KR20220021327A - 분광 계측 장치와 방법, 및 그 계측 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법 - Google Patents

분광 계측 장치와 방법, 및 그 계측 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220021327A
KR20220021327A KR1020200102057A KR20200102057A KR20220021327A KR 20220021327 A KR20220021327 A KR 20220021327A KR 1020200102057 A KR1020200102057 A KR 1020200102057A KR 20200102057 A KR20200102057 A KR 20200102057A KR 20220021327 A KR20220021327 A KR 20220021327A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
objective lens
lens
control device
micro
distance
Prior art date
Application number
KR1020200102057A
Other languages
English (en)
Inventor
김광락
권순양
박장렬
조윤제
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020200102057A priority Critical patent/KR20220021327A/ko
Priority to US17/185,270 priority patent/US11320259B2/en
Publication of KR20220021327A publication Critical patent/KR20220021327A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0237—Adjustable, e.g. focussing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0625—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of absorption or reflection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0675—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02034—Interferometers characterised by particularly shaped beams or wavefronts
    • G01B9/02035—Shaping the focal point, e.g. elongated focus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02041—Interferometers characterised by particular imaging or detection techniques
    • G01B9/02044—Imaging in the frequency domain, e.g. by using a spectrometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0218—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0289—Field-of-view determination; Aiming or pointing of a spectrometer; Adjusting alignment; Encoding angular position; Size of measurement area; Position tracking
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/56—Measuring geometric parameters of semiconductor structures, e.g. profile, critical dimensions or trench depth
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • G01N2021/213—Spectrometric ellipsometry
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

Abstract

본 발명의 기술적 사상은 미소 패턴 영역의 구조 또는 두께 등을 정확하게 계측하면서도, 효율적이고 안전하게 사용할 수 있는 분광 계측 장치와 방법을 제공한다. 그 분광 계측 장치는 광대역(broadband) 광을 생성하여 출력하는 제1 광원; 상기 제1 광원으로부터의 광을 계측 대상에 입사시키는 대물렌즈; 상기 대물렌즈 하단에 배치되는 마이크로 렌즈; 상기 계측 대상으로부터 반사된 광을 결상시키는 결상 렌즈; 상기 결상 렌즈의 제1 결상 면(image plane) 상에 입력단이 배치된 광파이버; 상기 광파이버의 출력단에 배치된 분광기(spectrometer); 및 상기 대물렌즈, 마이크로 렌즈, 및 광파이버의 위치를 제어하는 위치 제어부;를 포함하고, 상기 위치 제어부를 통해 상기 마이크로 렌즈에 의한 허상(virtual image) 위치에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 대물렌즈의 위치가 조절된다.

Description

분광 계측 장치와 방법, 및 그 계측 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법{Spectroscopic measuring apparatus and method, and method for fabricating semiconductor device using the measuring method}
본 발명의 기술적 사상은 계측 장치와 방법에 관한 것으로, 특히 분광 반사계측법(Spectroscopic Reflectometry: SR) 또는 분광 타원법(Spectroscopic Ellipsometry: SE) 기술을 기반으로 하는 계측 장치와 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 패턴의 구조나 CD, 또는 박막의 두께 등의 물리량을 계측하기 위하여, 전자현미경(electron microscope), 분광 타원법(SE), 분광 반사계측법(SR) 등이 이용되고 있다. 이 중 전자현미경은 전자선(Electron beam)과 전자렌즈(Electron lens)를 사용하여 물체의 확대상을 만드는 장치로, 기존 광학 현미경의 분해능 한계를 극복할 수 있고, 미세 관찰이 가능하기 때문에 반도체 소자의 분석에 많이 이용되고 있다. 한편, SE 또는 SR은 시료에서 나온 편광 성분의 스펙트럼 변화를 광학 시뮬레이션을 통해 획득된 이론적인 스펙트럼과 비교하여, 패턴의 구조나 CD, 또는 박막의 두께 등을 계측할 수 있다. 전술한 계측 방법들은, 비파괴 방식으로, 예컨대, 시료에 대한 절단이나 별도 처리 없이 해당 물리량을 계측할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 미소 패턴 영역의 구조 또는 두께 등을 정확하게 계측하면서도, 효율적이고 안전하게 사용할 수 있는 분광 계측 장치와 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은, 광대역(broadband) 광을 생성하여 출력하는 제1 광원; 상기 제1 광원으로부터의 광을 계측 대상에 입사시키는 대물렌즈; 상기 대물렌즈 하단에 배치되는 마이크로 렌즈; 상기 계측 대상으로부터 반사된 광을 결상시키는 결상 렌즈; 상기 결상 렌즈의 제1 결상 면(image plane) 상에 입력단이 배치된 광파이버; 상기 광파이버의 출력단에 배치된 분광기(spectrometer); 및 상기 대물렌즈, 마이크로 렌즈, 및 광파이버의 위치를 제어하는 위치 제어부;를 포함하고, 상기 위치 제어부를 통해 상기 마이크로 렌즈에 의한 허상(virtual image) 위치에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 대물렌즈의 위치가 조절된, 분광 계측 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 광대역 광을 생성하여 출력하는 제1 광원; 상기 제1 광원으로부터의 광을 계측 대상에 입사시키는 대물렌즈; 상기 대물렌즈 하단에 배치되는 마이크로 렌즈; 상기 계측 대상으로부터 반사된 광을 결상시키는 결상 렌즈; 상기 결상 렌즈의 제1 결상 면 상에 입력단이 배치되고 출력단이 2개인 분기형 광파이버; 상기 분기형 광파이버의 2개의 상기 출력단 중 제1 출력단에 배치된 분광기; 상기 분기형 광파이버의 2개의 상기 출력단 중 제2 출력단에 배치된 제2 광원; 상기 제1 결상 면과 다른 위치의 제2 결상 면에 배치된 검출기; 상기 제1 광원으로부터의 광을 상기 계측 대상으로 입사시키고, 상기 계측 대상에서 반사된 광을 상기 결상 렌즈로 입사시키는 제1 빔 스플리터; 상기 결상 렌즈로부터의 광을 상기 제1 결상 면과 제2 결상 면으로 분리시켜 입사시키는 제2 빔 스플리터; 상기 대물렌즈의 위치를 제어하는 제1 제어 장치; 및 상기 마이크로 렌즈의 위치를 제어하는 제2 제어 장치;를 포함하며, 상기 제1 제어 장치 및 제2 제어 장치가 상기 마이크로 렌즈에 의한 허상 위치에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 대물렌즈의 위치를 조절하는, 분광 계측 장치를 제공한다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 제1 광원, 대물렌즈, 마이크로 렌즈, 결상 렌즈, 광파이버, 분광기, 및 위치 제어부를 구비한 분광 계측 장치를 준비하는 단계; 상기 대물 렌즈와 마이크로 렌즈의 위치를 조절하여 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계; 및 상기 분광 신호를 이용하여 계측 대상인 반도체 소자를 계측하는 단계;를 포함하고, 상기 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계에서, 상기 위치 제어부를 통해 상기 마이크로 렌즈에 의한 허상 위치에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 대물렌즈의 위치를 조절하는, 분광 계측 방법을 제공한다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 제1 광원, 대물렌즈, 마이크로 렌즈, 결상 렌즈, 광파이버, 분광기, 및 위치 제어부를 구비한 분광 계측 장치를 준비하는 단계; 상기 대물 렌즈와 마이크로 렌즈의 위치를 조절하여 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계; 상기 분광 신호를 이용하여 계측 대상인 반도체 소자를 계측하는 단계; 계측 결과에 기초하여 상기 반도체 소자의 정상 여부를 판단하는 단계; 및 상기 반도체 소자가 정상인 경우, 상기 반도체 소자에 대한 후속 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계에서, 상기 위치 제어부를 통해 상기 마이크로 렌즈에 의한 허상 위치에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 대물렌즈의 위치를 조절하는, 반도체 소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 분광 계측 장치와 방법은, 마이크로 렌즈, 예컨대, 마이크로-스피어 렌즈를 현미경 광학계의 대물렌즈 하부의 최적의 위치에 배치하여 결상 배율을 확대하고, 또한, 배율이 확대된 결상 면 상에 광파이버를 위치시킴으로써, 매우 미세한 영역의 분광 신호를 정밀하게 획득할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 의한 분광 계측 장치와 방법은, 마이크로 렌즈에 의하여 발생하는 허상(virtual image)의 위치를 추정하고, 광학계, 즉 대물렌즈의 초점을 허상 위치로 빠르게 포커싱함으로써, 계측 대상에 대한 계측을 신속하고 정밀하게 수행할 수 있고, 또한, 대물렌즈가 계측 대상과 충돌하는 사고를 방지할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 기술적 사상에 의한 분광 계측 장치와 방법은, 기존 SE, SR 기반의 계측 장치가 계측할 수 없는 미세 구조를 비파괴 방식으로 매우 정밀하게 계측할 수 있고, 그에 따라, 반도체 제조 라인의 수율을 효과적으로 관리할 수 있다.
도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 계측 장치를 개략적으로 보여주는 개념도이고, 도 1b는 다른 형태의 마이크로 렌즈를 보여주는 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 마이크로-스피어 렌즈에 의한 효과를 설명하기 위한 개념도 및 시뮬레이션 사진들이다.
도 3은 마이크로 렌즈의 적용 전과 적용 후의 카메라 이미지 및 카메라 이미지 내의 스팟을 보여주는 개념도들이다.
도 4a 내지 도 4f는 도 1a의 분광 계측 장치에서의 분광 신호 획득의 과정을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 5는 도 1a의 분광 계측 장치에 의한 계측에서 스팟 사이즈 감소에 따른 인텐서티 증가 효과를 보여주는 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 기존 분광 계측 장치와 도 1a의 분광 계측 장치에 의한 계측에서 스팟 사이즈의 감소에 따른 신호 변화를 보여주는 그래프들이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 1a의 분광 계측 장치를 이용한 박막의 두께 측정에서측정 정합성을 보여주기 위한 그래프들이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예들에 따른 분광 계측 장치들을 개략적으로 보여주는 개념도들이다.
도 9 및 도 10는 본 발명의 일 실시예들에 따른 분광 계측 장치들을 개략적으로 보여주는 개념도들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 계측 방법을 간단하게 보여주는 흐름도이다.
도 12a 내지 도 12c는 도 11의 분광 계측 방법에서, 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계를 좀더 구체적으로 보여주는 흐름도들, 및 반도체 소자를 계측하는 단계를 좀더 구체적으로 보여주는 흐름도이다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조방법을 간단하게 보여주는 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 계측 장치를 개략적으로 보여주는 개념도이고, 도 1b는 다른 형태의 마이크로 렌즈를 보여주는 사시도이다.
도 1a 및 도 1b을 참조하면, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000)는 광원(100), 대물렌즈(200), 결상 렌즈(300), 마이크로 렌즈(400), 광파이버(500), 분광기(600, spectrometer), 검출기(650), 빔 스플리터부(700), 위치 제어부(800), 및 스테이지(950)를 포함할 수 있다.
광원(100)은 복수의 파장을 포함하는 광대역(broadband) 광을 생성하여 출력하는 광대역 광원일 수 있다. 광원(100)으로부터의 광은 핀홀(910) 및 입력 광학계(920)를 거쳐 빔 스플리터부(700)의 제1 빔 스플리터(710)으로 입사될 수 있다. 핀홀(910)은 조리개(iris)로 대체될 수 있다. 입력 광학계(920)는 3개의 렌즈, 예컨대, 핀홀(910)의 전단에 배치된 제1 렌즈(922)와 핀홀(910)의 후단에 배치된 제2 렌즈(924)와 제3 렌즈(926)를 포함할 수 있다. 그러나 입력 광학계(920)에 포함된 렌즈의 개수 및 배치 위치가 전술한 내용에 한정되는 것은 아니다.
대물렌즈(200)는 제1 빔 스플리터(710)의 하부에 배치되어, 제1 빔 스플리터(710)로부터의 광을 포커싱하여 계측 대상(2000)으로 입사시킬 수 있다. 결상 렌즈(300)은 제1 빔 스플리터(710)의 상부에 배치되어, 제1 빔 스플리터(710)로부터의 광을 광파이버(500)와 검출기(650)에 결상시킬 수 있다. 결상 렌즈(300)은, 예컨대, 튜브 렌즈(tube lens)일 수 있다.
마이크로 렌즈(400)는 대물렌즈(200)의 하부에 배치될 수 있다. 마이크로 렌즈(400)는 지지 장치(450), 예컨대, 캔틸레버(cantilever)에 의해 지지되어 대물렌즈(200)의 하부에 배치될 수 있다. 마이크로 렌즈(400)는, 예컨대, 마이크로-스피어(micro-sphere) 렌즈일 수 있다. 물론, 마이크로 렌즈(400)가 마이크로-스피어 렌즈에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도 2b에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(400)는 마이크로-헤미스피어(micro-hemisphere) 렌즈, 또는 마이크로-로드(micro-rod) 렌즈와 같은 형태를 가질 수도 있다.
마이크로 렌즈(400)는 분광 계측 장치(1000)의 배율을 확대하는 기능을 할 수 있다. 그에 따라, 마이크로 렌즈(400)는 측정 지점의 크기에 해당하는 스팟 사이즈(spot size)를 기존의 분광 계측 장치들이 가지고 있는 한계 이하로 축소할 수 있다.
참고로, 일반적인 분광 계측 장치에서 광원으로부터 조사된 광은 집광 렌즈에 의해 포커싱되어 계측 대상인 시료로 조사되고 시료에서 반사된 후, 분광기로 입사되어 파장별로 광 인텐서티가 측정되는 식으로 동작한다. 이런 분광 계측 장치는 구조 상 포인트 측정 방식의 결과를 얻으며, 점점 작아지는 반도체 구조를 계측하기 위하여 시료에 조사되는 광의 크기, 즉 측정 지점의 크기인 스팟 사이즈의 축소가 지속적으로 요구되고 있다. 일반적으로 SE 방식의 장치의 경우, 경사 광학계 방식을 사용하여 최소 25㎛ 수준의 스팟 사이즈를 가질 수 있다. 이러한 경사 광학계의 스팟 사이즈는 경사 광학계에 배치된 핀홀과 집광 렌즈의 배율에 의하여 결정되며, 일반적으로 SE 방식은 60°내지 70° 정도의 입사각을 가지고 시료로 입사되기 때문에 사영(Projection)되는 효과로 인해 스팟 사이즈의 축소에는 한계가 있다.
한편, 경사 광학계보다 더 작은 스팟 사이즈를 얻기 위하여, 수직 광학계의 일종인 현미경 광학계를 이용하여 분광 신호를 획득하는 방식의 분광 계측 장치의 경우, 현미경 광학계의 배율에 의하여 스팟 사이즈가 축소되는 효과를 가지므로, 배율에 따라 최소 5㎛ 수준의 스팟 사이즈를 가질 수 있다. 예컨대, 스팟 사이즈의 크기는 대물렌즈의 배율과 광파이버의 코어 직경에 의해서 결정될 수 있다. 그에 따라, 대물렌즈의 배율을 확대할수록 스팟 사이즈는 작아지나, 대물렌즈의 배율이 커지면 NA(Numerical Aperture)가 커지게 되고 이로 인하여 시료로 조사되는 입사각에 따른 산포가 생기게 되어 분광 신호의 민감도가 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 광파이버의 코어 직경을 작게 만들면 스팟 사이즈가 작아지지만, 수광하는 광의 인텐서티가 약해지게 되어, SNR(Signal-to-Noise Ratio)이 나빠지는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제들로 인해 1㎛ 이하의 스팟 사이즈는 기존의 분광 계측 장치에서는 달성하기 어려운 한계가 있다.
그에 반해 본 실시예의 분광 계측 장치(1000)는, 마이크로 렌즈(400)를 이용하여, 스팟 사이즈를 기존의 분광 계측 장치가 가지고 있는 한계 이하의 크기 이하로 축소할 수 있다. 또한, 위치 제어부(800)를 통해 대물렌즈(200)와 마이크로 렌즈(400)의 위치를 정밀하게 조절함으로써, 측정이 요구되는 물리량에 관련하여, 분광기(600)를 통해 계측 대상(2000)의 계측 목표 부분의 광의 인텐서티를 정밀하게 획득할 수 있다. 또한, 검출기(650)을 통해 계측 대상(2000)의 계측 목표 부분의 이미지를 선명하게 검출할 수도 있다. 위치 제어부(800)를 통해 대물렌즈(200)과 마이크로 렌즈(400)의 위치를 정밀하게 조절하여 분광 신호를 획득하는 내용에 대해서는 도 4a 내지 도 4f의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
마이크로 렌즈(400)의 기능에 대하여, 마이크로-스피어 렌즈를 가지고 좀더 구체적으로 설명하면, 마이크로-스피어 렌즈가 현미경 광학계의 대물렌즈(200)의 하단에 적절한 위치에 배치되면, 광학 해상도를 향상시키고 배율을 확대하는 효과를 발생시킬 수 있다. 이러한 마이크로-스피어 렌즈에 의한 효과는, 마이크로-스피어 렌즈에 입사되는 광이 마이크로-스피어 렌즈를 통과하면서 마이크로-스피어 렌즈의 형태와 굴절률 차이로 인해 광의 진행 방향이 변경되고, 최종적으로 매우 집광된 형태로 특정 지점에 모이게 되는 현상에 기인할 수 있다. 이러한 현상을 포토닉 젯(photonic jet) 효과라고 하며 계측 대상(2000)인 시료를 적절한 위치에 배치할 경우, 마이크로-스피어 렌즈의 직경과 굴절률에 따라서 통상적으로 3.5 내지 6배 정도의 배율 확대의 효과를 얻을 수 있다. 포토닉 젯 효과와 관련하여 도 2a 및 도 2b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
전술한 바와 같이, 일반적으로 스팟 사이즈를 축소시키기 위하여 고배율의 대물렌즈를 사용하거나 더 작은 코어 직경을 가지는 광파이버를 사용할 수 있으나, 이 경우에 스팟 사이즈가 산술적으로는 작아질 수는 있으나, 광학 해상도는 여전히 회절한계(Diffraction Limit)에 의해 제한되므로, 매우 미세한 반도체 패턴 내의 미소 영역에 대한 분광 신호를 얻기는 불가능하다. 하지만 마이크로-스피어 렌즈와 같은 마이크로 렌즈(400)를 이용하는 경우 가시광 영역의 광원을 사용하여도 회절한계 이하의 광학 해상도를 얻을 수 있고, 그에 따라, 반도체 패턴의 미소 영역에서 목표 위치에 대한 분광 신호를 높은 해상도를 가지고 획득할 수 있다.
광파이버(500)는 결상 렌즈(300)와 광학적으로 커플할 수 있다. 구체적으로, 광파이버(500)의 입력단(In)이 결상 렌즈(300)의 제1 결상 면(1st Image Plane: 1st I.P.) 상에 배치되어, 결상 렌즈(300)에 의한 상이 광파이버(500)의 입력단 상에 결상될 수 있다. 광파이버(500)의 출력단(Out)에는 분광기(600)가 배치되고, 결상 렌즈(300)로부터의 광은 광파이버를 통해 분광기(600)에 입력될 수 있다.
한편, 결상 렌즈(300)의 결상 면은 빔 스플리터부(700)의 제2 빔 스플리터(720)에 의해 2개의 위치로 분리될 수 있다. 예컨대, 결상 렌즈(300)로부터의 광의 일부는 제2 빔 스플리터(720)에서 반사 또는 투과되어 제1 결상 면(Ist I.P.)으로 입사되고, 나머지 일부는 제2 빔 스플리터(720)에서 투과 또는 반사되어 제2 결상 면(2nd I.P.)으로 입사될 수 있다. 제2 결상 면(2nd I.P.) 상에는 검출기(650)가 배치될 수 있다.
광파이버(500)를 통해 입사된 광은 분광기(600)에서 각 파장별 광 인텐서티로 변환되어 데이터로써 수집될 수 있다. 이와 같이 수집된 광 인텐서티 데이터는 해석 가능한 분광 신호로 변환될 수 있다. 예컨대, 광 인텐서티 데이터는 일반적으로는 파장별 반사도(Reflectance), 또는 파장별 편광 파라미터(delta(Δ), psi(Ψ))의 형태로 변환될 수 있다. 여기서, Ψ는 p 편광과 s 편광에 관련된 파라미터이고, Δ는 위상 지연에 관련된 파라미터이다. 이러한 분광 신호는 측정된 지점의 구조를 반영하며, 구조가 달라지게 되면 분광 신호 역시 다른 형태로 변화하게 된다. 따라서, 분광 신호를 분석하여 계측 대상의 구조를 계측할 수 있다. 한편, 분광 신호의 분석은, 일반적으로 측정된 분광 신호를 시뮬레이션 분광 신호와 비교하는 정합성 비교(fitting)를 통한 해석 방식 및/또는 인공지능(AI) 학습 방식을 이용한 해석 방식을 이용할 수 있다.
검출기(650)는 2D 어레이 검출기로서, 예컨대, CCD 카메라일 수 있다. 물론, 검출기(650)가 CCD 카메라에 한정되는 것은 아니다. 검출기(650)는 일반적인 현미경 이미징과 동일한 역할을 할 수 있는 제2 결상 면(2nd I.P.)에 배치되고, 물체 면(Object Plane) 내에서의 측정 위치의 확인 및 광축 방향으로의 최적 초점 위치를 확인하기 위한 용도로 사용될 수 있다. 또한, 검출기(650)은 광원(100), 및/또는 스팟 위치 확인용 광원, 즉 추가 광원(120)에 의한 스팟을 검출하여, 계측 대상(2000)의 계측 목표 부분의 스팟 위치의 확인에 이용될 수 있다. 스팟 위치 확인과 관련하여, 추가 광원(120)을 구비한 도 9의 분광 계측 장치(1000b)에 대한 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
빔 스플리터부(700)는 제1 빔 스플리터(710)과 제2 빔 스플리터(720)를 포함할 수 있다. 제1 빔 스플리터(710)는 광원(100)으로부터의 광을 반사 또는 투과하여 대물렌즈(200)를 통해 계측 대상(2000)으로 입사시키고, 또한, 계측 대상(2000)에서 반사되어 대물렌즈(200)를 통해 입사된 광을 투과 또는 반사하여 결상 렌즈(300)로 입사시킬 수 있다. 제2 빔 스플리터(720)는 결상 렌즈(300)로부터의 광을 반사 또는 투과하여 제1 결상 면(1st I.P.)으로 입사시키고, 또한, 결상 렌즈(300)로부터의 광을 투과 또는 반사하여 제1 결상 면(1st I.P.)으로 입사시킬 수 있다.
위치 제어부(800)는 3개의 제어 장치, 예컨대, 제1 제어 장치(810), 제2 제어 장치(820), 및 제3 제어 장치(830)를 포함할 수 있다. 제1 제어 장치(810)는 대물렌즈(200)의 위치를 제어할 수 있다. 스테이지(950)의 상면 또는 계측 대상(2000)의 상면이 x-y 평면에 해당한다고 할 때, 제1 제어 장치(810)는 주로 x-y 평면에 수직한 z 방향의 위치를 제어하는 기능을 할 수 있다. 그러나 제1 제어 장치(810)는 그에 한하지 않고, x-y 평면 상의 위치를 제어할 수도 있다. 즉, 제1 제어 장치(810)는 대물렌즈(200)에 대한 3축 이동을 제어할 수 있다.
제2 제어 장치(820)는 지지 장치(450)를 제어할 수 있다. 제2 제어 장치(820) 역시 지지 장치(450)에 대한 3축 이동을 제어할 수 있다. 제2 제어 장치(820)를 통해 지지 장치(450)의 위치를 제어함으로써, 마이크로 렌즈(400)의 위치를 제어할 수 있다. 예컨대, 제2 제어 장치(820)를 통해 지지 장치(450)의 z 방향의 위치를 제어하여, 마이크로 렌즈(400)의 z 방향의 위치를 제어할 수 있다.
제3 제어 장치(830)는 제1 결상 면(1st I.P.) 상의 광파이버(500)의 위치를 제어할 수 있다. 예컨대, 제3 제어 장치(830)를 통해 광파이버(500) 내의 스팟 위치를 정밀하게 조절할 수 있다. 제3 제어 장치(830)는 제1 결상 면(1st I.P.) 상의 2축 이동을 주로 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 핀홀(910)이나 조리개가 입력 광학계(920)의 렌즈들 사이에 배치될 수 있는데, 핀홀(910)이나 조리개는 이미지의 명암대비(contrast)를 향상시키기 위해 배치될 수 있다. 한편, 도시하지 않았지만, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000)는 핀홀(910)이나 조리개의 위치를 광축에 수직한 방향으로 이송할 수 있는 2축 이송 장치가 더 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000)는 신호 민감도 향상을 위해 편광판(polarizer) 및/또는 파장판(wave plate)을 더 포함할 수 있다. 편광판의 경우, 2개 배치될 수 있는데, 예컨대, 하나는 광원(100)과 제1 빔 스플리터(710) 사이에 배치되고, 나머지 하나는 제1 빔 스플리터(710)와 제2 빔 스플리터(720) 사이의 결상 렌즈(300)의 전단 또는 후단에 배치될 수 있다.
스테이지(950)는 계측 대상(2000)이 배치되는 x-y-z 스테이지로서, 계측 대상(2000)을 x 방향, y 방향 및 z 방향으로 이동시킬 수 있다. 스테이지(950)는 계측 목표 위치에 스팟이 위치하도록 계측 대상(2000)의 위치를 조절할 수 있다. 또한, 스테이지(950)는 계측이 진행될 때, 계측 대상(2000)을 x-y 평면 상에서 이동시킴으로써, 계측 대상(2000)에 대한 스캔 동작이 수행되도록 할 수 있다.
계측 대상(2000)은 웨이퍼, 반도체 패키지, 반도체 칩, 디스플레이 패널 등의 계측의 대상이 되는 다양한 소자들일 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000)에서, 계측 대상(2000)은 웨이퍼 또는 반도체 소자일 수 있다. 여기서, 웨이퍼 또는 반도체 소자는 기판 상에 패턴이 형성된 웨이퍼 또는 반도체 소자일 수 있다. 패턴은 라인-앤-스페이스(L/S)와 같은 주기적인 패턴이거나 또는 비주기적인 패턴일 수 있다. 또한, 웨이퍼 또는 반도체 소자는 기판 상에 단일막 또는 다중막을 포함하는 웨이퍼 또는 반도체 소자일 수 있다.
본 실시예의 분광 계측 장치(1000)는 마이크로 렌즈(400), 예컨대 마이크로-스피어 렌즈를 현미경 광학계의 대물렌즈(200) 하부의 최적의 위치에 배치하여 결상 배율을 확대하고, 또한, 배율이 확대된 결상 면 상에 광파이버(500)를 위치시킴으로써, 매우 미세한 영역의 분광 신호를 정밀하게 획득할 수 있다. 또한, 결상 면 상에서 위치 제어부(800)를 통해, 광파이버(500)의 위치를 제어하여 확대된 배율만큼 스팟 위치를 정밀하게 이송시킬 수 있다. 더 나아가, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000)는, 하기에서 설명하는 바와 같이, 마이크로 렌즈(400)에 의하여 발생하는 허상(virtual image)의 위치를 추정하고, 광학계, 즉 대물렌즈(200)의 초점을 허상 위치로 빠르게 포커싱함으로써, 계측 대상(2000)에 대한 계측을 신속하고 정밀하게 수행할 수 있고, 또한, 대물렌즈(200)가 계측 대상(2000)과 충돌하는 사고를 방지할 수 있다. 결과적으로, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000)는 기존 SE, SR 기반의 계측 장치가 계측할 수 없는 미세 구조를 비파괴 방식으로 매우 정밀하게 계측할 수 있고, 그에 따라, 반도체 제조 라인의 수율을 효과적으로 관리할 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000)는 DRAM 또는 VNAND의 셀 영역 내의 산포(locality) 계측, 또는, DRAM 등의 메모리 소자나 SRAM 등의 로직 소자의 매우 협소한 영역의 구조 계측 등에 유용하게 활용될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 마이크로-스피어 렌즈에 의한 효과를 설명하기 위한 개념도 및 시뮬레이션 사진들이다.
도 2a를 참조하면, 일반적인 SE, SR 계측 장치에서 대물렌즈를 통과한 광은 NA에 의해서 다양한 각도 성분을 포함한 상태로 계측 대상인 시료에 입사하게 되는데, 이는 분광 신호의 민감도를 저해하는 요소로 작용할 수 있다. 통상적으로 고배율 대물렌즈로 사용되는 100X 배율의 경우 0.8 ~ 0.9에 가까운 NA를 가지며 이는 최대 입사각 약 53 ~ 64°에 해당할 수 있다. 하지만 도시된 바와 같이, 마이크로-스피어 렌즈와 같은 마이크로 렌즈(400)를 이용할 경우, 고배율의 대물렌즈로부터의 높은 입사각 성분(점선의 외부 부분의 성분)은 걸러지고 평행광에 가까운 낮은 입사각의 성분만을 통과시킬 수 있다. 도 2a에서, 점선에 의해 둘러싸인 부분이 낮은 입사각의 성분들에 해당할 수 있다. 따라서, 마이크로 렌즈(400)에 의해 NA는 작아지면서도 광학 해상도는 오히려 더 높아지며, 결과적으로, 분광 신호의 민감도가 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
도 2b를 참조하면, 마이크로 렌즈(400)는 전술한 바와 같이 포토닉 젯 효과를 통해 광을 극한으로 집광시킬 수 있다. 도 2b는 FDTD(Finite Difference Time Domain Method) 시뮬레이션을 통해 평면파(plane wave)가 마이크로-스피어 렌즈와 같은 마이크로 렌즈(400)를 통과하면서 포토닉 젯 효과에 의해 집광하는 모습을 보여주고 있다.
도 3는 마이크로 렌즈의 적용 전과 적용 후의 카메라 이미지 및 카메라 이미지 내의 스팟을 보여주는 개념도들로서, 왼쪽이 마이크로 렌즈의 적용 전의 카메라 이미지이고, 오른쪽 마이크로 렌즈의 적용 전의 카메라 이미지이며, 둘 다 동일한 라인앤스페이스의 패턴에 대한 카메라 이미지들이다.
도 3을 참조하면, 왼쪽의 카메라 이미지에서 알 수 있듯이, 마이크로 렌즈(400), 예컨대, 마이크로-스피어 렌즈를 적용하기 전에는 광학계, 즉 대물렌즈(200)의 배율 효과만 존재하고, 그에 따라, 카메라 이미지 내의 스팟 사이즈는 패턴의 피치 정도이거나 그보다 클 수 있다. 예컨대, 대물렌즈(200)의 배율이 50X 이고, 패턴의 피치가 4㎛정도일 때, 광파이버(500)의 코어 직경이 200㎛ 정도이면, 스팟 사이즈는 200㎛/50 = 4㎛ 정도가 되어 패턴의 피치와 비슷할 수 있다.
한편, 오른쪽 카메라 이미지에서 알 수 있듯이, 마이크로 렌즈(400), 예컨대, 마이크로-스피어 렌즈를 적용한 후에는, 마이크로-스피어 렌즈에 의해 배율이 확대될 수 있고, 그에 따라, 카메라 이미지 내의 스팟 사이즈는 패턴의 피치보다 훨씬 작아질 수 있다. 예컨대, 앞서와 동일한 조건을 가질 때, 마이크로-스피어 렌즈에 의해 4배 정도 배율이 확대되는 경우, 전체 배율은 4*50X = 200X가 되고, 스팟 사이즈는 200㎛/200 = 1㎛ 정도가 되어 패턴의 피치의 거의 1/4 수준으로 축소될 수 있다. 오른쪽 카메라 이미지에서, 편의상 마이크로-스피어 렌즈에 의해 확대된 부분의 내부의 패턴만을 나타내고, 확대된 부분의 외부의 패턴은 생략하고 나타내지 않고 있다. 한편, 오른쪽 카메라 이미지의 오른쪽에 마이크로-스피어 렌즈를 적용하여 축소시킨 스팟을 통해 얻은 분광 신호를 그래프를 통해 개략적으로 보여주고 있다.
도 4a 내지 도 4f는 도 1a의 분광 계측 장치에서의 분광 신호 획득의 과정을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 1a를 함께 참조하여 설명한다.
본 실시예의 분광 계측 장치(1000)를 반도체 제조 공정에 실제로 적용하여 활용하기 위해서는 분광 신호를 빠르고 정확하게 얻어야 하고, 또한, 마이크로 렌즈(400), 예컨대, 마이크로-스피어 렌즈를 사용하여 확대된 이미지를 얻기 위해 대물렌즈(200)를 계측 대상(2000)에 수 ㎛ 이내의 매우 짧은까지 접근시켜야 한다. 이러한 접근에서 계측 대상(2000)에 접촉하여 파손되거나 오염되는 것을 방지해야 한다. 이를 위하여 본 실시예의 분광 계측 장치(1000)는 마이크로-스피어 렌즈에 의해서 발생하는 허상의 위치를 정밀하게 추정하고 대물렌즈(200)의 초점을 허상의 위치로 빠르고 정확하게 이동시킴으로써, 선명한 이미지 및 그에 따른 최적의 분광 신호를 획득하는 방법을 제시한다.
본 실시예의 분광 계측 장치(1000)에서, 최적의 분광 신호를 획득하는 방법은 아래와 같은 단계들을 거쳐 이루어질 수 있다. 이하, 마이크로 렌즈(400)로서, 마이크로-스피어 렌즈를 예로 들어 설명한다.
도 4a를 참조하면, 먼저, 카메라 이미지 내에서 마이크로-스피어 렌즈에 의해 확대된 영역의 외부에 해당하는 제1 관심 영역(1st ROI(Region Of Interest))을 이용하여, 초점 위치로 광학계, 즉 대물렌즈(200)를 제1 이동(M1) 시킨다. 도 4a에서, 위쪽에 그려진 큰 네모가 카메라 이미지에 해당하고, 중심의 점선의 원이 마이크로-스피어 렌즈에 의해 확대된 영역에 해당하며, 외곽 부분의 작은 네모가 제1 관심 영역(1st ROI)에 해당할 수 있다. 물론, 제1 관심 영역(1st ROI)은 작은 네모에 한정되지 않고, 점선의 원 밖의 모든 부분이 제1 관심 영역(1st ROI)에 해당할 수 있다.
여기서, 제1 관심 영역(1st ROI)은 마이크로-스피어 렌즈의 효과가 발생하지 않는 영역이므로, 제1 관심 영역(1st ROI) 상에는 대물렌즈(200)의 작동 거리(working distance)에 해당하는 제1 거리(WD1)에서 초점이 발생하며, 제1 거리(WD1)는 계측 대상(2000)의 상면으로부터 대물렌즈(200)가 이격된 거리에 해당할 수 있다. 그에 따라, 위치 제어부(800)의 제1 제어 장치(810)를 통해 대물렌즈(200)를 제1 이동(M1) 시키면서, 제1 관심 영역(1st ROI) 내에서 이미지의 선명도(Sharpness)를 계산하여 초점 위치, 즉, 제1 거리(WD1)를 계산할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 다음, 마이크로-스피어 렌즈를 계측 대상(2000) 쪽으로 제2 이동(M2) 시켜 계측 대상(2000)의 상면에서 제2 거리(Ds)만큼 이격된 위치까지 접근시킨다. 이 때 마이크로-스피어 렌즈의 제2 거리(Ds)는 대물렌즈(200)와의 상대적인 거리를 확인하여 사전에 설정할 수 있다. 예컨대, 제2 거리(Ds)는 0.5 ~ 2㎛ 내에서 설정할 수 있다.
마이크로-스피어 렌즈 이동 후, 하기 식(1)을 이용하여 마이크로-스피어 렌즈에 의한 허상이 발생할 것으로 추정되는 위치, 즉 제3 거리(Dv)를 계산할 수 있다. 여기서, 제3 거리(Dv)는 계측 대상(2000)의 상면에서 허상의 위치(V.I.)까지의 거리에 해당할 수 있다.
Dv = Ds2/(f(n,d)-Ds)+ε...........................식(1)
식(1)에서, f(n,d)는 FDTD 시뮬레이션에서 정의되는 포토닉 젯의 위치 함수이고, n는 마이크로-스피어 렌즈의 굴절률이며, d는 마이크로-스피어 렌즈의 직경이며,ε는 비선형 효과를 나타낸다.
도 4c를 참조하면, 식(1)을 통한 제3 거리(Dv)의 추정 후, 제1 제어 장치(810)를 통해 광학계, 즉 대물렌즈(200)을 제3 거리(Dv)만큼 계측 대상(2000) 쪽으로 제3 이동(M3) 시킨다. 이러한 대물렌즈(200)의 제3 이동(M3)에 의해 마이크로-스피어 렌즈에 의한 허상은 계측 대상(2000)의 하부에 위치하게 되고, 대물렌즈(200)의 초점이 마이크로-스피어 렌즈에 의한 허상 위치에 대충(roughly) 맞춰지는 결과가 될 수 있다.
도 4d를 참조하면, 이후, 광학계, 즉 대물렌즈(200)의 초점 위치를 정밀하게 허상의 위치에 맞추기 위하여, 대물렌즈(200)를 미세하게 이동시키면서 이미지를 획득한다. 이후, 획득된 이미지들 중에서, 제2 관심 영역(2nd ROI)의 부분 이미지를 이용하여 포커스 함수(focus function)를 계산하고, 최대 포커스 함수 값을 가지는 위치로 대물렌즈(200)를 제4 이동(M4) 시킨다. 여기서, 제2 관심 영역(2nd ROI)은 마이크로-스피어 렌즈에 의해 확대된 영역 내의 영역을 의미할 수 있다. 예컨대, 도 4d에서, 윗 부분의 큰 네모 안의 원이 마이크로-스피어 렌즈에 의해 확대된 영역에 해당하고, 그 원 안의 작은 네모가 제2 관심 영역(2nd ROI)에 해당할 수 있다.
한편, 포커스 함수는 MTF(Modulation Transfer Function) 계산 또는 선명도 계산 수식을 이용할 수 있다. MTF 계산 수식은, 예컨대, Contrast = (Imax - Imin)/(Imax + Imin)의 수식을 이용할 수 있고, Imax와 Imix는 각각 최대 광 인텐서티와 최소 광 인텐서티를 의미할 수 있다.
도 4e를 참조하면, 대물렌즈(200)의 초점 위치를 허상의 위치에 정밀하게 맞춘 후에, 카메라 이미지 상의 스팟 위치를 확인하면서, 스테이지(950)를 통해 스팟 위치를 조절한다. 한편, 스팟 위치의 조절은, 추가 광원(도 9의 120) 및 검출기(650)를 이용하여, 제3 제어 장치(830)를 통해 광파이버(500)의 위치를 제어함으로써, 매우 정밀하게 조절할 수도 있다. 이와 같이, 추가 광원(120) 및 제3 제어 장치(830)를 이용하여 스팟 위치의 위치를 조절하는 경우, 스팟 위치의 조절 능력은 마이크로-스피어 렌즈에 의해 확대된 배율만큼 향상될 수 있다. 예컨대, 스팟 위치 정밀도는 1㎚ 이하까지 가능할 수 있다.
도 4e에서, 위쪽의 카메라 이미지의 확대된 영역 내에서 양쪽 화살표로 표시된 바와 같이 스팟을 이동시켜 위치를 조절할 수 있음을 보여주고 있다. 또한, 광파이버(500)의 옆에 광파이버(500)의 입사면 상의 확대된 영역에서, 해당 스팟들을 보여주고 있는데, 중앙 부분의 스팟은 분광 계측에 이용되는 스팟으로 분광기(600)와 검출기(650)에서 검출되고, 주변의 스팟들은 추가 광원(120)에 의한 스팟들로, 검출기(650)에서만 검출될 수 있다. 이와 같이, 추가 광원(120)을 이용하여 스팟의 위치를 좀더 정밀하게 조절할 수 있다. 추가 광원(120)에 대해서는 도 9a의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
도 4f를 참조하면, 앞서의 단계들을 모두 거쳐, 계측 대상(2000)의 계측 목표 영역에 대한 선명한 확대된 이미지, 및 그에 따른 최적의 분광 신호를 획득할 수 있다. 선명한 확대된 이미지는 검출기(650)를 통해 얻을 수 있고, 최적의 분광 신호는 광파이버(500)에 연결된 분광기(600)를 통해 얻을 수 있다. 도 4f는 분광기(600)를 통해 획득한 최적의 분광 신호를 그래프 형태로 예시적으로 보여주고 있다.
도 5는 도 1a의 분광 계측 장치에 의한 계측에서 스팟 사이즈 감소에 따른 인텐서티 증가 효과를 보여주는 그래프들이다. 굵은 실선은 마이크로-스피어 렌즈의 적용 전의 인텐서티를 나타내는 그래프이고, 얇은 실선은 마이크로-스피어 렌즈의 적용 후의 인텐서티를 나타내는 그래프이며, 둘 다 100X의 배율의 대물렌즈(200)가 적용된 그래프들이다. 한편, y축은 인텐서티를 16비트로 표시하고 있다.
도 5를 참조하면, 일반적으로, 스팟 사이즈가 N배 감소할 때, 인텐서티는 N2 만큼 감소하게 된다. 예컨대, 광파이버(500)의 코어의 직경을 N배 감소시켜 스팟 사이즈를 N배 감소시키는 경우, 수광 면적이 N2만큼 축소되므로, 그에 따라 인테서티도 N2만큼 감소할 수 있다. 또한, 인텐서티 감소에 따라, SNR이 나빠질 수 있다.
한편, 마이크로-스피어 렌즈를 적용하는 경우, 마이크로-스피어 렌즈에 의해 스팟 사이즈가 축소됨에도 불구하고, 포토닉-젯 효과로 인해, 인텐서티는 증가할 수 있다. 예컨대, 도 5의 그래프에 도시된 바와 같이, 마이크로-스피어 렌즈에 의해 스팟 사이즈가 3배 감소된 경우에도, 인텐서티는 33% 정도 증감함을 확인할 수 있다. 결과적으로, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000)는, 마이크로 렌즈(400)를 이용하여 스팟 사이즈를 축소함으로써, 인텐서티 감소 및 그에 따른 SNR의 감소 문제를 해결할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 기존 분광 계측 장치와 도 1a의 분광 계측 장치에 의한 계측에서 스팟 사이즈의 감소에 따른 신호 변화를 보여주는 그래프들이다. 도 6a에서 점선은 50X 배율에 대응하는 스팟 사이즈에 대한 그래프이고 실선은 100X 배율에 대응하는 스팟 사이즈에 대한 그래프이다. 도 6b에서, 굵은 실선은 마이크로-스피어 렌즈를 적용하지 않은 경우의 그래프이고, 얇은 실선은 마이크로-스피어 렌즈를 적용한 경우의 그래프로서, 둘 다 100X의 배율의 대물렌즈(200)가 적용된 그래프들이다.
도 6a를 참조하면, 기존 분광 계측 장치에서, 광학계의 배율 변화, 예컨대, 대물렌즈(200)의 배율을 50X에서 100X로 증가시켜 스팟 사이즈를 2배 감소시킨 경우, 파장에 따른 반사도가 달라짐을 확인할 수 있다. 이러한 반사도의 변화를 통해, 신호의 변형, 예컨대, 신호의 쉬프트(shift) 발생 및 인텐서티 감소 등을 확인할 수 있다. 따라서, 광학계의 배율 변화를 통해 스팟 사이즈를 감소시키는 경우, 신호의 민감도가 감소할 수 있음을 예측할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 마이크로-스피어 렌즈의 적용을 통해 배율을, 예컨대, 3배 증가시켜, 스팟 사이즈를 3배 감소시키는 경우에도, 파장에 따른 반사도가 거의 동일하게 유지됨을 확인할 수 있다. 이러한 반사도의 결과를 통해, 신호의 변형이 발생하지 않음을 확인할 수 있고, 따라서, 마이크로-스피어 렌즈를 이용하여 스팟 사이즈를 감소시키는 경우, 신호의 민감도에 영향을 주지하고 유지시킬 수 있음을 예측할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 도 1a의 분광 계측 장치를 이용한 박막의 두께 측정에서측정 정합성을 보여주기 위한 그래프들로서, 도 7a는 5개의 서로 다른 두께의 박막에 대하여 측정한 파장에 따른 반사도 그래프들이고, 도 7b와 도 7c는 400㎚와 500㎚두께의 박막들에 대하여, 측정 데이터와 시뮬레이션 데이터를 비교하여 보여주는 파장에 따른 반사도 그래프들이다. 여기서, 박막은 예컨대, 실리콘옥사이드(SiO2) 박막일 수 있다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 도 7b와 도 7c의 그래프들을 통해 확인할 수 있듯이, 400㎚ 두께의 박막과 500㎚ 두께의 박막에 대하여, 도 1a의 분광 계측 장치(1000)를 이용하여 측정한 반사도 데이터와 시뮬레이션를 통해 얻은 반사도 데이터가 실질적으로 일치함을 확인할 수 있다. 이러한 그래프들의 결과를 통해, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000)를 이용한 박막의 두께 측정에서 측정 정합성이 매우 높음을 확인할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예들에 따른 분광 계측 장치들을 개략적으로 보여주는 개념도들이다. 도시의 편의상 도 8ba 및 도 8c는 분광 계측 장치에서 대물렌즈에 대응하는 부분만을 도시하고 있다. 도 1a 및 도 1b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 8a를 참조하면, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000a)는 간섭 현상을 발생시키기 위한 광학 소자들을 더 포함한다는 측면에서, 도 1a의 분광 계측 장치(1000)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000a)는, 도 1a의 분광 계측 장치(1000)와 비교하여, 셔터(210), 간섭용 대물렌즈(220), 및 기준 미러(230)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 광학 소자들을 포함하여 구성된 간섭계를 리닉(Linnik) 방식의 간섭계라 한다.
리닉 방식의 간섭계의 동작을 간단히 설명하면, 광원(100)으로부터의 광은 제1 빔 스플리터(710)를 거쳐, 셔터(210) 및 간섭용 대물렌즈(220)를 거쳐 기준 미러(230)에서 반사되어 다시 제1 빔 스플리터(710)로 입사되고, 계측 대상(2000)에서 반사된 광과 합쳐져 간섭 현상에 따른 간섭광이 생성될 수 있다. 이러한 간섭광은 결상 렌즈(300) 및 제2 빔 스플리터(720)를 거쳐 광파이버(500)로 입사되어 분광기(600)에서 분광 신호로서 검출될 수 있다.
결국, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000a)는 간섭광에 대한 분광 신호를 획득하여 분석함으로써, 계측 대상(2000)의 계측하고자 하는 물리량을 계측할 수 있다. 여기서, 계측하고자 하는 물리량은, 예컨대, 간섭광을 통해 보다 명확하게 분석될 수 있는 물리량일 수 있다. 덧붙여, 셔터(210)를 통해 광을 차단함으로써, 간섭광이 발생하지 않도록 할 수 있고, 그러한 경우, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000a)는 도 1a의 분광 계측 장치(1000)와 실질적으로 동일하게 동작할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000b)는 간섭 현상을 발생시킬 수 있는 대물렌즈(240)를 포함한다는 측면에서, 도 1a의 분광 계측 장치(1000)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000b)는 도 1a의 분광 계측 장치(1000)의 대물렌즈(200) 대신 미라우(Mirau) 방식의 대물렌즈(240)를 포함할 수 있다. 대물렌즈(240)는 내부에 제1 미러(242), 및 제2 미러(244)를 포함할 수 있다. 한편, 제2 미러(244)는 광의 일부는 반사하여 제1 미러(242)로 입사시키고, 일부는 투과하여 계측 대상(2000)으로 입사시킬 수 있다. 또한, 제1 미러(242)에서 반사된 광과 계측 대상(2000)에서 반사된 광이 제2 미러(244) 부분에서 합쳐져 간섭 현상에 따른 간섭광이 생성되고, 간섭광은 결상 렌즈(300) 및 제2 빔 스플리터(720)를 거쳐 광파이버(500)로 입사되어 분광기(600)에서 분광 신호로서 검출될 수 있다.
도시하지 않았지만, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000b)는, 양쪽 화살표로 표시된 바와 같이, 대물렌즈(240)를 광축 방향으로 이동시킬 수 있는 제어 장치를 포함할 수 있다. 예컨대, 제어 장치는, 도 1a의 분광 계측 장치(1000)의 제1 제어 장치(810)와 실질적으로 동일한 기능을 할 수 있다.
도 8c를 참조하면, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000c)는 간섭 현상을 발생시킬 수 있는 대물렌즈(260)와 기준 미러(230)를 포함한다는 측면에서, 도 1a의 분광 계측 장치(1000)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000c)는 내부 빔 스플리터(262)를 구비한 대물렌즈(260)와 기준 미러(230)를 포함할 수 있다. 이와 같은 대물렌즈(260)와 기준 미러(230)를 포함하여 구성된 간섭계를 마이켈슨(Michelson) 방식의 간섭계라 한다. 마이켈슨 방식의 간섭계는 리닉 방식의 간섭계와 유사하게 동작할 수 있다. 예컨대, 내부 빔 스플리터(262)를 통해 일부의 광이 기준 미러(230)에서 반사되고, 또한, 일부의 광이 계측 대상(2000)에서 반사되어, 내부 빔 스플리터(262) 부분에서 합쳐져 간섭 현상에 따른 간섭광이 생성될 수 있다.
한편, 도시하지 않았지만, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000c)도, 양쪽 화살표로 표시된 바와 같이, 대물렌즈(240)를 광축 방향으로 이동시킬 수 있는 제어 장치를 포함할 수 있다. 제어 장치는 대물렌즈(240)와 함께 기준 미러(230)를 함께 이동시킬 수 있다. 또한, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000c)는 기준 미러(230)로 향하는 광을 차단할 수 있는 셔터를 더 포함할 수도 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예들에 따른 분광 계측 장치들을 개략적으로 보여주는 개념도들이다. 도시의 편의상 도 10는 분광 계측 장치에서 마이크로 렌즈 및 지지 장치에 대응하는 부분만을 도시하고 있다. 도 1a 및 도 1b의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000d)는 추가 광원(120)를 더 포함하고, 또한, 광파이버(500a)가 분기형 광파이버 구조를 갖는다는 측면에서, 도 1a의 분광 계측 장치(1000)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000d)에서, 광파이버(500a)는 입력단(In)이 하나이고 출력단(Out)이 2개인 분기형 광파이버 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 광파이버(500a)는 리플렉션 프로브(Reflection Probe)와 같은 Y-분기형 구조를 가질 수 있다.
광파이버(500a)의 입력단(In)은 제1 결상 면(1st I.P.) 상에 배치될 수 있다. 광파이버(500a)의 출력단(Out)은, 예컨대, 제1 출력단(1st Out)과 제2 출력단(2nd Out)을 포함할 수 있다. 제1 출력단(1st Out)에는 분광기(600)가 배치되고, 제2 출력단(2nd Out)에는 추가 광원(120)이 배치될 수 있다. 추가 광원(120)은 스팟 위치 확인용 광원일 수 있다. 덧붙여, 제2 출력단(2nd Out)은 입력단(In)에 반대 방향에 위치함에 따라 편의상 붙인 용어이나, 추가 광원(120)의 측면에서는 제2 출력단(2nd Out)이 입력되는 부분이고, 입력단(In)이 출력되는 부분에 해당할 수 있다.
본 실시예의 분광 계측 장치(1000d)에서, 추가 광원(120)을 통해 다음과 같은 동작을 통해 스팟의 위치를 확인할 수 있다. 광원(100)과 추가 광원(120)을 함께 동작시킨다. 광원(100)의 광은, 도 1a의 분광 계측 장치(1000)에서와 같이, 대물렌즈(200)과 마이크로 렌즈(400)에 의해 스팟으로 집광되고 계측 대상(2000)에서 반사되어, 검출기(650)에서 검출될 수 있다. 예컨대, 도 9에서, 검출기(650)에 인접하여 도시된 네모의 카메라 이미지 내의 여러 개의 작은 원들 중 중심 부분의 작은 원이 광원(100)의 광에 의한 스팟에 해당할 수 있다. 한편, 추가 광원(120)의 광은 광파이버(500a)의 제2 출력단(2nd Out)을 통해 입력되고, 광학 소자들을 거쳐 계측 대상(2000)에 입력되고 반사된 후, 다시 광학 소자들을 거쳐 검출기(650)에서 검출될 수 있다. 예컨대, 도 10a에서, 검출기(650)에 인접하여 도시된 네모의 카메라 이미지 내의 여러 개의 작은 원들 중 외곽을 둘러싸는 작은 원들이 추가 광원(120)의 광에 의한 스팟들에 해당할 수 있다.
이와 같이, 검출기(650)을 통해 광원(100)에 의한 스팟과 추가 광원(120)에 의한 스팟들의 위치를 확인하고, 스테이지(950)를 통해 계측 목표 위치에 스팟이 위치하도록 조절할 수 있다. 또한, 제3 제어 장치(830)를 이용하여 제1 결상 면(1st I.P.) 상에서 광파이버(500a)을 위치를 제어함으로써, 스팟 위치를 보다 정밀하게 제어할 수 있다. 이는 마이크로 렌즈(400)에 의해 확대된 영역에 대응하는 큰 원 내에서 스팟에 대응하는 작은 원의 위치를 조절하는 것으로서, 확대된 배율만큼 스팟의 위치를 보다 정밀하게 조절할 수 있다. 한편, 입력단(In)에 인접하여 큰 원 내부에 중심 스팟과 외곽의 스팟들에 해당하는 작은 원들을 함께 도시하고 있는데, 전술한 바와 같이, 중심 스팟은 광원(100)에 의한 스팟으로 분광기(600)로 출력되고, 외곽의 스팟들은 추가 광원(120)에 의한 스팟들로 제2 빔 스플리터(720)로 출력될 수 있다. 따라서, 광파이버(500a)를 통해 2종류의 스팟들이 함께 검출될 수는 없으나, 위치 관계를 보여주기 위해 편의상 함께 도시하고 있다.
한편, 스팟의 위치를 확인하는 동작에서는 분광기(600)는 동작하지 않을 수 있다. 또한, 계측 대상(2000)에 대한 계측이 수행될 때, 추가 광원(120)은 동작하지 않고, 분광기(600)만 동작할 수 있다. 한편, 계측 대상(2000)에 대한 계측이 수행될 때, 검출기(650)는 선택적으로 동작할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000e)는 지지 장치(450a)의 구조에서, 도 1a의 분광 계측 장치(1000)와 다를 수 있다. 구체적으로, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000e)에서, 지지 장치(450a)는 마이크로 렌즈(400)를 지지하되, 대물렌즈(200)의 외곽 부분을 감싸는 하우징 구조를 가질 수 있다. 지지 장치(450a)는 하부에 투명 커버(452)를 포함하고, 투명 커버(452)의 상면 또는 하면 상에 마이크로 렌즈(400)가 부착될 수 있다. 한편, 도시하지 않았지만, 본 실시예의 분광 계측 장치(1000e)는 도 1a의 분광 계측 장치(1000)의 제1 제어 장치(810)와 유사하게, 지지 장치(450a)의 이동을 제어하는 제어 장치를 더 포함할 수 있다. 제어 장치를 통해 지지 장치(450a)가 이동됨으로써, 마이크로 렌즈(400)가 이동될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 계측 방법을 간단하게 보여주는 흐름도이다. 도 1a를 함께 참조하여 설명하고, 도 1a의 설명 부분에서 이미 설명한 내용을 간단히 설명하거나 생략한다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 분광 계측 방법은, 먼저, 분광 계측 장치(1000)를 준비한다(S110). 본 실시예의 분광 계측 방법에서, 분광 계측 장치(1000)는 도 1a의 분광 계측 장치(1000)에 한하지 않고, 도 8a 내지 도 10의 분광 계측 장치들(1000a ~ 1000e) 중 어느 하나일 수도 있다.
다음, 분광 계측 장치(1000)에서 분광 신호를 캘리브레이션 한다(S130). 분광 신호의 캘리브레이션은, 위치 제어부(800)를 통해 분광 계측 장치(1000)의 대물렌즈(200), 마이크로 렌즈(400, 및 광파이버(500)의 위치를 조절함으로써, 이루어질 수 있다. 이러한 분광 신호의 캘리브레이션은 도 4a 내지 도 4f의 설명 부분에서 설명한 최적의 분광 신호를 획득하는 과정에 해당할 수 있다. 분광 신호의 캘리브레이션에 대해서는, 이하 도 12a 및 도 12b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
분광 신호의 캘리브레이션 후, 분광 계측 장치(1000)를 통해 계측 대상인 반도체 소자를 계측한다(S150). 다시 말해서, 캘리브레이션 된 최적의 분광 신호를 가지고 반도체 소자를 계측한다. 그에 따라, 본 실시예의 분광 계측 방법은, 최적의 분광 신호로 반도체 소자를 계측함으로써, 반도체 소자를 정확하게 계측하면서도, 효율적이고 안전하게 계측할 수 있다. 반도체 소자를 계측하는 단계(S150)에 대해서는 이하, 도 12c의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다. 덧붙여, 반도체 소자를 계측하는 단계(S150) 전에, 웨이퍼 등에 반도체 공정이 수행되어 계측 대상인 반도체 소자가 제작될 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 도 11의 분광 계측 방법에서, 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계를 좀더 구체적으로 보여주는 흐름도들, 및 반도체 소자를 계측하는 단계를 좀더 구체적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1a, 및 도 4a 내지 도 4f를 함께 참조하여 설명하고, 도 1a 및 도 4a 내지 도 4f의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 12a를 참조하면, 본 실시예의 분광 계측 방법에서, 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계(S130)는, 먼저, 대물렌즈(200)를 초점 위치로 제1 이동시킨다(S131). 초점 위치는 대물렌즈(200)의 작동 거리로서, 도 4a에서 대물렌즈(200)가 계측 대상(2000)의 상면에서 제1 거리(WD1)만큼 이격된 위치를 의미할 수 있다. 따라서, 대물렌즈(200)의 제1 이동은 제1 거리(WD1)에 해당하는 위치에 대물렌즈(200)를 위치시키는 이동을 의미할 수 있다. 제1 거리(WD1)는 마이크로 렌즈(400)의 효과가 발생하지 않는 영역인 제1 관심 영역(1st ROI)을 이용하여 이미지의 선명도의 계산을 통해 산출할 수 있다.
다음, 마이크로 렌즈(400)를 소정 위치로 이동시킨다(S133). 여기서, 소정 위치는, 예컨대 도 4b에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(400)가 계측 대상(2000)의 상면에서 제2 거리(Ds)만큼 이격된 위치를 의미할 수 있다. 제2 거리(Ds)는 대물렌즈(200)와의 상대적인 거리를 확인하여 사전에 설정할 수 있다.
이후, 마이크로 렌즈(400)에 의해 발생하는 허상 위치를 추정한다(S135). 허상 위치의 추정은, 계측 대상(2000)의 상면에서 허상의 위치까지의 거리인 제3 거리(Dv)를 계산하는 것을 의미할 수 있다. 제3 거리(Dv)는 도 4b의 설명 부분에서 설명한 식(1)을 이용하여 계산할 수 있다.
허상 위치의 추정 후, 대물렌즈(200)를 허상 위치에 대응하는 위치로 제2 이동시킨다(S137). 즉, 대물렌즈(200)의 초점이 추정된 허상 위치에 오도록 대물렌즈(200)를 제2 이동시킨다. 대물렌즈(200)의 제2 이동은 대물렌즈(200)를 앞서 계산한 제3 거리(Dv)만큼 계측 대상(2000) 쪽으로 이동시키는 것을 의미할 수 있다. 이러한 대물렌즈(200)의 제2 이동을 통해 대물렌즈(200)의 초점이 허상 위치에 대충(roughly) 맞춰질 수 있다.
대물렌즈(200)의 제2 이동 후, 대물렌즈(200)를 미세 이동시킨다(S139). 대물렌즈(200)의 미세 이동을 통해 대물렌즈(200)의 초점을 허상 위치에 정밀하게 맞출 수 있다. 대물렌즈(200)의 미세 이동은 마이크로 렌즈(400)의 효과가 발생하는 영역 내의 제2 관심 영역(2nd ROI)을 이용하여, 포커스 함수의 계산를 통해 이루어질 수 있다. 대물렌즈(200)의 미세 이동을 통해 분광 신호의 캘리브레이션이 완료될 수 있다. 이러한 분광 신호의 캘리브레이션에 의해 계측 대상(2000)의 계측 목표 영역에 대한 선명한 이미지, 및 그에 따른 최적의 분광 신호를 획득할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 본 실시예의 분광 계측 방법에서, 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계(S130a)는, 대물렌즈(200)의 미세 이동 후에, 스팟 위치를 조절하는 단계(S139a)를 더 포함한다는 측면에서, 도 12a의 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계(S130)와 다를 수 있다. 스팟 위치의 조절은 검출기(650)의 카메라 이미지를 이용하여 수행할 수 있다. 또한, 도 9의 분광 계측 장치(1000d)에 대해 설명한 바와 같이, 스팟 위치 확인용 추가 광원(120), 및 검출기(650)를 이용하여 스팟의 위치를 정밀하게 조절할 수 있다. 구체적으로 스팟 위치의 조절은 검출기(650) 및/또는 추가 광원(120)를 이용하여 카메라 이미지 상에서 스팟 위치를 확인하고, 스테이지(950)의 이동 및/또는 제3 제어 장치(830)를 이용한 광파이버(500)의 이동을 통해 이루어질 수 있다.
도 12c를 참조하면, 본 실시예의 분광 계측 방법에서, 반도체 소자를 계측하는 단계(S150)는, 먼저, 분광 계측 장치(1000)의 광원(100)으로부터 광을 반도체 소자로 조사한다(S152). 광원(100)으로부터 광은 도 1a의 설명 부분에서 설명한 다양한 광학 소자들을 거쳐 반도체 소자로 조사될 수 있다. 특히, 광원(100)으로부터 광은 대물렌즈(200)와 마이크로 렌즈(400)을 통해 매우 작은 스팟 사이즈로 축소되어 반도체 소자에 조사될 수 있다.
다음, 분광기(600)에서, 반도체 소자에 대한 분광 신호를 획득한다(S154). 반도체 소자에 대한 분광 신호는 반도체 소자에서 반사된 광이 광학 소자들을 거쳐 분광기(600)로 입사되고 분광기(600)에서 분광되어 획득될 수 있다. 한편, 반도체 소자에서 반사된 광은 결상 렌즈(300)의 제1 결상 면(1st I.P.) 상에 배치된 광파이버(500)의 입력단(In)을 통해 스팟 형태로 입사되어 광파이버(500)의 출력단(Out)에 배치된 분광기(600)에서 검출될 수 있다.
이후, 분광 신호를 분석한다(S156). 분광 신호의 분석을 통해 반도체 소자의 정상 여부가 판단될 수 있다. 분광 신호의 분석에는 측정된 분광 신호를 시뮬레이션 분광 신호와 비교하는 정합성 비교를 통한 해석 방식 및/또는 인공지능(AI) 학습 방식을 이용한 해석 방식 등이 이용될 수 있다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조방법을 간단하게 보여주는 흐름도이다. 도 1a를 함께 참조하여 설명하고, 도 11 내지 도 12c의 설명 부분에서 이미 설명한 내용은 간단히 설명하거나 생략한다.
도 13을 참조하면, 본 실시예의 반도체 소자 제조방법은, 분광 계측 장치(1000)를 준비하는 단계(S110)부터 반도체 소자를 계측하는 단계(S150)를 순차적으로 수행한다. 분광 계측 장치(1000)를 준비하는 단계(S110), 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계(S130), 및 반도체 소자를 계측하는 단계(S150) 각각에 대해서는 도 11의 설명 부분에서 설명한 바와 같다.
이후, 계측 결과에 기초하여 반도체 소자가 정상인지 판단한다(S160). 반도체 소자의 정상 여부 판단은, 예컨대, 분광 신호의 분석에 이용하는 정합성 비교를 통한 해석 방식 및/또는 인공지능(AI) 학습 방식을 이용한 해석 방식에 기초하여 이루어질 수 있다.
반도체 소자가 정상인 경우(Yes), 후속 반도체 공정을 수행한다(S170). 후속 반도체 공정은 다양한 공정들을 포함할 수 있다. 예컨대, 후속 반도체 공정은 증착 공정, 식각 공정, 이온 공정, 세정 공정 등을 포함할 수 있다. 또한, 후속 반도체 공정은 웨이퍼 레벨의 반도체 소자의 테스트 공정을 포함할 수 있다. 더 나아가, 후속 반도체 공정은 웨이퍼를 반도체 칩들로 개별화하는 공정, 및 반도체 칩들을 패키징하는 공정을 포함할 수 있다. 이러한 후속 반도체 공정을 통해 반도체 소자가 완성될 수 있다.
한편, 반도체 소자가 정상이 아닌 경우(No), 원인을 분석하고 공정 조건을 변경한다(S180). 여기서, 공정 조건은 예컨대, 반도체 소자를 제조하는 반도체 공정에서의 공정 조건을 의미할 수 있다. 리소그라피 공정을 예로 들면, 원인이 포커스 불량인 경우, 포커스 위치를 변경하고, 원인이 도우즈 불량인 경우는 도우즈 양을 변경할 수 있다. 이후, 변경된 공정 조건을 적용하여 반도체 공정을 수행하고(S190), 반도체 소자를 계측하는 단계(S150)로 이행한다. 반도체 소자를 계측하는 단계(S150)에서 계측되는 반도체 소자는 변경된 공정 조건이 적용된 반도체 소자일 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 광원, 120: 추가 광원, 200, 220, 240, 260: 대물렌즈, 230: 기준 미러, 300: 결상 렌즈, 400: 마이크로 렌즈, 450, 450a: 지지 장치, 500, 500a: 광파이버, 600: 분광기, 650: 검출기, 700: 빔 스플리터부, 710, 720: 제1, 제2 빔 스플리터, 800: 위치 제어부, 810, 820, 830: 제1, 제2, 제3 제어 장치, 910: 핀홀, 920: 입력 광학계, 950: 스테이지,

Claims (20)

  1. 광대역(broadband) 광을 생성하여 출력하는 제1 광원;
    상기 제1 광원으로부터의 광을 계측 대상에 입사시키는 대물렌즈;
    상기 대물렌즈 하단에 배치되는 마이크로 렌즈;
    상기 계측 대상으로부터 반사된 광을 결상시키는 결상 렌즈;
    상기 결상 렌즈의 제1 결상 면(image plane) 상에 입력단이 배치된 광파이버;
    상기 광파이버의 출력단에 배치된 분광기(spectrometer); 및
    상기 대물렌즈, 마이크로 렌즈, 및 광파이버의 위치를 제어하는 위치 제어부;를 포함하고,
    상기 위치 제어부를 통해 상기 마이크로 렌즈에 의한 허상(virtual image) 위치에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 대물렌즈의 위치가 조절된, 분광 계측 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 위치 제어부는,
    상기 대물렌즈의 위치를 제어하는 제1 제어 장치,
    상기 마이크로 렌즈의 위치를 제어하는 제2 제어 장치, 및
    상기 광파이버의 위치를 제어하는 제3 제어 장치를 포함하고,
    상기 제1 제어 장치와 제2 제어 장치가 상기 허상 위치에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 대물렌즈의 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 분광 계측 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는 마이크로-스피어(micro-sphere) 렌즈이고,
    상기 대물렌즈의 위치를 조절하는 것은,
    상기 제1 제어 장치가 상기 계측 대상의 상면 상에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 계측 대상의 상면에서 제1 거리(WD1)만큼 이격된 위치에 상기 대물렌즈를 이동시키는 제1 단계,
    상기 제2 제어 장치가 상기 계측 대상의 상면에서 제2 거리(Ds)만큼 이격된 위치로 상기 마이크로 렌즈를 이동시키는 제2 단계,
    상기 제1 제어 장치가 상기 허상 위치에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 대물렌즈를 이동시키는 제3 단계, 및
    상기 제1 제어 장치가 상기 대물렌즈를 미세하게 이동시키는 제4 단계를 거쳐서 이루어지는 것을 특징으로 하는 분광 계측 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 단계는 상기 계측 대상의 상면과 상기 허상 위치 사이의 제3 거리(Dv)를 추정하는 하기 식(1)에 기초하여 이루어지고,
    Dv = Ds2/(f(n,d)-Ds)+ε................식(1)
    상기 f(n,d)는 FDTD(Finite Difference Time Domain Method) 시뮬레이션에서 정의되는 포토닉 젯(photonic jet)의 위치 함수이고, 상기 n는 상기 마이크로 렌즈의 굴절률이며, 상기 d는 상기 마이크로 렌즈의 직경이며, 상기 ε는 비선형 효과를 나타내며,
    상기 제3 단계에서, 상기 제1 제어 장치가 상기 계측 대상의 방향으로 상기 대물렌즈를 상기 제3 거리(Dv)만큼 이동시키는 것을 특징으로 하는 분광 계측 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 단계는 상기 마이크로 렌즈에 의해 확대된 영역의 외부인 제1 영역을 이용하여 수행하고,
    상기 제4 단계는 상기 확대된 영역의 내부인 제2 영역을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 분광 계측 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 제4 단계 이후에,
    상기 계측 대상을 이동시키는 스테이지, 또는 상기 제3 제어 장치를 이용하여, 스팟 위치를 조절하는 제5 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 분광 계측 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 광파이버는 출력단이 2개인 분기형 광파이버이고,
    2개의 상기 출력단 중 제1 출력단에 상기 분광기가 배치되며,
    상기 분광 계측 장치는, 2개의 상기 출력단 중 제2 출력단에 배치된 제2 광원 및 상기 제1 결상 면과 다른 위치의 제2 결상 면에 배치된 검출기를 더 포함하며,
    상기 제2 광원과 검출기를 이용하여 스팟 위치를 확인하는 것을 특징으로 하는 분광 계측 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 분광 계측 장치가 간섭 현상을 발생시키기 위한 광학 소자들을 더 포함하거나, 또는
    상기 대물렌즈가 간섭 현상을 발생시키는 대물렌즈인 것을 특징으로 하는 분광 계측 장치.
  9. 광대역 광을 생성하여 출력하는 제1 광원;
    상기 제1 광원으로부터의 광을 계측 대상에 입사시키는 대물렌즈;
    상기 대물렌즈 하단에 배치되는 마이크로 렌즈;
    상기 계측 대상으로부터 반사된 광을 결상시키는 결상 렌즈;
    상기 결상 렌즈의 제1 결상 면 상에 입력단이 배치되고 출력단이 2개인 분기형 광파이버;
    상기 분기형 광파이버의 2개의 상기 출력단 중 제1 출력단에 배치된 분광기;
    상기 분기형 광파이버의 2개의 상기 출력단 중 제2 출력단에 배치된 제2 광원;
    상기 제1 결상 면과 다른 위치의 제2 결상 면에 배치된 검출기;
    상기 제1 광원으로부터의 광을 상기 계측 대상으로 입사시키고, 상기 계측 대상에서 반사된 광을 상기 결상 렌즈로 입사시키는 제1 빔 스플리터;
    상기 결상 렌즈로부터의 광을 상기 제1 결상 면과 제2 결상 면으로 분리시켜 입사시키는 제2 빔 스플리터;
    상기 대물렌즈의 위치를 제어하는 제1 제어 장치; 및
    상기 마이크로 렌즈의 위치를 제어하는 제2 제어 장치;를 포함하며,
    상기 제1 제어 장치 및 제2 제어 장치가 상기 마이크로 렌즈에 의한 허상 위치에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 대물렌즈의 위치를 조절하는, 분광 계측 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는 마이크로-스피어 렌즈이고,
    상기 대물렌즈의 위치를 조절하는 것은,
    상기 제1 제어 장치가 상기 계측 대상의 상면 상에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 계측 대상의 상면에서 제1 거리(WD1)만큼 이격된 위치에 상기 대물렌즈를 이동시키는 제1 단계,
    상기 제2 제어 장치가 상기 계측 대상의 상면에서 제2 거리(Ds)만큼 이격된 위치에 상기 마이크로 렌즈를 이동시키는 제2 단계,
    상기 제1 제어 장치가 상기 허상 위치에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 대물렌즈를 이동시키는 제3 단계, 및
    상기 제1 제어 장치가 상기 대물렌즈를 미세하게 이동시키는 제4 단계를 거쳐서 이루어지는 것을 특징으로 하는 분광 계측 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제3 단계는 상기 계측 대상의 상면과 상기 허상 위치 사이의 제3 거리(Dv)를 추정하는 하기 식(1)에 기초하여 이루어지고,
    Dv = Ds2/(f(n,d)-Ds) +ε................식(1)
    상기 f(n,d)는 FDTD 시뮬레이션에서 정의되는 포토닉 젯의 위치 함수이고, 상기 n는 상기 마이크로 렌즈의 굴절률이며, 상기 d는 상기 마이크로 렌즈의 직경이며, 상기 ε는 비선형 효과를 나타내며,
    상기 제3 단계에서, 상기 제1 제어 장치가 상기 계측 대상의 방향으로 상기 대물렌즈를 상기 제3 거리(Dv)만큼 이동시키는 것을 특징으로 하는 분광 계측 장치.
  12. 제1 광원, 대물렌즈, 마이크로 렌즈, 결상 렌즈, 광파이버, 분광기, 및 위치 제어부를 구비한 분광 계측 장치를 준비하는 단계;
    상기 대물 렌즈와 마이크로 렌즈의 위치를 조절하여 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계; 및
    상기 분광 신호를 이용하여 계측 대상인 반도체 소자를 계측하는 단계;를 포함하고,
    상기 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계에서, 상기 위치 제어부를 통해 상기 마이크로 렌즈에 의한 허상 위치에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 대물렌즈의 위치를 조절하는, 분광 계측 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계는,
    상기 위치 제어부의 제1 제어 장치가 계측 대상의 상면 상에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 계측 대상의 상면에서 제1 거리(WD1)만큼 이격된 위치에 상기 대물렌즈를 제1 이동시키는 단계,
    상기 위치 제어부의 제2 제어 장치가 상기 계측 대상의 상면에서 제2 거리(Ds)만큼 이격된 위치에 상기 마이크로 렌즈를 이동시키는 단계,
    상기 계측 대상의 상면과 상기 마이크로 렌즈에 의한 허상 위치 사이의 제3 거리(Dv)를 추정하는 단계,
    상기 제3 거리(Dv)에 기초하여 상기 제1 제어 장치가 상기 대물렌즈의 초점이 상기 허상 위치에 오도록 상기 대물렌즈를 제2 이동시키는 단계, 및
    상기 제1 제어 장치가 상기 대물렌즈를 미세하게 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분광 계측 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제3 거리(Dv)를 추정하는 단계는, 하기 식(1)에 의해 이루어지고,
    Dv = Ds2/(f(n,d)-Ds)+ε................식(1)
    상기 f(n,d)는 FDTD 시뮬레이션에서 정의되는 포토닉 젯의 위치 함수이고, 상기 n는 상기 마이크로 렌즈의 굴절률이며, 상기 d는 상기 마이크로 렌즈의 직경이며, 상기 ε는 비선형 효과를 나타내며,
    상기 대물렌즈를 제2 이동시키는 단계에서, 상기 제1 제어 장치가 상기 계측 대상의 방향으로 상기 대물렌즈를 상기 제3 거리(Dv)만큼 이동시키는 것을 특징으로 하는 분광 계측 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 대물렌즈를 제1 이동시키는 단계는 상기 마이크로 렌즈에 의해 확대된 영역의 외부인 제1 영역을 이용하여 수행하고,
    상기 대물렌즈를 미세하게 이동시키는 단계는 상기 확대되 영역의 내부인 제2 영역을 이용하여 수행하며,
    상기 분광 계측 장치의 스테이지 또는 제3 제어 장치를 이용하여 스팟 위치를 조절하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 분광 계측 방법.
  16. 제1 광원, 대물렌즈, 마이크로 렌즈, 결상 렌즈, 광파이버, 분광기, 및 위치 제어부를 구비한 분광 계측 장치를 준비하는 단계;
    상기 대물 렌즈와 마이크로 렌즈의 위치를 조절하여 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계;
    상기 분광 신호를 이용하여 계측 대상인 반도체 소자를 계측하는 단계;
    계측 결과에 기초하여 상기 반도체 소자의 정상 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 반도체 소자가 정상인 경우, 상기 반도체 소자에 대한 후속 반도체 공정을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계에서, 상기 위치 제어부를 통해 상기 마이크로 렌즈에 의한 허상 위치에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 대물렌즈의 위치를 조절하는, 반도체 소자 제조방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 분광 신호를 캘리브레이션하는 단계는,
    상기 위치 제어부의 제1 제어 장치가 계측 대상의 상면 상에 상기 대물렌즈의 초점이 위치하도록 상기 계측 대상의 상면에서 제1 거리(WD1)만큼 이격된 위치에 상기 대물렌즈를 제1 이동시키는 단계,
    상기 위치 제어부의 제2 제어 장치가 상기 계측 대상의 상면에서 제2 거리(Ds)만큼 이격된 위치에 상기 마이크로 렌즈를 이동시키는 단계,
    상기 계측 대상의 상면과 상기 마이크로 렌즈에 의한 허상 위치 사이의 제3 거리(Dv)를 추정하는 단계,
    상기 제3 거리(Dv)에 기초하여 상기 제1 제어 장치가 상기 대물렌즈의 초점이 상기 허상 위치에 오도록 상기 대물렌즈를 제2 이동시키는 단계, 및
    상기 제1 제어 장치가 상기 대물렌즈를 미세하게 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제3 거리(Dv)를 추정하는 단계는, 하기 식(1)에 의해 이루어지고,
    Dv = Ds2/(f(n,d)-Ds)+ε................식(1)
    상기 f(n,d)는 FDTD 시뮬레이션에서 정의되는 포토닉 젯의 위치 함수이고, 상기 n는 상기 마이크로 렌즈의 굴절률이며, 상기 d는 상기 마이크로 렌즈의 직경이며, 상기 ε는 비선형 효과를 나타내며,
    상기 대물렌즈를 제2 이동시키는 단계에서, 상기 제1 제어 장치가 상기 계측 대상의 방향으로 상기 대물렌즈를 상기 제3 거리(Dv)만큼 이동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 반도체 소자를 계측하는 단계는,
    상기 광원으로부터 광을 상기 반소체 소자로 조사하는 단계,
    상기 분광기에서 상기 반도체 소자에 대한 분광 신호를 획득하는 단계, 및
    상기 분광 신호를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 분광 신호를 분석하는 단계는
    상기 분광 신호를 시뮬레이션에 의한 분광 신호와 비교하는 정합성 비교를 통한 해석 방식 또는 인공지능(AI) 학습 방식을 이용한 해석 방식을 통해 이루어지며,
    상기 반도체 소자가 정상이 아닌 경우,
    원인 분석 및 공정 조건을 변경하는 단계; 및
    변경된 공정 조건으로 반도체 공정을 수행하는 단계;를 더 수행하고,
    상기 반도체 소자를 계측하는 단계로 이행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
KR1020200102057A 2020-08-13 2020-08-13 분광 계측 장치와 방법, 및 그 계측 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법 KR20220021327A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200102057A KR20220021327A (ko) 2020-08-13 2020-08-13 분광 계측 장치와 방법, 및 그 계측 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법
US17/185,270 US11320259B2 (en) 2020-08-13 2021-02-25 Spectroscopic measuring apparatus and method, and method for fabricating semiconductor device using the measuring method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200102057A KR20220021327A (ko) 2020-08-13 2020-08-13 분광 계측 장치와 방법, 및 그 계측 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220021327A true KR20220021327A (ko) 2022-02-22

Family

ID=80224054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200102057A KR20220021327A (ko) 2020-08-13 2020-08-13 분광 계측 장치와 방법, 및 그 계측 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11320259B2 (ko)
KR (1) KR20220021327A (ko)

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100916618B1 (ko) 2007-06-19 2009-09-14 한국과학기술원 반사광측정법에 근거한 분산 백색광 간섭법을 이용한박막두께 및 형상측정방법
KR100947464B1 (ko) * 2008-02-13 2010-03-17 에스엔유 프리시젼 주식회사 두께 측정장치
US8857028B2 (en) 2008-07-08 2014-10-14 3M Innovative Properties Company Processes for producing optical elements showing virtual images
WO2012118436A1 (en) 2011-03-01 2012-09-07 Applied Precision, Inc. Systems and methods for illumination phase control in fluorescence microscopy
US9952140B2 (en) 2012-05-29 2018-04-24 Kla-Tencor Corporation Small spot size spectroscopic ellipsometer
US9488810B2 (en) 2013-03-15 2016-11-08 Northwestern University Apparatuses and methods to image surfaces with small spot-size and large field of view
JP6086366B2 (ja) 2013-04-05 2017-03-01 国立研究開発法人理化学研究所 顕微鏡、焦準器具、流体保持器具、及び光学ユニット
US10345093B2 (en) 2015-12-11 2019-07-09 University Of Helsinki Arrangement and method of determining properties of a surface and subsurface structures
GB201612254D0 (en) 2016-07-14 2016-08-31 Lig Tech Ltd Objective lens attachment
JP6762221B2 (ja) * 2016-12-19 2020-09-30 大塚電子株式会社 光学特性測定装置および光学特性測定方法
EP3388779A1 (fr) * 2017-04-11 2018-10-17 Université de Strasbourg Systeme et procede de metrologie optique en super resolution a l'echelle nanometrique en champ lointain
GB201710324D0 (en) 2017-06-28 2017-08-09 Lig Tech Ltd Microsphere lens assembly
CN108445261A (zh) 2018-03-13 2018-08-24 苏州显纳精密仪器有限公司 一种基于光敏位置传感器反馈的微球透镜超分辨率光学扫描成像系统及其成像方法
CN108917626A (zh) * 2018-08-01 2018-11-30 深圳中科飞测科技有限公司 一种检测装置及检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11320259B2 (en) 2022-05-03
US20220049949A1 (en) 2022-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10648796B2 (en) Optical metrology with small illumination spot size
CN108463877B (zh) 用于扩展的红外线光谱椭偏测量的系统及方法
EP3314241B1 (en) Methods and apparatus for measuring height on a semiconductor wafer
TWI461857B (zh) 用於角度解析分光鏡微影特性描述之方法及裝置
US8189202B2 (en) Interferometer for determining overlay errors
US8023122B2 (en) Method and system for measuring patterned structures
CN110062952B (zh) 同时多重角度光谱
TWI621928B (zh) 用於判定關於目標之參數的方法及系統、用於製造器件之方法及非暫時性電腦程式產品
CN113348361B (zh) 用于共址计量的方法及系统
US8531678B2 (en) Method and system for measuring patterned structures
KR102326190B1 (ko) 정정 유도 방법 및 장치, 구조체의 속성을 결정하는 방법 및 장치, 디바이스 제조 방법
US11428925B2 (en) Position metrology apparatus and associated optical elements
JP2014527633A (ja) 瞳位相解析によるオーバレイ計測
JP2018531422A6 (ja) 検査及びメトロロジのための方法及び装置
TW201732266A (zh) 聚焦控制配置及方法
US10474043B2 (en) Method of measuring a property of a substrate, inspection apparatus, lithographic system and device manufacturing method
KR20220031834A (ko) 멀티 스케일의 스펙트럼 이미징 장치 및 방법, 및 그 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법
KR20220005361A (ko) 경사 조명을 이용한 회절 기반 계측 장치 및 방법, 그 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법
KR20220021327A (ko) 분광 계측 장치와 방법, 및 그 계측 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법
TWI840582B (zh) 用於光學表面缺陷材料特性化的方法及系統
EP3715951A1 (en) Position metrology apparatus and associated optical elements
JP2005079249A (ja) 位置合わせ方法、露光方法、露光装置、及びデバイスの製造方法
TW202109017A (zh) 用於光學表面缺陷材料特性化的方法及系統
EP4302156A1 (en) Method and apparatus for optimizing a defect correction for an optical element used in a lithographic process
TW201118366A (en) Scatterometer method and apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method