KR20220103713A - 기판 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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자섹 가시오로브스키
마르쿠스 빔플링어
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에베 그룹 에. 탈너 게엠베하
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Abstract

본 발명은 1. 특히 임계 치수를 갖는 적어도 하나의 구조(7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V), 특히 임계 치수를 갖는 표면 구조(7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V)를 갖는 다층 기판(1, 1', 1'')을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 적어도 다음 단계들, 특히 다음 절차: - 최상층(6, 6', 6')의 표면(6o, 6'o, 6''o)에 특히 구조(7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V), 특히 구조(7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V)를 갖는 복수의 층(2, 3, 4, 5, 6, 6', 6'')을 갖는 기판(1, 1', 1'')를 생산(110)하는 단계 - 상기 층들의 치수 및 특히 구조는 알려져 있음 - , - 적어도 하나의 측정 기술을 사용하여 기판(1, 1', 1''), 특히 구조(7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V)를 측정(120)하는 단계, - 기판(1, 1', 1'')의 측정으로부터의 측정 결과를 사용하여 기판의 시뮬레이션을 생성(130)하는 단계, - 측정 결과를 기판(1, 1', 1'')의 시뮬레이션으로부터의 시뮬레이션 결과와 비교(140)하는 단계, - 시뮬레이션 결과와 측정 결과의 편차가 있는 경우, 기판(1, 1', 1'')의 측정으로부터의 측정 결과를 사용하여 기판의 시뮬레이션의 시뮬레이션(130) 및 갱신된 생성(130)을 최적화하거나, 또는 측정 결과가 시뮬레이션 결과에 대응하는 경우, 추가 기판의 파라미터를 계산(150)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기판 측정 장치 및 방법
본 발명은 기판을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
포토리소그래피 또는 나노임프린트 리소그래피를 통해 기판 상에 생성되는 구조의 임계 치수(CDs)가 급격히 감소하기 때문에 생산 공정에서 측정 및 검사 기술에 대한 도전이 증가하고 있다.
광학 현미경과 같은 기존의 이미징 방법은 Abbe 분해능 한계, 즉 회절 제한 분해능으로 인해 광학 파장의 절반 이상, 대부분 100nm 이상의 구조적 치수로 제한된다. 임계 치수를 가진 구조의 3차원 특성화는 광학 현미경을 사용하여 제한된 정도로만 가능하다. 이 경우, 구조의 너비, 구조의 높이, 면 사이의 각도, 그리고 구조의 크기가 점점 작아지는 경우에는, 심지어 3차원 구조의 거칠기와 같은 기하학적 파라미터가 점점 더 중요해지고 있다. 투과 전자 현미경(TEM), 주사 전자 현미경(SEM) 또는 원자력 현미경(AFM)과 같은 구조 측정을 위한 대안적인 방법은, 반도체 산업에서 너무 (시간) 집약적이므로, 공정 모니터링 및 연속 생산에 적합하지 않다. 유사하게, 프로파일로메트리는 또한 제한된 정도로 넓은 표면의 토포그래피를 결정하는 데에만 적합하다.
종래 기술에서, 광학 현미경과 같은 종래의 이미징 방법은 비-이미징 광학 산란 측정 방법과 결합된다.
그러나 예를 들어 포토리소그래피 또는 나노임프린트 리소그래피를 통해 기판에서 생성되는 구조의 임계 치수가 크게 감소하기 때문에, 기존의 이미징 방법은 생략된다.
굴절률 및 반사율과 같은 광학 재료 특성 및 층 두께를 측정하기 위해 종래 기술에서 고전적인 타원 측정법이 사용된다. 코팅의 측정은 기판이나 웨이퍼가 손상되는 것을 방지하기 위해 공정에서 층을 파괴하지 않고 이루어져야 한다. 주로, 분광 타원 측정법 및 반사 측정법은 반도체 산업에서 프로세스 제어 및 프로세스 최적화를 위한 도량형 시스템으로 확립되었다. 일반적으로, 상대적인 변화 또는 편차가 검출된다. 간단한 시스템의 측정에서 시뮬레이션 및 분석에 필요한 프로그램은 종래 기술에 알려져 있다.
박막을 포함하여 nm 범위의 재료 및 시스템 분석을 위한 분광 타원계 및 편광계 주제에 대한 자세한 요약은 예를 들어 J. Nanopart. Res. (2009) 11: 1521-1554에서 발견될 수 있고, 더 자세히 설명되지 않는다.
기판 상의 다층을 측정하기 위한 장치 및 방법은 예를 들어 US6,912,056B2에 명시되어 있다. 이 장치에는 반사광을 측정하기 위한 측정 장치가 포함되어 있고, 여기서 반사광은 다층이 형성된 기판에 의해 반사되었다. 다수의 수식 데이터는 입력 유닛을 이용하여 입력되며, 그 다수의 수식 데이터의 각 데이텀은 다수의 가상의 다층에 대응하고, 여기서 가상의 다층 중 하나는 처음에 기판에 실제로 형성된 다층으로 가정된다. 제어 장치는 이론적인 스펙트럼의 다중도를 계산하고, 그 중, 각 스펙트럼은 다수의 공식 데이터 세트를 사용하여 기판 상에 실제로 형성된 다층으로 가정되는 가상의 다층의 각 구성 요소 층의 적어도 하나의 두께를 지정하고, 여기서 측정된 스펙트럼은 이론적인 스펙트럼의 다중도와 비교되며, 그 결과 다층의 임시 두께가 결정된다. 계산된 임시 두께는 허용 범위 내에 있어야 하며, 그렇지 않으면 공식 데이터를 변경한 후 임시 두께 선택을 반복한다. 물리적 정보에는 각 구성층의 굴절률과 몰 흡광 계수가 포함된다.
US7,196,793B2는 또한 방사선의 편광 변화(ψ(λi) 및 Δ(λi))와 같은 분광 타원 측정법을 사용하여 측정된 데이터를 사용하고, 기판의 얇은 2층 시스템을 특성화하기 위해 이 데이터를 시뮬레이션된 스펙트럼과 비교한다. 시뮬레이션된 스펙트럼은 시뮬레이션된 값(ψM(λi) 및 ΔM(λi))과 측정된 값(ψE(λi) 및 ΔE(λi)) 간의 가장 작은 차이가 얻어질 때까지 모델에 피팅되고, 여기서 층 두께(들) d(best) 및 입사각 Φ(best)이 변경된다.
US7,289,219B2 및 US7,502,101B2에서, 편광 스캐터로메트리(polarimetric scatterometry)는 웨이퍼 또는 반도체 구성요소 상의 주기적 구조의 임계 치수 측정에 사용된다.
US7,268,876B1에서, 최소화 알고리즘은 분광 타원 측정법을 통해 현장에서 샘플의 가장 바깥쪽 층의 제거 또는 침착을 특성화하기 위해 비선형 회귀 또는 리븐버그-마크워트(Levenberg-Marquardt) 방법에 따라 사용된다.
Zhu, R., Brueck, S. R. J., Dawson, N., Busani, T., Joseph, P., Singhal, S., 및 Sreenivasan, S. V., "나노임프린트 리소그래피를 위한 산란 측정법", Journal of Vacuum Science & Technology B, 34권, 번호 06K503, 2016에서, 가변 각도 산란 측정은 나노임프린트 리소그래피를 사용하여 생성된 구조를 특성화하는 데 사용된다. 이러한 구조는 와이어 그리드 편광자(WGP)와 포토레지스트 그리드이다. RCWA 알고리즘은 모델 제작에 사용되었다.
Patrick, H. J., Germer, T. A., Ding, Y., Ro, H. W., Richter, L. J., Soles, C. L., "나노임프린트 폴리머에서 패턴 리플로의 현장 측정을 위한 산란 측정법," Applied Physics Letters, 93권, 번호 233105, 2008에서, 분광 타원 측정법은 NIL을 사용하여 폴리스티렌에서 생성된 그리드 구조를 특성화하는 데 사용된다.
이 방법은 열처리(어닐링) 후 구조의 변화를 검출하기 위해 사용되었다. RCWA 알고리즘은 모델 제작에 사용되었다. 결과를 AFM 측정과 비교했다.
반사 타원 측정법은 주로 반도체 산업에서 박막 측정에 확립되어 있으므로 간략하게 설명한다. 대부분의 경우, 단층은 선행 기술에서 특성화된다. 예를 들어, 여기에서 선형 편광, 평행 및 단색 빛의 반사는 기판/층/공기의 3상 시스템에서 측정된다. 3상 시스템에서 반사와 회절이 두 경계면에서 발생한다. (다중) 층 시스템에서 반사의 경우, 각 개별 위상 경계에서 반사 및 회절을 고려해야 한다. 층 시스템의 재료 특성 복합 굴절률(
Figure pct00001
) 또는 층 두께는 편광 변화를 설명하는 측정 가능한 타원 측정 특성(손실 각도 ψ 및 위상차 Δ)으로부터 계산될 수 있다. 투과 타원 측정법은 광학적 특성을 측정하는 데 사용된다. 타원 측정법은 파괴 없이 작동하므로, 이 방법은 특히 공정 제어에 적합하다.
VASE(Variable angle spectral ellipsometry)에서는, 단색 타원 측정법과 달리, 광범위한 파장 범위가 있다. 데이터나 정보의 양이 많기 때문에, 보다 정확한 모델을 계산할 수 있다. VASE를 사용하면 특히 유기 및 무기 재료에 대한 다음 파라미터를 측정하거나 계산할 수 있다:
- 서브나노미터 내지 수 마이크로미터까지의 층 두께
- 표면 거칠기
- 굴절률
- 전기 전도도
- 흡수율
- 중합 상태
- 혼합 조성물
- 결함
- 광학 이방성
- 물질 도핑
- 형태학
그러나, 선행 기술에서는, 대부분 개별 얇은 투명 또는 반투명 층 또는 2층 시스템이 측정된다. 다층 시스템이 조사되면 구조화된 표면이 존재하지 않는다. 복잡성으로 인해, 선행 기술에서는 다층 시스템 또는 주기적 구조가 측정된다. 다층 시스템의 경우, 매끄러운 표면은 선행 기술의 전제 조건이다. 선행 기술의 추가 문제는 종종 복잡한 샘플의 측정으로부터 시뮬레이션의 부적절한 정확도이다. 구조가 훨씬 더 복잡한 구조적 형태를 가지고 있는 경우에는 더욱 어렵다. 따라서 측정 및 시뮬레이션의 적응은 여전히 문제이다.
본 발명에서 달성하고자 하는 목적은 종래 기술의 문제점을 극복하고, 특히 다층 기판을 측정하기 위한 개선된 방법 및 개선된 장치를 특정하는 것으로 구성된다.
이러한 목적은 공동 특허 청구 범위의 주제로 달성된다. 본 발명의 유리한 개발은 종속항에 명시되어 있다. 상세한 설명, 청구범위 및/또는 도면에 명시된 적어도 2개의 특징으로 구성된 모든 조합도 본 발명의 범위에 속한다. 값 범위가 지정되면, 언급된 한계 내에 있는 값도 한계 값으로 공개되어야 하며 원하는 조합으로 청구할 수 있다.
본 발명은 특히 임계 치수를 갖는 적어도 하나의 구조, 특히 임계 치수를 갖는 표면 구조를 갖는 다층 기판을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 적어도 하기 단계, 특히 하기 절차를 갖는다:
- 특히 구조, 특히 최상층의 표면에 구조를 갖는 복수의 층을 갖는 기판을 제조하는 단계 - 층 및 특히 구조의 치수는 알려져 있음 - ,
- 적어도 하나의 측정 기술을 사용하여 기판, 특히 구조를 측정하는 단계,
- 기판의 측정으로부터의 측정 결과를 사용하여 기판의 시뮬레이션을 생성하는 단계,
- 측정 결과를 기판의 시뮬레이션으로부터의 시뮬레이션 결과와 비교하는 단계,
- 시뮬레이션 결과와 측정 결과의 편차가 있는 경우, 기판의 측정으로부터의 측정 결과를 사용하여 시뮬레이션을 최적화하고 기판의 시뮬레이션을 새로 생성하거나, 또는 측정 결과가 시뮬레이션 결과에 대응하는 경우, 생성된 시뮬레이션을 사용하여 추가 기판의 파라미터를 계산하는 단계.
유리하게는, 생성된 시뮬레이션은 원하는 층 두께, 구조 및 재료의 최적화를 위해 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 특히 임계 치수를 갖는 적어도 하나의 구조, 특히 임계 치수를 갖는 표면 구조를 갖는 다층 기판을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 다음을 갖는다:
- 적어도 하나의 측정 기술을 사용하여 기판, 특히 구조를 측정하기 위한 수단,
- 기판의 측정으로부터의 측정 결과를 사용하여 기판의 시뮬레이션을 생성하기 위한 수단,
- 측정 결과를 기판의 시뮬레이션으로부터의 시뮬레이션 결과와 비교하는 수단,
- 시뮬레이션의 최적화 및 기판 측정으로부터의 측정 결과를 사용하여 기판의 시뮬레이션을 새로 생성하기 위한 수단,
- 추가 기판(1, 1', 1'')의 측정으로부터의 측정 결과를 기초로 생성된 시뮬레이션의 도움으로 층 및/또는 구조 파라미터를 재구성하여 추가 기판(1, 1', 1'')을 분석하고 최적화하기 위한 수단.
유리하게는, 얇은 투명 또는 반투명 층 또는 2층 시스템 또는 다층 시스템이 측정될 수 있고, 여기서 구조화된 표면도 측정될 수 있다. 따라서 복잡한 기판을 높은 정확도로 측정할 수 있다.
특히, 측정과 시뮬레이션의 조합을 통해 계층 및 구조 파라미터의 동시 재구성을 제공하는 것이 제안된다. 복수의 측정 변수 및/또는 복수의 측정 방법을 추가하여 정보 내용이 증가된다. 이러한 결합된 측정 방법 중 하나는 계산 방법으로 RCWA와 함께 사용되는 것이 바람직하며, 회절 및 위상 및 토포그래피 정보에 대한 정보를 획득하여 복수의 층 및 구조를 포함하는 복잡한 샘플의 특성화를 가능하게 한다. 새로 사용된 방법은 현실적인 컴퓨팅 성능과 공정 모니터링에서 허용 가능한 짧은 컴퓨팅 시간으로 결과를 제공한다.
예를 들어 전자기 시뮬레이션을 위한 대안적인 계산 방법은 FDTD(Finite Difference Time Domain) 방법 및 FEM(finite element method)이다.
바람직하게는, 측정 기술은 다음 기술 중 적어도 하나, 바람직하게는 정확히 하나이다:
- 반사 또는 투과 모드에서 VUV/UV/VIS/NIR 가변 각도 스펙트럼 타원 측정법(VASE). 측정 범위는 146nm 내지 1700nm의 진공 자외선(VUV) 내지 근적외선(NIR)까지 연장된다.
- 반사 또는 투과 모드에서 IR 가변 각도 스펙트럼 타원 측정법(VASE). 여기에서, 스펙트럼 측정 범위는 1.7 μm 내지 30 μm까지 연장된다.
- (편광) 반사 측정법
- (편광) 산란 측정법
- UV/VIS 분광법
- THz 분광법
이러한 측정 기술은 선행 기술에 알려져 있으므로 더 자세히 설명하지 않는다. 특히 IR 또는 중적외선(MIR) 범위에서, 반사 또는 투과 측정 외에도, ATR(감쇠 전반사) 모드(ATR 분광법)에서 전반사 감쇠 측정도 가능하다.
분광 타원계를 갖는 구성이 바람직한 구성이고, 본 발명에 따른 제1 실시예에서 제1 측정 기술로서 사용된다.
바람직하게는, 입사각 및/또는 파장 및/또는 편광 상태가 변경되고 측정된다.
바람직하게는, RCWA(rigorous coupled-wave analysis)가 시뮬레이션 생성에 사용된다.
바람직하게는, 본 발명에 따르면, 독립적인 측정 변수인 입사각 및 파장 및 편광 상태가 변화되고 측정되는 단 하나의 측정 기술이 사용된다.
조사될 시스템이 덜 복잡한 추가 실시예에서, 각도는 변경되지 않는다.
조사되는 시스템이 매우 복잡한 본 발명에 따른 제3 실시예에서, 가변 각도 분광 타원 측정법 외에, 제2, 및, 필요한 경우, 제3 등의 측정 기술이 사용된다. 어떤 측정 방법을 얼마나 많이 조합할지 여부는 조사될 기판에 따라 다르며, 모델 제작 과정에서 사례별로 선택되어야 한다. 본 발명에 따르면, 산란 측정 또는 타원계와 같은 파장 분해 및 각도 분해 측정 방법의 조합이 시뮬레이션의 정확도를 높이다.
넓은 스펙트럼 범위에서 다음과 같은 광학 특성을 결정할 수 있다:
- 굴절률(n)
- 몰 흡광 계수(k)
- 유전 함수의 실수부와 허수부(ε1, ε2)
- 흡수 계수(α)
- 복소 광학 전도도의 실수부와 허수부(σ1, σ2)
- 광학 이방성
이러한 광학적 특성은 당업자에게 알려져 있으므로 더 자세히 설명하지 않는다.
바람직하게는, 측정 수단은 적어도 하나의 광학 장치, 특히 타원계 및/또는 반사계 및/또는 산란 측정계 및/또는 분광계를 포함한다.
바람직하게는, 장치는 기판을 측정하기 위한 수단으로부터 얻어진 데이터를 처리하고 저장하기 위한 적어도 하나의 데이터 처리 유닛 및 적어도 하나의 데이터 처리 시스템을 갖는다.
바람직하게는, 측정 수단은 적어도 하나의 방사선 소스, 특히 레이저 또는 광대역 방사선 소스, 적어도 하나의 모노크로메이터, 적어도 하나의 편광기, 적어도 하나의 보상기, 적어도 하나의 기판 홀더, 적어도 하나의 분석기, 및 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 여기서 적어도 하나의 편광기는 선택된 타원형 편광 상태, 특히 선형 또는 원형의 설정을 가능하게 한다.
바람직하게는, 기판을 측정하기 위한 모든 수단이 장치에 배열된다.
방법 단계
특히, 본 발명은 복수의 단계를 갖는 (표면) 구조화를 갖는 다층 시스템을 특성화하는 방법을 설명한다:
제1 단계에서, 선택된 알려진 시스템(이하에서 기판이라고도 함), 즉 생산된 샘플에 대해 충분히 많은 수의 측정이 수행된다. 샘플은 구조 또는 표면 구조화가 있거나 없는 다층 시스템일 수 있다. 본 발명에 따르면, 파장 분해 및/또는 각도 분해 측정이 특히 수행되고, 여기서 편광 상태가 측정되고 변화된다.
선택된 샘플(들)은 복잡성에 따라 하나 이상의 측정 기술을 사용하여 측정되고, 여기서 상이한 측정 기술을 수행하기 위한 모든 구성요소는 바람직하게는 본 발명에 따른 장치에 존재한다. 필요한 경우, 개별 장치 구성 요소를 교환, 추가 또는 제거할 수 있다. 기록된 참조 서명의 정보 내용은 복수의 측정 방법을 추가하여 증가된다. 덜 바람직한 대안적인 실시예에서, 측정될 샘플은 다른 측정 기술을 사용하여 추가 측정이 수행될 수 있도록 추가 측정 장치로 전송된다.
본 발명에 따르면, 정보를 얻기 위한 적절한 측정 기술은 특히 산란 측정계, 타원계, 반사계, 분광계 및/또는 회절계이다. 측정은 예를 들어 측정 빔의 가변 편광의 경우, 입사각의 변화의 경우 및 파장의 변화의 경우에 수행될 수 있다. 본 발명에 따르면, 파장 분해 및 각도 분해 측정 방법의 조합은 특히 시뮬레이션의 더 높은 정확도로 이어진다. 또한 시료의 종류 및 측정 방법에 따라, 반사 모드뿐만 아니라 투과 모드에서도 측정을 하여 추가적인 정보와 데이터를 얻을 수 있다.
측정 기술은 또한 층 시스템의 개별 층의 광학 특성을 기초로 선택된다. 특정 파장 범위에 대해, 층은 예를 들어 실질적으로 투명할 수 있는 반면, 하나 이상의 추가 층은 더 강하게 흡수하거나 반사한다.
추가 단계에서, 기록된 데이터를 기초로 적절한 모델이 생성되며, 바람직하게는 계산 방법으로 RCWA(rigorous coupled-wave analysis)를 사용한다. 이 경우, 새로 개발된 복잡한 시뮬레이션 알고리즘이 모델 생성에 사용된다. 시뮬레이션은 측정 결과와 시뮬레이션 결과 간의 비교가 알려진 샘플에 대해 수행된다는 점에서 계측의 다양한 영향을 고려할 수 있다. 이를 위해 모델 기반 측정이 사용된다. 측정된 시료가 복수의 층과 (표면) 구조로 구성되는 경우 시스템의 복잡성과 결정해야 하는 파라미터의 수가 증가한다.
본 발명에 따르면 측정, 모델 생성 또는 모델 최적화 및 시뮬레이션의 반복적인 단계가 필요하다. 측정 결과와 시뮬레이션 결과가 허용 범위 내에서 일치하지 않으면, 모델을 추가로 최적화해야 한다. 측정 결과와 시뮬레이션 결과가 허용 범위 내에서 일치하면, 시뮬레이션을 추가 샘플 분석에 사용할 수 있다.
분광 타원계와 같은 구성, 예를 들어 VASE는 본 발명에 따른 바람직한 구성이고 본 발명에 따른 제1 실시예에서 제1 측정 기술로서 사용된다. 어떤 측정 방법이 얼마나 많이 사용되는지는 특성화할 각 시스템에 대해 개별적으로 결정해야 한다. 측정 방법은 파라미터의 상관관계가 너무 높지 않으면서 많은 흥미로운 파라미터에 민감한 실험적 측정 데이터를 전달해야 한다. 파라미터의 예로는 표면 구조의 높이와 너비, n번째 층의 층 두께가 있다.
RCWA는 격자 회절을 계산하는 데 사용되며, 여기서 샘플은 여러 개의 개별 층으로 나뉜다. 본 발명에 따르면, RCWA 알고리즘은 조사된 구조의 임계 치수를 결정하는 것을 가능하게 한다. 이들은 예를 들면 구조의 높이 또는 깊이, 구조의 너비 및 길이, 각도(예를 들어, 측벽 각도), 잔류 층 두께(들) 및 표면 거칠기이다. 측정은 양의 및/또는 음의 주기 구조에 대해 수행될 수 있다.
특성화될 기판에서 특정 파라미터가 변경되면, 이러한 변경은 스펙트럼 기록의 변경에 영향을 주어야 한다. 다른 파라미터가 실험 기록의 동일한 변경에 영향을 미치는 경우, 상관관계가 너무 높아 고유한 할당이 불가능하거나 거의 불가능하다. 이 경우, 측정 기술/기술의 선택을 더욱 최적화해야 한다. 알려지지 않은 파라미터와의 가능한 상관관계는 모델 생산의 또 다른 과제이다. 이 경우 조사될 샘플의 생산 공정에서 높은 반복성이 전제 조건이다.
본 발명에 따르면, 특히 수행된 측정에 기초하여 재구성의 품질을 평가하기 위해 상관 분석 및 민감도 분석이 수행된다.
추가 단계에서, 최적화된 모델은 알려지지 않은 샘플의 특성화에 사용되고, 여기서 샘플은 이미 알려진 샘플 시스템에 할당되어 있어야 한다. 측정된 스펙트럼과 시뮬레이션된 스펙트럼을 비교하여 층와 구조적 치수를 재구성한다. 시뮬레이션된 스펙트럼은 찾는 파라미터를 재구성하기 위한 데이터 기록으로 호출된다.
파라미터는 다음과 같다:
- 서브나노미터에서 수 마이크로미터까지의 층 두께
- 표면 거칠기
- 굴절률
- 전기 전도도
- 흡수율
- 중합 상태
- 혼합 조성물
- 결함
- 광학 이방성
- 물질 도핑
- 형태학
- 조사된 구조의 임계 치수. 이들은 예를 들면 구조의 높이 또는 깊이, 구조의 너비 및 길이, 각도(예를 들어, 측벽 각도), 잔류 층 두께(들) 및 표면 거칠기이다.
개발되고 최적화된 모델은 추가 유사 기판 및 유사 (층) 재료의 원하는 파라미터를 계산하는 데 사용될 뿐만 아니라, 원하는 층 두께, 구조 및 재료를 최적화하는 데에도 사용된다. 따라서, 층 두께 또는 구조 치수는 예를 들어 본 발명에 따른 모델을 사용하여 원하는 파라미터 값에 기초하여 최적화될 수 있다.
다층 시스템 및/또는 (표면) 구조화를 갖는 기판
반도체 산업에 공지된 방법을 사용하여 처리되거나 처리된 기판, 특히 코팅 및/또는 임프린팅 및/또는 접합 및/또는 에칭 및/또는 플라즈마 처리 및/또는 광(예를 들어, 레이저 등)으로 처리된 기판을 샘플이라고 한다. 마스터 스탬프, 작업 스탬프 및 미세 유체 어셈블리도 샘플로 이해된다.
기판 또는 반도체 기판은 아직 분리되지 않은, 특히 반도체 산업의 둥근 반제품을 의미하는 것으로 이해된다. 웨이퍼도 또한 기판으로 이해된다. 기판이 임의의 원하는 직경을 가질 수 있지만, 기판 직경은 특히 1인치, 2인치, 3인치, 4인치, 5인치, 6인치, 8인치, 12인치, 18인치 또는 18인치보다 크다. 특정 실시예에서, 기판은 또한 직사각형 형태 또는 적어도 원형 형태에서 벗어나는 형태를 가질 수 있다.
특히 특성화될 샘플은 다음 구성 요소 및/또는 코팅 중 하나 이상을 포함한다:
- 래커, 특히 포토레지스트
- 점착 방지층(ASL)
- 예를 들어 프라이머 층과 같은 제1 층
- 폴리머 층
- 임프린트 및 나노임프린트 방식의 가공 스탬프 재료(소프트 스탬프 또는 하드 스탬프 재료)
- 마스터 스탬프 재료
- 전자빔 리소그래피 및/또는 화학적 에칭 공정에 의해 생성된 구조화된 마스터 스탬프 또는 하드 스탬프 및 구조화된 하드 재료
- 임프린팅된 구조가 있는 층
- 구조화된 코팅
- 반도체 층
- 산화물 층
본 발명에 따른 방법은 위에서 언급한 샘플에 제한되지 않으며, 샘플이 본 발명에 따른 측정 기술(타원 측정법, 산란 측정법, 분광법, 회절 측정법 및 반사 측정법) 중 적어도 하나를 사용하여 측정될 수 있는 한, 임계 치수를 갖는 구조가 있거나 없는 다층 시스템에 일반적으로 적합하다.
바람직한 적용 분야
임계 치수를 갖는 층 두께 및 구조를 결정하는 것 외에도, 분석 방법(특히 RCWA)은 다음 적용 분야에 사용될 수 있다:
- 다층 시스템 특성화
- 결함 분석 및 결함 검출(고장 분석)
- 접착 방지층 및 제1 층 특성화
- 래커, 작업 스탬프 재료, 제1 층, 접착 방지 재료 등과 같은 재료의 화학적 안정성 모니터링
- 래커, 작업 스탬프 재료, 마스터 스탬프 재료, 제1 층, 접착 방지 재료 등과 같은 재료의 마모 또는 침식 모니터링
- 래커, 작업 스탬프 재료, 마스터 스탬프 재료, 제1 층, 접착 방지 재료 등과 같은 재료의 환경 마모 모니터링
- 래커, 작업 스탬프 재료, 마스터 스탬프 재료, 제1 층, 접착 방지 재료 등과 같은 재료의 산화 또는 환원 프로세스 모니터링
- 래커, 작업 스탬프 재료, 마스터 스탬프 재료, 제1 층, 접착 방지 재료 등과 같은 재료의 화학적 조성 특성화
- 래커, 작업 스탬프 재료, 마스터 스탬프 재료, 제1 층, 접착 방지 재료 등과 같은 재료의 조사 안정성 특성화
- 래커, 작업 스탬프 재료, 마스터 스탬프 재료, 제1 층, 접착 방지 재료 등과 같은 재료의 열 안정성 특성화
- 래커, 작업 스탬프 재료, 마스터 스탬프 재료, 제1 층, 접착 방지 재료 등과 같은 재료(노화)의 내구성 특성화
- 래커, 작업 스탬프 재료, 마스터 스탬프 재료, 제1 층, 접착 방지 재료 등과 같은 재료의 전기 전도도 특성화
- 일반적으로 래커, 가공 스탬프 재료 및 임프린팅 화합물의 경화 정도를 특성화
- 래커 및 작업 스탬프 재료와 같은 재료의 혼화성 특성화
- 혼합물 특성화 및 혼합물 분리 모니터링
- 재료의 등방성 특성화
- 예를 들어 래커 코팅, 작업 스탬프 재료 층, 마스터 스탬프 재료, 제1 층, 접착 방지 층 등의 코팅 공정 및 층 형성 및/또는 필름 형성 모니터링
- 1D, 2D, 3D 회절 광학 요소(DOEs)(투명 기판 또는 폴리머 마스터에 직접 인쇄), 임프린팅된 NIL 구조, 작업 스탬프, 핫 임프린팅된 나노 구조, 리소그래피 구조, 임계 치수를 갖는 미세 유체 어셈블리 특성화
- 전자빔 리소그래피 및/또는 화학적 에칭 공정에 의해 생성된 구조화된 마스터 스탬프, 구조화된 하드 스탬프 및 구조화된 하드 재료의 특성화 및 테스트
- 임계 치수를 갖는 구조의 공간적 균질성 특성화
- 층 형성 및 층 성장 메커니즘 특성화(예를 들어, 볼머-웨버(Volmer-Weber) 성장 등)
- 1D, 2D 및/또는 3D 회절 광학 요소(DOEs), 임프린팅된 NIL 구조, 작업 스탬프, 핫 임프린팅된 나노 구조, 리소그래피 구조, 임계 치수의 미세 유체 어셈블리의 수축 거동 특성화
- 1D, 2D 및/또는 3D 회절 광학 요소(DOEs), 임프린팅된 NIL 구조, 작업 스탬프, 마스터 스탬프, 핫 임프린팅된 나노 구조, 리소그래피 구조, 임계 치수의 미세 유체 어셈블리에 대한 추가 코팅 특성화
- 1D, 2D 및/또는 3D 회절 광학 요소(DOE), 임프린팅된 NIL 구조, 작업 스탬프, 마스터 스탬프, 핫 임프린팅된 나노 구조, 리소그래피 구조, 임계 치수의 미세 유체 어셈블리에 대한 세척 프로세스 모니터링 또는 특성화
- 1D, 2D 및/또는 3D 회절 광학 요소(DOE), 임프린팅된 NIL 구조, 작업 스탬프, 마스터 스탬프, 핫 임프린팅된 나노 구조, 리소그래피 구조, 임계 치수의 미세 유체 어셈블리 및 추가 다층 시스템에서 결함(예를 들어, 공기 함유물) 검출
- 현장에서 에칭 공정 특성화
본 발명에 따른 방법은 다층 시스템 및/또는 구조화로 생성된 샘플의 품질 제어를 위해 보다 일반적으로 공식화된 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 나노임프린트 리소그래피용 작업 스탬프의 품질이 특성화된다. 이러한 작업 스탬프는 두께와 재료가 다른 복수의 층으로 구성될 수 있다. 층 중 하나가 구조화되어 있다(예를 들어, 소프트 스탬프 재료 층). 이 경우, 각각의 경우에 복수의 파라미터가 품질과 관련될 수 있다. 품질 관리는 예를 들어 사용 시, 생산 직후 및/또는 마모 또는 노화를 확인하기 위한 특정 시간 간격 후에 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 원하는 특성, 즉 파라미터가 재현 가능한 방식으로 달성될 때까지 생산된 제품을 모니터링하기 위해, 생산 공정을 최적화하는 데 사용될 수 있다. 선택된 파라미터의 공간적 균질성은 또한 예를 들어 본 발명에 따른 방법을 사용하여 결정될 수 있고 선택 기준으로서 호출될 수 있다.
본 발명에 따른 적용은 (구조화를 포함하거나 포함하지 않는) 상기 언급된 다층 시스템으로 제한되지 않는다.
장치
장치는 타원계 및/또는 반사계 및/또는 산란 측정계 및/또는 분광계와 같은 광학 장치, 및 광학 장치로부터 얻은 데이터를 처리 및 저장하기 위한 데이터 처리 장치 또는 데이터 처리 시스템을 포함한다.
광학 장치의 중요한 구성 요소는 다음과 같다: 적어도 하나의 방사선 소스(예를 들어, 레이저 또는 광대역 방사선 소스), 적어도 하나의 모노크로메이터, 적어도 하나의 편광기, 적어도 하나의 보정기, 샘플 홀더, 적어도 하나의 분석기, 및 적어도 하나의 검출기. 편광 광학 요소를 사용하면 선택된 타원형 편광 상태(선형, 원형 등)를 설정할 수 있다. 측정은 반사에 국한되지 않으며 투과 또는 ATR 모드에서도 수행할 수 있다. ATR 측정의 경우 기판 및/또는 ATR 수정 및 ATR 광학 요소용 해당 ATR 홀더가 추가 또는 대안적인 구성 요소로 추가된다.
본 발명에 따르면, 특히 파장 분해 및 각도 분해 측정이 수행되고, 여기서 편광 상태는 다양할 수 있다. 조사될 시스템이 덜 복잡하면 파장과 편광 상태가 정보로 충분하기 때문에, 각도가 변경되지 않는다.
가변각 스펙트럼 타원 측정법이 바람직하게 선택되는 분광 타원계를 사용한 구성이 본 발명에 따른 바람직한 구성이며, 본 발명에 따른 제1 실시예에서 제1 측정 기술로서 사용된다.
선택된 샘플은 복잡성에 따라 여러 측정 기술을 사용하여 측정될 수 있고, 여기서 상이한 측정 기술을 수행하기 위한 모든 구성요소는 바람직하게는 본 발명에 따른 장치에 존재한다. 필요한 경우 개별 장치 구성 요소를 교환, 추가 또는 제거할 수 있다. 기록된 참조 서명의 정보 내용은 본 발명에 따라 복수의 측정 방법을 추가함으로써 증가된다. 대안적인 실시예에서, 측정될 샘플은 다른 측정 기술을 사용하여 추가 측정이 수행될 수 있도록 추가 측정 장치로 전달된다.
타원계의 일반적인 구성 요소는 예를 들어 광원, 편광기, 보정기(예를 들어, λ/4 플레이트), 샘플 홀더, 분석기(필요한 경우), 모노크로메이터 및 검출기이다.
본 발명의 추가 이점, 특징 및 세부사항은 도면을 기초로 할 뿐만 아니라 바람직한 예시적인 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 비롯된다.
도 1a는 본 발명에 따른 방법의 예시적인 실시예의 방법 단계를 포함하는 흐름도를 도시한다.
도 1b는 본 발명에 따른 예시적인 방법의 방법 단계를 포함하는 흐름도를 도시한다.
도 2a는 다층 시스템 및 양의 주기적 구조를 갖는 표면 구조를 갖는 기판의 단면도를 보여준다.
도 2b는 다층 시스템 및 음의 주기적 구조를 갖는 표면 구조를 갖는 제2 기판의 단면도를 도시한다.
도 2c는 다층 시스템 및 양의 사다리꼴 구조를 갖는 표면 구조를 갖는 제3 기판의 단면도를 나타낸다.
도 2d는 주기적 구조의 4가지 예시적인 실시예의 평면도를 보여준다(7 직사각형, 7''' 선형, 7IV 원형, 및 7V 불규칙한 모양).
도 3은 예시적인 실시예에서 본 발명에 따른 장치의 광학 부품의 개략도를 도시한다.
도면에서, 동일한 구성요소 또는 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조 번호로 라벨링된다. 도 2 및 도 3은 예시를 용이하게 하기 위해 축척으로 예시되지 않았다.
도 1a는 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 알려진 샘플(구조화된 다층 시스템)의 경우, 측정 결과와 시뮬레이션 결과를 비교한다. 이 경우, 측정(120), 모델 생성(130) 또는 모델 최적화(140)의 반복적인 방법 단계 및 갱신된 시뮬레이션이 필요하다.
제1 방법 단계(110)에서, 기판(이하에서 샘플이라고도 함)이 복수의 얇은 층 및 (표면) 구조로 생성된다. 따라서 조사될 시스템이 알려져 있으며, 모델 생산 및 최적화에 사용된다. 필요한 경우, 정확하게 알려진 복수의 참조 기판이 생성되고, 측정 결과가 개발된 시뮬레이션 모델을 검증하고 최적화하는 데 사용된다.
제2 방법 단계(120)에서, 기판은 정의된 입사각을 갖는 전자기 방사선으로 조사되고, 반사된 방사선은 예를 들어 파수 및/또는 각도의 함수로서 측정된다. 측정은 반사에 국한되지 않고, 투과에서도 수행될 수 있다.
계산 방법의 신뢰성 및/또는 정확도를 높이기 위해 복수의 측정 기술이 사용될 수 있다. 정보를 얻기 위한 적절한 측정 기술은 특히 산란법(scatterometry), 타원법(ellipsometry), 반사법(reflectometry), 분광법(spectroscopy) 및/또는 회절법(diffractometry)이다. 이러한 다양한 측정 기술은 특히 예를 들어 입사각 또는 광 파장과 같은 장치 파라미터의 함수로서 마이크로 및/또는 (하위)나노구조 샘플에서 반사되거나 회절된 빛의 측정과 관련이 있고, 여기서 측정된 값의 편광 의존성이 활용된다. 유사하게, 다층 시스템의 개별 층은 경계 표면에서 빛의 반사 및/또는 회절 및/또는 산란으로 인해 직접 또는 간접적으로 검출된다.
시뮬레이션 모델의 개발을 위해, 알려진 정의된 샘플의 개별 층의 굴절률과 층 두께의 함수로서, 전체 다층 시스템은 완성된 생산 후에 측정되거나, 또는 단계별로 각 개별 층이 차례로 생산되고 측정된다.
제1 실시예에서, 다층 시스템의 개별 층은 20 nm 초과(20 nm 이상)의 층 두께를 갖고, 개별 층의 굴절률은 알려져 있다. 이 실시예에서, 전체 다층 시스템은 완성된 생산 후에 측정된다. 예를 들어, 구조화된 임프린트 층이 있는 임프린트 또는 나노임프린트 리소그래피용 임프린트 스탬프가 제공된다.
제2 실시예에서, 샘플은 알려져 있는 굴절률을 갖는 20 nm 미만의 층 두께를 갖는 매우 얇은 층을 포함한다. 매우 얇은 층, 특히 더 낮은 nm 범위 내지 하위 nm 범위의 층 두께를 갖는 층의 경우, 다음 층이 그 위에 생성되기 전에, 각각의 개별 층이 생성되고 측정된다. 이 실시예에서, 샘플은 예를 들어 ASL 층과 같은 각 층 적용 후에 측정된다. 층별로 측정된 샘플의 모든 측정 데이터는 모델 제작에 고려된다.
필요한 경우, 굴절률 및 사용 가능한 재료 정보에 따라, 20nm 초과의 층 두께를 가진 층을 샘플 생산 과정에서 개별적으로 측정할 수도 있다.
제3 실시예에서, 샘플은 20 nm 초과의 층 두께를 갖지만 굴절률이 알려지지 않은 중간 층을 포함한다. 이 실시예에서, 측정은 각각의 경우에 20 nm 초과의 층 두께를 갖는 개별 층을 적용한 후, 그리고 완성된 생산 후에 전체 다층 시스템에 대해 수행된다.
타원 측정법에서, 편광 변화는 측정 가능한 타원 측정 특성(손실 각도(ψ) 및 위상 이동(Δ))의 도움으로 설명된다. ψ 및 Δ의 광학 파라미터는 직접 결정될 수 없으므로, 조사될 샘플 시스템에 대한 파라미터화된 모델이 개발되어야 한다. 다층 시스템 및 나노구조 및 미세구조와 빛의 상호작용을 계산하기 위해, RCWA(rigorous coupled wave analysis)가 본 발명에 따라 계산 방법으로 사용되는 것이 바람직하다. RCWA는 격자 회절을 계산하는 데 사용되며, 여기서 샘플은 복수의 개별 층으로 분할된다. 이 모델 개념은 본 발명에 따라 개발되고 보완되었다.
본 발명에 따른 개발은 유리하게는, 방법 단계(130)로부터의 시뮬레이션 모델을 사용하여, 다층 시스템 및 구조에서 입사 (평면) 파동의 회절을 동시에 분석하는 것을 가능하게 한다. 다층 시스템 및 비평면 층, 즉 구조는 유리하게는 타원 측정법과 함께 편광을 사용하기 때문에 매우 높은 신뢰성과 정확도로 결정된다.
제3 방법 단계(130)에서, 선택된 측정 변수의 데이터 기록이 모델 생성에 사용되어, (표면) 구조화를 갖는 다층 시스템의 시뮬레이션이 계산될 수 있다. 이 경우, 실험 데이터와 시뮬레이션 데이터 간의 편차는 가능한 한 작아야 한다(140). 예를 들어 도 2a에 예시된 바와 같이, 복수의 층 및 표면 구조화를 갖는 본 발명에 따른 복잡한 시스템의 경우, 본 발명에 따른 방법에서 개발된 모델은 물리적으로 샘플을 올바르게 설명할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 시뮬레이션이 가능하다.
단계(110)에서 생성된 알??2ㅤㅣㄴ 샘플에 대해, 제4 방법 단계(140)에서, 측정 결과와 시뮬레이션 결과 사이의 비교가 수행된다. 이 경우 측정, 모델 생산 또는 모델 최적화(모델 피팅) 및 새로운 시뮬레이션의 반복적인 단계가 필요하다. 조정의 목적은 모델, 즉 생성된 데이터 기록이 측정된 데이터 기록(즉, 실험 데이터)에 가능한 한 최상의 방식으로 피팅되는 것이다. (아직) 그렇지 않은 경우, 모델은 방법 단계(130)에서 추가로 최적화된다. 이 경우, 개발된 모델은 원하는 파라미터의 결정을 위해 방법 단계(150)에서 사용될 수 있다.
개발된 모델 시스템의 수학적 분석은, 필요한 경우, 일반적 모델 시스템의 개발 중에 특별히 추가로 요청될 수 있다.
도 1b는 (표면) 구조화를 갖는 다층 시스템에 대해 본 발명에 따른 완성된 시뮬레이션 모델을 적용할 때 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 여기에서, 시스템 최적화 후, 일상적인 시뮬레이션을 위해 개발된 모델을 사용할 수 있다. 시스템 파라미터가 결정된다. 알려진 샘플(즉, 평면 및/또는 비평면(즉, 구조화된) 층의 개수 및 층 재료가 알려져 있음)은 방법 단계(120)에서 본 발명에 따라 측정되고, 실험 데이터 기록과 생성된 데이터 기록(140)을 비교한 후, 원하는 파라미터가 결정된다(150).
도 2a는 복수의 얇은 코팅(3-6) 및 표면 구조화(7)를 갖는 본 발명에 따른 기판(2)의 단면도를 도시한다. 코팅의 수 및 두께는 도 2a 내지 도 2c의 실시예에 제한되지 않는다. 코팅의 두께는 예시를 개선하기 위해 축척으로 예시되지 않았다. 도 2a 내지 도 2c는 상이한 표면 구조(7, 7', 7'')를 갖는 유사한 실시예를 도시한다. 마지막 코팅(6, 6', 6'')은 예를 들어 리소그래피 또는 나노임프린트 리소그래피에 의해 구조화된 포토레지스트 또는 임프린팅 화합물로 구성될 수 있다. 구조(7, 7', 7'')는 나노미터 범위의 치수를 갖는다. 구조화된 코팅의 표면(6o, 6'o, 6''o)은 잔류 층 두께를 정의한다.
도 2a는 양의 주기적인 구조(7)를 가진 표면 구조를 가진 다층 시스템(1)을 보여준다.
도 2b는 음의 주기적 구조(7')를 갖는 표면 구조를 갖는 다층 시스템(1')의 추가 실시예를 도시한다.
도 2c는 양의 주기적 사다리꼴 구조(7'')를 갖는 표면 구조를 갖는 다층 시스템(1'')의 제3 실시예를 도시한다.
표면이 마이크로 및/또는 나노구조 및/또는 서브나노미터 구조로 구조화된 경우, 입사광은 광학 회절 격자를 나타낼 수 있는 이러한 (대부분) 주기적이고 광범위한 구조에 충돌한다. 조사된 구조(7, 7', 7'')의 임계 치수에는 구조의 높이 또는 깊이, 구조의 너비 및 길이, 각도, 예를 들어 측벽 각도, 잔류 층 두께 및 표면 거칠기가 포함된다.
도 2d는 샘플의 발명에 따른 추가 가능한 표면 구조(7, 7'', 7IV 및 7V)를 복수의 컷아웃의 평면도로 비교하여 보여준다. 본 발명에 따르면, 도 2a 내지 도 2d의 구조에 따른 (표면) 구조화를 갖는 복잡한 다층 시스템의 신뢰성 있는 특성화를 허용하는 모델이 개발된다. 구조(7)는 사변형, 특히 정사각형이다. 구조(7''')는 주기적인 확장 선형 구조이다. 본 발명에 따른 다른 실시예에서, 구조(7IV)는 원형이다. 또한, 예를 들어 도 2d의 구조(7V)와 같은 더 복잡하거나 불규칙한 구조적 형태를 갖는 구조는 본 발명에 따른 방법에 대한 문제를 구성하지 않으며, 모델 생산에서 검출되고 정확하게 재현된다. 구조화는 도시된 실시예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따르면, 구조화를 갖는 비평면 층은 다층 시스템(1, 1', 1'')의 최상층(6, 6', 6'')이다. 대안적인 실시예에서, 구조화를 갖는 비평면 층은 다층 시스템에서 2개의 층 사이에 위치된다. 예를 들어, 구조화된 임프린팅 화합물은 작업 스탬프로 적용에 대해 임프린팅 후 ASL 코팅으로 코팅된다. 다른 대안적인 실시예에서, 다층 시스템은 구조화를 갖는 하나 이상의 비평면 층을 포함한다.
도 3은 본 발명에 따른 장치(13)의 제1 실시예의 광학 부품을 도시한다. 편광기(P)(9)는 방사선 소스(8)의 비편광 광을 선형 편광 광으로 변환한다. 샘플(1)에서 반사된 후, 방사선은 분석기(A)(10)를 통과한다. 전자기 복사는 샘플(1)에서 반사될 때 타원형으로 편광된다. 분석기(10)는 반사된 전자기 복사의 편광을 다시 변경하여, 검출기(D)(11)에 충돌한다. 제1 바람직한 실시예에서, 다색 방사선 소스가 사용되어, 선택된 파장 범위가 측정 방법에 사용된다. 대안적인 실시예에서, 단색 방사선이 사용되며, 여기서 레이저는 방사선 소스로서 바람직하게 사용된다. 복수의 방사선 소스가 동시에 장치에 존재할 수 있고 및/또는 필요한 경우 교체될 수 있다.
추가 광학 부품은 예를 들어 광학 필터, 보정기(예를 들어, λ/2 플레이트), 모노크로메이터 및 필요한 경우 측정 기술 및/또는 파장 범위에 따라 사용될 수 있는 다양한 광학 가변 감쇠기이다. 이들 구성요소는 당업자에게 공지되어 있으므로 더 자세히 설명하지 않는다.
본 발명에 따른 측정 기술은 광학 부품의 배열 및 유형으로 인해 상이하다. 분석기(10)는 예를 들어 회전할 수 있도록 구성될 수 있다.
VASE(variable angle spectral ellipsometry)에서는, 단색 타원 측정법과 달리 광범위한 파장 범위가 있다. 결과적으로 측정 데이터의 정보 내용과 시뮬레이션의 정확도가 높아진다. 각도계는 다양한 각도 측정을 가능하게 한다. 파장 분해 및 각도 분해 측정의 조합은 바람직한 실시예이며 본 발명에 따라 시뮬레이션의 더 높은 신뢰성으로 이어진다. 본 발명에 따르면, 이러한 조합은 바람직한 측정 기술로서 VASE와 함께 수행된다.
또한, 시료의 종류와 측정 방법에 따라, 반사 모드뿐만 아니라 투과 모드에서도 측정을 수행하여, 필요한 경우 추가 정보 및 데이터를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 장치(13)는 광학 장치 및 광학 장치로부터 획득된 데이터를 처리 및 저장하기 위한 데이터 처리 유닛(12)을 포함한다.
공작물 고정 장치(도시되지 않음)은 샘플 또는 기판을 유지 및 고정하기 위해 사용된다. 특정 실시예에서, 공작물 고정 장치는 필요한 경우 z 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 공작물 고정 장치의 회전 및/또는 전복이 가능하다.
공작물 고정 장치는 가열될 수 있고 그 온도는 0°C와 1000°C 사이, 바람직하게는 0°C와 500°C 사이, 더 바람직하게는 0°C와 400°C 사이, 가장 바람직하게는 0°C와 350°C 사이의 온도 범위에서 제어된다. 공작물 고정 장치는 대안적으로 냉각 장치를 사용하여 냉각될 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예에서, 공작물 고정 장치는 -196℃와 0℃ 사이의 온도 범위에서 냉각될 수 있다. 공작물 고정 장치의 온도는 온도 제어 장치를 사용하여 조정될 수 있다.
공작물 고정 장치는 물리적 및/또는 화학적 특성을 측정할 수 있는 센서(도시되지 않음)를 추가로 가질 수 있다. 이러한 센서는 예를 들어 온도 센서일 수 있다.
공작물 고정 장치의 추가의 바람직한 또는 독립적인 실시예에서, 공작물 고정 장치는 액체 상태에서 측정을 허용하는 액체 전지를 포함한다. 특별한 실시예에서, 액체 전지는 스루-플로우 셀(through-flow cell)이다. 따라서 (표면) 구조가 있거나 없는 다층 시스템은 액체 환경에서 측정될 수 있다. 본 발명에 따르면, 특별한 적용에서, 다층 시스템의 전기화학적 반응은 액체 전지를 사용하여 특성화될 수 있다. 따라서 액체 전지는 분광학적 타원 측정을 위한 기준 전극, 상대 전극 및 광학 창이 있는 전기화학 전지로 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 장치(13)는 또한 유리하게는 진공에서 또는 기체 분위기 하에 대기압에서 작동될 수 있다. 바람직하게는, 가스 분위기는 불활성 가스 분위기, 예를 들어 질소(N2)이다. 따라서 예를 들어 액체나 산소에 민감한 구조를 가진 다층 시스템을 조사할 수 있다.
본 발명에 따른 장치(13)는 바람직하게는 배기되고 가열될 수 있다. 장치에는 하나 이상의 기체 성분을 도입하기 위한 수단이 있다. 로딩 장치, 바람직하게는 슬루이스(sluice)를 사용하여 샘플을 로딩할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 장치는 현장 측정이 수행될 수 있도록 구축될 수 있다.
도 3에 도시된 실시예 대신에, 특히 분광 및/또는 타원 측정 또는 산란 측정 방법의 조합을 허용하는 대안적인 실시예를 고려할 수 있다. 본 발명에 따라 이전에 언급된 모든 측정 기술을 고려할 수 있다.
컴퓨터 보조 데이터 처리 시스템(12)은 본 발명에 따라 개발된 시뮬레이션 알고리즘을 사용하여 본 발명에 따른 다층 시스템(적절한 경우 구조화 없이)을 시뮬레이션하기 위해 광학 장치에서 얻은 데이터를 저장하고 처리한다. 본 발명에 따른 시뮬레이션 모델은 처음으로 제안된 방법을 사용하여 복수의 얇은 층 및 (표면) 구조화를 동시에 높은 신뢰성으로 검출하고 특성화하는 것을 가능하게 한다.
1, 1', 1'' (표면) 구조화를 갖는 기판/다층 시스템
2 굴절률이 nS인 기판 기재
3 굴절률이 n1인 제1 층
4 굴절률이 n2인 제2 층
5 굴절률이 n3 또는 nn인 제3 층(n번째 층)
6, 6', 6'' 표면 구조화 및 굴절률(nO)을 갖는 최상층
6o, 6'o, 6''o 최상층의 표면
7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V 구조
8 방사선 소스
9 편광기
10 분석기
11 검출기
12 제어 및 컴퓨팅 유닛
13 본 발명에 따른 광학 장치
110 방법 단계
120 방법 단계
130 방법 단계
140 방법 단계
150 방법 단계

Claims (9)

  1. 특히 임계 치수를 갖는 적어도 하나의 구조(7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V), 특히 임계 치수를 갖는 표면 구조(7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V)를 갖는 다층 기판(1, 1', 1'')을 측정하는 방법으로서,
    상기 방법은 적어도 다음 단계들, 특히 다음 절차:
    - 최상층(6, 6', 6')의 표면(6o, 6'o, 6''o)에 특히 구조(7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V), 특히 구조(7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V)를 갖는 복수의 층(2, 3, 4, 5, 6, 6', 6'')을 갖는 기판(1, 1', 1'')를 생산(110)하는 단계 - 상기 층들의 치수 및 특히 구조는 알려져 있음 - ,
    - 적어도 하나의 측정 기술을 사용하여 기판(1, 1', 1''), 특히 구조(7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V)를 측정(120)하는 단계,
    - 기판(1, 1', 1'')의 측정으로부터의 측정 결과를 사용하여 기판의 시뮬레이션을 생성(130)하는 단계,
    - 측정 결과를 기판(1, 1', 1'')의 시뮬레이션으로부터의 시뮬레이션 결과와 비교(140)하는 단계,
    - 시뮬레이션 결과와 측정 결과의 편차가 있는 경우, 기판(1, 1', 1'')의 측정으로부터의 측정 결과를 사용하여 기판의 시뮬레이션의 시뮬레이션(130) 및 갱신된 생성(130)을 최적화하거나, 또는 측정 결과가 시뮬레이션 결과에 대응하는 경우, 추가 기판의 파라미터를 계산(150)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정 기술은 다음 기술들:
    - 반사 또는 투과 모드에서 VUV/UV/VIS/NIR 가변 각도 스펙트럼 타원 측정법(variable angle spectral ellipsometry)(VASE) - 측정 범위는 146nm 내지 1700nm의 진공 자외선(VUV) 내지 근적외선(NIR)까지 연장됨 - ,
    - 반사 또는 투과 모드에서 IR 가변 각도 스펙트럼 타원 측정법(VASE) - 여기서 스펙트럼 측정 범위는 1.7 μm 내지 30 μm까지 연장됨 - ,
    - (편광) 반사 측정법
    - (편광) 산란 측정법
    - UV/VIS 분광법
    - THz 분광법
    중 하나 이상, 바람직하게는 정확히 하나인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    입사각 및/또는 파장 및/또는 편광 상태가 변경되고 측정되는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    수학적 알고리즘, 바람직하게는 RCWA(rigorous coupled-wave analysis)가 시뮬레이션 생성에 사용되는, 방법.
  5. 특히 임계 치수를 갖는 적어도 하나의 구조(7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V), 특히 임계 치수를 갖는 표면 구조(7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V)를 갖는 다층 기판(1, 1', 1'')을 측정하기 위한 장치로서,
    - 적어도 하나의 측정 기술을 사용하여, 기판(1, 1', 1''), 특히 구조(7, 7', 7'', 7''', 7IV, 7V)를 측정하기 위한 수단(120),
    - 기판(1, 1', 1'')의 측정으로부터의 측정 결과를 사용하여 기판의 시뮬레이션을 생성하기 위한 수단(130),
    - 측정 결과를 기판(1, 1', 1'')의 시뮬레이션으로부터의 시뮬레이션 결과와 비교하는 수단(140),
    - 기판(1, 1', 1'')의 측정으로부터의 측정 결과를 사용하여 기판의 시뮬레이션(130)의 최적화 및 새로운 생성(130)을 위한 수단,
    - 추가 기판(1, 1', 1'')의 측정으로부터의 측정 결과를 기초로 생성된 시뮬레이션의 도움으로 층 및/또는 구조 파라미터를 재구성하여 추가 기판(1, 1', 1'')을 분석하고 최적화하는 수단을 포함하는, 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    측정 수단은 적어도 하나의 광학 장치, 특히 타원계 및/또는 반사계 및/또는 산란 측정계 및/또는 분광계를 포함하는, 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 장치는 기판(1, 1', 1'')을 측정하기 위한 수단에서 얻은 데이터를 처리하고 저장하기 위한 적어도 하나의 데이터 처리 유닛 및 적어도 하나의 데이터 처리 시스템을 갖는, 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 수단은 적어도 하나의 방사선 소스, 특히 레이저 또는 광대역 방사선 소스, 적어도 하나의 모노크로메이터, 적어도 하나의 편광기, 적어도 하나의 보정기, 적어도 하나의 기판 홀더, 적어도 하나의 분석기, 및 적어도 하나의 검출기를 갖고, 상기 적어도 하나의 편광기는 선택된 타원형 편광 상태, 특히 선형 또는 원형의 설정을 가능하게 하는, 장치.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(1, 1', 1'')을 측정하기 위한 모든 수단이 장치에 배열되는, 장치.
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