KR102592123B1 - 반도체 구조를 검증하기 위한 검사 시스템 및 검사 방법 - Google Patents

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Abstract

검사 시스템(1)은 반도체 구조를 검증하는 역할을 한다. 검사 시스템은 이온 빔(3)으로 검증될 구조의 공간 분해 노출을 위한 이온 빔 소스(2)를 갖는다. 또한, 질량 분광계(13)를 포함하는 2차 이온 검출 디바이스(12)가 제공된다. 질량 분광계(13)는 주어진 대역폭에서 이온 질량 대 전하 비를 측정하는 것이 가능하다.

Description

반도체 구조를 검증하기 위한 검사 시스템 및 검사 방법
본 출원은 그 내용이 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 미국 가출원 US 62/689 329호 뿐만 아니라 독일 특허 출원 DE 10 2018 212 403.5호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 반도체 구조를 검증하기(qualify) 위한 검사 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 반도체 구조를 검증하기 위한 검사 방법에 관한 것이다.
3D 반도체 구조를 검증하기 위한 검사 시스템 및 또한 검사 방법은 US 2007/0221843 A1호 및 US 2009/0114840 A1호로부터 공지되어 있고, 또한 [G. Hlawacek and A. (eds.), Helium Ion Microscopy, Nanoscience and Technology, Springer International Publishing, Switzerland, 2016]으로부터 공지되어 있다. WO 2008/152 132 A2호는 2차 이온 질량 분광법을 수행하기 위한 장치 및 방법을 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 반도체 구조의 검증, 특히 2D 또는 3D 반도체 구조의 검증을 위한 이러한 검사 시스템을 개선하는 것이다.
이 목적은 청구항 1의 특징을 포함하는 검사 시스템에 의해 달성된다.
질량 분광계에 의해 검출될 2차 이온을 생성하기 위해 이온 빔 소스의 사용과 함께 주어진 대역폭에서 이온 질량 대 전하 비를 동시에 측정하기 위한 질량 분광계의 사용은 반도체 구조를 검증하는 강력한 도구를 제공한다는 것이 인식되었다. 이온 질량 대 전하 비의 동시 측정이 질량 분광계를 통해 수행되는 대역폭은 이온 질량 대 전하 비의 하한값과 이온 질량 대 전하 비의 상한값 사이의 이온 질량 대 전하 비 대역이다. 시스템은 2D 및/또는 3D 구조를 검증하는 데 사용될 수 있다. 시스템은 검증될 물체 또는 샘플에 양호하게 규정된 국한된 이온 빔을 배치하는 것이 가능하다. 또한, 시스템은 한편으로는 고분해능 2차 이온 이미징을 다른 한편으로는 질량 분광법을 통해 얻어진 분석 정보와 상관시킬 수도 있다. 이를 위해, 시스템은 2차 전자 이미징 광학계를 포함할 수도 있다. 여기에 수반된 2차 이온 질량 분광계는 상이한 이온 질량 대 전하 비를 동시에 추적하는 가능성을 제공하고 따라서 샘플 영역에 존재하는 상이한 재료 및/또는 원소 및/또는 동위 원소에 대한 각각의 정보를 제공한다. 또한, 이러한 검사 시스템의 결과는 높은 공간 분해능 및 또한 매우 작은 초점 직경을 구비할 수 있는 저 전류 이온 빔의 사용에 의해 손상되지 않는 것으로 인식되었다. 공간 분해능은 100 nm 이상, 50 nm 이상일 수도 있고, 20 nm 이상일 수도 있다. 이온 빔의 초점 직경은 10 nm 미만, 5 nm 미만, 2 nm 미만, 1 nm 미만일 수도 있고, 심지어 0.5 nm 미만일 수도 있다. 검사 시스템은 검증된 반도체 구조에서 결함을 검토 및/또는 제거하기 위한 장치의 부분으로서 사용될 수도 있다. 검사 시스템은 특정 구조의 검토를 위해, 예를 들어 고형상비(HAR) 접촉 코일의 검사 및 검토를 위해 사용될 수도 있다. 이러한 검사 및 검토 단계는 각각의 반도체 구조의 제조 프로세스 중에 발생할 수도 있다.
본 발명에 따른 검사 시스템은 광범위한 용례를 갖는다. 이들 중 몇몇이 이하에 설명된다:
하나의 용례는 반도체 디바이스에 사용되는 재료의 증가하는 복잡성 및 범위에 따라 범위를 지정하는 2차 이온 질량 분광법(SIMS)을 사용하여 임계 치수(CD)를 측정하는 것이다. 질량 분광계의 사용으로 인해, 검사 시스템은 질량에 기초하여 원소를 구별하는 것이 가능하다. 이는 임의의 원소/화학 정보를 산출하지 않는 반도체 디바이스의 종래의 CD 측정을 완료하기 위해 활용될 수 있다. 전통적인 이온 현미경의 2차 전자 수율은 정성적 분석을 위해 원소 당 그레이 레벨만을 제공한다.
본 발명에 따른 검사 시스템의 다른 용례는 유기 필름 특성화(characterization)이다. 이 용례는 웨이퍼 패터닝을 위한 유도 자기 조립(DSA)에 관한 것이다. 이러한 DSA 증기는 종종 10 nm 내지 100 nm(나노스케일)의 통상의 치수를 갖는 구조를 형성하기 위해 블록 공중합체를 이용하였다. 나노스케일에서 상이한 유형의 유기 폴리머를 구별하는 것은 DSA를 사용하는 방법의 개발에 있어서 매우 중요하다. 본 발명에 따른 검사 시스템은 질량 분광계로 측정된 특징적인 핑거프린트를 사용하여 상이한 유형의 폴리머를 직접 구별할 수 있는 능력을 갖는다.
검사 시스템의 다른 용례는 단일 및 매립 결함 검출이다. 웨이퍼 상의 단일 결함의 화학적 구성의 검출 및 분석은 이러한 결함의 원인에 접근하는 데 중요하다. 또한, 매립 결함 및 주위 층에 대한 화학적 정보는 검사 시스템으로 결정될 수 있다.
검사 시스템의 다른 용례는 에칭 잔류물 특성화이다. 웨이퍼 상의 에칭 잔류물의 이러한 분석은 가치 있는 정보를 제공한다. 특히, 에칭 화학물의 화학양론적 변동은 트렌치, 구멍, 코너 등과 같은 국한된 체적 내의 에칭 잔류물에 의해 유발되는 불완전한/결함 있는 에칭 또는 결함 있는 후속 프로세스 단계의 원인을 결정하는 데 관심이 있다. 높은 공간 분해능 및/또는 높은 표면 감도를 가질 수도 있는 본 발명에 따른 검사 시스템을 사용하는 것은 다양한 디바이스 토폴로지에 걸쳐 화학양론적 변동을 조사하는 것을 가능하게 한다.
청구항 2에 따른 이온 질량 대 전하 비를 연속적으로 측정하는 것이 가능한 질량 분광계의 제공은 검사 시스템의 정보 출력을 더 향상시킨다. 선택된 질량 대 전하 비 대역폭에서, 거기에 존재하는 모든 이온 질량 대 전하 비가 동시에 검출될 수 있다. 선택된 이온 질량 대 전하 비 대역폭은 원소 실리콘, 티타늄, 구리, 셀레늄, 텔루륨 안티몬을 동시에 검출하는 것이 가능한 대역폭을 포함할 수도 있다. 결과적인 질량 대역폭은 1 u(통합 원자 질량 단위) 내지 500 u의 범위에 있을 수도 있다.
청구항 3에 따른 2차 전자 검출 유닛은 높은 정확도 및 높은 효율로 2차 이온 검출을 가능하게 한다. 유용한 수율, 즉 한편으로는 검사 시스템을 통해 측정될 수 있는 2차 이온의 수와 다른 한편으로는 이온 빔에 의해 생성된 스퍼터링된 입자의 수 사이의 비는 높을 수도 있다. 유용한 수율은 10-5 내지 0.1의 범위일 수도 있다.
청구항 4 및 5에 따른 이온 빔은 검사 시스템에 특히 유용한 것으로 입증되었다.
청구항 6에 따른 2차 이온 전달 유닛은 투영 노광 장치로서 사용될 수 있는 장치의 반도체 구조 생성 모드와 추가로 전달 위치에 2차 이온 전달 유닛을 갖는 검사 모드 사이의 교환을 가능하게 한다. 이는 반도체 생산 프로세스 중에 인라인 검사를 허용한다.
청구항 7에 따른 총 이온 카운터는 예를 들어 샘플링된 영역에서 상이한 원소의 발생 분포에 대한 비 정보를 제공한다.
청구항 8에 따른 확장된 검출기 어레이는 높은 질량 분해능을 야기할 수 있는 2차 이온 검출 디바이스의 높은 공간 분해능을 제공한다. 검출기 어레이는 채널 전자 증배기(CEM)의 어레이로서 또는 마이크로-채널 플레이트(MCP)로서 구현될 수도 있다.
본 발명의 다른 목적은 반도체 구조를 검증하기 위한, 특히 2D 또는 3D 반도체 구조를 검증하기 위한 검사 방법을 개선하는 것이다.
이 목적은 청구항 9의 단계에 따른 검사 방법에 의해 달성된다.
한편으로는 검증될 구조의 개략 검토와 이온 빔 및 2차 이온 검출 디바이스를 사용하여 개략 검토 단계에서 식별된 검증 체적 후보의 상세 검토의 조합은 높은 정확도 및 높은 정보값으로 상세히 검토될 샘플 영역/체적의 검사를 가능하게 하는 것으로 인식되어 왔다. 상세히 검토될 체적은 2차 전자 현미경 이미지를 통해 수행될 수도 있는 개략 검토 단계를 사용하여 선택될 수 있다. 이온 빔 및 2차 이온 검출 디바이스에 기초하는 상세 검토는 이어서 개략 검토로부터 유도된 개략 정보에 기초하여 수행될 수 있다. 연속 질량 분광법을 수행하는 것은 상세 검토 단계에서 검토될 체적의 상세 요소 분포 정보를 수집하는 가능성을 야기한다. 이러한 검사 방법에 의해, 한편으로는 검증될 구조의 개략 검토의 결과 및 다른 한편으로 개략 검토 단계에서 식별된 검증 체적 후보의 상세 검토 결과의 사용에 의해 검증될 반도체 구조의 품질의 평가가 가능하다.
청구항 10에 따른 측방향 공간 분해능은 높은 정보값을 제공한다. 반도체 구조 프로세스의 분해능에 대응할 수도 있는 작은 구조적 상세는 상세히 검토될 수도 있다.
청구항 11에 따른 초점 직경은 대응 장점을 갖는다.
검사 방법의 장점은 청구항 12에 따른 반도체 생산 프로세스 중에 검사 방법이 인라인으로 수행될 때 매우 효과적이다. 추가로 또는 대안적으로, 검사 방법은 물체 또는 샘플 표면을 통한 고장 분석을 수행하는 데 사용되고 그리고/또는 결함 검출을 수행하는 데 사용될 수도 있다. 이러한 고장 분석/결함 검출은 오프라인 모드에서 수행될 수도 있는데, 즉, 반도체 생산 프로세스 중에는 수행되지 않는다.
청구항 13에 따른 검사 방법의 장점은 이미 전술되었다.
검사 방법의 부분으로서 청구항 14에 따른 현미경 이미징은 재료 분포의 묘사를 허용하고, 이러한 분포에 기여하는 상이한 재료는 또한 연속 질량 분광법으로부터 추론 가능하다. 이 전자 현미경 이미징은 이어서 연속 질량 분광법을 통해 식별된 다양한 재료의 분포의 시각화를 허용한다.
본 발명의 예시적인 실시예가 도면을 참조하여 이하에 설명된다. 도면에서:
도 1은 3D 반도체 구조를 검증하기 위해 검사 시스템에서 빔/입자 상호 작용의 개략도를 도시하고 있다.
도 2는 검사 시스템의 주요 구성요소의 추가 개략도이다.
도 3은 검사 시스템에 의해 생성된 2차 전자로부터 검사 시스템으로부터 얻어진 현미경 이미지의 섹션이다.
도 4는 도 3에 도시되어 있는 물체 섹션 내의 3개의 상이한 장소에서 검사 시스템의 질량 분광계에 의해 측정된 3개의 상이한 이온 에너지의 시분해 계수율(time-resolved count rate)의 도면이다.
도 5는 도 3과 비교하여 더 확대된 스케일로, 이온 빔에 의한 물체 밀링 단계 전에 검사 시스템에 의해 2차 전자에 의해 이미징된 물체의 다른 섹션이다.
도 6은 3개의 상이한 밀링된 직사각형 섹션을 도시하고 있는 밀링 단계 후의 도 5에 따른 섹션이다.
도 7은 밀링된 영역이 강조되어 있는 도 6의 섹션이다.
도 8은 도 4에 상응하는 시분해 도면으로, 도 7에서 강조되어 있는 제1 영역으로부터 유도된 3개의 상이한 측정된 이온 에너지의 시간 평가를 도시하고 있다.
도 9는 도 4에 상응하는 시분해 도면으로, 도 7에서 강조되어 있는 제2 영역으로부터 유도된 3개의 상이한 측정된 이온 에너지의 시간 평가를 도시하고 있다.
도 10은 도 4에 상응하는 시분해 도면으로, 도 7에서 강조되어 있는 제3 영역으로부터 유도된 3개의 상이한 측정된 이온 에너지의 시간 평가를 도시하고 있다.
도 1 및 도 2는 3차원(3D) 반도체 구조를 검증하기 위한, 특히 리소그래피 포토마스크를 검증하기 위한 검사 시스템(1)의 작동 원리 및 주요 구성요소를 도시하고 있다. 이러한 포토마스크는 특히, EUV 투영 리소그래피에 적합할 수 있다.
검사 시스템(1)은 도 1에 개략적으로 도시되어 있는 이온 빔 소스(2)를 갖는다. 이러한 이온 빔 소스(2)는 양호하게 규정된 소스 체적을 갖는 플라즈마 소스이다. 이러한 이온 빔 소스의 예는 US 2007/0221843 A1호에 개시되어 있다. 이온 빔 소스에 의해 생성된 이온은 희가스 이온, 특히 헬륨 또는 네온 이온이다. 아르곤, 크립톤 또는 제논을 포함하는 다른 희가스가 마찬가지로 각각의 이온 빔 소스를 제공함으로써 사용될 수도 있다.
이온 빔 소스는 양호하게 규정된 지향 특성을 갖는 이온 빔(3)을 생성한다. 이러한 이온 빔(3)에 의해 얻어진 공간 분해능은 20 nm 이상이다. 이온 빔(3)은 검사 시스템(1)에 의해 검증될 3D 구조를 갖는 물체 또는 샘플(6)의 표면(5) 상의 대물 필드(4)에 포커싱된다. 이온 빔(3)의 초점 직경은 0.5 nm 미만이다.
이온 빔은 2.5 keV 내지 30 keV 범위, 예를 들어 25 keV의 에너지를 가질 수도 있다. 이온 빔의 빔 전류는 1 내지 100 pA 범위, 특히 10 pA 범위일 수도 있다.
도 1은 물체(6)의 재료와 대물 필드(4) 내의 초점 이온 빔(3)의 상호 작용을 개략적으로 도시하고 있다. 이온 빔(3)에 의해 표면(5)의 대물 필드로부터 스퍼터링된 3개의 종류의 원자(7, 8, 9)가 도시되어 있다. 원자(7)는 양으로 하전되어 있다. 원자(8)는 중성이다. 원자(9)는 음으로 하전되어 있다. 그 스퍼터링 중에 생성되고 도 1에서 e-로 나타내고 있는 다수의 2차 전자(SE)가 또한 도시되어 있다. 빔 상호 작용 영역(10)이 도 1에 또한 도시되어 있는 데, 여기서 이온 빔(3)과 물체(6)의 재료 사이의 상호 작용이 스퍼터링 프로세스 중에 발생한다.
직교 좌표 x/y/z 좌표계가 또한 도 1에 도시되어 있다. 좌표 x와 y는 물체(6)의 표면(5)에 걸쳐 있다. 좌표 z는 이러한 x/y 표면 평면에 수직이다.
이러한 빔 상호 작용 영역(10)은 5 nm 내지 50 nm 범위의 x/y-치수를 갖고 5 nm 내지 50 nm 범위의 z-치수를 갖는 매우 양호하게 규정된 체적이다. 검사 시스템(1)은 대물 필드(4)의 2차 전자 이미지를 생성하는 것이 가능한 2차 전자 광학계(11)를 포함한다. 이러한 2차 전자 광학계는 또한 US 2007/0221843 A1호에 개시되어 있다. 시스템(1)은 EUV 리소그래피를 위한 투영 노광 장치의 투영 광학계를 또한 가질 수도 있다. 이러한 반도체 제조 프로세스 중에, 투영 광학계를 사용하여 투영 노광 장치로 대물 필드(4) 상의 레티클을 이미징함으로써 3차원 구조가 생성될 수 있다.
검사 시스템(1)은 2차 이온, 특히 이온 빔 스퍼터링으로부터 발생하는 하전된 원자(7, 9)를 검출하기 위한 2차 이온 검출 디바이스(12)를 더 포함한다. 2차 이온 검출 유닛(12)은 질량 분광계(13)를 포함한다. 질량 분광계(13)는 2차 이온 질량 분광법(SIMS)이 가능하다. 이러한 질량 분광계(13)는 주어진 대역폭에서 2차 이온의 이온 질량 대 전하 비를 측정하는 것, 특히 계속 측정하는 것이 가능하다. 이는 상이한 이온 질량 대 전하 비에 대응하는 2차 이온 빔 경로(14, 15, 16, 17)를 나타내고 있는 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 2차 이온이 추출 광학계에 의해 수집된 후, 이들은 예를 들어 3 kV에서 자기 섹터를 향해 균일하게 가속된다.
빔 경로(14)는 최소 검출 가능 이온 질량에 관련된다. 빔 경로(17)는 최대 검출 가능 이온 질량과 관련된다. 이 최소와 이 최대 이온 질량 사이에는, 질량 분광계(13)에 의해 검출 가능한 연속 이온 질량 대역폭(18)이 존재한다.
검사 시스템(1)의 특정 측정 기간 후에 대역폭(18)을 하전하기 위한 이 이온 질량의 누적 계수 결과를 도시하고 있는 도면이 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 각각의 상이한 원소에 대응하는 다양한 상이한 이온 질량 대 전하 비에 대한 누적 계수율이 도시되어 있다. 이온 에너지를 측정하기 위해, 질량 분광계(13)는 총 이온 카운터를 포함하는 2차 전자 검출 유닛(19)을 포함한다. 2차 이온 검출 유닛(19)은 확장된 검출기 어레이로서 구현된다. 이러한 검출기 어레이의 예는 채널 전자 증배기(CEM)의 어레이이다. 2차 이온 검출 유닛은 4개 이상의 이러한 채널 전자 증배기, 예를 들어 4, 5, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 50, 75, 100개 또는 심지어 더 많은 수의 채널 전자 증배기를 포함할 수도 있다. 2차 이온 검출 유닛(19)은 50개 초과, 100개 초과, 200개 초과, 500개 초과, 1000개 초과, 2000개 초과 또는 심지어 4000개 초과의 채널을 갖는 마이크로-채널 플레이트(MCP)로서 구현될 수도 있다.
2차 이온 검출 유닛은 2차 이온 전달 유닛(20)을 더 포함한다. 이러한 2차 이온 전달 유닛(20)은 2차 이온 전달 유닛(20)이 빔 상호 작용 영역으로부터 나오는, 즉 검증될 프로브 구조의 타겟 체적으로부터 나오는 2차 이온(즉, 하전된 원자(7, 9))을 질량 분광계(13)로, 특히 2차 이온 검출 유닛(19)으로 전달하는 도 2에 도시되어 있는 제1 위치와, 2차 이온 전달 유닛(20)이 빔 상호 작용 영역에서 생성된 2차 전자 및/또는 2차 이온과 반작용하지 않는 제2 중립 위치 사이에서 이동 가능하다. 제1 전달 위치와 제2 중립 위치 사이에서 2차 이온 전달 유닛(20)의 이러한 이동성을 달성하기 위해, 2차 이온 전달 유닛(20)은 구동부(21)와 상호 작용한다.
2차 이온 전달 유닛(20)은, 2차 이온 전달 유닛(20)의 전달 위치에서 빔 상호 작용 영역(10) 바로 위에 위치되어 있는 제1 편향 수단(22)을 포함한다. 편향 수단(22)은 이온 빔 소스(2)와 빔 상호 작용 영역(10) 사이의 빔 경로에서 이온 빔(3)을 통과시키기 위한 관통 채널을 포함한다. 또한, 2차 이온 전달 유닛(20)은 편향 수단(22)과 질량 분광계(13) 사이에서 2차 이온 빔 경로를 캡슐화하기 위한 빔 튜브(23)를 포함한다. 질량 분광계(13) 자체는 2개의 다른 편향 수단(24, 25)을 포함하고, 이들 편향 수단은 2차 이온 검출 유닛(19) 상으로 2차 이온 빔 경로(14 내지 17)를 확산시키기 위한 자기 섹터로서 역할을 한다. 2차 이온 검출 유닛(19), 즉 CEM은 자기 섹터(25)의 초점 평면에 배열된다. CEM은 이들의 질량 대 전하 비에 기초하는 상이한 궤적을 갖는 2차 이온(도 2의 빔 경로(14 내지 17) 비교)을 직접 측정하는 데 사용된다.
편향 수단(22)은 정전 섹터로서 구현된다.
편향 수단(24)은 정전 섹터로서 구현된다.
2차 이온은 샘플(6)로부터 수집되고 정전식으로 포커싱되고, 가속되고, 2차 이온 검출 유닛(19)의 초점 평면 상에 투영된다. 질량 분광계(13)는 Mattauch-Herzog 디자인을 가질 수도 있다.
시스템(1)의 전형적인 동작 모드에서, 자기 섹터(25)의 자기장과 2차 전자 검출 유닛(19)의 위치는 일정하게 유지되고, 2차 이온 검출 유닛(19)의 각각의 채널에 대한 계수율은 이 샘플에 대한 체적 정보를 얻기 위해 샘플(6)을 버퍼링하는 동안 측정된다.
질량 분광계(13)의 질량 분해능은 상이한 원소 뿐만 아니라 개별 동위 원소도 구별하기에 충분하다.
이온 질량 대 전하 비 대역폭의 측정은 대안 동작 모드에서, 자기 섹터(25)의 자기장을 스위핑함으로써 그리고/또는 개별 검출기 또는 전체 2차 이온 검출 유닛(19)을 이동시킴으로써 생성될 수도 있다.
특히, 편향 수단(24, 25) 및 2차 이온 전달 유닛의 실시예는 [G. Hlawacek and A. (eds.), Helium Ion Microscopy, Nanoscience and Technology, Springer International Publishing, Switzerland, 2016], 특히 [chapter 13 of Tom Wirtz et al. "SIMS on the helium ion microscope: The powerful tool for high-resolution high-sensitivity Nano-analytics"]에 개시되어 있다.
검사 시스템(1)을 사용하여, 이하에서 3D 반도체 구조를 검증하기 위한 검사 방법이 도 3 내지 도 10을 참조하여 설명된다.
검사 방법은 검증될 구조의 개략 검토 단계를 포함한다.
도 3은 이러한 개략 검토 검사 단계의 예를 도시하고 있다. 검증될 물체(6)의 섹션이 도시되어 있다. 물체(6)의 이러한 샘플 영역(26)은 검사 시스템(1)의 2차 전자 광학계(11)를 사용하는 종래의 2차 전자 현미경 기술을 사용하여 생성된다. 검사될 물체(6)는 다수의 구조 영역을 포함한다. 추가로 검사될 이들 물체 구조의 서브영역 "1", "2" 및 "3"이 도 3에 강조되어 있다.
서브영역 "1"은 추가의 정의 없이 일종의 플러그를 이미징하는 전자 현미경에서 나타내는 리지 구조를 포함한다. 서브영역 "2"는 이러한 플러그가 없는 대응 리지를 나타낸다. 서브영역 "3"은 개략 검토 단계 중에 물체(6)의 샘플 영역 상의 다수의 장소에 존재하는 복수의 "부산물" 구조의 예이다.
이들 강조된 서브영역 "1", "2" 및 "3"은 개략 검토 단계에서 식별되는 검증 체적 후보로서 역할을 한다. 검사 방법 중에, 이들 서브영역 "1", "2" 및 "3"은 이제 검사 방법 중에 상세 검토를 더 경험한다. 이 상세 검토 중에, 각각의 서브영역 "1", "2" 및 "3"의 체적에서 공간 분해 이온 빔 스퍼터링은 이온 빔(3)을 이들 서브영역 "1", "2" 및 "3"에 지향함으로써 수행된다. 이들 서브영역 "1", "2" 및 "3"의 각각에 대해, 상세 검토 중에 2차 이온(도 1의 2차 이온(7, 9) 비교)은 시분해 측정에서 검출된다. 이들 검출된 2차 이온은 2차 이온 전달 유닛 및 질량 분광계(13)를 사용하여, 즉 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이 검사 시스템(1)의 2차 이온 검출 디바이스(12)를 사용하여 연속 질량 분광법을 경험한다.
도 4는 서브영역 "1", "2", "3"에 대한 상세 검토의 시분해 결과를 도시하고 있다. 도 4의 도면에서 좌표는 초당 계수(CPS)로 주어진 측정된 계수율이다.
측정 중에, 이온 빔(3)은 제1 시간 기간(T1)에 서브영역 "1"로 지향되고, 다음 시간 기간(T2)에 서브영역 "2"로 지향되고, 제3 및 마지막 시간 기간(T3)에 서브영역 "3"으로 지향된다.
실선으로서 도시되어 있는 계수율은 실리콘(Si)에 대응하는 질량 분광계(13)의 제1 이온 에너지 레벨에서 제공된다. 점선으로서 도시되어 있는 계수율은 티타늄(Ti)에 대응하는 이온 에너지에 대해 제공된다. 점쇄선으로서 도시되어 있는 계수율은 구리(Cu)에 대응하는 이온 에너지에 대해 제공된다.
도 4에 따른 시분해 계수는 각각의 원소 Si, Ti, Cu의 발생의 깊이 분포에 대한 정보를 더 제공한다. 서브영역 "1"에는, 바로 표면에 티타늄과 구리가 존재하고 있다. 이온 빔(3)이 서브영역 "1"의 바로 표면 아래로 밀링됨에 따라, 티타늄과 구리의 발생이 감소하고 기본 재료 실리콘의 발생이 짧은 샘플링 시간 후에 우세하도록 증가한다.
서브영역 "2"에는, 티타늄이 존재하지 않고, 실리콘 및 구리와 관련된 계수율의 시분해 거동은 서브영역 "1"의 측정의 것과 유사하다. 서브영역 "1" 및 "2"의 측정치의 비교로부터, 도 3의 2차 전자 현미경 사진에 나타낸 플러그가 티타늄 플러그라는 것이 추론될 수 있다.
서브영역 "3"의 "부산물" 위치에서 측정치는 질량 분광계(13)의 분해능 한계 바로 위에 있는 티타늄의 트레이스가 있을 수도 있는 것을 드러낸다. 실리콘과 구리의 존재에 관한 시분해 거동은 서브영역 "1" 및 "2"의 것과 유사하다. 서브영역 "3"의 계수율 측정치와 서브영역 "1" 및 "2"의 것들의 비교로부터, 도 3의 2차 전자 현미경 이미지에 나타난 "부산물"은 티타늄이라는 결론을 내릴 수 있다.
전술된 상세 검토 단계에 관한 측방향 공간 분해능은 100 nm 이상(better than 100 nm), 특히 75 nm 이상, 50 nm 이상 및 30 nm 이상이다. 측방향 공간 분해능, 즉 x 및 y에서의 분해능은 20 nm 또는 심지어 그 이상일 수 있다. 깊이 분해능(z 방향)은 물체(6)의 재료에서 이온 빔(3)의 밀링 속도에 의존한다. 이러한 깊이 분해능은 또한 100 nm 또는 심지어 그 이상의 범위에 있을 수 있다.
대물 필드(4)에서 이온 빔(3)에 의해 조사될 표면 영역에 관한 정확도는 5 nm 이상일 수도 있고, 3 nm 이상일 수도 있고, 심지어 1 nm 이상일 수도 있다. 이러한 정확도는 특히 서브영역 "3"에서 "부산물"과 같은 프로브 구조를 캡처하려고 시도할 때 결정적이다. 이러한 다소의 점형 서브영역은 개략 검토를 통해 검출되고, 그 좌표는 이어서 빔 상호 작용 영역(10)이 해당 서브영역, 예를 들어 서브영역 "3"에 정확하게 위치되는 것을 보장하기 위해 검사 시스템(1)의 상대 위치설정 제어에 공급된다. 이를 위해, 물체(6)는 이들 직교 좌표 x, y, z에 대해 양호하게 규정된 방식으로 물체(6)를 이동시키기 위한 각각의 구동부를 갖는 높은 위치 xyz 좌표 테이블에 위치된다.
한편으로는 이온 빔(3)과 다른 한편으로는 물체(6) 사이의 이러한 상대 이동은 추가로 또는 대안적으로 예를 들어 적어도 하나 및 특히 2개의 스캐닝 코일을 통해 이온 빔(3)을 스캔하는 스캐닝 방안에 의해 실현될 수도 있다.
빔 상호 작용 영역(10)의 xy 확장, 즉 대물 필드(4)에서 이온의 초점의 직경은 1 nm 미만일 수도 있고, 특히 0.5 nm 미만일 수도 있다.
빔 전류는 20 pA 미만일 수도 있고, 9 pA 미만일 수도 있다. 이러한 작은 빔 전류는 상세 검토의 매우 높은 공간 분해능의 가능성을 제공한다.
도 5 및 도 6은 밀링 단계 전(도 5), 즉 이온 빔(3)과 물체(6)의 상호 작용 전, 및 이러한 밀링 단계 후(도 6)에 물체(6)의 앤빌형 구조를 확대된 공간 분해능으로 도시하고 있다.
도 6에는 대략 3 ㎛의 종방향 크기 및 대략 200 nm의 측방향 크기를 갖는 3개의 선형 서브영역 "1", "2" 및 "3"에서 밀링이 도시되어 있다.
도 7은 이제 강조되어 있는 도 6의 밀링된 서브영역 "1", "2" 및 "3"을 다시 도시하고 있다.
도 8 내지 도 10은 검증 체적 후보, 즉 개략 검토 단계에서 식별된 서브영역 "1", "2" 및 "3"의 상세 검토 중에, 즉 도 5의 전자 현미경 이미징 중에, 검사 시스템(1)의 2차 전자 검출 유닛(12)에 의해 측정된 원소 셀레늄(Se), 텔루륨(Te) 및 안티몬(Sb)에 대응하는 이온 에너지의 계수율을 도 4와 유사한 도면으로 도시하고 있다.
도 8은 서브영역 "1"에 대한 시분해 계수율을 도시하고 있다. 이러한 CPS 결과는 텔루륨 안티몬의 분해능 한계에 가까운 낮은 비율과 함께 비교적 높은 셀레늄 비율을 도시하고 있다.
도 9는 셀레늄, 텔루륨 및 안티몬의 모든 3개의 원소의 낮은 비율을 갖는 서브영역 "2"의 결과를 도시하고 있다. 도 9에 따른 CPS 측정에서 셀레늄 기여는 이온 빔(3)과 함께 더 긴 밀링 시간에서 발생하기 시작하여 서브영역 "2"에서 셀레늄이 표면에 직접 존재하지 않고 표면 아래에 존재하는 것을 지시한다.
도 10은 서브영역 "3"에서 측정된 시분해 계수율을 도시하고 있다. 셀레늄과 텔루륨은 분해능 한계 부근으로 존재한다. 서브영역 "3"에서는 안티몬의 트레이스가 발견되지 않을 수 있다.
특히 도 3 내지 도 10과 관련하여 전술된 바와 같은 검사 방법은 물체(6)의 반도체 구조의 생산 중에 인라인으로 수행될 수 있다. 마이크로미터 또는 나노미터 스케일의 반도체 구조를 생성하기 위한 투영 리소그래피 노광 방법의 예는 DE 10 2016 201 317 A1호 및 DE 10 2017 210 162 A1호 및 거기에 인용된 참조 문헌에 제공되어 있다. 에징(edging) 단계 후에, 투영 노광 장치의 대물 필드(4)에서 생성된 각각의 3차원 구조가 나타나는데, 이는 이어서 인라인(인시튜)으로 전술된 검사 시스템(1)을 통해 검토될 수 있다. 생산 에러, 특히 계통 생산 에러가 이어서 제조 프로세스 중에 검출될 수 있다. 따라서, 생산 프로세스 자체 중에 이러한 제조 에러를 감소시키고, 따라서 낭비를 감소시키기 위한 대응 조치가 가능하다.

Claims (14)

  1. 반도체 구조를 검증하기 위한 검사 시스템(1)이며,
    - 이온 빔(3)으로 검증될 구조의 공간 분해 노출을 위한 이온 빔 소스(2)를 갖고,
    - 2차 이온 검출 디바이스(12)를 갖고,
    - 2차 이온 검출 디바이스(12)는 질량 분광계(13)를 포함하고,
    - 질량 분광계(13)는 주어진 대역폭에서 이온 질량 대 전하 비를 동시에 측정하는 것이 가능하고,
    2차 이온 검출 디바이스(12)는 2차 이온 전달 유닛(20)을 포함하고, 2차 이온 전달 유닛(20)은 구동부(21)와 상호 작용하여 제1 전달 위치와 제2 중립 위치 사이에서 이동 가능하며,
    - 제1 전달 위치에서는 2차 이온 전달 유닛(20)이 검증될 프로브 구조의 타겟 체적으로부터 나오는 2차 이온(7, 9)을 2차 이온 검출 유닛(19)으로 전달하고,
    - 제2 중립 위치에서는 2차 이온 전달 유닛(20)이 2차 이온(7, 9)과 반작용하지 않는, 검사 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 질량 분광계(13)는 주어진 대역폭에서 이온 질량 대 전하 비를 연속적으로 측정하는 것이 가능한, 검사 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 2차 이온 검출 디바이스(12)는 2차 전자 검출 유닛(19)을 포함하는, 검사 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이온 빔 소스(2)는 희가스 이온 빔(3)을 생성하는, 검사 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 이온 빔 소스(2)는 네온 이온 빔을 생성하는, 검사 시스템.
  6. 삭제
  7. 제3항에 있어서, 2차 이온 검출 유닛(19)은 총 이온 카운터를 포함하는, 검사 시스템.
  8. 제3항에 있어서, 2차 이온 검출 유닛(19)은 질량 필터링된 신호를 위한 확장 검출기 어레이를 포함하는, 검사 시스템.
  9. 반도체 구조를 검증하는 검사 방법이며,
    - 검증될 구조의 개략 검토 단계,
    - 개략 검토 단계에서 식별된 검증 체적 후보의 상세 검토 단계로서,
    -- 상세히 검토될 체적 내에서의 공간 분해 이온 빔 스퍼터링,
    -- 상세히 검토될 체적으로부터 2차 이온(7, 9)의 검출,
    -- 검출된 2차 이온의 연속 질량 분광법의 수행에 의해 행해지고,
    -- 연속 질량 분광법은 이온 질량 대 전하 비 대역폭 내에서 동시에 수행되는, 상세 검토 단계를 포함하고,
    검사는 반도체 생산 중에 인라인으로 수행되는, 검사 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상세 검토 중의 측방향 공간 분해능은 100 nm 이상인, 검사 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 이온 빔은 5 nm 미만인 초점 직경으로 상세히 검토될 체적에 포커싱되는, 검사 방법.
  12. 삭제
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상세히 검토될 적어도 하나의 체적은 2차 전자 현미경 이미지를 통해 선택되는, 검사 방법.
  14. 제9항 또는 제10항에 있어서, 검출된 2차 이온의 연속 질량 분광법으로부터 드러나는 재료 분포는 2차 전자 현미경을 통해 이미징되는, 검사 방법.
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