KR19990036246A - 고 공간 해상도 엘립소메트리 장치 - Google Patents

Abstract

광원(2), 샘플 로케이션(TAB) 및 포토디텍터(7), 상기 광원과 상기 샘플 로케이션 사이에 설치되며 편광빔을 사용하여 기움 입사각으로 샘플(PA)에 조명하기 위한 제1 편광수단(15)을 구비하는 제1 광시스템(10), 상기 샘플 로케이션과 상기 포토디텍터 사이에 설치되며 상기 샘플에서 반사되는 광을 포커싱하기 위한 제2 편광수단(25)을 구비하는 제2 광시스템(10), 적용되는 상기 빔의 진폭 및/또는 위상 변조를 발생하기에 적합한 상기 2개의 편광수단중 하나의 편광수단, 상기 제1 광시스템(10)에 연합되며 상기 제1 광시스템(10)으로부터 조명빔을 상기 샘플상으로 포커싱하기에 적합한 제1 포커싱수단(L1), 상기 제2 광시스템에 연합되며 상기 샘플의 표면에서 반사된 빔을 상기 제2 광시스템의 입구로 포커싱하기에 적합한 제2 포커싱수단(L2) 및 샘플 표면상태에서 정보를 얻기 위하여, 편광각의 함수로서 포토디텍터에 의해 받아들여지는 광의 진폭 및/또는 위상을 측정하기 위한 전자 제어 및 처리수단(GES1, GES2)을 구비하고, 상기 제1,2 포커싱수단(L1 및 L2)과 연합하여, 상기 조명광을 수광하는 수광부에 마주보는 상기 샘플의 표면에서 발생하는 간섭 반사를 배재하고 상기 포토디텍터(7)에서 최대 신호레벨을 얻기 위하여, 포커싱된 반사빔의 위치를 보정하기에 적합한 광보정수단(PT)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.

Description

고 공간 해상도 엘립소메트리 장치

엘립소메트리가 사용되는 어느 분야에서 전반적인 응용을 발견할 수 있으며, 특히 마이크로 전자공학에서, 엑시머 레이저에 의한 비결정 실리콘 샘플의 어닐링과 같은 레이저 표면 처리의 광 검사에 엘립소메트리가 사용되는 어느 분야에서 전반적인 응용을 발견할 수 있다. 또한, 그 중에서도 표면 클린싱, 폴리싱 및 전처리에서 응용을 찾아볼 수 있다.

일반적으로 엘립소메터는,

- 광원, 샘플 로케이션, 포토디텍터,

- 상기 광원과 상기 샘플 로케이션 사이에 설치되며, 편광빔을 기움 입사각으로 샘플에 조명하기 위한 제1 편광수단을 구비하는 제1 광시스템,

- 상기 샘플 로케이션과 상기 포토디텍터 사이에 설치되며, 샘플에 의해 반사되는 광을 포커싱하기 위한 제2 편광수단을 구비하는 제2 광시스템,

- 적용되는 빔의 진폭 및/또는 위상 변조를 발생하기에 적합한 2개의 편광수단중 하나의 편광수단,

- 제1 광시스템과 연합되며, 제1 광시스템으로부터 조명빔을 샘플상으로 포커싱기에 적합한 제1 포커싱수단,

- 제2 광시스템과 연합되며, 샘플 표면에서 반사된 빔을 제2 광시스템의 입구로 포커싱하기에 적합한 제2 포커싱수단 및,

- 샘플 표면상태에서 정보를 얻기 위하여, 편광각의 함수를 이용하여 포토디텍터에 의해 받아들여지는 광의 진폭 및/또는 위상을 측정하기 위한 전자 제어 및 처리수단을 포함한다.

엘립소메트리에 의해 얻어지는 샘플의 특성은 유용하게 사용될 수 있는데, 예를 들면, 샘플의 레이저 처리를 최적의 방식으로 체크하기 위하여 사용된다. 특히, 프랑스 특허출원번호 95-09778로 본 출원과 동일 날짜로 본 출원인에 의해 출원된 "레이저 표면 처리를 위한 장치 및 그 방법"이란 제목의 특허 출원서에 기재되어 있는 엑시머 레이저에 의한 비결정 실리콘의 어닐링을 하는 경우에도 특히 중요한 방식으로 샘플의 레이저 처리를 체크하기 위하여 사용된다(모든 유용한 목적을 달성하기 위하여, 상기 출원서의 내용은 본 출원서의 일부분을 구성한다.)

그러나, 엘립소메트리에 의한 이러한 특성의 성취는 레이저 어닐링과 공동으로 고 공간 해상도를 가지는 광 분석을 요구한다.

본 발명은 엘립소메트리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분광 엘립소메트리에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 엘립소메트리 장치의 주요구성을 도시한 도면이다.

본 발명은 고 공간 해상도를 가지는 엘립소메트리 장치를 정밀하게 제공한다.

본 발명은, 상기 제1,2 포커싱수단과 연합되며, 조명광을 수광하는 수광부와 마주보는 샘플의 표면에서 발생하는 간섭 반사를 배재하고 포토디텍터에서 최대 신호레벨을 얻기 위하여, 포커싱된 반사빔의 위치를 보정하기에 적합한 광보정수단을 더 구비하는 것에 특징이 있는 상기에 언급한 타입의 엘립소메트리 장치에 관한 것이다.

따라서, 이러한 장치는 간섭 반사를 배재하고 포토디텍터상에 포커싱된 반사빔의 위치를 정밀하게 조정하는 것에 의해 측정의 질을 향상시키는 이점을 가진다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은, 본 발명에 따른 개선된 엘립소메터를 개략적으로 나타낸 단일 그림이 있는 도면 및 후술할 상세한 설명을 통하여 밝혀질 것이다.

단일 그림에서, 참조부호 EL 은 분광 엘립소메터를 가리키는데, 예를 들면, 본 출원인에 의해 판매번호 ES4G 로 판매되는 분광 엘립소메터가 있다.

이러한 엘립소메터에 대한 개선점은 프랑스 특허번호 86-03188 (FR-A-2595471)에 설명되어 있다.

파워 서플라이(1)는 고압 제논 아크 램프와 같은 광 대역 광원(2)을 여기시킨다. 폴라라이저(15)를 구비한 제1 광시스템(10)은 소스(2)로부터 나오는 광빔을 패널 서포트 테이블(TAB)상에 설치된 패널(PA)로 비추는 빔으로 변환하고, 그 빔은 바람직하게는 3차원의 상호 직교하는 X,Y 및 Z 방향으로 움직일 수 있다.

상기 유용한 광은, 패널(PA) 표면에 직각인 방향에 대해 입사빔과 대칭된다고 고려될 수 있는 방식으로 패널(PA)에 의해 반사되는 유용한 광이다.

이 반사광은, 어날라이저(25)를 포함하는 제2 광시스템에 수광되어 광원의 광 대역 내로 동조될 수 있는 프리즘 모노크로메터(6)의 입구 슬롯으로 적용된다. 모노크로메터(6)로부터 나오는 광은 파장 검지가 수행될 수 있게 하는, 예를 들면 512 또는 1024 픽셀인 포토다이오드 어레이를 구비하는 포토디텍터(7)로 적용된다.

전자 제어 유니트 GES1 은 다음과 같은 목적으로 작동한다.

- 폴라라이저(15)상에서, 예를 들면 회전 폴라라이저 및 그 회전의 계속되는 세팅의 경우에 입사광빔의 편광 상태에 대한 그 영향을 제어하기 위하여,

- 테이블(TAB)과 연합된 스테핑 모터상에서, X-Y-Z 방향으로 그들의 움직임을 제어하기 위하여,

- 로봇(ROB) 상에서, 처리될 패널이 저장된 저장 선반으로부터 패널의 추출을 제어하고, 추출된 패널의 패널 서포트 테이블로의 이동과 선택된 위치의 테이블위에 패널의 위치 설정을 제어함과 아울러 처리후 패널을 파지하고 초기 저장선반 또는 다른 저장선반에서의 패널의 위치도 물론 제어하기 위하여,

- 옵튜레이터(14)상에서, 그 옵튜레이터의 동작을 제어하기 위하여,

- 어날라이저(25)상에서, 스테핑모터에 의하여 어날라이저의 방향을 제어하기 위하여,

- 모노크로메터(6)상에서, 그 모토크로메터의 동조 파장을 한정하기 위하여,

- 레이저소스(LA)상에서, 그 레이저소스의 플럭스를 제어하기 위하여 작동한다.

상기 포토디텍터(7)에서 나오는 신호는, 처리수단(GES1)에 적용되어 폴라라이저(15)의 회전과 특히 처리될 패널의 위치, 어날라이저의 위치 및 각 측정에 대응하는 파장을 포함하는 다른 수집된 데이터를 관련하여서 기록된다.

상기 전자 유니트(GES1)에 의해 선택적으로 전 처리된 정보는 마이크로 컴퓨터와 같은 처리수단(GET2)으로 보내진다.

패널상에서 취한 좌표(스폿에 의한 매번의 위치 스트럭에 연합하여)에 따라, 처리수단은 엘립소메트리 정보(예를 들면 "psi tangent 와 delta cosine")를 이끌어내고, 다음에 처리될 패널의 표면상태 및/또는 다층 구조를 나타내는 굴곡을 이끌어낸다.

바람직하게 단일체인 샤시는, 제논램프(2)에 대한 파워 서플라이(1)와, 처리수단(GES1), 모노크로메터(6), 디텍터(7) 및 적용할 있다면 처리수단(GES2)을 포함한다.

실제로, 소스(2)로부터의 광은 렌즈(30)에 의해 광파이버(3)의 입구커플러(31)로 보내진다. 광파이버의 입구커플러(31)는 광시스템(10)과 연결되고, 광시스템(10)은 파이버 출구커플러(11), 2개의 반사미러(12A)(12B), 콜리메이션 다이아프램(13), 옵튜레이터(14) 및 폴라라이저(15)를 포함한다.

본 발명에 따라, 폴라라이저(15)로부터 나오는 평행빔은 수렴렌즈(L1)에 의해 처리될 패널의 초점 포인트(PF)상에 포커싱되고, 이에 따라 엘립소메트리 스폿이 만들어진다. 렌즈(L1)는 패널의 대상평면의 레벨에 배치된다.

대칭적으로, 반사광은 또 다른 수렴렌즈(L2)에 의해 어날라이저(25) 상에 포커싱된다. 렌즈(L2)는 패널의 가상 평면의 레벨에 배치된다. 렌즈(L1)와 렌즈(L2)는 광학적으로 결합된다. 아래에서 더욱 자세하게 후술하는 바와 같이, 상기 렌즈(L1)(L2)는 엘립소메터의 공간 해상도를 향상시킨다. 어날라이저(25)로부터 나오는 광빔은 미러(26)에 의해 제2 광파이버(5)의 입구센서(27)상에 포커싱된다.

광파이버(5)의 출구커플러(25)로부터 나오는 광은 렌즈에 의해 받아들여져 모노크로메터(6)의 입구 슬롯에 적용된다.

TFT 트랜지스터를 제조하기 위하여 디자인된 패널의 경우에, 이 패널은 약 0.7 에서 1.2mm 정도의 두께를 가지는 글라스 기판상에 마련된 약 50nm 깊이의 비결정 실리콘층을 구비한다. 상기 글라스 기판의 후면과 그 글라스 기판의 서포트(패널 서포트) 사이의 경계면은 엘립소메트리 측정을 왜곡시킬 수 있는 간섭 반사광을 발생한다는 것이 관찰되어져 왔다. 이 현상은 많은 다른 응용에서도 나타난다.

본 발명에 따르면, 렌즈(L1)와 렌즈(L2)에 의해 만들어지는 광 어셈블리는 이러한 간섭반사가 제거되는 것을 가능하게 한다.

이는 수렴렌즈(L1)로부터 패널 표면 위에 만들어지는 스폿 직경이 예를 들면 약 100㎛ 정도이기 때문이다. 이 사이즈는 보통 사용되는 글라스 기판의 평균두께보다 상당히 작다. 샘플에 의해 반사되는 광의 유용한 부분(즉, 레이저 어닐링 응용에 있어, 층들 사이의 서로 다른 경계면들에 관련된 것임)은 수렴렌즈(L2)에 의해 정확하게 수광되어 광파이버(5)상으로 수광되거나 리포커싱된다. 한편, 샘플의 전면에서의 반사에 기인한 광 스폿의 공간위치는 샘플의 후면에서 반사에 기인한 광 스폿의 공간위치와 다르며, 후면에서의 반사에 기인한 광스폿의 공간위치는 렌즈(L2)에 의해 광파이버(5)로 반사되지 않는데(또는 상당히 적게 반사되는데), 이는 간섭반사를 제거(또는 거의 제거)할 수 있도록 한다.

그렇게 되면, 제기된 문제를 해결하기 위하여 샘플에 통상적으로 적용되는 빔상에 포커싱을 만들어내기 위하여 L1, L2 와 같은 렌즈들의 사용은 예측하지 못했다; 이는 이미 까다로운 기술인 엘립소메트리가 고 해상도에서 작동되기를 바란다면, 이는 더욱 까다로운 기술이 되기 때문이다; 그리고, 선험적인 어려움들이 상기한 통상적인 빔을 바꿈에 있어서 기대된다.

커다란 패널들의 어닐링에 적용하는 예에서, Z 방향으로 샘플 홀더(TAB)상의 패널들의 위치 선정은 엘립소메트리 장치의 고 공간 해상도를 유지하기 위한 관점에서 완벽하게 제어되어야 하는 중요한 동작이라는 것이 주목되어야 한다.

본 발명에 따라, 이 작동은 다음과 같이 제어된다.

첫째로, 수직 방향 Z 로의 각 패널 타입의 굴곡은 Z 방향에 대한 엘립소메트리 스폿을 조정함으로써 고려되어야 한다. 이 조정값은 패널상에 취해지는 좌표에 따라 저장된다(선택적으로 패널상의 영역에 의해). 각 패널 타입의 윤곽에 대한 지도제작법은 컴퓨터(GES2) 내의 메모리에 저장된다.

두 번쩨로, 레이저 표면 처리를 제어하는 방법에 있어서, 메모리에 이와 같이 기록되고 저장되는 패널의 선택된 영역에서의 분석광 스폿의 임팩트 위치는 처리될 일련의 패널들에 재사용된다. 그러나, 변형상의 차이가 동일 타입의 다른 패널들 사이에서도 일어날 수 있으므로, 이러한 것은 언제나 충분한 것은 아니다.

본 발명에 따르면, 출구 파이버(5)상에 스폿(샘플에 의해 반사되고 렌즈(L1)(L2)에 의해 포커싱되는 광) 위치의 미세 조정은 어날라이저(25)와 광파이버(5)의 입구커플러 사이에 배치된 투명플레이트(PT)(병렬면 시트)가 광빔에 대한 기울어짐에 의해 얻어진다. 회전축 또는 축들은 시트의 표면에 접한다. 이 회전은 상기 포토디텍터(7)의 어레이상에서 항상 최대 신호레벨이 되도록 처리수단(GES1)에 의해 제어된다.

Claims (8)

1. - 광원(2), 샘플 로케이션(TAB) 및 포토디텍터(7),

   - 상기 광원과 상기 샘플 로케이션 사이에 설치되며, 편광빔을 사용하여 기움 입사각으로 샘플(PA)에 조명하기 위한 제1 편광수단(15)을 구비하는 제1 광시스템(10),

   - 상기 샘플 로케이션과 상기 포토디텍터 사이에 설치되며, 상기 샘플에서 반사되는 광을 포커싱하기 위한 제2 편광수단(25)을 구비하는 제2 광시스템(10),

   - 적용되는 상기 빔의 진폭 및/또는 위상 변조를 발생하기에 적합한 상기 2개의 편광수단중 하나의 편광수단,

   - 상기 제1 광시스템(10)에 연합되며, 상기 제1 광시스템(10)으로부터 조명빔을 상기 샘플상으로 포커싱하기에 적합한 제1 포커싱수단(L1),

   - 상기 제2 광시스템에 연합되며, 상기 샘플의 표면에서 반사된 빔을 상기 제2 광시스템의 입구로 포커싱하기에 적합한 제2 포커싱수단(L2) 및,

   - 샘플 표면상태에서 정보를 얻기 위하여, 편광각의 함수로서 포토디텍터에 의해 받아들여지는 광의 진폭 및/또는 위상을 측정하기 위한 전자 제어 및 처리수단(GES1, GES2)을 구비하고,

   상기 제1,2 포커싱수단(L1 및 L2)과 연합하여, 상기 조명광을 수광하는 수광부에 마주보는 상기 샘플의 표면에서 발생하는 간섭 반사를 배재하고 상기 포토디텍터(7)에서 최대 신호레벨을 얻기 위하여, 포커싱된 반사빔의 위치를 보정하기에 적합한 광보정수단(PT)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 보정수단(PT)은,

   상기 제2 편광수단(25)과 상기 포토디텍터(7)사이에 배치되어 회전 상태로 움직일 수 있으며, 상기 포토디텍터(7)에서 최대 신호레벨이 되도록 상기 포커싱된 반사빔의 위치를 조정하기 위하여 상기 포커싱된 반사광빔에 대하여 기울어질 수 있는 투명한 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 엘립소메터는 분광기에 의한 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 포커싱수단은,

   상기 제1 광시스템(10)의 하류에 배치되는 수렴렌즈(L1)를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 포커싱수단은,

   상기 제2 광시스템(20)의 상류에 배치되는 수렴성의 렌즈(L2)를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.
6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광시스템은,

   상기 광원과 상기 폴라라이저 사이에 배치된 제1 광파이버(3)를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치
7. 상기 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 광시스템은,

   상기 어날라이저와 상기 포토디텍터 사이에 배치된 제2 광파이버(5)를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치
8. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,

   3개의 직각 축에 대해 각각 움직일 수 있는 샘플 홀더(TAB)를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘립소메트리 장치.