KR20050098268A - 트렌치의 특성을 측정하는 간섭 공초점 현미경에 사용되는누설 유도파 모드 - Google Patents

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Abstract

기판 내의 트렌치 또는 비아의 특징을 측정하기 위하여, 측정 빔을 생성하는 간섭 공초점 현미경을 이용하는 방법이 개시되는데, 상기 방법은 상기 측정 빔을 트렌치 또는 빙의 바닥 또는 부근의 선택된 위치에서 집속하여 상기 트렌치 또는 비아 내부에 하나 이상의 유도파 모드를 여기시키는 단계;와 상기 측정 빔이 상기 선택된 위치에 집속되는 경우 발생되고, 상기 트렌치 내부에서 여기된 상기 하나 이상의 유도파 모드로부터의 방사장에 대응하는 성분을 포함하는 복귀 측정 빔의 특성을 측정하는 단계; 및 상기 복귀 측정 빔의 측정된 특성으로부터 상기 트렌치 또는 비아의 특징을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

트렌치의 특성을 측정하는 간섭 공초점 현미경에 사용되는 누설 유도파 모드{LEAK GUIDED-WAVE MODES USED IN INTERFEROMETRIC CONFOCAL MICROSCOPY TO MEASURE PROPERTIES OF TRENCHES}
본 출원은 2003년 1월 31일에 출원된 미국 가출원 번호 제60/443,980호(ZI-46), 2003년 1월 27일에 출원된 미국 가출원 번호 제60/442,885호(ZI-47), 2003년 1월 28일에 출원된 미국 가출원 번호 제60/442,892호의 권리를 주장한다.
공초점 및 간섭 공초점 현미경은 트렌치 및 트렌치 어레이의 측방향 공간 특성(spatial property)을 측정하는 데에 사용되어 왔다(S.S.C. Chim 및 G.S. Kino, "Optical pattern recognition measurements of trench arrays with submicrometer dimensions," Applied Optics 33, pp 678--685, 1994. 참조). 그러나, 공초점 및 간섭 공초점 현미경은 트렌치의 깊이 및 폭에 대한 정보를 획득하는 데에는 전혀 이용되지 않았다.
도 1a 내지 도 1c는 트렌치 및 광학빔의 경로를 보여주는 도면이다.
도 2a는 반사 굴절 시스템을 이용하는 간섭 이미징 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2b는 반사 굴절 이미징 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2c는 핀홀 어레이 빔 분할기를 보여주는 도면이다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 대한 상세한 내용은 첨부 도면 및 이하의 설명에 개시되어 있다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점은 다음의 설명 및 도면, 청구의 범위로부터 명확해질 것이다.
본 명세서에 기재된 기술은 트렌치의 깊이 및 폭에 대한 정보를 획득하기 위하여 간섭 공초점 현미경을 사용하는 방식을 제공한다. 상기 기술은, 트렌치의 벽에 평행하거나 수직한 방향으로 대칭이거나 반대칭일 수 있는 트렌치의 누설 유도파 모드를, 상기 트렌치의 벽에 평행 또는 수직한 방향으로의 대칭 또는 반대칭 근접장(near-field) 빔에 의해 여기시키거나 또는 상기 트렌치의 벽에 평행 또는 수직한 방향으로의 대칭 또는 원역장(far-field) 빔에 의해 여기시켜서, 대응하는 대칭 또는 반대칭 이미지를 형성하는 스폿에 집속시키는 것을 포함한다. 다음에, 상기 여기된 누설 유도파 모드에 의해 방사되는 장의 특성을 측정하여, 트렌치의 깊이 및 폭 및/또는 포함된 결함의 검출에 대한 정보를 획득한다. 상기 여기된 유도파 모드에 의해 방사된 장의 특성은 간섭 공초점 현미경을 사용하여 측정한다. 여기된 반대칭 유도파 모드의 특성을 측정하기 위하여, 상기 간섭 공초점 현미경은 상기 방사된 장에서의 여기된 유도파 모드의 반대칭 특성의 효과를 보상하여, 배경 빔의 효과를 제거/감소시킬 수 있다. 상기 여기된 유도파 모드에 의해 방사된 장에 의해 발생되는 빔은 배경 빔과는 상이한 특성들을 나타내고, 이러한 차이점은 배경 빔의 효과를 보상 및/또는 제거/감소시키는 데에 이용된다.
상기 트렌치의 경계는, 예컨대 유전체, 반도체 및 도전 재료를 포함할 수 있다. 상기 트렌치는 투과성 매체로 채워질 수도 있다.
상기 여기된 유도파 모드에 의해 방상되는 장을 포함하는 복귀 측정 빔으로 형성되는 이미지는 상기 간섭 공초점 현미경의 이미지 시스템에서 보상될 수 있는 비점수차를 나타낸다. 상기 비점수차를 보상하면, 대응하는 복귀 측정 빔의 장의 측정된 공액 구적(conjugated quadrature)의 신호 대 잡음비가 증가된다. 비점수차를 보상하면, 처리량 역시 증가된다.
일반적으로, 한 가지 양태에서, 본 발명은 트렌치 또는 기판 내의 비아(via)의 특징을 측정하기 위하여 간섭 공초점 현미경을 이용하는 것을 포함하는데, 상기 간섭 공초점 현미경은 측정 빔을 생성한다. 상기 방법은, 트렌치 또는 비아의 바닥에서 또는 그 부근의 선택된 위치에서 상기 측정 빔을 집속하여, 상기 트렌치 또는 비아 내부에 하나 이상의 유도파 모드를 여기시키는 단계와, 상기 측정 빔이 상기 선택된 위치에서 집속될 때 발생되고 상기 트렌치 내부에서 여기된 하나 이상의 유도파 모드로부터의 방사장에 대응되는 성분을 포함하는 복귀 측정 빔의 특성을 측정하는 단계와, 상기 복귀 측정 빔의 측정된 특성으로부터 상기 트렌치 또는 비아의 특징을 결정하는 단계를 포함한다.
다른 실시예는 이하의 특징 중 하나 이상을 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 기판에 실질상 수직한 방향으로 상기 측정 빔을 주사하여 상기 트렌치 또는 비아의 바닥의 위치를 정하는 단계를 포함한다. 상기 특징을 결정하는 단계는 상기 트렌치 또는 비아의 깊이를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 여기된 하나 이상의 유도파 모드는 누설 유도파 모드이다. 상기 방법은 또한, 비대칭인 측정 빔을 발생시키거나 비대칭인 측정 빔을 발생시키는 단계를 포함한다. 상기 복귀 측정 빔의 특성을 측정하는 것은 상기 복귀 측정 빔의 공액 구적을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 복귀 측정 빔의 특성을 측정하는 단계는 바이호모다인(bi-homodyne) 검출 기술 또는 쿼드호모다인(quad-homodyne) 검출 기술을 이용하는 단계를 포함한다. 상기 간섭 공초점 현미경은 원격장 간섭 공초점 현미경이고, 상기 측정 빔은 원격장 측정 빔이다. 또는 별법으로서, 상기 간섭 공초점 현미경은 인접장 간섭 공초점 현미경이고, 상기 측정 빔은 인접장 측정 빔이다.
상기 방법은 또한, 상기 기판의 표면 위로 그리고 상기 트렌치 또는 비아 위로 선택된 거리에서 측정 빔을 집속하고, 상기 측정 빔이 상기 기판의 표면 및 트렌치 또는 비아 위로 선택한 거리에서 상기 측정 빔이 집속될 때 생성되는 복귀 측정 빔의 특성을 측정하는 단계를 포함한다. 이러한 경우에, 상기 트렌치 또는 비아의 특징을 결정하는 단계는 상기 제1 복귀 측정 빔의 특성 측정값과, 상기 제2 복귀 측정 빔의 특성 측정값을 합치는 단계를 포함한다. 이러한 경우에, 상기 선택된 위치는 상기 기판의 상단면 아래의 거리(Z1)이고, 상기 선택된 거리는 상기 기판의 표면 위로의 거리(Z2)이며, 상기 Z1과 Z2은 동일하다. 상기 측정 빔이 상기 기판의 표면 및 트렌치 또는 비아 위의 선택한 거리에서 집속될 때 생성되는 복귀 측정 빔의 장의 특성을 측정하는 단계는 상기 복귀 측정 빔의 장의 공액 구적을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 트렌치 또는 비아의 특징을 결정하는 단계는 상기 측정 빔이 상기 선택된 위치에서 집속될 때 생성되는 상기 복귀 측정 빔의 장의 공액 구적의 측정값과, 상기 기판의 표면 및 트렌치 또는 비아 위로의 선택한 거리에서 상기 측정 빔이 집속될 때 생성되는 상기 복귀 측정 빔의 장의 공액 구적의 측정값을 합치는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 방법은 상기 트렌치의 바닥을 따른 복수 개의 위치에서 집속 및 측정하여, 트렌치 내부의 결함을 검출하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 적어도 몇몇 실시예의 이점은 종횡비가 큰 트렌치의 깊이를 비접촉 방식으로 측정할 수 있다는 것이다.
본 발명의 적어도 몇몇 실시예의 다른 이점은 트렌치의 특성을, 최하 약 100 nm의 측방향 해상도 및 최하 약 200 nm의 깊이 해상도를 갖고 있는 간섭 원격장 공초점 현미경으로 측정할 수 있다는 것이다.
본 발명의 적어도 몇몇 실시예의 다른 이점은 트렌치의 특성을 최하 약 VUV 파장의 깊이 해상도 및 서브파장 측방향 해상도를 갖고 있는 간섭 원격장 공초점 현미경으로 측정할 수 있다는 것이다.
본 발명의 적어도 몇몇 실시예의 다른 이점은 종횡비가 큰 트렌치의 누설 유도파 모드를 이용하여 트렌치의 특성을 측정한다는 것이다.
본 발명의 적어도 몇몇 실시예의 다른 이점은 종횡비가 큰 트렌치의 반대칭 누설 유도파 모드를 이용하여 트렌치의 특성을 측정한다는 것이다.
본 발명의 적어도 몇몇 실시예의 다른 이점은 어떤 배경 신호의 효과가 간섭식으로 제거된다는 것이다.
본 발명의 적어도 몇몇 실시예의 다른 이점은 어떤 다른 배경 신호의 효과가 보상된다는 것이다.
본 발명의 적어도 몇몇 실시예의 다른 이점은 트렌치의 여기된 누설 유도파 모드에 의해 방사된 장을 이용하는 트렌치의 이미지의 비점수차가 간섭 공초점 현미경 시스템의 비점수차에 의해 보상될 수 있다는 것이다.
본 발명의 적어도 몇몇 실시예의 다른 이점은 탐침 조사되는 트렌치의 경계를 획정하는 상기 매체가 전도체, 반도체 및 유전체를 포함할 수 있다는 것이다.
본 발명의 적어도 몇몇 실시예의 다른 이점은 트렌치의 여기된 유도파 모드에 의해 방상된 장에 의해 발행되는 복귀 측정 빔의 장의 결합 공액 구적을 바이 및 쿼드호모다인 검출법 및 멀티 픽셀 검출기를 이용하여 결정할 수 있다는 것이다.
이하에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 반대칭 또는 비대칭 공간 특성을 갖고 있는 누설 유도파 모드는 원격장 또는 인접장 빔에 의해 트렌치 내에서 여기되고, 예컨대 웨이퍼 상에 위치한 트렌치의 특성을 탐침 조사하는 간섭 공초점 현미경에 사용된다. 트렌치의 특성은 트렌치의 깊이 및 중요한 치수, 트렌치 내부에 위치한 결함을 포함한다. 어떤 배경 신호의 효과는 간섭식으로 제거되고, 어떤 다른 배경 신호는 상기 여기된 유도파 모드에 의해 발생된 방사장의 공액 구적의 결정시 보상된다. 상기 여기된 유도파 모드에 의해 발생된 방사장을 포함하는 복귀 측정 빔으로 형성되는 이미지는, 간섭의 원격장 및 인접장 공초점 이미징 시스템에서 유리하게 사용되고, 간섭 원격장 공초점 이미지 시스템에서 보상될 수 있는 비점수차를 나타낸다. 상기 비점수차의 유리한 이용 및/또는 보상은 대응하는 복귀 측정 빔의 장의 측정된 공액 구적의 신호 대 잡음비를 증가시킨다. 상기 비점수차의 유리한 이용 및/또는 보상은 처리량의 증가도 야기한다. 비아 내에서의 유도파 모드의 여기는 상기 비아의 특성을 결정하는 데에 이용될 수도 있다.
기판의 평면 아래, 평면에서 또는 그 평면 아래의 스폿에 집속되는 측정 빔의 어레이의 빔은 일반적으로, 단일 성분을 포함하는 복귀 측정 빔을 발생시킨다. 기판 내에 그 기판의 표면에 형성된 빔의 탈집속 또는 집속된 스폿을 교차하는 트렌치가 있을 경우, 후속하여 발생된 복귀 측정 빔은 3개의 성분을 포함한다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상기 3개의 성분 중 하나는 기판(60)의 표면(160)에서 반사된 측정 빔의 제1 부분에 대응하고, 제2 성분은 표면(160)의 평면에 있는 트렌치(150)에 의해 제공되는 어퍼처(aperture)(156)에 의해 산란되는 측정 빔의 제2 부분에 대응하며, 상기 제3 성분은 트렌치(150)의 누설 유도파 모드에의 커플링의 결과로서 발생되는 측정 빔의 제3 부분에 대응한다. 상기 여기된 유도파 모드의 누설 유도파는 후속하여, 트렌치(150)의 바닥(152)에 의해 반사된다. 상기 여기된 유도파 모드의 반사장은 트렌치에 의해 표면(160)에서 트렌치(150)의 어퍼처(156)로 다시 보내지고, 그 일부는 트렌치(150)의 상기 여기 유도파의 방사장으로서 상기 트렌치 어퍼처(156)에서 보내진다. 상기 제3 성분의 진폭 및 위상은 상기 트렌치의 폭 및 깊이, 포함된 결함에 대한 정보를 담고 있다.
상기 복귀 측정 빔의 제3 성분의 공액 구적의 측정을 위해 여러 가지 상이한 실시예를 설명한다. 어떤 실시예에서, 측정 빔들의 어레이를 발생시키는 간섭 공초점 현미경이 사용되는데, 상기 측정 빔의 어레이의 각 빔은 집속되어, 기판에서 간섭 공초점 현미경의 이미지 공간 내의 집속된 스폿을 형성한다. 상기 집속된 스폿은 상기 트렌치의 벽에 평행 또는 수직한 방향으로의 대칭 이미지 또는 반대칭 이미지에 대응한다. 어떤 실시예에서, 측정 탐침 빔의 어레이를 발생시키는 간섭 인접장 공초점 현미경이 사용되는데, 측정 탐침 빔의 어레이의 각 탐침 빔은 상기 트렌치의 벽에 수직한 방향으로 기판 표면에서 서브파장 크기를 갖고 있는 인접장 탐침 빔이다.
복귀 측정 빔들의 어레이를 포함하는 상기 복귀 측정 빔 중 하나의 빔의 특성을 기판의 표면 위의 스폿에 집속된 측정 빔에 대하여 먼저 설명하고, 다음에 기판의 표면 아래의 스폿으로 집속되는 측정 빔에 대하여 설명한다. 도 1a에 개략적으로 도시한 바와 같이, 도면 부호 60으로 나타낸 기판은 표면(160)과 트렌치(150)를 포함한다. 트렌치(150)의 측벽은 도면 부호 154A 및 154B로 나타내었고, 트렌치(150)의 바닥은 도면 부호 152로 나타내었다. 표면(160)의 평면에 있는 트렌치(150)의 어퍼처는 도면 부호 156으로 나타내었다.
도 1a를 참조하면, 빔 성분(140A, 140B)을 포함하는 측정 빔(140)은 집속되어, 표면(160) 위의 높이(z1)에서 스폿(164)을 형성한다. 상기 측정 빔은 상기 집속된 스폿(164)으로부터 분기하고, 그 제1 부분은 표면(160)에 의해 반사되어, 복귀 측정 빔의 제1 성분(142)을 형성하는데, 상기 제1 성분(142)은 빔 성분(142A, 142B)을 포함한다. 상기 복귀 측정 빔의 제1 성분(142)은 종방향 위치(-z1)에 위치한 대상점(object point)로부터 분기하는 빔이다.
상기 집속된 스폿(164)으로부터 분기하는 측정 빔의 제2 부분은 어퍼처(156)에 의해 산란되어, 상기 복귀 측정 빔의 제2 성분을 형성한다. 상기 제2 성분은 비점수차 소스를 포함하는 제2 성분의 소스가 마련된 어퍼처(156)로부터 분기한다. 도 1a의 평면에 수직한 상기 비점수차 소스의 길이는 2z1tan[asin(NA)]와 같으며, NA는 간섭 공초점 이미징 시스템의 수치 구경(numerical aperture)이다. 상기 비점수차 소스의 평면은 표면(160)에 위치하고, -z1의 z 위치에 있다.
상기 집속된 스폿(164)으로부터 분기하는 측정 빔의 제3 부분은 트렌치(150)의 약(弱) 유도파 모드에 커플링된다. 상기 약유도파는 트렌치 아래로 전파되고, 그 일부는 어퍼처(156)로의 약유도파로서 트렌치(150)의 바닥(152)에서 트렌치(156) 뒤에 반사되는데, 그 일부는 복귀 측정 빔의 제3 성분으로 방사된다. 상기 복귀 측정 빔의 제3 성분은 비점수차인 소스에 의해 형성된다. 상기 소스의 한 가지 비점수차면은 표면(160)이고, 상기 소스의 다른 비점수차면은 (-2h+z1)의 z 위치에 위치한 평면이다.
도 1b에 개략적으로 나타낸 것과 같이, 표면(160) 아래의 스폿에 집속되는 빔의 경우에 대하여, 빔 성분(240A, 240B)을 포함하는 측정 빔(240)은 집속되어, 표면(160) 아래의 높이(-z2)에서 스폿(168)을 형성한다. 측정 빔(240)의 제1 부분은 표면(160)에 의해 반사되어, 스폿(170)에서 집속빔을 형성한다. 상기 측정 빔의 제1 부분은 상기 집속된 스폿(170)으로부터 분기되어, 복귀 측정 빔의 제1 성분(242)을 형성하는데, 제1 성분(242)은 빔 성분(242A, 242B)을 포함한다. 상기 복귀 측정 빔의 제1 성분(242)은 z2와 동일한 z 위치에 위치한 대상점으로부터 분기하는 빔이다.
표면(160)에 입사하는 측정 빔의 제2 부분은 어퍼처(156)에 의해 산란되어, 복귀 측정 빔의 제2 성분을 형성한다. 상기 제2 성분은 비점수차 소스를 포함하는 제2 성분의 소스가 마련된 어퍼처(156)로부터 분기한다. 도 1b의 평면에 수직한 비점수차 소스의 길이는 2z2tan[asin(NA)]와 같다. 상기 소스의 비점수차면은 표면(160) 내에 위치하여 z2의 위치(z)에 있다.
평면(160)에 입사하는 측정 빔의 제3 부분은 트렌치(150)의 약 유도파 모드에 커플링된다. 상기 약 유도파는 트렌치(150) 아래에서 전파되고, 그 일부는 어퍼처(156)로의 약유도파로서 트렌치(150)의 바닥(152)에서 트렌치(150) 뒤에 반사되는데, 그 일부는 복귀 측정 빔의 제3 성분으로서 방사된다. 상기 복귀 측정 빔의 제3 성분은 역시 비점수차인 소스에 의해 형성된다. 상기 소스의 한 가지 비점수차면은 표면(160)이고, 상기 소스의 다른 비점수차면은 (-2h+z2)의 z 위치에 위치한 평면이다.
z1=z2일 때, 복귀 측정 빔(142, 242)의 3가지 성분 사이에는 매우 간단한 관계가 존재한다. 이러한 매우 단순한 관계는 도 1a 및 도 1b를 면밀히 조사하면 명백한 대칭성의 결과이다. 상기 관계는 빔(142, 242)의 제1 성분들이 동일하고, 빔(142, 242)의 제2 성분의 진폭이 동일하며, 빔(142, 242)의 제3 성분의 진폭이 동일하다는 것이다. 그러나, 각 3가지 성분으로 형성되는 이미지를 포함하는 결상면(image plane)에서, 상기 관계는 다르다.
스폿(166)의 공액이 초점에 있는 평면과 결상면이 일치하는 경우 측정되는 빔(142)의 제1 성분에 대응하는 제1 성분의 공액 구적은 스폿(170)의 공액이 초점에 있는 평면과 결상면이 일치할 때 측정되는 빔(242)의 제1 성분에 대응하는 제1 성분의 공액 구적과 동일하다. 스폿(166)의 공액이 초점에 있는 평면과 결상면이 일치하는 경우 측정되는 빔(142)의 제2 성분에 대응하는 제2 성분의 공액 구적은 스폿(170)의 공액이 초점에 있는 평면과 결상면이 일치할 때 측정되는 빔(242)의 제2 성분에 대응하는 제2 성분의 공액 구적과 동일하다. 그러나, 스폿(166)의 공액이 초점에 있는 평면과 결상면이 일치하는 경우 측정되는 빔(142)의 제3 성분에 대응하는 제3 성분의 공액 구적은 스폿(170)의 공액이 초점에 있는 평면과 결상면이 일치할 때 측정되는 빔(242)의 제3 성분에 대응하는 제3 성분의 공액 구적과 동일하지 않다.
상기 제3 성분의 공액 구적은 동일하지 않은데, 왜냐하면 스폿(166)의 공액이 초점에 있는 평면과 결상면이 일치하는 경우, 빔(142)의 제3 성분에 대응하는 제3 성분은 각 비점수차 결상면과 관련하여 초점에 있고, 스폿(170)의 공액이 초점에 있는 평면과 결상면이 일치하는 경우, 빔(242)의 제3 성분에 대응하는 제3 성분은 각 비점수차 평면과 관련하여 초점에 있지 않기 때문이다.
어떤 실시예에서, 빔(142, 242)에 대응하는 장의 공액 구적은 z1=z2에 대하여 측정되고, 측정된 공액 구적 세트는 합쳐져서, 표면(160)으로부터의 반사의 기여 및 어퍼처(156)에 의한 산란으로부터의 기여를 제거하여, 빔(142, 242)의 제3 성분의 공액 구적 측정값을 획득한다. 상기 측정된 빔(142, 242)의 제3 성분의 공액 구적은 트렌치(150)의 폭(w) 및 깊이(h) 및 포함된 결함에 대한 정보를 담고 있다.
트렌치(150)는 폭(w)의 슬래브 도파로를 가지며, 이 도파로는 융해 실리카, 실리콘 질화물 또는 실리콘과 같은 경계 형성 매체의 굴절률(nW)보다 낮은 굴절률(nT)의 투명 매체로 충전되지 않거나 충전된 경우 굴절률 1의 값을 갖는다. 따라서, 슬래브 도파로의 경계에서 큰 입사각으로 반사된 빔에 의해 위상 편이(π)가 발생된다. 위상 편이(π)의 직접적인 결과는 설명된 실시예에서 이용된 누설 유도파 모드의 전기장의 복합 진폭이 트렌치의 벽에서 0이라는 점이다. 그러므로, 누설 유도파 모드의 전기장의 복합 진폭은 다음과 같이 표현된다:
여기에서,
, kx 와 kz는 파수(k)의 실 성분의 x 및 z 성분, β는 파수(k)의 허수 성분이다. 좌표계는 도 1c에 도시되어 있다. 누설 유도파 모드의 관심 스펙트럼은 연속적인데, 그 이유는 트렌치의 굴절률(nT)이 경계 형성 매체의 굴절률(nW) 보다 작고, 낮은 값의 폭(w) 및 도 1c에 정의된 대응하는 낮은 값의 각도(θ)에 기인한다.
복합 파수(k)의 성분들(kx,kz)은 다음과 같이 표현된다:
여기에서, 는 빔의 자유 공간 파수이다. 관심 누설 유도파 모드의 경우, 슬래브 도파로의 경계에서 누설 가이드 파의 전송에 따른 허수 성분(β)은 다음과 같이 표현된다:
여기서, 는 의 입사각을 갖는 빔의 s 편파를 위한 슬래브 도파로의 경계에서의 빔의 반사율이다. 관심 대상의 여기 누설 유도파 모드의 경우, 이고, 허수 성분(β)의 크기는 단지 β 항의 2차 이상으로 kz의 크기에 영향을 미친다.
누설 유도파 모드에 보다 높은 효율로 결합되는 도 1c에 도시된 슬래브 도파로에 입사되는 광빔은 슬래브 도파로의 표면에서 전기장의 대칭 또는 반대칭 분포를 갖는 광빔이다. λ에 대한 w의 크기와 배경 빔의 효과를 제거하기 위해 이용된 처리에 따라 트렌치(150)의 대칭 또는 반대칭 누설 유도파 모드를 우선적으로 여기시키기 위해 대칭 또는 반대칭의 전기장 분포를 갖는 전술한 실시예에 사용된 측정 빔이 선택된다. 트렌치의 바닥의 z 위치(152)에 빔이 집속되는 트렌치의 누설 유도파 모드에 빔의 효율을 커플링시키기 위한 근사 표현식은 다음과 같다:
여기서, NA는 수치구경이며, 다음과 같이 표현된다:
여기서,는 기판(60)을 포함하는 객체 공간 내의 간섭 공초점 이미징 시스템(interferometric confocal imaging system)의 광축에 대해 복귀 측정 빔의 성분이 형성하는 최대 각도를 말한다.
간섭 공초점 이미지 시스템의 깊이 해상도(ΔZ)는 다음의 수학식으로 주어진다:
여기서, λ는 측정 및 복귀 측정 빔의 파장이다.
표 1은 nT=1이고 기타 세트의 조건에서 에 대한 값을 나타낸다. θ에 대해 표 1에 사용된 범위는 다음과 같다:
이고, 이는 다음과 같은 종횡비에 대응한다:
[수학식 8 및 9 참조]
표 1에 그 결과가 제시된 기판을 이루는 재료는 SiO2, SiN 및 Si이고, s 편파의 반사율(Rs)는 에 대한 의 함수로서 일련의 재료에 대해 표 1에 열거된다.
여기된 누설 유도파 모드의 중요한 특성은 파수(k)의 정규화된 z 성분()이 수치 1에서 약 1% 미만으로 벗어나는 것이다. 이 특성의 결과, 누설 유도파 모드에 대한 트렌치의 "유효" 굴절률은 1의 비교적 높은 정확도로 됨이 분명하다. 이 특성은 측정된 공액 구적을 깊이 h로 변환하는데 이용된다.
트렌치의 유효 굴절률이 비교적 높은 정확도의 1이 되는 특성은 트렌치의 여기된 유도파 모드의 방사장에 의해 발생되는 복귀 측정빔의 성분에 관련된 수차(aberration)의 특성에도 직접적으로 영향을 미친다. 기판 재료의 굴절률과 간섭 공초점 현미경의 객체 공간의 굴절률의 불일치가 존재하는 경우, 구면 수차가 유도된다. 트렌치의 유효 굴절률이 양호한 근사치 1이 되는 결과, 트렌치의 여기된 유도파 모드의 방사장에 의해 발생되는 복귀 측정빔의 성분은 구면수차를 나타내지 않을 것이다. 따라서, 트렌치의 여기된 유도파 모드의 방사장에 의해 발생되는 복귀 측정빔에 관련된 1차 수차는 비점수차가 될 것이다.
표 1에 열거된 파수의 복합 성분의 β값은 여기된 유도파 모드의 누설 유도파의 진폭이 트렌치 내로 진행될수록 감쇠되지만 트렌치 특성에 대한 지표로서 여기된 유도파 모드의 사용을 매우 유용하게 하는 정도의 값을 갖는다. 표 1에 열거된 파수의 복합 성분의 β값은 트렌치의 폭(w)에 대해 트렌치의 여기된 유도파 모드의 방사장에 의해 발생되는 복귀 측정빔의 성분의 측정된 공액 구적에 관련된 수치를 갖는다.
제1 실시예가 도 2a에 개략적으로 도시되어 있다. 제1 실시예는 도면부호 310으로 지시된 제1 이미지 시스템과, 핀홀 빔 스플리터(312), 검출기(370), 도면부호 410으로 지시된 제2 이미지 시스템을 포함한다. 제2 이미지 시스템(410)은 예컨대, Nikon의 ELWD SLWD 대물렌즈와 Olympus의 LWD, ULWD, ELWD 대물렌즈와 같은 작업 거리가 큰 저전력 현미경으로 구성된다. 제1 이미지 시스템(310)은 간섭 공초점 현미경 시스템으로 구성되는데, 예를 들면, 헨리 에이. 힐에 의한 공유 미국 특허 가출원 60/442,982호(ZI-45)의 "핀홀 어레이 빔 분할기를 구비한 간섭 공초점 현미경"과 2004년 1월 27일자 출원된 동일 명칭의 미국 특허 출원에 설명되고 있는 것과 같다. 양자의 인용 특허 출원의 내용은 본원 명세서에 참조로 합체된다.
제1 이미징 시스템(310)이 도 2b에 개략적으로 도시되어 있다. 상기 이미징 시스템(310)은 헨리 에이. 힐에 의한 "반사 광학 및 반사 굴절 이미징 시스템"이란 명칭으로 2001년 12월 20일 출원된 공유 미국 특허 6,552,852(ZI-38)와, "반사 광학 및 반사 굴절 이미징 시스템"이란 명칭으로 2003년 2월 3일자 출원된 미국 특허 가출원 제10/366,651호(ZI-43)와, "적응형 반사 광학면을 갖는 반사 광학 및 반사 굴절 이미지 시스템"이란 명칭으로 2003년 9월 10일자 출원된 미국 특허 가출원 제60/501,666호(ZI-54)와, "펠리클 빔 분할기와 비적응형 및 적응형 반사 광학면을 갖는 반사 광학 및 반사 굴절 이미징 시스템"이란 명칭으로 2003년 9월 26일자 출원된 미국 특허 가출원 제60/506,715호에 설명된 것과 같은 반사 굴절 시스템이다. 상기 4개의 인용 출원의 내용은 본원 명세서에 참조로 합체된다.
반사 굴절 이미지 시스템(310)은 반사 굴절 요소(340, 344), 빔 분할기(348), 볼록 렌즈(350)를 구비한다. 표면(342A, 346A)은 명목 곡률 반경이 동일한 볼록 구면이며, 상기 표면(342A, 346A)의 각 곡률 중심은 빔 분할기(348)에 대해 공액점이다. 표면(342B, 346B)은 명목 곡률 반경이 동일한 오목 구면이다. 표면(342B, 346B)의 곡률 중심은 표면(342A, 346A)의 각 곡률 중심과 동일하다. 볼록 렌즈(350)의 곡률 중심은 표면(342B, 346B)의 곡률 중심과 동일하다. 표면(346B)의 곡률 반경은 이미지 시스템(310)의 효율성 손실을 최소화하고, 최종 용도 적용에 적합한 이미지 시스템(310)의 작업 거리를 얻기 위해 선택된다. 볼록 렌즈(350)의 곡률 반경은 반사 굴절 이미지 시스템(310)의 비축 수차(off-axis aberration)를 보상하도록 선택된다. 반사 굴절 요소(340, 344)의 매체는 예를 들면, 융해 실리카, SF11과 같은 상업적으로 구매 가능한 유리일 수 있다. 볼록 렌즈(350)의 매체는 예를 들면, 융해 실리카, YAG 또는 SF11과 같은 상업적으로 구매 가능한 유리일 수 있다. 상기 요소(340, 344) 및 볼록 렌즈(350)의 매체의 선택에 있어 중요한 고려 사항은 빔(324)의 주파수에 대한 투과성이 될 것이다.
볼록 렌즈(352)는 볼록 렌즈(350)와 동일한 곡률 중심을 갖는다. 볼록 렌즈(350,352)는 사이에 핀홀 빔 분할기(312)에 의해 상호 접합된다. 핀홀 어레이 빔 분할기(312)가 도 2c에 도시되어 있다. 핀홀 어레이 빔 분할기에서 핀홀의 패턴은 최종 용도 적용의 필요 조건에 맞도록 선택된다. 패턴이 예로서는 2개의 직교 방향으로 핀홀이 등간격으로 배열된 2차원 배열이 있다. 상기 핀홀은 원형 구멍, 사각 구멍 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으며, 이러한 핀홀은 본원 명세서에 참조로 언급되고 헨리 에이. 힐 및 카일 페리오(Kyle Ferrio)에 의해 "공초점 및 근접 필드 현미경용 멀티 소스 어레이"란 명칭으로 2001년 1월 27일자 출원된 공유 미국 특허 출원 제09/917,402호(ZI-15)에 설명된 것과 같다. 핀홀 어레이 빔 분할기(312)의 핀홀간 간격은 도 2c에 구멍 크기 a와 함께 b로 도시되고 있다.
입사 빔(324)은 거울(354)에 의해 핀홀 빔 분할기(312)로 반사되고, 그 위치에서 분할기의 제1 부분이 출사 빔(330A, 330B)의 참조 빔 성분으로서 투과되며, 제2 부분은 빔(326A,326B)의 측정 빔 성분으로서 산란된다. 측정 빔 성분(326A,326B)은 기판(360)에 가까운 결상면의 결상점의 어레이에 빔(328A, 328B)의 성분으로서 결상된다. 기판(360)에 입사되는 빔(328A,328B)의 일부 성분은 빔(328A,328B)의 복귀 측정 빔 성분으로서 반사 및/또는 산란된다. 빔(328A,328B)의 복귀 측정 빔 성분은 반사 굴절 이미지 시스템(310)에 의해 핀홀 빔 분할기(312)의 핀홀과 일치하는 점에 결상되며, 그 일부는 출사빔(330A,330B)의 복귀 측정 빔 성분으로서 투과된다.
반사 굴절 이미지 시스템(310)의 이미지 특성의 설명은 "핀홀 어레이 빔 분할기를 갖는 간섭 공초점 현미경"이란 명칭으로 2003년 1월 28일자 출원한 미국 가출원 제60/442,982호(ZI-45) 및 2004년 1월 27일자 출원된 미국 특허 출원에 인용된 반사 굴절 이미지 시스템(10)의 이미지 특성에 제공된 설명의 대응하는 부분과 동일하다.
트렌치의 반대칭 누설 유도파 모드의 여기를 위해, 기판(360)에 가까운 결상면의 결상점의 각 스폿에서의 전기장의 반대칭 분포는 빔 성분(328A,328B)의 측정 짐 성분 사이에 π 위상 편이를 도입함으로써 제1 실시예에 생성된다. 상기 위상 편이는 기판(360) 내의 트렌치 벽에 수직 또는 평행한 면과 관련하여 이루어진다. π 위상 편이는 박막(356)을 볼록 렌즈(350)의 볼록면의 일부에 부착하여 절반파 위상 또는 π 위상 편이가 빔(326A,326B; 도 2b 참조)의 측정 빔 성분 사이에 형성되도록 도입된다. π 위상 편이는 "펠리클 빔 분할기와 비적응형 및 적응형 반사 광학면을 갖는 반사 광학 및 반사 굴절 이미지 시스템"이란 명칭의 2003년 9월 26일자 미국 특허 가출원[ZI-56] 및 미국 특허 가출원 제60/501,666호[ZI-54]에 설명된 것과 같은 적응형 반사 광학면의 사용으로도 도입될 수 있다.
여기된 누설 유도파 모드에서의 전기장의 반대칭 분포는 빔(328A,328B) 및 그에 따라 π의 상대 위상 편이를 갖는 빔(326A, 326B)의 복귀 측정 빔 성분에 대응하는 복귀 측정 빔의 성분을 생성한다. 이들 복귀 측정 빔 성분이 절반파 위상 변환기(356) 없이 볼록 렌즈(350)상에 결상되면, 핀홀 빔 분할기(312)의 핀홀과 일치하는 스폿의 전기장 분포는 반대칭이 될 것이다. 반대칭 전기장 분포에 대응하는 공액 구적은 제로가 될 것이다. 그러나, 볼록 렌즈(350)의 일부분 위의 절반파 위상 변환기(356) 때문에, 핀홀 빔 분할기(312)의 핀홀과 일치하는 스폿의 전기장 분포는 대칭이며, 여기된 반대칭 누설 유도파 모드에 의한 방사장에 의해 발생된 복귀 측정빔 성분의 공액 구적은 고효율로 측정된다.
기판(360)에 입사하는 측정 빔중 하나와 교차하는 기판(360)에 트렌치가 존재하면, 대응하는 복귀 측정빔은 표면에 의한 반사와 관련하여 전술되고 트렌치의 구멍에 의해 산란되며 트렌치의 누설 유도파 모드에 커플링되는 3개의 성분을 갖게 될 것이다.
다음 단계는 이미지 시스템(410)에 의해 출사빔 성분(330A,330B)이 CCD와 같은 멀티-화소 검출기의 화소와 일치하는 스폿의 어레이에 결상하여 전기적인 간섭 신호(372)의 어레이를 생성하는 것이다. 전기적인 간섭 신호의 어레이는 후속 처리를 위해 신호 처리 장치 및 제어기(380)로 전송된다 (주의; 상기 신호 처리 장치 및 제어기(380)는 시스템 작동, 측정치 수집 및 본 명세서에 언급된 방법으로 측정치 분석의 처리를 자동화하도록 프로그램화되어 있다.). 이미지 시스템(410)의 배율이 1이고, 단일 또는 바이호모다인 검출법이 사용되는 소정의 최종 용도 적용례에서, 이미지 시스템(420) 및 볼록 렌즈(352)는 제거될 수 있으며, 검출기(370)가 핀홀 어레이 빔 분할기(312)에 인접하게 배치될 수 있다.
입사빔(324)의 설명은 빔 컨디셔너(322)가 2-주파수 발생기 및 주파수 변환기(shifter)로 구성되어 있는 "핀홀 어레이 빔 분할기를 구비하는 간섭 공초점 현미경"이란 명칭의 인용 미국 가출원 제60/442,982[ZI-45] 및 2004년 1월 27일자 출원된 인용 미국 특허 출원[ZI-45]의 입사빔(24)에 대해 제공된 설명의 대응하는 부분과 동일하다. 입사빔(324)은 다른 주파수와 동일한 평면 편파(plane polarization) 상태를 갖는 2개의 성분으로 구성된다. 입사빔(324)의 각 성분의 주파수는 전자 처리 장치 및 제어기(380)에 의해 발생된 제어 신호(374)에 따라 빔 컨디셔너(322)에 의한 2개의 다른 주파수 사이에서 편이된다. 레이저와 같은 주파수-변환기(322)로의 입사빔(320)의 소스(318)는 다양한 종류의 단일 주파수 레이저중 어떤 것일 수 있다.
복귀 측정빔의 장의 공액 구적은 "핀홀 어레이 빔 분할기를 구비하는 간섭 공초점 현미경"이란 명칭의 인용 미국 가출원 제60/442,982[ZI-45] 및 2004년 1월 27일자 출원된 인용 미국 특허 출원[ZI-45]에 설명된 것과 같은 단일-, 더블-, 바이- 또는 쿼드-호모다인 검출법을 이용하여 얻어진다. 상기 바이 및 쿼드호모다인 검출법은 본원 명세서에 참조로 인용되고, 헨리 에이. 힐에 의한 "오브젝트 인 간섭계(object in interferometry)에 의한 반사/산란 빔의 장의 공액 구적의 조인트 측정 장치 및 방법"이란 명칭으로 2003년 1월 27일자 출원된 공유 미국 가출원 제60/442,858호[ZI-47] 및 "오브젝트 인 간섭계에 의한 반사/산란 및 투과 빔의 장의 공액 구적의 조인트 측정 장치 및 방법"이란 명칭으로 2004년 1월 27일자 출원된 미국 특허 출원[ZI-47]에서도 설명되고 있다. 장의 공액 구적의 결정에 있어서, 전기적 간섭 신호(372)의 4개의 측정치 세트가 만들어진다. 전기적 간섭 신호(372)의 4개의 측정치의 각 세트의 경우, 출사빔 성분(330A,330B)의 복귀 측정빔 성분과 기준 빔 성분 사이에 위상 편이의 공지된 시퀀스가 도입된다.
다양한 실시예에 이용된 바이호모다인 검출법을 참조하면, 4개의 전기적 간섭 신호치의 세트가 결상될 기판(60) 상 및/또는 내의 각 스폿에 대해 얻어진다. 결상될 기판 상 및/또는 내의 단일 스폿에 대한 장의 공액 구적을 얻는데 사용되는 4개의 전기적 간섭 신호치 세트(Sj, j=1,2,3,4)는 소정 배율 인자 내의 바이-호모다인 검출법에 대해 다음과 같은 수학식으로 표현된다:
여기에서, 계수 는 입사빔의 제1 및 제2 주파수 성분에 대응하는 기준 빔의 진폭을 나타내고, 계수 는 기준빔() 각각에 대응하는 배경빔의 진폭을 나타내며, 계수 는 기준빔()에 대응하는 복귀 측정빔의 진폭을 나타내며, Pj는 펄스 시퀀스의 펄스j의 입사빔의 제1 주파수 성분의 적분 강도를 나타내며, 및 의 수치는 표 2에 열거된다. 1~-1 또는 -1~1로의 및 의 수치 변화는 기준 빔과 측정 빔의 상대 위상 변화에 대응한다. 계수 는 기판(360) 상 및/또는 내의 스폿의 생성에 사용되는 경우 크기와 형상과 같은 4개 핀홀의 공액 세트의 특성 및 기준 빔, 배경 빔 및 복귀 측정 빔 각각에 대해 기판(360) 상 및/또는 내의 스폿에 대응하는 4개의 검출기 화소의 공액 세트의 감도의 변화에 대한 효과를 나타낸다.
수학식 11에서의 비는 j 또는 Pj의 값에 의존하지 않는다고 가정한다. 본 발명의 범위 또는 취지를 벗어나지 않고 중요 특성을 구체화하도록 Sj의 표현을 단순화하기 위해, 수학식 11에서 에 대응하는 복귀 측정 빔의 진폭의 비는 j 또는 Pj 값에 의존하지 않는다고 가정한다. 그러나, 에 대응하는 측정빔 성분의 진폭비가의 비와 다른 경우, 의 비는 의 비와 다를 것이다.
빔(32)에서 대응하는 기준 빔과 복귀 측정빔 성분 사이에서의 상대 위상 편이의 제어에 의해 인 경우를 제외하고, 수학식 11은 다음과 같이 표현될 수 있다:
여기서, 의 관계는 본 발명의 범위 또는 취지를 벗어나지 않고 사용되었다.
의 변화에 대한 위상 변화와 변화에 대한 위상 변화는 배경 빔의 발생 장소 및 방법에 따라 실시예의 π와 상이할 수 있다. 상기 값은 배경빔의 영향을 평가하는 값으로서 주목할 점은 인자가 로서 표현될 수 있으며, 이때, 위상차 는 위상 과 같아서, 즉 이라는 점이다.
수학식 12의 고찰로부터 분명한 것은 의 공액 구적의 성분에 대응하는 수학식 12의 항이, 제로의 평균치를 가지며, 가 j=2.5에 대해 대칭이기 때문에 j=2.5에 대해 대칭인 사각함수이라는 것이다. 또한, 수학식 12에서 의 공액 구적의 성분에 대응하는 수학식 12의 항은, 제로의 평균치를 가지며, 가 j=2.5에 대해 반대칭이기 때문에 j=2.5에 대해 .반대칭인 사각함수이다. 바이-호모다인 검출법의 설계에 의한 다른 중요한 특성은 와 의 공액 구적의 항이, 와 이 j=1,2,3,4의 범위에 대해 직교하기 때문에, 즉 이므로, j=1,2,3,4의 범위에 대해 직교한다는 것이다.
와 의 공액 구적의 정보는 신호값(Sj)에 적용되는 다음의 디지털 필터에 의해 표현되는 바와 같은 수학식 12의 공액 구적의 항의 대칭 및 반대칭 특성과 직교성을 이용하여 얻어진다.
상기 식에서, 및 은 ξj 및 Pj 를 나타내기 위해 디지털 필터에서 사용된 값이다.
수학식 13 및 수학식 14에서 하기 수학식 15의 파라미터는 공액 구적의 결정을 완료하기 위하여 결정되어야 한다.
수학식 (15)로 주어진 파라미터는 예를 들어, 기준 빔 및 측정 빔의 상대적 위상 내로 π/2 위상 편이(phase shift)를 도입하고 공액 구적의 측정을 반복함으로써 측정될 수 있다. 첫 번째 측정으로부터의에 대응하는 공액 구적의 진폭의 비를 두 번째 측정으로부터의 에 대응하는 공액 구적의 크기의 비로 나눈 값은 다음 수학식 16이다.
수학식 13 및 수학식 14에서 일부 인자들은 배율 인자(scale factor) 내에서 4의 공칭 값을 가지며, 예를 들어, 수학식 17과 같다.
배율 인자는, 의 평균값이 약 1이라고 가정하면, 각각 와 의 비에 대한한 평균값에 해당한다. 수학식 13과 수학식 14에서 일부 다른 인자들은 0의 공칭 값을 가져, 예를 들어, 수학식 18과 같다.
나머지 인자들은 수학식 19와 같은 것으로서, 코사인 인자의 약 0 내지 약 4배 범위의 공칭 크기 및 각 상의 특성에 따라 인자 또는 의 평균값을 가질 것이다.
각 측정 빔의 위상의 첫 번째 근사값을 따라가지 않는 위상을 갖는 배경 부분에 대하여, 수학식 19에서 열거된 모든 항의 크기는 약 0일 것이다. 각 측정 빔의 위상의 첫 번째 근사값을 따라가는 위상을 갖는 배경 부분에 대하여, 수학식 19에 열거된 항의 크기는 코사인 인자의 약 4배 및 인자 및/또는 인자 의 평균값일 것이다.
수학식 13 및 수학식 14에서 2개의 가장 큰 항은 일반적으로 인자 및 를 갖는 항이다. 그러나, 해당 항은 수학식 18에 나타난 바와 같이, 인자로서 를 갖는 항에 대한 값을 선택하고, 인자로서 를 갖는 항에 대한 값을 설계함으로써 실질적으로 제거된다.
배경 효과로부터의 가장 큰 기여는 측정 빔에 의해 생성된 배경 빔의 부분과 기준 빔 사이에서의 간섭 항에의 기여에 의해 표현된다. 배경 효과의 이 부분은 0으로 고정된 빔(332)의 복귀 측정 빔 성분으로 상기 배경 부분의 대응하는 공액 구적을 측정함으로써, 즉, 기판(360)을 제거하고 또는 및 그 역으로 한 채 각 전기적 간섭 신호(Sj)를 측정함으로써 측정될 수 있다. 상기 배경 효과 부분의 측정된 공액 구적은 필요하다면 최종 목적 용례에서 각 배경 효과를 보상하기 위해 유리하게 이용될 수 있다.
배경 진폭 및 위상 의 효과로부터의 가장 큰 기여에 대한 정보, 즉 측정 빔에 의해 생성된 배경 빔의 부분과 기준 빔 사이의 간섭 항은, 기판(360)을 제거하고 또는 및 그 역으로 한 채 기준 빔과 측정 빔 사이의 상대적인 위상 편이의 함수로서 Sj(j=1,2,3,4)를 측정하고 Sj의 측정값을 푸리에 분석함으로써 얻을 수 있다. 이러한 정보는 각 배경의 근원을 확인하는 것을 돕는 데 이용될 수 있다.
"배경 진폭 감소 및 보상을 갖는 공초점 간섭 현미경용 방법 및 장치"라는 명칭의 본 출원인의 미국 특허 제5,760,901호, "배경 및 전경 광원으로부터의 아웃오브 포커스 광 신호를 인 포커스 이미지와 구별하기 위한 방법 및 장치"라는 명칭의 미국 특허 제5,915,048호, 및 미국 특허 제6,480,285 B1호에 개시된 것과 같은 다른 기술들이 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않으면서 배경 빔의 효과를 감소 및/또는 보상하기 위해 포함될 수 있으며, 상기 세 특허 각각은 헨리 에이.힐의 발명이다. 상기 세 인용 특허의 기판 내용은 그 전체가 참고로 본 명세서에 합체된다.
에 대한 값의 선택은, 간섭계 시스템에 존재하는 기준 빔만을 이용하여 j=1,2,3,4에 대하여 Sj를 측정함으로써 얻을 수 있는 j=1,2,3,4에 대한 계수(ξj) 에 대한 정보에 기초한다. 일부 실시예에서는, 이것은 단순히 입력 빔(24)의 측정 빔 성분을 차단하는 것에 해당할 수 있으며, 일부 다른 실시예에서는 이것은 기판(60)을 제거한 채 j=1,2,3,4에 대해 Sj를 측정하는 것에 해당할 수도 있다. 값의 세트의 정확성 시험은 수학식 13 및 수학식 14에서 항이 0인 정도이다.
j=1,2,3,4에 대한 계수 에 대한 정보는 또는 인 각 4개의 공액 검출기 픽셀에 해당하는 스폿을 지나 아티팩트(artifact)를 주사하고, 공액 구적 성분 또는 를 각각 측정함으로써 얻을 수 있다. 또는 항의 진폭의 변화는 j의 함수로서 에서의 변화에 대응한다. j=1,2,3,4에 대한 계수 에 대한 정보는 예를 들어, 간섭계 시스템(310)의 하나 이상의 요소의 안정성을 모니터하는 데에 이용될 수 있다.
바이호모다인 검출법은 장의 공액 구적을 결정하기 위한 확실한 기법이다. 먼저 , 공액 구적 및 은, 수학식 18과 관련한 논의에서 언급한 바와 같이, 인자 및 를 갖는 항이 실질적으로 0이므로, 각각 수학식 13 및 수학식 14에 의해 표현되는 바와 같이, 각각 디지털적으로 필터링된 값 F1(S)와 F2(S)에서 주요 항이다.
두번째로, 수학식 13 및 수학식 14에서 및 항의 계수는 동일하다. 따라서, 진폭 및 위상과 관련하여 복귀 측정 빔과 기준 빔 사이의 간섭 항의 매우 정확한 측정, 즉 장의 공액 구적의 매우 정확한 측정이 이루어질 수 있는데, 에서 제1 차수 변화 및 및 와 같은 정규화에서의 제1 차수 에러는 단지 제2 또는 그 이상의 차수로 들어간다. 이 특성은 상당한 효과로 변한다. 또한, 4개의 전기적 간섭 신호 값의 각 세트으로부터의 공액 구적 및 의 각 성분에의 기여는 동일한 윈도우 함수를 가지며 따라서 함께 결정된 값으로서 얻어진다.
바이호모다인 기법의 다른 뚜렷한 특징은 수학식 13 및 수학식 14에서 명백하다. 수학식 17의 첫 번째 식에 해당하는, 수학식 13 및 수학식 14에서의 공액 구적 및 의 계수는 에 대한 추정값에서의 에러와 무관하게 동일하고, 수학식 18의 네 번째 식에 해당하는, 수학식 13 및 수학식 14의 공액 구적 및 의 계수는 에 대한 추정값에서의 에러와 무관하게 동일하다. 따라서 공액 구적에 해당하는 위상의 매우 정확한 값을 에서의 제1 차수 변화로 측정할 수 있으며, 및 와 같은 정규화에서의 제1 차수 에러는 일부 고 차수 효과를 통해서만 들어간다.
바이호모다인 검출법을 이용할 때 장의 공액 구적들이 함께 얻어지므로, 장의 공액 구적의 단일 호모다인 검출에서 가능한 상황과 달리 위상 풍부성의 결과로서 트래킹 위상에서 에러 가능성이 크게 감소된다.
장의 공액 구적이 함께 얻어지는 양이 되는 결과, 바이호모다인 검출법은 많은 이점이 있다. 한 가지 이점은 영상화되고 있는 기판 내 또는 기판 상의 스폿의 오버레이 에러 효과 및 간섭 원격장 및/또는 인접장 공초점 현미경을 이용하여 영상화된 기판 내 및/또는 기판 상의 각 스폿의 4개의 전기적 간섭 신호값의 획득동안 다픽셀 검출기의 공액 픽셀의 공액 이미지의 효과에 대한 민감성이 감소된다는 것이다. 오버레이 에러는 영상화되고 있는 스폿에 대한 공액 검출기 픽셀의 각 세트의 4개의 공액 이미지 세트에서의 에러이다.
다른 이점은 스캐닝 모드로 작동할 때, 주사 동안 다른 시점에서 영상화되고 있는 기판 내 또는 기판 상의 스폿에 공액인, 공초점 현미경 시스템에서 사용된 핀홀의 공액 세트의 특성에서의 핀홀-대-핀홀 변화의 효과에 대한 민감성이 감소된다는 것이다.
다른 이점은 스캐닝 모드로 작동할 때, 주사 동안 다른 시점에서 영상화되고 있는 기판 내 또는 기판 상의 스폿에 공액인 공액 픽셀 세트 내에서 특성의 픽셀-대-픽셀 변화의 효과에 대한 민감성이 감소된다는 것이다.
다른 이점은 스캐닝 모드로 작동할 때, 간섭계 시스템에의 입력 빔(324)의 펄스 시퀀스의 각 공액 세트의 펄스 시퀀스 대 펄스 시퀀스 변화의 효과에 대한 민감성이 감소된다는 것이다.
다픽셀 검출기의 공액 핀홀 및 공액 픽셀 세트의 다픽셀 검출기의 핀홀 및 픽셀은 다픽셀 검출기의 핀홀 및/또는 인접 픽셀의 배열의 인접 핀홀을 포함하거나 또는 핀홀의 배열로부터의 선택된 핀홀 및/또는 픽셀의 배열로부터의 픽셀을 포함하며, 선택된 핀홀 사이의 분리는 핀홀 간격의 정수이며, 각 픽셀의 배열 사이의 분리는 측면 및/또는 세로 해상도 및 신호 대 잡음 비의 손상 없는 픽셀 간격의 정수에 해당한다. 상응하는 스캔 속도는 공액 핀홀 세트 및/또는 공액 픽셀 세트에 공액인 측정 대상(360) 상의 스폿의 간격의 정수 배수를 다픽셀 검출기의 판독 속도로 나눈 값이다. 이 특성은 단위 시간 당 영상화된 기판 내 및/또는 기판 상에서의 스폿의 수와 관련하여, 간섭 원격장 또는 인접장 공초점 현미경에 대한 처리량을 상당히 증가시킨다.
제1 실시예에서, 위상 편의 시퀀스는 빔-컨디셔너(322)에 의해 입력 빔(324)의 성분의 주파수를 이동시킴으로써 생성된다. 기준 빔 성분과 출력 빔 성분 (330A, 330B)의 복귀 빔 성분 사이에 광학 경로 길이의 차이가 있으며, 그 결과, 입력 빔(324)의 성분의 주파수의 변화는 기준 빔 성분과 출력 빔 성분(330A, 330B) 의 복귀 빔 성분 사이에 상응하는 위상 편이를 생성한다. 기준 빔 성분과 출력 빔 성분(330A, 330B)의 복귀 빔 성분 사이에서의 광학 경로 차이(L)에 대하여, 주파수 편이 에 대해 상응하는 위상 편이 가 있으며, 하기 수학식 20에서 c는 빛의 자유 공간 속도이다.
L은 물리적 경로 길이 차이가 아니며, 예를 들어 측정 빔과 복귀 측정 빔 경로의 평균 회절률에 의존한다. 예컨대, 위상 편이 및 L=0.25 m의 값에 대하여, 상응하는 주파수 편이는 이다.
설명한 실시예에서 사용된 퀀드호모다인 검출법을 참고하면, 4개의 전기적 간섭 신호 값의 세트를 소스(318) 및 빔 컨디셔너(322)로부터의 2개의 펄스 시퀀스를 이용하여 영상화되는 기판(360) 상 및/또는 기판 내의 각 스폿에 대해 얻는다. 영상화되는 기판 상 및/또는 기판 내의 단일 스폿에 대한 장의 공액 구적을 얻기 위해 이용된 4개의 전기적 간섭 시그널 값 Sj, j=1,2,3,4의 세트는 하기 식에 의해 배율 인자 내에서 쿼드호모다인 검출을 위해 나타내어진다.
상기 식에서 계수 A1, A2, A3, 및 A4는 입력 빔(24)의 제1, 제2, 제3, 및 제4 주파수 성분에 각각 해당하는 기준 빔의 진폭을 나타내며, 계수 B1, B2, B3, 및 B4는 기준 빔 A1, A2, A3, 및 A4에 각각 해당하는 배경 빔의 진폭을 나타내고, 계수 C1, C2, C3, 및 C4는 각각 기준 빔 A1, A2, A3, 및 A4에 해당하는 복귀 측정 빔의 진폭을 나타내며, P1과 P2는 입력 빔(324)의 제1 및 제2 펄스 시퀀스에서 첫번째 주파수 성분의 통합 강도(integrated intensity)를 각각 나타내고, 와 의 값은 표 2에 열거되어 있다. 쿼드호모다인 검출법을 위한 계수 및 의 설명은 바이호모다인 검출법의 및 에 대해 주어진 설명의 해당 부분과 동일하다.
수학식 21, 수학식 22, 수학식 23 및 수학식 24에서 와 의 비는 j 또는 Pj 의 값에 의존하지 않는다고 가정한다. 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나는 일이 없이 중요한 특징을 투영하기 위해 Sj의 표시를 간단히 하기 위하여, 수학식 21, 수학식 22, 수학식 23 수학식 24에서 및 에 해당하는 복귀 측정 빔의 진폭의 비율은 j 또는 Pj 의 값에 의존하지 않는 것으로 가정한다. 그러나, 비 및 는, 및 에 해당하는 측정 빔 성분의 진폭의 비가 각각 비 및 와 상이할 때, 각각 비 및 와 상이할 것이다.
빔(32)에서 상응하는 기준 및 복귀 빔 성분 사이의 상대적인 위상 편이의 제어에 의한 를 주목하면서, 수학식 21, 수학식 22, 수학식 23, 및 수학식 24는 각각 하기 식으로 나타낼 수 있다.
상기 식에서 관계 는 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나는 일이 없이 이용되었다.
공액 구적 및 에 대한 정보는 신호 값(Sj)에 적용되는 하기 디지털 필터에 의해 나타난 바와 같이, 공액 구적의 대칭 및 비대칭 특성 및 직각성 특성을 이용하여 얻어진다.
쿼드호모다인 검출법을 위한 및 의 설명은 바이호모다인 검출법에서 및 에 대해 주어진 상응하는 설명과 동일하다. 수학식 25, 수학식 26, 수학식 27, 수학식 28, 수학식 29 및 수학식 30을 이용하여, 공액 구적 및 의 성분을 함유하는 필터링된 양에 대해 하기 표현이 얻어진다.
다음과 같은 파라미터는
소정의 최종 목적 용례에 대하여 공액 구적 결정을 완료하기 위하여 결정될 필요가 있다. 수학식 33, 수학식 34, 수학식 35로 제공된 파라미터는 예를 들면 수학식 15로 특정한 양의 측정과 관련하여 바이호모다인 검출법에 대해 설명한 과정과 유사한 과정에 의해 측정할 수 있다.
쿼드호모다인 검출법에 대한 나머지 설명은 바이호모다인 검출법에 대해 주어진 설명의 대응되는 부분과 동일하다.
2개의 서로 다른 모드를 전기적인 간섭 신호(372)의 획득을 위하여 설명한다. 설명하는 제1 모드는 스텝 및 스테어 모드(step and stare mode)로서, 기판(360)은 이미지 정보가 요구되는 위치에 대응되는 고정된 위치 사이에 들여놓아진다. 제2 모드는 주사 모드이다. 기판의 1차원, 2차원 또는 3차원 프로화일을 발생시키기 위한 스텝 및 스테어 모드에서, 웨이퍼 척(384)/스테이지(390)에 장착된 기판(360)은 스테이지(390)에 의해 이동된다. 스테이지(390)의 위치는 전자 프로세서 및 컨트롤러(380)로부터의 서보 제어 신호(378)에 따라 트랜스듀서(382)에 의해 제어된다. 스테이지(390)의 위치는 메트로로지 시스템(metrology system)(388)으로 측정되고, 메트로로지 시스템(388)에 의하여 획득된 위치 정보는 전자 프로세스 및 컨트롤러(380)로 전송되어 스테이지(390)의 위치 제어에 이용하기 위한 에러 신호를 생성한다. 메트로로지 시스템(388)은 예를 들면 선형 변위 및 각 변위 간섭계 및 캡 게이지를 포함할 수 있다.
전자 프로세서 및 컨트롤러(380)는 웨이퍼 스테이지(390)를 원하는 위치로 이동시킨 다음에, 4개의 전기적인 간섭 신호값 세트를 획득한다. 4개의 전기적인 간섭 신호의 시퀀스 획득 후, 전자 프로세서 및 컨트롤러(380)는 스테이지(390)의 다음 원하는 위치에 대해 상기 과정을 반복한다. 기판(360)의 높이 및 각도 방위는 트랜스듀서(386A, 386B)에 의해 제어된다. 복귀 측정 빔의 원하지 않는 성분의 보상에 이용되는 공액 구적 세트를 획득하기 위하여 필요한 높이의 변화 역시 트랜스듀서(386A, 386B)에 의해 제어된다.
이어서, 전기적인 간섭 신호값의 획득을 위한 제2 모드를 이어서 설명하는데, 상기 전기적인 간섭 신호값은 하나 이상의 방향에서 주사된 스테이지(390)의 위치를 이용하여 얻어진다. 주사 모드에서, 소스(318)는 때때로 신호 프로세서 및 컨트롤러(380)로부터의 신호(392)에 의하여 제어되어 펄스화된다. 소스(318)는 이미지 정보가 요구되는 기판 상 및/또는 기판 내의 위치와의 핀홀 어레이 빔 분할기(312)의 핀홀의 공액 이미지의 정합에 대응하여 때때로 펄스화된다.
펄스화된 소스를 생성하기 위한 상이한 여러 방법이 있다[W. Silfvast의 "Lasers" 11장(핸드북 오브 옵틱스, 1, 1995(맥그로-힐, 뉴욕)) 참조]. 제1 실시예의 전기적인 간섭 신호의 획득을 위한 제2 모드에 이용되는 연속 주사 모드의 결과로서 소스(318)에 의하여 생성되는 빔 펄스(τp1)의 주기 또는 "펄스 폭" 또는 지속 시간에 제한이 있다. 펄스폭(τp1)은 수학식 36의 하한까지의 주사 방향에서 공간 분해능에 대한 제한 값을 부분적으로 제어하는 파라미터이다.
τp1v
여기서, v는 주사 속도이다. 예를 들면, τp1 = 50nsec이고, 주사 속도는 v=0.20 m/sec인 경우, 주사 방향에서 공간 분해능τp1v의 제한 값은 수학식 37이다.
τp1v=10nm
펄스폭(τp1)은 또한 바이 및 쿼드호모다인 검출법에 이용될 수 있는 최소 주파수 차이를 결정할 수 있다. 서로 다른 공액 구적의 장 사이의 간섭으로부터 전기적인 간섭 신호에의 기여가 없도록 하기 위하여, 최소 주파수 공간 Δfmin은 수학식 38로 표시된다.
예를 들면 τp1= 50nsec, 1/τp1 = 20MHz.
입력 빔(324)의 주파수는 출사빔 성분(330A, 330B)의 기준 및 복귀 측정 빔 성분 사이의 원하는 위상 편이를 산출하는 4개의 주파수들의 세트로부터 주파수에 대응하도록 신호 프로세서 및 컨트롤러(380)로부터의 신호(374, 392)에 의해 제어된다. 전기적인 간섭 신호(372)의 획득을 위한 제1 모드에서, 4개의 위상 편이 값의 세트에 대응하는 4개의 전기적인 간섭 신호값의 어레이들의 세트로부터 4개의 전기적인 간섭 신호값의 어레이들의 각각의 세트는 단일 및 바이호모다인 검출법에 대한 검출기(370)의 공통 픽셀에 의해 발생된다. 전기적인 간섭 신호(372)의 획득을 위한 제2 모드에서, 4개의 전기적인 간섭 신호값의 어레이들의 세트로부터 4개의 전기적인 간섭 신호값의 각각의 대응하는 세트는 검출기(370)의 4개의 다른 픽셀의 공액 세트에 의해 발생된다. 따라서 제2 획득 모드에서, 픽셀 효율의 차이 및 핀홀 어레이 빔 분할기에서 핀홀의 크기 차이는, 인용된 미국 분할 출원 번호 제60/442,858호(ZI-47) 및 2004년 1월 27일에 출원된 "간섭계에서 대상에 의해 반사/산란 및 전송된 빔의 장의 공액 구적의 조인트 측정을 위한 장치 및 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원(ZI-47)에 설명한 바와 같이, 신호 프로세서 및 컨트롤러(380)에 의한 신호 처리에서 보상되어야 한다. 상기 인용된 미국 분할 출원 번호 제60/442,858호(ZI-47) 및 대응 미국 특허 출원의 바이 및 쿼드호모다인 검출법의 상세한 설명에서 설명한 바와 같이, 장들의 공액 구적의 조인트 측정값은 전자 프로세서 및 컨트롤러(380)에 의해 발생된다.
제2 또는 주사 모드의 이점은 전기적인 간섭 신호값이 간섭 공초점 현미경 시스템의 처리량을 증가시키는 주사 모드에서 획득된다는 것이다.
소스(318) 및 빔 컨디셔너(322)의 상세한 설명은 인용된 미국 분할 출원 번호 제60/442,858호(ZI-47) 및 2004년 1월 27일에 출원된 "간섭 측정법에서 대상에 의해 의하여 반사/산란 및 전송된 빔의 장의 공액 구적의 조인트 측정을 위한 장치 및 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원(ZI-47)에서 설명된 소스 및 빔 콘디셔너에서 대해 주어진 설명의 대응 부분과 동일하다.
제1 실시예의 반사 굴절 이미징 시스템과 같은 간섭 공초점 이미징 시스템은 복귀 측정 빔의 제3 성분의 이미지의 비점수차를 보상하는 방식으로 이용될 수 있는데, 상기 복귀 측정 빔의 제3 성분은 영상화되는 기판(360) 내의 트렌치의 여기된 누설 유도파 모드의 방사장에 의해 발생된다. 이미징 시스템에서 비점수차의 크기는 이미지 장 좌표의 제곱에 비례한다. 그 결과, 이미징 시스템의 비점수차가 여기된 누설 유도파 모드의 방사장에 의해 발생되는 복귀 측정 빔과 관련된 비점수차와 크기가 동일하지만 부호는 반대가 되도록, 방사장의 공액 구적을 측정하는데 이용되는 검출기 픽셀의 이미지 장 좌표를 선택함으로써 잘 보상된 이미지를 얻을 수 있다. 비점수차를 보상하면 트렌치의 특성을 측정할 때 얻을 수 있는 신호 대 잡음비가 증대된다.
제1 실시예에 있어서, 간섭 공초점 이미징 시스템에서 시상 결상면은 편평하고, 간섭 공초점 이미징 시스템의 접선 결상면은 이미징 시스템을 향해 만곡되어 있다. 그로 인해 얻어지는 비점수차의 부호는 트렌치의 긴 방향이 시상면과 정렬되는 경우 트렌치의 여기 누설 유도파 모드의 방사장에 의해 발생되는 복귀 측정 빔에 존재하는 비점수차를 보상하기 위한 이미징 시스템 비점수차 이용에 대하여 정확하다.
트렌치를 따른 트렌치 깊이의 상대적인 변화는 수학식 1의 특성을 이용하여 표면(160)에서 반사된 빔의 위상과 대한, 트렌치의 여기 누설 유도파 모드에 의해 방사된 장의 공액 구적의 위상의 변화로부터 고민감도로 결정된다. 표면(160)에 대한 트렌치의 깊이는 측정된 공액 구적의 진폭이 최대인 도 1a에서 도면 부호 166와 같은 이미지 포인트의 위치로서 결정된다. 트렌치의 폭에 대한 상대적인 정보는, 수학식 5에 의해 제공되는 슬래브 도파로(slab wave guide)에 의한 누설 유도파의 전달로 인하여, 가상의 성분 β의 감쇄 효과에 대해 수정된 여기 유도파 모드에 의해 방사된 빔의 공액 구적의 측정된 진폭으로부터 얻는다. 트렌치의 벽 또는 트렌치 내부의 장애물 중에 있는 결함과 같은 트렌치의 결함은 트렌치를 따라 주사하고 여기 유도파 모드에 의해 방사된 빔의 공액 구적의 진폭 변화를 관찰하여 위치시킨다. 결함의 신호는 여기 유도파 모드에 의해 방사된 빔의 공액 구적의 진폭에서 변화한다.
제1 실시예에서, 배경 빔의 영향은 공초점 현미경 시스템을 사용한 결과 감소된다. 제1 실시예의 변형예에서, 배경 빔의 영향은 도 2b에 도시한 위상 편이 요소(356)와 관련하여 설명한 위상 편이 과정을 이용함으로써 간섭식으로 더욱 감소될 수 있다. 제1 실시예의 다른 변형예에서, 배경 빔의 영향은 누설 유도파 모드에 의해 방사된 빔의 특성과 관련하여 배경 빔의 다른 공간적 특성 및 공액 구적이 측정되는 여기 반대칭 유도파 모드의 공간적 특성을 이용함으로써 제거 및/또는 감소될 수 있다. 제1 실시예의 다른 변형예에서 배경 빔의 영향의 제거 또는 감소는 기판(360)의 2개의 다른 수직 위치에 대응하는 복귀 측정 빔의 공액 구적을 측정하고, 측정된 공액 구적을 차감하여 서로 다른 공액 구적을 얻음으로써 이루어진다. 상기 다른 공액 구적은 여기 누설 유도파 모드에 의해 방사된 빔의 공액 구적은 고효율로 검출되면서 제거 또는 감소된 배경 빔의 효과를 갖고 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c와 관련하여 복귀 측정 빔의 제1, 제2 및 제3 성분의 설명에서, 복귀 측정 빔의 제1, 제2 및 제3 성분 각각은 표면(160) 내 또는 표면 부근의 각 소스에 의해 발생되는 것을 특징으로 한다는 것을 언급하였다. 표면(160) 내부 또는 표면 부근의 각 소스는 사로 달라, 배경 빔 성분인 제1 및 제2 성분의 측정된 신호 값의 어레이들의 세트에 대한 기여는, 반사 굴절 이미징 시스템(310)의 공초점 이미징 특성의 결과 감소된다.
또한, 도 1a, 도 1b 및 도 1c와 관련하여 복귀 측정 빔의 제1, 제2 및 제3 성분의 설명에서, 스폿(166)의 공액이 초점에 있는 평면과 결상면이 일치하는 경우 측정되는 빔(142)의 제1 및 제2 성분에 대응하는 제1 및 제2 성분의 공액 구적이 스폿(170)의 공액이 초점에 있는 평면과 결상면이 일치하는 경우 측정되는 빔(242)의 제1 및 제2 성분의 공액 구적과 동일하다는 것을 언급하였다. 그러나, 스폿(166)의 공액이 촛점에 있는 평면과 결상면이 일치하는 경우 측정되는 빔(142)의 제3 성분에 대응하는 제3 성분의 공액 구적은 스폿(170)의 공액이 초점에 있는 평면과 결상면이 일치하는 경우 측정되는 빔(242)의 제3 성분에 대응하는 제3 성분의 공액 구적과 동일하지 않다. 제1 실시예에서, 빔(142, 242)의 제3 성분의 공액 구적 측정값을 얻을 수 있는데, 표면(160)으로부터의 반사의 기여 및 어퍼처(156)에 의한 산란으로부터의 기여는 z1=z2에 대해 측정된 빔(142, 242)에 대응하는 장의 공액 구적을 합침으로써 보상된다.
제1 실시예에서, 복귀 측정 빔 중의 배경 빔 성분은 트렌치에서 여기 반대칭 유도파 모드의 특성이 측정될 때 제거 또는 감소될 수 있다. 상기 반대칭 유도파 모드는 절반파 위상 변환기(phase shifter)(356)가 제1 실시예에서 이용되는 경우 우선적으로 여기된다. 복귀 측정 빔(142, 242)의 제3 성분 사이의 π 위상 편이 효과는 형성된 대응 이미지가 대칭이 되도록 이미징 시스템의 절반파 위상 변환기(356)에 의하여 보상된다. 그러나, 절반파 위상 변환기(356)에 의해 도입된 π 위상 편이 효과는, 핀홀 어레이 빔 분할기(312)의 각 핀홀에서 영상화된 대응 배경 빔 성분의 진폭이 실질상 반대칭인 결과로 반사 굴절 이미징 시스템(310)에서 측정 및 복귀 측정 빔의 산란에 의하여 발생되는 배경 빔 성분에 대하여 보상되지 않는다. 그 결과 얻어지는 각 대칭 기준 빔과 실질상 반대칭인 배경 빔 사이의 전기적인 간섭 항은 실질적으로 영이다. 이러한 배경 빔 효과의 제거 또는 감소를 위한 기술은 또한 "배경 진폭 감소 및 보상에 의한 공초점 간섭 현미경용 방법 및 장치"라는 명칭의 미국 특허 번호 제5,760,901호, "파수 도메인 반사계 및 배경 진폭 감소 및 보상에 의한 다층 공초점 간섭 현미경"이라는 명칭의 미국 특허 번호 제6,480,285호 및 "배경 진폭 감소 및 보상에 의한 주사 간섭 인접장 공초점 현미경"이라는 명칭의 미국 특허 번호 제6,633,388호[ZI-20]에 설명되어 있으며, 이들 각각의 미국 특허는 헨리 에이. 힐에 의한 것이다. 상기 각각의 미국 특허의 기재 내용은 그 전체가 참고로서 본 명세서에 합체된다.
트렌치는 굴절률(nT)을 갖고 있는 유전체 또는 투과성 매체로 충전될 수 있다. 유도파 모드에 대한 설명은, 수차(aberration)가 도입된 것을 제외하고는 nT < nw인 경우 트랜치가 충전되지 않을 때 본 명세서에서 설명한 것과 동일하다. 수차의 특성은 기판의 내부를 영상화하는 경우 도입되는 수차의 특성과 동일하다. 제1 실시예의 변형예에서 보상될 수 있는 수차는, 2003년 2월 4일에 출원된 "공초점 및 간섭 공초점 현미경에서 기판-매체 계면에서 굴절률의 부정합 효과의 보상"이라는 명칭의 미국 분할 출원 제60/444,707호[ZI-44](헨리 에이. 힐, 그 기재 내용은 전체가 참고로서 본 명세서에 합체된다)에서 설명된 바와 같이, 렌즈(352)와 핀홀 어레이 빔 분할기(312) 사이에 박막(상기 박막은 렌즈(352)와 다른 굴절률을 갖고 있다)을 도입함으로써 달성된다. 상기 과정은 또한 nT > nw인 경우에도 잘 동작한다. 그러나, 이 경우 여기된 유도파 모드는 누설 종류의 것이 아니다.
제2 실시예는 도 2a 내지 도 2c의 간섭계 시스템을 포함하는데, 간섭계(310)는 인용된 미국 특허 번호 제5,760,901호에 설명된 것과 같은 간섭 원격장 공초점 현미경을 포함한다. 제2 실시예에서, 빔 컨디셔너(322)는 2-주파수 발생기 및 위상 변환기로서 구성된다.
제3 실시예는 도 2a 내지 도 2c의 간섭계 시스템을 포함하는데, 간섭계(310)는 인용된 미국 특허 번호 제5,760,901호에 설명된 것과 같은 간섭 원격장 공초점 현미경을 포함하고 있으며, 위상 마스크는 제거되어 있다. 제3 실시예에서, 빔 컨디셔너(322)는 2-주파수 발생기 및 위상-변환기로서 구성된다.
제4 실시예는 도 2a 내지 도 2c의 간섭계 시스템을 포함하는데, 간섭계(310)는 인용된 미국 특허 번호 제6,480,285호에 설명된 것과 같은 간섭 원격장 공초점 현미경을 포함하고, 위상 마스크는 제거되어 있다. 제4 실시예에서, 빔 컨디셔너(322)는 2-주파수 발생기 및 위상 변환기로서 구성된다.
제5 실시예는 도 2a 내지 도 2c의 간섭계 시스템을 포함하는데, 간섭계(310)는 인용된 미국 특허 번호 제6,480,285호에 설명된 것과 같은 간섭 원격장 동초점 현미경을 포함하고, 위상 마스크는 제거되어 있다. 제5 실시예에서, 빔 컨디셔너(322)는 2-주파수 발생기 및 위상 변환기로서 구성된다.
누설 유도파 모드는 비아 내에서 여기될 수 있고, 측정된 특성과 대응한다.
트렌치에서 누설 유도파 모드는 헨리 에이. 힐의 "주사 간섭 인접장 동초점 현미경"이라는 명칭의 미국 특허 번호 제6,445,453호 B1[ZI-14] 및 미국 특허 번호 제6,633,388호 [ZI-20]에 개시된 것과 같은 인접장 탐침 빔을 이용하여 여기된다. 다른 실시예에서, 서브파장 어퍼처는 폭이 서브파장인 슬릿을 포함한다.

Claims (16)

  1. 기판 내의 트렌치 또는 비아(via)의 특징을 측정하기 위하여, 측정 빔을 생성하는 간섭 공초점 현미경을 이용하는 방법으로서,
    상기 측정 빔을 트렌치 또는 비아의 바닥 또는 부근의 선택된 위치에서 집속하여 상기 트렌치 또는 비아 내부에 하나 이상의 유도파 모드(guided-wave modes)를 여기시키는 단계;
    상기 측정 빔이 상기 선택된 위치에 집속되는 경우에 발생되고, 상기 트렌치 내부에서 여기된 상기 하나 이상의 유도파 모드로부터의 방사장에 대응하는 성분을 포함하는 복귀 측정 빔의 특성을 측정하는 단계; 및
    상기 복귀 측정 빔의 측정된 특성으로부터 상기 트렌치 또는 비아의 특징을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 기판에 실질적으로 수직한 방향으로 상기 측정 빔을 주사하여 상기 트렌치 또는 비아의 바닥을 위치시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 특징을 결정하는 단계는 상기 트렌치 또는 비아의 깊이를 결정하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정 빔을 상기 기판의 표면 위 및 상기 트렌치 또는 비아 위로의 선택된 거리에서 집속하는 단계; 및
    상기 측정 빔이 상기 기판의 표면 위 및 상기 트렌치 또는 비아 위로의 상기 선택된 거리에서 집속되는 경우에 발생되는 복귀 측정 빔의 특성을 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 트렌치 또는 비아의 특징을 결정하는 단계는 상기 제1 복귀 측정 빔의 특성의 측정값과 상기 제2 복귀 측정 빔의 특성의 측정값을 합치는 단계를 포함하는 것인 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 선택된 위치는 상기 기판의 상단면 아래로의 거리(Z1)이고, 상기 선택된 거리는 상기 기판의 표면 위로의 거리(Z2)이며, Z1은 Z2와 같은 것인 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 여기되는 하나 이상의 유도파 모드는 누설 유도파 모드인 것인 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 비대칭인 측정 빔을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 비대칭인 측정 빔을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 복귀 측정 빔의 특성을 측정하는 단계는 상기 복귀 측정 빔의 장(field)의 공액 구적(conjugated quadrature)을 측정하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  10. 청구항 4에 있어서, 상기 측정 빔이 상기 기판의 표면 위 및 상기 트렌치 또는 비아 위로의 선택된 거리에서 집속되는 경우에 발생되는 복귀 측정 빔의 장의 특성을 측정하는 단계는 상기 복귀 측정 빔의 장의 공액 구적을 측정하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 트렌치 또는 비아의 특징을 결정하는 단계는 상기 측정 빔이 상기 선택된 위치에서 집속되는 경우에 발생되는 상기 복귀 측정 빔의 공액 구적의 측정값과, 상기 측정 빔이 상기 기판의 표면 위 및 상기 트렌치 또는 비아 위로의 선택된 거리에서 집속되는 경우에 발생되는 상기 복귀 측정 빔의 장의 공액 구적의 측정값을 합치는 단계를 포함하는 것인 방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 복귀 측정 빔의 특성을 측정하는 단계는 바이호모다인(bi-homodyne) 검출 기술을 이용하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 복귀 측정 빔의 특성을 측정하는 단계는 쿼드호모다인(quad-homodyne) 검출 기술을 이용하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 간섭 공초점 현미경은 원격장(far-field) 간섭 공초점 현미경이고, 상기 측정 빔은 원격장 측정 빔인 것인 방법.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 간섭 공초점 현미경은 인접장(near-field) 간섭 공초점 현미경이고, 상기 측정 빔은 인접장 측정 빔인 것인 방법.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 트렌치의 바닥을 따라 복수 개의 위치에서 집속 및 측정 단계를 수행하여 상기 트렌치 내부의 결함을 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 선택된 위치는 상기 복수 개의 위치 중 하나인 것인 방법.
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