KR20200123466A - 계측 방법 및 관련 장치 - Google Patents

Abstract

노이즈를 포함하는, 주사 전자 현미경 이미지와 같은 이미지 내에 포함된 피처의 에지에 관한 에지 위치를 결정하기 위한 방법 및 관련 장치가 개시된다. 본 방법은 이미지로부터 기준 신호를 결정하는 것; 및 기준 신호에 대해 에지 위치를 결정하는 것을 포함한다. 기준 신호는 에지 위치를 추정하는 초기 윤곽과 평행한 방향으로 1차원 저역 통과 필터를 이미지에 적용함으로써 이미지로부터 결정될 수 있다.

Description

계측 방법 및 관련 장치

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2018년 3월 23일에 출원된 유럽특허출원 제18163680.4호의 우선권을 주장하며, 이 출원은 전체적으로 본 명세서에서 인용 참조된다.

본 발명은 리소그래피 공정에서 패턴을 기판에 적용하기 위한 방법 및 장치, 그리고 그 측정에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판 상으로, 일반적으로 기판의 타겟 부분 상으로 원하는 패턴을 적용하는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어, 집적 회로(ICs)의 제조에 사용될 수 있다. 이 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클로서 지칭되는 패터닝 디바이스가 IC의 개별 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판 (예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 다이의 일부분, 하나의 다이 또는 여러 개의 다이를 포함하는) 타겟 부분 상으로 전사될 수 있다. 패턴의 전사는 전형적으로 기판 상에 제공되는 방사선 감응 물질(레지스트)의 층 상으로의 이미징을 통해 이루어진다. 일반적으로, 단일 기판은 순차적으로 패터닝되는 인접한 타겟 부분들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 전체 패턴을 한 번에 타겟 부분 상에 노광함으로써 각 타겟 부분이 조사되는 소위 스테퍼, 및 주어진 방향 ("스캐닝"-방향)으로 방사선 빔을 통해 패턴을 스캐닝함과 동시에 이 방향에 평행하게 또는 반-(anti-)평행하게 기판을 스캐닝함으로써 각 타겟 부분이 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 패턴을 기판 상으로 임프린트함으로써 패턴을 패터닝 디바이스로부터 기판으로 전사하는 것도 가능하다.

리소그래피 공정을 모니터링하기 위하여, 패터닝된 기판의 매개변수가 측정된다. 매개변수는, 예를 들어 패터닝된 기판 내에 또는 패터닝된 기판 상에 형성된 연속 층들 간의 오버레이 오차 및 현상된 감광성 레지스트의 임계 선 폭(critical line width) 또는 임계 치수(CD)를 포함할 수 있다. 이 측정은 제품 기판 상에서 및/또는 전용 계측 타겟 상에서 수행될 수 있다. 주사 전자 현미경(scanning electron microscope) 및 다양한 특수 툴의 사용을 포함하는, 리소그래피 공정에서 형성된 미세 구조체의 측정을 행하기 위한 다양한 기술이 있다.

기판 상에서의 패턴의 적용 또는 이러한 패턴의 측정과 같은 리소그래피 공정을 수행할 때 공정 제어 방법을 사용되어 공정을 모니터링하고 제어한다. 이러한 공정 제어 기술은 전형적으로 리소그래피 공정의 제어를 위한 보정을 얻기 위해 수행된다. 이러한 공정 제어 방법을 개선하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 제1 양태에서, 노이즈(noise)를 포함하는 이미지 내에 포함된 피처의 에지에 관한 에지 위치(edge position)를 결정하는 방법이 제공되며; 본 방법은 이미지로부터 기준 신호를 결정하는 것; 및 기준 신호에 대하여 에지 위치를 결정하는 것을 포함한다.

본 발명의 제2 양태에서, 프로세서를 포함하며 제1 양태의 방법을 수행하도록 구성된 컴퓨팅 장치가 제공된다.

본 발명의 제3 양태에서, 기판 상에 복수의 피처를 이미지 처리하도록 작동 가능하며 제2 양태의 컴퓨팅 장치를 포함하는 주사 전자 현미경 검사 장치가 제공된다.

본 발명의 제4 양태에서, 적절한 장치에서 실행될 때 제1 양태의 방법을 수행하도록 작동 가능한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.

본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 작동뿐만 아니라 본 발명의 추가 양태, 특징 및 이점이 첨부 도면을 참조하여 아래에서 상세히 설명된다. 본 발명은 본 명세서에서 설명된 특정 실시예에 제한되지 않는다는 점이 주목된다. 이러한 실시예는 단지 예시적인 목적으로 본 명세서에서 제시된다. 부가적인 실시예는 본 명세서에 포함된 교시에 기초하여 관련 기술(들)에서 숙련된 자에게 명백할 것이다.

이제 본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이며, 도면에서,
도 1은 반도체 디바이스용 생산 설비를 형성하는 다른 장치와 함께 리소그래피 장치를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 설명하는 제1의 예시적인 흐름도이다.
도 3은 제안된 방법의 제1 및 제2 반복을 뒤따르는 기준 SEM 신호의 플롯(plot)이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 설명하는 제2의 예시적인 흐름도이다.

본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 예시적인 환경을 제시하는 것이 유익하다.

도 1은 대량의 리소그래피 제조 공정을 구현하는 산업 생산 설비의 일부로서 리소그래피 장치(LA)를 200에서 보여주고 있다. 본 예에서, 제조 공정은 반도체 웨이퍼와 같은 기판 상에 반도체 제품 (집적 회로)을 제조하기 위해 조정된다. 상이한 유형의 기판을 이 공정의 변형으로 처리함으로써 매우 다양한 제품이 제조될 수 있다는 것을 당 업자는 이해할 것이다. 반도체 제품의 생산은 오늘날 상업적으로 매우 중요한 예로서만 사용된다.

리소그래피 장치 (또는 간략히 "리소 툴"(200)) 내에서, 202 에 측정 스테이션(MEA)이 보여지고 있으며, 노광 스테이션(EXP)이 204에서 보여지고 있다. 제어 유닛(LACU)은 206에서 보여진다. 이 예에서, 각 기판은 적용된 패턴을 갖기 위하여 측정 스테이션 및 노광 스테이션에 체류한다. 광학 리소그래피 장치에서, 예를 들어 투영 시스템이 사용되어 조정된 방사선 및 투영 시스템을 사용하여 패터닝 디바이스(MA)로부터 기판 상으로 제품 패턴을 전사한다. 이는 패턴의 이미지를 방사선-감응 레지스트 물질의 층에 형성함으로써 이루어진다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "투영 시스템"은, 이용되고 있는 노광 방사선에 대하여 적합하거나 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인에 대하여 적합한, 굴절형, 반사형, 반사 굴절형(catadioptric), 자기형, 전자기형, 및 정전 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 유형의 투영 시스템도 포함하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 패터닝 디바이스(MA)는 마스크 또는 레티클일 수 있으며, 이것은 패터닝 디바이스에 의해 투과되거나 반사된 방사선 빔에 패턴을 부여한다. 공지된 작동 모드는 스테핑 모드와 스캐닝 모드를 포함한다. 잘 알려진 바와 같이, 투영 시스템은 기판에 대한 지지 및 위치 결정 시스템 그리고 패터닝 디바이스와 다양한 방식으로 협동하여 원하는 패턴을 기판에 걸쳐 많은 타겟 부분에 적용시킬 수 있다. 프로그램 가능한 패터닝 디바이스는 고정된 패턴을 갖는 레티클 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 방사선은 심자외(DUV) 또는 극자외(EUV) 파장 대역에 있는 전자기 방사선을 포함할 수 있다. 본 발명은 다른 유형의 리소그래피 공정, 예를 들어 전자 빔에 의하여, 예를 들어 임프린트 리소그래피 및 직접 서입(direct writing) 리소그래피에도 적용 가능하다.

리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)은 다양한 액추에이터 및 센서의 모든 이동 및 측정을 제어하여, 기판(W)과 레티클(MA)을 받아들이고 패터닝 작동을 구현한다. 제어 유닛(LACU)은 또한 장치의 작동과 관련된 원하는 계산을 구현하기 위해 신호 처리와 데이터 처리 능력을 포함하고 있다. 실제로, 제어 유닛(LACU)은, 이 장치 내의 서브시스템 또는 구성 요소의 실시간 데이터 획득, 처리 및 제어를 각각 처리하는 많은 서브-유닛의 시스템으로서 구현될 것이다.

패턴이 노광 스테이션(EXP)에서 기판에 적용되기 전에, 다양한 준비 단계가 수행될 수 있도록 기판은 측정 스테이션(MEA)에서 처리된다. 준비 단계는 레벨 센서를 사용하여 기판의 표면 높이를 매핑(mapping)하는 것 및 정렬 센서를 사용하여 기판 상의 정렬 마크의 위치를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 정렬 마크들은 공칭적으로 규칙적인 그리드 패턴 형태로 배열되어 있다. 그러나 마크를 생성할 때의 부정확성으로 인하여 그리고 처리에 걸친 발생하는 기판의 변형으로 인하여, 마크들은 이상적인 그리드로부터 벗어나게 된다. 결과적으로, 기판의 위치 및 배향을 측정하는 것에 더하여, 이 장치가 제품 피처를 매우 높은 정확도로 정확한 위치에 프린트하는 경우, 실제로 정렬 센서는 기판 면적에 걸쳐 많은 마크의 위치를 상세하게 측정해야 한다. 이 장치는 2개의 기판 테이블을 갖고 각 테이블은 제어 유닛(LACU)에 의해 제어되는 위치 결정 시스템을 갖는 소위 듀얼 스테이지 유형일 수 있다. 하나의 기판 테이블 상의 하나의 기판이 노광 스테이션(EXP)에서 노광되는 동안, 다양한 준비 단계가 수행될 수 있도록 다른 기판은 측정 스테이션(MEA)에서 또 다른 기판 테이블 상으로 로딩될 수 있다. 따라서, 정렬 마크의 측정은 시간 소모적이며, 2개의 기판 테이블의 제공은 장치의 처리량의 실질적인 증가를 가능하게 한다. 기판 테이블이 측정 스테이션과 노광 스테이션에 있는 동안 위치 센서(IF)가 기판 테이블의 위치를 측정할 수 없다면, 제2위치 센서가 제공되어 기판 테이블의 위치가 양 스테이션에서 추적되는 것이 가능하도록 할 수 있다. 예를 들어, 리소그래피 장치(LA)는 2개의 기판 테이블 및 2개의 스테이션-노광 스테이션 및 측정 스테이션-을 갖는 소위 듀얼 스테이지 유형일 수 있으며, 기판 테이블은 2개의 스테이션 사이에서 교환될 수 있다.

생산 설비 내에서, 장치(200)는, 장치(200)에 의한 패터닝을 위하여 감광성 레지스트 및 다른 코팅부를 기판(W)에 도포하기 위한 코팅 장치(208)를 또한 포함하는 "리소 셀" 또는 "리소 클러스터"의 일부를 형성한다. 장치(200)의 출력 측에는, 노광된 패턴을 물리적 레지스트 패턴으로 현상하기 위하여 베이킹 장치(210) 및/또는 현상 장치(212)가 제공되어 있다. 이 모든 장치들 사이에서, 기판 핸들링 시스템은 기판들을 지지하고 이들을 장치의 일부에서 그 옆의 부분으로 전달하는 것을 처리한다. 흔히 통칭적으로 트랙으로서 지칭되는 이 장치들은 자체가 감독 제어 시스템(SCS)에 의해 제어되는 트랙 제어 유닛의 제어 하에 있으며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 장치 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치를 제어한다. 따라서, 처리량 및 처리 효율을 최대화하기 위하여 상이한 장치가 작동될 수 있다. 감독 제어 시스템(SCS)은 각 패터닝된 기판을 생성하기 위해 수행될 단계의 정의를 상세히 제공하는 레시피 정보(R)를 수신한다.

패턴이 리소 셀에서 적용되고 현상되면, 패터닝된 기판(220)은 222, 224, 226에서 도시된 것과 같은 다른 처리 장치들로 전달된다. 전형적인 제조 설비 내에서는 다양한 장치에 의해 광범위한 처리 단계가 구현된다. 예의 목적을 위하여, 이 실시예에서의 장치(222)는 에칭 스테이션이며, 장치(224)는 에칭후 어닐링 단계를 수행한다. 추가적인 물리적 및/또는 화학적 처리 단계가 다른 장치(226, 등)에 적용된다. 물질의 증착, 표면 물질 특성의 변경(산화, 도핑, 이온 주입 등), 화학적-기계적 연마(CMP) 등과 같은 여러 유형의 작동이 실제 디바이스를 제조하기 위해 요구될 수 있다. 실제로, 장치(226)는 하나 이상의 장치에서 수행되는 일련의 상이한 처리 단계를 나타낼 수 있다. 또 다른 예로서, 자기-정렬 다중 패터닝의 구현을 위한 장치 및 처리 단계가 제공되어, 리소그래피 장치에 의해 놓여있는 전구체 패턴에 기초하여 다수의 더 작은 피처를 생성할 수 있다.

알려진 바와 같이, 반도체 디바이스의 제조는 적절한 물질 및 패턴을 갖는 디바이스 구조체들을 기판 위에 층별로 쌓아 올리기 위해 이러한 처리들의 많은 반복을 수반된다. 이에 따라, 리소 클러스터에 도달하는 기판(230)들은 새롭게 준비된 기판일 수도 있으며, 또는 이들은 이 클러스터 내에서 또는 전적으로 또 다른 장치 내에서 이전에 처리된 기판일 수 있다. 유사하게, 요구되는 처리에 따라서, 장치(226)를 떠나는 기판(232)은 동일한 리소 클러스터 내에서의 후속 패터닝 작동을 위해 복귀될 수 있거나, 이들은 상이한 클러스터 내에서의 패터닝 작동을 위하여 예정될 수 있거나, 이들은 다이싱(dicing) 및 패키징을 위해 보내져야 할 마무리된 제품일 수 있다.

제품 구조체의 각 층은 상이한 세트의 공정 단계를 요구하며, 각 층에서 사용되는 장치(226)는 유형이 완전히 상이할 수 있다. 더욱이, 장치(226)에 의해 적용될 처리 단계들이 공칭적으로 동일한 경우에도, 대형 설비 내는, 상이한 기판들에서 단계(226)를 수행하도록 동시에 작동하는, 아마도 여러 대의 동일한 기계가 있을 수 있다. 이 기계들 간의 구성(set-up) 또는 고장의 작은 차이는 이들이 상이한 방식으로 상이한 기판에 영향을 미친다는 것을 의미할 수 있다. 에칭(장치(222))과 같은, 각 층에 대해 상대적으로 공통인 단계들조차도, 공칭적으로 동일하지만 동시에 작동하여 처리량을 최대화하는 여러 에칭 장치에 의해 구현될 수 있다. 더욱이, 실제로, 에칭될 물질의 세부 사항 및 예를 들어 이방성 에칭과 같은 특별한 요구 조건에 따라, 상이한 층들은 상이한 에칭 공정들, 예를 들어 화학적 에칭, 플라즈마 에칭을 요구한다.

이전 및/또는 후속 공정은 방금 언급된 바와 같이 다른 리소그래피 장치에서 수행될 수 있으며, 상이한 유형의 리소그래피 장치에서도 수행될 수 있다. 예를 들어, 디바이스 제조 공정에서, 분해능 및 오버레이와 같은 매개변수가 매우 까다로운 일부 층은 덜 까다로운 다른 층보다 더 진보된 리소그래피 툴에서 수행될 수 있다. 따라서, 일부 층은 침지 유형의 리소그래피 툴 내에서 노광될 수 있는 반면에 다른 층은 "건식" 툴 내에서 노광된다. 일부 층은 DUV 파장에서 작동하는 툴 내에서 노광될 수 있는 반면에, 다른 층은 EUV 파장 방사선을 사용하여 노광된다.

리소그래피 장치에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일관되게 노광되도록 하기 위해서, 후속 층들 사이의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은 특성을 측정하기 위해 노광된 기판을 검사하는 것이 바람직하다. 따라서, 리소 셀(LC)이 내부에 위치되어 있는 제조 설비는 리소 셀 내에서 처리된 기판(W)의 일부 또는 전부를 수용하는 계측 시스템을 또한 포함한다. 계측 결과는 감독 제어 시스템(SCS)으로 직접적으로 또는 간접적으로 제공된다. 오차가 검출되면, 특히 동일 배치(batch)의 다른 기판이 여전히 노광될 만큼 곧바로 그리고 신속하게 계측이 이루어질 수 있다면, 후속 기판의 노광에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 또한, 이미 노광된 기판은 수율을 개선하기 위해 벗겨지고 재작업(rework)되거나, 폐기되며, 이에 의하여 결함이 있는 것으로 알려진 기판에 추가적인 처리가 수행되는 것을 피할 수 있다. 기판의 일부 타겟 부분에만 결함이 있는 경우, 양호한 타겟 부분에만 추가 노광이 수행될 수 있다.

도 1 에서는 제조 공정 내의 원하는 스테이지에서 제품의 매개변수를 측정하기 위하여 제공되는 계측 장치(240)가 또한 보여지고 있다. 최신의 리소그래피 생산 설비 내의 계측 스테이션의 공통적인 예는, 스캐터로미터, 예를 들어 암시야 스캐터로미터, 각도-분해 스캐터로미터 또는 분광식 스캐터로미터이며, 이는 장치(222) 내에서의 에칭 이전에, 현상된 기판의 특성을 220에서 측정하기 위해 적용될 수 있다. 계측 장치(240)를 사용하면, 예를 들어, 오버레이 또는 임계 치수(CD)와 같은 중요한 성능 매개변수가 현상된 레지스트 내의 명시된 정확도 요구 사항을 만족시키지 않는다는 것이 결정될 수 있다. 에칭 단계 이전에, 현상된 레지스트를 벗겨내고 리소 클러스터를 통해 기판(220)을 재처리할 기회가 있다. 장치(240)로부터의 계측 결과(242)는, 감독 제어 시스템(SCS) 및/또는 제어 유닛(LACU)(206)이 시간에 따라 미세 조정을 수행함으로써 리소 클러스터 내에서 패터닝 작동의 정확한 성능을 유지하기 위하여 사용될 수 있으며, 이에 의하여 제품이 사양에 벗어나게 제조되거나 재작업을 필요로 하는 위험을 최소화한다.

부가적으로, 계측 장치(240) 및/또는 다른 계측 장치(보이지 않음)는 처리된 기판(232, 234) 및 들어오는 기판(230)의 특성을 측정하기 위해 적용될 수 있다. 계측 장치는 처리된 기판 상에서 사용되어 오버레이 또는 CD와 같은 중요한 매개변수를 결정할 수 있다.

계측 스테이션의 또 다른 예는 전자 빔(e-빔) 계측 장치라고도 지칭되는 주사 전자 현미경(SEM)이며, 이는 스캐터로미터에 더하여 또는 스캐터로미터에 대한 대안으로서 포함될 수 있다. 이와 같이, 계측 장치(240)는 단독으로 또는 스캐터로미터에 더하여 e-빔 또는 SEM 계측 디바이스를 포함할 수 있다. e-빔 및 SEM 계측 디바이스는 스캐터로메트리에 사용되는 간접 측정 기법 (여기서 매개변수 값은 측정되고 있는 구조체에 의해 회절된 방사선의 회절 차수로부터의 재구성 및/또는 회절 차수의 비대칭성으로부터 결정된다)보다는, 직접적으로 피처를 측정 (즉, 이들은 피처를 직접 이미지 처리한다)하는 이점을 갖고 있다. e-빔 또는 SEM 계측 디바이스의 주요 단점은 그들의 측정 속도이며, 이 측정 속도는 스캐터로메트리보다 훨씬 느려 그들의 잠재적인 적용을 특정 오프라인 모니터링 공정으로 제한한다.

임계 치수 주사 전자 현미경(CD-SEM)은 반도체 산업에서 기판 및 마스크 계측에 널리 사용되는 기술이다. CD-SEM에서, 저 에너지 전자(<1 keV)는 이후에 이들이 확산되는 표면을 향하여 가속된다. 전자 빔에 의해 여기된 표면 원자에 의해 방출되는 2차 및/또는 후방 산란 전자는 검출기에 의해 검출된다. 이 검출된 전자의 수는 무엇보다도 시편 토포그래피(specimen topography)에 좌우된다. 이는 이미지를 얻기 위해 (예를 들어, 표면에 걸쳐 전자 빔을 스캐닝함으로써) 표면 상의 다른 여기 위치에 대해 수행된다. 이러한 CD-SEM 이미지는 이 산업에서 사용되는 다른 계측 기술과 비교할 수 없는 나노미터 정도의 공간 해상도를 가질 수 있다. 그러나 이러한 이미지에는 일정 량의 노이즈(noise)가 있을 수 있다.

CD-SEM의 주요 적용은 (예를 들어, 리소그래피 공정에서 기판 상에 형성된) 피처의 기하학적 에지(edges)를 관찰하는 것이다. 이렇게 함으로써, 노이즈가 있는(noisy) SEM 이미지로부터 피처의 기하학적 형상과 위치를 정확하게 결정하는 것이 특히 어려울 수 있다. 상당한 노이즈가 있을 때 에지-검출을 개선하는 것으로 알려진 많은 방법이 있다. 하나의 이러한 접근 방식은 에지-검출 알고리즘을 사용하며, 이 알고리즘은 전형적으로 이미지를 평활화시키고(smooth)/필터링하여 노이즈를 줄인다; 그러나 이렇게 함으로써 이 알고리즘은 또한 에지가 어떻게 인식되는지에 영향을 준다. 대안적으로, 노이즈에 더 강건한 알고리즘(more noise-robust algorithm)은 기준 기하학적 에지에서 획득된 기준-SEM 신호를 사용하며, 이 기준 기하학적 에지는 그후 SEM 이미지에 적합하다. 예를 들어, 이러한 접근 방식은 T. Verduin, 등의 J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS, 13 033009 (2014) 및 C.A. Mack 등의 Proc. SPIE 10145, 101451R (2017)에 설명되어 있으며, 양 문헌은 본 명세서에서 인용 참조된다. 그러나 기준-SEM 신호와 실제 SEM 신호 사이에 상당한 불일치가 있는 경우 이 알고리즘의 유효성은 의심스럽다. 더욱이, 고정된 기준은 SEM 신호의 국부적인 변화를 설명하지 않으며, 이 국부적인 변화는 다양한 피처 형상에서 발생할 수 있다. 개선된 접근 방식은 기준 타겟의 에지에 평행한 SEM 신호를 평균화함으로써 비교 가능한 피처로부터 기준-SEM 신호를 추출하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 기술은 본 명세서에 참조로 포함된 특허 미국특허 제7,269,287 B2호에 설명되어 있다. 그러나 이 접근 방식은 피처의 국부적인 왜곡의 결과로써 발생할 수 있는 기준-SEM 신호의 국부적인 변동을 배제한다. 이와 같이, 이 방법은 관심 대상 피처의 에지 위치에 관한 사전 정보를 필요로 한다.

따라서, 기준 이미지보다는 SEM 이미지 자체로부터의 기준-SEM 신호를 얻는 방법이 제안된다. 이는 제안된 방법이 사용된 샘플 물질 및 SEM 설정과 관계없다는 것을 의미한다. 이와 같이, 이 방법은 에지 형상과 위치 모두의 기하학적 구조의 국부적인 변화를 허용하며, 에지 위치에서의 LER (라인 에지 러프니스(line edge roughness)) 및 SEM 유도 드리프트(drift)를 반복적으로 보상할 수 있다.

제안된 방법이 도 2의 흐름도에 의하여 도시된다. 도 2a는 인접한 트렌치(310)로부터 피처를 한정하는 에지(305)를 갖는 피처(300)(예를 들어, 라인)의 일부를 보여주는 CD-SEM 이미지의 표현을 포함한다. 에지(305)는 러프니스(즉, LER)를 가지며 부가적으로 노이즈가 있다(noisy). 이 방법은 먼저 에지 위치의 초기 추정을 하는 것을 포함한다. 도 2b에 도시된 이 특정 예에서, 추정 위치는 단순히 검출될 에지의 위치에서 대략적으로 직선이며, 이 라인은 (흰색 점선에 의하여 표시된) 초기 윤곽(315)으로서 한정된다. 그러나 초기 추정은 임의의 윤곽, 예를 들어 에지의 대략적인 트레이싱(tracing)을 포함할 수 있다. 도 2c에 의하여 도시된 다음 단계에서, 이 초기 윤곽(315)의 양 측을 포함하는 영역이 선택되며 또한 윤곽과 관련하여 변환된 공간 상에서 보여진다 (즉, 윤곽에 수직인 것에 대한 윤곽과 평행한 것의 그래프). 예를 들어, 이 영역은 윤곽(315)의 양 측에서 수 나노미터 (예를 들어, 10㎚ 미만 또는 5㎚ 미만)일 수 있다. 이 특정 예에서, 초기 윤곽(315)이 직선이기 때문에, 도 2c의 플롯은 (대략적으로) 결정될 에지 프로파일을 따른다. 도 2d는 1차원 저역 통과 필터, 예를 들어, 가우시안 스무딩(Gaussian smoothing) 또는 가우시안 블러(Gaussian blur)가 윤곽과 평행한 방향으로 적용되는 다음 단계의 결과를 도시하고 있다. 가우시안 필터는 윤곽을 따라 모든 포인트에 평행하게 적용된다는, 즉 (예를 들어, 직선이 아닌 경우) 블러링(blurring)의 방향은 윤곽의 방향과 함께 변경된다는 점이 이해되어야 한다. 필터가 윤곽에 평행하게만 적용됨에 따라, 실제 에지에 수직인 블러링은 미미하다. 이 단계의 결과는 기준-SEM 신호(320)로서 사용된다. 보다 구체적으로, (도 2d의 기준-SEM 신호(320)의) 컬럼은 국부적 기준-SEM 신호인 것으로 가정된다. 각 컬럼 폭은, 예를 들어 이미지의 픽셀 폭으로서 한정될 수 있다. 도 2d의 평활화된 기준-SEM 신호의 컬럼은 도 2c의 대응 컬럼에 적합하고/매칭되어 대응하는 컬럼들 간의 높이의 시프트(shift)만을 허용한다. 이와 같이, 이 단계는 컬럼 단위로 수행된, (노이즈가 있는) 이미지 처리된 에지(도 2c)와 평활화된 (필터링된) 에지(도 2d) 사이의 1차원 상호 상관 관계를 포함하며, 여기서 컬럼은 윤곽(315)에 수직으로 정렬(매칭)된다. 국부적인 기준을 사용하여 비교가 이루어짐에 따라 에지 형상의 가능한 변화 또한 고려된다. 획득된 컬럼 높이의 시프트는 LER로 인한 변위를 나타내며, 또한 도 2e에 도시된 바와 같이, 업데이트된 윤곽(325)을 한정하기 위하여 데 사용된다. 이렇게 하여, 업데이트된 라인 윤곽은 실제 이미지로부터 결정된 기준-SEM 신호(320)에 기초한다. 도 2f에서 볼 수 있는 바와 같이, 업데이트된 라인 윤곽 (흰색 점선)은 실제 피처 에지(305)에 훨씬 더 잘 매칭된다.

이미지 자체로부터의 기준-SEM 신호(320)만을 기반으로 에지 윤곽 (매칭된 윤곽)을 결정하는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 실시예에서, 임계 윤곽을 획득하기 위해 매칭 단계 (기준-SEM 신호(320)를 초기 윤곽(315)에 매칭) 직후에 추가 임계화(thresholding) 단계가 적합한/매칭된 윤곽에서 수행될 수 있다. 임계 윤곽은 매칭된 (비임계) 윤곽보다, 결정되고 있는 에지 위치의 더 나은 추정을 나타낼 수 있다. 이 임계화 단계는 매칭된 기준-SEM 신호의 각 개별 컬럼에 대해 수행될 수 있다. 임계화는 (임의의 적절한 기준에 따라) 에지 위치를 한정하는 임계값 (예를 들어, 그레이 값)을 결정하는 것, 및 도 3c에 매칭된 것과 같은 도 3d의 매칭된 이미지에 기초하여 에지를 더 한정하기 위해 임계 값을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 임계화의 개념은 에지 검출 기술 분야에서 잘 알려져 있으며 여기서는 자세히 설명되지 않을 것이다. 임계화는 변화하는 SEM 신호의 강도를 갖는 영역에서의 최소 및 최대를 정규화할 때 전형적으로 나타날 수 있는 임계화 아티팩트(artifacts)를 방지하기 위해 컬럼 당 최소값 및 최대값을 개별적으로 크기 조정(scaling)하는 것을 더 포함할 수 있다. 결과는 실제 이미지로부터 획득된 기준-SEM 신호(320)를 사용하는 매칭과 매칭된 이미지에 대한 임계화 단계의 조합으로부터 결정되는 업데이트된 윤곽(325)이다.

실시예에서, 본 방법은 에지 프로파일 추정을 개선하기 위해 반복적으로 수행될 수 있다. 이는 업데이트된 윤곽(325)을 입력 윤곽(초기 윤곽)으로서 사용하여 위의 단계들을 반복하는 것을 포함한다. 제2 반복의 단계가 도 2g 내지 도 2i에서 보여지고 있다. 도 2g는 업데이트된 윤곽(325) 주위에서 변환된 영역의 플롯 (즉, 윤곽에 수직인 것에 대한 윤곽과 평행한 것의 그래프)이다. 이 윤곽이 이제 에지 프로파일과 밀접하게 매칭됨에 따라 이 그래프는 수평에 가까운 변동을 보여주고 있다. 도 2h는 업데이트된 윤곽(325)에 평행하게 적용된 가우스 평활화에 뒤이은 평활화된 기준-SEM 신호이다. 마지막으로, 매칭 단계 및 임의의 임계화에 뒤이어, 도 2i에 도시된 바와 같이, 제2 반복 업데이트된 윤곽(330)이 획득된다.

초기 윤곽(315)에 대한 제1 반복 윤곽(325)의 비교는 LER의 척도(measure)를 포함하는 반면에, 제1 반복 윤곽(325)에 대한 제2 반복 윤곽(330)의 비교는 몇 가지 작은 경향을 제외하고 주로 무작위 노이즈(random noise)를 보여주고 있다. 실제로, 제1 반복 윤곽(325)과 제2 반복 윤곽(330)은 매우 유사하게 보이며, 후자는 전자와 비교하여 약간 개선될 뿐이다. 그러나 도 3의 그래프에 의하여 보여지는 바와 같이 이 개선은 반드시 사소한 것은 아니다. 이는 제1 반복(340) 후의 그리고 제2 반복(350) 후의 기준-SEM 신호의 예이다. 이 그래프에서, 두 반복 사이에 약간의 불일치가 분명하다. 예상될 수 있는 바와 같이, 제1 반복(340)에서의 기준-SEM 신호는 제2 반복(350)의 그것과 비교하여 최대 및 최소 근처에서 다소 "반올림(rounded off)"된다.

이전 예는 어떻게 (국부적인) 기준-SEM 신호가 SEM 이미지로부터 획득될 수 있는지를 그리고 어떻게 이 개념이 반복적으로 사용되어 심한 LER을 보상하는지를 보여주고 있다. 보완적인 예로서, 매우 상이한 실험적 CD-SEM 이미지에 대한 방법의 적용이 도 4에서 보여지고 있다. 도 4a는 보다 복잡한 형상을 갖는, 실험적으로 측정된 레지스트 라인(400)을 보여주고 있으며, 추정된 초기 윤곽(410)은 흰색 점선으로서 보여지고 있다. 이 초기 윤곽(410)은 도 4b에서 더욱 명확하게 보여지고 있다. 도 4c 및 도 4d는 이 더 복잡한 윤곽(410)을 위한 도 2c 및 도 2d와 동일한 단차(steps)를 보여주고 있다. 윤곽(410)이 임의적인 형상임에도 불구하고, 이미지는 본질적으로 이 윤곽을 따라 전개(변환)될 수 있다. 이 전개에서, 윤곽에 대한 국부적인 법선(local normal)이 보간되고 샘플링된다. 도 4c의 중앙 주변에서 변화하는 SEM 신호(420)가 명확하게 관찰될 수 있다. 이러한 변화하는 SEM 신호(420)는 도 4a에서 고려되는 레지스트 라인의 끝 부분(tip)에 대응하며, 이 끝 부분에서 기하학적 구조를 적절하게 따르지 않는 윤곽(410)에 의해 야기된다. 이 예에 대하여, 전체 윤곽에 평행한 평균화는 레지스트 라인의 끝 부분에서 부정확한 기준-SEM 신호를 초래할 가능성이 있을 것이며, 또한 전체 레지스트 라인에 대해서도 부정확할 것이다. 그러나 존재하는 노이즈의 일부의 평균을 내는 것이 바람직하다. 따라서, 도 4d의 기준-SEM 신호(430)를 획득하기 위해, 가우시안 블러링이 윤곽에 평행한 방향으로 (예를 들어, 5㎚의 시그마(sigma)로) 도 4c에 적용된다. 기준-SEM 신호(430)는 개선된 신호 대 노이즈 비를 갖는 반면에 끝 부분 영역은 여전히 명확하게 구별될 수 있다는 것이 관찰될 수 있다. 다시 말하면, 수직 방향으로는 필터링이 수행되지 않는다. 도 4d의 컬럼은 다시 국부적인 기준-SEM 신호로 가정되며 도 4c와 동일한 컬럼에 맞춰져 윤곽을 재한정하기 위하여 컬럼들 간의 높이 차이 시프트 (예를 들어, 2개의 이미지의 컬럼들 간의 상호 상관 관계)만을 허용한다. 획득된 컬럼 높이의 시프트는 변위를 나타내며, 도 4c 내의 에지 위치의 임계화와 (선택적으로) 조합되고, 이들은 피처(400)의 실제 윤곽과 더 잘 매칭되는 새로운 윤곽 라인(440) (도 4e 및 도 4f)으로서 보여지는 에지 위치를 제공한다.

기준 SEM 신호의 노이즈는 신호를 스플라인 함수로 피팅(fitting)함으로써 더 감소될 수 있으며, 따라서 노이즈가 없는 SEM 신호는 가능한 한 많이 보존된다. 윤곽이 기준 SEM 신호에 존재하는 노이즈와 정렬되기 시작할 수도 있기 때문에 이는 방법이 반복적으로 수행될 때 특히 중요해질 수 있다.

요약하면, 본 명세서에서 설명된 기하학적 에지를 검출하기 위한 제한된 방법은 초기 윤곽을 전개(unfolding)함으로써 에지 위치가 검출되고 있는 실제 이미지 (예를 들어, 실제 SEM 이미지)에서 기준 신호 (예를 들어, 기준 에지 또는 기준-SEM 신호)를 취한다. 이는 기준 타겟으로부터 기준-SEM 신호를 획득하는 미국 특허 제7,269,287 B2호에서 설명된 것과 같은 방법에 대한 개선이며, 직선형 피처 및 원통형 대칭 피처의 예만을 위한 것이다. LER이 심하거나 처음에 추측된 윤곽이 부정확한 경우, 이 접근 방식은 기준-SEM 신호가 최적화될 수 있다는 의미에서 반복적으로 사용될 수 있다. 윤곽에 평행한 가우시안 블러링(Gaussian blurring)에 의하여 국부적인 기준-SEM 신호를 결정하는 것은, 특히 블러링 길이가 SEM 하드웨어에서 사용되는 빔 폭과 동일하거나 이보다 작은 것으로 간주될 때 물질 변동 및 변화하는 SEM 설정에 대해 견고하다. 또한 기준-SEM 신호는 초기 윤곽 주변 영역으로부터 획득되는 반면에, 미국 특허 제7,269,287호에서는 소위 백색 밴드(white-band)가 사용되며, 이는 항상 잘 한정되지 않거나 심지어 존재하지 않는다. 이 방법이, 특히 심한 LER이 존재할 때 전형적으로 사용되는 임계화 방법으로 가능한 것보다 더 높은 정확도와 정밀도로 서브 픽셀 분해능에서 에지를 찾을 수 있는 것으로 믿어진다.

제안된 방법은 매우 유연하다; 많은 CD-SEM 분석 툴은 잘 한정된 기하학적 구조를 갖는 단일 활용 사례에만 적용할 수 있지만, 이 방법은 임의적인 복잡한 형상의 피처의 분석을 가능하게 한다. 이는 에지 배치 오차 측정에 특히 중요하다.

실시예는 다음의 조항을 이용하여 더 설명될 수 있다:

1. 노이즈(noise)를 포함하는 이미지 내에 포함된 피처의 에지에 관한 에지 위치를 결정하는 방법은,

이미지로부터 기준 신호를 결정하는 것; 및

기준 신호에 대하여 에지 위치를 결정하는 것을 포함한다.

2. 조항 1의 방법에서, 이미지는 주사 전자 현미경 계측을 이용하여 획득된다.

3. 조항 1 또는 2의 방법에서, 이미지로부터 기준 신호를 결정하는 것은, 기준 신호를 포함하는 필터링된 이미지를 획득하기 위해, 초기 윤곽에 평행한 방향으로 1차원 저역 통과 필터를 이미지에 적용하는 것을 포함한다.

4, 조항 3의 방법은 초기 윤곽이 결정되고 있는 에지의 추정을 포함하도록 초기 윤곽을 추정하는 단계를 포함한다.

5. 조항 3 또는 4의 방법에서, 1차원 저역 통과 필터는 1차원 가우시안 블러(Gaussian blur)를 포함한다.

6. 조항 5의 방법에서, 가우시안 블러의 블러링 길이는 이미지를 획득하기 위해 사용되는 빔의 빔 폭과 동일하거나 빔 폭보다 작다.

7. 조항 3 내지 6 중 어느 한 조항의 방법에서, 1차원 저역 통과 필터의 적용 전에, 초기 윤곽과 평행한 것으로 한정된 제1 치수와 초기 윤곽에 수직인 것으로 한정된 제2 치수를 포함하는 변환된 공간 내의 변환된 이미지를 획득하기 위해, 본 방법은 에지를 포함하는 이미지의 적어도 일부를 변환시키는 것을 포함한다.

8. 조항 7의 방법에서, 초기 윤곽의 양 측에 10㎚ 미만의 영역만이 변환되어 변환된 이미지를 획득한다.

9. 조항 7 또는 8의 방법은 필터링된 이미지와 변환된 이미지 중 하나를 필터링된 이미지와 변환된 이미지 중 다른 하나에 매칭하여 매칭된 윤곽을 결정하는 것을 포함하며, 매칭된 윤곽은 에지 위치의 매칭된 추정을 포함한다.

10. 조항 9의 방법에서, 매칭하는 것은 필터링된 이미지를 컬럼 단위로 변환된 이미지에 매칭하는 것을 포함한다.

11. 조항 10의 방법에서, 각 컬럼은 이미지의 픽셀의 폭에 의하여 한정된다.

12. 조항 10 또는 11의 방법에서, 매칭하는 것은 필터링된 이미지의 컬럼과 변환된 이미지의 대응 컬럼의 상호 상관 관계를 포함한다.

13. 조항 12의 방법에서, 상호 상관 관계는 컬럼들을 컬럼 방향을 따라 서로에 대하여 시프팅하는 것만을 포함 필터링된 이미지와 변환된 이미지 사이의 최상의 매칭을 획득한다.

14. 조항 9 내지 13 중 어느 한 조항의 방법은, 임계 윤곽을 획득하기 위하여, 에지 부분을 한정하는 임계 값에 기초하여, 매칭된 윤곽에 대한 부가적인 임계화 단계를 포함하며, 임계 윤곽은 에지 위치의 임계 추정을 포함하고 있다.

15. 조항 9 내지 14 중 어느 한 조항의 방법은 매칭된 윤곽 또는 임계 윤곽을 각 부가적인 반복에 대한 초기 윤곽으로서 이용하여, 본 방법의 적어도 하나의 부가적인 반복을 수행함으로써 본 방법을 반복적으로 수행하는 것을 포함한다.

16. 조항 1 내지 15 중 어느 한 조항의 방법에서, 이미지는 피처를 형성하기 위한 리소그래피 공정의 수행을 모니터링하기 위하여 피처에 관한 매개변수의 측정을 위해 획득된다.

17. 조항 16의 방법에서, 매개변수는 임계 치수, 라인 에지 러프니스, 라인 폭 러프니스, 국부적인 임계 치수 균일성 및 에지 배치 오차 중 하나 이상을 포함한다.

18. 조항 1 내지 17 중 어느 한 조항의 방법은 신호 대 노이즈를 최대화하는 기준 신호에 스플라인 함수를 피팅(fitting)함으로써 기준 신호에 대해 추가적인 노이즈 감소 단계를 수행하는 것을 포함한다.

19. 컴퓨팅 장치는 프로세서를 포함하며, 임의의 선행 조항의 방법을 수행하도록 구성된다.

20. 주사 전자 현미경 검사 장치는 기판 상의 하나 이상의 피처를 이미지 처리하도록 작동 가능하며, 조항 19의 컴퓨팅 장치를 포함한다.

21. 컴퓨터 프로그램은 적절한 장치에서 구동될 때 조항 1 내지 18 중 어느 한 조항의 방법을 수행하도록 작동 가능한 프로그램 명령을 포함하고 있다.

22. 비일시적 컴퓨터 프로그램 캐리어는 조항 21의 컴퓨터 프로그램을 포함한다.

리소그래피 장치와 관하여 사용된 용어 "방사선" 및 "빔"은 (예를 들어, 약 365, 355, 248, 193, 157, 또는 126㎚의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20㎚ 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선, 및 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는, 모든 유형의 전자기 방사선을 포함한다.

용어 "렌즈"는, 문맥이 허용한다면, 굴절, 회절, 반사, 자기, 전자기, 및 정전기 광학 구성 요소를 포함하는 다양한 유형의 광학 구성 요소 중 임의의 하나 또는 그의 조합을 지칭할 수 있다.

다른 이들이 본 기술 분야 내의 지식을 적용함으로써 과도한 실험 없이도 본 발명의 전반적인 개념에서 벗어남이 없이 다양한 적용을 위하여 이러한 특정 실시예를 용이하게 변형 및/또는 조정할 수 있도록 특정한 실시예의 앞선 설명은 본 발명의 전반적인 본질을 완전히 밝힐 것이다. 따라서, 그러한 조정 및 변형은, 본 명세서에서 제공된 교시 및 지침을 기초로, 기재된 실시예의 균등물의 의미와 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서의 문체 및 용어는 제한의 목적을 위한 것이 아니라, 예에 의한 설명의 목적을 위한 것이며, 따라서 본 명세서의 용어 및 문체는 교시 및 지침에 비추어 숙련된 기술자에 의해 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.

본 발명의 폭과 범위는 위에서 설명된 예시적인 실시예들 중 임의의 것에 의해 제한되어서는 안되며, 다음의 청구범위 및 그의 균등물에 따라 한정되어야 한다.

Claims (15)

1. 노이즈를 포함하는 이미지 내에 포함된 피처의 에지에 관한 에지 위치를 결정하는 방법에 있어서,
   상기 이미지로부터 기준 신호를 결정하는 것; 및
   상기 기준 신호에 대하여 상기 에지 위치를 결정하는 것을 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 이미지는 주사 전자 현미경 기술에 의하여 획득된 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 이미지로부터 기준 신호를 결정하는 것은,
   상기 기준 신호를 포함하는 필터링된 이미지를 획득하기 위해, 초기 윤곽에 평행한 방향으로 1차원 저역 통과 필터를 상기 이미지에 적용하는 것을 포함하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 초기 윤곽이 결정되고 있는 상기 에지의 추정을 포함하도록 상기 초기 윤곽을 추정하는 단계를 포함하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 1차원 저역 통과 필터는 1-차원 가우시안 블러( Gaussian blur)를 포함하는 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 1차원 저역 통과 필터의 적용 전에, 상기 초기 윤곽과 평행한 것으로 한정된 제1 치수와 상기 초기 윤곽에 수직인 것으로 한정된 제2 치수를 포함하는 변환된 공간 내의 변환된 이미지를 획득하기 위해, 상기 방법은 상기 에지를 포함하는 이미지의 적어도 일부를 변환시키는 것을 포함하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 필터링된 이미지와 상기 변환된 이미지 중 하나를 상기 필터링된 이미지와 상기 변환된 이미지 중 다른 하나에 매칭하여 매칭된 윤곽을 결정하는 것을 포함하며, 상기 매칭된 윤곽은 상기 에지 위치의 매칭된 추정을 포함하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 매칭하는 것은 상기 필터링된 이미지를 컬럼 단위로 상기 변환된 이미지에 매칭하는 것을 포함하며, 각 컬럼은 상기 이미지의 픽셀의 폭에 의하여 한정되는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 매칭하는 것은 상기 필터링된 이미지의 컬럼과 상기 변환된 이미지의 대응 컬럼의 상호 상관 관계를 포함하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 상호 상관 관계는 상기 컬럼을 컬럼 방향을 따라 서로에 대하여 시프팅하는 것만을 포함하여 상기 필터링된 이미지와 상기 변환된 이미지 사이의 최상의 매칭을 획득하는 방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 매칭된 윤곽 또는 임계 윤곽을 각 부가적인 반복에 대한 상기 초기 윤곽으로서 이용하여, 상기 방법의 적어도 하나의 부가적인 반복을 수행함으로써 상기 방법을 반복적으로 수행하는 것을 포함하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 이미지는 상기 피처를 형성하기 위한 리소그래피 공정의 수행을 모니터링하기 위하여 상기 피처에 관한 매개변수의 측정을 위해 획득되는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 매개변수는 임계 치수, 라인 에지 러프니스, 라인 폭 러프니스, 국부적인 임계 치수 균일성 및 에지 배치 오차 중 하나 이상을 포함하는 방법.
14. 기판 상의 하나 이상의 피처를 이미지 처리하도록 작동 가능하며, 제1항의 방법을 수행하도록 구성된 컴퓨팅 장치를 포함하는 주사 전자 현미경 검사 장치.
15. 적절한 장치에서 구동될 때 제1항의 방법을 수행하도록 작동 가능한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램.

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