KR20140069290A - 고처리량 박막 특성화 및 결함 검출 - Google Patents
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Abstract
스펙트럼 응답 데이터에 기초하여 기판 위에 퇴적된 하이-k 유전체 막의 밴드 구조 특징을 결정하기 위한 방법 및 시스템이 제시된다. 고처리량 분광기가 이용되어 제조 공정의 초기에 반도체 웨이퍼들을 빠르게 측정한다. 광학적 분산 메트릭이 스펙트럼 데이터에 기초하여 결정된다. 밴드 갭, 밴드 에지, 및 결함과 같은 밴드 구조 특징이 광학적 분산 메트릭 값에 기초하여 결정된다. 일부 실시예들에서, 밴드 구조 특징은 분산 메트릭 값의 보간 및 곡선 맞춤에 의해 결정된다. 일부 다른 실시예들에서, 밴드 구조 특징은 선택된 분산 모델의 회귀에 의해 결정된다. 일부 예들에서, 하이-k 유전체 막의 밴드 확장을 나타내는 밴드 구조 특징이 또한 결정된다. 완성된 웨이퍼들의 전기적 성능이 제조 공정의 초기에 식별된 밴드 구조 특징에 기초하여 추정된다.
Description
관련 출원의 교차 참조
특허를 위한 본 출원서는 미국 특허법 35 U.S.C.§119 규정 하에서, 2012년 5월 8일자에 출원된 발명의 명칭이 "Band Gap and Defect Measurement and Monitoring for Semiconductor Manufacturing"인 미국 가특허 출원 일련 번호 제61/644,137호 및 2011년 9월 27일자에 출원된 발명의 명칭이 "Monitoring Dielectric Constant and Energy Band Gap of Material in Semiconductor Manufacturing"인 미국 가특허 출원 일련 번호 제61/539,748호의 우선권을 주장한다. 전술한 미국 가특허 출원들의 각각의 주제는 본 명세서에 참고로 인용된다.
기술분야
설명된 실시예들은 웨이퍼 검사를 위한 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 반도체 제조에 이용되는 박막의 특성화 및 결함 검출에 관한 것이다.
로직 및 메모리 디바이스와 같은 반도체 디바이스들은 통상적으로 기판 또는 웨이퍼에 적용되는 일련의 처리 단계들에 의해 제조된다. 반도체 디바이스들의 다양한 피처들 및 다수의 구조적 레벨들이 이러한 처리 단계들에 의해 형성된다. 예를 들어, 그 중에서도 리소그래피는 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 생성하는 것을 포함하는 하나의 반도체 제조 공정이다. 반도체 제조 공정들의 추가적인 예들은, 화학적 기계적 연마, 에칭, 퇴적, 및 이온 주입을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아니다. 다수의 반도체 디바이스들이 단일 반도체 웨이퍼 상에 제조될 수 있고, 그리고 나서 개별적인 반도체 디바이스들로 분리될 수 있다.
검사 공정이 웨이퍼 상의 결합들을 검출하여 더욱 높은 수율을 촉진하기 위해서 반도체 제조 공정 동안에 다양한 단계들에서 이용된다. 설계 규칙 및 공정 윈도우의 크기가 계속해서 축소됨에 따라, 검사 시스템은 고처리량을 유지하면서 웨이퍼 표면 상의 더욱 넓은 범위의 물리적 결함을 포착하도록 요구된다.
반도체 디바이스는 속도 단독으로 평가되기 보다는, 점점 에너지 효율성에 기초하여 평가된다. 예를 들어, 에너지 효율적인 소비자 제품은 더욱 가치가 있는데, 왜냐햐면 이들은 더욱 낮은 온도에서 동작하고 고정된 배터리 전원 공급으로 더욱 오랜 기간 동안 동작하기 때문이다. 다른 예에서, 동작 비용을 줄이기 위해 에너지 효율적인 데이터 서버의 수요가 있다. 그 결과, 반도체 디바이스들의 에너지 소비를 줄이는데 큰 관심을 갖는다.
절연층을 통한 누설 전류는 65 nm 기술 노드 및 그 아래에서 제조된 반도체 디바이스들의 주요 에너지 손실 메커니즘이다. 이에 대응하여, 전자 설계자 및 제조자는 종래의 물질들(예컨대, 실리콘 이산화물)보다 낮은 흡광 계수(extinction coefficient) 및 높은 유전 상수(dielectric constant)를 갖는 새로운 물질들[예컨대, 하프늄 실리케이트(HfSiO4), 질화 하프늄 실리케이트(HfSiON), 하프늄 이산화물(HfO2), 지르코늄 실리케이트(ZrSiO4) 등]을 채택하고 있다. 이러한 "하이-k(high-k)" 물질은 누설 전류를 줄이고 더욱 작은 크기의 트랜지스터들의 제조를 가능하게 한다.
새로운 유전체 물질의 채택과 함께, 제조 공정의 초기에 하이-k 물질의 유전 특성 및 밴드 구조를 특성화하기 위한 측정 툴에 대한 필요성이 발생했다. 보다 구체적으로, 고처리량 모니터링 툴이 완성된 웨이퍼들의 높은 수율을 보장하기 위해 웨이퍼 제조 동안에 하이-k 물질들의 퇴적을 모니터링 및 제어하도록 요구된다. 퇴적 문제의 조기 발견이 중요한데, 왜냐하면 하이-k 물질들의 퇴적은 길고 비싼 제조 공정의 초기 공정 단계이기 때문이다. 일부 예들에서, 완성하기 위해 1달 이상 걸리는 제조 공정의 시작에서 하이-k 물질이 웨이퍼 상에 퇴적된다.
하이-k 유전체 층들의 물질 조성의 측정이 공정 모니터링을 위한 지표로서 이용되어 왔다. SiHfON와 같은 하이-k 물질의 경우, 질소 및 하프늄의 백분율을 다르게 하는 것, 상이한 퇴적 온도 및 퇴적 사이클 타임, 상이한 중간층들 등은 상이한 분산 값 및 상이한 에너지 밴드 구조를 생성한다. 이것은 제조 공정의 끝에서 칩 성능에 영향을 미친다. 일부 예들에서, X-선 분광기가 하이-k 유전체 층들의 물질 조성을 정확하게 측정하는데 이용되어 왔다. 그러나, X-선 분광기는 고비용 및 저처리량 문제를 겪고, 이는 X-선 분광기를 고처리량 생산 모니터링 툴로서 이용하기에 바람직하지 않게 만든다. 일부 다른 예들에서, 하이-k 유전체 층의 분산 특성(예컨대, 굴절률 n, 및 흡광 계수 k)이 경험적 모델에 기초하여 물질 조성을 계산하는데 이용되었다. 이러한 방식은 X-선 분광 기술에 비해 저비용 및 고처리량의 장점을 갖는다. 하나의 이와 같은 예가 KLA-텐코 테크놀로지스(주)에 양도된 미국 특허 출원 번호 제13/524,053에 나타난다.
하이-k 물질층의 물질 조성이 퇴적 공정 파라미터들의 강한 지표이지만, 이것은 누설 전류 등과 같은 라인 끝의 전기적 특성과 직접적인 연관이 없다. 예를 들어, SiHfON의 경우, 퇴적 속도 및 온도의 변화가 상이한 구조적 결함 또는 상이한 밴드 구조를 갖는 막을 생성할 수 있지만, 물질 조성은 변하지 않고 유지된다. 결과적인 구조적 결함 또는 밴드 구조는, 물질 조성이 변하지 않았다는 사실에도 불구하고, 불리하게 누설 전류를 증가시킬 수 있다. 유사하게, 상이한 물질 조성을 생성하는 공정이 또한 감소된 구조적 결함 및 더욱 유리한 밴드 구조를 야기할 수 있다. 이 경우, 실제로 물질 구조 및 특성이 감소된 누설 전류를 야기하는 경우에, 물질 조성에 기초한 모니터링은 결점이 재료 조성에 기초하여 발견되는 틀린 부정적 결과를 야기할 수 있다.
따라서, 결과적인 완성된 웨이퍼들이 만족스러운 전기적 특성을 가질 것인지의 여부를 식별하기 위해 제조 공정의 초기에 하이-k 유전체 층들을 특성화하기 위한 고처리량 방법 및/또는 시스템을 개발하는 것이 유리할 것이다.
스펙트럼 응답 데이터에 기초하여 기판 위에 퇴적된 하이-k 유전체 막의 밴드 구조 특징을 결정하기 위한 방법 및 시스템이 제시된다. 완성된 웨이퍼들의 전기적 성능은 제조 공정의 초기에 식별된 밴드 구조 특징에 기초하여 추정된다.
타원해석기 또는 반사계와 같은 고처리량 분광기는 제조 공정의 초기에 반도체 웨이퍼들을 빠르게 측정한다. 게다가, 이러한 광학적 툴들은 5 전자 볼트 미만의 스텍트럼 에너지 값에서 하이-k 유전체 막들의 유용한 특성화 데이터를 수집할 수 있다. 이것은 이러한 스펙트럼 에너지 범위에서만 볼 수 있는 결함들의 식별을 가능하게 한다.
광학적 분산 메트릭이 스펙트럼 데이터에 기초하여 결정된다. 일부 예들에서, 스펙트럼 응답 데이터는 분석적 분산 모델(예컨대, 로렌츠 모델)로부터 막 두께 및 분산 메트릭(예컨대, n 및 k)을 결정하도록 처리된다. 일부 다른 예들에서, 스펙트럼 응답 데이터는 분산 메트릭이 계수적으로 계산되는 경험적 분산 모델로부터 막 두께 및 분산 메트릭(예컨대, n 및 k)을 결정하도록 처리된다. 다른 많은 분산 메트릭들이 고려될 수 있다. 예를 들어, 복소 유전 상수, 표피 깊이, 흡수 상수, 감쇠 상수, 또는 기타의 실수 성분(ε1) 및 허수 성분(ε2) 중 임의의 성분이 스펙트럼 데이터에 기초하여 결정될 수 있다.
밴드 갭, 밴드 에지, 및 결함과 같은 밴드 구조 특징이 광학적 분산 메트릭 값에 기초하여 결정된다. 일부 예들에서, 밴드 구조 특징은 선택된 분산 모델의 회귀에 의해 결정된다. 일부 다른 예들에서, 하이-k 유전체 층의 보간된 밴드 갭은 집중된 스펙트럼 범위에 대한 광학적 분산 메트릭의 곡선 맞춤 및 보간에 의해 결정된다. 일부 예들에서, 광학적 분산 메트릭이 문턱값을 초과하는 경우, 하이-k 유전체 층의 밴드 에지가 결정된다. 일부 예들에서, 하이-k 유전체 층과 연관된 밴드 확장은 밴드 에지와 보간된 밴드 갭 간의 차이에 기초하여 결정된다.
일부 다른 예들에서, 결함은 광학적 분산 메트릭 값에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 광학적 분산 메트릭이 문턱값을 초과하는 경우, 결함이 식별될 수 있다. 다른 예에서, 분산 메트릭의 반값 전폭(full width, half maximum; FWHM) 값이 문턱값을 초과하는 경우, 결함이 식별될 수 있다. 다른 예에서, 분산 메트릭 값의 궤적 아래의 구역이 결함을 식별하는데 이용될 수 있다.
다른 양태에서, 본 명세서에 제시된 방법 및 시스템이 동일한 스펙트럼 데이터 세트에 의해 특성화되는 다수의 층들에 적용될 수 있다.
앞서 말한 것은 요약이므로, 필요에 의해, 세부 사항의 단순화, 일반화, 및 누락이 포함된다. 따라서, 발명 기술 분야의 당업자는 이러한 요약은 단지 예시적인 것으로 어떤 식으로도 제한하는 것이 아님을 이해할 것이다. 본 명세서에 기술된 디바이스 및/또는 공정의 다른 양태들, 발명적 특징들, 및 장점들은 본 명세서에서 설명된 비제한적인 상세한 설명으로 명백하게 될 것이다.
본 발명에 따르면, 제조 공정의 초기에 하이-k 유전체 층들을 특성화하기 위한 고처리량 방법 및/또는 시스템을 제공하는 것이 가능하다.
도 1은 박막 특성화 기능을 포함하는 웨이퍼 검사 시스템(100)을 나타내는 간략한 도면이다.
도 2는 본 명세서에 기술된 바와 같은 방법 및 시스템에 의해 특성화될 수 있는 박막 층들(114A 및 114B)이 부착된 반도체 기판(112)을 나타내는 간략한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 박막 물질층과 연관된 광학적 분산 곡선 및 이러한 곡선으로부터 도출된 밴드 구조 특징을 나타낸다.
도 4는 박막 물질층과 연관된 광학적 분산 곡선 및 이러한 곡선으로부터 식별된 밴드 구조 결함을 나타내는 그래프이다.
도 5는 스펙트럼 응답 데이터로부터 밴드 구조 특징을 결정하는 방법(200)을 나타내는 흐름도(190)이다.
도 2는 본 명세서에 기술된 바와 같은 방법 및 시스템에 의해 특성화될 수 있는 박막 층들(114A 및 114B)이 부착된 반도체 기판(112)을 나타내는 간략한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 박막 물질층과 연관된 광학적 분산 곡선 및 이러한 곡선으로부터 도출된 밴드 구조 특징을 나타낸다.
도 4는 박막 물질층과 연관된 광학적 분산 곡선 및 이러한 곡선으로부터 식별된 밴드 구조 결함을 나타내는 그래프이다.
도 5는 스펙트럼 응답 데이터로부터 밴드 구조 특징을 결정하는 방법(200)을 나타내는 흐름도(190)이다.
이제, 배경 정보 예들, 본 발명의 일부 실시예들, 첨부된 도면들에 도시된 예들을 상세하게 참조할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 반도체 웨이퍼의 박막의 밴드 구조 특징을 측정하기 위한 시스템(100)을 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 이동 스테이지(110) 상에 배치된 반도체 웨이퍼(112)의 하나 이상의 막들(114)에 분광 타원 편광 분석(spectroscopic ellipsometry)을 수행하는데 이용될 수 있다. 이 양태에서, 시스템(100)은 조명기(102) 및 분광기(104)가 장착된 분광 타원해석기(spectroscopic ellipsometer)를 포함할 수 있다. 시스템(100)의 조명기(102)는 선택된 파장 범위(예컨대, 150-850 nm)의 조명을 생성하여 반도체 웨이퍼(112)의 표면 상에 배치된 박막(예컨대, HfSiON 박막)에 보내도록 구성된다. 차례로, 분광기(104)는 반도체 웨이퍼(112)의 표면으로부터 반사된 조명을 수신하도록 구성된다. 조명기(102)로부터 나오는 빛은 편광된 조명 빔(106)을 생성하도록 편파기(107)를 이용하여 편광된다. 웨이퍼(102) 상에 배치된 박막(114)에 의해 반사된 방사선은 분석기(109)를 거쳐 분광기(104)에 전달된다. 이 점과 관련하여, 수집 빔(108)으로 분광기(104)에 의해 수신된 방사선은 조명 빔(106)의 입사 방사선과 비교되어, 박막(114)의 스펙트럼 분석을 허용한다.
추가의 실시예에서, 시스템(110)은 하나 이상의 컴퓨팅 시스템들(116)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 컴퓨팅 시스템들(116)은 분광기(104)에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 일 양태에서, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템들(116)은 하나 이상의 웨이퍼들에 대해 분광기(104)에 의해 수행된 한 세트의 스펙트럼 측정치를 수신하도록 구성될 수 있다. 분광기(104)로부터 한번 이상의 샘플링 프로세스의 결과를 수신하면, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템들(116)은 광학적 분산 메트릭을 계산할 수 있다. 이 점과 관련하여, 컴퓨팅 시스템(116)은 분광기(104)로부터의 획득된 스펙트럼에 대해 선택된 스펙트럼 범위(예컨대, 150-850 nm)에 걸쳐 박막의 복소 굴절률의 실수 성분(n) 및 허수 성분(k)을 추출할 수 있다. 더욱이, 컴퓨팅 시스템(116)은 선택된 분산 모델에 적용되는 회귀 프로세스(예컨대, 보통 최소 자승 회귀)를 이용하여 n-곡선 및 k-곡선을 추출할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 선택된 분산 모델은 2개의 Tauc Lorentz 성분들을 갖는 합산 모델(Sum-TL 모델)을 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 선택된 분산 모델은 조화 발진기 모델을 포함할 수 있다.
추가의 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(116)은 광학적 분산 메트릭에 기초하여 막(114)의 전기적 성능을 나타내는 밴드 구조 특징을 결정할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(116)은 광학적 분산 곡선(예컨대, 도 3a, 도 3b, 및 도 4) 내의 경향을 자동적으로 식별하도록 구성될 수 있고, 광학적 분산 곡선은 선택된 스펙트럼 범위에 대한 광학적 분산 메트릭의 값을 나타낸다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(116)은 광학적 분산 곡선에서 관찰할 수 있는 에너지 밴드 결함을 식별할 수 있다. 다른 예에서, 컴퓨팅 시스템(116)은 광학적 분산 곡선에서 관찰할 수 있는 물질 밴드 갭을 식별할 수 있다. 일부 예들에서, 컴퓨팅 시스템(116)은 사용자 입력의 도움을 이용하여 광학적 분산 곡선 내의 경향을 식별하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학적 분산 곡선은 액정 디스플레이와 같은, 디스플레이(도시되지 않음)를 통해 사용자에게 표시될 수 있다. 그러면, 사용자는 사용자 인터페이스 디바이스(예컨대, 마우스, 키보드, 트랙 패드, 트랙 볼, 터치 스크린 등)를 이용하여 컴퓨팅 시스템(116)에 정보를 입력함으로써 광학적 분산 곡선의 경향을 식별할 수 있다. 이 점과 관련하여, 사용자는 분석에 적절한 광학적 분산 곡선의 일부분을 선택, 또는 "태그"할 수 있고, 이를 이용하여 컴퓨팅 시스템은 결국 추가의 분석 또는 정제된 분석을 수행할 수 있다. 출원자는 도 3a, 도 3b, 및 도 4에 도시된 바와 같은, 광학적 분산 곡선의 분석에 관련된 세부 사항들이 본 명세서에 더욱 상세하게 기술될 것임을 언급한다.
도 2에 예시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 중간층(114B)이 하이-k 물질과 반도체 기판 사이의 접착을 촉진하기 위해 반도체 기판(112)(예컨대, 실리콘)과 하이-k 절연층(114A) 사이에 위치된다. 통상적으로, 중간층(114B)은 매우 얇다(대략, 10 옹스트롬). 일부 예들에서, 하이-k 절연층(114A) 및 중간층(114B)은 앞서 기술된 바와 같은 방법 및 시스템을 이용하는 분석을 위해 하나의 층으로서 함께 모델링된다. 이 예에서, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(116)은 집합막 층(114)과 연관되는 광학적 분산 메트릭에 기초하여 하이-k 절연층(114A) 및 중간층(114B) 양자 모두를 포함하는 집합막 층(114)의 전기적 성능을 나타내는 밴드 구조 특징을 결정할 수 있다. 그러나, 일부 다른 예들에서, 각각의 층은 별도로 모델링될 수 있다. 이 예에서, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(116)은 각각 물리적으로 별개의 층과 연관된 광학적 분산 메트릭에 기초하여 하이-k 절연층(114A)의 전기적 성능을 나타내는 밴드 구조 특징 및 중간층(114B)의 전기적 성능을 나타내는 밴드 구조 특징을 각각 결정할 수 있다.
본 발명개시에 걸쳐 기술된 다양한 단계들은 단일 컴퓨팅 시스템(116), 또는 대안적으로 다수의 컴퓨팅 시스템들(116)에 의해 수행될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 더욱이, 분광 타원해석기(101)와 같은, 시스템(100)의 상이한 서브시스템들은 앞서 기술된 단계들 중 적어도 일부를 수행하기에 적합한 컴퓨팅 시스템을 포함할 수 있다. 그러므로, 상기 설명은 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안되고, 단지 예시로서 해석되어야 한다. 게다가, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템들(116)은 본 명세서에 기술된 방법 실시예들 중 임의의 실시예들의 임의의 다른 단계(들)을 수행하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(116)은 기술 분야에 공지된 임의의 방식으로 타원해석기(101)의 조명기 서브시스템(102) 또는 분광기(104)에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 컴퓨팅 시스템들(116)이 타원해석기(101)의 분광기(104)의 컴퓨팅 시스템 및 조명기 서브시스템(102)의 컴퓨팅 시스템에 결합될 수 있다. 다른 예에서, 분광기(104) 및 조명기(102)는 단일 컴퓨팅 시스템에 의해 제어될 수 있다. 이런 식으로, 시스템(100)의 컴퓨팅 시스템(116)은 단일 타원해석기 컴퓨팅 시스템에 결합될 수 있다.
시스템(100)의 컴퓨팅 시스템(116)은 유선 부분 및/또는 무선 부분을 포함할 수 있는 전송 매체에 의해 시스템의 서브시스템들[예컨대, 분광기(104), 조명기(102) 등]로부터 데이터 또는 정보를 수신 및/또는 획득하도록 구성될 수 있다. 이런 식으로, 전송 매체는 시스템(100)의 다른 서브시스템들과 컴퓨팅 시스템(116) 간의 데이터 링크 역할을 할 수 있다. 게다가, 컴퓨팅 시스템(116)은 저장 매체(즉, 메모리)를 통해 스펙트럼 결과를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 타원해석기의 분광기를 이용하여 획득된 스펙트럼 결과는 영구적 메모리 디바이스 또는 반영구적 메모리 디바이스에 저장될 수 있다. 이 점과 관려하여, 스펙트럼 결과는 외부 시스템에서 불러올 수 있다.
더욱이, 컴퓨팅 시스템(116)은 전송 매체를 통해 외부 시스템에 데이터를 보낼 수 있다. 더욱이, 시스템(100)의 컴퓨팅 시스템(116)은 유선 부분 및/또는 무선 부분을 포함할 수 있는 전송 매체에 의해 다른 시스템들[예컨대, 검사 시스템으로부터의 검사 결과 및 계측 시스템으로부터의 계측 결과]로부터 데이터 또는 정보를 수신 및/또는 획득하도록 구성될 수 있다. 이런 식으로, 전송 매체는 시스템(100)의 다른 서브시스템들과 컴퓨팅 시스템(116) 간의 데이터 링크 역할을 할 수 있다. 더욱이, 컴퓨팅 시스템(116)은 전송 매체를 통해 외부 시스템에 데이터를 보낼 수 있다.
컴퓨팅 시스템(116)은, 퍼스널 컴퓨터 시스템, 메인 프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 영상 컴퓨터, 병렬 프로세서, 또는 기술 분야에 공지된 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 일반적으로, 용어 "컴퓨팅 시스템"은 메모리 매체로부터 명령어를 실행시키는, 하나 이상의 프로세서들을 갖는 임의의 디바이스를 포함하도록 넓게 정의될 수 있다.
본 명세서에 기술된 것과 같은 방법들을 구현하는 프로그램 명령어들(120)은 전달 매체(118)를 통해 전송되거나 이에 저장될 수 있다. 전달 매체는 와이어, 케이블, 또는 무선 전송 링크와 같은 전송 매체일 수 있다. 전달 매체는 또한 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 디스크 또는 광학 디스크, 또는 자기 테이프와 같은 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다.
도 1에 예시된 시스템(100)의 실시예들은 본 명세서에 기술된 바와 같이 더욱 구성될 수 있다. 게다가, 시스템(100)은 본 명세서에 기술된 방법 실시예(들) 중 임의의 실시예들의 임의의 다른 단계(들)을 수행하도록 구성될 수 있다.
밴드 구조 특징(예컨대, 밴드 갭, 밴드 에지, 에너지 밴드 결함, 인터페이스 결함, 밴드 확장)은 완성된 웨이퍼들의 하이-k 물질층을 통한 의도하지 않은 누설 전류에 대한 주요한 원인 제공자이다. 따라서, 미완성된 웨이퍼들의 물질층들의 밴드 구조 특징은 완성된 웨이퍼들의 전기적 성능의 적합한 지표이다. 일 양태에서, 밴드 구조 특징은 고처리량의, 광학 기반의, 박막 측정 툴에서 획득된 데이터로부터 도출된다. 결과적인 밴드 구조 특징은 제조 공정에서 초기에 완료된 웨이퍼의 전기적 성능을 예측하는데 이용된다.
도 5는 본 발명의 시스템(100)의 구현에 적합한 프로세스 흐름(200)을 나타낸다. 일 양태에서, 프로세스 흐름(200) 중 데이터 처리 단계는 컴퓨팅 시스템(116)의 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 미리 프로그램된 알고리즘을 통해 수행될 수 있음을 인식한다. 다음의 설명이 시스템(100)의 맥락으로 표현되지만, 시스템(100)의 특정한 구조적 양태들은 제한을 나타내는 것이 아니고, 오직 예시로서 해석되어야 한다는 것을 본 명세서에서 인식된다.
단계(201)에서, 하이-k 박막이 웨이퍼 상에 퇴적된 이후에, 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 미완성된 다층 반도체 웨이퍼들의 스펙트럼 응답이 수신된다. 예를 들어, 스펙트럼은 타원해석기(101)로부터 수신될 수 있다. 다른 예에서, 스펙트럼은 반사계(도시되지 않음)로부터 수신될 수 있다. 스펙트럼 데이터는 분광 타원해석기(101)를 이용하여 웨이퍼(112) 상에 퇴적된 박막들(114) 각각으로부터 획득될 수 있다. 예를 들어, 타원해석기(101)는 본 명세서에 앞서 논의된 바와 같이, 조명기(102) 및 분광기(104)를 포함할 수 있다. 분광기(104)는 웨이퍼의 박막의 분광 측정과 연관된 결과를 분석을 위해 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(116)에 전송할 수 있다. 다른 예에서, 다수의 박막(114)들에 대한 스펙트럼이 이전에 획득된 스펙트럼 데이터를 불러옴으로써 획득될 수 있다. 이 점과 관련하여, 스펙트럼 획득 및 스펙트럼 데이터의 후속 분석이 동시에 발생하거나 공간적으로 가깝게 수행되어야할 필요는 없다. 예를 들어, 스펙트럼 데이터는 나중에 분석을 위해 메모리에 저장될 수 있다. 다른 예에서, 스펙트럼 결과가 획득되어 원격 위치에 위치한 분석 컴퓨팅 시스템에 전송될 수 있다.
단계(202)에서, 반도체 웨이퍼의 층에 연관된 광학적 분산 메트릭이 미완성된 다층 웨이퍼의 스펙트럼 응담에 기초하여 결정된다. 많은 유용한 광학적 분산 메트릭이 고려될 수 있다. 예를 들어, 복소 굴절률의 실수 성분(n) 및 허수 성분(k) 중 임의의 성분이 스펙트럼 데이터에 기초하여 결정될 수 있다. 다른 예에서, 복소 유전 상수의 실수 성분(ε1) 및 허수 성분(ε2) 중 임의의 성분이 스펙트럼 데이터에 기초하여 결정될 수 있다. 다른 예들에서, ε2의 제곱근, 흡수 상수 α=4πk/λ, 전도율(σ), 표피 깊이 (δ), 및 김쇠 상수 (σ/2)*sqrt(μ/ε) 중 임의의 값이 스펙트럼 데이터에 기초하여 결정될 수 있다. 다른 예들에서, 앞서 언급한 광학적 분산 메트릭의 임의의 조합이 스펙트럼 데이터에 기초하여 결정될 수 있다. 앞서 언급한 광학적 분산 메트릭은 비제한적인 예로서 제공된다. 다른 광학적 분산 메트릭 또는 메트릭의 조합들이 고려될 수 있다.
일부 예들에서, 스펙트럼 응답 데이터는 분석적 분산 모델(예컨대, 로렌츠 모델)로부터 막 두께 및 분산 메트릭(예컨대, n 및 k)을 결정하도록 처리된다. 일부 다른 예들에서, 스펙트럼 응답 데이터는 분산 메트릭이 계수적으로 계산되는 경험적 분산 모델로부터 막 두께 및 분산 메트릭(예컨대, n 및 k)을 결정하도록 처리된다.
일 예에서, KLA-텐코 코포레이션(캘리포니아주, 밀피타스에 소재)으로부터 입수 가능한 OLSA(Off-Line Spectral Analysis) 소프트웨어가 이용되어 물질의 분산 특성의 정확한 지식 없이, k, ε2, σ 및 다른 사용자 정의 메트릭 중 임의의 값을 계수적으로 계산한다. 바람직한 예에서, ε2는 SiOxHfO2SiN5 물질의 박막 층(114A)을 포함하는 웨이퍼(112)로부터 타원해석기에 의해 취해진 스펙트럼 데이터에 기초하여 OLSA를 이용하여 계산된다. ε2 값의 궤적(120)은 측정된 스펙트럼 범위에 대한 분산 메트릭 ε2을 나타낸다. 도 3b는 대수 형식으로 도식된 동일한 값의 궤적(120)을 나타낸다.
일부 예들에서, 광학적 분산 메트릭은 선택된 분산 모델에 적용되는 회귀 프로세스를 이용하여 획득된 스펙트럼에 대해 선택된 스펙트럼 범위에 대한 복소 굴절률의 실수 성분(n) 및 허수 성분(k)을 추출함으로써 생성될 수 있다. 이 점과 관려하여, 회귀 방법이 선택된 분산 모델을 이용하여 측정된 스펙트럼 데이터에 적용될 수 있다. 일 실시예에서, 2개의 Tauc-Lorentz 성분을 갖는 합산 모델이 웨이퍼의 박막들 각각에 대해 n-분산 곡선 및 k-분산 곡선을 생성하는데 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 단일 Tauc-Lorentz 성분이 웨이퍼의 박막들 각각에 대해 n-분산 곡선 및 k-분산 곡선을 생성하는데 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, Cody-Lorentz 모델이 웨이퍼의 박막들 각각에 대해 n-분산 곡선 및 k-분산 곡선을 생성하는데 이용될 수 있다. 또다른 실시예에서, 조화 발진기 모델이 웨이퍼의 박막들 각각에 대해 n-분산 곡선 및 k-분산 곡선을 생성하는데 이용될 수 있다.
단계(203)에서, 층의 전기적 성능을 나타내는 밴드 구조 특징이 원래의 스펙트럼 범위의 서브세트에 걸쳐 광학 분산 메트릭에 적어도 일부 기초하여 결정된다. 통상적으로, 밴드 구조 특징의 식별을 위해 스펙트럼 범위를 제한하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 분산 모델 결과가 일반적으로 더욱 작은 스펙트럼 범위에 대해 더욱 정확하기 때문이다. 따라서, 더욱 상세한 분석이 집중되어야 하는 영역(예컨대, 물질의 밴드 갭 근처)을 식별하기 위해 초기에 넓은 범위에 대한 스펙트럼 데이터에서부터 분산 메트릭 값을 식별하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 지식에 기초하여, 분산 모델은 더욱 작은 범위의 스펙트럼 데이터에 기초하여 다시 계산될 수 있다. 관심 에너지 영역에 기초하여, 밴드 구조 특징이 결정된다.
일부 예들에서, 밴드 구조 특징은 특정한 박막에 적용된 분산 모델로부터 직접 결정된다. 예를 들어, 분석적 모델, 경험적 모델, 또는 분석적 모델과 경험적 모델 양자의 조합은 파라미터로서 밴드 구조 특징(예컨대, 밴드 갭)을 갖은 분산 모델을 포함한다. 이런 방식으로, 밴드 구조 특징은 분산 모델의 회귀를 통해 직접 결정된다(즉, 모델 해결책 자체가 밴드 구조 특징을 결정함).
일부 예들에서, 밴드 구조 특징은 스펙트럼 범위에 대한 광학적 분산 메트릭(예컨대, k, ε2, 또는 하이-k 물질에 의한 전자기 에너지의 흡수 또는 소멸을 기술하는 다른 파라미터들)의 값들의 분석에 의해 결정된다.
일 예에서, 밴드 구조 특징은 광학적 분산 메트릭으로부터 결정된 밴드 에지 값이다. 도 3b에 예시된 바와 같이, 밴드 에지 값은 ε2가 문턱값(123)을 초과하는 경우에 정의된다. 예시된 예들에서, 측정된 막의 밴드 에지 값은 5 전자 볼트이다.
다른 예에서, 밴드 구조 특징은 광학적 분산 메트릭의 곡선 맞춤 및 보간에 의해 결정된 보간된 밴드 갭 값이다. 예를 들어, 도 3a에 예시된 바와 같이, 보간된 밴드 갭은 ε2의 보간 및 곡선 맞춤에 기초하여 결정된다. 일반적으로, 하이-k 물질의 비결정 구조, 층 인터페이스, 및 어긋난 에너지 밴드는 낮은 에너지 레벨에서 흡수 에지의 확장에 기여한다. 곡선 맞춤 방법은 밴드 갭의 결정에 있어서 확장 효과의 영향을 상당히 줄이는 보간된 밴드 갭을 결정하는데 이용된다. 예를 들어, 도 3a에 예시된 바와 같이, 라인(121)은 5 전자 볼트와 5.5 전자 볼트 사이의 ε2의 값에 대한 선형 맞춤을 나타낸다. 라인(122)은 6.2 전자 볼트와 6.7 전자 볼트 사이의 ε2의 값에 대한 선형 맞춤을 나타낸다. 대략 6 전자 볼트에서의 교차점이 보간된 밴드 갭 값이다. 예시된 바와 같이, 라인들(121 및 122)은 상이한 스펙트럼 범위의 ε2의 값에 대한 선형 맞춤이지만, 다른 맞춤 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 고차 다항 함수, 지수 함수, 또는 기타 수학적 함수가 측정된 막 층의 밴드 갭의 추정치를 획득하기 위해 상이한 스펙트럼 영역에 대한 광학적 분산 값을 맞추는데 이용될 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이, 확장 효과를 무시하는 보간된 밴드 갭 및 확장 효과를 포함하는 밴드 에지 값은 상이한 값이다. 보간된 밴드 갭 및 밴드 에지 간의 차이는 측정된 막에 존재하는 확장 효과의 크기를 나타내는 밴드 구조 특징으로 이용된다. 이런 식으로, 프로세스 개선은 확장 효과에 대한 영향 및 확장 효과가 없는 밴드 갭에 기초하여 별도로 판단될 수 있다.
다른 예에서, 밴드 구조 특징은 광학적 분산 메트릭의 분석에 의해 식별된 결함이다.
도 4는 KLA-텐코 코포레이션(캘리포니아주, 밀피타스에 소재)으로부터 입수 가능한 OLSA(Off-Line Spectral Analysis) 소프트웨어를 이용하여 타원 편광 분석 데이터로부터 획득된, 예시적인 하이-k 물질 SiOxHfO2SiN5의 복소 유전 상수 k의 허수 부분 ε2을 나타낸다. 타원해석기 또는 반사계를 이용하는 광학적 측정은 도 4에 나타난 바와 같이, 1.3-3eV 범위의 에너지 밴드 구조를 측정하는데 효과적이다. 그에 반해서, X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy; XPS) 측정은 5 전자 볼트보다 큰 에너지 레벨에서 밴드 갭의 측정으로 제한된다.
분산 곡선(130)은 SiOxHfO2SiN5 막과 연관된 결함 모드 및 흡수 라인을 나타낸다. 예로서, 결함은 다수의 상이한 방식에서 곡선(121)에 기초하여 식별될 수 있다.
일부 예들에서, 분산 메트릭의 크기가 선택된 스펙트럼 범위 내의 임의의 점에서 문턱값을 초과하면 결함이 식별된다. 일부 예들에서, 선택된 스펙트럼 범위는 측정된 막의 밴드 갭 이하이다. 예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같이, ε2의 크기가 1.3-3 전자 볼트(SiOxHfO2SiN5 막의 밴드 갭 이하)의 스펙트럼 범위 내에서 0.01 값을 초과하는 3가지 경우가 있다. 이들은 도 4에서 식별된 결함들(131 및 132)을 포함한다.
일부 예들에서, 분산 메트릭의 반값 전폭(full width, half maximum; FWHM) 값이 선택된 스펙트럼 범위 내의 임의의 점에서 문턱값을 초과하면, 결함이 식별된다. 일부 예들에서, 피크 또는 결함 영역의 스펙트럼 위치가 결함을 식별하는데 이용된다. 예를 들어, 특정한 결함이 특정한 스펙트럼 에너지 레벨에서 피크로서 그 자체를 항상 나타내는 것으로 공지될 수 있다. 이 경우, 그 에너지 레벨에서의 피크는 특정한 결함으로 식별될 수 있다. 일부 예들에서, 피크 또는 결함 영역 아래의 구역이 결함을 식별하는데 이용된다. 일부 예들에서, 선택된 스펙트럼 범위 내의 다수의 흡수 피크들이 결함을 식별하는데 이용된다.
앞서 언급한 예들은 예시를 목적으로 제공된 것으로, 고려될 수 있는 밴드 구조 특징의 유형을 제한하지 않는다. 전기적 특성과 관련되어 완성된 웨이퍼의 전기적 성능의 효과적인 지표의 역할을 하는 다른 많은 밴드 구조 특징이 고려될 수 있다.
단계(204)에서, 완성된 다층 반도체 웨이퍼의 전기적 성능의 추정치가 제조 공정의 초기 단계에서의 단계(203)에서 식별된 밴드 구조 특징에 적어도 일부 기초하여 결정된다. 도 6에 예시된 바와 같이, 표(300)는 본 명세서에서 논의된 방법 및 시스템을 이용하여 결정되는 미완성된 반도체 웨이퍼의 상이한 위치에서의 막 두께 및 2개의 밴드 구조 특징(결함 피크 값 및 결함 폭)에 대한 값들을 포함한다. 예시된 바와 같이, 웨이퍼의 5개의 상이한 위치에서 막 두께, 결함 피크 값, 및 결함 폭이 식별된다. 이 예에서, 각각의 위치에서 완성된 웨이퍼의 전기적 성능(예컨대, 전류 밀도)의 추정치가 수학식(1)의 선형 모델에 기초하여 결정된다. 이 예에서, 전기적 성능은 막 두께(T), 결함 피크(Dpeak) 및 결함 폭(Dwidth)의 함수이다.
도 7은 이러한 위치에서 완성된 웨이퍼의 측정된 전류 밀도 및 수학식(1)의 모델을 이용하여 추정된 전류 밀도를 비교하는 그래프(400)를 나타낸다. 이 예에서, 완성된 웨이퍼의 실제 전기적 성능은 0.99의 결정 계수(R2)를 이용하는 수학식(1)의 선형 모델에 의해 추정된다.
수학식(1)의 모델은 비제한적인 예로서 제공된다. 많은 다른 모델들(예컨대, 비선형 모델, 지수 모델 등)이 완성된 웨이퍼의 전기적 성능에 제조 공정의 초기에 식별되는 밴드 구조 특징을 정확하게 관련시키도록 이용된다. 모델 파라미터들은 식별된 밴드 구조 특징 및 완성된 웨이퍼의 대응하는 측정된 전기적 성능에 기초하여 분석된다. 일단 모델 파라미터들이 계산되면, 모델은 제조 공정의 초기에 식별된 밴드 구조 특징에 기초하여 완성된 웨이퍼의 전기적 성능을 추정하는데 이용된다. 밴드 구조 특징의 임의의 조합을 통합하는 모델이 고려될 수 있다. 전류 밀도가 본 명세서에서 예시적인 전기적 성능 메트릭으로 제시되지만, 완성된 웨이퍼를 특성화하는데 유용한 임의의 다른 전기적 성능 메트릭이 고려될 수 있다.
추가의 일 양태에서, 웨이퍼의 상이한 층들과 연관된 밴드 구조 특징 및 광학적 분산 메트릭의 독립된 결정이 동일한 스펙트럼 응답 데이터에 기초하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 측정 대상 웨이퍼는 반도체 기판(112), 중간층(114B), 하이-k 절연층(114A), 및 부가적인 박막(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 분광기(104)로부터 수신된 스펙트럼 응답 데이터는 이 모든 층들로부터의 기여를 포함한다. 이러한 층들 각각의 기여를 포착하는 스택 층 모델이 이용되어, 분석 대상의 각각의 상이한 물리적 층 또는 물리적 층들의 그룹과 연관된 밴드 구조 특징 및 광학적 분산 메트릭을 별도로 결정할 수 있다.
다른 추가의 양태에서, 스택 모델은 반도체 기판(112)(예컨대, 실리콘)의 고유 흡수 피크의 모델을 포함한다. 일 예에서, 고유 흡수 피크는 하이-k 막의 스펙트럼 측정에 관련된다. 이런 식으로, 반도체 기판의 흡수 피크는 하이-k 막의 스펙트럼 응답으로부터 효과적으로 제거될 수 있다. 반도체 기판으로부터 하이-k 막의 스펙트럼 응답을 분리시킴으로써, 하이-k 박막과 연관된 밴드 구조 특징 및 결함의 더욱 정확한 결정이 달성된다.
다른 추가의 양태에서, 밴드 구조 특징(예컨대, 밴드 갭 및 결함)이 게이트 절연체의 품질에 기초하여 생산 공정의 초기에 웨이퍼들 및 마이크로칩들을 분류하는데 이용된다. 이것은 비싸고 시간이 소비되는 전기적 테스트 장비를 이용하는 생산 공정의 끝에서 웨이퍼 및 마이크로칩의 분류에 대한 필요성을 피할 수 있다.
하나 이상의 예시적인 실시예들에서, 기술된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되면, 기능들이 컴퓨터 판독 가능한 매체 상에 저장되거나 하나 이상의 명령어 또는 코드를 통해 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 한 장소에서 다른 장소로 컴퓨터 프로그램의 전송을 용이하게하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 양자 모두를 포함한다. 저장 매체는 범용 컴퓨터 또는 전용 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 비제한적인 예로서, 이와 같은 컴퓨터 판독 가능한 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치, 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 범용 컴퓨터 또는 전용 컴퓨터, 또는 범용 프로세서, 또는 전용 프로세서에 의해 액세스 될 수 있고 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드 수단들을 운반 또는 저장하는데 이용될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 연결이 적절히 컴퓨터 판독 가능한 매체로 일컬어진다. 예를 들어, 웹 사이트, 서버, 또는 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스트 페어선, 디지털 가입자 회선(digital subscriber line; DSL), 또는 적외선, 라디오파, 및 마이크로파와 같은 무선 기술을 이용하는 다른 원격 소스로부터 소프트웨어가 전송되면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스트 페어선, DSL, 또는 적외선, 라디오파, 및 마이크로파와 같은 무선 기술은 매체의 정의에 포함된다. 본 명세서에서 이용되는, 디스크는 컴팩트 디스크(compact disc; CD), 레이저 디스크, 광학 디스크, 디지털 다기능 디스크(digital versatile disc; DVD), 플로피 디스크 및 블루레이 디스크를 포함하고, 플로피 디스크는 보통 자기적으로 데이터를 재생하지만, 그 외의 디스크는 레이저를 이용하여 광학적으로 데이터를 재생한다. 또한, 상기의 조합은 컴퓨터 판독 가능한 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.
본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 용어 "웨이퍼"는 일반적으로 반도체 또는 비반도체 물질로 형성된 기판을 나타낸다. 이와 같은 반도체 또는 비반도체 물질의 예들은 단결정 실리콘, 갈륨 비소, 및 인듐 인을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 이와 같은 기판은 일반적으로 반도체 제조 설비에서 발견 및/또는 처리될 수 있다.
하나 이상의 층들이 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 이와 같은 층들은, 레지스트, 유전체 물질, 전도성 물질, 및 반전도성 물질을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 다수의 상이한 유형의 이러한 층들이 발명 기술 분야에 공지되고, 본 명세서에 이용되는 바와 같은 용어 "웨이퍼"는 모든 유형의 이러한 층들이 형성될 수 있는 웨이퍼를 포함하는 것으로 의도된다.
웨이퍼 상에 형성된 하나 이상의 층들이 패턴화되거나 패턴화되지 않을 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 복수의 다이들을 포함할 수 있고, 각각의 다이는 반복 가능한 패턴화된 피처들을 갖는다. 이와 같은 물질층들의 형성 및 처리는 결국 완성된 디바이스를 야기할 수 있다. 다수의 상이한 유형의 디바이스들이 웨이퍼 상에 형성될 수 있어서, 본 명세서에 이용되는 바와 같은 용어 "웨이퍼"는 발명 기술 분야에 공지된 임의의 유형의 디바이스가 제조되는 웨이퍼를 포함하는 것으로 의도된다.
통상적인 반도체 공정은 로트(lot)에 의한 웨이퍼 처리를 포함한다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, "로트"는 함께 처리되는 웨이퍼들의 그룹(예컨대, 25개의 웨이퍼들의 그룹)이다. 로트 내의 각각의 웨이퍼는 리소그래피 공정 툴(예컨태, 노광기, 스캐너 등)에 노출되는 많은 필드로 구성된다. 각각의 필드 내에는 다수의 다이들이 존재할 수 있다. 다이는 결국 하나의 칩이 되는 기능 유닛이다. 웨이퍼 상에 형성되는 하나 이상의 층들이 패턴화되거나 패턴화되지 않을 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 복수의 다이들을 포함할 수 있고, 각각의 다이는 반복 가능한 패턴화된 피처들을 갖는다. 이와 같은 물질층들의 형성 및 처리는 결국 완성된 디바이스를 야기할 수 있다. 다수의 상이한 유형의 디바이스들이 웨이퍼 상에 형성될 수 있어서, 본 명세서에 이용되는 바와 같은 용어 "웨이퍼"는 발명 기술 분야에 공지된 임의의 유형의 디바이스가 제조되는 웨이퍼를 포함하는 것으로 의도된다.
실시예들이 웨이퍼에 대하여 본 명세서에서 기술되었지만, 실시예들은 마스크 또는 포토마스크로서 일반적으로 언급될 수도 있는, 레티클과 같은 다른 표본의 박막을 특성화하는데 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다수의 상이한 유형의 레티클이 기술 분야에 공지되어 있고, 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 용어 "레티클", "마스크", 및 "포토마스크"는 기술 분야에 공지된 모든 유형의 레티클들을 포함하는 것으로 의도된다.
본 명세서에 기술된 실시예들은 일반적으로 고처리량의 광학적 분산 메트릭에 기초하여 다층 박막의 밴드 구조 특징을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 일 실시예는 분광 타원해석기 데이터로부터 도출된 광학적 분산 메트릭에 기초하여 다층 박막의 밴드 구조 특징을 결정하기 위한 컴퓨터 구현 방법에 관한 것이다. 그러나, 본 명세서에 기술된 방법들은 광학 분산 메트릭이 도출될 수 있는 검사 시스템의 유형들로 제한되지 않는다. 예를 들어, 일 실시예에서, 검사 시스템은 웨이퍼의 박막 검사를 위한 반사계를 포함한다.
게다가, 검사 시스템은 패턴화된 웨이퍼 및/또는 비패턴화된 웨이퍼의 검사를 위해 구성될 수 있다. 검사 시스템은 LED 검사 툴, 에지 검사 툴, 후면 검사 툴, 마이크로 검사 툴, 또는 다중 모드 검사 툴(하나 이상의 플랫폼들로부터의 데이터를 동시에 포함함), 및 고처리량의 광학적 분산 메트릭에 기초하여 다층 박막의 밴드 구조 특징의 결정으로부터 이익을 얻는 임의의 다른 계측 툴 및 검사 툴로 구성될 수 있다.
특정하고 구체적인 실시예들이 교육을 목적으로 앞에 기술되었지만, 이 특허 문서의 교시는 일반적인 적용 가능성을 갖고 앞에 기술된 특정한 실시예들을 제한하지 않는다. 따라서, 기술된 실시예들의 다양한 특징들의 다양한 변형, 적응, 및 조합은 특허청구범위에 설명된 바와 같은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 실행될 수 있다.
Claims (21)
- 방법에 있어서,
제 1 스펙트럼 범위에 걸쳐 미완성된 다층 반도체 웨이퍼의 스펙트럼 응답을 수신하는 단계;
상기 스펙트럼 응답에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 제 1 층의 광학적 분산 메트릭을 결정하는 단계;
상기 제 1 스펙트럼 범위 내의 제 2 스펙트럼 범위에 걸쳐 상기 다층 반도체 웨이퍼의 상기 분산 메트릭에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 층의 전기적 성능을 나타내는 밴드 구조 특징을 결정하는 단계; 및
상기 밴드 구조 특징에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 상기 전기적 성능의 추정치를 결정하는 단계
를 포함하는 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층은 반도체 기판 위에 배치된 전기적 절연층인 것인, 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 층은 상기 반도체 기판과 상기 전기적 절연층 사이에 중간층을 포함하는 것인, 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 밴드 구조 특징은 상기 제 1 층의 보간된 밴드 갭이고, 상기 보간된 밴드 갭의 결정은 상기 광학적 분산 메트릭의 곡선 맞춤(curve fitting) 및 보간을 포함하는 것인, 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 밴드 구조 특징은 상기 제 1 층의 밴드 에지이고, 상기 밴드 에지의 결정은 상기 광학적 분산 메트릭이 문턱값을 초과하는지를 결정하는 것을 포함하는 것인, 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 밴드 구조 특징은 상기 제 1 층과 연관된 밴드 확장이고, 상기 밴드 확장의 결정은 상기 제 1 층의 보간된 밴드 갭 및 밴드 에지를 결정하는 것 및 상기 밴드 에지 및 보간된 밴드 갭 간의 차이를 결정하는 것을 포함하는 것인, 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 밴드 구조 특징은 결함이고, 상기 결함의 결정은 상기 광학적 분산 메트릭이 제 1 층의 밴드 갭 아래의 스펙트럼 범위에서 문턱값을 초과하는지의 여부를 결정하는 것을 포함하는 것인, 방법.
- 제 1 항에 있어서,
타원해석기(ellipsometer) 또는 반사계 중 어느 하나를 이용한 상기 다층 반도체 웨이퍼의 측정에 기초하여 상기 미완성된 다층 반도체 웨이퍼의 스펙트럼 응답을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 스펙트럼 응답에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 제 2 층의 광학적 분산 특성을 결정하는 단계; 및
상기 제 2 층의 상기 분산 특성에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 상기 제 2 층의 전기적 성능을 나타내는 밴드 구조 특징을 결정하는 단계
를 더 포함하는 방법. - 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체에 있어서,
컴퓨터가 제 1 스펙트럼 범위에 걸쳐 미완성된 다층 반도체 웨이퍼의 스펙트럼 응답을 수신하게 하는 코드;
상기 컴퓨터가 상기 스펙트럼 응답에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 제 1 층의 광학적 분산 메트릭을 결정하게 하는 코드;
상기 컴퓨터가 상기 제 1 스펙트럼 범위 내의 제 2 스펙트럼 범위에 걸쳐 상기 다층 반도체 웨이퍼의 상기 분산 메트릭에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 층의 전기적 성능을 나타내는 밴드 구조 특징을 결정하게 하는 코드; 및
상기 컴퓨터가 상기 밴드 구조 특징에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 상기 전기적 성능의 추정치를 결정하게 하는 코드
를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체. - 제 10 항에 있어서, 상기 밴드 구조 특징은 상기 제 1 층의 보간된 밴드 갭이고, 상기 보간된 밴드 갭의 결정은 상기 광학적 분산 메트릭의 곡선 맞춤 및 보간을 포함하는 것인, 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체.
- 제 10 항에 있어서, 상기 밴드 구조 특징은 상기 제 1 층의 밴드 에지이고, 상기 밴드 에지의 결정은 상기 광학적 분산 메트릭이 문턱값을 초과하는지를 결정하는 것을 포함하는 것인, 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체.
- 제 10 항에 있어서, 상기 밴드 구조 특징은 상기 제 1 층과 연관된 밴드 확장이고, 상기 밴드 확장의 결정은 상기 제 1 층의 보간된 밴드 갭 및 밴드 에지를 결정하는 것 및 상기 밴드 에지 및 보간된 밴드 갭 간의 차이를 결정하는 것을 포함하는 것인, 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체.
- 제 10 항에 있어서, 상기 밴드 구조 특징은 결함이고, 상기 결함의 결정은 상기 광학적 분산 메트릭이 제 1 층의 밴드 갭 미만의 스펙트럼 범위에서 문턱값을 초과하는지의 여부를 결정하는 것을 포함하는 것인, 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체.
- 제 10 항에 있어서,
상기 컴퓨터가 상기 스펙트럼 응답에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 제 2 층의 광학적 분산 특성을 결정하게 하는 코드; 및
상기 컴퓨터가 상기 제 2 층의 상기 분산 특성에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 상기 제 2 층의 전기적 성능을 나타내는 밴드 구조 특징을 결정하게 하는 코드
를 더 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체. - 시스템에 있어서,
조명기;
분광기; 및
하나 이상의 컴퓨터 시스템들을 포함하고,
상기 하나 이상의 컴퓨터 시스템들은,
제 1 스펙트럼 범위에 걸쳐 미완성된 다층 반도체 웨이퍼의 스펙트럼 응답을 수신하고;
상기 스펙트럼 응답에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 제 1 층의 광학적 분산 메트릭을 결정하고;
상기 제 1 스펙트럼 범위 내의 제 2 스펙트럼 범위에 걸쳐 상기 다층 반도체 웨이퍼의 상기 분산 메트릭에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 층의 전기적 성능을 나타내는 밴드 구조 특징을 결정하며;
상기 밴드 구조 특징에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 상기 전기적 성능의 추정치를 결정하도록 구성되는 것인, 시스템. - 제 16 항에 있어서, 상기 밴드 구조 특징은 상기 제 1 층의 보간된 밴드 갭이고, 상기 보간된 밴드 갭은, 적어도 부분적으로 상기 광학적 분산 메트릭의 곡선 맞춤 및 보간에 의하여 결정되는 것인, 시스템.
- 제 16 항에 있어서, 상기 밴드 구조 특징은 상기 제 1 층의 밴드 에지이고, 상기 밴드 에지는, 적어도 부분적으로 상기 광학적 분산 메트릭이 문턱값을 초과하는지를 결정하는 것에 의해 결정되는 것인, 시스템.
- 제 16 항에 있어서, 상기 밴드 구조 특징은 상기 제 1 층과 연관된 밴드 확장이고, 상기 밴드 확장은, 적어도 부분적으로 상기 제 1 층의 보간된 밴드 갭 및 밴드 에지를 결정하는 것 및 상기 밴드 에지 및 보간된 밴드 갭 간의 차이를 결정하는 것에 의해 결정되는 것인, 시스템.
- 제 16 항에 있어서, 상기 밴드 구조 특징은 결함이고, 상기 결함은, 적어도 부분적으로 상기 광학적 분산 메트릭이 제 1 층의 밴드 갭 미만의 스펙트럼 범위에서 문턱값을 초과하는지의 여부를 결정하는 것에 의해 결정되는 것인, 시스템.
- 제 16 항에 있어서,
상기 하나 이상의 컴퓨터 시스템들은 또한,
상기 스펙트럼 응답에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 제 2 층의 광학적 분산 특성을 결정하고;
상기 제 2 층의 상기 분산 특성에 적어도 일부 기초하여 상기 다층 반도체 웨이퍼의 상기 제 2 층의 전기적 성능을 나타내는 밴드 구조 특징을 결정하도록 구성되는 것인, 시스템.
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