KR102525814B1 - 반도체 웨이퍼 검사용 3차원 이미징 - Google Patents

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케이엘에이 코포레이션
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Abstract

본 발명은 3차원 이미지에 기초한 반도체 웨이퍼 상의 관심 결함(DOI)의 검출 및 분류를 개선하기 위한 방법 및 시스템을 설명한다. 두꺼운 층 구조물의 체적에 대한 3차원 이미징은 높은 처리량에서 3차원에서의 정확한 결함 검출 및 결함 위치의 추정을 가능하게 한다. 다수의 상이한 웨이퍼 깊이에서 일련의 이미지들을 획득한다. 두꺼운 반도체 구조물의 3차원 이미지가 일련의 이미지들로부터 생성된다. 두꺼운 반도체 구조물의 3차원 이미지의 분석에 기초하여 결함을 식별하고 분류한다. 일부 예시들에서, 3차원 이미지 적층을 등고선도 또는 단면도에 의해 시각화하여 특징적인 결함 반응을 식별한다. 일부 예시들에서, 3차원 이미지는 결함을 식별하고 분류하기 위해 알고리즘적으로 처리된다. 또 다른 양태에서는, 결함의 위치는 3차원 이미지에 기초하여 3차원으로 추정된다.

Description

반도체 웨이퍼 검사용 3차원 이미징
본 출원은 2016년 10월 7일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/405,435호의 35 U.S.C. §119에 의거한 우선권을 주장하는 특허 출원으로서, 이 미국 특허 출원의 발명의 요지는 본 명세서에서 그 전체가 참고로 병합된다.
본 발명의 실시예들은 표본 검사용 시스템, 보다 구체적으로 반도체 웨이퍼 검사 방식에 관한 것이다.
논리 및 메모리 디바이스들과 같은 반도체 디바이스들은 통상적으로 기판 또는 웨이퍼에 적용되는 일련의 처리 단계들에 의해 제조된다. 반도체 디바이스들의 다양한 피처들 및 다수의 구조적 레벨들은 이러한 처리 단계들에 의해 형성된다. 예를 들어, 다른 것들 중에서 리소그래피(lithography)는 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 생성하는 것을 포함하는 하나의 반도체 제조 공정이다. 반도체 제조 공정들의 추가적인 예시들은 화학적 기계적 연마, 에칭, 증착, 및 이온 주입을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 다수의 반도체 디바이스들은 단일 반도체 웨이퍼 상에 제조된 다음, 개별 반도체 디바이스들로 분리될 수 있다.
웨이퍼들 상의 결함들을 검출하고 높은 수율을 촉진하기 위해 반도체 제조 공정 도중 다양한 단계들에서 검사 공정들이 사용된다. 설계 규칙들 및 공정 창(process windows)의 크기가 지속적으로 축소됨에 따라, 높은 처리량을 유지하면서 보다 광범위한 물리적 결함들을 포착하기 위한 검사 시스템들이 요구되고 있다.
패턴화되어 있지 않은 웨이퍼 검사 시스템들 및 패턴화된 웨이퍼 검사 시스템들과 같은 검사 시스템들은 원하지 않는 결함들이 있는지에 대해 웨이퍼를 조사하고 검사한다. 반도체 설계 규칙들이 지속적으로 진화됨에 따라, 검출되어야 하는 최소 결함 크기는 지속적으로 축소되고 있다.
또한, 메모리 아키텍처는 2차원 부동 게이트 아키텍처에서 완전히 3차원 기하학적 구조로 전환되고 있다. 일부 예시들에서, 막 적층(film stacks) 및 에칭된 구조물들은 매우 깊다(예를 들어, 깊이가 6 마이크로미터 이상까지). 이러한 높은 종횡비 구조물들은 패턴화된 웨이퍼 검사에 대해 문제점을 야기한다. 이러한 구조물들 내에 매립된 결함들을 측정할 수 있는 능력은 원하는 성능 수준과 디바이스 수율을 달성하는데 중요한다.
종래의 광학 검사 기술들은 평면의 2차원 광학 검사를 기반으로 한다. 이들 기술들은 얇은 층들(예를 들어, 1 마이크로미터 두께 미만)에 대해서는 관심 결함들(defects-of-interest, DOI)을 포착할 수 있을 만큼 충분히 빠르지만, 상대적으로 두꺼운 층들에 매립된 결함들의 검출에 대해서는 효과가 적다. 또한, 광학 검사에 의해 검출된 관심 결함들(DOI)은 일반적으로 SEM 검토에 의해 검증된다. SEM 검토는 종종 매립된 결함들에 대해서는 실현 불가능한 경우가 있다.
일 예시에서, 공 초점(confocal) 광학 검사는 상이한 층 깊이에서 사용된다. 공 초점 이미징은 초점면(focal plane)의 위와 아래의 구조물들로부터 가짜 또는 불량 광학 신호를 제거한다. 그러나, 초점면 내의 구조물들과 초점면의 위와 아래 구조물들의 상호 작용으로부터 발생하는 중요한 신호 정보도 손실된다. 이러한 신호 정보의 손실은 결함 깊이를 정확하게 측정하고 강한 신호 대 잡음비(SNR)로 원하지 않는 광학 신호를 제거하는 능력을 저해할 수 있다. 공 초점 광학 검사 기술은 미국 특허 공보 제2014/0300890호에 더 상세히 기재되어 있으며, 이 미국 특허 공보는 본 명세서에 그 전체가 참고로 병합된다.
다른 예시에서, 매립된 결함들의 검출을 개선하기 위해 회전 조명 빔이 사용된다. 그러나, 약한 결함들을 측정하는 능력은 광학 강도를 분할함으로써 제한되어 감도를 제한한다. 또한, 결과 이미지는 복잡하고, 입사 광학 필드 및 수집된 광학 필드에 대한 웨이퍼 구조물의 영향을 해석하기가 어렵다. 회전 조명 빔을 이용하는 광학 검사는 본 명세서에 그 전체가 참고로 인용된 미국 특허 공보 제2014/0268117 호에 보다 상세히 기술되어 있다.
일부 예시들에서, 전자 테스트는 매립된 결함들을 검출하기 위해 사용된다. 그러나, 모든 디바이스 층들은 전자 테스트가 수행되기 전에 제조되어야 한다. 따라서, 생산 주기의 초기에 결함들을 검출할 수 없어 시간과 비용을 낭비하게 된다. 결과적으로, 전자 테스트는 연구 개발, 생산 램프, 및 대량 제조를 포함하여 생산 공정의 모든 단계들에서 모든 로트에서 수행하는데 엄청나게 비싸다. 불행하게도, 3D NAND 공정의 일부 층들에 대해서는, 전자 테스트가 유일한 해결책이었다.
일부 다른 예시들에서, 매립된 결함들을 발견하기 위해 웨이퍼들을 디프로세싱한다(de-processing). 웨이퍼 디프로세싱(de-processing)은 종래의 광학 검사를 사용하여 검출되고 종래의 SEM 검토로 검증될 수 있는 관심 결함들(DOI)을 드러내도록 층들을 제거함으로써 웨이퍼를 파괴한다. 이 접근 방식은 각각의 층에서 대체 공정 흐름을 필요로 하며, 대체 공정은 DOI 검출을 방해하는 결함들을 생성할 수 있다. 또한, 일부 층들의 일부 DOI는 웨이퍼 디프로세싱에 의해 쉽게 드러나지 않는다.
일부 다른 예시들에서, 전자 빔 검사(EBI)는 매립된 결함들을 검출하기 위해 사용된다. EBI는 처리량 및 웨이퍼 커버리지가 제한되어 있으며, 3D NAND 공정의 일부 층들에서만 수행될 수 있다. 대부분의 3D NAND 층들에서 전자는 DOI에 도달하기 위해 상부 층들을 관통할 수 없다. 따라서, EBI는 3차원 구조물들에 대한 결함 검출 툴로서 그 유효성이 제한적이다.
반도체 레티클 또는 웨이퍼 상의 결함들을 검출하기 위해 반도체 산업 내에서는 다양한 검사 시스템들이 사용된다. 3D 메모리, VNAND 메모리, 또는 다른 수직 구조물들과 같은 수직 반도체 디바이스들에 적용하여 웨이퍼 및 레티클 검사 시스템들에 대한 개선이 요구된다.
본 명세서에서는 3차원 이미지에 기초한 반도체 웨이퍼들 상의 관심 결함들(DOI)의 개선된 검출 및 분류를 위한 방법들 및 시스템들이 설명된다. 두꺼운 층 구조물들의 체적에 대한 3차원 이미징은 높은 처리량에서 3차원으로 결함을 정확하게 검출하고 결함 위치의 추정을 가능하게 한다. 전통적으로, 허용 가능한 웨이퍼 변동(예를 들어, 불량 및 잡음)으로부터 발생하는 신호들은 종종 DOI의 검출을 제한한다. 그러나, 3차원 이미징은 웨이퍼 내에서 신호 전파를 포착하고, 따라서 비교적 두꺼운 샘플들(예를 들어, 3 마이크로미터보다 더 두꺼운 층 구조물을 갖는 3D NAND 웨이퍼들)에 대해서 조차도 불량과 잡음으로부터 DOI를 구별할 수 있다. 일부 예시들에서, 3차원 이미징에 기초한 두꺼운 샘플들의 광학 검사는 한 층에 존재하는 관심 결함들을 다른 층들에서 유래하는 불량 및 잡음으로부터 차별화한다.
일 양태에서, 2 개의 측면 치수(예를 들어, 웨이퍼 표면에 평행한) 및 깊이 치수(예를 들어, 웨이퍼 표면에 수직인)로 측정된 체적으로부터 두꺼운 반도체 구조물의 3차원 이미지가 생성된다. 검사 예시에서는 검사 시스템의 초점면 내에서 다수의 상이한 웨이퍼 위치에 대해 일련의 이미지를 획득한다. 일부 예시들에서, 상이한 초점 오프셋들에서의 동일한 측 방향 위치들에 대응하는 이미지들은 정렬 타겟들을 사용하여 데이터 수집 후에 정렬된다. 이 특허 문헌의 목적을 위해, 초점 오프셋은 표본의 표면과 검사 시스템의 초점면 사이의 상대 거리이다.
다른 양태에서, 결함들은 두꺼운 반도체 구조물의 3차원 이미지의 분석에 기초하여 식별되고 분류된다. 일부 예시들에서, 검출된 결함들은 관심 결함들의 그룹 및 불량 또는 잡음 결함들의 그룹으로 분리된다.
일부 실시예들에서, 3D 시각화 기술을 사용하여 3차원 이미지 적층이 플롯된다. 결과 렌더링은 관심 결함들을 선택하는 조작자에 의해 판독된다. 일부 예시들에서는 초점 오프셋의 함수로서 특징적인 결함 반응을 가시화하도록 초점 단면을 플롯팅한다.
일부 실시예들에서, 관심 결함들을 식별하고 분류하기 위해 3차원 이미지가 알고리즘적으로 처리된다.
다른 양태에서, 관심 결함의 3차원 위치는 두꺼운 반도체 구조물의 3차원 이미지의 분석에 기초하여 결정된다. 많은 암시야(dark field) 측정 어플리케이션에서 회절 차수는 억제되고 z-방향의 실제 결함 위치는 피크 신호와 관련된 초점 오프셋과 선형적으로 관련된다. 많은 명시야(bright field) 측정 어플리케이션에서 z-방향의 실제 결함 위치는 또한 피크 신호와 관련된 초점 오프셋과 선형적으로 관련된다. 다른 예시들에서, 실제 결함 위치는 결함의 3차원 이미지와 하나 이상의 시뮬레이션된 3차원 이미지를 비교하여 결정된다. 일부 다른 예시들에서, 신뢰할 수 있는 기준 측정 시스템에 의해 측정된 결함 깊이(예를 들어, 웨이퍼 표면 아래의 거리)와 측정된 데이터를 정합시키는 측정 라이브러리가 생성된다. 라이브러리가 생성되면, 후속 측정과 관련된 결함 위치가 라이브러리 정합을 기반으로 추정된다.
또 다른 양태에서, 3차원 이미지는 결함 분석 전에 필터링되어 SNR을 향상시킨다. 일부 예시들에서, 컴퓨팅 시스템은 결함으로부터 발생하는 고유한 3차원 구조물들을 검출하기 위해 3D 디지털 필터 또는 다른 적절한 수치 기술로 조립된 3차원 이미지를 분석한다. 이는 결함들의 SNR을 효과적으로 증가시키고, 잡음이나 또는 불량 효과로부터 관심 결함들을 더 효과적으로 분리할 수 있게 한다.
또 다른 추가의 양태에서, 조명 개구부, 수집 개구부, 또는 양쪽 모두 공칭 구조물의 반응을 최소화하고 결함 신호의 반응을 강화하도록 조정된다.
또 다른 양태에서, 3차원 측정 데이터는 다수의 상이한 개구부 세팅에서 수집되고, 결함들은 각각의 데이터 세트와 관련된 3차원 이미지의 조합된 분석에 기초하여 식별되고 분류된다.
또 다른 추가적인 양태에서, 결함들은 결함 깊이 또는 웨이퍼 구조물의 3차원 이미지에 기초하여 결정된 다른 파라미터들에 기초하여 분류된다.
전술한 내용은 발명의 요약에 해당하고, 필요에 따라 단순화, 일반화 및 세부 사항의 생략 등을 포함하고, 결과적으로, 이 기술에 숙련된 당업자는 요약이 단지 예시적인 것이며 어떤 방법으로도 제한되지 않는다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에 기술된 디바이스들 및/또는 공정들의 다른 양태들, 진보된 특징들, 및 이점들은 본 명세서에 기술된 비제한적인 상세한 설명에서 명백하게 드러날 것이다.
도 1은 3차원 이미지에 기초하여 반도체 웨이퍼 상의 관심 결함(DOI)의 검출 및 분류를 수행하도록 구성된 광학 검사 시스템(100)의 일 실시예의 간략화된 개략도이다.
도 2는 -0.5 마이크로미터의 초점 오프셋 근처의 피크 신호를 도시하는 측정된 3차원 이미지의 단면도의 플롯(150)을 도시한다.
도 3은 -0.5 마이크로미터의 초점 오프셋 근처의 피크 신호를 도시하는 측정된 3차원 이미지의 다른 단면도의 플롯(151)을 도시한다.
도 4는 3차원 구조물의 검사된 체적을 통한 측정된 신호의 3차원 등고선도(152)를 도시한다.
도 5는 초점 오프셋 값의 범위에 대해 고정된 측 방향 위치에서 측정된 신호의 플롯(153)을 도시한다.
도 6은 웨이퍼 제조 공정의 실리콘 질화물 제거 단계에서 3D NAND 구조물(160)의 설명을 도시한다.
도 7a는 제로 초점 오프셋에서 수행된 2차원 광학 검사로 인한 결함도의 설명을 도시한다.
도 7b는 도 7a에 도시된 2차원 광학 검사로부터 상이한 깊이에서 검출된 결함의 수를 도시한다.
도 8a는 1 마이크로미터의 초점 오프셋에서 수행된 2차원 광학 검사로 인한 결함도의 설명을 도시한다.
도 8b는 도 8a에 도시된 2차원 광학 검사로부터 상이한 깊이에서 검출된 결함의 수를 도시한다.
도 9a는 2 마이크로미터의 초점 오프셋에서 수행된 2차원 광학 검사로 인한 결함도의 설명을 도시한다.
도 9b는 도 9a에 도시된 2차원 광학 검사로부터 상이한 깊이에서 검출된 결함의 수를 도시한다.
도 10a는 3 마이크로미터의 초점 오프셋에서 수행된 2차원 광학 검사로 인한 결함도의 설명을 도시한다.
도 10b는 도 10a에 도시된 2차원 광학 검사로부터 상이한 깊이에서 검출된 결함의 수를 도시한다.
도 11은 0 마이크로미터의 초점 오프셋 근처의 피크 신호를 도시하는 측정된 3차원 이미지의 단면도(y = 0)의 플롯(170)을 도시한다.
도 12는 3 마이크로미터의 초점 오프셋 근처의 피크 신호를 도시하는 측정된 3차원 이미지의 단면도(y = 0)의 플롯(175)을 도시한다.
도 13은 두꺼운 구조물들의 3D 이미지들에 기초하여 결함들을 검출하는데 유용한 예시적인 방법(200)의 흐름도를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들에서 예시되는 예시들을 본 발명의 배경 기술의 예시들 및 일부 실시예들을 상세히 설명할 것이다.
본 명세서에서는 3차원 이미지에 기초한 반도체 웨이퍼들 상의 관심 결함들(DOI)의 검출 및 분류를 개선하기 위한 방법들 및 시스템들이 설명된다. 두꺼운 층 구조물들의 체적에 대한 3차원 이미징은 높은 처리량에서 3차원으로 결함을 정확하게 검출하고 결함 위치의 추정을 가능하게 한다. 전통적으로, 허용 가능한 웨이퍼 변동(예를 들어, 불량 및 잡음)으로부터 발생하는 신호들은 종종 DOI의 검출을 제한한다. 그러나, 3차원 이미징은 웨이퍼 내에서 신호 전파를 포착하고, 따라서 비교적 두꺼운 샘플들(예를 들어, 3 마이크로미터보다 더 두꺼운 층 구조물을 갖는 3D NAND 웨이퍼들)에 대해서 조차도 불량과 잡음으로부터 DOI를 구별할 수 있다. 일부 예시들에서, 3차원 이미징에 기초한 두꺼운 샘플들의 광학 검사는 한 층에 존재하는 관심 결함들을 다른 층들에서 유래하는 불량 및 잡음으로부터 차별화한다.
도 1은 3차원 이미지에 기초하여 반도체 웨이퍼들 상의 관심 결함(DOI)의 검출 및 분류를 수행하도록 구성된 광학 검사 시스템(100)의 일 실시예의 간략화된 개략도이다. 광학 검사 시스템(100)은 조명 서브시스템, 수집 서브시스템, 하나 이상의 검출기들, 및 컴퓨팅 시스템을 포함한다. 조명 서브시스템은 조명 소스(101) 및 이 조명 소스로부터 웨이퍼로의 조명 광학 경로 내의 모든 광학 소자를 포함한다. 수집 서브시스템은 표본으로부터 각각의 검출기로의 수집 광학 경로 내의 모든 광학 소자들을 포함한다. 단순화를 위해, 시스템의 일부 광학 구성 요소들은 생략되었다. 예시로서, 폴딩 미러들, 편광자들, 빔 형성 광학기, 추가의 광원들, 추가의 콜렉터들, 및 검출기들이 포함될 수 있다. 이러한 모든 변형들은 본 명세서에 기재된 본 발명의 범위 내에 있다. 본 명세서에 설명된 검사 시스템은 패턴화된 웨이퍼와 레티클 및 패턴화되어 있지 않은 웨이퍼와 레티클을 검사하는데 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(103)는 하나 이상의 조명 소스(101)에 의해 생성된 수직 입사 빔(104)에 의해 조명된다. 대안적으로, 조명 서브시스템은 광 빔을 경사 입사각(oblique angle of incidence)으로 표본(specimen)에 지향시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 검사 시스템(100)은 경사진 입사 광 빔 및 수직 입사 광 빔과 같은 다수의 광 빔을 표본으로 지향하도록 구성될 수 있다. 다수의 광 빔은 실질적으로 동시에 또는 순차적으로 표본으로 지향될 수 있다.
조명 소스(101)는 예를 들어 광대역 레이저 유지 플라즈마 광원, 레이저, 초연속체 레이저, 다이오드 레이저, 헬륨 네온 레이저, 아르곤 레이저, 고체 레이저, 다이오드 펌프 고체 상태(DPSS) 레이저, 크세논 아크 램프, 가스 방전 램프, LED 어레이, 및 백열 램프를 포함할 수 있다. 광원은 단색광 또는 광대역 광 근처에서 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 조명 서브시스템은 또한 표본으로 향하는 광의 파장을 제한할 수 있는 하나 이상의 스펙트럼 필터들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 스펙트럼 필터들은 대역 통과 필터들 및/또는 에지 필터들 및/또는 노치 필터들일 수 있다. 임의의 적당한 파장 범위에서 표본에 조명이 제공될 수 있다. 일부 예시들에서, 조명 광은 260 나노미터 내지 950 나노미터 범위의 파장을 포함한다. 일부 예시들에서, 조명 광은 고 종횡비 구조물들의 결함들을 포착하기 위해 950 나노미터(예를 들어, 2,500 나노미터까지 연장) 이상의 파장을 포함한다. 일부 실시예들에서, 조명 서브시스템은 또한 표본으로 향하는 광의 편광을 제어하는 하나 이상의 편광 광학기를 포함할 수 있다.
조명 소스(101)에 의해 생성된 빔(104)은 빔 스플리터(105)로 지향된다. 빔 스플리터(105)는 빔을 대물 렌즈(109)로 지향시킨다. 대물 렌즈(109)는 입사 스폿(119)에서 웨이퍼(103) 상에 빔(111)의 초점을 맞춘다. 입사 스폿(119)은 조명 소스(101)로부터 웨이퍼(103)의 표면 상으로 방사된 광의 투영에 의해 정의된다(즉, 형상 및 크기). 검사 시스템(100)은 조명 개구부(124)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 시스템(130)은 명령 신호(122C)를 조명 개구부(124)에 전달한다. 이에 응답하여, 조명 개구부(124)는 웨이퍼(103)의 표면 상에 제공된 조명 방향 및 빔 형상을 조정한다. 일 실시예에서, 조명 개구부(124)는 컴퓨팅 시스템(130)으로부터 전달된 명령 신호(122C)에 의해 제어되는 다양한 개구부 형상을 제공하는 어셈블리이다. 일반적으로, 빔(111) 및 스폿(119)은 제어 신호를 조명 소스(101), 조명 개구부(124), 또는 양쪽 모두로 전달하는 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 제어될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 시스템(130)은 명령 신호(122A)를 조명 소스(101)에 전달한다. 이에 응답하여, 조명 소스(101)는 조명 빔(111)의 스펙트럼 범위(들)를 조정한다. 일반적으로, 웨이퍼(103)에 입사하는 빔(111)은 편광, 세기, 크기 및 형상 등을 포함하는 하나 이상의 방식으로 조명 소스(101)에 의해 방출된 광과 상이할 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 검사 시스템(100)은 선택 가능한 조명 편광 소자(180)를 포함한다. 일 예시에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 명령 신호(122E)를 조명 편광 소자(180)에 전달한다. 이에 응답하여, 조명 편광 소자(180)는 웨이퍼(103)의 표면 상에 제공된 조명 광의 편광을 조정한다.
검사 시스템(100)은 웨이퍼(103)에 의해 산란 및/또는 반사된 광을 수집하고 그 광을 검출기 어레이들(115, 120, 125)에 각각 집광시키는 수집 광학기(116, 117, 118)를 포함한다. 검출기들(115, 120, 125)의 출력들은 신호들을 처리하고 결함들의 존재 및 그들의 위치를 결정하기 위해 컴퓨팅 시스템(130)으로 전달된다.
수집 광학기들(116-118) 중 임의의 하나가 렌즈, 복합 렌즈, 또는 당업계에 공지된 임의의 적절한 렌즈일 수 있다. 대안적으로, 수집 광학기(116-118) 중 임의의 하나는 미러와 같은 반사 또는 부분 반사 광학 구성 요소일 수 있다. 또한, 특정 수집 각도가 도 1에 도시되어 있지만, 수집 광학기는 임의의 적절한 수집 각도로 배열될 수 있음을 이해해야 한다. 수집 각도는 예를 들어 표본의 입사각 및/또는 지형적 특성들에 따라 달라질 수 있다.
검출기들(115, 120, 125)의 각각은 일반적으로 반사 및 산란된 광을 전기 신호로 변환시키는 기능을 하며, 따라서 당업계에 공지된 실질적으로 임의의 광 검출기를 포함할 수 있다. 그러나, 특정 검출기는 검출기의 원하는 성능 특성, 검사될 표본의 유형, 및 조명의 구성에 기초하여 본 발명의 하나 이상의 실시예들 내에서 사용되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 검사에 사용할 수 있는 광의 양이 상대적으로 적으면, 시간 지연 통합(TDI) 카메라와 같은 효율성 향상 검출기가 시스템의 신호 대 잡음비와 처리량을 증가시킬 수 있다. 그러나, 검사에 사용할 수 있는 광의 양과 수행되는 검사의 유형에 따라 전하 결합 디바이스(Charge-Coupled Device, CCD) 카메라, 포토다이오드, 포토튜브 및 광전자 증배관(PMT)과 같은 다른 검출기들이 사용될 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, 광전자 증배관은 표본으로부터 산란된 광을 검출하기 위해 사용된다. 각각의 검출기는 단지 하나의 감지 영역, 또는 가능하게는 몇몇 감지 영역들(예를 들어, 검출기 어레이 또는 다중 양극 PMT)을 포함할 수 있다.
검사 시스템(100)은 명 시야 모드 및 암 시야 모드와 같은 다양한 이미징 모드들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 검출기(125)는 명 시야 이미지를 생성한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 좁은 각도에서 웨이퍼(103)의 표면으로부터 산란된 일부 광의 양은 대물 렌즈(109)에 의해 수집된다. 이 광은 대물 렌즈(109)를 통과하여 빔 스플리터(105)에 입사한다. 빔 스플리터(105)는 광의 일부를 수집 광학기(118)로 전송하고, 수집 광학기(118)는 이어서 광을 검출기(125)에 차례로 집광시킨다. 이러한 방식으로, 명 시야 이미지가 검출기 어레이(125)에 의해 생성된다. 수집 광학기(118)는 대물 렌즈(109)에 의해 수집된 반사광을 검출기 어레이(125) 상에 투영하는 이미징 렌즈(107)를 포함한다. 개구부 또는 푸리에 필터(106)는 대물 렌즈(109)의 후 초점면에 배치된다. 명 시야, 암 시야, 및 위상 콘트라스트와 같은 다양한 이미징 모드들은 상이한 조명 개구부(124), 수집 개구부, 푸리에 필터(106), 또는 이들의 조합을 사용함으로써 구현될 수 있다. 조명 방향 또는 이미징 수집 고체각과 같은 이미징 모드의 구성은 DOI 신호 및 3차원 이미지에 기초하여 결정될 수 있다. 본 명세서에 참고로 인용된 미국 특허 제7,295,303호 및 제7,130,039호에는 이들 이미징 모드들을 보다 상세히 설명한다. 다른 예시에서, 검출기들(115, 120)은 큰 시야각에서 수집되어 산란된 광을 이미징함으로써 암 시야 이미지를 생성한다. 본 명세서에 참고로 인용된 미국 특허 제6,208,411호에는 이들 이미징 모드들을 보다 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 실시예에서, 검사 시스템(100)은 선택가능한 수집 편광 소자(181)를 포함한다. 일 예시에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 명령 신호(122F)를 수집 편광 소자(181)에 전달한다. 이에 응답하여, 수집 편광 소자(181)는 검출기(125)의 표면 상에 제공된 수집된 광의 편광을 조정한다.
또한, 검사 시스템(100)은 임의의 검출기들(115, 120, 125)에 의해 검출된 반사 및/또는 산란된 신호들을 처리하는데 필요한 다양한 전자 구성 요소들(도시되지 않음)을 포함한다. 예를 들어, 검사 시스템(100)은 검출기들(115, 120, 125) 중 임의의 하나로부터의 출력 신호들을 수신하고 그 출력 신호들을 사전 결정된 양만큼 증폭하기 위한 증폭기 회로 및 그 증폭된 신호들을 프로세서(131) 내에서 사용하기에 적합한 디지털 포맷으로 변환하기 위한 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서는 전송 매체에 의해 ADC에 직접 결합될 수 있다. 대안적으로, 프로세서는 ADC에 결합된 다른 전자 구성 요소들로부터 신호들을 수신할 수 있다. 이러한 방식으로, 프로세서는 전송 매체 및 임의의 개재 전자 구성 요소들에 의해 아날로그 디지털 변환기(ADC)에 간접적으로 결합될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 웨이퍼 위치 설정 시스템(114)은 컴퓨팅 시스템(130)으로부터 수신된 명령 신호(126)에 기초하여 빔(111) 아래로 웨이퍼(103)를 이동시킨다. 웨이퍼 위치 설정 시스템(114)은 웨이퍼 척(108), 모션 컨트롤러(motion controller)(113), 회전 스테이지(110), 변환 스테이지(112), 및 z-변환 스테이지(121)를 포함한다. Z-변환 스테이지(121)는 웨이퍼(103)의 표면에 수직인 방향(예를 들어, 좌표 시스템(123)의 z-방향)으로 웨이퍼(103)를 이동시키도록 구성된다. 변환 스테이지(112) 및 회전 스테이지(110)는 웨이퍼(103)의 표면에 평행한 방향(예를 들어, 좌표 시스템(123)의 x 방향 및 y 방향)으로 웨이퍼(103)를 이동시키도록 구성된다. 일부 다른 실시예들에서, 웨이퍼(103)는 다수의 변환 스테이지들의 조정된 운동에 의해 평면내 방향(예를 들어, x 방향 및 y 방향)으로 이동된다.
웨이퍼(103)는 웨이퍼 척(108) 상에 지지된다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼(103)는 그 기하학적 중심이 회전 스테이지(110)의 회전축과 대략 정렬되도록 위치된다. 이러한 방식으로, 회전 스테이지(110)는 허용 가능한 공차 내에서 특정 각속도(ω)로 그 기하학적 중심에 대해 웨이퍼(103)를 회전시킨다. 또한, 변환 스테이지(112)는 웨이퍼(103)를 특정 속도(VT)로 회전 스테이지(110)의 회전축에 대략 수직인 방향으로 변환시킨다. 모션 컨트롤러(113)는 검사 시스템(100) 내의 웨이퍼(103)의 원하는 평면내 스캐닝 동작을 달성하기 위해 회전 스테이지(110)에 의한 웨이퍼(103)의 회전 및 변환 스테이지(112)에 의한 웨이퍼(103)의 변환을 조정한다. 또한, 모션 컨트롤러(113)는 검사 시스템(100) 내의 웨이퍼(103)의 바람직한 평면 외 스캐닝 동작을 달성하기 위해 변환 스테이지(121)에 의해 웨이퍼(103)의 움직임을 조정한다.
웨이퍼(103)는 다수의 상이한 모드로 검사 시스템(100)의 광학 서브시스템에 대해 배치될 수 있다. 검사 모드에서, 웨이퍼(103)는 각각의 상이한 z-위치에서 횡 방향(예를 들어, x-방향 및 y-방향)으로 반복적으로 스캐닝된다. 일부 예시들에서, 웨이퍼(103)는 층 구조물을 통해 2 개 이상의 깊이(예를 들어, 웨이퍼 표면 아래의 거리)에 대응하는 2 개 이상의 상이한 z-위치에서 스캐닝된다. 결함 검토 모드에서, 웨이퍼(103)는 z-방향으로 스캐닝하면서 x-방향 및 y-방향으로 고정된 위치에 위치된다. 이러한 방식으로, 3차원 이미지는 측정중인 구조물 내의 깊이의 범위에 걸쳐 웨이퍼(103)의 고정된 측 방향 위치에서의 측정 데이터에 기초하여 생성된다. 결함 검토 모드는 전형적으로 결함들(예를 들어, 보다 높은 이미지 해상도, 높은 초점 깊이 해상도, 또는 양쪽 모두)의 보다 상세한 조사를 수행하기 위해 사용된다.
일부 실시예들에서, 웨이퍼는 웨이퍼 적층의 상이한 깊이를 이미지화하기 위해 검사 시스템의 초점면에 대해 다수의 상이한 z-위치로 이동된다. 일부 다른 실시예들에서, 검사 시스템의 초점면의 위치는 웨이퍼 적층의 상이한 깊이를 이미지화하기 위해 웨이퍼에 대해 다수의 상이한 z-위치로 광학적으로 조정된다. 각각의 z-위치에서 수집된 이미지는 2 개의 측면 치수(예를 들어, 웨이퍼 표면에 평행) 및 다수의 상이한 깊이(즉, 상이한 z-위치)로 측정된 두꺼운 반도체 구조물의 3차원 체적 이미지를 형성하도록 응집된다.
일반적으로, 조명 서브시스템 및 수집 서브시스템을 모두 포함하는 광학 서브시스템은 측정 대상 구조물의 복수의 상이한 깊이(예를 들어, 수직적으로 적층된 구조물)에 위치된 복수의 초점면의 각각에 집광된 광학 이미지를 생성한다. 각각의 상이한 깊이에서의 광학 서브시스템의 초점면의 정렬은 초점면을 z-방향으로 이동시키는 광학 조정, z-방향의 표본 배치, 또는 양쪽 모두에 의해 달성된다. 하나 이상의 검출기들은 복수의 상이한 깊이의 각각에서 수집된 광을 검출하고 복수의 상이한 깊이의 각각에서 수집된 광의 양을 나타내는 복수의 출력 신호를 생성한다.
일부 실시예들에서, 검사 시스템(100)은 편향기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 편향기는 음향 광학 편향기(acousto-optical deflector, AOD)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 편향기는 기계적 스캐닝 어셈블리, 전자 스캐너, 회전 미러, 다각형 기반 스캐너, 공진 스캐너, 압전 스캐너, 갈보 미러(galvo mirror), 또는 갈바노미터를 포함할 수 있다. 편향기는 표본 위에 광 빔을 주사한다. 일부 실시예들에서, 편향기는 대략 일정한 스캐닝 속도로 표본 위에 광 빔을 주사할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 검사 시스템(100)은 웨이퍼(103)에 전달된 조명 전력을 제어하는 조명 전력 감쇠기(102)를 포함한다. 일부 다른 실시예들에서, 조명 전력 밀도 감쇠기는 조명 스폿(119)의 크기를 조정하여 웨이퍼(103)로 전달되는 조명 전력 밀도를 감소시키는 빔 형성 소자이다. 일부 다른 실시예들에서, 조명 전력 감소 및 빔 사이징의 조합은 웨이퍼(103)로 전달된 조명 전력 밀도를 감소시키기 위해 사용된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 시스템(130)은 임의의 검출기들(115, 120, 125)에 의해 검출된 3차원 이미지들에 기초하여 조명 전력을 제어하기 위해 제어 신호를 조명 전력 감쇠기(102)로 전달한다. 일반적으로, 조명 전력 감쇠기(102)는 선택적이다. 따라서, 일부 다른 실시예들에서, 검사 시스템(100)은 조명 전력 감쇠기(102)를 포함하지 않는다.
일 양태에서, 두꺼운 반도체 구조물의 3차원 이미지는 2 개의 측 방향 치수(예를 들어, 웨이퍼 표면에 평행한) 및 깊이 치수(예를 들어, 웨이퍼 표면에 수직)로 측정된 체적으로부터 생성된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 하나 이상의 측정 채널들로부터(예를 들어, 하나 이상의 검출기들(115, 120, 125)로부터)의 출력들을 측정된 체적에 대응하는 체적 데이터 세트로 배열한다. 도 2는 -0.5 마이크로미터의 초점 오프셋 근처의 피크 신호를 도시하는 측정된 3차원 이미지의 단면도(y = 0)의 플롯(150)을 도시한다. 도 3은 -0.5 마이크로미터의 초점 오프셋 근처의 피크 신호를 도시하는 측정된 3차원 이미지의 다른 단면도(x = 0)의 플롯(151)을 도시한다.
결함 검토 예시에서, 일련의 이미지는 검사 시스템의 초점면 내의 다수의 상이한 웨이퍼 위치에 대해 동일한(x, y) 위치에서 획득된다. 이 예시에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 각각의 상이한 초점 오프셋에서 획득된 일련의 2차원 이미지들의 적층을 어셈블링함으로써 측정된 체적의 3차원 이미지를 생성한다. 일부 예시들에서, 조명 세기 및 다른 시스템 파라미터들을 변경하지 않고 사전 정의된 초점 오프셋 세트에 대한 일련의 이미지들이 수집된다. 초점 오프셋은 표본의 가장 반사되는면과 검사 시스템의 초점면 사이의 상대 거리이다. 일반적으로, 스캐닝될 파라미터는 초점 오프셋에 제한되지 않는다. 다른 예시들에서, 센서 축 방향 위치, 스펙트럼 대역, 조명 방향 등은 3차원 결함 이미지를 형성하도록 스캐닝될 수 있다. 일부 실시예들에서, 3 이상의 차원을 갖는 결함 이미지는 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 생성된다. 일 예시에서, 초점 오프셋 및 조명 방향은 주어진 (x, y) 위치에 대해 스캐닝된다. 일 예시에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 각각의 상이한 초점 오프셋 및 각각의 상이한 조명 각도에서 획득된 일련의 2차원 이미지를 4 번째 순서 텐서로 어셈블링함으로써 측정된 체적의 4 차원 이미지를 생성한다.
검사 예시에서, 일련의 이미지는 검사 시스템의 초점면 내에서 다수의 상이한 웨이퍼 위치에 대해 다양한 (x, y) 위치에서 획득된다. 상이한 초점 오프셋 간의 이미지 오정렬을 최소화해야 한다. 일부 예시들에서, 이는 상이한 깊이 측정을 위해 정확하게 위치된 웨이퍼 스테이지로 데이터를 수집함으로써 달성된다. 그러나, 이 방법을 사용하면 처리량이 크게 줄어들 수 있다. 일부 다른 예시들에서, 상이한 초점 오프셋들에서의 동일한 측 방향 위치들에 대응하는 이미지들은 정렬 타겟들을 사용하여 데이터 수집 이후에 정렬된다.
다른 양태에서, 결함들은 두꺼운 반도체 구조물의 3차원 이미지의 분석에 기초하여 식별되고 분류된다. 일부 예시들에서, 검출된 결함들은 관심 결함들의 그룹 및 불량 또는 잡음 결함들의 그룹으로 분리된다.
일부 실시예들에서, 3D 시각화 기술을 사용하여 3차원 이미지 적층이 플롯된다. 결과 렌더링은 관심 결함들을 선택하는 조작자에 의해 판독된다. 일 실시예에서, 검사 시스템(100)은 조작자로부터의 입력(예를 들어, 키보드, 마우스, 터치스크린 등)을 수용하고 조작자에 대한 출력(예를 들어, 디스플레이 모니터)을 디스플레이하는데 유용한 주변 디바이스들을 포함할 수 있다. 조작자로부터의 입력 명령들은 결함들을 표시하기 위해 프로세서(131)에 의해 사용될 수 있다. 검사된 체적의 3차원 이미지들은 디스플레이 모니터 상의 조작자에게 그래픽적으로 표시될 수 있다. 예를 들어, 도 4는 분석을 위해 조작자에게 제시될 수 있는 검사된 체적을 통한 측정된 신호의 3차원 등고선도(152)를 도시한다.
일부 예시들에서, 초점 단면적은 초점 오프셋의 함수로서 특성 결함 응답을 시각화하기 위해 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 플롯된다. 예를 들어, 도 2 및 도 3은 각각 측정된 신호의 3차원 이미지의 x 단면 및 y 단면을 도시한다.
일반적으로, 3차원에서 측정된 임의의 파라미터는 시각화 목적으로 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 플롯될 수 있다. 예를 들어, 측정된 신호, 잡음, 및 신호대 잡음비(SNR)는 모두 초점 오프셋의 함수로서 플롯될 수 있다.
일부 실시예들에서, 관심 결함들을 식별하고 분류하기 위해 3차원 이미지가 알고리즘적으로 처리된다. 일부 예시들에서, 프로세서(131)는 3차원 이미지로부터 결함들을 검출하고 분류하도록 구성된다. 프로세서는 당업계에 공지된 임의의 적절한 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 프로세서는 당업계에 공지된 임의의 적절한 결함 검출 및 분류 알고리즘 또는 방법을 사용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 다이-투-데이터베이스 비교, 3차원 필터, 주성분 분석 또는 스펙트럼 클러스터링과 같은 클러스터링 알고리즘, 임계 알고리즘, 딥 러닝(deep learning) 알고리즘, 또는 표본 상의 결함들을 검출 및 분류하기 위한 임의의 다른 적절한 알고리즘을 사용할 수 있다.
다른 양태에서, 관심 결함의 3차원 위치는 두꺼운 반도체 구조물의 3차원 이미지의 분석에 기초하여 결정된다. 이러한 방식으로, 웨이퍼 내의 결함의 실제 위치가 측정된다(예를 들어, 결함의 {x, y, z} 좌표). 실제 결함 위치는 추후 분석(예를 들어, 집속 이온 빔 시스템, EBI 시스템 등에 의한 분석)을 위해 결함을 나중에 위치시키는데 사용될 수 있다.
일부 예시들에서, 3D 이미지 내의 피크 결함 신호와 연관된 x-위치, y-위치, 및 초점 오프셋은 웨이퍼 구조물(예를 들어, 3D NAND 웨이퍼 적층) 내의 실제 결함 위치를 평가하는데 사용된다.
많은 암 시야 측정 애플리케이션에서, 회절 차수는 억제되고, z-방향(예를 들어, 깊이)의 실제 결함 위치는 피크 신호와 관련된 초점 오프셋과 선형적으로 관련된다. 비간섭성 BF 조명의 많은 경우에 있어서, z-방향의 결함 위치는 피크 신호와 관련된 초점 오프셋과 선형적으로 관련된다. 이들 예시들에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 피크와 관련된 초점 오프셋을 결정하고, 초점 오프셋에 스케일링 인자를 곱함으로써 결함 깊이를 결정한다. 예를 들어, 도 5는 초점 오프셋 값의 범위에 대한 제로 횡 방향 위치(즉, {x, y} = {0,0})에서 측정된 신호의 플롯(153)을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 신호는 -0.44 마이크로미터의 초점 오프셋 값에서 최대 값에 도달한다. 컴퓨팅 시스템(130)은 이 최대 값을 식별하고 초점 오프셋에 스케일링 인자를 곱함으로써 실제 결함 깊이를 결정한다.
다른 예시들에서, 실제 결함 위치는 3차원 이미지와 결함의 하나 이상의 시뮬레이션된 3차원 이미지를 비교함으로써 결정된다. 일 예시에서, 컴퓨팅 시스템(130)은 측정된 결함 응답을 시뮬레이트하기 위해 엄격한 결합 파 분석(RCWA)을 수행한다. 이 분석은 측정된 응답과 시뮬레이션된 응답 간의 오차를 최소화하고 결함을 식별하고 위치를 찾기 위해 재귀적으로 수행될 수 있다.
일부 다른 예시들에서, 신뢰할 수 있는 기준 측정 시스템에 의해 측정된 결함 깊이(예를 들어, 웨이퍼 표면 아래의 거리)와 측정된 데이터를 정합시키는 측정 라이브러리가 생성된다. 일 예시에서, 신뢰할 수 있는 기준 측정 시스템은 고려되는 표본의 초점 이온 빔 에칭 후에 수행된 결함 검토이다. 라이브러리가 생성되면 후속 측정과 관련된 결함 위치가 라이브러리 정합을 기반으로 추정된다.
또 다른 양태에서, 3차원 이미지는 결함 분석 전에 필터링되어 SNR을 향상시킨다. 일부 예시들에서, 컴퓨팅 시스템은 결함으로부터 발생하는 고유한 3차원 구조물들을 검출하기 위해 3D 디지털 필터 또는 다른 적절한 수치 기술로 조립된 3차원 이미지를 분석한다. 이는 결함의 SNR을 효과적으로 증가시키며, 잡음 또는 불량 효과로부터 관심 결함들을 효과적으로 분리할 수 있게 한다.
또 다른 추가의 양태에서, 조명 개구부, 수집 개구부, 스펙트럼 대역, 푸리에 필터, 편광 광학기, 또는 이들의 임의의 조합은 하나 이상의 성능 목적을 달성하도록 조정된다. 예시적인 성능 목적은 3차원 이미지에서 공칭 구조물의 응답을 최소화하고, 3차원 이미지에서 결함 신호의 응답을 향상시키며, 3차원 이미지에서 웨이퍼 잡음 또는 불량 신호의 응답을 최소화하고, 3차원 이미지에서 웨이퍼 잡음 또는 불량 신호로부터 결함의 응답을 구별하며, 3차원 이미지로부터 결함의 추정된 물리적 위치의 정확도를 개선하고, 이들의 임의의 조합을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.
일부 예시들에서는 공칭 구조물이 주기적이어서 회절 순서가 푸리에 도메인에서 볼 수 있다. 이러한 예시들에서는 회절 순서를 억제하기 위해 개구부를 선택한다. 이는 3-D 이미지 데이터 세트 내의 응답 피크를 기반으로 결함들을 식별할 때 특히 중요한다. 모델 기반 결함 검출(예를 들어, 명 시야 측정)이 수행되는 예시들에서, 모델이 이 응답을 포착하기 때문에 공칭 구조 응답을 억제하는 것이 덜 중요한다.
일부 실시예들에서, 검사 시스템(100)은 선택 가능한 조명 개구부 소자, 선택 가능한 수집 개구부 소자(도시되지 않음), 선택 가능한 푸리에 필터 소자(106), 선택 가능한 조명 편광 소자(180), 선택 가능한 수집 편광 소자(181), 및 선택 가능한 스펙트럼 대역을 갖는 조명 소스(101)를 포함한다. 컴퓨팅 시스템(130)은 조명 광의 스펙트럼 출력을 조정하기 위한 조명 소스(101)에 대한 명령 신호(122A), 빔 전력을 조정하기 위해 감쇠기(102)에 대한 명령 신호(122B), 조명 개구부(124)의 크기 및 형상을 조정하기 위한 명령 신호(122C), 수집 빔 경로 내의 푸리에 필터 구성 요소(106)를 조정하기 위한 명령 신호(122D), 조명광의 편광을 조정하기 위해 조명 편광 광학기(180)에 대한 명령 신호(122E), 수집 신호 경로에서 수집 편광 광학기(181)에 대한 명령 신호(122F), 및 수집 개구부의 크기 및 형상을 조정하기 위한 수집 개구부에 명령 신호(도시되지 않음)를 전달한다. 컴퓨팅 시스템(130)은 전술한 성능 목적들 중 하나 이상이 달성되도록 명령 신호들(122A-122F)을 생성 및 전달한다.
일부 예시들에서, 조명 개구부, 수집 개구부, 또는 양쪽 모두는 결함 신호의 응답을 향상시키고 웨이퍼 잡음 또는 불량에 대한 응답을 최소화하도록 조정된다. 다른 예시들에서, 개구부들은 결함, 불량 또는 잡음에 대해 원하는 3차원 이미지들을 생성하도록 조정된다.
또 다른 양태에서, 3차원 측정 데이터는 다수의 상이한 개구부 세팅에서 수집되고, 결함들은 각각의 데이터 세트와 관련된 3차원 이미지들의 조합된 분석에 기초하여 식별되고 분류된다.
또 다른 추가적인 양태에서, 웨이퍼 구조물의 3차원 이미지들에 기초하여 결정된 결함 깊이 또는 다른 파라미터들에 기초하여 결함들을 분류한다.
도 6은 웨이퍼 생산 공정의 실리콘 질화물(예를 들어, SiN 또는 Si3N4) 제거 단계에서의 3D NAND 구조물(160)의 간략화된 도면을 도시한다. 도 6은 설명의 목적으로 도시된다. 제조된 3D NAND 구조물은 추가적인 피처들 및 소자들을 포함한다. 일 예시에서, 제조된 3D NAND 구조물은 많은 추가적인 층들을 포함하고 도시된 구조물들(예를 들어, 구조물(182)) 중 일부는 추가의 재료들을 포함한다. 산화물 코어 구조물들(181)을 둘러싸는 폴리실리콘 구조물들(182)은 다층 3D NAND 구조물에서 수직으로(예를 들어, 기판(186)의 표면에 수직으로) 연장된다. 실리콘 산화물 층(180)은 후속하여 에칭되는 실리콘 질화물(도시되지 않음) 층에 의해 서로 이격된다. 실리콘 질화물 층(183)은 도 6의 설명을 위해 에칭되지 않는다. 이 공정의 다음 단계는 실리콘 산화물 층 사이의 공간에 텅스텐을 성장시키는 것이다. 그러나, 도 6에 도시된 바와 같이, 불완전 에칭은 실리콘 질화물 결함들(184, 185)을 남겨 놓았다. 전자 디바이스는 결함들(184, 185)과 기능하지 않을 것이다. 따라서, 이 결함은 제조 과정에서 가능한 한 빠르게 측정하여 고장날 운명인 디바이스의 추가적인 처리와 관련된 시간과 자원의 손실을 방지하는 것이 중요하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 많은 DOI는 3D NAND 구조물의 상이한 깊이에서 발생한다. 또한, 웨이퍼의 표면 부근에서 발생하는 결함들을 구조물의 바닥 근처에서 발생하는 결함으로부터 분리하는 것은 어렵다. 도 7a, 도 8a, 도 9a 및 도 10a는 플롯들(161, 163, 165, 167)을 각각 도시한다. 플롯들(161, 163, 165, 167)은 상이한 초점 오프셋에서 수행된 4 개의 광학 검사를 도시한다. 플롯(161)은 제로 초점 오프셋에서 수행되는 2차원 광학 검사를 도시한다. 플롯(163)은 1 마이크로미터의 초점 오프셋에서 수행되는 2차원 광학 검사를 도시한다. 플롯(165)은 2 마이크로미터의 초점 오프셋에서 수행되는 2차원 광학 검사를 나타낸다. 플롯(167)은 3 마이크로미터의 초점 오프셋에서 수행된 2차원 광학 검사를 도시한다. 플롯들(161, 163, 165, 167)에 도시된 각각의 점은 잠재적 결함을 나타낸다.
도 7b, 도 8b, 도 9b 및 도 10b는 플롯들(162, 164, 166, 168)을 각각 도시한다. 플롯들(162, 164, 166, 168)은 각각 도 7a, 도 8a, 도 9a 및 도 10a에 도시된 2차원 측정의 각각에 대해 웨이퍼 표면 아래에서 상이한 깊이로 검출된 결함들의 수를 도시한다. 초점면이 웨이퍼 내로 더 깊숙이 이동함에 따라, 결함의 수는 감소한다.
또한, 초점면이 웨이퍼의 표면에 가까울 때(즉, 초점 오프셋이 0 마이크로미터와 동일함), 더 많은 결함들이 표면에 더 가깝게 검출되고, 초점면이 웨이퍼의 깊은 곳으로 이동될 때(즉, 초점 오프셋이 3 마이크로미터와 동일함), 더 깊은 위치(예를 들어, 5 마이크로미터 깊이까지)에서 더 많은 결함들이 검출된다.
또한, 도 9b는 3 마이크로미터의 초점 오프셋에서 검사를 하더라도 구조물 내부로 더 깊게 검출된 결함들(5 마이크로미터 까지의 결함 깊이)에 추가하여, 웨이퍼의 표면에서의 결함 모집단(0 마이크로미터의 결함 깊이)이 검출된다는 것을 보여준다.
도 11은 0 마이크로미터의 초점 오프셋 근처의 피크 신호를 도시하는 측정된 3차원 이미지의 단면도(y = 0)의 플롯(170)을 도시한다. 그러나, 표면에서 검출된 결함(0 마이크로미터의 초점 오프셋)의 광학 신호는 또한 웨이퍼 내로 더 깊이 보일 수 있다(3 마이크로미터의 가까운 초점 오프셋). 반대로, 도 12는 3 마이크로미터의 초점 오프셋 근처의 피크 신호를 도시하는 측정된 3차원 이미지의 단면도(y = 0)의 플롯(175)을 도시한다. 그러나, 3 마이크로미터 깊이의 구조물로 검출된 결함의 광학 신호는 구조물의 표면 근처에서도 볼 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 체적 전체에 걸쳐 분포된 많은 결함들의 존재는 표면 근처에서 광학적으로 검사하는 동안 바닥 근처에서 검출된 결함들을 선택하는 것을 방해하고, 그 반대도 마찬가지이다. 그러나, 일부 예시들에서, 결함들은 깊이에 기초하여 검사된 체적의 3차원 이미지 안팎으로 결함들을 필터링함으로써 분류된다. 이러한 방식으로, 3차원 이미징은 두꺼운 다층 구조물들의 결함 분류를 개선할 수 있게 한다.
일반적으로, 컴퓨팅 시스템(130)은 결함을 검출 및 분류하고 각각의 검출기로부터 얻어진 전기 신호들을 사용하여 결함 깊이를 추정하도록 구성된다. 컴퓨팅 시스템(130)은 당업계에 공지된 임의의 적절한 프로세서(들)을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 시스템(130)은 당업계에 공지된 임의의 적절한 결함 검출 알고리즘 또는 방법을 사용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(130)은 다이 대 데이터베이스 비교 또는 임계 알고리즘을 사용하여 표본 상의 결함들을 검출할 수 있다.
또한, 검사 시스템(100)은 조작자의 입력(예를 들어, 키보드, 마우스, 터치스크린 등)을 수용하고 조작자에 대한 출력(예를 들어, 디스플레이 모니터)을 디스플레이하는데 유용한 주변 디바이스들을 포함할 수 있다. 조작자로부터의 입력 명령은 조명 전력을 제어하는데 사용되는 임계 값들을 조정하기 위해 컴퓨팅 시스템(130)에 의해 사용될 수 있다. 결과적인 전력 레벨들은 디스플레이 모니터 상의 조작자에게 그래픽적으로 표시될 수 있다.
검사 시스템(100)은 프로세서(131) 및 일정량의 컴퓨터 판독 가능한 메모리(132)를 포함한다. 프로세서(131) 및 메모리(132)는 버스(133)를 통해 통신 할 수 있다. 메모리(132)는 프로세서(131)에 의해 실행될 때 프로세서(131)가 본 명세서에 기술된 결함 검출, 분류, 및 깊이 추정 기능을 실행하게 하는 프로그램 코드의 양을 저장하는 일정량의 메모리(134)를 포함한다.
도 13은 두꺼운 구조물들의 3D 이미지들에 기초하여 결함들을 검출하는데 유용한 예시적인 방법(200)의 흐름도를 도시한다. 일부 비제한적인 예시들에서, 도 1을 참조하여 기술된 검사 시스템(100)은 방법(200)을 구현하기 위해 구성된다. 그러나, 일반적으로, 방법(200)의 구현은 본 명세서에 설명된 특정 실시예들에 의해 제한되지는 않는다.
블록 201에서, 조명광의 양은 기판 상에 배치된 수직으로 적층된 구조물에 제공된다.
블록 202에서, 조명 광의 양에 응답하여 수직으로 적층된 구조물로부터 광이 수집된다. 조명광의 양을 제공하고 이 조명광의 양에 응답하여 광을 수집하는 광학 서브시스템은 수직으로 적층된 구조물의 복수의 상이한 깊이에 위치된 복수의 초점면의 각각에서 집광된 광학 이미지를 생성한다.
블록 203에서, 복수의 상이한 깊이의 각각에서 수집된 광의 양은 검출기에 의해 검출된다.
블록 204에서, 복수의 상이한 깊이에서 복수의 초점면에 의해 걸쳐 이어진 수직으로 적층된 구조물의 검사된 체적의 3차원 이미지는 복수의 상이한 깊이의 각각에서의 수집된 광의 검출된 양에 기초하여 생성된다.
일반적으로, 본 명세서에 기술된 3차원 이미징 기술들은 연구 개발, 생산 램프, 및 반도체 디바이스들의 제조의 대량 생산 단계 중에 적용될 수 있으며, 임의의 광학, 이미지 기반 측정 기술에 적용될 수 있다. 또한 이러한 기술들은 광학 및 X-선 검사 방식에 적용될 수 있다.
특정 제조 공정의 유형에 관계없이, 결함들은 다중 층 적층의 모든 레벨들에서 그리고 특정 공정에서 가능한 한 빨리 검출될 필요가 있다. 소정의 검사 실시예들은 바람직하게는 적층 표면을 포함하는 적층 전체에 걸친 결함들의 검출 및 적층의 다양한 깊이의 전반에 걸친 결함들의 검출을 포함한다. 예를 들어, 특정 실시예들에서는 약 3 마이크로미터까지의 깊이에서 결함들이 발견될 수 있다. 다른 실시예에서, 결함들은 약 8 마이크로미터만큼 큰 적층 깊이에서 검출될 수 있다. 검사중인 수직 ONON 또는 OPOP 적층의 두께는 조명 광의 침투 깊이에 의해서만 제한된다. 산화물-질화물-산화물-질화물(ONON) 또는 산화물-폴리실리콘-산화물-폴리실리콘(OPOP) 적층을 통한 투과는 더 긴 파장에서의 흡수에 의해 제한된다. 따라서, 보다 긴 조명 파장이 매우 깊은 구조물들을 효과적으로 검사하는데 사용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 3차원 이미징 기술들은 3D 네거티브-AND(NAND) 게이트 메모리 디바이스들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 복잡한 수직으로 적층된 구조물들에 적용될 수 있다. 본 명세서에서 검사 시스템들 및 기술들이 특정 유형의 수직 NAND(VNAND) 메모리 구조물들에 적용되는 것으로 설명되었지만, 본 발명의 실시예들은 테라비트 셀 어레이 트랜지스터들(TCAT), 수직 적층된 어레이 트랜지스터들(VSAT), 비트 비용 스케일러블 기술(BiCST), 파이프 모양의 BiCS 기술(P-BiCS) 등을 사용하여 형성된 NAND 또는 NOR 메모리 디바이스들과 같은 임의의 적합한 3D 또는 수직 반도체 구조물들에 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 수직 방향은 일반적으로 기판 표면에 수직인 방향이다. 또한, 특정 제조 단계들, 공정들, 및 재료들이 이러한 3D 구조물들을 형성하기 위해 기술되었지만, 검사 실시예들은 다수의 층들이 기판 상에 형성되도록 하는 제조 흐름의 임의의 지점에 적용될 수 있으며, 이러한 층들은 임의의 수 및 유형의 재료들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들은 본 명세서에서 표본을 검사하는데 사용될 수 있는 검사 시스템 또는 툴에 대해 설명된다. 본 명세서에서 "표본(specimen)"이라는 용어는 웨이퍼, 레티클, 또는 결함들, 피처들, 또는 당업계에 공지된 다른 정보(예를 들어, 헤이즈 또는 필름 특성들의 양)에 대해 검사될 수 있는 임의의 다른 샘플을 지칭하는데 사용된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "웨이퍼(wafer)"라는 용어는 일반적으로 반도체 또는 비반도체 재료로 형성된 기판들을 지칭한다. 예시들로는 단결정 실리콘, 갈륨 비소, 및 인화 인듐을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 이러한 기판들은 일반적으로 반도체 제조 설비에서 발견 및/또는 처리될 수 있다. 일부의 경우에, 웨이퍼는 기판(즉, 베어 웨이퍼)만을 포함할 수 있다. 대안적으로, 웨이퍼는 기판 상에 형성된 상이한 재료들의 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 웨이퍼 상에 형성된 하나 이상의 층들은 "패터닝되거나" 또는 "패터닝되지 않을" 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 반복 가능한 패턴 피처들을 갖는 복수의 다이들을 포함할 수 있다.
"레티클(reticle)"은 레티클 제조 공정의 임의의 단계에서의 레티클이거나, 반도체 제조 설비에서 사용하기 위해 방출될 수도 방출되지 않을 수도 있는 완성된 레티클일 수 있다. 레티클 또는 "마스크"는 일반적으로 그 위에 형성된 실질적으로 불투명한 영역들을 가지며 패턴으로 구성된 실질적으로 투명한 기판으로 정의된다. 기판은 예를 들어 석영과 같은 유리 재료를 포함할 수 있다. 레티클은 레티클 상의 패턴이 레지스트에 전달될 수 있도록 리소그래피 공정의 노광 단계 동안 레지스트 피복된 웨이퍼 위에 배치될 수 있다.
하나 이상의 예시적인 실시예들에서, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 설명된 기능들이 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 이 기능들은 컴퓨터 판독 가능한 매체 상에 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장되거나 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 한 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체의 양쪽 모두를 포함한다. 저장 매체는 범용 또는 특수 목적 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 예를 들어, 제한하지 않고, 그러한 컴퓨터 판독 가능한 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 명령들 또는 데이터 구조물들의 형태로 원하는 프로그램 코드 수단을 운반하거나 저장하는데 사용될 수 있고 범용 또는 특수 목적 컴퓨터, 또는 범용 또는 특수 목적 프로세서에 의해 접근할 수 있는 임의의 다른 매체로 구성될 수 있다. 또한, 임의의 접속은 적절하게 컴퓨터 판독 가능한 매체로 지칭된다. 예를 들어, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스트 쌍, 디지털 가입자 회선(DSL), 또는 적외선, 무선, 및 마이크로웨이브와 같은 무선 기술들을 사용하여 웹사이트, 서버, 또는 기타 원격 소스로부터 소프트웨어를 전송하는 경우, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스트 쌍, DSL, 또는 적외선, 무선, 및 마이크로웨이브와 같은 무선 기술들은 매체의 정의에 포함된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 디스크(disk) 및 디스크(disc)는 디스크(disk)가 일반적으로 데이터를 자기적으로 재생하는 반면, 디스크(disc)는 레이저를 사용해서 데이터를 광학적으로 재생하는 컴팩트 디스크(CD), 레이저 디스크, 광학 디스크, DVD(digital versatile disc), 플로피 디스크 및 블루레이 디스크(blu-ray disc)를 포함한다. 전술한 조합들은 또한 컴퓨터 판독 가능한 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.
어떤 특정 실시예들이 교시 목적을 위해 위에서 설명되었지만, 이 특허 문헌의 교시들은 일반적인 적용 가능성을 가지며, 전술한 특정 실시예들로 제한되지 않는다. 일 예시에서, 검출기는 섬유 어레이를 포함할 수 있다. 일 예시에서, 검사 시스템(100)은 하나 이상의 광원(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 광원은 상이하거나 동일하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원은 동일하거나 상이한 시간에 동일하거나 상이한 입사각으로 동일하거나 상이한 조명 영역들에서 웨이퍼로 향할 수 있는 상이한 특성들을 갖는 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 광원은 본 명세서에 설명된 임의의 실시예들에 따라 구성될 수 있다. 또한, 광원들 중 하나는 본 명세서에 기술된 실시예들 중 임의의 것에 따라 구성될 수 있고, 또 다른 광원은 당업계에 공지된 임의의 다른 광원일 수 있다. 일부 실시예들에서, 검사 시스템은 하나 이상의 조명 영역에 걸쳐 웨이퍼를 동시에 조명할 수 있다. 다수의 조명 영역들은 공간적으로 중첩될 수 있다. 다수의 조명 영역들은 공간적으로 구별될 수 있다. 일부 실시예들에서, 검사 시스템은 상이한 시간에 하나 이상의 조명 영역에 걸쳐 웨이퍼를 조명할 수 있다. 상이한 조명 영역들은 일시적으로 중첩될 수 있다(즉, 일정 기간 동안 동시에 조명된다). 상이한 조명 영역들은 일시적으로 구별될 수 있다. 일반적으로, 조명 영역들의 수는 임의적일 수 있고, 각각의 조명 영역은 동일하거나 상이한 크기, 배향, 및 입사각일 수 있다. 또 다른 예시에서, 검사 시스템(100)은 웨이퍼(103)의 임의의 동작으로부터 독립적으로 스캔하는 하나 이상의 조명 영역들을 갖는 스캐닝 스폿 시스템일 수 있다. 일부 실시예들에서, 조명 영역은 주사선을 따라 반복된 패턴으로 주사하도록 만들어진다. 주사선은 웨이퍼(103)의 주사 동작과 정렬되거나 정렬되지 않을 수 있다. 본 명세서에 제시된 바와 같이, 웨이퍼 위치 설정 시스템(114)은 조정된 회전 및 변환 이동에 의해 웨이퍼(103)의 동작을 생성하지만, 또 다른 예시에서 웨이퍼 위치 설정 시스템(114)은 2 개의 변환 이동을 조정함으로써 웨이퍼(103)의 동작을 생성할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 위치 설정 시스템(114)은 2 개의 직교한 선형 축들(예를 들어, X-Y 동작)을 따라 동작을 생성할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 주사 피치는 동작 축을 따라 인접한 변환 주사 사이의 거리로서 정의될 수 있다.
따라서, 청구 범위에서 설명된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시예들의 다양한 피처들의 다양한 변형, 개조, 및 조합이 실시될 수 있다.

Claims (33)

  1. 시스템에 있어서,
    광학 서브시스템(optical subsystem)으로서:
    기판 상에 배치된 수직으로 적층된 구조물에 일정 양의 조명광을 제공하는 조명 서브시스템 - 상기 조명 서브시스템은 조명 소스, 조명 개구부 서브시스템 및 조명 편광 서브시스템을 포함함 - 과,
    상기 조명 서브시스템에 의해 제공된 조명광의 양에 응답하여 상기 수직으로 적층된 구조물로부터 광을 수집하는 수집 서브시스템 - 상기 수집 서브시스템은 수집 개구부 서브시스템을 포함함 - 을 포함하고,
    상기 광학 서브시스템은 상기 수직으로 적층된 구조물의 복수의 상이한 깊이들에 위치된 복수의 초점면들 각각에서 집광된 광학 이미지를 생성하는, 상기 광학 서브시스템;
    상기 복수의 상이한 깊이들 각각에서 수집된 광을 검출하고 상기 복수의 상이한 깊이들 각각에서 수집된 광의 양을 나타내는 복수의 출력 신호들을 생성하도록 구성된 검출기; 및
    컴퓨팅 시스템으로서:
    상기 복수의 출력 신호들을 수신하고;
    성능 목표를 달성하기 위해, 상기 조명 소스로 하여금 상기 조명광의 스펙트럼 범위를 변경하게 하기, 상기 조명 개구부 서브시스템으로 하여금 상기 기판에 제공된 조명광의 형상을 변경하게 하기, 상기 조명 편광 서브시스템으로 하여금 상기 기판에 제공된 조명광의 편광을 변경하게 하기, 그리고 상기 수집 개구부 서브시스템으로 하여금 상기 검출기에서 수집된 광의 형상을 변경하게 하기, 중 임의의 것을 야기하는 제어 명령들을 상기 조명 소스, 상기 조명 개구부 서브시스템, 상기 수집 개구부 서브시스템, 및 상기 조명 편광 서브시스템 중 임의의 것으로 전달하고;
    상기 복수의 출력 신호들에 기초하여 상기 수직으로 적층된 구조물의 복수의 상이한 깊이들에 의해 걸쳐 이어진 검사된 체적의 3차원 이미지를 생성하고 - 상기 성능 목표는 상기 3차원 이미지에서 상기 수직으로 적층된 구조물의 응답의 최소화, 상기 3차원 이미지에서 결함 신호의 향상, 상기 3차원 이미지에서 하나 이상의 불량 신호(nuisance signal) 또는 웨이퍼 잡음의 최소화, 상기 3차원 이미지에서 하나 이상의 불량 신호 또는 웨이퍼 잡음으로부터 상기 결함 신호의 구별, 상기 3차원 이미지로부터 추정된 결함의 추정된 물리적 위치의 정확도의 향상, 또는 이들의 임의의 조합임 -;
    상기 3차원 이미지에 기초하여 상기 검사된 체적 내에서 결함의 존재를 결정하고;
    상기 3차원 이미지에 기초하여 상기 결함을 관심 결함으로서 분류하도록 구성된 컴퓨팅 시스템
    을 포함하고,
    상기 결함의 존재를 결정하는 것과 상기 결함을 분류하는 것은, 상기 3차원 이미지의 2차원 단면을 생성하는 것과, 상기 2차원 단면에서 볼 수 있는 측정된 신호가 사전 결정된 임계값을 초과하는지 여부를 결정하는 것을 포함하는 것인, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컴퓨팅 시스템은 또한,
    상기 수직으로 적층된 구조물의 검사된 체적 내에서 3 개의 치수들로 상기 결함의 위치를 결정하도록 구성되는 것인, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 결함의 위치를 결정하는 것은 상기 3차원 이미지의 2차원 단면을 생성하는 것을 포함하고, 상기 결함의 위치는 상기 2차원 단면에서 볼 수 있는 측정된 신호의 값과 관련된 깊이에 기초하는 것인, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 검사된 체적의 3차원 이미지를 생성하는 것은, 복수의 이미지들 각각에서 볼 수 있는 하나 이상의 정렬 마크에 기초하여 상이한 깊이들과 각각 관련된 2 개의 측면 치수들로 상기 복수의 이미지들을 정렬하는 것을 포함하는 것인, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 컴퓨팅 시스템은 또한,
    상기 검사된 체적의 3차원 이미지를 필터링하도록 구성되고,
    상기 검사된 체적 내에서 결함의 존재를 결정하는 것과 상기 결함을 분류하는 것은, 상기 필터링된 3차원 이미지에 기초하는 것인, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 결함의 존재를 결정하는 것과 상기 결함을 분류하는 것은, 상기 3차원 이미지의 모델 기반 분석 또는 상기 3차원 이미지의 라이브러리 기반 분석을 포함하는 것인, 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 결함의 위치를 결정하는 것은 상기 3차원 이미지의 모델 기반 분석 또는 상기 3차원 이미지의 라이브러리 기반 분석을 포함하는 것인, 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 결함을 분류하는 것은 3차원 필터, 클러스터링 알고리즘, 및 딥 러닝(deep learnining) 알고리즘 중 임의의 것을 포함하는 것인, 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 수집 서브시스템은 푸리에 필터 서브시스템 및 수집 편광 서브시스템을 더 포함하며, 상기 컴퓨팅 시스템은 또한, 상기 성능 목표를 달성하기 위해, 상기 푸리에 필터 서브시스템으로 하여금 수집된 광의 공간 주파수 컨텐츠를 변경하게 하기, 그리고 상기 수집 편광 서브시스템으로 하여금 상기 검출기에서 수집된 광의 편광을 선택하게 하기, 중 임의의 것을 야기하는 제어 명령들을 상기 푸리에 필터 서브시스템, 및 상기 수집 편광 서브시스템 중 임의의 것으로 전달하도록 구성되는 것인, 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 조명 서브시스템은 또한, 복수의 입사각들, 복수의 조명 파장들, 또는 양쪽 모두에서 상기 조명광의 양을 제공하도록 구성되고, 상기 수집 서브시스템은 상기 복수의 입사각들, 상기 복수의 조명 파장들, 또는 양쪽 모두에서 상기 수직으로 적층된 구조물로부터 광을 수집하도록 구성되며, 상기 검출기는 또한, 상기 복수의 입사각들 각각, 상기 복수의 조명 파장들 각각, 또는 양쪽 모두에서 수집된 광을 검출하고, 상기 복수의 입사각들 각각, 상기 복수의 조명 파장들 각각, 또는 양쪽 모두에서 수집된 광의 양을 나타내는 복수의 출력 신호들을 생성하도록 구성되고, 상기 컴퓨팅 시스템은 또한, 상기 복수의 출력 신호들에 기초하여 3 개보다 더 많은 치수들을 갖는 검사된 체적의 이미지를 생성하도록 구성되는 것인, 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 수직으로 적층된 구조물은 3차원 NAND 메모리 디바이스인 것인, 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 조명 서브시스템의 조명 소스는 광대역 레이저 유지 플라즈마 광원인 것인, 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 조명광은 260 나노미터와 950 나노미터 사이의 파장들을 포함하는 것인, 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 기판의 실질적으로 편평한 표면에 수직인 방향의 복수의 상이한 위치들에서 상기 실질적으로 편평한 표면에 평행한 2 개 치수들의 스캐닝 동작으로 상기 기판을 주사하도록 구성된 웨이퍼 위치 설정 시스템을 더 포함하고,
    상기 웨이퍼 위치 설정 시스템은 또한, 상기 실질적으로 편평한 표면에 평행한 2 개 치수들로 상기 기판의 위치를 고정하고 상기 실질적으로 편평한 표면에 수직인 방향으로 상기 기판을 이동시키도록 구성되는 것인, 시스템.
  15. 방법에 있어서,
    기판 상에 배치된 수직으로 적층된 구조물에 조명 소스에 의해 생성된 일정 양의 조명광을 제공하는 단계;
    상기 조명광의 양에 응답하여 상기 수직으로 적층된 구조물로부터 광을 수집하는 단계 - 상기 일정 양의 조명광을 제공하는 단계 및 상기 조명광의 양에 응답하여 광을 수집하는 단계는 상기 수직으로 적층된 구조물의 복수의 상이한 깊이들에 위치된 복수의 초점면들 각각에서 집광된 광학 이미지를 생성함 -;
    성능 목표를 달성하기 위해, 조명 소스로 하여금 상기 조명광의 스펙트럼 범위를 변경하게 하기, 조명 개구부 서브시스템으로 하여금 상기 기판에 제공된 조명광의 형상을 변경하게 하기, 조명 편광 서브시스템으로 하여금 상기 기판에 제공된 조명광의 편광을 변경하게 하기, 그리고 수집 개구부 서브시스템으로 하여금 검출기에서 수집된 광의 형상을 변경하게 하기, 중 임의의 것을 야기하는 제어 명령들을 상기 조명 소스, 상기 조명 개구부 서브시스템, 상기 수집 개구부 서브시스템, 및 상기 조명 편광 서브시스템 중 임의의 것으로 전달하는 단계;
    상기 복수의 상이한 깊이들 각각에서 수집된 광의 양을 검출기 상에서 검출하는 단계;
    상기 복수의 상이한 깊이들 각각에서 수집된 광의 검출된 양에 기초하여 상기 수직으로 적층된 구조물의 상기 복수의 상이한 깊이들에서 상기 복수의 초점면들에 의해 걸쳐 이어진 검사된 체적의 3차원 이미지를 생성하는 단계 - 상기 성능 목표는 상기 3차원 이미지에서 상기 수직으로 적층된 구조물의 응답의 최소화, 상기 3차원 이미지에서 결함 신호의 향상, 상기 3차원 이미지에서 하나 이상의 불량 신호 또는 웨이퍼 잡음의 최소화, 상기 3차원 이미지에서 하나 이상의 불량 신호 또는 웨이퍼 잡음으로부터 상기 결함 신호의 구별, 상기 3차원 이미지로부터 추정된 결함의 추정된 물리적 위치의 정확도의 향상, 또는 이들의 임의의 조합임 -;
    상기 3차원 이미지에 기초하여 상기 검사된 체적 내에서 결함의 존재를 결정하는 단계; 및
    상기 3차원 이미지에 기초하여 상기 결함을 관심 결함으로서 분류하는 단계를 포함하고,
    상기 결함의 존재를 결정하는 단계 및 상기 결함을 분류하는 단계는, 상기 3차원 이미지의 2차원 단면을 생성하는 단계와, 상기 2차원 단면에서 볼 수 있는 측정된 신호가 사전 결정된 임계값을 초과하는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 수직으로 적층된 구조물의 검사된 체적 내에서 3 개 치수들로 상기 결함의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 결함의 위치를 결정하는 단계는 상기 3차원 이미지의 2차원 단면을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 결함의 위치는 상기 2차원 단면에서 볼 수 있는 측정된 신호의 값과 관련된 깊이에 기초하는 것인, 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 검사된 체적의 3차원 이미지를 생성하는 단계는 복수의 이미지들 각각에서 볼 수 있는 하나 이상의 정렬 마크에 기초하여 상이한 깊이들과 각각 관련된 2 개의 측면 치수들로 상기 복수의 이미지들을 정렬하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 검사된 체적의 3차원 이미지를 필터링하는 단계를 더 포함하고, 상기 검사된 체적 내에서 결함의 존재를 결정하는 단계 및 상기 결함을 분류하는 단계는 상기 필터링된 3차원 이미지에 기초하는 것인, 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 결함의 존재를 결정하는 단계 및 상기 결함을 분류하는 단계는 상기 3차원 이미지의 모델 기반 분석 또는 상기 3차원 이미지의 라이브러리 기반 분석을 포함하는 것인, 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 수직으로 적층된 구조물의 검사된 체적 내에서 3 개의 치수들로 상기 결함의 위치를 결정하는 단계는 상기 3차원 이미지의 모델 기반 분석 또는 상기 3차원 이미지의 라이브러리 기반 분석을 포함하는 것인, 방법.
  22. 제15항에 있어서, 상기 결함을 분류하는 단계는 3차원 필터, 클러스터링 알고리즘, 및 딥 러닝 알고리즘 중 임의의 것을 포함하는 것인, 방법.
  23. 제15항에 있어서, 상기 성능 목표를 달성하기 위해, 푸리에 필터 서브시스템으로 하여금 수집된 광의 공간 주파수 컨텐츠를 변경하게 하기, 그리고 수집 편광 서브시스템으로 하여금 상기 검출기에서 수집된 광의 편광을 선택하게 하기, 중 임의의 것을 야기하는 제어 명령들을 상기 푸리에 필터 서브시스템, 및 상기 수집 편광 서브시스템 중 임의의 것으로 전달하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  24. 제15항에 있어서, 상기 조명 개구부 서브시스템은 또한, 복수의 입사각들, 복수의 조명 파장들, 또는 양쪽 모두에서 상기 조명광의 양을 제공하도록 구성되고, 상기 수집 개구부 서브시스템은 또한, 상기 복수의 입사각들, 상기 복수의 조명 파장들, 또는 양쪽 모두에서 상기 수직으로 적층된 구조물로부터 광을 수집하도록 구성되며,
    상기 검출기는 또한, 상기 복수의 입사각들 각각, 상기 복수의 조명 파장들 각각, 또는 양쪽 모두에서 수집된 광을 검출하고, 상기 복수의 입사각들 각각, 상기 복수의 조명 파장들 각각, 또는 양쪽 모두에서 수집된 광의 양을 나타내는 복수의 출력 신호들을 생성하도록 구성되고,
    상기 방법은, 상기 복수의 출력 신호들에 기초하여 3 개보다 더 많은 치수들을 갖는 검사된 체적의 이미지를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  25. 제15항에 있어서, 상기 수직으로 적층된 구조물은 3차원 NAND 메모리 디바이스인 것인, 방법.
  26. 장치에 있어서,
    광학 서브시스템으로서:
    기판 상에 배치된 수직으로 적층된 구조물에 일정 양의 조명광을 제공하는 조명 서브시스템 - 상기 조명 서브시스템은 조명 소스, 조명 개구부 서브시스템 및 조명 편광 서브시스템을 포함함 - 과,
    상기 조명 서브시스템에 의해 제공된 조명광의 양에 응답하여 상기 수직으로 적층된 구조물로부터 광을 수집하는 수집 서브시스템 - 상기 수집 서브시스템은 수집 개구부 서브시스템을 포함함 -
    을 포함하고, 상기 광학 서브시스템은 상기 수직으로 적층된 구조물의 복수의 상이한 깊이들에 위치된 복수의 초점면들 각각에서 집광된 광학 이미지를 생성하는, 상기 광학 서브시스템;
    상기 복수의 상이한 깊이들 각각에서 수집된 광을 검출하고 상기 복수의 상이한 깊이들 각각에서 수집된 광의 양을 나타내는 복수의 출력 신호들을 생성하도록 구성된 검출기; 및
    하나 이상의 프로세서와 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체를 포함하는 컴퓨팅 시스템
    을 포함하고,
    상기 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체는, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 장치로 하여금,
    상기 복수의 출력 신호들을 수신하고,
    성능 목표를 달성하기 위해, 상기 조명 소스로 하여금 상기 조명광의 스펙트럼 범위를 변경하게 하기, 상기 조명 개구부 서브시스템으로 하여금 상기 기판에 제공된 조명광의 형상을 변경하게 하기, 상기 조명 편광 서브시스템으로 하여금 상기 기판에 제공된 조명광의 편광을 변경하게 하기, 그리고 상기 수집 개구부 서브시스템으로 하여금 상기 검출기에서 수집된 광의 형상을 변경하게 하기, 중 임의의 것을 야기하는 제어 명령들을 상기 조명 소스, 상기 조명 개구부 서브시스템, 상기 수집 개구부 서브시스템, 및 상기 조명 편광 서브시스템 중 임의의 것으로 전달하고;
    상기 복수의 출력 신호들에 기초하여 상기 수직으로 적층된 구조물의 복수의 상이한 깊이들에서 복수의 초점면들에 의해 걸쳐 이어진 검사된 체적의 3차원 이미지를 생성하고 - 상기 성능 목표는 상기 3차원 이미지에서 상기 수직으로 적층된 구조물의 응답의 최소화, 상기 3차원 이미지에서 결함 신호의 향상, 상기 3차원 이미지에서 하나 이상의 불량 신호 또는 웨이퍼 잡음의 최소화, 상기 3차원 이미지에서 하나 이상의 불량 신호 또는 웨이퍼 잡음으로부터 상기 결함 신호의 구별, 상기 3차원 이미지로부터 추정된 결함의 추정된 물리적 위치의 정확도의 향상, 또는 이들의 임의의 조합임 -;
    상기 3차원 이미지에 기초하여 상기 검사된 체적 내에서 결함의 존재를 결정하고;
    상기 3차원 이미지에 기초하여 상기 결함을 관심 결함으로서 분류하게 하는 명령어들을 저장하고,
    상기 결함의 존재를 결정하는 것과 상기 결함을 분류하는 것은, 상기 3차원 이미지의 2차원 단면을 생성하는 것과, 상기 2차원 단면에서 볼 수 있는 측정된 신호가 사전 결정된 임계값을 초과하는지 여부를 결정하는 것을 포함하는 것인, 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체는 또한, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 장치로 하여금,
    상기 수직으로 적층된 구조물의 검사된 체적 내에서 3 개 치수로 상기 결함의 위치를 결정하게 하는
    명령어들을 저장하는 것인, 장치.



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