KR20220142499A - 광학 계측 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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길라드 바락
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노바 엘티디.
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Abstract

측정 시스템 및 방법이 광학적 계측 측정에 사용하기 위해 제공된다. 측정 시스템이 샘플의 상부 부분에 입사하는 조명 전자기장에 응답하여 샘플 상에서 측정된 스펙트럼 간섭계 신호를 나타내는 원시 측정 데이터를 수신하고 처리하기 위해 측정 데이터 제공자와 데이터 통신하도록 구성되고, 상기 샘플이 실질적으로 흡수하지 않는 적어도 하나의 스펙트럼 범위를 포함하는 제어 시스템을 포함한다. 상기 처리는 원시 측정 데이터로부터 간섭계 측정 동안 광학 경로 차이 OPD의 변화에 따른 신호 강도의 변화를 설명하는 스펙트럼 간섭계 신호의 일부를 추출하며, 상기 스펙트럼 간섭계 신호 추출된 부분이 상기 조명 전자기장에 응답하는 샘플 하단 부분으로부터 리턴된 간섭계 신호와 무관하고, 그리고 간섭계 신호의 상기 추출된 부분으로부터, 샘플의 상단 부분에서 전자기장의 반사하는 스펙트럼 진폭과 위상 모두를 직접 결정하여, 이에 의해 샘플의 상단 부분을 특징으로 하는 측정된 스펙트럼 서명을 결정할 수 있도록 한다.

Description

광학 계측 시스템 및 그 방법
본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 패턴화된 구조에 대한 광학 측정 분야에 대한 것이며, 특히 계측 측정에 유용한 광학 측정 분야에 대한 것이다.
반도체 계측 및 공정 제어에 널리 사용되는 광학 측정 방법은 전통적으로 분광 반사계 및/또는 분광 타원계(Spectral Ellipsometry)에 의존한다. 그러나 구조물에서 산란되는 전자기장에는, 측정값으로부터 더욱 정확한 정보를 추출하는 데 매우 유용할 수 있으며 광학 주파수에서는 가능하지 않은, 스펙트럼 위상 정보도 포함되어 있기 때문에, 스펙트럼 간섭계를 사용한다.
일부 스펙트럼 간섭계 기술은 예를 들어 본 발명 출원의 양수인에게 양도된 미국 특허 10,739,277 및 10,161,885에 설명되어 있다.
간섭계의 제한된 시간적 일관성에 기초하여 구조물의 후면으로부터의 기여(contributions)를 분리할 수 있게 하는, 패턴화된 구조물 내에서 적외선(IR) 기반 스펙트럼 간섭계 측정을 구현하기 위한 새로운 기술 요청된다.
산란 계측 측정의 파장 범위를 IR 범위로 확장하면 특히 Vis-UV 범위에서 불투명한 재료를 투과하는 기능, 고유한 감도(예를 들면, 재료 특성), 시뮬레이션 단순성의 이점 등 여러 이점을 얻을 수 있다. 특히, 광학 시스템 동작 파장의 일부 또는 전체에 대해 부분적으로 또는 완전히 투명한 구조(예를 들면, (표준) Si 웨이퍼상에서 제조된 구조물)에서 측정할 때, 입사광은 구조물 내에서 흡수되지 않고, 오히려 구조물 내에서 계속 전파되며, 하부(후면)으로부터 부분적으로 후방으로 반사되고, 구조물의 상부를 통해 출력될 때 상부 표면 반사로부터 분리되어야 하는 기생 신호를 제공한다. ~1.1μm를 초과하는 파장의 경우, Si 기판이 투명해지고 웨이퍼 후면으로부터의 반사로 인해 심각한 오염이 발생할 수 있다. 낮은 반복성/웨이퍼 척킹 표면으로 인해 웨이퍼의 바닥 반사가 안정적이지 않다.
일반적으로 경사 입사 작업에 비해 몇 가지 장점이 있는 수직 입사 측정을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 장점의 예로는 하드웨어 단순성(조명 및 수집 광학 장치는 광학 경로의 상당 부분에서 공통된다), 장치 크기 소형화, 솔루션을 작은 설치 공간 구현의 통합(통합 계측과 같은) 허용, 그리고 광선-물질 상호 작용의 시뮬레이션 단순성과 관련이 있다.
그러나 IR 조명을 이용한 수직 입사 모드는 불가피하게 구조물의 상단 부분(원하는 데이터)과 구조물의 하단 부분(오염)의 반사가 수집된다. 오늘날의 계측 분야 요구 사항에서 흔히 볼 수 있는 것처럼 높은 스펙트럼 품질이 필요한 경우 이러한 오염으로 인해 측정된 데이터의 올바른 해석이 방해를 받을 수 있다. 따라서 스폿 크기 및 처리량과 같은 다른 시스템 매개변수를 유지하면서 이러한 오염을 방지하거나 정확하게 제거하는 것이 바람직하다.
이 문제를 완화하기 위해 몇 가지 접근 방식을 사용할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 후면 반사는 공통 초점 광학 레이아웃을 통해 제거할 수 있다(공통 초점 레이아웃을 구현하면 아웃포커스 기여를 크게 줄일 수 있다). 그러나 공통 초점 모드는 작은 초점 오류에 강한 감도를 도입한다는 점에서 산란 계측측에 문제가 있다. 웨이퍼 후면 반사의 알고리즘 제거에 따라, 웨이퍼 후면 반사로부터 발생하는 신호의 기여도가 추정되고 측정된 신호로부터 알고리즘에 의해 감산된다. 그러나 후면 반사는 웨이퍼의 서로 다른 위치(웨이퍼를 고정하는 기반 스테이지의 거칠기 또는 특성에 따라 다름) 사이에서 가변적이며, 측정된 구조물(웨이퍼 상단에 만들어짐)이 후면으로부터 반사된 신호에 영향을 미친다. 이는 이 같은 구조물에서의 변화가 이를 통하여 전체 광선 투과에 영향을 미치기 때문이며, 후면 반사를 '일정한' 기여로 간주할 수 없다. 후면 반사와 관련된 예상된 스펙트럼 오류는 몇 퍼센트(또는 일부 광학 레이아웃의 경우 몇 분의 일 퍼센트) 정도이며, 때때로 합리적인 오류인 것으로 정량적 해석을 허용한다. 그러나 고급 응용 프로그램을 다루는 고급 산란 계측(scatterometry)의 경우 이러한 오류는 완전히 허용되지 않으므로, 후면 기여도를 단순히 무시하는 것은 사용될 수 없다. 결과적으로 반도체 계측을 위한 IR 산란 계측은 일반적으로 경사 입사 측정을 기반으로 한다.
본 발명의 기술은 샘플과 간섭계의 기준 암(reference arms) 사이의 서로 다른 광학 경로 차이에 대해 샘플에서 측정된 스펙트럼 간섭계 신호를 나타내는, 그리고 상기 샘플이 상당 부분 흡수하지 못하는 파장(들)을 포함하는 동작 파장을 사용하여, 원시 측정 데이터의 분석을 위한 새로운 접근 방식을 기반으로 한다. 본 발명은 원시 측정 데이터가 상단 부분 이외의 샘플 인터페이스로부터의 반사(예를 들면, 하단 부분 반사)를 포함하는지 여부에 관계없이 샘플의 상단 부분 스펙트럼 반사 및 위상 모두를 직접 추출할 수 있다.
위의 사항은 원시 측정 데이터로부터 샘플과 기준 암 사이의 광학 경로 차이(OPD)의 변화에 따른 신호 강도의 변화를 설명하는 간섭계 신호 부분을 OPD의 몇 개(최소 4개) 값에 걸쳐 추출함으로써 본 발명에서 달성된다. 측정되는 스펙트럼 간섭계 신호의 이 같은 부분은 샘플의 하나 이상의 내부 인터페이스로부터 리턴된 간섭계 신호와 무관하므로, 샘플의 상단 부분으로부터 리턴된 신호의 스펙트럼 진폭 및 위상을 상기 해당 부분으로부터 직접 결정할 수 있다. 아래에서 제공하는 설명에서, 이러한 강도(진폭) 변화를 기술하는 신호 부분은 때때로 광로 차이의 변화에 걸쳐 측정된 "신호의 AC 부분"으로 지칭된다.
아래에서 설명되는 바와 같이, 본 발명자들은 측정된 신호의 소위 "DC 부분", 즉 OPD와 독립적인 부분이 샘플의 후면(또는 다른 내부 인터페이스)과 관련된 유일한 신호 부분이며, 신호의 AC 부분만 상단 부분 반사와 관련된다는 것을 발견하였다. 이 같은 조건은 간섭 미러(일반적으로 광학 경로차이 유도 장치)로부터의 광학 필드 반사뿐만 아니라 하부 면(일반적으로 샘플의 내부 인터페이스)으로부터의 광학 필드 반사 및 상단 부로부터의 광학 필드 반사가 픽셀 스펙트럼 대역폭에 걸쳐 변경되지 않는다는 가정하에 유지되는데, 이는 단일 픽셀의 스펙트럼 대역폭이 일반적으로 매우 좁기(일반적으로 ~1-수 nm) 때문이다.
본 발명이 IR 스펙트럼 범위를 사용한 수직 입사 측정이 필요한, 실리콘 구조물(반도체 웨이퍼)의 광학적 계측에 특히 유용하지만, 본 발명의 원리는 샘플의 유형이나 동작 파장의 스펙트럼 범위로 한정되지 않는다. 본 발명은 유리하게는 상부에 적용된 조명에 대한 샘플의 상부 응답(진폭 및 위상)이 결정되어야 하는 유형의 샘플에 대한 스펙트럼 간섭계 측정에 유용하지만, 조명에는 샘플 재료에 의해 실질적으로 흡수되지 않는 파장이 포함된다.
따라서, 본 발명의 하나의 큰 태양에 따르면, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 측정 시스템이 제공되며, 측정 시스템은 데이터 입력 유틸리티, 메모리 및 데이터 프로세서를 포함하는 컴퓨터 시스템으로 구성된 제어 시스템을 포함하고, 샘플의 상부에 입사하는 조명 전자기장에 응답하여 샘플로부터 리턴된 측정된 스펙트럼 간섭계 신호를 나타내는 원시 측정 데이터를 수신하기 위해 측정 데이터 제공자와 데이터 통신하도록 구성되고, 상기 샘플이 실질적으로흡수하지 않는 적어도 하나의 스펙트럼 범위를 포함하고, 상기 데이터 프로세서가 다음을 수행하도록 구성되고 동작 가능한 분석기 유틸리티를 포함한다:
원시 측정 데이터로부터 간섭 측정 동안 광학 경로 차이 OPD의 변화에 따른 신호 강도의 변화를 설명하는 스펙트럼 간섭계 신호의 일부를 추출하며, 상기 스펙트럼 간섭계 신호 부분은 상기 조명 전자기장에 응답하는 샘플 하단 부분으로부터 리턴된 간섭계 신호와 무관하고; 그리고
스펙트럼 간섭계 신호의 추출된 부분으로부터, 샘플의 상단 부분에서 조명 전자기장의 반사하는 스펙트럼 진폭과 위상 모두를 직접 결정하여, 이에 의해 샘플의 상단 부분을 특징으로 하는 측정된 스펙트럼 서명을 결정할 수 있도록 한다.
제어 시스템은 측정 중인 샘플의 하나 이상의 파라미터를 결정하기 위해, 측정된 스펙트럼 서명에 모델 기반 처리를 적용하도록 구성되고 동작 가능한 피팅 유틸리티를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명의 기술은 IR 스펙트럼 또는 가시광선 스펙트럼과 IR 스펙트럼의 조합을 사용하여 실리콘 재료로 만들어진 샘플/구조물에 대한 측정을 모니터링하는 데 본질적으로 유용하다.
일부 실시 예에서, 원시 측정 데이터는 IR 스펙트럼을 포함하는 조명 전자기장에 응답하여 실리콘 재료로 만들어진 샘플의 상단 및 하단 부분으로부터 리턴된(아마도 샘플의 하나 이상의 내부 인터페이스로부터 리턴된) 스펙트럼 간섭계 신호를 나타내는 데이터를 포함한다.
일부 실시 태양에서, 측정 시스템은 상기 원시 측정 데이터를 생성 및 제공하기 위한 측정 데이터 제공자로서 구성된 측정 유닛을 포함하고, 측정 유닛은 샘플이 실질적으로 흡수하지 않는 적어도 하나의 스펙트럼 범위를 포함하는 동작 파장을 사용하여 샘플에 대한 스펙트럼 간섭계 측정을 수행하도록 구성되고 동작 가능하다. .
예를 들어, 스펙트럼 간섭계 측정 신호는 다음과 같이 결정된 신호 강도 프로파일을 갖는다.
Figure pct00001
여기서:
Figure pct00002
은 상단 부분으로부터의 전자기장 반사의 스펙트럼 진폭이고,
Figure pct00003
는 샘플의 하단 부분으로부터의 전자기장 반사의 스펙트럼 진폭이며;
Figure pct00004
은 간섭계 미러로부터의 전자기장 반사이고
Figure pct00005
는 동작 파장이며, z는 간섭계 미러의 한 위치에 있고; 그리고
Figure pct00006
는 측정된 스펙트럼 간섭계 신호의 스펙트럼 위상이다.
추출할 신호 부분은 다음과 같다:
Figure pct00007
이것은 간섭계 미러의 위치 z의 변화에 따른 신호 강도 변화를 설명하고, 샘플의 하단 부분으로부터 리턴된 간섭계 신호와 무관하다. 이를 통해 상단 부분의 전자기장 반사의 스펙트럼 진폭 및 위상을 직접 결정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 큰 범위 특징에 따르면, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은:
샘플의 상단 부분으로 입사하는 조명 전자기장에 응답하여 샘플로부터 리턴된 측정된 스펙트럼 간섭계 신호를 나타내는 원시 측정 데이터를 제공하고, 상기 샘플이 실질적으로 흡수하지 않는 적어도 하나의 스펙트럼 범위를 포함하며,
상기 원시 측정 데이터를 처리하는 단계로서, 상기 처리 단계가:
원시 측정 데이터로부터 간섭계 측정 동안 광학 경로 차이 OPD의 변화에 따른 신호 강도의 변화를 설명하는 스펙트럼 간섭계 신호의 일부를 추출하는 단계 - 상기 스펙트럼 간섭계 신호의 일부는 상기 조명 전자기장에 대한 응답으로 샘플의 하단 부분으로부터 리턴된 간섭계 신호와 무관함-, 그리고
스펙트럼 간섭계 신호의 추출된 부분으로부터 샘플의 상단 부분으로부터의 조명 전자기장 반사의 스펙트럼 진폭 및 위상을 직접 결정함으로써, 샘플의 상단 부분을 특징짓는 측정된 스펙트럼 서명을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 다음을 포함하는 측정 시스템이 제공된다:
샘플에 대한 수직 입사 스펙트럼 간섭계 측정을 수행하고, 샘플이 실질적으로 흡수하지 않는 적어도 하나의 스펙트럼 범위를 포함하는 동작 파장을 사용하여, 샘플과 기준 암 사이의 다수의 상이한 광학 경로 차이(OPD)에 대해 샘플상에서 측정된 스펙트럼 간섭계 신호를 나타내는 원시 측정 데이터를 생성하도록 구성되고 동작 가능한 측정 유닛; 그리고
다음을 수행하도록 구성되고 동작 가능한 제어 시스템: 원시 측정 데이터로부터 간섭 측정 동안 광학 경로 차이 OPD의 변화에 따른 신호 강도의 변화를 설명하는 스펙트럼 간섭계 신호의 일부를 추출하며, 상기 스펙트럼 간섭계 신호 부분은 상기 조명 전자기장에 응답하는 샘플 하단 부분으로부터 리턴된 간섭계 신호와 무관하고; 그리고 스펙트럼 간섭계 신호의 추출된 부분으로부터, 샘플의 상단 부분에서 조명 전자기장의 반사하는 스펙트럼 진폭과 위상 모두를 직접 결정하여, 이에 의해 샘플의 상단 부분을 특징으로 하는 측정된 스펙트럼 서명을 결정할 수 있도록 한다.
본 명세서에 개시된 발명을 더 잘 이해하고 그것이 실제로 어떻게 수행될 수 있는지를 예시하기 위해, 첨부 도면을 참조하여 비제한적인 예로서 본 발명 실시 예가 설명될 것이다.
도 1은 스펙트럼 간섭계 측정 유닛과 관련된 본 발명의 제어 시스템의 블록도이다.
도 2는 조명에 대한 샘플 응답의 진폭 및 위상의 직접 추출을 위한 스펙트럼 간섭계 데이터의 데이터 해석에 사용하기 위한 본 발명 방법의 흐름도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 기초가 되는 원리를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 측정 시스템의 구체 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 블록도를 통해 본 발명의 측정 시스템(10)이 도시되어 있다. 이 시스템은 측정 유닛(12) 및 제어 시스템(14)을 포함한다.
측정 유닛(12)은 구조물/샘플 S(예를 들어, 반도체 웨이퍼)로부터 리턴된(반사 및/또는 산란된) 광선의 스펙트럼 위상을 측정하여 구조물의 하나 이상의 파라미터(예를 들면, 패턴 매개변수)를 결정할 수 있도록 동작 가능한 스펙트럼 간섭계 시스템으로서 구성된다. 상기 측정 유닛(12)은 샘플 반사율이 정확하게 측정되고 스펙트럼 간섭계 측정을 위해 수정되는, 일반적인 스펙트럼 반사계 구성에 기초할 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, 샘플의 상단 부분의 스펙트럼 서명은 샘플의 상단 부분에 적용된 수직 입사 측정을 사용하여 측정되어야 하며, 동작 파장은 샘플이 실질적으로 흡수하지 않는 적어도 하나의 스펙트럼 범위를 포함한다. 따라서 원시 측정 데이터에는 유효 신호(샘플 상단 부분의 반사/산란) 외에도, 샘플의 내부 인터페이스(예를 들면, 샘플 하단 부분)의 반사/산란과 관련된 "기생" 신호 구성 요소를 불가피하게 포함한다.
따라서, 측정 유닛(12)은 광대역 입력 광선 Lin(예를 들어, IR 스펙트럼 범위를 포함함)을 제공하는 광원 시스템(16), 검출 시스템(18)(분광계를 포함함) 및 광선 지향 광학기(20)를 포함하는 수직 입사 간섭계 어셈블리를 포함한다. 광선 지향 광학기(20)는 빔 스플리터/결합기(22, 24), 대물 렌즈 유닛(26)(하나 이상의 렌즈) 및 광학 경로 차이 유도 유닛(28)(예를 들어, 간섭계 미러)을 포함한다.
빔 스플리터/결합기(22)는 입력 광빔(Lin)의 광학 경로 내에 위치하고 입력 광선(Lin)을 지향(반사)하여, 구조물 S가 있는 측정 평면(MP)에 입력 광선(Lin) 초점을 맞추는 대물 렌즈 유닛(26)을 향해 전파하도록 하며, 검출 시스템(18)으로 전파 하도록 광선 Lcom이 측정 평면으로부터 반사되도록 지향(전송)한다.
빔 스플리터(24)는 대물 렌즈 유닛(26)과 측정 평면(MP) 사이에 위치하고, 입력 광선(Lin)을 각각 측정 평면(샘플 평면) 및 광학 경로 차이 유도 유닛(28)을 향해 서로 다른 광학 경로를 따라 전파하는 샘플과 기준 광선 성분(L sam 및 L ref )으로 분할하고, 샘플 및 미러(28)의 반사를 결합된 광선(L com) 으로 결합하고 이 같은 광선을 간섭 패턴이 생성되는 검출 평면으로 이미징하는 대물 렌즈 유닛(26)으로 향하게 한다.
제어 시스템(14)은 특히 데이터 입력/출력 유틸리티(14A), 메모리(14B), 및 데이터 프로세서(14C)를 포함하는 컴퓨터 시스템으로 구성된다. 또한 제어 시스템에는 미러 위치 및 따라서 샘플과 기준 암(reference arms) 사이의 광학 경로 차이의 변화를 제어하기 위해 미러(28)와 관련된 제어기(14D)가 제공된다. 관심 파장 범위(E m (l i )) 에 대한 미러(28)의 반사율은 한 번 측정되어 메모리(14B)에 저장될 수 있다.
데이터 프로세서(14C)는 측정된 스펙트럼 간섭계 신호를 나타내는 데이터를 포함하는 검출 시스템(18)에 의해 생성된 원시 측정 데이터를 분석하도록 구성되고 동작 가능하다. 본 발명에 따르면, 데이터 프로세서(14C)는 원시 측정 데이터로부터, 몇 개의(적어도 4개의) 상이한 OPD 값의 변화를 갖는, 신호 강도(진폭)의 변화를 기술하는 스펙트럼 간섭계 신호의 일부를 추출하는 신호 부분 추출기 유틸리티(15), 그리고 상단 부분 특성화 유틸리티(17)를 포함하는 분석기(30)를 포함한다. 후자는 미러(28)의 미리 결정된(일단 측정된) 반사율을 이용하고, 간섭계 신호의 추출된 부분으로부터 샘플의 상단 부분의 스펙트럼 반사
Figure pct00008
및 위상
Figure pct00009
둘 모두를 직접 결정하도록 구성되고 작동 가능하다.
상단 부분 특성화 유틸리티(17)는 상단 부분의 스펙트럼 반사 및 위상을 활용하고 샘플의 상단 부분을 특성화하는 스펙트럼 서명을 생성하도록 추가로 구성된다.
또한 제어 시스템(14C)에는 피팅 유틸리티(32)가 제공된다. 피팅 유틸리티는 샘플의 상단 부분의 스펙트럼 서명으로 모델 기반 처리를 적용하고 샘플의 하나 이상의 파라미터를 결정하도록 구성되고 동작 가능하다.
제어 시스템(14)은 측정 유닛(12)과 통합되거나 통합되지 않을 수 있다. 일반적으로, 제어 시스템(14)은 측정 유닛(12) 자체 또는 그와 같은 측정 데이터가 저장될 수 있는 저장 장치일 수 있는, 측정된 데이터 제공자와의 데이터 통신을 위해 구성된 독립 형 시스템일 수 있다.
본 발명에 따르면, 원시 측정 데이터가 샘플 내 중간 층/인터페이스의 반사와 관련된 임의의 오염 성분을 포함하는지 여부와 상관없이, 샘플의 상부 분광 반사 및 위상이 원시 측정된 스펙트럼 간섭계 신호로부터 직접 결정(추출)될 수 있다.
광학 경로 차이 유도 소자(예를 들면, 간섭계 미러)는 후면으로부의 반사와 관련된 문제를 겪지 않는다. 이것은 측정된 스펙트럼 범위(예를 들어, 금속 또는 금속 코팅된 미러를 사용하여, 특히 IR 범위)에서 한 재료로 만들어진 미러(28)를 불투명하게 하거나, 후면과 시스템의 다른 반사 사이의 시간적 코히런스(temporal coherence) 상실을 보장하기 위해 충분히 두꺼운 미러를 사용함으로써 피할 수 있다. 보다 구체적으로, 미러는 샘플로부터 간섭성 반사의 간섭계 기여를 제거하거나 적어도 상당히 감소시키기 위해 그리고 하부 면을 측정된 신호로 미러링 하기 위해 측정된 샘플의 재료(반도체 웨이퍼의 경우 - 일반적으로 Si) 조성과 다른 재료 조성으로 만들어지고 다른 두께를 가져야 한다.
다음은 본 발명의 원리에 대한 설명이다. 아래 설명에서 상단 부분은 때때로 "상부 표면"이라고 한다.
샘플의 상부 표면 반사만 검출되는 간섭계 반사계의 경우(가시 파장의 경우와 같이)를 고려하면 단일 파장 l 간섭계 방정식은 다음과 같다:
Figure pct00010
(1)
Figure pct00011
여기서
Figure pct00012
은 미러(28)의 전자기장 반사율이다(
Figure pct00013
은 구조물 S가 대물 렌즈 유닛(26)의 시야 밖에 있을 때 측정될 수 있음);
Figure pct00014
Figure pct00015
는 샘플 S의 전자기장 반사율이다(
Figure pct00016
은 미러(28)가 미러로부터 반사된 광선이 대물 렌즈 유닛과 교차하지 않는 축을 따라 전파되는 틸트 위치에 있을 때 측정될 수 있다);
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
z는 미러(28) 평면과 샘플 평면 사이의 광학 경로 차이이다.
Figure pct00020
MP;
Figure pct00021
Figure pct00022
는 간섭계 위상이다.
이제 분광계 분해능을 위한 간섭계 반사계를 고려해 본다. 분광계의 픽셀 각각은 유한한 스펙트럼 폭을 본다. 단순화를 위해 픽셀 각각이
Figure pct00023
인 범위 평균인 것으로 고려한다. 간섭계 식은 다음과 같다:
Figure pct00024
(2)
광학 경로 차이(OPD) 조건
Figure pct00025
의 경우, 간섭계 방정식은 다음과 같다:
Figure pct00026
(3)
그리고
Figure pct00027
, 다음을 얻는다:
Figure pct00028
따라서 일반적으로 샘플의 상부 표면 반사만 감지되는 간섭 반사 측정의 경우(가시 파장의 경우와 같이) 샘플로부터의 전자기장 반사
Figure pct00029
는 간섭계 신호의 측정된 강도의 기준선 또는 "DC"로부터 추출될 수 있으며, 위상 데이터는 측정된 데이터의 가변 또는 "AC" 구성 성분으로부터 추출될 수 있다. 이를 위해, 샘플 반사의 "참조" 측정이 미러 기여 없이 수행된 다음, 광학 경로 차이를 변경하면서(예를 들면, 미러(28)를 이동시키면서) 여러 간섭(예를 들면, 4개의) 간섭 측정이 수행된다.
본 발명 발명자들은 광 대역 간섭 스펙트럼으로 동작할 때 샘플 반사의 "원하는" 컴포넌트(즉, 상부 표면 반사)가 변화하는 컴포넌트로부터 추출될 수 있음을 보여주었으며, 몇 가지 간섭계 측정(예를 들면, 적어도 4개의 간섭계 측정)에서의 광학 경로 차이에 따라 변하는 측정된 진폭의 프로파일인, 변화하는 컴포넌트로부터 추출될 수 있음을 보여주었다. 이 같은 기술은 가시 채널 스펙트럼 간섭계에서 사용될 수 있다. 그러나 이 기술의 장점은 IR 스펙트럼을 사용할 때 훨씬 더 중요 하며, 이 경우 이 기술을 사용하면 간섭계의 제한된 시간적 일관성을 기반으로 샘플의 후면(back-side)으로부터 기여(contributions)의 분리를 허용한다.
IR 스펙트럼 간섭계를 위한 본 발명 기술에 대한 설명이 아래에 제시되어 있다. 여기에서는 설명을 간단하게 하기 위해 샘플과 간섭계 미러의 반사 특성에 대한 몇 가지 가정이 이루어진다. 그러나, 본 발명의 원리는 이러한 가정에 의존하지 않고 설명을 단순화하기 위해 사용됨을 이해해야 한다.
분광계의 시간적 일관성은 분광 분해능에 의해 결정된다. 이를 위해
Figure pct00030
의 스펙트럼 범위를 측정하는 분광계의 특정 픽셀을 살펴본다. 여기서
Figure pct00031
는 이 픽셀에 의해 읽혀지는 중심 파장이고 δ는 스펙트럼 대역폭을 결정한다.
l i 에 대한 픽셀에서 측정된 강도는 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00032
측정된 간섭계 강도는 간섭계 미러
Figure pct00033
와 샘플
Figure pct00034
에서 반사된 필드 간의 간섭에 의해 정의된다.
간섭계 미러의 재료 구성은 반사율에 급격한 스펙트럼 변화가 없도록 선택된다. 단일 픽셀의 스펙트럼 대역폭은 일반적으로 매우 좁기 때문에(일반적으로 ~1-수 nm), 이 범위의 미러 반사율은 일정하다고 가정할 수 있다:
Figure pct00035
Figure pct00036
.
이 스펙트럼 범위의 샘플 반사율은 유사하게 거의 일정하다(일반적인 샘플도 그와 같이 좁은 스펙트럼 범위 내에서 현저한 스펙트럼 변화를 거의 나타내지 않음). 단, 다음 두 가지 기여로 구성된다:
Figure pct00037
첫 번째 항
Figure pct00038
는 샘플 상부로부터의 반사와 관련된다. 픽셀 스펙트럼 대역폭에 걸쳐 반사율이 (대략) 변하지 않는다는 단순화된 가정 하에서, 다음 조건이 사용될 수 있다:
Figure pct00039
Figure pct00040
.
두 번째 항
Figure pct00041
는 샘플의 저부로부터의 반사와 관련되며 저부 반사율
Figure pct00042
와 샘플을 통해 이동하는 추가된 위상,
Figure pct00043
를 포함하고, 이 같은 두 번째 항과 상부 표면 반사 사이의 위상 차와 관련되며, 샘플 내부를 통과할 때 광선 이동 광학 경로 z와 관련된다.
여기서 2h 는 총 샘플 두께의 2배이며, 이는 광선이 샘플의 저부로 내려갔다가 다시 상부로 이동하는 경로이다. 실제로, 광선은 두 샘플의 측면 사이에서 다중 반사를 통과할 수 있지만 단순성을 위해 이러한 용어는 본 발명 분석에서 무시된다.
유사하게, 다음과 같은 가정이 이루어질 수 있다:
Figure pct00044
Figure pct00045
. 그러나 진동 항
Figure pct00046
는 픽셀의 스펙트럼 범위에 걸쳐 일정하다고 가정할 수 없다는 점에 유의해야 한다. 이는 팩터
Figure pct00047
가 가령 Si, n~4 및 h~700mm 와 같은, 일정 유형의 샘플의 경우 매우 클 수 있기 때문이다.
측정된 강도는 샘플과 미러로부터 반사된 전자기장의 간섭에 의해 결정된다. 미러(28) 위치 z는 반사된 위상과 진폭이 모두 유도될 수 있는 여러 간섭 스펙트럼을 제공하기 위해 여러 값을 통해 제어 가능하게 스캔 된다.
특정 미러 위치 z에 대하여, 특정 파장 l에 대한 강도가 다음 방정식 (4)에 의해 제공된다:
Figure pct00048
l i 에 대한 픽셀에서 측정된 강도는 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00049
위의 가정에서, 이 같은 강도가 다음 방정식에 의해 제공된다:
Figure pct00050
(5)
이제 다음을 정의한다:
·
Figure pct00051
(6)
미러 위치 z와 무관하고 샘플 후면
Figure pct00052
로부터의 반사와 관련된 신호 기여도를 나타낸다.
따라서 UV-VIS 스펙트럼을 사용한 측정과는 달리, IR 스펙트럼으로 동작할 때 측정된 신호의 DC 부분,
Figure pct00053
를 사용할 수 없으며,
Figure pct00054
과 연결되기 때문에 상부 표면 반사를 추출하도록 사용될 수 없다.
·
Figure pct00055
(7)
미러로부터 반사된 광선과 샘플의 상부로부터 반사된 광선 사이의 간섭과 관련이 있으며, 이는 간섭 측정 하에서 실제 구조물이다(즉, 원하는 컴포넌트).
위의 식 (7)은 다르게 기록될 수 있다:
Figure pct00056
(8)
여기서,
Figure pct00057
는 미러와 샘플의 상부로부터의 전자기장 반사들 사이의 스펙트럼 위상이다. 스펙트럼 간섭계로 측정된 특성은
Figure pct00058
및
Figure pct00059
을 포함한다.
·
Figure pct00060
(9)
샘플의 저부 면과 미러로부터의 반사들 사이의 간섭과 관련이 있다.
미러 위치(z)는 샘플과 미러 사이의 위상 변화의 영향을 측정하기 위해 사용되기 때문에 통상적으로 측정된 파장 정도이다. 따라서 이는 수백 nm 또는 최대 수 미크론의 통상적인 값이며, 어떤 경우에도 샘플의 후면으로부터 반사에 의해 표시되는 광학 경로 길이, 즉
Figure pct00061
보다 훨씬 작다.
Figure pct00062
항은 적분에서 추출될 수 있다. 물론,
Figure pct00063
.
Figure pct00064
　를 재배열하면,
Figure pct00065
값 적분에 따라,
Figure pct00066
의 값이 거의 변하지 않으므로, 상기 적분으로부터 추출할 수 있음을 의미한다.
Figure pct00067
의 적분 항은 시간적 디코히런스와 관련이 있으며, 샘플 후면으로부터의 간섭이 픽셀 상에서 평균을 내는 높은 진동 신호를 생성한다는 사실을 반영한다.
구체적으로, n~4, h~700mm 및 분광계 픽셀의 통상적인 스펙트럼 응답(예를 들면, δ~1nm의 스펙트럼 대역폭) 및 ~2000nm의 측정된 파장에 대해, 이 같은 항은 대략 <10-10 감쇠를 나타내며, 측정으로부터 이러한 기여를 효과적으로 완전히 제거한다.
따라서, 스펙트럼 간섭계 측정 신호는 다음과 같이 표현할 수 있다:
Figure pct00068
(10)
여기에서
Figure pct00069
항은 샘플 후면으로부터의 반사의 영향을 일부 포함하지만, 간섭계 미러 위치 z와는 무관한다.
Figure pct00070
and
Figure pct00071
는 스펙트럼 간섭계 유닛에 의해 측정 가능한 특성인 반사된 필드 진폭 및 위상이며,
Figure pct00072
는 미러 반사율이고, z는 미러 위치이다.
따라서 z-독립 항
Figure pct00073
,은 샘플의 후면으로부터의 반사에 의해 영향을 받지만, z-종속 항
Figure pct00074
에는 그와 같은 영향이 없다. 따라서, 본 발명에 따르면, 요구되는 상부 표면 반사
Figure pct00075
는 z-종속(OPD 종속) 측정된 강도 프로파일로부터 추출된다.
도 2, 3 및 4는 본 발명에 따른 측정 방식을 예시한다. 도 2에서 본 발명 방법의 흐름도(100)에 도시된 바와 같이, 일단 측정된 미러 반사율 E m (l i ), 및 다양한 미러 위치에서 취해진
Figure pct00076
의 여러 측정값을 포함하는 측정된 데이터가 제공된다.
Fig. 3은 미러 위치 z의 변화에 따른 측정된 강도 I(l i ) 의 변화를 보여주고 있다. 이 그래프는 AC 성분, IAC, 즉 z 스캔 동안의 강도 변화 프로파일을 도시한다. 도 4는 두 파장 l1 및 l2 (예를 들면, IR 스펙트럼)에 대한 유사한 스펙트럼 측정을 보여준다.
본 발명의 기술에 따르면, 원시 측정 데이터의 이 같은 부분(즉, OPD 값의 변화에 따른 강도/진폭 변화를 설명하는 간섭계 신호 부분)이 추출되고 사용되어, 샘플 상단 부분의 스펙트럼 반사 및 위상을 직접 결정하도록 한다. 이를 위해 서로 다른 광학 경로 차이 값(z 값)으로 4개 또는 그 이상의 측정이 수행될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이(위의 식(10)), 샘플의 하부 반사와 관련된 스펙트럼 간섭계 측정 신호의 일부 만이 z- 독립 항이다. 따라서 샘플의 상부 반사율
Figure pct00077
과 위상
Figure pct00078
모두 진폭 변화 신호 부분, 즉 z- 변화에 대해 측정된 신호의 강도 프로파일 만으로부터 추출될 수 있다. 측정된 데이터 해석에서 강도 평균을 무시하면 상기 (인코히런트) 샘플의 후면 반사와 관련된 모든 기여를 완전히 제거한다.
식 (10)은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00079
(11)
여기서 A는 z-독립 상수(즉, 샘플 후면으로부터의 반사의 일부 영향을 포함하지만 간섭계 미러 위치 z와는 무관한 항
Figure pct00080
)이며, 매개변수 B(즉,
Figure pct00081
) 및 매개변수 C(즉,
Figure pct00082
)는 측정된 데이터의 해석에 사용될 수 있고, 상수 A를 완전히 무시한다.
예를 들어, 스펙트럼 진폭과 위상은 다음과 같이 결정될 수 있다:
Figure pct00083
도 1로 돌아가서, 제어 시스템(14)은 예를 들어 스펙트럼 간섭계 측정 유닛(12)으로부터 샘플과 기준 암 사이의 광학 경로 차이, 예를 들어 미러(28)의 상이한 z 위치의, 적어도 4개의 상이한 값에 대해 측정된 스펙트럼 간섭계 측정 신호를 나타내는 원시 측정 데이터를 수신한다. 데이터 프로세서(14C)(해당 분석기(30))는 원시 측정 데이터로부터 다양한 z 값에 걸쳐 변하는 진폭의 간섭계 신호 부분을 추출하도록 동작하고, 이 신호 부분으로부터 상부 표면 반사
Figure pct00084
및 위상
Figure pct00085
모두를 직접 결정한다.
본 발명은 상단 부분 이외의 샘플 인터페이스로부터의 반사 성분을 데이터 분석에서 직접 필터링하기 위해 임의의 스펙트럼 간섭계와 함께 사용하기에 적합하지만 IR 측정의 해석에 특히 유용하다는 것을 이해해야 한다. 그렇지 않으면 상기 IR 측정은 상단 부분 응답의 직접 추출을 허용하지 않을 것이다.
본 발명을 이용하는 측정 시스템(200)의 특정하지만 제한적이지 않은 예를 개략적으로 도시하는 도 5를 참조한다. 시스템(200)은 일반적으로 도 1의 상술한 시스템(10)과 유사하게 구성되며, 즉 스펙트럼 간섭계 측정 유닛(12) 및 제어 시스템(14)을 포함한다. 두 예에서 공통인 시스템 구성요소를 나타내기 위해 동일한 참조 번호가 사용된다.
시스템(200)은 본 예에서 시각 및 IR 스펙트럼 모두에서 광 대역 입력 광선을 제공하는 광원 시스템(216); 본 예에서 시스템 위에 입사하는 광선의 스펙트럼 데이터를 생성하기 위한 분광계(분광 광도계)(18)를 포함하고, 또한 구조물 상의 측정 사이트로 항해하고/하거나 간섭계 무늬 패턴을 수집하기 위해 이미징 검출기(19)를 포함하는 검출 시스템(218); 및 광원(216)으로부터의 광선을 샘플의 지지대상에 위치한 측정 하에 있는 샘플/구조물(S)을 향하고 광학 경로 차이 유도 메커니즘(28)(예를 들어, 이 비제한적 예로서 평면 기준 미러)을 향하게 하며, 리턴된 광선을 검출 시스템(216)으로 향하게 하기 위한 광선 디렉팅 장치로서 구성된 광학 시스템(220)을 포함한다. 검출 유닛(216)의 출력은 (유선 또는 무선 신호 통신을 통해) 제어 시스템(14)으로 전달된다.
광학 시스템(20)은 광원(216)으로부터 측정 평면 MP(구조물 평면)을 향해 입력 광선(L in )을 전파하기 위한 조명 채널, 및 측정되는 광선(Lcom)을 검출 시스템(218)으로 전파하기 위한 검출 채널을 정의하도록 구성된다. 상기 입력 광선(L in )은 빔 스플리터/결합기(22)에 의해 이 같은 광선을 빔 스플리터/결합기(24)로 향하게 하는 대물 렌즈 유닛(26)을 향하도록 지향(반사)되며, 상기 빔 스플리터/결합기(24)는 입력 광선(Lin)을 샘플 및 기준 빔(L sam 및 L ref )으로 분할한다.
이들 광선 빔 (L sam 및 L ref )은 샘플 S 및 광학 경로 차이 유도 유닛(28) 각각과 상호작용하고, 각각의 반사(산란)(L'sam 및 L' ref )는 스플리터/결합기(24)에 의해 결합 광선 빔(L com )으로 결합된다. 후자는 렌즈 유닛(26) 및 빔 스플리터/결합기(22)에 의해 검출 시스템(218)의 검출 유닛(18, 19)을 향해 지향된다. 이를 위해, 광학 시스템(20)은 또한 복귀된 광선 빔을 광선 부분((Lcom)1 및 (Lcom)2)으로 분할하는 빔 스플리터/결합기(29)를 포함하며, 상기 강선 부분은 각각 이미징 검출기(19) 및 스펙트럼 센서(분광계)(18)로 향하게 된다.
본 발명의 비제한적인 실시 예에서, 광 지향 장치(20)는 또한 선택적으로 광원(216)으로부터 빔 스플리터/결합기(22)를 향해 전파하는 입력 광선(L in )의 광학 경로 내에 있는 조명 채널의 시준 렌즈(21), 그리고 검출 유닛(18)으로 전파되는 측정된 광선의 광학 경로 내에 있는 검출 채널 내의 튜브 렌즈(23)를 포함한다.
또한, 이 같은 비제한적인 실시 예에서, 광학 시스템(20)은 조명 및 검출 채널 내에 각각 위치된 편광기(32, 34)를 포함한다. 보다 구체적으로, 광원(216)으로부터 오는 도중에 입력 광선(L in )은 편광기(32)를 통과하고 특별히 편광된(예를 들어, 선형 편광된) 입력 광선은 빔 스플리터/결합기(22)에 의해 대물렌즈(26)로 향하도록 되며, 상기 대물렌즈는 상기 입력 광선을 빔 스플리터/결합기(24)로 지향하게 한다. 후자는 편광된 입력 광선을 샘플 및 기준 편광 빔(Lsam 및 Lref)으로 분할하고 이들을 각각 구조물 S 및 기준 미러(28)로 보낸다. 구조물 및 미러로부터의 반사는 빔 분할기/결합기(24)에 의해 상기 특정 편광을 갖는 결합된 광선(L com )으로 결합되며, 상기 결합된 강선은 대물렌즈(26) 및 빔 스플리터/결합기(24)를 통해 편광기(34)로 통과하고, 상기 특정 편광의 광선만이 검출 시스템으로 전파되도록 한다. 이와 같이 결합된 편광 빔은 빔 스플리터(29)에 의해 이미징 검출기(19) 및 분광계(18)로 각각 지향되는 광선 부분((Lcom)1 및 (Lcom)2)으로 분할된다. 상기 분광계(18)는 모든 파장의 강도를 분리하여 측정하고 이에 따라 분광계에 의해 생성된 측정된 데이터는 스펙트럼 간섭계 패턴(이미지 검출기(19)에 의해 검출될 수도 있음)에 대응한다.
시스템(200)은 또한 광학 축, 즉 z-축을따라 미러(28) 및 샘플의 지지대 중 하나 또는 둘 모두와 연관된 구동 유닛(33)을 포함하며, 이에 의해 스펙트럼 간섭 패턴의 시간 변화를 초래케 하는 광학 경로 차이를 유도한다. 도 1에 구체적으로 도시되지는 않았지만, 도 1의 측정 유닛(12)은 또한 유사한 구동 유닛을 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
전술한 바와 같이 수용되고 배향된 편광기(32, 34)를 사용하는 것은 암시야 측정 모드를 초래하는 교차 편광 방식을 실제로 제공한다는 것을 이해해야 한다. 미러(28)가 사용되지 않을 때(즉, 입사광선의 광학 경로 밖으로 이동되거나 적절한 셔터를 사용하여 비활성화되는 경우), 측정 유닛(12)은 분광 반사계로서 작동할 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 동일한 측정 유닛(12)은 스펙트럼 간섭계 및 스펙트럼 반사계로서 2개의 상이한 작동 모드 사이에서 이동될 수 있다.
제어 시스템(14)은 일반적으로 도 1 및 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이 구성되고 작동 가능한 컴퓨터 시스템이다.
도 1 및 5를 참조하면, 이러한 실시 예에서 굴절 광학계가 설명되어 있지만, 부분적으로 또는 완전히 반사성 광학계(미러 기반)가 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 넓은 범위의 IR의 경우, 반사 광학계가 바람직할 수 있다.

Claims (17)

  1. 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 측정 시스템으로서, 측정 시스템이 데이터 입력 유틸리티, 메모리 및 데이터 프로세서를 포함하는 컴퓨터 시스템으로 구성된 제어 시스템을 포함하고, 샘플의 상부에 입사하는 조명 전자기장에 응답하여 샘플로부터 리턴된 측정된 스펙트럼 간섭계 신호를 나타내는 원시 측정 데이터를 수신하기 위해 측정 데이터 제공자와 데이터 통신하도록 구성되고, 상기 샘플이 실질적으로 흡수하지 않는 적어도 하나의 스펙트럼 범위를 포함하고, 상기 데이터 프로세서가:
    원시 측정 데이터로부터 간섭 측정 동안 광학 경로 차이 OPD의 변화에 따른 신호 강도의 변화를 설명하는 스펙트럼 간섭계 신호의 일부를 추출하며, 상기 스펙트럼 간섭계 신호 부분은 상기 조명 전자기장에 응답하는 샘플 하단 부분으로부터 리턴된 간섭계 신호와 무관하고; 그리고
    스펙트럼 간섭계 신호의 추출된 부분으로부터, 샘플의 상단 부분에서 조명 전자기장의 반사하는 스펙트럼 진폭과 위상 모두를 직접 결정하여, 이에 의해 샘플의 상단 부분을 특징으로 하는 측정된 스펙트럼 서명을 결정할 수 있도록 구성되고 동작 가능한 분석기 유틸리티를 포함하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 원시 측정 데이터는 IR 스펙트럼을 포함하는 조명 전자기장에 응답하여 실리콘 재료로 만들어진 샘플의 상단 및 하단 부분으로부터 리턴된 스펙트럼 간섭계 신호를 나타내는 데이터를 포함하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 측정 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 원시 측정 데이터가 IR 스펙트럼을 포함하는 조명 전자기장에 응답하여 하나 이상의 내부 인터페이스로부터 그리고 샘플의 상단 및 하단 부분으로부터 리턴된 스펙트럼 간섭계 신호를 나타내는 데이터를 포함하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 측정 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 원시 측정 데이터를 생성 및 제공하기 위한 측정 데이터 제공자로서 구성된 측정 유닛을 포함하고, 측정 유닛은 샘플이 실질적으로 흡수하지 않는 적어도 하나의 스펙트럼 범위를 포함하는 동작 파장을 사용하여 샘플에 대한 스펙트럼 간섭계 측정을 수행하도록 구성되고 동작 가능한, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 측정 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 동작 파장이 IR 스펙트럼을 포함하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템이 측정 중인 샘플의 하나 이상의 파라미터를 결정하도록 측정된 스펙트럼 서명으로 모델 기반 처리를 적용하도록 구성되고 동작 가능한 피팅 유틸리티(fitting utility)를 더욱 포함하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 측정 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제어 시스템이 측정 중인 샘플의 하나 이상의 파라미터를 결정하도록 측정된 스펙트럼 서명으로 모델 기반 처리를 적용하도록 구성되고 동작 가능한 피팅 유틸리티(fitting utility)를 더욱 포함하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 측정 시스템.
  8. 제4항에 있어서, 상기 제어 시스템이 측정 중인 샘플의 하나 이상의 파라미터를 결정하도록 측정된 스펙트럼 서명으로 모델 기반 처리를 적용하도록 구성되고 동작 가능한 피팅 유틸리티(fitting utility)를 더욱 포함하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 측정 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 원시 측정 데이터가 다음과 같이 결정된 신호 강도 프로파일을 갖는 스펙트럼 간섭계 측정 신호를 포함하며:
    Figure pct00086

    여기서:
    Figure pct00087
    은 상단 부분으로부터의 전자기장 반사의 스펙트럼 진폭이고,
    Figure pct00088
    는 샘플의 하단 부분으로부터의 전자기장 반사의 스펙트럼 진폭이며;
    Figure pct00089
    은 간섭계 미러로부터의 전자기장 반사이고
    Figure pct00090
    는 동작 파장이며, z는 간섭계 미러의 한 위치에 있고; 그리고
    Figure pct00091
    는 측정된 스펙트럼 간섭계 신호의 스펙트럼 위상이고, 상기 분석기 유틸리티는 상기 간섭계 신호 부분을 추출하도록 구성되고 동작 가능하며,
    Figure pct00092

    상기 항은 간섭계 미러의 위치 z의 변화에 따른 신호 강도 변화를 설명하고, 샘플의 하단 부분으로부터 리턴된 간섭계 신호와 무관하며, 이를 통해 상단 부분의 전자기장 반사의 스펙트럼 진폭 및 위상을 직접 결정할 수 있도록 하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 측정 시스템.
  10. 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    샘플의 상단 부분으로 입사하는 조명 전자기장에 응답하여 샘플로부터 리턴된 측정된 스펙트럼 간섭계 신호를 나타내는 원시 측정 데이터를 제공하고, 상기 샘플이 실질적으로 흡수하지 않는 적어도 하나의 스펙트럼 범위를 포함하며,
    상기 원시 측정 데이터를 처리하는 단계로서, 상기 처리 단계가:
    원시 측정 데이터로부터 간섭계 측정 동안 광학 경로 차이 OPD의 변화에 따른 신호 강도의 변화를 설명하는 스펙트럼 간섭계 신호의 일부를 추출하는 단계 - 상기 스펙트럼 간섭계 신호의 일부는 상기 조명 전자기장에 대한 응답으로 샘플의 하단 부분으로부터 리턴된 간섭계 신호와 무관함-, 그리고
    스펙트럼 간섭계 신호의 추출된 부분으로부터 샘플의 상단 부분으로부터의 조명 전자기장 반사의 스펙트럼 진폭 및 위상을 직접 결정함으로써, 샘플의 상단 부분을 특징짓는 측정된 스펙트럼 서명을 결정하는 단계를 포함하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 원시 측정 데이터는 IR 스펙트럼을 포함하는 조명 전자기장에 응답하여 실리콘 재료로 만들어진 샘플의 상단 및 하단 부분으로부터 리턴된 스펙트럼 간섭계 신호를 나타내는 데이터를 포함하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 원시 측정 데이터가 IR 스펙트럼을 포함하는 조명 전자기장에 응답하여 하나 이상의 내부 인터페이스로부터 그리고 샘플의 상단 및 하단 부분으로부터 리턴된 스펙트럼 간섭계 신호를 나타내는 데이터를 포함하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 처리가 측정 중인 샘플의 하나 이상의 파라미터를 결정하도록 측정된 스펙트럼 서명으로 모델 기반 피팅(fitting)을 적용함을 더욱 포함하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 방법.
  14. 제10항에 있어서, 샘플이 실질적으로 흡수하지 않는 적어도 하나의 스펙트럼 범위를 포함하는 동작 파장을 사용하여 샘플에 대한 스펙트럼 간섭계 측정을 수행함을 포함하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 동작 파장이 IR 스펙트럼을 포함하는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 샘플이 실리콘 구조물인, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 원시 측정 데이터가 다음과 같이 결정된 신호 강도 프로파일을 갖는 스펙트럼 간섭계 측정 신호를 포함하며:
    Figure pct00093

    여기서:
    Figure pct00094
    은 상단 부분으로부터의 전자기장 반사의 스펙트럼 진폭이고,
    Figure pct00095
    는 샘플의 하단 부분으로부터의 전자기장 반사의 스펙트럼 진폭이며;
    Figure pct00096
    은 간섭계 미러로부터의 전자기장 반사이고
    Figure pct00097
    는 동작 파장이며, z는 간섭계 미러의 한 위치에 있고; 그리고
    Figure pct00098
    는 측정된 스펙트럼 간섭계 신호의 스펙트럼 위상이고, 추출할 신호 부분은 다음과 같으며;
    Figure pct00099

    상기 항은 간섭계 미러의 위치 z의 변화에 따른 신호 강도 변화를 설명하고, 샘플의 하단 부분으로부터 리턴된 간섭계 신호와 무관하며, 이를 통해 상단 부분의 전자기장 반사의 스펙트럼 진폭 및 위상을 직접 결정할 수 있는, 광학적 계측 측정에 사용하기 위한 방법.
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