KR102559746B1 - 캔틸레버 및 프로브 팁을 포함하는 프로브를 사용하여 샘플의 표면 위 또는 아래의 구조를 검출하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents
캔틸레버 및 프로브 팁을 포함하는 프로브를 사용하여 샘플의 표면 위 또는 아래의 구조를 검출하기 위한 방법 및 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102559746B1 KR102559746B1 KR1020197023113A KR20197023113A KR102559746B1 KR 102559746 B1 KR102559746 B1 KR 102559746B1 KR 1020197023113 A KR1020197023113 A KR 1020197023113A KR 20197023113 A KR20197023113 A KR 20197023113A KR 102559746 B1 KR102559746 B1 KR 102559746B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- probe
- frequency
- sample
- signal
- cantilever
- Prior art date
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
- 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
- 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
- G01N29/02—Analysing fluids
- G01N29/022—Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
-
- 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
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2418—Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics
-
- 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
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
- G01N29/265—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by moving the sensor relative to a stationary material
-
- 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
- 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
- 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 Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
본 명세서는 캔틸레버 및 프로브 팁을 포함하는 프로브를 사용하여 샘플의 표면 위 또는 아래의 구조들을 검출하는 방법에 관한 것으로, 상기 캔틸레버는 기본 공진 주파수를 포함하는 하나 이상의 정상 공진 모드에 의해 특징되고, 상기 방법은 변환기를 사용하여 상기 샘플에 진동 입력 신호를 인가하는 단계; 상기 프로브 팁이 상기 표면과 접촉하는 동안, 상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호를 감지하는 단계를 포함하고, 상기 진동 입력 신호는 10 내지 10 메가헤르츠의 범위 내의 주파수를 갖는 적어도 제1 신호 성분을 포함하고, 상기 진동 입력 신호는 5 메가헤르츠 아래의 변조 주파수를 갖는 적어도 제2 신호 성분을 사용하여 진폭 변조된다. 본 문서는 추가로 스캐닝 프로브 현미경 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 캔틸레버(cantilever) 및 프로브 팁(probe tip)을 포함하는 프로브(probe)를 사용하여 샘플의 표면 위 또는 아래의 구조들을 검출하는 방법에 관한 것으로서, 상기 캔틸레버는 캔틸레버 공진 주파수(cantilever resonance frequency)에 의해 특징되고, 상기 방법은 변환기(transducer)를 사용하여 상기 샘플에 대한 진동 입력 신호(vibrational input signal)를 인가하는 단계; 및 상기 프로브 팁이 상기 표면과 접촉하는 동안, 상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호(output signal)를 감지하는 단계를 포함한다. 본 발명은 추가로 스캐닝 프로브 현미경 시스템(scanning probe microscopy system)에 관한 것이다.
이러한 장치의 고성능 구현에 대한 요구를 충족시키기 위해 반도체 산업에서 더 작은 장치들을 생산하는 지속적인 목표는 다양한 관련 기술 분야에서 새로운 도전 과제를 지속적으로 제공한다. 예를 들어, 이러한 장치의 생산은 생산 동안 검사가 필요하며, 차례로 이러한 장치를 볼 수 있는 이미징 기술이 필요하다.
원래 전자 산업에서 이미 큰 진보를 이룰 수 있는 상대적으로 기본적인 유형의 반도체 구조들이 제조된 경우, 구조는 작아질 뿐만 아니라 더 정교해진다. 이전의 반도체 소자들(semiconductor elements)은 에칭(etching) 또는 이와 유사한 기술들에 의해 제조된 일부 3차원 피처들을 포함하는 적층된 반도체 층들(stacked semiconductor layers)의 다양한 구조들을 포함한다. 이러한 장치들은 여전히 널리 사용되고 많은 종류의 응용(applications)에 사용된다. 보다 최근에, 반도체 장치들은 수십 나노미터(nanometers)의 전형적인 치수(dimensions)를 갖는, 더 복잡한 3차원(3D) 구조를 포함한다. 이 개발은 아직 끝나지 않을 것으로 예상되고, 따라서 더 작은 치수에서 오버랩핑(overlapping)되고 인터랙팅(interacting)하는 반도체 피처들(semiconductor features)을 가진 더욱 복잡한 3D 구조의 생성을 예측할 수 있다.
지난 몇 년 동안 개발된 반도체 장치의 특정 클래스(class)는 멀티게이트 장치들(multigate devices) 또는 다중 게이트 전계 효과 트랜지스터들(MuGFET: multiple gate field effect transistors)이다. 상기 장치들은 예를 들어 게이트가 다중 면들(multiple sides)(또는 GAA 장치의 모든 면들)에서 트랜지스터 채널(transistor channel)을 에워싸는(surrounds), 게이트-올-어라운드 전계 효과 트랜지스터(GAA 또는 GAA-FET: gate-all-around field effect transistors) 또는 핀 전계 효과 트랜지스터(finFET: fin field effect transistors)를 포함한다. 일 예시로서 finFET을 사용하여, 이 장치는 핀의 높이를 증가시킴으로써 성능을 증가시키는 노브(knob)를 제공한다(즉, 소스(source)와 드레인(drain) 사이의 전하 캐리어(charge carrier), 게이트를 바이어싱(biasing)함으로써 도전 채널(conductive channel)이 형성됨). 이 트릭(trick)은 두께가 10nm와 7nm인 핀에 사용되었지만, 결국 이 기술은 정전기 무결성(electrostatic integrity)의 한계에 도달할 수 있다. 5nm 노드 기술(즉, 5 나노미터의 핀 두께)은 이 문제를 극복하기 위해 예를 들어 수평 또는 수직으로 평행한 나노와이어(게이트-올-어라운드, GAA)의 측면 나노와이어 구성(lateral nanowire configuration)을 채택해야 할 것이다.
5nm 노드 장치를 위한 접촉, 게이트 및 나노와이어 핀(수직으로 적층됨)은 여러 층들에 적층된 피처들의 구조들로 구성된다. 이러한 구조들은 예를 들어 세라믹 절연 층(ceramic insulating layer) 또는 추가의 반도체 층과 같은 경질의 경직성 재료 층(hard inflexible material layer)과 같은 표면 층(surface layer) 아래에 내장(embedded)되거나 매립(buried)될 수 있다. 이러한 장치들의 대규모 생산(large scale production)을 가능하게 하는 생산 방법은 실행할 수 있는 검사 방법을 필요로 한다. 나노와이어의 표면 토포그래피(surface topographies)를 측정하고 검사하기 위해 표준 원자력 현미경 방법(Standard atomic force microscopy methods)이 적용되었다. 그러나 이러한 방법은 표면 피처의 이미징(imaging) 및 맵핑(mapping)만 허용하고, 경질 재료 층들 아래의 매립 내장된 나노미터 스케일 반도체 장치들(buried embedded nanometer scale semiconductor devices)과 같은 서브표면 구조들(subsurface structures)의 측정을 가능하게 하지 못한다. 일부 경우에, 이러한 구조는 예를 들어 폴리실리콘(polysilicon) 또는 산화물(oxide) 층과 같은, 수십 나노미터 두께의 층들 아래에 매립되는 나노와이어 또는 다른 나노미터 스케일 요소들을 포함한다.
따라서, 나노미터 스케일의 다양한 층들의 서브표면 이미징은 임계 치수(CD: critical dimension) 균일성(uniformity)의 측정, 결함 검출, 정렬 목적(예를 들어, 오버레이 측정(overlay measurement) 또는 웨이퍼 정렬(wafer alignment)) 및 에지 검출(edge detection) 또는 에지 배치(edge placement)를 위한 중요한 능력이 된다. 특히, 다양한 응용에 사용할 수 있도록, 이러한 방법은 경질 표면 층들을 통해 적용될 수 있을 뿐만 아니라 층 경도(layer hardness)의 차이에 관해서 높은 분해능을 제공해야 한다. 현재 이용 가능한 방법은 그러한 검사를 허용하는 유용한 기술을 제공하는 것에는 부족하다. 하나의 대안은 투과 전자 현미경(TEM: transmission electron microscopy) 방법에서 고 에너지 전자 빔(high energy electron beams)의 응용이다. 그러나, 이러한 방법은 장치 자체에 손상을 주므로, 이상적인 해결책이 아니다.
원래 전자 산업에서 이미 큰 진보를 이룰 수 있는 상대적으로 기본적인 유형의 반도체 구조들이 제조된 경우, 구조는 작아질 뿐만 아니라 더 정교해진다. 이전의 반도체 소자들(semiconductor elements)은 에칭(etching) 또는 이와 유사한 기술들에 의해 제조된 일부 3차원 피처들을 포함하는 적층된 반도체 층들(stacked semiconductor layers)의 다양한 구조들을 포함한다. 이러한 장치들은 여전히 널리 사용되고 많은 종류의 응용(applications)에 사용된다. 보다 최근에, 반도체 장치들은 수십 나노미터(nanometers)의 전형적인 치수(dimensions)를 갖는, 더 복잡한 3차원(3D) 구조를 포함한다. 이 개발은 아직 끝나지 않을 것으로 예상되고, 따라서 더 작은 치수에서 오버랩핑(overlapping)되고 인터랙팅(interacting)하는 반도체 피처들(semiconductor features)을 가진 더욱 복잡한 3D 구조의 생성을 예측할 수 있다.
지난 몇 년 동안 개발된 반도체 장치의 특정 클래스(class)는 멀티게이트 장치들(multigate devices) 또는 다중 게이트 전계 효과 트랜지스터들(MuGFET: multiple gate field effect transistors)이다. 상기 장치들은 예를 들어 게이트가 다중 면들(multiple sides)(또는 GAA 장치의 모든 면들)에서 트랜지스터 채널(transistor channel)을 에워싸는(surrounds), 게이트-올-어라운드 전계 효과 트랜지스터(GAA 또는 GAA-FET: gate-all-around field effect transistors) 또는 핀 전계 효과 트랜지스터(finFET: fin field effect transistors)를 포함한다. 일 예시로서 finFET을 사용하여, 이 장치는 핀의 높이를 증가시킴으로써 성능을 증가시키는 노브(knob)를 제공한다(즉, 소스(source)와 드레인(drain) 사이의 전하 캐리어(charge carrier), 게이트를 바이어싱(biasing)함으로써 도전 채널(conductive channel)이 형성됨). 이 트릭(trick)은 두께가 10nm와 7nm인 핀에 사용되었지만, 결국 이 기술은 정전기 무결성(electrostatic integrity)의 한계에 도달할 수 있다. 5nm 노드 기술(즉, 5 나노미터의 핀 두께)은 이 문제를 극복하기 위해 예를 들어 수평 또는 수직으로 평행한 나노와이어(게이트-올-어라운드, GAA)의 측면 나노와이어 구성(lateral nanowire configuration)을 채택해야 할 것이다.
5nm 노드 장치를 위한 접촉, 게이트 및 나노와이어 핀(수직으로 적층됨)은 여러 층들에 적층된 피처들의 구조들로 구성된다. 이러한 구조들은 예를 들어 세라믹 절연 층(ceramic insulating layer) 또는 추가의 반도체 층과 같은 경질의 경직성 재료 층(hard inflexible material layer)과 같은 표면 층(surface layer) 아래에 내장(embedded)되거나 매립(buried)될 수 있다. 이러한 장치들의 대규모 생산(large scale production)을 가능하게 하는 생산 방법은 실행할 수 있는 검사 방법을 필요로 한다. 나노와이어의 표면 토포그래피(surface topographies)를 측정하고 검사하기 위해 표준 원자력 현미경 방법(Standard atomic force microscopy methods)이 적용되었다. 그러나 이러한 방법은 표면 피처의 이미징(imaging) 및 맵핑(mapping)만 허용하고, 경질 재료 층들 아래의 매립 내장된 나노미터 스케일 반도체 장치들(buried embedded nanometer scale semiconductor devices)과 같은 서브표면 구조들(subsurface structures)의 측정을 가능하게 하지 못한다. 일부 경우에, 이러한 구조는 예를 들어 폴리실리콘(polysilicon) 또는 산화물(oxide) 층과 같은, 수십 나노미터 두께의 층들 아래에 매립되는 나노와이어 또는 다른 나노미터 스케일 요소들을 포함한다.
따라서, 나노미터 스케일의 다양한 층들의 서브표면 이미징은 임계 치수(CD: critical dimension) 균일성(uniformity)의 측정, 결함 검출, 정렬 목적(예를 들어, 오버레이 측정(overlay measurement) 또는 웨이퍼 정렬(wafer alignment)) 및 에지 검출(edge detection) 또는 에지 배치(edge placement)를 위한 중요한 능력이 된다. 특히, 다양한 응용에 사용할 수 있도록, 이러한 방법은 경질 표면 층들을 통해 적용될 수 있을 뿐만 아니라 층 경도(layer hardness)의 차이에 관해서 높은 분해능을 제공해야 한다. 현재 이용 가능한 방법은 그러한 검사를 허용하는 유용한 기술을 제공하는 것에는 부족하다. 하나의 대안은 투과 전자 현미경(TEM: transmission electron microscopy) 방법에서 고 에너지 전자 빔(high energy electron beams)의 응용이다. 그러나, 이러한 방법은 장치 자체에 손상을 주므로, 이상적인 해결책이 아니다.
본 발명의 목적은 샘플의 표면 위 또는 아래의 구조들의 검출을 가능하게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 이 구조들은 단지 수 나노미터 또는 그 이하의 하나 이상의 특성 치수를 가질 수 있으며, 하나 이상의 오버랩핑하는 고밀도 또는 경질 층들(dense or hard layers), 예를 들어 다른 반도체 층들에 의해 커버(cover)될 수도 있다.
이를 위해, 제1 측면에 따르면, 캔틸레버(cantilever) 및 프로브 팁(probe tip)을 포함하는 프로브(probe)를 사용하여 샘플의 표면(surface) 위 또는 아래의 나노미터 크기의 반도체 소자들(nanometer size semiconductor elements)의 구조들을 검출하는 방법이 본원에 제공되며, 상기 캔틸레버는 기본 공진 주파수(fundamental resonance frequency)를 포함하는 하나 이상의 정상 공진 모드들(normal modes of resonance)에 의해 특징되고, 상기 방법은, 변환기(transducer)를 사용하여 상기 샘플에 진동 입력 신호(vibrational input signal)를 인가(applying)하는 단계; 및 상기 프로브 팁이 상기 표면과 접촉하는 동안, 상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호(output signal)를 감지하는 단계를 포함하고, 상기 진동 입력 신호는 10 메가헤르츠(megahertz) 내지 10 기가헤르츠(gigahertz)의 범위 내의 주파수를 갖는 적어도 제1 신호 성분을 포함하고, 상기 진동 입력 신호는 5 메가헤르츠 아래의 변조 주파수(modulation frequency)를 갖는 적어도 제2 신호 성분을 사용하여 진폭 변조된다(amplitude modulated).
마찬가지로, 대안적으로, 제2 측면에 따르면, 캔틸레버 및 프로브 팁을 포함하는 프로브를 사용하여 샘플의 표면 위 또는 아래의 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하는 방법이 본원에 제공되며, 상기 캔틸레버는 기본 공진 주파수를 포함하는 하나 이상의 정상 공진 모드들에 의해 특징되고, 상기 방법은, 변환기를 사용하여 상기 프로브에 진동 입력 신호를 인가하는 단계; 및 상기 프로브 팁이 상기 표면과 접촉하는 동안, 상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호를 감지하는 단계를 포함하고, 상기 진동 입력 신호는 10 메가헤르츠 내지 10 기가헤르츠의 범위 내의 주파수를 갖는 적어도 제1 신호 성분을 포함하고, 상기 진동 입력 신호는 5 메가헤르츠 아래의 변조 주파수를 갖는 적어도 제2 신호 성분을 사용하여 진폭 변조된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 매우 높은 측면 및 수직 해상도(very high lateral and vertical resolution)를 갖는 매립된 나노구조들을 이미징 할 수 있게 한다. 상기 방법은 비파괴적(non-destructive)이며 딱딱한-뻣뻣한(stiff-stiff) 및 딱딱한-유연한(stiff-compliant) 인터페이스들(interfaces) 및 다층들(multilayers)을 포함한 다양한 사용 사례들에 적용될 수 있다. 몇 백 나노미터의 깊이 감도(depth sensitivity)가 달성 가능하다는 것이 입증되었다. 제1 측면에 따르면, 진동 입력 신호는 샘플을 통해 인가될 수 있다. 제2 측면에 따르면, 진동 입력 신호는 프로브를 통해 인가될 수 있다. 진동 입력 신호는 샘플과 프로브 모두를 통해서가 아니라, 샘플 또는 프로브 중 하나를 통해서만 인가된다.
이론에 구애됨이 없이, 제1 측면에 따른 방법에서, 상기 방법의 극도로 높은 감도는 5MHz 이하의 훨씬 더 낮은 주파수(much lower frequency)에서 진폭 변조된 신호와 함께 조합하여, 샘플에 10 메가헤르츠(GHz) 내지 10 기가헤르츠(GHz)의 매우 높은 주파수의 진동 입력 신호의 인가(application)로 인해 달성되는 것으로 고려된다. 프로브가 특정 주파수에서 더 민감해질 수 있는 캔틸레버의 기계적 특성들은 샘플에 적용된 매우 높은 주파수에서 프로브가 매우 딱딱한 요소로서 작용하게 한다. 진폭 변조된 진동 입력 신호는 샘플이 변조 주파수에서 프로브 팁에 대해 주기적으로 가압(pressed)되어, 표면의 움푹 들어감(indentation)을 유발한다. 변조 주파수는 표면을 접촉하는 프로브 팁을 통해 출력 신호를 제공하기 위해, 프로브를 사용하여 잘 감지될 수 있는 범위 내에 있다.
따라서, 제1 측면에서, 매우 높은 주파수에서, 진동 샘플은 자체적으로 동적 동결된 캔틸레버 팁(dynamically frozen cantilever tip)에 대해 탄성적으로(elastically) "움푹 들어간다(indent)". 캔틸레버는 매우 높은 주파수들에서 매우 높은 임피던스(impedance) 때문에 동적으로 동결된다. 하지만, 샘플이 팁에 대해 자체적으로 움푹 들어가게 됨으로써, 팁-샘플 거리가 변경된다. 그러나, 힘 대 거리 특성(force versus distance characteristic)은 프로브 팁과 샘플 사이의 힘에 비선형적이다. 팁-샘플 힘-대-거리 의존성(tip-sample force-versus-distance dependence) F(z)의 날카로운 비선형성 때문에, 초음파 주파수로 반복되는 이러한 움푹 들어감은 캔틸레버에 작용하는 추가적인 힘으로 자체적으로 나타낸다. 이것은 저주파(low frequencies)에서 극도로 힘에 민감한 원자력 현미경 캔틸레버(extremely force sensitive atomic force microscopy cantilever)를 구비하여 본 발명에서 검출된다.
마찬가지로, 제2 측면에 따른 방법에서, 이론에 구애됨이 없이, 상기 방법의 극도로 높은 감도는 5MHz 이하의 훨씬 더 낮은 주파수에서 진폭 변조된 신호와 함께 조합하여, 프로브에 10 메가헤르츠(MHz) 내지 10 기가헤르츠(GHz)의 매우 높은 주파수의 진동 입력 신호의 인가로 인해 달성되는 것으로 고려된다. 프로브가 특정 주파수에서 더 민감해질 수 있는 캔틸레버의 기계적 특성들은 프로브가 프로브에 인가된 매우 높은 주파수들에서 매우 딱딱한 요소로 작용하게 한다. 진폭 변조된 진동 입력 신호는 프로브 팁이 변조 주파수에서 샘플에 대해 주기적으로 가압되어 표면의 움푹 들어감을 유발한다. 변조 주파수는 표면을 접촉하는 프로브 팁을 통해 출력 신호를 제공하기 위해, 프로브를 사용하여 잘 감지될 수 있는 범위 내에 있다.
따라서, 매우 높은 주파수에서, 제2 측면에서, 진동 동적 동결된 캔틸레버 팁(즉, 프로브 팁)은 그 자체가 샘플에 대해 자체적으로 탄성적으로 "움푹 들어가도록" 한다. 캔틸레버는 매우 높은 주파수들에서 매우 높은 임피던스 때문에 동적으로 동결된다. 그러나 저주파 진폭 변조 신호(low frequency amplitude modulated signal)로 인해, 프로브 팁은 샘플 표면에 대해 자체적으로 움푹 들어감으로써 팁-샘플 거리를 변경한다. 그러나, 힘 대 거리 특성들은 프로브 팁과 샘플 사이의 힘에 비선형적이다. 팁-샘플 힘-대-거리 의존성 F(z)의 날카로운 비선형성 때문에, 초음파 주파수로 반복되는 이러한 움푹 들어감은 캔틸레버에 작용하는 추가적인 힘으로 자체적으로 나타낸다. 이것은 저주파에서 극도로 힘에 민감한 원자력 현미경 캔틸레버를 구비하여 본 발명에서 검출된다.
제1 및 제2 측면 모두에서, 5MHz 아래의 변조 주파수는 캔틸레버의 더 낮은 공진 모드(정상 모드)의 주파수 범위 내에 있다. 캔틸레버는 이 주파수 범위의 신호 성분들에 충분히 민감하다. 따라서, 적합한 센서 및 분석 시스템을 사용하여 프로브 팁 움직임을 측정하고 분석함으로써, 힘-거리 특성의 비선형 및 움푹 들어감(indentation)에 기인한 상술한 부가적인 힘은 5MHz 아래의 변조 주파수를 갖는 제2 신호 성분으로 인해 측정될 수 있다. 그러나, 움푹 들어감의 양은 샘플의 표면 층뿐만 아니라 아래의 층들까지 영향을 받는다. 따라서, 프로브 팁 움직임을 모니터링하는 센서에 의해 제공되는 출력 신호의 분석은 샘플 표면 위 및 아래 구조들을 검출할 수 있게 한다. 이것은 AFM 시스템의 그래픽 해상도에서 수행할 수 있으므로, 샘플의 표면 아래의 반도체 장치(0.1 나노미터(nm) 이상)의 가장 작은 피처들을 검출할 수 있게 한다.
제1 및 제2 측면 중 어느 하나의 실시예에 따르면, 제2 신호 성분은 캔틸레버의 정상 공진 모드 중 적어도 하나로부터 20% 범위 내의 변조 주파수를 갖는다. 특히, 변조 주파수를 캔틸레버의 정상 공진 모드에 가깝게(close) 선택함으로써, 시스템의 신호 대 잡음비(SNR: signal-to-noise ratio)가 향상되고, 이에 따라 감도가 향상되고, 샘플 내의 더 큰 깊이에서 피처들을 검출할 수 있게 된다. 바람직하게는, 변조 주파수는 기본 주파수에 가깝거나 또는 기본 주파수로 선택된다; 그러나, SNR을 향상시키기 위해 다른 정상 모드들 중 어느 하나에 가까운 변조 주파수가 적용될 수도 있다. 따라서, 다양한 실시예들에 따르면, 변조 주파수는 기본 주파수의 a배이며, a는 0.8 내지 1.2의 범위 내에 있고, 바람직하게는 a는 0.95 내지 1.05의 범위 내에 있고, 더욱 바람직하게는 a는 1.00이다. 따라서, 변조 주파수는 20% 이내, 또는 바람직하게는 10% 이내, 보다 바람직하게는 5% 이내, 또는 이상적으로 기본 주파수일 수 있다. 캔틸레버는 기본 주파수에서 진동 신호에 가장 민감하다.
프로브 팁 움직임을 감지하기 위한 센서는 원자력 현미경 시스템에서 이러한 목적으로 사용하기에 적합한 모든 종류의 센서일 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔과 같은 광학 빔은 광 검출기 어레이(photo detector array)상으로 정반사(specularly reflects)되는 곳으로부터 프로브 팁의 뒤(back)에 충돌될 수 있다. 프로브 팁의 임의의 움직임은 광 검출기 어레이상의 반사 빔에 의해 형성된 스폿(spot)의 움직임을 초래하고, 어레이상의 이 스폿의 위치는 모니터링 될 수 있고 프로브 팁 움직임을 나타낸다. 예를 들어, 용량성 센서(capacitive sensors), 피에조 저항성 센서(piezo resistive sensors), 집적 광학(integrated optics) 등과 같은 다른 유형의 센서 또는 판독 방법이 또한 구현될 수 있다.
제1 및 제2 측면 중 어느 하나의 실시예에 따르면, 출력 신호를 감지하는 단계는 측정 주파수에서 또는 측정 주파수 부근에서 출력 신호의 신호 특성들(signal characteristics)을 측정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 필터 또는 다른 수단은 측정 주파수 또는 매우 작은 주파수 대역 주변의 선택된 주파수의 범위만 분석기 시스템에 통과하도록 적용될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 하나 이상의 선택된 측정 주파수들의 모니터링을 가능하게 하기 위해 출력 신호의 푸리에 변환이 획득될 수 있다. 인식할 수 있는 바와 같이, 다른 방식들이 당업자에게 이용 가능하며, 출력 신호의 선택된 주파수들만을 튜닝하거나 통과시키는데 유용하다. 특히, 센서 신호 또는 출력 신호로부터 결정된 신호 특성들은 출력 신호의 위상 또는 진폭 중 적어도 하나에서, 즉 측정 주파수 또는 주파수들에서의 신호 성분 중 적어도 하나에서 포함한다.
제1 및 제2 측면들 중 어느 하나의 실시예에 따르면, 측정 주파수는 캔틸레버의 정상 공진 모드들 중 적어도 하나로부터 20%의 범위 내에 있다. 설명된 바와 같이, 이러한 정상 모드들 주위에서 캔틸레버는 프로브 팁에 작용하는 감지된 진동들에 보다 민감하므로, 이 주파수들에서 또는 이 주파수들 주변에서 출력 신호를 모니터링하는 것은 향상된 SNR을 제공한다. 이들 실시예들 중 특정 하나에 따르면, 측정 주파수는 캔틸레버 공진의 기본 주파수의 b배이며, b는 0.8 내지 1.2의 범위 내에 있고, 바람직하게는 b는 0.95 내지 1.05의 범위 내에 있고, 더 바람직하게는 b는 1.00이다. 따라서, 20% 이내, 또는 바람직하게는 10% 이내, 보다 바람직하게는 5% 이내, 또는 이상적으로 기본 주파수일 수 있다. 캔틸레버는 기본 주파수에서 진동 신호들에 가장 민감하다. 일부 특정 실시들에 따르면, 측정 주파수는 변조 주파수와 동일하거나 5% 이내이다. 전술한 바와 같이, 변조 주파수는 마찬가지로 캔틸레버의 정상 모드에 근접하거나 정상 모드에서, 또는 바람직하게는 그의 기본 주파수로 선택될 수 있다. 변조 주파수와 측정 주파수를 거의 동일하게 선택하면, 이 주파수들이 기본 주파수에 가까운 최적의 SNR이 된다.
제1 및 제2 측면들 중 어느 하나의 실시예에 따르면, 본 발명의 방법은 라인 스캔(line scan) 또는 영역 맵핑(area mapping) 중 적어도 하나를 수행하기 위해 표면에 대해 프로브 팁을 표면과 평행한 방향으로 스캐닝하는 단계를 더 포함한다. 샘플의 표면을 가로 지르는 프로브 팁을 스캐닝함으로써, 라인 스캔 또는 영역 맵핑이 획득될 수 있으며, 이로부터 이미지가 생성되거나 예를 들어, 표면 아래에 내장된 반도체 장치들 상에서 모든 종류의 측정들을 수행할 수 있다.
제1 및 제2 측면들 중 어느 하나의 본 발명의 방법은 반도체 소자들의 표면 피처들의 검출에 한정되지 않지만, 다른 서브표면 구조들의 검출에 훨씬 더 광범위하게 적용될 수 있다. 그러나, 반도체 소자들의 서브표면 피처들을 검출하는 목적을 위한 응용은 확실히 상술된 바와 같이 본 발명이 특별한 이점들을 제공하는 응용 분야이다. 특히, 비파괴 또는 침입(invasive) 방식으로 제조 중에 장치 검사를 가능하게 하는 것은 상기 방법이 이러한 반도체 장치들의 대규모 제조 방법의 일부로서 유용할 수 있게 한다. 따라서, 이는 반도체 소자들의 추가적인 크기 감소 및 그와 연관된 성능 향상에 기여한다. 따라서, 일부 실시예들에 따라, 샘플은 샘플 내에 내장된 반도체 구조, 다층 반도체 구조 또는 소자(multilayer semiconductor structure or element), 게이트-올-어라운드 반도체 장치(gate-all-around semiconductor device) 또는 핀 전계 효과 트랜지스터 구조(fin field effect transistor structure)와 같은 3차원 반도체 구조, 10 나노미터보다 더 작은 적어도 하나의 크기 치수(size dimension)를 갖는 구조적 피처들을 포함하는 구조 중 적어도 하나 또는 조합 또는 모두를 포함한다.
제1 및 제2 측면들 중 어느 하나의 본 발명의 방법은 연질 및 경질 재료 커버 층들(soft and hard material cover layers) 중 하나 또는 모두 아래에 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출할 수 있게 한다. 이 방법은 1 MPa 내지 수십 GPa(예를 들어, 1 MPa 내지 40 GPa)의 커버 층들(covering layers)의 달성 가능한 경도 범위를 갖는 층들 아래의 이미징을 허용한다. 또한, 접촉 강성(contact stiffness)의 관점에서, 인접한(contiguous) 층들 또는 구조들 사이의 경도의 측정 가능한 차이들(즉, 방법의 경도 해상도(hardness resolution))는 0.1%까지의 변화를 검출할 수 있게 한다. 크기에 대한 해상도 한계는 1nm까지일 수 있고, 방법의 깊이 범위(즉, 표면 아래에 이미징될 수 있는 달성 가능한 깊이)는 적어도 1.6마이크로미터이다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 샘플의 표면 위 또는 아래의 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하기 위한 스캐닝 프로브 현미경 시스템이 제공되며, 상기 샘플 표면을 스캐닝하기 위한 프로브를 포함하고, 상기 프로브는 캔틸레버에 탑재(mounted)되는 프로브 팁을 포함하고, 상기 캔틸레버는 기본 공진 주파수를 포함하는 하나 이상의 정상 공진 모드들에 의해 특징되고, 상기 프로브는 상기 프로브 팁을 상기 샘플링 표면과 접촉시키기 위해 배치된 감지 헤드(sensing head)에 탑재되고, 상기 시스템은 상기 샘플에 진동 입력 신호를 인가하기 위한 변환기, 및 상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호를 생성하기 위한 프로브 편향 센서(probe deflection sensor)를 더 포함하고, 상기 변환기는 10 메가헤르츠 내지 10 기가헤르츠의 범위 내의 주파수를 갖는 적어도 제1 신호 성분을 포함하도록 상기 진동 입력 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 변환기는 5 메가헤르츠 아래의 변조 주파수를 갖는 적어도 제2 신호 성분을 사용하여 상기 진동 입력 신호를 진폭 변조하도록 구성된다. 제3 측면에 따른 이 시스템은 예를 들어 상술한 바와 같이 제1 측면에 따른 방법을 수행하는 것을 가능하게 한다. 변조 주파수의 한계는 현재 AFM 기기(AFM instrument)의 검출 가능한 대역폭으로 제한된다. 더 발전된 기기가 더 높은 대역폭을 허용한다면, 변조 및 측정 주파수는 본 발명에서 벗어나지 않고 더 증가될 수 있다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 샘플의 표면 위 또는 아래의 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하기 위한 스캐닝 프로브 현미경 시스템이 제공되며, 상기 샘플 표면을 스캐닝하기 위한 프로브를 포함하고, 상기 프로브는 캔틸레버에 탑재되는 프로브 팁을 포함하고, 상기 캔틸레버는 기본 공진 주파수를 포함하는 하나 이상의 정상 공진 모드들에 의해 특징되고, 상기 프로브는 상기 프로브 팁을 상기 샘플링 표면과 접촉시키기 위해 배치된 감지 헤드에 탑재되고, 상기 시스템은 상기 프로브에 진동 입력 신호를 인가하기 위한 변환기, 및 상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호를 생성하기 위한 프로브 편향 센서를 더 포함하고, 상기 변환기는 10 메가헤르츠 내지 10 기가헤르츠의 범위 내의 주파수를 갖는 적어도 제1 신호 성분을 포함하도록 상기 진동 입력 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 변환기는 5 메가헤르츠 아래의 변조 주파수를 갖는 적어도 제2 신호 성분을 사용하여 상기 진동 입력 신호를 진폭 변조하도록 구성된다. 제4 측면에 따른 이 시스템은 예를 들어 상술한 바와 같이 제2 측면에 따른 방법을 수행하는 것을 가능하게 한다. 변조 주파수의 한계는 현재 AFM 기기의 검출 가능한 대역폭으로 제한된다. 더 발전된 기기가 더 높은 대역폭을 허용한다면, 변조 및 측정 주파수는 본 발명에서 벗어나지 않고 더 증가될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 이 시스템은 라인 스캔 또는 영역 맵핑 중 적어도 하나를 수행하기 위해 표면에 평행한 방향으로 표면에 대해 프로브 팁을 스캐닝하기 위해, 샘플에 대한 프로브의 움직임을 가능하게 하는 움직임 액추에이터(motion actuator)를 더 포함한다. 상기 프로브 편향 센서는 전술한 바와 같이 프로브 팁의 뒤에 충돌하는 광학 빔과 협력하는 광학 센서(optical sensor)일 수 있다.
이를 위해, 제1 측면에 따르면, 캔틸레버(cantilever) 및 프로브 팁(probe tip)을 포함하는 프로브(probe)를 사용하여 샘플의 표면(surface) 위 또는 아래의 나노미터 크기의 반도체 소자들(nanometer size semiconductor elements)의 구조들을 검출하는 방법이 본원에 제공되며, 상기 캔틸레버는 기본 공진 주파수(fundamental resonance frequency)를 포함하는 하나 이상의 정상 공진 모드들(normal modes of resonance)에 의해 특징되고, 상기 방법은, 변환기(transducer)를 사용하여 상기 샘플에 진동 입력 신호(vibrational input signal)를 인가(applying)하는 단계; 및 상기 프로브 팁이 상기 표면과 접촉하는 동안, 상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호(output signal)를 감지하는 단계를 포함하고, 상기 진동 입력 신호는 10 메가헤르츠(megahertz) 내지 10 기가헤르츠(gigahertz)의 범위 내의 주파수를 갖는 적어도 제1 신호 성분을 포함하고, 상기 진동 입력 신호는 5 메가헤르츠 아래의 변조 주파수(modulation frequency)를 갖는 적어도 제2 신호 성분을 사용하여 진폭 변조된다(amplitude modulated).
마찬가지로, 대안적으로, 제2 측면에 따르면, 캔틸레버 및 프로브 팁을 포함하는 프로브를 사용하여 샘플의 표면 위 또는 아래의 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하는 방법이 본원에 제공되며, 상기 캔틸레버는 기본 공진 주파수를 포함하는 하나 이상의 정상 공진 모드들에 의해 특징되고, 상기 방법은, 변환기를 사용하여 상기 프로브에 진동 입력 신호를 인가하는 단계; 및 상기 프로브 팁이 상기 표면과 접촉하는 동안, 상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호를 감지하는 단계를 포함하고, 상기 진동 입력 신호는 10 메가헤르츠 내지 10 기가헤르츠의 범위 내의 주파수를 갖는 적어도 제1 신호 성분을 포함하고, 상기 진동 입력 신호는 5 메가헤르츠 아래의 변조 주파수를 갖는 적어도 제2 신호 성분을 사용하여 진폭 변조된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 매우 높은 측면 및 수직 해상도(very high lateral and vertical resolution)를 갖는 매립된 나노구조들을 이미징 할 수 있게 한다. 상기 방법은 비파괴적(non-destructive)이며 딱딱한-뻣뻣한(stiff-stiff) 및 딱딱한-유연한(stiff-compliant) 인터페이스들(interfaces) 및 다층들(multilayers)을 포함한 다양한 사용 사례들에 적용될 수 있다. 몇 백 나노미터의 깊이 감도(depth sensitivity)가 달성 가능하다는 것이 입증되었다. 제1 측면에 따르면, 진동 입력 신호는 샘플을 통해 인가될 수 있다. 제2 측면에 따르면, 진동 입력 신호는 프로브를 통해 인가될 수 있다. 진동 입력 신호는 샘플과 프로브 모두를 통해서가 아니라, 샘플 또는 프로브 중 하나를 통해서만 인가된다.
이론에 구애됨이 없이, 제1 측면에 따른 방법에서, 상기 방법의 극도로 높은 감도는 5MHz 이하의 훨씬 더 낮은 주파수(much lower frequency)에서 진폭 변조된 신호와 함께 조합하여, 샘플에 10 메가헤르츠(GHz) 내지 10 기가헤르츠(GHz)의 매우 높은 주파수의 진동 입력 신호의 인가(application)로 인해 달성되는 것으로 고려된다. 프로브가 특정 주파수에서 더 민감해질 수 있는 캔틸레버의 기계적 특성들은 샘플에 적용된 매우 높은 주파수에서 프로브가 매우 딱딱한 요소로서 작용하게 한다. 진폭 변조된 진동 입력 신호는 샘플이 변조 주파수에서 프로브 팁에 대해 주기적으로 가압(pressed)되어, 표면의 움푹 들어감(indentation)을 유발한다. 변조 주파수는 표면을 접촉하는 프로브 팁을 통해 출력 신호를 제공하기 위해, 프로브를 사용하여 잘 감지될 수 있는 범위 내에 있다.
따라서, 제1 측면에서, 매우 높은 주파수에서, 진동 샘플은 자체적으로 동적 동결된 캔틸레버 팁(dynamically frozen cantilever tip)에 대해 탄성적으로(elastically) "움푹 들어간다(indent)". 캔틸레버는 매우 높은 주파수들에서 매우 높은 임피던스(impedance) 때문에 동적으로 동결된다. 하지만, 샘플이 팁에 대해 자체적으로 움푹 들어가게 됨으로써, 팁-샘플 거리가 변경된다. 그러나, 힘 대 거리 특성(force versus distance characteristic)은 프로브 팁과 샘플 사이의 힘에 비선형적이다. 팁-샘플 힘-대-거리 의존성(tip-sample force-versus-distance dependence) F(z)의 날카로운 비선형성 때문에, 초음파 주파수로 반복되는 이러한 움푹 들어감은 캔틸레버에 작용하는 추가적인 힘으로 자체적으로 나타낸다. 이것은 저주파(low frequencies)에서 극도로 힘에 민감한 원자력 현미경 캔틸레버(extremely force sensitive atomic force microscopy cantilever)를 구비하여 본 발명에서 검출된다.
마찬가지로, 제2 측면에 따른 방법에서, 이론에 구애됨이 없이, 상기 방법의 극도로 높은 감도는 5MHz 이하의 훨씬 더 낮은 주파수에서 진폭 변조된 신호와 함께 조합하여, 프로브에 10 메가헤르츠(MHz) 내지 10 기가헤르츠(GHz)의 매우 높은 주파수의 진동 입력 신호의 인가로 인해 달성되는 것으로 고려된다. 프로브가 특정 주파수에서 더 민감해질 수 있는 캔틸레버의 기계적 특성들은 프로브가 프로브에 인가된 매우 높은 주파수들에서 매우 딱딱한 요소로 작용하게 한다. 진폭 변조된 진동 입력 신호는 프로브 팁이 변조 주파수에서 샘플에 대해 주기적으로 가압되어 표면의 움푹 들어감을 유발한다. 변조 주파수는 표면을 접촉하는 프로브 팁을 통해 출력 신호를 제공하기 위해, 프로브를 사용하여 잘 감지될 수 있는 범위 내에 있다.
따라서, 매우 높은 주파수에서, 제2 측면에서, 진동 동적 동결된 캔틸레버 팁(즉, 프로브 팁)은 그 자체가 샘플에 대해 자체적으로 탄성적으로 "움푹 들어가도록" 한다. 캔틸레버는 매우 높은 주파수들에서 매우 높은 임피던스 때문에 동적으로 동결된다. 그러나 저주파 진폭 변조 신호(low frequency amplitude modulated signal)로 인해, 프로브 팁은 샘플 표면에 대해 자체적으로 움푹 들어감으로써 팁-샘플 거리를 변경한다. 그러나, 힘 대 거리 특성들은 프로브 팁과 샘플 사이의 힘에 비선형적이다. 팁-샘플 힘-대-거리 의존성 F(z)의 날카로운 비선형성 때문에, 초음파 주파수로 반복되는 이러한 움푹 들어감은 캔틸레버에 작용하는 추가적인 힘으로 자체적으로 나타낸다. 이것은 저주파에서 극도로 힘에 민감한 원자력 현미경 캔틸레버를 구비하여 본 발명에서 검출된다.
제1 및 제2 측면 모두에서, 5MHz 아래의 변조 주파수는 캔틸레버의 더 낮은 공진 모드(정상 모드)의 주파수 범위 내에 있다. 캔틸레버는 이 주파수 범위의 신호 성분들에 충분히 민감하다. 따라서, 적합한 센서 및 분석 시스템을 사용하여 프로브 팁 움직임을 측정하고 분석함으로써, 힘-거리 특성의 비선형 및 움푹 들어감(indentation)에 기인한 상술한 부가적인 힘은 5MHz 아래의 변조 주파수를 갖는 제2 신호 성분으로 인해 측정될 수 있다. 그러나, 움푹 들어감의 양은 샘플의 표면 층뿐만 아니라 아래의 층들까지 영향을 받는다. 따라서, 프로브 팁 움직임을 모니터링하는 센서에 의해 제공되는 출력 신호의 분석은 샘플 표면 위 및 아래 구조들을 검출할 수 있게 한다. 이것은 AFM 시스템의 그래픽 해상도에서 수행할 수 있으므로, 샘플의 표면 아래의 반도체 장치(0.1 나노미터(nm) 이상)의 가장 작은 피처들을 검출할 수 있게 한다.
제1 및 제2 측면 중 어느 하나의 실시예에 따르면, 제2 신호 성분은 캔틸레버의 정상 공진 모드 중 적어도 하나로부터 20% 범위 내의 변조 주파수를 갖는다. 특히, 변조 주파수를 캔틸레버의 정상 공진 모드에 가깝게(close) 선택함으로써, 시스템의 신호 대 잡음비(SNR: signal-to-noise ratio)가 향상되고, 이에 따라 감도가 향상되고, 샘플 내의 더 큰 깊이에서 피처들을 검출할 수 있게 된다. 바람직하게는, 변조 주파수는 기본 주파수에 가깝거나 또는 기본 주파수로 선택된다; 그러나, SNR을 향상시키기 위해 다른 정상 모드들 중 어느 하나에 가까운 변조 주파수가 적용될 수도 있다. 따라서, 다양한 실시예들에 따르면, 변조 주파수는 기본 주파수의 a배이며, a는 0.8 내지 1.2의 범위 내에 있고, 바람직하게는 a는 0.95 내지 1.05의 범위 내에 있고, 더욱 바람직하게는 a는 1.00이다. 따라서, 변조 주파수는 20% 이내, 또는 바람직하게는 10% 이내, 보다 바람직하게는 5% 이내, 또는 이상적으로 기본 주파수일 수 있다. 캔틸레버는 기본 주파수에서 진동 신호에 가장 민감하다.
프로브 팁 움직임을 감지하기 위한 센서는 원자력 현미경 시스템에서 이러한 목적으로 사용하기에 적합한 모든 종류의 센서일 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔과 같은 광학 빔은 광 검출기 어레이(photo detector array)상으로 정반사(specularly reflects)되는 곳으로부터 프로브 팁의 뒤(back)에 충돌될 수 있다. 프로브 팁의 임의의 움직임은 광 검출기 어레이상의 반사 빔에 의해 형성된 스폿(spot)의 움직임을 초래하고, 어레이상의 이 스폿의 위치는 모니터링 될 수 있고 프로브 팁 움직임을 나타낸다. 예를 들어, 용량성 센서(capacitive sensors), 피에조 저항성 센서(piezo resistive sensors), 집적 광학(integrated optics) 등과 같은 다른 유형의 센서 또는 판독 방법이 또한 구현될 수 있다.
제1 및 제2 측면 중 어느 하나의 실시예에 따르면, 출력 신호를 감지하는 단계는 측정 주파수에서 또는 측정 주파수 부근에서 출력 신호의 신호 특성들(signal characteristics)을 측정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 필터 또는 다른 수단은 측정 주파수 또는 매우 작은 주파수 대역 주변의 선택된 주파수의 범위만 분석기 시스템에 통과하도록 적용될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 하나 이상의 선택된 측정 주파수들의 모니터링을 가능하게 하기 위해 출력 신호의 푸리에 변환이 획득될 수 있다. 인식할 수 있는 바와 같이, 다른 방식들이 당업자에게 이용 가능하며, 출력 신호의 선택된 주파수들만을 튜닝하거나 통과시키는데 유용하다. 특히, 센서 신호 또는 출력 신호로부터 결정된 신호 특성들은 출력 신호의 위상 또는 진폭 중 적어도 하나에서, 즉 측정 주파수 또는 주파수들에서의 신호 성분 중 적어도 하나에서 포함한다.
제1 및 제2 측면들 중 어느 하나의 실시예에 따르면, 측정 주파수는 캔틸레버의 정상 공진 모드들 중 적어도 하나로부터 20%의 범위 내에 있다. 설명된 바와 같이, 이러한 정상 모드들 주위에서 캔틸레버는 프로브 팁에 작용하는 감지된 진동들에 보다 민감하므로, 이 주파수들에서 또는 이 주파수들 주변에서 출력 신호를 모니터링하는 것은 향상된 SNR을 제공한다. 이들 실시예들 중 특정 하나에 따르면, 측정 주파수는 캔틸레버 공진의 기본 주파수의 b배이며, b는 0.8 내지 1.2의 범위 내에 있고, 바람직하게는 b는 0.95 내지 1.05의 범위 내에 있고, 더 바람직하게는 b는 1.00이다. 따라서, 20% 이내, 또는 바람직하게는 10% 이내, 보다 바람직하게는 5% 이내, 또는 이상적으로 기본 주파수일 수 있다. 캔틸레버는 기본 주파수에서 진동 신호들에 가장 민감하다. 일부 특정 실시들에 따르면, 측정 주파수는 변조 주파수와 동일하거나 5% 이내이다. 전술한 바와 같이, 변조 주파수는 마찬가지로 캔틸레버의 정상 모드에 근접하거나 정상 모드에서, 또는 바람직하게는 그의 기본 주파수로 선택될 수 있다. 변조 주파수와 측정 주파수를 거의 동일하게 선택하면, 이 주파수들이 기본 주파수에 가까운 최적의 SNR이 된다.
제1 및 제2 측면들 중 어느 하나의 실시예에 따르면, 본 발명의 방법은 라인 스캔(line scan) 또는 영역 맵핑(area mapping) 중 적어도 하나를 수행하기 위해 표면에 대해 프로브 팁을 표면과 평행한 방향으로 스캐닝하는 단계를 더 포함한다. 샘플의 표면을 가로 지르는 프로브 팁을 스캐닝함으로써, 라인 스캔 또는 영역 맵핑이 획득될 수 있으며, 이로부터 이미지가 생성되거나 예를 들어, 표면 아래에 내장된 반도체 장치들 상에서 모든 종류의 측정들을 수행할 수 있다.
제1 및 제2 측면들 중 어느 하나의 본 발명의 방법은 반도체 소자들의 표면 피처들의 검출에 한정되지 않지만, 다른 서브표면 구조들의 검출에 훨씬 더 광범위하게 적용될 수 있다. 그러나, 반도체 소자들의 서브표면 피처들을 검출하는 목적을 위한 응용은 확실히 상술된 바와 같이 본 발명이 특별한 이점들을 제공하는 응용 분야이다. 특히, 비파괴 또는 침입(invasive) 방식으로 제조 중에 장치 검사를 가능하게 하는 것은 상기 방법이 이러한 반도체 장치들의 대규모 제조 방법의 일부로서 유용할 수 있게 한다. 따라서, 이는 반도체 소자들의 추가적인 크기 감소 및 그와 연관된 성능 향상에 기여한다. 따라서, 일부 실시예들에 따라, 샘플은 샘플 내에 내장된 반도체 구조, 다층 반도체 구조 또는 소자(multilayer semiconductor structure or element), 게이트-올-어라운드 반도체 장치(gate-all-around semiconductor device) 또는 핀 전계 효과 트랜지스터 구조(fin field effect transistor structure)와 같은 3차원 반도체 구조, 10 나노미터보다 더 작은 적어도 하나의 크기 치수(size dimension)를 갖는 구조적 피처들을 포함하는 구조 중 적어도 하나 또는 조합 또는 모두를 포함한다.
제1 및 제2 측면들 중 어느 하나의 본 발명의 방법은 연질 및 경질 재료 커버 층들(soft and hard material cover layers) 중 하나 또는 모두 아래에 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출할 수 있게 한다. 이 방법은 1 MPa 내지 수십 GPa(예를 들어, 1 MPa 내지 40 GPa)의 커버 층들(covering layers)의 달성 가능한 경도 범위를 갖는 층들 아래의 이미징을 허용한다. 또한, 접촉 강성(contact stiffness)의 관점에서, 인접한(contiguous) 층들 또는 구조들 사이의 경도의 측정 가능한 차이들(즉, 방법의 경도 해상도(hardness resolution))는 0.1%까지의 변화를 검출할 수 있게 한다. 크기에 대한 해상도 한계는 1nm까지일 수 있고, 방법의 깊이 범위(즉, 표면 아래에 이미징될 수 있는 달성 가능한 깊이)는 적어도 1.6마이크로미터이다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 샘플의 표면 위 또는 아래의 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하기 위한 스캐닝 프로브 현미경 시스템이 제공되며, 상기 샘플 표면을 스캐닝하기 위한 프로브를 포함하고, 상기 프로브는 캔틸레버에 탑재(mounted)되는 프로브 팁을 포함하고, 상기 캔틸레버는 기본 공진 주파수를 포함하는 하나 이상의 정상 공진 모드들에 의해 특징되고, 상기 프로브는 상기 프로브 팁을 상기 샘플링 표면과 접촉시키기 위해 배치된 감지 헤드(sensing head)에 탑재되고, 상기 시스템은 상기 샘플에 진동 입력 신호를 인가하기 위한 변환기, 및 상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호를 생성하기 위한 프로브 편향 센서(probe deflection sensor)를 더 포함하고, 상기 변환기는 10 메가헤르츠 내지 10 기가헤르츠의 범위 내의 주파수를 갖는 적어도 제1 신호 성분을 포함하도록 상기 진동 입력 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 변환기는 5 메가헤르츠 아래의 변조 주파수를 갖는 적어도 제2 신호 성분을 사용하여 상기 진동 입력 신호를 진폭 변조하도록 구성된다. 제3 측면에 따른 이 시스템은 예를 들어 상술한 바와 같이 제1 측면에 따른 방법을 수행하는 것을 가능하게 한다. 변조 주파수의 한계는 현재 AFM 기기(AFM instrument)의 검출 가능한 대역폭으로 제한된다. 더 발전된 기기가 더 높은 대역폭을 허용한다면, 변조 및 측정 주파수는 본 발명에서 벗어나지 않고 더 증가될 수 있다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 샘플의 표면 위 또는 아래의 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하기 위한 스캐닝 프로브 현미경 시스템이 제공되며, 상기 샘플 표면을 스캐닝하기 위한 프로브를 포함하고, 상기 프로브는 캔틸레버에 탑재되는 프로브 팁을 포함하고, 상기 캔틸레버는 기본 공진 주파수를 포함하는 하나 이상의 정상 공진 모드들에 의해 특징되고, 상기 프로브는 상기 프로브 팁을 상기 샘플링 표면과 접촉시키기 위해 배치된 감지 헤드에 탑재되고, 상기 시스템은 상기 프로브에 진동 입력 신호를 인가하기 위한 변환기, 및 상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호를 생성하기 위한 프로브 편향 센서를 더 포함하고, 상기 변환기는 10 메가헤르츠 내지 10 기가헤르츠의 범위 내의 주파수를 갖는 적어도 제1 신호 성분을 포함하도록 상기 진동 입력 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 변환기는 5 메가헤르츠 아래의 변조 주파수를 갖는 적어도 제2 신호 성분을 사용하여 상기 진동 입력 신호를 진폭 변조하도록 구성된다. 제4 측면에 따른 이 시스템은 예를 들어 상술한 바와 같이 제2 측면에 따른 방법을 수행하는 것을 가능하게 한다. 변조 주파수의 한계는 현재 AFM 기기의 검출 가능한 대역폭으로 제한된다. 더 발전된 기기가 더 높은 대역폭을 허용한다면, 변조 및 측정 주파수는 본 발명에서 벗어나지 않고 더 증가될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 이 시스템은 라인 스캔 또는 영역 맵핑 중 적어도 하나를 수행하기 위해 표면에 평행한 방향으로 표면에 대해 프로브 팁을 스캐닝하기 위해, 샘플에 대한 프로브의 움직임을 가능하게 하는 움직임 액추에이터(motion actuator)를 더 포함한다. 상기 프로브 편향 센서는 전술한 바와 같이 프로브 팁의 뒤에 충돌하는 광학 빔과 협력하는 광학 센서(optical sensor)일 수 있다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 몇몇 특정 실시예들의 설명에 의해 더 설명될 것이다. 상세한 설명은 본 발명의 가능한 구현들의 예시들을 제공하지만, 범주에 속하는 유일한 실시예들을 설명하는 것으로 간주되어서는 안된다. 본 발명의 범주는 특허 청구 범위에 정의되어 있으며, 이 설명은 본 발명을 제한하지 않고 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 도면들에서:
도 1은 원자력 현미경 시스템(AFM)을 개략적으로 도시한다.
도 2는 원자력 현미경 시스템(AFM)을 개략적으로 도시한다.
도 3은 원자력 현미경 시스템(AFM)을 개략적으로 도시한다.
도 4는 핀 타입 전계 효과 트랜지스터(finFET)를 개략적으로 도시한다.
도 5a 및 5b는 FIB-SEM 및 SEM을 사용하여 취한 샘플들의 이미지들을 도시한다.
도 6a는 동일한 샘플의 표면 토포그래피의 원자력 현미경 이미지이다.
도 6b는 본 발명의 방법 및 시스템에 의해 획득된 도 6a와 유사한 이미지를 나타내고 finFET의 나노와이어의 스택을 나타낸다.
도 7은 원자력 현미경 시스템(AFM)의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 1은 원자력 현미경 시스템(AFM)을 개략적으로 도시한다.
도 2는 원자력 현미경 시스템(AFM)을 개략적으로 도시한다.
도 3은 원자력 현미경 시스템(AFM)을 개략적으로 도시한다.
도 4는 핀 타입 전계 효과 트랜지스터(finFET)를 개략적으로 도시한다.
도 5a 및 5b는 FIB-SEM 및 SEM을 사용하여 취한 샘플들의 이미지들을 도시한다.
도 6a는 동일한 샘플의 표면 토포그래피의 원자력 현미경 이미지이다.
도 6b는 본 발명의 방법 및 시스템에 의해 획득된 도 6a와 유사한 이미지를 나타내고 finFET의 나노와이어의 스택을 나타낸다.
도 7은 원자력 현미경 시스템(AFM)의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 1은 본 발명의 방법에 사용하기에 적합하고 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 현미경 시스템(AFM: atomic force microscopy)(1)을 개략적으로 도시한다. 도 1의 시스템(1)의 또 다른 결과(impression)가 도 2에 도시되어 있으며, 대응하는 참조 번호가 기재되어 있다. 시스템(1)은 캔틸레버(4) 및 프로브 팁(5)을 갖는 프로브(3)를 포함한다. 프로브 팁(5)은 샘플(12)의 표면(15)과 접촉하게 된다. 전형적으로, 레이저(laser)인 광원(light source)(7)은 프로브 팁(5)의 뒤에 입사되는 광 신호 빔(optical signal beam)(8)을 제공한다. 반사된 광학 빔(reflected optical beam)(9)은 광학 센서(optical sensor)(10)에 의해 수신된다. 표면(15)에 수직인 프로브 팁(5)의 임의의 진동은 반사된 광학 빔(9)의 편향(deflection)을 초래할 것이다. 이 편향은 추가 분석을 위해 (전기적) 출력 신호(39)를 제공하는 광학 센서(10)에 의해 정확하게 결정될 수 있다. 본 발명에 따르면, 시스템(1)은 하기에서 설명되는 바와 같이 서브표면 측정을 위해 사용될 수 있다. 그러나, 선택적으로 및 부가적으로 시스템(1)은 각각의 인가에 대해 원하는 경우 표면(15)상에서 표면 토포그래피 측정(surface topography measurements)을 수행하는데 동시에 사용될 수 있다. 이러한 표면 토포그래피 측정은 서브표면 측정과 동시에 수행될 수 있다.
본 발명의 검출 방법은 샘플(12)에 진동 입력 신호를 인가하며, 이는 표면(15)에서 측정 가능한 샘플(12)의 진동을 발생시킨다. 진동 입력 신호는 10 내지 100MHz의 고주파 신호 성분(high frequency signal component)을 포함하며, 이는 전술한 바와 같이 캔틸레버(4)가 매우 높은 동적 강성(very high dynamic stiffness)을 나타낼 수 있게 한다. 진동 입력 신호는 훨씬 더 낮은 주파수(예를 들어, 5MHz 아래)의 추가 신호 성분을 사용하여 진폭 변조된다(amplitude modulated). 이 진동은 샘플 표면(15)이 프로브 팁(5)에 대해 움푹 들어가게(indent) 하며, 이는 힘-대-거리 특성(force-versus-distance characteristics)의 비선형성(non-linearity)에 기인하여 큰 정확도로 프로브 팁(5)에 의해 감지될 수 있다.
도 1의 시스템(1)에서, 샘플(12)에 입력 신호를 인가하기 위해, 변환기(transducer)(20)는 샘플(12) 아래에 배치된다. 커플링 매체(coupling medium)(21)(예를 들어, 액체, 오일(oil) 또는 기름(grease)(예를 들어, 바셀린(vaseline)))는 변환기(20)와 샘플(12) 사이에 저 저항 커플링(low resistance coupling)을 제공한다. 이는 예를 들어 도 1에 도시되어 있는 설정과 같이, 변환기(20)에 의해 생성된 진동 입력 신호가 샘플(12)의 뒷면(back side)으로부터 샘플(12)을 관통하도록 한다. 이와 관련하여, 샘플(12)의 뒷면으로부터 음향 신호를 인가하는 것이 본 발명에 필수적이지는 않다는 것을 이해할 수 있다. 진동 입력을 인가하기 위한 변환기(20)는 반도체 소자(semiconductor element)(12)에 대하여 다른 곳에 위치될 수 있으며, 진동 입력 신호가 임의의 원하는 방향(예를 들어, 위, 아래, 옆으로, 또는 다른 부분 또는 엔티티(entity)를 통해)으로부터 인가되게 한다.
도 1의 샘플(12)은 하나 이상의 또는 다수의 반도체 소자(16)가 내장된 기판 재료(substrate material)(13)로 구성된다. 기판 재료(13)는 그 자체로 재료의 단일 블록(single block of material)으로 도시되어 있지만, 이것은 도 1의 도면을 불필요하게 복잡하게 만들지 않기 위해 행해졌다. 기판 재료(13)는 응용에 따라 다양한 재료의 여러 층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 소자(16)의 제조 동안, 기판 재료(13)를 층별로 침적(deposit)하는 것이 유리할 수 있다. 기판 재료(13)의 층들은 동일한 재료(예를 들어, 세라믹 절연 물질(ceramic insulating material))일 수 있거나, 상이한 재료의 다양한 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 재료(13)는 반도체 소자(16)의 전극들(electrodes)에 도전 경로(conductive paths)를 형성하는 다양한 도전 층들(conductive layers)을 포함할 수 있으며, 이는 세라믹 절연 층들, 또는 패시베이션 층들(passivation layers), 또는 반도체 장치(16)를 에워싸는 둘러싸인 재료(enclosing material)의 부분일 수 있는 다른 층들과 기능적으로 결합될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 기판 재료는 합당(expedient)한 경우 단일 재료일 수 있다.
도 1은 기판 재료(13) 내에 매립된 단일 반도체 소자(16)를 도시하지만, 반도체 소자(16)와 같은 다수의 장치들이 기판 재료(13) 내에 내장될 수 있다. 예를 들어, 샘플(12)은 그 위에 형성된 반도체 소자(16)와 같은 많은 장치들을 포함하는 웨이퍼(wafer)일 수 있으며, 기판 재료(13) 내에 전부 또는 다수 내장되거나 적어도 부분적으로 내장될 수 있다. 이러한 반도체 소자(16)는 기판 재료(13)의 하나 이상의 재료 층들 아래에 매립될 수 있다.
본 발명의 방법은 제조 공정의 최종 단계로서, 또는 심지어 제조 방법과는 독립적인 별도의 테스트로서 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법이 비파괴적(non-destructive)이고 손상되지 않는다는 사실에 비추어, 상기 방법은 제조 동안 임의의 모멘트(any moment)에 또한 적용될 수 있다. 따라서, 도 1의 샘플(12)은 도시된 바와 같이 완전히 제조된 반도체 소자(16)(예를 들어, 웨이퍼 상에)일 수 있거나, 대안적으로 추후에 추가적인 층들을 수용(receive)할 수 있거나 수용하지 않을 수 있는 반제조 반도체 소자(semi-manufactured semiconductor element)일 수 있다.
반도체 소자(16)는 예를 들어 핀 전계 효과 트랜지스터(finFET) 또는 게이트-올-어라운드 전계 효과 트랜지스터(GAA-FET)와 같은 멀티게이트 반도체 장치(multigate semiconductor device)일 수 있다. 반도체 소자(16)는 임계 치수(CD) 균일성의 측정, 결함 검출, 정렬 목적(예를 들어, 오버레이 측정) 및 에지 검출을 위해, 기판 재료(13)의 재료 층 및 표면(15)을 통해 검출될 나노미터 크기의 구조들(nanometer size structures)(18)(예를 들어, 나노구조들(nanostructures))을 포함할 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 도 1에 도시된 반도체 소자(16)(및 또한 본 명세서 전반에 걸쳐 다른 도면들에 도시된 반도체 소자들)는 단지 예시들일 뿐이다.
상기 방법에 따라, 음향 진동 입력 신호(acoustic vibrational input signal)(50)는 변환기(20)에 의해 제공되었다. 하나 이상의 신호 발생기들(signal generators)(29)(도 3 참조)는 적어도 제1 주파수 발생기(25), 제2 주파수 발생기(26) 및 신호 혼합기(signal mixer)(28)를 포함한다. 진동 입력 신호(50)는 신호 발생기(25)에 의해 제공되는 10 내지 100 MHz의 범위 내의 주파수 f1를 갖는 고주파 성분을 포함한다. 이 고주파 성분은 신호 발생기(26)에 의해 제공되는 주파수 f2의 저주파 성분으로 진폭 변조되고, 혼합기 소자(28)를 사용하여 고주파 성분 f1으로 진폭 변조된다. 변환기(20)는 커플링 매체(21)(이는 본 예시에서는 바셀린일 수 있음)를 통해 음향 진동 신호를 샘플(12)의 기판 재료(13)로 전송한다. 저주파 성분(low frequency component)(26)은 5MHz보다 더 작은 주파수 f2가 캔틸레버(4)의 더 낮은 정상 공진 모드가 위치하는 주파수 범위 내에 있도록 한다. 바람직하게는, 신호 대 잡음비(SNR)를 최적화하기 위해, 주파수 f1은 캔틸레버(4)의 기본 공진 주파수와 일치하거나 매우 가깝게 선택된다. 대안적으로, 주파수 f1는 캔틸레버(4)의 정상 모드들 중 어느 하나와 매우 일치하거나 매우 가깝게 선택된다. 캔틸레버(4)는 기본 주파수 또는 캔틸레버의 임의의 다른 정상 공진 모드(특히 더 낮은 정상 모드)와 일치하거나 가까운 진동 신호에 대해 증가된 감도를 갖는다.
본 발명의 방법은 재료 층 아래의 다른 종류의 매립 또는 내장된 피처들의 측정, 검출 또는 이미징에 적용될 수 있다. 특별한 이점은 캔틸레버(4)의 캔틸레버 공진의 정상 모드의 범위 내의 진동 입력 신호의 고주파수 성분(10 내지 100 MHz)과 진동 입력 신호의 훨씬 더 낮은 주파수 성분의 조합을 통해, 경질 또는 고밀도 재료 층들을 통해 매우 정확한 검출이 가능하다는 것이다. 캔틸레버(4)는 고주파 진동에 대해 높은 동적 강성을 가지며, 따라서 매우 딱딱한 레버(very stiff lever)로서 작용한다. 저주파 성분 진폭 변조는 샘플이 프로브 팁에 대해 자체적으로 움푹 들어가게 하여, 프로브 팁(5)으로 샘플 진동(모든 구성 요소를 포함함)의 원하는 커플링을 제공한다. 나노미터 크기의 구조들(18)과 같은 서브표면 피처들의 영향(예를 들어, 단지 5 나노미터의 핀 두께를 갖는 finFET 내의 나노와이어)은 시스템(1)에 의해 검출될 수 있다.
예를 들어, 샘플(12)의 표면(15)에 수직한 방향의 프로브 팁(5)의 움직임은 상술한 바와 같이 광 센서(photo sensor)(10)를 사용하여 모니터링될 수 있다. 프로브 팁(5)이 샘플(12)의 표면(15)상의 경로를 따르도록 표면(15)에 대해 프로브(3)를 스캐닝함으로써, 샘플(12)의 서브표면 토포그래피가 측정 가능 해지고 맵핑될 수 있다. 이에 따라 반도체 소자(16) 및 임의의 나노미터 크기의 구조들(18)이 검출되고 가시화(visualized)될 수 있다.
광학 센서(10)로부터의 센서 신호, 즉 출력 신호(39)는 저역 통과 필터(low-pass filter)(30)를 통해 유도(led)될 수 있고, 출력 신호(39)의 저주파 성분은 피드백 제어 시스템(feedback control system)(31)에 제공될 수 있다. 저역 통과 필터는 예를 들어, 약 2-5 kHz의 차단 주파수(cutoff frequency)를 갖는다. 이것은 스캐닝 속도에 대해 충분히 빠르지만, 샘플링 레이트(sampling rate)보다 약간 더 높을 뿐이다(예를 들어, 1초의 1024픽셀은 1.024kHz의 샘플링 레이트에 대응함). 시스템(31)은 비례-적분-미분(PID: proportional-integral-differential) 피드백 제어기(feedback controller)(65)(도 3 참조) 및 증폭기(amplifier)(66)(도 3 참조)를 사용하여 AFM Z-피에조 유닛(AFM Z-piezo unit)(23)(도 3 참조)을 제어하여 프로브 팁을 피드백 모드에서 그 세트포인트 포스(setpoint force)로 유지시킨다. 본 발명의 메인 주제는 아니지만, 이 신호는 표면(15)의 표면 토포그래피 맵핑(surface topography mapping)을 수행하기 위해 선택적으로 원하는 추가 정보를 포함하고, 따라서 표면(15)의 이미지를 생성한다.
광 센서(10)로부터의 출력 신호(39)는 고역 통과 필터(high-pass filter)(34)에 더 제공된다. 고역 통과 필터(34)는 또한 예를 들면 약 2㎑의 차단 주파수를 가질 수 있고, 따라서 복조기(35)에 고주파 초음파 신호(high frequency ultrasound signal)(즉, 성분 f1을 포함함) 및 저주파 변조 신호(low frequency modulation signal)(즉, 성분 f2를 포함함)를 포함하는 출력 신호(39)의 제2 부분(fraction)을 전송(transmitting)한다. 특히, 출력 신호(39)를 감지하는 단계는 측정 주파수에서 또는 측정 주파수 근처에서 출력 신호(39)의 신호 특성을 측정하는 단계를 포함한다. 이러한 주파수들에서 증가된 캔틸레버 감도로부터의 이점을 위해, 측정 주파수는 캔틸레버(4)의 정상 공진 모드 중 하나 이상에 근접하도록(예를 들어, 20% 이내, 또는 바람직하게는 10% 이내 또는 훨씬 더 바람직하게는 5% 이내) 선택될 수 있다. 변조 주파수 f2와 마찬가지로, 측정 주파수는 하나 이상의 이들 정상 모드들 - 바람직하게 캔틸레버(4)의 공진의 기본 주파수 -와 일치할 수 있다. 예를 들어, 측정 주파수는 변조 주파수와 동일할 수 있고, 이를 위해 신호 발생기(26)로부터의 변조 주파수는 복조기(35)에 대한 추가 입력으로서 선택적으로 인가될 수 있다(예를 들어, 도 1 내지 도 3(도 3의 신호(48))에 도시된 바와 같이). 따라서, 복조기(35)는 선택적으로 신호 발생기(29)로부터의 기준 신호로서 저주파 입력 신호 f2(26)를 또한 수신할 수 있다. 그러나, 이는 필수적인 것은 아니며, 측정 주파수는 예를 들어 분석 시스템(38)에서 변조 주파수와 동일하게 설정될 수 있다. 복조기(35)의 출력 신호는 분석 시스템(38)에 제공되어 위치 의존 출력 신호(location dependent output signal)(39)를 분석하여 프로브 팁(5)의 움직임 신호로부터 서브표면 측정 정보를 획득하도록 한다. 주파수 발생기들(25, 26), 혼합기(28), 복조기(35) 및 선택적으로 분석 시스템(38)은 일체형 시스템(integral system)(43)을 형성할 수 있다. 도 3에서, 더 아래에서, 주파수 발생기들(25, 26), 혼합기(28) 및 복조기(35)는 모두 록인 증폭기(lockin amplifier)(43)의 부분이다.
다른 대안으로서, 도 7은 진동 입력 신호가 프로브(3)에 인가되는 제2 측면에 따른 본 발명의 방법에서 사용하기에 적합한 원자 현미경 시스템(AFM)(41)의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 7의 대부분의 요소들은 도 3의 대응하는 요소들과 유사하며, 이 경우 요소들은 대응하는 참조 번호를 갖는다. 도 7에서 변환기(20)의 위치는 다른데, 프로브 팁(5) 위의 캔틸레버(4) 상에 위치된다. 변환기(20)는 캔틸레버(4)의 상이한 부분에 탑재될 수 있거나, 심지어는 진동 입력 신호(50)를 인가하기 위한 완전히 상이한 여기 수단(completely different stimulation means)으로 대체될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 변환기(20)로서 피에조 액추에이터(piezo actuator)의 응용에 제한되지 않는다. 도 7의 시스템에서, 변환기 유닛(20)은 프로브 팁(5)과 접촉하고, 전력 증폭기(power amplifier)(69)를 사용하여 증폭되는 입력 신호(50)를 수신한다(이러한 증폭기(69)는 또한 도 3에서 볼 수 있다). 변환기(20)는 입력 신호(50)를 프로브 팁(5)에 인가된 음향 신호로 변환한다. 다른 모든 측면들에서, 도 7의 시스템의 동작은 도 3의 시스템과 유사하고, 전술한 도 3의 설명을 참조한다.
프로브(3)를 통한 진동 입력 신호의 인가의 이점은 본 발명의 방법이 산업 환경에서의 응용에 훨씬 더 적합하다는 것이다. 이는 샘플(12)에 대한 진동 입력 신호(50)의 인가가 웨이퍼들과 같은 더 큰 샘플들에 바람직하지 않다는 사실에 기인한다. 이 경우, 전체 웨이퍼에 진동 에너지를 공급해야 하기 때문에, 이는 크기면에서 비효율적이다. 프로브에 대한 신호의 인가는 필요한 영역에 진동 입력 신호를 집중시킨다(localizes).
본 발명의 방법은 매우 높은 해상도에서 서브표면 이미징을 수행하는 것과 같이 적용될 수 있다. 예를 들어, 이 방법은 특히 샘플(12)의 표면(15) 위 또는 아래에 나노미터 크기의 반도체 소자들(16)의 구조를 검출하는데 적합하다. 도 4는 핀 타입 전계 효과 트랜지스터(FinFET)(70), 즉 일반적으로 기판 내에 매립되고 이 문서에서 설명된 방법 및 시스템을 사용하여 이미징될 수 있는 나노미터 크기의 반도체 소자의 일 예시를 개략적으로 도시한다. FinFET(70)은 장치의 거동(behavior)이 복수의 게이트들의 동작을 통해 제어될 수 있는 멀티게이트 장치(multigate device) 또는 멀티게이트 전계 효과 트랜지스터(MuGFET: multi-gate field effect transistor)의 특정 예시이다. 본질적으로 나노미터 크기의 피처들을 포함하고 본 발명에 따른 서브표면 이미징을 사용하여 마찬가지로 시각화될 수 있는 다른 유형의 MuGFET들은 게이트-올-어라운드 장치들이다.
도 4에 도시된 finFET(70)에서, 복수의 나노와이어들(78, 79, 80, 81)(전형적으로 단지 수 나노미터의 단면)은 스택(stack)(82)을 형성하며, 이는 반도체 핀(semiconductor fin)(73)에 대해 나노와이어들(78-81)의 반대면들(opposite sides) 상에 소스 전극(source electrode)(71) 및 드레인 전극(drain electrode)(72)을 제공한다. finFET(70)의 핀(73)은 장치의 게이트(74)를 형성하고, 그 동작은 소스(71)와 드레인(72) 사이의 장치(70)의 임피던스(impedance)를 제어할 수 있게 한다. 장치(70)는 기판(75) 상에 형성된다. 비록 finFET(70)의 가장 작은 피처들이 단지 수 나노미터의 크기이지만, 이들 구조들이 반도체 재료의 층 아래에 매립되더라도, 본 발명의 시스템 및 방법은 서브표면 이미징을 통한 시각화를 가능하게 한다.
도 5a는 도 4에 도시된 finFET(70)와 같은 복수의 finFET들을 포함하는 샘플(12)의 집속 이온 빔 타입 스캐닝 전자 현미경(FIB-SEM: focused ion beam type scanning electron microscope) 이미지를 제공한다. 집속 이온 빔 타입 스캐닝 전자 현미경(FIB-SEM)이 서브표면 구조들을 시각화하는 것과 같은 샘플을 통한 투과에서, 이러한 유형의 이미징의 단점은 샘플(12)에 본질적으로 파괴적이라는 것이다. FIB에 사용되는 고 에너지 이온은 표면으로부터 원자를 제거하여 샘플을 손상시킨다. 도 5a의 이미지는 나노와이어의 스택(82) 및 표면(15) 아래에 매립된 finFET들의 각각의 게이트(74)를 나타낸다.
도 5b는 기판 상에 전자 빔을 사용하여 획득된 통상의 스캐닝 전자 현미경(SEM) 이미지이다. 나노와이어 스택(82)을 나타내기 위해, 반도체 장치 구조 위의 표면(15) 및 상부 층들은 이미징이 가능하도록 먼저 제거되었다. 따라서, 도 5b의 이미지는 샘플의 파괴에 의해 제공되지만, 도 5b의 이미지가 나노와이어 스택(82)의 매우 조밀한 배치를 도시하는 역할을 한다. 이미지의 스케일은 2 마이크로미터(micrometer)의 거리를 나타내며, (예를 들어, 단지 10 또는 20 나노미터라고 말할 수 있는) 스택(82) 내의 와이어의 나노미터 크기를 나타낸다.
도 6a는 (상부 표면을 제거하기 이전에) 동일한 샘플의 표면 토포그래피의 원자력 현미경 이미지이다. 이미지는 본 발명에 따른 시스템을 사용하여 생성되었지만, 서브표면 이미징은 없고, 어떠한 다른 서브표면 구조도 없이 샘플(12)의 샘플(15)을 나타낸다. 도 6b는 도 4의 이미지를 생성하기 위해 상부 층을 제거하기 전에, 도 5a 및 도 5b에 도시된 동일한 샘플의, 본 발명에 따른 방법 및 시스템을 사용하여 획득된 서브표면 이미지이다. 도 6b는 샘플의 표면(15) 아래에 50 나노미터로 매립된 finFET의 나노와이어의 스택(82)을 명확하게 도시한다. 도 5a 내지 도 5b 및 도 6a 및 도 6b로부터 다음과 같이, 본 발명의 시스템 및 방법은 예를 들어 이러한 반도체 장치의 제조 중에 오버레이 검사 또는 결함 검출을 수행하는 것과 같이 반도체 샘플 내에 매립된 나노구조들의 이미징에 매우 적합하다. 본 발명의 이미징 기술은 이러한 검출을 비파괴 방식으로 수행할 수 있고 고해상도에서 매우 정확할 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. 또한, 운동학적인 도치(kinematic inversions)는 본질적으로 개시되고 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 간주된다. 또한, 개시된 다양한 실시예들의 구성 요소들 및 요소들 중 임의의 것은 청구 범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 필요하거나, 바람직하거나 또는 선호되는 것으로 여겨지는 다른 실시예들에 조합되거나 통합될 수 있다.
청구 범위에서, 임의의 참조 번호는 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.
본 발명의 검출 방법은 샘플(12)에 진동 입력 신호를 인가하며, 이는 표면(15)에서 측정 가능한 샘플(12)의 진동을 발생시킨다. 진동 입력 신호는 10 내지 100MHz의 고주파 신호 성분(high frequency signal component)을 포함하며, 이는 전술한 바와 같이 캔틸레버(4)가 매우 높은 동적 강성(very high dynamic stiffness)을 나타낼 수 있게 한다. 진동 입력 신호는 훨씬 더 낮은 주파수(예를 들어, 5MHz 아래)의 추가 신호 성분을 사용하여 진폭 변조된다(amplitude modulated). 이 진동은 샘플 표면(15)이 프로브 팁(5)에 대해 움푹 들어가게(indent) 하며, 이는 힘-대-거리 특성(force-versus-distance characteristics)의 비선형성(non-linearity)에 기인하여 큰 정확도로 프로브 팁(5)에 의해 감지될 수 있다.
도 1의 시스템(1)에서, 샘플(12)에 입력 신호를 인가하기 위해, 변환기(transducer)(20)는 샘플(12) 아래에 배치된다. 커플링 매체(coupling medium)(21)(예를 들어, 액체, 오일(oil) 또는 기름(grease)(예를 들어, 바셀린(vaseline)))는 변환기(20)와 샘플(12) 사이에 저 저항 커플링(low resistance coupling)을 제공한다. 이는 예를 들어 도 1에 도시되어 있는 설정과 같이, 변환기(20)에 의해 생성된 진동 입력 신호가 샘플(12)의 뒷면(back side)으로부터 샘플(12)을 관통하도록 한다. 이와 관련하여, 샘플(12)의 뒷면으로부터 음향 신호를 인가하는 것이 본 발명에 필수적이지는 않다는 것을 이해할 수 있다. 진동 입력을 인가하기 위한 변환기(20)는 반도체 소자(semiconductor element)(12)에 대하여 다른 곳에 위치될 수 있으며, 진동 입력 신호가 임의의 원하는 방향(예를 들어, 위, 아래, 옆으로, 또는 다른 부분 또는 엔티티(entity)를 통해)으로부터 인가되게 한다.
도 1의 샘플(12)은 하나 이상의 또는 다수의 반도체 소자(16)가 내장된 기판 재료(substrate material)(13)로 구성된다. 기판 재료(13)는 그 자체로 재료의 단일 블록(single block of material)으로 도시되어 있지만, 이것은 도 1의 도면을 불필요하게 복잡하게 만들지 않기 위해 행해졌다. 기판 재료(13)는 응용에 따라 다양한 재료의 여러 층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 소자(16)의 제조 동안, 기판 재료(13)를 층별로 침적(deposit)하는 것이 유리할 수 있다. 기판 재료(13)의 층들은 동일한 재료(예를 들어, 세라믹 절연 물질(ceramic insulating material))일 수 있거나, 상이한 재료의 다양한 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 재료(13)는 반도체 소자(16)의 전극들(electrodes)에 도전 경로(conductive paths)를 형성하는 다양한 도전 층들(conductive layers)을 포함할 수 있으며, 이는 세라믹 절연 층들, 또는 패시베이션 층들(passivation layers), 또는 반도체 장치(16)를 에워싸는 둘러싸인 재료(enclosing material)의 부분일 수 있는 다른 층들과 기능적으로 결합될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 기판 재료는 합당(expedient)한 경우 단일 재료일 수 있다.
도 1은 기판 재료(13) 내에 매립된 단일 반도체 소자(16)를 도시하지만, 반도체 소자(16)와 같은 다수의 장치들이 기판 재료(13) 내에 내장될 수 있다. 예를 들어, 샘플(12)은 그 위에 형성된 반도체 소자(16)와 같은 많은 장치들을 포함하는 웨이퍼(wafer)일 수 있으며, 기판 재료(13) 내에 전부 또는 다수 내장되거나 적어도 부분적으로 내장될 수 있다. 이러한 반도체 소자(16)는 기판 재료(13)의 하나 이상의 재료 층들 아래에 매립될 수 있다.
본 발명의 방법은 제조 공정의 최종 단계로서, 또는 심지어 제조 방법과는 독립적인 별도의 테스트로서 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법이 비파괴적(non-destructive)이고 손상되지 않는다는 사실에 비추어, 상기 방법은 제조 동안 임의의 모멘트(any moment)에 또한 적용될 수 있다. 따라서, 도 1의 샘플(12)은 도시된 바와 같이 완전히 제조된 반도체 소자(16)(예를 들어, 웨이퍼 상에)일 수 있거나, 대안적으로 추후에 추가적인 층들을 수용(receive)할 수 있거나 수용하지 않을 수 있는 반제조 반도체 소자(semi-manufactured semiconductor element)일 수 있다.
반도체 소자(16)는 예를 들어 핀 전계 효과 트랜지스터(finFET) 또는 게이트-올-어라운드 전계 효과 트랜지스터(GAA-FET)와 같은 멀티게이트 반도체 장치(multigate semiconductor device)일 수 있다. 반도체 소자(16)는 임계 치수(CD) 균일성의 측정, 결함 검출, 정렬 목적(예를 들어, 오버레이 측정) 및 에지 검출을 위해, 기판 재료(13)의 재료 층 및 표면(15)을 통해 검출될 나노미터 크기의 구조들(nanometer size structures)(18)(예를 들어, 나노구조들(nanostructures))을 포함할 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 도 1에 도시된 반도체 소자(16)(및 또한 본 명세서 전반에 걸쳐 다른 도면들에 도시된 반도체 소자들)는 단지 예시들일 뿐이다.
상기 방법에 따라, 음향 진동 입력 신호(acoustic vibrational input signal)(50)는 변환기(20)에 의해 제공되었다. 하나 이상의 신호 발생기들(signal generators)(29)(도 3 참조)는 적어도 제1 주파수 발생기(25), 제2 주파수 발생기(26) 및 신호 혼합기(signal mixer)(28)를 포함한다. 진동 입력 신호(50)는 신호 발생기(25)에 의해 제공되는 10 내지 100 MHz의 범위 내의 주파수 f1를 갖는 고주파 성분을 포함한다. 이 고주파 성분은 신호 발생기(26)에 의해 제공되는 주파수 f2의 저주파 성분으로 진폭 변조되고, 혼합기 소자(28)를 사용하여 고주파 성분 f1으로 진폭 변조된다. 변환기(20)는 커플링 매체(21)(이는 본 예시에서는 바셀린일 수 있음)를 통해 음향 진동 신호를 샘플(12)의 기판 재료(13)로 전송한다. 저주파 성분(low frequency component)(26)은 5MHz보다 더 작은 주파수 f2가 캔틸레버(4)의 더 낮은 정상 공진 모드가 위치하는 주파수 범위 내에 있도록 한다. 바람직하게는, 신호 대 잡음비(SNR)를 최적화하기 위해, 주파수 f1은 캔틸레버(4)의 기본 공진 주파수와 일치하거나 매우 가깝게 선택된다. 대안적으로, 주파수 f1는 캔틸레버(4)의 정상 모드들 중 어느 하나와 매우 일치하거나 매우 가깝게 선택된다. 캔틸레버(4)는 기본 주파수 또는 캔틸레버의 임의의 다른 정상 공진 모드(특히 더 낮은 정상 모드)와 일치하거나 가까운 진동 신호에 대해 증가된 감도를 갖는다.
본 발명의 방법은 재료 층 아래의 다른 종류의 매립 또는 내장된 피처들의 측정, 검출 또는 이미징에 적용될 수 있다. 특별한 이점은 캔틸레버(4)의 캔틸레버 공진의 정상 모드의 범위 내의 진동 입력 신호의 고주파수 성분(10 내지 100 MHz)과 진동 입력 신호의 훨씬 더 낮은 주파수 성분의 조합을 통해, 경질 또는 고밀도 재료 층들을 통해 매우 정확한 검출이 가능하다는 것이다. 캔틸레버(4)는 고주파 진동에 대해 높은 동적 강성을 가지며, 따라서 매우 딱딱한 레버(very stiff lever)로서 작용한다. 저주파 성분 진폭 변조는 샘플이 프로브 팁에 대해 자체적으로 움푹 들어가게 하여, 프로브 팁(5)으로 샘플 진동(모든 구성 요소를 포함함)의 원하는 커플링을 제공한다. 나노미터 크기의 구조들(18)과 같은 서브표면 피처들의 영향(예를 들어, 단지 5 나노미터의 핀 두께를 갖는 finFET 내의 나노와이어)은 시스템(1)에 의해 검출될 수 있다.
예를 들어, 샘플(12)의 표면(15)에 수직한 방향의 프로브 팁(5)의 움직임은 상술한 바와 같이 광 센서(photo sensor)(10)를 사용하여 모니터링될 수 있다. 프로브 팁(5)이 샘플(12)의 표면(15)상의 경로를 따르도록 표면(15)에 대해 프로브(3)를 스캐닝함으로써, 샘플(12)의 서브표면 토포그래피가 측정 가능 해지고 맵핑될 수 있다. 이에 따라 반도체 소자(16) 및 임의의 나노미터 크기의 구조들(18)이 검출되고 가시화(visualized)될 수 있다.
광학 센서(10)로부터의 센서 신호, 즉 출력 신호(39)는 저역 통과 필터(low-pass filter)(30)를 통해 유도(led)될 수 있고, 출력 신호(39)의 저주파 성분은 피드백 제어 시스템(feedback control system)(31)에 제공될 수 있다. 저역 통과 필터는 예를 들어, 약 2-5 kHz의 차단 주파수(cutoff frequency)를 갖는다. 이것은 스캐닝 속도에 대해 충분히 빠르지만, 샘플링 레이트(sampling rate)보다 약간 더 높을 뿐이다(예를 들어, 1초의 1024픽셀은 1.024kHz의 샘플링 레이트에 대응함). 시스템(31)은 비례-적분-미분(PID: proportional-integral-differential) 피드백 제어기(feedback controller)(65)(도 3 참조) 및 증폭기(amplifier)(66)(도 3 참조)를 사용하여 AFM Z-피에조 유닛(AFM Z-piezo unit)(23)(도 3 참조)을 제어하여 프로브 팁을 피드백 모드에서 그 세트포인트 포스(setpoint force)로 유지시킨다. 본 발명의 메인 주제는 아니지만, 이 신호는 표면(15)의 표면 토포그래피 맵핑(surface topography mapping)을 수행하기 위해 선택적으로 원하는 추가 정보를 포함하고, 따라서 표면(15)의 이미지를 생성한다.
광 센서(10)로부터의 출력 신호(39)는 고역 통과 필터(high-pass filter)(34)에 더 제공된다. 고역 통과 필터(34)는 또한 예를 들면 약 2㎑의 차단 주파수를 가질 수 있고, 따라서 복조기(35)에 고주파 초음파 신호(high frequency ultrasound signal)(즉, 성분 f1을 포함함) 및 저주파 변조 신호(low frequency modulation signal)(즉, 성분 f2를 포함함)를 포함하는 출력 신호(39)의 제2 부분(fraction)을 전송(transmitting)한다. 특히, 출력 신호(39)를 감지하는 단계는 측정 주파수에서 또는 측정 주파수 근처에서 출력 신호(39)의 신호 특성을 측정하는 단계를 포함한다. 이러한 주파수들에서 증가된 캔틸레버 감도로부터의 이점을 위해, 측정 주파수는 캔틸레버(4)의 정상 공진 모드 중 하나 이상에 근접하도록(예를 들어, 20% 이내, 또는 바람직하게는 10% 이내 또는 훨씬 더 바람직하게는 5% 이내) 선택될 수 있다. 변조 주파수 f2와 마찬가지로, 측정 주파수는 하나 이상의 이들 정상 모드들 - 바람직하게 캔틸레버(4)의 공진의 기본 주파수 -와 일치할 수 있다. 예를 들어, 측정 주파수는 변조 주파수와 동일할 수 있고, 이를 위해 신호 발생기(26)로부터의 변조 주파수는 복조기(35)에 대한 추가 입력으로서 선택적으로 인가될 수 있다(예를 들어, 도 1 내지 도 3(도 3의 신호(48))에 도시된 바와 같이). 따라서, 복조기(35)는 선택적으로 신호 발생기(29)로부터의 기준 신호로서 저주파 입력 신호 f2(26)를 또한 수신할 수 있다. 그러나, 이는 필수적인 것은 아니며, 측정 주파수는 예를 들어 분석 시스템(38)에서 변조 주파수와 동일하게 설정될 수 있다. 복조기(35)의 출력 신호는 분석 시스템(38)에 제공되어 위치 의존 출력 신호(location dependent output signal)(39)를 분석하여 프로브 팁(5)의 움직임 신호로부터 서브표면 측정 정보를 획득하도록 한다. 주파수 발생기들(25, 26), 혼합기(28), 복조기(35) 및 선택적으로 분석 시스템(38)은 일체형 시스템(integral system)(43)을 형성할 수 있다. 도 3에서, 더 아래에서, 주파수 발생기들(25, 26), 혼합기(28) 및 복조기(35)는 모두 록인 증폭기(lockin amplifier)(43)의 부분이다.
다른 대안으로서, 도 7은 진동 입력 신호가 프로브(3)에 인가되는 제2 측면에 따른 본 발명의 방법에서 사용하기에 적합한 원자 현미경 시스템(AFM)(41)의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 7의 대부분의 요소들은 도 3의 대응하는 요소들과 유사하며, 이 경우 요소들은 대응하는 참조 번호를 갖는다. 도 7에서 변환기(20)의 위치는 다른데, 프로브 팁(5) 위의 캔틸레버(4) 상에 위치된다. 변환기(20)는 캔틸레버(4)의 상이한 부분에 탑재될 수 있거나, 심지어는 진동 입력 신호(50)를 인가하기 위한 완전히 상이한 여기 수단(completely different stimulation means)으로 대체될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 변환기(20)로서 피에조 액추에이터(piezo actuator)의 응용에 제한되지 않는다. 도 7의 시스템에서, 변환기 유닛(20)은 프로브 팁(5)과 접촉하고, 전력 증폭기(power amplifier)(69)를 사용하여 증폭되는 입력 신호(50)를 수신한다(이러한 증폭기(69)는 또한 도 3에서 볼 수 있다). 변환기(20)는 입력 신호(50)를 프로브 팁(5)에 인가된 음향 신호로 변환한다. 다른 모든 측면들에서, 도 7의 시스템의 동작은 도 3의 시스템과 유사하고, 전술한 도 3의 설명을 참조한다.
프로브(3)를 통한 진동 입력 신호의 인가의 이점은 본 발명의 방법이 산업 환경에서의 응용에 훨씬 더 적합하다는 것이다. 이는 샘플(12)에 대한 진동 입력 신호(50)의 인가가 웨이퍼들과 같은 더 큰 샘플들에 바람직하지 않다는 사실에 기인한다. 이 경우, 전체 웨이퍼에 진동 에너지를 공급해야 하기 때문에, 이는 크기면에서 비효율적이다. 프로브에 대한 신호의 인가는 필요한 영역에 진동 입력 신호를 집중시킨다(localizes).
본 발명의 방법은 매우 높은 해상도에서 서브표면 이미징을 수행하는 것과 같이 적용될 수 있다. 예를 들어, 이 방법은 특히 샘플(12)의 표면(15) 위 또는 아래에 나노미터 크기의 반도체 소자들(16)의 구조를 검출하는데 적합하다. 도 4는 핀 타입 전계 효과 트랜지스터(FinFET)(70), 즉 일반적으로 기판 내에 매립되고 이 문서에서 설명된 방법 및 시스템을 사용하여 이미징될 수 있는 나노미터 크기의 반도체 소자의 일 예시를 개략적으로 도시한다. FinFET(70)은 장치의 거동(behavior)이 복수의 게이트들의 동작을 통해 제어될 수 있는 멀티게이트 장치(multigate device) 또는 멀티게이트 전계 효과 트랜지스터(MuGFET: multi-gate field effect transistor)의 특정 예시이다. 본질적으로 나노미터 크기의 피처들을 포함하고 본 발명에 따른 서브표면 이미징을 사용하여 마찬가지로 시각화될 수 있는 다른 유형의 MuGFET들은 게이트-올-어라운드 장치들이다.
도 4에 도시된 finFET(70)에서, 복수의 나노와이어들(78, 79, 80, 81)(전형적으로 단지 수 나노미터의 단면)은 스택(stack)(82)을 형성하며, 이는 반도체 핀(semiconductor fin)(73)에 대해 나노와이어들(78-81)의 반대면들(opposite sides) 상에 소스 전극(source electrode)(71) 및 드레인 전극(drain electrode)(72)을 제공한다. finFET(70)의 핀(73)은 장치의 게이트(74)를 형성하고, 그 동작은 소스(71)와 드레인(72) 사이의 장치(70)의 임피던스(impedance)를 제어할 수 있게 한다. 장치(70)는 기판(75) 상에 형성된다. 비록 finFET(70)의 가장 작은 피처들이 단지 수 나노미터의 크기이지만, 이들 구조들이 반도체 재료의 층 아래에 매립되더라도, 본 발명의 시스템 및 방법은 서브표면 이미징을 통한 시각화를 가능하게 한다.
도 5a는 도 4에 도시된 finFET(70)와 같은 복수의 finFET들을 포함하는 샘플(12)의 집속 이온 빔 타입 스캐닝 전자 현미경(FIB-SEM: focused ion beam type scanning electron microscope) 이미지를 제공한다. 집속 이온 빔 타입 스캐닝 전자 현미경(FIB-SEM)이 서브표면 구조들을 시각화하는 것과 같은 샘플을 통한 투과에서, 이러한 유형의 이미징의 단점은 샘플(12)에 본질적으로 파괴적이라는 것이다. FIB에 사용되는 고 에너지 이온은 표면으로부터 원자를 제거하여 샘플을 손상시킨다. 도 5a의 이미지는 나노와이어의 스택(82) 및 표면(15) 아래에 매립된 finFET들의 각각의 게이트(74)를 나타낸다.
도 5b는 기판 상에 전자 빔을 사용하여 획득된 통상의 스캐닝 전자 현미경(SEM) 이미지이다. 나노와이어 스택(82)을 나타내기 위해, 반도체 장치 구조 위의 표면(15) 및 상부 층들은 이미징이 가능하도록 먼저 제거되었다. 따라서, 도 5b의 이미지는 샘플의 파괴에 의해 제공되지만, 도 5b의 이미지가 나노와이어 스택(82)의 매우 조밀한 배치를 도시하는 역할을 한다. 이미지의 스케일은 2 마이크로미터(micrometer)의 거리를 나타내며, (예를 들어, 단지 10 또는 20 나노미터라고 말할 수 있는) 스택(82) 내의 와이어의 나노미터 크기를 나타낸다.
도 6a는 (상부 표면을 제거하기 이전에) 동일한 샘플의 표면 토포그래피의 원자력 현미경 이미지이다. 이미지는 본 발명에 따른 시스템을 사용하여 생성되었지만, 서브표면 이미징은 없고, 어떠한 다른 서브표면 구조도 없이 샘플(12)의 샘플(15)을 나타낸다. 도 6b는 도 4의 이미지를 생성하기 위해 상부 층을 제거하기 전에, 도 5a 및 도 5b에 도시된 동일한 샘플의, 본 발명에 따른 방법 및 시스템을 사용하여 획득된 서브표면 이미지이다. 도 6b는 샘플의 표면(15) 아래에 50 나노미터로 매립된 finFET의 나노와이어의 스택(82)을 명확하게 도시한다. 도 5a 내지 도 5b 및 도 6a 및 도 6b로부터 다음과 같이, 본 발명의 시스템 및 방법은 예를 들어 이러한 반도체 장치의 제조 중에 오버레이 검사 또는 결함 검출을 수행하는 것과 같이 반도체 샘플 내에 매립된 나노구조들의 이미징에 매우 적합하다. 본 발명의 이미징 기술은 이러한 검출을 비파괴 방식으로 수행할 수 있고 고해상도에서 매우 정확할 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. 또한, 운동학적인 도치(kinematic inversions)는 본질적으로 개시되고 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 간주된다. 또한, 개시된 다양한 실시예들의 구성 요소들 및 요소들 중 임의의 것은 청구 범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 필요하거나, 바람직하거나 또는 선호되는 것으로 여겨지는 다른 실시예들에 조합되거나 통합될 수 있다.
청구 범위에서, 임의의 참조 번호는 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 (16)
- 캔틸레버 및 프로브 팁을 포함하는 프로브를 사용하여 샘플의 표면 위 또는 아래의 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하는 방법에 있어서,
상기 캔틸레버는,
기본 공진 주파수를 포함하는 하나 이상의 정상 공진 모드를 가지고,
상기 방법은,
변환기를 사용하여 상기 변환기의 위치로부터 상기 샘플에 진동 입력 신호를 인가하는 단계; 및
상기 프로브 팁이 상기 표면과 접촉하는 동안, 상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호를 감지하는 단계
를 포함하고,
상기 진동 입력 신호는,
10 메가헤르츠 내지 10 기가헤르츠의 범위 내의 주파수를 갖는 적어도 제1 신호 성분을 포함하고,
상기 진동 입력 신호는,
5 메가헤르츠 아래의 변조 주파수를 갖는 적어도 제2 신호 성분을 사용하여 진폭 변조되는
나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하는 방법. - 캔틸레버 및 프로브 팁을 포함하는 프로브를 사용하여 샘플의 표면 위 또는 아래의 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하는 방법에 있어서,
상기 캔틸레버는,
기본 공진 주파수를 포함하는 하나 이상의 정상 공진 모드를 가지고,
상기 방법은,
변환기를 사용하여 상기 변환기의 위치로부터 상기 프로브에 진동 입력 신호를 인가하는 단계; 및
상기 프로브 팁이 상기 표면과 접촉하는 동안, 상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호를 감지하는 단계
를 포함하고,
상기 진동 입력 신호는,
10 메가헤르츠 내지 10 기가헤르츠의 범위 내의 주파수를 갖는 적어도 제1 신호 성분을 포함하고,
상기 진동 입력 신호는,
5 메가헤르츠 아래의 변조 주파수를 갖는 적어도 제2 신호 성분을 사용하여 진폭 변조되는
나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 신호 성분은,
상기 캔틸레버의 정상 공진 모드들 중 적어도 하나로부터 20% 범위 내의 변조 주파수를 갖는
나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하는 방법. - 제3항에 있어서,
상기 변조 주파수는 상기 기본 공진 주파수의 a배이고,
a는 0.8 내지 1.2의 범위 내에 있는
나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 출력 신호를 감지하는 단계는,
상기 출력 신호의 신호 특성들을 측정하는 단계
를 포함하는 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 출력 신호의 신호 특성들은,
상기 출력 신호의 위상 또는 진폭 중 적어도 하나를 포함하는
나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 출력 신호의 신호 특성들을 측정하는 단계는,
측정 주파수에서에서 신호 특성들을 측정하는 단계
를 포함하는 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하는 방법. - 제7항에 있어서,
상기 측정 주파수는 상기 캔틸레버의 정상 공진 모드들 중 적어도 하나로부터 20%의 범위 내에 있거나, 또는
상기 측정 주파수는 캔틸레버 공진의 상기 기본 공진 주파수의 b배이고, b는 0.8 내지 1.2의 범위 내에 있거나, 또는
상기 측정 주파수는 상기 변조 주파수와 동일하거나 상기 변조 주파수로부터 5% 이내인
나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 샘플은,
상기 샘플 내에 내장된 반도체 구조, 다층 반도체 구조 또는 소자, 3차원 반도체 구조, 또는 10 나노미터보다 더 작은 적어도 하나의 크기 치수를 갖는 구조적 피처들을 포함하는 구조 중 적어도 하나 또는 조합 또는 모두를 포함하는
나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하는 방법. - 샘플의 표면 위 또는 아래의 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하기 위한 스캐닝 프로브 현미경 시스템에 있어서,
상기 샘플의 표면을 스캐닝하기 위한 프로브
를 포함하고,
상기 프로브는,
캔틸레버에 탑재되는 프로브 팁을 포함하고,
상기 캔틸레버는,
기본 공진 주파수를 포함하는 하나 이상의 정상 공진 모드를 가지고,
상기 프로브는,
상기 프로브 팁을 상기 샘플의 표면과 접촉시키기 위해 배치된 감지 헤드에 탑재되고,
상기 시스템은,
변환기의 위치로부터 상기 샘플에 진동 입력 신호를 인가하기 위한 변환기, 및
상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 샘플의 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호를 생성하기 위한 프로브 편향 센서
를 더 포함하고,
상기 변환기는,
10 메가헤르츠 내지 10 기가헤르츠의 범위 내의 주파수를 갖는 적어도 제1 신호 성분을 포함하도록 상기 진동 입력 신호를 생성하도록 구성되고,
상기 변환기는,
5 메가헤르츠 아래의 변조 주파수를 갖는 적어도 제2 신호 성분을 사용하여 상기 진동 입력 신호를 진폭 변조하도록 구성되는
스캐닝 프로브 현미경 시스템. - 샘플의 표면 위 또는 아래의 나노미터 크기의 반도체 소자들의 구조들을 검출하기 위한 스캐닝 프로브 현미경 시스템에 있어서,
상기 샘플의 표면을 스캐닝하기 위한 프로브
를 포함하고,
상기 프로브는,
캔틸레버에 탑재되는 프로브 팁을 포함하고,
상기 캔틸레버는,
기본 공진 주파수를 포함하는 하나 이상의 정상 공진 모드를 가지고,
상기 프로브는,
상기 프로브 팁을 상기 샘플의 표면과 접촉시키기 위해 배치된 감지 헤드에 탑재되고,
상기 시스템은,
환기의 위치로부터 상기 프로브에 진동 입력 신호를 인가하기 위한 변환기, 및
상기 진동 입력 신호에 의해 유도된 상기 샘플의 표면에서의 진동으로 인한 상기 프로브 팁의 움직임을 나타내는 출력 신호를 생성하기 위한 프로브 편향 센서
를 더 포함하고,
상기 변환기는,
10 메가헤르츠 내지 10 기가헤르츠의 범위 내의 주파수를 갖는 적어도 제1 신호 성분을 포함하도록 상기 진동 입력 신호를 생성하도록 구성되고,
상기 변환기는,
5 메가헤르츠 아래의 변조 주파수를 갖는 적어도 제2 신호 성분을 사용하여 상기 진동 입력 신호를 진폭 변조하도록 구성되는
스캐닝 프로브 현미경 시스템. - 제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 변환기는 상기 제2 신호 성분을 사용하여 상기 진동 입력 신호를 진폭 변조하도록 구성되고, 상기 변환기는 상기 캔틸레버의 정상 공진 모드들 중 적어도 하나로부터 20%의 범위 내에 있는 상기 변조 주파수를 갖는 상기 제2 신호 성분을 제공하도록 구성되는
스캐닝 프로브 현미경 시스템. - 제12항에 있어서,
상기 변환기는,
상기 제2 신호 성분을 사용하여 상기 진동 입력 신호를 진폭 변조하도록 구성되고,
상기 변환기는,
상기 기본 공진 주파수의 a배인 상기 공진 주파수를 갖는 상기 제2 신호 성분을 제공하도록 구성되고,
a는 0.8 내지 1.2의 범위 내에 있는
스캐닝 프로브 현미경 시스템. - 제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 프로브 편향 센서와 통신 연결되는 제어기 또는 분석기 시스템
을 더 포함하고,
상기 제어기 또는 상기 분석기 시스템은,
측정 주파수에서 상기 출력 신호의 신호 특성들을 결정하도록 구성되는
스캐닝 프로브 현미경 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 제어기 또는 분석기 시스템은,
상기 측정 주파수에서 상기 출력 신호의 신호 특성들을 결정하는 것을 수행하도록 구성되고,
상기 측정 주파수는 상기 캔틸레버의 정상 공진 모드들 중 적어도 하나로부터 20%의 범위 내에 있거나, 또는
상기 측정 주파수는 캔틸레버 공진의 상기 기본 공진 주파수의 b배이고, b는 0.8 내지 1.2의 범위 내에 있거나, 또는
상기 측정 주파수는 상기 변조 주파수와 동일하거나 상기 변조 주파수로부터 5% 이내인
스캐닝 프로브 현미경 시스템. - 제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 프로브 편향 센서와 통신 연결되는 제어기 또는 분석기 시스템
을 더 포함하고,
상기 제어기 또는 분석기 시스템은,
측정 주파수에서에서 상기 출력 신호의 신호 특성들을 결정하도록 구성되고,
상기 신호 특성들은,
상기 출력 신호의 위상 또는 진폭 중 적어도 하나를 포함하는
스캐닝 프로브 현미경 시스템.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP17151440.9A EP3349002A1 (en) | 2017-01-13 | 2017-01-13 | 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 |
| EP17151440.9 | 2017-01-13 | ||
| PCT/NL2018/050024 WO2018132008A1 (en) | 2017-01-13 | 2018-01-12 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190107061A KR20190107061A (ko) | 2019-09-18 |
| KR102559746B1 true KR102559746B1 (ko) | 2023-07-26 |
Family
ID=57890655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020197023113A KR102559746B1 (ko) | 2017-01-13 | 2018-01-12 | 캔틸레버 및 프로브 팁을 포함하는 프로브를 사용하여 샘플의 표면 위 또는 아래의 구조를 검출하기 위한 방법 및 시스템 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11029329B2 (ko) |
| EP (2) | EP3349002A1 (ko) |
| KR (1) | KR102559746B1 (ko) |
| TW (1) | TWI761426B (ko) |
| WO (1) | WO2018132008A1 (ko) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3480603A1 (en) * | 2017-11-03 | 2019-05-08 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | Method of performing atomic force microscopy |
| KR20220014330A (ko) * | 2019-07-31 | 2022-02-04 | 주식회사 히타치하이테크 | 캔틸레버 및 주사 프로브 현미경 그리고 주사 프로브 현미경에 의한 측정 방법 |
| NL2025275B1 (en) * | 2020-04-03 | 2021-10-25 | Nearfield Instr B V | Method of determining dimensions of features of a subsurface topography, scanning probe microscopy system and computer program. |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050056782A1 (en) | 2003-08-12 | 2005-03-17 | Gajendra Shekhawat | Near field acoustic holography with scanning probe microscope (SPM) |
| US20080276695A1 (en) | 2007-05-10 | 2008-11-13 | Veeco Instruments Inc. | Non-destructive wafer-scale sub-surface ultrasonic microscopy employing near field afm detection |
| US20110036170A1 (en) * | 2003-08-12 | 2011-02-17 | Northwestern University | Scanning Near Field Thermoelastic Acoustic Holography (SNFTAH) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5319977A (en) * | 1991-06-20 | 1994-06-14 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Near field acoustic ultrasonic microscope system and method |
| EP1555676A3 (en) * | 2004-01-14 | 2006-09-13 | FEI Company | Method of operating a probe microscope |
| KR101306612B1 (ko) * | 2005-06-10 | 2013-09-11 | 버드 테크놀로지 그룹 인크. | 반도체 플라즈마 발생 시스템들에서 전력 흐름을 분석하는시스템 및 방법 |
| TWI394946B (zh) * | 2008-09-02 | 2013-05-01 | Univ Nat Formosa | Method and device for measuring object defect |
| US9558565B2 (en) | 2014-02-07 | 2017-01-31 | Materials Analysis Technology Inc. | Dimension calculation method for a semiconductor device |
-
2017
- 2017-01-13 EP EP17151440.9A patent/EP3349002A1/en not_active Withdrawn
-
2018
- 2018-01-12 WO PCT/NL2018/050024 patent/WO2018132008A1/en unknown
- 2018-01-12 KR KR1020197023113A patent/KR102559746B1/ko active IP Right Grant
- 2018-01-12 US US16/477,845 patent/US11029329B2/en active Active
- 2018-01-12 EP EP18702351.0A patent/EP3568693B1/en active Active
- 2018-01-15 TW TW107101424A patent/TWI761426B/zh active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050056782A1 (en) | 2003-08-12 | 2005-03-17 | Gajendra Shekhawat | Near field acoustic holography with scanning probe microscope (SPM) |
| US20110036170A1 (en) * | 2003-08-12 | 2011-02-17 | Northwestern University | Scanning Near Field Thermoelastic Acoustic Holography (SNFTAH) |
| US20080276695A1 (en) | 2007-05-10 | 2008-11-13 | Veeco Instruments Inc. | Non-destructive wafer-scale sub-surface ultrasonic microscopy employing near field afm detection |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3568693A1 (en) | 2019-11-20 |
| EP3349002A1 (en) | 2018-07-18 |
| TW201840975A (zh) | 2018-11-16 |
| EP3568693B1 (en) | 2024-07-10 |
| US11029329B2 (en) | 2021-06-08 |
| US20190369140A1 (en) | 2019-12-05 |
| TWI761426B (zh) | 2022-04-21 |
| KR20190107061A (ko) | 2019-09-18 |
| WO2018132008A1 (en) | 2018-07-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100961571B1 (ko) | 주사 탐침 현미경 | |
| KR102559746B1 (ko) | 캔틸레버 및 프로브 팁을 포함하는 프로브를 사용하여 샘플의 표면 위 또는 아래의 구조를 검출하기 위한 방법 및 시스템 | |
| US10895585B2 (en) | Multiple integrated tips scanning probe microscope | |
| JP2009525466A (ja) | 可変密度走査関連出願の相互参照本出願は、２００６年１月３１日に出願された米国仮特許出願６０／７６３，６５９の優先権を主張し、２００６年１１月２８日に出願された、米国特許出願１１／５６３，８２２（発明の名称「可変密度走査」）に関連しその優先権を主張するものであり、引用によりその全体を本明細書に包含する。 | |
| KR102484671B1 (ko) | 헤테로다인 원자력 현미경 장치, 방법 및 리소그래피 시스템 | |
| JP2009529794A (ja) | 半導体試料のドーピング密度の算出方法 | |
| Bayerl et al. | Three‐dimensional Kelvin probe microscopy for characterizing in‐plane piezoelectric potential of laterally deflected ZnO micro‐/nanowires | |
| Tsunemi et al. | Development of dual-probe atomic force microscopy system using optical beam deflection sensors with obliquely incident laser beams | |
| JP4696022B2 (ja) | プローブ顕微鏡およびプローブ顕微鏡による測定方法 | |
| JP3069923B2 (ja) | カンチレバー型プローブ及び原子間力顕微鏡、情報記録再生装置 | |
| Tararam et al. | Atomic force microscopy: A powerful tool for electrical characterization | |
| Zhou et al. | Mapping nanoscale domain patterns in ferroelectric ceramics by atomic force acoustic microscopy and piezoresponse force microscopy | |
| Geisler et al. | Elastic mapping of sub-surface defects by ultrasonic force microscopy: limits of depth sensitivity | |
| Hesjedal | Surface acoustic wave-assisted scanning probe microscopy—a summary | |
| JP2008256422A (ja) | 薄膜評価装置、及び薄膜評価方法 | |
| US11774381B2 (en) | Method for measuring damage of a substrate caused by an electron beam | |
| JP3559771B2 (ja) | 電界効果トランジスタのチャンネル構造が形成されたスキャニングプローブマイクロスコープの探針及びその製作方法 | |
| JP2007147347A (ja) | 探針、片持ち梁、走査型プローブ顕微鏡、及び走査型トンネル顕微鏡の測定方法 | |
| Marinello et al. | Elastic-properties measurement at high temperatures through contact resonance atomic force microscopy | |
| Alexander et al. | AFM-Based Characterization of Electrical Properties of Materials | |
| KR20060001987A (ko) | 에스오아이 나노선 트랜지스터 및 그의 측정 방법 | |
| Holwill et al. | Fabrication and Characterisation Techniques | |
| JP2004122333A (ja) | 走査型プローブの制御装置、該制御装置を用いた加工装置及び加工方法、観察装置 | |
| EP3870977A1 (en) | Frequency tracking for subsurface atomic force microscopy | |
| Ju | Micro-Nano Materials Characterization and Inspection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |