KR20010107735A - 챔버 등에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 방법 및 장치 - Google Patents

챔버 등에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 방법 및 장치 Download PDF

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KR20010107735A
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Abstract

챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 방법으로서, a) 조명 빔을 생성하기 위해 챔버 외부에 광 소스를 제공하는 단계;와 b) 조명 빔을 편광시키기 위해 챔버 외부에 편광 장치를 제공하는 단계;와 c) 샘플 표면에 실질적으로 평행한 평면에 배치되고 챔버를 적어도 부분적으로 차폐하는 선택된 치수와 특징을 갖는 윈도우를 제공하는 단계;와 d) 편광 장치로부터 윈도우를 통과하여 샘플까지 이르는 상기 제1 광학적 경로를 따라 편광된 조명 빔을 샘플로 향하게 하되, 제1 광학적 경로는 샘플표면에 대해 소정의 경사진 입사각도를 형성하게 하는 단계;와 e) 조명 빔에 의해 샘플의 영역을 조명함으로써 생기는 반사 빔을 생성하되, 상기 반사 빔은 샘플 표면의 법선을 기준으로 조명 빔에 대칭이 되게 하는 단계; 와 f) 챔버 외부에 편광 분석 장치를 제공하는 단계;와 g) 샘플로부터 윈도우를 통과하여 분석장치까지 이르는 제2 광학적 경로를 따라 반사 빔을 분석 장치로 향하는 단계;와 h) 출력 신호를 제공하도록 분석장치에 의해 투과되는 출력 빔을 검출하는 단계; 및 i) 샘플 영역상에서의 반사에 의해 유발되는 위상과 진폭에 있어서의 편광상태의 변화를 측정하도록 출력 신호를 처리하는 단계;를 포함한다.

Description

챔버 등에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 방법 및 장치{Method and apparatus for ellipsometric metrology for a sample contained in a chamber or the like}
본 발명은, 챔버에서 샘플을 꺼내지 않고, 파손되지 않은 상태의 샘플표면의 계측값을 구하기 위한 챔버등에 포함된 샘플에 대한 타원해석(ellipsometric) 계측에 관한 것이다.
이것은 일반적으로 샘플의 광학적 특성에 적용되고, 더욱 상세하게는 반도체 박층의 샘플에 적용된다. 그러므로 이것은 집적 회로의 연속 생산에 적용된다.
일반적으로, 타원해석법(ellipsometry)은 집적회로의 제작 공정 동안, 예를 들면 기판상의 층이 성장하는 동안의 표면 변화를 실시간으로 원장소에서 측정하기 위해서 사용된다.
알려진 대로, 타원해석법 장치는 편광 조명 빔을 샘플표면에 대해 소정의 경사진 입사각도로 샘플 상으로 향하게 한다. 광 빔은 샘플에 의해 샘플표면의 법선을 기준으로 대칭으로 반사된다. 샘플을 조명함으로써 생기는 반사 빔은 그 다음에 편광 분석 장치로 향하는데, 그것의 출력 빔은 처리되기 전에 검출된다. 샘플상의반사에 의해 유발되는 위상과 진폭에 있어서의 편광 상태의 변화는 샘플을 나타내는 물리적인 파라미터를 유도하기 위해 처리된다.
실제로는, 집적회로의 제작은 복수의 작업 단계를 포함하며, 작업단계 중 어떤 것은 복수의 연속 층의 증착 단계를 포함한다. 종종, 이러한 층들의 증착은 특히 챔버의 조절된 공기를 손상시키거나 샘플을 오염시키지 않도록 샘플을 증착용 챔버로부터 꺼내지 않고 수행되어야 한다.
후속하는 층의 증착 또는 처리 전에 한 층의 물리적인 파라미터를 측정하는 것이 종종 필요하다.
알려진 해법은 타원해석 계측 장치에 의해 실시간으로 원장소에서 층의 성장(또는 에칭)을 측정하는 것으로 이루어진다.
그러한 해법은 증착용 또는 처리용 챔버수 만큼의 타원해석 계측 장치를 요구하고, 상대적으로 고가인 단점을 가진다.
게다가, 층들의 어떤 처리 과정에서는(예를 들면, 금속 코팅 단계), 층의 광학적 흡수로 인해, 그러한 타원해석 해법을 실행하는 것이 어렵거나 불가능하다.
결국, 샘플을 챔버로부터 꺼내지 않고 및/또는 조명 빔에 대해 샘플을 이동시키지 않고 샘플의 지도 제작을 완성하는 것이 사실상 불가능한데, 조명 빔에 대한 샘플의 이동은 때때로 챔버의 한정된 치수 또는 X, Y, 및/또는 Z 축을 따라 움직이는 샘플 캐리어를 챔버내에 결합시키는 어려움 때문에 챔버내에서 실행하는 것이 어렵다.
본 발명은 상기한 문제를 극복한다.
본 발명은 샘플을 측정하기 위해 상기 챔버로부터 샘플을 꺼내지 않고, 예를 들면 두 제작 단계 사이에서 또는 그 중 한 단계의 끝에서, 제작 중 집적 회로를 오염시키지 않고, 및/또는 챔버의 조절된 공기를 손상시키지 않고, 챔버 내에서 타원해석 계측을 완성하는 것을 주된 목적으로 한다.
도 1은 종래 기술에 따라 층들을 증착하기 위한 복수의 챔버를 구비한 집적 회로를 제작하기 위한 플랜트의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1에 따라 플랜트의 냉각 챔버내에 결합되는 본 발명에 따른 타원해석 계측 장치의 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 타원해석 계측 장치의 또 다른 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 타원해석 계측 장치의 필수 구성 요소를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명에 따라 적어도 부분적으로 챔버를 차폐하는 윈도우를 통과하는 조명 빔의 광학적 경로를 개략적으로 도시한다.
도 6은 파장의 함수로서, 58°기울어진 윈도우를 통과하는 직선으로 측정되는, 탄젠트 파라미터 psi의 곡선을 도시한다.
도 7은 윈도우가 있거나 없는 경우 파장의 함수로서 실리콘 기판상의 탄젠트 파라미터 psi의 측정 곡선을 도시한다.
도 8은 파장의 함수로서 측정되는 탄젠트 파라미터 psi를 적용하기 위해 윈도우의 영향으로부터 생기는 보정 인자의 곡선을 도시한다.
도 9는 큰 반지름을 가진 샘플상에 윈도우가 있거나 없는 경우 실리콘 기판상에 측정되는 실리콘의 두께의 곡선을 도시한다. ; 그리고
도 10a, 도 10b, 도 10c는 샘플을 수용하는 챔버를 형성하고 본 발명에 따라 계측 장치에 채용되어지는 것이 가능한 박스를 개략적으로 도시한다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 챔버 내에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 방법에 관한 것이다.
본 발명의 중요한 한 특징에 따라, 방법은:
a) 조명 빔을 생성하기 위해 챔버 외부에 광원을 제공하는 단계;
b) 조명 빔을 편광시키기 위해 챔버 외부에 편광 장치를 제공하는 단계;
c) 샘플 표면에 대해 실질적으로 평행한 평면에 배치되고 챔버를 적어도 부분적으로 차폐하는 선택된 치수와 특징을 갖는 윈도우를 제공하는 단계;
d) 편광 장치로부터 윈도우를 통과하여 샘플까지 이르는 제1 광학적 경로를 따라 편광된 조명 빔을 샘플로 향하게 하되, 상기 제1 광학적 경로는 샘플표면에 대해 소정의 경사진 입사각도를 형성하게 하는 단계;
e) 조명 빔에 의해 샘플을 조명함으로써 생기는 반사 빔을 생성하되, 상기 반사 빔은 샘플 표면의 법선을 기준으로 조명 빔에 대칭이 되게 하는 단계;
f) 챔버 외부에 편광 분석 장치를 제공하는 단계;
g) 샘플로부터 윈도우를 통과하여 분석장치까지 이르는 제2 광학적 경로를따라 반사 빔을 분석 장치상에 초점을 맞추는 단계;
h) 출력 신호를 제공하도록 분석장치로부터 나오는 출력 빔을 검출하는 단계;
i) 샘플 영역상의 반사에 의해 유발되는 위상과 진폭에 있어서의 편광상태의 변화를 측정하도록 출력 신호를 처리하는 단계;
를 포함한다.
따라서 본 발명에 따른 방법은 챔버로부터 샘플을 꺼내지 않고 샘플의 타원해석 측정을 수행하는 것이 가능하도록 하는데, 이것은 어떠한 오염문제, 특히 집적 회로의 제작 중의 오염 문제도 피하게 한다. 본 발명에 따른 방법은 또한 챔버의 조절된 공기를 손상시키지 않는 장점을 가진다. 더욱이, 윈도우는 작업자로 하여금, 만약 필요하다면 현미경으로, 조명 빔을 샘플에 정확하게 위치시키는 것을 가능케 한다.
본 발명은 챔버로부터 샘플을 꺼내지 않고 그리고 샘플을 움직이지 않고 샘플의 지도 제작의 실현을 가능케 하는 타원해석 계측이라는 또 다른 목적을 가진다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 방법은 샘플을 챔버에 고정된 상태로 유지하며 샘플의 또 다른 영역을 조명하기 위해 편광된 조명 빔을 세로방향 및/또는 가로방향으로 움직이고, 상기 d) 단계 내지 I) 단계를 동일한 경사진 입사각도에서 반복하는 것으로 이루어진 j) 단계를 더 포함한다.
j) 단계는 샘플을 움직이지 않고, 챔버로부터 샘플을 꺼내지 않고 샘플의 복수 영역에 복수의 타원해석법 단계를 수행하는 것을 가능하게 한다. 따라서 샘플의 지도 제작은 오염을 유발하거나 챔버의 조절된 공기를 손상시키지 않고, 실현에 따른 문제없이 얻어진다.
유리하게는, j) 단계는 계측 장치와 샘플 표면 사이의 거리를 조정하기 위하여 윈도우를 통과하여, 고정된 샘플상에 조명 빔을 횡방향으로 이동시키는 단계를 더 구비하여 이루어진다.
바람직하게는, 상기 방법은 다음 단계가 실행되어지는 측정 과정을 더 구비하여 이루어진다:
1) 윈도우 없이 제1 실험 조건에 따라 소정의 샘플에 대해 적어도 한 번의 제1 타원해석 측정을 실행하는 단계,
2) 제1 실험 조건과 유사한 제2 실험조건에 따르지만, 윈도우를 통과하여, 1) 단계와 동일한 샘플에 대해 적어도 한 번의 제2 타원해석 측정을 실행하는 단계,
3) 보정인자를 유도하기 위해, 제1 및 제2 타원해석 측정으로부터 반사 빔의 수직 및 수평 편광의 탄젠셜 진폭 φ의 관계에 대해, 윈도우가 미치는 영향을 측정하는 단계; 및
4) I) 단계에 따른 처리과정에서 유도된 보정 인자를 고려하는 단계.
또한 본 발명은 목적으로서 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 타원해석 계측 장치를 가진다.
본 발명의 또 다른 목적은, 샘플을 수용하기 위한 상기 박스를 형성하고,샘플 표면에 실질적으로 평행한 평면에 배치되며 박스를 적어도 부분적으로 차폐하는 선택된 치수와 특징을 갖는 윈도우를 가진 인터페이스를 구비하되, 상기 박스는 상기 계측 장치와 결합되어지도록 하는 챔버를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 특징과 장점은 아래 상세한 설명과 도면으로부터 나타날 것이다.
도면은 어떤 부호를 갖는 요소들을 포함한다. 그 자체로, 그것들은 발명을 더 잘 이해할 수 있도록 도울 뿐 아니라, 필요한 경우 동일한 것을 정의하는 것을 돕기도 한다.
도 1을 참고하면, 종래 기술의 집적 회로를 제작하는 플랜트가 도시된다. 플랜트는 이동 챔버(CH4) 주변에 성형(star)으로 배열되는, 각각 참조 번호 CH1에서 CH3까지의, 복수의 챔버(CH)를 구비한다. 챔버(CH4)내에는, 로봇(ROB)이 한 챔버(CH)에서 다른 챔버로 적어도 하나의 샘플(EC)을 삽입하고 추출할 수 있다. 샘플(EC)은 입력 인터페이스(IE)로부터 나오고 프로세싱 후 출력 인터페이스(IS)로 향한다.
챔버(CH1과 CH2)는, 예를 들어, 에피택시에 의한 층들의 증착용 챔버이다. 챔버(CH3)는 예를 들어 냉각 챔버이다.
실제로, 챔버 내의 공기는 당업자에게 잘 알려진 장치로 조절된다.
예를 들어, 챔버(CH1)에 종래 기술의 타원해석 계측 장치가 설치되고, 그로부터 샘플(EC) 상에 오직 조명 빔(FI)과 반사 빔(FR)만이 도시된다. 이 장치는 예를 들어, 기판상의 층의 성장 동안, 실시간으로 원 장소에서 표면 변화를 측정하는타원해석 측정을 실행할 수 있다.
알려진 방식대로, 타원해석법 장치는 편광된 조명 빔을 샘플 표면에 대해 소정의 경사진 입사각도로 샘플(EC)상으로 향하게 한다. 조명 빔(FI)은 샘플 표면의 법선을 기준으로 대칭으로 샘플에 의해 반사된다. 그런 다음 샘플을 조명함으로써 생기는 반사 빔(FR)은 편광 분석 장치를 향하는데, 그로부터 나오는 출력 빔이 검출되고 그 다음 처리된다. 샘플을 조명함으로써 생기는 위상과 진폭에 있어서의 편광 상태의 변화는 샘플을 나타내는 물리적 파라미터를 유도하기 위해 처리된다.
윈도우(F1과 F2)는 챔버(CH1)에 형성되되, 조명 빔(FI)을 챔버(CH1)로 유도하고, 반사 빔(FR)을 챔버(CH1) 외부로 각각 유도하는 광학적 경로상에 형성된다. 윈도우(F1과 F2)는 측정 빔에 수직으로 배치된다. 입사각도는 샘플의 법선을 기준으로 60-75°이어야 하고, 그것은 어떤 배치 방법과 종종 양립할 수 없는 기하학적 구속을 부과한다.
도 1을 참고하면, 타원해석법은 층을 제조하는 과정(성장 또는 에칭) 중에 시행된다.
이 층의 제조는 일반적으로 샘플을 증착용 챔버로부터 꺼내지 않고 챔버의 조절된 공기를 손상시키지 않고 시행되어야 한다.
다음 층의 증착 또는 제조 전에 층의 물리적인 파라미터를 종종 측정해야 할 필요가 있다.
도 1에 도시된 타원해석 해법은 증착용 또는 층 제조용 챔버 수만큼 타원 해석 계측 장치를 요구한다는 단점이 있다. 더욱이, 층을 제조하는 어떤 과정, 특히금속 코팅 과정은, 그런 타원해석 해법 그 자체를 시행하는 것이 어렵다. 마지막으로, 샘플의 지도 제작을 완성하기 위해, 조명 빔에 대해 샘플을 움직이는 것이 적절한데, 그것은 챔버의 한정된 치수 또는 챔버 내에서 X, Y 및/또는 Z 축을 따라 움직이는 샘플 캐리어를 결합하는 어려움 때문에 챔버 내에서 시행하기가 때때로 어렵다.
이러한 관계에서 출원인은 본 발명에 따른 해법을 제시하는데 그 해법에 의해 특히 챔버로부터 샘플을 꺼내지 않고 상기 샘플에 대한 타원해석 측정을 시행하는 것이 가능하다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 도 1의 플랜트와 동일한 이동 로봇(ROB) 뿐만 아니라, 챔버(CH3 및 CH4)가 도시된다.
본 발명에 따른 타원해석 계측 장치(EL)는 조명 빔(4)을 생성하기 위해 챔버(CH3) 외부에 배치된 광원(2)을 구비한다. 광원(2)은 전력 공급(6) 및, 예를 들어 분광 타원해석법의 경우에서의 제논(xenon) 아크 램프 또는 단색 타원해석법에 있어 레이저 소스 같은 램프(8)를 구비한다.
편광 장치(10)는 조명 빔(2)을 편광시키기 위해 챔버(CH3) 외부에 배치된다. 편광 장치(10)는 예를 들어 로콘(Rocon) 타입 편광기를 구비한다. 편광 장치(10)는 광섬유(12)에 의해 램프(8)에 연결된다. 편광 장치(10)는 편광기의 기생(parasitic) 편광을 억제하기 위해 광의 진행방향으로 편광기 상부 및 광섬유 입력 커플러(16)의 하부에 장착된 다이아프램(14)을 구비한다. 구성 요소(10, 14 및 16)는 발광헤드를 형성하면서 암(18) 내에 편리하게 수용된다.
조명 빔(2)은 현미경 대물렌즈 형태의 초점 수단(20)에 의해 샘플(EC)로 향할 수 있다. 샘플(EC)은 바람직하게 고정된 물체 운송기(미도시)에 장착된다.
챔버(CH3)는 예를 들어 냉각 챔버이다. 그것은 입방형이다. 그것은 예를 들어, 200 밀리미터의 지름을 가지는 상이한 치수의 샘플을 수용할 수 있다.
챔버(CH3)는 샘플 표면에 대해 실질적으로 평행한 평면 내에 배치되고, 적어도 챔버를 부분적으로 차폐하는 선택된 치수와 특징을 갖는 윈도우(22)에 의해 적어도 부분적으로 차폐된다.
예를 들어, 윈도우의 치수는 130mm×50mm×4mm이다.
대물렌즈(20)은, 발광헤드(18)로부터 윈도우(22)를 통과하여 샘플 영역까지 이르는 제1 광학 경로를 따라, 편광된 조명 빔(4)을 샘플 영역 상으로 향하게 한다.
보상 블레이드(21)는 어떤 샘플에 대한 측정 조건을 향상시키기 위해 필요하다면 편광기(10)과 윈도우(22) 사이에 삽입될 수 있다(특히 샘플에서의 반사로 인한 위상변화가 +/- 90°일 때).
제1 광학적 경로는 샘플 표면에 대해 소정의 경사진 입사각도 AI를 형성한다.
실제로, 입사각도 AI는 58°정도이다.
편광 분석 장치(24)는 챔버(CH3) 외부에 제공된다.
반사 빔(26)은 조명 빔(4)에 의해 샘플을 조명함으로써 생긴다. 반사 빔(26)은 샘플로부터 윈도우(22)를 거쳐 분석 장치까지 이르는 제2 광학적 경로를 따라대물렌즈(28)에 의해 분석 장치(24)로 향한다.
반사 빔(26)은 샘플 표면의 법선을 기준으로 조명 빔(4)과 대칭이다.
보상 블레이드(27)는 블레이드(21)가 없을 때, 상기 블레이드(21)와 비슷한 역할을 하도록 윈도우(22)와 분석기(24)사이에 삽입될 수 있다.
같은 방식으로, 이 보상 기능은 윈도우의 내부 및/또는 외부 표면을 차폐하는 적당한 재질(미도시)의 단층 또는 다층을 증착함으로써 보장될 수 있다. 이 차폐기의 물리적인 양(광학 지수, 두께)은 윈도우로 인해 사용가능한 분광 범위를 가진 위상 변화를 유발하도록 선택된다. 이 차폐기는 이런 분광 범위(실리카(silica), 나이트라이드(nitride), 알루미늄)에서는 명백히 투명하다.
예를 들어 광검출기의 검출 장치(30)는, 출력 신호를 공급하기 위해 분석 장치(24)로부터 출력 빔을 검출한다. 광대역을 가진 광원(2)이 있는 경우, 광검출기는 모노크로매터(monochromator) 또는 스펙트로미터(spectrometer)(32)의 뒤에 위치한다. 광섬유(34)는 입력 커플러(36)에 의해 모노크로매터 또는 스펙트로미터(32)를 분석 장치(24)에 연결한다. 구성요소(24, 36)는 분석헤드를 형성하는 암(arm)(38)내에 편리하게 장착된다.
처리 수단(40)은 샘플영역에서의 반사에 의해 생기는 위상과 진폭에서의 편광 상태의 변화를 측정하기 위해 출력 신호를 처리한다. 처리 수단(40)은 전자 제어 유닛(42) 및 마이크로컴퓨터를 구비한다.
발광 암(18) 및 분석 암(38)은 소형화를 위해 계측 장치의 치수를 감소시키도록 채용된다.
발광 암(18) 및 분석 암(38)은 샘플 표면에 평행한 평면내의 X 측 및 Y 축을 따라 움직이는 테이블(46)에 단단하게 연결된다.
이 테이블은 샘플 표면상에 조명 빔(4)을 X축 및 Y 축을 따라 이동시키는데 사용된다. 실제로, X 축을 따른 변위는 길이 100mm 경로를 따라 시행되고, Y 축을 따른 변위는 예를 들어, 10 mm의 더 짧은 경로를 따라 시행된다.
상기 테이블(46)은 바람직하게 조명 및 분석 암과 샘플 표면 사이의 거리에 적용되도록 Z축을 따라 움직인다. 이런 적용은 테이블의 변위의 정확도에 비해 작은 치수를 갖는 조명 스팟의 경우에 유용하다.
입사각도 AI는 예를 들어 측정 과정 후에 58°정도로 고정된다.
렌즈(50)를 구비하는, CCD 카메라 형태의 이미지 인식 장치(48)는, 또한 샘플의 표면에 대해 직각으로 샘플의 이미지를 취하도록 제공된다. 바람직하게, 이 장치(48)는 가동 테이블에 단단하게 연결된다.
이와 동일한 방식으로, CCD 카메라 형태의 자동초점 장치(52)는, 장치의 자동초점을 적용하기 위해, 분석기(24)에 의해 전달되는 신호를 분리기(54)에 의해 도중에서 차단한다. 바람직하게, 이 장치(52)는 가동 테이블에 단단하게 연결된다.
전자 제어 유닛(42)은 구성요소(18, 38, 48 및 52)를 배치하기 위해 특히 테이블의 X, Y 및 Z축을 따라 변위를 안내할 수 있다. 유닛(42)은 또한 구성요소( 8 및 30)를 제어한다.
본 발명에 따른 계측 장치의 주요 특징 중 하나는, 조명 암(18) 및 분석 암(38)이 챔버 외부에 배치된 상태로, 샘플 표면 평면에 평행한 평면에 배치되고,샘플을 수용하는 챔버의 적어도 일부분을 차폐하는 평면 윈도우(22)에 있다.
조명 암 (18) 및 분석 암(38)이 "직선"으로 알려진 배열로 배치될 때, 테스트는, 0.25nm에서 0.85nm까지의 파장 범위에서 탄젠트 파라미터 프사이(Ψ)가 1+/-0.01일 때 그리고 코사인 파라미터 델타(Δ)가 1+/- 0.01일 때, 타원해석 계측 장치가 정확히 작용한다는 것을 보여준다.
출원인은 특히 탄젠트 프사이와 코사인 델타에서, 타원해석 파라미터의 계산에 대한 윈도우의 영향을 측정하는 계산을 했다.
도 4를 참조하면, 계산에 참여하는 장치의 본질적인 구성요소는, 소스에 대해서는 EL, 편광기에 대해서는 P, 윈도우에 대해서는 W, 샘플에 대해서는 S, 분석기에 대해서는 A, 및 검출기에 대해서는 D로 다시 보여진다.
수학식 1은 검출기상에 전기장 Ed를 준다.
수학식 2 는 검출기상에 전기장 Ed를 매트릭스로 표시한다.
수학식 3은 윈도우가 없을 때 강도 I를 표시한다. 수학식 3의 상수 K, ∀ 및 ∃는 각각 수학식 4, 5 및 6에 주어진다.
일반적으로, 탄젠트 파라미터 프사이 및 코사인 델타 파라미터는 수학식 7 및 8에 따라 각각 표시된다.
윈도우가 샘플과 조명 및 분석 암 사이에 설치될 때, 매트릭스 계산은 수학식 9에 따라 표시되며, 그것은 수학식 10 및 11에 따라 윈도우가 있거나 없는 경우 탄젠트 파라미터 프사이 및 코사인 파라미터 델타를 표시하는 것을 가능하게 한다.
도 5를 참조하면, 광 경로는 윈도우를 통과하는 조명 빔 또는 반사 빔의 경로로 나타난다. 출원인은 예를 들어 두께 d 가 4mm 이고 상수 n(예를 들어 n=1.5)인 푸롭실(PUROPSIL:등록된 상표) 형태의 윈도우의 영향을 측정했다.
윈도우의 투과율 T가 수학식 12에서 주어지되, 이 식에서 상수 t01, t10, r01및 r10이 주변/윈도우 인터페이스 및 주변 윈도우에서의 투과 및 반사 상수에 대응하는 프레즈넬 상수(수학식 13, 14, 15 및 16)이다. 파라미터 δ는 윈도우 두께에 따른 위상 편차를 나타낸다(수학식 17).
상수의 적 t01*t10은 수학식 18에 나타난다.
수학식 9에 나타나는 매트릭스의 두 상수 a 및 b는 수학식 19 및 20으로 각각 주어진다.
파라미터 탄젠트 프사이에 적용되도록 하는 보정 인자는 수학식 21을 참조하여 주어진다. 수학식 22는 위상 편차에 적용되도록 보정 인자를 표시한다.
따라서 코사인 파라미타 델타는 윈도우에 영향을 받지 않는 반면, 파라미터 탄젠트 프사이는 실질적으로 파장에 의존해서(파장의 함수로서 윈도우 굴절률의 경미한 변화를 통해) 선택된 인자에 의해 보정되어야 한다는 것이 이론적인 계산(직선으로)으로부터 나타난다.
도 6을 참조하면, 파장의 함수로 측정된 탄젠트 프사이의 포인트 값은 직선으로 58°경사진 윈도우에서의 타원해석법으로 보여진다. 이러한 측정된 포인트들은 곡선 C1과 비교될 수 있고, 이것은 푸롭실(PUROPSIL) 윈도우를 가진 경우, 상기 언급한 식에 따른 파라미터 탄젠트 프사이의 계산을 표시한다.
수학식 21에서 표시된 보정 인자는 윈도우를 통과하는 이중 경로(조명 및 반사) 때문에 두 번 적용되어야 한다.
이론적으로, 윈도우의 영향에 대한 계산은 예를 들어 58°입사각도로 경사진윈도우에서 직선으로 실현된다. 그러나 실제로, 보정 인자는 두 개의 탄젠트 프사이(도 7)의 측정값, 즉 윈도우가 없는 경우 측정된 하나의 탄젠트 프사이 측정값(곡선 C2) 및 윈도우가 있는 경우 측정된 다른 하나의 탄젠트 프사이의 측정값(곡선 C3)의 비(도 8의 곡선 C4)를 사용하여, 파라미터 탄젠트 φ에 대해 측정되는데, 측정 위치에서 샘플상에 광학적 구성요소를 조절한 후에 측정된다.
실제로, 측정 단계는 다음 단계를 포함한다:
1)윈도우 없이, 제1 실험 조건에 따라 소정의 샘플에 대해 적어도 한 번의 제1 타원해석 측정을 수행하는 단계;
2)제1 실험 조건에 일반적으로 유사한 제2 실험 조건에 따르지만, 윈도우를 통과하여, 상기 1)단계와 동일한 샘플에 대해 적어도 한 번의 제2 타원해석 측정을 수행하는 단계;
3)보정 인자를 유도하기 위해 제1 및 제2 타원해석 측정으로부터 반사 빔의 수직 및 수평 편광의 탄젠트 진폭 φ의 관계에 대해 윈도우가 미치는 영향을 측정하는 단계; 및
4)앞선 단계에 의한 처리 과정에서 유도된 보정인자를 고려하는 단계.
다항식 근사법(도 8)은 다른 예에 대한 측정을 직접적으로 보정하기 위해 사용될 수 있다.
지도 제작은 본 발명에 의해 실현될 수 있다. 지도 제작은 챔버에 샘플을 고정된 상태를 유지하며, 샘플의 다른 영역을 조명하기 위해 편광된 조명 빔을 세로방향 및/또는 가로방향으로 이동시키고, 동일한 경사진 입사각도에 따른 처리과정의 상이한 과정을 반복하는 것으로 이루어지고, 그것은 샘플을 움직이지 않고 챔버로부터 꺼내지 않고 다수의 샘플 구역에 대한 복수의 타원해석 측정을 수행하는 것을 가능하게 한다.
본 방법은 계측 장치와 샘플 표면사이의 거리를 조절하기 위해, 윈도우를 통과하여 고정된 샘플상에 조명 빔을 횡방향으로 움직이는 것으로 이루어진 과정을 더 포함한다.
도 9를 참조하면, 두께의 측정은 반지름 100mm를 가진 실리콘 기판 상에 단층의 실리카층을 구비하는 샘플에 대해 nm 단위로 보였다. 곡선 C6은 윈도우가 있는 경우 시행되는(그리고 상기 보정인자에 따라 보정된)측정을 보인 반면, 곡선 C5는 윈도우가 없는 경우 시행되는 측정을 나타낸다. 두 곡선의 양호한 정합은, 100mm 의 X축 상의 본 발명에 따른 윈도우를 통과하는 샘플의 지도 제작이, 윈도우가 없는 경우 실행되는 동일한 측정과 전체적으로 일치하는 것을 보여준다.
변형예로서, 윈도우는 동일한 치수와 특징을 가지는 제1 및 제2 윈도우로 나뉠 수 있고, 조명 및 반사 빔의 각각의 경로를 허용하도록 선택될 수 있다.
챔버는 예를 들어 생산 라인의 제조 챔버로부터 배출되어 측정되는 샘플을 수용하기 위해 집적 회로용 생산 라인에 적용되는 냉각 챔버이다.
변형예로서(도 10a 내지 10C), 챔버는 샘플(EC)을 수용하는 것이 가능하고 상기 계측 장치상에 샘플이 장착될 수 있거나 해제될 수 있는 샘플 운송기를 형성하는 박스(BO)일 수 있다.
예를 들어, 박스(BO)는 입방형이다. 그것은 박스(BO)내에 샘플(EC)를 수용하기 위해 슬라이드(GL1, GL2)가 각각 설치된 두 개의 세로방향의 벽 (PL1 및 PL2)를 가진다. 박스는 박스 내/그로부터 샘플을 장착/해제하는 것을 허용하는 가로방향 접이용 벽(PL3)을 더 구비한다. 본 발명에 따르면, 박스는 박스를 차폐하는 윈도우(FN)가 설치된 상부 표면을 구비한다.
본 발명에 따른 윈도우는, 특히 열적으로 조절된 환경(오븐, 저온유지장치(cryostat))내에서 행해지는 타원해석 측정의 경우에, 단열재를 제공하는 기능을 가질 수 있다는 것에 주목해야 한다.
본 발명에 따른 윈도우는, 또한 외부 공기 환경과 챔버 내 액체 환경을 단열시키도록 사용될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 이런 윈도우는 플래니서티(planicity) 및 진동에 관한 액체 내 샘플을 측정하는데 있어 잘 알려진 문제를 피해간다. 이것은 에칭, 클린등과 같은 습식 공정 동안의 웨이퍼뿐만 아니라, 습식 환경 내의 바이오캡터(biocaptor)의 측정에도 큰 이점을 가질 수 있다. 이런 경우 모델링에 있어 워터 매질을 고려해야 할 것이다.
본 발명에 의한 챔버 등에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 방법 및 장치에 의해 특히 챔버로부터 샘플을 꺼내지 않고 상기 샘플에 대한 타원해석 측정을 시행하는 것이 가능하다.

Claims (19)

  1. a) 조명 빔을 생성하기 위해 챔버 외부에 광원을 제공하는 단계;
    b) 조명 빔을 편광시키기 위해 챔버 외부에 편광 장치를 제공하는 단계;
    c) 샘플 표면에 실질적으로 평행한 평면에 배치되고 챔버를 적어도 부분적으로 차폐하는 선택된 치수와 특징을 갖는 윈도우를 제공하는 단계;
    d) 편광 장치로부터 윈도우를 통과하여 샘플까지 이르는 제1 광학적 경로를 따라 편광된 조명 빔을 샘플의 한 영역으로 향하게 하되, 상기 제1 광학적 경로는 샘플표면에 대해 소정의 경사진 입사각도를 형성하게 하는 단계;
    e) 조명 빔에 의해 샘플의 영역을 조명함으로써 생기는 반사 빔을 생성하되, 상기 반사 빔은 샘플 표면의 법선을 기준으로 조명 빔에 대칭이 되게 하는 단계;
    f) 챔버 외부에 편광 분석 장치를 제공하는 단계;
    g) 샘플로부터 윈도우를 통과하여 분석장치까지 이르는 제2 광학적 경로를 따라 반사 빔을 분석 장치 상으로 향하게 하는 단계;
    h) 출력 신호를 제공하도록 분석장치에 의해 투과되는 출력 빔을 검출하는 단계; 및
    i) 샘플 영역 상에서의 반사에 의해 유발되는 위상과 진폭에 있어서의 편광상태의 변화를 측정하도록 출력 신호를 처리하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    j) 샘플을 챔버에 고정된 상태로 유지하며, 샘플의 또 다른 영역을 조명하기 위해 편광된 조명 빔을 세로방향 및/또는 가로방향으로 움직이고, 상기 d)내지 i) 단계를 동일한 경사진 입사각도에서 반복하는 것으로 이루어진 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 j)단계는 샘플을 움직이지 않고, 챔버로부터 샘플을 꺼내지 않고 샘플의 복수 영역에 대해 복수의 타원해석법 측정을 시행하는 것이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 j) 단계는, 계측 장치와 샘플 표면 사이의 거리를 조정하기 위하여 윈도우를 통과하여, 고정된 샘플상에 조명 빔을 횡방향으로 이동시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 측정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    1) 윈도우 없이 제1 실험 조건에 따라, 소정의 샘플에 대해 적어도 한번의 제1 타원해석 측정을 수행하는 단계;
    2) 제1 실험 조건에 일반적으로 유사한 제2 실험조건에 따르지만, 윈도우를 통과하여, 상기 1)단계와 동일한 샘플에 대해 적어도 한번의 제2 타원해석 측정을 수행하는 단계;
    3) 보정 인자를 유도하기 위해 제1 및 제2 타원해석 측정으로부터, 반사 빔의 수직 및 수평 편광의 탄젠트 Ψ 진폭의 관계에 대한 윈도우가 미치는 영향을 측정하는 단계; 및
    4) 상기 j) 단계에 따른 처리과정에서, 유도된 보정 인자를 고려하는 단계;
    를 포함하는 측정 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 측정 방법.
  5. 조명 빔을 생성하기 위한 챔버 외부의 광원;
    조명 빔을 편광시키기 위한 챔버 외부의 편광 장치;
    샘플 표면에 실질적으로 평행한 평면에 배치되어 적어도 부분적으로 챔버를 차폐하는 선택된 치수와 특징을 갖는 윈도우;
    편광 장치로부터 윈도우를 통과하여 샘플의 영역에 이르는 제1 광학적 경로를 따라 샘플의 영역 상으로 편광된 조명 빔을 향하게 하되, 상기 제1 광학적 경로가 샘플 표면에 대해 소정의 경사진 입사각도를 형성하게 하는 제1 방향 장치;
    챔버 외부의 편광 분석 장치;
    조명 빔에 의해 샘플을 조명함으로써 생기는 반사 빔을 샘플로부터 윈도우를 통과하여 분석 장치에 이르는 제2 광학적 경로를 따라 분석 장치로 향하게 하되, 상기 반사 빔이 샘플 표면의 법선을 기준으로 조명 빔과 대칭이 되게 하는 제2 방향 장치;
    출력 신호를 제공하도록 분석 장치에 의해 투과되는 출력 빔을 검출하는 검출 장치; 및
    샘플 영역상의 반사에 의해 유발되는 위상과 진폭에 있어서의 편광 단계의 변화를 측정하기 위하여 출력 신호를 처리하는 처리 수단;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    동일한 경사진 입사각도에서, 샘플의 다른 영역을 조명하도록 편광된 조명 빔을 세로방향 및/또는 가로방향으로 이동시키기 위한 이동 수단을 더 구비하되, 상기 이동 수단은 샘플을 움직이거나 챔버로부터 샘플을 꺼내지 않고 샘플의 지도 제작을 얻는 것을 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 윈도우는, 동일한 치수와 특징을 가지고 각각 조명 빔과 반사 빔의 통로가 될 수 있도록 선택된 제1과 제2 윈도우를 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 이동수단은 고정된 샘플 상에 조명 빔을 횡으로 이동시킬 수 있고, 이것은 계측 장치와 샘플 표면사이의 거리를 조정하는 것이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 이동수단은, X축 및/또는 Y축 및/또는 Z 축을 따라 조정될 수 있는 테이블을 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 테이블은 편광 장치, 분석 장치 및, 제1 및 제2 방향 장치를 운반하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    광원과 편광장치 사이에 배치되는 제1 광섬유를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    분석 장치와 방향 장치 사이에 배치되는 제2 광섬유를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  13. 제 5 항에 있어서,
    광의 편광 방향에 있는 편광 장치의 상부에 배치되는 다이아프램을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  14. 제 5 항에 있어서,
    편광기와 윈도우 사이에 삽입되는 보상 블레이드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  15. 제 5 항에 있어서,
    윈도우와 분석기 사이에 삽입되는 보상 블레이드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  16. 제 5 항에 있어서,
    내부 및/또는 외부 윈도우 표면을 차폐하는 적당한 물질층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  17. 제 5 항에 있어서,
    상기 챔버는, 상기 생산 라인으로부터 나와 측정될 샘플을 수용하기 위해, 집적 회로용 생산 라인에 적용될 수 있는 냉각 챔버인 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  18. 제 5 항에 있어서,
    상기 챔버는, 샘플을 수용하는 것이 가능한 샘플 운송기를 형성하고 계측 장치에 연결된 인터페이스를 구비하는 박스인 것을 특징으로 하는 챔버에 수용된 샘플에 대한 타원해석 계측 장치.
  19. 샘플을 수용할 수 있고, 샘플 표면에 실질적으로 평행한 평면에 배치되어 박스를 차폐하는 선택된 치수와 특징을 갖는 윈도우를 가진 상부 표면을 구비할 수 있는 박스로서,
    조명 빔을 생성하기 위한 챔버 외부의 광원;
    조명 빔을 편광시키기 위한 챔버 외부의 편광 장치;
    편광 장치로부터 윈도우를 통과하여 샘플의 영역에 이르는 제1 광학적 경로를 따라 샘플의 영역에 편광된 조명 빔을 향하게 하되, 상기 제1 광학적 경로가 샘플 표면에 대해 소정의 경사진 입사각도를 형성하게 하는 제1 방향 장치;
    챔버 외부의 편광 분석 장치;
    조명 빔에 의해 샘플을 조명함으로써 생기는 반사 빔을, 샘플로부터 윈도우를 통과하여 분석 장치에 이르는 제2 광학적 경로를 따라 분석 장치로 향하게 하되, 상기 반사 빔이 샘플 표면의 법선을 기준으로 조명 빔과 대칭이 되게 하는 제2 방향 장치;
    출력 신호를 제공하도록 분석 장치에 의해 투과되는 출력 빔을 검출하는 검출 장치; 및
    샘플 영역상에서의 반사에 의해 유발되는 위상과 진폭에 있어서의 편광상태의 변화를 정하기 위하여 출력 신호를 처리하는 처리 수단;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 계측장치에 결합되는 박스.
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