KR101274517B1

KR101274517B1 - 편광 스캐닝을 이용한 간섭계

Info

Publication number: KR101274517B1
Application number: KR1020107012368A
Authority: KR
Inventors: 그룻 피터 드; 드 레가 하비에르 꼴로나
Original assignee: 지고 코포레이션
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2013-06-13
Also published as: WO2009064670A2; WO2009064670A3; US7978337B2; JP5222954B2; KR20100083190A; TW200930977A; JP2011504231A; TWI448661B; US20090128827A1

Abstract

일 측면에서, 본 발명은 현미경을 사용하여, 직교 편광 상태들을 갖는 성분들을 포함하는 광을 테스트 물체로 보내고, 상기 테스트 물체로부터 반사된 상기 광을 검출기로 보내는 단계; 상기 광의 성분들 간에 광 경로차(optical path length difference, OPD)를 변화시키는 단계; 상기 성분들 간에 광 경로차(OPD)를 변화시키는 동안에 상기 검출기로부터 간섭 신호를 취득하는 단계; 및 상기 취득된 간섭 신호에 기초하여 상기 테스트 물체에 관한 정보를 결정하는 단계를 포함하는 방법이 특징이다.

Description

편광 스캐닝을 이용한 간섭계 {INTERFEROMETER UTILIZING POLARIZATION SCANNING}

본 발명은 일반적으로, 예를 들면 막 두께(film thickness), 재료 조성(material composition), 및 광학적으로 분석되지 않은 표면 구조(optically unresolved surface structure)를 포함한 표면 구조 특성을 분석하는 방법에 관한 것이다.

간섭 기술(interferometric techniques)은 보통 물체 표면의 프로파일(profile)을 측정하는 데 사용된다. 그렇게 하기 위해, 간섭계는 관심대상 표면으로부터 반사된 측정 파면(measurement wavefront)을 기준 표면으로부터 반사된 기준 파면(reference wavefront)과 결합하여 인터페로그램(interferogram)를 생성한다. 이 인터페로그램의 프린지(fringe)는 관심대상 표면과 기준 표면 사이의 공간 변동(spatial variation)을 보여준다.

스캐닝 간섭계는 간섭 파면들의 가간섭성 길이(coherence length)와 비교 가능한 범위 또는 그 보다 넓은 범위에 걸쳐 상기 간섭계의 기준 레그(reference leg) 및 측정 레그(measurement leg) 사이의 광 경로차(optical path length difference, OPD)를 스캐닝하여, 인터페로그램을 측정하는 데 사용된 카메라 화소 각각에 대한 스캐닝 간섭 신호(scanning interferometry signal)를 생성한다. 예를 들어, 한정된 가간섭성 길이는, 백색 광원(white-light source)을 사용함으로써 생성될 수 있다. 보통, 저 가간섭성 스캐닝 간섭(low-coherence scanning interferometry)은 스캐닝 백색광 간섭(scanning white light interferometry, SWLI))으로 불린다. SWLI 신호는 제로(zero) 광 경로차(OPD) 위치 근처에 국한된 프린지가 약간 있다. 신호는 전형적으로 종형의 프린지 콘트라스트 포락선(bell-shaped fringe-contrast envelope)을 갖는 사인파형 캐리어 변조(sinusoidal carrier modulation)(즉, 프린지)에 의해 특징지어진다. SWLI 도량형(metrology)에 기반한 종래의 개념은 프린지의 국지화(localization)을 이용하여 표면 프로파일을 측정하는 것이다.

SWLI 처리 기술로는 두 가지 원리 경향(principle trend)이 포함되어 있다. 첫 번째 방식은 포락선의 피크 또는 중심을 위치시키는 것인데, 이 위치는 하나의 빔이 물체 표면으로부터 반사하는 2빔 간섭계(two-beam interferometer)의 제로 광 경로차(OPC)에 대응하는 것으로 가정한다. 두 번째 방식은 신호를 주파수 도메인으로 변환환하고 파장과 함께 위상의 변화율을 계산하는 것인데, 필수적인 선형 슬로프가 물체 위치에 정비례하는 것으로 가정한다. 예를 들면, Peter de Groot에게 허여된 미국특허 제5,398,113호를 참조하기 바란다. 이 후자의 방식을 주파수 도메인 분석(Frequency Domain Analysis, FDA)이라고 부른다.

스캐닝 간섭을 사용하여 복합 표면 구조를 갖는 물체의 표면 지형(surface topography) 및/또는, 예를 들어 박막(들), 상이한 재료들의 불연속 구조(discrete structure), 또는 간섭 현미경의 광학 분해능에 의해 분석되지 않은 상태에 있는(under-resolved) 불연속 구조와 같은, 기타 특성을 측정할 수 있다. 이러한 측정은 평판(flat pannel) 디스플레이 구성요소, 반도체 웨이퍼 도량형, 및 본래의 박막 및 다른 재료 분석의 특성과 관련되어 있다. 예를 들어, Peter de Groot가 출원하여 2004년 9월 30일 공개되고 발명의 명칭이 "Profiling Complex Surface Structures USing Scanning Interferometry"인 미국특허공개 No.US-2004-0189999-A1, 및 Peter de Groot가 출원하여 2004년 5월 6일에 공개되고 발명의 명칭이 "Interferometry Method for Ellipsometry, Reflectometry and Scatterometry Measurements, Including Characterization of Thin Film Structures"인 미국특허 제7.139,081호를 참조하기 하며, 이들 특허문헌의 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.

물체에 관한 정보를 광학적으로 결정하는 그 외의 기술로는 엘립소메트리(ellipsometry) 및 반사측정(reflectometry)이 포함되어 있다. 엘립소메트리는 빗각, 예를 들어 60°, 때로는 가변 각도로 또는 복수의 파장으로 조명될 때 표면의 복소 반사율(complex reflectivity)을 결정한다. 종래의 엘립소메터에서 쉽게 달성할 수 있는 것보다 더 큰 분해능을 달성하기 위해, 마이크로엘립소메터(microellipsometer)는 동공 면(pupil plane)으로 알려져 있기도 한 대물렌즈의 후방 초점면(back focal plane)의 위상 및/또는 세기 분포를 측정하며, 여기서 다양한 조명 각도가 필드 위치에 매핑된다. 이러한 기기는 결정학(crystallography) 및 광물학(mineralogy)과 역사적으로 연결되어 있고, 교차형 편광기(crossed polarizer) 및 버트랜드 렌즈(Bertrand lens)를 채용하여 동공 면에 상을 형성시킴으로써 복굴절 재료(birefringent materials)를 분석하는, 종래의 편광 현미경 또는 편광경(conoscopes)"을 현대화한 것이다.

표면 특성화(surface characterization)에 사용되는 종래의 기술은, 알려지지 않은 광학 인터페이스의 복소 굴절률이 그 고유의 특성(예컨대, 재료 특성 및 개개 층의 두께) 및 반사율을 측정하는 데 사용되는 광의 3가지 특성: 파장, 입사각 및 편광 상태에 좌우된다는 사실에 의존한다. 실제로, 특성화 기구는 이러한 파라미터들이 공지의 범위에 걸쳐 변화하여 생기는 반사율 변동을 기록한다.

그런 다음, 측정된 반사율 데이터와 광학 구조의 모델로부터 유도된 반사율 함수 사이의 차를 최소화함으로써 최소 제곱 적합도(least-square fit)와 같은 최적화 방법을 사용하여 알려지지 않은 파라미터의 추정치를 얻는다. 이들 유도된 후보 해(candidate solution)는 보통 미리 계산되어 라이브러리에 저장되는 데, 최소 제곱 또는 등가물 대조 및 보간 기술(equivalent matching and interpolation technique)로 이를 조사하여 맞는 해(correct solution)를 구한다. 예를 들면, K. P. Bishop 등의 "Grating line shape characterization using scatterometry," SPIE 1545,64-73 (1991) 및 C. J. Raymond 등의 "Scatterometry for CD measurements of etched structures," SPIE 2725, 720-728 (1996)와 같은 문헌들을 참조하기 바란다.

밀결합 파동 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis, RCWA)과 같은 상세한 모델링(detailed modeling)은 관측 간섭 신호 및 관측 굴절 효과를 생성하는 특성 구조를 발견하는 역문제(inverse problem)를 해결한다. 예를 들면, M. G. Moharam와 T. K. Gaylord의 "Rigorous coupled-wave analysis of planar- grating diffraction," JOSA, 71(7), 811 (1981) 및 S. S. H. Naqvi 등의 "Linewidth measurement of gratings on photomasks: a simple technique," Appl. Opt., 31(10), 1377-1384 (1992)와 같은 문헌들을 참조하기 바란다.

마스크 및 웨이퍼 상의 격자 테스트 패턴으로부터 회절 패턴의 분석은 프로세스 제어와 연관된 선폭 및 다른 형상 특성(feature characteristic)의 비접촉 측정을 제공한다. 예를 들면, H. P. Kleinknecht 등의 "Linewidth measurement on IC masks and wafers by grating test patterns," Appl Opt. 19(4), 525-533 (1980) 및 C. J. Raymond의 "Scatterometry for Semiconductor Metrology," in Handbook of silicon semiconductor metrology, A. J. Deibold, Ed., Marcel Dekker, Inc., New York (2001)와 같은 문헌들을 참조하기 바란다.

전술한 바와 같이, 테스트 표면의 특성은 각도의 범위에 걸쳐, 그리고 선택적으로 파장의 범위에 걸친 테스트 표면의 복소 반사율을 분석함으로써 결정할 수 있다. 이것은 테스트 물체를 현미경 대물렌즈를 통해 테스트 물체를 조명하는 빛의 직교 편광 상태들 간에 계속하여 변하는(continuously-varying) 광 경로차(OPD)를 도입함으로써 달성될 수 있다. 상기 장치는 현미경 대물렌즈의 동공 면이나 카메라 상의 테스트 물체 표면에 상을 만드는 데, 이는 편광 분석기를 사용하여 이 광 경로차(OPD) 스캔 동안에 테스트 표면으로부터의 반사 후의 두 편광 상태의 혼합(간섭) 결과를 기록한다. 수신 신호와 막 두께 및 표면 형상부의 형상(surface feature shape)과 같은, 가능한 구조 파라미터 값에 대한 반사 특성의 모델의 비교는 테스트 물체에 관한 정보를 생성한다.

대물렌즈 동공 면이 카메라 상에 영상화되는 실시예에서, 편광 광 경로차(OPD) 스캔은, 카메라 화소마다, 입사각과 영상화 동공(imaging pupil)의 특정한 위치에 대응하는 입사 편광의 특정한 조합에 대해 테스트 표면의 반사 특성에 관한 정보를 포함하는 신호를 생성한다.

이들 실시예는 표면의 단 하나의 위치에서, 예를 들면, 두께 및 다층 막 스택의 굴절률 또는 광학적으로 분석되지 않은 특성의 임계 치수 및 형상 파라미터와 같은, 표면 구조를 상세하게 분석하는 데 유용할 수 있다.

테스트 표면이 카메라 상에 영상화되는 실시예에서, 카메라는 테스트 표면상의 특정한 지점의 특성이고, 모든 입사각 및 모든 편광 상태에 걸쳐 통합된 신호를 검출한다. 이 실시예는, 예를 들면, 박막의 두께 프로피일, 또는 표면 상의 위치의 함수인 광학적으로 분석되지 않은 형상부(feature)의 임계 치수의 변화과 같은, 테스트 표면 전체의 구조의 변화에 대한 2차원(2D) 및 3차원(3D) 영상을 생성하는 데 유용할 수 있다.

광원은 스펙트럼상 광대역일 수 있다(예컨대, 복수 파장으로 에너지를 포함함). 이러한 실시예에서, 적어도 광원의 가간섭성 길이를 포괄(encompass)할 정도로 충분히 큰 광 경로차(OPD) 스캔을 통해 취득한 결과 신호의 수리 분석(mathematical analysis)은 신호를 예컨대, 퓨리에 분석에 의해 특정한 파장들을 나타내는 다수의 합성 신호로의 분리를 감안할 수 있다. 이 변형(variation)은 파장의 함수인 테스트 표면 반사율에 관한 상세한 정보를 감안한다.

상기 광원은 공간적으로 비간섭성일 수 있으므로, 동공 면의 여러 지점은 마찬가지로 상호 비간섭성이다. 신호 생성 메커니즘은 가간섭성에 의존하기 때문에, 동일한 소스 포인트(source point)에서 비롯된 회절 빔만이 전자 컨트롤러에 의해 기록되는 신호를 생성할 것이다. 따라서, 예를 들면, 테스트 물체가 조명의 한 지점으로부터 들어오는 광을 동공 영상의 여러 지점으로 회절시키는 실시예에서, 이러한 회절된 빔들은 동공 면의 다른 소스 포인트들로부터 반사하거나 회절된 빔들과 간섭을 일으키지 않을 것이다. 이로써 종래의 현미경으로 충분히 분석되지 않거나 광학적으로 분석되지 않은 회절시키거나 산란시키는 표면 구조의 분석을 위한 모델링 문제를 단순화할 수 있다.

편광 광 경로차(OPD) 스캔은 현미경의 영상화 부분이나 조명 부분에 도입될 수 있다. 따라서, 편광 광 경로차(OPD)는 테스트 표면으로부터 광이 반사되기 이전에 또는 이후에 스캐닝될 수 있다. 다른 가능성은 현미경 대물렌즈 바로 앞에 편광 광 경로차(OPD) 스캐너를 위치시켜, 조명 광과 영상화 광이 모두 스캐너를 통과하도록 하는 것이다. 이러한 실시예에서, 현미경 대물렌즈, 편광 광 경로차(OPD) 스캐너 및 편광 분석기는 종래의 현미경의 표준 영상화 대물렌즈 또는 종래의 간섭 현미경의 간섭 대물렌즈를 편리하게 대체하는 단 하나의 서브시스템으로 패키화될 수 있다.

일반적으로, 제1 측면에서, 본 발명은 현미경을 사용하여 테스트 물체로부터 반사된 광을 검출기로 보내는 단계; 광의 직교 편광 상태들 간에 광 경로차(OPD)을 변화시키는 단계; 직교 편광 상태들 간에 광 경로차(OPD)를 변화시키는 동안에 상기 검출기로부터 신호를 취득하는 단계; 및 상기 취득된 간섭 신호에 기초하여 상기 테스트 물체에 관한 정보를 결정하는 단계를 포함하는 방법이 특징이다.

상기 방법의 구현은 다음의 특징들 및/또는 다른 측면의 특징들을 포함한다. 예를 들면, 정보를 결정하는 단계는 상기 신호를 인버스(inverse) 광 경로차(OPD) 도메인(domain)(예컨대, 공간 주파수 도메인)으로 변환하는 단계(예컨대, 푸리에 변환(Fourier transform) 사용)를 포함할 수 있다.

상기 직교 편광 상태들 간에 광 경로차(OPD)를 변화시키는 동안에는 다수의 신호가 취득될 수 있는데, 각 신호는 상기 검출기의 상이한 검출기 요소에 대응한다. 상기 테스트 물체에 관한 정보는 상기 다수의 취득된 신호에 기초하여 결정될 수 있다.

상기 현미경은 상기 테스트 물체를 상기 검출기 상에 영상화하도록 구성될 수 있다. 다르게는, 상기 현미경은, 상기 현미경의 동공 면을 상기 검출기 상에 영상화하도록 구성될 수 있다.

상기 직교 편광 상태들 간의 광 경로차(OPD)는 광을 공급하는 광원의 가간섭성 길이보다 큰 양으로 변화될 수 있다. 예를 들면, 저 가간섭성 광원의 경우, 상기 광 경로차(OPD)는 약 2 미크론 이상(예컨대, 약 5 미크론 이상, 약 10 미크론 이상) 변화될 수 있다. 어떤 실시예에서, 상기 광 경로차(OPD)는 100 미크론 이하(예컨대, 50 미크논 이하, 약 20 미크론 이하)로 변화될 수 있다. 상기 직교 편광 상태들 간의 광 경로차(OPD)는 상기 테스트 물체로부터 광이 반사하기 이전 및/또는 이후에 변화될 수 있다.

상기 광은 저 가간섭성 광원에 의해 공급될 수 있다. 상기 광원은 광대역 광(broadband light)(예컨대, 약 5 nm 이상, 약 10 nm 이상, 약 50 nm 이상, 약 100 nm 이상의 스펙트럼 반치폭(spectral full width at half maximum)을 가짐)일 수 있다. 상기 광은 단색광(monochromatic light)일 수 있다. 상기 광은 점 광원(point source)에 의해 공급될 수 있다. 다르게는, 상기 광은 공간상 확장된 광원(spatially extend soure)에 의해 공급될 수 있다.

상기 테스트 물체는 상기 현미경에 의해 분석되지 않은 표면 형상부(surface feature)를 포함할 수 있고, 상기 테스트 물체의 관한 정보를 결정하는 단계는 광학적으로 분석되지 않은 표면 형상부에 관한 정보를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 광학적으로 분석되지 않은 표면 형상부에 관한 정보는 상기 표면 형상부의 높이 프로파일, 상기 표면 형상부의 에칭 깊이(etch depth), 상기 표면 형상부의 단 높이(step height), 상기 표면 형상부의 측벽 각도(sidewall angle), 상기 표면 형상부의 피치(pitch), 및/또는 상기 표면 형상부의 선폭(linewidth)을 포함할 수 있다. 상기 표면 형상부에 관한 정보는 상기 표면 형상부의 임계 치수(critical dimension, CD)일 수 있다.

상기 표면 형상부에 관한 정보를 결정하는 단계는 간섭 신호 또는 상기 간섭 신호로부터 얻은 정보를 표면 형상부 모델의 세트와 연관된 모델링된 신호의 세트 또는 상기 표면 형상부 모델의 세트와 연관된 모델링된 간섭 신호의 세트로부터 얻은 정보를 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 표면 형상부에 관한 정보를 결정하는 단계는 모델 표면 형상부의 밀결합 파동 분석(rigorous coupled wave analysis)에 기초하여 모델링된 간섭 신호 또는 상기 모델링된 간섭 신호로부터 얻은 정보를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 표면 형상부는 회절성 구조체(diffractive structure)일 수 있다. 상기 테스트 물체는 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다. 상기 테스트 물체는 평판 디스플레이의 구성요소를 포함할 수 있다.

일반적으로, 다른 측면에서, 본 발명은 테스트 물체에 충돌하도록 제1 빔과 제2 빔을 보내는 단계; 상기 제1 빔과 상기 제2 빔 간에 광 경로차(OPD)를 변화시키는 동안에 공통의 검출기를 사용하여 상기 테스트 물체로부터 반사된 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔을 검출하는 단계; 상기 제1 빔과 상기 제2 빔 간에 광 경로차(OPD)를 변화시키는 동안에 상기 검출된 빔들의 세기 변화에 대응하는 신호를 취득하는 단계; 및 취득된 간섭 신호에 기초하여 상기 테스트 물체의 정보를 결정하는 단계를 단계를 포함하고, 상기 제1 빔과 상기 제2 빔은 공통의 광원으로부터 얻어지고 직교 편광 상태들을 가지는 방법이 특징이다.

상기 방법의 구현은 하나 이상의 다음의 특징들 및/또는 다른 측면의 특징들을 포함한다. 예를 들면, 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔은 공통의 경로를 따라 상기 테스트 물체에 충돌할 수 있다.

일반적으로, 다른 측면에서, 본 발명은 테스트 물체에 충돌하도록 광을 보내고 상기 테스트 물체로부터 반사되도록 광을 검출기에 보내도록 구성된 현미경; 및 상기 현미경에 의해 상기 검출기로 보내진 광의 직교 편광 상태들 간에 광 경로차(OPD)를 변화시키도록 구성되어 배치된 편광 광 경로차(OPD) 스캐너를 포함하는 장치가 특징이다.

상기 장치의 실시예는 하나 이상의 다음의 특징을 포함 및/또는 본 발명의 다른 측면의 방법을 실시하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 장치는 상기 검출기에 연결되고 변화된 광 경로차(OPD)에 따른 상기 검출기로부터의 신호를 수신하도록 구성된 전자 프로세서를 포함한다. 상기 전자 프로세서는 또한 상기 편광 광 경로차(OPD) 스캐너에 연결될 수도 있고 상기 광 경로차(OPD)의 변화를 상기 검출기에 의한 신호의 취득에 따라 조정(co-ordinate)하도록 구성될 수 있다. 상기 전자 프로세서는 상기 신호에 기초하여 상기 테스트 물체에 관한 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 전자 프로세서는 상기 신호를 인버스 광 경로차(OPD) 도메인으로 변환하고 상기 변환된 신호에 기초하여 상기 테스트 물체에 관한 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 전자 프로세서는 상기 테스트 물체의 표면 형상부의 모델링과 관련된 정보의 라이브러리를 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 연결될 수 있으며, 상기 전자 프로세서는 상기 신호 또는 상기 신호로부터 얻은 정보를 상기 라이브러리와 비교하여 상기 테스트 물체에 관한 정보를 결정하도록 구성될 수 있다.

상기 검출기는 픽실레이티드 검출기(pixilated detector)일 수 있으며, 각 화소는 상기 광을 검출하는 동안에 대응하는 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 현미경은, 상기 현미경의 동공 면을 상기 검출기 상에 영상화하도록 구성된 하나 이상의 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 광학 구성요소는 버트랜드 렌즈(Bertrand lens)를 형성할 수 있다. 상기 현미경은 상기 테스트 물체를 상기 검출기 상에 영상화하도록 구성된 하나 이상의 광학 구성요소를 포함할 수 있다.

상기 현미경은 대물렌즈를 포함할 수 있고, 상기 편광 광 경로차(OPD) 스캐너는 상기 대물렌즈와 상기 검출기 사이에 위치될 수 있다. 상기 현미경은 상기 테스트 물체로부터 반사된 광을 상기 검출기에로 편광시키는 분석기(예컨대, 선형 편광기(linear polarizer))를 포함할 수 있다.

상기 장치는 상기 현미경에 광을 보내도록 광원을 포함할 수 있다. 상기 편광 광 경로차(OPD) 스캐너는 상기 광원과 상기 현미경 사이의 광 경로에 위치될 수 있다. 상기 광원은 광대역 광원 또는 단색 광원일 수 있다. 상기 광원은 저 가간섭의 광원일 수 있다. 상기 광원은 점 광원 또는 공간상 확장된 광원일 수 있다.

상기 편광 광 경로차(OPD) 스캐너는 상기 광을 각각 직교 편광 상태(예컨대, 직교 선형 편광 상태들)을 갖는 두 개의 분리된 광으로 분할하고, 상기 빔들을 별개의 경로를 따라 보낼 수 있으며, 여기서 상기 경로 중 적어도 하나는 가변 경로이다. 상기 편광 광 경로차(OPD) 스캐너는 메카노광(mechano-optical) 편광 광 경로차(OPD) 스캐너일 수 있다. 상기 편광 광 경로차(OPD) 스캐너는 전광(electrooptical) 편광 광 경로차(OPD) 스캐너일 수 있다. 상기 편광 광 경로차(OPD) 스캐너는 자기광(magnetooptical) 편광 광 경로차(OPD) 스캐너일 수 있다.

상기 장치는 웨이퍼 또는 평판 디스플레이 공장 내에 설치되어 마이크로칩 또는 평판 디스플레이의 제조 시 여러 단계를 평가하기 위한 도량형 도구(metrology tool)로서 사용될 수 있다.

다른 이점들 중에서, 실시예들은 종래의 간섭 현미경에 비해 진동에 대해 낮은 민감도를 가질 수 있다. 예를 들면, 일시예들은 진동에 대해 둔감하기 때문에, 일정한 실시예에서, 간섭하는 광 빔들은 모두 물체 표면으로부터 모두 반사한다. 따라서, 실시예들은 현미경을 진동에 노출시키는 환경에서 사용될 때, 종래의 간섭 현미경보다 더욱 정확한 측정을 제공할 수 있다. 다른 이점은, 개시된 기술을 구현하기 위해 종래의 현미경을 쉽게 개조할 수 있다는 것이다. 예를 들면, 편광 광 경로차(OPD) 스캐너는 광원과 영상화 광학부품(imaging optics) 사이와 같은, 광 경로의 액세스 가능한 부분에서 현미경에 쉽게 부가될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예 대한 세부사항을 첨부도면 및 이하의 설명에서 제시한다. 다른 특징들 및 이점들은 설명, 도면, 및 특허청구범위로부터 명백해질 것이다.

도 1은 간섭 시스템(interferometry system)의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 간섭 시스템의 예에서 동공 면 전체의 모델링된 위상 및 세기 각각의 선도이다.
도 3은 간섭 시스템의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 광대역 조명을 가정한 편광 광 경로차(OPD) 스캐닝 동안에 단일 화소에 대해 두 개의 직교 편광 상태를 혼합할 때 생성된 예시적인 간섭 신호의 선도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 신호의 푸리에 변환을 나타낸 선도이다.
도 6은 간섭 시스템의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7a - 도 7c는 간섭 시스템의 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 8은 메카노광 편광 광 경로차(OPD) 시프터의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9는 메카노광 편광 광 경로차(OPD) 시프터의 실시예를 나타낸 도면이다.
여러 도면에서 유사한 도면부호는 유사한 구성요소를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 시스템(100)은 현미경(101), 광대역 저 가간섭성의 광원(110), 편광 광 경로차(OPD) 스캐너(이하, 간단히 스캐너라고도 한다)(130), 및 전자 컨트롤러(120)(예컨대, 컴퓨터)를 포함한다.

현미경(101)은 대물렌즈(170), 광원 영상화 렌즈(source imaging lens)(165), 빔 스플리터(160), 버트랜드 렌즈(150), 및 카메라(140)(예컨대, 화소 어레이를 포함하는 디지털 카메라)를 포함한다. 직교 좌표계(Cartesian coordinate system)가 참고로 제공된다.

동작중에, 광원(110)로부터의 광은 렌즈(112)를 통해 스캐너(130)로 보내지고, 이것이 광의 직교 편광 상태들 간에 광 경로차(OPD)를 변화시킨다. 스캐너(130)와 현미경(101) 사이에 위치된 시야 조리개(field stop)(132)는 스캐너(130)에 존재하는 광을 조리개로 졸라(stop down), 광 빔을 현미경(101)에 공급한다.

빔 스플리터(160)(비편광 빔 스플리터)는 대물렌즈(170)를 통해 테스트 물체(180)로 광을 보낸다. 따라서, 테스트 물체(180)의 표면(181)이 직교 선형 편광 상태들을 갖는 광에 의해 조명된다. 테스트 물체(180)에 의해 반사된 광은 대물렌즈(170)를 통해 되돌아가고 빔 스플리터(160) 및 버트랜드 렌즈(150)를 통해 카메라(140)에 전송된다. 현미경(101)은 또한 편광되고 혼합된 빔을 카메라(140)에 공급하는 직교 편광 상태들을 샘플링하도록 구성된 편광 믹서(145)(예컨대, 분석기)를 포함한다. 예를 들면, 편광 믹서(145)는 테스트 표면(181)으로부터 반사된 광의 직교 편광 상태들에 대해 45'로 지향된 전송 축을 갖는 분석기를 포함할 수 있다.

도시된 바와 같이, 버트랜드 렌즈(150)은 제1 렌즈(152) 및 제2 렌즈(154)를 포함하고, 대물렌즈(170)의 동공 면(151)을 카메라(140) 상에 영상화하도록 구성된다. 카메라(140)와 편광 광 경로차(OPD) 스캐너(130)는 전자 컨트롤러(120)에 연결되어 있다. 편광 광 경로차(OPD) 스캐너(130)는 전자 컨트롤러(120)가 카메라 세기 데이터를 기록하는 동안에 광원(110)으로부터 방사된 광의 직교 편광 상태들 간에 광 경로의 변화를 도입한다. 동공 면의 각 지점은 특정한 입사각 및 표면(181) 상의 입사광에 대한 특정한 편광 방향을 나타내기 때문에, 편광 스캔은 편광의 간섭에 의해, 카메라 화소마다, 입사각과 입사 편광의 특정한 조합에 대해 표면(181)의 반사 특성에 관한 정보를 포함하는 신호를 생성한다.

대물렌즈(170)는 높은 개구수(NA)의 대물렌즈일 수 있다. 예를 들면, 대물렌즈(170)는 약 0.4 이상(예컨대, 0.5 이상, 0.7 이상)의 개구수(NA)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 대물렌즈(170)는 1 이상의 개구수(NA)를 가질 수 있다(예컨대, 대물렌즈(170)는 개구수(NA)를 1보다 크게 증가시키기 위해 침액(immersion fluid)과 함께 사용될 수 있다).

이론에 구속되기를 원하지는 않지만, 주어진 화소에 대한 결과 신호는 식 (1)에 의에 수학적으로 표현될 수 있다.

위 식에서

그리고

여기서, Ω는 동공 면의 방위각(azimuthal angle)이고, r_p 및 r_s는 입사각 φ에 대응하는 테스트 표면의 s-편광 반사율 및 p-편광 반사율이다. 예를 들면, ω = v2π/λ, 여기서 v는 광 경로차(OPD)가 변화하는 레이트이고 λ는 파장이다.

사인 조건(sine condition)을 따르는 영상화 시스템의 경우, 입사각 φ은 식 (5)에 의해 동공 면의 위치 x, y로부터 따른다.

위 식에서 ρ는 동공의 최대 반지름이다. 실리콘 카바이드 표면의 동공 면 전체의 위상 θ 및 평균 세기 Ix + Iy에서의 변화는 도 2a 및 도 2b에 각각 도시되어 있다. 위상 범위는 81도이고 동공 전체의 세기 변화는 50%이다. 이 데이터의 경우, 대물렌즈의 개구수(NA)는 0.8이다.

데이터를 취득한 후, 여러 방식으로 신호를 처리하여 테스트 물체에 관한 정보를 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 신호 처리는 신호의 일부 또는 전부를 전술한 바와 같은 인버스 차원(inverse dimension)으로 변환하는 것을 포함한다. 이러한 변환은 신호의 푸리에 변환을 포함할 수 있다. 신호와 변환은 예를 들면 표면 지형에서의 시야 변화(field variation), 광학계 파라미터, 및/또는 막 두께로 인해 화소마다 다를 수 있다. 변환은 주파수 도메인 분석(Frequency domain Analysis, FDA)) 또는 그 확장 동안에 수행될 수 있다. 예시적인 주파수 도메인 분석(FDA) 방법은 발명의 명칭이 "METHOD AND APPARATUS FOR SURFACE TOPOGRAPHY MEASUREMENTS BY SPATIAL-FREQUENCY ANALYSIS OF INTERFEROGRAMS"인 미국특허 제5,398,1 13호 및 발명의 명칭 "PROFILING COMPLEX SURFACE STRUCTURES USING HEIGHT SCANNING INTERFEROMETRY"로 2003년 3월 8일에 출원된 미국특허출원 제10/795,808호에 기술되어 있으며, 이 특허문헌들의 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 그러나, 신호의 처리는 변환을 필요로 하지 않는다는 것을 알아야 한다. 예를 들면, 간섭 포락선의 최대값은 신호를 변환하지 않더라도 테스트 물체에 관한 정보를 제공할 수 있다.

데이터 분석은 신호 또는 신호로부터 얻은 정보(예컨대, 신호의 주파수 스펙트럼)를, 예컨대, 기지의 표면 구조[예컨대, 모델링된 구조 또는 스캐닝 프로브(scanning probe) 또는 전자 현미경법(electron microscopy)과 같은 다른 기법에 의해 그 특성이 결정된 구조]에 대응하는 데이터의 기존 라이브러리와 비교하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 여기에 설명된 시스템은, 광학적으로 분석되지 않은 격자(grating), 비아(via), 트렌치(trench), 또는 메사(mesa)와 같은, 테스트 물체의 광학적으로 분석되지 않은 표면 형상부에 관한 정보를 결정하는 데 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 표면 특징화(surface characterization)에 사용된 종래 기법들(예컨대, 엘립소메트리 및 반사광 측정(reflectometry))이 데이터에 적용될 수 있다. 예를 들면, 측정된 데이터와 라이브러리에 저장된, 광학 구조체의 모델로부터 얻은 대응하는 함수의 차를 최소화 함으로써 최적화 과정(예컨대, 최소 제곱 적합도)을 사용하여 테스트 물체의 형상부에 대한 미지의 구조 파라미터를 추정할 수 있다.

시스템의 현미경(101)은 동공 면을 카메라 상에 영상화하도록 구성되지만, 다른 구성도 또한 가능하다. 예를 들면, 일부 실시예에서는, 테스트 표면(181)을 카메라(140)에 영상화하도록 현미경을 구성할 수도 있다. 도 3을 참조하면, 예를 들어, 도 3은 이렇게 구성된 시스템(200)을 보여준다. 특히, 버트랜드 렌즈 외에, 현미경(101)은 테스트 표면(181)을 카메라(140) 상에 영상화하는 튜브 렌즈(250)를 포함한다.

편광 광 경로차(OPD) 스캔은, 카메라 화소마다, 대물렌즈의 모든 조명 각도에 걸쳐 통합된, 테스트 표면 상의 특정 지점들에 대한 반사 특성에 관한 정보를 포함하는 신호를 생성한다. 따라서, 특정한 화소의 경우는 식 (6)과 같다.

이것은 테스트 물체 표면 상의 특정한 지점 각각의 광학 특성의 특징인 시간의 함수로서의 세기를 얻는다. 더욱 상세한 것은, 예를 들면, 동공 면에 개구들을 배치하여, 예컨대 동공의 영역을 고립시키고 물체 표면 상의 위치에 따라 동공의 이들 영역에 대해 통합된 간섭이 얼마나 변하는지를 검사함으로써 선택적으로 수집될 수 있다. 예를 들면, 환형 개구(annular aperture)를 사용하여 테스트 표면(181)에서 일정한 입사각을 고립시킬 수 있다. 다른 예로서, 2극성(dipolar) 또는 4극성(quadrupolar)의 개구를 사용할 수 있다.

전술한 시스템에서, 편광 광 경로차(OPD) 스캐너(130)는 광원(110)과 현미경(101) 사이의 광 경로에 위치되어 있다. 그러나, 다른 구성도 가능하다. 예를 들면, 도 6을 참조하면, 시스템(600)은 빔 스플리터(160)와 대물렌즈(170) 사이의 광 경로에 편광 광 경로차(OPD) 스캐너(630)을 포함할 수 있다. 이 구성에서는, 광이 편광 광 경로차(OPD) 스캐너를 통과하는 이중 패스(double pass)를 만들어서, 적어도 일정한 광선들의 경우, 직교 편광 상태들 간의 광 경로차(OPD)는, 광이 스캐너를 통과하는 단일 패스를 만들도록 위치된 편광 광 경로차(OPD) 스캐너에 대응하는 양의 대략 2배가 될 것이다. 이 구성이 튜브 렌즈(250)를 포함하고 표면(181)을 카메라(140) 상에 영상화하도록 구성되어 있지만, 이와는 달리 현미경은 시스템(100)에 도시된 바와 같이 버트랜드 렌즈를 포함할 수도 있고, 동공 면(151)을 카메라(140) 상에 영상화하도록 구성될 수도 있다.

시스템(600)에서, 편광 광 경로차(OPD) 스캐너(130) 및 편광 믹서(645)는 현미경 대물렌즈 바로 앞에 배치되어 있다. 이 방식의 이점은 수 개의 장치 구성요소를 표면 분석 서브시스템(601)에 결합할 수 있다는 것이다. 예를 들면, 이 서브시스템을 종래의 현미경 또는 간섭 현미경 플랫폼과 양립 가능하게 만들 수 있으므로, 개신된 기법의 구현을 단순화할 수 있다. 예를 들면, 현미경의 종래 대물렌즈를 이 서브시스템으로 교체할 수 있다.

시스템(600)의 경우는, 방위각이 Ω = 0° ,90° ,180°, 270°인 x, y 편광 축이 가장 단순한 경우에, 고정 동공면 영상화의 분석은 식 (1)과 동일하다. 다른 방위각들의 경우, 상기 분석은 이중 패스로 인해 더욱 복잡할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 유용한 정보를 제공한다. 영상화의 경우에, 도 6에 도시된 바와 같이, 식 (6)과 유사한 방식으로 여러 가지 변조가 통합된다.

도 7a - 도 7c에 상이한 현미경 시스템들의 개략도가 도시되어 있다. 구체적으로, 도 7a를 참조하면, 일부 실시예에서, 현미경 시스템(701)은 전자 컨트롤러(710), 편광 광 경로차(OPD) 스캐너(720), 공간상 확장된 광원(730), 및 편광 광 경로차(OPD) 스캐너(720)를 통해 온 광원으로부터의 광을 현미경 대물렌즈(750)를 통해 테스트 표면(760)으로 보내는 빔 스플리터(740)를 포함한다. 테스트 표면(760)에서 반사된 광은 현미경 대물렌즈((750)를 통해 빔 스플리터(740)로 되돌아가서 표면 영상화 렌즈(790) 및 편광 믹서(780)를 통해 카메라(770)에 보내진다.

선택적으로, 표면 영상화 렌즈(790)는 동공 면(예컨대 버트랜드) 렌즈(791)로 교체될 수 있다. 전자 컨트롤러(710)는 편광 광 경로차(OPD) 스캐너(720) 및 카메라(770)에 연결되고 이들의 동작을 제어된다.

도 7b를 참조하면, 다른 현미경 시스템(702)은 현미경 시스템(701)의 다른 구성요소와 함께 광대역의 광원(732) 및 롱 스캔(long scan) 편광 광 경로차(OPD) 스캐너(722)를 포함한다. 여기서 "롱 스캔"은 광원의 가간섭성 길이보다 큰 길이를 다루는 스캔을 의미한다. 예를 들면, 일반적인 백색 광원은, 더 짧은 가간섭성 길이가 더 넓은 대역폭에 대응하면서, 대략 2 내지 10 미크론의 가간섭성 길이를 가진다. 따라서, 일부 실시예에서, 롱 스캔은 대략 2 내지 10 미크론 범위 내일 수 있다.

도 7c를 참조하면, 다른 현미경 시스템(703)은 현미경 시스템(701)의 다른 구성요소와 함께 광원(734) 및 편광 광 경로차(OPD) 스캐너(724)를 포함한다. 여기서 편광 광 경로차(OPD) 스캐너(724)는 광원과 빔 스플리터(740) 사이가 아니라 빔 스플리터(740)와 현미경 대물렌즈(750) 사이의 광 경로에 배치되어 있다.

편광 광 경로차(OPD) 스캐너는 전술한 현미경 시스템의 다른 곳에 배치될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 편광 광 경로차(OPD) 스캐너는 빔 스플리터(740)와 카메라(770) 사이에 배치될 수 있다.

일반적으로, 광원(110)에는 각양각색의 상이한 유형의 광원이 사용될 수 있다. 예를 들면, 광원(110)은 광대역 광원(예컨대, 광대역 LED 광원, 형광 광원, 백열광 광원, 아크 램프) 또는 단색 광원(예컨대, 레이저 다이오드와 같은, 레이저 광원, 또는 협대역 통과 필터와 함께 사용되는 광대역 광원)일 수 있다.

광대역 광원은, 예를 들면, 적어도 6 nm, 적어도 12.25 nm, 적어도 25 nm, 적어도 50 nm, 적어도 100 nm, 또는 적어도 150 nm의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 갖는 파장 스펙트럼을 가질 수 있다.

광원(110)은 공간상 확장된 광원 또는 점 광원(point source)일 수 있다. 예컨대 동공 면 또는 테스트 표면 영상화를 사용하는 일정한 실시예에서, 광원(110)은 스펙트럼상 광대역일 수 있고, 테스트 표면을 적어도 두 개의 파장으로 동시에 조명할 수 있다. 이 경우에, 편광 광 경로차(OPD) 스캔은, 50 nm 파장의 중심에 있는 100 nm 폭의 연속하는 광대역 스펙트럼과 함께 관찰될 신호를 나타내는, 도 4에 도시된 것과 유사한 변조된 신호를 생성한다. 간섭 효과의 국지화는, 다양한 파장이 두 개의 편광 상태 사이에 제로 광 경로차(OPD) 위치에서만 일치하는 중접하는 간섭 신호를 생성할 수 있다는 사실에 의해 발생된다. 도 4에서 신호의 푸리에 변환은 신호를 그 구성요소 파장으로 나누어, 컴퓨터가 둘 이상의 파장 각각에 대한 간섭 신호 기여의 강도는 물론 두 편광 상태 사이의 상대적인 위상을 결정할 수 있게 한다. 도 5는 도 4의 신호에 대한 푸리에 변환의 크기를 나타낸다. K로 표시된 공간 주파수는 광원 스펙트럼의 각주파수 k에 선형적으로 비례한다. 여기서, k_o= 2π/500 nm.

이제 편광 광 경로차(OPD) 시프터(130, 630)으로 돌아가면, 일반적으로, 직교 편광에 대해 하나의 편광 상태를 시프팅할 수 있는 임의의 디바이스가 사용될 수 있다. 이들에는 전자광 편광 광 경로차(OPD) 스캐너, 자기광 편광 광 경로차(OPD) 스캐너, 및 메카노광 편광 광 경로차(OPD) 스캐너를 포함한다. 전자광 편광 광 경로차(OPD) 스캐너 및 메카노광 편광 광 경로차(OPD) 스캐너는 각각 전자계로 하나의 편광 상태의 광 경로차(OPD)를 다른 것으로 변화시킨다.

일반적으로, 이들은 전계 또는 자계의 존재에 따라 광학 특성이 변화하는 구성요소를 포함한다. 구성요소는 액정 셀 및 전자광 결정(electro- optic crystal)을 포함하고, 예를 들면, 메카노광 편광 시프터는 이동 구성요소(moving components)를 활용하여 편광 상태들 간에 광 경로차(OPD)를 변화시킨다. 도 8을 참조하면, 광 경로차(OPD) 스캐너(800)는 미켈슨 간섭계(Mickelson interferometer)를 포함한다. 편광 빔 스플리터(810)는 들어오는 광을 직교 편광 상태를 갖는 두 개의 빔으로 분할하여 이 두 개의 빔을 상이한 경로를 따라 보낸다. 도 8에서는, 상이한 경로를 x 편광 레그와 y 편광 레그로 각각 표시하고 있다. x 편광 레그는 빔 스플리터(810)에 대해 고정된 미러(850)를 포함한다. y 편광 레그는 빔 스플리터(810)에 대한 미러(840)의 위치를 스캐닝하도록 구성된 액추에이터(860)(예컨대, PZT 액추에이터)에 연결된 미러(840)를 포함한다. 미러(840, 850)에서 반사된 공은 빔 스플리터(810)에 의해 재결합되고 광 경로차(OPD) 스캐너(800) 밖으로 보내진다. 필요에 따라 출력 광을 보내기 위해 추가적인 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 또한 광 경로차(OPD) 스캐너(800)에는 렌즈(822, 824, 826, 828) 및 1/4 파장판(quarter wave plate)(812, 814)가 각각 포함되어 있다. 1/4 파장판(812, 814)은 필요에 따라 예를 들면, 광대역 광원과 함께 사용되는 경우, 무색의 1/4 파장판일 수 있다.

삭제

도 9를 참조하면, 편광 광 경로차(OPD) 스캐너(900)의 다른 예는 한 쌍의 분극화(polarizing) 빔 스플리터940, 950)을 포함하는데, 분극화 빔 스플리터(950)는 미러(910)로부터 입력 빔을 수광하도록 배치될 수있다. 분극화 빔 스플리터(950)는 고정된 경로(20)를 따라 들어오는 광의 하나의 편광 상태에 대응하는 제1 빔을 분극화 빔 스플리터(940)에 보낸다.

직교 편광 상태에 대응하는 다른 빔은 다른 미러(932)에서 반사되어 분극화 빔 스플리터(940)에 의해 제1 빔과 결합되어 출력 빔을 생성한다. 미러(930)의 위치를 변화시키도록 구성된 액추에이터(932) 상에는 미러(930)가 탑재되어, 빔 스플리터(940)과 빔스플리터(950) 사이에서 제2 빔의 광경로 길이를 변화시킨다.

다른 메카노광 구성도 가능하다.

일반적으로, 편광 광 경로차(OPD) 스캐너의 스캔 범위는 변할 수 있다.

광대역 광원을 통합하는 실시예는, 스캔 범위는 적어도 광원의 가간섭성 길이, 예컨대, 전형적인 백색 광원의 경우 수 미크론을 포함하여야 한다. 일부 실시예에서, 스캔 범위는 약 1 내지 100 λ의 범위 내일 수 있으며, 여기서 λ는 광원의 대표적인 파장(예컨대, 피크 파장)이다.

일반적으로, 현미경 시스템 및 편광 광 경로차(OPD) 시프터의 일정한 실시예를 설명하였지만, 다른 실시예들도 또한 가능하다. 예를 들면, 전술한 시스템에 하나 이상의 추가 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 현미경 및/또는 광 경로차(OPD) 시프터는 하나 이상의 광학 필터 또는 테스트 물체의 직접 관찰하기 위한 대안 렌즈와 같은 추가 구성요소를 포함할 수 있다.

이상에 개시한 시스템은 21개의 다양한 애플리케이션에 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 시스템은 막 두께, 재료 굴절률(material index), 및 광학적으로 분석되지 않은 표면 구조를 포함하는, 테스트 물체(180)의 표면 구조를 분석하는 데 사용될 수 있다.

분석될 수 있는 테스트 물체의 유형은 반도체 웨이퍼, MEMS 디바이스, 광학 구성요소, 평판 디스플레이, 및 일반적인 범용 R&D 및 생신 제어 용도를 포함한다.

다른 애플리케이션 중에서, 상기 기술(방법)은 반도 제조 시에 프로세스 제어에 적용될 수 있다. 이것의 일례는 프로세스중의 임계 치수(CD)의 모니터링이며, 미크론 및 나노미터 규모의 많은 하이테크놀러지 부품의 제조에 중심이 된다. 예로는, 동상감 연결(copper-damascened connection)은 물론, 트랜지스터 및 로직 생성과 같은 반도체 IC 프로세스가 포함된다. 넓게 정의되는 임계 치수(CD)는 측 방향의 치수, 에칭 깊이, 막 두께, 단 높이, 측벽 각도 및 반도체 디바이스이 성능에 영향을 미치는 관련된 물리 치수를 포함한다. 임계 치수(CD) 도량형은 프로세스 제어, 및 제조중에 특히 에칭, 폴리싱, 세정 및 패터닝과 같은 프로세스의 결과로서 발생하는 결함 검출을 제공한다. 또, 임계 치수(CD) 도량형에 의해 암시되는 기본 측정 능력은, 예컨대 디스플레이, 나노구조체(nanostructures) 및 회절 광학 기기(iffractive optics)를 포함하는 반도체 IC 제조 이외의 폭넓은 애플리케이션을 가질 수 있다.

더욱 일반적으로, 전술한 기법은 다음의 표면 분석 문제: 단순한 박막; 다층 박막; 회절절시키거나 그렇지않으면 복잡한 간섭 효과를 생성하는 예리한 에지 및 표면 형상부; 분석되지 않은 표면 거칠기; 예컨대 다른 매끈한 표면 상의 서브파장 폭 그루브와 같은, 분석되지 않은 표면 형상부; 상이한 재료; 표면의 편광 의존성(polarization-dependent) 특성; 간섭 현상의 입사각 의존성 섭동(incident-angle dependent perturbation)을 초래하는 표면 또는 변형 가능한 표면 형상부의 굴절, 진동 또는 움직임 중 어느 하나에 대해 사용될 수 있다. 단순한 박막의 경우에, 관심대상 가변 파라미터는 막 두께, 막의 굴절률, 기판의 굴절률, 또는 그 이들의 일정한 조합일 수 있다. 상이한 재료의 경우에, 예를 들면, 표면은 박막과 고체 금속의 조합을 포함할 수 있고, 각도 의존성 표면 특성의 조화(fit)는 대응하는 간섭 세기 신호와의 일치(match)에 의해 막 또는 고체 금속을 자동으로 식별하기 위해 양자의 표면 구조 유형을 포함할 것인 이론적인 예측의 라이브러리에 대해 이루어질 것이다.

전술한 컴퓨터 분석 방법 중 어느 것이든 하드웨어나 소프트웨어, 또는 이 둘의 조합으로 구현될 수 있다. 상기 방법들은 여기에 기술된 방법 및 도면을 따라 표준 프로그래밍 기법을 사용하여 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 프로그램 코드는 여기에 기술된 기능을 구현하기 위한 입력 데이터로 인가되어 출력 정보를 생성할 수 있다. 출력 정보는 디스플레이 모니터와 같은 하나 이상의 출력 디바이스에 인가된다. 각 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하기 위해 하이 레벨 절차 또는 객체 지향 프로그래밍 언어로 구현될 수 있다. 그러나, 프로그램은 원한다면 어셈블리 또는 기계 언어로 구현될 수 있다. 어떤 경우든, 상기 언어는 컴파일드 또는 인터프리티드 언어(compiled or interpreted language)일 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 그것을 목적으로 사전 프로그램된 전용 집적회로에서 실행할 수 있다.

이러한 컴퓨터 프로그램 각각은, 범용 또는 특수 목적용 프로그래머블 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체 또는 디바이스(예컨대, ROM 또는 자기 디스켓)에 저장되는 것이 바람직하며, 여기에 기술된 절차를 수행하도록 컴퓨터에 의해 저장 매체 또는 디바이스가 판독될 때 컴퓨터를 구성 및 동작시킨다. 상기 컴퓨터 프로그램은 또한 프로그램 실행 시에 캐시 메모리 또는 메인 메모리에 상주할 수 있다. 분석 방법 또한 컴퓨터 프로그램으로 구성된, 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체로써 구현될 수 있으며, 저장 매체는 컴퓨터로 하여금 특정한 미리 정해진 방식으로 여기에 기술된 기능들을 수행하게 하도록 구성된다.

따라서, 다른 실시예들은 다음의 특허청구범위의 범위 내에 든다.

Claims

현미경을 사용하여 직교 편광 상태들을 갖는 성분들을 포함하는 광을 테스트 물체로 보내고, 상기 테스트 물체로부터 반사된 상기 광을 검출기로 보내는 단계;
상기 광의 성분들 간에 광 경로차(optical path length difference, OPD)를 변화시키는 단계;
상기 성분들 간에 광 경로차(OPD)를 변화시키는 동안에 상기 검출기로부터 간섭 신호를 취득하는 단계; 및
상기 취득된 간섭 신호에 기초하여 상기 테스트 물체에 관한 정보를 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 정보를 결정하는 단계는 상기 간섭 신호를 인버스 광 경로차(OPD) 도메인으로 변환하는 단계를 포함하는, 방법.
제2항에 있어서,
상기 간섭 신호는 푸리에 변환을 사용하여 변환되는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 직교 편광 상태들 간에 광 경로차(OPD)를 변화시키는 동안에 복수의 신호가 취득되며, 각 신호는 상기 검출기의 상이한 검출기 요소에 대응하고, 상기 테스트 물체에 관한 정보는 상기 복수의 취득된 신호에 기초하여 결정되는, 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 현미경은 상기 테스트 물체를 상기 검출기 상에 영상화하거나, 또는 상기 현미경의 동공 면을 상기 검출기 상에 영상화하도록 구성되는, 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 광 경로차(OPD)는 광을 공급하는 광원의 가간섭성 길이보다 큰 양으로 변화되는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 직교 편광 상태들을 갖는 성분들 간에 상기 광 경로차(OPD)를 변화시키는 단계는, 상기 성분들을 상이한 경로를 따라 보내는 단계 및 상기 성분들이 상이한 경로 상에 있는 동안에 적어도 하나의 성분의 광 경로차를 변화시키는 단계를 포함하는, 방법.
제9항에 있어서,
상기 성분들은 상기 광이 상기 테스트 물체로부터 반사되기 이전에 상이한 경로를 따라 보내지는, 방법.
제10항에 있어서,
상기 성분들은 상기 광이 상기 테스트 물체로부터 반사되기 이전에 동일한 경로를 따라 재결합되는, 방법.
제10항에 있어서,
상기 성분들은 상기 광이 상기 테스트 물체로부터 반사된 이후에 동일한 경로를 따라 재결합되는, 방법.
제9항에 있어서,
상기 성분들은 상기 광이 상기 테스트 물체로부터 반사된 이후에 상이한 경로를 따라 보내지는, 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 테스트 물체는 상기 현미경에 의해 광학적으로 분석되지 않은 표면 형상부(surface feature)를 포함하고,
상기 테스트 물체의 관한 정보를 결정하는 단계는 상기 광학적으로 분석되지 않은 표면 형상부에 관한 정보를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제19항에 있어서,
상기 광학적으로 분석되지 않은 표면 형상부에 관한 정보는,
상기 표면 형상부의 높이 프로파일, 상기 표면 형상부의 에칭 깊이, 상기 표면 형상부의 단 높이, 상기 표면 형상부의 측벽 각도, 상기 표면 형상부의 피치, 또는 상기 표면 형상부의 선폭을 포함하는, 방법.
제19항에 있어서,
상기 표면 형상부에 관한 정보를 결정하는 단계는, 상기 간섭 신호를 표면 형상부 모델의 세트와 연관된 모델링된 신호의 세트와 비교하는 단계 또는 상기 간섭 신호로부터 얻은 정보를 표면 형상부 모델의 세트와 연관된 모델링된 신호의 세트로부터 얻은 정보와 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
제19항에 있어서,
상기 표면 형상부에 관한 정보를 결정하는 단계는, 모델 표면 형상부의 밀결합 파동 분석(rigorous coupled wave analysis)에 기초하여 모델링된 신호 또는 상기 모델링된 신호로부터 얻은 정보를 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
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제1항에 있어서,
상기 테스트 물체는 실리콘 웨이퍼 또는 평판 디스플레이의 구성요소를 포함하는, 방법.
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테스트 물체에 충돌하도록 제1 빔과 제2 빔을 보내는 단계;
상기 제1 빔과 상기 제2 빔 간에 광 경로차(OPD)를 변화시키는 동안에 공통의 검출기를 사용하여 상기 테스트 물체로부터 반사된 후의 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔을 검출하는 단계;
상기 제1 빔과 상기 제2 빔 간에 광 경로차(OPD)를 변화시키는 동안에 상기 검출된 빔들의 세기 변화에 대응하는 간섭 신호를 취득하는 단계; 및
상기 취득된 간섭 신호에 기초하여 상기 테스트 물체의 정보를 결정하는 단계를 단계
를 포함하고,
상기 제1 빔과 상기 제2 빔은 공통의 광원으로부터 얻어지고 직교 편광 상태들을 가지는, 방법.
제26항에 있어서,
상기 제1 빔 및 상기 제2 빔은 공통의 경로를 따라 상기 테스트 물체에 충돌하는, 방법.
광원;
상기 광원으로부터의 광을 테스트 물체에 충돌하도록 보내고, 상기 테스트 물체로부터 반사된 광을 검출기에 보내도록 구성된 현미경 ― 상기 광은 직교 편광 상태들을 가진 성분들을 포함함 ―; 및
상기 광의 성분들 간에 광 경로차(OPD)를 변화시키도록 구성된 편광 광 경로차(OPD) 스캐너
를 포함하는 장치.
제28항에 있어서,
상기 검출기에 연결되고, 변화된 광 경로차(OPD)에 따른 상기 검출기로부터의 신호를 수신하도록 구성된 전자 프로세서를 더 포함하고,
상기 전자 프로세서는 또한 상기 편광 광 경로차(OPD) 스캐너에 연결되고, 상기 검출기에 의한 신호의 취득에 따라 상기 광 경로차(OPD)의 변화를 조정하도록 구성되는, 장치.
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제28항에 있어서,
상기 검출기에 연결되고, 변화된 광 경로차(OPD)에 따른 상기 검출기로부터의 신호를 수신하도록 구성된 전자 프로세서를 더 포함하고,
상기 전자 프로세서는 상기 신호에 기초하여 상기 테스트 물체에 관한 정보를 결정하도록 프로그램되어 있으며, 상기 전자 프로세서는 상기 신호를 인버스 광 경로차(OPD) 도메인으로 변환하고, 상기 변환된 신호에 기초하여 상기 테스트 물체에 관한 정보를 결정하도록 프로그램되어 있는, 장치.
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제29항에 있어서,
상기 검출기에 연결되고, 변화된 광 경로차(OPD)에 따른 상기 검출기로부터의 신호를 수신하도록 구성된 전자 프로세서를 더 포함하고,
상기 전자 프로세서는 상기 테스트 물체의 표면 형상부의 모델링과 관련된 정보의 라이브러리를 저장하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 연결되고, 상기 전자 프로세서는 상기 신호 또는 상기 신호로부터 얻은 정보를 상기 라이브러리와 비교하여 상기 테스트 물체에 관한 정보를 결정하도록 프로그램되어 있는, 장치.
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제28항에 있어서,
상기 현미경은, 상기 현미경의 동공 면을 상기 검출기 상에 영상화하도록 구성된 하나 이상의 광학 구성요소를 포함하는, 장치.
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제28항에 있어서,
상기 현미경은 상기 테스트 물체를 상기 검출기 상에 영상화하도록 구성된 하나 이상의 광학 구성요소를 포함하는, 장치.
제28항에 있어서,
상기 현미경은 대물렌즈를 포함하고, 상기 편광 광 경로차(OPD) 스캐너는 상기 대물렌즈와 상기 검출기 사이에 배치되는, 장치.
제28항에 있어서,
상기 현미경은 상기 검출기 이전에 상기 테스트 물체로부터 반사된 광을 상기 검출기로 편광시키는 분석기를 포함하는, 장치.
제28항에 있어서,
상기 편광 광 경로차(OPD) 스캐너는 상기 광원과 상기 현미경 사이의 광 경로에 배치되는, 장치.
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제28항에 있어서,
상기 편광 광 경로차(OPD) 스캐너는,
상기 광의 성분들을 상기 성분들 중 하나에 각각 대응하는 두 개의 분리된 빔으로 분할하는 빔 스플리터;
상기 두 개의 분리된 빔이 재결합하기 이전에 상기 두 개의 분리된 빔을 상이한 경로를 따라 보내는 광학 구성요소; 및
상기 상이한 경로 중 적어도 하나의 광 경로 길이를 변화시키도록 구성된 조정 가능한 구성요소를 포함하고,
상기 조정 가능한 구성요소는 메카노광 구성요소, 전자광 구성요소, 또는 자기광 구성요소인, 장치.
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제1항에 있어서,
테스트 광의 직교 편광된 성분들이 동일한 경로를 따라 상기 테스트 물체에 입사하는, 방법.