KR102579329B1

KR102579329B1 - Ｃａｄ 지원 ｔｅｍ 샘플 제작 레시피 생성

Info

Publication number: KR102579329B1
Application number: KR1020160110905A
Authority: KR
Inventors: 제이슨 알자박; 매튜 피. 노우레스
Original assignee: 에프이아이 컴파니
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2023-09-15
Also published as: US20170062178A1; JP6817743B2; JP2017069186A; CN106482991B; US9576772B1; TW201713929A; KR20170026298A; TWI679409B; CN106482991A

Abstract

S/TEM 샘플 제작 및 분석을 위한 개선된 프로세스 워크플로우 및 장치가 제공된다. 바람직한 실시 예들에서는 CAD 데이터를 채용하여 여러 샘플 제작 단계들을 자동으로 정렬하는 자동화 레시피 TEM 샘플 생성, 특히 소형 형상의 TEM 라멜라에 대한 자동화 레시피 TEM 샘플 생성을 위한 개선된 방법들이 제공된다. 이러한 프로세스는 획득된 이미지들의 부분들에 대한 마스크를 제거하고, 이들을 CAD 데이터로부터 합성된 이미지들과 비교함으로써 FIB-생성 기준 마커들의 위치를 자동으로 확인 및 정렬한다. SEM 비임 위치들은 CAD 데이터로부터 합성된 이미지들과의 비교에 의해 확인된다. FIB 비임 위치는 또한 사전에 정렬된 SEM 이미지들과의 비교에 의해서나, FIB 이미지들을 시뮬레이팅하는 기법들을 사용하여 CAD로부터 FIB 이미지를 합성함으로써 확인된다. 본원에서의 자동 정렬 기법들은 운영자 개입 없이 특정 위치에서의 샘플 라멜라의 생성을 허용한다.

Description

ＣＡＤ 지원 ＴＥＭ 샘플 제작 레시피 생성{CAD-assisted TEM prep recipe creation}

본 발명은 하전 입자 비임 기기들을 통한 샘플 제작 워크플로우에 관한 것으로, 특히 투과 전자 현미경 샘플들을 제작하기 위한 고도로 자동화된 레시피에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼들 및 다이들 상의 특징들은 3차원 구조들이며 완전한 특성평가는 단지 라인 또는 트렌치의 상단 폭과 같은 표면 치수만을 기술(description)하는 것이 아니고 상기 특징의 완전한 3차원 프로파일을 기술하여야 한다. 프로세스 기술자들은 제조 프로세스를 미세조정하고 원하는 기기 형상이 획득되게 하도록 상기 표면 특징들의 임계 치수(critical dimension; CD)들을 정확하게 측정할 수 있어야 한다.

전형적으로는, 이러한 CD 측정들이 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM)과 같은 기구들을 사용하여 이루어진다. 주사 전자 현미경(SEM)에서는, 1차 전자 비임이 관찰해야 할 표면을 주사하는 미세한 스폿에 집속된다. 2차 전자는 상기 표면이 상기 1차 비임에 의해 강한 충격을 받음에 따라 상기 표면으로부터 방출된다. 상기 2차 전자가 검출되면서, 이미지가 형성되며, 상기 비임이 상기 표면상의 해당 스폿에 강한 영향을 줄 때 검출되는 2차 전자의 개수에 의해 상기 이미지의 각각의 지점에서의 휘도가 결정된다. 그러나 특징들이 계속해서 소형화됨에 따라, 측정해야 할 특징들이 통상적인 SEM에 의해 제공되는 분해능에 비해 매우 작은 지점이 나타나게 된다.

반도체 형상들이 계속 줄어들게 됨에 따라, 제조업자들은 점차로 프로세스를 모니터링하고, 결함들을 분석하며, 그리고 인터페이스 계층 형태를 조사하기 위해 투과 전자 현미경(transmission electron microscope; TEM)들에 의존한다. TEM들은 관찰자들이 수 나노미터 정도의 크기들을 지니는 특징들을 보고, 샘플의 내부 구조를 보는 것을 허용한다. 상기 샘플은 1차 비임을 이루는 다수의 전자가 상기 샘플을 통해 이동하여 반대편 위치를 통해 나오는 것을 허용할 정도로 충분히 얇아야 한다.

샘플이 (TEM이든 STEM이든) 투과 전자 현미경으로 보기 위해서는 매우 얇아야 하기 때문에, 샘플의 제작(preparation)은 섬세하고 시간이 많이 소요되는 작업일 수 있다. 본원 명세서에서 사용되는 용어 "TEM"은 TEM 또는 STEM을 언급하는 것이고 TEM에 대한 샘플의 제작에 대한 참조들은, 또한 STEM을 통해 보기 위한 샘플을 제작하는 것을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. TEM 샘플들은 100㎚ 미만의 두께인 것이 전형적이지만, 몇몇 애플리케이션들에서는 샘플들이 상당히 얇아야 한다. 프로세스들이 30㎚, 22㎚, 그리고 그 미만으로 진척됨에 따라, 상기 샘플은 소규모 구조들 간의 오버랩(overlap)을 회피하기 위해 20㎚ 두께 미만일 필요가 있다. 그러한 샘플들의 생성에 관련된 정밀도 및 정확도는 시간이 많이 소요되는 것이 전형적이다. 실제로는, 비록 TEM 분석에 의해 발견될 수 있는 정보가 매우 유용할 수 있겠지만, TEM 샘플들을 생성 및 측정하는 전체 프로세스는 이러한 분석 타입을 사용하여 프로세스 제어를 이루는 것이 실제적이지 않을 정도로 역사적으로 노동집약적이고 시간소모적이었다. 샘플 제작에 있어서 집속 이온 비임(focused ion beam; FIB)의 사용으로 몇 시간 이하로 TEM 분석을 위한 샘플들을 제작하는데 소요되는 시간이 감축되었지만, 소정의 웨이퍼로부터 15 내지 50개의 TEM 샘플들을 분석하는 것은 특이하지만은 않다. 그 결과로, 샘플 제작 속도는 TEM 분석, 특히 반도체 프로세스 제어를 위한 TEM 분석의 사용시 매우 중요한 요소이다.

도 4에는 Arjavac과 그의 동료 명의의 미국 특허 제8,890,064호에 기재된 바에 따른 (ExSolve^TM 시스템으로서 시판되고 있는) 선행기술의 자동화 S/TEM 샘플 관리 도구가 예시되어 있다. ExSolve 웨이퍼 TEM 제작(wafer TEM prep; WTP) 워크플로우는 첨단 기술 노드들에서 자동화된 고속 대량(high-throughput) 샘플링을 필요로 하는 설비의 요구를 충족시킨다. 이는 상대적으로 유연하고, 운영자에 의해 안내되는, 샘플 제작 방법들을 고속 대량 주사 전자 현미경(SEM) 이미징 및 분석과 같은 추가 능력들과 함께 제공하는, FEI 컴퍼니의 Helios NanoLab™ DualBeam™ 1200AT와 같은 이중 비임 시스템들의 능력들을 보완한다.

도 4의 도시된 시스템에서는, TEM 샘플들이 샘플들(예컨대, 반도체 웨이퍼들로부터 추출된 라멜라(lamella)들)을 순차적으로 프로세싱하는 능력을 지니는 서로 다른 프로세싱 도구들의 클러스터에 의해 프로세싱된다. 그러한 S/TEM 샘플 관리 도구 수트(100)는 프로세스 제어기(110) 및 Fab 호스트 컴퓨터(12)를 포함하며 이들은 FIB 시스템(114), 현장외 플러커(Ex-Situ Plucker; "ESP")와 같은 라멜라 추출 도구(116), 및 S/TEM 시스템(118)에 동작 가능하게 연결되는(또는 FIB 시스템(114), 현장외 플러커(Ex-Situ Plucker; "ESP")와 같은 라멜라 추출 도구(116), 및 S/TEM 시스템(118)과 합체되는) 것이 전형적이다. FIB 시스템(114)은 본 발명의 양수인인, 미국, 오리건, 힐즈버러에 소재하는 FEI 컴퍼니로부터 시판되고 있는 Certus^TM/CLM과 같은 이중 비임 FIB/SEM 시스템을 포함할 수 있으며 그리고 S/TEM 시스템(118)은 또한 FEI 컴퍼니로부터 시판되고 있는 Tecnai^TM G2 S/TEM과 같은 시스템을 포함할 수 있다. 도 4의 시스템에서는, 각각의 프로세싱 도구가 TEM 샘플 생성 및 프로세싱을 구현하기 위한 소프트웨어(122)를 사용하는 컴퓨터 스테이션(120)에 동작 가능하게 연결(또는 상기 컴퓨터 시스템(120)과 통합)된다. 임의의 적합한 소프트웨어(종래의 그리고/또는 자기 생성적인) 애플리케이션들, 모듈들, 및 구성요소들은 소프트웨어를 구현하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 4의 시스템에서는, 자동화 S/TEM 샘플 관리 도구가 또한 FEI 컴퍼니로부터 시판되고 있는 자동화 머신 제어 및 계측을 위한 IC3D™을 사용하여 구현된다.

그러나 이러한 자동화 시스템들에서도 조차, 기준 위치들의 지정 및 확인과 같은 여러 레시피 생성 단계들에서의 수동 개입에 대한 요구는 상기 프로세스의 속도를 느리게 한다. 완전히 자동화된 TEM 샘플 제작 레시피(또는 "TEM 제작 레시피")를 개발/생성하는데 필요한 대표적인 샘플들의 시간 및 개수는 너무 오래 시간에 걸쳐 획득되기 때문에 굴지의 반도체 제조업자들이 프로세스 모니터링 및 결함 원인 분석 양자 모두에 대한 자동화된 워크플로우에서 "데이터를 획득하기 위한 시간(time to data)"을 현실화하는 것을 허용할 수 없다. 주조-타입 제조들에는 특히 서로 다른 팹리스(fabless) 고객들을 위한 서로 다른 여러 웨이퍼로 인해 문제가 있다. 굴지의 반도체 제조업자들이 확고한 레시피를 개발할 때까지, 상기 패턴이 변경될 수 있기 때문에 새로운 레시피가 개발되어야 할 것이다. 레시피 개발 시간은 주조 고객들이 완전히 자동화된 TEM 제작 이점들을 현실화하는 것을 허용하도록 감축되어야 하고 최적으로는 자동화되어야 한다.

TEM 제작에서, 상기 문제는 위치 지정 라멜라를 제작하여, 테스트 샘플들을 생성하고 오프라인 TEM에서 샘플들을 수동으로 분석할 수 있는 자동화된 고속 대량 샘플 제작 시스템(위에서 간략하게 설명한 ExSolve^TM 시스템) 상의 다양한 기구 제어 커맨드들 및 이미징 태스크들의 자동화를 가능하게 하는 첨단 비주얼 스크립팅 오서링 소프트웨어 프레임워크(FEI에 의한 iFAST^TM 소프트웨어)로 상기 레시피를 생성하는 숙련된 기술자들에 의해 현재 해결되고 있다. 이때, 상기 학습은 상기 레시피 매개변수들에 적용되고 상기 프로세스가 반복된다. 그러나 이러한 프로세스는 비교적 느리며 자원집약적이므로, 쉽게 확장 가능하지 않다. 완전히 자동화된 TEM 제작 프로세싱에 대한 레시피 생성/개발은 웨이퍼/샘플 상에서 이용 가능한 패턴 정보의 소정의 지식의 부족으로 인해 시간 소모적이고 애플리케이션 기술 집약적인 작업일 수 있다.

본 발명은 비임 위치결정을 위한 보정 피드백을 생성하는 레시피의 다수의 단계에 CAD, 또는 1차 회로/레이아웃 설계 데이터를 연계하여 라멜라 프로세싱을 위한 정확한 비임 배치를 보장함으로써 이러한 문제에 대한 해결수법을 제공한다. 상기 CAD는 자동화된, 단계별 방법으로 TEM 샘플 제작을 자동화하고 가속화하는데 도움이 된다. S/TEM 샘플 제작 및 분석을 위한 개선된 프로세스 워크플로우 및 장치가 제공된다. 바람직한 실시 예들에서는 CAD 데이터를 채용하여 여러 샘플 제작 단계들을 자동으로 정렬하는 자동화 레시피 TEM 샘플 생성, 특히 소형 형상의 TEM 라멜라에 대한 자동화 레시피 TEM 샘플 생성을 위한 개선된 방법들이 제공된다. 상기 프로세스는 획득된 이미지들의 부분들에 대한 마스크를 제거하고, 이들을 CAD 데이터로부터 합성된 이미지들과 비교함으로써 FIB-생성 기준 마커들의 위치를 자동으로 확인 및 정렬한다. SEM 비임 위치들은 CAD 데이터로부터 합성된 이미지들과의 비교에 의해 확인된다. FIB 비임 위치는 또한 사전에 정렬된 SEM 이미지들과의 비교에 의해서나, FIB 이미지들을 시뮬레이팅하는 기법들을 사용하여 CAD로부터 FIB 이미지를 합성함으로써 확인된다. 본원 명세서에서의 자동 정렬 기법들은 운영자 개입 없이 특정 위치들에서의 샘플 라멜라들의 생성을 허용한다.

한 실시 예에서는 이중 하전 입자 비임 시스템에서 반도체 샘플을 자동으로 제작하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 샘플 챔버에서 검사해야 할 반도체 다이 샘플의 관심 영역에 대해 상기 이중 하전 입자 비임 시스템을 위치하는 단계를 포함한다. 집속 이온 비임(focused ion beam; FIB) 증착을 통해, 상기 방법은 상기 관심 영역에 대해 원하는 위치들에서 제1 정밀도 기준 마커 및 하나 이상의 추가 기준 마커들을 생성한다. 상기 기준 마커는 증착 또는 밀링가공에 의해 생성될 수 있지만, 바람직한 실시 예들에서는 증착을 통해 생성된다. 이때, 상기 기준 마커들의 위치는 상기 관심 영역의 제1 주사 전자 현미경(scanning electronic microscope; SEM) 이미지를 획득하고 상기 관심 영역을 기술(description)하는 컴퓨터 지원 설계(computer aided design; CAD) 데이터를 회수하며 상기 관심 영역을 기술하는 CAD 데이터로부터 제2 SEM 이미지를 합성하고 상기 제1 SEM 이미지에 상기 하나 이상의 추가 기준 마커들을 마스킹하며 그리고 상기 마스킹된 제1 SEM 이미지 및 상기 제2 SEM 이미지를 비교하여 상기 정밀도 기준 마커의 실제 위치를 위한 최종 보정 오프셋을 결정함으로써 확인 및 정렬된다. 상기 최종 보정 오프셋은 상기 정밀도 기준 마커의 추적 위치에 적용된다. 그리고 나서, 상기 정밀도 기준 마커의 보정 위치에 기반하여, 상기 프로세스는 상기 FIB에 대해 상기 FIB의 위치를 조정하고, 상기 FIB를 통해 밀링가공을 수행하여 검사를 위한 샘플 라멜라를 생성한다. 상기 단계들은 샘플 웨이퍼 또는 기기로부터 다수의 라멜라를 생성하도록 다수의 특정 위치에서 수행될 수 있다.

본 발명은 또한 본원 명세서에서 자동화된 워크플로우 프로세스들을 수행하도록 실행 가능한 프로그램 제품들 및 자동화 제어기들을 지니는 시스템들을 포함한다. 예를 들면, 몇몇 실시 예들에서는 자동화 샘플 제작 시스템이 제공되며, 상기 자동화 샘플 제작 시스템은, 샘플 챔버를 겨누고 있는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM), 집속 이온 비임(focused ion beam; FIB) 양자 모두를 지니는 이중 비임 주사 및 밀링가공 시스템, SEM 및 FIB에 작동가능하게 연결되어 있으며 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 시스템 제어기 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들이 저장된 유형(有形)의 비일시적 컴퓨터 매체를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들은 위에서 설명한 프로세스들을 수행하도록 상기 이중 비임 주사 및 밀링가공 기기를 제어하는 단계를 수행하도록 이루어진다. 상기 이중 비임 시스템은 또한 자동화 샘플 핸들링 기능을 지니는 상대적으로 큰 샘플 관리 수트 내에 합체될 수 있으며, 상기 샘플 관리 수트는 상기 샘플로부터 하나 이상의 라멜라들을 제거하도록 동작 가능한 플러커(plucker) 기기, 상기 플러커 기기로부터의 하나 이상의 라멜라들을 수용하여 주사를 수행하도록 동작 가능한 투과 전자 현미경(transmission electron microscope; TEM), 및 상기 이중 비임 주사 및 밀링가공 시스템, 상기 플러커 기기, 및 상기 TEM에 동작 가능하게 연결되며 자동화 워크플로우(automated workflow) 기능들을 실행하도록 하는 명령을 상기 이중 비임 주사 및 밀링가공 시스템, 상기 플러커 기기, 및 TEM에 내리도록 동작 가능한 프로세스 제어기를 포함한다.

위에 기재한 내용에는 이하 본 발명의 구체적인 설명이 양호하게 이해될 수 있게 하기 위해 본 발명의 특징들 및 기술적 효과들이 상당히 광범위하게 설명되어 있다. 본 발명의 추가 특징들 및 이점들은 이하에서 설명될 것이다. 당업자라면 이해하겠지만 개시되어 있는 개념 및 특정 실시 예들은 본 발명의 동일한 목적들을 이루기 위한 다른 구조들을 변경하거나 설계하기 위한 기초로서 쉽게 이용될 수 있다. 또한, 당업자라면 알게 되겠지만 그러한 등가 구성들은 첨부한 청구항들에 기재되어 있는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않음을 이해할 것이다.

본 발명의 더 완전한 이해를 위해, 지금부터 이하의 설명 및 첨부도면들이 참조될 것이다.

도 1a 및 도 1b는 샘플 제작 레시피를 자동화하는 방법을 보여주는 연속된 흐름도이다.
도 1c는 도 1a로부터 진행되는 변형적인 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2j는 도 1a-도 1b의 전형적인 프로세스를 예시하는 일련의 도해들을 보여주는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시 예들에 따라 채용되는 이중 비임 시스템의 개략도이다.
도 4는 (ExSolve 시스템으로서 시판되고 있는) 선행기술의 자동화 S/TEM 샘플 관리 도구로서, 선행기술에 기재되어 있는 이중 비임 시스템 및 상기 시스템 및 제어기 프로세스들이 자동화의 개선을 위해 합체되어 있을 수 있는 선행기술의 자동화 S/TEM 샘플 관리 도구를 예시하는 도면이다.

도 1a 및 도 1b에는 한 실시 예에 따른 샘플 라멜라의 생성 레시피를 자동화하는 프로세스의 흐름도가 도시되어 있다. 바람직한 실시형태에서는, 샘플의 적재 후의 도시된 단계들이 도 3의 전형적인 시스템에 도시되어 있는 시스템 제어기 및 프로세스 제어기와 같은 시스템 제어기 및 프로세스 제어기의 제어 하에서 이중 비임 SEM/FIB 시스템에서 완전히 자동화된다. 상기 시스템은, 머신-비전(machine-vision) 기반 계측 및 이미지 인식 능력, 고정밀 기준 마커들, 및 자동 기준 마커 배치가 라멜라 배치 정확도 및 정밀도를 상당히 개선하는데 사용되는, 도 4의 ExSolve 시스템과 같은 상대적으로 큰 자동화 S/TEM 샘플 관리 도구 내에 포함되는 것이 바람직하다. 본원 명세서에 기재되어 있는 기법들은 기준 마커 및 라멜라 생성이 특정 위치에서 이루어지도록 여러 자동화 레시피 단계들에서 SEM 및 FIB 비임들을 자동으로 정렬하도록 하는 프로세스를 제공함으로써 라멜라 형성 프로세스의 자동화 및 정밀도를 개선하도록 도 4의 시스템 내에 합체될 수 있다.

상기 프로세스는 박스 11에서 개시되며, 상기 박스 11에서는 하나 이상의 반도체 다이들을 포함하는 반도체 웨이퍼 또는 반도체 웨이퍼 부분이 상기 이중 비임 시스템의 샘플 챔버 내로 적재된다. 상기 반도체 샘플은 검사하고자 하는, 예를 들면 프로세스 결함들의 존재 또는 원인을 결정하거나 주요 특징들의 품질을 제어하고자 하는 하나 이상의 관심 영역들을 지니게 된다.

도 2a 내지 도 2j에는 도 1a-도 1b의 전형적인 프로세스를 예시하는 일련의 도해들이 도시되어 있다. 양자 세트 모두의 도면들을 참조하면, 도 2a에는 블록 11에서 상기 이중 비임 시스템 내로 적재된 도시된 반도체 웨이퍼(201)가 하나 이상의 반도체 다이들(202)을 포함하며, 상기 하나 이상의 반도체 다이들(202)은 이 시점에서 개별 칩들로 아직 분리되어 있지 않은 것이 전형적이지만, 개별 칩들로 분리되어 있을 수 있다. 블록 12에서는, 상기 프로세스가 참조부호 204로 확대한 상태로 도시된 제1 위치 또는 부위(203)에서 사전 SEM 이미지를 획득하며, 상기 부위는 다이 모서리들의 확대 뷰에 도시된 바와 같이 다이 모서리들에 나타나 있는 것이 전형적인 하나 이상의 다이 정렬 마크들(205)을 포함한다. 상기 비임은 우선 광학 이미징 시스템을 사용하여 배치될 수도 있고 상기 프로세스가 검사하고자 하는 다이에서 상기 사전 SEM 이미지를 획득하는 과정으로 직접 이동할 수 있도록 충분히 교정되어 있을 수도 있다.

다음으로, 블록 13에서는 상기 프로세스가 정렬 마크의 위치를 포함하는, 상기 검사된 다이의 레이아웃의 일부 또는 스니펫(snippet)을 기술하는 CAD 데이터를 획득한다. 이러한 데이터는 또한 관심 영역의 위치를 포함할 수 있지만, 그러한 관심 영역의 위치는 프로세스 입력들에 의해 사전에 제공될 수 있다. 블록 14에서는, 상기 프로세스가 다음으로 중첩된 이미지(206)(도 2b)로 도시된 CAD 데이터와 사전 SEM 이미지(204)를 비교하여 상기 이중 비임 시스템, 특히 SEM 비임이 상기 다이와 정확하게 정렬되는지를 결정한다. 블록 14에서는 우선 상기 CAD 데이터(206)를 프로세싱하여 공지된 이미지 특징 정렬 기법들에 의한 직접적인 비교에 적합한 SEM 이미지를 합성하는 과정이 포함될 수 있다. 상기 이미지들(204, 206)은 시스템 제어기의 비임 위치 추적 프로세스가 상기 다이에 대한 것으로 SEM 비임 경로의 위치를 저장했거나 SEM 비임 경로의 위치가 상기 다이에 대한 것이라고 "여기는" 경우와, SEM 비임 경로의 위치가 상기 다이 상에서 실제로 측정한 것 간에, 화살표(207)로 나타낸 오프셋이 존재하는지를 결정하도록 비교된다. 상기 비교에 의해 오프셋(207)이 검출되는 경우에, 상기 시스템 제어기는 블록 15에서 자신의 저장된 위치 및 배향을 업데이트하여 상기 다이에 대한 SEM 기기의 더 정확하게 알려진 현재 위치 및 배향을 반영함으로써 상기 오프셋(207)을 적용한다. 상기 오프셋에는 회전(rotation)도 포함될 수 있다. 바람직하게는, 상기 시스템이 블록 15에서 단지 정확한 위치만을 저장하고, 그리고 나서 비임 경로를 계속 진입(drive)하거나 이동하게 하여 현재 관심 영역을 검사하도록 상기 비임을 원하는 위치에 배치한다. 이는 샘플 스테이지를 이동하거나 비임 위치를 기계적으로 또는 자신의 비임 스티어링 제어 전압을 가지고 조정하는 것을 포함할 수 있다.

다음으로, 블록 16에서는 상기 프로세스가 도 2c에서 이미지(208)로서 도시된 SEM 이미지(208)를 상기 관심 영역의 위치에서 획득한다. 본 실시 예에서는 SEM이 사용되지만, 다른 실시형태들에서는 광학 이미지 또는 FIB 이미지와 같은 다른 입자 비임 이미지가 사용될 수 있다. 상기 비임이 상기 위치에서 적절히 정렬된 것으로 결정하기 위해서는, 상기 프로세스가 다음으로 블록 17에서 비교를 위해 상기 관심 영역을 기술하는 CAD 데이터를 획득 또는 회수하고, 이러한 CAD 데이터로부터 상기 획득된 이미지와의 비교에 적합한 SEM 이미지(210)를 합성한다. 상기 합성된 이미지(210)는 상기 획득된 이미지로부터 예상된 시야를 지니는 것이 바람직하지만, 상기 합성된 이미지상에 상기 획득된 이미지의 실제 부위를 위치하는 것을 용이하게 하도록 상대적으로 클 수 있다. 일반적으로 상기 합성은 상기 CAD 데이터에 정의된 특징들의 치수들을 그들의 정해진 재료들과 함께 채용하여 이미지, 전형적으로는 휘도 데이터를 그레이스케일 형태로 생성하도록 SEM 비임 이미징 프로세스를 모델링하거나 SEM 비임 이미징 프로세스로 근사화한다. FIB 이미지 또는 광학 이미지가 블록 16에서 사용된 경우에, 상기 합성 프로세스는 블록 17에서 비교를 위해 적합한 이미지를 합성한다. 다음으로, 블록 18에서는, 상기 프로세스가 상기 합성된 이미지와 상기 획득된 SEM 이미지를 비교하여 SEM 비임의 실제 위치와 상기 SEM 이미지가 획득된 것으로 상기 시스템이 가정하는 저장된 위치 간의 정렬에서 임의의 오프셋이 존재하는지를 결정한다. 이는 오프셋 간격 및 방향(212)을 생성하여 상기 비임의 임의의 오프셋을 자신의 원하는 위치로부터 보정한다. 상기 오프셋은 블록 19에서 전형적으로는 상기 비임의 위치를 업데이트하여 상기 샘플에 대해 현재의 실제 위치를 반영함으로써 적용된다.

다음으로, 블록 21에서는, 상기 프로세스가 도 2E에서 참조부호 214로서 도시된 조정 위치에서 개시되고, 상기 관심 영역 상의 보호층(216)의 SEM 증착(전자 비임 유도 증착(electron beam induced deposition; EBID))을 수행하여 샘플 제작을 완료하는데 필요하게 되는 FIB 증착 및 밀링가공으로부터의 손상 또는 오염으로부터 보호한다. 이러한 증착은 주사 전자 비임에 의해 작용하게 되는 헥사카보닐 텅스텐 및 나프탈렌과 같은 하나 이상의 전구체 가스들을 채용하여 상기 샘플의 표면상에 각각 텅스텐 또는 탄소와 같은 재료를 증착하는 것이 전형적인 공지된 방법들에 따라 이루어진다. 상기 보호층(214)은 웨지(wedge) 또는 청크(chunk)와 같은 라멜라 또는 다른 추출된 샘플로서 밀링가공되어 제거되게 되는 샘플 체적 표면을 완전히 커버(cover)할 정도로 충분히 큰 것이 바람직하다.

본 흐름도는 도 1b의 연결자(A)에서 계속된다. 전자 비임 증착을 통해 상기 보호층을 증착한 후에, 상기 프로세스는 다음으로 수행해야 하는 이온 기반 증착 및 밀링가공에 대한 정확도를 개선하도록 집속 이온 비임을 정렬시킬 수 있다. 중요한 점으로는, FIB 정렬이 SEM의 정렬에 대해 항상 동기화를 이루고 있지 않을 수도 있고 알려지지 않을 수도 있다. 도 1b에는 FIB에 대한 하나의 자동화 정렬 프로세스가 도시되어 있지만, 도 1c에는 FIB에 대한 다른 하나의 자동화 정렬 프로세스가 도시되어 있다. 블록 22에서는 바람직한 프로세스가 상기 관심 영역의 FIB 이미지를 획득한다. 이러한 이미지는 상기 밀링가공 단계들보다 낮은 비임 전류로 상기 FIB를 주사하고 2차 전자 또는 2차 이온을 검출하여 상기 이미지를 형성하는 것이 전형적인 공지된 FIB 이미징 기법들에 따라 형성된다. 다음으로, 블록 23에서는, 상기 프로세스가 상기 FIB 이미지에서 상기 관심 영역에 대한 CAD 데이터를 획득하고, 상기 획득된 이미지와의 비교를 위해 FIB 이미지를 합성한다. 상기 FIB 이미지의 합성은 상기 이미지를 획득하는데 사용된 바와 같은 FIB의 설정값들에 기반하여, 상기 FIB의 침투 범위 내에 있는 CAD 레이아웃 내의 모든 특징들을 선택하는 단계를 포함한다. 이러한 특징들은 레이아웃되거나 모델링되고 그로부터 생성된 레이아웃은 채용된 전류로 FIB에 노출될 경우에 재료가 지니는 예상 방출량(2차 전자 방출)을 나타내는 재료 모델에 따라 각각의 위치(픽셀)에서 모델링된다. 이러한 모델링된 방출들은 원하는 합성 이미지를 이루도록 부가적으로 필터링, 변환, 또는 스케일링될 수 있다. 다음으로, 블록 24에서는, 상기 프로세스가 상기 합성된 FIB 이미지와 상기 획득된 FIB 이미지를 비교하여 상기 FIB에 대한 위치 보정 오프셋을 결정한다. 블록 25에서는, 상기 보정 오프셋이 상기 비교에 의해 결정된 실제 위치와 상기 FIB에 대한 시스템 제어기의 추적 위치를 정렬하는데 적용된다. SEM에서와 같이, 이는 상기 시스템 제어기에서 추적된 메모리 위치를 조정함으로써 이행되는 것이 바람직하지만, 비임 또는 샘플의 이동을 통해서도 이행될 수 있다. FIB 비임이 정렬되는 경우, 이는 라멜라 밀링가공 프로세스를 정렬하기 위한 기준 마커들을 생성하도록 정확한 위치들로 진입될 수 있다. 기준 마커 위치들은 웨이퍼 표면상의 특정 구조에 대해 기준 마커 위치를 지정하도록 CAD 데이터를 사용하여 자동으로 지정되는 바람직하다. 이는 검사해야 할 각각의 특정한 특징에 연관된 사전 프로세싱 단계에서 이행될 수 있다. 다른 실시 예들에서는, 자동화 FIB 또는 SEM 계측이 또한 라멜라 위치를 식별하거나 라멜라 위치를 식별하는데 도움이 되도록 사용될 수도 있고 상기 위치가 정확한 것임을 확인시켜주는데 사용될 수도 있다. 그러한 계측은 이미지 기반 패턴 인식, 에지 파인딩(edge finding), ADR, 무게 중심 계산, 블롭(blob) 등등으로 이루어질 수 있다.

다음으로, 블록 26에서는, 상기 프로세스가 집속 이온 비임(focused ion beam; FIB) 유도 증착을 사용하여 상기 관심 영역에 대해 원하는 위치들에서 제1 정밀도 기준 마커 및 하나 이상의 추가 기준 마커들을 증착한다. 바람직하게는, 고정밀도(미세(fine)) 기준 마커들 및 저정밀도(벌크(bulk)) 기준 마커들은 예를 들어 본원의 양수인에게 양도되어 있고 개시내용이 본원 명세서에 참조병합되는, 발명의 명칭이 "S/TEM 샘플을 생성하는 방법 및 샘플 구조(Method for Creating S/TEM Sample and Sample Structure)"인 Blackwood와 그의 동료 명의의 미국 특허 제8,134,124호에 기재되어 있는 바와 같이 라멜라 배치 정밀도 및 정확도를 최적화하는데 사용된다. 도 2g에 도시된 바람직한 기준 마커 배치에서는, 고정밀도 기준 마커(219)가 상기 관심 영역의 한 단부에서 생성되고, 저정밀도 기준 마커들 또는 다른 타입들의 혼합일 수 있는 2개의 추가 기준 마커들(217, 218)이 상기 관심 영역의 어느 한 단부에 위치하게 된다. 이는 제한적이지 않으며 고정밀도 및 저정밀도 기준 마커들의 임의의 적합한 개수 및 형상이 채용될 수 있다. 첨부도면은 정확히 일정한 비율로 그려진 것이 아니며 저정밀도 기준 마커들은 라멜라 밀링가공 프로세스가 수행될 경우에 대략적인 밀링가공을 위한 저해상도 주사 이미지들 상의 위치지정을 용이하게 하도록 상대적으로 크게 이루어지게 되는 것이 전형적이다. 이러한 저정밀도 기준 마커들은 근사한 라멜라 위치를 신속하게 다시 찾아내고 라멜라의 벌크 밀링가공을 위한 위치를 결정하는 것과 같은 대형-구조 패턴 인식에 사용된다. 상대적으로 큰 비임 크기가 벌크 밀링가공에 사용하게 되기 때문에, 적합한 저정밀도 기준 마커가 심지어 저정밀도 이미지들에서도 패턴 인식 소프트웨어에 의해 쉽게 식별되어야 한다.

기준 마커들이 생성됨에 따라, 상기 프로세스는 이제 상기 관심 영역으로부터 상기 샘플 라멜라를 밀링하여 제거할 준비를 한다. 최선으로 그렇게 하기 위해서는, 고정밀도 기준 마커가 실제로 증착되어 있는 정밀도 위치와, FIB 증착 동안 생길 수 있는 샘플 드리프트 또는 다른 정렬 문제들 때문에 동일하지 않을 수 있는 원하는 타깃 위치가 결정되어야 한다. 이러한 실제 위치를 결정하기 위해서는, 상기 프로세스가 우선 블록 27에서 상기 관심 영역 및 기준 마커들을 포함하는 SEM 이미지를 획득한다. 다음으로, 상기 프로세스는 블록 28에서 비교를 위해 동일한 부위를 기술하는 CAD 데이터를 회수한다. 그리고 나서, 상기 프로세스는 위에서 검토한 바와 같은 SEM 합성 기법들을 사용하여 상기 CAD 데이터로부터 다른 한 SEM 이미지(222)(도 2i)를 합성한다.

상기 획득된 이미지와 상기 합성된 이미지를 비교하기 위해, 상기 프로세스는 블록 31에서 우선 상기 획득된 SEM 이미지에 상기 하나 이상의 추가 기준 마커들(217, 218)을 마스킹하고, 그럼으로써 상기 하나 이상의 추가 기준 마커들(217, 218)이 도 2h에 도시된 바와 같이 고정밀도 기준 마커(219)가 마스킹되지 않게 하면서 이미지 비교를 방해하지 않게 한다. (블록 21에서 이러한 실시 예에서 이행된 것과 같은) SEM 증착을 사용하여 보호층을 제공하는 실시형태들에서는, 상기 마스킹은 또한, 상기 보호층(216)의 증착 마스크를 제거하는 단계를 포함한다. 상기 마스킹은 상기 증착된 구조들의 형상들을 포함하는 이미지 부분들이 이미지 비교에 오차들을 도입시키지 않게 하는 소정의 방식으로 상기 증착된 구조들의 형상들을 포함하는 이미지 부분들을 상기 이미지로부터 제거하는 것이 바람직하고, 전형적인 '마스킹'은 도 2h에 도시된 공백으로 제거된 부위(blanked-out area)들(220, 221)로 도시되어 있다. 예를 들면, 상기 이미지 데이터는 상기 이미지로부터 제거될 수도 있고, 라벨 또는 다른 지시는 블록 32에서 이미지 비교 프로세스에 대한 입력용으로 생성될 수도 있으며 그럼으로써 상기 프로세스가 상기 비교시 상기 마스킹된 영역들로부터 데이터를 무시하게 된다. 상기 마스킹된 데이터는 또한 존재하지 않게 될 수도 있고 전체 이미지의 평균 휘도 값으로 대체될 수도 있다. 상기 마스킹된 부위들(220, 221)은 상기 기준 마커들을 상기 이미지들에서 찾아냄으로써 마스킹용으로 위치하게 될 수 있고, 상기 FIB 보호층(216)은 자신의 위치로부터 주변 기준 마커들에 대해 위치하게 된다. 혹은 상기 마스킹된 특징들은 예상 가능한 위치 오차들을 고려하도록 단지 이들의 알려진 크기들보다 큰 부위의 마스크를 제거하는 것을 포함할 수 있는, 이들의 가장 잘 알려진 위치들의 마스크를 제거하는 것에 의해서만 위치하게 될 수 있다. 블록 31에서 상기 마스킹이 생성됨에 따라, 상기 프로세스는 블록 32에서 상기 합성된 SEM 이미지와 상기 마스킹된 SEM 이미지를 비교하여 정밀도 기준 마커의 실제 위치를 결정하기 위한 도시된 오프셋(222)과 같은 최종 보정 오프셋을 결정한다. 다음으로, 블록 에서는, 상기 프로세스가 상기 최종 보정 오프셋을 예컨대 상기 정밀도 기준 마커의 저장된 실제 위치에 적용하고, 또 바람직하게는 상기 오프셋을 단지 옵션으로 상기 오프셋을 적용하는 다른 방법들을 사용하여 상기 샘플에 대한 정밀도 기준 마커의 위치에 적용한다. 다음으로, 블록 34에서는, 상기 프로세스가 상기 정밀도 기준 마커의 보정 위치를 참조하여 상기 FIB를 통해 밀링가공을 수행하여 검사를 위한 샘플 라멜라를 생성한다. 상기 라멜라의 밀링가공은 로컬 정밀도 기준 마커를 참조하여 원하는 크기 및 형상의 라멜라를 자동으로 밀링가공하는 적합한 공지된 기법들을 통해 수행될 수 있다. 이러한 기법들은 저정밀도 기준 마커들의 위치를 참조하는 대략적 밀링가공 단계들(비교적 큰 비임), 및 고정밀도 기준 마커의 위치를 참조하는 미세 밀링가공 단계들을 포함하는 것이 전형적이다.

위에서 설명한 실시 예에는 각각의 단계가 자동으로 제어될 수 있기 때문에 바람직하게는 인간의 개입 없이 웨이퍼로부터 라멜라들 또는 다른 샘플 부분들을 자동으로 그리고 정확하게 생성하는 방식이 제공되어 있다. 여기서 유념할 점은 도시된 프로세스의 프로세스 단계들이 단일의 라멜라의 생성을 위해 순서대로 진행되어 있지만, 실제로는 상기 프로세스가 샘플 웨이퍼 상에 다수의 라멜라를 생성하는데 적용되는 것이 전형적이고, 그러므로 상기 프로세스의 단계들이 다수의 위치에 적용될 수 있으며, 임의의 특정 라멜라 형성을 위한 프로세스가 다른 위치들에서 유사한 단계들을 수행하는데 방해받지 않을 수 있다. 몇몇 실시형태들에서는, 상기 SEM 보호층들이 모든 위치들에서 증착되며, 그리고 나서 상기 기준 마커들이 모든 위치들에서 형성되고, 그리고 나서 라멜라 밀링가공이 모든 위치들에서 수행된다. 몇몇 시나리오들에서는, 위에서 검토한 자동화 비임 정렬 단계들이 상기 비임이 다수의 위치에 대해 정렬되어 있으면 충분할 수 있다. 예를 들면, FIB 비임 위치를 정렬하는 것은 한 번 이행될 수 있으며, 그리고 나서 기준 마커들이 모든 원하는 위치들에서 생성될 수 있다. 혹은 상기 비임 정렬 절차는 모든 위치에서 자동 비임 정렬을 필요로 하지 않고 상대적으로 더 많은 위치를 프로세싱하기 위해 주기적으로 이행될 수 있다.

도 1c에는 도 2b에 보인 것으로부터 FIB 비임을 교정하는 변형 방법의 흐름도가 도시되어 있다. 상기 도시된 방법은 도 2a로부터의 연결자(A)에서 개시된다. 상기 기준 마커들이 형성되기 전에, 상기 SEM 비임 위치로부터 상기 FIB 위치로의 위치 이동은 시스템 제어기가 증착 및 밀링가공을 위한 상기 FIB의 실제 위치를 추적하도록 보정되어야 한다. 도 1b의 프로세스는 FIB 이미지를 획득하고 이를 합성된 FIB 이미지와 정렬시킴으로써 그러한 교정을 수행한다. 이러한 실시형태에서는, 상기 FIB 위치가 각각의 비임을 통해 획득된 이미지를 비교함으로써 사전에 교정된 SEM 비임 위치에 비교된다. SEM 이미지는 블록 41에서 획득되고, 이는 상기 관심 영역 또는 다른 적합한 인접 부위에서 이행될 수 있다. 다음으로, 블록 42에서는, 상기 프로세스가 동일 부위의 FIB 이미지를 획득한다. 블록 43에서는, 상기 획득된 FIB 이미지가 옵션으로 자신의 휘도 특성들이 비교를 위해 SEM 이미지와 더 유사해지도록 프로세싱될 수 있다. 다음으로, 블록 44에서는, 상기 프로세스가 상기 2개의 이미지를 비교하여 그들 간의 오프셋 간격 및 방향을 결정한다. 다음으로, 블록 45에서는, 상기 프로세스가 이러한 위치 보정 오프셋을 상기 FIB 추적 위치에 적용한다. 상기 FIB가 이제 정렬됨에 따라, 상기 프로세스가 도 1b의 단계들 26-34에 대해 설명한 바와 같은 기준 마커 생성 및 라멜라 밀링가공을 속행한다.

도 3은 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구비되어 있는 전형적인 이중 비임 SEM/FIB 시스템(302)의 한 실시 예의 개략도이다. 위에서 검토한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들은 여러 다양한 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 적합한 이중 비임 시스템들은 예를 들면 본원의 양수인인, 미국, 오리건, 힐즈버러에 소재하는 FEI 컴퍼니로부터 시판되고 있다. 적합한 하드웨어의 일 예가 이하에 제공되어 있지만, 본 발명은 임의의 특정 타입의 이중 비임 기기로 구현되는 것에 국한되지 않는다. 상기 시스템 제어기(338)는 이중 비임 시스템의 여러 부품의 동작들을 제어한다. 시스템 제어기(338)를 통해, 사용자는 이온 비임(352) 또는 전자 비임(316)이 (도시되지 않은) 종래의 사용자 인터페이스 내로 입력된 명령들을 통해 원하는 방식으로 주사되게 할 수 있다. 여기에서의 바람직한 실시 예들에서는, 시스템 제어기(338)가 이중 비임 시스템(302)을 제어하여 네트워크(130)에 접속된 프로세스 제어기(110)에 의해 일부 프로그램된 명령어들이 발행될 수 있는 프로그램된 명령어들에 따라 본원 명세서에서 검토한 기법들을 자동으로 수행한다. CAD 데이터베이스(110)는 또한 네트워크(130)를 통해 이중 비임 시스템(302) 및 프로세스 제어기(110)에 동작 가능하게 접속되어 있다. 상기 CAD 데이터베이스(110)는 Fab 호스트 제어기(도 4), 전용 CAD 데이터베이스 컴퓨터, 또는 프로세스 제어기(110)와 같은 시스템 컴퓨터상에 제공될 수 있다. 중요한 점은 상기 CAD 데이터베이스가 필요한 레이아웃들을 상기 시스템 제어기에 공급하여 위에서 설명한 자동화 프로세스를 수행하도록 사용 가능하다는 점이다.

이중 비임 시스템(302)은 수직으로 장착된 전자 비임 칼럼(304) 및 배출 가능한 시료 챔버(308) 상에 수직으로부터 약 52도 각도로 장착된 집속 이온 비임(focused ion beam; FIB) 칼럼(306)을 지닌다. 상기 시료 챔버는 터보 분자 펌프, 오일 확산 펌프, 이온 게터 펌프, 스크롤 펌프, 또는 다른 공지된 수단 중 하나 이상 또는 이들의 조합을 포함하는 것이 전형적인 펌프 시스템(309)에 의해 진공 처리될 수 있다.

상기 전자 비임 칼럼(304)은 전자를 생성하기 위한, 쇼트키 에미터(Schottky emitter) 또는 냉 전계 에미터(cold field emitter)와 같은 전자 소스(310), 및 미세하게 집속된 전자 비임(316)을 형성하는 전자 광학 렌즈들(312, 314)을 포함한다. 전자 소스(310)는 접지 전위로 유지되는 것이 전형적인 워크 피스(work piece)(318)의 전위보다 높은 500 V 내지 30 kV 전위로 유지되는 것이 전형적이다.

따라서, 전자는 약 500 eV 내지 30 keV 입사 전압(landing energy)으로 상기 워크 피스(318)에 강한 충격을 준다. 전자의 입사 전압을 감소시키기 위해 음(-) 전위가 상기 워크 피스에 인가될 수 있고, 이는 워크 피스 표면과 전자의 상호작용 체적을 감소시키며, 그럼으로써 핵형성(nucleation) 부위의 크기를 감소시킨다. 워크 피스(318)는 예를 들면 반도체 기기, 마이크로 전자 기계 시스템(micro-electromechanical system; MEMS), 또는 리소그래피 마스크를 포함할 수 있다. 전자 비임(316)의 충격 지점은 편향 코일들(320)을 통해 워크 피스(318)의 표면상에 배치 및 주사될 수 있다. 렌즈들(312, 314) 및 편향 코일들(320)의 동작은 주사 전자 현미경 전력 공급 및 제어 유닛(322)에 의해 제어된다. 렌즈들 및 편향 유닛은 전기장, 자기장, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.

워크 피스(318)는 시료 챔버(308) 내의 가동 스테이지(movable stage)(324) 상에 있다. 스테이지(324)는 수평면(X 및 Y 축)으로 그리고 수직(Z 축)으로 이동할 수 있는 것이 바람직하며 약 60도 각도로 경사져 있고 상기 Z 축을 중심으로 회전할 수 있다. 도어(327)는 X-Y-Z 스테이지(324) 상에 워크 피스(318)를 삽입하기 위해 그리고 내부 가스 공급 리저버(도시되지 않음)의 서비스를 제공하기 위해서도 사용시 열리게 될 수 있다. 상기 도어는 시료 챔버(308)가 진공 처리될 경우에 상기 도어가 열리지 않게 하도록 연동(連動)되어 있다.

상기 진공 챔버 상에는 다수의 가스 주입 시스템(gas injection system; GIS)(330)(이들 중 2개의 가스 주입 시스템이 도시됨)이 장착되어 있다. 각각의 GIS는 전구체 또는 활성화 물질들을 수용하기 위한 리저버(reservoir)(도시되지 않음) 및 상기 워크 피스의 표면으로 가스를 안내하기 위한 니들(needle)(332)을 포함한다. 각각의 GIS는 상기 워크 피스로의 전구체 물질의 공급을 조절하는 수단(334)을 부가적으로 포함한다. 본 예에서는 상기 조절 수단이 조정식 밸브로서 도시되어 있지만, 상기 조절 수단은 또한 예를 들면 자신의 증기압 제어를 위해 전구체 물질을 가열하는 조절형 히터를 포함할 수 있을 것이다.

전자 비임(316)을 이루는 전자가 워크 피스(318)에 대해 타격할 경우에, 2차 전자, 후방산란 전자(backscattered electron), 및 오제 전자(Auger electron)가 방출되고 이미지를 형성하거나 또는 상기 워크 피드에 대한 정보를 결정하도록 검출될 수 있다. 예를 들면, 2차 전자는 저에너지 전자를 검출하는 것이 가능한 반도체 검출 기기, 또는 Everhart-Thornley 검출기와 같은 2차 전자 검출기(336)에 의해 검출된다. TEM 샘플 홀더(318) 및 스테이지(324) 하부에 위치한 STEM 검출기(362)는 상기 TEM 샘플 홀더(318) 상에 장착된 샘플을 통해 투과되는 전자를 수집할 수 있다. 상기 검출기들(336, 362)로부터의 신호들은 시스템 제어기(338)에 제공된다. 상기 제어기(338)는 또한 상기 편향 신호들, 렌즈들, 전자 소스, GIS, 스테이지 및 펌프, 및 다른 기구 아이템들을 제어한다. 모니터(340)는 상기 신호를 사용하여 상기 워크 피스의 이미지 및 사용자 제어들을 디스플레이하는데 사용된다.

상기 챔버(308)는 진공 제어기(341)의 제어 하에서 펌프 시스템(309)에 의해 진공 처리된다. 상기 진공 시스템은 챔버(308) 내에서 약 3x10^-6 mbar 진공을 제공한다. 적합한 전구체 또는 활성화 가스가 상기 샘플 표면상에 도입될 경우에, 챔버 배경 압력이 전형적으로는 대략 5x10^-5 mbar에 이르기까지 상승할 수 있다.

집속 이온 비임 칼럼(306)은 상부 목(neck) 부분(344)을 포함하고 상기 상부 목 부분(344) 내에는 이온 소스(346) 및 집속 칼럼(348)이 배치되어 있으며 상기 집속 칼럼(348)은 추출기 전극(350) 및 대물 렌즈(351)를 포함하는 정전 광학 시스템(electrostatic optical system)을 포함한다. 이온 소스(346)는 액체 금속 갈륨 이온 소스, 플라즈마 이온 소스, 액체 금속 합금 소스, 또는 다른 어떤 타입의 이온 소스를 포함할 수 있다. 집속 칼럼(348)의 축은 상기 전자 칼럼의 축으로부터 52도 각도로 경사져 있다. 이온 비임(352)은 이온 소스(346)로부터 집속 칼럼(348)을 통해 정전 편향기들(354) 사이를 지나 워크 피스(318)로 안내된다.

FIB 전력 공급 및 제어 유닛(356)은 이온 소스(346)에 걸리는 전위를 제공한다. 이온 소스(346)는 접지 전위로 유지되는 것이 전형적인 상기 워크 피스의 전위보다 높은 1 kV 내지 60 kV 전위로 유지되는 것이 전형적이다. 따라서, 이온은 약 1 keV 내지 60 keV 입사 전압(landing energy)으로 상기 워크 피스(318)에 강한 충격을 준다. FIB 전력 공급 및 제어 유닛(356)은 편향판들(354)에 연결되어 있으며 상기 편향판들(354)은 상기 이온 비임이 워크 피스(318)의 상부 표면상의 해당 패턴을 투사하게 할 수 있다. 몇몇 시스템들에서는, 상기 편향판들이 당 업계에서 잘 알려진 바와 같이 최종 렌즈 전에 배치된다. 이온 비임 집속 칼럼(348)에 내재하는 비임 블랭킹(beam blanking) 전극(도시되지 않음)은 FIB 전력 공급 및 제어 유닛(356)이 상기 비임 블랭킹 전극에 블랭킹 전압을 인가할 경우에 이온 비임(352)이 워크 피스(318) 대신에 블랭킹 애퍼처(도시되지 않음) 상에 강한 충격을 주게 한다.

상기 이온 소스(346)는 이온 밀링가공, 강화 식각(enhanced etch), 재료 증착에 의해 워크 피스(318)를 변형하기 위해, 또는 워크 피스(318)를 이미징하기 위해 상기 워크 피스(318)에서 폭이 10분의 1 마이크로미터 미만인 비임으로 집속될 수 있는 개별적으로 하전된 양(+) 갈륨 이온 비임을 제공하는 것이 전형적이다.

미국, 텍사스, 달라스 소재의 Omniprobe, Inc.로부터 시판된 AutoProbe200™, 또는 독일, 로이틀링겐 소재의 Kleindiek Nanotechnik로부터 시판된 모델 MM3A와 같은 마이크로마니퓰레이터(micromanipulator)(357)는 상기 진공 챔버 내에서 대상물들을 정확하게 이동시킬 수 있다. 마이크로마니퓰레이터(357)는 상기 진공 챔버 내에 배치된 부분(359)의 X, Y, Z, 및 세타(theta) 제어를 제공하도록 상기 진공 챔버 외부에 배치된 정밀 전기 모터들(358)을 포함할 수 있다. 상기 마이크로마니퓰레이터(357)에는 작은 대상물들을 조작하기 위한 서로 다른 엔드 이펙터(end effector)들이 설치될 수 있다. 본원 명세서에서 설명한 실시 예들에서는, 상기 엔드 이펙터가 얇은 프로브(360)이다. 선행기술에 공지되어 있는 바와 같이, 마이크로마니퓰레이터(또는 마이크로프로브)는 (전형적으로는 이온 비임에 의해 기판으로부터 제작된) TEM 샘플을 분석을 위해 TEM 샘플 홀더(318)로 이송하는데 사용될 수 있다.

여기서 유념해야 할 점은 도 3이 간결성을 위해 전형적인 이중 비임 시스템의 요소들 모두를 포함하고 있지 않으며 모든 요소들의 실제 외관 및 크기 또는 모든 요소들 간의 관계를 반영하지 않은 개략적인 도면이라는 점이다.

본 발명이 채용될 수 있는 하나의 적합한 S/TEM 샘플 관리 도구 수트는 본 발명의 양수인에 의해 공동 소유되어 있으며 개시 내용이 본원 명세서에 참조병합되는 Arjavac과 그의 동료 명의의 미국 특허 제8,890,064호에 기재되어 있다. 그러한 샘플 관리 수트는 라멜라를 생성하기 위한 이중 비임 또는 FIB 시스템, 라멜라 추출 도구, 및 상기 라멜라를 검사하기 위한 S/TEM 시스템에 동작 가능하게 접속된(또는 라멜라를 생성하기 위한 이중 비임 또는 FIB 시스템, 라멜라 추출 도구, 및 상기 라멜라를 검사하기 위한 S/TEM 시스템과 통합된) Fab 호스트 컴퓨터 및 프로세스 제어기를 포함하는 것이 일반적이다. 선행기술의 도구 수트와 본 발명의 시스템을 합체하는 것은 자동화 워크 플로우를 제공하도록 프로그래밍을 통해 본원 명세서에서 설명한 개선된 이중 비임 시스템을 설치하는 것을 포함한다. 상기 프로세스 제어기는 또한 연구해야 할 각각의 결함 또는 관심 영역에 대한 원하는 라멜라 크기들 및 배향들 그리고 결함 위치들을 지정하도록 프로그램될 수 있다. 상기 프로세스 호스트 또는 다른 머신은 본원 명세서에서 설명한 여러 단계에서 이중 비임 시스템 제어기로부터의 요구들에 응답하여 구체적인 CAD 데이터를 제공할 수 있도록 프로그래밍 조정을 필요로 할 수 있다. 그러나 몇몇 기존의 시스템들은 상기 네트워크에 동작 가능하게 접속되어 있고 요구들에 응답하여 지정된 CAD 데이터를 제공할 수 있는 CAD 데이터베이스를 사전에 포함한다. 상기 시스템 제어기 또는 프로세스 제어기는 본원 명세서에서 설명한 바와 같이 FIB 이미지들을 합성하도록 부가적으로 프로그램될 수 있다.

위에서 설명한 자동화 워크플로우 프로세스들이 비임 정렬 및 자동화 라멜라 생성에 중점을 두고 있지만, 결함 검토 프로세스를 위한 레시피는 상기 병합된 미국 특허 제8,890,064호에 기재되어 있는 바와 같은 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM) 결함 검토 도구를 위한 이하의 매개변수들 중 일부 또는 모두를 부가적으로 포함할 수 있다: 웨이퍼 회전(해당하는 경우); 웨이퍼 정렬 지점(광학 및 전자 비임); 테스트 다이의 추가/제거; 웨이퍼 경사(해당하는 경우); SEM 칼럼-입사 전압; SEM 칼럼-전류; SEM 칼럼-추출 전류; 비디오 레벨, 초점 매개변수, 개시 시야(field of view; FOV)와 같은 자동 결함 로케이터(Automatic Defect Locator; ADL) 매개변수; FOV; 획득 시간 또는 프레임; 자동 결함 분류(Automatic Defect Classification; ADC); 자동 초점; 전하 제어; 콘트라스트 및 휘도 설정(해당하는 경우); 및 결함 샘플링. 이러한 서로 다른 매개변수들 각각은 위에서 설명한 바와 같은 검사 결과들로부터 결정될 수 있다. 분명한 점으로는, 상기 레시피에 포함되는 매개변수들이 예를 들면 상기 결함 검토 도구의 구성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 위에 기재한 매개변수들은 전자 비임 기반 결함 검토 도구에 적합할 수 있으며, 서로 다른 타입의 결함 검토 도구(예컨대, 고분해능 광학 이미징 시스템)를 위한 레시피는 서로 다른 세트의 매개변수들을 포함할 수 있다.

지금까지 본 발명 및 본 발명의 이점들이 구체적으로 설명되었지만, 여기서 이해하여야 할 점은 첨부한 청구항들에 의해 정해지는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 여러 변경, 대체 및 변형이 본원 명세서에서 이루어질 수 있다는 점이다. 본원 명세서에 기재되어 있는 특징들의 조합들은 한정적인 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본원 명세서에 기재되어 있는 특징들은 본 발명에 따른 임의의 작용 조합 또는 부분조합에서 사용될 수 있다. 더욱이, 본원 명세서에 기재되어 있는 여러 신규한 워크플로우 프로세스들은 상기 병합된 특허에 기재되어 있는 프로세스들과 같은 선행기술의 워크플로우들을 개선하는데 채용될 수 있으므로, 상기 설명은 기준 위치가 워크플로우에서 확인되어야 하거나, SEM 또는 FIB 비임 정렬이 확인되어야 하는 병합을 뒷받침하는 것으로 해석되어야 한다. 그러므로 이러한 설명은 본원 명세서에 기재되어 있는 특징들의 임의의 작용 조합 또는 일부 부분조합에 대해 미국 특허법 및 임의의 관련 외국 특허법에 따라 기재에 의한 뒷받침을 제공하는 것으로 해석되어야 한다.

더욱이, 본원의 범위는 본원 명세서에 기재되어 있는 프로세스, 머신, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시 예들에 국한하도록 의도된 것이 아니다. 당업자라면 본 발명의 개시내용으로부터 쉽게 알 수 있겠지만, 본원 명세서에 기재되어 있는 해당 실시 예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 해당 실시 예들과 실질적으로 동일한 결과를 이루는 현재 존재하거나 차후에 개발될 프로세스, 머신, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법, 또는 단계가 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 따라서, 첨부한 청구항들은 상기 청구항들의 범위 내에서 그러한 프로세스, 머신, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법, 또는 단계를 포함하도록 의도된 것이다.

본 발명의 몇몇 실시 예들에서는, 이중 하전 입자 비임 시스템에서 반도체 샘플이 이하의 방법을 사용하여 자동으로 제작되며,

상기 방법은,

샘플 챔버에서 검사해야 할 반도체 다이 샘플의 관심 영역에 대해 상기 이중 하전 입자 비임 시스템을 위치하는 단계;

집속 이온 비임(focused ion beam; FIB) 증착을 통해, 상기 관심 영역에 대해 원하는 위치들에서 제1 정밀도 기준 마커 및 하나 이상의 추가 기준 마커들을 형성하는 단계;

상기 관심 영역의 제1 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM) 이미지를 획득하는 단계;

상기 관심 영역을 기술(description)하는 컴퓨터 지원 설계(computer aided design; CAD) 데이터를 회수하는 단계;

상기 관심 영역을 기술하는 CAD 데이터로부터 제2 SEM 이미지를 합성하는 단계;

상기 제1 SEM 이미지에 상기 하나 이상의 추가 기준 마커들을 마스킹하고 상기 마스킹된 제1 SEM 이미지 및 상기 제2 SEM 이미지를 비교하여 상기 정밀도 기준 마커의 실제 위치에 대한 최종 보정 오프셋을 결정하는 단계;

상기 최종 보정 오프셋을 상기 정밀도 기준 마커의 위치에 적용하는 단계;

상기 정밀도 기준 마커의 보정 위치에 기반하여, 상기 샘플에 대해 상기 FIB의 위치를 조정하고, 상기 FIB를 통해 밀링가공을 수행하여 검사를 위한 샘플 라멜라(sample lamella)를 생성하는 단계;

를 포함한다.

몇몇 실시 예들에서는, 상기 이중 하전 입자 비임 시스템을 위치하는 단계는 획득된 이미지와 CAD 데이터를 비교하여 원하는 시야(視野; field of view)로 정렬하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시 예들에서는, 원하는 시야로 정렬하는 단계는,

a. 상기 반도체 다이 샘플 상의 정렬 마크를 포함하는 사전 SEM 이미지를 획득하는 단계;

b. 상기 정렬 마스크의 위치를 기술하는 CAD 데이터를 획득하는 단계;

c. 상기 CAD 데이터와 상기 사전 SEM 이미지를 비교하고 제1 정렬 보정 오프셋을 결정하는 단계; 및

d. 상기 제1 정렬 보정 오프셋에 기반하여, 상기 이중 하전 입자 비임 시스템의 비임 경로들의 위치에 대해 상기 샘플의 위치를 조정하여 상기 비임 경로들을 상기 관심 영역으로 안내하는 단계;

를 포함한다.

몇몇 실시 예들에서는, 상기 반도체 샘플의 자동 제작 방법이,

상기 기준 마커들의 FIB 증착 전에,

a. FIB 기기로부터 FIB 이미지를 획득하는 단계;

b. 상기 관심 영역을 기술하는 CAD 데이터로부터 FIB 이미지를 합성하는 단계;

c. 상기 합성된 FIB 이미지와 상기 획득된 FIB 이미지를 비교하여 FIB 보정 오프셋을 생성하는 단계; 및

d. 상기 FIB 보정 오프셋을 상기 샘플의 위치에 적용하는 단계;

를 포함한다.

몇몇 실시 예들에서는, 상기 반도체 샘플의 자동 제작 방법이, 상기 기준 마커들의 FIB 증착 전에, 획득된 FIB 이미지와 획득된 SEM 이미지를 비교하고, 상기 비교의 결과에 기반하여 FIB 비임에 대한 추적 위치를 업데이트함으로써 FIB 비임을 정렬하는 단계;를 포함한다.

몇몇 실시 예들에서는, 상기 반도체 샘플의 자동 제작 방법이, 상기 FIB 증착 전에, 상기 관심 영역 중 적어도 일부 상에 보호층을 증착하는 단계;를 부가적으로 포함한다.

몇몇 실시 예들에서는, 상기 보호층이 전자 비임 유도 증착(electron beam-induced deposition; EBID)에 의해 증착된다.

몇몇 실시 예들에서는, 상기 EBID를 통해 상기 보호층을 증착하는 것이,

a. 상기 이중 하전 입자 비임 시스템을 위치한 다음에, 상기 시야의 SEM 이미지를 획득하는 단계;

b. 상기 반도체 다이 샘플의 관심 영역의 위치를 기술하는 CAD 데이터를 획득하는 단계;

c. 상기 획득된 CAD 데이터로부터 SEM 이미지를 합성하는 단계;

d. 상기 합성된 SEM 이미지와 상기 획득된 SEM 이미지를 비교하여 SEM 정렬 보정 오프셋을 결정하는 단계;

e. 상기 SEM 정렬 보정 오프셋을 상기 FIB의 위치에 적용하는 단계; 및

f. EBID를 통해 상기 보호층을 증착하는 단계;

를 부가적으로 포함한다.

몇몇 실시 예들에서는, 하나 이상의 추가 기준 마커들을 마스킹할 경우에, 상기 보호층도 마스킹된다.

본 발명의 몇몇 실시 예들에서는, 이중 하전 입자 비임 시스템에서 반도체 샘플을 자동으로 제작하는 방법이 제공되며,

상기 방법은,

획득된 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM) 이미지와 컴퓨터 지원 설계(computer aided design; CAD) 데이터를 비교하고 상기 비교 결과로 얻어진 SEM 보정 오프셋을 적용함으로써 샘플 챔버에 내재하는 샘플 상의 원하는 관심 특징과 상기 이중 하전 입자 비임 시스템의 주사 전자 현미경(SEM) 비임을 정렬하는 단계;

비임 유도 증착을 통해, 적어도 관심 영역 일부 상에 보호층을 증착하는 단계;

집속 이온 비임(focused ion beam; FIB)을 통해, 관심 영역에 대해 원하는 위치들에서 제1 정밀도 기준 마커 및 하나 이상의 추가 기준 마커들을 생성하는 단계;

관심 영역의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 획득하는 단계;

관심 영역을 기술하는 CAD 데이터를 회수하는 단계;

관심 영역을 기술하는 CAD 데이터로부터 제2 SEM 이미지를 합성하는 단계;

상기 제1 SEM 이미지에 상기 하나 이상의 추가 기준 마커들 및 상기 보호층을 마스킹하고 상기 마스킹된 제1 SEM 이미지 및 상기 제2 SEM 이미지를 비교하여 상기 정밀도 기준 마커의 실제 위치를 위한 최종 보정 오프셋을 결정하는 단계;

상기 최종 보정 오프셋을 상기 FIB의 위치에 적용하고 상기 보정 위치를 참조해 FIB 밀링가공을 수행하여 검사를 위한 샘플 라멜라(sample lamella)를 생성하는 단계;

를 포함한다.

몇몇 실시 예들에서는, 상기 반도체 샘플의 자동 제작 방법이, 상기 기준 마커들을 생성하기 전에, FIB 기기로부터 FIB 이미지를 획득하는 단계; 관심 영역을 기술하는 CAD 데이터로부터 FIB 이미지를 합성하는 단계; 상기 합성된 FIB 이미지와 상기 획득된 FIB 이미지를 비교하여 FIB 보정 오프셋을 생성하는 단계; 상기 FIB 보정 오프셋을 상기 샘플에 대한 FIB의 위치에 적용하는 단계;를 부가적으로 포함한다.

본 발명의 몇몇 실시 예들에서는, 자동화 샘플 제작 시스템이 제공되며,

상기 자동화 샘플 제작 시스템은,

샘플 챔버를 겨누고 있는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM), 집속 이온 비임(focused ion beam; FIB) 양자 모두를 포함하는 이중 비임 주사 및 밀링가공 시스템, 상기 SEM 및 FIB에 작동 가능하게 연결되어 있으며 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 시스템 제어기 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들이 저장된 유형(有形)의 비일시적 컴퓨터 매체를 포함하고,

상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들은,

관심 영역의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 획득하는 단계;

관심 영역을 기술하는 CAD 데이터를 회수하는 단계;

를 수행하도록 이루어진다.

몇몇 실시 예들에서는, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들이,

상기 기준 마커들의 FIB 증착 전에,

a. FIB 기기로부터 FIB 이미지를 획득하는 단계;

b. 관심 영역을 기술하는 CAD 데이터로부터 FIB 이미지를 합성하는 단계;

를 부가적으로 수행하도록 이루어진다.

몇몇 실시 예들에서는, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들이, 상기 기준 마커들의 FIB 증착 전에, 획득된 FIB 이미지와 획득된 SEM 이미지를 비교하고, 상기 비교의 결과에 기반하여 FIB 비임에 대한 추적 위치를 업데이트함으로써 FIB 비임을 정렬하는 단계;를 부가적으로 수행하도록 이루어진다.

몇몇 실시 예들에서는, 상기 자동화 샘플 제작 시스템이,

상기 샘플로부터 하나 이상의 라멜라들을 제거하도록 동작 가능한 플러커(plucker) 기기;

상기 플러커 기기로부터의 하나 이상의 라멜라들을 수용하여 주사를 수행하도록 동작 가능한 투과 전자 현미경(transmission electron microscope; TEM);

상기 이중 비임 주사 및 밀링가공 시스템, 상기 플러커 기기, 및 상기 TEM에 동작 가능하게 연결되며 자동화 워크플로우(automated workflow) 기능들을 실행하도록 하는 명령을 상기 이중 비임 주사 및 밀링가공 시스템, 상기 플러커 기기, 및 상기 TEM에 내리도록 동작 가능한 프로세스 제어기;

를 부가적으로 포함한다.

Claims

이중 하전 입자 비임 시스템에서 반도체 샘플을 자동으로 제작하는 방법에 있어서,
상기 방법은,
샘플 챔버에서 검사해야 할 반도체 다이 샘플의 관심 영역에 대해 상기 이중 하전 입자 비임 시스템을 위치하는 단계;
집속 이온 비임(focused ion beam; FIB) 증착을 통해, 상기 관심 영역에 대해 원하는 위치들에서 제1 정밀도 기준 마커 및 하나 이상의 추가 기준 마커들을 형성하는 단계;
상기 관심 영역의 제1 주사 전자 현미경(scanning electronic microscope; SEM) 이미지를 획득하는 단계;
상기 관심 영역을 기술(description)하는 컴퓨터 지원 설계(computer aided design; CAD) 데이터를 회수하는 단계;
상기 관심 영역을 기술하는 CAD 데이터로부터 제2 SEM 이미지를 합성하는 단계;
상기 제1 SEM 이미지에 상기 하나 이상의 추가 기준 마커들을 마스킹하고 상기 마스킹된 제1 SEM 이미지 및 상기 제2 SEM 이미지를 비교하여 상기 정밀도 기준 마커의 실제 위치에 대한 최종 보정 오프셋을 결정하는 단계;
상기 최종 보정 오프셋을 상기 정밀도 기준 마커의 위치에 적용하는 단계;
상기 정밀도 기준 마커의 보정 위치에 기반하여, 상기 샘플에 대해 상기 FIB의 위치를 조정하고, 상기 FIB를 통해 밀링가공을 수행하여 검사를 위한 샘플 라멜라(sample lamella)를 생성하는 단계;
를 포함하는, 반도체 샘플의 자동 제작 방법.
제1항에 있어서,
상기 이중 하전 입자 비임 시스템을 위치하는 단계는 획득된 이미지와 CAD 데이터를 비교하여 원하는 시야(視野; field of view)로 정렬하는 단계를 포함하는, 반도체 샘플의 자동 제작 방법.
제2항에 있어서,
원하는 시야로 정렬하는 단계는,
(a) 상기 반도체 다이 샘플 상의 정렬 마크를 포함하는 사전 SEM 이미지를 획득하는 단계;
(b) 상기 정렬 마크의 위치를 기술하는 CAD 데이터를 획득하는 단계;
(c) 상기 CAD 데이터와 상기 사전 SEM 이미지를 비교하고 제1 정렬 보정 오프셋을 결정하는 단계; 및
(d) 상기 제1 정렬 보정 오프셋에 기반하여, 상기 이중 하전 입자 비임 시스템의 비임 경로들의 위치에 대해 상기 샘플의 위치를 조정하여 상기 비임 경로들을 상기 관심 영역으로 안내하는 단계;
를 포함하는, 반도체 샘플의 자동 제작 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반도체 샘플의 자동 제작 방법은,
상기 기준 마커들의 FIB 증착 전에,
(a) FIB 기기로부터 FIB 이미지를 획득하는 단계;
(b) 상기 관심 영역을 기술하는 CAD 데이터로부터 FIB 이미지를 합성하는 단계;
(c) 상기 합성된 FIB 이미지와 상기 획득된 FIB 이미지를 비교하여 FIB 보정 오프셋을 생성하는 단계; 및
(d) 상기 FIB 보정 오프셋을 상기 샘플의 위치에 적용하는 단계;
를 부가적으로 포함하는, 반도체 샘플의 자동 제작 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반도체 샘플의 자동 제작 방법은,
상기 기준 마커들의 FIB 증착 전에,
획득된 FIB 이미지와 획득된 SEM 이미지를 비교하고, 상기 비교의 결과에 기반하여 FIB 비임에 대한 추적 위치를 업데이트함으로써 FIB 비임을 정렬하는 단계;
를 부가적으로 포함하는, 반도체 샘플의 자동 제작 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반도체 샘플의 자동 제작 방법은,
상기 FIB 증착 전에,
상기 관심 영역 중 적어도 일부 상에 보호층을 증착하는 단계;
를 부가적으로 포함하는, 반도체 샘플의 자동 제작 방법.
제6항에 있어서,
상기 보호층은 전자 비임 유도 증착(electron beam-induced deposition; EBID)에 의해 증착되는, 반도체 샘플의 자동 제작 방법.
제7항에 있어서,
상기 EBID를 통해 상기 보호층을 증착하는 것은,
(a) 상기 이중 하전 입자 비임 시스템을 위치한 다음에, 상기 시야의 SEM 이미지를 획득하는 단계;
(b) 상기 반도체 다이 샘플의 관심 영역의 위치를 기술하는 CAD 데이터를 획득하는 단계;
(c) 상기 획득된 CAD 데이터로부터 SEM 이미지를 합성하는 단계;
(d) 상기 합성된 SEM 이미지와 상기 획득된 SEM 이미지를 비교하여 SEM 정렬 보정 오프셋을 결정하는 단계;
(e) 상기 SEM 정렬 보정 오프셋을 상기 FIB의 위치에 적용하는 단계; 및
(f) EBID를 통해 상기 보호층을 증착하는 단계;
를 부가적으로 포함하는, 반도체 샘플의 자동 제작 방법.
제6항에 있어서,
상기 반도체 샘플의 자동 제작 방법은,
상기 하나 이상의 추가 기준 마커들을 마스킹할 경우에, 상기 보호층도 마스킹하는 단계;
를 부가적으로 포함하는, 반도체 샘플의 자동 제작 방법.
이중 하전 입자 비임 시스템에서 반도체 샘플을 자동으로 제작하는 방법에 있어서,
상기 방법은,
획득된 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM) 이미지와 컴퓨터 지원 설계(computer aided design; CAD) 데이터를 비교하고 상기 비교 결과로 얻어진 SEM 보정 오프셋을 적용함으로써 샘플 챔버에 내재하는 샘플 상의 원하는 관심 특징과 상기 이중 하전 입자 비임 시스템의 주사 전자 현미경(SEM) 비임을 정렬하는 단계;
비임 유도 증착을 통해, 적어도 관심 영역 일부 상에 보호층을 증착하는 단계;
집속 이온 비임(focused ion beam; FIB)을 통해, 관심 영역에 대해 원하는 위치들에서 제1 정밀도 기준 마커 및 하나 이상의 추가 기준 마커들을 생성하는 단계;
관심 영역의 제1 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 획득하는 단계;
관심 영역을 기술하는 CAD 데이터를 회수하는 단계;
관심 영역을 기술하는 CAD 데이터로부터 제2 SEM 이미지를 합성하는 단계;
상기 제1 SEM 이미지에 상기 하나 이상의 추가 기준 마커들 및 상기 보호층을 마스킹하고 상기 마스킹된 제1 SEM 이미지 및 상기 제2 SEM 이미지를 비교하여 상기 정밀도 기준 마커의 실제 위치를 위한 최종 보정 오프셋을 결정하는 단계;
상기 최종 보정 오프셋을 상기 FIB의 위치에 적용하고 상기 정밀도 기준 마커의 보정 위치를 참조해 FIB 밀링가공을 수행하여 검사를 위한 샘플 라멜라(sample lamella)를 생성하는 단계;
를 포함하는, 반도체 샘플의 자동 제작 방법.
제10항에 있어서,
상기 반도체 샘플의 자동 제작 방법은,
상기 기준 마커들을 생성하기 전에,
FIB 기기로부터 FIB 이미지를 획득하는 단계;
관심 영역을 기술하는 CAD 데이터로부터 FIB 이미지를 합성하는 단계;
상기 합성된 FIB 이미지와 상기 획득된 FIB 이미지를 비교하여 FIB 보정 오프셋을 생성하는 단계;
상기 FIB 보정 오프셋을 상기 샘플에 대한 FIB의 위치에 적용하는 단계;
를 부가적으로 포함하는, 반도체 샘플의 자동 제작 방법.
자동화 샘플 제작 시스템으로서, 자동화 샘플 제작 시스템은, 샘플 챔버를 겨누고 있는 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM), 집속 이온 비임(focused ion beam; FIB) 양자 모두를 포함하는 이중 비임 주사 및 밀링가공 시스템, SEM 및 FIB에 작동 가능하게 연결되어 있으며 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 시스템 제어기 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들이 저장된 유형(有形)의 비일시적 컴퓨터 매체를 포함하는, 자동화 샘플 제작 시스템에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들은,
획득된 주사 전자 현미경(scanning electron microscope; SEM) 이미지와 컴퓨터 지원 설계(computer aided design; CAD) 데이터를 비교하고 상기 비교 결과로 얻어진 SEM 보정 오프셋을 적용함으로써 샘플 챔버에 내재하는 샘플 상의 원하는 관심 특징과 이중 하전 입자 비임 시스템의 주사 전자 현미경(SEM) 비임을 정렬하는 단계;
비임 유도 증착을 통해, 적어도 관심 영역 일부 상에 보호층을 증착하는 단계;
집속 이온 비임(focused ion beam; FIB)을 통해, 관심 영역에 대해 원하는 위치들에서 제1 정밀도 기준 마커 및 하나 이상의 추가 기준 마커들을 생성하는 단계;
관심 영역의 제1 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 획득하는 단계;
관심 영역을 기술하는 CAD 데이터를 회수하는 단계;
관심 영역을 기술하는 CAD 데이터로부터 제2 SEM 이미지를 합성하는 단계;
상기 제1 SEM 이미지에 상기 하나 이상의 추가 기준 마커들 및 상기 보호층을 마스킹하고 상기 마스킹된 제1 SEM 이미지 및 상기 제2 SEM 이미지를 비교하여 상기 정밀도 기준 마커의 실제 위치를 위한 최종 보정 오프셋을 결정하는 단계;
상기 최종 보정 오프셋을 상기 FIB의 위치에 적용하고 상기 정밀도 기준 마커의 보정 위치를 참조해 FIB 밀링가공을 수행하여 검사를 위한 샘플 라멜라(sample lamella)를 생성하는 단계;
를 수행하도록 이루어지는, 자동화 샘플 제작 시스템.
제12항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들은,
상기 기준 마커들의 FIB 증착 전에,
(a) FIB 기기로부터 FIB 이미지를 획득하는 단계;
(b) 관심 영역을 기술하는 CAD 데이터로부터 FIB 이미지를 합성하는 단계;
(c) 상기 합성된 FIB 이미지와 상기 획득된 FIB 이미지를 비교하여 FIB 보정 오프셋을 생성하는 단계; 및
(d) 상기 FIB 보정 오프셋을 상기 샘플의 위치에 적용하는 단계;
를 부가적으로 수행하도록 이루어지는, 자동화 샘플 제작 시스템.
제12항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들은,
상기 기준 마커들의 FIB 증착 전에,
획득된 FIB 이미지와 획득된 SEM 이미지를 비교하고, 상기 비교의 결과에 기반하여 FIB 비임에 대한 추적 위치를 업데이트함으로써 FIB 비임을 정렬하는 단계;
를 부가적으로 수행하도록 이루어지는, 자동화 샘플 제작 시스템.
제12항에 있어서,
상기 자동화 샘플 제작 시스템은,
상기 샘플로부터 하나 이상의 라멜라들을 제거하도록 동작 가능한 플러커(plucker) 기기;
상기 플러커 기기로부터의 하나 이상의 라멜라들을 수용하여 주사를 수행하도록 동작 가능한 투과 전자 현미경(transmission electron microscope; TEM);
상기 이중 비임 주사 및 밀링가공 시스템, 상기 플러커 기기, 및 상기 TEM에 동작 가능하게 연결되며 자동화 워크플로우(automated workflow) 기능들을 실행하도록 하는 명령을 상기 이중 비임 주사 및 밀링가공 시스템, 상기 플러커 기기, 및 상기 TEM에 내리도록 동작 가능한 프로세스 제어기;
를 부가적으로 포함하는, 자동화 샘플 제작 시스템.