KR20070101625A - 전자 빔을 이용한 서브표면 이미징 - Google Patents

전자 빔을 이용한 서브표면 이미징 Download PDF

Info

Publication number
KR20070101625A
KR20070101625A KR1020060032851A KR20060032851A KR20070101625A KR 20070101625 A KR20070101625 A KR 20070101625A KR 1020060032851 A KR1020060032851 A KR 1020060032851A KR 20060032851 A KR20060032851 A KR 20060032851A KR 20070101625 A KR20070101625 A KR 20070101625A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
subsurface
image
electron beam
electrons
workpiece
Prior art date
Application number
KR1020060032851A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101275943B1 (ko
Inventor
피터 디. 칼슨
Original Assignee
에프이아이 컴파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에프이아이 컴파니 filed Critical 에프이아이 컴파니
Priority to KR1020060032851A priority Critical patent/KR101275943B1/ko
Publication of KR20070101625A publication Critical patent/KR20070101625A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101275943B1 publication Critical patent/KR101275943B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
    • G01N23/2251—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion using incident electron beams, e.g. scanning electron microscopy [SEM]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304—Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24592—Inspection and quality control of devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817—Pattern inspection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/31—Processing objects on a macro-scale

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

표면을 관통하여 서브표면 이미지를 생성하기 충분한 에너지를 갖는 전자 빔을 사용하는 서브표면 이미징에 의해 극미세 구조를 항행(navigating)하고 중단 지점을 결정(endpointing)하는 방법. 중단 지점을 결정하는 방법에서, 상기 서브표면 이미지는 특정 전자 에너지에서 비교적 명확하고, 사용자는 매립된 특징부에 도달함을 알 수 있다. 항행 방법에서, 소자상에서 빔의 위치를 결정하도록 서브표면 이미지는 기준점 또는 다른 특징부들로 형성될 수 있다.

Description

전자 빔을 이용한 서브표면 이미징{Subsurface Imaging Using an Electron Beam}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 구현하는데 사용될 듀얼 빔(이온 막대 및 전자 막대) 시스템을 도식한다.
도 2A ~ 2D는 다양한 전자 빔 전압을 사용해 매립된 금속 층을 나타내는 이미지를 도식한다.
도 3A ~ 3B는 서로 다른 시스템 매개변수에서 획득된 도 2A ~ 2D의 매립된 금속 층의 이미지를 도식한다.
도 4는 반도체 소자에서 사용되는 바람직한 실시예를 도식하는 순서도이다.
도 5는 도 4의 단계를 사용하여 작동되는 소자를 도식한다.
도 6은 시스템 좌표와 워크피스 좌표를 관련 짓는 바람직한 실시예를 도식한 순서도이다.
도 7은 도 6에서 나타낸 방법에 의해 동작되는 웨이퍼를 도식한다.
본 발명은 워크피스의 표면 아래에 매립되어 있는 극미세 특징부들을 이용하 는 중단 지점 결정을 포함하는 항법(navigation)에 관한 방법이다.
근래의 집적 회로는 전도체, 절연체, 반도체의 다중 층으로 구성되어 있다. 근래의 다수의 집적 회로는 "플립 칩"기술을 이용해 조립되며, 상기 기술에서, 회로가 뒤집혀서 캐리어 위에 구축된다. 칩이 구축된 후에 이러한 회로의 내부 층을 조사하거나 변경하도록 후면에서 상기 회로에 접근할 필요가 있다. 반도체 웨이퍼가 몇백 미크론의 두께를 갖는 것이 통상적이고, 그래서 상기 회로에 도달하기 전에 상기 회로 후면에서 충분한 양의 물질을 제거할 필요가 있다. 후면에서 회로에 접근할 때, 항법(navigation)을 위한 참조 지점이 없다. 즉, 회로가 위치한 특정 특징부가 정확히 어디인지를 판단하기가 쉽지 않다. 그러므로 플립 칩상에서 상기 회로에 접근하기 위해, 회로를 뒤쪽에서 노출시키도록 어디서 물질을 제거해야 하는지를, 그리고 회로의 손상을 방지하기 위해, 물질을 제거하는 것을 언제 정지해야 하는지를 결정해야 한다. 밀링(milling)하는 것을 정지할 때를 결정하는 것이 이른바 "중단 지점"이다.
후면 물질을 제거하는 것은 통상적으로 몇 가지 단계에 걸쳐 수행된다. 첫 단계에는 통상적으로 기계화학적 연마 같은 공정이 포함되며, 이는 칩 전체를 취급하는 데 있어 기계적인 힘을 제공하기 충분한 물질을 남겨두고, 칩을 신속히 얇게 만들 수 있다. 그 다음 단계는 관심 회로 특징부의 임시 위치상의 중간에 위치한 물질에 큰 구멍을 만드는 단계를 포함한다. 이러한 공정은 레이저 또는 이온 빔을 사용해 실행되는 것이 통상적이다. 물질을 신속히 제거하는 공정에서는 정확한 깊이에서 정지되는 것이 불가능하며, 그래서 후면 구멍이 회로에 도달하고, 또 다른 더욱 정확한 공정이 사용되는 것이 통상적이다.
회로의 후면에서 천천히 접근하는 방법에서는 "중단-지점" 기법에 따라 이온 빔을 사용하며, 상기 중단-지점 기법은 노출될 특징부에 인접하거나 다다랐을 때를 지시하는 것이다. 중단-지점 기법에서, 구멍 내부에서 광이 보여지고, 상기 구멍이 회로의 트랜지스터 영역에 도달함에 따라, 상기 광이 전류를 유도한다. 광학 빔이 전류 증가를 유도함에 따라, 사용자는 회로의 트랜지스터 영역에 더 가까이 간다는 것을 안다.
또 다른 중단 지점 기법은 Lundquist의 U.S. 공개 특허 번호 2002/0074494에 설명되어 있고, 상기 기법에서는 회로의 활성 트랜지스터 영역에 후면에서 도달하도록 포커스 이온 빔 밀링을 사용한다. 상기 이온 빔이 상기 회로에 접근함에 따라, 트랜지스터를 통과하는 누설 전류를 야기하는 전하 캐리어가 발생된다. 상기 이온 빔이 변조되고, 주파수 반응형 증폭기가 파워 서플라이 누설 전류을 변조 주파수에서 증폭한다. 상기 전류가 특정 레벨를 획득할 때, 사용자는 이온 빔이 상기 활성 트랜지스터 영역에 매우 가까이 있다고 추측한다. 이러한 방법에 의해 사용자가 활성 트랜지스터 영역에 가까이 다가간 때를 알 수 있지만, 표면 어디에 이온 빔이 가해지는 지에 대한 정보, 즉 활성 트랜지스터 영역 근접에 가해진다는 것 이상의 정보는 제공되지 않는다.
플립 칩의 후면 또는 종래 회로의 전면 중 어디에서, 언제 밀링을 중지할 것인가를 결정하는 것에 관한 일반적인 기법은 층이 밀링될 때 회로의 이미지를 관찰하기 위한 것이다. 광학 현미경이 이미지를 형성하기 위해 사용될 수 있으며, 광학 현미경의 분해능은 약 0.5㎛임에도 불구하고, 이는 회로 특징부를 관찰하기에 불충분하며, 약 0.1㎛일 수도 있다. 극미세 장치를 관찰하기 더 적합한 방법은 스캐닝 이온 현미경 사용 또는 스캐닝 전자 현미경 사용 같은 충전되는 입자 빔 이미징을 사용하는 것이다.
포커스 이온 빔 또는 전자 빔 같은 충전되는 입자 빔은 표면을 가로질러 스캔한다. 충전되는 입자 빔의 영향으로 인해 2차 전자, 산란된 전자 및 이온을 포함하는 다양한 입자들이 분사된다. 각각의 지점에서 발산된 입자들의 수는 상기 지점에서의 조성물 및 토포그래피에 대응한다. 대응 지점에서의 표면으로부터 발산된 입자의 수에 대응하는 이미지상의 각 지점들의 밝기를 갖고, 이미지가 비디오 모니터상에 형성된다. 이미지가 회로에 관한 알려진 정보에 연관되어 있을 경우, 이미지는 항법을 위한 정보를 제공할 수 있다.
워크피스는 통상적으로 스테이지에 의해 지지된다. 상기 스테이지는 3개의 차원("X", "Y", "Z")으로 이동할 수 있고, 상기 스테이지 및 빔의 이동은 시스템 좌표를 사용하여 특정되고 제어된다. 워크피스는 통상적으로, 설계자에 의해 다양한 특징부들이 형성되는 곳을 특정하도록 사용되는 고유의 시스템 좌표를 갖는다. 워크피스에 포함되어 있는 "기준점"이라고 일컬어지는 등록 마크를 찾음으로써, 워크피스 좌표를 시스템 좌표와 연계시키는 것이 가능해짐으로써 상기 워크피스 좌표를 이용해 사용자는 상기 워크피스상에서 위치를 특정할 수 있고, 상기 시스템은 스테이지를 제거하고 상기 특정 위치로 빔의 방향(즉, 항법(navigation))을 잡을 수 있다. 이러한 상호 작용을 등록이라 일컫는다. 칩의 후면에서 밀링을 행하는 동 안, 상기 기준점은 보이지 않으며 그에 따라 워크피스를 등록하기, 그리고 용망 위치를 찾기 어렵다.
이미징 기법이 평면에서의 항법에 유용하지만, 이러한 기법은 중단 지점에 대한 단점을 가진다. 층이 노출되는 때를 결정하기 위해 이미징을 사용할 때, 상기 층은 중단 지점이 결정되기 전에 손상될 수 있다. 덧붙여, 회로의 어디로 빔이 위치하는 지를 결정하기 위하여 이미지 내의 참조 지점을 찾기 위해, 비교적 넓은 영역에서 시행 착오를 겪을 필요가 있으며, 노출된 각각의 영역에 잠재적으로 손상을 입히게 된다.
Zaluzec의 U.S. 특허 번호 6548810의 "Scanning Confocal Electron Microscope"는 기판 특징부들을 이미징할 수 있는 전자 현미경에 대해 설명하고 있으나 시스템은 전송된 전자를 사용하기 때문에, 기판은 비교적 얇으며 상기 시스템이 전송된 전자를 검출하도록 설정되므로, SEM에 대해 쉽게 사용할 수 없다.
매립된 기판 특징부를 갖는 반도체 칩 또는 다른 워크피스상의 항법 또는 중단 지점에 대해 개선된 방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 매립 극미세 특징부들의 위치를 판단하기 위한(가령, 물리적 시스템의 좌표를 시스템의 이미지 좌표 또는 컴퓨터 설계 정보에 관련시키는 것), 매립 특징부에 도달한 밀링 동작을 중지할 시점을 판단하기 위한 서브표면 관찰 방법을 제공하는 것이다.
충전된 입자 빔이 2차 전자, 산란 전자가 생성되는 표면에 충격을 준다. 2차 전자 및 산란 전자의 숫자와 양이 상기 표면에 대한 정보를 제공한다. 이온 빔이 표면에 충격을 줄 때, 서브표면의 전자 충전이 이미징에 대한 특징부들의 약간의 콘트라스트를 제공할 수 있더라도, 분출된 전자는 표면의 윗부분 수 나노미터에 대한 정보를 제공하는 것이 통상적이다. 비교적 높은 에너지를 갖는 전자 빔이 표면쪽으로 발사될 때, 전자들은 표면을 관통하는데, 이때 관통 깊이는 전자 에너지에 따라 다르고, 그래서 방출된 전자가 서브표면 특징부들을 나타낼 수 있는 것이다.
바람직한 실시예에서, 표면을 관통하기 충분하게 높은 에너지를 갖는 전자 빔이 서브표면쪽으로 발사되고, 서브표면 특징부들의 이미지는 형성된다. 사용자는 서브표면 이미지를 사용하여 빔의 위치를 결정하고 상기 빔을 요망 서브표면 특징부로 발사하도록 한다. 포커스 이온 빔 이미징과 달리, 2차 전자는 표면의 수 나노미터를 갖고 생성되며, 충분한 에너지를 갖는 전자는 표면의 1미크론 이상을 관통하여 서브표면 특징부에 대한 정보를 제공하도록 한다. 가령, 서브표면 특징부는 가령 집적 회로상의 기준점 같은 위치파악 마크이거나 임의의 다른 특징부일 수 있다. 기준점을 관찰함으로써, 사용자는 기판의 지도(가령, 집적 회로의 CAD 데이터)와 실제 표면 사이에서 등록하거나 관련지음으로써, 사용자는 지도를 사용하여 표면상의 빔이 실제 표면상의 정확한 위치를 항행하도록 할 수 있다
관찰 깊이가 전자 에너지에 의해 결정되기 때문에, 관찰된 특징부의 표면 아래 깊이가 결정된다. 그러므로 서브표면 전자 빔 관찰은 중단 지점 결정 즉, 밀링을 중단할 시점을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
정렬하기 위한 서브표면 관찰은 위치 파악할 노출된 특징부가 없는 후면 항 행에서 특히 유용하다. 또한 기준점 또는 다른 마크가 층으로 가려질 때, 전면 정렬에서도 유용하다.
도 1은 본 발명을 구현하기 유용한 듀얼 시스템(100)을 도식한 도면이다. 예를 들어, 하나의 적합한 시스템으로 본 발명의 양수인인 FEI Company의 Model Strata 400이 있다. 본 발명은 충분한 빔 에너지, 를 갖는 전자 빔을 생성할 수 있는 수용량을 갖는 임의의 전자 빔 시스템, 신호 검출기, 특정 적용 예에서 요구되는 분해능을 사용해서 구현될 수 있다.
나타내진 실시예에서, 전자 빔 막대(102)와 이온 빔 막대(104)는 서로 한 방향을 향하고 있으며, 각 막대가 기판(108)상의 같은 스팟(106)에서 충돌함으로써 빔이 생성된다. 다른 실시예에서는, 상기 효과 지점들은 개별적이며, 스테이지가 기판을 빔 효과 위치 사이에서 정확히 이동시킨다. 본 실시예에서, 상기 빔은 서로 한 방향을 향하여 스테이지 이동 거리를 감소시킬 수 있고 또는 빔이 나란한 방향을 향할 수 있다. 다른 실시예에서, U.S. 공개 특허 번호 20040108458를 참조하여, 상기 이온 빔과 전자 빔은 동축일 수 있다. 검출기(112)는 상기 이온 빔 또는 전자 빔에 의해 영향받는 표적에서 발산된 2차 전자를 검출한다. 또는 산란 전자 검출기 또는 관통 렌즈 검출기(through-the-lens detector) 또는 다른 장치가 사용될 수 있다.
상기 시스템(100)은 다수의 부가적인 특징부들, 가령, 입자 빔 증착 또는 보강된 에칭을 위한 기체 주입 시스템(116)이 포함될 수 있음을 당업자라면 알 것이 다. 본 발명이 저진공 시스템, 가령, 스캐닝 전자 현미경(Mancuso et al.U.S. 특허 번호 4785182)에서 구현될 수 있을지라도, 기판(108)은 예를 들어 약 10-5 mbar(.001 N/m2)의 고진공 상태에서 유지되는 것이 통상적이다.
바람직한 실시예는 워크피스를 변경시키기 위한 포커스 이온 빔을 포함하며, 또한 적합한 에칭-보고 화학물을 사용하여 상기 워크피스는 레이저 또는 전자 빔에 의해 변경될 수도 있다. 그리고 모든 실시예가 FIB 막대를 포함하는 것은 아니다.
본 발명의 태양은 기판 이미지, 즉, 다른 물질에 의해 덮여 있는 특징부의 이미지를 형성하기 위해 충분히 높은 에너지를 갖는 전자 빔을 사용하는 것을 포함한다. 본 발명에서 사용되는 전자 에너지는 스캐닝 전자 현미경에서 사용되는 에너지보다 크며 전송 전자 현미경에서 사용되는 에너지보다는 작은 것이 통상적이다. 바람직한 전자 에너지는 덮여 있는 층의 물질 종류 및 두께에 따라 변화한다. 다양한 실시예에서, 5keV보다 더 큰 에너지를 갖는 전자, 10keV보다 더 큰 에너지를 갖는 전자, 15keV보다 더 큰 에너지를 갖는 전자, 25keV보다 더 큰 에너지를 갖는 전자, 30keV보다 더 큰 에너지를 갖는 전자, 50keV보다 더 큰 에너지를 갖는 전자가 선호될 수 있다. 본 발명은 이러한 특정 전자 에너지에 의해 제한되지 않으며, 더 낮은 에너지는 더 얇은 층에, 더 큰 에너지는 더 두꺼운 층에 유용할 것이다.
도 2A ~ 2D는 다양한 에너지의 전자 빔과 크세논 다이플루오라이드를 에칭 강화 기체로서 사용한 FIB 밀링에 의해 생성된 트렌치 내부를 관찰하기 위한 2차 전자 검출기을 사용하여 생성된 이미지들을 나타낸다. 도 2A ~ 2D에서 나타난 기판 은 약 1 내지 2㎛의 실리콘 아래에 매립된 금속 라인을 포함하며, 상기 실리콘 위에 FIB 증착된 비교적 투명한 약 1㎛의 실리콘 다이옥사이드가 존재한다. 도 2A를 참조하여, 이미지를 형성하는 상기 전자 빔은 5kV의 가속 전압을 가지며, 금속층의 서브표면에 대한 어떤 세부 사항도 나타내지 않는다. 도 2B를 참조하면, 이미지를 형성하는 전자 빔은 15kV의 가속 전압을 가지며, 어떤 회로 세부 사항을 이미지의 일부분에서 나타내기 시작하는데, 이는 아마도 실리콘 층이 상기 이미지의 상기 부분에서 더 얇기 때문이거나 상기 부분의 아래의 회로의 부분에서 구축된 전자 전하 때문이다. 도 2C를 참조하여, 이미지를 형성하는 전자 빔은 20kV의 가속 전압을 가지며, 더 많은 회로 세부 사항이 보여진다. 도 2D를 참조하여, 이미지를 형성하는 전자 빔은 30kV의 가속 전압을 가지며, 표면 또는 컴퓨터 이용 설계(CAD) 데이터, 표면의 광학 지도 또는 다른 표시들과 연계되는 표면을 항행하기 충분한 회로 세부 사항들이 나타난다.
사용가능한 이미지를 생성하기 위한 적용 예에 따라, 상기 전자 빔 프로세스 매개변수들은 매립될 수 있다. 도 3A와 3B는 도 2A ~ 2D와 같은 기판의, 30kV의 전자 빔에 의해 형성되는, 샘플 챔버의 압력과 동작 거리, 즉 전자 렌즈와 워크피스 사이의 거리를 변화시킴에 따른 이미지들을 나타낸다. 도 3A는 27.7㎜의 작동 거리를 이용하는 10-5(.0013 N/m2)의 고진공 상태 하에서 취해진 이미지를 나타낸 반면, 도 3B는 압력 10-1mbar(.0013 N/m2)과 4.9㎜의 작동 거리에서 취해진 이미지를 나타낸다.
본 발명의 한 태양에 따라, 서브표면 이미징은 서브표면 주위를 항행하여 기판에 손상을 입히지 않기 위해 밀링을 중지하는 시점을 결정하도록 서브표면 특징부들을 관찰하기 위해 사용될 수 있다. 도 4는 설계 데이터를 장치상의 물리 표면에 관련시켜 상기 장치 주위에서의 항행을 가능케 하는 바람직한 방법을 나타내는 순서도이다. 도 5는 도 4의 단계가 수행되는 소자(500)를 도식한다. 소자(500)는 금속 층(502)을 포함하는 매립된 회로를 포함한다. 단계(400)에서, 기계화학적 연마(CMP:chemical mechanical polishing)에 의해 약 200 미크론의 두께를 가질 때까지 소자(500)는 후면(504)에서부터 얇아진다. 단계(402)에서는, 요망 서브표면 특징부를 포함하는 것으로 추정되는 관심 영역이 소자에 위치하고, 200㎛ x 200㎛ 크기 및 10 ~ 500㎛ 깊이의 구멍(506)이 소자에서 밀링되며, 이때, 이 구멍은 해당 회로를 지닐 것으로 추정되는 지점의 중심에 놓인다. 단계(404)에서, 1㎛ x 1㎛ 구멍(512)이 구멍(506)의 하부에서 밀링된다. 주기적으로, 상기 밀링이 정지되고, 서브표면 특징부를 관찰하기 충분한 에너지를 갖는 에너지 전자 빔을 사용하여 구멍(512)의 하부가 단계(406)에서 검사된다. 상기 빔의 전자들은 15keV 보다 큰 에너지를 가지는 것이 바람직하며, 20keV보다 큰 에너지는 더 바람직하고, 25keV보다 큰 에너지는 더더욱 바람직하고, 거의 30keV이거나 그 이상인 것 또는 거의 50keV이거나 그 이상인 것은 가장 바람직하다. 사용되는 전자 에너지는 사용자가 관찰하기 원하는 것이 표면 아래로 얼마나 떨어졌는지와 전자 막대의 수용력에 달려 있다.
덮는 물질의 두께가 서브표면 이미징을 하기에 충분히 얇을 때, 상기 전자 빔 이미지는 금속 층, 절연 층, 반도성 층 사이에서 주목할만한 콘트라스트를 나타낸다. 서로 다른 종류의 반도체들 간의 콘트라스트는 그만큼 크지 않다. 그러므로 본 발명은 서브표면 물질 관찰을 용이하게 하며, 이는 기판상에서 방향을 정하기에 유용하다.
밀링 비율과 금속 층위의 물질의 두께로부터 추정된 만큼 구멍(512)의 하부가 금속 층(502)에 접근함에 따라, 사용자는 밀링을 중지하고, 단계(406)에서 충분한 에너지의 전자 빔을 이용하여 서브표면 이미지를 획득한다. 먼저, 사용자가 신중하여, 금속 층에 도달하기 전에 밀링을 중단할 경우, 상기 전자 빔 이미지는 통상적으로 금속 층을 나타내지 않을 것이다. 왜냐하면 금속 층 위의 반도체 물질이 너무 두꺼워서 전자 빔이 관통하지 못하기 때문이다. 결정 블록(410)에서 나타낸 바와 같이, 금속 층(502)이 보이지 않을 경우, 사용자는 단계(412)에서 밀링을 계속한다. 물질이 더 제거됨에 따라, 단계(406)에서 단계(412)까지를 반복하면서, 사용자는 주기적으로 서브표면 이미지를 획득한다. 구멍(512)의 하부가 금속 층(502)에 도달함에 따라, 사용자는 처음으로 서브표면 이미지에서 금속 라인의 희미한 형태를 보기 시작할 것이다.
구멍(512)의 하부가 가까워짐으로써, 금속 층(502)의 이미지는 더 선명해지며, 그리고 전자 빔 에너지에 따라, 물질에 1㎛ 내지 2㎛ 만큼 매립된 금속 라인의 이미지가 사용자가 전체 회로 중 어디로 빔이 방향을 두는지를 판단하기 충분히 선명할 수 있다. 단계(420)에서, 사용자는 시각적으로 특징부(508)에 빔을 항행할 수 있다. 선택적으로, 단계(422)에서, 사용자가 물리 회로의 이미지를 회로의 알려 진 지도에 관련시켜, 단계(420)에서, 회로상의 요망 특징부(508)의 위치를 항행하는데 도움을 줄 수 있다. 그 후, 단계(424)에서, 사용자는 빔 위치를 찾기 위한 노력으로 인한 다른 영역의 손상 없이, 정확한 특징부 또는 요망 위치를 다룰 수 있다. 서브표면 이미지의 선명도는 표면 아래에 존재하는 금속 층의 깊이에 관한 정보를 또한 제공하며, 그래서 회로가 의도치 않게 손상되기 전에, 사용자는 밀링을 중단할 수 있다. 따라서 본 발명은 평면을 항행하는 것과 중단 지점을 위한 3차원을 항행하는 것 모두에 있어 유용하다.
본 발명의 다른 태양에서, 사용자는 매립된 참조 마크를 관찰하기 위해 서브표면 이미징을 사용함으로써 참조 이미지를 갖고 물리적 견본(가령, CAD 데이터 또는 특징부가 노출됐을 때, 공정 단계에서의 소자에서 취한 광학 이미지)을 정렬한다. 집적 회로의 조립 중에 수행되는 어떤 공정에서, 소자상에서 정렬 및 항행을 위해 사용되는 기준점을 덮는 층이 증착된다. 상기 기준점이 덮는 층에서 돌출된 영역이어서 보이기도 하지만, 표면이 평탄 처리될 경우, 즉, 다음 프로세싱 층을 준비하기 위해 매끄러운 표면을 생성하기 위해 연마될 경우, 신호가 더 선명할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 대한 바람직한 단계를 나타내는 순서도이다. 도 7은 다중 소자 또는 회로(702)를 포함하는 웨이퍼(700)를 도식하며, 각 회로는 회로를 생성하기 위해 웨이퍼에 공급되는 포토리소그래피 패턴에 의해 웨이퍼상에 생성되는 다중 기준점(704)을 포함한다. 상기 회로와 상기 기준점은 가령 금속 또는 절연 물질인 물질에 의해 덮여 있으며, 상기 물질은 앞선 조립 단계에서 웨이퍼에 증착된 것이다. 단계(600)에서, 사용자는 제 1 기준점(704)을 포함한다고 추정되는 영역을 항행하며, 상기 기준점을 찾기 위해, 낮은 배율에서 비교적 고 에너지 전자 빔을 넓은 영역에 걸쳐 발사한다. 상기 전자 빔 에너지는 "비교적 높다". 즉, 이미지 표면 특징부에서만 사용되는 전자 빔의 에너지보다 통상적으로 크다는 것이다. 단계(602)에서, 사용자는 단계(600)에서 찾은 기준점의 영역을 항행한다. 단계(604)에서, 사용자는 기준점을 더 높은 배율로 관찰함으로써 더 정확하게 위치를 판단할 수 있고 시스템은 기준점의 위치를 시스템 좌표상에 파악할 수 있다. 제 1 기준점의 위치 및 방향 결정을 기반으로, 단계(608)에서, 사용자는 일반적인 제 2 기준점 영역을 항행할 수 있고, 낮은 배율에서 비교적 고 에너지 전자 빔을 사용하여 매립된 기준점의 위치를 파악할 수 있다. 단계(610)에서, 더 높은 배율에서 제 2 기준점을 관찰하고, 시스템은 좌표를 시스템 좌료 시스템에서 기록한다. 통상적으로, 단계(614)에서, 사용자는 매립된 제 3 기준점을 항행하고, 기준점의 위치를 파악할 만큼 낮은 배율에서 비교적 고 에너지 전자 빔을 이용해 상기 기준점 부근을 관찰한다. 제 3 기준점이 더 높은 배율에서 관찰되며, 단계(618)에서 시스템은 그 좌표를 기록한다. 단계(620)에서, 시스템 좌표계의 기준점의 위치는 CAD(computer aided design)데이터베이스로부터의 데이터처럼 워크피스 좌표계에 연관되어 있다. 또는 좌표 결정에 사용될 수 있는 위치 판독 값 및 정확한 스테이지 배치를 제공하는 그 밖의 다른 현미경 같은 검사 시스템에 상기 기준점 위치가 연관된다. 단계(622)에서, 사용자는 워크피스상의 임의의 지점을 항행할 수 있는데 이는 상기 지점의 CAD 좌표를 이용해 이뤄지며, 이는 시스템 좌표로 번역하는 것으로서, 이로써 워크피스 스테이지가 이동될 수 있고 빔이 발사될 수 있다.
도 6의 순서도에서 도식된 공정은 가령, Cognex Corporation( Massachusetts, Natick)사의 이미지 인식 소프트웨어를 이용하여 쉽게 자동화될 수 있다.
본원에서의 "항행(navigate)"에는 위치를 결정하고, 기판상의 X 및 Y 방향을 이동시키기 위하는 것뿐 아니라, 중단 지점을 결정하는 것(즉, 사용자가 매립된 특징부에 접근함에 따라, 밀링을 중단할 시점을 결정하는 것)을 보조하기 위한 수직 위치를 결정하는 것까지 포함된다. 본 발명은 집적 회로상에서 사용되도록 제한되지 않고 다른 물질들로 덮여진 극미세 특징부들을 포함하는 임의의 다중 층 기판에서 유용하다.
본 발명의 이점들이 자세히 설명됐지만, 다양한 변형예들이 수용되며, 대체와 변경 예들이 본 발명의 사상과 범위 내에서 가능하다. 가령, 본 발명은 앞서 설명한 집적 회로의 경우에만 제한되지 않고, 매립된 특징부들을 갖는 극미세 소자의 어떤 종류라도 유용하다. 덧붙이자면, 본 발명의 범위는 공정, 머신, 제조등의 특정 실시예에 제한되지 않는다. 당업자라면 본 발명의 공정, 머신, 제조, 조성물, 본 발명의 방법, 수단, 단계 등을 이해할 것이다.
정렬하기 위한 서브표면 관찰은 위치 파악할 노출된 특징부가 없는 후면 항행에서 특히 유용하다. 또한 기준점 또는 다른 마크가 층으로 가려질 때, 전면 정렬에서도 유용하다.

Claims (13)

  1. 이온 빔 밀링(milling) 및 전자 빔 이미징(imaging)을 이용하는 반도체 소자 공정을 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    매립된 금속 층에 도달하는 구멍을 밀링(milling) 하도록, 반도체 소자쪽으로 포커스 이온 빔을 발사하는 단계,
    서브표면 이미지를 획득하기 위한 에너지를 갖는 전자를 포함하는 전자 빔을 상기 구멍의 하부쪽으로 발사하고, 0.1㎛ 이상의 실리콘을 통과하여 금속 층의 서브표면 이미지를 관찰하도록, 상기 구멍에서 방출된 전자를 수집하는 단계, 그리고
    포커스 이온 빔을 사용하는 밀링을 중단할 시점을 결정하도록 상기 금속 층의 이미지를 이용하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 밀링(milling) 및 전자 빔 이미징(imaging)을 이용하는 반도체 소자 공정을 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브표면 이미지를 사용하여, 위치 파악 또는 공정을 위한 서브표면 특징부를 식별할 수 있도록 하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 이온 빔 밀링(milling) 및 전자 빔 이미징(imaging)을 이용하는 반도체 소자 공정을 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 서브표면 이미지를 사용하여, 위치 파악 또는 공정을 위한 특징부를 식별할 수 있도록 하는 단계는 상기 이미지를 상기 소자의 지도에 상관시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 이온 빔 밀링(milling) 및 전자 빔 이미징(imaging)을 이용하는 반도체 소자 공정을 위한 방법.
  4. 워크피스를 항행(navigating)하는 방법에 있어서, 상기 방법은
    전자 빔으로 상기 워크피스를 스캐닝하는 단계로서, 이때 상기 전자 빔은 하나 이상의 서브표면 특징부들의 이미지를 2차 전자 또는 산란 전자로부터 생성하기 위한 고 에너지를 갖는 단계, 그리고
    워크피스상에서 항행이 행해지도록 상기 이미지를 사용하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 워크피스를 항행(navigating)하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 워크피스상에서 항행이 행해지도록 상기 이미지를 사용하는 단계는 하나 이상의 서브표면 특징부들을 상기 워크피스에 관한 알려진 정보에 상관시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 워크피스를 항행(navigating)하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 하나 이상의 서브표면 특징부들을 상기 워크피스에 관한 알려진 정보에 상관시키는 단계는 하나 이상의 서브표면 특징부들을 워크피스에 대한 컴퓨터 설계 정보에 상관시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 워크피스를 항 행(navigating)하는 방법.
  7. 이미징 또는 변경을 위해, 극미세 서브표면 특징부를 노출시키도록 기판의 구멍을 깎기 위한 포커스 빔을 사용하는 방법에 있어서,
    상기 방법은 서브표면 특징부의 위치, 또는 빔이 서브표면 특징부를 노출시키는 시기를 결정하는 단계를 포함하고,
    이때, 서브표면 특징부의 이미지를 2차 전자 또는 산란 전자로부터 생성할 수 있는 에너지를 가진 전자 빔을, 서브표면 특징부를 덮고 있는 표면쪽으로 발사하여 서브표면 특징부의 서브표면 이미지를 형성함으로서 상기 결정하는 단계가 구현되는 것을 특징으로 하는 이미징 또는 변경을 위해, 극미세 서브표면 특징부를 노출시키도록 기판의 구멍을 깎기 위한 포커스 빔을 사용하는 방법
  8. 제 1 항 또는 제 4 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 빔의 전자는 15kV 보다 큰 평균 에너지를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 4 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 빔의 전자는 25kV 보다 큰 평균 에너지를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 4 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 빔의 전자는 30kV 보다 큰 평균 에너지를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 4 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서브표면 특징부를 덮는 물질의 깊이는 0.5㎛ 보다 큼을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 4 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서브표면 특징부를 덮는 물질의 깊이는 0.5㎛와 2.0㎛ 사이임을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 4 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서브표면 특징부는 금속 또는 금속 층을 포함함을 특징으로 하는 방법.
KR1020060032851A 2006-04-11 2006-04-11 전자 빔을 이용한 표면 아래 이미징 KR101275943B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060032851A KR101275943B1 (ko) 2006-04-11 2006-04-11 전자 빔을 이용한 표면 아래 이미징

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060032851A KR101275943B1 (ko) 2006-04-11 2006-04-11 전자 빔을 이용한 표면 아래 이미징

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070101625A true KR20070101625A (ko) 2007-10-17
KR101275943B1 KR101275943B1 (ko) 2013-06-14

Family

ID=38816839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060032851A KR101275943B1 (ko) 2006-04-11 2006-04-11 전자 빔을 이용한 표면 아래 이미징

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101275943B1 (ko)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3398403B2 (ja) * 1992-12-02 2003-04-21 株式会社日立製作所 走査型電子顕微鏡の試料像表示方法
JPH05290786A (ja) * 1992-04-10 1993-11-05 Hitachi Ltd 走査試料像表示方法および装置ならびにそれに供される試料
US6232787B1 (en) * 1999-01-08 2001-05-15 Schlumberger Technologies, Inc. Microstructure defect detection

Also Published As

Publication number Publication date
KR101275943B1 (ko) 2013-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7388218B2 (en) Subsurface imaging using an electron beam
US11315756B2 (en) Fiducial design for tilted or glancing mill operations with a charged particle beam
US10340119B2 (en) Automated TEM sample preparation
JP5090255B2 (ja) 原位置でのｓｔｅｍサンプル作製方法
JP5492364B2 (ja) ３次元基準マーク
US5541411A (en) Image-to-image registration focused ion beam system
EP2904633B1 (en) Multidimensional structural access
US8455822B2 (en) Navigation and sample processing using an ion source containing both low-mass and high-mass species
US10539489B2 (en) Methods for acquiring planar view STEM images of device structures
US11069509B1 (en) Method and system for backside planar view lamella preparation
JP3132938B2 (ja) 断面加工観察用荷電ビーム装置および加工方法
KR101275943B1 (ko) 전자 빔을 이용한 표면 아래 이미징

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170522

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180516

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190515

Year of fee payment: 7