KR20100092058A - 주사 간섭계를 사용해서 표면 구조를 분석하는 방법 및 장치 - Google Patents

주사 간섭계를 사용해서 표면 구조를 분석하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 방법은 검사 대상체의 위치에서 취득한 주사 간섭계 신호를 검사 대상체를 모델링하기 위한 상이한 모델 파라미터에 대응하는 다수의 모델 신호의 각각에 비교하는 단계를 포함하며, 모델 신호의 각각에 대하여, 비교 단계는, 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 표면 높이 오프셋을 식별하기 위해 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 상관 함수를 계산하고, 공통의 표면 높이에 대해 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 유사성을 나타내는 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계를 포함하며, 본 발명의 방법은 또한 상이한 모델 신호에 대한 각각의 가치 값에 기초하여, 검사 대상체의 위치에서의 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계를 포함한다.

Description

주사 간섭계를 사용해서 표면 구조를 분석하는 방법 및 장치{ANALYZING SURFACE STRUCTURE USING SCANNING INTERFEROMETRY}
본 발명은 검사 대상체(test object)의 표면 구조를 분석하기 위해 주사 간섭계(scanning interferometry)를 사용하는 기술에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 검사 대상체의 복잡한 표면 구조의 기하학적 형태 및/또는 특성을 분석하는 기술에 관한 것이다.
주사 간섭계는 검사 대상체(test object)에 관한 정보를 취득하는 데에 사용된다. 표면 구조에 관한 정보는 평판 디스플레이(FPD) 계측, 예를 들어, FPD 컴포넌트의 특징, 반도체 웨이퍼 계측, 및 박막과 이종 재료의 현장 분석에 관련될 수 있다. 이러한 관련 정보의 예에는, 표면의 기하학적 형태뿐만 아니라, 박막 파라미터(두께 또는 굴절률), 이종 재료의 개별 구조, 및 간섭 현미경의 광학적 분해능에 의해 분해되지 않는(under-resolved) 이산 구조와 같은 복잡한 표면 구조의 특성이 포함된다.
간섭(interferometric) 기술은 대상체의 표면의 프로파일을 측정하는 데에 일반적으로 사용된다. 이러한 측정을 위해, 간섭계는 대상체의 표면으로부터 반사되는 측정광(measurement light)을 기준 면(reference surface)으로부터 반사되는 기준 광(reference light)과 조합해서, 간섭도(interferogram)를 작성한다. 간섭도에서의 간섭무늬(fringe)는 대상체의 표면과 기준 면 사이의 공간적 및 구조적 편차(variation)을 나타낸다.
주가 간섭계는 간섭계의 기준 광 및 측정 광 사이의 광로차(OPD: optical path length difference)를, 간섭 광(interfering light)의 결맞음 길이(coherence length)와 유사하거나 이보다 큰 범위에서 주사를 행한다. 주사 위치가 여러 위치인 경우, 검출기(detector)는 주사 간섭 신호(간단히, '간섭 신호'라고도 함)에 대한 기초를 이루는 간섭 광의 세기(intensity)를 측정한다. 표면 간섭계의 경우, 각 주사 위치에서의 공간 간섭도를 측정하기 위해 다수의 카메라 픽셀(camera pixel)이 사용될 수 있으며, 각각의 카메라 픽셀은 주사 위치의 범위에서 검사 표면의 대응하는 위치에 대한 간섭 신호를 측정한다. 간섭계 신호는 사인곡선 반송파 변조("간섭무늬")가 종(bell) 모양의 간섭무늬 콘트라스트 포락선(fringe-contrast envelope)을 가지는 특징이 있다.
간섭 광의 제한된 결맞음 길이는, 예를 들어 백색광 주사 간섭계(SWLI: scanning white light interferometry)라고도 하는 백색 광원을 사용해서 생성될 수 있다. 통상적인 SWLI 신호는 간섭 광 및 측정 광에 대한 동일한 광로 길이로서 정의되는, 제로 OPD 위치 부근에 국소화된 몇 개의 간섭무늬를 갖는 특징이 있다.
간섭 계측의 기초를 이루는 종래의 사상은, 간섭 신호로부터 대상체의 특성(features)을 유도해내는 것이다. 분석은, 주사 좌표(scan-coordinate)에 따라 간섭 신호를 사용하는 주사 영역(scan domain)에서 수행되거나, 간섭 신호로부터 유도된 간섭계 스펙트럼을 사용하는 주파수 영역에서 수행될 수 있다.
표면 프로파일의 경우, 제1 방법은, 포락선의 피크 또는 중심의 위치를 잡고, 이 위치가 대상체 표면으로부터 하나의 빔이 반사하는 2-빔 간섭계의 제로 OPD에 대응한다고 가정하는 과정을 포함한다. 제2 방법은 변환된 간섭 신호의 위상의 변화율을 파장에 의해 계산하는 과정으로서, 실질적으로 직선인 기울기가 검사 대상체의 표면 높이에 정비례하는 것으로 가정하는 과정을 포함한다. 제2 방법을 주파수 영역 분석(FDA: Frequency Domain Analysis)이라고 한다. 예를 들어, 미국특허 5,398,113, 7,106,454, 및 7,271,918을 참고하고, 상기 문헌들의 전체 내용을 본 명세서에 참조에 의해 원용한다.
표면 특징화(surface characterization)에 사용되는 종래의 기술[예를 들어, 일립소메트리(ellipsometry) 및 반사광도계(reflectometry)]은 미지의 광학 계면의 복소 반사율(complex reflectivity)이 고유 특징(재료의 특성 및 각 층의 두께)과 반사율을 측정하기 위해 사용되는, 파장, 입사각 및 편광 상태라는 광의 3가지 특성에 의존한다는 사실에 기초한다. 실제로, 특징화 장치는 주지의 범위에서 3개의 파라미터를 변화시킴으로써 반사율 변동을 기록한다.
주사 간섭계는 간섭 신호에 기초해서 검사 대상체의 표면 구조를 분석하는 데에 사용될 수 있다. 간섭계 신호의 분석은, 간섭계 신호를 일련의 모델 신호로 비교하는 과정을 포함한다. 각각의 모델 신호는 모델링되는 대상체의 구체적인 특성(파라미터)을 나타낸다. 비교는 검사 대상체 파라미터가 기초로 하는 가치 값(merit value)을 제공한다.
일반적으로 제1 관점에서, 본 발명은 검사 대상체(test object)의 위치에서 취득한 주사 간섭계 신호(scanning interferometry signal)를, 검사 대상체를 모델링하기 위한 상이한 모델 파라미터(model parameter)에 대응하는 다수의 모델 신호(model signal)의 각각에 비교하는 비교 단계를 포함한다. 이 비교 단계는, 모델 신호의 각각에 대하여, 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 표면 높이 오프셋(surface-height offset)을 식별하기 위해 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 상관 함수(correlation function)를 계산하고, 공통의 표면 높이에 대해 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 유사성(similarity)을 나타내는 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계를 포함하는 방법을 특징으로 한다. 본 발명의 방법은 또한 상이한 모델 신호에 대한 각각의 가치 값에 기초하여, 검사 대상체의 위치에서의 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계를 포함한다.
다른 관점으로서, 간섭계는 대상체의 표면 위치로부터 주사 간섭계 신호를 취득하도록 구성된 광학 시스템과 프로세서를 포함한다.
프로세서는 (i) 검사 대상체를 모델링하기 위한 상이한 여러 모델 파라미터에 대응하는 다수의 모델 신호를 수신하고, 주사 간섭계 신호를 다수의 모델 신호의 각각에 비교하며, 모델 신호의 각각에 대하여, 비교는, 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 표면 높이 오프셋(surface-height offset)을 식별하기 위해 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 상관 함수(correlation function)를 계산하고, 근사치인 공통의 표면 높이에 대해 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 유사성(similarity)을 나타내는 높이 오프셋 보상된 가치 값의 계산을 포함하고, (ii) 상이한 모델 신호에 대한 각각의 가치 값에 기초하여, 검사 대상체의 위치에서의 검사 대상체 파라미터를 판정하도록 되어 있는 코드를 포함한다.
다른 관점으로서, 본 발명의 방법은 검사 대상체(test object)의 다수의 위치에서 각각 취득한 주사 간섭계 신호(scanning interferometry signal)를, 검사 대상체를 모델링하기 위한 상이한 모델 파라미터(model parameter)에 대응하는 다수의 모델 신호(model signal)의 각각에 비교하는 비교 단계를 포함한다. 비교 단계는, 검사 대상체의 위치와 모델 신호의 각각에 대하여, 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현과 모델 신호의 주파수 영역 표현에 기초하여 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 상관 함수(correlation function)를 계산해서 모델 신호 사이의 표면 높이 오프셋(surface-height offset)을 식별하고, 공통의 표면 높이에 대해 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 유사성(similarity)을 나타내는 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 상이한 검사 대상체 위치의 각각에서의 상이한 모델 신호에 대한 각각의 가치 값에 기초하여, 검사 대상체의 위치에서의 하나 이상의 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계를 포함한다.
다른 관점으로서, 본 발명의 방법은, 일련의 모델 신호 중의 하나 이상의 모델 신호에 대하여, 공통의 표면 높이에 대한 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 유사성을 나타내는 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계를 포함한다. 상기 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는, 주사 간섭계 신호 또는 주사 간섭계 신호로부터 유도된 정보와 모델 신호 또는 모델 신호로부터 유도된 정보의 상관을 수행하는 단계; 및 상관에 기초해서, 간섭계 신호의 주파수 영역 표현과 모델 신호의 주파수 영역 표현 사이의 높이 의존적 위상 경사를 판정하고, 간섭계 신호와 모델 신호의 주파수 영역 표현 중의 적어도 하나의 계수의 위상을 보상하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 또한, 높이 오프셋 보상된 가치 값에 기초해서, 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계를 포함한다.
구현은 다음과 같은 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 계산된 상관 함수는 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현(frequency domain representation)과 모델 신호의 주파수 영역 표현에 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 상관 함수를 계산하는 단계는, 주사 간섭계 신호와 모델 신호의 주파수 영역 표현의 곱(product)을 주사 좌표 영역으로 역변환(inverse transform)하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 식별된 표면 높이 오프셋은 계산된 상관 함수에서의 피크(peak)에 대응할 수 있다. 피크는 주사 위치 사이에서 상관 함수를 보간(interpolate) 처리함으로써 판정될 수 있다.
일부 실시예에서, 표면 높이 오프셋을 식별하는 단계는 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 위상 차(phase difference)를 판정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 위상 차를 판정하는 단계는 상관 함수를 위치시키는 피크에서 상관 함수의 복소 위상(complex phase)을 판정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는, 간섭계 신호의 주파수 영역 표현 또는 모델 신호의 주파수 영역 표현을, 식별된 표면 높이 오프셋에 대응하는 경사(slope)를 가진 선형 위상 항(linear phase term)으로 보상(compensate)하는 보상 단계와, 위상 보상에 이어서, 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 유사성을 정량화(quantify)하는 단계를 포함할 수 있다.
위상 보상에 이는 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 유사성의 정량화는 주파수 영역에서 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 위상 보상은 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현에 적용되어, 모델 신호를 모델링하는 데에 사용되는 것과 공통인 표면 높이에 대응하는 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현을 생성할 수 있다.
간섭계 신호의 주파수 영역 표현의 위상 보상은, 스펙트럼 성분을 선형 위상 인자 exp(-iKξoffset)로 승산(multiply)하는 단계를 포함할 수 있으며, K는 간섭무늬 주파수 성분이며, ξoffset는 식별된 표면 높이 오프셋이다.
간섭계 신호의 주파수 영역 표현의 위상 보상 단계는 스펙트럼 성분을 위상 인자 exp(-iApeak)로 승산(multiply)하는 단계를 포함할 수 있으며, Apeak는 계산된 상관 함수의 피크에서의 상관 함수의 복소 위상이다.
간섭계 신호의 주파수 영역 표현의 위상 보상 단계는 스펙트럼 내의 위상 변화의 선형 부분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
위상 보상 단계는 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 표면 높이 오프셋으로부터 생기는 간섭계 스펙트럼과 모델 스펙트럼 사이의 위상 차를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현과 모델 신호의 주파수 영역 표현에 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는 주파수 영역에서의 관심 영역으로 제한될 수 있다.
일부 실시예에서, 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는 위상 보상된 간섭계 스펙트럼과 모델 스펙트럼 사이의 최소 제곱 차(least-square difference)에 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는 피크 위치에서의 상관 함수의 복소 위상에 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는 피크 위치에서의 상관 함수의 피크 값(peak value)에 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현 또는 모델 신호의 주파수 영역 표현을 정규화(normalize)하는 단계에 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 모델 신호에 대응하는 모델 파라미터는 박막 두께 및 박막 굴절률 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 모델 신호에 대응하는 모델 파라미터는 분해되지 않는(under-resolved) 표면 특성에 관련된 하나 이상의 파라미터를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 분해되지 않는 표면 특성은 회절 격자(diffractive grating)를 형성하는 어레이 형상(array feature)이 될 수 있다.
일부 실시예에서, 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계는 각각의 가치 값에 기초하여 하나 이상의 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 판정된 검사 대상체 파라미터는 표면 높이, 박막 두께, 및 박막 굴절률 중의 하나 이상에 대응할 수 있다. 판정된 검사 대상체 파라미터는 모델 신호에 대한 모델 파라미터 중의 하나에 대응할 수 있다.
일부 실시예에서, 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계는, 높이 오프셋 보상된 가치 값을 비교하는 것에 기초해서 매칭 모델 신호를 식별(identify)하는 단계를 포함할 수 있다.
검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계는 상기 매칭 모델 신호에 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계는 피크에서의 상관 함수의 복소 위상에 기초한 보정(corrections)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 검사 대상체 파라미터를 출력(output)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 주사 간섭계 신호를 다수의 모델 신호의 각각에 비교하는 단계와 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계는 검사 대상체의 상이한 표면 위치에 대응하는 다수의 주사 간섭계 신호의 각각에 대해 반복될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 방법은 다수의 표면 위치에 대한 주사 간섭계 신호를 취득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 다수의 표면 위치에 대한 주사 간섭계 신호는 다수의 위치를 이미지 검출기(imaging detector) 상에 결상하는 주사 간섭계를 사용해서 취득될 수 있다.
일부 실시예에서, 간섭계 신호는 간섭 신호와 간섭하도록 검사 대상체로부터 방출되는 검사 광을 검출기 상에 결상하고, 검사 광과 기준 광의 간섭 부분들 사이에서 공통의 광원으로부터 검출기까지의 광로차(optical path length difference)를 변화시킴으로써 취득될 수 있으며, 검사 광 및 기준 광은 상기 공통의 광원으로부터 유도되고, 간섭계 신호는 광로차가 변함에 따라 검출기에 의해 측정된 간섭 세기(interference intensity)에 대응한다.
일부 실시예에서, 검사 광 및 기준 광은 검사 및 기준 광에 대한 중심 주파수의 5%를 넘는 스펙트럼 대역폭을 가질 수 있다.
공통의 광원은 스펙트럼 결맞음 길이를 가지며, 광로차는 스펙트럼 결맞음 길이보다 큰 범위에서 변화함으로써 주사 간섭계 신호를 생성할 수 있다.
일부 실시예에서, 검사 광을 검사 대상체로 향하게 하고 검출기에 결상시키는 데에 사용되는 광학 기기는 0.8을 넘는 검사 광에 대한 개구수(numerical aperture)를 규정할 수 있다.
일부 실시예에서, 본 방법은 주사 간섭계 신호를 취득하기 위해 사용되는 주사 간섭계 시스템으로부터 생기는 주사 간섭계 신호에 시스템적인 기여(systematic contributions)를 차지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 방법은 주지된 속성을 갖는 검사 대상체를 사용하여 주사 간섭계 시스템의 시스템적인 기여를 교정(calibrate)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
간섭계의 일부 실시예에서, 코드는 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 상관 함수를 변환된 신호에 기초해서 계산하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 코드는, 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현 또는 모델 신호의 주파수 영역 표현을, 식별된 표면 높이 오프셋에 대응하는 경사를 가진 선형 위상 항으로 보상하며, 위상 보상에 이어 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 유사성을 정량화하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세서는 모델 파라미터에 기초해서 델 신호 중의 하나를 생성하도록 구성된 코드를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 코드는 검사 대상체의 표면과 연관된 검사 대상체 파라미터 맵을 판정하도록 구성될 수 있다. 검사 대상체 파라미터 맵은 높이 파라미터에 기초할 수 있다. 검사 대상체 파라미터 맵은 박막 파라미터에 기초할 수 있다. 검사 대상체 파라미터 맵은 분해되지 않는 표면 특성 파라미터에 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세서는 판정된 검사 대상체 파라미터에 관한 정보를 출력하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 광학 시스템은 대상체의 다수의 표면 위치의 각각으로부터 간섭계 신호를 취득하도록 구성된 다중 요소 검출기를 포함하며, 프로세서는 취득한 간섭계 신호에 기초해서 다수의 표면 위치의 각각에서의 검사 대상체 파라미터에 관한 정보를 판정하도록 구성될 수 있다.
다른 관점으로서, 본 발명은 디스플레이 패널을 제조하기 위한 방법으로서, 디스플레이 패널의 컴포넌트를 제공하는 단계; 앞서 언급한 관점의 방법을 사용해서 컴포넌트에 관한 정보를 판정하는 단계; 및 컴포넌트를 사용해서 디스플레이 패널을 형성하는 단계를 포함한다. 컴포넌트는 검사 대상체에 대응하며, 정보는 검사 대상체 파라미터에 기초한다.
본 제조 방법의 구현은 다음의 특징 및/또는 다른 관점의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴포넌트는 갭에 의해 분리된 한 쌍의 기판을 포함하며, 정보는 갭에 관한 정보를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널을 형성하는 단계는, 정보에 기초하여 갭을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이 패널을 형성하는 단계는 갭을 액정 물질로 채우는 단계를 포함할 수 있다.
컴포넌트는 기판과 기판상의 레지스트 층을 포함할 수 있다. 정보는 레지스트 층의 두께에 관한 정보를 포함할 수 있다. 레지스트 층은 패턴화된 층이며, 정보는 패턴화된 층의 배선부(feature)의 중첩 오차 또는 치수에 관한 정보를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널을 형성하는 단계는 레지스트 층의 아래의 재료층을 에칭하는 단계를 포함할 수 있다.
컴포넌트는 스페이서를 갖는 기판을 포함하며, 정보는 스페이서에 관한 정보를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널을 형성하는 단계는 정보에 기초해서 스페이서를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시예에 대하여 첨부 도면과 이하의 상세한 설명에서 설명한다. 다른 특징과 장점은 상세한 설명, 도면 및 청구범위로부터 명백할 것이다.
도 1은 미라우 타입의 주사 간섭계 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 표면 구조를 판정하기 위한 간섭계 방법의 플로차트이다.
도 3은 간섭계 신호의 예를 나타낸다.
도 4는 모델 신호의 예를 나타낸다.
도 5는 상이한 박막 두께에 대한 모델 신호의 예를 나타낸다.
도 6은 라이브러리 검색을 나타내는 플로차트이다.
도 7은 간섭계 신호와 모델 신호의 상관 함수를 도표이다.
도 8은 간섭계 신호와 모델 신호에 대한 푸리에 스펙트럼의 실수부 및 허수부를 나타내는 도표이다.
도 9는 간섭계 신호와 매칭 모델 신호를 비교하는 도표이다.
도 10은 상이한 박막 두께에 대한 모델 신호의 가치 함수의 값을 나타내는 도표이다.
도 11은 박막으로 기판 내의 에칭된 트렌치의 2D 프로파일을 나타내는 도표이다.
도 12는 평판 디스플레이에 대한 TFT의 3D 표면 프로파일을 나타내는 도표이다.
도 13은 박막 간섭계 신호와 연관된 푸리에 위상 및 푸리에 크기를 나타낸다.
도 14a는 기판상에 증착된 구리 배선부 위에 유전체가 증착된 막 구조의 소자 예를 개략적으로 나타낸다.
도 14b는 화학 기계적 처리를 행한 후의, 도 14a에 나타낸 소자를 개략적으로 나타낸다.
도 15a는 웨이퍼와 같은 기판과 포토레지스트 층과 같은 중첩 층을 포함하는, 대상체의 상하 도면을 개략적으로 나타낸다.
도 15b는 대상체의 측면을 개략적으로 나타낸다.
도 16a는 솔더 범프 처리에 사용하기 적합한 구조체를 개략적으로 나타낸다.
도 16b는 솔더 범프 처리를 행한 후의, 도 16a에 나타낸 구조체를 개략적으로 나타낸다.
도 17a는 여러 개의 층으로 이루어진 LCD 패널을 개략적으로 나타낸다.
도 17b는 LCD 패널 제조의 다양한 단계를 나타내는 플로차트이다.
도 17c는 간섭계 센서를 포함하는 LCD 패널용의 검사 스테이션의 예를 나타낸다.
도면들에서 유사한 참조부호는 공통의 요소를 의미한다.
주사 간섭계(scanning interferometers)는 간섭계 신호를 모델 신호(model signal)와 비교해서 대상체의 표면 구조를 분석하는 데에 사용될 수 있다. 표면 구조의 예에는, 표면 높이, 재료 조성, 막의 두께, 및 광학적으로 분해(해상)되지 않는 표면 구조가 포함된다. 주사 간섭계의 애플리케이션에는, 반도체 웨이퍼 검사, 평판 디스플레이 공정 제어, 및 일반 실험실 용도가 포함된다. 구체적인 예로서, 평판 디스플레이용으로 사용된 박막 트랜지스터의 하프톤 영역(halftone region)에서의 포토레지스트 두께의 측정이 있다.
측정한 간섭 신호는 도 1에 나타낸 간섭계 시스템(100) 등의 간섭계 시스템에 의해 취득된다. 간섭계 시스템(100)은 측정 경로와 기준 경로 사이의 조정가능한 광로차(OPD: optical path length difference)를 가진 미라우(Mirau) 타입의 간섭계에 기초한다.
도 1을 참조하면, 광원 모듈(105)은 조명 광(110)을 빔 분할기(beam splitter)(115)에 제공하고, 빔 분할기는 조명 광(110)을 미라우 타입의 간섭계 대물렌즈 어셈블리(120)로 향하게 한다. 이 미라우 타입의 간섭계 대물렌즈 어셈블리(120)는 대물렌즈(125), 기준 미러(135)를 규정하는 작은 중심 부분에 반사 코팅을 갖는 기준 플랫(reference flat)(130), 및 빔 분할기(140)를 포함한다. 동작 중에, 대물렌즈(125)는 기준 플랫(130)을 통해 대상체(145)에 조명 광을 집광한다. 대상체(145)는 표면에서 변화하는 표면 높이 프로파일 h(x,y)와 복잡한 표면 구조를 갖는다.
빔 분할기(140)는 초점 광(focusing light)의 제1 부분을 대상체(145)에 투과해서 측정 광(150)을 규정하고, 초점 광의 제2 부분을 기준 미러(135)에서 반사해서 기준 광(155)을 규정한다. 이어서, 빔 분할기(140)는 대상체(145)로부터 반사된(또는 산란된) 측정 광(150)과 기준 미러(135)로부터 반사된 기준 광(155)을 재조합한다. 대물렌즈(125)와 결상 렌즈(imaging lens)(160)는 조합한 광을 결상해서 검출기(165)[예를 들어, 다중픽셀 카메라]에서 간섭(interfere)하도록 한다. 대상체(145)의 상대적 위치를 주사함에 따라, 검출기(165)는 검출기의 하나 이상의 픽셀에서의 간섭 광의 세기를 측정하고, 해당 정보를 컴퓨터(167)로 보내 분석하도록 한다.
미라우 타입의 간섭계 시스템(100)에서의 주사는, 미라우 타입의 간섭계 대물렌즈 어셈블리(120)에 결합된 압전 트랜스듀서(PZT)(170)를 포함한다. PZT(170)는 도 1의 주사 좌표 ξ로 나타낸 바와 같이, 대상체(145)에 대하여 상대적으로 어셈블리(120) 전체를 주사하도록 구성되어 있다. 미라우 타입의 간섭계 시스템(100)은 검출기(165)의 각각의 픽셀에 주사 간섭계 신호를 제공한다. 이와 달리, PZT는 어셈블리(120)가 아닌 대상체(145)에 결합되어, PZT 액추에이터(175)로 나타낸 바와 같이, 이들 사이에 상대적인 이동을 제공할 수 있다. 다른 실시예로서, 기준 미러(135) 및 빔 분할기(140) 중 하나 또는 이들 모두를 대물렌즈(125)에 대하여 대물렌즈(125)의 광축을 따라 이동시킴으로써 주사를 행할 수 있다.
광원 모듈(105)은, 공간적으로 연장된 광원(180), 렌즈(185, 187)로 형성된 현미경, 및 렌즈(185)의 전방 초점 평면[렌즈(187)의 후방 초점 평면과 일치함]에 위치한 애퍼처(aperture)를 포함한다. 이러한 구성에 의해, 공간적으로 연장된 광원(180)이 미라우 타입의 간섭계 대물렌즈 어셈블리(120)의 동공면(pupil plane)(195)에 결상되는데, 이것은 퀄러(Koehler) 이미지의 일례이다. 애퍼처(190)의 사이즈에 의해 대상체(145)의 조명 필드(illumination field)의 사이즈를 제어한다.
간단히 설명하면, 도 1은 대상체(145)와 기준 미러(130) 상의 특정 지점에 집광되며, 검출기(165) 상의 대응하는 지점에서 간섭하는 측정 광(150)과 기준 광(155)을 나타낸다. 이러한 광은 미라우 타입의 간섭 대물렌즈 어셈블리(120)의 동공면(195)에 수직 방향으로 전파하는 조명 광(110)의 부분들에 대응한다. 조명 광(110)의 다른 부분들은 대상체(145)와 기준 미러(135) 상의 다른 지점을 조명하고, 검출기(165) 상의 대응하는 지점에 결상된다.
검출기(165)는, 예를 들어 대상체(145)의 여러 상이한 지점에 대응하는 측정 광(150)과 기준 광(155) 사이의 간섭을 독립적으로 측정하기 위한(즉, 간섭 패턴에 대해 공간적 분해능을 제공함) 다중 요소(즉, 다중 픽셀) 카메라가 될 수 있다. 간섭계 시스템(100)의 광학적 분해능은 광학적 특징과 검출기(1165)의 픽셀 사이즈에 의해 주어진다.
대상체(145) 상에 조명 광(110)이 집광되는 영역에서 주사가 행해지기 때문에, 주사는 입사각에 따라 OPD를 변화시킨다. 그 결과, 측정 광(150)과 기준 광(155)의 간섭 영역들 사이의, 광원(201)으로부터 검출기(165)까지의 OPD가 대상체(145)에 입사되고 대상체로부터 방출되는 측정 광(150)의 각도에 따라 주사 좌표 ξ에 의해 상이하게 조정(scale)된다.
OPD가 주사 좌표 ξ에 의해 변화하는 차이에 의해, 검출기(165)의 각 픽셀에서 측정된 광의 결맞음 길이가 제한된다. 따라서, 간섭 신호(주사 좌표 ξ의 함수)는 대략 λ/2(NA)2의 공간 결맞음 길이를 갖는 포락선에 의해 변조되는 것이 일반적이다. λ는 조명 광의 공칭 파장(nominal wavelength)이며, NA는 어셈블리(120)의 개구수(numerical aperture)이다. 제한된 공간 결맞음을 증가시키기 위해, 주사 간섭계 시스템(100)의 어셈블리(120)는, 대략 0.7보다 큰(더 바람직하게는 0.8보다 큰, 또는 0.9보다 큰) 개구수(NA)를 규정할 수 있다. 간섭 신호는 조명 광원(180)의 스펙트럼 대역폭과 관련된 제한된 시간적 결맞음 길이(limited temporal coherence length)에 의해 변조될 수도 있다. 간섭계 시스템(100)의 구성에 따라, 이러한 제한된 공간적 결맞음 길이 또는 제한된 시간적 결맞음 길이 중의 하나 또는 모두가 가장 중요한 것으로 되거나, 이들 모두가 전체 결맞음 길이에 실질적으로 기여할 수 있다.
도 2는 표면 높이 오프셋 보상에 기초한 간섭계 신호의 분석을 나타내는 플로차트의 예이다. 대상체(145)에 대한 간섭계 신호를 취득하기 위해, 간섭계 시스템(100)은 기준 경로와 측정 경로 사이의 광로차를 기계적으로 또는 전자 광학적으로 주사한다. 측정 광(150)은 측정 경로를 따라 대상체(145)로 향하고, 반사된 이후에 기준 광(155)과 간섭한다. 주사의 시작 부분에서의 OPD는 대상체(145)의 국소적 표면 높이에 따라 달라진다. 간섭 광의 세기는 검출기(165)에 의해 검출된다. 주사를 행하는 동안, 컴퓨터(167)는 각 이미지 포인트에 대한 지수적 세기 데이터 Iex(x,y,ξ) 또는 연속하는 카메라 프레임에서의 카메라 픽셀 x,y를 기록한다(단계 200). 간섭계 시스템(100)의 어떠한 영향(예를 들어, 검출기 민감도)도 무시하면, 지수적 세기 데이터 Iex(x,y,ξ)는 간섭계 신호를 나타낸다. 대상체(145)의 상이한 표면 위치에 대응하는 다수의 카메라 픽셀의 각각에 대하여, 컴퓨터(167)는 OPD 주사 과정 중에 이러한 간섭계 신호를 기록할 수 있다.
도 3에서, 하나의 픽셀에 해당하는 SWLI 신호를 도표로 나타내고 있다. 이 도표는 측정된 세기를 주사 위치 ξ의 함수로 나타낸 것이다. SWLI 신호는, SiO2 박막을 갖는 Si 기판에서 검출된다. 2개의 SWLI 신호는 2개의 오버랩(overlapping) 신호를 포함하는데, 왼쪽의 신호는 Si 기판에 대한 것이며, 오른쪽의 신호는 SiO2 박막의 상단 면에 대한 것이다.
다음으로, 컴퓨터는, 간섭계 신호를 주사 위치 ξ의 함수로서 저장한 후에, 변환을 수행해서(예를 들어, 푸리에 변환), 간섭계 신호의 주파수 영역 스펙트럼을 생성한다(단계 210). 이 간섭계 스펙트럼은 주사 차원(scanning dimension)에서의 간섭계 신호의 공간 주파수의 함수로서, 크기 및 위상 정보 모두를 포함한다. 주파수 영역에서의 간섭계 신호의 분석의 예가, "Method and Apparatus for Surface Topography Measurements by Spatial-Frequency Analysis of Interferograms"란 명칭을 갖는 Peter de Groot의 미국특허 5,398,113호에 개시되어 있으며, 이 특허문헌의 내용을 본 명세서에서 참조에 의해 원용한다.
측정한 간섭계 신호의 분석은 신호 모델링(signal modeling)에 기초한다. 구체적으로 말해서, 모델 신호(model signal)를 모델 라이브러리(model library)의 엔트리로서 계산 및 저장하거나 필요에 따라 라이브러리 엔트리를 계산한다. 신호 모델링은 컴퓨터(167) 또는 다른 컴퓨터에 의해 수행할 수 있다(단계 220).
신호 모델링(signal modeling)은 막 스택(film stack)과 같은 대상체 표면 구조에 관한 몇몇 사용자 입력에 기초하고(단계 230), 동공면 결상을 이용하는 것과 같이, 간섭계 시스템(100)의 특징에 기초한다(단계 240). 이러한 정보를 사용해서, 대상체(145)의 파라미터 스큐(parameter skew)에 대한 모델 신호와 같은 라이브러리의 엔트리를 계산한다. 예를 들어, 간섭계에 대한 시스템 모델과 다양한 표면 파라미터에 대한 주파수 영역 스펙트럼의 이론적 예측의 라이브러리를 생성한다. 이들 모델 스펙트럼은 박막 두께, 표면 재료, 및 표면 텍스처(texture)의 범위를 취급한다. 일부 실시예에서, 모델 스펙트럼은 일정한 표면 높이, 예를 들어 제로 OPD에 대해 계산된다. 따라서, 이러한 실시예에서, 라이브러리는 주사 좌표에 따른 대상체의 위치에 관한 정보를 포함하지 않지만, 복잡한 표면 구조의 타입과 대상체(145), 광학 시스템, 조명 시스템 및 검출 시스템의 상호작용에 관한 정보를 포함한다.
SWLI 모델 신호의 라이브러리를 생성하는 예에 대해 살펴보면, SWLI 신호는 동공면을 지나가는 모든 광선과 광원의 모든 파장에서의 간섭 신호의 합계이다. 인코히런트 중첩(incoherent superposition)에 의해, 특정의 박막 두께 L에 대해 아래와 같이 역푸리에 변환(inverse Fourier Transform)으로 모델 신호 I(L,ξ)를 계산할 수 있다.
[식 1]
Figure pct00001
ρ(L,K)는 간섭무늬 주파수(fringe frequency) K에서의 푸리에 성분(Fourier components)이다. 간섭무늬 주파수 K=4 사이클/미크론(사이클=2π 라디안)이라는 것은, 세기(intensity)가 미크론 단위의 주사 움직임에 대한 전체 주기에서 진동한다는 것을 의미한다. 간섭무늬 주파수 K는 이하의 식에 따라 조명 동공을 통과하는 광선의 입사각 Ψ에 대응한다.
[식 2]
Figure pct00002
β=cos(Ψ)는 입사각 Ψ의 방향 코사인(directional cosine)이며, λ는 광원의 광학 스펙트럼 내의 파장 중 하나이다. 푸리에 성분 ρ(L,K)는 얼마나 많은 간섭 효과가 입사각 Ψ와 파장 λ의 특정 조합에 의해 생기는지를 나타내는 가중화 계수(weighting coefficient)이며, 식 2에 따라 간섭무늬 주파수 K를 생성한다. 푸리에 성분 ρ(L,K) 값은, 대상체 표면 및 시스템 레벨의 분산의 복잡한 위상 정보 특징을 포함한다. SWLI 도구는 넓은 범위의 논제로(non-zero) 푸리에 성분 ρ(L,K)과 세기 데이터 I(L,ξ)에서의 대응하는 진동을 갖는다. 막이 없는 표면의 경우, 식 1에서의 보강 간섭은 제로-ξ 주사 위치 부근에서만 생긴다.
각각의 간섭무늬 주파수 K에 대한 계수 ρ(L,K)는 광원 스펙트럼에서의 파수(wavenumber) k=2π/λ에 대한 단일 적분에 비례한다.
[식 3]
Figure pct00003
m(L,β,k)는 두께 L을 갖는 박막 구조에 대한 대상체 반사율이고, 대상체와 별개인 시스템 특징이 변수 Sys(β,k)에 수집된다. 본 명세서에서는 원형 대칭인 것으로 가정한 시스템 특징에는, 측정 경로의 투과율 t(β,k), 기준 경로의 반사율 r(β,k), 동공면에서의 광의 축 대칭적 분포 U(β), 및 광원과 검출기의 유효한 광학적 스펙트럼 V(k)이 포함된다.
[식 4]
Figure pct00004
식 3의 방향 코사인 β는 식 2의 파수(wavenumber) k와 간섭무늬 주파수 K의 함수이며, 적분 변수 k에 연계된다.
시스템 특징 또는 보정(calibration)은 Sys(β,k)을 판정하고, 모델 신호 생성에서의 마지막 단계로서 대상체 표면 m(L,β,k)에 적용될 수 있는 대상체에 대한 의존성이 없는(object-independent) "기본적인" 라이브러리로서 계산될 수 있을 것이다. 도 4는 단단한(막이 없는) 표면에 대한 신호 예측(signal prediction)의 품질을 나타낸다.
모델 간섭 신호를 생성하는 방법이, "GENERATING MODEL SIGNALS FOR INTERFEROMETRY"란 명칭으로, 2007년 7월 19일에 출원된 미국특허출원 11/780,360에 개시되어 있으며, 이 특허문헌의 내용을 본 명세서에서 참조에 의해 원용한다.
도 5는 도 3의 지수적 데이터를 분석하는 경우에 사용될 수 있는 모델 신호의 예를 나타낸다. 모델 방식의 SWLI 분석의 일반적인 애플리케이션의 예에 해당하는 박막 측정의 경우, 막의 재료를 알고 있다는 가정하에서 막의 두께 L를 찾는다. 따라서, 막의 두께 L는 가변의 모델 파라미터이며, 실험을 이론과 비교하기 위한 한가지 방법은, 막의 두께의 범위(또는 스큐)에서 비교를 위해 가능한 신호의 라이브러리를 미리 계산하는 것이다. 모델 신호는 식 3에서 계산한 푸리에 또는 주파수 영역 등가 표현 ρ(L,K)로서 저장된다. 물론, 소프트웨어가 충분히 빠르다면, 모델 신호를 저장하지 않고 필요할 때마다 계산해 낼 수 있다. 이미지 픽셀의 수가 많다고 하면, 모델 파라미터 스큐가 분석될 것이며, 이것은 미리 정해진 라이브러리를 사용하는 장점이 될 것이다. 0nm, 500nm, 및 1000nm의 막 두께로 모델링된, 도 5의 모델 신호를 보면, 도 3의 간섭 신호에 기여하는 SiO2 두께는 1000nm에 가깝다는 것을 알 수 있다.
매칭 동작(단계 250)에서, 실험적 간섭계 신호는 부합하는 모델 신호를 식별하는 라이브러리 검색에 의해 라이브러리와 비교된다. 도 6은 표면 구조 정보에 대한 대상체(145)를 분석하는 데에 사용되는 라이브러리 검색의 플로차트를 나타낸다. 간섭계 신호를 취득하고(단계 600), 모델 신호의 라이브러리(단계 610)를 생성한다. 이어서, 간섭계 신호와 모델 신호를 비교한다(단계 630). 이러한 비교에 기초해서, 표면 구조를 특징짓는 검사 대상체 파라미터의 판정을 위해 사용되는 매칭 모델 신호를 식별한다(단계 640).
미지의 두께를 갖는 박막의 경우(도 3), SiO2-on-Si와 같은 단일 표면 타입에 대한 라이브러리는, 예를 들어 항상 제로인 상단 표면 높이를 갖는 많은 가능한 막 두께에 대한 범위가 될 수 있다. 표면 구조에 다른 예는 표면 거칠기이며, 조정가능한 파라미터는 거칠기 깊이 및/또는 공간 주파수가 될 수 있으며, 분해되지 않는 격자 구조가 될 수 있다.
도 2에 나타낸 매칭 동작(단계 250)을 보면, 대상체(145)는 픽셀 단위로 2D로 분석된다. 따라서, 대상체의 데이터 포인트(픽셀)에 대한 푸리에(Fourier) 데이터를 선택한다. 이어서, 라이브러리의 엔트리, 예를 들어 모델 신호 또는 스펙트럼을 선택한다(단계 270). 모델 신호 및 간섭계의 상관 함수를 사용해서, 간섭계 신호와 모델 신호의 상대적 위치, 즉 표면 높이 오프셋(surface-height offset)을 판정한다(단계 280). 표면 높이 오프셋은, 예를 들어 주파수 영역에서 간섭계 신호, 모델 스펙트럼 또는 이들 모두를 보상하는 것에 기초해서 위상 항(phase term)에 대응한다(단계 290). 이어서, 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 주파수 영역 편차를 계산함으로써 높이 오프셋 보상된 가치 값(merit value)을 계산한다(단계 300).
가치 값의 계산은, 라이브러리를 완료할 때까지 또는 라이브러리의 엔트리의 서브세트를 완료할 때까지 반복된다(루프 310). 이어서, "최적의" 가치 값, 즉 가치 함수(merit function)와 관련된 기준을 가장 잘 만족하는 라이브러리 엔트리(또는 라이브러리 엔트리의 보간)를 식별한다. 이 가치 값 및/또는 관련된 모델 신호에 기초해서, 박막 두께 및 표면 높이와 같은 하나 이상의 검사 대상체 파라미터를 판정한다(단계 320).
이 과정은 모든 관련 픽셀에 대해 반복되며(루프 330), 검사 대상체 파라미터는 막의 두께 및 높이의 3D 이미지로 표현된다(단계 340).
이하, 분석을 수학적으로 설명한다.
일부 실시예에서, 주파수 영역(예를 들어, 푸리에 변환 영역)에서 모델 신호와 간섭계 신호를 비교한다. 식 1은 역푸리에 변환이기 때문에, 지수적 세기 데이터 Iex(x,y,ξ)의 전방 변환(forward transform)으로부터 이에 비교할만한 지수적 푸리에 계수 qex(x,y,K)를 생성할 수 있다.
[식 5]
Figure pct00005
지수적 계수 qex(x,y,K)는 표면 높이 h(x,y)의 선형 함수에 해당하는 위상 항(phase term)을 포함한다.
[식 6]
Figure pct00006
항 Kh(x,y)는 표면 높이와 상관없이 표면 구조에만 기초해서 이론적으로 예상된 류리에 계수 ρ(L,K)와 푸리에 계수 qex(x,y,K)의 직접 비교를 복잡하게 할 수 있는 높이 의존적 위상 경사(height-dependent phase slope)이다. 따라서, 먼저 qex(x,y,K)로부터 위상 기여(phase contribution)를 제거하기 위해 h(x,y)를 추정하고, 높이 의존적 부분 ρex(x,y,K)만을 남긴다.
지수적 측면에서의 높이 의존적 위상에 대한 보상을 제외하고, 모델 측면 또는 양 측면에서의 위상을 고려할 수 있다. 이러한 경우에, 위상 보상은 지수적 간섭계 신호와 모델 신호를, 이들 2개의 신호를 비교할 때에 높이 의존적 오버랩을 최적화하는 주사 위치까지 전파시키는 것에 대응할 수 있다.
높이 의존적 위상 경사를 판정하기 위해, h(x,y)를 추정하기 위한 상관(correlation) 기술을 사용한다. 모델 신호 스펙트럼 ρ(L,K)을 갖는 것으로 가정한다. 지수적 및 모델 신호의 상관 관계는 다음과 같이 된다.
[식 7]
Figure pct00007
실험이 이론에 정확히 매칭되는 것으로 확인된 경우, 상관 관계는 다음과 같이 된다.
[식 8]
Figure pct00008
상관 관계는 [h(x,y)-ξ]=0 인 경우에 피크 크기(peak magnitude)를 가져야 한다. 피크는
Figure pct00009
에 대한 피크 값을 제공하는 이산 위치 ξbest(x,y,L)를 구하기 위해 주사 위치 ξ를 통한 검색에 의해 발견될 수 있다. 위치 ξbest(x,y,L)은, 예를 들어 카메라 프레임 사이에 제2 차수 보간에 의해 값 ξfine(x,y,L)으로 변경될 수 있다.
또한, 모델 신호가 간섭계 신호와 정확하게 동일하지 않은 경우에, 상관에 의해 모델 신호와 간섭계 신호의 "최상의" 오버랩 위치를 식별할 수 있다.
도 7은 지수적 간섭계 신호와 모델 신호의 상관 크기
Figure pct00010
를 나타낸다. 피크는 "최상의" 오버랩의 위치를 나타낸다. 피크는 모델 신호가 간섭계 신호와 정확하게 부합될 때의 국소적 표면 높이에 대응한다.
추가의 개선은 상관의 복소 위상(complex phase) A에 기초할 수 있다.
[식 9]
Figure pct00011
복소 위상 A는 신호들이 상관 크기에 기초해서, 즉 신호 형태에 기초해서 가능한 최상으로 배열된 경우에, 모델 신호와 간섭계 신호 사이의 전체적인 K-의존성 위상 갭과 관련된다. 이상적인 경우, 모델 신호가 계기(instrument) 또는 표면 물질에 관련된 임의의 예측된 위상 편이를 포함하면, 이러한 방식으로 측정된 복소 위상 A(x,y,L)는 정확한 두께 Ibest가 식별되면, 제로가 되어야 한다. 복소 위상 A(x,y,L)는 피트(fit)를 최적화하기 위한 자유 변수(free variable)로서 유지되지만, 해당 피트의 품질을 평가하기 위해 가치 함수에서 복소 위상 A(x,y,L)을 사용할 수 있다.
높이 오프셋을 제공하는 개선된 주사 위치 ξbest(x,y,L)에 기초해서, 선형 위상 항을 보상할 수 있다. 예를 들어, 모델 신호와 관련해서 주사 내의 위치와 임의의 위상 오프셋에 대해 보정된 지수적 신호 계수 qshift를 계산할 수 있다.
[식 10]
Figure pct00012
ξfine(x,y,L)은 상관 관계
Figure pct00013
에 대한 보간된 "최상의" 매칭 주사 위치이며, 위상 갭 A(x,y,L)은 식 9에 따른다. 정확한 두께 Lbest를 확인했으면, 간섭계 신호의 위상 편이된 푸리에 계수는 다음과 같이 된다.
[식 11]
Figure pct00014
그러나, L의 모든 다른 검사 값에 대해, 근사적으로 구한 것이라는 것만을 예상할 수 있다.
위상 보상(phase compensation)에 기초해서, 모델 신호와 간섭계 신호의 피트의 품질을 나타내는 위상(높이 오프셋) 보상된 가치 값을 계산한다. 모델 신호와 간섭계 신호 사이의 매칭의 품질의 적절한 측정은 최소 제곱(least square) 편차이다.
[식 12]
Figure pct00015
합계는 ρ(L,K)≠0인 경우, 즉 노이즈와 드리프트(drift)를 배제하고 예상된 신호 대역폭에 의해 정의된 의
Figure pct00016
주파수 도메인 영역 내에서의 모든 K 값이다.
식 12에서와 같이 이러한 비교를 직접 행하기 위해, 모델 신호 및 지수적 신호는 프라임으로 나타낸 것과 같이 신호 세기에 대해 정규화되었다.
[식 13]
Figure pct00017
[식 14]
Figure pct00018
도 8은 좌측 및 우측 도표에서 푸리에 계수의 실수 부분과 허수 부분에 대한 그래픽 비교를 나타낸다. 계수에서의 변동은 막 두께와 관련되어 있으며, 막 두께가 두꺼울수록, 이러한 변동이 간섭무늬 주파수 K의 함수로 더 빨라진다. 평탄한 라인은 모델 스펙트럼 ρ'(L,K)를 나타내며, 라인(아래의 데이터를 나타냄)은 위상 보상된 지수적 계수 q'shift(x,y,L,K)를 나타낸다.
도 9는 주파수 영역 검색에 의해 발견되는, 최상의 매칭에 대응하는 모델 신호(점선)를 가진 주사 영역에서의 지수적 신호를 나타낸다. 지수적 신호는 도 3의 원본 데이터에서보다 도 9에서 더 명확한데, 신호에 대응하는 주파수 영역에서의 관심 영역으로부터 재구성되어, 노이즈와 저주파수 드리프트를 필터링했기 때문이다.
χ2-함수의 최소값으로 최상의 매칭을 매우 명확하게 식별할 수 있지만, χ2-함수에 반비례하는 가치 함수를 재구성할 수도 있으며, 최상의 매칭은 라이브러리 엔트리에 대한 가치 값 분포에서의 피크에 의해 정의된다. 가치 함수는 식 9에서 복소 상관으로부터 계산되는 위상 갭 A(x,y,L)과 같은 다른 기준을 포함할 수도 있다. 주지한 바와 같이, 이상적인 경우에, 이러한 방식으로 측정된 위상 갭 A(x,y,L)는 정확한 두께 L=Lbest에서 제로가 되어야 한다. 논제로(non-zero) 값은 실험과 이론 간의 불일치의 측정값이다. 또한, 양호한 매칭은 ξfine에서 큰 상관 피크를 가져야 한다. 따라서, 적절한 가치 함수는, 예를 들어 다음과 같이 된다.
[식 15]
Figure pct00019
물론 알고리즘의 견고성을 최적화하기 위해 다른 가치 함수를 구성하거나, 가치 기준으로서 신호 세기와 같은 다른 인자를 사용하는 것도 가능하다.
표면 구조를 특징화하는 파라미터를 판정하기 위해, 적용된 모델 신호에 대한 가치 함수의 계산된 값을 평가한다. 도 10은 도 3의 신호에 대한 가치 값의 분포를 나타낸다. 모델 신호 라이브러리가 충분히 작은 두께 증분(thickness increment)을 갖는다면, 가장 높은 가치 값을 제공하는 L=Lbest에서 모델 신호를 간단히 식별하기에 충분하다. 그렇지 않으면, 라이브러리 값 Lbest 부근의 제2 차수 피트에 의해 Lfine으로 보간하기에 유용하고 효과적일 수 있다. 다른 예에는, 이웃하는 값들 사이에서 모델 신호 자체를 보간하는 것, 또는 저장된 라이브러리 값을 사용하는 것이 아니라, 모델 신호를 실시간으로 계산하는 것을 포함하는 "실시간" 검색을 수행하는 과정이 포함된다. 추가의 옵션은 신호대 잡음을 향상시키기 위해 다수의 픽셀에 대한 가치 값을 평균화하는 것이다.
가치 값의 분포는 특정의 막 두께(SiO2 over Si)에 대한 모델 신호와 지수적 간섭계 신호 사이의 매칭의 품질을 나타낸다. 도 10의 경우에, 최상의 매칭 모델 신호는 1008nm의 막 두께와 관련된 모델 파라미터에 대해 모델링된 상태이다.
일부 실시예에서, 상관 과정 중에 필요한 정보를 계산해 두었기 때문에, 상단 표면 높이 프로파일을 직접 생성할 수 있다. 결맞음 피크에 기초한 표면 높이의 제1 추정은 다음과 같다.
[식 16]
Figure pct00020
아래 첨자인 Θ는 이러한 높이가 결맞음 또는 신호 형상 효과에 관련되어 있다는 것을 의미한다. 더 정제한 추정 값은 다음과 같다.
[식 17]
Figure pct00021
α는 x 및 y 좌표 상의 A(x,y,Lbest)의 필드 평균이며, K0는 막이 없는 표면에 대한 푸리에 계수의 제곱 크기(square magnitude)의 중심에 의해 정의된 공칭 반송파 신호 주파수이다.
[식 18]
Figure pct00022
도 11과 도 12는 본 발명의 방법 및 시스템의 프로파일링 능력을 나타낸다. 도 11은 980nm 두께의 SiO2 막에 대략 160nm의 깊이로 에칭된 트렌치(trench)의 2D 표면 프로파일을 나타낸다. 트렌치의 일부를 금(gold)으로 코팅함으로써, 상단 면 프로파일이 박막 효과로부터의 간섭 없이 측정될 수 있다. 라인은 금으로 트렌치를 코팅함으로써 측정되는 상단 면 프로파일이다. 도 11에서의 비교는 상단 면 높이 프로파일과 측정된 막 두께 사이에서 행해진 것이며, 상단 면에서 곡선을 이루도록 높이 프로파일에 대한 오프셋을 갖는다. 결과적으로, 약간 더 깊은 트렌치 깊이를 나타내며, 이것은 모델링의 아티팩트 또는 실제(트렌치의 바닥에서의 금 풀링의 결과로서)가 될 수 있다. 어느 경우에서나, 매칭은 매우 가깝고, 높은 수평 해상도에 대한 200nm 초과의 막 두께 프로파일링을 나타낸다.
도 12는 평판 패널 디스플레이에 대한 TFT 영역의 3D 표면 프로파일을 나타낸다. TFT 영역은 왼쪽에 100X 세기 이미지로 나타낸 바와 같이, 오른쪽의 3D 프로파일에서 120nm부터 320nm까지 측정한 말발굽 형태의 HT 영역에서의 포토레지스트 막에 대한 두께 범위를 갖는다.
본 실시예는 높이 오프셋을 식별할 때의 위상 언랩(phase unwrapping)에 의존하지 않기 때문에, 위상 언랩에 의해 도입될 수 있는 불확정성(uncertainty)에 의해 영향을 받지 않는다. 위상 언랩의 불확정성에 대해서는 도 13과 관련해서 설명한다. 간섭계 신호를 분석하기 위한 몇 가지 방법은 위상 언랩에 의존한다. 예를 들어, 미국특허 7,106,454에 개시된 실시예에서는 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 위상 차에 대해 선형 피트(linear fit)를 감산함으로써 선형 위상 변화를 제거한다. 이어서, 비선형 위상 스펙트럼의 나머지를 분석한다.
선형 피팅(linear fitting)에 의해 위상 기울기(phase slope)는 푸리에 주파수에서의 위상 데이터를 언랩 또는 접속할 필요가 있다. 위상 언랩은 필연적인 2π 위상 불확정성을 제거하고, 위상 값이 계산될 때에 생성된다. 그러나 위상 언랩은, 예를 들어 복잡한 표면 구조의 경우, 항상 용이한 것은 아니다. 박막과 관련된 실제의 위상 비선형성은 반사방지 코팅에 대응하는 파장과 각도에 대한 π의 진폭을 가질 수 있다.
도 13에서, 푸리에 진폭 및 위상은 508nm의 두께를 가진 몰리브덴 상의 포토레지스트 재료의 박막을 가진 검사 대상체의 주사 간섭계 신호에 대한 푸리에 주파수(사이클/트레이스)에 대해 구성된다.
도 13의 예는 위상 언랩에 존재하며 검사 대상체의 분석의 품질에 영향을 미치는 불확정성을 나타낸다. 1 사이클 또는 2π 위상 점프는 주파수 빈(frequency bin) 28 및 29 사이와 주파수 빈 55 및 56 사이에 주어진다. 2π 위상 점프는 ±π 범위로 랩된 전체 위상 경사의 결과가 될 것이다. 주파수 빈 55 및 56에서의 2π 위상 점프는 2π를 감산하고 -0.5 사이클의 값에서 위상을 계속함으로써 복구될 수 있다.
빈 56에서 빈 57까지의 위상 점프는 더 복잡한데, 빈 56보다 거의 정확하게 π만큼 다르기 때문이다. 언랩(unwrapping) 과정은 어떤 경우는 아니지만 어떤 경우에는 2π만큼 언랩하는 위상 단계 동안 혼란스럽다. 위상 언랩이 불일치하면, 분석의 결과도 불일치한다.
많은 실시예를 개시하였다. 그럼에도, 본 발명의 정신과 범위를 벗어남이 없이 많은 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그 중 몇 가지 예를 이하에 설명한다.
본 명세서에서, "간섭계 신호" 및 "모델 신호"는 간소화한 이유 때문에 종종 사용되지만, 이에 의해 유도되는 정보는 많은 목적으로 유사한 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 간섭계 신호와 모델 신호를 비교하는 것은, 처리된 간섭계 신호 및/또는 모델 신호에 기초할 수 있다. 예를 들어, 간섭계 신호는 노이즈 억제 또는 보정에 의해 디지털적으로 미리 처리된 신호 부분 또는 타임 윈도우의 선택이 될 수 있다. 또한, 이러한 비교는 주파수 영역 표현에서의 간섭계 신호의 라이브러리 비교에 기초할 수 있다. 예를 들어, 간섭계 신호 및 모델링 주파수 스펙트럼과 연관된 주파수 스펙트럼이 비교에 기초할 수 있다.
상기 설명한 실시예에서는, 높이 보상을 주사 간섭계 신호의 변경에 의해 달성했지만, 모델 신호뿐만 아니라 주사 간섭계 신호와 모델 신호를 모두 변경할 수도 있다. 그러나, 이러한 변경은, 간섭계 신호와 모델 신호의 비교가 공통의 표면 높이와 연관된 신호에 기초하여야 한다. 예를 들어, 모델 내에서 전파된 광로 길이는, 간섭계의 광로 길이에 맞도록 조절되고, 간섭계에서의 제로 OPD와 모델은 측정 광 및 검사 광과 동일한 조건에 기초한다.
일반적으로, 높이 오프셋 보상된 가치 값은, 높이 오프셋 보상된, 위상 보상된, 및/또는 표면 높이 독립적 간섭계 신호(또는 이로부터 유도된 정보)에 기초해서 계산될 수 있다. 예를 들어, 높이 오프셋 보상된 가치 값은 푸리에 스펙트럼과 같은 간섭계 신호의 위상 보상된 스펙트럼 표현에서 유도될 수 있다.
모델 신호와의 비교에 대하여, 모델 신호의 라이브러리는 샘플 아티팩트를 사용해서 실험적으로 생성될 수 있다. 다른 대안으로서, 라이브러리는 다른 기기, 예를 들어 일립소미터(ellipsometer)에 의해 제공되는 대상체 표면의 사전의 부가적인 측정과 대상체 표면의 사용자와 관련된 주지의 특성으로부터의 임의의 다른 입력으로부터의 정보를 이용할 수 있으며, 이에 의하여 미지의 표면 파라미터의 수를 감소시킬 수 있다. 라이브러리 생성, 이론적 모델링, 실험적 데이터, 또는 보충적 측정에 의해 증가된 이론에 대한 여러 가지 기술은 라이브러리를 검색하는 동안 라이브러리 생성의 일부로서 또는 실시간으로 중간값을 생성하기 위해 보간에 의해 확장될 수 있다.
모델 신호와 간섭계 신호를 비교하는 것은, 평균 크기 및 평균 위상의 곱 또는 차, 평균 크기 자체, 평균 위상 자체; 경사, 크기 스펙트럼의 폭 및/또는 높이; 간섭 콘트라스트, DC 또는 제로 공간 주파수에서의 주파수 스펙트럼의 데이터; 크기 스펙트럼의 비선형성 또는 형태; 위상의 제로 주파수 인터셉트; 위상 스펙트럼의 비선형성 또는 형태; 및 이들 기준 중의 임의의 조합을 포함하는, 주파수 스펙트럼에서의 곱, 차, 크기 및/또는 위상 데이터 중의 임의의 것에 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 검사 대상체 파라미터는 산출된 가치 값에 기초해서 판정된다. 구체적으로, 검사 대상체 파라미터는 최상의 가치 값을 갖는 "최상의 매칭" 모델, 하나 이상의 "최상의 매칭" 모델 신호로부터 유도된 하나 이상의 보간된 모델 신호, 및/또는 하나 이상의 "최상의 매칭" 모델 신호와 연관된 보간된 모델 파라미터에 기초할 수 있다.
검사 대상체 파라미터의 예에는, 표면 구조를 설명하는 파라미터가 포함된다. 표면 구조는, 예를 들어 간섭 현미경에 의해 광학적으로 분해될 수 있는 표면 높이 특성, 복잡한 표면 구조의 특성에 의한 특징을 가질 수 있다. 본 명세서에서, 복잡한 표면 구조는, 검사 대상체의 내부 구조와 간섭 현미경으로 광학적으로 분해될 수 없는 표면 구조가 포함된다. 표면 높이 특성의 파라미터에는, 표면 높이 자체가 포함된다. 내부 구조의 파라미터에는 박막 데이터(예를 들어, 박막 층의 두께, 굴절률, 개수)가 포함된다. 분해되지 않는 표면 구조의 파라미터에는, 분해되지 않는 회절 격자 구조, 단차 높이 구조, 및 단차의 위치와 같은 분해되지 않는 특성 데이터가 포함된다.
검사 대상체 파라미터는 모델 신호와 연관될 수 있다. 예를 들어, 표면 높이의 특징을 갖는 파라미터는 간섭계 신호와 최상의 매칭 모델 신호를 연관시킴으로써 판정될 수 있다. 이어서, 이 상관은 표면 높이에 관련된 주사 좌표에서의 피크를 생성한다. 마찬가지로, 주파수 영역에서, 표면 높이는 통상적인 FDA 분석을 사용해서 추출될 수 있다. 복잡한 표면 특성의 경우에, 최상의 매칭 모델 신호를 모델링하는 경우의 모델 파라미터로서 사용되었던 표면 막의 두께를, 검사 대상체의 표면 막의 판정된 두께로 할당할 수 있다.
몇몇 경우에, 결과를 더 개선하기 위해 비교가 반복적으로 수행될 수 있다. 2개의 차원에서, 비교는 국소적 표면 타입에 관련된 개선된 모델 신호의 생성에 의해, 픽셀 단위로 또는 구역 단위로 개선될 수 있다. 예를 들어, 표면은 예비 비교 동안 대략 0.1 미크론 두께의 박막을 가진다는 것을 알게 되었으며, 컴퓨터는 비교를 추가로 개선하기 위해 1에 가까운 모델 파라미터(박막 두께)의 세분화 라이브러리를 생성할 수 있다.
일부 실시예에서, 분석은 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 높이 보상된 비교가 주사 좌표 영역에서의 정보에 기초한다는 것을 제외하고는, 도 2에 개시된 것과 유사할 수 있다. 실험적 신호는 주사 좌표에 대하여 포락선 함수에 의한 진폭에서 변조된 준 주기적인(quasi-periodic) 진동에 의한 특징을 가질 수 있다. 모델 신호와 간섭계 신호를 비교하는 것은, 평균 신호 세기, 즉 가우스(Gaussian)와 같은 일부 이상적인 또는 기준 형상으로부터의 편차(deviation) 등을 포함하는, 신호 포락선의 형상; 포락선 함수에 대한 반송파 신호의 보상된 위상; 제로 크로싱 및/또는 신호 최대 및 최소의 상대적인 간격; 최대 및 최소값과 이들의 차수; 최적의 상대적인 주사 위치를 조정한 후에, 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 상관의 피크 값; 이들 기준의 임의의 조합 중의 임의의 것에 기초할 수 있다.
간섭계 신호와 모델 신호의 비교에 기초해서, 하나 이상의 검사 대상체 파라미터를 판정할 수 있다. 컴퓨터는 표면 구조(복잡한 표면 구조 및 높이 정보)를, 추가의 분석 또는 데이터 저장을 위해 사용자 또는 호스트 시스템에 수치적으로 또는 그래픽으로 나타내는 검사 대상체 파라미터를 표시 또는 전송할 수 있다.
예를 들어, 매칭 모델 및/또는 상관 함수를 사용함으로써, 컴퓨터는 식별된 복잡한 표면 구조의 특징에 추가로 표면 높이 정보를 판정한다. 2D 이미지화의 경우에, 컴퓨터는, 예를 들어 복잡한 표면 구조의 그래픽 또는 수치적 표시와 함께, 높이 데이터 및 대응하는 이미지 평면 좌표로부터 구성된 3차원 이미지를 생성할 수 있다.
일부 실시예에서, 사용자는 표면 높이가 아닌, 모델 신호에 의해 모델링된 복잡한 표면 구조에 관심을 가질 수 있으며, 이 경우 표면 높이를 판정하기 위한 단계가 수행되지 않는다. 반대로, 사용자는 표면 높이에만 관심을 갖고, 모델 신호에 의해 모델링된 복잡한 표면 구조에는 관심을 갖지 않을 수 있다. 이 경우, 컴퓨터는 간섭계 신호와 모델 신호를 비교할 때에 선형 위상의 기여를 위한 실험적 간섭계 신호(또는 이로부터 유도된 정보) 및/또는 모델 신호(또는 이로부터 유도된 정보)를 보상함으로써, 매칭 모델과 계속되는 표면 높이는 더 정확하고 더 효율적으로 판정되지만, 컴퓨터는 복잡한 표면 구조를 명시적으로 판정하거나 표시하지 않아도 된다.
상기 개시한 분석은 단순한 박막(이 경우, 예를 들어 가변의 관심 파라미터는 막 두께, 막의 굴절률, 기판의 굴절률, 또는 이들의 조합이 될 수 있다); 다층 박막; 회절하거나 복잡한 간섭 효과를 다른 방식으로 생성하는 날카로운 에지 및 표면 특성; 분해되지 않는 표면 거칠기; 분해되지 않는 표면 특성, 예를 들어 평탄한 표면상의 서브 파장 폭 그루브; 이형 재료(예를 들어, 표면은 박막과 고체 금속의 조합을 포함할 수 있으며, 이 경우, 라이브러리는 양쪽 타입의 표면 구조를 모두 포함할 수 있으며, 대응하는 주파수 영역 스펙트럼에 대한 매칭에 의해 박막 또는 고체 금속을 자동으로 식별할 수 있다); 형광 등의 광학적 캐비티; 컬러 및 파장 의존적 반사율과 같은 표면의 분광 속성; 표면의 편광 의존적 속성; 표면의 편향, 진동 또는 움직임이나 간섭 신호가 동요되는 변형가능한 표면 특성; 간섭계 신호를 완전히 포함하지 않는 데이터 취득 윈도우 등의 데이터 취득 과정에 관련된 데이터 왜곡을 포함하는 다양한 표면 분석 문제에 적용될 수 있다.
따라서, 관련된 특성의 특징을 갖는 검사 대상체 파라미터가 판정될 수 있으며, 모델 신호가 모델링 과정에서의 이들 특성을 나타내는 모델 파라미터에 의해 파라미터화될 수 있다.
일부의 경우에, 분석은 주지의 표면 구조와 표면 토포그래피를 갖는 하나 이상의 기준 아티팩트를 측정하는 것을 포함하는 시스템 특징화를 포함으로써, 이론적 모델에 포함되지 않을 수 있는 시스템 파면 오차(wave front error), 확산, 효율과 같은 파라미터를 판정할 수 있다.
또한, 분석은 일립소메트릭 분석에 의한 것과 같이 독립적으로 판정되는 이들 파라미터에 대한 값과, 라이브러리 검색에 의해 판정되는 것과 같은 막 두께와 같은 측정한 표면 파라미터들 사이의 상관을 판정하기 위해 하나 이상의 기준 아티팩트를 측정하는 것 등을 포함하는 전체 캘리브레이션을 포함할 수 있다.
간섭계 시스템은 다음과 같은 하나 이상의 특성을 포함할 수 있다: 높은 개구수(NA)의 대물렌즈를 갖는 스펙트럼의 협대역 광원; 스펙트럼의 광대역 광원; 높은 NA의 대물렌즈와 스펙트럼의 광대역 광원의 조합; 예를 들어, 미켈슨, 미라우 또는 리닉 지오메트리에서의 유침/수침 및 솔리드 이머전(solid immersion) 타입을 포함하는 간섭계 현미경 대물렌즈; 다중 파장에서의 일련의 측정; 선형, 원형 또는 구조화된 무편광(unpolarized light). 예를 들어, 구조화된 편광은, 예를 들어 편광 마스크를 포함하여, 표면 특징에 기인할 수 있는 편광 의존적 광학 효과를 나타내기 위해, 조명 또는 결상 동공면의 여러 세그먼트에 대한 상이한 편광을 생성할 수 있다. 간섭계는 상기 설명한, 전체 시스템 캘리브레션을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 광원 모듈은 임계 결상(critical imaging)이라고 알려진, 검사 대상체 상에 공간적으로 확장된 광원이 직접 결상되는 배치를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 주사 간섭계 신호를 생성하는 데에 사용되는 광의 제한된 결맞음 길이는 백색 광원, 더 일반적으로는 광대역 광원에 기초한다. 다른 실시예에서, 광원은 단색 광원이 될 수 있으며, 제한된 결맞음 길이는 검사 대상체에 광을 향하도록 하기 위한 및/또는 검사 대상체로부터 광을 수광하기 위한 높은 개구수(NA)를 사용하는 결과를 가질 수 있다. 높은 NA에 의해, 광선이 넓은 각도로 표면에 접하게 되고, OPD가 주사될 때에 기록된 신호에서의 상이한 공간 주파수 성분을 생성한다. 또 다른 실시예에서, 제한된 결맞음에 의해 양 효과의 조합을 얻을 수 있다.
제한된 결맞음 길이의 근원(origin)은 주사 간섭계 신호에서의 정보가 존재하는 것에 대한 물리적인 기본이 될 수 있다. 구체적으로 말해서, 주사 간섭계 신호는 복잡한 표면 구조에 관한 정보를 포함하는데, 많은 여러 파장 및/또는 많은 상이한 각도를 가진 검사 표면과 접하는 광선에 의해 생성되기 때문이다.
일립소메트리 측정을 제공하기 위하여, 간섭계 시스템은 동공면에서 고정된 또는 가변의 편광판(polarizer)을 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 미라우 타입의 간섭계 시스템(100)은 입사되며 검사 샘플로부터 방출되는 광에 대한 바람직한 편광을 선택하기 위해 동공면에 위치하는 편광 광학기기(197)를 포함할 수 있다. 또한, 편광 광학기기는 선택된 편광을 변화시키도록 재구성될 수 있다. 편광 광학기기는 편광판, 파장판(waveplates), 아포다이즈 애퍼처(apodization apertures), 및/또는 소정의 파장을 선택하기 위한 변조 소자를 포함하는 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다.
또한, 편광 광학기기는 일립소미터와 유사한 데이터를 생성하기 위한 고정된, 구조화된 또는 재구성가능하게 될 수 있다. 예를 들어, s 편광을 위한 방사상으로 편광된 동공면을 측정하고, 동공면에서 회전될 수 있는 슬릿이나 웨지와 같은 p 편광을 위한 방사상으로 편광된 동공면을 측정함으로써, 임의의 바람직한 선형 편광 상태를 대상체, 액정 디스플레이와 같은 재구성한 스크린으로 향하도록 할 수 있다.
다른 실시예에서, 편광 광학기기는 장치 내의 어떠한 다른 위치에도 배치될 수 있다. 예를 들어, 선형 편광 기기는 시스템 내의 어느 위치에서도 달성될 수 있다.
다른 구성은, 다양한 방위각, 동공면 내의 위치, 편광 등을, 고정적으로 또는 동적으로 분리시키기 위해 간섭계 시스템의 동공면(195) 또는 그 부근에 개구, 편광판, 파장 필터 또는 다른 장치를 사용할 수 있다.
예를 들어, 다양한 편광 상태를 사용해서 검사 대상체를 분석하기 위하여, 조명 또는 결상 면에서 편광 요소를 사용할 수 있다. 이들 요소는 전자 광학적으로 구동될 수 있으며, 고속으로 동작할 수 있고, 단일 검출기 지오메트리에 의해 허용되는 고속 데이터 취득 때문에 초당 수백 측정이 가능하다.
이와 달리, 또는 이에 추가로, 필터링된 광원 및 다수의 데이터 취득을 사용함으로써, 다수의 파장을 적용 또는 선택할 수 있다. 파장의 필터링은 분광 수단, 조정가능한 파장 간섭 필터, 제2 간섭계, 음향 광학 조정가능한 필터, 순서대로 동작하는 다수의 레이저와 같은 스위칭 가능한 광원, 또는 다른 장치나 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다.
다른 구성에 의하면, 고속 데이터 취득이 가능하며, 결상면 부근의 단일 또는 적은 수의 검출기 요소에 의해 가능하게 되며, 필요에 따라 신속하고 반복적인 측정이 가능하고, 파장의 범위를 통해 순서화하는 것과 같은 계기 구성에서의 평균적 또는 순차적 변화를 수용할 수 있다.
다른 응용 중에서, 앞서 설명한 기술은 반도체 제조에서의 처리 제어에 적용될 수 있다. 이러한 것은 예는, 임계 치수(CD: critical dimensions)의 제조 과정 중의 모니터링으로서, 미크론 및 나노미터 단위의 많은 첨단 기술 성분의 제조에 대한 중심이 된다. 예에는 반도체 및 로직 생성과 같은 반도체 IC 프로세서와 구리 다마신 공정의 연결을 포함한다. 넓게 정의하면, CD는 측면 치수, 에칭 깊이, 막 두께, 단차 높이, 측벽 각도 및 반도체 소자의 성능에 영향을 미치는 관련된 물리적 치수를 포함한다. CD 방법은 제조 과정 중에, 특히 에칭, 연마, 세정, 및 패터닝과 같은 처리 과정 중에 생기는 프로세스 제어 및 결함 검출을 제공한다. 또한, CD 방법에 의해 의도되는 기본적인 측정 능력은, 디스플레이, 나노구조, 및 회절 광학 기기를 포함하는 반도체 IC 제조의 범위를 넘어서 넓은 응용을 가진다.
예를 들어, 주사 간섭 측정은 웨이퍼 상에서의 유전체 층의 화학 기계적 연마(CMP) 동안 비접촉 표면 토포그래피 측정 반도체 웨이퍼에 사용될 수 있다. CMP는 정확한 광학적 리소그래피에 적합한, 유전체 층을 위한 평탄한 표면을 생성하는 데에 사용된다. 간섭 토포그래피 방법의 결과에 기초하여, CMP를 위한 프로세스 조건(예를 들어, 패드 압력, 연마 슬러리 조성 등)은 허용가능한 범위 내에서 표면을 비균일하게 유지하도록 조절될 수 있다.
첨부 도면에 나타낸 성분을 이루는 시스템 구성요소와 방법 단계의 일부는 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 시스템 구성요소 간의 실제의 접속(또는 프로세스 단계)은 개시된 방법이 프로그램되는 방식에 따라 달라질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 본 명세서에서의 설명은 당업자라면, 개시된 시스템 및 방법의 구현 및 유사한 구현 또는 구성을 유추하는 것이 가능하다.
예를 들어, 본 명세서의 수치적 및 기호적 단계는, 예를 들어 본 기술분야에서 주지된 방법에 따라 디지털 신호 프로세서에서 실행되는 디지털 프로그램으로 변환될 수 있다. 디지털 프로그램은 하드 디스크와 같은 컴퓨터로 판독가능한 매체에 저장시킬 수 있으며, 컴퓨터 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 이와 달리, 적절한 단계는, 단계를 수행하는 프로세서 내의 전용의 전자 회로로 하드와이어드된 디지털 프로그램으로 변환될 수 있다. 소정의 수치적 또는 기호적 분석 과정에 기초한 이러한 전용의 전자 회로를 생성하기 위한 방법도 본 기술분야에 잘 알려져 있다.
응용 예
앞서 언급한 바와 같이, 상기 설명한 시스템과 방법은 다양한 표면 분석 과제에 적용될 수 있다. 소정의 응용 예에 대하여 설명한다.
반도체 프로세싱
상기 설명한 시스템 및 방법은 프로세스 흐름 자체를 제어하기 위한 또는 모니터링하기 위한 특유의 툴을 위한 반도체 프로세스에 사용될 수 있다. 모니터링 응용의 프로세스로서, 단일/다중 층의 막이 패턴화되지 않은 Si 웨이퍼(모니터 웨이퍼) 상에서, 대응하는 프로세스 툴에 의해 성장, 증착, 연마 또는 에칭되고, 두께 및/또는 광학적 속성이 본 명세서의 주사 오차 보정을 사용하는 간섭계 시스템을 사용하여 측정한다. 웨이퍼 균일성 내의, 그리고 이들 모니터 웨이퍼의 두께(및/또는 광학적 속성)의 평균은 연관된 프로세스 툴이 목표로 하는 사양에 따라 동작하는지 여부 또는 목표를 재설정하거나, 조절하거나, 생산용으로 따로 빼놓아야 하는지 여부를 판정하는 데에 사용된다.
제어용의 프로세스에서, 단일/다중 층의 막이 대응하는 프로세스 툴에 의한 패턴화된 Si 제조 웨이퍼 상에서 성장, 증착, 연마 또는 에칭되고, 두께 및/또는 광학적 속성이 본 명세서의 주사 오차 보정을 사용하는 간섭계 시스템을 사용하여 측정한다. 통상적인 프로세스 제어를 위해 사용되는 제조 측정은 작은 측정 위치를 포함하며, 측정 툴을 샘플 관심 영역에 정렬시키는 능력을 포함한다. 이 위치는 다층의 막 스택(자체적으로 패턴화될 수 있음)으로 구성되기 때문에, 관련 물리적 파라미터를 추출하기 위해 복잡한 수학적 모델링을 필요로 한다. 프로세스 제어 측정은 집적된 프로세스 흐름의 안정성을 판정하고, 집적된 프로세싱이 계속되어야 하는지, 목표 재설정되어야 하는지, 다른 장비를 사용하여야 하는지, 전부 중단하여야 하는지를 판정한다.
구체적으로, 예를 들어, 본 발명의 간섭계 시스템은 확산, 급속 열 어닐링, 화학적 증착 도구(저압 고압 모두 포함), 유전체 에칭, 화학 기계적 연마기, 플라즈마 증착, 플라즈마 에칭, 리소그래피 트랙, 및 리소그래피 노광 도구를 모니터링하는 데에 사용된다. 또한, 본 발명의 간섭계 시스템은 층간 유전체 형성(이중 아마신 등)뿐만 아니라 트렌치, 아이솔레이션, 트렌지스터 형성과 같은 프로세스를 제어하는 데에 사용될 수 있다.
구리 상호접속 구조 및 화학 기계적 연마
칩의 여러 컴포넌트들 사이에 전기적 상호접속을 형성하기 위해 소위 "이중 다마신 구리"(dual damascene copper) 프로세서를 이용하는 것이 칩 제조업자들 사이에서 일반적인 것으로 되고 있다. 이것은 적절한 표면 토포그래피 시스템을 사용하는 특징을 효과적으로 가질 수 있는 프로세스의 예이다. 이중 다마신 프로세스는 6개의 부분, 즉 (1) 유전체 재료층(폴리머, 유리 등)을 웨이퍼(다수의 개별 칩을 포함) 표면상에 증착하는 층간 유전체(ILD) 증착, (2) 유전체 층을 연마해서 정밀한 광학적 리소그래피에 적합한 평탄한 표면을 생성하는 화학 기계적 연마(CMP), (3) 웨이퍼 표면에 평행한 좁은 트렌치와 트렌치의 바닥으로부터 하부(앞서 형성된)의 전기적 도전층으로 형성된 작은 비아를 포함하는 복잡한 망이 형성되는, 리소그래피 패터닝 및 반응성 이온 에칭의 조합 단계, (4) 구리 트렌치와 비아가 증착되는 금속 증착의 조합, (5) 구리 트렌치와 비아 위에 유전체가 도포되는 유전체 증착 단계, 및 (6) 잉여의 구리를 제거하고, 유전체 재료로 둘러싸이고 구리로 채워진 트렌치(또는 비아)의 망을 남기는 최종적인 CMP 단계를 포함하는 것으로 간주될 수 있다.
도 14a를 보면, 장치(500)는 기판(501) 상에 증착한 구리 배선부(copper feature)(502)의 위에 유전체(504)를 증착한 막 구조의 예를 나타낸다. 유전체(504)는 높이에 차이가 나는 비균일한 외측 표면(506)을 포함한다. 장치(500)로부터 취득되는 간섭 신호는 표면(506), 구리 배선부(502)와 유전체(504) 사이의 계면(508), 및 기판(501)과 유전체(504) 사이의 계면(510)으로 형성되는 계면 패턴을 포함할 수 있다. 장치(500)는 간섭 패턴을 생성하는 다수의 다른 배선부를 포함할 수 있다.
도 14b를 보면, 장치(500')는 최종적인 CMP 단계 이후의 장치(500)의 상태를 나타낸다. 상부면(506)이 표면(506')에 대하여 평탄화되었으며, 계면(508)은 주위로 노출될 수 있다. 기판 표면에서의 계면(510)은 접촉된 상태로 유지된다. 장치 성능과 균일성은 표면(504)의 평탄화를 모니터링하는 것에 크게 좌우된다. 연마 속도, 연마 후의 잔여 구리(및 유전체)의 두께는, 구리와 주변의 유전체 영역의 국소적인 구체적인 배치(즉, 배향, 인접성 및 형태)뿐만 아니라, 연마 조건(패드 압력 및 연마 슬러리 조성 등)에 대한 복잡한 방식에 크게 의존한다. 따라서, 구리 요소(502) 위의 표면 부분(506)은 다른 표면 부분(506)과 상이한 비율로 에칭될 수 있다. 또한, 구리 요소(502)의 계면(508)이 노출되면, 유전체 및 구리 요소는 상이한 에칭 비율을 나타낼 수 있다.
이러한 "위치 의존성 연마 비율"은 많은 수평적 길이 스케일에 대한 가변의 표면 토포그래피를 만드는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 집적된 웨이퍼의 에지에 가까이 위치한 칩은 중심에 가깝게 위치한 것보다 더 빨리 연마되며, 에지 부근보다 더 얇은 구리 영역을 형성하고, 중심보다 더 두꺼운 구리 영역을 형성하는 것을 의미할 수 있다. 이것은 웨이퍼 직경에 비교가능한 길이 스케일에서 발생하는 "웨이퍼 스케일" 프로세스 비균일성의 예이다. 또한, 높은 밀도의 구리 트렌치가 낮은 구리 라인 밀도를 가진 주변의 영역보다 더 높은 비율로 연마되는 것이 알려져 있다. 이것은, 높은 구리 밀도 영역에서 "CMP 유도 침식"으로 알려진 현상이 생기도록 한다. 이것은 단일 칩의 선형 치수에 필적할만한(때때로 이보다 훨씬 작은) 길이 스케일에서 발생하는 "칩 스케일 프로세스 비균일성"의 예이다. "디싱"(dishing)으로 알려진 다른 타입의 칩 스케일 비균일성은 단일의 구리로 채워진 트렌치 영역(주위의 유전체 물질보다 더 높은 비율로 연마되는 경향이 있음) 내에서 생긴다. 폭이 몇 미크론을 넘는 트렌치의 경우, 디싱은 영향을 받은 라인이 나중에 칩의 불량을 일으키는 과도한 전기적 저항을 나타내는 것과 같은 심각한 것이 될 수 있다.
CMP 유도 웨이퍼 및 칩 스케일 프로세스 비균일성은 예측이 어려운 것이 일반적이며, CMP 프로세싱 시스템 내의 조건이 발전함에 따라 시간에 따라 변화하게 되어 있다. 효과적으로 모니터링하기 위해, 그리고 허용가능한 범위 내에서 임의의 비균일성이 남아 있는 것을 보장할 목적을 위한 프로세스 조건을 조정하기 위해, 프로세스 엔지니어가 다수의 그리고 넓은 범위의 위치에서 칩에 대해 비접촉 표면 토포그래피 측정을 자주하는 것이 중요하다. 이것은 본 발명의 간섭계 방법 및 시스템의 실시예를 사용하면 가능하다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 공간 속성, 예를 들어 표면(506)의 토포그래피 및/또는 유전체(504)의 두께는 CMP 이전 및/또는 CMP 동안에 구조체로부터 저결맞음 간섭 신호를 취득함으로써 모니터링된다. 공간적 속성에 기초해서, 연마 조건은 바람직한 평면 표면(506')을 달성하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 패드 압력, 패드 압력 분포, 연마제 특징, 용제 조성 및 흐름, 및 다른 조건은 공간적 고성에 기초하여 정해질 수 있다. 일정 기간의 연마 이후에, 공간적 속성은 다시 정해질 수 있으며, 연마 조건이 필요에 따라 변경된다. 토포그래피 및/또는 두께는 표면(504')이 달성되는 엔드 포인트(end-point)를 나타낸다. 따라서, 저결맞음 간섭 신호는 대상체의 상이한 영역을 연마하는 동안 생기는 디프레션(depression)을 피하기 위해 사용될 수 있다. 저결맞음 간섭 방법 및 시스템은 이러한 관점에서 유리한데, 장치의 공간적 속성, 예를 들어, 구리 요소(502)의 위와 기판 표면(510)의 위와 인접한 구리 요소(502) 위의 유전체의 표면의 상대적 높이가 다수의 계면의 존재에서도 정해질 수 있다.
포토리소그래피
많은 마이크로전자 응용에서, 포토리소그래피는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 하부의 포토레지스트 층을 패턴화하는 데에 사용된다. 도 15a 및 도 15b를 참조하면, 대상체(30)는 기판, 예를 들어 웨이퍼(32)를 포함하고, 상부 층, 예를 들어 포토레지스트 층(34)을 포함한다. 대상체(30)는 상이한 굴절률을 가진 물질들 사이에서 생기는 것과 같은 다수의 계면을 포함한다. 예를 들어, 대상체 주위의 계면(38)은 포토레지스트 층(34)의 외부 표면(39)이 주위의 물체(30), 예를 들어, 액체, 공기, 다른 기체나 진공과 접하는 곳에 형성된다. 기판층 계면(36)은 웨이퍼(32)의 표면(35)과 포토레지스트 층(34)의 바닥면(37) 사이에 형성된다. 웨이퍼의 표면(35)은 다수의 패턴화된 배선부(feature)(29)를 포함할 수 있다. 이들 배선부의 일부는 기판의 인접한 부분과 동일한 높이와 상이한 굴절률을 갖는다. 다른 배선부는 기판의 인접한 부분에 상대적으로 상방 또는 하방으로 연장될 수 있다. 따라서, 계면(36)은 포토레지스터의 외부 표면의 하부에 있는 복잡하고 가변의 토포그래피를 나타낼 수 있다.
포토리소그래피 장치는 대상체에 패턴을 결상한다. 예를 들어, 패턴은 전자 회로(회로의 네거티브)의 요소에 대응할 수 있다. 결상 후에, 포토레지스트 부분을 제거해서, 제거한 포토레지스터 아래의 기판을 노출시킨다. 노출된 기판은 에칭을 행하고, 증착 재료로 피복하거나 다른 방식으로 변경할 수 있다. 남은 포토레지스트는 기판의 다른 부분을 이러한 변경으로부터 보호한다.
제조 효율을 높이기 위해, 단일의 웨이퍼로부터 하나 이상의 장치를 준비할 수 있다. 이 장치는 동일할 수도 상이할 수도 있다. 각각의 장치는, 웨이퍼의 서브세트가 패턴으로 결상되어야 한다. 일부의 경우에, 패턴은 상이한 서브세트에 순차적으로 결상된다. 순차적인 결상은 몇 가지 이유에 의해 행해질 수 있다. 광학적 수차(optical aberration)는 웨이퍼의 더 넓은 영역의 적절한 패턴 초점 품질을 달성하는 것은 방해할 수 있다. 이러한 광학적 수차가 존재하는 경우에도, 웨이퍼와 포토레지스터의 공간적 속성은 웨이퍼의 넓은 영역에 적절한 패턴 초점을 달성하는 것을 방해할 수 있다. 웨이퍼/포토레지스트의 공간적 속성과 초점 품질 간의 관계의 관점에 대하여 나중에 설명한다.
도 15b를 참조하면, 대상체(30)는 N개의 서브세트(40i)를 포함하는 것으로 도시되어 있는데, 각각은 대상체가 결상되는 전체 영역(41)보다 작다. 각각의 서브세트(40i) 내에서, 공간적 속성 편차, 예를 들어, 웨이퍼 또는 포토레지스터의 높이 및 경사 편차는 전체 영역(41)에서 취한 경우보다 더 작은 것이 일반적이다. 그럼에도, 상이한 서브세트(40i)를 갖는 웨이퍼 또는 포토레지스트는 통상적으로 상이한 높이와 경사를 갖는다. 예를 들어, 층(34)은 표면(39)의 높이와 경사를 변경하는 두께 Δt1 및 Δt2를 나타낸다. 따라서, 대상체의 각각의 서브세트트는 포토리소그래피 결상 장치(photolithography imager)와 상이한 공간적 관계를 가질 수 있다. 초점의 품질은 공간적 관계, 예를 들어 대상체와 포토리소그래피 결상 장치 사이의 거리에 관련된다. 상이한 서브세트의 대상체의 적절한 초점을 맞추는 것은, 대상체와 결상 장치의 상대적인 위치설정을 필요로 할 것이다. 대상체 높이와 경사의 편차 때문에, 적절한 서브세트 초점은 대상체의 측면(43)과 같은 결상된 서브세트의 원격에 위치한 대상체의 일부에 대한 대상체의 위치와 배향을 정하는 것만으로는 달성할 수 없다.
적절한 초범은 결상될(또는 다른 방식으로 처리될) 대상체의 서브세트 내의 대상체의 공간적 속성을 정함으로써 달성될 수 있다. 서브세트의 위치가 결정되었으면, 대상체(및/또는 포토리소그래피 결상 장치의 위치)는, 포토리소그래피 결상 장치의 일부 등의 기준에 대한 서브세트의 위치를 변경하기 위해, 변환, 회전 및/또는 기울어짐과 같은 이동이 될 수 있다. 판정 및 이동(필요한 경우)은 결상될 각각의 서브세트에 대해 반복될 수 있다.
서브세트의 공간적 속성의 판정은 대상체의 얇은 층의 외부 표면의 하나 이상의 포인트, 즉 결상될 대상체의 서브세트 내에 위치하는 하나 이상의 포인트의 위치 및/또는 높이를 판정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 서브세트(402)의 외부 표면의 위치 및 배향(도 15a 참조)은, 서브세트 내의 포인트(421-423)의 위치에 기초해서 정해질 수 있다. 결상될 공간적 속성의 판정은, 서브세트를 광으로 조명하기 위해 간섭계를 이용하는 단계와, 조명된 서브세트로부터 반사된 광을 포함하는 간섭 신호를 검출하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 다수의 서브세트는 광으로 동시에 결상되어, 다수의 간섭 신호를 취득할 수 있다. 각각의 간섭 신호는 서브세트의 하나 이상의 공간적 속성을 나타낸다. 따라서, 간섭 신호는 다수의 서브세트에 대한 대상체의 토포그래피를 나타내는 이미지를 제공하는 데에 사용될 수 있다. 서브세트의 포토리소그래피 동안, 웨이퍼는 다수의 간섭 신호로부터 판정되는 것과 같이 개별의 서브세트의 토포그래피에 기초해서 위치결정된다. 따라서, 각각의 서브세트는 포토리소그래피 장치에 대하여 최적의 초점으로 위치 설정될 수 있다.
결상될 대상체의 각각의 서브세트로부터 간섭 신호를 검출하는 것은, 검출된 광의 적어도 결맞음 길이만큼 큰 OPD 범위에서의 기준 광 및 서브세트로부터 반사된 광을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광은 적어도 결맞음 길이에 대해 검출될 수 있다. 일부 실시예에서, 간섭계는 외부 표면(39) 또는 내부 표면(36)으로부터 반사되는 광에 의해, 조명된 서브세트로부터 반사된 광이 지배적으로 되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 대상체의 공간적 속성은 간섭 신호의 일부에 의해서만 기초해서 정해진다. 예를 들어, 간섭 신호가 둘 이상의 오버랩 간섭 패턴을 포함한다면, 대상체의 공간적 속성은 대상체의 단일의 계면으로부터의 기여에 의해 지배되는 간섭 패턴 중 하나의 일부에 기초해서 정해질 수 있다.
솔더 범프 프로세싱
도 16a 및 도 16b를 참조하면, 구조체(1050)는 솔더 범프 공정 동안 만들어지는 구조체의 예를 나타낸다. 구조체(1050)는 기판(1051), 솔더에 의해 습식되지 않는 영역(1002), 및 솔더에 의해 습식되는 영역(1003)을 포함한다. 영역(1002)은 외부 표면(1007)을 포함한다. 영역(1003)은 외부 표면(1009)을 포함한다. 따라서, 계면(1005)은 영역(1002)과 기판(1051) 사이에 형성된다.
공정 중에, 솔더(1004)는 습식가능한 영역(1003)에 접하도록 위치된다. 솔더를 플로우(flowing) 처리하면, 솔더는 습식가능한 영역(1003)과 밀접하게 접하도록 형성된다. 인접하는 습식되지 않는 영역(1002)은 플로우 처리된 솔더가 구조체에 대하여 침범하지 않도록 하는 댐(dam)과 같은 역할을 한다. 상대적으로 높이를 갖는 표면(1007, 1009)을 포함하는 구조체의 공간적 속성과 표면(1002)에 대한 솔더(1004)의 크기는 알고 있는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 언급한 것에 의해 판정될 수 있는 바와 같이, 구조체(1050)는 간섭 패턴이 될 수 있는 다수의 계면을 포함한다. 계면 패턴들 사이의 중첩 부분은 주지의(known) 간섭 기술을 사용해서 공간적 특성의 정확한 확정을 방해한다. 본 발명의 시스템 및 방법을 적용하면, 공간적 특성을 판정하는 것이 가능하다.
구조체(1050)로부터 판정된 공간적 속성은, 층(1002, 1003)에 대한 증착 시간 및 영역(1003)에 사용되는 솔더(1004)의 양과 같은 제조 조건을 변경하는 데에 사용될 수 있다. 이에 추가로, 솔더를 플로우하기 위해 사용되는 가열 조건도, 공간적 특성에 기초해서 변경함으로써, 적절한 플로우를 달성하고 솔더의 침범을 방지할 수 있다.
평판 디스플레이(flat panel displays)
본 발명의 간섭계 시스템 및 방법은 액정 디스플레이(LCD)와 같은 평판 디스플레이의 제조에 사용될 수 있다.
일반적으로, 다양한 여러 종류의 LCD가, LCD 텔레비전, 데스크탑 컴퓨터 모니터, 노트북 컴퓨터, 셀폰, 자동차 GPS 네비게이션 시스템, 자동차 및 항공기 엔터테인먼트 시스템과 같은 많은 여러 가지 애플리케이션에 사용되고 있다. LCD의 구체적인 구성은 다양하지만, 많은 종류의 LCD는 유사한 패널 구조를 사용한다. 도 17a를 참조하면, 예를 들어 일부 실시예에서, LCD 패널(450)은 에지 밀봉제(edge seal: 454)로 연결된 2개의 유리판(452, 453)을 포함하는 여러 개의 층으로 이루어져 있다. 유리판(452, 453)은 갭(464)에 의해 분리되어 있으며, 갭은 액정 물질로 채워져 있다. 유리판(453, 452)의 외측 표면에 편광판(polarizer: 456, 474)을 도포한다. LCD로 통합하면, 편광판 중의 하나를 동작시켜서 디스플레이의 광원으로부터의 광(예를 들어, 백라이트; 도시하고 있지 않음)을 편광시키고, 다른 편광판은 분광기(analyzer)로서 작용하여, 편광판의 투과 축에 평행하게 편광된 광의 성분만을 투과시킨다.
어레이 형태로 배치된 컬러 필터(476)가 유리판(453) 상에 형성되고, 패턴화된 전극층(458)이 컬러 필터(476) 상에 형성되고, 전극층은 투명 도체, 일반적으로는 인듐 주석 산화물(ITO)로 이루어진다. 하드 코팅층이라고도 불리는 패시베이션 층(passivation layer)(460)은, 일반적으로 SiOx로 이루어지며, 전극층(458) 위에 피복되어 표면을 전기적으로 절연시킨다. 패시베이션 층(460) 위에 배향막(alignment layer: 462)(예를 들어, 폴리이미드 층)을 형성해서, 갭(464) 내의 액정 물질을 배향시킨다.
패널(450)은 유리판(452) 상에 형성된 제2 전극층(472)을 포함한다. 전극층(472) 상에 다른 하드 코팅층(470)이 형성되고, 하드 코팅층(470) 상에 다른 배향막(468)이 형성된다. 능동형 매트릭스 LCD(AM LCD)에서, 전극층 중의 하나는 일반적으로 어레이 형태로 배치된 박막 트랜지스터(TFT)(예를 들어, 각각의 서브픽셀에 대해 하나 이상) 또는 다른 집적회로 구조를 포함한다.
액정 물질은 복굴절 재료이며, LCD 패널을 통해 전파하는 광의 편광 방향을 변경한다. 액정 물질은 유전 이방성(dielectric anisotropy)을 가지기 때문에, 갭(464)에 인가된 전기장에 민감하게 된다. 따라서, 액정 분자는 전기장이 인가될 때에 배향을 변경함으로써, 패널의 광학적 특성을 변경시킨다. 액정 물질의 유전 이방성과 복굴절을 이용하면, 패널에 의해 투과되는 광량을 제어할 수 있다.
셀 갭(cell gap) Δg, 즉 액정 물질의 두께는 2개의 유리판(452, 453)을 일정한 거리만큼 이격시키는 스페이서(466)에 의해 정해진다. 일반적으로, 스페이서는 천공된 원통형 또는 구형의 입자 형태를 가질 수 있으며, 그 직경은 패턴화 기술(예를 들어, 종래의 포토리소그래피 기술)을 사용해서 기판상에 형성될 수 있거나 원하는 셀 갭과 동일한 직경을 가질 수 있다. 셀 갭은 패널을 통과하는 광의 광 지연(optical retardation)량과 액정 물질의 분자 정렬의 점탄성 응답에 영향을 미치기 때문에, LCD 패널의 제조를 정확하게 제어하기 위한 중요한 파라미터가 된다.
일반적으로, LCD 패널 제조 공정에는, 다양한 층을 형성하는 다수의 공정 단계를 포함한다. 예를 들어, 도 17b를 참조하면, 공정(499)은, 각각의 유리판 상에 다양한 층을 병렬로 형성하는 단계와, 셀을 형성하기 위해 판을 접착하는 단계를 포함한다. 도시한 바와 같이, 처음에, 제1 유리판 상에 TFT 전극을 형성한다(단계 499A1). TFT 전극 위에 패시베이션 층을 형성하고(단계 499A2), 패시베이션 층 위에 배향막을 형성한다(499A3). 다음으로, 배향막 상에 스페이서를 증착한다(단계 499A4). 제2 유리판의 공정에는 일반적으로 컬러 필터를 형성하는 단계(단계 499B1)와, 컬러 필터 위에 패시베이션 층을 형성하는 단계(단계 499C1)를 포함한다. 그 다음으로, 패시베이션 층 상에 전극(예를 들어, 공통 전극)을 형성하고(단계 499B3), 전극 상에 배향막을 형성한다(단계 499B4).
제1 및 제2 유리판을 서로 접착해서 셀을 형성하고(단계 499C1), 셀을 액정 물질로 채운 다음 밀봉한다(단계 499C2). 밀봉 후에, 유리판의 각각의 외측 표면에 편광판을 도포해서(단계 499C3), LCD 패널을 완성한다. 플로차트에 나타낸 단계들의 조합과 순서는 예시에 불과하며, 일반적으로 다른 조합이나 상대적인 순서화가 가능하다.
또한, 도 17b의 플로차트에 나타낸 각각의 단계는 다수의 공정 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 유리판 상에 TFT 전극(일반적으로, "픽셀 전극"이라고 함)을 형성하는 과정에는 많은 여러 공정 단계가 포함될 수 있다. 마찬가지로, 제2 유리판 상에 컬러 필터를 형성하는 과정에는 많은 공정 단계가 포함될 수 있다. 통상적으로, 픽셀 전극을 형성하는 과정에는, 예를 들어 TFT, ITO 전극, 및 TFT에 대한 다양한 버스 라인을 형성하기 위한 다수의 공정 단계가 포함될 수 있다. 사실상, TFT 전극층을 형성하는 공정은, 실질적으로 대규모 집적회로를 형성하는 공정이며, 종래의 집적회로 제조에 사용된 것과 같은 많은 증착 및 포토리소그래픽 패터닝 공정 단계를 포함한다. 예를 들어, TFT 전극층의 많은 부분을, 재료층(예를 들어, 반도체, 도체, 또는 유전체)을 증착하고, 재료층 위에 포토레지스트 층을 형성하며, 포토레지스트를 패턴화 방사선에 노출시킴으로써 구성될 수 있다. 포토레지스트 층을 성장시키면, 패턴화된 포토레지스트 층이 된다. 다음으로, 패턴화된 포토레지스트 층의 아래에 위치하는 재료층의 일부를 에칭 공정으로 제거하고, 포토레지스트의 패턴을 재료층에 전사한다. 마지막으로, 남은 포토레지스트를 기판으로부터 벗겨내고, 패턴화된 재료층을 남긴다. 이들 공정 단계는 TFT 전극층의 여러 컴포넌트를 배치하기 위해 여러 번 반복할 수 있으며, 유사한 증착 및 패터닝 단계를 사용해서 컬러 필터를 형성할 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 간섭계 기술은 LCD 패널을 생성하기 위한 여러 단계에서 LCD 패널의 생산을 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 간섭계 기술은 LCD 패널을 생산하는 동안 사용된 포토레지스트 층의 균일성 및/또는 두께를 모니터링하는 데에 사용될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 포토레지스트 층은 TFT 컴포넌트과 컬러 필터의 리소그래피 패턴화에 사용된다. 소정의 공정 단계의 경우, 포토레지스트에 패턴화 방사선을 노광시키기 전에 저결맞음 간섭계 시스템을 사용해서 포토레지스트 층을 연구할 수 있다. 저결맞음 간섭계 시스템은 유리판의 하나 이상의 위치에서 포토레지스트 층의 두께 프로파일을 측정할 수 있다. 이와 달리 또는 이에 추가로, 본 기술은 포토레지스트 층의 표면 프로파일을 판정하는 데에 사용될 수 있다. 어느 경우에서나, 측정된 포토레지스트 층의 특징은 구체적인 허용 오차 범위(tolerance window)에 속하게 되며, 포토레지스트 층은 바람직한 패턴화 방사선에 노출될 수 있다. 포토레지스트 층이 구체적인 허용 오차 범위 내에 포함되지 않는다면, 유리판으로부터 벗겨내서 새로운 포토레지스트 층을 증착한다.
일부 실시예에서, 간섭계 기술은 패턴화된 포토레지스트 층의 특징을 모니터링하는 데에 사용된다. 예를 들어, 패턴화 형상의 임계 치수(예를 들어, 라인 폭)가 연구될 수 있다. 이와 달리 또는 이에 추가로, 간섭 기술은 패턴화된 레지스트의 배선부와 포토레지스트 층 아래의 배선부 사이의 중첩 오차(overlay error)를 판정하는 데에 사용될 수 있다. 다시, 측정된 임계 치수 및/또는 중첩 오차가 공정 범위를 벗어나면, 패턴화된 포토레지스트를 기판으로부터 벗겨낼 수 있으며, 새로운 패턴화 포토레지스트 층을 형성한다.
소정의 실시예에서, 간섭 기술은 하프톤(half-tone) 포토리소그래프와 관련해서 사용될 수 있다. 하프톤 리소그래피는, 패턴화 레지스트 층의 배선부에서의 특정의 두께 편차가 요구되는 경우에 사용된다. 본 발명의 저결맞음 간섭계 기술은 하프톤 영역에서 포토레지스트 패턴의 두께 프로파일을 모니터링하는 데에 사용될 수 있다. 또한, 본 기술은 이들 배선부의 중첩 및 임계 치수를 정하는 데에도 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 간섭 기술은 생산 공정의 여러 단계서 유리판에 관한 여러 단계에서 오염 물질(예를 들어, 외부 입자)을 검출하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 오염 물질은 디스플레이 패널에 가시적인 결함[예를 들어, 무라(mura) 결함]을 생기게 해서, 결국에는 제조 수율에 영향을 미칠 수 있다. 종종, 이러한 결함은 패널을 조립한 후에 수행되는 시각적인 검사에 의해서만 검출될 수 있다. 본 발명의 간섭 기술은 생산 공정 중의 여러 포인트에서 유리판의 자동화 검사를 수행하는 데에 사용될 수 있다. 입자를 검출했으면, 유리판의 오염된 표면을 세정한 후에 다음 단계로 진행한다. 따라서, 본 기술을 사용하면, 패널에 무라 결함이 생기는 것을 감소시킬 수 있으며, 패널의 품질을 향상시키고, 제조 비용을 절감할 수 있다.
다른 요인들 중에서, 전기 광학적 특성(예를 들어, 콘트라스트 비율 및 밝기)는 셀 갭 Δg에 의존한다. 제조 과정 중의 셀 갭의 제어는 균일한 품질의 디스플레이를 얻기 위해 중요한 것일 수 있다. 소정의 실시예에서, 본 발명의 간섭 기술은 셀 갭이 바람직한 균일성을 갖도록 하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 기술은 유리판 상의 스페이서의 높이 및/또는 위치를 모니터링하는 데에 사용될 수 있다. 스페이서의 높이를 모니터링하고 제어함으로써, 디스플레이에서의 셀 갭의 편차를 감소시킬 수 있다.
일부의 경우에, 실제의 셀 갭은 스페이서의 치수와 다를 수 있는데, 조립하는 동안, 액정 물질을 도입하기 위해 압력 또는 진공이 가해질 수 있기 때문이다. 에지 밀봉제를 경화하고, 치수를 변경할 수 있으며, 액정 물질을 추가해서 유리판 사이의 모세관 힘을 생성할 수 있다. 액정 물질을 추가하기 전과 추가한 후에, 유리판 상의 노출된 층의 표 면은 광을 반사함으로써, 셀 갭 Δg을 나타내는 간섭 패턴을 만든다. 간섭 신호의 저결맞음 특성은 그 자체로 또는 본 발명의 간섭 신호 처리 기술과 조합하여, 셀의 다른 층에 의해 형성된 계면이 존재하는 경우에도, 제조 과정 중에 셀 갭 Δg을 포함하는 셀의 특성을 모니터링하는 데에 사용될 수 있다.
방법의 예에는 액정 물질을 추가하기 전에 셀 갭 Δg을 나타내는 간섭 패턴을 포함하는 저결맞음 간섭 신호를 취득하는 과정이 포함될 수 있다. 셀 갭(또는 셀의 다른 공간적 특성)은, 간섭 패턴으로부터 판정될 수 있으며, 구체적인 값과 비교될 수 있다. 구체적인 값과 판정된 셀 갭 사이의 차이가 허용 범위를 초과하는 경우에, 셀 갭 Δg을 변경하기 위해 제조 조건, 예를 들어 유리판에 가해지는 압력이나 진공을 변화시킬 수 있다. 이러한 공정은, 원하는 셀 갭을 얻을 때까지 반복해서 행할 수 있다. 액정 물질을 셀에 도입한다. 추가할 액정 물질의 양은 셀의 측정된 공간적 특성으로부퍼 정해질 수 있다. 이에 의하면, 넘침이나 부족함을 피할 수 있다. 충전(filling) 공정은 유리판 상의 노출된 층의 표면으로부터 간섭 신호를 관측함으로써 모니터링이 가능하다. 셀을 채웠으면, 셀 갭 Δg(또는 다른 공간적 특성)을 모니터링하기 위한 추가의 저결맞음 간섭 패턴을 얻을 수 있다. 제조 조건을 변경해서, 셀 갭을 유지하거나 허용 범위 내에 포함되도록 할 수 있다.
소정의 LCD에서, 배향막은 원하는 배향 특징을 액정 물질에 제공하는 돌출 구조를 포함한다. 예를 들어, 일부 LCD는 돌출 구조가 상이한 배향 영역을 제공하는 디스플레이의 각각의 픽셀에 대한 하나 이상의 배향 영역을 갖는다. 저결맞음 간섭은, LCD 패널의 하부 배선부에 대하여 형상, 라인 폭, 높이 및/또는 중첩 오차와 같은, 돌출부의 다양한 특성을 측정하는 데에 사용될 수 있다. 돌출부가 만족스럽지 못하다면, 필요에 따라, 수선이나 제거해서 재설치할 수 있다.
일반적으로, 저결맞음 간섭계 시스템은 필요에 따라 LCD 패널 생산의 다양한 단계를 모니터링하도록 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 간섭계 시스템을 포함하는 검사 스테이션(inspection station)은 제조 라인 자체에 설치될 수 있다. 예를 들어, 모니터링 스테이션은, 포토리소그래피 단계가 수행되는 세정 제조 환경에 설치될 수 있다. 유리판을 검사 스테이션과 주고 받는 것은 모두 자동으로 행해질 수 있으며, 로보트에 의해 행해질 수 있다. 이와 달리 또는 이에 추가로, 검사 스테이션은 제조 라인으로부터 제거해서 설정될 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이의 샘플링만을 검사하는 경우에, 샘플을 제조 라인으로부터 검색해서 오프라인으로 검사할 수 있다.
도 17c를 참조하면, 검사 스테이션(4000)은 간섭 센서(4010)(예를 들어, 앞서 언급한 것과 같은 간섭 현미경)가 설치되는 갠트리(gantry: 4020)를 포함하는 테이블(4030)을 포함한다. 테이블(4030)(진동 격리 베어링을 포함할 수 있음)은 LCD 패널(4001)(또는 유리판)을 지지하며, 센서(4010)에 대해 패널(4010)을 위치 설정한다. 센서(4010)는 레일(rail)을 통해 갠트리(4020)에 장착되는데, 레일에 의해 센서는 화살표(4012) 방향으로 앞뒤로 이동될 수 있다. 갠트리(4020)는 레일 상의 테이블(4030) 상에 장착되며, 화살표(4014) 방향으로 앞뒤로 이동이 가능하다. 이에 의해, 검사 스테이션(4000)은 디스플레이 패널(4001) 상의 임의의 위치를 검사하도록 센서(4010)를 이동시킬 수 있다.
스테이션(4000)은 제어용 전자장치(4050)를 포함할 수 있으며, 이 제어용 전자장치는 센서(4010)를 위한 위치설정 시스템을 제어하고, 패널(4001)에 관한 정보를 포함하는 신호를 센서(4010)로부터 취득한다. 이에 의하면, 제어용 전자장치(4050)는 취득한 데이터로 센서의 위치설정을 조정할 수 있다.
레이저 스크라이빙 및 커팅
상이하지만 동시에 제조되는 구조체, 예를 들어 마이크로전자 구조체를 분리시키기 위해 레이저를 사용해서 대상체를 스크라이브(scribe)할 수 있다. 분리의 품질은 스크라이빙 조건, 예를 들어 레이저 초점 사이즈, 레이저 파워, 대상체의 변형 비율, 및 스크라이브 깊이에 관련된다. 구조체의 배선부의 밀도는 클 수 있기 때문에, 스크라이브 라인은 구조체의 인접한 박막 또는 층이 될 수 있다. 박막이나 층과 연관된 계면은 간섭계가 스크라이브 깊이를 판정하기 위해 사용될 때에 나타나는 간섭 패턴을 생성할 수 있다. 본 발명의 방법 및 시스템은 이러한 인접한 막이나 층이 존재하는 경우에도, 스크라이브 깊이를 판정하기 위해 사용될 수 있다.
본 방법은 하나 이상의 전자 구조체를 스크라이브하고, 이 스크라이브 라인을 따라 구조체를 분리시키는 과정을 포함할 수 있다. 분리를 행하기 전 및/또는 분리를 행한 후에, 저결맞음 간섭 신호를 사용해서 스크라이브 깊이를 판정할 수 있다. 다른 스크라이빙 조건, 예를 들어 레이저 스폿 사이즈, 레이저 파워, 변형 비율 등이 알려져 있다. 스크라이브 깊이는 간섭 신호로부터 판정될 수 있다. 스크라이브 깊이를 포함하는 스크라이빙 조건의 함수로서의 분리의 품질은 분리된 구조를 평가함으로써 판정될 수 있다. 이러한 판정에 기초해서, 원하는 분리 품질을 얻기 위해 필요한 스크라이빙 조건을 판정할 수 있다. 제조 과정 중에, 저결맞음 간섭 신호는 공정을 모니터링하기 위해 스크라이빙된 영역으로부터 취득될 수 있다. 스크라이빙 조건은 허용 범위 내에서 스크라이브 특성을 유지하기 위해 변경이 가능하다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명하였으며, 다른 실시예는 청구범위에 있다.

Claims (61)

  1. 검사 대상체(test object)의 위치에서 취득한 주사 간섭계 신호(scanning interferometry signal)를, 상기 검사 대상체를 모델링하기 위한 상이한 모델 파라미터(model parameter)에 대응하는 다수의 모델 신호(model signal)의 각각에 비교하는 비교 단계로서, 상기 모델 신호의 각각에 대하여, 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 표면 높이 오프셋(surface-height offset)을 식별하기 위해 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 상관 함수(correlation function)를 계산하고, 공통의 표면 높이에 대해 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 유사성(similarity)을 나타내는 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계를 포함하는 비교 단계; 및
    상이한 모델 신호에 대한 각각의 가치 값에 기초하여, 상기 검사 대상체의 위치에서의 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    계산된 상기 상관 함수는 상기 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현(frequency domain representation)과 상기 모델 신호의 주파수 영역 표현에 기초하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상관 함수를 계산하는 단계는, 상기 주사 간섭계 신호 및 상기 모델 신호의 주파수 영역 표현의 곱(product)을 주사 좌표 영역으로 역변환(inverse transform)하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    식별된 상기 표면 높이 오프셋은 계산된 상기 상관 함수에서의 피크(peak)에 대응하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 피크는 주사 위치 사이에서 상기 상관 함수를 보간(interpolate) 처리함으로써 판정되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표면 높이 오프셋을 식별하는 단계는 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 위상 차(phase difference)를 판정하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위상 차를 판정하는 단계는 상기 상관 함수를 위치시키는 피크에서 상기 상관 함수의 복소 위상(complex phase)을 판정하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는, 상기 간섭계 신호의 주파수 영역 표현 또는 상기 모델 신호의 주파수 영역 표현을, 식별된 표면 높이 오프셋에 대응하는 기울기(slope)를 가진 선형 위상 항(linear phase term)으로 보상(compensate)하는 보상 단계와, 상기 위상 보상에 이어서, 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 유사성을 정량화(quantify)하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 위상 보상은 상기 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현에 적용되어, 상기 모델 신호를 모델링하는 데에 사용되는 것과 공통인 표면 높이에 대응하는 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현을 생성하는 것인, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 위상 보상에 이은 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 유사성의 정량화는, 주파수 영역에서 수행되는 것인, 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 간섭계 신호의 주파수 영역 표현의 위상 보상은, 스펙트럼 성분을 선형 위상 인자 exp(-iKξoffset)로 승산(multiply)하는 단계를 포함하며, 상기 K는 간섭무늬 주파수 성분이며, 상기 ξoffset는 상기 식별된 표면 높이 오프셋인, 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 간섭계 신호의 주파수 영역 표현의 위상 보상 단계는 스펙트럼 성분을 위상 인자 exp(-iApeak)로 승산(multiply)하는 단계를 포함하며, 상기 Apeak는 계산된 상관 함수의 피크에서의 상관 함수의 복소 위상인, 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 간섭계 신호의 주파수 영역 표현의 위상 보상 단계는 스펙트럼 내의 위상 변화의 선형 부분을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 위상 보상 단계는 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 표면 높이 오프셋으로부터 생기는 상기 간섭계 스펙트럼과 상기 모델 스펙트럼 사이의 위상 차를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는 상기 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현과 상기 모델 신호의 주파수 영역 표현에 기초하는, 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는 주파수 영역에서의 관심 영역으로 제한되는 것인, 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는 상기 위상 보상된 간섭계 스펙트럼과 모델 스펙트럼 사이의 최소 제곱 차(least-square difference)에 기초하는, 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는 피크 위치에서의 상관 함수의 복소 위상에 기초하는, 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는 피크 위치에서의 상관 함수의 피크 값(peak value)에 기초하는, 방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는 상기 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현 또는 상기 모델 신호의 주파수 영역 표현을 정규화(normalize)하는 단계에 기초하는, 방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 모델 신호에 대응하는 모델 파라미터는 박막 두께 및 박막 굴절률 중의 하나 이상을 포함하는, 방법.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 모델 신호에 대응하는 모델 파라미터는 분해되지 않는(under-resolved) 표면 특성에 관련된 하나 이상의 파라미터를 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 분해되지 않는 표면 특성은 회절 격자(diffractive grating)를 형성하는 어레이 형상(array feature)인 것인, 방법.
  24. 제1항에 있어서,
    검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계는 상기 각각의 가치 값에 기초하여 하나 이상의 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계를 포함하는, 방법.
  25. 제1항에 있어서,
    판정된 상기 검사 대상체 파라미터는 표면 높이, 박막 두께, 및 박막 굴절률 중의 하나 이상에 대응하는, 방법.
  26. 제1항에 있어서,
    판정된 상기 검사 대상체 파라미터는 상기 모델 신호에 대한 모델 파라미터 중의 하나에 대응하는, 방법.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계는, 상기 높이 오프셋 보상된 가치 값을 비교하는 것에 기초해서 매칭 모델 신호를 식별(identify)하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계는 상기 매칭 모델 신호에 기초하는, 방법.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계는 피크에서의 상관 함수의 복소 위상에 기초한 보정(corrections)을 포함하는, 방법.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 검사 대상체 파라미터를 출력(output)하는 단계를 더 포함하는 방법.
  31. 제1항에 있어서,
    상기 주사 간섭계 신호를 다수의 모델 신호의 각각에 비교하는 단계와 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계는 상기 검사 대상체의 상이한 표면 위치에 대응하는 다수의 주사 간섭계 신호의 각각에 대해 반복되는 것인, 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 다수의 표면 위치에 대한 상기 주사 간섭계 신호를 취득하는 단계를 더 포함하는 방법.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 다수의 표면 위치에 대한 주사 간섭계 신호는 상기 다수의 위치를 이미지 검출기(imaging detector) 상에 결상하는 주사 간섭계를 사용해서 취득되는, 방법.
  34. 제1항에 있어서,
    상기 간섭계 신호는 간섭 신호와 간섭하도록 상기 검사 대상체로부터 방출되는 검사 광을 검출기 상에 결상하고, 검사 광과 기준 광의 간섭 부분들 사이에서 공통의 광원으로부터 검출기까지의 광로차(optical path length difference)를 변화시킴으로써 취득되며, 상기 검사 광 및 기준 광은 상기 공통의 광원으로부터 유도되고, 상기 간섭계 신호는 상기 광로차가 변함에 따라 상기 검출기에 의해 측정된 간섭 세기(interference intensity)에 대응하는, 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 검사 광 및 기준 광은 상기 검사 및 기준 광에 대한 중심 주파수의 5%를 넘는 스펙트럼 대역폭을 갖는, 방법.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 공통의 광원은 스펙트럼 결맞음 길이를 가지며, 상기 광로차는 상기 스펙트럼 결맞음 길이보다 큰 범위에서 변화함으로써 상기 주사 간섭계 신호를 생성하는, 방법.
  37. 제34항에 있어서,
    검사 광을 상기 검사 대상체로 향하게 하고 상기 검출기에 결상시키는 데에 사용되는 광학 기기는 0.8을 넘는 검사 광에 대한 개구수(numerical aperture)를 규정하는, 방법.
  38. 제1항에 있어서,
    상기 주사 간섭계 신호를 취득하기 위해 사용되는 주사 간섭계 시스템으로부터 생기는 주사 간섭계 신호에 시스템적인 기여(systematic contributions)를 차지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    주지된 속성을 갖는 검사 대상체를 사용하여 주사 간섭계 시스템의 시스템적인 기여를 교정(calibrate)하는 단계를 더 포함하는 방법.
  40. 대상체의 표면 위치로부터 주사 간섭계 신호(scanning interferometry signal)를 취득하도록 구성된 광학 시스템; 및
    코드(code)를 갖는 프로세서
    를 포함하며,
    상기 코드는, (i) 상기 검사 대상체를 모델링하기 위한 상이한 여러 모델 파라미터에 대응하는 다수의 모델 신호를 수신하도록 하고, 주사 간섭계 신호를 다수의 모델 신호의 각각에 비교하도록 하는데, 이러한 비교에는, 상기 모델 신호의 각각에 대하여, 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 표면 높이 오프셋(surface-height offset)을 식별하기 위해 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 상관 함수(correlation function)를 계산하고, 근사치인 공통의 표면 높이에 대해 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 유사성(similarity)을 나타내는 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 과정이 포함되고, (ii) 상이한 모델 신호에 대한 각각의 가치 값에 기초하여, 상기 검사 대상체의 위치에서의 검사 대상체 파라미터를 판정하도록 되어 있는, 간섭계(interferometer).
  41. 제40항에 있어서,
    상기 코드는 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 상기 상관 함수를 변환된 신호에 기초해서 계산하도록 구성된, 간섭계.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 코드는, 상기 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현 또는 상기 모델 신호의 주파수 영역 표현을, 식별된 표면 높이 오프셋에 대응하는 경사를 가진 선형 위상 항으로 보상하며, 상기 위상 보상에 이어 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 유사성을 정량화하도록 구성된, 간섭계.
  43. 제40항에 있어서,
    상기 프로세서는 모델 파라미터에 기초해서 상기 모델 신호 중의 하나를 생성하도록 구성된 코드를 더 포함하는, 간섭계.
  44. 제40항에 있어서,
    상기 코드는 상기 검사 대상체의 표면과 연관된 검사 대상체 파라미터 맵을 판정하도록 구성된, 간섭계.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 검사 대상체 파라미터 맵은 높이 파라미터에 기초하는, 간섭계.
  46. 제44항에 있어서,
    상기 검사 대상체 파라미터 맵은 박막 파라미터에 기초하는, 간섭계.
  47. 제44항에 있어서,
    상기 검사 대상체 파라미터 맵은 분해되지 않는 표면 특성 파라미터에 기초하는, 간섭계.
  48. 제40항에 있어서,
    상기 프로세서는 판정된 검사 대상체 파라미터에 관한 정보를 출력하도록 구성된, 간섭계.
  49. 제40항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 대상체의 다수의 표면 위치의 각각으로부터 간섭계 신호를 취득하도록 구성된 다중 요소 검출기를 포함하며, 상기 프로세서는 취득한 간섭계 신호에 기초해서 다수의 표면 위치의 각각에서의 검사 대상체 파라미터에 관한 정보를 판정하도록 구성된, 간섭계.
  50. 검사 대상체(test object)의 다수의 위치에서 각각 취득한 주사 간섭계 신호(scanning interferometry signal)를, 상기 검사 대상체를 모델링하기 위한 상이한 모델 파라미터(model parameter)에 대응하는 다수의 모델 신호(model signal)의 각각에 비교하는 비교 단계로서, 상기 검사 대상체의 위치와 상기 모델 신호의 각각에 대하여, 상기 비교 단계는, 상기 주사 간섭계 신호의 주파수 영역 표현과 상기 모델 신호의 주파수 영역 표현에 기초하여 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 상관 함수(correlation function)를 계산해서 상기 모델 신호 사이의 표면 높이 오프셋(surface-height offset)을 식별하고, 공통의 표면 높이에 대해 상기 주사 간섭계 신호와 상기 모델 신호 사이의 유사성(similarity)을 나타내는 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계를 포함하는 비교 단계;
    상이한 검사 대상체 위치의 각각에서의 상이한 모델 신호에 대한 각각의 가치 값에 기초하여, 상기 검사 대상체의 위치에서의 하나 이상의 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 일련의 모델 신호 중의 하나 이상의 모델 신호에 대하여, 공통의 표면 높이에 대한 주사 간섭계 신호와 모델 신호 사이의 유사성을 나타내는 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계; 및
    상기 높이 오프셋 보상된 가치 값에 기초해서, 검사 대상체 파라미터를 판정하는 단계
    를 포함하며,
    상기 높이 오프셋 보상된 가치 값을 계산하는 단계는,
    상기 주사 간섭계 신호 또는 상기 주사 간섭계 신호로부터 유도된 정보와 상기 모델 신호 또는 상기 모델 신호로부터 유도된 정보의 상관을 수행하는 단계; 및
    상기 상관에 기초해서, 상기 간섭계 신호의 주파수 영역 표현과 상기 모델 신호의 주파수 영역 표현 사이의 높이 의존적 위상 경사를 판정하고, 상기 간섭계 신호와 상기 모델 신호의 주파수 영역 표현 중의 적어도 하나의 계수의 위상을 보상하는 단계를 포함하는, 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 디스플레이 패널을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    상기 디스플레이 패널의 컴포넌트를 제공하는 단계;
    청구항 1의 방법을 사용해서 상기 컴포넌트에 관한 정보를 판정하는 단계; 및
    상기 컴포넌트를 사용해서 상기 디스플레이 패널을 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 컴포넌트는 검사 대상체에 대응하며, 상기 정보는 검사 대상체 파라미터에 기초하는, 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널의 제조 방법.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 갭에 의해 분리된 한 쌍의 기판을 포함하며, 상기 정보는 상기 갭에 관한 정보를 포함하는, 디스플레이 패널의 제조 방법.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널을 형성하는 단계는, 상기 정보에 기초하여 상기 갭을 조정하는 단계를 포함하는, 디스플레이 패널의 제조 방법.
  55. 제53항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널을 형성하는 단계는 상기 갭을 액정 물질로 채우는 단계를 포함하는, 디스플레이 패널의 제조 방법.
  56. 제52항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 기판과 상기 기판상의 레지스트 층을 포함하는, 디스플레이 패널의 제조 방법.
  57. 제56항에 있어서,
    상기 정보는 상기 레지스트 층의 두께에 관한 정보를 포함하는, 디스플레이 패널의 제조 방법.
  58. 제56항에 있어서,
    상기 레지스트 층은 패턴화된 층이며, 상기 정보는 상기 패턴화된 층의 배선부의 중첩 오차 또는 치수에 관한 정보를 포함하는, 디스플레이 패널의 제조 방법.
  59. 제56항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널을 형성하는 단계는 상기 레지스트 층의 아래의 재료층을 에칭하는 단계를 포함하는, 디스플레이 패널의 제조 방법.
  60. 제52항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 스페이서를 갖는 기판을 포함하며, 상기 정보는 상기 스페이서에 관한 정보를 포함하는, 디스플레이 패널의 제조 방법.
  61. 제60항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널을 형성하는 단계는 상기 정보에 기초해서 상기 스페이서를 변경하는 단계를 포함하는, 디스플레이 패널의 제조 방법.
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