KR20200029086A - 반도체 패턴 계측 장치, 이를 이용한 반도체 패턴 계측 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 기술의 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 장치는 다중 입사각 및 다중 방위각을 갖는 검사광을 편광 모드 별로 대상물에 조사하여, 대상물로부터 퓨리에 평면으로 반사된 측정신호와, 퓨리에 평면의 켤레면으로부터 반사된 검사광 간의 간섭 신호로부터 대상물에 대한 정보를 추출하도록 구성 구성될 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 집적 회로의 계측 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 패턴 계측 장치와 이를 이용한 반도체 패턴 계측 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 제조사는 회로의 집적도 향상을 위해 끊임없이 선폭을 감소시키고 3D 구조를 발전시키고 있다. 그에 따라 DRAM, NAND 등 메모리 소자의 종류에 관계 없이 다양한 물성, 복잡한 구조 및 고종횡비(HAR, High aspect ratio) 형상을 갖게 된다.
반도체 계측의 관점에서는 이미 패턴의 주기가 광 분해능 한계(Diffraction limit)를 넘어섰기 때문에 직접적인 이미징 방법으로는 패턴의 프로파일 및 불량 검출이 불가능한 상황이다. 따라서 현재는 빛의 파장보다 작은 반도체 미세패턴에 대한 계측을 위해 OCD(Optical Critical Dimension)라 불리는 타원편광분석법(Ellipsometry)을 활용하고 있다. 타원편광분석법은 브루스터 각(Brewster angle) 근처의 입사각으로 빛을 시편에 조사시키고, 반사되는 빛의 TE(Transverse Electronic wave) 편광성분과 TM(Transverse Magnetic wave) 편광성분 사이의 반사율 및 위상 차이를 측정하여 박막의 두께, 물성, 각종 패턴의 치수 등을 반환하는 방법이다.
그러나 타원편광분석법은 특정한 한 각도의 입사각(Angle of Incidence; AOI) 및 방위각 (Azimuth angle)을 사용하여 편광의 변화 성분을 측정하기 때문에 정보량에 한계가 있다.
이런 제한적인 정보량 때문에 현재의 계측 장비는 복잡한 구조의 패턴이나 HAR 구조에서, 독립적인 파라미터들이 상호간에 영향을 주는 다중공선성(parameter correlation)에 기인한 측정 부정확도를 내포할 수 밖에 없다.
본 기술의 실시예는 다중입사각 및 다중방위각의 타원편광측정기술을 구현하여 계측 신호에 대한 감도를 향상시킨 반도체 패턴 계측 장치, 이를 이용한 반도체 패턴 계측 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 장치는 다중 입사각 및 다중 방위각을 갖는 검사광을 편광 모드 별로 대상물에 조사하여, 상기 대상물로부터 퓨리에 평면으로 반사된 측정신호와, 상기 퓨리에 평면의 켤레면으로부터 반사된 검사광 간의 간섭 신호로부터 상기 대상물에 대한 정보를 추출하도록 구성될 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 시스템은 다중 입사각 및 다중 방위각을 갖는 검사광을 편광 모드 별로 대상물에 조사하여, 상기 대상물로부터 퓨리에 평면으로 반사된 측정신호와, 상기 퓨리에 평면의 켤레면으로부터 반사된 검사광 간의 간섭 신호로부터 상기 대상물에 대한 정보를 추출하도록 구성되는 패턴 계측 장치; 상기 대상물이 안착되고 이송되는 스테이지; 및 동작 파라미터에 기초하여 상기 패턴 계측 장치 및 상기 스테이지를 제어하고, 상기 패턴 계측 장치에서 획득한 상기 대상물의 형상을 계측하는 운용자 장치;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 방법은 패턴 계측 장치를 이용한 반도체 패턴 계측 방법으로서, 대상물이 준비되는 단계; 계측모드별 동작 파라미터를 설정하는 단계; 상기 동작 파라미터에 따라 상기 패턴 계측 장치를 준비하는 단계; 상기 동작 파라미터에 따라 광원을 구동하여 다중 입사각 및 다중 방위각을 갖는 검사광을 출사하는 단계; 및 상기 검사광을 편광 모드 별로 대상물에 조사하여, 상기 대상물로부터 퓨리에 평면으로 반사된 측정신호와, 상기 퓨리에 평면의 켤레면으로부터 반사된 검사광 간의 간섭 신호로부터 상기 대상물에 대한 정보를 추출하는 단계;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술에 의하면 계측 광원의 파장보다 작은 피치를 갖는 반도체 패턴을 고 감도로 계측할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 장치의 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 장치의 구성도이다.
도 4는 본 기술에 적용되는 퓨리에 평면의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 기술에 적용되는 방사 편광의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 의한 운용자 장치의 구성도이다.
도 7은 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 장치의 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 장치의 구성도이다.
도 4는 본 기술에 적용되는 퓨리에 평면의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 기술에 적용되는 방사 편광의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 의한 운용자 장치의 구성도이다.
도 7은 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 기술의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 패턴 계측 시스템(100)은 패턴 계측 장치(10), 운용자 장치(30) 및 대상물(20)이 안착되는 스테이지(40)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 패턴 계측 장치(10)는 다중 입사각 및 다중 방위각을 갖는 검사광을 편광 모드 별로 대상물(20)에 조사하여, 대상물(20)로부터 퓨리에 평면으로 반사된 측정신호와, 퓨리에 평면의 켤레면으로부터 반사된 검사광 간의 간섭 신호로부터 대상물(20)에 의한 반사율 및 위상 차이를 추출하도록 구성될 수 있다.
다른 관점에서, 패턴 계측 장치(10)는 다중 입사각 및 다중 방위각을 갖는 검사광을 제 1 방사 편광 모드 또는 제 2 방사 편광 모드로 편광시켜 대상물(20)로 조사하고, 대상물(20)에 형성된 반도체 패턴의 형상에 따라 반사율 및 위상이 변화된 측정 신호를 검사광과 간섭시켜 간섭 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 간섭 신호를 검사광과 동일하거나 상이한 방사 편광 모드로 편광시켜 이미징함으로써 대상물(20)에 의한 반사율 및 위상 차이를 모두 측정할 수 있다.
운용자 장치(30)는 명령어, 제어 신호, 데이터 등과 같은 동작 파라미터에 기초하여 패턴 계측 장치(10) 및 스테이지(40)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
스테이지(40) 상에는 대상물(20)이 안착될 수 있다. 일 실시예에서, 스테이지(40)는 대상물(20)을 수평 방향(X-Y 방향) 및/또는 수직 방향(Z 방향)으로 이송시키거나 회전시키도록 구성될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 의한 패턴 계측 장치(10)는 조명부(110), 결상부(120), 제 1 수광부(130) 및 제 2 수광부(140)를 포함할 수 있다.
조명부(110)는 다중 입사각 및 다중 방위각을 갖는 검사광을 편광 모드 별로 대상물(20)에 조사하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 편광 모드는 제 1 편광 모드 및 제 2 편광 모드를 포함할 수 있다. 제 1 편광 모드는 TE모드, 또는 방위 편광(Azimuthally Polarized) 모드일 수 있다. 제 2 편광 모드는 TM 모드, 또는 방사 편광(Radially Polarized) 모드일 수 있다.
결상부(120)는 조명부(110)로부터 전달되는 검사광을 스테이지(40) 상의 대상물(20)에 조사하고, 대상물(20)로부터 반사된 측정신호가 퓨리에 평면에 결상되도록 구성될 수 있다. 또한, 결상부(120)는 조명부(110)로부터 전달되는 검사광을 퓨리에 평면의 켤레면에서 반사시켜 반사 검사광과 측정신호가 간섭 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 즉, 결상부(120)는 대상물(20)에 형성된 반도체 패턴의 형상에 따라 반사율 및 위상이 변화된 측정 신호를 반사 검사광과 간섭시켜 간섭 신호를 생성할 수 있다.
제 1 수광부(130)는 간섭 신호 중 실평면 이미지를 전달받아 운용자가 대상물(20)을 시각적으로 확인할 수 있도록 구성될 수 있다.
제 2 수광부(140)는 간섭 신호 중 퓨리에 평면 이미지를 전달받아 대상물(20)에 의한 검사광의 반사율 및 위상 차이를 추출하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 수광부(140)는 결상부(120)에서 생성한 간섭 신호를 검사광과 동일하거나 상이한 편광 모드로 편광시켜 이미징함으로써 대상물(20)에 의한 반사율 및 위상 차이를 모두 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 수광부(140)는 검사광과 동일한 편광 모드로 간섭 신호를 편광시킴에 의해 대상물(20)에 의한 반사율 변화를 측정할 수 있고, 검사광과 상이한 편광 모드로 간섭 신호를 편광시킴에 의해 대상물(20)에 의한 위상 변화를 측정할 수 있다.
빛의 편광을 기술해 주는 이차원 벡터인 존스 벡터(Jones Vector)를 다루기 위한 표현식인 존스 행렬(Jones Matrix)은 빛이 광학소자를 투과할 때 그 광학소자의 광학적 특성을 2ㅧ2 행렬로 표현하도록 정의된다. 빛의 존스 벡터에 이 존스 행렬을 곱하면 투과한 빛의 편광상태를 계산할 수 있다.
존스 벡터는 ( E x ( t ) E y ( t ) ) {\displaystyle {\begin{pmatrix}E_{x}(t)\\E_{y}(t)\end{pmatrix}}}
와 같이 정의되며, E x ( t ) {\displaystyle {E_{x}(t)}\,} 
와 
E y ( t ) {\displaystyle {E_{y}(t)}\,} 는 각각 의 X축(TE)과 Y축(TM) 방향 성분을 뜻한다. 일반적으로 두 성분의 제곱의 합이 1이 되도록 된 존스 벡터(normalized Jones Vector)를 사용한다.
존스 행렬에서 대각 성분은 편광 모드의 변화 없이(동일한 편광 특성) 반사되는 성분을 나타내고, 비대각 성분은 편광 모드가 변화되어(수직하는 편광 특성) 반사된 성분을 나타낸다
따라서, 검사광을 제 1 편광 모드로 편광시켜 대상물(20)에 조사하고, 간섭 신호를 제 1 편광 모드로 편광시킴으로써, 그리고 검사광을 제 2 편광 모드로 편광시켜 대상물(20)에 조사하고, 간섭 신호를 제 2 편광 모드로 편광시킴으로써 존스 행렬의 대각 성분을 획득할 수 있다.
한편, 검사광을 제 1 편광 모드로 편광시켜 대상물(20)에 조사하고, 간섭 신호를 제 2 편광 모드로 편광시킴으로써, 그리고 검사광을 제 2 편광 모드로 편광시켜 대상물(20)에 조사하고, 간섭 신호를 제 1 편광 모드로 편광시킴으로써 존스 행렬의 비대각 성분을 획득할 수 있다.
결국, 존스 행렬의 대각 및 비대각 성분 모두를 추출하여 대상물(20)에 의한 반사율 및 위상 차이로부터 패턴의 형상, 특성 등을 계측할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 의한 패턴 계측 장치(10)의 조명부(110)는 광원(111), 제 1 집광렌즈(112), 파장선택부(113), 조리개(114), 제 2 집광렌즈(115), 제 1 편광기(116), 제 2 편광기(117) 및 제 3 집광렌즈(118)를 포함할 수 있다.
광원(111)은 대상물(20)로 조사할 검사광을 출력하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 광원(111)은 백색광(White-light source)을 이용하여 비가간섭(Incoherent) 광학계를 구성할 수도 있고 초연속 레이저(Supercontinuum laser)를 이용하여 가간섭(Coherent) 광학계로 구성할 수도 있다.
제 1 내지 제 3 집광렌즈(112. 115, 118)은 입사되는 광을 초점 위치로 수렴시키도록 구성될 수 있다. 파장 선택부(113)는 입사광 중에서 필요한 임의의 파장 성분만을 검출하도록 구성된 분광기일 수 있다. 파장 선택부(113)는 모노크로메이터(Monochromator) 또는 LLTF(Laser line tunable filter), AOTF(Acousto-optic tunable filter) 등을 이용하여 구현함으로써, 운용자가 원하는 파장을 선택하거나 스위핑을 할 수 있다.
조리개(114)는 파장 선택부(113)에서 출력되는 검사광의 통과량을 조절하고 입사하는 빛의 조명 개구수(Illumination NA) 혹은 입사각 및 방위각의 범위를 조절하는 장치일 수 있다. 제 1 편광기(116)는 선형 편광기일 수 있고, 제 2 편광기(117)는 방사 편광기일 수 있다.
방사 편광기는 선형 편광기(116)를 통해 제공되는 선형 편광된 검사광을 방사(radially) 편광 변환 또는 방위(azimuthally) 편광 변환시키는 장치이며, 작은 스폿 사이즈로 광을 집속시킬 수 있다. 따라서, 검사광의 파장보다 작은 피치를 갖는 대상물(20)의 패턴을 계측할 때 유용하게 이용될 수 있다.
조명부(110)는 광원(111)에 따라 쾰러(Kㆆhler) 또는 아베(Abbe) 조명계를 선택하여 구성할 수 있으며, 다중 입사각 및 다중 방위각을 갖는 검사광을 제공하도록 구현될 수 있다.
한편, 결상부(120)는 제 1 빔 분할기(121), 대물렌즈로써의 제 4 집광렌즈(122) 및 반사부(123)를 포함할 수 있다.
제 1 빔 분할기(121)는 조명부(110)를 통해 제공되는 검사광을 제 1 경로 및 제 2 경로로 분할할 수 있다. 제 1 경로로 분할된 검사광은 제 4 집광렌즈(122)를 통해 대상물(20)로 조사될 수 있다. 제 2 경로로 분할된 검사광은 반사부(123)로 제공될 수 있다. 반사부(123)는 퓨리에 평면의 켤레면에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 반사부(123)는 도 3에 도시한 방향을 기준으로 좌우 이동 가능하도록 미러 구동부(124)에 설치될 수 있다. 미러 구동부(124)는 예를 들어 압전(PZT) 구동부일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 반사부(123)를 구동시킴에 의해 간섭에 의한 강도를 변조(Intensity modulation)시키고 위상정보를 효과적으로 추출할 수 있다.
검사광이 대상물(20)에 조사됨에 따라 생성되는 반사광인 측정신호는 다시 제 1 빔 분할기(121)로 입사되고, 퓨리에 평면의 켤레면에 위치한 반사부(123)에서 제공되는 반사 검사광 또한 제 1 빔 분할기(121)로 입사된다. 이에 따라 제 1 빔 분할기(121)에서 측정신호와 반사 검사광 간의 간섭이 유발될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 빔 분할기(121)는 측정신호와 반사 검사광 간의 간섭을 유발하기 위한 마이켈슨 간섭계 구조의 빔 분할기일 수 있다.
대상물(20)에서 회절된 빔은 대물렌즈 후방 초점면인 퓨리에 평면에 하나의 회절상을 형성한다. 회절 모드에서 회절상은 스크린에서 확대될 수 있고, 카메라로 기록할 수 있다.
도 4는 본 기술에 적용되는 퓨리에 평면의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 퓨리에 평면은 대물렌즈(122)의 후초점평면(Back Focal Plane; BFP)에 해당하는 평면으로, 시편(대상물(20))의 주파수 성분에 대한 정보가 담겨 있다. 따라서 퓨리에 평면에서는 다중입사각 및 다중방위각에 대한 편광의 간섭 패턴이 구현될 수 있다.
제 1 수광부(130) 및 제 2 수광부(140)를 포함하는 광 검출부(130, 140)에서는 광 결상 경로를 분할하여 제 1 수광부(130)를 통해 실평면(Real plane)을 이미징하고, 제 2 수광부(140)를 통해 퓨리에 평면을 이미징하도록 구성될 수 있다.
제 1 수광부(130)는 제 2 빔 분할기(131), 제 5 집광렌즈(132) 및 제 1 카메라(133)를 포함할 수 있다. 제 1 수광부(130)를 통해 획득한 실평면 이미지로부터 측정하고자 하는 대상물(20)의 위치를 확인하고 초점 평면을 맞출 수 있다.
제 2 수광부(140)는 제 2 빔 분할기(131), 제 6 집광렌즈(141), 제 3 편광기(142), 제 4 편광기(143), 제 7 집광렌즈(144) 및 제 2 카메라(145)를 포함할 수 있다. 제 2 수광부(140)를 통해 획득할 수 있는 퓨리에 평면의 이미지로부터는 실제 계측 및 검사에 필요한 데이터를 추출할 수 있다. 일 실시예에서, 제 3 편광기(142)는 방사 편광기일 수 있고, 제 4 편광기(143)는 선형 편광기일 수 있다.
일 실시예에서, 퓨리에 평면 이미지에 생기는 이미지가 제 2 카메라(145)에 의해 이미징되고, 이는 운용자 장치(30)에서 분석될 수 있다. 일 실시예에서, 운용자 장치(30)는 입사각 및 방위각 별로 명암 프로파일(Intensity profile)을 추출하여 정량화 할 수 있다. 일 실시예에서, 운용자 장치(30)는 특정 입사각 및 방위각에 대한 정보만 추출하는 것도 가능하다. 일 실시예에서, 운용자 장치(30)는 시간에 따라 파장 스위핑을 하여 파장에 따른 측정을 수행할 수도 있고, 시뮬레이션을 통해 확인한 감도(Sensitivity)가 높은 파장에 대해서만 선택하여 측정하는 것도 가능하다.
일 실시예에서, 운용자 장치(30)는 RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis) 또는 및 퓨리에 광학(Fourier Optics) 모듈을 이용하여 구조 및 물성 변화에 따른 퓨리에 평면 이미지를 시뮬레이션하여 라이브러리화할 수 있다. 일 실시예에서, 운용자 장치(30)는 기계학습(Machin learning) 기법 등을 미세패턴의 계측에 응용할 수 있다. 일 실시예에서, 운용자 장치(30)는 측정된 퓨리에 평면 이미지의 명암 프로파일(Intensity profile) 변화를 감지하여 반도체 이상구조 및 결함 검출에 활용할 수 있다.
조명부(110)를 통해 검사광을 제 1 편광 모드로 편광하여 대상물(20)에 조사하고, 제 2 수광부(140)를 통해 간섭 신호를 제 1 편광 모드로 편광하여 제 1 편광 모드에 대한 존스 행렬의 대각 성분을 추출할 수 있고, 검사광을 제 2 편광 모드로 편광하여 대상물(20)에 조사하고 간섭 신호를 제 2 편광 모드로 편광하여 제 2 편광 모드에 대한 존스 행렬의 대각 성분을 추출할 수 있다. 또한, 검사광을 제 1 편광 모드로 편광하여 대상물(20)에 조사하고 간섭 신호를 제 2 편광 모드로 편광하여 제 1 편광 모드에 대한 존스 행렬의 비대각 성분을 추출할 수 있으며, 검사광을 제 2 편광 모드로 편광하여 대상물(20)에 조사하고 간섭 신호를 제 1 편광 모드로 편광하여 제 2 편광 모드에 대한 존스 행렬의 비대각 성분을 추출할 수 있으므로, 결국 TE 및 TM 모드에 대한 존스 행렬의 모든 성분을 추출할 수 있게 된다.
도 5는 본 기술에 적용되는 방사 편광의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a)는 제 1 편광된 신호, 즉 TE 신호, 또는 방위 편광된 신호를 나타낸다. 도 5의(b)는 제 2 편광된 신호, 즉 TM 신호, 또는 방사 편광된 신호를 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 의한 운용자 장치의 구성도이다.
일 실시예에서, 운용자 장치(30)는 도 6에 도시한 것과 같이 컨트롤러(310), 운용자 인터페이스(UI, 320), 메모리(330), 장치 제어부(340) 및 분석부(350)를 포함하도록 구성될 수 있다.
운용자 인터페이스(320)는 입력장치 및 출력장치를 포함할 수 있다. 입력장치를 통해 운용자의 명령어, 데이터 등과 같은 동작 파라미터를 제공받을 수 있다. 또한, 출력장치를 통해 반도체 패턴 계측 시스템(100)의 동작 상황, 처리 결과 등을 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 운용자 인터페이스(320)를 통해 계측모드별 제 2 편광기(117) 및 제 3 편광기(142)의 편광 특성, 광원(111)의 구동 세기 등을 동작 파라미터로서 입력할 수 있다. 계측모드는 동일한 검사광과 간섭 신호를 동일한 편광 모드로 분석하는 제 1 계측모드 및, 검사광과 간섭 신호를 상이한 편광 모드로 분석하는 제 2 계측모드를 포함할 수 있다.
메모리(330)는 주기억장치 및 보조기억장치를 포함할 수 있으며, 반도체 패턴 계측 시스템(300)이 동작하는 데 필요한 프로그램, 제어 데이터, 응용 프로그램, 동작 파라미터, 처리 결과 등이 저장될 수 있다.
장치 제어부(340)는 패턴 계측 장치(10) 및 스테이지(40)의 기계적인 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 장치 제어부(340)는 패턴 계측 장치(10)의 계측모드별 동작 파라미터에 따라 제 2 편광기(117) 및 제 3 편광기(142)의 편광 특성을 제어할 수 있다. 또한, 동작 파라미터에 따라 기 설정된 세기로 광원(111)을 구동하여 광원이 출사되도록 제어할 수 있다. 장치 제어부(340)는 또한 동작 파라미터에 따라 스테이지(40)를 제어하여 대상물(20)이 기 설정된 방향 및 속도로 이동하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 반사부(123)는 도 3에 도시한 방향을 기준으로 좌우 이동 가능하도록 미러 구동부(미도시)에 설치될 수 있다. 그리고, 장치 제어부(340)는 기 설정된 파라미터에 따라 미러 구동부를 통해 반사부의 위치를 제어할 수 있다.
분석부(350)는 패턴 계측 장치(10)로부터 획득된 영상 정보에 기초하여 대상물(20)에 형성된 패턴의 형상을 분석하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 분석부(350)는 제 1 수광부(130)를 통해 실평면(Real plane) 이미지를 제공받아 대상물(20)의 위치를 확인하고 초점 평면을 맞출 수 있도록 구성된다. 아울러, 제 2 수광부(140)를 통해 퓨리에 평면 이미지를 제공받아 실제 계측 및 검사에 필요한 데이터를 추출할 수 있다.
일 실시예에서, 분석부(350)는 입사각 및 방위각 별로 명암 프로파일(Intensity profile)을 추출하여 정량화 할 수 있다. 일 실시예에서, 분석부(350)는 특정 입사각 및 방위각에 대한 정보만 추출하는 것도 가능하다. 일 실시예에서, 분석부(350)는 시간에 따라 파장 스위핑을 하여 파장에 따른 측정을 수행할 수도 있고, 시뮬레이션을 통해 확인한 감도(Sensitivity)가 높은 파장에 대해서만 선택하여 측정하는 것도 가능하다.
일 실시예에서, 분석부(350)는 RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis) 또는 및 퓨리에 광학(Fourier Optics) 모듈을 이용하여 구조 및 물성 변화에 따른 퓨리에 평면 이미지를 시뮬레이션하여 라이브러리화할 수 있다. 일 실시예에서, 분석부(350)는 기계학습(Machin learning) 기법 등을 미세패턴의 계측에 응용할 수 있다. 일 실시예에서, 분석부(350)는 측정된 퓨리에 평면 이미지의 명암 프로파일(Intensity profile) 변화를 감지하여 반도체 이상구조 및 결함 검출에 활용할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 의한 반도체 패턴 계측 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
스테이지(40) 상에 계측하고자 하는 대상물(20)이 안착된다.
운용자 인터페이스(320)를 통해 계측모드별 제 2 편광기(117) 및 제 3 편광기(142)의 편광 특성과, 광원(111)의 구동 세기, 파장선택부(113)로 사용되는 모노크로메이터의 선택 파장, 반사부(123)의 위치 등이 동작 파라미터로서 입력될 수 있다(S101). 계측모드는 검사광을 제 1 편광 모드로 조사하고 간섭 신호를 제 1 편광 모드 또는 제 2 편광 모드로 각각 계측하는 제 1 계측모드 및 검사광을 제 2 편광 모드로 조사하고 간섭 신호를 제 1 편광 모드 또는 제 2 편광 모드로 각각 계측하는 제 2 계측모드를 포함할 수 있다.
동작 파라미터가 입력되면, 이에 기초하여 패턴 계측 장치(10)의 해당 구성부를 세팅하고(S103) 광원(101)을 구동한다(S105).
이에 따라, 광원(101)에서 출사되는 검사광에 기초하여 대상물(20)로부터 반사되는 측정 신호와 반사부(123)로부터 반사되는 반사 검사광 간이 간섭에 의한 간섭 신호가 생성될 수 있다. 간섭 신호는 제 1 수광부(130)로 전달되어 실평면 이미지가 획득될 수 있고(S107), 제 2 수광부(140)로 전달되어 퓨리에 평면의 이미지가 획득될 수 있다(S109).
분석부(350)는 제 2 수광부(140)에서 획득한 이미지를 제공받아 제 1 계측 모드에서 대상물(20)에 형성된 패턴 형상을 계측할 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 계측모드를 위해 검사광은 제 1 편광 모드로 편광될 수 있다. 그리고, 제 2 수광부(140)는 간섭 신호를 제1 편광 모드 또는 제 2 편광 모드로 각각 편광시켜 퓨리에 평면 이미지를 획득할 수 있다. 이를 통해 제 1 편광 모드에 대한 존스 행렬의 대각 및 비대각 성분이 검출될 수 있다.
이후, 제 2 계측모드가 수행될 수 있다. 이를 위해 동작 파라미터가 변경되고(S113, 패턴 계측 장치(10)의 해당 구성부를 세팅하는 단계(S103)로 진행할 수 있다.
제 2 계측모드를 위해 검사광은 제 2 편광 모드로 편광될 수 있다. 그리고, 제 2 수광부(140)는 간섭 신호를 제1 편광 모드 또는 제 2 편광 모드로 각각 편광시켜 퓨리에 평면 이미지를 획득할 수 있다. 이를 통해 제 2 편광 모드에 대한 존스 행렬의 대각 및 비대각 성분이 검출될 수 있다.
본 기술에 의하면, 다중입사각 및 다중방위각에 따른 TE 및 TM 모드에 대한 존스 행렬의 모든 성분을 추출 및 분석함으로써 특정 파라미터에 대해 감도가 높게 나타나는 구간을 찾고 계측에 활용할 수 있다. 특히, 존스 행렬의 비대각 성분의 반사율 및 위상 변화를 측정할 수 있어 대상물(20)에 형성된 구조의 비대칭 성분까지도 검출 및 측정이 가능하다. 예를 들어, DRAM의 캐패시터나 3차원 NAND의 홀이 높이 별로 다른 형태 및 크기를 갖는 경우, 기타 Hole 또는 필라(Pillar), 파티션(Partition), 트렌치(Trench) 등의 반복 패턴 구조에서 대칭성이 틀어지는 경우 존스 행렬의 비대각 성분에서 신호가 발현되어 측정이 가능하다. 따라서 본 기술을 활용하면 복잡하고 미세한 구조의 중요 파라미터를 측정할 수 있어, 집적도 및 수율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 반도체 패턴 계측 장치
20 : 대상물
30 : 운용자 장치
40 : 스테이지
100 : 반도체 패턴 계측 시스템
20 : 대상물
30 : 운용자 장치
40 : 스테이지
100 : 반도체 패턴 계측 시스템
Claims (24)
- 다중 입사각 및 다중 방위각을 갖는 검사광을 편광 모드 별로 대상물에 조사하여, 상기 대상물로부터 퓨리에 평면으로 반사된 측정신호와, 상기 퓨리에 평면의 켤레면으로부터 반사된 검사광 간의 간섭 신호로부터 상기 대상물에 대한 정보를 추출하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 간섭 신호에 기초하여 상기 측정신호와 상기 반사된 검사광 간의 반사율 및 위상 차이를 추출하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 편광 모드는 TE(Transverse Electronic wave) 모드, 또는 방위 편광(Azimuthally Polarized) 모드인 제 1 편광 모드 및, TM(Transverse Magnetic wave) 모드, 또는 방사 편광(Radially Polarized) 모드인 제 2 편광 모드를 포함하는 반도체 패턴 계측 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 검사광을 상기 편광 모드 별로 상기 대상물에 조사하도록 구성되는 조명부;
상기 조명부로부터 전달되는 상기 검사광을 상기 대상물에 조사하고, 상기 대상물로부터 반사된 상기 측정신호가 상기 퓨리에 평면에 결상되도록 하며, 상기 반사된 검사광과 상기 측정신호가 간섭 신호를 생성하도록 구성되는 결상부;
상기 간섭 신호 중 실평면 이미지를 추출하도록 구성되는 제 1 수광부; 및
상기 간섭 신호 중 상기 퓨리에 평면 이지미를 추출하도록 구성되는 제 2 수광부;
를 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 조명부는 광원으로부터 출사되는 상기 검사광을 제 1 편광 모드 또는 제 2 편광 모드로 편광시키는 제 1 방사 편광기를 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 방사 편광기는 제 1 계측 모드에서 상기 검사광을 상기 제 1 편광 모드로 편광시키고, 제 2 계측 모드에서 상기 검사광을 상기 제 2 편광 모드로 편광시키며,
상기 제 2 수광부는 상기 제 1 계측 모드에서 상기 간섭 신호를 상기 제 1 편광 모드 또는 상기 제 2 편광 모드로 각각 편광시키고, 상기 제 2 계측 모드에서 상기 간섭 신호를 상기 제 1 편광 모드 또는 상기 제 2 편광 모드로 각각 편광시키는 제 2 방사 편광기를 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 조명부는 백색광을 이용한 비가간섭 광원을 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 조명부는 초연속 레이저를 이용한 가간섭 광원을 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 조명부는 광원으로부터 출사되는 검사광 중 기 설정된 파장 성분을 검출하도록 구성되는 분광기를 더 포함하는 반도체 패턴 계측 장치. - 다중 입사각 및 다중 방위각을 갖는 검사광을 편광 모드 별로 대상물에 조사하여, 상기 대상물로부터 퓨리에 평면으로 반사된 측정신호와, 상기 퓨리에 평면의 켤레면으로부터 반사된 검사광 간의 간섭 신호로부터 상기 대상물에 대한 정보를 추출하도록 구성되는 패턴 계측 장치;
상기 대상물이 안착되고 이송되는 스테이지; 및
동작 파라미터에 기초하여 상기 패턴 계측 장치 및 상기 스테이지를 제어하고, 상기 패턴 계측 장치에서 획득한 상기 대상물의 형상을 계측하는 운용자 장치;
를 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 패턴 계측 장치는 상기 간섭 신호에 기초하여 상기 측정신호와 상기 반사된 검사광 간의 반사율 및 위상 차이를 추출하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 편광 모드는 TE(Transverse Electronic wave) 모드, 또는 방위 편광(Azimuthally Polarized) 모드인 제 1 편광 모드 및, TM(Transverse Magnetic wave) 모드, 또는 방사 편광(Radially Polarized) 모드인 제 2 편광 모드를 포함하는 반도체 패턴 계측 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 검사광을 상기 편광 모드 별로 상기 대상물에 조사하도록 구성되는 조명부;
상기 조명부로부터 전달되는 상기 검사광을 상기 대상물에 조사하고, 상기 대상물로부터 반사된 상기 측정신호가 상기 퓨리에 평면에 결상되도록 하며, 상기 반사된 검사광과 상기 측정신호가 간섭 신호를 생성하도록 구성되는 결상부;
상기 간섭 신호 중 실평면 이미지를 추출하도록 구성되는 제 1 수광부; 및
상기 간섭 신호 중 상기 퓨리에 평면 이지미를 추출하도록 구성되는 제 2 수광부;
를 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 조명부는 광원으로부터 출사되는 상기 검사광을 제 1 편광 모드 또는 제 2 편광 모드로 편광시키는 제 1 방사 편광기를 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 방사 편광기는 제 1 계측 모드에서 상기 검사광을 상기 제 1 편광 모드로 편광시키고, 제 2 계측 모드에서 상기 검사광을 상기 제 2 편광 모드로 편광시키며,
상기 제 2 수광부는 상기 제 1 계측 모드에서 상기 간섭 신호를 상기 제 1 편광 모드 또는 상기 제 2 편광 모드로 각각 편광시키고, 상기 제 2 계측 모드에서 상기 간섭 신호를 상기 제 1 편광 모드 또는 상기 제 2 편광 모드로 각각 편광시키는 제 2 방사 편광기를 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 조명부는 백색광을 이용한 비가간섭 광원을 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 조명부는 초연속 레이저를 이용한 가간섭 광원을 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 조명부는 광원으로부터 출사되는 검사광 중 기 설정된 파장 성분을 검출하도록 구성되는 분광기를 더 포함하는 반도체 패턴 계측 시스템. - 패턴 계측 장치를 이용한 반도체 패턴 계측 방법으로서,
대상물이 준비되는 단계;
계측모드별 동작 파라미터를 설정하는 단계;
상기 동작 파라미터에 따라 상기 패턴 계측 장치를 준비하는 단계;
상기 동작 파라미터에 따라 광원을 구동하여 다중 입사각 및 다중 방위각을 갖는 검사광을 출사하는 단계; 및
상기 검사광을 편광 모드 별로 대상물에 조사하여, 상기 대상물로부터 퓨리에 평면으로 반사된 측정신호와, 상기 퓨리에 평면의 켤레면으로부터 반사된 검사광 간의 간섭 신호로부터 상기 대상물에 대한 정보를 추출하는 단계;
를 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 편광 모드는 TE(Transverse Electronic wave) 모드, 또는 방위 편광(Azimuthally Polarized) 모드인 제 1 편광 모드 및, TM(Transverse Magnetic wave) 모드, 또는 방사 편광(Radially Polarized) 모드인 제 2 편광 모드를 포함하는 반도체 패턴 계측 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 정보를 추출하는 단계는 제 1 계측 모드에서 상기 검사광을 상기 제 1 편광 모드로 편광시키고, 상기 간섭 신호를 상기 제 1 편광 모드 또는 상기 제 2 편광 모드로 각각 편광시켜 상기 측정신호와 상기 간섭 신호 간의 반사율 및 위상 차이를 추출하는 단계를 더 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 정보를 추출하는 단계는 제 2 계측 모드에서 상기 검사광을 상기 제 2 편광 모드로 편광시키고, 상기 간섭 신호를 상기 제 1 편광 모드 또는 상기 제 2 편광 모드로 각각 편광시켜 상기 간섭 신호를 상기 제 1 편광 모드 또는 상기 제 2 편광 모드로 각각 편광시켜 상기 측정신호와 상기 간섭 신호 간의 반사율 및 위상 차이를 추출하는 단계를 더 포함하도록 구성되는 반도체 패턴 계측 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 검사광은 백색광을 이용한 비가간섭 광원으로부터 제공되는 반도체 패턴 계측 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 검사광은 초연속 레이저를 이용한 가간섭 광원으로부터 제공되는 반도체 패턴 계측 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180107071A KR102680009B1 (ko) | 2018-09-07 | 반도체 패턴 계측 장치, 이를 이용한 반도체 패턴 계측 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180107071A KR102680009B1 (ko) | 2018-09-07 | 반도체 패턴 계측 장치, 이를 이용한 반도체 패턴 계측 시스템 및 방법 |
Publications (2)
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| KR20200029086A true KR20200029086A (ko) | 2020-03-18 |
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