KR102495078B1 - 결함 분석 - Google Patents

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Abstract

결함들을 분석하는 시스템은 웨이퍼 검사 도구를 사용하여 결함의 좌표들을 결정하는 단계; 상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계; 상기 관심 구조를 노출시키기 위해 집속 이온 빔을 웨이퍼 쪽으로 향하게 하는 단계; 및 상기 노출된 관심 구조의 이미지를 형성하는 단계로서, 상기 집속 이온 빔은 상기 결함의 좌표들에서가 아니라 식별된 관심 구조에 대응하는 위치에서 밀링하도록 향해지는, 단계를 포함한다.

Description

결함 분석 {Defect Analysis}
본 발명은 집적 회로와 같은 샘플 내의 결함을 분석하는 방법에 관한 것이다.
현대 집적 회로들은 100 nm 보다 작은 선폭을 갖는 피처들을 포함한다. 그러한 회로들을 제조하는 동안 생성된 결함들을 효율적으로 식별하고 분석하는 것은 지속적인 과제이다.
캘리포니아 Milpitas의 KLA-Tencor Corporation의 KLA-Tencor 2930 Broadband Plasma Defect Inspection System 같은 광학 웨이퍼 검사 도구는 집적 회로들이 제조되어 있는 웨이퍼들을 광학적으로 검사한다. 웨이퍼들은 다양한 공정 단계에 있을 수 있거나, 또는 레이어들을 제거하고 매입층을 노출시키기 위해 "가공 제거(deprocessing)"될 수 있다. 광학 웨이퍼 검사 도구는 검사 중인 웨이퍼를 조명하고 웨이퍼 표면으로부터의 그리고 표면 아래(subsurface) 근처의 빛을 관찰하여 결함들을 식별한다. 관찰 가능한 결함들의 유형들은 표면 위 물리적 결함, 표면 근처 물리적 결함, 또는 표면 약간 아래의 물리적 결함을 포함한다. 웨이퍼 검사 도구는 일반적으로 결함에 해당할 수 있는 기형(anomaly) 목록을 출력한다. 목록은 결함 카테고리 및 검사 좌표계에서의 결함 위치들을 포함할 수 있다. 웨이퍼상의 결함들은 실제 스캔의 결과를 공지된 양호한 웨이퍼의 스캔의 결과들과 비교함으로써, 또는 그 검사 결과를 공지된 양호한 웨이퍼의 시뮬레이션된 검사와 비교함으로써 식별될 수 있다. 일부 워크플로우에서는, 검사 단계 후의 장비는 웨이퍼 표면 상에 어떤 종류의 마크를 수행하기 위해 사용되며, 이로써 결함은 추후 처리 중에 보다 쉽게 발견될 수 있다.
또 다른 유형의 웨이퍼 검사 도구는 Hermes eScan 320XP 같은 SEM(scanning electron microscope) 검사 도구이다. 전자빔은 웨이퍼의 표면을 스캔하고, 입사하는 빔에 응답하여 샘플로부터 방출된 전자들을 사용하여 이미지가 형성된다. 기형(anomaly)들의 좌표들이 기록된다. 전자 빔은 기형의 보다 확대된 이미지를 형성할 수 있다. 이러한 SEM-기반 검사 도구는 VC(voltage contrast) 결함이라고 하는 전기적으로 관련된 결함들이나 물리적 결함들 모두를 볼 수 있다. 많은 경우에, 본질적으로 전기적인 결함들 또는 VC 결함들은 물리적으로 웨이어 표면 아래의 결함(즉, 표면 아래 결함(sub-surface defect))에 기인할 것이다.
또한, 결함들은 ELITE for Semiconductors 같은 광학 또는 열적 시스템 그리고 Hyperion 같은 프로브 시스템 같은 다른 유형의 웨이퍼 검사 도구들을 사용하여 식별될 수 있으며, ELITE for Semiconductors 및 Hyperion 모두 본 발명의 양수인인, Thermo Fisher Scientific Company의 일부인 FEI Company로부터 입수 가능하다.
프로브 시스템은 웨이퍼 표면에 노출된 도체들을 전기적으로 프로빙하여 결함들을 찾는다. 결함들은 웨이퍼와 접촉하는 물리적 프로브의 전기 서명들(electrical signatures)에 의해 식별된다.
식별된 결함들은 종종 웨이퍼 표면 아래에 있으며, 그리고 결함들을 검사하기 위해 종종 매입층을 노출시킬 필요가 있다. 결함의 좌표들은 웨이퍼 검사 도구로부터 FIB(focused ion beam) 도구로 전송될 수 있으며, FIB는 웨이퍼를 밀링(milling)하여 분석에 이용 가능한 결함을 노출시킨다. 일부 시나리오에서, 좌표 전송은 여러 시스템의 동작을 조정하고 제어하는 공장 자동화 시스템에 의해 수행될 수 있다.
표면 아래 평가(sub-surface evaluation)를 수행하기 위해, FIB는 결함 좌표들에서 웨이퍼 내의 트렌치를 밀링하여 결함 부위의 영역의 단면을 노출시킬 수 있다. 그 다음, SEM을 사용하여 노출된 단면의 이미지를 볼 수 있다. 경우에 따라, 단면에서 추가적인 얇은 슬라이스들이 제거되며, 그리고 노출된 벽이 샘플을 통해 진행함에 따라 3차원 볼륨을 통해 일련의 이미지들을 제공하기 위해 추가적인 SEM 이미지들이 형성된다. 이러한 기술은 예를 들어 본 출원의 출원인에게 부여된, Brogden의 미국 특허 제9,218,940호,"Method and Apparatus for Slice and View Sample Imaging"에 설명되어 있다.
또한, FIB 도구는 SEM 보다 높은 해상도를 제공하지만 전자가 통과하기에 충분히 얇은 샘플을 필요로 하는 TEM(transmission electron microscope)에서 볼 수 있도록 웨이퍼 샘플을 준비하는데 사용될 수도 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "TEM"은 비-스캐닝 TEM 및 STEM(scanning transmission electron microscope) 모두를 포함하며, 그리고 "TEM 이미지"는 둘 중 어느 하나에서 형성된 이미지를 포함할 수 있다. 웨이퍼로부터 "라멜라(lamella)"로 지칭되는 얇은 샘플을 추출하는 방법은, 예를 들어 본 출원인의 양수인에게 양도된, Brogden 등의 미국 특허 출원 공보 제2016/0141147호,"Automated TEM Sample Preparation"에 설명되어 있다. 추출된 샘플은 표면에 수직인 평면으로부터의 단면 샘플 또는 웨이퍼 표면에 평행한 평면으로부터의 평면-뷰 샘플일 수 있다. 설명된 FIB 방법들 모두의 공통적인 특징은 FIB가 결함 위치에서 일부 유형의 표면 아래 평가를 돕는데 사용된다는 것이다.
웨이퍼 검사 도구는 웨이퍼 검사 도구 좌표계에서 결함 좌표들을 제공한다. FIB 도구에서 결함들을 찾기 위해, FIB 도구 좌표계에서 결함의 위치를 결정해야 한다. 웨이퍼상의 기준점들의 위치는 웨이퍼 검사 도구 및 FIB 도구 모두에서 결정되고, 그 다음, 좌표 변환 시스템은 웨이퍼 검사 도구에서 결정된 결함들의 좌표를 FIB 도구에서의 좌표로 변환하도록 계산된다. 기준점들은 예를 들어 웨이퍼 둘레의 노치(notch) 또는 평평한 영역들뿐만 아니라, 제조 공정 동안 웨이퍼에 생성된 마크 또는 정렬을 위해 특별히 제조된 마크를 포함할 수 있다.
현대의 집적 회로는 50 nm 또는 심지어 더 작은 피치의 어레이로 제조된 트랜지스터들을 가질 수 있다. 10 ~ 15 nm 라멜라만큼 얇은 라멜라에서 트랜지스터 게이트를 포획하려면 라멜라를 제조하기 위해 FIB 빔의 정확한 위치가 필요하다. 많은 경우, 위치 정확도 오차가 수 나노미터 미만이도록 FIB 밀링을 수행하는 것이 바람직하다. 검사 부위(inspection site)를 준비하기 위한 집속된 이온빔을 위치시키기 위해 웨이퍼 검사 도구에 의해 생성된 결함 좌표들을 사용하는 이러한 프로세스는 정확하지 않다. 광학 검사 시스템의 해상도는 사용되는 빛의 파장에 의해 제한되며, 그리고 관찰을 위한 단면 또는 샘플을 준비하기에 충분하지 않을 수 있다. 또한, 웨이퍼 검사 도구 좌표계와 FIB 도구 좌표계의 매핑이 부정확할 수 있다.
전형적으로, 단면 또는 라멜라는 FIB 프로세싱의 일부로서 좌표 변환에 의해 결정된 결함 위치에서 준비된다. 실제로, 해당 위치는 실제 결함을 종종 놓치기 때문에, 결함의 이미지가 나타나지 않아 프로세스 엔지니어(process enginerr)에게 필요한 정보가 제공되지 않을 것이다.
본 발명의 목적은 집적 회로의 결함을 분석하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
결함은 검사 도구에서 식별된다. 결함 좌표들에 대응하는 관심 구조가 결정되거나 또는 이전에 결정되었다. 그 다음, FIB 도구와 같은 처리 도구는 분석을 위해 상기 관심 구조를 노출시키며, 그리고 상기 구조가 분석된다. 상기 처리 도구는 식별된 관심 구조를 처리하고 노출시키는데, 일반적으로 상기 결함 좌표들에서 샘플을 처리하기 보다는, 상기 검사 도구 결함 좌표들에 가장 근접한 샘플을 처리한다.
전술한 내용은 후술하는 본 발명의 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있도록 하기 위해 본 발명의 특징들 및 기술적 이점들을 다소 광범위하게 개략적으로 설명하였다. 본 발명의 추가 특징들 및 이점들은 이하에서 설명될 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예들은 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 구조들을 변형 또는 설계하기 위한 기초로서 용이하게 이용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식되어야 한다. 또한, 당업자는 이러한 균등 구성물들이 첨부된 청구항들에 기재된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 것으로 이해해야한다.
본 발명 및 본 발명의 이점들에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부된 도면들과 함께 취해진 다음의 설명이 참조된다.
도 1은 결함을 분석하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 웨이퍼 검사 도구로부터의 출력 파일을 도시한다.
도 3은 상이한 결함 유형들에 대한 관심 구조를 특정하는 테이블을 도시한다.
도 4는 웨이퍼 내의 구조물들의 위치들 및 결함 위치들을 도시한다.
도 5는 FinFET의 소자들이 노출된 TEM 라멜라를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 각각 비아의 측면으로부터의 단면도 및 정면으로부터의 단면도를 도시한다.
도 7은 본원에 기술된 기술을 구현하는데 사용될 수 있는 시스템을 개략적으로 도시한다.
종래의 결함 분석에서, FIB는 검사 도구에 의해 보고되고 FIB 도구 좌표계로 변환된 결함 좌표들에 대응하는 위치에서 웨이퍼를 절단(즉, 밀링)하는데 사용된다. 그러나, 웨이퍼 검사 도구에 의해 보고되고 FIB 도구 좌표계로 변환된 결함 위치는 종종 FIB 처리로 결함을 노출하기에 충분히 정확하지 않다. 출원인은 웨이퍼 검사 도구에서 관찰할 수 있는 구조적 결함이 구조들 사이에서 보다 구조의 위치에서 발생하기 쉽다는 것을 인식했다. 또한, 출원인은 상당한 결함이 트랜지스터 또는 비아와 같은 회로 소자의 오작동을 초래하고, 프로세스 엔지니어 또는 결함을 분석하는 다른 사람이 결함 회로 소자 내 관심 구조를 분석함으로써 더 많은 관련 정보를 얻을 수 있음을 인식하였다. 출원인은 웨이퍼 검사 도구로부터의 결함 좌표를 사용하여 근처의 회로 또는 구조적 소자를 식별한 다음, FIB 도구가 결함 좌표들에서 밀링하도록 지시하는 대신, FIB 도구가 원하는 회로 또는 구조적 소자를 처리하도록 지시한다. FIB 도구 좌표들에서 구조의 위치는 FIB 도구 좌표들로 변환되는 웨이퍼 검사 도구로부터의 결함 좌표들 보다 밀링하기 위한 더 정확한 위치를 제공한다.
검사 도구는 일반적으로 자동화된 분류 기능을 통해, 검출된 결함들을 클래스로 분류할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 엔지니어는 하나 이상의 결함 클래스들과 FIB 작업을 연관시켜 결함 분류에 특정한 "관심 구조"를 형성할 수 있다. 예를 들어, 프로세스 엔지니어는 "클래스 3" 결함에 대해, 핀에 수직인 라멜라의 주 평면을 사용하여, FinFET 트랜지스터의 소스 영역을 중심으로 한 라멜라의 TEM 이미지를 검토하고자한다고 결정할 수 있다. 웨이퍼 검사가 클래스 3 결함을 식별하고 그것의 좌표를 제공할 때, 가장 가까운(또는 결함 좌표들에 대해 특정된) FinFET은 아래에 설명된 방법들 중 하나를 사용하여 위치되며, FIB 도구는 지정된 위치에서 지정된 방향으로 라멜라를 자동으로 생성하도록 프로그래밍된다. 서로 다른 클래스의 결함들은 서로 다른 관심 구조들과 연관될 수 있다. FIB 밀링은 검사 도구에 의해 제공된 결함 좌표들에서가 아닌, 대응 관심 구조의 위치에서 수행된다. 결함에 대응하는 관심 구조는 일반적으로 결함 좌표들에 가장 가까운 관심 구조일 것이지만, 필수는 아니다. 특정 방향으로 또는 결함 좌표들로부터 특정 거리에서 배치된 것과 같이 임의의 관심 구조가 지정될 수 있다.
하나 이상의 관심 구조는 결함 클래스와 연관될 수 있다. 예를 들어, 결함 클래스는 2 개의 구조물들과 연관될 수 있으며, 이 때, 구조물들은 핀(fin)의 평면에서의 라멜라 및 핀의 평면에 수직인 라멜라와 같이 상이하게 배향되며, 라멜라는 결함 좌표들의 특정 거리 내의 상이한 트랜지스터들로부터 추출된다. 웨이퍼 검사 도구가 결함들을 자동으로 분류하지 않을 때, 모든 결함들은 동일하게 취급될 것이다.
일부 시나리오에서, 여러 관심 구조들은 단일 결함 클래스와 연관될 수 있다. 이 경우, FIB 프로세싱은 보고된 위치에 가장 가까웠던 관심 구조에서 발생할 것이다.
본원에 설명된 절차들은 결함들이 웨이퍼 검사 도구에서 자동으로 식별되고 FIB 도구가 식별된 결함에 대응하는 관심 구조를 자동으로 처리하는, 완전히 자동화된 작업 흐름을 용이하게 한다.
도 1은 결함을 분석하는 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 단계 102에서, 웨이퍼는 웨이퍼 검사 도구에서 검사된다. 웨이퍼 검사 도구는 기형들 또는 결함들을 발견하고 결함 좌표들을 제공하는 임의의 유형의 시스템일 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 검사 도구는 KLA-Tencor의 KLA-Tencor 2930 같은 광학 검사 시스템, 대만, Hsinchu City의 Hermes Microvision의 Hermes eScan 320XP 같은 전자빔 검사 도구, 본 발명의 양수인인 FEI Company의 ELITE for Semiconductors 같은 열적 검사 시스템, 또는 프로브-기반 시스템 같은 전기적 검사 시스템일 수 있다. 상기 프로세스는 집적 회로들이 제조되어 있는 웨이퍼를 처리하는 것에 한정되지 않는다 - 결함들은 임의의 기판 상에 존재할 수 있다.
선택적 단계 104에서, 결함들이 분류된다. 예를 들어, 결함 분류는 다이 내의 결함의 물리적 위치 또는 결함의 크기에 기초할 수 있다. 대부분의 최신 웨이퍼 검사 도구들은 식별된 결함들을 자동으로 분류할 것이다. 웨이퍼 검사 도구로부터의 일 유형의 출력 파일은 "KLARF" 파일이라고도 하는 KLA 결과 파일이다.
도 2는 웨이퍼 검사 도구로부터의 단순화된 출력 파일 테이블(202)을 도시한다. 참조번호 204의 열은 각 결함을 식별하는 순차 번호를 도시한다. 참조번호 206의 열 및 참조번호 208의 열은 각각 웨이퍼 검사 도구 좌표계 내 각 결함의 x 좌표 및 y 좌표를 도시한다. 웨이퍼 검사 도구 좌표계는 직각 좌표계 또는 회전 중심으로부터의 거리 및 각도를 지정하는 극 좌표계 같은 임의의 유형의 좌표계일 수 있다. 참조번호 210의 열은 결함의 분류를 지정한다.
단계 106에서, 결함에 대응하는 "관심 구조"의 유형이 결정된다. 관심 구조의 유형은 상이한 클래스들의 결함들에 대해 미리-지정될 수 있다. 결함들이 분류되지 않는다면, 단일 관심 구조는 모든 결함 유형들에 대해 사용될 수 있다. 도 3은 상이한 결함 클래스들과 연관된 관심 구조들 및 분석을 위한 관심 구조를 노출시키기 위한 관련 FIB 작업의 테이블을 도시한다. 일반적으로, 결함 분류와 연관된 관심 구조 유형의 결정은 웨이퍼 검사를 시작하기 전에 수행되지만, FIB 처리 전에 언제든지 수행될 수 있다. 결함 분류와 관련된 관심 구조의 유형은 예를 들어 프로세스 엔지니어가 일부 관심 구조들을 검사하고 결함의 원인에 대해 더 많이 배움에 따라 변경될 수 있다.
단계 108에서, 웨이퍼 상의 특정 관심 구조가 결정되어 특정 결함 좌표들과 연관된다. 특정 관심 구조는 웨이퍼 검사 도구에 의해, 개별 컴퓨터에 의해, FIB 도구 컴퓨터에 의해, 또는 임의의 다른 시스템에 의해 결정될 수 있다. 특정 관심 구조는 결함 좌표들의 결정과 이온 빔 처리의 시작 사이의 임의의 시간에 결정될 수 있다. 일단 특정 관심 구조가 결정되면, 검사 도구에 의해 결정된 결함의 위치는 더 이상 주요 관심사가 아니다. FIB 도구가 FIB 좌표계에서 관심 구조의 위치를 결정하면, 향후 모든 FIB 처리는 관심 구조를 사용하여 수행될 수 있다.
결함과 연관된 관심 구조는 일반적으로 결함 좌표들에 가장 가까운 원하는 유형의 관심 구조이다. 결함 좌표에 가장 가까운 특정 관심 구조를 식별할 수 있는 몇 가지 방법이 있다.
일반적으로 관심 구조가 표면 아래에 있지만, 표면 아래 피처의 위치를 탐색하고 식별하기 위해 표면상에 보이는 피처들이 사용될 수 있다. 기판 아래 피처들은 SEM 이미지에서 볼 수 있다. 몇몇 경우에, SEM 입사 전자들은 표면 내로 약간 침투할 수 있고, 그리고 표면 근처 영역의 일부 내용물로 이미지를 생성할 수 있다. 또한, SEM 이미지는 기판 피처가 FIB에 의해 노출된 후 기판 피처를 볼 수 있다.
기준 이미지들은 비교와 탐색을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상부 표면 또는 표면 아래 기준 이미지는 검사 이전에 실험적으로 획득될 수 있다. 이미지 인식 소프트웨어는 이미지에서 볼 수 있는 구조물들과 관련하여 관심 구조를 찾기 위해 기준 이미지에 대해 학습될 수 있다. FIB 도구는 결함 좌표로 이동하여 그 영역의 FIB 또는 SEM 이미지를 획득할 수 있다. 이미지 인식 소프트웨어는 획득된 이미지 내 가시적인 피처들을 기준 이미지로부터의 가시적인 피처들과 비교하여 가시적인 피처들에 대한 관심 구조의 위치를 식별할 수 있다.
대안적으로, 기준 이미지는 회로 설계를 기술하는 CAD("computer-aided design") 데이터베이스를 사용하여 종합적으로(synthetically) 생성될 수 있다. 몇몇 경우에, CAD 데이터는 다각형들을 포함하고, 상기 다각형들을 이미지에서 인식 가능한 물리적 구조들로 변환하기 위한 해석 단계를 필요로 한다. CAD 데이터는 가시적인 피처들에 대한 기판 아래 피처들의 위치를 제공할 수 있다.
또 다른 대안예에서, 결함 좌표들에 가장 가까운 관심 구조는 회로 소자들의 위치를 지정하는 CAD 데이터를 사용하여, 그리고 그러한 위치들을 결함 좌표들과 비교하여 결정될 수 있다. 가장 가까운 관심 구조가 식별될 때, FIB 도구는 CAD 데이터에 의해 표시된 관심 구조의 위치로 이동할 수 있다. 옵션으로, FIB 도구가 CAD 데이터에 의해 결정된 관심 구조 좌표들로 이동한 후, 그 영역의 이미지가 획득될 수 있으며, 상기 이미지를 사용하여 관심 구조가 더 정확히 찾아진다.
도 4는 일례로서 어레이 내 8 개의 FinFET들(404a - 404h) 및 4 개의 비아들(406a - 406d)을 갖는 웨이퍼 표면(402)의 개략도를 도시한다. 참조번호 410으로 표시된 "X"는 웨이퍼 검사 도구로부터 출력되고 FIB 도구 좌표계로 변환된 클래스 2 결함의 좌표들을 나타낸다. 그 다음, 상기 시스템은 표(300)를 참조하여, 클래스 2 결함에 대해, 관심 구조가 핀에 평행하게 절단된 FinFET 소스 영역임을 결정할 것이다. 상기 시스템은 FinFET(404a)인 가장 가까운 FinFET을 결정한다.
단계 110에서, FIB 도구는 결함 분류와 관련된 관심 구조를 노출시키도록 향해진다. FIB 좌표계에서 관심 구조의 위치는 단계 108에서 결정되었다. 도 4의 예에서, FIB 도구는 클래스 2 결함에 대해 도 3에 의해 결정된, 핀에 평행한 평면을 갖고 소스 영역을 통한 TEM 라멜라를 자동으로 형성할 수 있다. 도 5는 단계 110에서 형성된 TEM 라멜라(502)를 도시하며, 소스(504), 드레인(506), 게이트(508) 및 핀들(510)을 도시한다. 일부 실시예들에서, FIB는 하향식 이미지(top down image)를 기반으로 하여 밀링을 시작할 위치를 결정한다. 일부 실시예들에서, 하향식 이미지는 관심 구조의 처리를 시작하는 대략적인 위치를 제공할 수 있고, 그 다음 이미지는 FIB에 의해 노출된 단면으로 형성될 수 있다. FIB는 예를 들어 이미지 인식 소프트웨어에 의해 결정된 대로, 실험적으로 획득된 이전 이미지에 대해 교육받은 대로, 또는 CAD 데이터로부터 시뮬레이션된 대로, 관심 구조가 노출될 때까지 기판을 통해 벽을 진행(progressing)시키기 위해 단면 벽에서 슬라이스들을 계속해서 제거할 수 있다. FIB 프로세싱을 위해 웨이퍼 상에서 피처들을 찾는 방법이 공지되어 있다.
참조번호 412의 결함(도 4)은 클래스 4 결함이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 클래스 4 결함과 연관된 관심 구조는 비아의 단면이다. 시스템은 도 4에서 결함(412)의 좌표들과 가장 가까운 비아인 참조번호 406b의 비아를 찾는다. 그 다음, FIB 도구는 비아(406b)에 위치되고, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 비아(406b)의 단면을 노출시키기 위해 트렌치(602)를 절단한다. 단면에서 가공층들(604a, 604b, 604c)이 보인다. 단계 112에서, 관심 구조가 검사된다.
도 1은 프로세스 단계들을 수행하기 위한 하나의 가능한 순서를 나타낸다. 단계들을 수행하는 순서는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있다.
일반적으로, 웨이퍼 검사 도구는 많은 수의 결함들을 식별하며, 그리고 FIB로 각 결함 위치를 처리하는 것은 비-실용적일 수 있다. 일반적으로, 추가 검사를 위해 대표적인 결함 샘플이 선택된다. 예를 들어, 웨이퍼 검사 도구는 예를 들어 3000 개의 결함들을 검사하고 식별할 수 있으며, 이 경우 결함들은 다수의 클래스들로 자동으로 분류된다. 시스템은 각각의 지정된 클래스로부터 FIB 도구에 의해 처리될, 예를 들어, 3 개의 결함들을 선택할 수 있다. 사용자는 각 클래스에 대해 FIB 처리를 위한 결함 수를 미리 지정할 수 있으며, 그 다음 시스템은 그러한 결함들을 자동으로 선택하고 처리할 수 있다.
도 7은 웨이퍼 검사 도구(702), FIB 도구(704), TEM(706) 및 컴퓨터(710)를 포함하는 주요 컴포넌트들을 갖는 시스템(700)을 도시한다. 컴포넌트들은 컴포넌트들을 제어할 수 있는 컴퓨터(710)를 통한 데이터 통신에 있을 수 있지만, 각각의 컴포넌트들은 일반적으로 자신의 제어기를 가질 것이다. 메모리(712)는 결함 정보, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 테이블들, 그리고 검사되는 웨이퍼의 회로를 기술한 설계 정보(CAD 데이터)를 저장할 수 있다.
"결함 좌표"란 용어는 관련 시스템, 즉 FIB 도구 좌표계 또는 검사 도구 좌표계에서의 결함 좌표들을 의미하는 것으로 이해된다. 위에서 "웨이퍼 검사 도구"들이 참조되지만, 검사 도구는 임의의 형태의 샘플을 검사할 수 있으며, 그리고 웨이퍼 형태의 샘플들로만 제한되지 않는다.
본원에 사용된 바와 같이, "FIB 도구"는 SEM을 갖는 듀얼 빔 시스템 또는 광학 현미경을 포함하는 시스템 같이, 집속 이온 빔을 지향하는 것(directing) 이외의 부가적인 기능들을 갖는 시스템을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. FIB 도구의 일례로는 Thermo Fisher Scientific의 한 부문인, Oregon 주 Hillsboro 소재 FEI Company의 Helios Nanolab가 있다. FIB 도구는 액체 금속 이온 소스 또는 플라즈마 이온 소스와 같은, 모든 유형의 이온 소스를 사용할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들은 회로 결함을 분석하는 방법으로서 :
웨이퍼 검사 도구를 사용하여 웨이퍼 상의 결함의 좌표들을 결정하는 단계;
상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계;
상기 관심 구조를 포함하는 TEM 라멜라(lamella)를 제조하기 위해 집속 이온 빔을 웨이퍼 쪽으로 향하게 하는 단계; 및
상기 관심 구조의 TEM 이미지를 형성하기 위해 전자 빔을 라멜라 쪽으로 향하게 하는 단계로서, 상기 집속 이온 빔은 상기 결함의 좌표들에서가 아니라 식별된 관심 구조에 대응하는 위치에서 밀링하도록 향해지는, 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일부 실시예들은 회로 결함을 분석하는 방법으로서 ;
웨이퍼 검사 도구를 사용하여 웨이퍼 상의 결함의 좌표들을 결정하는 단계;
상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계;
상기 관심 구조를 노출시키기 위해 집속 이온 빔을 웨이퍼 쪽으로 향하게 하는 단계; 및
상기 노출된 관심 구조의 이미지를 형성하는 단계로서, 상기 집속 이온 빔은 상기 결함의 좌표들에서가 아니라 식별된 관심 구조에 대응하는 위치에서 밀링하도록 향해지는, 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
일부 실시예들에서, 상기 관심 구조를 노출시키기 위해 집속 이온 빔을 웨이퍼 쪽으로 향하게 하는 단계는 상기 관심 구조를 노출시키는 단면을 밀링하기 위해 집속 이온 빔을 웨이퍼 쪽으로 향하게 하는 단계를 포함하며; 그리고
상기 노출된 관심 구조의 이미지를 형성하는 단계는 스캐닝 전자 빔 이미지를 형성하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 관심 구조를 노출시키기 위해 집속 이온 빔을 웨이퍼 쪽으로 향하게 하는 단계는 상기 관심 구조를 포함하는 라멜라를 형성하기 위해 집속 이온 빔을 웨이퍼 쪽으로 향하게 하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 노출된 관심 구조의 이미지를 형성하는 단계는 투과 전자 빔 이미지를 형성하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 웨이퍼 검사 도구에서 결함 좌표를 결정하는 단계는 광학적 검사 시스템, 열적 검사 시스템, 전기적 검사 시스템, 또는 전자 빔 검사 시스템에서 결함 좌표를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계는 상기 결함 좌표들에 가장 가까운 관심 구조를 식별하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들은 관심 구조의 유형을 지정하는 단계를 더 포함하며, 결함 좌표에 가장 가까운 관심 구조를 식별하는 것은 지정된 유형의 관심 구조를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 지정된 유형의 관심 구조를 식별하는 단계는 상기 결함 좌표들에 가장 가까운 상기 지정된 유형의 관심 구조를 식별하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계는 상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하기 위해 저장된 회로 설계 데이터를 사용하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계는 상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하기 위해 이미지를 사용하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 관심 구조를 식별하는 단계는 웨이퍼 검사 도구, 이온 빔 시스템, 또는 웨이퍼 검사 도구 및 이온 빔 시스템과 데이터 통신하는 컴퓨터에 의해 수행된다.
본 발명의 일부 실시예들은 집적 회로 내 결함들을 분석하는 장치로서,
웨이퍼 상의 결함들을 식별하고 상기 결함들의 좌표들을 제공하도록 프로그래밍된 웨이퍼 분석 도구;
집속 이온 빔 컬럼(column) 및 주사 전자 현미경 컬럼을 포함하고, 표면 아래 관심 영역을 노출시키기 위한 작업을 수행하도록 프로그래밍된 듀얼 빔 시스템; 및
상기 웨이퍼 분석 도구로부터 결함 좌표들을 수신하고, 상기 결함에 대응하는 관심 구조를 결정하고, 그리고 상기 듀얼 빔 시스템에게 상기 표면 아래 관심 영역을 노출시키기 위해 지정된 작업을 수행하는 것을 지시하도록 프로그래밍된 컴퓨터를 포함하는 장치를 제공한다.
일부 실시예들에서, 상기 웨이퍼 분석 도구는 결함들을 분류하고 상기 지정된 작업은 분류에 의존한다.
일부 실시예들에서, 상기 웨이퍼 분석 도구는 광학적 검사 도구, 열적 검사 시스템, 그리고 전기적 검사 시스템, 또는 전자 빔 검사 도구이다.
일부 실시예들에서, 상기 집속 이온 빔 컬럼(column)은 액체 금속 이온 소스 또는 플라즈마 이온 소스들을 포함한다.
일부 실시예들은 회로 결함을 분석하는 방법으로서 :
샘플의 영역을 검사하는 검사 도구를 사용하여 샘플을 검사하는 단계로서, 상기 영역은 100 개 이상의 구조들을 포함하는, 단계;
결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계;
상기 관심 구조를 노출시키도록 집속 빔을 지향시키는(directing) 단계; 및
노출된 관심 구조의 이미지를 형성하는 단계로서, 상기 집속 빔은 상기 결함의 좌표들에서가 아니라 식별된 관심 구조에 대응하는 위치에서 밀링하도록 향해지는, 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본원에 설명된 기술들은 임의의 특정 유형의 샘플, 임의의 특정 유형의 검사 시스템, 또는 관심 구조를 노출시키기 위한 임의의 특정 유형의 처리에 한정되지 않는다. 검사되는 샘플은 웨이퍼에 한정되지 않으며, 다수의 구조들이 제조되는 임의의 유형의 기판이 사용될 수 있다. 제한된 구조를 노출시키기 위한 물질의 제거는 집속 이온 빔 밀링에 한정되지 않는다. 예를 들어, 관심 구조를 노출시키기 위해 레이저가 사용될 수 있다. 본원에 설명된 기술들은 관심 구조의 영역에 비해 상대적으로 큰 영역을 검사하는 임의의 검사 시스템에 유용하다. 예를 들어, 검사 시스템에 의해 검사된 영역은 1,000,000 개 이상 또는 100,000,000 개 이상의 제조된 구조들을 포함할 수 있으며, 그리고 검사된 영역은 개별 구조들의 평균 면적보다 1,000,000 배 이상, 10,000,000 배 이상, 또는 500,000,000 배 이상일 수 있다.
이하의 청구항들에서의 단계들의 순서는 제한적이지 않다. 단계들의 순서는 청구범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있다.
본 발명 및 그 이점들이 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구항에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경, 대체 및 변형이 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 본 출원의 범위는 본 명세서에서 설명된 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법들 및 단계들의 특정 실시예들에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 당업자가 본 발명의 개시 내용으로부터 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 본원에 설명된 대응 실시예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 현재 존재하거나 또는 이후에 개발될 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계는 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 이에 따라, 첨부된 청구항들은 그러한 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법, 또는 단계를 그것들의 범위 내에 포함하고자 한다.

Claims (21)

  1. 회로 결함을 분석하는 방법으로서,
    웨이퍼 검사 도구를 사용하여 웨이퍼 상의 결함의 좌표들을 결정하는 단계;
    상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계;
    집속 이온 빔을 이용하여, 상기 관심 구조를 포함하는 TEM(transmission electron microscope) 라멜라(lamella)를 형성하는 단계로서, 상기 TEM 라멜라는 상기 결함의 좌표들이 아닌 상기 식별된 구조에 기초한 영역으로부터 형성되며, 상기 집속 이온 빔은 상기 결함의 좌표들에서가 아니라 상기 식별된 관심 구조에 대응하는 위치에서 밀링하도록 향해지는, 단계; 및
    상기 관심 구조의 TEM 이미지를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 웨이퍼 검사 도구를 사용하여 웨이퍼 상의 결함의 좌표들을 결정하는 단계는 광학적 검사 시스템, 열적 검사 시스템, 전기적 검사 시스템, 또는 전자 빔 검사 시스템에서 상기 결함의 좌표들을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계는 상기 결함 좌표들에 가장 가까운 관심 구조를 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    관심 구조의 유형을 지정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 결함 좌표들에 가장 가까운 관심 구조를 식별하는 단계는 지정된 유형의 관심 구조를 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 지정된 유형의 관심 구조를 식별하는 단계는 상기 결함 좌표들에 가장 가까운 상기 지정된 유형의 관심 구조를 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계는 상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하기 위해 저장된 회로 설계 데이터 또는 이미지를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 회로 결함을 분석하는 방법으로서,
    웨이퍼 검사 도구를 사용하여 웨이퍼 상의 결함의 좌표들을 결정하는 단계;
    상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계;
    상기 관심 구조를 노출시키기 위해 집속 이온 빔을 상기 웨이퍼 쪽으로 향하게 하는 단계로서, 상기 집속 이온 빔은 상기 결함의 좌표들에서가 아니라 식별된 관심 구조에 대응하는 위치에서 밀링하도록 향해지는, 단계; 및
    상기 노출된 관심 구조의 이미지를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 관심 구조를 노출시키기 위해 집속 이온 빔을 상기 웨이퍼 쪽으로 향하게 하는 단계는 상기 관심 구조를 노출시키는 단면을 밀링하기 위해 집속 이온 빔을 상기 웨이퍼 쪽으로 향하게 하는 단계를 포함하며; 그리고
    상기 노출된 관심 구조의 이미지를 형성하는 단계는 스캐닝 전자 빔 이미지를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 관심 구조를 노출시키기 위해 집속 이온 빔을 상기 웨이퍼 쪽으로 향하게 하는 단계는 상기 관심 구조를 포함하는 라멜라를 형성하기 위해 집속 이온 빔을 상기 웨이퍼 쪽으로 향하게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 청구항 7 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 웨이퍼 검사 도구에서 상기 결함 좌표를 결정하는 단계는 광학적 검사 시스템, 열적 검사 시스템, 전기적 검사 시스템, 또는 전자 빔 검사 시스템에서 결함 좌표를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 청구항 7 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계는 상기 결함 좌표들에 가장 가까운 관심 구조를 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 청구항 7 또는 청구항 9에 있어서,
    관심 구조의 유형을 지정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계는 지정된 유형의 관심 구조를 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 결함 근처의 관심 구조를 식별하는 단계는 상기 결함 좌표들 근처의 상기 지정된 유형의 관심 구조를 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 청구항 7 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계는 상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하기 위해 저장된 회로 설계 데이터를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 청구항 7 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하는 단계는 상기 결함 좌표들 근처의 관심 구조를 식별하기 위해 이미지를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 청구항 7 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 관심 구조를 식별하는 단계는 웨이퍼 검사 도구, 이온 빔 시스템, 또는 웨이퍼 검사 도구 및 이온 빔 시스템과 데이터 통신하는 컴퓨터에 의해 수행되는, 방법.
  17. 청구항 7 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 웨이퍼 검사 도구를 사용하여 상기 웨이퍼 상의 결함의 좌표들을 결정하는 단계는 샘플의 영역을 검사하는 검사 도구를 사용하여 상기 웨이퍼를 검사하는 단계를 포함하며,
    상기 영역은 100 개 이상의 구조들을 포함하고,
    상기 100개 이상의 구조들 중 하나는 관심 구조인, 방법.
  18. 집적 회로 내 결함들을 분석하는 장치로서,
    웨이퍼 상의 결함들을 식별하고 상기 결함들의 좌표들을 제공하도록 프로그래밍된 웨이퍼 분석 도구;
    집속 이온 빔 컬럼(column) 및 주사 전자 현미경 컬럼을 포함하고, 표면 아래 관심 영역을 노출시키기 위한 작업을 수행하도록 프로그래밍된 듀얼 빔 시스템; 및
    상기 웨이퍼 분석 도구로부터 결함 좌표들을 수신하고, 상기 결함에 대응하는 표면 아래 관심 영역 내의 관심 구조를 결정하고, 그리고 상기 듀얼 빔 시스템에게 상기 표면 아래 관심 영역을 노출시키기 위해 지정된 작업을 수행하는 것을 지시하도록 프로그래밍된 컴퓨터를 포함하는, 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 웨이퍼 분석 도구는 상기 결함들을 분류하고,
    상기 지정된 작업은 상기 분류에 의존하는, 장치.
  20. 청구항 18 또는 청구항 19에 있어서,
    상기 웨이퍼 분석 도구는 광학적 검사 도구, 열적 검사 시스템, 그리고 전기적 검사 시스템, 또는 전자 빔 검사 도구인, 장치.
  21. 청구항 18 또는 청구항 19에 있어서,
    상기 집속 이온 빔 컬럼(column)은 액체 금속 이온 소스 또는 플라즈마 이온 소스들을 포함하는, 장치.

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