KR20210080592A

KR20210080592A - 각도 분해형 반사율 측정에서의 스캐닝 및 광학 계측으로부터 회절의 알고리즘적 제거

Info

Publication number: KR20210080592A
Application number: KR1020217019127A
Authority: KR
Inventors: 암논 마나쎈; 앤디 힐; 다니엘 칸델; 일란 세라; 오하드 바카르; 바락 브링골츠
Original assignee: 케이엘에이 코포레이션
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2021-06-30
Also published as: EP2865003A1; TWI609169B; JP7046898B2; US10533940B2; JP6628835B2; US20190094142A1; KR102330741B1; US20180106723A1; US10126238B2; WO2014004564A1; US20150116717A1; KR102231730B1; JP2015524555A; US9958385B2; JP2018179998A; KR20210033063A; KR20150036214A; TW201418661A; JP2020073888A; TWI629448B

Abstract

간섭성 광원과; 수집 동공에서 광 분포의 실현을 산출하기 위해 상기 광원으로부터의 간섭성 광의 스폿을 이용하여 타겟 패턴을 스캐닝- 상기 스폿은 타겟 패턴의 일부를 커버하고 상기 스캐닝은 스캐닝 패턴에 따라 광학적으로 또는 기계적으로 수행되는 것임 -하도록 구성된 광학 시스템과; 동공 이미지를 결합함으로써 수집 동공 분포의 복합 이미지를 발생하도록 구성된 처리 유닛을 포함한 각도 분해형 반사율계 및 반사율 측정 방법이 제공된다. 개구 사이즈에 대한 측정 파라미터의 함수 종속성을 양적으로 산정하고 측정 조건과 관련한 측정 파라미터의 보정 항을 상기 개구 사이즈에 관한 함수 종속성의 식별된 회절 성분으로부터 도출함으로써 회절 오차를 감소시키는 계측 시스템 및 방법이 제공된다.

Description

각도 분해형 반사율 측정에서의 스캐닝 및 광학 계측으로부터 회절의 알고리즘적 제거{SCANNING IN ANGLE-RESOLVED REFLECTOMETRY AND ALGORITHMICALLY ELIMINATING DIFFRACTION FROM OPTICAL METROLOGY}

관련 출원의 교차 참조

이 출원은 2012년 6월 26일자 출원한 미국 가특허 출원 제61/664,477호 및 2013년 2월 13일자 출원한 미국 가특허 출원 제61/764,435호를 우선권 주장하며, 이 우선권 출원들은 여기에서의 인용에 의해 그 전체가 본원에 통합된다.

기술 분야

본 발명은 반도체 소자 및 각도 분해형 반사율 측정의 계측 분야에 관한 것으로, 특히 각도 분해형 반사율 측정에서 개구 회절 효과를 제거하여 정확도를 향상시키고 노이즈를 감소시키는 것에 관한 것이다.

각도 분해형 반사율 측정(angle-resolved reflectometry)은 웨이퍼에 인쇄된 테스트 패턴의 오버레이 및 임계 치수와 같은 파라미터들을 측정하기 위해 사용하는 기술이다. 광의 원뿔(cone)은 테스트 패턴에 집속되고 패턴의 반사율이 입사각의 함수로서 동공 이미지에서 수집된다. 조명 동공에서의 강도 분포와 관련된 수집 동공(collected pupil)에서의 광의 정확한 강도 분포는 테스트 패턴 파라미터의 정밀 측정치를 추출하는데 필요한 정보를 제공한다.

비용 및 생산적 제약에 기인하여 타겟 사이즈가 더 작아짐에 따라서, 각도 분해형 반사율 측정을 적용하는 것이 항상 난제로 되고 있다. 테스트 패턴을 구성하는 특징(feature)들은 테스트 패턴 전체에 걸쳐서 균일하지 않다. 특징들은 에지 거칠기, 가변적 선 폭 및 측벽 경사 불일치와 같은 불완전성을 항상 포함한다. 테스트 패턴 특징의 이러한 불완전성은 반사율계에 의해 수집된 광의 위상 및 강도 분포를 변화시키는 방식으로 광을 산란 또는 반사한다.

웨이퍼 광학 계측 도구는 필드 평면 및 동공 평면에 유한 크기 개구를 포함한다. 예를 들면, 도 6은 종래 기술에 따른 계측 광학 시스템(90)의 하이 레벨 개략도이다. 도 6은 동공 이미지 센서(94)에 의해 웨이퍼(80)를 검사하기 위한 광원으로서 광섬유(91)를 도시하고 있다. 이러한 특수한 예에서, 광은 조명 동공 개구(95A), 조명 필드 개구(95B), 대물 동공 개구(95C) 및 수집 필드 개구(95D)를 통해 이동한다.

이 개구들은 어포다이즈(apodize)되거나 되지 않을 수 있고, 측정이 이루어지는 평면에 수직한 평면에 배치된 경우 하기의 단순한 목적을 갖는다. 검출기(필드 평면에 배치된 검출기 또는 동공 평면에 배치된 검출기)에 도달한 광은 계측 타겟의 외부에 있고 이상적인 신호의 소트(sought)를 오염시키는 산란 및 회절 요소로부터의 신호들을 내포한다. 그러한 구경 조리개의 목적 중의 하나는 이러한 오염 광을 차단하는 것이다. 예를 들면, 신호가 동공 평면에서 수집된 때, 수집 시야 조리개라고 부르는, 수집 암(collection arm)의 필드 평면에 배치된 작은 개구는 계측 타겟의 근접 외부로부터의 광을 차단한다.

개구가 더 작아짐에 따라서, (필드 평면 또는 동공 평면에서 행하여지는) 필터링은 더 제한적으로 되고, 전술한 오염 광은 더 효율적인 방법으로 제거된다. 그러나, 이것은 회절을 야기한다. 구체적으로, 개구의 사이즈가 복사선의 공간 간섭 길이에 접근할 때, 개구 에지로부터의 회절은 신호를 상당한 크기로 변형시키고 계측 성능에 영향을 준다. 또한, 종래 기술의 방법은 스폿 사이즈를 감소시키고(예를 들면, 조명에서 행하여진 동공 어포디제이션(apodization)에 의해 달성됨) 및/또는 시야 조리개 사이즈 또는 형상 및 수집 검출기의 대응하는 공평하게 선택된 영역을 선택함으로써 시야 조리개로부터의 회절을 억제하여 회절 효과를 작게 한다(이것은 더 큰 스폿 링잉(ringing)이 검출기의 소정 영역에서 발생하는 경우일 수 있다).

본 발명의 일 양태는 간섭성 광원과; 수집 동공(collected pupil)에서 복수의 광 분포 실현(realization)을 산출하기 위해 상기 광원으로부터의 간섭성 광의 스폿을 이용하여 타겟 패턴을 스캐닝- 상기 스폿은 타겟 패턴의 일부를 커버하고 상기 스캐닝은 스캐닝 패턴에 따라 수행되는 것임 -하도록 구성된 광학 시스템과; 상기 수집 동공에서 상기 복수의 광 분포 실현을 결합함으로써 상기 수집 동공 분포의 복합 이미지를 발생하도록 구성된 처리 유닛을 포함한 각도 분해형 반사율계를 제공한다.

본 발명의 일 양태는 계측 시스템에서 적어도 하나의 개구의 사이즈에 대한 적어도 하나의 측정 파라미터의 함수 종속성을 양적으로 산정하는 단계와; 적어도 하나의 개구의 사이즈와 관련된 상기 함수 종속성의 적어도 하나의 회절 성분을 식별하는 단계와; 적어도 하나의 측정 파라미터에서 회절 오차를 발생하는 적어도 하나의 개구의 특정 사이즈를 포함한 측정 조건과 관련하여, 상기 적어도 하나의 측정 파라미터에 대한 보정 항(correction term)을 상기 적어도 하나의 식별된 회절 성분으로부터 도출하는 단계와; 상기 도출된 보정 항을 상기 적어도 하나의 측정 파라미터에 적용함으로써 상기 회절 오차를 계산적으로 보상하는 단계를 포함한 방법을 제공한다.

본 발명의 상기한, 추가적인 및/또는 다른 양태 및/또는 장점은 이하의 상세한 설명에서 그 상세한 설명으로부터 추론할 수 있게 및/또는 본 발명의 실시에 의해 학습할 수 있게 설명된다.

본 발명의 실시형태를 더 잘 이해하고 본 발명을 실시하는 법을 보이기 위해, 이제 단순히 예로서 나타내는 첨부 도면을 참조하기로 하고, 첨부 도면에 있어서 동일한 참조 번호는 도면 전반에 걸쳐서 대응하는 요소 또는 섹션을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 광학 스캐닝과 함께 각도 분해형 반사율계를 보인 하이 레벨 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 스캐닝 패턴을 구현하는 각도 분해형 반사율계를 보인 하이 레벨 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 다른 크기 및 밀도를 가진 스캐닝 패턴을 보인 하이 레벨 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 스캐닝 각도 분해형 반사율계의 각종 파라미터 및 피제어 변수를 보인 하이 레벨 개략 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 각도 분해형 반사율 측정 방법을 보인 하이 레벨 개략 흐름도이다.
도 6은 종래 기술에 따른 계측 광학 시스템의 하이 레벨 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 시스템 내의 개구 사이즈에서 "Quantity^raw"라고 부르는 일부 측정가능 변수의 일반적인 종속성의 하이 레벨 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 광학 계측으로부터 회절을 알고리즘적으로 제거하는 방법을 보인 하이 레벨 개략 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 계측 시스템을 보인 하이 레벨 개략 블록도이다.
도 10a는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 산란계 오버레이 측정의 부정확성이 수집 시야 조리개의 사이즈에 의존하는 방법의 예를 보인 개략도이다.
도 10b는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 산란계 오버레이 측정의 부정확성이 트루 오버레이의 2개의 상이한 값에 대하여 수집 시야 조리개의 사이즈에 의존하는 방법의 예를 보인 개략도이다.
도 11a는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 제1 유형의 교정을 이용한 보정 방법이 오버레이 측정 오차를 감소시키는 방법의 예를 보인 개략도이다.
도 11b는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 제2 유형의 교정을 이용한 보정 방법이 오버레이 측정 오차를 감소시키는 방법의 예를 보인 개략도이다.

상세한 설명을 행하기 전에, 이하에서 사용되는 소정 용어들의 정의를 설명하는 것이 도움이 될 것이다.

이 명세서에서 사용하는 용어 "타겟" 또는 "계측 타겟"은 계측 필요를 위해 사용되는 임의의 구조를 말한다. 타겟은 리소그래픽 공정에서의 임의의 층의 일부일 수 있고, 타겟은 동일 층 또는 다른 층의 다른 구조를 포함할 수 있다.

이 명세서에서 사용하는 용어 "스페클 패턴" 또는 "스페클"은 적어도 2개의 파면의 간섭에 의해 생성되는 광학 신호의 강도(intensity) 패턴을 말하고, 일반적으로 센서 평면에서 간섭하는 파면으로부터 야기되는 측정 오차의 소스를 말한다.

이제, 도면을 참조하면, 도면들은 본 발명의 양호한 실시형태를 설명할 목적으로 단순히 예로서 보인 것이고, 본 발명의 원리 및 개념적 양태의 가장 유용하고 쉽게 이해되는 묘사라고 믿어지는 실시형태를 제공한다. 이와 관련하여, 본 발명의 기본적인 이해에 필요한 것보다 더 상세하게 본 발명의 구조적 세부를 도시하지는 않고, 도면에 따른 설명은 본 발명의 몇 가지 형태가 어떻게 실용적으로 구현되는 지를 이 기술에 숙련된 사람에게 명백하게 할 것이다.

본 발명의 적어도 하나의 실시형태를 구체적으로 설명하기 전에, 본 발명은 이하의 설명으로 개시되거나 도면에 도시된 컴포넌트들의 구성 및 배열의 세부로 그 응용이 제한되는 것이 아님을 이해하여야 한다. 본 발명은 다른 실시형태에 적용할 수 있고, 또는 다양한 방법으로 실시 또는 실행될 수 있다. 또한, 여기에서 사용하는 어법 및 용어는 설명을 위한 것이고 제한하는 것으로 간주되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 광학 스캐닝과 함께 각도 분해형 반사율계(120)를 보인 하이 레벨 개략도이다. 도 2는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 스캐닝 패턴(128)을 구현하는 각도 분해형 반사율계(120)를 보인 하이 레벨 개략도이다.

본 발명의 실시형태에 따른 각도 분해형 반사율계(120)는 간섭성 광원(86)과, 수집 동공에서 복수의 광 분포 실현(즉, 동공 이미지)을 검출기(87)에서 산출하기 위해 상기 광원(86)으로부터의 간섭성 광의 스폿(83)을 이용하여 타겟 패턴(82)을 스캔하도록 구성된 광학 시스템(125)을 포함한다. 실시형태에 있어서, 상기 수집 동공에서 상기 광 분포 실현들 간의 차는 스페클 및 노이즈의 결과이고, 이것은 실현들을 비교함으로써 식별되고 제거될 수 있다. 스폿(83)은 타겟 패턴(82)의 일부를 커버하고 상기 스캐닝은 스캐닝 패턴(128)에 따라 실행된다(도 3을 참조하여 뒤에서 설명함). 상기 스캐닝은 광학 시스템(125)의 대물렌즈(89)와 관련하여 타겟 패턴(82)을 이동시킴으로써(예를 들면, 대물렌즈(89)를 타겟(82)을 가진 웨이퍼와 관련하여 이동시킴으로써 또는 웨이퍼(80)를 대물렌즈(89)와 관련하여 이동시킴으로써) 기계적으로 실행될 수 있고, 또는 상기 스캐닝은 조명 스폿의 빔 경로를 변경함으로써 광학적으로 실행될 수 있다(뒤에서 설명함). 반사율계(120)는 또한, 상기 수집 동공에서 복수의 광 분포 실현(즉, 동공 이미지)을 결합함으로써 상기 수집 동공 분포의 복합 이미지를 발생하도록 구성된 처리 유닛(130)을 포함한다. 예를 들면, 상기 수집 동공은 대물렌즈(89)의 동공일 수 있다.

실시형태에 있어서, 반사율계(120)는 공간적으로 비간섭성인 조명을 이용하여 달성할 수 있는 것보다 더 작은 스폿에 공간적으로 간섭성인 조명을 집속한다. 각도 분해형 반사율계(120)는 공간적으로 간섭성인 조명을 이용함으로써, 공간적으로 비간섭성인 조명을 이용하는 반사율계(120)에 비하여 더 작은 테스트 패턴을 지원할 수 있다. 간섭성 광원(86)은 각도 분해형 반사율계에 대하여 충분한 조명을 제공하는 밝은 공간적으로 간섭성인 조명을 발생할 수 있는 레이저 소스를 포함할 수 있다. 그러한 조명은 공간적으로 비간섭성인 광원의 불충분한 명도에 의해 야기되는 높은 수준의 샷 노이즈(shot noise)를 회피한다.

도 3은 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 다른 크기 및 밀도를 가진 스캐닝 패턴(128)을 보인 하이 레벨 개략도이다. 예를 들면, 도 3은 비교적 조밀하고 비교적 낮은 노이즈를 생성하지만 가장 긴 측정 시간을 갖는 스캐닝 패턴(128A)을 좌측에 나타내고 있다. 도 3은 비교적 드물고 작으며 비교적 높은 노이즈를 생성하지만 가장 짧은 측정 시간을 갖는 스캐닝 패턴(128C)을 우측에 나타내고 있다. 스캐닝 패턴(128B)은 크기, 노이즈 레벨 및 스캔 지속기간과 관련하여 128A와 128C 사이의 중간이다.

실시형태에 있어서, 스캐닝 패턴(128)과 스폿(83)의 파라미터들은 측정된 파라미터를 최적화하고 테스트 패턴 특징의 불완전성으로부터 발생하는 오차들을 감소시키도록 구성될 수 있다. 스캐닝 패턴(128)과 스폿(83)의 파라미터들의 조정은 교정 절차로서의 동작 전에, 또는 동적 측정 절차로서의 측정 중에 실행될 수 있다.

그러한 오차의 충격은 테스트 패턴(82)의 더 큰 영역을 더 큰 스폿(83)으로 조명하고 상기 더 큰 영역으로부터의 반사광을 포착함으로써 감소될 수 있다. 이 방법에서, 타겟(82)의 불완전성의 충격은 평균화에 의해 감소된다. 비록 공간적으로 간섭성인 조명을 사용함으로써 테스트 패턴(82)에서 비교적 작은 스폿(83)들만을 조명할 수 있지만, 집속된 스폿(83)에 대하여 웨이퍼(80)를 이동시킴으로써 테스트 패턴(82)의 더 큰 면적이 조명되게 할 수 있다. 웨이퍼 스캔은 시스템 센서가 동공에서 하나의 광 분포 이미지를 포착하는데 걸리는 시간 동안에 실행될 수 있고, 또는 다른 타겟 영역이 조명될 때 연속적인 이미지가 포착될 수 있다. 연속적인 이미지가 포착될 때, 그 이미지들은 결합되어 동공에서의 광 분포의 평균 이미지를 나타낼 수 있다. 타겟(82)에서 스폿(83)을 이동시키기 위한 웨이퍼(80)의 변환은 하나의 가능한 구현 예이다. 유사한 구현 예는 집속 스폿(83)이 테스트 패턴(82)에서 변환하도록 타겟(82) 및 웨이퍼(80)에 대하여 대물렌즈(89)를 변환시키는 것으로 구성된다.

도 1은 스캐닝이 기계적으로라기 보다는 광학적으로(즉, 렌즈(89) 및 타겟(82)의 물리적인 상대적 이동 없이) 실행되는 실시형태를 보인 것이다. 이 예에서, 광학적 스캐닝은 광학 시스템(125)에서 기울임 가능한 미러(129)를 기울임으로써 실행될 수 있고(이것은 광학 스캐닝의 비제한적인 예임), 이것에 의해 뒤에서 설명하는 것처럼 광학 경로에서의 스페클 오차를 감소시킬 수 있다.

공간적으로 간섭성인 빔이 광학 시스템(125)을 통하여 전파할 때, 광학 컴포넌트의 불완전성에 의해 산란된 광이 추가적인 간섭성 파면(wavefront)으로서 (소스(86)로부터의) 최초 빔과 함께 전파한다. (검출기(87)의) 센서 평면에서, 최초 빔은 산란된 파면과 간섭하여 이미지에서 스페클을 발생한다. 최초 빔의 위치 또는 포인팅에 있어서의 작은 변화는 산란된 파면의 상대적인 위치 및 각도를 충분히 변화시켜서 결과적인 스페클 패턴이 전체적으로 또는 부분적으로 최초 스페클 패턴과 무상관화되게 할 수 있다. 최초 빔에서의 이것과 동일한 움직임은 이미징 센서에서의 그 특성이 본질적으로 불변으로 되도록 충분히 작을 수 있다. 이론으로 경계를 정하고 싶지는 않지만, 이미징 센서(87)의 획득 시간 내에 다수의 스페클 패턴이 발생되면, 이미지의 잔여 스페클의 크기는 많은 무상관화 스페클 패턴의 평균화를 통해 감소된다. 상이한 빔 방위 및 무상관화 스페클 패턴을 각각 가진 연속적인 이미지를 획득하는 것도 또한 가능하다. 이러한 연속적인 이미지는 이미지의 잔여 스페클의 크기를 감소시키는 결과적인 효과와 함께 평균화될 수 있다. 시간에 따라 공간적으로 간섭성인 빔의 위치를 변경하고 결과적인 이미지를 합산하는 것은 이미지의 공간 간섭성을 감소시키는 일반적인 효과를 갖는다.

실시형태에 있어서, 공간적으로 간섭성인 빔의 위치 및 각도는 피에조 구동형 스캔 미러, 공명 스캐너, 회전하는 다각형 스캐너, 스피닝 홀로그래픽 스캐너 또는 음향-광학 편향기와 같은 스캐닝 광학 컴포넌트(129)를 이용하여 수정될 수 있다. 시스템(120)은 시스템이 동공 평면에 대하여 이동하도록 공간 간섭성 빔을 제어가능하게 스캔하거나, 시스템이 필드 평면에 대하여 이동하도록 빔을 스캔하거나, 또는 시스템이 동공 평면 및 필드 평면 둘 다에 대하여 이동하도록 빔을 스캔할 수 있다. 각도 분해형 반사율계(120)에서는 동공 평면에서 안정되고 노이즈가 적은 빔 분포를 갖는 것이 중요하다. 이 때문에, 동공 평면에서는 본질적으로 고정되게 빔 위치를 유지하고 필드 평면에서 빔 위치를 스캔하는 동작이 양호한 구현 예이다.

도 4는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 스캐닝 각도 분해형 반사율계(120)의 각종 파라미터 및 피제어 변수를 보인 하이 레벨 개략 블록도이다. 도 4는 반사율계(125)의 간섭성 광원(86), 검출기(87) 및 대물렌즈(89)뿐만 아니라, 뒤에서 설명하는 것처럼 기계적 스캐닝(122)(타겟(82)이 있는 웨이퍼(80) 및 대물렌즈(89)의 상대적 변환 운동) 및 광학적 스캐닝(127)과 관련된 파라미터 및 특성들을 도식적으로 보인 것이다. 반사율계(120)는 스캐닝 패턴(128)을 제어하고(위에서 설명하였고 뒤에서도 설명하는 것처럼) 기계적 및 광학적 스캐닝(122, 127)과 그들 간의 상호관계를 제어 및 조정(뒤에서 설명함)하도록 구성된 제어 유닛(140)을 포함할 수 있다. 반사율계(120)는 검출기(87)로부터의 이미지들을 처리하도록 구성된 처리 유닛(130)을 포함하고, 처리된 이미지로부터의 측정치 및 통합 이미지를 발생하며, 이미지가 취해지고 처리된 때 이미지들의 다른 특징에 관한 피드백을 제어 유닛(140)에게 또한 제공할 수 있다. 뒤에서 설명하는 것처럼, 그러한 피드백은 기계적 스캐닝(122)과 광학 스캐닝(127) 중의 어느 하나 또는 둘 다의 추가적인 조작에 의해 노이즈를 더욱 감소시킬 수 있다.

실시형태에 있어서, 스캐닝 타겟(82)은 타겟(82)의 정적 스폿 위치(83)로부터 수집 동공의 복수의 광 분포 실현을 산출하도록 동기식의 광학적 및 웨이퍼(기계적) 스캐닝에 의해 실행될 수 있다. 상기 실현은 각자 가지고 있는 스페클에 있어서 서로 다를 수 있고, 따라서 제거될 수 있다. 처리 유닛(130)은 정적 스폿 위치로부터 수집 동공의 광 분포 실현을 이용하여 이미지의 스페클을 감소시키도록 또한 구성될 수 있다. 광학 시스템(125)을 통하여 빔을 스캔하는 것은 다수의 비상관화 스페클 이미지를 발생 및 평균화함으로써 최종 동공 이미지의 스페클을 감소시키기 위해 활용될 수 있지만, 이와 동시에 집속된 스폿(83)은 테스트 패턴(82)의 더 큰 영역에서 스캔한다. 이것은 웨이퍼(80)에서 가치있는 영역을 더 많이 소모하는 더 큰 테스트 패턴(82)을 필요로 하는 잠재적인 부작용을 갖는다. 광학적 스캔(127)과 웨이퍼 스캔(122)을 결합함으로써, 반사율계(120)는 이미지에서의 스페클을 감소시키도록 구성될 수 있고, 스폿(83)은 제어 유닛(140)에 의해 웨이퍼 스캔(122)과 광학적 스캔(127)을 정밀하게 동기화시킴으로써 테스트 패턴(82)에서 정적으로 유지될 수 있다.

실시형태에 있어서, 타겟(82)의 스캐닝은 제어적으로 비동기식인 기계적 및 광학적 스캐닝에 의해 실행될 수 있다. 처리 유닛(130)은 광학 스캐닝(127)을 이용하여 이미지의 스페클을 감소시키고 기계적 스캐닝(122)을 이용하여 테스트 패턴 불완전성에 의해 유도되는 오차를 감소시키도록 또한 구성될 수 있다. 광학기기(125)를 통하여 공간 간섭성 빔을 스캔하고 빔을 테스트 패턴(82)에서 정적으로 유지하기 위하여 광학적 스캔(127)과 웨이퍼 스캔(122)이 각도 분해형 반사율계(120)에서 동기화될 수 있지만, 스캔은 또한 의도적으로 비동기화될 수 있다. 그러한 제어가능한 비동기화는 테스트 패턴 불완전성의 충격을 최소화하도록 조명되는 테스트 패턴(82)의 영역의 사이즈를 또한 제어하면서, 이미지에 도입되는 스페클의 크기를 감소시키도록 광학기기(125)를 통해 빔이 스캔되게 하기 위해 사용될 수 있다. 광학 스캔(127)의 크기는 원하는 스페클 감소를 달성하도록 설정되고, 웨이퍼 스캔(122) 비동기화의 크기는 테스트 패턴 불완전성에 대한 원하는 평균화를 달성하도록 설정될 수 있다.

실시형태에 있어서, 제어 유닛(140)은 광학 스캐닝(127)에 의해 달성되는 스페클 감소의 레벨과 기계적 스캐닝(122)에 의해 소비된 시간을 균형화(balancing)함으로써 스캐닝 패턴(128)을 결정하도록 또한 구성될 수 있다. 특히, 스캐닝 패턴(128)은 노이즈 감소와 측정 시간을 균형화하도록 최적화될 수 있다. 주어진 테스트 패턴(82)에 대하여, 반사율계(120)는 최대의 가능한 영역과 그 영역 내의 가장 가능성 있는 포인트에서 스캔함으로써 특징 불완전성의 충격을 최소화하도록 구성될 수 있다. 반사율계(120)는 또한 광학 시스템(125) 내의 최대 가능한 범위를 스캔하고 상기 스캔 범위 내의 가장 가능성 있는 포인트에서 스캔함으로써 최대의 광학 스페클 감소를 달성하도록 구성될 수 있다. 그러나, 변환하는 웨이퍼(80)로부터 또는 광학 스캐닝(127)(예를 들면, 광학 컴포넌트(129)에 의한 것)으로부터 발원하는 크고 조밀한 스캐닝 패턴(128A)(예를 들면, 도 3의 좌측)은 실행하는데 비교적 긴 시간을 요구할 수 있다. 반도체 계측 도구는 측정을 행하는데 있어서 가능한 한 적은 시간을 소모하는 것이 바람직하다. 짧은 측정 시간은 도구 웨이퍼 스루풋을 증가시키고 소유의 비용을 낮춘다. 스캔 범위와 밀도 및 측정 시간 간에는 직접적인 트레이드오프가 존재한다.

실시형태에 있어서, 반사율계(120)는 기계적 스캐닝(122) 및 광학적 스캐닝(127)을 수행하기 위한 동적으로 프로그램된 스캐닝 컴포넌트를 포함할 수 있다. 제어 유닛(140)은 측정 지속기간 및 정확도와 같은 동작 파라미터와 함께 노이즈, 오차 및 스페클 감소를 최적화하도록 상기 동적으로 프로그램된 스캐닝 컴포넌트를 제어하게끔 구성될 수 있다.

동적으로 프로그램가능한 스캐닝 컴포넌트의 예로는 웨이퍼 스테이지 및 틸트 미러(tilt mirror)가 있다. 이들은 그들의 스캐닝 범위 및 패턴을 설정하도록 동적으로 프로그램될 수 있다. 이것은 스캔 범위와 밀도에 의한 노이즈 감소와 측정 속도 간의 특정 시스템 균형을 수정하는 옵션을 제공한다. 따라서, 반사율계(120)는 더 낮은 정밀도의 결과를 생성하지만 웨이퍼 스루풋이 더 고속인 짧은 스캔용으로 구성되고(예를 들면, 패턴 128C와 유사한 것), 그 다음에 저속 웨이퍼 스루풋에서 더 높은 정밀도의 결과를 생성하는 긴 스캔용(예를 들면, 패턴 128A로 표시한 것처럼)으로 수정될 수 있다. 전체의 패턴(128A-C)은 제어 유닛(140)에 의해 동적으로 제어될 수 있는 측정 정밀도 및 측정 지속기간의 범위를 갖는다.

실시형태에 있어서, 반사율계(120)는 테스트 패턴 및 광학 노이즈의 지능적 감소를 위해 프로그램형 스캔 패턴(128)을 구현 및 이용할 수 있다. 예를 들면, 테스트 패턴(82)의 특정 영역이 다른 영역보다 측정 노이즈를 더 많이 도입하는 경우가 있을 수 있다. 실시형태에 있어서, 반사율계(120)의 처리 유닛(130)은 테스트 패턴(82)의 고 노이즈 영역을 식별하도록 구성될 수 있다. 실시형태에 있어서, 반사율계(120)의 제어 유닛(140)은 스캐닝 패턴(82)으로부터 상기 식별된 고 노이즈 영역을 제거하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 광학 스캔 패턴(128) 내의 특정 영역들은 광학 스캔 내의 다른 영역보다 노이즈를 더 많이 도입할 수 있다. 실시형태에 있어서, 반사율계(120)의 처리 유닛(130)은 광학 스캔(127)에서 고 노이즈 영역을 식별하도록 구성될 수 있다. 실시형태에 있어서, 반사율계(120)의 제어 유닛(140)은 상기 식별된 고 노이즈 영역을 광학 스캐닝(127) 중에 회피하도록 구성될 수 있다.

실시형태에 있어서, 반사율계(120)는 트레인 모드 중에 테스트 패턴(82) 및 광학 스캔(127)의 상기 고 노이즈 영역을 식별하도록 구성될 수 있다. 테스트 스캐닝 패턴(128), 기계적 스캐닝(122) 및/또는 광학 스캔(127)은 그 다음에 실제 측정 중에 상기 고 노이즈 영역을 회피하도록 규정될 수 있다. 이 원리는 웨이퍼 스캔(122)에만, 광학 스캔(127)에만, 또는 웨이퍼 스캔(122)과 광학 스캔(127)의 조합에 적용할 수 있다.

실시형태에 있어서, 스캐닝 패턴(128)은 스캔 위치의 함수로서 특유의 강도 분포를 또한 포함할 수 있다. 상기 특유의 강도 분포는 기계적 스캐닝(122) 및/또는 광학 스캔(127)으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 상기 특유의 강도 분포는 가우스 분포와 같이 대칭이지만 균일하지 않은 것일 수 있다. 특유의 강도 분포는 스캐닝 패턴(128)의 형상 함수(예를 들면, 원형, 직사각형 등) 및/또는 스캐닝 패턴(128)의 윤곽 함수(예를 들면, 가우스 분포 또는 임의의 다른 대칭 분포)를 포함할 수 있다. 강도 분포는 전술한 고 노이즈 영역의 식별과 관련해서 또는 상기 식별과 관계없이 계측 정확성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.

실시형태에 있어서, 처리 유닛(130)은 수집 동공에서 광 분포의 실현에 가중 평균을 적용함으로써 복합 이미지의 발생을 실행하도록 또한 구성될 수 있고, 상기 각각의 실현은 상이한 광학 및/또는 기계적 스캔 위치를 반영한다. 상기 가중은 스캐닝 패턴(128)의 상기 특유의 강도 분포에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 상기 가중은 강도 분포의 임의 부분을 증대시킬 수 있다. 그러므로, 스캔 포인트마다 획득된 개별적인 계측 결과는, 비록 수집 동공 구성에 대한 단순한 강도 평균은 아니지만, 더 정확하고 반복가능한 계측 결과를 산출하는 분석에 결합될 수 있다. 가중된 평균 및 가중 파라미터는 계측 결과를 최적화하도록 선택될 수 있다.

실시형태에 있어서, 처리 유닛(130)은 스폿(83)의 위치에 대한 계측 감도와 같이, 적어도 하나의 계측 메트릭에 따라 상기 가중을 적응시키도록 또한 구성될 수 있다.

실시형태에 있어서, 제어 유닛(140)은 특정 테스트 패턴(82)에 대한, 특정 측정 스택에 대한, 또는 계측 구성에 따른 강도 분포(형상 및 함수)를 식별 또는 최적화하도록 스캐닝 패턴(128)의 특유의 강도 분포를 제어 또는 수정하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상이한 강도 분포가 트레인 모드(train mode)에서 적용될 수 있고, 처리 유닛(130)의 측정 결과들을 비교하여 스폿(83)의 최적의 강도 분포를 식별할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 각도 분해형 반사율 측정 방법(200)을 보인 하이 레벨 개략 흐름도이다. 방법(200)은 수집 동공에서 복수의 광 분포 실현을 산출하기 위해 간섭성 광의 스폿을 이용하여 타겟 패턴을 스캔하는 단계(단계 210)와, 복수의 수집 동공 이미지를 결합하여 수집 동공 분포의 복합 이미지를 발생하는 단계(단계 270)를 포함한다. 실시형태에 있어서, 스캐닝(210)은 간섭성 스폿에 의해 타겟 패턴의 부분들을 커버하는 단계(단계 212) 및/또는 스캐닝 패턴에 따라 타겟 패턴을 스캔하는 단계(단계 214)를 포함할 수 있다.

실시형태에 있어서, 방법(200)은 예를 들면 대물렌즈를 웨이퍼와 관련하여 이동시키거나(단계 222) 또는 웨이퍼를 대물렌즈와 관련하여 이동시킴으로써(단계 224) 기계적으로 스캐닝을 실행하는 단계(단계 220)를 포함할 수 있다.

실시형태에 있어서, 방법(200)은 예를 들면 타겟을 광학적으로 스캔하기 위해 스폿의 광학 경로에 있는 기울임 가능한 미러를 기울임으로써(단계 232) 광학적으로 스캐닝을 실행하는 단계(단계 230)를 포함할 수 있다.

실시형태에 있어서, 방법(200)은 타겟의 정적 스폿 위치로부터 수집 동공의 복수의 광 분포 실현을 산출하도록 기계적 스캐닝과 광학 스캐닝을 동기화시키는 단계(단계 240)와, 상기 정적 스폿 위치로부터 수집 동공의 광 분포 실현을 이용하여 이미지의 스페클을 감소시키는 단계(단계 242)를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 보충적으로, 방법(200)은 테스트 패턴 불완전에 의해 도입된 오차뿐만 아니라 스페클을 감소시키기 위해 비동기식의 기계적 및 광학적 스캐닝을 제어하는 단계(단계 245)를 포함할 수 있다.

일반적으로, 방법(200)은 예를 들면 기계적 스캐닝 및 광학적 스캐닝을 실행하는 동적으로 프로그램된 스캐닝 컴포넌트를 제어함으로써(단계 252) 타겟 패턴의 기계적 및 광학적 스캐닝을 조정하는 단계(단계 250)를 포함할 수 있다.

실시형태에 있어서, 방법(200)은 광학 스캐닝에 의해 달성된 스페클 감소의 레벨과 기계적 스캐닝에 의해 소비된 시간을 균형화함으로써 스캐닝 패턴을 결정하는 단계(단계 255)를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 방법(200)은 테스트 패턴의 고 노이즈 영역을 식별하는 단계(단계 260)와 상기 식별된 고 노이즈 영역을 스캐닝 패턴으로부터 제거하는 단계(단계 262), 및/또는 광학 스캔에서 고 노이즈 영역을 식별하는 단계(단계 265)와 상기 식별된 고 노이즈 영역을 광학 스캐닝 중에 회피하는 단계(단계 267)를 포함할 수 있다.

실시형태에 있어서, 간섭성 광의 스폿은 특유의 강도 분포를 가지며, 방법(200)은 수집 동공의 광 분포의 실현에 가중 평균을 적용함으로써 복합 이미지의 발생을 실행하는 단계(단계 280)를 또한 포함할 수 있다. 상기 가중은 스캐닝 패턴의 특유의 강도 분포에 따라 결정될 수 있다(단계 285). 실시형태에 있어서, 방법(200)은 적어도 하나의 계측 메트릭에 따라 상기 가중을 적응시키는 단계(단계 287)를 또한 포함할 수 있다. 실시형태에 있어서, 방법(200)은 특유의 강도 분포를 수정하고 특정 테스트 패턴 또는 계측 구성과 같은 측정 파라미터와 관련하여 최적의 강도 분포를 식별하는 단계(단계 290)를 또한 포함할 수 있다.

유리하게도, 반사율계(120) 및 방법(200)은 하기의 복수의 장점들 중 임의의 장점을 제공할 수 있다: (i) 공간적으로 간섭성인 조명이 공간적으로 비간섭성인 조명보다 더 작은 스폿에 집속되기 때문에 반사율계(120) 및 방법(200)은 더 작은 테스트 패턴(82)을 달성할 수 있다. (ii) 이미지 획득 중에 조명 스폿과 관련하여 웨이퍼를 스캔하는 것은 평균화를 통해 테스트 패턴 불완전성의 충격을 감소시키기 때문에 반사율계(120) 및 방법(200)은 테스트 패턴 불완전성의 충격을 감소시킬 수 있다. (iii) 광학기기를 통한 빔의 스캐닝은 이미지 획득 중에 다수의 비상관성 스페클 뷰를 평균화함으로써 스페클 노이즈의 충격을 감소시키기 때문에 반사율계(120) 및 방법(200)은 광학 노이즈의 충격을 감소시킬 수 있다. (iv) 웨이퍼 단계 동작과 광학 스캔 동작의 동기화에 의해 광학 빔이 작은 테스트 패턴에서 스폿 정지를 유지하면서 스페클 감소를 위해 광학기기를 통해 스캔될 수 있기 때문에 반사율계(120) 및 방법(200)은 작은 테스트 패턴에서 광학 노이즈의 감소를 달성할 수 있다. (v) 웨이퍼 단계 동작과 광학 스캔 동작의 비동기화에 의해 스페클 감소를 위한 광학기기를 통한 임의의 광학 빔 스캔을 가능하게 하고 임의의 스폿이 타겟 노이즈 감소를 위해 타겟에서 스캔할 수 있기 때문에 반사율계(120) 및 방법(200)은 광학 노이즈 감소 및 테스트 패턴 노이즈 감소의 최적화를 달성할 수 있다. (vi) 광학 및 웨이퍼 스캔의 사이즈 및 밀도가 노이즈 감소와 측정 속도 간의 트레이드오프를 위하여 수정될 수 있기 때문에 반사율계(120) 및 방법(200)은 노이즈 감소 및 측정 속도의 최적화를 달성할 수 있다. (vii) 테스트 패턴 및 광학기기의 스캔된 영역이 높은 수준의 측정 노이즈를 도입하는 영역들을 회피하도록 규정될 수 있기 때문에 반사율계(120) 및 방법(200)은 테스트 패턴 및 광학기기의 고 노이즈 영역을 회피할 수 있다. (viii) 멀티모드 광섬유의 출구에서의 비간섭성 조명이 테스트 패턴의 의도된 영역을 균일하게 조명하기 때문에 반사율계(120) 및 방법(200)은 테스트 패턴 노이즈 감소를 최대화할 수 있다.

상기 장점들은 전술한 것들로부터의 특징들의 임의의 서브그룹을 통합할 수 있는 반사율계(120) 및 방법(200)의 각종 구성에 의해 달성될 수 있다. 반사율계(120) 및 방법(200)의 실시형태는 하기의 특징 중의 임의의 것을 결합할 수 있다: (i) 실질적으로 공간 간섭성인 조명으로 샘플을 조명하는 것; (ii) 단일 테스트 패턴의 측정치의 획득 중에 스테이지 스캐닝을 이용하는 것; (iii) 단일 테스트 패턴의 측정치의 획득 중에 광학 스캐닝을 이용하는 것; (iv) 단일 테스트 패턴의 측정치의 획득 중에 스테이지 스캐닝과 광학 스캐닝을 결합하는 것; (v) 테스트 패턴으로부터 측정치의 획득 중에 조명 스폿이 테스트 패턴에서 정적으로 유지되도록 스테이지 스캐닝을 광학 스캐닝과 동기화시키는 것; (vi) 단일 테스트 패턴의 측정치의 획득 중에 광학기기를 통과한 빔에서 및 테스트 패턴에서의 스폿 동작에서 독립 스캔 패턴이 발생될 수 있도록 스테이지 스캐닝을 제어형 방식으로 광학 스캐닝과 비동기화 시키는 것; (vii) 단일 테스트 패턴의 측정치의 획득 중에 측정 노이즈와 측정 시간 간의 트레이드오프를 최적화하기 위해 스캔 사이즈 및 밀도를 조정하는 능력; (viii) 멀티모드 광섬유의 입구에서 레이저 스폿을 스캔함에 따른 공간 간섭성의 감소.

유리하게도, 반사율계(120) 및 방법(200)은 현행 기술들의 하기와 같은 제한들을 극복한다.

웨이퍼가 처리하는데 비용이 많이 들기 때문에, 가능한 한 많은 웨이퍼 영역이 기능 회로를 위해 남겨져야 한다. 이를 위해, 테스트 패턴을 작게 만들어서 테스트 패턴이 웨이퍼 영역을 적게 소비하게 하는 것이 바람직하다. 테스트 패턴을 둘러싸는 웨이퍼 지오메트리와 측정 광 간의 상호작용을 회피하기 위해, 각도 분해형 반사율계에서 집속 스폿의 사이즈는 테스트 패턴보다 더 작아야 한다. 가능한 최소 스폿은 공간적으로 간섭성인 광 빔을 집속시킴으로써 형성될 수 있다. 공간 간섭성 빔을 테스트 패턴에 집속시키는 각도 분해형 반사율계는, 더 작은 집속 스폿이 더 작은 테스트 패턴에 대하여 가능하게 하고 기능 회로용으로 이용할 수 있는 웨이퍼 영역을 더 많이 남긴다는 점에서, 공간 간섭성 광을 덜 사용하는 반사율계에 비하여 잠재적인 경쟁 우위를 갖는다.

테스트 패턴의 측정이 작은 집속 스폿으로 이루어지는 경우에, 광 분포에 대한 이러한 수정의 크기는 테스트 패턴 파라미터의 측정시에 큰 오차 및 노이즈를 야기할 수 있다. 가능한 한 많은 테스트 패턴으로부터 정보를 수집할 수 있는 각도 분해형 반사율계는 타겟 불완전성에 의해 도입되는 측정 오차가 공간 평균화를 통하여 최소화될 수 있다는 점에서 경쟁 우위를 갖는다.

공간 간섭성 빔이 광학 시스템을 통하여 전파할 때, 광학 컴포넌트의 불완전성에 의해 빔의 일부가 산란된다. 이러한 산란 광은 기본 빔과 함께 전파하고 기본 빔을 방해하여 스페클을 생성한다. 각도 분해형 반사율계와 같은 광학 계측 시스템에 있어서, 테스트 패턴에 관한 정보는 공간 간섭성 빔의 반사된 강도 윤곽에 포함된다. 광학 시스템에 의해 생성된 스페클은 빔 강도를 예측 불가능한 방식으로 변조하여 테스트 타겟 파라미터의 후속적인 측정에서 오차를 야기할 수 있다.

여기에서 설명하는 반사율계(120) 및 방법(200)은 웨이퍼상의 조명 영역의 사이즈를 최소화하여 가능한 최소 테스트 패턴을 지원할 수 있을 뿐만 아니라 패턴 불완전성의 충격을 최소화하는데 필요한 만큼 큰 테스트 패턴 영역을 조명할 수 있고, 광학 시스템에서 발생되는 스페클에 의해 도입되는 측정 오차를 동시에 최소화할 수 있다.

유리하게도, 반사율계(120) 및 방법(200)은 정적인 공간 비간섭성 조명 및 정적인 공간 간섭성 조명에 관한 기술보다 더 나은 솔루션을 제공한다.

정적인 공간 비간섭성 조명에 있어서: 웨이퍼에 집속되는 공간 비간섭성 광의 스폿의 사이즈는 광학 시스템의 조명 경로에 배치된 시야 조리개에 의해 규정될 수 있다. 시야 조리개의 사이즈를 증가시킴으로써, 조명되는 테스트 패턴의 영역이 증가될 수 있고 타겟 불완전성의 충격은 더 큰 테스트 패턴 면적에 대한 측정을 효과적으로 평균화함으로써 감소될 수 있다. 공간 비간섭성 조명을 이용한 구성의 제한은 테스트 패턴의 사이즈를 감소시킬 필요가 있을 때 발생한다. 테스트 패턴의 사이즈를 감소시키면 조명 스폿의 사이즈가 또한 감소되어야 한다. 이것은 시야 조리개의 사이즈를 줄임으로써 달성될 수 있지만, 이것은 상당한 양의 광 손실 및 공간 간섭성의 증가를 야기한다. 따라서, 공간 비간섭성 광원을 이용하는 각도 분해형 반사율계는 작은 테스트 패턴을 조명할 때 빛이 없어진다. 시야 조리개에서 추가적인 광의 손실은 상황을 악화시키고 샷 노이즈에 기인하는 측정 오차를 증가시킨다. 시야 조리개의 사이즈를 감소시킴에 따른 공간 간섭성의 증가는 광학 시스템으로부터의 스페클의 충격을 또한 증가시킨다. 그러므로, 정적 공간 비간섭성 조명을 가진 각도 분해형 반사율계는, 조명 시야 조리개가 더 작은 테스트 패턴을 지원하도록 감소될 때 샷 노이즈 및 스페클을 증가시키기 때문에, 작은 테스트 패턴을 측정하는 데에 최적이지 않다.

정적인 공간 간섭성 조명에 있어서: 공간적으로 간섭성인 빔은 웨이퍼상의 작은 스폿에 집속될 수 있고, 이것에 의해 테스트 패턴이 또한 작아질 수 있다. 그러나, 작은 스폿은 테스트 패턴의 국부적 불완전성을 조명하고 더 큰 테스트 패턴 면적에 대한 평균화에 의해 상기 불완전성의 충격을 감소시키지 않는다. 공간 간섭성 조명은 또한 광학 시스템에서 스페클을 발생시키고, 이것은 테스트 패턴 측정치에 노이즈를 추가한다. 정적인 공간 간섭성 조명을 가진 각도 분해형 반사율계는 작은 테스트 패턴을 측정할 수 있지만, 테스트 패턴 불완전성의 평균화를 가능하게 하도록 조명 경로의 사이즈를 증가시키도록 조정될 수 없고 스페클 노이즈를 받는다.

그러므로, 반사율계(120) 및 방법(200)은 상기 2가지 접근법보다 우수하다.

실시형태에 있어서, 방법(200)은 멀티모드 광섬유로 공간 간섭성 감소를 구현하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시형태는 공간 간섭성이 감소된 수율 혼합 모드를 가진 신호를 산출하기 위해 간섭성 광의 스폿을 이용하여 멀티모드 광섬유의 페이스(face)를 스캔하는 단계를 포함할 수 있다.

대형 코어 멀티모드 광섬유는 공간 간섭성 광을 측정 헤더에 전송하기 위해 사용할 수 있다. 멀티모드 광섬유는 만일 광섬유 페이스에서의 다른 포인트들이 비상관되면 확장 객체(extended object)와 같이 작용한다. 정상적으로, 멀티모드 광섬유에 결합된 레이저는 광섬유 모드의 작은 부분집합만을 여기시킨다. 원하는 비상관성을 달성하기 위해, 레이저는 광섬유 모드의 전부 또는 넓은 분포를 여기시키도록 구성될 수 있다. 비상관성을 위해 무작위화는 필요하지 않다. 비상관성은 간섭성 시간에 비하여 긴 시간 규모로 순차적으로 모드를 여기시킴으로써 달성될 수 있다. 그 다음에, 짧은 상관성 시간이 짧은 상관성 길이로 변형된다. 무작위화는 노이즈를 추가할 뿐이다. 불행하게도, 광섬유 불안정은 항상 일부 무작위화를 발생할 것이다. 추가적인 무작위화를 추가하는 포인트는 많은 무작위화가 적은 무작위화보다 더 조용할 수 있다는 것이다.

이것을 달성하는 접근법은 광섬유 페이스를 가로질러 집속 레이저 빔을 옆으로 스캔하는 것, 또는 무작위 패턴 또는 준 무작위 패턴으로 상기 집속 레이저 빔을 가로질러 광섬유 페이스를 옆으로 스캔하는 것일 수 있다. 그러한 스캐닝은 위에서 설명한 스캐닝(128)과 유사하고 마찬가지로 광학적으로 또는 기계적으로 실행될 수 있다. 이 스캔은 예를 들면 고속 팁 틸트 액추에이터를 가진 폴드 미러를 이용하여 실행될 수 있다. 만일 스캔이 충분히 고속이면, 시변 모드 구조가 검출기의 통합 시간에 대하여 평균화되고 본질적으로 비간섭성 확장 소스를 야기한다. 모드들을 무작위로 혼합하는 다른 접근법은 음성 코일 또는 다른 액추에이터를 이용하여 멀티모드 광섬유를 진동시키는 것이다.

웨이퍼 계측을 수행할 때, 정확성, 정밀성 및 도구 유도 편이(tool induced shift, TIS)는 작은 계측 타겟으로부터 고 신뢰성 분광 또는 각도 정보를 검색하는 능력에 의존한다. 양호한 계측 수행은 전술한 개구로부터 유도형 회절을 제거하는 방법을 필요로 한다. 본 발명은 종래 측정의 수행을 계측 수행이 상기 회절 효과를 깨끗이 하는 "무회절" 제한으로 감소시키는 회절 유도형 신호 오염을 추론하는 것을 교시한다.

계측 시스템에서 개구를 통한 회절은 측정 출력에서 구별가능한 오차들을 도입한다. 본 발명의 실시형태들은 개구 사이즈에서 오차의 적어도 일부의 함수 종속성을 도출함으로써 상기 오차들을 계산적으로 보상한다. 함수 종속성은 계측 결과 또는 측정된 강도와 같은 상이한 측정 파라미터에 대하여 도출될 수 있다. 상기 도출은 실제 측정 전에 또는 측정 중에(온 더 플라이(on the fly)) 실행될 수 있다. 함수 종속성은 시스템의 복수의 개구와 관련하여 큰 개구 사이즈 결합 집합용으로 측정 시스템을 교정하기 위해 사용될 수 있다.

여기에서 설명하는 방법은 회절 관련 신호 오염에 의해 유도된 측정의 오차 여유를 또한 제공한다. 도 6에 도시된 것처럼, 계측 광학 시스템(90)의 각종 개구는 회절 오차를 유도할 수 있다.

회절 효과는 정확성과 같은 계측 수행의 열화를 야기할 수 있고, 또한 포커스 및 복사 스폿 정렬 오차에 대한 강화된 감도에 기인하는 정밀도의 열화를 야기할 수 있다. 여기에서 설명하는 개념은 다수의 개구 사이즈로부터 신호를 수집하는 것, 및 계측 수행이 오염성 간섭 효과를 깨끗이 하는 "무회절 제한"으로 데이터를 추론하도록 정보를 집합적으로 이용하는 것을 포함한다.

이 개념은 시스템(90)의 개구, 예를 들면 최소 개구 중의 하나의 개구 사이즈에서 "Quantity^raw"라고 칭하는 어떤 측정가능 변수의 포괄적 종속성을 나타내는 도 7에 개략적으로 도시되어 있다. 측정된 미가공(raw)의 양을 Quantity^raw라고 표시하고, 개구 사이즈는 L로 표시된다. L₁, L₂, L₃, ..., L_n은 L이 측정 번호 1,2,3,...n에서 획득한 값을 나타낸다. 무회절 제한은 Quantity^raw = Quantity^ideal인 L=∞에서 획득되고, 여기에서 개시하는 방법의 목표는 L=L₁, L₂, L₃, ..., L_n, 및 L=∞에서 Quantity^raw에 대하여 수집된 데이터를 추론하여 Quantity^ideal에 대한 산정치(estimate)를 얻는 것이고, 이것은 주어진 개구 사이즈에서 측정된 Quantity^raw를 보정하기 위해 사용될 수 있다.

회절에 의해 유도된 계측 오차 효과가 L의 함수로서 변동하는 방식으로 행동하기 때문에, 시스템 및 방법은 트레인 모드를 수행하여 함수 Quantity^raw(L)이 평활화되고 L→∞에 대한 추론이 행하여질 수 있는 L의 값을 선택할 수 있다.

개구 사이즈에서 피측정 변수의 이러한 종속성은 시스템(90)의 일부 또는 모든 개구를 인용하는 다차원 보정 행렬을 생성하기 위해 시스템(90)의 상이한 개구에 대하여 측정될 수 있다. 분석을 위한 관련 개구들은 그들의 사이즈에 따라서, 또는 결과적인 회절 오차에 대한 그들의 영향에 따라서 선택될 수 있다. 예를 들면, 제1 근사치는 최소 개구에 의해 야기된 회절 효과의 보상을 포함할 수 있다. 2개의 유사한 최소 개구가 있는 경우에, 보정 행렬은 2차원일 수 있다.

그 L→∞ 한계까지 추론되고 y축에 그려진 "양"(Quantity)은 픽셀당 강도 또는 도출된 강도(산란계 오버레이에서의 차동 신호와 같음)와 같은 각종의 가능한 측정 파라미터들 중의 하나 이상, 또는 궁극적인 계측 성과(층의 CD, 또는 예컨대 아래의 도 10a에 개략적으로 도시된 바와 같이 2개의 층 간의 오버레이와 같음)일 수 있다. 외삽법의 수행은 계측에서의 오차 여유에 대한 산정치를 제공한다. 예를 들면, 2개 이상의 외삽법 기술(예를 들면, 외삽 함수에 대한 상이한 형태, 내삽법에서 사용되는 L에서의 상이한 간격)에 의해 외삽법을 수행하고 그 결과들을 비교할 수 있다. 결과들 간의 차는 계측에서의 오차 여유에 대한 양호한 산정치로서 소용될 수 있다. 본 발명의 실시형태는 예컨대 다수의 개구를 가진 휠, 조정가능한 홍채형의 개구, 또는 상이한 개구 사이즈(L - L_i의 값)를 결정 및 수정하기 위한 SLM(spatial light modulator, 공간 광 변조기)과 같은 전기-광학 장치 등의 몇 가지 기구 중의 임의의 것을 사용할 수 있다.

이 개념은 본 발명의 일부 실시형태에 따라서, 산란계 오버레이 측정의 부정확성이 수집 시야 조리개의 사이즈에 의존하는 방법의 예를 보인 개략도인 도 10a에 도시한 예로 더 상세히 나타내었다. 도 10a는 전술한 회절 유도형 계측 오차 변동을 회피하기 위해 공정하게 선택된 소정의 수집 시야 조리개 사이즈 L(ca. 4-23 ㎛ 범위)에 대한 수집 시야 조리개 사이즈에 오버레이 측정이 의존하는 방법을 보인 것이다. 이 결과들은 오버레이 산란계로 측정한 오버레이 타겟의 시뮬레이션으로 획득되었다. 시뮬레이션 결과는 레지스트 웨이퍼에 인쇄된 매우 큰 오버레이 타겟에 대하여 계산되었다. 시뮬레이트된 스택의 진정한 오버레이(true overlay)는 16 nm와 같고, 16 nm로부터의 편차는 오버레이 산란계 타겟에 대한 조명의 정렬불량 오차의 결과이다.

도 8은 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 광학 계측으로부터 회절을 대수적으로 제거하는 방법(300)을 보인 하이 레벨 개략 흐름도이다.

방법(300)은 계측 시스템에서 적어도 하나의 개구의 사이즈에 대한 적어도 하나의 측정 파라미터의 함수 종속성을 양적으로 산정하는 단계(단계 310)와; 상기 적어도 하나의 개구의 사이즈와 관련된 상기 함수 종속성의 적어도 하나의 회절 성분을 식별하는 단계(단계 320)와; 측정 조건과 관련하여 적어도 하나의 측정 파라미터에 대한 적어도 하나의 보정 항을 상기 적어도 하나의 식별된 회절 성분으로부터 도출하는 단계(단계 330)를 포함한다. 상기 측정 조건은 적어도 하나의 측정 파라미터에서 회절 오차를 발생하는 적어도 하나의 개구의 특정 사이즈를 포함한다. 측정 조건은 또한 조명 파장 및 조명원 속성(예를 들면, 스폿 정렬)과 같은 추가의 파라미터를 포함할 수 있다. 방법(300)은 적어도 하나의 측정 파라미터에 상기 도출된 보정 항을 적용함으로써 상기 회절 오차를 계산적으로 보상하는 단계(단계 340)를 또한 포함한다. 따라서, 방법(300)은 개구 사이즈에 기인하는 회절 오차를 계산적으로 제거함으로써 측정 파라미터를 보정한다(단계 342).

실시형태에 있어서, 상기 산정하는 단계(310), 식별하는 단계(320), 도출하는 단계(330) 및 보상하는 단계(340) 중의 적어도 하나는 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서(105)에 의해 실행될 수 있다. 실시형태에 있어서, 컴퓨터 판독가능 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 기억 매체를 포함한 컴퓨터 프로그램 제품이 개시된다. 컴퓨터 판독가능 프로그램은 방법(300)의 단계 310, 320, 330 및 340 중의 적어도 하나뿐만 아니라 방법(300)의 임의의 다른 단계를 실행하도록 구성된다.

실시형태에 있어서, 방법(300)은 평활 함수 종속성을 산출하는 개구 사이즈를 선택하는 단계(단계 311)를 또한 포함할 수 있다. 개구 사이즈는 식별(320) 및 도출(330)을 가능하게 하는 함수 종속성을 산출하도록 선택될 수 있다. 실시형태에 있어서, 적당한 개구 사이즈는 트레인 모드에서 상이한 개구 사이즈들을 조사함으로써 선택될 수 있다.

실시형태에 있어서, 산정하는 단계(310)는 이론적 또는 분석적 고려사항 또는 시뮬레이션 결과에 따라 측정치에 곡선을 적합시킴(fitting)으로써 실행될 수 있다(단계 312). 그 다음에, 식별하는 단계(320)가 예를 들면 상기 적합 곡선을 나타내는 일련의 항으로서 회절 성분을 식별하도록 상기 적합 곡선을 이용하여 실행될 수 있다(단계 322).

실시형태에 있어서, 방법(300)은 적어도 하나의 계측 결과를 포함한 적어도 하나의 측정 파라미터로서 적어도 하나의 계측 결과를 이용하는 단계(단계 314)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 계측 결과는 오버레이 측정치, 임계 치수(CD) 측정치, 초점 측정치, 도즈(dose) 측정치, 사이드올(side-all) 각도 계산치, 필름 두께 측정치 등 중의 임의의 것을 포함할 수 있다.

실시형태에 있어서, 방법(300)은 계속적으로 모니터링하고, 만일 필요하다면 온 더 플라이 실행되는 측정치에 따라 보정 항을 갱신하도록 계측 측정 공정에 상기 산정 단계(310)와 식별 단계(320)를 통합하는 단계(단계 325)를 포함할 수 있다.

실시형태에 있어서, 상기 산정 단계(310) 및 식별 단계(320)는 계측 측정 공정 전에 실행될 수 있고, 계측 시스템을 교정하기 위해 사용될 수 있다(단계 324). 실시형태에 있어서, 방법(300)은 후술하는 바와 같이, 예를 들면 도출된 보정 항에 따라서 계측 측정치를 교정함으로써, 오차 산정을 반복함으로써 보정치를 정제하는 단계(단계 345)를 또한 포함할 수 있다. 실시형태에 있어서, 방법(300)은 1차 보상(340) 후에 산정 단계(310), 식별 단계(320) 및 도출 단계(330) 중의 임의 단계를 반복함으로써 2차 보정 항을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 계측 시스템(100)을 보인 하이 레벨 개략 블록도이다.

계측 시스템(100)은 하나 이상의 보정 항(130)을 적어도 하나의 측정 파라미터(112, 114)에 적용함으로써 계측 시스템(100)의 적어도 하나의 개구(95)의 사이즈와 관련된 회절 오차를 계산적으로 보상하도록 구성된다. 측정 파라미터는 층의 임계 치수(CD) 또는 2개의 층 사이의 오버레이와 같은 계측 측정 결과(112), 및/또는 픽셀당 강도 또는 도출된 강도(산란계 오버레이의 차동 신호와 같음)와 같은 다른 측정 파라미터(114)를 포함할 수 있다. 보정 항(130)은 개구(95)의 사이즈에서 측정 파라미터의 함수 종속성(예를 들면, 도 7, 도 10a)을 양적으로 산정하고 개구(95)의 사이즈와 관련된 함수 종속성의 적어도 하나의 회절 성분을 식별함으로써 도출될 수 있다. 계측 시스템(100)은 상기 산정 단계 및 상기 식별 단계를 온 더 플라이 실행하고(예를 들면, 개구 사이즈를 제어하고 파라미터를 측정함으로써) 및/또는 함수 종속성의 적어도 하나의 회절 성분을 식별하는 것에 따라서 계측 시스템(100)을 교정하도록 구성된 제어기(110)(예를 들면, 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서(105)를 갖는 것)를 포함할 수 있다. 개구 사이즈의 실제 조작은 예컨대 다수의 개구를 가진 휠, 조정가능한 홍채형의 개구, 또는 SLM과 같은 전기-광학 장치 등의 임의의 개구 사이즈 결정 기구(115)에 의해 실행될 수 있다.

실시형태에 있어서, 함수 종속성의 산정은 식별 및 도출을 가능하게 하는 함수 종속성을 산출하는 선택된 복수의 개구 사이즈에 관하여 실행될 수 있다(예를 들면, 평활 함수에 의해).

실시형태에 있어서, 수 개의 개구에 대한 보정 항(130)은 시스템(100)의 일부 또는 모든 개구를 인용하는 복수 차원의 보정 행렬을 생성하기 위해 종속적으로 또는 독립적으로 계산될 수 있다.

실시형태에 있어서, 시스템(100)은 2차 보정 항을 도출하고 그에 따라서 적어도 하나의 측정 파라미터를 조정하기 위해 함수 종속성을 이용하여 계산적 보상을 정제하도록 또한 구성될 수 있다. 실시형태에 있어서, 시스템(100)은 다른 오차들을 보상하는 보정 처리를 반복하여 결과들을 순차적으로 정제하고 측정 오차를 감소시키도록 구성될 수 있다.

실시형태에 있어서, 상기 산정 단계(단계 210)는 개구 사이즈 L에서의 Quantity^raw의 함수 종속성에 대하여 L→∞로서 곡선을 적합시키는 단계를 포함할 수 있다(예를 들면, 이론적, 분석적 또는 시뮬레이션 결과에 기초하여). 그 다음에, 적합 파라미터를 이용하여 Quantity^ideal을 계산할 수 있다. 예를 들어서, 만일 함수 종속성을 수학식 1: Quantity^raw(L) = A + 보정(L)(여기에서 보정(L) = B/L^q1 + C/L^q2 + D/L^q3 + ..., 이고, 0<q1<q2<q3<...)로 표현하면, Quantity^ideal≡ Quantity^raw(L→∞) = A이기 때문에, 궁극적인 계측 결과는 A로 될 것이다. 그 경우에, 상기 보상 단계(단계 240)는 계측 측정치 Quantity^raw(L)을 적합 파라미터 "A"로 단순히 교체하는 단계를 포함하고, 이것에 의해 Quantity^raw(L)을 그 L→∞ "무회절" 한계로 추론한다. 이 절차는 전술한 바와 같이(도 7) 공정하게 선택된 적어도 2개의 L 값에 대한 Quantity^raw(L)의 측정을 요구한다.

함수 보정(L) 및 등가적으로 계수(B, C, D, ...)가 시스템 파라미터의 근사적인 보편적 종속성을 나타내는 경우에(이것은 공칭 CD로부터의 CD의 편차 및 오버레이와 같은 웨이퍼 계측에보다 파장, 편광, 조명 윤곽 등에 훨씬 더 강하게 의존한다는 것을 의미한다), 하기의 산정 절차를 이용할 수 있다.

함수 보정(L), 또는 등가적으로 상기 함수 보정을 정의하는 계수(B, C, D, ...)를 먼저 결정한다. 상기 계수들은 트레인 모드에서 정확히 고정될 수 있다(다수의 L 값을 이용함으로써, 및 증가된 광 레벨/측정 시간에 의해). 이것은 L에서 Quantity^raw(L)의 함수 종속성을 고정하고, 단일의 L 값에서 Quantity^raw(L)의 하나의 측정치를 이용함으로써 Quantity^raw(L)을 온 더 플라이 보정하고 Quantity^ideal의 정확한 산정치에 도달하게 한다. 예를 들어서, 만일 연속 측정(train measurement)을 수행하고 양호한 근사치로서 C, D, ...가 무시될 수 있지만 B는 도구만의 파라미터(tool-only parameter)의 무시할 수 없는 함수라는 것을 알면, 주어진 L의 값에서 하기의 방법(수학식 2): 계측 성과 = Quantity^raw(L) → 계측 성과 = Quantity^raw(L) - B/L^q1으로 계측 성과를 교체함으로써 계측 성과를 보정할 수 있다. 즉, 시스템 및 방법은 시스템 파라미터에서 보정 함수의 무시할 수 없는 항 및 그들의 종속성 유형을 식별하고, 시스템 파라미터에 대한 그들의 종속성과 관련하여 상기 무시할 수 없는 항에 의해서만 측정치를 보정할 수 있다.

함수 "보정(L)"의 보편적 행동에 대한 전술한 가정은 매우 합리적인 것이고, 계측 성과가 회절에 매우 약하게 영향을 주기 때문에(예를 들면, 공칭 CD로부터 CD 값의 편차 또는 오버레이) 시뮬레이션(뒤에서 설명함)에 의해 지원된다는 점에 주목한다. 예를 들면 오버레이는 2πㆍ오버레이/피치의 조합에 의존하는 함수 형태로 회절 효과에 영향을 준다. 피치가 약 600nm이기 때문에, 이 종속성에 의해 유도되는 오차는 수 % 정도이다.

유리하게도, 본 발명은 개구 유도형 회절 효과를 억제함으로써 측정 정확도를 개선한다. Quantity^ideal을 확립하는 것 외에, 본 발명은, 측정시에 또는 트레인 모드에서 행하여진 적합 절차의 성과 중의 하나이기 때문에, 오차 여유(Quantity^raw - Quantity^ideal)를 계산하는 방법을 제공한다. 이것은 측정치에 있어서의 정량적 신뢰를 제공한다.

도 10a는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 산란계 오버레이 측정의 부정확성이 수집 시야 조리개의 사이즈에 의존할 수 있는 방법의 예를 보인 개략도이다. 도 10a는 본 발명이 오버레이 계측에 적용되는 방법의 구체적인 비제한적인 예로서 이하에서 사용된다. 이 예시된 경우에 있어서, "퀀티티"(Quantity)는 오버레이 산란계에 의해 보고된 오버레이이고, "L"은 수집 시야 조리개 사이즈이며, 오버레이 산정치의 오차는 측정되는 격자 구조와 조명 스폿 간의 정렬불량에 기인한다.

도 10b는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 산란계 오버레이 측정의 부정확성이 트루 오버레이의 2개의 상이한 값에 대하여 수집 시야 조리개의 사이즈에 의존하는 방법의 예를 보인 개략도이다. 도 10b에서 명확히 나타내고 있는 바와 같이, 이 오차는 L이 증가함에 따라 제로까지 감소한다(시뮬레이트된 오버레이는 도 10a에 도시된 바와 같이 이 예에서 16nm로 되도록 선택되었다). 이 도면에서 선택된 L의 값은 전술한 설명에 따라 선택되었다. 도 10b는 계측 파라미터(이 예에서는 오버레이)의 부정확성의 종속성이 전술한 "보편성" 가정이 선언되기 때문에 무시할 수 있다는 것을 또한 명백히 보여준다.

이 예에서, 구현 방법(300)은 하기의 단계들을 포함할 수 있다. 먼저, 단계 312는 도 10a에서 데이터를 적합시키는 단계를 포함한다. 즉, 매우 양호한 적합은 OVL(L) = A + 18.885/L^p 형태의 함수로 나타나고, 이것은 p≒2.0 및 A=16.027에 대하여 시뮬레이션 데이터를 잘 설명한다. 최종의 계측 오버레이 결과는 그 다음에 값 OVL(L→∞) = A = 16.027이다. 이것은 0.027nm의 오버레이 오차 부정확도를 유도할 것이다(이 예시적인 시뮬레이션에서 사용된 트루 오버레이는 16nm임을 상기한다). 단계 314는 상기 계산된 부정확도를 이용하여 측정치를 보정하는 단계를 포함한다.

유리하게도, 상기 적합은 2개의 더 낮은 시야 조리개 사이즈 값 L=4.15㎛ 및 L=7.25㎛만으로부터 또한 행하여질 수 있다. 그러한 경우에, A의 값은 16.215로 되어 0.215nm의 부정확도 산정치를 유도한다(L=7.25㎛만을 사용하면 약 0.5nm의 부정확도를 제공하고 L=4.15㎛의 결과는 약 1.1nm의 부정확도를 제공한다).

방법(300)을 구현하는 다른 방법은 오버레이 값이 수집 시야 조리개 사이즈에 의존하는 방법에 대한 교정으로서 전술한 적합을 고려하는 것이다. 이 사실을 논증하기 위해, 도 10b는 오버레이 값이 0nm 및 16nm와 같은, 2개의 오버레이 타겟에 대하여 오버레이 부정확성이 어떻게 행동하는지를 또한 보여준다. 도 10b에 의해 명확히 예시되는 바와 같이, 부정확성은 전술한 바와 같이 스택의 트루 오버레이에만 매우 약하게 의존한다. 이것은 하기 유형의 2차 교정(단계 324)을 수행하는 방법, 즉 (i) 오버레이 데이터를 적합시킴으로써 획득된 교정 공식을 이용하는 것(상기 예에서 이 공식은 OVL(L) = 16.027 + 18.885/L²이다), 및 (ii) 상기 공식을 하기 방법으로 새로운 오버레이 측정에 적용하는 것(새로운 오버레이 측정치는 OVL'(L)로 표시된다)을 개방한다. 먼저, 새로운 오버레이 측정치 OVL'(L)은 보정된 측정치로 교체된다: OVL'(L) → OVL'(보정된 L) = OVL'(L) - 18.885/L².

도 11a는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 제1 유형의 교정을 이용한 보정 방법이 오버레이 측정 오차를 감소시키는 방법의 예를 보인 개략도이다. 도 11a는 전술한 바와 같이 2차 근사치를 적용함으로써 달성되는 개선을 나타낸다. 도시된 예에서, 교정에 의한 결과적인 오차 감소는 트루 오버레이=0인 경우에 대하여 제공된다. 이것은 L의 단일 값에서의 단일 측정치를 수반한다는 점에 주목한다.

명확하게, 교정되지 않은 결과는 특히 작은 수집 시야 조리개 사이즈의 경우에 중대한 오버레이 오차를 야기하고, 교정된 결과는 이러한 오차를 크게 감소시킨다. 이러한 오차는 만일 부정확성(이 예에서는 스폿 정렬불량)의 근본 원인이 시간에 따라 변동하면 정밀도 저하를 또한 야기할 수 있다는 점에 주목한다.

도 11b는 본 발명의 일부 실시형태에 따른, 제2 유형의 교정을 이용한 보정 방법이 오버레이 측정 오차를 감소시키는 방법의 예를 보인 개략도이다. 제2 유형의 교정은 하기의 방식으로 실행된다. 먼저, 교정을 위해 사용된 오버레이 측정치는 OVL(L;0)로 표시된다. 예를 들면, 이들은 OVL(L;0) = A + 보정(L)(여기에서 A = 16.027임) 및 보정(L)=18.885/L²에 적합된 측정치일 수 있다. 이 점에서, 이 교정 측정치의 트루 오버레이에 대한 최상의 산정치는 16.027nm이다. 이 제2 유형의 교정에 있어서, 2개의 오버레이 측정치에 대한 회절 효과가 오버레이의 실제 값에 매우 약하게 의존한다는 사실은 새로운 오버레이 측정치를 보정하기 위해 사용된다. 새로운 오버레이 측정치는 다음과 같이 OVL(L;1)로 표시된다: OVL(L;1) → OVL(보정된 L;1) = OVL(L;1) + OVL(L;0) - A. 도 11b에 도시된 것처럼, 제2 유형의 교정은 변화하는 시야 조리개 사이즈와 관련하여 더 안정적인 보정을 산출하기 때문에 이 예에서 제1 유형의 교정보다 선호된다.

전술한 2가지 교정 방법에 있어서, 측정 조건은 교정 측정치와 실제 측정치 간에 크게 변경되지 않는다는 것이 중요하다는 점에 주목한다. 이것은 광의 속성(파장, 편광, 타겟에 대한 시스템의 정렬, 초점 등)을 포함한다. 측정 조건이 동일하다는 것을 보장할 수 없는 경우에, 그 차를 교정하고 보상하기 위해 추가의 교정이 필요할 수 있다. 예를 들어서 만일 오버레이 산란계 시스템이 큰 오버레이 타겟과 관련하여 d의 양만큼 x축을 따라 정렬불량되면, 오버레이 측정치(OVL)는 수집 시야 조리개 사이즈(L) 및 d에 의존하는 2차원 함수, 즉 OVL(L,d)로서 공식화되어야 한다. L→∞에서 탈중심화(decentering)는 제로 부정확성을 야기하기 때문에, 함수는 OVL(L,d) = A + f(d)ㆍg(L), g(L→∞)=0으로서 표현될 수 있다.

2차원의 경우에, 교정 처리는 하기의 단계로 나누어질 수 있다. 먼저, d가 d₀에서 고정되고 OVL(L, d₀)가 A를 획득하도록 적합된다. 보정(d,L)은 보정(d,L) ≡ OVL(L,d) - A로서 정의되고, 보정(d₀,L)=f(d₀)ㆍg(L)이 획득된다. 그 다음에, 보정(d₀,L)을 보정(d₀,L₀)로 나누어서 비율 r_g(L)=g(L)/g(L₀)에 대한 산정치를 획득한다.

이 단계들은 보정(d_i,L)을 획득하기 위해 d_i=d₁, d₂, d₃, d₄ 등의 각종 값에 대하여 반복되고, 이 결과들을 전술한 바와 같이 나눔으로써(보정(d_i,L)/보정(d_i,L_i)), 함수 r_f(d) = f(d)/f(d₀)의 산정치가 형성된다. 보정(L₀,d₀)를 제공하는, L=L₀ 및 d=d₀에서 오버레이의 측정치와 상기 단계들을 결합하면, OVL(L,d)에 대한 산정치가 OVL(L,d) = A + 보정(L₀,d₀)ㆍr_f(L)ㆍr_g(d)로서 표현될 수 있다. 그 결과, L 및 d의 일부 값에서 수행된 임의의 새로운 오버레이 측정치 OVL(L,d)에 대하여, 보정은 OVL(L,d) → OVL(보정된 L,d) = OVL(L,d) - 보정(d₀,L₀)ㆍr_g(L)ㆍr_f(d)로 될 것이다.

따라서, 방법(300)은 도출 조건(도출 중의 계측 시스템(100)의 조건)과 측정 조건 간의 적어도 하나의 차에 대한 보정 항을 교정하는 단계(단계 332)를 또한 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 차는 예를 들면 측정 빔의 파장 또는 편광, 타겟에 대한 시스템(100)의 정렬, 초점 파라미터 등에 관한 것일 수 있다.

실시형태에 있어서, 방법(300)은 상기 적어도 하나의 차에 관한 것으로서 함수 종속성을 표현하고(단계 334) 상기 적어도 하나의 차의 값의 범위에 관한 보정 항을 도출함으로써(단계 336) 교정(332)을 실행하는 단계를 또한 포함한다.

실시형태에 있어서, 각각의 계측 시스템(100)은 도출 조건과 측정 조건 간의 적어도 하나의 차에 대하여 보정 항을 교정하도록 또한 구성될 수 있고, 상기 적어도 하나의 차는 파장, 편광, 타겟에 대한 정렬, 및 초점 중의 적어도 하나와 관련된다. 계측 시스템(100)은 상기 적어도 하나의 차에 관한 것으로서 함수 종속성을 표현하고 상기 적어도 하나의 차의 값의 범위에 관한 보정 항을 도출함으로써 교정을 실행하도록 구성될 수 있다.

상기의 설명에서, 실시형태는 본 발명의 예 또는 구현 예이다. "일 실시형태", "실시형태" 또는 "일부 실시형태"의 각종 양상은 모두 반드시 동일한 실시형태를 인용하는 것이 아니다.

비록 본 발명의 각종 특징을 단일 실시형태와 관련하여 설명할 수 있지만, 그 특징들은 분리해서 또는 임의의 적당한 조합으로 또한 제공될 수 있다. 반대로, 비록 본 발명을 여기에서 명확성을 위해 별도의 실시형태와 관련하여 설명할 수 있지만, 본 발명은 단일 실시형태로 또한 구현될 수 있다.

본 발명의 실시형태들은 전술한 것과는 상이한 실시형태로부터의 특징들을 포함할 수 있고, 실시형태들은 전술한 것과 다른 실시형태로부터의 요소들을 통합할 수 있다. 특정 실시형태와 관련한 본 발명의 요소들의 설명은 그 특정 실시형태에서만 사용되는 것으로 제한되지 않는다.

또한, 본 발명은 각종 방법으로 실행되거나 실시될 수 있고 본 발명은 전술한 것과는 다른 실시형태로 구현될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

본 발명은 첨부된 도면 또는 그 대응하는 설명으로 제한되지 않는다. 예를 들면, 흐름은 각각의 예시된 박스 또는 상태를 통하여 진행할 필요가 없고, 예시 및 설명한 것과 정확히 동일한 순서로 진행할 필요가 없다.

여기에서 사용하는 기술 용어 및 과학 용어의 의미는 다르게 정의하지 않는 한 이 기술에 통상의 숙련도를 가진 사람들이 공통적으로 이해하는 의미를 갖는다.

비록 본 발명을 제한된 수의 실시형태와 관련하여 설명하였지만, 이 실시형태들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안되고, 일부 양호한 실시형태를 예시하는 것으로 이해하여야 한다. 다른 가능한 변경, 수정 및 응용이 본 발명의 범위에 또한 포함된다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 것으로 제한되지 않고, 첨부된 특허 청구범위 및 그 법적 균등물에 의해 정해진다.

Claims

각도 분해형 반사율계에 있어서,
간섭성 조명원;
하나 이상의 처리 유닛을 포함하는 제어기;
상기 간섭성 조명원으로부터의 간섭성 광의 스폿으로, 샘플의 테스트 패턴을 스캔하도록 배열된 광학 시스템 - 상기 스캔은 조정가능한 스캔 사이즈와 밀도를 갖도록 구성되고, 상기 스캔은 스캐닝 패턴에 따라 수행되며, 상기 스캐닝 패턴은 상기 스폿이 상기 테스트 패턴을 가로질러 스캔되도록 하고, 상기 광학 시스템은 상기 간섭성 광의 스폿의 위치를 제어하도록 구성된 스캐닝 미러를 포함함 - ;
수집 동공(collection pupil)에서 광 분포의 복수의 동공 이미지들을 산출하기 위해 상기 샘플의 테스트 패턴으로부터 반사된 광을 수집하도록 구성된 검출기; 및
상기 수집 동공에서 수집된 상기 광 분포의 복수의 동공 이미지들 중 2개 이상을 결합함으로써 복합 이미지를 발생시키도록 구성된 처리 유닛을 포함하는, 각도 분해형 반사율계.
제1항에 있어서, 상기 스캐닝 미러는 오버레이 측정 동안 상기 샘플 상의 상기 간섭성 광의 스폿을 위치시키도록 구성되는 것인, 각도 분해형 반사율계.
제1항에 있어서, 상기 처리 유닛은 또한, 상기 스캐닝 미러를 제어하도록 구성되는 것인, 각도 분해형 반사율계.
제3항에 있어서, 상기 처리 유닛은 또한, 특정 테스트 패턴 또는 계측 구성과 관련하여 최적 강도 분포를 식별하고 상기 광 분포를 수정하도록 구성된 것인, 각도 분해형 반사율계.
제1항에 있어서, 상기 처리 유닛은 또한, 상기 테스트 패턴의 고 노이즈 영역을 식별하도록 구성되는 것인, 각도 분해형 반사율계.
제5항에 있어서, 상기 처리 유닛은 상기 스캐닝 패턴으로부터 상기 테스트 패턴의 식별된 고 노이즈 영역을 제거하도록 구성되는 것인, 각도 분해형 반사율계.
제1항에 있어서, 상기 처리 유닛은 또한, 광학 스캔에서 상기 테스트 패턴의 고 노이즈 영역을 식별하도록 구성되는 것인, 각도 분해형 반사율계.
제7항에 있어서, 상기 처리 유닛은, 상기 광학 스캔 동안 상기 테스트 패턴의 식별된 고 노이즈 영역을 회피하도록 구성되는 것인, 각도 분해형 반사율계.
제1항에 있어서, 상기 스캐닝 패턴은, 대칭이고 불균일한 광 분포를 포함하는 것인, 각도 분해형 반사율계.
각도 분해형 반사율 측정 방법에 있어서,
스캐닝 미러를 사용하여, 테스트 패턴에, 간섭성 광의 스폿 - 상기 간섭성 광의 스폿은 상기 테스트 패턴의 사이즈보다 작음 - 을 지향시키는 단계;
상기 스캐닝 미러를 사용하여, 수집 동공에서 광 분포의 복수의 동공 이미지들을 산출하도록, 상기 간섭성 광의 스폿으로 상기 테스트 패턴을 스캔하는 단계 - 상기 스캔하는 것은, 상기 스폿이 상기 테스트 패턴을 가로질러 스캔되게 하는 스캐닝 패턴을 따라 실행되고, 상기 스캐닝 패턴의 스캔 사이즈와 스캔 밀도는 조정가능함 - ;
검출기를 사용하여, 복수의 테스트 패턴 이미지들을 산출하도록 상기 테스트 패턴으로부터 반사된 광을 수집하는 단계; 및
하나 이상의 처리 유닛을 사용하여, 상기 수집 동공에서 상기 광 분포의 복수의 동공 이미지들 중 2개 이상을 결합함으로써 수집된 동공 광 분포의 복합 이미지를 발생시키는 단계를 포함하는, 각도 분해형 반사율 측정 방법.
제10항에 있어서,
상기 스캐닝 미러를 사용하여, 오버레이 측정 동안 샘플 상에 간섭성 광의 스폿을 위치시키는 단계를 더 포함하는, 각도 분해형 반사율 측정 방법.
제10항에 있어서,
상기 테스트 패턴의 고 노이즈 영역을 식별하는 단계; 및
상기 스캐닝 패턴으로부터 상기 테스트 패턴의 식별된 고 노이즈 영역을 제거하는 단계를 더 포함하는, 각도 분해형 반사율 측정 방법.
제10항에 있어서,
광학 스캔에서 고 노이즈 영역을 식별하는 단계; 및
상기 광학 스캔 동안 상기 테스트 패턴의 식별된 고 노이즈 영역을 회피하는 단계를 더 포함하는, 각도 분해형 반사율 측정 방법.
제10항에 있어서, 상기 스캐닝 패턴은 특정 강도 분포를 포함하는 것인, 각도 분해형 반사율 측정 방법.
제10항에 있어서,
상기 스캐닝 미러의 구성을 제어하기 위해 하나 이상의 처리 유닛을 이용하여 상기 테스트 패턴을 스캔하는 단계를 더 포함하는, 각도 분해형 반사율 측정 방법.
제10항에 있어서,
정적 스폿 위치로부터 상기 수집 동공에서 수집된 광 분포의 복수의 동공 이미지들을 이용하여 상기 복합 이미지에서 스페클을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 각도 분해형 반사율 측정 방법.
제10항에 있어서,
대칭이고 불균일한 광 분포를 포함하는 스캐닝 패턴을 이용하여 상기 테스트 패턴을 스캔하는 단계를 더 포함하는, 각도 분해형 반사율 측정 방법.
제10항에 있어서,
특정 테스트 패턴 또는 계측 구성과 관련하여 최적 강도 분포를 식별하고 상기 광 분포를 수정하는 단계를 더 포함하는, 각도 분해형 반사율 측정 방법.
제1항에 있어서, 상기 처리 유닛은 또한, 수집 동공에서 광 분포의 복수의 동공 이미지들을 이용하여 상기 복합 이미지에서 스페클을 감소시키도록 구성되는 것인, 각도 분해형 반사율계.
제1항에 있어서, 상기 간섭성 조명원은 레이저인, 각도 분해형 반사율계.