오거 전자 분광법에 의한 50nm 이하 결함의 전체 웨이퍼 입자 분석

애플리케이션 노트

Juergen Scherer, Ph.D.

경쟁이 치열한 반도체 시장에서 새로운 반도체 설계의 급속한 개발과 축소 된 설계 규칙은 지속적인 수율 향상을 요구합니다. 설계 규칙이 축소됨에 따라 중요한 결함 크기가 작아지고 결함을 식별하기가 더 어려워집니다. 웨이퍼 결함의 올바른 구성 식별은 공구 성능을 최적화하는 데 필수적이었으며 상당한 재정적 영향을 미칠 수 있습니다.

결함은 일반적으로 광학 감지 매핑 도구에서 처음 발견되며 일반적으로 결함에 대한 위치 및 크기 정보를 제공합니다 (그림 1a). 웨이퍼상의 결함의 위치를 ​​나타내는 맵이 생성된다 (도 1b). 그런 다음 입자 스캐너가 제공 한 좌표를 사용하여 개별 결함을 찾고 결함의 SEM 이미지를 얻습니다 (그림 1c). 마지막으로 구성 분석이 수행됩니다 (그림 1d).

그림 1 : 입자 분석 워크 플로우 : (a) 입자 스캐너, (b) 결함 맵 (c) SEM 이미지 (d) 스펙트럼

역사적으로, 결함은 에너지 분산 형 X- 선 분광법 (EDS)에 의해 분석되었다; 그러나, 표준 EDS 분석에서 수집 된 X-ray의 작은 부분 만이이 기술의 큰 샘플링 볼륨으로 인한 결함에서 비롯됩니다. 결함이 작아짐에 따라 이러한 상황은 점점 더 악화되어 종종 결정적이지 않은 결과를 초래할 수 있습니다. 이 문제는 낮은 가속 전압과 창없는 검출기를 사용하여 어느 정도 완화 할 수 있지만 여전히 분석을 위해 신뢰성이 낮은 저에너지 스펙트럼 라인 만 남습니다.

대조적으로, 오거 전자 분광법 (AES 또는 오거)의 높은 표면 감도 및 작은 분석 부피는 오거를 50nm 미만의 결함 분석에 이상적인 기술로 만듭니다. 샘플링 깊이는 가속 전압과 무관하므로 높은 빔 에너지를 사용하여 스펙트럼에서 사용 가능한 모든 전이를 자극 할 수 있습니다. 오거 신호는 주로 결함 표면에서 수집되며 (그림 2), 결함의 신호 기여는 결함 크기가 줄어들면서 거의 일정하게 유지됩니다. 오거 스펙트럼은 또한 빔 산란으로 인해 기판으로부터 약간의 기여를 포함하는데, 이는 최소화 될 수 있지만 제거 될 수는 없다.

그림 2 : 검출량 비교, AES 및 기존 EDS

그림 3은 다양한 크기의 작은 결함에서 수집 된 오거 스펙트럼의 일부 예를 보여줍니다. 강한 신호 강도로 기록 된 우수한 감도는 20nm의 결함 크기로 유지되며이 크기 이하의 신호 드롭 오프가 있습니다.

그림 3 : 50nm에서 16nm까지 다양한 크기의 결함에서 수집 된 SEM 이미지 및 오거 데이터. 스퍼터링 전후에 스펙트럼을 획득 하였다.

이 기술의 높은 표면 감도는 근본 원인과 관련이있을 수있는 결함 표면의 오염 물질을 식별하는 데 유용한 도구가 될 수 있습니다. 이온 스퍼터링과 함께, 결함의 조성은 또한 깊이의 함수로서 분석되어 : 표면 산화물의 두께; 오염 물질이 실제로 표면에만 존재하는지 여부; 또는 결함이 매립되었는지 또는 벌크와 다른 외부 층을 갖는지의 여부. 도 3의 실시 예에서, 스퍼터 세정 후 및 수신 후 스펙트럼을 획득 하였다. 결함 표면에서 검출 된 C 및 O는 대부분 환경 오염 및 표면 산화와 관련이 있었다. 스퍼터링은 입자의 실제 조성을 노출시켰다 : Cu, Al, Cu, AlOx각각.

Auger에 의한 조성 분석은 최대 300mm의 웨이퍼 직경을 가진 베어, 코팅 또는 패턴 웨이퍼에서 수행 할 수 있습니다. 레티클의 표면에 전도성 층이 존재하는 한, 포토 마스크도 분석 될 수있다. EAG의 풀 웨이퍼 오거 툴은 산업 표준 광학 검사 툴이 제공하는 결함 좌표와 호환되며 다양한 파일 형식을 수용 할 수 있습니다. 웨이퍼상의 결함 분석은 반도체 생산을위한 수율을 향상시킬 수있는 귀중한 구성 정보를 제공 할 수있다.

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