 시스템과 같은 다수의 계측 시스템의 측정 빔들(measurement beams)이 동일한 계측 타겟 상에 코-로케이티드(co-located)된다. 이 접근 방식에서는, 웨이퍼 포지셔닝 시스템(예를 들어, 웨이퍼 스테이지 이동)에 의한 기판의 중간(intervening) 이동없이 SE 및 SR 측정이 획득된다.
SR 및 SE 측정 빔들의 코-로케이션(co-location)은 전체적인 측정 스루풋을 증가시키지만, (예를 들어, 온도 드리프트(drift)로 인한) 측정 시스템 드리프트가 반도체 기판 상의 SR 및 SE 측정 위치들의 오버랩(overlap)에 오류를 발생시킨다. 이러한 오류를 줄이려면 SR 및 SE 측정 시스템은, 반도체 웨이퍼 상에 SR 및 SE 측정 빔들의 입사 위치를 그들이 최대 코-로케이션을 달성하도록 재위치시키기 위해, 주기적으로 캘브레이팅되어야 한다.
현재, 계측 타겟에 대한 SR 및 SE 측정 스폿(spots)의 포지셔닝은 수동으로 모니터링되고 조정된다. 일부 예에서, 인간 조작자가 SR 및 SE 측정 시스템에 의해 수집된 계측 타겟의 필드 이미지를 검사하고, SR 및 SE 측정 시스템을 각각 조정하여 SR 및 SE 측정 시스템의 시야 중심에 관심 계측 타겟을 중심에 배치한다. 수동의 기술과 충분히 긴 사이클 타임을 사용하여, SR 및 SE 측정 빔들의 포지셔닝의 코-로케이션은 아마 대략 10 마이크로미터 이하의 정확도로 달성될 수 있다. 불행히도, SE 및 SR 측정 빔들의 포지셔닝의 코-로케이션은 시스템 드리프트 및 기타 요인으로 인해 시간이 지남에 따라 흔히 성능이 저하된다. 수동 정렬은 작은 크기의 계측 타겟(예를 들어, 15-30 마이크로미터의 측면 규모(lateral extent)를 가지는 계측 타겟)의 경우 시간이 매우 많이 걸리고 어려워진다. 이는 샘플을 정확하게 특성화하는 데 필요한, 결합된 SE 및 SR 시스템과 같은 다중 계측 시스템의 스루풋을 제한한다.
요약하면, 피처 크기의 지속적인 축소 및 구조적 피처의 깊이 증가는 광학 계측 시스템에 어려운 요구 사항을 부과한다. 광학 계측 시스템은 비용 효율성을 유지하기 위해 높은 스루풋으로 점점 복잡해지는 타겟에 대한 고정밀 및 정확도 요구 사항을 충족해야 한다. 이러한 맥락에서, 다수의 측정 서브시스템에 의한 데이터 수집 속도는 광학 계측 시스템 설계에서 중요한 요소로 등장했다. 따라서, 이러한 한계들을 극복하기 위한 개선된 계측 시스템 및 방법이 요구된다.
둘 이상의 측정 서브시스템을 이용하여 반도체 구조체의 코-로케이티드(co-located) 측정을 수행하기 위한 방법 및 시스템이 본 명세서에 제시된다. 충분히 작은 측정 박스(measurement box) 크기를 달성하기 위해, 계측 시스템은 계측 타겟과 각각의 계측 서브시스템의 측정 스폿의 정렬을 모니터링하고 수정하여, 계측 타겟과 각각의 계측 서브시스템의 측정 스폿의 최대 코-로케이션을 달성한다. 일반적으로 두 개 이상의 측정 서브시스템을 이용한 반도체 구조체의 측정에 대한 자동화된 코-로케이션은 개선된 측정 정확도 및 스루풋, 개선된 측정 서브시스템 매칭, 개선된 툴-대-툴(tool-to-tool) 매칭, 제조 시설에서 더 빠른 툴 설치 및 정렬, 및 프로그램된 유지보수 사이의 연장된 시간(즉, 툴 정지시간 감소)을 가능하게 한다.
일 측면에서, 제1 계측 서브시스템과 연관된 필드 이미지에서의 계측 타겟의 위치 및 제2 계측 서브시스템과 연관된 필드 이미지에서의 상기 동일한 계측 타겟의 위치가 모니터링된다. 상기 필드 이미지들에서 상기 계측 타겟의 위치들 간에 오정렬(misalignment)이 미리 결정된 허용 오차를 초과하면, 상기 양 필드 이미지들에서 상기 계측 타겟을 상기 미리 결정된 허용 오차 내로 코-로케이트(co-locate)하기 위해 제1 계측 서브시스템, 제2 계측 서브시스템 또는 둘 모두의 하나 이상의 요소의 위치가 자동으로 조정된다.
다른 측면에서, 제1 계측 서브시스템의 측정 스폿에서의 하나의 알려진 계측 타겟의 위치는, 상기 제1 계측 서브시스템에 의한 상기 알려진 계측 타겟의 측정에 직접 기초하여 추정된다. 또한, 제2 계측 서브시스템의 측정 스폿에서의 상기 알려진 계측 타겟의 상기 위치는, 상기 제2 계측 서브시스템에 의한 상기 알려진 계측 타겟의 측정에 직접 기초하여 추정된다.
일부 실시형태에서, 코로케이션은 측정 시스템과의 정렬에 대한 알려진 의존성을 갖는 스펙트럼 응답을 제공하는 알려진 계측 타겟의 스펙트럼 측정(spectral measurements)에 직접 기초하여 평가된다. 일부 실시예에서, 계측 타겟은 2차원 가변 주기 격자 또는 가변 파장 필터와 같은 2차원의, 공간적으로 변화하는 패턴 타겟이다.
또 다른 추가 측면에서, 제1 계측 서브시스템의 측정 스폿과 제2 계측 서브시스템의 측정 스폿의 정렬은 특수(specialized) 계측 타겟의 측정 동안 2개의 측정 채널 사이의 크로스-토크(cross-talk)를 최대화함으로써 달성된다.
다른 측면에서, 제1 계측 서브시스템의 측정 스폿에서의 계측 타겟의 위치는 제1 계측 서브시스템에 의한 계측 타겟 측정의 통계적 모델에 직접 기초하여 추정된다. 또한, 제2 계측 서브시스템의 측정 스폿에서의 계측 타겟의 위치는 제2 계측 서브시스템에 의한 계측 타겟 측정의 통계적 모델에 직접 기초하여 추정된다.
다른 측면에서, 2개의 상이한 계측 서브시스템의 측정 스폿들 사이의 오정렬은 계측 서브시스템 중 하나 또는 둘 모두의 필드 스톱(field stop)을 조정함으로써 수정된다. 측정 빔 경로에 수직인 평면에서의 필드 스톱의 이동이 웨이퍼 평면에서 오정렬을 조정하는 데 사용되며, 측정 빔 경로와 정렬된 방향으로의 필드 스톱의 이동이 초점 오정렬을 조정하는 데 사용된다.
다른 측면에서, 2개의 상이한 계측 서브시스템의 측정 스폿들 사이의 오정렬은 계측 서브시스템 중 하나의 조명 동공(pupil)을 조정함으로써 수정된다.
다른 측면에서, 계측 서브시스템의 광학 요소는 빔 전파 방향을 시프트하기 위해 동공을 팁/틸트(tip/tilt)하도록 작동된다. 대물렌즈(objective)는 빔 전파 방향에서의 시프트를 웨이퍼에서 측정 빔의 XY 변위로 변환한다.
다른 측면에서, 측정은 동일한 웨이퍼 위치에서 높은 스루풋으로 둘 이상의 계측 서브시스템에 의해 동시에(simultaneously) 수행된다. 또한, 계측 시스템은 각각의 측정 서브시스템과 연관된 동시에 획득된 측정 신호들을 효과적으로 분리한다. 이는 둘 이상의 계측 서브시스템에 의한 동일한 계측의 동시 측정과 연관된 신호 정보를 최대화한다.
일부 실시형태에서, 딥 러닝 모델(예를 들어, 신경망 모델, 서포트 벡터 머신 모델 등)이 SE 및 SR 측정 채널에서 동시에 측정된 신호들간의 크로스토크를 감소시키도록 트레이닝된다. 모델 트레이닝은 실제 측정 데이터, 합성 측정 데이터(즉, 시뮬레이션된 측정 데이터), 또는 둘 모두를 기반으로 할 수 있다.
일부 실시형태에서, 별도의 조명 파장들이 둘 이상의 측정 채널의 검출기들에 존재하는 동시에 측정된 신호들을 분리하는 데 사용된다.
다른 측면에서, 제1 계측 서브시스템의 필드 이미지에서의 계측 타겟의 위치 및 제2 계측 서브시스템의 필드 이미지에서의 계측 타겟의 위치는 결합된 계측 시스템의 기계적 정렬 및 안정성에 기초하여 항상 코로케이티드된다.
이상의 내용은 요약이며, 따라서 필요에 따라 세부 사항의 단순화, 일반화 및 생략을 포함한다. 결과적으로, 이 분야의 기술자는 상기 요약이 단지 예시적이며 어떤 식으로든 제한하는 것이 아님을 이해할 것이다. 본 명세서에 기술된 디바이스 및/또는 프로세스의 다른 측면, 독창적인 특징, 및 이점은 본 명세서에 기재된 비제한적인 상세한 설명에서 명백해질 것이다.
도 1은 일 실시형태에서 다수의 계측 서브시스템에 의해 반도체 구조체의 코로케이티드(colocated) 측정을 수행하기 위한 예시적인 계측 시스템(100)을 도시한다.
도 2는 다른 실시형태에서 다수의 계측 서브시스템에 의해 반도체 구조체의 코로케이티드 측정을 수행하기 위한 예시적인 계측 시스템(200)을 도시한다.
도 3은 다른 실시형태에서 다수의 계측 서브시스템에 의해 반도체 구조체의 코로케이티드 측정을 수행하기 위한 예시적인 계측 시스템(300)을 도시한다.
도 4는 다른 실시형태에서 다수의 계측 서브시스템에 의해 반도체 구조체의 코로케이티드 측정을 수행하기 위한 예시적인 계측 시스템(400)을 도시한다.
도 5는 다른 실시형태에서 다수의 계측 서브시스템에 의해 반도체 구조체의 코로케이티드 측정을 수행하기 위한 예시적인 계측 시스템(500)을 도시한다.
도 6은 다른 실시형태에서 다수의 계측 서브시스템에 의해 반도체 구조체의 코로케이티드 측정을 수행하기 위한 예시적인 계측 시스템(600)을 도시한다.
도 7은 본 명세서에 설명된 바와 같은 적어도 하나의 신규한 측면에서 다수의 계측 서브시스템에 의해 코로케이티드 측정을 수행하는 방법(700)을 도시한다.
이제 본 발명의 배경 예시들 및 일부 실시형태가 상세하게 언급될 것이며, 그 실시예들은 첨부 도면에 도시된다.
둘 이상의 측정 서브시스템으로 반도체 구조체의 코-로케이티드 측정을 수행하기 위한 방법 및 시스템이 본 명세서에 제시된다. 일부 실시형태에서, 계측 시스템은 분광 반사계(spectroscopic reflectometer, SR) 서브시스템 및 분광 타원계(spectroscopic ellipsometer, SE) 서브시스템을 포함한다. 일부 실시형태에서, 계측 시스템은 상이한 방위각(azimuth angles)(예를 들어, 0도 및 90도)에서 측정을 수행하도록 각각 배열된 2개의 SE 서브시스템을 포함한다. 일부 실시형태에서, 계측 시스템은 SE 서브시스템 및 각도 분해 반사계(angle resolved reflectometer) 서브시스템(예를 들어, 2차원 빔 프로파일 반사계)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 계측 시스템은 SE 서브시스템 및 초분광(hyperspectral) 이미징 기반 계측 서브시스템과 같은 이미징 기반 계측 서브시스템을 포함한다. 충분히 작은 측정 박스 크기를 얻기 위해, 계측 시스템은 각각의 계측 서브시스템의 측정 스폿과 계측 타겟의 정렬을 모니터링하고 수정하여, 계측 타겟과 각각의 계측 서브시스템의 측정 스폿의 최대 코-로케이션을 달성한다.
일부 실시형태에서, 측정은 동일한 웨이퍼 위치에서 높은 스루풋으로 둘 이상의 계측 서브시스템에 의해 순차적으로 수행된다. 일부 실시형태에서, 측정은 동일한 웨이퍼 위치에서 높은 스루풋으로 둘 이상의 계측 서브시스템에 의해 동시에 수행된다. 또한, 계측 시스템은 각각의 측정 서브시스템과 연관된 동시에 획득된 측정 신호들을 효과적으로 분리한다. 이는 둘 이상의 계측 서브시스템에 의한 동일한 계측의 동시 측정과 연관된 신호 정보를 최대화한다. 이러한 특징은 개별적으로 또는 조합하여 작은 측면 치수를 갖는 구조체의 측정 및 높은 종횡비 구조체(예를 들어, 1 마이크로미터 이상의 깊이를 갖는 구조체)의 측정을 높은 스루풋, 정밀도 및 정확도로 가능하게 한다.
일반적으로, 둘 이상의 측정 서브시스템을 이용한 반도체 구조체 측정의 자동화된 코-로케이션은, 개선된 측정 정확도 및 스루풋, 개선된 측정 서브시스템 매칭, 개선된 툴-대-툴 매칭, 제조 시설에서의 더 빠른 툴 설치 및 정렬, 및 프로그램된 유지보수 사이의 연장된 시간(즉, 툴 정지시간 감소)을 가능하게 한다.
도 1은 반도체 구조체에 대한 SE 및 SR 측정을 수행하기 위한 예시적인 결합된 SE-SR 계측 시스템(100)을 도시한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 구조체는 적어도 하나의 높은 종횡비(high aspect ratio, HAR) 구조체 또는 적어도 하나의 큰 측면 치수 구조체를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 계측 시스템(100)은 분광 타원계(SE) 서브시스템(105) 및 분광 반사계(SR) 서브시스템(106)을 포함한다.
SE 서브시스템(105)은 웨이퍼(101) 상에 입사하는 조명 광(107)의 빔을 생성하는 조명 소스(110)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 조명 소스(110)는 자외선, 가시광선 및 적외선 스펙트럼의 조명 광을 방출하는 광대역 조명 소스이다. 일 실시형태에서, 조명 소스(110)는 레이저 지속형 플라즈마(laser sustained plasma, LSP) 광원(레이저 구동 플라즈마 소스라고도 함)이다. LSP 광원의 펌프 레이저는 연속파 또는 펄스형일 수 있다. 레이저 구동 플라즈마 소스는 150 나노미터에서 2,500 나노미터까지의 전체 파장 범위에 걸쳐 크세논(Xenon) 램프보다 상당히 더 많은 광자를 생성할 수 있다. 조명 소스(110)는 단일의 광원 또는 복수의 광대역 또는 이산(discrete) 파장 광원의 조합일 수 있다. 조명 소스(110)에 의해 생성된 광은 자외선에서 적외선까지(예를 들어, 진공 자외선(vacuum ultraviolet)내지 중적외선(mid infrared)), 연속 스펙트럼 또는 연속 스펙트럼의 일부를 포함한다. 일반적으로, 조명광 소스(110)는 초연속체(super continuum) 레이저 소스, 적외선 헬륨-네온 레이저 소스, 아크 램프, 글로바(globar) 소스, 또는 임의의 다른 적절한 광원을 포함할 수 있다.
추가 측면에서, 일정 양의 조명 광은 적어도 500 나노미터에 걸쳐 있는 파장 범위를 포함하는 광대역 조명 광이다. 일 실시예에서, 광대역 조명 광은 250 나노미터 미만의 파장 및 750 나노미터 초과의 파장을 포함한다. 일반적으로 광대역 조명 광은 120 나노미터 및 4,200 나노미터 사이의 파장을 포함한다. 일부 실시형태에서, 4,200 나노미터를 초과하는 파장을 포함하는 광대역 조명 광이 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 조명 소스(110)는 150 나노미터에서 400 나노미터까지의 범위에 걸친 파장을 갖는 광을 방출하는 중수소(deuterium) 소스, 180 나노미터에서 2,500 나노미터까지의 범위에 걸친 파장을 갖는 광을 방출하는 LSP 소스, 800 나노미터에서 4,200 나노미터까지의 범위에 걸친 파장을 갖는 광을 방출하는 초연속체 소스, 및 2,000 나노미터에서 20,000 나노미터까지의 범위에 걸친 파장을 갖는 광을 방출하는 글로바 소스를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, SE 서브시스템(105)은 조명 광(107)을 웨이퍼(101) 상에 형성된 하나 이상의 구조체로 지향시키도록 구성된 조명 서브시스템을 포함한다. 조명 서브시스템은 광원(110), 조명 광학장치(111A), 하나 이상의 광학 필터(111B), 편광 구성요소(112), 조명 필드 스톱(113) 및 조명 동공 애퍼처 스톱(114)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 도 1에서 조명 광(107)의 빔은, 빔이 조명 소스(110)에서 웨이퍼(101)로 전파할 때, 조명 광학장치(111A), 광학 필터(들)(111B), 편광 구성요소(112), 필드 스톱(113) 및 애퍼처 스톱(114)을 통과한다. 빔(107)은 측정 스폿(108) 위의 웨이퍼(101)의 일 부분을 조명한다.
조명 광학장치(111A)는 조명 광(107)을 조절하고 조명 광(107)을 측정 스폿(108)에 집속시킨다. 하나 이상의 광학 필터(111B)는 조명 서브시스템으로부터의 광 레벨, 스펙트럼 출력, 또는 이들의 조합을 제어하는 데 사용된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 멀티-존(multi-zone) 필터가 광학 필터(111B)로서 사용된다. 편광 구성요소(112)는 조명 서브시스템을 빠져나가는 원하는 편광 상태를 생성한다. 일부 실시형태에서, 편광 구성요소는 편광자, 보상기, 또는 둘 모두이고, 임의의 적절한 상업적으로 이용 가능한 편광 구성요소를 포함할 수 있다. 편광 구성요소는 고정되거나, 상이한 고정 위치로 회전가능하거나, 또는 연속적으로 회전할 수 있다. 비록 도 1에 도시된 SE 조명 서브시스템은 하나의 편광 구성요소를 포함하지만, SE 조명 서브시스템은 하나보다 많은 편광 구성요소를 포함할 수 있다. 필드 스톱(113)은 조명 서브시스템의 시야(field of view, FOV)를 제어하고, 임의의 적절한 상업적으로 이용 가능한 필드 스톱을 포함할 수 있다. 애퍼처 스톱(114)은 조명 서브시스템의 개구수(numerical aperture, NA)를 제어하고 임의의 적절한 상업적으로 이용 가능한 애퍼처 스톱을 포함할 수 있다. 조명 소스(110)로부터의 광은 웨이퍼(101) 상의 하나 이상의 구조체(도 1에 도시되지 않음) 상에 집속된다. SE 조명 서브시스템은 분광 타원계측 기술분야에 알려진, 임의의 타입 및 배열의 조명 광학장치(l11A), 광학 필터(들)(111B), 편광 구성요소(112), 필드 스톱(113), 및 애퍼처 스톱(114)을 포함한다.
계측 시스템(100)은 또한 하나 이상의 구조체와 입사 조명 빔(107) 사이의 상호작용에 의해 생성된 광을 수집하도록 구성된 수집 광학장치 서브시스템을 포함한다. 수집 광(109)의 빔이 수집 광학장치(115)에 의해 측정 스폿(108)으로부터 수집된다. 수집 광(109)은 수집 광학장치 서브시스템의 수집 애퍼처 스톱(116), 편광 요소(117) 및 필드 스톱(118)을 통과한다.
수집 광학장치(115)는 웨이퍼(101) 상에 형성된 하나 이상의 구조체로부터의 광을 수집하기 위한 임의의 적절한 광학 요소를 포함한다. 수집 애퍼처 스톱(116)은 수집 광학장치 서브시스템의 NA를 제어한다. 편광 요소(117)는 원하는 편광 상태를 분석한다. 편광 요소(117)는 편광자 또는 보상기이다. 편광 요소(117)는 고정되거나, 상이한 고정 위치로 회전 가능하거나, 연속적으로 회전할 수 있다. 비록 도 1에 도시된 수집 서브시스템은 하나의 편광 요소를 포함하지만, 수집 서브시스템은 하나보다 많은 편광 요소를 포함할 수 있다. 수집 필드 스톱(118)은 수집 서브시스템의 FOV를 제어한다. 수집 서브시스템은 웨이퍼(101)로부터 빛을 취하여, 상기 빛을 수집 광학장치(115), 애퍼처 스톱(116), 및 편광 요소(117)를 통해 수집 필드 스톱(118)에 집속되도록 지향시킨다. 일부 실시형태에서, 수집 필드 스톱(118)은 검출 서브시스템의 분광계를 위한 분광계 슬릿(spectrometer slit)으로서 사용된다. 그러나, 수집 필드 스톱(118)은 검출 서브시스템의 분광계의 분광계 슬릿에 또는 그 근처에 위치될 수 있다.
수집 서브시스템은 분광 타원계측 기술분야에 알려진 임의의 타입 및 배열의 수집 광학장치(115), 애퍼처 스톱(116), 편광 요소(117), 및 필드 스톱(118)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 실시형태에서, 수집 광학장치 서브시스템은 광을 검출기(119)로 지향시킨다. 검출기(119)는 측정 스폿(108)에서 조명 서브시스템에 의해 조명된 하나 이상의 구조체로부터 수집된 광에 응답하여 출력을 생성한다. 일 실시예에서, 검출기(119)는 자외선 및 가시광선(예를 들어, 190 나노미터 및 860 나노미터 사이의 파장을 갖는 광)에 민감한 전하 결합 소자(charge coupled devices, CCD)이다. 다른 실시예에서, 검출기(119)는 적외선(예를 들어, 950 나노미터 및 2500 나노미터 사이의 파장을 갖는 광)에 민감한 광 검출기 어레이(photo detector array, PDA)를 포함한다. 그러나, 일반적으로, 검출기(119)는 다른 검출기 기술들 및 장치(arrangements)(예를 들어, 위치 감지 검출기(position sensitive detector, PSD), 적외선 검출기, 광기전(photovoltaic) 검출기, 직교 셀(quadrature cell) 검출기, 카메라 등)를 포함할 수 있다. 각각의 검출기는 입사광을 상기 입사광의 스펙트럼 강도를 나타내는 전기 신호로 변환한다. 일반적으로, 검출기(119)는 검출기(119) 상에서 검출된 광을 나타내는 출력 신호(103)를 생성한다.
SR 서브시스템(106)은 웨이퍼(101) 상에 입사하는 조명 광(135)의 빔을 생성하는 조명 소스(120)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 조명 소스(120)는 자외선, 가시광선 및 적외선 스펙트럼에서의 조명 광을 방출하는 광대역 조명 소스이다. 일 실시형태에서, 조명 소스(120)는 레이저 지속형 플라즈마(LSP) 광 소스(레이저 구동 플라즈마 소스라고도 함)이다. LSP 광 소스의 펌프 레이저는 연속파이거나 펄스형일 수 있다. 레이저 구동 플라즈마 소스는 150 나노미터에서 2,500 나노미터까지의 전체 파장 범위에 걸쳐 크세논 램프보다 상당히 더 많은 광자를 생성할 수 있다. 조명 소스(120)는 단일의 광 소스 또는 복수의 광대역 또는 이산 파장 광 소스의 조합일 수 있다. 조명 소스(120)에 의해 생성되는 광은 자외선부터 적외선까지(예를 들어, 진공 자외선 내지 중적외선)의 연속 스펙트럼 또는, 연속 스펙트럼의 일부를 포함한다. 일반적으로, 조명광 소스(120)는 초연속체 레이저 소스, 적외선 헬륨-네온 레이저 소스, 아크 램프, 또는 글로바 소스, 또는 임의의 다른 적합한 광 소스를 포함할 수 있다.
추가 측면에서, 일정 양의 조명 광은 적어도 500 나노미터에 걸쳐 있는 파장 범위를 포함하는 광대역 조명 광이다. 일 실시예에서, 광대역 조명 광은 250 나노미터 미만의 파장 및 750 나노미터 초과의 파장을 포함한다. 일반적으로, 광대역 조명 광은 120 나노미터 및 4,200 나노미터 사이의 파장을 포함한다. 일부 실시형태에서, 4,200 나노미터 초과의 파장을 포함하는 광대역 조명 광이 이용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 조명 소스(120)는 150 나노미터에서 400 나노미터까지의 범위에 걸친 파장을 갖는 광을 방출하는 중수소 소스, 180 나노미터에서 2,500 나노미터까지의 범위에 걸친 파장을 갖는 광을 방출하는 LSP 소스, 800 나노미터에서 4,200 나노미터까지의 범위에 걸친 파장을 갖는 광을 방출하는 초연속체 소스, 및 2,000 나노미터에서 20,000 나노미터까지의 범위에 걸친 파장을 갖는 광을 방출하는 글로바 소스를 포함한다.
일부 실시형태에서, SE 서브시스템(105)의 조명 소스(110) 및 SR 서브시스템(106)의 조명 소스(120)는 동일한 조명 소스 또는 조명 소스들의 조합이다. SE 및 SR 서브시스템에 걸쳐 공통의 조명 소스 또는 소스들의 조합을 공유하는 것은 구성요소들의 수를 감소, 및 따라서 오류 모드의 수를 감소시키고, SE 및 SR 서브시스템에 걸친 스펙트럼 캘리브레이션(spectral calibration)도 간소화시킨다.
도 1에 도시된 바와 같이, SR 서브시스템(106)은 SE 서브시스템에 의해 조명된 웨이퍼(101) 상에 형성된 동일한 구조체(들)로 조명 광(135)을 지향시키도록 구성된 조명 서브시스템을 포함한다. 조명 서브시스템은 광원(120), 하나 이상의 광학 필터(121), 조명 필드 스톱(122A), 조명 애퍼처 스톱(122B), 광학장치(123), 빔 스플리터(124), 및 대물렌즈(125)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 도 1에서, 조명 광(135)의 빔은, 빔이 조명 소스(120)로부터 웨이퍼(101)로 전파할 때, 광학 필터(들)(121), 필드 스톱(122A), 조명 애퍼처 스톱(122B), 광학장치(123), 빔 스플리터(124), 및 대물렌즈(125)를 통과한다. 빔(135)은 측정 스폿(137) 위의 웨이퍼(101)의 일 부분을 조명한다.
하나 이상의 광학 필터(121)는 광 레벨, 공간(spatial) 출력, 스펙트럼 출력, 또는 이들의 조합을 제어한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 멀티-존 필터가 광학 필터(121)로서 사용된다. 필드 스톱(122A)은 SR 조명 서브시스템의 시야(FOV)를 제어하고, 임의의 적절한 상업적으로 이용 가능한 필드 스톱을 포함할 수 있다. 조명 애퍼처 스톱(122B)은 SR 조명 서브시스템의 조명 개구수(NA)를 제어하고 임의의 상업적으로 이용 가능한 애퍼처 스톱을 포함할 수 있다. 광학장치(123)는 조명 광을 빔 스플리터(124)로 지향시킨다. 빔 스플리터(124)는 조명 광의 일 부분을 대물렌즈(125)로 지향시킨다. 대물렌즈(125)는 빔 스플리터(124)로부터의 조명 광을 웨이퍼(101) 상의 하나 이상의 구조체(도 1에 도시되지 않음) 상의 측정 스폿(137) 위로 집속시킨다. SR 조명 서브시스템은 분광 반사계측 분야에 알려진, 임의의 타입 및 배열의 광학 필터(들)(121), 조명 필드 스톱(122A), 조명 애퍼처 스톱(122B), 광학장치(123), 빔 스플리터(124), 및 대물렌즈(125)를 포함할 수 있다.
SR 서브시스템(106)은 또한 하나 이상의 구조체와 입사 조명 빔(135) 사이의 상호작용에 의해 생성되는 광을 수집하도록 구성된 수집 광학장치(collection optics) 서브시스템을 포함한다. 수집된 광(136)의 빔은 대물렌즈(125)에 의해 측정 스폿(137)으로부터 수집된다. 수집된 광(136)은 수집 광학장치 서브시스템의 빔 스플리터(124), 집속 광학장치(126), 수집 애퍼처 스톱(127B) 및 수집 필드 스톱(127A)을 통과한다.
대물렌즈(125)는 웨이퍼(101) 상에 형성된 하나 이상의 구조체로부터 광을 수집하기 위한 임의의 적절한 광학 요소를 포함한다. 일부 실시형태에서, 대물렌즈(125)는 조명 및 수집 광학장치 서브시스템의 NA를 제어하는 애퍼처 스톱을 포함한다. 수집 애퍼처 스톱(127B)은 수집 서브시스템의 수집 NA를 제어한다. 수집 필드 스톱(127A)은 수집 서브시스템의 시야(FOV)를 제어한다. 수집 서브시스템은 웨이퍼(101)로부터 광을 취하여, 상기 광을 대물렌즈(125), 빔 스플리터(124), 집속 광학장치(126), 수집 애퍼처 스톱(127B) 및 수집 필드 스톱(127A)을 통해 지향시킨다. 일부 실시형태에서, 수집 필드 스톱(127A)은 검출 서브시스템의 분광계를 위한 분광계 슬릿으로 사용된다. 그러나, 수집 필드 스톱(127A)은 검출 서브시스템의 분광계의 분광계 슬릿에 또는 그 근처에 위치될 수 있다.
일부 실시형태에서, 빔 스플리터(124), 대물렌즈(125), 또는 둘 모두는 조명 및 수집 서브시스템에 공통일 수 있다. 일부 실시형태에서, 조명 및 수집 서브시스템은 동일한 NA를 갖는다. 일부 실시형태에서, 조명 서브시스템 및 수집 서브시스템은 상이한 NA를 갖는다. 수집 서브시스템은 분광 반사계측 기술분야에 알려진, 임의의 타입 및 배열의 대물렌즈(125), 빔 스플리터(124), 집속 광학장치(126), 수집 애퍼처 스톱(127B) 및 필드 스톱(127A)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 실시형태에서, SR 수집 광학장치 서브시스템은 광을 검출기(128)로 지향시킨다. 검출기(128)는 측정 스폿(137)에서 조명 서브시스템에 의해 조명된 하나 이상의 구조체로부터 수집된 광에 응답하여 출력을 생성한다. 일 실시예에서, 검출기(128)는 자외선 및 가시광선(예를 들어, 190 나노미터 및 860 나노미터 사이의 파장을 갖는 광)에 민감한 전하 결합 소자(CCD)를 포함한다. 다른 실시예에서, 검출기(128)는 적외선(예를 들어, 950 나노미터 및 2500 나노미터 사이의 파장을 갖는 광)에 민감한 광 검출기 어레이(PDA)를 포함한다. 그러나, 일반적으로, 검출기(128)는 다른 검출기 기술들 및 장치(arrangements)(예를 들어, 위치 감지 검출기(PSD), 적외선 검출기, 광기전 검출기, 직교 셀 검출기, 카메라 등)를 포함할 수 있다. 각각의 검출기는 입사광을 상기 입사광의 스펙트럼 강도를 나타내는 전기 신호로 변환한다. 일반적으로, 검출기(128)는 검출기(128) 상에서 검출된 광을 나타내는 출력 신호(102)를 생성한다.
비록, 도 1은 SR 서브시스템(106)의 조명 경로, 수집 경로 또는 둘 모두에서 편광 구성요소를 도시하지 않았지만, 일반적으로 SR 서브시스템(106)에 의해 수행되는 분광 반사계측 측정을 향상시키기 위해 SR 서브시스템(106)은 조명 경로, 수집 경로 또는 둘 모두에 하나 이상의 편광 구성요소를 포함할 수 있다.
계측 시스템(100)은 또한 검출된 신호(102, 103)를 수신하고 상기 측정된 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 측정된 구조체(들)의 관심 파라미터의 추정 값(104)을 결정하도록 구성된 컴퓨팅 시스템(130)을 포함한다. 중간 스테이지 이동없이 동일한 관심 구조체와 연관된 SR 및 SE 스펙트럼을 수집함으로써, 측정 시간이 단축되고 모든 스펙트럼이 동일한 정렬 조건으로 측정된다. 이것은 모든 스펙트럼 데이터 세트에 공통된 수정(correction)이 적용될 수 있기 때문에 파장 오류가 보다 쉽게 수정될 수 있게 허용한다.
일 측면에서, SE 필드 이미지에서의 계측 타겟의 위치 및 SR 필드 이미지에서의 상기 동일한 계측 타겟의 위치가 모니터링된다. SE 및 SR 필드 이미지들에서 계측 타겟의 위치들 간의 오정렬이 미리 결정된 허용 오차를 초과하면, SE 서브시스템, SR 서브시스템 또는 둘 모두의 하나 이상의 요소의 위치가, 계측 타겟을 미리 결정된 허용 오차 내로 SE 및 SR 필드 이미지들에서 코-로케이트하기 위해 자동으로 조정된다.
추가 측면에서, 계측 타겟에 대한 필드 이미지는 SE 서브시스템의 수집 경로에 위치된 SE 필드 이미징 디바이스(예를 들어, CCD 카메라)에 의해 생성된다. SE 필드 이미지에서 계측 타겟의 위치를 추정하기 위해 패턴 인식(pattern recognition)이 사용된다. 유사하게, 계측 타겟에 대한 필드 이미지는 SR 서브시스템의 수집 경로에 위치된 SR 필드 이미징 디바이스(예를 들어, CCD 카메라)에 의해 생성된다. SR 필드 이미지에서 계측 타겟의 위치를 추정하기 위해 패턴 인식이 사용된다.
일부 실시형태에서, 하나의 미러가 SE 서브시스템의 수집 빔 경로에 선택적으로 배치되고, 또 다른 미러가 SR 서브시스템의 수집 빔 경로에 선택적으로 배치된다. 각각의 미러는 액추에이터 서브시스템(예를 들어, 솔레노이드(solenoid), 서보(servo), 짐벌(gimbal) 등)에 의해 각각의 개별적인 빔 경로 안에 또는 밖에 선택적으로 배치된다. 미러가 SE 수집 빔 경로 안에 배치되면, 상기 미러는 SE 수집 빔을 SE 필드 이미징 카메라를 향해 다시 지향시킨다(redirect). 미러가 SE 수집 빔 경로 밖에 배치되면, SE 수집 빔은 SE 분광계를 향해 전파된다. 유사하게, 미러가 SR 수집 빔 경로 안에 배치되면, 미러는 SR 수집 빔을 SR 필드 이미징 카메라를 향해 다시 지향시킨다. 미러가 SR 수집 빔 경로 밖에 배치되면, SR 수집 빔은 SR 분광계를 향해 전파된다.
도 1은 또한 SE 서브시스템의 웨이퍼 이미지 평면에 또는 그 근처에 있는 카메라(180) 및 SR 서브시스템의 웨이퍼 이미지 평면에 또는 그 근처에 있는 카메라(183)를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 미러(178)가 SE 서브시스템의 수집 빔 경로 안에 선택적으로 배치되고, 미러(181)가 SR 서브시스템의 수집 빔 경로 안에 선택적으로 배치된다. 미러(178)는 액추에이터 서브시스템(179)에 의해 SE 수집 빔 경로 안에 또는 밖에 선택적으로 배치된다. 유사하게, 미러(181)는 액추에이터 서브시스템(182)에 의해 SR 수집 빔 경로 안에 또는 밖에 선택적으로 배치된다. 미러(178)가 SE 수집 빔 경로 안에 배치되면, 미러(178)는 SE 수집 빔을 SE 필드 이미징 카메라(180)를 향해 다시 지향시킨다. SE 필드 이미징 카메라(180)는 웨이퍼(101) 상의 SE 측정 스폿(108)의 SE 필드 이미지를 나타내는 신호(185)를 컴퓨팅 시스템(130)에 전달한다. 미러(181)가 SR 수집 빔 경로 안에 배치되면, 미러(181)는 SR 수집 빔을 SR 필드 이미징 카메라(183)를 향해 다시 지향시킨다. SR 필드 이미징 카메라(183)는 웨이퍼(101) 상의 SR 측정 스폿(137)의 SR 필드 이미지를 나타내는 신호(184)를 컴퓨팅 시스템(130)에 전달한다.
도 1에 도시된 실시형태, 컴퓨팅 시스템(130)은 카메라(180)에 의해 검출된 웨이퍼(101) 상의 SE 측정 스폿(108)의 SE 필드 이미지를 나타내는 신호(185)를 수신하도록 구성된다. 도시된 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 측정 스폿(108) 내의 관심 구조체(예를 들어, 계측 타겟)의 위치를 식별하기 위해 패턴 인식 기술을 사용한다. 유사하게, 컴퓨팅 시스템(130)은 카메라(183)에 의해 검출된 웨이퍼(101) 상의 SR 측정 스폿(137)의 SR 필드 이미지를 나타내는 신호(184)를 수신하도록 구성된다. 도시된 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 측정 스폿(137) 내의 상기 동일한 관심 구조체(예를 들어, 동일한 계측 타겟)의 위치를 식별하기 위해 패턴 인식 기술을 사용한다.
또한, 컴퓨팅 시스템(130)은 측정 스폿(108)의 SE 필드 이미지와 측정 스폿(137)의 SR 필드 이미지에서 상기 계측 타겟의 위치들 사이의 오정렬을 결정하고, 또한 상기 오정렬이 미리 결정된 문턱값을 초과하는지 여부를 결정한다.
일부 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 계측 타겟에 대한 측정 스폿(108)의 측정된 SE 필드 이미지와 상기 계측 타겟에 대한 측정 스폿(108)의 SE 필드 이미지의 원하는 위치(desired location) 사이의 오정렬을 결정한다. 이 오정렬이 미리 결정된 문턱값을 초과하는 경우, 컴퓨팅 시스템(130)은 SE 서브시스템(105)이 상기 계측 타겟에 대한 SE 측정 스폿(108)의 필드 이미지의 위치를 조정하도록 하는 SE 서브시스템(105)의 하나 이상의 요소에 제어 명령을 전달하여, 상기 미리 결정된 문턱값 아래로 상기 오정렬을 감소시킨다. 또한, 컴퓨팅 시스템(130)은 상기 동일한 계측 타겟에 대한 측정 스폿(137)의 측정된 SR 필드 이미지와 상기 계측 타겟에 대한 측정 스폿(137)의 SR 필드 이미지의 원하는 위치 사이의 오정렬을 결정한다. 이 오정렬이 미리 결정된 문턱값을 초과하는 경우, 컴퓨팅 시스템(130)은 SR 서브시스템(106)이 상기 계측 타겟에 대한 측정 스폿(137)의 SR 필드 이미지의 위치를 조정하도록 하는 SR 서브시스템(106)의 하나 이상의 요소에 제어 명령을 전달하여, 상기 미리 결정된 문턱값 아래로 상기 오정렬을 감소시킨다.
일부 다른 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 계측 타겟에 대한 측정 스폿(108)의 측정된 SE 필드 이미지와 상기 동일한 계측 타겟에 대한 측정 스폿(137)의 측정된 SR 필드 이미지 사이의 오정렬을 결정한다. 이 오정렬이 미리 결정된 문턱값을 초과하는 경우, 컴퓨팅 시스템(130)은 SE 서브시스템(105), SR 서브시스템(106), 또는 둘 모두가 계측 타겟에 대한 측정 스폿(108)의 SE 필드 이미지의 위치, 계측 타겟에 대한 측정 스폿(137)의 SR 필드 이미지의 위치, 또는 둘 모두를 조정하도록 하는, SE 서브시스템(105), SR 서브시스템(106), 또는 둘 모두의 하나 이상의 요소에 제어 명령을 전달하여, 상기 미리 결정된 문턱값 아래로 상기 오정렬을 감소시킨다.
일부 실시형태에서, SE 서브시스템의 수집 경로에 위치된 카메라에 의해 생성되는 계측 타겟의 필드 이미지는, SE 측정 서브시스템의 조명 빔(예를 들어, 도 1에 도시된 빔(107))으로 계측 타겟을 조명함으로써 생성된다. 유사하게, SR 서브시스템의 수집 경로에 위치된 카메라에 의해 생성되는 상기 동일한 계측 타겟의 필드 이미지는, SR 측정 서브시스템의 조명 빔(예를 들어, 도 1에 도시된 빔(135))으로 계측 타겟을 조명함으로써 생성된다.
일부 다른 실시형태에서, SE 서브시스템의 수집 경로에 위치된 카메라에 의해 생성되는 계측 타겟의 필드 이미지는, SE 측정 서브시스템의 조명 빔과는 상이한 정렬 빔(alignment beam)으로 계측 타겟을 조명함으로써 생성된다. 유사하게, SR 서브시스템의 수집 경로에 위치된 카메라에 의해 생성되는 계측 타겟의 필드 이미지는, SR 측정 서브시스템의 조명 빔과는 상이한 정렬 빔으로 계측 타겟을 조명함으로써 생성된다.
도 1은 또한 미러(176)에 의해 웨이퍼(101)를 향해 지향되는 정렬 빔(175)을 생성하는 레이저 빔 소스(174)를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 미러(176)는 SE 서브시스템의 조명 빔 경로 안에 선택적으로 배치된다. 미러(176)는 액추에이터 서브시스템(177)에 의해 SE 조명 빔 경로 안에 또는 밖에 선택적으로 배치된다. 도 1은 또한 미러(172)에 의해 웨이퍼(101)를 향해 지향되는 정렬 빔(171)을 생성하는 레이저 빔 소스(170)를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 미러(172)는 SR 서브시스템의 조명 빔 경로 안에 선택적으로 배치된다. 미러(172)는 액추에이터 서브시스템(173)에 의해 SR 조명 빔 경로 안에 또는 밖에 선택적으로 배치된다.
일부 다른 실시형태에서는, 공통 레이저 빔 소스가 SR 및 SE 서브시스템 모두의 조명 빔 경로로 주입되는 정렬 빔을 생성하기 위해 사용된다.
일부 실시형태에서, 요소(176, 178)는 조명 빔(107)을 투과시키고 정렬 빔(175)을 반사하는 다이크로익(dichroic) 미러 요소이다. 유사하게, 요소(172, 181)는 조명 빔(135)을 투과시키고 정렬 빔(171)을 반사하는 다이크로익 미러 요소이다. 다른 실시형태에서, SE/SR 경로 및 정렬 경로는 요소(176, 178, 172, 181)가 없는 별도의 경로일 수 있다. 일부 실시형태에서, 정렬 빔(171, 175)은 광 변조에 의해 조명 빔(135, 107)으로부터 각각 시간적으로(temporally) 분리된다. 이러한 실시형태에서, SE 및 SR 측정 스폿들의 코로케이션은 SE 및 SR 측정들과 시간적으로 분리된 인스턴스들에서 평가된다.
일부 실시형태에서는, 하나의 광 초퍼(optical chopper)가 조명 소스(110)와 미러 요소(176) 사이의 조명 빔 경로에 위치되고, 또 다른 광 초퍼가 레이저 빔 소스(174)와 미러 요소(176) 사이의 정렬 빔 경로에 위치된다. 상기 광 초퍼들은 조명 빔(107) 또는 정렬 빔(175)이 웨이퍼(101)로 전송되도록 동기화된다. 유사하게, 하나의 광 초퍼가 조명 소스(120)와 미러 요소(172) 사이의 조명 빔 경로에 위치되고, 또 다른 광 초퍼가 레이저 빔 소스(170)와 미러 요소(172) 사이의 정렬 빔 경로에 위치된다. 상기 광 초퍼들은 조명 빔(135) 또는 정렬 빔(171)이 웨이퍼(101)로 전송되도록 동기화된다.
일부 다른 실시형태에서, 조명 소스(110) 및 레이저 빔 소스(174)는 조명 빔(107) 또는 정렬 빔(175)이 웨이퍼(101)로 전송되도록 동기화된 펄스형 소스(pulsed sources)이다. 유사하게, 조명 소스(120) 및 레이저 빔 소스(170)는 조명 빔(135) 또는 정렬 빔(171)이 웨이퍼(101)로 전송되도록 동기화된 펄스형 소스이다.
일부 실시형태에서, 정렬 빔들(171, 175)은 파장에 의해 조명 빔들(135, 107)로부터 각각 분리된다. 이러한 실시형태에서, SE 및 SR 측정 스폿들의 코로케이션은 SE 및 SR 측정과 동시에 발생하는 인스턴스들에서 평가될 수 있다.
일부 실시형태에서, 정렬 빔의 빔 경로는 SE 서브시스템, SR 서브시스템, 또는 둘 모두의 빔 경로와 분리된다. 이들 실시형태에서, 정렬 측정 채널은 계측 측정 채널로부터 분리되어, 정렬 및 계측 측정 채널들 사이의 크로스토크를 감소시킨다. 이들 실시형태 중 일부에서, 정렬 측정은 계측 측정과 동시에 수행된다. 이들 실시형태 중 일부에서, 정렬 측정은 웨이퍼 이동이 수행되는 동안 수행되어, 측정 스루풋을 더욱 개선한다.
또 다른 추가 측면에서, SE 측정 스폿에서 알려진 계측 타겟의 위치는 알려진 계측 타겟의 SE 측정에 기초하여 직접 추정되고, SR 측정 스폿에서 알려진 계측 타겟의 위치는 상기 알려진 계측 타겟의 SR 측정에 기초하여 직접 추정된다.
일부 실시형태에서, SE/SR 코로케이션은 측정 시스템과의 정렬에 대한 알려진 의존성을 갖는 스펙트럼 응답을 제공하는 알려진 계측 타겟의 스펙트럼 측정에 직접 기초하여 평가된다. 일부 실시예에서, 계측 타겟은 2차원 가변 주기 격자 또는 가변 파장 필터와 같은 2차원의 공간적으로 변화하는 패턴 타겟이다. 도 1에 도시된 실시형태에서, 알려진 계측 타겟은 SE 서브시스템(105) 및 SR 서브시스템(106)에 의해 측정된다. 컴퓨팅 시스템(130)은 신호(103)에 기초하여 SE 측정 스폿(108)에서 알려진 계측 타겟의 위치를 추정하고, 신호(102)에 기초하여 SR 측정 스폿(137)에서 알려진 계측 타겟의 위치를 추정한다.
또 다른 추가 측면에서, SE 측정 스폿과 SR 측정 스폿의 정렬은 특수(specialized) 계측 타겟의 측정 동안 SE 및 SR 측정 채널들 사이의 크로스토크를 최대화함으로써 달성된다.
일부 실시형태에서, SR 측정 스폿의 SE 측정 스폿과의 정렬은 웨이퍼에서 SE 조명의 입사 위치를 조정하여, SE 조명 소스에 의한 특수 타겟의 조명에 응답하는 SR 검출기에 의해 검출되는 스펙트럼 신호를 최대화함으로써 달성된다. 상기 특수 타겟은 상당한 양의 SE 조명 광을 SR 측정 채널로 회절(예를 들면, SR 측정 채널로 0차보다 큰 1차 이상(one or more orders)을 회절)시키도록 설계된다.
또 다른 추가 측면에서, SE 측정 스폿에서 계측 타겟의 위치는 계측 타겟의 SE 측정의 통계적 모델에 직접 기초하여 추정되고, SR 측정 스폿에서 알려진 계측 타겟의 위치는 상기 계측 타겟의 SR 측정의 통계적 모델에 직접 기초하여 추정된다.
일부 실시형태에서, SE 및 SR 측정의 통계적 모델은 한번에 하나의 측정 서브시스템만을 사용하여 생성된 측정 데이터로 트레이닝된다. 일 실시예에서, SE 통계적 모델 캘리브레이션 데이터세트는 SE 서브시스템(105)에 대한 계측 타겟을 프로그램된 방식으로 2 또는 3 자유도로 이동함으로써 생성된다. 일부 실시예에서, 계측 타겟은 웨이퍼(101)의 평면과 정렬된 2차원(예를 들어, {x,y} 방향)으로 이동된다. 일부 실시예에서, 계측 타겟은 웨이퍼(101)의 평면과 정렬된 2차원 및 상기 웨이퍼 표면에 수직인 차원(예를 들어, {x,y,z})으로 이동된다. 각각의 프로그램된 스테이지 위치에서, SE 검출기 신호들이 측정된 파장, 편광자/보상기 회전 사이클 등의 전체 세트에 대해 기록된다. 이러한 SE 측정이 수행되는 동안, SR 조명 소스(120)는 오프(off)되어 있다. 컴퓨팅 시스템(130)은 이산값(discrete-valued) 검출기 신호에 대해 계측 타겟의 측정된 위치들(θ = {xMeas,yMeas,zMeas})과 연관된 SE 검출기 신호들의 조건부 확률 모델 Prob(SEMeas|θ)을 생성한다. 연속값(continuous-valued) 검출기 신호들에 대해, 상기 확률은 확률 밀도 함수로 표현된다.
유사하게, SR 통계적 모델 캘리브레이션 데이터세트는 SR 서브시스템(106)에 대한 계측 타겟을 프로그램된 방식으로 2 또는 3 자유도로 이동함으로써 생성된다. 각각의 프로그램된 스테이지 위치에서, SR 검출기 신호들이 측정된 파장 등의 전체 세트에 대해 기록된다. 이러한 SR 측정이 수행되는 동안, SE 조명 소스(110)는 오프되어 있다. 컴퓨팅 시스템(130)은 계측 타겟의 측정된 위치들(θ = {xMeas,yMeas,zMeas})과 연관된 SR 검출기 신호들의 조건부 확률 모델 Prob(SRMeas|θ)을 생성한다.
SE 및 SR 캘리브레이션 측정과 연관된 조건부 확률 모델에 기초하여, 컴퓨팅 시스템(130)은 독립적인 SE 관측에 대한 가능도(likelihood) 모델, L(θ|SEMeas), 및 독립적인 SR 관측에 대한 가능도 모델, L(θ|SRMeas)을 생성한다. 상기 가능도 모델을 생성한 후, 독립적인 SE 관측에 대한 가능도 모델, L(θ|SEMeas)에 기초하여 SE 측정 스폿에서 계측 타겟의 위치가 추정되고, 독립적인 SR 관측에 대한 가능도 모델, L(θ|SRMeas)에 기초하여 SR 측정 스폿에서 계측 타겟의 위치가 추정된다. 로 표시되는, SE 측정 스폿에서 계측 타겟의 위치에 대한 최대 가능도 추정값은, 상기 가능도가 최대화되는 SE 위치, 즉, 이다. 유사하게, SR 측정 스폿에서 계측 타겟의 추정 위치, 는 최대 가능도를 갖는 SR 위치 값, 즉, 이다. 또한, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 컴퓨팅 시스템(130)은 SE 및 SR 측정 스폿들에서 계측 타겟의 추정 위치들 사이의 오정렬을 결정하고, 상기 오정렬이 미리 결정된 문턱값을 초과하는지 여부를 결정하고, SE 서브시스템(105), SR 서브시스템(106) 또는 둘 모두의 하나 이상의 요소에 제어 명령을 전달하여 상기 오정렬을 상기 미리 결정된 문턱값 아래로 감소시킨다.
일부 실시형태에서, SE 및 SR 측정의 통계적 모델은 동시에 두 측정 서브시스템을 사용하여 생성된 측정 데이터로 트레이닝된다. 일 실시예에서, SE 통계적 모델 캘리브레이션 데이터세트는 SE 서브시스템(105)에 대해 계측 타겟을 프로그램된 방식으로 2 또는 3 자유도로 이동함으로써 생성된다. 각각의 프로그램된 스테이지 위치에서, SE 검출기 신호들이 측정된 파장, 편광자/보상기 회전 사이클 등의 전체 세트에 대해 기록된다. 이러한 SE 측정이 수행되는 동안, SR 조명 소스(120)는 온(on)되어 있다. 컴퓨팅 시스템(130)은 계측 타겟의 측정된 위치들(θ = {xMeas,yMeas,zMeas})과 연관된 SE 검출기 신호들의 조건부 확률 모델 Prob(SEMeas|θ)을 생성한다.
유사하게, SR 통계적 모델 캘리브레이션 데이터세트가 SR 서브시스템(106)에 대해 계측 타겟을 프로그램된 방식으로 2 또는 3 자유도로 이동함으로써 생성된다. 각각의 프로그램된 스테이지 위치에서, SR 검출기 신호들이 측정된 파장 등의 전체 세트에 대해 기록된다. 이러한 SR 측정이 수행되는 동안, SE 조명 소스(110)는 온되어 있다. 컴퓨팅 시스템(130)은 계측 타겟의 측정된 위치(θ = {xMeas,yMeas,zMeas})와 연관된 SR 검출기 신호들의 조건부 확률 모델 Prob(SRMeas|θ)을 생성한다.
또한, 컴퓨팅 시스템(130)은 계측 타겟의 측정된 위치들(θ = {xMeas,yMeas, zMeas})과 연관된, SE 및 SR 캘리브레이션 측정의 공분산(covariance) 모델 K((SEMeas,SRMeas)|θ)를 생성한다.
SE 및 SR 캘리브레이션 측정과 관련된 조건부 확률 모델 및 SE 및 SR 캘리브레이션 측정의 공분산 모델에 기초하여, 컴퓨팅 시스템(130)은 SE 및 SR 측정의 공동 가변성(joint variability)을 포함하는, SE 관측에 대한 가능도 모델, L(θ|SEMeas), 및 SR 관측에 대한 가능도 모델, L(θ|SRMeas)을 생성한다. 상기 가능도 모델을 생성한 후, SE 측정 스폿에서 계측 타겟의 위치가 SE 관측에 대한 가능도 모델, L(θ|SEMeas)에 기초하여 추정되고, SR 측정 스폿에서 계측 타겟의 위치가 SR 관측에 대한 가능도 모델, L(θ|SRMeas)에 기초하여 추정된다. SE 측정 스폿에서 계측 타겟의 추정된 위치가 최대 가능도를 가진 SE 위치 값이다. 유사하게, SR 측정 스폿에서 측정 타겟의 추정된 위치가 최대 가능도를 가진 SR 위치 값이다. 또한, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 컴퓨팅 시스템(130)은 SE 및 SR 측정 스폿들에서 계측 타겟의 추정 위치들 사이의 오정렬을 결정하고, 상기 오정렬이 미리 결정된 문턱값을 초과하는지 여부를 결정하고, SE 서브시스템(105), SR 서브시스템(106), 또는 둘 모두의 하나 이상의 요소에 제어 명령을 전달하여, 상기 오정렬을 상기 미리 결정된 문턱값 아래로 감소시킨다.
또 다른 측면에서, SE 및 SR 측정 스폿들 사이의 오정렬은 SE 서브시스템, SR 서브시스템, 또는 둘 모두의 필드 스톱을 조정함으로써 수정된다. 이러한 방식으로, SR 및 SE 필드 이미지들의 XY 코로케이션(즉, 웨이퍼 평면 내의 코로케이션)이 측정 빔 경로에 수직인 평면에서 SE 필드 스톱, SR 필드 스톱 또는 둘 모두의 능동적 포지셔닝에 의해 달성된다. 추가 측면에서, SE 및 SR 측정 스폿들의 초점(focus)이 또한 SE 서브시스템, SR 서브시스템 또는 둘 모두의 필드 스톱을 조정함으로써 수정된다. 이러한 방식으로, SR 및 SE 필드 이미지들의 Z 코로케이션(즉, 웨이퍼 평면에 수직인 코로케이션)이 측정 빔 경로와 정렬된 방향으로 SE 필드 스톱, SR 필드 스톱 또는 둘 모두의 능동적 포지셔닝에 의해 달성된다.
도 2는 반도체 구조체의 SE 및 SR 측정을 수행하기 위한 예시적인, 결합된 SE-SR 계측 시스템(200)을 도시한다. 도 1을 참조하여 설명된 동일한 번호의 요소들은 유사하다. 도 2에 도시된 바와 같이, SE 조명 필드 스톱(113)은 액추에이터 서브시스템(191)에 의해 능동적으로 포지셔닝되고, SE 수집 필드 스톱(118)은 액추에이터 서브시스템(192)에 의해 능동적으로 포지셔닝되고, SR 조명 필드 스톱(122A)은 액추에이터 서브시스템(193)에 의해 능동적으로 포지셔닝되고, SR 수집 필드 스톱(127A)은 액추에이터 서브시스템(194)에 의해 능동적으로 포지셔닝된다. 액추에이터 서브시스템(191, 192, 193, 194)은 컴퓨팅 시스템(130)으로부터 수신된 명령 신호(도시되지 않음)에 기초하여 각각의 연관된 필드 스톱을 능동적으로 포지셔닝한다.
일부 실시형태에서, SE 측정 스폿(108)의 XY 위치는 SE 조명 필드 스톱(113)의 이동에 의해 웨이퍼(101)에 대해 조정된다. 일 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 제어 신호를 액추에이터 서브시스템(191)에 전달하고, 이는 측정 중인 계측 타겟에 대한 SE 측정 스폿(108)의 원하는 XY 위치를 달성하기 위해 조명 빔 전파 방향에 수직인 평면에서 조명 필드 스톱(113)의 위치를 조정한다. 추가 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 제어 신호를 액추에이터 서브시스템(192)에 전달하고, 이는 측정 중인 계측 타겟에 대한 SE 필드 이미지의 원하는 XY 위치를 달성하기 위해 SE 수집 필드 스톱(118)의 위치를 조정한다.
일부 실시형태에서, SR 측정 스폿(137)의 위치는 SR 조명 필드 스톱(122A)의 이동에 의해 웨이퍼(101)에 대해 조정된다. 일 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 제어 신호를 액추에이터 서브시스템(193)에 전달하고, 이는 측정 중인 계측 타겟에 대한 SR 측정 스폿(137)의 원하는 XY 위치를 달성하기 위해 조명 빔 전파 방향에 수직인 평면에서 조명 필드 스톱(122A)의 위치를 조정한다. 추가 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 제어 신호를 액추에이터 서브시스템(194)에 전달하고, 이는 측정 중인 계측 타겟에 대한 SR 필드 이미지의 원하는 XY 위치를 달성하기 위해 SR 수집 필드 스톱(127A)의 위치를 조정한다.
추가 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 측정 중인 계측 타겟과 관련하여 SE 빔, SR 빔, 또는 둘 모두의 원하는 초점을 달성하기 위해, 빔 전파 방향으로 각각의 연관된 필드 스톱을 능동적으로 포지셔닝하기 위해, 액추에이터 서브시스템(191, 192, 193, 194)에 제어 신호를 전달한다.
다른 측면에서, SE 및 SR 측정 스폿들 사이의 오정렬은 SR 서브시스템의 조명 동공을 조정함으로써 수정된다. 이러한 방식으로, SR 및 SE 필드 이미지들의 XY 코로케이션이 하나 이상의 액추에이터(도시되지 않음)에 의한 SR 동공의 능동적 포지셔닝에 의해 달성된다. 다른 측면에서, 조명 소스(110, 120), 필드 스톱(113, 118, 122A, 127A), 검출기(119, 128), 또는 이들의 조합 중 임의의 것은 원하는 엔드-투-엔드(end-to-end) 정렬을 달성하기 위해 XYZ에서 이동한다.
도 3은 반도체 구조체의 SE 및 SR 측정을 수행하기 위한 예시적인, 결합된 SE-SR 계측 시스템(300)을 도시한다. 도 1을 참조하여 설명된 동일한 번호의 요소들은 유사하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 집속 광학 요소들(140, 141)이 빔 스플리터(124)와 대물렌즈(125) 사이의 SR 광 경로에 배치된다. 집속 광학 요소들(140, 141)은 액추에이터 서브시스템(143)에 의해 빔 전파 방향에 수직인 평면에 능동적으로 포지셔닝되고, 액추에이터 서브시스템(142)에 의해 빔 전파와 정렬된 방향으로 능동적으로 포지셔닝된다. 액추에이터 서브시스템들(142, 143)은 컴퓨팅 시스템(130)으로부터 수신된 명령 신호(도시되지 않음)에 기초하여 광학 요소들(140, 141)을 능동적으로 포지셔닝한다.
일부 실시형태에서, SR 측정 스폿(137)의 위치는 빔 전파 방향에 수직인 평면에서 집속 광학 요소들(140, 141)의 이동에 의해 웨이퍼(101)에 대해 조정된다. 효과적으로, 집속 광학 요소들(140, 141)을 중심에서 벗어나게 함(de-centering)으로써, 빔 전파 방향에서 시프트(shift)가 유도되고, 이는 웨이퍼(101) 상의 SR 측정 스폿(137)의 입사 위치를 시프트한다. 일 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 제어 신호를 액추에이터 서브시스템(143)에 전달하고, 이는 측정 중인 계측 타겟에 대한 SR 측정 스폿(137)의 원하는 위치를 달성하기 위해 조명 빔 전파 방향에 수직인 평면에서 집속 광학 요소들(140, 141)의 위치를 조정한다. 추가 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 제어 신호를 액추에이터 서브시스템(142)에 전달하고, 이는 측정 중인 계측 타겟에 대한 SR 조명 빔의 원하는 초점을 달성하기 위해 빔 전파 방향에서 집속 광학 요소들(141, 142)의 상대적인 위치를 조정한다.
집속 광학 요소들(140, 141)은 도 3에서 투과형(transmissive) 광학 요소로서 도시되어 있다. 그러나, 대안적으로, 집속 광학 요소들(140, 141)은 반사형(reflective) 집속 광학 요소로 구현될 수도 있다.
도 4는 반도체 구조체의 SE 및 SR 측정을 수행하기 위한 예시적인, 결합된 SE-SR 계측 시스템(400)을 도시한다. 도 1을 참조하여 설명된 동일한 번호의 요소들은 유사하다. 도 4에 도시된 바와 같이, 팁-틸트 액추에이터 서브시스템들(150, 151)은 웨이퍼(101)에 대해 빔 스플리터(124)를 능동적으로 배향시킨다(orient). 액추에이터 서브시스템들(150, 151)은 컴퓨팅 시스템(130)으로부터 수신된 명령 신호(도시되지 않음)에 기초하여 빔 스플리터(124)를 능동적으로 포지셔닝한다.
일부 실시형태에서, SR 측정 스폿(137)의 위치는 빔 스플리터(124) 상의 SR 조명 빔의 입사 평면에 평행한 회전 축에 대한 빔 스플리터(124)의 회전에 의해 웨이퍼(101)에 대해 조정된다. 빔 스플리터(124)를 회전시킴으로써, 빔 전파 방향에서 시프트가 유도되고, 이는 웨이퍼(101) 상의 SR 측정 스폿(137)의 입사 위치를 시프트시킨다. 일 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 제어 신호를 액추에이터 서브시스템들(150, 151)에 전달하고, 이들은 입사 SR 조명 빔에 대한 빔 스플리터(124)의 배향(orientation)을 조정한다. 상기 회전은 측정 중인 계측 타겟에 대한 SR 측정 스폿(137)의 원하는 위치를 달성하기 위해 조명 빔 전파 방향에서 시프트를 유도한다.
추가 실시형태에서, SR 수집 빔 경로에 위치된 보상 플레이트(compensating plate)가 또한 SR 수집 빔과 검출기(128)의 정렬을 보장하기 위해 능동적으로 회전된다.
도 5는 반도체 구조체의 SE 및 SR 측정을 수행하기 위한 예시적인, 결합된 SE-SR 계측 시스템(500)을 도시한다. 도 1을 참조하여 설명된 동일한 번호의 요소들은 유사하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 팁-틸트 액추에이터 서브시스템(155, 156)이 웨이퍼(101)에 대해 대물렌즈(125)를 능동적으로 배향시킨다. 액추에이터 서브시스템(155, 156)은 컴퓨팅 시스템(130)으로부터 수신된 명령 신호(도시되지 않음)에 기초하여 대물렌즈(125)를 능동적으로 포지셔닝한다.
일부 실시형태에서, SR 측정 스폿(137)의 위치는 SR 빔 전파 방향에 수직인 회전 축들에 대한 대물렌즈(125)의 회전에 의해 웨이퍼(101)에 대해 조정된다. 대물렌즈(125)를 회전시킴으로써, 빔 전파 방향에서 시프트가 유도되고, 이는 웨이퍼(101) 상의 SR 측정 스폿(137)의 입사 위치를 시프트시킨다. 일 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 제어 신호를 액추에이터 서브시스템(155, 156)에 전달하고, 이는 웨이퍼(101)에 대한 대물렌즈(125)의 배향을 조정한다. 상기 회전은 측정 중인 계측 타겟에 대한 SR 측정 스폿(137)의 원하는 위치를 달성하기 위해 조명 빔 전파 방향에서 시프트를 유도한다. 추가 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 제어신호를 액추에이터 서브시스템(도시되지 않음)에 전달하고, 이들은 측정 중인 계측 타겟에 대한 SR 조명 빔의 원하는 초점을 달성하기 위해 빔 전파 방향에서 웨이퍼(101)에 대한 대물렌즈(125)의 상대적인 위치를 조정한다.
도 6은 반도체 구조체의 SE 및 SR 측정을 수행하기 위한 예시적인, 결합된 SE-SR 계측 시스템(600)을 도시한다. 도 1을 참조하여 설명된 동일한 번호의 요소들은 유사하다. 도 6에 도시된 바와 같이, 회전식 액추에이터 서브시스템(161)이 웨이퍼(101)에 대해 리슬리(Risley) 프리즘(160)을 능동적으로 배향시킨다. 액추에이터 서브시스템(161)은 컴퓨팅 시스템(130)으로부터 수신된 명령 신호(도시되지 않음)에 기초하여 리슬리 프리즘(160)을 능동적으로 포지셔닝한다.
일부 실시형태에서, SR 측정 스폿(137)의 위치는 SR 빔 전파 방향에 평행한 회전 축에 대한 리슬리 프리즘(160)의 회전에 의해 웨이퍼(101)에 대해 조정된다. 리슬리 프리즘(160)을 회전시킴으로써, 빔 전파 방향에서 시프트가 유도되고, 이는 웨이퍼(101) 상의 SR 측정 스폿(137)의 입사 위치를 시프트시킨다. 일 실시형태에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 제어 신호를 액추에이터 서브시스템(161)에 전달하고, 이는 웨이퍼(101)에 대한 리슬리 프리즘(160)의 배향을 조정한다. 상기 회전은 측정 중인 계측 타겟에 대한 SR 측정 스폿(137)의 원하는 위치를 달성하기 위해 조명 빔 전파 방향에서 시프트를 유도한다.
일부 실시형태에서, 대물렌즈(125)는 웨이퍼(101)와 동공 평면에 위치된 광학 요소(예를 들어, 거울, 리슬리(Risley) 프리즘 등) 사이에 위치된다. 추가 측면에서, 상기 광학 요소는 동공을 팁/틸트(tip/tilt)하도록(즉, 빔 전파 방향을 시프트하도록) 작동된다. 대물렌즈(125)는 빔 전파 방향에서의 시프트를 웨이퍼(101)에서 빔의 XY 변위로 변환한다. 이러한 방식으로, 동공에서의 팁/틸트 제어가 측정 중인 계측 타겟에 대해 SR 측정 스폿(137)의 원하는 위치를 달성하기 위해 사용된다.
일반적으로, 컴퓨팅 시스템(130)은 본 명세서에 설명된 임의의 모니터링 기술에 따라, SE 필드 이미지에서 계측 타겟의 위치 및 SR 필드 이미지에서 상기 동일한 계측 타겟의 위치의 표시를 수신하도록 구성된다. 또한, 컴퓨팅 시스템(130)은 SE 및 SR 필드 이미지들에서 상기 계측 타겟의 위치들 사이의 오정렬(misalignment), 및 상기 오정렬이 미리 결정된 허용 오차를 초과하는지 여부를 결정하도록 구성된다. 또한, 본 명세서에 설명된 바와 같이 상기 미리 결정된 허용 오차 내로 SE 및 SR 필드 이미지들에서 상기 계측 타겟을 코-로케이트하기 위해 하나 이상의 광학 요소의 포지셔닝을 자동으로 조정하기 위해, 컴퓨팅 시스템(130)은 SE 서브시스템, SR 서브시스템, 또는 둘 모두의 하나 이상의 요소에 명령 신호를 전달하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 컴퓨팅 시스템(130)은 폐쇄-루프 피드백을 사용하여 자동화된 방식으로(인간 조작자의 개입없이) SE-SR 코로케이션을 달성한다.
일부 실시형태에서, 본 명세서에 설명된 바와 같이 SE/SR 코로케이션이 달성된 후 SE 및 SR 측정이 중간 스테이지 이동없이(without intervening stage moves) 순차적으로 수행된다. 그러나, 바람직한 실시형태에서, SE 및 SR 측정은 본 명세서에 기재된 바와 같이 SE/SR 코로케이션이 달성된 후에 동시에 수행된다. 이 접근 방식은 동시적인 SE 및 SR 측정이 순차 측정에 비해 웨이퍼에 감소된 광자 부하(photon load)로 수행되기 때문에 유리하다. 이는 웨이퍼에 대한 손상 가능성을 감소시키며, 이것은 오늘날 및 미래에 계측을 수행하는 데 필요한 조명 소스가 점점 더 강력(powerful)해지고 있기 때문에 더욱 중요한 문제가 되고 있다. 불행히도, 계측 타겟에 대한 코-로케이티트(co-located), 동시적인(simultaneous) SE 및 SR 측정은 SE 및 SR 측정 채널들에 걸친(across) 측정 신호의 교차 오염(cross-contamination)이 발생하기 쉽다.
다른 측면에서, SR 측정 채널에 존재하는 SE 측정 신호는 SR 측정 신호로부터 분리되고, SE 측정 채널에 존재하는 SR 측정 신호는 SE 측정 신호로부터 분리된다. 이러한 방식으로 SE 및 SR 측정 채널들에 걸친 측정 신호의 교차 오염이 효과적으로 완화된다.
추가 측면에서, 딥 러닝 모델(예를 들어, 신경망 모델, 서포트 벡터 머신 모델 등)이 SE 및 SR 측정 채널들에서 동시에 측정되는 신호들간의 크로스토크를 감소시키도록 트레이닝된다. 모델 트레이닝은 실제 측정 데이터, 합성 측정 데이터(즉, 시뮬레이션된 측정 데이터), 또는 둘 모두를 기반으로 할 수 있다.
일부 실시형태에서, 딥 러닝 모델은 동일한 계측 타겟에 대한 동시적인 측정과 연관된 SE 측정 데이터 및 SR 측정 데이터에 기초하여 트레이닝된다. 이들 실시형태의 일부에서, 측정되는 계측 타겟과 연관된 관심 파라미터(들)(예를 들어, 임계 치수, 오버레이 등)가 알려져 있다. 이들 실시형태에서, SR 및 SE 측정 신호는 입력 트레이닝 데이터로서 처리되고(treated) 관심 파라미터(예를 들어, 임계 치수, 오버레이 등)의 알려진 값은 출력 트레이닝 데이터로서 처리된다.
일부 다른 실시형태에서, 측정되는 계측 타겟과 연관된 관심 파라미터(들)(예를 들어, 임계 치수, 오버레이 등)는 알려져 있지 않다. 이들 실시형태의 일부에서, 관심 파라미터(들)의 값(들)은 SE 측정 채널로만 수행되는 계측 타겟의 측정(즉, SR 조명 소스는 오프됨), SR 측정 채널로만 수행되는 계측 타겟의 측정(즉, SE 조명 소스는 오프됨), 또는 둘 모두에 기초하여 추정된다. 이들 실시형태 중 일부에서, SR 및 SE 측정 신호는 입력 트레이닝 데이터로서 처리되고 관심 파라미터들(예를 들어, 임계 치수, 오버레이 등)의 추정된 값들은 출력 트레이닝 데이터로서 처리된다.
트레이닝된 딥 러닝 모델은 SE 및 SR 측정 채널들에서 동시에 측정된 SE 및 SR 신호들에 기초하여 관심 파라미터(들)의 값(들)을 추정한다. SE 및 SR 신호들은 입력 데이터로서 처리되고 트레이닝된 딥 러닝 모델의 출력은 관심 파라미터(들)의 추정된 값(들)이다.
또 다른 추가적인 측면에서, SE 및 SR 측정 채널의 검출기들에 존재하는 동시에 측정된 SE 및 SR 신호들을 분리하기 위해 조도(illumination intensity) 변조 및 필터링이 사용된다. SE 측정 채널에 존재하는 SR 신호 및 SR 측정 채널에 존재하는 SE 신호는 폐기(discarded)되고, 따라서 SE 및 SR 측정 채널들간의 크로스토크를 감소시킨다.
일부 실시예에서, SE 조명 빔의 강도 및 SR 조명 빔의 강도는 각각 별개의 주파수에서 시간적으로(temporally) 변조된다. 일부 실시형태에서, 광 초퍼가 SE 조명 빔 경로, SR 조명 빔 경로, 또는 둘 모두에 위치된다. 일 실시형태에서, 광 초퍼는 특정 시간(temporal) 주파수에서 SE 조명 빔의 강도를 변조하도록 구성되고, SR 조명 빔은 전혀 변조되지 않는다. 다른 실시예에서, 광 초퍼는 특정 시간 주파수에서 SR 조명 빔의 강도를 변조하도록 구성되고, SE 조명 빔은 전혀 변조되지 않는다. 다른 실시형태에서, 하나의 광 초퍼는 특정 시간 주파수에서 SE 조명 빔의 강도를 변조하도록 구성되고, 다른 광 초퍼는 상이한 시간 주파수에서 SR 조명 빔의 강도를 변조하도록 구성된다.
일부 실시형태에서, SE 조명 소스, SR 조명 소스, 또는 둘 모두는 펄스형 조명 소스이고, SE 측정 채널의 펄스 주파수와 SR 측정 채널의 펄스 주파수는 상이한 주파수이다.
일부 다른 실시형태에서, SE 측정 채널은 하나 이상의 회전 편광 요소를 포함하고, SR 측정 채널은 회전 편광 요소를 포함하지 않는다. 이들 실시형태에서, SE 측정 채널에서의 회전 편광 요소는 검출기에서 검출된 SE 측정 신호가 시간에 따라 변하도록 한다. 그러나 SR 측정 신호는 시간에 따라 변하지 않는다(즉, 제로 주파수 SR 측정 신호). 일부 다른 실시형태에서, SE 측정 채널은 하나 이상의 회전 편광 요소를 포함하고, SR 측정 채널은 또한 하나 이상의 회전 편광 요소를 포함한다. SE 측정 채널의 하나 이상의 회전 편광 요소의 각속도는 SR 측정 채널의 하나 이상의 회전 편광 요소의 각속도와 상이하다.
SE 및 SR 측정 채널들의 변조 주파수들은, 각각의 측정 채널과 연관된 신호 기여도(contribution)가 이용 가능한 필터링 기술에 의해 독립적으로 분해되는(resolved) 것을 보장하기 위해, 주파수 도메인에서 충분히 분리되어 있다.
일부 실시형태에서, 하나의 전자 필터(electronic filter)는 SE 측정 채널의 검출된 신호에 대해 동작하고 다른 전자 필터는 SR 측정 채널의 검출된 신호에 대해 동작한다. 전자 필터들은 필터링될 채널에 속하는 원하지 않는 주파수 성분으로부터의 기여를 제거하도록 각각의 신호를 프로세싱한다.
일부 실시형태에서, 하나의 디지털 필터는 SE 측정 채널의 검출된 신호에 대해 동작하고 다른 디지털 필터는 SR 측정 채널의 검출된 신호에 대해 동작한다. 디지털 필터들은 필터링될 채널에 속하는 원하지 않는 주파수 성분으로부터의 기여를 제거하도록 각각의 신호를 프로세싱한다. 각각의 디지털 필터는 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어로 적절한 수학적 알고리즘을 구현하여 필터링될 채널에 속하는 원하지 않는 주파수 성분으로부터의 기여를 제거한다.
다른 추가적인 측면에서, SE 및 SR 측정 채널의 검출기들에 존재하는 동시에 측정된 SE 및 SR 신호를 분리하기 위해 별도의 조명 파장들이 사용된다. SE 측정 채널에 존재하는 SR 신호와, SR 측정 채널에 존재하는 SE 신호는 폐기되고, 따라서 SE 및 SR 측정 채널들간의 크로스토크를 감소시킨다.
일 실시예에서, 하나 이상의 패브리-페로(Fabry-Perot) 간섭계 또는 다른 디바이스가 SR 및 SE 측정 경로에 위치되어 SE 및 SR 조명 경로 모두에서 빗살 스펙트럼(comb spectra)을 생성한다. SR 스펙트럼과 SE 스펙트럼은 효과적으로 인터리브되어(interleaved) 임의의 특정 파장에서 겹치지 않는다. 이것은 각각의 검출기에서 SR 및 SE 측정 신호들간에 스펙트럼 분리를 생성한다. 바람직한 실시형태에서, 하나 이상의 패브리-페로 간섭계 또는 기타 디바이스가 웨이퍼 상의 복사조도(irradiance)를 감소시키기 위해 SR 및 SE 조명 경로에 위치된다.
또 다른 측면에서, SE 필드 이미지에서 계측 타겟의 위치 및 SR 필드 이미지에서 계측 타겟의 위치는 상기 결합된 SE/SR 계측 시스템의 기계적 정렬 및 안정성에 기초하여 항상 코로케이티드된다.
일부 실시형태에서, SE 대물렌즈 및 SR 대물렌즈는 열(thermal) 변화에 둔감한 비열화(athermalized), 모놀리식(monolithic) 구조체의 부분으로 제조된다. 일부 실시예에서, 상기 구조체는 열 변화에 의해 유도된 기계적 이동들이 SE 필드 이미지 또는 SR 필드 이미지의 이동을 유도하지 않는 방향을 따르도록 제조된다. 일부 실시예에서, 상기 구조체는 열 변화에 의해 유도된 기계적 이동들이, SE 필드 이미지 또는 SR 필드 이미지의 이동이 유도되지 않도록, 서로를 상쇄하도록 제조된다.
일부 실시형태에서, SE 대물렌즈 및 SR 대물렌즈의 광학 및 구조적 요소들은 매우 낮은 열팽창 계수를 갖는 재료(예를 들어, 제로듀어(zerodur), 인바(invar) 등)로 제조된다.
일부 실시형태에서, SE 측정 채널 및 SR 측정 채널의 광학 요소들은 SE 및 SR 파면(wavefronts) 모두를 함께 최적화하도록 제조 동안 정렬된다.
다른 추가적인 측면에서, SE 조명 경로에 의해 제공되는 조명으로부터 SR 수집 경로에서 0보다 큰 회절 차수(diffraction orders)가 수집되고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 일부 실시예에서, 0이 아닌 회절 차수는 오버레이(overlay), 에칭 틸트(etch tilt) 등과 같은 비대칭(asymmetry) 정보를 포함한다. 이러한 실시형태에서는, 큰 피치(large pitch) 구조체를 포함하는 특수 계측 타겟, 또는 큰 피치를 포함하는 특정 디바이스 구조체가 바람직하다.
도 7은 적어도 하나의 신규한 측면에서 코로케이티드 분광 측정(spectroscopic measurements)을 수행하는 방법(700)을 도시한다. 방법(700)은 본 발명의 계측 시스템(100, 200, 300, 400, 500, 600)과 같은 계측 시스템에 의한 구현에 적합하다. 일 측면에서, 방법(700)의 데이터 프로세싱 블록들은 컴퓨팅 시스템(130)의 하나 이상의 프로세서, 또는 임의의 다른 범용 컴퓨팅 시스템에 의해 실행되는 미리 프로그래밍된 알고리즘을 통해 수행될 수 있다는 것이 이해될 수 있다. 여기에서 계측 시스템(100, 200, 300, 400, 500, 600)의 특정 구조적 측면은 제한을 의미하지 않으며 단지 예시적인 것으로 해석되어야 함이 이해될 수 있다.
블록(701)에서, 제1 계측 서브시스템의 제1 측정 스폿 내의 시료 상에 배치된 계측 타겟의 제1 측정(measurement)을 나타내는 제1 측정 신호가 생성된다.
블록(702)에서, 제2 계측 서브시스템의 제2 측정 스폿 내의 시료 상에 배치된 계측 타겟의 제2 측정을 나타내는 제2 측정 신호가 생성된다.
블록(703)에서, 제1 계측 서브시스템의 제1 측정 스폿 내의 계측 타겟의 위치 표시 및 제2 계측 서브시스템의 제2 측정 스폿 내의 계측 타겟의 위치 표시가 수신된다.
블록(704)에서, 제1 계측 서브시스템의 제1 측정 스폿 내의 계측 타겟의 위치, 제2 계측 서브시스템의 제2 측정 스폿 내의 계측 타겟의 위치, 또는 둘 모두 사이의 오정렬을 결정한다.
블록(705)에서, 제1 계측 서브시스템의 제1 측정 스폿 내의 계측 타겟의 위치, 제2 계측 서브시스템의 제2 측정 스폿 내의 계측 타겟의 위치, 또는 둘 모두 사이의 오정렬을 감소시키는, 제1 계측 서브시스템, 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 하나 이상의 광학 요소의 이동(movement)을 발생시키는, 제1 계측 서브시스템, 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 하나 이상의 액추에이터에 제어 명령을 전달한다.
비록 도 1 내지 도 6은 SE 서브시스템 및 SR 서브시스템을 포함하는 계측 시스템의 특정 실시형태를 설명하지만, 일반적으로 본 명세서에 설명된 코로케이티드 측정 기술은 둘 이상의 계측 서브시스템의 임의의 조합에 적용된다. 본 명세서에 기재된 바와 같이 코로케이티드될 수 있는 예시적인 계측 서브시스템은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 뮬러 매트릭스 타원계측(Mueller matrix ellipsometry, MMSE), 회전 편광자(rotating polarizer) SE(RPSE), 회전 편광자, 회전 보상기(rotating compensator) SE(RPRC), 회전 보상기, 회전 보상기 SE(RCRC)를 포함하는 분광 타원계측(SE), 편광 SR, 비편광 SR을 포함하는 분광 반사계측(SR), 분광 산란계측, 산란계측 오버레이, 각도 분해 반사계측, 편광 분해 반사계측, 빔 프로파일 반사계측, 빔 프로파일 타원계측, 단일 또는 다중 이산 파장 타원계측 등을 포함한다. 본 명세서에 설명된 바와 같이 코로케이티드될 수 있는 예시적인 측정 기술은, 광학 조명, 소프트 x-선 조명, 하드 x-선 조명 등을 사용하는 측정 기술을 더 포함한다. 또한, 본 명세서에 설명된 바와 같이 코로케이티드될 수 있는 예시적인 측정 기술은 이미지 기반 계측 기술 및 초분광 이미징 기반 계측 기술을 더 포함한다. 예를 들어, 임의의 이미지 기반 계측 기술, 초분광 이미징 기반 계측 기술, 또는 둘 모두뿐만 아니라 반도체 구조체의 특성화에 적용할 수 있는 임의의 SR 또는 SE 기술의 코로케이션이 개별적으로 또는 임의의 조합으로 고려될 수 있다. 일부 실시형태에서, 동일한 계측 기술을 사용하지만 상이한 시스템 설정에서의 다수의 측정 서브시스템이, 본 명세서에 기술된 바와 같이 코로케이티드된다. 예를 들어, 계측 시스템은 서로 다른 방위각에서 계측 타겟의 측정을 수행하도록 각각 구성된 2개의 SE 서브시스템을 포함할 수 있다.
추가 실시형태에서, 시스템(100)은 본 명세서에 설명된 방법에 따라 수집된 분광 측정 데이터에 기초하여 실제 디바이스 구조체의 측정을 수행하는 데 사용되는 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(130)을 포함한다. 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(130)은 분광계에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 일 측면에서, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(130)은 시료(101)의 구조체의 측정과 연관된 측정 데이터(102, 103)를 수신하도록 구성된다.
본 개시 내용 전체에 걸쳐 설명된 하나 이상의 단계는 단일의 컴퓨터 시스템(130), 또는 대안적으로 다수의 컴퓨터 시스템(130)에 의해 수행될 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 시스템(100)의 상이한 서브시스템들은 본 명세서에 설명된 단계의 적어도 일부를 수행하기에 적절한 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 따라서, 전술한 설명은 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안되며 예시에 불과하다.
또한, 컴퓨터 시스템(130)은 이 기술분야에 알려진 임의의 방식으로 분광계에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(130)은 분광계와 연관된 컴퓨팅 시스템들에 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 분광계는 컴퓨터 시스템(130)에 연결된 단일의 컴퓨터 시스템에 의해 직접 제어될 수 있다.
계측 시스템(100)의 컴퓨터 시스템(130)은 유선 및/또는 무선 부분을 포함할 수 있는 전송 매체에 의해 시스템의 서브시스템(예를 들어, 분광계 등)으로부터 데이터 또는 정보를 수신 및/또는 획득하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 전송 매체는 컴퓨터 시스템(130)과 시스템(100)의 다른 서브시스템 사이의 데이터 링크의 역할을 할 수 있다.
계측 시스템(100)의 컴퓨터 시스템(130)은 유선 및/또는 무선 부분을 포함할 수 있는 전송 매체에 의해 다른 시스템으로부터 데이터 또는 정보(예를 들어, 측정 결과, 모델링 입력, 모델링 결과, 참조 측정 결과 등)를 수신 및/또는 획득하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 전송 매체는 컴퓨터 시스템(130)과 다른 시스템(예를 들어, 메모리 온-보드 계측 시스템(100), 외부 메모리, 또는 다른 외부 시스템) 사이의 데이터 링크의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(130)은 데이터 링크를 통해 스토리지 매체(즉, 메모리(132) 또는 외부 메모리)로부터 측정 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 분광계를 사용하여 얻은 스펙트럼 결과는 영구적 또는 반영구적 메모리 디바이스(예를 들어, 메모리(132) 또는 외부 메모리)에 저장될 수 있다. 이와 관련하여, 스펙트럼 결과는 온-보드 메모리 또는 외부 메모리 시스템에서 가져올 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(130)은 전송 매체를 통해 다른 시스템으로 데이터를 전송할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(130)에 의해 결정된 측정 모델 또는 추정된 파라미터 값(104)은 외부 메모리에 전달되고 저장될 수 있다. 이와 관련하여 측정 결과는 다른 시스템으로 내보낼 수도 있다.
컴퓨팅 시스템(130)은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 개인용 컴퓨터 시스템, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 프로세서, 또는 이 기술분야에 알려진 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 일반적으로, 용어 "컴퓨팅 시스템"은 메모리 매체로부터 명령어(instructions)를 실행하는, 하나 이상의 프로세서를 구비하는 임의의 디바이스를 포함하도록 광범위하게 정의될 수 있다.
본 명세서에 설명된 것과 같은 방법을 구현하는 프로그램 명령어(134)는 유선, 케이블 또는 무선 전송 링크와 같은 전송 매체를 통해 전송될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 메모리(132)에 저장된 프로그램 명령어(134)는 버스(133)를 통해 프로세서(131)로 전송된다. 프로그램 명령어(134)는 컴퓨터 판독가능 매체(예를 들어, 메모리(132))에 저장된다. 예시적인 컴퓨터 판독 가능 매체는 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 디스크, 또는 자기 테이프를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 측정 모델은 미국 캘리포니아주 밀피타스 소재의 KLA-Tencor Corporation으로부터 입수 가능한 SpectraShape® 광학 임계 치수 계측 시스템의 요소로서 구현된다. 이러한 방식으로 스펙트럼이 시스템에 의해 수집된 직후에 모델이 생성되어 사용할 준비가 된다.
일부 다른 실시예에서, 상기 측정 모델은 오프라인으로, 예를 들어 미국 캘리포니아 밀피타스 소재의 KLA-Tencor Corporation으로부터 입수 가능한 AcuShape® 소프트웨어를 구현하는 컴퓨팅 시스템에 의해 구현된다. 결과적인, 트레이닝된 모델은 측정을 수행하는 계측 시스템에 의해 액세스 가능한 AcuShape® 라이브러리의 요소로 통합될 수 있다.
다른 측면에서, 본 명세서에 설명된 반도체 디바이스의 분광 계측을 위한 방법 및 시스템은 높은 종횡비(HAR) 구조체 또는 큰 측면 치수 구조체, 또는 둘 모두의 측정에 적용된다. 설명된 실시형태는 Samsung Inc.(한국), SK Hynix Inc.(한국), Toshiba Corporation(일본), 및 Micron Technology, Inc.(미국) 등과 같은 다양한 반도체 제조업체에 의해 제조된, 버티컬-NAND(V-NAND) 구조체, 동적 랜덤 액세스 메모리 구조체(DRAM) 등과 같은 3차원 NAND 구조체를 포함하는 반도체 디바이스에 대한 광학 임계 치수(critical dimension, CD), 필름 및 조성 계측을 가능하게 한다. 이러한 복잡한 디바이스들은 측정되는 구조체(들)로의 낮은 빛 침투로 어려움이 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이 동시적인 스펙트럼 대역 검출을 갖는, 광대역 기능과 넓은 범위의 AOI, 방위각 또는 둘 모두를 가진 분광 타원계는 이러한 높은 종횡비 구조체의 측정에 적합하다. HAR 구조체는 종종 HAR에 대한 에칭 프로세스를 용이하게 하기 위해 하드 마스크층을 포함한다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 용어 "HAR 구조체"는 10:1을 초과하고, 100:1만큼 높을 수 있거나, 또는 그보다 높을 수 있는 종횡비를 특징으로 하는 임의의 구조체를 지칭한다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 설명된 측정 결과는 프로세스 툴(예를 들어, 리소그래피 툴, 에칭 툴, 퇴적 툴 등)에 능동적 피드백을 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 측정 방법에 기초하여 결정된 측정된 파라미터의 값은 원하는 출력을 달성하기 위해 리소그래피 시스템을 조정하기 위해 리소그래피 툴에 전달될 수 있다. 유사한 방식으로 에칭 툴 또는 퇴적 툴에 각각 능동적 피드백을 제공하기 위해, 에칭 파라미터(예를 들어, 에칭 시간, 확산도(diffusivity) 등) 또는 퇴적(deposition) 파라미터(예를 들어, 시간, 농도 등)가 측정 모델에 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 측정된 디바이스 파라미터 값 및 트레이닝된 측정 모델에 기초하여 결정된 프로세스 파라미터에 대한 수정값(corrections)이 리소그래피 툴, 에칭 툴 또는 퇴적 툴에 전달될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 용어 "임계 치수"는 구조체의 임의의 임계 치수(예컨대, 하부 임계 치수, 중간 임계 치수, 상부 임계 치수, 측벽 각도, 격자 높이 등), 임의의 둘 이상의 구조체 사이의 임계 치수(예컨대, 두 구조체 사이의 거리), 및 둘 이상의 구조체 사이의 변위(예컨대, 오버레이하는 격자 구조체들 사이의 오버레이 변위 등)를 포함한다. 구조체는 3차원 구조체, 패터닝된 구조체, 오버레이 구조체 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 용어 "임계 치수 응용" 또는 "임계 치수 측정 응용"은 임의의 임계 치수 측정을 포함한다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 용어 "계측 시스템"은 임계 치수 계측, 오버레이 계측, 초점/선량(dosage) 계측, 및 조성 계측과 같은 측정 응용을 포함하는, 임의의 측면에서 시료를 특성화하는 데 적어도 부분적으로 사용되는 임의의 시스템을 포함한다. 그러나, 그러한 기술 용어들은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 용어 "계측 시스템"의 범위를 제한하지 않는다. 또한, 계측 시스템은 패터닝된 웨이퍼 및/또는 패터닝되지 않은 웨이퍼의 측정을 위해 구성될 수 있다. 계측 시스템은 LED 검사 툴, 에지 검사 툴, 배면 검사 툴, 매크로-검사 툴, 또는 다중-모드 검사 툴(하나 이상의 플랫폼으로부터의 데이터를 동시에 포함함), 및 임계 치수 데이터에 기초한 시스템 파라미터의 캘리브레이션으로부터 이득을 보는 임의의 다른 계측 또는 검사 툴로서 구성될 수 있다.
임의의 반도체 프로세싱 툴(예컨대, 검사 시스템 또는 리소그래피 시스템) 내에서 시료를 측정하는 데 사용될 수 있는 반도체 측정 시스템에 대한 다양한 실시형태가 본 명세서에서 설명된다. 용어 "시료"는 이 기술분야에서 알려진 수단에 의해 프로세싱될(예컨대, 인쇄되거나 결함이 있는지 검사될) 수 있는 웨이퍼, 레티클, 또는 임의의 다른 샘플을 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "웨이퍼"는 반도체 또는 비-반도체 재료로 형성되는 기판들을 일반적으로 지칭한다. 예시로 단결정 실리콘, 갈륨 아세나이드(gallium arsenide), 및 인듐 포스파이드(indium phosphide)를 포함하지만, 이들에 국한되지는 않는다. 그러한 기판들은 반도체 제조 설비들에서 흔히 발견되고 및/또는 프로세싱될 수 있다. 일부 경우에, 웨이퍼는 기판만(즉, 베어 웨이퍼(bare wafer))을 포함할 수 있다. 대안적으로, 웨이퍼는 기판 상에 형성되는 상이한 재료들의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 웨이퍼 상에 형성되는 하나 이상의 층은 "패터닝되거나" 또는 "패터닝되지 않을" 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 반복가능한 패턴 피처들을 갖는 복수의 다이를 포함할 수 있다.
“레티클"은 레티클 제조 프로세스의 임의의 스테이지에서의 레티클일 수 있거나, 또는 반도체 제조 설비에서 사용하기 위해 출시될 수 있거나 또는 그 용도로 출시되지 않을 수도 있는 완성된 레티클일 수 있다. 레티클, 또는 "마스크"는, 실질적으로 불투명한 영역들이 상부에 형성되어 어떤 패턴으로 구성되는, 실질적으로 투명한 기판으로서 일반적으로 정의된다. 기판은, 예를 들어, 비정질 SiO2와 같은 유리 재료를 포함할 수 있다. 레티클은 레티클 상의 패턴이 레지스트에 전사될 수 있도록 리소그래피 프로세스의 노광 단계 동안 레지스트로 피복된 웨이퍼 위에 배치될 수 있다.
웨이퍼 상에 형성되는 하나 이상의 층은 패터닝될 수 있거나 또는 패터닝되지 않을 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는, 각각이 반복가능한 패턴 피처들을 갖는, 복수의 다이를 포함할 수 있다. 그러한 재료 층들의 형성 및 프로세싱은 궁극적으로는 완성된 디바이스에 이르게 할 수 있다. 많은 상이한 타입의 디바이스들이 웨이퍼 상에 형성될 수 있으며, 용어 웨이퍼는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 이 기술분야에서 알려진 임의의 타입의 디바이스가 상부에 제조되어 있는 웨이퍼를 포괄하도록 의도된다.
하나 이상의 예시적인 실시형태에서, 설명되는 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능들은 하나 이상의 명령어 또는 코드로서 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장될 수 있거나 컴퓨터 판독가능 매체를 통해 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 한 장소로부터 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함한 통신 매체 및 컴퓨터 저장 매체 둘 모두를 포함한다. 저장 매체는 범용 또는 특수 목적 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체일 수 있다. 제한이 아닌 예시로서, 그러한 컴퓨터 판독가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 다른 자기 스토리지 디바이스, 또는 원하는 프로그램 코드 수단을 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 운반하거나 저장하는 데 사용될 수 있고 범용 또는 특수 목적 컴퓨터, 또는 범용 또는 특수 목적 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속(connection)이 컴퓨터 판독가능 매체라고 적절히 지칭된다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선(twisted pair), DSL(digital subscriber line), 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 사용하여 웹 사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 전송되는 경우, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, DSL, 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 정의에 포함된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 디스크(disk) 및 디스크(disc)는 CD(compact disc), 레이저 디스크(laser disc), 광학 디스크(optical disc), DVD(digital versatile disc), 플로피 디스크(floppy disk) 및 블루레이 디스크(blu-ray disc)를 포함하고, 여기서 디스크(disks)는 보통 데이터를 자기적으로 재생하는 반면, 디스크(discs)는 데이터를 레이저를 사용하여 광학적으로 재생한다. 상기한 것들의 조합들이 컴퓨터 판독가능 매체의 범위 내에 또한 포함되어야 한다.
비록 소정의 특정 실시형태들이 교수적인 목적을 위해 위에서 설명되었지만, 이 특허 문서의 교시들은 일반적인 적용가능성(general applicability)을 가지며 위에서 설명된 특정 실시형태들로 제한되지 않는다. 그에 따라, 설명된 실시형태들의 다양한 피처들의 다양한 수정, 적응(adaptations), 및 조합이 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 실시될 수 있다.

Claims (64)

  1. 계측 시스템에 있어서,
    제1 계측 서브시스템;
    제2 계측 서브시스템; 및
    컴퓨팅 시스템
    을 포함하며,
    상기 제1 계측 서브시스템은,
    제1 양의 조명 광을 생성하도록 구성된 하나 이상의 조명 소스;
    상기 하나 이상의 조명 소스로부터의 상기 제1 양의 조명 광을 제1 조명 빔으로서 측정 중인 시료의 표면 상의 제1 측정 스폿으로 지향시키도록 구성된 조명 광학장치 서브시스템;
    상기 제1 측정 스폿으로부터 일정 양의 광을 수집하도록 구성된 수집 광학장치 서브시스템; 및
    상기 양의 수집된 광을 수신하고 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 시료 상에 배치된 계측 타겟의 제1 측정을 나타내는 제1 측정 신호를 생성하는 검출기를 포함하고,
    상기 제2 계측 서브시스템은,
    제2 양의 조명 광을 생성하도록 구성된 하나 이상의 조명 소스;
    상기 하나 이상의 조명 소스로부터의 상기 제2 양의 조명 광을 제2 조명 빔으로서 측정 중인 상기 시료의 상기 표면 상의 제2 측정 스폿으로 지향시키도록 구성된 조명 광학장치 서브시스템;
    상기 제2 측정 스폿으로부터 일정 양의 광을 수집하도록 구성된 수집 광학장치 서브시스템; 및
    상기 양의 수집된 광을 수신하고 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 시료 상에 배치된 상기 계측 타겟의 제2 측정을 나타내는 제2 측정 신호를 생성하는 검출기를 포함하고,
    상기 컴퓨팅 시스템은,
    상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치의 표시 및 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치의 표시를 수신하도록 - 상기 계측 타겟은 알려진 계측 타겟이고, 상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치의 표시는 상기 제1 측정 신호이고, 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치의 표시는 상기 제2 측정 신호임 -;
    상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치, 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치, 또는 둘 모두 사이의 오정렬을 결정하도록; 그리고
    상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치, 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치, 또는 둘 모두 사이의 상기 오정렬을 감소시키는, 상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 하나 이상의 광학 요소의 이동을 발생시키는, 상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 하나 이상의 액추에이터에 제어명령을 전달하도록
    구성되는 것인, 계측 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템의 필드 이미지 평면에 또는 그 근처에 배치된 제1 필드 이미징 디바이스 - 상기 필드 이미징 디바이스는 상기 제1 계측 서브시스템과 연관된 제1 필드 이미지를 캡처하고, 상기 제1 필드 이미지는 상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치를 나타냄 -; 및
    상기 제2 계측 서브시스템의 필드 이미지 평면에 또는 그 근처에 배치된 제2 필드 이미징 디바이스 - 상기 제2 필드 이미징 디바이스는 상기 제2 계측 서브시스템과 연관된 제2 필드 이미지를 캡처하고, 상기 제2 필드 이미지는 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치를 나타냄 -
    를 더 포함하는, 계측 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템의 상기 하나 이상의 조명 소스는 상기 제1 필드 이미징 디바이스가 상기 제1 필드 이미지를 캡처할 때 상기 계측 타겟을 조명하고; 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 하나 이상의 조명 소스는 상기 제2 필드 이미징 디바이스가 상기 제2 필드 이미지를 캡처할 때 상기 계측 타겟을 조명하는, 계측 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 필드 이미징 디바이스가 상기 제1 필드 이미지를 캡처할 때, 상기 제2 필드 이미징 디바이스가 상기 제2 필드 이미지를 캡처할 때, 또는 둘 모두일 때, 상기 계측 타겟을 조명하는 정렬 빔을 생성하도록 구성된 정렬 빔 소스를 더 포함하는, 계측 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정렬 빔 소스는 레이저 정렬 소스인 것인, 계측 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 정렬 빔은 파장에 의해 상기 제1 조명 빔, 상기 제2 조명 빔, 또는 둘 모두로부터 분리되는 것인, 계측 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 정렬 빔은 상기 제1 조명 빔, 상기 제2 조명 빔, 또는 둘 모두로부터 공간적으로(spatially) 분리되는 것인, 계측 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 정렬 빔은 상기 제1 조명 빔, 상기 제2 조명 빔, 또는 둘 모두로부터 시간적으로(temporally) 분리되는 것인, 계측 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정렬 빔은 광 변조에 의해 상기 제1 조명 빔, 상기 제2 조명 빔, 또는 둘 모두로부터 시간적으로 분리되는 것인, 계측 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 계측 타겟은 상기 제1 조명 빔의 일 부분을 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 검출기로 지향시키고, 상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템 또는 둘 모두의 광학 조정(optical adjustmnet)은 상기 제1 조명 빔에 의한 상기 계측 타겟의 조명에 응답하여 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 검출기에 의해 검출된 상기 제2 측정 신호를 최대화하는, 계측 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 시스템은 또한,
    상기 계측 타겟의 상기 제1 측정의 트레이닝된 통계적 모델에 기초하여 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치를 추정하도록;
    상기 계측 타겟의 상기 제2 측정의 트레이닝된 통계적 모델에 기초하여 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치를 추정하도록 구성되는 것인, 계측 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 광학 조정은 상기 제1 계측 서브시스템의 필드 스톱(field stop), 상기 제2 계측 서브시스템의 필드 스톱, 또는 둘 모두의 위치를 조정하는 것을 포함하는, 계측 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템의 상기 필드 스톱의 위치의 조정은 상기 필드 스톱을 통과하는 측정 빔과 정렬된 방향으로 행해지는 것인, 계측 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 광학 조정은 상기 제1 계측 서브시스템의 조명 동공, 상기 제2 계측 서브시스템의 조명 동공, 또는 둘 모두를 조정하는 것을 포함하는, 계측 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 광학 조정은 상기 제2 조명 빔의 전파 방향에 수직인 방향으로 상기 제2 계측 서브시스템의 빔 경로에 위치된 집속 광학 요소의 위치를 조정하는 것을 포함하는, 계측 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 광학 조정은 상기 제2 계측 서브시스템의 빔 경로에 위치된 빔 스플리터의 배향(orientation)을 조정하는 것을 포함하는, 계측 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 광학 조정은 상기 제2 계측 서브시스템의 빔 경로에 위치된 대물 렌즈의 배향을 조정하는 것을 포함하는, 계측 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 광학 조정은 상기 제2 계측 서브시스템의 빔 경로에 위치된 리슬리(Risley) 프리즘의 배향을 조정하는 것을 포함하는, 계측 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 계측 타겟의 상기 제1 측정 및 상기 계측 타겟의 상기 제2 측정은 동시에 수행되는 것인, 계측 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 시스템은 또한,
    트레이닝된 딥 러닝 모델에 기초하여 상기 제1 계측 서브시스템의 상기 검출기에 의해 검출된 상기 제1 계측 서브시스템과 연관된 측정 신호로부터 상기 제2 계측 서브시스템과 연관된 측정 신호를 분리하도록; 그리고
    상기 트레이닝된 딥 러닝 모델에 기초하여 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 검출기에 의해 검출된 상기 제2 계측 서브시스템과 연관된 측정 신호로부터 상기 제1 계측 서브시스템과 연관된 측정 신호를 분리하도록 구성되는 것인, 계측 시스템.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제1 조명 빔의 경로 내에 위치된 광 변조기(optical modulator) - 상기 광 변조기는 상기 제2 조명 빔의 강도에 대한 임의의 변조와 구별되는 주파수 또는 주파수 범위에서 상기 제1 조명 빔의 강도를 변조함 -; 및
    상기 제1 조명 빔의 상기 강도에 대한 변조와 연관된 주파수 또는 주파수 범위 외의 상기 제1 측정 신호로부터의 주파수 성분을 제거하는 필터를 더 포함하는, 계측 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 광 변조기는 상기 제1 계측 서브시스템의 광 경로 내에 있는 광 초퍼, 회전 편광 요소, 및 상기 제1 계측 서브시스템의 펄스형 조명 소스 중 어느 하나인 것인, 계측 시스템.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 제2 조명 빔의 경로 내에 위치된 광 변조기 - 상기 광 변조기는 상기 제1 조명 빔의 강도에 대한 임의의 변조와 구별되는 주파수 또는 주파수 범위에서 상기 제2 조명 빔의 강도를 변조함 -; 및
    상기 제2 조명 빔의 상기 강도에 대한 변조와 연관된 주파수 또는 주파수 범위 외의 상기 제2 측정 신호로부터의 주파수 성분을 제거하는 필터를 더 포함하는, 계측 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 광 변조기는 상기 제2 계측 서브시스템의 광 경로 내에 있는 광 초퍼, 회전 편광 요소, 및 상기 제2 계측 서브시스템의 펄스형 조명 소스 중 어느 하나인 것인, 계측 시스템.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 제1 조명 빔의 파장은 상기 제2 조명 빔의 파장과 구별되며, 상기 계측 시스템은:
    상기 제2 조명 빔과 연관된 상기 파장 외의 상기 제2 측정 신호로부터의 파장을 제거하는 제1 광학 필터; 및
    상기 제1 조명 빔과 연관된 상기 파장 외의 파장을 제거하도록 상기 제1 측정 신호로부터의 파장을 제거하는 제2 광학 필터를 더 포함하는, 계측 시스템.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조명 빔 및 상기 제2 조명 빔은 각각 적외선, 가시광선 및 자외선 파장을 포함하는 파장 범위를 포함하는 것인, 계측 시스템.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 시스템은 또한,
    상기 제1 측정 신호 및 상기 제2 측정 신호에 기초하여 상기 계측 타겟의 관심 파라미터의 추정된 값을 생성하도록 구성되는 것인, 계측 시스템.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템은 분광 타원계이고, 상기 제2 계측 서브시스템은 반사계인 것인, 계측 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 반사계는 각도 분해 반사계이고, 상기 각도 분해 반사계의 조명 소스는 광대역 조명 소스이고, 상기 제2 조명 광은 광대역 조명 광인 것인, 계측 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 각도 분해 반사계의 상기 광대역 조명 소스는 레이저 기반 조명 소스인 것인, 계측 시스템.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 각도 분해 반사계의 조명 광학장치는,
    상기 제2 조명 광을 필터링하도록 구성된 하나 이상의 광학 필터를 더 포함하는, 계측 시스템.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템은 제1 방위각에서 상기 계측 타겟을 측정하도록 구성된 분광 타원계이고, 상기 제2 계측 서브시스템은 상기 제1 방위각과 상이한 제2 방위각에서 상기 계측 타겟을 측정하도록 구성된 분광 타원계인 것인, 계측 시스템.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템은 분광 타원계이고, 상기 제2 계측 서브시스템은 이미징 기반 계측 시스템, 초분광(hyperspectral) 이미징 기반 계측 시스템, 또는 둘 모두인 것인, 계측 시스템.
  34. 계측 시스템으로서,
    제1 계측 서브시스템의 제1 측정 스폿 내의 시료 상에 배치된 계측 타겟의 제1 측정을 나타내는 제1 측정 신호를 생성하도록 구성된 제1 계측 서브시스템;
    제2 계측 서브시스템의 제2 측정 스폿 내의 상기 시료 상에 배치된 상기 계측 타겟의 제2 측정을 나타내는 제2 측정 신호를 생성하도록 구성된 제2 계측 서브시스템;
    상기 제1 계측 서브시스템의 필드 이미지 평면에 또는 그 근처에 배치된 제1 필드 이미징 디바이스 - 상기 제1 필드 이미징 디바이스는 상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치를 나타내는 제1 필드 이미지를 캡처함 -;
    상기 제2 계측 서브시스템의 필드 이미지 평면에 또는 그 근처에 배치된 제2 필드 이미징 디바이스 - 상기 제2 필드 이미징 디바이스는 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치를 나타내는 제2 필드 이미지를 캡처함 -; 및
    컴퓨팅 시스템을 포함하며,
    상기 컴퓨팅 시스템은,
    상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치, 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치 사이의 오정렬을 감소시키는, 상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 광학 조정을 발생시키는, 상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두에 제어명령을 전달하도록 구성되는 것인, 계측 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 제1 필드 이미징 디바이스가 상기 제1 필드 이미지를 캡처할 때, 상기 제2 필드 이미징 디바이스가 상기 제2 필드 이미지를 캡처할 때, 또는 둘 모두일 때, 상기 계측 타겟을 조명하는 정렬 빔을 생성하도록 구성된 정렬 빔 소스를 더 포함하는, 계측 시스템.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 광학 조정은 상기 제1 계측 서브시스템의 필드 스톱, 상기 제2 계측 서브시스템의 필드 스톱, 또는 둘 모두의 위치를 조정하는 것을 포함하는, 계측 시스템.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템의 상기 필드 스톱의 위치의 조정은 상기 필드 스톱을 통과하는 측정 빔과 정렬된 방향으로 행해지는 것인, 계측 시스템.
  38. 제34항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 광학 조정은 상기 제1 계측 서브시스템의 조명 동공, 상기 제2 계측 서브시스템의 조명 동공, 또는 둘 모두를 조정하는 것을 포함하는, 계측 시스템.
  39. 제34항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 광학 조정은 제2 조명 빔의 전파 방향에 수직인 방향으로 상기 제2 계측 서브시스템의 빔 경로에 위치된 집속 광학 요소의 위치를 조정하는 것을 포함하는, 계측 시스템.
  40. 제34항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 광학 조정은 상기 제2 계측 서브시스템의 빔 경로에 위치된 빔 스플리터의 배향을 조정하는 것을 포함하는, 계측 시스템.
  41. 제34항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 광학 조정은 상기 제2 계측 서브시스템의 빔 경로에 위치된 대물 렌즈의 배향을 조정하는 것을 포함하는, 계측 시스템.
  42. 제34항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 광학 조정은 상기 제2 계측 서브시스템의 빔 경로에 위치된 리슬리 프리즘의 배향을 조정하는 것을 포함하는, 계측 시스템.
  43. 제34항에 있어서,
    상기 계측 타겟의 상기 제1 측정 및 상기 계측 타겟의 상기 제2 측정은 동시에 수행되는 것인, 계측 시스템.
  44. 제34항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템은 분광 타원계이고, 상기 제2 계측 서브시스템은 반사계, 이미징 기반 계측 서브시스템, 또는 초분광 이미징 기반 계측 서브시스템인 것인, 계측 시스템.
  45. 방법으로서,
    제1 계측 서브시스템의 제1 측정 스폿 내의 시료 상에 배치된 계측 타겟의 제1 측정을 나타내는 제1 측정 신호를 생성하는 단계;
    제2 계측 서브시스템의 제2 측정 스폿 내의 시료 상에 배치된 계측 타겟의 제2 측정을 나타내는 제2 측정 신호를 생성하는 단계;
    상기 계측 타겟의 상기 제1 측정의 트레이닝된 통계적 모델에 기초하여 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치를 추정하는 단계;
    상기 계측 타겟의 상기 제2 측정의 트레이닝된 통계적 모델에 기초하여 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치를 추정하는 단계;
    상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치, 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치, 또는 둘 모두 사이의 오정렬을 결정하는 단계; 및
    상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치, 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치, 또는 둘 모두 사이의 상기 오정렬을 감소시키는, 상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 하나 이상의 광학 요소의 이동을 발생시키는, 상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 하나 이상의 액추에이터에 제어명령을 전달하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템과 연관된 제1 필드 이미지를 캡처하는 단계 - 상기 제1 필드 이미지는 상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치를 나타냄 -; 및
    상기 제2 계측 서브시스템과 연관된 제2 필드 이미지를 캡처하는 단계 - 상기 제2 필드 이미지는 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치를 나타냄 -
    를 더 포함하는, 방법.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 제1 필드 이미지를 캡처하는 동안 상기 계측 타겟을 조명하는 정렬 빔을 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  48. 제45항에 있어서,
    상기 계측 타겟은 알려진 계측 타겟이고, 상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치의 표시는 상기 제1 측정 신호이고, 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치의 표시는 상기 제2 측정 신호인, 방법.
  49. 제45항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 광학 조정은 상기 제1 계측 서브시스템의 필드 스톱, 상기 제2 계측 서브시스템의 필드 스톱, 또는 둘 모두의 위치를 조정하는 것을 포함하는, 방법.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템의 상기 필드 스톱의 위치의 조정은 상기 필드 스톱을 통과하는 측정 빔과 정렬된 방향으로 행해지는 것인, 방법.
  51. 제45항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 광학 조정은 상기 제1 계측 서브시스템의 조명 동공, 상기 제2 계측 서브시스템의 조명 동공, 또는 둘 모두를 조정하는 것을 포함하는, 방법.
  52. 제45항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 광학 조정은 상기 제2 계측 서브시스템의 빔 경로에 위치된 집속 광학 요소의 위치를 조정하는 것을 포함하는, 방법.
  53. 제45항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 광학 조정은 상기 제2 계측 서브시스템의 빔 경로에 위치된 빔 스플리터의 배향을 조정하는 것을 포함하는, 방법.
  54. 제45항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 광학 조정은 상기 제2 계측 서브시스템의 빔 경로에 위치된 대물 렌즈의 배향을 조정하는 것을 포함하는, 방법.
  55. 제45항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 광학 조정은 상기 제2 계측 서브시스템의 빔 경로에 위치된 리슬리 프리즘의 배향을 조정하는 것을 포함하는, 방법.
  56. 제45항에 있어서,
    상기 계측 타겟의 상기 제1 측정 및 상기 계측 타겟의 상기 제2 측정은 동시에 수행되는 것인, 방법.
  57. 제56항에 있어서,
    트레이닝된 딥 러닝 모델에 기초하여 상기 제1 계측 서브시스템의 검출기에 의해 검출된 상기 제1 계측 서브시스템과 연관된 측정 신호로부터 상기 제2 계측 서브시스템과 연관된 측정 신호를 분리하는 단계;
    상기 트레이닝된 딥 러닝 모델에 기초하여 상기 제2 계측 서브시스템의 검출기에 의해 검출된 상기 제2 계측 서브시스템과 연관된 측정 신호로부터 상기 제1 계측 서브시스템과 연관된 측정 신호를 분리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  58. 제56항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 제2 조명 빔의 강도의 임의의 변조와 구별되는 주파수 또는 주파수 범위에서 상기 제1 계측 서브시스템의 제1 조명 빔의 강도를 변조하는 단계; 및
    상기 제1 조명 빔의 상기 강도의 변조와 연관된 주파수 또는 주파수 범위 외의 상기 제1 측정 신호로부터의 주파수 성분을 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  59. 제56항에 있어서,
    상기 제2 계측 서브시스템의 제2 조명 빔과 연관된 파장 외의 상기 제2 측정 신호로부터의 파장을 필터링하는 단계; 및
    상기 제1 계측 서브시스템의 제1 조명 빔과 연관된 파장 외의 상기 제1 측정 신호로부터의 파장을 필터링하는 단계 - 상기 제1 조명 빔의 파장은 상기 제2 조명 빔의 파장과 구별됨 - 를 더 포함하는, 방법.
  60. 제45항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템은 분광 타원계이고, 상기 제2 계측 서브시스템은 반사계인 것인, 방법.
  61. 제45항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템은 제1 방위각에서 상기 계측 타겟을 측정하도록 구성된 분광 타원계이고, 상기 제2 계측 서브시스템은 상기 제1 방위각과 상이한 제2 방위각에서 상기 계측 타겟을 측정하도록 구성된 분광 타원계인 것인, 방법.
  62. 제45항에 있어서,
    상기 제1 계측 서브시스템은 분광 타원계이고, 상기 제2 계측 서브시스템은 이미징 기반 계측 시스템, 초분광 이미징 서브시스템, 또는 둘 모두인 것인 방법.
  63. 계측 시스템에 있어서,
    제1 계측 서브시스템;
    제2 계측 서브시스템; 및
    컴퓨팅 시스템
    을 포함하며,
    상기 제1 계측 서브시스템은,
    제1 양의 조명 광을 생성하도록 구성된 하나 이상의 조명 소스;
    상기 하나 이상의 조명 소스로부터의 상기 제1 양의 조명 광을 제1 조명 빔으로서 측정 중인 시료의 표면 상의 제1 측정 스폿으로 지향시키도록 구성된 조명 광학장치 서브시스템;
    상기 제1 측정 스폿으로부터 일정 양의 광을 수집하도록 구성된 수집 광학장치 서브시스템; 및
    상기 양의 수집된 광을 수신하고 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 시료 상에 배치된 계측 타겟의 제1 측정을 나타내는 제1 측정 신호를 생성하는 검출기를 포함하고,
    상기 제2 계측 서브시스템은,
    제2 양의 조명 광을 생성하도록 구성된 하나 이상의 조명 소스;
    상기 하나 이상의 조명 소스로부터의 상기 제2 양의 조명 광을 제2 조명 빔으로서 측정 중인 상기 시료의 상기 표면 상의 제2 측정 스폿으로 지향시키도록 구성된 조명 광학장치 서브시스템;
    상기 제2 측정 스폿으로부터 일정 양의 광을 수집하도록 구성된 수집 광학장치 서브시스템; 및
    상기 양의 수집된 광을 수신하고 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 시료 상에 배치된 상기 계측 타겟의 제2 측정을 나타내는 제2 측정 신호를 생성하는 검출기를 포함하고,
    상기 컴퓨팅 시스템은,
    상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치의 표시 및 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 위치의 표시를 수신하도록;
    상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치, 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치, 또는 둘 모두 사이의 오정렬을 결정하도록; 그리고
    상기 제1 계측 서브시스템의 상기 제1 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치, 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 제2 측정 스폿 내의 상기 계측 타겟의 상기 위치, 또는 둘 모두 사이의 상기 오정렬을 감소시키는, 상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 하나 이상의 광학 요소의 이동을 발생시키는, 상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 하나 이상의 액추에이터에 제어명령을 전달하도록
    구성되고,
    상기 계측 타겟은 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 검출기에 상기 제1 조명 빔의 일부를 지향시키고, 상기 제1 계측 서브시스템, 상기 제2 계측 서브시스템, 또는 둘 모두의 하나 이상의 광학 요소의 이동은, 상기 제1 조명 빔에 의한 상기 계측 타겟의 조명에 응답하여 상기 제2 계측 서브시스템의 상기 검출기에 의해 검출된 제2 측정 신호를 최대화하는 것인 계측 시스템.
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