KR101967853B1 - 시사각 밀 - Google Patents

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Abstract

전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰를 형성하는 방법 및 시스템이 개시되어 있다. 상기 방법은, 이온 발생원으로부터의 이온 비임을 샘플의 제1 표면으로 안내하여 상기 샘플 중 적어도 일부분을 밀링하는 단계; 상기 이온 비임을 사용해 상기 제1 표면을 밀링하여 제2 표면을 노출하는 단계로서, 상기 이온 발생원에 대해 원격 위치해 있는 제2 표면의 단부가 상기 이온 발생원에 대해 근접 위치해 있는 제1 표면의 단부보다 기준 깊이에 비해 더 긴 깊이로 밀링되는, 단계; 전자 발생원으로부터의 전자 비임을 상기 제2 표면으로 안내하는 단계; 및 상기 전자 비임이 상기 제2 표면과 상호작용함을 검출함으로써 상기 제2 표면의 이미지를 형성하는 단계;를 포함한다. 실시예들은 또한 단면을 형성하기 전에 상기 샘플의 제1 표면을 평탄화하는 단계를 포함한다.

Description

시사각 밀{Glancing angle mill}
본 발명은 하전 입자 비임 밀링에 관한 것으로 특히, 스캐닝 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰를 형성하는 방법에 관한 것이다.
하전 입자 비임 시스템들은 집적 회로들, 자기 기록 헤드들, 및 포토리소그래피 마스크들과 같은 미세가공 장치들의 가공, 복구, 및 검사를 포함하여, 여러 용도에 사용되고 있다. 본 발명의 양수인인, FEI 사로부터 시판되고 있는 듀얼 비임(Dualbeam) 기기들과 같은 듀얼 비임 시스템들은 최소한으로 손상된 고해상도 이미지를 타깃에 제공할 수 있는 스캐닝 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM), 및 기재(substrate)들을 변경하는데 그리고 이미지들을 형성하는데 사용될 수 있는 집속(focused) 또는 성형(shaped) 비임 시스템(FIB)과 같은 이온 비임 시스템을 포함하는 것이 전형적이다. 그러한 듀얼 비임 시스템들은 예를 들면 본원에 완전히 그대로 참조병합되는, Hill과 그의 동료 명의의 미국 특허 제7,161,159호에 개시되어 있다. 일부 듀얼 비임 시스템들에서는, 상기 FIB가 수직으로부터 52도와 같은 각도로 배향(orientation)되어 있으며 전자 비임 칼럼이 수직으로 배향되어 있다. 다른 시스템들에서는, 상기 전자 비임 칼럼이 틸트(tilt)되어 있으며 상기 FIB가 수직으로 배향되어 있을 수도 있고 또한 틸트되어 있을 수도 있다. 샘플이 놓여져 있는 스테이지가 틸트되어 있을 수 있는 것이 전형적이며 몇몇 시스템들에서는 약 60도에 이르기까지 틸트되어 있을 수 있다.
듀얼 비임 시스템의 일반 용도는 미세가공 동안 결함들 및 다른 고장들을 분석하여 미세가공 프로세스들을 고장수리, 조정, 및 개선하는 것이다. 결함 분석은 설계 검증 진단 및 생산 진단을 포함하는 반도체 생산의 모든 측면과 아울러, 초소형 회로의 연구 개발의 다른 측면에서 유용하다. 장치 구조들이 계속 소형화되고 새로운 재료들이 도입됨에 따라, 현재 반도체들의 구조적 복잡도가 지수함수적으로 증대하게 된다. 이러한 새로운 재료들로 만들어진 구조들 대부분은 재입(再入)가능하고, 이전 층들을 통해 다시 침투가 이루어지게 된다. 따라서, 장치 고장의 구조적 원인들 및 결함들은 종종 수면하에 완전히 은닉되어 있다.
따라서, 결함 분석은 종종 3차원에 기반한 단면 절취 및 뷰잉 결함들을 필요로 한다. 반도체 웨이퍼들 상에서 구리 도체 장치들의 사용이 증대됨으로 인해, 3차원 결함 분석들을 수행할 수 있는 양호한 시스템들이 이전보다 훨씬 중요해지고 있다. 이는 매입되어 있는 결함들이 많아지게 되고 그리고/또는 소형화되며, 추가로 여러 사례에서 화학적 분석이 필요하기 때문이다. 더욱이, 결함 특징 및 고장 분석에 대한 구조적 진단 해결수단들은 훨씬 신뢰성 있는 결과들을 짧은 시간 내에 전달하여, 설계자들 및 제조업자들이 복잡한 구조적 고장들을 신뢰를 갖고 분석할 수 있게 하고, 재료 조성, 및 결함 발생원을 이해할 수 있게 하며, 그리고 수율(收率; yield)을 증가할 수 있게 해야 한다.
예를 들면, 듀얼 비임 시스템들은 다마스크 세공(damascene) 프로세스에 의해 가공된 구리 배선 트렌치들의 공극(void)들을 검출하는데 사용될 수 있다. 전형적인 다마스크 세공 프로세스에서는, 기재의 하부 실리콘 산화물 절연층이 개구 트렌치들로 패터닝되는데, 상기 개구 트렌치들에는 구리 도체가 침착(deposition)되게 된다. 상기 트렌치들에 상당히 과충전된 두꺼운 구리 피막은 절연체 상에 침착되며, 화학적-기계적 평탄화는 구리를 상기 절연층의 상측 레벨까지 제거하는데 사용된다. 상기 절연층의 트렌치들 내에 침착되는 구리는 제거되지 않으며 패터닝된 도체가 된다. 상기 트렌치들에 내재하는 구리 내의 임의의 공극들이 개방 회로 결함을 야기할 수 있다. 상기 트렌치들 내의 충전 품질을 평가하기 위해, 듀얼 비임 시스템이 상기 트렌치의 단면을 노출 및 이미지화하는 데 사용될 수 있다.
도 1에는 선행기술에 공지되어 있는 듀얼 비임 SEM/FIB 시스템을 사용한 단면 노출 방법이 도시되어 있다. 전형적으로는, 샘플(102) 내의 특징을 분석하기 위해, 집속 이온 비임(focused ion beam; FIB)이 은닉된 특징이 보이게 되는 샘플 재료의 표면(112)의 상측에 대해 수직인 단면, 또는 면(108)을 노출한다. SEM 비임 축(106)이 FIB 비임 축(104)에 대해 예각을 이루는 것이 전형적이기 때문에, 상기 SEM 비임이 상기 면을 이미지화하는데 이용가능하도록 상기 면의 전방에 있는 샘플의 일부가 제거되는 것이 바람직하다. 선행기술의 방법에 관련된 한가지 문제는 대다수의 단면들이 상기 트렌치를 적절하게 특징화하기에 충분한 크기를 갖는 한 세트의 샘플들을 형성하도록 상기 트렌치의 길이를 따라 노출되어야 하는 것이 전형적이라는 것이다.
상기 FIB에 의해 만들어지는 개구부에 대해 깊이를 갖는 특징들의 경우에, 선행기술의 방법은 신호 대 잡음비가 낮아지게 되는 문제점에 직면한다. 이러한 경우는 깊은 구멍 내에 섬광등(flashlight)을 비춰서 상기 깊은 구멍의 측면 이미지를 형성하게 하는 것과 유사하다. 예를 들면, 전형적인 구리 배선 트렌치는 5-8 나노미터(㎚) 폭 x 12 나노미터(㎚) 깊이이다. 상기 SEM으로부터의 전자들 대부분은 상기 트렌치에 남게 되고 검출기로 후방산란하지 않게 된다.
듀얼 비임 시스템의 일반 용도는 생명 과학 분야에 관련되어 있다. 예를 들면, 전자 현미경 검사로 질병의 분자 메커니즘의 관측, 유연한 단백질 구조의 배좌(配座; conformation) 및 자연생명론적인 문맥에서의 개별 바이러스 및 단백질의 거동(擧動; behavior)이 허용된다. 예를 들면, 생체 시료를 분석하기 위해 전자 현미경 검사에 채용되는 한가지 기법은 "슬라이스 앤드 뷰(Slice-and-View)" 기법으로 불리고 있다. 이러한 기법은 듀얼 비임 SEM/FIB 시스템으로 수행되는 것이 전형적이다.
슬라이스 앤드 뷰 기법에서는, 상기 FIB가 고정밀도로 샘플을 커팅(cutting) 및 슬라이싱(slicing)하여 상기 샘플의 3D 내부 구조들 또는 특징들을 노출한다. 상기 SEM에 의한 면 이미지를 획득한 후에는, 상기 면에 있는 기재의 다른 층이 상기 FIB를 사용하여 제거됨으로써, 새롭고 더 깊은 면, 결과적으로는 상기 특징의 더 깊은 단면이 노출되게 할 수 있다. 단지 바로 그 면의 표면에 있는 특징의 일부만이 상기 SEM으로 볼 수 있기 때문에, 커팅 및 이미지화, 또는 슬라이싱 및 뷰잉의 순차적 반복은 슬라이싱된 샘플을 상기 특징의 3D 표현으로 재구성하는데 필요한 데이터를 제공한다. 이리하여, 상기 3D 표현은 샘플 특징을 분석하는데 사용된다.
슬라이스 앤드 뷰 절차를 통한 샘플의 처리는 상기 샘플의 큰 단면이 처리되는 경우에 장시간이 걸릴 수 있다. 이는 또한 비록 관심 있는 특징이 상기 샘플과 관련하여 비교적 작더라도 사실인 데, 그 이유는 상기 특징의 위치가 상기 FIB 및 SEM의 비임들을 상기 특징을 포함하는 샘플의 인접한 영역으로 안내하기에 충분한 정밀도로 알려지지 않는 것이 전형적이기 때문이다. 그러므로, 상기 특징을 지니는 것으로 의심되는 샘플의 큰 단면은 상기 특징의 위치를 정하도록 처리된다. 상기 SEM에 대한 전형적인 최대 시야(視野)가 약 150 마이크론인 경우에, 한 부위를 슬라이스 밀링하여 이러한 크기로 이미지화하는 것은 특히 SEM에 대한 고해상도 설정값들을 갖는 경우에 상당한 시간이 투입될 수 있다. 변형적으로는, 상기 부위의 여러 작은 부분이 이미지화될 수 있지만, 그렇게 하는 것은 방대한 양의 이미지 데이터를 생성하며, 그 결과로 획득되는 이미지들은 큰 합성 이미지를 형성하도록 이어 맞춰질 필요가 있는 것이 전형적이다. 그러한 프로세스들은 현재 수 시간 내지 수 일 어딘가에서 지속될 수 있다.
선행기술의 방법들에서는, 비교적 큰 단면이 상기 샘플을 통한 특징의 형상 또는 방향이 정확히 예측되지 않았기 때문에 슬라이스 및 뷰 절차를 매번 반복해서 처리될 필요가 있었다. 이러한 문제는 혈관들 또는 신경들에 흔히 있는 것과 같이, 소정의 특징들이 상기 샘플을 통해 긴 권선 형상들을 지니는 경우에 특히 악화하게 된다.
본 발명의 한 실시예는 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰를 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 이온 발생원으로부터의 이온 비임을 샘플의 제1 표면으로 안내하여 상기 샘플 중 적어도 일부분을 밀링하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 이온 비임을 사용해 상기 제1 표면을 밀링하여 제2 표면을 노출하는 단계로서, 상기 이온 발생원에 대해 원격 위치해 있는 제2 표면의 단부가 상기 이온 발생원에 대해 근접 위치해 있는 제1 표면의 단부보다 기준 깊이에 비해 더 긴 깊이로 밀링되는, 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 전자 발생원으로부터의 전자 비임을 상기 제2 표면으로 안내하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 전자 비임이 상기 제2 표면과 상호작용함을 검출함으로써 상기 제2 표면의 이미지를 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 한 실시예는 전자 현미경을 위한 단면 뷰를 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 이온 발생원으로부터의 이온 비임을 샘플의 제1 표면으로 안내하여 상기 샘플 중 적어도 일부분을 밀링하는 단계; 상기 이온 비임을 사용해 적어도 관심 있는 특징의 국소 부위에서 상기 제1 표면을 밀링하여 적어도 관심 있는 특징의 국소 부위에서 상기 제1 표면을 실질적으로 평탄화하게 하는 단계; 상기 제1 표면을 밀링한 다음에, 상기 샘플을 밀링하여 제2 표면을 노출하는 단계로서, 상기 제2 표면은 관심 있는 특징의 단면을 포함하는, 단계; 전자 발생원으로부터의 전자 비임을 상기 제2 표면으로 안내하는 단계; 및 상기 전자 비임이 상기 제2 표면과 상호작용함을 검출함으로써 상기 제2 표면의 이미지를 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 한 실시예는 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰를 형성하는 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 집속 이온 비임 칼럼; 전자 현미경; 샘플을 보유하기 위한 샘플 스테이지; 및 컴퓨터 컨트롤러;를 포함한다. 상기 컴퓨터 컨트롤러는, 상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때, 상기 시스템이 이온 발생원으로부터의 이온 비임을 샘플의 제1 표면으로 안내하여 상기 샘플 중 적어도 일부분을 밀링하게 하는 컴퓨터 명령어, 상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때, 상기 시스템이 상기 이온 비임을 사용해 상기 제1 표면을 밀링하여 제2 표면을 노출하게 하는 컴퓨터 명령어로서, 상기 이온 발생원에 대해 원격 위치해 있는 제2 표면의 단부가 상기 이온 발생원에 대해 근접 위치해 있는 제1 표면의 단부보다 기준 깊이에 비해 긴 깊이로 밀링되는, 컴퓨터 명령어; 상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때, 상기 시스템이 전자 발생원으로부터의 전자 비임을 상기 제2 표면으로 안내하게 하는 컴퓨터 명령어; 및 상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때, 상기 시스템이, 상기 전자 비임이 상기 제2 표면과 상호작용함을 검출함으로써 상기 제2 표면의 이미지를 형성하게 하는 컴퓨터 명령어;가 부호화된 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 매체를 포함한다.
본 발명의 다른 한 실시예는 전자 현미경을 위한 단면 뷰를 형성하는 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 집속 이온 비임 칼럼; 전자 현미경; 샘플을 보유하기 위한 샘플 스테이지; 및 컴퓨터 컨트롤러;를 포함한다. 상기 컴퓨터 컨트롤러는, 상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 이온 발생원으로부터의 이온 비임을 샘플의 제1 표면으로 안내하여 상기 샘플 중 적어도 일부분을 밀링하게 하는 컴퓨터 명령어; 상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 상기 이온 비임을 사용해 적어도 관심 있는 특징의 국소 부위에서 상기 제1 표면을 밀링하여 적어도 관심 있는 특징의 국소 부위에서 상기 제1 표면을 실질적으로 평탄하게 하는 컴퓨터 명령어; 상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 상기 제1 표면을 밀링한 다음에, 상기 샘플을 밀링하여 제2 표면을 노출하게 하는 컴퓨터 명령어로서, 상기 제2 표면이 관심 있는 특징의 단면을 포함하는, 컴퓨터 명령어; 상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 전자 발생원으로부터의 전자 비임을 상기 제2 표면으로 안내하게 하는 컴퓨터 명령어; 및 상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이, 상기 전자 비임이 상기 제2 표면과 상호작용함을 검출함으로써 상기 제2 표면의 이미지를 형성하게 하는 컴퓨터 명령어;가 부호화된 비-일시적인 컴퓨터-판독가능한 매체를 포함한다.
본 발명, 및 본 발명의 이점들의 좀더 완전한 이해를 위해, 지금부터는 첨부도면들과 연관지어 취해진 이하의 설명을 참조할 것이다.
도 1은 선행기술에 공지된 바와 같은 듀얼 비임 SEM/FIB 시스템을 사용한 단면 노출 방법을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 스캐닝 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰를 형성하는 듀얼 비임 시스템의 샘플 배향을 보여주는 도면이다.
도 3은 샘플(222)의 타깃 부위(300)에 내재하는 복수 개의 특징들(302-308)을 따라 다양한 길이로 복수 개의 특징들(302-308)의 SEM 이미지를 형성하는 것이 바람직한 복수 개의 특징들(302-308)을 포함하는 샘플(222)의 타깃 부위(300)를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 절단선 A-A'를 따라 취해진 샘플(222)의 단면을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 시사각으로 샘플(222)의 상측 표면을 이온 비임 밀링하는 것을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 시사각 밀링을 수행한 후의 샘플 타깃 부위를 사면에서 바라본 도면이다.
도 7은 밀링을 수행한 후의 특징(302)을 사면에서 바라본 도면이다.
도 8은 본 발명의 하나 이상의 실시예들을 구현하는데 사용될 수 있는 대표적인 듀얼 비임 FIB/SEM 시스템을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 샘플 분석을 수행하는 단계들을 흐름도로 보여주는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 반도체 가공에 사용하는데 적합한 신규한 결함 분석 방법에 관한 것이지만, 본 발명은 이하에서 설명되는 바와 같은 다른 샘플 타입들의 분석에 사용될 수 있다. 반도체 칩, 예를 들면 직교 배향된 FIB를 사용하여 선행기술에서와 같이 일련의 단면들을 노출하는 것보다는 오히려, 금속 밀링된 트렌치들을 포함하는 칩을 분석하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 샘플 분석은 시사각(視射角) 밀(glancing angle mill)을 이용하는데, 이 경우에 상기 FIB는 상기 샘플 표면에 대하여 매우 작은 각도로, 바람직하게는 10°보다 크지 않은 각도로 배향된다.
상기 이온 비임이 이하에서 논의되는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 샘플 표면에 비해 그러한 작은 각도로 배향되어 있기 때문에, 밀링되어 제거되는 샘플 시료의 양은 상기 이온 발생원의 맞은 편에서 더 많아지게 된다. 다시 말하면, 노출된 표면은 상기 이온 발생원에 대해 근접 위치해 있는 단부보다 상기 이온 발생원으로부터 원격 위치해 있는 샘플의 단부 상에서 더 긴 깊이로 밀링된다. 이로 인해 노출된 표면이 원래의 샘플 표면에 대해 내리막 경사를 지니게 된다. 예를 들면, 금속 충전된 트렌치들의 행(row)들과 같은 샘플 특징들의 경우에, 상기 이온 발생원에 대해 근접 위치해 있는 트렌치들의 상부 부분이 노출되게 하지만, 상기 이온 발생원으로부터 멀리 떨어져 있는 트렌치들의 상부 부분이 더 깊이 노출되게 한다. 일단 경사진 샘플 표면이 노출된 경우에, 노출된 면은 이때 예를 들면 전자 비임을 가지고, 하향식(top down)으로부터 이미지화될 수 있다. 노출된 경사면의 이미지는 본질적으로 제공된 구조적 정보에 대한 평면상인 뷰 및 다수의 단면 뷰의 조합이게 된다.
도 2에는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 시사각(視射角)으로 샘플(222)의 상측 표면을 이온 비임 밀링하는 것이 도시되어 있다. 도 2의 실시예에서는, 샘플(222)이 표준 45°사전-틸트된 샘플 스터브(302) 상에 놓여져 있으며, 상기 표준 45°사전-틸트된 샘플 스터브(302)는 다시금 듀얼 비임 SEM/FIB와 같은 이온 비임 시스템의 틸팅 샘플 스테이지(224) 상에 놓여져 있다. 적합한 듀얼 비임 시스템들은 예를 들면 본원의 양수인인 미국 오레곤, 힐스보로에 소재하는 FEI 사로부터 시판되고 있다. 적합한 하드웨어의 일례가 이하에 제공되어 있지만, 본 발명은 어느 특정 타입의 하드웨어로 구현되는 것에 국한되지 않는다. 도 2의 실시예에서는, 상기 전자 비임(250)이 틸트되지 않은 샘플 스테이지에 대해 수직이고 상기 이온 비임(218)이 대략 52°각도를 이루고 있는 채로, 상기 전자 비임 및 상기 이온 비임이 배향되어 있다. 다른 실시예들에서는, 사전-틸트된 샘플 스터브(302)가 사용되지 않고 상기 샘플의 틸트가 샘플 스테이지 틸트 및/또는 칼럼 틸트에 의해 설정된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스테이지는 상기 이온 비임이 상기 샘플 표면에 대하여 약간의 시사각으로 위치해 있도록 틸트된다. 바람직하게는, 상기 시사각이 10°이하일 수도 있고, 더 바람직하게는 5°이하일 수도 있으며, 좀더 바람직하게는 1°이하일 수도 있다. 본원에서 사용된 시사각 밀은 상기 이온 비임 및 10°이하인 상측 표면 간의 각도로 샘플을 밀링하는 것을 언급하게 된다. 도 2에 도시된 실시예에서는, 적합한 시사각은 45°샘플 스터브 및 8°- 10°스테이지 틸트의 사용으로부터 유래한 것이다. 따라서, 이온 비임(218)은 단지 1 - 3도만의 시사각에서 샘플(222)의 상측 표면에 안내된다.
사용되는 실제 각도는 사용되고 있는 시스템 및 이루어져야 할 측정의 깊이에 의존하게 된다. 예를 들면, 전형적인 구리 배선 트렌치의 깊이는 12 나노미터(㎚)이다. 샘플 스테이지(224)의 틸트는 이온 비임(218) 및 샘플(222) 간의 각도가 타깃 부위(300)의 말단부(distal end)에서 깊이가 12 ㎚인 절단을 이루게 하도록 조정된다. 숙련된 자들이라면 알 수 있겠지만, 비록 도 2의 실시예에서 상기 이온 비임이 상기 샘플의 바로 그 상부 표면에 안내되더라도, 몇몇 바람직한 실시예들에서는, 상기 비임이 매우 유사한 방식으로 더 깊이 매입된 특징들을 노출하도록 상기 샘플 내로 더 깊이 안내될 수 있다.
도 3에는 샘플(222)의 타깃 부위(300)에 내재하는 복수 개의 특징들(302-308)을 따라 다양한 길이로 복수 개의 특징들(302-308)의 SEM 이미지를 형성하는 것이 바람직한 복수 개의 특징들(302-308)을 포함하는 샘플(222)의 타깃 부위(300)가 도시되어 있다. 예를 들면, 샘플(222)은 다마스크 세공(damascene) 프로세스로 형성된 구리 배선 트렌치들을 포함하는 웨이퍼일 수 있다. 타깃 부위(300)는 다마스크 세공 프로세스 동안 트렌치들(302-308)에 형성해 있을 수 있는 임의의 구리 공극들을 검출하는 것이 바람직한 트렌치들(302-308)을 포함하는 샘플(222)의 일부분이다. 비록 본원의 내용 대부분은 분석해야 할 샘플이 반도체 칩인 바람직한 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 실시예들은 또한 유사한 분석이 바람직한 생체 샘플 또는 지질 샘플과 같은 다른 타입의 샘플들에 관한 것일 수 있다.
도 4에는 도 3에 도시된 절단선 A-A'를 따라 취해진 샘플(222)의 단면이 도시되어 있다. 특징들(302-308)은 샘플(222)의 상측 표면으로부터 소정 깊이(d) 만큼 샘플(222) 내로 연장되어 있다. 예를 들면, 전형적인 구리 배선 트렌치는 5-8 나노미터(㎚)의 폭(w) 및 12 ㎚의 깊이(d)를 지닌다. 선행기술의 방법들을 사용하여 결함들을 점검하기 위해, 일련의 시간을 소비하는 단면 절단들은 타깃 부위(300)의 길이를 따라 이루어져야 한다. 이때 단면들 각각은 SEM에 의해 개별적으로 이미지화된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하나 이상의 실시예들은 개선된 사이클 시간 및 신호 대 잡음 비를 갖는 특징 결함들의 검출을 허용한다.
도 5에는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 시사각에서 샘플(222)의 상측 표면을 이온 비임 밀링하는 것이 도시되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하면, 상기 시사각은 하향식 밀링 각도 대신에 에지 방향성 밀링 각도이다. 다시 말하면, 일련의 수직 절단들로 수직면을 노출하도록 샘플(222)의 상측 표면에 대해 거의 수직인 각으로 안내되는 대신에, 이온 비임(218)이 상기 이온 비임 및 밀링 이전의 상측 표면 간의 매우 예리한 "사시(glancing)" 각으로 샘플(222)의 에지에 안내된다. 상기 각은 타깃 부위(300)의 길이에 걸쳐 이온 비임(218)이 이온 발생원(214)에 대해 원격 위치해 있는 타깃 부위(300)의 단부에서 미리 결정된 깊이(d0)로 샘플(222)의 상측 표면을 밀링하도록 선택된다. 밀링 후에는, 상기 샘플의 표면이 타깃 부위(300) 내에 노출되는데, 이 경우에 상기 타깃 부위의 말단부(502)는 샘플(222)의 하부 표면에 비해 깊이가 있다면 상기 타깃 부위에 내재하는 샘플(222)의 상측 표면의 기단부(504)가 밀링되는 깊이보다 더 긴 깊이로 밀링된다.
시사각으로 밀링하는 효과는 이온 비임(218)으로부터의 단일 절단으로, 특징들(302-308)(단지 특징(302)만이 도시됨)이 적어도 타깃 부위(300)에 내재하는 특징(302)의 길이를 따라 깊이가 서로 다르게 노출된다는 점이다. 이때, SEM은 여러 위치에서 상기 특징들(302-308)을 특징화하도록 타깃 부위(300)의 길이를 따라 여러 위치에서 상기 특징들(302-308)을 이미지화한다. 각각의 위치는 샘플(222)이 밀링되는 각도 및 절단의 기단 에지로부터의 위치의 거리에 기반한 상이한 깊이에 상응한다. 이는 도 6 및 도 7에 도시되어 있다.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 시사각 밀링 후의 샘플 타깃 부위를 사면에서 바라본 도면이다. 샘플(222)의 말단부(502)는 기단부(504)보다 더 긴 깊이로 밀링되어 있으며, 상기 샘플의 표면은 2개의 단부 사이에 선형적으로 경사져 있다. 도 7은 밀링 후의 특징(302)을 사면에서 바라본 도면이다. 특징(302)은 상기 특징의 말단부(502)에서 미리 결정된 깊이(d0)로 밀링된다. 특징(302)은 일단 밀링된다면 상기 특징의 기단부(502)에서 거의 밀링되지 않는다. SEM은 특징(302)의 길이를 따라 이미지화하는데 사용된다. 시사각 밀에 의해 특징(302)의 표면이 0 ㎚의 깊이에서부터 d0 ㎚의 깊이에 이르기까지 점차로 경사지게 되기 때문에, SEM은 특징(302)의 길이를 따른 해당 위치들에서 이미지를 형성함으로써 여러 깊이로 상기 특징을 특징화할 수 있다. 그러한 위치들 각각에서 개별 단면 절취 절단들을 밀링하는 것이 반드시 필요한 것은 아니며, 그럼으로써 결함 분석을 위한 사이클 시간이 개선되는 결과를 초래한다.
본 발명의 부가적인 실시예들은 또한 전형적인 단면 절단들에 비하여 개선된 상기 샘플 면의 이미지화를 제공할 수 있다. 한 샘플에서 단면 면들을 순차적으로 노출하는 선행기술의 방법을 사용하는 경우에, 전형적으로는 쐐기 형상의 구멍은 샘플 면을 노출하고 예를 들면 전자 비임에 의해 노출된 이미지화될 면에 대한 충분한 공간(room)을 제공하도록 상기 샘플 내에 밀링된다. 단면 면이 이미지화되는 경우에, 이미지화하는데 도움을 주는 데 달리 사용되는 일부 2차 전자들이 소실되는데, 그 이유는 상기 일부 2차 전자들이 상기 쐐기 형상의 구멍의 측면들에 강한 영향을 주기 때문이다. 그 결과로, 신호 강도가 소실되고 신호 대 잡음 비가 저하하게 된다. 그러나, 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 의하면, 어떠한 구멍도 단면을 노출하기 위해 상기 샘플 내에 밀링되지 않는다. 그 대신에, 상기 시사각 밀은 더 용이하게 이미지화되며 선행기술에 비하여 신호 대 잡음 비가 개선되는 결과를 초래하는 경사면을 생성한다.
도 8에는 본 발명의 하나 이상의 실시예들을 구현하는데 사용되는 전형적인 듀얼 비임 FIB/SEM 시스템(800)이 도시되어 있다. 집속 이온 비임 시스템(800)은 진공 봉입체(811)를 포함하며, 상기 진공 봉입체(811)는 상부 목(upper neck) 부분(812)을 지니고, 상기 상부 목 부분(812) 내에는 이온 발생원(814) 및 인출 전극들 및 정전식 광학 시스템을 포함하는 집속 칼럼(816)이 위치해 있다. 이온 비임(818)은 이온 발생원(814)으로부터 집속 칼럼(816)을 통해 그리고 참조번호 820으로 개략적으로 나타나 있는 정전식 편향 수단 사이로 샘플(822), 예를 들면 하부 챔버(826)에 내재하는 가동 샘플 스테이지(824) 상에 배치되어 있는 반도체 장치를 포함하는 샘플(822)을 향해 전달된다. 이온 펌프(828)는 목 부분(812)을 진공 상태로 만들기 위해 채용된다. 상기 챔버(826)는 진공 제어기(832)의 제어 하에서 터보 분자 및 기계식 펌핑 시스템(830)을 통해 진공 상태로 된다. 진공 시스템은 챔버(826) 내에 대략 1 x 10-7 토르 내지 5 x 10-4 토르의 진공을 제공한다. 에치 보조 가스, 에치 억제 가스, 또는 침착 전구 가스(deposition precursor gas)가 사용되는 경우에, 챔버 배경 압력은 전형적으로 약 1 x 10-5 토르까지 상승할 수 있다.
고전압 전력 공급원(834)은 이온 비임(818)을 형성하고 상기 이온 비임(818)을 하방으로 안내하기 위해 이온 발생원(814)과 아울러 집속 칼럼(816)의 적합한 전극들에 접속되어 있다. 패턴 생성기(838)에 의해 제공되는 미리 정해진 패턴을 따라 동작하게 되는 편향 제어기 및 증폭기(836)는 편향 플레이트들(820)에 연결됨으로써, 비임(818)이 샘플(822)의 상부 표면상에서 해당 패턴을 추적해 나아가도록 제어될 수 있게 한다. 몇몇 시스템들에서는, 상기 편향 플레이트들이 당업계에 공지되어 있는 바와 같이 최종 렌즈 앞에 배치된다.
상기 이온 발생원(814)이 갈륨의 금속 이온 비임을 제공하는 것이 전형적이지만, 다중 커스프(multicusp) 또는 다른 플라즈마 이온 발생원과 같은 다른 이온 발생원이 사용될 수 있다. 상기 이온 발생원(814)은 이온 밀링, 강화된 에치, 재료 침착에 의해 샘플(822)을 변경하기 위해서나, 또는 샘플(822)을 이미지화하기 위해서 샘플(822)에 폭이 1/10 미크론 미만인 비임이 집속될 수 있는 것이 전형적이다. 이미지화하기 위해 2차 이온 또는 전자 방출을 검출하는데 사용되는 하전 입자 승산기(840)는 증폭기(842)에 접속된다. 증폭된 신호들은 디지털 신호들로 변환되며 신호 처리 유닛(843)에 의한 신호 처리를 받게 된다. 결과적으로 획득된 디지털 신호는 모니터(844) 상에 가공물(822)의 이미지를 디스플레이하는 것이다.
스캐닝 전자 현미경(841)은, 전력 공급 및 제어 유닛(845)과 함께 상기 FIB 시스템(800)을 또한 구비한다. 전자 비임(850)은 캐소드(852) 및 애노드(854) 사이에 전압을 인가함으로써 캐소드(852)로부터 방출된다. 전자 비임(850)은 집광 렌즈(856) 및 대물 렌즈(858)에 의해 미세한 스포트에 집속된다. 전자 비임(850)은 편향 코일(860)에 의해 시료 상에서 2차원으로 스캐닝된다. 집광 렌즈(856), 대물 렌즈(858), 및 편향 코일(860)의 동작은 전력 공급 및 제어 유닛(845)에 의해 제어된다.
전자 비임(850)은 가공물(822) 상에 집속될 수 있는데, 상기 가공물(822)은 하부 챔버(826)에 내재하는 샘플 스테이지(824) 상에 있다. 전자 비임의 전자들이 가공물(822)을 타격할 경우에, 2차 전자들이 방출된다. 이러한 2차 전자들은 2차 전자 검출기(840)에 의해서나 후방산란 전자 검출기(862)에 의해 검출되는데, 상기 2차 전자 검출기(840) 및 후방산란 전자 검출기(862)는 증폭기(842)에 접속되어 있다. 증폭된 신호들은 디지털 신호들로 변환되고 신호 처리 유닛(843)에 의한 신호 처리를 받게 된다. 결과적으로 획득된 디지털 신호는 모니터(844) 상에 가공물(822)의 이미지를 디스플레이하는 것이다.
가스 배송 시스템(846)은 가스상 증기를 도입하여 상기 가스상 증기를 샘플(822)로 안내하기 위해 하부 챔버(826) 내로 연장되어 있다. 본 발명의 양수인에게 양도된, 발명의 명칭이 "입자 비임 처리를 위한 가스 배송 시스템(Gas Delivery Systems for Particle Beam Processing)"이며 Casella와 그의 동료 명의로 허여된 미국 특허 제5,851,413호에는 적합한 유체 배송 시스템(246)이 개시되어 있다. 다른 한 가스 배송 시스템은 또한 본 발명의 양수인에게 양도된, 발명의 명칭이 "가스 압입 시스템(gas injection system)"이며 Rasmussen의 명의로 허여된 미국 특허 제5,435,850호에 개시되어 있다.
도어(door; 870)를 열어 가열 또는 냉각될 수 있는 샘플 스테이지(824) 상에 샘플(822)을 삽입하고, 또한 사용될 경우에 내부 가스 공급 저장기에 가스를 제공한다. 상기 시스템이 진공 상태에 있는 경우에 상기 문이 개방될 수 없도록 하기 위해 상기 문이 연동(interlock)되어 있다. 상기 고전압 전력 공급원은 이온 비임(818)에 에너지를 공급하여 상기 이온 비임(818)을 집속하기 위해 이온 비임 칼럼(816)의 전극들에 적합한 가속 전압을 제공한다. 듀얼 비임 FIB/SEM 시스템들은 예를 들면 본원의 양수인인 미국, 오레곤, 힐스보로에 소재하는 FEI 사로부터 시판되고 있다.
도 9에는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 샘플 분석을 수행하는 단계들이 흐름도(900)로 도시되어 있다. 그러한 프로세스는 터미네이터(terminator; 902에서부터 시작된다. 단계 904에서, 이온 비임(218)은 샘플(222) 중 적어도 일부분을 밀링하도록 샘플(222)의 제1 표면에 안내된다. 바람직한 실시예에서는, 상기 제1 표면이 샘플(222)의 상측 표면이고 이온 비임(218)이 상기 상측 표면에 대하여 거의 직각으로 안내되는 대신에 상측 표면의 에지에 근접한 시사각으로 안내된다. 단계 906에서, 이온 비임(218)은 상기 제1 표면을 밀링하여 샘플(222)의 제2 표면을 노출하하는데, 이 경우에 이온 발생원(214)에 대해 원격 위치해 있는 제2 표면의 단부가 기준 깊이에 대하여 이온 발생원(214)에 대해 근접 위치해 있는 제1 표면의 단부보다 긴 깊이로 밀링된다. 다시 말해, 노출된 제2 표면의 길이를 따라, 상기 비임 발생원으로부터 멀리 위치해 있는 제2 표면의 단부는 상기 비임 발생원에 대해 근접 위치해 있는 제2 표면의 단부보다 긴 깊이로 밀링된다. 깊이의 차이는 상기 제1 표면에 대한 비임의 각도에 기인한 것이다. 상기 각도가 시사각이기 때문에, 전체의 제2 표면을 따른 깊이의 차이는 단지 분석되어야 하는 특징의 깊이인 것으로만 이루어질 수 있다. 단계 908에서, SEM(241)으로부터의 전자 비임(250)은 제2 표면의 이미지를 형성하기 위해 제2 표면으로 안내된다. 단계 910에서, 상기 제2 표면 중 적어도 일부분의 이미지는 상기 전자 비임이 상기 제2 표면과 상호작용함을 검출함으로써 형성된다. 예를 들면, 2차 전자 검출기(240) 또는 후방산란 전자 검출기(262)는 전자 비임(250)이 샘플(222)의 제2 표면에 안내될 때 방출되는 2차 전자들로부터의 이미지를 형성하는데 사용될 수 있다. 단계 912에서, 단계 910에서 형성된 이미지는 상기 제2 표면의 특징이 결함을 지니는지를 결정하도록 분석된다. 예를 들면, 상기 샘플이 구리 배선 트렌치들을 지니는 반도체 웨이퍼인 경우에, 도 9의 방법에 따라 형성된 이미지는 상기 트렌치들의 충전 품질을 결정하도록, 다시 말해 도금 중에 상기 트렌치들의 공극들을 검출하도록 분석될 수 있다. 슬라이스 및 뷰 용도에서는, 상기 이미지는 상기 특징의 3차원 구조를 구성하는데 사용된 복수 개의 슬라이스들 중 하나로서 사용될 수 있다.
시사각 밀링은 샘플 표면의 국소 부위를 평탄화하는데 사용될 수 있다. 샘플(222)의 상측 표면의 전체 길이는 밀링되지 않아도 된다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서는, 샘플(222)의 상측 표면의 길이 중 단지 일부분만이 밀링된다. 시사각 밀은 불규칙한 표면을 지니는 샘플의 관심 있는 특징에 근접한 국소 부위를 평탄화하여 차후의 단면 밀 동작 동안 커텐닝(curtaining)을 감소 또는 방지하도록 수행될 수 있다. 커텐닝은 재료가 서로 다른 밀링 비율로 제거될 때 생긴다. 이는 동일한 비임에 의해 서로 다른 비율로 제거되는 시료들을 포함하는 특징을 밀링할 때 일어날 수 있다. 이는 또한 불규칙한 형상을 지니는 표면을 밀링할 때 생길 수 있다. 예를 들면, 관심 있는 특징은 실리콘 관통 비아(through-silicon via; TSV)들일 수 있다. TSV들을 단면 절취하는 것은 공극들 및 표면 계면(surface interface)들을 특징화하기 위한 반도체 연구실에서의 일반적인 방법이다. (전형적으로는 50 - 300 ㎚인) TSV들의 깊이 때문에, 이온 비임으로 TSV의 단면을 밀링하는 것은 상당한 커텐닝을 초래시킬 수 있다. 상기 TSV의 단면 밀을 수행하기 전에 시사각 밀을 통해 상기 TSV의 국소 부위의 샘플 표면을 평탄화하는 것은 단면 밀 동안 커텐닝을 감소 또는 방지할 수 있다.
도 10은 실리콘 관통 비아의 단면 및 샘플의 상측 표면 평탄화를 보여주는 SEM 현미경사진도이다. 현미경사진(1000)은 상측 표면(1002), 측면 표면(1004), 상측 표면 평탄화 절단(1010), 단면 절단(1006), 및 실리콘 관통 비아(1008)를 지니는 샘플을 보여준다. 상기 샘플의 상측 표면(1002)은 불규칙한 형상을 지니는데, 이는 하향식 단면 절취 절단들이 커텐닝을 일으키기 쉽게 한다. 예를 들면, 상측 표면(1002)은 백금의 보호층과 같은 단면 절취 이전에 상기 샘플 상에 침착되는 보호층일 수 있다. 시사각 밀은 TSV(1008) 상에 위치해 있는 상측 표면(1002)의 부분 상에서 이루어지게 된다. 상기 시사각 밀은 TSV(1008) 상에서의 국소 부위의 상측 표면(1002)을 평탄화하여, 표면 불규칙성을 감소하거나 제거한다. 시사각 밀이 TSV(1008) 상에서의 국소 부위의 상측 표면(1002)을 평탄화하도록 수행된 다음에, 단면 절취 밀이 TSV(1008)의 단면을 노출하도록 수행된다. 상측 표면(1002)이 TSV(1008) 상의 국소 부위에서 평탄화되기 때문에, 단면 절단(1006)에서의 커텐닝은 감소되거나 제거되므로, 차후 분석을 위해 TSV(1008)의 양호한 단면이 제공되게 된다.
도 11은 도 10의 샘플의 단면 뷰를 보여주는 SEM 현미경사진도인데, 상기 단면은 시사각 밀에 의한 상측 표면 평탄화 다음에 밀링된 것이다. 상측 표면 평탄화 절단(1010)은 TSV(1008) 상의 샘플 표면의 국소 부위를 실질적으로 평탄화하게 한다. 그 결과로, 차후에 밀링된 단면 절단(1006)에서의 커텐닝이 실질적으로 감소되거나 제거되므로, 차후 분석을 위해 TSV(1008)의 양호한 단면이 제공되게 된다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예들은 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰를 형성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 이온 발생원으로부터의 이온 비임을 샘플의 제1 표면으로 안내하여 상기 샘플 중 적어도 일부분을 밀링하는 단계; 상기 이온 비임을 사용해 상기 제1 표면을 밀링하여 제2 표면을 노출하는 단계로서, 상기 이온 발생원에 대해 원격 위치해 있는 제2 표면의 단부가 상기 이온 발생원에 대해 근접 위치해 있는 제1 표면의 단부보다 기준 깊이에 비해 더 긴 깊이로 밀링되는, 단계; 전자 발생원으로부터의 전자 비임을 상기 제2 표면으로 안내하는 단계; 및 상기 전자 비임이 상기 제2 표면과 상호작용함을 검출함으로써 상기 제2 표면의 이미지를 형성하는 단계;를 포함한다. 상기 방법은 상기 제2 표면의 이미지를 분석하여 상기 제2 표면의 특징이 결함을 포함하고 있는지를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 상기 제1 입자 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도가 10도보다 작거나 같은 방법들; 상기 제1 입자 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도가 5도보다 작거나 같은 방법들; 상기 제1 입자 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도가 1도보다 작거나 같은 방법들; 상기 이온 비임이 집속 이온 비임을 포함하는 방법들; 상기 샘플이 놓여져 있는 샘플 스테이지의 틸트가 상기 밀링하는 것 및 상기 이미지를 형성하는 것 사이에서 변경되는 방법들; 및 45도 스터브가 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플 사이에 배치되는 방법들;을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 또한 전자 현미경을 위한 단면 뷰를 형성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 이온 발생원으로부터의 이온 비임을 샘플의 제1 표면으로 안내하여 상기 샘플 중 적어도 일부분을 밀링하는 단계; 상기 이온 비임을 사용해 적어도 관심 있는 특징의 국소 부위에서 상기 제1 표면을 밀링하여 적어도 관심 있는 특징의 국소 부위에서 상기 제1 표면을 실질적으로 평탄화하게 하는 단계; 상기 제1 표면을 밀링한 다음에, 상기 샘플을 밀링하여 제2 표면을 노출하는 단계로서, 상기 제2 표면은 관심 있는 특징의 단면을 포함하는, 단계; 전자 발생원으로부터의 전자 비임을 상기 제2 표면으로 안내하는 단계; 및 상기 전자 비임이 상기 제2 표면과 상호작용함을 검출함으로써 상기 제2 표면의 이미지를 형성하는 단계;를 포함한다. 상기 방법은 상기 제2 표면의 이미지를 분석하여 상기 제2 표면의 특징이 결함을 포함하고 있는지를 결정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 상기 제1 입자 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도가 10도보다 작거나 같은 방법들; 상기 제1 입자 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도가 5도보다 작거나 같은 방법들; 상기 제1 입자 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도가 1도보다 작거나 같은 방법들; 상기 이온 비임이 집속 이온 비임을 포함하는 방법들; 상기 샘플이 놓여져 있는 샘플 스테이지의 틸트가 상기 밀링하는 것들 및 상기 이미지를 형성하는 것 사이에서 변경되는 방법들; 및 45도 스터브가 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플 사이에 배치되는 방법들;을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰를 형성하는 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 집속 이온 비임 칼럼; 전자 현미경; 샘플을 보유하기 위한 샘플 스테이지; 및 컴퓨터 컨트롤러;를 포함하며, 상기 컴퓨터 컨트롤러는,
Figure 112014023286617-pct00001
상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 이온 발생원으로부터의 이온 비임을 샘플의 제1 표면으로 안내하여 상기 샘플 중 적어도 일부분을 밀링하게 하는 컴퓨터 명령어;
Figure 112014023286617-pct00002
상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 상기 이온 비임을 사용해 상기 제1 표면을 밀링하여 제2 표면을 노출하게 하는 컴퓨터 명령어로서, 상기 이온 발생원에 대해 원격 위치해 있는 제2 표면의 단부가 상기 이온 발생원에 대해 근접 위치해 있는 제1 표면의 단부보다 기준 깊이에 비해 긴 깊이로 밀링되는, 컴퓨터 명령어;
Figure 112014023286617-pct00003
상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 전자 발생원으로부터의 전자 비임을 상기 제2 표면으로 안내하게 하는 컴퓨터 명령어; 및
Figure 112014023286617-pct00004
상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이, 전자 비임이 상기 제2 표면과 상호작용함을 검출함으로써 상기 제2 표면의 이미지를 형성하게 하는 컴퓨터 명령어;가 부호화된 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 매체를 포함한다.
상기 컴퓨터-판독가능 매체에는 상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 상기 제2 표면의 이미지를 분석하여 상기 제2 표면의 특징이 결함을 포함하고 있는지를 결정하게 하는 컴퓨터 명령어들이 더 부호화될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 상기 제1 입자 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도가 10도보다 작거나 같은 시스템들; 상기 제1 입자 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도가 5도보다 작거나 같은 시스템들; 상기 제1 입자 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도가 1도보다 작거나 같은 시스템들; 상기 샘플이 놓여져 있는 샘플 스테이지의 틸트가 상기 밀링하는 것 및 상기 이미지를 형성하는 것 사이에서 변경되는 시스템들; 및 45도 스터브가 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플 사이에 배치되는 시스템들;을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 또한 전자 현미경을 위한 단면 뷰를 형성하는 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 집속 이온 비임 칼럼; 전자 현미경; 샘플을 보유하기 위한 샘플 스테이지; 및 컴퓨터 컨트롤러;를 포함하고, 상기 컴퓨터 컨트롤러는,
Figure 112014023286617-pct00005
상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 이온 발생원으로부터의 이온 비임을 샘플의 제1 표면으로 안내하여 상기 샘플 중 적어도 일부분을 밀링하게 하는 컴퓨터 명령어;
Figure 112014023286617-pct00006
상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 상기 이온 비임을 사용해 적어도 관심 있는 특징의 국소 부위에서 상기 제1 표면을 밀링하여 적어도 관심 있는 특징의 국소 부위에서 상기 제1 표면을 실질적으로 평탄하게 하는 컴퓨터 명령어;
Figure 112014023286617-pct00007
상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 상기 제1 표면을 밀링한 다음에, 상기 샘플을 밀링하여 제2 표면을 노출하게 하는 컴퓨터 명령어로서, 상기 제2 표면이 관심 있는 특징의 단면을 포함하는, 컴퓨터 명령어;
Figure 112014023286617-pct00008
상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 전자 발생원으로부터의 전자 비임을 상기 제2 표면으로 안내하게 하는 컴퓨터 명령어; 및
Figure 112014023286617-pct00009
상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이, 상기 전자 비임이 상기 제2 표면과 상호작용함을 검출함으로써 상기 제2 표면의 이미지를 형성하게 하는 컴퓨터 명령어;가 부호화된 비-일시적인 컴퓨터-판독가능한 매체를 포함한다.
상기 컴퓨터-판독가능 매체에는 상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 상기 제2 표면의 이미지를 분석하여 상기 제2 표면의 특징이 결함을 포함하고 있는지를 결정하게 하는 컴퓨터 명령어들이 더 부호화될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 상기 제1 입자 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도가 10도보다 작거나 같은 시스템들; 상기 제1 입자 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도가 5도보다 작거나 같은 시스템들; 상기 제1 입자 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도가 1도보다 작거나 같은 시스템들; 상기 이온 비임이 집속 이온 비임을 포함하는 시스템들; 상기 샘플이 놓여져 있는 샘플 스테이지의 틸트가 상기 밀링하는 것들 및 상기 이미지를 형성하는 것 사이에서 변경되는 시스템들; 및 45도 스터브가 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플 사이에 배치되는 시스템들;을 포함한다.
비록 위에서 언급한 본 발명의 설명이 주로 샘플 분석 방법들에 관한 것이지만, 그러한 방법의 단계를 수행하는 장치가 부가적으로 본 발명의 범위에 속한다는 점이 인식되어야 한다. 더욱이, 본 발명의 실시예들이 컴퓨터 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 이들의 조합을 통해 구현될 수 있다는 점이 인식되어야 한다. 상기 방법들은 컴퓨터 프로그램으로 구성된 컴퓨터-판독가능한 저장 매체를 포함하는 일반 프로그래밍 기법들을 사용하여 컴퓨터 프로그램들로 구현될 수 있는데, 이 경우에 그러한 방식으로 구성된 상기 저장 매체는 컴퓨터로 하여금 본원 명세서에서 설명된 방법들 및 도면들에 따른 특정하고 미리 정해진 방식으로 동작하게 한다. 각각의 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하도록 고급 절차 또는 객체 지향 프로그래밍 언어로 구현될 수 있다. 그러나, 상기 프로그램들은 원한다면 어셈블리 또는 기계 언어로 구현될 수 있다. 어느 경우든 간에, 상기 언어는 컴파일 언어 또는 인터프리트 언어일 수 있다. 더욱이, 상기 프로그램은 그 목적에 맞게 프로그램된 전용 집적회로들 상에서 실행될 수 있다.
또한, 방법들이 개인용 컴퓨터들, 미니-컴퓨터들, 메인-프레임들, 워크스테이션들, 네트워크화되거나 분산된 컴퓨팅 환경들, 하전 입자 도구들 또는 다른 이미징 장치들과 별개이거나, 하전 입자 도구들 또는 다른 이미징 장치들과 일체화되거나 하전 입자 도구들 또는 다른 이미징 장치들과 통신하는 컴퓨터 플랫폼들 등등을 포함하지만, 이들에 국한되지 않는 임의 타임의 컴퓨팅 플랫폼으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시태양들은, 저장 매체 또는 장치가 본원에서 설명한 절차들을 수행하도록 컴퓨터에 의해 판독될 때 프로그램가능한 컴퓨터를 구성 및 동작하기 위해 상기 프로그램가능한 컴퓨터에 의해 판독가능하도록 하드 디스크, 광학 판독 및/또는 기록 저장 매체들, RAM, ROM 등등과 같은 상기 컴퓨팅 플랫폼에 대해 분리가능하든 일체화되든 간에 저장 매체 또는 장치상에 저장된 기계 판독가능한 코드로 구현될 수 있다. 더욱이, 기계-판독가능한 코드, 또는 그의 일부들은 유선 또는 무선 네트워크를 통해 전송될 수 있다. 본원에서 설명한 발명은 마이크로프로세서 또는 다른 데이터 프로세서와 관련하여 위에서 설명한 단계들을 구현하는 명령어들 또는 프로그램들을 포함하는 경우에 이들 및 다른 타입들의 컴퓨터-판독가능 저장 매체를 포함한다. 본 발명은 또한 본원에서 설명한 방법들 및 기법들에 따라 프로그램되는 경우에 컴퓨터 자체를 포함한다.
컴퓨터 프로그램들은 본원에서 설명한 기능들을 수행하도록 입력 데이터에 적용되고 그럼으로써 상기 입력 데이터를 변환하여 출력 데이터를 생성할 수 있게 된다. 출력 정보는 디스플레이 모니터와 같은 하나 이상의 출력 장치들에 적용된다. 본 발명의 바람직한 실시예들에서는, 변환된 데이터가 물리적이고 유형인 객체들과 아울러, 디스플레이 상에 상기 물리적이고 유형인 객체들의 특정한 시각 묘사를 생성하는 것을 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 또한 입자들의 비임을 사용하여 샘플을 이미지화하도록 FIB 또는 SEM과 같은 입자 비임 장치를 이용한다. 샘플을 이미지화하는데 사용되는 그러한 입자들은 어느 정도의 물리적 변환을 초래시키는 샘플과 본질적으로 상호작용한다. 더욱이, 본원 명세서 전반에 걸쳐, "분석", "계산", "결정", "측정", "생성", "검출", "형성" 따위와 같은 용어들을 사용한 논의들은 또한 상기 컴퓨터 시스템, 또는 유사한 전자 장치의 동작 및 프로세스들을 언급하며, 상기 컴퓨터 시스템, 또는 유사한 전자 장치는 상기 컴퓨터 시스템에 내재하는 물리량으로서 나타낸 데이터를 상기 컴퓨터 시스템 또는 다른 정보 저장소, 전송 또는 디스플레이 장치들에 내재하는 물리량으로서 유사하게 나타낸 다른 데이터로 조작 및 변환한다.
본 발명은 넓은 적용성을 지니며 위의 예들에서 설명하고 도시한 바와 같은 여러 이점을 제공할 수 있다. 본 실시예들은 특정 용도에 따라 크게 변하게 되며 모든 실시예가 상기 이점들 모두를 제공하는 것이 아니고 본 발명에 의해 달성될 수 있는 목적들 모두를 충족시키는 것이 아니다. 본 발명을 구현하는데 적합한 입자 비임 시스템들은 예를 들면 본원의 양수인인 FEI 사로부터 시판되고 있다.
비록 이전의 설명 대부분이 반도체 웨이퍼에 관한 것이지만, 본 발명은 임의의 적합한 기재 또는 표면에 적용될 수 있다. 더욱이, "자동", "자동화된"이라는 용어들 또는 유사한 용어들이 본원에서 사용될 때마다, 그러한 용어들은 자동 또는 자동화된 프로세스 또는 단계의 수동 개시를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 이하의 논의에서 그리고 청구항들에서, "포함하는" 및 "구성하는"이라는 용어들은 확장가능한 방식으로 사용되는 것이므로, "포함하지만 ...에 국한되지 않음"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. "집적 회로"라는 용어는 마이크로칩의 표면상에 패터닝된 한 세트의 전자 컴포넌트들 및 이들의 배선들(집합적으로, 내부 전기 회로 요소들)을 언급한다. "반도체 칩"이라는 용어는 일반적으로 웨이퍼로부터 개편화(個片化)되거나 회로 보드 상에 사용하기 위해 패키징된 반도체 웨이퍼와 일체화될 수 있는 집적 회로(IC)를 언급한다. "FIB" 또는 "집속 이온 비임"이라는 용어는 본원에서 이온 광학기기에 의해 집속된 비임 및 성형 이온 비임들을 포함하여, 임의의 시준(視準)된 이온 비임을 언급하는데 사용된다.
임의의 용어가 본원 명세서에 특정하게 정의되어 있지 않은 한, 상기 용어가 는 평범한 의미로 제공되는 것으로 의도된다. 첨부도면들은 본발명을 이해하는데 도움을 주는 것으로 의도되며, 달리 지적하지 않는 한 축적에 따라 도시된 것이 아니다.
본 발명 및 그의 이점들이 구체적으로 설명되었지만, 당업자라면 여러 변형, 대체 및 변경이 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 점을 이해할 것이다. 더욱이, 본 발명의 범위는 본원 명세서에 기재한 프로세스, 기계, 제조, 조성물, 수단, 방법들 및 단계들의 특정 실시예들로 국한되도록 의도된 것이 아니다. 당업자라면 본 발명의 개시내용으로부터 용이하게 이해하겠지만, 본원에서 설명한 해당 실시예들과 실질적으로 동일한 결과를 달성하거나 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 현재 존재하거나 차후에 개발될 프로세스들, 기계들, 가공, 조성물, 수단들, 방법들, 또는 단계들은 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항들은 이들의 범위 내에서 그러한 프로세스들, 기계들, 가공, 조성물, 수단들, 방법들, 또는 단계들을 포함하도록 의도된 것이다.

Claims (31)

  1. 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰를 형성하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    이온 발생원으로부터의 이온 비임을 샘플의 제1 표면으로 안내하여 상기 샘플 중 적어도 일부분을 밀링하는 단계;
    상기 이온 비임을 사용해 상기 제1 표면을 밀링하여 제2 표면을 노출하는 단계로서, 상기 이온 발생원에 대해 원격 위치해 있는 제2 표면의 단부가 상기 이온 발생원에 대해 근접 위치해 있는 제1 표면의 단부보다 기준 깊이에 비해 더 긴 깊이로 밀링되며 상기 제2 표면이 적어도 하나의 관심 있는 특징을 포함하는, 단계;
    전자 발생원으로부터의 전자 비임을 상기 제2 표면으로 안내하는 단계;
    상기 전자 비임이 상기 제2 표면과 상호작용함을 검출함으로써 상기 제2 표면의 이미지를 형성하는 단계로서, 상기 이미지가 상기 관심 있는 특징 중 적어도 일부분을 포함하는, 단계;
    상기 제2 표면의 이미지를 따라 복수 개의 위치들에서 상기 관심 있는 특징을 특징화하는 단계; 및
    상기 제1 표면 및 상기 이온 비임 간의 밀링 각도 및 상기 이온 발생원에 대해 근접 위치해 있는 이미지의 단부로부터의 위치의 거리에 기반하여 상기 복수 개의 위치들 각각의 깊이를 결정하는 단계;
    를 포함하는, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제2 표면의 이미지를 분석하여 상기 제2 표면의 특징이 결함을 포함하고 있는지를 결정하는 단계;
    를 더 포함하는, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이온 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도는 10도보다 작거나 같은, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이온 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도는 5도보다 작거나 같은, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이온 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도는 1도보다 작거나 같은, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샘플이 놓여져 있는 샘플 스테이지의 틸트(tilt)는 상기 밀링하는 것 및 상기 이미지를 형성하는 것 사이에서 변경되는, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 45도 스터브가 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플 사이에 배치되는, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 방법.
  9. 전자 현미경을 위한 단면 뷰를 형성하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    이온 발생원으로부터의 이온 비임을 샘플의 제1 표면으로 안내하여 상기 샘플 중 적어도 일부분을 밀링하는 단계;
    상기 이온 비임을 사용해 적어도 관심 있는 특징의 국소 부위에서 상기 제1 표면을 밀링하여 적어도 관심 있는 특징의 국소 부위에서 상기 제1 표면을 실질적으로 평탄화하게 하는 단계;
    상기 제1 표면을 밀링한 다음에, 상기 샘플을 밀링하여 제2 표면을 노출하는 단계로서, 상기 제2 표면은 관심 있는 특징의 단면을 포함하는, 단계;
    전자 발생원으로부터의 전자 비임을 상기 제2 표면으로 안내하는 단계; 및
    상기 전자 비임이 상기 제2 표면과 상호작용함을 검출함으로써 상기 제2 표면의 이미지를 형성하는 단계;
    상기 제2 표면의 이미지를 따라 복수 개의 위치들에서 상기 관심 있는 특징을 특징화하는 단계; 및
    상기 제1 표면 및 상기 이온 비임 간의 밀링 각도 및 상기 이온 발생원에 대해 근접 위치해 있는 이미지의 단부로부터의 위치의 거리에 기반하여 상기 복수 개의 위치들 각각의 깊이를 결정하는 단계;
    를 포함하는, 전자 현미경을 위한 단면 뷰의 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제2 표면의 이미지를 분석하여 상기 제2 표면의 특징이 결함을 포함하고 있는지를 결정하는 단계;
    를 더 포함하는, 전자 현미경을 위한 단면 뷰의 형성 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 이온 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도는 10도보다 작거나 같은, 전자 현미경을 위한 단면 뷰의 형성 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 이온 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도는 5도보다 작거나 같은, 전자 현미경을 위한 단면 뷰의 형성 방법.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 이온 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도는 1도보다 작거나 같은, 전자 현미경을 위한 단면 뷰의 형성 방법.
  14. 삭제
  15. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 샘플이 놓여져 있는 샘플 스테이지의 틸트(tilt)는 상기 밀링하는 것들 및 상기 이미지를 형성하는 것 사이에서 변경되는, 전자 현미경을 위한 단면 뷰의 형성 방법.
  16. 제15항에 있어서, 45도 스터브가 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플 사이에 배치되는, 전자 현미경을 위한 단면 뷰의 형성 방법.
  17. 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰를 형성하는 시스템에 있어서,
    상기 시스템은,
    집속 이온 비임 칼럼;
    전자 현미경;
    샘플을 보유하기 위한 샘플 스테이지; 및
    컴퓨터 컨트롤러;
    를 포함하며, 상기 컴퓨터 컨트롤러는,
    상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 이온 발생원으로부터의 이온 비임을 샘플의 제1 표면으로 안내하여 상기 샘플 중 적어도 일부분을 밀링하게 하는 컴퓨터 명령어;
    상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 상기 이온 비임을 사용해 상기 제1 표면을 밀링하여 제2 표면을 노출하게 하는 컴퓨터 명령어로서, 상기 이온 발생원에 대해 원격 위치해 있는 제2 표면의 단부가 상기 이온 발생원에 대해 근접 위치해 있는 제1 표면의 단부보다 기준 깊이에 비해 긴 깊이로 밀링되며 상기 제2 표면이 적어도 하나의 관심 있는 특징을 포함하는, 컴퓨터 명령어;
    상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 전자 발생원으로부터의 전자 비임을 상기 제2 표면으로 안내하게 하는 컴퓨터 명령어;
    상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 상기 전자 비임이 상기 제2 표면과 상호작용함을 검출함으로써 상기 제2 표면의 이미지를 형성하게 하는 컴퓨터 명령어로서, 상기 이미지가 상기 관심 있는 특징 중 적어도 일부분을 포함하는, 컴퓨터 명령어;
    상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 상기 제2 표면의 이미지를 따라 복수 개의 위치들에서 상기 관심 있는 특징을 특징화하게 하는 컴퓨터 명령어; 및
    상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 상기 제1 표면 및 상기 이온 비임 간의 밀링 각도 및 상기 이온 발생원에 대해 근접 위치해 있는 이미지의 단부로부터의 위치의 거리에 기반하여 상기 복수 개의 위치들 각각의 깊이를 결정하게 하는 컴퓨터 명령어;가 부호화된 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 매체를 포함하는, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 컴퓨터-판독가능 매체에는,
    상기 컴퓨터 컨트롤러에 의해 실행될 때 상기 시스템이 상기 제2 표면의 이미지를 분석하여 상기 제2 표면의 특징이 결함을 포함하고 있는지를 결정하게 하는 컴퓨터 명령어;가 더 부호화되어 있는, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 시스템.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 이온 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도는 10도보다 작거나 같은, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 시스템.
  20. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 이온 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도는 5도보다 작거나 같은, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 시스템.
  21. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 이온 비임 및 상기 제1 표면 간의 각도는 1도보다 작거나 같은, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 시스템.
  22. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 샘플이 놓여져 있는 샘플 스테이지의 틸트(tilt)는 상기 밀링하는 것 및 상기 이미지를 형성하는 것 사이에서 변경되는, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 45도 스터브가 상기 샘플 스테이지 및 상기 샘플 사이에 배치되는, 전자 현미경을 위한 평면상인 단면 뷰의 형성 시스템.
  24. 삭제
  25. 삭제
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