KR20180127412A - 물체의 면을 광학적으로 측정하고 검사하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

물체의 면을 광학적으로 측정하고 검사하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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베노아 도위
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유니티 세미컨덕터
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Abstract

본 발명은 서로에 대해 깊이 방향으로 지그재그인 적어도 2 개의 표면들을 포함하는 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법(100)에 있어서, 상기 표면들은 특히 상기 면 상에 또는 그 안에 단차 또는 트렌치를 형성하고, 상기 방법은
- 상기 검사되는 면의, 수 개의 지점들에서, 소위 측정 지점들에서, 간섭측정 신호, 소위 측정되는 신호를 측정하는 단계(102);
- 적어도 하나의 측정 지점에 있어서, 적어도 하나의, 특히 각각의 표면에 대하여 상기 측정되는 신호를 추출하는 단계(108), 상기 추출하는 단계(108)는 상기 표면에 대하여, 간섭측정 신호, 소위 개별적인 신호를 상기 측정 지점에 대하여 제공하고;
- 각각의 표면에 대하여 독립적으로, 상기 개별적인 신호들을 표면측정 분석하는 단계(110)를 포함하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 이러한 방법을 구현하는 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 시스템에 관한 것이다.

Description

물체의 면을 광학적으로 측정하고 검사하기 위한 방법 및 시스템
본 발명은 물체의 면을 광학적으로 측정하고 검사하기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 이 면 상에 존재하는 패턴들을 이미징하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 방법을 구현하는 물체의 면을 검사하기 위한 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 기술분야는 보다 상세하게는, 이에 한정되지는 않지만, 광학적 표면측정(optical profilometry)이다.
광학적 표면측정은 특히 예를 들어 물체의 면 상에 존재하는 단차들 또는 트렌치들과 같은, 패턴들을 검출하고 이미징하기 위해, 물체의 면을 검사하는 것을 가능하게 해준다.
이것은 검사되는 면으로 보내지고 또한 이 면에 의해 반사되는, 하나의 동일한 소스로부터 발생하는 검사 광학 광선과 기준 광학 광선 사이의 간섭측정 신호의 측정, 그후 연구에 기초한다. 기준 또는 검사 광선들의 광학적 경로를 상대적으로 변경함으로써, 간섭 프린지들의 분석으로부터 기준 광선의 광학적 경로의 길이에 대한 반사되는 검사 광학적 광선에 의해 움직이는 광학적 경로의 길이에 있어서의 차이를 결정하는 것이 가능하고, 이로부터 이 면 상에 존재하는 패턴들을 검출하고 이미징하기 위해 각각의 측정 점에서 검사되는 면의 깊이 또는 높이가 추론된다.
하지만, 현재의 광학적 표면측정 기술들은 물체의 표면 및 간섭 프린지들을 이미징하는 것을 가능하게 해주는 광학적 이미징 시스템의 해상도에 의해 측면 해상도에 있어서 한계가 있다. 특히, 이들은 50x 렌즈와 같이 높은 확대 인자(high enlargement factor)를 가지는 렌즈를 이용하더라도, 광학적 시스템의 해상도 한계에 근접한 특징적인 치수들의 좁은 패턴들에 대한 측정들을 수행하거나 검사하는 것을 가능하게 해주지 못한다. 이 경우에 있어서, 획득된 간섭측정 신호는, 예를 들어 트렌치 또는 단차의 2 개의 표면들과 같이, 서로 다른 깊이들의 2 개의 인접하는 표면들에 관련된 정보 항목들이 항상 함께 혼합되기 때문에 적절하게 이용될 수 없다.
본 발명의 목적은 보다 정확하게 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법 및 시스템을 제안하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 비싼 광학적 수단을 이용하지 않고 정확하게 좁은 패턴들을 검출하고 이미징하는 것을 가능하게 해주는 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법 및 시스템을 제안하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 그 특징적인 치수가 광학적 이미징 시스템의 해상도 한계와 같거나 이보다 작은 차수인, 좁은 패턴들을 정확하게 검출하고 이미징하는 것을 가능하게 해주는 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법 및 시스템을 제안하는 데 있다.
또한 본 발명의 목적은 그 하드웨어 아키텍쳐의 변형이 거의 없거나 전혀 없이 현재의 검사 기구들을 이용해 좁은 패턴들을 이미징하는 것을 가능하게 해주는 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법 및 시스템을 제안하는 데 있다.
이러한 목적들 중 적어도 하나는 서로에 대해 깊이 방향으로 지그재그인(staggered) 적어도 2 개의 표면들(surfaces)을 포함하는 물체의 면(face)을 측정하고 검사하기 위한 방법에 있어서, 상기 표면들은 특히 상기 면 상에 또는 그 안에 단차(step) 또는 트렌치(trench)를 형성하고, 상기 방법은
- 상기 검사되는 면의, 수 개의 지점들에서, 소위 측정 지점들에서, 간섭측정 신호, 소위 측정되는 신호를 측정하는 단계;
- 적어도 하나의 측정 지점에 있어서, 적어도 하나의, 특히 각각의 표면에 대하여 상기 측정되는 신호를 추출하는 단계, 상기 추출하는 단계는 상기 표면에 대하여, 간섭측정 신호, 소위 개별적인 신호를 상기 측정 지점에 대하여 제공하고;
- 각각의 표면에 대하여 독립적으로, 상기 개별적인 신호들을 표면측정 분석하는 단계를 포함하는, 물체의 표면을 측정하고 검사하기 위한 방법을 이용해 달성된다.
본 발명에 따른 방법에 의해 제안되는, 이러한 추출 단계는, 특히 측정 지점이 서로 다른 깊이들의 2 개의 인접하는 표면들 사이 인터페이스 레벨에 위치될 때 유용하다. 사실상, 이 경우에 있어서, 측정되는 간섭측정 신호는, 인접하는 표면들 각각에 관련된 정보 항목들을, 서로 혼합되어, 포함한다.
이로써 본 발명에 따른 방법은, 표면측정 분석 단계 전에, 측정되는 간섭측정 신호로부터 각각의 표면에 대응하는 측정되는 신호의 부분을 선택함으로써, 검사되는 면을 구성하는 각각의 표면에 관련되는 정보 항목을 개별적으로 분리하는 것을 제안한다. 일단 분리되면, 각각의 개별적인 간섭측정 신호는 알려진 표면측정 기술에 따라 분석될 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 방법은, 서로 다른 깊이들의 2 개의 인접하는 표면들에 관련된 정보 항목들의 혼합을, 특히 2 개의 표면들의 인터페이스에서, 감소시키거나 또는 아예 없었던 것처럼 만드는 것을 가능하게 해주고, 이것은 물체의 면의 더 정확한 검사를 수행하는 것을 가능하게 해준다.
이에 더하여, 서로 다른 깊이들의 2 개의 인접하는 표면들에 관련된 정보 항목들의 혼합을, 특히 이 2 개의 표면들의 인터페이스 레벨에서, 감소시킴으로써, 본 발명에 따른 방법은 주어진 광학적 이미징 시스템 및 센서를 이용해, 최근 기술의 방법들과 비교하여 더 작은 치수들의, 특히 더 좁은, 패턴들을 이미징하는 것을 가능하게 해준다.
게다가, 추출 단계는 디지털 또는 아날로그 프로세싱에 의해 수행될 수 있고, 신호 측정 단계들에 영향을 거의 또는 전혀 미치지 않는다. 결과적으로, 본 발명에 따른 방법은, 특히 검사 또는 측정 장치들의 광학적 부분의, 아키텍쳐적인 변형을 거의 또는 전혀 하지 않고 현재의 검사 또는 측정 장치들에 의해 구현될 수 있다.
다시 말하면, 본 발명에 따른 방법은, 그렇지 않다면 이 광학적 시스템에 의해 검사되거나 또는 측정될 수 없는, 이 측면 해상도 한계와 같거나 이보다 적은 차수의 특징적인 치수들을 가지는 패턴들의 치수적인 측정 및 검사를 허용함으로써, 광학적 이미징 시스템 및 센서에 의해 부여되는 측면 해상도를 연장하는 것을 가능하게 해준다.
추출 단계는 모든 측정 지점들에 대하여 구현될 수 있다.
또는, 추출 단계는 서로 다른 깊이들의 2 개의 인접하는 표면들 사이 인터페이스 레벨에 위치되는, 측정 지점들에 대해서만 구현될 수 있다.
유리하게도, 간섭측정 신호를 측정하는 단계는 전영역 측정(full-field measurement)을 수행하는 센서의 각각의 화소에 대하여 간섭측정 신호의 측정을 수행할 수 있다.
이 경우에 있어서, 각각의 화소는 간섭측정 신호가 측정되는 측정 지점에 대응할 수 있다.
유리하게도, 본 발명에 따른 방법은 상기 표면으로부터의 상기 개별적인 신호들의 표면측정 분석의 함수로서 각각의 표면을 독립적으로 구축하는 단계를 더 포함할 수 있다.
사실상, 각각의 측정 지점에 대하여 각각의 개별적인 간섭측정 신호에서 검출되는 깊이를 이용함으로써, 이 표면에 관련된 개별적인 신호들을 통합하고 또한 독립적으로 이 표면을 구축하는 것이 가능하다.
이를 수행하기 위해, 각각의 측정 지점은 이 측정 지점에 관련된 개별적인 간섭측정 신호 안의 이 측정 지점에 대하여 검출되는 깊이에 위치된다.
게다가, 본 발명에 따른 방법은, 상기 검사되는 면 상에서 발견되는 패턴들을 포함하는, 상기 검사되는 면의 표현(representation)을, 특히 이 면의 3 차원 표면을 구축하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이러한 구축은, 특히 3차원 구축은 그 전체 표면들에 대하여, 또한 각각의 측정 지점 레벨에서 각각의 개별적인 신호에서 측정되는 깊이 값들의 연접(concatenation)에 의해 생성될 수 있다.
다시 말하면, 이러한 구축은 전체 표면들에 대한 개별적인 간섭측정 신호들에서 검출되는 깊이들에서, 측정 지점들의 연접에 의해 생성될 수 있다.
특히 유리한 버전에 있어서, 상기 검사되는 면의 표현을 구축하는 단계는 상기 표면들의 개별적인 표현들로부터 생성될 수 있다.
이 경우에 있어서, 이 구축 단계는, 적어도 하나의 측정 지점에 대하여,
- 적어도 2 개의 개별적인 표현들에서, 상기 측정 지점에서, 신호 품질값을 결정하는 단계, 및
- 상기 2 개의 개별적인 표현들 각각에 대하여 획득되는 상기 신호 품질값들의 함수로서, 상기 측정 지점을 상기 표면들 중 하나에 할당하는 단계,
이상의 단계들을 반복하는 것을 포함할 수 있다.
특히, 이러한 단계들은 서로 다른 깊이들의 2 개의 인접하는 표면들에 할당되는 적어도 하나의, 특히 각각의 측정 지점에서 수행될 수 있다. 이 경우에 있어서, 고려되는 개별적인 표현들은 이 인접하는 표면들의 표현들이다.
이로써, 본 발명에 따른 방법은 더 정확하게 검사되는 면의 3 차원 표현을 결정하는 것을 가능하게 해준다.
사실상, 서로 다른 깊이들의 2 개의 인접하는 표면들 사이 인터페이스 레벨에 위치되는 측정 지점은 이 2 개의 표면들 각각에 할당되게 할 수 있다. 이 경우에 있어서, 표준 3 차원 표현은 이 인접하는 표면들 각각에 있어서의 이 측정 지점을 보여줄 것이다. 이것은 부정확할 것이다. 본 발명에 따른 방법은, 인접하는 표면들 각각에 대하여 획득되는 신호의 품질에 기초하여 구별하고, 또한 인접하는 표면들 중 하나에만 이 측정 지점을 할당함으로써, 이러한 이중 할당을 피하는 것을 가능하게 해준다.
한정적이지 않는 실시예에 있어서, 상기 할당하는 단계는:
- 각각의 개별적인 표현의 신호 품질 값들, 및
- 개별적인 표현의 신호 품질 값에 적용되는 승수 계수(multiplier coefficient)를 고려한, 미리 결정된 비교 관계에 의해 수행될 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 방법은 상기 측정 지점에 대하여, 표면들 중 다른 하나의 개별적인 표현에서 신호 품질 값보다, 승수 계수에 의해 선택적으로, 표면들 중 하나의 개별적인 표현에서 신호의 품질이 더 클 때, 측정 지점을 표면에 할당하는 것을 가능하게 해준다.
한정적이지 않은 실시예의 예에 따르면, 승수 계수는 경험적으로 또는 실험적으로 결정될 수 있다.
한정적이지 않은 다른 실시예에 따르면, 승수 계수는 예를 들어 알려진 특성의 물체들에 대한 기준 측정들로부터, 학습에 의해 결정될 수 있다.
대안적으로 또는 이에 더하여, 승수 계수는 측정 단계 동안 사용되는 측정 센서의 적어도 하나의 변수의 함수일 수 있다. 이러한 측정 센서의 변수는 예를 들어 이전 테스트들 동안 측정되거나 또는 제조업체에 의해 주어지는, 예를 들어 센서의 민감도 또는 센서의 측정 부정확 값일 수 있다.
대안적으로 또는 이에 더하여, 승수 계수는 검사되는 면의 적어도 하나의 변수의 함수로서 결정될 수 있다. 이러한 검사되는 면의 변수는 예를 들어 사용되는 물질의 반사/굴절 값, 2 개의 인접하는 표면들 사이의 이론적 깊이의 차이값, 패턴의 특징적인 치수 등일 수 있다.
특히 바람직한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 표면에 대하여, 상기 표면측정 분석 단계는, 각각의 개별적인 신호에 대하여:
- 상기 개별적인 신호의 퓨리에 변환(Fourier transform); 및
- 상기 획득된 퓨리에 변환의 위상(phase)의 분석을 포함할 수 있다.
사실상, 단순한 표면의 개별적인 간섭측정 신호의 퓨리에 변환의 위상은 선형이고, 이 위상의 분석은 지형상의 정보(topographical information)의 항목을 정확하게 추론하는 것을 가능하게 해준다. 한편, 이 단순한 방법은 2 개 또는 그 이상의 인접하는 표면들에 관련된 정보 항목들의 혼합을 포함하는 간섭측정 신호를 이용해 작동하지 않는데, 왜냐하면 이 경우에 있어서 간섭측정 신호 측정의 퓨리에 변환의 위상은 이러한 선형성을 보이지 않기 때문임에 유의해야 한다.
본 발명에 따른 방법의 일 버전에 있어서, 적어도 하나의 표면에 대하여, 상기 표면에 관련된 측정되는 신호를 추출하는 단계는 상기 측정되는 간섭측정 신호에서 상기 표면에 대응하는 엔벨롭(envelope)을 포함하는 상기 측정되는 간섭측정 신호의 일 부분을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 이 엔벨롭은 간섭 신호들의 또는 프린지들의 유의미한 지역적 진폭에 대응할 수 있다.
이러한 추출 단계는 구현하기 매우 복잡하지 않고, 적은 리소스들 및 매우 짧은 처리 시간을 필요로 한다.
특히, 서로 다른 깊이들의 2 개의 인접하는 표면들에 대하여, 상기 선택 단계는 상기 측정되는 신호에서 상기 표면들 중 하나에 대응하는 엔벨롭을 각각 포함하는 2 개의 부분들로 상기 측정되는 간섭측정 신호의 분리를 유리하게도 생성할 수 있고, 각각의 표면에 대한 상기 개별적인 신호는 상기 부분들 중 하나에 대응한다.
물론, 서로 다른 깊이들의 2 개 이상의 인접 표면들이 하나의 측정 지점에 대하여 존재할 때, 분리(splitting)는 쌍으로 측정되는 신호에서 인접하는 엔벨롭들을 고려하는 것에 의해 수행될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에 따르면, 2 개의 인접하는 엔벨롭들에 대하여, 상기 측정되는 신호의 분리는,
- 상기 2 개의 인접하는 엔벨롭들 사이, 및
- 상기 인접하는 엔벨롭들의 위치들로부터 실질적으로 등거리인:
상기 측정되는 신호의 위치에서 수행될 수 있다.
엔벨롭들의 위치들은 예를 들어 그들의 개별적인 피크들에 대응할 수 있다.
예를 들어, 2 개의 인접하는 표면들에 대응하는 엔벨롭들이 측정되는 간섭측정 신호에서, 깊이의 거리(Δ) 만큼, 분리된다면, 그때 측정되는 간섭측정 신호는 각각의 엔벨롭의 위치로부터 거리(Δ/2)에서, 2 개의 엔벨롭들 사이에 위치되는 하나의 위치에서 둘로 분리된다.
일 버전에 있어서, 각각의 깊이, 그로 인해 측정되는 간섭측정 신호에서 각각의 엔벨롭의 위치는, 사전에, 특히 대략적으로 또는 이론적으로 검사 전에, 예를 들어 검사되는 면을 가지는 물체의 제조업체 또는 설계자에 의해, 제공될 수 있다.
검사되는 면의 적어도 하나의 표면의 깊이는 이 표면의 다른 표면에 대하여 제공될 수 있다.
대안적으로 또는 이에 더하여, 본 발명에 따른 방법은 상기 추출 단계 전에, 표면에 대응하는 적어도 하나의 엔벨롭의, 상기 측정되는 간섭측정 신호에서, 상기 위치를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 엔벨롭의 위치를 예측하는 단계는 측정되는 간섭측정 신호의 분석에 의해, 여러가지 방식들로 수행될 수 있다.
특히, 상기 측정되는 간섭측정 신호에서 엔벨롭의 위치를 예측하는 단계는
- 상기 측정되는 간섭측정 신호의 복조, 및/또는
- 상기 측정되는 간섭측정 신호의 에너지의 분석, 및/또는
- 상기 측정되는 간섭측정 신호의 프린지들의 대조의 분석의 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 에너지 분석의 맥락에 있어서, 측정되는 신호에서 엔벨롭의 위치는 측정되는 간섭측정 신호의 에너지의 지역 최대(local maximum)의 위치를 검출하는 것에 의해 검출될 수 있다.
복조(demodulation)에 의한 분석의 맥락에 있어서, 측정 신호에서 엔벨롭의 위치는 정류된 신호에 저주파 통과 필터(low-pass filter)를 적용하는 것에 의해 검출될 수 있다. 이 저주파 통과 필터는 저주파 성분, 즉 신호의 엔벨롭을 유지하는 한편 정류된 신호의 고주파 성분, 즉 프린지들을 제거하는 것을 가능하게 해준다. 정류된 신호는 동일한 주파수(동기화된 복조)의 캐리어에 의한 예를 들어 절대값 연산자(absolute value operator), 평균값 임계치 설정(average value thresholding), 제곱(squaring), 또는 승산(multiplication)을 이용해 획득될 수 있다.
프린지 대조의 분석의 맥락에 있어서, 측정되는 신호에서 엔벨롭의 위치는 예를 들어 비교 연산자들(comparison operators) 또는 미분(derivation)에 의해 간섭 프린지들의 진폭 및/또는 피크들을 찾는 것에 의해 검출될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 서로에 대해 깊이 방향으로 지그재그인 적어도 2 개의 표면들을 포함하는 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 시스템이 제안되는데, 상기 표면들은 상기 면 상에 또는 그 안에 단차 또는 트렌치를 형성하고, 상기 시스템은
- 상기 검사되는 면의, 수 개의 지점들, 소위 측정 지점들에서, 간섭측정 신호, 소위 측정되는 신호를 측정하기 위한 장치; 및
- 본 발명에 따른 방법의 모든 단계들을 구현하기 위해 구성되는, 상기 측정되는 간섭측정 신호들을 프로세싱하기 위한 모듈을 포함한다.
프로세싱 모듈의 구성은 전자적으로 및/또는 컴퓨터에 의해, 특히 예를 들어 EEPROM 타입의, 프로세서 또는 전자 칩에 의해 실행가능한 지시들을 이용해, 수행될 수 있다.
프로세싱 모듈은 측정 장치에 결합되거나, 또는 측정 장치의 외부에 있고 유선으로 또는 무선 방식으로 측정 장치에 연결될 수 있다.
유리한 버전에 있어서, 측정 장치는 전영역 간섭측정 센서를 포함할 수 있다.
이 경우에 있어서, 측정 지점은 이 센서의 화소에 대응할 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 시스템은 각각 웨이퍼 요소 또는 반도체의 면을 검사하기 위해, 특히 상기 면 상에 존재하는 트렌치(들)의 깊이(들) 및/또는 단차(들)의 높이(들)을 측정하기 위해, 또는 이 면을 이미징하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 장점들 및 특징들은, 첨부된 도면들 및 한정적이지 않은, 예들의 상세한 설명의 검토로 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 한정적이지 않은 실시예의 일 예의 도식적인 표현이다.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명을 이용한, 특히 도 1의 방법을 이용한, 웨이퍼와 같은 물체의 면을 측정하고 검사하는 한정적이지 않은 예의 도식적인 표현이다.
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 한정적이지 않은 실시예의 일 예의 도식적인 표현이다.
이하에서 설명되는 실시예들은 한정하지 않는 것임이 잘 이해되어야 한다. 이 특징들의 선택이 기술적인 장점을 부여하거나 또는 종래 기술의 상태에 대하여 본 발명을 구별하기에 충분하다면, 설명되는 다른 특징들로부터 분리되어, 이하에서 설명되는 특징들의 선택만을 포함하는 본 발명의 변형들이 고려될 수 있다. 이 선택은 이 파트만으로 기술적인 장점을 부여하거나 또는 종래 기술의 상태에 대하여 본 발명을 구별하기에 충분하다면 구조적인 상세사항들의 일 부분만을 가지고, 또는 구조적인 상세사항들 없이 적어도 하나의 특징, 바람직하게는 기능적인 특징을 포함한다.
특히, 설명되는 모든 변형들 및 모든 실시예들은 기술적인 관점에서 이 결합에 이의가 없다면 함께 결합될 수 있다.
도면들에 있어서, 수 개의 도면들에 공통되는 요소들은 동일한 참조부호들을 유지한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 한정적이지 않은 실시예의 일 예의 도식적인 표현이다.
도 1에 나타낸, 방법(100)은 예를 들어 전영역 간섭측정 센서를 이용해, 물체의 면 상의 수 개의 측정 지점들에서 간섭측정 신호를 측정하는 단계(102)를 포함한다. 이 경우에 있어서, 센서의 각각의 화소는 측정 지점에 대응하고, 간섭측정 신호는 이 센서의 각각의 화소에 의해 측정된다.
방법(100)은 게다가 각각의 측정 지점에 대하여, 즉 각각의 측정되는 간섭측정 신호에 대하여 수행되는, 프로세싱 단계(104)을 포함한다.
이 프로세싱 단계(104)는 측정되는 간섭측정 신호에서 각각의 엔벨롭의 위치의 예측을 수행하는 단계(106)를 포함한다. 이 예측 단계(106)는 배경 삭감(background subtraction) 후 정류된 신호에 저주파 통과 필터를 적용하는 것에 의해 측정되는 간섭측정 신호의 복조에 의해 수행된다(또는 동기화된 복조를 수행하는 것에 의해). 배경은 충분히 넓은 평균 슬라이딩 윈도우(sufficiently broad averaging sliding window)를 이용해 신호를 평활하는 것에 의해 계산된다. 저주파 통과 필터는 저주파 성분, 즉 엔벨롭을 유지하면서 정류된 신호의 고주파 성분들을 제거하는 것을 가능하게 해준다. 미리 결정된 진폭 임계치를 넘는 복조된 신호의 지역 최대들(local maxima)이 검출되고 또한 그 위치는 저장된다. 진폭 임계치는 예를 들어, 검출 오류 횟수와 엔벨롭들의 미검출 횟수 사이의 좋은 타협점을 찾기 위해, 선택되고, 너무 많은 검출 오류들로 이어지는 간섭측정 신호들에서 잡음 없이 약한 신호들을 검출하는 것은 도전적인 일이다. 이 검출 임계치는 설정되거나 또는 예를 들어
- 모든 신호 또는 이웃에 걸쳐 복조된 신호의 진폭에 연결되는 기준 (피크 값, 평균 제곱근 값)
- 측정되는 간섭측정 신호의 잡음의 측정에 연결되는 기준의 함수로서 적응적일 수 있다.
간섭측정 신호는 그후 단계(108) 동안, 단계(106) 동안 검출되는 각각의 엔벨롭은 서로 다른 깊이의 표면에 대응한다는 것을 고려하는 것에 의해, 프로세싱된다. 특히, 프로세싱은 간섭측정 신호를 이 측정되는 간섭측정 신호에 엔벨롭들이 있는 수 만큼의 부분들로 분리하는 것으로 구성된다. 간섭측정 신호를 분리하는 것은 이 2 개의 인접하는 엔벨롭들 각각의 위치로부터 실질적으로 동일한 거리에 위치되는 위치에서, 쌍으로 취해지는, 인접하는 엔벨롭들 사이에서 수행된다. 예를 들어, 간섭측정 신호가 N 엔벨롭들(Ek)을 포함하고, 1≤k≤N이고 Dk는 이 측정되는 간섭측정 신호에서 엔벨롭(k)의 위치일 때, 엔벨롭(E1)을 포함하는 첫번째 위치(P1)는 먼저 위치들(D1 및 D2) 사이에 위치되고 또한 위치들(D1 및 D2)로부터 동일한 거리에 있는 분리 위치(DD1)에서 분리된다. 그후, 엔벨롭(E2)을 포함하는 두번째 위치(P2)가 분리된다: 이 두번째 부분은 위치들(D2 및 D3) 사이에 위치되고, 위치들(D2 및 D3)로부터 동일한 거리에 있는 두번째 분리 위치(DD2)와 첫번째 분리 위치(DD1) 사이에 위치되는 측정되는 간섭측정 신호의 위치에 대응한다. 마지막 부분(PN)은 뒤에서 두번째 분리 위치(DDN-1)와 측정되는 간섭측정 신호의 끝 사이에 위치되는 측정되는 간섭측정 신호의 부분에 대응한다.
측정되는 간섭측정 신호가 단지 2 개의 엔벨롭들(E1 및 E2)을 포함할 때, 그때 이것은 위치들(D1 및 D2) 사이에 위치되고 또한 위치들(D1 및 D2)로부터 동일한 거리에 있는 분리 위치(DD1)에서 2 개의 부분들로 분리된다. 첫번째 부분(P1)은 측정되는 신호의 시작부터 분리 위치(DD1)까지 포함하고, 두번째 부분(P2)은 분리 위치(DD1)로부터 시작하여 측정 신호의 끝을 포함한다.
분리 단계 동안 획득되는 각각의 부분은 검사되는 면의 각각의 표면에 대하여 개별적인 신호를 형성한다.
단계(110) 동안, 각각의 개별적인 신호의 표면측정 분석은 개별적인 신호 안에 포함된 하나의 엔벨롭에 대응하는 표면의 위치를 검출하기 위해 수행된다. 이 단계(110) 동안 각각의 개별적인 신호는
- 이 개별적인 신호의 퓨리에 변환; 및
- 획득되는 퓨리에 변환의 위상의 분석을 겪게 된다.
퓨리에 변환의 위상이 선형인 주파수 도메인은 표면측정기(profilometer)의 광원의 주파수 도메인에 대응한다.
이에 더하여, 대응하는 측정 지점에서의 표면의 깊이는 이 주파수 도메인에 있어서의 위상의 기울기로부터 또는 표면측정기의 광원의 중심 주파수에서의 위상값으로부터 추론될 수 있다.
프로세싱 단계(104)는 단계(110)에서 끝난다.
단계(112) 동안, 개별적인 신호들의 표면측정 분석의 함수로서, 주어진 깊이의 각각의 표면의 개별적인 구축은 이 깊이에서 검출되는 측정 지점들의 연접에 의해 수행된다.
개별적으로 표면들의 구축 동안, 특히 50x과 같이, 높은 확대 인자를 이용하는 렌즈가 사용되는 경우에 있어서, 하나의 동일한 측정 지점에서, 2 개의 서로 다른 깊이들이 검출되고, 결과적으로 이 측정 지점이 서로 다른 깊이들의 2 개의 표면들에 할당되는 것이 가능하고 또한 종종 발생한다. 이러한 상황은 특히 측정 지점이 서로 다른 깊이들의 2 개의 인접하는 표면들 사이 한계에 있을 때 발생한다.
단계(114) 동안, 이 검사되는 면의 3 차원 표현이 수행된다.
이 단계(114) 동안, 단계(116)는 모든 측정 지점들에 대하여, 단계(112) 동안 획득되는 개별적인 표현들의 연접/통합을 수행한다.
(i,j)로 지시되는, 논쟁을 초래하는 측정 지점이, 2 개의 서로 다른 표면들에 속하는 것으로 검출된 때, 단계(118)는 표면 1 및 표면 2 각각에 대응하는 개별적인 측정 신호의 품질 Q1(i,j) 및 Q2(i,j)을 결정한다. 이 품질 측정은 인터페이스들/엔벨롭들을 검출하는 단계(단계 106) 동안 복조되는 신호 상에서 관찰되는 최대값들로부터 획득된다. 이것은 예를 들어 고려되는 표면의 엔벨롭의 최대 진폭에 대응한다.
단계(120)은 품질들 Q1(i,j)과 Q2(i,j)을 비교하는 것에 의해 2 개의 표면들 중 하나에 이 논쟁을 초래하는 측정 지점의 할당을 수행한다. 예를 들어:
- 만약 Q1(i,j) < β.Q2(i,j)이면, 그때는 측정 지점(i,j)는 표면 2에 할당되고; 또한
- 만약 Q1(i,j) ≥ β.Q2(i,j)이면, 그때는 측정 지점(i,j)는 표면 1에 할당된다.
가중치 계수, 또는 승수 계수(β)는 비교를 수행하기 위해 품질 측정들에 적용된다. 구현되는 실시예에 있어서, 이 승수 계수(β)는 실험적으로 결정되어 패턴들의 서로 다른 표면들에 의해 반사되는 광 에너지에 있어서의 차이를 실질적으로 보상하게 된다. 사실상, 패턴들의 바닥(표시되는 예들에 있어서는 표면 2)는 일반적으로 본래 상부 표면들(표면 1)보다 광을 덜 반사한다. 따라서, 예를 들어 β = 5와 같이, 승수 계수 β >1이 선택된다.
단계(122) 동안, 검사되는 면의 그래픽적 표현이 생성된다.
방법(100)은 게다가 단차들 또는 트렌치들과 같은 패턴들의 폭들, 높이들, 깊이들에 관련된, 분석 및 통계 단계들을 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 방법, 예를 들어 도 1의 방법(100)에 따라 검사되는 면의 일 예의 도식적인 표현들을 제공한다.
특히, 도 2a에 도시된, 면(200)은 단차들(202) 및 트렌치들(204)을 포함하는 반도체의 면이다.
도 2b는, 단차(202)와 트렌치(204) 사이 인터페이스에 위치되는 지점(206)에서, 예를 들어 도 1의 방법(100)의 단계(102)에 있어서 측정되는 간섭 신호의 일 예이다. X-축은 깊이에 대응하고 Y-축은 카메라의 세기 측정 값(intensity scale value)에 대응한다(카메라의 그레이스케일들(greyscales)). 도 2b에 도시된, 측정되는 간섭 신호(08)는 2 개의 엔벨롭들을 포함한다: 엔벨롭(2101)은 단차(202)에 대응하고 엔벨롭(2102)은 트렌치(204)에 대응한다.
도 2c는 엔벨롭들(2101 및 2102) 사이에 위치되고 이 엔벨롭들(2101 및 2102)의 위치들로부터 등거리인, 분리 위치(212)에서 신호(208)를 분리한 후, 예를 들어 도 1의 방법(100)의 단계(108)에서 획득되는 2 개의 개별적인 신호들의 일 예이다. 개별적인 신호들(2141 및 2142) 각각은 개별적으로 엔벨롭(2101) 및 엔벨롭(2102)를 포함한다.
도 2d는 예를 들어 도 1의 방법(100)의 단계(110)에서 획득되는, 도 2c의 개별적인 신호들(2141 및 2142) 각각의, 퓨리에 변환의 위상을 표현하는 2 개의 신호들(2161 및 2162)의 일 예이다. 각각의 신호(2161 및 2162)는 여기서 그 위상이 실질적으로 선형적인, 영역(zone)(2181 및 2182)을 각각 포함하는 것에 유의해야 한다. 각각의 선형 영역(2181 및 2182)은, 측정 지점(206)에 대하여, 대응하는 표면의, 소위 그 각각이 단차(202)의 또는 트렌치(204)의, 깊이를 계산하는 것을 가능하게 해준다.
도 2d는 또한 측정되는 간섭 신호(208)의 퓨리에 변환의 위상을 표현하는 신호(2163)의 일 예를 제공한다. 이 경우에 있어서 위상은 그로부터 깊이 정보의 항목을 용이하게 추론하는 것을 가능하게 해주는 선형 영역을 포함하지 않음에 유의해야 한다.
도 2e는 표면들 각각의 개별적인 표현, 소위 단차들(202)에 의해 형성되는 표면의 표현(2181) 및 예를 들어 도 1의 방법(100)의 단계(112)에서 획득되는, 패턴 외부의 표면에 의해 그리고 트렌치들(204)에 의해 형성되는 표면의 표현(2182)의 일 예이다. 도 2e에 도시된 바와 같이, 표현들(2181-2182)에 있어서, 소정의 측정 지점들은 단차들(202)에 의해 형성되는 표면에 그리고 트렌치들(204)에 의해 형성되는 표면에 모두 할당되었다. 특히, 표현(2181)은 단차들(202) 사이에서 연속적인 표면을 보여주기 때문에, 단차들(202) 사이에 위치되는 트렌치들(204)에 대한 측정 지점들은 각각의 표면에 할당되었다.
도 2f는 평면 표현의 일 예이고, 도 2g는 단계(120)에서 논쟁을 초래하는 지점들의 관리 후, 예를 들어 도 1의 방법(100)의 단계(122)에서 획득되는, 검사되는 면(200)의 3 차원 표현이다.
특히 패턴의 평면적 표현은 도 2a의 원래 이미지에서보다 더 나은 전이들의 지역화(localization of the transitions)를 이용해 획득되고, 이로써 이미징 시스템으로 인한 해상도 한계에 있어서 개선됨에 유의해야 한다. 도 2g의 3 차원 표현은 각각의 측정 지점에서 획득되는 깊이 측정들의 정확도를 보여준다.
도 2h는 모든 측정 지점들, 및 이 측정 지점들의 깊이에 관련된 히스토그램의 형태로 통계적 분석을 보여준다. 특히
- 피크(2201)에 대응하는 패턴 외부의 하부 표면의,
- 피트(2202)에 대응하는 트렌치들 내부의 하부 표면의,
- 피크(2203)에 대응하는 상부 표면의
깊이 분포를 보는 것을 가능하게 해준다.
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 한정적이지 않은 실시예의 일 예의 도식적인 표현이다.
도 3에 도시된, 시스템(300)은 가시광선 및/또는 근적외선 파장들에서 광 빔(304)을 생성하는, 예를 들어 발광 다이오드들 또는 할로겐 소스에 기초하는, 광원(302)을 포함한다. 이 광 빔(304)은 큐브 또는 빔 분리기(308)에 의해 전영역 간섭계(306)를 향해 안내된다.
전영역 간섭계(306)에서, 광 빔(304)은 기준 미러를 조명하는 기준 빔과 검사되는 표면, 예를 들어 도 2a의 표면(200)을 조명하는 측정 빔으로 분리된다. 표면(200)에 의해 그리고 기준 미러에 의해 각각 반사되는 광은 검출기 어레이(310), 예를 들어 CCD 또는 CMOS 타입의 검출기 어레이로 재안내된다.
시스템(300)은 검출기 어레이(310) 상에 표면(200)을 이미징하기 위해 배치되는, 이미징 렌즈를 포함하는, 광학들 및 렌즈들을 포함한다. 측정 빔과 기준 빔 사이에 광학적 경로들에 있어서의 차이가 광원(302)의 코히어런스 길이보다 짧을 때, 측정 빔과 기준 빔 사이의 간섭들로 인한 간섭 프린지들 또한 보일 수 있다.
본 발명의 맥락에서 사용될 수 있는 다른 종류의 전영역 간섭계들(306)이 존재하고, 이것은 당업자에게 잘 알려져 있어 여기서는 상세하게 설명하지 않을 것이다.
시스템(300)은 게다가 검출기 어레이(310)에 연결되고, 또한 예를 들어 도 1의 방법(100)의 단계들(104 내지 122)과 같이, 본 발명에 따른 방법의 모든 단계들을 구현하기 위해 구성되는, 프로세서 또는 전자 칩 또는 예를 들어 개인용 컴퓨터와 같은, 전자적/컴퓨터 모듈(312)을 더 포함한다.
물론, 본 발명은 설명된 예들에 한정되지 않고 또한 수많은 조정들이 본 발명의 범위를 초과하지 않으면서 이 예들에 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 서로에 대해 깊이 방향으로 지그재그인 적어도 2 개의 표면들(202, 204)을 포함하는 물체의 면(200)을 측정하고 검사하기 위한 방법(100)에 있어서, 상기 표면들은 특히 상기 면(200) 상에 또는 그 안에 단차(202) 또는 트렌치(204)를 형성하고, 상기 방법은
    - 상기 검사되는 면(200)의, 수 개의 지점들(206)에서, 소위 측정 지점들에서, 간섭측정 신호(208), 소위 측정되는 신호를 측정하는 단계(102);
    - 적어도 하나의 측정 지점(206)에 있어서, 적어도 하나의, 특히 각각의 표면에 대하여 상기 측정되는 신호를 추출하는 단계(108), 상기 추출하는 단계(108)는 상기 표면에 대하여, 간섭측정 신호(214), 소위 개별적인 신호를 상기 측정 지점에 대하여 제공하고;
    - 각각의 표면에 대하여 독립적으로, 상기 개별적인 신호들(214)을 표면측정 분석하는 단계(110)를 포함하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측정하는 단계(102)는 전영역 측정을 수행하는 센서(310)의 각각의 화소에 대하여 간섭측정 신호의 측정을 수행하고, 각각의 화소는 측정 지점(206)에 대응하는 것을 특징으로 하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면으로부터의 상기 개별적인 신호들(214)의 표면측정 분석의 함수로서 각각의 표면을 독립적으로 구축하는 단계(112)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검사되는 면(200)의 표현을 구축하는 단계(114)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 검사되는 면(200)의 표현을 구축하는 단계(114)는 상기 표면들의 개별적인 표현들로부터 수행되고, 상기 단계(114)는, 적어도 하나의 측정 지점(206)에 대하여,
    - 적어도 2 개의 개별적인 표현들에서, 상기 측정 지점(206)에서, 신호 품질값을 결정하는 단계(118), 및
    - 상기 2 개의 개별적인 표현들 각각에 대하여 획득되는 상기 신호 품질값들의 함수로서, 상기 측정 지점(206)을 상기 표면들 중 하나에 할당하는 단계(120),
    이상의 단계들을 반복하는 것을 특징으로 하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 할당하는 단계(120)는:
    - 각각의 개별적인 표현의 신호 품질 값들, 및
    - 개별적인 표현의 신호 품질 값에 적용되는 승수 계수를 고려한, 미리 결정된 비교 관계에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 표면에 대하여, 상기 표면측정 분석하는 단계(110)는, 각각의 개별적인 신호에 대하여:
    - 상기 개별적인 신호의 퓨리에 변환; 및
    - 상기 획득된 퓨리에 변환의 위상(216)의 분석을 포함하는 것을 특징으로 하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 표면에 대하여, 상기 표면에 관련된 측정되는 신호(208)를 추출하는 단계(108)는 상기 측정 신호(208)에서 상기 표면에 대응하는 엔벨롭(210)을 포함하는 상기 측정 신호의 일 부분을 선택하는 것(108)을 특징으로 하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 서로 다른 깊이들의 2 개의 인접하는 표면들에 대하여, 상기 선택하는 단계는 상기 측정되는 신호(208) 내에서 상기 표면들 중 하나에 대응하는 엔벨롭(210)을 각각 포함하는 2 개의 부분들로 상기 측정되는 신호(208)의 분리(108)를 생성하고, 각각의 표면에 대한 상기 개별적인 신호(214)는 상기 부분들 중 하나에 대응하는 것을 특징으로 하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 2 개의 인접하는 엔벨롭들(210)에 대하여, 상기 측정되는 신호(208)의 분리는, 상기 측정되는 신호(208) 내에서
    - 상기 2 개의 인접하는 엔벨롭들(210) 사이에 위치되고, 또한
    - 상기 인접하는 엔벨롭들(210)의 위치들로부터 실질적으로 등거리인:
    위치(212)에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추출하는 단계(108) 전에, 표면에 대응하는 적어도 하나의 엔벨롭(210)의, 상기 측정되는 신호 내에서, 상기 위치를 예측하는 단계(108)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정되는 신호(208) 내의 엔벨롭(210)의 위치를 예측하는 단계(106)는
    - 상기 측정되는 신호(208)의 복조,
    - 상기 측정되는 신호(208)의 에너지의 분석, 및/또는
    - 상기 측정되는 신호(208)의 프린지들의 대조의 분석의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 방법.
  13. 서로에 대해 깊이 방향으로 지그재그인 적어도 2 개의 표면들을 포함하는 물체의 면(200)을 측정하고 검사하기 위한 시스템(300)에 있어서, 상기 표면들은 상기 면(206) 상에 또는 그 안에 단차(202) 또는 트렌치(204)를 형성하고, 상기 시스템(300)은
    - 상기 검사되는 면의, 수 개의 지점들, 소위 측정 지점들에서, 간섭측정 신호(208), 소위 측정되는 신호를 측정하기 위한 장치(310); 및
    - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법(100)의 모든 단계들을 구현하도록 구성되는, 상기 측정되는 간섭측정 신호들(208)을 프로세싱하기 위한 모듈(312)을 포함하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 측정 장치는 전영역 간섭측정 센서(310)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 물체의 면을 측정하고 검사하기 위한 시스템.
  15. 웨이퍼 또는 반도체의 면(200)을 검사하기 위한, 특히 상기 면(200) 상에/그 안에 존재하는 트렌치(들)(204)의 깊이(들) 및/또는 단차(들)의 높이(들)을 측정하기 위한
    - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법, 또는
    - 제 13 항 또는 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 시스템(300)의 이용.
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