KR20150125510A - 패턴화된 샘플의 광학 특성을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

패턴에서의 비대칭을 결정하는 것을 목표로한, 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용을 위한 방법 및 시스템이 제시된다. 샘플의 패턴화된 영역에 대한 적어도 제1 및 제2의 측정 세트가 수행되는데, 여기서, 각각의 측정은, 조명 채널을 따라 상기 패턴화된 영역으로 광을 안내하고, 감지될 수집 채널을 따라 전파하는 상기 영역으로부터 반사된 광을 수집하여 감지된 광은 조명광의 편광과 다른 편광 상태를 가지도록 하는 단계 및 측정에서 감지된 광을 표시하는 측정된 데이터 조각을 생성한다. 따라서, 동일한 패턴화된 영역에 대한 적어도 제1 및 제2 측정에 대한 적어도 제1 및 제2 데이터 조각이 생성된다. 적어도 제1 및 제2 측정된 데이터 조각이 분석되고, 패턴화된 영역의 비대칭의 조건을 표시하는 출력 데이터가 생성된다.

Description

패턴화된 샘플의 광학 특성을 위한 시스템 및 방법{METHOD AND SYSTEM FOR OPTICAL CHARACTERIZATION OF PATTERNED SAMPLES}
본 발명은 샘플의 광학 계측/특성 및 디자인 분야이고, 일반적으로 반도체 웨이퍼와 같은 패턴화된 샘플에서 계측법에 관한 것이다.
현재 개시된 주제에 대한 배경기술과 관련된 것으로 고려되는 참조문헌들이 아래 나열된다.
[1] Li, J., Hwu, J. J., Liu, Y., Rabello, S., Liu, Z., Liu, J. and Hu, J., " Mueller matrix measurement of asymmetric gratings," J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS 9(4), 041305 (2010).
[2] Li, L., " Symmetries of cross - polarization diffraction coefficients of gratings," Opt. Soc. Am. A. Opt. Image. Sci. Vis., 17(5), 881 (2000).
[3] Sadjadi, R,　Zhu, H.,　Cirigliano P.,　Pavel, E.,　Athayde, A.,　Bozdog, C.,　Sendler, M.,　Mor, D.,　" Plasma - Assisted CD Shrink and overlay Metrology Techniques for Double Patterning ," ISSM 2007, Santa Clara, CA (2007).
[4] Bozdog C., Sendler M., Mor D., Zhu H., Sadjadi R., Cirigliano P, and Pavel E., " Metrology Solution for Double Patterning Processing," AEC/APC Symposium XIX, Indian Wells, CA (2007).
[5] Christian Brosseauy, " Time reversal symmetry - induced restrictions in polarization optics " Pure Appl. Opt. 5 (1996) 755-59.
본원에서 상기 참조 문헌의 지식은, 임의의 방식으로 현재 개시된 주제의 특허성과 관련된 의미로서 추론되지 않아야 한다.
마이크로 전자 장치는 널리 사용되고, 더욱 복잡해짐은 물론 크기도 더 작아지고 있다. 이러한 마이크로 전자 장치의 제조에서는, 웨이퍼 기판상의 적절한 패턴을 식별하고, 이러한 패턴에서의 결함을 식별하기 위하여 정확한 검사 및 계측을 요한다. 검사시 샘플로부터 반사된 광의 특성을 분석함에 의하여 표면 패턴을 분석하기 위한 기술에 기초한 광학 반사 측정법을 사용하는 다양한 기술이 알려져 있다. 일반적으로, 샘플의 구조는 다양한 파장, 다양한 편광 및 다양한 방향에서의 샘플의 반사율을 분석함에 의하여 (구조의 기하학적 및 재료적 특성에 대한 정보를 얻음으로써) 특징지어질 수 있다.
마이크로 전자 장치의 기하학적 및 재료적 특성의 정확한 특징은, 임계 치수가 작아지고, 장치가 좀 더 복잡해짐에 따라, 점차적으로 변화된다. 광학 반사 측정법은 이러한 구조의 기하학적 및 재료적 특성에 대한 정보를 얻는데 있어 매우 효과적인 방법이다. 이러한 방법에서, 광대역 광이 샘플에 대해 비춰지고, 그로부터 반사된 후에 수집된다. 다양한 파장의 반사율 또한 입사광의 편광 성분(polarization component) 및/또는 다양한 입사각 및/또는 방위각을 분석함에 의하여, 샘플의 구조에 대한 정보를 얻을 수 있다. 흔히, 광학 반사 측정법은 동일한 원소의 반복된 어레이를 포함하는 테스트 구조에 적용된다. 종래의 계측 방법은 패턴의 기하학적 파라미터와 재료 특징을 포함하는 패턴 샘플의 어떤 파라미터를 정의하기 위하여 사용된다.
기술 분야에서, 패턴에서 어떤 비대칭 변화를 감지하기에 적합한 패턴화된 샘플/구조에 대한 측정을 위한 새로운 측정 기술에 대한 필요가 있다.
본 발명은 샘플에서의 비대칭을 식별, 가령, 주기적인 그레이팅(periodic grating) (패턴)에서의 틸팅(tilting), 오버레이(overlay) 부정확등을 식별할 수 있는 측정 기술을 제공한다. 본원에서 사용되는 용어 "비대칭(asymmetry)"과 "대칭(symmetry)"은 샘플에서의 패턴을 말한다. 이는 샘플의 최상위 층에서의 표면 패턴 또는 오버레이 측정에서의 예와 같은 둘 이상의 층의 스택에 의해 형성된 패턴일 수 있다. 패턴에서의 비대칭의 형성(development)은, 적절하게 식별되어야 하는 샘플 제조 공정의 중요한 속성일 수 있다. 예를 들어, 그레이팅은 일반적으로 거울-대칭이 되도록 디자인되나, 제작 공정에서의 결함은, 이러한 대칭을 깰 수 있도록, 그레이팅을 한 방향으로 틸팅(tilt) 및/또는 두 그레이팅의 정렬 사이에 이탈(deviation)을 야기할 수 있다. 일부의 경우, 특별하게 디자인된 테스트 구조에서의 비대칭의 형성은, 오버레이, 이중 또는 다중 패터닝, SADP, SATP등의 경우와 같이, 해당 생성 구조에서의 패턴화된 층의 정렬 불량을 식별하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 기술은, 대칭-관련된 응답의 변화로부터 패턴의 광학 응답의 변화를 감지함에 의하여, 패턴 특징에서의 비대칭의 식별 정량화(identification quantification)를 제공한다. 본 발명의 기술은 샘플에서의 비대칭의 레벨을 식별하여, 샘플의 구조를 더욱 잘 특징짓는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 기술은, 제조 공정을 제어할 목적으로, 표면 양각의 틸팅된 벽, 오버레이 또는 층의 정렬 불량을 포함하는 대칭 결함의 감지를 제공한다.
간결성을 위해, 본 발명의 기술은 하나 또는 두 축을 따라 거울 (반사) 대칭에 관하여 이하 기술된다는 점을 주목해야 한다. 그러나, 본 발명의 원리는, 가령 거울 (반사) 대칭을 포함하는 다양한 대칭 조건(symmetry condition)들의 조합뿐만 아니라, 패턴화된 샘플의 광학 응답의 다른 다양한 대칭 조건으로부터의 이탈을 감지하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 본 발명은, 샘플에 대한 차동 측정을 수행하는 것 다양한 편광 상태에 대한 샘플의 광학 응답에서의 차이에 기초한, 가령 대칭-관련된 정보를 얻는 것을 사용한다. 이는 대칭적인 패턴과 달리 비대칭적인 패턴은 그 위의 입사광의 편광에 영향(회전)을 주어서, 다양한 편광 상태의 광 성분에 다양하게 영향을 준다는 발명자의 이해에 기초한다.
그런 이유로, 본원에서 사용되는 용어 "편광 상태(polarization state)"는 편광 없는 광 및 을 말하고, 편광의 바람직한 평면의 특정 방향의 광을 말한다. 예를 들어, 입사광은 편광이 없을 수 있고, 또는 편광의 바람직한 평면의 특정 방향을 가질 수 있다. 감지된 광으로서는, 일부 실시예에서, 두 개의 서로 다른 편광 성분이 입사광의 동일한 편광 상태에 대해 (순차적으로 또는 일반적으로 별개로) 감지된다.
따라서, 측정되는 샘플은 조명 채널을 따라 샘플을 향하여 전파하는 기설정된 특성(파장, 편광 상태, 입사각)을 가진 광에 의해 조명된다. 샘플상에 조명된 영역으로부터 되돌아온(반사된) 광은 적절한 수집 채널을 통하여 수집되고, 반사된 광의 서로 다른 편광 성분은 감지되어 측정된 데이터 표시(data indicative)를 제공한다.
간결성을 위하여, 이하 본원에서 기술되는 바와 같은 광의 편광 상태는 p와 s 선형 편광 상태에 의해 형성된(spanned)바와 같이 정의된다. 기술 분야에서 알려진 바와 같이, p 편광 상태는 전기장 벡터가 샘플의 표면과 평행한 것으로 정의된 것이고, s 편광 상태는 표면에 수직인 전기장 벡터의 성분을 가진다.
따라서, 본 발명의 하나의 넓은 태양에 따라, 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용을 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은, 샘플의 패턴화된 영역에 대한 적어도 제1 및 제2 측정의 세트를 수행하는 단계 - 각각의 측정은, 조명 채널을 따라 상기 패턴화된 영역으로 광을 안내하고, 감지될 수집 채널을 따라 전파하는 상기 영역으로부터 반사된 광을 수집하여 감지된 광은 조명광의 편광과 다른 편광 상태를 가지도록 하는 단계 및 측정에서 감지된 광을 표시하는 측정된 데이터 조각을 생성하여, 동일한 패턴화된 영역에 대한 적어도 제1 및 제2 측정에 대한 적어도 제1 및 제2 데이터 조각을 생성하며, 적어도 제1 및 제2 측정된 데이터 조각은 서로 다른 편광 상태를 가진 감지된 광에 해당함 - 와, 상기 적어도 제1 및 제2 측정된 데이터 조각의 세트를 분석하는 단계 및 상기 패턴화된 영역의 비대칭의 조건의 출력 데이터 표시를 생성하는 단계를 포함한다.
조명 및 수집 채널은 조명-수집 평면을 정의하고, 이는 측정된 패턴, 즉, 패턴의 특징부의 정렬에 의해 정의된 주축에 실질적으로 평행 또는 실질적으로 수직으로 배열될 수 있다. 조명광은 패턴 방향(주축)에 실질적으로 평행 또는 실질적으로 수직으로 배향된 편과의 바람직한 평면에 해당하는 편광 상태일 수 있고, 수집 채널은 조명광의 편광 상태와 직교의 편광 상태를 가진 수집광을 위해 구성될 수 있다.
측정된 데이터 조각들의 세트를 분석하는 것은 이들 사이의 관계를 결정하는 것을 포함하는데, 상기 관계는 패턴화된 영역에서 패턴의 비대칭의 레벨 및 방향의 표시이다. 이를 위해, 측정된 데이터 조각간의 관계는 기설정된 문턱값에 대하여 분석될 수 있다.
조명광은 경사진 조명광으로 측정되는 영역에 입사될 수 있다. 수집된 광은 조명된 영역으로부터 정반사된 광을 포함하는 것이 바람직하다.
측정에서 감지된 광의 서로 다른 편광 상태들은 광의 직교 편광에 해당할 수 있는데, 이는 ±45°에서 선형 편광과 광의 시계방향 및 반시계방향 원형 편광이다. 감지된 광의 서로 다른 편광 상태들은 조명의 서로 다른 편광 상태 또는 편광 없는 조명으로 사용될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 일부 실시예에서, 실질적으로 편광 없는 조명은 두 측정에서 사용되고, 제1 및 제2 측정에서의 광의 제1 및 제2의 서로 다른 편광 상태(가령, ±45°에서 선형 편광)에서 각각 사용된다. 일부 다른 실시예에서, 조명은 제1 및 제2의 서로 다른 편광 상태의 광을 포함하고, 제2 및 제1 편광 상태의 광이 각각 감지되는데, 예를 들어, ±45°에서 선형 편광으로의 조명 및 십자형 선형 편광의 감지 또는 시계방향 및 반시계방향의 원형 편광으로의 조명 및 반대 원형 편광의 감지이다.
본 발명의 또 다른 넓은 태양에 따르면, 패턴화된 샘플에서 측정 사용을 위한 시스템이 제공되는데, 상기 시스템은 (a) 조명 광선으로 샘플의 영역을 조명하기 위한 조명 채널 및 감지된 광의 데이터 표시를 생성하는 감지기에 의해 수집된 광을 감지하기 위한 수집 채널을 형성하도록 구성된 조명 유닛 및 감지 유닛;
(b) 수집 채널 내에 위치된 적어도 하나의 편광 필터를 포함하고, 조명 광선의 편광과 상이한 편광 상태의 광을, 측정에서 감지된 광에 해당하는 측정된 데이터 조각을 생성하기 위한 감지기로 통과시킬 수 있게 구성되는 편광 유닛; 및
(c) 샘플의 동일한 패턴화된 영역으로부터 감지된 광의 데이터 표시를 수신할 수 있게 구성되고, 적어도 제1 및 제2 해당 측정된 데이터 조각을 생성 및 분석하는 제어 유닛 - 제1 및 제2 측정된 데이터 조각은 조명 광선의 편광과 상이한 서로 다른 편광 상태의 감지된 광에 해당하며, 샘플의 상기 영역에서 패턴의 대칭 조건의 출력 표시를 생성함 - 을 포함한다.
제어 유닛은 제1 및 제2 측정된 데이터 조각간의 관계를 결정하고, 패턴에서 비대칭의 레벨 및 방향에 대한 정보를 포함하는 출력 데이터를 생성하기 위하여, 적어도 제1 및 제2 측정된 데이터 조각을 분석하도록 구성될 수 있다.
편광 유닛은 수집된 광의 서로 다른 편광 상태에 해당하는 서로 다른 작업 상태간에 이동가능한 편광 필터를 포함할 수 있다. 편광 필터는 선형 편광 필터일 수 있고, 제어 유닛은 p 선형 편광 상태에 대해 ±45°만큼 편광 필터를 제어적으로 회전하도록 구성될 수 있다. 편광 필터는 시계방향 또는 반시계방향의 편광 상태의 광을 선택적으로 통과시킬 수 있도록 구성된 원형 편광 필터일 수 있고, 제어 유닛은 상기 시계방향 및 반시계방향 상태간에 선택적으로 스위치되도록 구성될 수 있다.
조명 유닛은 적어도 제1 및 제2 측정의 전부에서 편광 없는 광으로 조명하도록 구성될 수 있다. 서로 다른 편광 상태를 가진 광의 감지가 동시에 수행되는 경우, 고정된 편광기를 사용하면서 평범한 광선 및 비범한 광선을 수집하고, 회전식/이동식 편광 유닛을 사용하여 순차적으로 수행된다.
추가 예에서, 편광 유닛은, 적어도 제1 및 제2의 서로 다른 편광 상태를 각각 가진 적어도 제1 및 제2의 조명 광선을 순차적으로 제공하기 위하여, 조명 채널 내서 작동가능한 적어도 하나의 편광 필터를 포함할 수 있다. 제어 유닛은 편광 유닛을 제어적으로 작동시킬 수 있도록 구성되어서, 광의 감지를 위해 제1 및 제2 편광 상태의 제1 및 제2 조명광선으로 샘플상의 동일한 영역을 조명한다.
본원에서 개시되는 주제를 더 잘 이해하고, 실제로 어떻게 실행되는지 예를 들기 위하여, 실시예가 비제한적인 예로서 도면을 참조하여, 이제 기술될 것이다.
도 1A는 패턴화된 구조를 예로 드는데, 여기서, 패턴의 특징부가 틸팅된다는 점에서 패턴은 비대칭이다.
도 1B 및 도 1C는 두 개의 인접한 패턴화된 레이어내의 매칭되는 패턴(대칭 배치(symmetric configuration)) 및 미스 매칭된 오버레이 패턴(패턴간의 이동(shift)에 의한 비대칭)을 가진 시험 구조물을 각각 예로 든다.
도 2A는 본 발명의 기술을 실행하기에 적합한 측정 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 2B는 본 발명의 시스템 내에서 사용되는 측정 스킴을 예로 든다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 예로 드는 흐름도를 나타낸다.
도 4A 내지 4D는 본 발명의 기술의 네 가지 예를 나타내는데, 도 4A는 선형 편광으로 광 수집을 예로 들고, 도 4B는 선형 편광된 광으로 조명 및 수집을 예로 들며, 도 4C는 원형 편광된 광으로 조명 및 수집을 예로 들며, 도 4D는 s 및 p 편광된 광의 사용을 예로 든다.
도 5는 오버레이 미스매치 측정을 위한 패턴화된 샘플을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 기술 및 오버레이 미스 매치 측정에 대한 종래의 기술을 사용하여 도 5의 샘플에 대하여 얻은 측정 결과들을 나타낸다.
상기 표시된 바와 같이, 본 발명의 기술에 의해, 패턴화된 샘플의 간단하고 강건한 특징을 참작하여, 패턴의 비대칭을 식별할 뿐만 아니라 비대칭 레벨을 결정할 수 있다.
패턴화된 샘플에서 패턴의 비대칭을 개략적으로 예로 드는 도 1A 내지 1C를 참조하면, 이러한 패턴은 제조 공정 동안에 발생할 수 있다.
도 1A는 기판의 표면(12A)상에 패턴화된 레이어(14)를 포함하는 기판 구조물(12)(하나 또는 복수의 레이어 구조물)을 포함하는 샘플(10)을 나타내는데, 여기서 패턴은 틸팅된 그레이팅(14)의 형태이다(비대칭 패턴으로 구성되고, 이러한 구체적인 예시에서 거울 대칭을 위반한다). 이러한 틸팅된 그레이팅은 제작(패턴) 공정에서 결함으로부터 야기된다. 도시된 바와 같이, 그레이팅의 측면 벽 각도(SWA1 및 SWA2)는 같지 않다.
도 1B 및 1C의 예시는 각각, 표면(12A)을 가진 기판 구조물(12)(하나 또는 복수의 레이어 구조물)을 포함하는 샘플(100)을 나타내는데, 표면 위에 패턴(14A 및 14B)을 포함하는 두 개의 패턴화된 레이어가 겹쳐서 (그 사이에 중간 레이어가 있거나 또는 없음) 형성된다. 도 1B에 도시되는 바와 같이, 패턴 특징부(16)는 축을 따라 거울 대칭을 야기하는 패턴(14A 및 14B)들 사이의 매칭된 오버레이에 일치하여 적절히 정렬되는 반면, 도 1C는 패턴 특징부(16)에서 비대칭에 의해 패턴(14A 및 14B) 사이의 미스 매칭된 오버레이를 가진 유사한 샘플을 나타낸다.
흔한 계측 기술은 일반적으로 패턴화된 샘플의 특정한 속성을 식별하는데 사용된다. 이러한 속성은 다양한 기하학적 파라미터뿐만 아니라 재료적 특징을 포함한다. 이것이 샘플상의 패턴의 대칭 또는 비대칭이 중요한 파라미터일 수 있고, 비대칭이 결함으로서 간주되거나 비대칭의 어떤 레벨이 원하는 경우일 수 있다.
상기 표시된 바와 같이, 본 발명의 기술은 비대칭의 감지 및 바람직하게는 비대칭의 레벨을 측정하는 것을 제공하고, 반사 대칭(또는 거울-대칭 이라고도 함) 즉, 어떤 평면에 대하여 패턴의 대칭과 관련하여 본원에서 예로 든다. 좀 더 구체적으로, 본 발명의 기술은, 패턴 특징부의 배열의 주축에 의해 결정된 평면에 대하여, 비대칭 레벨(가령, 오버레이 측정에 대한 이동값 및 이동의 방향)을 측정할 수 있게 한다. 예를 들어, 하나의 축을 따라 정렬 불량을 식별하기 위하여, 상기 축을 따라 샘플상의 패턴 또는 그레이팅이 측정된다. 두 x 및 y 축을 따라 정렬 불량을 결정하는 것은 두 축을 따라 그레이팅 또는 그레이팅-유사 구조물에 대한 측정을 요한다. 상기 표시된 바와 같이, 하나 이상의 중간 레이어는 두 개의 패턴화된 레이어 사이에 존재할 수 있으나, 중간 레이어(들)에는 비교적 관심이 적다.
따라서, 본 발명의 기술은 입사광(단색광 또는 다색광)에 대한 패턴화된 샘플의 광학 응답(반사 및/또는 굴절)의 측정값에 기초한다. 일부 실시예에서, 기술은, 입사광의 편광 상태와 관련된 다양한 편광 상태의 광이 감지되는 경우와 같이, 샘플의 동일한 영역에 대한 둘 이상의 측정값을 사용한다. 일부 실시예에서, 측정값은 샘플 상의 기설정된 여러(일반적으로 적어도 두 개의) 위치(가령, 테스트 위치)에 적용된다.
패턴화된 샘플의 비대칭을 식별 및 비대칭의 레벨을 결정하기 위해 작동하고 구성되는 본 발명의 측정 시스템(100)을 블록도로 개략적으로 나타낸 도 2A를 참조한다. 측정 시스템(100)은, 제어 유닛(140)과 유선 또는 무선 신호를 통하여 연결가능하고, 샘플 홀더(115)에 대해 수용되는 광학 유닛(102)을 포함한다. 광학 유닛(102)은 조명 채널(12) 및 수집 채널(13)을 형성하고, 조멸 채널(12)을 통하여 샘플의 표면상의 영역을 적어도 조명하도록 구성된 광원 유닛(120) 및 샘플로부터 되돌아와서 (반사된) 수집 채널(13)을 통하여 전파되는 광을 수신하도록 구성된 감지 유닛(130)을 포함한다. 적어도 수집 채널(13)과 관련된 편광 유닛(132)이 광학 유닛(102)에 추가로 제공되는데, 다시 말해 광학 유닛(102)은 적어도 수집 채널(13) 내에 위치된 하나 이상의 편광 필터를 포함한다.
제어 유닛(140)은, 데이터 입력(또는 데이터 판독) 및 출력부(144 및 143), 메모리(145)및 출력부(144 및 143), 메모리(145) 및 데이터 프로세서(148)로서의 특히 소프트웨어/하드웨어 유틸리티/모듈을 포함하고, 또한 편광 필터 제어부(142)를 포함하는 전자 장치이다. 또한, 제어 유닛(140)은 조명 제어부(147)는 물론 위치 제어부(149)를 포함할 수 있다. 따라서, 제어 유닛(140)은, 이하에서 추가로 기술되는 바와 같이, 광학 유닛(즉, 제어 유닛의 편광 유닛(132) 및 가능하면 광원 유닛(120)도)을 작동하도록 구성되고, 감지 유닛(130)에 의해 제공되는 측정된 데이터를 수신 및 프로세스하도록 구성된다.
광학 유닛(102)은 조명 및 수집 채널(12 및 13)의 방향을 조절하여 수집 채널이 샘플로부터의 정반사(specular reflection)를 포함하는 광을 수집하도록 구성되는 것이 바람직하다(즉, 광학 유닛의 요소가 샘플 홀더 및 서로에 대하여 수용됨). 또한, 광학 유닛(102)은 샘플 평면에 대하여 경사광 전파 배열로 조명 및 수집 채널의 방향을 조절하여, s 및 p 편광 상태가 잘 정의되도록 할 수 있다.
편광 유닛(132)은 수집 채널(13) 내에 위치된 적어도 하나의 편광 필터(135)를 포함하고, 이는 선형 또는 원형 편광을 제공할 수 있다. 그런 이유로, 원형 편광 필터는 광의 시계방향 또는 반시계방향 편광 성분의 전송을 가능하게 하도록 구성된 광학 어셈블리이다. 이러한 원형 편광 필터는 두 개의 4분의 1 파장판(quarter-wave plate) 사이에 위치된 선형 편광기를 포함할 수 있고, 방향이 조절되어 오직 시계방향(또는 반시계방향)의 편광 성분만 편광기 어셈블리를 통과할 수 있다. 제어 유닛(140)은 편광 필터(135)(일반적으로 편광 유닛(132))와 연결가능하고 다양한 편광 상태(적어도 제1 편광 상태 및 제2 편광 상태)사이의 편광면의 바람직한 방향을 제어적으로 가변할 수 있도록 구성되는 편광 제어부(149)를 포함한다.
또한, 일부 실시예에서, 편광 유닛(132)은 조명 채널(12) 내에 위치된 하나 이상의 편광 필터(125)도 포함할 수 있다. 조명-채널 편광 필터(125)는 수집-채널 편광 필터(135)와 대체로 유사할 수 있으나, 바람직한 편광면의 방향에서 차이가 있으므로, 그것이 전달하는 편광 성분에서 차이가 있다. 또한, 제어 유닛(140)(제어 유닛의 편광 제어부(149)은 편광 필터(125)와 연결 가능할 수 있고, 편광 필터(125)가 적어도 제1 방향과 제2 방향 사이에서 회전 또는 이동하도록 구성되어서 제1 편광 상태와 제2 편광 상태의 광을 전달할 수 있다.
제어 유닛은, 광원 유닛(120)을 작동시키기 위한 조명 제어부(147)을 포함하여 선택된 타입(파장, 조명 패턴 및/또는 작동 모드, 즉, CW 또는 펄스 모드)의 조명을 제공할 수 있고, 위치 제어부(149)를 포함하여 샘플 홀더(115)와 광학 유닛(102)의 적어도 일부 요소들 간의 상대적인 수용성, 가령 샘플상의 현재 위치 또는 원하는 위치에 대한 측정을 제공하도록 작동할 수 있다.
예를 들어, 제어 유닛(140)은 광원 유닛(120)을 작동시켜서, 광의 기설정된 제1 및 제2의 서로 다른 편광 상태 또는 편광 없는 광 및 편광된 광으로 샘플(110)을 순차적으로 조명할 수 있다. 편광 필터 제어부(142)는 수집-채널 편광기(135)와 가능하면 조명-채널 편광기(125)도 작동시켜서, 반사된 광의 기설정된 편광 성분의 순차적으로 감지할 수 있고, 이러한 제1 및 제2 측정된 데이터 표시(즉, 감지된 광에서 해당 편광 성분의 강도의 표시)를 생성할 수 있다.
제어 유닛의 데이터 프로세서 유틸리티(148)는, 제1 및 제2 측정된 데이터 조각으로 적응되고(프로그램된), 측정된 패턴에서의 비대칭의 존재의 데이터 표시를 생성하는 대칭 감지 모듈(146)(소프트웨어 유틸리티)을 포함한다. 일부 실시예에서, 대칭 감지 모듈도 작동하여서, 제1 및 제2 측정된 데이터 조각간의 관계(가령, 차이)를 결정하고, 측정된 샘플 상의 패턴의 비대칭의 레벨을 평가한다.
본 발명은 바람직하게는 스펙트럼 반사 측정법에 기초한 측정 스킴을 제공하는데, 여기서, 넓은 스펙트럼 범위에서의 샘플의 광 응답이 측정된다. 바람직하게는, 조명은 경사각도로 샘플에 비춰지고, 수집은 정반사성의 반사된 광을 수집하도록 서로 맞게 정렬된다(즉, 조명 채널 각도와 동일한 각도로). 분석기(수집 채널내의 편광 필터(135)의 하나 이상의 방향 및 가능하면 조명 채널 내의 편광기(125)에서의 두 개의(또는 그 이상) 측정값이 적용된다. 데이터 프로세싱 스킴은 샘플의 비대칭에 대한 정보를 강조하는 것을 목표로 한다. 예를 들어, 조명 채널은 입사 광의 두 개 이상의 서로 다른 편광 상태로 동일한 영역에 조명을 순차적으로 제공하도록 작동될 수 있는 반면, 수집 채널은 입사광의 편광 상태에 따라 선택된 반사된 광의 하나 이상의 서로 다른 편광 성분을 순차적으로 수집하도록 작동될 수 있다.
종방향의 그레이팅 축이 되는 축을 따라 적어도 하나의 그레이팅 구조(패턴)을 포함하는 패턴화된 샘플을 생각해 본다. 이는 도 2B에 개략적으로 나타난다. 이러한 구체적이나 제한적이지 않은 예에서, 편광 없는 광원(120)이 사용되고, 편광 유닛(132)은 조명-채널 편광기(125)와 수집-채널 분석기(135)를 포함한다. 조명되고 감지되는 광 성분의 바람직한 편광면의 다양한(적어도 제1 및 제2의) 방향을 사용하는, 이러한 측정 스킴을 포함하는 본 발명의 기술의 사용은 종방향 그레이팅 축에 수직인 평면에 대한 반사에 대한, 패턴의 비대칭의 레벨의 데이터 표시를 결정하는 것을 제공한다.
조명의 제1 및 제2 편광 상태는 조명 채널(12) 내에 위치된 편광 필터(125)의 방향에 의해 제어될 수 있다. 이하에서 추가로 기술되는 바와 같이, 일부 실시예에 따르면, 조명의 제1 및 제2의 서로 다른 편광 상태는 광의 원형 또는 타원형 편광에 의해 얻을 수 있다. 조명 채널 편광 필터(125)는 수집-채널 편광 필터(135)와 대체로 유사할 수 있고, 편광 필터 제어부(142)에 의해 제어되어서, 제1 또는 제2의 선택된 편광 상태의 광 성분을 순차적으로 수집할 수 있도록 한다.
비대칭의 조건의 감지 및 가능하면 샘플 상의 표면 패턴/그레이팅의 대칭/비대칭의 정도를 결정하기 위한 본 발명의 방법을 예로 드는 도 3을 참조한다. 상기 기술되는 바와 같이, 일부 실시예에서, 본 발명은 샘플의 동일한 영역에 대하여 복수의, 일반적으로 적어도 두 개의 반사 측정값을 사용한다. 두 개의 측정값은 각각 두 개의 서로 다른 편광 상태의 광의 (적어도) 감지를 사용하고, 이는 두 개의 측정값에 대한 서로 다른 편광 상태를 가지거나, 편광 없는 조명에 응답하여 샘플로부터 반사된다.
자체-설명적인 방식으로 도면에 도시되는 바와 같이, 제1 및 제2 측정 세션(1010 및 1110)은 샘플 상의 동일한 영역에 대해 적용된다. 측정 세션(measurement session)은 서로 다른 편광 상태의 광의 감지에 있어서 서로 다르고, 조명의 광도 다르나, 조명이 모두 편광 없는 경우에 두 개의 측정 세션은 동시에 수행될 수 있고, 조명이 순차적으로 1010a 및 1110b를 각각 제1 및 제2의 서로 다른 편광 상태로 수행되는 경우에 순차적으로 수행될 수 있다. 따라서, 측정 세션(1010 및 1110) 동안에, 서로 다른 편광 상태를 가진 광은 편광 없는 조명 또는 편광된 조명에 응답하여 측정하에서의 샘플에 의해 수정되는 것이 감지된다. 서로 다른 편광 상태의 제1 및 제2의 감지된 정반사 광 성분에 대한 강도의 표시인 제1 및 제2의 측정된 데이터 조각(1020 및 1120)이 두 개의 측정 세션에 대해 각각 얻어진다. 편광 없는 조명의 경우에, 서로 다른 편광 상태를 가진 광의 감지는 정적인 편광기를 사용하여 동시에 수행될 수 있고, 평범한 광선 및 비범한 광선을 동시에 수집하거나 회전식/이동식 편광 유닛을 사용하여 순차적으로 수행될 수 있다. 제어 유닛에서 제1 및 제2 측정된 데이터 조각을 (동시 또는 순차적으로)수신하고(1030 및 1130), 비대칭 조건을 식별하기 위해 분석한다. 입사광의 편광 상태에 대하여 감지된 광의 편광 상태에서의 변화 및 바람직하게는, 두 개의 측정된 데이터 조각 측정값간의 차이(일반적으로, 측정된 데이터 조각의 기설정된 함수의 형태인 관계)가 결정되고(단계 1210), 조사된 영역에서의 패턴의 비대칭의 레벨의 정보 표시가 제공된다(단계 1220). 제1 및 제2의 측정된 데이터 조각간의 차이가 기설정된 문턱값보다 크다면, 샘플 상의 패턴의 비대칭이 식별된다는 것을 주목해야 한다.
상기 표시된 바와 같이, 본 발명의 원리는 패턴화된 표면의 반사 특성에 대한 발명자의 이해에 기초한다. 일반적으로, 편광된 광의 반사는 존 형식(Jones formalism)에 의해 기술될 수 있다. 존 벡터에 의해 표현되는 편광된 광(완전히 편광된 광)은 존 매트릭스에 의해 표현된 선형 광학 요소를 지나고, 나타난 광의 결과적인 편광은 광학 요소의 존 매트릭스와 입사광의 존 벡터의 곱을 취하여 발견된다. 트래버스 전자기(EM)장은 존 벡터에 의해 명시될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Es, Ep는 s(입사 평면에 수직) 및 p(입사 평면에 평행) 방향에서의 장 진폭(field amplitude)이고,
Figure pat00002
은 EM 파동의 각주파수 및 위상이다. 또한, 패턴화된 표면(가령, toavmf의 조사된 영역)의 산란 특성은 존 매트릭스에 의해 기술될 수 있다.
Figure pat00003
존 매티릭스는 각각의 원소에 대해 반사 진폭과 위상을 유지하는 2×2 복소수 매트릭스이다. 여기서, rij는 입사 편광(incident polarization) j와 출사 편광(outgoing polarization) i에 대한 복소 반사율 성분이다. 예를 들어, rss는 선형 편광 s의 입사장(incident field)일 때, s 방향(입사 평면에 수직)에서 복소수 반사장(reflected field)이다. 마찬가지로, rsp는 p 방향(입사 평면에 평행)으로 선형적으로 편광된 입사장에 대하여 반사된 s 편광된 장을 나타낸다. 따라서, 존 매트릭스는 샘플에 의해 생성된 편광 변환(polarization conversion)의 정도와 관련된다.
상기 기술된 바와 같이, 도 2A 및 2B에 예시된 본 발명의 일부 실시예에 따른 측정 시스템(100)은 광원(120)에 뒤이어 구체적으로 편광된 광으로 샘플을 조명하기 위한 편광 필터(125)를 포함한다. 샘플로부터 정반사된 광은 분석기(선형 편광 필터(135))를 통해 감지기(130)로 수집된다. 편광기 → 샘플 → 분석기를 포함하는 배열은 다음 표현에 의해 수학적으로 공식화될 수 있다.
Figure pat00004
측정된 강도는
Figure pat00005
이고, α와 β는 각각 입사 평면에 대한 편광기 각도와 분석기 각도이며,
Figure pat00006
는 샘플의 조사된 영역의 존 매트릭스이다.
간결성을 위해 존 매트릭스의 복소 계수의 위상 성분은 명시적으로 나타났다는 것을 주목해야 한다. 위상은 rss 계수에 대해 임의적으로 영으로 선택될 수 있는 반면, EM 방사의 서로 다른 성분사이의 상대적인 위상은 구체적인 측정 의미를 가진다는 것을 주목해야 한다.
대칭 패턴/구조를 가진 샘플은 적어도 하나의 평면에 대하여 반사 대칭을 가진다. 예를 들어, 그레이팅 라인은 반사에 대해 대칭이나, 틸팅된 그레이팅 라인, 즉, 도 1A에 예로 들은 서로 다른 왼쪽과 오른쪽 SWA를 가진 틸팅된 그레이팅 라인은 반사에 대해 대칭이 아니다. 반사에 대칭인 패턴화된 표면은 조건 rps + rsp = 0 을 만족하는 존 매트릭스의 편광 회전 계수에 의해 기술될 수 있다. 따라서, 일반적으로 비대칭 계수로 알려진 양 δ ≡ rsp + rps 의 결정은 조사 영역/샘플 [5] 의 비대칭 레벨에 대한 민감한 표시를 제공한다.
본 발명의 측정 기술의 네 가지 예를 나타내는 도 4A 내지 4D를 참조한다. 이들 실시예는 입사광 성분과 감지된 광 성분의 편광 상태의 상이한 방향을 사용하여, 측정된 샘플의 영역에서 패턴의 비대칭의 레벨을 결정한다.
도 4A는 샘플의 패턴화된 영역상의 제1 및 제2 측정 세션의 예를 나타낸다. 도면에 도시된 바와 같이, 100A로 표시된 제1 측정 세션에서, 샘플의 표면 상의 지점(32A)은 조명된다. 이 영역(32A)으로부터 반사된 광은 바람직한 편광면의 어떤 제1 방향(제1 편광 상태)(34A)을 가진 편광 필터(도 2A 및 2B에 도시된 분석기(135))를 통해 수집된다. 100B로 표시된 제2 측정 세션에서, 샘플의 동일한 영역(32A)이 조명되고, 반사된 광은 바람직한 편광면의 상이한 제2 방향(제2 편광 상태)(34B)에서 분석기를 통해 수집된다.
본 발명의 일부 실시예에서, 조명은 제1 측정 세션과 제2 측정 세션 모두에서 편광 없다. 따라서, 조명 영역(32A)은 제1 측정 세션과 제2 측정 세션이 실질적으로 동일하다. 이러한 구성에서, 수집 채널은 제1 편광 상태와 제2 편광 상태의 광을 선택적으로 통과시킬 수 있도록 구성된 선형 편광 필터(분석기)를 사용한다. 제1 측정에서, 분석기는 p 편광에 대해 45도(일반적으로,
Figure pat00007
)에서 광이 통과할 수 있도록 배향되나, 제2 측정에서, 분석기는 -45도(일반적으로,
Figure pat00008
)에서 광이 통과할 수 있도록 배향된다. 상기 기술된 equation 3 및 존 매트릭스를 사용하여, 감지된 강도는 아래와 같이 제공된다.
Figure pat00009
제1 및 제2 측정에서 측정된 강도는 아래 표 1에 나타난다. 나타난 바와 같이, 측정된 강도는 상기 기술된 양 δ과 관련된 이들 강도에 따라, 조사된 영역의 비대칭의 레벨에 대한 표시를 제공한다.
측정 번호 β ｜Eout｜2
1 π/4 ｜rss + rpp + rsp + rps｜2 = ｜R + δ｜2
2 -π/4 ｜rss + rpp - rsp - rps｜2 = ｜R - δ｜2
상기 기술된 바와 같이, δ≡ rsp + rps 및 R ≡ rsp + rps이다. 제1 및 제2 측정된 강도간의 차이를 결정하는 것은 아래에 제공한다.
Figure pat00010
여기서, 상기 설명을 따라, 용어 c.c.는 이전 항의 켤레 복소수의 사용을 기술한다.
일반적으로, 이 실시예는 더 간단한 배열(조명 채널에 편광기를 사용하지 않음으로서, 더 적은 광학 요소를 포함함)을 사용할 수 있고, 광 버짓(budget)의 면에서 이로울 수 있다(조명 채널에서 편광기가 적으면 샘플로의 입사광의 양이 증가함). 그러나, 조명광은 편광 없는 것이 발마직하고, 타원형으로 편광된 광의 사용은 측정된 데이터에서 변화를 야기할 수 있다는 것을 주목해야 한다.
도 4B는 본발명의 기술의 도 다른 실시예를 나타낸다. 이 예에서, 비대칭의 평가는 다음과 같이 달성된다. 샘플의 반사율은 p 편광(입사 평면에 평행함)에 대해 각각 45도와 -45도로 정렬된 조명 경로에서의 편광기와 수집 경로에서의 분석기로 제1 측정된다. 그리고 나서, 제2 측정은 p 편광에 대해 각가 -45도와 45도로 정렬된 편광기와 분석기로 수행된다. 좀 더 구체적으로, 이 예에서, 제1 및 제2 측정에서 조명 지점(42A 및 42B)은, p 편광에 대해 각각 ±45도로 배향되고, 선형 편광의 광에 의해 샘플의 동일한 영역에서 형성된다. 수집 채널은 직교 편과 방향(44A 및 44B)에서 분석기를 사용하는데, 다시 말해, 만일 샘플이
Figure pat00011
에서 조명되면, 분석기는
Figure pat00012
에서 광을 통과시키도록 구성되고, 샘플이
Figure pat00013
에서 조명되면, 분석기는
Figure pat00014
에서 광을 통과시키도록 구성된다. 상기 equation 3을 사용하여, 조사된 영역의 비대칭 레벨이 다음 표 2에 따라 결정될 수 있는데, 이는 상기 기술된 바와 같이, 존 매트릭스에 대한 측정 배치를 반영한다.
측정 번호 α β ｜Eout｜2
1 π/4 - π/4 ｜rss + rpp + rsp + rps｜2 = ｜R + δ｜2
2 - π/4 π/4 ｜rss + rpp - rsp - rps｜2 = ｜R - δ｜2
본 실시예에서 제1 및 제2 측정간에 측정된 강도에서의 차이는 상기 equation 5와 유사하다. 마찬가지로, equation 5의 결과항은 δ 에 직접적으로 비례하여서, 샘플의 조사된 영역의 비대칭을 추정하기에 직접적인 측정을 제공한다. 상기 언급된 바와 같이, 샘플에 대한 대칭 패턴은, 제1 및 제2 측정간의 차이가 기설정된 문턱값 이하라면 식별될 수 있다. 따라서, 대칭의 어떤 레벨이 바람직하다면, 측정된 양이 어떤 오류 제한내의 원하는 값을 가진다면, 샘플은 적합한 것으로 간주된다.
도 4C의 예에서, 제1 및 제2 측정값(100A 및 100B)은 조명 및 수집 채널을 위한 원형 편광을 사용하여 수행된다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 측정은 반시계방향 및 시계방향으로 편광된 조명(52A 및 52B)을 제공하는 조명 채널에서의 원형 편광 필터를 사용하여 행해지고, 수집 채널내의 분석기는 시계방향 및 반시계방향 원형 편광(54A 및 54B)에서 광의 통과/수집이 가능하도록 배향된다.
상기 방식과 마찬가지로, 제1 및 제2 측정된 데이터 조각(강도)간의 차이는 조사된 영역의 반사 대칭의 레벨의 직접적인 표시이다. 게다가, 결정된 데이터는, 패턴이 대칭으로부터 벗어난 방향을 나타내는 비대칭의 방향에 대한 민감성을 제공한다. 이러한 배치는 수집 및 조명 채널내의 편광 필터의 실제 방향에 대한 낮은 민감성을 제공한다.
도 4D는 본 발며의 어떤 다른 실시예의 원리를 예로 든다. 이 예에서, 측정되고 패턴화된 영역은 p 및 s 편광 상태 중 하나를 가진 선형적으로 편광된 광(62)으로 조명되고, 반사된 광은 분석기를 통해 수집되며, 이는 직교의 선형 편광(64)의 수집, 즉, 각각 s 또는 p 상태로 가능하게 구성된다. 그러나, 조명되고 수집된 광의 편광 상태는 서로 교체될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 일반적으로, 하나의 편광기가 s 편광축을 따라 배열되고, 다른 하나의 편광기가 p 편광축을 따라 배열된다. 본 실시예에서, 조명 및 수집 채널에 의해 정의된 조명-감지 평면은 샘플상의 패턴의 게이팅 라인(gating line)에 평행 또는 수직이고, 샘플은 그레이이팅 방향에 평행 또는 수직인 편광으로 조명되고, 수집-채널 분석기는 조명 편광기에 수직으로 배향된다.
샘플의 측정된 영역 상의 패턴이 반사에 대해 대칭이라면, 비대각(off diagonal) 존 원소 rsp, rps는 대칭 때문에 사라지고, 반사된 광은 되돌아오는 경로상에서 막힐 것이다. 그러나, 대칭으로부터의 변화(비대칭 패턴)는 반사된 광의 편광에서의 회전을 야기하고, 감지기에서 영이 아닌 신호를 생기게 한다. 따라서, 하나의 측정은 패턴의 대칭의 데이터 표시를 제공할 수 있다.
표 3은 상기 기술된 존 매트릭스 항에 기초한 측정 구성을 나타낸다. 표 3은 측정 (측정 1)에 대한 결과 데이터를 나타내고, 조명 및 수집 채널은 p 편광 상태에서 조명, s 편광 상태에서만 반사의 수집을 가능하도록 구성되는 측정 (측정 1)에 대한 결과 데이터는 물론, 조명 채널과 수집 채널의 편광 필터가 s 편광된 광으로 조명되고 p 편광된 광을 수집하도록 배향되는 직교 측정 (측정 2)에 대한 데이터를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 이들 각각의 측정은 존 매트릭스의 비대각 원소 중 하나의 크기에 대한 데이터를 제공한다. 본 실시예가 하나의 측정에서 제공된 대칭 데이터의 장점을 갖더라도, 결과 정보는 차동 측정의 사용으로 제공된 바와 같은, 대칭으로부터의 이탈의 방향에 대한 정보를 내재적으로 포함하지 않는다는 것을 주목해야 한다.
측정 번호 α β ｜Eout｜2
1 0 π/2 ｜rps｜2
2 π/2 0 ｜rsp｜2
또한, 샘플은 여러, 다양한 입사각을 사용하여 조사되어서, 다양한 방향에 대한 대칭의 레벨에 대한 데이터를 제공함에 의하여 더 높은 민감성을 제공할 수 있다. 그런 이유로, 입사각의 변화는 특정 평면에 대한 반사를 위한 대칭의 레벨에 관한 추가 정보를 제공할 수 있는 반면, 입사 방위각의 변화는 추가 평면에 관한 반사를 위한 대칭의 레벨에 관한 추가 데이터를 제공한다. 따라서, 상기 기술된 기술에 따른 연속적인 측정 세트는 하나 이상의 축을 따른 패턴을 가진 다양한 레이어를 포함하는 복잡한 패턴을 가진 샘플의 대칭의 레벨에 관한 데이터를 제공할 수 있어서, 하나 이상의 평면에 대하여 대칭 특성을 특징짓게 할 수 있다.
본 발명의 기술은 상기 정의된 편광 구성에서 반사된 광을 가령 본 출원의 양수인에 양수된 WO14016839에 기술된 돔 스펙트로미터 시스템과 함께 사용하여 실행될 수 있으며, 상기 간행물은 본 발명의 비제한적인 예시로서 본원에 참조로서 포함된다. 이는 넓은 각 정보를 제공, 즉, 다양한 평면 및/또는 각도에 관한 대칭의 레벨을 표시할 수 있다.
상기 표시된 바와 같이, 본 발명의 기술은 패턴화된 샘플의 대칭의 레벨에 관한 효율적이고 정확한 정보를 제공한다. 본 기술의 장점은 도 5에 개략적으로 도시된 알려진 샘플에 대한 측정을 사용하여 증명될 수 있다. 상기 도면은 기설정된 오버레이로 두 개의 인쇄된 패턴을 포함하여 리소-에치-리소-에치(litho-etch-litho-etch) 제조된 샘플(500)을 나타낸다. 제1 패턴(510)은 웨이퍼상에 인쇄되고, 그리고 나서, 웨이퍼는 실리콘으로 전달되며, 제2 패턴(520)이 반주기 이동되어 인쇄되어서 제2 에칭 공정이 피치-더블링 효과(pitch-doubling effect)를 위해 실리콘으로 이를 전달하도록 한다. 전체 패턴은 2400Å의 피치 사이즈를 가진다. 본 발명의 기술은 제1 리소-에치 단계(레이어(510))와 제2 리소그래피 패턴(520) 사이의 오버레이 이동을 감지하는데 사용되었다. 표시된 바와 같이, 이러한 패턴화된 샘플에서의 특징을 위한 파라미터는 레이어들(510 및 520)간의 정렬의 정도이다. 완전하게 정렬될 때, 구조는 거울-대칭인 반면, 정렬 불량은 이러한 대칭을 깨뜨린다. 표준 편광된 반사율을 사용하는 측정은, 오버레이 이동에 대한 낮은 스펙트럼 민감도때문에 매우 어렵다는 것은 나타낸다.
도 6은 다양하게 반사된 스펙트럼에서 측정된 도 5의 샘플의 패턴화된 레이어들(510 및 520)간의 정렬 불량(Δ)의 측정 결과를 나타낸다. 그래플 A는 p-편광된 조명을 사용하여 스펙트럼 반사 측정법(spectral reflectometry, SR)의 종래 기술에 대한 측정 결과에 해당한다. 그래프 B는 본 발명에 따른 스펙트럼 차이 계측법(spectral differences metrology, SDM)의 측정 결과에 해당하며, 여기서, 조명 및 수집 채널은 도 4B를 참조하여 상기 기술된 바와 같이, 선형 편광기 및 분석기를 사용한다. 그래프 C는 도 4C를 참조하여 상기 예로 들은 원형 편광을 사용하는 본 발명의 기술에 의해 제공된 결과를 도시하는데, 여기서 하나의 측정은 패턴의 비대칭 조건을 감지하는 것을 제공한다.
도시된 바와 같이, 종래의 SR 기술(그래프 A)을 사용하여 측정된 스펙트럼에 대한 정렬 불량 효과는 약하고, 일반적으로 노이즈에 의해 완전히 압도될 수 있으며, 상기 측정은 약 100의 신호대 잡음비(SNR)를 가졌다. 본 발명의 SDM 기술에 대한 결과에 대하여, 그래프 B 및 C는 정렬 불량에 대한 명확한 민감도를 나타내고, 노이즈 문턱값 이상이다.
상기 기술된 바와 같이, 본 발명의 기술은 대칭과 관련 없는 불확실성에 대한 낮은 민감도를 가면서, 패턴의 대칭으로부터의 이탈을 결정하는 것을 제공한다는 것도 주목해야 한다. 광학 임계 치수(Optical Critical Dimensions, OCD) 측정은 흔히, 구조의 파라미터의 변화(이 경우에, 패턴화된 레이어의 정렬 불량)와 본 어플리케이션을 특징짓는 다른 파라미터(임계 치수, 두께) 사이를 분리하는 것이 어려운데, 이는 측정된 스펙트럼에 대한 현저한 효과를 가질 수 있으나 실천적 관심사는 아니다. 표면적으로, 본 발명의 기술을 사용하여 얻은 스펙트럼은 정렬 불량에 대한 민감도를 강조하는 반면, 어플리케이션을 특징 짓는 다른 파라미터에 대해서는 무감각하다.
이들 기술 중에 어느 것을 사용하여 얻은 신호는 여러 방법 중 하나로 분석될 수 있다. 하나의 예는 OCD 계측법을 사용하는, 즉, 측정된 신호와 계산된(모델-기반) 신호를 비교하는 표준 접근을 따를 수 있다. 계산된 신호는 알려진 기하학적 속성을 가진 일부 구조에 해당한다. 우수한 맞춤(good fit)은 계산된 신호와 측정된 신호 사이에서 얻어진다면, 최적의 맞춤으로 계산된 구조의 기하학적 및 재료적 특성은 측정된 구조를 특징짓는 것에 해당한다고 가정한다. 반사된 신호의 계산은 많은 광학적 모델링 기술(가령, Rigorous Coupled Wave Analysis, Finite Element Method, Finite Difference Time Domain 등)에 기초할 수 있다. 본 발명에서 기술된 접근법을 사용하여 얻어진 측정의 해석과 관련된 계산 노력은, 표준 OCD와 비교할 때, 현저하게 간단해 질 것이다. 최고의 OCD 활용을 위해, 반사된 신호는 측정된 타겟을 특징짓는 복수의 파라미터에 의존하는 반면, 본 발명에서, 최고의 파라미터에 대한 의존성은 약할 것이고, 일부 기하학적/재료적 특성에 대한 의존성은 무시될 것이다.
대안적인 접근은 경험적 접근에 기초하는 것이다. 본 방법에서, 제1 단계에서('학습' 단계라고 함), 신호는 알려진 (신뢰할 만한 일부 다른 계측 방법에 의해 특징지어진) 특징 몇몇 샘플에 대해 측정될 것이다. 측정된 신호와 관심 있는 기하학적 특성 사이의 상관관계가 설립될 것이다. 예를 들어, 분석은, 일부 특정 스펙트럼 피크와 관심 있는 파라미터의 위치 또는 진폭간의 상관 관계를 설립할 수 있다. 이 단계 이후에 측정된 샘플은 발견된 상관 관계에 기초하여 분석될 것이다. 본 발명에서 제시된 방법이 관심 있는 파라미터에 대한 의존성을 강조한는데 매우 효과적이라는 사실은, 학습 단계에 대한 샘플의 작은 세트를 사용하여, 이러한 경험적 점근법을 신뢰할 수 있게 한다.
따라서, 본 발명은 패턴화된 기판의 대칭 특성의 간단하고 강건한 분석을 가능하게 하는 새로운 기술을 제공한다. 본 기술 분야에서의 당업자는, 다양한 수정예와 변화가 첨부된 청구항에 의해 정의되고 그 속에서 정의되는 범위로부터 벗어나지 않으면서, 본원에서 기술된 본 발명의 실시예에 적용될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다.

Claims (22)

  1. 샘플의 패턴화된 영역에 대한 적어도 제1 및 제2 측정의 세트를 수행하는 단계 - 각각의 측정은, 조명 채널을 따라 상기 패턴화된 영역으로 광을 안내하고, 감지될 수집 채널을 따라 전파하는 상기 영역으로부터 반사된 광을 수집하여 감지된 광은 조명광의 편광과 다른 편광 상태를 가지도록 하는 단계 및 측정에서 감지된 광을 표시하는 측정된 데이터 조각을 생성하여, 동일한 패턴화된 영역에 대한 적어도 제1 및 제2 측정에 대한 적어도 제1 및 제2 데이터 조각을 생성하며, 적어도 제1 및 제2 측정된 데이터 조각은 서로 다른 편광 상태를 가진 감지된 광에 해당함 - 와,
    상기 적어도 제1 및 제2 측정된 데이터 조각의 세트를 분석하는 단계 및 상기 패턴화된 영역의 비대칭의 조건의 출력 데이터 표시를 생성하는 단계를 포함하는 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 채널 및 수집 채널은 측정된 패턴에 대해 실질적으로 평행 또는 실질적으로 수직으로 정렬되는 조명-수집 평면을 정의하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 적어도 제1 및 제2 측정된 데이터 조각의 세트를 분석하는 단계는 적어도 제1 및 제2 측정된 데이터 조각간의 관계를 결정하는 단계 - 상기 관계는 상기 패턴화된 영역에서의 패턴의 비대칭의 레벨 및 방향을 표시함 - 를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 적어도 제1 및 제2 측정된 데이터 조각간의 상기 관계는 제1 및 제2 측정된 데이터 조각간의 차이를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 분석하는 단계는 상기 관계가 기설정된 문턱값 이상인지를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 조명광은 경사진 조명으로 상기 영역에 입사되는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 수집하는 것은 상기 영역으로부터 정반사를 수집하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 서로 다른 편광 상태는 광의 직교 편광에 해당하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 서로 다른 편광 상태는 p 선형 편광 상태에 대해 ±45°에서 선형 편광에 해당하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 서로 다른 편광 상태는 시계방향 및 반시계방향의 광의 원형 편광에 해당하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 조명광의 편광 상태는 실질적으로 편광 없는 광에 해당하고, 제1 및 제2 측정된 데이터 조각은 상기 제1 및 제2 측정에서 감지된 광의 제1 및 제2의 서로 다른 편광 상태에 각각 해당하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 측정은 조명광의 제1 및 제2의 서로 다른 편광 상태로 패턴화된 영역을 조명하는 단계 및 상기 제2 및 제1 편광상태의 광을 각각 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에 대한 측정 사용 방법.
  13. (a) 조명 광선으로 샘플의 영역을 조명하기 위한 조명 채널 및 감지된 광의 데이터 표시를 생성하는 감지기에 의해 수집된 광을 감지하기 위한 수집 채널을 형성하도록 구성된 조명 유닛 및 감지 유닛;
    (b) 수집 채널 내에 위치된 적어도 하나의 편광 필터를 포함하고, 조명 광선의 편광과 상이한 편광 상태의 광을, 측정에서 감지된 광에 해당하는 측정된 데이터 조각을 생성하기 위한 감지기로 통과시킬 수 있게 구성되는 편광 유닛; 및
    (c) 샘플의 동일한 패턴화된 영역으로부터 감지된 광의 데이터 표시를 수신할 수 있게 구성되고, 적어도 제1 및 제2 해당 측정된 데이터 조각을 생성 및 분석하는 제어 유닛 - 제1 및 제2 측정된 데이터 조각은 조명 광선의 편광과 상이한 서로 다른 편광 상태의 감지된 광에 해당하며, 샘플의 상기 영역에서 패턴의 대칭 조건의 출력 표시를 생성함 - 을 포함하는 패턴화된 샘플에서 측정 사용을 위한 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 제1 및 제2 측정된 데이터 조각간의 관계를 결정하고, 패턴에서 비대칭의 레벨 및 방향에 대한 정보를 포함하는 출력 데이터를 생성하기 위하여, 적어도 제1 및 제2 측정된 데이터 조각을 분석하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에서 측정 사용을 위한 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 편광 필터는 수집된 광의 서로 다른 편광 상태에 해당하는 서로 다른 작업 상태간에 이동가능한 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에서 측정 사용을 위한 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 편광 필터는 선형 편광 필터이고, 상기 제어 유닛은 p 선형 편광 상태에 대해 ±45°만큼 편광 필터를 제어적으로 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에서 측정 사용을 위한 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 편광 필터는 시계방향 또는 반시계방향의 편광 상태의 광을 선택적으로 통과시킬 수 있도록 구성된 원형 편광 필터이고, 상기 제어 유닛은 상기 시계방향 및 반시계방향 상태간에 선택적으로 스위치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에서 측정 사용을 위한 시스템.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 조명 유닛은 편광 없는 광으로 조명을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에서 측정 사용을 위한 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 편광 필터는 수집된 광의 서로 다른 편광 상태에 해당하는 서로 다른 작업 상태간에 이동가능한 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에서 측정 사용을 위한 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 편광 유닛은 고정된 유닛이고, 제1 및 제2 편광 상태의 광을 동시에 수집할 수 있는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에서 측정 사용을 위한 시스템.
  21. 제 13 항에 있어서, 상기 편광 유닛은, 적어도 제1 및 제2의 서로 다른 편광 상태를 가진 적어도 제1 및 제2의 조명 광선을 순차적으로 제공하기 위하여, 조명 채널 내서 작동가능한 적어도 하나의 편광 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에서 측정 사용을 위한 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 편광 유닛을 제어적으로 작동시킬 수 있도록 구성되어서, 각각 제2 및 제1 편광 상태의 광의 감지를 위해, 제1 및 제2의 편광 상태의 제1 및 제2의 광선으로 샘플에 동일한 영역을 조명하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 샘플에서 측정 사용을 위한 시스템.
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