KR20230133909A - 시간 도메인 광학 계측 및 반도체 디바이스 검사 - Google Patents

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KR20230133909A
KR20230133909A KR1020237029117A KR20237029117A KR20230133909A KR 20230133909 A KR20230133909 A KR 20230133909A KR 1020237029117 A KR1020237029117 A KR 1020237029117A KR 20237029117 A KR20237029117 A KR 20237029117A KR 20230133909 A KR20230133909 A KR 20230133909A
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KR
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semiconductor device
time domain
patterned structure
domain representation
measurements
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길라드 바락
아미르 사기프
이샤이 슈라이베르
자콥 오페크
즈비 고로호프스키
다프나 파이메르
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노바 엘티디.
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Abstract

반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현을 생성하는 단계, 시간 도메인 표현의 관련 부분 및 무관 부분을 선택하는 단계, 그리고 상기 시간 도메인 표현의 관련 부분을 이용하여 모델 기반 처리를 수행함으로써 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 결정하는 단계를 포함하는 반도체 디바이스 계측.

Description

시간 도메인 광학 계측 및 반도체 디바이스 검사
상호 참조
본 출원은 2021년 1월 28일에 출원된 미국 가특허 일련번호 63/142,971 및 2021년 1월 29일에 출원된 미국 가특허 일련번호 63/199,884로부터 우선권을 주장하며, 둘 다 그 전문이 본원에 참조로 포함된다
로직 및 메모리 디바이스와 같은 반도체 디바이스는 일반적으로 반도체 웨이퍼 상에 일련의 레이어를 증착함으로써 제조되며, 레이어의 일부 또는 전부는 패터닝된 구조를 포함한다. 광학 산란계는 종종, 반도체 디바이스의 다양한 레이어에 의해 반사된 빛을 측정한 다음, 미리 정의된 모델 또는 기타 참조 데이터와 관련하여 측정된 광 스펙트럼을 해석함으로써, 반도체 디바이스의 특성을 특성화하는 데 사용된다. 광학 산란계는 일반적으로 메모리 디바이스의 경우와 같이 주기적인 패턴 구조만을 갖는 반도체 디바이스에 사용하기에 특히 적합하다. 그러나 일부 유형의 반도체 디바이스는 메모리 회로와 같은 주기적인 패턴 구조를 가진 상위 레이어와, 논리 회로와 같은 비주기적 구조를 가진 하위 레이어를 가지고 있어, 기존 광학 산란계 기술을 사용하여 이러한 디바이스들의 특성을 특성화하는 것이 어렵거나 불가능하다.
시간 도메인 광학 계측 및 반도체 디바이스 검사를 위한 시스템, 방법 및 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공된다.
양태는 첨부된 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 보다 완전하게 이해되고 인식될 것이다:
도 1a - 1d는 본 발명의 실시예에 따라 구성되고 동작하는 반도체 디바이스의 시간 도메인 광학 계측 및 검사를 위한 시스템의 단순화된 개념도이다.
도 2a - 2c는 본 발명의 실시예를 이해하는 데 유용한 단순화된 그래픽 예시이다. 그리고
도 3a - 3d는 도 1a - 1d의 시스템의 예시적인 동작 방법의 단순화된 순서도가다.
도 4a는 방법의 예를 예시한다.
도 4b는 방법의 예를 도시한다.
도 4c는 도 4a의 방법의 단계의 예를 도시한다.
도 5는 방법의 예를 도시한다. 그리고
도 6은 패터닝된 구조, 조명 및 반사 방사선의 예를 도시한다.
일 양태에서, 반도체 디바이스 계측을 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은, 이 방법은: 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현을 생성하는 단계; 시간 도메인 표현의 후시 기산 부분을 제외한 시간 도메인 표현의 초기 시간 부분을 선택하는 단계; 그리고 시간 도메인 표현의 초기 시간 부분을 이용하여 모델 기반 처리를 수행함으로써 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 미리 정의된 모델은 패터닝된 구조의 대응하는 이론적 측정을 위해 패터닝된 구조에 의해 반사될 것으로 예상되는 광의 이론적 파장-도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현을 결정하도록 구성된다.
다른 양태에서, 미리 정의된 모델은 시간 도메인 표현의 초기 시간 부분에 대응하는 패터닝된 구조의 하나 이상의 상위 레이어를 모델링한다.
다른 양태에서, 미리 정의된 모델은 패터닝된 구조의 모든 다른 레이어를 제외하고 패터닝된 구조의 하나 이상의 상위 레이어를 모델링한다.
또 다른 양태에서, 파장 도메인 측정 데이터는 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상을 포함하고, 상기 생성하는 단계는 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 사용하여 시간 도메인 표현을 생성하는 것을 포함한다.
또 다른 양태에서, 반도체 디바이스 계측을 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현을 생성하는 단계, 시간-도메인 표현의 후기 시간 부분을 제외한 시간-도메인 표현의 초기 시간 부분을 선택하는 단계, 시간-도메인 표현의 선택된 초기 시간 부분을 시간-필터링된 파장-도메인 측정 데이터로 변환하는 단계, 그리고, 시간 필터링된 파장 도메인 측정 데이터를 사용하여 모델 기반 처리를 수행함으로써 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 미리 정의된 모델은 패터닝된 구조의 대응하는 이론적 측정을 위해 패터닝된 구조에 의해 반사될 것으로 예상되는 광의 이론적 파장 도메인 측정 데이터를 결정하도록 구성된다.
다른 양태에서, 미리 정의된 모델은 시간 필터링된 파장 도메인 측정 데이터에 대응하는 패터닝된 구조의 하나 이상의 상위 레이어를 모델링한다.
다른 양태에서, 미리 정의된 모델은 패터닝된 구조의 모든 다른 레이어를 제외하고 패터닝된 구조의 하나 이상의 상위 레이어를 모델링한다.
또 다른 양태에서, 파장 도메인 측정 데이터는 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상을 포함하고, 생성하는 단계는 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 사용하여 시간 도메인 표현을 생성하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 반도체 디바이스 계측을 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 반도체 디바이스의 패터닝된 구조 상의 제1 타겟 위치에 의해 반사된 광의 제1 파장 도메인 측정 데이터의 제1 시간 도메인 표현을 생성하는 단계, 반도체 디바이스의 패터닝된 구조 상의 제2 타겟 위치에 의해 반사된 광의 제2 파장 도메인 측정 데이터의 제2 시간 도메인 표현을 생성하는 단계, 제1 타겟 위치의 높이에 대응하는 제1 시간-도메인 표현에서의 제1 포인트를 식별하는 단계, 제2 타겟 위치의 높이에 대응하는 제2 시간-도메인 표현에서 제2 포인트를 식별하는 단계, 및 제1 타겟 위치의 높이와 제2 타겟 위치의 높이 사이의 높이 차이를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 제1 파장 도메인 측정 데이터는 제1 타겟 위치와 연관된 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상을 포함하고, 제2 파장 도메인 측정 데이터는 제2 타겟 위치와 연관된 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상을 포함하며, 제1 시간 도메인 표현을 생성하는 것은 제1 파장 도메인 측정 데이터의 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 사용하여 제1 시간 도메인 표현을 생성하는 것을 포함하고, 제2 시간 도메인 표현을 생성하는 것은 제2 파장 도메인 측정 데이터의 스펙트럼 진폭과 스펙트럼 위상을 모두 사용하여 제2 시간 도메인 표현을 생성하는 것을 포함한다.
다른 양태에서, 반도체 디바이스 검사를 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 파장-도메인 측정 데이터의 시간-도메인 표현을 생성하는 단계, 시간-도메인 표현을 참조 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 참조 시간 도메인 표현에 비교하는 단계, 및 시간 도메인 표현들 사이에 차이가 존재하는 경우 반도체 디바이스의 구조적 이상을 식별하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 파장 도메인 측정 데이터는 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상을 포함하고, 생성하는 단계는 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 사용하여 시간 도메인 표현을 생성하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 반도체 디바이스 계측을 위한 시스템이 제공되며, 이 시스템은 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현을 생성하도록, 그리고 시간 도메인 표현의 후기 시간 부분을 제외한 시간 도메인 표현의 초기 시간 부분을 선택하도록 구성된 스펙트럼 처리 유닛과, 시간 도메인 표현의 초기 시간 부분을 이용하여 모델 기반 처리를 수행함으로써 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 결정하도록 구성된 계측 유닛을 포함하며, 상기 스펙트럼 처리 유닛 및 계측 유닛이 a) 컴퓨터 하드웨어 및 b) 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현된 컴퓨터 소프트웨어 중 하나에서 구현된다.
다른 양태에서, 미리 정의된 모델은 패터닝된 구조의 대응하는 이론적 측정을 위해 패터닝된 구조에 의해 반사될 것으로 예상되는 광의 이론적 파장-도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현을 결정하도록 구성된다.
다른 양태에서, 미리 정의된 모델은 시간 도메인 표현의 초기 시간 부분에 대응하는 패터닝된 구조의 하나 이상의 상위 레이어를 모델링한다.
다른 양태에서, 미리 정의된 모델은 패터닝된 구조의 모든 다른 레이어를 제외한 패터닝된 구조의 하나 이상의 상위 레이어를 모델링한다.
다른 양태에서, 파장 도메인 측정 데이터는 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상을 포함하고, 여기서 스펙트럼 처리 유닛은 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 사용하여 시간 도메인 표현을 생성하도록 구성된다.
다른 양태에서, 반도체 디바이스 계측을 위한 시스템이 제공되며, 이 시스템은 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현을 생성하는 것, 시간 도메인 표현의 후기 시간 부분을 제외한 시간 도메인 표현의 초기 시간 부분을 선택하는 것, 그리고 시간 도메인 표현의 선택된 초기 시간 부분을 시간 필터링된 파장 도메인 측정 데이터로 변환하는 것을 수행하도록 구성된 스펙트럼 처리 유닛과, 시간-필터링된 파장-도메인 측정 데이터를 사용하여 모델 기반 처리를 수행함으로써 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 결정하도록 구성된 계측 유닛을 포함하고, 여기서 스펙트럼 처리 유닛 및 계측 유닛은 a) 컴퓨터 하드웨어 및 b) 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현된 컴퓨터 소프트웨어 중 임의의 것으로 구현된다.
다른 양태에서, 미리 정의된 모델은 패터닝된 구조의 대응하는 이론적 측정을 위해 패터닝된 구조에 의해 반사될 것으로 예상되는 광의 이론적 파장 도메인 측정 데이터를 결정하도록 구성된다.
또 다른 양태에서, 미리 정의된 모델은 시간 필터링된 파장 도메인 측정 데이터에 대응하는 패터닝된 구조의 하나 이상의 상위 레이어를 모델링한다.
다른 양태에서, 미리 정의된 모델은 패터닝된 구조의 모든 다른 레이어를 제외하고 패터닝된 구조의 하나 이상의 상위 레이어를 모델링한다.
다른 양태에서, 파장 도메인 측정 데이터는 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상을 포함하고, 여기서 스펙트럼 처리 유닛은 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 사용하여 시간 도메인 표현을 생성하도록 구성된다.
다른 양태에서, 반도체 디바이스 계측을 위한 시스템이 제공되며, 이 시스템은 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현을 생성하는 것, 시간 도메인 표현의 후기 시간 부분을 제외한 시간 도메인 표현의 초기 시간 부분을 선택하는 것, 그리고 시간 도메인 표현의 선택된 초기 시간 부분을 시간 필터링된 파장 도메인 측정 데이터로 변환하는 것을 수행하도록 구성된 스펙트럼 처리 유닛과, 시간-필터링된 파장-도메인 측정 데이터를 사용하여 모델 기반 처리를 수행함으로써 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 결정하도록 구성된 계측 유닛을 포함하고, 여기서 스펙트럼 처리 유닛 및 계측 유닛은 a) 컴퓨터 하드웨어 및 b) 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현된 컴퓨터 소프트웨어 중 임의의 것으로 구현된다.
다른 양태에서, 제1 파장 도메인 측정 데이터는 제1 타겟 위치와 연관된 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상을 포함하고, 제2 파장 도메인 측정 데이터는 제2 타겟 위치와 연관된 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상을 포함하며, 스펙트럼 처리 유닛은 제1 타겟 위치와 연관된 파장-도메인 측정 데이터의 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 사용하여 제1 시간-도메인 표현을 생성하도록 구성되고, 스펙트럼 처리 유닛은 제2 타겟 위치와 연관된 파장 도메인 측정 데이터의 스펙트럼 진폭과 스펙트럼 위상 모두를 사용하여 제2 시간 도메인 표현을 생성하도록 구성된다.
다른 양태에서, 반도체 디바이스 검사를 위한 시스템이 제공되며, 이 시스템은 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현을 생성하도록 구성된 스펙트럼 처리 유닛과, 시간 도메인 표현을 참조 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 참조 시간 도메인 표현과 비교하고, 시간 도메인 표현들 사이에 차이가 존재하는 경우 반도체 디바이스에서 구조적 이상을 식별하도록 구성된 구조적 이상 검출기를 포함하며, 여기서 스펙트럼 처리 유닛 및 구조적 이상 검출기는 a) 컴퓨터 하드웨어 및 b) 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현된 컴퓨터 소프트웨어 중 임의의 것으로 구현된다.
다른 양태에서, 파장 도메인 측정 데이터는 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상을 포함하고, 여기서 스펙트럼 처리 유닛은 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 사용하여 시간 도메인 표현을 생성하도록 구성된다.
도 1a - 1d는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되고 동작하는 반도체 디바이스의 시간 도메인 광학 계측 및 검사를 위한 시스템의 단순화된 개념도이다. 도 1a의 시스템에서, 이스라엘 Rehovot 소재의 Nova Measuring Instruments, Ltd.로부터 시판되거나 미국 특허 제10,161,885호에 기술된 바와 같은 PRIZM™과 같은 광학 계측 도구(100)가, 종래의 기술에 따라, 반도체 웨이퍼(106)와 같은 반도체 디바이스(104)의 패터닝된 구조(102)에 의해 반사된 광을 측정하고, 바람직하게는 반사된 광의 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 포함하는 대응하는 파장 도메인 측정 데이터(108)를 생성하기 위해 사용된다. 광학 계측 도구(100)는 패터닝된 구조(102)의 제조 동안 또는 후에 임의의 선택된 지점에서 패터닝된 구조(102)에 의해 반사된 광을 측정한다.
파장 도메인 측정 데이터(108)의 예는 패터닝된 구조(102)와 같은 스펙트럼 반사율 그래프(200)를 보여주는 도 2a에 도시되어 있다. 패터닝된 구조(102)가 비교되는 기준으로 작용하는 비교 패턴처리 구조의 스펙트럼 반사율 그래프(202)가 또한 도시된다. 비교 패터닝된 구조는 반도체 디바이스(104) 상에 또한 위치하는 "테스트" 패터닝된 구조(110)일 수 있으며, 여기에서 스펙트럼 반사 그래프(202)는 스펙트럼 반사 그래프(200)와 동일한 방식으로 생성된다. 그래프는 대략 430nm까지 실질적으로 동일하지만, 그 이후에는 상당히 다르다.
또한 도 1a에는 광학 계측 도구(100)에 바람직하게 통합되는 스펙트럼 처리 유닛(112)이 도시되어 있다. 파장 도메인 측정 데이터(108)의 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 사용하는 것과 같은 종래 기술에 따라, 파장 도메인 측정 데이터(108)의 시간 도메인 표현(114)을 생성하도록 스펙트럼 처리 유닛(112)이 구성되는 것이 바람직하다.
도 2b는 스펙트럼 반사율 그래프(200)의 시간 도메인 표현(200')을 도시하며, 패터닝된 구조(102)를 조명한 후 반사광이 광학 계측 도구(100)에 의해 수신되는 시간을 나타낸다. 스펙트럼 반사율 그래프(202)의 시간 도메인 표현(202')이 비교를 위해 또한 도시되어 있다. 여기에서 그래프는 X축(Y축은 시간 도메인에서 임의의 알려진 유형의 단위로 신호 진폭을 나타냄)을 따라 약 10펨토초까지 실질적으로 동일하며, 이는 하위 레이어보다 광을 더 빠르게 반사하는 패터닝된 구조(102) 및 테스트 패터닝된 구조(110)의 상위 레이어가 마찬가지로 실질적으로 동일함을 나타낸다.
도 1a의 스펙트럼 처리 유닛(112)은 바람직하게는 시간-도메인 표현(114)의 후기-시간 부분을 제외하는 시간-도메인 표현(114)의 초기-시간 부분(116)을 선택하도록 구성된다. 선택은 인간 오퍼레이터에 의해 스펙트럼 처리 유닛(112)으로 전송되거나, 미리 정의된 기준에 따라, 가령, 반사광의 처음 n 펨토초만을 포함하는 시간 도메인 표현(114) 부분을 초기 시간 부분(116)으로 선택함으로써, 스펙트럼 처리 유닛(112)에 의해 자동으로 수행될 수 있고, 여기서, n은 미리 지정된 임의의 값일 수 있다. 따라서, 예를 들어, 스펙트럼 처리 유닛(112)은 시간 도메인 표현(200')의 후기 시간 부분(206)을 제외한 도 2b의 시간 도메인 표현(200')의 초기-시간 부분(204)을 선택할 수 있다.
또한 도 1a에는 광학 계측 도구(100)에 바람직하게 통합되는 계측 유닛(118)이 도시되어 있다. 일 실시예에서, 계측 유닛(118)은 파장 도메인 측정 데이터(108)의 시간 도메인 표현(114)의 선택된 초기 시간 부분(116)을 사용하여 모델 기반 처리를 수행함으로써 패터닝된 구조(102)의 관심 파라미터(가령, OCD, SWA, 높이 등)의 하나 이상의 측정치를 결정하도록 구성된다. 이 실시예에서, 미리 정의된 모델(120)이, 패터닝된 구조(102)의 상응하는 이론적 측정을 위해 패터닝된 구조(102)에 의해 반사될 것으로 예상되는 광의 이론적 파장-도메인 측정 데이터의 시간-도메인 표현을 결정하도록 구성된다. 미리 정의된 모델(120)은 시간 도메인 표현(114)의 초기 시간 부분(116)에 대응하는 패턴처리된 구조(102)의 하나 이상의 상위 레이어를 모델링하고, 미리 정의된 모델(120)은 바람직하게는 패터닝된 구조(102)의 다른 모든 레이어를 제외한다. 모델-기반 처리는 반도체 계측에 흔히 사용되는 모델 피팅 기술을 이용하는 것이 바람직하며, 미리 정의된 모델(120)을 이용하여 패터닝된 구조(102)의 한 세트의 이론적 측정치를 결정할 수 있어서, 이론적 측정치 세트가 주어졌을 때, 패터닝된 구조(102)에 의해 반사될 것으로 예상되는 광의 이론적 파장 도메인 측정 데이터의 모델 기반 시간 도메인 표현을 도출할 수 있고, 따라서, 패터닝된 구조(102)의 측정치를 실제 결정할 수 있으며, 이 경우 모델 시간 시간 도메인 표현은 밀리 정의된 허용공차 내에서, 시간 도메인 표현(114)의 선택된 초기 시간 부분(116)과 실질적으로 동일하다.
도 1b에 도시된 다른 실시예에서, 스펙트럼 처리 유닛(112)은 시간-도메인 표현(114)의 선택된 초기 시간 부분(116)을 시간-필터링된 파장-도메인 측정 데이터(122)로 변환한다. 계측 유닛(118)은 그 후, 시간 필터링된 파장 도메인 측정 데이터(122)를 이용하여 모델 기반 처리를 수행함으로써 패터닝된 구조(102)의 하나 이상의 측정치를 결정한다. 이 실시예에서 미리 정의된 모델(120)은 패터닝된 구조(102)의 대응하는 이론적 측정을 위해 패터닝된 구조(102)에 의해 반사될 것으로 예상되는 광의 이론적 파장 도메인 측정 데이터를 결정하도록 구성된다. 미리 정의된 모델(120)은 바람직하게는 시간-필터링된 파장 도메인 측정 데이터(122)에 대응하는 패터닝된 구조(102)의 하나 이상의 상위 레이어를 모델링하고, 미리 정의된 모델(120)은 바람직하게는 패터닝된 구조(102)의 모든 다른 레이어를 제외한다.
도 1c에 도시된 다른 실시예에서, 광학 계측 도구(100)를 사용하여, 패터닝된 구조(102) 상의 제1 타겟 위치(124)에 의해 반사된 광을 측정하고, 전술한 바와 같이 대응하는 파장-도메인 측정 데이터(126)를 생성한다. 그런 다음 광학 계측 도구(100)는 패터닝된 구조(102) 상의 제2 타겟 위치(128)에 의해 반사된 광을 측정하고, 전술한 바와 같이 대응하는 파장-도메인 측정 데이터(130)를 생성하기 위해 사용된다. 제1 타겟 위치(124) 및 제2 타겟 위치(128)의 예는 ONO(SiO2/SiN/SiO2) 계단(208)이 SiO2(210)로 채워진 것으로 도시된, VNAND 계단 응용예를 도시하는 도 2c에 도시되어 있다. 화학 기계적 폴리싱(CMP)은 212에서 계단의 상단에 수행되며, 제1 타겟 위치(124) 및 제2 타겟 위치(128)의 상기 측정은 각각 제1 타겟 위치(214) 및 제2 타겟 위치(216)에서 취해지고, 여기서 제2 타겟 위치(216)는 바람직하게는 계단(212)의 상단 바로 위이다.
스펙트럼 처리 유닛(112)은 제1 타겟 위치(124)에 의해 반사된 광의 제1 파장-도메인 측정 데이터(126)의 제1 시간-도메인 표현(132)과, 제2 타겟 위치(128)에 의해 반사되는 광의 제2 파장-도메인 측정 데이터(130)의 제2 시간-도메인 표현(134)을 생성한다. 제1 타겟 위치(124)와 제2 타겟 위치(128)의 높이가 서로 다른 경우, 타겟 위치(124, 128)를 둘 다 측정할 때 기준 거울의 위치가 동일하다면 반사광은 시간 도메인 표현에서 서로 다른 시점에 나타날 것이다. 계측 유닛(118)은 제1 타겟 위치(124)의 높이에 대응하는 제1 시간 도메인 표현(132)의 제1 지점과 제2 타겟 위치(124)의 높이에 대응하는 제2 시간 도메인 표현(134)의 제2 지점을 식별하도록 구성된다. 그런 다음 계측 유닛(118)은 제1 타겟 위치의 높이와 제2 타겟 위치의 높이 사이의 높이 차이를 결정하며, 이 정보는 ONO 계단(208)의 CMP를 제어하는 데 사용될 수 있다.
도 1d에 도시된 다른 실시예에서, 반도체 디바이스(104)의 패터닝된 구조(102)에 의해 반사된 광을 측정하고 스펙트럼 처리 유닛(112)이 시간 도메인 표현(114)을 생성하는 대응하는 파장 도메인 측정 데이터(108)를 생성하기 위해 전술한 바와 같이 광학 계측 도구(100)가 사용된다. 광학 계측 도구(100)에 바람직하게 통합되는 구조적 이상 검출기(136)는 시간 도메인 표현(114)을, 기준 패턴 구조에 의해 반사된 광과 같은 기준 시간 도메인 표현(138)과 비교하도록 구성되며, 시간 도메인 표현들(114 및 138) 사이에 차이가 존재하는 경우 반도체 디바이스(104)에서 공극(void) 또는 다른 구조적 결함과 같은 구조적 이상을 식별하도록 구성된다.
이제, 본 발명의 실시예에 따라 동작하는, 도 1a의 시스템의 예시적인 동작 방법의 간략화된 순서도인 도 3a를 참조한다. 도 3a의 방법에서, 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광을 측정하고 반사된 광의 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 포함하는 대응하는 파장 도메인 측정 데이터를 생성하기 위해 광학 계측 도구가 사용된다(단계 300). 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현은 파장 도메인 측정 데이터의 스펙트럼 진폭과 스펙트럼 위상 모두를 사용하여 생성된다(단계 302). 시간 도메인 표현의 후기 시간 부분을 제외한 시간 도메인 표현의 초기 시간 부분이 선택된다(단계 304). 패터닝된 구조의 측정은 시간 도메인 표현의 선택된 초기 시간 부분을 사용하여 모델 기반 처리를 수행함으로써 결정된다(단계 306).
이제, 본 발명의 실시예에 따라 동작하는, 도 1b의 시스템의 예시적인 동작 방법의 간략화된 순서도인 도 3b를 참조한다. 도 3b의 방법에서, 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광을 측정하고 반사된 광의 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 포함하는 대응하는 파장 도메인 측정 데이터를 생성하기 위해 광학 계측 도구가 사용된다(단계 310). . 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현은 파장 도메인 측정 데이터의 스펙트럼 진폭과 스펙트럼 위상 모두를 사용하여 생성된다(단계 312). 시간 도메인 표현의 후기 시간 부분을 제외한 시간 도메인 표현의 초기 시간 부분이 선택된다(단계 314). 시간 도메인 표현의 선택된 초기 시간 부분은 시간 필터링된 파장 도메인 측정 데이터로 변환된다(단계 316).
패터닝된 구조의 측정은 시간 필터링된 파장 도메인 측정 데이터를 사용하여 모델 기반 처리를 수행함으로써 결정된다(단계 318).
이제, 본 발명의 실시예에 따라 동작하는, 도 1c의 시스템의 예시적인 동작 방법의 간략화된 순서도인 도 3c를 참조한다. 도 3c의 방법에서, 반도체 디바이스의 패터닝된 구조 상의 제1 및 제2 타겟 위치에 의해 반사된 광을 측정하고, 반사 광의 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 포함하는 대응하는 제1 및 제2 파장-도메인 측정 데이터를 생성하기 위해 광학 계측 도구가 사용된다(단계 320). 파장 도메인 측정 데이터의 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 사용하여 제1 및 제2 파장 도메인 측정 데이터의 제1 및 제2 시간 도메인 표현이 생성된다(단계 322). 제1 시간 도메인 표현의 제1 포인트 및 제2 시간 도메인 표현의 제2 포인트는 제1 및 제2 타겟 위치의 높이에 대응하여 식별된다(단계 324). 제1 타겟 위치의 높이와 제2 타겟 위치의 높이 사이의 높이 차가 결정된다(단계 326).
이제 본 발명의 실시예에 따라 동작하는, 도 1d의 시스템의 예시적인 동작 방법의 간략화된 순서도인 도 3d를 참조한다. 도 3d의 방법에서, 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광을 측정하고, 반사된 광의 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상 모두를 포함하는 대응하는 파장 도메인 측정 데이터를 생성하기 위해 광학 계측 도구가 사용된다(단계 330). 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현은 파장 도메인 측정 데이터의 스펙트럼 진폭과 스펙트럼 위상 모두를 사용하여 생성된다(단계 332). 시간 도메인 표현은 기준 시간 도메인 표현과 비교된다(단계 334). 시간 도메인 표현들 사이에 차이가 존재하면(단계 336), 반도체 디바이스에서 구조적 이상이 식별된다(단계 338).
광학 임계 치수(OCD) 계측은 제조 프로세스 동안 반도체 디바이스의 치수 특성화를 위한 주류 접근 방식이다. OCD는 광학 산란계측에 기초하며, 이는 상이한 조건(파장, 편광, 입사각, 등)에서 측정된 패턴의 광학적 반사율 특성의 고품질 측정이 가능하고, 고급 알고리즘, 모델링 및 머신 러닝 방법을 사용하여 반사율 정보를 해석한다.
OCD 방법을 사용할 때의 중요한 복잡성은 또한 주요 강점 중 하나이다. 광이 측정된 구조로 깊숙이 침투하고 상호 작용하여, 스택 전체의 치수 및 재료에 대한 민감도를 제공한다. 최신 SC 구조는 매우 얇기 때문에 광은 일반적으로 패턴 구조의 여러 레이어 내로 깊숙이 침투하며 이러한 모든 영역의 치수 및 재료 특성의 영향을 받는다. 측정된 구조의 상이한 부분들에 대한 민감도를 구분하는 것은 종종 매우 어렵다.
(a) 모델 셋업 복잡성 및 솔루션 도달 시간, (b) 다수의 파라미터에 대한 민감도 및 파라미터 상관 관계의 해상도, (c) 특히 하위 레이어 변화에 대한, 솔루션 강인성, (d) 설계 변경에 대한 탄력성을 허용하는 R&D 환경을 위한 OCD, (e) 머신 러닝(ML) 솔루션을 사용할 수 있는 능력, 참조 수 감소, (f) 복잡한 구조에 대한 계측, 특히 In-die 계측, (g) 공통 상위 영역을 공유하는 여러 사이트에 대한 단일 레시피, 및 (h) 짧은 루프에서 전체 루프로의 솔루션 전송과 관련된 문제를 포함한, 이러한 감도에 여러 요인이 존재한다.
모델 설정 복잡성 및 솔루션 도달 시간(TTS).
a. OCD 솔루션 구축의 첫 번째 단계는 OCD '레시피'를 설정하는 것이다. 이 단계에서, 측정된 구조의 시뮬레이션 표현(또는 산란 속성을 올바르게 나타내기에 충분히 유사한 그 단순화된 버전)이 설정된다. 그런 다음 시뮬레이션 구조는 시뮬레이션이 측정된 스택의 핵심 속성을 올바르게 나타낼 때까지 측정된 정보 및 참조 특성을 기반으로 업데이트되고 개선되어 피팅/회귀 접근 방식을 사용하여 측정을 해석할 수 있다. 핵심 속성은 관심 속성, 예를 들어 신호에 상당한 영향을 미치는 속성, 등일 수 있다. 속성은 모든 물리적 속성 및/또는 기하학적 속성일 수 있다.
b. 복잡한 다중-레이어 구조의 경우 이러한 모의적 표현을 구축하고 개선하는 데 며칠이 걸릴 수 있으며 경우에 따라 몇 주가 소요될 수도 있다. 종종, 단순화된 가정을 사용해야 하는 이러한 구조에 포함된 엄청나게 높은 복잡성으로 인해 얻은 솔루션이 부정확하다. 종종 이 프로세스는 유용한 솔루션으로 수렴하기 위해 고도로 숙련된 엔지니어가 필요하다.
다수의 파라미터에 대한 민감도 및 파라미터 상관관계의 분해능
a. 복잡한 구조는 수많은 파라미터로 흔히 설명되며, 그 중 일부는 일반적으로 파라미터 변경에 대한 측정 신호의 민감도(약한 파라미터)로 인해 해결하기 어려울 수 있다.
b. 여러 파라미터가 평가되는 경우, 두 개 이상의 파라미터 변화에 대한 스펙트럼 서명이 유사할 수 있다. 이러한 경우 개별 파라미터(파라미터 상관관계)에 대한 정확한 값을 결정하기가 어렵다.
특히 하위 레이어 변동에 대한, 솔루션 견고성.
a. OCD 솔루션은 개발에 사용된 구조와 크게 다른 구조에 사용되면 무효화된다. 분명히 구조적 요소(레이어, 상당한 모양 변경), 재료 변경 및 상당한 치수 변경의 추가는 스택의 개발된 시뮬레이션 설명 또는 머신 러닝 기반 설명을 유효하지 않게 만듭니다.
b. OCD의 광범위한 감도는 측정된 스택의 어떤 부분에서 그러한 변화가 계측 품질의 해로운 저하를 유발할 수 있음을 의미한다. 이와 관련하여 OCD 솔루션은 매우 섬세하며 '유효성' 영역에서 이러한 일탈을 식별하기 위해 일반적으로 다양한 방어 메커니즘이 사용된다.
c. 경우에 따라 하위 레이어(또는 다른 레이어)는 비주기적이거나, OCD 솔루션을 갖기 위해 필요한 다른 제약 조건을 준수하지 않는다. 이러한 경우, 하위 레이어(또는 다른 레이어)이 관심 파라미터를 포함하지 않더라도 원하는 레이어에서 관심 파라미터를 얻을 수 없다.
R&D 환경을 위한 OCD는 설계 변경에 대한 탄력성을 허용한다
a. 이전 문제를 악화시키는 더욱 극단적인 상황이 R&D 환경에서 제기된다. 제조 공정 개발 중에 빈번한 설계 변경이 이루어진다. 이러한 각 변경은 일반적으로 관련된 모든 OCD 솔루션을 적용할 수 없게 만들어 새로운 설계에 적용하기 위해 솔루션을 재개발(또는 최소한 조정)해야 한다.
b. 설명된 바와 같이, 매설된 하위 레이어에서 설계 변경이 발생하더라도 이러한 광학 방법의 광범위한 감도로 인해 그 위 레이어에 대한 계측 솔루션을 변경해야 하는 경우가 많다.
머신 러닝(ML) 솔루션을 사용하는 능력 및 참조 수 감소.
a. 최근 몇 년 동안 ML 솔루션은 OCD 계측 해석에서 점점 더 중요한 역할을 해왔다. 이러한 방법에서는 정확한 참조 데이터(예: TEM과 같은 상이한 계측 방법을 통해, 일부 다른 수단을 통해 얻음)를 가진 샘플에 대해 일련의 OCD 측정이 수행된다. 그런 다음 ML 솔루션은 이 '훈련' 정보를 사용하여 유사한 구조에서 측정을 해석하는 방법을 학습한다(측정치 및 참조치만 사용하거나 시뮬레이션 도구의 추가 정보 사용).
b. 믿을 수 없을 정도로 강력한 ML 도구가 현재까지 개발되었지만 모두 본질적으로 상당한 '훈련' 측정 및 참조 세트가 필요하다. 이 광범위한 세트는 ML 솔루션이 관심 파라미터(POI)의 변형과 스택 내 파라미터의 변형을 해독하고 분리하는 방법을 학습하기 위해 필요하다. ML 솔루션이 학습된 스택과 크게 다른 스택에 사용되는 경우(예: 훈련 세션 동안 변경되지 않은 파라미터의 변형을 포함) 일반적으로 실패한다.
c. 다시 말하지만, OCD의 광범위한 민감도는 훈련 데이터 세트가 광범위한 치수 파라미터 변동을 포함하는 매우 많은 수의 샘플을 포함해야 한다는 점에서 상당한 복잡성을 야기한다. 스택의 특정 영역에 대한 감도를 제한하는 기능은 참조 데이터 포인트의 수를 크게 줄인다. 또한 이러한 민감도를 제거하기 위해 수학적 필터링 솔루션을 찾을 필요가 없기 때문에 이러한 감소된 민감도는 ML 도구를 크게 강화하고 안정화한다.
복잡한 구조에 대한 계측, 특히 인-다이 계측.
a. 일반적으로 OCD 솔루션은 최종 기능에 사용되지 않는 웨이퍼의 희생 영역인 전용 영역(일반적으로 웨이퍼 '스크라이브 라인')에서 사용된다. 이를 통해 측정된 패턴을 다소 단순화하여 신뢰할 수 있는 OCD 솔루션과 더 나은 TTS를 허용하고, 측정된 구조 아래에 배치할 패턴을 제어할 수 있다. 이러한 패턴은 기능적 역할이 없기 때문에 OCD 측정과 충돌하거나 혼동하지 않도록 설계할 수 있다. 종종 평평한 금속 버퍼레이어, 단순 비패턴레이어 또는 단순화된 패턴을 포함하는 하위 레이어가 사용된다.
b. 최근 몇 년 동안 실제 공정을 보다 잘 나타내는 위치, 구체적으로 인-다이, 특히 SC 다이의 기능 영역, 즉 나중에 기능 작동에 사용되는 실제 패턴에서 OCD를 측정해야 할 필요성이 점점 더 커지고 있다. 이러한 추세는 점점 더 엄격해지는 프로세스 제어 요구 사항으로 인해 관심 장치에 더 가까운 계측의 필요성으로 인해 촉발되었다. 스크라이브 라인 측정과는 달리 이러한 영역은 본질적으로 장치 설계에 의해 결정되는 복잡성을 포함하여 하위 레이어로 구성되며 단순화할 수 없다.
c. 이러한 기본 구조에 대한 OCD의 감도는 종종 엄두도 못 내서, 이러한 인-다이 계측 작업을 허용하지 않는다. 이것은 하위 레이어가 비주기적일 때 매우 사실이며, 이 경우 모델 기반 OCD 솔루션은 불가능하다.
공통 상부 영역을 공유하는 상이한 사이트들에 대한 단일 레시피.
a. 설명된 바와 같이, 제조 동안 반도체 스택은 서로 다른 기능 요소가 서로 위에 배치된 다중-레이어 구조가 된다. 이는 여러 금속 상호 연결 레벨에서 특히 일반적이며, 특히 이러한 레벨이 14개 이상인 논리 상호 연결에서 일반적이다.
b. 하위 레이어에 대한 설명된 민감도로 인해, 동일한 최상위 레이어 레이아웃을 공유하지만 하위 레이어 구조가 상이한 여러 사이트에는 별도의 전용 OCD 솔루션이 필요하다. 이러한 여러 사이트에 대해 하나의 솔루션을 사용하는 기능은 OCD 솔루션에 유연성과 일반성을 모두 제공하므로 큰 가치가 있다. 하위 레이어에 대한 민감도의 현저한 감소 - 이 민감도를 완전히 제거하지 않더라도 - 최소한의 조정으로 서로 다른 사이트 간에 레시피를 쉽게 전송할 수 있다.
짧은 루프에서 전체 루프로의 솔루션 전달.
a. '짧은 루프'라는 용어는 베어(또는 단순) 기판에 특정 레이어를 제작하는 것과 관련이 있으며, 최종 제품에서는 기본 레이어 위에 위치한다. 짧은 루프 웨이퍼를 사용하면 R&D 중에 빠른 주기 시간이 가능하므로 이러한 하위 레이어를 완전히 제작하지 않고도 제작 프로토콜을 최적화할 수 있는 중요한 방법을 제공한다.
b. 그러나 OCD의 경우 짧은 루프 및 전체 루프 스택은 일반적으로 하부 레이어와의 광 상호 작용으로 인해 매우 다른 반사율 데이터를 생성한다. 결과적으로 OCD 솔루션은 일반적으로 짧은 루프와 전체 루프에 대해 별도로 개발되어, 상당한 투자 오버헤드가 필요하다.
관심 있는 하나 이상의 SD(semiconductor device) 부분에 관련된 신호를 선택하기 위해 하나 이상의 추가 방식을 선택하는 추가적 방식을 제공하는 것이 유익할 수 있다. 선택은 예를 들어, 위에서 언급한 방법이 부정확한 경우를 포함하여 다양한 경우에, 사용될 수 있다.
다양한 텍스트 세그먼트에서 레이어에 대한 참조가 이루어지지만 이들은 단지 SD(반도체 디바이스) 부분의 예일 뿐이다. 다수의 SD 부분은 상이한 z-축 위치에 위치할 수 있고, 다수의 SD 부분은 패터닝된 구조를 포함할 수 있고, 하나 이상의 레이어를 포함할 수 있고, 및/또는 레이어가 아닌 하나 이상의 부분을 포함할 수 있고, 2개의 SD 부분이 동일한 z축 위치에 위치할 수 있고, 등등이다.
다양한 텍스트 세그먼트에서, 관련 SD 부분인 하나 이상의 상위 레이어 및 관련없는 SD 부분인 하나 이상의 하위 레이어(하위 레이어)에 대한 참조가 이루어지지만, 이들은 단지 관련 SD 부분 및 무관 SD 부분의 비제한적 예일 뿐이다.
하위 레이어에 대한 측정 감도를 감소시키고 해석된 결과와 (하위 레이어와 같은) 원하지 않는 레이어 특성 사이의 상관관계를 감소시킬 수 있는 솔루션이 제공된다. 이 솔루션을 사용하여 약한 파라미터(약한 - 스펙트럼에 미미한 영향이 있음 - 응용 프로그램 및 조명 구조 요소에 따라 다름)에 대한 감도를 높이고 일반적인 의미에서 파라미터 상관관계를 해결할 수 있다.
솔루션은 관련 반도체 부분에 대한 감도를 증가시키고 무관 반도체 부분에 대한 감도를 감소시킬 수 있으며, 따라서 실제 반도체 디바이스를 참조로 사용하는 것을 생략하거나 적어도 감소시켜 계측 비용을 감소시킨다.
솔루션은 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현의 하나 이상의 관련 부분을 선택하고 하나 이상의 무관 부분을 선택하는 것을 포함할 수 있다.
측정 데이터는 광대역 파장 범위에서 반사 스펙트럼 진폭 및 스펙트럼 위상을 포함할 수 있다. 또는 - 측정 데이터는 반사된 스펙트럼 진폭을 포함할 수 있는 반면 스펙트럼 위상은 임의의 방식으로 추정될 수 있다.
시간 도메인 표현에서 - 반도체 디바이스에서 상이한 깊이(또는 상이한 높이 또는 상이한 z-축 값)의 레이어들과 관련된 기여는 일반적으로 시간 도메인 표현에서 상이한 시간에 위치된다.
측정된 구조 높이가 수 미크론일 때, 상부 및 하부 영역으로부터의 반사는 시간 도메인 표현에서 잘 분리된다.
그러나, 현재 솔루션에 의해 해결된 문제는 훨씬 더 나은 수직(z-축) 해상도를 요구하는 개선형의 고급 구조에도 적용 가능하여 수십 나노미터로, 심지어 수십나노미터 미만으로, 이격되도록 레이어로부터 기여분을 분리할 수 있다. 레이어들 중 적어도 하나는 나노미터 스케일 깊이를 갖는 얇은 레이어일 수 있다.
이 방법은 하나 이상의 목표 - 예를 들어, 무관 반도체 디바이스("SD") 부분(무관한 하위 레이어같은)의 속성에 대한 감도 감소, 하나 이상의 관련 SD 부분과 적어도 하나의 무관 SD 부분 간의 상관 관계에 대한 민감도 감소 - 를 얻기 위해, 시간 도메인 표현의 하나 이상의 관련 부분("TD 부분")을 선택할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로 - 하나 이상의 관련 SD 부분의 하나 이상의 속성에 대한 민감도 감소를 최소화하기 위해 이러한 선택이 이루어질 수 있다.
하나 이상의 관련 SD 부분의 하나 이상의 속성에 대한 솔루션의 민감도와 적어도 하나의 무관 SD 부분의 하나 이상의 속성에 대한 솔루션의 민감도 사이에 임의의 교환이 제공될 수 있다.
아래에 설명된 모든 기술은 각각의 측정된 특징에 대해 개별적으로 구현될 수 있음(및/또는 조명 및/또는 수집의 다양한 파장 범위에 개별적으로 적용될 수 있음)에 유의해야 한다. 측정 특징의 예는 편광, 입사각, 수집각, 방위각 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
선택은 하나 이상의 방식으로 획득될 수 있는 하나 이상의 선택 기준을 적용하여 이루어질 수 있다.
예를 들어 모델 기반 결정을 적용함으로써, 시뮬레이션이 사용될 수 있다. 이는 예를 들어 (예를 들어 유한 요소들의 엄격한 결합파 분석(RCWA)과 같은) 광-물질 상호 작용을 설명하기 위한 시뮬레이션 도구를 사용하여, 반도체 디바이스로부터 예상되는 반사 필드를 계산하는 것을 포함할 수 있다. 여러 시뮬레이션이 실행되어 반도체 디바이스의 다양한 치수 및 재료 특성에 대한 반사 스펙트럼(및 해당 시간 도메인 결과)을 제공한다(상이한 치수 및 재료 특성은 상이한 참조 반도체 디바이스로 표시됨). 여기에는 다양한 언더레이어 설계에 대해 실행할 수 있는 여러 계산을 수행하는 것도 포함될 수 있다. 시뮬레이션의 결과는 하나 이상의 선택 기준을 제공하기 위해 평가된다. 평가에는 위에서 언급한 목표 중 어느 하나를 얻을 분리를 찾는 것이 포함될 수 있다.
또 다른 예에 대해 - 결정은 실제 측정 기반일 수 있다. 하나 이상의 선택 기준은 참조 데이터가 있는 반도체 디바이스 세트를 사용하여 식별할 수 있다. 예를 들어, 세트의 반도체 디바이스는 관련된 상위 레이어를 공유할 수 있고, 그들의 하위 레이어에 의해 서로 다를 수 있다.
하나 이상의 선택 기준의 결정은 시뮬레이션 및 실제 측정에 기초할 수 있다.
솔루션은 하나 이상의 관련 TD 부분을 선택할 수 있다.
각각의 관련 TD 부분은 반도체 디바이스의 상이한 부분 및/또는 양태의 개별 해석을 허용할 수 있다. 예를 들어, 하나의 관련 부분은 스택 상단에 배치된 치수 특성에 대해 탁월한 선택성을 제공할 수 있으며 해당 파라미터에 대한 고품질 계측을 가능하게 한다. 이 첫 번째 파라미터 중 하나가 해석되고, 두 번째 TD 부분이 선택되어 속성에 대한 민감도가 반도체 디바이스에서 더 낮게 배치되도록 이루어지며, 다만 하위 레이어에 대한 민감도는 약간 증가한다.
추가는 이제 해석될 수 있지만, 이전 단계로부터 이미 알려져 있고 솔루션에 주입된 상부 SD 부분으로, 이 두 번째 해석이 훨씬 더 안정적이고 견고하게 이루어질 수 있다.
관련 TD 부분을 선택하기 위한 다른 방법은 반도체 디바이스에 충돌하는 광의 방사 패턴에 기초할 수 있다.
방사 패턴이 메인 로브와 하나 이상의 사이드 로브를 포함하고 반도체 디바이스의 최상위 레이어(또는 최상위 레이어의 일부)가 먼저 특정 사이드 로브에 의해 조명되고 그 후에야 메인 로브에 의해 조명된다고 가정하자. 검출기에서 - 특정 사이드 로브로부터의 반사가 나타날 때 반도체 디바이스의 다른 레이어로부터의 다른 반사가 없을 수 있다. 검출기에서 - 메인 로브로부터의 반사가 나타날 때 - 반도체의 다른 레이어로부터의 다른 신호도 나타날 수 있으므로 검출기는 상이한 레이어들로부터의 신호들의 합을 감지한다.
특정 사이드 로브로부터의 반사가 메인 로브로부터의 반사보다 약하지만 - 사이드 로브로 최상위 레이어를 조명하는 것으로부터 반사된 광을 포함하고 메인 로브로부터의 반사를 제외하는 TD를 선택하는 것은 실질적으로 최상위 레이어로부터만 정보를 제공할 수 있다.
하나 이상의 관련 ID 부분의 선택은 무관 TD 부분의 신호를 필터링하는 것으로 이어질 수 있고, 무관 TD 부분의 신호에 더 적은 가중치를 할당할 수 있고, 등등이다.
예를 들어, 시간 도메인 컷오프는 단계 함수일 필요가 없고 오히려 영역 t2<t<ti 외부의 기여가 무시되는 윈도우 필터일 필요가 있다. 이러한 윈도우 필터는 관련 SD 부분의 원하는 속성에 대한 민감도를 증가시키고 무관한 SD 부분의 속성에 대한 상관관계를 감소시킬 수 있다.
시간 도메인에서 상이한 폭 및/또는 중심을 갖는 다수의 윈도우 필터는 파라미터 민감도를 향상시키고 파라미터 상관 관계를 해결하기 위해 사용될 수 있다.
솔루션의 하나 이상의 특징 - 예를 들어 파장 도메인에서 시간 도메인으로의 변환 자체, 및 임의의 측정 파라미터는 임의의 방식으로 - 예를 들어 위에서 언급한 목표 중 임의의 것을 달성하기 위해, 결정될 수 있다.
솔루션 특징의 선택은 수직 해상도, 솔루션 견고성, 및/또는 서로 다른 SD 부분 사이를 분리하는 능력을 상당히 향상시킬 수 있다.
솔루션의 특징을 결정하는 것은 시뮬레이션 및/또는 측정 기반일 수 있다. 솔루션의 결과에 대한 하나 이상의 특징의 하나 이상의 값의 영향이 평가될 수 있으며, 솔루션의 하나 이상의 목표를 준수하도록 결정될 수 있다.
특징의 결정은 예를 들어 방출된 광 및/또는 검출된 광의 스펙트럼의 전처리를 포함할 수 있다.
스펙트럼의 상이한 파장 범위는 스택으로의 상이한 침투 깊이를 가질 수 있고, 본질적으로 원하는 수직 선택성의 일부를 제공할 수 있다. 따라서 분석에 사용되는 스펙트럼 범위를 좁히는 방식이 사용될 수 있다. 또 다른 가능성은 스펙트럼에 가중치를 부여하고, 특히 스펙트럼 가장자리(UV 및 IR 부분)에 필터를 적용하여 TD 변환 성능을 개선하는 것이다.
도 4a는 반도체 디바이스 계측을 위한 방법(400)의 예이다.
방법(400)은 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현을 생성하는 단계(410)에서 시작할 수 있다.
이 반도체 디바이스는 피측정 반도체 디바이스라고도 한다.
단계(410) 동안 사용되는 파장 도메인에서 시간 도메인으로의 변환("변환")은 임의의 방식으로 결정될 수 있다. 예를 들어 - 변환은 광의 다른 파장 성분의 침투 깊이(피측정 반도체 디바이스 내)를 기반으로 결정될 수 있다.
반도체 디바이스의 각 부분을 투과하는 파장을 결정하기 위해 상이한 투과 깊이가 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 파장이 해당 부분에만 침투하는 경우 - 이 특정 파장을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 상이한 파장의 침투 깊이는 (평가된 반도체 디바이스에 충돌하는 광으로부터) 파장을 제거하기 위해 및/또는 파장-도메인 측정 데이터의 상이한 파장에 가중치를 적용하기 위해(또는 그 중요성을 증가 또는 감소시키기 위해) 사용될 수 있다.
방법(400)은 또한 단계(420) 동안 사용될 하나 이상의 선택 기준을 수신 및/또는 결정하는 단계(430)를 포함할 수 있다.
단계(410 및 430) 다음에 단계(420)가 뒤따를 수 있다.
단계(420)는 하나 이상의 관련 TD 부분 및 적어도 하나의 무관한 TD 부분을 선택하는 것을 포함할 수 있다.
하나 이상의 관련 TD 부분을 선택하는 것은 하나 이상의 선택 기준을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 선택 기준은 하나 이상의 규칙일 수 있으며, 또는 머신 러닝 과정, 신경망 등을 이용하여 적용될 수 있다.
z축은 반도체 디바이스의 깊이를 따라 전파한다. 예를 들어, 서로 다른 레이어는 서로 다른 z축 좌표에 위치할 수 있다.
단계(420)는 임의의 수의 관련 TD 부분을 선택하는 것을 포함할 수 있다.
단계(420)는 하나 이상의 관련 TD 부분을 선택하기 위해 적용될 하나 이상의 선택 기준을 획득하는 것(단계 430)을 포함할 수 있거나 이에 선행할 수 있다.
단계(420) 동안 이루어진 선택은 적어도 부분적으로 다음 중 하나 이상에 기초할 수 있다:
a. 반도체 디바이스 내의 다수의 SD 부분 중 적어도 하나의 관련 SD 부분의 Z축 위치. 예를 들어 - 이 방법은 하나 이상의 관련 SD 부분의 하나 이상의 z축 위치를 수신하고 그에 따라 선택을 수행할 수 있다. 예를 들어 이전 예에서는 SD의 하나 이상의 상위 레이어를 선택하고 SD의 하나 이상의 하위 레이어를 무시하기 위해 컷오프 기반 선택이 이루어졌다.
b. 하나 이상의 SD 부분 디바이스의 하나 이상의 속성.
c. 하나 이상의 DS 부분의 하나 이상의 속성에 대한 방법(400)의 민감도.
d. 하나 이상의 관심 파라미터 중 적어도 하나의 파라미터.
e. 조명 조건 및/또는 수광 조건일 수 있는 적어도 하나의 측정 조건 - 예를 들어 편광.
단계(420) 동안 이루어진 선택은 하나 이상의 선택 기준을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 선택 기준은 임의의 방식으로 - 예를 들어 - 시뮬레이션 기반, 실제 측정 등에 기반하여 결정될 수 있다.
속성은 방법(400)에 의해 수신되거나 임의의 방식으로 - 예를 들어, 시뮬레이션으로, 실제 측정에 기초하여, 등에 의해 결정될 수 있다.
단계(420) 다음에는 하나 이상의 관련 TD 부분을 사용하여 처리를 수행함으로써 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 결정하는 단계(490)가 뒤따를 수 있다.
하나 이상의 무관 TD 부분에 포함된 신호는 무시될 수 있다. 대안적으로 - 이들은 고려될 수 있지만 하나 이상의 관련 TD 부분의 신호보다 덜 중요하다.
도 4b는 반도체 디바이스 계측을 위한 방법(401)의 예이다.
방법(401)은 추가 정보를 수신하는 단계(411)를 포함한다는 점에서 방법(400)과 다르다. 추가 정보는 예를 들어, 단계 410 등을 적용하여 실행되지 않는 반도체 디바이스의 측정값일 수 있다.
단계 411 및 단계 420 다음에는 시간 도메인 표현의 하나 이상의 관련 부분을 사용하고 추가 정보를 사용하여 처리를 수행함으로써 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 결정하는 단계(492)가 이어진다.
도 4c는 방법(400)의 단계(430)의 예를 도시한다.
단계(430)는 하나 이상의 참조 반도체 디바이스의 계측 시뮬레이션에 기초하여 하나 이상의 선택 기준을 결정하는 단계 450을 포함할 수 있다.
시뮬레이션은 - 예를 들어 - 하나 이상의 SD 부분(예를 들어, 무관한 SD 부분)의 하나 이상의 속성에 의해, 서로 다를 수 있는 참조 반도체 디바이스에 대한 것일 수 있다.
상이한 참조 반도체 디바이스는 피측정 반도체 디바이스의 모델에 변화(적어도 하나 이상의 무관한 SD 부분에서)를 도입함으로써 결정할 수 있다.
변화는 예를 들어 적어도 하나의 SD 부분의 재료를 변경하는 것, 적어도 하나의 SD 부분의 하나 이상의 요소의 모양 및 크기 중 적어도 하나를 변경하는 것, 적어도 하나의 SD 부분의 위치를 변경하는 것, 하나 이상의 요소를 생략하는 것, 하나 이상의 요소를 추가하는 것, 등을 포함할 수 있다.
상이한 속성을 시뮬레이션함으로써, 시뮬레이션은 하나 이상의 SD 부분의 하나 이상의 속성에 대한 방법(400)의 민감도를 찾을 수 있다.
단계 450은 (a) 단계 490 동안 측정될 상이한 관심 파라미터를 시뮬레이션하는 것(단계 452), 및 (b) 적어도 하나의 측정 조건의 상이한 값들을 시뮬레이션하는 것(단계 454)을 포함할 수 있다. 측정 조건은 조명 조건, 수광 조건 또는 이들의 조합일 수 있다.
단계(452) 및/또는 단계(454)는 하나 이상의 참조 반도체 디바이스를 시뮬레이션할 때 적용될 수 있다.
임의의 참조 반도체 디바이스는 하나 이상의 양태에서 피측정 반도체 디바이스와 상이할 수 있지만 적어도 하나의 다른 양태에서는 유사할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 관련 SD 부분은 동일하게 유지될 수 있는 반면 하나 이상의 무관 SD 부분에는 하나 이상의 차이점이 도입될 수 있다.
단계 430은 적어도 하나의 무관 SD 부분의 적어도 하나의 속성에 의해 서로 다른 상이한 참조 반도체 디바이스들의 계측 측정에 기초하여 하나 이상의 선택 기준을 결정하는 단계 460을 포함할 수 있다. 상이한 참조 반도체 디바이스들은 피측정 반도체 디바이스의 패터닝된 구조의 적어도 일부를 포함할 수 있다.
단계 430은 적어도 하나의 무관한 SD 부분의 적어도 하나의 속성에 의해 서로 다른 상이한 참조 반도체 디바이스들의 실제 또는 추정된 계측 측정에 기초하여 하나 이상의 선택 기준을 결정하는 단계 470을 포함할 수 있다.
상이한 참조 반도체 디바이스는 짧은 루프 반도체 디바이스 및 긴 루프 반도체 디바이스를 포함할 수 있다. 짧은 루프 반도체 디바이스 및 긴 루프 반도체 디바이스 모두 피측정 반도체 디바이스의 패터닝된 구조의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 짧은 루프 반도체 디바이스는 본질적으로 (a) 기판 및 반도체 디바이스의 패터닝된 구조의 적어도 일부로 구성될 수 있다. 긴 루프 반도체 디바이스는 피측정 반도체 디바이스의 실질적으로 전체 부분을 포함할 수 있다.
단계 440은 반도체 디바이스로부터의 상이한 방사선 로브의 실제 또는 추정된 반사에 기초하여 하나 이상의 선택 기준을 결정하는 단계 480을 포함할 수 있다.
로브(lobes)는 시뮬레이션된 방사선 로브 또는 실제 방사선 로브일 수 있다. 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광은 상이한 로브를 포함할 수 있다.
예를 들어, 단계(480)는 반도체 디바이스의 패터닝된 구조의 적어도 일부로부터 광 사이드 로브의 반사의 측정 데이터를 포함하는 관련 TD 부분을 선택하기 위한 선택 기준을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
광 사이드로브는 반도체 디바이스의 패터닝된 구조의 적어도 일부에 대한 광의 메인 로브의 충돌 전에 반도체 디바이스의 패터닝된 구조의 적어도 일부에 충돌한다.
선택 기준은 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 메인 로브의 측정 데이터를 무시하는 것을 포함할 수 있다.
도 5는 피측정 반도체 디바이스들 간을 비교하기 위한 방법(500)을 예시한다.
방법(500)은 단계(510, 520 및 530)를 포함할 수 있다.
단계(510)는 제1 피측정 반도체 디바이스의 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 얻는 것을 포함할 수 있다. 방법(400 및 401) 중 하나를 사용하여 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정값이 생성된다.
단계(520)는 제2 피측정 반도체 디바이스의 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정값을 얻는 것을 포함할 수 있다. 방법(400 및 401) 중 하나를 사용하여 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정값이 생성된다.
단계(510 및 520) 다음에 (a) 제1 반도체 디바이스의 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 (b) 제2 반도체 디바이스의 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치와 비교하는 단계(530)가 뒤따를 수 있다. 비교는 하나 이상의 비교 결과를 제공한다.
비교는 2개보다 많은 반도체 디바이스의 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치 간에 이루어질 수 있다.
비교 결과는 예를 들어, 반도체 디바이스들 사이의 차이를 결정하고, 잠재적인 결함 또는 불합격을 나타내기 위해, 공정 변화를 나타내기 위해, 등을 위해 처리될 수 있다.
도 6은 반도체 디바이스의 패터닝된 구조(460), 충돌 방사선(610), 패터닝된 구조(460)의 상부 표면(642)(및 상부레이어(641))으로부터 반사된 제1 반사 방사선(620), 및 하부 표면(644)(및 하위 레이어(643))으로부터 반사된 제2 반사 방사선(630)의 예를 도시한다.
충돌 방사선(610)은 초기 충돌 사이드로브(616), 충돌 메인 로브(614) 및 후기 충돌 사이드로브(612)를 갖는다. 제1 반사 방사선(620)은 초기 제1 사이드로브(622), 제1 메인 로브(624) 및 후기 제1 사이드로브(626)를 갖는다. 제2 반사 복사선(630)은 초기 제2 사이드 로브(632), 제2 메인 로브(634) 및 후기 제2 사이드 로브(636)를 갖는다.
초기 제1 사이드로브(622)와 제2 반사 방사선(630) 사이에 타이밍 중첩이 없는 반면, 제1 메인 로브(624)와 제2 반사 방사선(630) 사이에 타이밍 중첩이 있다(특히 제1 메인 로브(624)와 초기 제2 사이드로브(632) 사이에 중첩이 있음). 중첩의 부재로 인해 초기의 제1 사이드로브(622)는 상부 표면(및 상위 레이어(641))에 대한 신뢰할 수 있는 정보를 제공할 수 있다.
동일한 이유로 인해 후기 제2 사이드로브(636)가 하부 표면(644)(및 하부 레이어(643))에 대한 신뢰할 수 있는 정보를 제공할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
방사 패턴이 메인 로브 및 하나 이상의 사이드 로브를 포함하고 반도체 디바이스의 최상위 레이어(또는 최상위 레이어의 일부)이 먼저 특정 사이드 로브에 의해 조명되고 그 후에야 비로소 메인 로브에 의해 조명된다고 가정한다. 검출기에서, 특정 사이드 로브로부터의 반사가 나타날 때 반도체 디바이스의 다른 레이어로부터의 다른 반사가 없을 수 있다. 검출기에서, 메인 로브로부터의 반사가 나타날 때, 반도체의 다른 레이어로부터의 다른 신호도 나타날 수 있으므로 검출기는 상이한 레이어들로부터의 신호의 합을 감지한다.
특정 사이드 로브로부터의 반사가 메인 로브로부터의 반사보다 약하지만, 메인 로브로부터의 반사를 제외하면서 사이드 로브로 최상위 레이어를 조명하는 것으로부터 반사된 광을 포함하는 TD를 선택하는 것은 실질적으로 상위 레이어로부터만의 정보를 제공할 수 있다.
주파수 확장
계측을 위해 시간 도메인(TD) 접근법을 사용하는 방법에 상당한 개선이 제공될 수 있다. 구체적으로, 위에서 설명한 방법은 구조의 시간 도메인 임펄스 응답(TDIR)을 추론하기 위해 광대역 필드 반사율(즉, 복합 반사율)의 측정을 사용한다.
TDIR의 상이한 부분들은 상이한 시간들에 발생하는 반사와 관련되어, 피측정 스택의 상이한 영역들로부터의 반사에 대한 그들의 연관을 허용한다.
그러한 방법은 하위 레이어에 대한 감소된 감도 및 관심 영역에 대한 개선된 계측을 가능하게 한다.
이들 방법의 한 속성은 얻어진 수직 해상도이다. 일반적으로 수직 해상도 AL은 스펙트럼 대역폭에 의해 결정되며, (대략적으로) 다음과 같이 추정할 수 있다.
neff 는 구조와 관련된 일부 유효 굴절률이고, λmin 및 λmax는 최소 및 최대 파장이다. neff를 추정하기 위해 상이한 방법들을 사용할 수 있다.
AL보다 더 작은 수직 분리를 갖는 스택의 영역은 TD 방법을 사용하여 쉽게 분리될 수 없으며, 그 적용 가능성을 크게 제한한다. UV-IR 스펙트럼 범위를 사용하는 표준 산란측정법을 사용하면 일반적인 수직 분리가 수십 또는 수백 nm임을 추론할 수 있고, 이는 오늘날 고급 반도체 구조의 상당수의 두께가 TD 방법의 액세스에 미치지 못함을 의미한다.
제안된 솔루션은 수직 제한을 다루고, 위에 주어진 이론적인 한계를 넘어 결과적인 해상도를 개선하기 위한 알고리즘 방식을 제공한다.
기술된 바와 같이, TD 방법의 분해능 제한은 측정 스펙트럼 대역폭(식 1)에 의해 지시된다. 현재 솔루션은 피측정 구조에 대한 추가 통찰력을 제공하지 않으면서 향상된 TD(수직) 분해능을 제공하는 인공 외삽으로 피측정 스펙트럼을 확장할 수 있다.
이득보다 해악으로 귀결될 수 있는 전체 TD 방법의 장애로 이어질 수 있는 잘못된 스펙트럼 확장을 방지하기 위해 정확한 외삽법을 제공할 필요가 있다.
UV 및 IR 범위 모두에 대한 스펙트럼 외삽이 유리하지만, 스펙트럼을 UV로 확장하는 것이 훨씬 더 중요하다는 점에 유의해야 한다. 왜냐하면 예상되는 분해능 개선이 좀 더 주목할만하기 때문이다(수식 1 참조).
이러한 스펙트럼 외삽법을 얻기 위한 몇 가지 방법이 있으며 모델 기반 외삽법, 참조 기반 외삽법 및 물리적 인수 기반 외삽법을 포함할 수 있다.
모델 기반 외삽법은 대부분의 경우 피측정 구조가 (대략) 알려진 기하학적 요소의 주기적인 배열이라는 사실을 사용할 수 있는 하나 이상의 방법을 포함할 수 있으며, 여기에 모델 기반 반사율 스펙트럼이 광-물질 시뮬레이션을 이용하여 추정될 수 있다.
공칭 스택 설명을 사용하여, 시뮬레이션된 스펙트럼을 피측정 범위를 넘는 파장으로 확장하고 피측정 데이터 세트에 결과를 첨부할 수 있다. 측정된 대역폭을 넘어선 파장으로 모델을 확장하는 것은 직관적이다(종종 사용 가능하거나 물리적 고려 사항에서 얻을 수 있는 이러한 파장에서 스택 재료의 광학 특성에 대한 정보만 필요함).
이 접근법의 순진한 구현은 시뮬레이트된 스펙트럼과 측정된 스펙트럼 사이에 불연속성을 야기할 것이다. 측정된 스펙트럼(또는 측정된 스펙트럼 및 해당 로컬 파생물)을 지속적으로 확장하도록 외삽 스펙트럼을 수정하는, 스무딩 알고리즘이 이러한 비현실적인 확장을 방지하도록 구현될 수 있다.
측정 자체를 사용하여 이 확장에 사용되는 모델을 개선할 수 있다: 스택의 대략적인 특성을 제공하는 예비 해석을 실행하고, 모델 기반 외삽의 기초로서 도출된 치수를 사용한다. 분명히, 이 첫 번째 단계는 하위 레이어로부터의 '오염'으로 인해 어려움을 겪을 것이지만 개략적이기만 하면 되므로 유도 오류가 제한적일 수 있다.
재귀적으로 그렇게 하는 것도 가능하다: 일부 스택 설명에 대한 예비 추측이 먼저 스펙트럼 확장의 계산에 사용되고 측정에 첨부된다. 해석 회귀 프로세스의 각 지점에서(의미: 스택 파라미터가 변경되고 계산 결과가 측정치와 비교됨) 스펙트럼이 매우 넓은 스펙트럼 범위에서 시뮬레이션된다. 측정 범위를 벗어난 스펙트럼 부분이 측정에 추가된다. 이제 시뮬레이션 및 측정된 스펙트럼(시뮬레이션에 의해 확장된 측정된 스펙트럼 포함) 모두 VTS를 통과하고 비교된다. 이 접근법은 개선된 결과를 제공할 수 있다.
참조 기반 외삽 - 여기에서 모든 측정에 대해 단일 외삽이 사용된다(위의 첫 번째 경우에서와 같이 - '공칭 스택 사용'). 그러나 이 공칭 선택은 레시피 생성 단계에서 수행된다. 이러한 '공칭' 스택의 큰 세트가 계산되어 참조가 있는 샘플 세트를 분석하는 데 사용된다. 최상의 결과를 제공하는 선택된 공칭은 이후 외삽을 위해 사용될 수 있다.
여기서 참조는 실제 치수 값을 의미할 수 있다. 하위 레이어만 의도적으로 변경된 경우(예: 짧은\전체-루프) 동일한 웨이퍼에 상이한 샘플 또는 심지어 부위를 갖는 것이 더 간단할 수 있다. 이것들 역시 '참조' 역할을 할 수 있다(외부 치수 계측 없이도). 따라서 외삽을 위한 '최고의 스펙트럼'이 선택되어, 동일한 하위 레이어를 가진 모든 샘플에 가장 유사한 결과를 제공할 수 있다(즉, 최고의 하위 레이어 독립성).
물리적 인수 기반 외삽법 - 필드 반사율이 일부 특정 특성을 충족해야 한다는 것을 보여줄 수 있다. 이러한 요구 사항 중 하나는 반사된 필드의 실수 및 허수 부분이 Kramers-Kronig(KK) 관계를 충족해야 한다는 것이다. 이러한 적분 관계는 측정된 도메인에서 알려진 데이터를 기반으로 외삽 스펙트럼에 제한을 부과한다. (위의 방법이나 다른 방법으로) 외삽 근사를 얻은 후, KK 관계를 사용하여 외삽을 수정하여 전체 외삽 오류를 줄일 수 있다.
이들 KK 관계는 또한 스펙트럼 외삽을 위한 임의의 추가 입력 없이 사용될 수 있다: 측정된 데이터세트를 KK 관계를 만족시키는 기본 함수 세트에 투영함으로써, 외삽이 간단하게 얻어질 수 있다(A.B. Kuzmenko, 'Kramers- Kronig Constrained Variational Analysis of Optical Spectra', Review of Scientific Instruments 76, 083108 (2005) 참조).
특히 Tong-wavelength' 도메인으로 외삽할 때 일부 스택은 근사 설명으로 처리될 수 있다. 중적외선에서 '유효 매체' 또는 기타 단순화된 접근 방식은 스택에 대한 자세한 설명이 필요하지 않으면서 매우 정확할 수 있다. 이 접근 방식에서는 MIR의 고유한 낮은 감도를 고정확도 스펙트럼 외삽을 얻기 위한 수단으로 사용한다.
전술한 바와 같이, 확장된 스펙트럼 범위는 TD 분석에서 수직 분해능을 향상시켜 스택의 상이한 부분들로부터 기여도를 분리하는 탁월한 능력을 허용한다. [이전 IP 참조]에 광범위하게 설명된 바와 같이, 이러한 개선은 전반적인 계측 성능, 공정 변화에 대한 탄력성, 심지어 단일 솔루션 체계를 사용하여 다양한 언더레이어가 있는 패턴에 대한 적용 가능성 등 많은 이점을 가져올 수 있다.
특정 관심의 한 예는 3D-NAND 계측을 위한 TD 방법의 사용이다. 여기서 전체 스택 높이는 수 미크론이므로, 3D-NAND 구조의 스택 상단과 하단에서 반사를 분리하는 데 해상도 문제가 없다. 그러나 3D-NAND 구조 바닥과 그 아래에 위치한 CMOS 구조에서 반사를 분리하는 데 관심이 있는 경우 필요한 수직 해상도가 훨씬 더 좋을 수 있다.
여기에 기술된 방법은 이 능력을 가능하게 할 수 있다.
본 명세서에 기술된 임의의 양태는 컴퓨터 하드웨어 및/또는 종래의 기술에 따라 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현된 컴퓨터 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 컴퓨터 하드웨어는 종래의 기술에 따라 상호운용되는 하나 이상의 컴퓨터 프로세서, 컴퓨터 메모리, VO 디바이스, 및 네트워크 인터페이스를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "프로세서" 또는 "디바이스"라는 용어는 예를 들어 CPU(중앙 처리 장치) 및/또는 다른 처리 회로를 포함하는 장치와 같은 임의의 처리 장치를 포함하도록 의도됨을 이해해야 한다. 또한 "프로세서" 또는 "디바이스"라는 용어는 하나 이상의 처리 장치를 지칭할 수 있고, 처리 장치와 관련된 다양한 요소가 다른 처리 장치에 의해 공유될 수 있음을 이해해야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "메모리"는 예를 들어 RAM, ROM, 고정 메모리 디바이스(예: 하드 드라이브), 이동식 메모리 디바이스(예: 디스켓), 플래시 메모리 등과 같은 프로세서 또는 CPU와 관련된 메모리를 포함한다. 이러한 메모리는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로 간주될 수 있다.
또한, 본원에서 사용되는 "입력/출력 장치" 또는 "I/O 장치"라는 문구는 예를 들어 처리 유닛에 데이터를 입력하기 위한 하나 이상의 입력 장치(예: 키보드, 마우스, 스캐너 등), 및/도는 처리 유닛과 관련된 결과를 제시하기 위한 하나 이상의 출력 장치(예: 스피커, 디스플레이, 프린터 등)를 포함한다.
본 발명의 실시예는 시스템, 방법 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 프로세서로 하여금 본 발명의 양태를 수행하게 하기 위한 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령어를 갖는 컴퓨터 판독가능 저장 매체(또는 매체들)를 포함할 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 명령어 실행 장치에 의한 사용을 위한 명령어를 보유하고 저장할 수 있는 유형적 장치일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 예를 들어, 전자 저장 장치, 자기 저장 장치, 광학 저장 장치, 전자기 저장 장치, 반도체 저장 장치 또는 이들의 임의의 적절한 조합일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 보다 구체적인 예의 일부 목록은: 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, RAM(Random Access Memory), ROM(Read-Only Memory), 소거 가능한 프로그래밍 가능한 전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), SRAM(정적 임의 액세스 메모리), 휴대용 CD-ROM(컴팩트 디스크 읽기 전용 메모리), DVD(디지털 다목적 디스크), 메모리 스틱, 플로피 디스크, 천공 카드 또는 그 위에 기록된 지침이 있는 홈의 융기 구조와 같은, 기계적으로 인코딩된 장치, 및 전술한 것들의 임의의 적절한 조합을 포함한다. 여기에 사용된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 전파 또는 기타 자유롭게 전파하는 전자기파, 도파관 또는 기타 전송 매체를 통해 전파하는 전자기파(예를 들어, 광섬유 케이블을 통해 전파되는 광 펄스) 또는 와이어를 통해 전송되는 전기 신호와 같은 일시적 신호인 것으로 간주되지 않는다.
본 명세서에 기술된 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로부터 각각의 컴퓨팅/처리 장치로 또는 네트워크, 예를 들어 인터넷, 근거리 통신망, 광역 네트워크, 및/또는 무선 네트워크를 통해 외부 컴퓨터 또는 외부 저장 장치로 다운로드될 수 있다. 네트워크는 구리 전송 케이블, 광 전송 섬유, 무선 전송, 라우터, 방화벽, 스위치, 게이트웨이 컴퓨터 및/또는 에지 서버를 포함할 수 있다. 각 컴퓨팅/처리 장치의 네트워크 어댑터 카드 또는 네트워크 인터페이스는 네트워크로부터 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어를 수신하고 각각의 컴퓨팅/처리 장치 내의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장하기 위해 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어를 전달한다.
본 발명의 동작을 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어는 어셈블러 명령어, 명령어 세트 아키텍처(ISA) 명령어, 머신 명령어, 머신 종속 명령어, 마이크로코드, 펌웨어 명령어, 상태 설정 데이터 또는 하나 이상의 프로그래밍 언어의 임의의 조합으로 쓰여진 소스 코드 또는 객체 코드일 수 있으며, 이러한 프로그래밍 언어는 가령, Java, Smalltalk, C++ 등과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어와, "C" 프로그래밍 언어 또는 유사한 프로그래밍 언어와 같은 종래의 절차적 프로그래밍 언어를 포함한다.
컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어는 전적으로 사용자 컴퓨터에서, 부분적으로 사용자 컴퓨터에서, 독립형 소프트웨어 패키지로서, 부분적으로는 사용자의 컴퓨터에서 부분적으로는 원격 컴퓨터에서, 또는 전적으로 원격 컴퓨터 또는 서버에서 실행될 수 있다. 후자의 시나리오에서, 원격 컴퓨터는 LAN(Local Area Network) 또는 WAN(Wide Area Network)을 포함한 임의의 유형의 네트워크를 통해 사용자의 컴퓨터에 연결될 수 있고, 또는, 외부 컴퓨터에 대한 연결이 (예를 들어, 인터넷 서비스 공급자를 사용하여 인터넷을 통해) 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어 프로그래밍 가능 논리 회로, FPGA(field-programmable gate arrays) 또는 PLA(programmable logic arrays)를 포함한 전자 회로는 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어의 상태 정보를 이용하여 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어를 실행하여, 전자 회로를 개인화할 수 있고, 따라서, 본 발명의 양태를 수행할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 실시예에 따른 방법, 장치(시스템) 및 컴퓨터 프로그램 제품의 순서도 예시 및/또는 블록도를 참조하여 양태를 설명한다. 순서도 예시 및/또는 블록도의 각 블록, 및 순서도 예시 및/또는 블록도의 블록 조합은 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어에 의해 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
이러한 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어는 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터 또는 기타 프로그래밍 가능한 데이터 처리 장치의 프로세서에 제공되어 기계를 생산할 수 있고, 따라서, 컴퓨터 또는 기타 프로그래머블 데이터 처리 장치의 프로세서를 통해 실행되는 명령어들이 순서도 및/또는 블록도 블록에 명시된 기능/동작을 구현하기 위한 수단을 생성할 수 있다. 이러한 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어는 또한 컴퓨터, 프로그램 가능 데이터 처리 장치 및/또는 다른 장치가 특정 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있으므로, 명령어를 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 순서도 및/또는 블록도 블록 또는 블록들에 명시된 기능/동작의 양태를 구현하는 명령어를 포함하는 제조품을 포함한다.
컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어는 또한 컴퓨터, 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치 또는 다른 장치에 로드되어, 일련의 작동 단계가 컴퓨터, 다른 프로그램 가능한 장치 또는 다른 장치에서 수행되어 컴퓨터 구현 프로세스를 생성할 수 있다. 따라서, 컴퓨터, 다른 프로그래밍 가능한 장치 또는 기타 장치에서 실행되는 명령어들이 순서도 및/또는 블록도 블록 또는 블록들에 지정된 기능/행위를 구현할 수 있다.
도면의 순서도 예시 및 블록도는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품의 가능한 구현의 아키텍처, 기능 및 동작을 예시한다. 이와 관련하여, 순서도 예시 또는 블록도의 각 블록은 지정된 논리 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 컴퓨터 명령어를 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 컴퓨터 명령어 일부를 나타낼 수 있다. 일부 대안적인 구현에서, 블록에 언급된 기능은 도면에 언급된 순서와 다르게 발생할 수 있다. 예를 들어, 연속으로 표시된 두 개의 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나 관련된 기능에 따라 블록이 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 또한 순서도 예시 및 블록도의 각 블록, 및 이러한 블록의 조합은 특정 기능 또는 동작을 수행하는 특수 목적 하드웨어 기반 및/또는 소프트웨어 기반 시스템에 의해 구현될 수 있음에 유의해야 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 대한 설명은 설명의 목적으로 제시되었지만, 개시된 실시예로 제한되거나 배타적이지 않다. 예를 들어, 여기에 설명된 시스템 및 방법은 반도체 웨이퍼 상의 모든 유형의 구조에 적용 가능하다. 설명된 실시예의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 많은 수정 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (19)

  1. 반도체 디바이스 계측을 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현을 생성하는 단계;
    상기 시간 도메인 표현의 하나 이상의 관련 부분 및 상기 시간 도메인 표현의 적어도 하나의 무관 부분을 선택하는 단계; 그리고
    상기 시간 도메인 표현의 하나 이상의 관련 부분을 사용하여 처리를 수행함으로써 상기 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 디바이스는 상이한 z-축 위치에 위치된 다수의 반도체 디바이스 부분을 포함하고, 상기 다수의 반도체 디바이스 부분은 상기 패터닝된 구조를 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 선택하는 단계는, 상기 반도체 디바이스 내의 상기 다수의 반도체 디바이스 부분 중 적어도 하나의 관련 부분의 z-축 위치에 적어도 부분적으로 기초하는. 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 선택하는 단계는, 상기 다수의 반도체 디바이스 부분 중 적어도 일부의 적어도 하나의 속성에 적어도 부분적으로 기초하는, 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 선택하는 단계는, 상기 다수의 반도체 디바이스 부분 중 적어도 하나의 반도체 디바이스 부분의 적어도 하나의 속성에 대한 상기 방법의 민감도에 적어도 부분적으로 기초하는, 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 선택하는 단계는, 상기 하나 이상의 관심 파라미터 중 적어도 하나의 파라미터에 적어도 부분적으로 기초하는, 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 선택하는 단계는, 적어도 하나의 측정 조건에 적어도 부분적으로 기초하는, 방법.
  8. 제2항에 있어서, 하나 이상의 선택 기준을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 선택하는 단계는 상기 하나 이상의 선택 기준을 적용하는 것을 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 획득하는 단계는 상기 하나 이상의 선택 기준을 결정하는 것을 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택 기준은 적어도 하나의 무관 반도체 디바이스 부분의 적어도 하나의 속성에 의해 서로 차별화되는, 상이한 참조 반도체 디바이스들의 계측 시뮬레이션에 기초하여 결정되고, 상기 상이한 참조 반도체 디바이스들은 적어도 하나의 반도체 디바이스 부분을 포함하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택 기준은 적어도 하나의 무관 반도체 디바이스 부분의 적어도 하나의 속성에 의해 서로 차별화되는, 상이한 참조 반도체 디바이스들의 계측 측정에 기초하여 결정되고, 상기 상이한 참조 반도체 디바이스들은 적어도 하나의 반도체 디바이스 부분을 포함하는, 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택 기준은 적어도 하나의 무관 반도체 디바이스 부분의 적어도 하나의 속성에 의해 서로 차별화되는, 상이한 참조 반도체 디바이스들의 실제 또는 추정된 계측 측정에 기초하여 결정되고, 상기 상이한 참조 반도체 디바이스들은 짧은 루프 반도체 디바이스 및 긴 루프 반도체 디바이스를 포함하며, 상기 상이한 참조 반도체 디바이스들은 적어도 하나의 반도체 디바이스 부분을 포함하는, 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택 기준은 상이한 참조 반도체 디바이스들 각각에 포함된 반도체 디바이스 부분에 의해 서로 차별화되는, 상이한 참조 반도체 디바이스들의 실제 또는 추정된 계측 측정에 기초하여 결정되는, 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택 기준은 참조 반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광 사이드로브의 측정 데이터에 기초하여 결정되고, 상기 참조 반도체 디바이스의 패터닝된 구조 상에 광의 메인 로브가 충돌하기 전에 상기 광 사이드로브가 상기 참조 반도체 디바이스의 패터닝된 구조 상에 충돌하는, 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 시간 도메인 표현을 생성하는 단계는, 파장 도메인-시간 도메인 변환을 적용하는 단계를 포함하고, 상기 파장 도메인-시간 도메인 변환은 광의 상이한 파장 성분의 침투 깊이에 기초하여 설정되는, 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 결정하는 단계는 또한 추가 정보에 응답하여 이루어지는, 방법.
  17. 제1항에 있어서, 다른 반도체 디바이스의 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 얻는 단계와, (a) 상기 다른 반도체 디바이스의 상기 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를, (b) 상기 반도체 디바이스의 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치에 비교하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 명령어들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서, 상기 명령어들은:
    반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현을 생성하는 것;
    상기 시간 도메인 표현의 하나 이상의 관련 부분 및 상기 시간 도메인 표현의 적어도 하나의 무관 부분을 선택하는 것; 그리고
    상기 시간 도메인 표현의 하나 이상의 관련 부분을 사용하여 처리를 수행함으로써 상기 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 결정하는 것을 위한 명령어인, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
  19. 프로세서, 메모리 유닛을 포함하는 계측 유닛으로서, 상기 프로세서는:
    반도체 디바이스의 패터닝된 구조에 의해 반사된 광의 파장 도메인 측정 데이터의 시간 도메인 표현을 생성하는 것;
    상기 시간 도메인 표현의 하나 이상의 관련 부분 및 상기 시간 도메인 표현의 적어도 하나의 무관 부분을 선택하는 것; 그리고
    상기 시간 도메인 표현의 하나 이상의 관련 부분을 사용하여 처리를 수행함으로써 상기 패터닝된 구조의 하나 이상의 관심 파라미터의 하나 이상의 측정치를 결정하는 것을 수행하도록 구성되는, 계측 유닛.
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