KR102155927B1

KR102155927B1 - 결합된 명시야, 암시야, 및 광열 검사를 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102155927B1
Application number: KR1020167024932A
Authority: KR
Inventors: 레나 니콜라이데스; 모한 마하데반; 알렉스 살닉; 스코트 에이. 영
Original assignee: 케이엘에이 코포레이션
Priority date: 2014-02-12
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2020-09-14
Also published as: US20150226676A1; US20180003648A1; EP3100032B1; JP2022119894A; TWI657239B; JP2019200212A; US9772297B2; EP3100032A4; CN106030292A; JP6552513B2; EP3100032A1; KR20160123337A; US10533954B2; JP2017511880A; CN106030292B; TW201534902A; WO2015123337A1

Abstract

반도체 샘플에 있는 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 시스템은, BF 조명 빔을 샘플 상으로 지향시키기 위한 BF 조명 빔에 응답하여 샘플로부터 반사되는 출력 빔을 검출하기 위한 명시야(BF) 모듈을 구비한다. 시스템은, 펌프 및 프로브 빔을 샘플로 지향시키기 위한 그리고 펌프 빔 및 프로브 빔에 응답하여 프로브 스팟으로부터 MOR 출력 빔을 검출하기 위한 변조된 광 반사율(MOR) 모듈을 구비한다. 시스템은, 샘플의 표면 상에서 또는 표면 근처에서 결함을 검출하기 위해 복수의 BF 스팟으로부터의 BF 출력 빔을 분석하기 위한 그리고 샘플의 표면 아래에 있는 결함을 검출하기 위해 복수의 프로브 스팟으로부터의 MOR 출력 빔을 분석하기 위한 프로세서를 포함한다.

Description

결합된 명시야, 암시야, 및 광열 검사를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHODS FOR COMBINED BRIGHTFIELD, DARKFIELD, AND PHOTOTHERMAL INSPECTION}

본 출원은 2014년 2월 12일자로 출원된 미국 특허 가출원 제61/939,135호에 대한 우선권을 주장하는데, 상기 가출원은 모든 목적에 대해 그 전체가 참조에 의해 본원에 통합된다.

본 발명은 일반적으로 웨이퍼 및 레티클 검사 시스템의 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 표면 및 표면 아래(sub-surface) 구조체 또는 결함의 검사 및 리뷰(review)에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조 산업계는, 실리콘과 같은 기판 상으로 적층되어 패턴화되는 반도체 재료를 사용하여 집적 회로를 제조하기 위한 고도로 복잡한 기술을 수반한다. 대규모의 회로 집적 및 반도체 디바이스의 감소하는 사이즈로 인해, 제조된 디바이스는 결함에 더욱더 민감해지고 있다. 즉, 디바이스에서 고장을 야기하는 결함은 점점 더 작아지고 있다. 디바이스는 엔드 유저 또는 고객에게 선적되기 이전에 고장이 없다.

향상된 반도체 웨이퍼 검사 장치 및 기술에 대한 계속된 요구가 존재한다.

하기에서는, 본 발명의 소정의 실시형태의 기본적인 이해를 제공하기 위해, 본 개시의 간략화된 개요를 제공한다. 이 개요는 본 개시의 광범위한 개괄이 아니며 또한 이 개요는 본 발명의 주된/주요한 엘리먼트를 식별하거나 또는 본 발명의 범위를 묘사하지는 않는다. 그 유일한 목적은 추후 제공되는 보다 상세한 설명에 대한 전조(prelude)로서 본원에서 개시되는 몇몇 개념들을 단순화된 형태로 제공하는 것이다.

반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템이 개시된다. 시스템은, 명시야(brightfield; BF) 조명 빔을 샘플 상의 BF 스팟 상으로 지향시키기 위한 그리고 BF 조명 빔이 BF 스팟 상으로 지향되는 것에 응답하여 샘플 상의 BF 스팟으로부터 반사되는 출력 빔을 검출하기 위한 BF 모듈 및 샘플 상의 펌프 스팟으로 펌프 빔을 지향시키기 위한, 샘플 상의 프로브 스팟으로 프로브 빔을 지향시키기 위한, 그리고 펌프 빔 및 프로브 빔에 응답하여 프로브 스팟으로부터 변조된 광 반사율(modulated optical reflectance; MOR) 출력 빔을 검출하기 위한 MOR 모듈을 포함하는데, 프로브 스팟은 펌프 스팟과 일치한다. 시스템은 또한, 다음의 동작을 수행하도록 또는 야기하도록 동작가능한 프로세서를 포함한다: (i) BF 모듈로 하여금 샘플 상의 복수의 BF 스팟 상에 BF 조명 빔을 스캔하게 하고 복수의 BF 스팟으로부터 출력 빔을 검출하게 하는 동작, (ii) MOR 모듈로 하여금 복수의 펌프 및 프로브 스팟 상에 펌프 및 프로브 빔을 각각 스캔하게 하고, 복수의 프로브 스팟으로부터 MOR 출력 빔을 검출하게 하는 동작, (iii) 샘플의 표면 상에서 또는 표면 근처에서 하나 이상의 결함을 검출하기 위해 복수의 BF 스팟으로부터의 BF 출력 빔을 분석하는 동작, 및 (iv) 샘플의 표면 아래에 있는 하나 이상의 결함을 검출하기 위해 복수의 프로브 스팟으로부터의 MOR 출력 빔을 분석하는 동작.

특정 구현예에서, BF 모듈 및 MOR 모듈은 대물렌즈를 공유한다. 다른 양태에서, 시스템은 암시야(darkfield; DF) 조명 빔을 샘플 상의 DF 스팟 상에 지향시키기 위한 그리고 DF 조명 빔이 DF 스팟 상에 지향되는 것에 응답하여 샘플 상의 DF 스팟으로부터 산란되는 출력 빔을 검출하기 위한 DF 모듈을 포함한다. 다른 양태에서, 프로세서는 BF 및 DF 조명 빔으로 하여금 펌프 및 프로브 빔을 스캔하기 이전에 샘플을 스캔하게 하도록 그리고 전체 샘플 또는 샘플의 일부가 BF 및 DF 조명 빔에 의해 스캔된 이후 BF 및 DF 출력 빔을 분석하는 것에 기초하여 펌프 및 프로브 빔을 스캔하기 위한 하나 이상의 타겟 위치를 결정하게 하도록 구성된다. 또 다른 양태에서, BF 및 DF 모듈은 BF 및 DF 조명 빔을 생성하기 위한 광원을 공유한다. 다른 구현예에서, BF 모듈은 BF 조명 빔을 생성하기 위한 BF 광원을 구비하고 DF 모듈은 DF 조명 빔을 생성하기 위한 DF 광원을 구비한다.

특정 구현예에서, MOR 모듈은 약 400과 600 nm 사이의 파장 범위에서 펌프 빔을 생성하기 위한 펌프 레이저 소스, 펌프 빔을 변조하도록 펌프 레이저 소스를 구성하기 위한 변조기, 약 600과 800 nm 사이의 파장 범위에서 프로브 빔을 생성하기 위한 프로브 연속파(continuous wave; CW) 레이저 소스, 펌프 빔 및 프로브 빔을 샘플을 향해 지향시키기 위한 조명 광학장치, 광열 검출기(photothermal detector), 및 MOR 출력 빔을 검출하기 위한 광열 검출기를 향해 MOR 출력 빔을 지향시키기 위한 그리고 펌프 빔의 변조와 동기하는 변화를 격리하도록 필터링되는 출력 신호를 생성하기 위한 수집 광학장치(collection optics)를 포함한다. 다른 양태에서, BF 모듈은, BF 조명 빔을 생성하기 위한 BF 광원, BF 조명 빔을 샘플을 향해 지향시키기 위한 조명 광학장치, BF 검출기, 및 BF 출력 빔을 검출하기 위한 BF 검출기를 향해 BF 출력 빔을 지향시키기 위한 수집 광학장치를 포함한다. 다른 양태에서, BF 모듈의 조명 광학장치는 MOR 모듈의 조명 광학장치와 하나 이상의 컴포넌트를 공유하고, BF 모듈의 수집 광학장치는 MOR 모듈의 수집 광학장치와 하나 이상의 컴포넌트를 공유한다.

특정 실시형태에서, 표면 아래에 있는 결함은 하나 이상의 보이드 및/또는 재료의 밀도에서의 변화 및/또는 측벽 각도에서의 변화를 포함하고 및/또는 하나 이상의 실리콘 관통 비아(through-silicon via; TSV) 구조체 내에 있다. 다른 양태에서, 실리콘은 자동 초점 빔을 샘플을 향해 지향시키고 자동 초점 빔에 응답하여 샘플로부터의 반사된 빔을 검출하기 위한, 그리고 시스템의 초점을 조정하기 위한 자동 초점 모듈을 포함한다. 하나의 양태에서, BF 모듈, MOR 모듈, 자동 초점 모듈은 대물렌즈를 공유한다. 다른 실시형태에서, 프로세서는 BF 조명 빔, 펌프, 및 프로브 빔으로 하여금 동시에 스캔하게 하도록 구성된다. 다른 양태에서, BF 모듈 및 MOR 모듈은 BF 출력 빔 및 MOR 출력 빔을 검출하기 위한 동일한 검출기를 공유한다.

대안적인 실시형태에서, 본 발명은 반도체 샘플에 있는 결함을 검출하거나 결함을 리뷰하는 방법에 관한 것으로, 그 방법은, (i) 명시야(BF) 조명 빔으로 샘플 부분을 스캔하는 것, (ii) BF 빔이 샘플 부분 위를 스캔함에 따라 샘플 부분으로부터 반사되는 BF 출력 빔을 검출하는 것, (iii) 검출된 BF 출력 빔에 기초하여 샘플 부분의 표면 또는 표면 근처 특성을 결정하는 것, (iv) 검출된 BF 출력 빔에 기초하여 결정된 샘플 부분의 결정된 표면 또는 표면 근처 특성에 기초하여 샘플의 표면 아래에 추가적인 결함을 가질 가능성이 있는 후보 위치를 샘플 부분 내에서 찾는 것, (v) 각각의 후보 위치에 변조된 펌프 빔 및 프로브 빔을 지향시키는 것, (vi) 각각의 프로브 빔이 각각의 후보 위치에 지향되는 것에 응답하여 각각의 후보 위치로부터 변조된 광학적 반사 신호를 검출하는 것, 및 (vii) 이러한 후보 위치로부터 검출되는 변조된 광학적 반사 신호에 기초하여 각각의 후보 위치에서 표면 아래에 있는 피처 특성을 결정하는 것을 포함한다.

다른 양태에서, 그 방법은, (viii) BF 빔이 샘플 부분을 스캔함에 따라 또는 암시야 빔을 샘플 부분 위로 스캔하는 것에 응답하여 샘플 부분으로부터 산란되는 암시야(DF) 출력 빔을 검출하는 것, (ix) 검출된 DF 출력 빔에 기초하여 샘플 부분의 표면 또는 표면 근처 특성을 결정하는 것, (x) 검출된 DF 출력 빔에 기초하여 샘플 부분의 표면 또는 표면 근처 특성에 기초하여 복수의 제2 후보 위치를 찾는 것, (xi) 각각의 프로브 빔이 각각의 제2 후보 위치로 지향되는 것에 응답하여 각각의 제2 후보 위치로부터 변조된 광학적 반사 신호를 검출하는 것, 및 (xii) 이러한 제2 후보 위치로부터 검출되는 변조된 광학적 반사 신호에 기초하여 각각의 제2 후보 위치에서 표면 아래에 있는 피처 특성을 결정하는 것을 포함한다. 다른 양태에서, 제1 및 제2 후보 위치는, 표면 또는 표면 근처 특성을, 표면 아래 결함의 존재와 상관시키는 것에 의해 찾아진다. 또 다른 양태에서, 제1 및 제2 후보 위치는 각각, 샘플 부분의 평균으로부터 미리 정의된 양만큼 벗어나는 하나 이상의 표면 또는 표면 근처 특성을 갖는 샘플 부분의 소영역(sub-area)과 관련된다. 또 다른 양태에서, 제1 및 제2 후보 위치 중 적어도 하나는 실리콘 관통 비아(TSV)를 구비한다.

다른 실시형태에서, 제1 및 제2 후보 위치는 자신의 관련된 소영역에 걸쳐 분산되도록 선택된다. 다른 예에서, 그 방법은, 표면 또는 표면 근처 특성이 표면 상에서의 산화물의 존재를 나타내는지의 여부를 결정하는 것 및 변조된 펌프 빔 및 프로브 빔을 지향시키기 이전에 각각의 후보 위치에서 산화물을 제거하는 것을 포함한다. 다른 예에서, 후보 위치 중 적어도 몇몇은 각각이, BF 출력 빔에 기초하여 생성되는 구조체의 이미지에 기초하여 이러한 구조체 상에서 중심에 놓이도록 선택된다. 다른 구현예에서, 후보 위치 중 적어도 몇몇은 또한, BF 출력 빔에 기초하여 생성되는 구조체의 이미지에 기초하여 이러한 구조체에 걸쳐 분산되도록 선택된다.

본 발명의 이들 및 다른 양태는 도면을 참조로 하기에서 더 설명된다.

도 1a는 Cu 충전 실리콘 관통 비아(TSV)의 개략적인 측면도이다.
도 1b는 표면 아래 결함을 갖는 Cu 충전 실리콘 관통 비아(TSV)의 개략적인 측면도이다.
도 2는, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 결합된 명시야(BF), 암시야(DF), 및 변조된 광 반사율(MOR) 장치의 개략적인 표현이다.
도 3은, 본 발명의 대안적인 실시형태에 따른, 결합된 BF 및 MOR 검사 시스템의 개략적인 표현이다.
도 4는, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 검사 프로시져를 예시하는 플로우차트이다.
도 5는, 본 발명의 특정 구현예에 따른, MOR 기반의 조명 빔을 정렬하기 위한 프로시져를 예시하는 플로우차트이다.

하기의 설명에서는, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 특정 상세가 개시된다. 본 발명은 이들 특정 상세의 일부 또는 전체가 없어도 실시될 수도 있다. 다른 경우에서, 널리 공지된 컴포넌트 또는 프로세스 동작은, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해, 상세히 설명되지 않는다. 본 발명이 특정 실시형태와 연계하여 설명될 것이지만, 본 발명을 실시형태로 제한하는 것은 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다.

일반적으로, 본 발명의 소정의 실시형태는, 명시야(BF), 암시야(DF), 및 변조된 광 반사율(MOR)을 위한 채널을 갖는 콤비네이션 시스템에 관한 것이다. 결합된 장치는, Cu 충전 실리콘 관통 비아(TSV) 구조체 또는 다른 3D 적층식 반도체 구조체에서의 보이드 및 다른 결함과 같은 표면 아래 결함의 검출 및 계측에서뿐만 아니라, 웨이퍼와 같은 반도체 샘플 상의 다양한 구조체에서의 표면 특성 및 결함의 검출 및 계측에서 특히 유용하다.

도 1a는 Cu 충전 실리콘 관통 비아(TSV) 구조체(100)의 개략적인 측면도이다. 도시된 바와 같이, 이면 금속부(back metal portion; 110) 및 하나 이상의 상부 금속층(102)을 전기적으로 커플링하기 위해, 실리콘 벌크(106)뿐만 아니라 활성 회로부 영역(104)을 통해 CU 충전 TSV(108)가 형성된다.

BF 기반의 기술 및 DF 기반의 기술은 반도체 제조의 다양한 단계에서 다양한 구조체에서(예를 들면, 활성 회로부 영역(104)에서) 표면 결함 및 표면 아래 근처의 결함을 검출할 수 있다. 그러나, CU 충전 TSV와 같은 집적 회로(integrated circuit; IC) 제조에서의 소정의 피처는, 반도체 구조체에서 종래의 광학 기반 매크로 검사 기술의 감도 깊이보다 훨씬 더 깊이 위치될 수도 있다. 도 1b는, 보이드 영역(122) 및 파티클 결함(120)과 같은 깊은 결함을 갖는 Cu 충전 실리콘 관통 비아(TSV)의 개략적인 측면도이다.

BF 기반의 기술 또는 DF 기반의 기술과는 대조적으로, MOR 기반의 기술은 표면 아래 피처, 예컨대 TSV 구조체에 위치되는 결함 및 재료의 벌크에 위치되는 결함에 아주 민감할 수 있다. 따라서, 이들 광학 및 광열 기술을 단일의 장치로 결합하는 것은, 주목하는 전체 범위(예를 들면, 표면 아래 1 ㎛ 미만에서 50 ㎛ 초과까지)에 걸쳐 결함 징후(defect signature)를 검출할 수 있는 툴을 제공할 것으로 예상된다. 이러한 결합된 방식의 다른 이점은 그 단순함에 있다. X선 파장 또는 초음파 파장과는 달리, 광열 시스템은 구축, 유지, 및 사용이 간단하다.

도 2는, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 결합된 장치(200)의 개략적인 표현이다. 시스템(200)의 상이한 조명 빔 및 출력 빔은, 도면을 간략히 하고 모든 빔을 보다 명확하게 나타내기 위해, 상이한 광 경로를 갖는 것으로 예시된다. 시스템(200)은 광열 MOR 기반 모듈 및 BF 및 DF 기반 모듈을 포함한다. MOR, BF, 및/또는 DF 모듈은 임의의 하나 이상의 컴포넌트를 공유할 수도 있거나 또는 완전히 별개의 모듈일 수도 있다. 예시된 실시형태에서, MOR 및 BF 모듈은 동일한 조명 광학장치 중 몇몇, 예컨대 대물렌즈(210)를 공유한다. BF 광원은 조명 빔(블랙)을 생성하는데, 이 조명 빔은, 미러(222g), 릴레이(204), 미러(222d), 및 대물렌즈(210)를 통해, 샘플, 예를 들면, 웨이퍼(216)를 향해 지향된다. 마찬가지로, 펌프 소스(202c)는 방사선(radiation)의 펌프 빔(화이트)를 생성하는데, 이 펌프 빔은, 미러(222e)를 통해 샘플(216)을 향해 지향되고 동일한 대물렌즈(210)에 의해 샘플 상으로 집속된다. 프로브 소스(202d)도 또한 프로브 빔을 생성하는데, 이 프로브 빔은 미러(222c)를 통해 샘플(216)을 향해 지향되고 동일한 대물렌즈(210)에 의해 샘플(216) 상으로 집속된다. 본원에서 설명되는 광원 중 임의의 것으로부터의 조명 빔 중 임의 것은, 빔을 샘플(216)을 향해 릴레이하도록 기능하는(예를 들면, 성형하는, 집속하는 또는 집속 오프셋을 조정하는, 파장을 필터링/선택하는, 편광 상태를 필터링/선택하는, 리사이징하는, 확대하는, 왜곡을 감소시키는, 등등을 하는) 다수의 렌즈를 통과할 수도 있다.

샘플(216)은 또한, 검사 시스템(200)의 스테이지(라벨링되지 않음) 상에 배치될 수도 있고, 검사 시스템(200)은 또한, 입사 빔을 기준으로 스테이지(및 샘플)을 이동시키기 위한 위치결정 메커니즘을 포함할 수도 있다. 예로서, 하나 이상의 모터 메커니즘 각각은 스크류 드라이브 및 스테퍼 모터, 피드백 위치를 갖는 리니어 드라이브, 또는 밴드 액츄에이터 및 스테퍼 모터로부터 형성될 수도 있다. 샘플(216)은 임의의 적절한 패턴화된 또는 패턴화되지 않은 기판, 예컨대 패턴화된 또는 패턴화되지 않은 실리콘 웨이퍼일 수도 있다.

일반적으로, 검사 시스템 또는 모듈의 각각의 광학 엘리먼트는, 결함을 검출하기 위한 또는 샘플(216)의 피처의 특성을 묘사하기 위한 광의 파장 범위에 대해 최적화될 수도 있다. 최적화는, 예를 들면, 대응하는 파장 범위에 대한 수차를 최소화하기 위한 유리 타입의 선택, 배치, 형상, 및 코팅(예를 들면, 반사 방지 코팅, 고반사성 코팅)에 의해, 파장 의존 수차를 최소화하는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 시스템 광학 엘리먼트는 BF 및 DF에 의해 사용되는 파장 범위에 의한 분산에 의해 야기되는 효과를 최소화하도록 정렬될 수도 있다.

임의의 적절한 BF 소스(202a)가 사용될 수도 있다. BF 광원의 예는 코히어런트 레이저 광원, 레이저 구동 광원(예를 들면, 딥 UV 또는 가스 레이저 생성기), 고출력 플라즈마 광원, 투시 광원(transillumination light source)(예를 들면, 할로겐 램프), 필터링된 램프, LED 광원, 등등을 포함한다. 검사 시스템은 임의의 적절한 수 및 타입의 광원을 포함할 수도 있다.

BF 소스(202a)는, 예시된 수직 각도 외에, 임의의 적절한 입사 각도에서 임의의 적절한 광대역 방사선(broadband radiation)을 생성할 수도 있다. 예를 들면, BF 조명 빔은 비스듬한 각도에서 샘플(216)을 향해 지향될 수도 있다. BF 소스가 샘플 상으로 지향되는 위치는 BF 스팟으로 칭해질 수도 있다. BF 스팟은 약 0.5 ㎛ 내지 약 5 ㎛ 사이에 있을 수도 있다. 하나의 예에서, BF 스팟은 약 1 ㎛이다.

광원(202a)으로부터의 입사 빔이 샘플(216) 상에 충돌한 이후, 그 다음, 광은 샘플(216)로부터 반사될 수도 있고(및/또는 투과될 수도 있고) 산란될 수도 있는데, 반사되고 산란된 광은 본원에서 "출력 광" 또는 "출력 빔"으로 칭해진다. 검사 시스템은 또한, 출력 광을 하나 이상의 검출기를 향해 지향시키기 위한 임의의 적절한 렌즈 배치(lens arrangement)를 포함한다. 대응하는 BF 출력 빔은 이러한 BF 조명 빔에 응답하여 샘플로부터 수집된다. 도시된 바와 같이, 수직 출력 빔(블랙)은 수직 축을 따라 대물렌즈(210), 미러(222a, 222b, 222c, 222d, 222e)를 통해 수집되고, 광학 엘리먼트(222h)에서 반사되고, 빔 스플리터(222j)에 의해 분할되어 BF 검출기(218a) 및 리뷰 카메라(218c) 상에 충돌한다. 예로서, BF 검출기(218a)는 CCD(charge coupled device; 전하 결합 소자) 또는 TDI(time delay integration; 시간 지연 통합) 검출기, 광전증배관(photomultiplier tube; PMT), 또는 다른 센서의 형태일 수도 있다.

시스템(200)은 또한, 특정한 각도, 예컨대 예시된 비스듬한 각도에서 샘플(216)을 향하는 DF 조명 빔(그레이)을 생성하기 위한 DF 광원(202b)을 포함하는 DF 채널을 포함할 수도 있다. DF 소스가 샘플 상으로 지향되는 위치는 DF 스팟으로 칭해질 수도 있다. DF 스팟은 약 0.5 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 사이에 있을 수도 있거나, 또는 더 구체적으로는 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛ 사이에 있을 수도 있다. 하나의 예에서, DF 스팟은 약 1 ㎛이다. DF 스팟은 BF 스팟과 일치할 수도 있고, BF 스팟 및 DF 스팟 둘 다는 동시에 생성될 수도 있다. 대안적으로, BF 빔 및 DF 빔은 샘플 상의 상이한 스팟을 향해 동시에 지향될 수도 있다. 동시적 BF 및 DF 검사를 포함하는 하나의 예시적인 시스템은, 미국 캘리포니아(CA) 밀피타스(Milpitas)의 KLA-Tencor Corp.로부터 입수가능한 Altair 8900이다.

DF 수집 채널은, 입사 DF 빔에 응답하여 샘플(216)로부터의 산란된 출력 광(그레이)을 수집하도록 구성될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 산란된 DF 출력 광은 대물렌즈(210), 미러(222a, 222b, 222c, 22d, 222e)를 통해 수집될 수도 있고, DF 검출기(218b)를 향해 지향되도록 광학 엘리먼트(222h) 및 미러(222f)에서 반사될 수도 있다.

시스템(200)은 또한, 하기에서 더 설명되는 바와 같이, BF 모듈 및 DF 모듈로부터의 출력 데이터를 분석하기 위한 컨트롤러 및 분석기(290)를 포함할 수도 있다.

시스템(200)은 또한 MOR 기반 모듈을 포함한다. 펌프 소스(202c)는 방사선의 강도 변조된 펌프 빔(intensity-modulated pump beam)을 생성한다. 예를 들면, 광원은 강도 변조 레이저(intensity-modulated laser) 또는 인코히어런트 광원(incoherent light source)을 포함할 수도 있다. 광섬유와 커플링되는 레이저 시스템을 비롯하여, 가스, 고상(solid state), 또는 반도체 레이저가 활용될 수도 있다. 펌프 소스는 임의의 적절한 파장 범위를 갖는 펌프 빔을 생성할 수도 있다. 예를 들면, 펌프 빔은, BF 채널의 공유된 조명 광학장치의 대역폭 요건 내에 계속 있으면서, 샘플(예를 들면, 실리콘)에 의한 강한 흡수를 갖기에 충분히 낮은 파장 범위를 갖는다. 특정 구현예에서, 펌프 빔은, 약 400 내지 600 nm 사이에 있는 안정한 파장 범위를 갖는다. 다양한 파장을 달성하기 위해, 광대역의 조정가능한 소스(broadband tunable source)가 사용될 수도 있다. 샘플로부터의 더 나은 반사율을 달성하기 위해 분광 펌프 소스(spectroscopic pump source)가 사용될 수도 있다.

펌프 빔은 강도 변조된다. 펌프 빔은, 복수의 변조 주파수에서 추가적인 데이터를 얻기 위해 변조 주파수를 변경하도록 또는 미리 정의된 주파수에서 펌프 빔을 변조하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 펌프 소스는, 통상적으로, 펌프 빔의 강도를 변조하기 위한 구동 신호를 펌프 소스로 공급하는 변조기(203)를 포함할 것이다. 변조 주파수는 수 헤르츠(Hertz; Hz)에서부터 수십 MHz까지 변할 수 있다. 하나의 구현예에서, 변조 주파수는 약 10 Hz 와 10 MHz 사이의 범위, 예컨대 1 MHz를 갖는데, 이 범위는 통상적인 반도체 샘플에서 플라즈마 파를 생성할 것이다.

펌프 빔 소스(202c)가 스위치 온되면, 펌프 빔은 샘플의 표면 상으로 투사되어 샘플(216)의 국소화된 가열을 야기할 수도 있다. 펌프 소스가 변조되면, 국소화된 가열(여기) 및 후속하는 냉각(이완(relaxation))은 샘플(216) 내에서 열 파(thermal wave) 및 플라즈마 파(plasma wave)의 트레인(train)을 생성할 수도 있다. 열 파 및 플라즈마 파는 다양한 피처에서 반사 및 산란할 수도 있고 펌프 빔 스팟으로부터의 열 및/또는 플라즈마의 플로우가 변경될 수도 있도록 샘플(216) 내의 다양한 영역과 상호작용할 수도 있다. 대안적인 실시형태에서, 전체 웨이퍼는 온도 처리를 활용하는 특수 환경에서 및/또는 특수 챔버에서 이완될 수도 있다.

플라즈마 파는, 일반적으로 구리와 같은 도전성 재료에서가 아니라 반도체 재료에서만 생성되고, 한편, 열 파는 반도체 재료 및 도전성 재료 둘 다에서 생성된다. 플라즈마 파 및 열 파는 생성 영역(예를 들면, 표면 상의 펌프 스팟)으로부터 표면에서 멀리 전파한다. 플라즈마 파 및 열 파는, 재료의 흡수 계수가 높은 곳, 예컨대 실리콘 재료에서 생성되기 쉽고, 결정 구조의 임의의 결함에서 반사하거나 또는 특정한 구조 특성에 의존한다. 플라즈마 파 또는 열 파에 영향을 끼칠 수도 있는 결함 또는 피처 특성은, 보이드, 파티클, 빠지거나 추가된 재료, 측벽 각도에서의 변화, 수직으로부터의 측벽의 편차, 재료에서의 밀도 변화, 등등을 포함할 수도 있다. 열 파는 꽤 깊게 침투할 수 있고, 투과의 깊이는 펌프 레이저의 강도 변조 주파수를 변경하는 것에 의해 변경될 수 있다.

열 파 및 플라즈마 파와 기저의 구조체 또는 결함과의 그들의 상호작용 및 그들의 상이한 흡수 계수 또는 열 콘트라스트(thermal contrast)는 표면에서의 반사율에 직접적인 영향을 끼칠 것이다. 즉, 열 파 및 플라즈마 파의 통과를 변경하는 샘플 표면 아래의 피처 및 영역은 샘플 표면에서의 광학적 패턴을 변경할 것이다. 열 콘트라스트는 일반적으로, 볼륨에 의해 승산된 열 전도율에서의 차이 또는 열 확산도에서의 차이에 의존한다. 결함과 주위의 비결함 구조체 또는 필드 사이에 열 콘트라스트가 존재하면, 표면 반사율의 상당한 변화가 발생할 수 있다.

표면에서의 샘플의 반사율에서의 변화를 모니터링하는 것에 의해, 표면 아래의 특성에 관한 정보가 조사될 수도 있다. 결함의 검출을 위해, MOR 기반 모듈은, 기저의 구조체 및/또는 결함에 의해 야기되는 반사율에서의 변화를 모니터링하기 위한 메커니즘을 포함한다. 시스템(200)은, 방사선의 변조되지 않은 프로브 빔을 생성하는 프로브 빔 소스(202d)를 포함한다. 예를 들면, 프로브 소스(202d)는 CW(연속파) 레이저 또는 광대역 또는 화이트 광원일 수도 있다. 프로브 소스는, 샘플 재료의 반사율 특성에 따라, 임의의 적절한 파장 범위를 갖는 프로브 빔을 생성할 수도 있다. 예를 들면, 구리와 잘 동작하는 프로브 빔은 약 600 내지 800 nm의 파장 범위를 갖는다. 다른 실시형태에서, 광원은, 3D 적층 메모리 디바이스를 투과하기 위해, 약 700 nm와 950 nm 사이의 범위(예를 들면, 가시 파장 범위, IR 파장 범위, 및/또는 NIR 파장 범위)에서 조명 광을 출력한다. 광원의 예는 레이저 구동 광원, 고출력 플라즈마 광원, 투시 광원(예를 들면, 할로겐 또는 Xe 램프), 필터링된 램프, LED 광원 등등을 포함한다. 다수의 LED 또는 스페클 버스터 레이저 다이오드(speckle buster laser diode)도 또한 가능한 소스이다.

프로브 빔은, 입사 펌프 빔과 동일한 스팟의 적어도 일부를 공유하는 프로브 스팟 상으로 집속될 수 있다. 즉, 프로브 빔 충돌은 펌프 스팟과 일치할 수도 있다. 시스템(200)은 또한, 샘플의 동일한 영역을 스캔하기 위해, 펌프 빔 및 프로브 빔을 함께 이동시키는 스캐닝 엘리먼트, 예컨대 편향기(deflector)를 포함할 수도 있다. 샘플 상에서의 펌프 빔 또는 프로브 빔의 상대적 위치를 조정하기 위한 적어도 하나의 빔 추적기(예를 들면, 222c 또는 222a)가 펌프 빔 또는 프로브 빔 중 어느 하나의 경로에 제공될 수도 있다. 추적기는 다수의 MOR 측정치를 획득하기 위한, 펌프 빔 및 프로브 빔의 측면 오프셋을 변경하도록 사용될 수도 있다. 프로브 빔은 샘플 표면에 (도시된 바와 같이) 수직으로 또는 임의의 적절한 입사 각도로 지향될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 프로브 빔은 샘플(216)을 플래시 어닐링(flash annealing)하기 위한 고출력으로 조정될 수도 있다.

MOR 채널은, 샘플 상에 입사하는 펌프 빔 및 프로브 빔에 응답하여 샘플(216)로부터 반사되거나 산란되는 출력 방사선을 수집하기 위한 수집 경로를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 수집 경로는, 출력 빔을 릴레이하기 위한 및/또는 확대하기 위한 그리고 출력 빔을 광열(photothermal; PT) 검출기(218d)로 지향시키기 위한 임의의 적절한 렌즈 또는 광학 엘리먼트(예를 들면, 217)를 포함할 수도 있다.

PT 검출기(218d)는, 일반적으로, 입사 프로브 빔에 응답하여 샘플로부터 반사되는 프로브 빔의 반사율에서의 변화를 모니터링하도록 구성된다. PT 검출기(218d)는 출력 방사선을 감지하고, 프로브 빔의 반사 전력에 비례하는, 따라서, 샘플 표면의 다양한 광학적 반사율을 나타내는 출력 신호를 생성한다. PT 검출기(218d)는 MOR 기반 신호, 예컨대 통합된 강도 신호를 검출하기 위한 임의의 적절한 형태일 수도 있다. 예를 들면, PT 검출기(218d)는 하나 이상의 광검출기 엘리먼트, 예컨대 간단한 실리콘 광다이오드 또는 광다이오드의 어레이를 포함할 수도 있다. PT 검출기(218d)는 낮은 노이즈, 높은 안정성, 및 저렴한 가격을 갖는 것이 바람직하다.

PT 검출기(218d)로부터의 출력 신호는, 펌프 빔 변조 주파수와 동기하는 변화를 격리하도록 필터링될 수도 있다. 많은 구현예에서, 필터링은 헤테로다인(heterodyne) 또는 락인(lock-in) 검출 시스템을 사용하여 수행될 수도 있다. 미국 특허 5,978,074호는 여러 예시적인 락인 검출 시스템을 설명하는데, 이 미국 특허는 그 전체가 참조에 의해 본원에 통합된다. 락인 검출기는 검출기 출력의 동위상(in-phase; I) 성분 및 직교(quadrature; Q) 성분 둘 다를 측정하는 데 사용될 수도 있다. 출력 신호의 두 개의 채널, 즉 진폭(A2=I2+Q2) 및 위상(θ=arctan(I/Q))은 종래에서는 변조된 광 반사율(MOR) 또는 열 파(Thermal Wave; TW) 신호 진폭 및 위상으로 각각 칭해진다.

PT 광검출기(218d)로부터의 출력을 분석하기 위한 수집기 또는 분석기(290)가 또한 구성될 수도 있다. 일반적으로, 반사 신호의 위상 및 변화는, 변조된 펌프 신호와 비교하여, 모니터링된다. 반도체에서의 전체 MOR 신호의 열 관련 성분 및 캐리어 플라즈마 관련 성분의 동역학은 다음의 일반식에 의해 주어진다:

여기서 ΔT₀ 및 ΔN₀는 반도체의 표면에서의 온도 및 캐리어 플라즈마 밀도이고, R은 광학 반사율이고, ∂R/∂T은 온도 반사 계수(temperature reflectance coefficient)이고, ∂R/∂N은 캐리어 반사 계수(carrier reflectance coefficient)이다. 실리콘의 경우, ∂R/∂T은 스펙트럼의 가시광 부분 및 근자외선(near-UV) 부분에서 양(positive)이고 한편 ∂R/∂N은 주목하는 전체 스펙트럼에 걸쳐 음(negative)으로 유지된다. 부호에서의 차이는 열 파와 플라즈마 파 사이에서 상쇄 간섭으로 나타나고 소정의 조건에서 전체 MOR 신호를 감소시킨다. 이 효과의 크기는 반도체 샘플의 성질에 그리고 광열 시스템의 파라미터에, 특히 펌프 파장 및 프로브 파장에 의존한다.

분석기 및 프로세서(290)는 또한, 동작 파라미터를 제어하기 위한 또는 감지하기 위한 시스템 컴포넌트 중 하나 이상과 통신적으로 커플링될 수도 있다. 예를 들면, 프로세스(290)는 변조기(203)를 통해 펌프 빔의 변조를 조정하도록 그리고 제어하도록 구성될 수도 있다.

시스템(200)은 또한, 타겟 샘플의 자동 초점을 제공하기 위한 자동 초점 모듈(206)을 포함할 수도 있다. 자동 초점은, 일반적으로, 미러(222a)에 의해 대물렌즈(210)를 통해 샘플을 향해 지향되는 자동 초점 빔을 생성하고 그 다음 응답 신호를 검출하여 초점을 결정하고 조정한다. 이 실시형태에서, 자동 초점은 BF 기반 모듈 및 MOR 기반 모듈과 동일한 대물렌즈를 공유한다.

도 3은, 본 발명의 대안적인 실시형태에 따른, 검사 시스템(300)의 개략적인 표현이다. 이 시스템(300)은, 도 2의 시스템과 관련하여 설명된 컴포넌트 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 도 3에서 도시되는 바와 같이, 시스템은 입사 빔을 생성하기 위한 BF 광원(302), 예컨대 광대역 광원을 포함할 수도 있다. 광원의 예는 코히어런트 레이저 광원, 레이저 구동 광원(예를 들면, 딥 UV 또는 가스 레이저 생성기), 고출력 플라즈마 광원, 투시 광원(예를 들면, 할로겐 램프), 필터링된 램프, LED 광원, 등등을 포함한다. 검사 시스템은 임의의 적절한 수 및 타입의 광원을 포함할 수도 있다.

그 다음, BF 광원(302a)으로부터의 입사 빔은, 빔을 샘플(316)을 향해 릴레이하도록 기능하는(예를 들면, 성형하는, 집속하는, 리사이징하는, 확대하는, 왜곡을 감소시키는, 등등을 하는) 다수의 렌즈를 통과한다. 예시된 실시형태에서, 입사 빔은, 입사 빔을 시준하는 렌즈(304)를 통과하고, 그 다음, 입사 빔을 수렴시키는 렌즈(306)를 통과한다. 그 다음, 입사 빔은, 입사 빔을 다음에 대물렌즈(314)를 통해 반사시키는 스플리터(312)에 의해 수신되는데, 이 대물렌즈(314)는 입사 빔을 하나 이상의 입사 각도에서 샘플(316) 상으로 집속시킨다.

검사 시스템(300)은 또한, 광원(302a)으로부터의 조명 빔의 동공 플레인(pupil plane)에 위치되는 조명 선택기(305)를 포함할 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 조명 선택기(305)는, 동공 플레인에서 복수의 상이한 조명 빔 프로파일을 생성하도록 조정될 수 있는 구성가능한 동공 어퍼쳐의 형태일 수도 있다. 검사 시스템(300)은 또한, 조명 선택기의 상이한 어퍼쳐 구성을 광원(302a)으로부터의 입사 빔의 경로 안으로 선택적으로 이동시키기 위한 하나 이상의 위치결정 메커니즘을 포함할 수도 있다.

광원(302a)으로부터의 입사 빔(들)이 샘플(316) 상에 충돌한 이후, 그 다음, 광은 샘플(316)로부터 반사될 수도 있고(및/또는 투과될 수도 있고) 산란될 수도 있는데, 반사되고 산란된 광은 본원에서 "출력 광" 또는 "출력 빔"으로 칭해진다. 검사 시스템은 또한, 출력 광을 하나 이상의 검출기를 향해 지향시키기 위한 임의의 적절한 렌즈 배치(lens arrangement)를 포함한다. 예시된 실시형태에서, 출력 광은 빔 스플리터(312), 푸리에 플레인 릴레이 렌즈(Fourier plane relay lens; 320), 이미징 어퍼쳐(322), 및 줌 렌즈(324)를 통과한다. 푸리에 플레인 릴레이 렌즈는 일반적으로 샘플의 푸리에 플레인을 이미징 어퍼쳐(322)로 릴레이한다. 이미징 어퍼쳐(322)는 출력 빔의 일부를 차단하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 어퍼쳐(322)는 명시야 검사 모드에서 대물렌즈 개구수(numerical aperture) 내에 출력 광의 전체를 통과시키도록 구성되거나, 또는 암시야 검사 모드 동안 샘플로부터의 산란된 광만을 통과시키도록 구성된다. 검출된 신호로부터 주기적 구조를 필터링하기 위해, 고차의 출력 빔을 차단하기 위한 필터가 이미징 어퍼쳐(322)에 또한 배치될 수도 있다.

이미징 어퍼쳐(322)를 지나간 이후, 그 다음, 출력 빔은 임의의 수의 광학 엘리먼트, 예컨대 빔 스플리터(332a, 332b, 및 332c)를 통과할 수도 있고, 그 다음, 샘플(316)의 이미지를 확대하도록 기능하는 줌 렌즈(324)를 통과할 수도 있다. 그 다음, 출력 빔은 검출기(326a)에 충돌한다. 예로서, 검출기는 CCD(전하 결합 소자) 또는 TDI(시간 지연 통합) 검출기, 광전증배관(PMT), 또는 다른 센서의 형태일 수도 있다.

시스템(300)은 또한, 하나 이상의 렌즈 및 광학 엘리먼트(예를 들면, 334a, 332a~c, 320, 312, 및 314)에 의해 샘플(316)을 향해 지향되는 펌프 빔을 생성하기 위한 펌프 소스(302b)를 포함할 수도 있다. 마찬가지로, 프로브 소스(302c)는, 하나 이상의 렌즈 및 광학 엘리먼트(예를 들면, 334b, 332b, 332c, 320, 312, 및 314)에 의해 샘플(316)을 향해 지향되는 프로브 빔을 생성한다. 또한, 샘플(316)로부터의 출력 빔이 하나 이상의 렌즈(314, 312, 320, 332, 및 336)에 의해 PT 검출기(326b)를 향해 지향된다.

상기 설명된 시스템의 센서에 의해 캡쳐되는 신호는 컨트롤러 또는 분석기 시스템(290 또는 310)에 의해 프로세싱될 수 있는데, 이 컨트롤러 또는 분석기 시스템(290 또는 310)은 센서로부터의 아날로그 신호를 프로세싱을 위해 디지털로 변환하도록 구성되는 아날로그 디지털 변환기를 구비하는 신호 프로세싱 디바이스를 포함할 수도 있다. 컨트롤러는 감지된 광 빔의 강도, 위상, 및/또는 다른 특성을 분석하도록 구성될 수도 있다. 컨트롤러는, 최종 결과물의 테스트 이미지 및 본원에서 더 설명되는 바와 같은 다른 검사 특성을 디스플레이하기 위한 유저 인터페이스를 (예를 들면, 컴퓨터 스크린 상에) 제공하도록 (예를 들면, 프로그래밍 명령어로) 구성될 수도 있다. 컨트롤러는, 어퍼쳐 구성을 변경하는 것, 검출 결과 데이터 또는 이미지를 관찰하는(viewing) 것, 검사 툴 레시피를 셋업하는 것과 같은 유저 입력을 제공하기 위한 하나 이상의 입력 디바이스(예를 들면, 키보드, 마우스, 조이스틱)를 또한 포함할 수도 있다. 소정의 실시형태에서, 컨트롤러는 하기에서 상세히 설명되는 어퍼쳐 선택 또는 검사 기술을 실행하도록 구성된다. 본 발명의 기술은 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 임의의 적절한 조합으로 구현될 수도 있다. 컨트롤러는, 통상적으로, 적절한 버스 또는 다른 통신 메커니즘을 통해 하나 이상의 메모리, 및 입/출력 포트에 커플링되는 하나 이상의 프로세서를 구비할 수도 있다.

컨트롤러는 소프트웨어 및 하드웨어의 임의의 적절한 조합일 수도 있고, 일반적으로, 검사 시스템의 다양한 컴포넌트를 제어하도록 구성된다. 예를 들면, 컨트롤러는 조명 소스의 선택적 활성화, 펌프 소스의 변조, 조명 선택기/어퍼쳐 설정, 이미징 어퍼쳐 설정, 등등을 제어할 수도 있다. 컨트롤러는 또한, 각각의 검출기에 의해 생성된 이미지 또는 신호를 수신하도록 그리고 샘플 상에 결함이 존재하는지의 여부를 결정하기 위해 결과적으로 나타나는 이미지 또는 신호를 분석하도록, 샘플 상에 존재하는 결함의 특성을 묘사하도록, 또는 다르게는 샘플의 특성을 묘사하도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 컨트롤러는, 프로세서, 메모리, 및 본 발명의 방법 실시형태의 명령어를 구현하도록 프로그래밍되는 다른 컴퓨터 주변장치를 포함할 수도 있다.

이러한 정보 및 프로그램 명령어가 특별하게 구성된 컴퓨터 시스템 상에서 구현될 수도 있기 때문에, 이러한 시스템은, 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장될 수 있는, 본원에서 설명되는 다양한 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령어/컴퓨터 코드를 포함한다. 머신 판독가능 매체의 예는, 하드 디스크, 플로피 디스크, 및 자기 테이프와 같은 자기 매체; CD-ROM 디스크와 같은 광학 매체; 광학 디스크와 같은 광자기 매체; 및 프로그램 명령어를 저장 및 수행하도록 특별히 구성되는 하드웨어 디바이스, 예컨대 리드 온리 메모리 디바이스(read-only memory devices; ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM)를 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 프로그램 명령어의 예는, 컴파일러에 의해 생성되는 것과 같은 머신 코드, 및 인터프리터를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수도 있는 더 하이 레벨의 코드를 포함하는 파일 둘 다를 포함한다.

상기의 설명 및 도면은 시스템의 특정 컴포넌트에 대한 제한으로서 간주되지 않아야 한다는 것 및 시스템은 많은 다른 형태로 구체화될 수도 있다는 것을 유의해야 한다. 예를 들면, 검사 또는 측정 툴은, 결함을 검출하도록 및/또는 레티클 또는 웨이퍼의 피처의 임계적 양태를 결정하도록 정렬된 임의의 수의 기지의 이미징 또는 계측 툴로부터 임의의 적절한 피처를 가질 수도 있다는 것이 고려된다. 예로서, 검사 또는 측정 툴은 명시야 이미징 현미경, 암시야 이미징 현미경, 풀 스카이(full sky) 이미징 현미경, 위상차 현미경(phase contrast microscopy), 편광 콘트라스트 현미경(polarization contrast microscopy), 및 코히어런스 프로브 현미경(coherence probe microscopy)에 대해 적응될 수도 있다. 단일의 그리고 다수의 이미지 방법은 타겟의 이미지를 캡쳐하기 위해 사용될 수도 있다는 것이 또한 고려된다. 이들 방법은, 예를 들면, 싱글 그랩(single grab), 더블 그랩(double grab), 싱글 그랩 코히어런스 프로브 현미경(coherence probe microscopy; CPM) 및 더블 그랩 CPM 방법을 포함한다. 검사 또는 계측 장치의 일부를 형성하는 것으로서, 산란측정법과 같은 비촬상 광학적 방법이 또한 고려될 수도 있다.

명시야(BF) 및 암시야(DF) 모듈은, 아주 얇은 막에 의해 커버되거나 또는 표면 상에 있는 결함을 검출할 수 있다. 이들 모듈은, 통상적으로, 결함이 표면에 가까이 있거나 또는 결함이, 표면까지 퍼질 수 있는, 따라서, 검출가능한 표면 결함을 생성할 수 있는 범프를 스택 내에 생성하는 경우에만, 표면 아래 결함을 검출할 수 있다. MOR 기반 모듈은, 샘플 내에서 더 깊이 위치되는 결함, 예컨대 TSV 구조체의 바닥부에 있는 결함 또는 측벽 상에 위치되는 결함을 검출할 수 있다.

BF/DF 기반 모듈 및 MOR 기반 모듈은, 샘플 표면 및 샘플 내의 더 깊은 곳 둘 다에서 동시에 결함을 검출하기 위해 또는 특성을 분석하기 위해 사용될 수 있다. 표면에 가까운 또는 표면 상의 결함에 대해서도, BF/DF 기반 모듈 및 MOR 기반 모듈은 이러한 결함의 특성화를 향상시키기 위해 함께 사용될 수도 있다. BF/DF 기반 검사 및 MOR 기반 검사는 동일한 위치에 대해 상이한 결함 또는 특성으로 나타날 수도 있다. 결함을 찾기 위한 그리고 피처 특성을 획득하기 위한 분석 기술은 하기에서 더 설명된다. 일반적으로, BF/DF 기반 모듈 및 MOR 기반 모듈은, 상이한 열적 징후 및 광학적 징후를 갖는 결함을 찾기 위해 사용될 수도 있다.

다른 실시형태에서, BF/DF 기반 모듈 및 MOR 기반 모듈은 검사 프로세스를 향상시키기 위해 순차적으로 사용될 수 있다. 필수적인 것은 아니지만, BF 모듈 또는 DF 모듈은 검출기를 MOR 기반 모듈과 공유할 수도 있는데, 이러한 모듈이 동시에 사용되지 않기 때문이다.

도 4는, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른, 검사 프로시져(400)를 예시하는 플로우차트이다. 도시된 바와 같이, 동작 402에서, 먼저 BF가 생성되어 샘플 스팟을 향해 지향된다. 옵션적으로는, DF 조명 빔도 이러한 초기 샘플 스팟을 향해 또한 지향될 수도 있다. 그 다음, 동작 404에서 BF(및 DF) 조명 빔에 응답하여 BF(및 DF) 출력 빔이 샘플 스팟으로부터 검출될 수도 있다. BF 및 DF 출력 데이터, 예컨대 검출된 신호 또는 이미지는, 동시에 수집될 수도 있다.

그 다음, 동작 406에서, 최종 스팟에 도달되었는지의 여부가 결정될 수도 있다. 예를 들면, 검사될 전체 영역이 BF(및 옵션적으로 DF) 빔에 의해 스캔되었는지의 여부가 결정된다. 전체 샘플 또는 샘플의 일부는 BF(및 DF) 빔으로 스캔될 수도 있다. 최종 샘플 스팟에 아직 도달되지 않았다면, 동작 408에서, 다음 스팟을 스캔하기 위해, 샘플은 BF(및 DF) 조명 빔을 기준으로 이동될 수도 있다.

BF(및 DF) 빔은 샘플의 개개의 줄(swath)을 가로질러 스캔될 수도 있다. 예를 들면, BF 빔 및 DF 빔은 제1 스캔 방향에서 제1 줄을 가로질러 스캔된다. 그 다음, 이들 BF 빔 및 DF 빔은, 사행 스캔 패턴(serpentine scan pattern)이 구현되도록, 제1 줄의 스캔 방향과는 반대인 제2 스캔 방향에서 다른 제2 줄에 걸쳐 스캔될 수도 있다. 대안적으로, BF 빔 및 DF 빔은 임의의 적절한 스캔 패턴, 예컨대 원형 또는 나선형 스캔 패턴을 가지고 샘플에 걸쳐 스캔될 수도 있다. 물론, 샘플로부터 원형 또는 나선형 형상을 스캔하기 위해, 센서가 상이하게(예를 들면, 원형 패턴으로) 정렬될 수도 있고/있거나 샘플이 스캔 동안 상이하게 이동될 수도 있다(예를 들면, 회전될 수도 있다).

초기 스캔이 완료된 이후, 동작 410에서, 표면 아래에 추가적인 결함을 가질 가능성이 있는 후보 위치를 찾기 위해, 검사된 영역의 표면 또는 표면 근처 특성이, 검출된 BF(및 DF) 출력 빔에 기초하여 결정될 수도 있다. 즉, BF(및 DF) 출력 데이터의 분석에 의해, 표면 상에 또는 표면 근처에 있지 않은 결함을 포함할 수도 있는 후보 위치가 위치결정될 수도 있다.

하나의 실시형태에서, 특정 임계치 위에 있는 차이의 위치를 결정하기 위해, 다이 대 다이, 셀 대 셀, 또는 다이 대 데이터베이스 비교가 수행되고, 그 다음, 이들 차이는 특정 결함 타입으로서 분류될 수도 있다. 이들 결함 타입 중 몇몇은 더 깊은 결함과 상관하는 것으로 결정될 수도 있다.

상이한 타입의 결함 또는 특성을, BF 채널 및 DF 채널에 의해 볼 수도 있다. BF 출력 데이터는, 일반적으로, 표면 구조체의 평면적 변형의 형태의 결함을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 구조체는 그들이 설계되었던 것보다 더 크거나 또는 더 작게 보일 수도 있다. BF 출력 데이터는 또한, 막 두께에서의 변화를, 예를 들면, 컬러 변화의 형태로 나타낼 수 있다. BF 응답에서의 컬러 변화는 또한, 재료 자체에서의 변화(예를 들면, 밀도 변화)에 의해 영향을 받을 수 있다. 추가적으로, (그룹 내의 개개의 구조체만이 결함이 있더라도) 결함이 된 구조체의 그룹은 주변 구조체에 영향을 끼칠 수도 있다. 대조적으로, DF 출력 데이터는 표면 상의 조도(roughness) 및 파티클 결함, 특정 구조체에 대한 구조체 높이에서의 국소적 기울기(gradient), 등등을 검출할 수 있다.

BF DF 출력 데이터 또는 DF 출력 데이터로부터 획득되는 소정의 결함 또는 샘플 특성은, 다른 MOR 기반 리뷰를 위한 후보 위치를 찾는 데 사용될 수도 있다. 예를 들면, 특정한 Cu 충전 실리콘 관통 비아(TSV) 또는 TSV 구조체의 그룹은 특정한 결함 타입(예를 들면, 변형) 또는 특성(예를 들면, 컬러)에서, 다른 TSV 구조체와 비교했을 때, 차이를 가질 수도 있다. 이들 TSV는 MOR 기반 모듈에 의한 다른 리뷰를 위한 후보로서 선택될 수도 있다.

다른 예에서, 프로세스는 영역 이상(area anomaly)에 대해 BF/DF 평균화 기술(averaging BF/DF technique)을 사용하여 모니터링된다. 결함 사이즈, 카운트, 또는 BF/DF 채널로부터 획득되는 다른 특성에서의 평균은 샘플의 영역마다 모니터링될 수도 있다. 예를 들면, 특정한 영역은, 동일한 타입의 구조체, 예컨대 TSV를 갖는 다른 영역보다 더 크고 평평한 구조체를 가질 수도 있다. 다른 샘플 영역의 평균(average) 또는 중간(mean)으로부터 미리 결정된 임계치만큼 벗어나는 영역은 더 깊은 MOR 기반 리뷰를 위한 후보로서 선택될 수도 있다. 대안적으로, 편향하는 영역 내에서의 위치의 샘플링은 다른 MOR 기반 리뷰를 위해 선택될 수도 있다. 예를 들면, 복수의 TSV 구조체를 갖는 특정한 큰 영역은 더 큰 구조체를 갖는 것으로 결정될 수도 있는데, 이 더 큰 구조체는 TSV 구조체를 가질 수도 있거나 또는 가지지 않을 수도 있다. 이 특정한 큰 영역 내에서의 TSV 구조체의 샘플링 또는 TSV 구조체의 모두는, 다음에, MOR 기반 리뷰를 위해 선택될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 후보 TSV 위치는 특정한 영역에 걸쳐 분산되도록 선택된다.

동작 412에서, (예를 들면, MOR 기반 모듈로부터) 펌프 및 프로브 빔이 생성될 수도 있고 샘플 상의 제1 후보 위치를 향해 지향될 수도 있다. 그 다음, 동작 414에서, 펌프 및 프로브 조명 빔에 응답하여, 후보 위치로부터의 MOR 기반 출력 빔이 검출될 수도 있다. 샘플 상의 제1 후보 위치에 있는 펌프 스팟으로 변조된 펌프 빔이 지향되고, 이러한 펌프 스팟의 적어도 일부 쪽으로 프로브 빔이 지향된다. 프로브 빔으로부터의 반사된 신호는, 예를 들면, 위에서 설명된 바와 같이 PT 검출기에 의해 검출된다.

동작 415에서, MOR 기반 출력 빔에 기초하여, 후보 위치에 있는 표면 아래의 피처 특성이 결정될 수도 있다. MOR 기반 모듈로부터 획득되는 반사 데이터는, 후보 위치에서 샘플에 깊게 위치되는 결함을 찾기 위해 또는 후보 위치에서 샘플에 깊게 위치되는 다른 피처의 특성을 묘사하기 위해 사용될 수 있다. MOR 기반 리뷰를 사용하여 모니터링될 수 있거나, 측정될 수 있거나, 또는 찾아질 수 있는 더 깊은 결함 및 피처 특성은, 보이드, 파티클, 빠지거나 또는 추가된 재료, 측벽 각도에서의 변화, 수직으로부터의 측벽의 편차, 재료에서의 밀도 변화, 등등을 포함할 수도 있다.

알려진 깊은(또는 비표면의) 특성 및 결함의 훈련용 세트의 MOR 기반 출력 신호를 결정하기 위해 그 훈련용 세트가 분석될 수도 있다. MOR 기반 반사 출력 데이터에 기초하여 특정한 특성 값 또는 결함 타입을 계산하기 위해, 모델이 또한 생성되어 훈련될 수도 있다.

그 다음, 동작 416에서, 최종 후보가 리뷰되었는지의 여부가 결정될 수도 있다. 만약 아니라면, 동작 418에서, 다음 후보 위치를 스캔하기 위해, 샘플은 펌프 및 프로브 조명 빔을 기준으로 이동될 수 있다. MOR 기반 채널은, 최종 후보가 리뷰될 때까지, 각각의 후보 위치에 대한 MOR 기반 출력 데이터를 수집하기 위해 사용된다.

최종 후보 위치에 도달된 이후, 동작 420에서, 샘플이 합격했는지의 여부가 결정될 수도 있다. 예를 들면, 결함이 수율을 제한하는 결함인지 또는 단지 성가신 타입의 결함인지의 여부가 결정된다. 샘플이 합격했는지의 여부를 결정하기 위해, BF, DF, 및 MOR 기반 결함 및 피처 특성 모두가 분석될 수도 있다. 특정한 피처 특성이 명세(specification)를 벗어나는지의 여부가 또한 결정될 수도 있다. 샘플이 합격하지 못하면, 동작 422에서, 프로세스는 변경될 수도 있고; 샘플은 교정될 수도 있거나, 또는 샘플은 버려질 수도 있다. 하나의 구현예에서, 샘플은 버려지고 프로세스는 변경된다. 샘플이 합격하면, 프로시져(400)는 종료할 수도 있고, 샘플은 제품으로서 사용될 수도 있거나 또는 추가로 프로세싱될 수도 있다. 추가 프로세싱 이후에, 샘플은 다시 검사될 수도 있다.

추가 MOR 기반 리뷰를 위한 후보 위치를 찾기 위해 제1 검사 패스(inspection pass)에서 BF/DF 채널을 사용하는 것은, 보다 효율적인 검사 프로세스로 나타날 수 있다. BF/DF 스캔은 MOR 기반 스캔보다 상당히 더 빠르다. 즉, 샘플은 BF 및/또는 DF 검사 프로세스를 사용하여 재빨리 스캔될 수 있다. 그 다음, 의심가는 후보 위치는 MOR 기반 채널에 의해 다시 리뷰될 수 있다. MOR 기반 리뷰로부터 획득되는 데이터는, 샘플 상에서 결함을 찾기 위한 또는 피처 특성을 모니터링하기 위한 더 풍부한 분석을 제공하기 위해, BF 및/또는 DF 검사로부터의 데이터에 추가될 수 있다.

MOR 기반 출력 데이터는 BF 및 DF 출력 데이터의 감도를 향상시키기 위해 사용될 수 있다. TSV 예에서, 구리에서의 열 확산 길이는 펌프 빔 변조 주파수를 조정하는 것에 의해 상당히 변경될 수 있다. 낮은 변조 주파수에서, 시스템의 감도 영역 및 열 확산 길이는 50-100 ㎛만큼 클 수 있어서, Cu TSV 구조체에서 깊은 보이드의 특성화(40-60의 깊이 및 3-8 ㎛의 폭)를 허용한다.

BF 모듈은 또한, MOR 기반 모듈을 이용한 검사 이전에 TSV가 산화되었는지의 여부를 결정하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들면, 산화물이 존재하는지의 여부를 결정하기 위해, TSV 이미지의 샘플링이 리뷰될 수도 있다. TSV 구조체의 MOR 기반의 프로브 동안의 산화물의 존재는, 그 산화물이 펌프 레이저에 의해 소실되게(burned off) 하고 신뢰할 수 없는 결과를 야기한다. 이러한 TSV 구조체 등으로부터 산화물을 제거하는 것이 유익할 수도 있다. 산화물이 존재하면, 샘플은 산화물을 제거하기 위해 연마될 수도 있다(또는 몇몇 다른 기술이 구현될 수도 있다). 그 다음, MOR 기반 검사가 진행할 수 있다.

BF 모듈은 또한, 타겟 구조체에 관해 펌프 빔 및 프로브 빔을 정렬하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들면, BF 출력 데이터는, 타겟 구조체의 하나 이상의 특정 타겟 위치에 정확하게 프로브하기 위해, 펌프 및 프로브 빔을 정렬하도록 사용될 수도 있다. 특정 예에서, 타겟 구조체는 TSV 구조체이다. 도 5는, 본 발명의 특정 구현예에 따른, MOR 기반의 조명 빔을 정렬하기 위한 프로시져(500)를 예시하는 플로우차트이다. 먼저, 동작 502에서, BF 조명 빔이 생성되어 타겟 구조체 위로 스캔된다. 그 다음, 동작 504에서, BF 조명 빔에 응답하여, 타겟 구조체로부터 BF 출력 빔이 검출될 수도 있다. 하나의 예에서, 타겟 구조체의 이미지가 BF 출력 빔에 기초하여 생성될 수도 있다.

그 다음, 동작 506에서, 스캔된 타겟 구조체 상에서 하나 이상의 타겟 위치를 결정하기 위해 BF 출력 빔이 분석될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 타겟의 에지가 결정될 수도 있고, 그 다음, MOR 기반 프로빙을 위해 타겟의 중심이 결정될 수도 있다. 예를 들면, 타겟 구조체의 폭(또는 반경)에 걸쳐 픽셀의 라인이 획득될 수도 있고, 이러한 라인은 타겟 구조체의 중심을 찾는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 타겟 구조체에 걸쳐 픽셀의 두 개의 직교하는 방향이 획득되고, 그 다음 타겟 구조체의 중심의 위치를 결정할 수도 있다.

타겟 구조체가 프로브 빔에 비교하여 크면, 타겟 구조체의 영역을 실질적으로 커버하기 위해, 타겟 구조체에 걸쳐 분산되도록 다수의 타겟 위치가 선택될 수도 있다. 분산된 프로빙 방식에서, 타겟 구조체를 시스템적으로 프로빙하기 위한, 타겟 위치의 특정한 패턴이 선택될 수도 있다. 하나의 예에서, 구조체의 중심에서부터 소용돌이꼴로 나가는 위치의 나선형 패턴이 선택된다. 다른 예에서, 타겟에 걸쳐 사행 패턴으로 스캔될 수 있는 위치의 그리드가 선택된다. TSV 예에서, TSV는 전체 TSV 구조체를 커버하도록 프로빙된다.

하나 이상의 타겟 위치가 결정되면, 동작 508에서, 펌프 및 프로브 빔이 생성될 수도 있고 샘플 상의 제1 타겟 위치를 향해 지향될 수도 있다. 그 다음, 동작 510에서, 펌프 및 프로브 조명 빔에 응답하여, MOR 기반 출력 빔이 타겟 위치로부터 검출된다. 그 다음, 동작 512에서, 최종 타겟 위치에 도달되었는지의 여부가 결정될 수도 있다. 즉, 프로브 패턴이 완료했는지의 여부가 결정된다. 최종 타겟 위치에 도달되지 않았다면, 동작 514에서, 다음 타겟 위치를 스캔하기 위해, 샘플은 펌프 및 프로브 조명 빔을 기준으로 이동될 수도 있다.

최종 타겟 위치가 프로빙되면, 상기에서 더 설명된 바와 같이, 동작 516에서, MOR 기반 출력 빔에 기초하여 표면 아래에 있는 타겟 구조체의 피처 특성이 결정될 수도 있다. 정렬 프로시져(500)는 임의의 수의 타겟 구조체에 관해 반복될 수도 있다.

깊은 결함 또는 피처의 특성을 묘사하기 위한 검사 시스템 및 기술이 본원에서 소정 타입의 TSV 구조체에 적용되는 것으로 설명되지만, 본 발명의 실시형태는 임의의 적절한 3D 또는 수직 반도체 구조체, 예컨대, 테라비트 셀 어레이 트랜지스터(terabit cell array transistor; TCAT), 수직 적층식 어레이 트랜지스터(vertical-stacked array transistor; VSAT), 비트 코스트 확장가능 기술(bit cost scalable technology; BiCST), 파이프 형상의 BiCS 기술(piped shaped BiCS technology; P-BiCS) 등등을 사용하여 형성되는 NAND 또는 NOR 메모리 디바이스에 적용될 수도 있다는 것이 이해된다. 수직 방향은 일반적으로 기판 표면에 수직한 방향이다. 추가적으로, 검사 실시형태는, 다수의 층이 기판 상에 형성되는 것으로 나타나는 제조 플로우의 임의의 지점에서 적용될 수도 있고, 이러한 층은 임의의 수 및 타입의 재료를 포함할 수도 있다.

검사/리뷰 툴의 광학적 레이아웃은 상기에서 설명된 것과는 상이할 수도 있다. 예를 들면, 대물 렌즈는, 특별히 선택된 파장 대역 또는 하위 대역에 대해 투과 코팅이 최적화되고 또한 각각의 파장 대역을 통한 수차가 최소화되는 한, 많은 가능한 레이아웃 중 하나일 수 있다. 조명 빔을 샘플을 향해 지향시키기 위해 그리고 샘플로부터 나오는 출력 빔을 각각의 검출기를 향해 지향시키기 위해 임의의 적절한 렌즈 배치가 사용될 수도 있다. 시스템의 조명 및 수집 광학 엘리먼트는 반사성이거나 투과성일 수도 있다. 출력 빔은 샘플로부터 반사되거나 또는 산란될 수도 있거나 또는 샘플을 통해 투과될 수도 있다.

상기 발명이 이해의 명확화를 위해 몇몇 상세에서 설명되었지만, 소정의 변경예 및 수정예가 첨부된 특허청구범위의 범위 내에서 실시될 수도 있다는 것이 명확할 것이다. 본 발명의 프로세스, 시스템, 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방식이 존재할 수도 있다는 것을 유의해야 한다. 따라서, 본 실시형태는 제한적인 것으로서가 아니라 예시적인 것으로서 간주되어야 하며, 본 발명은 본원에서 주어지는 상세로 제한되지 않아야 한다.

Claims

반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템에 있어서,
명시야(brightfield; BF) 조명 빔을 샘플 상의 BF 스팟 상으로 지향시키기 위한 그리고 상기 BF 조명 빔이 상기 BF 스팟 상으로 지향되는 것에 응답하여 상기 샘플 상의 상기 BF 스팟으로부터 반사되는 출력 빔을 검출하기 위한 BF 모듈;
암시야(darkfield; DF) 조명 빔을 상기 샘플 상의 DF 스팟 상에 지향시키기 위한 그리고 상기 DF 조명 빔이 상기 DF 스팟 상에 지향되는 것에 응답하여 상기 샘플 상의 상기 DF 스팟으로부터 산란되는 출력 빔을 검출하기 위한 DF 모듈;
상기 샘플 상의 펌프 스팟으로 펌프 빔을 지향시키기 위한, 상기 샘플 상의 프로브 스팟 - 상기 프로브 스팟은 상기 펌프 스팟과 일치함 - 으로 프로브 빔을 지향시키기 위한, 그리고 상기 펌프 빔 및 상기 프로브 빔에 응답하여 상기 프로브 스팟으로부터의 변조된 광 반사율(modulated optical reflectance; MOR) 출력 빔을 검출하기 위한 MOR 모듈; 및
프로세서
를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 BF 모듈로 하여금 상기 샘플 상의 복수의 BF 스팟 상에 상기 BF 조명 빔을 스캔하게 하고 상기 복수의 BF 스팟으로부터의 출력 빔을 검출하게 하는 동작;
상기 BF 및 DF 조명 빔으로 하여금 상기 펌프 및 프로브 빔을 스캔하기 이전에 상기 샘플을 스캔하게 하는 동작;
상기 샘플의 표면 상에서 또는 상기 표면 근처에서 하나 이상의 결함을 검출하기 위해 상기 복수의 BF 스팟으로부터의 상기 BF 출력 빔을 분석하는 동작;
전체 샘플 또는 상기 샘플의 일부가 상기 BF 및 DF 조명 빔에 의해 스캔된 이후 상기 BF 및 DF 출력 빔을 분석하는 것에 기초하여 상기 펌프 및 프로브 빔을 스캔하기 위한 하나 이상의 타겟 위치를 결정하는 동작;
상기 MOR 모듈로 하여금 복수의 펌프 및 프로브 스팟 상에 상기 펌프 및 프로브 빔을 각각 스캔하게 하고, 상기 복수의 프로브 스팟으로부터의 MOR 출력 빔을 검출하게 하는 동작; 및
상기 샘플의 상기 표면 아래에 있는 하나 이상의 결함을 검출하기 위해 상기 복수의 프로브 스팟으로부터의 상기 MOR 출력 빔을 분석하는 동작
을 수행하도록 또는 야기하도록 동작가능한 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 BF 및 DF 모듈은 상기 BF 및 DF 조명 빔을 생성하기 위한 광원을 공유하는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 BF 모듈은 상기 BF 조명 빔을 생성하기 위한 BF 광원을 구비하고 상기 DF 모듈은 상기 DF 조명 빔을 생성하기 위한 DF 광원을 구비하는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템.
제3항에 있어서,
상기 MOR 모듈은,
약 400 nm와 600 nm 사이의 파장 범위에서 상기 펌프 빔을 생성하기 위한 펌프 레이저 소스;
상기 펌프 빔을 변조하도록 상기 펌프 레이저 소스를 구성하기 위한 변조기;
약 600 nm와 800 nm 사이의 파장 범위에서 상기 프로브 빔을 생성하기 위한 프로브 연속파(continuous wave; CW) 레이저 소스;
상기 펌프 빔 및 상기 프로브 빔을 상기 샘플을 향해 지향시키기 위한 조명 광학장치(illumination optics); 및
상기 MOR 출력 빔을 광열 검출기(photothermal detector)를 향해 지향시키기 위한 수집 광학장치(collection optics)
를 포함하고,
상기 광열 검출기는, 상기 MOR 출력 빔을 검출하고 상기 펌프 빔의 변조와 동기하는 변화를 격리하도록 필터링되는 출력 신호를 생성하는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템.
제4항에 있어서,
상기 BF 모듈은,
상기 BF 조명 빔을 생성하기 위한 BF 광원;
상기 BF 조명 빔을 상기 샘플을 향해 지향시키기 위한 조명 광학장치; 및
BF 검출기를 향해 상기 BF 출력 빔을 지향시키기 위한 수집 광학장치; 및
상기 BF 출력 빔을 검출하기 위한 상기 BF 검출기
를 포함하는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템.
제5항에 있어서,
상기 BF 모듈의 상기 조명 광학장치는 상기 MOR 모듈의 상기 조명 광학장치와 하나 이상의 컴포넌트를 공유하고, 상기 BF 모듈의 상기 수집 광학장치는 상기 MOR 모듈의 상기 수집 광학장치와 하나 이상의 컴포넌트를 공유하는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 BF 모듈 및 상기 MOR 모듈은 대물렌즈를 공유하는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 표면 아래에 있는 상기 하나 이상의 결함은 하나 이상의 보이드(void)를 포함하는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 표면 아래에 있는 상기 하나 이상의 결함은, 재료의 밀도에서의 변화 또는 측벽 각도에서의 변화를 포함하는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 표면 아래에 있는 상기 하나 이상의 결함은, 하나 이상의 실리콘 관통 비아(through-silicon via; TSV) 구조체 내에 존재하는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
자동 초점 빔을 상기 샘플을 향해 지향시키고 상기 자동 초점 빔에 응답하여 상기 샘플로부터의 반사된 빔을 검출하기 위한, 그리고 상기 시스템의 초점을 조정하기 위한 자동 초점 모듈을 더 포함하고, 상기 BF 모듈, 상기 MOR 모듈, 및 상기 자동 초점 모듈은 대물렌즈를 공유하는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 BF 조명 빔, 펌프, 및 프로브 빔으로 하여금 동시에 스캔하게 하도록 구성되는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 BF 모듈 및 MOR 모듈은 상기 BF 출력 빔 및 상기 MOR 출력 빔을 검출하기 위한 동일한 검출기를 공유하는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 시스템.
반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 방법에 있어서,
명시야(BF) 조명 빔으로 샘플 부분을 스캔하는 단계;
상기 BF 빔이 상기 샘플 부분 위를 스캔함에 따라 상기 샘플 부분으로부터 반사되는 BF 출력 빔을 검출하는 단계;
상기 검출된 BF 출력 빔에 기초하여 상기 샘플 부분의 표면 또는 표면 근처 특성을 결정하는 단계;
상기 검출된 BF 출력 빔에 기초하여 결정된 상기 샘플 부분의 상기 결정된 표면 또는 표면 근처 특성에 기초하여 상기 샘플 부분 내에서 상기 샘플의 표면 아래에 추가적인 결함을 가질 가능성이 있는 후보 위치를 찾는(find) 단계;
각각의 후보 위치에 변조된 펌프 빔 및 프로브 빔을 지향시키는 단계;
각각의 프로브 빔이 각각의 후보 위치에 지향되는 것에 응답하여 각각의 후보 위치로부터의 변조된 광학적 반사 신호를 검출하는 단계; 및
상기 후보 위치로부터 검출되는 상기 변조된 광학적 반사 신호에 기초하여 각각의 후보 위치에서 상기 표면 아래에 있는 피처(feature) 특성을 결정하는 단계
를 포함하는, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 방법.
제14항에 있어서,
상기 BF 빔이 상기 샘플 부분 위를 스캔함에 따라 또는 암시야 빔을 상기 샘플 부분 위로 스캔하는 것에 응답하여 상기 샘플 부분으로부터 산란되는 암시야(DF) 출력 빔을 검출하는 단계;
상기 검출된 DF 출력 빔에 기초하여 상기 샘플 부분의 표면 또는 표면 근처 특성을 결정하는 단계;
상기 검출된 DF 출력 빔에 기초한 상기 샘플 부분의 상기 표면 또는 표면 근처 특성에 기초하여 복수의 제2 후보 위치를 찾는 단계;
각각의 프로브 빔이 각각의 제2 후보 위치로 지향되는 것에 응답하여 각각의 제2 후보 위치로부터의 변조된 광학적 반사 신호를 검출하는 단계; 및
상기 제2 후보 위치로부터 검출되는 상기 변조된 광학적 반사 신호에 기초하여 각각의 제2 후보 위치에서 상기 표면 아래에 있는 피처 특성을 결정하는 단계
를 더 포함하는, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 방법.
제15항에 있어서,
상기 제1 및 제2 후보 위치는, 표면 또는 표면 근처 특성을, 표면 아래 결함의 존재와 상관시키는 것에 의해 찾아지는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 방법.
제16항에 있어서,
상기 제1 및 제2 후보 위치는 각각, 상기 샘플 부분의 평균으로부터 미리 정의된 양만큼 벗어나는 하나 이상의 표면 또는 표면 근처 특성을 갖는 상기 샘플 부분의 소영역(sub-area)과 관련되는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 방법.
제17항에 있어서,
상기 제1 및 제2 후보 위치 중 적어도 하나는 실리콘 관통 비아(TSV)를 구비하는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 방법.
제17항에 있어서,
상기 제1 및 제2 후보 위치는 자신의 관련된 소영역에 걸쳐 분산되도록 선택되는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 방법.
제14항에 있어서,
상기 표면 또는 표면 근처 특성이 상기 표면 상에서의 산화물의 존재를 나타내는지의 여부를 결정하는 단계; 및
상기 변조된 펌프 빔 및 상기 프로브 빔을 지향시키기 이전에 각각의 후보 위치에서 상기 산화물을 제거하는 단계
를 더 포함하는, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 방법.
제14항에 있어서,
상기 후보 위치 중 적어도 몇몇은 각각이, 상기 BF 출력 빔에 기초하여 생성되는 구조체의 이미지에 기초하여 상기 구조체에 중심을 두도록 선택되는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 방법.
제14항에 있어서,
상기 후보 위치 중 적어도 몇몇은 또한, 상기 BF 출력 빔에 기초하여 생성되는 구조체의 이미지에 기초하여 상기 구조체에 걸쳐 분산되도록 선택되는 것인, 반도체 샘플에서 결함을 검출하기 위한 또는 결함을 리뷰하기 위한 방법.
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