KR20220156625A - 고감도 이미지-기반 반사계측 - Google Patents
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Abstract
이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법은 제1 피크 파장을 갖는 입력 빔을 사용하여 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계, 및 샘플로부터 반사된 입력 빔의 부분들을 사용하여 측정 영역의 다수의 이미지들을 획득하는 단계를 포함한다. 반사율 세기 값은 이미지들 각각 내의 복수의 픽셀들 각각에 대해 결정된다. 특정 구조와 연관된 파라미터는 반사율 세기 값을 사용하여 결정된다.
Description
[0001] 본 출원은 2020년 3월 26일자로 출원된 미국 제16/831,575호를 우선권으로 주장한다. 이로써, 그 출원의 개시내용은 그 전체가 모든 목적을 위해 인용에 의해 포함된다.
[0002] 본 명세서에 설명되는 실시예들은 일반적으로 이미징 반사계측기(reflectometer)들에 관한 것으로, 더 상세하게는 이미지-기반 반사계측 측정들의 감도를 개선시키기 위한 방법들에 관한 것이다.
[0003] 이미징 반사계측은 작은 피처들의 임계 치수(CD)들 및 막들의 두께들을 측정하는 데 사용할 수 있다. 이들 측정들을 수행하는 시스템들은 통상적으로 스폿(spot) 스캐닝 메커니즘 또는 라인 스캐닝 메커니즘 중 어느 하나를 이용한다. 스폿 스캐닝 메커니즘의 경우, 스펙트럼을 라인 센서에 분배하기 위해 격자 또는 프리즘을 일반적으로 포함하는 분광기에 의해 각각의 스폿의 스펙트럼이 기록된다. 라인 스캐닝 메커니즘의 경우, 영역 센서의 각각의 행(row)은 스캐닝 라인의 이미지를 기록하고, 각각의 열(column)은 스펙트럼을 기록한다. 이들 메커니즘들은 큰 샘플들 또는 큰 측정 필드들을 갖는 샘플들을 핸들링하기 위한 유연성을 제공한다.
[0004] 개선된 측정 감도를 제공하는 이미징 반사계측 시스템들 및 방법들이 요구된다.
[0005] 본 명세서에 설명되는 실시예들은 이미지-기반 반사계측 측정들의 개선된 감도를 제공한다. 이미지-기반 반사계측 측정들은 생성되는 콘트라스트(contrast)에 의존하여 샘플의 상이한 특성들 또는 피처들을 식별하는 데 사용될 수 있다. 유사한 특성들 또는 피처들 사이를 구별하기 위한 이미지-기반 반사계측 측정들의 능력은 신호 대 잡음비에 의존한다. 이미지 센서의 각각의 픽셀 내의 전자들의 수를 증가시키는 것은 신호를 증가시킬 수 있지만, 각각의 픽셀은, 포화에 도달하기 전에 픽셀이 홀딩할 수 있는 전하의 양을 제한하는 최대 웰 용량(full well capacity)을 갖는다. 이러한 제한을 극복하기 위해, 본 명세서에 설명되는 일부 실시예들은 다수의 이미지들 내의 특정 구조와 연관된 픽셀들로부터의 반사계측(reflectometry) 측정들을 결합함으로써 반사율 신호를 증가시킨다. 이는 최대 웰 용량을 초과하지 않으면서 전자들의 수를 효과적으로 증가시킨다.
[0006] 특정 실시예에 따르면, 예컨대, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법은, 제1 피크 파장을 갖는 제1 입력 빔을 사용하여 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계; 이미징 센서에서 샘플로부터 반사된 제1 입력 빔의 부분들을 수신하는 단계; 샘플로부터 반사되고 이미징 센서에서 수신되는 제1 입력 빔의 부분들을 사용하여 측정 영역의 다수의 제1 이미지들을 획득하는 단계 － 다수의 제1 이미지들 각각은 복수의 픽셀들을 포함하고, 제1 대응하는 픽셀들은 다수의 제1 이미지들 각각 내의 측정 영역의 대략적으로 동일한 부분과 연관되는, 다수의 제1 이미지들 각각으로부터의 단일 픽셀을 포함함 －; 다수의 제1 이미지들 각각에서 복수의 픽셀들 각각에 대한 제1 반사율 세기 값을 결정하는 단계; 제1 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제1 반사율 세기 값에 기반하여, 제1 대응하는 픽셀들 각각에 대한 제1 대표 반사율 세기 값을 결정하는 단계; 및 다수의 제1 이미지들 내의 구조와 연관되는 제1 대응하는 픽셀들 각각의 제1 대표 반사율 세기 값에 적어도 부분적으로 기반하여 측정 영역 내의 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 제1 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 제1 피크 파장과 상이한 제2 피크 파장을 갖는 제2 입력 빔을 사용하여 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계; 이미징 센서에서 샘플로부터 반사된 제2 입력 빔의 부분들을 수신하는 단계; 샘플로부터 반사되고 이미징 센서에서 수신되는 제2 입력 빔의 부분들을 사용하여 측정 영역의 다수의 제2 이미지들을 획득하는 단계 － 다수의 제2 이미지들 각각은 복수의 픽셀들을 포함하고, 제2 대응하는 픽셀들은 다수의 제2 이미지들 각각 내의 측정 영역의 대략적으로 동일한 부분과 연관되는, 다수의 제2 이미지들 각각으로부터의 단일 픽셀을 포함함 －; 다수의 제2 이미지들 각각에서 복수의 픽셀들 각각에 대한 제2 반사율 세기 값을 결정하는 단계; 제2 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제2 반사율 세기 값에 기반하여, 제2 대응하는 픽셀들 각각에 대한 제2 대표 반사율 세기 값을 결정하는 단계; 및 다수의 제2 이미지들 내의 구조와 연관되는 제2 대응하는 픽셀들 각각의 제2 대표 반사율 세기 값에 적어도 부분적으로 기반하여 측정 영역 내의 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 제2 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.
[0007] 일 실시예에서, 방법은 또한, 하나 이상의 부가적인 입력 빔들을 사용하여 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계, 및 대응하는 단계들을 수행하는 단계를 포함하며, 대응하는 단계들은, 하나 이상의 부가적인 입력 빔들의 부분들을 수신하는 단계, 하나 이상의 부가적인 입력 빔들의 부분들을 사용하여 측정 영역의 다수의 부가적인 이미지들을 획득하는 단계, 부가적인 반사율 세기 값들을 결정하는 단계, 및 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 부가적인 파라미터들을 결정하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 방법은 또한, 제1 피크 파장 및 제2 피크 파장의 측정 감도를 식별하기 위해 제1 파라미터를 제2 파라미터와 비교하는 단계를 포함한다.
[0008] 다른 실시예에서, 제1 파라미터는 제1 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제1 반사율 세기 값에 기반한 평균을 사용하여 결정되고, 제2 파라미터는 제2 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제2 반사율 세기 값에 기반한 평균을 사용하여 결정된다.
[0009] 다른 실시예들에서, 구조와 연관된 제1 및 제2 파라미터들은 막 두께 또는 임계 치수이다.
[0010] 일부 실시예들에서, 다수의 제1 이미지들 각각 및 다수의 제2 이미지들 각각은 대략적으로 동일한 노출 시간을 사용하여 획득된다. 다른 실시예들에서, 다수의 제1 이미지들 각각은 대략적으로 동일한 제1 노출 시간을 사용하여 획득되고, 다수의 제2 이미지들 각각은 제1 노출 시간과 상이한 대략적으로 동일한 제2 노출 시간을 사용하여 획득된다.
[0011] 다른 실시예에 따르면, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법은, 제1 피크 파장을 갖는 제1 입력 빔을 사용하여 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계; 이미징 센서에서 샘플로부터 반사된 제1 입력 빔의 부분들을 수신하는 단계; 샘플로부터 반사되고 이미징 센서에서 수신되는 제1 입력 빔의 부분들을 사용하여 측정 영역의 다수의 제1 이미지들을 획득하는 단계 － 다수의 제1 이미지들 각각은 복수의 픽셀들을 포함하고, 제1 대응하는 픽셀들은 다수의 제1 이미지들 각각 내의 측정 영역의 대략적으로 동일한 부분과 연관되는, 다수의 제1 이미지들 각각으로부터의 단일 픽셀을 포함함 －; 다수의 제1 이미지들 각각에서 복수의 픽셀들 각각에 대한 제1 반사율 세기 값을 결정하는 단계; 및 다수의 제1 이미지들 내의 구조와 연관되는 제1 대응하는 픽셀들 각각의 제1 반사율 세기 값에 적어도 부분적으로 기반하여 측정 영역 내의 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 제1 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.
[0012] 일 실시예에서, 제1 파라미터는 제1 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제1 반사율 세기 값에 기반한 평균을 사용하여 결정된다.
[0013] 다른 실시예에서, 구조와 연관된 제1 파라미터는 막 두께 또는 임계 치수이다.
[0014] 다른 실시예에서, 방법은 또한, 제1 피크 파장과 상이한 제2 피크 파장을 갖는 제2 입력 빔을 사용하여 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계; 이미징 센서에서 샘플로부터 반사된 제2 입력 빔의 부분들을 수신하는 단계; 샘플로부터 반사되고 이미징 센서에서 수신되는 제2 입력 빔의 부분들을 사용하여 측정 영역의 다수의 제2 이미지들을 획득하는 단계 － 다수의 제2 이미지들 각각은 복수의 픽셀들을 포함하고, 제2 대응하는 픽셀들은 다수의 이미지들 각각 내의 측정 영역의 대략적으로 동일한 부분과 연관되는, 다수의 제2 이미지들 각각으로부터의 단일 픽셀을 포함함 －; 다수의 제2 이미지들 각각에서 복수의 픽셀들 각각에 대한 제2 반사율 세기 값을 결정하는 단계; 및 다수의 제2 이미지들 내의 구조와 연관되는 제2 대응하는 픽셀들 각각의 제2 반사율 세기 값에 적어도 부분적으로 기반하여 측정 영역 내의 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 제2 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다. 다수의 제1 이미지들 각각 및 다수의 제2 이미지들 각각은 대략적으로 동일한 노출 시간을 사용하여 획득될 수 있다. 다수의 제1 이미지들 각각은 대략적으로 동일한 제1 노출 시간을 사용하여 획득될 수 있고, 다수의 제2 이미지들 각각은 제1 노출 시간과 상이한 대략적으로 동일한 제2 노출 시간을 사용하여 획득된다. 방법은 또한, 하나 이상의 부가적인 입력 빔들을 사용하여 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계, 및 대응하는 단계들을 수행하는 단계를 포함할 수 있으며, 대응하는 단계들은, 하나 이상의 부가적인 입력 빔들의 부분들을 수신하는 단계, 하나 이상의 부가적인 입력 빔들의 부분들을 사용하여 측정 영역의 다수의 부가적인 이미지들을 획득하는 단계, 부가적인 반사율 세기 값들을 결정하는 단계, 및 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 부가적인 파라미터들을 결정하는 단계를 포함한다.
[0015] 추가적인 양상들, 장점들, 및 특징들은 청구항들, 설명, 및 첨부 도면들로부터 명백하다.
[0016] 본 명세서에 설명되는 다양한 실시예들은 구성 및 동작 방법의 특징들 및 장점들과 함께, 이들 구성 및/또는 동작 방법 둘 모두에 관해, 다음의 상세한 설명 및 첨부한 도면들을 참조하여 가장 양호하게 이해될 수 있다.
[0017] 도 1은 이미징 반사계측기의 간략화된 단면도이다.
[0018] 도 2는 다중-파장 광원의 간략화된 단면도이다.
[0019] 도 3은 영역 반사계측 측정들 및 스폿 반사계측 측정들을 제공하도록 구성된 이미징 반사계측기 시스템의 간략화된 단면도이다.
[0020] 도 4는 샘플의 반사율을 측정하기 위한 방법을 서술하는 흐름도이다.
[0021] 도 5a는 상이한 타입들의 구조들을 포함하는 샘플 상의 측정 영역을 보여주는 이미지이고, 도 5b는 일 실시예에 따른 단일 픽셀로부터의 측정 잡음 및 다수의 픽셀들로부터의 측정 잡음을 예시하는 플롯이다.
[0022] 도 6은 일 실시예에 따른, 측정 영역을 각각 포함하는 다수의 이미지들을 도시한다.
[0023] 도 7은 일 실시예에 따른, 조명과 이미징 사이의 동기화를 예시하는 타이밍 다이어그램이다.
[0024] 도 8a 및 도 8b는 일부 실시예들에 따른, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법들을 예시하는 흐름도들이다.
[0025] 예시의 간략화 및 명확화를 위해, 도면들에 도시된 엘리먼트들은 반드시 실척대로 도시될 필요는 없다는 것이 인식될 것이다. 예컨대, 엘리먼트들 중 일부 엘리먼트들의 치수들은 명확화를 위해 다른 엘리먼트들에 비해 과장될 수 있다. 추가로, 적절한 것으로 고려될 경우, 참조 번호들은 대응하는 또는 유사한 엘리먼트들을 표시하기 위해 도면들 사이에서 반복될 수 있다.
[0017] 도 1은 이미징 반사계측기의 간략화된 단면도이다.
[0018] 도 2는 다중-파장 광원의 간략화된 단면도이다.
[0019] 도 3은 영역 반사계측 측정들 및 스폿 반사계측 측정들을 제공하도록 구성된 이미징 반사계측기 시스템의 간략화된 단면도이다.
[0020] 도 4는 샘플의 반사율을 측정하기 위한 방법을 서술하는 흐름도이다.
[0021] 도 5a는 상이한 타입들의 구조들을 포함하는 샘플 상의 측정 영역을 보여주는 이미지이고, 도 5b는 일 실시예에 따른 단일 픽셀로부터의 측정 잡음 및 다수의 픽셀들로부터의 측정 잡음을 예시하는 플롯이다.
[0022] 도 6은 일 실시예에 따른, 측정 영역을 각각 포함하는 다수의 이미지들을 도시한다.
[0023] 도 7은 일 실시예에 따른, 조명과 이미징 사이의 동기화를 예시하는 타이밍 다이어그램이다.
[0024] 도 8a 및 도 8b는 일부 실시예들에 따른, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법들을 예시하는 흐름도들이다.
[0025] 예시의 간략화 및 명확화를 위해, 도면들에 도시된 엘리먼트들은 반드시 실척대로 도시될 필요는 없다는 것이 인식될 것이다. 예컨대, 엘리먼트들 중 일부 엘리먼트들의 치수들은 명확화를 위해 다른 엘리먼트들에 비해 과장될 수 있다. 추가로, 적절한 것으로 고려될 경우, 참조 번호들은 대응하는 또는 유사한 엘리먼트들을 표시하기 위해 도면들 사이에서 반복될 수 있다.
[0026] 다음의 상세한 설명에서, 다수의 특정한 세부사항들이 본 명세서에 설명되는 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 기재된다. 그러나, 다양한 실시예들이 이들 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다른 예시들에서, 잘-알려진 방법들, 절차들, 및 컴포넌트들은 설명된 특징들을 모호하게 하지 않기 위해 상세히 설명되지 않는다.
[0027] 다양한 실시예들에 대한 참조가 상세히 이루어질 것이며, 다양한 실시예들의 하나 이상의 예들이 도면들에 예시되어 있다. 각각의 예는 설명에 의해 제공되며, 제한을 의미하지 않는다. 추가로, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 설명되는 특징들은 더 추가적인 실시예들을 산출하기 위해 다른 실시예들에 대해 또는 그들과 함께 사용될 수 있다. 설명은 이들 수정들 및 변형들을 포함하도록 의도된다.
[0028] 본 명세서에서 언급되는 바와 같은 "견본" 또는 "샘플"은 반도체 웨이퍼, 반도체 공작물, 포토리소그래피 마스크, 및 다른 공작물들, 이를테면 메모리 디스크 등을 포함한다(그러나 이에 제한되지 않음). 본 명세서에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 시스템들 및 방법들은 반사계측 애플리케이션들에 대해 구성되거나 그들에 적용된다.
[0029] 본 명세서에 설명되는 실시예들은 일반적으로 이미징 반사계측 측정들의 감도를 개선시키는 것에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 반사율 신호는 다수의 이미지들 내의 특정 구조 또는 구조들과 연관된 픽셀들로부터의 반사계측 측정들을 결합함으로써 증가된다.
[0030] 도 1은 일 실시예에 따른, 이미징 반사계측기(100)의 간략화된 단면도이다. 이러한 예에 도시된 이미징 반사계측기(100)는 본 명세서에 설명되는 방법들을 구현하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 이미징 반사계측기(100)는 단지 일 예로서 도시되며, 다른 이미징 반사계측기들이 설명된 방법들을 수행할 수 있다. 단지 예로서, 전체 샘플보다는 샘플의 일부의 이미지들을 획득하도록 구성된 이미징 반사계측기들 및/또는 단일 또는 다중-파장 광원들을 사용하는 이미징 반사계측기들이 방법들을 수행하는 데 사용될 수 있다.
[0031] 도 1의 예에서, 소스 모듈(102)로부터의 광은 도광체(light guide)(106)를 통해 균질화기(homogenizer)(108)에 중계된다. 균질화기(108)로부터의 광(116)은 조명 동공(pupil)(114)을 통과하고, 빔 스플리터(120)를 향해 지향된다. 광(116)의 일부(138)는 기준 센서(134)를 향해 빔 스플리터(120)에 의해 반사되고, 광의 일부(122)는 빔 스플리터(120)를 통과하고, 광학 경로를 따라 샘플(130)을 향해 계속된다.
[0032] 빔 스플리터(120)를 통과하는 광(116)의 일부(122)는 대형 필드 렌즈(126)에 의해 샘플(130) 상으로 이미징된다. 샘플(130)로부터 반사된 광은 렌즈(126)의 적어도 일부를 통해 지향되고, 빔 스플리터(120)에 의해 이미징 센서(158)를 향해 반사된다.
[0033] 이미징 반사계측기(100)는, 샘플(130)을 조명하고, 기준 센서(134)를 조명하고, 광을 다른 렌즈들(예컨대, 120, 140, 144)로 지향시키며, 샘플로부터 반사된 광을 이미징 센서(158)로 지향시키기 위해 광을 형상화하고 그리고/또는 이를 광학 경로들을 따라 지향시키는 다수의 다른 렌즈들(예컨대, 110, 112, 118, 136)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 예컨대, 광은 하나 이상의 편광기들(예컨대, 편광기들(110, 154))을 통과할 수 있다. 하나 이상의 편광기들은, 패턴들이 원형 대칭이 아닐 때 샘플(130) 상의 패턴 구조들 및/또는 필름 두께의 치수 변화에 대한 향상된 감도를 제공하기 위해 조명 및/또는 이미징 경로에 삽입될 수 있다. 파장 플레이트들이 편광된 광의 위상을 변경하기 위해 또한 삽입될 수 있다. 파장 플레이트들 및/또는 편광기들은 편광된 반사계측 측정들을 제공하기 위해, 고정된 각도들에 있을 수 있거나, 또는 타원편광계측(ellipsometry) 측정들을 제공하기 위해 회전될 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 이미징 반사계측기들은 도 1의 예에 도시된 모든 광학 엘리먼트들을 포함하지 않을 수 있고 그리고/또는 이러한 예에 포함되지 않은 다른 광학 엘리먼트들을 포함할 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
[0034] 이러한 예에서 소스 모듈(102)은 좁은 파장 범위를 각각 갖는 상이한 광 빔들을 순차적으로 생성할 수 있는 다중-파장 광원을 제공한다. 일부 실시예들에서, 다중-파장 광원은 개별적으로 활성화될 수 있는 복수의 광원들에 의해 제공된다. 광원들 각각은 광 빔을 생성하고, 광 빔들 중 적어도 일부는 상이한 공칭 파장들을 갖는다.
[0035] 다른 실시예들에서, 다중-파장 광원은 상이한 공칭 파장들을 갖는 광 빔들을 생성하기 위해 소스 모듈(102)에 대한 소스 전력을 조정함으로써 제공된다. 각각의 파장의 전력은 각각의 파장에서의 측정된 반사율의 동적 범위를 최적화하기 위해 독립적으로 제어될 수 있다.
[0036] 또 다른 실시예들에서, 다중-파장 광원은 광대역 광원 및 대역 통과 필터들의 세트에 의해 제공된다. 광대역 광원은 선택된 공칭 파장들에서 광 빔들을 생성하기 위해 대역 통과 필터들과 함께 사용될 수 있다.
[0037] 또 다른 실시예들에서, 소스 모듈(102)은 복수의 광원들, 광대역 광원, 및 대역 통과 필터들의 세트 둘 모두를 포함할 수 있다.
[0038] 일 실시예에서, 대형 필드 렌즈(126)는, 전체-샘플 이미지들이 광을 스캐닝하거나 스테이지(132)를 이동시키지 않으면서 이미징 센서(158)에 의해 획득될 수 있도록 샘플(130)의 사이즈보다 약간 큰 측정 필드 사이즈(또는 조명 영역)를 갖는다. 예컨대, 대형 필드 렌즈(126)는 300 mm 직경을 갖는 반도체 웨이퍼를 측정하기 위해 300 mm 이상의 측정 필드 사이즈를 가질 수 있다. 대형 필드 렌즈(126)는, 대형 필드 렌즈(126)로부터 샘플(130)로 이동하는 광선들이 샘플(130)의 표면에 실질적으로 수직인 광축에 대략적으로 평행하도록 하는 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)일 수 있다. 이는 전체 샘플(130) 위에 또는 전체 측정 영역에 걸쳐 실질적으로 정상적인 조명을 제공한다. 이는 조명 각도들이 대략적으로 동일하므로 측정 에러를 감소시킬 수 있다. 텔레센트릭 이미징은 전체 필드에 걸쳐 실질적으로 동일한 각도로 반사되는 광이 이미징 센서에 도달하게 허용한다. 일 실시예에서, 예컨대, 샘플(130)을 조명하는 광은, 약 350 nm 내지 약 1200 nm의 파장 범위에 걸쳐 0.3 도 미만의 텔레센트리시티(telecentricity) 에러, 및 일부 실시예들에서는 약 350 nm 내지 약 1100 nm의 파장 범위에 걸쳐 1% 미만의 텔레센트리시티 에러를 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 텔레센트리시티 에러는 웨이퍼 표면에 대한 입사 및 반사된 광선의, 법선으로부터(또는 광축으로부터)의 각도 편차의 척도이다.
[0039] 일부 실시예들에서, 대형 필드 렌즈(126)는 샘플(130)의 직경보다 작은 필드 사이즈를 갖는다. 이러한 경우, 영역(또는 측정 영역)이 이미징되고 광학기기 및/또는 스테이지(132)가 이동될 수 있고 그리고/또는 광학 모듈이 스캐닝되어 인접 필드들을 이미징할 수 있다. 애플리케이션에 의존하여, 측정 영역은 다이 또는 스테퍼 필드와 대략적으로 동일한 사이즈일 수 있다. 다중-필드 또는 전체-샘플 이미지들을 제공하기 위해 알려진 기법들을 사용하여 인접 이미지들이 스티칭될 수 있다.
[0040] 이미징 센서(158)는, 샘플(130)로부터 반사되고 이미징 동공(150)을 통과하는 광(142)을 캡처하기 위한 하나 이상의 디지털 카메라들을 포함하는 영역 이미징 센서일 수 있다. 이미징 센서(158)는 수신된 광(142)에 기반하여 샘플(130)의 이미지를 제공한다. 일부 실시예들에서, 이미징 센서(158)는 샘플(130)의 전체 표면을 이미징하도록 구성된 단일 카메라를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 이미징 센서(158)는 샘플(130) 상의 인접한 또는 약간 중첩되는 필드들(또는 측정 영역들)을 각각 이미징하는 다수의 카메라들을 포함할 수 있다. 인접한 이미지들은 알려진 기법들을 사용하여 함께 스티칭될 수 있다. 이미지 해상도는 더 높은 해상도 이미징 센서를 사용함으로써 또는 더 작은 필드를 각각 이미징하는 다수의 이미징 센서들을 사용함으로써 증가될 수 있다.
[0041] 이미징 반사계측기(100)는 광을 샘플(130)에 제공하는 조명 경로 및 광을 이미징 센서(158)에 제공하는 이미징 경로를 포함한다. 이는 조명 개구수(numerical aperture; NA) 및 이미징 NA의 독립적인 제어를 허용한다. 단지 예로서, 이미징 센서(158)가 5120 픽셀들×5120 픽셀들의 어레이 사이즈를 갖고, 이미징 NA가 약 0.004이면, 샘플(130) 상의 픽셀 사이즈는 300 mm 웨이퍼에 대해 약 60 μm이며, 이는 365 nm의 파장에서 약 55 μm의 레일리(Rayleigh) 해상도 및 1 μm의 파장에서 약 153 μm의 레일리 해상도를 갖는다. 일반적으로, 조명 NA는 잔여 색채 텔레센트릭 에러들을 보정하고 샘플(130)의 틸트(tilt) 및 휘어짐(bow)에 대한 허용오차를 제공하기 위해 이미징 NA보다 크다. 일부 실시예들에서, 조명 NA는 약 0.005 내지 약 0.5의 범위일 수 있고, 이미징 NA는 약 0.003 내지 약 0.2의 범위일 수 있다.
[0042] 기준 센서(134)는 빔 스플리터(120)로부터 반사되는 광(138)을 캡처하기 위한 하나 이상의 디지털 카메라들을 포함할 수 있다. 기준 센서(134)는 이미징 센서(158)보다 낮은 해상도를 가질 수 있다. 기준 센서(134)는, 광(138)의 균일성 및 안정성을 모니터링하고 이미징 센서(158)에 의해 행해진 반사율 측정들의 실시간 교정을 제공하는 데 사용될 수 있다. 기준 센서(134)에서의 측정들은 공간 및 시간 보정들을 제공하기 위해 광원들의 특성들(예컨대, 출력 전력)을 조정하는 데 사용될 수 있다.
[0043] 도 2는 일 실시예에 따른, 다중-파장 광원의 간략화된 단면도이다. 다중-파장 광원은, 예컨대 도 1의 이미징 반사계측기(100) 내의 소스 모듈(102)의 일부로서 사용될 수 있다. 다중-파장 광원은 복수의 광원들(202) 및 복수의 광섬유들(206)을 포함한다. 광원들(202)은 하나 이상의 LED(light emitting diode)들 및/또는 LD(laser diode)들을 각각 포함할 수 있다. 광원들(202)은 각각, 광섬유들(206) 중 하나에 의해 균질화기(208)와 광학적으로 커플링된다. 광원들(202) 각각은 빔을 생성하고, 빔들의 적어도 일부는 상이한 공칭 파장들을 가질 수 있다. 균질화기(208)로부터의 광은 대형 필드 렌즈로 지향될 수 있고, 도 1에 관해 설명된 바와 같이 샘플을 이미징하는 데 사용될 수 있다.
[0044] 일 실시예에서, 다중-파장 소스는 입력 빔들 중 상이한 입력 빔들을 순차적으로 생성하고 그리고/또는 다수의 입력 빔들의 조합들을 순차적으로 생성한다. 빔들은, 샘플 상에서 동일한 필드의 파장당 하나의 이미지를 달성하기 위해 이미징 센서(예컨대, 도 1에 도시된 이미징 센서(158))의 프레임 레이트와 일반적으로 동일한 스위칭 레이트로 순차적으로 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서의 프레임 레이트는 파장 스위칭 레이트보다 빠를 수 있다. 더 빠른 스위칭 레이트는 더 높은 신호 대 잡음비를 달성하기 위해 각각의 파장에서 다수의 이미지들의 평균을 가능하게 한다. 광원들(202) 각각에 대한 출력 전력은, 신호 대 잡음비를 최대화하기 위해 센서 신호가 각각의 파장에서 포화에 가깝도록 독립적으로 제어 및 조정될 수 있다. 광원들(202) 각각은 고속 측정들(또는 이미징 센서의 판독 속도에서의 또는 그 부근에서의 측정들)을 가능하게 하기에 충분한 출력 전력을 가질 수 있다.
[0045] 일부 실시예들에서, 광학 처리량은 광섬유들(206)과 균질화기(208) 사이에 확산기들을 삽입함으로써 증가될 수 있다. 다수의 광원들(202)은 이색성 빔 스플리터들과 같은 다른 수단에 의해 조합될 수 있고, 광원들(202)은 자유 공간 광학 중계와 같은 다른 수단에 의해 균질화기(208)에 커플링될 수 있다.
[0046] 일부 실시예들에서, 대역 통과 필터들은 각각의 파장의 대역폭을 좁히기 위해 광원들(202) 각각과 그들 개개의 광섬유(206) 사이에 삽입될 수 있다. 더 좁은 대역폭들은 샘플의 표면 상의 두꺼운 막 스택들 또는 조밀한 패턴들의 측정에 대해 더 양호한 감도를 제공할 수 있다. 대역통과 필터들은 측정 정확도를 개선시키기 위해 LED들의 파장 드리프트를 제거함으로써 측정 파장들을 정확하게 정의할 수 있다.
[0047] 이미징 센서(예컨대, 도 1에 도시된 이미징 센서(158))는 높은 판독 속도(예컨대, 50 내지 1000 FPS(frames per second) 이상 및 프레임당 최대 1억 픽셀들 이상)를 가질 수 있다. 일 예로서, 100 FPS의 판독 속도에서, 이미징 센서는 분당 6000개의 반사율 측정들을 수행하는 것이 가능할 수 있다. 측정들은 동일하거나 상이한 파장들에서 이루어질 수 있다. 동일한 파장에서 다수의 측정들을 획득하는 것은 신호 대 잡음비가 향상시키고 측정 감도를 개선시킬 수 있다.
[0048] 도 3은 일 실시예에 따른, 영역 반사계측 측정들 및 스폿 반사계측 측정들을 제공하도록 구성된 이미징 반사계측기 시스템(300)의 간략화된 단면도이다. 이러한 예에서, 소스 모듈(302)로부터의 광은 조명 동공(314)을 통과하고, 대형 필드 렌즈(326)를 향해 지향된다. 대형 필드 렌즈(326)는 광을 스캐닝하거나 스테이지(332)를 이동시키지 않으면서 영역 반사계측 측정들을 가능하게 하는 필드 사이즈(또는 조명 영역)를 가질 수 있다. 대형 필드 렌즈(326)는, 대형 필드 렌즈(326)로부터 샘플로 이동하는 광선들이 광축에 실질적으로 평행하고, 위에서 설명된 도 1의 이미징 반사계측기와 유사한 낮은 텔레센트리시티 에러를 갖도록 하는 텔레센트릭 렌즈일 수 있다.
[0049] 이러한 예에서, 이미징 반사계측기 시스템(300)은 또한 스폿 반사계측기(376)를 포함한다. 스폿 반사계측기(376)는 스폿 반사계측 측정들을 가능하게 하는 고감도 반사계측기일 수 있다. 스폿 반사계측기(376)는 스폿 측정들을 위한 샘플 위의 임의의 포지션으로의 스폿 반사계측기(376)의 이동 및/또는 영역 측정들 동안의 대형 필드 렌즈(326)의 시야 외부의 이동을 허용하는 로봇 아암(robotic arm)(372) 상에 장착될 수 있다. 로봇 아암은, 예컨대 R-세타 로봇 아암일 수 있다. 대안적으로, 스테이지(332)는 대형 필드 렌즈(326) 또는 스폿 반사계측기(376) 아래에 샘플을 포지셔닝시키는 x-y 스캐닝 스테이지일 수 있다.
[0050] 일부 실시예들에서, 대형 필드 렌즈(326)는 전체-샘플 또는 대면적 이미지 반사계측 측정들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 면적 측정들을 사용하여, 샘플 상의 특정 스폿 또는 스폿들이 추가적인 측정들을 위해 식별할 수 있으며, 스폿 반사계측기(376)가 특정 스폿들에서 스폿 반사계측 측정들을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 스폿 반사계측기(376)의 파장 범위는 대형 필드 렌즈(326)의 파장 범위보다 클 수 있다.
[0051] 도 3은 이미징 반사계측기 시스템(300)의 간략화된 단면도이고, 간략화를 위해 많은 부분들 및 컴포넌트들이 도시되지 않는다. 예컨대, 이러한 도면은 빔 스플리터, 기준 센서, 이미징 센서, 이미징 동공, 및/또는 다수의 다른 컴포넌트들을 별도로 도시하지 않는다. 이미징 반사계측기 시스템(300)은 이들 및 다른 컴포넌트들, 이를테면 도 1에 관해 설명된 컴포넌트들 및/또는 다른 종래의 반사계측기 시스템들을 포함할 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
[0052] 도 4는 일 실시예에 따른, 대형 필드 렌즈를 포함하는 이미징 반사계측기를 사용하여 샘플의 반사율을 측정하기 위한 방법을 서술하는 흐름도이다. 방법은 제1 스위칭 레이트로 복수의 입력 빔들을 순차적으로 생성하는 단계(402)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 복수의 입력 빔들 각각은 상이한 광원에 의해 생성되며, 복수의 입력 빔들 중 적어도 일부는 복수의 입력 빔들 중 다른 입력 빔들과 상이한 공칭 파장들을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 복수의 입력 빔들 중 적어도 일부는 광대역 광원에 의해 생성되며, 복수의 입력 빔들 각각의 파장은 대역 통과 필터들의 세트를 사용하여 정의된다.
[0053] 복수의 입력 빔들 각각은 제1 NA를 갖는 조명 동공을 통해 지향된다(404). 조명 동공은 제1 광학 경로를 따라 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 입력 빔들 각각은 분할될 수 있으며, 복수의 입력 빔들 각각의 제1 부분은 기준 센서를 향해 제1 광학 경로를 따라 지향될 수 있고, 복수의 입력 빔들 각각의 제2 부분은 제1 광학 경로를 따라 계속되도록 허용될 수 있다.
[0054] 복수의 입력 빔들 각각의 적어도 일부는 대형 필드 렌즈를 사용하여 이미징되는 샘플에 걸친 실질적으로 텔레센트릭 조명으로서 제공된다(406). 복수의 입력 빔들 각각의 일부는 또한 입력 빔들의 균일성 및 안정성을 모니터링하기 위해 기준 센서에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 대형 필드 렌즈의 측정 필드는 전체-샘플 측정들을 제공하기 위해 이미징되는 샘플보다 클 수 있다.
[0055] 샘플로부터 반사되는 실질적으로 텔레센트릭 조명의 반사된 부분들은 대형 필드 렌즈에서 수신되고, 조명 동공의 제1 NA보다 낮은 제2 NA를 갖는 이미징 동공을 통해 지향된다(408). 반사된 부분들은 빔 스플리터를 사용하여 이미징 동공을 통해 지향될 수 있다.
[0056] 반사된 부분들이 수신되고, 대응하는 이미지 정보가 이미징 센서 모듈에서 생성되며, 여기서 이미지 정보는 제1 스위칭 레이트와 동일하거나 그보다 빠른 프레임 레이트로 생성된다(410). 이미지 정보는 기준 센서로부터의 정보에 기반하여 교정 또는 정규화될 수 있다.
[0057] 일부 실시예들에서, 본 명세서에 설명된 실시예들을 사용하여 획득된 이미지들은 프로세스 편차(excursion)들을 식별하기 위해 프로세싱될 수 있다. 이미지들은 알려진 편차 식별 기법들에 따라 프로세싱될 수 있다. 예컨대, 다수의 파장들에서 측정된 반사율은 모델링된 반사율 또는 알려진 양호한 샘플들과 비교될 수 있다. 측정된 패턴들은 또한, 변동 및/또는 이상치들을 식별하기 위해 샘플에 걸쳐 상이한 위치들에서 비교될 수 있다. 측정된 변동은 다수의 파장들에서 RMS(root-mean-squared) 차이를 계산함으로써 정량화될 수 있다. 측정 데이터에 기반하여 가장 높은 감도를 갖는 파장 또는 파장들을 선택함으로써 측정 감도가 향상될 수 있다. 다중 파장 반사율은 막 두께 및/또는 패턴의 CD를 도출하기 위해 이론적인 모델에 대한 비-선형 회귀에 의해 프로세싱될 수 있다.
[0058] 본 명세서에 설명된 이미징 반사계측기들은 독립형 계측 툴들로 구성되거나 또는 다른 계측 또는 프로세스 툴들과 통합될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 일 예로서, 본 명세서에 설명된 바와 같은 이미징 반사계측기는 프로세스 툴과 통합될 수 있고, 프로세스 챔버로부터 이미징 반사계측기를 분리시키는 윈도우 외부에 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 윈도우 외부에 배열된 대형 필드 렌즈는 프로세스 챔버 내부에 배열된 샘플에 대한 조명을 제공한다. 대형 필드 렌즈는 샘플의 전부 또는 일부에 조명을 제공하도록 구성될 수 있다(예컨대, 측정 영역은 다이 또는 스테퍼 필드와 거의 동일한 사이즈일 수 있음). 이는 샘플들이 진공 챔버 내부에 있는 동안 반사계측 측정들이 프로세싱 동안 그리고/또는 프로세싱 직후 수행되게 허용한다. 이는 제어 루프를 단축시키고, 프로세스 제어를 개선시키며, 대기 환경에 의해 야기되는 재료 손상을 피할 수 있다.
[0059] 도 5a 및 도 5b는 일 실시예에 따른, 이미지 내의 상이한 픽셀들로부터의 측정들을 결합함으로써 신호 대 잡음비가 어떻게 증가될 수 있는지를 예시한다. 도 5a에서, 이미지(502) 내의 측정 영역(504)은 정사각형으로 윤곽이 그어져 있다. 이러한 예의 목적들을 위해, 측정 영역(504)이 이미지(502)의(또는 이미징 센서의) 200 픽셀×200 픽셀 영역에 대응한다고 가정된다. 측정 영역(504) 내의 스폿(506)은 화살표로 표시되고, 스폿(506)은 단일 픽셀에 대응한다.
[0060] 실험에서, 대략 100개의 이미지들이 캡처되었으며, 각각의 이미지 내에서, 스폿(506)으로부터의 반사율 세기 값은 200 픽셀×200 픽셀 측정 영역(504) 내의 40,000개의 픽셀들로부터의 평균 반사율 세기 값과 비교되었다. 결과들이 도 5b에 도시되며, 여기서 단일 스폿(506)으로부터의 측정된 반사율 세기 값(508)은 측정 영역(504) 내의 40,000개의 픽셀들로부터의 평균 반사율 세기 값(510)보다 상당히 더 많은 잡음을 갖는다.
[0061] 도 6은 일 실시예에 따른, 측정 영역(604)을 각각 포함하는 다수의 이미지들(602a, 602b, ... 602n)을 도시한다. 일부 실시예들이 부가적인 측정 영역들을 포함할 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 측정 영역들 각각은 일반적으로 유사한 피처들 또는 특성들을 갖는 구조들을 포함한다. 도 6의 예에서, x-축 및 y-축은 이미지들(602a, 602b, ... 602n) 내의 2차원 위치들을 표현하고, z-축은 시간을 표현한다. 이미지들(602a, 602b, ... 602n)이 적층되는 방식 때문에 이러한 예에서는 도시되지 않지만, 측정 영역(604)은 각각의 이미지에서 동일한 영역에 위치된다(또는 측정 영역(604)은 각각의 이미지에서 동일한 x, y 픽셀들을 포함함). 또한, 각각의 이미지 내의 측정 영역(604)은 샘플 상의 동일한 피처들을 포함한다.
[0062] 도 5b에 관해 설명된 바와 같이, 측정 영역 내의 픽셀들 각각으로부터 평균 반사율 세기 값을 결정함으로써 신호 대 잡음비가 증가될 수 있다. 유사한 방식으로, 각각의 x, y 픽셀 위치에 대한 제1 평균 반사율 세기 값을 결정하기 위해 다수의 이미지들(602a, 602b, ... 602n)을 사용함으로써 신호 대 잡음비가 증가될 수 있다. 즉, 동일한 x, y 위치에 있는 각각의 이미지 내의 픽셀은 측정 영역(604) 내의 각각의 x, y 픽셀 위치에 대한 제1 평균 반사율 세기 값을 결정하는 데 사용될 수 있다. 이어서, 각각의 픽셀에 대한 제1 평균 반사율 세기 값을 사용하여, 제2 평균 반사율 세기 값은 구조와 연관된 이들 픽셀들만을 사용하여 측정 영역(604) 내의 주어진 구조에 대해 결정될 수 있다. 구조와 연관된 파라미터, 이를테면 CD 또는 막 두께는 제2 평균 반사율 세기 값을 사용하여 결정될 수 있다.
[0063] 평균 반사율 세기 값들이 이전의 예에서 사용되었지만, 대표 반사율 세기 값들을 결정하는 데 다른 파라미터들 또는 통계적 방법들이 사용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 예컨대, 중간 반사율 세기 값들, 반사율 세기 값들의 합, 또는 다른 파라미터들 또는 통계적 방법들이 본 명세서에 설명된 실시예들과 함께 사용될 수 있다.
[0064] 또한, 동일한 x, y 위치에 있는 각각의 이미지 내의 픽셀이 각각의 x, y 픽셀 위치에 대한 제1 평균 반사율 세기 값을 결정하는 데 사용될 수 있지만, 대략적으로 동일한 x, y 위치에 있는 각각의 이미지 내의 픽셀들이 일부 실시예들에서 사용될 수 있다. 대략적으로 동일한 x, y 위치에 있는 픽셀들은 각각의 이미지 내의 측정 영역의 대략적으로 동일한 부분과 연관된 픽셀들(즉, 동일한 x, y 위치에 있지 않지만 샘플의 동일한 부분으로부터의 이미지 정보를 포함하는 픽셀들)을 포함한다.
[0065] 도 7은 일 실시예에 따른, 조명과 이미징 사이의 동기화를 예시하는 타이밍 다이어그램이다. 타이밍 다이어그램은, 예컨대 도 2에 도시된 바와 같은 다중-파장 광원 및 도 1에 도시된 이미징 센서에 대해 사용될 수 있다. 타이밍 다이어그램에서, 상이한 조명 소스들 및 이미징 센서의 제어는 시간의 함수로서 예시된다. 각각의 조명 소스(소스 1, 소스 2, ... 소스 6)는, 초기에 상승하고, 이어서 수평을 유지하고, 마지막으로 떨어지는 곡선에 의해 예시되는 일정 시간 기간 동안 조명을 제공한다. 이것은 소스가 전원이 켜지고, 안정화되고, 이어서 전원이 꺼지는 것을 표현한다. 도 7이 단지 일 예로서만 제공되며, 소스들에 전력공급하는 임의의 방법이 사용될 수 있을 뿐만 아니라 임의의 수의 조명 소스들이 사용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
[0066] 조명 소스들(소스 1, 소스 2, ... 소스 6)은 샘플을 조명하고, 조명의 반사된 부분들은 이미지들이 획득되는 이미징 센서로 지향된다. 각각의 소스는 약 0.1 nm 이하 내지 약 50 nm 이상의 좁은 파장 범위를 갖는 입력 빔을 제공할 수 있다. 단지 일 예로서, 일 실시예에서, 소스 1은 약 350 nm의 피크 파장을 제공할 수 있고, 소스 2는 약 430 nm의 피크 파장을 제공할 수 있고, 소스 3은 약 530 nm의 피크 파장을 제공할 수 있고, 소스 4는 약 590 nm의 피크 파장을 제공할 수 있고, 소스 5는 약 730 nm의 피크 파장을 제공할 수 있고, 소스 6은 약 940 nm의 피크 파장을 제공할 수 있다.
[0067] 도 7에 도시된 타이밍 다이어그램은 이미징 센서의 제어를 또한 예시한다. 각각의 소스가 온(on)이거나 또는 조명을 제공하고 있는 시간 기간(통합 시간으로 라벨링됨) 동안, 이미징 센서는 다수의 이미지들을 획득한다. 각각의 이미지는 다이어그램에서 직사각형으로 표현되며, 이러한 예에서, 이미징 센서는 각각의 통합 시간 동안 8개의 이미지들을 획득한다. 각각의 이미지는 복수의 픽셀들을 포함한다. 각각의 픽셀은 측정 영역의 특정 부분으로부터의 반사된 조명에 대응한다.
[0068] 이러한 예에서, 노출 시간은 센서가 조명에 노출된 시간의 길이이며, 프레임 레이트는 하나의 이미지의 노출 시작과 다음 이미지의 노출 시작(또는 하나의 이미지의 노출 종료와 다음 이미지의 노출 종료) 사이의 시간의 길이의 역이다. 타이밍 다이어그램은 또한, 하나의 조명 소스를 턴 오프시키는 것과 다음 조명 소스를 턴 온시키는 것 사이의 시간 길이인 채널 가드 대역을 보여준다.
[0069] 일부 실시예들에 따르면, 조명 소스들의 수 또는 특정 측정을 위해 사용되는 조명 소스들의 수에 의존하여, 다수의 제1 이미지들은 제1 파장(예를 들어, 소스 1)을 사용하여 획득될 수 있고, 다수의 제2 이미지들은 제2 피크 파장(예를 들어, 소스 2)을 사용하여 획득될 수 있는 등이다. 반사율 세기 값들은 각각의 이미지의 각각의 픽셀에 대해 결정될 수 있고, 파라미터들(예컨대, 두께, CD 등)은 반사율 세기 값들에 기반하여 결정될 수 있다. 각각의 피크 파장에서 획득된 파라미터들은 최상의 측정 감도를 제공하는 피크 파장(또는 파장들)을 식별하기 위해 비교될 수 있다. 노출 시간, 프레임 레이트, 통합 시간, 채널 가드 대역, 조명 세기, 온-시간 지속기간, 및 다른 세팅들이 또한 변경될 수 있으며, 상이한 조명 소스들에 대해 상이할 수 있다.
[0070] 도 8a는 일 실시예에 따른, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다. 방법은 제1 피크 파장을 갖는 제1 입력 빔을 사용하여 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계(802), 및 이미징 센서에서 샘플로부터 반사된 제1 입력 빔의 부분들을 수신하는 단계(804)를 포함한다. 측정 영역은 샘플보다 작은 영역일 수 있다. 제1 입력 빔은 광대역 빔 또는 좁은 파장 범위를 갖는 빔일 수 있다. 이미징 센서는 하나 이상의 디지털 카메라들을 포함할 수 있다.
[0071] 방법은 또한, 샘플로부터 반사되고 이미징 센서에서 수신된 제1 입력 빔의 부분들을 사용하여 측정 영역의 다수의 제1 이미지들을 획득하는 단계를 포함하며, 다수의 제1 이미지들 각각은 복수의 픽셀들을 포함하고, 제1 대응하는 픽셀들은 다수의 제1 이미지들 각각 내의 측정 영역의 대략적으로 동일한 부분과 연관되는, 다수의 제1 이미지들 각각으로부터의 단일 픽셀을 포함한다(806). 대응하는 픽셀들은 각각 동일한 x, y 픽셀 위치를 가질 수 있거나, 또는 대응하는 픽셀들은 샘플의 동일한 부분으로부터의 이미지 정보를 포함할 수 있다.
[0072] 다수의 제1 이미지들 각각 내의 복수의 픽셀들 각각에 대한 제1 반사율 세기 값이 결정되고(808), 측정 영역 내의 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 제1 파라미터는 다수의 제1 이미지들 내의 구조와 연관되는 제1 대응하는 픽셀들 각각의 제1 반사율 세기 값에 적어도 부분적으로 기반하여 결정된다(810). 구조와 연관된 파라미터는 막 두께 및/또는 CD 값일 수 있다.
[0073] 도 8a에서 제공된 방법은 제1 파라미터를 결정하기 위한 독립형 방법으로서 사용될 수 있거나, 또는 방법은 조명을 위한 최적의 피크 파장을 식별하기 위해 도 8b에서 제공되는 방법과 함께 사용될 수 있다. 도 8b의 방법은 제1 피크 파장과 상이한 제2 피크 파장을 갖는 제2 입력 빔을 사용하여 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계(812), 및 이미징 센서에서 샘플로부터 반사된 제2 입력 빔의 부분들을 수신하는 단계(814)를 포함한다.
[0074] 방법은 또한, 샘플로부터 반사되고 이미징 센서에서 수신된 제2 입력 빔의 부분들을 사용하여 측정 영역의 다수의 제2 이미지들을 획득하는 단계를 포함하며, 다수의 제2 이미지들 각각은 복수의 픽셀들을 포함하고, 제2 대응하는 픽셀들은 다수의 제2 이미지들 각각 내의 측정 영역의 대략적으로 동일한 부분과 연관되는, 다수의 제2 이미지들 각각으로부터의 단일 픽셀을 포함한다(816).
[0075] 다수의 제2 이미지들 각각 내의 복수의 픽셀들 각각에 대한 제2 반사율 세기 값이 결정되고(818), 측정 영역 내의 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 제2 파라미터는 다수의 제2 이미지들 내의 구조와 연관되는 제2 대응하는 픽셀들 각각의 제2 반사율 세기 값에 적어도 부분적으로 기반하여 결정된다(820). 제1 파라미터는 제1 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제1 반사율 세기 값에 기반한 평균을 사용하여 결정될 수 있고, 제2 파라미터는 제2 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제2 반사율 세기 값에 기반한 평균을 사용하여 결정된다. 제1 파라미터는 제1 피크 파장 및 제2 피크 파장의 측정 감도를 식별하기 위해 제2 파라미터와 비교될 수 있다.
[0076] 일부 실시예들에서, 제1 대응하는 픽셀들 각각에 대한 제1 대표 반사율 세기 값은 제1 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제1 반사율 세기 값에 기반하여 결정될 수 있다. 제1 대표 반사율 세기 값은, 예컨대 제1 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 반사율 세기 값들의 평균일 수 있다. 제1 파라미터는 제1 대표 반사율 세기 값에 적어도 부분적으로 기반하여 결정될 수 있다. 제2 대응하는 픽셀들 각각에 대한 제2 대표 반사율 세기 값은 제2 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제2 반사율 세기 값에 기반하여 결정될 수 있다. 제2 대표 반사율 세기 값은, 예컨대 제2 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 반사율 세기 값들의 평균일 수 있다. 제2 파라미터는 제2 대표 반사율 세기 값에 적어도 부분적으로 기반하여 결정될 수 있다.
[0077] 일부 실시예들은, 하나 이상의 부가적인 입력 빔들을 사용하여 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계, 및 대응하는 단계들을 수행하는 단계를 포함하며, 대응하는 단계들은, 이미징 센서에서 샘플로부터 반사된 하나 이상의 부가적인 입력 빔들의 부분들을 수신하는 단계, 샘플로부터 반사되고 이미징 센서에서 수신된 하나 이상의 부가적인 입력 빔들의 부분들을 사용하여 측정 영역의 다수의 부가적인 이미지들을 획득하는 단계, 부가적인 반사율 세기 값들을 결정하는 단계, 및 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 부가적인 파라미터들을 결정하는 단계를 포함한다. 하나 이상의 부가적인 입력 빔들 각각은 다른 피크 파장들 중 임의의 피크 파장과 상이한 피크 파장을 가질 수 있다.
[0078] 도 8a 및 도 8b에 예시된 특정 단계들이 일부 실시예들에 따른, 반사율을 측정하기 위한 특정 방법들을 제공한다는 것이 인식되어야 한다. 대안적인 실시예들에 따라, 단계들의 다른 시퀀스들이 또한 수행될 수 있다. 예컨대, 대안적인 실시예들은 위에서 서술된 단계들을 상이한 순서로 수행할 수 있다. 게다가, 도 8a 및 도 8b에 예시된 개별 단계들은 다양한 시퀀스들로 수행될 수 있는 다수의 서브-단계들을 포함할 수 있다. 더욱이, 특정 애플리케이션에 의존하여 부가적인 단계들이 추가 또는 제거될 수 있다.
[0079] 전술한 것이 특정 실시예들에 관한 것이지만, 다른 및 추가적인 실시예들은 특정 실시예들의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 하나 이상의 실시예들의 특징들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예들의 하나 이상의 특징들과 조합될 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적인 의미보다는 예시적인 의미로 간주될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 설명을 참조하지 않으면서 결정되어야 하며, 첨부된 청구항들을 참조하여 그들의 균등물들의 전체 범위와 함께 결정되어야 한다.
Claims (18)
- 이미징 반사계측(reflectometry) 측정들을 수행하기 위한 방법으로서,
제1 피크 파장을 갖는 제1 입력 빔을 사용하여 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계;
이미징 센서에서 상기 샘플로부터 반사된 상기 제1 입력 빔의 부분들을 수신하는 단계;
상기 샘플로부터 반사되고 상기 이미징 센서에서 수신된 상기 제1 입력 빔의 부분들을 사용하여 상기 측정 영역의 다수의 제1 이미지들을 획득하는 단계 － 상기 다수의 제1 이미지들 각각은 복수의 픽셀들을 포함하고, 제1 대응하는 픽셀들은 상기 다수의 제1 이미지들 각각 내의 상기 측정 영역의 대략적으로 동일한 부분과 연관되는, 상기 다수의 제1 이미지들 각각으로부터의 단일 픽셀을 포함함 －;
상기 다수의 제1 이미지들 각각에서 상기 복수의 픽셀들 각각에 대한 제1 반사율 세기 값을 결정하는 단계;
상기 제1 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제1 반사율 세기 값에 기반하여, 상기 제1 대응하는 픽셀들 각각에 대한 제1 대표 반사율 세기 값을 결정하는 단계;
상기 다수의 제1 이미지들 내의 구조와 연관된 상기 제1 대응하는 픽셀들 각각의 제1 대표 반사율 세기 값에 적어도 부분적으로 기반하여 상기 측정 영역 내의 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 제1 파라미터를 결정하는 단계;
상기 제1 피크 파장과 상이한 제2 피크 파장을 갖는 제2 입력 빔을 사용하여 상기 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계;
상기 이미징 센서에서 상기 샘플로부터 반사된 상기 제2 입력 빔의 부분들을 수신하는 단계;
상기 샘플로부터 반사되고 상기 이미징 센서에서 수신된 상기 제2 입력 빔의 부분들을 사용하여 상기 측정 영역의 다수의 제2 이미지들을 획득하는 단계 － 상기 다수의 제2 이미지들 각각은 복수의 픽셀들을 포함하고, 제2 대응하는 픽셀들은 상기 다수의 제2 이미지들 각각 내의 상기 측정 영역의 대략적으로 동일한 부분과 연관되는, 상기 다수의 제2 이미지들 각각으로부터의 단일 픽셀을 포함함 －;
상기 다수의 제2 이미지들 각각에서 상기 복수의 픽셀들 각각에 대한 제2 반사율 세기 값을 결정하는 단계;
상기 제2 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제2 반사율 세기 값에 기반하여, 상기 제2 대응하는 픽셀들 각각에 대한 제2 대표 반사율 세기 값을 결정하는 단계; 및
상기 다수의 제2 이미지들 내의 구조와 연관된 상기 제2 대응하는 픽셀들 각각의 제2 대표 반사율 세기 값에 적어도 부분적으로 기반하여 상기 측정 영역 내의 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 제2 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
하나 이상의 부가적인 입력 빔들을 사용하여 상기 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계, 및 대응하는 단계들을 수행하는 단계를 더 포함하며,
상기 대응하는 단계들은, 상기 하나 이상의 부가적인 입력 빔들의 부분들을 수신하는 단계, 상기 하나 이상의 부가적인 입력 빔들의 부분들을 사용하여 상기 측정 영역의 다수의 부가적인 이미지들을 획득하는 단계, 부가적인 반사율 세기 값들을 결정하는 단계, 및 상기 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 부가적인 파라미터들을 결정하는 단계를 포함하는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 피크 파장 및 상기 제2 피크 파장의 측정 감도를 식별하기 위해 상기 제1 파라미터를 상기 제2 파라미터와 비교하는 단계를 더 포함하는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 파라미터는 상기 제1 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제1 반사율 세기 값에 기반한 평균을 사용하여 결정되고, 상기 제2 파라미터는 상기 제2 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제2 반사율 세기 값에 기반한 평균을 사용하여 결정되는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 구조와 연관된 제1 파라미터 및 제2 파라미터는 막 두께인, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 구조와 연관된 제1 파라미터 및 제2 파라미터는 임계 치수(CD)인, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 다수의 제1 이미지들 각각 및 상기 다수의 제2 이미지들 각각은 대략적으로 동일한 노출 시간을 사용하여 획득되는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 다수의 제1 이미지들 각각은 대략적으로 동일한 제1 노출 시간을 사용하여 획득되고, 상기 다수의 제2 이미지들 각각은 상기 제1 노출 시간과 상이한 대략적으로 동일한 제2 노출 시간을 사용하여 획득되는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 다수의 제1 이미지들 각각은 대략적으로 동일한 제1 조명 세기를 사용하여 획득되고, 상기 다수의 제2 이미지들 각각은 상기 제1 조명 세기와 상이한 대략적으로 동일한 제2 조명 세기를 사용하여 획득되는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법으로서,
제1 피크 파장을 갖는 제1 입력 빔을 사용하여 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계;
이미징 센서에서 상기 샘플로부터 반사된 상기 제1 입력 빔의 부분들을 수신하는 단계;
상기 샘플로부터 반사되고 상기 이미징 센서에서 수신된 상기 제1 입력 빔의 부분들을 사용하여 상기 측정 영역의 다수의 제1 이미지들을 획득하는 단계 － 상기 다수의 제1 이미지들 각각은 복수의 픽셀들을 포함하고, 제1 대응하는 픽셀들은 상기 다수의 제1 이미지들 각각 내의 상기 측정 영역의 대략적으로 동일한 부분과 연관되는, 상기 다수의 제1 이미지들 각각으로부터의 단일 픽셀을 포함함 －;
상기 다수의 제1 이미지들 각각에서 상기 복수의 픽셀들 각각에 대한 제1 반사율 세기 값을 결정하는 단계; 및
상기 다수의 제1 이미지들 내의 구조와 연관된 상기 제1 대응하는 픽셀들 각각의 제1 반사율 세기 값에 적어도 부분적으로 기반하여 상기 측정 영역 내의 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 제1 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제1 파라미터는 상기 제1 대응하는 픽셀들의 각각의 픽셀의 제1 반사율 세기 값에 기반한 평균을 사용하여 결정되는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제10항에 있어서,
상기 구조와 연관된 제1 파라미터는 막 두께인, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제10항에 있어서,
상기 구조와 연관된 제1 파라미터는 임계 치수(CD)인, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제1 피크 파장과 상이한 제2 피크 파장을 갖는 제2 입력 빔을 사용하여 상기 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계;
상기 이미징 센서에서 상기 샘플로부터 반사된 상기 제2 입력 빔의 부분들을 수신하는 단계;
상기 샘플로부터 반사되고 상기 이미징 센서에서 수신된 상기 제2 입력 빔의 부분들을 사용하여 상기 측정 영역의 다수의 제2 이미지들을 획득하는 단계 － 상기 다수의 제2 이미지들 각각은 복수의 픽셀들을 포함하고, 제2 대응하는 픽셀들은 상기 다수의 이미지들 각각 내의 상기 측정 영역의 대략적으로 동일한 부분과 연관되는, 상기 다수의 제2 이미지들 각각으로부터의 단일 픽셀을 포함함 －;
상기 다수의 제2 이미지들 각각에서 상기 복수의 픽셀들 각각에 대한 제2 반사율 세기 값을 결정하는 단계; 및
상기 다수의 제2 이미지들 내의 구조와 연관된 상기 제2 대응하는 픽셀들 각각의 제2 반사율 세기 값에 적어도 부분적으로 기반하여 상기 측정 영역 내의 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 제2 파라미터를 결정하는 단계를 더 포함하는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제14항에 있어서,
상기 다수의 제1 이미지들 각각 및 상기 다수의 제2 이미지들 각각은 대략적으로 동일한 노출 시간을 사용하여 획득되는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제14항에 있어서,
상기 다수의 제1 이미지들 각각은 대략적으로 동일한 제1 노출 시간을 사용하여 획득되고, 상기 다수의 제2 이미지들 각각은 상기 제1 노출 시간과 상이한 대략적으로 동일한 제2 노출 시간을 사용하여 획득되는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제14항에 있어서,
하나 이상의 부가적인 입력 빔들을 사용하여 상기 샘플 상의 측정 영역을 조명하는 단계, 및 대응하는 단계들을 수행하는 단계를 더 포함하며,
상기 대응하는 단계들은, 상기 하나 이상의 부가적인 입력 빔들의 부분들을 수신하는 단계, 상기 하나 이상의 부가적인 입력 빔들의 부분들을 사용하여 상기 측정 영역의 다수의 부가적인 이미지들을 획득하는 단계, 부가적인 반사율 세기 값들을 결정하는 단계, 및 상기 샘플의 표면 상의 구조와 연관된 부가적인 파라미터들을 결정하는 단계를 포함하는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법. - 제14항에 있어서,
상기 다수의 제1 이미지들 각각은 대략적으로 동일한 제1 조명 세기를 사용하여 획득되고, 상기 다수의 제2 이미지들 각각은 상기 제1 조명 세기와 상이한 대략적으로 동일한 제2 조명 세기를 사용하여 획득되는, 이미징 반사계측 측정들을 수행하기 위한 방법.
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