KR20150036270A - 삼-차원 구조물 내의 결함을 검출하기 위한 광학적 방법 및 시스템 - Google Patents

삼-차원 구조물 내의 결함을 검출하기 위한 광학적 방법 및 시스템 Download PDF

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엘라드 도탄
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노바 메주어링 인스트루먼츠 엘티디.
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Abstract

비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 방법과 시스템이 제시된다. 이러한 기술에 따르면, 측정하에서, 구조물의 비아-포함 영역의 스펙트럼 응답을 나타내는 측정된 데이터가 처리되고, 비아-포함 영역의 스펙트럼 특성에 대한 스펙트럼 응답의 적어도 하나의 파라미터에서의 변화를 확인하면, 비아의 내부 표면에서의 가능한 결함을 나타내는 출력 데이터가 생성된다.

Description

삼-차원 구조물 내의 결함을 검출하기 위한 광학적 방법 및 시스템{OPTICAL METHOD AND SYSTEM FOR DETECTING DEFECTS IN THREE-DIMENSIONAL STRUCTURES}
본 발명은 일반적으로, 광학 조사/측정 기술의 분야에 속하고, 반도체 웨이퍼와 같은 삼-차원 구조물 내의 결함을 검출하기 위한 광학적 방법 및 시스템에 관한 것이다.
반도체 기술이 진전되면서, 장치 치수를 줄이는 것은 점차적으로 복잡한 과제가 된다. 복수의 반도체 장치(칩)의 수직형 집적을 사용하여 이들 어려움을 극복하고, 유닛당 더 많은 수의 장치(가령, 메모리 응용 분야에서) 또는 다양한 기능성의 칩의 집적을 가능하게 하여서, 하이브리드 시스템(가령, 센서, 프로세서 및 메모리)의 성능을 더 우수하게 한다. 쓰루 실리콘 비아(TSV)로 알려진 기술은 복수의 반도체 장치의 수직형 집적에서의 사용을 위해 개발되었다. 비아의 밀도가 실질적으로 더 높고, 연결부의 길이가 더 짧기 때문에, TSV는 3D 패키지 및 3D 집적 회로를 생성하는 우수한 성능(패키지-온-패키지와 같은 그 대안예와 비교할 때)의 기술이다. TSV에 따르면, 전도성 필라는 실리콘 기판 내에서 형성되고, 나중에 연속적인 칩에 접촉하는데 사용된다. TSV 기술은 서로 다른 층 내의 부품 간에 전기적 상호연결을 제공하고, 또한, 기계적 지지부를 제공한다. TSV 기술에서, 비아는 다양한 능동 집적 회로 장치 또는 반도체 공정에 의해 제작된 다른 장치와 함께 실리콘 칩 내에서 제작되고, 비아는 Cu, Au, W, 솔더와 같은 금속 또는 폴리 실리콘과 같은 높게-도핑된 반도체 물질로 채워진다. 그리고 나서, 이러한 비아가 제공된 복수의 부품은 쌓여지고 함께 본딩된다.
TSV 공정에서 중요한 단계는 비아 형성의 단계인데, 접촉의 패턴은 실리콘 내로 에칭된다. 요구되는 비아 품질을 유지하기 위해서는, 비아의 깊이와 프로필 모두를 제어하는 것이 중요하다.
본 출원의 양수인에 양수된 WO 2012/098550호는 비아를 가진 패턴화된 구조물 내의 측정에 사용하기 위한 광학적 시스템을 개시한다. 시스템은 비아 프로필 파라미터의 측정을 할 수 있도록 구성된다. 본 시스템은 측정될 구조물 상에 조명된 광을 전파하기 위한 조명 채널, 조명된 구조물로에서 검출부까지 되돌아온 광을 수집하기 위한 검출 채널, 및 조명 채널과 검출 채널 중 적어도 하나에 따라 광 전파의 적어도 하나의 파라미터에 영향을 주는 것과 적어도 검출 채널에 따라 광의 전파에 영향을 주는 것 중 적어도 하나를 수행하여, 암시야 검출 모드를 실행할 수 있고, 구성된 변조 어셈블리를 포함한다.
본 기술 분야에서, TSV 공정을 모니터링하기 위한 새로운 기술에 대한 필요성이 있다. 이는, 이러한 공정에서, 비아 내의 결함이 생성될 수 있고, 따라서, 요구되는 비아 품질을 유지하기 위하여, 결함적인 비아를 검출하는 것이 본질적이라는 사실과 관련된다. 본 발명은 광 반사 측정에 기초하여, 비아 결함을 검출하기 위한 새로운 방법 및 시스템을 제공한다. 이하 설명이 특별히 TSV에 관한 것이더라도, 본 발명의 원리는 실리콘 층을 에칭하는 것 외에 임의의 기술에 의해 생성된 그루브/비아에서의 결함 걸출을 위해 사용될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 결함이 본 발명의 기술에 의해 조사될 수 있는 비아는 고 종횡비 비아, 다시 말해, 깊고 좁은 비아이고, TSV는 이러한 타입의 비아의 특정 예시이지 이에 제한되지 않는다.
TSV는 깊은 실리콘 에칭에 의해 생성되고, 고 종횡비를 가진 실리콘 내의 수직형 홀을 생성한다. 비아의 전형적인 횡단 크기(비아 지름)는 1 - 50 ㎛ 이고, 깊이는 200 ㎛ 까지이므로, 20:1 까지의 종횡비를 제공한다. 결함은 나중의 제작 단계에서 TSV의 잘못된 커버리지 및/또는 필링을 야기할 수 있음(이는 다음 제작 공정에서 부적절한 코팅 공정 및 증착 공정으로 이어짐)은 물론, TSV(Cu로 채워짐)와 Si 기판 사이에 전기적 단락을 야기하여 결과적으로 전체 장치를 사용할 수 없도록 할 수 있기 때문에, 비아 내의 어떠한 결함을 검출하는 것이 중요하다. 이러한 결함을 검출하는 것은 칩의 미래 기능성에 대한 해로운 중요함에 관한 것이고, 따라서, 현저한 산업 이익에 관한 것이다.
적절히 검출될 결함 타입의 예시는 비아 바닥부에서 날카로운 스파이크의 형성과 관련된다. 이와 관련하여, 바닥부 결함을 가진 TSV 단면을 개략적으로 나타낸 도 1을 참조한다.
이러한 비아(즉, 고 종횡비 기하 형상을 가진 그루브)를 특징 짓는 가능한 하나의 접근법은 스펙트럼-반사 측정법이다. 이러한 기술에서, 광대역 광은 천장부로부터 웨이퍼의 비아-포함 영역(일반적으로, 패턴화된 구조물)상에 집중되고, 비아의 내부 표면(주로 비아 바닥부로부터)과 웨이퍼 천장 표면으로부터 반사된다. 파장-의존 반사는 웨이퍼 상에 조명된 영역의 서로 다른 부분으로부터 반사된 광의 간섭 성질에 의해 결정된다.
비아 표면과 웨이퍼 천장 표면으로부터 반사된 광대역 광 사이의 간섭은 주어진 깊이 비아에 대해 비아-포함 영역의 스펙트럼 특성(spectral signature)으로서 표현될 수 있다. 조명된 비아-포함 영역의 이러한 스펙트럼 특성은 하나 이상의 파라미터, 가령, 빠른 오실레이션과 같은 오실레이션에 의해 특징될 수 있고, 가령, 다음 표현에 의해 기술될 수 있다.
Figure pct00001
여기서, A는 반사된 스펙트럼이고, k=2π/λ는 광 파장수이며, A0와 A1은 k의 천천히 가변하는 함수(slow-varying function)이며, 웨이퍼 천장부와 비아 바닥부로부터 반상 강도에 의해 주로 결정되며, D는 비아 깊이이다.
식 (1)의 두 번째 항 A1(k)cos(2Dk)는 진동하는 항이고, 이는 웨이퍼 천장 표면과 비아의 내부 표면, 가령, 비아 바닥부로부터 반사된 광 부분들 사이의 간섭의 직접적인 결과이다. 스펙트럼 오실레이션은 k의 특정 주기를 가지고, 2D에 의해 주어진다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 이들 오실레이션은 비아 표면의 품질의 간단한 측정으로서 사용된다. 비아 표면으로부터 반사될 현저한 신호가 스펙트럼 오실레이션을 생기게 하기 위해, 비아의 내부 표면, 구체적으로 비아의 바닥부 표면은 평활하고 결함이 없어야 한다.
일반적으로, 비아 내(가령, 바닥 영역)의 어떠한 결함은 패턴화된 구조물의 비아-포함 영역의 파장-의존 반사(스펙트럼 응답)를 현저하게 바꾸고, 즉, 결함 없는 비아-포함 영역의 스펙트럼 특성과 비교할 대, 스펙트럼 응답의 적어도 하나의 파라미터에서 검출할만한 변화를 야기하는데, 가령, 오실레이션 가시성의 심각한 퇴화를 야기한다. 이는 측정된 반사 측정 신호에서 확인될 수 있다. 예를 들어, 신호의 강하고 빠른 오실레이션은 비아 표면과 웨이퍼 천장 표면으로부터의 간섭 부품과 일치하는 반면, 비아 사이에 결함이 있는 비아로부터의 반사 측정 신호는 이들 신호를 놓치거나, 적어도 신호의 가시성이 극적으로 손상된다.
이러한 오실레이션의 가시성을 수량화하는 한 방법은 측정치의 스펙트럼 분석을 통해서이다. 이러한 분석은 데이터 내의 전형적인 주파수의 존재에 대한 양적인 측정치를 제공한다. 이러한 분석을 위한 매우 흔한 툴은 퓨리에 변환이고, 여기서, 오실레이션은 퓨리에 스팩트로그램에서 분명하고 날카로운 피크를 생성한다. 이 피크의 위치는 오실레이션 주파수에 의해 결정되는데, (진술한 바와 같이) 이는 TSV 깊이에 의해 결정된다. 퓨리에 변환을 사용하여 빠른 오실레이션의 가시성을 수량화하는 방법은, 물론, 스펙트럼 분석의 많은 가능한 방법 중에 하나일 뿐이다. Pisarenko 및 하모닉 디콤포지션(harmonic decomposition)을 위한 MUSIC 알고리즘, Welch, Yule-Walker 및 Burg 알고리즘, 고유벡터 스펙트럼 디콤포지션 등과 같은 다른 방법도 많다. 비아 깊이와 일치하는 값에 해당하는, 측정된 신호에서 빠른 주파수의 존재를 확인하고, 수량화하기 위해 이러한 임의의 방법을 사용할 수 있다. 물론, 비아 깊이의 매우 대략적인 평가가 이러한 주파수가 기대되는 이치에 맞는 범위를 확인하기 위해 요구된다.
제안된 접근법은 고립된 구조물 또는 유사한 소자의 격자에 대해 실행될 수 있다.
따라서, 본 발명의 하나의 넓은 태양에 따르면, 비아 포함하는 구조물의 조사에 사용하기 위한 방법이 제공된다. 본 방법은,
측정된 비아-포함 영역의 스펙트럼 응답을 나타내는 측정된 데이터를 수신하는 단계;
상기 스펙트럼 응답 데이터를 처리 및 분석하고, 비아-포함 영역의 스펙트럼 특성에 대한 스펙트럼 응답의 적어도 하나의 파라미터에서의 변화를 확인하면, 상기 영역 내의 비아의 내부 표면에서의 가능한 결함을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 시스템이 제공되는데, 제어 시스템을 포함하는 본 시스템은, 측정된 비아-포함 영역의 스펙트럼 응답을 나타내는 측정된 데이터를 수신하기 위한 데이터 입력 유틸리티; 및 스펙트럼 응답을 처리하고, 비아-포함 영역의 스펙트럼 특성에 대한 스펙트럼 응답의 적어도 하나의 파라미터에서 변화를 확인하면, 상기 영역 내의 비아의 가능한 결함을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 처리 및 분석부를 포함한다.
본원에 개시된 주제를 더욱 잘 이해하고, 이러한 주제가 실제로 어떻게 수행되는지를 예로 들기 위하여, 첨부된 도면을 참조하여, 비제한적으로 실시예가 기술된다.
도 1은 바닥부 결함을 가진 TSV의 단면도를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 조사 시스템의 블록도이다.
도 3은 구조물의 비아-포함 영역에 대해 측정하는 반사 측정 시스템에서 광 전파 도식을 개략적으로 나타낸다.
도 4a 및 4b는 비아 내에 결함이 없는 TSV(도 4a)와 결함이 있는 TSV(도 4b)에 대해 측정된 반사 측정 스펙드럼의 예시를 그래프적으로 도시한다.
도 5는 도 4a 및 4b에 도시된 데이터에 대한 분석에 기초한 퓨리에-변환을 그래프적으로 나타낸다.
도 1은 결함이 있는 TSV의 단면을 개략적으로 나타낸다. 발명자는, 비아의 내부 표면, 가령, 비아의 바닥부상의 이러한 결함이 스펙트럼-반사 측정 장치에 의해 효과적으로 검출될 수 있고, 여기서 측정된 데이터는 비와의 내부 표면과 웨이퍼 표면으로부터 반사된 광 사이의 간섭을 특징 짓는다는 것을 발견했다. 이는 비아 내의 어떤 결함이 스펙트럼 응답(비아 결함이 없는 동일한 영역의 스펙트럼 특성과 비교할 때)을 변화시켜서, 가령, 반사된 신호의 진폭을 변화시켜서, 신호의 스펙트럼 오실레이션의 퇴화를 야기한다. 지지단(12)상에 위치된 웨이퍼(W)(패턴화된 구조물로 구성됨)에 대해 측정하기 위하여, 본 발명에서 사용되는 측정 시스템(10)의 블록도를 도시하는 도 2를 참조한다. 본 시스템(10)은 웨이퍼로부터의 광의 파장-의존 반사를 측정하기 위한 스펙트럼-반사 측정 시스템으로서 작동하고 구성된다. 본 시스템(10)은 주요 구성 부분으로서 측정부(14)와 제어부(16)를 포함한다.
측정부(14)는 적어도 하나가 명시야 모드(bight-field mode)인, 하나 이상의 측정 모드에서 작동하도록 구성될 수 있다. 제한되지 않는 예시에서, 본 시스템은 수직 입사 광 전파 도식을 사용하는 명시야 측정을 수행하도록 설명된다.
그러나, 본 시스템이, 수직 입사 컨피규레이션이나 단지 명시야 모드의 사용에 국한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 측정부는 명시야 측정 모드나 암시야 측정 모드(dark-field measurement mode) 또는 소위 "회색 시야(gray field)" 모드 중 하나에서 수행하여 다양한 비아 프로필 파라미터를 모니터링하도록 구성될 수 있다. 회색 시야 검출 모드는, 광 응답 신호에 대한 기설정되고 조합된 암시야 검출과 명시야 검출을 제시하여서, 가령, 구조물의 전장 표면으로부터 정반사된 광의 강도와 비아의 내부 표면으로부터 되돌아온 광의 강도 사이의 기설정된 비율을 제공한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 측정부(14)는 광원부(18), 광 안내 어셈블리(20) 및 감지부(22)를 포함한다. 광원은 웨이퍼(W) 상의 영역을 조명하기 위한 복수의 파장의 광선(B1)을 생성하는 광대역원이고, 검출부(22)는 조명된 영역으로부터 복수의 파장의 반사된 것(B2)을 수신하기 위한 스펙트로미터(26)를 포함한다. 광 안내 어셈블리(20)는 빔 스플리터(24) 및 (자동 초첨을 위해 적절한 모터에 의해 구동될 수 있는) 가령, 대물 렌즈를 포함하는 렌즈부(26)를 포함한다. 입사 광선(B1)은 특정 각도(본 예시에서는 영도)에서 웨이퍼(W)상에 영향을 주는 조명 채널에 따라 전파되기 위해 안내되고, 정반사된 광(B2)은 (본 예시에서 조명 채널과 부분적으로 오버랩되는) 검출 채널을 따라 감지부(22)로 전파된다.
바람직하게는, 조명광은 0.1을 초과하지 않고, 바람직하게는 0.1 보다 작은 개구수(NA), (즉, NA= 0.02가 사용될 수 있음)로 웨이퍼의 평면으로 입사된다.
명시야 모드와 암시야 모드의 사용 또는 회색 시야 모드의 사용이 고려된다면, 추가적인 검출 채널이 배향되어 정반사 경로 외부로 전파하는 광을 수집하는데 사용될 수 있고, 적절한 편광 영향 어셈블리가 조명 채널과 암시야 검출 채널 내에 구비되고, 또는 조명 채널과 검출 채널 모두에 부분적인 마스킹이 사용될 수 있다. 후자의 경우, 적절한 조명 마스크와 수집 마스크가 조명 채널과 검출 채널 내에 선택적으로 설치가능할 수 있어서, 약간의 명시야 모드 또는 암시야 모드에서 시스템을 선택적으로 작동하고, 추가적인 암시야 검출 채널에 대한 필요성을 제거한다. 다양한 비아 프로필 파라미터를 측정/모니터링하기 위한 이러한 암시야 측정 시스템은 본 출원의 양수인에게 양수되고, 상기 표시된 간행물 WO 2012/098550호에 기술되고, 이는 본 특정 예시와 관련하여 참조로서 본원에 포함된다.
본 발명의 시스템은, 편광기와 편광 상태의 다양한 조합을 포함하는 편광 영향 어셈블리를 사용할 수 있다. 도 2의 비제한적인 예시에 나타난 바와 같이, 편광 어셈블리는 하나 이상의 요소(P, P', P")를 포함하는데, 이들의 제공은 선택적이기 때문에, 도면에서 점선으로 도시된다. 만일 편광기가 사용된다면, 편광기는 조명 채널과 검출 채널(편광기 P 및 P') 내에 수용될 수 있고, 또한, 편광기(P 및 P')는, 조명 채널과 검출 채널의 오버랩되는 영역에 수용된 공통 편광기 (P")로 대체될 수 있다.
또한, 감지부(22)는 이미지 검출부도 포함할 수 있고, 핀홀 거울로 구성된 추가적인 빔 스플리터(미도시)가 구비될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 후자는 정반사된 광선(B2)의 중심 부분의 분리를 가능하게 하여, 스펙트로미터(26)를 향하여 전파할 수 있도록 하면서, 광선(B2)의 외곽 부분을 선택적인 이미지 검출부를 항하여 반사한다. 그 결과, 스펙트로미터(26)에서 고려된 측정 영역은 이미지 채널의 시야의 중심에서 "어두운" 중심 영역을 나타낸다. 이에 의해, 전체 조명된 영역 내에서 측정 영역을 찾을 수 있다.
감지부(22)의 출력(즉, 스펙트로미터(26) 및 가능하면, 이미지 검출부의)은 제어부(16)에 연결된다. 전형적으로, 제어부(16)는 데이터 입/출력 유틸리티(16A), 데이터 프로세서 및 분석기(16B), 메모리(16C) 및 가능하면, 디스플레이(16D)를 가진 컴퓨터 시스템이다. 또한, 제어 시스템은 조명 및/또는 편광 및/또는 마스킹 제어기(16E)도 포함할 수 있다.
상기 표시된 바와 같이, 비아 내의 결함은 스펙트럼 측정된 데이터를 분석하여 확인될 수 있는데, 이는 비아 표면(가령, 비아 바닥부)과 웨이퍼 천장 표면으로부터의 광 대역 광 반사에 해당한다. 도 3에 좀 더 구체적으로 도시된 바와 같이, 비아(V)를 가진 웨이퍼(W)의 영역이 조명되고, 스펙트로미터에 도달하는 파장 의존 반사(B2)가 비아 바닥부(Vsurface)와 웨이퍼 천장부(Wsurface) 영역으로부터 각각 정반사된 광 부분(B2' 및 B2")의 간섭 성질에 의해 결정된다.
제어 시스템(16)(제어 시스템의 데이터 입력 유틸리티(16A))은, 측정부(스펙트로미터(26)) 또는 일반적으로 임의의 저장 장치로부터 이러한 스펙트럼 측정된 데이터를 수신한다. 스펙트럼 측정된 데이터(원시 데이터)는 데이터 프로세서 및 분석기(16B)에 의해 처리되는데, 이는 측정 하에서, 웨이퍼의 비아-포함 영역의 스펙트럼 응답(광 주파수의 함수로서 광 강도)을 나타내는 해당 데이터를 생성하기 위해 작동한다. 측정된 원시 데이터는 가령, 일반 목적의 프로세서(제어부) 또는 주문형 응용 집적 회로(ASIC) 또는 이들의 조합을 사용하여, 임의로 알려진 적절한 소프트웨어 및/또는 하드웨어 유틸리티를 사용하여 처리된다. 그리고 나서, 프로세서 유틸리티(16B)는 스펙트럼 응답 데이터(광 강도-주파수 함수)를 처리하여, 결함 없는 비아-포함 영역의 기설정된 스펙트럼 특성에 대한 하나 이상의 기설정된 파라미터에서의 변화에 의해 특징지어지는지 확인한다(가령, 광 강도의 주파수 오실레이션에서의 외란을 포함함). 이러한 변화가 확인되면, 제어 시스템은 비아 내의 가능한 결함을 나타내는 출력 데이터를 생성한다.
제한적이지 않은 특정 예시에서, 프로세서(16B)는 퓨리에 변환을 강도-주파수 함수에 적용하고, 퓨리에 변환 데이터를 분석하여 주파수 오실레이션에서의 외란을 확인한다. 비아 내에 바닥부 결함이 없는 비아-포함 영역에 대한 스펙트럼 특성(반사 측정 스펙트럼) 및 비아 내에 결함이 있는 동일한 영역의 스펙트럼 응답을 예로 들은 도 4a 및 4b를 참조한다. 바람직하게는, 정규 스펙트럼 함수(강도 vs 파장 A=f(λ))가 파수 스펙트럼(A=f'(k=2π/λ))로 변환되는데, 왜냐하면, 주기성 오시레이션은 파수 스펙트럼에서 더욱 잘 식별되기 때문이다. 도 4a에서 관측된 강하고 빠른 오실레이션(피크)은 비아의 내부 표면과 웨이퍼 천장 표면으로부터의 간섭 신호에 해당한다. 결함을 가진 비아로부터의 반사 측정 신호(도 4b)는 이들 오실레이션을 놓치고, 또한, 적어도 이들 가시성이 극적으로 손상된다. 예를 들어, 구조물의 비아-포함 영역으로부터의 파장-의존 반사를 나타내는 데이터는 분석되어서, 하나 이상의 날카로운 강도 피크의 부재의 상태(주파수 오실레이션에서의 외란의 상태에 해당함)를 결정한다.
도 4a-4b의 두 예시에 대한 퓨리에 변환 데이터(스팩트로그램)가, 도 4a의 결함없는 스펙트럼 응답 및 도 4b의 결함-포함 영역의 스펙트럼 응답에 각각 해당하는 두 개의 그래프(G1 및 G2)를 나타내는 도 5에 도시된다. 도 5에서, 가로축(L)은 상기 식(1)을 통하여, 오실레이션 주파수로부터 추론된 깊이(D)를 나타내기 위해 스케일링된다. 결함이 없는 비아에 대하여, 두 개의 날카로운 피크('a' 와 'b'로 표시된)는 그래프 G1에서 관측되고, 깊이 값
Figure pct00002
및
Figure pct00003
에 해당한다. 이러한 퓨리에 스펙트로그램의 피크 더블링의 출현은, 하나의 피크('a')가 비아 바닥부와 웨이퍼 표면으로부터 반사된 광의 간섭에 해당하고, 두 번째 피크는, 측정된 신호에서 더 높은 주파수에 해당하므로, 더 높게 측정된 '깊이'이어서, 비아 바닥부와 도 5에 삽입되어 도시된 하드-마스크층(ML)사이의 간섭에 기인하는 것과 관련된다. 뚜렷한 대조로, 결함을 가진 비아에 대한 퓨리에 스팩트로그램(그래프 G2)은 명확한 피크를 도시하지 않고, 비아 표면으로부터 현저하게 반사된 필드의 부재를 반영한다.
그러므로, 본 발명은 고 종횡비 비아를 가진 표면에 대한 결함 검출을 위한 간단하고 효과적인 기술을 제공한다. 본 발명은 비아-포함 영역에 조명을 집중할 수 있는 및 표면으로부터의 파장-의존 반사의 검출을 할 수 있는 임의의 적절한 스펙트로메트리 시스템으로 사용될 수 있다.

Claims (21)

  1. 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    측정 하에서 구조물의 비아-포함 영역의 스펙트럼 응답을 나타내는 측정된 데이터를 수신하는 단계;
    상기 스펙트럼 응답 데이터를 처리 및 분석하고, 비아-포함 영역의 스펙트럼 특성에 대한 상기 스펙트럼 응답의 적어도 하나의 파라미터에서의 변화를 확인하면, 비아의 내부 표면에서의 가능한 결함을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 광대역 광선으로 상기 구조물의 비아-포함 영역을 조명하는 단계, 정반사된 광을 검출하는 단계, 스펙트럼 측정된 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 조명하는 단계는 비아-포함 영역 상에 수직 입사로 상기 광대역 광선을 집중시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명하는 단계는 실질적으로 0.1을 초과하지 않는 개구수로 비아-포함 영역상에 상기 광대역 광선을 집중시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정반사된 광을 검출하는 단계는 스펙트로미터에 의해 상기 정반사된 광을 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스펙트럼 응답의 적어도 하나의 파라미터에서의 변화는 측정된 광 강도의 주파수 오실레이션에서의 외란에 의해 특징지어지는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 스펙트럼 응답 데이터를 처리 및 분석은 스펙트럼 응답 데이터에 퓨리에 변환을 적용하는 단계 및 주파수 오실레이션에서의 외란을 확인하기 위해 퓨리에 변환 데이터를 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 퓨리에 변환 데이터를 분석하는 단계는 하나 이상의 피크의 존재를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 방법.
  9. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명하는 단계와 검출하는 단계는 조명하는 것과 정반사된 광선 중 적어도 하나의 편광에 영향을 주는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 데이터는 비아의 바닥 영역에서의 가능한 결함을 나타내는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 방법.
  11. 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 시스템에 있어서, 상기 시스템은 제어 시스템을 포함하고, 상기 제어 시스템은,
    측정된 구조물 내의 비아-포함 영역의 스펙트럼 응답을 나타내는 측정된 데이터를 수신하기 위한 데이터 입력 유틸리티;
    스펙트럼 응답 데이터를 처리하고, 비아-포함 영역의 스펙트럼 특성에 대한 스펙트럼 응답의 적어도 하나의 파라미터에서 변화를 확인하면, 비아의 내부 표면에서 가능한 결함을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 처리 및 분석부를 포함하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제어 시스템과 연결가능한 측정부를 포함하되, 상기 측정부는 조사하에서 구조물을 조명하기 위한 조명 광대역 광선을 생성하고, 구조물로부터 정반사된 광을 검출하며, 스펙트럼 측정된 데이터를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 측정부는 광대역 광원, 광 안내 어셈블리 및 스펙트로미터를 포함하는 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 측정부는 수직 입사 모드로 작동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 시스템.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정부는 실질적으로 0.1을 초과하지 않는 개구수로 구조물을 조명하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 시스템.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감지부는 이미지 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 시스템.
  17. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정부는 명시야 조사 모드(bright-field inspection mode)를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 시스템.
  18. 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정부는 암시야 조사 모드(dark-field inspection mode)를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 시스템.
  19. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정부는 회색시야 조사 모드(gray-field inspection mode)를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 시스템.
  20. 제 12 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정부는 조명 채널 및 검출 채널을 포함하고, 적어도 하나의 편광기는 조명 채널과 검출 채널 중 적어도 하나에 위치되는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 시스템.
  21. 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스펙트럼 응답의 적어도 하나의 파라미터에서의 변화는 측정된 광 강도의 주파수 오실레이션에서의 외란에 의해 특징지어지는 것을 특징으로 하는 비아 포함 구조물의 조사에 사용하기 위한 시스템.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10018574B2 (en) 2014-07-14 2018-07-10 Nova Measuring Instruments Ltd. Optical method and system for defects detection in three-dimensional structures
US9739719B2 (en) 2014-10-31 2017-08-22 Kla-Tencor Corporation Measurement systems having linked field and pupil signal detection
CN107230648A (zh) * 2016-03-25 2017-10-03 上海微电子装备（集团）股份有限公司 一种基底缺陷检测装置及检测方法
CN107036539B (zh) * 2017-06-14 2018-07-13 深圳中科飞测科技有限公司 膜厚测量系统及方法
KR102491575B1 (ko) * 2017-09-28 2023-01-25 삼성전자주식회사 반도체 기판을 검사하는 방법 및 이를 이용하여 반도체 소자를 제조 하는 방법
US11320387B2 (en) 2018-11-28 2022-05-03 International Business Machines Corporation Structure facilitating optically checking via formation
CN113588685B (zh) * 2021-07-26 2024-04-26 江苏金润汽车传动科技有限公司 一种检测阀芯孔缺陷大小的方法、系统

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1197511A (zh) * 1995-06-16 1998-10-28 联合金属公司 检测金属产品表面上开口缺陷的方法和装置
US6046808A (en) * 1999-04-09 2000-04-04 Three Lc, Inc. Radiation filter, spectrometer and imager using a micro-mirror array
US6782337B2 (en) * 2000-09-20 2004-08-24 Kla-Tencor Technologies Corp. Methods and systems for determining a critical dimension an a presence of defects on a specimen
US6891627B1 (en) * 2000-09-20 2005-05-10 Kla-Tencor Technologies Corp. Methods and systems for determining a critical dimension and overlay of a specimen
JP4938219B2 (ja) * 2001-12-19 2012-05-23 ケーエルエー−テンカー コーポレイション 光学分光システムを使用するパラメトリック・プロフィーリング
US6991514B1 (en) * 2003-02-21 2006-01-31 Verity Instruments, Inc. Optical closed-loop control system for a CMP apparatus and method of manufacture thereof
GB0510497D0 (en) * 2004-08-04 2005-06-29 Horiba Ltd Substrate examining device
WO2007137261A2 (en) * 2006-05-22 2007-11-29 Kla-Tencor Technologies Corporation Methods and systems for detecting pinholes in a film formed on a wafer or for monitoring a thermal process tool
JP5002367B2 (ja) * 2007-08-10 2012-08-15 浜松ホトニクス株式会社 光学式検査装置、ピンホール検査装置、膜厚検査装置、および表面検査装置
IL188029A0 (en) 2007-12-10 2008-11-03 Nova Measuring Instr Ltd Optical method and system
US9080991B2 (en) * 2008-09-29 2015-07-14 Kla-Tencor Corp. Illuminating a specimen for metrology or inspection
JP2010145468A (ja) * 2008-12-16 2010-07-01 Canon Inc 高さ検出装置、及びそれを用いたトナー高さ検出装置
US8848185B2 (en) 2011-01-19 2014-09-30 Nova Measuring Instruments Ltd. Optical system and method for measuring in three-dimensional structures
TWI441271B (zh) * 2011-01-31 2014-06-11 Ind Tech Res Inst 量測矽通孔結構之系統、方法與電腦可讀取記錄媒體

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