KR101637332B1 - 집속 이온빔 디바이스 및 주사형 전자 현미경을 이용하여 반도체 구조체의 3차원 이미지를 생성하는 방법 - Google Patents

Abstract

개시된 방법은, 피처의 단면을 반복적으로 생성함으로써 하나 이상의 제작된 피처의 이미지를 생성한다. 이 방법은, 밀링된 표면이 피처가 위치하는 층에 실질적으로 평행한 하나 이상의 제작된 피처에 근접한 표면을 밀링하는 단계를 포함한다. 각각의 밀링 단계에서, 하나 이상의 제작된 피처의 톱-다운 이미징은 복수의 단면 이미지를 생성한다. 복수의 단면 이미지의 각각은 제작된 피처의 표현으로 재구성된다.

Description

집속 이온빔 디바이스 및 주사형 전자 현미경을 이용하여 반도체 구조체의 3차원 이미지를 생성하는 방법{METHOD TO CREATE THREE-DIMENSIONAL IMAGES OF SEMICONDUCTOR STRUCTURES USING A FOCUSED ION BEAM DEVICE AND A SCANNING ELECTRON MICROSCOPE}

우선권 주장

이 출원은 그 전부가 본 명세서에 참조로서 통합되어 있는, 2008년 5월 28일에 출원된 미국 특허출원 제12/128,420호를 기초로 하여 우선권 주장한다.

본 발명은 일반적으로 반도체, 데이터 저장 장치, 평판 디스플레이뿐만 아니라 동일 계통 또는 다른 산업분야에서 이용되는 계측 장비 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 집속 이온빔 (focused ion beam; FIB) 및 주사형 전자 현미경을 이용하여 3차원으로 이미징하는 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스 기하구조들 (즉, 집적회로 설계 규칙들) 은, 집적회로 (IC) 디바이스가 수십년 전에 처음 도입된 이래로, 크기에 있어서 비약적으로 감소되어 왔다. IC는 일반적으로, 단일 집적회로 칩상에 제작되는 디바이스의 수가 2년마다 2배씩 늘어남을 의미하는 "무어의 법칙"을 따라왔다. 오늘날의 IC 제작 설비는 일반적으로 65㎚ (0.065㎛) 피처 (feature) 크기의 디바이스들을 생산하고 있으며, 미래의 제작 설비는 훨씬 더 작은 피처 크기를 갖는 디바이스를 곧 생산하게 될 것이다.

지속적으로 감소되는 피처 크기는, 제작 도중의 각종 지점에서 장비 공급자와 디바이스 제작자 양방이 IC 디바이스를 검사하고 정확하고 정밀하게 측정하게끔 한다. BEOL (back-end-of-line) 전자 테스팅은 IC의 기능성에 대하여 통과/정지 게이지 (go/no-go gauge) 를 제공하지만, 광학 프로필로미터 (optical profilometer), 원자간력 현미경 (atomic force microscope), 및 CD-SEM (critical dimension scanning electron microscope) 과 같은 분석 툴이 채용되어 IC의 각종 부분의 토포그래피 (topography) 를 이미징한다. 단면 (즉, 파괴) 분석은 불량 IC에 대한 근원 분석 (root-cause analysis) 을 가능하게 한다. 효과적인 불량 식별은 종종 IC 내의 각종 디바이스를 가로질러 절단하여 전자 현미경으로 단면을 이미징하는 것에 의해서만 수행될 수 있다. 또한, 단면 분석은 프로세스 라인 상에서 중요한 피드백 (feed-back) 및 피드포워드 (feed-forward) 를 제공한다.

가로질러 절단하는 2가지 방법으로, 집적회로가 위치되는 웨이퍼를 클리브 (cleaving) 하는 방법 및 디바이스를 이온 밀링 (ion milling) 하는 방법이 일반적으로 이용된다. 이온 밀링은 디바이스에 대한 검사를 위해 소영역들을 선택함에 있어서 보다 우수한 제어를 허용한다. 이온 밀링은 원자들을 제거함으로써 집적회로 디바이스의 표면으로부터 물질을 제거하므로, 디바이스로부터 층들에서의 원자들을 제거할 수 있다. 수많은 작업을 거친 후, SEM을 이용하여 디바이스의 "사이드 뷰 (side-view)"를 허용하는 구조체에 근접하게 트렌치 (trench) 가 생성된다.

이온 밀링은 통상적으로 집속 이온빔 (FIB) 디바이스를 이용하여 수행된다. FIB 디바이스는 종종 SEM과 함께 이용된다. SEM은 전자의 집속 빔을 이용하여 고진공 (high-vacuum) 챔버 내에 배치된 샘플을 이미징한다. 반면, FIB는 이온의 집속 빔을 이용한다.

SEM과 달리, FIB 디바이스는, 태생적으로, 에너지가 부가된 이온으로 인해 샘플을 파괴한다. 원자는 높은 에너지의 이온으로부터의 충격시에 샘플로부터 스퍼터링된다 (즉, 원자와 분자를 물리적으로 제거함). 따라서, 스퍼터링 효과는 FIB가 미세 기계 가공 도구 (micro-machining tool) 로서 유용하게끔 한다. 표면 손상을 야기하는 것 외에도, FIB 디바이스는 표면의 몇 나노미터 위쪽에서 이온을 주입한다. 이 주입은, 이하에서 설명되는 바와 같이, 잘못된 측정을 종종 야기한다.

갈륨 액체 금속 이온 소스 (Liquid Metal Ion Source; LMIS) 가 제작하기에 상대적으로 용이하므로, 갈륨이 통상적으로 FIB 디바이스를 위한 이온 소스로서 선택된다. 갈륨 LMIS에서, 갈륨 금속은 텅스텐 니들 (needle) 과 접촉하게 배치된다. 그 후, 이 조합이 가열된다. 갈륨은 텅스텐을 습식시키고, 큰 (센티미터당 10⁸ 볼트보다 더 큰) 전기장이 발생된다. 큰 전기장은 갈륨 원자의 이온화 및 전계 방출을 야기한다.

갈륨 이온은 통상적으로 5-50 keV (kilo-electron volts) 의 에너지로 가속화되고, 정전기 렌즈 (electrostatic lenses) 에 의해 샘플상에 집속된다. 상보적인 FIB 디바이스는 샘플에 수십 나노암페어의 전류를 전달하여 밀링 프로세스를 조력할 수도 있다. 이와 달리, 전류를 감소시켜, 스폿 사이즈 (spot size) 내에서의 이물질 감소를 동반하는 더 미세한 레벨의 밀링을 수행할 수도 있다. 따라서, 스폿 사이즈는 직경에 있어서 단지 수 나노미터에 불과한 빔을 생성하도록 제어될 수 있다. 예를 들면, 저전압 아르곤 이온 빔을 이용하면 더 얇은 층도 제거될 수 있다.

도 1a를 참조하면, 집적회로의 단면부는 기층 (101) 및 유전층 (103) 을 포함한다. 유전층 (103) 은 유전층 (103) 상에 후속하여 형성되는 상층 (도시 생략) 을 기층 (101) 에 접속하기 위한 비아 (105A) 를 갖는다.

도 1b에서, 이온빔 밀링된 일련의 층들은, 노출된 비아 (105B) 의 전방에, 개방된 딥 트렌치 (107A) 를 갖는다. 딥 트렌치 (107A) 는 비아 (105A) 의 전방에 소량의 유전층 (103) 만을 남기고 재료의 대부분을 밀링한다. 이온에 의해 밀링된 각각의 층은 깊이 "d"를 갖는다. 따라서, 딥 트렌치 (107A) 는, 유전층 (103) 내를 커팅 (cutting) 하는 누적적으로 더 넓어지는 일련의 이온 빔에 의해 형성된다. 각각의 커팅의 깊이 "d"는 통상적으로 약 수십에서 수백 나노미터이다. 실제 깊이는 이온빔의 에너지 및 디바이스가 밀링되는 시간량에 의해 제어된다.

일단, 딥 트렌치 (107A) 가 집속 이온빔 디바이스에 의해 충분히 깊게 커팅되었다면, 비아 (105A) 에 바로 인접하도록 위치한 유전층 (103) 의 잔존 부분 (107B) 의 층을 제거하는 FIB 디바이스를 이용한 2차 작업이 진행된다. 유전층 (103) 의 잔존 부분 (107B) 에서 각 커팅이 행해진 후, 주사형 전자 현미경 빔 (109) 이, 노출된 비아 (105B) 를 통상적으로 15°- 20°인 각도 α로 바라보도록 이용된다. 도 1c는 주사형 전자 현미경 빔 (109) (도 1b) 에 의해 이미징된 바와 같이, 노출된 비아 (105B) 의 이상적인 단면도를 도시한 것이다.

동축 (coaxial) 주사형 전자 현미경 (SEM) 을 갖는 집속 이온 빔 (FIB; Focused Ion Beam) 시스템은 본 기술분야에서 공지된 것이다. FIB는 또한 전자 빔 컬럼 (column) 과 이온 빔 컬럼 양자 모두와 시스템에 통합되어, 이들 빔 중 어느 일방을 이용하여 (예컨대, 노출된 비아 (105B) 와 같은) 동일한 피처가 조사 (investigating) 되게 할 수 있다.

또한, FIB와 주사형 전자 현미경 (SEM) 을 포함하는 듀얼 빔 시스템 (dual beam system) 이 도입되었는데, 이 시스템은 SEM을 이용하여 샘플을 이미징할 수 있고 FIB를 이용하여 샘플을 밀링할 수 있다. 몇몇 듀얼 빔 기기는 FIB 및 SEM 빔을 동시에 이용하는데, 이들 사이에서 빔들이 큰 각도를 이뤄 표면에 입사된다.

전술한 바와 같이, SEM 이미징은, 이온빔으로 이미징되는 것과는 달리, 대개 워크 피스 표면에 상당하지는 않지만 손상을 가한다. 이온과는 달리, 전자는 스퍼터링 재료로는 비효율적이다. 부딪히는 입자와 기판 입자 사이의 충돌 도중에 전해지는 모멘텀 (momentum) 의 양은, 부딪히는 입자의 모멘텀 및 2개의 입자의 상대 질량에 의존한다. 최대 모멘텀은, 2개의 입자가 동일한 질량을 가질 때 전해진다. 부딪히는 입자의 질량과 기판 입자의 질량 사이에 부정합이 존재할 때, 부딪히는 입자의 모멘텀보다 더 작은 모멘텀이 기판 입자로 전해진다. FIB 밀링에서 사용된 갈륨 이온은 전자의 질량보다 128,000 배 이상 더 큰 질량을 갖는다. 그 결과, 갈륨 이온 빔에서의 입자는, 표면 분자를 스퍼터링하기에 충분한 모멘텀을 보유한다. 통상적인 SEM 전자 빔에서의 전자의 모멘텀은 모멘텀 전달에 의해 표면으로부터 분자를 제거하기에는 충분하지 않다.

그러나, FIB 밀링에 의해 야기된 고유의 손상은, 또한 이미징될 피처에 대한 손상을 종종 야기한다. 따라서, 피처는 통상적으로 보호층으로서 작용하는 다른 재료로 충전된다. 또 다른 재료는 통상적으로 피처 재료와 유사한 기계적 에칭 특성 및 유사한 산란 전자 비율 (scattered electron rate) 을 갖도록 선택된다. 예를 들면, 이산화규소와 같은 유전층은 텅스텐 (W) 또는 백금 (Pt) 코팅으로 충전될 수도 있다. 상반되는 재료가 피처를 과도한 손상으로부터 보호하기는 하지만, 보호층은 후속하는 SEM 측정의 정확도에 영향을 미치는 "커튼 (curtaining) "으로서 알려진 현상을 야기한다. 커튼 현상은, 에칭되지 않은 층들에 주입된, 에너지가 부가된 갈륨 이온에 의해 야기된다.

도 2를 참조하면, 유전체 (201) 에 제작된 비아 (203) 는 텅스텐 보호층 (205) 으로 코팅된다. 텅스텐 보호층 (205) 은 FIB 밀링 도중에 비아 (203) 의 구조적 무결점을 보장한다. 또한, 텅스텐 보호층 (205) 은 비아 (203) 에 대한 에지 파인딩 (edge-finding) 및 임계 치수 (Critical Dimension; CD) 측정을 위해 필요한 콘트라스트 차 (contrast difference) 를 확보한다. 그러나, 비아 (203) 의 실제 높이 h₁과 실제 폭 w₁ 양자 전반을 파악하기에는 어려움이 있다. 당업자로서는, 커튼 효과가, 주입된 이온이 부분적으로 재료 경계를 애매하게 할 때, 텅스텐 (또는 각종 다른 재료) 을 이용하는 것과 연관된 밀링 프로세스에 기인하는 것임을 알 수 있다. 비아 (203) 의 실제 에지가 불분명해진다. 비아 (203) 의 높이 및 폭에 대한 CD 측정치가 h₂ 및 w₂로 잘못 이해될 수도 있다.

따라서, 종래 기술 FIB-SEM 이미징 기술은, (1) 커튼 효과 및 (2) 최종 밀링 및 이미징 단계 전에 샘플 내에 딥 트렌치에 대한 각을 이루는 커팅 (angular cutting) 을 이행하기 위해 요구되는 지나친 시간량 양자 모두에 기인하는 수많은 과제들을 제공한다. 따라서, 필요로 하는 것은, 반도체 집적회로 상의 각종 피처에 대한 3차원 CD 측정치를 결정하는 효율적이고 정확한 방법이다. 본 방법은, 커튼 효과를 회피하고 임의의 피처에 대한 진정한 3차원 이미징을 제공한다.

예시적인 실시형태에는, 제작된 피처의 단면 이미징을 생성하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 제작된 피처에 근접한 표면을 밀링하는 단계를 포함하고, 밀링된 표면은 피처가 위치하는 층에 실질적으로 평행하게 된다. 제작된 피처는, 밀링된 표면과 실질적으로 수직을 이루는 위치로부터 이미징되어, 복수의 제1 단면 이미지를 생성한다.

다른 예시적인 실시형태에는, 하나 이상의 제작된 피처의 이미지를 생성하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 하나 이상의 제작된 피처에 근접한 표면을 이온 밀링하는 것을 포함하는, 하나 이상의 피처의 단면을 반복적으로 생성하는 단계, 및 하나 이상의 제작된 피처의 톱-다운 (top-down) 이미징을 수행하여, 복수의 단면 이미지들을 생성하는 단계를 포함하고, 밀링된 표면은 피처가 위치하는 층과 실질적으로 평행하게 된다.

다른 예시적인 실시형태에는, 하나 이상의 제작된 피처의 이미지를 생성하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 하나 이상의 제작된 피처에 근접한 표면을 이온 밀링하는 것을 포함하는, 하나 이상의 피처의 단면을 반복적으로 생성하는 단계, 및 주사형 전자 현미경을 이용하여 하나 이상의 제작된 피처의 톱-다운 이미징을 수행하여, 복수의 단면 이미지들을 생성하는 단계를 포함하고, 밀링된 표면은 피처가 위치하는 층에 실질적으로 평행하게 된다. 복수의 단면 이미지들의 각각은 제작된 피처의 표현으로 재현된다.

첨부 도면은 단지 본 발명의 예시적인 실시형태를 도시하는 것이며, 그 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 아니된다.
도 1a는 종래 기술의 비아에 대한 단면도이다.
도 1b는 집속 이온빔에 의해 생성된 일련의 커팅에 의해 도 1a의 비아를 노출시키고 그 옆에 형성된 트렌치의 단면도이다.
도 1c는 각도를 이루는 (angular) 주사형 전자 현미경 빔에 의해 이미징될 때, 도 1b의 노출된 비아에 대한 이상적인 표현이다.
도 2는 CD (Critical Dimension) 측정 시 종래 기술의 커튼 효과를 나타내는 비아의 단면 표현이다.
도 3a는 트위스팅 (twisting) 을 나타내는 비아의 단면 표현이다.
도 3b는 각종 FIB 에칭 단계를 나타내는 보호 재료로 충전된 도 3a의 비아이다.
도 4는 도 3b의 각 FIB 에칭 단계 후에 취득된 복수의 단면 영역 획득 이미지들을 나타낸다.
도 5는 도 3a의 비아를 재구성하도록 결합된 도 4의 복수의 단면 영역을 2차원 및 3차원 표현으로 나타낸다.

이하에 설명된 각종 실시형태는 각종 피처 유형에 대한 2차원 및 3차원 이미징을 제공하는 방법을 개시하고 있다. 이 실시형태는 SEM상에서 이미징된, 사이드 뷰보다는, 톱-다운 뷰 (top-down view) 에 의한 레이어링 시스템 (layering system) 을 이용한다. 결과적으로, 종래 기술에 의해 요구된 바와 같이 트렌치가 피처와 나란히 에칭될 필요는 없다. 오히려, 복수의 단 (step) 들이 검사하에 있는 피처를 둘러싼 적층 재료와 평행하게 밀링된다. 각 단이 밀링된 후, 피처에 대한 톱-다운 이미지가 형성된다.

본 명세서에 개시된 실시형태들은 SEM 이미징 및 실제 데이터 수집을 위한 샘플을 준비하는 것 및 이미징하는 것 양자 모두에 소요되는 시간을 상당히 감소시킨다. 예를 들면, 개시된 실시형태들은, SEM 빔이 피처를 이미징하도록 허용하기에 충분히 큰 샘플 피처에 인접한 FIB 트렌치를 커팅해야 하는 종래 기술의 요구를 제거한다. 결과적으로, 피처를 준비하여 이미징하는 시간은, 종래 기술에 의해 소요되는 분 단위로부터 본 발명하에서의 초 단위로 내려간다. 또한, FIB 커팅이 피처 아래로 내려가면, 밀링 프로세스가 간단히 정지될 수 있고 차후의 피처가 식별될 수 있다. 밀링과 이미징이 즉시 재시작될 수 있다.

당업자는 개시된 각종 실시형태들을 읽자마자 수많은 이점들을 즉시 인식할 수 있을 것이다. 예를 들면, 다수의 피처 (예컨대, 직선, 홀, 타원 등) 가 통계상의 비교를 위해 동시에 이미징될 수 있다. 불규칙한 형태 (예컨대, 타원) 가 분석될 수 있다. 커팅 및 톱-다운 SEM 이미지가 수집되기 때문에, 높은 종횡비 트위스팅 (high-aspect ratio twisting) 과 같은 현상을 나타내는 제작 시간 평가 (time-evolution) 가 생성될 수 있다. 또한, FIB-SEM 이미징 시간은, 예를 들면 (상기 밀링 비율 및 피처의 깊이에 따라) 사이트 (site) 당 5분 이상으로부터 사이트당 1분 미만으로 감소될 수 있다. 또한, 에칭 정지, 찰흔 (striations), 및 라인 에지 (line-edge) 조도 (roughness) 또는 비아 에지 (via-edge) 조도와 같은 에칭 현상이 모두 용이하게 분석될 수도 있다.

또한, 이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 어떤 재료에 대해 관심으로 되는 피처들은, 과도한 표면 손상 및 이온 주입 (I²) 손상을 방지하기 위해, 이온빔으로부터의 보호를 필요로 할 수도 있다. 이러한 보호는 임의의 근접한 개방 공간에 금속 (예컨대, 텅스텐 (W), 티타늄 (Ti), 구리 (Cu) 등) 또는 유전체 (예컨대, 밀링 프로세스로부터의 과도한 손상을 방지하기 위한 SOG (spin-on glass)) 로 충전함으로써 달성될 수 있다. 본 명세서에 규정된 바와 같이 본 발명의 실시형태를 구현함으로써, 종래 기술하에서 요구되는 바와 같은 각 피처 사이트에서의 FIB-SEM 내의 코팅보다는, FIB-SEM 분석 전에 전체 웨이퍼 또는 기판을 전부 코팅함으로써, 종래 기술의 방법에 비하여 시간이 다시 절약될 수 있다.

이제, 도 3a를 참조하면, 반도체 디바이스 (300) 의 일부에 대한 단면도는 기층 (301) 및 유전층 (303) 을 포함한다. 유전층 (303) 은 여기에 형성된 비아 (305A) 를 갖는다. 비아 (305A) 는 높은 종횡비 비아 (즉, 약 30:1 이상의 높이 대 폭 비율을 갖는 비아) 가 형성될 때 그 기술분야에서 공지되고 자주 직면하는 "트위스팅 (twisting) "을 나타내는 하부 (305B) 를 갖는다. 중심선 참조 기준 (307) 은 비아 (305A) 의 하부 (305B) 에서의 트위스팅으로 인한 편차를 나타낸다.

도 3b에서, 비아 (305A) 는 보호 재료 (309) 로 충전되었다. 보호 재료 (309) 는, 예를 들면 텅스텐 (W), 백금 (Pt), SOG, BPSG (boro-phospho-silicate glass), 또는 본 기술분야에서 공지된 다양한 다른 재료를 포함할 수 있다. 보호 재료 (309) 는 검사하의 피처가 제작되는 재료에 기초하여 선택될 수도 있다. 예를 들면, 피처가 구리 (Cu) 와 같은 연질 재료로 구성된다면, 밀링 비율을 일정하게 유지하기 위해, 유사한 에칭 또는 밀링 특성을 갖는 보호 재료가 선택될 수도 있다.

본 기술분야에서 공지된 바와 같이, FIB 디바이스 컬럼에서의 전자기 렌즈는 x-y 배향으로 (즉, x-y 평면은 반도체 디바이스가 제작되는 기본 기판의 표면과 평행하다) FIB 빔을 래스터 주사 (raster scanning) 하는데 이용될 수도 있다. 이온빔 전류는 밀링되는 단계가 얼마나 크게 요망되는지 및 에칭될 재료의 조성에 따라 변화될 수도 있다. 도 3b는 FIB 디바이스에 의해 밀링되는 단 (step) 들을 나타내는 다양한 단면 마킹, A-F를 나타낸다. 그러나, FIB 디바이스는 한번에 수십에서 수백 나노미터의 단들을 밀링할 수 있으므로, 당업자는 작거나 매우 큰 수의 단계 중 어느 일방이 이하의 개시에서 활용될 수 있음을 인식할 것이다.

각 단이 밀링된 후, 주사형 전자 현미경 빔 (311) 이 밀링되어 노출된 구획으로 향한다. 각을 이루는 SEM 빔이 요구되지 않으므로, 이 단계를 위해 톱-다운 CD-SEM도 용이하게 채용될 수도 있기 때문에, 각 구획이 측정되는 정확도 레벨을 증가시킬 수도 있다.

톱-다운 SEM만이 채용될 필요가 있으므로, 이온 밀링으로부터의 임의의 터널링 (tunneling) 효과 또는 주입 효과가 완화된다. 따라서, 에지 경계 결정에 대한 임의의 효과가 단면 피처의 정확한 크기 측정을 더 확보한다면, 전술한 종래 기술의 유해한 커튼 효과는 거의 없어질 것이다. 또한, 모든 이미징은 상대적으로 평면이므로 (즉, 3차원 이미징 주사가 요구되지 않으므로), 낮은 가속 전압이 SEM에 인가되어 비도전성 피처들이 이미징된다면 대전 효과 (charging effect) 를 최소화 또는 제거할 수도 있다. 다른 유익한 이점은 임의의 피처의 측벽 조도 (sidewall roughness) 가 톱-다운 SEM에 의해 각 단계에서 이미징될 것이라는 점이다. 따라서, 제작 도중에 피처의 형상에 대한 평가 정보가 수집될 수도 있다.

도 4를 참조하고 도 3b를 계속 참조하면, 각종 단면 SEM 이미지 (400) 는, 도 3b에서 이온 밀링함으로써 노출된 복수의 단들 각각에 대응한다. 단면 SEM 이미지 (400) 에 의해 나타낸 바와 같이, 특히 구획 D-D 내지 F-F를 참조하면, 비아 (305A) 의 하부 (305B) 에서의 트위스팅이 용이하게 파악될 수 있다. 이미징된 비아 (305A) 의 단면은 톱-다운 SEM 빔 (311) 에 의해 각각 이미징되므로, 비아 (305A) 에 대한 SEM 빔 (311) 의 배향과 관계없이 트위스팅이 항상 나타날 것이다. 따라서, 트위스팅 효과를 이미징하기 위한 피처의 정렬이 필요하지 않다.

반면, 종래 기술은 이미지가 캡처 (capture) 되는 각도에 따라 임의의 트위스팅 효과를 완전히 놓칠 수도 있다. 예를 들면, 도 3b의 비아 (305A) 가 전통적인 밀링 기술 및 사이드 이미징 (side-imaging) 기술을 이용하여 좌측으로부터 이미징된다면, 트위스팅 효과는 발견되지 않을 것이다. 또한, 일어날 수 있는 단축법 (foreshortening) (즉, 중심선 참조 기준 (307) 과 조합된 비아 (305B) 의 좌측 측벽 윤곽의 교차점) 으로 인해, 비아 (305A) 는 종래의 기술에 의해서는 (커튼 효과를 가정하지 않더라도) 길이에 있어서 부정확하게 특징지어질 것이다. 비아 (305A) 의 진정한 하부는 추가적인 밀링 없이는 판명되지 않을 것이다.

도 5는 비아 (305A) (도 3b) 의 가능한 2차원적 재현 (500) 을 나타낸다. 비아 (305A) 의 단면 전반을 제공하기 위해, 단면의 SEM 이미지 (400) 의 각각 (도 4) 이 배열되어 있다. 2차원적 재현 (500) 은, 모든 데이터가 단면의 SEM 이미지 (400) 로부터 이용가능하므로 각종 각도로부터 비아 (305A) 를 나타내도록 회전될 수도 있다. 또한, 3차원적 재현 (550) 은 유사한 형식으로 구축될 수도 있다. 재현들 (500, 550) 의 각각은 또한 이미징된 피처의 분석을 위한 계측 조건에 따라 입체모형화될 수도 있다. 재현들 (500, 550) 을 형성하기 위한 이미지를 조합, 회전, 입체모형화하는 소프트웨어는 본 기술분야에서 공지되어 있다.

본 발명은 그 구체적인 실시형태를 참조하여 이상에서 설명되었다. 그러나, 첨부된 청구항에 기재된 바와 같은 본 발명에 대한 더 넓은 요지 및 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 각종 변형예 및 변경예가 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

예를 들면, 특정 실시형태는 채용된 수많은 재료 유형들과 층들을 설명한다. 이들 재료들 및 층들은 유연하며 (flexible), 3차원 이미징 방법의 신규한 성질을 설명하기 위한 예시적인 목적으로 본 명세서에 나타낸 것에 불과함을 당업자는 인식할 것이다. 또한, 본 명세서에 기재된 기술 및 방법은 다른 종류의 구조에 적용될 수도 있음을 당업자는 추가적으로 인식할 것이다. 피처를 매개로 한 반도체에 대한 응용예는 본 발명의 각종 실시예들을 설명함에 있어서, 순전히 당업자를 조력하기 위한 예시로서만 이용되었다.

또한, 본 명세서에 개시된 정보의 개관에 있어서, 이온 밀링 이외의 다른 유형의 밀링 디바이스가 이용될 수도 있음도 당업자는 인식할 것이다. 예를 들면, 재료는 레이저 어블레이션 (laser ablation) 디바이스에 의해 단계적으로 제거될 수도 있다.

또한, SEM 이외의 다수의 분석 툴이 피처를 이미징하는데 이용될 수도 있다. 예를 들면, 피처가 보호 재료로 충전되지 않는다면, 광학 프로필로미터와 같은 다수의 디바이스, 또는 원자간력 현미경이나 다른 기계적 프로필링 (profiling) 디바이스가 피처를 이미징하는데 이용될 수 있다. 피처가 충전되지 않더라도, 라만 분광법 (Raman spectroscopy) 또는 각-분해 광산란법 (angle-resolved light scattering) 과 같은 산란 기술이 채용되어 연속적인 레벨 또는 커팅에서의 피처를 이미징할 수 있다.

또한, 반도체라는 용어는 설명 전반에 걸쳐 데이터 저장 장치, 평판 디스플레이뿐만 아니라 동일 계통 또는 다른 산업분야를 포함하는 것으로 설명되었다. 이들 및 각종 다른 실시형태들은 모두 본 발명의 범위 내에 있다. 따라서, 상세한 설명 및 도면은 한정하는 개념이라기보다는 설명적인 개념으로 간주되어야 한다.

Claims (22)

1. 제작된 피처 (feature) 에 근접한 표면을 반복적으로 밀링 (milling) 하는 단계로서, 상기 반복적으로 밀링하는 단계는 복수의 단면들을 생성하고, 상기 표면은 상기 제작된 피처가 위치하는 기판의 표면에 평행하게 밀링되는, 상기 밀링하는 단계;
   주사형 전자 현미경을 통해 상기 제작된 피처를 반복적으로 이미징하는 단계로서, 상기 이미징은 상기 복수의 단면들 각각이 생성된 후에 수행되고, 상기 이미징은 상기 밀링된 표면들과 직각인 위치로부터 수행되어 복수의 단면 이미지들을 생성하고, 상기 이미징은 상기 제작된 피처 상에서 수행되는, 상기 이미징하는 단계;
   상기 복수의 단면 이미지들을 제공하도록 상기 제작된 피처의 총 높이를 따라 상기 밀링과 이미징을 반복적으로 번갈아 수행하는 단계;
   상기 제작된 피처의 3차원 표현을 제공하도록 상기 복수의 단면 이미지들을 사용하여 3차원 재구성을 수행하는 단계; 및
   상기 제작된 피처의 표현을 고려하여 상기 제작된 피처의 부분에 고종횡비 트위스팅을 검출하는 단계를 포함하고,
   상기 고종횡비 트위스팅은 미리 결정된 비보다 큰 상기 제작된 피처의 높이 대 폭 비를 지칭하는, 제작된 피처의 단면 이미징을 생성하는 방법.
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5. 제 1 항에 있어서,
   집속 이온빔 디바이스로 상기 밀링하는 단계를 수행하는 단계를 포함하는, 제작된 피처의 단면 이미징을 생성하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   레이저 어블레이션 (laser ablation) 디바이스로 상기 밀링하는 단계를 수행하는 단계를 포함하는, 제작된 피처의 단면 이미징을 생성하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   주사형 전자 현미경으로 상기 이미징하는 단계를 수행하는 단계를 포함하는, 제작된 피처의 단면 이미징을 생성하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 주사형 전자 현미경은 임계 치수 톱-다운 (critical-dimension top-down) 주사형 전자 현미경인, 제작된 피처의 단면 이미징을 생성하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   광산란 디바이스로 상기 이미징하는 단계를 수행하는 단계를 포함하는, 제작된 피처의 단면 이미징을 생성하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    프로파일링 (profiling) 디바이스로 상기 이미징하는 단계를 수행하는 단계를 포함하는, 제작된 피처의 단면 이미징을 생성하는 방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    대응하는 상기 반복적으로 이미징하는 단계 전, 그리고 상기 반복적으로 밀링하는 단계 각각 후에, 상기 제작된 피처가 위치되는 층의 재료와는 상이한 재료로 상기 제작된 피처의 임의의 개구부를 충전하고 상기 기판을 코팅함으로써 상기 제작된 피처를 보호하는 단계를 더 포함하는, 제작된 피처의 단면 이미징을 생성하는 방법.
12. 제작된 피처 (feature) 의 이미지를 생성하는 방법으로서,
    복수의 단면들을 제공하도록 상기 제작된 피처의 단면을 반복적으로 생성하는 단계로서, 상기 복수의 단면들 각각의 생성은 상기 제작된 피처에 근접한 대응하는 표면을 이온 밀링 (ion milling) 하는 것을 포함하고, 상기 표면은 상기 제작된 피처가 위치되는 기판의 표면에 평행하게 밀링되는, 상기 반복적으로 생성하는 단계;
    상기 복수의 단면들 각각이 생성된 후에, 복수의 단면 이미지들 중 대응하는 단면 이미지를 생성하도록, 주사형 전자 현미경을 통해 상기 복수의 단면들 중 상기 대응하는 단면의 톱-다운 (top-down) 이미징을 수행하는 단계로서, 상기 이미징은 밀링된 상기 표면과 직각인 위치로부터 수행되는, 상기 이미징을 수행하는 단계;
    상기 복수의 단면 이미지들을 제공하도록 상기 제작된 피처의 총 높이를 따라 상기 밀링과 이미징을 반복적으로 번갈아 수행하는 단계; 및
    상기 반복적 밀링들 각각 후 그리고 대응하는 상기 반복적 이미징 전에, 상기 제작된 피처가 위치되는 층의 재료와는 상이한 재료로 상기 제작된 피처의 임의의 개구부를 충전하고 상기 기판을 코팅함으로써 상기 제작된 피처를 보호하는 단계를 포함하는, 제작된 피처의 이미지를 생성하는 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제작된 피처의 표현을 제공하도록 상기 복수의 단면 이미지들을 사용하여 재구성을 수행하는 단계; 및
    상기 제작된 피처의 상기 표현을 고려하여 상기 제작된 피처의 부분에서 고종횡비 트위스팅을 검출하는 단계를 더 포함하는, 제작된 피처의 이미지를 생성하는 방법.
14. 제 12 항에 있어서,
    주사형 전자 현미경으로 상기 이미징하는 단계를 수행하는 단계를 포함하는, 제작된 피처의 이미지를 생성하는 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 주사형 전자 현미경은 임계 치수 (critical-dimension) 주사형 전자 현미경인, 제작된 피처의 이미지를 생성하는 방법.
16. 제 12 항에 있어서,
    광산란 디바이스로 상기 이미징하는 단계를 수행하는 단계를 포함하는, 제작된 피처의 이미지를 생성하는 방법.
17. 제 12 항에 있어서,
    프로필링 (profiling) 디바이스로 상기 이미징하는 단계를 수행하는 단계를 포함하는, 제작된 피처의 이미지를 생성하는 방법.
18. 삭제
19. 복수의 제작된 피처들 (feature) 의 이미지를 생성하는 방법으로서,
    복수의 단면들을 제공하도록 상기 복수의 제작된 피처들의 단면을 반복적으로 생성하는 단계로서, 상기 복수의 단면들 각각의 생성은 상기 복수의 제작된 피처들에 근접한 표면을 이온 밀링 (ion milling) 하는 것을 포함하고, 상기 표면들은 상기 복수의 제작된 피처들이 위치되는 기판의 표면에 평행하게 밀링되는, 상기 반복적으로 생성하는 단계;
    상기 복수의 단면들 각각이 생성된 후, 복수의 단면 이미지들을 생성하도록 주사형 전자 현미경을 이용하여 상기 단면들의 톱-다운 (top-down) 이미징을 수행하는 단계로서, 상기 이미징은 밀링된 상기 표면들에 직각인 위치로부터 수행되는, 상기 톱-다운 이미징을 수행하는 단계;
    상기 복수의 단면 이미지들을 제공하도록 상기 제작된 피처의 총 높이를 따라 상기 밀링과 이미징을 반복적으로 번갈아 수행하는 단계; 및
    상기 제작된 피처의 3차원 표현을 제공하도록 상기 복수의 단면 이미지들을 사용하여 3차원 재구성을 수행하는 단계를 포함하는, 복수의 제작된 피처의 이미지를 생성하는 방법.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 제작된 피처들의 표현을 고려하여 상기 복수의 제작된 피처들에 고종횡비 트위스팅을 검출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 복수의 제작된 피처들 각각에서의 고종횡비 트위스팅은 미리 결정된 비보다 큰 대응하는 상기 제작된 피처의 각각의 높이 대 폭 비를 지칭하는, 제작된 복수의 피처의 이미지를 생성하는 방법.
21. 제 19 항에 있어서,
    상기 3차원 표현은 회전가능한, 복수의 제작된 피처의 이미지를 생성하는 방법.
22. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 제작된 피처들이 위치되는 층의 재료와는 상이한 재료로 상기 복수의 제작된 피처들의 임의의 개구부를 충전함으로써 상기 복수의 제작된 피처들을 보호하는 단계를 더 포함하는, 복수의 제작된 피처의 이미지를 생성하는 방법.

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