KR20200055140A - 고 반사성 막 스택들 위의 고 흡수성 막 층의 광학적 측정 - Google Patents

고 반사성 막 스택들 위의 고 흡수성 막 층의 광학적 측정 Download PDF

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Abstract

개선된 측정 감도를 갖는 고 흡수성 막들(예를 들어, 하이-K 유전체 막들)의 광학 기반 막 두께 측정들을 수행하기 위한 장치들 및 방법들이 본 명세서에서 설명된다. 고 흡수성 막 층은 고 반사성 막 스택 위에 제조된다. 고 반사성 막 스택은 상이한, 광학적으로 대비되는 재료들의 다수의 층들의 하나 이상의 공칭적으로 동일한 세트를 포함한다. 고 반사성 막 스택은 특정의 파장 범위들에서 광학 공명을 일으킨다. 고 흡수성 막 층과 고 반사성 막 스택의 계면에서의 높은 반사율은 측정된 광 강도 및 측정 감도를 증가시킨다. 고 반사성 막 스택의 상이한 재료 층들의 두께 및 광학 분산은 원하는 파장 범위에서 광학 공명을 유도하도록 선택된다. 원하는 파장 범위는 측정 중인 고 흡수성 막에 의한 흡수를 최소화하도록 선택된다.

Description

고 반사성 막 스택들 위의 고 흡수성 막 층의 광학적 측정
관련 출원의 상호 참조
본 특허 출원은 2017년 10월 11일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/571,100호로부터 35 U.S.C. §119에 따른 우선권을 주장하며, 이 미국 가특허 출원의 주제는 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
기술 분야
설명된 실시예들은 계측 시스템들 및 방법들에 관한 것이며, 보다 상세하게는 반도체 구조체들의 개선된 측정을 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
로직 및 메모리 디바이스들과 같은 반도체 디바이스들은 전형적으로 시료에 적용되는 프로세싱 단계들의 시퀀스에 의해 제조된다. 반도체 디바이스들의 다양한 피처들(features) 및 다수의 구조적 레벨들(structural levels)은 이러한 프로세싱 단계들에 의해 형성된다. 예를 들어, 그 중에서도, 리소그래피는 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 생성하는 것을 수반하는 하나의 반도체 제조 프로세스이다. 반도체 제조 프로세스들의 부가의 예들은 화학적 기계적 폴리싱, 에칭, 퇴적, 및 이온 주입을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 다수의 반도체 디바이스들은 단일 반도체 웨이퍼 상에 제조될 수 있고 이어서 개별 반도체 디바이스들로 분리될 수 있다.
계측 프로세스들은 더 높은 수율을 도모하기 위해 반도체 제조 프로세스 동안 다양한 단계들에서 웨이퍼들 상의 결함들을 검출하는 데 사용된다. 광학 계측 기술들은 샘플 파괴의 위험 없이 고 처리량의 가능성을 제공한다. 산란측정법(scatterometry), 반사측정법(reflectometry), 및 엘립소메트리(ellipsometry) 구현들 및 연관된 분석 알고리즘들을 포함하는 다수의 광학 계측 기반 기술들은 통상적으로 나노스케일 구조체들의 임계 치수들, 막 두께들, 조성, 오버레이 및 다른 파라미터들을 특성화하는 데 사용된다.
많은 반도체 제조 응용들에서, 상대적으로 두꺼운 고 흡수성 층이 기판(예를 들어, 실리콘 기판) 바로 위에 또는 기판 상에 제조되는 생산 막 스택들(production film stacks)의 세트 위에 퇴적된다. 일 예에서, 1 마이크로미터 이상의 두께를 갖는 탄소 층이 실리콘 기판 상에 또는 실리콘 기판 상에 퇴적되는 생산 막 스택들의 세트 상에 퇴적된다.
조명 광이 층 두께를 통해 층의 하단으로 전파될 때 그리고 반사된 광이 다시 층 두께를 통해 층의 상단으로 전파될 때 발생하는 광 손실의 양으로 인해 상대적으로 두꺼운 고 흡수성 층의 두께의 광학적 측정들이 어렵다. 그 결과, 조명 광의 작은 비율만이 두꺼운 흡수성 막의 하단에 도달할 수 있고 위쪽으로 검출기로 반사될 수 있기 때문에, 많은 광학 기술들은 낮은 신호대 잡음비(SNR)를 겪는다. 따라서, 많은 이용가능한 고 처리량 계측 기술들은 두꺼운 흡수성 막 층들의 막 두께 측정들을 신뢰성있게 수행할 수 없다.
예를 들어, 상대적으로 두꺼운 탄소 층은 자외선 스펙트럼 및 가시 스펙트럼에서의 실질적으로 모든 측정 광을 흡수한다. 이에 응답하여, 측정 감도를 증가시키기 위해 적외선(IR) 조명을 사용하여 상대적으로 두꺼운 탄소 층의 광학적 두께 측정들을 수행하려는 시도들이 이루어져 왔다. 탄소가 UV 스펙트럼 및 가시 스펙트럼에 비해 IR 스펙트럼에서 덜 흡수하기 때문에 IR 조명이 이용된다. 안타깝게도, IR 스펙트럼에서 실리콘 기판으로부터의 반사율은 매우 낮다. 이것은 측정 감도를 제한한다. 비록 전형적인 생성물 스택들(product stacks)이 IR 스펙트럼에서 더 높은 반사율을 갖지만, 측정이 생성물 스택에 의해 복잡하게 되고, 생성물 스택으로부터 발생하는 신호들로부터 탄소 층 두께를 나타내는 측정 신호를 추출하는 것이 어렵다고 입증되었다.
요약하면, 두꺼운 고 흡수성 막 층들을 수반하는 반도체 제조 응용들은 광학 계측 시스템들에 어려운 요구사항들을 부과한다. 광학 계측 시스템들은 고 처리량으로 두꺼운 고 흡수성 막들의 두께 측정을 위한 고 정밀도 및 정확도 요구사항들을 충족시켜야만 한다. 이러한 한계들을 극복하기 위해 개선된 막 아키텍처들 및 계측 시스템들 및 방법들이 요망된다.
개선된 측정 감도를 갖는 고 흡수성 막들(예를 들어, 하이-K 유전체 막들)의 광학 기반 막 두께 측정들을 수행하기 위한 장치들 및 방법들이 본 명세서에서 설명된다.
측정 중인 고 흡수성 막 층은 고 반사성 막 스택 위에 제조된다. 고 반사성 막 스택은 상이한, 광학적으로 대비되는(optically contrasting) 재료들의 다수의 층들의 하나 이상의 공칭적으로 동일한 세트를 포함한다. 고 반사성 막 스택은 특정의 파장 범위들에서 광학 공명(optical resonance)을 일으킨다. 고 흡수성 막 층과 고 반사성 막 스택의 계면에서의 높은 반사율은 고 흡수성 막을 통해 분광계(spectrometer)의 검출기로 투과되는 광 강도를 증가시킨다. 이러한 방식으로, 고 흡수성 막의 두께를 나타내는 측정된 신호의 진폭은 측정 잡음 플로어에 비해 증가된다. 그 결과, 고 흡수성 막의 두께에 대한 측정 감도가 증가된다.
일 양태에서, 고 반사성 막 스택에서의 상이한 재료들의 두께 및 광학 분산(즉, 굴절률)은 원하는 파장 범위에서 광학 공명을 유도하도록 선택된다. 이러한 방식으로, 측정 감도는 실리콘 기판 또는 전형적인 생성물 스택들 바로 위에 제조되는 고 흡수성 막의 측정과 연관된 측정 감도보다 상당히 더 높다.
추가의 양태에서, 분광 엘립소미터, 분광 엘립소미터, 또는 둘 다는 상이한, 광학적으로 대비되는 재료들의 다수의 층들의 하나 이상의 반복 세트 위에 제조되는 고 흡수성 막의 광학 기반 막 두께 측정들을 수행하기 위해 이용된다.
다른 추가의 양태에서, 고 흡수성 비정질 탄소 층의 두께의 광학적 측정들을 수행하기 위해 IR 파장들이 이용된다.
전술한 바는 요약이고 따라서, 필요에 따라, 세부사항의 간략화, 일반화 및 생략을 포함하며; 결론적으로, 본 기술분야의 통상의 기술자는 요약이 예시적인 것에 불과하고 어떠한 방식으로도 제한하는 것이 아님을 이해할 것이다. 본 명세서에서 설명된 디바이스들 및/또는 프로세스들의 다른 양태들, 발명적 특징들(inventive features), 및 장점들은 본 명세서에 기재된 비제한적인 상세한 설명에서 명백해질 것이다.
도 1은 기판, 기판 상에 배치되는 다수의 실질적으로 동일한 반복 층 세트들, 및 반복 층 세트들 상에 배치되는 고 흡수성 재료 층을 포함하는 막 스택 구조체(160)를 예시하는 다이어그램이다.
도 2는 반도체 제조 프로세스의 에칭 단계들에서 하드마스크 재료로서 사용되는 비정질 탄소 막의 흡광 계수(extinction coefficient)의 플롯을 묘사한다.
도 3은 분광 반사계에 의해 측정되는 바와 같은 도 2의 비정질 탄소 막 층에 의해 투과되는 광의 분율의 플롯을 묘사한다.
도 4는 두꺼운 고 흡수성 막들의 두께의 광대역 적외선 분광 엘립소메트리 측정들을 수행하기 위한 예시적인 계측 시스템(100)을 묘사한다.
도 5는 도 4에 묘사된 계측 시스템(100)과 같은 SE 계측 시스템에 의해 측정되는 바와 같은 α 스펙트럼(171)의 시뮬레이션을 예시하는 플롯(170)을 묘사한다.
도 6은 도 4에 묘사된 계측 시스템(100)과 같은 SE 계측 시스템에 의해 측정되는 바와 같은 β 스펙트럼(173)의 시뮬레이션을 예시하는 플롯(172)을 묘사한다.
도 7은 다수의 상이한 구조체들 위에 제조되는 두꺼운 비정질 탄소 층(예를 들어, 대략 1.8 마이크로미터 두께)의 α 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도들의 시뮬레이션을 예시하는 플롯(175)을 묘사한다.
도 8은 다수의 상이한 구조체들 위에 제조되는 두꺼운 비정질 탄소 층(예를 들어, 대략 1.8 마이크로미터 두께)의 β 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도들의 시뮬레이션을 예시하는 플롯(180)을 묘사한다.
도 9는 두꺼운 고 흡수성 막 층들의 광대역 적외선 분광 반사측정법 두께 측정들을 수행하기 위한 예시적인 계측 시스템(200)을 묘사한다.
도 10은 두꺼운 고 흡수성 막 층들의 광대역 적외선 분광 반사측정법 두께 측정들을 수행하기 위한 예시적인 계측 시스템(300)을 묘사한다.
도 11은 두꺼운 고 흡수성 막 층의 광학적 막 두께 측정을 수행하는 방법(400)을 예시한다.
본 발명의 배경 예들 및 일부 실시예들에 대해 이제 상세히 언급될 것이고, 이들의 예들이 첨부 도면들에 예시된다.
개선된 측정 감도를 갖는 고 흡수성 막들(예를 들어, 하이-K 유전체 막들)의 광학 기반 막 두께 측정들을 위한 장치들 및 방법들이 본 명세서에서 설명된다. 측정 중인 고 흡수성 막 층은 고 반사성 막 스택 위에 제조된다. 고 반사성 막 스택은 상이한, 광학적으로 대비되는 재료들의 다수의 층들의 하나 이상의 공칭적으로 동일한(즉, 제조 공차들 내에 있음) 세트를 포함한다. 고 반사성 막 스택은 특정의 파장 범위들에서 광학 공명을 일으킨다. 고 흡수성 막 층과 고 반사성 막 스택의 계면에서의 높은 반사율은 고 흡수성 막을 통해 분광계의 검출기로 투과되는 광 강도를 증가시킨다. 이러한 방식으로, 고 흡수성 막의 두께를 나타내는 측정된 신호의 진폭은 측정 잡음 플로어에 비해 증가된다. 그 결과, 고 흡수성 막의 두께에 대한 측정 감도가 증가된다.
일 양태에서, 고 반사성 막 스택에서의 상이한 재료들의 두께 및 광학 분산(즉, 굴절률)은 원하는 파장 범위에서 광학 공명을 유도하도록 선택된다. 일부 실시예들에서, 고 반사성 막 스택은 원하는 파장 범위에서 1.0에 근접하는 반사율을 나타내도록 최적화된다. 이러한 방식으로, 측정 감도는 실리콘 기판 또는 전형적인 생성물 스택들 바로 위에 제조되는 고 흡수성 막의 측정과 연관된 측정 감도보다 상당히 더 높다.
도 1은 기판(161), 기판(161) 상에 배치되는 다수의 실질적으로 동일한 반복 층 세트들(162 내지 165), 및 반복 층 세트들(162 내지 165) 상에 배치되는 고 흡수성 재료 층(167)을 묘사하는 예시이다. 실질적으로 동일한 반복 층 세트들 각각은 각각이 상이한 굴절률을 갖는 상이한 재료 층들을 포함한다. 이것은 각각의 계면에서의 광학적 대비(optical contrast)를 증가시키고 광학 공명 효과를 증폭시킨다.
도 1에 묘사된 실시예에서, 기판(161)은 실리콘 기판이고, 고 흡수성 재료 층(167)은 비정질 탄소 층이다. 각각의 반복 층 세트는 실리콘 이산화물 층 및 비정질 실리콘 층을 포함한다. 실리콘 이산화물 층들(162A, 163A, 164A, 165A, 및 166A)은 실질적으로 동일하다. 환언하면, 이들의 재료 조성 및 두께는 반도체 제조 프로세스의 한계 내에서 동일하다. 유사하게, 비정질 실리콘 층들(162B, 163B, 164B, 및 165B)은 실질적으로 동일하다. 환언하면, 이들의 재료 조성 및 두께는 반도체 제조 프로세스의 한계 내에서 동일하다. 비록 각각의 반복 층 세트가 2개의 상이한 재료 층(예를 들어, 실리콘 이산화물 및 비정질 실리콘)을 포함하지만, 일반적으로, 각각의 반복 층 세트는 임의의 수의 상이한 재료 층들을 포함할 수 있다. 비록 4개의 반복 층 세트가 도 1에 묘사되어 있지만, 일반적으로, 광학 공명을 나타내기 위해 임의의 수의 반복 층 세트들이 이용될 수 있다. 실제로, 더 많은 반복 층 세트들을 이용한 결과의 개선된 측정 감도는 대략 8개 또는 9개 이하의 반복 층 세트에 의해 제한된다. 일반적으로, 8개 또는 9개 초과의 반복 층 세트를 사용하는 것은 측정 감도를 크게 개선시키지 않는다.
일부 실시예들에서, 재료 층들 중 하나의 재료 층의 두께는 각각의 반복 층 세트의 재료 층들 중 다른 재료 층의 두께와 상이하다. 도 1에 묘사된 바와 같이, 실리콘 이산화물 층들(162A, 163A, 164A, 165A, 및 166A) 각각의 두께는 T1이고, 비정질 실리콘 층들(162B, 163B, 164B, 및 165B) 각각의 두께는 T2이다. 일부 다른 실시예들에서, 재료 층들 중 하나의 재료 층의 두께는 각각의 반복 층 세트의 재료 층들 중 다른 재료 층의 두께와 동일하다.
비록 도 1에서 고 흡수성 층(167)이 비정질 탄소 층으로서 묘사되어 있지만, 일반적으로, 이 특허 문서의 범위 내에서 임의의 고 흡수성 막이 고려될 수 있다. 고 흡수성 재료는 흡광 계수(K) 및 두께(T)에 의해 특징지어진다. 일반적으로, 흡광 계수, 두께, 또는 둘 다가 증가함에 따라 흡수율(absorption)이 증가한다. 일부 실시예들에서, 고 흡수성 재료 층은 고 흡수성 재료 층의 막 두께 측정을 수행하기 위해 이용되는 조명 파장들의 범위 내에서 흡광 계수와 두께의 곱(즉, K*T)이 0.7 마이크로미터보다 큰 값을 갖는 것에 의해 특징지어진다. 일부 실시예들에서, 고 흡수성 재료 층은 고 흡수성 재료 층의 막 두께 측정을 수행하기 위해 이용되는 조명 파장들의 범위 내에서 흡광 계수와 두께의 곱(즉, K*T)이 1.0 마이크로미터보다 큰 값을 갖는 것에 의해 특징지어진다.
일 예에서, 비정질 탄소 층(167)의 두께는 1800 나노미터이다. 1800 나노미터 내지 2,500 나노미터의 범위에 있는 조명 파장들에서 비정질 탄소의 전형적인 흡광 계수는 대략 0.6 내지 0.7이다. 따라서, 비정질 탄소 층의 흡광 계수와 두께의 곱은 0.7 마이크로미터를 훨씬 초과한다. 일 예에서, 실리콘 이산화물 층들(162A, 163A, 164A, 165A, 및 166A) 각각의 두께는 2,500 나노미터이고, 비정질 실리콘 층들(162B, 163B, 164B, 및 165B) 각각의 두께도 또한 2,500 나노미터이다. 고 흡수성 비정질 탄소 층 아래의 반복 층 세트는 1,800 내지 2,500 나노미터의 파장 범위를 포함하는 IR 조명을 사용한 비정질 탄소 층의 측정을 위한 바람직한 실시예이다. 실리콘 이산화물 층들 및 비정질 실리콘 층들은 몇 가지 이유들로 바람직하다. 반도체 산업에서 양쪽 재료들이 통상적으로 퇴적되며 이들은 프로세스 챔버들을 오염시킬 가능성이 없다. 이러한 의미에서, 이러한 재료들은 많은 금속들보다 훨씬 바람직하다. 그에 부가하여, 양쪽 재료들의 굴절률은 양호한 대비를 제공한다. 예를 들어, 실리콘 이산화물의 굴절률은 대략 1.45이고, 비정질 실리콘의 굴절률은 대략 3.5이다. 그에 부가하여, 실리콘 이산화물 및 비정질 실리콘 둘 다는 IR 파장들(예를 들어, 1,000 내지 2,500 나노미터의 파장들)에서 광을 사실상 흡수하지 않는다. 이것은 반복 층 세트들의 효율적인 광학 공명 및 높은 유효 반사율을 증진시킨다.
일부 다른 실시예들에서, 비정질 실리콘 층들이 질화물 층들에 의해 대체된다. 그렇지만, 산화물 및 질화물의 반복 층 세트들은 IR 파장들을 사용한 측정들에 바람직하지 않다. 질화물은 대략 2.0의 굴절률을 가지며, 이는 비정질 실리콘보다 산화물 층과 훨씬 더 낮은 대비를 결과한다. 그 결과, 공명을 유도하기 위해 훨씬 더 두꺼운 질화물 층들이 요구될 것이다. 게다가, 질화물은 IR 파장들에서 흡수성이며, 따라서 산화물 및 질화물의 반복 층 세트들의 전체 반사율은 IR 조명 파장들에서 산화물 및 비정질 실리콘의 층 세트들보다 훨씬 더 낮다. 그렇지만, UV 파장들(예를 들어, 250 내지 300 나노미터의 범위에 있는 파장들) 또는 가시 파장들(예를 들어, 400 내지 500 나노미터)에서, 산화물 및 질화물의 반복 층 세트들이 이용될 수 있다. 일 예에서, 각각이 450 나노미터 내지 500 나노미터의 두께를 갖는 산화물 층 및 질화물 층을 갖는 반복 층 세트들에 의해 500 나노미터 근방에서의 광학 공명이 생성될 수 있다.
도 2는 3차원 NAND 구조체들에 대한 제조 프로세스의 에칭 단계들에서 하드마스크 재료로서 사용되는 비정질 탄소 막의 흡광 계수의 플롯을 묘사한다. 플롯라인(168)은 흡광 계수를 파장의 함수로서 묘사한다. 막의 흡광 계수는 200 나노미터 내지 2200 나노미터의 파장 범위 전체에 걸쳐 상대적으로 높은 값을 유지한다. 따라서, 막은 근적외선 스펙트럼 영역들에 걸쳐서도 강한 흡수성(strongly absorbing)이다.
도 3은 반사계에 의해 측정되는 바와 같은 1250 나노미터의 두께를 갖는 비정질 탄소 막에 의해 투과되는 광의 분율의 플롯을 묘사한다. 상대적으로 적은 광이 측정 중인 막에 의해 투과되기 때문에 비정질 탄소 막의 표면으로부터 반사되는 광이 내부 반사들을 지배한다. 따라서, 고 흡수성 막들의 두께를 측정하기가 어렵다.
비정질 탄소 막 층에 의해 투과되는 광의 백분율은 200 나노미터 내지 2200 나노미터의 파장 범위 전체에 걸쳐 극히 낮게 유지된다. 도 3에 예시된 바와 같이, 입사 광의 대략 0.05%를 수집하는 데 요구되는 최소 파장은 대략 2000 나노미터이다. 대략 1800 나노미터 미만에서, 수집된 신호의 양은 실제로 측정가능하지 않다.
도 2 및 도 3은 반도체 제조에 이용되는 중요한 재료들의 분광 기반 측정들을 수행하기 위해 단파장(short wavelength) 적외선 광(예를 들어, 1400 나노미터 내지 3000 나노미터) 및 심지어 중간 파장(mid wavelength) 적외선 광(예를 들어, 3000 나노미터 내지 5000 나노미터 및 그 이상)을 이용하는 것의 중요성을 예시한다.
추가의 양태에서, 분광 엘립소미터는 상이한, 광학적으로 대비되는 재료들의 다수의 층들의 하나 이상의 반복 세트 위에 제조되는 고 흡수성 막의 광학 기반 막 두께 측정들을 수행하기 위해 이용된다. 다른 추가의 양태에서, 고 흡수성 비정질 탄소 층의 두께의 광학적 측정들을 수행하기 위해 IR 파장들이 이용된다.
도 4는 고 흡수성 재료 층의 막 두께 측정들을 수행하기 위한 예시적인 계측 시스템(100)을 묘사한다. 일부 예들에서, 고 흡수성 층은, 3-D 메모리 구조체들과 같은, 고 애스펙트비(high aspect ratio; HAR) 구조체들의 제조에 이용되는 비정질 탄소 층이다. 도 4에 묘사된 바와 같이, 계측 시스템(100)은 광대역 분광 엘립소미터로서 구성된다. 그렇지만, 일반적으로, 계측 시스템(100)은 분광 반사계, 산란계, 엘립소미터, 또는 이들의 임의의 조합으로 구성될 수 있다.
계측 시스템(100)은 웨이퍼(120)에 입사하는 조명 광 빔(117)을 생성하는 조명 소스(110)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 조명 소스(110)는 자외선 스펙트럼, 가시 스펙트럼, 및 적외선 스펙트럼에서의 조명 광을 방출하는 광대역 조명 소스이다. 일 실시예에서, 조명 소스(110)는 레이저 지속형 플라스마(laser sustained plasma; LSP) 광 소스(레이저 구동 플라스마 소스라고도 함)이다. LSP 광 소스의 펌프 레이저는 연속파이거나 펄스형일 수 있다. 레이저 구동 플라스마 소스는 150 나노미터 내지 2000 나노미터의 전체 파장 범위에 걸쳐 크세논 램프보다 상당히 더 많은 광자들을 생성할 수 있다. 조명 소스(110)는 단일 광 소스 또는 복수의 광대역 또는 이산 파장 광 소스들의 조합일 수 있다. 조명 소스(110)에 의해 생성되는 광은 연속 스펙트럼 또는, 자외선부터 적외선까지(예를 들어, 진공 자외선(vacuum ultraviolet)부터 중간 적외선(mid infrared)까지)의, 연속 스펙트럼의 일부를 포함한다. 일반적으로, 조명 광 소스(110)는 초연속체(super continuum) 레이저 소스, 적외선 헬륨-네온 레이저 소스, 아크 램프, 또는 임의의 다른 적합한 광 소스를 포함할 수 있다.
추가의 양태에서, 일정 양의 조명 광은 적어도 500 나노미터에 걸쳐 있는 파장 범위를 포함하는 광대역 조명 광이다. 일 예에서, 광대역 조명 광은 250 나노미터 미만의 파장들 및 750 나노미터 초과의 파장들을 포함한다. 일반적으로, 광대역 조명 광은 120 나노미터 내지 3,000 나노미터의 파장들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 3,000 나노미터 초과의 파장들을 포함하는 광대역 조명 광이 이용될 수 있다. 일부 예들에서, 광대역 조명 광은 5,000 나노미터까지의 파장들을 포함한다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 계측 시스템(100)은 웨이퍼(120) 상에 형성되는 하나 이상의 구조체 쪽으로 조명 광(117)을 지향시키도록 구성된 조명 서브시스템을 포함한다. 조명 서브시스템은 광 소스(110), 하나 이상의 광학 필터(111), 편광 컴포넌트(112), 필드 스톱(field stop)(113), 구경 조리개(aperture stop)(114), 및 조명 광학장치(115)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 하나 이상의 광학 필터(111)는 조명 서브시스템으로부터의 광 레벨, 스펙트럼 출력, 또는 둘 다를 제어하는 데 사용된다. 일부 예들에서, 하나 이상의 다중 구역 필터(multi-zone filter)가 광학 필터들(111)로서 이용된다. 편광 컴포넌트(112)는 조명 서브시스템을 빠져나가는 원하는 편광 상태를 생성한다. 일부 실시예들에서, 편광 컴포넌트는 편광기, 보상기, 또는 둘 다이고, 임의의 적합한 상업적으로 이용가능한 편광 컴포넌트를 포함할 수 있다. 편광 컴포넌트는 고정될 수 있거나, 상이한 고정 위치들로 회전가능할 수 있거나, 또는 연속적으로 회전할 수 있다. 비록 도 1에 묘사된 조명 서브시스템이 하나의 편광 컴포넌트를 포함하지만, 조명 서브시스템은 복수의 편광 컴포넌트를 포함할 수 있다. 필드 스톱(113)은 조명 서브시스템의 시야(field of view; FOV)를 제어하고, 임의의 적합한 상업적으로 이용가능한 필드 스톱을 포함할 수 있다. 구경 조리개(114)는 조명 서브시스템의 개구수(numerical aperture; NA)를 제어하고, 임의의 적합한 상업적으로 이용가능한 구경 조리개를 포함할 수 있다. 조명 소스(110)로부터의 광은, 도 1에 묘사된 스택 구조체(160)와 같은, 웨이퍼(120) 상의 하나 이상의 구조체에 포커싱되도록 조명 광학장치(115)를 통해 지향된다. 조명 서브시스템은 분광 엘립소메트리, 반사측정법, 및 산란측정법의 기술분야에서 알려진 광학 필터(들)(111), 편광 컴포넌트(112), 필드 스톱(113), 구경 조리개(114), 및 조명 광학장치(115)의 임의의 유형 및 배열을 포함할 수 있다.
도 1에 묘사된 바와 같이, 조명 광 빔(117)이 조명 소스(110)로부터 웨이퍼(120)로 전파될 때, 빔은 광학 필터(들)(111), 편광 컴포넌트(112), 필드 스톱(113), 구경 조리개(114), 및 조명 광학장치(115)를 통과한다. 빔(117)은 측정 스폿(116)에 걸쳐 웨이퍼(120)의 부분을 조명한다.
계측 시스템(100)은 하나 이상의 구조체와 입사 조명 빔(117) 사이의 상호작용에 의해 생성되는 광을 수집하도록 구성된 수집 광학장치 서브시스템(collection optics subsystem)을 또한 포함한다. 수집된 광(127)의 빔이 수집 광학장치(122)에 의해 측정 스폿(116)으로부터 수집된다. 수집된 광(127)은 수집 광학장치 서브시스템의 수집 구경 조리개(123), 편광 요소(124), 및 필드 스톱(125)을 통과한다.
수집 광학장치(122)는 웨이퍼(120) 상에 형성되는 하나 이상의 구조체로부터의 광을 수집하는 임의의 적합한 광학 요소들을 포함한다. 수집 구경 조리개(123)는 수집 광학장치 서브시스템의 NA를 제어한다. 편광 요소(124)는 원하는 편광 상태를 분석한다. 편광 요소(124)는 편광기 또는 보상기이다. 편광 요소(124)는 고정될 수 있거나, 상이한 고정 위치들로 회전가능할 수 있거나, 또는 연속적으로 회전할 수 있다. 비록 도 1에 묘사된 수집 서브시스템이 하나의 편광 요소를 포함하지만, 수집 서브시스템은 복수의 편광 요소를 포함할 수 있다. 수집 필드 스톱(125)은 수집 서브시스템의 시야를 제어한다. 수집 서브시스템은 웨이퍼(120)로부터의 광을 취하고 광을 수집 필드 스톱(125)에 포커싱되도록 수집 광학장치(122) 및 편광 요소(124)를 통해 지향시킨다. 일부 실시예들에서, 수집 필드 스톱(125)은 검출 서브시스템의 분광계들에 대한 분광계 슬릿으로서 사용된다. 그렇지만, 수집 필드 스톱(125)은 검출 서브시스템의 분광계들의 분광계 슬릿에 또는 그 근방에 위치할 수도 있다.
수집 서브시스템은 분광 엘립소메트리, 반사측정법, 및 산란측정법의 기술분야에 알려진 수집 광학장치(122), 구경 조리개(123), 편광 요소(124), 및 필드 스톱(125)의 임의의 유형 및 배열을 포함할 수 있다.
도 4에 묘사된 실시예에서, 수집 광학장치 서브시스템은 광을 분광계(126) 쪽으로 지향시킨다. 분광계(126)는 조명 서브시스템에 의해 조명되는 하나 이상의 구조체로부터 수집되는 광에 응답하여 출력을 생성한다. 일 예에서, 분광계(126)의 검출기들은 자외선 및 가시광(예를 들어, 190 나노미터 내지 860 나노미터의 파장들을 갖는 광)에 민감한 전하 결합 디바이스들(charge coupled devices; CCD)이다. 다른 예들에서, 분광계(126)의 검출기들 중 하나 이상은 적외선(예를 들어, 950 나노미터 내지 2500 나노미터의 파장들을 갖는 광)에 민감한 광 검출기 어레이(photo detector array; PDA)이다. 그렇지만, 일반적으로, 다른 검출기 기술들(예를 들어, 위치 감지 검출기(position sensitive detector; PSD), 적외선 검출기, 광기전력 검출기 등)이 고려될 수도 있다. 각각의 검출기는 입사 광을 입사 광의 스펙트럼 강도를 나타내는 전기 신호들로 변환한다. 일반적으로, 분광계(126)는 조명 광에 대한 측정 중인 구조체의 스펙트럼 응답을 나타내는 출력 신호들(154)을 생성한다.
계측 시스템(100)은 관심 구조체의 측정된 스펙트럼 응답을 나타내는 신호들(154)을 수신하고 측정된 스펙트럼 응답에 기초하여 측정된 구조체의 고 흡수성 막 층의 막 두께의 값들을 추정하도록 구성된 컴퓨팅 시스템(130)을 또한 포함한다.
도 5는 도 4에 묘사된 계측 시스템(100)과 같은 SE 계측 시스템에 의해 측정되는 바와 같은 α 스펙트럼(171)의 시뮬레이션을 예시하는 플롯(170)을 묘사한다. 도 6은 도 4에 묘사된 계측 시스템(100)과 같은 SE 계측 시스템에 의해 측정되는 바와 같은 β 스펙트럼(173)의 시뮬레이션을 예시하는 플롯(172)을 묘사한다. 시뮬레이션은 도 1에 묘사된 구조체(160)의 SE 측정을 수반하며, 여기서 SiO2 재료 층들 및 비정질 실리콘 층들 전부는 2500 나노미터 두께이고, 비정질 탄소 층은 대략 1.8 마이크로미터 두께이다.
도 5에 묘사된 바와 같이, 스펙트럼(171)은 대략 1,100 나노미터 내지 1,400 나노미터의 파장 범위에서 그리고 대략 2,000 나노미터 내지 2,500 나노미터의 파장 범위에서 평탄도(flatness)를 나타낸다. 이러한 스펙트럼 영역들은 주기적인 막 스택으로부터의 광학 공명(즉, 결합된 보강 간섭)을 나타낸다. 이러한 파장 영역들에서, 주기적인 막 스택은 거울 유사 거동(mirror-like behavior)을 나타낸다. 그 결과, 이러한 영역들에서 측정 감도가 더 높다. 대략 2,000 나노미터 내지 2,500 나노미터의 범위에 있는 파장들을 포함하는 조명으로 비정질 탄소 층의 두께의 분광 측정을 수행하는 것이 바람직한데, 그 이유는 측정 감도가 높고 비정질 탄소 층에 의한 이 파장 범위에서의 조명 광의 흡수율이 더 짧은 파장들에서의 조명 광의 흡수율보다 작기 때문이다.
도 7은 다수의 상이한 구조체들 위에 제조되는 두꺼운 비정질 탄소 층(예를 들어, 대략 1.8 마이크로미터 두께)의 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도들의 시뮬레이션을 예시하는 플롯(175)을 묘사한다. 플롯라인(178)은 실리콘 기판 바로 위에 제조되는 비정질 탄소 층의 α 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도를 묘사한다. 플롯라인(179)은 실리콘 기판 상에, 차례로, 제조되는, 전형적인 생성물 스택들 바로 위에 제조되는 비정질 탄소 층의 α 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도를 묘사한다. 생성물 층들은 대략 200 내지 300 나노미터의 전형적인 두께들을 갖는다. 플롯라인(177)은 도 1에 묘사된 바와 같이 실리콘 기판 상에, 차례로, 제조되는, 도 1에 묘사된 바와 같은 반복 층 세트들 바로 위에 제조되는 비정질 탄소 층의 α 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도를 묘사하며, 여기서 SiO2 재료 층들 및 비정질 실리콘 층들 전부는 2500 나노미터 두께이다. 플롯라인(176)은 SE 측정에 의해 유도되는 잡음 에러를 묘사한다. 플롯라인(178)에 묘사된 바와 같이, 실리콘 기판 바로 위의 비정질 탄소 층의 SE 측정과 연관된 측정 감도는 전체 파장 범위에 대해 SE 측정 시스템의 잡음 플로어 내에 있다. 플롯라인(177)에 묘사된 바와 같이, 전형적인 생성물 스택들 바로 위에 제조되는 비정질 탄소 층의 α 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도도 또한 시뮬레이션된 파장 범위 대부분에 대해 SE 측정 시스템의 잡음 플로어 내에 있다. 플롯라인(179)에 묘사된 바와 같이, 도 1에 묘사된 바와 같은 반복 층 세트들 바로 위에 제조되는 비정질 탄소 층의 α 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도는 대략 2,000 나노미터 초과의 파장들에 대해 SE 측정 시스템의 잡음 플로어를 실질적으로 초과한다.
도 8은 다수의 상이한 구조체들 위에 제조되는 두꺼운 비정질 탄소 층(예를 들어, 대략 1.8 마이크로미터 두께)의 β 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도들의 시뮬레이션을 예시하는 플롯(180)을 묘사한다. 플롯라인(183)은 실리콘 기판 바로 위에 제조되는 비정질 탄소 층의 β 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도를 묘사한다. 플롯라인(184)은 실리콘 기판 상에, 차례로, 제조되는, 전형적인 생성물 스택들 바로 위에 제조되는 비정질 탄소 층의 β 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도를 묘사한다. 생성물 층들은 대략 200 내지 300 나노미터의 전형적인 두께들을 갖는다. 플롯라인(182)은 도 1에 묘사된 바와 같이 실리콘 기판 상에, 차례로, 제조되는, 도 1에 묘사된 바와 같은 반복 층 세트들 바로 위에 제조되는 비정질 탄소 층의 β 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도를 묘사하며, 여기서 SiO2 재료 층들 및 비정질 실리콘 층들 전부는 2500 나노미터 두께이다. 플롯라인(181)은 SE 측정에 의해 유도되는 잡음 에러를 묘사한다. 플롯라인(183)에 묘사된 바와 같이, 실리콘 기판 바로 위의 비정질 탄소 층의 SE 측정과 연관된 측정 감도는 전체 파장 범위에 대해 SE 측정 시스템의 잡음 플로어 내에 있다. 플롯라인(184)에 묘사된 바와 같이, 전형적인 생성물 스택들 바로 위에 제조되는 비정질 탄소 층의 β 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도도 또한 시뮬레이션된 파장 범위 대부분에 대해 SE 측정 시스템의 잡음 플로어 내에 있다. 플롯라인(182)에 묘사된 바와 같이, 도 1에 묘사된 바와 같은 반복 층 세트들 바로 위에 제조되는 비정질 탄소 층의 β 스펙트럼 응답과 연관된 측정 감도는 대략 2,000 나노미터 초과의 파장들에 대해 SE 측정 시스템의 잡음 플로어를 실질적으로 초과한다.
플롯(175) 및 플롯(180)에 의해 예시된 바와 같이, SE 측정 감도는 고 반사성 반복 막 스택 상의 두꺼운 고 흡수성 막에 대해 상당히 더 크다. 고 반사성 막 스택 상에 퇴적되는 비정질 탄소 층의 측정과 연관된 측정 불확실성은 전형적인 생성물 스택 상에 퇴적되는 비정질 탄소 층의 측정과 연관된 측정 불확실성보다 대략 44% 더 적을 것으로 예상된다. 또한, 플롯(175) 및 플롯(180)에 의해 예시된 바와 같이, 실리콘 기판 바로 위에 퇴적되는 비정질 탄소 층의 측정과 연관된 측정 감도가 안정된 측정에는 너무 낮다(즉, 측정 감도가 전체 스펙트럼에 걸쳐 잡음 엔벨로프보다 작다).
도 9는 고 흡수성 재료 층의 막 두께 측정들을 수행하기 위한 예시적인 계측 시스템(200)을 묘사한다. 도 9에 묘사된 바와 같이, 계측 시스템(200)은 광대역 분광 반사계로서 구성된다.
도 9는 일 실시예에서 750 나노미터 내지 2600 나노미터의 파장 범위에 걸쳐 있는 하나 이상의 측정 채널을 포함하는 적외선 분광 반사계를 묘사한다. 일 양태에서, 적외선 분광 반사계(200)는 수직 입사를 피하기 위해 슈바르츠실트(Schwartzchild) 대물렌즈를 포함한다. 도 9에 예시된 유사한 번호의 요소들은 도 4를 참조하여 설명된 것들과 유사하다.
적외선 분광 반사계(200)는 편광기(204), 대물렌즈(201), 분석기(210), 및 분광계(212)를 포함한다. 도 9에 묘사된 바와 같이, 컴퓨팅 시스템(130)으로부터 수신되는 커맨드 신호들에 응답하여 조명 소스(202)에 의해 광 빔이 생성된다. 조명 소스(202)로부터의 광은 조명 광 빔(220)을 생성하기 위해 임의적인 빔 형성 광학장치(203)에 의해 컨디셔닝된다. 조명 광 빔(220)은 편광기(204) 쪽으로 지향된다. 비록, 묘사된 바와 같이, 편광기(204) 쪽으로 지향되는 조명 광이 조명 소스(202)로부터 나오지만, 일반적으로, 시스템(100)의 조명 소스들 중 임의의 것으로부터의 광이 조합되어 편광기(204) 쪽으로 지향되는 조명 광 빔을 생성할 수 있다. 이러한 방식으로, 조명 광의 스펙트럼 성분들은 다수의 조명 소스들로부터 방출되는 광의 조합으로서 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 편광기(204)는 조명 광 빔(220)의 광학 축을 중심으로 편광 요소를 선택적으로 회전시키도록 구성된다. 일반적으로, 편광기(204)는 본 기술분야에서 알려진 편광 요소를 회전시키기 위한 임의의 편광 요소 및 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 편광기(204)는 회전 액추에이터에 기계적으로 커플링된 편광 요소를 포함할 수 있다. 일 예에서, 편광 요소는 로숀 프리즘(Rochon prism)일 수 있다. 다른 예에서, 편광 요소는 빔 디스플레이서(beam displacer)를 포함할 수 있다. 편광기(204)는 시스템(200) 내에서 회전 활성 상태(rotationally active state) 또는 회전 비활성 상태(rotationally inactive state) 중 어느 하나로 동작하도록 구성된다. 하나의 경우에서, 편광 요소가 조명 광(220)의 광학 축을 중심으로 회전가능하게 고정되도록 편광기(204)의 회전 액추에이터는 비활성일 수 있다. 다른 경우에, 회전 액추에이터는 조명 광의 광학 축을 중심으로 선택된 각 주파수(angular frequency)(Dp)로 편광 요소를 회전시킬 수 있다.
일부 다른 실시예들에서, 편광기(204)는 조명 광 빔(220)의 광학 축을 중심으로 고정된 편광각으로 구성된다.
도 9에 묘사된 바와 같이, 회전 액추에이터가 선택된 각 주파수(ωρ)로 편광 요소를 회전시키는 동안 조명 광 빔(220)은 편광기(204)를 통과한다. 이러한 방식으로, 편광기(204)는 빔 스플리터(206)를 향해 지향되는 편광된 광 빔(221)을 생성한다. 빔 스플리터(206)는 편광된 광 빔(221)을 대물렌즈(201)를 향해 지향시킨다.
도 9에 묘사된 실시예에서, 대물렌즈(201)는 반사 광학 요소들만을 포함하는 슈바르츠실트 유형 대물렌즈이다. 도 9에 묘사된 슈바르츠실트 대물렌즈는 광이 대물렌즈(201)에 들어가고 대물렌즈(201)로부터 나올 수 있게 해주기 위해 광학 축(OA)과 정렬된 개구부(예를 들어, 구멍)를 갖는 오목 거울(208)을 포함한다. 들어오는 광은 개구부를 통과하고, 볼록 거울(207)로부터 오목 거울(208)을 향해 반사된다. 반사된 광은 오목 거울(208)에 의해 웨이퍼(212)의 표면 상에 포커싱된다. 편광된 광 빔(221)은, 제로 입사각(즉, 웨이퍼(212)의 표면에 수직)이 아니라, 대물렌즈(201)에 의해 입사각들의 범위에 걸쳐 웨이퍼(212)의 표면 상에 포커싱된다. 일부 예들에서, 편광된 광 빔(221)은 5도 내지 40도의 입사각들의 범위 내에서 웨이퍼(212)의 표면 상에 포커싱된다. 일부 다른 예들에서, 편광된 광 빔(221)은 5도 내지 25도의 입사각들의 범위 내에서 웨이퍼(212)의 표면 상에 포커싱된다. 일부 예들에서, 편광된 광 빔(221)의 일 부분은 20도 미만의 입사각으로 웨이퍼(212)의 표면 상에 포커싱된다. 일부 다른 예들에서, 편광된 광 빔(221)의 일 부분은 15도 미만의 입사각으로 웨이퍼(212)의 표면 상에 포커싱된다. 일부 예들에서, 편광된 광 빔(221)은 작은 조명 스폿에서의 작은 입사각의 결과로 웨이퍼(212)의 표면 상에 포커싱된다. 일부 예들에서, 결과적인 조명 스폿은 직경이 20 마이크로미터 미만이다. 일부 다른 예들에서, 결과적인 조명 스폿 크기는 직경이 10 마이크로미터 미만이다.
포커싱된 편광된 광 빔(221)과 웨이퍼(212)의 상호작용은 반사, 산란, 회절, 투과, 또는 다른 유형들의 프로세스들 중 임의의 것에 의해 방사선의 편광을 수정한다. 웨이퍼(212)와의 상호작용 이후에, 수정된 광(222)은 대물렌즈(201)에 의해 수집되어 빔 스플리터(206) 쪽으로 지향된다. 웨이퍼(212)로부터의 광은 오목 거울(208)에 의해 수집되고 볼록 거울(207) 상에 포커싱되며 여기서 이 광은 들어오는 광과 동일한 구멍을 통해 빔 스플리터(206)를 향해 슈바르츠실트 대물렌즈를 빠져나간다. 빔 스플리터(206)는 수정된 광(222)을 분석기(210)를 향해 투과시키도록 구성된다. 도 9에 묘사된 실시예에서, 분석기(210)는, 수정된 광 빔(222)이 분광계(212) 쪽으로 분석기(210) 및 임의적인 빔 포커싱 광학장치(211)를 통과하는 동안, 수정된 광 빔(222)의 광학 축을 중심으로 회전가능하게 고정된 채로 있는 편광기 요소를 포함한다. 분광계(212)에서, 상이한 파장들을 갖는 빔 성분들은 상이한 검출기들 쪽으로 상이한 방향들로 (예를 들어, 프리즘 분광계에서) 굴절되거나 (예를 들어, 격자 분광계에서) 회절된다. 검출기들은 광다이오드들의 선형 어레이일 수 있으며, 각각의 광다이오드는 상이한 파장 범위에서 방사선을 측정한다. 분광계(212)에 의해 수신되는 방사선은 편광 상태에 관해 분석되어, 편광기(212)에 의해 통과되는 방사선의 분광계에 의한 스펙트럼 분석을 가능하게 해준다. 측정된 스펙트럼들(228)은 컴퓨팅 시스템(130)에 전달된다. 컴퓨팅 시스템(130)은 관심 구조체의 측정된 스펙트럼 응답을 나타내는 신호들(228)을 수신하고 측정된 스펙트럼 응답에 기초하여 측정된 구조체의 고 흡수성 막 층의 막 두께의 값들을 추정하도록 구성된다.
도 10은 다른 실시예에서 750 나노미터 내지 2600 나노미터의 파장 범위에 걸쳐 있는 하나 이상의 측정 채널을 포함하는 적외선 분광 반사계를 묘사한다. 일 양태에서, 적외선 분광 반사계(300)는 경사진 입사를 달성하기 위해 축외 비폐색(off-axis unobscured) 대물 렌즈(301)를 포함한다. 도 10에 예시된 유사한 번호의 요소들은 도 4 및 도 9를 참조하여 설명된 것들과 유사하다.
적외선 분광 반사계(300)는 도 9를 참조하여 설명된 적외선 분광 반사계(200)와 유사하다. 그렇지만, 슈바르츠실트 대물렌즈 대신에, 축외 비폐색 대물 렌즈(301)가 이용된다. 들어오는 광은 볼록 거울(307)로부터 오목 거울(308)을 향해 반사된다. 반사된 광은 오목 거울(308)에 의해 웨이퍼(312)의 표면 상에 포커싱된다. 편광된 광 빔(221)은 대물렌즈(301)에 의해 입사각들의 범위에 걸쳐 웨이퍼(312)의 표면 상에 포커싱된다. 일부 예들에서, 편광된 광 빔(221)은 5도 내지 40도의 입사각들의 범위 내에서 웨이퍼(312)의 표면 상에 포커싱된다. 일부 다른 예들에서, 편광된 광 빔(221)은 5도 내지 25도의 입사각들의 범위 내에서 웨이퍼(212)의 표면 상에 포커싱된다. 일부 예들에서, 편광된 광 빔(221)의 일 부분은 20도 미만의 입사각으로 웨이퍼(312)의 표면 상에 포커싱된다. 일부 다른 예들에서, 편광된 광 빔(221)의 일 부분은 15도 미만의 입사각으로 웨이퍼(312)의 표면 상에 포커싱된다. 편광된 광 빔(221)은 작은 조명 스폿에서의 작은 입사각의 결과로 웨이퍼(312)의 표면 상에 포커싱된다. 일부 예들에서, 결과적인 조명 스폿은 직경이 20 마이크로미터 미만이다. 일부 다른 예들에서, 결과적인 조명 스폿 크기는 직경이 10 마이크로미터 미만이다.
포커싱된 편광된 광 빔(221)과 웨이퍼(312)의 상호작용은 반사, 산란, 회절, 투과, 또는 다른 유형들의 프로세스들 중 임의의 것에 의해 방사선의 편광을 수정한다. 웨이퍼(312)와의 상호작용 이후에, 수정된 광(222)은 대물렌즈(301)에 의해 수집되어 빔 스플리터(206) 쪽으로 지향된다. 웨이퍼(312)로부터의 광은 오목 거울(308)에 의해 수집되고 볼록 거울(307) 상에 포커싱되며 여기서 이 광은 콜리메이트되고 빔 스플리터(206)를 향해 대물렌즈(301)를 빠져나간다. 일부 다른 예들에서, 도 10에 묘사된 마스크(223)와 같은, 중앙 폐색(central obscuration)을 갖는 수집 마스크는 수집 동공(collection pupil)에 또는 그 근방에 위치된다.
도 6, 도 9, 및 도 10에 묘사된 바와 같이, 예시된 측정 채널은 조명 측의 편광기 및 수집 측의 분석기를 포함한다. 그렇지만, 일반적으로, 임의의 측정 채널이 샘플의 편광된 반사율(polarized reflectivity), 샘플의 비편광된 반사율(unpolarized reflectivity), 또는 둘 다의 측정들을 수행하기 위해 조명 편광기, 수집 분석기, 조명 보상기, 수집 보상기를 임의의 조합으로 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다는 것이 고려된다.
도 9 및 도 10에 묘사된 바와 같이, 예시된 분광 반사계들은 시료를 경사진 각도들로 조명하도록 구성된다. 그렇지만, 일반적으로, 임의의 분광 반사계가 본 명세서에서 설명된 바와 같이 막 두께 측정들을 수행하기 위해 수직 입사각들로 시료를 조명할 수 있는 것이 고려된다.
추가의 양태에서, 본 명세서에서 설명된 바와 같이 적외선 분광 반사계 또는 엘립소미터를 포함하는 계측 시스템은 150 나노미터 내지 2000 나노미터의 파장 범위에서 동작하는 하나 이상의 부가의 측정 채널을 또한 포함할 수 있다. 이 측정 채널들은 분광 반사계들, 엘립소미터들, 산란계들, 또는 이들의 임의의 조합으로서 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 계측 시스템은 750 나노미터 내지 2600 나노미터의 파장 범위에서 동작하는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 하나 이상의 적외선 분광 반사계 측정 채널, 하나 이상의 적외선 분광 엘립소미터 채널, 또는 둘 다를 포함한다. 그에 부가하여, 계측 시스템은, 190 나노미터 내지 900 나노미터의 파장 범위에서 측정하는 CCD 센서, 150 나노미터 내지 300 나노미터의 파장 범위에서 측정하는 진공 UV CCD 센서를 이용하는 하나 이상의 진공 UV 분광계 채널, 2500 나노미터 내지 4500 나노미터의 파장 범위에서 측정하는 적어도 하나의 중간 IR 분광계 채널, 또는 이들의 임의의 조합과 같은, UV 내지 근적외선(near IR) 검출기를 이용하는 적어도 하나의 UV 내지 근적외선 분광계 채널을 포함하지만 이에 제한되지 않는 하나 이상의 부가의 채널을 포함한다. 이 실시예들 중 일부에서, 다양한 분광계들의 측정 스폿들은 동일 위치에 배치된다(co-located). 일부 다른 실시예들에서, 측정 스폿들은 동일 위치에 배치되지 않는다.
일부 실시예들에서, 계측 시스템의 하나 이상의 측정 채널은, 상이한 파장 범위들에 부가하여, 상이한 방위각들, 상이한 입사각들, 또는 둘 다에서 웨이퍼를 측정하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 계측 시스템은 하나 이상의 파장 범위, 하나 이상의 AOI 범위, 및 하나 이상의 방위각에 걸쳐 동시에 웨이퍼 반사율을 측정하도록 구성된다.
다른 추가의 양태에서, 웨이퍼 평면 상에 투사되는 조명 필드 스톱의 치수들은 측정 중인 타깃의 성질에 기초하여 결과적인 측정 정확도 및 속도를 최적화하도록 조정된다.
다른 추가의 양태에서, 조명 필드 스톱의 치수들은 각각의 측정 응용에 대한 원하는 스펙트럼 분해능을 달성하도록 조정된다.
일부 예들에서, 예를 들어, 샘플이 매우 두꺼운 막 또는 격자 구조체인 경우, 입사 평면에 수직인 방향으로 웨이퍼 평면 상에 투사되는 조명 필드 스톱은 증가된 스펙트럼 분해능을 달성하기 위해 필드 크기를 감소시키도록 조정된다. 일부 예들에서, 예를 들어, 샘플이 박막인 경우, 입사 평면에 수직인 방향으로 웨이퍼 평면 상에 투사되는 조명 필드 스톱은 스펙트럼 분해능을 상실하지 않으면서 단축된 측정 시간을 달성하기 위해 필드 크기를 증가시키도록 조정된다.
도 4에 묘사된 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 검출기 서브시스템에 의해 검출되는 스펙트럼 응답을 나타내는 신호들(154)을 수신하도록 구성된다. 컴퓨팅 시스템(130)은 프로그래밍가능한 조명 필드 스톱(113)에 전달되는 제어 신호들(119)을 결정하도록 또한 구성된다. 프로그래밍가능한 조명 필드 스톱(113)은 제어 신호들(119)을 수신하고 원하는 조명 필드 크기를 달성하기 위해 조명 개구(illumination aperture)의 크기를 조정한다.
일부 예들에서, 조명 필드 스톱은 위에서 설명된 바와 같이 측정 정확도 및 속도를 최적화하도록 조정된다. 다른 예에서, 조명 필드 스톱은 분광계 슬릿에 의한 이미지 클리핑 및 측정 결과들의 대응하는 열화를 방지하도록 조정된다. 이러한 방식으로, 측정 타깃의 이미지가 분광계 슬릿을 언더필(underfill)하도록 조명 필드 크기가 조정된다. 일 예에서, 조명 광학장치의 편광기 슬릿의 투사가 계측 시스템의 분광계 슬릿을 언더필하도록 조명 필드 스톱이 조정된다.
도 11은 적어도 하나의 신규의 양태에서 분광 측정들을 수행하는 방법(400)을 예시한다. 방법(400)은 본 발명의 도 4, 도 9, 및 도 10에, 제각기, 예시된 계측 시스템들(100, 200, 및 300)과 같은 계측 시스템에 의한 구현에 적합하다. 일 양태에서, 방법(400)의 데이터 프로세싱 블록들이 컴퓨팅 시스템(130)의 하나 이상의 프로세서, 또는 임의의 다른 범용 컴퓨팅 시스템에 의해 실행되는 미리 프로그래밍된 알고리즘을 통해 수행될 수 있다는 것이 인식된다. 계측 시스템들(100, 200, 및 300)의 특정의 구조적 양태들이 제한들을 나타내지 않으며 단지 예시적인 것으로 해석되어야 한다는 것이 본 명세서에서 인식된다.
블록(401)에서, 일정 양의 광대역 조명 광이 측정 중인 시료에 제공된다.
블록(402)에서, 그 양의 조명 광이 측정 중인 시료의 표면 상의 측정 스폿 쪽으로 지향된다. 시료는 제1 재료를 포함하는 반도체 기판; 기판 상에 배치되는 하나 이상의 실질적으로 동일한 반복 층 세트; 및 하나 이상의 반복 층 세트 상에 배치되는 고 흡수성 재료 층을 포함한다. 고 흡수성 재료 층은 흡광 계수(K) 및 두께(T)에 의해 특징지어지며, 여기서 곱 K*T는 0.7 마이크로미터 초과이다. 하나 이상의 반복 층 세트 각각은 상이한 재료들의 2개 이상의 층을 포함한다.
블록(403)에서, 일정 양의 수집된 광이 시료의 표면 상의 측정 스폿으로부터 수집된다.
블록(404)에서, 그 양의 수집된 광이 검출된다.
블록(405)에서, 측정 중인 고 흡수성 재료 층의 두께의 추정 값이 검출된 양의 수집된 광에 기초하여 결정된다.
추가의 실시예에서, 시스템들(100, 200, 및 300)은 본 명세서에서 설명된 방법들에 따라 수집되는 분광 측정 데이터에 기초하여 막 구조체들의 측정들을 수행하는 데 이용되는 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(130)을 포함한다. 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(130)는 분광계에 통신가능하게 커플링될 수 있다. 일 양태에서, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(130)은 측정 중인 시료의 구조체의 측정들과 연관된 측정 데이터를 수신하도록 구성된다.
본 개시내용 전반에 걸쳐 설명된 하나 이상의 단계가 단일 컴퓨터 시스템(130) 또는, 대안적으로, 다중 컴퓨터 시스템(130)에 의해 수행될 수 있음이 인식되어야 한다. 더욱이, 시스템(100)의 상이한 서브시스템들은 본 명세서에서 설명된 단계들의 적어도 일 부분을 수행하기에 적합한 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 따라서, 전술한 설명은 본 발명에 대한 제한으로서 해석되어서는 안되며 단지 예시로서 해석되어야 한다.
그에 부가하여, 컴퓨터 시스템(130)은 본 기술분야에 알려진 임의의 방식으로 분광계들에 통신가능하게 커플링될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(130)은 분광계들과 연관된 컴퓨팅 시스템들에 커플링될 수 있다. 다른 예에서, 분광계들은 컴퓨터 시스템(130)에 커플링된 단일 컴퓨터 시스템에 의해 직접 제어될 수 있다.
계측 시스템(100)의 컴퓨터 시스템(130)은 유선 및/또는 무선 부분들을 포함할 수 있는 전송 매체에 의해 시스템의 서브시스템들(예컨대, 분광계들 등)로부터 데이터 또는 정보를 수신 및/또는 취득하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 전송 매체는 컴퓨터 시스템(130)과 시스템(100)의 다른 서브시스템들 사이의 데이터 링크로서 역할할 수 있다.
계측 시스템(100)의 컴퓨터 시스템(130)은 유선 및/또는 무선 부분들을 포함할 수 있는 전송 매체에 의해 다른 시스템들로부터 데이터 또는 정보(예컨대, 측정 결과들, 모델링 입력들, 모델링 결과들, 기준 측정 결과들 등)를 수신 및/또는 취득하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 전송 매체는 컴퓨터 시스템(130)과 다른 시스템들(예컨대, 메모리 온-보드 계측 시스템(100), 외부 메모리, 또는 다른 외부 시스템들) 사이의 데이터 링크로서 역할할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(130)은 데이터 링크를 통해 저장 매체(즉, 메모리(132) 또는 외부 메모리(190))로부터 측정 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 분광계들을 사용하여 획득되는 스펙트럼 결과들은 영구적 또는 반영구적 메모리 디바이스(예컨대, 메모리(132) 또는 외부 메모리)에 저장될 수 있다. 이 점에서, 스펙트럼 결과들은 온-보드 메모리로부터 또는 외부 메모리 시스템으로부터 임포트(import)될 수 있다. 더욱이, 컴퓨터 시스템(130)은 데이터를 전송 매체를 통해 다른 시스템들에 송신할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템(130)에 의해 결정되는 측정 모델 또는 추정된 파라미터 값(155)은 전달되어 외부 메모리에 저장될 수 있다. 이 점에서, 측정 결과들이 다른 시스템으로 익스포트(export)될 수 있다.
컴퓨팅 시스템(130)은 개인 컴퓨터 시스템, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 프로세서, 또는 본 기술분야에서 알려진 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 일반적으로, 용어 "컴퓨팅 시스템"은 메모리 매체로부터의 명령어들을 실행하는, 하나 이상의 프로세서를 가지는 임의의 디바이스를 포괄하도록 광의적으로 정의될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 것들과 같은 방법들을 구현하는 프로그램 명령어들(134)은 와이어, 케이블, 또는 무선 전송 링크와 같은 전송 매체를 통해 전송될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 예시된 바와 같이, 메모리(132)에 저장되는 프로그램 명령어들(134)은 버스(133)를 통해 프로세서(131)에 전송된다. 프로그램 명령어들(134)은 컴퓨터 판독가능 매체(예컨대, 메모리(132))에 저장된다. 예시적인 컴퓨터 판독가능 매체들은 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 디스크, 또는 자기 테이프를 포함한다.
일부 예들에서, 측정 모델들은 미국 캘리포니아주 밀피타스 소재의 KLA-Tencor Corporation으로부터 입수가능한 SpectraShape® 광학 임계 치수 계측 시스템의 요소로서 구현된다. 이러한 방식으로, 스펙트럼들이 시스템에 의해 수집된 직후에 모델이 생성되어 사용할 준비가 된다.
일부 다른 예들에서, 측정 모델들은 오프라인으로, 예를 들어, 미국 캘리포니아주 밀피타스 소재의 KLA-Tencor Corporation으로부터 입수가능한 AcuShape® 소프트웨어를 구현하는 컴퓨팅 시스템에 의해 구현된다. 결과적인 트레이닝된 모델은 측정들을 수행하는 계측 시스템에 의해 액세스가능한 AcuShape® 라이브러리의 요소로서 통합될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 명세서에서 설명된 측정 결과들은 프로세스 툴(예를 들어, 리소그래피 툴, 에칭 툴, 퇴적 툴 등)에 능동 피드백을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 측정 방법들에 기초하여 결정되는 측정된 막 두께 파라미터들의 값들은 원하는 출력을 달성하도록 리소그래피 시스템을 조정하기 위해 리소그래피 툴에 전달될 수 있다. 유사한 방식으로, 에칭 파라미터들(예를 들어, 에칭 시간, 확산도(diffusivity) 등) 또는 퇴적 파라미터들(예를 들어, 시간, 농도 등)이, 제각기, 에칭 툴들 또는 퇴적 툴들에 대한 측정된 막 두께의 능동 피드백에 기초하여 정정될 수 있다. 일부 예들에서, 측정된 막 두께에 기초하여 결정되는 프로세스 파라미터들에 대한 정정들이 리소그래피 툴, 에칭 툴, 또는 퇴적 툴에 전달될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 용어 "임계 치수"는 구조체의 임의의 임계 치수(예컨대, 하부 임계 치수, 중간 임계 치수, 상부 임계 치수, 측벽 각, 격자 높이 등), 임의의 2개 이상의 구조체 사이의 임계 치수(예컨대, 2개의 구조체 사이의 거리), 및 2개 이상의 구조체 사이의 변위(예컨대, 오버레이하는 격자 구조체들 사이의 오버레이 변위 등)를 포함한다. 구조체들은 3차원 구조체들, 패터닝된 구조체들, 오버레이 구조체들 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 용어 "임계 치수 응용" 또는 "임계 치수 측정 응용"은 임의의 임계 치수 측정을 포함한다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 용어 "계측 시스템"은 임계 치수 계측, 오버레이 계측, 초점/선량 계측, 및 조성 계측과 같은 측정 응용들을 포함한, 임의의 양태에서 시료를 특성화하는 데 적어도 부분적으로 이용되는 임의의 시스템을 포함한다. 그렇지만, 그러한 기술 용어들은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 용어 "계측 시스템"의 범위를 제한하지 않는다. 그에 부가하여, 본 명세서에서 설명된 계측 시스템들은 패터닝된 웨이퍼들 및/또는 패터닝되지 않은 웨이퍼들의 측정을 위해 구성될 수 있다. 계측 시스템들은 LED 검사 툴, 에지 검사 툴, 배면 검사 툴, 매크로 검사 툴, 또는 다중 모드 검사 툴(하나 이상의 플랫폼으로부터의 데이터를 동시에 포함함), 및 임계 치수 데이터에 기초한 시스템 파라미터들의 캘리브레이션으로부터 이득을 보는 임의의 다른 계측 또는 검사 툴로서 구성될 수 있다.
임의의 반도체 프로세싱 툴(예컨대, 검사 시스템 또는 리소그래피 시스템) 내에서 시료를 측정하는 데 사용될 수 있는 반도체 측정 시스템에 대한 다양한 실시예들이 본 명세서에서 설명된다. 용어 "시료"는 본 기술분야에서 알려진 수단에 의해 프로세싱될(예컨대, 인쇄되거나 결함들이 있는지 검사될) 수 있는 웨이퍼, 레티클, 또는 임의의 다른 샘플을 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "웨이퍼"는 반도체 또는 비-반도체 재료로 형성되는 기판들을 일반적으로 지칭한다. 예들은 단결정 실리콘, 갈륨 비화물, 및 인듐 인화물을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 그러한 기판들은 반도체 제조 설비들에서 흔히 발견되고 그리고/또는 프로세싱될 수 있다. 일부 경우들에서, 웨이퍼는 기판만(즉, 베어 웨이퍼(bare wafer))을 포함할 수 있다. 대안적으로, 웨이퍼는 기판 상에 형성되는 상이한 재료들의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 웨이퍼 상에 형성되는 하나 이상의 층은 "패터닝되거나" 또는 "패터닝되지 않을" 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 반복가능한 패턴 피처들을 갖는 복수의 다이들을 포함할 수 있다.
“레티클"은 레티클 제조 프로세스의 임의의 스테이지에서의 레티클일 수 있거나, 또는 반도체 제조 설비에서 사용하기 위해 개발(release)될 수도 또는 그 용도로 개발되지 않을 수도 있는 완성된 레티클일 수 있다. 레티클, 또는 "마스크"는, 실질적으로 불투명한 영역들이 상부에 형성되어 어떤 패턴으로 구성되는, 실질적으로 투명한 기판으로서 일반적으로 정의된다. 기판은, 예를 들어, 비정질 SiO2와 같은 유리 재료를 포함할 수 있다. 레티클은 레티클 상의 패턴이 레지스트에 전사될 수 있도록 리소그래피 프로세스의 노광 단계 동안 레지스트로 피복된 웨이퍼(resist-covered wafer) 위에 배치될 수 있다.
웨이퍼 상에 형성되는 하나 이상의 층은 패터닝될 수 있거나 또는 패터닝되지 않을 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는, 각각이 반복가능한 패턴 피처들을 갖는, 복수의 다이들을 포함할 수 있다. 그러한 재료 층들의 형성 및 프로세싱은 궁극적으로는 완성된 디바이스들을 결과할 수 있다. 많은 상이한 유형들의 디바이스들이 웨이퍼 상에 형성될 수 있으며, 용어 웨이퍼는, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 본 기술분야에서 알려진 임의의 유형의 디바이스가 상부에 제조되고 있는 웨이퍼를 포괄하도록 의도된다.
하나 이상의 예시적인 실시예에서, 설명되는 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능들은 하나 이상의 명령어 또는 코드로서 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장될 수 있거나 컴퓨터 판독가능 매체를 통해 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체들은 한 장소로부터 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함한 통신 매체들 및 컴퓨터 저장 매체들 둘 다를 포함한다. 저장 매체들은 범용 또는 특수 목적 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체들일 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 컴퓨터 판독가능 매체들은 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 다른 자기 스토리지 디바이스들, 또는 원하는 프로그램 코드 수단을 명령어들 또는 데이터 구조들의 형태로 운반하거나 저장하는 데 사용될 수 있고 범용 또는 특수 목적 컴퓨터, 또는 범용 또는 특수 목적 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속(connection)이 컴퓨터 판독가능 매체라고 적절히 지칭된다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선(twisted pair), DSL(digital subscriber line), 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 사용하여 웹 사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 전송되는 경우, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, DSL, 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 정의에 포함된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 디스크(disk) 및 디스크(disc)는 CD(compact disc), 레이저 디스크(laser disc), 광학 디스크(optical disc), DVD(digital versatile disc), 플로피 디스크(floppy disk) 및 블루레이 디스크(blu-ray disc)를 포함하고, 여기서 디스크들(disks)은 보통 데이터를 자기적으로 재생하는 반면, 디스크들(discs)은 데이터를 레이저들을 사용하여 광학적으로 재생한다. 상기한 것들의 조합들이 컴퓨터 판독가능 매체들의 범위 내에 또한 포함되어야 한다.
비록 소정의 특정 실시예들이 교수적인 목적들을 위해 위에서 설명되었지만, 이 특허 문서의 교시들은 일반적인 적용가능성(general applicability)을 가지며 위에서 설명된 특정 실시예들로 제한되지 않는다. 그에 따라, 설명된 실시예들의 다양한 피처들의 다양한 수정들, 적응들(adaptations), 및 조합들이 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 실시될 수 있다.

Claims (20)

  1. 광학 계측 시스템으로서,
    일정 양의 광대역 조명 광을 생성하도록 구성된 하나 이상의 조명 소스;
    상기 조명 소스로부터의 상기 양의 조명 광을 측정 중인 시료의 표면 상의 측정 스폿 쪽으로 지향시키도록 구성된 조명 광학장치 서브시스템―상기 시료는:
    제1 재료를 포함하는 반도체 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 하나 이상의 실질적으로 동일한 반복 층 세트―상기 하나 이상의 반복 층 세트 각각은 상이한 재료들의 2개 이상의 층을 포함함―; 및
    상기 하나 이상의 반복 층 세트 상에 배치되는 고 흡수성 재료 층―상기 고 흡수성 재료 층은 흡광 계수(K) 및 두께(T)에 의해 특징지어지며, 곱 K*T는 0.7 마이크로미터보다 큼―을 포함함;
    상기 시료의 표면 상의 측정 스폿으로부터 일정 양의 수집된 광을 수집하도록 구성된 수집 광학장치 서브시스템;
    상기 양의 수집된 광을 검출하고 상기 검출된 광을 나타내는 출력 신호를 생성하도록 구성된 검출기; 및
    상기 검출기의 상기 출력에 기초하여 측정 중인 상기 고 흡수성 재료 층의 두께의 추정 값을 생성하도록 구성된 컴퓨팅 시스템
    을 포함하는, 광학 계측 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 계측 시스템은 분광 엘립소미터 및 분광 반사계 중 임의의 것으로서 구성되는, 광학 계측 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조명은 1000 나노미터 내지 2500 나노미터의 범위에 있는 파장들을 포함하는, 광학 계측 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 배치되는 상기 하나 이상의 실질적으로 동일한 반복 층 세트는 적어도 4개의 실질적으로 동일한 반복 층 세트를 포함하는, 광학 계측 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 층 세트의 각각의 제1 층과 각각의 층 세트의 각각의 제2 층은 동일한 두께인, 광학 계측 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 각각의 층 세트의 제1 층의 두께는 1500 나노미터보다 크고, 각각의 층 세트의 제2 층의 두께는 1500 나노미터보다 큰, 광학 계측 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 층 세트 각각은 제1 재료 층 및 제2 재료 층을 포함하고, 상기 제1 재료 층은 산화물 재료 층이고, 상기 제2 재료 층은 질화물 재료 층 또는 비정질 실리콘 재료 층인, 광학 계측 시스템.
  8. 반도체 웨이퍼로서,
    제1 재료를 포함하는 반도체 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 하나 이상의 실질적으로 동일한 층 세트―상기 하나 이상의 층 세트 각각은 상이한 재료들의 2개 이상의 층을 포함하고, 상기 2개 이상의 층 각각은 500 나노미터보다 큰 두께를 가짐―; 및
    상기 하나 이상의 실질적으로 동일한 층 세트 상에 배치되는 고 흡수성 재료 층―상기 고 흡수성 재료 층은 흡광 계수(K) 및 두께(T)에 의해 특징지어지며, 곱 K*T는 0.7 마이크로미터보다 큼―
    을 포함하는, 반도체 웨이퍼.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판 상에 배치되는 상기 하나 이상의 실질적으로 동일한 반복 층 세트는 적어도 4개의 실질적으로 동일한 반복 층 세트를 포함하는, 반도체 웨이퍼.
  10. 제8항에 있어서, 각각의 층 세트의 각각의 제1 층과 각각의 층 세트의 각각의 제2 층은 동일한 두께인, 반도체 웨이퍼.
  11. 제8항에 있어서, 각각의 층 세트의 제1 층의 두께는 1500 나노미터보다 크고, 각각의 층 세트의 제2 층의 두께는 1500 나노미터보다 큰, 반도체 웨이퍼.
  12. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 층 세트 각각은 제1 재료 층 및 제2 재료 층을 포함하고, 상기 제1 재료 층은 산화물 재료 층이고, 상기 제2 재료 층은 질화물 재료 층 또는 비정질 실리콘 재료 층인, 반도체 웨이퍼.
  13. 제12항에 있어서, 상기 고 흡수성 재료 층은 비정질 탄소 재료 층인, 반도체 웨이퍼.
  14. 방법으로서,
    일정 양의 광대역 조명 광을 제공하는 단계;
    상기 양의 조명 광을 측정 중인 시료의 표면 상의 측정 스폿 쪽으로 지향시키는 단계―상기 시료는:
    제1 재료를 포함하는 반도체 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 하나 이상의 실질적으로 동일한 반복 층 세트―상기 하나 이상의 반복 층 세트 각각은 상이한 재료들의 2개 이상의 층을 포함함―; 및
    상기 하나 이상의 반복 층 세트 상에 배치되는 고 흡수성 재료 층―상기 고 흡수성 재료 층은 흡광 계수(K) 및 두께(T)에 의해 특징지어지며, 곱 K*T는 0.7 마이크로미터보다 큼―을 포함함;
    일정 양의 수집된 광을 상기 시료의 표면 상의 측정 스폿으로부터 수집하는 단계;
    상기 양의 수집된 광을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 양의 수집된 광에 기초하여 측정 중인 상기 고 흡수성 재료 층의 두께의 추정 값을 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 광대역 조명 광은 1000 나노미터 내지 2500 나노미터의 범위에 있는 파장들을 포함하는, 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 기판 상에 배치되는 상기 하나 이상의 실질적으로 동일한 반복 층 세트는 적어도 4개의 실질적으로 동일한 반복 층 세트를 포함하는, 방법.
  17. 제14항에 있어서, 각각의 층 세트의 각각의 제1 층과 각각의 층 세트의 각각의 제2 층은 동일한 두께인, 방법.
  18. 제14항에 있어서, 각각의 층 세트의 제1 층의 두께는 1500 나노미터보다 크고, 각각의 층 세트의 제2 층의 두께는 1500 나노미터보다 큰, 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 하나 이상의 층 세트 각각은 제1 재료 층 및 제2 재료 층을 포함하고, 상기 제1 재료 층은 산화물 재료 층이고, 상기 제2 재료 층은 질화물 재료 층 또는 비정질 실리콘 재료 층인, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 고 흡수성 재료 층은 비정질 탄소 재료 층인, 방법.
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