KR20110118820A - 편광 이미징 - Google Patents

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KR20110118820A
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루돌프 테크놀로지스 인코퍼레이티드
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Abstract

반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법은 그로부터 반사된 광의 편광 상태에 대한 영향을 갖는 제1 구조체의 적어도 하나의 이미지를 캡처하는 것을 포함한다. 제1 구조체 이미지들 중 w적어도 일부에 대하여, 제1 구조체로부터 반사된 광의 강도를 나타내는 값이 계산된다. 제1 구조체의 임계 치수가 얻어지고 계산된 값과 상관된다. 후속 구조체의 적어도 하나의 이미지가 캡처된다. 계산된 값에 적어도 부분적으로 기초하여 후속 구조체의 임계 치수에 대한 결정이 이루어진다.

Description

편광 이미징{POLARIZATION IMAGING}
본 발명은 일반적으로 반도체 장치 제조 프로세서들에서 품질을 보장하고 수율을 향상시키기 위해 사용되는 검사 및 계측 도구들에 관한 것이다.
리소그래픽 반도체 장치 제조 프로세스들에서, 스텝퍼가 반도체 기판 또는 웨이퍼 상의 레티클의 이미지를 정확하게 초점 형성하여야하는 것이 필수적이다. 레티클의 이미지가 초점이 벗어나는 경우, 즉, 탈초점(defocus)이라고도 알려져 있는 상태에서, 결과적 반도체 장치의 구조체들은 불완전한 크기 및 형태로 이루어지게 된다. 예를 들어, 결과적 구조체들의 에지들이 비교적 확산되고 불분명해져서 더 바람직한, 많은 경우 직선형인 형상 대신 둥글어지거나 잘려진 표면들을 갖게 될 수 있다. 이러한 탈초점 상태는 종종 관련 반도체 장치의 열악한 기능 및/또는 동작불능을 초래한다. 따라서, 탈초점의 측정은 반도체 제조업자들이, 스텝퍼가 일관성있게 웨이퍼 상에 레티클 이미지를 초점형성하여 더 크고 더 많은 이득을 얻을 수 있는 수율들을 제조 프로세스로부터 가능하게 하는 것을 가능하게 하는 중요한 수단이다.
반도체 장치들의 형성에 일반적인 다른 문제점은 노광 결함들이다. 포토 레지스트 층의 광에 대한 노광이 허용가능한 광 투여량들의 범위를 벗어나게 되면, 반도체 기판 상에 형성된 특징부들은 부정확하게 형성될 수 있다. 따라서, 노광 결함들이 어디에 존재하는지를 식별하는 것도 중요하다.
노광 또는 탈초점 결함들에 대해 기판 또는 웨이퍼를 검사하는 것에 추가하여, 일반적으로 "매크로" 결함들이라 지칭되는 처리 또는 재료 관련 결함들에 대해 기판들 및 웨이퍼들을 검사하는 것이 중요하다. 매크로 결함들은 종종 대략 0.5 u 내지 10 u 크기의 치수를 갖는 기판 상에 나타나는 칩들, 균열들, 긁힘들, 패임부(pit)들, 박리(delamination)들 및/또는 입자들로서 정의된다. 이런 결함들은 반도체 장치의 고장을 쉽게 유발할 수 있으며, 이런 장치들의 제조자의 수율을 크게 감소시킬 수 있다. 매크로 결함들의 크기들은 상술한 크기 범위로부터 벗어나거나 그 아래가 될 수 있으며, 이는 단지 이런 결함들의 명목상 크기를 정의하고 있는 것이라는 것을 주의하여야 한다.
통상적으로, 매크로 결함들은 노광 또는 탈초점 결함들의 존재를 쉽게 또는 신뢰성있게 식별할 수 없는 전용 검사 시스템들을 사용하여 검사되어 왔다. 노광 및 탈초점 결함들은 일반적으로 엘립소미터(ellipsometer)들, 반사계들 및 산란계들 같은 다수의 정밀 계측 도구들 중 임의의 도구상에서 광학적 임계 치수(OCD : optical critical dimension) 기술들을 사용하여 식별된다. 노광 및 탈초점 결함들의 존재를 식별하는 기능들을 매크로 결함들에 대한 기판들의 검사와 조합하여 양 기능들에 대해 동일 광학 시스템을 사용하는 것이 바람직하다.
기판 상의 결함들을 식별하기 위한 검사 시스템의 일 실시예는 검사 대상 기판 상에 광을 안내하는 광원을 포함한다. 제1 편광 필터 또는 편광기가 광원과 기판 사이에 배치된다. 제2 편광 필터 또는 분석기가 기판과, 기판으로부터 반사된 광을 수광하는 광학 센서 사이에 배치된다. 편광기 및 분석기는 서로에 관하여 각지게 배열되며, 그래서, 광학 센서에 의해 캡처된 이미지의 이미지 강도는 테스트를 받는 기판 상의 편광 의존성 결함들의 존재와 적어도 부분적으로 상관지어지게 된다. 편광 의존성 결함들은 특히, 탈초점 및 노광 결함들을 포함한다. 탈초점 또는 노광 결함들이 아닌, 대략 입사광의 파장 이하의 주 치수를 갖는 결함들도 식별된다.
광원은 광대역 백열광 또는 레이저를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 임의의 유용한 유형의 것일 수 있다. 이들 광원들 각각은 스트로브(strobe)일 수 있으며, 수직 입사각을 포함하는 임의의 유용한 입사각으로 기판의 표면 상에 광을 안내하도록 위치될 수 있다. 레이저들은 고정된 단색 변화로 이루어질 수 있거나, 다수의 서로 다른 공칭 파장들의 광을 출력하도록 배열될 수 있다.
스트로브 조명이 사용되는 경우, 스트로브는 검사 시스템에 관하여 기판이 이동되는 속도와 적어도 부분적으로 상관되는 순서로 점멸(flash on and off)한다. 이는 검사 시스템이 적절한 위치들에서 기판의 이미지들을 쉽게 캡처할 수 있게 한다.
광학 센서 또는 이미저는 단색 하전 커패시턴스 장치(CCD)일 수 있다. 일부 경우들에서, 광학 센서는 Bayer 형 또는 3-칩 디자인의 컬러 이미저일 수 있다. 또 다른 예들에서, 하나 이상의 광원 및/또는 컬러 필터들이 기판으로부터 컬러 광을 획득하기 위해 단색 광학 센서와 연계하여 사용될 수 있다. 면적 스캔 및 라인 스캔 광학 센서들 양자 모두가 사용될 수 있다.
탈초점 및 노광 결함들에 추가로, 다른 유형의 결함들이 식별될 수 있다. 이들 다른 결함들은 패임부들, 공극들, 칩들, 균열들, 입자들 및 긁힘들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 먼저 검사 시스템들은 기판 상에 광을 안내하도록 광원을 배열함으로써 동작에 착수한다. 제1 편광 필터가 기판과 광원 사이에 배치되고, 광학 센서가 기판으로부터 반사된 광을 수광하도록 배치된다. 제2 편광 필터가 기판과 광학 센서 사이에 배치되고, 그래서, 제1 및 제2 편광 필터들이 서로에 관하여 선택된 상대적 각도로 존재하게 된다. 그후, 검사 시스템이 사용되어 기판의 이미지들을 캡처하고, 존재한다면, 기판 상의 노광 및/또는 탈초점 결함들의 존재를 식별하기 위해 이들 이미지들로부터 비교 데이터가 생성된다. 필요한 이미지들을 캡처하도록 편광 필터들을 배열하는 것은 그들 사이의 선택된 상대 각도를 유지하면서, 원하는 검사 각도로 제1 및 제2 편광 필터들을 함께 회전시키는 것을 포함한다.
각각의 캡처된 이미지를 위한 편차 이미지를 먼저 생성하고, 그후, 각각의 편차 이미지를 위한 평균 이미지 강도를 얻도록 전체 편차 이미지에 걸쳐 각각의 편차 이미지들의 화소 강도를 평균화함으로써 비교 데이터가 얻어질 수 있다. 각 캡처된 이미지의 평균 이미지 강도는 존재한다면, 기판 상의 노광 및 탈초점 결함들 중 적어도 하나의 존재를 결정하기 위해 사전 결정된 임계치에 관하여 평가된다.
기판 내의 적어도 노광 및 탈초점 결함 중 적어도 하나의 알려진 레벨들에 관한 광학 센서의 출력의 캘리브레이션이 사용되어 적절한 탈초점 및 노광 결함 레벨들을 결정한다. 일 실시예에서, 캘리브레이션은 각 이미지가 알려진 정도의 탈초점 및 노광 결함들을 포함하는 캘리브레이션 기판의 복수의 이미지들을 캡처하는 것을 포함한다. 상술한 바와 같이, 각각의 캡처된 이미지에 대해 편차 이미지가 생성되고, 편차 이미지들의 화소 강도 편차들이 전체 편차 이미지에 걸쳐 평균화되어 평균 이미지 강도를 획득한다. 공지된 정도의 탈초점 및 노광 결함을 갖는 각각의 캡처된 이미지의 평균 이미지 강도값들이 기록된다. 사용자는 임계치로서, 특정 정도 또는 크기의 탈초점 및/또는 노광 결함들을 나타내는 임의의 기록된 평균 이미지 강도값을 선택할 수 있거나, 이런 기록된 값들 사이를 보간하거나 단순히 생성값에 특정한 변경자들이 적용되게 되는 시작값으로서 기록된 값들을 사용할 수 있다. 탈초점 및/또는 노광 결함들에 대한 적절한 임계치들을 규정하는 것은 전적으로 검사 시스템의 사용자에게 달려 있다.
편차 이미지를 생성하는 것은 평균화된 이미지를 획득하기 위해 화소 단위 기반의 복수의 캡처된 이미지들을 평균화하는 것을 포함할 수 있다. 이 평균화된 이미지는 그후 화소 단위 기반으로 각 캡처된 이미지로부터 차감되어 역시 화소 강도값들의 어레이 또는 화소 강도값 편차들의 어레이로서 고려될 수도 있는 편차 이미지를 생성한다.
탈초점 및/또는 노광 결함들에 대한 기판의 검사는 패임부들, 공극들, 칩들, 균열들, 입자들 및 긁힘들 같은 다른 결함들에 대한 검사와 동시에 이루어질 수 있다. 대안적으로 결함들의 이들 각각의 유형들에 대한 검사는 연속적으로 또는 심지어 시간 변위 방식으로, 즉, 서로 크게 분리된 시간들에 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 공간 패턴 인식(SPR) 기술들 같은 이미지 분석 기술들이 사용되어 기판 상의 층들의 경계부들을 식별하도록 편차 이미지를 분석하기 위해 사용될 수 있다. 상술한 것들 같은 층 경계들은 기판의 의도적 부분인 층들의 부분이거나, 기판의 의도적 부분이 아닌 기판의 잔여부에 관련될 수 있으며, 즉, 층들은 하나의 유형 또는 다른 유형의 오염물들일 수 있다.
도 1은 90도 이외의 공칭 입사각을 갖는 본 발명의 이미징 시스템의 일 실시예의 개략도이다.
도 2는 실질적으로 90도의 공칭 입사각을 갖는 본 발명의 이미징 시스템의 일 실시예의 개략도이다.
도 3은 기판으로부터 반사된 반사광의 상대적 성분들의 벡터 형태의 예시도이다.
도 4는 적절히 배열된 분석기를 통과하기 이전의 반사광의 상대적 성분들을 도시하는 차트이다.
도 5는 적절히 배열된 분석기를 통과한 이후의 반사광의 상대적 성분들을 도시하는 차트이다.
도 6은 검사를 위한 검사 시스템의 설정 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 7은 기판을 검사하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 8은 반도체 기판 상에 형성된 집적 회로 장치들 또는 칩들의 어레이의 개략적 예시도이다.
도 9는 다양한 임계 치수들을 갖는 다수의 CD 박스들로 형성된 테스트 구조체의 흑백 또는 그레이스케일 이미지이다.
본 발명의 이하의 상세한 설명에서, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예들을 예를 들어 도시하고 있는 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들을 참조한다. 도면들에서, 유사 참조번호들은 다수 도면들 전반에 걸쳐 실질적으로 유사한 구성요소들을 설명한다. 이들 실시예들은 본 기술 분야의 숙련자들이 본 발명을 실시할 수 있게 하기에 충분히 상세하게 설명되어 있다. 다른 실시예들이 사용될 수 있으며 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 구조적, 논리적 및 전기적 변경들이 이루어질 수 있다. 따라서, 이하의 상세한 설명은 제한적 의미로 해석되지 않아야 하며, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위들 및 그 균등물들에 의해서만 정의된다.
본 발명은 기판의 표면으로부터 반사된 광의 편광의 변화를 측정함으로써 반도체 기판 내의 노광 및 탈초점 리소그래픽 결함들의 존재를 결정하기 위한 방법 및 장치를 포함한다. 이하의 설명을 단순화하기 위해, 용어 "탈초점"은 본 명세서에서 노광 및 탈초점 결함들 양자 모두를 나타내도록 사용되지만, 주어진 기판이 하나의 결함 또는 다른 결함 또는 양자 모두를 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 용어 "탈초점은 노광 및/또는 탈초점 결함들과 유사한 특징적 결과들을 갖는, 본 발명의 검사 시스템에 의해 식별 또는 다른 방식으로 특징지어질 수 있는 검사를 받는 기판의 임의의 결함 또는 부적합한 특징부를 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 일반적으로, 탈초점 결함들은 편광 의존적 특징부들이며, 즉, 탈초점 결함들은 그로부터 반사된 광의 편광 상태의 변화를 유발하지만, 본 기술 분야의 숙련자들은 탈초점 결함들의 다른 양태가 이런 편광 변화들의 특성 및 정도에 영향을 줄 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "기판"은 본 발명의 검사 시스템에 의해 검사될 수 있는 임의의 재료 또는 구조체를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 구체적으로, 용어 "기판"은 필름 프레임들, JEDEC 트레이들, Auer 보트들, 겔 또는 와플 팩들 내의 다이, MCM들이라 종종 지칭되는 다중-칩 모듈들 등을 포함하는 임의의 지지 메커니즘 상의, 특히, 전체 웨이퍼들, 패턴화되지 않은 웨이퍼들, 패턴화된 웨이퍼들, 부분적으로 패턴화된 웨이퍼들, 전체적으로 또는 부분적으로 패턴화된 파괴된 웨이퍼들, 패턴화되지 않은 파괴된 웨이퍼들, 임의의 형태의 잘려진 웨이퍼들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 구성, 형태 또는 재료의 반도체 웨이퍼들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 용어들 "기판" 및 "웨이퍼"는 본 명세서에서 교환가능하도록 사용될 수 있다.
용어 "매크로 결함"은 본 명세서에서 사용될 때 실질적으로 편광 독립적인 기판 상에서 나타나는 모든 비의도적 특징부들을 포함한다. 상술한 바와 같이, 매크로 결함들은 통상적으로 칩들, 균열들, 패임부들, 입자들, 긁힘들 등인 것으로서 설명된다. 일부 실시예들에서, 매크로 결함들의 크기는 검사 목적들을 위해 사용되는 입사 방사선의 파장에 근접할 수 있다. 이들 예들에서, 매크로 결함들은 그로부터 반사된 광의 편광 상태에 영향을 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 이미징 시스템(8)의 일 실시예는 조명기(10), 편광기(12), 분석기(14) 및 광학 센서(16)를 포함한다. 조명기(10)는 실질적으로 사전 결정된 편광 각도를 갖는 광 만을 투과시키는 편광기(12) 상으로 광학 경로(P)를 따라 광을 안내한다. 편광기(12)에 의해 투과된 광은 그후 기판(S) 상에 입사된다. 일 실시예에서, 기판(S)은 그 위에 구조체를 가 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼이거나, 그 일부이다. 일부 실시예들에서, 이들 구조체들은 기판(S) 상에 하나 이상의 반도체 장치들을 형성한다. 다른 메커니즘들 및 구조체들도 기판들(S) 상에 형성될 수 있다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 광학 경로(P)는 기판(S)에 관해 비수직 입사각을 갖는다. 일부 실시예들에서, 조명기(10), 편광기(12), 분석기(14) 및 광학 센서(16)와, 대물렌즈들 등 같은 다른 연계된 광학 소자들은 기판(S) 상의 입사광의 각도가 변경될 수 있게 하도록 장착될 수 있다. 시스템(8) 내의 광의 입사각을 변경하는데 유용한 유형의 장착 메커니즘들은 본 기술 분야의 숙련자들에게 알려져 있으며, 시스템(8)의 광학 소자들이 장착되는 장착 판(들)을 포함할 수 있고, 이 장착 판(들)은 하나 이상의 작동기들일 수 있는 회전 수단에 의해 회전될 수 있다. 입사각은 실질적으로 고정(도시된 바와 같이)될 수 있거나, 각 제품 설정들에 따라 변형될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 입사각은 필요에 따라 검사 동안 변경될 수 있다.
조명기(10)는 광대역 백색광, 고정된 파장 출력을 갖는 레이저, 다수의 파장들을 출력하도록 배열된 레이저 또는 광학 경로(P)를 따라 광을 안내하도록 배열된 복수의 레이저들을 포함하는 임의의 유용한 유형으로 이루어질 수 있다. 조명기의 요구 강도는 시스템(8)이 목적으로 하는 용례에 따라 변할 수 있다. 일부 용례들에서, 고 강도 조명이 필요하며, 반대로, 다른 용례들에서, 비교적 낮은 강도들이 필요하다. 조명기(10)는 시스템(8)의 기판(S)의 운동을 중지시켜 기판(S)의 이미지들의 신속한 캡처을 가능하게 하도록 스트로브에 배열될 수 있거나 실질적으로 일정한 출력을 제공하도록 배열될 수 있다.
기판(S) 상에 입사된 광은 그로부터 반사되고, 이 반사광은 분석기(14) 상에 입사되며, 이 분석기(14)는 편광기(12)와 유사한 편광 광학 소자이며 사전 결정된 편광 각도를 갖는 광만을 통과시킨다. 분석기(14)를 통과한 광은 광학 센서(16) 상에 입사되며, 이 광학 센서는 기판(S)의 이미지를 캡처한다. 광학 센서(16)는 일 실시예에서 전하-결합 장치(CCD) 같은 2차원 전자 광학 센서이지만, 라인 스캔 또는 시간 지연 통합 이미징(TDI) 장치 또는 CMOS 광학 센서 어레이 같은 그레이스케일 또는 컬러 기반으로 화소 강도 값들의 2차원 어레이를 생성할 수 있는 임의의 장치가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 광학 센서(16)는 광학 센서의 화소들의 2D 어레이의 각 화소가 0-256의 그레이스케일 값과 정합하고, 이 화소들은 함께 기판(S)의 이미지를 나타낸다. 단색 광학 센서가 사용되는 경우, 하나 이상의 컬러 필터들(18)이 조명기(10)와 광학 센서(16) 사이의 광 경로(P)에 배치되어 컬러 필터가 대응하는 파장들의 범위 이내의 광만을 통과시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 광학 센서는 Bayer 유형 또는 개별 색상에 각각 전용화된 분리된 광학 센서들, 예를 들어, 적색광을 위한 하나의 센서와, 청색광을 위한 하나의 센서와, 녹색광을 위한 하나의 센서를 갖는 3-칩 컬러 센서일 수 있다.
본 기술 분야의 숙련자들은 상술된 시스템(8)의 기본 요소들이 광학 필터들, 렌즈들, 거울들, 지연기들 및 변조기들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 광학 소자들과 연계하여, 또는 연계하지 않고 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명을 수행하도록 구성될 수 있는 일 검사 시스템은 상표명 WaferViewTM으로 뉴저지주 플랜더스 소재의 Rudolph Technologies, Inc.에 의해 판매되고 있다. 또한, 시스템(8)은 다수의 기능들을 수행하도록 배열될 수 있고, 이 다수의 기능들은 동시에 또는 시간적으로 떨어진 배열들에서 수행된다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 시스템(8)은 매크로 결함들에 대한 검사 및 탈초점 결함들에 대한 검사를 수행할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 시스템(8)은 탈초점 결함들에 대한 검사에 후속하여 매크로 결함들에 대한 검사를 수행하도록 배열되거나 그 반대일 수 있으며, 또는 동시에 양 검사들을 수행할 수 있다.
컬러 필터들(18)이 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 시스템(8)에 사용될 수 있다. 하나 이상의 컬러 필터들(18)은 편광기(12)와 기판(S) 사이, 기판(S)과 분석기(14) 사이, 조명기(10)와 편광기(12) 사이 또는 분석기(14)와 광학 센서(16) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 컬러 필터(18)는 본 기술 분야에 공지된 유형의 필터 휠일 수 있으며, 컬러 필터들의 그룹 중 하나가 광학 경로(P) 내에 배치된 회전 휠에 고정되고, 그래서, 컬러 필터들(18)은 광학 경로(P)를 가로질러 선택적으로 배치된다. 다른 실시예에서, 제거가능한 필터 홀더가 광학 경로(P) 내에 배치되어 다양한 컬러 필터들을 광학 경로(P) 내에 배치되게 할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 고정된 컬러 필터가 광학 경로(P) 내에 장착될 수 있다. 사전 결정된 파장 또는 파장들의 범위를 선택적으로 통과시키기에 적합한 메커니즘 또는 임의의 필터 매체들이 컬러 필터로서 사용될 수 있는 것으로 이해하여야 한다.
일부 실시예들에서, 사전 결정된 컬러 채널들에 관하여 광학 센서(16)의 출력을 분리시키는 것이 바람직하며, "컬러 채널"은 사전 결정된 파장 또는 파장들의 범위로서 규정된다. 컬러 채널들의 분리는 상술한 바와 같이 컬러 필터들의 사용에 의해, 3칩 광학 센서들 및 Bayer 광학 센서들에서와 같이 각각의 컬러 채널들 사이를 구별하는 기능을 직접적으로 통합하는 컬러 광학 센서들의 사용에 의해, 또는, 특정 범위들의 파장들 또는 사전선택된 파장들의 범위 이내의 광을 출력하는 조명기(10)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 일부 기판들(S)은 컬러들에 관해 부분적으로 또는 전체적으로 투과성일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 단지 예를 들어, 주어진 기판(S)은 475 nm 정도에 중심설정된 파장들을 갖는 모든 입사 청색광의 대부분을 투과시키거나 파괴적으로 간섭할 수 있지만, 기판(S) 상에 입사되는 700 nm 정도에 중심설정된 파장들을 갖는 적색광의 대부분을 반사할 수 있다. 본 예에서, 그후 광학 센서(16) 상에 입사된 적색광으로부터 초래되는 광학 센서(16)에 의해 출력된 신호를 사용할 수 있도록하는 것이 유용할 수 있다. 각각의 컬러 채널에 관한 데이터의 사용은 시스템(8)으로 수행되는 검사에서 어떤 특징부들이 검사되는지에 의존할 것이다. 일부 실시예들에서, 제품들이라고도 알려져 있는 특정 반도체 기판들은 공지된 방식으로 광을 반사하는 특징부들을 가지며, 따라서, 검사 시스템(8)은 제품의 검사를 최적화하도록 주어진 제품에 대해 특정하게 설정될 수 있다.
도 2는 검사 시스템(30)이 편광기(36), 필터(40)(선택적) 및 빔 분할기(42)를 통한 광학 경로(P)를 따라 광을 실질적 수직 배열로 기판(S) 상으로 안내하는 조명기(32)를 갖는 본 발명의 다른 실시예를 예시한다. 경로(P) 상에서 기판(S)으로부터 반사된 광은 빔 분할기(42)에 의해 필터(40)(선택적) 및 분석기(38)를 통해 광학 센서(34)로 안내된다. 시스템들(8, 30)은 빔 분할기의 존재들 및 입사 각도의 편차들을 제외하면 실질적으로 유사하다. 본 실시예에서, 광학 경로(P)는 실질적으로 기판(S)에 대해 수직이다.
탈초점 결함들이 기판(S) 상에 형성된 구조체들의 형상을 변화시키기 때문에 탈초점 결함들은 기판(S)의 반사율을 변화시키는 것으로 관찰되었다. 기판(S)의 반사율을 변화시키는 다른 인자들은 다른 필름 층들의 특성들 및 파장, 편광 및 기판 상의 입사광의 각도이다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 검사 시스템, 예를 들어, 시스템들(8 또는 30)의 사용은 탈초점 결함들을 초래하는 이들 반사율 변화들을 구별할 수 있게 하며, 이를 신속하고 신뢰성 있는 방식으로 수행할 수 있게 한다.
일반적으로, 조명기(10, 32)로부터의 광은 편광기(12, 36)에 의해 사전 결정된 각도(P)로 편광되며, 특정 각도(θ)(세타)로 기판(S) 상에 입사된다.
반사시, 기판(S)은 그 다수의 특성들 및 특정한 탈초점에 관련하여 입사광의 편광 상태를 변화시킬 것이다. 기판(S)의 탈초점 결함들에 관련한 편광 정보의 이러한 변화가 얻어질 수 있다. 반사광은 분석기(14)를 통과하며, 광학 센서(16)에 입사된다. 분석기(14)는 이하에 더 상세히 설명된 바와 같이 배열될 때, 광학 센서(16)로부터 얻어진 데이터가 기판(S) 상의 탈초점 결함들의 존재에 관련한 특정 정보 및 반사광의 진폭 및 편광 변화 양자 모두에 관한 정보를 포함하게 되는 것을 보증하는 것을 돕는다.
일 실시예에서, 기판(S) 상에 입사된 광은 편광기(12, 36)에 의해 선형 편광되며, 그 이유는 이것이 종종 관련 검사 문제에 가장 간단한 해법을 제공하기 때문이다. 다른 실시예들에서, 입사광은 필요에 따라 타원 또는 원형 편광된다. 분석기(14, 38)를 편광기(12, 36)에 관하여 각도(A)로 설정함으로써, 광학 센서(16, 34)에 도달하는 광이 변조될 수 있다. 편광기(12, 36)와 분석기(14, 38) 사이의 각도는 P-A로서 주어진다.
이제, 도 3을 참조하면, 일반적으로, 광이 기판(S)으로부터 반사될 때, 입사광(Ep)의 부분들은 입사광의 다른 부분들과는 다르게 반사될 것이다. 입사광(Ep)의 일부는 도 3의 E1 및 E2에서 예시된 바와 같이 그 편광의 어떠한 현저한 변경도 없이 기판(S) 표면 상의 편광 독립적 특징부들로부터 반사된다. 반도체 기판(S) 상에서 발견될 수 있는 이런 특징부들의 일부 예들은 칩들, 균열들, 긁힘들, 패임부들, 공극들 및 입자들 같은 기판(S) 내의 밝고 어두운 외관의 결함들을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 반사된 입사광의 다른 부분(E3)은 입사광의 편광을 변화시키는 방식으로 배열된 기판(S) 상에 형성된 편광 의존성 특징부들로부터 반사된다. 반도체 기판(S) 상에서 발견되는 편광 의존성 특징부들 또는 구조체들의 일부 예들은 라인 구조체들, 전도체들, 상호접속부들, 비아들, 스트리트들을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 기판(S)의 표면으로부터 반사된 입사광의 또 다른 부분은 반사광의 편광을 변화시키고 또한 탈초점 결함들을 갖는 특징부들 또는 구조체들에 의해 반사된다. 이 광(E4)은 E3와는 다른 편광 상태를 갖는다. 광(E4)을 반사하는 구조체들은 이들이 탈초점 결함들을 포함하고 그 크기가 광(E4)의 강도에 영향을 준다는 점을 제외하면 상술한 광(E3)을 반사하는 공칭 구조체들과 구조적으로 유사하거나 동일할 수 있다. 탈초점 결함들을 갖는 구조체의 일 예는 도 8에 도시된 테스트 구조체들(14)이다.
도 8은 다수의 집적 회로("IC") 장치들(70)이 그 위에 형성되어 있는 기판, 본 예에서는 반도체 웨이퍼(W)의 일부의 개략적 예시도이다. IC 장치들(70)은 그들 사이에 "스트리트들"(72)이라 알려진 간극들을 갖는 그리드 패턴으로 배열된다. 스트리트들(72)에는 다수의 테스트 구조체들(74)이 형성된다. IC 장치들(70) 각각 상에는 또한 IC 장치(70)의 활성 회로의 일부를 형성하는, 탈초점 결함들을 갖고 있는 구조체(76)가 형성된다. 일부 예들에서, 실질적으로 전체 IC 장치(70) 또는 적어도 그 대부분들은 탈초점 결함들을 갖는 하나 이상의 구조체들(76)을 구성한다는 것을 주의하여야 한다. 테스트 구조체들(74) 및 구조체들(76)은 종종 서로 유사하게 형성된다. 예를 들어, IC 장치(70)의 활성 회로의 일부인 구조체(76)가 내부에 형성된 일련의 선형 구조체들을 가지는 경우, 테스트 구조체(74)는 테스트 구조체(74)의 특성들이 구조체(76)의 특성들을 나타내도록 매우 동일한 방식으로 형성될 것이다.
일부 실시예들에서, 테스트 구조체들(74)은 각각이 내부에 형성된 주기적 구조체를 갖고 있는 일련의 박스들(78)을 포함한다. 도 9는 다수의 불연속 영역들(78)을 갖는 예시적 테스트 구조체(74)의 사진이다. 불연속 영역들(78) 각각은 명목상 서로 다른 임계 치수를 가지며, 즉, 특정 피치 또는 임계 치수를 갖는 주기성 구조체를 구비한다. 테스트 구조체(74)의 순 효과는 각각의 제품 웨이퍼 상에 일반적으로 단지 FEM으로부터만 입수할 수 있는 정보 중 일부를 제공하는 것이다. 특정 임계 치수들의 주기성 구조체들이 주기성 구조체들로부터 반사된 광의 편광 상태에 대한 영향을 갖기 때문에, 테스트 구조체(74)는 포토리소그래픽 프로세스의 스텝들을 형성하는 패턴을 수행하는 스텝퍼의 동작의 변화들을 평가하는 데 유용하다. 또한, 테스트 구조체(74)의 개별 영역들(78)이 IC 장치(70)의 활성 영역에 위치된 구조체들(76)과 충분히 유사한 경우, IC 장치들(70)이 그 위에 형성되는 기판(W)을 형성하는 층들의 상대적 두께 또는 재료 특성들 같은 입사 광이 편광 상태의 변화에 영향을 줄 수 있는 추가적 처리 변화들을 추정하면, 구조체(76)의 임계 치수의 값의 일반적 지표를 얻을 수 있다.
기판의 표면 상에 입사된 광의 편광 상태의 변화들은 반사된 광의 강도에 변화들을 초래할 수 있기 때문에, 일부 경우들에서, 주어진 영역(78)의 평균 그레이스케일 값이 직접적으로, 그리고, 명확하게 영역의 임계 치수에 상관될 수 있으며, 이러한 상관은 그후 구조체(76)를 위한 그레이스케일 값에 기초한 구조체(76)의 임계 치수의 식별을 위해 사용될 수 있다. 이 방식으로 얻어진 구조체(76)를 위한 임계 치수 값이 엄밀히 겅확하지는 않을 수 있지만, 기판 상의 구조체들(76)의 임계 치수들을 평가하기 위해 다수의 임계 치수들의 표현들을 갖는 테스트 구조체(74)의 사용은 IC 장치들(70) 내의 임계 치수의 임의의 변화들의 크기에 대한 정보를 획득하는데 유용하다. 예를 들어, 임계 치수들을 나타내는 그레이스케일 정보는 선택된 구조체(76) 또는 그 개별 영역(78)의 그레이스케일 값과 후속하여 검사되는 또는 이미징되는 구조체(76) 또는 테스트 구조체(74)의 그레이스케일 값 사이의 편차의 크기를 측정함으로써, "절대적" 임계 치수를 평가하는 것에 추가로, 또는 그 대신, 임계 치수의 변화의 크기를 식별하기 위해 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 분석기(14, 38)를 통과하지 않는 광에 대해, 반사광(E3, E4)의 강도 사이에 미소한 대비가 존재한다는 것을 볼 수 있다. 예상할 수 있는 바와 같이, 이들 환경들 하에서 탈초점 결함들을 식별하는 것은 어렵다. 그러나, 반사광(E1, E2, E3 및 E4)이 적절히 배열된 분석기(14, 38)를 통과하여 신호들(E'1, E'2, E'3, E'4)을 획득하고 나면, 광 신호들(E'3, E'4) 사이의 대비 레벨은 탈초점 결함들의 존재에 관한 유용한 정보를 획득하기에 충분하다. 도 5 참조.
일 실시예에서, 편광기(12)와 분석기(14) 사이의 각도(P-A)는 경험적으로 결정된다. 이제, 도 6을 참조하면, 검사(단계 50)를 위해 시스템(8) 내에 테스트 기판(S)이 위치되어 있는 상태에서, 일 실시예에서는 스트로브 조명기인 조명기(10)가, 바람직하게는 그 강도 출력의 상단 단부 부근에 있는, 그러나, 임의의 적절한 강도일 수 있는 사전 결정된 조명 레벨로 설정된다(단계 52). 조명기 또는 광원(10)으로부터의 광(Ep)은 편광기(12)를 통해 기판(S) 상으로 안내된다. 다음에, 편광기(12)는 소정 각도(P)로 설정된다(단계 54). 일 실시예에서, 편광기(12)는 기판(S) 상에 존재하는 임의의 선형 구조체들에 실질적으로 수직으로 각지게 배향된다. 이해할 수 있는 바와 같이, 기판(S)이 그 위에 반도체 장치들이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼인 경우(어떠한 완성도 상태이던지), 이런 구조체들은, 항상은 아니지만 통상적으로 상당한 선형 특징부들을 갖는다. 반사광(E1, E2, E3 및 E4)은 분석기(14)를 통과하고, 따라서, 광학 센서(16) 상에 광 신호들(E'1, E'2, E'3, E'4)이 얻어진다. 기판(S) 상의 선형 구조체들에 대해 어떠한 구별가능한 배향도 존재하지 않거나, 기판(S)이 그 위에 형성된 어떠한 선형 구조체들도 구비하지 않는 예들에서, 임의적 각도(P)가 편광기(12)를 위해 선택될 수 있다.
편광기(14)는 다음에 각도(A)로 회전되고(단계 56), 그래서, 본 명세서에 참조로 통합되어 있는, 본 출원인이 함께 소유하고 있는 미국 특허 제6,324,298호, 제6,487,307호 및 제6,826,298호에 설명된 바와 같은 매크로 또는 편광 독립적 결함들에 대한 기판(S)의 검사를 가능하게 하기에 충분한 조명이 광학 센서(16)에 도달한다. 분석기(14)는 조명이 결함들에 대한 기판(S)의 검사를 가능하게 할 뿐만 아니라, 잘못된 결함 발견 및 결함 누락 같은 중요한 오류들이 검사에서 발생하지 않는, 시스템(8)의 최종 사용자를 충족시키기에 충분한 품질의 검사를 가능하게 하는 신호대 잡음 비율로 이를 수행할 때, 정확한 각도(A)에 있는 것으로 고려된다. 시스템(8)의 신호대 잡음 비율은 공지된 방식으로 광학 센서(16)의 출력을 분석함으로써 결정된다.
편광기 및 분석기가 위치되는 각도들(P, A)이 알려지고 나면, 편광기 및 분석기는 상술한 바와 같이 광 신호들(E'3, E'4) 사이의 필수적 대비를 제공하는 기판(S)에 관한 소정 각도 위치로 실질적으로 일정하게 편광기와 분석기 사이(P-A)의 상대 각도를 유지하면서 일련의 검사 각도들을 통해 함께 회전된다(단계 58). 편광기(12)와 분석기(14)의 회전 동안, 광학 센서(16) 상에 입사되는 광의 강도가 기록된다. 광학 센서(16)에서의 광 강도들은 편광기(12) 및 분석기(14)가 그를 통해 회전되는 위치들 또는 검사 각도들 각각에 대해 기록된다. 일 실시예에서, 편광기 및 분석기(14)는 다소 연속적 방식으로 회전되며, 편광기와 분석기의 위치 및 광학 센서(16)에 존재하는 광 강도는 편광기와 분석기의 회전의 작은 증분마다 기록된다. 편광기와 분석기의 회전 동안 얻어진 데이터의 분석은 반사광(E'3, E'4) 사이의 대비에 관하여 편광기와 분석기를 위한 최적의 검사 각도 및 위치를 식별하기 위해 수행된다.
각도들(P, A)을 위한 최적의 설정을 식별하는 프로세스는 수동으로 이루어질 수 있으며, 시스템(8)의 사용자는 광학 센서(16)가 최적의 각도(P-A)를 결정하도록 적절한 유형의 컴퓨터(C)에 의해 처리되는 이미지 데이터를 기록하면서, 편광기(12) 및 분석기(14)를 선택된 각도 범위를 통해 회전시키게 된다. 대안적으로, 그리고, 바람직하게는, 편광기(12)와 분석기(14)는 상술한 컴퓨터가 다양한 각도들(P-A)에서 광학 센서(16)로부터의 데이터를 기록하면서 그 회전을 제어할 수 있도록 자동화된다. 편광기들 및 분석기들의 자동화는 본 기술 분야의 숙련자들에게 잘 알려져 있다. 상술한 바와 같이, 편광기와 분석기 사이의 최적의 각도(P-A)를 결정하는 프로세스는 바로 아래에 설명되어 있는 단계들 이전 및 이후 양자 모두에서의 다수의 반복들을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 전체 캘리브레이션/설정 프로세스가 완료되고 나면, 결과적 시스템 설정이 최적인지 여부를 결정하기 위해 전체 캘리브레이션/설정 프로세스를 다수의 추가 횟수로 구동하는 것이 유용할 수 있다.
시스템(8)이 도 6에 관련하여 설명된 바와 같이 적절히 설정되고 나서, 탈초점 결함들에 대한 검사, 그리고, 필요시, 다른 결함들에 대한 검사가 이루어질 수 있다. 그러나, 먼저, 시스템(8)이 캘리브레이팅되어야 한다. 캘리브레이션(calibration)은 초점 노광 매트릭스(FEM) 웨이퍼를 사용하여 수행되는 것이 바람직하다. FEM은 다수의 패턴들 또는 구조체들이 형성되어 있는 기판이며, 이들 각각은 서로 다른 초점 위치 및 노광(노출) 시간을 갖는다. FEM은 일반적으로 반도체 장치들의 제조를 위한 포토리소그래피 도구의 캘리브레이팅의 일부로서 생성된다. FEM은 초점 위치 및 노광의 변화들로부터 초래되는 기판(S) 상에 형성된 패턴들 또는 구조체들의 구조적 변화들을 구현한다. FEM으로부터 얻어진 탈초점 및 노광 데이터는 기판(S)의 검사 동안 비교기로서 사용된다. FEM 상에 형성된 패턴들은 테스트를 받는 기판들(S) 상에 형성된 것들과는 다를 수 있지만, 동일한 것이 바람직하다.
탈초점 데이터를 획득하는 방법이 검사 목적들을 위한 캘리브레이션 목적들을 위한 것과 실질적으로 동일하기 때문에, 캘리브레이션 목적들을 위해 탈초점 데이터를 획득하는 방법은 검사 프로세스의 일부로서 설명할 것이다. 캘리브레이션 과 검사 절차들 사이의 차이점들은 필요시 언급될 것이다.
검사 동안, 검사되는 유형의 기판(S)이 획득되고, 공지된 방식으로 검사 시스템(8)의 광학장치에 대해 기판(S)을 이동시키는 웨이퍼 지지부 또는 상단 판(미도시) 상에 배치된다. 기판(S)(제품 또는 FEM)은 일부 실시예들에서, 단편 단위로 검사된다. 기판(S)이 그 위에 반도체 장치들이 형성되는 웨이퍼인 일 실시예에서, 기판(S)의 검사는 다이 레벨 기반으로 수행되며, 즉, 기판(S) 상의 개별 다이의 이미지들은 센서(16)에 의해 이미징되며, 이들 이미지들은 후술한 바와 같이 처리된다. 다른 실시예들에서, 검사는 시계(field of view) 단위로 수행된다. 시스템(8)의 광학장치는 그 크기가 개별 스텝퍼 샷의 것 또는 개별 다이의 것과는 다른 시계의 이미지들을 캡처하도록 배열될 것이다. 시스템(8)의 시계가 개별 다이보다 작은 경우, 다수의 시계들이 함께 결합되어 개별 다이의 합성 이미지들을 생성한다. 동일한 결합 기술은 전체 스텝퍼 샷의 합성 이미지를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 합성 이미지를 형성하기 위한 이미지들의 결합은 본 기술분야에 잘 알려진 기술이라는 것을 이해하여야 한다.
시계가 개별 다이 또는 더 큰 스텝퍼 샷보다 큰 다른 실시예들에서, 결과적 이미지들은 하나 이상의 다이 또는 스텝퍼 샷들을 보여주도록 잘려질 수 있다. 일반적으로, 제1 스텝퍼 샷에 의해 생성된 다이들은 허용가능하지만, 제2 스텝퍼 샷에 의해 생성된 이들 다이는 결손될 수도 있기 때문에, 별개의 스텝퍼 샷들로부터 다수의 다이를 포함하도록 더 큰 이미지를 절단하지 않는 것이 유용하다. 이미지 절단은 본 기술 분야의 숙련자들에게 잘 알려진 기술이다.
또 다른 실시예들에서, 기판(S)의 검사는 전체 기판(S)의 이미지를 먼저 캡처함으로써 달성된다. 기판(S)이 비교적 작은 경우, 이는 영역 스캔 원리에 따라 동작하는 시스템(8)을 사용하여 캡처될 수 있다. 기판이 영역 스캔 시스템(8)의 시계보다 큰 경우, 기판(S)의 다수의 이미지들이 얻어지고 상술한 바와 같이 함께 결합된다. 본 기술 분야의 숙련자들이 이미 인지하고 있는 바와 같이 결합은 라인 스캔 및 영역 스캔형 검사 시스템(8)과 연계하여 사용될 수 있다.
적절한 편광기/분석기 각도(P-A)가 상술한 바와 같이 얻어지고 나면, 기판(S) 상의 개별 다이의 이미지들이 광학 센서(16)에 의해 캡처된다(단계 60). 도 7 참조. 후술된 캘리브레이션 및 검사 프로세스들은 다이 단위 기반으로 이루어지는 것으로서 설명될 것이지만, 다른 기반들로 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이미징되는 기판(S) 상의 다이는 사용자에 의해 선택될 수 있으며, 사용자는 다이가 모델을 형성하기에 칩들, 균열들, 패임부들, 컬러 변동, 입자들 등 같은 결함들이 충분히 없는지를 결정하다. 이러한 결정은 전체적으로 시스템(8)의 사용자에게 달려있으며, 기판(S) 상의 제품의 의도된 용도 및 특성에 의존하여 크게 변할 수 있다. 예를 들어, 심박조율기들에 사용하기 위한 반도체 장치들이 그 위에 형성되어 있는 기판(S)을 검사하는 사용자는 모델을 생성하는 목적을 위해 사용되는 다이 상의 결함들의 수에 관하여 매우 엄격한 표준들을 부여하기 쉽다. 반대로, 저가의 실질적으로 일회용 소비재 제품에 사용하기 위한 목적의 동일한 반도체 장치들이 그 위에 형성되어 있는 기판(S)을 검사하는 사용자는 모델 생성을 위해 사용되는 다이에서 더 높은 수의 결함들을 허용하기 쉽다. 요약하면, 모델을 생성하기 위한 목적들을 위해 "양호한" 다이를 정의하는 것은 시스템(8)의 사용자의 판단에 달려 있다. 기판(S) 상의 모든 "양호한" 다이의 이미지들이 모델 생성의 목적을 위해 얻어질 수 있다는 것이 고려되지만, 통상적으로, 단지 통계학적으로 충분한 수의 '양호한' 다이만이 그렇게 되는 것이 통상적이고, 이 수는 일반적으로 '양호한' 다이의 총 수보다 작으며, 약 10 내지 15 수준일 수 있다. 최소한, 임의적인 적절한 수 이하의 비교적 과도하지 않은 결함들을 갖는 다이가 선택되어야 하며, 그 이유는 작은 임의적 결함들은 이런 다이의 통계학적으로 중요한 샘플이 샘플링되는 경우 검사에 현저한 영향을 갖지 않기 때문이며, 크고 비임의적 결함들은 검사 프로세스를 가능성이 더 높다는 것을 이해하여야 한다.
또한, 유용한 모델을 획득하기 위해 자동화된 방법들도 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템(8)을 제어하는 컴퓨터(C)는 통계학적으로 충분한 수의 다이를 임의적으로 선택하고 그 이미지들을 캡처할 수 있다. 이들 이미지들은 그후 모델을 형성한 개별 이미지들을 검사하기 위해 사용되는 모델을 형성하도록 사용된다. 선택된 다이가 사용자 선택 기준들하에서 결손된 것으로 판명되는 경우, 결손 이미지는 다른 임의적으로 선택된 다이의 이미지로 대체될 것이다. 이 프로세스는 적절한 모델이 생성될 때까지 반복될 것이다. 생성된 모델들은 수동으로 또는 자동으로 정적 상태를 유지, 즉, 시간에 걸쳐 변하지 않거나, 검사가 진행됨에 따라 모델에 새롭고 양호한 다이를 추가함으로써 시간에 걸쳐 변경될 수 있다는 것을 주의하여야 한다.
용어 "모델"은 본 기술 분야의 기술의 다양한 숙련자들에게 서로 다른 의미들을 가질 수 있기 때문에, 본 명세서에서 사용될 때 용어들 "골든 다이" 또는 "골든 기준"이 다수의 다이의 대응 화소 값들을 합산하고, 이들 값들의 평균을 획득함으로써 얻어진 강도 값들을 그 화소들이 갖고 있는 이미지를 설명하기 위해 사용된다. 따라서, 골든 다이는 단순히 평균화된 다이의 이미지이다. 용어 "모델"은 용어들 "골든 다이" 또는 "골든 기준"보다 넓은 의미이며, 일부 예들에서는 골든 다이 또는 골든 기준 정보를 포함하지 않거나 이를 사용하지 않는다.
골든 다이는 탈초점 검사의 일 실시예에서 사용된다(단계 62).
유사하게, 골든 다이는 매크로 결함 검사에 사용되는 모델을 위한 기반의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 매크로 결함 검사에 사용되는 모델들은 이미지 내의 각 화소를 위한 화소 강도 임계치들을 형성함으로써 단순 골든 다이를 초월하여 이동한다. 매크로 결함 검사에서, 평가시, 화소 강도값들이 임계치들에 의해 정의된 범위의 외부에 놓인다는 것을 발견하는 경우, 화소들은 결함이 있는 것으로 간주된다. 임계치들 자체가 골든 다이로부터 계산된 표준 편차만큼 간단할 수 있지만, 더욱 빈번하게는 기판(S)의 다양한 특징부들, 변형들 및 특성들과, 그 위에 형성된 제품에 적용되는 사용자 정의 규정들을 고려하는 가중 인자들을 포함한다. 결함 검사를 위해 사용되는 모델들은 임의의 방식으로 골든 다이에 기초하거나 기초하지 않을 수 있는 무수한 방식으로 형성될 수 있으며, 매크로 결함 검사 모델들을 위한 유일한 요구조건은 결과적인 검사가 시스템(8)의 사용자에게 만족스러운 결과를 산출하여야 한다는 것임을 이해하여야 한다. 매크로 결함 검사가 수행되는 경우, 이런 검사를 위한 적절한 모델은 골든 다이를 생성하는 것과 거의 동시에 얻어질 수 있다(단계 64). 화살표(65)로 표시한 바와 같이, 모델의 형성은 일부 예들에서, 골든 다이 정보를 사용한다. 모델이 생성되고나면, 후속 캡처된 이미지들이 결함들을 식별하기 위해 모델과 비교된다(단계 72).
이전 단계에서 얻어진 골든 다이 이미지는 탈초점 결함들에 대한 검사 동안 캡처된 이미지들의 배경을 제거하기 위해 사용되며, 편차 이미지라 지칭되는 바를 초래한다(단계 66). 편차 이미지는 검사를 받는 다이의 이미지와 골든 다이 이미지의 개별 대응 화소값들 사이의 편차들로 구성된다. 양, 음 또는 제로일 수 있는 편차 이미지를 구성하는 화소 강도값들이 합산되고, 전체 편차 이미지에 걸쳐 평균화된다(단계 68). 결과적인 평균화된 값들은 그후 FEM 검사로부터 얻어진 유사한 평균들과 비교되어 평균값들이 시스템의 사용자에 의해 설정된 사전 결정된 임계값과 교차하는지 여부를 결정한다. 일부 실시예들에서, FEM 유도 편차 이미지 평균값들은 검사 유도 편차 이미지 평균값들과 직접 비교되어 허용불가한 수준의 탈초점 결함들이 다이 내에 존재하는지 여부를 결정할 수 있다.
본 기술 분야의 숙련자들이 이해하고 있는 바와 같이, 편광기(12)와 분석기(14)는 서로에 대해 각지게 배열될 수 있으며, 그래서, 실질적 모든 광의 통과를 허용하도록 또는 실질적 모든 광의 통과를 방지하도록 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 편광기(12) 및 분석기(14)는 실질적 모든 광(E1, E2)의 통과를 방지하도록 서로에 관해 각지게 배열된다. 이런 실시예에서, 그리고, 기판(S)이 반사광의 편광 상태에 영향을 주지 않는 경우, 광학 센서(16)는 실질적으로 어떠한 이미지도 정합하지 않는다. 그러나, 극성을 변화시키는 특징부들의 존재가 일반적으로 기판(S)상에 존재하고, 적어도 일부 정도의 탈초점 결함들이 통상적으로 존재하기 때문에, 광(E3, E4)은 광학 센서(16) 상에 입사될 것이다.
분석기(14)에 관한 편광기(12)의 각진 배치는 가장 빈번하게 검사되는 기판(S)의 특성에 의존하지만, 광원(12)의 특성, 광학 시스템의 물리적 특성들 등을 포함하는, 그러나, 이에 한정되지 않는 다른 인자들이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 편광기(12)의 편광 각도는 검사되는 기판(S) 상에 존재하는 선형 구조체들에 대해 약 45도이다. 따라서, 일부 실시예들에서, 분석기(14)의 편광 각도는 검사되는 기판의 특성에 따라 변할 수 있다는 것을 인지하여야 한다.
일부 실시예들에서, 다수의 스캔 검사가 사용되어 기판(S) 상의 결함들의 존재를 결정한다. 일 실시예에서, 매크로 결함 검사를 위해서는 불충분한 광이 통과하는 설정에서 편광기(12)와 분석기(14) 사이에 제1 통과가 이루어진다. 이 제1 통과는 단지 기판의 이미징된 영역, 일반적으로는 하나 이상의 다이 또는 스텝퍼 샷들에 탈초점 또는 노광 결함들이 존재하는지 여부를 결정하기 위한 것이다. 제2 통과는 칩들, 균열들, 입자들, 공극들 및 긁힘들 같은 매크로 결함들의 발견을 포함하며, 편광기(12)와 분석기(14)가 더 많은 양의 광이 통과할 수 있게 하는 방식으로 배열된 상태에서 이루어진다.
다른 실시예에서, 시스템(8)은 기판 상의 필름들의 존재 또는 그 두께의 변화들을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 비의도적 잔류 필름들이 처리 단계 이후 기판(S)의 전체 또는 일부에 잔류한다. 적절히 배열되는 경우, 기판(8)의 편차 이미지들은 잔류 필름들의 위치 및 범위를 식별할 것이다.
결론
본 발명의 특정 실시예들을 예시 및 설명하였지만, 본 기술 분야의 숙련자들은 동일한 목적을 달성하도록 계산된 임의의 배열이 도시된 특정 실시예들을 대체할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 기술 분야의 숙련자들은 본 발명의 다수의 적응형들을 알 수 있다. 따라서, 본 출원은 본 발명의 임의의 적응형들 및 변형들을 포함한다. 명백히 본 발명은 이하의 청구범위 및 그 균등물에 의해서만 제한된다.

Claims (12)

  1. 반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법으로서,
    a. 그로부터 반사되는 광의 편광 상태에 영향을 주는 형상을 갖는 제1 구조체의 적어도 하나의 이미지를 캡처하는 단계와,
    b. 제1 구조체의 적어도 하나의 이미지들 각각에 대하여, 상기 제1 구조체로부터 반사된 광의 강도를 나타내는 값을 계산하는 단계와,
    c. 상기 제1 구조체의 임계 치수를 획득하는 단계와,
    d. 상기 제1 구조체의 임계 치수와 상기 계산된 값을 상관시키는 단계와,
    e. 후속 구조체의 적어도 하나의 이미지를 캡처하는 단계와,
    f. 상기 계산된 값에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 후속 구조체의 임계 치수를 결정하는 단계를 포함하는, 반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    a. 그로부터 반사된 광의 편광 상태에 영향을 주는 형상을 갖는 제2 구조체의 적어도 하나의 이미지를 캡처하는 단계와,
    b. 제2 구조체의 적어도 하나의 이미지들 각각에 대하여, 상기 제2 구조체로부터 반사된 광의 강도를 나타내는 값을 계산하는 단계와,
    c. 상기 제2 구조체의 임계 치수를 획득하는 단계와,
    d. 상기 제2 구조체의 임계 치수와 상기 계산된 값을 상관시키는 단계와,
    e. 후속 구조체의 적어도 하나의 이미지를 캡처하는 단계와,
    f. 상기 제1 및 제2 구조체들의 상기 계산된 값들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 후속 구조체의 임계 치수를 결정하는 단계를 포함하는, 반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    a. 그로부터 반사된 광의 편광 상태에 영향을 주는 형상을 갖는 적어도 하나의 추가 구조체 적어도 하나의 이미지를 캡처하는 단계와,
    b. 상기 적어도 하나의 추가 구조체의 적어도 하나의 이미지들 각각에 대하여, 상기 적어도 하나의 추가 구조체로부터 반사된 광의 강도를 나타내는 값을 계산하는 단계와,
    c. 상기 적어도 하나의 추가 구조체의 임계 치수를 획득하는 단계와,
    d. 상기 적어도 하나의 추가 구조체의 임계 치수와 상기 계산된 값을 상관시키는 단계와,
    e. 후속 구조체의 적어도 하나의 이미지를 캡처하는 단계와,
    f. 상기 제1, 제2 및 적어도 하나의 추가 구조체들의 상기 계산된 값에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 후속 구조체의 임계 치수를 결정하는 단계를 포함하는, 반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 구조체는 테스트 구조체 및 집적 회로 장치의 활성 부분의 일부인 구조체로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 후속 구조체의 상기 임계 치수는 절대값인, 반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 후속 구조체의 상기 임계 치수는 편차값인, 반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 추가 구조체들 중 적어도 하나는 테스트 구조체인, 반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 추가 구조체들은 모두 테스트 구조체들인, 반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 추가 구조체들은 전체 IC 장치들인, 반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 추가 구조체들 중 적어도 하나는 IC 장치의 활성 회로의 선택된 부분인, 반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 추가적 구조체들 중 적어도 다른 하나는 테스트 구조체인, 반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 테스트 구조체는 하나 이상의 IC 장치들 사이의 스트리트에 형성되는, 반도체 제조 프로세스의 임계 치수들을 감시하는 방법.
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