KR102484672B1 - 원자력 현미경 장치, 방법 및 리소그래피 시스템 - Google Patents

원자력 현미경 장치, 방법 및 리소그래피 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102484672B1
KR102484672B1 KR1020197022732A KR20197022732A KR102484672B1 KR 102484672 B1 KR102484672 B1 KR 102484672B1 KR 1020197022732 A KR1020197022732 A KR 1020197022732A KR 20197022732 A KR20197022732 A KR 20197022732A KR 102484672 B1 KR102484672 B1 KR 102484672B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
probe tip
probe
sample
atomic force
Prior art date
Application number
KR1020197022732A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190107687A (ko
Inventor
아바스 모흐타샤미
마알텐 후베르투스 반 에스
하메드 사데그히안 마르나니
Original Assignee
네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르 베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
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 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르 베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오 filed Critical 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르 베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
Publication of KR20190107687A publication Critical patent/KR20190107687A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102484672B1 publication Critical patent/KR102484672B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/30—Scanning potential microscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/32—AC mode
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0654—Imaging
    • G01N29/0681—Imaging by acoustic microscopy, e.g. scanning acoustic microscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q10/00—Scanning or positioning arrangements, i.e. arrangements for actively controlling the movement or position of the probe
    • G01Q10/04—Fine scanning or positioning
    • G01Q10/06—Circuits or algorithms therefor
    • G01Q10/065—Feedback mechanisms, i.e. wherein the signal for driving the probe is modified by a signal coming from the probe itself
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
    • G01Q20/02—Monitoring the movement or position of the probe by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
    • G01Q60/38—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/08—Probe characteristics
    • G01Q70/10—Shape or taper
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70633—Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
    • G03F9/7053—Non-optical, e.g. mechanical, capacitive, using an electron beam, acoustic or thermal waves
    • G03F9/7061—Scanning probe microscopy, e.g. AFM, scanning tunneling microscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042—Wave modes
    • G01N2291/0427—Flexural waves, plate waves, e.g. Lamb waves, tuning fork, cantilever

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Control Of Heat Treatment Processes (AREA)

Abstract

샘플 내의 서브 표면 구조를 결정하기 위해 배치된 원자력 현미경 장치는 가요성 캐리어 및 가요성 캐리어에 배치된 프로브 팁을 포함하는 프로브를 구비하는 스캔 헤드를 포함한다. 여기서, 액추에이터는 프로브에 음향 입력 신호를 인가하고, 팁 위치 검출기는 스캐닝 동안 스캔 헤드에 대한 프로브 팁의 움직임을 측정하고, 제어기에 의해 수신되고 분석될 상기 움직임을 나타내는 출력 신호를 제공한다. 프로브 팁의 적어도 단부는 프로브 팁의 단부를 향하여 상기 가요성 캐리어로부터 이격되는 방향으로 가늘어진다. 단부는 상기 끝으로부터의 거리 Dend에서 최대 단면적 Amax를 가지며, 최대 단면적 Amax의 제곱근은 적어도 100nm이고, 거리 Dend는 상기 제곱근의 0.2 내지 2 값의 범위에 있다.

Description

원자력 현미경 장치, 방법 및 리소그래피 시스템
본 발명은 원자 현미경 장치(atomic microscopy device)에 관한 것이다.
본 발명은 원자 현미경 장치를 사용하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 리소그래피 시스템(lithographic system)에 관한 것이다.
매립된 나노구조(buried nanostructures)의 비파괴 이미징(nondestructive imaging)을 위한 AFM 방법의 사용은 그 자체로 공지되어 있다. 그러한 방법의 예시들은 초음파 포스 현미경(UFM: Ultrasonic Force Microscopy), 헤테로다인 포스 현미경(Heterodyne force microscopy), 음향 포스 현미경(Acoustic force microscopy) 및 바이모달 및 삼중 포스 현미경(bimodal and trimodal force microscopy)이다. 세포들(cells)에서 이미징 나노 입자(imaging nanoparticles), 폴리머 내부 입자의 서브 표면 이미징(subsurface imaging), 인터커넥트(interconnects) 내부의 매립된 결함 및 폴리머 내부의 실리콘 나노와이어(silicon nanowires)와 같은 애플리케이션(application)에서 우수한 결과가 획득되었다. 이러한 모든 예시들은 폴리머(polymers)와 같은 연질 매트릭스(soft matrix) 내부에 매달리고(suspended) 매립된 경질(rigid) 나노 입자들로 제한된다.
그러나, 이러한 공지된 방법은 3D NAND 장치들과 같은 3D 반도체 장치들과 같이, 검출될 피처들(features)이 표면 아래에 깊게 배치되는 장치들에서의 인가에 불충분하다. 이러한 장치는 예를 들어 50으로부터 200개의 층과 같이 많은 수의 층을 가질 수 있으며, 층들의 스택(stack of layers)은 수 마이크론(micron)의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 제1 목적은 3D 반도체 장치들에서 서브 표면 피처(subsurface feature)의 검출에 적합한 원자 현미경 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 3D 반도체 장치들에서 서브 표면 피처를 검출하기에 적합한 원자 현미경 장치를 사용하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은 3D 반도체 장치들에서 서브 표면 피처를 검출하기에 적합한 원자 현미경 장치를 포함하는 리소그래피 시스템을 제공하는 것이다.
제1 목적에 따르면, 본 발명의 제 1 측면에 따른 원자 현미경 장치는 청구항 1에 제공된다.
제2 목적에 따르면, 본 발명의 제2 측면에 따른 방법이 청구항 8에 제공된다.
제3 목적에 따르면, 본 발명의 제3 측면에 따른 리소그래피 시스템은 청구항 26에 제공된다.
원자력 현미경 시스템(atomic force microscopy system)에서, 적어도 하나의 스캔 헤드(scan head)는 가요성 캐리어(flexible carrier) 및 가요성 캐리어에 배치된 프로브 팁(probe tip)을 갖는 프로브(probe)를 포함하는 것으로 제공된다. 가요성 캐리어는 예를 들어 캔틸레버일 수 있지만, 멤브레인과 같은 다른 형태로 제공될 수도 있다. 측정 동안 프로브 팁과 샘플은 표면을 프로브 팁으로 스캐닝하기 위해 표면에 평행한 하나 이상의 방향들로 서로에 대해 상대적으로 이동된다. 출력 신호는 스캐닝 동안 팁 위치 검출기(tip position detector)로 스캔 헤드에 대한 프로브 팁의 움직임(motion)을 스캐닝하는 동안 모니터링(monitoring)함으로써 획득된다. 프로브 팁은 가요성 캐리어로부터 이격되어 마주보는(facing away from) 끝(end)을 갖는 단부(end portion)를 갖는다. 팁은 가요성 캔틸레버와의 인터페이스에서 최대 단면(largest cross-section)을 가질 수 있다. 대안적으로, 팁은 적어도 하나의 단부에 부가하여 연장부(extension portion)를 포함할 수 있으며, 팁은 가요성 캐리어 상에 그 연장부와 함께 장착된다. 또 다른 실시예에서, 팁은 샘플을 향하는 끝쪽으로 넓어(widen)질 수 있다.
프로브 팁은 예를 들어 3 또는 4 사면 피라미드(sided pyramid)와 같은 모양일 수 있다. 그러나, 반 구형(semi-sphere)의 모양을 갖는 프로브 팁 또는 완전 구형 프로브 팁(fully spherical probe tip)과 같은 다양한 다른 옵션이 가능하다.
본 발명의 제1 측면에 따른 원자력 현미경 시스템 및 본 발명의 제2 측면에 따른 방법에서, 팁의 단부는 단면적(cross-sectional area) Acx, 그 제곱근이 적어도 100nm인 단면을 가지며, 상기 끝 및 상기 단면 사이의 거리 Dend는 상기 제곱근의 값의 최대 2배이다.
이와 함께, 공지된 시스템 및 방법으로 이용 가능한 것보다 더 큰 깊이(larger depths)에서 서브 표면 피처를 검출하는 것이 가능하다. 더 바람직한 실시예에서, 상기 최대 단면(largest cross-section) Amax의 제곱근은 적어도 200nm이다. 보다 더 바람직한 실시예에서, 상기 최대 단면 Amax의 제곱근은 적어도 500nm이다.
선택적으로 검출은 샘플에 배열된 마커들(markers)을 사용함으로써 더욱 향상될 수 있다. 조사되는 샘플에 따라 마커들의 최적의 크기가 결정되는 바람직한 방법이 포함된다. 또한, 마커들이 검출될 수 있는 해상도를 개선하기 위한 필터링 방법이 설명된다.
일 실시예에 따른 원자 현미경 장치에서, 상기 제1 액추에이터는 제1 음향 입력 신호를 상기 프로브에 인가하도록 배치되고, 상기 제1 액추에이터는, 상기 가요성 캐리어 또는 상기 프로브 팁 중 적어도 하나에 연결된 음향 변환기(acoustic transducer), 상기 가요성 캐리어와 협력하는 정전 액추에이터, 상기 프로브 팁이 상기 가요성 캐리어에 유연하게 부착된, 상기 프로브 팁과 협력하는 정전 액추에이터, 상기 가요성 캐리어와 협력하는 압전 액추에이터, 상기 가요성 캐리어에 유연하게 부착된 상기 프로브 팁과 협력하는 압전 액추에이터, 또는, 펄스 레이저(pulsed laser)와 같이, 상기 가요성 캐리어 또는 상기 프로브 팁 중 적어도 하나의 광열 여기(photothermic excitation)를 위한 펄스 광원(pulsed optical source)을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 펄스 광원은 상기 샘플의 표면의 광열 여기에 의해 상기 제1 음향 입력 신호 또는 추가 음향 입력 신호를 인가할 수 있다.
일 실시예에 따른 샘플은 적어도 제1 패터닝된 디바이스 층에 더하여(in addition to) 적어도 제2 패터닝된 디바이스 층을 포함하는 디바이스 층들의 스택을 포함하는 반도체 장치이고, 상기 방법은, 상기 분석에 기초하여 상기 적어도 제1 패터닝된 디바이스 층과 상기 제2 패터닝된 디바이스 층 사이의 오버레이 에러(overlay error)를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 반도체 장치는 적어도 100개의 디바이스 층들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 제1 음향 입력 신호는 추가 음향 입력 신호가 없는 경우에 인가되며, 예를 들어, 상기 제1 주파수는 0.01 메가헤르츠(megahertz) 내지 100 메가 헤르츠의 범위 내에 있을 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 적어도 제1 음향 입력 신호의 제1 주파수는 적어도 1 GHz의 값을 가질 수도 있다.
상기 적어도 제1 음향 입력 신호는 상기 프로브에 인가되고, 상기 적어도 제1 음향 입력 신호 는 제1 성분에 더하여(in addition to) 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수의 제2 성분을 포함할 수 있다. 상기 제1 성분은 펄스 방식으로 제공되며, 상기 분석은 에코 음향 측정(echo acoustic measurements)을 포함할 수 있다.
제2 음향 입력 신호가 상기 샘플에 인가될 수 있다. 상기 제2 음향 입력 신호는 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 값 사이의 범위 내의 값을 갖는 주파수에서 적어도 제3 성분을 포함할 수 있다.
이러한 측면들 및 다른 측면들은 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제1 측면에 따른 원자 현미경 장치를 개략적으로 도시한다.
도 1a는 도 1의 장치의 예시적인 신호 처리 요소들을 도시한다.
도 1b는 도 1의 장치의 다른 신호 처리 요소들을 도시한다.
도 2는 더 상세하게 도 1의 원자 현미경 장치의 일부를 도시한다.
도 2a는 도 2에 도시된 평면 IIA-IIA에서의 단면에 따른 그 부분의 하부 부분의 단면을 도시한다.
도 2b는 동일한 단면에 따른 상기 서브 부분에 대한 대안을 도시한다.
도 2c는 동일한 단면에 따라 서브 부분에 대한 추가의 대안을 도시한다.
도 3은 더 상세하게 도 1의 원자 현미경 장치의 대안적인 부분을 도시한다.
도 3a는 도 3에 도시된 평면 IIIA-IIIA에서의 단면에 따른 그 부분의 하부 부분의 단면을 도시한다.
도 4는 더 상세하게 도 1의 원자 현미경 장치의 다른 대안적인 부분을 도시한다.
도 4a는 도 4에 도시된 평면 IVA-IVA의 단면에 따른 그 부분의 하부 부분의 단면을 도시한다.
도 5는 작동 상태에서의 도 1의 원자 현미경 장치의 일부분을 개략적으로 도시한다.
도 6은 작동 상태에서의 제1 측면에 따른 원자 현미경 장치의 다른 실시예의 일부분을 개략적으로 도시한다.
도 7은 제1 측면에 따른 원자 현미경 장치 및 상기 작동 상태에서 발생하는 다양한 신호의 일 실시예의 작동 상태를 개략적으로 도시한다.
도 8은 특정 애플리케이션에서 사용될 피처들의 최적 크기를 선택하기 위한 절차를 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 제3 측면에 따른 리소그래피 시스템을 개략적으로 도시한다.
다양한 도면들에서 동일한 참조 부호는 달리 지시되지 않는 한 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 원자력 현미경 장치(atomic force microscopy device)를 개략적으로 도시하며, 상기 장치는 프로브(2)를 갖는 스캔 헤드(3)를 포함한다. 도 2, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 3 및 도 3a에 도시된 실시예들, 프로브(2)는 가요성 캐리어에 배치된 프로브 팁(9) 및 캔틸레버(8)(또는 멤브레인)와 같은 가요성 캐리어를 포함한다. 스캔 헤드(3)는 샘플(5)의 표면(51)에 대해 프로브(2)의 스캐닝을 가능하게 한다. 스캐닝 중에, 프로브 팁(9)은 샘플(5)의 표면(51)과 접촉하게 된다. 예를 들어, 프로브 팁(9)은 접촉 모드(contact mode)(프로브 팁(9)과 샘플(5)의 표면 사이의 연속 접촉) 또는 탭핑 모드(tapping mode)(캔틸레버(8)에 인가된 인가의 각 사이클(cycle) 동안 프로브 팁(9)과 샘플(5)의 표면 사이의 주기적인 접촉)에 샘플(5)의 표면을 가로 질러 스캐닝될 수 있다. 레이저 유닛(laser unit)(미도시)은 캔틸레버(8)에 충돌하고 광 검출기(20)쪽으로 반사하는 레이저 빔(10)을 제공한다. 광 검출기(20)를 사용하여, 캔틸레버(8)에서의 진동은 반사된 빔(10)의 작은 편향(deflections)으로 인해 감지될 수 있다. 이는 추가 분석을 위해 출력 신호(26)를 제공한다. 표면을 프로브 팁으로 스캐닝하기 위해 샘플의 표면(51)에 평행한 하나 이상의 방향들로 서로에 대해 샘플(5) 및 프로브 팁(9)을 이동시키기 위한 샘플 홀더(미도시) 또는 스캔 헤드(3) 중 적어도 하나와 협력하는 액추에이터(actuator)(미도시)가 제공된다.
도시된 실시예에서, 레이저 유닛 및 광 검출기(20)는 상기 스캐닝 동안 스캔 헤드에 대한 프로브 팁의 움직임을 측정하기 위한 팁 위치 검출기를 형성하며, 검출기(20)는 움직임을 나타내는 출력 신호(26)를 제공한다. 레이저 유닛은, 펄스 레이저(pulsed laser)와 같이, 상기 가요성 캐리어 또는 상기 프로브 팁 중 적어도 하나의 광열 여기(photothermic excitation)를 위한 펄스 광원(pulsed optical source)을 포함할 수도 있다. 펄스 광원은 상기 샘플의 표면의 광열 여기에 의해 상기 제1 음향 입력 신호 또는 추가 음향 입력 신호를 인가할 수 있다. 그러나, 전기 저항이 프로브 편향에 따라 변화하는, 압전-저항 층(piezo-resistive layer)과 같은 임의의 적합한 유형의 위치 검출기가 적용될 수 있다. 이 경우, 프로브 편향은 압전-저항 층에 인가된 전기 신호의 전압 차이를 검출함으로써 검출될 수 있다. 다른 대안으로서, 프로브 편향은 캔틸레버 움직임에 따라 전위(potential)가 변화하는, 압전-요소 또는 층을 사용하여 검출될 수 있다. 대안적으로, 용량성 측정(capacitive measurements)이 정전 감지 기술에 적용될 수 있다. 일부 다른 대안으로서, 프로브 편향을 측정하기 위해 간섭계(interferometer)를 적용하거나 프로브와 샘플 사이의 온도 차이를 사용함으로써 열적 방법(thermal method)으로 열 유속 측정(heat flux measurement)을 수행 할 수도 있다.
원자력 현미경 장치는 제1 주파수에서의 신호 성분(signal component)을 포함하는 제1 음향 입력 신호(acoustic input signal)(92)를 프로브 또는 샘플 중 적어도 하나에 인가하기 위한 제1 액추에이터(31)를 포함한다. 도 5에 도시된 실시 예에서, 제1 음향 입력 신호(92)는 액추에이터(31)에 의해, 여기서는 캔틸레버(8)에 부착된 압전 액추에이터(piezo electric actuator)에 의해 유도된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 액추에이터는 고주파 액추에이터(high frequency actuator)(91)이며, 예를 들어, 압전 액추에이터 또는 정전 액추에이터(electrostatic actuator)가 팁(9)에 기계적으로 연결된다. 예를 들어, 적어도 제1 음향 입력 신호는 추가 음향 입력 신호가 없는 경우에 인가될 수 있고, 제1 주파수는 0.01 메가헤르츠(megahertz) 내지 100 메가 헤르츠의 범위 내에 있을 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 적어도 제1 음향 입력 신호의 제1 주파수는 적어도 1 GHz의 값을 가질 수도 있다. 적어도 제1 음향 입력 신호는 상기 프로브에 인가되고, 상기 적어도 제1 음향 입력 신호 는 제1 성분에 더하여(in addition to) 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수의 제2 성분을 포함할 수 있다. 제1 성분은 펄스 방식으로 제공되며, 상기 분석은 에코 음향 측정(echo acoustic measurements)을 포함할 수 있다. 제2 음향 입력 신호가 상기 샘플에 인가될 수 있다. 상기 제2 음향 입력 신호는 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 값 사이의 범위 내의 값을 갖는 주파수에서 적어도 제3 성분을 포함할 수 있다.
분석 시스템/제어기(analysis system/controller)(40)는 팁 위치 검출기(20)로부터의 출력 신호(26)를 수신하고 분석하기 위해 제공된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 생성기(generator)(6)는 제1 입력 신호(61)를 제공하고, 그에 추가하여 제2 입력 신호(62)를 제공한다. 제1 입력 신호(61)는 주파수 fc로 주기적(periodic)이고, 제2 입력 신호(62)는 주파수 fm을 갖는 주기 신호(periodic signal)이다. 혼합기(mixer)(63)는 제1 입력 신호(61)를 제2 입력 신호(62)로 변조한다. 증폭기(64)는 그렇게 획득된 변조된 신호(modulated signal)를 증폭하고, 증폭된 변조된 신호(65)를 제1 액추에이터(31)에 제공한다.
팁(9)의 예시들은 도 2, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 3 및 도 3a에 더 상세히 도시되어 있다. 여기서, 도 2는 장치의 일 실시예에서 팁(9)의 측면도를 도시하고, 도 2a는 도 2의 IIA-IIA에 따른 단면을 도시한다. 도 2b 및 도 2c는 각각 동일한 단면에 따른 장치의 다른 실시예들에서의 팁(9)을 도시한다.
도 2 및 도 2a의 실시예에서, 팁은 원뿔(cone)로 형성된다. 원뿔형 팁(cone-shaped tip)(9)은 캔틸레버(8)에 부착되는 그 베이스(base)(95)에서 최대 단면적 Amax을 갖는다. 팁(9)은 그 끝을 향하여 점점 가늘어진다(tapers). 일 실시예에서, 최대 단면 Amax의 제곱근 RA은 150nm와 동일하고 거리 Dend는 100nm와 동일하다.
도 2b의 실시예에서, 팁은 3-사면 피라미드(three-sided pyramid)로 형성된다. 피라미드형 팁(pyramid-shaped tip)(9)은 캔틸레버(8)에 부착되는 그 베이스(95')에서 최대 단면적 Amax을 갖는다. 팁(9)은 그 단부를 향해 거리 Dend만큼 점점 가늘어진다. 일 실시예에서, 최대 단면 Amax의 제곱근 RA는 120nm와 동일하고, 거리 Dend는 100nm와 동일하다.
도 2c의 실시예에서, 팁은 4-사면 피라미드로 형성된다. 피라미드형 팁(9)은 캔틸레버 (8)에 부착되는 그 베이스(95")에서 최대 단면적 Amax을 갖는다. 팁(9)은 그 단부를 향해 거리 Dend만큼 점점 가늘어진다. 일 실시예에서, 최대 단면 Amax의 제곱근 RA는 200nm와 동일하고, 거리 Dend는 150nm와 동일하다.
도 3은 장치의 다른 실시예에서 팁(9)의 측면도를 도시하고, 도 3a는 도 3에서의 IIIA-IIIA에 따른 단면을 도시한다. 도 3, 도 3a에 도시된 실시예에서, 팁(9)은 가요성 캐리어(8) 상에 장착되는 연장부(96)를 갖는다. 팁(9)은 연장부(96)에 구형 몸체(spherical body)를 포함한다. 최대 단면적 Amax을 갖는 중앙 평면(central plane)(95"")으로부터, 단부는 구의 반경과 동일한 거리 Dend만큼 점점 가늘어진다. 이 경우 비율 RA/Dend는 pi(π)의 제곱근과 동일하다. RA는 예를 들어 500nm일 수 있다.
도 4는 장치의 다른 실시예에서의 팁(9)의 측면도를 도시하고, 도 4a는 도 4의 IVA-IVA에 따른 단면을 도시한다. 또한, 이 실시예에서 팁(9)은 가요성 캐리어(8) 상에 장착되는 연장부(96)를 갖는다. 이 경우, 팁은 가요성 캐리어(8)로부터 이격되어 마주보는 그 끝면(95""")에서 가장 넓은 측면을 갖는 원뿔대(truncated cone)의 형태로 단부를 갖는다. 팁(9)의 끝면(end face)(95""")과 일치하는 도 4의 IVA-IVA에 따른 단면은 700nm의 제곱근을 갖는 단면적을 갖는다. 횡단면이 끝면과 일치하기 때문에, 팁의 끝과 지정된 단면적을 가진 단면 사이의 거리 Dend는 0과 동일하며, 이는 상기 제곱근의 값의 최대 2배여야 한다는 요구 사항을 준수한다.
제어기(controller)(40)는 샘플(5)의 표면(51) 아래에 적어도 서브 표면 나노구조들(subsurface nanostructures)(52)을 맵핑(mapping)하기 위해 출력 신호(26)를 분석하도록 배치된다. (도 5, 6 참조). 서브 표면 나노구조들(52)은 다양한 종류일 수 있으며, 예를 들어 층 또는 결함 내에 의도적으로 적용된 패턴들(patterns)에 의해 형성된 토폴로지 피처들(topological features)이지만, 대안적으로 샘플(5)의 표면(51) 아래 레벨에서의 밀도 변화(density variations) 또는 응력 영역(stressed regions)과 같은 논-토폴로지 피처들일 수 있다. 예를 들어, 샘플이 적어도 제1 패터닝된 디바이스 층에 더하여(in addition to) 적어도 제2 패터닝된 디바이스 층을 포함하는 디바이스 층들의 스택을 포함하는 반도체 장치이고, 일 실시예에 따른 방법은, 상기 분석에 기초하여 상기 적어도 제1 패터닝된 디바이스 층과 상기 제2 패터닝된 디바이스 층 사이의 오버레이 에러(overlay error)를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 반도체 장치는 적어도 100개의 디바이스 층들을 포함할 수 있다. 제어기(40)는 도 1에 도시된 바와 같이 추가 모듈과 협력할 수 있다. 도시된 실시예에서, 이것들은 저역 통과 필터(low-pass filter)(41), 고역 통과 필터(high pass filter)(42) 및 복조기(demodulator)(43)를 포함한다. 저역 통과 필터(41)는 표면(51)에 대해 팁(9)의 비교적 일정한 정압을 유지하기 위해 프로브(2)를 표면(51)에 대하여 횡 방향으로 위치시키기 위한 피드백 신호로서, 예를 들어 1kHz 아래의, 출력 신호(26)의 저주파수 부분(low frequent portion)을 선택한다. 고역 통과 필터(high-pass filter)(42)는 출력 신호(26)의 고주파수 부분 Shf을 선택하고, 복조기(43)에 제공한다. 복조기(43)는 변조 신호(62)를 사용하여 이 고주파 신호 Shf를 복조하여 복조 신호 Sdm를 제공한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 복조기(43)의 출력에서의 복조된 신호 Sdm는 샘플(5)에 존재하는 서브 표면 피처를 나타낸다. 이것은 도 7에 도시되어 있으며, 이는 샘플(5)의 표면(51)에 대하여 횡 방향(lateral direction)의 위치 x의 함수로서 복조된 신호 Sdm의 진폭을 도시한 것이다. 표면 아래의 깊이에 배치된 피처들에 대해, 신호의 신호 대 잡음비가 매우 낮아서, 이는 그러한 피처들을 찾아내는 것을 불가능하게 한다. 예를 들어, 피처(52a)에 기인한 신호의 신호 대 잡음비는 피처를 식별할 수 있는 측정 잡음에 의해 너무 많이 교란된다. 더 큰 피처들, 예를 들어 피처(52b)는 여전히 신호 Sdm에서 검출될 수 있지만, 그 크기로 인해, 그 위치를 나타내는 정확한 위치를 결정하는 것은 어렵다. 본 발명에 따르면, 공간 해상도(spatial resolution)를 향상시키기 위해 복조된 신호 Sdm에 적용될 추가 처리를 위해 다양한 접근법이 제공된다.
하나의 접근법에 따르면, 복조된 신호는 저역 통과 필터링된 피처 신호(low-pass filtered feature signal) SLP를 획득하기 위해 저역 통과 필터(45)(도 1a 참조)에 의해 저역 통과 필터링된다. 중심 검출기(47)는 저역 통과 필터링된 신호 SLP에서 중심 위치(centroid position)를 검출하고, 상기 저역 통과 필터링된 신호 SLP에서 상기 중심 위치에 기초하여 결정된 검출된 서브 표면 피처(52b)의 위치(xb)를 나타내는 출력 신호 Scentr를 렌더링(renders)한다.
복조된 신호에 적용되는 저역 통과 필터(45)는 박스 필터(box filter) 또는 예를 들어 코사인(cosine) 또는 가우시안 필터(Gaussian filter)와 같은 다른 공간 필터일 수 있다. 저역 통과 필터는 스캔 방향 x에서 검출될 피처들의 크기 sx와 동일한 규모의 순서로(same order of magnitude of the size sx of the features) 공간 윈도우를 가질 수 있다.
공간 윈도우는 공간 필터의 정규화된 포인트 스프레드 함수(normalized point spread function)의 제2 모멘트(moment)의 제곱근으로서 정의될 수 있다:
Figure 112019079131230-pct00001
예를 들어, 공간 윈도우 dw는 0.2 sx 내지 5 sx 범위의 크기를 가질 수 있다. 보다 바람직하게, 공간 윈도우 dw는 0.5 sx 내지 2 sx 범위의 크기를 가질 수 있다.
중심 검출기(47)는 예를 들어 저역 통과 필터링된 신호 SLP의 간격 xbegin-xend를 선택할 수 있으며, 여기서 저역 통과 필터링된 신호 SLP의 값은 임계 값을 초과하고, 아래 식과 같이 위치 xe를 결정한다:
Figure 112019079131230-pct00002
실제적으로, 검출 가능한 피처들의 크기 sx는 팁(9)의 치수, 음향 입력 신호의 주파수 범위 및 샘플 표면(51)에 대해 검출될 피처들의 깊이와 같은 다양한 환경에 의존한다.
다른 접근법이 도 1b에 개략적으로 도시되어 있다. 여기서 마커 위치는 복조된 신호 Sdm에 대한 기대 응답 곡선(expected response curve)의 곡선 피팅(curve fitting)에 의해 추정된다. 곡선 피팅 모듈(curve fitting module)(48)은 기대 응답 곡선을 지정하는 입력 신호 Ser에 기초하여 복조된 신호 Sdm에 대해 이 곡선 피팅을 수행하고 함께 추정된 마커의 위치를 나타내는 출력 신호 Smp를 제공하도록 제공된다.
피처들에 대해 선택되는 최적 크기 sx는 도 8에 도시된 바와 같이 다음 절차에 따라 선택될 수 있다.
테스트 샘플(test sample)은 제조될 장치에 대응하는 사양(specifications)을 적어도 실질적으로 갖는 것으로 제공되고, 검출이 이루어져야 하는 표면에 대하여 깊이에서 서로 상이한 크기의 한 세트의 서브 표면 피처들(521, 522, 523, 524)이 제공된다.
"사양을 적어도 실질적으로 갖는 것"이라는 용어는, 장치가 예를 들어 제조될 장치의 층의 수의 +/- 10%와 같이, 적어도 실질적으로 동일한 수의 층을 갖고, 층이 유사한 물질로 제조된다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 테스트 샘플은 서브 표면 피처들의 세트와 별개로 제조되는 장치와 유사하다. 서브 표면 피처들의 세트는 예를 들어 10nm 내지 1 미크론(micron)의 범위로부터 선택된 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 10nm, 20nm, 50nm, 100nm, 200nm, 500nm, 1000nm의 크기를 갖는 사각형 모양의 서브 표면 피처들의 세트가 후속적으로 제공될 수 있다.
후속적으로, 테스트 샘플은 본 발명의 제2 측면에 따른 방법으로 스캐닝되는 한편, 서브 표면 피처들의 세트의 각각의 크기에 매번 대응하는 후속적으로 상이한 공간 윈도우 크기(subsequently different spatial window sizes) dw를 사용하여 복조된 신호 Sdm을 처리한다. 복조된 신호 Sdm을 획득하기 위해 단일 스캔을 수행하고, 후속적으로 상이한 공간 윈도우 크기 dw를 사용하여 이 복조된 신호 Sdm을 후속적으로 처리하는 것으로 충분하다는 점에 유의해야 한다. 예시로서, 도 8은 윈도우 크기 dw1=sx1을 갖는 저역 통과 필터로 획득된 제1 처리된 신호 SLP1, 윈도우 크기 dw2=sx2를 갖는 저역 통과 필터로 획득된 제2 처리된 신호 SLP2, 윈도우 크기 dw3=sx3을 갖는 저역 통과 필터로 획득된 제3 처리된 신호 SLP3, 및 윈도우 크기 dw4=sx4를 갖는 저역 통과 필터로 획득된 제4 처리된 신호 SLP4를 도시한다.
후속적으로, 대응하는 윈도우 크기 dw1, dw2, dw3, dw4를 갖는 저역 통과 필터로 획득된 신호 SLP1, SLP2, SLP3, SLP4를 사용하여 각각의 서브 표면 피처들(521, 522, 523, 524)의 위치가 추정된다. 그리고, 추정된 위치 x1e, x2e, x3e, x4e와 각 서브 표면 피처들(521, 522, 523, 524)의 실제 위치 x1, x2, x3, x4 사이의 편차 Δ1, Δ2, Δ3, Δ4가 결정되고, 그 편차에 대한 가장 작은 절대 값을 갖는 서브 표면 피처의 크기가 제조 단계에서 사용될 마커들의 크기로서 선택된다.
도 8의 방법이 도 1b를 참조하여 설명된 검출 방법과 조합하여 유사하게 사용될 수 있음을 유의해야 한다. 이 경우, 신호 Ser에 의해 나타낸 기대 응답 곡선은 서브 표면 피처들(521, 522, 523, 524)의 사양에 대해 조정된다(adapted).
도 9는 다층 반도체 장치(multilayer semiconductor device)(5)를 제조하기 위한 리소그래피 시스템(100)을 개략적으로 도시한다. 리소그래피 시스템(100)은 본 발명의 제2 측면에 따른 원자력 현미경 장치(110a)를 포함한다. 리소그래피 시스템은 서로 후속하는 제조 단계들(mutually subsequent manufacturing stages)(100a, 100b, .. 100n)에서 반도체 장치를 제조하도록 배치된다. 서로 후속하는 제조 단계들(100a, 100b, .. 100n)은 적어도 제1 제조 단계(100a) 및 제2 제조 단계(100b)를 포함한다. 원자력 현미경 장치(110a)는 제1 제조 단계(100a)에서 획득된 반가공 제품(semi-finished product)(5')을 검사하고, 반가공 제품(5')의 서브 표면 피처들의 위치를 나타내는 분석 신호 Salign를 제공하도록 배치된다. 리소그래피 시스템(100)은 제2 제조 스테이지(100b)에서 반가공 제품(5')의 정렬을 위해 분석 신호 Salign를 사용하도록 배치된다. 도 9의 실시예에서, 리소그래피 시스템(100)은 다층 반도체 장치(5)의 품질을 분석하고 상기 품질을 나타내는 출력 신호 SQ를 제공하는 추가의 원자력 현미경 검사 장치(110n)를 포함한다. 출력 신호 SQ는 반도체 장치의 품질이 미리 결정된 요구 사항들을 충족시키는지 여부를 나타내는 이진 신호로서 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 출력 신호 SQ는 리소그래피 시스템의 조작자(operator)가 그 동작을 향상시킬 수 있게 하는 진단 정보를 제공할 수 있다.
본 발명은 몇몇 특정 실시예들에 관하여 설명되었다. 도면에 도시되고 본원에 설명된 실시예들은 단지 도시된 목적을 위한 것이며, 본 발명을 제한하려는 의도 또는 수단에 의한 것이 아님이 이해될 것이다. 본 발명의 동작 및 구성은 첨부된 설명 및 도면으로부터 명백해질 것으로 생각된다. 당업자에게는 본 발명이 본원에 설명된 임의의 실시예에 한정되지 않으며 첨부된 청구 범위의 범주 내에서 고려되어야 하는 수정이 가능하다는 것이 명백할 것이다. 예를 들어, 청구된 발명을 벗어나지 않으면서 임의의 수의 부가적인 음향 입력 신호가 샘플 또는 프로브 팁에 인가될 수 있다. 또한, 본 발명은 이들의 조합으로부터 추가적인 정보를 획득하기 위한 부가적인 측정 기술과 조합될 수 있다. 또한, 운동학적인 도치(kinematic inversions)는 본질적으로 개시되고 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 간주된다. 청구 범위에서, 임의의 참조 부호는 청구 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 명세서 또는 청구 범위에서 사용되는 '포함하는' 및 '포함하는'이라는 용어는 배타적인(exclusive) 또는 철저한(exhaustive)의 의미로 해석되어서는 안되며 차라리 포괄적인(inclusive) 의미로 해석된다. 따라서, 본 명세서에서 사용된 '포함하는'이라는 표현은 임의의 청구항에 열거된 것들 이외의 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 또한, '일(a)' 및 '일(an)'이라는 단어는 '하나만'으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 대신에 '적어도 하나'를 의미하는 것으로 사용되어 복수를 배제하지 않는다. 구체적으로 또는 명시적으로 설명되거나 청구되지 않은 특징들이 본 발명의 범위 내에 추가로 포함될 수 있다. "~를 위한 수단"과 같은 표현은 "~를 위해 구성된 구성 요소" 또는 "~으로 구성된 부재(member)"로 읽어질 수 있으며, 개시된 구조에 해당하는 것을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "필수적", "바람직한", "특히 바람직한" 등과 같은 표현의 사용은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 당업자의 이해의 범위(purview) 내에서의 추가, 삭제 및 수정은 특허 청구 범위에 의해 결정되는 바와 같이, 일반적으로 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 본 발명은 본 명세서에 구체적으로 설명된 바와 달리 실시될 수 있으며, 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (27)

  1. 원자력 현미경 장치에 있어서,
    상기 장치는 스캔 헤드를 포함하고, 상기 스캔 헤드는 프로브를 포함하고, 상기 프로브는 가요성 캐리어 및 상기 가요성 캐리어에 배치된 프로브 팁을 포함하고, 상기 원자력 현미경 장치는 샘플 내의 서브 표면 구조를 결정하기 위해 배치되며,
    상기 원자력 현미경 장치는,
    기판 홀더(substrate holder) 또는 상기 스캔 헤드 중 적어도 하나와 협력하여 상기 표면을 상기 프로브 팁으로 스캐닝하기 위해 상기 샘플의 표면에 평행한 하나 이상의 방향들로 서로에 대해 상기 프로브 팁 및 상기 샘플을 이동시키기 위한 액추에이터;
    상기 스캐닝 동안 상기 스캔 헤드에 대한 상기 프로브 팁의 움직임(motion)을 측정하기 위한 팁 위치 검출기 - 상기 검출기는 상기 움직임을 나타내는 출력 신호를 제공하기 위해 배치됨 -; 및
    상기 팁 위치 검출기로부터의 상기 출력 신호를 수신하고 분석하기 위한 제어기
    를 포함하고,
    상기 원자력 현미경 장치는,
    상기 프로브 또는 상기 샘플 중 적어도 하나에 제1 주파수에서의 신호 성분을 포함하는 제1 음향 입력 신호를 인가(apply)하기 위한 제1 액추에이터
    를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 샘플의 표면 아래에 적어도 서브 표면 나노구조들을 맵핑하기 위해 상기 출력 신호를 분석하도록 배치되며, 상기 프로브 팁은 상기 가요성 캐리어로부터 이격되어 마주보는 끝(end)을 갖는 단부(end portion)를 갖고, 상기 단부는 제곱근이 적어도 100nm인 단면적 Acx을 갖는 단면을 가지며, 상기 끝과 상기 단면 사이의 거리 Dend가 상기 제곱근의 값의 최대 2배이고,
    상기 제어기는
    상기 출력 신호(Sscan)로부터 피처 신호(Sdm)를 재구성하기 위한 제1 처리 모듈,
    상기 피처 신호를 저역 통과 필터링하고 저역 통과 필터링된 신호(SLP)를 제공하기 위한 제2 처리 모듈; 및
    검출된 서브 표면 피처의 중심 위치(Scentr)를 표시(indicate)하기 위한 중심 식별 모듈(centroid identification module)
    을 포함하는 원자력 현미경 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로브 팁의 최대 단면 Amax의 제곱근은 적어도 200nm인
    원자력 현미경 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 최대 단면 Amax의 제곱근은 적어도 500nm인
    원자력 현미경 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 액추에이터는 상기 제1 음향 입력 신호를 상기 프로브에 인가하도록 배치되고,
    상기 제1 액추에이터는,
    상기 가요성 캐리어 또는 상기 프로브 팁 중 적어도 하나에 연결된 음향 변환기(acoustic transducer),
    상기 가요성 캐리어와 협력하는 정전 액추에이터,
    상기 프로브 팁이 상기 가요성 캐리어에 유연하게 부착된, 상기 프로브 팁과 협력하는 정전 액추에이터,
    상기 가요성 캐리어와 협력하는 압전 액추에이터,
    상기 가요성 캐리어에 유연하게 부착된 상기 프로브 팁과 협력하는 압전 액추에이터, 또는
    상기 가요성 캐리어 또는 상기 프로브 팁 중 적어도 하나의 광열 여기(photothermic excitation)를 위한 펄스 광원(pulsed optical source)
    을 포함하는 그룹의 적어도 하나의 요소를 포함하고,
    상기 펄스 광원은 펄스 레이저(pulsed laser)를 포함하는,
    원자력 현미경 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플의 표면의 광열 여기에 의해 상기 제1 음향 입력 신호 또는 추가 음향 입력 신호를 인가하기 위한 펄스 광원
    을 더 포함하는 원자력 현미경 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 출력 신호(Sscan)로부터 피처 신호(Sdm)를 재구성하기 위한 제1 처리 모듈,
    상기 피처 신호를 저역 통과 필터링하고 저역 통과 필터링된 신호(SLP)를 제공하기 위한 제2 처리 모듈, 및
    마커(marker)에 대한 기대 응답 곡선(expected response curve)을 지정(specify)하는 입력 신호(Ser)에 기초하여 복조된 신호(Sdm)에 곡선 피팅을 수행하고, 상기 마커의 위치를 나타내는(indicative) 출력 신호(Smp)를 제공하는 곡선 피팅 모듈
    을 포함하는 원자력 현미경 장치.
  8. 원자력 현미경 시스템을 사용하여 샘플 내의 서브 표면 구조를 결정하는 방법에 있어서,
    상기 원자력 현미경 시스템은 적어도 하나의 스캔 헤드를 포함하고, 상기 스캔 헤드는 프로브를 포함하고, 상기 프로브는 가요성 캐리어 및 상기 가요성 캐리어에 배치된 프로브 팁을 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 표면을 상기 프로브 팁으로 스캐닝하기 위해 상기 샘플의 표면에 평행한 하나 이상의 방향들로 서로에 대해 상기 프로브 팁 및 상기 샘플을 이동시키는 단계; 및
    출력 신호를 획득하기 위하여, 상기 스캐닝 동안 팁 위치 검출기를 구비하여 상기 스캔 헤드에 대한 상기 프로브 팁의 움직임을 모니터링하는 단계
    를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 스캐닝 동안, 상기 샘플 또는 상기 프로브 중 적어도 하나에 제1 주파수에서의 신호 성분을 포함하는 적어도 제1 음향 입력 신호를 인가하는 단계;
    상기 샘플의 표면 아래에 적어도 서브 표면 나노구조들을 맵핑하기 위해 상기 출력 신호를 분석하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 프로브 팁은 상기 가요성 캐리어로부터 이격되어 마주보는 끝을 갖는 단부를 갖고, 상기 단부는 제곱근이 적어도 100nm인 단면적 Acx을 갖는 단면을 가지며, 상기 끝과 상기 단면 사이의 거리 Dend가 상기 제곱근의 값의 최대 2배이며,
    상기 적어도 제1 음향 입력 신호는 다양한 신호 성분을 포함하고,
    상기 다양한 신호 성분은 캐리어 주파수(carrier frequency) fc를 포함하며,
    상기 캐리어 주파수 fc는 주파수 성분 fc-fm를 획득하기 위해 변조 주파수(modulation frequency) fm만큼 낮춰지고,
    상기 캐리어 주파수 fc는 주파수 성분 fc+fm을 획득하기 위해 상기 변조 주파수 fm만큼 증가되는,
    방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로브 팁의 최대 단면 Amax의 제곱근은 적어도 200nm인,
    방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 최대 단면 Amax의 제곱근은 적어도 500nm인,
    방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플은 적어도 제1 디바이스 층(device layer)을 갖는 기판을 포함하는 장치인,
    방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 장치는 상기 기판과 상기 적어도 제1 디바이스 층 사이의 평면에 배치된 적어도 하나의 마커를 포함하는,
    방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 장치는 적어도 제1 디바이스 층을 포함하는 하나 이상의 층들을 커버(covering)하는 레지스트 층(resist layer)을 포함하는 반가공 다층 반도체 장치이고,
    상기 방법은,
    상기 출력 신호를 분석하는 단계의 일부로서, 적어도 하나의 마커 또는 상기 적어도 제1 디바이스 층 내의 패턴에 의해 정의된 서브 표면 구조들의 정렬을 결정하는 단계, 및
    상기 서브 표면 구조들의 결정된 정렬에 기초하여, 상기 반가공 다층 반도체 장치에 형성될 추가 패터닝된 디바이스 층(further patterned device layer)의 정렬에 대해 상기 반도체 장치의 정렬을 조정(adapt)하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 장치는 적어도 제1 패터닝된 디바이스 층에 더하여(in addition to) 적어도 제2 패터닝된 디바이스 층을 포함하는 디바이스 층들의 스택을 포함하는 반도체 장치이고,
    상기 방법은,
    상기 분석에 기초하여 상기 적어도 제1 패터닝된 디바이스 층과 상기 제2 패터닝된 디바이스 층 사이의 오버레이 에러(overlay error)를 결정하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 반도체 장치는 적어도 100개의 디바이스 층들을 포함하는
    방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 반도체 장치는 NAND인,
    방법.
  17. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 제1 음향 입력 신호는 추가 음향 입력 신호가 없는 경우에 인가되며, 상기 제1 주파수는 0.01 메가헤르츠(megahertz) 내지 100 메가 헤르츠의 범위 내에 있는
    방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 제1 음향 입력 신호의 제1 주파수는 적어도 1 GHz의 값을 갖는
    방법.
  22. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 제1 음향 입력 신호는 상기 프로브에 인가되고,
    상기 적어도 제1 음향 입력 신호는 제1 성분에 더하여(in addition to) 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수의 제2 성분을 포함하는,
    상기 제1 성분은 펄스 방식으로 제공되며, 상기 분석은 에코 음향 측정(echo acoustic measurements)을 포함하는
    방법.
  23. 제22항에 있어서,
    제2 음향 입력 신호는 상기 샘플에 인가되고,
    상기 제2 음향 입력 신호는 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 값 사이의 범위 내의 값을 갖는 주파수에서 적어도 제3 성분을 포함하는
    방법.
  24. 제12항에 있어서,
    상기 출력 신호(Shf)로부터 복조된 신호(Sdm)를 생성하는 단계,
    저역 통과 필터링된 신호(SLP)를 획득하기 위해 상기 복조된 신호를 저역 통과 필터링하는 단계,
    상기 저역 통과 필터링된 신호에서 중심 위치를 검출하는 단계, 및
    상기 저역 통과 필터링된 피처 신호에서의 상기 중심 위치에 기초하여 검출된 서브 표면 피처의 위치를 식별하는 단계
    를 포함하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 복조된 신호를 저역 통과 필터링하기 위한 윈도우 크기 및 마커의 크기를 선택하기 위해, 상기 방법은,
    서로 상이한 크기를 갖는 한 세트의 서브 표면 피처들을 갖는 테스트 샘플을 제공하는 단계,
    상기 복조된 신호를 획득하는 단계,
    상기 테스트 샘플에서의 상기 서브 표면 피처들의 상기 크기에 대응하는 개별적인 윈도우 크기들을 갖는 한 세트의 저역 통과 필터들로 상기 복조된 신호를 저역 통과 필터링하는 단계,
    상기 대응하는 윈도우 크기를 갖는 상기 저역 통과 필터로 획득된 상기 저역 통과 필터링된 신호에서의 상기 세트의 서브 표면 피처들의 각각의 중심 위치(centroid position)를 검출하는 단계, 및
    대응하는 저역 통과 필터링된 피처 신호에서의 상기 서브 표면 피처의 각각의 상기 중심 위치에 기초하여 상기 검출된 서브 표면 피처의 위치를 추정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  26. 제11항에 있어서,
    상기 출력 신호(Shf)로부터 복조된 신호(Sdm)를 생성하는 단계,
    저역 통과 필터링된 신호(SLP)를 획득하기 위해 상기 복조된 신호를 저역 통과 필터링하는 단계,
    상기 복조된 신호 Sdm에 대한 기대 응답 곡선신호의 곡선 피팅에 의해 마커 위치를 추정하는 단계, 및
    상기 마커의 위치를 나타내는 출력 신호 Smp를 제공하는 단계
    를 포함하는 방법.
  27. 다층 반도체 장치의 제조를 위한 리소그래피 시스템에 있어서,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 원자력 현미경 장치를 포함하는,
    시스템.
KR1020197022732A 2017-01-13 2018-01-12 원자력 현미경 장치, 방법 및 리소그래피 시스템 KR102484672B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17151418.5 2017-01-13
EP17151418.5A EP3349018A1 (en) 2017-01-13 2017-01-13 Atomic force microscopy device, method and lithographic system
PCT/NL2018/050023 WO2018132007A1 (en) 2017-01-13 2018-01-12 Atomic force microscopy device, method and lithographic system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190107687A KR20190107687A (ko) 2019-09-20
KR102484672B1 true KR102484672B1 (ko) 2023-01-04

Family

ID=57796253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197022732A KR102484672B1 (ko) 2017-01-13 2018-01-12 원자력 현미경 장치, 방법 및 리소그래피 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10976345B2 (ko)
EP (2) EP3349018A1 (ko)
KR (1) KR102484672B1 (ko)
TW (1) TWI787227B (ko)
WO (1) WO2018132007A1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3232192A1 (en) * 2016-04-14 2017-10-18 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Heterodyne scanning probe microscopy method, scanning probe microscopy system and probe therefore
EP3690449A1 (en) * 2019-02-04 2020-08-05 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Cantilever, ultrasound acoustic microscopy device comprising the cantilever, method of using the same and lithographic system including the same
NL2022516B1 (en) * 2019-02-05 2020-09-08 Nearfield Instr B V Method of and arrangement for mapping structural features on a surface of a sample by scanning probe microscopy.
EP3901701A1 (en) 2020-04-23 2021-10-27 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Determining alignment of layers in a layered product
US11932080B2 (en) 2020-08-20 2024-03-19 Denso International America, Inc. Diagnostic and recirculation control systems and methods
US11828210B2 (en) 2020-08-20 2023-11-28 Denso International America, Inc. Diagnostic systems and methods of vehicles using olfaction
US11760170B2 (en) 2020-08-20 2023-09-19 Denso International America, Inc. Olfaction sensor preservation systems and methods
US11636870B2 (en) 2020-08-20 2023-04-25 Denso International America, Inc. Smoking cessation systems and methods
US11760169B2 (en) 2020-08-20 2023-09-19 Denso International America, Inc. Particulate control systems and methods for olfaction sensors
US11881093B2 (en) 2020-08-20 2024-01-23 Denso International America, Inc. Systems and methods for identifying smoking in vehicles
US11813926B2 (en) 2020-08-20 2023-11-14 Denso International America, Inc. Binding agent and olfaction sensor
EP4050345A1 (de) 2021-02-26 2022-08-31 Materials Center Leoben Forschung GmbH Messsonde zum untersuchen von oberflächenbereichen

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080276695A1 (en) * 2007-05-10 2008-11-13 Veeco Instruments Inc. Non-destructive wafer-scale sub-surface ultrasonic microscopy employing near field afm detection

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2697087B1 (fr) * 1992-10-19 1995-01-06 Centre Nat Rech Scient Procédé acoustique d'analyse microscopique ou d'imagerie d'un objet en profondeur par application d'une pointe vibrante et microscope en faisant application.
JPH08254542A (ja) * 1995-01-09 1996-10-01 Texas Instr Inc <Ti> ナノメートルスケールで試料を同定し特性を確定するための方法および装置
US6392229B1 (en) * 1999-01-12 2002-05-21 Applied Materials, Inc. AFM-based lithography metrology tool
JP4746104B2 (ja) * 2005-10-06 2011-08-10 ノースウエスタン ユニバーシティ 走査型近視野超音波ホログラフィー
CN101029862B (zh) * 2007-03-19 2010-10-20 中国科学院上海硅酸盐研究所 基于原子力显微镜的声成像用弱信号检测器
EP2940480A1 (en) * 2014-04-28 2015-11-04 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Method of advancing a probe tip of a scanning microscopy device towards a sample surface, and device therefore

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080276695A1 (en) * 2007-05-10 2008-11-13 Veeco Instruments Inc. Non-destructive wafer-scale sub-surface ultrasonic microscopy employing near field afm detection

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. Striegler, et al., Ultramicroscopy, vol.Ⅲ, 1405~1416 (2011.05.30.) 1부.*

Also Published As

Publication number Publication date
US10976345B2 (en) 2021-04-13
TW201831906A (zh) 2018-09-01
EP3349018A1 (en) 2018-07-18
KR20190107687A (ko) 2019-09-20
EP3568703A1 (en) 2019-11-20
WO2018132007A1 (en) 2018-07-19
TWI787227B (zh) 2022-12-21
EP3568703B1 (en) 2023-03-01
US20190369139A1 (en) 2019-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102484672B1 (ko) 원자력 현미경 장치, 방법 및 리소그래피 시스템
KR102484671B1 (ko) 헤테로다인 원자력 현미경 장치, 방법 및 리소그래피 시스템
US20100194374A1 (en) System and method for providing electromagnetic imaging through electroquasistatic sensing
EP3443363B1 (en) Method of tuning parameter settings for performing acoustic scanning probe microscopy for subsurface imaging, scanning probe microscopy system, and computer program product
US11029329B2 (en) Method of and system for detecting structures on or below the surface of a sample using a probe including a cantilever and a probe tip
JP2009510456A (ja) サンプルピッチを利用する走査型プローブ顕微鏡法及び装置
Seong et al. Parallel nanoimaging using an array of 30 heated microcantilevers
TW201831910A (zh) 用於執行樣品上之偵測或樣品之特性鑑定的方法及系統
KR102405671B1 (ko) 반도체 소자 또는 반가공 반도체 소자의 레이어의 결함 탐지 또는 특성화를 수행하는 방법 및 시스템
US11289367B2 (en) Method, atomic force microscopy system and computer program product
EP3507607B1 (en) Method for measuring damage of a substrate caused by an electron beam

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right