KR20100085595A - Optical critical dimension metrology method and apparatus using spectral interferometry - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광학적 간섭을 이용한 OCD 측정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수직 입사 구조 및 사선 입사 구조 각각이 갖는 단점이 보완될 수 있도록 광학적 간섭과 분광 캐리어 주파수 개념을 도입하여 수직 입사 구조를 가지면서도 한 번의 촬영(Single shot)으로 SE 파라미터인 Ψ 및 Δ가 동시에 획득되도록 하여 측정 속도를 향상시킬 수 있는 광학적 간섭을 이용한 OCD 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for measuring OCD using optical interference. More specifically, the vertical incident structure is introduced by introducing optical interference and spectral carrier frequency concepts so that the disadvantages of each of the vertical incident structure and the diagonal incident structure can be compensated for. The present invention relates to a method and apparatus for measuring OCD using optical interference that can improve the measurement speed by allowing the SE parameters Ψ and Δ to be acquired simultaneously with a single shot.
나노 패턴의 3D 정보 측정은 반도체 분야에서 큰 이슈가 되고 있고, 특히 집적회로(IC : Intergrated circuit) 기술의 비약적인 발전과 함께 그 중요성이 더욱 증대되고 있다.3D information measurement of nanopatterns has become a big issue in the semiconductor field, and its importance is increasing with the rapid development of integrated circuit (IC) technology.
반도체 분야는 사이즈가 100nm 이하로 내려감에 따라, 나노 패턴에 대한 3D 측정의 어려움에 직면하고 있다. 근래에는 SEMs(Cross-sectional scanning electron microscopes)와 AFMs(Atomic force microscopes)가 매우 작은 형상(Feature)에 대한 이미지의 측정이 가능하게 하고 있다.As the size of semiconductors goes down to 100 nm or less, the 3D measurement of nanopatterns is facing difficulties. Recently, cross-sectional scanning electron microscopes (SEMs) and atomic force microscopes (AFMs) have made it possible to measure images of very small features.
그러나, SEMs나 AFMs 방식은 고가일 뿐만 아니라 반도체 소자에 손상을 줄 우려가 있어, 생산 라인 상에서 나노 패턴 구조를 실시간으로 모니터링하는데 적용하기에는 적합하지 않다. 또한, Top View CD-SEMs가 생산 라인에 적용되더라도, 일반적으로 CD-SEMs 정보는 패턴의 높이나 사이드 벽(Side wall)의 각도(Angle) 등의 형상 3D 데이터의 취득에는 적용할 수 없다. 근래에는 다양한 광 임계 범위(OCD : Optical critical dimension, 이하 'OCD'라 함) 계측 방식이 SEMs와 AFMs의 단점을 극복하기 위해 제안되고 있다.However, SEMs and AFMs are expensive and can damage semiconductor devices, making them unsuitable for real-time monitoring of nanopattern structures on production lines. In addition, even if Top View CD-SEMs are applied to a production line, CD-SEMs information is generally not applicable to the acquisition of shape 3D data such as the height of a pattern or the angle of side walls. Recently, various optical critical dimension (OCD) measurement methods have been proposed to overcome the disadvantages of SEMs and AFMs.
한편, 전통적인 광학 이미징 기술이 빔의 파장보다 작은 형상을 측정하지 못하는 동안, OCD(또는 'scatterometry' 또는 'scatterometer'라고도 함) 계측 기술은 서브-파장의 반복적 구조의 물리적인 파라미터들을 분광 신호(Spectroscopic signature)로부터 추출하는 것을 가능하게 하고 있다. OCD 계측 기술 중, 엄격한 결합파 분석(RCWA : Rigorous coupled-wave analysis, 이하,'RCWA'라 함) 방법은 격자 구조의 표면으로부터 전자기파의 회절(또는 반사)을 설명하는데 유용하게 사용되고 있다. 이와 같은 광학적인 접근은 제조 환경에서 비파괴적(Nondestructive)이고 비침습적인(Noninvasive) 특성, 적은 비용, 작은 풋프린트(Footprint), 높은 정밀도(Accuracy) 및 강인성(Robustness) 등과 같이 다양한 이유로 그 적용에 유리한 점이 있다.On the other hand, while traditional optical imaging techniques fail to measure shapes smaller than the wavelength of the beam, OCD (also known as 'scatterometry' or 'scatterometer') metrology techniques use spectroscopic measurements of the physical parameters of the sub-wavelength repetitive structure. It allows you to extract from signatures. Among OCD measurement techniques, rigorous coupled-wave analysis (RCWA) method is usefully used to describe diffraction (or reflection) of electromagnetic waves from the surface of a lattice structure. This optical approach can be used for a variety of reasons, including nondestructive and noninvasive properties, low cost, small footprint, high accuracy, and robustness in the manufacturing environment. There is an advantage.
상기와 같은 OCD 계측 기술 상에서 대표적인 하드웨어 구조가 SR(Spectroscopic Reflectometric) 시스템과 SE(Spectroscopic Ellipsometric) 시스템이다. 여기서, SE 시스템은 SR 시스템보다 반복적인 나노 패턴 3D 구조의 측정에서 높은 민감도(Sensitivity)를 제공할 수 있다는 점에서 보다 유리하게 인식되고 있다.Representative hardware structures in the OCD measurement technology as described above are the Spectroscopic Reflectometric (SR) system and the Spectroscopic Ellipsometric (SE) system. Here, the SE system is more advantageously recognized in that it can provide higher sensitivity in the measurement of repetitive nanopatterned 3D structures than the SR system.
한편, OCD 계측 기술을 이용한 나노 패턴 3D 계측 기술은 중요한 두 가지의 개선 사항을 요구하고 있다. 하나는 RCWA 방법보다 빠른 알고리즘의 개발이고, 다른 하나는 SE 파라미터인 Ψ 및 Δ의 계측 속도를 향상시키는 것이다. 빠른 알고리즘의 개발은 소프트웨어의 성능 향상과 관련되고, 계측 속도의 향상은 하드웨어의 성능 향상과 관련된다.On the other hand, nano-pattern 3D measurement technology using OCD measurement technology requires two important improvements. One is the development of algorithms faster than the RCWA method, and the other is to improve the measurement speed of the SE parameters Ψ and Δ. The development of fast algorithms is related to improving the performance of software, and the improvement of the measurement speed is related to improving the performance of hardware.
이 중 하드웨어의 성능의 향상을 위한 다양한 연구들 가운데, 월라스톤 프리즘(Wollaston prism)과 2개의 분광 채널(Spectroscopic channel)이 적용된 사선 입사(Oblique incidence) SE 시스템을 사용하여 실시간으로 넓은 분광 범위(Broad spectral range)에 걸쳐, p-편광 반사 강도(p-polarized reflected intensity, )와 s-편광 반사 강도(s-polarized reflected intensity, )를 동시에 측정하려는 시도가 있었다. 그러나, 위 방법은 많은 SE 어플리케이션에서 진폭 비율(Ψ)보다 높은 민감도(Sensitivity)를 제공하는 위상차(Δ)를 측정할 수 없는 단점이 있다.Among the various studies to improve the performance of the hardware, a broad spectral range in real time using an oblique incidence SE system with Wallaston prism and two spectroscopic channels over the spectral range, the p-polarized reflected intensity, ) And s-polarized reflected intensity, ) Was attempted to measure at the same time. However, this method has the disadvantage of not being able to measure the phase difference Δ, which provides a sensitivity higher than the amplitude ratio Ψ in many SE applications.
또한, W.Yang은 하드웨어의 성능 향상과 관련하여 세 개의 반사 스펙트럼들인 RTE, RTM, RΦ(Φ는 0°~90° 사이의 시스템 편광 각(polarizer angle)이다)의 취 득을 통해 SE 파라메터인 Ψ 및 Δ를 측정할 수 있는 수직 입사 분광 계측 시스템(Normal incidence spectroscopic metrology system)을 제안한 바 있다.In addition, W. Yang has acquired three reflection spectra, R TE , R TM , and R Φ (Φ is the system polarizer angle between 0 ° and 90 °) in relation to hardware performance improvement. We have proposed a normal incidence spectroscopic metrology system that can measure SE parameters Ψ and Δ.
여기서, 수직 입사 분광 계측 시스템에서, 편광 전달 축을 격자 렌즈에 평행하거나 수직하게 정렬하는 것에 의해 획득된 RTE, RTM은 SE 파라미터인 tan(Ψ)을 계산하는데 사용되고, RΦ는 SE 파라미터인 cos(Δ)를 계산하는데 사용된다. 즉, W.Yang가 제안한 수직 입사 분광 계측 시스템에서는 Ψ 및 Δ를 계산하는데 3개의 스펙트럼 데이터를 필요로 하게 되고, 이러한 세 개의 스펙트럼 데이터의 획득을 위해 세 번의 측정을 필요로 한다.Here, in a vertical incidence spectrometer system, R TE , R TM obtained by aligning the polarization transmission axis parallel or perpendicular to the grating lens is used to calculate tan (Ψ), SE parameter, and R Φ is cos, SE parameter. It is used to calculate (Δ). In other words, W.Yang's proposed vertical incident spectroscopy system requires three spectral data to calculate Ψ and Δ, and three measurements to acquire these three spectral data.
이에 본 발명은 나노 패턴 측정을 위한 접근법에 있어서 기존의 수직 입사 구조가 갖는 단점이 보완될 수 있도록 광학적 간섭과 분광 캐리어 주파수(Spectral carrier frequency) 개념을 도입하여 수직 입사 구조를 가지면서도 한 번의 촬영(Single shot)으로 SE 파라미터인 Ψ 및 Δ가 동시에 획득되도록 하여 측정 속도를 향상시킬 수 있는 광학적 간섭을 이용한 OCD 측정 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention introduces the concept of optical interference and spectral carrier frequency in order to compensate for the disadvantages of the conventional vertical incidence structure in the approach for nano-pattern measurement. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring OCD using optical interference which can improve measurement speed by allowing SE parameters? And Δ to be simultaneously acquired in a single shot).
상기 목적은 본 발명에 따라, (a) 백색광을 조사하는 단계와; (b) 상기 백색광을 상호 편광 방향이 수직인 TE 편광과 TM 편광 방향에 대해 45°기울어진 방향으로 선형 편광시키는 단계와; (c) 상기 선형 편광된 백색광이 상기 측정 대상물 및 기준 미러로부터 각각 반사된 측정광과 기준광이 상호 간섭되어 간섭광이 형성되는 단계와; (d) 상기 간섭광이 상기 TE 편광 성분과 상기 TM 편광 성분으로 분리되는 단계와; (e) 상기 TE 편광 성분 및 상기 TM 편광 성분이 각각 제1 스펙트로메터 및 제2 스펙트로메터에 입력되는 단계와; (f) 상기 입력된 TE 편광 성분 및 상기 입력된 TM 편광 성분으로부터 각각 TE 스펙트럼 데이터 및 TM 스펙트럼 데이터를 추출하여 상기 TE 편광 성분 및 상기 TM 편광 성분 각각에 대한 진폭 정보 및 위상 정보를 추출하는 단계와; (g) 상기 추출된 진폭 정보 및 상기 추출된 위상 정 보를 RCWA(Rigorous coupled-wave analysis) 기법에 적용하여 상기 RCWA 기법 상의 진폭 비율(Ψ) 및 위상차(Δ)를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 간섭을 이용한 OCD 측정 방법에 의해서 달성된다.The object is according to the invention, (a) irradiating white light; (b) linearly polarizing the white light in a direction inclined at 45 ° with respect to the TE polarization direction and the TM polarization direction in which the mutual polarization directions are perpendicular to each other; (c) the linearly polarized white light interfering with the measurement light and the reference light, respectively reflected from the measurement object and the reference mirror, to form interference light; (d) separating the interference light into the TE polarization component and the TM polarization component; (e) inputting the TE polarization component and the TM polarization component into a first spectrometer and a second spectrometer, respectively; (f) extracting TE spectral data and TM spectral data from the input TE polarization component and the input TM polarization component, respectively, to extract amplitude information and phase information for each of the TE polarization component and the TM polarization component; ; (g) calculating the amplitude ratio (Ψ) and phase difference (Δ) on the RCWA technique by applying the extracted amplitude information and the extracted phase information to a RCWA technique. It is achieved by an OCD measurement method using optical interference.
여기서, 상기 진폭 비율(Ψ) 및 상기 위상차(Δ)는 상기 RCWA(Rigorous coupled-wave analysis) 기법에 의해 수학식Here, the amplitude ratio Ψ and the phase difference Δ may be expressed by the RWA (Rigorous coupled-wave analysis) technique.
(여기서, ρ는 상기 RCWA(Rigorous coupled-wave analysis) 기법 상의 반사계수비(Reflectance coefficient ratio)이고, RTM은 상기 TM 편광 성분의 반사계수(Reflectance coefficient)이고, RTE는 상기 TE 편광 성분의 반사계수(Reflectance coefficient)이고, δTM은 상기 TM 편광 성분의 위상 천이(Phase shift)를 나타낸 것이고, δTE는 상기 TE 편광 성분의 위상 천이(Phase shift)를 나타낸 것이다)로 표현될 수 있다.Where p is a reflection coefficient ratio of the RCWA technique, R TM is a reflection coefficient of the TM polarization component, and R TE is a reflection coefficient of the TE polarization component. It is a reflection coefficient, and δ TM represents a phase shift of the TM polarization component, and δ TE represents a phase shift of the TE polarization component.
그리고, 상기 (c) 단계에서는 분광 캐리어 주파수(Spectral carrier frequency)가 적용되도록 상기 기준광의 광 경로와 상기 측정광의 광 경로 간의 광 경로차가 발생된 상태에서 상기 간섭광이 형성될 수 있다.In the step (c), the interference light may be formed in a state where an optical path difference between the optical path of the reference light and the optical path of the measurement light is generated so that a spectral carrier frequency is applied.
또한, 상기 (f) 단계에서 상기 TE 스펙트럼 데이터는 수학식Further, in the step (f), the TE spectral data is expressed by equation
(여기서, ITE는 상기 TE 스펙트럼 데이터이고, k는 파수(wave number)이고, h는 상기 기준광의 광 경로와 상기 측정광의 광 경로 간의 광 경로차에 의해 정의되는 상기 분광 캐리어 주파수(Spectral carrier frequency)이고, Er,TE 및 Et,TE는 각각 상기 TE 편광 성분에 대한 상기 기준광 및 상기 측정광이고, i0,TE는 상기 TE 편광 성분에 대한 DC 항목(DC term)이고, 상기 γTE(k, pattern)은 상기 TE 편광 성분에 대한 가시성 진폭 함수(Visibility amplitude function)이고, ΦTE는 상기 TE 편광 성분에 대한 토탈 위상 함수(Total phase function)이고, φTE는 상기 TE 편광 성분에 대한 상기 측정 대상물의 나노 패턴 형상에 종속하는 위상 함수(Phase function)이다) 로 표현되고; 상기 TM 스펙트럼 데이터는 수학식Where I TE is the TE spectral data, k is a wave number, and h is the spectral carrier frequency defined by the optical path difference between the optical path of the reference light and the optical path of the measurement light. ), E r, TE and E t, TE are the reference light and the measurement light for the TE polarized light component, i 0, TE is a DC term for the TE polarized light component, and the γ TE (k, pattern) is a visibility amplitude function for the TE polarization component, Φ TE is a total phase function for the TE polarization component, and φ TE is for the TE polarization component A phase function dependent on the nanopattern shape of the measurement object; The TM spectrum data is represented by equation
(여기서, ITM는 상기 TM 스펙트럼 데이터이고, Er,TM 및 Et,TM는 각각 상기 TM 편광 성분에 대한 상기 기준광 및 상기 측정광이고, i0,TM는 상기 TM 편광 성분에 대한 DC 항목(DC term)이고, 상기 γTM(k, pattern)은 상기 TM 편광 성분에 대한 가시성 진폭 함수(Visibility amplitude function)이고, ΦTM는 상기 TM 편광 성분에 대한 토탈 위상 함수(Total phase function)이고, φTM는 상기 TM 편광 성분에 대한 상기 측정 대상물의 나노 패턴 형상에 종속하는 위상 함수(Phase function)이다) 로 표현되며; 상기 (f) 단계에서의 상기 진폭 정보 및 상기 위상 정보는 상기 TE 편광 성분에 대한 상기 가시성 진폭 함수(Visibility amplitude function) γTE 및 상기 위상 함수(Phase function) φTE와 상기 TM 편광 성분에 대한 상기 가시성 진폭 함수(Visibility amplitude function) γTM 및 상기 위상 함수(Phase function) φTM를 포함하며; 상기 (g) 단계에서, 상기 RCWA(Rigorous coupled-wave analysis) 기법에 의한 수학식의 RTM, RTE, δTM, 및δTE에는 상기 (f) 단계에서 추출된 γTM, γTE, φTM 및 φTE가 각각 대입될 수 있다.Where I TM is the TM spectral data, E r, TM and E t, TM are the reference light and the measurement light for the TM polarization component, respectively, and i 0, TM is a DC item for the TM polarization component (DC term), the γ TM (k, pattern) is the Visibility amplitude function for the TM polarization component, Φ TM is the total phase function for the TM polarization component, φ TM is expressed as a phase function dependent on the nanopattern shape of the measurement object for the TM polarization component; The amplitude information and the phase information in the step (f) include the visibility amplitude function γ TE and the phase function φ TE for the TE polarization component and the phase polarization component for the TM polarization component. Visibility amplitude function γ TM and the Phase function φ TM ; In step (g), R TM , R TE , δ TM , and δ TE of the equation by the RCWA (Rigorous coupled-wave analysis) technique are extracted in step (f) γ TM , γ TE , φ TM and φ TE can be substituted respectively.
그리고, 상기 (f) 단계는, (f1) 상기 TE 스펙트럼 데이터 및 상기 TM 스펙트럼 데이터에 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform) 알고리즘을 적용하는 단계와; (f2) 상기 (f1) 단계를 거친 데이터에 윈도윙(Windowing) 기법 및 센터링(Centering) 기법을 적용하여 상기 DC 항목을 제거하는 단계와; (f3) 상기 (f2) 단계를 거친 데이터에 역 고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform) 알고리즘을 적용하여 상기 TE 편광 성분에 대한 상기 가시성 진폭 함수(Visibility amplitude function) 및 상기 위상 함수(Total phase function)와 상기 TM 편광 성분에 대한 상기 가시성 진폭 함수(Visibility amplitude function) 및 상기 위상 함수(Total phase function)를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.The step (f) may include: (f1) applying a Fast Fourier Transform (FFT) algorithm to the TE spectrum data and the TM spectrum data; (f2) removing the DC item by applying a windowing technique and a centering technique to the data passed through the step (f1); (f3) the Visibility amplitude function and the total phase of the TE polarization component by applying an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) algorithm to the data which has passed the step (f2). function) and extracting the Visibility amplitude function and the Total phase function for the TM polarization component.
여기서, 상기 (c) 단계는 미켈슨 간섭계(Michelson Interferometer)에 의해 구현될 수 있다.Here, step (c) may be implemented by a Michelson interferometer.
또한, 상기 (d) 단계는 월라스톤 프리즘(Wollaston prism)에 의해 구현될 수 있다.In addition, step (d) may be implemented by Wallaston prism.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, 광학적 간섭을 이용한 OCD 측정 장치에 있어서, 제1 스펙트로메터 및 제2 스펙트로메터와; 백색광을 조사하는 광원과; 상기 광원으로부터 조사된 상기 백색광을 상호 편광 방향이 수직인 TE 편광과 TM 편광 방향에 대해 45° 기울어진 방향으로 선형 편광시키는 편광기와; 상기 선형 편광된 백색광을 측정 대상물로 향하게 하는 빔 스플리터와; 상기 선형 편광된 백색광이 상기 측정 대상물로부터 반사되어 형성된 측정광과, 상기 선형 편광된 백색광이 기준 미러로부터 반사되어 형성된 기준광이 상호 간섭되어 간섭광을 형성하게 하는 OCD 간섭계와; 상기 OCD 간섭계로부터의 상기 간섭광의 광 경로 상에 배치되어 상기 간섭광을 상기 TE 편광 성분과 상기 TM 편광 성분으로 분리하여 상기 제1 스펙트로메터 및 상기 제2 스펙트로메터로 각각 출력하는 수직 선형편광 분리기와; 상기 제1 스펙트로메터 및 상기 제2 스펙트로메터을 통해 입력된 상기 TE 편광 성분 및 상기 TM 편광 성분에 대해 상기 OCD 측정 방법의 상기 (f) 단계 및 상기 (g) 단계를 수행하여 상기 진폭 비율(Ψ) 및 상기 위상차(Δ)를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 간섭을 이용한 OCD 측정 장치에 의해서도 달성될 수 있다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention, the OCD measuring apparatus using optical interference, the first spectrometer and the second spectrometer; A light source for emitting white light; A polarizer for linearly polarizing the white light emitted from the light source in a direction inclined by 45 ° with respect to the TE polarization and the TM polarization direction in which the mutual polarization directions are perpendicular to each other; A beam splitter for directing the linearly polarized white light to a measurement object; An OCD interferometer for measuring light formed by reflecting the linearly polarized white light from the measurement object and reference light formed by reflecting the linearly polarized white light from the reference mirror to form interference light; A vertical linear polarization splitter disposed on the optical path of the interference light from the OCD interferometer and separating the interference light into the TE polarization component and the TM polarization component and outputting the interference to the first spectrometer and the second spectrometer, respectively; ; The amplitude ratio (Ψ) is performed by performing steps (f) and (g) of the OCD measurement method on the TE polarization component and the TM polarization component input through the first spectrometer and the second spectrometer. And it can be achieved by the OCD measuring apparatus using the optical interference, characterized in that it comprises a control unit for calculating the phase difference (Δ).
여기서, 상기 OCD 간섭계는 분광 캐리어 주파수(Spectral carrier frequency)가 적용되도록 상기 기준광의 광 경로와 상기 측정광의 광 경로 간의 광 경로차가 발생되도록 설정될 수 있다.Here, the OCD interferometer may be set to generate an optical path difference between the optical path of the reference light and the optical path of the measurement light so that a spectral carrier frequency is applied.
그리고, 상기 OCD 간섭계는 미켈슨 간섭계(Michelson Interferometer)에 의해 구현될 수 있다.The OCD interferometer may be implemented by a Michelson interferometer.
또한, 상기 수직 선형편광 분리기는 월라스톤 프리즘(Wollaston prism)에 의해 구현될 수 있다.In addition, the vertical linearly polarized light separator may be implemented by Wallaston prism.
또한, CCD 카메라와, 상기 간섭광의 광 경로 상에 상기 빔 스플리터와 상기 월라스톤 프리즘 사이에 배치되어 상기 간섭광을 상기 윌라스톤 프리즘과 상기 CCD 카메라로 분할하여 출력하는 광 분할기와, 상기 OCD 간섭계와 교체 가능하게 마련되며, 백색광 주사 간섭법(WSI : White-light Scanning Interferometry)의 적용 가능한 WSI 간섭계를 더 포함하며; 상기 제어부는 상기 OCD 간섭계가 설치된 상태에서 상기 제1 스펙트로메터 및 상기 제2 스펙트로메터를 통해 입력된 상기 TE 편광 성분 및 상기 TM 편광 성분에 기초하여 상기 TE 편광 성분과 상기 TM 편광 성분 간의 진폭 비율(Ψ) 및 위상차(Δ)를 산출하는 OCD 모드와, 상기 WSI 간섭계가 설치된 상태에서 상기 CCD 카메라를 통해 입력되는 이미지 데이터를 상기 백색광 주사 간섭법에 적용하여 표면 형상을 측정하는 WSI 모드 중 어느 하나로 동작할 수 있 다.In addition, a CCD camera, an optical splitter disposed between the beam splitter and the wallastone prism on the optical path of the interference light, for splitting the interference light into the Willaston prism and the CCD camera, and the OCD interferometer; Replaceably provided, further comprising an applicable WSI interferometer of White-light Scanning Interferometry (WSI); The control unit controls the amplitude ratio between the TE polarized component and the TM polarized component based on the TE polarized component and the TM polarized component input through the first spectrometer and the second spectrometer while the OCD interferometer is installed. Ψ) and the OCD mode for calculating the phase difference Δ and the WSI mode for measuring the surface shape by applying image data input through the CCD camera to the white light scanning interferometry with the WSI interferometer installed. can do.
본 발명에 따르면, 광학적 간섭과 분광 캐리어 주파수 개념이 도입되어 수직 입사 구조를 가지면서도 한 번의 촬영(Single shot)으로 SE 파라미터인 Ψ 및 Δ가 동시에 획득되도록 하여 측정 속도를 향상시킬 수 있는 광학적 간섭을 이용한 OCD 측정 방법 및 장치가 제공된다.According to the present invention, the concept of optical interference and spectral carrier frequency are introduced to obtain optical interference that can improve the measurement speed by allowing the SE parameters Ψ and Δ to be simultaneously acquired in a single shot while having a vertical incident structure. Provided is a method and apparatus for measuring OCD.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 먼저, 본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명을 통해 얻고자 하는 진폭 비율(Ψ) 및 위상차(Δ)와 관련된 엄격한 결합파 분석(RCWA : Rigorous coupled-wave analysis, 이하,'RCWA'라 함) 방법에 대해 살펴본다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail embodiments according to the present invention. First, prior to explaining the present invention, rigorous coupled-wave analysis (RCWA: RWA) related to the amplitude ratio Ψ and phase difference Δ to be obtained through the present invention. Learn how.
SE(Spectroscopic Ellipsometric) 시스템은 반도체나 포토닉 크리스탈(Photonic crystal) 분야에서 나노 패턴의 3D 형상을 측정하는데 적합한 툴로 인식되고 있다. 입사광은 positive order와 negative order로 분광(diffract)되고, 0차로 분광된 광만이 시스템에 수집된다. 수집된 광은 p-편광과 s-편광 간의 위상차를 갖는 선형적으로 편광된 두 요소의 조합이다. 여기서, 전기장이 회절격자방향에 대해 평행한 방향으로 있을 때의 편광 모드를 TE 모드라 하고, 회절결자 방향에 대해 수직한 방향에 전기장이 있을 때의 편광 모드를 TM 모드라 한다.Spectroscopic Ellipsometric (SE) systems are recognized as the right tools for measuring 3D shapes of nanopatterns in the field of semiconductors and photonic crystals. Incident light is diffracted in positive order and negative order, and only light that is spectrally ordered zero is collected in the system. The collected light is a combination of two linearly polarized elements with a phase difference between p- and s-polarized light. Here, the polarization mode when the electric field is in a direction parallel to the diffraction grating direction is called TE mode, and the polarization mode when the electric field is in a direction perpendicular to the diffraction grating direction is called a TM mode.
RCWA 방법은 경계 조건(Boundary condition)을 포함하는 맥스웰 방정식(Maxwell's equations)을 사용하는 분석 알고리즘이다. 도 1은 RCWA 방법에서 일차원적인 주기적 패턴의 회절격자 형상을 도시한 도면이다. 선형적으로 편광된 전자기파는 임의의 각도인 입사각 θ로 경사지게 입사된다.The RCWA method is an analysis algorithm that uses Maxwell's equations that include boundary conditions. 1 is a diagram showing a diffraction grating shape of a one-dimensional periodic pattern in the RCWA method. The linearly polarized electromagnetic wave is incident obliquely at an angle of incidence θ.
격자 주기(Grating period) L은 일반적으로 다양한 다른 굴절률을 갖는 몇 개의 영역(region)의 조합으로 표현된다. 여기서, f는 격자의 마루 영역에 의해 얻어지는 격자 주기의 필링 팩터(Filling factor)이다. 모든 구조가 입사 영역(영역 Ⅰ), 격자 또는 패턴 영역 및 출사 영역(영역 Ⅱ)으로 구분될 수 있다. 전기장은 격자 영역의 경계 조건을 이용함으로써 맥스웰 방정식으로부터 얻을 수 있다. 이러한 격자 영역(0<z<d)에서는 주기적 유전함수(Periodic dielectric function)가, [수학식 1]에서와 같이, 주기 L을 갖는 푸리에 시리즈(Fourier series)로 확장된다.The grating period L is generally expressed as a combination of several regions with various different refractive indices. Here, f is a filling factor of the lattice period obtained by the floor area of the lattice. All structures can be divided into an incident area (area I), a grating or pattern area and an exit area (area II). The electric field can be obtained from the Maxwell's equation by using the boundary conditions of the lattice region. In this
[수학식 1][Equation 1]
여기서, εh는 격자 영역에서 유전함수의 h 번째 푸리에 요소이다.Where ε h is the h th Fourier element of the dielectric function in the lattice region.
한편, TE 모드에서, 영역 Ⅰ 및 Ⅱ의 전기장은 [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.On the other hand, in the TE mode, the electric fields of the regions I and II can be expressed as [Equation 2].
[수학식 2][Equation 2]
여기서, Einc,y는 입사 표준 전기장(Incident normalized electric field)이고, Kxi는 Floquet 상태로부터 결정되며 [수학식 3]에 의해 정의된다.Here, E inc, y is an incident normalized electric field, and K xi is determined from the Floquet state and is defined by Equation 3.
[수학식 3]&Quot; (3) "
여기서, k0은 2π/λ0에 의해 결정되는 파수(Wave number)이고, λ0는 자유공간(Free space) 상에서의 광의 파장이다. [수학식 2]에서의 Ri는 영역 Ⅰ에서 i 번째 후방 회절(반사)파(Backward diffracted (reflected) wave)의 일반화된 전기장 진폭(Normalized electric-field amplitude)이고, Ti는 영역 Ⅱ에서 i 번째 전방 회절(반사)파(Forward diffractied(reflected) wave)의 일반화된 전기장 진폭(Normalized electric-field amplitude)이다. 격자 영역에서 맥스웰 방정식을 적용하고 세 영역의 인터페이스에서 경계 조건을 매칭시키게 되면, 회절파의 진 폭(amplitude) Ri 및 Ti가 결정된다.Here, k 0 is a wave number determined by 2π / λ 0 , and λ 0 is a wavelength of light in free space. In
OCD 계측 방법에서는 , i=0, 즉 R0만을 사용하므로 TE 모드에서 [수학식 4]의 RTE가 R0에 대응한다. 동일하게, TM 모드에서 [수학식 4]의 RTM 또한 i=0인 경우를 사용하여 얻을 수 있다. 이와 같은 두 개의 반사계수(Reflection coefficient)인 RTE 및 RTM은 두 개의 SE 파라미터인 Ψ, Δ와 [수학식 4]와 같이 표현될 수 있다.In the OCD measurement method, since i = 0, i.e., only R 0 , R TE in Equation 4 corresponds to R 0 in TE mode. Equally, it can be obtained using the case where R TM in Equation 4 is also i = 0 in the TM mode. These two reflection coefficients (R TE and R TM ) can be expressed as two SE parameters Ψ, Δ and [Equation 4].
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기서, δTE 및 δTM은 TE 편광 모드 및 TM 편광 모드 각각의 위상 천이(phase shift)이다. 또한, tanΨ는 TE 편광 모드 및 TM 편광 모드 간의 진폭 비율(amplitude ratio)로 부터 얻을 수 있다. 그리고, TE 편광 모드와 TM 편광 모드 간의 위상차(phase difference) Δ는 δTE 및 δTM 간의 차이에 의해 얻을 수 있다.Here, δ TE and δ TM are phase shifts of the TE polarization mode and the TM polarization mode, respectively. In addition, tan Ψ can be obtained from an amplitude ratio between the TE polarization mode and the TM polarization mode. And, the phase difference Δ between the TE polarization mode and the TM polarization mode can be obtained by the difference between δ TE and δ TM .
이하에서는 상기와 같은 RCWA 방법에 의해 정의된 [수학식 4]에서 최종적으로 얻고자 하는 Ψ 및 Δ을 산출하기 위해, δTE 및 δTM, RTE 및 RTM을 획득하기 위한 본 발명에 따른 OCD 측정 방법 및 장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the OCD according to the present invention for obtaining δ TE and δ TM , R TE and R TM in order to calculate Ψ and Δ to be finally obtained in [Equation 4] defined by the RCWA method as described above. The measuring method and apparatus will be described in detail.
도 2는 본 발명에 따른 OCD 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 OCD 측정 장치는 제1 스펙트로메터(16)(Spectrometer) 및 제2 스펙트로메터(17), 광원(10), 편광기(12), 빔 스플리터(13)(Beam splitter), OCD 간섭계(14), 수직 선형편광 분리기(15) 및 제어부를 포함한다.2 is a diagram showing the configuration of an OCD measuring apparatus according to the present invention. Referring to FIG. 2, the OCD measuring apparatus according to the present invention includes a
광원(10)은 백색광을 조사한다. 여기서, 광원(10)은 백색광을 출광하는 다양한 형태로 마련될 수 있으며, 광원(10)으로부터 조사된 백색광은 광 경로 상에 배치된 볼록렌즈(11)를 통과하면서 평행광이 된다.The
볼록렌즈(11)를 통과한 백색광은 빔 스플리터(13)와 볼록렌즈(11) 사이에 배치된 편광기(12)를 통과하게 되는데, 이 때 편광기(12)를 통과한 백색광은 상호 편광 방향이 수직인 p-편광과 s-편광 두 개의 성분에 대해 45° 기울어진 방향을 갖는 선형편광을 갖게 된다. 여기서, p-편광과 s-편광 중 측정 대상물(100)에 형성된 격자 패턴의 라인 방향과 수평인 편광을 TE 편광이고, 격자 패턴의 라인 방향과 수직인 편광을 TM 편광이라 하는데, 본 발명에서는 p-편광이 TM 편광이고, s-편광이 TE 편광이 된다. 그리고, 편광기(12)를 통과한 백색광은 빔 스플리터(13)에 입사되고, 빔 스플리터(13)로부터 OCD 간섭계(14) 방향으로 반사되어 빔 스플리터(13)로부터 출광된다.The white light passing through the
OCD 간섭계(14)는 빔 스플리터(13)와 측정 대상물(100) 사이의 광 경로 상에 배치된다. 여기서, OCD 간섭계(14)는 편광기(12)로부터 출광되어 측정 대상물(100)로부터 반사되어 형성된 측정광과, 편광기(12)로부터 출광되어 기준 미러(14c)로부터 반사되어 형성된 기준광이 상호 간섭되어 간섭광을 형성하게 한다.The
본 발명에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, OCD 간섭계(14)로 미켈슨 간섭계(Michelson Interferometer) 타입이 적용되는 것을 예로 하고 있으며, Mach-zehnder 간섭계도 적용 가능함은 물론이다.In the present invention, as shown in FIG. 2, the Michelson interferometer type is applied to the
도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 빔 스플리터(13)로부터 출광된 백색광은 아이리스(14b)(Iris)를 통과한 후, 빔 스플리터(14a)로 입사된다. 여기서, OCD 간섭계(14)의 빔 스플리터(14a)는 입사된 백색광의 일부는 기준 미러(14c)로 반사시키고, 나머지 일부는 측정 대상물(100)로 투과시킨다. 그리고, 측정 대상물(100)의 표면으로부터 반사된 측정광과 기준 미러(14c)로부터 반사된 기준광은 빔 스플리터(14a)로 입사되어 상호 간섭됨으로써, 간섭광을 형성하여 OCD 간섭계(14)의 상부에 배치된 빔 스플리터(13) 방향으로 출광된다. 여기서, 본 발명에 따른 OCD 간섭계(14)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 광학적 캐리어 주파수(Spectral carrier frequence, h) 개념이 적용되는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다. OCD 간섭계(14)로부터 출광된 간섭광은 빔 스플리터(13)를 거쳐 수직 선형편광 분리기(15)로 향하게 된다. More specifically, referring to FIG. 2, the white light emitted from the
수직 선형편광 분리기(15)는 OCD 간섭계(14)로부터의 간섭광의 광 경로 상에 배치되는데, 간섭광을 상호 편광 방향이 수직인 TE 편광 성분과 TM 편광 성분으로 분리한다. 여기서, TE 편광 성분과 TM 편광 성분의 수직 선형 편광이 각각 간섭광을 형성하게 되며, 이를 수직 선형편광 분리기(15)가 TE 편광 성분과 TM 편광 성분으로 분리하게 된다. 수직 선형편광 분리기(15)에 의해 분리된 TE 편광 성분 및 TM 편광 성분은 각각 제1 스펙트로메터(16) 및 제2 스펙트로메터(17)로 입력된다. 제1 스펙트로메터(16) 및 제2 스펙트로메터(17)의 전방에는 TE 편광 성분 및 TM 편광 성분을 각각 제1 스펙트로메터(16) 및 제2 스펙트로메터(17) 방향으로 집광시키는 집광렌즈(16a,16b)이다.The vertical
여기서, 본 발명에서는 수직 선형편광 분리기(15)가 월라스톤 프리즘(Wollaston prism)으로 마련되는 것을 일 예로 하며, 이외에도 편광 빔 스플리터(13)(Polarizing beam splitter)가 사용 가능함은 물론이다.Here, in the present invention, the vertical
제어부는 제1 스펙트로메터(16) 및 상기 제2 스펙트로메터(17)을 통해 각각 입력된 TE 편광 성분 및 TM 편광 성분으로부터 TE 스펙트럼 데이터 및 TM 스펙트럼 데이터를 추출한다. 그리고, 제어부는 TE 편광 성분 및 TM 편광 성분 각각에 대한 진폭 정보 및 위상 정보를 산출한다.The controller extracts the TE spectrum data and the TM spectrum data from the TE polarization component and the TM polarization component respectively input through the
이하에서는 제어부가 TE 편광 성분 및 TM 편광 성분으로부터 TE 스펙트럼 데이터 및 TM 스펙트럼 데이터를 추출하여, TE 편광 성분 및 TM 편광 성분 각각에 대한 진폭 정보 및 위상 정보를 산출하는 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a method in which the controller extracts the TE spectral data and the TM spectral data from the TE polarization component and the TM polarization component to calculate amplitude information and phase information for each of the TE polarization component and the TM polarization component will be described in detail.
먼저, 상술한 OCD 간섭계(14)에 도입된 광학적 캐리어 주파수에 대해 설명하면, 측정 대상물(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 가상의 기준면과 h 만큼 거리차를 갖는다. 여기서, h는 기준광의 광 경로와 측정광의 광 경로 간의 광 경로차(OPD : Optical Path Difference)로 정의될 수 있으며, 단위는 거리 단위인 미터(m)가 사용된다.First, the optical carrier frequency introduced into the above-described
이 때, h가 '0'이 될 때에는 광학적 캐리어 주파수가 0이 되므로, 광학적 캐리어 주파수의 적용을 위해 h가 일정한 값을 갖도록 OCD 간섭계(14)를 설정한다. 본 발명에서는 대략 10 ~ 20㎛ 정도의 h를 갖도록 OCD 간섭계(14)를 설정하는 것을 예로 한다.At this time, when h becomes '0', since the optical carrier frequency becomes 0, the
상기와 같은 광학적 캐리어 주파수 개념의 도입으로 인해, 제1 스펙트로메터(16) 및 제2 스펙트로메터(17)를 통해 입력된 TE 편광 성분 및 TM 편광 성분에 대한 TE 스펙트럼 데이터 및 TM 스펙트럼 데이터는 각각 [수학식 5] 및 [수학식 6]과 같이 표현될 수 있다.Due to the introduction of the optical carrier frequency concept as described above, the TE spectral data and the TM spectral data for the TE polarization component and the TM polarization component input through the
[수학식 5][Equation 5]
[수학식 6]&Quot; (6) "
[수학식 5] 및 [수학식 6]에서, ITE 및 ITM은 각각 TE 스펙트럼 데이터 및 TM 스펙트럼 데이터이고, k는 파수(wave number)이다. h는 상술한 바와 같이, 분광 캐리어 주파수이고, Er,TE 및 Et,TE는 각각 TE 편광 성분에 대한 기준광 및 측정광이며, Er,TM 및 Et,TM는 각각 TM 편광 성분에 대한 기준광 및 측정광이다. 그리고, i0,TE 및 i0,TM은 TE 편광 성분 및 TM 편광 성분에 대한 DC 항목(DC term)이고, γTE(k, pattern) 및 γTM(k, pattern)은 각각 TE 편광 성분 및 TM 편광 성분에 대한 가시성 진폭 함수(Visibility amplitude function)이다. 그리고, ΦTE 및 ΦTM은 각각 TE 편광 성분 및 TM 편광 성분에 대한 토탈 위상 함수(Total phase function)이고, φTE는 및 φTM은 각각 TE 편광 성분 및 TM 편광 성분에 대한 측정 대상물(100)의 격자 패턴 형상에 종속하는 위상 함수(Phase function)이다.In Equations 5 and 6, I TE and I TM are TE spectral data and TM spectral data, respectively, and k is a wave number. h is the spectral carrier frequency as described above, E r, TE and E t, TE are the reference light and the measurement light for the TE polarized light component, respectively, and E r, TM and E t, TM are the Reference light and measurement light. And i 0, TE and i 0, TM are DC terms for TE polarization component and TM polarization component, and γ TE (k, pattern) and γ TM (k, pattern) are TE polarization component and Visibility amplitude function for the TM polarization component. Φ TE and Φ TM are total phase functions for the TE polarization component and the TM polarization component, respectively, and φ TE and φ TM are the measurement targets for the TE polarization component and the TM polarization component, respectively. Phase function dependent on the grid pattern shape of.
도 4는 샘플 패턴에 대한 측정 결과로 얻어진 TE 스펙트럼 데이터 및 TM 스펙트럼 데이터를 도시한 도면이다. 여기서, 도 4에 도시된 그래프는 격자 간격, 필-팩터(Fill factor) 및 높이(Hight)가 각각, 1000nm, 0.5, 55nm 인 격자 패턴을 갖는 측정 대상물(100)로부터 얻은 TE 스펙트럼 데이터 및 TM 스펙트럼 데이터를 도시하고 있다.4 is a diagram illustrating TE spectral data and TM spectral data obtained as a result of measurement on a sample pattern. Here, the graph shown in FIG. 4 shows the TE spectrum data and the TM spectrum obtained from the
이하에서는, 도 4에 도시된 바와 같은 TE 스펙트럼 데이터 및 TM 스펙트럼 데이터를 이용하여 TE 편광 성분 및 TM 편광 성분 각각에 대한 진폭 정보 및 위상 정보를 산출하는 과정에 대해 설명한다.Hereinafter, a process of calculating amplitude information and phase information for each of the TE polarization component and the TM polarization component using the TE spectrum data and the TM spectrum data as shown in FIG. 4 will be described.
먼저, TE 스펙트럼 데이터 및 TM 스펙트럼 데이터에 대해 고속 푸리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform) 알고리즘을 적용한다. 도 5는 TE 스펙트럼 데이터 및 TM 스펙트럼 데이터에 대해 고속 푸리에 변환 알고리즘을 적용하여 얻은 분광 주파수 영역(Spectral frequency domain)에서의 진폭(amplitude) 데이터를 도시한 도면이다.First, a Fast Fourier Transform (FFT) algorithm is applied to the TE spectrum data and the TM spectrum data. FIG. 5 is a diagram illustrating amplitude data in a spectral frequency domain obtained by applying a fast Fourier transform algorithm to TE spectrum data and TM spectrum data.
그런 다음, 윈도윙(Windowing) 기법을 적용하여 오브젝트 항목(Object term) 만을 선택하고, 주파수 영역에서 오브젝트 피크(Object peak)를 주파수가 0인 영역으로 센터링(Centering)함으로써, 컨쥬게이트 항목(Conjugate term)을 포함하는 DC 항목(DC term)을 제거한다.Then, by applying the windowing technique, only the object term is selected, and the object peak in the frequency domain is centered in the region where the frequency is 0, thereby conjugating the conjugate term. Remove a DC term that contains).
그런 다음, 역 고속 푸리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform) 알고리즘을 적용하여 TE 편광 성분에 대한 가시성 진폭 함수(Visibility amplitude function) γTE 및 위상 함수(Phase function) φTE와 TM 편광 성분에 대한 가시성 진폭 함수(Visibility amplitude function) γTM 및 위상 함수(Phase function) φTM을 추출한다.Then, the Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) algorithm is applied to the Visibility amplitude function γ TE and phase function φ TE and TM polarization components for the TE polarization component. Visibility amplitude function γ TM and Phase function φ TM are extracted.
이와 같은 과정에서 추출된 γTM 및 γTE가 원하는 진폭 정보가 되고, φTM 및 φTE가 원하는 위상 정보가 된다. 여기서, γTM 및 γTE은 간섭 무늬의 가시성(Visibility)을 의미하는 것으로, [수학식 7]과 같이 표현될 수 있다. 즉, 가시성 진폭 함수는 기준광의 반사계수의 절대값과 측정광의 반사 계수의 절대값의 곱으로 표현된다.Γ TM and γ TE extracted in this process become desired amplitude information, and φ TM and φ TE become desired phase information. Here, γ TM and γ TE mean visibility of an interference fringe, and may be expressed as shown in Equation 7 below. That is, the visibility amplitude function is expressed as the product of the absolute value of the reflection coefficient of the reference light and the absolute value of the reflection coefficient of the measurement light.
[수학식 7][Equation 7]
또한, φTM 및 φTE는 측정광의 위상 천이와 기준광의 위상 천이 간의 차이를 의미하며, 이는 [수학식 8]과 같이 표현될 수 있다.Further, φ TM and φ TE mean a difference between the phase shift of the measurement light and the phase shift of the reference light, which may be expressed as in Equation (8).
[수학식 8][Equation 8]
여기서, 도 6은 TE 편광 성분에 대한 γTE 및 φTE를 각각 도시한 그래프이고, 도 7은 TM 편광 성분에 대한 γTM 및 φTM을 각각 도시한 그래프이다.6 is a graph showing γ TE and φ TE for the TE polarization component, and FIG. 7 is a graph showing γ TM and φ TM for the TM polarization component, respectively.
상기와 같은 과정을 통해 추출된 γTM, γTE, φTM 및 φTE를 [수학식 4]의 RTM, RTE, δTM, 및δTE에 대입하게 되면, 최종적으로 SE 파라미터인 진폭 비율(Ψ) 및 위상차(Δ)를 얻을 수 있게 된다.Substituting γ TM , γ TE , φ TM and φ TE extracted through the above process into R TM , R TE , δ TM , and δ TE of [Equation 4], the amplitude ratio is finally SE parameter. (Ψ) and phase difference (Δ) can be obtained.
여기서, 분광 캐리어 주파수(h)는 [수학식 5] 및 [수학식 6]에서 2kh 항목에 반영되는데 위상차(Δ)를 계산할 때 소거되기 때문에 본 발명에서 정확한 h값의 측정은 불필요하게 된다.Here, the spectral carrier frequency h is reflected in the 2kh items in [Equation 5] and [Equation 6], and is canceled when calculating the phase difference Δ so that accurate measurement of the h value is unnecessary in the present invention.
도 8은 상기와 같은 과정을 통해 산출된 진폭 비율(Ψ) 및 위상차(Δ)의 그래프를 각각 도시한 도면이다. 도 8에서 실선으로 표시된 그래프는 기존의 RCWA 방법을 이용하여 산출된 진폭 비율(Ψ) 및 위상차(Δ)를 나타낸 것이고, 점선으로 표시된 그래프가 본 발명에 따른 OCD 측정 방법을 통해 산출된 진폭 비율(Ψ) 및 위상차(Δ)를 나타낸 것이다. 도 8을 통해 본 발명에 따른 OCD 측정 방법을 통해 기존의 RCWA 방법과 거의 동일한 결과가 도출되는 것을 알 수 있다.8 is a diagram showing graphs of the amplitude ratio Ψ and the phase difference Δ calculated through the above process, respectively. 8 shows the amplitude ratio Ψ and the phase difference Δ calculated using the conventional RCWA method, and the graph indicated by the dotted line shows the amplitude ratio calculated through the OCD measuring method according to the present invention. Ψ) and phase difference Δ. It can be seen from FIG. 8 that the same results as the conventional RCWA method are obtained through the OCD measuring method according to the present invention.
상기와 같은 구성을 통해, 본 발명은 한 번의 촬영(Single shot)으로 SE 파라미터인 Ψ 및 Δ를 동시에 측정할 수 있게 된다. 보다 구체적으로 설명하면, 수직 입사 구조를 적용함으로써 기존의 사선 입사 구조가 갖는 구조의 복잡성이 개선되고, OCD 간섭계(14)를 통한 광학적 간섭을 이용하여 위상 정보의 추출이 가능하게 되고, 이에 더하여 분광 캐리어 주파수 개념 및 한 쌍의 스펙트로메터의 적용을 통해 한 번의 측정(Single shot)으로 SE 파라미터인 Ψ 및 Δ를 동시에 얻을 수 있게 된다.Through the above configuration, the present invention can simultaneously measure the SE parameters Ψ and Δ in a single shot. More specifically, by applying the vertical incidence structure, the complexity of the structure of the existing oblique incidence structure is improved, and phase information can be extracted by using optical interference through the
이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 OCD 측정 장치의 다른 실시 형태에 대해 설명한다. 여기서, 도 9 및 도 10에 도시된 OCD 측정 장치는 상술한 바와 같은 OCD 계측과 함께 백색광 주사 간섭법(WSI : White-light Scanning Interferometry)에 따른 표면 형상 측정이 가능한 형태로 마련된다. 즉, 도 2에 도시된 구성에 더하여, CCD 카메라(32), 광 분할기(30), WSI 간섭계(20)를 더 포함할 수 있다.Hereinafter, another embodiment of the OCD measuring device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. Here, the OCD measuring apparatus shown in FIGS. 9 and 10 is provided in a form capable of measuring the surface shape according to the White-light Scanning Interferometry (WSI) together with the OCD measurement as described above. That is, in addition to the configuration shown in FIG. 2, the
WSI 간섭계(20)는 OCD 간섭계(14)와 교체 가능하게 마련되며, 백색광 주사 간섭법의 적용이 가능한 형태로 마련된다. 도 9에는 OCD 간섭계(14)가 적용된 예를 도시한 도면이고, 도 10은 OCD 간섭계(14)가 제거되고 WSI 간섭계(20)가 적용된 예를 도시한 도면이다. 여기서, WSI 간섭계(20)와 OCD 간섭계(14)는 각각 백색광 주사 간섭법 및 OCD 계측에 적합한 배율의 간섭계가 적용되며 통상 OCD 계측을 위한 OCD 간섭계(14)의 배율이 WSI 간섭계(20)의 배율보다 낮다.The
광 분할기(30)는 간섭광의 광 경로 상에서 빔 스플리터(13)와 윌라스톤 프리 즘 사이에 배치된다. 그리고, 간섭광을 윌라스톤 프리즘과 CCD 카메라(32)로 분할하여 출력한다.The
상기와 같은 구성에 맞추어, 제어부는 OCD 계측을 위한 OCD 모드와, 백색광 주사 간섭법의 적용을 위한 WSI 모드 중 어느 하나로 동작한다.In accordance with the above configuration, the controller operates in one of an OCD mode for OCD measurement and a WSI mode for application of the white light scanning interference method.
보다 구체적으로 설명하면, OCD 모드로 동작시키고자 하는 경우에는 OCD 간섭계(14)가 설치된 상태에서 측정한다. 이 때, 제어부는 제1 스펙트로메터(16) 및 제2 스펙트로메터(17)를 통해 입력된 TE 편광 성분 및 TM 편광 성분에 기초하여, 상술한 바와 같은 과정을 통해 TE 편광 성분과 TM 편광 성분 간의 진폭 비율(Ψ) 및 위상차(Δ)를 산출한다. OCD 모드에서도 광 분할기(30)에 의해 간섭광이 CCD 카메라(32) 측으로 전달되는데, OCD 모드의 경우 제어부가 CCD 카메라(32)를 작동시키지 않는다.More specifically, in the case where it is intended to operate in the OCD mode, it is measured while the
반면, WSI 모드로 동작시키고자 하는 경우에는 WSI 간섭계(20)가 설치된 상태에서 측정한다. 이 때, 제어부는 CCD 카메라(32)를 통해 입력되는 이미지 데이터를 백색광 주사 간섭법에 적용하여 표면 형상을 측정하게 된다. WSI 모드에서도 광 분할기(30)에 의해 간섭광이 윌라스톤 프리즘 측으로 출광되어 제1 스펙트로메터(16) 및 제2 스펙트로메터(17)에 전달되는데, WSI 모드의 경우 제어부가 제1 스펙트로메터(16) 및 제2 스펙트로메터(17)를 작동시키지 않게 된다. 여기서, 백색광 주사 간섭법에 의한 표면 형상 측정 방법은 기 공지된 기술인 바 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.On the other hand, when the WSI mode is to be operated, the measurement is performed with the
상기와 같은 구성을 통해, 하나의 측정 장비에서 간섭계의 교체 만으로 OCD 계측 및 백색광 주사 간섭법에 따른 표혐 형상 측정이 가능하게 된다. 도 9 및 도 10의 미설명 참조번호 31은 CCD 카메라(32)로 간섭광을 집광시키는 집광렌즈이고, 도 10의 미설명 참조번호 20a, 20b 및 20c는 WSI 간섭계(20)를 구성하는 빔 스플리터, 렌즈 및 반사 미러이다.Through the above configuration, it is possible to measure the aberration shape according to OCD measurement and white light scanning interferometry only by replacing the interferometer in one measuring equipment.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
도 1은 기존의 RCAW 기법을 설명하기 위한 도면이고,1 is a view for explaining a conventional RCAW technique,
도 2는 본 발명에 따른 광학적 간섭을 이용한 OCD 측장 장치의 구성을 도시한 도면이고,2 is a diagram illustrating a configuration of an OCD measuring apparatus using optical interference according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 OCD 측정 방법에서 분광 캐리어 주파수의 개념을 설명하기 위한 도면이고,3 is a view for explaining the concept of the spectral carrier frequency in the OCD measuring method according to the present invention,
도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 OCD 측정 방법을 설명하기 위한 그래프이고,4 to 8 are graphs for explaining the OCD measuring method according to the present invention,
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 OCD 측정장치의 구성을 도시한 도면이다.9 and 10 are views showing the configuration of an OCD measuring device according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 광원 12 : 편광기10
13 : 빔 스플리터 14 : OCD 간섭계13
15 : 수직 선형편광 분리기 16 : 제1 스펙트로메터15 vertical linearly polarized
17 : 제2 스펙트로메터17: second spectrometer
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