KR20240069699A - 패턴화된 구조물의 x-선 기반 측정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 패터닝된 구조물에서의 측정 분야에 관한 것이며, X-선 측정 기술을 이용하는 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

패턴화된 구조물의 X-선 기반 측정{X-RAY BASED MEASUREMENTS IN PATTERNED STRUCTURE}
본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 패터닝된 구조물에서의 측정 분야에 관한 것이며, X-선 측정 기술을 이용하는 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 구조물의 제조에는 매우 정밀하고 정확한 계측 기술 및 기기가 필요하다. 이 요구 사항은 반도체 기술의 진보에 따라 디바이스 크기 축소가 점점 더 복잡한 작업이 되것이 이문에 더욱 중요해지고 있다. 측정 기능을 유사하게 개선할 수 있는 계측 도구를 보완하는 것이 이신호-잡음 지속적인 프로세스에 중요하다. 가장 중요한 것은 측정된 구조의 치수 특성을 허용하는 계측 솔루션이다. CD-SEM(Scanning Electron Microscopy) 및 OCD(Optical Critical Dimensions)와 같은 기술은 제조 공정의 다양한 단계와 연구 개발 중에 팹(fab)에서 많이 사용된다.
디바이스 크기가 줄어들고 프로세스 세부 사항에 대한 민감성이 점점 더 중요해짐에 따라, 샘플의 보다 다양하고 독립적인 물리적 특성에 액세스할 수 있는 능력이 가장 중요하게 된다. 이러한 과제는 추가적인 물리적 원리에 기반한 파괴적 계측 기술의 도입을 필요로한다. 그러한 기술 중 하나는 단색 X-선으로부터 산란된 신호가 치수 특성에 대해 분석되는 X-선 분광법(XRS)이다. 이러한 접근법의 예로는 T-SAXS(Transmission SAXS)로도 알려진 CD- XRD(Critical Dimension Small-Angle X-ray Scatterometry), GI-SAXS(Grazing-incidence Small-Angle X-ray Scatterometry) 또는 X-선 회절(XRD) 또는 고분해능 X-선 회절(HR-XRD) 및 역 격자 공간 매핑(RSM) 기술을 사용하여 측정할 수 있다.
예를 들어, 본 출원의 양수인에게 양도된 US 2017/0018069, US 2016/0139065 및 US 20160363872 호는 X-선 기술에 기초한 다양한 측정 기술을 기술한다. US 2017/0018069는 구조물의 관심 파라미터를 측정하는데 사용하기 위한 하이브리드 계측 기술을 기술한다. 이 기술에 따르면, 동일한 구조상에서 측정된 상이한 유형의 제 1 및 제 2 측정 데이터가 제공되며, 이들 측정 데이터 중 하나는 X-선 측정 데이터를 포함할 수 있고, 이들 제 1 및 제 2 측정 데이터는 제 1 및/또는 제 2 측정 데이터를 해석하기 위한 최적화된 모델 데이터에 대한 제 1 및 제 2 파라미터를 결정하도록 처리된다. US 2016/0139065는 XRD 또는 HR-XRD 측정을 이용하여 샘플의 파라미터(들)를 측정하기 위한 측정 기술을 설명한다. 이 기술은 패턴 특징부와 같이, 샘플 구조의 기하학적 파라미터에 관한 정보에 의해 XRD 측정을 최적화하는 것을 제공하고, 그 역도 성립하며, XRD 측정 데이터를 이용하여 상이한 기하구조-관련 측정을 최적화/해석하고, 따라서, 샘플 기하구조 및 재료 특성/조성 모두를 결정할 수 있게 한다. 기하구조-관련 데이터는 광학 측정, 예를 들어, OCD(Optical Critical Dimensions) 측정, CD-AFM, CD-SEM 및 기타 X-선 기술과 같은, 상이한 측정 기술에 의해 제공될 수 있다. US 2016/0363872 호는 피검사 툴(TuT) 및 기준 측정 시스템(RMS)에 의한 측정치의 다양한 조합을 이용하는 계측 측정의 계획에 사용하기 위한 방법 및 시스템을 기술하며, 이 경우, X-선 기반 툴이 XRD, X-선 광전자 분광법(XPS), X-선 라만 산란(XRS)과 같은 기준/CD 측정으로 사용될 수 있다.
US 9,588,066 호는 멀티 앵글 X-선 반사 산란법(XRS)을 사용하여 주기 구조를 측정하는 방법 및 시스템을 기재하고 있다. 이 기술은, 입사 X-선 빔이 복수의 입사각 및 복수의 방위각을 동시에 제공하도록, 산란된 X-선 빔을 생성하기 위해 주기 구조를 갖는 샘플에 입사하는 X-선 빔을 충돌시키는 것을 포함한다.
본 기술 분야에서, 측정 신호의 조도(roughness) 및 백그라운드 노이즈(background noise)와 같은 효과를 효과적으로 제거하여, 측정 기술의 신호-잡음로 이향상시키기 위해, X-선 분광법을 사용하여 패터닝된 구조물에서의 측정을 위한 새로운 측정 기술이 필요하다.
조도 및 백그라운드 노이즈 관련 효과는 다음과 관련된다. 알려진 X-선 기술은 표준 광학 기술보다 훨씬 작은 파장(1Å미만에서 수 나노미터까지)을 사용한다. 패터닝된 구조물(예를 들어, 반도체 웨이퍼) 내의 특징부들의 치수가 그 자체로 특징적으로 이이 없에 있기 때문에, 측정 신호는 측정된 구조물의 기하학적 구조에 매우 민감할 수 있다. 구조물에 대한 정보를 X-선 측정으로부터 해석하기 위해서는 측정 신호를 치수 특성과 연관시키는 방법이 필요하다. 하나의 예는 모델 기반 측정인 OCD의 경우와 유사한 방식으로서, 일부 가정된 구조물로부터 예상(이론적) 데이터를 연산하고 이를 측정 데이터에 비교하는데 모델이 사용된다. 가정된 구조물의 치수는 그 후 연산/이론 신호와 측정 신호 간의 최적 동의 지점(베스트 핏)에 도달할 때까지 모델 파라미터로 수정된다. 다른 알려진 방식들 역시 X-선 분광 신호를 일부 구체적인 측정 기하구조와 관련시키는 기능에 기초한다.
그러나 X-선 분광법은 이러한 해석 과정에서 상당한 어려움을 겪을 수 있다. 이는 측정 신호가 측정되는 공칭 구조와 직접 관련이 없노이즈와석 과정을 혼란스럽게하는 일부 요인에 의해 크게 영향을 받기 때문이다. 이러한 요소에는 조도 및 백그라운드 노이즈의 영향이 포함된다.
보다 구체적으로, 조도 효과는 임의의 제조 공정에서 고유한 성분인 의도된 기하 구조로부터 구조물의 작은 비균일 편차와 관련된다. 이와 관련하여, 전형적인 비-평활 형상, 즉 나노미터 스케일상의 조도 구조를 갖는 단순한 에칭된 격자 선(패턴 특징부)을 보여주는 도 1을 참조한다. 일반적으로 파장이 수백 나노미터인 광학 분광법의 경우 공칭 구조물로부터 패턴 특징부의 이러한 작은 편차가 일반적으로 평균화되어 측정에 미미한 영향을 미친다. 그러나 X-선법의 경우 파장은 조도와 비슷한 길이의 스케일일 수 있으므로 측정에 크게 영향을 미친다. 따라서 조도의 영향을 무시하면 측정된 데이터 해석 프로세스에 상당한 오류가 발생할 수 있다.
백그라운드 노이즈와 관련하여 이는 약한 수집 신호와 같은 X-선 측정 기술의 일반적인 특성과 관련되어있어 기본 노이즈 소스에 대한 감도를 높인다. 전형적인 신호 약점에 대한 이유는 일반적으로 광학 계측에 사용 가능한 광자 플럭스보다 훨씬 작은 광자 플럭스를 제공하는 조명 소스 특성들과, 샘플과의 감소된 단면의 조합이다. 결과적으로 백그라운드 노이즈 요인은 측정에서 무시할 수 없은 오류를 유발하여, 해석 정확도를 떨어뜨린다.
이러한 조도 및 백그라운드 노이즈의 영향은 일반적으로 반사 강도의 급격한 변화를 포함하는 주 회절 신호와 달리, 측정되는 X-선 신호에 추가되는, 매끄럽게 변화하는 강도 분포를 특징으로 한다. 본 발명은 특정 측정 모드 및 데이터 해석 접근법에 기초한 X-선 분광법에 대한 신규한 접근법을 제공하여, 조도 및 백그라운드 노이즈의 효과를 효과적으로 제거할 수 있게 한다.
간략화를 위해, 이하의 설명에서, 이들 인자(조도와 백그라운드 노이즈의 영향)는 모두 "백그라운드 기여분"이라고 불린다. 또한, 이하의 설명에서는, 정반사뿐만 아니라, 주로 없구조물로부터의 회절 차수와 같은 효과/특징을 "통상 반사"라고 부른다.
본 발명은 백그라운드 기여가 실질적으로 없는 유효 측정 신호를 얻는 것을 가능하게하는 간단하고 효과적인 기술을 제공한다. 일부 실시예에서, 이는 특정 각도 분포(이미지 스팬)를 갖는 패터닝된 구조로부터 수집된 측정 데이터를 처리함으로써 구현된다. 처리는 회절 차수에 대응하는 측정 데이터의 부분(패터닝된 구조물로부터의 반사/응답)을 식별하고, 측정 신호로부터 그 부분을 제거하는 단계를 포함한다. 전술한 바와 같이, 회절 차수 관련 신호는 비교적 매끄럽게 변화하는 강도와 비교하여, 강도의 급격한 변화를 포함하는 것으로 식별될 수 있다. 그 후, 측정 신호/데이터의 나머지 부분(즉, 백그라운드만의 신호)은 전체 이미지 범위에 걸쳐 백그라운드를 나타내는 이미지 데이터를 결정하기 위해 추가 처리를 거친다. 그 후, 이렇게 결정된 백그라운드 신호는 원래의 측정 신호에서 차감되어 반사/회절 차수의 깨끗한 이미지가 생성된다. 이 데이터는 패터닝된 구조물의 다양한 파라미터/정보를 결정하기 위해 사용/해석될 수 있다.
상기 기술은 최적의 측정 방식, 즉 입사 방사선의 각도 스팬의 선택(주어진 조명 파장에 대한) 및 측정되는 구조물상의 패턴에 대한 방위각 방위의 선택에 의해 더욱 최적화될 수 있다. 선택된 측정 방식은 반사 차수(이미지 스팬)의 요구되는 각도 스팬이 얻어지도록, 즉 상이한 반사 차수의 방사선 성분들이 실질적으로(예를 들어, 실질적으로) 오버랩없이(즉, 간격에 의해 서로로부터 공간적으로 분리되도록) 검출기의 방사선 감응면 상의 상이한 영역들과 상호작용하도록, 이루어진다.
따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는 패터닝된 구조물의 X-선 기반 측정에서 사용하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은, 입사되는 X-선 방사선에 대한 패터닝된 구조물의 검출된 방사선 응답에 대응하는 측정 신호를 나타내는 데이터를 처리하는 단계와, 실질적으로 백그라운드 노이즈없는 유효 측정 신호를 상기 데이터로부터 차감하는 단계 - 상기 유효 측정 신호는 상기 유효 측정 신호의 모델 기반 해석이 패터닝된 구조물의 하나 이상의 파라미터를 결정할 수 있도록 반사 회절 차수의 방사선 성분으로 형성됨 - 를 포함하고, 상기 처리하는 단계는, 상기 측정 신호를 분석하여 상기 백그라운드 노이즈에 대응하는 백그라운드 신호를 상기 측정 신호로부터 추출하는 단계와, 상기 측정 신호에 필터링 절차를 적용하여 상기 백그라운드 신호에 대응하는 신호를 차감하여, 유효 측정 신호를 얻는 단계를 포함한다.
측정 신호의 분석 및 백그라운드 신호의 차감은, 반사 회절 차수의 방사선 성분에 대응하는 신호를 필터링하도록 그리고 상기 백그라운드 노이즈를 나타내는 백그라운드 서명을 추출하도록 상기 측정 신호를 처리하고, 상기 백그라운드 서명에 피팅 절차(fitting procedure)를 적용하여 백그라운드 신호를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 백그라운드 신호의 보정된 이미지 표현을 획득하도록 백그라운드 신호에 이미지 처리를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 백그라운드 신호의 보정된 이미지 표현은 상기 측정 신호로부터 차감될 백그라운드 신호에 대응하는 신호로 사용된다.
바람직한 경우, 처리될 상기 측정 신호들에 포함된 상기 유효 측정 신호들은 상기 구조물의 방사선 응답에서의 반사 차수들의 미리 결정된 각도 스팬에 대응하며, 상이한 반사 차수의 상기 방사선 성분들은 검출기의 방사선 감응면 상의 공간적으로 분리된 상이한 영역들과 상호작용한다.
상기 방법은 상기 측정 신호들의 수집에 사용될 최적화된 측정 방식을 나타내는 데이터를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 최적화된 측정 방식에서는 상기 측정 신호들이 앞서 기술된 바의 각도 스팬에 대응하는 상기 유효 측정 신호들을 포함한다. 더 구체적으로 말하자면, 상기 최적화된 측정 방식은 조명 방사선의 선택된 각도 스팬과, 상기 구조물 상의 상기 패턴의 특징부들의 배향에 대한 방위각을 포함하여, 조명 방사선의 상기 선택된 각도 스팬을 이용함으로써, 조명 방사선에 대한 구조물의 방사선 응답에서의 반사 차수의 요건 각도 스팬을 제공할 수 있다.
상기 방법은 상기 최적화된 측정 방식을 사용하여 상기 패터닝된 구조물에 대해 수행되는 하나 이상의 측정 세션과, 상기 측정 신호를 나타내는 데이터의 생성을 포함할 수 있다.
상기 방법은 앞서 기술된 바와 같이 추출되는 상기 유효 측정 신호의 모델 기반 처리(피팅 절차)와, 상기 패터닝된 구조물의 하나 이상의 파라미터의 결정 단계를 더 포함할 수 있다.
발명의 다른 실시형태에서는 데이터 입력 및 출력 유틸리티들, 메모리 유틸리티, 및 프로세서 유틸리티를 포함하는 제어 유닛을 제공하되, 상기 프로세서 유틸리티는 위 기술된 방법을 실행하도록 구성되어, 상기 측정 신호들을 처리하고 유효 측정 신호를 결정하며, 패터닝된 구조물의 하나 이상의 파라미터의 추가적 해석 및 결정을 위해 유효 측정 신호를 나타내는 데이터를 생성할 수 있다.
상기 제어 유닛은, 측정되는 구조물상의 패턴을 나타내는 입력 데이터를 분석하도록, 그리고, 구조물의 방사선 응답의 반사 차수의 각도 스팬을 제공하도록 조명 방사선의 선택된 각도 스팬 및 패턴에 대한 방위각을 나타내는 최적화된 측정 방식 데이터를 생성하도록 구성되는 측정 방식 제어기를 더 포함하며, 상이한 반사 차수의 방사선 성분들이 검출기의 방사선 감응면 상의 공간적으로 분리된 상이한 영역들과 상호작용하여, 검출되는 측정 신호로부터 백그라운드 노이즈없는 유효 측정 신호를 차감할 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 발명은 패터닝된 구조물의 X-선 기반 측정에 사용하기 위한 측정 시스템으로서, 상기 시스템은, 측정되는 구조물과 상호 작용하기 위해 조명 방사선을 측정 평면 상으로 지향시키는 조명 채널을 형성하도록 구성되는 조명 유닛과, 상기 조명 채널 내에 위치한 각도 스팬 제어기와, 구조물로부터 수집 채널을 따라 전파하는 방사선 응답을 검출하기 위한 검출 유닛과, 상기 조명 및 검출 유닛과 데이터 통신하도록 구성된 제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은 측정되는 구조물상의 패턴을 나타내는 데이터를 분석하도록 구성되는 측정 방식 제어기를 포함하고, 상기 측정 방식 제어기는 또한 조명 방사선의 선택된 각도 스팬 및 패턴에 대한 방위각을 나타내는 측정 방식 데이터를 생성하여, 구조물의 방사선 응답에서의 반사 차수의 각도 스팬을 제공할 수 있으며, 상이한 반사 차수들의 방사선 성분들은 검출기의 방사선 감응면 상의 공간적으로 분리된 상이한 영역들과 상호작용하여, 백그라운드 노이즈없는 유효 측정 신호를 차감할 수 있다.
상기 각도 스팬 제어기는 선택된 측정 방식에 따라 애퍼처 치수 및/또는 형상을 선택할 수 있도록 제어 가능한 가변적 치수 및/또는 형상의 애퍼처 조립체를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 주제를 더 잘 이해하고 그것이 실제로 수행될 수 있는 방법을 예시하기 위해, 이제 실시예가 첨부 도면을 참조하여 비 제한적인 예로서 만 설명될 것이다.
도 1은 나노미터 스케일상의 통상적인 표면 조도를 예시하는 패터닝된 구조의 표면의 일부의 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 X-선 기반 측정 방식의 원리를 개략적으로 도시한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 기술에 따른 데이터 처리 및 분석의 일례를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 측정 방식에 따른 방사선 전파 방식을 개략적으로 도시한다.
도 5a는 도 4에 예시된 측정 방식을 구현하기 위한 본 발명의 측정 시스템의 블록도이다.
도 5b는 본 발명의 데이터 분석 방법의 흐름도이다.
본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은주기적인 패터닝된 구조물의 측정에 관한 것으로, 상기 패턴은 전형적으로 하나 또는 두 개의 방향을 따라 단위 셀의 일부 주기성을 포함한다. 각각의 단위 셀은 상이한 광학 특성(예를 들어, 선 및 공간)의 이격된 영역의 패턴을 포함한다. 본 발명의 기술은 조도(roughness) 및 백그라운드 노이즈(background noise)의 영향과 관련된 X-선 측정의 전술한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다. 도 1은 나노미터 크기의 표면 조도를 가진 구조물의 표면을 예시한다.
본 발명의 X-선 기반(가령, GI-SAXS 및 XRS 및 T-SAXS) 측정 방식(10)의 원리를 개략적으로 도시하는 도 2를 참조한다. 도면에 도시된 바와 같이, 샘플(12)은 입사 방사선의 입체각(solid angle)(14) 내의 소정 범위의 조명 각도를 포함하는 X-선 방사선에 의해 조사되고, 샘플(12)과 이러한 X- 선과의 상호 작용은 0차 회절 및 높은 회절 차수를 포함하는 반사/회절 차수의 형태로 샘플의 방사선 응답(16)을 야기한다. 방사선 응답(16)은 방사선 감응면을 가진 2D 센서 매트릭스(18)에 의해 검출되고, 이러한 방사선 감응면에서 상이한 회절 차수들이 센서 매트릭스(18)의 상이한 영역(센서 요소/화소들 또는 센서 요소/화소들의 그룹)에 의해 검출된다. 이러한 회절 차수를 분석함으로써 측정 구조물(12)을 특성화시킬 수 있다.
따라서, X-선 분광법은 일반적으로 세 가지 주요 기능 부분, 즉, 조명, 패터닝된 구조물의 측정, 및 방사선 응답의 검출을 포함한다. 조명 모드/구성은 샘플/구조물(12)을 향하여 단색 X-선 방사 빔(14)을 지향시키도록 제공된다. 이 빔(14)은 (T-SAXS에서 사용된 바와 같이) 시준될 수 있지만 가장 일반적인 경우에는 도 2에 도시되는 각도 범위를 가진다. 조명 빔(14)은 구조물에 초점을 맞추고(시준된 빔의 경우 포커싱 불필요) 구조물로부터 반사/복귀된다. 계측 목적을 위해, 측정 구조체(12)는 패터닝된 표면(12A)을 가지며, 여기서 패턴은 전형적으로 주기적 특징부 세트, 즉 연구 대상의 소자(즉, 트랜지스터, 메모리 셀 등의 어레이)를 포함한다. 이 구조물에서 반사되면 X-선은 정반사 방향(0차 반사/회절)으로, 그리고, 구조물로부터 높은 반사/회절 차수에 해당하는 방향으로 산란된다. 반사된 방사선(16)은 검출기의 2D 매트릭스(18)에 의해 검출/측정되어 조명(14)의 입사각 및 방위각 당 반사 이미지(20)를 생성한다.
서로 다른 SAXS 구현에는 서로 다른 데이터 수집 시퀀스가 포함된다(예: T-SAXS는 샘플 회전 후 순차적으로 이미지 세트 획득을 수반하며, 이로부터 반사 신호의 풀 2D 의존성이 유추된다). 단순화를 위해, 이하의 설명에서, 측정 시퀀스는 GI-SAXS를 나타내는 것으로 지칭되며, 이 경우 각각의 측정 이미지에서 복수의 입사각이 프로빙된다. 그러나, 본 발명은 임의의 특정 유형의 X-선 측정 기술에 한정되지 않으며, 따라서 본 발명은 이 관점에서 광범위하게 해석되어야 한다.
본 발명은 각도 스팬에 의해 조명되는 구조물로부터의 반사 회절 차수가 서로 분리되어, 비 공칭 신호(only non-nominal signals)만이 도달하는 이미지의 영역을 남긴다는 사실에 기초한다. 본 발명은, 각도 스팬에 의해 조명되는 구조물로부터 반사된 회절 차수가 서로 분리될 수 있다는 사실에 기초한다. 이것은 인접한 회절 차수의 각도 스팬이 이격 거리보다 작음을 의미한다. 이러한 방식으로, 인접한 회절 차수 사이에서, 명목상 아무런 방사선도 예상되지 않지 않는 영역이 존재하고, 비 공칭 신호만 측정된다. 이러한 '비 공칭' 신호 소스의 예는 미광(stray light), 조도 관련 반사, 결함/패턴 불규칙성으로부터의 반사, 등이다. 따라서, 이 영역에서 얻어진 신호는 전적으로 '백그라운드' 기여도와 관련이 있고, 많은 경우에, 이는 제거하는 것이 바람직하다. 이러한 분리는 측정되는 구조물 및 방위각 배향에 따라 선택되는 조명 각도 스팬의 적절한 선택에 의해 제어될 수 있다. 이에 대해서는 이하에서보다 구체적으로 설명한다. 회절 차수가 분리되면, 직접 반사, 즉 주기적 패턴으로부터의 회절 차수와 관련된 반사로부터의 기여분과 백그라운드 기여분을 분리시키는 것이 가능하다.
전술한 바와 같이, 백그라운드 반사 성분(백그라운드 노이즈)은 일반적으로 반사 강도의 급격한 변화를 포함하는 주 회절 신호와는 대조적으로, 측정되는 X-선 신호에 부가되는, 매끄럽게 변화하는 강도 분포를 특징으로 한다. 이를 통해 일반적인 반사가 있는 지역에서 이러한 성분들로부터의 기여분을 추론하는 알고리즘 방식을 사용할 수 있다. 이 기여도가 확보되면 이를 일반 반사 영역에서 뺄 수 있으므로, 측정 신호를 직관적으로 분석 및 해석할 수 있다.
도 3a-3e는 본 발명의 분석 방법을 개략적으로 예시한 것이다. 도 3a는 조명의 조명 각(Theta) 및 방위각(Azimuth)의 함수로서 검출/측정 신호(미가공 신호/이미지) MS를 예시한다. 측정 신호(MS)는 패턴 영역(PR)으로부터의 반사와 관련된 반사 차수(RO) 및 백그라운드 서명(BS)에 의해 형성된다. 백그라운드 서명 BS(백그라운드 노이즈)를 생성하는 패턴 특징부 PR의 이들 영역은 분리되어야 한다. 후술되는 바와 같이, 측정은 회절 차수(RO)가 검출기의 방사선 감응면(2D 매트릭스) 상에서 공간적으로 분리되도록 설정된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 일단 회절 차수(RO)가 제거되면, 백그라운드-전용 신호(BS)가 식별될 수 있다. 전용 알고리즘을 사용하여 백그라운드 신호를 확장할 수 있다. 이 예에서는 Lorentzian fit을 사용한다(도 3c). 그 후, 백그라운드 신호(BS)는 내삽(interpolation)/외삽(extrapolation)을 거쳐서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 전체 이미지 스팬을 가로 지르는 백그라운드를 나타내는 이미지가 된다. 그 후, 백그라운드 신호(BS)는 측정 신호(MS)로부터 차감되어, 반사 차수(RO)의 깨끗한 이미지를 제공할 수 있다.
바람직하게는, 이 접근법은 조명 각도 범위(14)의 올바른 선택을 이용한다.이 선택은 검출기의 2D 감지 매트릭스상에서 공간적으로 분리된 상이한 회절 차수를 갖추는 요건에 기초한다. 본 실시예에서, 도 2에 개략적으로 도시된 측정 설정이 기준으로서 간주되고, 이 경우에 적합한 요건 조명 각도 범위가 분석된다. 유사한 분석이 다른 기하 구조에 대해서도 직관적이라는 것을 이해해야 한다.
다음은 회절 차수들 간의 각도 분리에 대한 유도에 관한 설명이다. 이것은 상이한 반사 차수들 사이에 중첩이 존재하지 않도록 허용된 조명 각도 범위를 설정할 수 있게 한다.
이와 관련하여, 샘플상의 패턴 방위에 대한 방사선 전파 방식을 개략적으로 도시하는 도 4를 참조한다. 이 예에 도시된 바와 같이, 패턴(P)은 (격자 축을 형성하는) X 축을 따라 연장되는 평행 특징부(라인)(L)에 의해 형성되는, 그리고, Y 축을 따라 이격된 관계로 배치되는, 격자로서 구성된다. 조명 방사선(14)(각도 범위)는 (샘플의 법선에 대해) 각도 로, 그리고, 방위각()로 샘플(12)의 패터닝된 표면에 입사한다. 이 예에서, 방위각은 격자 축에 대해 정의되지만, 필수적인 제한 사항은 아니다.
파장 λ와 파수 k0 = 2π/λ의 복사선을 고려할 때, 횡파수 (즉, 샘플 평면 상의 파수)는 다음과 같이 주어진다.
조명 방사선(14)과 격자(P)의 상호 작용은 격자로부터의 회절 차수에 대응하는 불연속 방향의 세트로 반사된 방사선에 의해 형성된 방사선 응답(16)을 야기한다. 일반적으로, 비록 구체적으로 도시되지는 않았지만, 격자(P)는 x 방향으로 피치 Px 및 y 방향으로 Py(하나의 차원에서만 주기성이 존재한다면 둘 중 어느 것도 0 일 수 있음)의 두 방향으로 특징부(L)의 주기성을 가질 수 있다. 회절 차수는 x 방향에서의 주기성으로부터 나타나는 nx 차수와 y 방향에서의 주기성에서 발생하는 ny 차수에 대해 (nx, ny)로 표시된다.
(nx, ny) 회절 차수는 다음에 의해 주어진 횡파수를 갖는다.
이 차수의 반사 방향은 다음과 같다.
그리고,
이러한 관계에 따라 모든 조명 각도 범위를 모든 반사 차수의 각도 범위와 관련시키는 것이 직관적이다. 특히, 반사 차수들 간에 오버랩이 예상되는지 여부를 확인할 수 있다.
도 1 및 도 4를 다시 참조하면, 본 발명은 소정의 파장 λ의 조명에 대해, 측정되는 구조물 상의 패턴(P)에 대하여, 입사 방사선(14)의 각도 스팬() 및 방위각()은, 반사 차수(16)의 요구된 각도 스팬()을 제공하도록 제어/선택될 수 있다. 반사 차수(16)의 이러한 요건 각도 스팬()은, 상이한 반사 차수의 방사선 성분들이 갭(G)에 의해 서로 공간적으로 분리된 검출기의 방사선 감응면(18) 상의 상이한 영역(R)과 상호 작용하도록, 구성된다. G의 값(들)은 또한 수집 채널의 길이에 의해 제어될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
각도 스팬의 조명 범위에 대한 이러한 제한/선택을 구현하기 위한 몇 가지 접근법이 가능하다. 몇 가지 예는 광학 경로에 배치된 제어 가능한 치수를 갖는 단일 애퍼처 또는 광학 경로에 배치된 교환 가능한 세트의 애퍼처(aperture)를 사용하는 것을 포함한다. 이들은 측정된 샘플 피치에 따라 교환되거나 변경될 수 있다. 상이한 형상의 애퍼처를 허용함으로써 더 많은 유연성을 얻을 수 있다. 측정 구조물 상의 패턴이 두 방향에서 주기적 일 때, 이러한 접근법은 양방향으로 높은 회절 차수의 분리를 보장할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
보다 일반적으로, 반사 차수들의 하나의 서브 그룹에만 그러한 분리를 구현하는 것이 가능하다. 예를 들어, 한 방향의 격자 피치와 관련된 회절 차수는 분리되면서, 다른 방향의 피치와 관련된 차수는 겹치도록 남겨 둘 수 있다. 이 방법을 사용하면 일부 백그라운드 신호가 제거되지 않아 성능이 저하될 수 있지만 실제로 구현하는 것이 더 쉬우며, 일부 애플리케이션에서는 적합하거나 충분할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 측정 시스템(100)의 블록도(도 5a) 및 본 발명의 방법의 흐름도(200)(도 5b)를 개략적으로 도시한다. 시스템(100)은 조명 방사선(14)을 측정 평면(샘플 평면) 상으로 향하게하는 조명 채널을 형성하는 조명 유닛(102)과, 수집 채널을 따라 전파하는 샘플(12)로부터의 방사선 응답을 검출하는 검출 유닛(104)과, (임의의 공지된 적합한 통신 기술 및 프로토콜을 사용하는 유선 또는 무선 신호 전송을 통해) 조명 및 검출 유닛과 데이터/신호 통신하도록 구성되는 제어 유닛(106)을 포함한다. 또한, 시스템(100)에는 조명 채널에 위치된 각도 스팬 제어기(110)가 제공된다.
제어 유닛(106)은 특히 입력 및 출력 유틸리티(106A 및 106B), 메모리 유틸리티(106C) 및 데이터 프로세서(106D)와 같은 기능적 및 구조적 유틸리티를 포함하는 컴퓨터 시스템으로서 구성된다. 제어 유닛(106)은 조명 채널에 대한 방위각 방위(azimuthal orientation)와 구조/샘플(12)상의 패턴(P)(예를 들어, 하나 또는 두 개의 축을 따른 패턴 피치)을 나타내는 데이터를 수신하고 분석하도록, 그리고, 각도 스팬 제어기(110)를 동작시키기 위해 조명 각도 스팬의 최적 선택을 나타내는 데이터를 생성하도록 구성된 측정 방식 제어기(소위 배향 제어기)(106E)를 더 포함한다. 피측정 구조물은 조명 채널에 대해 회전 구동되는 스테이지/지지부(108) 상에 위치하여, 조명 채널에 대해 패턴 배향을 조정할 수 있다. 각도 스팬 제어기는 전술한 바와 같이 구성될 수 있으며, 즉, 상이한 치수/형상의 교환가능한 애퍼처 세트 또는 제거가능하게 가변적인 치수 및/또는 형상의 단일 애퍼처를 포함할 수 있다. 이를 통해 선택한 측정 방식에 따라 애퍼처 모양을 선택할 수 있다.
따라서, 배향 제어기(106E)는 측정 이미지가 높은 반사 차수에 대응하는 별개의 영역들에 의해, 사이에 갭을 두고, 형성되도록, 즉, 상이한 차수들 사이에 오버랩이 없도록, 조명 각도 스팬(14)을 선택하기 위해 각도 스팬 제어기(110)를, 그리고 가능하다면, 스테이지(108)까지도 동작시킨다. 이러한 이미지가 앞서 기술된 도 3a에 예시되어 있다.
이 상황이 보장되면, 즉 원하는 배향이 제공되면(도 5b의 단계 202), 백그라운드 신호/기여분의 영향을 제거하기 위해 다음의 측정 방식이 수행된다. 측정 신호(MS)는 검출 유닛(104)의 픽셀 매트릭스에 의해 검출되며, 검출 매트릭스는 그것을 지시하는 측정 데이터를 생성하고(단계 204), 이 데이터를 데이터 프로세서(106D)에 의해 처리되는 제어 유닛(106)에 제공한다(단계 206). 데이터 프로세서(106D)는 ("활성 신호"를 나타내는) 반사 회절 차수의 방사선 성분에 대응하는 신호를 필터링하여 백그라운드 서명("노이즈"를 나타냄)만을 남기도록 구성된(미리 프로그램된) 분석기 모듈(112)을 포함한다. 이는 도 3b에 도시한 바와 같다. 그 다음, 백그라운드 서명 신호는 피팅 모듈(fitting module)(114)에 의해 내삽(및 외삽)되어(단계 210) 전체 측정된 이미지 또는 그 선택된 부분에 대한 백그라운드 기여분을 추론한다. 이를 위해, 피팅 모듈(114)은 백그라운드 신호에 대한 일부 기반이 되는 기능적 형상/형태를 이용한다(예를 들어, 도 3c에 도시된 접근법에 따라, 각각의 입사각이 로렌츠 선형 형상에 의해 개별적으로 맞추어지는 방식, 또는 다른 기능적 형태 또는 2차원 기능 형태, 그리고 일부 이론적 모델에 기초한 피팅 기법의 이용). 이것은 백그라운드 신호만을 초래한다(단계 212). 백그라운드 신호만을 기술하는 그렇게 얻어진 이미지는 선택적으로, 임의의 적합한 이미지 프로세서(116)에 의해 추가로 처리되어, 이 이미지를 매끄럽게 하고 정정할 수 있다(선택적 단계(214)). 그 후, 초기 이미지(측정된 데이터)는 초기 이미지로부터 백그라운드 신호/이미지(이미지 프로세서에 의해 처리되거나 아닌)를 차감(216 단계)하여 최종적으로 백그라운드제거된 신호를 도출(단계 218)하도록 동작하는 필터 모듈(118)에 의해 처리된다. 이 최종 신호는 임의의 공지된 적절한 기술, 가령, 모델 기반 데이터 해석을 사용하여 분석 및 해석에 사용될 수 있는 능동/유효 측정 데이터를 제공한다. 모델 기반 데이터 해석.
따라서, 본 발명은 패터닝된 구조물에 대한 X-선 기반의 분광법 측정에 사용하기 위한 간단하고 효과적인 기술을 제공한다. 본 발명에 따르면, 임의의 공지된 적절한 데이터 해석 접근법을 사용하여 구조 파라미터를 결정하도록 해석될 수 있는 백그라운드 노이즈없는 유효 측정 신호의 차감을 가능하게하는 측정 방식이 최적화된다.

Claims (1)

  1. 패터닝된 구조물의 X-선 기반 측정에서 사용하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
    입사되는 X-선 방사선에 대한 패터닝된 구조물의 검출된 방사선 응답에 대응하는 측정 신호를 나타내는 데이터를 처리하는 단계와,
    백그라운드 노이즈없는 유효 측정 신호를 상기 데이터로부터 차감하는 단계 - 상기 유효 측정 신호는 상기 유효 측정 신호의 모델 기반 해석이 패터닝된 구조물의 하나 이상의 파라미터를 결정할 수 있도록 반사 회절 차수의 방사선 성분으로 형성됨 - 를 포함하고,
    상기 처리하는 단계는,
    상기 측정 신호를 분석하여 상기 백그라운드 노이즈에 대응하는 백그라운드 신호를 상기 측정 신호로부터 추출하는 단계와, 상기 측정 신호에 필터링 절차를 적용하여 상기 백그라운드 신호에 대응하는 신호를 차감하여, 유효 측정 신호를 얻는 단계를 포함하는
    사용 방법.
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