KR20120084279A - 하전 입자 빔을 포커싱하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

하전 입자 빔을 포커싱하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

하전 입자 빔을 포커싱하기 위한 방법은, (a)샘플의 제 1 영역을 스캐닝하고 검출 신호들의 제 1 세트를 수집하는 동안 시간에 따라 변화하는 제 1 초점 패턴(focal pattern)에 따라 하전 입자 빔의 초점(focal point)을 변경하는 단계; (b)이상적으로 제 1 영역과 동일한 제 2 영역을 스캐닝하고 검출 신호들의 제 2 세트를 수집하는 동안 시간에 따라 변화하는 제 2 초점 패턴에 따라 하전 입자 빔의 초점을 변경하는 단계; 및 (c)제 1 초점 패턴 및 제 2 초점 패턴이 최적의 초점의 위치에 따라 상이하므로, 초점 특성을 결정하기 위해 검출 신호들의 제 1 세트 및 제 2 세트를 프로세싱하는 단계를 포함한다.

Description

하전 입자 빔을 포커싱하기 위한 방법 및 시스템{A METHOD AND SYSTEM FOR FOCUSING A CHARGED PARTICLE BEAM}
본 발명은 하전 입자 빔을 포커싱하기 위한 하전 입자 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최신의 검사, 결함 리뷰(defect review) 및 계측 툴(metrology tool)들은 피처(feature)들 또는 결함들을 검사, 분석 및 측정하기 위해 하나 이상의 하전 입자 빔들을 사용한다. 이들 시스템들의 분해능(resolution)은 포커스 에러, 비점수차(astigmatism) 등을 포함하는 다양한 파라미터들에 반응한다. 최신의 시스템들은 또한 증가된 처리량(throughput)으로 샘플들을 검사, 리뷰 또는 측정하도록 요구된다. 높은 처리량 시스템들은 신속한 포커스 에러 검출 방법들을 요구한다.
피처들과 결함들의 크기가 작아짐에 따라, 포커스 에러들을 결정하기 위한 효율적인 방법을 제공할 필요가 있다.
하전 입자 빔(charged particle beam)을 포커싱하기 위한 방법은, (a)샘플의 제 1 영역을 스캐닝하고 검출 신호들의 제 1 세트를 수집하는 동안 시간에 따라 변화하는 제 1 초점 패턴(focal pattern)에 따라 하전 입자 빔의 초점(focal point)을 변경하는 단계; (b)이상적으로 제 1 영역과 동일한 제 2 영역을 스캐닝하고 검출 신호들의 제 2 세트를 수집하는 동안 시간에 따라 변화하는 제 2 초점 패턴에 따라 하전 입자 빔의 초점을 변경하는 단계; 및 (c)초점 특성을 결정하기 위해 검출 신호들의 제 1 세트 및 제 2 세트를 프로세싱하는 단계를 포함하고, 제 1 초점 패턴 및 제 2 초점 패턴은 최적의 초점의 위치에 따라 상이하다.
편의상, 상기 방법은 검사 세션들 동안 또는 검사 세션들 사이에 제 1 초점 패턴 및/또는 제 2 초점 패턴을 적용시키는 단계를 포함할 수 있다.
시스템은 (i)샘플의 제 1 영역을 스캐닝하는 동안 시간에 따라 변화하는 제 1 초점 패턴에 따라 하전 입자 빔의 초점을 변경하도록 적응되고, 이상적으로 제 1 영역과 동일한 제 2 영역을 스캐닝하는 동안 시간에 따라 변화하는 제 2 초점 패턴에 따라 하전 입자 빔의 초점을 변경하도록 적응되는 조명 광학계(illumination optics); (ii)제 1 영역의 스캐닝으로부터 발생한 검출 신호들의 제 1 세트를 제공하도록 적응되고, 제 2 영역의 스캐닝으로부터 발생한 검출 신호들의 제 2 세트를 제공하도록 적응되는 적어도 하나의 검출기; 및 (iii)초점 특성(focal characteristic)을 결정하기 위해 상기 검출 신호들의 제 1 세트 및 제 2 세트를 프로세싱하도록 적응되는 프로세서를 포함하고, 제 1 초점 패턴 및 제 2 초점 패턴은 최적의 초점의 위치에 따라 상이하다.
본 발명을 이해하고, 본 발명이 실제로 어떻게 실시될 수 있는지를 보이기 위해, 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 단지 비제한적인 예시의 방법으로서 이제 설명될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예들 및 다른 실시예들의 이하의 상세한 설명에서, 첨부된 도면들이 참조된다. 당업자들은 다른 실시예들 및 변경들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음을 쉽게 알 것이라는 점이 이해되어야 한다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 초점 특성들은 하나, 둘 또는 그 이상의 초점 패턴들을 적용시킴으로써 결정될 수 있다. 몇몇 도면들은 제 1 초점 패턴 및 제 2 초점 패턴을 지칭하지만, 초점 패턴들의 수량은 변화할 수 있다. 2개의 초점 패턴들은 동일한 초점 패턴의 일부일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 포커스는 포커스 에러들을 검출할 수 있도록 포커스 패턴에 따라 변화될 수 있다. 포커스 패턴은 적정한 포커스로부터의 작은 편차들을 포함할 수 있지만, 이는 반드시 그러한 것은 아니다.
포커스 패턴은 적정한 포커스로부터의 큰 또는 중간의 편차들을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 포커스 패턴은 포커스 변화들이 발생하는 동안 이미지화되는(imaged) 영역들을 검사하게 하는 방식으로 적용될 수 있지만, 이는 반드시 그러한 것은 아니다. 초점 변화(focal change)들은 샘플의 검사 단계 동안 발생할 수 있지만, 이는 반드시 그러한 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 포커스는 특정 서브-영역 또는 스트립(strip)의 스캔 동안 고정될 수 있는 반면에, 초점은 상이한 서브-영역들 또는 스트립들 사이에서 변화한다.
포커스 패턴은 특정 지역이 스캐닝되는 동안 적용된다. 상기 지역의 크기는 샘플마다, 스캔마다, 영역마다 변화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 초점 패턴의 하나 이상의 특성은 이전에 검출된 초점 에러(focal error)들, 스캐닝된 샘플의 패턴 또는 형상 등에 반응하여 결정될 수 있다.
편의상, 포커스는 샘플이 횡단(traverse) 축(편의상, 수직 축)을 따라 이동되는(translated) 동안 가상(imaginary) 제 1 축을 따라 변화된다. 이는 반드시 그러한 것은 아니다. 상기 방법은 샘플이 움직이지 않고 검사 시스템의 일부가 움직이는 시스템들에 적용될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 상기 방법은 회전 변위가 샘플과 검사 시스템 사이에 도입되는 동안 적용될 수 있다.
편의상, 상기 방법은 샘플로부터의 산란된 하전 입자 빔들을 수집하는 것을 포함하지만, 이는 반드시 그러한 것은 아니다.
본원 발명의 실시에 의해, 효율적으로 초점 에러를 결정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 검사를 위한 시스템의 부분을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 초점 패턴(focal pattern) 및 제 2 초점 패턴을 도시한다.
도 3은 도 1의 제 1 및 제 2 곡선과 연관된 포커스(focus) 등급들 사이의 관계를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 초점 맵핑(focal mapping)에 반응하는 초점 패턴을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사인 곡선의 초점 패턴 및 선형 맵핑 패턴을 도시한다.
도 6은 검사 기간들의 타이밍 및 이들 사이에 적용된 소수 개의 짧은 포커스 교정 세션들을 도시한 타이밍 다이어그램을 포함한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 하전 입자 빔을 포커싱하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
본 발명을 이해하고, 본 발명이 실제로 어떻게 실시될 수 있는지를 보이기 위해, 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 단지 비제한적인 예시의 방법으로서 이제 설명될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예들 및 다른 실시예들의 이하의 상세한 설명에서, 첨부된 도면들이 참조된다. 당업자들은 다른 실시예들 및 변경들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음을 쉽게 알 것이라는 점이 이해되어야 한다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 초점 특성들은 하나, 둘 또는 그 이상의 초점 패턴들을 적용시킴으로써 결정될 수 있다. 몇몇 도면들은 제 1 초점 패턴 및 제 2 초점 패턴을 지칭하지만, 초점 패턴들의 수량은 변화할 수 있다. 2개의 초점 패턴들은 동일한 초점 패턴의 일부일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 포커스는 초점 에러들을 검출할 수 있도록 초점 패턴에 따라 변화될 수 있다. 초점 패턴은 적정한 포커스로부터의 작은 편차들을 포함할 수 있지만, 이는 반드시 그러한 것은 아니다.
초점 패턴은 적정한 포커스로부터의 큰 또는 중간의 편차들을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 초점 패턴은 포커스 변화들이 발생하는 동안 이미지화되는(imaged) 영역들을 검사하게 하는 방식으로 적용될 수 있지만, 이는 반드시 그러한 것은 아니다. 초점 변화(focal change)들은 샘플의 검사 단계 동안 발생할 수 있지만, 이는 반드시 그러한 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 포커스는 특정 서브-영역 또는 스트립(strip)의 스캔 동안 고정될 수 있는 반면에, 초점은 상이한 서브-영역들 또는 스트립들 사이에서 변화한다.
초점 패턴은 특정 지역이 스캐닝되는 동안 적용된다. 상기 지역의 크기는 샘플마다, 스캔마다, 영역마다 변화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 초점 패턴의 하나 또는 그 초과의 특성은 이전에 검출된 초점 에러(focal error)들, 스캐닝된 샘플의 패턴 또는 형상 등에 반응하여 결정될 수 있다.
편의상, 포커스는 샘플이 횡단(traverse) 축(편의상, 수직 축)을 따라 이동되는(translated) 동안 가상(imaginary) 제 1 축을 따라 변화된다. 이는 반드시 그러한 것은 아니다. 상기 방법은 샘플이 움직이지 않고 검사 시스템의 일부가 움직이는 시스템들에 적용될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 상기 방법은 회전 변위가 샘플과 검사 시스템 사이에 도입되는 동안 적용될 수 있다.
편의상, 상기 방법은 샘플로부터의 산란된 하전 입자 빔들을 수집하는 것을 포함하지만, 이는 반드시 그러한 것은 아니다.
이하의 도면들은 검사 시스템을 지칭한다. 본 발명은 계측 시스템들, 리뷰 시스템들 등과 같은 다른 시스템들에 적용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니라는 것이 주목된다.
발명자들은 웨이퍼를 검사하였지만, 레티클(reticle)들과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 다른 샘플들이 스캐닝될 수 있다. 본 발명이 투과성 검사 시스템(transmissive inspection system)들에 적용될 수 있다는 점에 추가적으로 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 시스템의 부분(10)을 도시한다. 본 발명에 적용시키기 위해, 하나 또는 그 초과의 하전 입자 빔들을 이용하는 디바이스들을 포함하는 다양한 종래 기술의 하전 입자 빔 디바이스들이 사용될 수 있다는 것이 주목된다.
이러한 종래 기술의 시스템이 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 포커스 포인트(focus point)의 신속한 변경을 수행할 수 있어야 하고, 검출 신호들을 프로세싱할 수 있어야 한다는 것이 주목된다. 신속한 포커스 변경은 샘플의 슬라이스의 단일 스캔 동안 여러 번 적용될 수 있다. 편의상, 신속한 스캔 변화들은 1cm/sec의 레이트를 초과하지 않아야 한다.
부분(10)은 많은 컴포넌트들을 포함한다. 몇몇 컴포넌트들은 선택적이다. 상기 부분은 검사 광학계 및 조명 광학계를 포함한다. 조명 광학계는 샘플을 향하여 하전 입자 빔을 생성하고 지향시킨다(direct). 하전 입자 빔의 초점은 조명 광학계의 다양한 컴포넌트들에 의해 변경될 수 있다. "광학계(optics)"라는 용어는 대물 렌즈들, 자기 코일들, 폴피스(polepiece)들, 정전(electrostatic) 렌즈들, 개구들(apertures), 스캐너들 등과 같은 컴포넌트들을 포함한다. 이들 컴포넌트들은 하전 입자 빔의 다양한 특성들에 영향을 미친다. 광학계는 또한 전력 공급기들, 전류 공급원들, 이들 컴포넌트들을 제어하는 컴포넌트들 등과 같은 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
조명 경로는 하전 입자 빔 소스(11)를 포함한다. 소스(11)는 통상적으로 전자총, 필라멘트, 서프레서(suppressor), 추출기 및 애노드를 포함한다. 하전 입자 빔 소스(11) 이후에, 상부 8중극(upper octupole)(12), 개구 정렬 코일들(13), 빔 한정 개구(14), 블랭커(15), 차동 진공 개구(16), 상부 그룹의 코일들(17), 블랭킹 개구(19), 하부 그룹의 코일들(20), 하부 8중극(21) 및 자기 대물 렌즈(22)가 뒤따른다. 하전 입자 빔은 또한 패러데이 컵(18)으로 전환(divert)될 수도 있다.
검사 경로는 자기 대물 렌즈(22), 하부 8중극(21), 하부 그룹의 코일들(20), 빔 벤딩(bending) 전극들(24), 정전 4중극(26), 정전 포커스 렌즈(28), 접지된 개구(30), 정전 필터(32) 및 검출기(34)를 포함한다.
부분(10)의 다양한 컴포넌트들은 고전압 모듈(40)로부터 고전압 공급을 받는다. 다양한 컴포넌트들, 및 특히 자기 컴포넌트들은 전류 공급 모듈(42)로부터 전류를 받는다.
하전 입자 빔의 초점들은 상부 및 하부 그룹의 코일들(17 및 20), 상부 및 하부 8중극들(12 및 21)과 같은 조명 경로의 다양한 컴포넌트들에 의해 변화(변조)될 수 있다. 통상적으로, 미세한 초점 변화들은 8중극들에 의해 이루어진다.
전형적으로, 검사 시스템은 또한 스테이지(stage), 이미지 프로세서들, 진공 챔버, 광학 컴포넌트들, 인간-기계간 인터페이스(man machine interface) 등을 포함한다. 하전 입자 빔은 진공을 통해 전파한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 초점 패턴(110) 및 제 2 초점 패턴(120)을 도시한다.
도 2는 샘플에서 또는 스캐닝 프로세스에서의 다양한 부정확성(inaccuracy)들을 무시하는 이상적인 초점 패턴들을 도시한다. 샘플과 하전 입자 빔의 광학계 사이의 거리가 샘플 평면에서의 만곡(curvature), 스테이지(stage) 부정확성들 등과 같은 다양한 결과들로 인해 샘플의 스캐닝 동안 변화할 수 있다는 것이 주목된다.
편의상, 스캐닝 프로세스 동안 적용되는 초점 패턴은 또한 다양한 샘플 및 검사 시스템 부정확성들 및 편차들에 반응한다.
*샘플 제조 부정확성들, (스테이지 만곡(stage curvature)과 같은) 검사 시스템의 기계적 부정확성들을 포함하는 다양한 이유들로 인해, 샘플과 검사 시스템 광학계 사이의 거리가 변화한다. 고분해능 검사를 사용하는 경우, 서브-미크론 높이 변화들조차 포커스에 영향을 미칠 수 있다. 전형적으로, 이러한 포커스를 조정하기 위해, (검사 시스템의 스테이지(stage)에 의해 전달되는 것과 같은) 샘플의 예비(preliminary) 맵핑이 일어난다. 비록 이 맵이 샘플과 검사 시스템 편차들 모두를 반영함에도 불구하고, 이 맵은 샘플 맵으로 지칭된다.
이 예비 맵핑은 비교적 정확하고 시간 소모가 크다. 샘플의 맵핑 위치들의 세트가 선택된다. 각각의 맵핑 위치에서, 하전 입자 빔은 샘플을 향해 지향되고 최적의 초점의 위치를 찾아내기 위해 초점을 변경하면서 검사된다. 초점이 발견된 후, 다양한 맵핑 위치들의 초점이 초점 변화들의 맵을 제공하기 위해 (예를 들어, 외삽법(extrapolation)에 의해) 프로세싱된다. 프린지 베이스(fringe base) 방법들 등을 포함하는, 맵핑을 수행하기 위한 다양한 종래 기술의 방법들이 적용될 수 있다는 것이 주목된다.
편의상, 초점 패턴들(110 및 120)과 같은 하나 또는 그 초과의 "일반적" 초점 패턴들이 결정된다. 이들 "일반적" 초점 패턴들은 특정 샘플이 스캐닝되는 동안 적용될 수 있는 고유한 초점 패턴을 제공하기 위해 각각의 샘플의 맵핑에 따라 조정된다.
일단 이러한 맵핑이 달성되면, 포커스 교정 시퀀스 동안 적용되는 초점 패턴은 맵핑 및 전술된 초점 패턴들에 반응한다.
도 2는 하전 입자 빔이 가상 Y축을 따라 스캐닝되는 동안의 (시스템의 초점을 제어하는 제어 신호에 의해 표현되는) 초점의 변화를 도시한다. 이 스캐닝 동안 샘플은 통상적으로 가상 X축을 따라 이동된다는 것이 주목된다. 단일의 제어 신호보다 더 많은 수의 제어 신호들이 원하는 초점 패턴을 제공하기 위해 사용될 수 있다는 것이 주목된다.
초점 패턴들(110 및 120) 모두는 최적의 초점에 따라 서로 다른 사선들이다. 최적의 초점은 이론상으로 곡선 및 수평축 사이의 교차부(crossing)에 위치된다.
도 3은 도 2의 제 1 및 제 2 곡선들(110 및 120)과 연관된 초점 등급들(grades) 사이의 관계를 도시한다.
초점 패턴(110) 및 초점 패턴(120)과 같은 초점 패턴이 적용된다고 가정하면, 초점 등급은 최적의 초점으로부터의 편차들을 반영한다. 곡선(130)은 제 1 초점 패턴(110)을 적용시킴으로써 달성되는 초점 등급을 도시하며, 곡선(140)은 제 2 초점 패턴을 적용시킴으로써 달성되는 초점 등급을 도시한다. 초점 등급은 초점 패턴 사이의 알려진 차이의 결과 및 또한 제 1 영역 및 제 2 영역의 스캐닝 사이의 알려지지 않은 포커스 차이의 결과에 따라 다르다는 것이 주목된다. 이 알려지지 않은 초점 차이가 발견되어야 한다.
편의상, 2개의 포커스 등급들은 각각의 초점 패턴으로부터 생성된다.
초점 등급(focal grade)은 초점 에러의 제곱에 반응하며, 최적의 초점에 대해 대칭적이다. 따라서, 곡선(130) 및 곡선(140)은 포물선 형상을 가진다.
2개의 포물선들 사이의 수평 변위는 제 1 초점 패턴 및 제 2 초점 패턴 사이의 시프트(shift) 및 스캔들 사이의 알려지지 않은 포커스 차이에 반응한다. 수평 변위는 측정되어 포커스 교정 신호를 결정하는 데에 사용된다. (a)최적의 초점이 이들 2개의 포물선들이 서로 교차하는 지점에 위치되고, (b)각각의 곡선의 최적의 초점이 포물선 중심(또는 최저치)에 위치된다고 가정하면, 그 다음에 최적의 초점은 (i)하나의 포물선의 최저점을 찾아 대응하는 높이 값(Z min1)을 저장하고, (ii)포물선들 사이의 수평 변위(ΔZ)를 결정하고, 그리고 (iii)수평 변위의 절반을 각각 최저점에 (곡선(130)의 최저치로부터) 가산하거나, 또는 최저점으로부터 (곡선(140)의 최저치로부터) 감산함으로써, 찾아질 수 있다.
전형적인 조명 경로 컴포넌트들은 수차(aberration)들을 도입하며, 이에 따라 초점의 위치는 X축을 따라 그리고 Y축을 따라 다르다. 적정한 초점들을 결정하기 위해, 상기 방법은 하나는 x축을 따라, 다른 하나는 Y축을 따라 2개의 그라디언트(gradient) 이미지들을 생성한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 샘플의 맵핑에 반응하는 초점 패턴(160)을 도시한다.
이전에 언급한 바와 같이, 초점 패턴들은 샘플의 맵핑에 따라 조정된다.
제 1 초점 패턴(160)은 샘플 맵핑의 선형부를 표현하는 선형 맵핑 곡선(150) 및 제 1 선형 곡선(130)의 중첩이다.
제 1 초점 패턴은 최적의 포커스로부터의 큰 편차들을 포함한다. 스캐닝된 샘플의 커버리지(coverage)에서 큰 갭(gap)들을 방지하기 위해, 제 1 초점 패턴은 상대적으로 짧고 가파르다. 따라서, 단지 샘플의 작은 영역만이 포커스를 벗어나 스캐닝된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 초점 패턴은 작은(minor) 높이 변화들을 포함한다. 이들 작은 변화들은 샘플로부터의 이미지들의 획득을 막지 못하며, 이에 따라 그 다음에 이미지에서 갭들을 형성하지 않고 검사 단계 동안 구현될 수 있다. 편의상, 이들 변화들은 샘플의 큰 영역들에 걸쳐 적용될 수 있지만, 이는 반드시 그러한 것은 아니다.
발명자들은 상대적으로 작은 포커스 편차들을 포함한 사인 곡선의 초점 패턴을 사용한다. 이 사인 곡선의 패턴은 샘플의 맵에 부가된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사인 곡선의 초점 패턴(170) 및 선형 맵핑 패턴(180)을 도시한다.
실제 초점 패턴(190)은 두 패턴들의 중첩이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 검사 기간들의 타이밍 및 짧은 포커스 교정 기간들을 도시하는 타이밍 다이어그램(200)을 포함한다.
설명의 편의를 위해, 타이밍 다이어그램(200)은 4개의 검사 기간들(IP1-IP4(211-214)) 및 3개의 포커스 교정 기간들(FC1-FC3(221-223))을 도시하지만, 기간들의 수는 변화할 수 있다. 각각의 기간의 길이가 다른 기간들과 다를 수 있다는 것이 또한 주목된다. 편의상, 검사 기간들은 더 길며, 포커스 교정 기간들보다도 훨씬 더 길다.
검사 기간들 및 포커스 교정 기간은 인터레이싱(interlace)된다. 각각의 포커스 교정 기간은 2개의 검사 기간들 사이에 시간이 지정된다(timed). 따라서, 제 1, 제 2, 및 제 3 검사 기간들(IP1-IP3(211-214)) 이후에, 제 1, 제 2, 및 제 3 포커스 교정 기간들(FC1-FC3(221-223))이 그에 맞춰서 뒤따른다. IP1, FC1, IP2, FC2, IP3, FC3 및 IP4는 시간들 T1, T2, T3, T4, T5, T6 및 T7에서 각각 시작된다. IP4는 T8에서 종료된다.
T1에서 샘플의 맵핑이 완료되는 것으로 가정된다.
제 1 검사 기간(IP1(211)) 동안, 포커스는 샘플 맵핑에 따라 변경되며, 샘플의 제 1 부분이 이미지화된다.
포커스 변경들은 또한 이전의 포커스 교정 기간들, 예를 들어, 이전의 샘플의 스캔들, 샘플의 다른 스트라이프(stripe)들의 스캔들 등 동안에 적용되었던 포커스 교정 기간들의 이전의 포커스 교정 기간들에 반응할 수 있다.
각각의 포커스 교정 기간(FC1-FC3) 동안, 포커스는, 샘플의 맵핑에 반응할 수 있고 또한 포커스를 교정하게 하는 초점 패턴에 따라 변화된다. 편의상, 각각의 초점 패턴은 오버-포커스 포인트(over-focus point)들뿐만 아니라 언더-포커스 포인트(under-focus point)들도 포함한다.
각 검사 기간들(IP2-IP4) 동안의 포커스는 샘플의 맵핑에 반응하지만, 또한 선행하는 포커스 교정 기간의 결과들에 반응한다. 편의상, 이러한 검사 기간이 시작되기 전에 (또는 이러한 기간이 시작된 직후) 포커스는 이전의 포커스 교정 기간의 결과들에 반응하여 교정된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 하전 입자 빔을 포커싱하기 위한 방법(300)을 도시하는 흐름도이다.
방법(300)은 샘플의 상부 표면(upper surface)을 맵핑하는 단계(310)에 의해 시작된다.
단계(310) 이후에, 샘플의 제 1 영역을 스캐닝하고 검출 신호들의 제 1 세트를 수집하는 동안 제 1 초점 패턴에 따라 하전 입자 빔의 초점을 변경하는 단계(320)가 뒤따른다. 검출 신호들의 제 1 세트는 스캐닝된 제 1 영역의 대표 이미지 및/또는 이미지를 형성할 수 있다. 편의상, 제 1 영역의 이미지는 I1(i, j)로 표시된다.
편의상, 제 1 초점 패턴은 언더-포커스 포인트들 및 오버-포커스된 포인트들을 포함한다.
단계(320) 이후에, 이상적으로 제 1 영역과 동일한 제 2 영역을 스캐닝하고 검출 신호들의 제 2 세트를 수집하는 동안 제 2 초점 패턴에 따라 하전 입자 빔의 초점을 변경하는 단계(330)가 뒤따른다. 검출 신호들의 제 2 세트는 스캐닝된 제 2 영역의 대표 이미지 및/또는 이미지를 형성할 수 있다. 편의상, 제 2 영역의 이미지는 I2(i, j)로 표시된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 변경하는 것은 기계적 이동(translation)을 포함한다. 편의상, 변경은 하전 입자 빔이 전파되는 조명 경로의 특성의 변경을 포함할 수 있다. 편의상, 변경하는 것은 하전 빔 디바이스의 적어도 하나의 엘리먼트와 샘플의 표면 사이의 추정된 거리에 반응한다.
편의상, 단계들(320 및 330)은 샘플의 이미지화 동안 여러 번 반복된다. 각각의 반복 동안, 새로운 이미지가 획득된다는 것이 주목된다. 편의상, 단계들(320 및 330)은 또한 이상적으로 제 1 영역과 동일한 제 3 영역으로부터의 검출 신호들의 제 3 세트를 수집하기 위해 반복되고, 프로세싱하는 것은 검출 신호들의 제 3 세트를 프로세싱하는 것을 더 포함한다.
편의상, 방법(300)은 또한 검출 신호들의 기준 세트를 수집하기 위해 실질적인 일정한 초점을 유지하면서, 이상적으로 제 1 영역과 동일한 기준 영역을 스캐닝하는 것을 포함하며, 프로세싱하는 것은 검출 신호들의 기준 세트를 프로세싱하는 것을 더 포함한다.
편의상, 제 1 영역은 다수의 불연속 세그먼트들을 포함한다. 편의상, 영역은 다수의 세그먼트들을 포함하며, 초점은 단일 세그먼트를 스캐닝하는 동안 샘플의 표면에 대해 실질적으로 고정된 채 유지된다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따라 초점 패턴은 많은 형상들을 가질 수 있다. 이것은 연속적이거나 또는 불연속적일 수 있다. 편의상, 초점 패턴의 형상은 검사 시스템 특성들 및 특히 초점 변화 엘리먼트들의 반응 시간에 반응하여 결정된다. 발명자들은 램프형(ramp shaped) 초점 패턴들 및 사인 곡선형 초점 패턴들을 사용하지만, 다른 형상들뿐만 아니라 다양한 형상들의 조합이 사용될 수 있다.
편의상, 단계들(320 및 330)은 웨이퍼의 검사 세션 동안 실행된다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 제 1 초점 패턴은 샘플의 검사 세션 동안 적용된다. 편의상, 제 1 초점 패턴은 샘플의 검사 세션들 사이의 초점 교정 세션들 동안 적용된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제 1 영역은 제 1 그룹의 서브-영역들을 포함하며, 제 2 영역은 제 2 그룹의 서브-영역들을 포함한다. 편의상, 프로세싱하는 것은, 서브-영역 등급을 제공하기 위해 각각의 서브-영역으로부터의 검출 신호들을 프로세싱하는 것, 및 각각의 서브-영역의 등급들에 반응하여 초점 특성을 결정하는 것을 포함한다.
단계(330) 이후에, 초점 특성을 결정하기 위해 검출 신호들의 제 1 세트 및 제 2 세트를 프로세싱하는 단계(340)가 뒤따르고, 제 1 초점 패턴 및 제 2 초점 패턴은 최적의 초점의 위치에 따라 다르다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 단계(340)는 (가상 Y축과 같은) 제 1 축을 따라, 그리고 (가상 X축과 같은) 제 2 횡단 축을 따라 초점 변화를 추정하는 것을 포함한다. 편의상, 초점 특성은 제 1 축을 따라 초점 변화에 반응하여, 그리고 제 2 축을 따라 초점 변화에 반응하여 결정된다. 편의상, 단계(340)는 제 1 영역의 2개의 그라디언트 이미지들 및 제 2 영역의 2개의 그라디언트 이미지들을 생성하는 것을 포함한다.
편의상, 단계(340)는 (i)제 1 영역의 제 1 축 그라디언트 이미지를 생성하는 것 (ii)제 1 영역의 제 2 축 그라디언트 이미지를 생성하는 것; (iii)제 1 영역의 제 1 축 그라디언트 이미지의 초점 등급을 계산하는 것; 및 (iv)제 1 영역의 제 2 축 그라디언트 이미지의 초점 등급을 계산하는 것을 포함한다.
편의상, 단계(340)는 (i)제 2 영역의 제 1 축 그라디언트 이미지를 생성하는 것; (ii) 제 2 영역의 제 2 축 그라디언트 이미지를 생성하는 것; (iii)제 2 영역의 제 1 축 그라디언트 이미지의 초점 등급을 계산하는 것; (iv)제 2 영역의 제 2 축 그라디언트 이미지의 초점 등급을 계산하는 것; (v)제 1 영역의 제 1 축 그라디언트 이미지의 초점 등급과 제 2 영역의 제 1 축 그라디언트 이미지의 초점 등급 간을 비교하는 것; 및 (vi)제 1 영역의 제 2 축 그라디언트 이미지의 초점 등급과 제 2 영역의 제 2 축 그라디언트 이미지의 초점 등급 간을 비교하는 것을 포함한다.
그라디언트 이미지들이 Gx1, Gx2, Gy1, 및 Gy2로 표시되고, 포커스 등급들이 라인마다 계산되며, FocusGradex1(line_j), FocusGradex2(line_j), FocusGradey1(line_j), 및 FocusGradey2(line_j)로 표시된다고 가정하면, 그 다음에 이하의 수식들은 위에서 언급한 프로세스들의 제 1 단계들을 표현한다:
Figure pat00001
특정 라인의 포커스 등급은 최상의 포커스 포인트에서의 포커스 등급에 비례하고, 그로부터의 높이 편차의 제곱에 비례한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 방법은 다수의 반복 패턴들(셀들)을 포함하는 샘플에 적용될 수 있다. 제 1 초점 패턴은 제 1 그룹의 반복 패턴들(셀들)을 스캐닝하는 동안 적용될 수 있고, 제 2 초점 패턴은 제 2 그룹의 반복 패턴들(셀들)을 스캐닝하는 동안 적용될 수 있다. 이러한 경우에, 이전의 단계들이 적용될 수 있지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서 이미지에서 최상의 라인을 선택하는 대신, 방법은 최상의 셀을 선택할 수 있다. 포커스 에러는 최상의 셀들의 위치를 비교함으로써 계산될 수 있다.
본 발명은 종래의 툴들, 방법론 및 컴포넌트들을 사용함으로써 실시될 수 있다. 따라서, 이러한 툴들, 컴포넌트 및 방법론의 세부 사항들은 본 명세서에 상세히 진술되지 않는다. 이전의 설명들에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해, 테스트 구조들의 형상들, 및 전기-광학적으로 활성인 재료들과 같은 많은 구체적인 세부사항들이 진술된다. 그러나, 본 발명은 구체적으로 진술된 세부사항들에 의지하지 않고 실시될 수 있음이 인지되어야 한다.
단지 본 발명의 예시적인 실시예들 및 그것의 다예(versatility)의 몇몇 예들이 본 개시에서 도시되고 설명된다. 본 발명은 다양한 다른 조합들 및 환경들에서 사용할 수 있으며, 본 명세서에서 명시된 바와 같은 본 발명의 개념 범위 내에서 변화 또는 변경할 수 있다.

Claims (22)

  1. 검사 시스템으로서,
    (i) 샘플의 제 1 영역을 스캐닝하는 동안 시간에 따라 변화하는 제 1 초점 패턴에 따라 하전 입자 빔의 초점을 변경하도록 적응되고, 이상적으로 상기 제 1 영역과 동일한 제 2 영역을 스캐닝하는 동안 시간에 따라 변화하는 제 2 초점 패턴에 따라 하전 입자 빔의 초점을 변경하도록 적응되는 조명 광학계(illumination optics);
    (ii) 상기 제 1 영역의 스캐닝으로부터 발생한, 검출 신호들의 제 1 세트를 제공하도록 적응되고, 상기 제 2 영역의 스캐닝으로부터 발생한, 검출 신호들의 제 2 세트를 제공하도록 적응되는 적어도 하나의 검출기; 및
    (iii) 초점 특성(focal characteristic)을 결정하기 위해 상기 검출 신호들의 상기 제 1 세트 및 상기 제 2 세트를 프로세싱하도록 적응되는 프로세서를 포함하고,
    상기 제 1 초점 패턴 및 상기 제 2 초점 패턴은 최적의 초점의 위치에 의해 시간에 따라 상이한,
    검사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 초점 패턴은 언더-포커스 포인트들 및 오버-포커스된 포인트들을 포함하는,
    검사 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    이상적으로 상기 제 1 영역과 동일한 제 3 영역으로부터의 검출 신호들의 제 3 세트를 수집하기 위해 단계(a) 및 단계(b)를 반복하도록 추가적으로 적응되며,
    상기 프로세싱은 상기 검출 신호들의 제 3 세트를 프로세싱하는 것을 더 포함하는,
    검사 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    검출 신호들의 기준 세트를 수집하기 위해 실질적인 일정한 초점을 유지하면서, 이상적으로 상기 제 1 영역과 동일한 기준 영역을 스캐닝하도록 추가적으로 적응되며,
    상기 프로세서는 상기 검출 신호들의 기준 세트를 프로세싱하도록 추가적으로 적응되는,
    검사 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 제 1 축을 따라 그리고 제 2 횡단 축을 따라 초점 변화를 추정하는,
    검사 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 초점 특성은 제 1 축을 따르는 상기 초점 변화에 반응하여, 그리고 상기 제 2 축을 따르는 초점 변화에 반응하여 결정되는,
    검사 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제 1 영역의 그라디언트 이미지 및 상기 제 2 영역의 그라디언트 이미지를 생성하는,
    검사 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 변경은 기계적 이동을 포함하는,
    검사 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 변경은 조명 경로의 특성의 변경을 포함하고, 상기 조명 경로를 통해 상기 하전 입자 빔이 전파하는,
    검사 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 변경은 하전 빔 디바이스의 적어도 하나의 엘리먼트와 상기 샘플의 표면 사이의 추정된 공간 관계에 반응하는,
    검사 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 샘플의 상부 표면을 맵핑하도록 추가적으로 적응되는,
    검사 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 다수의 불연속 세그먼트들을 포함하는,
    검사 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 영역은 다수의 세그먼트들을 포함하며, 상기 초점은 단일 세그먼트를 스캐닝하는 동안 상기 샘플의 표면에 대해 실질적으로 고정된 채로 유지되는,
    검사 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제 1 영역의 제 1 축 그라디언트 이미지를 생성하고, 상기 제 1 영역의 제 2 축 그라디언트 이미지를 생성하고, 상기 제 1 영역의 상기 제 1 축 그라디언트 이미지의 초점 등급을 계산하고, 그리고 상기 제 1 영역의 상기 제 2 축 그라디언트 이미지의 초점 등급을 계산하도록 적응되는,
    검사 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 제 2 영역의 제 1 축 그라디언트 이미지를 생성하고, 상기 제 2 영역의 제 2 축 그라디언트 이미지를 생성하고, 상기 제 2 영역의 상기 제 1 축 그라디언트 이미지의 초점 등급을 계산하고, 상기 제 2 영역의 상기 제 2 축 그라디언트 이미지의 초점 등급을 계산하고, 상기 제 1 영역의 상기 제 1 축 그라디언트 이미지의 초점 등급과 상기 제 2 영역의 상기 제 1 축 그라디언트 이미지의 초점 등급 간을 비교하고, 그리고 상기 제 1 영역의 상기 제 2 축 그라디언트 이미지의 초점 등급과 상기 제 2 영역의 상기 제 2 축 그라디언트 이미지의 초점 등급 간을 비교하도록 적응되는,
    검사 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 초점 패턴은 램프를 포함하는,
    검사 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 초점 패턴은 제한된 초점 변화들을 포함하는,
    검사 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플의 검사 세션 동안 상기 초점을 변경하도록 적응되는,
    검사 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서,
    시스템은 상기 샘플의 검사 세션 동안 상기 제 1 초점 패턴을 적용시키도록 적응되는,
    검사 시스템.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 샘플의 검사 세션들 사이의 초점 교정 세션들 동안 상기 제 1 초점 패턴을 적용시키도록 적응되는,
    검사 시스템.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 제 1 그룹의 서브-영역들을 포함하며,
    상기 제 2 영역은 제 2 그룹의 서브-영역들을 포함하는,
    검사 시스템.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱은 서브-영역 등급을 제공하기 위해 각각의 서브-영역으로부터의 검출 신호들을 프로세싱하는 것, 및 각각의 서브-영역의 등급들에 반응하여 상기 초점 특성을 결정하는 것을 포함하는,
    검사 시스템.
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