KR102039528B1

KR102039528B1 - 경사진 밀링 보호를 위한 벌크 증착

Info

Publication number: KR102039528B1
Application number: KR1020157011682A
Authority: KR
Inventors: 스테이시 스톤; 이상훈; 제프리 블랙우드; 마이클 슈미트
Original assignee: 에프이아이 컴파니
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2019-11-01
Also published as: KR20150064190A; TW201428834A; TWI607498B; EP2903773A1; EP2903773A4; WO2014055982A1; CN104822482A; JP2015533256A; JP6199979B2; CN104822482B; EP2903773B1; US9412560B2; US20150243477A1

Abstract

보기 위해서 집속 이온 빔에 의해 노출된 표면에서 아티팩트들을 줄이기 위해서, 관심 영역 옆의 트렌치가 밀링되며, 그리고 그 트렌치는 채워져서 벌크헤드를 생성한다. 상기 이온 빔은 보기 위해서 상기 관심 영역의 일부를 노출시키기 위해서 상기 벌크헤드를 통해서 방향이 정해진다. 상기 트렌치는, 예를 들면, 하전 입자 빔-유도 증착에 의해서 채워진다. 상기 트렌치는 위에서부터 아래로 밀링되고 채워지는 것이 일반적이며, 그리고 상기 이온 빔은 상기 샘플 표면에 대하여 각도를 이루어서 상기 관심 영역을 노출시킨다.

Description

경사진 밀링 보호를 위한 벌크 증착 {Bulk Deposition for Tilted Mill Protection}

본 발명은 구조들에 대한 하전 입자 빔 프로세싱에 관련된 것이다.

프로세스 모니터링 및 고장 분석을 위해 (나노미터 크기를 포함하는) 현미경적인 구조들을 검사하는 공통의 방법은 그 구조 내의 트렌치 (trench)를 집속 이온 빔 (focused ion beam (FIB))으로 잘라내어 표면에 직교하는 횡단면을 노출시키고, 그리고 그 후에 주사 전자 현미경 (scanning electron microscope (SEM))으로 그 횡단면을 보는 것이다. 다른 기술은 그 구조로부터 얇은 샘플을 추출하여 투과 전자 현미경 (transmission electron microscope (TEM)) 상에서 보는 것이다. 그러나 이온 빔 밀링 아티팩트 (artifact)는 그 노출된 구조를 왜곡시킬 수 있으며, 그래서 그 전자 빔 이미지는 원래의 구조를 정밀하게 표시하지 않는다.

한 가지 유형의 아티팩트는 "커트닝 (curtaining)"으로 언급되며, 이는 그것이 커튼처럼 보이기 때문이다. 샘플이 이온 빔에 의해 상이한 속도들로 밀링되는 물질들로 구성될 때와 같이 상이한 물질들이 상이한 속도들로 제거될 때에 커트닝이 발행한다. 채워지지 않은 홀들은 커트닝의 원인일 수 있으며, 이는 가우시안 형상의 이온 빔의 "꼬리들 (tails)"에 의한 밀링일 수 있기 때문이다. 커트닝은 불규칙한 형상을 가진 표면을 밀링할 때에 또한 발생할 수 있다. 예를 들면, 둘 모두가 본 발명 양수인에게 양도된 미국 특허 공개번호 20130143412 인 "Methods for Preparing Thin Samples for Tem Imaging" 그리고 미국 특허 공개 번호 20120199923 인 "Method and Apparatus for Controlling Topographical Variation on a Milled Cross-Section of a Structure"에서 설명된 것과 같은 가우시안-형상 빔의 꼬리에 의해서 초래된 밀링으로부터의 커트닝을 줄이기 위해서 관심 영역의 제일 위에 보호 레이어가 가끔 증착된다.

폭보다 아주 더 큰 높이를 가진 형태 (feature)를 노출시킬 때에 심각한 아티팩트들이 생성될 수 있다. 그런 구조는 "높은 종횡비 (high aspect ratio)" 형태로 언급된다. 예를 들면, 자신의 폭보다 4배 더 큰 높이를 가진 형태는 높은 종횡비 형태인 것으로 간주될 것이다. 집적 회로들 내 레이어들 사이의 홀들 또는 접점들은 때로는 높은 종횡비 구조들로, 자신의 폭보다 여러 배 더 큰 높이를 가진다.

반도체 제조 프로세스들은 더욱 많은 회로를 더 작은 패키지들 내에 채우기 때문에, 집적 회로 설계들은 더욱 더 3차원 (3D)이 되어가고 있으며 그리고 더 높은 종횡비 형태들을 혼합한다. 3D NAND 회로들과 같은 3D 집적 회로 (IC) 구조들을 위해 높은 종횡비 구조들, 특히 채워지지 않은 접촉 홀들을 분석할 때에, 전통적인 이온 빔 샘플 준비는 왜곡 및 커트닝과 같은 수용할 수 없는 아티팩트들을 초래한다.

샘플 상에 채워지지 않은 높은 종횡비 홀들이 존재할 때에, 상기 채워지지 않은 홀에 인접한 영역들 그리고 고체 영역들 사이에서의 밀링 속도들에서는 큰 차이가 존재한다. 밀링 속도들에서의 그 큰 차이들은 커트닝 또는 폭포 효과들, 그 홀의 형상을 왜곡시키는 다른 아티팩트의 결과를 가져온다. 이온 빔 밀링 프로세스로부터의 구조 손상 및 아티팩트들은 높은 종횡비 수직 구조들을 분석하는 것을 어렵게 만든다.

프로세스 엔지니어들이 관찰할 필요가 있는 한 가지 구조적 형태는 스루-실리콘 비아 (through-silicon via (TSV))이다. 횡단 TSV들은 공간 및 표면 인터페이스의 특성을 부여하기 위한 반도체 실험실에서의 공통적인 실무이다. 보통은 50-300 nm인 TSV들의 깊이로 인해서, 이온 빔으로 TSV의 횡단면을 밀링하는 것은 실질적인 커트닝의 결과를 가져온다.

형태들을 노출시키기 위해서 이온 빔 밀링을 사용하는 것에 의해서 초래된 손상 및 아티팩트들 때문에, 이미지는 제조 프로세스의 결과들을 충실하게 보여주지 않는다. 상기 아티팩트들은 제조 프로세스의 측정들 및 평가를 방해하며, 이는 그 이미지 및 측정들이 원래의 제조 프로세스의 결과만이 아니라 샘플 준비의 영향들을 보여주기 때문이다.

높은 종횡비 홀들 또는 복잡한 물질 적층들을 가진 트렌치들은, 산란계 및 선폭 주사 전자 현미경 (critical dimension scanning electron microscopy (CD-SEM))과 같은 다른 알려진 방법들을 이용하여 측정하는 것을 또한 어렵게 한다.

필요한 것은 조사 및/또는 측정을 위해 관심 영역을 노출시키고 그리고 관심 영역을 손상시키지 않으면서 또는 노출된 표면에 아티팩트들을 생성하지 않으면서 제조 프로세스를 나타내는 정확한 이미지를 산출하는 방식이다.

본 발명의 목적은 매복된 형태들을 조사를 하기 위해서 노출시키면서도 그 형태들에 대한 손상을 최소화하는 것이다.

본 발명의 실시예들은 관심 형태 주변의 홀을 남겨두고 물질을 제거하고 그리고 상기 홀을 증착된 물질로 채워서 "벌크헤드 (bulkhead)"를 생성한다. 부분적으로 상기 증착된 물질을 통해서 방향이 정해진 이온 빔이 관심 형태의 일부를 노출시킨다. 상기 증착된 물질을 통해서 방향이 정해지도록 하여, 아티팩트들이 줄어들고 그리고 노출된 표면은 상기 구조를 노출 이전에 보였던 것처럼 정밀하게 표시한다. 몇몇의 실시예들에서, 상기 관심 형태의 일부는 조각 (照角, glancing angle)에서의 밀링에 의해서 표면에 노출된다.

앞서 언급한 것은 본 발명의 특징들 및 기술적인 유리함을 널리 기술한 것이 아니라 개설한 것이며, 이는 이어지는 본 발명의 상세한 설명이 더 잘 이해되도록 하기 위한 것이다. 본 발명의 추가적인 특징들 및 유리함은 아래에서 설명될 것이다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은, 개시된 개념 및 특정 실시예들이 본 발명의 동일한 목적들을 수행하기 위한 다른 구조들을 수정하고 설계하기 위한 기초로서 쉽게 활용될 수 있을 것이라는 것을 이해해야 한다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 그런 등가의 구성들은 첨부된 청구항들에서 제시된 것과 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 것을 또한 이해해야 한다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

본 발명에 대한 더 철저한 이해를 위해서, 그리고 본 발명의 유리함을 위해서, 첨부된 도면들과 결합하여 취해진 다음의 설명들을 이제 참조한다.
도 1은 본 발명의 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 2a - 도 2e는 도 1의 흐름도의 행동들을 도시한다.
도 3a는 프로세싱 이전 샘플의 탑다운 (top down) 모습을 보여준다.
도 3b는 도 3a의 샘플의 횡단면 모습을 보여준다.
도 4a는 밀링된 홀을 구비한 샘플의 탑다운 모습을 보여준다.
도 4b는 도 4a의 샘플의 횡단면 모습을 보여준다.
도 5a는 증착된 물질로 채워진 홀을 구비한 샘플의 탑다운 모습을 보여준다.
도 5b는 도 5a의 샘플의 횡단면 모습을 보여준다.
도 6는 샘플 상에서 수행된 조각 밀링의 탑다운 모습을 보여준다.
도 6b는 도 6a의 샘플의 횡단면 모습을 보여준다.
도 7a는 추가의 조각 밀링을 가진 도 6a의 샘플의 탑다운 모습을 보여준다.
도 7b는 도 7a의 샘플의 횡단면 모습을 보여준다.
도 8a는 추가의 조각 밀링을 가진 도 7a의 샘플의 탑다운 모습을 보여준다.
도 8b는 도 8a의 샘플의 횡단면 모습을 보여준다.
도 9는 각을 이룬 증착을 이용한 본 발명의 제2 실시예의 흐름도이다.
도 10a는 점진적인 조각 밀링들의 탑다운 모습을 보여준다.
도 10b는 도 10a의 횡단면 모습을 보여준다.
도 11은 도 10a의 다른 횡단면 모습을 보여준다.
도 12는 도 10a의 다른 횡단면 모습을 보여준다.
도 13은 벌크헤드 증착 보호에 각을 이룬 밀링을 더한 것을 사용한 본 발명의 제3 실시예의 단계들을 보여주는 흐름도이다.
도 14a는 각을 이룬 밀링을 위한 벌크헤드 증착 보호의 탑다운 모습을 보여준다.
도 14b는 각을 이룬 밀링을 위한 벌크헤드 증착 보호의 횡단면 모습을 보여준다.
도 14c는 각을 이룬 밀링을 위한 벌크헤드 증착 보호의 다른 횡단면 모습을 보여준다.
도 15는 본 발명의 실시예가 실행될 수 있는 전형적인 듀얼 빔 시스템을 보여준다.
도 16은 아티팩트-없는 횡단면들을 효과적으로 생성하기 위한 벌크 헤드를 보여준다.
도 17은 비-최적 벌크 헤드를 보여준다.

본 발명의 실시예들은 "벌크헤드 (bulkhead)"가 내부에 증착되는 트렌치 (trench)를 생성하기 위해서 관심 형태 (feature of interest)에 인접한 샘플의 일부를 밀링하여 없애기 위해 이온 빔을 사용한다. "벌크헤드"는 관심 영역을 밀링하기 이전에 이온 빔이 통과하는 물질이다. 그 벌크헤드는 보통은 고체 블록 물질이다. 관심 영역의 제일 위에가 아닌 그 관심 영역에 인접한 증착은 밀링 동안에 그 빔 방향으로 상기 관심 영역의 에지 (edge)를 보호한다 몇몇의 실시예들은 인접한 보호 증착과 함께 하는 경사 각도 밀링의 결합을 제공한다. 종래 기술은 현존하는 표면 상의 형태 위에 보호 레이어를 증착하는 것을 교시하는 반면에, 본 발명 실시예들에서의 밀링은 새로운 표면을 산출하며, 관심 영역 위가 아니라 그 관심 영역에 인접하여 그 새로운 표면 위에 물질이 증착된다. "관심 영역 (region of interest)", "관심 구조 (structure of interest)", 그리고 "관심 형태 (feature of interest)" 는 여기에서는 교환적으로 사용된다.

본 발명이 몇몇의 실시예들은 채워지지 않은 높은 종횡비의 트렌치들이나 홀들을 가진 샘플 상에 특별한 유리함들을 제공한다. 몇몇의 실시예들은 특징이 지워질 깊은 홀이나 홀들에 인접하게 FIB를 이용하여 홀을 밀링한다. 그 밀링된 홀은 증착 물질로 채워진다. 그 증착된 물질은, 벌크헤드를 통해 조각 (glancing angle) 또는 경사진 횡단면 중 어느 하나로 경사진 방위에서 밀링할 때에 커트닝 생성을 방지하기 위해서 마스크로서 행동한다. 그 증착된 물질은 상기 벌크헤드 전체에서 실질적으로 균일하며, 그래서 커트닝을 감소시킨다.

벌크헤드의 실시예들은 관심 영역의 제일 위에가 아니라 수평 평면에서 관심 영역에 가깝게 위치한 두꺼운 증착물들인 것이 보통이며, 그리고 상기 물질은 이 목적을 위해서 밀링된 트렌치들이나 홀들로 증착되는 것이 보통이다. 관심 영역을 노출시키기 위한 이 밀링은 탑 다운 방식은 아니지만, 벌크헤드를 통한 수평 성분을 가진다. 이온-빔 유도 증착이 아래에서의 예에서 사용되지만, 증착하는 어떤 적합한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 전구체를 분해하지 않고도 물질이 증착되는 클러스터 빔 증착과 같은 직접 증착은 물론이며, 레이저 빔이나 전자 빔과 같은 빔이 물질 증착을 위해서 전구체를 분해시키는 유도 증착의 다른 상이한 유형들이 사용될 수 있다.

벌크헤드의 바람직한 치수들은, 노출되고 있는 관심 형태에 의해서 결정되는 상기 밀링의 깊이 및 각도에 의존한다. 상기 벌크헤드의 폭은 적어도 관심 영역만큼 넓어야만 한다. 상기 빔은 관심 형태의 모든 부분 또는 실질적인 부분을 밀링하기 이전에 균일한 물질을 통과하는 것이 바람직하다. 벌크헤드가 밀링에 있어서 어떤 지점에서 너무 얇다면, 커트닝이 발생할 수 있을 것이다. 벌크헤드의 모습은 빔이 관심 영역에 진입하기 이전에 그 빔에게 균일한 물질을 제시하는 최소 부피인 것이 바람직하다. 즉, 상기 벌크헤드는 충분하게 길고 깊어서, 상기 각이 있는 빔이 관심 영역의 바닥에 접촉할 때에, 그 빔이 벌크헤드의 실질적인 길이를 통해서 여전히 이동하고 있도록 해야 한다.

상기 벌크헤드는 직사각형 박스일 필요는 없다. 경사진 패턴이 가장 효과적일 것이지만 만들기에는 더욱 복잡하다. 예를 들면, 도 16은 과도한 증착 없이 커트닝을 줄이는 효율적인 벌크헤드 디자인을 보여준다. 참조번호 1602의 샘플은 증착된 벌크헤드 (1604) 및 관심 형태 (1606)을 포함한다. 참조번호 1608의 화살표로 보이는 것처럼, 빔이 관심 형태의 바닥을 밀링하고 있을 때에, 그 빔은 벌크헤드를 통해서 지나간다. 상기 빔이 통과하지 않을 참조번호 1610의 영역과 같은 구역을 통한 벌크헤드의 어떤 연장도 밀링을 개선시키지 않으며 그리고 프로세싱 시간을 불필요하게 증가시킨다. 도 17은 비-최적 벌크헤드 (1704) 및 관심 형태 (1706)을 구비한 샘플 (1702)을 보여준다. 빔 (1708)은 형태의 바닥 (1710)에서 자신의 경로 내에서 비-균일 밀도에 마추지지 않을 것이며, 이는 벌크헤드의 비-균일 밀링을 초래할 것이며, 이어서, 그 벌크헤드의 다른 측면 상 관심 형태의 비-균일 밀링을 초래할 수 있을 것이다.

CD-SEM, 산란계 (scatterometry), 및 TEM을 포함하는 현존하는 방법들은 각각 깊음, 너무 복잡한/너무 많은 변수들, 그리고 샘플의 완전성으로 인해서 복잡한 물질 스택들 상에 개방 홀 수치들의 특성을 나타내지 못한다. 상기 설명된 본 발명의 실시예들은 복잡한 물질 스택들 상에 개방 홀 수치들의 특성을 나타내는 능력을 제공한다.

빈 구조 샘플 준비를 위해서 벌크헤드 증착용으로 사용된 세 개의 실시예들이 아래에서 설명된다:

1. 슬라이스 앤 뷰 (Slice and View)-유형, 글랜싱 (glancing) 유형 밀링 프로세스;

2. 글랜싱 유형 밀링을 위한 각도를 이룬 증착 프로세스; 및

3. 조각 (glancing angle) 평면이 아닌, 관찰을 위한 수직 평면을 노출시키는 각도를 이룬 밀링 프로세스.

방법 1 - 조각 밀링을 구비한 슬라이스 및 뷰

아래에서 설명된 프로세스들에서, SEM의 전자 컬럼이 수직으로 설치되고 그리고 FIB가 52도로 설치된다. 그런 시스템이 도 15에서 보이며 그리고 아래에서 상세하게 설명된다. 아래에서 설명된 각도들은 그 구성에 관한 것이다. 다른 구성들을 사용할 때에는, 상이한 각도들이 사용될 것이지만, 몇몇의 실시예들에서는, 동일한 상대적인 각도들이 사용될 것이다.

도 1은 본 발명 실시예들을 보여주는 흐름도이다. 도 2a - 도 2e는 각 단계들에서의 이온 빔 및 전자 빔을 보여준다. 도 3a는 프로세스를 겪을 샘플 (302)의 샘플의 탑다운 (top down) 모습을 보여주며 그리고 도 3b는 도 3a의 라인 3B-3B를 통해서 취해진 횡단면 측면 모습을 보여준다. 횡단면을 식별하는 이런 전통은 이 설명 전체에서 사용된다. 참조번호 302의 샘플은, 개방 홀들 (304), 트렌치들, 또는 다른 높은 종횡비의 채워지지 않은 구조들과 같은 여러 높은 종횡비 구조들을 포함한다. 단계 102에서, 도 2a에서 보이는 것과 같이 FIB를 이용하여, 위에서 아래쪽으로, 즉, 공정 중 제품 (work piece) 표면에 수직으로, 관심 구조에 인접하여 홀이 밀링된다. 도 4a 및 도 4b는 관심 구조 (404)에 가까운 홀 (402)을 보여준다. 개방 홀들 (406)을 상기 홀이 도 4b에서 밀링되는 영역의 배경에서 볼 수 있다. 단계 104에서, 상기 홀은, 예를 들면, 도 2b에서 보이는 것처럼 이온-빔 유도 증착을 이용하여 샘플의 제일 위에서부터 아래로 채워진다. 도 5a 및 도 5b는 증착 물질 (502)을 보여준다. 상기 증착 물질의 일부는 관심 구역 위에 증착될 가능성이 있다. 상기 홀은, 예를 들면, 텅스텐, 백금, 산화물 또는 이온 빔-유도 증착을 이용하여 증착될 수 있는 다른 물질로 채워질 수 있다. 바람직하게는 상기 증착된 물질은 동일한 에칭 속도, 예를 들며, 상기 공정 중 제품 물질보다 30% 내의 또는 더 낮은 에칭 속도를 가진다. 증착 전구체들은 잘 알려진 것이다. 단계 106에서, 상기 샘플은 조각 (glancing angle) 밀링을 위해 재방향 설정되어 밀링된다. 조각 밀링은 2012년 11월 11일에 출원된 미국 특허 출원 번호 13/609,811의 "Glancing Angle Mill"에서 상세하게 설명되며, 이 출원은 본원에 참조로 편입된다. 단계 108에서, 조각 밀링은 도 2c - 도 2e에서 보이는 것처럼 수행된다. 바람직하게는, 상기 조각은 10도이거나 또는 더 작으며, 더 바람직하게는 5도이거나 또는 더 작으며, 더욱 더 바람직하게는 3도이거나 또는 더 작으며, 그리고 몇몇의 경우들에서는 1도 미만이다. 여기에서 사용된 것처럼, 조각 밀링은 이온 빔 그리고 밀링되는 제일 위 표면 사이의 각도가 10도 또는 더 작은 각도로 샘플을 밀링하는 것을 의미할 것이다. 본 발명은 조각 밀링으로 제한되지 않는다. 몇몇의 애플리케이션들에서는 45도까지의 빔 각도들 또는 심지어는 더 큰 각도들이 유용하다.

사용된 실제의 각도는 사용될 시스템 상에서 이용 가능한 구성들 그리고 실행될 측정의 깊이에 종속될 것이다. 예를 들면, 전형적인 구리 상호연결 트렌치는 12 nm 깊이이다. 샘플 스테이지 (stage)의 경사는 조절되어, 이온 빔 그리고 샘플 사이의 각도가 타겟 구역의 먼 말단에서 12 nm 깊이인 절단부를 만들도록 할 것이다. 즉, 상기 각도 및 깊이는 형태를 완전하게 노출시키기 위해서 세팅될 수 있을 것이다. 비록 도 2c - 도 2e의 실시예들에서 상기 이온 빔이 상기 샘플의 최 상단 표면으로 향하지만, 몇몇의 바람직한 실시예들에서 상기 빔은 더욱 더 깊게 매복된 형태들을 노출시키기 위해서 매우 동일한 방식으로 상기 샘플로 더 깊게 방향이 정해질 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 조각 밀링의 결과를 보여준다. 빔 방향의 수평 성분은 참조번호 602의 화살표에 의해 보이며, 상기 빔 방향의 수직 성분은 도면으로 들어가는 방향이다. 밀링 깊이는 왼쪽으로부터 오른쪽으로 상기 벌크헤드 증착을 가로질러 관심 구역으로 증가되며, 이는 도 6a의 밀링된 영역에서 왼쪽으로부터 오른쪽으로 점진적으로 더 어두워지는 음영으로 도시된다. 단계 108에서 조각 밀링 이후에, 단계 110에서 횡단면 표면이 SEM을 이용하여 보여서, 위에서부터 아래로 샘플을 이미지화 한다. 상기 SEM은, 동작 거리를 줄이는 것에 의해서 높은 품질의 이미지를 유지하기 위해서 상기 구조들에 직교하여 가깝게 방위가 정해진다. 상기 증착으로부터 상대적으로 멀리 떨어져서 위치한 밀링된 구역들은 커트닝 영향들을 받기 쉬우며, 반면에 증착된 구역에 더 가까운 샘플 구역들은 커트닝 또는 다른 왜곡을 거의 또는 전혀 보이지 않는다. 그러므로, 상기 벌크헤드가 상기 관심 형태에 아주 가까운 것이 바람직하다.

단계 108 및 단계 110은 "슬라이스 앤 뷰 (slice and view)"를 수행하기 위해서 반복되며, 그럼으로써 그 형태의 다양한 깊이들로 이미지들을 제공하며 그리고 그 이미지들은 3차원 정보를 얻기 위해서 결합될 수 있다. 도 2d는 상기 구조들로부터 더 많은 물질들을 제거하는 그 후의 조각 밀링을 보여주며, 이는 도 7a 및 도 7b에서 보이는 결과를 생성한다. 도 2e는 상기 구조들로부터 더 많은 물질들을 제거하는 다음의 조각 밀링을 보여주며, 이는 도 8a 및 도 8b에서 보이는 결과를 생성한다.

상기 반복된 "슬라이스 앤 뷰" 프로세스는 상이한 깊이들에서 정보를 제공할 것이다. 각각의 다음의 슬라이스는 상기 벌크헤드에 가까운 상기 관심 형태의 약간 더 깊은 부분을 노출시킨다. 조각 밀링이 빔의 방향에서 더 깊은 밀링을 산출하기 때문에, 도 5b 내지 도 8b에서 보이는 것과 같이 일련의 관심 형태들이 존재한다면, 밀링은 그 빔 경로에서 상이한 관심 형태들을 상이한 깊이들로 노출시킬 것이다. 그러나, 상기 형태가 상기 벌크헤드로부터 더 멀리 있을수록, 더 많은 아티팩트들이 생성되는 경향이 있다. 최선의 이미지들은 벌크헤드에 가까운 형태들로 형성된다. 다중의 "슬라이스 앤 뷰" 단계들을 사용하는 것은 단일 구조들의 이미지들을 상이한 깊이들로 제공한다. 슬라이스 앤 뷰는 더 둥근 구조들, 직경 밀링 크기에서의 더 나은 제어를 통해서 밀링 품질에 대한 양호한 제어를 제공하며, 그리고 밀링할 때에 깊이에 대한 더 나은 상관 (correlation)을 생성한다. 반복적인 슬라이스 앤 뷰 이미지들은 형태의 3차원 이미지를 형성하기 위해서 결합될 수 있다.

방법 2- 각도를 이룬 벌크헤드 증착

몇몇의 예들에서, 관심 영역은 동일한 형태들의 여러 로우 (row)들을 가진다. 위에서 보이는 것처럼, 예를 들면 도 6b에서, 조각 밀링은 표면 아래에서 상이한 깊이들에서 동일한 형태들의 상이한 것들을 노출시킨다. 상기 벌크헤드에 인접하지 않은 로우들 내에서의 형태들은, 특히 상기 벌크헤드와 상기 관심 형태 사이에 끼어있는 형태들이 존재한다면, 커트닝을 겪을 것이다. 상기 벌크헤드에 가장 가까운 로우 내의 형태들만이 최선의 이미지들을 생성하며, 그리고 그 형태들은 이번의 실시예에서 동일한 깊이로 모두 잘려진다.

관심 영역에 가장 가까운 벌크헤드의 에지는 "인접 에지 (proximal edge)"로 언급된다. 몇몇의 실시예들에서, 상기 인접 에지가 밀링되어 그 인접 에지 상의 상이한 포인트들이 밀링 프로세스 동안에 원래의 표면 아래에서 상이한 깊이들을 가지도록 상기 이온 빔 밀링은 동작한다. 몇몇의 실시예들에서, 인접 에지의 일부 부분들은 다른 부분들보다 상기 빔 소스로부터 더 멀리에 있으며, 그래서 공정 중 제품으로 각도를 이룬 상기 빔이 상기 빔 소스로부터 더 멀리에 있는 에지의 포인트들로 하여금 더 가까이에 있는 부분들보다 더 깊게 밀링되도록 한다. 즉, 상기 벌크헤드는 이온 빔 밀링에 의해서 생산된 비탈진 표면 상의 동일 밀링 깊이의 라인에 평행하지 않은 인접 에지를 가진다. 몇몇의 애플리케이션들에서, 이것은 상기 인접 에지가 조각 밀링 빔 스캔 방향에 평행하지 않다는 것을 의미한다. 어떤 벌크헤드가 밀링되어 상기 인접 에지 상의 상이한 포인트들이 밀링 프로세스 동안에 원래의 표면 아래에서 상이한 깊이들을 가지도록 하는 그런 벌크헤드는 "각도를 이룬 벌크헤드 (angled bulkhead)"로 언급되며, 이는 상기 인접 에지가 빔 방향에 수직하지 않기 때문이다.

벌크헤드의 인접 에지의 포인트들이 상이한 깊이들로 밀링된다면, 그러면 그 인접 에지 벌크헤드에 근접한 관심 형태들 각각 또한 상이한 깊이로 밀링되며, 그럼으로써 단일의 밀링 작동으로부터 상이한 깊이들의 아티팩트-없는 시야를 제공한다.

이 실시예에서, FIB는 각도를 이룬 벌크헤드를 생성하기 위해서 내부가 채워진 홀을 생성하기 위해 홀 위로부터 밀링한다. 이 실시예는 상기 형태의 원마도 (roundness) 및 직경과 같은 특성들이 단일의 조각 밀링을 이용하여 깊이와 상관되도록 허용한다. 또한 이 실시예는 동일한 형태의 상이한 깊이들에서의 이미지들을 제공하기 위해서, 슬라이스 앤 뷰와 함께 사용될 수 있다.

도 9는 이 방법의 단계들을 보여주는 흐름도이며, 그리고 도 10a, 10b, 11a, 11b, 12a 및 12b는, 후-에칭되며 채워지지 않은 구조들 (1004)을 관찰될 관심 영역 (1008)으로서 포함하는 공정 중 제품 (1002)을 보여준다. 단계 901에서, 이온 빔의 스캔 방향으로의 각도에서 홀이 탑 다운 (top down)으로 밀링된다. 단계 902에서, 그 홀은 각도를 이룬 벌크헤드 (1006)를 생성하기 위해서 물질의 이온 빔-유도 증착에 의해 탑 다운으로 채워진다. 단계 903에서, 상기 샘플은 조각 밀링을 위해서 다시 방위가 정해진다.

단계 904에서, 조각 밀링이 상기 제1 실시예에 관련하여 상기에서 설명된 것처럼 수행된다. 도 10a는 조각 밀링의 결과들의 제일 위 모습을 보여준다. 참조번호 1010의 화살표는 빔 방향의 수평 성분을 보여주며, 상기 빔 방향은 지면으로 들어가는 성분을 또한 가진다. 참조번호 1012의 화살표는 상기 빔의 스캔 방향을 보여준다. 도면 상에서의 수직 라인은 동일한 밀링 깊이의 라인에 대응하며, 이것은 음영으로 보이는 것처럼, 왼쪽으로부터 오른쪽으로 더욱 깊어진다. 벌크 헤드의 인접 에지 (1016)는 횡단하여 잘리며, 즉, 동일한 밀링 깊이의 라인에 대하여 각도를 이룬다. 채워지지 않은 구조들 (1004A, 1004B, 1004C, 1004D, 및 1004E)은 모두 상기 벌크 헤드에 근접하며 그리고 그것들의 횡단면들은 커트닝 아티팩트를 거의 또는 아예 가지지 않을 것이다. 채워지지 않은 구조들 (1004F)와 같은 다른 채워지지 않은 구조들은 커트닝을 가질 것이며, 이는 상기 벌크헤드 그리고 참조번호 1004F의 구조 사이에는 다른 두 개의 채워지지 않은 구조들이 존재하지 때문이다.

도 10b, 도 11 및 도 12는 도 10a의 상이한 평면들을 통해서 취해진 횡단면들을 보여준다. 상이한 횡단면들은, 단일의 조각 밀링 단계가 상기 채워지지 않은 구조들 (1004A, 1004B, 1004C, 1004D, 및 1004E) 각각을 표면 아래의 상이한 깊이에서 노출시키는 것을 보여준다. 도 6 - 도 8이 다중의 연속 밀링 단계들 이후에 샘플을 제시하는 이전의 실시예와는 다르게, 도 10a, 도 10b, 도 11 및 도 12는 각도를 이룬 벌크헤드를 이용한 단일의 밀링 단계 이후에 상기 샘플의 상이한 횡단면들을 나타낸다.

옵션의 단계 905에서, 상기 샘플은 전자 빔에 의해서 단계 906에서 이미지화를 위해서 다시 방위가 설정된다. 조각 밀링을 위한 샘플 방위는 SEM의 방위에 의해서 제한되지 않는다. 상이한 원하는 조각 각도들은 SEM에 대해 상이한 방위를 가능하게 한다. 본 발명의 일 실시예는 SEM이 탑 다운 뷰를 가지는 것을 가능하게 할 것이다. SEM의 수직 방위는 SEM 렌즈가 상기 구조들에 근접하는 것을 가능하게 하여, 동작 거리를 줄어들게 하고 그리고 더 높은 품질의 이미지화를 제공하도록 한다.

이 방법을 활용하는 것에 대한 이점들은 단일의 잘린 부분을 이용하여 상이한 깊이들에서 정밀한 분석을 가능하게 하며 그리고 원만도 및 직경과 같은 특성들이 깊이로 상관되는 것을 가능하게 한다. 본 실시예는 동일한 형태에 대해 상이한 깊이들에서 정보를 제공하기 위해서, 반복적으로 슬라이스 앤 뷰와 함께 사용될 수 있다.

방법 3- 각도를 이룬 밀링을 위한 벌크헤드 증착 보호

도 13은 본 발명의 다른 실시예의 단계들을 보여준다. 도 14a는 도 13의 단계들에 따라서 프로세싱되고 있는 공정 중 제품 (1402)을 위에서 본 모습을 보여주며 그리고 도 14b 및 도 14c는 그 공정 중 제품 (1402)의 횡단면들을 보여주며, 이것은 개방 홀들 (1406), 트렌치들, 또는 다른 높은 종횡비의 채워지지 않은 구조들과 같은 여러 높은 종횡비 구조들을 포함한다. 단계 1301에서, 보통은 표면에 법선 방향인 이온 빔을 이용하여 홀이 샘플 내에서 밀링된다. 단계 1302에서, 관심 영역 (1408)에 근접하여 위치한 상기 홀은 증착된 물질로 채워져서, 이전의 실시예들에 관하여 설명된 것과 같이 벌크헤드 (1404)를 생성한다.

이전의 실시예들에서, 표면에 조각 방위인 상기 밀링은 위에서부터 아래로 밀링 구역에 걸쳐서 균일하게 상기 공정 중 제품으로 진행되었다. 즉, 밀링 구역을 가로질러 뒤로 앞으로 스캔되는 빔에서 스캔 라인은 계속하여 공정 중 제품으로 더 깊게 아래로 이동하며, 그 빔은 스캔하여 점진적으로 더 깊어지는 각도를 이룬 트렌치를 산출한다.

이 실시예에서, 경사진 라인은 원하는 밀링 깊이까지 관심 영역의 측면 상에서 밀링되며, 그리고 그 후 빔은 스캔되어 상기 밀링된 표면이 상기 관심 영역을 향하여 비스듬하게 진행하도록 한다. 이전의 실시예들에서 그런 것처럼, 관심 영역 이전에 빔 경로에 증착된 벌크헤드는 그 관심 영역에서의 커트닝을 방지한다. 상기 프로세스는 수직 표면을 노출시키는 결과를 가져오며, 이는 이전의 실시예들의 조각 탑 다운 (top down) 모습 대신에 관심 형태의 측면 모습을 보여준다. 즉, 관심 형태가 채워지지 않은 튜브라면, 이전에 실시예들은 위에서부터 아래로의 관찰을 위한 하나의 깊이에서 그 튜브를 통한 원형 슬라이스를 노출시키지만, 반면에 이 실시예는 그 튜브를 통해서 세로 방향의 슬라이스를 노출시키며, 이것은 측면으로부터의 관찰을 위해서 그것의 전체 길이에 걸쳐서 홀을 보여준다. 이 실시예는 탑-다운 뷰를 생성하지 않기 때문에, 상기 공정 중 제품에 대한 빔의 각도는 더 클 수 있다. 단계 1303에서, 상기 이온 빔은 경사 밀링 방위를 통해서 횡단면을 밀링하여 제거한다. 단계 1304에서, 상기 샘플은 SEM과 함께 다시 방위 설정되며 그리고 보인다.

도 14a는 벌크헤드 (1404)의 탑 다운 뷰 (top down view)를 보여준다. 참조번호 1410의 화살표는 이온 빔의 수평 성분의 방향을 보여주며, 이는 또한 지면으로 들어가는 각도를 이룬다. 상기 밀링은 음영에 의해서 보이는 것처럼, 왼쪽으로 갈수록 얕아지며, 오른쪽으로 갈수록 깊어진다. 도 14b는 라인 14B-14B에서 도 14a의 횡단면을 보여주며, 이 경우에 상기 밀링은 완료되며 그리고 노출된 형태 1406A 및 1406B는 지면에 법선인 위치로부터 볼 준비가 되어 있다. 도 14c는 이미 밀링되어 있으며 그리고 보여질 평면의 전면에 있는 평면에서 위치한 횡단면을 보여준다.

도 14c의 참조번호 1410의 라인은 밀링된 트렌치의 바닥에서의 평면을 보여주며, 그래서 라인들 (1410) 위에 직접적으로는 어떤 물질도 존재하지 않는다. 밀링 라인 아래의 상기 벌크헤드 (1404)의 일부는 밀링 이후에도 그대로 남는다.도 14c의 배경에서, 밀링되지 않은 벌크헤드 (1404) 및 샘플의 밀링되지 않은 부분을 볼 수 있으며, 상기 샘플의 밀링되지 않은 부분은 횡단면 형태들 (1046A 및 1406B)을 포함하는 모습들에 대해 노출된다.

바람직하게는 상기 밀링은 상기 관심 영역으로부터 충분하게 멀리에서 시작하여, 충분하게 큰 트렌치를 최종의 횡단면의 전면에 생산하도록 하며, 그래서 전자 빔이 상기 횡단면을 스캔할 수 있도록 하며 그리고 2차 (secondary) 전자들이 상기 트렌치를 탈출할 수 있도록 하여, 수집되어 이미지를 형성하도록 한다. 상기 관심 영역이 측면으로부터 관통하여 밀링될 때에, 참조번호 1303 및 1304 단계들은 "슬라이스 및 뷰"를 수행하기 위해서 반복될 수 있으며, 그래서 다중의 이미지들을 획득하도록 한다.

듀얼 빔 시스템

도 15는 본 발명을 실행하기에 적합한 전형적인 듀얼 빔 시스템 (1510)을 보여주며, 이 시스템은 수직으로 설치된 SEM 컬럼 및 수직으로부터 대략 52도의 각도로 설치된 FIB 컬럼을 구비한다. 적절한 듀얼 빔 시스템들이, 예를 들면, 본 발명의 양수인인 FEI Company, Hillsboro, Oregon 으로부터 상업적으로 입수 가능하다. 적합한 하드웨어의 예가 아래에서 제시되지만, 본 발명은 어떤 특정 유형의 하드웨어에서 구현되는 것으로 제한되지 않는다.

주사 전자 현미경 (1541)이 파워 서플라이 및 제어 유닛 (1545)과 함께 듀얼 빔 시스템 (1510)에게 제공된다. 캐소드 (1552) 및 아노드 (1554) 사이에 전압을 인가하여 캐소드 (1552)로부터 전자 빔 (1543)이 방사된다. 전자 빔 (1543)은 집광 렌즈 (1556) 및 대물 렌즈 (1558)에 의해서 정밀 스폿으로 집속된다. 전자 빔 (1543)은 편향 코일 (1560)에 의해서 표본 상에서 2차원적으로 스캔된다. 집광 렌즈 (1556), 대물 렌즈 (1558), 그리고 편향 코일 (1560)의 동작은 파워 서플라이 및 제어 유닛 (1545)에 의해서 제어된다.

전자 빔 (1543)은 기판 (1522) 상으로 집속될 수 있으며, 상기 기판은 하단 챔버 (1526) 내 이동 가능한 스테이지 (1525) 상에 위치한다. 상기 전자 빔 내의 전자들이 상기 기판 (1522)을 타격할 때에, 2차 전자들이 방사된다. 이 2차 전자들은 아래에서 설명되는 것과 같은 2차 전자 탐지기 (1540)에 의해서 탐지된다.

듀얼 빔 시스템 (1510)은 집속 이온 빔 (focused ion beam (FIB)) 시스템 (1511)을 또한 포함하며, 이 FIB 시스템은 진공 챔버를 포함하며, 이 진공 챔버는 상단 부분 (1512)을 구비하며, 이 상단 부분 내에 이온 소스 (1514) 및 포커싱 컬럼 (1516)이 위치하며, 상기 포커싱 컬럼 (1516)은 추출기 전극들 및 정전형 광학 시스템을 포함한다. 포커싱 컬럼 (1516)의 축은 상기 전자 컬럼의 축으로부터 52도 기울어져 있다. 상기 상단 부분 (1512)은 이온 소스 (1514), 추출 전극 (1515), 포커싱 요소 (1517), 편향 요소들 (1520), 그리고 집속 이온 빔 (1518)을 포함한다. 이온 빔 (1518)은 이온 소스 (1514)로부터 포커싱 컬럼 (1516)을 통해서 그리고 정전형 편향기 (1520)들 사이로 기판 (1522)을 향하며, 이 기판은, 예를 들면, 하단 챔버 (1526) 내 이동가능 스테이지 (1525) 상에 위치한 반도체 디바이스를 포함한다.

참조번호 1525의 스테이지는 수평 평면 (X 및 Y 축)에서 그리고 수직으로 (Z 축) 이동할 수 있는 것이 바람직하다. 또한 스테이지 (1525)는 약 60도 기울어질 수 있고 그리고 Z 축 주위로 회전할 수 있다. 기판 (1522)을 X-Y 스테이지 (1525) 상으로 넣기 위해서 그리고 내부 가스 공급 저장기가 사용된다면 그 가스 공급 저장기에 대한 서비스를 위해서 문 (1561)이 열린다. 그 문은, 상기 시스템이 진공 상태라면 그 문이 열릴 수 없도록 하기 위해서 서로 맞물린다.

상단 부 (1512)를 진공으로 하기 위해서 이온 펌프 (도시되지 않음)가 채택된다. 상기 챔버 (1526)는 진공 제어기 (1532)의 제어 하에 터보분자 및 기계적인 펌핑 시스템 (1530)을 이용하여 진공이 된다. 진공 시스템은 챔버 (1526) 내에 약 1 x 10^-7 Torr 및 5 x 10^-4 Torr 사이의 진공을 제공한다. 에치-보조 (etch-assisting) 가스, 에치-지연 (etch-retarding) 가스, 또는 증착 전구체 가스 (deposition precursor gas)가 사용된다면, 챔버 배경 압력은, 보통은 약 1 x 10^-5 Torr 로 올라갈 수 있다.

고 전압 파워 서플라이는 이온 빔 (1518)에 전력을 공급하고 초점을 맞추기 위해서 이온 빔 포커싱 컬럼 포커싱 (1516) 내의 전극들에게 적절한 가속 전압을 제공한다. 이온 빔이 기판 (1522)을 타격할 때에, 재질이 샘플로부터 튀겨지며, 즉, 물리적으로 배출된다. 대안으로, 이온 빔 (1518)은 재질을 증착시키기 위해서 전구체 가스를 분해시킬 수 있다.

고 전압 파워 서플라이 (1534)는 대략 1 keV 내지 60 keV 이온 빔 (1518)을 형성하고 그리고 그 이온 빔을 샘플로 향하도록 하기 위해서 액체 금속 이온 소스 (1514)에 그리고 이온 빔 포커싱 컬럼 (1516) 내 적절한 전극들에 연결된다. 편향 제어기 및 증폭기 (1536)는 패턴 생성기 (1538)에 의해서 제공된 미리 정해진 패턴에 따라서 동작하며, 편형 플레이트들 (1520)에 연결되며, 그럼으로써 이온 빔 (1518)이 수동으로 또는 자동으로 제어되어 기판 (1522)의 상단 표면 상 대응 패턴을 추적하도록 한다. 몇몇의 시스템들에서, 상기 편향 플레이트들은 최종 렌즈 이전에 위치하며, 이것은 본 발명이 속한 기술 분야에서는 잘 알려진 것이다. 이온 빔 포커싱 컬럼 (1516) 내의 빔 블랭킹 (beam blanking) 전극들 (도시되지 않음)은 블랭킹 제어기 (도시되지 않음)가 상기 블랭킹 전극에 블랭킹 전압을 인가할 때에 이온 빔 (1518)으로 하여금 기판 (1522) 대신에 블랭킹 기판 (도시되지 않음) 상에 충돌하도록 한다.

상기 액체 금속 이온 소스 (1514)는 갈륨의 금속 이온 빔을 제공하는 것이 보통이다. 보통은 상기 소스는 강화된 에치, 재질 증착, 이온 밀링에 의해 상기 기판 (1522)을 수정하기 위해, 또는 상기 기판 (1522)을 이미지화하기 위한 목적으로, 기판 (1522)에서 10분의 1 마이크로 이하의 폭을 가진 빔으로 집속될 수 있다. 플라즈마 이온 소스와 같은 다른 이온 소스들이 또한 사용될 수 있다.

옵션의 프로브 어셈블리는 프로브 모션 메커니즘 (1580) 및 프로브 팁들 (1581)을 포함하여, 노출된 도전체에 전압을 인가하거나 그 도전체에서 전압을 감지하는 것을 가능하게 한다. 상기 프로브 탭들은 원하는 위치로 개별적으로 이동될 수 있으며 그리고 기판 (1522)에 접촉하기 위해서 낮추어질 수 있다. 세 개의 프로브 팁들이 도시되지만, 프로브 팁들의 개수는 바뀔 수 있다. 임의 개수의 프로브들을 제어하기 위해서 다중의 프로브 모션 메커니즘이 사용될 수 있다 이 프로브 팁들은 정밀한 위치에서 상기 기판 (1522)에 전압이나 전류를 인가할 수 있으며 그리고/또는 전압 또는 전류를 감지할 수 있다.

2차 이온 또는 전자 방사를 탐지하기 위해서 사용되는 Everhart-Thornley 탐지기 또는 다중-채널 플레이트와 같은 하전 입자 탐지기 (1540)는, 비디오 모니터 (1544)로 구동 신호들을 공급하고 제어기 (1519)로부터 편향 신호들을 수신하는 비디오 회로 (1542)에 연결된다. 하단 챔버 (1526) 내의 하전 입자 탐지기 (1540)의 위치는 상이한 실시예들에서 달라질 수 있다. 예를 들면, 하전 입자 탐지기 (1540)는 이온 빔과 동축일 수 있으며 그리고 이온 빔이 지나갈 수 있도록 하는 홀을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 2차 입자들은 최종 렌즈를 통해서 수집될 수 있으며 그 후에 수집을 위해서 축에서 벗어날 수 있다.

광학 현미경 (1551)은 샘플 (1522) 및 프로브 (1581) 관찰을 가능하게 한다. 예를 들면, 본원의 출원인에게 양수된 Rasmussen의 미국 특허 번호 6,373,070 "Method apparatus for a coaxial optical microscope with focused ion beam"에서 설명된 것과 같이, 상기 광학 현미경은 하전 입자 빔들 중 하나와 동축 (co-axial)일 수 있다.

가스 전달 시스템 (1546)은 가스 상태의 증기를 도입하여 기판 (1522)으로 향하게 하기 위해서 하단 챔버 (1526)로 확장한다. 본 발명의 양수인에게 양수된 Casella 등의 미국 특허 번호 5,851,413 "Gas Delivery Systems for Particle Beam Processing"은 적합한 가수 전달 시스템 (1546)을 기술한다. 다른 가스 전달 시스템은 본 발명의 양수인에게 또한 양수된 Rasmussen의 미국 특허 번호 5,435,850 "Gas Injection System"에서 기술된다. 예를 들면, 금속 유기 화합물은 빔 충돌 포인트 상에 전달되어 이온 빔 또는 전자 빔의 충돌 상에 금속을 증착시킨다. 텅스텐을 증착시키기 위해서 백금이나 텅스텐 헥사카르보닐 (tungsten hexcarbonyl)을 증착시키기 위한 (CH₃)₃Pt(C_pCH₃)와 같은 전구체 (precursor) 가스는 전달되어 상기 전자 빔에 의해서 분해되어서, 단계 108에서 보호 레이어를 제공한다.

시스템 제어기 (1519)는 듀얼 빔 시스템 (1510)의 다양한 부분들의 동작을 제어한다. 시스템 제어기 (1519)를 통해서, 사용자는 이온 빔 (1518)이나 전자 빔 (1543)으로 하여금, 통상적인 사용자 인터페이스 (도시되지 않음)로 입력된 명령들을 통해서 원하는 방식으로 스캔되도록 할 수 있다. 대안으로, 시스템 제어기 (1519)는 프로그램된 명령어들에 따라서 듀얼 빔 시스템 (1510)을 제어할 수 있다. 바람직한 제어기는 도 6의 단계들을 자동적으로 수행하기 위한 명령어들을 저장하는 메모리와 통신하거나 또는 그 메모리를 포함한다. 시스템 제어기 (1519)는 프로브 모션 어셈블리 (1580)를 제어하기 위해서 사용될 수 있다. 몇몇의 실시예들에서, 듀얼 빔 시스템 (1510)은 관심 영역들을 자동적으로 확인하기 위해서 Cognex Corporation, Natick, Massachusetts로부터 상업적으로 입수 가능한 소프트웨어와 같은 이미지 인식 소프트웨어를 통합하며, 그리고 그 후 상기 시스템은 본 발명에 따른 이미지화를 위해 수동으로 또는 자동적으로 횡단면들을 노출시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 시스템은 다중의 디바이스들을 포함하는 반도체 웨이퍼들 상에 유사한 특징 (feature)들을 자동적으로 위치시킬 수 있을 것이며, 그리고 상이한 (또는 동일한) 디바이스들 상에 관심 형태들의 이미지들을 노출시키고 형성할 수 있을 것이다.

본 발명은 넓은 적응성을 가지며 그리고 위에서의 예들에서 설명되고 도시된 것처럼 많은 이점들을 제공할 수 있다. 상기 실시예들은 특정 응용에 따라 크게 변할 것이며, 그리고 모든 실시예가 모든 이점들을 제공하지는 않을 것이며 그리고 본 발명에 의해서 달성될 수 있는 모든 목적들을 충족시키지는 않을 것이다. 본 발명을 수행하기에 적합한 입자 빔 시스템들은, 예를 들면, 본 발명의 양수인인 FEI Company로부터 상업적으로 입수 가능하다.

여기에서의 설명들은 웨이퍼 또는 다른 공정 중 제품에 상대적으로 수평 및 수직이라는 용어들을 사용한다. "수평"은 공정 중 제품 표면에 그리고 그 공정 중 제품 상에 증착된 전도성 평면들에 평행하다는 것을 의미하기 위해서 사용되며, 그리고 "수직"은 상기 공정 중 제품에 직교하는 것을 의미하기 위해서 사용되는 것이 일반적이라는 것이 이해될 것이다.

본 명세서는 방법 그리고 그 방법의 동작들을 수행하는 장치 둘 모두를 개시한다. 그런 장치는 요구되는 목적들을 위해서 특별하게 구축될 수 있을 것이며, 또는 범용 목적의 컴퓨터 또는 컴퓨터 내에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해서 선택적으로 활성화되거나 재구성된 다른 디바이스를 포함할 수 있을 것이다. 다양한 범용의 하전 입자 빔 시스템들은 여기에서의 교시들에 따른 프로그램들과 함께 사용될 수 있다. 대안으로, 요구되는 방법 단계들을 수행하기 위한 더욱 특화된 장치를 구축하는 것이 적절할 수 있을 것이다.

추가로, 여기에서 설명된 방법의 개별 단계들이 컴퓨터 코드에 의해서 실행될 수 있을 것이라는 것이 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이라는 점에서 본 명세서는 컴퓨터 프로그램을 또한 함축적으로 개시한다. 상기 컴퓨터 프로그램은 어떤 특별한 프로그래밍 언어 그리고 그 프로그래밍 언어의 구현으로 제한되려는 의도된 것이 아니다. 다양한 프로그래밍 언어들 및 그 언어들의 코딩은 여기에 포함된 개시의 교시들을 구현하기 위해서 사용될 수 있을 것이라는 것이 인정될 것이다. 더욱이, 상기 컴퓨터 프로그램은 어떤 특별한 제어 흐름으로 제한되려고 의도된 것이 아니다. 많은 다른 변형의 컴퓨터 프로그램들이 존재하며, 그 프로그램들은 본 발명의 사상이나 범위로부터 벗어나지 않으면서도 상이한 제어 흐름들을 이용할 수 있다.

그런 컴퓨터 프로그램은 임의의 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장될 수 있다. 그 컴퓨터 판독가능 매체는 자기 또는 광학 디스크, 메모리 칩, 또는 범용 컴퓨터와 인터페이스하기 위해 적합한 다른 저장 디바이스들을 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능 매체는 인터넷 시스템에서 예시된 것과 같은 하드-와이어 (hard-wired) 매체, 또는 GSM 모바일 전화 시스템에서 예시된 것과 같은 무선 매체를 또한 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은 하전 입자 빔을 위한 그런 제어기나 범용 컴퓨터 상에 유효하게 로드되어 실행될 때에 상기 바람직한 방법의 단계들을 구현하는 장치로 귀결된다.

본 발명은 하드웨어 모듈들로서 또한 구현될 수 있을 것이다. 더욱 상세하게는, 하드웨어적인 의미에서, 모듈은 다른 컴포넌트들이나 모듈들과 함께 사용하기 위해서 설계된 기능적인 하드웨어 유닛이다. 예를 들면, 모듈은 별개의 전자 컴포넌트들을 이용하여 구현될 수 있으며, 또는 그것은 ASIC (Application Specific Integrated Circuit)과 같은 전체 전자 회로의 일부를 형성할 수 있다. 많은 다른 가능성들이 존재한다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들은 상기 시스템이 하드웨어 모듈과 소프트웨어 모듈의 조합으로 또한 구현될 수 있다는 것을 인정할 것이다.

비록 이전의 설명 중의 많은 것이 반도체 웨이퍼들에 관한 것이지만, 본 발명은 어떤 적합한 기판이나 표면에도 적용될 수 있다. 또한, "자동적인". "자동화된"의 용어들이나 유사한 용어들이 여기에서 사용될 때마다, 그런 용어들은 그 자동적인 또는 자동화된 프로세스나 단계의 수동의 개시를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 다음의 설명에서 그리고 청구항에서, "구비한다" 그리고 "포함한다"의 용어들은 개방된 방식으로 사용되며, 그래서 "포함하지만, 그것들로 제한되는 것은 아니다"라는 것을 의미하는 것으로 해석되어야만 한다.

어떤 용어가 본원에서 특별하게 정의되지 않는 한, 그 용어 사용의 의도는 그 용어의 꾸밈없는 그리고 보통의 의미를 제시하기 위해 그 용어가 주어졌다는 것이다. 동반하는 도면들은 본 발명을 이해하는데 있어 도움을 주도록 의도된 것이며, 그리고, 다르게 지시되지 않는다면, 크기에 맞춰서 그려진 것이 아니다.

"집적 회로"의 용어는 전자 컴포넌트들의 세트 그리고 마이크로칩의 표면 상에 패턴 형성된 상기 전자 컴포넌트들의 상호접속들 (집합적으로, 내부적인 전기 회로 요소들)을 언급하는 것이다. "반도체 칩"의 용어는 집적 회로 (IC)를 일반적으로 언급하는 것이며, 이 IC는 반도체 웨이퍼에 통합될 수 있으며, 웨이퍼로부터 분리될 수 있으며, 또는 회로 보드 상에서의 사용을 위해서 패키징될 수 있다. "FIB" 또는 "집속 이온 빔 (focused ion beam)"의 용어는 여기에서는 어떤 시준된 (collimated) 이온 빔을 언급하는 것이며, 이는 이온 옵틱에 의해서 집속된 빔 그리고 모습이 정해진 이온 빔들을 포함한다.

상기의 실시예는 3D NAND 유형 구조들을 기술하지만, 본 발명은 그런 구조들로 제한되지 않으며 그리고, 예를 들면, DRAM들을 위해, 그리고 트렌치들이나 다른 구조들 및 원형의 홀들이라는 특징을 위해 유용하다.

어떤 용어가 본원에서 특별하게 정의되지 않는 한은, 그 용어 사용의 의도는 그 용어의 꾸밈없는 그리고 보통의 의미를 제시하기 위해 그 용어가 주어졌다는 것이다. 동반하는 도면들은 본 발명을 이해하는데 있어 도움을 주도록 의도된 것이며, 그리고, 다르게 표시되지 않는다면, 크기에 맞춰서 그려진 것이 아니다.

본 발명의 몇몇의 실시에들은 관심 형태를 노출시키기 위해서 하전 입자 빔을 이용하는 방법을 제공하며, 이 방법은:

상기 관심 형태에 인접한 트렌치 (trench)를 밀링하는 단계;

빔-유도 증착을 이용하여 물질로 상기 트렌치를 채우는 단계;

상기 증착된 물질을 통한 밀링을 필요로 하는 각도로부터 상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하는 단계; 및

노출된 관심 형태를 관찰하는 단계를 포함한다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 빔-유도 증착을 이용하여 물질로 트렌치를 채우는 단계는, 관심 형태의 제일 위에가 아니라 그 관심 형태에 인접하게 물질을 증착시키는 것을 포함한다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 상기 증착된 물질을 통한 밀링을 필요로 하는 각도로부터 상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하는 단계는, 10도보다 작은 각도로부터 상기 관심 형태를 노출시키기 위해 이온 빔을 향하게 하는 것을 포함한다.

몇몇의 실시예들에 따라서:

상기 채워진 트렌치는 벌크헤드 (bulkhead)를 포함하며;

상기 벌크헤드는 상기 관심 형태에 가장 가까운 인접 에지 (proximal edge)를 가지며; 그리고

상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하는 것이 각 포인트로 하여금 상이한 깊이로 밀링되게 하도록 상기 벌크헤드가 구성된다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 상기 관심 영역은 여러 동일한 형태들을 포함하며 그리고 이온 빔을 향하게 하는 것은 하나의 노출된 표면 내 상이한 깊이들에서 상기 벌크헤드에 인접한 여러 관심 형태들을 노출시킨다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 상기 증착된 물질을 통한 밀링을 필요로 하는 각도로부터 상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하는 단계는, 관심 형태의 측면 모습을 제공하기 위해서 상기 빔 방향에 평행한 수직 표면을 노출시키는 것을 포함한다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 상기 증착된 물질을 통한 밀링을 필요로 하는 각도로부터 상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하는 단계는, 관심 형태의 대략적인 탑-다운 (top-down) 모습을 제공하기 위해 수평으로부터 10도보다 더 작은 각도로 그리고 상기 빔 방향에 평행하게 표면을 노출시키는 것을 포함한다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 상기 증착된 물질을 통한 밀링을 필요로 하는 각도로부터 상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하는 단계; 및 노출된 관심 형태를 관찰하는 단계는, 원래의 표면 아래의 여러 깊이들에서 상기 형태에 관한 정보를 제공하기 위해서 반복된다.

본 발명의 몇몇의 실시예들은 샘플 내 관심 형태를 하전 입자 빔으로 노출시키는 방법을 제공하며, 상기 샘플은 제1 물질을 포함하며, 상기 방법은:

상기 관심 형태에 인접한 홀을 밀링하는 단계;

상기 홀을 제2 물질로 채우는 단계; 그리고

상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 상기 증착된 물질을 통한 밀링을 필요로 하는 각도로부터 이온 빔을 향하게 하는 단계;를 포함한다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 상기 관심 형태에 인접한 홀을 밀링하는 단계는 상기 샘플 표면에 법선 방향에서 상기 홀을 밀링하는 것을 포함한다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 상기 홀을 물질로 채우는 것은 하전 입자 빔 증착을 이용하여 상기 홀을 채우는 것을 포함한다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하는 단계는 조각 (照角, glancing angle) 밀링을 수행하는 것을 포함한다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 상기 방법은:

조각 밀을 수행하기 이전에 상기 샘플을 재-방위 설정하는 단계; 그리고

주사 전자 현미경으로 상기 샘플을 이미지화하는 단계를 더 포함한다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 홀을 채우기 위해서 사용되는 상기 제2 물질은 상기 제1 물질의 에칭 속도의 30% 이내의 에칭 속도를 가진다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 상기 관심 형태는 높은 종횡비 (aspect ratio) 구조이다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 홀을 채우기 위해서 사용되는 상기 제2 물질은 텅스텐, 백금, 또는 산화물을 포함한다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 상기 방법은 조각 밀링을 수행하고 그리고 주사 전자 현미경으로 상기 샘플을 이미지화하는 단계들을 적어도 한 차례 반복하는 단계를 더 포함한다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 상기 샘플을 이미지화하는 것으로부터 얻어진 정보는 상기 샘플의 3차원 정보를 생성하기 위해서 결합된다.

몇몇의 실시예들에 따라서, 관심 형태에 인접한 홀을 밀링하는 단계는 관심 영역에 각도를 이룬 인접 에지를 가지는 홀을 밀링하는 것을 포함한다.

몇몇의 실시예들은 샘플 내 관심 형태를 노출시키는 시스템을 제공하며, 이 시스템은:

이온들의 집속 (focused) 빔을 제공하는 광학 컬럼;

전자들의 집속 빔을 제공하는 전자 광학 컬럼;

상기 샘플로부터 방사된 2차 입자 (secondary particle)들을 탐지하는 입자 탐지기; 그리고

컴퓨터 메모리와 통신하는 제어기를 포함하며, 상기 컴퓨터 메모리는:

상기 관심 형태에 인접한 홀을 밀링하고;

하전 입자 빔 증착을 이용하여 상기 홀을 제2 물질로 채우고;

상기 증착된 물질을 통한 밀링을 필요로 하는 각도로부터 상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하되, 상기 증착된 물질을 통한 밀링은 조각 밀을 수행하고 상기 조각 밀을 수행하기 이전에 상기 샘플을 재-방위 설정하는 것을 포함하며; 그리고

주사 전자 현미경으로 상기 샘플을 이미지화하기 위한 명령어들을 저장한다.

비록 본 발명 및 본 발명의 유리함들이 상세하게 설명되었지만, 다양한 변화들, 치환들 및 대안들이 첨부된 청구항들에 의해서 정의된 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않으면서도 여기에서 만들어질 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 더욱이, 본 발명 출원의 범위는 본원에서 설명된 프로세스, 머신, 제조, 내용, 수단, 방법들 및 단계들의 합성의 특정 실시예들로 제한되도록 의도된 것이 아니다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 개시로부터 쉽게 인정할 것처럼, 여기에서 설명된 대응하는 실시예들과 실질적으로 동일한 결과를 달성하거나 또는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는, 현존하거나 또는 나중에 개발될 프로세스, 머신, 제조, 내용, 수단, 방법들 및 단계들의 합성은 본 발명에 따라서 활용될 수 있을 것이다. 따라서, 동반된 청구항들은 그 청구항들의 범위 내에 그런 프로세스들, 기계들, 제조, 내용, 수단, 방법들 및 단계들의 합성들을 포함하는 것으로 의도된 것이다.

Claims

샘플 내 관심 형태 (feature)를 노출시키기 위해서 하전 입자 빔을 이용하는 방법으로서:
샘플의 표면 내 관심 형태에 인접한 트렌치 (trench)를 밀링하는 단계;
빔-유도 증착을 이용하여 물질로 트렌치를 채우는 단계;
상기 증착된 물질을 통한 밀링을 필요로 하는 각도로부터 상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하는 단계로, 상기 각도는 상기 표면 및 상기 이온 빔 사이의 각도로 45도 이하인, 단계; 그리고
노출된 관심 형태를 관찰하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서,
빔-유도 증착을 이용하여 물질로 트렌치를 채우는 단계는,
관심 형태의 제일 위에가 아니라 그 관심 형태에 인접하게 물질을 증착시키는 것을 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 각도는 상기 표면 및 상기 이온 빔 사이의 각도로 10도 이하인, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 채워진 트렌치는 벌크헤드 (bulkhead)를 포함하며;
상기 벌크헤드는 상기 관심 형태에 가장 가까운 인접 에지를 가지며; 그리고
상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하는 것이 상기 인접 에지 상의 각 포인트로 하여금 상이한 깊이로 밀링되게 하도록 상기 벌크헤드가 구성되는, 방법.
제4항에 있어서,
상기 샘플은 여러 동일한 형태들을 포함하며 그리고 이온 빔을 향하게 하는 것은 하나의 노출된 표면 내 상이한 깊이들에서 상기 벌크헤드에 인접한 여러 관심 형태들을 노출시키는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 증착된 물질을 통한 밀링을 필요로 하는 각도로부터 상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하는 단계는,
관심 형태의 측면 모습을 제공하기 위해서 상기 빔 방향에 평행한 수직 표면을 노출시키는 것을 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 증착된 물질을 통한 밀링을 필요로 하는 각도로부터 상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하는 단계는,
관심 형태의 탑-다운 모습을 제공하기 위해 수평으로부터 10도보다 더 작은 각도로 그리고 상기 빔 방향에 평행하게 표면을 노출시키는 것을 포함하는, 방법.
제7항에 있어서,
상기 증착된 물질을 통한 밀링을 필요로 하는 각도로부터 상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하는 단계; 및 노출된 관심 형태를 관찰하는 단계는,
원래의 표면 아래의 여러 깊이들에서 상기 관심 형태에 관한 정보를 제공하기 위해서 반복되는, 방법.
샘플 내 관심 형태를 하전 입자 빔으로 노출시키는 방법으로서:
상기 샘플은 제1 물질을 포함하며, 상기 방법은:
상기 샘플의 표면 내 상기 관심 형태에 인접한 홀을 밀링하는 단계;
상기 홀을 제2 물질로 채우는 단계; 그리고
상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 상기 제2 물질을 통한 밀링을 필요로 하는 각도로부터 이온 빔을 향하게 하는 단계;를 포함하며,
상기 각도는, 45도 이하인 상기 표면 및 상기 이온 빔 사이의 각도인, 방법.
제9항에 있어서,
상기 관심 형태에 인접한 홀을 밀링하는 단계는 상기 표면에 법선 방향에서 상기 홀을 밀링하는 것을 포함하는, 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 홀을 제2 물질로 채우는 것은 하전 입자 빔 증착을 이용하여 상기 홀을 채우는 것을 포함하는, 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 관심 형태를 노출시키기 위해서 이온 빔을 향하게 하는 단계는 조각 (照角, glancing angle) 밀링을 수행하는 것을 포함하는, 방법.
제12항에 있어서,
상기 조각 밀링을 수행하기 이전에 상기 샘플을 재-방위 설정하는 단계; 그리고
주사 전자 현미경으로 상기 샘플을 이미지화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,
홀을 채우기 위해서 사용되는 상기 제2 물질은 상기 제1 물질의 에칭 속도의 30% 이내의 에칭 속도를 가지는, 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 관심 형태는 자신의 폭보다 4배 더 큰 높이를 가지는 높은 종횡비 (aspect ratio) 구조인, 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,
홀을 채우기 위해서 사용되는 상기 제2 물질은 텅스텐, 백금, 또는 산화물을 포함하는, 방법.
제13항에 있어서,
조각 밀링을 수행하고 그리고 주사 전자 현미경으로 상기 샘플을 이미지화하는 단계들을 적어도 한 차례 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제17항에 있어서,
상기 샘플을 이미지화하는 것으로부터 얻어진 정보는 상기 샘플의 3차원 정보를 생성하기 위해서 결합되는, 방법.
제9항에 있어서,
관심 형태에 인접한 홀을 밀링하는 단계는 상기 샘플의 표면에 대해 각도를 이룬 인접 에지를 가지기 위해 홀을 밀링하는 것을 포함하는, 방법.
샘플 내 관심 형태를 노출시키는 시스템으로서, 상기 시스템은:
이온들의 집속 (focused) 빔을 제공하는 광학 컬럼;
전자들의 집속 빔을 제공하는 전자 광학 컬럼;
상기 샘플로부터 방사된 2차 입자 (secondary particle)들을 탐지하는 입자 탐지기; 그리고
컴퓨터 메모리와 통신하는 제어기를 포함하며, 상기 컴퓨터 메모리는:
상기 샘플의 표면 내 상기 관심 형태에 인접한 홀을 밀링하고;
하전 입자 빔 증착을 이용하여 상기 홀을 제2 물질로 채우고;
상기 샘플을 재-방위 설정하여 상기 관심 형태를 노출시키기 위해 이온 빔의 방향을 향하게 하며 그리고 그 후에 어떤 각도에서 상기 증착된 제2 물질을 통해 밀링하며 - 상기 각도는, 45도 이하인 상기 표면 및 상기 이온 빔 사이의 각도임 -; 그리고
주사 전자 현미경으로 상기 샘플을 이미지화하기 위한 명령어들을 저장하는,
시스템.