KR20190104628A

KR20190104628A - 분광 조성 분석을 위한 웨이퍼 파티클 결함들의 활성화

Info

Publication number: KR20190104628A
Application number: KR1020197025088A
Authority: KR
Inventors: 커트 할러
Original assignee: 케이엘에이 코포레이션
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2019-09-10
Also published as: CN110313058B; KR102353259B1; JP2020505607A; SG11201906281RA; EP3549160A1; EP3549160B1; US10551320B2; EP3549160A4; TWI764979B; TW201832304A; WO2018140805A1; US20180217065A1; CN110313058A; JP6916886B2

Abstract

웨이퍼 표면 상의 파티클 결함을 검출하고, 파티클을 분광 활성 상태로 변환시키며, 활성화된 파티클의 재료 조성을 분광 기술에 의해 식별하기 위한 방법들 및 시스템들이 본 명세서에서 설명된다. 활성화된 파티클이 분광학적으로 관찰될 수 있는 원자 진동 밴드들을 나타내도록, 파티클 결함들이 화학적 처리, 열 처리, 광화학적 처리, 또는 이들의 조합에 의해 변환된다. 일 실시예에서, 표면 검사 시스템은 웨이퍼 표면 상의 파티클 결함의 존재를 검출하고, 검출된 파티클들 중 하나 이상에서 관찰가능한 라만 밴드들을 활성화시키며, 활성화된 파티클의 재료 조성을 분광 기술에 의해 식별한다. 동일한 검사 툴 상에서 결함 검출 및 조성 분석 둘 다를 수행함으로써, 반도체 웨이퍼들 상에 퇴적된 파티클 결함들의 조성 분석을 수행하기 위해 웨이퍼를 상이한 검토 툴, 또는 툴들의 조합으로 이송시킬 필요가 없다.

Description

분광 조성 분석을 위한 웨이퍼 파티클 결함들의 활성화

설명된 실시예들은 표면 검사를 위한 시스템들에 관한 것이며, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼 검사 모달리티들에 관한 것이다.

로직 및 메모리 디바이스들과 같은 반도체 디바이스들은 전형적으로 기판 또는 웨이퍼에 적용되는 일련의 프로세싱 단계들에 의해 제조된다. 반도체 디바이스들의 다양한 피처들(features) 및 다수의 구조적 레벨들(structural levels)은 이러한 프로세싱 단계들에 의해 형성된다. 예를 들어, 그 중에서도 특히, 리소그래피는 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 생성하는 것을 수반하는 하나의 반도체 제조 프로세스이다. 반도체 제조 프로세스들의 부가의 예들은 화학 기계적 폴리싱, 에칭, 퇴적, 및 이온 주입을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 다수의 반도체 디바이스들은 단일 반도체 웨이퍼 상에 제조되고 이어서 개별 반도체 디바이스들로 분리될 수 있다.

검사 프로세스들은 웨이퍼들 상의 결함들을 검출하여 수율을 더욱 높이기 위해 반도체 제조 프로세스 동안 다양한 단계들에서 사용된다. 디자인 룰들(design rules) 및 프로세스 윈도들(process windows)이 사이즈가 계속 축소됨에 따라, 검사 시스템들은 높은 스루풋을 유지하면서 웨이퍼 표면들 상에서 보다 광범위한 물리적 결함들을 캡처하도록 요구받는다.

하나의 그러한 검사 시스템은 원하지 않는 파티클들이 있는지 패터닝되지 않은(unpatterned) 웨이퍼 표면을 조명하고 검사한다. 반도체 디자인 룰들이 계속 진화함에 따라, 표면 검사 시스템에 의해 검출되어야만 하는 최소 파티클 사이즈는 사이즈가 계속 축소되고 있다.

비용 효과적인 제조 프로세스를 실현하기 위해 웨이퍼 프로세싱 장비로부터의 파티클 오염으로 인한 집적 회로 수율 손실이 시정되어야만 한다. 반도체 제조 시설에서, 미국 캘리포니아주 밀피타스 소재의 KLA-Tencor Corporation에 의해 제조된 Surfscan® 제품군과 같은 패터닝되지 않은 웨이퍼 표면 검사 시스템에 의해 파티클 오염 레벨들이 모니터링된다. 검사 툴에 의해 측정된 전형적인 오염 메트릭은 PWP(particles-per-wafer-pass)의 수이다. 테스트 웨이퍼가 프로세스 툴을 통과하기 전후에 측정되는 결함 맵들을 비교함으로써, 추가된 결함들의 수가 주기적으로 측정되고 트래킹된다. PWP가 제어 차트 한계들(control chart limits)을 초과할 때, 이탈의 근본 원인을 조사하고 문제를 해결하기 위해 문제가 되는 프로세스 툴이 오프라인으로 된다.

전통적으로, 정상 및 제어 불능(out-of-control) 결함 조성들의 데이터베이스는 특정의 기술 노드와 연관된 제조 프로세스들의 개발 동안 생성된다. 개발 동안, 부가된 파티클들의 스캐닝 전자 현미경(SEM) 이미지들이 축적된다(compiled). 그렇지만, 많은 경우들에서, 결함 이미지들만으로는 결함 유형들 및 출처들을 확실하게 식별하지 못한다. 따라서, 그에 부가하여, 구성 요소들(constituent elements)을 식별하기 위해, 전자 충격 하에서 파티클들에 의해 방출되는 특성 X-선들의 스펙트럼들이 에너지 분산 X-선(energy dispersive X-ray, EDX) 분광기로 측정된다.

후속하여, 대량 제조 동안 이탈들이 발생할 때, 제어 불능 테스트 웨이퍼가 SEM 및 EDX 툴들을 사용하여 측정된다. 이 데이터는 프로세스 개발 동안 생성된 데이터베이스와 비교된다. 결함 조성들의 측정된 분포가 문제의 근본 원인을 식별하기 위해 과거 이탈들의 데이터베이스와 비교된다. 이러한 지식에 기초하여 툴을 생산에 복귀시키기 위한 조치들이 취해진다.

일반적으로, 문제가 되는 파티클들의 화학적 조성(chemical composition)이 알려져 있을 때 오염 문제를 해결하는 것이 훨씬 더 쉽다. 그렇지만, 대량 생산 환경들에서 조성 측정 결과들을 획득하는 것은 시간이 많이 걸리는 프로세스이며, 여기서 SEM 및 EDX 툴들에 의한 패터닝된 웨이퍼들의 검토는 전형적으로 패터닝되지 않은 웨이퍼들의 검토보다 앞서 우선순위화된다. 그에 부가하여, 파티클 결함 검토 툴과 별개인 SEM 및 EDX 툴들에 의한 검토는 하나의 툴로부터 다른 툴로의 웨이퍼의 이동을 요구하며, 이는 시간이 걸린다.

라만 분광법(RAMAN spectroscopy)은 웨이퍼 표면 상의 파티클 결함들의 조성을 식별하기 위해 이용될 수 있는 잠재적 분석 기술이다. Hitachi High-Technologies Corporation에 등록된 미국 특허 제7,777,876호 및 제9,007,581호는 탄성 및 비탄성 산란 광(즉, 제각기, 레일리 산란(Rayleigh scattering) 및 라만 산란(Raman scattering)) 둘 다를 검출하는 표면 검사 시스템을 설명하고 있다. 비탄성 광에서의 고체 상태 진동 모드들(solid-state vibrational modes)을 분해(resolve)하여, 조성 정보를 보여주기 위해 분광기가 이용되지만, 보고된 측정들 중 임의의 것이 집적 회로 프로세스 툴에 의해 생성될지도 모르는 실제 파티클 결함들로부터의 라만 스펙트럼들에 대응하는 것으로 본 발명자에게는 보이지 않는다.

비록 일부 파티클들의 원자 진동 밴드들(atomic vibrational bands)이 레이저 라만 마이크로분광법(laser Raman microspectroscopy)으로 관찰될 수 있지만, 일반적으로, 활성 라만 진동 밴드들을 나타내지 않으며, 따라서 라만 분광 기술들에 의해 관찰가능하지 않은 많은 중요한 관심 결함 파티클들(즉, 관심 재료들)이 있다.

웨이퍼를 상이한 검토 툴로 이송시키지 않으면서 웨이퍼 표면 상의 결함들의 존재를 검출하기도 하고 검출된 결함 파티클들의 재료 조성을 식별하기도 하기 위해 스캐닝 표면 검사 시스템들에 대한 개선들이 요망된다.

웨이퍼 표면 상의 파티클 결함을 검출하고, 파티클을 분광 활성 상태(spectroscopically active state)로 변환시키며, 활성화된 파티클의 재료 조성을 분광 기술에 의해 식별하기 위한 방법들 및 시스템들이 본 명세서에서 설명된다. 활성화된 파티클이 분광학적으로 관찰될 수 있는 원자 진동 밴드들을 나타내도록, 파티클 결함들이 화학적 처리, 열 처리, 광화학적 처리, 또는 이들의 조합에 의해 변환된다.

반도체 제조 장비 및 프로세스들에 의해 생성된 많은 결함 파티클들은 분광학적으로 비활성이다. 예를 들어, 체심 입방(body centered cubic, bcc) 또는 면심 입방(face centered cubic, fcc) 결정 대칭성(crystal symmetry)을 갖는 금속 나노파티클들은 관찰가능한 라만 스펙트럼 라인들을 갖지 않는다.

일 양태에서, 스캐닝 표면 검사 시스템은 웨이퍼 표면 상의 파티클 결함의 존재를 검출하고, 검출된 파티클들 중 하나 이상에서 관찰가능한 라만 밴드들을 활성화시키며, 활성화된 파티클의 재료 조성을 분광 기술에 의해 식별한다. 동일한 검사 툴 상에서 결함 검출 및 조성 분석 둘 다를 수행함으로써, 반도체 웨이퍼들 상에 퇴적된 파티클 결함들의 조성 분석을 수행하기 위해 웨이퍼를 상이한 검토 툴, 또는 툴들의 조합으로 이송시킬 필요가 없다.

컴퓨팅 시스템은 활성화된 파티클로부터 수집된 분광 측정 결과들을 수신하고 측정들에 기초하여 파티클의 조성을 추정하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템은 측정된 스펙트럼들(예컨대, 피크 위치들, 피크 크기들 등)의 분광 시그니처(spectroscopic signature)를 알려진 조성을 갖는 파티클들로부터 측정된 기준 스펙트럼들의 시그니처와 매칭시킨다. 일부 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템은 측정된 스펙트럼들의 분광 시그너처를 분석적으로 도출된 스펙트럼들의 시그너처와 매칭시킨다. 일부 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템은 측정된 스펙트럼들의 분광 시그너처를 이전에 분석된 결함 파티클들의 라이브러리 데이터베이스와 상관시킨다. 일부 실시예들에서, 라이브러리는 광학 분광 응답 데이터를 포함한다. 일부 추가의 실시예들에서, 라이브러리는 다른 조성 데이터(예컨대, 광루미네선스(photoluminescence) 데이터, 에너지 분산 X-선(EDX) 분광기 데이터 등)를 또한 포함한다.

추가의 양태에서, 결함 파티클의 조성은 광루미네선스(PL) 스펙트럼들의 측정에 기초하여 결정된다. 일부 예들에서, 결함 파티클들은 근적외선(near IR)에까지 연장되는 광대역 광루미네선스(PL) 스펙트럼들을 나타낸다.

다른 추가의 양태에서, 검출된 신호들의 신호대 잡음비를 개선시키기 위해, 수집된 광은 조명 광에 대해 교차 편광된다.

일부 실시예들에서, 표면 검사 시스템은 전체 웨이퍼 표면 또는 웨이퍼 표면의 상당 부분들의 결함 매핑을 신속하게 생성하기 위해 스캐닝 모드에서 웨이퍼 표면 상의 결함 위치들의 맵을 생성하는 데 이용된다. 웨이퍼 표면을 매핑한 후에, 표면 검사 시스템은 결함 파티클 검출 서브시스템에 의해 이전에 검출된 결함 파티클들 중 하나 이상을 활성화시키고 분석하는 데 이용된다. 일부 다른 실시예들에서, 결함 파티클은 검출 직후에 활성화되고 분석된다.

일부 예들에서, 파티클의 활성화는 금속 파티클의 화학적 산화에 기인한다. 일부 예들에서, 파티클의 변환은 제어된 분압의 산소의 챔버에서 발생한다. 일부 예들에서, 챔버는 산화 프로세스에 참여하지 않는 부가의 분압들의 실질적으로 불활성인 가스들을 포함한다. 일부 예들에서, 챔버는 산화 변환을 촉매하는 부가의 분압들의 기체 화합물들을 포함한다.

일부 예들에서, 향상된 라만 산란 단면적을 갖는 산화 상태 및 결정 다형 구조(crystalline polymorphic structure)를 갖는 금속 산화물의 형성을 촉진시키기 위해 산화 이전에 금속 파티클이 표면-활성 물질(surface-active material)로 처리된다.

일부 예들에서, 산화 변환은 고온(elevated temperature)에 의해 유발된다(driven). 일부 예들에서, 고온은 방사 가열, 전자기 방사에 의한 조명, 또는 이들의 조합에 의해 생성될 수 있다.

일부 예들에서, 파티클의 산화 변환은 전자기 방사 소스로부터 방출된 광자들에의 노출에 의해 자극된 광화학 경로(photochemical pathway)에 의해 유발된다.

일부 예들에서, 변환은 기체, 액체, 또는 용액-매개(solution-borne) 시약들 및 광열 또는 광화학적 유발력(driving force)에 의한, 산화 반응 이외의, 화학 반응이다.

일반적으로, 활성화, 스펙트럼 측정, 또는 둘 다를 위한 조명을 제공하기 위해 다수의 상이한 조명 소스들이 이용될 수 있다. 그에 부가하여, 웨이퍼 표면 상의 결함 파티클들의 위치들을 매핑하는 데 이용되는 하나 이상의 조명 소스는 활성화, 스펙트럼 측정, 또는 둘 다를 위한 조명을 제공하는 데 또한 이용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 다수의 상이한 파장들이 이용되고 파장들이 선택되는데 그 이유는 파장들이 기판 웨이퍼의 표면 요철들(surface asperities)(예컨대, 박막들, 고도로 비구형인(highly non-spherical) 결함 파티클들의 고 종횡비 돌출부들 등)과 상호작용하는 것으로 알려져 있기 때문이다. 표면 요철들은 그 바로 인근에 약한 분광 시그니처들을 강화(enhance)시키는 강화된 전자기장들을 생성한다.

전술한 바는 요약이고 따라서, 필요에 따라, 세부사항의 단순화들, 일반화들 및 생략들을 포함하며; 결론적으로, 본 기술분야의 통상의 기술자는 요약이 예시적인 것에 불과하고 어떠한 식으로든 제한하는 것이 아님을 인식할 것이다. 본 명세서에 설명된 디바이스들 및/또는 프로세스들의 다른 양태들, 발명적 특징들(inventive features), 및 장점들은 본 명세서에 기재된 비제한적인 상세한 설명에서 명백해질 것이다.

도 1은 검사 중인 시편(specimen) 상의 결함 파티클의 재료 조성을 검출하고, 활성화하며, 식별하도록 구성된 검사 시스템의 일 실시예를 예시하는 단순화된 다이어그램이다.
도 2는 로터리 스캐닝 스테이지(rotary scanning stage) 상에 위치된 웨이퍼의 평면도를 예시하는 다이어그램이다.
도 3은 구 직경(sphere diameter)의 함수로서의 구리 파티클의 흡수 단면적(absorption cross-section)의 시뮬레이션을 예시하는 다이어그램이다.
도 4는 유효 열 전도도(effective thermal conductivity)의 다양한 값들 및 입사 방사조도(incident irradiance)의 함수로서 실리콘 웨이퍼의 표면 상에 퇴적된 구리 파티클의 열적 가열의 시뮬레이션을 예시하는 다이어그램이다.
도 5는 낮은 조명 파워 레벨에서 활성화된 결함 파티클의 스펙트럼 측정들을 예시하는 다이어그램이다.
도 6는 높은 조명 파워 레벨에서 활성화된 결함 파티클의 스펙트럼 측정들을 예시하는 다이어그램이다.
도 7은 상이한 조명 파워 레벨들에서 활성화된 결함 파티클의 스펙트럼 측정들을 예시하는 다이어그램이다.
도 8은 낮은 조명 파워에서 표면 검사 시스템에 의해 수집된 티타늄 이산화물 파티클의 스펙트럼 측정들을 예시하는 다이어그램이다.
도 9는 티타늄 이산화물(TiO₂)과 연관된 기준 라만 스펙트럼을 예시하는 단순화된 다이어그램이다.
도 10은 웨이퍼 표면 상의 활성화된 결함 파티클들의 재료 조성을 식별하는 데 유용한 예시적인 방법(100)의 플로차트를 예시하고 있다.

본 발명의 배경 예들 및 일부 실시예들에 대해 이제 상세히 언급될 것이고, 이들의 예들이 첨부 도면들에 예시되어 있다.

웨이퍼 표면 상의 파티클 결함을 검출하고, 파티클을 분광 활성 상태로 변환시키며, 활성화된 파티클의 재료 조성을 분광 기술에 의해 식별하기 위한 방법들 및 시스템들이 본 명세서에서 설명된다.

본 명세서에 설명된 발명 개념들은 반도체 제조 장비 및 프로세스들에 의해 생성된 많은 결함 파티클들이 분광학적으로 비활성이라는 관찰에 기초한다(예컨대, 파티클들은 라만 분광법으로 관찰될 수 있는 원자 진동 밴드들을 갖지 않는다). 그렇지만, 활성화된 파티클이 분광학적으로(예컨대, 라만 분광법을 통해) 관찰될 수 있는 원자 진동 밴드들을 나타내도록, 파티클 결함들이 화학적 처리, 열 처리, 광화학적 처리, 또는 이들의 조합에 의해 변환된다.

도 1은 본 명세서에 설명된 검사 방법들을 수행하는 데 사용될 수 있는 표면 검사 시스템(100)의 일 실시예의 단순화된 개략도이다. 단순화를 위해, 이 시스템의 일부 광학 컴포넌트들은 생략되었다. 예로서, 폴딩 미러들(folding mirrors), 편광기들, 빔포밍 광학계(beam forming optics), 부가의 광 소스들, 부가의 집광기들(collectors), 및 부가의 검출기들이 또한 포함될 수 있다. 그러한 변형들 전부는 본 명세서에 설명된 본 발명의 범위 내에 있다. 본 명세서에 설명된 검사 시스템은 패터닝된 웨이퍼들은 물론, 패터닝되지 않은 웨이퍼들을 검사하는 데 사용될 수 있다.

도 1에 예시된 바와 같이, 표면 검사 시스템(100)은 조명 소스(101), 광학 요소들(103, 104, 및 107), 및 검출기(109)를 포함하는 결함 파티클 검출 서브시스템을 포함한다. 그에 부가하여, 표면 검사 시스템(100)은 조명 소스(111), 광학 요소들(112 내지 115, 130 내지 132), 및 검출기(116)를 포함하는 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템을 포함한다.

결함 파티클 검출 서브시스템의 조명 소스(101)는 웨이퍼(110)를 향해 지향되는 조명 광 빔(102)을 생성한다. 도 1에 묘사된 바와 같이, 조명은 결함 파티클 검출 서브시스템에 의해 경사각(oblique angle)으로 웨이퍼(110)의 표면에 제공된다. 그렇지만, 일반적으로, 결함 파티클 검출 서브시스템은 광 빔을 수직 입사각(normal angle of incidence)으로 시편 쪽으로 지향시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 결함 파티클 검출 서브시스템은 다수의 광 빔들을, 경사각 및 수직 입사각과 같은, 상이한 입사각들로 시편 쪽으로 지향시키도록 구성될 수 있다. 다수의 광 빔들은 실질적으로 동시에 또는 순차적으로 시편 쪽으로 지향될 수 있다.

조명 소스(101)는, 예로서, 레이저, 다이오드 레이저, 헬륨 네온 레이저, 아르곤 레이저, 솔리드 스테이트 레이저(solid state laser), DPSS(diode pumped solid state) 레이저, 크세논 아크 램프, 가스 방전 램프, 및 LED 어레이, 또는 백열 램프를 포함할 수 있다. 광 소스는 거의 단색 광 또는 광대역 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 결함 파티클 검출 서브시스템은 어떤 시간 간격 동안 상대적으로 좁은 파장 대역을 갖는 광(예컨대, 거의 단색 광 또는 약 20 nm 미만, 약 10 nm 미만, 약 5 nm 미만, 또는 심지어 약 2 nm 미만의 파장 범위를 갖는 광)을 시편 쪽으로 지향시키도록 구성된다. 따라서, 광 소스가 광대역 광 소스이면, 결함 파티클 검출 서브시스템은 시편 쪽으로 지향되는 광의 파장을 제한할 수 있는 하나 이상의 스펙트럼 필터를 또한 포함할 수 있다. 하나 이상의 스펙트럼 필터는 대역통과 필터들 및/또는 에지 필터들 및/또는 노치 필터들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 결함 파티클 검출 서브시스템은 라만 분광법에 적합한 매우 좁은 파장 대역을 갖는 광을 시편 쪽으로 지향시키도록 구성된다. 일부 예들에서, 조명의 선폭(linewidth)은 30 기가헤르츠(1 cm^-1) 이하 정도의 선폭을 갖는다. 일 예에서, 레이저 조명 소스는 0.016 나노미터 미만의 선폭으로 405 나노미터의 광을 방출하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 일정 파워 레이저 빔(constant power laser beam)은 조명 소스(101)에 의해 생성되고, 조명 파워 제어 요소(103)는 웨이퍼 표면에 대한 손상을 방지하기 위해 빔 파워를 조절(regulate)하는 데 이용된다. 일부 실시예들에서, 빔 파워는 스캔되는 파티클들의 사이즈 및 재료 조성에 기초하여 조절된다.

조명 파워 제어 요소(103)를 통과한 후에, 조명 빔은 조명 광 빔(102)을 웨이퍼 표면 상으로 포커싱하는 조명 광학계(104) 쪽으로 지향된다. 일반적으로, 웨이퍼의 표면에 도달하는 광은, 편광, 강도, 사이즈 및 형상 등을 포함한, 하나 이상의 방식으로 변화될 수 있다.

도 1에 예시된 실시예에서, 웨이퍼 포지셔닝 시스템(wafer positioning system)(125)은 웨이퍼 표면 상의 측정 스폿(106)의 위치를 조정하기 위해 웨이퍼(110)를 조명 빔(102) 아래로 이동시킨다. 웨이퍼 포지셔닝 시스템(125)은 웨이퍼 척(wafer chuck)(126), 모션 제어기(motion controller)(123), 회전 스테이지(121), 및 병진 스테이지(translation stage)(122)를 포함한다. 웨이퍼(110)는 웨이퍼 척(126) 상에 지지된다. 도 2에 예시된 바와 같이, 웨이퍼(110)는 그의 기하학적 중심(geometric center)(150)이 회전 스테이지(121)의 회전 축과 대략 정렬되도록 위치된다. 이러한 방식으로, 회전 스테이지(121)는 웨이퍼(110)를, 용인가능한 허용오차(acceptable tolerance) 내에서, 특정된 각속도(ω)로 그의 기하학적 중심을 중심으로 스핀시킨다. 그에 부가하여, 병진 스테이지(122)는 특정된 속도(V_T)로 회전 스테이지(121)의 회전 축에 대략 수직인 방향으로 웨이퍼(110)를 병진시킨다(translates). 모션 제어기(123)는 검사 시스템(100) 내에서 웨이퍼(110)의 원하는 스캐닝 모션을 달성하기 위해 회전 스테이지(121)에 의한 웨이퍼(110)의 스피닝(spinning)과 병진 스테이지(122)에 의한 웨이퍼(110)의 병진을 조율한다.

예시적인 동작 시나리오에서, 검사는 측정 스폿(106)이 웨이퍼(110)의 기하학적 중심(150)에 위치되는 것으로 시작되고, 이어서 측정 스폿(106)이 웨이퍼(110)의 외주부(outer perimeter)에 도달할 때(즉, R이 웨이퍼(110)의 반경과 같을 때)까지 웨이퍼(110)가 회전되고 병진된다. 회전 스테이지(121)와 병진 스테이지(122)의 조율된 모션으로 인해, 측정 스폿(106)에 의해 조명된 지점들의 궤적(locus)은 웨이퍼(110)의 표면 상에 나선형 경로를 트레이싱한다. 웨이퍼(110)의 표면 상에서의 나선형 경로는 검사 트랙(inspection track)(127)(전체가 도시되어 있지는 않음)이라고 지칭된다. 예시적인 검사 트랙(127)의 일 부분이 도 2에 TRACK_i로서 예시되어 있다. 도 2에 예시된 바와 같이, 측정 스폿(106)은 웨이퍼(150)의 기하학적 중심으로부터 거리(R)에 위치된다.

수집 광학계(collection optics)(107)는 측정 스폿(106)으로부터 산란된 및/또는 반사된 광을 수집한다. 비록 수집 광학계(107)의 특정의 공칭 배향이 도 1에 예시되어 있지만, 웨이퍼 표면에 대한 수집 광학계의 배향이, 예를 들어, 웨이퍼의 토포그래픽 특성들(topographical characteristics) 및/또는 입사각에 따라 적절하게 배열될 수 있음이 이해된다.

수집 광학계(107)에 의해 수집된 광(108)은 검출기(109) 쪽으로 지향된다. 검출기(109)는 일반적으로 검출된 광을 검출된 시야 내에서 웨이퍼(110)로부터 수집된 검출된 광을 나타내는 전기 신호들로 변환하는 기능을 한다. 일반적으로, 검출기(109)는 본 기술분야에 공지된 실질적으로 임의의 광검출기(photodetector)를 포함할 수 있다. 그렇지만, 검출기의 원하는 성능 특성들, 검사될 시편의 유형, 및 조명의 구성에 기초하여 본 발명의 하나 이상의 실시예 내에서 사용하기 위해 특정의 검출기가 선택될 수 있다. 예를 들어, 검사에 이용가능한 광의 양이 상대적으로 낮으면, TDI(time delay integration) 카메라와 같은 효율 향상 검출기(efficiency enhancing detector)가 시스템의 신호대 잡음비 및 스루풋을 증가시키는 데 이용될 수 있다. 그렇지만, 검사에 이용가능한 광의 양 및 수행되는 검사의 유형에 따라, 포토다이오드(photodiode), 광전관(phototube), PMT(photomultiplier tube), CCD(charge-coupled device) 카메라, 포토다이오드들, 광전관들 및 PMT들(photomultiplier tubes)의 어레이들과 같은 다른 검출기들이 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 검출기(109)는 측정 스폿(106)으로부터 산란된 광의 양을 나타내는 단일 출력 신호를 생성하도록 구성된 비-이미징 검출기(non-imaging detector)이다. 단일 출력 신호는 높은 스루풋으로 큰 파티클들의 효율적 검출을 가능하게 해준다.

일부 실시예들에서, 검출기(109)는, 명시야(bright field), 암시야(dark field), 및 공초점(confocal)과 같은, 다양한 이미징 모드들에서 구현될 수 있는 이미징 검출기이다. 명시야, 암시야, 및 위상 콘트라스트(phase contrast)와 같은 다양한 이미징 모드들은 상이한 애퍼처들 또는 푸리에 필터들을 사용하여 구현될 수 있다. 본 명세서에 참고로 포함되는, 미국 특허 제7,295,303호 및 제7,130,039호는 이러한 이미징 모드들을 더욱 상세히 설명한다. 다른 예(도시되지 않음)에서, 검출기는 보다 큰 필드 각들(field angles)에서 수집되는 산란 광을 이미징함으로써 암시야 이미지들을 생성한다. 다른 예에서, 입사 스폿(106)과 매칭하는 핀홀(pinhole)은 공초점 이미지를 생성하기 위해 검출기(예컨대, 검출기(109)) 전방에 배치될 수 있다. 본 명세서에 참고로 포함되는, 미국 특허 제6,208,411호는 이러한 이미징 모드들을 더욱 상세히 설명한다. 그에 부가하여, 표면 검사 시스템(100)의 다양한 양태들이 미국 특허 제6,271,916호 및 미국 특허 제6,201,601호에 설명되어 있으며, 이들 둘 다는 본 명세서에 참고로 포함된다.

일부 실시예들에서, 측정 스폿(106)으로부터 수집되는 광(108)을 검출하기 위해 다수의 검출기들이 선택가능하게 이용된다. 예를 들어, 수집된 광(108)을 상이한 검출기들(예컨대, 하나 이상의 비-이미징 검출기 및 하나 이상의 이미징 검출기)을 향해 선택가능하게 지향시켜 상이한 결함 파티클 측정들을 수행하는 데 하나 이상의 플립인 미러(flip-in mirrors) 또는 빔 스플리터가 이용될 수 있다.

도 1에 묘사된 본 발명의 적어도 일 실시예에서, 단일 검출기(예컨대, 개별 PMT(photomultiplier tube))가 측정 스폿(106)으로부터 산란된 광을 검출하기 위해 검출기(109)로서 이용된다. 검출기(109)의 출력 신호(134)는 결함 파티클의 존재를 결정하기 위한 프로세싱을 위해 컴퓨팅 시스템(140)으로 전달된다.

일부 실시예들에서, 표면 검사 시스템(100)의 결함 파티클 검출 서브시스템은 웨이퍼 표면 상의 결함 위치들의 맵을 생성하는 데 이용된다. 이 실시예들에서, 결함 파티클 검출 서브시스템은 전체 웨이퍼 표면 또는 웨이퍼 표면의 상당 부분들의 결함 매핑을 신속하게 생성하기 위해 스캐닝 모드에서 동작된다. 웨이퍼 표면을 매핑한 후에, 결함 파티클 활성화 및 분석 시스템은 결함 파티클 검출 서브시스템에 의해 이전에 검출된 결함 파티클들 중 하나 이상을 활성화시키고 분석하는 데 이용된다. 그렇지만, 일부 다른 실시예들에서, 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템은 결함 파티클 검출 서브시스템에 의한 검출 직후에 결함 파티클을 활성화시키고 분석하는 데 이용된다.

결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템의 조명 소스(111)는 웨이퍼(110)를 향해 지향되는 조명 광 빔(117)을 생성한다. 도 1에 묘사된 바와 같이, 조명이 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템에 의해 다수의 입사각들로 웨이퍼(110)의 표면에 제공된다. 그렇지만, 일반적으로, 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템은, 수직 입사각을 포함한, 임의의 단일 입사각 또는 다수의 입사각들의 세트로 광 빔을 시편 쪽으로 지향시키도록 구성될 수 있다.

조명 소스(111)는, 예로서, 레이저, 다이오드 레이저, 헬륨 네온 레이저, 아르곤 레이저, 솔리드 스테이트 레이저, DPSS(diode pumped solid state) 레이저, 크세논 아크 램프, 가스 방전 램프, 및 LED 어레이, 또는 백열 램프를 포함할 수 있다. 광 소스는 거의 단색 광 또는 광대역 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템은 어떤 시간 간격 동안 상대적으로 좁은 파장 대역을 갖는 광(예컨대, 거의 단색 광 또는 약 20 nm 미만, 약 10 nm 미만, 약 5 nm 미만, 또는 심지어 약 2 nm 미만의 파장 범위를 갖는 광)을 시편 쪽으로 지향시키도록 구성된다. 따라서, 광 소스가 광대역 광 소스이면, 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템은 시편 쪽으로 지향되는 광의 파장을 제한할 수 있는 하나 이상의 스펙트럼 필터(112)를 또한 포함할 수 있다. 하나 이상의 스펙트럼 필터는 대역통과 필터들 및/또는 에지 필터들 및/또는 노치 필터들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 결함 파티클 검출 서브시스템은 라만 분광법에 적합한 매우 좁은 파장 대역을 갖는 광을 시편 쪽으로 지향시키도록 구성된다. 일부 예들에서, 조명의 선폭은 30 기가헤르츠(1 cm^-1) 이하 정도의 선폭을 갖는다. 일 예에서, 레이저 조명 소스는 0.016 나노미터 미만의 선폭으로 405 나노미터의 광을 방출하도록 구성된다.

도 1에 묘사된 실시예에서, 조명 빔(117)은 조명 파워 제어 요소(130) 쪽으로 지향된다. 조명 파워 제어 요소(130)는 컴퓨팅 시스템(140)으로부터 수신된 커맨드 신호(133)에 따라 조명 광 빔(117)의 광학 파워(optical power)를 제어하도록 구성된다. 일 실시예에서, 조명 파워 제어 요소(130)는 파티클 활성화 및 분석 동안 조명 파워를 동적으로 조정하기 위해 조명 빔 경로에서 조명 소스(111)와 빔 분할 요소(113) 사이에 위치된다.

바람직한 실시예에서, 조명 파워 제어 요소(130)는 고효율, 저비용 AOM(acousto-optic modulator)이다. AOM을 통해 투과되는 광학 파워는 고가의 고전압 구동기들 없이 빠른 스위칭 능력을 제공하는 RF(radio frequency) 구동기에 의해 변조된다.

일반적으로, 조명 파워 제어 요소(130)는, 입사광(incident light)의 편광에 기초하여 입사광의 일 부분을 투과시키도록 적합화될 수 있는, 선택적 투과성 광학 컴포넌트(selectively transmissive optical component)로 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 조명 파워 제어 요소(130)는 (1/4 파장판(quarter wave plate)과 같은) 파장판 및 편광 빔 스플리터를 포함한다. 이 구성에서, 파장판은 인입 광(incoming light)의 편광을 변경하는 데 사용될 수 있는 반면에, 빔 스플리터는 하나 이상의 선택된 편광(예컨대, 선형 편광된 광(linearly polarized light))을 투과시키고 다른 모든 것들(예컨대, 랜덤, 원형 또는 타원 편광된 광(randomly, circularly or elliptically polarized light))을 반사시키는 기능을 한다. 광의 부분들을 반사시키는 것에 의해, 파장판 및 빔 스플리터는 투과 광의 강도 또는 파워 레벨을 감소시키는 기능을 한다.

일부 실시예들에서, 조명 파워 제어 요소(130)는 "온" 조건과 "오프" 조건 사이에서 스위칭가능한 전기 광학 재료를 포함한다. "온"일 때, 전기 광학 재료는 인입 광의 편광을 미리 결정된 편광 배향으로 변경한다. 이러한 소위 "재-편광된 광(re-polarized light)"은 이어서 편광 빔 스플리터에 공급될 수 있으며, 이 편광 빔 스플리터는, 전기 광학 스위치로부터의 특정의 편광 출력(polarization output)에 따라, 재-편광된 광의 일 부분만을 투과시킬 수 있다. 재-편광된 광의 나머지 부분들은 반사되고 폐기될 수 있다(예컨대, 빔 덤프 재료에 의해 흡수됨). 일부 경우들에서, 전기 광학 재료는 수 나노초 내지 수 마이크로초의 시간 스팬(time span) 내에서 "온" 조건과 "오프" 조건 사이를 스위칭할 수 있다.

특정 실시예에서, 조명 파워 제어 요소(130)는, 포켈스 셀(Pockels Cell)이라고 알려진, 고속 전기 제어 광학 셔터를 포함한다. 포켈스 셀은 조명 소스(101)에 의해 생성된 광이 자유롭게 통과할 수 있게 해주기 위해 "온" 상태로 설정될 수 있다. 큰 파티클의 존재가 검출될 때, 포켈스 셀은 생성된 광의 편광을, 편광 빔 스플리터에 의해 적어도 부분적으로 필터링 아웃될 수 있는, 상이한 편광으로 변경하기 위해 "오프" 조건으로 스위칭될 수 있다. "온" 조건과 "오프"조건 사이를 스위칭하기 위해, 가변 전원 공급장치에 의해 제공되는 전압이 전기 광학 재료(전형적으로, 전기 광학 결정)를 통과한 광의 편광을 변경하기 위해 포켈스 셀에 공급된다. 포켈스 셀에 공급되는 전압은 컴퓨팅 시스템(140)으로부터 전달된 제어 신호(133)에 의해 결정될 수 있다.

AOM은 임의의 적합한 주파수로 구동될 수 있고, 따라서 넓은 범위에 걸쳐 조명 파워을 변조한다. 다른 예에서, 포켈스 셀은 실질적으로 임의의 위상 시프트를 생성하도록 구동될 수 있고, 따라서 실질적으로 임의의 출력 파워 레벨을 생성하기 위해 편광 빔 스플리터와 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 회로부 및/또는 소프트웨어는 (예컨대, 폐쇄 피드백 루프의 형태로) 연속 파워 레벨 조정을 제공하기 위해 조명 파워 제어 요소(130)에 포함될 수 있다.

일부 실시예들에서, 조명 파워 제어 요소(130)는 컴퓨팅 시스템(140)으로부터 수신되는 제어 커맨드들(133)에 기초하여 빔 경로에 선택적으로 삽입되는 이산 광학 밀도 필터들(discrete optical density filters)의 조합을 포함한다.

일반적으로, 본 발명은 파워 제어 요소가 상대적으로 빠른 응답 및 충분한 다이내믹 레인지를 제공하기만 한다면 조명 소스의 파워 레벨을 동적으로 변화시키기 위한 임의의 적절한 기술을 포괄할 수 있다. 일부 예들에서, 빔 파워는 금속 파티클을 높은 파워로 조명하여 산화를 개시하고, 이어서 산화된 파티클을 손상시키지 않으면서 조명 파장에서 산화물에 의한 흡수를 계속하도록 파워를 즉각 낮추기 위해 1초 미만(sub-second) 시간스케일들로 변조된다.

도 1에 묘사된 바와 같이, 조명 광(117)은 편광 요소(131)에 의해 또한 편광된다. 레이저들과 같은, 일부 조명 소스들은 편광된 광을 본질적으로 방출한다. 일부 실시예들에서, 검출된 신호들의 신호대 잡음비를 개선시키기 위해 조명 광을 편광시키고 수집된 광을 (예컨대, 분석기(132)로) 교차 편광시키는 것이 바람직하다. 이 실시예들에서, 기판으로부터의 배경 잡음을 억제하고 결함 신호의 신호대 잡음비를 향상시키기 위해, 조명 광을 결함 파티클 아래에 놓인 기판(예컨대, 단결정 실리콘 등)의 하나 이상의 결정 축에 대해 미리 결정된 배향 각도로 편광시키고 수집된 광을 조명 광에 대해 직교 각도로 교차 편광시키는 것이 바람직하다.

일부 다른 실시예들에서, 조명 광은 결함 파티클의 하나 이상의 결정 축에 대해 상이한 배향 각도들로 편광된다. 일부 예들에서, 배향 각도들의 세트의 각각의 배향 각도에 대해 입사 편광 및 분석기 방향들이 변경되고 스펙트럼들이 수집될 수 있다. 파티클 결함이 결정질인지 여부를 확인하기 위해, 그 조성의 식별을 돕기 위해, 또는 결함 클래스 멤버십(defect class membership)을 식별하기 위해 스펙트럼 응답들이 분석된다. 결함 파티클로부터 상이한 조명 및 수집 편광 각도들에서 측정 데이터들의 세트를 수집하는 것은 시간이 걸리고 감소된 스루풋의 대가로 온 것임에 유의해야 한다.

조명 파워 제어 요소(130)를 통과한 후에, 조명 빔(117)은 빔 분할 요소(113)로 지향되고, 빔 분할 요소(113)는 조명 빔(119)의 일 부분을 대물렌즈(114)를 향해 지향시킨다. 일부 실시예들에서, 빔 분할 요소(113)는 다이크로익 빔 스플리터(dichroic beam splitter)이다. 그렇지만, 일반적으로, 임의의 적합한 빔 스플리터가 이 특허 문서 내에서 고려될 수 있다.

대물 렌즈(114)는 조명 빔(119)을 측정 스폿(106)에서 웨이퍼(110) 상에 포커싱한다. 앞서 설명된 바와 같이, 웨이퍼 포지셔닝 시스템(125)은 웨이퍼 표면 상으로 측정 스폿(106) 위에 조명 빔(119)의 투사를 위해 웨이퍼(110)를 이동시킨다. 모션 제어기(123)는 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템의 시야 내에서 웨이퍼(110)의 원하는 포지셔닝을 달성하기 위해 회전 스테이지(121)에 의한 웨이퍼(110)의 회전과 병진 스테이지(122)에 의한 웨이퍼(110)의 병진을 조율한다.

도 1에 묘사된 실시예에서, 대물렌즈(114)는 측정 스폿(106)에서 어떤 범위의 수집 각도들에 걸쳐 조명 빔(119)에 응답하여 웨이퍼(110)로부터 산란된 및/또는 반사된 광을 수집한다. 수집된 광(120)은 빔 분할 요소(113)를 통과한다.

일부 실시예들에서, 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템은 수집된 광의 라만 분석을 수행하도록 구성된다. 이 실시예들에서, 수집된 광(120)으로부터 레일리 파장들을 필터링 아웃하는 하나 이상의 스펙트럼 필터(115)에 의해, 수집된 광(120)을 필터링하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 상대적으로 작은 라만 시그니처는 결함 파티클의 상대적으로 큰 레일리(즉, 탄성 산란) 응답으로부터 분리될 수 있다. 하나 이상의 스펙트럼 필터는 대역통과 필터들 및/또는 에지 필터들 및/또는 노치 필터들일 수 있다.

추가의 양태에서, 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템은 검출된 신호들의 신호대 잡음비를 개선시키기 위해 조명 광과 수집된 광을 교차 편광시키도록 구성된다. 도 1에 묘사된 바와 같이, 수집된 광(120)은 편광 요소(131)에 의해 제공된 조명 광(118)의 편광에 직교인 편광으로 분석기(132)에 의해 편광된다. 일반적으로, 임의의 적합한 편광 광학 요소가 본 특허 문서의 범위 내에서 고려될 수 있다.

마지막으로, 수집된 광(120)은 분광기(116)의 검출 표면 상으로 투사된다. 분광기(116)는 일반적으로 파장 또는 에너지 분해 방식(wavelength or energy resolved manner)으로 검출된 광을 측정하는 기능을 한다. 분광기(116)는 측정 중인 결함 파티클의 재료 조성의 추가 분석을 위해 측정된 스펙트럼들을 나타내는 전기 신호들(135)을 컴퓨팅 시스템(140)에 전달한다. 일반적으로, 분광기(116)의 검출기는 본 기술분야에 공지된 실질적으로 임의의 광검출기를 포함할 수 있다. 그렇지만, 검출기의 원하는 성능 특성들, 검사될 시편의 유형, 및 조명의 구성에 기초하여 본 발명의 하나 이상의 실시예 내에서 사용하기 위해 특정의 검출기가 선택될 수 있다. 예를 들어, 검사에 이용가능한 광의 양이 상대적으로 낮으면, TDI(time delay integration) 카메라와 같은 효율 향상 검출기가 시스템의 신호대 잡음비 및 스루풋을 증가시키는 데 이용될 수 있다. 그렇지만, 검사에 이용가능한 광의 양 및 수행되는 검사의 유형에 따라, CCD(charge-coupled device) 카메라들, 포토다이오드들, 광전관들 및 PMT들(photomultiplier tubes)의 어레이들과 같은 다른 검출기들이 사용될 수 있다.

일 양태에서, 표면 검사 툴의 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템은 레이저 보조 열 산화(laser-assisted thermal oxidation)에 의해 결함 파티클의 관찰가능한 라만 밴드들을 활성화시키고 활성화된 파티클의 라만 분광 측정을 수행하도록 구성된다. 많은 금속 나노파티클들은 그들의 체심 입방(bcc) 또는 면심 입방(fcc) 결정 대칭성으로 인해 관찰가능한 라만 스펙트럼 라인들을 갖지 않는다. 하나의 중요한 예에서, 금속 구리(Cu)는 fcc 결정 구조를 갖는다.

도 5는 낮은 조명 파워에서 표면 검사 시스템(100)의 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템에 의해 수집된 스펙트럼 측정들을 묘사하고 있다. 이 예에서, 조명 소스(111)는 405 나노미터 파장의 대략 0.01 밀리와트의 조명 파워를 대략 1 마이크로미터 직경의 측정 스폿 사이즈에 걸쳐 웨이퍼(111)의 표면 상으로 공급하였다. 스펙트럼 측정 결과들은 100초 측정 기간에 걸쳐 적분되었다. 플롯라인(plotline)(160)은 레이저 조명 스폿에 파티클을 갖지 않는 웨이퍼 표면의 측정된 스펙트럼을 묘사하고 있다. 플롯라인(161)은 레이저 조명 스폿에 945 나노미터 직경의 구리 파티클을 갖는 웨이퍼 표면의 측정된 스펙트럼을 묘사하고 있다. 도 5에 묘사된 바와 같이, 흑연성 탄소(graphitic carbon)를 나타내는 약한 라만 밴드들은 보이지만, 100초 동안의 적분에도 불구하고 임의의 라만 밴드들의 어떠한 증거도 없다. 따라서, 산화된 구리의 양은, 있는 경우, 너무 적어서 식별가능한 라만 스펙트럼을 산출하지 못한다.

도 6은 높은 조명 파워에서 표면 검사 시스템(100)의 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템에 의해 수집된 스펙트럼 측정들을 묘사하고 있다. 이 예에서, 조명 소스(111)는 405 나노미터 파장의 대략 10 밀리와트의 조명 파워를 대략 1 마이크로미터 직경의 측정 스폿 사이즈에 걸쳐 웨이퍼(111)의 표면 상으로 공급하였다. 스펙트럼 측정 결과들은 50초 측정 기간에 걸쳐 적분되었다. 플롯라인(163)은 레이저 조명 스폿에 945 나노미터 직경의 구리 파티클을 갖는 웨이퍼 표면의 측정된 스펙트럼을 묘사하고 있다. 플롯라인(162)은 CuO의 기준 스펙트럼을 묘사하고 있다. 기준 스펙트럼과 비교하여, 산화 제2 구리(cupric oxide)(CuO)의 강한 라만 응답이 플롯라인(163)에 묘사된 측정 결과들에서 명확하게 보인다. 따라서, 활성화(예컨대, 레이저 보조 열 산화) 이후에, 산화 제2 구리 화학적 조성을 나타내는 라만 응답이 명확하게 보인다.

게다가, 도 6에 묘사되는 측정된 스펙트럼들은 앞서 설명된 바와 같이 수집된 광을 조명 광과 교차 편광시키는 것에 의해 측정되었다. 측정된 스펙트럼들을 조명 광과 교차 편광시키는 것에 의해, 실리콘 기판과 연관된 1차 포논 피크(first order phonon peak)와 2차 포논 피크(second order phonon peak)(제각기, 520 cm^-1　및 1000 cm^-1)가 억제된다. 그에 부가하여, 다중 포논 산란(multiphonon scattering)과 연관된 배경 신호들이 또한 억제되어, 측정된 스펙트럼들에서 향상된 CuO 피크들을 결과한다. 일부 예들에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은, 교차 편광은 200 cm^-1　내지 1000 cm^-1의 파수 범위에서 검출된 라만 밴드들의 신호대 잡음비(SNR)를 향상시킨다.

도 7은 상이한 조명 파워 레벨들에서 표면 검사 시스템(100)의 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템에 의해 수집된 스펙트럼 측정들을 묘사하고 있다. 이러한 예들에서, 조명 소스(111)는 405 나노미터 파장의 상이한 레벨들의 조명 파워를 대략 1 마이크로미터 직경의 측정 스폿 사이즈에 걸쳐 웨이퍼(111)의 표면 상으로 공급하였다. 묘사된 결과들을 실현하기 위해, 각각이 1초의 노출 시간을 갖는, 100개의 스캔이 평균화된다. 플롯라인(164)은 0.1 밀리와트의 노출 파워(exposure power)를 묘사하고 있다. 플롯라인(165)은 0.5 밀리와트의 노출 파워를 묘사하고 있다. 플롯라인(166)은 1 밀리와트의 노출 파워를 묘사하고 있다. 플롯라인(167)은 5 밀리와트의 노출 파워를 묘사하고 있다. 플롯라인(168)은 10 밀리와트의 노출 파워를 묘사하고 있다. 도 7에 묘사된 바와 같이, 조명 파워가 증가함에 따라, CuO와 연관된 라만 응답이 크기가 증가한다. 일반적으로, 0.1 밀리와트 노출에서는 응답이 실제로 검출가능하지 않지만, 1.0 밀리와트 노출에서는 검출가능하게 되기 시작한다.

결과들은 0.1 또는 0.5 밀리와트 파워에서 취해진 시리즈에서 CuO 피크들의 어떠한 증거도 보이지 않는다. CuO 피크들은 1 밀리와트 파워에서 명확하게 분간가능하고, 보다 강한 피크들은 5 및 10 밀리와트 파워에서 관찰된다. 도 7에 묘사된 합산된 스펙트럼들은 CuO 피크의 사이즈가 실리콘과 연관된 1차 및 2차 포논 피크들과 연관된 피크들에 비해 점진적으로 증가한다는 것을 예시하고 있다.

활성화 전후에 수집된 구리 파티클의 광학 현미경 사진 이미지들은 스펙트럼 시리즈에서 관찰된 변화들에 대응하는 파티클에서의 변화들을 보여주고 있다. 0.1 및 0.5 밀리와트 측정들 이후에, 파티클의 사이즈에는 분간가능한 변화들이 없었다. 그렇지만, 1, 5, 및 10 밀리와트 측정들 이후에 파티클 사이즈가 증가하였다. 원칙적으로, 산화 제2 구리 단위 셀은 금속 구리보다 74% 더 큰 부피를 갖는다. 10 밀리와트 조명에 의한 활성화 이후의 파티클의 현미경 사진 이미지는 56%의 직경 증가를 보였으며, 이는 대략 45%의 부피 증가를 나타낸다.

대략 1 마이크로미터의 스폿 사이즈에 포커싱되는, 10 밀리와트 레이저 빔이 작은 구리 파티클을 150 내지 1500 ℃로 가열하여, 주변 분위기(ambient atmosphere)에서 산화를 유발할 수 있다는 것은 상당히 합리적이다.

절대 온도 T₀에 있는 주위와 열 평형(thermal equilibrium)에 있는, 진공 중의 격리된 구형 구리 파티클을 생각해본다. 이 상태에서, 방사 방출 레이트와 흡수 레이트는, 수학식 1에 예시된 스테판-볼츠만 법칙에 따라, 평형을 이루며(balanced),

여기서 A는 구의 표면적이고, ε는 표면의 방사율(emissivity)이며, σ는 스테판 볼츠만 상수(5.67 x 10^-8 W/m²*K⁴)이다.

405 nm 광에 의해 조명될 때, 구리의 복소 굴절률은 1.301+2.129i이다. 도 3은 Mie 이론(Mie theory)에 따라 계산된, 구리 파티클의 흡수 단면적을 구 직경의 함수로서 묘사하고 있다. 180 나노미터 직경의 구리 구의 경우, 흡수 단면적 C_abs는 3.91x10^-10cm²이다. 1 마이크로미터 스폿 사이즈에 걸친 10 밀리와트 노출에서, 방사조도 Io는 1 MW/cm²이다. 이러한 조건들 하에서, 구리 구의 열 흡수는 수학식 2에 예시되어 있고,

이는 총 10 밀리와트의 레이저 파워의 3.9 %이다. 흡수된 에너지는 열로 변환되고, 파티클 온도가 상승한다.

유체로 완전히 둘러싸인 구의 경우, 구와 주변 유체 사이의 열 흐름(heat flow) Q는 수학식 3에 의해 주어지며,

여기서 d는 구 직경이고, T는 구의 표면의 온도이며, T₀은 구로부터 멀리 떨어진 공기의 온도이며, k는 유체의 열 전도도이다. 기판 상의 파티클의 경우, 공기의 열 전도도보다는 크지만 기판의 전도도보다는 작은 값을 취하는, 유효 열 전도도 k=k_eff로 수학식 7을 쓰는 것이 합리적이다. 정확한 값은 파티클와 기판의 열 접촉의 정도에 의존한다.

k_eff의 값은 수학식 1에 의해 예시된 열 평형식(heat balance)의 우변(right hand side)에 수학식 3을 추가함으로써 보다 좁게 특정될 수 있다. 이것은 수학식 4에 예시된 사차 방정식(quartic equation)을 결과하며,

여기서　

이고

이다. 도 4는 k_eff의 다양한 값들에 대해, 입사 방사조도 Io의 함수로서의 T에 대한 수학식 4의 해를 나타내는 플롯(155)을 묘사하고 있다. 각각의 플롯라인과 연관된 k_eff의 값이 도 4에 예시되어 있다. 각각의 플롯라인은 180 나노미터 직경의 조사된(irradiated) 구리 구의 정상 상태 온도(steady state temperature)를 나타낸다. 진공에서, k_eff는 제로 값을 갖는다. 도 4에 묘사된 바와 같이, 산화를 개시하기에 충분하게 파티클을 가열하려면 1 W/cm² 미만을 소요할 것이다(진공 중의 미량의 산소 분자들을 가정함). 공기 중에서, k_eff는 대략 0.024이다. 공기 중에서, 산화 조건들에 도달하려면 10⁴ 내지 10⁵　W/cm²를 소요할 것이다. 그렇지만, 실제 동작 조건들에서, 측정된 구리 파티클이 액화되지 않고 1 MW/cm²에서 사라지기 때문에 k_eff는 더 커야만 한다. 따라서, 실리콘 기판들 상의 구리 파티클들에 대한 k_eff의 값은 0.3 내지 1 W/(m*K)일 가능성이 가장 높은 것처럼 보이며, 여기서 1 MW/cm²는 파티클을, 제각기, 대략 1,300K 및 600K로 가열한다.

상대적으로 반응성이 있는 금속으로서, 미세하게 분할된 구리 나노파티클들은 레이저 조명에의 노출에 의해 산화된다. 도 5 내지 도 7에 묘사된 바와 같이, 산화 제2 구리는 그의 알려진 진동 라만 스펙트럼들로부터 식별가능하다. 표면 검사 시스템(100)은 검출기들에 의해 검출된 산란 신호들을 프로세싱하는 데 필요한 다양한 전자 컴포넌트들(도시되지 않음)을 또한 포함한다. 예를 들어, 시스템(100)은 검출기들로부터 신호들을 수신하고 신호들을 미리 결정된 양만큼 증폭시키기 위한 증폭기 회로부를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 증폭된 신호들을 컴퓨팅 시스템(140) 내에서 사용하기에 적합한 디지털 포맷으로 변환하기 위해 아날로그-디지털 변환기(ADC)(도시되지 않음)가 포함된다. 일 실시예에서, 프로세서(141)는 전송 매체에 의해 ADC에 직접적으로 커플링될 수 있다. 대안적으로, 프로세서(141)는 ADC에 커플링된 다른 전자 컴포넌트들로부터 신호들을 수신할 수 있다. 이러한 방식으로, 프로세서는 전송 매체 및 임의의 개재 전자 컴포넌트들에 의해 ADC에 간접적으로 커플링될 수 있다.

일반적으로, 컴퓨팅 시스템(140)은 각각의 검출기로부터 획득된 전기 신호들을 사용하여 웨이퍼의 특징들, 결함들, 또는 광 산란 속성들을 검출하도록 구성된다. 컴퓨팅 시스템(140)은 본 기술분야에 공지된 임의의 적절한 프로세서(들)를 포함할 수 있다. 그에 부가하여, 컴퓨팅 시스템(140)은 본 기술분야에 공지된 임의의 적절한 결함 검출 알고리즘 또는 방법을 사용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(140)은 시편 상의 결함들을 검출하기 위해 다이-대-데이터베이스 비교(die-to-database comparison) 또는 이진화 알고리즘(thresholding algorithm)을 사용할 수 있다.

그에 부가하여, 검사 시스템(100)은 조작자로부터의 입력들을 수용하는 데 유용한 주변 디바이스들(예컨대, 키보드, 마우스, 터치스크린 등) 및 출력들을 조작자에게 디스플레이하는 데 유용한 주변 디바이스들(예컨대, 디스플레이 모니터)를 포함할 수 있다. 조작자로부터의 입력 커맨드들은 조명 파워를 제어하는 데 사용되는 임계 값들을 조정하기 위해 컴퓨팅 시스템(140)에 의해 사용될 수 있다. 결과적인 파워 레벨들은 디스플레이 모니터 상에서 조작자에게 그래픽으로 제시될 수 있다.

검사 시스템(100)은 프로세서(141) 및 어떤 양의 컴퓨터 판독가능 메모리(142)를 포함한다. 프로세서(141) 및 메모리(142)는 버스(143)를 통해 통신할 수 있다. 메모리(142)는, 프로세서(141)에 의해 실행될 때, 프로세서(141)로 하여금 본 명세서에 설명된 결함 활성화 및 조성 분석 기능을 실행하게 하는 프로그램 코드를 저장하는 어떤 양의 메모리(144)를 포함한다.

추가의 양태에서, 컴퓨팅 시스템(140)은 활성화된 파티클로부터 수집된 분광 측정 결과들을 수신하고 측정들에 기초하여 파티클의 조성을 추정하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템(140)은 측정된 스펙트럼들(예컨대, 피크 위치들, 피크 크기들 등)의 분광 시그니처를 알려진 조성을 갖는 파티클들로부터 측정된 기준 스펙트럼들의 시그니처와 매칭시킨다. 일부 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템(140)은 측정된 스펙트럼들의 분광 시그너처를 분석적으로 도출된 스펙트럼들의 시그너처와 매칭시킨다. 일부 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템(140)은 측정된 스펙트럼들의 분광 시그너처를 이전에 분석된 결함 파티클들의 라이브러리 데이터베이스와 상관시킨다. 일부 실시예들에서, 라이브러리는 광학 분광 응답 데이터를 포함한다. 일부 추가의 실시예들에서, 라이브러리는 다른 조성 데이터(예컨대, 광루미네선스 데이터, 에너지 분산 X-선(EDX) 분광기 데이터 등)를 또한 포함한다. 일부 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템(140)은 라이브러리에서의 가장 가까운 스펙트럼 매치와 연관된 분류 코드와 가장 잘 매칭하는 분류 코드를 파티클에 할당한다. 이러한 방식으로, 측정된 결함 파티클의 조성은 측정된 스펙트럼들과 가장 가깝게 매칭하는 결함 분류 코드로 식별된다.

일반적으로, 변환된 파티클의 광학 분광 시그니처들은: 자발 라만 분광법(spontaneous Raman spectroscopy); 자극 라만 분광법(stimulated Raman spectroscopy); 코히런트 반스톡스 라만 분광법(coherent anti-Stokes Raman spectroscopy); 제2 고조파 생성(second harmonic generation), 4파 혼합(four-wave mixing), 및 다른 비선형 분광법들; 광루미네선스(PL) 분광법이라고도 불리는, 형광 분광법(fluorescence spectroscopy); 형광 수명 시간-상관 광자 계수 분광법(fluorescence lifetime time-correlated photon counting spectroscopy); 팁-증강 라만 분광법(tip-enhanced Raman spectroscopy)에서와 같이, 분석되고 있는 파티클에 가까이 근접하여 배치된 금속 나노구조체들로 인해 향상된 감도를 갖는 라만 및/또는 형광 분광법들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는, 복수의 광학 분광 방법들(optical spectroscopic methods) 중 하나 이상으로 관찰될 수 있다.

추가의 양태에서, 결함 파티클의 조성은 광루미네선스(PL) 스펙트럼들(예컨대, 표면 검사 시스템(100)에 의해 측정된 PL 스펙트럼들)의 측정에 기초하여 결정된다. 일부 예들에서, 결함 파티클들은 근적외선에까지 연장되는 광대역 광루미네선스(PL) 스펙트럼들을 나타낸다.

그렇지만, 일부 예들에서, 과도한 조명 파워가 이용되면 PL 스펙트럼들은 불안정하고 시간이 지남에 따라 블리치 아웃되는(bleach out) 경향이 있다. 다른 추가의 양태에서, 상대적으로 높은 파워가 이용되면 발생하게 될 블리칭(bleaching)을 최소화할 PL 스펙트럼들을 취득하기 위해, 조명 소스(예컨대, 조명 소스(111))에 의해 제공되는 방사조도는 초기에 낮은 레벨로 설정된다. PL 스펙트럼들의 취득 이후에, 파티클을 분광학적으로 활성화시키고 라만 스펙트럼 측정들을 취득하기 위해 방사조도가 증가된다. 이러한 방식으로, PL 스펙트럼들 및 Raman 스펙트럼들 둘 다가 결함 파티클의 조성을 식별하는 데 이용가능하다.

일부 예들에서, 결함 파티클들은 상당한 활성화 없이 라만 스펙트럼들을 나타낸다. 도 8은 낮은 조명 파워에서 표면 검사 시스템(100)의 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템에 의해 수집된 스펙트럼 측정들을 묘사하고 있다. 이 예에서, 조명 소스(111)는 405 나노미터 파장의 대략 0.1 밀리와트의 조명 파워를 대략 1 마이크로미터 직경의 측정 스폿 사이즈에 걸쳐 웨이퍼(111)의 표면 상으로 공급하였다. 스펙트럼 측정 결과들은 10초 측정 기간에 걸쳐 적분되었다. 플롯라인(170)은 레이저 조명 스폿에 파티클을 갖지 않는 웨이퍼 표면의 측정된 스펙트럼을 묘사하고 있다. 플롯라인(171)은 레이저 조명 스폿에 대략 117 나노미터 직경의 파티클을 갖는 웨이퍼 표면의 측정된 스펙트럼을 묘사하고 있다. 강한 라만 응답이 플롯라인(171)에 묘사된 측정 결과들에서 명확하게 보인다. 참조를 위해, 주요 피크들 각각과 연관된 파수들이 도 8에 라벨링되어 있다. 도 9는 티타늄 이산화물(TiO₂)과 연관된 기준 라만 스펙트럼의 플롯라인(172)을 묘사하고 있다. 참조를 위해, 기준 스펙트럼과 연관된 주요 피크들 각각과 연관된 파수들이 도 9에 라벨링되어 있다. 도 8에 묘사된 결함 파티클의 측정된 라만 스펙트럼과 도 9에서의 TiO₂와 연관된 기준 라만 스펙트럼을 비교하면, 측정된 결함 파티클이 TiO₂인 것이 명백하다.

비록 구리 파티클의 측정이 본 명세서에 구체적으로 설명되어 있지만, 일반적으로, 표면 검사 시스템(100)은, 결정(crystalline), 다결정(poly-crystalline), 또는 비정질(amorphous) 구조를 갖는 유기, 무기, 또는 금속 화학 조성을 갖는 파티클들을 포함하지만 이들로 제한되지 않는, 많은 상이한 유형들의 파티클들을 측정하도록 구성된다.

일부 예들에서, 검사 중인 파티클은 고유 진동 라만 분광 시그니처들(intrinsic vibrational Raman spectroscopic signatures)을 결여하는 bcc 또는 fcc 결정 구조를 갖는 금속 파티클이다.

일부 예들에서, 검사 중인 파티클은 매우 약한 고유 진동 라만 분광 시그니처들을 가지는 육방 밀집(hexagonal close packed, hcp) 구조를 갖는 금속 파티클이다. 이러한 예들에서, 파티클 활성화는 파티클을 변환시키고 변환된 파티클과 연관된 진동 라만 분광 시그니처들의 검출능(detectability)을 개선시키는 데 이용된다.

일부 예들에서, 파티클의 변환은 평균 해수면으로부터 0 내지 10,000 피트의 고도에 있는 주변 지구 대기(ambient terrestrial atmosphere) 중의 금속 파티클의 화학적 산화이다.

일부 예들에서, 파티클의 변환은 0.2 초과 또는 0.2 미만 기압들의 제어된 분압의 산소의 챔버에서 발생한다. 일부 예들에서, 챔버는 산화 프로세스에 참여하지 않는 부가의 분압들의 실질적으로 불활성인 가스들을 포함한다. 그러한 가스들은 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 이산화탄소, 할로겐화 탄화수소들(halogenated hydrocarbons), 플루오르화 금속들(fluorinated metals), 및 우라늄 헥사플루오라이드(uranium hexafluoride) 및 황 헥사플루오라이드(sulfur hexafluoride)와 같은 비금속들을, 제각기, 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

일부 예들에서, 금속 파티클의 산화 변환은 산화 변환을 촉매하는 부가의 분압들의 기체 화합물들로 수행된다.

일부 예들에서, 금속 파티클의 산화 변환은, 부가의 기체 화합물들 없이 형성되는 다른 가능한 산화 상태들 또는 다형체들(polymorphs)에 비해, 향상된 라만 산란 단면적을 갖는 산화 상태 및 결정 다형 구조를 갖는 금속 산화물의 형성을 촉진시키는 부가의 분압들의 기체 화합물들을 갖는 챔버에서 수행된다.

일부 예들에서, 처리 없이 형성되는 상기 금속 파티클의 다른 가능한 산화 상태들 또는 다형체들에 비해, 향상된 라만 산란 단면적을 갖는 산화 상태 및 결정 다형 구조를 갖는 금속 산화물의 형성을 촉진시키기 위해 산화 이전에 금속 파티클이 표면-활성 물질로 처리된다. 표면 활성 물질의 예들은 기체상의(in gas phase) 또는 액체 용액 중에 용해된 유기 아민, 또는 그 자체가 표면 활성이고 금속 파티클을 코팅하는 액체를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

일부 예들에서, 산화 변환은 고온에 의해 유발된다. 일부 예들에서, 고온은 방사 가열, 전자기 방사에 의한 조명, 또는 이들의 조합에 의해 생성될 수 있다.

일부 예들에서, 온도-유발 산화 변환(temperature-driven oxidative transformation)은 파티클의 조성을 식별하기 위해 측정되어 이용되는 분광 시그너처를 방출하기 위해 변환된 파티클을 자극하는 동일한 전자기 방사 소스에 의해 유발된다.

일부 예들에서, 파티클의 산화 변환은 전자기 방사 소스로부터 방출된 광자들에의 노출에 의해 자극된 광화학 경로에 의해 유발된다. 일부 예들에서, 광자-유발 산화 변환(photon-driven oxidative transformation)은 파티클의 조성을 식별하기 위해 측정되어 이용되는 분광 시그너처를 방출하기 위해 변환된 파티클을 자극하는 동일한 전자기 방사 소스에 의해 유발된다.

일부 예들에서, 변환은 기체, 액체, 또는 용액-매개 시약들 및 광열 또는 광화학적 유발력에 의한, 산화 반응 이외의, 화학 반응이다. 유발력은 파티클의 조성을 식별하기 위해 측정되어 이용되는 분광 시그니처를 방출하기 위해 변환된 파티클을 자극하는 소스와 상이하거나 동일할 수 있는 전자기 방사 소스에 의해 제공된다.

비록 표면 검사 시스템(100)이 파티클 활성화 및 스펙트럼 측정 둘 다를 위한 조명을 제공하는 조명 소스(111)를 포함하지만, 일반적으로, 다수의 상이한 조명 소스들이 활성화, 스펙트럼 측정, 또는 둘 다를 위한 조명을 제공하는 데 이용될 수 있다. 그에 부가하여, 웨이퍼 표면 상의 결함 파티클들의 위치들을 매핑하는 데 이용되는 하나 이상의 조명 소스(예컨대, 도 1에 묘사된 조명 소스(101))는 활성화, 스펙트럼 측정, 또는 둘 다를 위한 조명을 제공하는 데 또한 이용될 수 있다.

비록 표면 검사 시스템(100)이 결함 파티클의 스펙트럼 측정들을 수행하는 분광기(116)를 포함하지만, 일반적으로, 다수의 상이한 분광기 서브시스템들이 결함 파티클의 스펙트럼 측정들을 제공하는 데 이용될 수 있다. 일부 예들에서, 산란 광을 다수의 분광기들을 향해 동시에 지향시키기 위해 하나 이상의 빔 분할 요소가 수집 빔 경로에 포함된다. 일부 예들에서, 산란 광을 다수의 분광기들을 향해 순차적으로 지향시키기 위해 수집 경로에서 가동 미러(movable mirror) 또는 가동 터릿(movable turret)이 이용된다.

비록 405 나노미터의 조명 광을 사용한 스펙트럼 측정 결과들이 도 5 내지 도 9를 참조하여 설명되었지만, 일반적으로, 스펙트럼 측정들의 신호대 잡음비를 개선시키기 위해 하나 이상의 상이한 파장의 조명 광이 이용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 다수의 상이한 파장들이 이용되고 파장들이 선택되는데 그 이유는 파장들이 기판 웨이퍼의 표면 요철들(예컨대, 박막들, 고도로 비구형인 결함 파티클들의 고 종횡비 돌출부들 등)과 상호작용하는 것으로 알려져 있기 때문이다. 표면 요철들은 그 바로 인근에 약한 분광 시그니처들을 강화시키는 강화된 전자기장들을 생성한다. 일부 실시예들에서, 표면 검사 시스템(예컨대, 표면 검사 시스템(100))은 600 내지 700 nm의 파장을 갖는 가시 전자기 방사 소스를 포함한다. 이 파장 범위 내의 광은 비-구형 구리 나노파티클들의 고 종횡비 돌출부들 및 피처들에서 국소 표면 플라스몬 공명들(local surface plasmon resonances)을 여기시키는 것으로 알려져 있다. 여기된 플라스몬들과 연관된 강화된 전자기장들은 구리 나노파티클의 표면 상의 산화 제1구리(cuprous oxide), 산화 제2 구리. 또는 둘 다의 얇은 층으로부터의 라만 산란 시그니처를 강화시킨다. 일부 예들에서, 산화물 층은 최소의 활성화로 또는 부가의 활성화 없이 결함 파티클의 표면 상에 충분한 양으로 존재한다.

도 10은 본 명세서에 설명된 바와 같이 활성화된 결함 파티클들의 재료 조성을 식별하는 데 유용한 예시적인 방법(200)의 플로차트를 예시하고 있다. 일부 비제한적 예들에서, 도 1을 참조하여 설명된 검사 시스템(100)은 방법(200)을 구현하도록 구성된다. 그렇지만, 일반적으로, 방법(200)의 구현은 본 명세서에 설명된 특정 실시예들에 의해 제한되지 않는다.

블록(201)에서, 시편의 표면 상의 측정 스폿이 조명 광 빔으로 조명된다. 조명 광 빔은 결함 파티클이 분광학적으로 활성으로 되도록 결함 파티클을 화학적으로 변화시킨다.

블록(202)에서, 활성화된 결함 파티클의 재료 조성을 나타내는 출력 신호가 활성화된 결함 파티클로부터 산란된 광의 양에 기초하여 생성된다.

블록(203)에서, 활성화된 결함 파티클의 재료 조성이 출력 신호에 기초하여 결정된다.

시편을 검사하는 데 사용될 수 있는 검사 시스템 또는 툴에 대한 다양한 실시예들이 본 명세서에서 설명된다. "시편"이라는 용어는 결함들, 피처들, 또는 본 기술분야에 알려진 다른 정보(예컨대, 헤이즈(haze) 또는 필름 속성들의 양)가 있는지 검사될 수 있는 웨이퍼, 레티클, 또는 임의의 다른 샘플을 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "웨이퍼"라는 용어는 일반적으로 반도체 또는 비-반도체 재료로 형성된 기판들을 지칭한다. 예들은 단결정 실리콘, 갈륨 비화물, 및 인듐 인화물을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 그러한 기판들은 반도체 제조 설비들에서 흔히 발견되고 그리고/또는 프로세싱될 수 있다. 일부 경우들에서, 웨이퍼는 기판만(즉, 베어 웨이퍼(bare wafer))을 포함할 수 있다. 대안적으로, 웨이퍼는 기판 상에 형성된 상이한 재료들의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 웨이퍼 상에 형성된 하나 이상의 층은 "패터닝되거나" 또는 "패터닝되지 않을" 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 반복가능한 패턴 피처들을 갖는 복수의 다이들을 포함할 수 있다.

"레티클"은 레티클 제조 프로세스의 임의의 스테이지에서의 레티클이거나, 또는 반도체 제조 설비에서 사용하기 위해 릴리스될 수 있거나 릴리스되지 않을 수 있는 완성된 레티클일 수 있다. 레티클 또는 "마스크"는 일반적으로 실질적으로 투명한 기판 - 실질적으로 불투명한 영역들이 그 위에 형성되어 있음 - 으로서 정의되며 패턴으로 구성된다. 기판은, 예를 들어, 석영과 같은 유리 재료를 포함할 수 있다. 레티클은 레티클 상의 패턴이 레지스트에 전사될 수 있도록 리소그래피 프로세스의 노광 단계 동안 레지스트로 커버된 웨이퍼(resist-covered wafer) 위에 배치될 수 있다.

하나 이상의 예시적인 실시예에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능들은 컴퓨터 판독가능 매체 상에 하나 이상의 명령어 또는 코드로서 저장되거나 그를 통해 전송될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체들은 한 곳으로부터 다른 곳으로의 컴퓨터 프로그램의 전달을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함한 컴퓨터 저장 매체들 및 통신 매체들 둘 다를 포함한다. 저장 매체들은 범용 또는 특수 목적 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체들일 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 컴퓨터 판독가능 매체들은 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 원하는 프로그램 코드 수단을 명령어들 또는 데이터 구조들의 형태로 운반하거나 저장하는 데 사용될 수 있고 범용 또는 특수 목적 컴퓨터, 또는 범용 또는 특수 목적 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 접속부(connection)가 적절하게도 컴퓨터 판독가능 매체라고 지칭된다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 파이버 옵틱 케이블, 연선(twisted pair), DSL(digital subscriber line), 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 사용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 전송되는 경우, 동축 케이블, 파이버 옵틱 케이블, 연선, DSL, 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 정의에 포함된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 디스크(disk) 및 디스크(disc)는 CD(compact disc), 레이저 디스크(laser disc), 광학 디스크(optical disc), DVD(digital versatile disc), 플로피 디스크(floppy disk) 및 블루레이 디스크(blu-ray disc)를 포함하고, 여기서 디스크들(disks)은 보통 데이터를 자기적으로 재생하는 반면, 디스크들(discs)은 데이터를 레이저들을 사용하여 광학적으로 재생한다. 상기한 것들의 조합들이 컴퓨터 판독가능 매체들의 범위 내에 또한 포함되어야 한다.

비록 몇몇 특정 실시예들이 교육적 목적들을 위해 앞서 설명되었지만, 이 특허 문서의 교시내용들은 일반적 적용성(general applicability)을 가지며 앞서 설명된 특정 실시예들로 제한되지 않는다. 그에 따라, 설명된 실시예들의 다양한 특징들의 다양한 수정들, 개조들(adaptations), 및 조합들이 청구 범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 실시될 수 있다.

Claims

표면 검사 시스템으로서,
제1 조명 광 빔을 생성하도록 구성된 제1 조명 소스;
결함 파티클이 분광학적으로 활성으로 되도록 상기 결함 파티클을 화학적으로 변화시키기 위해, 시편(specimen)의 표면 상의 측정 스폿에 상기 제1 조명 광 빔을 투사하도록 구성된 조명 대물렌즈(illumination objective);
상기 활성화된 결함 파티클로부터 산란된 광의 양에 기초하여, 상기 활성화된 결함 파티클의 재료 조성을 나타내는 출력 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 분광기; 및
컴퓨팅 시스템
을 포함하고, 상기 컴퓨팅 시스템은:
상기 활성화된 결함 파티클로부터 산란된 상기 광의 양을 나타내는 상기 출력 신호를 수신하고;
상기 출력 신호에 기초하여 상기 활성화된 결함 파티클의 재료 조성을 결정하도록 구성되는, 표면 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 조명 광 빔의 광학 경로에 위치된 제1 편광 요소 - 상기 제1 편광 요소는 상기 제1 조명 광 빔을 제1 방향으로 편광시키도록 구성됨 -; 및
상기 활성화된 결함 파티클로부터 산란된 상기 광의 양의 광학 경로에 위치된 제2 편광 요소 - 상기 제2 편광 요소는 상기 활성화된 결함 파티클로부터 산란된 상기 광의 양을 상기 제1 방향에 직교인 제2 방향으로 편광시키도록 구성됨 -
를 추가로 포함하는 표면 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 재료 조성을 결정하는 것은, 상기 출력 신호를 이전에 분석된 결함 파티클들의 측정들의 라이브러리 데이터베이스와 상관시키는 것을 포함하는, 표면 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 결함 파티클은, 결정, 다결정, 또는 비정질 구조를 갖는 유기, 무기, 또는 금속 화학적 조성을 갖는, 표면 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 결함 파티클은, 고유 진동 라만 분광 시그너처(intrinsic vibrational Raman spectroscopic signature)를 나타내지 않는 면심 입방 결정 구조(face centered cubic crystalline structure) 또는 체심 입방 결정 구조(body centered cubic crystalline structure), 또는 고유 진동 라만 분광 시그너처를 약하게 나타내는 육방 밀집 결정 구조(hexagonal close packed crystalline structure)를 갖는 금속인, 표면 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 결함 파티클은 금속성이고, 상기 결함 파티클은 분광학적으로 활성으로 되도록 화학적 산화에 의해 화학적으로 변화되는, 표면 검사 시스템.
제6항에 있어서, 상기 화학적 산화는, 제어된 분압의 산소를 포함하는 챔버 내에서 발생하는, 표면 검사 시스템.
제7항에 있어서, 상기 챔버는, 상기 화학적 산화를 촉진시키는 일정 분압의 하나 이상의 기체 화합물을 또한 포함하는, 표면 검사 시스템.
제6항에 있어서, 상기 결함 파티클은, 상기 제1 조명 광 빔이 상기 결함 파티클 상으로 투사되기 전에 표면 활성 물질로 코팅되고, 상기 표면 활성 물질은 상기 화학적 산화를 촉진시키는, 표면 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 활성화된 결함 파티클의 상기 재료 조성을 나타내는 상기 출력 신호는, 관찰가능한 라만 스펙트럼을 포함하는, 표면 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 활성화된 결함 파티클의 상기 재료 조성을 나타내는 상기 출력 신호는, 관찰가능한 광루미네선스 스펙트럼을 포함하는, 표면 검사 시스템.
제1항에 있어서, 제2 조명 광 빔을 생성하도록 구성된 제2 조명 소스;
상기 제2 조명 광 빔을 웨이퍼의 상기 표면 상으로 상기 측정 스폿에 투사하도록 구성된 하나 이상의 광학 요소; 및
상기 측정 스폿에서의 상기 결함 파티클의 존재를 나타내는 출력 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 결함 파티클 검출기
를 추가로 포함하는 표면 검사 시스템.
제12항에 있어서, 상기 제1 조명 소스와 상기 제2 조명 소스는, 동일한 조명 소스인, 표면 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 조명 소스는, 다수의 구별되는 파장들을 갖는 조명 광을 생성하도록 구성되는, 표면 검사 시스템.
제2항에 있어서, 상기 제1 조명 광 빔은, 상기 결함 파티클 아래에 놓인 기판의 결정 축에 대해 미리 결정된 편광 배향 각도로 상기 측정 스폿 상으로 투사되는, 표면 검사 시스템.
제2항에 있어서, 상기 제1 조명 광 빔은, 상기 결함 파티클의 결정 축에 대해 복수의 상이한 편광 배향 각도들로 상기 측정 스폿 상으로 투사되는, 표면 검사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 조명 소스는, 상기 제1 조명 광 빔과는 상이한 시간에 상기 측정 스폿 상으로 투사되는 제2 조명 광 빔을 생성하도록 구성되고, 상기 제2 조명 광 빔은, 상기 제1 조명 광 빔과는 상이한 조명 파워를 가지며, 상기 하나 이상의 분광기는, 상기 제2 조명 광 빔에 의해 조명된 상기 활성화된 결함 파티클로부터 산란된 상기 광의 양에 기초하여 상기 활성화된 결함 파티클의 상기 재료 조성을 나타내는 상기 출력 신호를 생성하도록 구성되는, 표면 검사 시스템.
방법으로서,
시편의 표면 상의 측정 스폿을 제1 조명 광 빔으로 조명하는 단계 - 상기 제1 조명 광 빔은, 결함 파티클이 분광학적으로 활성으로 되도록 상기 결함 파티클을 화학적으로 변화시킴 -;
상기 활성화된 결함 파티클로부터 산란된 광의 양에 기초하여 상기 활성화된 결함 파티클의 재료 조성을 나타내는 제1 출력 신호를 생성하는 단계; 및
상기 출력 신호에 기초하여 상기 활성화된 결함 파티클의 재료 조성을 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 결함 파티클은 금속성이고, 상기 결함 파티클은 분광학적으로 활성으로 되도록 화학적 산화에 의해 화학적으로 변화되는, 방법.
제18항에 있어서, 상기 활성화된 결함 파티클의 상기 재료 조성을 나타내는 상기 제1 출력 신호는, 관찰가능한 라만 스펙트럼을 포함하는, 방법.
제18항에 있어서, 상기 제1 조명 광 빔을 제1 방향으로 편광시키는 단계; 및
상기 활성화된 결함 파티클로부터 산란된 상기 광의 양을 상기 제1 방향에 직교인 제2 방향으로 편광시키는 단계
를 추가로 포함하는 방법.
제20항에 있어서, 상기 시편의 상기 표면 상의 상기 결함 파티클을, 상기 결함 파티클을 상기 제1 조명 광 빔으로 조명하기 전에, 제2 조명 광 빔으로 조명하는 단계 - 상기 제2 조명 광 빔은 상기 제1 조명 광 빔보다 낮은 조명 파워를 가짐 -; 및
상기 제2 조명 광 빔에 응답하여 상기 결함 파티클로부터 산란된 광의 양에 기초하여 제2 출력 신호를 생성하는 단계 - 상기 제2 출력 신호는, 상기 결함 파티클의 상기 재료 조성을 나타내는 관찰가능한 광루미네선스 스펙트럼을 포함함 -
를 추가로 포함하는 방법.
표면 검사 시스템으로서,
제1 조명 광 빔을 시편의 표면 상으로 측정 스폿에 투사하고, 상기 제1 조명 광 빔에 의한 결함 파티클의 상기 조명에 응답하여 상기 결함 파티클로부터 산란된 광의 양에 기초하여 상기 측정 스폿에서의 상기 결함 파티클의 존재를 검출하도록 구성된 결함 파티클 검출 서브시스템; 및
상기 결함 파티클이 분광학적으로 활성으로 되도록 상기 결함 파티클을 화학적으로 변화시키기 위해 제2 조명 광 빔을 상기 측정 스폿 상으로 투사하고, 상기 제2 조명 광 빔에 응답하여 상기 활성화된 결함 파티클로부터 산란된 광의 양에 기초하여 상기 활성화된 결함 파티클의 재료 조성를 결정하도록 구성된 결함 파티클 활성화 및 분석 서브시스템
을 포함하는 표면 검사 시스템.