KR102367236B1 - 레이저 암시야 시스템에서 반점을 억제하는 방법 및 장치 - Google Patents
레이저 암시야 시스템에서 반점을 억제하는 방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
반도체 샘플에서 결함을 검출하는 장치 및 방법이 개시된다. 시스템은 비영차 가우시안 조명 빔을 샘플의 복수의 위치를 향해 지향시키는 조명 모듈과, 상기 비영차 가우시안 조명 빔에 응답하여 상기 샘플로부터 산란된 광을 검출하고 상기 샘플의 각 위치에 대한 복수의 출력 이미지 또는 신호를 생성하는 수집 모듈을 포함한다. 시스템은 (i) 하나 이상의 비영차 가우시안 조명 빔의 점 확산 함수와 실질적으로 정합하는 필터링된 이미지 또는 신호 부분을 보유하도록 상기 출력 이미지 또는 신호를 처리하고, (ii) 상기 샘플에서 결함들을 검출하기 위해 상기 필터링된 이미지 또는 신호 부분들을 분석함으로써 결함을 검출하는 프로세서 시스템을 또한 포함한다.
Description
이 출원은 바이바브 가인드 등에 의해 2015년 7월 10일자 출원된 미국 가특허 출원 제62/190,729호의 이익을 주장하며, 상기 가특허 출원은 모든 목적으로 인용에 의해 그 전부가 본원에 통합된다.
본 발명은 일반적으로 검사 시스템에서 반도체 웨이퍼 또는 레티클의 결함 검출 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 결함 검출 중에 반점 효과를 감소시키는 것에 관한 것이다.
다양한 수 및 유형의 검사 시스템이 결함의 샘플들을 검사하기 위해 이용할 수 있다. 레이저는 웨이퍼 또는 포토마스크에서 결함을 검출하기 위해 많은 검사 시스템에서 광원으로서 자주 사용된다. 레이저는 극히 높은 명도 때문에 가장 효율적인 조명 방법 중의 하나를 제공한다.
그러나 레이저를 이용하는 경우의 불리한 점 중의 하나는 레이저 광의 높은 공간적 및 시간적 가간섭성(coherency)이 샘플 표면의 패턴들을 이미징할 때의 링잉 효과(ringing effect), 또는 표면 특징들이 무작위일 때의 작은 반점(speckle)(예를 들면, 표면 또는 선 엣지 거칠기에 기인함)을 야기할 수 있다는 점이다. 링잉 효과 또는 반점은 이미지 품질을 심각하게 저하시키고 과도한 잡음을 도입할 수 있으며, 따라서 결함 검출 감도를 감소시킨다. 링잉 및 반점 현상과 같은 간섭 효과에 대한 포괄적인 설명은 제이. 더블유. 굿맨(J.W. Goodman), 맥그로 힐(McGraw-Hill)에 의한 "퓨리에 옵틱스", 및 역시 제이. 더블유. 굿맨, 윌리 인터사이언스(Wiley-Interscience)에 의한 "통계 옵틱스"에서 찾아볼 수 있다.
이러한 해로운 이미지 효과는 각종 방법으로 감소될 수 있다. 부분적으로 비간섭성인 레이저 광을 제공하는 하나의 종래 기술은 회전 산광기의 사용을 수반한다. 회전 산광기는 전형적으로 레이저 빔이 이미징 대상 물체에 도달하기 전의 레이저 빔의 경로에 도입되는 회전 초점 유리 스크린(ground-glass screen)으로 구성된다. 회전 산광기는 입사 레이저 빔에 무작위 위상 변화를 도입하여 빔의 공간적 가간섭성을 감소시킨다. 산광기가 회전할 때, 검출기는 독립적인 뷰 또는 전망으로부터 물체의 이미지를 수집할 수 있다. 그 다음에 검출기는 이미징 대상 물체의 비간섭성 조명을 효과적으로 합성하기 위해 독립적 검사 뷰들을 통합할 수 있다. 회전 산광기를 사용하는 경우의 한가지 문제점은 조명 효율성을 수반한다. 산광기는 일반적으로 광의 과도한 산란 때문에 효율성이 낮다. 회전 산광기와 관련된 다른 하나의 이슈는 회전 산광기가 조명 시스템에서는 이상적이지 않은 진동원으로서 작용한다는 점이다. 마지막으로, 산광기 디스크의 회전 속도는 적당한 반점 억제를 제공하기 위해 검출기의 통합 시간보다 더 빨라야 한다. 이것은 검출기의 통합 시간이 수 나노초만큼 낮을 수 있는 고 스루풋 시스템에서는 가능하지 않다.
전술한 설명에 비추어, 반점 효과를 감소시키면서 결함 검출을 개선하는 계측 장치 및 기법이 필요하다.
이하에서는 발명의 소정 실시형태의 기본적 이해를 제공하기 위해 발명의 간단한 요약을 제시한다. 이 요약은 발명의 확장적 개관이 아니고 발명의 핵심/임계 요소를 식별하거나 발명의 범위를 묘사하는 것이 아니다. 그 유일한 목적인 뒤에서 제시되는 더 상세한 설명에 대한 전조로서 여기에서 설명하는 일부 개념을 간단한 형태로 제시하기 위한 것이다.
일 실시형태에서, 반도체 샘플에서 결함을 검출하는 시스템이 개시된다. 이 시스템은 비영차 가우시안 조명 빔을 샘플의 복수의 위치를 향해 지향시키는 조명 모듈과, 상기 비영차 가우시안 조명 빔에 응답하여 상기 샘플로부터 산란된 광을 검출하고 상기 샘플의 각 위치에 대한 복수의 출력 이미지 또는 신호를 생성하는 수집 모듈을 포함한다. 이 시스템은 (i) 하나 이상의 비영차 가우시안 조명 빔의 점 확산 함수와 실질적으로 정합하는 필터링된 이미지 또는 신호 부분을 보유하도록 상기 출력 이미지 또는 신호를 처리하고, (ii) 상기 샘플에서 결함들을 검출하기 위해 상기 필터링된 이미지 또는 신호 부분들을 분석함으로써 결함을 검출하는 프로세서 시스템을 또한 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 조명 모듈은 (i) 영차 가우시안 조명 빔을 생성하는 광원과, (ii) 비영차 가우시안 조명 빔을 생성하기 위해 상기 영차 가우시안 조명 빔을 바꾸는 비영차 가우시안 생성기와, (iii) 상기 비영차 가우시안 조명 빔을 상기 샘플 쪽으로 지향시키는 하나 이상의 광학 요소를 포함한다. 다른 양태에서, 상기 영차 가우시안 조명 빔은 영차 라게르 가우시안 조명 빔이고 상기 비영차 가우시안 조명 빔은 비영차 라게르 가우시안 조명 빔이다. 또 다른 양태에서, 상기 비영차 가우시안 생성기는 나선형 위상판, 회절격자 또는 홀로그램, 또는 공간 광 변조기 또는 q 판이다.
다른 실시형태에서, 상기 수집 모듈은 상기 비영차 가우시안 조명 빔에 응답하여 상기 샘플로부터 산란광을 수집하도록 배치된 하나 이상의 검출기를 포함한다. 다른 양태에서, 상기 필터링된 출력 이미지는 상기 비영차 가우시안 조명 빔의 점 확산 함수와 정합하는 커널 이미지를 상기 출력 이미지와 콘볼빙(convolving)함으로써 획득된다. 다른 양태에서, 상기 필터링된 출력 이미지는 상기 비영차 가우시안 조명 빔의 점 확산 함수와 정합하는 이미지를 결함으로서 규정하도록 훈련된 분류기를 이용하여 상기 출력 이미지를 분류함으로써 획득된다. 다른 예시적인 실시형태에서, 상기 수집 모듈은 암시야 모드에서 상기 산란광을 수집하도록 배열된다.
대안적 실시형태에서, 본 발명은 반도체 샘플에서 결함을 검출하는 방법을 제공한다. 샘플의 복수의 위치가 비영차 가우시안 조명 빔으로 조명된다. 출력 이미지 또는 신호는 상기 비영차 가우시안 조명 빔에 응답하여 상기 샘플로부터 산란광을 검출하도록 배치된 하나 이상의 검출기로부터 획득된다. 상기 출력 이미지 또는 신호는 상기 비영차 가우시안 조명 빔의 점 확산 함수와 실질적으로 정합하는 필터링된 이미지 또는 신호 부분을 보유하도록 필터링된다. 상기 필터링된 이미지 또는 신호는 상기 샘플에서 결함들을 검출하기 위해 분석된다.
특정 방법 구현예에서, 비영차 가우시안 조명 빔으로 상기 샘플의 복수의 위치를 조명하는 단계는 (i) 영차 가우시안 조명 빔을 생성하는 단계와, (ii) 상기 영차 가우시안 빔으로부터 비영차 가우시안 조명 빔을 생성하는 단계와, (iii) 상기 비영차 가우시안 조명 빔을 상기 샘플의 상기 복수의 위치 쪽으로 지향시키는 단계를 포함한다.
발명의 상기 및 다른 양태들은 도면을 참조하면서 뒤에서 더 설명된다.
도 1a는 빔을 따르는 거리 z의 함수로서 가우시안 빔 폭을 보인 도이다.
도 1b는 라게르 가우시안(LG) 빔 단면의 몇가지 예를 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라서 상이한 LG 빔으로 결함 및 선 엣지 거칠기를 조명함으로써 획득된 산란(또는 암시야) 결함 이미지를 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 특정 구현예에 따라서 수집된 결함 이미지에 조명 빔의 점 확산 함수(PSF)와 정합하는 커널을 적용함으로써 생성된 필터링된 결함 이미지를 보인 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 비영차 가우시안 빔 및 PSF 정합 필터링을 이용하여 결함들을 검출하는 절차를 보인 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 특정 구현예에 따라서 비영차 가우시안 조명 및 PSF 정합 필터링을 가진 검사 시스템의 도식적 표시도이다.
도 6a는 본 발명의 특정 구현예에 따라서 표준 횡단 전자파(TEM00)로부터 나선형 빔을 생성하는 나선형 파장판을 보인 도이다.
도 6b는 본 발명의 다른 구현예에 따라서 ±2차 가우시안 빔을 생성하기 위해 포크 전위와 함께 회절 홀로그램의 사용을 보인 도이다.
도 6c는 본 발명의 다른 구현예에 따라서 ±2차 가우시안 빔을 생성하기 위한 q 판의 사용을 보인 도이다.
도 1b는 라게르 가우시안(LG) 빔 단면의 몇가지 예를 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라서 상이한 LG 빔으로 결함 및 선 엣지 거칠기를 조명함으로써 획득된 산란(또는 암시야) 결함 이미지를 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 특정 구현예에 따라서 수집된 결함 이미지에 조명 빔의 점 확산 함수(PSF)와 정합하는 커널을 적용함으로써 생성된 필터링된 결함 이미지를 보인 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 비영차 가우시안 빔 및 PSF 정합 필터링을 이용하여 결함들을 검출하는 절차를 보인 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 특정 구현예에 따라서 비영차 가우시안 조명 및 PSF 정합 필터링을 가진 검사 시스템의 도식적 표시도이다.
도 6a는 본 발명의 특정 구현예에 따라서 표준 횡단 전자파(TEM00)로부터 나선형 빔을 생성하는 나선형 파장판을 보인 도이다.
도 6b는 본 발명의 다른 구현예에 따라서 ±2차 가우시안 빔을 생성하기 위해 포크 전위와 함께 회절 홀로그램의 사용을 보인 도이다.
도 6c는 본 발명의 다른 구현예에 따라서 ±2차 가우시안 빔을 생성하기 위한 q 판의 사용을 보인 도이다.
예시적인 실시형태의 상세한 설명
이하의 설명에서, 수치를 이용한 구체적인 세부가 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 본 발명은 이러한 구체적인 세부의 일부 또는 전부가 없이 실시될 수 있다. 다른 예로서, 잘 알려진 처리 동작들은 본 발명을 불필요하게 불명료하게 하지 않도록 구체적으로 설명하지 않는다. 비록 발명을 구체적인 실시형태와 관련하여 설명하지만, 이 설명은 본 발명을 그 실시형태로 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것을 이해할 것이다.
서론
반도체 샘플을 검사하기 위한 전통적인 레이저 시스템은 극소 구조물의 검사를 쉽게 하기 위해 빔 윤곽을 가능한 한 엄격하게 하도록 영차(zero-order) 가우시안 빔을 사용하는 경향이 있다. 암시야 응용에서 이러한 가간섭성 시스템을 사용함으로써, 결함의 산란 효과는 표면 또는 선 거칠기의 산란 효과와 거의 동일하고, 이것은 "반점 효과"라고 부른다. 따라서 결함을 표면 또는 선 거칠기로부터 구별하기가 어렵다. 예를 들면, 결함의 강도는 반점 잡음의 강도보다 높지 않을 수 있고, 따라서 결함을 규정하는 역치 기법(thresholding techniques)이 실패한다.
반점을 억제하기 위해, 신호대 잡음비를 개선하도록 수집 채널들 간의 비상관을 이용하고, 조명 편광과 관련한 수집시에 교차 편파를 이용하며, 각도 또는 파장 다양성이 있는 부분 가간섭성 시스템의 생성을 이용하는 채널 융합과 같은 각종 방법을 이용할 수 있다. 또한, 산탄 잡음(shot-noise)과 같은 비상관 잡음원을 억제하기 위해 정합 필터링을 이용할 수 있다. 그러나 거친 영역이 영차 가우시안 빔으로 주사될 때, 생성된 반점은 입사 빔의 점 확산 함수를 보유하고, 따라서 정합 필터를 사용하는 것은 결함 신호 대 잡음비를 개선하지 못한다.
결함 검출을 위한 예시적 실시형태
본 발명의 소정 실시형태는 샘플을 이미징하기 위해 비영차 가우시안 빔을 이용한다. 간단한 가우시안 빔에 대하여 먼저 설명한다. 도 1a는 빔을 따르는 거리 z의 함수로서 가우시안 빔 폭을 보인 도이다. 이 도는 다음과 같은 파라미터들을 보이고 있다: w0는 빔 허리이고, b는 초점 깊이이며, zR은 롤리 범위(Raleigh range)이고, θ는 총 각도 확산이다. 주어진 파장(λ)의 가우시안 빔의 형상은 빔 폭(w(z))이 최소인(및 마찬가지로 축에서의 강도(r=0)가 최대인) 그 초점 지점(z=0)에서의 빔 크기의 측정치인 빔 허리(w0)에 의해서만 통제된다. 이 파라미터로부터, 가우시안 빔을 설명하는 다른 파라미터들이 결정될 수 있다. 예를 들면, zR은 다음과 같이 규정될 수 있다.
비록 가우시안 함수의 후미가 실제로는 절대 0으로 되지 않지만, 빔의 "엣지"는 반경(radius)이라고 부르고, 여기에서 r=w(z)는 z와 함께 선형으로 증가한다. 즉, 강도는 그 온축 값의 l/e2로 강하된다. 즉 z>>zR인 경우에, 파라미터 w(z)는 z와 함께 선형으로 증가한다. 이 관계는 허리로부터 멀어질수록 빔 "엣지"(상기의 조건에서)rk 원추형으로 된다는 것을 의미한다. 이 원추(그 r=w(z)임)를 따르는 선들 간의 각도 및 빔의 중앙 축(r=0)은 빔의 발산이라고 부르고, 하기 수학식으로 주어진다.
허리로부터 먼 빔의 총 각도 확산은 하기 수학식으로 주어진다.
Θ = 2θ
비영차 가우시안 빔의 한가지 유형은 라게르 가우시안(Laguerre-Gaussian, LG)의 형태를 취할 수 있다. 비록 소정 실시형태가 여기에서 비영차 LG 빔을 이용하는 것으로서 설명되지만, 다른 유형의 비영차 가우시안 빔(예를 들면, 허미트 가우시안, 인스(ince) 가우시안, 하이퍼지오메트릭 가우시안, 플랫톱(flat-top), 베셀, 에어리(Airy) 또는 프랙탈(fractal) 빔 등)을 사용할 수 있다. LG 빔의 수학식은 다음과 같이 주어진다.
여기에서 C는 정상화 상수이고, z는 빔의 초점 또는 허리로부터의 축방향 거리이며, k=2π/λ는 파장(λ)에 대한 파수(라디안/m)이고, r은 빔의 중심축으로부터의 방사상 거리이고, zR은 롤리 거리 또는 범위이고, p는 빔의 방사상 성분에 대응하고, l은 방위각 축에 관련되고, Ll p는 일반화 라게르 다항식이고, w(z)는 빔을 따르는 평면(z)에서 필드 진폭이 그들의 축방향 값의 1/e에 들어가는 반경이고, i는 허수 단위이다. zR은 또한 다음과 같이 규정된다.
l>0인 LG 빔은 궤도 각 모멘텀을 운반한다. 전통적인 가우시안 빔은 l=0 및 p=0에 대응하고 방위각으로 대칭인 위상을 야기한다. 그러나 l>0인 경우에, 위상은 exp(-i/φ)로부터 추가의 기여를 갖는다. 회전 모드 수(l)의 효과는, 라게르 다항식에 영향을 주는 것 외에, 주로 위상 계수 exp(-i/φ)에 내포되고, 이때 빔 윤곽은 빔 주위의 1회전에서 l 완전 2π 위상만큼 전진(또는 지체)된다.
LG 빔은 나선형 위상판 또는 회절 광학 요소를 이용하여 생성될 수 있다. DUV 및 UV 파장에 대한 이러한 위상판이 획득될 수 있다. 비록 이하의 예는 l이 0이 아닌 비영차 조명 빔의 생성을 설명하지만, p 파라미터는 특정 검사 응용에 따라서 쌍극자, 4극자 등을 형성하도록 또한 변화될 수 있다.
도 1b는 몇 개의 예시적인 LG 빔을 보인 것이다. 도시된 것처럼, p=0, l=0,1,2,3의 상이한 조합에 대한 LG 빔의 상이한 점 확산 함수(PSF)가 도시되어 있다. PSF(102a)는 LG00 빔에 대응하고; PSF(102b)는 LG01 빔에 대응하며; PSF(102c)는 LG02 빔에 대응하고; PSF(102d)는 LG03 빔에 대응한다.
일반적으로, 이러한 LG 빔은 모두 샘플에서 광의 환상형 링을 갖는다. 샘플이 환상형 빔 윤곽으로 조명된 때, 결함들의 산란 반응은 표면 거칠기 또는 선 엣지 거칠기의 산란 반응과 다르다. 결함으로부터의 산란 효과는 결함들이 완전히 전개된 환상형을 생성하도록 조명의 형상을 포착한다. 이와 대조적으로, 반점 산란은 환상 또는 링 형상을 갖지 않고 단지 부분 링 형상을 갖는다. 다시 말하면, 결함 산란은 에너지 전달 현상이고, 표면 거칠기 또는 선 엣지 거칠기는 간섭 현상이다. 임의의 비영차 가우시안 빔의 경우에, 결함 신호 형상은 입사 빔 점 확산 함수(PSF) 형상과 높게 상관될 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라서 상이한 LG 빔으로 결함 및 선 엣지 거칠기를 조명함으로써 획득된 산란(또는 암시야) 결함 이미지를 보인 것이다. 이 예에서, 결함은 선 엣지 거칠기가 있을 때 선 돌기이다. 도시된 것처럼, 결함 이미지(201a)는 LG00 빔으로 샘플 위의 선 엣지 거칠기 부분 및 결함을 조명함으로써 얻어진다. 이러한 결함 이미지(201a)는 선 엣지 거칠기로부터의 반점 이미지 부분(204a) 및 결함으로부터의 결함 이미지 부분(202a)을 내포한다. 알 수 있는 바와 같이, 반점 이미지 부분(204a)은 결함 부분(202a)과 강도가 유사하여 결함으로부터 반점을 구별하는 것이 어려울 수 있다.
그러나 점차적으로 더 높은 차수의 LG 빔의 경우에, 결함 부분은 확대되고 반점 부분은 작아진다. 예를 들면, l을 증가시키면 조명 빔의 환상 크기가 증가한다. 결함 이미지(201b)는 LG01 빔에 대하여 반점 부분(204b)과 결함 부분(202b)을 내포하고, 결함 이미지(201c)는 LG02 빔에 대하여 반점 부분(204c)과 결함 부분(202c)을 내포한다. 결함 이미지 부분은 결함 이미지 부분을 주사한 더 높은 차수 빔의 PSF를 명확히 보유한다. 즉, 결함 이미지 부분은 PSF와 정합되고, 반점 스폿 이미지 부분은 대응하는 더 높은 차수의 조명 빔의 PSF에 부분적으로 정합되거나 전혀 정합되지 않는다.
반점이 산란파의 간섭으로부터 발원하기 때문에, 반점이 PSF의 모든 점에서 건설적 간섭을 가질 가능성은 낮다. 즉, 반점 특징은 PSF와 다른 형상을 가질 가능성이 높다. 그 다음에 알고리즘 또는 다른 유형의 필터가 반점 잡음의 포착을 최소화하면서 결함의 에너지 효과를 재포착하기 위해 수집 이미지에 대하여 사용될 수 있다. 따라서 소정의 실시형태는 더 높은 LG 빔으로부터 생성된 산란 이미지에 결함들을 쉽게 위치시키고 반점을 위치시키지 않도록 비영차 가우시안 빔의 PSF에 정합되는 출력 이미지 또는 신호를 필터링하는 필터링 공정을 구현할 수 있다. 조명 빔의 PSF에 기초를 두는 이러한 필터링은 여기에서 더 자세히 설명하는 바와 같이 결함들이 반점으로부터 쉽게 구별될 수 있게 한다.
도 3은 본 발명의 특정 구현예에 따라서 조명 빔과 정합되는 커널을 수집된 결함 이미지에 적용함으로써 생성되는 필터링된 결함 이미지를 보인 것이다. 도시된 것처럼, μ00 빔에 대응하는 커널(304a)은 그러한 LG 빔에 의해 생성된 산란 결함 및 반점 이미지에 적용되어 필터링된 이미지(305a)를 생성한다. 이 필터링된 이미지(305a)는 반점 부분(306a)과 결함 부분(302a)을 내포한다. 이와 대조적으로 μ01 빔에 대응하는 커널(304b)은 검출된 이미지에 적용되어 반점 부분(306b)과 결함 부분(302b)을 가진 필터링된 이미지(305b)를 생성한다. 마지막으로 μ02 빔에 대응하는 커널(304c)은 검출된 이미지에 적용되어 반점 부분(306c)과 결함 부분(302c)을 가진 필터링된 이미지(305c)를 생성한다. 반점에 대한 부분 링 효과조차도 점점 더 높은 차수에서 감소되고 심지어 사라진다. 따라서 부분 링의 존재(또는 링이 전혀 없음)는 반점 이미지가 커널의 환상 링과 정합되지 않기 때문에 반점 신호의 크기를 감소시킨다. 결과적인 필터링된 결함들은 SNR(신호대 잡음비)의 상당한 증가를 나타낸다. μ00 빔에 비하여 μ02 빔에서는 1.8X의 SNR이 관측된다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라서 비영차 가우시안 빔 및 PSF 정합 필터링을 이용하여 결함들을 검출하는 절차(400)를 보인 흐름도이다. 비록 예시된 절차가 반도체 시료의 암시야 결함 검사에 적용되는 것으로 설명되지만, 이러한 기법(및 시스템)은 반점이 문제가 되는 가간섭성 조명을 이용하는 임의 유형의 결함 검출에 적용할 수 있다.
초기에, 샘플의 복수의 위치가 비영차 가우시안 빔으로 조명될 수 있다(동작 402). 예를 들면, 영차 가우시안 빔이 생성되고 다음에 샘플 위로 주사되는 비영차 가우시안 빔을 생성하기 위해 영차 가우시안 빔의 궤도 각 모멘텀(OAM)을 변경하는 광학 요소를 통과할 수 있다.
예를 들면, 웨이퍼(또는 다른 샘플 유형)는 웨이퍼의 전체 스와쓰(swath) 부분에 대한 이미지를 얻기 위해 조명 빔과 관련하여 주사될 수 있다. 각각의 위치로부터 신호 또는 이미지를 얻기 위하여, 웨이퍼가 빔 열(column)과 관련하여 이동되거나, 빔 열이 웨이퍼와 관련하여 이동되거나, 또는 빔 열과 웨이퍼가 둘 다 서로와 관련하여 이동될 수 있다. 결과적인 이미지 스와쓰는 병렬로 또는 직렬로 개별적으로 분석되는 복수의 이미지 패치로 쪼개질 수 있다. 비록 웨이퍼의 모든 패치들이 전형적으로 단일의 선택된 파장으로 검사되지만, 대안적인 접근법은 선택된 파장 설정으로 각각의 패치 또는 패치들의 집합을 검사하는 것을 포함할 수 있고, 이것은 그러한 패치의 특정 재료 특성에 의존한다. 편광 및 조리개 설정이 또한 수집된 광에 적용될 수 있다.
그 다음에 출력 이미지 또는 신호가 하나 이상의 검출기로부터 수집된 이미지 또는 신호로부터 획득될 수 있다(동작 404). 출력 이미지는 결함을 분석하기 위한 임의의 적당한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 다이 대 다이, 셀 대 셀 또는 다이 대 데이터베이스 기술을 사용하여 테스트 이미지와 참조 이미지를 비교함으로써 차 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들면, 출력 이미지는 결함이 없고 다른 다이, 셀로부터 획득되거나 설계 데이터베이스로부터 시뮬레이트된 다른 참조 이미지 영역과 다른 이미징된 테스트 영역을 감산함으로써 획득될 수 있다.
그 다음에 출력 이미지 또는 신호는 필터링되어 비제로 조명 빔의 PSF와 정합되는 필터링된 이미지 및 신호를 획득한다(동작 406). 예를 들면, 이미지 또는 신호는 정합 PSF 커널에 기초하여 필터링될 수 있다. 즉, 비영차 가우시안 빔의 PSF와 정합되는 필터는 검출된 이미지로부터 결함들을 필터링하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어서 μ02 입사빔이 샘플을 가로질러 주사되면, 각각의 결과적인 이미지는 상기 μ02 입사 빔의 PSF를 모방하는 커널을 이용하여 필터링될 수 있다(예를 들면 304c). 그 다음에 PSF 커널은 출력 이미지와 콘볼빙되어 상기 출력 이미지로부터 결함들을 필터링할 수 있다.
결함 이미지 또는 신호들을 필터링하기 위해 다른 기법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 분류기 모델(신경망, 서포트 벡터 머신(SVM) 또는 결정 트리와 같은 임의의 기계 학습 알고리즘, 또는 신경망)이 환상형을 결함으로써 걸러내도록 훈련될 수 있다.
필터링 처리는 테스트 이미지와 참조 이미지의 비교 후에 획득된 검출 이미지 또는 "차" 이미지에서 수행될 수 있다. 그 결과는 동일하다. 그러나 차 이미지의 필터링은 참조 이미지와 테스트 이미지를 비교하기 전에 검출기로부터 획득된 이미지를 필터링하는 것에 비하여 계산 시간을 절약할 수 있다.
필터일된 이미지 또는 신호는 그 다음에 임의의 위치에 결함이 있는지 결정하기 위해 분석될 수 있다(동작 408). 필터링된 신호 또는 이미지는 임의의 적당한 기법을 이용하여 임의의 적당한 방식으로 분석될 수 있다. 결함은 테스트 이미지 영역과 참조 이미지 영역 간의 차가 미리 규정된 역치보다 더 클 때 플래그될 수 있고, 상기 역치는 샘플에서의 상이한 패턴 유형 또는 위치에 대한 바람직한 감도 레벨에 기초하여 변할 수 있다.
일 실시형태에서, 설계 데이터베이스(테스트 중인 레티클과 웨이퍼를 제조하기 위해 사용된 것)는 이미징되는 영역의 참조 광학 이미지를 생성하기 위해 사용된다. 일반적으로, 이러한 참조 이미지는 웨이퍼 패턴을 시뮬레이트하기 위한 레티클 제조 공정 및 포토리소그래피 공정을 시뮬레이트함으로써 연출된다. 검사 툴의 물리적 구성 및 광학적 특성(예를 들면, 파장 범위, 조명 및 광학 렌즈 구성, 수차 효과 등)은 시뮬레이트된 웨이퍼 패턴 이미지를 생성하기 위해 또한 시뮬레이트된다. 다른 실시형태에서, 동일한 다이 또는 셀의 실제 동일한 영역은 검사 툴에 의해 이미징되고 대응하는 동일한 다이 또는 셀의 테스트 영역과 비교되는 참조 영역으로서 사용될 수 있다.
샘플의 결함들이 치료될 수 있고, 또는 샘플이 버려질 수도 있다. 다음 샘플을 제조하기 위한 공정은 만일 결함의 소스를 결정할 수 있으면 그 결함을 최소화하도록 조정될 수 있다. 예를 들면, 소정의 결함 징후가 웨이퍼 제조 중에 소정의 처리 조건 또는 이슈와 연관될 수 있고, 그러한 조건 또는 이슈는 그러한 결함 징후가 웨이퍼에서 발견된 때 조정 또는 보정될 수 있다.
본 발명의 소정 실시형태는 표면 또는 선 엣지 거칠기와 같은 골칫거리(nuisance)에 정보의 일부만을 추가하거나 또는 최소로 추가하는 것 없이 결함 이미지에 정보를 추가하는 메카니즘을 이용한다. 즉, 검출된 결함 이미지에 구조가 독특하게 추가되고 반점 이미지에는 추가되지 않는다. 결함 이미지는 동일한 방법으로 시각적으로 변경되지 않는 반점 이미지로부터 시각적으로 구별되는 독특한 형태학적 정보를 내포한다. 결함 이미지에 대한 이 추가 정보는 그 다음에 골칫거리 이미지로부터 상기 결함 이미지를 필터링하기 위해 사용될 수 있다.
전체적으로, 후처리와 함께 비영차 가우시안 조명 빔을 사용하는 이러한 메카니즘은 암시야 이미징 시스템에서, 특히 큰 웨이퍼 잡음이 암시야 시스템의 사용을 제한하는 경우에 큰 어레이, 뎁 층(dep-layer) 및 후단 층에 대하여 유용할 수 있다. 이것은 그러한 웨이퍼에서 암시야 시스템의 감도를 잠재적으로 크게 증가시킬 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 기술을 구현하기 위한 적용 가능한 검사 툴은 비영차 가우시안 입사광 빔을 생성하는 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 이러한 검사 툴은 입사 빔을 관심 영역으로 지향시키는 조명 옵틱스, 입사 빔에 응답하여 관심 영역으로부터 방출된 출력 빔을 지향시키는 수집 옵틱스, 출력 빔을 검출하고 검출된 출력 빔으로부터 이미지 또는 신호를 생성하는 센서, 및 검사 툴의 컴포넌트를 제어하고 여기에서 자세히 설명하는 바와 같이 수집 후 필터링을 포함한 결함 검출을 쉽게 하는 제어기를 또한 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 특정 구현예에 따라서 비영차 가우시안 조명 및 PSF 정합 필터링을 가진 검사 시스템의 도식적 표시도이다. 도시된 것처럼, 시스템(500)은 실질적으로 가간섭성 조명 빔을 생성하는 광원(502)을 포함한다. 광원의 출력은 영차 가우시안 빔을 생성하는 레이저 소스와 같은 임의의 적당한 형태를 취할 수 있다. 레이저 소스에 의해 생성된 조명 빔은 영차 가우시안 빔을 비영차 가우시안 빔을 생성하도록 변경하는 비영차 생성기(503)를 통과한다.
비영차 생성기(503)는 비영차 가우시안 조명 빔을 생성하기 위한 임의의 적당한 형태를 취할 수 있다. 일 실시형태에서, 위상판이 입사 빔의 경로에 삽입된다. 요건대, 비영차 생성기(503)는 비영차를 위해 궤도 각 모멘텀(OAM)을 도입한다. 주어진 l 상태의 궤도 각 모멘텀은 나선형 위상판, 회절 격자/홀로그램, 공간 광 변조기, q 판 등에 의해 생성될 수 있다.
플라스틱 또는 유리로 제조되는 나선형 파장판은 이 나선형 파장판을 통과하는 광에 위상 구배를 새겨넣기 위해 재료의 두께가 나선형으로 증가하는 판이다. 도 6a는 본 발명의 특정 구현예에 따라서 표준 횡단 전자파(TEM00)로부터 나선형 빔을 생성하는 나선형 파장판(602)을 보인 것이다. 주어진 파장에 대하여, 주어진 l의 OAM 상태는 판의 가장 얇은 부분과 가장 두꺼운 부분 사이의 높이인 스텝 높이가 d=lλ(n-1)로 되는 것을 요구하고, 여기에서 l은 정수이다. 비록 파장판 자체가 효율적이지만, 파장판은 비교적 고가이고 다른 파장에 대하여 조정할 수 없다.
광의 위상을 수정하기 위한 다른 방법은 회절 격자 또는 홀로그램으로 수정하는 것이다. l=0 상태인 경우에는 "포크"(fork) 전위(dislocation)가 있을 것이고, 전위 위의 선들의 수는 전위 아래보다 1이 더 클 것이다. 도 6b는 본 발명의 다른 구현예에 따라서 비영차 가우시안 빔을 생성하기 위해 포크 전위(632)와 함께 회절 홀로그램의 사용을 보인 것이다. l>1인 OAM 상태는 전위 위에서의 선들의 수와 전위 아래에서의 선들의 수의 차를 증가시킴으로써 생성될 수 있다. 나선형 파장판에서와 같이, 이러한 회절 격자/홀로그램은 l에 대하여 고정되지만 특정 파장으로 제한되지 않는다. 공간 광 변조기는 회절 격자/홀로그램과 같은 방법으로 작용하도록 구성될 수 있지만, 광범위의 OAM 상태를 동적으로 생성하도록 컴퓨터에 의해 제어될 수 있다.
OAM을 생성하는 다른 하나의 방법은 이방성이면서 비균질인 매체에서 생성할 수 있는 광 스핀 각 모멘텀 (SAM)-OAM 커플링에 기초를 둔다. 특히, q 판이 입사 빔 경로에 삽입될 수 있다. q 판은 액정, 중합체 또는 부파장 격자를 이용하여 구성될 수 있고, 이것은 SAM 부호 변화를 활용하여 OAM를 생성할 수 있다. 이 경우에, OAM 부호는 입력 편광에 의해 제어된다. 도 6c는 본 발명의 다른 구현예에 따라서 ±2차 가우시안 빔을 생성하기 위한 q 판(예를 들면, 652)의 사용을 보인 것이다.
이러한 특징들은 회전 산광기, 채널 융합, 수집 채널에서의 교차 편파, 파장 또는 각도 변화에 의한 부분 가간섭성 시스템의 생성 등과 같은, 반점을 감소시키기 위한 다른 메카니즘과 함께 사용될 수 있다. 몇 가지 반점 감소 기법 및 장치는 메디 바에즈 이라바니(Mehdi Vaez-Iravani) 등에게 2008년 1월 15일자 허여된 미국 특허 제7,319,229호에 자세히 설명되어 있고, 상기 미국 특허는 모든 목적으로 인용에 의해 그 전부가 본원에 통합된다.
광원은 예를 들면 영차 가우시안 레이저 빔을 생성하는 가간섭성 광원 외에, 하나 이상의 전자기 파형을 생성하기 위한 임의의 형태를 취할 수 있다. 즉, 복수의 광원이 또한 사용될 수 있다. 하나 이상의 광원은 하나의 파장만을 가진 광(예를 들면, 단색광), 다수의 다른 파장을 가진 광(예를 들면, 다색광), 복수 파장을 가진 광(예를 들면, 광대역 광) 및/또는 파장을 통하여 연속적으로 스윕하거나 파장들 간에 호핑하는 광(예를 들면, 튜너블 소스 또는 스윕 소스). 예를 들면, 다른 파장들은 테스트 중인 재료에 대한 입사광과 관련하여 투명성 또는 불투명성을 달성하기 위해 다른 재료들에 대하여 사용될 수 있다. 광원(502)에 대하여 레이저 광원을 사용할 수 있고, 이것은 백색광 간섭계 및 색채 공초점 현미경과 같은 분광법에 비하여 더 높은 명도를 제공한다. 다이오드 레이저와 같은 레이저 광원은 광원의 수명, 안정성 및 열 제어를 제공한다. 적당한 광원의 다른 예로는 예를 들면 매사추세츠주 우번에 소재하는 에너제틱 테크놀로지, 인크로부터 상업적으로 입수 가능한 백색 광원, 자외선(UV) 레이저, 아크램프 또는 무전극 램프, 유색 또는 백색 발광 다이오드(LED), 레이저 지속 플라즈마(LSP) 광원, 예를 들면 뉴저지주 모간빌에 소재하는 엔케이티 포토닉스 인크로부터 상업적으로 입수 가능한 것과 같은 초연속 광원(예를 들면, 광대역 레이저 광원), 또는 엑스레이 광원과 같은 단파장 광원, 극자외선 광원, 또는 이들의 임의 조합이 있다. 광원은 또한 일부 경우에 약 1W/(nm cm2 Sr)보다 더 큰 명도일 수 있는 충분한 명도를 가진 광을 제공하도록 구성될 수 있다. 검사 시스템은 전력 및 파장을 안정시키기 위해 광원으로의 고속 피드백을 또한 포함할 수 있다. 광원의 출력은 자유 공간 전파를 통해 전달될 수 있고, 또는 일부 경우에는 광섬유 또는 임의 유형의 광 가이드를 통해 전달될 수도 있다.
광원으로부터의 입사 빔은 일반적으로 빔을 샘플 쪽으로 중계(예를 들면, 성형, 집속 또는 초점 오프셋 조정, 파장 필터링/선택, 편광 상태 필터링/선택, 리사이징, 확대, 왜곡 감소 등)하는데 소용되는 임의 수 및 임의 유형의 렌즈를 통과한다.
편광 설정이 더 길거나 더 짧은 파장 범위에 또한 적용될 수 있다. 예를 들면, 수평 또는 수직 편광이 선택된 파장 범위에 대하여 선택될 수 있다. 편광 설정은 결함 유형, 샘플 조성, 파장 범위 또는 부대역 선택 등과 같은 임의의 적당한 검사 파라미터에 기초하여 설정될 수 있다.
조리개 설정이 또한 조명(및 수집) 경로에 삽입될 수 있다. 예를 들면, 입사각(AOI)의 특정 설정을 달성하기 위한 조리개 설정은 결함 유형, 샘플 조성, 검사 대상 샘플 구조의 유형, 편광 설정, 파장 범위 또는 부대역 선택 등과 같은 임의의 적당한 검사 파라미터에 기초하여 선택될 수 있다.
대물렌즈(506)는 텔레센트릭 유형과 같은 고배율 대물렌즈일 수 있다. 입사광의 일부 또는 전부는 대물렌즈(506)를 통하여 샘플(501)의 적어도 일부 위로 진행한다. 조명 점에서의 입사광의 스폿 크기는 회절 제한될 수 있다.
소정의 검사 시스템 실시형태는 웨이퍼 및 레티클과 같은 반도체 샘플을 검사하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 검사 장치를 이용하여 검사 또는 이미징될 수 있는 다른 유형의 샘플은 태양 전지판, 광 디스크 등을 포함한다.
샘플(501)은 특정 측정 부위에서 입사광을 수신하게끔 샘플(501)을 위치시키도록 구성된 스테이지(530) 위에 또한 배치될 수 있다. 샘플(501)은 예를 들면 기계적 및/또는 정전 클램핑을 통하여 스테이지에 클램핑될 수 있다.
스테이지(530)는 고정되거나 x 방향, y 방향 및/또는 z 방향으로 주사할 수 있다. 예를 들면, 스테이지는 입사광의 축에 수직한 평면(예를 들면, x-y 평면) 내에서 또는 상기 입사 축(예를 들면, z 축)에 평행한 방향으로 이동할 수 있다.
검사 시스템(500)은 입사 빔과 관련하여 스테이지(530)(및 샘플(501))를 이동시키기 위한 위치지정 메카니즘(531)을 또한 포함할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 모터 메카니즘이 스크류 드라이버 및 스테퍼 모터, 피드백 포지션을 가진 선형 드라이브, 또는 밴드 액추에이터 및 스테퍼 모터로부터 각각 형성될 수 있다. 하나 이상의 위치지정 메카니즘(531)은 조명 또는 수집 미러, 조리개, 파장 필터, 편광자 등과 같은 검사 시스템의 다른 컴포넌트들을 이동시키도록 또한 구성될 수 있다.
그 다음에 광이 샘플(501)로부터 반사 및 산란된다. 출력 빔은 퓨필 릴레이(pupil relay), 하나 이상의 미러 또는 렌즈, 편광자, 조리개, 및 출력 빔을 하나 이상의 검출기(예를 들면, 520a, 520b, 521)에 주밍 및 집속하기 위한 광학 요소들과 같은 임의의 적당한 수 및 적당한 유형의 수집 옵틱스(예를 들면, 506a, 506b, 506c, 518)에 의해 지향 및 성형될 수 있다. 도시된 것처럼, 검출기(520a, 520b)는 산란된 암시야 광을 2개의 채널에서 수신하고, 검출기(521)는 반사된 출력광을 수신하도록 배열된다. 예를 들면, 검출기들은 CCD(전하 결합 소자) 또는 TDI(시간 지연 통합) 검출기, 광증배관(PMT) 또는 기타의 센서를 포함할 수 있다.
시스템(500)은 제어기 또는 컴퓨터 시스템(526)를 또한 포함할 수 있다. 예를 들면, 각각의 검출기에 의해 포착된 신호들은 제어기(526)에 의해 처리될 수 있고, 제어기(526)는 각 센서로부터의 아날로그 신호를 처리를 위한 디지털 신호로 변환하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 구비한 신호 처리 장치를 포함할 수 있다.
특정 구현예에서, 제어기(526)는 검출된 산란 암시야 이미지 또는 신호로부터의 환상형을 필터링하기 위한 PSF 필터(522), 및 전술한 바와 같이 결함들을 찾아내기 위한 결함 검출 모듈(524)을 포함한다. 비록 검사 시스템이 2개의 암시야 채널을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 임의의 적당한 수의 채널이 암시야 산란 광의 임의 부분 또는 실질적으로 전부를 수집하는데 사용될 수 있다.
제어기는 감지된 광 빔의 강도, 위상 및/또는 다른 특성들을 분석하도록 구성될 수 있다. 제어기는 여기에서 자세히 설명하는 바와 같이 결과적인 테스트 이미지 및 다른 검사 특성들을 디스플레이하기 위한 사용자 인터페이스를 (예를 들면, 컴퓨터 화면 위에) 제공하도록 (예를 들면, 프로그래밍 명령어와 함께) 구성될 수 있다. 제어기는 파장, 편광 또는 조리개 구성 변경, 검출 결과 데이터 또는 이미지 보기, 검사 툴 레시피 설정과 같은 사용자 입력을 제공하기 위한 하나 이상의 입력 장치(예를 들면, 키보드, 마우스, 조이스틱)를 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 기술은 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 임의의 적당한 조합으로 구현될 수 있다. 제어기는 전형적으로 적당한 버스 또는 다른 통신 메카니즘을 통하여 입력/출력 포트 및 하나 이상의 메모리에 결합된 하나 이상의 프로세서를 구비한다.
제어기는 소프트웨어와 하드웨어의 임의의 적당한 조합일 수 있고, 일반적으로 검사 시스템의 각종 컴포넌트를 제어하도록 또한 구성될 수 있다. 예를 들면, 제어기는 조명원의 선택적 활성화, 조명 또는 출력 조리개 설정, 파장 대역, 초점 오프셋 설정, 편광 설정 등을 제어할 수 있다. 제어기는 각 검출기로부터 획득된 이미지 또는 신호를 수신하고 결과적인 이미지 또는 신호를 분석하여 결함이 샘플에 존재하는지 결정하고 샘플에 존재하는 결함들을 특징화하거나 다른 방식으로 샘플을 특징화하도록 또한 구성될 수 있다. 예를 들면, 제어기는 프로세서, 메모리, 및 본 발명의 방법 실시형태의 명령어들을 구현하도록 프로그램된 다른 컴퓨터 주변 장치들을 포함할 수 있다.
이러한 정보 및 프로그램 명령어들이 특수하게 구성된 컴퓨터 시스템에서 구현될 수 있기 때문에, 그러한 시스템은 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있는, 여기에서 설명하는 각종 동작들을 수행하는 프로그램 명령어/컴퓨터 코드를 포함한다. 기계 판독가능 매체의 예로는, 비제한적으로, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체; CD-ROM 디스크와 같은 광학 매체; 광디스크와 같은 자기 광학 매체; 및 프로그램 명령어들을 저장 및 수행하도록 특수하게 구성된 읽기 전용 메모리 장치(ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 하드웨어 장치 등이 있다. 프로그램 명령어의 예로는 컴파일러에 의해 생성된 것과 같은 머신 코드, 및 인터프리터를 이용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 상위 레벨 코드를 내포한 파일 등이 있다.
검사 시스템에 관한 전술한 설명 및 도면은 시스템의 특정 컴포넌트에 대한 제한으로서 해석되지 않는다는 점, 및 시스템은 많은 다른 형태로 구체화될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 예를 들면, 검사 또는 측정 툴은 결함을 검출하고 및/또는 레티클 또는 웨이퍼의 특징들의 임계적 양태를 분석하도록 배치된 임의 수의 공지된 이미징 또는 계측 툴로부터 임의의 적당한 특징들을 가질 수 있는 것으로 예상된다. 예를 들면, 검사 또는 측정 툴은 명시야 이미징 현미경 검사, 암시야 이미징 현미경 검사, 풀 스카이 이미징 현미경 검사, 위상 대조 현미경 검사, 편광 대조 현미경 검사 및 가간섭성 프로브 현미경 검사용으로 적응될 수 있다. 목표물의 이미지를 포착하기 위해 단일 이미지법과 다중 이미지법을 사용할 수 있는 것으로 또한 예상된다. 이러한 방법들은 예를 들면 단일 그랩, 더블 그랩, 단일 그랩 가간섭성 프로브 현미경 검사(CPM) 및 더블 그랩 CPM 방법들을 포함한다. 산란계(scatterometry)와 같은 비 이미징 광학적 방법도 또한 검사 또는 계측 장치의 일부를 형성하는 것으로서 예상될 수 있다.
임의의 적당한 렌즈 배열을 이용하여 입사 빔을 샘플 쪽으로 지향시키고 샘플로부터 나온 출력 빔을 검출기 쪽으로 지향시킬 수 있다. 시스템의 조명 및 수집 광학 요소는 반사성 또는 투과성일 수 있다. 출력 빔은 샘플로부터 반사 또는 산란되거나 샘플을 통해 투과될 수 있다. 마찬가지로, 임의의 적당한 검출기 유형 또는 임의의 적당한 수의 검출 요소를 이용하여 출력 빔을 수신하고 수신된 출력 빔의 특성(예를 들면, 강도)에 기초하여 이미지 또는 신호를 제공할 수 있다.
다른 웨이퍼 결함 검사의 경우에, 결함 신호는 DR 수축에 기인하여 크게 감소된다. 그러므로 감소하는 파장으로 더 높은 결함 신호들을 달성하는 일반적인 추세가 있기 때문에, 더 짧은 파장, 더 좋은 해상도 및 더 작은 검사 픽셀을 갖는 것이 바람직하다. 그러나 이러한 더 짧은 파장 검사 구성은 작은 초점 깊이, 초점 변화에 대한 높은 열감도, 더 낮은 스루풋 등의 단점이 있을 수 있다. 소정의 시스템 실시형태는 초점 추적 및 보정, S/N을 최적화하기 위한 시스템 파라미터 조정 등의 특징을 제공한다. 또한, 이 배열은 검사 비용 효율성을 위해 1회 주사에서 더 많은 정보를 획득할 수 있게 한다. 또한, 1회의 단일 주사에서 복수의 정보를 획득함으로써, 결함 특징화, 신호 강화 및 잡음/골칫거리 감소를 위한 사후 처리가 효율적으로 수행될 수 있다.
검사 툴은 전술한 본 발명의 소정 실시형태에 추가하여 사용될 수 있는 하나 이상의 하드웨어 구성을 포함할 수 있다. 그러한 하드웨어 구성의 예로는 비제한적으로 하기의 것들이 있다: 빔 윤곽 반사계(각도 분석형 반사계), 광대역 반사 분광계(분광 반사계), 단파장 반사계, 각도 분석형 반사계, 이미징 시스템 및 산란계(예를 들면, 반점 분석기).
하드웨어 구성은 별개의 동작 시스템으로 분리될 수 있다. 반면에, 하나 이상의 하드웨어 구성이 단일 툴로 결합될 수 있다. 복수의 하드웨어 구성을 단일 툴로 결합하는 일 예는 미국 특허 제7,933,026호에 예시 및 설명되어 있고, 상기 특허는 모든 목적으로 인용에 의해 본원에 통합된다. 시스템은 소정의 렌즈, 콜리메이터, 미러, 1/4 파장판, 편광기, 검출기, 카메라, 조리개 및/또는 광원을 포함할 수 있다. 광학 시스템의 파장은 약 120nm 내지 3미크론 사이에서 변할 수 있다. 수집된 신호들은 편광 분석되거나 편광되지 않을 수 있다.
시스템은 동일 툴에 통합된 복수의 계측 헤드를 포함할 수 있다. 그러나 많은 경우에, 복수의 계측 툴은 샘플에서 단일 영역 또는 복수의 영역을 특정하기 위해 사용된다. 복수 툴 계측의 몇 가지 실시형태는 예를 들면 잔구이(Zangooie) 등에게 "복수 툴 및 구조 분석"의 명칭으로 허여된 미국 특허 제7,478,019호에 설명되어 있고, 이 특허는 모든 목적으로 인용에 의해 그 전부가 본원에 통합된다.
본 명세서 전반적으로 설명된 각종 단계들은 단일 처리 시스템에 의해, 또는 대안적으로 복수의 프로세서 시스템에 의해 실행될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 더욱이, 전술한 광원 및/또는 검출기 시스템 실시형태와 같은 시스템의 다른 서브시스템들은 시스템 상태를 제어하고, 신호를 사전 처리하고, 또는 여기에서 설명한 단계들의 적어도 일부를 실행하는데 적합한 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 그러므로 전술한 설명은 본 발명을 제한하는 것이 아니라 단지 예시하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 하나 이상의 프로세서 시스템은 여기에서 설명한 임의의 방법 실시형태의 임의의 다른 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
또한, 프로세서 시스템은 업계에 공지된 임의의 방식으로 검출기 시스템에 통신적으로 결합될 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 프로세서 시스템은 검출기 시스템과 연관된 컴퓨팅 시스템에 결합될 수 있다. 다른 예로서, 검출기 시스템은 프로세서 시스템에 결합된 단일 컴퓨터 시스템에 의해 직접 제어될 수 있다.
프로세서 시스템은 유선 및/또는 무선 부분을 포함할 수 있는 전송 매체에 의해 다른 시스템으로부터 데이터 또는 정보(예를 들면, 측정 신호, 차 신호, 통계 결과, 참조 또는 교정 데이터, 훈련 데이터, 모델, 추출된 특징 또는 변환 결과, 변환된 데이터세트, 커브 피팅(curve fitting), 질적 및 양적 결과 등)를 수신 및/또는 획득하도록 구성될 수 있다. 이 방식으로, 전송 매체는 프로세서 시스템과 다른 시스템(예를 들면, 외부 메모리, 참조 측정 소스 또는 다른 외부 시스템) 간의 데이터 링크로서 소용될 수 있다. 예를 들면, 프로세서 시스템은 데이터 링크를 통해 기억 매체(예를 들면, 내부 또는 외부 메모리)로부터 측정 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 검출 시스템을 이용하여 획득된 결과들은 영구 또는 반영구 메모리 장치(예를 들면, 내부 또는 외부 메모리)에 저장될 수 있다. 이와 관련하여, 스펙트럼 결과가 온보드 메모리로부터 또는 외부 메모리 시스템으로부터 유입될 수 있다. 더욱이, 프로세서 시스템은 데이터를 전송 매체를 통해 다른 시스템에 보낼 수 있다. 예를 들면, 프로세서 시스템에 의해 결정된 질적 및/또는 양적 결과들은 외부 메모리에 전달되어 저장될 수 있다. 이와 관련하여 측정 결과들은 다른 시스템에 유출될 수 있다.
프로세서 시스템은 비제한적으로 CPU, GPU 보드, FPGA, 프로그래머블 로직 어레이, 개인용 컴퓨터 시스템, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터 또는 업계에 공지된 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 일반적으로, 용어 "프로세서 시스템"은 메모리 매체로부터의 명령어를 실행하는 하나 이상의 프로세서를 가진 임의의 장치를 포함하도록 넓게 규정될 수 있다. 여기에서 설명한 것과 같은 방법들을 구현하는 프로그램 명령어들은 와이어, 케이블 또는 무선 전송 링크와 같은 전송 매체를 통해 전송될 수 있다. 프로그램 명령어는 컴퓨터 판독가능 매체(예를 들면, 메모리)에 저장될 수 있다. 예시적인 컴퓨터 판독가능 매체는 읽기 전용 메모리, 플래시 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 또는 자기 디스크 또는 광디스크를 포함한다.
검사 툴은 반도체 제조와 관련된 많은 다른 유형의 측정을 행하도록 설계될 수 있다. 특정의 목표 특성을 결정하는 추가의 계측 기술들이 전술한 결함 검출 기술과 또한 결합될 수 있다. 예를 들면, 소정의 실시형태에서, 툴은 신호를 또한 측정하고, 품질 및 결함량 값, 임계 치수, 오버레이, 막 두께, 처리 관련 파라미터(예를 들면, 도금 조건) 등과 같은 하나 이상의 목표물(target)의 다른 특성들을 결정할 수 있다. 목표물은 격자, 칩들 간의 상호접속을 위한 Cu-필러(pillar)와 같은 소정의 관심 영역을 포함할 수 있다. 목표물은 포토레지스트 또는 패시베이션 층과 같은 복수의 층(또는 막)을 포함할 수 있다.
수집된 데이터는 다수의 데이터 맞춤 및 최적화 기법, 및 예컨대 신경망, 서포트 벡터 머신(SVM)과 같은 기계 학습 알고리즘; PCA(기본 성분 분석), ICA(독립 성분 분석), LLE(국소 선형 임베딩)와 같은 차원성 감소 알고리즘; 칼만 필터; 동일하거나 다른 툴 유형으로부터의 정합을 촉진하는 알고리즘 등을 포함한 기술에 의해 분석될 수 있다.
컴퓨터 알고리즘은 일반적으로 컴퓨터 하드웨어의 설계 및 구현, 병렬화 등과 같은 사용되는 하나 이상의 접근법에 의해 데이터 처리 속도 및 정확성에 대해 최적화된다. 알고리즘의 다른 구현은 펌웨어, 소프트웨어, FPGA, 프로그래머블 로직 어레이 등으로 수행될 수 있다.
데이터 분석은 하기의 목표 중 하나를 추구하기 위해 사용될 수 있다: 높이의 측정, 품질, 결함 번호, CD, 조성, 막, 생성 처리 파라미터(예를 들면, 도금 또는 에칭 설정), 및/또는 이들의 임의 조합.
여기에서 제시된 본 발명의 소정 실시형태들은 일반적으로 반도체 처리 및 품질 제어 분야를 다루지만, 하드웨어, 알고리즘/소프트웨어 구현 및 아키텍처, 및 전술한 사용 사례(use case)로 제한되지 않는다.
지금까지 본 발명을 이해를 명확히 할 목적으로 구체적으로 설명하였지만, 첨부된 특허 청구범위의 범위 내에서 소정의 변화 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 방법, 시스템 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방법이 있다는 점에 주목하여야 한다. 따라서 본 실시형태는 예시하는 것이지 제한하는 것이 아니며, 본 발명은 여기에서 설명한 세부로 제한되지 않는다.
Claims (20)
- 반도체 샘플에서 결함을 검출하는 시스템에 있어서,
비영차 가우시안 조명 빔을 샘플의 복수의 위치 쪽으로 지향시키는 조명 광학 모듈;
상기 비영차 가우시안 조명 빔에 응답하여 상기 샘플로부터 산란된 광을 검출하고 상기 샘플의 상기 복수의 위치에 대한 복수의 출력 이미지 또는 신호를 생성하는 수집 광학 모듈; 및
프로세서 시스템
을 포함하고,
상기 프로세서 시스템은,
상기 비영차 가우시안 조명 빔의 점 확산 함수의 환상형 링(toroidal ring)과 정합하는 필터링된 이미지 또는 신호 부분을 보유하도록 상기 출력 이미지 또는 신호를 처리하는 것 - 결함에 대한 이미지 또는 신호 부분은 상기 환상형 링과 정합하는 경향이 있는 반면 반점 노이즈에 대한 이미지 또는 신호 부분은 상기 환상형 링과 정합하지 않는 경향이 있음 - ,
상기 샘플에서 결함들을 검출하기 위해 상기 필터링된 이미지 또는 신호 부분을 분석하는 것
에 의해 결함을 검출하는 것인 결함 검출 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 조명 광학 모듈은,
영차 가우시안 조명 빔을 생성하는 광원;
비영차 가우시안 조명 빔을 생성하기 위해 상기 영차 가우시안 조명 빔을 바꾸는 비영차 가우시안 광학부; 및
상기 비영차 가우시안 조명 빔을 상기 샘플 쪽으로 지향시키는 하나 이상의 광학 요소
를 포함하는 것인 결함 검출 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 영차 가우시안 조명 빔은 영차 라게르(Laguerre) 가우시안 조명 빔이고 상기 비영차 가우시안 조명 빔은 비영차 라게르 가우시안 조명 빔인 것인 결함 검출 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 비영차 가우시안 광학부는 나선형 위상판인 것인 결함 검출 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 비영차 가우시안 광학부는 회절격자 또는 홀로그램인 것인 결함 검출 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 비영차 가우시안 광학부는 공간 광 변조기 또는 q 판(q-plate)인 것인 결함 검출 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 수집 광학 모듈은 상기 비영차 가우시안 조명 빔에 응답하여 상기 샘플로부터 산란광을 수집하도록 배치된 하나 이상의 검출기를 포함하는 것인 결함 검출 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 비영차 가우시안 조명 빔의 점 확산 함수와 정합하는 커널 이미지를 상기 출력 이미지와 콘볼빙(convolving)함으로써 필터링된 출력 이미지 부분이 획득되는 것인 결함 검출 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 비영차 가우시안 조명 빔의 점 확산 함수와 정합하는 이미지를 결함으로서 규정하도록 훈련된 분류기를 이용하여 상기 출력 이미지를 분류함으로써 필터링된 출력 이미지 부분이 획득되는 것인 결함 검출 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 수집 광학 모듈은 암시야 모드에서 산란광을 수집하도록 구성되는 것인 결함 검출 시스템. - 반도체 샘플에서 결함을 검출하는 방법에 있어서,
샘플의 복수의 위치를 비영차 가우시안 조명 빔으로 조명하는 단계;
상기 비영차 가우시안 조명 빔에 응답하여 상기 샘플로부터 산란광을 검출하도록 구성된 하나 이상의 검출기로부터 출력 이미지 또는 신호를 획득하는 단계;
상기 출력 이미지 또는 신호를, 상기 비영차 가우시안 조명 빔의 점 확산 함수의 환상형 링과 정합하는 필터링된 이미지 또는 신호 부분을 보유하도록 필터링하는 단계 - 결함에 대한 이미지 또는 신호 부분은 상기 환상형 링과 정합하는 경향이 있는 반면 반점 노이즈에 대한 이미지 또는 신호 부분은 상기 환상형 링과 정합하지 않는 경향이 있음 - ; 및
상기 샘플에서 결함들을 검출하기 위해 상기 필터링된 이미지 또는 신호를 분석하는 단계
를 포함하는 결함 검출 방법. - 제11항에 있어서,
상기 샘플의 복수의 위치를 비영차 가우시안 조명 빔으로 조명하는 단계는,
영차 가우시안 조명 빔을 생성하는 단계;
상기 영차 가우시안 조명 빔으로부터 비영차 가우시안 조명 빔을 생성하는 단계; 및
상기 비영차 가우시안 조명 빔을 상기 샘플의 상기 복수의 위치 쪽으로 지향시키는 단계
를 포함하는 것인 결함 검출 방법. - 제12항에 있어서,
상기 영차 가우시안 조명 빔은 영차 라게르 가우시안 조명 빔이고 상기 비영차 가우시안 조명 빔은 비영차 라게르 가우시안 조명 빔인 것인 결함 검출 방법. - 제12항에 있어서,
상기 비영차 가우시안 조명 빔은 나선형 위상판에 의해 생성되는 것인 결함 검출 방법. - 제12항에 있어서,
상기 비영차 가우시안 조명 빔은 회절격자 또는 홀로그램에 의해 생성되는 것인 결함 검출 방법. - 제12항에 있어서,
상기 비영차 가우시안 조명 빔은 공간 광 변조기 또는 q 판에 의해 생성되는 것인 결함 검출 방법. - 제12항에 있어서,
상기 하나 이상의 검출기는 상기 비영차 가우시안 조명 빔에 응답하여 상기 샘플로부터 산란광을 수집하도록 배치되는 것인 결함 검출 방법. - 제17항에 있어서,
상기 비영차 가우시안 조명 빔의 점 확산 함수와 정합하는 커널 이미지를 상기 출력 이미지와 콘볼빙함으로써 필터링된 출력 이미지 부분이 획득되는 것인 결함 검출 방법. - 제17항에 있어서,
상기 비영차 가우시안 조명 빔의 점 확산 함수와 정합하는 이미지를 결함으로서 규정하도록 훈련된 분류기를 이용하여 상기 출력 이미지를 분류함으로써 필터링된 출력 이미지 또는 신호 부분이 획득되는 것인 결함 검출 방법. - 제11항에 있어서,
상기 출력 이미지 또는 신호는 암시야 모드에서 상기 산란광의 수집에 기초하여 획득되는 것인 결함 검출 방법.
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