KR20140127339A

KR20140127339A - 필드 향상 요소를 갖는 타겟을 사용하는 광학 계측

Info

Publication number: KR20140127339A
Application number: KR1020147026252A
Authority: KR
Inventors: 조나단 매드슨; 안드레이 쉬쉐그로브; 마이클 베이크만; 새디어스 지우라; 알렉산더 쿠즈넷소브; 빈-밍 트사이 (벤자민)
Original assignee: 케이엘에이-텐코 코포레이션
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2014-11-03
Also published as: JP2015509591A; US8879073B2; EP2817612A1; WO2013126601A1; US20130222795A1; CN104220865A; EP2817612A4

Abstract

특정 관심 파라미터에 대한 계측 감도를 향상시키기 위한 방법 및 시스템이 제시된다. 필드 향상 요소(field enhancement element: FEE)가 시편 상에 존재하는 관심 구조체의 측정 감도를 향상시키기 위해 시편의 부분으로서 구성된다. FEE의 설계는 측정 목표 및 제조 설계 규칙을 고려하여 타겟 제조를 전체 디바이스 제조 프로세스와 호환성 있게 한다. 불투명한 재료, 높은 형상비 구조체, 낮은 감도를 갖는 구조체, 또는 서로 상관된 파라미터의 측정이 FEE의 추가에 의해 향상된다. 예시적인 측정은 임계 치수, 막 두께, 막 조성 및 광학 분광 광학 오버레이를 포함한다. 몇몇 예에서, 타겟 요소는 상이한 관심 구조체의 측정을 향상시키기 위한 상이한 FEE를 포함한다. 다른 예에서, 상이한 타겟 요소는 상이한 FEE를 포함한다. 몇몇 다른 예에서, 필드 향상 요소는 FEE 상에 적층된 박막 내에 전기장을 집중시키도록 성형된다.

Description

필드 향상 요소를 갖는 타겟을 사용하는 광학 계측{OPTICAL METROLOGY USING TARGETS WITH FIELD ENHANCEMENT ELEMENTS}

<관련 출원의 상호 참조>

본 특허출원은 그 요지가 본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 2012년 2월 24일 출원된 발명의 명칭이 "필드 향상 소자를 갖는 타겟을 사용하는 광학 계측(Optical Metrology Using Targets With Field Enhancement Elements)"인 미국 가특허 출원 제61/603,187호로부터 35 U.S.C. §119 하에서 우선권을 주장한다.

<기술 분야>

설명된 실시예는 광학 계측 및 검사 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 측정 결과를 향상시키도록 설계된 타겟을 수반하는 광학 계측 및 검사 시나리오에 관한 것이다.

논리 디바이스 및 메모리 디바이스와 같은 반도체 디바이스는 통상적으로 시편(specimen)에 적용된 일련의 처리 단계에 의해 제조된다. 반도체 디바이스의 다양한 특징들 및 다수의 구조적 레벨이 이들 처리 단계에 의해 형성된다. 예를 들어, 다른 것들 중에서도 리소그래피는 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 생성하는 단계를 수반하는 하나의 반도체 제조 프로세스이다. 반도체 제조 프로세스의 부가의 예는 화학 기계적 연마, 에칭, 적층 및 이온 주입을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 다수의 반도체 디바이스는 단일의 반도체 웨이퍼 상에 제조되고 이어서 개별 반도체 디바이스로 분리될 수도 있다.

광학 계측에 기초하는 검사 프로세스는 높은 수율을 증진시키기 위해 웨이퍼 상의 결함을 검출하도록 반도체 제조 프로세스 중에 다양한 단계에서 사용된다. 광학 계측 기술은 샘플 파괴의 위험 없이 높은 처리량에 대한 잠재성을 제공한다. 산란 광학(scatterometry) 및 반사 광학(reflectometry) 구현예 및 연계된 분석 알고리즘을 포함하는 다수의 광학 계측 기반 기술이 통상적으로 나노스케일 구조체의 임계 치수, 막 두께, 조성 및 다른 파라미터를 특징화하는 데 사용된다. 전통적으로, 광학 계측 측정은 박막 및/또는 반복된 주기적 구조체로 이루어진 타겟 상에 수행된다. 이들 막 및 주기적 구조체는 통상적으로 디바이스 제조 중에 실제 디바이스 기하학적 형상 및 재료 구조체 또는 중간 디자인을 표현한다.

디바이스(예를 들어, 논리 디바이스 및 메모리 디바이스)가 심지어 더 소형의 나노미터-스케일 치수로 이동하고 이들의 3차원 기하학적 형상 및 재료의 선택의 견지에서 더 복잡해짐에 따라, 이러한 디바이스의 특징은 어려움을 증가시킨다. 예를 들어, 높은 형상비(aspect ratio)의 3차원 구조체(예를 들어, 몇몇 메모리 구조체)는 광학 계측에 특정 과제를 제시한다. 종종, 높은 형상비 기하학적 형상은 물리적으로 광학 방사선에 대한 하부층의 노출을 방해한다. 따라서, 측정 감도는 관심 영역 내에서의 낮은 전자기장 강도로 인해 문제가 있다. 다른 예에서, 재료 불투명도(예를 들어, 증가적으로 사용되는 고-k 재료)는 하부층으로의 광학 방사선의 침투를 방해한다. 광학 방사선에 대한 노출 부족은 측정 감도를 상당히 감소시킨다. 더욱이, 측정 데이터의 부족은 복잡한 구조체(예를 들어, FinFET)를 특징화하는 다수의 파라미터들 사이의 상관성의 디커플링의 신뢰성을 감소시킨다. 따라서, 광학 계측 도구(예를 들어, 분광 타원계측기 또는 반사계)에 의한 현재 디바이스의 측정은 과제가 증가하고 있다.

이들 과제에 대하여, 타겟으로부터 더 많은 신호를 취득하는 더 복잡한 도구가 채용되어 왔다. 예를 들어, 더 많은 파장(예를 들어, 극자외선 및 진공 자외선 파장), 반사된 신호에 대한 더 완전한 정보[예를 들어, 통상의 반사율 또는 타원계측 신호에 추가하여 다수의 뮐러 행렬 요소(Mueller matrix element)를 측정하는] 및 다수의 조명각이 채용되어 왔다. 몇몇 예에서, 다수의 광학 검사 시스템 및 비광학 검사 시스템의 조합이 채용되어 왔다.

그러나, 이들 접근법들은 특히 복잡한 3차원 구조체, 불투명 재료 또는 공지의 낮은 파라미터 감도 또는 높은 파라미터 상관성을 갖는 다른 구조체들에서, 다수의 진보된 타겟을 위한 감도 및 파라미터 상관성의 기본적인 과제를 신뢰적으로 극복할 수 없다는 것이 명백해졌다. 따라서, 복잡한 3차원 기하학적 형상 및/또는 불투명 재료를 갖는 디바이스를 높은 처리량에서 특징화하기 위한 방법 및 시스템이 요구된다.

관심 파라미터에 대한 계측 감도를 향상시키기 위한 방법 및 시스템이 제시된다. 필드 향상 요소(field enhancement element: FEE)가 시편 상에 존재하는 관심 구조체의 측정 감도를 향상시키기 위해 시편의 부분으로서 구성된다. FEE의 설계는 측정 목표 및 제조 설계 규칙을 고려하여 타겟 제조를 전체 디바이스 제조 프로세스와 호환성 있게 한다. 불투명한 재료, 높은 형상비 구조체, 낮은 감도를 갖는 구조체, 또는 서로 상관된 파라미터의 측정이 FEE의 추가에 의해 향상된다. 예시적인 측정은 임계 치수, 막 두께, 막 조성 및 광학 분광 광학 오버레이를 포함한다.

몇몇 예에서, FEE는 측정 감도를 향상시키고 또는 특정 타겟 요소의 측정과 연계된 파라미터 상관성을 감소시킨다. 이들 단일 타겟 예에서, 단일 타겟 요소(또는 반복된 단일 타겟 요소들)로부터 수집된 데이터는 측정 파라미터를 결정하는 데 사용된다. 몇몇 다른 예에서, FEE는 측정 감도를 향상시키고, 멀티-타겟 최적화의 부분으로서 다수의 상이한 타겟 요소(즉, 상이하게 성형된 FEE를 포함하는 타겟 요소)의 측정과 연계된 파라미터 상관성을 감소시킨다.

다양한 유형의 필드 향상 요소는 디바이스 관심 구조체를 제조하기 위한 프로세스 흐름의 부분으로서 구성될 수도 있다. 몇몇 예에서, FEE에 의해 제공된 필드 향상은 FEE가 위치해 있는 영역에서 이루어진다. 예를 들어, FEE는 디바이스 스택의 하부층으로의 필드 침투를 증가시키는 트렌치 또는 정공일 수도 있다. 그러나, 다른 예에서, FEE에 의해 제공된 필드 향상은 FEE 위치로부터 이격된 영역에서 이루어진다. 예를 들어, FEE는 빔 스티어링 요소, 프리즘 요소, 또는 조명 필드를 관심 영역 내로 지향시키는 도파로 요소일 수도 있다. 다른 예에서, FEE는 조명 필드를 관심 영역 내로 커플링하는 2차 격자 요소일 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 타겟 요소는 단일의 공간적으로 반복하는 요소(즉, 단위 셀)이고, 타겟 영역은 다수의 공간적으로 반복된 타겟 요소를 포함한다. 따라서, 단일 측정은 다수의 타겟 요소로부터 회절된 광을 수집한다. 몇몇 실시예에서, 타겟 요소는 일 방향으로 공간적으로 반복된다. 몇몇 다른 실시예에서, 타겟 요소는 또한 제1 방향과 정렬되지 않은 다른 방향으로 공간적으로 반복된다. 이 방식으로, 계측 시스템은 관심 파라미터의 후속의 결정을 간단화하는 출력 신호에 격자 효과를 생성하는 다수의 공간적으로 반복되는 타겟 요소를 포함하는 타겟 영역 상에서 측정을 수행할 수 있는 능력을 갖는다.

몇몇 실시예에서, 높은 형상비의 관심 구조체의 측정은 조명광을 타겟 요소의 어두운 리세스 내로 스티어링하거나 집광하기 위해 필드 향상 요소를 채용함으로써 향상된다. 이 방식으로, 타겟 요소 내로의 조명광의 침투는 수직층 정보로의 액세스와 함께 향상된다.

몇몇 실시예에서, 박막 층의 측정은 측정 데이터가 특정층과 연계된 파라미터를 격리하도록 분석될 수 있도록 필드 향상 요소를 채용함으로써 향상된다. 예를 들어, 막 두께 측정은 종종 불투명층(예를 들어, 금속층)의 존재에 의해 복잡하다. 유사하게, 조성 측정은 종종 특정의 측정된 파라미터(예를 들어, 질소 퍼센트)에 대한 낮은 감도에 의해 복잡하다. FEE는 관심 파라미터의 격리를 가능하게 함으로써 측정 결과를 향상시키도록 타겟 영역 내에 도입된다.

몇몇 실시예에서, 상이한 관심 파라미터의 측정은 상이하게 성형된 복수의 FEE를 포함하는 단일의 타겟 요소에 의해 향상된다. 몇몇 다른 실시예에서, 상이한 타겟 요소는 그로부터의 측정치들이 멀티-타겟 분석에 포함되는 상이한 FEE를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 박막 재료는 막 내의 전기장의 농도를 향상시키기 위한 날카로운 특징부를 포함하는 필드 향상 요소 상에 배치된다. 다른 예에서, 낮은 감도 또는 서로 상관된 파라미터를 갖는 구조체의 측정은 타겟 요소 내에 또는 타겟 요소와 FEE 사이의 전자기 공진을 발생시키기 위해 FEE를 채용함으로써 향상된다. 또 다른 예에서, 오버레이의 측정은 필드 향상 요소를 채용함으로서 향상된다.

이상은 개요이며, 따라서 필요에 의해 간단화, 보편화 및 상세의 생략을 포함하고, 따라서 당 기술 분야의 숙련자들은 이 개요가 단지 예시적인 것이고 어떠한 방식으로도 한정은 아니라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에 설명된 디바이스 및/또는 프로세스의 다른 양태, 발명적 특징 및 장점은 본 명세서에 설명된 비한정적인 상세한 설명에서 명백해질 것이다.

도 1은 본 명세서에 제시된 방법에 따른 필드 향상 요소를 포함하는 시편으로부터 회절된 광을 검출하고 관심 파라미터를 결정하기 위해 검출된 신호를 분석하도록 구성된 계측 시스템(200)의 고도로 간단화된 개략도를 도시하고 있다.
도 2는 적어도 하나의 필드 향상 요소(242) 및 적어도 하나의 관심 구조체(241)를 포함하는 타겟 요소(240)를 갖는 시편(201)을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 시스템(200)에 의한 구현에 적합한 방법(300)을 도시하고 있다.
도 4는 필드 향상 요소에 의해 향상된 플래시 메모리 구조체의 수직 플래시층의 측정을 도시하고 있다.
도 5는 특정하게 설계된 필드 향상 요소(즉, 트렌치)를 사용하여 다양한 모델 파라미터를 위한 측정 정밀도의 향상을 도시하고 있는 플롯이다.
도 6은 각각의 필드 향상 요소(250)의 증가하는 임계 치수(critical dimension: CD)를 갖는 측정 정밀도의 향상을 도시하고 있는 플롯이다. 게다가, 도 6은 상이한 피치비와 연계된 상이한 플롯라인을 도시하고 있다.
도 7a 및 도 7b는 기판(263), 제1 층(264), 제2 층(265) 및 제3 층(266)을 포함하는 다층 시편(201)을 도시하고 있다.
도 8은 2개의 상이한 필드 향상 요소를 갖는 개별 타겟 요소를 포함하는 다층 시편을 도시하고 있다.
도 9a 내지 도 9c는 실리콘 기판(270), 폴리실리콘층(271), 티타늄층(272) 및 티타늄 질화물층(273)을 포함하는 다른 다층 시편을 도시하고 있다.
도 10은 FEE를 포함하는 타겟 시편을 측정함으로써 달성된 측정 성능의 향상을 도시하고 있는 차트(10)를 도시하고 있다.
도 11은 실리콘 필드 향상 요소(281) 상의 실리콘 산화물 막 코팅(280)을 도시하고 있는 도면이다.
도 12는 측정 감도에 대한 FEE 높이의 영향을 도시하고 있는 플롯을 도시하고 있다.
도 13은 상이한 막 층으로 각각 코팅된 다수의 필드 향상 요소(281A 내지 281C)를 도시하고 있다.
도 14a 내지 도 14b는 질소 농도에 고도로 민감한 공진을 생성하기 위해 필드 향상 요소에 의해 향상된 박막 유전 구조체를 도시하고 있다.
도 15는 조명 파장의 함수로서 α의 플롯(20)을 도시하고 있다.
도 16은 조명 파장의 함수로서 β의 플롯(30)을 도시하고 있다.
도 17은 오버레이의 측정을 향상시키기 위해 2개의 가능한 FEE 구성, 가산 및 감산 FEE를 도시하고 있다.
도 18은 본 명세서에 설명된 방법을 구현하기에 적합한 일 예시적인 실시예에서 패치-기반 평행 개별 평탄화 산란 광학계(400)를 도시하고 있다.

이제 본 발명의 배경예 및 몇몇 실시예를 상세히 참조할 것이고, 그 예들은 첨부 도면에 도시되어 있다.

광학 계측에 기초하여 상이한 반도체 제조 프로세스와 연계된 구조적 및 재료 특성(예를 들어, 구조체 및 막의 재료 조성, 치수적 특성 등)을 측정하기 위한 시스템 및 방법이 제시된다. 일 양태에서, 계측 시스템은 관심 구조 요소의 측정을 향상하기 위해, 시편의 부분으로서 설계되고 구성된 필드 향상 요소(field enhancement element: FEE)를 포함하는 시편을 측정한다. 몇몇 실시예에서, FEE는 특정 관심 파라미터에 대한 계측 감도를 생성하거나 향상시키기 위해 다수의 공간적으로 주기적인 타겟 요소의 부분으로서 구성된다. 몇몇 실시예에서, FEE는 하나 이상의 박막 층의 측정을 향상시키도록 구성된다. 몇몇 예에서, FEE는 측정될 파라미터에 대한 감도를 향상시키도록 설계된다. 몇몇 예에서, FEE는 관심 파라미터 및 다른 파라미터 사이의 상관성을 감소시키도록 설계된다. 비한정적인 예로서, FEE는 임계 치수(CD), 막 두께, 막 조성 및 산란 광학계 오버레이의 측정을 향상시키도록 채용될 수도 있다.

광범위한 유형의 필드 향상 요소가 관심 디바이스 구조체를 제조하기 위해 프로세스 흐름의 부분으로서 구성될 수도 있다. 몇몇 예에서, FEE에 의해 제공된 필드 향상은 FEE가 배치되는 영역에서 이루어진다. 예를 들어, FEE는 디바이스 스택의 하부층으로의 필드 침투를 증가시키는 트렌치 또는 정공일 수도 있다. 그러나, 다른 예에서, FEE에 의해 제공된 필드 향상은 FEE 위치로부터 이격된 영역에서 이루어진다. 예를 들어, FEE는 빔 스티어링 요소, 프리즘 요소 또는 조명 필드를 관심 영역 내로 지향하는 도파로 요소일 수도 있다. 다른 예에서, FEE는 조명 필드를 관심 영역 내에 커플링하는 2차 격자 요소일 수도 있다.

도 1은 본 명세서에 제시된 방법에 따른 필드 향상 요소를 포함하는 시편으로부터 회절된 광을 검출하고 관심 파라미터를 결정하기 위해 검출된 신호를 분석하도록 구성된 계측 시스템(200)의 고도로 간단화된 개략도를 도시하고 있다.

시스템(200)은 조명광(204)을 전달하는 조명기(202)를 포함한다. 조명광(204)은 빔 스플리터(205)에 의해 고-NA 대물 렌즈(206)를 향해 지향된다. 대물 렌즈(206)는 동시에 타겟 영역(207) 상에 시편(201)을 조명하고 광범위한 각도에 걸쳐 시편(201)으로부터 회절된 광을 수집한다. 필드 정지부(field stop) 및 아포다이저(apodizer)(도시 생략)가 조명 및 수집 빔의 공간적 특성을 제어하는 데 사용될 수도 있다. 수집된 광(208)은 빔 스플리터(205)를 통해 검출기(203)에 지향된다. 도시되어 있는 실시예에서, 검출기(203)는 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)의 2차원 어레이이다. 검출기(203)는 수집된 광(208)을 검출하고 타겟 영역(207)의 동공 이미지를 지시하는 출력 신호(209)를 생성한다.

몇몇 실시예에서, 조명광(204)은 다수의 파장 채널을 포함한다. 예를 들어, 조명광(204)은 다수의 상이한 레이저에 의해 제공될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시스템(200)은 편광들(도시 생략) 사이의 상대 위상차를 수집하여 측정하기 위한 상이한 편광 및 파장판을 갖는 상이한 광학 채널을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 조명기(202)는 다수의 파장을 동시에 제공하도록 구성된다(예를 들어, 초연속체 레이저 소스, 램프 소스 또는 레이저 지속 플라즈마와 같은 레이저-구동 광원).

다른 실시예에서, 시스템(200)은 관심 파라미터를 결정하기 위해 출력 신호(209)를 분석하도록 채용된 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(210)을 포함한다. 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(210)은 검출기(203)에 통신 가능하게 연결될 수도 있다. 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(210)은 검출기(203)에 의해 생성된 출력 신호(209)를 수신하도록 구성된다.

본 명세서에 전체에 걸쳐 설명된 다양한 단계들은 단일의 컴퓨터 시스템(210) 또는 대안적으로 다수의 컴퓨터 시스템(210)에 의해 수행될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 더욱이, 검출기(203)와 같은 시스템(200)의 상이한 서브시스템은 본 명세서에 설명된 단계들의 적어도 일부를 수행하기에 적합한 컴퓨터 시스템을 포함할 수도 있다. 따라서, 본 명세서에 제시된 설명은 본 발명의 한정으로서 해석되어서는 안되고 단지 예시로서만 해석되어야 한다. 또한, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(210)은 본 명세서에 설명된 임의의 방법예의 임의의 다른 단계(들)를 수행하도록 구성될 수도 있다.

다른 실시예에서, 컴퓨터 시스템(210)은 당 기술 분야에 공지된 임의의 방식으로 검출기(203)에 통신 가능하게 연결될 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(210)은 검출기(203)의 컴퓨팅 시스템에 연결될 수도 있다. 다른 예에서, 검출기(203) 및 조명기(202)는 단일의 컴퓨터 시스템에 의해 제어될 수도 있다. 이 방식으로, 컴퓨터 시스템(210)은 단일의 컴퓨터 시스템에 연결될 수도 있다.

컴퓨터 시스템(210)은 유선 및/또는 무선 부분을 포함할 수도 있는 전송 매체에 의해 시스템의 서브시스템[예를 들어, 검출기(203), 조명기(202) 등]으로부터 데이터 또는 정보를 수신 및/또는 취득하도록 구성될 수도 있다. 이 방식으로, 전송 매체는 컴퓨터 시스템(210)과 시스템(200)의 다른 서브시스템 사이의 데이터 링크로서 기능할 수도 있다. 또한, 컴퓨팅 시스템(210)은 저장 매체(즉, 메모리)를 통해 이미지 또는 잔류 신호를 수신하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 검출기(203)에 의해 생성된 출력 신호(209)는 영구적 또는 반영구적 메모리 디바이스[예를 들어, 캐리어 매체(220)] 내에 저장될 수도 있다. 이와 관련하여, 출력 신호는 외부 시스템으로부터 임포팅될(imported) 수도 있다. 다른 예에서, 컴퓨터 시스템(210)은 컴퓨터 시스템(210)에 의해 생성된 결과를 저장 매체[예를 들어, 캐리어 매체(220)]에 송신하여 결과를 기록할 수도 있다.

더욱이, 컴퓨터 시스템(210)은 전송 매체를 통해 외부 시스템에 데이터를 송신할 수도 있다. 전송 매체는 유선 및/또는 무선 부분을 포함할 수도 있다. 이 방식으로, 전송 매체는 컴퓨터 시스템(210)과 시스템(200)의 다른 서브시스템 또는 외부 시스템 사이의 데이터 링크로서 기능할 수도 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(210)은 컴퓨터 시스템(210)에 의해 생성된 결과를 전송 매체를 통해 외부 시스템 또는 시스템(200)의 다른 서브시스템에 송신할 수도 있다.

컴퓨팅 시스템(210)은 퍼스널 컴퓨터 시스템, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 프로세서, 또는 당 기술 분야에 공지되어 있는 임의의 다른 디바이스를 포함할 수도 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 일반적으로, 용어 "컴퓨팅 시스템"은 메모리 매체로부터 명령어를 실행하는 하나 이상의 프로세서를 갖는 임의의 디바이스를 포함하도록 광범위하게 정의될 수도 있다.

본 명세서에 설명된 것들과 같은 방법을 구현하는 프로그램 명령어(230)는 캐리어 매체(220) 상에서 전송되거나 거기에 저장될 수도 있다. 캐리어 매체는 와이어, 케이블 또는 무선 전송 링크와 같은 전송 매체일 수도 있다. 캐리어 매체는 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 디스크 또는 자기 테이프와 같은 컴퓨터 판독 가능 매체를 또한 포함할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 시스템(200)에 의한 구현에 적합한 방법(300)을 도시하고 있다. 일 양태에서, 방법(300)의 데이터 처리 블록은 프로그램 명령어(230)의 부분으로서 저장되고 컴퓨팅 시스템(210)의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 사전 프로그램된 알고리즘을 통해 수행될 수도 있다. 이하의 설명은 도 1에 도시되어 있는 시스템(200)의 환경에서 제시되어 있지만, 시스템(200)의 특정 구조적 양태는 한정을 표현하는 것이 아니라 단지 예로서만 해석되어야 한다는 것이 본 명세서에서 인식된다.

블록 301에서, 시스템(200)은 타겟 영역(207)(즉, 회절된 광이 계측 또는 검사를 위해 사용되는 영역) 상에 조명광(204)으로 시편(201)을 조명한다. 시편은 타겟 영역 내에 필드 향상 요소 및 관심 구조 요소를 포함한다. 필드 향상 요소는 관심 구조체의 측정을 향상시키기 위해 시편 상에 배치된다. 종종, 시편(201)은 완성된 제품의 부분으로서 사용될 소정량의 다이 영역 및 최종 제조 단계의 부분으로서 희생될(예를 들어, 다이싱 프로세스, 소잉 프로세스 등에 의해) 다른 양의 다이 영역을 포함한다. 전형적인 실시예에서, 필드 향상 요소는 웨이퍼의 희생 영역에 배치된다. 이 방식으로, 필드 향상 요소는 최종 제품 구조 및 성능에 영향을 미치지 않고 관심 구조체의 측정을 향상시키는 데 사용된다.

몇몇 실시예에서, 조명기(202)는 레이저 광원이다. 몇몇 다른 실시예에서, 조명기(202)는 고휘도 램프 소스이다. 조명광(204)의 특성은 예를 들어 광원, 단일 또는 멀티-모드 파이버, 확산기, 스캐닝 미러 및 피에조 스테이지 등을 선택함으로써 가공될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 시편(201)은 다수의 상이한 시편(201)의 위치에서 조명된다. 이들 실시예에서, 시편(201)은 웨이퍼 위치설정 시스템(도시 생략)에 의해 대물 렌즈(206) 아래에 위치할 수도 있다. 예를 들어, 웨이퍼 위치설정 시스템은 당 기술 분야에 공지된 x-y 병진 스테이지 또는 회전 스테이지일 수도 있다. 대안적으로, 또는 웨이퍼 위치설정 시스템과 조합하여, 조명광(204)은 조명광(204)을 재지향함으로써 시편(201) 상의 상이한 위치에 지향될 수도 있다. 예를 들어, 스캐닝 미러가 조명광(204)을 시편(201) 상의 상이한 위치에 재지향하도록 채용될 수도 있다.

몇몇 예에서, 조명광(204)은 시편(201)에 수직으로 입사한다. 몇몇 다른 예에서, 조명광(204)은 경사각으로 시편(201)에 입사한다. 몇몇 예에서, 조명광은 입사각의 범위에 걸쳐 시편(201)에 입사된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 대물 렌즈(206)는 높은 개구수(numerical aperture)(예를 들어, 대략 0.9의 NA)를 갖는다. 이 방식으로, 조명광(204)은 광범위의 입사각(예를 들어, 공기중에서 동작하는 시스템에 대해 0 내지 64도의 각도의 범위)에 걸쳐 시편(201)을 조명한다. 또한, 몇몇 실시예에서, 입사각의 범위에 걸쳐 시편(201)을 조명하는 것에 부가하여, 시편(201)은 다수의 상이한 편광각을 갖는 조명광(204)에 의해 조명된다. 더욱이, 몇몇 실시예에서, 시편(201)은 다수의 상이한 파장을 갖는 조명광(204)에 의해 조명된다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 예로서, 조명광(204)은 시편(201)을 조명한다. 시편(201)은 적어도 하나의 필드 향상 요소(242) 및 적어도 하나의 관심 구조체(241)를 포함하는 타겟 요소(240)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 타겟 요소(240)는 단일의 공간적으로 반복하는 요소(즉, 단위 셀)이다. 몇몇 실시예에서, 타겟 영역(207)(즉, 회절된 광이 계측 또는 검사를 위해 사용되는 영역)은 다수의 공간적으로 반복된 타겟 요소를 포함한다. 따라서, 단일 측정이 다수의 타겟 요소로부터 회절된 광을 수집한다.

예를 들어, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 타겟 요소(240)는 X-방향으로 공간적으로 반복되고, 각각의 인접한 타겟 요소는 공간 간격(Px)만큼 서로로부터 분리된다. 다른 예(도시 생략)으로, 타겟 요소(240)는 또한 X-방향과 정렬되지 않은 다른 방향(예를 들어, Y-방향)으로 공간적으로 반복될 수도 있다. 예를 들어, 인접한 타겟 요소는 Y-방향으로 주기적으로 반복되고, 인접한 타겟 요소는 공간 간격(Py)만큼 서로로부터 분리된다. Px 및 Py는 동일하거나 상이할 수도 있다. 이 방식으로, 계측 시스템은 관심 파라미터의 후속의 결정을 간단화할 수도 있는 출력 신호의 격자 효과를 생성하는 다수의 공간적으로 반복되는 타겟 요소를 포함하는 타겟 영역 상에 측정을 수행할 수 있는 능력을 갖는다.

블록 302에서, 조명광(204)의 일부는 일정량의 산란된 조명광(243)을 발생시키기 위해 복수의 각도로 타겟 요소(240)로부터 회절한다. 산란된 조명광(243)은 시스템(200)에 의해 이후에 수집되는 일정량의 측정광(도시 생략)을 발생시키도록 관심 구조체와 상호 작용한다. 각도 범위(도 2에 도시되어 있는 바와 같은)에 걸쳐 필드 향상 요소(242)로부터 조명광(204)의 일부를 회절시킴으로써, 관심 구조체(243)는 필드 향상 요소의 존재 없이는 시스템(200)으로부터 직접 조명에 의해 액세스 가능하지 않는 괌범위의 각도로부터 조명된다. 그 결과, 산란된 조명광(243)과 관심 구조체(241) 사이의 상호 작용에 의해 발생한 측정광은 각도 범위에 걸쳐 산란된 조명광(243)에 의한 조명 없이는 존재하지 않는 정보를 포함한다.

필드 향상 메커니즘이 광선의 집합으로서 도 2에 도시되어 있지만, 실제 측정은 완전한 자기장의 회절을 수반한다. 필드 향상 요소(242)로부터 회절된 광은 0 회절 차수(즉, 정반사된 광)를 포함하지만, 더 높은 회절 차수를 또한 포함할 수도 있다. 측정 결과가 0 회절 차수 광으로부터 주로 도출되어야 한다면, 인접한 타겟 요소(240) 사이의 공간 간격은 조명광의 파장의 차수 또는 그 이하이어야 한다. 그러나, 더 높은 회절 차수를 갖는 광의 사용은 타겟 요소들 사이의 공간 간격이 조명광의 파장보다 크게 할 수 있다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 예로서, 필드 향상 요소(242)는 시편(201)의 표면에 대해 경사각(α)으로 배향되는 측벽을 포함하도록 성형된다. 더 구체적으로, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 필드 향상 요소(242)는 높이, 측벽각 및 폭을 갖는 사다리꼴로서 성형된다. 게다가, 인접한 필드 향상 요소는 공간 간격(Px)만큼 분리된다. 이 방식으로, 필드 향상 요소(242)의 표면으로부터 회절된 광은 각도 범위에 걸쳐 관심 구조체(241)를 향해 지향된다. 필드 향상 요소의 형상 및 위치, 예를 들어 측벽각(side wall angle: SWA), 관심 구조체까지의 거리, 타겟 요소(240) 내의 필드 향상 요소의 수, 타겟 요소(240)의 공간 피치는 모두 측정 결과를 향상시키도록 설계된 예시적인 파라미터이다. 도 2의 도시는 필드 향상 요소의 다수의 다른 형상이 고려될 수도 있기 때문에 비한정적인 예로서 제시되어 있다. 부가의 비한정적인 예가 본 명세서에 제시된다.

블록 303에서, 측정 광량이 시스템(200)에 의해 검출된다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 검출기(203)는 시편(201)으로부터 수집된 측정 광량을 나타내는 복수의 출력 신호(209)를 생성한다. 몇몇 실시예에서, 검출기(203)는 CCD 소자의 2차원 어레이를 포함한다. 몇몇 다른 실시예에서, 검출기(203)는 CCD 소자의 1차원 어레이를 포함한다. 다른 검출기 요소가 고려될 수도 있다(예를 들어, 광검출기 등). 따라서, 일반적으로, 시스템(200)은 1차원(예를 들어, 포토다이오드의 1차원 어레이를 채용함) 또는 2차원(예를 들어, 2차원 CCD 어레이를 채용함)일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 복수의 출력 신호가 시편(201)의 이미지를 생성하도록 조합된다. 게다가, 다수의 예에서, 다수의 측정이 측정 성능을 향상시키는 다수의 출력 신호를 생성하기 위해 상이한 편광 및 파장 채널에 대해 수행될 수도 있다.

블록 304에서, 컴퓨터 시스템(210)은 검출된 측정광에 적어도 부분적으로 기초하여 관심 구조체의 측정 파라미터를 결정한다. 공칭 산란 광학계 측정 프로세스는 구조체의 파라미터(예를 들어, 막 두께, 임계 치수, 분산 곡선 등) 및 시스템(예를 들어, 파장, 입사각, 편광각 등)으로 구성된다. 특정 파라미터는 공지의 고정 파라미터로서 처리되고, 다른 파라미터는 미지의 비고정 파라미터로서 처리된다. 비고정 파라미터는 이론적 예측과 실험 데이터 사이의 최적합(best fit)을 생성하는 프로세스(예를 들어, 회귀)에 의해 해결된다.

다른 예에서, 컴퓨터 시스템(210)은 특정 이미지와 연계된 출력 신호와 예측된 공칭 구조체의 모델 사이의 차이를 결정함으로써 타겟 요소의 이미지를 결정한다. 전술된 바와 같이, 공칭 파라미터값은 다수의 파장, 편광 상태 등에 걸쳐 이론적 예측과 실험 데이터 사이의 최적합을 생성하는 프로세스(예를 들어, 회귀)에 의해 해결될 수도 있다. 이 방식으로, 파라미터들은 예측된 공칭 구조체의 최적합 모델과 측정된 이미지 사이의 차이에 기초하여 결정된다.

도 4는 필드 향상 요소에 의해 향상된 플래시 메모리 구조체의 수직 플래시층의 측정을 도시하고 있다. 메모리 구조체에 대한 추가의 정보는 그 전문이 본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 2011년 9월 29일 공개되고 삼성전자 주식회사(Samsung Electronics Co., LTD.)에 양도된 미국 특허 출원 공개 제2011/0233648 A1호에서 발견될 수도 있다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 필드 향상 요소(250)는 어레이를 통해 비트 라인의 일 측면 상에 트렌치로서 추가된다. 이들 디바이스의 측정 성능을 제한하는 주요 팩터는 분광 타원계측기 또는 반사계 조명광이 디바이스 표면으로부터 실리콘 기판을 향해 전파함에 따른 광 강도의 감소이다. 이는 이후에 플래시 셀 비트 라인을 형성하는 비아홀(via hole)의 하부 임계 치수(bottom critical dimension: BCD)에 대한 감소된 측정 감도를 야기한다. 게다가, 막 스택의 하부 부근의 개별층에 대한 측정 감도가 또한 감소된다. 필드 향상 요소(250)는 디바이스의 하부에서 광학 필드 침투를 증가시키도록 추가된다.

트렌치 에칭이 통상적으로 플래시 셀 내에 워드 라인 구조체를 생성하기 위한 준비시에 수행된다. 플래시 셀 레이아웃은 이 워드 라인 트렌치를 수용하도록 설계된다. 그러나, 통상의 플래시 셀 레이아웃 내의 트렌치의 위치 및/또는 간격은 BCD 및 하부 두께 감도를 향상시키기 위해 최적이 아닐 수도 있다. 본 예에서, 필드 향상 요소(즉, 트렌치)의 설계는 FEE 피치 및 CD의 적절한 선택에 의해 BCD 및 하부 두께 감도를 향상시키도록 최적화된다.

도 5는 특정하게 설계된 필드 향상 요소(즉, 트렌치)를 사용하여 다양한 모델 파라미터를 위한 측정 정밀도의 향상을 도시하고 있는 플롯이다. 본 실시예에서, 각각의 트렌치의 크기는 측정 성능을 향상시키기 위해 200 나노미터의 트렌치들 사이의 간격을 갖는 100 나노미터 폭이 되도록 선택된다. 본 예에서, 임계 치수 및 스택의 깊이를 통한 층 두께를 포함하는 모델 파라미터의 측정 정밀도가 플롯팅된다. 플롯라인(252)은 공칭 구조체에 대한 어떠한 변경도 행해지지 않은 경우를 도시하고 있다. 플롯라인(253)은 필드 향상 요소가 측정 성능을 향상시키도록 설계된 경우를 도시하고 있다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 측정 정밀도는 각각의 필드 향상 요소(250)의 증가하는 임계 치수(CD)에 의해 향상된다. 게다가, 도 6은 상이한 피치비(즉 FEE 간격 대 FEE CD의 비)와 연계된 상이한 플롯라인을 도시하고 있다. 플롯라인(256, 255, 254)은 각각 피치비 1:1, 2:1 및 3:1에 대응한다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 2:1의 피치비[플롯라인(255)에 의해 도시되어 있음]가 최선의 측정 결과를 낳는 것으로 보인다. 향상된 측정 감도에 추가하여, 파라미터 상관성이 또한 감소된다.

몇몇 실시예에서, 다수의 타겟 요소의 측정은 특정 관심 파라미터를 격리하도록 멀티-타겟 분석에서 조합된다. 도 7a 및 도 7b는 기판(263), 제1 층(264), 제2 층(265) 및 제3 층(266)을 포함하는 다층 시편(201)을 도시하고 있다. 도 7a에 도시되어 있는 바와 같이, 타겟 요소(260)는 필드 향상 요소(262A)를 포함한다. 인접한 타겟 요소들은 공간 간격(P1)만큼 서로로부터 분리된다. 도시되어 있는 예에서, 필드 향상 요소(262A)는 트렌치이다. 도 7b에 도시되어 있는 바와 같이, 타겟 요소(267)는 필드 향상 요소(262B)를 포함한다. 인접한 타겟 요소들은 피치(P1)만큼 서로로부터 분리된다. 도시되어 있는 예에서, 필드 향상 요소(262B)는 또한 트렌치이다. 그러나, FEE(262B)는 FEE(262A)와는 상이하게 성형된다. 더 구체적으로, FEE(262B)는 FEE(262A)보다 깊게 에칭된다. 일 예에서, 층(264)은 관심 구조체이다. 도 7a에 도시되어 있는 바와 같이, 층(265, 266)은 타겟 요소(260) 내의 층(264)을 통해 에칭된다. 도 7b에 도시되어 있는 바와 같이, 층(264)은 또한 타겟 요소(267) 내의 층(265, 266)에 추가하여 에칭된다. 이 멀티-타겟 예[즉, 타겟 요소(260, 267)]에서, 관심 구조체[층(264)]는 2개의 상이한 타겟 요소를 사용하여 격리된다. 공통층[즉, 층(265, 266)]은 멀티-타겟 분석에서 링크되고, 관심 구조체(예를 들어, 두께, 조성 또는 프로파일)는 비고정되고 예를 들어 회귀 분석에 의해 해결된다. 다른 예에서, 멀티-타겟 분석은 상이한 층 또는 층들의 조합을 격리하고 측정하도록 확장될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 상이한 관심 파라미터의 측정은 상이하게 성형된 복수의 FEE를 포함하는 단일의 타겟 요소에 의해 향상된다. 도 8은 도 7a 내지 도 7b를 참조하여 설명된 것과 유사한 다층 시편을 도시하고 있다. 그러나, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 개별 타겟 요소(268)는 상이하게 성형된 2개의 필드 향상 요소, 즉 필드 향상 요소(261)와 필드 향상 요소(269)를 포함한다. 필드 향상 요소(261)는 층(264)에 에칭되고, 필드 향상 요소(269)는 층(264)을 통해 에칭된다. 이 단일-타겟 예[즉, 타겟 요소(268)]에서, 하나의 관심 구조체[층(265)]가 제1 FEE[FEE(261)]를 사용하여 격리되고, 제2 관심 구조체[층(264)]는 상이하게 성형된 제2 FEE[FEE(269)]를 사용하여 격리된다. 본 실시예에서, 2개의 상이한 필드 향상 요소는 상이한 레벨로 에칭된다. 단일-타겟 분석에서, 관심 구조체(예를 들어, 두께, 조성 또는 프로파일)는 비고정되고 예를 들어 회귀 분석에 의해 해결된다. 유사하게, 상이한 타겟 요소가 상이한 층들을 격리하고 측정하도록 구성될 수도 있다. 게다가, 공간적으로 반복하는 타겟 요소는 측정 성능을 향상시키도록 채용될 수도 있다. 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 타겟 요소(268)는 공간적으로 반복되고, 인접한 타겟 요소들은 공간 간격(P2)만큼 서로로부터 분리된다.

도 9a 내지 도 9c는 실리콘 기판(270), 폴리실리콘층(271), 티타늄층(272) 및 티타늄 질화물층(273)을 포함하는 다른 다층 시편을 도시하고 있다. 각각의 층은 대략적으로 40 나노미터 두께이다. 필드 향상 요소는 폴리실리콘 막 층(271)의 두께의 측정을 향상시키도록 시편 내의 트렌치로서 제조된다. 도 9a에 도시되어 있는 바와 같이, 폴리실리콘층(271)의 측정은 상기 금속층의 존재 때문에 어렵다. 도 9b에 도시되어 있는 바와 같이, FEE(274)는 층(271)으로 연장된다. 도 9c에 도시되어 있는 바와 같이, FEE(275)는 층(271)을 통해 연장된다.

도 10은 타겟 시편의 부분으로서 FEE를 채용함으로써 달성된 측정 성능의 향상을 도시하고 있는 차트(10)를 도시하고 있다. 필드 향상 요소가 없는 층(271) 두께의 분광 타원계측 측정은 매우 낮은 감도 및 열악한 정밀도를 나타낸다. 그러나, 도 9c에 도시되어 있는 바와 같은 타겟 요소 상에 단일 타겟 분석을 수행함으로써, 감도는 상당히 증가되고 정밀도는 상당히 향상된다. 또한, 측정 성능의 향상은 도 9b에 도시되어 있는 바와 같은 타겟 요소 및 도 9c에 도시되어 있는 바와 같은 타겟 요소를 사용하여 멀티-타겟 분석을 수행함으로써 얻어진다.

몇몇 실시예에서, 박막 재료는 막 내의 전기장의 농도를 향상시키기 위해 성형된(예를 들어, 날카로운 특징부들을 포함함) 필드 향상 요소 상에 배치된다. 도 11은 실리콘 필드 향상 요소(281) 상에 실리콘 산화물 막 코팅(280)을 도시하고 있는 도면이다. 필드 향상 요소(281)는 날카로운 특징부[예를 들어, 사다리꼴 형상 FEE(281)의 코너]를 관심 조명 광 영역(들)을 집중하는 관심 구조체[막(280)] 내로 도입한다. 높은 굴절률 콘트라스트를 갖는 날카로운 특징부들은 더 강한 전기장을 끌어당긴다. 관심 영역(들) 내의 전기장을 증가함으로써, 막 파라미터(예를 들어, 임계 치수, 막 두께 및 조성 파라미터)에 대한 감도가 증가한다. 더 구체적으로, 실리콘 기판(282)의 편평한 표면 상의 FEE(281)의 날카로운 특징부는 FEE(281)의 상부 주위의 전기장을 향상시킨다. 이 방식으로, 필드는 FEE(281)의 상부 상의 막의 영역에 집중된다. FEE(281)의 형상 및 치수는 특정 편광각, 파장 등에서의 감도를 향상시키도록 최적화될 수도 있다.

도 12는 유한 요소 모델 계산에 기초하여 측정 감도에 대한 FEE(281)의 높이의 영향을 도시하고 있는 플롯을 도시하고 있다. FEE(281)의 존재는 플롯팅되는 높이의 전체 범위에 걸쳐 막 두께에 대한 측정 감도를 향상시킨다. 플롯라인(283)은 P-편광 조명광에 대한 결과를 나타내고 있다. P-편광광에 대한 측정 감도는 대략 20 나노미터의 FEE 높이에서 최대화된다. 플롯라인(284)은 S-편광 조명광에 대한 결과를 나타내고 있다. S-편광광에 대한 측정 감도는 대략 40 나노미터의 FEE 높이에서 최대화된다. 이 방식으로, FEE 높이는 특정 편광 각도에 대한 측정 감도를 최대화하도록 설계될 수도 있다. 게다가, 상이한 막에 대한 FEE는 특정 입사각 및 파장에서만 감도를 증가시키도록 형상 및 크기가 다양할 수도 있다.

도 13은 상이한 막 층으로 각각 코팅된 다수의 필드 향상 요소(281A 내지 281C)를 도시하고 있다. 각각의 필드 향상 요소는 막 스택 내의 특정 막에 전기장을 집중시키는 데 사용된다. 도시되어 있는 바와 같이, 막(283)의 측정은 필드 향상 요소(281A)에 의해 향상되고, 막(284)의 측정은 필드 향상 요소(281B)에 의해 향상되고, 막(285)의 측정은 필드 향상 요소(281C)에 의해 향상된다.

다른 예에서, 낮은 감도 또는 서로 상관된 파라미터를 갖는 구조체의 측정은 타겟 요소 내의 또는 타겟 요소와 FEE 사이의 전자기 공진을 발생시키도록 FEE를 채용함으로써 향상된다.

다수의 예에서, 도 14a에 도시되어 있는 박막(290)과 같은 박막이 반도체 디바이스의 제조 중에 유전성 게이트를 생성하는 데 사용된다. FinFET와 같은 진보된 3차원 트랜지스터 구조체가 디바이스 크기를 축소하기 위해 진행중인 노력의 부분으로서 제조된다. 질소는 이들 구조체의 원하는 특성을 달성하기 위해 게이트 유전성 재료에 첨가된다. 첨가된 질소의 양은 정확하게 제어되어야 하고, 따라서 질소 농도의 정밀한 측정이 요구된다. 진보된 3차원 구조체 내의 질소 농도에 대한 감도를 증가시키기 위해, 도 14b에 도시되어 있는 바와 같은 FEE(291)와 같은 주기적 필드 향상 요소가 질소 농도에 대해 매우 민감한 공진을 생성하기 위해 타겟의 면내에 추가된다. 분광 산란 광학 모델링은 특정하게 설계된 필드 향상 요소가 FinFET의 하부 에지 주위에서 200 nm에서의 강한 필드 향상으로 인해, 3차원 FinFET 구조체 내의 질소 농도에 대한 푸리에 계수(α, β)의 감도를 증가시킨다.

도 15는 조명 파장의 함수로서 α의 플롯(20)을 도시하고 있다. 200 nm의 파장을 갖는 조명광에 대해, 질소 농도에 대한 α의 감도는 필드 향상 요소의 추가에 의해 60배만큼 증가한다. 유사하게, 도 16은 조명 파장의 함수로서 β의 플롯(30)을 도시하고 있다. 200 nm의 파장을 갖는 조명광에 대해, 질소 농도에 대한 β의 감도는 필드 향상 요소의 추가에 의해 400배만큼 증가한다.

또 다른 예에서, 오버레이의 측정은 필드 향상 요소를 채용함으로써 향상된다. 산란 광학 오버레이(Scatterometry Overlay: SCOL)는 오버레이 차이를 갖는 2개의 타겟들 사이의 스펙트럼 반사율 또는 타원 계측 신호의 차이가 오버레이의 양을 결정하는 데 사용되는 기술이다. 몇몇 예에서, 필드 향상 요소는 오버레이 변화에 대한 차이 신호의 감도를 향상시키기 위해 이러한 타겟에 추가된다. 도 17은 2개의 가능한 FEE 구성을 도시하고 있다. 일 실시예에서, 재료는 감산 FEE(예를 들어, 트렌치)를 생성하도록 시편으로부터 제거된다. 예로서, FEE(295)는 감산 FEE이다. 다른 실시예에서, 재료는 가산 FEE를 생성하도록 시편에 추가된다. 예로서, FEE(296)는 가산 FEE이다. FEE[예를 들어, 임의의 FEE(295, 296)]는 단일의 개별 마스크 작업을 사용하여 SCOL 타겟에 추가되어, FEE와 기초 타겟 사이의 오버레이 시프트가 양 타겟에 대해 동일하게 될 것이다. FEE 치수 및 피치는 타겟에 대한 오버레이 감도가 향상되는 이러한 방식으로 로컬 광학 필드 및 회절 조건을 변경하도록 설계되고 최적화될 수 있다. 몇몇 예에서, 금속 구조체는 FEE 재료로서 사용될 것이다.

몇몇 예에서, FEE는 측정 감도를 직접 향상시키고 또는 특정 타겟 요소의 측정과 연계된 파라미터 상관성을 감소시킨다. 이들 단일 타겟 예에서, 단일 타겟 요소(또는 반복된 단일 타겟 요소들)로부터 수집된 데이터는 측정 파라미터를 결정하는 데 사용된다. 몇몇 다른 예에서, FEE는 측정 감도를 향상시키고 또는 멀티-타겟 최적화의 부분으로서 다수의 상이한 타겟 요소(즉, 상이하게 성형된 FEE를 포함하는 타겟 요소)의 측정과 연계된 파라미터 상관성을 감소시킨다. 멀티-타겟 측정은 측정 파라미터를 결정하기 위해 상이한 타겟 요소로부터 데이터 수집을 수반한다. 예를 들어, 다수의 멀티-타겟 분석 기술이 본 명세서에 그대로 참조로서 포함되어 있는 KLA-Tencor, Corp에 양도된 미국 특허 제7,478,019호에 설명되어 있다. 멀티-타겟 측정은 상이한 FEE를 채용하는 다수의 상이한 타겟 요소를 수반할 수도 있다. 게다가, 멀티-타겟 측정은 FEE를 포함하지 않는 타겟 요소의 측정을 수반할 수도 있다. 이들 멀티-타겟 예에서, FEE의 세트는 각각의 타겟 요소의 측정 및 다수의 타겟의 전체 세트를 모두 향상시키도록 설계된다.

본 명세서에 설명된 방법이 시스템(200)을 참조하여 설명되었지만, 시편으로부터 회절된 광을 조명하고 검출하도록 구성된 임의의 광학 계측 시스템이 본 명세서에 설명된 예시적인 방법을 구현하도록 채용될 수도 있다. 예시적인 시스템은 각도-분해능 반사계(또는 산란 광학계), 반사계 또는 타원계측기를 포함한다. 본 명세서에 설명된 방법을 구현하는 시스템이 또한 다수의 상이한 방식으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 광범위한 파장(가시광, 자외선, 적외선 및 X-선을 포함함), 입사각, 편광 상태 및 응집 상태가 고려될 수도 있다.

적합한 시스템(400)의 바람직한 실시예가 도 18에 도시되어 있고, 본 명세서에 그대로 참조로서 포함되어 있는 KLA-Tencor Corp에 양도된 미국 특허 제7,567,351호에 더 완전히 설명되어 있다. 도 18은 일 예시적인 실시예에서 경로-기반 평행 개별 편광 산란 광학계(400)를 도시하고 있다.

도 18의 장치는 5개의 상이한 비접촉식 광학 측정 디바이스 뿐만 아니라 전형적인 메모리 다이 내에 존재할 수도 있는 바와 같은 기판(6) 및 반복 구조체의 영역(8)을 포함하는 샘플(4)을 측정하기 위한 협대역 축외 타원계측기(2)를 포함한다. 복합 광학 측정 시스템은 빔 프로파일 타원계측기(Beam Profile ellipsometer: BPE)(10), 빔 프로파일 반사계(Beam Profile Reflectometer: BPR)(12), 광대역 반사 분광계(Broadband Reflective Spectrometer: BRS)(14), 극자외선 반사 분광계(Deep Ultra Violet Reflective Spectrometer: DUV)(16), 및 광대역 분광 타원계측기(Broadband Spectroscopic Ellipsometer: BSE)(18)를 포함한다. 이들 5개의 광학 측정 디바이스는 2개의 광학 소스: 레이저(20) 및 광원(22)을 이용한다. 레이저(20)는 프로브 빔(24)을 발생시키고, 광원(22)은 프로브 빔(26)[렌즈(28)에 의해 시준되고 미러(29)에 의해 프로브 빔(24)과 동일한 경로를 따라 지향됨]을 발생시킨다. 레이저(20)는 이상적으로 선편광된 빔을 방출하는 고상 레이저 다이오드이다. 광원(22)은 이상적으로는 190 nm 내지 820 nm의 스펙트럼을 커버하는 다색 빔을 생성하는 2개의 램프, 즉 중수소 및 텅스텐 또는 제논 전구의 조합이다. 프로브 빔(24/26)은 미러(30)에 의해 반사되고, 미러(42)를 통해 샘플(4)로 통과한다.

프로브 빔(24/26)은 렌즈(32) 또는 렌즈(33)로 샘플의 표면 상에 포커싱된다. 바람직한 실시예에서, 2개의 렌즈(32/33)는 터릿(turret)(도시 생략) 내에 장착되고, 대안적으로 프로브 빔(24/26)의 경로 내로 이동 가능하다. 렌즈(32)는 샘플 표면에 대한 입사각의 큰 확산을 생성하고 약 1 미크론의 직경의 스폿 크기를 생성하기 위한 높은 개구수(0.90 NA의 정도)를 갖는 구형의 현미경 대물 렌즈이다. 렌즈(33)는 낮은 개구수(0.4 NA의 정도)를 갖고 약 10 내지 15 미크론의 스폿 크기로 극 UV 광을 포커싱하는 것이 가능한 반사 렌즈이다.

빔 프로파일 타원계측(beam profile ellipsometry: BPE)이 본 양수인에 의해 공동 소유되고 본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 1993년 1월 19일 허여된 미국 특허 제5,181,080호에 설명되어 있다. BPE(10)는 1/4파 플레이트(34), 편광기(36), 렌즈(38) 및 검출기(40)를 포함한다. 동작시에, 선편광된 프로브 빔(24)이 렌즈(32)에 의해 샘플(4) 상에 포커싱된다. 샘플 표면으로부터 반사된 광은 렌즈(32)를 통해, 미러(42, 30, 44)를 통해 통과하고, 미러(46)에 의해 BPE(10) 내로 지향된다. 반사된 프로브 빔 내의 광선의 위치는 샘플의 표면에 대한 특정 입사각에 대응한다. 1/4파 플레이트(34)는 90도만큼 빔의 편광 상태들 중 하나의 위상을 지각한다. 선편광기(36)는 빔의 2개의 편광 상태가 서로 간섭하게 한다. 최대 신호를 위해, 편광기(36)의 축은 1/4파 플레이트(34)의 고속 및 저속축에 대해 45도의 각도로 배향되어야 한다. 검출기(40)는 각각 프로브 빔의 1/4을 인터셉트하고 그 사분면을 타격하는 프로브 빔의 부분의 파워에 비례하는 개별 출력 신호를 생성하는 4개의 반경방향으로 배치된 사분면을 갖는 쿼드-셀 검출기이다. 각각의 사분면으로부터 출력 신호는 프로세서(48)에 송신된다. 미국 특허 제5,181,080호에 설명된 바와 같이, 빔의 편광 상태의 변화를 모니터링함으로써, psi 및 DELTA와 같은 타원계측 정보가 결정될 수 있다. 이 정보를 결정하기 위해, 프로세서(48)는 그 값이 매우 얇은 막을 위한 막 두께에 따라 선형으로 변하는, 대각선으로 대향된 사분면들의 출력 신호들의 합들 사이의 차이를 취한다. 이 분석은 본 명세서에서 때때로 "diff" 신호라 칭한다. 4개의 사분면으로부터의 출력을 가산하는 것은 또한 유용한 정보를 제공할 수 있는 "합산" 신호라 칭한다.

빔 프로파일 반사계(beam profile reflectometry: BPR)가 본 양수인에 의해 공동으로 소유되고 본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 1991년 3월 12일 허여된 미국 특허 제4,999,014호에 설명되어 있다. BPR(12)은 렌즈(50), 빔 스플리터(52) 및 샘플의 반사율을 측정하기 위한 2개의 선형 검출기 어레이(54, 56)를 포함한다. 동작시에, 선편광된 프로브 빔(24)은 렌즈(32)에 의해 샘플(4) 상에 포커싱되고, 빔 내의 다양한 광선은 입사각의 범위에서 샘플 표면을 타격한다. 샘플 표면으로부터 반사된 광은 렌즈(32)를 통해, 미러(42, 30)를 통해 통과하고, 미러(44)에 의해 BPR(12) 내로 지향된다. 반사된 프로브 빔 내의 광선의 위치는 샘플의 표면에 대해 특정 입사각에 대응한다. 렌즈(50)는 빔을 2차원으로 공간적으로 확산시킨다. 빔 스플리터(52)는 빔의 S 및 P 성분을 분리하고, 검출기 어레이(54, 56)는 S 및 P 편광된 광에 대한 정보를 격리하기 위해 서로 직교하여 배향된다. 더 높은 입사각 광선은 어레이의 대향 단부들에 더 근접하게 떨어질 것이다. 다이오드 어레이 내의 각각의 요소로부터의 출력은 상이한 입사각에 대응할 것이다. 검출기 어레이(54/56)는 샘플 표면에 대한 입사각의 함수로서 반사된 프로브 빔을 가로지르는 강도를 측정한다. 프로세서(48)는 검출기 어레이(54/56)의 출력을 수신한다.

광대역 반사 분광계(broadband reflective spectrometer: BRS)(14)는 동시에 다수의 광의 파장을 갖는 수직 입사에서 샘플(4)을 프로빙한다. BRS(14)는 렌즈(32)를 사용하고, 종래 기술에 통상적으로 공지되고 사용되는 임의의 유형을 가질 수 있는 광대역 분광계(58)를 포함한다. 도 1에 도시되어 있는 분광계(58)는 렌즈(60), 개구(62), 분산 요소(64) 및 검출기 어레이(66)를 포함한다. 동작 중에, 광원(22)으로부터의 프로브 빔(26)은 렌즈(32)에 의해 샘플(4) 상에 포커싱된다. 샘플의 표면으로부터 반사된 광은 렌즈(32)를 통해 통과하고, 미러(42)에 의해[미러(84)를 통해] 분광계(58)로 지향된다. 렌즈(60)는 분석을 위한 샘플 표면 상의 시야 내의 스폿을 규정하는 개구(62)를 통해 프로브 빔을 포커싱한다. 회절 격자, 프리즘 또는 홀로그래픽 플레이트와 같은 분산 요소(64)는 검출기 어레이(66) 내에 포함된 개별 검출기 요소로 파장의 함수로서 빔을 각도를 이루어 분산시킨다. 상이한 검출기 요소는 바람직하게는 동시에 프로브 빔 내에 포함된 광의 상이한 파장의 광학 강도(크기)를 측정한다. 대안적으로, 검출기(66)는 CCD 카메라, 또는 적절한 분산 또는 다른 파장 선택 광학 기기를 갖는 포토멀티플라이어(photomultiplier)일 수 있다. 분광기(monochrometer)는 단일의 검출기 요소를 사용하여 상이한 파장을 직렬로(1회에 하나의 파장) 측정하는 데 사용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 또한, 분산 요소(64)는 또한 하나의 방향에서 파장의 함수로서 그리고 직교 방향에서 샘플 표면에 대한 입사각의 함수로서 광을 분산하도록 구성될 수도 있어, 파장과 입사각의 모두의 함수로서 동시 측정이 가능하게 된다. 프로세서(48)는 검출기 어레이(66)에 의해 측정된 강도 정보를 처리한다.

극자외선 반사 분광계(deep ultra violet reflective spectrometery: DUV)는 동시에 자외광의 다수의 파장으로 샘플을 프로빙한다. DUV(16)는, DUV(16)가 포커싱 렌즈(32) 대신에 반사 렌즈(33)를 사용하는 것을 제외하고는, BRS(14)와 동일한 프로브 빔(26)을 분석하기 위한 분광계(58)를 사용한다. DUV(16)를 작동하기 위해, 렌즈(32/33)를 포함하는 터릿은 반사 렌즈(33)가 프로브 빔(26) 내에 정렬되도록 회전한다. 반사 렌즈(33)는 중실형(solid) 대물 렌즈가 UV 광을 샘플 상에 충분히 포커싱할 수 없기 때문에 필요하다.

광대역 분광 타원계측(broadband spectroscopic ellipsometry: BSE)은 본 양수인에 의해 공동 소유되고 본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 1999년 3월 2일 허여된 미국 특허 제5,877,859호에 설명되어 있다. BSE(18)는 편광기(70), 포커싱 미러(72), 시준 미러(74), 회전 보상기(76) 및 분석기(80)를 포함한다. 동작시에, 미러(82)는 프로브 빔(26)의 적어도 일부를 편광기(70)에 지향시키고, 이는 프로브 빔을 위한 공지의 편광 상태, 바람직하게는 선편광을 생성한다. 미러(72)는 이상적으로는 샘플 표면의 법선에 대해 70도의 정도로, 경사각으로 샘플 표면 상에 빔을 포커싱한다. 공지의 타원계측 원리에 기초하여, 반사된 빔은 일반적으로 샘플의 막(8) 및 기판(6)의 조성 및 두께에 기초하여, 샘플과 상호 작용 후에 혼합된 선 및 원편광 상태를 가질 것이다. 반사된 빔은 회전 보상기(76)로 빔을 지향시키는 미러(74)에 의해 시준된다. 보상기(76)는 한 쌍의 서로 직교하는 편광된 광학 빔 성분 사이에 상대 위상 지연(6)(위상 지각)을 도입한다. 보상기(76)는 바람직하게는 전기 모터(78)에 의해, 빔의 전파 방향에 실질적으로 평행한 축에 대해 회전한다(연속적으로 또는 단계식으로). 분석기(80), 바람직하게는 다른 선편광기가 그 위에 입사된 편광 상태들을 혼합한다. 분석기(80)에 의해 전송된 광을 측정함으로써, 반사된 프로브 빔의 편광 상태가 결정될 수 있다. 미러(84)는 빔을 분광계(58)로 지향시키고, 이 분광계는 동시에 보상기/분석기 조합체를 통해 통과하는 반사된 프로브 빔 내의 상이한 파장의 광의 강도를 측정한다. 프로세서(48)는 검출기(66)의 출력을 수신하고, 파장의 함수로서 그리고 그 회전축에 대한 보상기(76)의 방위(회전)각의 함수로서 검출기(66)에 의해 측정된 강도 정보를 처리하여, 미국 특허 제5,877,859호에 설명된 바와 같이 타원계측값(psi 및 DELTA)을 해결한다. 검출기/카메라(86)는 미러(46) 상에 위치하고, 정렬 및 포커스 목적으로 샘플(4)로부터 반사된 빔을 뷰잉하는 데 사용될 수 있다.

시스템(400)은 협대역 타원계측기(2)를 또한 포함한다. 타원계측기(2)는 공지의 안정한 파장 및 안정한 강도를 갖는 의사-단색 프로브 빔(106)을 생성하는 광원(90)을 포함한다. 바람직하게는, 이 결과는 수동적으로 달성되고, 여기서 광원(90)은 시간 경과에 따라 변하지 않는(즉, 1% 미만으로 변경됨) 매우 안정한 출력 파장을 생성한다. 수동으로 안정한 광원의 예는 헬륨-네온 레이저 또는 다른 가스 배출 레이저 시스템이다.

빔(106)은 공지의 편광 상태를 생성하기 위해 편광기(92)와 상호 작용한다. 바람직한 실시예에서, 편광기(92)는 석영 로숑 프리즘(Rochon prism)으로부터 제조된 선편광기이지만, 일반적으로 편광은 반드시 선형일 필요도, 심지어 완전할 필요도 없다. 편광기(92)는 또한 방해석(calcite)으로부터 제조될 수 있다. 편광기(92)의 방위각은 편광기(92)로부터 나오는 선편광된 빔과 연계된 전기 벡터의 평면이 입사 평면[빔(106)의 전파 방향 및 샘플(4)의 표면에 대한 법선에 의해 규정됨]에 대해 공지의 각도에 있도록 배향된다. 방위각은 바람직하게는, P 및 S 편광된 성분의 반사된 강도가 대략 균형화될 때 감도가 최적화되기 때문에, 30도의 정도가 되도록 선택된다. 편광기(92)는 광원(90)이 원하는 공지의 편광 상태를 갖는 광을 방출하면 생략될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.

빔(106)은 경사각에서 렌즈(94)에 의해 샘플(4) 상에 포커싱된다. 빔(106)은 이상적으로는 샘플 특성에 대한 감도가 재료의 브루스터각(Brewster angle) 또는 의사-브루스터각 부근에서 최대화되기 때문에 샘플 표면의 법선에 대해 70도의 정도의 각도에서 샘플(4) 상에 입사된다. 공지의 타원계측 원리에 기초하여, 반사된 빔은 일반적으로 도입 빔의 선편광 상태에 비교할 때, 샘플과 상호 작용한 후에 혼합된 선 및 원편광 상태를 가질 것이다. 렌즈(96)는 샘플(4)로부터의 그 반사 후에 빔(106)을 시준한다.

빔(106)은 이어서 한 쌍의 서로 직교하는 편광된 광학 빔 성분들 사이에 상대 위상 지연(델타)(위상 지각)을 도입하는 회전 보상기(지각기)(98)를 통해 통과한다. 위상 지각량은 파장, 보상기를 형성하는 데 사용된 재료의 분산 특성 및 보상기의 두께의 함수이다. 보상기(98)는 바람직하게는 전기 모터(100)에 의해, 빔(106)의 전파 방향에 실질적으로 평행한 축에 대해 회전된다(단계적 또는 연속적으로). 보상기(98)는 예를 들어 결정 석영으로 제조된 것들과 같은 임의의 통상의 파장판 보상기일 수 있다. 보상기(98)의 두께 및 재료는 빔의 원하는 위상 지각이 유도되도록 선택된다. 빔(106)은 이어서 그 위에 입사된 편광 상태들을 혼합하는 기능을 하는 분석기(102)와 상호 작용한다. 본 실시예에서, 분석기(102)는 바람직하게는 입사 평면에 대해 45도의 방위각으로 배향된 다른 선편광기이다. 회전 보상기(98)는 회전함에 따라 빔의 편광 상태를 변경한다.

빔(106)은 이어서 보상기/분석기 조합체를 통해 통과하는 빔의 강도를 측정하는 검출기(104)에 입사한다. 프로세서(48)는 분석기와 상호 작용한 후에 광의 편광 상태 및 따라서 샘플의 타원계측 파라미터를 결정하기 위해 검출기(104)에 의해 측정된 강도 정보를 처리한다. 이 정보 처리는 그 회전축에 대한 보상기의 방위(회전)각의 함수로서 빔 강도를 측정하는 것을 포함한다.

프로세서의 출력은 2차원 맵을 포함하는 다양한 형태로 파라미터를 표시할 수 있는 디스플레이(110)에 공급될 수 있다. 출력은 저장될 수 있다. 용어 저장된다 또는 저장은, 그 사용이 즉각적이고 저장 시간이 매우 짧을지라도, 단지 데이터가 추후 사용을 위한 형태라는 것을 의미한다. 이 데이터는 다른 메모리에 또는 컴퓨터 네트워크 상에 전달될 수 있다. 출력은 다양한 피드백 또는 피드포워드 제어 시스템에 사용될 수 있다.

다양한 양태에서, FEE의 설계는 측정 목표(예를 들어, 측정 감도 및 파라미터 상관성) 및 제조 설계 규칙(예를 들어, 전체 디바이스 제조 프로세스와 연계된 설계 규칙)을 고려하는 최적화 도구에 의해 수행된다. 이 방식으로, 제조 프로세스의 지식 및 제약이 FEE에 의한 타겟의 최적화에 통합된다.

FEE 타겟의 최적화는 원본 구조체를 위한 감도 및 파라미터 상관성을 분석하고 현존하는 프로세스와 호환성이 있는 FEE로 타겟을 평가하는 소프트웨어 모델링 도구의 보조로 행해질 수 있다. 소프트웨어 모델링 도구는 제조 프로세스 및 이용 가능한 시스템 파라미터(파장, 편광, 입사각, 분석기 각도 등)에 대한 정보를 이용하는 비용 함수 및/또는 제약을 갖는 최적화를 수행할 수도 있다.

예를 들어, 구조적 특성은 측정치와 기준 측정치 사이의 비교에 기초하여 식별될 수도 있다. 몇몇 예에서, 기준 측정치는 시편의 다수의 상이한 위치에 걸쳐 발생된 다수의 측정치들의 평균일 수도 있다. 몇몇 다른 예에서, 기준 측정치는 기준 웨이퍼와 연계된 측정치일 수도 있다. 측정치와 기준 측정치 또는 기준 측정치들 사이의 비교는 당 기술 분야에 공지된 임의의 수의 비교 기술을 수반할 수도 있다.

다양한 실시예가 시편을 처리하기 위해 사용될 수도 있는 반도체 처리 시스템(예를 들어, 검사 시스템 또는 리소그래피 시스템)을 위해 본 명세서에 설명되어 있다. 용어 "시편"은 본 명세서에서 당 기술 분야에 공지되어 있는 수단에 의해 처리될 수도 있는(예를 들어, 인쇄되거나 결함에 대해 검사됨) 웨이퍼, 레티클 또는 임의의 다른 샘플을 칭하는 데 사용된다.

본 명세서에 사용될 때, 용어 "웨이퍼"는 일반적으로 반도체 또는 비-반도체 재료로 형성된 기판을 칭한다. 예는 단결정 실리콘, 갈륨 비소 및 인듐 포스파이드를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이러한 기판은 반도체 제조 설비에서 통상적으로 발견 및/또는 처리될 수도 있다. 몇몇 경우에, 웨이퍼는 단지 기판[즉, 베어 웨이퍼(bare wafer)]을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 웨이퍼는 기판 상에 형성된 상이한 재료의 하나 이상의 층을 포함할 수도 있다. 웨이퍼 상에 형성된 하나 이상의 층은 "패터닝되거나" 또는 "패터닝되지 않을" 수도 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 반복 가능한 패턴 특징부를 갖는 복수의 다이를 포함할 수도 있다.

"레티클"은 레티클 제조 프로세스의 임의의 스테이지에서의 레티클 또는 반도체 제조 설비에 사용을 위해 해제될 수도 있고 해제되지 않을 수도 있는 완성된 레티클일 수도 있다. 레티클 또는 "마스크"는 일반적으로 그 위에 형성되고 패턴으로 구성된 실질적으로 불투명한 영역을 갖는 실질적으로 투명한 기판으로서 정의된다. 기판은 예를 들어 석영과 같은 글래스 재료를 포함할 수도 있다. 레티클은 레티클 상의 패턴이 레지스트에 전사될 수도 있도록 리소그래피 프로세스의 노광 단계 중에 레지스터-커버된 웨이퍼 상에 배치될 수도 있다.

웨이퍼 상에 형성된 하나 이상의 층은 패터닝되거나 패터닝되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 반복 가능한 패턴 특징부들을 각각 갖는 복수의 다이를 포함할 수도 있다. 이러한 재료의 층의 형성 및 처리는 궁극적으로 완성된 디바이스를 생성할 수도 있다. 다수의 상이한 유형의 디바이스가 웨이퍼 상에 형성될 수도 있고, 본 명세서에 사용될 때 용어 웨이퍼는 당 기술 분야에 공지된 임의의 유형의 디바이스가 제조되는 웨이퍼를 포함하도록 의도된다.

하나 이상의 예시적인 실시예에서, 설명된 기능은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어에서 구현되면, 기능들은 컴퓨터-판독 가능 매체 상의 하나 이상의 명령어 또는 코드로서 저장되거나 전송될 수도 있다. 컴퓨터-판독 가능 매체는 하나의 장소로부터 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체의 모두를 포함한다. 저장 매체는 범용 또는 특정 용도 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수도 있다. 예로서, 비한정적으로, 이러한 컴퓨터-판독 가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 디바이스 또는 명령어 또는 데이터 구조체의 형태의 원하는 프로그램 코드 수단을 갖추거나 저장하는 데 사용될 수 있고 범용 또는 특정 용도 컴퓨터 또는 범용 또는 특정 용도 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속은 적절하게는 컴퓨터-판독 가능 매체를 명명한다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광파이버 케이블, 트위스티드 쌍, 디지털 가입자 라인(digital subscriber line: DSL) 또는 적외선, 라디오 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 사용하여 웹사이트, 서버 또는 다른 원격 소스로부터 전송되면, 동축 케이블, 광파이버 케이블, 트위스티드 쌍, DSL 또는 적외선, 라디오 및 마이크로파와 같은 무선 기술이 매체의 정의에 포함된다. 원반(disk) 또는 디스크(disc)는 본 명세서에 사용될 때, 콤팩트 디스크(compact disc: CD), 레이저 디스크, 광학 디스크, 디지털 다기능 디스크(digital versatile disc: DVD), 플로피 원반 및 블루레이 디스크를 포함하고, 여기서 원반들은 일반적으로 데이터를 자기식으로 재현하고, 반면 디스크들은 레이저로 광학적으로 데이터를 재현한다. 상기의 조합들이 또한 컴퓨터-판독 가능 매체의 범주 내에 포함되어야 한다.

특정 실시예가 설명의 목적으로 전술되었지만, 본 특허 문서의 교시는 일반적인 적용성을 갖고, 전술된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이에 따라, 전술된 실시예들의 다양한 특징들의 다양한 수정, 적응 및 조합이 청구범위에 설명된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 실시될 수 있다.

Claims

타겟 영역 상에 조명광으로 시편(specimen)을 조명하는 단계로서, 상기 시편은 상기 타겟 영역 내에 제1 필드 향상 요소 및 제1 관심 구조체를 포함하고, 상기 제1 필드 향상 요소는 관심 구조체의 측정을 향상시키기 위해 상기 시편 상에 배치되는 것인 시편을 조명하는 단계와,
상기 조명광에 응답하여 복수의 각도에서 제1 타겟 요소로부터 일정량의 산란광을 회절시키는 단계로서, 상기 제1 타겟 요소는 제1 필드 향상 요소 및 제1 관심 구조체를 포함하고, 상기 일정량의 산란광은 상기 제1 관심 구조체와 상호 작용하여 일정량의 측정광을 발생시키는 것인 일정량의 산란광을 회절시키는 단계와,
측정 광량을 검출하는 단계와,
적어도 부분적으로 측정광에 기초하여 상기 관심 구조체의 측정 파라미터를 결정하는 단계
를 포함하는 광학 계측 방법.
제1항에 있어서, 제2 필드 향상 요소 및 제2 관심 구조체를 포함하는 상기 타겟 영역 내의 제2 타겟 요소를 더 포함하고, 상기 제2 필드 향상 요소는 상기 제1 필드 향상 요소와 동일한 형상 및 크기를 갖고, 상기 제2 타겟 요소는 제1 방향으로 고정된 제1 공간 간격만큼 상기 제1 타겟 요소로부터 이격되는 것인 광학 계측 방법.
제2항에 있어서, 제3 필드 향상 요소 및 제3 관심 구조체를 포함하는 상기 타겟 영역 내의 제3 타겟 요소를 더 포함하고, 상기 제3 타겟 요소는 상기 제1 방향과 정렬되지 않는 제2 방향으로 고정된 제2 공간 간격만큼 상기 제1 타겟 요소로부터 이격되는 것인 광학 계측 방법.
제1항에 있어서, 상기 시편은 일정량의 희생 다이 영역을 갖는 반도체 웨이퍼이고, 상기 제1 필드 향상 요소는 상기 희생 다이 영역 내에 배치되는 것인 광학 계측 방법.
제1항에 있어서, 제2 필드 향상 요소 및 제2 관심 구조체를 포함하는 제2 타겟 요소를 더 포함하고, 상기 제2 필드 향상 요소는 상기 제1 필드 향상 요소와는 상이한 형상을 갖고, 상기 관심 구조체의 측정 파라미터를 결정하는 단계는 상기 제1 타겟 요소로부터 검출된 측정광 및 상기 제2 타겟 요소로부터 검출된 제2 측정광에 적어도 부분적으로 기초하는 것인 광학 계측 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 타겟 요소는 제1 필드 향상 요소 및 상기 제1 필드 향상 요소와는 상이한 형상을 갖는 제2 필드 향상 요소를 포함하는 것인 광학 계측 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 필드 향상 요소는 제1 복수의 상이한 재료층을 포함하는 것인 광학 계측 방법.
제7항에 있어서, 제2 복수의 상이한 재료층을 포함하는 제2 필드 향상 요소를 더 포함하는 광학 계측 방법.
제1항에 있어서, 상기 필드 향상 요소는 상기 타겟 요소 내에 공진을 발생시키도록 성형되는 것인 광학 계측 방법.
제1항에 있어서, 박막 재료가 상기 제1 필드 향상 요소 상에 배치되고, 상기 제1 필드 향상 요소는 막 내의 전기장의 농도를 향상시키기 위한 날카로운 특징부(sharp feature)를 포함하는 것인 광학 계측 방법.
일정량의 조명광을 발생시키도록 동작 가능한 광원과,
상기 광원으로부터 일정량의 조명광을 수광하여 일정량의 광을 시편의 타겟 영역 상에 포커싱하도록 동작 가능한 광학 요소로서, 상기 시편은 적어도 하나의 관심 구조체의 측정을 향상시키기 위해 상기 시편 상에 배치된 제1 필드 향상 요소를 포함하고, 상기 조명광의 일부는 제1 필드 향상 요소를 포함하고 복수의 각도에 걸쳐 일정량의 산란광을 회절시키는 제1 타겟 요소 상에 입사되고, 상기 일정량의 산란광은 적어도 하나의 관심 구조체와 상호 작용하여 일정량의 측정광을 발생시키는 것인 광학 요소와,
상기 시편으로부터 수집된 측정 광량에 응답하여 적어도 하나의 출력 신호를 생성하도록 동작 가능한 검출기와,
상기 적어도 하나의 출력 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 관심 구조체와 연계된 측정 파라미터를 결정하도록 구성된 컴퓨터
를 포함하는 광학 계측 장치.
제11항에 있어서, 제2 필드 향상 요소 및 적어도 하나의 관심 구조체를 포함하는 상기 타겟 영역 내의 제2 타겟 요소를 더 포함하고, 상기 제2 필드 향상 요소는 상기 제1 필드 향상 요소와 동일한 형상 및 크기를 갖고, 상기 제2 타겟 요소는 제1 방향으로 고정된 제1 공간 간격만큼 상기 제1 타겟 요소로부터 이격되는 것인 광학 계측 장치.
제12항에 있어서, 제3 필드 향상 요소 및 적어도 하나의 관심 구조체를 포함하는 상기 타겟 영역 내의 제3 타겟 요소를 더 포함하고, 상기 제3 타겟 요소는 상기 제1 방향과 정렬되지 않는 제2 방향으로 고정된 제2 공간 간격만큼 상기 제1 타겟 요소로부터 이격되는 것인 광학 계측 장치.
제11항에 있어서, 상기 시편은 일정량의 희생 다이 영역을 갖는 반도체 웨이퍼이고, 상기 제1 필드 향상 요소는 상기 희생 다이 영역 내에 배치되는 것인 광학 계측 장치.
제11항에 있어서, 제2 필드 향상 요소 및 적어도 하나의 관심 구조체를 포함하는 제2 타겟 요소를 더 포함하고, 상기 제2 필드 향상 요소는 상기 제1 필드 향상 요소와는 상이한 형상을 갖고, 상기 적어도 하나의 관심 구조체의 측정 파라미터를 결정하는 것은 상기 제1 타겟 요소로부터 검출된 측정광 및 상기 제2 타겟 요소로부터 검출된 제2 측정광에 적어도 부분적으로 기초하는 것인 광학 계측 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 타겟 요소는 제1 필드 향상 요소 및 상기 제1 필드 향상 요소와는 상이한 형상을 갖는 제2 필드 향상 요소를 포함하는 것인 광학 계측 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 필드 향상 요소는 제1 복수의 상이한 재료층을 포함하고, 제2 필드 향상 요소가 제2 복수의 상이한 재료층을 포함하는 것인 광학 계측 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 필드 향상 요소는 상기 타겟 요소 내에 공진을 발생시키도록 성형되는 것인 광학 계측 장치.
제11항에 있어서, 박막 재료가 상기 제1 필드 향상 요소 상에 배치되고, 상기 제1 필드 향상 요소는 막 내의 전기장의 농도를 향상시키기 위한 날카로운 특징부를 갖는 것인 광학 계측 장치.
조명광으로 시편의 제1 타겟 요소를 조명하는 단계로서, 상기 제1 타겟 요소는 제1 필드 향상 요소 및 적어도 하나의 관심 구조체를 포함하고, 상기 제1 필드 향상 요소는 적어도 하나의 관심 구조체의 측정을 향상시키기 위해 상기 시편 상에 배치되는 것인 시편의 제1 타겟 요소를 조명하는 단계와,
상기 조명광에 응답하여 복수의 각도에서 제1 타겟 요소로부터 제1 양의 산란광을 회절시키는 단계로서, 이 제1 산란 광량은 상기 적어도 하나의 관심 구조체와 상호 작용하여 제1 양의 측정광을 발생시키는 것인 제1 양의 산란광을 회절시키는 단계와,
제1 측정 광량을 검출하는 단계와,
조명광으로 시편의 제2 타겟 요소를 조명하는 단계로서, 상기 제2 타겟 요소는 제2 필드 향상 요소 및 적어도 하나의 관심 구조체를 포함하고, 상기 제2 필드 향상 요소는 적어도 하나의 관심 구조체의 측정을 향상시키기 위해 상기 시편 상에 배치되는 것인 시편의 제2 타겟 요소를 조명하는 단계와,
상기 조명광에 응답하여 복수의 각도에서 제2 타겟 요소로부터 제2 양의 산란광을 회절시키는 단계로서, 이 제2 산란 광량은 상기 적어도 하나의 관심 구조체와 상호 작용하여 제2 양의 측정광을 발생시키는 것인 제2 양의 산란광을 회절시키는 단계와,
제2 측정 광량을 검출하는 단계와,
적어도 부분적으로 제1 측정 광량 및 제2 측정 광량에 기초하여 상기 적어도 하나의 관심 구조체의 측정 파라미터를 결정하는 단계
를 포함하는 광학 계측 방법.