KR20210042358A - 넓은 면적의 고속 원자력 프로파일 - Google Patents

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제이슨 오스본
블라디미르 포노베로프
션 마이클 핸드
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브루커 나노, 아이엔씨.
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Abstract

AFM과 같은, 원자력 프로파일(AFP)을 동작하는 장치 및 방법은 예를 들어 자동화된 응용 분야에서 큰 처리량의 이점을 달성하기 위해 대면적 샘플의 후속 스캔 라인에서 피드 포워드 제어 신호를 사용한다.

Description

넓은 면적의 고속 원자력 프로파일
바람직한 실시 예는 특히 "핫스팟"으로 지칭되는 평균 샘플 평면(average sample plane)으로부터의 표면 특징 편차(surface feature deviation)의 검출을 위해 큰 샘플 영역을 이미지화 하는 원자력 프로파일(Atomic Force Profilometry)(AFP) 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 8월 10일에 출원된 미국 가특허 출원 일련번호 62/717,557에 대한 미국 특허법 35 USC §1,119(e)에 따라 우선권을 주장한다. 이 출원의 주제는 그 전체가 여기에 참조로 포함된다.
원자력 현미경(atomic force microscope)(AFM)과 같은 스캔 프로브 현미경(scanning probe microscope)을 포함한 AFP는 팁이 있는 프로브(probe)를 사용하고 팁(tip)이 적절한 힘으로 샘플 표면과 상호 작용하여 표면을 원자 치수까지 특성화하도록 하는 장치이다. 일반적으로 프로브는 샘플 표면에 도입되고 팁과 샘플 사이의 상대적인 스캔 이동을 제공하여, 표면 특성 데이터는 샘플의 특정 영역에 대해 수집할 수 있으며 샘플의 해당 맵을 생성할 수 있다.
전형적인 AFM 시스템이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. AFM(10)은 캔틸레버(cantilever)(15)를 갖는 프로브(14)를 포함하는 프로브 장치(probe device)(12)를 사용한다. 스캐너(scanner)(24)는 프로브-샘플 상호 작용(probe-sample interaction)이 측정되는 동안 프로브(14)와 샘플(sample)(22) 사이의 상대적인 움직임(relative motion)을 생성한다. 이러한 방식으로 샘플의 이미지 또는 기타 측정 값을 얻을 수 있다. 스캐너(24)는 일반적으로 3 개의 직교 방향(XYZ)으로 움직임을 생성하는 하나 이상의 액추에이터(actuator)로 구성된다. 종종, 스캐너(24)는 3 개의 축 모두에서 샘플 또는 프로브를 이동시키기 위한 하나 이상의 액추에이터, 예를 들어 압전 튜브 액추에이터(piezoelectric tube actuator)를 포함하는 단일 통합 유닛(single integrated unit)이다. 대안으로, 스캐너는 여러 개의 개별 액추에이터의 어셈블리(assembly) 일 수 있다. 일부 AFM은 스캐너를 여러 구성 요소로 분리한다(예를 들어, 샘플을 이동하는 XY 스캐너와 프로브를 이동하는 별도의 Z- 액추에이터). 따라서, 기기는 예를 들어 한스마(Hansma) 등의 미국 특허 답변(RE) 번호 34,489; 엘링스(Elings) 등의 미국 특허 번호 5,266,801; 및 엘링스(Elings) 등의 미국 특허 번호 5,412,980에서, 설명된 바와 같이 샘플의 지형 또는 일부 다른 표면 특성을 측정하는 동안 프로브와 샘플 사이의 상대적인 움직임을 생성할 수 있다.
일반적인 구성에서, 프로브(14)는 종종 캔틸레버(15)의 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 프로브(14)를 구동하는 데 사용되는 진동 액추에이터(oscillating actuator) 또는 드라이브(drive)(16)에 결합된다. 대체 배치(Alternative arrangement)는 캔틸레버(15)의 편향(deflection), 비틀림(torsion) 또는 기타 움직임(motion)을 측정한다. 프로브(14)는 종종 집적된 팁(integrated tip)(17)을 갖는 미세 가공된 캔틸레버이다.
일반적으로, 전자 신호는 SPM 제어기(20)의 제어 하에 AC 신호 소스(18)로부터 인가되어 액추에이터(16)(또는 대안적으로 스캐너(24))가 프로브(14)를 진동시키도록 한다. 프로브-샘플 상호 작용은 일반적으로 제어기(controller)(20)에 의한 피드백을 통해 제어된다. 특히, 액추에이터(16)는 스캐너(24) 및 프로브(14)에 결합될 수 있지만, 자가 동작 식 캔틸레버/프로브의 일부로서 프로브(14)의 캔틸레버(15)와 일체로 형성될 수 있다.
종종, 선택된 프로브(14)가 진동하고, 샘플 특징이 전술한 바와 같이 프로브(14)의 진동의 하나 이상의 특성의 변화를 검출함으로써 모니터링 되도록 샘플(22)과 접촉하게 된다. 이와 관련하여, 편향 검출 장치(deflection detection apparatus)(25)는 전형적으로 빔을 프로브(14)의 후면을 향해 지향시키는데 사용되며, 빔은 검출기(detector)(26)를 향해 반사된다. 빔이 검출기(26)을 가로 질러 이동함에 따라, 예를 들어, RMS 편향을 결정하고 프로브(14)의 진동의 변화를 결정하기 위해 신호를 처리하는 제어기(20)에 동일한 신호를 전송하기 위해, 적절한 신호가 블록(block)(28)에서 처리된다. 일반적으로, 제어기(20)는 전형적으로 프로브(14)의 진동의 설정 점(set point) 특징을 유지하기 위해 팁과 샘플 사이의 상대적인 일정한 상호 작용(또는 레버(15)의 편향)을 유지하기 위한 제어 신호를 생성한다. 특히, 제어기(20)는 설정 점과의 팁-샘플 상호 작용에 의해 야기된 프로브 편향(probe deflection)에 대응하는 신호를 회로(30)에서 비교함으로써 획득된 오류 신호(error signal)를 조절하는 PI 이득 제어 블록(PI Gain Control block)(32) 및 고전압 증폭기(34)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제어기(20)는 종종 팁과 샘플 사이에 일반적으로 일정한 힘을 보장하기 위해 설정 점 값, AS에서 진동 진폭(oscillation amplitude)을 유지하는 데 사용된다. 또는, 설정 점 위상 또는 주파수를 사용할 수 있다.
제어기(20) 및/또는 별도의 제어기 또는 연결된 또는 독립형 제어기의 시스템에서, 제어기로부터 수집된 데이터를 수신하고 스캔 중에 얻은 데이터를 조작하여 포인트 선택, 곡선 맞춤 및 거리 결정 작업을 수행하는 워크 스테이션(40)도 제공된다.
AFM은 접촉 모드(contact mode) 및 진동 모드(oscillating mode)를 포함한 다양한 모드에서 동작하도록 설계될 수 있다. 동작(operation)은 표면을 가로 질러 스캔 될 때 프로브 어셈블리의 캔틸레버의 편향에 응답하여 샘플 또는 프로브 어셈블리를 샘플 표면에 상대적으로 수직으로 위아래로 이동하여 수행된다. 스캔은 일반적으로 샘플 표면과 적어도 일반적으로 평행한 "x-y" 평면에서 발생하며 수직 이동은 x-y 평면에 수직인 "z" 방향으로 발생한다. 많은 샘플에는 평면(flat plane)에서 벗어나는 거칠기(roughness), 곡률(curvature) 및 기울기(tilt)가 있으며, 따라서 "일반적으로 평행(generally parallel)"이라는 용어가 사용된다. 이러한 방식으로, 이 수직 움직임과 관련된 데이터를 저장한 다음 측정중인 샘플 특성(예를 들어, 표면 지형(surface topography))에 해당하는 샘플 표면의 이미지를 구성하는 데 사용할 수 있다. 탭핑모드(TappingMode??) AFM(탭핑모드(TappingMode??)는 현재 출원인의 상표이다)으로 알려진, AFM 동작의 모드에서, 팁은 프로브의 관련 캔틸레버의 공진 주파수 또는 그 근처에서 진동한다. 피드백 루프는 이 진동의 진폭을 일정하게 유지하여 "침압(tracking force)", 즉 팁/샘플 상호 작용으로 인한 힘을 최소화하려고 한다. 대체 피드백 배치는 위상 또는 진동 주파수를 일정하게 유지한다. 접촉 모드에서, 이러한 피드백 신호를 수집, 저장 및 데이터로 사용하여 샘플을 특징화 한다. "SPM" 및 특정 유형의 SPM에 대한 두문자어는 본 명세서에서 현미경 장치 또는 연관 기술, 예를 들어 "원자력 현미경"을 지칭하는 데 사용될 수 있다는 점에 유의하라. 피크 포스 탭핑(Peak Force Tapping®)(PFT) 모드라고하는 유비쿼터스 탭핑모드(TappingMode??)에 대한 최근 개선 사항은 미국 특허 번호 8,739,309, 9,322,842 및 9,588,136에서 논의되고, 피드백은 각 진동주기에서 측정된 힘(과도 프로브-샘플 상호 작용 힘이라고도 함)에 기초한다.
동작 모드에 관계없이, AFM은 압전 스캐너, 광학 레버 편향 검출기 및 포토 리소그래피 기술을 사용하여 제조된 매우 작은 캔틸레버를 사용하여 공기, 액체 또는 진공의 다양한 절연 또는 전도성 표면에서 원자 수준까지 해상도을 얻을 수 있다. 해상도와 다양성으로 인해, AFM은 반도체 제조에서 생물학 연구에 이르기까지 다양한 분야에서 중요한 측정 장치이다.
이와 관련하여, AFM은 반도체 제조와 같은 고정밀 제조 공정을 포함하여 자동화된 애플리케이션에 사용될 수 있다. AFM은 나노 스케일 표면 특징(예를 들어, 지형)의 고해상도 측정을 제공할 수 있기 때문에 AFM은 반도체 공간에서 유용한 것으로 입증되었다. 그러나 고전적으로, AFM은 세미 팹 시설(semi-fab facility)에 필요한 현실적이고 높은 처리량을 사용하기에는 너무 느렸다. 이 환경에서 관심있는 한 가지 측정은 CMP 이후(화학적 기계적 연마/평탄화(chemical mechanical polishing/planarization))(post-CMP) "핫스팟" 검출이다. AFM이 이러한 측정에 유용하려면 데이터 수집 속도를 고려해야 한다.
예를 들면, CMP 핫스팟 검출을 위해 측정해야 하는 큰 샘플 영역(예를 들어, 약 33mm x 26mm의 다이 영역)이며, 알려진 모드에서 동작하는 AFM은 필요한 측정 데이터를 수집하는 데 6 ~ 7 일이 걸린다. 주요 문제는 알려진 AFM XY 샘플 스캐너의 제한된 물리적 대역폭과 알려진 AFM 피드백 제어를 사용하여 고속으로 샘플 기능을 정확하게 추적할 수 없다는 점이다. 그러나 다른 나노 스케일 측정 도구에 비해 장점을 고려할 때 자동화 응용 분야에서 AFM을 사용하려는 욕구가 여전히 있다.
그 결과, AFM 필드, 특히 자동화된 AFM은 위에서 설명한 것과 같은 큰 샘플 크기를 24 시간 이내에, 바람직하게는 실질적으로 더 빠르게 측정할 수 있는 솔루션이 필요했다. 이러한 시스템을 통해 AFM은 CMP 후 핫스팟을 식별할 수 있으므로 AFM을 반도체 제조 공정 흐름에 통합할 수 있다.
대면적 샘플의 후속 스캔 라인에서 피드 포워드 제어 신호(feedforward control signal)를 사용하여, 바람직한 실시 예는 공지된 원자력 프로파일(atomic force profilometry)(AFP) 시스템 및 방법에 비해 큰 처리량 이점을 달성할 수 있다.
하나의 바람직한 실시 예에서, 원자력 현미경(AFM)을 동작하는 방법은 AFM의 프로브와 샘플의 제1 라인에서 샘플 사이의 상대적인 스캔 움직임을 제공하는 단계를 포함한다. 제공하는 단계에 대한 응답으로 프로브의 편향이 측정되고 AFM은 AFM 동작의 모드에 따라 프로브-샘플 분리를 제어한다. 다음으로, 측정하는 단계에 기초하여 Z 피드 포워드 제어 신호(Z feed forward control signal)가 생성된다. 그런 다음 프로브와 샘플 사이의 상대적인 스캔 움직임이 샘플의 제2 라인에서 시작된다. 제2 라인에서 프로브의 편향을 측정한 후, 프로브-샘플 분리가 제어된다. 피드 포워드 Z 신호는 하이퍼Z(HyperZ) 신호를 생성하기 위해 제2 라인에 해당하는 측정된 편향과 결합된다. 이 하이퍼Z 신호는 스캔의 다음 라인에서 Z 피드 포워드 제어 신호로 사용된다.
이 실시 예의 다른 측면에서, 샘플의 선택된 영역이 이미지화 될 때까지 방법 단계가 반복된다.
이 실시 예의 다른 측면에 따르면, 이 방법은 반복 단계의 출력을 기반으로 관심있는 기능(예를 들어, CMP 후 핫스팟)을 식별한다.
이 실시 예의 또 다른 측면은 관심 피처의 고해상도 AFM 이미징을 수행하기 위해 사용된다.
이 실시 예의 추가 측면에서, 제공 단계는 2mm/s 이상의 속도, 바람직하게는 25mm/s 이상의 속도로 수행된다.
이 실시 예의 다른 측면에 따르면, 샘플의 표면 특징은 <1um의 XY 픽셀 크기에서> 2nm이고, 측면 스캔 속도(lateral scanning speed)는 적어도 약 30mm/s이다.
바람직한 실시 예의 또 다른 측면에서, 원자력 현미경(atomic force microscope)(AFM)에는 AFM의 프로브와 샘플 사이의 상대적인 스캔 움직임을 제공하는 스캐너와 AFM 동작 중 프로브-샘플 상호 작용(probe-sample interaction)에 대한 응답으로 프로브의 편향을 측정하는 검출기(detector)가 포함된다. 제어기는 스캔 움직임의 제1 라인에 해당하는 측정된 편향을 기반으로 피드 포워드 Z 신호를 생성한다. 피드 포워드 Z 신호를 스캔 움직임의 제2 라인에 대응하는 측정된 편향과 결합하여 하이퍼Z 신호를 생성한다. 이 경우 하이퍼Z 신호는 피드 포워드 Z 신호로써 스캔 움직임의 다음 라인에서 사용된다.
다른 바람직한 실시 예에 따르면, 반도체 샘플에서 CMP 후 핫스팟 검출을 위해 원자력 프로파일(Atomic Force Profiling)(AFP) 기기를 동작하는 방법으로, 이 방법은 AFP의 프로브와 샘플의 제1 라인에서 샘플 사이의 상대적인 스캔 움직임을 제공하는 단계를 포함하고, 및 제공하는 단계에 대한 응답으로 프로브의 편향을 측정하는 단계 및 AFM 동작의 모드에 따라 프로브-샘플 분리를 제어하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 측정하는 단계를 기반으로 피드 포워드 Z 신호를 생성하고 샘플의 제2 라인에서 프로브와 샘플 사이의 상대적인 스캔 움직임을 제공하는 단계를 포함한다. 그후에, 프로브의 편향은 제2 라인에서 측정되며 프로브-샘플 분리는 AFM 동작의 모드에 따라 제어된다. 이 방법은 하이퍼Z 신호를 생성하기 위해 피드 포워드 Z 신호를 제2 라인에 대응하는 측정된 편향과 결합하는 단계를 포함하고, 다음 스캔 라인의 하이퍼Z 신호를 피드 포워드 Z 신호로서 사용한다. 관심 영역에 대해 단계가 반복되어 하이퍼Z 신호를 기반으로 하이퍼Z 데이터를 생성한다. 이 경우 하이퍼Z 데이터를 기반으로 샘플의 CMP 후 핫스팟을 식별할 수 있다.
본 발명의 이 실시 예에서, 제공하는 단계는 33 mm/s 이상의 속도로 수행된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 그러나 자세한 설명과 구체적인 예는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내면서, 제한이 아닌 예시로서 제공된다. 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 본 발명의 범위 내에서 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있으며, 본 발명은 이러한 모든 수정을 포함한다.
본 발명의 바람직한 예시적인 실시 예가 첨부된 도면에 도시되어 있으며, 여기서 동일한 참조 번호는 전체에 걸쳐 동일한 부분을 나타내며, 여기서:
도 1은 종래 기술의 원자력 현미경 AFM의 개략도이다;
도 2는 바람직한 실시 예의 AFM 고속 데이터 캡처 방법의 흐름도이다;
도 3은 도 2에 도시된 방법을 구현하도록 구성된 AFM의 개략도이다;
도 4는 도 2에 도시된 방법을 사용하여 획득된 AFP 데이터의 예시이다;
도 5는도 4에 도시된 바와 같이 획득된 데이터를 예시하는 일련의 개략 이미지이다; 및
도 6은 여기에 보여지고 설명된 방법을 사용하여 캡처 된 반도체 샘플의 다이 맵 이미지다.
바람직한 실시 예는 전체 리소그래피 스캔 필드를 측정할 수 있는 원자력 프로파일(Atomic Force Profilometry)(AFP)에 대한 새로운 접근 방식에 관한 것이며, 이는 CMP 후 핫스팟 검출 및 핫스팟 검출을 위한 후속 고해상도 원자력 현미경(Atomic Force Microscopy)(AFM) 이미징을 가능하게 한다. 이 새로운 접근 방식은 기존 이미징 보다 약 2 배 빠른, ~30 mm/s 보다 큰 스캔 속도로 표면 특징을 고해상도로 검출하여, 33 mm x 26 mm 다이 영역(die area)(예를 들어, 33mm x 26mm)에서 이미징이 가능하다. 새로운 방법을 사용하면 전체 다이 매핑이 가능하며 검출된 핫스팟은 고해상도 AFM 이미징으로 분석할 수 있다.
넓은 영역(일반적으로 다이 영역, 예를 들어, 33mm x 26mm)을 이미지화 하는 원자력 프로파일(Atomic Force Profilometry)(AFP) 방법 및 시스템이 도면에 표시되고 여기에 설명되어 있다. 이 방법은 "핫스팟"이라고 하는 평균 샘플 평면에서 CMP 후 표면 특징 편차를 검출할 수 있다. 이러한 핫스팟을 식별하고 찾은 후, 측량 목적으로 고해상도 AFM 모드에서 이미지를 다시 생성할 수 있다.
이 기술은 다음과 같은 고급 AFM 기술의 조합을 제공한다: 대면적 래스터 스캔 스테이지 움직임을 위한 XY 샘플 스테이지 사용, Z 축에서 빠르고 느린 스캔 축 샘플 기울기의 자동 보정, 저강성 원자력 현미경(AFM) 프로브 캔틸레버의 사용.
처음의 도 2로 돌아가서, 방법(100)은 블록 102에서 AFM 프로브/캔틸레버 조합을 선택하는 것을 포함한다. 이 선택은 샘플 기능 해상도에 필요한 팁 선명도(sharpness) 요구 사항을 충족하고 및 또한 레버의 굴곡 강성과 레버의 공진 주파수의 모두의 균형을 맞추는 캔틸레버 강성을 가지는 스캔 사용에 기초한다. 목표는 샘플 표면에 대한 침압의 영향을 최소화하고 샘플 지형 변화에 대한 고속 응답을 유지하는 것이다. 예를 들어, 약 0.4 N/m의 강성(스프링 상수) 및 40-70 kHz의 공진 주파수를 갖는 레버가 제공될 수 있다.
다음으로 방법(100)은 블록 104에서 캔틸레버의 편향 감도를 하는 단계를 선택적으로 포함한다. 필요하지는 않지만, 이러한 캔틸레버 교정이 선호된다. 이렇게 하면 AFM 기기 자체를 교정할 필요가 최소화된다. 바람직한 실시 예는 독립적인 기준 샘플(reference sample)에서 AFM 캔틸레버의 편향 감도(deflection sensitivity)를 자동으로 교정하는 방법을 사용한다(일반 단위- nm/V). 여기에는 NIST/SI 추적 가능한 샘플을 통해 접촉 모드에서 AFM을 동작하는 단계가 포함된다. 특히 새 프로브가 사용될 때마다 교정이 필요하다.
다음으로 블록 106에서, 샘플은 자동화된 AFM 시스템에 로드되고 XY 스테이지가 AFM 프로브로 이미지화 할 관심 영역을 찾을 수 있도록 정렬된다.
등록이 완료되면, 시스템에 이미 설치된, 교정되고, 및 이미징 사용 준비된, 이전에 선택한 AFM 프로브는 블록 108의 관심 영역에서 샘플 표면과 접촉한다. 팁이 샘플에 결합된 것을 확인한 후, XY 스테이지는 블록 110에서 미리 선택된 스캔 길이에 걸쳐 미리 선택된 스캔 속도로 이동한다. AFM 스캐너 시스템은 AFM 스캐너의 Z 축에서 폐쇄 루프 피드백 모드를 사용하여 샘플 지형을 추적한다. 이 Z- 지형(Z-topography) 정보는 다음 프로파일 스캔 라인에서 사용하기 위해 저장되지만 표시되지는 않는다. 이 정보는, 선택한 스캔 속도(최소 30mm/s)에서 표면을 완벽하게 추적하지 않더라도, 후속 스캔을 위해 프로브/팁을 +/- 최대 Z 범위 내로 유지하는 일종의 기준선(baseline)을 만드는 목적에 대해 충분히 정확하다.
블록 112에서 다음 스캔 라인을 시작할 때, 초기 폐쇄 루프 피드백 프로파일 라인의 Z 지형 데이터는 XY 스테이지가 프로파일 라인을 횡단하는 동안 "피드 포워드 추적(feed forward tracking)" 방식(Z FFWD)으로 샘플 지형을 추적하기 위해 Z 스캐너로 프로그램에 따라 보내진다. 또한, 제2 프로파일 라인을 횡단하는 동안, 교정된 캔틸레버의 수직 편향 신호는 블록 114의 두 데이터 세트에서 샘플 지형의 결합된 단일 표현을 생성하기 위해 프로그램에 따라 정의된 Z 지형 데이터로 캡처 되고 및 합산된다.
제2 라인 동안 마주치는 캔틸레버의 공칭 편향(nominal deflection)으로부터의 모든 편차(deviation)는 블록 116에서 업데이트 된 프로그램 Z 추적 데이터로 보내기 위해 이전 라인 Z 지형 데이터에 픽셀 단위로 저장되고 추가된다. 샘플 추적 피드 포워드 제어(Z FFWD)에 대한 이 업데이트는 전체 관심 영역이 이미지화 될 때까지 캡처 된 각 후속 프로파일 라인에 대해 개선되고 업데이트 된다(블록 118). 특히, 바람직한 실시 예에서, 제1 프로파일 라인에서 수집된 데이터는 이미지에 저장되지 않는다. 이미지 데이터 수집은 라인 2에서 시작한다. 라인 2 단계 움직임은 라인 1 단계 움직임의 반대이다. 라인 2 이후에는 다음 라인으로 이동하기 위한 추가 직교 스테이지 오프셋이 있다.
관심 분야 전체가 완료된 후, 고해상도 AFM 스캔을 위한 프로파일 영역 내의 영역은 자동으로 식별되거나, 수동으로 식별되거나, 추가 AFM 기반 이미징을 위해 수동으로 입력될 수 있다. 그런 다음 이미징 및 AFM 스캔 유형에 적합한 프로브를 선택하고 관련 메트릭(metric)에 대해 원하는 사이트를 스캔, 기록 및 분석gks다.
바람직한 실시 예에 따른 AFP 기기(AFP instrument)(120)(예를 들어, AFM)가 도 3에 도시되어 있다. XYZ 스캐너(XYZ scanner)(122)(예를 들어, 압전 튜브 스캐너)는 기계식 Z 스테이지(mechanical Z-stage)(124)에 결합되고 말단부에 팁(tip)(130)을 갖는 캔틸레버(128)를 포함하는 프로브 어셈블리를 지지한다. 팁(130)은 XY 스테이지(XY stage)(134)에 장착된 샘플(132)을 가로 질러 스캔 된다. XY 스테이지 제어기(XY stage controller)(136)는 선택된 스캔 속도에서 팁(130)과 샘플(132) 사이의 스캔 움직임(예를 들어, 래스터)을 제공할뿐만 아니라 샘플에서 관심 영역을 찾기 위해 스테이지(stage)(134)를 제어한다. 제어기(136)는 AFM 제어기(138)에 응답한다. 컴퓨터(140)는 제어기(136 및 138)를 구현한다.
동작 중, 팁(130)이 샘플(132)과 결합된 후, 샘플의 고속 스캔은 앞서 논의된 바와 같이 XYZ 스캐너(122)로 시작된다. 팁(130)은 예를 들어 접촉 모드 AFM에서 샘플(132)과 상호 작용한다. 프로브는 편향되고 이 편향은 광 빔 바운스 편향 검출 장치(optical beam-bounce deflection detection apparatus)(142)에 의해 측정된다. 장치(142)는 캔틸레버(128)의 후면으로부터 빔 "L"을 반사하고 편향 신호의 고속 처리를 위해 AFM 제어기의 DSP(146)에 편향 신호를 전송하는 광 검출기(photodetector)(144)를 향해 반사하는 레이저(도시되지 않음)를 포함한다.
AFM 제어기(138)는 전술한 바와 같이 피드 포워드 제어 신호를 연속적으로 결정하며, 프로브의 최대 Z 범위를 사용하여 샘플에 대한 팁의 Z 위치를 유지하기 위해 해당 신호를 스테이지(134)로 전송한다. 더욱이, 제어기(138)는 XYZ 스캐너(122)를 제어하면서 설정 점에서 프로브의 편향을 유지하기 위해 AFM 피드백을 결정하고 제공한다. 이 제어는 도 4에 자세히 설명되어 있다.
도 4 및 5로 돌아 가면, 각 단계(도 5)에서 수집된 데이터를 포함하는 바람직한 실시 예의 AFP 제어(도 4)의 예시가 제공된다. 제어 방식(Control scheme)(150)은 먼저 블록 152에서 데이터의 제1 라인을 캡처 하도록 동작한다. 대응하는 지형 정보(160)가 저장된다(그러나 이것은, 예를 들어 CMP 후 핫스팟을 식별하는 데 궁극적으로 사용될 데이터가 아니기 때문에 일반적으로 표시되지 않는다). 그 후, 블록 154에서 AFM은 데이터의 제2 라인을 얻기 위해 동작한다. 이 경우, 블록 152에 의해 생성된 피드 포워드 Z 신호(블록 162)는 본질적으로 후속(예를 들어, 라인 2) 스캔을 위한 시작점을 제공하는 데 사용된다. 프로파일링(profiling)(블록 164) 동안 캡처 된 측정된 캔틸레버 편향은 Z 피드 포워드 신호(블록 162)에 합산되어 하이퍼Z 데이터라고 하는 새로운 데이터 유형을 제공한다(블록 166).
다음 스캔 라인, 이 예의 라인 3에서, 블록 170의 피드 포워드 Z 신호는 오류 수정 라인(error corrected line) 2 하이퍼Z 데이터에 기초한다(블록 168). 방법의 이 단계 인 블록 156에서, 샘플이 스캔 되고 프로파일 링 중에 캔틸레버 편향(블록 172)이 캡처 된다. 새로운 하이퍼Z 데이터 세트가 생성된다(블록 174). 이러한 단계는 오류 수정 라인(N-1)을 기반으로 하는 피드 포워드 Z 신호가 새로운 하이퍼Z 데이터를 생성하는 데 사용되는 블록 158에서 반복된다. 각각의 경우 프로파일링 중에 캡처 된 캔틸레버 편향은 Z 피드 포워드로 합산되어 고속 데이터를 제공한다. 이 구현은 약 30 mm/s의 스캔 속도에서 하이퍼Z 데이터 캡처를 달성하는 것으로 나타났다.
이 새로운 접근 방식은 적어도 33 mm x 26 mm의 다이 영역을 이미징 할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 이러한 샘플의 이미지는 도 5에 나와 있다. 제1 프로파일 라인에서 수집된 데이터는 이미지에 저장되지 않는다. 이미지 데이터 수집은 라인 2부터 시작된다. 라인 2 스테이지 움직임은 라인 1 스테이지 움직임의 반대이다. 라인 2 이후에는 다음 라인으로 이동하기 위한 추가 직교 스테이지 오프셋이 있다.
이 방법 및 장치는 XY 픽셀 크기가 1um 미만이고 측면 스캔 속도가 30 mm/s 이상인 Z 높이가 2nm 이상인 표면 특징의 고해상도 검출을 제공한다. 측면 스캔 속도의 결과로 새로운 방법을 사용하면 33 mm x 26 mm 다이 영역을 현재 방법의 약 12 %(17 시간 대 142 시간)로 이미지화 할 수 있어 생산성(처리량)과 유용성이 크게 향상된다.
이 개선 사항은 또한 전체 리소그래피 스캔 필드를 측정할 수 있는 원자력 프로파일(Atomic Force Profiling)(AFP)에 대한 새로운 접근 방식과 애플리케이션을 정의하여 CMP 후 핫스팟 검출 및 후속 자동 고분해능 원자력 현미경(Atomic Force Microscopy)(AFM) 이미징을 핫스팟 계측에 사용할 수 있게 한다.
본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들이 고려한 최상의 모드가 위에 개시되었지만, 상기 발명의 실시는 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 특징에 대한 다양한 추가, 수정 및 재 배열이 기본 발명 개념의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음이 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 원자력 프로파일(AFP)의 방법에 있어서,
    상기 AFM의 프로브와 샘플의 제1 라인에서 상기 샘플 사이의 상대적인 스캔 움직임을 제공하는 단계;
    상기 제공하는 단계에 대한 응답으로 상기 프로브의 편향을 측정하는 단계 및 AFM 동작의 모드에 따라 상기 프로브-샘플 분리를 제어하는 단계;
    상기 측정하는 단계에 기초하여 피드 포워드 Z 신호를 생성하는 단계;
    상기 샘플의 제2 라인에서 상기 프로브와 상기 샘플 사이의 상대적인 스캔 움직임을 제공하는 단계;
    상기 제2 라인에서 상기 프로브의 편향을 측정하는 단계 및 AFM 동작의 모드에 따라 상기 프로브-샘플 분리를 제어하는 단계;
    하이퍼Z를 생성하기 위해 상기 제2 라인에 대응하는 상기 측정된 편향으로 상기 피드 포워드 Z를 결합하는 단계; 및
    상기 피드 포워드 Z 신호로써 상기 스캔의 다음 라인에서 상기 하이퍼Z 신호를 사용하는 단계
    를 포함하는
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샘플의 관심 영역이 이미지화 될 때까지 모든 단계를 반복하는
    방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반복하는 단계의 출력에 기초하여 관심 특징을 식별하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  4. 제3항에 있어서,
    관심있는 특징의 고해상도 AFM 이미징을 수행하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는 2 mm/s 이상의 속도로 수행되는
    방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는 25 mm/s 이상의 속도로 수행되는
    방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 샘플의 표면 특징은 < 1um의 XY 픽셀 크기에서 > 2nm이고, 측면 스캔 속도는 적어도 약 30 mm/s 인
    방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모드는 피크 포스 탭핑(PFT) 모드와 탭핑 모드 중 하나 인
    방법.
  9. 원자력 현미경(AFM)에 있어서,
    상기 AFM의 프로브와 샘플 사이에 상대적인 스캔 움직임을 제공하는 스캐너;
    AFM 동작 동안 프로브-샘플 상호 작용에 대한 응답으로 상기 프로브의 편향을 측정하는 검출기;
    상기 스캔 움직임의 제1 라인에 대응하는 상기 측정된 편향에 기초하여 피드 포워드 Z 신호를 생성하고, 및 하이퍼Z 신호를 생성하기 위해 상기 피드 포워드 Z 신호를 상기 스캔 움직임의 제2 라인에 대응하는 상기 측정된 편향과 결합하는 제어기를 포함하고; 및
    상기 하이퍼Z 신호는 피드 포워드 Z 신호로써 상기 스캔 움직임의 다음 라인에서 사용되는
    원자력 현미경.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 샘플의 표면 특징은 < 1 um의 XY 픽셀 크기에서 > 2 nm이고, 상기 스캐너의 측면 스캔 속도는 적어도 약 30 mm/s 인
    원자력 현미경.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 AFM은 피크 포스 탭핑(PFT) 모드 및 탭핑 모드 중 하나로 동작되는
    원자력 현미경.
  12. 반도체 샘플에 대한 CMP 후 핫스팟 검출을 위한 원자력 프로파일(AFP) 기기를 동작하는 방법에 있어서,
    상기 방법은:
    상기 샘플의 제1 라인에서 상기 AFP의 프로브와 샘플 사이의 상대적인 스캔 움직임을 제공하는 단계;
    상기 제공하는 단계에 대응하여 상기 프로브의 편향을 측정하는 단계 및 AFM 동작의 모드에 따라 상기 프로브-샘플 분리를 제어하는 단계;
    상기 측정하는 단계에 기초하여 피드 포워드 Z 신호를 생성하는 단계;
    상기 샘플의 제2 라인에서 상기 프로브와 상기 샘플 사이의 상대적인 스캔 움직임을 제공하는 단계;
    상기 제2 라인에서 상기 프로브의 편향을 측정하는 단계 및 AFM 동작의 모드에 따라 상기 프로브-샘플 분리를 제어하는 단계;
    하이퍼Z 신호를 생성하기 위해 상기 피드 포워드 Z 신호를 상기 제2 라인에 대응하는 상기 측정된 편향과 결합하는 단계;
    상기 스캔의 다음 라인에서 상기 하이퍼Z 신호를 상기 피드 포워드 Z 신호로써 사용하는 단계;
    하이퍼Z 신호에 기초하여 하이퍼Z 데이터를 생성하기 위해 단계 관심 영역에 대해 위의 단계를 위의 단계를 반복하는 단계; 및
    상기 하이퍼Z 데이터에 기초하여 상기 샘플의 CMP 후 핫스팟을 식별하는 단계를 포함하는
    방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 모드는 PFT 모드 인
    방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는 33 mm/s 이상의 속도로 수행되는
    방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 샘플의 표면 특징은 < 1 um의 XY 픽셀 크기에서 > 2 nm이고, 측면 스캔 속도는 적어도 약 30 mm/s 인
    방법.
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