KR20210056182A - 기판 검사 장치 - Google Patents

기판 검사 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210056182A
KR20210056182A KR1020190143000A KR20190143000A KR20210056182A KR 20210056182 A KR20210056182 A KR 20210056182A KR 1020190143000 A KR1020190143000 A KR 1020190143000A KR 20190143000 A KR20190143000 A KR 20190143000A KR 20210056182 A KR20210056182 A KR 20210056182A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
substrate
detector
detectors
polarizer
Prior art date
Application number
KR1020190143000A
Other languages
English (en)
Inventor
박장익
류성윤
손영훈
양유신
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020190143000A priority Critical patent/KR20210056182A/ko
Priority to US16/887,284 priority patent/US20210140899A1/en
Publication of KR20210056182A publication Critical patent/KR20210056182A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G01N21/95607—Inspecting patterns on the surface of objects using a comparative method
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/30—Structural arrangements specially adapted for testing or measuring during manufacture or treatment, or specially adapted for reliability measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • G01N2021/213—Spectrometric ellipsometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N2021/8461—Investigating impurities in semiconductor, e.g. Silicon

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

일부 실시예들에 따르면, 기판 검사 장치가 제공된다. 상기 기판 검사 장치는, 광원; 편광기; 제1 및 제2 보상기들; 분석기 및 상기 기판에 의해 반사된 반사 광을 수광하여 제1 및 제2 분기 광으로 분기시키는 광 분기 소자; 상기 제1 분기 광을 검출하는 제1 디텍터 및 상기 제2 분기 광을 검출하는 제2 디텍터; 및 상기 제1 및 제2 디텍터를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함하되, 상기 컨트롤러는 상기 제1 및 제2 디텍터들을 서로 다르게 제어할 수 있다.

Description

기판 검사 장치{Substrate inspection device}
본 발명의 기술적 사상은 기판 검사 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명의 기술적 사상은 분광 타원편광법(spectral ellipsometry) 검사를 수행할 수 있는 기판 검사 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정의 고집적화가 이루어짐에 따라 반도체 미세 패턴이나 복잡한 구조들에 대한 3차원 프로파일 측정 기술이 개발되고 있다. 최근 메모리 및 로직 제품의 경우 20nm 이하의 선 폭을 가지는 미세 공정 기술이 이용되고 있으며, 제조 수율 및 품질 향상을 위하여 미세 패턴 형성 공정을 모니터링 하는 기술의 중요성이 증대되고 있다. 공정 모니터링의 속도는 반도체 소자 제조의 생산성을 결정하는 중요 요소이다. 이에 따라, 기판을 전수 검사할 수 있는 비파괴 검사 중에서도 검사 속도가 우수한 광학적인 방법의 중요성이 부각되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 정확성 및 정밀성이 제고된 기판 검사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 일부 실시예들에 따르면, 기판 검사 장치가 제공된다. 상기 장치는, 기판에 비편광된 입사 광을 방출하는 광원; 상기 광원과 상기 기판의 사이의 상기 입사 광의 경로 상에 배치되고, 상기 입사 광을 선형 편광시키는 편광기; 상기 편광기와 상기 기판 사이의 상기 입사 광의 경로 상에 배치되는 제1 보상기; 상기 입사광이 상기 기판에 의해 반사된 광인 반사 광을 수광하여 제1 및 제2 분기 광으로 분기시키는 광 분기 소자; 상기 기판과 상기 광 분기 소자 사이의 상기 반사 광의 경로 상에 배치되는 제2 보상기; 상기 제2 보상기와 상기 광 분기 소자 사이의 상기 반사 광의 경로 상에 배치되는 분석기; 상기 제1 분기 광을 검출하는 제1 디텍터 및 상기 제2 분기 광을 검출하는 제2 디텍터; 및 상기 제1 및 제2 디텍터를 제어하도록 구성된 컨트롤러; 및 상기 제1 및 제2 디텍터에 의해 검출된 신호를 처리하도록 구성된 프로세서를 포함하되, 상기 편광기, 상기 제1 및 제2 보상기들 및 상기 분석기 중 적어도 하나는 회전하도록 구성되고, 상기 컨트롤러는 상기 제1 및 제2 디텍터들을 서로 다르게 제어할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 기판 검사 장치가 제공된다. 상기 장치는, 기판에 비편광된 입사 광을 방출하는 광원; 상기 광원과 상기 기판의 사이의 상기 입사 광의 경로 상에 배치되는 편광기; 상기 입사 광이 상기 기판에 반사된 광인 반사 광을 제1 및 제2 분기 광들로 분기시키는 광 분기 소자; 상기 기판과 상기 광 분기 소자 사이의 상기 반사 광의 광 경로 상에 배치된 분석기; 초핑 모드로 동작하며 상기 제1 분기 광을 검출하는 제1 디텍터; 및 연속 모드로 동작하며 상기 제2 분기 광을 검출하는 제2 디텍터를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 기판 검사 장치가 제공된다. 상기 장치는, 기판에 입사 광을 방출하는 광원; 상기 광원과 상기 기판의 사이의 상기 입사 광의 경로 상에 배치되고, 상기 입사 광을 선형 편광시키는 편광기; 상기 입사 광이 상기 기판에 의해 반사된 광인 반사 광을 분기시켜 복수의 분기 광들을 생성하는 광 분기 소자; 상기 광 분기 소자와 상기 기판 사이의 사익 반사 광이 광 경로상에 배치되는 분석기; 상기 복수의 분기 광들을 검출하는 복수의 디텍터들을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 기판 검사 장치에 따른 검사 결과의 정확성을 제고시킬 수 있다. 또한, 기판 검사 장치들 사이의 편차를 감소시켜 검사의 신뢰성을 제고시킬 수 있다.
도 1은 분광 타원편광법(Spectral Ellipsometry)을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2a는 일부 실시예들에 따른 기판 검사 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2b는 기판 검사 장치에 의해 검사되는 부분을 기판 상에 도시한 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 순서대로 제1 실시예들에 따른 제1 및 제2 디텍터들의 측정 방식을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 순서대로 제2 실시예들에 따른 제1 및 제2 디텍터들의 측정 방식을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 5는 일부 실시예들에 따른 기판 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6a 및 도 6b는 일부 실시예들에 따른 기판 검사 장치를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 7a 내지 도 10b는 일부 실시예들에 따른 기판 검사 장치들을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 분광 타원편광법(Spectral Ellipsometry)을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
분광 타원편광법은 박막의 두께 및 박막에 형성된 패턴의 선폭과 같은 구조적 특성 및 복합 굴절률 및 유전 함수등과 같은 유전 특성을 조사하기 위한 광학 기술이다. 분광 타원편광법에 의해 검사 대상 샘플에 포함된 박막들의 조성, 거칠기, 두께, 깊이, 결정질 특성, 도핑 농도, 전기 전도도 등이 특성화될 수 있다.
분광 타원편광법은 반사 및 투과와 같은 박막과의 상호 작용 전/후 편광의 변화를 모델과 비교하여 박막의 특성을 결정하는 기술이다. 여기서 편광 변화는 진폭비 Ψ 및 위상차 Δ에 의해 표현될 수 있다. 진폭비는 빛이 박막에서 반사될 때 p 파, s 파의 진폭 변화 비를 의미한다. 위상차는 빛이 박막에서 반사될 때 p 파, s 파의 위상 변화 차를 지칭한다. 편광 변화는 박막 구성 물질의 종류 및 두께에 의존하기 때문에 모든 종류의 필름의 두께와 광학 상수를 비접촉식으로 측정할 수 있다. 분광 타원편광법에 의하면 단일 원자 층, 수 옹스트롬 내지 수 마이크로 미터에 이르는 두께의 단일층 또는 다중층을 고 정밀도로 특성화할 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 광원에 의해 방출된 비편광된 전자기 방사선이 편광기(Polarizer)를 거쳐 선형으로 편광될 수 있다. 선택적으로 지연기(retarder), 1/4 파장판(quarter wave plate)과 같은 보상기가 편광기와 샘플 사이의 광 경로 상에 더 배치될 수도 있다.
샘플에 반사된 방사선은 흔히 분석기(analyzer)라고 하는 두 번째 편광기를 통과한 이후 디텍터에 도달할 수 있다. 마찬가지로 두 번째 보상기가 분석기와 샘플 사이의 광 경로에 배치될 수 있다.
분광 타원편광법은 입사 각도와 반사 각도와 같은 정반사 광학 검사 방법으로서, 입사 빔 및 반사 빔은 입사 평면에 걸쳐있다. 상기 입사 평면에 평행한 방향의 편광을 p- 편광(p-polarized)이라고 하고, 상기 p 편광에 수직한 방향의 편광을 s- 편광(s-polarized)이라고 한다.
분광 타원편광법은, 반사 진폭 비 Ψ 및 위상차 Δ에 의해 파라미터화될 수 있는 복소 반사율 ρ을 측정한다. 샘플에 입사된 광의 편광 상태는 s 및 p 성분으로 분해될 수 있다. 초기 값으로 정규화된, 반사 후 s 및 p 성분의 진폭은 이하에서 각각 rs 및 rp로 표기한다. 이때 rs, rp 및 복소 반사율 ρ는 아래의 식 1을 만족한다.
[식 1]
Figure pat00001
광의 입사각을 샘플의 브루스터 각도에 가깝게 선택함으로써, rp 및 rs의 차이를 최대화할 수 있다. 분광 타원편광법은 두 값의 비율(또는 차이)을 측정하기 때문에 엄밀하고 재현성 높은 측정 결과를 제공할 수 있다. 이에 따라, 분광 타원편광법은 광의 산란 및 검사 조건의 변동에 상대적으로 민감하지 않고, 별도의 표준 샘플 및 기준 광선이 필요하지 않은 장점이 있다.
무한 두께 필름이나 균일한(homogeneous) 필름과 같이 예외적으로 단순한 경우들을 제외하면, 측정된 반사 진폭 비 Ψ 및 위상차 Δ는 샘플의 광학 상수로 직접 변환될 수 없다. 따라서, 일반적으로 분광 타원편광법의 결과로부터 광학 상수를 얻기 위해 모델 분석이 수행될 수 있다. 모델의 일 예로, 포로히 블루머(Forouhi Bloomer) 모델이 있다. 모델은 물리적인 에너지 전이에 기초하거나, 데이터 피팅을 위한 자유 매개 변수들에 기초할 수 있다. 모델은 샘플에 포함된 층들의 적층 순서, 개별 층들 각각의 광학 상수(예컨대, 굴절률 또는 유전 함수 텐서) 및 두께 매개 변수를 포함할 수 있다.
분광 타원편광법은 광학 상수 및/또는 두께 매개 변수를 변경하는 이터레이션(예컨대, 최소 자승법)을 이용하여 반사 진폭 비 Ψ 및 위상차 Δ를 계산할 수 있다. 프레넬 방정식이 반사 진폭 비 Ψ 및 위상차 Δ의 계산에 이용될 수 있다. 계산된 반사 진폭 비 Ψ 및 위상차 Δ 값이 실험 데이터와 일치하는 경우, 이에 대응되는 박막들의 광학 상수 및 두께 값들을 샘플에 포함된 박막들의 광학 상수 및 두께로 결정할 수 있다.
도 2a는 일부 실시예들에 따른 기판 검사 장치(100)를 설명하기 위한 개념도이다. 도 2b는 기판 검사 장치(100)에 의해 검사되는 부분(por)을 기판(S) 상에 도시한 평면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판 검사 장치(100)는 광원(110), 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132), 분석기(140), 광 분기 소자(150), 제1 및 제2 디텍터들(161, 162), 컨트롤러(170), 프로세서(180) 및 트레이(190)를 포함할 수 있다. 기판 검사 장치(100)는 일련의 반도체 소자 제조 공정이 수행된 기판(S)을 검사할 수 있다. 기판 검사 장치(100)는 전술한 분광 타원편광법을 수행할 수 있는 분광 일립소미터(spectral ellipsometer)일 수 있다.
트레이(190) 위에 기판(S)이 배치될 수 있다. 트레이(190)는 반도체 공정 및 검사가 수행되는 중에 기판(S)을 지지하고 고정할 수 있다. 트레이(190)는 기판(S)을 검사 및 공정 수행에 따라 필요한 위치로 이동시킬 수 있다. 트레이(190) 상에 배치된 기판(S)의 상면에 수직한 방향을 Z 방향으로 지칭하고, 상면에 평행하고 서로 직교하는 두 방향을 X 방향 및 Y 방향으로 지칭한다. 예를 들어, 트레이(190)는 기판(S)의 서로 다른 부분들(por)이 검사될 수 있도록, 기판(S)을 X 방향 및 Y 방향으로 이동시킬 수 있다. 트레이(190)는 기판 검사 장치(100)에 포함된 광학계가 기판(S) 상에 포커싱되도록, 기판을 Z 방향으로 이동시킬 수 있다.
기판(S)은 예를 들면, 실리콘(Si, silicon)을 포함할 수 있다. 기판(S)은 게르마늄(Ge, germanium)과 같은 반도체 원소, 또는 SiC (silicon carbide), GaAs(gallium arsenide), InAs (indium arsenide), 및 InP (indium phosphide)와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판(S)은 SOI (silicon on insulator) 구조를 가질 수 있다. 기판(S)은 매립 산화물 층(buried oxide layer)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판(S)은 도전 영역, 예컨대, 불순물이 도핑된 웰(well)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판(S)은 상기 도핑된 웰을 서로 분리하는 STI(shallow trench isolation)와 같은 다양한 소자분리 구조를 가질 수 있다.
기판(S)은 반도체 소자의 제조 공정이 수행된 웨이퍼일 수 있다. 반도체 소자를 형성하는 공정은, i) 산화막을 형성하기 위한 산화 공정, ii) 스핀 코팅, 노광 및 현상을 포함하는 리소그래피 공정, iii) 박막 퇴적 공정, iv) 건식 또는 습식 식각 공정 및 v)금속 배선 공정 등을 포함할 수 있다.
산화공정은 800에서 1200도의 고온에서 산소나 수증기를 실리콘 기판 표면과 화학 반응시켜 얇고 균일한 실리콘 산화막을 형성시키는 공정이다. 산화 공정은 건식 산화, 습식 산화를 포함할 수 있다. 건식 산화는 산소 기체와 반응 시켜 산화막을 형성할 수 있고, 습식 산화는 산소와 수증기를 반응시켜 산화막을 형성할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 산화 공정에 의해 기판 상에 SOI(silicon on insulator) 구조가 형성될 수 있다. 기판은 매립 산화물 층(buried oxide layer)을 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판은 STI(shallow trench isolation)와 같은 다양한 소자분리 구조를 가질 수 있다.
리소그래피 공정은 리소그래피 마스크에 미리 형성해둔 회로 패턴을 노광을 통해 기판에 전사시키는 공정이다. 리소그래피 공정은　스핀 코팅,　노광 및　현상 공정의 순서로 수행될 수 있다.
박막 퇴적 공정은, 예를 들어, ALD(Atomic layer deposition), CVD(Chemical vapor deposition), PECVD(plasma-enhanced CVD), MOCVD(Metal Organic CVD), PVD(physical vapor deposition), 반응성 펄스 레이저 퇴적법(reactive pulsed laser deposition), 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy) 및 DC 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 중 어느 하나일 수 있다.
건식 식각 공정은, 예를 들어, RIE(reactive ion etching), DRIE(Deep RIE), IBE(ion beam etching) 및 Ar 밀링(milling) 중 어느 하나일 수 있다. 다른 예로, 기판(S)에 수행될 수 있는 건식 식각 공정은, ALE(Atomic Layer Etching)일 수 있다. 또한, 기판(W)에 수행될 수 있는 습식 식각 공정은, Cl2, HCl, CHF3, CH2F2, CH3F, H2, BCL3, SiCl4, Br2, HBr, NF3, CF4, C2F6, C4F8, SF6, O2, SO2 및 COS 중 적어도 어느 하나를 에천트 가스로 하는 식각 공정일 수 있다.
금속 배선 공정은 반도체 소자의 동작을 위한 회로 패턴을 구현하기 위해 도전성 배선(금속 선)을 형성하는 공정일 수 있다. 금속 배선 공정에 의해, 반도체 소자들을 동작시키기 위한 그라운드, 파워 및 신호의 전달 경로들이 형성될 수 있다. 금속 배선은 금, 백금, 은, 알루미늄 및 텅스텐 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 반도체 소자 형성 공정에서, 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polish: CMP) 공정과 같은 평탄화 공정, 이온 주입 공정 등이 더 수행될 수 있다.
기판 검사 장치(100)는 상술된 공정들 중 적어도 어느 하나에 의해 기판(S)에 형성된 층 및 패턴을 검사할 수 있다. 기판 검사 장치(100)는 형성된 층의 두께, 층에 형성된 패턴의 임계 치수, 패턴의 높이, 리세스, 오버레이 및 결함 중 어느 하나를 결정할 수 있다. 여기서 오버레이는 이미 형성된 하지층과 포토레지스트 패턴 사이의 오정렬의 정도를 나타내는 양이다.
광원(110)은 입사 광(IL)을 생성하고, 생성된 광을 기판(S)을 향하여 방출할 수 있다. 광원(110)에 의해 생성된 입사 광(IL)은 편광되지 않은 광일 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니고, 입사 광(IL)은 편광된 광일 수도 있다. 입사 광(IL)은 기판(S)의 상면에 대해 기울어진 방향으로 입사할 수 있다.
입사 광(IL)의 파장은 설정된 범위의 파장 대역에 있을 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 입사 광(IL)은 가시광선일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 입사 광(IL)의 파장은 약 400nm 내지 약 800nm일 수 있다. 다른 일부 실시예들에 따르면, 입사 광(IL)은 근적외선 또는 적외선일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 입사 광(IL)의 파장 대역은 약 800nm 내지 약 3000nm일 수 있다. 광원(110)은 특정 파장의 광을 방출하거나, 여러 파장의 광을 동시에 방출할 수 있다. 광원(110)은 시간에 따라 다른 파장의 광을 방출할 수도 있다.
광원(110)과 기판(S) 사이의 입사 광(IL)의 경로 상에 편광기(120)가 배치될 수 있다. 편광기(120)는 입사 광(IL)의 편광 방향을 결정할 수 있다. 편광기(120)를 통과한 입사 광(IL)은 편광기의 편광 방향과 동일한 성분만을 포함할 수 있다. 이에 따라, 편광기(120)를 통과한 입사 광(IL)은 선형 편광될 수 있다. 편광기(120) 기판(S) 사이의 입사 광(RL)의 경로 상에 사이에 제1 보상기(131)가 배치될 수 있다.
기판(S)에 의해 반사된 반사 광(RL)은 광 분기 소자(150)에 도달할 수 있다. 광 분기 소자(150)와 기판(S) 사이의 광 경로 상에 제2 보상기(132) 및 분석기(140)가 배치될 수 있다.
경우에 따라, 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 중 어느 하나가 생략될 수 있다. 제1 보상기(131)는 입사 광(IL)의 위상 차 Δ를 조절할 수 있다. 제2 보상기(132)는 반사 광(RL)의 위상 차 Δ를 조절할 수 있다.
분석기(140)는 기판(S) 반사된 반사 광(RL)의 편광 방향을 조절할 수 있다. 경우에 따라, 반사 광(RL)의 광 경로 상에(예컨대, 분석기(140)와 광 분기 소자(150) 사이에) 이미징 렌즈가 더 배치될 수도 있다. 이미징 렌즈는 반사 광(RL)의 색수차를 조절할 수 있다.
도면에 명확하게 도시하지는 않았으나, 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 중 적어도 하나는 편광 방향을 조정할 수 있는 회전 구동기에 연결될 수 있다. 예컨대, i) 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 중 어느 하나만 회전 구동기에 연결되거나, ii) 편광기(120) 및 분석기(140) 각각이 회전 구동기에 연결되거나, iii) 편광기(120) 및 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 각각이 회전 구동기에 연결되거나, iv) 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 각각이 회전 구동기에 연결되거나, v) 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 각각이 회전 구동기에 연결될 수 있다.
편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 중 적어도 하나에 연결된 회전 구동기(예: 스텝 모터)는 컨트롤러(170)에 연결될 수 있다. 회전 구동기는 컨트롤러(170)에 의해 제어될 수 있다. 이에 따라, 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 중 적어도 하나의 회전은 컨트롤러(170)에 의해 설정된 속도로 제어될 수 있다.
편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 중 적어도 하나는 일정한 속도로 회전하거나, 변화하는 속도로 회전할 수 있다. 설명의 편의상, 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 중 적어도 하나가 일정한 각 속도로 회전하는 것을 기준으로 본 발명의 기술적 사상을 설명한다. 하지만, 당해 기술 분야의 통상의 기술자는 여기에 기술된 내용을 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 중 적어도 하나가 변화하는 각 속도로 회전하는 경우에 쉽게 적용할 수 있을 것이다.
분석기(140)를 통과한 광은 광 분기 소자(150)에 도달할 수 있다. 광 분기 소자(150)는 석영 등의 투광성 재료를 가공하여 형성된 프리즘일 수 있다. 광 분기 소자(150)는 단일 경로의 반사 광(RL)을 복수의 경로로 분리할 수 있다. 광 분기 소자(150)제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)을 생성할 수 있다. 도 2a에서 투과 광인 제1 분기광(SL1)이 제1 디텍터(161)에 의해 검출되고, 반사광인 제2 분기광(SL2)이 제2 디텍터에 의해 검출되는 것으로 도시되었으나, 그 반대 경우도 가능하다.
광 분기 소자(150)에 의해 분기된 제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)은 각각 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)에 도달할 수 있다. 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)은 CCD 카메라 및 CMOS 이미지센서 중 어느 하나일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 및 제2 디텍터들(162)은 예를 들어, 스펙트럴 이미징 카메라(spectral imaging camera)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)은 기판(S)의 부분들(por)의 스펙트럴 이미지(spectral image)를 검출할 수 있다. 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)에 의해 생성된 신호는 프로세서(180)에 전달될 수 있다. 제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)의 크기 비는 5 대 5일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)의 크기 비가 6 대 4, 7 대 3 또는 8 대 2일 수 도 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)은 기판(S) 상의 동일한 부분(por)에 반사된 반사 광(RL)으로부터 분기된 제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)을 검출할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 부분(por)은 상면도적 관점에서(from top view) 타원 형상을 가질 수 있다. 부분(por)은 약 35㎛ 정도의 장축 길이 및 25㎛의 단축 길이를 가질 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
제1 및 제2 디텍터들(161, 162)은 제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)에 대한 검출 결과에 기초하여 전기 신호(예컨대, 스펙트럴 이미지)를 생성할 수 있다. 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)이 전기 신호(예컨대, 스펙트럴 이미지)를 생성하는 방식은 서로 다를 수 있다. 제1 디텍터(161)는 초핑(chopping) 모드 디텍터일 수 있고. 제2 디텍터(162)는 연속 모드 디텍터일 수 있다. 제1 디텍터(161)는 어느 한 시점(즉, 매우 짧은 시간 구간), 또는 어느 한 회전 각도에 대응하는 전기 신호(예컨대, 스펙트럴 이미지)를 생성할 수 있다. 제1 디텍터(161)는 어느 연속적인 시간 구간, 또는 어느 회전 각도 범위에 대응하는 전기 신호(예컨대, 스펙트럴 이미지)의 구간 평균을 생성할 수 있다.
제1 및 제2 디텍터들(161, 162)이 반사 광(RL)을 샘플링하는 시점은 서로 다를 수 있다. 다시 말해, 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)은 기판(S) 상의 동일한 부분(por)에 의해 반사된 반사 광(RL)으로부터 분기된 제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)을 수광하되, 서로 다른 시점에서 도달한 광에 기초하여 신호를 생성할 수 있다.
제1 및 제2 디텍터들(161, 162)은 소정의 구동 장치에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)은 각각 제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)의 광 경로를 따라 이동할 수 있다.
이하에서 도 3a 내지 도 4b를 참조하여 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)의 측정 방식에 대해서 설명하도록 한다.
도 3a 및 도 3b는 각각 순서대로 제1 실시예들에 따른 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)의 측정 방식을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 3a 및 도 3b에서 가로 축은 시간을 나타내며, 세로 축은 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 중 적어도 하나의 회전 각도를 나타낸다. 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140)는 일정한 속도로 회전하는 바, 회전 각도의 시간 변화는 일정한 것으로 도시되어 있다. 편광기의 대칭 구조상 180°의 회전은 0°의 회전과 실질적으로 동일하고, 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140)는 일정한 속도로 회전하는 바, 회전 각도는 주기(T)를 갖고 변화할 수 있다.
도 2a 내지 도 3b를 참조하면, 제1 디텍터(161)의 측정은 어느 한 시점, 또는 어느 한 회전각에 대응할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)는 회전의 각 주기(T)의 시작으로부터 제1 시간(t1)이 경과한 시점의 제1 분기 광(SL1)을 측정할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)는 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140)가 회전한 각도가 제1 각도(θ1)일 때 제1 분기 광(SL1)을 측정할 수 있다.
제2 디텍터(162)의 측정은 어느 시간 구간, 또는 어느 회전 각도 범위에 대응할 수 있다. 제2 디텍터(162)는 회전의 각 주기(T)의 시작을 기준으로, 제2 시간(t2)이 경과한 시점으로부터 제3 시간(t3)이 경과한 시점까지 제1 분기 광(SL1)을 측정할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제2 디텍터(162)는 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140)가 회전한 각도가 제2 각도(θ2) 내지 제3 각도(θ3)일 때 제2 분기 광(SL2)을 측정할 수 있다.
제2 디텍터(162)의 제2 실질 측정 시간은 제1 디텍터(161)의 제1 실질 측정 시간보다 더 길 수 있다. 도 2a에 도시된 광학계 구성에 따르면, 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)이 한 부분(por)을 검사하는데 걸리는 시간은 동일하다. 여기서 제1 및 제2 실질 측정 시간은 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)의 실제 데이터 생성에 관련된 시간을 의미한다. 보다 구체적으로, 제1 및 제2 실질 측정 시간은 각각 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)이 실제로 각각 제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)을 수광하여 스펙트럼 이미지들을 생성한 시간일 수 있다. 또는 제1 및 제2 실질 측정 시간은 각각 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)이 측정한 신호 중 프로세서(180)가 데이터 분석을 위해 사용한 시간 구간을 의미한다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 실시예에서, 제2 실질 측정 시간은 t3-t2일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제2 실질 측정 시간은 제1 실질 측정 시간의 약 10배 정도일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 실질 측정 시간은 약 0.1㎳ 내지 약 1㎳의 범위에 있고, 제2 실질 측정 시간은 약 1㎳ 내지 약 10㎳의 범위에 있을 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)에 의한 측정이 수행되는 시각은 제2 디텍터(162)의 측정이 수행되는 시간 구간 내에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)에 의한 측정이 수행되는 각도는 제2 디텍터(162)의 측정이 수행되는 각도 범위 내에 포함될 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제3 시간들(t1, t2, t3) 및 제1 내지 제3 각도들(θ1, θ2, θ3)은 아래 식 2을 만족한다.
[식 2]
Figure pat00002
Figure pat00003
하지만 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 디텍터(161)에 의한 측정이 수행되는 시각은 제2 디텍터(162)의 측정이 수행되는 시간 구간 밖에 있을 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)에 의한 측정이 수행되는 각도는 제2 디텍터(162)의 측정이 수행되는 각도 범위 밖에 있을 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제3 시간들(t1, t2, t3) 및 제1 내지 제3 각도들(θ1, θ2, θ3)은 아래 식 3를 만족한다.
[식 3]
Figure pat00004
Figure pat00005
도 4a 및 도 4b는 각각 순서대로 제2 실시예들에 따른 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)의 측정 방식을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 4a 및 도 4b의 그래프의 도시 방식은 도 3a 및 도 3b에 도시된 것과 유사하므로, 설명의 편의상 중복되는 것을 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 2a, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제1 디텍터(161)는 도 3a에서와 달리 설정된 시간 구간 동안, 또는 각도 범위 동안 제1 분기 광(SL1)을 측정할 수 있다. 제1 디텍터(161)는 각 주기(T)의 시작점을 기준으로 제4 시간(t4) 경과한 시점으로부터 제5 시간(t5) 경과한 시점까지 제1 분기 광(SL1)을 측정할 수 있다. 제1 디텍터(161)는 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 중 적어도 하나가 회전한 각도가 제4 각도(θ4) 내지 제5 각도(θ5)일 때 제1 분기 광(SL1)을 측정할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 제1 실질 측정 시간 t5-t4의 길이는 제2 디텍터(162)의 실질 측정 시간 t3-t2의 길이보다 짧을 수 있다. 다른 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 제1 실질 측정 시간 t5-t4의 길이는 제2 디텍터(162)의 실질 측정 시간 t3-t2의 길이와 실질적으로 동일할 수도 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 측정 시간 구간인 [t4, t5]는 제2 디텍터(162)의 실질 측정 시간 [t2, t3]와 부분적으로 중첩될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 측정 시간 구간인 [t4, t5]는 제2 디텍터(162)의 실질 측정 시간 [t2, t3]와 중첩되지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 측정 시간 구간인 [t4, t5]는 제2 디텍터(162)의 실질 측정 시간 [t2, t3]와 실질적으로 동일할 수 있다. 다른 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 측정 시간 구간인 [t4, t5]는 제2 디텍터(162)의 실질 측정 시간 [t2, t3]에 포함될 수 있고, 그 반대 경우도 가능하다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 측정 회전 각도 범위 [θ4, θ5]는 제2 디텍터(162)의 측정 회전 각도 범위 [θ2, θ3]와 부분적으로 중첩될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 측정 회전 각도 범위 [θ4, θ5]는 제2 디텍터(162)의 측정 회전 각도 범위 [θ2, θ3]와 중첩되지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 측정 회전 각도 범위 [θ4, θ5]는 제2 디텍터(162)의 측정 회전 각도 범위 [θ2, θ3]와 실질적으로 동일할 수 있다. 다른 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 측정 회전 각도 범위 [θ4, θ5]는 제2 디텍터(162)의 측정 회전 각도 범위 [θ2, θ3]에 포함될 수 있고, 그 반대 경우도 가능하다.
다시 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 컨트롤러(170)는 기판 검사 장치(100)에 의한 기판(S)의 검사 전반을 제어할 수 있다. 컨트롤러(170)는 기판(S)의 서로 다른 부분(por)이 검사될 수 있도록, 광학계에 대한 트레이(190)의 수평 방향 상대 이동을 제어할 수 있다.
전술한 것과 같이, 컨트롤러(170)는 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 중 적어도 어느 하나의 회전을 제어할 수 있다.
컨트롤러(170)는 제1 및 제2 디텍터들(161, 162) 각각의 제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)의 광 경로 상의 이동을 제어할 수 있다. 이에 따라 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)의 해상도가 제어될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 해상도는 제2 디텍터(162)의 해상도와 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 해상도는 제2 디텍터(162)의 해상도와 다를 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 해상도는 제2 디텍터(162)의 해상도 보다 더 클 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 디텍터(161)의 해상도는 제2 디텍터(162)의 해상도 보다 더 작을 수 있다.
컨트롤러(170)는 프로세서(180)의 연산 결과에 따라 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)의 측정을 제어할 수 있다. 컨트롤러(170)는 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)의 제1 및 제2 실질 측정 시간들을 제어할 수 있다. 컨트롤러(170)는 프로세서(180)의 연산을 제어할 수 있다.
컨트롤러(170)는 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 중 어느 하나의 회전을 제어하는바, 컨트롤러(170)는 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)의 제1 및 제2 분기광들(SL1, SL2)의 검출 시점을 상기 어느 하나의 회전에 동기화할 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(170)는 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)이 원하는 회전 각도에서 정확히 검출을 수행하도록 제어할 수 있다.
프로세서(180)는 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)이 생성한 스펙트럴 이미지들을 서로 다르게 처리할 수 있다. 예컨대 도 3a 및 도 3b에 도시된 제1 실시예에서, 프로세서(180)는 제1 각도(θ1)에 대응하는 제1 디텍터(161)의 스펙트럴 이미지의 평균을 얻을 수 있고, 제2 각도(θ2)로부터 제3 각도(θ3)까지의 회전 각도 범위 대응하는 제2 디텍터(162)의 스펙트럴 이미지의 평균을 얻을 수 있다.
다른 예로, 도 4a 및 도 4b에 도시된 제2 실시예에서, 프로세서(180)는 제4 각도(θ4)로부터 제5 각도(θ5)까지의 각도 범위에 대응하는 제1 디텍터(161)의 스펙트럴 이미지의 평균을 얻을 수 있고, 제2 각도(θ2)로부터 제3 각도(θ3)까지의 각도 범위에 대응하는 제2 디텍터(162)의 스펙트럴 이미지의 평균을 얻을 수 있다.
프로세서(180)는 최소 자승법 등과 같은 이터레이션 방법을 이용하여 광학 상수 및/또는 두께 매개 변수가 변경해가며 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)로부터 측정된 신호에 대응하는 반사 진폭 비 Ψ 및 위상 차 Δ를 계산할 수 있다.
프로세서(180)는 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)에서 생성된 신호에 분석에 기초하여 측정 변수에 대한 최적 조건(optimal condition)에 해당하는 회전 각도, 파장 대역 및 해상도를 결정할 수 있다. 여기서 회전 각도는 전술한 것과 같이 편광기(120), 제1 및 제2 보상기들(131, 132) 및 분석기(140) 중 어느 하나의 회전각도를 의미한다.
일부 실시예들에 따르면, 프로세서(180)는 데이터 분석기(data analyzer) 또는 스펙트럼 인식 알고리즘이 포함된 광 임계 치수(Optical Critical dimension, OCD) 계측기 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 여기서, OCD 계측기는 기판(S)의 부분(por)의 물리적인 파라미터들을 스펙트럼 데이터로부터 추출하기 위한 장치일 수 있다. 광 임계 치수 계측기의 스펙트럼 인식 알고리즘은 엄격한 결합파 분석(Rigorous coupled-wave analysis, RCWA) 알고리즘을 이용할 수 있다. 엄격한 결합파 분석 알고리즘은 격자 구조의 표면으로부터 전자기파의 회절 또는 반사를 설명하는데 유용하게 사용될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 프로세서(180)는 기판(S) 내 프로파일 변화 경향 모니터링을 위하여 분광 이미지 분광 타원 편광 해석 알고리즘 및 멀티 포인트 고속 측정 분광 타원 편광 해석 알고리즘 중 어느 하나를 이용할 수도 있다. 또한, 프로세서(180)는 복수 스펙트럼으로부터 프로파일 변화값을 추출하기 위한 상관도 분석 알고리즘, 주성분 분석 알고리즘, 랭크 테스트(Rank test) 등의 변수 분리 알고리즘을 이용할 수도 있다.
일부 실시예들에 따르면, 프로세서(180)는 기판 검사 장치(100)가 측정하고자 하는 측정 변수에 가장 민감하게 반응하는 제1 디텍터의 제1 각도(θ1) 또는 제1 시간(t1)을 결정할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 프로세서(180)는 기판 검사 장치(100)가 측정하고자 하는 측정 변수에 가장 민감하게 반응하는 제2 디텍터의 측정 각도 범위 또는 제1 시간 구간을 결정할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 프로세서(180)는 제1 및 제2 디텍터들(161, 162) 각각에 대해 기판 검사 장치(100)가 측정하고자 하는 측정 변수에 가장 민감하게 반응하는 파장 대역을 찾을 수 있다. 다른 일부 실시예들에 따르면, 프로세서(180)는 파괴 검사 등을 통해 알려진 기판(S)의 실제 구조와 기판 검사 장치(100)의 검사 결과의 정합성이 높은 파장 대역을 제1 및 제2 디텍터들(161, 162) 각각의 측정 범위로 선택할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)이 스펙트럴 이미지를 생성하는 파장 대역은 서로 다르거나, 동일할 수 있다.
마찬 가지의 방식으로, 기판 검사 장치(100)는 측정하고자 하는 변수 별로, 그리고 디텍터 별로 파장 대역 및 해상도의 최적 조건을 결정할 수 있다. 최적 조건의 회전 각도 세트, 파장 대역들 및 해상도들을 획득한 후, 측정 변수 모니터링에 활용함으로써, 공정에 따른 측정 변수의 값 변화 여부를 고속으로 확인할 수 있다.
여기서, 컨트롤러(170) 및 프로세서(180)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다.
예컨대, 컨트롤러(170) 및 프로세서(180)는 워크 스테이션 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩 탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 컴퓨팅 장치일 수 있다. 컨트롤러(170) 및 프로세서(180)는 단순 컨트롤러, 마이크로 프로세서, CPU, GPU 등과 같은 복잡한 프로세서, 소프트웨어에 의해 구성된 프로세서, 전용 하드웨어 또는 펌웨어일 수도 있다. 컨트롤러(170) 및 프로세서(180)는, 예를 들어, 범용 컴퓨터 또는 DSP(Digital Signal Process), FPGA(Field Programmable Gate Array) 및 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 애플리케이션 특정 하드웨어에 의해 구현될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면 컨트롤러(170) 및 프로세서(180)의 동작은 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 기계 판독 가능 매체 상에 저장된 명령들로서 구현될 수 있다. 여기서, 기계 판독 가능 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨팅 장치)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장 및/또는 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계 판독 가능 매체는 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 장치들, 전기적, 광학적, 음향적 또는 다른 형태의 전파 신호(예컨대, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 및 기타 임의의 신호를 포함할 수 있다.
컨트롤러(170) 및 프로세서(180)에 대해 설명한 동작, 또는 이하에서 설명하는 임의의 공정을 수행하기 위한 또한, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어들이 구성될 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(170)는 기판(S)의 검사를 위한 신호를 생성하고, 프로세서(180)로부터 최적 검사 조건에 대한 피드백을 위한 데이터를 수신하는 기능을 수행하는 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다. 프로세서(180)는 검사 결과에 소정의 연산을 수행하여 샘플의 광학 조건(예컨대, 박막 구성 물질의 종류 및 두께에)을 결정하기 위한 소프트웨어에 의해 구현될 수 있다.
하지만 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 상술된 컨트롤러(170) 및 프로세서(180)의 동작은 컴퓨팅 장치, 프로세서, 컨트롤러 또는 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어 등을 실행하는 다른 장치로부터 야기될 수도 있음을 이해해야 한다.
도 5는 일부 실시예들에 따른 기판 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
일부 실시예들에 따른 기판 제조 방법은, 광학 검사 파라미터 최적화 단계(P10), 기판 검사 단계(P20), 기판의 물리적 특성 결정 단계(P30) 및 반도체 소자 제조 공정 수행 단계(P40)를 포함할 수 있다.
P10의 광학 검사 파라미터 최적화는, i) 제1 디텍터(161)에 의한 측정 각도인 제1 각도 및 제2 디텍터(162)에 의한 측정 각도 범위인 제2 각도 범위의 결정, ii) 제1 디텍터(161)의 측정 파장 대역 및 제2 디텍터(162)의 측정 파장 대역의 결정, iii) 제1 디텍터(161) 및 제2 디텍터(162)의 해상도를 포함할 수 있다.
P10에서 결정된 최적화에 기반하여, P20에서 기판(S)을 검사할 수 있다. P20의 기판(S)의 검사는 도 1 내지 도 4b를 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하다.
P30의 기판(S)의 물리적 특성을 결정하는 것은 전술한 OCD 검사 및 두께 검사를 포함할 수 있다.
P40에서 검사 결과에 기초하여 반도체 소자 제조 공정을 수행할 수 있다.
예컨대 P30에서 결정된 물리적 특성이 기판의 오버레이인 경우, P40에서 상기 오버레이를 허용치와 비교할 수 있다. 오버레이가 허용치를 넘어서는 경우, 포토레지스트 패턴을 제거한 이후 다시 리소그래피 공정을 수행할 수 있고, 오버레이가 허용치 이하인 경우, 식각 공정 등 후속 공정을 수행할 수 있다.
다른 예에서, P30으로부터 얻어진 기판(S) 상에 증착된 층의 두께나, 막 균일성, 임계 치수 등을 기반으로 피드백 신호를 생성한 경우, P40에서 후속 공정을 조정할 수 있다. 상기 후속 공정의 조정은 웨이퍼 투 웨이퍼, 로트 투 로트 및 웨이퍼 투 로트 등과 같은 피드백 방식에 의해 수행될 수 있다. 이에 따라 반도체 소자 제조의 신뢰성이 제고될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 일부 실시예들에 따른 기판 검사 장치를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 6a 및 도 6b에서 비교 예는 종래기술에 따라 단일의 디텍터를 포함하는 기판 검사 장치를 통해 측정된 결과들을 도시하며, 실험 예는 예시적인 실시예에 따라 분기된 반사 광들을 측정하는 복수의 디텍터들을 포함하는 기판 검사 장치를 통해 측정된 결과들을 도시한다. 도 6a 내지 도 6b의 para1~para4는 서로 다른 반도체 검사 장비의 결과들을 나타낸다.
도 6a는 비교예 및 실험예에 따라 측정된 두께의 표준 편차를 나타낸다. 도 6a를 참조하면, 비교예에 비해 실험예는 측정 두께가 감소된 표준 편차를 갖는 바, 측정의 정밀성(precision)이 제고된 것을 확인할 수 있다.
도 6b 비교예 및 실험예에 따라 측정된 두께와 실제 값(true value) 사이의표준 상관 계수를 도시한다. 도 6b를 참조하면, 비교예에 비해 실험예는 높은 상관계수를 갖는바, 측정의 정확성(accuracy)이 제고된 것을 확인할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 다른 일부 실시예들에 따른 기판 검사 장치들(200a, 200b)을 설명하기 위한 도면들이다.
설명의 편의상 도 2a를 참조하여 설명한 것과 중복되는 것을 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 7a의 기판 검사 장치(200a)는 광 섬유를 이용하여 형성된 광 분기 소자(250a)를 포함하는 것을 제외하고는 도 2a에 도시된 기판 검사 장치(100)와 실질적으로 동일하다. 일부 실시예들에 따르면, 광 분기 소자(250a)는 2개의 광섬유를 열을 가해 접합시키고 늘려 가늘게 뽑은 형태인 FBT(Fused Biconic Tapered)를 포함할 수 있다.
도 7b의 기판 검사 장치(200b)는 도 7a와 달리 세 개의 광섬유가 결합되어 형성된 광 분기 소자(250b)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 광 분기 소자(250b)는 반사 광(RL)을 세 개의 광 경로로 분기시킬 수 있고, 각각의 경로에 제1 내지 제3 디텍터들(161, 162, 163)이 제공될 수 있다. 제1 내지 제3 디텍터들(161, 162, 163) 각각은 도 2a의 제1 및 제2 디텍터들(161, 162) 중 어느 하나 유사한 구성을 가질 수 있다.
일 예에서, 제1 디텍터(161)는 초핑 모드로 동작하고, 제2 및 제3 디텍터들(162, 163)은 연속 모드로 동작할 수 있다. 이 경우, 제2 및 제3 디텍터들(162, 163)은 서로 다른 회전 각도 범위에 대해 스펙트럴 이미지를 생성할 수 있다.
다른 예에서, 제1 및 제3 디텍터(161, 163)는 초핑 모드로 동작하고, 제2 디텍터(162)는 연속 모드로 동작할 수 있다. 이 경우, 제1 및 제3 디텍터들(162, 163)은 서로 다른 회전 각도에 대해 스펙트럴 이미지를 생성할 수 있다.
다른 일부 실시예들에 따르면, 네 개 이상의 광섬유의 결합을 통해 반사 광(RL)을 다수의 광 경로로 분기시키는 광 분기 소자가 제공될 수 있고, 광 경로들 각각에 서로 다른 디텍터들이 연결될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 일부 실시예들에 따른 기판 검사 장치(300)를 설명하기 위한 도면이다.
설명의 편의상 도 2a를 참조하여 설명한 것과 중복되는 것을 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
일부 실시예들에 따르면, 도 8a 내지 도 8c의 기판 검사 장치(300)는 도 2a의 기판 검사 장치(100)와 달리, 실리카 기판 위에 사진 석판(Lithography) 기술로 제작된 PLC(Planar Lightwave Circuit) 타입의 광 분기 소자(350)를 포함할 수 있다.
광 분기 소자(350)는 옥사이드층(352) 및 실리콘 층(353)을 포함할 수 있다. 상기 실리콘 층(353)에는 요철 패턴으로 구성된 그레이팅 커플러(353G)가 형성될 수 있다. 그레이팅 커플러(353G)의 대략 중간 부분으로 입사한 반사 광(RL)은 실리콘 층(353)을 따라 분기하여 진행할 수 있다. 반사 광(RL)은 그레이팅 커플러(353G)에 실질적으로 수직하게 입사할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 8b에서 도시된 것과 같이 광 분기 소자(350)의 광 효율을 위해 반사 광(RL)은 광 섬유(351)를 통해 그레이팅 커플러(353G)에 도입될 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니고, 경우에 따라 광 섬유(351)는 생략될 수도 있다.
그레이팅 커플러(353G)의 요철 간격 및 깊이를 조절을 통해 반사 광(RL)이 상기 실리콘 층(353)으로 도입될 수 있다. 실리콘 층(353)의 굴절률이 옥사이드층(352)의 굴절률보다 크기 때문에 제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)은 제1 및 제2 광 도파로들(355, 357)을 따라 전반사 진행할 수 있다. 즉, 실리콘 층(353)은 코어층이고, 상기 옥사이드층(352)은 클래딩 층일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 실리콘 층(353)의 상부에 추가적인 클래딩 층(예컨대, 옥사이드층)이 제공되어 실리콘 층(353)의 상부가 클래딩 층에 의해 커버될 수도 있다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 그레이팅 커플러(353G)의 양측에 제1 및 제2 광 도파로들(355, 357)이 형성되어 제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)이 서로 반대 방향으로 진행할 수 있다. 광 분기 소자(350)는 그레이팅 커플러(353G)와 제1 및 제2 광 도파로들(355, 357)을 연결하는 사이에 배치되고, 이 들을 연결하는 제1 및 제2 테이퍼들(taper, 354, 356)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)이 제1 및 제2 테이퍼들(354, 356)을 통해 제1 및 제2 광 도파로들(355, 357) 각각에 입력될 수 있다. 제1 및 제2 광 도파로들(355, 357)의 단부에 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)이 배치되어 제1 및 제2 분기 광들(SL1, SL2)을 검출할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 일부 실시예들에 따른 기판 검사 장치(400)를 설명하기 위한 도면이다.
설명의 편의상 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 설명한 것과 중복되는 것을 생략하고 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 광 분기 소자(450)는 도 9a에서와 유사하게 PLC 타입일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 광 분기 소자(450)는 그레이팅 커플러(453G), 테이퍼(454) 및 Y형 분기관(455)을 포함할 수 있다.
도 9a 및 도 9b의 광 분기 소자(450)는 그레이팅 커플러(453G)의 일방향에만 도파로가 형성될 수 있다. 본 실시예에서 반사 광(RL)은 광 분기 소자(450)에 비스듬하게 입사할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일부 실시예들에 따르면, 테이퍼(454)를 통해 Y형 분기관(455에 입사한 반사 광(RL)은 분기되어 제1 및 제2 디텍터들(161, 162)에 입사할 수 있다. 또한, 다른 실시예들에 따르면, Y형 분기관(455)이 일대 다 광 간섭기로 대체될 수 있다. 이에 따라 반사 광(RL)은 다수의 광 경로들로 분기될 수 있고, 각각의 광경로들 상에 디텍터들이 배치될 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 일부 실시예들에 따른 기판 검사 장치들(500a, 500b)을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 및 도 10b의 실시예에서 기판 검사 장치들(500a, 500b)은 회절 그레이팅들(550a, 550b)을 포함할 수 있다.
도 10a의 회절 그레이팅(500a)은 투과형일 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 1차 회절광이 제1 디텍터(161)에 도달할 수 있고, -1차 회절광이 제2 디텍터(162)에 도달할 수 있다. 다른 일부 실시예들에 따르면, 0차 회절광이 제1 디텍터(161)에 도달할 수 있고, 1차 회절광이 제2 디텍터(162)에 도달할 수 있다. 이 경우, 회절 그레이팅(550a)은 0차 회절광과 1차 회절광의 크기를 실질적으로 동일하게 하도록 하는 위상 그레이팅(phase grating)일 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 및 제2 디텍터는 임의의 두 회절광의 광 경로상에 배치될 수 있다.
도 10b의 회절 그레이팅(500b)은 도 10a에서와 반사형 회절 그레이팅인 것을 제외하고 도 10a와 실질적으로 동일하다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 기판에 비편광된 입사 광을 방출하는 광원;
    상기 광원과 상기 기판의 사이의 상기 입사 광의 경로 상에 배치되고, 상기 입사 광을 선형 편광시키는 편광기;
    상기 편광기와 상기 기판 사이의 상기 입사 광의 경로 상에 배치되는 제1 보상기;
    상기 입사광이 상기 기판에 의해 반사된 광인 반사 광을 수광하여 제1 및 제2 분기 광으로 분기시키는 광 분기 소자;
    상기 기판과 상기 광 분기 소자 사이의 상기 반사 광의 경로 상에 배치되는 제2 보상기;
    상기 제2 보상기와 상기 광 분기 소자 사이의 상기 반사 광의 경로 상에 배치되는 분석기;
    상기 제1 분기 광을 검출하는 제1 디텍터 및 상기 제2 분기 광을 검출하는 제2 디텍터; 및
    상기 제1 및 제2 디텍터를 제어하도록 구성된 컨트롤러; 및
    상기 제1 및 제2 디텍터에 의해 검출된 신호를 처리하도록 구성된 프로세서를 포함하되,
    상기 편광기, 상기 제1 및 제2 보상기들 및 상기 분석기 중 적어도 하나는 회전하도록 구성되고,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 및 제2 디텍터들을 서로 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 디텍터들은 각각 스펙트럴 이미징 카메라이고, 상기 제1 및 제2 디텍터들은 스펙트럴 이미지를 생성하는 파장 대역이 서로 다른 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 디텍터를 상기 제1 분기 광의 광 경로 상에서 이동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 디텍터들의 해상도는 서로 다른 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 디텍터는 상기 편광기, 상기 제1 및 제2 보상기들 및 상기 편광기 중 적어도 하나의 회전 각도가 제1 각도일 때, 상기 제1 분기 광을 검출하고,
    상기 제2 디텍터는 상기 편광기, 상기 제1 및 제2 보상기들 및 상기 편광기 중 적어도 하나의 회전 각도가 제2 각도 내지 제3 각도의 범위 내에 있을 때, 상기 제2 분기 광을 검출하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  6. 기판에 비편광된 입사 광을 방출하는 광원;
    상기 광원과 상기 기판의 사이의 상기 입사 광의 경로 상에 배치되는 편광기;
    상기 입사 광이 상기 기판에 반사된 광인 반사 광을 제1 및 제2 분기 광들로 분기시키는 광 분기 소자;
    상기 기판과 상기 광 분기 소자 사이의 상기 반사 광의 광 경로 상에 배치된 분석기;
    초핑 모드로 동작하며 상기 제1 분기 광을 검출하는 제1 디텍터; 및
    연속 모드로 동작하며 상기 제2 분기 광을 검출하는 제2 디텍터를 포함하는 기판 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광 분기 소자는 상기 반사 광을 제3 분기 광으로 더 분기시키는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    초핑 모드로 동작하며 상기 제3 분기 광을 검출하는 제3 디텍터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    연속 모드로 동작하며 상기 제3 분기 광을 검출하는 제3 디텍터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 디텍터에 의한 제1 스펙트럴 이미지의 평균을 구하고, 상기 제2 디텍터에 의한 제2 스펙트럴 이미지의 평균을 구하도록 구성된 프로세서를 더 포함하는 기판 검사 장치.
KR1020190143000A 2019-11-08 2019-11-08 기판 검사 장치 KR20210056182A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190143000A KR20210056182A (ko) 2019-11-08 2019-11-08 기판 검사 장치
US16/887,284 US20210140899A1 (en) 2019-11-08 2020-05-29 Substrate inspection device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190143000A KR20210056182A (ko) 2019-11-08 2019-11-08 기판 검사 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210056182A true KR20210056182A (ko) 2021-05-18

Family

ID=75846512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190143000A KR20210056182A (ko) 2019-11-08 2019-11-08 기판 검사 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20210140899A1 (ko)
KR (1) KR20210056182A (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11431976B2 (en) * 2019-01-28 2022-08-30 Kla Corporation System and method for inspection using tensor decomposition and singular value decomposition
JP2023027927A (ja) * 2021-08-18 2023-03-03 株式会社オキサイド パタン検査装置およびパタン検査方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210140899A1 (en) 2021-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI746498B (zh) 用於擴展之紅外線光譜橢偏量測之系統及方法
US10365163B2 (en) Optical critical dimension metrology
KR100831806B1 (ko) 박막 및 ｃｄ 측정들을 위한 빔 프로파일 복합 반사율시스템 및 방법
US9952140B2 (en) Small spot size spectroscopic ellipsometer
US8289527B2 (en) Optimization of ray tracing and beam propagation parameters
US10088413B2 (en) Spectral matching based calibration
US20110246141A1 (en) Method of optical metrology optimization using ray tracing
KR20140127339A (ko) 필드 향상 요소를 갖는 타겟을 사용하는 광학 계측
KR102518214B1 (ko) 고종횡비 구조물의 측정을 위한 중적외선 분광법
US9103664B2 (en) Automated process control using an adjusted metrology output signal
US20200386539A1 (en) Ellipsometer and method for estimating thickness of film
US9243886B1 (en) Optical metrology of periodic targets in presence of multiple diffraction orders
TW201333419A (zh) 膜厚度監視器
US20210140899A1 (en) Substrate inspection device
US9347872B1 (en) Meta-model based measurement refinement
KR20180102597A (ko) 반도체 웨이퍼 검사 및 계측을 위한 시스템 및 방법
KR20220050664A (ko) 패턴 특성의 예측을 위한 딥 러닝 모델의 학습 방법 및 반도체 소자 제조 방법
US20080259333A1 (en) Method and apparatus for improved ellipsometric measurement of ultrathin films
US20230000343A1 (en) Optical measurement apparatus, measuring method using the same, and method of fabricating semiconductor device using the same
US6731386B2 (en) Measurement technique for ultra-thin oxides
US11946809B2 (en) Polarization measuring device and method of fabricating semiconductor device using the same
US20230109008A1 (en) Spectroscopic Reflectometry And Ellipsometry Measurements With Electroreflectance Modulation
Fanton et al. Beam profile reflectometry: a new technique for thin film measurements
Ye et al. Development of a Focused‐Beam Ellipsometer Based on a New Principle
KR20230073058A (ko) 엘립소미터 및 그 엘립소미터를 포함한 반도체 소자 검사 장치