KR20160055076A - 자동화된 tem 샘플 준비 - Google Patents

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Abstract

박편의 자동화된 추출들 용이하게 하는 기술들이 설명되며, 투과 전자 현미경들 상의 관측을 위해 박편이 샘플 그리드에 부착된다. 본 발명의 일부 실시예들은 기계적 시각화를 사용하여 박편, 프로브, 및/또는 TEM 그리드의 위치들을 결정하여 프로브의 박편으로의 부착 및 박편의 TEM 그리드로의 부착을 안내하는 것과 관련된다. 기계적 시각화의 사용을 용이하게 하는 기술들은 프로브 팁을 성형하는 것을 포함하고, 그에 따라 그것의 위치가 이미지 인식 소프트웨어에 의해 용이하게 인식될 수 있다. 이미지 감산 기술들이 부착을 위해 TEM 그리드로 박편을 이동하도록 프로브에 부착된 박편의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 참조 구조물들이 이미지 인식을 용이하게 하기 위해 프로브 상에서 또는 박편 상에서 밀링된다.

Description

자동화된 TEM 샘플 준비{Automated TEM sample preparation}
본 발명은 하전 입자 빛 시스템들에서의 관측을 위한 샘플들의 자동화된 준비와 관련된다.
반도체 회로 제조 방법들뿐만 아니라, 다른 현미경 및 나노 제조 기술들은, 개선된 해상도를 갖는 새로운 이미징 기술의 개발을 요구하고 있다. 개선된 이미징 기술들은 생명 과학 분야에도 필요하다. 전자 현미경 및 이온 현미경과 같은, 하전 입자 빔 현미경은, 광학 현미경보다 현저하게 높은 해상도 및 더 큰 초점 깊이를 제공한다. 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy, SEM)에서, 1차 전자 빔은 미세 스폿(fine spot)에 집속되어 관찰될 표면을 스캔한다. 2차 전자들이 상기 표면으로부터 방출되는데, 이는 상기 표면과 상기 1차 전자 빔이 충돌하기 때문에다. 상기 2차 전자들이 검출되고 이미지가 형성되는데, 상기 이미지 상의 각각의 점에서의 밝기는 상기 빔이 상기 표면 상의 상응하는 스폿에 충돌할 때 검출되는 2차 전자들의 개수에 의해 결정된다. 또한, 주사 전자 현미경들은 2차 전자들의 대안으로서 후방-산란 전자들로부터 이미지들을 형성할 수 있다. 주사 이온 현미경(scanning ion microscopy, SIM)은, 주사 전자 현미경과 유사하지만, 이온 빔이 표면을 스캔하고 2차 전자들을 추출하는데 사용된다. 또한 이온 현미경들은 2차 이온들을 사용하여 이미지들을 형성할 수도 있다.
투과형 전자 현미경(transmission electron microscopy, TEM)에서, 광범위한 전자 빔이 샘플과 출동하고 상기 샘플을 통해 투과하는 전자들이 집속되어 상기 샘플의 이미지가 형성된다. 상기 샘플은 1차 빔 내 전자들 다수가 상기 샘플을 통하여 이동하고 반대 장소(opposite site)로 빠져나가는 것을 허용하도록 충분히 얇아야 한다. 샘플들은 전형적으로 200 nm 두께 미만이고 종종 훨씬 얇아야 한다.
주사형 투과 전자 현미경(scanning transmission electron microscopy STEM)에서, 1차 전자 빔은 미세 스폿으로집속되고, 상기 스폿은 샘플 표면을 가로 질러 스캔된다. 워크피스를 통해 투과된 전자들은 상기 샘플의 떨어진 면 상의 전자 검출기에 의해 수집되고, 이미지 상의 각 지점의 강도는 상기 표면 상의 상응하는 지점과 충돌한 1차 빔으로 수집된 전자들의 개수와 상응한다. 본원에서 사용 된 용어 "TEM" 샘플은 TEM 또는 STEM 중 어느 하나의 샘플을 지칭하고, TEM을 위해 샘플을 준비하는 것은 STEM에서 보기 위한 샘플을 준비하는 것도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
TEM 샘플들은 매우 얇기 때문에, 샘플들의 준비는 섬세하고 시간이 소요되는 작업일 수 있다. 박막 샘플, 특히 100nm 두께 미만의 샘플들의 두께 변동들은, 구부러짐, 과도-밀링(over-milling), 또는 다른 치명적인 결함들을 초래할 수 있다. 준비 기술은 가장 작고 그리고 가장 중요한 구조물들의 분석 능력 및 구조적 특성의 품질을 결정한다.
TEM 샘플들은 샘플이 어떻게 워크피스 상에서 배향(oriented)되었는지에 따라 광범위하게 "단면도" 샘플들 또는 "평면도" 샘플들로 분류될 수 있다. 관찰할 샘플의 면이 워크피스의 표면과 평행이었던 경우, 상기 샘플은 "평면도(planar view)" 또는 "평편도(plan view)" 샘플로 지칭된다. 관찰할 상기 면이 워크피스의 표면과 수직이었던 경우, 상기 샘플은 "단면도 샘플로 지칭된다.
TEM 샘플들을 준비하기 위해 여러 기술들이 알려져 있다. 일부 기술들은 클리빙, 화학적 연마, 기계적 연마, 또는 광범위 빔 저에너지 이온 밀링을 관련시킬 수 있다. 이러한 기술들의 조합도 가능하다. 이들 방법들은, 종종 출발 물질이 더 작게 구획되어야 하고 더 작은 조각들로 절단하는 것이 요구되기 때문에 불리하고, 따라서 원래의 샘플의 대부분이 파괴된다. 또한, 그들은 일반적으로 특정한 장소를 위한 것(site specific)이 아니다..
일반적으로 "리프트 아웃" 잘차들로 지칭되는 다른 기술들은, 기판의 주변 영역로의 손상을 크게 제한하거나 제거하면서, 기판으로부터 샘플을 절단하는 집속 이온 빔(focused ion beam, FIB)을 사용한다. 이들 기술들은 예를 들어, 반도체 제조의 결과들을 분석하는데 유용하다. 리프트-아웃 기술들을 이용하여, 샘플은 단면 또는 평면도와 같은, 임의의 방위로 분석될 수 있다. 일부 기술들은 추가적인 준비 없이 TEM에서 사용하기에 충분히 박막 샘플을 추출한다. 다른 기술들에서, 상기 추출된 샘플은 관찰 전에 더욱 얇아진다.
샘플이 기판으로부터 추출되고 FIB 진공 챔버 내의 시료 홀더로 이동되는 기술들은 "인-시츄" 기술들로 지칭된다. 상기 샘플들이 워크피스로부터 제거되고 상기 워크피스가 진공 챔버로부터 제거 된 후 샘플 홀더로 이동되는 기술들은 "엑스-시츄" 기술들로 지칭된다.
단면 샘플은 전형적으로 큰 벌크 샘플로부터 준비되는데, 이온 빔으로 재료를 밀링 제거(milling away)함으로써 관심 영역의 어느 하나의 면 상에 트렌치들을 생성하여, "박편(lamella)"로 지칭되는 얇은 단면을 남긴다. 상기 박편은 샘플 기판으로부터 부분적으로 절단되는데, 그것이 작은 양의 물질만으로 상기 기판에 연결될 때까지 상기 박편의 면들 및 하부 주변을 이온 빔 밀링함으로써 절단된다. 일부 경우들에서, 상기 연결 물질은 일 면 상의 "탭들(tabs)"일 수 있다. 인-시츄 공정에서, 샘플 조종 프로브는 이후 박막 샘플에 근접하게 된다. 상기 프로브는 전형적으로 전구체 가스로부터의 물질의 빔-유도 증착에 의해, 박막 샘플에 부착되지만, 정전 부착과 같은 다른 방법이 사용될 수 있다. 빔 증착은 FIB 또는 SEM 중 하나와 함께 수행될 수 있다. 워크피스에 박막 샘플을 연결하는 물질은 이후 밀링 제거(또는 기계적 파손)되어 상기 샘플은 조종 프로브에만 연결되게 된다. 부착된 샘플을 갖는 프로브는 이후 다른 위치로 이동시킬 수 있고, 여기서 상기 샘플은 "그리드(grid)"로 불리우는 TEM 샘플 홀더에 부착될 수 있다. 상기 프로브는 TEM 그리드의 선택된 부분에 매우 근접하게되고, 상기 박편은 전형적으로 빔-유도 증착에 의해, 상기 그리드에 부착된다. 상기 샘플이 상기 그리드에 부착되면, 상기 샘플 프로브는 샘플부터 분리될 수 있고, 예를 들어, FIB와의 연결을 단절함으로써 또는 단지 프로브 및/또는 샘플을 이동시켜 상기 연결을 차단시킴으로써 분리될 수 있다. 상기 박편은 상기 그리드에 부착된 이후 추가로 처리될 수 있다.
박편을 생성하고 추출하며 그것을 샘플 그리드로 이송하는 프로세스는, 섬세하고 시간이 소요되는 작업이며, 종종 샘플 당 약 45 내지 90 분을 요구하며, 숙련된 운전자의 계속적인 운전자 주의를 요구한다. 반도체 웨이퍼 상에 관심 영역의 전체 분석에 대해, 예를 들어, 15-50개 이상의 TEM 샘플들만큼 많은 샘플들을 분석하는 것이 바람직할 수 있다. 매우 많은 샘플들이 추출되고 측정되어야 하는 경우, 일 영역으로부터 샘플들을 프로세싱하는 총 시간은 몇 시간 또는 심지어 몇 일이 될 수 있다. 따라서, TEM 분석을 통해 얻어질 수 있는 정보는 매우 유용함에도 불구하고, 상기 프로세스는 제조 공정 제어 및 다른 루틴 절차들에 대하여 엄청나게 시간 소모적이었다.
따라서 이미징을 위해 박편이 준비될 수 있는 속도를 개선하는 것은, 분석을 위해 선택된 워크피스들이 보다 빨리 생산 라인에 복귀할 수 있도록 함으로써 시간 및 잠재적인 수입 모두에서 상당한 이점들을 제공할 것이다. 박편 준비 프로세스의 자동화는 프로세스의 속도를 증가시킬 뿐만 아니라 운전자들에게 요구되는 전문성 수준을 감소시킬 수 있어, 제조자를 위한 이점도 나타난다. 또한, 숙련된 운전자는 자동화 동작들이 수행되는 동안 다른 작업을 수행하고 있을 수 있어, 방법의 처리량을 증가시킨다.
샘플 그리드 상에서 박편을 밀링, 추출, 이송, 및 증착하는데 필요한 정밀도 때문에, 이 공정은 그 자체가 자동화로의 적응되지 않았다. 박편 두께가 감소됨에 따라, 관심 영역이 박편에서 제외될 가능성이 더욱 높아진다. 100nm 미만의 두께의 박편, 특히 70 nm 미만의 박편은, 수동 또는 자동으로 생성하기가 어렵다.
박편이 얇아짐에 따라, 그들은 열 및 기계적 응력으로 인해 휘어질 수 있고, 상기 빔에 대한 자신의 위치들이 변경되어, 상기 빔이 관심 영역에 충돌하는 것을 허용하여 상기 박편이 망가지게 될 수 있다. 박편의 두께 변화는 샘플 구부러짐, 과-밀링(over-milling), 또는 기타 치명적인 결함들을 초래할 수 있고, 이는 상기 샘플을 쓸모없게 만든다. 또한, 얇은 박편의 조작을 위한 샘플 프로브는 상기 기판으로부터 상기 박편을 추출하도록 준비할 때, 또한 상기 박편을 상기 샘플 그리드 상에 착륙시킬 때 극도의 정밀도로 위치되어야만 한다. 이러한 요인들이 결합함으로써 분석을 위한 박편의 준비를 자동화하는 것이 대단히 어려운 프로세스가 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제 중 하나는, 샘플 준비 절차의 일부 또는 전부를 자동화하는 것이다.
기존의 수동 작업 플로우는 자동화하기 어렵기 때문에, 본 발명은 자동화를 가능케 특별 설계된 새로운 방법론들을 포함한다. 샘플 준비는 여러 단계들을 포함하고, 본 명세서는 여러 단계들의 개선에 대해 설명한다. 본 발명의 일부 실시예들은 박편, 프로브, 및/또는 TEM 그리드의 위치를 결정하기 위해 기계적 시각화의 이용을 연관시켜, 프로브의 박편으로의 부착 및 박편의 TEM 그리드로의 부착을 안내한다. 일부 실시예들에서, 박편 및/또는 프로브 상에서 하전 입자 빔에 의해 형성된 "기준점들"로 알려진 참조 구조물들은 박편 근방에서 팁을 안내하고, 프로브의 박편으로의 부착 및 박편의 TEM 그리드로의 부착을 안내하는데 사용될 수 있다. 기준점은 표면 내로 구조물을 밀링하거나 표면 상으로 물질을 증착함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예들은 이미지 분석을 사용하여 팁 및 박편을 찾는 감산 이미징 루틴을 사용한다. 프로브 팁의 기계 식별은 박편으로의 부착 이전에 상기 팁을 자동적으로 일관된 모양으로 형성함으로써 도움 받을 수 있다. 상기 박편은 이후 컷팅되어 워크피스로부터 해방되고 프로브와 함께 들어 올려질 수 있다. 두께 또는 위치와 같은 박편 특성들의 계측 측정은 자동화된 성능을 개선하기 위한 피드백 메커니즘으로도 사용될 수 있다.
앞서 설명한 것들은 본 발명의 특징들 및 기술적 이점들이 다소 광범위하게 약술된 것으로, 이하의 본 발명의 상세한 설명을 통해 더욱 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들은 이하에서 설명될 것이다. 개시된 특정 실시예들 및 개념이 본 발명의 동일한 목적들을 수행하기 위한 다른 구조물들을 설계하고 수정하기 위한 기초로서 용이하게 활용될 수 있음이 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되어야 한다. 또한, 첨부된 청구범위에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 그러한 등가의 구성들이 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 실현됨이 이해되어야 한다.
도 1은 인-시츄 박편 형성 및 추출의 개요를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 계획된 박편 형성 동작을 나타낸다.
도 3은 도 2의 동작에 따라 형성되었으나, 워크피스로부터 추출되지는 않은 박편을 나타낸다.
도 4는 프로브를 박편에 부착하는 자동화된 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 도 3의 박편에 부착된 프로브를 나타낸다.
도 6은 프로브 팁의 자동화된 성형 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 프로브 바늘의 상부를 탐색하도록 적용된 에지 탐색기를 나타낸다.
도 8은 도 7의 프로브 바늘의 하부를 탐색하도록 적용된 에지 탐색기를 나타낸다.
도 9는 도 7의 바늘의 상부 에지의 단부를 탐색하는데 사용된 에지 탐색기를 나타낸다.
도 10은 바늘의 밀링 동작을 나타내는 바늘 상에 위치된 밀링 박스를 나타낸다.
도 11은 도 10의 밀링 박스에 의해 밀링된 표면의 세정 단면에 적용된 밀링 박스를 나타낸다.
도 12는 도 11에 적용된 세정 단면 이후의 바늘을 나타내는 현미경 사진이다.
도 13은 일 각도로 컷팅된 프로브 팁을 나타낸다.
도 14는 도 13의 각진 팁이 어떻게 박편과 체결되는지를 나타낸다.
도 15는 도 13의 각진 팁을 컷팅하는데 사용되는 밀링 박스를 나타낸다.
도 16은 리프트-아웃을 위해 박편에 접근하는 프로브 팁의 기하배열(geometry)을 나타내는 도면이다.
도 17a 내지 도 17f는 박편에 대한 프로브 팁의 위치를 결정하는 이미지 감산 방법에 사용되는 이미징이다.
도 18은 박편 상에서 밀링된 기준점을 나타낸다.
도 19는 프로브 팁 상에서 밀링된 기준점을 나타낸다.
도 20a 및 도 20b는 프로브 팁의 위치를 결정하는 이미지 감산 방법을 나타내는 흐름도들이다.
도 21은 박편을 프로브에 부착하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 22a 및 도 22b는 박편의 위치를 결정하는 이미지 감산 방법을 나타내는 흐름도들이다.
도 23a 내지 도 23f는 하향식 관측들로 박편 및 TEM 그리드의 위치를 결정하는 이미지 감산 방법에 사용되는 이미지들을 나타낸다.
도 24는 TEM 그리드에 접근하는 박편의 기하배열을 나타낸다.
도 25a 및 도 25b는 TEM 그리드 상의 부착점과 박편 사이의 z 좌표의 차이를 결정하기 위한 이미지 감산의 사용을 나타낸다.
도 26a 내지 도 26f는 각진 시각에서 TEM 그리드 및 박편의 z 좌표의 차이를 결정하는 이미지 감산에 사용된 이미지들을 나타낸다.
도 27은 TEM 그리드에 부착된 박편을 나타낸다.
도 28은 TEM 그리드에 부착된 박편으로부터 절단된 프로브를 나타낸다.
도 29는 TEM 그리드에 부착된 박편이 박형화된 모습을 나타낸다.
도 30은 여기에 설명된 자동화된 박편 준비 단계들을 수행하기에 적합한 이중 빔 시스템을 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 TEM 분석을 위한 얇은 박편의 제조의 다양한 측면들에 관한 것으로, 완전히 또는 부분적으로 자동화된 절차에 의해 그들의 추출, 이송 및 분석을 위한 샘플 그리드로의 상기 박편의 후속 부착을 포함한다.
이하에 설명된 방법들은 신뢰성을 증가시켜 박편 제조 및 준비에서의 각각의 단계의 자동화가 촉진된다.
본 발명의 일부 실시예들은 진공 챔버에서 샘플을 처리하기 위해 결합된 주사 전자 현미경(SEM) 및 집속 이온빔 장치(FIB)를 갖는 이중 하전 입자 빔 시스템을 사용한다. 상기 전자 빔은 높은 해상도 이미지를 생성할 수 있고, 반면에 상기 이온 빔은 상기 샘플을 밀링하여 박편을 형성할 수 있다. 상기 이온 빔은, 비록 상기 이온 빔이 이미징 동안 워크피스를 손상시키더라도, 이미징에도 사용된다. 상기 2개의 빔들은 이미지들을 2개의 다른 관점들로부터 형성하는 것을 허용하여, 3차원 공간의 대상물의 위치가 다른 관점들로부터의 이미지들의 조합으로부터 결정되는 것을 허용한다. SEM 및 FIB 모두는 물질을 증착할 수 있고, 또한 SEM 및 FIB 모두는 물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 품질 관리 및/또는 실패 분석을 위해, 반도체 웨이퍼들의 분석에 이용될 수 있고, 뿐만 아니라 생명 과학, 재료 과학 분야 및 기타 분야들에서의 샘플들을 관측하는데 이용될 수 있다. 종종, ROI(region of interest)는 현대의 포토 리소그래피 공정에 있는, 수십 나노 미터 정도의 치수를 갖는 특정 논리 셀이고, 상기 ROI가 박편 내에 포함되는지를 보증하는 것이 어려울 수 있다.
박편의 제조 및 인-시츄 샘플 준비 방법들이, 예를 들어, Keady 등에 의한 "High Throughput TEM Preparation Processes and Hardware for Backside Thinning o Cross-Sectional View Lamella" 라는 제목의 미국특허공개공보 제2013/0248354호에서 설명되며, 상기 출원은 본 발명의 양수인에게 양도되었으며 그 개시사항은 본원에 참조로서 병합된다. 본 출원은 인-시츄 샘플 준비 단계들을 완수하기 위한 자동화된 기술들을 설명한다.
일부 실시예들은 자동으로 프로브를 박편에 부착할 때 및/또는 박편을 TEM 그리드에 부착할 때 프로브의 움직임을 지시하기 위해 이미지 인식 소프트웨어를 사용한다. 이미지 인식을 용이하게 하기 위해 본원에 설명된 다수의 기술들이 있다. 다양한 실시예들은 이들 기술들의 중 하나 또는 이들의 임의의 조합을 사용할 수 있다. 예를 들어, 아래의 기술들은, 프로브 팁이 용이하게 인식될 수 있는 알려진 외관을 나타내며 상기 프로브 팁의 위치가 신뢰성 있게 확인될 수 있도록 하는, 프로브 팁의 자동 밀링을 설명한다. 또한 설명된 것은 프로브 상의 기준점(fiducial)의 밀링이며, 이는 또한 상기 프로브 팁의 위치가 확실하게 식별되는 것을 허용한다. 또한 설명된 것은, 이미지들 사이의 관심 물체를 이동시킴으로써 이미지들의 시퀀스를 이용하고 이후 움직이지 않는 배경을 제거하기 위해 이미지들을 감산하는, 프로브 팁, 박편 또는 TEM 그리드와 같은 물체의 위치를 신뢰성있게 식별하기 위한 이미지 감산 기술들의 사용이다. 이들 기술들 모두가 각각의 응용분야에 적용될 필요는 없을 것이다. 예를 들어, 공지의 형상을 갖는 프로브를 사용하는 것은 일부 응용분야들에서 프로브 상의 기준점에 대한 필요성을 미연에 방지할 수 있게끔 한다. 감산 이미징을 사용하여 프로브 위치를 확인하는 것은 프로브 상의 기준점에 대한 필요성을 제거할 수 있다.
이미지 인식은 "에지 파인더"와 같은 알려진 소프트웨어 계측 도구를 사용할 수 있고, 이들은 연관된 기능을 갖는 아이콘들(icons)이며 하전 입자 빔 이미지들 상으로 배치되어 상기 아이콘 또는 다른 장소 내에서 콘트라스트의 변화를 이용하여 에지를 인식한다. 이러한 툴들은 Tasker 등에 의한 "Graphical automated machine control and metrology" 라는 제목의 미국등록특허 제6,889,113호에서 보다 구체적으로 설명되며, 이는 본원에 참조로서 병합된다.
FIB 조작들은 그래픽 소프트웨어를 이용하여 제어될 수 있고, 상기 그래픽 소프트웨어 내 화면 상의 박스는, 상기 박스 내의 이미지에 나타난 샘플의 부분에 대해 수행되는 동작을 구체화할 수 있다. 그러한 도구들은, 예를 들어, "밀 박스(mill box)"로 이하에서 지칭되며, 밀링을 위한 위치 및 빔 파라미터들을 구체화한다.
인-시츄 박편 추출 프로세스 개관
도 1은 인-시츄 박편 제조 공정의 단계들 대한 개요를 나타내는 흐름도이다. 단계(102)에서, 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스(도 2의 200)가 듀얼 빔 시스템의 진공 챔버(미도시)에 삽입된다. 단계(104)에서, 워크피스의 관심 영역(202)이 예를 들어 검사 데이터, 테스트 데이터, 및/또는 CAD 데이터를 이용하여, 식별된다. 도 2는 관심 영역(202)을 포함하는 볼륨(204)을 포함하는 워크피스(200)를 도시한다. 볼륨(204)은 이온 빔(206)에 의해 박편으로 형성될 것이다. 단계(106)에서, 보호 층(208)이 증착되어 박편의 추출 및 박형화 동안의 손상으로부터 관심 영역이 보호된다. 단계(108)에서, 하나 이상의 기준점들(210)이 상기 관심 영역에 인접하여 밀링되어, 프로브를 위치시키기 위해 또는 처리하기 위해 이온 빔(206)을 정렬하기 위한 기준점들로서 작용하게 된다.
단계 110에서, 트렌치들은 관심 영역의 양 면들에서 밀링되어, 도 3에 도시된 바와 같이 얇은 박편(309)이 남겨진다. 일부 실시예들에서, 부가적인 절단이 FIB를 사용하여 상기 박편 아래에서 이루어질 수 있고, 그에 따라 상기 박편 준비 동안 스퍼터링된 물질이 상기 박편 상으로 재증착되지 않는다. 도 3은 이온 빔(206)에 의해 밀링된 트렌치들(305)을 갖는 워크피스(200)의 일부분을 나타내며, 관심 영역(202)을 보유하는 박편(309)이 남겨진다. 종종, 상기 박편의 작은 영역 또는 윈도우(미도시)는 더욱 박형화되어, 상기 박편의 기계적 안정성을 유지하기에 충분한 두께만이 남겨지게 된다. 이 박형화는 상기 박편이 기판으로부터 추출되기 전에, 또는 비늘 상에 있는 동안, 또는 그것이 그리드에 부착된 이후에 수행될 수 있다.
단계(112)에서, 상기 이온 빔은 상기 박편의 측면들과 바닥 주위를 밀링하여, 부착 탭들(308)에 의해 워크피스에 부착된 박편만이 남겨진다. 부착 탭의 위치와 개수는 워크-플로우의 요구에 따라 변화할 수 있다.
박편 상의 기준점을 제조
선택적인 단계(114)에서, 기준점(306)은 박편(309)에 생성된다. 도 18은 기준점(306)이 밀링(milled)된 박편(309)을 나타내는 현미경 사진이다. 일부 실시예들에서, 기준점(306)은 X-Y 평면에서 TEM 그리드와 박편(309)을 정렬하고, 이후 Z 방향에서 그리드를 안착시키는 것을 용이하게 한다. 기준점은, FIB 또는 SEM을 사용한 물질의 증착에 의해 또는 FIB를 이용하여 밀링함으로써 생성될 수 있다. 기준점이 단지 참조 대상이기 때문에, 증착 또는 제거 어느 하나가 사용되어 기준점이 생성될 수 있다. 상기 기준점(306)은, 상기 표면에서, 관심 영역으로부터 떨어져서 그리고 바람직하게는 TEM 그리드 상으로 용접될 영역 내로 잘 생성되어, 상기 기준점이 상기 관심 영역을 이미징하는 것에 영향을 주지 않도록 한다. 본원에서 사용된 용어 "용접"은 빔-유도된 증착을 통해 물질을 추가하여 부착물을 형성하는 것을 지칭하고, 야금학에서와 같이 표면들을 녹이고 용접 금속에서와 같이 냉각되면서 본드(bond)를 형성하는 필러 물질을 추가하는 것이 아니다. 용접은 SEM 증착에 의해, FIB 증착에 의해, 또는 어떤 다른 방법에 의해 생성될 수 있다. 또한 상기 기준점은, 박형화 프로세스 동안, 피쳐들이 박형화 따라 어떻게 진전되는지를 추적하는 것을 돕는데 유용할 수도 있다. 또한, 상기 기준점은 인-시츄 STEM을 시도하는 경우 또는 독립 S/TEM에서 특정 게이트를 위치시키려 할 때 유용할 수 있다.
상기 기준점의 모양은 워크피스에 따라 달라질 것이다. 원 모양은 전자 제품에 대한 기준점으로서 좋은 선택인데, 전자 샘플들의 피쳐들은 각진 모양을 갖는 경향이 있기 때문이다. 생명 과학의 경우, 샘플의 특징들이 둥글고 곡선을 갖는 경향이 있기 때문에 사각 기준점이 필요할 수 있다. 기준점 형상은 경우에 따라 다를 수 있다. 상기 기준점은, 특정 형상을 갖고 박편을 통해 연장되는 구멍 또는 박편의 표면 내로 밀링된 형상을 포함할 수 있다.
일부 응용분야들에서, 상기 기준점은 상기 박편의 상기 TEM 그리드로의 부착의 성공률을 향상시키는데, 이는 그리드 안착 동안 SEM 이미지의 하단 절반 또는 FIB 이미지의 상단 절반의 빈 공간에서 발결되는 다른 피쳐들이 없기 때문이다. 또한, 상기 기준점은, 상기 박편을 플리핑(flipping)한 후 정확하게 위치시키는 것을 더욱 용이하게 함으로써, 조작기의 회전 정렬을 미세-조정하는데에도 사용될 수 있다.
단계(115)에서, 프로브 팁(310)을 갖는 샘플 프로브(301)는 박편(309)과 접촉하거나 근접하게 된다. 단계(115)는 이하에서 설명된 바와 같이 상기 프로브 팁을 찾고 박편에 대하여 이동시키는 머신 비전(machine vision)을 사용하여 자동화될 수 있다.
프로브를 박편에 부착
도 4는 프로브 팁을 박편에 자동으로 부착하는 방법(도 5 및 16 참조)을 나타낸 흐름도이다. 일부 실시예들에서, 박편 상의 프로브 팁 및 부착 지점이 먼저 x-y 평면에 위치되고, 상기 프로브 팁은 상기 x-y 평면에서 상기 부착 지점의 x-y 좌표들로 이동된다. 상기 프로브 팁 및 부착 지점은 이후 표면에 직교하지 않는 빔으로부터의 이미지에 위치되고, 그에 따라 상기 프로브 팁 및 부착 지점의 Z 좌표들이 결정될 수 있으며, 후술하는 바와 같이 상기 프로브 팁은 상기 부착 지점으로 Z 방향 이동된다. 다른 실시예들에서, 상기 프로브는 다른 경로를 따라 상기 부착 지점으로 이동할 수 있고 상기 변위 벡터는 다르게 계산될 수 있다. "물체의 위치를 결정" 및 유사 문구들운 상기 물체 상의 지점또는 상기 물체의 에지(edge)의 위치를 결정하는 것을 포함하는 것으로 이해될 것이며, 상기 물체는 종종 일 물체의 에지 또는 지점을 다른 물체의 에지 또는 지점에 근접 또는 접촉하도록 이동시킨다.
단계(402)에서, 박편(309) 곁의 워크피스 상의 기준점(210)은 전자 칼럼(1604)으로부터의 전자 빔으로부터 생성되어 하향식 관점(top down view)를 사용하여 위치가 파악된다. 단계(404)에서, 프로브 팁(310)이 박편(309)에 용접되는 위치(503)는 기준점(210)로부터의 오프셋(1602)으로 결정되는데, 이는 박편(309)이 기준점(210)으로부터 알려진 거리 및 알려진 방향에 위치되기 때문이다. 단계(406)에서, 상기 프로브의 팁(310)은 전자 빔 칼럼(1604)으로부터의 하향식 관점에서 x-y 평면에서의 위치가 파악된다. 단계(408)에서, 벡터(도 16의 Vxy)는, 기준점(210)으로부터의 오프셋(1602)에 의해 결정되는 바와 같이, 팁(310)의 x-y 평면 내 위치와 박편 상의 용접 위치(503)의 x-y 평면에서의 위치 사이에서 계산된다. 단계(410)에서, 프로브(301)는 상기 스테이지에 평행한 평면에서 계산된 거리 벡터(Vxy)만큼 이동하고, 그에 따라 상기 프로브는 프로브에 부착될 박편의 면 위에 위치된다.
단계(412)에서, 도 16에 도시된 바와 같은 기울어진 이온 칼럼(1606)으로부터의 관점에서 이미지를 사용하여, 바늘의 팁(310)의 위치가 파악된다. 단계(413)에서, 워크피스의 기준점(210)의 위치가 파악된다. 단계(414)에서, 벡터(Vz)는, 프로브 팁(310) 및 기준점(210)으로부터의 알려진 오프셋에 의해 결정된 바와 같은 박편 상의 용접 위치 사이에서 계산된다. 단계(416)에서, 상기 프로브는, 상기 스테이지의 평면에 수직인 벡터의 움직임을 이용하여, 계산된 거리 벡터(Vz)만큼 이동된다. Vz를 결정함에 있어서 삼각 스칼라(trig scalar)가 사용되어 이온 칼럼(1606)의 각도 관점에 일치된다. 다시 말해, 이온 빔 이미지로부터의 z 거리는 이온 빔과 정상 표면 사이의 사인각(sine of the angle)에 의해 분할되어 Vz의 크기가 결정된다. 비록 도 16이 박편의 면에 부착된 팁을 도시하지만, 상기 프로브는 상기 박편의 상부 상으로 용접될 수도 있다. 상기 박편의 상부 대신에 상기 박편의 면 상으로 프로브 팁(310)을 용접함으로써, Z 방향에서의 프로브의 위치는 덜 중요하게 된다. 상기 박편의 상부 상으로의 Z 위치의 오류는 박편을 손상시킬 수 있다. 상기 프로브 팁과 상기 박편 면 사이에 약간의 간극이 존재하는 경우, 상기 갭은 용접 동작 동안 채워진다.
도 1의 단계(116)인, 상기 프로브를 상기 박편에 부착하는 단계는, 단계(418)에 나타낸 바와 같이, 박편(309)과 접촉하는 상기 프로브 팁(310)의 위치에서의 상기 이미지 상에 용접 박스(weld box)를 위치시킴으로써 완수될 수 있다. 이후, 상기 프로그램은 이온빔 칼럼으로 하여금 빔-유도 증착에 의한 용접에 적합한 빔 파라미터들을 사용하여 상기 용접 위치에서 래스터(raster)하게끔 한다. 단계(420)에서 프로브 팁(310)은 박편(309)에 용접된다. 도 5는 물질(503)을 즉착하기 위해 가스 주입 노즐(510)에 의해 도입된 W(CO)6과 같은 전구체 가스의 분해에 의해 박편(309)에 부착되는 프로브 팁(310)을 도시한다. 일부 실시예들에서, 프로브 팁(310)은 박편의 상부에 부착된다. 다른 실시예들에서, 프로브 팁(310)은 관심 영역(202)으로부터 멀리 떨어져 상기 박편의 면에 부착된다. 상기 박편을 면에 부착하는 것은, 상부를 통해 부착하는 것 보다 자동화된 프로세스에 더욱 용이할 수 있다. 상기 프로브는 Z 방향에서 상기 박편에 접촉하거나 근접한 위치로 하강될 수 있고 상기 부착의 정확한 Z 차원은 중요하지 않는데, 이는 상기 프로브가 고정된 단일 Z 값을 갖는 상부 상에 있지 않고 Z 방향에서 연장되는 면 상에 있기 때문이다.
이후, 절차는 도 1의 단계(118)를 계속하며, 여기서 상기 탭들(308)이 절단되어 프로브(301)에 부착되는 박편이 기판으로부터 해방된다. 이하에서 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 단계(120)에서, 상기 박편은 TEM 그리드로 이동된다. 단계(122)에서, 상기 박편은 TEM 그리드에 부착된다.
단계들(406, 412)은 빔들에 의해 형성된 이미지들에 상기 프로브를 위치시키는 것을 요구한다. 이것은 패턴 인식 또는 블롭 탐색(blob finding)과 같은 이미지 분석에 의해 수행될 수 있다. 박편과 프로브 사이의 근접 또는 접촉을 결정하는 단계는 근접성을 감지하는 커패시턴스 센서 또는 프로브와 박편 사이의 접촉을 검출하는 전기 회로를 이용함으로써 지원될 수 있다. 상기 안내 방법이 이미지 분석 방법인 경우, 상기 프로브 팁을 찾는 것은 프로브 팁이 인식가능한 형상을 갖는다는 것을 보장함으로써 촉진된다. 상기 프로브 팁이 인식 형상을 갖는 것을 보장하는 하나의 방법은 이온빔 밀링에 의해 프로브 팁을 자동으로 성형하는 것이다.
프로브 팁의 모양을 성형
도 6은 자동적으로 프로브 팁의 모양을 성형하는 방법을 도시한 흐름도이다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 프로브(700)의 더욱 두꺼운 부분은 바늘(702)로 지칭되고, 얇아진 부분은 팁(704)으로 지칭되며, 상기 바늘이 상기 팁으로 변형되는 영역은 쇼울더(705)로 지칭된다. 상기 바늘은 일반적으로 약 10도 내지 약 13도 사이로 테이퍼되지만, 직선 바늘도 사용될 수 있다. 단계(602)에서, 상기 프로브가 이동하여 상기 프로브 팁이 상기 이온 빔의 시야(field of view)의 중심(706) 부근에 위치된다. 단계(604)에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 에지 탐색 툴(708)은이 상기 바늘(702)의 이미지 상에 위치되고 상기 바늘의 상부 에지(710)를 찾는데 사용된다. 단계(606)에서, 에지 탐색 툴은 도 8에 나타난 바와 같이 상기 이미지 위에 위치되고 상기 바늘의 하부 에지를 탐색하는데 사용된다. 단계들(604, 606)은 함께 상기 상부 에지와 상기 하부 에지 사이의 중간지점(1/2 way)인 상기 바늘 축의 "Y" 위치를 결정한다.
단계(608)에서, 바늘(702)의 하부 에지가 아닌 상부 에지를 둘러싸는 짧은 에지 탐색기(도 9의 902)는 상기 에지 탐색기가 실패할 때까지 반복적으로 상기 바늘(702)의 상부 에지를 따라 이동하고, 이는 상기 팁(704)의 시작부(beginning) 및 기존 바늘(702)의 상부 에지의 최대 범위를 표시한다. 단계(610)에서, 밀링 박스(mill box, 도 10의 1002)가 위치되어 원하는 길이 및 폭의 팁을 생성하도록 상기 바늘을 밀링한다. 기존의 팁 단부에 대응하는 시야의 중심으로부터 상기 밀링 박스의 대향 단부까지의 길이는 새로운 팁의 길이를 결정한다. 상기 바늘의 축으로부터의 상기 밀링 박스(1002)의 거리는 상기 새로운 팁의 두께의 절반(1/2)을 결정한다. 일부 실시예들에서, 상기 팁은 바람직하게는 10 마이크론 미만의 두께이고, 보다 바람직하게는 5 마이크론 미만의 두께이며, 보다 더 바람직하게는 3 마이크론 미만의 두께이고, 가장 바람직하게는 약 2.5 마이크론의 두께이다. 단계(612)에서, 소망의 팁 길이의 시작부로부터 프로브 팁(908)의 단부로의 프로브는 상기 이미지의 중심에있다. 단계(612)에서의 상기 높은 빔 전류에서의 벌크 밀링(bulk mill)이며, 상기 높은 빔 전류는 3 nA의 30 nA 사이이고, 보다 바람직하게는 5 nA 내지 20 nA 사이이며, 더욱 바람직하게는 약 8 nA 내지 15 nA 사이이다. 단계(614)에서, 유사한 밀링이 원하는 프로브 팁 아래 물질을 제거하기 위해 수행된다. 도 11은 상기 벌크 밀링이 완료되어 상기 팁 길이로 연장된 후의 바늘을 나타낸다.
단계들(614, 616)에서의 벌크 밀링 이후, 단면 세정(cleaning cross section)이 프로브 팁의 전체 길이를 따라 단계(618)에서 수행된다. "단면 세정"은 최종 절단면 위치를 향해 천천히 전진하는 라인 밀링(line mill)이다: 상기 빔은 원하는 최종 절단면에 평행한 선을 걸쳐서 앞뒤로 스위핑(sweeps back and forth)하고 때때로 상기 라인은 상기 원하는 최종 절단면을 향하여 그것에 도달할 때까지 전진한다. 상기 간격들은 상기 밀링의 용량에 의해 결정된다. 상기 용량은 일반적으로 평방 마이크로미터 당 나노쿨롱(nanocoulombs)으로 측정되고, 본질적으로 얼마나 많은 이온이 단위 면적 당 워크피스로 충돌하는지를 정의하는 방법이다. 단면 세정 사용 시 용량은 전형적으로, 라인 스캔(line scan)이 증가하기 전에 절단면의 상부로부터 트렌치의 하부로의 물질 전체가 제거되는 것을 보증하도록 설정된다.
단계(620)에서, 상기 프로브는 90도 회전되고, 단계들(610 내지 618)이 반복된다. 도 6의 프로세스의 결과는 도 12에 나타난 바와 같은 직각 프리즘(rectangular prism)과 같이 성형된 그리고 공지된 길이의 팁을 갖는 프로브이다. 상기 바늘(702)은 테이퍼되어 있기 때문에, 상기 바늘과 상기 팁 사이의 상기 쇼울더의 높이는 사용 동안 상기 바늘이 시간에 지남에 따라 짧아지면서 증가할 것이다. 다른 팁 형상들 및 회전 각도들도 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 접촉이 이루어질 때의 프로브와 기판 사이의 각도로 인해, 도 13에 도시된 바와 같이 일 각도에서 프로브 팁(704)의 단부를 밀링하는 것이 바람직하다. 도 14에 도시된 바와 같이, 이후 프로브 팁(704)이 박편(309)에 접촉할 때, 프로브(1302)의 단부는 박편(309)의 면과 평행할 것이다. 상기 프로브 팁이 절단되는 바람직한 각도는, 상기 프로브가 샘플 챔버에 탑재되는 각도에 따라 달라질 것이다. 또한, 날카로운 각도와 직선 라인들은 이미지 인식 소프트웨어에 의해 용이하게 식별될 수 있고, 따라서 이 형상은 프로브의 이미지 인식의 신뢰성을 개선시킬 뿐만 아니라, 상기 프로브의 상기 박편으로의 부착도 개선시킨다. 따라서, 바람직한 프로브 팁은 "조각칼-모양(chisel-shaped)" 이며, 다시 말해 선단(1302)이 장축에 수직하지 않고 상기 선단이 긴 에지를 90도 각도로 교차하지 않는다.
상기 조각칼-모양 팁은 이온 빔 밀링에 의해 제조될 수 있다. 단계(622)에서, 도 15에 도시 된 바와 같이 밀링 박스(1502)가 프로브 팁의 단부에 인가되어 상기 조각칼-모양이 생성된다. 단계(624)에서, 상기 프로브 팁은 각진 팁을 제공하도록 밀링된다. 이미지 인식에 있어서 인식할 수 있는 팁의 모양이 중요하기 때문에, 박편 사이의 팁의 형상을 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 샘플 프로브의 에지들과 팁의 위치에 대한 정확한 정보 없이는, 후술하는 바와 같이 프로브가 취해야 할 운동 궤적을 계산하는 것이 곤란하다. 상기 팁은 바람직하게는 각각의 박편이 추출된 이후, 또는 2개 또는 3개의 박편이 추출된 이후 재-형성되어 상기 팁 모양이 인식가능함을 보증한다. 종종, 박편이 전달되기 때문에, 프로브 팁의 부분은 각각의 박편이 절단되면서 소실되고, 따라서 상기 박편 부착이 테이퍼된 프로브 위에서 추가로 진행되어, 쇼울더가 더 높아지게 된다. 자동 프로브 재-성형 절차는 상기 프로브가 짧아지는 경우에도 프로브 팁의 외관을 균일하게 유지하는데 도움을 준다.
상기 자동 프로브 재-성형의 중요한 측면은 그것이 추출 프로세스의 일부로서, 입자-빔 장비 내부에서 "인-시츄"로 완료된다는 것이다.
단계(626)는 도 3에 도시된 바와 같이 선택적으로 기준점(302)이 프로브 팁 내로 밀링되는 것을 나타낸다. 도 19는 프로브 팁(310) 상으로 밀링되는 기준점(302)의 현미경 사진을 나타낸다. 상기 기준점은 상기 프로브 팁의 위치의 자동 이미지 인식을 용이하게 하는데 사용될 수 있어, 단계(115)에서 상기 박편에 대한 상기 프로브 팁의 위치가 결정된다. 또한, 이는 이미지 인식 프로그램이 상기 팁을 찾는 영역을 다듬을(refine) 수 있고 사용되는 에지 탐색기들의 정확성을 증가시킨다. 상기 기준점은 상기 프로브 팁으로부터 알려진 거리로 밀링될 수 있다. 상기 기준점이 이미지 인식에 의해 발견되면, 상기 프로브 팁은 더욱 용이하게 위치될 수 있다.
상기 기준점은 상기 성형된 팁과 함께 사용되거나, 상기 성형된 팁 대신에 사용될 수 있는데, 이는 상기 기준점이 이미지에서의 상기 팁의 위치의 기계 인식의 제2 방법을 허용하기 때문이다.
상기 기준점이 상기 프로브 내로 밀링되면, 상기 프로브 팁을 상기 박편으로 이동시킬 때, 상기 기준점의 위치는 상기 프로브 팁의 단부를 위치시키도록 에지 탐색기를 배치하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 에지 탐색기는 상기 기준점의 상기 단부로부터 고정된 거리로 연장될 수 있으며, 에지가 상기 에지 탐색기의 탐색 상자 내에 있는 것을 보장하기에 충분히 클 수 있다. 상기 에지 탐색기는, 프로브 팁과 박편 사이의 변위 벡터를 계산함으로써 자동적으로 상기 프로브를 상기 박편과 접촉하게끔 하는 것이 촉진되도록, 상기 프로브 팁의 에지의 위치를 결정할 것이다. 상기 박편이 TEM 그리드에 부착됨에 따라, 새로운 기준점이 상기 프로브 팁에서 밀링되어 다음 박편을 들어올릴 때 사용된다.
상기 기준점은 팁의 단부가 이미지 인식 소프트웨어에 의해 용이하게 식별되는 것을 허용하고, 그에 따라 상기 바늘이 상기 박편에 손상을 주지 않고 용접을 위해 상기 박편으로 정확하게 이동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 원형의 기준점이 상기 프로브 팁 상으로 밀링될 수 있으나, 다른 기준점 모양들이 사용될 수 있다. 새로운 기준점은 워크피스로부터 다음 박편을 들어올리는데 사용될 것이다.
이 절에서 설명된 바와 같이, 프로브 팁을 성형하는 프로세스 및/또는 상기 프로브에 기준점을 추가하는 프로세스는 박편 추출 자동화에 특히 유용하다. 그러나, 추출된 각각의 박편에 대해 이 프로세스를 수행하는 것이 항상 필요하지는 않다. 어떤 경우에는, 프로브 팁 성형 및/또는 기준점 부가는 매번 박편이 추출될때마다 필수적이지는 않지만 주기적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 프로브 팁은, 박편이 추출된 이후마다, 다른 추출된 박편 이후마다, 3번째 추출된 박편 이후마다, 4번째 박편 이후마다 또는 더 큰 주기로 성형될 수 있다.
프로브 팁을 박편에 가져다 놓음에 있어서 이미지 감산의 사용
이미지의 특정 피쳐들의 이미지 인식을 용이하게 하기 위해 일부 실시예들에서 사용되는 다른 기술은 이미지 감산이다. 이미지가 손에서의 작업과 관련이 없는 다수의 관계없는 피쳐들이 있는 경우, 이러한 피쳐들은 자동으로 물체를 위치시키려는 시도들을 복잡하게 할 수 있다. 상기 관계없는 피쳐들은 목표 물체가 이동하는 다수의 이미지들을 고려하여 제거될 수 있다. 상기 다수의 이미지들은 감산될 수 있으며, 이는 고정적인 관계없는 피쳐들을 제거한다. 에지 탐색기들 또는 다른 자동화된 계측 도구들이 배경 간섭 없이 관심 물체의 위치를 결정하도록 배치된다.
도 17a 내지 도 17f는 프로브 팁을 식별하는데 사용되는 이미지들을 나타내며, 그에 따라 상기 프로브 팁의 위치가 정확하게 결정될 수 있다. 상기 프로브 팁의 위치가 정확하게 결정된 이후, 상기 프로브의 상기 박편으로의 부착을 위해 상기 프로브 팁을 박편 용접 위치에 이동하도록 벡터들이 계산될 수 있다. 도 17a 내지 17c는 워크피스 표면에 수직으로 방위된 전자 빔의 이미지들을 나타낸다. 이들 이미지들은 X-Y 평면 내의 프로브 팁의 위치를 결정하는데 사용된다. 도 17d 내지 도 17f는 워크피스 표면에, 45도 또는 52도와 같은 각도로 방위된 이온 빔의 이미지들을 나타낸다. 이들 이미지들은 상기 박편 상의 부착 지점과 프로브 팁 사이의 Z 좌표의 차이를 결정하는데 사용된다.
도 20a 및 도 20b는 자동화된 리프트-아웃(lift-out)을 용이하게 하기 위한 이미지 감산 기술의 사용을 도시한 흐름도이다. 도 20a의 단계(2002)에서, 하향식 이미지(top-down image)는 도 17a에 나타난 바와 같이 프로브 팁(310)으로 형성된다. 단계(2004)에서, 상기 프로브는 x-y 평면에서 소량 이동되고 그에 따라 그것은 단계(2002)에서 촬영된 이미지의 시야 내에 여전히 있다. 단계(2006)에서, 도 20b에 나타난 바와 같은 제2 이미지는 바람직하게는 도 20a의 이미지를 형성하는데 사용된 것들과 동일한 빔 세팅을 사용하여 얻어진다. 이미지들을 감산한다는 것은 일 이미지 내 픽셀들의 그레이 레벨들이 다른 이미지 내 픽셀들의 그레이 레벨로부터 감산됨을 의미한다. 상기 이미지들을 촬영하는 사이에 상기 빔 파라미터들이 변화하지 않을 경우 상기 이미지들이 정렬되어야 하지만, 일부 실시예들에서, 상기 이미지들은 감산 전에 정렬될 수 있다. 일부 실시예들에서, 메디안 필터, 가우시안 평활화 필터, 쓰레시홀딩(threshholding), 팽창/침식(dilation/erosion) 동작들;과 같은 이미지 처리 기능들이 상기 감산 프로세스 이전 및/또는 이후 상기 이미지들 중 임의의 이미지에 적용될 수 있다. 도 17c는 도 에서 기여와 감산 이미지 (1702), 보여줍니다. 도 17c는 감산된 이미지(1702)를 나타내며, 도 17a로부터의 기여(contribution)는 점선으로 나타났다. 배경은 본질적으로 제거되고, 이동된 프로브 팁만이 남겨져 에지 탐색기 또는 다른 계측 도구가 정확하게 위치된다. 단계(2010)에서, 에지 탐색기가 도 17c의 감산된 이미지에 적용되어 상기 감산된 이미지 내 프로브 팁에 위치된다. 도 20에 설명된 절차는 단계(406)의 하향식 관점에서 프로브 팁을 위치시키는 단계를 수행하는 일 방법이다. 다른 방법들도 사용될 수 있다. 기준점이 프로브 팁에 밀링된 실시예들에서, 상기 이미지 감산 기술은 상기 기준점을 보다 정확하게 위치시키는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지 감산 방법의 사용은 프로브 팁 상의 기준점에 대한 필요성을 제거하였다. 다른 실시예들에서, 상기 프로브 팁 상의 기준점은 이미지 감산 기술에 대한 필요성을 제거하였다.
도 20B의 단계들(2020 내지 2028)은, 도 4의 단계(412)에서 표시된 바와 같이 Z 방향에서 상기 프로브 팁의 위치를 정확하게 결정하는 일 방법을 설명한다. 단계(2020)에서, 도 17d에 나타난 제1 이미지는 빔, 이 경우에는 표면에 수직하게 방위되지 않은 이온 빔을 사용하여 얻어진다. 단계(2022)에서, 상기 프로브는 Z 방향에서 소량 이동하고 그에 따라 상기 프로브 팁은 빔 스캔 영역을 변경시키지 않고 여전히 볼 수 있다. 단계(2024)에서, 도 17e의 제2 이미지가 도 17d에서의 이미지를 얻기 위해 사용되었던 동일한 빔 설정들을 사용하여 얻어진다. 단계(2026)에서, 도 17e에서 상기 프로브 팁의 위치의 변화가 나타나고 도 17d의 이미지는 도 17e의 이미지로부터 감산되어 상기 프로브 팁의 인식을 용이하게 하기 위해 워크피스 표면의 이미지가 제거된다. 단계(2028)에서, 에지 탐색기가 사용되어 도 17f의 이미지에서의 프로브 팁에 위치된다. 상기 프로브 팁이 Z 방향에 위치된 이후, 상기 위치는 단계 414에서의 벡터 Vz를 결정하는데 사용될 수 있다.
프로브를 식별하는 경우, 2개의 이미지들이 얻어지고, 단지 프로브가 상기 이미지에 대해 소량 이동함으로써, 이미지들을 감산하고 팁의 외주 겉면(outer envelope)과 관련한 경계를 결정하는 것이 가능해진다. 그러한 프로세스는 상기 프로브 겉면의 위치를 결정하는데 크게 도움이 된다. 여러 움직임들이 부가 정보를 획득하기 위해 수행될 수 있다. 또한, 공지된 양만큼 이동하고, 분석의 일부로서 상기 공지된 움직임 량을 활용하는 것이 유리할 수 있다.
박편을 TEM 그리드에 부착
도 21은 프로브에 부착된 박편(309)을 TEM 그리드(301)로 부착하는 과정을 설명하는 흐름도이다. 알 수 있는 바와 같이, TEM 그리드들은 TEM 상에서의 관측을 위해 박편들이 탑재되는 구조물이고 출원인으로부터 상업적으로 이용가능하다. 그리드 상의 박편의 정확한 안착을 위해, 그리드 및 부착된 박편을 갖는 프로브의 정확한 위치들이 3차원 모두에서 알려져 있어야 한다. 3차원 위치를 위해, 제1 빔에 대한 각도에서의 제2 빔의 관점(perspective)이 사용될 수 있다. 도 22의 이미지 감산 루틴이 사용되어 상기 샘플 그리드 및 부착된 박편을 갖는 프로브의 위치들이 상기 제2 관점을 이용하여 식별된다.
단계(2102)에서, 박편(309)이 위치된다. 일부 실시예들에서, 상기 박편은 패턴 인식 소프트웨어를 사용하여 자동으로 위치된다. 도 18에 도시된 바와 같이 박편 상의 기준점(306)에 의해 상기 패턴 인식이 촉진될 수 있어, 상기 박편을 위치시키는 것이 용이해진다. 상기 박편을 위치시키는 것도 감산 이미징을 이용하여 용이해질 수 있다.
도 22a 및 도 22b는 감산 이미징을 이용하여 박편을 위치시키는 단계들을 나타낸다. 도 22a의 단계(2202)에서, 도 23a에 도시된 바와 같이, 하향식 SEM 이미지가 획득되며, 프로브 팁(301)의 단부 상에 박편(309)이 나타낸다. TEM 그리드(2302)는 이미지에 표시된다. 단계(2204)에서, 박편을 보유하는 프로브는 x-y 평면 내에서 작은 거리만큼 이동하고, 그에 따라 박편(301)은 시야 내에 유지된다. 단계(2206)에서, 도 23b에 나타난 바와 같은 다른 이미지, 즉 도 23b의 이미지가 도 23a를 획득하는데 사용되었던 시스템 세팅들을 사용하여 획득된다. 단계(2208)에서, 도 23a의 이미지는 도 23b의 이미지로부터 감산되고, 이는 도 23c의 이미지로 귀결된다. 도 23c는 배경 및 TEM 그리드(2302)의 많은 부분을 제거하면서 박편(309) 및 프로브 팁(301)를 나타낸다. 단계(2210)에서, 에지 탐색기 또는 다른 계측 도구가 상기 감산된 이미지에 적용되어 박편의 위치가 정확하게 결정된다.
x-y 평면에서 박편의 위치를 결정한 후, 단계(도 21의 2104)에서 TEM 그리드 상의 부착 지점의 위치가 결정된다. 단계(도 22의 2220)에서, 도 23d에 도시 된 바와 같이, TEM 그리드(2302)의 하향식 SEM 이미지가 취득된다. 단계(2222)에서, TEM 그리드를 지지하는 스테이지(stage)가 약간 이동되어 상기 TEM 그리드가 도 23d의 시야 내에 유지된다. 단계(2224)에서, 제2 이미지는 제1 이미지와 동일한 빔 설정들을 사용하여 취득된다. 단계(2226)에서, 도 23d에 나타난 제1 이미지가 도 23e에 나타난 제2 이미지로부터 감산되고, 도 23f의 이미지로 귀결된다. 단계(2228)에서, 에지 탐색기 또는 다른 계측 도구가 상기 감산된 이미지에 적용되어 TEM 그리드(2302)의 위치가 정확하게 결정된다.
단계(2106)에서, 벡터 VXY 변위는 도 24에 나타난 바와 같이 박편(309)과 TEM 그리드(2412) 상의 부착 지점 사이로 결정된다. 단계(2108)에서, 상기 박편이 X-Y 평면에서 이동되어 상기 부착 지점 위치 바로 위의 위치로 이동된다.
단계(2110)에서, 상기 박편은 상이한 관점(perspective)을 제공하는 다른 빔을 이용하여 위치되고, 그에 따라 상기 박편의 Z 차원이 결정될 수 있다. 상기 박편은, 예를 들어, 상기 박편 상의 기준점(306)에 의해 도움을 받는 이미지 인식을 이용하여, 이미지 감산 기술을 이용하여, 또는 양 기술들을 이용하여, 위치될 수 있다.
도 25a 및 도 25b는 이미지 감산을 이용하여 Z 변위를 결정하는 단계들을 나타내는 흐름도들이다. 단계(2502)에서, 도 26a에 도시된 바와 같이, 박편을 나타내는 각진 FIB 이미지가 획득된다. 단계(2504)에서, 박편을 보유하는 프로브는 Z 방향에서 작은 거리만큼 이동하고, 그에 따라 상기 박편은 이온 빔 이미지의 시야 내에 유지된다. 단계(2506)에서, 도 26b에 나타난 바와 같은 다른 이미지자 획득되고, 도 26b의 이미지는 도 26a를 획득하는데 사용되었던 시스템 세팅들을 사용하여 획득된다. 단계(2508)에서, 도 26a의 이미지는 도 26b의 이미지로부터 감산되고, 이는 도 26c의 이미지로 귀결되며, 이는 배경의 많은 부분을 제거하면서 상기 박편 및 프로브를 나타낸다. 단계(2510)에서, 에지 탐색기 또는 다른 계측 도구가 상기 감산된 이미지에 적용되어 상기 박편의 위치가 정확하게 결정된다.
상기 FIB의 관점으로부터 상기 박편의 위치를 결정한 후, 단계(2112)에서 상기 TEM 내 부착 지점의 위치가 상기 FIB의 관점으로부터 결정된다. 단계(2520)에서, 도 26d에 도시 된 바와 같이, TEM 그리드(2302)의 각진 모습이 취득된다. 단계(2522)에서, TEM 그리드(2302)를 지지하는 스테이지(stage)가 Z 방향으로 약간 이동되어 상기 TEM 그리드(2302)가 도 26d의 시야 내에 유지된다. 단계(2526)에서, 도 26d에 나타난 이미지가 도 26e로부터 감산되고, 도 26f의 이미지로 귀결된다. 단계(2528)에서, 에지 탐색기 또는 다른 계측 도구가 상기 감산된 이미지에 적용되어 상기 TEM 그리드의 위치가 정확하게 결정된다.
단계(2114)에서, 벡터 VZ, 상기 박편과 상기 TEM 그리드 사이의 높이의 차이는, 표면의 법선과 FIB 축 사이의 각도의 사인으로 나누어져, FIB 뷰(view)에서의 상기 박편과 상기 TEM 그리드의 부착 지점 사이의 거리를 이용하여 결정된다. 단계(2116)에서, 상기 프로브는 Z 방향에서 계산된 거리 VZ 만큼 이동된다.
단계(2118)에서, 도 27에 도시된 바와 같이, 박편(309)은 TEM 그리드(1302)에 용접된다. 상기 이온 빔(206)은 박편(309)을 부착하는 용접 물질(2702)을 증착하기 위한 가스 주입 바늘(410)로부터의 전구체 가스를 분해하는데 사용된다. 단계(2120)에서, 상기 이온 빔은 도 28에 도시된 바와 같이, 박편(309)으로부터 프로브(301)를 절단하는데 사용된다. 선택적으로, 상기 프로브 및 상기 박편은 그들을 떨어져 이동시킴으로써 절단될 수 있다. 밀링 박스(mill box, 2802)가 배치되어 상기 박편과 상기 프로브 사이의 접속이 절단된다. 선택적인 단계(2124)에서, 기준점(302)이, 예를 들어 도 19에 나타난 바와 같이 프로브 팁 상에서 밀링되어, 상기 프로브 팁이 다음 박편의 리프트 아웃(lift out) 동안 이미지 인식 소프트웨어에 의해 용이하게 인식될 수 있다. 선택적 단계(2126)에서, 상기 박편은 도 29에 나타난 바와 같이 TEM 그리드 상에 탑재된 동안 더욱 박형화된다.
제1 박편을 형성하고 그것을 상기 TEM 그리드로 이동한 이후, 프로세스는 후속 박편에 대해 반복될 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로, 상기 프로브 팁은 도 6에 설명된 바와 같이 재성형되고, 이는 상기 프로브 팁이 리프트-아웃을 위해 다음 박편에 접근하기 이전에 이루어져, 상기 프로브 팁이 상기 자동화된 이미지 인식 소프트웨어에 의해 용이하게 인식된다.
비록 2개의 이미지들이 전술한 이미지 감산 루틴(image subtraction routine)으로서 설명되었지만, 3개 이상의 이미지들도 사용될 수 있다. 감산 이미징은 이미지 분석 동안 심지어 오탐들(false positives)을 나타낼 영역에서도 특정 물체를 식별하는 것을 허용한다.
방법을 수행하기 위한 전형적인 시스템
도 30은 본 발명의 다른 실시예들의 단계들을 수행하는데 사용될 수 있는 전형적인 이중 하전 입자 빔 시스템을 나타낸다. 상기 시스템은, 전자 소스(3000) 및 빔 정형 렌즈들(beam shaping lenses, 3001, 3003)과 함께, 전자 빔 컬럼(3002)을 가지며, 전자 빔(3016)을 지시한다. 또한, 상기 시스템은, 이온 소스(3020) 및 이온 초점 렌즈들(3019, 3018)과 함께, 이온 빔 컬럼(3021)도 갖고, 이온 빔(3017)을 지시한다. 빔들은 관심 영역(307)을 포함하는 샘플(3013)을 향해 지시되고, 상기 샘플(3013)은 x-y-z 방향들로 이동할 수 있고, 회전할 수 있으며, 기울어질 수 있는 제1 5-축 스테이지(3012) 상에 위치된다. TEM 그리드들(3022)을 보유하기위한 TEM 그리드 홀더(3024)는 상기 제1 스테이지 상에 탑재된다. 선택적으로, 상기 TEM 그리드 홀더(3024)는 제2 스테이지(3026) 상에 탑재될 수 있고, 그에 따라 박편 부착 및 상기 박편의 처리를 위해 TEM 그리드를 조작하기 위한 추가 자유도가 입증될 수 있다. 또한, 상기 시스템은, 입자 검출기(3015), 가스 도입 시스템(3014), 및 샘플 조종 프로브(3011)도 포함하고, 이는 프로브 팁을 프로브 축에 대하여 회전시키고 x-y-z 방향에서 이동시킬 수 있다. 상기 하전 입자 빔 컬럼들, 검출기, 가스 도입 시스템, 및 샘플 조종 프로브는, 진공 챔버(3004)에 포함되어 있고, 이는 진공 펌프(3009)에 의해 펌핑된다. 상기 하전 입자 컬럼들, 검출기, 가스 도입 시스템, 및 샘플 프로브는, 제어부(3008)에 의해 제어되고, 이는 메모리(3028)에 저장된 컴퓨터 명령어들을 가져올 수 있다.
비록 본 발명의 설명은 주로 TEM 박편의 제조 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 견고성, 반복가능성, 및 속도의 이점들을 제공하고 그에 따라 자동화에 적합하지만, 이 방법의 동작을 수행하는 장치도 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 인식되어야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합을 통해 구현될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 상기 방법들은 표준 프로그래밍 기술들을 사용하여 컴퓨터 프로그램들로 구현될 수 있고, 이는 컴퓨터 프로그램으로 구성된 컴퓨터-판독가능 저장 매체를 포함하며, 여기서 그렇게 구성된 저장 매체는, 이 명세서에 설명된 방법들 및 도면들에 따라 컴퓨터를 구체적이고 사전-정의된 방식으로 동작하게끔 한다. 각 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하기 위해 높은 레벨의 절차 또는 객체 지향 프로그래밍 언어로 구현될 수 있다. 그러나, 바람직한 경우 상기 프로그램들은 어셈블리 또는 기계어로 구현될 수 있다. 임의의 경우에서, 상기 언어는 컴파일 방직 또는 인터프리트 방식의 언어일 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 그 목적을 위해 프로그램된 전용 집적 회로들 상에서 실행될 수 있다.
또한, 방법은, 퍼스널 컴퓨터, 미니 컴퓨터, 메인 프레임, 워크 스테이션, 네트워크 또는 분산 컴퓨팅 환경, 하전 입자 도구들 또는 다른 이미징 장치들 등과 분리되거나, 통합되거나, 또는 이와 통신하는 컴퓨터 플랫폼들을 포함하나 그에 제한되지는 않는 임의의 타입의 컴퓨팅 플랫폼으로 구현될 수 있다. 본 발명의 측면들은, 하드 디스크, 광학 저장 매체, RAM, ROM 등과 같은, 컴퓨팅 플랫폼에 통합되거나 제거가능한 저장 매체 또는 장치 상에 저장된 기계 판독가능 코드로 구현될 수 있고, 그에 따라 그것은 프로그램 가능 컴퓨터에 의해 판독 가능하여, 상기 저장 매체 또는 상기 장치가 상기 컴퓨터에 의해 판독되는 경우 상기 컴퓨터는 본 명세서에 기재된 절차들을 수행하도록 구성되고 동작한다. 또한, 기계-판독가능 코드, 또는 그 일부는 유선 또는 무선 네트워크 또는 네트워크들을 통해 전송될 수 있다. 본원에 기재된 발명은 이들 및 다른 다양한 종류의 컴퓨터-판독가능 저장 매체를 포함하며, 그러한 매체는 마이크로프로세서 또는 다른 데이터 프로세서와 관련하여 전술한 단계들을 구현하기 위한 명령들 또는 프로그램들을 포함한다. 본원에 기재된 방법 및 기술에 따라 프로그래밍된 경우, 본 발명은 컴퓨터 자체도 포함한다.
이전 설명의 많은 부분이 반도체 웨이퍼를 지시하여 이루어졌지만, 본 발명은 임의의 적절한 기판 또는 표면 상에 적용될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들은 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 샘플 준비 방법을 제공하며, 다음을 포함한다:
하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브로 특징되는 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
상기 워크피스 상의 관심 영역을 촬영(imaging)하는 단계;
집속 이온 빔을 사용하여 박막 영역을 둘러싸는 물질을 제거하는 단계;
상기 박막 영역을 지지하는 물질을 제거하여, 소형 부착 구조물들에 의해 벌크 워크피스에 부착된 상기 박막 영역을 남기는 단계;
상기 이온 빔을 사용하여 물질을 제거함으로써 샘플 조작 프로브의 팁을 성형하는 단계;
상기 팁의 알려진 형상을 사용하여 상기 박막 영역에 대한 상기 팁의 위치를 결정하는 단계;
상기 박막 영역에 대한 상기 팁의 상기 위치를 사용하여, 상기 박막 영역에 근접하도록 상기 샘플 프로브를 자동적으로 이동시키는 단계;
상기 샘플 프로브를 상기 박막 영역에 부착하는 단계;
상기 이온 빔을 이용하여 상기 박막 영역을 상기 워크피스의 벌크에 연결하는 상기 지지 구조물을 제거하는 단계로서, 그에 따라 상기 박막 영역이 상기 샘플 프로브에 의해서만 지지되는, 단계;
박막 영역들을 위한 샘플 그리드가 위치된 영역으로 부착되는 상기 박막 영역과 함께 상기 샘플 프로브를 이동시키는 단계;
상기 샘플 그리드 및 상기 프로브가 부착된 박막 영역과 함께 위치된, 영역을 촬영하는 단계;
상기 프로브를 자동적으로 이동시켜 상기 박막 영역이 상기 샘플 그리드에 근접하도록 하는 단계;
상기 박막 영역을 상기 샘플 그리드에 부착하는 단계; 및
상기 샘플 프로브의 상기 팁을 상기 박막 영역으로부터 제거하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 박막 영역은 단면도 영역이다.
일부 실시예들은 이미지 분석을 사용하여 상기 샘플 프로브의 움직임을 지시한다.
일부 실시예들에서, 샘플 조작 프로브의 상기 팁을 성형하는 단계는 상기 팁을 기계-인식가능 형상으로 성형하는 단계를 포함하고, 상기 팁의 상기 알려진 형상을 사용하여 상기 박막 영역에 대한 상기 팁의 위치를 결정하는 단계는 이미지 인식 소프트웨어를 사용하여 상기 프로브 팁의 상기 기계-인식가능 형상을 인식함으로써 상기 팁의 상기 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 팁은 조각칼 모양으로 성형된다.
일부 실시예들은 이미지 분석을 사용하여 상기 프로브를 위치를 파악하여 상기 프로브를 상기 박막 영역 또는 상기 샘플 그리드로 이동시키기 위한 궤적을 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 이미지 분석은 이미지 감산(image subtraction)을 사용한다.
일부 실시예들은 일 하전 입자 빔으로부터의 이미지들에 기초하여 상기 프로브와 상기 박막 영역 사이의 XY 벡터를 계산하고 제2 입자 빔으로부터의 이미지들에 기초하여 상기 프로브와 상기 박막 영역 사이의 Z 벡터를 계산하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 상기 박막 영역이 상기 프로브로부터 단절(disconnected)된 이후 상기 팁을 재성형하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 상기 프로브를 관심 영역과 떨어진 상기 박막 영역의 면에 부착하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 상기 박막 영역을 그것이 상기 샘플 그리드에 부착된 이후 더욱 박형화하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들은 하전 입자 시스템에서의 자동화된 샘플 제조 장치를 제공하며, 다음을 포함한다:
워크피스를 포함하는 진공 챔버;
상기 진공 챔버 내 상기 워크피스를 촬영하고 동작시키기 위한 하전 입자 빔들을 생성하는 적어도 2개의 하전 입자 빔 컬럼들;
상기 워크피스를 상기 진공 챔버 내로 이동시키고 보유하는 이동가능 샘플 스테이지;
상기 하전 입자 빔들의 충돌에 따라 상기 샘플로부터 방사된 하전 입자들로부터 이미지들을 형성하는 하전 입자 검출기;
서브마이크론 포지셔닝(submicron position)이 가능한 샘플 조작 프로브;
하전 입자 빔-유도 증착을 위해 전구체 가스를 제공하는 가스 주입 시스템;
상기 장치의 동작을 제어하는 컨트롤러; 및
전술한 방법을 수행하는 컨트롤러에 의해 실행되는 컴퓨터 명령을 저장하는 컴퓨터 판독가능 메모리를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 장치는 2개의 하전 입자 빔 시스템들이 있는 장치를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 워크피스를 촬영하고 동작시키기 위한 하전 입자 빔들을 생성하는 상기 적어도 2개의 하전 입자 및 컬럼들은 전자 및 컬럼 및 이온 빔 컬럼을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 컴퓨터 메모리는 상기 하전 입자 빔들에 의해 형성된 이미지들의 분석을 위한 컴퓨터 명령들을 포함하고, 상기 이미지 분석은 상기 샘플 조작 프로브를 부착된 박막 영역 없이 또는 그와 함께 위치시키도록 프로그램된다.
일부 실시예들에서, 상기 이미지 분석은 이미지 감산(image subtraction)을 사용하여 수행된다.
일부 실시예들에서, 물질 제거를 위한 수단은 집속 이온 빔이다.
일부 실시예들에서, 상기 컴퓨터 메모리는 상기 집속 이온 빔으로 하여금 상기 박막 영역 상에 기준점들을 생성하게끔 하는 컴퓨터 명령들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 컴퓨터 메모리는 상기 집속 이온 빔으로 하여금 상기 프로브 상에 기준점들을 생성하게끔 하는 컴퓨터 명령들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 컴퓨터 메모리는 상기 집속 이온 빔으로 하여금 상기 샘플 프로브의 상기 팁을 조각칼 모양으로 형성하게끔 하는 컴퓨터 명령들을 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들은 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 샘플 준비 방법을 제공하며, 다음을 포함한다:
하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브를 포함하는 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
자동적으로, 상기 조작 프로브를 새로운 형상으로 물리적으로 재성형하는 단계;
자동적으로, 하전 입자 밀링 동작들을 수행하여 워크피스의 부분으로부터 샘플을 형성하는 단계; 및
상기 재성형된 프로브를 사용하여 상기 워크피스로부터 샘플을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
일부 실시예들에서, 상기 재성형된 프로브를 사용하여 상기 워크피스로부터 상기 샘플을 제거하는 단계는, 이미지 인식 소프트웨어를 사용하여 상기 재성형된 프로브의 위치를 자동적으로 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 프로브를 재성형하는 단계는 프로브 팁을 직각 프리즘(rectangular prism)으로 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들은 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 샘플 준비 방법을 제공하며, 다음을 포함한다:
하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브를 포함하는 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
상기 조작 프로브 상에 기준점을 형성하는 단계;
하전 입자 빔 밀링 동작들을 수행하여 워크피스의 부분으로부터 샘플을 형성하는 단계;
자동화된 이미지 인식을 사용하여 상기 조작 프로브 상의 상기 기준점을 식별하여 상기 조작 프로브의 위치를 결정하는 단계;
자동적으로 상기 조작 프로브를 상기 이미지 인식 소프트웨어에 의해 결정되는 위치로부터 상기 샘플과 인접한 위치로 이동시키는 단계;
상기 프로브를 상기 샘플에 부착하는 단계; 및
상기 샘플을 상기 워크피스로부터 제거하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 박편은 100 nm 미만의 두께를 갖는다.
일부 실시예들에서, 상기 프로브를 상기 샘플에 부착하는 단계는 상기 프로브를 하전 입자 빔-유도 증착을 사용하여 상기 샘플에 부착하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 샘플 준비 방법이 제공되며, 다음을 포함한다:
하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브를 포함하는 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
하전 입자 빔 밀링 동작들을 수행하여 워크피스의 부분으로부터 샘플을 형성하는 단계;
상기 샘플 상에 기준점을 형성하는 단계;
상기 프로브를 상기 샘플에 부착하는 단계;
상기 샘플을 상기 워크피스로부터 제거하는 단계;
자동화된 이미지 인식을 사용하여 상기 샘플 상의 상기 기준점을 식별하여 샘플 홀더에 대한 상기 샘플의 위치를 결정하는 단계; 및
상기 자동화된 이미지 인식에 의해 결정된 상기 샘플의 상기 위치를 사용하여, 상기 샘플을 상기 샘플 홀더로 자동적으로 이동시키는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 샘플 상에 기준점을 형성하는 단계는 상기 샘플을 향하여 하전 입자 빔을 지시하여 상기 기준점을 형성하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 샘플은 100 nm 미만의 두께를 갖는 박편이고 상기 샘플 상에 기준점을 형성하는 단계는 상기 박편을 향하여 하전 입자 빔을 지시하여 상기 기준점을 형성하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 자동화된 이미지 인식에 의해 결정된 상기 샘플의 상기 위치를 사용하여 상기 샘플을 상기 샘플 홀더에 자동적으로 이동시키는 단계는, 자동적으로 상기 샘플을 TEM 그리드로 이동시키는 단계를 포함하고, 빔-유도 증착을 이용하여 상기 샘플을 상기 TEM 그리드에 부착시키는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들은 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 샘플 준비 방법을 제공하며, 다음을 포함한다:
하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브를 포함하는 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
자동적으로 하전 입자 밀링 동작들을 수행하여 워크피스의 부분으로부터 샘플을 형성하는 단계;
상기 조작 프로브의 부분의 제1 이미지를 형성하는 단계;
상기 조작 프로브를 이동시키는 단계;
상기 조작 프로브의 제2 이미지를 형성하는 단계;
상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지 사이의 차이들을 나타내는 차분 이미지(differential image)를 형성하는 단계;
이미지 인식 소프트웨어를 사용하여, 상기 차분 이미지 내 상기 조작 프로브를 발견하여 상기 조작 프로브의 위치를 결정하는 단계;
상기 결정된 위치를 사용하여, 상기 조작 프로브를 상기 샘플로 이동시키는 단계; 및
상기 샘플을 상기 조작 프로브로 부착시키는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 샘플은 100 nm 미만의 두께를 갖는 박편을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 조작 프로브를 상기 샘플로 이동시키는 단계는 상기 조작 프로브를 하전 입자 빔-유도 증착을 이용하여 상기 조작 프로브를 상기 박편에 부착하기에 충분하도록 상기 박편에 근접시키거나 상기 박편과 접촉하도록 이동시키는 단계를 포함한다.
일부 실시예들은 투과 전자 현미경에서 관심 영역을 관측하기 위한 샘플의 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 준비 방법을 제공하며, 다음을 포함한다:
진공 챔버 내 워크피스의 관심 영역을 식별하는 단계;
상기 워크피스를 향하여 이온 빔을 지시하여 상기 관심 영역의 한쪽 면으로부터 물질을 제거함으로써 상기 관심 영역을 포함하는 100 nm 미만의 두께를 갖는 박편을 남기는 단계;
상기 워크피스 위로 조작기 프로브의 제1 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계;
상기 조작기를 이동시키는 단계;
상기 워크피스 위로 상기 조작기 프로브의 제2 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계;
상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지 사이의 차이를 나타내는 제3 이미지를 결정하는 단계;
상기 제3 이미지 내 상기 조작기 프로브를 자동적으로 인식하여 상기 프로브의 상기 위치를 결정하는 단계;
상기 조작기 프로브를 상기 박편에 접촉시키거나 근접시키기 위한 궤적을 결정하는 단계;
상기 조작기를 상기 박편에 접촉 또는 근접 이동시키는 단계;
전구체 가스를 상기 조작기 프로브에 지시하는 단계;
상기 이온 빔을 지시하여 상기 전구체 가스를 분해함으로써 상기 조작기 프로브를 상기 박편에 연결하는 물질을 증착하는 단계;
상기 박편을 상기 워크피스로부터 떼어내는 단계;
상기 박편과 함께 상기 프로브를 TEM 그리드로 이동시키는 단계;
상기 박편을 상기 TEM 그리드에 부착하는 단계; 및
상기 프로브를 상기 박편으로부터 떼어내는 단계를 포함하고,
상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지 사이의 차이를 나타내는 제3 이미지는 상기 제1 및 제2 이미지 내 워크피스와 연관된 요소들을 제거하여 상기 제3 이미지 내 상기 조작기 프로브의 인식이 용이해진다.
일부 실시예들에서,
상기 워크피스 상의 조작기 프로브의 제1 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계는 제1 하향식 이미지를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 조작기를 이동시키는 단계는 상기 조작기를 x-y 평면에서 이동시키는 단계를 포함하며,
상기 워크피스 상의 상기 조작기 프로브의 제2 하전 입자 및 이미지를 형성하는 단계는 제2 하향식 이미지를 형성하는 단계를 포함하고,
제3 이미지를 결정하는 단계는 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지 사이의 차이를 나타내며,
상기 제3 이미지 내 상기 조작기 프로브를 자동적으로 인식하여 상기 프로브의 상기 위치를 결정하는 단계는, 상기 조작기 프로브의 x-y 좌표들을 결정하는 단계를 포함하고,
상기 조작기 프로브를 상기 박편에 접촉시키거나 근접시키기 위한 궤적을 결정하는 단계는 상기 조작기를 x-y 평면에서 상기 조작기가 상기 박편에 부착될 위치 상의 지점으로 이동시키는 궤적을 결정하는 단계를 포함하고,
상기 방법은,
상기 표면에 수직하지 않는 하전 입자 빔으로부터 상기 조작기 프로브의 제3 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계;
상기 조작기 프로브를 z 평면에서 이동시키는 단계;
상기 표면에 수직하지 않는 하전 입자 빔으로부터 상기 조작기 프로브의 제4 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계;
상기 제3 이미지와 상기 제4 이미지 사이의 차이를 나타내는 제5 이미지를 결정하는 단계;
상기 제5 이미지 내 상기 조작기 프로브를 자동으로 인식하여 Z 방향에서의 상기 프로브의 위치를 결정하는 단계; 및
상기 조작기 프로브를 상기 박편에 접촉시키거나 근접시키기 위한 궤적을 결정하는 단계로서, 상기 조작기를 z 방향에서 상기 조작기가 상기 박편에 부착될 위치 상의 지점으로 이동시키는 궤적을 결정하는 단계를 포함하는, 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서,
제1 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계는 제1 전자 빔 이미지를 형성하는 단계를 포함하고,
제2 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계는 제2 전자 빔 이미지를 형성하는 단계를 포함하며,
조작기 프로브의 제3 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계는 이온 빔 이미지를 형성하는 단계를 포함하고,
조작기 프로브의 제4 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계는 이온 빔 이미지를 형성하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들은 투과 전자 현미경 내 관심 영역을 관측하기 위한 샘플의 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 준비 방법을 제공하며, 다음을 포함한다:
전술한 방법의 단계들을 다수 회 반복하는 단계; 및
각각의 반복 사이에서, 상기 프로브 팁을 상기 이온 빔으로 밀링하여 각각의 반복 동안 동일한 특정 형상을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 특정 형상은 이미지 인식 소프트웨어에 의해 인식가능하며,
각각의 반복 동안 전술한 단계들 중 상기 제3 이미지 내 상기 조작기 프로브를 자동적으로 인식하여 상기 프로브의 상기 위치를 결정하는 단계는, 상기 특정 형상을 인식하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 이미지 인식 소프트웨어에 의해 인식가능한 상기 동일한 특정 형상을 형성하는 단계는, 상기 프로브의 단부에서 단부 에지를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단부 에지는 상기 프로브의 장축에 대해 비-수직 각도(non-normal)를 형성한다.
일부 실시예들은, 바늘, 상기 바늘로부터 연장되고 상기 바늘의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 팁, 상기 바늘과 상기 팁 사이의 쇼울더를 포함하는 TEM 상의 관측을 위해 박막 샘플을 준비하는데 사용되는 마이크로조작 프로브의 상기 팁을 자동적으로 성형하는 방법을 제공하며, 다음을 포함한다:
상기 팁의 단부의 위치를 파악하는 단계;
상기 쇼울더의 위치를 파악하는 단계;
상기 바늘을 따라 바람직한 팁 시작 위치를 파악하고, 그에 따라 상기 바람직한 팁 시작 위치로부터 상기 팁의 상기 단부까지의 거리가 바람직한 팁 길이에 상응하도록 하는 단계;
자동적으로, 상기 바늘로부터의 제1 물질을 상기 바람직한 팁 시작 위치로부터 적어도 상기 쇼울더까지 상기 이온 빔으로 제거하는 단계;
자동적으로 상기 이온 빔으로 밀링하여 상기 팁 시작 위치로부터 상기 팁의 상기 단부까지 매끄러운 표면을 생성하는 단계;
상기 조작기를 회전시키는 단계;
자동적으로, 상기 바늘로부터의 제2 물질을 상기 바람직한 팁 시작 위치로부터 적어도 상기 쇼울더까지 상기 이온 빔으로 제거하는 단계; 및
자동적으로 상기 이온 빔으로 밀링하여 상기 팁 시작 위치로부터 상기 팁의 상기 단부까지 매끄러운 표면을 생성하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 쇼울더의 위치를 파악하는 단계는, 자동적으로 상기 이미지 내에서 상기 바늘의 상기 상부 에지의 위치를 파악하는 단계 및 상기 바늘의 상기 상부 에지가 중단하는 지점을 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서,
자동적으로 상기 바늘로부터의 제1 물질을 상기 이온 빔으로 제거하는 단계는, 상기 제1 물질의 제1 부분을 제거하는 단계 및 상기 제1 물질의 제2 부분을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 제1 물질의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 제1 차원(dimension)에서의 바람직한 팁 두께와 상응하는 거리만큼 분리되며,
자동적으로 상기 바늘로부터의 제1 물질을 상기 이온 빔으로 제거하는 단계는, 상기 제2 물질의 제1 부분을 제거하는 단계 및 상기 제2 물질의 제2 부분을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 제1 물질의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 제2 차원(dimension)에서의 바람직한 팁 두께와 상응하는 거리만큼 분리된다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 물질의 상기 제1 및 제2 부분은 상기 바늘 축의 대향 면들 상에 있고, 상기 제2 물질의 상기 제1 및 제2 부분은 상기 바늘 축의 대향 면들 상에 있다.
일부 실시예들은 바늘, 상기 바늘로부터 연장되고 상기 바늘의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 팁, 상기 바늘과 상기 팁 사이의 쇼울더를 포함하는 TEM 상의 관측을 위해 박막 샘플을 준비하는데 사용되는 마이크로조작 프로브의 상기 팁을 자동적으로 성형하는 방법을 제공하며, 다음을 포함한다:
a. 하전 입자 빔 이미지 내 상기 팁의 단부의 위치를 파악하는 단계;
b. 에지 로케이터 도구(edge locator tool)를 사용하여, 상기 이미지 내 상기 바늘의 상부 에지의 위치를 파악하는 단계;
c. 에지 로케이터 도구를 사용하여, 상기 이미지 내 상기 바늘의 하부 에지의 위치를 파악하는 단계;
d. 상기 바늘의 상기 상부 에지 및 상기 바늘의 상기 하부 에지로부터 상기 바늘 축의 상기 위치를 결정하는 단계;
e. 상기 팁 단부의 방향에서 상기 바늘을 따라 에지 로케이터 도구를 이동시켜 상기 바늘의 상기 상부 에지의 단부에서의 쇼울더의 위치를 결정하는 단계;
f. 상기 바늘 축으로부터 바람직한 바늘 두께만큼 제1 방향에서 오프셋된 상기 바늘의 제1 영역을, 상기 쇼울더 이전 상기 바늘 팁의 상기 단부로부터 특정 거리까지 또는 상기 쇼울더로부터 시작하여 밀링하는 단계로서, 상기 특정 거리는 바람직한 팁 길이에 상응하는, 단계;
g. 상기 바늘 축으로부터 바람직한 바늘 두께만큼 제2 방향에서 오프셋된 상기 바늘의 제2 영역을, 상기 쇼울더 이전 상기 바늘 팁의 상기 단부로부터 특정 거리까지 또는 상기 쇼울더로부터 시작하여 밀링하는 단계로서, 상기 특정 거리는 바람직한 팁 길이에 상응하는, 단계;
h. 상기 바늘을 회전시키는 단계; 및
i. 단계들 b 내지 g를 반복하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 상기 바늘 축과 직각이 아닌 각도에서 상기 팁의 상기 단부를 컷팅하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들은 투과 전자 현미경 내 관심 영역을 관측하기 위한 샘플의 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 준비 방법을 제공하며, 다음을 포함한다:
하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브를 갖는 상기 하전 입자 빔의 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
상기 워크피스 내 관심 영역을 식별하는 단계;
상기 워크피스를 향하여 이온 빔을 지시하여 상기 관심 영역의 한쪽 면으로부터 물질을 제거함으로써 상기 관심 영역을 포함하는 100 nm 미만의 두께를 갖는 박편을 남기는 단계;
상기 이온 빔을 지시하여 상기 박편 상에 기준점을 형성하는 단계;
상기 조작기를 상기 박편에 부착하는 단계;
상기 박편을 상기 워크피스로부터 떼어내는 단계;
상기 박편을 갖는 상기 프로브를 TEM 그리드의 주변으로 이동시키는 단계;
이미지 인식 소프트웨어를 사용하여 상기 박편 내 상기 기준점을 인식하는 단계;
상기 박편 내 상기 기준점의 위치를 이용하여, 상기 박편을 상기 TEM 그리드에서의 부착 지점에 이동시키기 위한 궤적을 결정하는 단계; 및
상기 박편을 상기 TEM 그리드에 부착하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 이온 빔을 지시하여 상기 박편 상에 기준점을 형성하는 단계는 상기 박편 내 성형된 구멍(shaped hole)을 밀링하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 이온 빔을 지시하여 상기 박편 상에 기준점을 형성하는 단계는, 상기 박편의 상기 표면 내에 모양을 밀링하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들은 마이크로조작 프로브가 박편에 부착되고 상기 박편을 이동하는데 사용되는 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 샘플 준비 방법을 제공하며, 다음을 포함한다:
하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브로 특징되는 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
상기 워크피스 내 관심 영역을 식별하는 단계;
상기 관심 영역 주변의 물질을 제거하여 상기 관심 영역을 포함하는 박막 영역을 남기는 단계;
상기 이온 빔을 지시하여 상기 프로브의 팁 상에 기준점을 생성하는 단계로서, 그에 따라 상기 팁이 자동화된 시스템에 의해 식별될 수 있도록 하는, 단계;
상기 기준점을 포함하는 상기 프로브 팁의 이미지를 형성하는 단계;
이미지 인식 소프트웨어를 사용하여, 상기 이미지 내 상기 기준점을 식별하는 단계;
상기 이미지 인식 소프트웨어에 의해 결정된 상기 기준점의 상기 위치를 이용하여, 상기 프로브 팁과 상기 박편의 부착 지점 사이의 변위 벡터를 결정하는 단계;
상기 변위 벡터에 따라 상기 프로브 팁을 이동시켜, 상기 프로브 팁을 상기 박편에 접촉시키거나 근접시키는 단계;
상기 프로브 팁을 상기 박편에 부착하는 단계;
상기 박편을 상기 워크피스로부터 절단하는 단계;
상기 프로브 팁을 TEM 그리드에 부착될 상기 박편과 함께 이동시키는 단계;
상기 박편을 상기 TEM 그리드에 부착하는 단계; 및
상기 프로브를 상기 박편으로부터 절단하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 상기 이온 빔을 지시하여 상기 프로브의 상기 팁 상에 제2 기준점을 생성하는 단계로서, 그에 따라 상기 팁이 자동화된 시스템에 의해 식별될 수 있도록 하는, 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 상기 이온 빔을 지시하여 상기 프로브의 상기 팁 상에 제2 기준점을 생성하는 단계로서, 그에 따라 상기 팁이 자동화된 시스템에 의해 식별될 수 있도록 하는, 단계를 더 포함한다.
컴퓨터 프로세싱을 이용하여 스캔 또는 이미지가 자동적으로 처리되는 경우에는 언제든지, 로우 이미지 데이터(raw image data)가 실제 관측가능 이미지를 전혀 생성하지 않고도 처리될 수 있음이 이해되어야 한다. 용어 "이미지"는 표면의 모습을 나타내는 표시된 이미지만을 포함하는 것이 아니고 표면 상의 또는 표면 하부의 다수의 지점들을 특징짓는 임의의 수집된 정보도 포함하도록 넓은 의미로 사용된 것이다. 예를 들어 입자 빔이 상기 표면 상의 일련의 지점들 상으로 입사하는 경우에 수집된 이차 전자들에 상응하는 데이터의 수집은 비록 그러한 데이터가 디스플레이되지 않더라도 일종의 "이미지"이다. 샘플 또는 워크피스 상의 지점들에 대한 정보를 수집하는 것은 "이미징"이다. 용어 "자동화된" 또는 "자동적으로"는 조작자의 개입이 없음을 의미하며, 다만 조작자의 개입 없이 동작의 매 단계가 수행되는 것 또는 프로세스가 조작자의 개입 없이 개시되는 것을 요구하는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예들은, 입자들의 빔을 사용하여 샘플을 촬영하기 위해, FIB 또는 SEM과 같은, 입자 빔 장치를 사용한다. 샘플을 촬영하는데 사용되는 그러한 입자들은 본질적으로 어느 정도의 물리적 변형을 야기하는 샘플과 상호작용한다. 또한, 본 명세서에 걸쳐, "계산", "결정", "측정", "생성", "감지", "형성" 등과 같은 용어들을 이용하는 것과 관련된 논의들은, 컴퓨터 시스템 또는 유사한 전자 장치의 동작 및 프로세스를 참조하여 이루어지는 것으로, 상기 컴퓨터 시스템(또는 유사한 장치)은 상기 시스템 내에서 물리량으로 나타난 데이터를 상기 시스템 또는 다른 정보 저장장치, 전송장치 또는 디스플레이 장치 내 물리량으로 유사하게 표현된 다른 데이터로 조작하고 변형한다.
본 발명은 광범위한 적용가능성을 가지며 전술한 예들에서 나타나고 설명한 바와 같이 많은 이점들을 제공할 수있다. 상기 실시예들은 특정 응용분야에 따라 달라질 것이며, 모든 실시 형태가 상기 이점들 모두를 제공하고 본 발명에 의해 달성할 수 있는 목적들 모두를 충족하는 것은 아니다.
이하의 논의 및 청구항에서, 용어 "포함하는", "갖는"과 같은 용어는 개방형 방식으로 사용되며, 따라서 "포함하지만, 이에 한정되지는 않는"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "집속 이온 빔"은 이온 옵틱스 및 성형 이온 빔들(ion optics and shaped ion beams)에 의해 집속된 빔들을 포함하는, 임의의 평행한 이온 빔을 지칭하는 것으로 여기에서 사용된다.
이 명세서에 특별히 정의되지 않는 임의의 용어들의 경우, 상기 용어에 대해서는 그것의 일반적이고 통상적인 의미를 부여한 것으로 의도된다. 첨부의 도면들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 달리 언급하지 않는 한, 축적대로 도시된 것이 아니다.
비록 본 발명 및 그 이점들이 상세히 설명되었지만, 다양한 변화들, 대체들, 및 변경들이 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 기재된 실시예들에 대해 이루어질 수 있다. 또한, 본 출원의 범위는 명세서에 기재된 물질, 수단, 방법, 및 단계의 특정 실시예들에 제한되는 것으로 의도한 것이 아니다.

Claims (49)

  1. 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 샘플 준비 방법으로서,
    하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브로 특징되는 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
    상기 워크피스 상의 관심 영역을 촬영(imaging)하는 단계;
    집속 이온 빔을 사용하여 박막 영역을 둘러싸는 물질을 제거하는 단계;
    상기 박막 영역을 지지하는 물질을 제거하여, 소형 부착 구조물들에 의해 벌크 워크피스에 부착된 상기 박막 영역을 남기는 단계;
    상기 이온 빔을 사용하여 물질을 제거함으로써 샘플 조작 프로브의 팁을 성형하는 단계;
    상기 팁의 알려진 형상을 사용하여 상기 박막 영역에 대한 상기 팁의 위치를 결정하는 단계;
    상기 박막 영역에 대한 상기 팁의 상기 위치를 사용하여, 상기 박막 영역에 근접하도록 상기 샘플 프로브를 자동적으로 이동시키는 단계;
    상기 샘플 프로브를 상기 박막 영역에 부착하는 단계;
    상기 이온 빔을 이용하여 상기 박막 영역을 상기 워크피스의 벌크에 연결하는 상기 지지 구조물을 제거하는 단계로서, 그에 따라 상기 박막 영역이 상기 샘플 프로브에 의해서만 지지되는, 단계;
    박막 영역들을 위한 샘플 그리드가 위치된 영역으로 부착되는 상기 박막 영역과 함께 상기 샘플 프로브를 이동시키는 단계;
    상기 샘플 프로브를 이동시키는 단계로서, 박막 영역들을 위한 샘플 그리드가 위치된 영역으로 상기 샘플 영역이 부착되는, 단계;
    상기 샘플 그리드 및 상기 프로브가 부착된 박막 영역과 함께 위치된, 영역을 촬영하는 단계;
    상기 프로브를 자동적으로 이동시켜 상기 박막 영역이 상기 샘플 그리드에 근접하도록 하는 단계;
    상기 박막 영역을 상기 샘플 그리드에 부착하는 단계; 및
    상기 샘플 프로브의 상기 팁을 상기 박막 영역으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 박막 영역은 단면도 영역인, 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    샘플 조작 프로브의 상기 팁을 성형하는 단계는 상기 팁을 기계-인식가능 형상으로 성형하는 단계를 포함하고,
    상기 팁의 상기 알려진 형상을 사용하여 상기 박막 영역에 대한 상기 팁의 위치를 결정하는 단계는 이미지 인식 소프트웨어를 사용하여 상기 프로브 팁의 상기 기계-인식가능 형상을 인식함으로써 상기 팁의 상기 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팁을 조각칼 모양으로 성형하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    이미지 분석을 사용하여 상기 프로브의 위치를 파악하여 상기 프로브를 상기 박막 영역 또는 상기 샘플 그리드로 이동시키기 위한 궤적을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이미지 분석은 이미지 감산(image subtraction)을 사용하는, 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    일 하전 입자 빔으로부터의 이미지들에 기초하여 상기 프로브와 상기 박막 영역 사이의 XY 벡터를 계산하고 제2 입자 빔으로부터의 이미지들에 기초하여 상기 프로브와 상기 박막 영역 사이의 Z 벡터를 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막 영역이 상기 프로브로부터 단절(disconnected)된 이후 상기 팁을 재성형하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브를 관심 영역과 떨어진 상기 박막 영역의 면에 부착하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막 영역을 그것이 상기 샘플 그리드에 부착된 이후 더욱 박형화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 하전 입자 시스템에서의 자동화된 샘플 제조 장치로서,
    워크피스를 포함하는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내 상기 워크피스를 촬영하고 동작시키기 위한 하전 입자 빔들을 생성하는 적어도 2개의 하전 입자 빔 컬럼들;
    상기 워크피스를 상기 진공 챔버 내로 이동시키고 보유하는 이동가능 샘플 스테이지;
    상기 하전 입자 빔들의 충돌에 따라 상기 샘플로부터 방사된 하전 입자들로부터 이미지들을 형성하는 하전 입자 검출기;
    서브마이크론 포지셔닝(submicron position)이 가능한 샘플 조작 프로브;
    하전 입자 빔-유도 증착을 위해 전구체 가스를 제공하는 가스 주입 시스템;
    상기 장치의 동작을 제어하는 컨트롤러; 및
    청구항 1의 방법을 수행하는 컨트롤러에 의해 실행되는 컴퓨터 명령을 저장하는 컴퓨터 판독가능 메모리를 포함하는, 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    2개의 하전 입자 빔 시스템들이 있는 장치를 더 포함하는, 장치.
  13. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 워크피스를 촬영하고 동작시키기 위한 하전 입자 빔들을 생성하는 상기 적어도 2개의 하전 입자 및 컬럼들은 전자 빔 컬럼 및 이온 빔 컬럼을 포함하는, 장치.
  14. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 메모리는 상기 하전 입자 빔들에 의해 형성된 이미지들의 분석을 위한 컴퓨터 명령들을 포함하고,
    상기 이미지 분석은 상기 샘플 조작 프로브를 부착된 박막 영역 없이 또는 그와 함께 위치시키도록 프로그램되는, 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 이미지 분석은 이미지 감산(image subtraction)을 사용하여 수행되는, 장치.
  16. 청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    물질 제거를 위한 수단은 집속 이온 빔인, 장치.
  17. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 메모리는 상기 집속 이온 빔으로 하여금 상기 박막 영역 상에 기준점들을 생성하게끔 하는 컴퓨터 명령들을 포함하는, 장치.
  18. 청구항 14 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 메모리는 상기 집속 이온 빔으로 하여금 상기 프로브 상에 기준점을 생성하게끔 하는 컴퓨터 명령들을 포함하는, 장치.
  19. 청구항 14 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 메모리는 상기 집속 이온 빔으로 하여금 상기 샘플 프로브의 상기 팁을 조각칼 모양으로 형성하게끔 하는 컴퓨터 명령들을 포함하는, 장치.
  20. 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 샘플 준비 방법으로서,
    하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브를 포함하는 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
    자동적으로, 상기 조작 프로브를 새로운 형상으로 물리적으로 재성형하는 단계;
    자동적으로, 하전 입자 밀링 동작들을 수행하여 워크피스의 부분으로부터 샘플을 형성하는 단계; 및
    상기 재성형된 프로브를 사용하여 상기 워크피스로부터 샘플을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 재성형된 프로브를 사용하여 상기 워크피스로부터 상기 샘플을 제거하는 단계는, 이미지 인식 소프트웨어를 사용하여 상기 재성형된 프로브의 위치를 자동적으로 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
    상기 프로브를 재성형하는 단계는 프로브 팁을 직각 프리즘(rectangular prism)으로 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 샘플 준비 방법으로서,
    하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브를 포함하는 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
    상기 조작 프로브 상에 기준점을 형성하는 단계;
    하전 입자 빔 밀링 동작들을 수행하여 워크피스의 부분으로부터 샘플을 형성하는 단계;
    자동화된 이미지 인식을 사용하여 상기 조작 프로브 상의 상기 기준점을 식별하여 상기 조작 프로브의 위치를 결정하는 단계;
    자동적으로 상기 조작 프로브를 상기 이미지 인식 소프트웨어에 의해 결정되는 위치로부터 상기 샘플과 인접한 위치로 이동시키는 단계;
    상기 프로브를 상기 샘플에 부착하는 단계; 및
    상기 샘플을 상기 워크피스로부터 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 샘플은 100 nm 미만의 두께를 갖는 박편인, 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 프로브를 상기 샘플에 부착하는 단계는 상기 프로브를 하전 입자 빔-유도 증착을 사용하여 상기 샘플에 부착하는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 샘플 준비 방법으로서,
    하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브를 포함하는 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
    하전 입자 빔 밀링 동작들을 수행하여 워크피스의 부분으로부터 샘플을 형성하는 단계;
    상기 샘플 상에 기준점을 형성하는 단계;
    상기 프로브를 상기 샘플에 부착하는 단계;
    상기 샘플을 상기 워크피스로부터 제거하는 단계;
    자동화된 이미지 인식을 사용하여 상기 샘플 상의 상기 기준점을 식별하여 샘플 홀더에 대한 상기 샘플의 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 자동화된 이미지 인식에 의해 결정된 상기 샘플의 상기 위치를 사용하여, 상기 샘플을 상기 샘플 홀더로 자동적으로 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 샘플 상에 기준점을 형성하는 단계는 상기 샘플을 향하여 하전 입자 빔을 지시하여 상기 기준점을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 청구항 26 또는 청구항 27에 있어서,
    상기 샘플은 100 nm 미만의 두께를 갖는 박편이고 상기 샘플 상에 기준점을 형성하는 단계는 상기 박편을 향하여 하전 입자 빔을 지시하여 상기 기준점을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  29. 청구항 26 내지 청구항 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자동화된 이미지 인식에 의해 결정된 상기 샘플의 상기 위치를 사용하여 상기 샘플을 상기 샘플 홀더에 자동적으로 이동시키는 단계는, 자동적으로 상기 샘플을 TEM 그리드로 이동시키는 단계를 포함하고, 빔-유도 증착을 이용하여 상기 샘플을 상기 TEM 그리드에 부착시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  30. 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 샘플 준비 방법으로서,
    하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브를 포함하는 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
    자동적으로 하전 입자 밀링 동작들을 수행하여 워크피스의 부분으로부터 샘플을 형성하는 단계;
    상기 조작 프로브의 부분의 제1 이미지를 형성하는 단계;
    상기 조작 프로브를 이동시키는 단계;
    상기 조작 프로브의 제2 이미지를 형성하는 단계;
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지 사이의 차이들을 나타내는 차분 이미지(differential image)를 형성하는 단계;
    이미지 인식 소프트웨어를 사용하여, 상기 차분 이미지 내 상기 조작 프로브를 발견하여 상기 조작 프로브의 위치를 결정하는 단계;
    상기 결정된 위치를 사용하여, 상기 조작 프로브를 상기 샘플로 이동시키는 단계; 및
    상기 샘플을 상기 조작 프로브로 부착시키는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 샘플은 100 nm 미만의 두께를 갖는 박편을 포함하는, 방법.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 조작 프로브를 상기 샘플로 이동시키는 단계는 상기 조작 프로브를 하전 입자 빔-유도 증착을 이용하여 상기 조작 프로브를 상기 박편에 부착하기에 충분하도록 상기 박편에 근접시키거나 상기 박편과 접촉하도록 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  33. 투과 전자 현미경에서 관심 영역을 관측하기 위한 샘플의 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 준비 방법으로서,
    진공 챔버 내 워크피스의 관심 영역을 식별하는 단계;
    상기 워크피스를 향하여 이온 빔을 지시하여 상기 관심 영역의 한쪽 면으로부터 물질을 제거함으로써 상기 관심 영역을 포함하는 100 nm 미만의 두께를 갖는 박편을 남기는 단계;
    상기 워크피스 위로 조작기 프로브의 제1 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계;
    상기 조작기를 이동시키는 단계;
    상기 워크피스 위로 상기 조작기 프로브의 제2 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계;
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지 사이의 차이를 나타내는 제3 이미지를 결정하는 단계;
    상기 제3 이미지 내 상기 조작기 프로브를 자동적으로 인식하여 상기 프로브의 상기 위치를 결정하는 단계;
    상기 조작기 프로브를 상기 박편에 접촉시키거나 근접시키기 위한 궤적을 결정하는 단계;
    상기 조작기를 상기 박편에 접촉 또는 근접 이동시키는 단계;
    전구체 가스를 상기 조작기 프로브에 지시하는 단계;
    상기 이온 빔을 지시하여 상기 전구체 가스를 분해함으로써 상기 조작기 프로브를 상기 박편에 연결하는 물질을 증착하는 단계;
    상기 박편을 상기 워크피스로부터 떼어내는 단계;
    상기 박편과 함께 상기 프로브를 TEM 그리드로 이동시키는 단계;
    상기 박편을 상기 TEM 그리드에 부착하는 단계; 및
    상기 프로브를 상기 박편으로부터 떼어내는 단계를 포함하고,
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지 사이의 차이를 나타내는 제3 이미지는 상기 제1 및 제2 이미지 내 워크피스와 연관된 요소들을 제거하여 상기 제3 이미지 내 상기 조작기 프로브의 인식이 용이해지는, 방법.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 워크피스 상의 조작기 프로브의 제1 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계는 제1 하향식 이미지를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 조작기를 이동시키는 단계는 상기 조작기를 x-y 평면에서 이동시키는 단계를 포함하며,
    상기 워크피스 상의 상기 조작기 프로브의 제2 하전 입자 및 이미지를 형성하는 단계는 제2 하향식 이미지를 형성하는 단계를 포함하고,
    제3 이미지를 결정하는 단계는 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지 사이의 차이를 나타내며,
    상기 제3 이미지 내 상기 조작기 프로브를 자동적으로 인식하여 상기 프로브의 상기 위치를 결정하는 단계는, 상기 조작기 프로브의 x-y 좌표들을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 조작기 프로브를 상기 박편에 접촉시키거나 근접시키기 위한 궤적을 결정하는 단계는 상기 조작기를 x-y 평면에서 상기 조작기가 상기 박편에 부착될 위치 상의 지점으로 이동시키는 궤적을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 표면에 수직하지 않는 하전 입자 빔으로부터 상기 조작기 프로브의 제3 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계;
    상기 조작기 프로브를 z 평면에서 이동시키는 단계;
    상기 표면에 수직하지 않는 하전 입자 빔으로부터 상기 조작기 프로브의 제4 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계;
    상기 제3 이미지와 상기 제4 이미지 사이의 차이를 나타내는 제5 이미지를 결정하는 단계;
    상기 제5 이미지 내 상기 조작기 프로브를 자동으로 인식하여 Z 방향에서의 상기 프로브의 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 조작기 프로브를 상기 박편에 접촉시키거나 근접시키기 위한 궤적을 결정하는 단계로서, 상기 조작기를 z 방향에서 상기 조작기가 상기 박편에 부착될 위치 상의 지점으로 이동시키는 궤적을 결정하는 단계를 포함하는, 단계를 포함하는 방법.
  35. 청구항 34에 있어서,
    제1 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계는 제1 전자 빔 이미지를 형성하는 단계를 포함하고,
    제2 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계는 제2 전자 빔 이미지를 형성하는 단계를 포함하며,
    조작기 프로브의 제3 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계는 이온 빔 이미지를 형성하는 단계를 포함하고,
    조작기 프로브의 제4 하전 입자 빔 이미지를 형성하는 단계는 이온 빔 이미지를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  36. 투과 전자 현미경 내 관심 영역을 관측하기 위한 샘플의 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 준비 방법으로서
    청구항 33의 단계들을 다수 회 반복하는 단계; 및
    각각의 반복 사이에서, 상기 프로브 팁을 상기 이온 빔으로 밀링하여 각각의 반복 동안 동일한 특정 형상을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 특정 형상은 이미지 인식 소프트웨어에 의해 인식가능하며,
    각각의 반복 동안 전술한 단계들 중 상기 제3 이미지 내 상기 조작기 프로브를 자동적으로 인식하여 상기 프로브의 상기 위치를 결정하는 단계는, 상기 특정 형상을 인식하는 단계를 포함하는, 방법.
  37. 청구항 36에 있어서,
    이미지 인식 소프트웨어에 의해 인식가능한 상기 동일한 특정 형상을 형성하는 단계는, 상기 프로브의 단부에서 단부 에지를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 단부 에지는 상기 프로브의 장축에 대해 비-수직 각도(non-normal)를 형성하는, 방법.
  38. 바늘, 상기 바늘로부터 연장되고 상기 바늘의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 팁, 상기 바늘과 상기 팁 사이의 쇼울더를 포함하는 TEM 상의 관측을 위해 박막 샘플을 준비하는데 사용되는 마이크로조작 프로브의 상기 팁을 자동적으로 성형하는 방법으로서,
    상기 팁의 단부의 위치를 파악하는 단계;
    상기 쇼울더의 위치를 파악하는 단계;
    상기 바늘을 따라 바람직한 팁 시작 위치를 파악하고, 그에 따라 상기 바람직한 팁 시작 위치로부터 상기 팁의 상기 단부까지의 거리가 바람직한 팁 길이에 상응하도록 하는 단계;
    자동적으로, 상기 바늘로부터의 제1 물질을 상기 바람직한 팁 시작 위치로부터 적어도 상기 쇼울더까지 상기 이온 빔으로 제거하는 단계;
    자동적으로 상기 이온 빔으로 밀링하여 상기 팁 시작 위치로부터 상기 팁의 상기 단부까지 매끄러운 표면을 생성하는 단계;
    상기 조작기를 회전시키는 단계;
    자동적으로, 상기 바늘로부터의 제2 물질을 상기 바람직한 팁 시작 위치로부터 적어도 상기 쇼울더까지 상기 이온 빔으로 제거하는 단계; 및
    자동적으로 상기 이온 빔으로 밀링하여 상기 팁 시작 위치로부터 상기 팁의 상기 단부까지 매끄러운 표면을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 쇼울더의 위치를 파악하는 단계는, 자동적으로 상기 이미지 내에서 상기 바늘의 상기 상부 에지의 위치를 파악하는 단계 및 상기 바늘의 상기 상부 에지가 중단하는 지점을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  40. 청구항 38 또는 청구항 39에 있어서,
    자동적으로 상기 바늘로부터의 제1 물질을 상기 이온 빔으로 제거하는 단계는, 상기 제1 물질의 제1 부분을 제거하는 단계 및 상기 제1 물질의 제2 부분을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 물질의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 제1 차원(dimension)에서의 바람직한 팁 두께와 상응하는 거리만큼 분리되며,
    자동적으로 상기 바늘로부터의 제1 물질을 상기 이온 빔으로 제거하는 단계는, 상기 제2 물질의 제1 부분을 제거하는 단계 및 상기 제2 물질의 제2 부분을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 제1 물질의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 제2 차원(dimension)에서의 바람직한 팁 두께와 상응하는 거리만큼 분리되는, 방법.
  41. 청구항 40에 있어서,
    상기 제1 물질의 상기 제1 및 제2 부분은 상기 바늘 축의 대향 면들 상에 있고,
    상기 제2 물질의 상기 제1 및 제2 부분은 상기 바늘 축의 대향 면들 상에 있는, 방법.
  42. 바늘, 상기 바늘로부터 연장되고 상기 바늘의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 팁, 상기 바늘과 상기 팁 사이의 쇼울더를 포함하는 TEM 상의 관측을 위해 박막 샘플을 준비하는데 사용되는 마이크로조작 프로브의 상기 팁을 자동적으로 성형하는 방법으로서,
    a. 하전 입자 빔 이미지 내 상기 팁의 단부의 위치를 파악하는 단계;
    b. 에지 로케이터 도구(edge locator tool)를 사용하여, 상기 이미지 내 상기 바늘의 상부 에지의 위치를 파악하는 단계;
    c. 에지 로케이터 도구를 사용하여, 상기 이미지 내 상기 바늘의 하부 에지의 위치를 파악하는 단계;
    d. 상기 바늘의 상기 상부 에지 및 상기 바늘의 상기 하부 에지로부터 상기 바늘 축의 상기 위치를 결정하는 단계;
    e. 상기 팁 단부의 방향에서 상기 바늘을 따라 에지 로케이터 도구를 이동시켜 상기 바늘의 상기 상부 에지의 단부에서의 쇼울더의 위치를 결정하는 단계;
    f. 상기 바늘 축으로부터 바람직한 바늘 두께만큼 제1 방향에서 오프셋된 상기 바늘의 제1 영역을, 상기 쇼울더 이전 상기 바늘 팁의 상기 단부로부터 특정 거리까지 또는 상기 쇼울더로부터 시작하여 밀링하는 단계로서, 상기 특정 거리는 바람직한 팁 길이에 상응하는, 단계;
    g. 상기 바늘 축으로부터 바람직한 바늘 두께만큼 제2 방향에서 오프셋된 상기 바늘의 제2 영역을, 상기 쇼울더 이전 상기 바늘 팁의 상기 단부로부터 특정 거리까지 또는 상기 쇼울더로부터 시작하여 밀링하는 단계로서, 상기 특정 거리는 바람직한 팁 길이에 상응하는, 단계;
    h. 상기 바늘을 회전시키는 단계; 및
    i. 단계들 b 내지 g를 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
  43. 청구항 42에 있어서,
    상기 바늘 축과 직각이 아닌 각도에서 상기 팁의 상기 단부를 컷팅하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  44. 투과 전자 현미경 내 관심 영역을 관측하기 위한 샘플의 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 준비 방법으로서,
    하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브를 갖는 상기 하전 입자 빔의 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
    상기 워크피스 내 관심 영역을 식별하는 단계;
    상기 워크피스를 향하여 이온 빔을 지시하여 상기 관심 영역의 한쪽 면으로부터 물질을 제거함으로써 상기 관심 영역을 포함하는 100 nm 미만의 두께를 갖는 박편을 남기는 단계;
    상기 이온 빔을 지시하여 상기 박편 상에 기준점을 형성하는 단계;
    상기 조작기를 상기 박편에 부착하는 단계;
    상기 박편을 상기 워크피스로부터 떼어내는 단계;
    상기 박편을 갖는 상기 프로브를 TEM 그리드의 주변으로 이동시키는 단계;
    이미지 인식 소프트웨어를 사용하여 상기 박편 내 상기 기준점을 인식하는 단계;
    상기 박편 내 상기 기준점의 위치를 이용하여, 상기 박편을 상기 TEM 그리드에서의 부착 지점에 이동시키기 위한 궤적을 결정하는 단계; 및
    상기 박편을 상기 TEM 그리드에 부착하는 단계를 포함하는, 방법.
  45. 청구항 44에 있어서,
    상기 이온 빔을 지시하여 상기 박편 상에 기준점을 형성하는 단계는 상기 박편 내 성형된 구멍(shaped hole)을 밀링하는 단계를 포함하는, 방법.
  46. 청구항 44 또는 청구항 45에 있어서,
    상기 이온 빔을 지시하여 상기 박편 상에 기준점을 형성하는 단계는, 상기 박편의 상기 표면 내에 모양을 밀링하는 단계를 포함하는, 방법.
  47. 마이크로조작 프로브가 박편에 부착되고 상기 박편을 이동하는데 사용되는 하전 입자 빔 시스템에서의 자동화된 샘플 준비 방법으로서,
    하나 이상의 하전 입자 빔 시스템들 및 샘플 조작 프로브로 특징되는 진공 챔버 내로 워크피스를 로딩하는 단계;
    상기 워크피스 내 관심 영역을 식별하는 단계;
    상기 관심 영역 주변의 물질을 제거하여 상기 관심 영역을 포함하는 박막 영역을 남기는 단계;
    상기 이온 빔을 지시하여 상기 프로브의 팁 상에 기준점을 생성하는 단계로서, 그에 따라 상기 팁이 자동화된 시스템에 의해 식별될 수 있도록 하는, 단계;
    상기 기준점을 포함하는 상기 프로브 팁의 이미지를 형성하는 단계;
    이미지 인식 소프트웨어를 사용하여, 상기 이미지 내 상기 기준점을 식별하는 단계;
    상기 이미지 인식 소프트웨어에 의해 결정된 상기 기준점의 상기 위치를 이용하여, 상기 프로브 팁과 상기 박편의 부착 지점 사이의 변위 벡터를 결정하는 단계;
    상기 변위 벡터에 따라 상기 프로브 팁을 이동시켜, 상기 프로브 팁을 상기 박편에 접촉시키거나 근접시키는 단계;
    상기 프로브 팁을 상기 박편에 부착하는 단계;
    상기 박편을 상기 워크피스로부터 절단하는 단계;
    상기 프로브 팁을 TEM 그리드에 부착될 상기 박편과 함께 이동시키는 단계;
    상기 박편을 상기 TEM 그리드에 부착하는 단계; 및
    상기 프로브를 상기 박편으로부터 절단하는 단계를 포함하는, 방법.
  48. 청구항 47에 있어서,
    상기 이온 빔을 지시하여 상기 프로브의 상기 팁 상에 제2 기준점을 생성하는 단계로서, 그에 따라 상기 팁이 자동화된 시스템에 의해 식별될 수 있도록 하는, 단계를 더 포함하는, 방법.
  49. 청구항 48에 있어서,
    상기 이온 빔을 지시하여 상기 프로브의 상기 팁 상에 제2 기준점을 생성하는 단계로서, 그에 따라 상기 팁이 자동화된 시스템에 의해 식별될 수 있도록 하는, 단계를 더 포함하는, 방법.
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