KR20160103521A - 자동화된 s/tem 획득 및 계측을 위해 이미 알고 있는 형상의 박편을 사용하는 패턴 매칭 - Google Patents

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Abstract

전자 현미경(SEM, TEM 또는 STEM)에서, 이미지화될 피처들에 대한 사전 지식을 요하지 않으면서 박편(lamella)의 관심 영역 내에 있는 피처들을 자동으로 이미지화하는 방법이 제공되며, 이로써, 개별 이미지 피처들에 대한 이미지 인식(image recognition)의 사용을 필요로 하지 않으면서 제1 이미지로부터 스테핑(stepping)함으로써 다수의 전자 현미경 이미지들이 획득되도록 한다. 이미지 인식의 필요성을 제거함으로써, 이미지 획득 속도가 상당히 증가될 수 있다.

Description

자동화된 S/TEM 획득 및 계측을 위해 이미 알고 있는 형상의 박편을 사용하는 패턴 매칭{Pattern matching using a lamella of known shape for automated S/TEM acquisition and metrology}
본 발명은 전자 현미경에 의한 분석을 위한 샘플 준비 및 샘플 처리 방법들에 관한 것이다.
집적 회로의 제조와 같은 반도체 제조 공정은 일반적으로 포토 리소그래피의 사용을 필요로 한다. 회로들이 형성되는 반도체 기판(일반적으로, 실리콘 웨이퍼)은, 라디에이션(radiation)에 노출될 때 용해도(solubility)가 변하는 포토레지스트와 같은 물질로 코팅된다. 라디에이션 소스 및 상기 반도체 기판 사이에 배치되는 마스크(mask) 또는 레티클(reticle)과 같은 리소그래피 툴(tool)은 상기 기판의 어느 영역이 라디에이션에 노출되는지를 통제하기 위해 그림자(shadow)를 주조한다. 노출 후에, 상기 포토레지스트는 노출된 영역 또는 노출되지 않은 영역 중 어느 하나로부터 제거되며, 상기 웨이퍼 상에, 다음 단계의 에칭(etching) 또는 확산 처리동안 상기 웨이퍼의 부분들을 보호하는 패터닝된 층의 포토레지스트를 남긴다.
포토 리소그래피 공정은, 종종 "칩"이라 불리는 다수의 집적 회로 소자들 또는 전기-기계 소자들이 각각의 웨이퍼 상에 형성되는 것을 가능하게 한다. 그 다음 상기 웨이퍼는 개별 다이(die)들로 잘라지며, 각각의 다이는 단일의 집적 회로 소자 또는 전기-기계 소자를 포함한다. 궁극적으로, 이러한 다이들은 추가 작업들의 대상이며, 개별 집적 회로 칩들 또는 전기-기계 소자들로 패키징된다.
제조 공정 중에, 노출 및 초점의 변화들은, 리소그래피 공정들에 의해 발생된(developed) 패턴들의 치수들이 허용 가능한 범위 내에 있는지를 판단하기 위해, 상기 패턴들이 지속적으로 모니터링되거나 측정될 것을 요구한다. 패턴의 크기들이 더 작아지고 있기 때문에, 특히, 최소 피처 크기들이 리소그래피 공정에 의해 이용가능한 해상도의 한계에 도달함에 따라, 이러한 모니터링(종종 공정 제어라고 함)의 중요성은 상당히 증가하고 있다. 더 높은 소자 밀도를 달성하기 위해, 점점 더 작은 피처 크기들이 요구되고 있다. 이는 서로 연결되어 있는 메탈라이징 라인들(metallization lines)의 폭 및 간격, 비아들 및 콘택트 홀(contact hole)들의 간격 및 직경, 그리고 다양한 피처들의 코너들 및 에지들과 같은 표면 기하학적 형태(geometry)를 포함할 수 있다. 웨이퍼 상의 피처들은 3-차원 구조들이며, 완전한 특성 분석(characterization)은, 라인 또는 트랜치의 상부 폭과 같은 표면 치수(surface dimension)뿐만이 아니라 상기 피처의 완전한 3-차원 프로파일을 설명하여야 한다. 공정 엔지니어들은 제조 공정을 미세하게 조정하기 위해, 그리고 원하는 소자 구조를 보장하기 위해, 이러한 표면 피처들의 임계 치수(critical dimension; CD)들을 정확하게 측정할 수 있어야 한다.
일반적으로, CD 측정들은 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM)과 같은 기구들을 사용하여 이루어진다. 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM)에서, 1차 전자 빔은 미세 스폿(fine spot)에 집속되어, 관찰될 표면을 스캔한다. 2차 전자들은 상기 표면으로부터 방출되는데, 이는 상기 표면과 상기 1차 빔이 충돌하기 때문이다. 상기 2차 전자들이 검출되고 이미지가 형성되며, 이 때, 상기 이미지의 각각의 지점에서의 밝기는 상기 빔이 상기 표면 상의 상응하는 스폿에 충돌할 때 검출되는 2차 전자들의 개수에 의해 결정된다. 그러나 피처들이 계속해서 점점 더 작아짐에 따라, 측정될 피처들이 일반 SEM에 의해 제공되는 해상도에 비해 너무 작아지는 시점이 온다.
투과 전자 현미경(transmission electron microscope; TEM)들은 관찰자들이 수나노미터 정도의 매우 작은 피처들을 볼 수 있게 한다. 재료의 표면만을 이미지화하는 SEM과는 대조적으로, TEM은 샘플의 내부 구조를 분석할 수 있는 추가적인 기능을 허용한다. TEM에서, 폭이 넓은 빔이 샘플에 충돌하고, 상기 샘플을 통과하여 투과되는 전자들이 집속되어 상기 샘플의 이미지가 형성된다. 상기 샘플은 1차 빔 내의 전자들 다수가 상기 샘플을 통과하여 이동하고 반대편 장소(opposite site)로 빠져나가는 것을 허용하도록 충분히 얇아야 한다. 일반적으로 샘플들은 100 nm 두께 미만이다.
주사형 투과 전자 현미경(scanning transmission electron microscope; STEM)에서, 1차 전자 빔은 미세 스폿으로 집속되며, 상기 스폿은 샘플 표면을 가로질러 스캔된다. 상기 기판을 통과하여 투과되는 전자들은 상기 샘플에서 먼 곳에 있는 전자 검출기에 의해 수집되며, 상기 이미지 상의 각 지점의 강도는 상기 1차 빔이 상기 표면상의 상응하는 지점에 충돌함에 따라 수집된 전자들의 개수와 상응한다.
반도체 형상(geometry)들이 계속해서 축소함에 따라, 제조업자들은 공정을 모니터링 하기 위해, 결함들을 분석하기 위해, 그리고 계면 층 형태(morphology)를 연구하기 위해, 투과 전자 현미경(TEM)들에 점점 의존하게 된다. 본원에서 사용된 용어 "TEM"은 TEM 또는 STEM을 지칭하며, TEM을 위해 샘플을 준비하는 것은 STEM에서 보기 위해 샘플을 준비하는 것도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 샘플들은 투과 전자 현미경(TEM 또는 STEM)으로 보기 위해 매우 얇아야 하기 때문에, 샘플의 준비는 섬세하고 시간이 소요되는 작업일 수 있다. SEM들 및 S/TEM들은 반도체 공정에만 제한되지 않으며, 극히 작은 피처들을 관찰하는 것이 필요한 다양한 응용들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 생명과학에서, 이미지들은 마이크로톰에서 준비된 샘플들의 관심영역으로부터 획득된다.
벌크 시료로부터 잘라진 얇은 TEM 샘플들은 "박편들(lamellae)"(단수로는, "박편(lamella)"로 알려져 있다. 박편들은 일반적으로 100 nm 두께이지만, 일부 응용들에서, 박편들은 상당히 얇아야 한다. 30 nm 이하에서의 개선된 반도체 제조 공정들을 이용할 때, 박편은 소규모 구조물들 간의 중첩을 방지하기 위해 두께가 20 nm 미만이어야 한다. 현재, 30 nm 이하로 얇게 하는 것은 어려우며, 견고하지 않다. 샘플의 두께 변동들은, 박편의 구부러짐, 과도-밀링(overmilling), 또는 다른 치명적인 결함들을 초래한다. 이러한 얇은 샘플들에 대해, 박편 준비는 가장 작고 가장 중요한 구조물들의 분석 능력 및 구조적 특성의 품질을 상당히 결정하는 TEM 분석의 중요 단계이다.
TEM 견본들을 준비하기 위한 여러 기술들이 알려져 있다. 이러한 기술들은 클리빙(cleaving), 화학적 연마(polishing), 기계적 연마, 또는 광범위 빔 저 에너지 이온 밀링, 또는 이들 중 하나 이상을 결합한 것에 관한 것일 수 있다. 이러한 기법들의 단점은, 그것들이 특정한 장소를 위한 것이 아니라는 점과, 종종 출발 물질이 더 작은 조각들로 절단될 것을 요구하여, 원래의 샘플의 대부분을 파괴시킨다는 것이다.
일반적으로 "리프트-아웃(lift-out)" 기술들로 지칭되는 다른 기술들은, 기판의 주변 부분들을 파괴하거나 손상시키지 않으면서 기판 또는 벌크 샘플로부터 샘플을 절단하기 위해 집속 이온 빔(focused ion beam; FIB)을 사용한다. 이러한 기술들은 집적 회로들의 제조뿐만 아니라 물리 과학(physical science) 또는 생명 과학(biological science)에 일반적인 물질들의 제조에 사용되는 공정들의 결과들을 분석하는데 유용하다. 이러한 기술들은 샘플들을 임의의 방향으로(예를 들어, 단면으로 또는 평면뷰로) 분석하기 위해 사용될 수 있다. 일부 기술들은 TEM에서 바로 사용하기에 충분히 얇은 샘플을 추출하며; 다른 기술들은 관찰 전에 추가 시닝(thinning)을 필요로 하는 "청크(chunk)" 또는 큰 샘플을 추출한다. 추가로, 이러한 "리프트-아웃"견본들은 TEM가 아닌 다른 분석 툴들에 의해 바로 분석될 수 있다. 집속 이온 빔("FIB") 시스템 진공 챔버 내에서 기판으로부터 샘플이 추출되는 기술들은 일반적으로 "인-시츄(in-situ)" 기술들로 지칭되며; (전체 웨이퍼가 샘플 제거를 위해 다른 툴에게 전달될 때처럼) 진공 챔버 외부에서의 샘플 제거는 "엑스-시츄(ex-situ)" 기술들로 지칭된다.
추출 전에 충분히 시닝(thinning)된 샘플들은 보통 관찰(viewing)을 위해 얇은 전자 투명 박막으로 덮인 금속 그리드로 이동되어 장착된다. 도 1은 종래의 TEM 그리드(10) 상에 장착된 샘플을 도시한다. 일반적인 TEM 그리드(10)는 구리, 니켈 또는 금으로 만들어진다. 크기는 달라질 수 있지만, 일반적인 그리드는, 예를 들어 3.05 mm의 직경을 가질 수 있으며, 크기가 90 x 90 μm2인 셀들(14) 및 폭이 35 μm인 바(bar)들(17)로 구성된 중간부(12)를 가질 수 있다. 충돌하는 전자 빔의 전자들은 상기 셀들(14)을 통과할 수 있을 것이지만, 상기 바들(17)에 의해 차단될 것이다. 상기 중간부(12)는 에지부(16)로 둘러싸여진다. 상기 에지부의 폭은 0.225 mm이다. 상기 에지부(16)는 셀들 또는 홀들을 가지고 있지 않지만, 방위 마크(18)를 갖는다. 탄소 박막(19)은 상기 TEM 그리드(10)의 하단에 부착된다. 분석될 TEM 표본들은 상기 탄소 필름(19)의 상부에 있는 셀들(15) 내에 배치되거나 장착된다.
일반적으로 사용되는 일 엑스-시츄 샘플 준비 기술에서, 텅스텐과 같은 물질의 보호층(22)은 전자빔 또는 이온빔 증착을 사용하여 도 2에 도시된 바와 같이 샘플 표면(21) 상의 관심 영역 위에 증착된다. 다음으로, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 높은 빔 전류를 사용하며 상응하는 큰 빔 크기를 갖는 집속 이온 빔이 사용되어, 상기 관심 영역의 전면부 및 후면부로부터 많은 양의 물질을 밀링한다. 상기 두 개의 밀링된 직사각형 트렌치들(24, 25) 사이에 남아있는 물질은 관심영역을 포함하는 수직의 얇은 시료 절편(sample section)(20)을 형성한다. 밀링하는데 사용된 FIB(도시되어 있지 않음)의 각도는 일반적으로 상기 샘플 표면(21)으로부터 90도를 이룬다. 이는 FIB가 수직으로 밀링할 수 있게 한다. 상기 관심 영역의 후면 상에 밀링된 트랜치(25)는 전방 트랜치(24) 보다 작다. 더 작은 후방 트랜치는 주로 시간을 절약하기 위한 것이지만, 또한 상기 더 작은 트랜치는 완성된 샘플이 플랫(flat) 위에서 더 크게 밀링된 트랜치들로 떨어지는 것을 방지한다. 완성된 샘플이 상기 더 크게 밀링된 트랜치들로 떨어지는 것은 미세조작(micromanipulation) 작업 중에 상기 표본을 제거하는 것을 어렵게 만들 수 있다. 최종적으로 샘플부(20)가 추출될 때, 상기 샘플부(20)는 TEM 법선 시야 측(normal viewing side)(23)을 노출시키는 TEM/STEM 그리드 상에 수평으로 놓아질 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 표본이 원하는 두께에 도달하면, 스테이지가 기울어지며, U-형 절단부(26)는 상기 샘플부(20)의 둘레를 부분적으로 따라 비스듬히 만들어진다. 이 때, 상기 샘플은 상기 샘플의 상부의 양단에 있는 탭들(28)에 의해 매달려있도록(hanging) 남겨진다. 절단된 상기 샘플부(20)는 직사각형의 TEM 법선 시야 측(normal viewing side)(23)을 갖는다. 상기 작은 탭들(28)은 상기 샘플이 완전하게 FIB 연마(polishing)된 후 최소량의 물질이 자유롭게 밀링될 수 있게 하여, 얇은 표본 상에 축적하는 재-증착 아티팩트(artifact)들의 가능성을 감소시킨다. 그 다음 상기 샘플부는 점진적으로 가늘어지는 빔 크기들을 사용하여 더 얇아진다. 마지막으로, 상기 탭들(28)은 얇아진 박편(27)을 완전히 풀어주기 위해 절단된다. 상기 박편(27)이 절단되어 나오고 수평으로 배치될 때 - 상기 박편(27)은 일반적으로 직사각형 모양이다. 물질의 최종 탭들이 절단되어 풀려난 후, 박편(27)이 상기 트렌치로 약간 떨어지거나 이동되는 것이 관찰될 수 있다.
엑스-시추 프로세스들에서, 박편(27)을 포함하는 웨이퍼는 FIB를 포함하는 진공 챔버로부터 제거되며, 미세 조작기가 갖춰진 광학 현미경 밑에 놓아진다. 상기 미세조작기에 부착된 프로브는 상기 박편 위에 위치되며, 상기 박편에 접촉하기 위해 조심스럽게 하강된다. 정전력은 상기 박편(27)을 (도 6에 도시된) 프로브 팁(28)으로 끌어들일 것이며, 또는 상기 미세 조작기는 속이 빈 중앙부를 가질 수 있어서, 상기 중앙부에서, 상기 미세 조작기는 상기 박편을 보호하기 위한 상기 프로브 팁을 통과하는 공백부를 형성할 수 있다. 그 다음, 부착된 박편(27)이 있는 상기 팁(28)은 일반적으로 도 7에 도시된 바와 같이 TEM 그리드(10)로 이동되며, 박편(27)이 그리드 상의 상기 바들(17) 사이에 있는 셀들(14) 중 하나에 놓여질 때까지 하강된다. 도 8은 기존의 탄소 그리드 상에 있는 박편(27)의 그림이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 필름(19) 상으로의 상기 박편(27)의 성공적인 이동에도 불구하고, 상기 박편(27)의 방위(orientation)는 판단하기 어렵다. 상기 박편의 일반적인 직사각형 모양 때문에, 상기 박편(27)을 상기 진공 챔버로부터 상기 탄소 그리드(13)까지 이동시키는 공정 동안 상기 박편(27)이 180도 회전하였는지 또는 뒤집어졌는지 여부를 판단하는 것이 어렵다. 도 9는 탄소 그리드(13)를 도시한다. 일반적으로 탄소 그리드(13)는 5 x 5μm 의 홀들(81)을 포함한다. 홀들(81)은 일정한 비율대로 그려져 있지 않다. 도 10은 꽤 큰(sizeable) 홀(81) 위에 직접 배치된 관심 영역(82)을 가진 탄소 필름(19) 상의 박편(27)의 배치를 도시하는 실제 사진이다.
엑스-시추 방법들은 진공 챔버 내부에서 노동 집약적이고 시간 소모적인 조작을 필요로하지 않지만, 이들은 신뢰할 수 없으며, 많은 작업자 경험을 필요로 한다. 숙련된 작업자들임에도 불구하고, 성공률은 약 90 %밖에 되지 않는다. 박편 장소의 위치를 찾는 것은 시간-소모적이며 어려울 수 있으며, 상기 추출 프로브는 상기 샘플 또는 상기 프로브 팁을 손상시키지 않기 위해 위치로 매우 신중하게 이동되어야한다. 박편이 완전하게 자유롭게 되면, 박편은 예측할 수 없는 방식으로 이동될 수 있다; 상기 박편은 트랜치로 떨어질 수 있으며, 또는 어떤 경우에는, 상기 박편은 정전기력에 의해 상기 트랜치의 위로 그리고 트랜치의 밖으로 밀려나가질 수 있다. 이러한 움직임은 상기 추출 프로브를 이용하여 상기 박편을 배치시키고 그리고/또는 상기 박편을 집어 올리는 것을 어렵게 만들 수 있다. 또한 상기 프로브 및 상기 샘플 간의 정전기 인력은 다소 예측불가능하다. 어떤 경우에는, 상기 박편은 상기 프로브 팁에 머무르지 않을 수 있다. 대신에, 상기 박편은 상기 프로브의 다른 부분으로 튀어갈 수 있다. 다른 경우에, 상기 박편은 상기 샘플이 이동되는 동안 떨어질 수 있다. 상기 박편이 상기 TEM 그리드에 성공적으로 이동된다면, 상기 박편이 상기 프로브 팁이 아닌 상기 그리드 지지 필름에 부착되게 하는 것이 어려울 수 있다. 종종 상기 박편은 상기 프로브 팁에 들러붙을 것이며, 반드시 상기 필름으로 옮겨져야 한다. 그 결과, 상기 박편이 상기 TEM 그리드로 이동될 때 상기 박편의 정확한 위치 또는 방위를 제어하는 것이 어렵다. 일반적으로 상기 박편은 이미지화의 대상인 관심 영역을 갖는다. 상기 박편(27)이 상기 바들(17)에 가까이 있다면, 상기 관심 영역이 상기 탄소 그리드 위에 제대로 배치되어있는지 그리고 상기 관심 영역이 상기 탄소 필름 내의 홀들에 맞춰 제대로 배열되어 있는지를 판단하는 것은 종종 어렵다.
숙련된 엑스-시추 플러킹(plucking) 사용자들은 광학 이미징 시스템들에 기초하여 상기 박편(27)을 이동시키고 배향시키기 위해 표준 유리 막대 미세조작기를 사용할 수 있지만, 플러킹 및 배치 프로세스 동안 상기 박편(27) 상에서의 임의의 예상치 못한 움직임은 방위의 신뢰성을 제거한다. 상기 프로세스 중의 예상치 못한 움직임은 시간의 약 25 % 동안 발생한다. 또한, 상기 샘플을 매우 특정한 관심 영역(region of interest; ROI)으로 세팅하는 능력은 큰 불확실성을 갖는다. 통상적으로, TEM 작업은 사람이 시각 교구를 써서(visually) 스테이지를 상기 ROI에 배치시키고 몰아넣을(driving) 것을 요하며, 그 다음 원하는 시야(field of view;FOV)에 대한 배율을 증가시킬 것을 요한다. 그 후 상기 스테이지는 이동되며, 원하는 간격으로 이미지들이 취해진다.
현재, 작업자는 상기 박편 창(lamella window) 내의 관심 영역들 또는 소자들의 특정 패턴 매치들을 사용하는 Recipe Editor에서 프로그램을 작성할 것이다. 이는 각각의 샘플 유형을 수용하기 위해 다수의 레시피들(recipes) 또는 상기 레시피(recipe) 내의 브랜치(branch)들, 그리고 소자 에 대한 패턴 매치를 사용하여 소자 구조/형상에 대한 사전 지식을 필요로 한다. 그 다음, 상기 작업자는 샘플 유형을 매칭시키기 위해 특정 레시피를 로드해야 한다. 그러나 많은 고객들은 검토되어야 할 다양한 많은 유형들의 소자들을 가지며, 특정한 소자를 위한 것이 아닌 일반적인 레시피는 상기 레시피를 상기 샘플 유형에 매칭시키는 것에 있어서의 작업자 개입에 대한 필요성을 제거시킬 것이다. 생명 과학에서, 고도로 훈련된 작업자는 마이크로톰에 준비된 샘플들로부터 관심영역으로부터 수동으로 이미지의 위치를 찾고 그 이미지들을 취득해야 한다.
필요한 것은 관심 영역의 위치를 찾기 위한 개선된 방법으로서, 여러 샘플 유형들을 처리하기 위해 다수의 레시피들에 대한 필요성을 제거하며, 획득 프로세스들에 있어서 더 적은 사람 개입을 요하고, 큰 영역들의 자동화된 이미지 획득을 가능하게 하며, 그리고 훈련된 작업자의 시간에 대한 필요를 감소시키는, 관심 영역의 위치를 찾기 위해 개선된 방법이다. 또한, 필요한 것은 ROI의 형상을 미리-한정할 필요를 제거시키고 작업자가 자동화를 위해 특정 프로그램을 선택해야 하는 필요성을 제거시키는, 관심 영역의 위치를 찾기 위해 개선된 방법이다.
본 발명의 목적은 이미지화될 영역들의 위치를 찾기 위해 이미지 획득 기법을 요하지 않는, 샘플 박편들 상의 관심 영역들의 이미지들을 더 빠르게 획득하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 상기 방법은 다수의 샘플 유형들을 처리하기 위한 다수의 레시피들에 대한 필요성을 제거한다. 왜냐하면, 상기 박편 창의 방위는 밑에 있는 기판의 이미지의 고속 푸리에 변환 또는 전자 회절 중 하나를 사용하여 상기 기판의 결정 방위(crystallographic orientation)로부터 판단될 수 있기 때문이다. 대안적으로, 상기 박편 창의 방위의 판단은 상기 박편 창 또는 상기 박편의 낮은 배율 이미지에서의 에지 파인더들을 사용할 수 있다.
앞서 설명한 것들은 본 발명의 특징들 및 기술적 이점들이 다소 광범위하게 약술된 것으로, 이하의 본 발명의 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있도록 하기 위함이다. 본 발명의 추가적인 특징들 및 이점들은 이하에서 설명될 것이다. 개시된 특정 실시예들 및 개념이 본 발명의 동일한 목적들을 수행하기 위한 다른 구조물들을 설계하거나 수정하기 위한 기초로서 용이하게 활용될 수 있음이 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되어야 한다. 또한 그러한 등가 구성들은 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는다는 것은 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 인식되어야 한다.
본 발명 및 본 발명의 이점들에 대한 더 완전한 이해를 위해, 첨부 도면들과 함께 취해진 다음의 상세한 설명들이 참조된다. 첨부 도면들에서 :
도 1은 종래의 TEM 그리드를 도시하며;
도 2 내지 도 5는 엑스-시추 샘플 준비 기술에서의 종래 기술 단계들을 도시하고;
도 6 및 도 7은 종래 기술에 따른, 프로브 및 정전기 인력을 사용하는 박편 이동을 도시하고;
도 8은 탄소 필름 상의, 박편을 포함하는 탄소 그리드를 근접 촬영한 그림이며;
도 9는 5 x 5μm 의 홀들(일정한 비율대로 그려져 있지 않음)을 갖는 탄소 그리드를 도시하고;
도 10은 탄소 그리드 위에 놓여 있는 박편의 사진을 도시하며, 이 때 관심 영역은 홀 위에 놓여있고;
도 11a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 투과 전자 현미경(transmission electron microscope; TEM) 상에서, 이미지화될 피처들에 대한 지식을 요하지 않으면서, 박편 창(lamella window)의 관심 영역 내에 있는 피처들을 자동으로 이미지화하는 방법을 도시하는 흐름도이며;
도 11b는 상기 관심 영역의 방위를 판단하기 위한 예시적 실시예를 보여주는 흐름도이고;
도 12는 320X 배율에서의 TEM 박편의 이미지를 도시하고;
도 13은 660X 배율에서의 TEM 박편의 이미지를 도시하고;
도 14는 1150X 배율에서의 TEM 박편의 이미지를 도시하고;
도 15는 2550X 배율에서의 TEM 박편의 이미지를 도시하고;
도 16은 도 15에서 도시된 박편의 이미지의 확대도를 도시하며;
도 17은 참조번호 108의 라인에서부터 상기 관심 영역(106)의 하부까지 상기 박편 내부로 연장하는, 참조번호 108의 라인에 수직한 두 개의 라인들(112a, 112b)을 도시하며;
도 18a는 상기 관심 영역의 하부 경계선을 나타내며;
도 18b는 도 19의 FFT 패턴을 생성하기 위해 사용되는 도 18a의 관심 영역을 근접 촬영한 이미지를 도시하며;
도 19는 도 18b에 도시된 영역의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)이고;
도 20은 상기 FFT로부터 산출된 방위를 사용하여 상기 이미지를 회전시킨 후 STEM 모드에서의 이미지를 도시하며;
도 21은 STEM 모드에서 원하는 시야(desired field of view; FOV)에서의 상기 관심 영역 상의 피처들을 도시하며;
도 22는 TEM 모드에서 원하는 시야(FOV)에서의 상기 관심 영역 상의 피처들을 도시하며;
도 23은 몽타주 기법으로 단일 이미지로 묘사될 수 있는 세 개의 별개의 중첩 이미지들을 도시하고; 그리고
도 24는 도 23의 세 개의 중첩 이미지들의 몽타주를 도시한다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 엑스-시추 공정들에서 샘플로부터의 박편 형성 및 상기 박편의 사용을 위해 개선된 방법들을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예는 TEM 워크플로우(workflow)의 일부로서 생성된 박편에 대해 패턴 인식을 사용하여, 상기 박편 창(lamella window) 내의 관심 피처들(features of interest)에 수직으로 센터링된 영역의 위치를 찾는 것에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예는, 획득을 위한 센터링을 안내하기 위해 상기 관심 영역(region of interest; ROI) 내에서 필요한 패턴 인식 없이 상기 ROI를 따라 이미지들을 생성하는 것에 관한 것이다. 모든 센터링 및 배열은 오직 상기 박편의 알려지고 미리 정해진 기하학 형상(geometry)의 패턴 인식에 의해서만 설정되지만, 상기 ROI가 포함하는 창 내에서의 패턴 인식은 필요로 하지 않는다. 이는 상기 이미지들 간의 중첩을 이용하여, 그리고 상기 이미지들 간의 중첩 없이, 상기 박편 창의 부분 영역들 또는 전체 영역의 획득을 가능하게 한다. 또한 몽타주 기능은 필요에 따라 수직으로 위로 이동하면서 그리고/또는 수직으로 아래로 이동하면서 중심선을 따라 이미지가 취해지는 것을 가능하게 하기 위해 존재한다. 본 발명의 바람직한 실시예는 상기 박편 창 내의 피처들 또는 소자들과는 독립적인 진정한 자동화된 이미지 취득기(picture taker)를 실현한다. 본 발명의 바람직한 실시예는, 기계적 움직임을 사용하여 가능하지 않은, 제어되는 그리고 반복 가능한 방식으로 수평 ROI를 따라 이동하는 스테이지 또는 피에조 스테이지(piezo stage)의 이동들 대신에 빔 시프팅(beam shifting)의 사용에 의존한다. 일반적인 레시피는 상기 박편 창 내의 관심 영역에 대한 특정 정보를 필요로 하지 않으면서 이미지들을 자동적으로 수집하기 위해 사용된다. 이는 상기 자동화 프로세스동안 상이한 형태/구조의 샘플들의 S/TEM 이미지들을 획득할 때 사람의 개입에 대한 필요성을 제거한다. 하나의 레시피는 사람의 개입 없이, 상기 획득 모드들(즉, TEM, HAADF, BF 및 DF) 중 임의의 모드에서, FIB로 얇게 만들어진 박편 창의 전체 또는 일부에 걸쳐 TEM 이미지들을 얻기 위해 사용된다. 이는 다수의 샘플 유형들을 처리하기 위한 다수의 레시피들에 대한 필요성을 제거하며, 상기 획득 프로세스들에 있어서 더 적은 사람 개입을 요하고, 큰 영역들의 자동화된 이미지 획득을 가능하게 하며, 그리고 훈련된 작업자의 시간에 대한 필요성을 감소시키며, 이는 특히 병원의 병리학 (영리 목적의) 센터들에서 유용하다.
통상적으로, TEM 작업은 사람이 시각 교구를 써서(visually) 스테이지를 상기 ROI에 배치시키고 몰아넣을(driving) 것을 요하며, 그 다음 원하는 시야에 대한 배율을 증가시킬 것을 요한다. 그 후 상기 스테이지는 이동되며, 원하는 간격으로 이미지들이 취해진다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 미리 정해진 형상을 가진 일관된 박편은 상기 ROI에 대한 패턴 매칭(pattern matching)을 통한 배열을 위해 초기 지점들을 제공한다. 상기 창의 중심에 대한 수직 및 수평 좌표들이 판단되면, 상기 프로그램은, 상기 중심의 좌우에 대한 연이은 이미지들을 취하기 위한 전략으로서, 물리적 스테이지 이동들 대신에 빔 시프팅을 사용할 수 있다. 이는 상기 ROI의 형상을 미리-한정할 필요성, 그리고 작업자가 자동화를 위해 특정 프로그램을 선택해야 하는 필요성을 효과적으로 제거시킨다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 투과 전자 현미경(transmission electron microscope; TEM) 상에서, 이미지화될 피처들에 대한 지식을 요하지 않으면서, 박편 창(lamella window)의 관심 영역 내에 있는 피처들을 자동적으로 이미지화하는 방법을 도시하는 흐름도이다. 상기 방법은 참조번호 1102의 단계에서 시작한다. 참조번호 1102의 단계에서, 상기 TEM 내의 TEM 그리드 상에 이미 알고 있는 기하학 형상을 가진 박편이 제공된다. 바람직하게는, 상기 박편은 이미 알고 있는 기하학 형상을 가진 박편들을 형성하는 자동화된 방법에 의해 형성된다.
다음으로, 상기 박편 창의 위치를 찾기 위해, 다양한 배율들에서 이미지들을 형성하도록 상기 TEM 그리드를 향해 전자빔이 직사(directed)된다. 참조번호 1104의 단계에서, 상기 박편 창을 포함하는 이미지들을 형성하기 위해, 상기 TEM 그리드를 향해 전자빔이 직사된다. 참조번호 1106의 단계에서, 상기 박편 창의 둘레(perimeter)는 상기 이미지들 내에서 판단된다. 상기 박편 창의 위치가 찾아지지 않았다면, 상기 현미경의 배율은 증가되며(참조번호 1108의 단계), 프로세스는 참조번호 1106으로 돌아간다. 상기 박편 창의 위치가 찾아졌다면, 프로세스는 참조번호 1110의 단계로 진행한다. 이러한 진행은 도 12 내지 도 15에서 관찰될 수 있다. 도 12는 320X 배율에서의 TEM 박편의 이미지를 도시한다. 도 13은 660X 배율에서의 TEM 박편의 이미지를 도시한다. 도 14는 1150X 배율에서의 TEM 박편의 이미지를 도시한다. 도 15는 2550X 배율에서의 TEM 박편의 이미지를 도시한다.
참조번호 1110의 단계에서, 상기 관심 영역의 방위가 식별된다. 상기 관심 영역의 방위는 개별 이미지 피처들에 대한 이미지 인식(image recognition)의 사용을 필요로 하지 않으면서 제1 이미지 위치로부터 스테핑(stepping)하는데 사용되는 스테핑 방향을 한정한다. 상기 관심 영역의 방위를 판단하기 위한 참조번호 1110의 단계의 예시적 프로세스는 도 11b에 도시되어 있다. 참조번호 1170의 단계에서, 상기 이미지는 상기 박편 창의 상부에 대응하는 라인을 판단하기 위해 처리된다. 도 16은 도 15에서 도시된 박편(102)의 이미지의 확대도를 도시한다. 박편(102)은 박편 창(104)을 갖는다. 박편 창(104)은 더 얇은 두께로 시닝된(thinned) 박편(102)의 일부이다. 상기 박편 창(104)은 상기 관심 영역(106) 내 피처들(도시되어 있지 않음)이 위치해있는 박편(102) 상에서 밀링되어, 상기 관심 영역(106) 내 피처들이 TEM으로 이미지화될 수 있게 한다. 상기 박편(102) 및 박편 창(104)은, 그것들이 패턴 인식 로직에 의해 쉽게 인식되는 미리 정해진 공지된 기하학 형상을 갖도록 밀링된다. 패턴 인식 로직은 상기 이미지를 처리하며, 상기 박편 창(104)의 상부에 대응하는 라인(108)의 위치를 찾는다. 상기 박편 창(104)의 상부의 위치는 확실히 상기 박편의 형상과는 독립적으로 발견된다. 참조번호 108의 라인은 수평 또는 0 도 라인인 것으로 미리 알려져 있다. 즉, 참조번호 108의 라인은 상기 박편이 밀링되기 시작한 상기 샘플의 상면에 평행한 것으로, 그리고/또는 상기 관심 영역(106) 층에 평행한 것으로 알려져 있다. 또한, 도 16에 도시된 예에서, 상기 박편 창(104)의 좌측 에지에 대응하는 참조번호 110의 라인은 참조번호 108의 라인에 대해 45 도 각도로 향해진 것으로 미리 알려져 있다. 이 각도는 상기 박편(102)을 밀링할 때 상기 박편 창(104)에 대해 정의된 상기 미리 정해진 기하학 형상 때문에 미리 알려진다. 예를 들어, TEM 샘플 준비 중에, 상기 박편 창(104)은 참조번호 108의 라인과 실질적으로 평행한 상기 샘플 표면의 상부에 대해 45도 각도로 직사되는 집속 이온 빔에 의해 밀링될 수 있다. 이와 유사하게, 상기 박편 창(104)의 우측 에지에 대응하는 참조번호 111의 라인은 참조번호 108의 라인에 대해 45 도 각도로 향해진 것으로 미리 알려져 있다. 이러한 구체적인 값 45 도는 본 발명의 일부가 아니며, 단지 예시를 위한 것이다.
참조번호 1132의 단계에서, 상기 박편 창의 상부에 대응하는 라인에 수직한 두 개의 라인들이 산출된다. 상기 두 개의 라인들은 상기 창의 에지들에 인접하며, 상기 관심 영역의 측면 경계들(side boundaries)을 한정하기 위해 상기 창의 상부로부터 멀어지게 연장한다. 도 17은 참조번호 108의 라인에서부터 상기 관심 영역(106)의 하부까지 상기 박편 내부로 연장하는, 참조번호 108의 라인에 수직한 두 개의 라인들(112a, 112b)을 도시한다. 참조번호 112a의 라인 및 참조번호 112b의 라인은 상기 관심 영역의 측면 경계들을 한정한다. 참조번호 112a의 라인은 참조번호 108의 라인에 수직하며, 상기 박편 창(104)의 좌측 경계(112a)에서 상기 관심 영역(106)을 가로지른다. 참조번호 112b의 라인은 참조번호 108의 라인에 수직하며, 상기 박편 창(104)의 우측 경계(112b)에서 상기 관심 영역(106)을 가로지른다.
참조번호 1134의 단계에서, 관심 영역의 하부 경계선이 판단된다. 상기 박편 창의 상부, 상기 박편 창의 측면들(sides), 그리고 상기 하부 경계선에 의해 경계가 지어진 영역이 식별된다. 상기 관심 영역의 상기 하부 경계선은 이미지 콘트라스트(image contrast)의 변화를 사용하여 판단될 수 있다. 대안적으로, 상기 관심 영역의 상기 하부 경계선은 상기 박편 창의 상부보다 미리 정해진 거리 아래에 상기 하부 경계선을 배치함으로써 판단될 수 있다. 도 18a는 하부 경계선(114)을 도시한다. 상기 박편 창의 상부, 측부(side)들 및 하부의 조합은 상기 박편 창의 둘레(perimeter)를 한정한다.
도 11a로 되돌아가면, 참조번호 1116의 단계에서, 상기 관심 영역(120)의 방위가 판단된다. 상기 관심 영역(120)의 방위는 스테핑 방향(stepping direction)을 한정한다. 상기 스테핑 방향은 상기 관심 영역이 위치하는 라인의 회전으로서 정의된다. 도 18b는 도 18a에서의 상기 기판의 영역(120)을 근접 촬영한 이미지(150)를 도시하며, 100 nm 스케일 바(152)를 갖는다. 도 19는 도 18b의 이미지의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)이다. 중심 (산란되지 않은) 스폿(182)은 6 개의 1차 스폿들(184)에 의해 둘러싸여진다. 도 18a에서의 참조번호 120의 영역은 도 18b에서 이미지화되며, 상기 박편 아래의 결정질 실리콘 기판에 대응한다 - 상기 웨이퍼 표면에 대한 상기 실리콘의 각 방위가 미리-정해지며, 이에 따라 상기 박편에 대한 상기 실리콘의 각 방위가 미리 정해지고, 따라서 상기 실리콘의 회전 방위(rotational orientation)를 판단함으로써, 상기 박편의 회전 방위도 찾아질 수 있다. 상기 6 개의 스폿들(184) 중 하나 및 상기 이미지 내의 수직선 간의 각도(186)는 도 16 내지 도 18a에서의 상기 박편의 회전 각도(수 도 CCW)에 대응한다. 대안적으로, 상기 관심 영역의 방위는 전자빔을 참조번호 120의 위치의 박편 창으로 직사함으로써, 그리고 상기 박편 창을 통과하여 투과되는(transmitted) 전자들의 전자 회절 패턴을 관측함으로써 판단될 수 있다. 이미지의 FFT는 본질적으로, 전자 회절 패턴이 어떻게 보이는지에 대응한다. 상기 관심 영역의 방위를 판단하기 위한 또 다른 방법은 박편 에지 또는 상기 박편 창의 이미지들 상에 에지 파인더들을 사용하는 것이다. 에지 파인더는 이미지 콘트라스트의 변화들의 위치를 찾기 위한 이미지 처리 알고리즘이다.
참조번호 1118의 단계에서, 상기 TEM 그리드는 도 19로부터 판단된 각도를 사용하여 상기 관심 영역을 상기 TEM 축에 맞추어 배열하기 위해 물리적으로 회전된다. 상기 TEM 그리드는 상기 샘플 스테이지를 회전시킴으로써, 또는 상기 샘플 스테이지 상의 상기 TEM 그리드를 회전시킴으로써 물리적으로 회전될 수 있다. 대안적으로, 또는 참조번호 1118의 단계에 추가하여, 참조번호 1120의 단계가 진행된다. 참조번호 1120의 단계에서, 디지털 신호 처리 및 상기 판단된 방위를 사용하여 상기 이미지가 회전되어, 상기 TEM 그리드를 물리적으로 이동시키지 않으면서 상기 관심 영역을 상기 TEM 축에 맞추어 배열한다. 바람직한 실시예에서, 상기 관심 영역에 전자 빔을 센터링한 후, 상기 시스템은 STEM 모드로 전환된다. 상기 FFT로부터 산출된 방위 또는 전자 회절 패턴을 사용하여, 디지털적으로 상기 이미지에 회전이 인가되며, 이 때 상기 방위 및 전자 회절 패턴은 참조번호 120의 영역으로부터 취해진다. 도 20은 참조번호 120의 영역으로부터의 전자 회절 패턴 또는 상기 FFT로부터 산출된 방위를 사용하여 상기 이미지를 회전시킨 후 STEM 모드에서의 이미지를 도시한다.
참조번호 1122의 단계에서, 상기 관심 영역의 일부를 식별하기 위해 상기 관심 영역의 일부의 제1 이미지가 획득된다. 바람직하게는, 상기 제1 이미지는 STEM 모드를 사용하여 획득된다. 도 21은 원하는 FOV(desired field of view)에서의 상기 관심 영역 상의 피처들을 도시한다. 도 22에 도시된 바와 같이, 바람직하게는, 상기 시스템은 상기 원하는 FOV(field of view)에서의 관심 영역의 이미지가 STEM 모드에서 획득된 후, 다시 TEM 모드로 전환될 수 있다.
참조번호 1124의 단계에서, 상기 관심 영역의 일부분들의 다수의 이미지들을 획득하기 위해 제1 이미지의 위치에서부터 상기 스테핑 방향을 따라 스테핑함으로써 다수의 이미지들이 획득되며, 이 경우, 상기 다수의 이미지들은 상기 관심 영역 내에 있는, 검토(examined)될 개별 피처들의 이미지 인식을 사용하지 않고 획득된다. 바람직하게는, 상기 다수의 이미지들은 TEM 모드에서 획득된다. 상기 다수의 이미지들은 공지된 이미지 처리 기법들에 따라 개별 이미지들의 중첩 부분들을 제거함으로써 상기 관심 영역의 몽타주로 형성될 수 있다. 도 23은 몽타주 기법으로 단일 이미지로 묘사될 수 있는 세 개의 별개의 중첩 이미지들을 도시한다. 도 24는 도 23의 세 개의 중첩 이미지들의 몽타주를 도시한다.
상기 관심 영역의 방위를 판단하고 상기 방위를 보정(compensating)함으로써, 상기 TEM은 어느 방향으로든 상기 관심 영역의 행(row)을 따라 이동(marching)할 수 있으며, 계속해서 시야 내에 상기 피처들을 가질 수 있다. 사실상, 본 발명의 실시예들은 상기 박편의 미리 정해진 기하학적 형상으로 인한 상기 박편의 방위와 무관한, 상기 관심 영역 내 일렬의 소자들의 위치(location)를 가능하게 한다. 본 발명의 실시예들은 시스템이 상기 관심 피처를 잃지 않으면서 상기 관심 피처를 확대할 수 있게 하며, 그리고 "나침반 없이 항해(sail without a compass)"할 수 있게 한다. 즉, 상기 일렬의 소자들을 따라 어떤 방향으로 이동하지만, 계속해서 시야 내에 상기 소자들을 가질 수 있게 한다. 상기 관심 피처를 잃지 않으면서 상기 관심 피처를 확대할 수 있는 능력, 그리고 "나침반 없이 항해(sail without a compass)"할 수 있는 능력은 작업자의 소요 시간을 감소시키며, 그리고 박편들의 배치들(batches)의 분석을 위한 자동화 방법들을 가능하게 한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 투과 전자 현미경(transmission electron microscope; TEM)에서, 이미지화될 피처들에 대한 지식을 요하지 않으면서 박편 창(lamella window)의 관심 영역 내에 있는 피처들을 자동으로 이미지화하는 방법은 : TEM 내의 TEM 그리드 상에, 이미 알고 있는 기하학적 형상을 가진 박편을 제공하는 단계; 상기 박편 창을 포함하는 이미지들을 형성하기 위해 상기 TEM 그리드를 향해 전자 빔을 직사(directing)하는 단계; 상기 이미지들 내에서 상기 박편 창의 둘레(perimeter)를 판단하는 단계; 상기 관심 영역의 방위(orientation)를 판단하는 단계로서, 상기 관심 영역의 방위는 스테핑 방향(stepping direction)을 한정하는, 단계; 상기 관심 영역의 일부를 식별하기 위해 상기 관심 영역의 일부의 제1 이미지를 획득하는 단계; 및 상기 관심 영역의 일부분들의 다수의 이미지들을 획득하기 위해, 상기 제1 이미지의 위치에서부터 상기 스테핑 방향을 따라 스테핑함으로써 다수의 이미지들을 획득하는 단계로서, 상기 다수의 이미지들은 상기 관심 영역 내에 있는, 검토(examined)될 개별 피처들에 대한 이미지 인식(image recognition)을 사용하지 않고 획득되는, 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 박편 창의 둘레를 판단하는 단계는 : 상기 박편 창의 상부에 대응하는 라인(line)을 판단하기 위해 상기 이미지를 처리하는 단계; 상기 박편 창의 상부에 대응하는 라인에 수직하는 두 개의 라인들을 산출하는 단계로서, 상기 두 개의 라인들은 상기 창의 에지들에 인접하며, 상기 관심 영역의 측면 경계들(side boundaries)을 한정하기 위해 상기 창의 상부로부터 멀어지게 연장하는, 단계; 및 상기 관심 영역의 하부 경계선을 판단하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 상기 다수의 이미지들의 몽타주(montage)를 형성하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 박편의 방위를 판단하는 단계는 : 상기 박편에 전자 빔을 직사(directing)하는 단계; 및 상기 창을 통과하여 투과되는 전자들의 패턴을 관찰하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 박편에 전자 빔을 직사하는 단계는, 상기 박편 창 아래의 상기 기판을 향해 전자 빔을 직사하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 창을 통과하여 투과되는 전자들의 패턴을 관찰하는 단계는 상기 기판의 고해상도 이미지에 대해 푸리에 변환을 수행하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 창을 통과하여 투과되는 전자들의 패턴을 관찰하는 단계는 회절 패턴의 방위(orientation)를 판단하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 박편에 전자 빔을 직사하는 단계는 : 상기 박편을 향해 전자 빔을 직사하여 이미지를 획득하는 단계; 및 상기 이미지를 처리하여 상기 박편의 방위를 판단하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 이미지를 처리하는 단계는 에지 파인더를 사용하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 이미지를 처리하는 단계는 패턴 매칭을 사용하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 방법은 : 상기 판단된 스테핑 방향에 따라 상기 다수의 이미지들을 재-배향시키는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 관심 영역의 하부 경계선을 판단하는 단계는 : 에지 파인더들을 사용하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 관심 영역의 하부 경계선을 판단하는 단계는 : 상기 박편 창의 상부보다 미리 정해진 거리 아래에 상기 하부 경계선을 배치하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 이미지화될 피처들에 대한 지식을 요하지 않으면서 박편 창(lamella window)의 관심 영역 내에 있는 피처들을 자동으로 이미지화하도록 프로그래밍된 투과 전자 현미경(transmission electron microscope; TEM)이 제공되며, 상기 투과 전자 현미경은 : 전자원(electron source); 상기 전자원으로부터의 전자들을 빔으로 집속시키기 위한 포커싱 칼럼(focusing column); 전자들 또는 2차 입자들을 검출하기 위한 검출기; 샘플 스테이지로서, 상기 샘플 스테이지 상에 배치된 샘플을 지지(supporting)하고 이동시키기 위한 샘플 스테이지; 및 컴퓨터 실행 가능한 명령들로 프로그래밍된 컨트롤러(controller)를 포함하고, 상기 컴퓨터 실행 가능한 명령들은, 상기 컨트롤러에 의해 실행될 때, 상기 현미경이 : 미리 알려진 기하학적 형상(geometry)을 가진 박편을 포함하는 TEM 그리드를 향해 전자 빔을 직사하여(directing), 상기 박편 창을 포함하는 이미지들을 형성하는 단계; 상기 이미지들 내에서 상기 박편 창의 둘레(perimeter)를 판단하기 위해 상기 이미지를 처리하는 단계; 상기 관심 영역의 방위(orientation)를 판단하는 단계로서, 상기 관심 영역의 방위는 스테핑 방향(stepping direction)을 한정하는, 단계; 상기 관심 영역의 일부를 식별하기 위해 상기 관심 영역의 일부의 제1 이미지를 획득하는 단계; 및 상기 관심 영역의 일부분들의 다수의 이미지들을 획득하기 위해, 상기 제1 이미지의 위치에서부터 상기 스테핑 방향을 따라 스테핑함으로써 다수의 이미지들을 획득하는 단계로서, 상기 다수의 이미지들은 상기 관심 영역 내에 있는, 검토(examined)될 개별 피처들에 대한 이미지 인식(image recognition)을 사용하지 않고 획득되는, 단계를 수행하도록 유발한다.
일부 실시예들에서, 상기 박편 창의 둘레(perimeter)를 판단하기 위해 상기 이미지를 처리하는 단계는 : 상기 박편 창의 상부에 대응하는 라인(line)을 판단하기 위해 상기 이미지를 처리하는 단계; 상기 박편 창의 상부에 대응하는 라인에 수직한 두 개의 라인들을 산출하기 위해 상기 이미지를 처리하는 단계로서, 상기 두 개의 라인들은 상기 창의 에지들에 인접하며, 상기 관심 영역의 측면 경계들(side boundaries)을 한정하기 위해 상기 창의 상부로부터 멀어지게 연장하는, 단계; 및 상기 관심 영역의 하부 경계선을 판단하기 위해 상기 이미지를 처리하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 투과 전자 현미경은 상기 다수의 이미지들의 몽타주(montage)를 형성하기 위한 명령들을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 박편의 방위를 판단하기 위한 명령들은 : 상기 박편에 전자 빔을 직사(directing)시키기 위한, 그리고 상기 창을 통과하여 투과되는 전자들의 패턴을 관찰하기 위한 명령들을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 박편에 전자 빔을 직사하는 단계는, 상기 박편 창 아래의 상기 기판을 향해 전자 빔을 직사하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 창을 통과하여 투과되는 전자들의 패턴을 관찰하는 단계는 상기 기판의 고해상도 이미지에 대해 푸리에 변환을 수행하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 창을 통과하여 투과되는 전자들의 패턴을 관찰하는 단계는 회절 패턴의 방위(orientation)를 판단하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 박편에 전자 빔을 직사하는 단계는 : 상기 박편을 향해 전자 빔을 직사하여 이미지를 획득하는 단계; 및 상기 이미지를 처리하여 상기 박편의 방위를 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 이미지를 처리하는 단계는 에지 파인더를 사용하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 이미지를 처리하는 단계는 패턴 매칭(pattern matching)을 사용하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 투과 전자 현미경은 : 상기 판단된 스테핑 방향에 따라 상기 다수의 이미지들을 재-배향시키기 위한 명령들을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 관심 영역의 하부 경계선을 판단하기 위한 명령들은 : 에지 파인더들을 위한 명령들을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 관심 영역의 하부 경계선을 판단하기 위한 명령들은 : 상기 박편 창의 상부보다 미리 정해진 거리 아래에 상기 하부 경계선을 배치하기 위한 명령들을 더 포함한다.
본 발명 및 그 이점들이 자세히 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 본원에 다양한 변화들, 대체들 및 변경들이 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다. 또한 본 출원의 범위는 본원 명세서에 기재된 프로세스, 기계(machine), 제조(manufacture), 물질의 구성, 수단, 방법들 및 단계들의 특정 실시예들에 제한된 것으로 의도된 것은 아니다. 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 개시로부터 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 본원에 기재된 대응하는 실시예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나, 실질적으로 동일한 결과를 얻는, 현재 존재하거나 차후에 개발될 프로세스들, 기계(machine)들, 제조(manufacture), 물질의 구성들, 수단들, 방법들 및 단계들은 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 따라서 첨부된 청구항들은 청구항들 범위 내에 그러한 프로세스들, 기계들, 제조(manufacture), 물질의 구성들, 수단들, 방법들 및 단계들을 포함하도록 되어 있다.

Claims (26)

  1. 투과 전자 현미경(transmission electron microscope; TEM)에서, 이미지화될 피처들에 대한 지식을 요하지 않으면서 박편 창(lamella window)의 관심 영역 내에 있는 피처들을 자동으로 이미지화하는 방법으로서, 상기 방법은 :
    TEM 내의 TEM 그리드 상에, 이미 알고 있는 기하학적 형상(known geometry)을 가진 박편을 제공하는 단계;
    상기 박편 창을 포함하는 이미지들을 형성하기 위해 상기 TEM 그리드를 향해 전자 빔을 직사(directing)하는 단계;
    상기 이미지들 내에서 상기 박편 창의 둘레(perimeter)를 판단하는 단계;
    상기 관심 영역의 방위(orientation)를 판단하는 단계로서, 상기 관심 영역의 방위는 스테핑 방향(stepping direction)을 한정하는, 단계;
    상기 관심 영역의 일부를 식별하기 위해 상기 관심 영역의 일부의 제1 이미지를 획득하는 단계; 및
    상기 관심 영역의 일부분들의 다수의 이미지들을 획득하기 위해, 상기 제1 이미지의 위치에서부터 상기 스테핑 방향을 따라 스테핑함으로써 다수의 이미지들을 획득하는 단계를 포함하며,
    상기 다수의 이미지들은 상기 관심 영역 내에 있는, 검토될 개별 피처들에 대한 이미지 인식을 사용하지 않고 획득되는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 박편 창의 둘레를 판단하는 단계는 :
    상기 박편 창의 상부에 대응하는 라인(line)을 판단하기 위해 상기 이미지를 처리하는 단계;
    상기 박편 창의 상부에 대응하는 라인에 수직하는 두 개의 라인들을 산출하는 단계; 및
    상기 관심 영역의 하부 경계선을 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 두 개의 라인들은 상기 창의 에지들에 인접하며, 상기 관심 영역의 측면 경계들(side boundaries)을 한정하기 위해 상기 창의 상부로부터 멀어지게 연장하는, 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 다수의 이미지들의 몽타주(montage)를 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 박편의 방위를 판단하는 단계는 :
    상기 박편에 전자 빔을 직사하는 단계; 및
    상기 창을 통과하여 투과되는(transmitted) 전자들의 패턴을 관찰하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 박편에 전자 빔을 직사하는 단계는 :
    상기 박편 창 아래의 상기 기판을 향해 전자 빔을 직사하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 창을 통과하여 투과되는 전자들의 패턴을 관찰하는 단계는 :
    상기 기판의 고해상도 이미지에 대해 푸리에 변환을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 창을 통과하여 투과되는 전자들의 패턴을 관찰하는 단계는 :
    회절 패턴의 방위(orientation)를 판단하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 박편에 전자 빔을 직사하는 단계는 :
    상기 박편을 향해 전자 빔을 직사하여 이미지를 획득하는 단계; 및
    상기 이미지를 처리하여 상기 박편의 방위를 판단하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 이미지를 처리하는 단계는 :
    에지 파인더를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 이미지를 처리하는 단계는 패턴 매칭을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 판단된 스테핑 방향에 따라 상기 다수의 이미지들을 재-배향시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 청구항 2에 있어서,
    상기 관심 영역의 하부 경계선을 판단하는 단계는 :
    에지 파인더들을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 청구항 2에 있어서,
    상기 관심 영역의 하부 경계선을 판단하는 단계는 :
    상기 박편 창의 상부보다 미리 정해진 거리 아래에 상기 하부 경계선을 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 이미지화될 피처들에 대한 지식을 요하지 않으면서 박편 창의 관심 영역 내에 있는 피처들을 자동으로 이미지화하도록 프로그래밍된 투과 전자 현미경(transmission electron microscope; TEM)으로서, 상기 투과 전자 현미경은 :
    전자원(electron source);
    상기 전자원으로부터의 전자들을 빔으로 집속시키기 위한 포커싱 칼럼(focusing column);
    전자들 또는 2차 입자들을 검출하기 위한 검출기;
    샘플 스테이지로서, 상기 샘플 스테이지 상에 배치된 샘플을 지지(supporting)하고 이동시키기 위한 샘플 스테이지; 및
    컴퓨터 실행 가능한 명령들로 프로그래밍된 컨트롤러를 포함하며,
    상기 컴퓨터 실행 가능한 명령들은, 상기 컨트롤러에 의해 실행될 때, 상기 현미경이 :
    미리 알려진 기하학적 형상을 가진 박편을 포함하는 TEM 그리드를 향해 전자 빔을 직사하여, 상기 박편 창을 포함하는 이미지들을 형성하는 단계; ;
    상기 이미지들 내에서 상기 박편 창의 둘레를 판단하기 위해 상기 이미지를 처리하는 단계;
    상기 관심 영역의 방위를 판단하는 단계로서, 상기 관심 영역의 방위는 스테핑 방향(stepping direction)을 한정하는, 단계;
    상기 관심 영역의 일부를 식별하기 위해 상기 관심 영역의 일부의 제1 이미지를 획득하는 단계; 및
    상기 관심 영역의 일부분들의 다수의 이미지들을 획득하기 위해, 상기 제1 이미지의 위치에서부터 상기 스테핑 방향을 따라 스테핑함으로써 다수의 이미지들을 획득하는 단계를 수행하도록 유발하며,
    상기 다수의 이미지들은 상기 관심 영역 내에 있는, 검토될 개별 피처들에 대한 이미지 인식을 사용하지 않고 획득되는, 투과 전자 현미경.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 박편 창의 둘레를 판단하기 위해 상기 이미지를 처리하는 단계는 :
    상기 박편 창의 상부에 대응하는 라인(line)을 판단하기 위해 상기 이미지를 처리하는 단계;
    상기 박편 창의 상부에 대응하는 라인에 수직한 두 개의 라인들을 산출하기 위해 상기 이미지를 처리하는 단계; 및
    상기 관심 영역의 하부 경계선을 판단하기 위해 상기 이미지를 처리하는 단계를 포함하며,
    상기 두 개의 라인들은 상기 창의 에지들에 인접하며, 상기 관심 영역의 측면 경계들(side boundaries)을 한정하기 위해 상기 창의 상부로부터 멀어지게 연장하는, 투과 전자 현미경.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 다수의 이미지들의 몽타주를 형성하기 위한 명령들을 더 포함하는, 투과 전자 현미경.
  17. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 박편의 방위를 판단하기 위한 명령들은 :
    상기 박편에 전자 빔을 직사시키기 위한, 그리고 상기 창을 통과하여 투과되는 전자들의 패턴을 관찰하기 위한 명령들을 더 포함하는, 투과 전자 현미경.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 박편에 전자 빔을 직사하는 단계는 :
    상기 박편 창 아래의 상기 기판을 향해 전자 빔을 직사하는 단계를 포함하는, 투과 전자 현미경.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 창을 통과하여 투과되는 전자들의 패턴을 관찰하는 단계는 :
    상기 기판의 고해상도 이미지에 대해 푸리에 변환을 수행하는 단계를 포함하는, 투과 전자 현미경.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 창을 통과하여 투과되는 전자들의 패턴을 관찰하는 단계는 :
    회절 패턴의 방위를 판단하는 단계를 포함하는, 투과 전자 현미경.
  21. 청구항 17에 있어서,
    상기 박편에 전자 빔을 직사하는 단계는 :
    상기 박편을 향해 전자 빔을 직사하여 이미지를 획득하는 단계; 및
    상기 이미지를 처리하여 상기 박편의 방위를 판단하는 단계를 포함하는, 투과 전자 현미경.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 이미지를 처리하는 단계는 에지 파인더를 사용하는 단계를 포함하는, 투과 전자 현미경.
  23. 청구항 21에 있어서,
    상기 이미지를 처리하는 단계는 패턴 매칭을 사용하는 단계를 포함하는, 투과 전자 현미경.
  24. 청구항 15에 있어서,
    상기 판단된 스테핑 방향에 따라 상기 다수의 이미지들을 재-배향시키기 위한 명령들을 더 포함하는, 투과 전자 현미경.
  25. 청구항 15에 있어서,
    상기 관심 영역의 하부 경계선을 판단하기 위한 명령들은 : 에지 파인더들을 위한 명령들을 더 포함하는, 투과 전자 현미경.
  26. 청구항 15에 있어서,
    상기 관심 영역의 하부 경계선을 판단하기 위한 명령들은 :
    상기 박편 창의 상부보다 미리 정해진 거리 아래에 상기 하부 경계선을 배치하기 위한 명령들을 더 포함하는, 투과 전자 현미경.
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