KR20150102993A - 높은 종횡비 구조들로의 물질 증착 - Google Patents

높은 종횡비 구조들로의 물질 증착 Download PDF

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Abstract

공극들(voids) 없이 높은 종횡비(high aspect ratio) 홀을 충전하기 위한, 또는 공극들 없이 높은 종횡비 구조들을 생성하기 위한 방법이, 대응하는 장치와 함께 제공된다. 상기 홀의 직경보다 더 작은 직경을 가진 빔은 상기 홀 내부로 쏘아져서, 상기 홀 바닥의 중앙 영역에서 증착의 시작을 유도한다. 상기 빔-유도 증착에 의해 상기 홀 내부에 기다란 구조가 형성된 후, 상기 홀의 나머지를 충전하기 위해, 빔은 적어도 상기 홀의 직경 크기 만큼의 패턴으로 스캔될 수 있다. 그 다음, 상기 높은 종횡비 홀은 아티팩트들의 형성 없이, 관찰을 위해, 이온 빔을 사용하여 단면을 절취(cross-sectioned)한다. 전자-빔-유도 증착이 사용될 때, 바람직하게는, 상기 전자들은 높은 에너지를 가져서 상기 홀의 바닥에 도달할 수 있도록 하며, 상기 빔은 빔 꼬리들(tails)에 의한 스퓨리어스(spurious) 증착을 감소시키기 위해 낮은 전류를 가진다.

Description

높은 종횡비 구조들로의 물질 증착{Depositing material into high aspect ratio structures}
본 발명은 나노 스케일의 구조들을 형성하는 것에 관한 것이며, 특히, 빔-유도 증착을 사용하여 높은 종횡비(high aspect ratio) 구조를 충전하는(filling) 것에 관한 것이다.
집적 회로들을 형성하는 구조들 및 기타 나노기술은 나노미터 단위의 크기를 가진다. 더 큰 스케일의 구조들에 유용했던 많은 프로세스들은, 나노스케일 구조들을 처리하기에 적합하지 않다. 프로세스 개발, 프로세스 제어 및 결함 분석의 목적으로 구조들을 관찰하는 방법 중 하나는, 집속이온빔(focused ion beam, FIB)을 사용하여 구조의 일부를 노출시키고, 주사전자현미경(SEM) 또는 투과형 전자 현미경(TEM)을 이용하여 상기 노출된 구조를 관찰하는 것이다. 이온 빔이 관찰용 구조를 노출시키기 위해 물질을 밀링(milling)할 때, 이온 빔은 상기 구조를 왜곡할 수 있으며, 관찰에 방해가 되는 아티팩트(artifact)들을 생성할 수 있다.
높은 종횡비(high aspect ratio, HAR) 구조는 폭 보다 훨씬 큰 높이를 가지는 구조이다. 예를 들어, 폭 보다 3배 이상 큰 높이를 가진 형태(feature)는 높은 종횡비 형태로 여겨진다. 예를 들어, 집적 회로 내의 층간 홀은 폭보다 몇 배 더 큰 높이를 가질 수 있다. 플래시 메모리에 사용되는 3D NAND 회로들과 같은 집적 회로들에서, 충전되지 않은 접촉부(contact)들 또는 비아(via)들과 같은 높은 종횡비 구조들을 분석할 때, 종래의 이온 빔 샘플 준비과정은 구조 왜곡과 같이 눈에 띄는 아티팩트들과 이온 빔 커튼 효과(curtain effect)를 유발한다.
이온 빔 커튼 효과 또는 커트닝(curtaining)은 물질들이 서로 다른 밀링 속도들로 제거될 때 발생한다. 이는 동일한 빔에 의해 서로 다른 속도들로 제거되는 다수의 물질들을 포함하는 형태를 밀링할 때 발생할 수 있다. 이는 또한 불규칙한 형상을 지닌 표면을 밀링할 때도 발생할 수 있다. 예를 들어, 관심 형태는 실리콘-관통 비아(through-silicon vias, TSV)일 수 있다. 반도체 연구실에서는 일반적으로, 공극(void)들 및 표면 계면(surface interface)들을 특징화하기 위해, TSV들을 단면 절취하는 방법을 사용한다. TSV들의 깊이(일반적으로 50-300 nm)로 인해, 이온 빔을 이용해 TSV의 단면을 밀링하는 것은 상당한 커트닝을 초래할 수 있다.
샘플 상에 충전되지 않은 홀들이 있는 경우, 개방 영역 또는 홀에 인접한 영역들과 물질간의 밀링 속도에 큰 차이들이 있다. 밀링 속도들의 큰 차이는 커트닝이나, 또는 홀의 모양을 왜곡시키는 워터풀 효과(waterfall effect)들을 초래한다. 이온 빔 공정의 구조적 손상 및 아티팩트들은 높은 종횡비 수직 구조들을 분석하는 것을 곤란하게 한다.
형태들을 노출시키기 위한 이온 빔 밀링의 사용으로 인해 유발된 손상 및 아티팩트들 때문에, 이미지들은 제조 공정의 결과물들을 충실하게 보여주지 못한다. 이미지 및 측정치들은 제조 공정의 산물뿐만 아니라 샘플 준비의 결과물들 역시 보여주기 때문에, 아티팩트들은 측정들 및 제조 공정의 평가(assessment)를 방해한다.
일반적으로 이온 빔-유도 증착은, 분석용 반도체 구조들을 준비할 때 홀들을 충전하기 위해 사용된다. 하전 입자 빔-유도 증착을 사용하여 높은 종횡비 홀들을 충전할 때, 홀의 충전이 고르지 않음에 따라 공극들이 종종 생성되며, 상기 충전은 빔과 전구체 가스에 영역을 폐쇄하여, 상기 영역을 핀치 오프(pinch off)하려는 경향이 있다.
기기 구조의 크기가 100nm 범위인 임계 치수(critical dimension, CD) 미만으로 감소함에 따라, 또한, 층(layer)들의 수가 증가함에 따라, 새로운 제조 기술들은, IC 기기용 high-K 고분자 물질들과 같이 온도-감응적(sensitive) 그리고 에너지-감응적 물질들 상에 형태들을 포함하는, 깊은 트랜치(trench)들, 높은 종횡비(HAR) 구조들, 20nm 미만의 직경을 갖는 채널 홀들 또는 채널 라인들과 같은 복잡한 구조들 상에 정교한 적층(stacked layer)들을 생성하는 것처럼, 큰 요구에 직면해있다. 아직까지는, 종래 기술은 구조들을 충전할 때 공극들을 형성하지 않고서는, 또는 구조 왜곡과 같은 아티팩트들 또는 이온 빔 커튼 효과를 유발하지 않고서는, 갭(gap)들을 국부적으로 충전할 수 없다.
구조를 변화시키지 않거나 아티팩트들을 형성하지 않으면서 높은 종횡비 홀들을 충전하는 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 공극들을 형성하지 않으면서 미세한 높은 종횡비 홀들을 충전하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일부 실시 예들에 따르면, 하전 입자 빔-유도 증착은 홀 내부에, 그리고 홀의 벽들로부터 떨어지게 구조를 증착시키기 위해 사용되며, 일반적으로는 홀 중앙에 구조를 증착시키기 위해 사용된다. 본 발명의 일부 실시 예들에 따르면, 상대적으로 높은 에너지를 가진 전자 빔을 가지고 전자 빔 유도 증착을 사용하여, 구조가 증착된다. 홀의 모서리들로부터 벗어나지 않으면서, 일반적으로 홀의 단면적의 50% 미만을 덮는 패턴으로 빔을 쏨으로써 구조가 증착된다. 그 다음, 홀의 모서리들과 겹쳐지고 충전 공정을 완료하는 제2 패턴으로 빔을 쏘아 구조가 증착된다.
모든 아티팩트들을 제거함으로써, 실시 예들은 높은 종횡비 3D IC 구조 공정에 대해, 그리고 홀들, 트랜치(trench)들, 기타 다른 구조들을 포함하는 다른 높은 종횡비 공정들에 대해, 신뢰할 수 있는 불량 분석(failure analysis, FA) 결과를 제공한다.
이어질 본 발명의 상세한 설명이 더 자세히 이해될 수 있도록, 전술한 것은 본 발명의 특징들 및 기술적 이점들을 오히려 더 넓게 요약하였다. 본 발명의 추가적 특징들 및 이점들은 아래에서 설명될 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시 예들은, 본 발명과 동일한 목적들을 수행하기 위해 수정하거나 다른 구조들을 설계하기 위한 기초로서 쉽게 활용될 수 있다는 것은 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해되어야한다. 또한, 그러한 등가 구성들은 첨부된 청구항들에서 제시된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 것이 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자들에 의해서 이해되어야 한다.
본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.
도 1a는 높은 종횡비 홀을 충전하기 위해 사용된 종래의 빔-스캐닝 패턴이 도시된다. 도 1b 내지 도 1d는 홀-충전 공정에 대한 종래 기술의 진화를 도시한다.
도 2는 종래 기술을 사용하여 충전된 하나의 홀의 횡단면 이미지를 도시하며, 이 충전은 공극을 포함한다.
도 3은 종래 기술을 사용하여 충전된 여러 홀들의 횡단면 이미지를 도시하며, 이 충전들은 공극들을 포함한다.
도 4a는 높은 종횡비 홀을 위에서 바라본 이미지를 도시한다. 도 4b는 중앙 홀 내에서 직경을 증가시키는 원형(circular) 패턴으로 빔이 스캔되는, 바람직한 빔 스캐닝 패턴을 도시한다. 도 4c는 본 발명의 실시 예를 사용하여 충전될 홀의 시작을 도시한다. 도 4d 내지 도 4f는 제1 스캔 패턴을 사용하여 점진적으로 충전되는 도 4c의 홀을 도시한다. 도 4g는 도 4f의 도면에 해당하는 현미경 사진이며, 상기 제1 스캔 패턴을 사용하는 충전 후의 홀을 도시한다. 도 4h는 제1 스캔 패턴 후 제2 스캔 패턴을 사용하여 충전되는 홀을 도시한다. 도 4i는 도 4h의 제2 스캔 패턴 완료 후 홀을 위에서 바라본 이미지를 도시한다. 도 4j는 도 4i의 충전된 홀을 기울여서 본 도면이다.
도 5a는 도 4a의 높은 종횡비 홀을 위에서 바라본 이미지를 도시한다. 도 5b 내지 도 5d는 다양한 스테이지들에서의 충전 공정을 도시하는 현미경 사진이다. 도 5e는 본 발명의 실시 예에 따라 충전된 홀의 횡단면을 도시한다. 도 5f는 본 발명의 실시 예에 따라 충전된 다수의 높은 종횡비 홀들의 횡단면을 도시한다. 도 5g는 본 발명의 실시 예의 단계들을 도시하는 흐름도이다. 도 5h는 본 발명의 또 다른 실시 예의 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따라 부분적으로 충전된 높은 종횡비 채널을 도시한다. 도 6b는 상기 채널 내 충전의 횡단면이다.
도 7은 커트닝 아티팩트들을 생성하지 않으면서 관심 영역을 밀링하기 위해 사용된 본 발명의 실시 예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다수의 높은 종횡비 구조들을 도시한다.
도 9는 본 발명의 구현 예들에 사용될 수 있는 듀얼 빔 시스템을 도시한다.
높은 종횡비 홀을 포함하는 샘플 영역의 단면을 형성하는 경우, 상기 홀들이 종래의 방법으로 충전될 때 형성되는 공극들로부터, 상기 단면 내에 아티팩트들이 발생한다. 공극들을 생성하지 않으면서 높은 종횡비 홀들을 충전함으로써, 단면을 절취하는 동안 아티팩트들은 생성되지 않으며, 신뢰할 수 있는 불량 분석(FA) 결과들이 생성된다. 또한 홀들을 충전하는 것은 유용한 구조를 생성하기위한 일부 응용들에 유용하다.
종래의 하전 입자 빔 기술을 사용하여 높은 종횡비 홀들 또는 채널들을 충전할 때 어려움들이 있다. 빔-유도 증착에서, 하전 입자들 또는 광자들은,
Figure pct00001
(tungsten hex carbonyl) 또는 백금(Pt) 전구체처럼 유기 금속 분자 같은 전구체 가스 분자의 분해를 유도한다. 일반적으로 전구체는 기체 형태이며, 가스 분사 노즐을 통해 작업물(work piece) 표면을 향해 쏘아진다. 일부 실시 예들에서, 상기 작업물 전체가 상기 전구체 가스들로 충전된 셀(cell) 내부에 있거나, 또는 상기 작업물의 일부는 상기 표면상의 빔 충돌 지점에 기체 환경을 생성하기 위해 부분적으로 밀폐된다.
1차 빔 내의 상대적으로 높은 에너지의 하전 입자들은 일반적으로 전구체 가스 분자들과 직접적으로 반응하지 않는다고 여겨진다. 작업물과 상기 제1차 빔 내 하전 입자들의 상호작용은, 상기 전구체 분자들의 분해를 일으킬 가능성이 더 큰, 낮은 에너지의 2차 전자들을 생성한다. 또한 이온들의 빔은, 상기 전구체 분자들과 상기 작업물간의 반응을 유도하는 음자(phonon)들 또는 격자 진동(lattice vibration)들을 생성한다.
물질을 증착하기 위해 상기 하전 입자 빔이 표면에서 상기 증착 전구체 분자들의 분해를 유발함에 따라, 상기 빔-유도 증착 반응을 지속하기 위해 추가적 가스 분자들이 표면에 확산된다. 높은 종횡비 홀의 바닥에서는 상기 가스 분자들이 그 표면상에서만큼 빠르게 보충되지 않는다. 또한, 생성되는 2차 전자들의 수는 작업물의 물질 및 기하학적 구조에 따라 다르다. 예를 들어, 평평한 표면들보다 모서리들에서 2차 전자들이 더 많이 생성될 수 있다. 가스사용 가능성 및 2차 전자 생성에서의 이러한 불균형은, 높은 종횡비 홀들 내에 불규칙한 증착을 유발하며, 이로 인해 공극들 없이 높은 종횡비 홀을 충전하기 어려워진다.
도 1a는 높은 종횡비 홀(100) 위에 겹쳐진, 종래의 직사각형의 래스터(raster) 빔 스캔 패턴(102)을 위에서 바라본 뷰를 도시한다. 도 1b 내지 도 1d는 국부적으로 백금(Pt) 가스(104)를 사용하여 하전 입자 빔-유도 증착에 의해 충전되고 있는 상기 홀(100)을 도시한다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 백금 가스는 상기 홀(100)의 상부에 병목 효과(108)를 생성하며, 그 뒤에 상기 홀(100)을 폐쇄하며, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 높은 종횡비 구조 내에 공극(110)을 남긴다. 도 1b는 상기 홀 내부에서의 공기 흐름을 도시하며, 이는 백금(Pt) 가스의 난기류 및 상승기류(106)를 유발하여, 상기 병목 효과를 야기한다.
도 2 및 도 3은 종래의 홀-충전 공정 기술을 사용하여 생성된 공극들의 횡-단면 뷰들을 도시한다. 도 2는 높은 종횡비 구조(200) 내에 생성된 단일 공극(202)을 도시한다. 도 3은 높은 종횡비 구조(300) 내에 생성된 다수의 공극들(302)의 횡-단면 뷰를 도시한다.
일부 실시 예들에서 이온 빔-유도 증착, 레이저 빔-유도 증착, 또는 다른 에너지 소스에 의해 유도된 증착이 사용될 수 있는 반면, 일부 실시 예들은 전구체 가스와 반응하기 위해 매우 가속된 전자들을 사용한다. 이온들 대신에 전자들을 사용하는 것은, 가속된 이온 증착 공정으로 생성된 층 구조들에 비교해 볼 때, 더 정교한 패킹된 층(packed layer) 구조들을 제공한다. 전구체 가스는 분해되어, 백금과 텅스텐처럼 무거운 물질들 또는 탄소처럼 가벼운 물질들을 증착할 수 있다. 본 발명은 임의의 특정 전구체 가스들에 한정되지 않는다.
일부 실시 예들에서, 전자 빔 또는 기타 다른 빔의 랜딩 구역(landing area)은 상기 홀의 직경의 또는 채널 폭의 1/5 내지 1/10의 직경을 가진다. 일부 실시 예들에서, 상기 전자 빔은, 상기 홀의 벽을 향하여, 상기 랜딩 영역의 내부로부터 상기 랜딩 영역 외부로 증가하는 직경들을 가진 원형들로의 제1 패턴으로 스캐닝된다. 이것은 공극들의 생성을 방지하며, 상기 전구체 가스의 HAR 구조로 깊이 침투하는 '가스 배출(vent) 방향'을 형성한다. 실시 예들은 전자 빔-유도 증착을 위해 일반적으로 사용하는 에너지보다 더 높은 전자 빔 랜딩 에너지를 사용한다. 더 낮은 에너지의 전자 빔들은, 작업물 내의 상호작용하는 부피가 더 작아서, 분해를 유도하는 2차 전자들이 상기 빔 충돌 지점 주위의 더 작은 영역으로부터 생성되기 때문에, 더 높은 해상도(resolution)의 증착 패턴들을 생성한다는 것이 알려져 있다.
본 발명의 실시 예들은 상대적으로 높은 전자 빔 에너지들을 사용한다. 이 에너지는 증착되고 있는 물질에 따라 다르다. 일반적으로, 숙련된 기술자들은 더 나은 빔-유도 증착을 위해 더 낮은 에너지 전자들을 고려한다. 상호작용하는 부피가 더 작기 때문이다. 일반적인 추론과 달리, 본 발명의 실시 예들은, 일반적으로, 더 높은 전자 에너지들을 사용한다. 일부 응용들은 10 keV 보다 큰, 15 keV 보다 큰, 또는 20 keV 보다 큰, 전자 빔 에너지를 사용한다. 더 큰 빔 에너지는 상기 빔 내의 전자들의 평균 자유 행로(mean free path)를 증가시켜서, 전자들이 상기 홀을 더 깊이 관통하도록 한다. 일부 응용들은 500 pA 보다 낮은 전류, 200 pA 보다 낮은 전류, 바람직하게는 100 pA 내지 200 pA 의 전류와 같이, 상대적으로 작은 빔 전류를 사용하며, 이는 상기 빔의 꼬리(tail)들을 감소시켜서 상기 빔 축으로부터 떨어져있는 증착을 감소시킨다. 예를 들어, 높은 종횡비 홀을 백금으로 충전하기 위한 일실시 예는 30 keV의 전자 빔을 사용한다. high-K 물질과 같은 고분자 내의 홀을 탄소로 충전하기 위한 다른 실시 예에서는 5 keV의 전자 빔을 사용한다. 너무 높은 빔 에너지를 사용하는 것은 온도-감응적(sensitive) 그리고 에너지-감응적 물질들의 구조를 손상시킬 수 있다. 물질들에 따라, 가속 전압 범위는 수 전자 볼트(eV)에서 메가 전자 볼트(MeV)까지 변할 수 있다.
패턴 모양, 패턴 크기, 그리고 빔 에너지의 요인들을 조정함으로써, 모든 유형들의 구조들은 공극들의 생성 없이, 임의의 물질의 더 정교한 층에 의해 충전되고 덮여질 수 있다.
도 4a 내지 도 4j는 홀을 충전하기 위해 물질을 증착시키는 2-단계 공정이 도시된다. 본원에서 "홀" 이란 용어는 단면과 무관하게, 원통형 홀, 트랜치(trench), 정사각형 홀, 불규칙한 홀 또는 울퉁불퉁한 홀과 같은, 구멍(cavity) 또는 오목한 곳(depression) 모두를 의미한다. 도 5a 내지 도 5e는 다양한 스테이지들에서의 공정 결과들을 도시한다. 본 발명의 일실시 예는 원형 패턴들로 홀(400)을 스캔하며, 약 30 keV의 빔 에너지와 약 100 pA 내지 약 200 pA 의 전류를 가진 전자 빔을 사용하여, 상기 구조 물질에 특수한 빔 에너지에서, 상기 원형 패턴의 반지름은 상기 증착이 중앙에서 바깥쪽으로 진행하도록 증가한다. 즉, 상기 빔은 반복되는 원형 또는 나선형 패턴들로 스캔하며, 상기 반복되는 원형 또는 나선형 패턴들의 직경은, 바람직하게는, 상기 홀의 직경 또는 상기 트랜치 폭의 약 1/5 내지 1/10 까지 증가한다. 도 4a 및 도 5a는 높은 종횡비 홀(400)을 위에서 바라본 이미지를 도시한다. 도 4b는 상기 빔(410)이 원형들로 스캔되는 방법을 도시하며, 직경을 증가시키는 원들을 나타내기 위해, 화살표들은 반지름 방향으로, 작은 원으로부터 그 밖을 가리킨다. 상기 빔 초점 크기에 비해 상기 상호작용하는 부피가 크기 때문에, 상기 빔은 단일 직경의 원으로 스캔할 수 있다. 또한 상기 빔 초점 크기에 따라, 상기 빔은 고정될 수도 있다.
도 4c는 상기 홀의 단면의 약 1/5 내지 1/6의 단면을 가진 구역으로 쏘아지는, 제1 단계에 있는 상기 빔(410)을 도시하며, 증착(412)의 증가의 시작을 도시한다. 도 4d 내지 도 4f는 상기 홀(400)의 중심에서, 그리고 상기 중심으로부터 증가하는 상기 구조(412)를 도시한다. 도 4d에서 상기 증착된 구조의 외부 주위에 있는 화살표들은 증착 가스의 흐름을 나타낸다. 도 4e에 있는 화살표들은 상기 증착된 구조의 벽들의 증가 방향을 도시한다. 도 4g는 제1 공정 단계 후의 상기 홀의 이미지이다. 도 5b는 제1 단계 다양한 스테이지들에서의 공정에서, 구조들(412)의 형성을 52도 각도에서 본 뷰들이다. 제1 단계에서 상기 증착된 구조들은 작업물 표면의 평면 위로 연장할 수 있음을 유의한다. 일실시 예에서, 상기 제1 단계에 대한 상기 공정 시간은 일반적으로 홀마다 약 5초 또는 6초이다.
제2 단계에서, 상기 스캔 패턴 크기의 직경은 상기 홀의 직경 또는 상기 트랜치 폭보다 대략 2배로 설정된다. 도 4h는 공정의 제2 단계를 도시하며, 제2 단계에서는 홀의 나머지 부분을 충전하며, 상기 홀의 상단 주위의 상기 작업물 표면상에 얇은 막(414)을 제공한다. 도 4i는 상기 제2 단계 완료 후의 상기 홀(400)의 상단 뷰를 도시한다. 도 4j는 충전이 완료된 홀(412)을 52도 각도로 기울어서 본 것이다. 도 5c는 제2 공정 단계 중 다양한 스테이지들에서의 구조 형성을 도시하며, 일부는 상단뷰(414)를 도시하며, 일부는 52도 각도에서 본 뷰(412)를 도시한다. 일실시 예에서, 상기 제2 단계 또한 약 5초 내지 6초가 걸린다. 두 단계들 모두, 필요한 시간은 빔 전류, 전구체 가스, 그리고 홀의 크기에 따라 다르다. 도 5d는 도 5a 내지 도 5c에 묘사된 두 단계 공정의 결과물 구조들을 도시한다. 도 5e는 상기 두개의-단계 공정 완료 후 상기 구조들의 횡-단면 뷰를 도시한다. 상기 제1 공정으로부터 나온 구조로의 첨가제들(additions)(504) 및 상기 제2 공정으로부터 나온 구조로의 첨가제들(505)은 도 5e의 횡단면에서 볼 수 있다. 도 5f는 본 발명에 따라 충전된 높은 종횡비 구조(552) 내의 다수의 충전된 홀들(550)의 횡단면을 도시한다.
도 5g는 본 발명의 실시 예의 단계들을 도시한다. 참조번호 501의 단계는 상기 전자 빔의 가속 전압을 조정한다. 상기 빔 에너지는 사용 중인 전구체 가스 및 상기 표면 물질에 따라 다를 것이다. 예를 들어, 금속 전구체에 대해, 상기 가속 전압은 30 keV로 설정되며, 전류는 100 pA 내지 200 pA로 설정된다. 탄소 전구체는 더 낮은 빔 전압을 사용할 것이다. 임의의 특정 응용에 대한 최적의 빔 전압은, 당업자에 의해 쉽게 판단될 수 있다. 참조번호 502의 단계는 상기 빔 스캔 패턴을 직경들이 증가하는 일련의 원형 패턴들로 조정한다. 참조번호 503의 단계는 SEM 증착을 위한 시스템을 구성한다. 즉, 상기 시스템은 전구체 가스의 유입을 시작한다. 참조번호 504의 단계는 제1 패턴으로 상기 전자 빔을 상기 홀 내부로 쏘며, 상기 빔은 상기 홀 직경의 또는 상기 트랜치 폭의 1/5 내지 1/10 사이의 구역을 덮는다. 창-모양(spear-shaped) 구조가 상기 홀 중앙 내부에 증착된 후, 참조번호 505의 단계는 제2 공정에 대한 상기 제2 패턴 크기를 상기 트랜치 폭 또는 직경의 2배로 설정하며, 상기 제2 패턴으로 전자 빔을 상기 홀 내부로 쏜다. 이 때, 상기 빔은 상기 홀보다 더 큰 구역을 덮는다.
도 5h는 본 발명의 다른 실시 예의 단계들을 도시한다. 참조번호 511의 단계에서, 상기 빔 파라미터들은 상기 전구체 가스 및 상기 기판에 따라 조정된다. 참조번호 512의 단계에서, 상기 빔 위치 또는 스캔 패턴은 상기 홀 내부에 물질을 증착하기 위해 조정되어, 그 벽들로부터 떨어져서 구조를 형성한다. 참조번호 513의 단계에서, 상기 시스템은 (예를 들어, 국부적인 가스 분사 시스템에 의해, 또는 상기 가스를 포함하는 환경적 세포를 제공함으로써) 상기 작업물 표면에 전구체 가스를 제공하도록 구성된다. 참조번호 514의 단계에서, 상기 빔은 상기 홀의 제1 영역을 향해 쏘아진다. 참조번호 515의 단계에서, 상기 스캔 패턴은 상기 홀의 모서리로 또는 상기 모서리 너머로 연장되도록 조정된다. 참조번호 516의 단계에서, 상기 빔은 상기 제1 영역의 슈퍼세트(superset)를 향해 쏘아진다. 상기 빔은 전자 빔 또는 이온빔, 레이저 빔, 중성빔, 또는 전구체 가스를 분해하는 에너지를 제공할 수 있는 모든 빔과 같은, 하전 입자 빔일 수 있다.
도 6a는 20 nm 내지 30 nm 폭의 채널들(600)의 일부분들(602)의 충전을 도시한다. 도 6b는 상기 채널 내의 홀을 충전한 후, 높은 종횡비의 공극 없는 구조(606)의 횡-단면 뷰를 도시한다. 상기 채널의 중앙에 상기 전자 빔(608)에 의한 증착을 시작하는 것은, 초과 가스가 밖으로 배출되도록 하며, 동일 방향으로(참조번호 604의 화살표들) 증착 증가를 유발한다. 이로써, 상기 증착 공정 후에 상기 구조(606)의 내부는 공극이 없게 된다.
공극들 없이 홀들 또는 채널들을 충전함으로써, 본 발명의 실시 예들은 홀들, 채널들 또는 다른 형태들이 이온 빔 밀링에 의해 노출될 때, 그것들 내에 손상 및 아티팩트들을 줄인다. 실시 예들은, 특히, 충전되지 않은 높은 종횡비 홀들을 포함하는 3D NAND 구조들과 같은, 새로운 3-차원 구조들의 분석에 유용하다.
관심 형태가 즉시 상기 빔 경로의 균일 영역을 따를 때, 이온 빔 밀링 아티팩트들이 감소된다. 상기 빔이 밀링하고 상기 충전을 통과하도록, 상기 빔이 상기 관심 형태에 도달하기 바로 전에, 밀링하고 홀들을 충전함으로써 균일 영역이 제공될 수 있다. 도 7은 본 발명의 적용을 도시한다. 홀들(704)은 밀링된 다음 충전된다. 홀들(704) 내에 증착된 물질 내의 금속은, 집속 이온 빔(706)이 관심 영역(702)을 밀링하기 전에, 상기 빔에 균일한 표면을 제공하며, 이로써 커트닝을 감소시킬 수 있다.
도 8a는 높은 종횡비 구조들(800) 내 충전된 홀들(802)에 의해 형성된 다수의 구조들을 기울여서 본 도면이다. 본 발명은 이온 빔 밀링 중 아티팩트들을 막기 위해 홀들을 충전하는데 사용될 수 있는 것뿐만 아니라, 자신만의 용도를 가진 구조들을 생성하는데 사용될 수도 있다.
도 9는 본 발명을 실시하는데 적합한 일반적인 듀얼 빔 시스템(910)을 도시하며, 상기 듀얼 빔 시스템(910)은 수직으로 장착된 SEM 기둥(column) 및 수직으로부터 약 52도 기울어져 장착된 집속 이온 빔(FIB) 기둥을 구비한다. 적합한 듀얼 빔 시스템들은, 예를 들면, 본 발명의 양수인인 FEI company, Hillsboro, Oregon으로부터, 상업적으로 입수 가능하다. 적합한 하드웨어의 예가 아래에 제시되지만, 본 발명은 어떤 특정 유형의 하드웨어의 형태로 구현되는 것에 한정되지 않는다.
전원 및 제어 유닛(945)과 함께, SEM(941)이 상기 듀얼 빔 시스템(910)에 제공된다. 음극(952) 및 양극(954) 사이에 전압을 인가함으로써, 전자빔(943)이 음극(952)으로부터 방출된다. 전자빔(943)은 집광 렌즈(956)와 대물 렌즈(958)에 의하여 미세한 곳에 집광된다. 전자빔(943)은 편향 코일(960)에 의해 표본 상에 이-차원으로 스캐닝된다. 집광 렌즈(956), 대물 렌즈(958), 그리고 편향 코일(960)의 작동은 전원 및 제어 유닛(945)에 의해 제어된다.
전자빔(943)은, 하부 챔버(926)내에서 움직이는 X-Y-Z 스테이지(925) 상에 있는, 기판(922)에 집광될 수 있다. 상기 전자 빔의 전자들이 상기 기판(922)에 부딪힐 때, 이차 전자들이 방출된다. 이러한 이차 전자들은 후술하는 바와 같이 이차 전자 검출기(940)에 의해 검출된다.
또한 듀얼 빔 시스템(910)은 상부 목부(upper neck portion)(912)를 가진 진공 챔버를 포함하는 집속 이온 빔(FIB) 시스템(911)을 구비하며, 상기 상부 목부(912)내에는 이온 소스(914) 및 포커싱 기둥(focusing column)(916)이 위치한다. 상기 포커싱 기둥(916)의 축은 전자 기둥 축으로부터 52도 기울어져 있다. 상기 이온 기둥(912)은 이온 소스(914), 전극 추출(915), 포커싱 요소(917), 편향 요소들(920), 그리고 집속 이온 빔(918)을 포함한다. 이온 빔(918)은 포커싱 기둥(916)을 통해, 참조번호 920에 개략적으로 표시된 전자 편향 수단(920) 사이를 통과하여, 이온 소스(914)로부터 기판(922)을 향해 전달된다. 상기 기판은, 예를 들어, 하부 챔버(926) 내에서 이동 가능한 X-Y 스테이지(925) 상에 위치하는 반도체 장치를 포함한다.
바람직하게는, 스테이지(925)는 수평면(X축 및 Y축)과 수직(Z축)으로 이동할 수 있다. 또한 스테이지(925)는 약 60도로 기울 수 있으며, Z축을 중심으로 회전할 수 있다. X-Y 스테이지(925)상에 기판(922)을 넣고, 내부 가스 공급소를 제공하기 위해, 도어(961)가 개방된다. 상기 도어는 시스템이 진공하에 있는 경우 개방될 수 없도록 연동되어 있다.
이온 펌프(도시되어 있지 않음)는 상부 목부(912)의 배기를 위해 이용된다. 상기 챔버(926)는 진공 제어기(932)의 제어하에, 터보분자 및 기계적 펌핑 시스템(930)을 이용해 배기된다. 상기 진공 시스템은 챔버(926)에 약
Figure pct00002
Torr 내지
Figure pct00003
Torr 의 진공상태를 제공한다. 에칭-보조 가스, 에칭-억제 가스, 또는 증착 전구체 가스가 사용된다면, 상기 챔버의 배경 압력은 일반적으로 약
Figure pct00004
Torr로 증가할 수 있다.
고전압 전원장치(934)는 이온 빔(918)에 전력을 공급하고 초점을 맞추기 위해, 이온 빔 포커싱 기둥 포커싱(916)에 있는 전극들에, 적절한 가속 전압을 제공한다. 상기 이온빔이 기판(922)에 부딪히면, 물질이 상기 샘플로부터 튀겨지며(sputtering), 즉 물리적으로 배출된다. 이온 빔(918) 또는 전자 빔(943)은 물질을 증착하기 위해, 전구체 가스를 분해시킬 수 있다.
고전압 전원장치(934)는 약 1 keV 내지 60 keV의 이온 빔(918)을 형성하기 위해, 그리고 그 이온 빔을 샘플로 향하도록 하기 위해서, 이온 빔 포커싱 기둥(916)내의 해당 전극들뿐만 아니라, 액체 금속 이온 소스(914)에도 연결되어 있다. 패턴 발생기(938)에 의해 제공되는 미리 정해진 패턴에 따라 동작되는 편향 제어기 및 증폭기(936)는 편향판들(920)에 결합되며, 그럼으로써 이온빔(918)이 수동 또는 자동으로 제어되어, 기판(922)의 상단 표면상에 있는 해당 패턴을 추적하도록 한다. 해당 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 일부 시스템에서는 편향판들이 최종 렌즈들 앞에 위치한다. 이온 빔 포커싱 기둥(916) 내에 있는 빔 블랭킹(blanking) 전극들(도시되지 않음)은, 블랭킹 제어기(도시되지 않음)가 블랭킹 전극에 블랭킹 전압을 인가할 때, 이온 빔(918)이 기판(922)대신 블랭킹 구멍(blanking aperture)(도시되지 않음)에 충돌하도록 한다.
상기 액체 금속 이온 소스(914)는 일반적으로 갈륨 금속 이온 빔을 제공한다. 상기 소스는 일반적으로 이온 밀링, 에칭 강화, 물질 증착으로 상기 기판(922)을 수정하기 위해, 또는 기판(922)을 이미지화하기 위한 목적으로, 기판(922)에서 10분의 1 마이크로 이하의 폭을 가진 빔으로 집속될 수 있다. 대안적으로, 플라즈마 이온 소스가 사용될 수 있다.
이차 이온 또는 전자 방출을 검출하기 위해 사용되는, Everhart-Thornley 또는 멀티-채널 플레이트와 같은, 하전 입자 검출기(940)는 비디오 회로(942)에 접속되며, 상기 비디오 회로(942)는 비디오 모니터(944)에 구동 신호를 공급하고, 제어기(919)로부터 편향 신호를 수신한다. 하부 챔버(926) 내에 있는 하전 입자 검출기(940)의 위치는 다른 실시 예들에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 하전 입자 검출기(940)는 이온 빔과 동축에 있을 수 있고, 이온 빔이 통과할 수 있도록 홀을 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 이차 입자들은 최종 렌즈를 통해 수집될 수 있고, 그 후에 수집을 위해서 축에서 벗어날 수 있다.
Omniprobe, Inc., Dallas, Texas의 AutoProbe
Figure pct00005
, 또는 Kleindiek Nanotechnik, Reutlingen, Germany의 모델 MM3A와 같은, 마이크로매니퓰레이터(micromanipulator)(947)는 상기 진공 챔버 내에서 대상들(objects)을 정확하게 움직일 수 있다. 마이크로매니퓰레이터(947)는 상기 진공 챔버 밖에 위치한 정밀 전기 모터들(948)을 포함하여, 상기 진공 챔버 내부에 위치한 부분(949)의 X, Y, Z, 쎄타(theta) 제어를 제공할 수 있다. 상기 마이크로매니퓰레이터(947)는 작은 대상들을 조종하기 위해, 상이한 엔드 이펙터들(end effectors)이 장착될 수 있다. 본원에 기술된 실시 예들에서, 상기 엔드 이펙터는 얇은 프로브(950)이다.
가스 전달 시스템(946)은 가스 증기를 도입하여 이를 기판(922)으로 보내기 위해 하부 챔버(926)까지 이어진다. 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제 5,851,413, Casella 등의 "입자 빔 처리를 위한 가스 전달 시스템(Gas delivery systems for particle beam processing)"은 적절한 가스 전달 시스템(946)을 서술한다. 다른 가스 전달 시스템은 미국 특허 제 5,435,850, Rasmussen의 "가스 주입 시스템(Gas injection system)"에 기술되어 있으며, 이 또한 본 발명의 양수인에게 양도되었다. 예를 들면, 요오드는 에칭을 강화시키기 위해 전달될 수 있으며, 또는 유기 금속 화합물은 금속을 증착시키기 위해 전달될 수 있다.
시스템 제어기(919)는 듀얼 빔 시스템(910)의 다양한 부분들의 동작들을 제어한다. 시스템 제어기(919)를 통해, 사용자는 이온 빔(918) 또는 전자 빔(943)이 통상적인 사용자 인터페이스(도시되지 않음)에 입력된 명령들을 통해 원하는 방식으로 스캐닝될 수 있도록 할 수 있다. 대안적으로, 시스템 제어기(919)는 프로그램된 명령들에 따라 듀얼 빔 시스템(910)을 제어할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 듀얼 빔 시스템(910)은 관심 영역들을 자동으로 식별하기 위해, Cognex Corporation, Natick, Massachusetts에서 시판된 소프트웨어와 같은, 이미지 인식 소프트웨어를 탑재하고, 그 다음에 상기 시스템은 본 발명에 따라 수동으로 또는 자동으로 샘플들을 추출할 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 다수의 소자들을 포함하는 반도체 웨이퍼들 상에 유사한 형태들을 자동으로 위치시킬 수 있고, 상이한 (또는 동일한) 소자들 상에 이러한 형태들의 샘플들을 취할 수 있다.
본 발명은 전술된 예시들에서 설명되고 도시된 바와 같이, 넓은 적용범위를 가지고 많은 장점들을 제공할 수 있다. 실시 예들은 특정 애플리케이션에 따라 큰 폭으로 달라질 것이며, 모든 실시 예가 본 발명에 의해 달성되는 모든 장점들을 제공한다거나 모든 목적들을 충족시키는 것은 아닐 것이다. 본 발명을 수행하기에 적합한 입자 빔 시스템들은, 예컨대, 본 출원의 양수인인 FEI사(FEI Company)로부터 상업적으로 이용 가능하다.
전술된 많은 것들이 반도체 웨이퍼들에 대한 것이나, 본 발명은 임의의 적합한 기판이나 표면에 적용될 수 있다. 추가적으로, "자동적", "자동화", 또는 이와 유사한 용어들이 본원에 사용될 때마다, 이러한 용어들은 자동적 또는 자동화 공정이나 단계의 수동적 시작(initiation)을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 이하의 설명 및 청구항들에서, "포함하는(including)" 및 "포함하는(comprising)"의 용어들은 개방형으로 사용되고, 따라서 "… 을 포함하지만, 이에 제한되지 않는"의 의미로 해석되어야 한다. "집적 회로(integrated circuit)"란 용어는, 전자 부품들, 그리고 마이크로칩의 표면상에 패터닝되는 상기 전자 부품들의 상호연결들(총괄적으로, 내부 전기적 회로 구성요소들)의 집합을 지칭한다. "반도체 칩(semiconductor chip)" 이란 용어는 일반적으로, 반도체 웨이퍼에 집적되거나, 웨이퍼로부터 분리되거나, 또는 회로 보드(board) 상에서 사용하기 위해 패키징될 수 있는, 집적 회로(IC)를 지칭한다. "FIB" 또는 "집속 이온 빔(focused ion beam)"이란 용어는 본 명세서에서, 이온 렌즈(optic)들에 의해 포커싱된 빔 및 형상화된 이온 빔들을 포함하는, 임의의 콜리메이티드(collimated) 이온 빔을 지칭하는 것으로 사용된다.
상기 실시 예는 3D NAND-형 구조들을 설명하지만, 본 발명은 그러한 구조들에 제한되지 않으며, 예컨대 DRAMS들에 유용하고, 트랜치들 및 기타 다른 구조들뿐만 아니라 원형 홀들을 특징짓는 것에도 유용하다. 기술된 실시 예들이 패턴으로 전자 빔을 스캔하지만, 또한 상기 빔은 스캔되고 있지 않으면서 원하는 영역을 덮는 넓은 빔이 될 수도 있다. 사용되는 빔 에너지들에서, 상기 전구체 가스를 분해하기 위해 2차 전자들이 생성되는 상기 상호작용하는 영역은, 일반적으로 상기 빔 초점(spot) 크기보다 훨씬 넓을 수 있다는 것이 이해될 것이다.
임의의 용어가 본 명세서에서 특별하게 정의되지 아니하는 한, 그 용어는 평범한 그리고 보통의 의미가 부여되는 점이 의도된다. 첨부된 도면들은 본 발명을 이해하는데 도움을 주고자 의도되고, 다른 표시가 없는 한, 스케일에 맞게 그려지지 아니한다.
일부 실시 예들은 하전 입자 빔-유도 증착을 이용하여, 홀을 충전하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 : 작업물의 표면에 증착 전구체 가스를 제공하는 단계; 및 3:1 보다 큰 종횡비를 가진 홀 내부로 하전 입자 빔을 쏘는 단계를 포함하며, 상기 전구체 가스를 분해하기 위해, 그리고 상기 홀 내부에 물질을 증착시키기 위해, 상기 하전 입자 빔은 상기 홀의 단면적보다 작은 면적을 가진 상기 홀 내부의 영역으로 쏘아지며, 상기 홀 상단에서 측벽들(side walls)을 건드리지 않는 기다란 구조를 형성하기 위해, 상기 하전 입자 빔은 충분한 시간동안 상기 홀 내부로 쏘아진다.
일부 실시 예들에서, 상기 방법은 상기 기다란 구조 및 상기 홀 측벽들 사이 영역을 충전하기 위해, 상기 홀의 모서리들 너머로 연장되는 구역을 덮도록 상기 하전 입자 빔을 쏘는 단계를 더 포함하며, 그렇게 함으로써, 상기 충전 물질 내 공극들 없이 상기 홀을 충전할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 기다란 구조를 형성하기 위해 충분한 시간동안 상기 홀 내부로 상기 하전 입자 빔을 쏘는 단계는, 상기 홀 상단 벽들(top walls)에 접촉하지 않는 기다란 구조를 형성하는 것을 포함하며, 또한 상기 홀 충전을 마치기 위해 제1 구역의 슈퍼세트(superset)인 구역에 상기 하전 입자를 쏘는 단계를 더 포함한다.
일부 실시 예들에서, 상기 홀은 원통형 홀을 포함하며, 상기 홀 내부로 하전 입자 빔을 쏘는 단계는, 상기 홀의 직경의 1/2보다 작은 직경을 가진 원형 패턴으로 전자 빔을 쏘는 것을 포함한다.
일부 실시 예들에서, 상기 홀은 채널이며, 상기 홀 내부로 하전 입자 빔을 쏘는 단계는, 상기 채널 폭의 1/2보다 작은 직경을 가진 원형 패턴으로, 상기 채널 내부에 전자 빔을 쏘는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 실시 예들은 높은 종횡비 홀을 충전하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 : 적어도 하나의 높은 종횡비 홀을 가진 작업물의 표면에 증착 전구체 가스를 제공하는 단계; 상기 높은 종횡비 홀 내부로 전자 빔을 쏘는 단계로서, 상기 홀 내부에 기다란 구조를 증착하기 위해, 상기 전자 빔은, 상기 홀의 단면적 전체보다 작은 단면적을 가진 홀 내부 영역에 충돌하는 제1 패턴으로 쏘아지는, 단계; 및 상기 충전 물질 내 공극들을 남기지 않으면서 상기 홀을 충전하기 위해, 상기 기다란 구조와 상기 홀 측벽 사이에 있는 홀 영역들을 충전하는 제2 패턴으로, 상기 작업물을 향해 전자 빔을 쏘는 단계를 포함한다.
일부 실시 예들에서, 제2 패턴으로 상기 작업물을 향해 전자 빔을 쏘는 단계는 상기 홀 전체를 포함하는 구역을 덮는 제2 패턴으로 전자 빔을 쏘는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 실시 예들에 따르면, 기판 표면에 증착 전구체 가스를 제공하는 단계는, 금속을 증착시키기 위해, 전자 빔의 존재 하에 분해되는 전구체 가스를 제공하는 것을 포함하고; 그리고 상기 제1 패턴으로 전자 빔을 쏘는 단계는, 5000 eV 보다 큰 랜딩 에너지(landing energy)를 가진 전자 빔을 쏘는 것을 포함한다.
본 발명의 일부 실시 예들에 따르면, 기판 표면에 증착 전구체 가스를 제공하는 단계는, 탄소를 증착시키기 위해, 전자 빔의 존재 하에 분해되는 전구체 가스를 제공하는 것을 포함하고; 그리고 상기 제1 패턴으로 전자 빔을 쏘는 단계는, 3000 eV 보다 큰 랜딩 에너지를 가진 전자 빔을 쏘는 것을 포함한다.
일부 실시 예들에서, 상기 제1 패턴으로 전자 빔을 쏘는 단계는, 상기 홀 직경의 1/4 보다 작은 직경을 가진 원형 패턴으로 상기 전자 빔을 쏘는 것을 포함한다.
일부 실시 예들에서, 상기 홀이 채널인 방법에서, 상기 원형 패턴의 직경은 상기 채널 폭의 1/4보다 작다.
본 발명의 일부 실시 예들은 높은 종횡비 홀을 충전하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 : 적어도 하나의 높은 종횡비 홀을 가지는 작업물의 표면에 증착 전구체 가스를 제공하는 단계; 상기 높은 종횡비 홀 내부에 5000 eV 보다 큰 랜딩 에너지를 가진 전자 빔을 쏘는 단계로서, 상기 전자 빔은 원형 패턴으로 상기 홀 내부에 쏘아지며, 상기 홀 내부에 기다란 구조를 증착하기 위해 상기 원형 패턴의 반경은 상기 홀 반경의 1/4 보다 작은, 단계; 및 상기 충전 물질 내 공극들을 남기지 않으면서 상기 홀을 충전하기 위해, 상기 기다란 구조와 상기 홀의 측벽 사이에 있는 홀의 구역들을 충전하는 제2 패턴으로, 상기 작업물을 향해 전자 빔을 쏘는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 실시 예들은 하전 입자 빔 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 : 하전 입자들의 소스; 3:1 보다 큰 종횡비를 가진 적어도 하나의 홀을 가진 작업물을 향해 하전 입자들의 빔을 쏘기 위한 포커싱(focusing) 기둥; 상기 작업물의 표면에 전구체 가스를 제공하기 위한 가스 전달 시스템; 및 상기 하전 입자 빔을 상기 홀 내부로 쏘기 위해, 하전 입자 현미경을 제어하기 위한 명령들이 프로그램된 시스템 제어기로서, 상기 하전 입자 빔은 상기 전구체 가스를 분해하기 위해, 그리고 상기 홀 내부에 물질을 증착시키기 위해, 상기 홀의 단면적보다 작은 면적을 가진 홀 내부의 영역으로 쏘아지며, 상기 하전 입자 빔은 상기 홀 상단에서 측벽들을 건드리지 않는 기다란 구조를 형성하기 위해, 충분한 시간동안 상기 홀 내부로 쏘아지는, 시스템 제어기를 포함한다.
비록 본 발명 및 본 발명의 유리함들이 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구항들에 의해서 정의된 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않으면서, 다양한 변경들, 치환들 및 대안들이 만들어질 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 더욱이, 본 발명 출원의 범위는 본원에서 기술된 프로세스, 기계, 제조, 그리고 물질의 구성, 수단들, 방법들, 그리고 단계들의 특정 실시 예들로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 개시로부터 쉽게 인식할 것처럼, 본원에 기술된 대응하는 실시 예들과 실질적으로 동일한 결과를 달성하거나 또는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는, 현존하거나 또는 나중에 개발될 프로세스, 기계, 제조, 물질의 구성들, 수단들, 방법들, 또는 단계들은 본 발명에 따라서 활용될 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구항들은 그 청구항들의 범위 내에 그러한 프로세스들, 기계들, 제조, 물질의 구성들, 수단들, 방법들, 또는 단계들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (19)

  1. 하전 입자 빔-유도 증착(charged particle beam-induced deposition)을 사용하여 홀(hole)을 충전(filling)하는 방법에 있어서, 상기 방법은 :
    작업물(work piece)의 표면에 증착 전구체(precursor) 가스를 제공하는 단계; 및
    3:1 보다 큰 종횡비(aspect ratio)를 가진 홀 내부로 하전 입자 빔을 쏘는 단계를 포함하며,
    상기 하전 입자 빔은, 상기 전구체 가스를 분해하기 위해, 그리고 상기 홀 내부에 물질을 증착시키기 위해, 상기 홀의 단면적보다 작은 면적을 가진 상기 홀 내부의 영역으로 쏘아지며,
    상기 하전 입자 빔은, 상기 홀 상단에서 측벽들(side walls)을 건드리지 않는 기다란 구조를 형성하기 위해, 충분한 시간동안 상기 홀 내부로 쏘아지는, 홀 충전 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 기다란 구조와 상기 홀의 측벽들 사이에 있는 영역을 충전하기 위해, 상기 홀의 모서리들 너머로 연장되는 영역을 덮도록 상기 하전 입자 빔을 쏘는 단계를 더 포함하여, 상기 충전 물질 내 공극들 없이 상기 홀을 충전할 수 있는, 홀 충전 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 기다란 구조를 형성하기 위해 충분한 시간동안 상기 홀 내부로 상기 하전 입자 빔을 쏘는 단계는, 상기 홀 상단 벽들(top walls)에 접촉하지 않는 기다란 구조를 형성하는 것을 포함하며,
    상기 홀의 충전을 마치기 위해, 제1 구역의 슈퍼세트(superset)인 구역으로 상기 하전 입자를 쏘는 단계를 더 포함하는, 홀 충전 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 홀은 원통형 홀을 포함하며,
    상기 홀 내부로 하전 입자 빔을 쏘는 단계는, 상기 홀의 직경의 1/2보다 작은 직경을 가진 원형 패턴으로 전자 빔을 쏘는 것을 포함하는, 홀 충전 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 홀은 채널이며,
    상기 홀 내부로 하전 입자 빔을 쏘는 단계는, 상기 채널 폭의 1/2보다 작은 직경을 가진 원형 패턴으로, 상기 채널 내부에 전자 빔을 쏘는 것을 포함하는, 홀 충전 방법.
  6. 높은 종횡비 홀(high aspect ratio hole)을 충전하는 방법에 있어서, 상기 방법은 :
    적어도 하나의 높은 종횡비 홀을 가진 작업물의 표면에 증착 전구체 가스를 제공하는 단계;
    상기 높은 종횡비 홀 내부로 전자 빔을 쏘는 단계로서,
    상기 전자 빔은, 상기 홀 내부에 기다란 구조를 증착하기 위해, 상기 홀의 전체 단면적보다 작은 단면적을 가진 홀 내부 영역에 충돌하는 제1 패턴으로 쏘아지는, 단계; 및
    상기 충전 물질 내에 공극들을 남기지 않으면서 상기 홀을 충전하기 위해, 상기 기다란 구조와 상기 홀의 측벽(side wall) 사이에 있는 홀 영역들을 충전하는 제2 패턴으로, 상기 작업물을 향해 전자 빔을 쏘는 단계를 포함하는, 높은 종횡비 홀 충전 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 패턴으로 상기 작업물을 향해 전자 빔을 쏘는 단계는, 상기 홀 전체를 포함하는 구역을 덮는 제2 패턴으로 전자 빔을 쏘는 것을 포함하는, 높은 종횡비 홀 충전 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    기판 표면에 증착 전구체 가스를 제공하는 단계는, 금속을 증착시키기 위해, 전자 빔의 존재 하에 분해되는 전구체 가스를 제공하는 것을 포함하며,
    상기 제1 패턴으로 전자 빔을 쏘는 단계는, 5000 eV 보다 큰 랜딩 에너지(landing energy)를 가진 전자 빔을 쏘는 것을 포함하는, 높은 종횡비 홀 충전 방법.
  9. 제6 항에 있어서,
    기판 표면에 증착 전구체 가스를 제공하는 단계는, 탄소를 증착시키기 위해, 전자 빔의 존재 하에 분해되는 전구체 가스를 제공하는 것을 포함하며,
    상기 제1 패턴으로 전자 빔을 쏘는 단계는, 3000 eV 보다 큰 랜딩 에너지를 가진 전자 빔을 쏘는 것을 포함하는, 높은 종횡비 홀 충전 방법.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 패턴으로 전자 빔을 쏘는 단계는, 상기 홀 직경의 1/2 보다 작은 직경을 가진 원형 패턴으로 상기 전자 빔을 쏘는 것을 포함하는, 높은 종횡비 홀 충전 방법.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 패턴으로 전자 빔을 쏘는 단계는, 상기 홀 직경의 1/4 보다 작은 직경을 가진 원형 패턴으로 상기 전자 빔을 쏘는 것을 포함하는, 높은 종횡비 홀 충전 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 홀은 채널이며,
    상기 원형 패턴의 직경은 상기 채널 폭의 1/2보다 작은, 높은 종횡비 홀 충전 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 홀은 채널이며,
    상기 원형 패턴의 직경은 상기 채널 폭의 1/4보다 작은, 높은 종횡비 홀 충전 방법.
  14. 높은 종횡비 홀을 충전하는 방법에 있어서, 상기 방법은 :
    적어도 하나의 높은 종횡비 홀을 가지는 작업물의 표면에 증착 전구체 가스를 제공하는 단계;
    상기 높은 종횡비 홀 내부에 5000 eV 보다 큰 랜딩 에너지를 가진 전자 빔을 쏘는 단계로서,
    상기 전자 빔은 원형 패턴으로 상기 홀 내부에 쏘아지며,
    상기 홀 내부에 기다란 구조를 증착하기 위해, 상기 원형 패턴의 반경은 상기 홀 반경의 1/4 보다 작은, 단계; 및
    상기 충전 물질 내에 공극들을 남기지 않으면서 상기 홀을 충전하기 위해, 상기 기다란 구조와 상기 홀의 측벽 사이에 있는 홀의 구역들을 충전하는 제2 패턴으로, 상기 작업물을 향해 전자 빔을 쏘는 단계를 포함하는, 높은 종횡비 홀 충전 방법.
  15. 하전 입자 빔 시스템에 있어서, 상기 시스템은 :
    하전 입자들의 소스(source);
    3:1 보다 큰 종횡비를 가진 적어도 하나의 홀을 가진 작업물을 향해 하전 입자들의 빔을 쏘기 위한 포커싱 기둥(focusing column);
    상기 작업물의 표면에 전구체 가스를 제공하기 위한 가스 전달 시스템; 및
    상기 홀 내부로 상기 하전 입자 빔을 쏘기 위해, 하전 입자 현미경을 제어하기 위한 명령들이 프로그램된 시스템 제어기로서,
    상기 하전 입자 빔은, 상기 전구체 가스를 분해하기 위해, 그리고 상기 홀 내부에 물질을 증착시키기 위해, 상기 홀의 단면적보다 작은 면적을 가진 홀 내부의 영역으로 쏘아지며,
    상기 하전 입자 빔은, 상기 홀 상단에서 측벽들을 건드리지 않는 기다란 구조를 형성하기 위해, 충분한 시간동안 상기 홀 내부로 쏘아지는, 시스템 제어기를 포함하는, 하전 입자 빔 시스템.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 명령들은, 상기 기다란 구조와 상기 홀의 측벽들 사이에 있는 영역을 충전하기 위해, 상기 홀의 모서리들 너머로 연장되는 구역을 덮도록 상기 하전 입자 빔을 쏘는 단계를 더 포함하여, 상기 충전 물질 내 공극들 없이 상기 홀을 충전할 수 있는, 하전 입자 빔 시스템.
  17. 제15 항에 있어서,
    기다란 구조를 형성하기 위해, 충분한 시간동안 상기 홀 내부로 상기 하전 입자 빔을 쏘기 위한 명령들은,
    상기 홀의 상단 벽들(top walls)에 접촉하지 않는 기다란 구조를 형성하기 위한 명령들을 포함하며,
    상기 홀 충전을 마치기 위해 제1 영역의 슈퍼세트(superset)인 영역에 상기 하전 입자를 쏘는 단계를 더 포함하는, 하전 입자 빔 시스템.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 홀은 원통형 홀을 포함하며,
    상기 홀 내부로 하전 입자 빔을 쏘는 단계는, 상기 홀의 직경의 1/2보다 작은 직경을 가진 원형 패턴으로 전자 빔을 쏘는 것을 포함하는, 하전 입자 빔 시스템.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 홀은 채널이며,
    상기 홀 내부로 하전 입자 빔을 쏘는 단계는,
    상기 채널 폭의 1/2보다 작은 직경을 가진 원형 패턴으로, 상기 채널 내부에 전자 빔을 쏘는 것을 포함하는, 하전 입자 빔 시스템.
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