KR102516018B1 - 고속-충전 디바이스에서 시간-의존적 결함들을 검출하는 장치 및 방법 - Google Patents

고속-충전 디바이스에서 시간-의존적 결함들을 검출하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

개선된 하전 입자 빔 검사 장치, 특히 고속-충전 결함들을 검출하는 개선된 스캐닝 메카니즘을 포함하는 웨이퍼를 검사하기 위한 입자 빔 장치가 개시된다. 개선된 하전 입자 빔 검사 장치는 웨이퍼의 영역에 하전 입자들을 전달하고 상기 영역을 스캔하는 하전 입자 빔 소스를 포함할 수 있다. 또한, 개선된 하전 입자 빔 장치는 고속-충전 결함들을 검출하기 위해 비교되는 시간 시퀀스에 걸친 영역의 다수 이미지들을 생성하는 회로를 포함하는 제어기를 더 포함할 수 있다.

Description

고속-충전 디바이스에서 시간-의존적 결함들을 검출하는 장치 및 방법
본 출원은 2018년 9월 18일에 출원된 미국 출원 62/733,040의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다.
본 명세서에서 제공되는 실시예들은 입자 빔 검사 장치, 특히 개선된 스캐닝 메카니즘을 포함하는 입자 빔 검사 장치를 개시한다.
반도체 집적 회로(IC) 칩을 제조하는 경우, 제작 공정들 동안 웨이퍼 또는 마스크 상에는 필연적으로 패턴 결함 또는 원하지 않은 입자(잔류물)가 나타나며, 이는 수율을 감소시킨다. 예를 들어, 원하지 않은 입자는 IC 칩들의 점점 더 진보된 성능 요건들을 충족시키기 위해 채택된 더 작은 임계 피처 치수들을 갖는 패턴들에 대해 문제가 될 수 있다.
하전 입자 빔을 이용한 패턴 검사 툴들이 결함 또는 원하지 않은 입자를 검출하는 데 사용되어 왔다. 이 툴들은 통상적으로 스캐닝 전자 현미경(SEM)을 채택한다. SEM에서는, 비교적 높은 에너지를 갖는 일차 전자 빔이 비교적 낮은 랜딩 에너지(landing energy)에서 샘플 상에 착지하도록 감속되고, 그 위에 프로브 스폿(probe spot)을 형성하도록 포커싱된다. 일차 전자들의 이러한 포커싱된 프로브 스폿으로 인해, 이차 전자들이 표면으로부터 발생될 것이다. 이차 전자들은 웨이퍼와 일차 전자들의 상호작용들로부터 발생하는 후방산란 전자, 이차 전자, 또는 오제 전자를 포함할 수 있다. 샘플 표면에 걸쳐 프로브 스폿을 스캐닝하고 이차 전자들을 수집함으로써, 패턴 검사 툴들이 샘플 표면의 이미지를 얻을 수 있다.
본 명세서에서 제공되는 실시예들은 웨이퍼를 검사하기 위한 하전 입자 빔 시스템, 특히 개선된 스캐닝 메카니즘을 포함하는 웨이퍼를 검사하기 위한 하전 입자 빔 시스템을 개시한다.
일부 실시예들에서, 웨이퍼를 검사하기 위한 하전 입자 빔 시스템은 하전 입자 빔 소스 및 제어기를 포함한다. 하전 입자 빔 소스는 시간 시퀀스에 걸쳐 웨이퍼의 표면에 하전 입자들을 전달하는 회로를 포함한다. 또한, 하전 입자 빔 소스 내의 회로는 웨이퍼의 영역을 스캔하며, 상기 영역은 복수의 픽셀 행들(rows of pixels)을 포함한다. 제어기는 시간 시퀀스에 걸쳐 영역의 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 회로를 포함한다. N은 정수일 수 있다. 제어기는 웨이퍼의 영역에서 고저항 구조체(high resistance structure)를 유도하는 결함을 검출하기 위해 N 개의 이미지들의 세트를 비교하는 회로를 포함한다.
일부 실시예들에서, 웨이퍼를 검사하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 시간 시퀀스에 걸쳐 웨이퍼의 표면에 하전 입자들을 전달하기 위해 하전 입자 빔 소스를 갖는 하전 입자 빔 시스템을 사용한다. 상기 방법은 웨이퍼의 영역을 스캔하는 단계를 포함하며, 상기 영역은 복수의 픽셀 행들을 포함한다. 또한, 상기 방법은 시간 시퀀스에 걸쳐 영역의 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계를 포함하며, N은 정수이다. 또한, 상기 방법은 웨이퍼의 영역에서 고저항 구조체를 유도하는 결함을 검출하기 위해 N 개의 이미지들의 세트를 비교하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 하전 입자 빔 시스템의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트를 저장하는 비-일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독가능한 매체가 제공된다. 명령어들은 시간 시퀀스에 걸쳐 웨이퍼의 표면에 하전 입자들을 전달하는 하전 입자 빔 소스를 갖는 하전 입자 빔 시스템이 상기 방법을 수행하게 한다. 상기 방법은 웨이퍼의 영역을 스캔하는 단계를 포함하며, 상기 영역은 복수의 픽셀 행들을 포함한다. 또한, 상기 방법은 시간 시퀀스에 걸쳐 영역의 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계를 포함하며, N은 정수이다. 또한, 상기 방법은 웨이퍼의 영역에서 고저항 구조체를 유도하는 결함을 검출하기 위해 N 개의 이미지들의 세트를 비교하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 장점들은 삽화 및 예시의 방식으로 본 발명의 소정 실시예들을 설명하는 첨부된 도면들과 함께 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 앞선 실시형태 및 다른 실시형태는 첨부된 도면들과 함께 취해진 예시적인 실시예들의 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 하전 입자 빔 검사 시스템을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 전자 빔 툴을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 3은 일차 전자들의 랜딩 에너지에 대한 이차 전자들의 수율을 나타내는 예시적인 그래프이다.
도 4는 웨이퍼의 전압-대비 응답(voltage-contrast response)을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예들에 따른 시간 시퀀스에 걸친 예시적인 전압 대비 이미지들의 도면들이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 실시예들에 따른 시간 시퀀스에 걸친 표면 전위 변화에 관한 예시적인 전압 대비 이미지들의 도면들이다.
도 7은 종래의 스캐닝 시퀀스의 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 스캐닝 시퀀스의 도면들이다.
도 9a, 도 9b, 도 9c 및 도 9d는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 스캐닝 시퀀스의 도면들이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 스캐닝 시퀀스의 도면들이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 시간-의존적 결함을 검출하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
이제 예시적인 실시예들을 상세히 언급할 것이며, 그 예시들은 첨부된 도면들에서 나타낸다. 다음 설명은, 달리 나타내지 않는 한 상이한 도면들에서의 동일한 번호들이 동일하거나 유사한 요소들을 나타내는 첨부된 도면들을 참조한다. 예시적인 실시예들의 다음 설명에서 설명되는 구현들은 본 발명에 따른 모든 구현들을 나타내지는 않는다. 대신에, 이들은 첨부된 청구항들에서 언급되는 바와 같은 본 발명에 관련된 실시형태들과 일치하는 장치들 및 방법들의 예시들에 불과하다.
전자 디바이스들의 향상된 컴퓨팅 성능은 디바이스들의 물리적 크기를 감소시키면서 IC 칩에서 트랜지스터, 커패시터, 다이오드 등과 같은 회로 구성요소들의 패킹 밀도를 크게 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 엄지손톱의 크기인 스마트 폰의 IC 칩은 20 억 개가 넘는 트랜지스터들을 포함할 수 있으며, 각각의 트랜지스터의 크기는 사람 머리카락의 1/1000 미만이다. 따라서, 반도체 IC 제조가 수백 개의 개별 단계들을 갖는 복잡하고 시간-소모적인 공정이라는 것은 놀랍지 않다. 심지어 한 단계에서의 오차들이 최종 생산물의 기능에 극적으로 영향을 미칠 잠재력을 갖는다. 하나의 "치명적 결함(killer defect)"도 디바이스 고장을 야기할 수 있다. 제조 공정의 목표는 공정의 전체 수율을 개선하는 것이다. 예를 들어 50-단계 공정이 75 % 수율에 도달하기 위해, 각각의 개별적인 단계가 99.4 %보다 큰 수율을 가져야 하며, 개별적인 단계 수율이 95 %인 경우, 전체 공정 수율은 7 %로 떨어진다.
IC 칩 제조 설비에서는 높은 공정 수율이 바람직하지만, 시간 당 처리되는 웨이퍼 수로 정의되는 높은 웨이퍼 스루풋을 유지하는 것도 필수적이다. 높은 공정 수율 및 높은 웨이퍼 스루풋은 결함의 존재에 의해, 특히 결함을 검토하는 작업자 개입이 필요한 경우에 영향을 받을 수 있다. 따라서, (SEM과 같은) 검사 툴들에 의한 마이크로 및 나노 크기 결함들의 고스루풋 검출 및 식별이 높은 수율 및 낮은 비용을 유지하기 위해 필수적이다.
SEM은 포커싱된 전자 빔으로 웨이퍼의 표면을 스캔한다. 전자들은 웨이퍼와 상호작용하고 이차 전자들을 생성한다. 전자 빔으로 웨이퍼를 스캔하고 검출기로 이차 전자들을 캡처함으로써, SEM은 검사되고 있는 웨이퍼의 영역 아래의 내부 디바이스 구조체를 나타내는 웨이퍼의 이미지를 생성한다. 종래의 SEM 검사 툴은 웨이퍼의 영역의 단일 이미지를 얻고, 여하한의 결함이 없는 대응하는 디바이스 구조체들을 나타내는 참조 이미지(reference image)와 얻어진 이미지를 비교한다. 이미지들의 비교로부터 검출되는 차이가 웨이퍼에서의 결함을 나타낼 수 있다.
하지만, 예를 들어 임의의 시점에서 단일 이미지만을 캡처하는 이러한 종래의 검사 기술은 결함이 있는 얇은 구조체의 전기적 특성이 시간에 따라 변하기 때문에 얇은 디바이스 구조체에서의 결함을 식별하는 데 유용하지 않을 수 있다. 예를 들어, 검사중인 웨이퍼에 실제로 결함이 있는 경우에도, 얇은 구조체의 이러한 시간-의존적 거동으로 인해, 때로는 얻어진 단일 이미지가 적절한 순간에 캡처되어 참조 이미지와 차이를 나타낼 수 있지만, 다른 때에는 얻어진 이미지가 어떠한 차이도 전혀 나타내지 않을 수 있다. 그러므로, 종래의 SEM 검사 툴이 얇은 디바이스 구조체에서의 결함을 신뢰성있게 식별할 수 없다.
더 새로운 SEM들 중 일부는 웨이퍼의 동일한 영역에서 다수 이미지들을 얻는다. 동일한 위치의 다수 이미지들(이 이미지들은 상이한 시간들에 샘플링되어 있음)을 비교함으로써, 이러한 더 새로운 SEM들은 웨이퍼의 영역 내에서 얇은 디바이스 결함에 의해 야기되는 전기적 특성들의 변화를 검출할 수 있다.
하지만, 이러한 더 새로운 SEM들조차도 고저항 디바이스 구조체들에 흔히 존재하는 초고속 시간-의존적 결함들을 포착할 수 없을 수 있다. 이러한 더 새로운 SEMS도 직면할 수 있는 중요한 문제는, 이 SEM들에 사용되는 종래의 전자 스캐닝 메카니즘이 초고속 시간-의존적 결함들을 식별하는 데 필요한 높은 속도로 다수 이미지들을 얻도록 충분히 빠르지 않다는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 SEM이 초고속 시간-의존적 결함들을 신뢰성있게 검출할 수 있도록, 매우 빠른 속도로 연속적으로 다수 이미지들을 생성할 수 있는 개선된 스캐닝 메카니즘을 포함한다. 예를 들어, 개선된 스캐닝 메카니즘은 행 단위(row-by-row) 또는 픽셀 단위(pixel-by-pixel) 스캐닝을 채택하여, 일부 실시예들에서 이미지 샘플링 속도를 실질적으로 증가시킨다.
도면들에서, 구성요소들의 상대적인 치수들은 명확함을 위해 과장될 수 있다. 도면들의 다음 설명 내에서, 동일하거나 유사한 참조 번호들은 동일하거나 유사한 구성요소들 또는 개체들을 지칭하며, 개별적인 실시예들에 대한 차이들만이 설명된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, "또는"이라는 용어는 실행불가능한 경우를 제외하고 모든 가능한 조합들을 포함한다. 예를 들어, 데이터베이스가 A 또는 B를 포함할 수 있다고 언급되는 경우, 달리 구체적으로 언급되거나 실행불가능하지 않는 한, 데이터베이스는 A, 또는 B, 또는 A와 B를 포함할 수 있다. 두 번째 예시로서, 데이터베이스가 A, B 또는 C를 포함할 수 있다고 언급되는 경우, 달리 구체적으로 언급되거나 실행불가능하지 않는 한, 데이터베이스는 A, 또는 B, 또는 C, 또는 A와 B, 또는 A와 C, 또는 B와 C, 또는 A와 B와 C를 포함할 수 있다.
이제 도 1을 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 하전 입자 빔 검사 시스템(100)을 나타내는 개략적인 다이어그램이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 하전 입자 빔 검사 시스템(100)은 주 챔버(10), 로드 락 챔버(20), 전자 빔 툴(40), 및 EFEM(equipment front end module: 30)을 포함한다. 전자 빔 툴(40)은 주 챔버(10) 내에 위치된다. 설명 및 도면들은 전자 빔에 관한 것이지만, 실시예들이 본 발명을 특정 하전 입자들로 제한하는 데 사용되지는 않는다는 것을 이해한다.
EFEM(30)은 제 1 로딩 포트(loading port: 30a) 및 제 2 로딩 포트(30b)를 포함한다. EFEM(30)은 추가적인 로딩 포트(들)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 로딩 포트(30a) 및 제 2 로딩 포트(30b)는 검사될 웨이퍼들[예를 들어, 반도체 웨이퍼들 또는 다른 재료(들)로 만들어진 웨이퍼들] 또는 샘플들(이후, 웨이퍼 및 샘플은 집합적으로 "웨이퍼"라고 함)을 포함하는 웨이퍼 FOUP(front opening unified pod)들을 수용할 수 있다. EFEM(30) 내의 1 이상의 로봇 아암(robot arm)(도시되지 않음)이 로드 락 챔버(20)로 웨이퍼들을 이송한다.
로드 락 챔버(20)는 대기압 미만의 제 1 압력에 도달하도록 로드 락 챔버(20) 내의 가스 분자들을 제거하는 로드 락 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 제 1 압력에 도달한 후, 1 이상의 로봇 아암(도시되지 않음)이 로드 락 챔버(20)로부터 주 챔버(10)로 웨이퍼를 이송한다. 주 챔버(10)는 제 1 압력 미만의 제 2 압력에 도달하도록 주 챔버(10) 내의 가스 분자들을 제거하는 주 챔버 진공 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결된다. 제 2 압력에 도달한 후, 웨이퍼는 전자 빔 툴(40)에 의해 검사를 거친다. 일부 실시예들에서, 전자 빔 툴(40)은 단일 빔 전자 검사 툴을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 전자 빔 툴(40)은 멀티-빔 전자 검사 툴을 포함할 수 있다.
제어기(50)가 전자 빔 툴(40)에 전자적으로 연결된다. 제어기(50)는 하전 입자 빔 검사 시스템(100)의 다양한 제어들을 실행하도록 구성되는 컴퓨터일 수 있다. 제어기(50)는 도 1에서 주 챔버(10), 로드 락 챔버(20), 및 EFEM(30)을 포함하는 구조의 외부에 있는 것으로 도시되지만, 제어기(50)가 구조의 일부일 수 있다는 것을 이해한다. 본 발명은 전자 빔 검사 툴을 하우징하는 주 챔버(10)의 예시들을 제공하지만, 본 발명의 실시형태들은 가장 넓은 의미에서 전자 빔 검사 툴을 하우징하는 챔버에 제한되지 않는다는 것을 유의하여야 한다. 오히려, 앞선 원리들은 제 2 압력 하에서 작동하는 다른 툴들에도 적용될 수 있다는 것을 이해한다.
이제 도 2를 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 전자 빔 툴(40) 및 이미지 처리 시스템(250)을 포함하는 예시적인 이미징 시스템(200)을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 전자 빔 툴(40)은 전동 스테이지(motorized stage: 201), 및 검사될 웨이퍼(203)를 유지하기 위해 전동 스테이지(201)에 의해 지지되는 웨이퍼 홀더(202)를 포함할 수 있다. 전자 빔 툴(40)은 복합 대물 렌즈(204), (전자 센서 표면들을 포함하는) 전자 검출기(206), 대물렌즈 어퍼처(objective aperture: 208), 집광 렌즈(210), 빔 제한 어퍼처(beam limit aperture: 212), 건 어퍼처(gun aperture: 214), 양극(anode: 216), 및 음극(cathode: 218)을 더 포함할 수 있으며, 이들 중 1 이상은 전자 빔 툴(40)의 광축(217)과 정렬될 수 있다. 일부 실시예들에서, 검출기(206)는 축(217)을 벗어나 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 복합 대물 렌즈(204)는 극편(pole piece: 204a), 제어 전극(204b), 디플렉터 또는 디플렉터들의 세트(204c), 및 여자 코일(exciting coil: 204d)을 포함할 수 있는 수정된 SORIL(swing objective retarding immersion lens)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 전자 빔 툴(40)은 웨이퍼 상의 재료들을 특성화하기 위해 에너지 분산형 X-선 분광계(EDS) 검출기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
일차 전자 빔(220)은 양극(216)과 음극(218) 사이에 전압을 인가함으로써 음극(218)으로부터 방출될 수 있다. 일차 전자 빔(220)은 건 어퍼처(214) 및 빔 제한 어퍼처(212)를 통과할 수 있으며, 이 둘 모두가 빔 제한 어퍼처(212) 아래에 존재하는 집광 렌즈(210)에 들어가는 전자 빔의 전류를 결정할 수 있다. 집광 렌즈(210)는 복합 대물 렌즈(204)에 들어가기 전에 전자 빔의 전류를 설정하기 위해 빔이 대물렌즈 어퍼처(208)에 들어가기 전에 일차 전자 빔(220)을 포커싱할 수 있다.
복합 대물 렌즈(204)는 검사를 위한 웨이퍼(203) 상에 일차 전자 빔(220)을 포커싱할 수 있고, 웨이퍼(203)의 표면 상에 프로브 스폿(222)을 형성할 수 있다. 디플렉터(들)(204c)는 웨이퍼(203)에 걸쳐 프로브 스폿(222)을 스캔하기 위해 일차 전자 빔(220)을 편향할 수 있다. 예를 들어, 스캐닝 프로세스에서, 디플렉터(들)(204c)는 웨이퍼(203)의 상이한 부분들에 대한 이미지 재구성을 위한 데이터를 제공하기 위해, 상이한 시점들에 웨이퍼(203)의 최상부 표면의 상이한 위치들 상으로 순차적으로 일차 전자 빔(220)을 편향하도록 제어될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 디플렉터(204c)는 그 위치에서 웨이퍼 구조체의 스테레오 이미지 재구성을 위한 데이터를 제공하기 위해, 상이한 시점들에 특정 위치에서 웨이퍼(203)의 상이한 측면들 상으로 일차 전자 빔(220)을 편향하도록 제어될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 양극(216) 및 음극(218)은 다수의 일차 전자 빔들(220)을 생성하도록 구성될 수 있고, 전자 빔 툴(40)은 다수의 일차 전자 빔들(220)을 동시에 웨이퍼(203)의 상이한 부분들/측면들에 투영하기 위해 복수의 디플렉터들(204c)을 포함할 수 있다.
전류가 여자 코일(204d)에 인가될 때, 축-대칭[즉, 광축(217)을 중심으로 한 대칭] 자기장이 웨이퍼 표면 영역에서 생성될 수 있다. 일차 전자 빔(220)에 의해 스캔되고 있는 웨이퍼(203)의 일부가 자기장에 잠길 수 있다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼 표면 근처에 축대칭 지연 전기장을 생성하기 위해 웨이퍼(203), 극편(204a), 및 제어 전극(204b) 상으로 상이한 전압들이 인가될 수 있다. 전기장은 빔의 전자들이 웨이퍼(203)와 충돌하기 전에 웨이퍼의 표면 근처에서 충돌하는 일차 전자 빔(220)의 에너지를 감소시킬 수 있다. 극편(204a)으로부터 전기적으로 격리되어 있는 제어 전극(204b)이 웨이퍼 상의 축-대칭 전기장을 제어하여, 웨이퍼의 마이크로-아킹(micro-arcing)을 방지하고 축-대칭 자기장과 함께 웨이퍼 표면에서 적절한 빔 포커스를 보장할 수 있다.
이차 전자 빔(230)은 일차 전자 빔(220)의 수용 시 웨이퍼(203)의 일부로부터 방출될 수 있다. 이차 전자 빔(230)은 웨이퍼(203)와 일차 전자들의 상호작용들로부터 발생하는 후방산란 전자, 이차 전자, 또는 오제 전자를 포함할 수 있다. 이차 전자 빔(230)은 전자 검출기(206)의 센서 표면들에 의해 수용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 검출기(206)는 이차 전자 빔(230)의 세기를 나타내는 신호(예를 들어, 전압, 전류 등)를 생성할 수 있고, 전자 검출기(206)와 통신하는 이미지 처리 시스템(250)에 상기 신호를 제공할 수 있다. 이차 전자 빔(230)의 세기는 웨이퍼(203)의 외부 또는 내부 구조체에 따라 변할 수 있고, 따라서 웨이퍼(203)가 결함을 포함하는지 여부를 나타낼 수 있다. 더욱이, 앞서 논의된 바와 같이, 일차 전자 빔(220)은 웨이퍼(203)의 최상부 표면의 상이한 위치들, 또는 특정 위치에서 웨이퍼(203)의 상이한 측면들 상으로 투영되어, 상이한 세기들의 이차 전자 빔들(230)을 생성할 수 있다. 그러므로, 이차 전자 빔(230)의 세기를 웨이퍼(203)의 영역들과 매핑함으로써, 이미지 처리 시스템(250)은 웨이퍼(203)의 내부 또는 외부 구조체들의 특성들을 반영하는 이미지를 재구성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 이미징 시스템(200)은 또한 이미지 획득기(image acquirer: 260), 스토리지(270), 및 제어기(50)를 포함하는 이미지 처리 시스템(250)을 포함할 수 있다. 이미지 획득기(260)는 1 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 획득기(260)는 컴퓨터, 서버, 메인 프레임 호스트(mainframe host), 단말기, 개인용 컴퓨터, 여하한 종류의 모바일 컴퓨팅 디바이스들 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이미지 획득기(260)는 전기 전도체, 광섬유 케이블, 휴대용 저장 매체, IR, 블루투스, 인터넷, 무선 네트워크, 무선 라디오, 또는 이들의 조합과 같은 매체를 통해 전자 빔 툴(40)의 검출기(206)와 통신 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 획득기(260)는 검출기(206)로부터 신호를 수신할 수 있고 이미지를 구성할 수 있다. 이미지 획득기(260)는 이에 따라 웨이퍼(203)의 이미지들을 획득할 수 있다. 또한, 이미지 획득기(260)는 윤곽 생성, 획득된 이미지의 표지(indicator)들의 중첩 등과 같은 다양한 후-처리 기능들을 수행할 수 있다. 이미지 획득기(260)는 획득된 이미지들의 밝기 및 대비 등의 조정을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스토리지(270)는 하드 디스크, 플래시 드라이브, 클라우드 스토리지, RAM(random access memory), 다른 타입들의 컴퓨터 판독가능한 메모리 등과 같은 저장 매체일 수 있다. 스토리지(270)는 이미지 획득기(260)와 커플링될 수 있고, 원본 이미지들로서 스캔된 원시 이미지 데이터 및 후-처리된 이미지들을 저장하는 데 사용될 수 있다. 이미지 획득기(260) 및 스토리지(270)는 제어기(50)에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 획득기(260), 스토리지(270) 및 제어기(50)는 하나의 제어 유닛으로서 함께 통합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 이미지 획득기(260)는 검출기(206)로부터 수신되는 이미징 신호에 기초하여 샘플의 1 이상의 이미지를 획득할 수 있다. 이미징 신호는 하전 입자 이미징을 수행하는 스캐닝 작업에 대응할 수 있다. 획득된 이미지는 복수의 이미징 영역들을 포함하는 단일 이미지일 수 있다. 단일 이미지는 스토리지(270)에 저장될 수 있다. 단일 이미지는 복수의 구역들로 분할될 수 있는 원본 이미지일 수 있다. 구역들 각각은 웨이퍼(203)의 피처를 포함하는 하나의 이미징 영역을 포함할 수 있다. 획득된 이미지들은 시간 시퀀스에 걸쳐 여러 번 샘플링된 웨이퍼(203)의 단일 이미징 영역의 다수 이미지들을 포함할 수 있다. 다수 이미지들은 스토리지(270)에 저장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 처리 시스템(250)은 웨이퍼(203)의 동일한 위치의 다수 이미지들로 이미지 처리 단계들을 수행하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 이미지 처리 시스템(250)은 검출된 이차 전자들의 분포를 얻기 위해 측정 회로(예를 들어, 아날로그-디지털 변환기)들을 포함할 수 있다. 검출 시간대 동안 수집되는 전자 분포 데이터는 웨이퍼 표면에 입사되는 일차 전자 빔(220)의 대응하는 스캔 경로 데이터와 조합하여, 검사중인 웨이퍼 구조체들의 이미지들을 재구성하는 데 사용될 수 있다. 재구성된 이미지들은 웨이퍼(203)의 내부 또는 외부 구조체들의 다양한 특징들을 드러내는 데 사용될 수 있으며, 이에 의해 웨이퍼에 존재할 수 있는 여하한의 결함들을 드러내는 데 사용될 수 있다.
또한, 도 2는 전자 빔 툴(40)이 단일 일차 전자 빔을 사용하는 것으로 나타내지만, 전자 빔 툴(40)은 다수의 일차 전자 빔들을 사용하는 멀티-빔 검사 툴일 수도 있다는 것을 이해한다. 본 발명은 전자 빔 툴(40)에서 사용되는 일차 전자 빔들의 수를 제한하지 않는다.
이제 도 3을 참조하며, 이는 일차 전자들의 랜딩 에너지에 대한 이차 전자들의 수율(yield rate)을 나타내는 예시적인 그래프이다. 그래프는 [도 2의 일차 전자 빔(220)과 같은] 일차 전자 빔의 랜딩 에너지와 [도 2의 이차 전자 빔들(230)과 같은] 이차 전자 빔들의 수율의 관계를 나타낸다. 수율은 일차 전자들의 영향에 반응하여 이차 전자들이 얼마나 많이 생성되는지를 나타낸다. 예를 들어, 1.0보다 높은 수율은 웨이퍼에 착지한 일차 전자들의 양보다 더 많은 양의 이차 전자들이 생성될 수 있다는 것을 나타낸다. 유사하게, 1.0보다 낮은 수율은 일차 전자들의 영향에 반응하여 더 적은 양의 이차 전자들이 생성될 수 있다는 것을 나타낸다.
도 3의 그래프에 나타낸 바와 같이, 일차 전자들의 랜딩 에너지가 E1에서 E2까지의 범위 내에 있을 때, 표면에 착지한 것보다 더 많은 전자들이 웨이퍼의 표면을 떠날 수 있으며, 이에 따라 웨이퍼의 표면에서 양의 전위를 유도한다. 일부 실시예들에서, 결함 검사는 "포지티브 모드"라고 하는 앞서 언급된 랜딩 에너지 범위에서 수행될 수 있다. 도 4를 참조하여 더 상세히 설명된 바와 같이, [도 2의 검출기(206)와 같은] 검출기가 더 적은 양의 이차 전자들을 수용할 수 있기 때문에, 더 양인 표면 전위를 갖는 디바이스 구조체가 더 어두운 전압 대비 이미지를 생성할 수 있다.
랜딩 에너지가 E1보다 낮거나 E2보다 높은 경우, 더 적은 양의 전자들이 표면을 떠나, 표면에서 음의 전위를 유도할 수 있다. 일부 실시예들에서, 결함 검사는 "네거티브 모드"라고 하는 이 랜딩 에너지 범위에서 수행될 수 있다. 더 음인 표면 전위를 갖는 디바이스 구조체가 웨이퍼의 더 밝은 전압 대비 이미지를 생성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 일차 전자 빔들의 랜딩 에너지는 전자총과 웨이퍼 사이의 총 바이어스(total bias)에 의해 제어될 수 있다.
이제 도 4를 참조하며, 이는 웨이퍼의 디바이스 구조체의 전압 대비 응답을 나타내는 개략적인 다이어그램이다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼에서의 물리적 및 전기적 결함들은 하전 입자 검사 시스템의 전압 대비 방법을 사용하여 검출될 수 있다. 전압 대비 이미지들을 사용하여 결함을 검출하기 위해, 통상적으로 검사를 수행하기 전에 검사될 영역 상으로 하전 입자들이 적용되는 사전-충전(pre-charging)이라 하는 공정이 채택된다.
일부 실시예들에서, 전자 빔 툴들은 일차 전자 빔들에 의한 조명에 대한 웨이퍼의 전압 대비 응답에 기초하여 [도 2의 웨이퍼(203)와 같은] 웨이퍼의 내부 또는 외부 구조체들에서의 결함들을 검출하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼는 기판(410) 위에 개발되는 테스트 디바이스(420)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 테스트 디바이스(420)는 절연 재료(450)에 의해 분리되는 다수 디바이스 구조체들(430 및 440)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스 구조체(430)는 기판(410)에 연결된다. 대조적으로, 디바이스 구조체(440)는 디바이스 구조체(440)와 기판(410) 사이에 얇은 절연체 구조(470)(예를 들어, 얇은 산화물)를 생성하는 절연 재료(450)에 의해 분리된다.
[도 2의 전자 빔 툴(40)과 같은] 전자 빔 툴이 [도 2의 일차 전자 빔(220)과 같은] 일차 전자들로 테스트 디바이스(420)의 표면을 스캔할 때, 표면으로부터 [도 2의 이차 전자 빔(230)과 같은] 이차 전자들이 생성될 수 있다. 도 2에서 앞서 설명된 바와 같이, (수율이 1.0보다 높도록) 일차 전자들의 랜딩 에너지가 E1에서 E2까지의 범위 내에 있는 경우, 표면에 착지한 것보다 더 많은 전자들이 웨이퍼의 표면을 떠날 수 있으며, 이에 의해 웨이퍼의 표면에서 양의 전위를 유도한다.
도 4는 웨이퍼의 표면에서 양의 전위가 어떻게 형성될 수 있는지를 나타낸다. 예를 들어, 전자 빔이 테스트 디바이스(420)를 스캔한 후(예를 들어, 사전-충전 스테이지 동안), 디바이스 구조체(440)가 기판의 전기 접지에 연결되지 않기 때문에 디바이스 구조체(440)가 더 많은 양전하를 보유할 수 있으며, 이에 의해 디바이스 구조체(440)의 표면에서 양 전위를 유도할 수 있다. 대조적으로, 동일한 랜딩 에너지(이에 따라, 동일한 수율을 유도함)를 갖는 일차 전자들이 적용되었지만, 디바이스 구조체(430)는 형성된 양전하가 기판(410)과의 연결을 통해 공급되는 여분의 전자들에 의해 중화될 수 있기 때문에 더 적은 양전하를 보유할 수 있다.
[도 2의 이미지 처리 시스템(250)과 같은] 이미지 처리 시스템은 대응하는 디바이스 구조체들(430 및 440)의 전압 대비 이미지들(435 및 445)을 각각 생성할 수 있다. 예를 들어, 디바이스 구조체(430)는 접지에 단락되고, 형성된 양전하를 유지하지 않을 수 있다. 이러한 것으로서, 일차 전자 빔들이 검사 스테이지 동안 웨이퍼의 표면에 착지할 때, 디바이스 구조체(430)는 더 많은 이차 전자들을 밀어내어(repel), 전압-대비 이미지에서 더 밝은 구역을 유도할 수 있다. 대조적으로, 디바이스 구조체(440)는 기판 또는 여하한의 다른 접지에 연결되지 않으며, 이에 따라 형성된 양전하를 유지할 수 있고, 이는 디바이스 구조체(440)가 검사 스테이지 동안 더 적은 이차 전자들을 밀어내게 하여 전압-대비 이미지에서 더 어두운 구역을 유도할 수 있다.
종래의 결함 검사 툴은 전자들을 사용하여 사전-충전 스테이지 동안 웨이퍼의 표면에 전위를 형성한다. 사전-충전 후, 검사 툴은 웨이퍼 내의 다수 다이들의 이미지들을 얻는다. 모든 다이들이 동일한 디바이스 구조체들을 포함할 수 있기 때문에, 다수 다이들로부터 이 이미지들의 전압 대비 차이들을 비교함으로써 결함들이 검출될 수 있다. 예를 들어, 이미지들 중 하나의 전압 대비 레벨이 다른 이미지들보다 낮거나 높은 경우, 대응하는 다이는 미스매칭(mismatch)이 존재하는 결함을 갖는 것으로 결정될 수 있다. 종래의 검사 기술은, 사전-충전 스테이지 동안 형성된 전기 표면 전위가 검사 스테이지 내내 유지되고 전자 빔 툴의 검출 임계치 이상에 머무르는 것으로 가정한다.
하지만, 반도체 공정 기술 노드가 축소됨에 따라(예를 들어, 10 nm, 7 nm, 및 그 이하), 형성된 표면 전위 레벨은 절연 파괴 또는 터널링의 영향들로 인해 검사 스테이지 동안 변할 수 있고, 이에 의해 얇은 디바이스 결함들의 검출 실패를 유도할 수 있다. 절연체 구조(470)와 같은 고저항의 얇은 디바이스 구조체(예를 들어, 얇은 산화물)에 충분히 높은 전압이 인가되는 경우, 누설 전류가 고저항 구조체를 통해 흐를 수 있고, 이에 의해 구조체가 완벽한 절연체로 기능하지 못하게 될 수 있다. 이는 회로 기능에 영향을 미치고 결함을 유도할 수 있다. 또한, 유사한 누설 전류 효과는 부적절하게 형성된 재료들 또는 고저항 금속 층, 예를 들어 전계-효과 트랜지스터(FET)의 소스 또는 드레인 영역과 텅스텐(W) 플러그 사이의 코발트 실리사이드(예를 들어, CoSi, CoSi2, Co2Si, Co3Si 등) 층을 갖는 구조체를 통해 발생할 수 있다.
도 4에서, 절연체 구조(470)는 이러한 항복 효과에 민감한 얇은 결함을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제조 오차로 인해, 두 디바이스 구조체들(430 및 440)이 기판(410)과 접촉하고 동일하게 기능하도록 디자인되더라도, 절연체 구조(470)가 디바이스 구조체(440)에서 결함 있게 생성되었을 수 있다. 결함이 있는 에칭 공정은 얇은 산화물을 남겨 전기적으로 연결되어야 했던 두 구조체들[예를 들어, 디바이스 구조체(440)와 기판(410)] 사이에 원하지 않은 전기적 차단(예를 들어, 개방 회로)을 유도할 수 있다.
이러한 경우, 절연체 구조(470)가 충분히 두껍다면(예를 들어, 10 nm보다 두껍다면), 디바이스 구조체(440)에 형성된 양전하는 절연체 구조(470)를 통해 누출되지 않을 것이므로, 종래의 결함 검사 툴이 검사 스테이지 동안 하나의 샘플 이미지를 취하고 이미지를 참조 이미지와 비교함으로써 결함을 검출할 수 있다. 결과로서, 435와 445 사이의 전압 대비 차이가 검출될 수 있고, 이에 의해 디바이스 구조체(440)에서의 결함[예를 들어, 절연체 구조(470)]을 나타낼 수 있다.
하지만, 절연체 구조(470)가 더 얇아짐(예를 들어, 10 nm보다 얇아짐)에 따라, 디바이스 구조체(440)에서의 형성된 양의 표면 전위 레벨이 앞서 설명된 누설 전류로 인해 시간이 지남에 따라 감소할 가능성이 더 높다. 디바이스 구조체(440)가 양전하를 잃음에 따라, 전압 대비 레벨은 시간이 지남에 따라 더 어두운 것(예를 들어, 이미지 445)으로부터 더 밝은 것(예를 들어, 이미지 446)으로 변화할 수도 있으며, 결국 검사 툴은 전압 대비 레벨이 검출기의 임계치(예를 들어, 이미지 447)보다 낮기 때문에 아무것도 검출하지 못할 수 있다. 결과로서, 검사 스테이지가 시작되고 검사 툴이 전압 대비 이미지들을 샘플링하기 시작하는 시점에, 디바이스 구조체(440)에서의 형성된 양 전위는 얇은 절연체 구조(470)를 통한 누설 전류로 인해 모두 사라질 수 있고, 이에 의해 디바이스 구조체들(430 및 440) 사이의 표면 전위 차이를 유도하지 않을 수 있다. 이러한 경우, 종래의 결함 검사 툴은 양전하가 모두 사라진 후에 검사 툴이 이미지를 샘플링하면 신뢰성 있게 얇은 디바이스 결함을 검출하지 못할 수 있다. 예를 들어, 검사 툴은 [디바이스 구조체(430)로부터의] 전압 대비 이미지(435)와 [디바이스 구조체(440)로부터의] 전압 대비 이미지(447) 사이의 어떠한 차이도 검출하지 못할 수 있다.
그러므로, 앞서 설명된 형성된 표면 전위의 시간-의존적 변화에 민감한 얇은 디바이스 결함들을 검출하기 위해, 검사 툴은 표면 전위를 점진적으로 증가시키면서 1 이상의 시간 시퀀스에 걸쳐 웨이퍼의 다수 이미지들을 샘플링하여, 다수 이미지들의 시퀀스에 의해 시간-의존적 변화가 포착될 수 있도록 할 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예들에서, 검사 툴은 저에너지 일차 전자들을 사용하여 사전-충전 스테이지 동안 이러한 항복 효과를 유도하지 않고 웨이퍼를 점진적으로 충전할 수 있다. 다른 실시예들에서, 검사 툴은 사전-충전이 진행되는 동안 전압 대비 이미지들을 샘플링하고 생성하여, 사전-충전 스테이지 동안에도 일시적인 전압 대비 변화가 포착될 수 있도록 할 수 있다.
앞선 설명은 단락 회로 상태의 존재가 밝게 나타나는 대응하는 피처들을 유도하고, 개방 회로 상태의 존재가 어둡게 나타나는 대응하는 피처들을 유도하는 것을 설명하였다. 하지만, 당업자라면, 테스트 구조체들의 실제 처리 또는 전자 빔 툴의 설정에 따라 밝고 어두운 외관이 변화될 수 있고 심지어 반전될 수 있다는 것을 이해한다.
이제 도 5a를 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 시간 시퀀스에 걸친 예시적인 전압 대비 이미지들의 도면이다. 일부 실시예들에서, 결함 검사 프로세스는 사전-충전 스테이지(501) 및 검사 스테이지(503)를 포함할 수 있다. 사전-충전 스테이지(501) 동안, [도 2의 이미징 시스템(200)과 같은] 이미징 시스템이 전자들을 사용하여 웨이퍼의 표면에 전기 전위를 형성한다. 앞서 설명된 바와 같이, 얇은 디바이스 결함을 검출하기 위해, 이미징 시스템은 사전-충전이 진행되는 동안 항복 또는 터널링을 유도하지 않고 전기 표면 전위를 점진적으로 구축하기 위해 저에너지 전자들을 사용할 수 있다. 검사 스테이지(503) 동안, 일부 실시예들에서, 이미징 시스템은 시간 시퀀스에 걸쳐 [도 2의 웨이퍼(203)와 같은] 웨이퍼의 위치 영역의 다수 이미지들을 샘플링할 수 있다. 동일한 위치에서 상이한 시간들의 다수 전압 대비 이미지들을 비교함으로써, 시스템은 시간 경과에 따른 전기 표면 전위의 변화를 검출할 수 있으며, 이는 얇은 디바이스 결함으로 인한 디바이스 항복 또는 터널링 효과를 나타낸다.
예를 들어, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 사전-충전 스테이지(501)의 처음에, 표면 전위는 전압 대비 이미지들(510 및 512)에 나타낸 바와 같이 여하한의 검출가능한 전압 대비 구역들을 나타내기에 충분히 높지 않을 수 있다. 사전-충전 스테이지의 끝에, (예를 들어, 시간 Tpre3에서) 어두운 전압 대비(DVC) 구역들(560a, 562a, 및 564a)이 나타나기 시작할 수 있다.
일부 실시예들에서, 사전-충전 스테이지(501) 동안, [도 2의 전자 빔 툴(40)과 같은] 전자 빔 툴은 앞서 설명된 바와 같이 사전-충전 스테이지 동안(예를 들어, 전압 대비 이미지들의 샘플링이 시작되기 전에) 디바이스 항복을 회피하기 위해 종래의 시스템보다 낮은 에너지를 갖는 일차 전자들을 사용할 수 있다.
다른 실시예들에서, 전자 빔 툴은 사전-충전 스테이지(501)를 건너 뛰고 검사 스테이지(503)로 검사 프로세스를 시작하여 얇은 디바이스 구조 결함을 검출할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 전자 빔 툴은 검사 프로세스가 시작되자마자 이미지 샘플링을 시작할 수 있다. 웨이퍼의 표면에서 전기 전위의 사전-충전이 없기 때문에, 이미지 생성을 위한 일차 빔 스캐닝은 이미지들을 연속적으로 샘플링하면서 웨이퍼의 표면에 점진적으로 전하를 형성하는 데 사용될 수 있다.
사전-충전이 완료된 후, 전자 빔 툴은 시간 시퀀스에 걸쳐 여러 번 웨이퍼의 영역으로부터 이미지들의 샘플링을 시작할 수 있다. 예를 들어, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 검사 스테이지 동안 시간 T1, T2, T3, T4 및 T5에서 각각 다수 이미지들(530, 532, 534, 536 및 538)이 샘플링된다.
시간 T1에서, 이미지(530)는 3 개의 DVC 구역들(560a, 562a 및 564a)이 존재함을 나타낸다. DVC 구역들(560b, 562b 및 564b)은 [도 4의 디바이스 구조체(440)와 같은] 3 개의 디바이스 구조체들에서 형성된 전기 표면 전위를 나타낼 수 있다. 시간 T2 및 T3에서, 이미지(532 및 534)는 DVC 구역들(560b, 562b 및 564b)이 다시 검출됨을 나타내며, 이는 형성된 양전하가 시간 T1로부터 변화되지 않고 디바이스 구조체에 남아 있음을 나타낼 수 있다.
시간 T4에서, 이미지(536)는 DVC 구역(562b)이 사라진 한편 DVC 구역들(560b 및 564b)은 여전히 존재함을 나타낸다. 이는 DVC 구역(562b)에 대한 대응하는 디바이스 구조체가 누설 전류로 인해 형성된 양전하를 잃었을 수 있고, 이에 의해 표면 전위가 검출가능하지 않은 레벨로 떨어짐을 나타낼 수 있다(예를 들어, 항복 효과). 얇은 구조체[예를 들어, 도 4의 절연체 구조(470)]에 높은 전압이 인가되는 경우, 구조체가 절연 재료로 이루어지더라도 얇은 구조체를 통해 누설 전류가 흐를 수 있다. 누설 전류의 비율은 디바이스 구조체가 더 얇을 때 더 높다. 예를 들어, 디바이스 구조체의 두께가 예를 들어 10 nm 미만인 경우에 디바이스 항복이 더 흔히 발생할 수 있다. 그러므로, DVC 구역(562b)에 대한 대응하는 디바이스 구조체에서 형성된 양전하는 얇은 디바이스 구조 결함을 통한 디바이스 항복으로 인해 중화되었을 수 있다.
일부 실시예들에서, 얇은 디바이스 구조 결함은 표면 전위에 대한 이러한 일시적 효과를 검출함으로써 식별될 수 있다. 예를 들어, 전자 빔 툴이 동일한 위치의 다수 이미지들, 예를 들어 이미지들(530, 532, 534, 536 및 538)을 비교하고, 시간 시퀀스에 걸쳐 DVC 구역들의 변화들을 검출하여 얇은 디바이스 구조 결함을 식별할 수 있다. 일부 실시예들에서, 동일한 위치에서 상이한 시간으로부터의 다수 전압 대비 이미지들을 비교함으로써, 시스템은 얇은 디바이스 결함으로 인한 디바이스 항복을 나타내는 시간에 따른 전기 표면 전위의 변화를 검출할 수 있다. 예를 들어, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 전압 대비 이미지[(시간 T3에서 샘플링된) 534 및 (시간 T4에서 샘플링된) 536]는 DVC 구역(562b)이 시간 T3과 T4 사이에 사라졌음을 나타내며, 이에 따라 대응하는 디바이스 구조체가 얇은 디바이스 구조 결함을 포함할 수 있음을 나타낼 수 있다.
도 5a는 5 개의 이미지들을 갖는 일 예시를 나타내지만, 2 이상의 이미지들이 얇은 디바이스 구조 결함을 검출하는 데 사용될 수 있다는 것을 이해한다. 또한, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 이미지들은 어두운 전압 대비를 사용하는 검출 메카니즘을 예시하지만, 전자 빔 툴이 네거티브 모드에서 작동하는 경우에 밝은 전압 대비가 사용될 수도 있다는 것을 이해한다.
일부 실시예들에서, 전자 빔 툴은 포지티브 모드(예를 들어, E1 < 랜딩 에너지 < E2)에서 작동하기 때문에 양의 표면 전위가 구축될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전자 빔 툴은 네거티브 모드(예를 들어, 랜딩 에너지 < E1 또는 랜딩 에너지 > E2)에서 작동하기 때문에 음의 전위가 구축될 수 있다.
이제 도 6a, 도 6b, 및 도 6c를 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 시간 시퀀스에 걸친 표면 전위 변화에 관한 예시적인 전압 대비 이미지들의 도면들이다.
도 6a는 저속-충전 디바이스 구조체에서의 결함의 시간적 특성을 예시한다. 검사 기간 동안, [도 2의 전자 빔 툴(40)과 같은] 전자 빔 툴이 전자 빔으로 웨이퍼를 연속적으로 스캔할 수 있다. 이러한 연속적인 스캐닝은 [도 4의 디바이스 구조체(440)와 같은] 디바이스 구조체에서의 양전하의 축적을 유도할 수 있다. 저속-충전 디바이스 구조체에 대해, 이러한 전하 축적은 느리게 진행되며, 이에 따라 표면 전위는 도 6a에 나타낸 바와 같이 장기간에 걸쳐 서서히 증가한다. 예를 들어, 도 6a에서, 표면 전위는 시간 0에서 시간 T4까지 점진적으로 증가하고, 제 1 항복은 시간 Tbreak1까지 발생하지 않는다. 시간 T1, T2, T3 및 T4에서의 표면 전위 레벨이 [도 2의 전자 검출기(206)와 같은] 검출기의 임계 전압(615)보다 높기 때문에, 3 개의 DVC 구역들(640, 642 및 644)이 전압 대비 이미지들(630, 632, 634, 및 636)(각각 시간 T1, T2, T3 및 T4에 샘플링됨)에 나타날 수 있다. 하지만, 시간 Tbreak1에서의 항복 이후, 표면 전위는 시간 T5에서 대략 0으로 떨어져[이에 따라, 임계 전압(615)보다 낮음], DVC 구역(642)이 (시간 T5에서 샘플링된) 전압 대비 이미지(638)에서 사라지도록 한다. 결과로서, 전자 빔 툴은 이미지(638)를 이미지들(630, 632, 634, 및 636)과 비교함으로써 결함을 식별할 수 있다.
도 6b는 또 다른 저속-충전 디바이스 구조체의 시간적 특성을 예시한다. 도 6b의 표면 전위는 도 6a보다 빠르게 증가하므로, 항복이 더 빠르게 발생한다. 하지만, 연속적인 항복들 사이의(예를 들어, Tbreak1에서 Tbreak2까지의) 시간이 샘플링 주기(예를 들어, T1에서 T2까지)보다 길기 때문에, 결함은 다수 이미지들이 비교될 때 여전히 신뢰성 있게 검출될 수 있다. 예를 들어, 이미지들(650, 654, 및 658)은 표면 전위 레벨이 임계치(615)보다 높을 때 T1, T3 및 T5에서 그 이미지들이 샘플링되기 때문에 3 개의 DVC 구역들(660, 662 및 664)을 나타낸다. 이미지들(652 및 656)은 표면 전위가 Tbreak1 및 Tbreak2에서의 항복 이후 임계치(615)보다 낮게 떨어질 때 T2 및 T4에서 이미지들(652 및 656)이 샘플링되기 때문에 DVC 구역(662)을 나타내지 않는다. 그러므로, 전자 빔 툴은 이미지들(652 및 656)을 이미지들(650, 654 및 658)과 비교함으로써 결함을 식별할 수 있다.
대조적으로, 도 6c는 초고속-충전 디바이스 구조체에서의 결함의 시간적 특성을 예시한다. 도 6c의 그래프에 나타낸 바와 같이, 표면 전하는 이 디바이스 구조체에서 매우 빠르게 축적될 수 있으며, 따라서 항복이 훨씬 더 자주 발생할 수 있다. 연속적인 항복들 사이의(예를 들어, Tbreak1에서 Tbreak2까지의) 주기가 샘플링 주기(예를 들어, T1에서 T2까지)보다 짧다. 이러한 빠른 항복 거동은 전자 빔 툴이 고속-충전 디바이스 구조체에서의 결함을 신뢰성 있게 검출하지 못하게 한다. 예를 들어, 도 6c에서, 5 개의 이미지들(670, 672, 674, 676 및 678)이 모두 표면 전위 레벨들이 검출기 임계치(615)보다 낮을 때 항복 직후에 샘플링된다. 따라서, 2 개의 DVC 구역들(680 및 684)만이 그 5 개의 이미지들에 나타날 수 있다. 그러므로, 전자 빔 툴은 고속-충전 디바이스 구조체에서의 결함을 식별하지 못할 수 있다.
고속-충전 디바이스 구조체에서의 결함에 대한 검출 신뢰성을 개선하는 한 가지 방식은 이미지 샘플링 속도를 증가(예를 들어, 이미지들 사이의 샘플링 주기를 감소)시키는 것이다. 하지만, 종래의 전자 빔 툴들은 흔히 도 7에 나타낸 바와 같은 종래의 스캐닝 시퀀스의 역학으로 인해 샘플링 속도의 증가가 제한된다.
이제 도 7을 참조하며, 이는 종래의 스캐닝 시퀀스를 나타낸다. 종래의 전자 빔 툴은 흔히 웨이퍼 샘플에 걸쳐 전자 빔을 래스터 스캔(raster scan)함으로써 이미지들을 생성한다. 도 7은 5×5 픽셀 이미지를 생성하기 위한 래스터 스캐닝의 예시적인 시퀀스를 나타낸다. 래스터 스캐닝에서, 전자 빔은 왼쪽에서 오른쪽으로(예를 들어, 픽셀 711에서 픽셀 715로) 일정한 속도로 수평 이동하여, 웨이퍼를 가로질러 픽셀 행(또는 라인)(예를 들어, 픽셀들 711, 712, 713, 714 및 715)을 스캔한다. 일단 전자 빔이 스캔되는 행의 마지막 픽셀(예를 들어, 픽셀 715)에 도달하면, 빔은 다음 행의 스캐닝이 시작될 수 있는 다음 행의 첫 번째 픽셀(예를 들어, 721)로 빠르게 뒤로 이동한다. 이 단계들은 마지막 행(예를 들어, 픽셀들 751, 752, 753, 754 및 755를 갖는 행)이 스캔될 때까지 반복될 수 있다. 그 시점에, 전자 빔은 또 다른 이미지를 생성하기 위해 다시 영역의 스캔을 시작하도록 제 1 행의 제 1 픽셀(예를 들어, 픽셀 711)로 다시 이동할 수 있다. 대안적으로, 전자 빔은 웨이퍼의 상이한 영역의 스캐닝이 시작될 수 있는 상이한 위치로 재위치될 수 있다.
실제 스캐닝없이 한 위치에서 또 다른 위치로 전자 빔을 빠르게 이동시키는 단계를 귀선(retrace)이라고 한다. 예를 들어, 도 7은 귀선 771, 772, 773, 774 및 775를 예시한다. 한 행의 마지막 픽셀에서 다음 행의 첫 번째 픽셀로 전자 빔을 이동시키는 것(예를 들어, 귀선 771, 772, 773 또는 774)은 수평 귀선이라고 한다. 마지막 행에서 첫 번째 행으로 전자 빔을 이동시키는 것(예를 들어, 귀선 775)은 수직 귀선이라고 한다. 귀선에 필요한 추가 시간은 라인 오버헤드(line overhead)라고 한다.
래스터 스캐닝에서, 이미지들은 순차적으로 생성된다(즉, 제 1 이미지 스캐닝이 완료될 때까지 제 2 이미지 스캐닝이 시작되지 않을 수 있음). 따라서, 다수 이미지들을 잇따라 샘플링하는 속도는 전체 영역을 스캔하는 데 필요한 시간에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 7에서 전체 영역(5×5 픽셀 영역)을 스캔하는 데 필요한 최소 시간은 25tp + 4thr + tvr로 표현될 수 있는데, 이는 25 개의 픽셀들이 모두 스캔되어야 하기 때문이고, 여기서 tp는 하나의 픽셀을 스캔하는 데 필요한 시간을 나타내며; thr은 각각의 수평 귀선의 라인 오버헤드를 나타내고; tvr은 각각의 수직 귀선의 라인 오버헤드를 나타낸다.
그러므로, 종래의 래스터 스캐닝을 사용하는 전자 빔 툴은 기껏해야 25tp + 4thr + tvr마다 이미지들을 생성하도록 제한될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 711을 스캐닝한 후, 전자 빔은 25tp + 4thr + tvr 후인 나머지 24 개의 픽셀이 모두 스캔될 때까지 다시 픽셀 711로 돌아올 수 없을 수 있다. 이는 동일한 픽셀에 대한 2 개의 연속 이미지들의 스캐닝 사이의 시간 차가 25tp + 4thr + tvr임을 의미한다. 도 6c에 설명된 바와 같이, 고속-충전 디바이스 구조체의 항복이 25tp + 4thr + tvr보다 더 자주 발생하는 경우, 종래의 전자 빔 툴은 고속-충전 구조체에서의 결함을 신뢰성 있게 검출하지 않을 수 있다.
이제 도 8a 및 도 8b를 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 스캐닝 시퀀스를 나타낸다. 일부 실시예들에서, [도 2의 전자 빔 툴(40)과 같은] 전자 빔 툴이 다음 행으로 이동하기 전에 각각의 행을 여러 번 스캔할 수 있는 경우에 이미지들이 더 자주 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 8a에 나타낸 바와 같이, 전자 빔은 제 1 행(예를 들어, 픽셀들 811, 812, 813, 814, 및 815를 갖는 행)을 3 번 스캔한 후(예를 들어, 스캔 861, 871, 및 881), 다음 행을 스캔하도록 픽셀 821로 이동할 수 있다.
5 개의 행을 모두 3 번씩 스캔하는 것을 완료한 후, [도 2의 이미지 처리 시스템(250)과 같은] 이미지 처리 시스템이 각각의 스캔 동안 생성된 스캔 데이터를 재조립함으로써 도 8b에 나타낸 바와 같이 3 개의 이미지들을 재구성할 수 있다. 예를 들어, 이미지 860은 행들의 제 1 스캔(861, 862, 863, 864, 및 865) 각각으로부터의 스캔 데이터를 포함할 수 있다. 이미지 870은 행들의 제 2 스캔(871, 872, 873, 874, 및 875) 각각으로부터의 스캔 데이터를 포함할 수 있다. 이미지 880은 행들의 제 3 스캔(881, 882, 883, 884, 및 885) 각각으로부터의 스캔 데이터를 포함할 수 있다.
스캐닝이 행 단위로 수행됨에 따라, 이러한 실시예들에서, 전자 빔은 도 7에 나타낸 종래의 래스터 스캐닝보다 훨씬 더 빠르게 동일한 픽셀로 돌아올 수 있다. 예를 들어, 스캔 861을 통해 픽셀 811을 스캔한 후, 전자 빔은 단지 5tp + thr 후에 픽셀 811로 돌아와서 스캔 871을 통해 다시 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 그러므로, 이미지 860의 제 1 픽셀과 이미지 870의 제 1 픽셀과 같은 연속 이미지들에서의 동일한 픽셀 사이의 시간 갭은 5tp + thr일 수 있고, 이는 이러한 실시예들에서 tp 및 thr이 종래의 래스터 스캐닝에서와 동일하게 유지된다고 가정하면, 도 7에 나타낸 종래의 래스터 스캐닝에서의 25tp + 4thr + tvr보다 훨씬 더 짧다. 결과로서, 이러한 실시예들을 사용하는 전자 빔 툴이 고속-충전 디바이스 구조체에서의 시간-의존적 결함을 더 잘 검출할 수 있다.
이제 도 9a, 도 9b, 도 9c, 및 도 9d를 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 스캐닝 시퀀스를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 전자 빔 툴은 양방향 스캐닝을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 9a에 나타낸 바와 같이, 전자 빔은 제 1 행(예를 들어, 픽셀들 911, 912, 913, 914 및 915를 갖는 행)을 교번 방향으로(예를 들어, 매번 스캐닝 방향을 변화시켜) 4 번 스캔할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 각각의 스캐닝 사이의 수평 귀선 단계(및 대응하는 시간 thr)가 제거되어, 검사 시스템의 전체 스루풋의 개선을 유도할 수 있다.
추가적으로, 일부 실시예들에서, 양방향 스캐닝은 일차 전자 빔들의 스캐닝을 통해 양전하가 축적되는 픽셀들 간의 균형을 개선할 수 있다. 픽셀들 간의 불균형은 전자 빔이 흔히 스캔중인 현재 픽셀 및 스캔 방향의 다음 픽셀에 영향을 미치기 때문에 발생한다. 따라서, 단방향 스캐닝이 스캐닝 방향을 향해 불균형 충전을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 양방향 스캐닝은 각각의 행에서의 픽셀들 간의 전체 균형을 개선할 수 있다.
앞서 도 8b에서 설명된 것과 유사한 방식으로 이미지 재구성이 수행될 수 있다. 5 개의 행 모두의 스캐닝을 완료한 후, 일부 실시예들에서, [도 2의 이미지 처리 시스템(250)과 같은] 이미지 처리 시스템이 각각의 행의 스캐닝 동안 생성된 스캔 데이터를 재조립함으로써, 도 9b에 나타낸 바와 같이 4 개의 이미지들(각각 4 번의 스캐닝 중 한 스캔에 대응함)을 재구성할 수 있다.
도 9c는 양방향 스캐닝 시퀀스의 또 다른 실시예를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 전자 빔은 제 1 행을 교번 방향으로 3 번 스캔할 수 있다. 제 1 행의 스캐닝이 픽셀 915에서 완료되는 경우, 픽셀 921(제 2 라인의 제 1 픽셀)로 다시 수평 귀선하는 대신에, 제 2 행의 제 1 스캐닝은 픽셀 925에서 픽셀 921로 다른 방향으로 진행할 수 있다.
이미지 재구성이 유사하게 수행될 수 있다. 5 개의 행 모두의 스캐닝을 완료한 후, 일부 실시예들에서, 이미지 처리 시스템은 도 9d에 나타낸 바와 같이 3 개의 이미지들을 재구성할 수 있다.
이제 도 10a 및 도 10b를 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 스캐닝 시퀀스를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 전자 빔 툴의 샘플링 속도는 스캐닝이 픽셀 단위로 수행되는 경우에(즉, 전자 빔이 다음 픽셀로 이동하기 전에 각각의 픽셀을 여러 번 스캔할 수 있는 경우에) 더 개선될 수 있다. 예를 들어, 도 9a에 나타낸 바와 같이, 전자 빔은 다음 픽셀(예를 들어, 픽셀 1012)로 이동하기 전에 제 1 픽셀(예를 들어, 픽셀 1011)을 3 번 스캔할 수 있다. 제 1 행의 모든 픽셀들(예를 들어, 픽셀들 1011, 1012, 1013, 1014 및 1015)의 스캐닝을 완료한 후, 전자 빔은 다음 행으로 수평 귀선할 수 있다.
앞서 도 8b에서 설명된 것과 유사한 방식으로 이미지 재구성이 수행될 수 있다. 5 개의 행들의 각각의 픽셀이 각각 3 번 스캔되는 모든 픽셀들의 스캐닝을 완료한 후, 일부 실시예들에서, [도 2의 이미지 처리 시스템(250)과 같은] 이미지 처리 시스템이 각각의 픽셀의 스캐닝 동안 생성된 스캔 데이터를 재조립함으로써, 도 10b에 나타낸 바와 같이 3 개의 이미지들을 재구성할 수 있다. 예를 들어, 이미지 1060은 픽셀들의 제 1 스캔들 각각으로부터의 스캐닝 데이터를 포함할 수 있다. 이미지 1070은 픽셀들의 제 2 스캔들 각각으로부터의 스캐닝 데이터를 포함할 수 있다. 이미지 1080은 픽셀들의 제 3 스캔들 각각으로부터의 스캐닝 데이터를 포함할 수 있다.
이러한 실시예에서, 전자 빔은 도 7에 나타낸 종래의 래스터 스캐닝보다 훨씬 더 빠르게 동일한 픽셀로 돌아올 수 있다. 예를 들어, 동일한 픽셀이 다음 픽셀의 스캐닝에 앞서 여러 번 스캔됨에 따라, 픽셀 1011을 스캔한 후, 전자 빔은 단지 tp 후에 픽셀 1011로 돌아와서 다시 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 그러므로, 이미지 1060의 제 1 픽셀과 이미지 1070의 제 1 픽셀과 같은 연속 이미지들에서의 동일한 픽셀 사이의 시간 갭은 tp일 수 있고, 이는 이러한 실시예에서 tp가 종래의 래스터 스캐닝에서와 동일하게 유지된다고 가정하면, 도 7에 나타낸 종래의 래스터 스캐닝에서의 25tp + 4thr + tvr보다 훨씬 더 짧다. 결과로서, 이러한 실시예들을 사용하는 전자 빔 툴이 고속-충전 디바이스 구조체에서의 시간-의존적 결함을 검출할 수 있다.
이제 도 11을 참조하며, 이는 본 발명의 실시예들에 따른 시간-의존적 결함을 검출하는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다. 상기 방법은 [도 2의 전자 빔 툴(40)과 같은] 전자 빔 툴 및 [도 2의 이미지 처리 시스템(250)과 같은] 이미지 처리 시스템에 의해 수행될 수 있다.
단계 1110에서, 전자 빔 툴은 웨이퍼의 영역을 스캔하기 위해 웨이퍼에 [도 2의 일차 전자 빔(220)과 같은] 전자 빔을 전달한다. 전자 빔 툴이 일차 전자들로 웨이퍼의 표면을 스캔할 때, 표면으로부터 [도 2의 이차 전자 빔들(230)과 같은] 이차 전자들이 생성될 수 있다. 검사 주기 동안, 전자 빔 툴은 전자 빔으로 웨이퍼를 연속적으로 스캔할 수 있다. 이러한 연속적인 스캐닝은 [도 4의 디바이스 구조체(440)와 같은] 디바이스 구조체에 양전하의 축적을 유도할 수 있다. 저속-충전 디바이스 구조체에 대해, 표면 전위는 장기간에 걸쳐 서서히 증가할 수 있으며, 결함은 (도 6a의 이미지들 630, 632, 634, 636, 및 638과 같은) 다수 이미지들을 샘플링 및 비교함으로써 검출될 수 있다. 하지만, 고속-충전 디바이스 구조체에 대해, 표면 전위는 훨씬 더 빠르게 변화되어, 항복이 훨씬 더 자주 발생할 수 있다. 다수 이미지들이 얻어질 수 있더라도, (도 6c의 이미지들 670, 672, 674, 676, 및 678과 같은) 이 다수 이미지들은 때때로 표면 전위 레벨이 [도 6c의 임계치(615)와 같은] 검출기 임계치보다 낮을 때 샘플링될 수 있다. 그러므로, 전자 빔 툴은 고속-충전 디바이스 구조체에서의 결함을 식별하지 못할 수 있다.
고속-충전 디바이스 구조체에서의 결함에 대한 검출 신뢰성을 개선하는 한 가지 방식은 이미지 샘플링 속도를 증가(즉, 샘플링 주기를 감소)시키는 것이다. 하지만, 종래의 전자 빔 툴들은 종래의 래스터 스캐닝 시퀀스들의 순차적 성질(즉, 제 1 이미지 스캐닝이 완료될 때까지 제 2 이미지 스캐닝이 시작될 수 없음)로 인해 샘플링 속도의 증가가 제한된다.
일부 실시예들에서, 전자 빔 툴이 다음 행으로 수평 귀선하기 전에 각각의 행을 여러 번 스캔하는 경우에 이미지들이 더 자주 생성될 수 있다.
단계 1120에서, 전자 빔 툴은 다음 행으로 이동하기 전에 제 1 행을 N 번 스캔한다. 일부 실시예들에서, 상기 툴은 도 8a, 도 9a, 및 도 9c에 나타낸 바와 같이 N 번 반복적으로 행을 스캔할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 툴은 행의 다음 픽셀을 N 번 스캔하기에 앞서 도 10a에 나타낸 바와 같이 픽셀을 N 번 반복적으로 스캔할 수 있다.
단계 1130에서, 제 1 행의 스캐닝을 완료한 후, 전자 빔 툴은 전자 빔을 다음 행으로 이동시키고 제 2 행을 N 번 스캔한다. 모든 행들이 스캔될 때까지 단계 1120 및 단계 1130이 반복된다. 일부 실시예들에서, 도 8a에 나타낸 바와 같이, 다음 행의 제 1 픽셀에 전자 빔을 재위치시키기 위해 수평 귀선이 필요할 수 있다. 다른 실시예들에서, 수평 귀선은 도 9a 및 도 9c에 나타낸 바와 같이 양방향 스캐닝을 이용함으로써 생략될 수 있다.
단계 1140에서, 모든 행들의 스캐닝을 완료한 후, [도 2의 이미지 처리 시스템(250)과 같은] 이미지 처리 시스템이 웨이퍼를 스캐닝하면서 수집된 데이터를 처리하고, 대응하는 데이터를 재조립하여 N 개의 이미지들의 세트를 재구성하며, 여기서 N은 여하한의 정수이다.
예를 들어, 도 8b에 나타낸 바와 같이, 5 개의 행을 모두 3 번씩 스캔하는 것을 완료한 후, 이미지 처리 시스템은 스캐닝 동안 수집된 데이터를 사용하여 3 개의 이미지들을 재구성한다. 예를 들어, 도 8b의 이미지 860은 행들의 제 1 스캔(861, 862, 863, 864, 및 865) 각각으로부터의 스캐닝 데이터를 포함한다. 도 8b의 이미지 870은 행들의 제 2 스캔(871, 872, 873, 874, 및 875) 각각으로부터의 스캐닝 데이터를 포함한다. 도 8b의 이미지 880은 행들의 제 3 스캔(881, 882, 883, 884, 및 885) 각각으로부터의 스캐닝 데이터를 포함한다.
도 8a 및 도 8b를 참조하여 앞서 설명된 이러한 방법을 사용하여, 전자 빔 툴은 그 이미지들에서의 동일한 픽셀들 사이의 더 짧은 시간 갭으로 다수 이미지들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 스캔 861을 통해 픽셀 811을 스캔한 후, 전자 빔은 단지 5tp + thr 후에 픽셀 811로 돌아와서 스캔 871을 통해 다시 이미지 데이터를 생성할 수 있으며, 여기서 tp는 하나의 픽셀을 스캔하는 데 필요한 시간을 나타내고; thr은 각각의 수평 귀선의 라인 오버헤드를 나타내며; tvr은 수직 귀선의 라인 오버헤드를 나타낸다. 그러므로, 이미지 860의 제 1 픽셀과 이미지 870의 제 1 픽셀과 같은 연속 이미지들에서의 동일한 픽셀 사이의 시간 갭은 5tp + thr일 수 있고, 이는 이러한 실시예들에서 tp 및 thr이 종래의 전자 빔 툴에서와 동일하게 유지된다고 가정하면, 종래의 전자 빔 툴에 필요한 25tp + 4thr + tvr보다 훨씬 더 짧다.
실시예들은 다음 항목들을 사용하여 더 설명될 수 있다:
1. 웨이퍼를 검사하기 위한 하전 입자 빔 시스템으로서,
시간 시퀀스에 걸쳐 웨이퍼의 표면에 하전 입자들을 전달하고, 웨이퍼의 영역을 스캔하는 회로를 포함하는 하전 입자 빔 소스 -상기 영역은 복수의 픽셀 행들을 포함함- ; 및
시간 시퀀스에 걸쳐 영역의 N 개의 이미지들의 세트를 생성하고 -N은 정수임- , 웨이퍼의 영역에서 고저항 구조체를 유도하는 결함을 검출하기 위해 N 개의 이미지들의 세트를 비교하는 회로를 포함하는 제어기를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
2. 1 항에 있어서, 하전 입자 빔 소스는 복수의 행들 중 제 1 행을 N 번 스캔하고, 제 1 행의 스캐닝을 완료한 후에 복수의 행들 중 제 2 행을 N 번 스캔하는 회로를 포함하고; 제어기는 제 1 행의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 1 세트를 생성하고, 제 2 행의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 2 세트를 생성하며, N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트의 대응하는 데이터에 기초하여 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 회로를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
3. 2 항에 있어서, 하전 입자 빔 소스는 제 1 행을 매번 교번 방향으로 N 번 스캔하고, 제 2 행을 매번 교번 방향으로 N 번 스캔하는 회로를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
4. 1 항에 있어서, 하전 입자 빔 소스는 복수의 행들 중 제 1 행의 제 1 픽셀을 N 번 스캔하고, 제 1 행의 제 1 픽셀의 스캐닝을 완료한 후에 복수의 행들 중 제 1 행의 제 2 픽셀을 N 번 스캔하는 회로를 포함하고; 제어기는 제 1 픽셀의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 1 세트를 생성하고, 제 2 픽셀의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 2 세트를 생성하며, N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트의 대응하는 데이터에 기초하여 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 회로를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
5. 2 항 내지 4 항 중 어느 하나에 있어서, 제어기는 N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트를 저장하고, N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트의 대응하는 데이터를 회수하여 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 회로를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
6. 2 항 내지 5 항 중 어느 하나에 있어서, 제어기는 N 개의 데이터의 제 1 세트의 제 1 데이터 및 N 개의 데이터의 제 2 세트의 제 1 데이터를 조립하고, N 개의 데이터의 제 1 세트의 제 2 데이터 및 N 개의 데이터의 제 2 세트의 제 2 데이터를 조립함으로써 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 회로를 더 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
7. 1 항 내지 6 항 중 어느 하나에 있어서, N 개의 이미지들의 세트는 전압 대비 레벨들을 나타내는 정보를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
8. 7 항에 있어서, 제어기는 N 개의 이미지들의 세트의 전압 대비 레벨들 간의 차이를 검출하여 결함을 식별하는 회로를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
9. 1 항 내지 8 항 중 어느 하나에 있어서, 결함은 웨이퍼의 영역 내의 고저항 구조체에서의 누전과 연계되는 전기적 결함을 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
10. 9 항에 있어서, 고저항 구조체는 고속 충전 디바이스의 형성을 가능하게 하는 하전 입자 빔 시스템.
11. 1 항 내지 10 항 중 어느 하나에 있어서, 고저항 구조체를 유도하는 결함은 재료의 부적절한 형성에 의해 야기되는 하전 입자 빔 시스템.
12. 1 항 내지 10 항 중 어느 하나에 있어서, 고저항 구조체를 유도하는 결함은 얇은 디바이스 구조체에 의해 야기되는 하전 입자 빔 시스템.
13. 12 항에 있어서, 얇은 디바이스 구조체는 에칭 공정 후에 남은 얇은 산화물을 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
14. 시간 시퀀스에 걸쳐 웨이퍼의 표면에 하전 입자들을 전달하기 위해 하전 입자 빔 소스를 갖는 하전 입자 빔 시스템을 사용하는 웨이퍼 검사 방법으로서,
웨이퍼의 영역을 스캔하는 단계 -상기 영역은 복수의 픽셀 행들을 포함함- ;
시간 시퀀스에 걸쳐 영역의 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계 -N은 정수임- ; 및
웨이퍼의 영역에서 고저항 구조체를 유도하는 결함을 검출하기 위해 N 개의 이미지들의 세트를 비교하는 단계를 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
15. 14 항에 있어서,
복수의 행들 중 제 1 행을 N 번 스캔하는 단계;
제 1 행의 스캐닝을 완료한 후, 복수의 행들 중 제 2 행을 N 번 스캔하는 단계;
제 1 행의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 1 세트를 생성하는 단계;
제 2 행의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 2 세트를 생성하는 단계; 및
N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트의 대응하는 데이터에 기초하여 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계를 더 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
16. 15 항에 있어서, 제 1 행을 N 번 스캔하는 단계는 제 1 행을 매번 교번 방향으로 N 번 스캔하는 단계를 포함하고, 제 2 행을 N 번 스캔하는 단계는 제 2 행을 매번 교번 방향으로 N 번 스캔하는 단계를 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
17. 14 항에 있어서,
복수의 행들 중 제 1 행의 제 1 픽셀을 N 번 스캔하는 단계;
제 1 행의 제 1 픽셀의 스캐닝을 완료한 후, 복수의 행들 중 제 1 행의 제 2 픽셀을 N 번 스캔하는 단계;
제 1 픽셀의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 1 세트를 생성하는 단계;
제 2 픽셀의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 2 세트를 생성하는 단계; 및
N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트의 대응하는 데이터에 기초하여 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계를 더 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
18. 15 항 내지 17 항 중 어느 하나에 있어서,
N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트를 저장하는 단계; 및
N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트의 대응하는 데이터를 회수하여 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계를 더 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
19. 15 항 내지 18 항 중 어느 하나에 있어서, N 개의 데이터의 제 1 세트의 제 1 데이터 및 N 개의 데이터의 제 2 세트의 제 1 데이터를 조립하고, N 개의 데이터의 제 1 세트의 제 2 데이터 및 N 개의 데이터의 제 2 세트의 제 2 데이터를 조립함으로써 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계를 더 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
20. 14 항 내지 19 항 중 어느 하나에 있어서, N 개의 이미지들의 세트는 전압 대비 레벨들을 나타내는 정보를 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
21. 20 항에 있어서, N 개의 이미지들의 세트의 전압 대비 레벨들 간의 차이를 검출하여 결함을 식별하는 단계를 더 포함하는 웨이퍼 검사 방법.
22. 하전 입자 빔 시스템의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트를 저장하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체로서,
명령어들의 세트는 시간 시퀀스에 걸쳐 웨이퍼의 표면에 하전 입자들을 전달하는 하전 입자 빔 소스를 갖는 하전 입자 빔 시스템이:
웨이퍼의 영역을 스캔하는 단계 -상기 영역은 복수의 픽셀 행들을 포함함- ;
시간 시퀀스에 걸쳐 영역의 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계 -N은 정수임- ; 및
웨이퍼의 영역에서 고저항 구조체를 유도하는 결함을 검출하기 위해 N 개의 이미지들의 세트를 비교하는 단계를 포함하는 방법을 수행하게 하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
23. 22 항에 있어서, 하전 입자 빔 시스템의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트는 하전 입자 빔 시스템이:
복수의 행들 중 제 1 행을 N 번 스캔하는 단계;
제 1 행의 스캐닝을 완료한 후, 복수의 행들 중 제 2 행을 N 번 스캔하는 단계;
제 1 행의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 1 세트를 생성하는 단계;
제 2 행의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 2 세트를 생성하는 단계; 및
N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트의 대응하는 데이터에 기초하여 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계를 더 수행하게 하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
24. 23 항에 있어서, 하전 입자 빔 시스템의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트는 하전 입자 빔 시스템이:
제 1 행을 매번 교번 방향으로 N 번 스캔하는 단계; 및
제 2 행을 매번 교번 방향으로 N 번 스캔하는 단계를 더 수행하게 하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
25. 22 항에 있어서, 하전 입자 빔 시스템의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트는 하전 입자 빔 시스템이:
복수의 행들 중 제 1 행의 제 1 픽셀을 N 번 스캔하는 단계;
제 1 행의 제 1 픽셀의 스캐닝을 완료한 후, 복수의 행들 중 제 1 행의 제 2 픽셀을 N 번 스캔하는 단계;
제 1 픽셀의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 1 세트를 생성하는 단계;
제 2 픽셀의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 2 세트를 생성하는 단계; 및
N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트의 대응하는 데이터에 기초하여 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계를 더 수행하게 하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
26. 23 항 내지 25 항 중 어느 하나에 있어서, 하전 입자 빔 시스템의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트는 하전 입자 빔 시스템이:
N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트를 저장하는 단계; 및
N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트의 대응하는 데이터를 회수하여 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계를 더 수행하게 하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
27. 23 항 내지 26 항 중 어느 하나에 있어서, 하전 입자 빔 시스템의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트는 하전 입자 빔 시스템이:
N 개의 데이터의 제 1 세트의 제 1 데이터 및 N 개의 데이터의 제 2 세트의 제 1 데이터를 조립하고, N 개의 데이터의 제 1 세트의 제 2 데이터 및 N 개의 데이터의 제 2 세트의 제 2 데이터를 조립함으로써 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계를 더 수행하게 하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
28. 22 항 내지 27 항 중 어느 하나에 있어서, 하전 입자 빔 시스템의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트는, N 개의 이미지들의 세트가 전압 대비 레벨들을 나타내는 정보를 포함하는 하전 입자 빔 시스템을 야기하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
29. 28 항에 있어서, 하전 입자 빔 시스템의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트는 하전 입자 빔 시스템이:
N 개의 이미지들의 세트의 전압 대비 레벨들 간의 차이를 검출하여 결함을 식별하는 단계를 더 수행하게 하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
이미지 처리 시스템은 앞서 설명된 기능을 제어하기 위해 소프트웨어를 사용할 수 있다는 것을 이해한다. 예를 들어, 전자 빔 툴은 웨이퍼 또는 웨이퍼에 대한 스테이지를 스캔하도록 전자 빔의 이동을 제어할 수 있다. 이미지 처리 시스템은 웨이퍼를 스캔하면서 수집되는 데이터로부터 웨이퍼의 이미지들을 재구성할 수 있다. 또한, 이미지 처리 시스템은 재구성된 이미지들의 밝기 또는 콘트라스트를 조정하도록 이미지 처리 알고리즘을 수행할 수 있다. 소프트웨어는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장될 수 있다. 비-일시적 매체의 보편적인 형태들은, 예를 들어 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브, 자기 테이프, 또는 여하한의 다른 자기 데이터 저장 매체, CD-ROM, 여하한의 다른 광학 데이터 저장 매체, 홀들의 패턴들을 갖는 여하한의 물리적 매체, RAM, PROM, 및 EPROM, 클라우드 저장소, FLASH-EPROM 또는 여하한의 다른 플래시 메모리, NVRAM, 캐시, 레지스터, 여하한의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 및 이의 네트워크 버전들을 포함한다.
개시된 실시예들은 그 바람직한 실시예들에 관하여 설명되었지만, 이후 청구되는 바와 같은 본 발명의 범위 및 기술사상을 벗어나지 않고 다른 수정 및 변형이 행해질 수도 있음을 이해하여야 한다.

Claims (15)

  1. 웨이퍼를 검사하기 위한 하전 입자 빔 시스템으로서,
    시간 시퀀스(time sequence)에 걸쳐 상기 웨이퍼의 표면에 하전 입자들을 전달하고, 상기 웨이퍼의 영역 -상기 웨이퍼의 영역은 복수의 픽셀 행들(rows of pixels)을 포함함- 을 스캔하는 회로를 포함하는 하전 입자 빔 소스; 및
    상기 시간 시퀀스에 걸쳐 상기 영역의 N 개의 이미지들의 세트 -N은 정수임- 를 생성하고, 상기 웨이퍼의 영역에서 고저항 구조체(high resistance structure)를 유도하는 결함을 검출하기 위해 상기 N 개의 이미지들의 세트를 비교하는 회로를 포함하는 제어기
    를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔 소스는 상기 복수의 행들 중 제 1 행을 N 번 스캔하고, 상기 제 1 행의 스캐닝을 완료한 후에 상기 복수의 행들 중 제 2 행을 N 번 스캔하는 회로를 포함하고;
    상기 제어기는 상기 제 1 행의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 1 세트를 생성하고, 상기 제 2 행의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 2 세트를 생성하며, 상기 N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트의 대응하는 데이터에 기초하여 상기 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 회로를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔 소스는 상기 제 1 행을 매번 교번 방향으로(in alternate directions) N 번 스캔하고, 상기 제 2 행을 매번 교번 방향으로 N 번 스캔하는 회로를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔 소스는 상기 복수의 행들 중 제 1 행의 제 1 픽셀을 N 번 스캔하고, 상기 제 1 행의 제 1 픽셀의 스캐닝을 완료한 후에 상기 복수의 행들 중 제 1 행의 제 2 픽셀을 N 번 스캔하는 회로를 포함하고;
    상기 제어기는 상기 제 1 픽셀의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 1 세트를 생성하고, 상기 제 2 픽셀의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 2 세트를 생성하며, 상기 N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트의 대응하는 데이터에 기초하여 상기 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 회로를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트를 저장하고, 상기 N 개의 이미지들의 세트를 생성하기 위해 상기 N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트의 대응하는 데이터를 회수(retrieve)하는 회로를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 N 개의 데이터의 제 1 세트의 제 1 데이터 및 상기 N 개의 데이터의 제 2 세트의 제 1 데이터를 조립하고, 상기 N 개의 데이터의 제 1 세트의 제 2 데이터 및 상기 N 개의 데이터의 제 2 세트의 제 2 데이터를 조립함으로써 상기 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 회로를 더 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 N 개의 이미지들의 세트는 전압 대비 레벨들(voltage contrast levels)을 나타내는 정보를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 결함을 식별하기 위해 상기 N 개의 이미지들의 세트의 전압 대비 레벨들 간의 차이를 검출하는 회로를 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결함은 상기 웨이퍼의 영역 내의 고저항 구조체에서의 누전과 연계되는 전기적 결함을 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 고저항 구조체는 고속 충전 디바이스(fast charge device)의 형성을 가능하게 하는 하전 입자 빔 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 고저항 구조체를 유도하는 결함은 재료의 부적절한 형성에 의해 야기되는 하전 입자 빔 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 고저항 구조체를 유도하는 결함은 얇은 디바이스 구조체에 의해 야기되는 하전 입자 빔 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 얇은 디바이스 구조체는 에칭 공정 후에 남은 얇은 산화물을 포함하는 하전 입자 빔 시스템.
  14. 하전 입자 빔 시스템의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트를 저장하는 비-일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독가능한 매체로서,
    명령어들의 세트는 시간 시퀀스에 걸쳐 웨이퍼의 표면에 하전 입자들을 전달하는 하전 입자 빔 소스를 갖는 하전 입자 빔 시스템이:
    상기 웨이퍼의 영역을 스캔하는 단계 -상기 웨이퍼의 영역은 복수의 픽셀 행들을 포함함- ;
    상기 시간 시퀀스에 걸쳐 상기 영역의 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계 -N은 정수임- ; 및
    상기 웨이퍼의 영역에서 고저항 구조체를 유도하는 결함을 검출하기 위해 상기 N 개의 이미지들의 세트를 비교하는 단계
    를 포함하는 방법을 수행하게 하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔 시스템의 프로세서에 의해 실행가능한 명령어들의 세트는 상기 하전 입자 빔 시스템이:
    상기 복수의 행들 중 제 1 행을 N 번 스캔하는 단계;
    상기 제 1 행의 스캐닝을 완료한 후, 상기 복수의 행들 중 제 2 행을 N 번 스캔하는 단계;
    상기 제 1 행의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 1 세트를 생성하는 단계;
    상기 제 2 행의 스캔에 기초하여 N 개의 데이터의 제 2 세트를 생성하는 단계; 및
    상기 N 개의 데이터의 제 1 세트 및 제 2 세트의 대응하는 데이터에 기초하여 상기 N 개의 이미지들의 세트를 생성하는 단계를 더 수행하게 하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체.
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