CN117642624A - 来自由样品去层期间取得的配准图像堆叠所产生的3d数据立方体的3d计量 - Google Patents

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Abstract

一种评估样品的感兴趣区域的方法，包括：将样品定位在评估工具的真空腔室内，该评估工具包括扫描电子显微镜(SEM)柱和聚焦离子束(FIB)柱；通过交替使用来自FIB柱的带电粒子束将感兴趣区域去层和使用SEM柱对感兴趣区域的表面成像的序列来获取感兴趣区域的多个二维图像；以及通过将多个二维图像以其被获取的次序堆叠在彼此之上叠来产生表示感兴趣区域的初始三维数据立方体；识别在该初始三维数据立方体中的失真；以及创建包括有用于被识别的失真的校正的更新的三维数据立方体。

Description

来自由样品去层期间取得的配准图像堆叠所产生的3D数据立 方体的3D计量
交叉引用
本申请主张于2021年6月24日提交的第17/357,948号美国申请的优先权，该申请的全部公开内容为了所有目的以引用的方式并入本文。
背景技术
在电子材料及用于将这些材料制造成电子结构中的工艺的研究中，电子结构的样本可用于微观检查，以便用于故障分析及装置验证及计量的目的。例如，诸如硅晶片的电子结构的样本可在扫描式电子显微镜(scanning electron microscope；SEM)中进行分析以研究晶片中的特定特性特征。该特性特征可包括制造的电路及在制造工艺期间形成的任何缺陷。电子显微镜是一种用于分析半导体装置的显微结构的最有用的设备件之一。
在准备用于电子显微镜检查的电子结构样本时，可使用各种抛光和铣削工艺来对结构进行切片，直至暴露出特定的特性特征。随着装置尺寸不断减小至纳米级，制备用于电子显微镜研究的样本的技术变得更加重要。由于光学显微镜的分辨率不可接受，通过光学显微镜研究结构的传统方法无法用于研究现代电子结构中的特征。
SEM成像技术可用于查看样本内感兴趣区域(region of interest；ROI)的表面，且也可用于查看ROI内的大部分材料。例如，可用由聚焦离子束(focused ion beam；FIB)柱产生的氙、镓或其他元素的离子轰击样本上的ROI，以侵蚀样本的ROI中的表面层，从而允许对ROI内的低于表面且最初被其上的材料覆盖的层进行成像。
结合了扫描电子显微镜和聚焦离子束(FIB)单元的双柱***可产生在样品(诸如半导体晶片)上形成的电子结构的局部区域的高分辨率SEM图像。典型的双柱***包括SEM柱、FIB柱、支撑样品的支撑元件及真空腔室，样品在(通过FIB柱)被铣削时和在(通过SEM柱)成像时放置在真空腔室中。
移除一个或多个选定的层(或层的一部分)以暴露或隔离样本的一部分被称为去层(delayering)，并且可在诸如上述***的双柱***中完成。例如，去层可通过以下方式完成：(i)定位应铣削的感兴趣区域，以便从样本移除一定厚度的材料，(ii)移动样品(例如，通过机械支撑元件)，以便样本位于FIB单元下方，及(iii)铣削样本以移除感兴趣区域中所需量的材料。去层工艺的上述步骤可以重复多次(例如，数十或数百或数千次)，从而在样本中形成凹痕或孔(通常横向和垂直尺寸为几微米至几十微米)。
通过在去层工艺中每隔几纳米获取表面的SEM图像，可在整个去层工艺中以均匀的深度间隔收集数十到数百或更多的图像，从而创建感兴趣的去层区域的三维图像。此外，通过应用能量色散X射线光谱(Energy-Dispersive X-ray spectroscopy；EDX)，可在不同深度测量感兴趣区域内样品结构的确切化学成分。
当试图对样品进行去层时，正被铣削的结构的几何形状可能会在以均匀方式对结构进行去层的方面提出挑战。例如，在被去层的区域的不同部分中存在的不同材料和/或在不同部分中形成的不同结构会导致该区域的一部分比另一部分铣削得更快。不均匀的铣削速率会使这些区域的精确计量变得困难。因此，需要改良的计量技术。
发明内容
本公开内容的实施方式涉及一种用于经由去层工艺创建样品内区域的三维图像的改良方法及***。即使被去层的区域内的材料或结构在该区域的不同部分导致不均匀的铣削速率，本公开内容的实施方式也可用于创建此样品的准确的三维图像。虽然本公开内容的实施方式可用于对形成在多种不同类型样品上的结构进行去层，但一些实施方式对在作为半导体晶片或类似样本的样品中进行去层尤其有用。
在一些实施方式中，提供了一种评估样品的感兴趣区域的方法。该方法可包括：将样品定位在评估工具的真空腔室内，该评估工具包括扫描电子显微镜(SEM)柱和聚焦离子束(FIB)柱；通过交替使用来自FIB柱的带电粒子束将感兴趣区域去层和使用SEM柱对感兴趣区域的表面成像的序列来获取感兴趣区域的多个二维图像；以及通过将多个二维图像以其被获取的次序堆叠在彼此之上来产生表示感兴趣区域的初始三维数据立方体。
本文所述的实施方式的各种实施可包括以下特征的一者或多者。该方法可进一步包括估计初始三维数据立方体内的失真和/或应用逆变换来校正所估计的失真，从而创建其中失真被消除或减少的更新的三维数据立方体。在某些情况下，估计失真可包括将在初始数据立方体中测量的几何结构与真实数据(ground truth)几何结构进行比较。在一些情况下，估计失真可包括识别初始数据立方体内已知具有不同铣削速率的不同材料的位置，以及基于不同材料的所识别的位置及已知的不同铣削速率来估计初始三维数据立方体内的失真。在一些情况下，应用逆变换来校正所估计的失真可包括将互易失真(reciprocaldistortion)应用于基于不同材料的位置和不同铣削速率计算的初始数据立方体。该方法可进一步包括将初始数据立方体分割成多个均匀区域；对多个均匀区域中的每一区域进行化学成分测量；和/或将化学成分测量结果添加至初始三维数据立方体。在一些情况下，可通过对在获取步骤期间采集的样品的去层切片的选定子集进行化学成分测量，来对多个均匀区域中的每一区域单独地执行化学成分测量。在某些情况下，每一区域的化学成分可通过平均化每一区域的EDX成分测量值来确定。该方法可进一步包括在产生初始三维数据立方体之前将多个二维图像彼此对齐。该方法可进一步包括通过计算与横截面和数据立方体的交叉相对应的点并在被计算的点中对数据立方体进行采样，来在预定位置和方向创建虚拟的横截面。感兴趣区域可包括第一子区域及与第一子区域相邻的第二子区域。第一子区域中的几何形状和/或材料可不同于第二子区域中的几何形状和/或材料，以使得第一子区域具有第一铣削速率并且第二子区域具有与第一铣削速率不同的第二铣削速率。
提供了一些涉及储存用于评估样品的感兴趣区域的指令的非暂时性计算机可读介质的实施方式。例如，通过：将样品定位在评估工具的真空腔室内，该评估工具包括扫描电子显微镜(SEM)柱和聚焦离子束(FIB)柱；通过交替使用来自FIB柱的带电粒子束将感兴趣区域去层和使用SEM柱对感兴趣区域的表面成像的序列来获取感兴趣区域的多个二维图像；以及通过将多个二维图像以其被获取的次序堆叠在彼此之上来产生表示感兴趣区域的初始三维数据立方体。
一些实施方式涉及用于根据上文或本文所述的任何方法对样品的区域进行X射线光谱表面材料分析的***。例如，该***可包括：真空腔室；被配置为在样品评估过程期间将样品保持在真空腔室内的样品支撑件；被配置为将带电粒子束引导至真空腔室中朝向样品的聚焦离子束(FIB)柱；被配置以将带电粒子束引导至真空腔室中朝向样品的扫描电子显微镜(SEM)柱；及处理器和耦合至处理器的存储器。该存储器可包括多个计算机可读指令，当这些指令由处理器执行时，使得***进行以下操作：将样品定位在评估工具的真空腔室内，该评估工具包括扫描电子显微镜(SEM)柱和聚焦离子束(FIB)柱；通过交替使用来自FIB柱的带电粒子束将感兴趣区域去层和使用SEM柱对感兴趣区域的表面成像的序列来获取感兴趣区域的多个二维图像；以及通过将多个二维图像以其被获取的次序堆叠在彼此之上来产生表示感兴趣区域的初始三维数据立方体。
为了更好地理解本公开内容的性质及优点，应参考以下描述及附图。然而，应理解，每一附图仅是提供用于说明的目的，并且并不意欲作为本公开内容范围的限制的定义。此外，作为一般规则，且除非从说明书中看出明显相反的情况，当在不同附图中的元件使用相同附图标记的情况下，这些元件通常是相同的或至少在功能或用途上相似。
附图说明
图1是根据本公开内容的一些实施方式的样品评估***的简化示图；
图2A是样品之内的感兴趣区域的简化俯视图；
图2B是可用于铣削图2A中的感兴趣区域的扫描图案的简化示例；
图2C至图2F是图2A中所示的感兴趣区域在去层工艺的不同阶段处的简化横截面图；
图3A是可在图2A中所示的区域的去层工艺期间产生的图像集合的简化示图；
图3B是从图3A中所示的图像集合产生的感兴趣区域的三维模型的简化示图；
图4A是样品之内的包括具有不同铣削速率的多个子区域的感兴趣区域的简化俯视图；
图4B是可用于铣削图4A中所示的感兴趣区域的扫描图案的简化示例；
图4C至图4F为图4A中所示的感兴趣区域在去层工艺的不同阶段处的简化横截面图；
图5A是可在图4A中所示的区域的去层工艺期间产生的图像集合的简化示图；
图5B是从图5A中所示的图像集合产生的感兴趣区域的三维模型的简化示图；
图6是图示图5B中所示的三维模型的潜在不准确性的简化图；
图7是图示根据本公开内容的一些实施方式的与分析样品相关联的步骤的流程图；以及
图8是根据一些实施方式的半导体晶片上的可分析的区域的简化示图。
具体实施方式
本公开内容的实施方式涉及一种用于经由去层工艺创建样品内区域的三维图像的改良方法及***。即使被去层的区域内的材料或结构在该区域的不同部分导致不均匀的铣削速率，本公开内容的实施方式也可用于创建此样品的准确的三维图像。
示例性样品评估工具
为了更好地理解和了解本公开内容，首先参考图1，图1是根据本公开内容的一些实施方式的样品评估***100的简化示意图。除了其他操作之外，样品评估***100可用于形成在样品(诸如半导体晶片)上的结构的缺陷检查及分析(包括X光成像)以及其他操作。
***100可包括真空腔室110以及扫描电子显微镜(SEM)柱120及聚焦离子束(FIB)柱130。支撑元件140(例如，样品支撑基座)可在处理操作期间支撑腔室110内的样品145(例如，半导体晶片)，在该处理操作中，样品145(在本文中有时称为“对象”或“样本”)受到来自FIB柱或SEM柱的一者的带电粒子束的影响。支撑元件140也可根据处理需要在两个柱120和130的视场之间移动真空腔室110内的样品。
SEM柱120及FIB柱130连接到真空腔室110，以便由这些带电粒子柱中的任一者产生的带电粒子束在撞击样品145之前传播穿过在真空腔室110内形成的真空环境。SEM柱120可通过用带电粒子束125(例如，电子束125)照射样品、检测由于照射而发射的粒子并基于检测到的粒子产生带电粒子图像来产生样品145的一部分的图像。为此，***100可包括检测器150，诸如能量色散X光光谱(energy-dispersive x-ray spectroscopy；EDX)检测器或波长色散X光光谱(wavelength-dispersive x-ray spectroscopy；WDX)检测器，上述检测器可用于确定样品145中的一个或多个微观结构的组成。EDX检测器150可收集由于电子束125照射结构而发射的X射线光子，并且EDX检测器150可包括用于确定由检测器检测到的光子的能量的能量分析器，如此进而可使***100能够表征从其发射X射线光子的元素。
FIB柱130可通过用一个或多个带电粒子束照射样品来铣削样品145(例如，在样品145中钻孔或在其中形成凹痕)以形成横截面，并且也可使横截面平滑化。横截面可在沿横截面的不同位置包括随后可用SEM柱120分析的不同材料。
粒子成像工艺及铣削工艺各自通常包括在被成像或铣削的样品的特定区域上以恒定速率来回扫描带电粒子束(例如，以光栅扫描图案)。耦接至每一带电粒子柱的一个或多个透镜(未图示)可实施如本领域技术人员已知的扫描图案。被扫描的区域通常是样品的整体区域的非常小的一部分。例如，样品可以是直径为150mm、200mm或300mm的半导体晶片，而晶片上扫描的每一区域可以是具有以微米或数十微米测量的宽度和/或长度的矩形区域。
***100可包括一个或多个控制器160，诸如一个或多个处理器或其他硬件单元，该处理器或其他硬件单元可通过执行储存在一个或多个计算机可读存储器170中的计算机指令来控制***100的操作，如将由本领域技术人员所知的那样。举例而言，计算机可读存储器可包括固态存储器(诸如随机存取存储器(random access memory；RAM)和/或只读存储器(read-only memory；ROM)，该存储器可以是可编程的、可闪速更新的和/或其类似者)、磁盘驱动器、光学储存装置或类似的非暂时性计算机可读储存介质。
虽然未在图1中图示，样品评估***100可包括数个附加元件，包括但不限于用于将工艺气体输送至腔室110的一个或多个气体喷嘴、用以控制腔室110内的压力的真空阀及其他阀门，以及用于引导带电粒子束(如上所述)的一个或多个透镜，以及其他元件。
使用去层技术创建三维模型
***100是可根据本文公开的技术用于对样品进行去层的区域并产生去层区域的三维模型的评估***的一个示例。为了说明，参考图2A，图2A是样品200的简化俯视图。如图2A中所示，作为示例可以是半导体晶片的样品200包括可被去层和成像的区域210(有时称为“框架”)。例如，区域210可通过根据图2B中所示的扫描图案220在区域上重复扫描聚焦离子束来去层。去层工艺的每次迭代从区域210内的样品表面移除微量材料。
图2C至图2F图示样品200的其中区域210处于铣削工艺的各个阶段的简化截面图，其中在区域210内形成孔230。从不同的图2C至图2F的比较可明显看出，随着铣削工艺的进行，孔230变得越来越深。区域210的三维模型可通过在去层工艺的不同间隔对区域210进行成像来创建，例如在由图2C至图2F所示的阶段的每一者处。在理想的工艺中，整个区域210以均匀的速率被铣削，并且在该工艺期间获取的每一图像代表在给定时间处的区域210的平面切片。因此，若图像是在由图2C至图2F所示的去层步骤之后立即获取的，则将产生四个图像的集合300，这四个图像包括如图3A中所示的图像310、320、330和340。然后，可将来自集合300的图像拼接在一起(例如，使用当前可用的图像处理软件)以形成图3B中所示的四“层”深的三维模型350。应理解，为了便于说明，图2A及图2F被大大简化并且未按比例绘制。此外，在实践中，使用此技术形成的三维模型可由数十、数百或任意数目的图像形成，且因此可以是数十、数百或数千层深。
产生三维模型的挑战
上文关于图2A至图2F及图3A、图3B讨论的工艺被大大简化且并不表示所有去层工艺。例如，在一些样品中，被去层和成像的区域210可具有两个或更多个不同的子区域，这些子区域由不同的材料构成或包括不同的结构，且因此表现出不同的铣削速率。在这些情况下，产生该区域的准确三维模型可能具有挑战性。为了说明，参考图4A，图4A是样品400的简化俯视图。如图4A中所示，作为示例可以是半导体晶片的样品400包括可被去层和成像的区域或框架410。区域410包括两个子区域410a和410b，其中子区域410a包括由与子区域410b不同的材料制成和/或具有与子区域410b不同的几何形状的特征。作为两个子区域之间的差异的结果，子区域410a的铣削速率可略快于或略慢于子区域410b的铣削速率。铣削速率的差异可导致在去层工艺期间获取的图像表示与图像310至340所表示的样品的平坦表面不同的一些情况。
不管铣削速率不同的原因为何，在一些评估过程中，期望通过在整个区域410上扫描聚焦离子束来对区域进行去层，如上文关于图2A所描述的。图4B图示可用于对样品400进行去层的示例性扫描图案420。如图4B中所示，扫描图案420以恒定速度或扫描速率并且在铣削工艺的其他参数(例如，射束宽度、射束强度等)保持恒定的情况下以单个连续扫描束横穿整个区域410，包括子区域410a及子区域410b两者。结果，随着铣削工艺的进行(例如，当离子束在区域410上扫描了数千次或甚至数百万次之后)，区域410将呈现出不均匀的轮廓，其中具有较快铣削速率的子区域410a或子区域410b比具有较慢铣削速率的另一子区域铣削得更深。在一些情况下，穿过区域410制成的切片可具有拋物线截面轮廓而非平面轮廓。
图4C至图4F是图4A中所示样品在使用关于图4B所示且所讨论的扫描图案的去层工艺的不同阶段的简化截面图，其中区域410a比区域410b具有更快的铣削速率。特定言之，图4C是在去层工艺中相对早期的样品400的横截面图，图4D是在去层工艺的在图4C之后的阶段的样品400的截面图，且图4E和图4F是样品400在更后期阶段的横截面图。从图4C至图4F中可看出，由于两个子区域410a、410b之间的铣削速率不同，在给定时间点处铣削每一区域的深度存在差异。该差异可导致样品的上表面具有拋物线或其他非平坦表面。
因此，与图3A中所示的图像集合300不同，在图4C至图4F中所示的去层工艺期间获取的SEM图像不表示样品的平坦切片。相反，可产生图像的集合，其中集合500中的若干或多个图像表示穿过成像区域410的非平面切片(例如，具有拋物线表面的切片)。如关于图2A至图2F所论述，应理解，为了便于说明，图4A至图4F被大大简化并且未按任何接近比例绘制。例如，各个图像510至540中的每一者可表示穿过样品400的仅几纳米厚的横截面切片。
若图像是在由图4C至图4F所示的去层步骤之后立即获取的，则将产生四个图像的集合500，这四个图像包括如图5A中所示的图像510、520、530和540。若将来自集合500的图像拼接在一起(例如，使用当前可用的图像处理软件)而不进行修改，则图像集合将形成假设每一图像皆是平面的四“层”深的三维模型，且从而可看起来有些像图5所示的模型550，其中每一单独的图像510至540分别代表模型550的平面层510p、520p、530p和540p。
如可了解，模型550可能并非是被去层的区域410的准确表示。为了说明，参考图6，其是孔430的中心部分的一部分(即，包括两个子区域410a、410b之间的边界区域)的简化截面图，如由迭加在图5B中所示的三维模型550的一部分上的图像510至540所表示。如图6中可见，若模型550用于评估深度d处的区域410，则评估将指示层520p准确地表示区域410内深度d处的材料和特征。然而，取而代之，图6示出了为了准确地表示深度d处的区域410，需要组合图像520、530和540的部分。
创建三维数据立方体
因此，本公开内容的实施方式处理每一图像510、520、530、540以形成图像的集合，该图像集合可被组合以形成比三维模型550更准确地反映被去层区域的三维数据立方体。如本文所用，三维数据立方体代表三维(3D)(或更高)范围的值，该值可用于对图像数据的时间序列(在去层工艺与深度相关的情况下)进行建模。此举是一种数据抽象，用于从各种角度评估聚合数据。数据立方体可被描述为二维表的多维扩展并且可被视为堆叠在彼此之上的相同大小的二维表的集合，其中每个表在堆叠中的位置表示由数据立方体建模的样品内的深度。
图7是图示根据一些实施方式的与方法700相关联的步骤的流程图。方法700可例如通过上文关于图1所述的评估***100或类似***来执行。如图7中所示，方法700可通过将样品定位在聚焦离子束(FIB)柱的视场内，并在样品的感兴趣区域(ROI)上扫描带电粒子束以从样品移除(去层)非常薄的层开始(方框710)。因为移除的每一层都很薄，所以在一些实施方式中，带电粒子束可在ROI上扫描多次(例如，数百或数千次)以在成像步骤之前移除额外的材料(方框715)。
接下来，将样品从FIB柱移开至扫描电子显微镜(SEM)柱的视场中，其中可用电子束扫描ROI并且可拍摄ROI的SEM图像(方框720)。为了制作ROI的三维数据立方体，可在样品的不同深度拍摄许多额外的SEM图像。因此，去层和图像获取步骤可取决于给定评估过程的要求重复多次(例如，数十或数百或更多次)(方框725)。
从上文的论述可明显看出，对于每一SEM图像，样品在方法700中在FIB柱与SEM柱之间移动。尽管评估工具100能够实现样品的高精度移动和控制，但SEM图像分辨率可达到1nm或更小，且因此样品位置的仅为几纳米的差异会产生未正确对齐的SEM图像并可能会对由图像创建的任何模型产生不利影响。因此，为了构建三维数据立方体(方框730)，在方框720期间获取的不同SEM图像可彼此配准(对齐)。配准可以通过若干不同方式进行。在一些实施方式中，可采用基于锚点的对齐方法。例如，在方框720中获取的每一SEM图像可以是拍摄了ROI以及样品的位于感兴趣区域之外(因此不在被去层的区域内)的一个或多个特征的图像，这些特征可在SEM中被识别为唯一的(例如，图8中所示的特征820)并且因此被视为用于每一图像的锚点。然后，在已获取图像之后，可以使用锚点来对齐图像。例如，可通过使用图像平移来对齐两个图像，其中一个图像中的锚点特征与另一图像中的锚点特征进行比较(例如，相减)并进行调整(一个图像相对于另一图像移动)，直至确定了被比较图像中的锚点特征精确对齐(例如，比较中的差异为零)为止。实际方法可能不同于这种简化的解释，并采用诸如傅立叶变换之类的图像处理技术来加速如本领域已知的图像配准算法。
在其他实施方式中，锚点可用于在拍摄图像之前将每一图像与锚点精确对齐。例如，可在方框720中对样品获取两个SEM图像，其中第一SEM图像所获取的是包括锚点(例如，图8中所示的特征820)的样品区域。第一图像可以但不需要包括ROI。然后，通过使用图像配准或图案识别技术，可在SEM图像中识别锚点的精确位置。接下来，在不移动样品的情况下，并基于ROI相对于锚点的已知位置，可使用SEM柱内的透镜将电子束引导至ROI并在ROI上扫描，以拍摄ROI的SEM图像。该技术可用于在方框720中获取的ROI的每一SEM图像，以使得所获取的图像彼此预先配准并且不需要额外的对齐。在其他实施方式中，可使用基于图像的配准技术来将多个图像彼此配准。
一旦图像已彼此配准并且数据立方体的初始版本被编译，实施方式可识别数据立方体中可被校正的失真(方框740)。在一些实施方式中，可通过将在方框730中产生的数据立方体与可称为“真实数据(Ground Truth)”的数据立方体进行比较来识别和校准失真。如本文所用，“真实数据几何形状”代表根据制造工艺的已知步骤，在不存在制造差异的情况下由制造工艺产生的样本内的几何结构的几何形状。因此，若在样本的制造工艺期间无制造差异或其他偏差，则真实数据是已知为真实的信息。真实数据通常可从了解最初用于制造样品的布局及制造细节的实体(例如消费者)处获得。在其他实施方式中，可通过将初始数据立方体与对具有与样品相同的预期布局并使用相同的制造工艺制造的已知计量的三维感兴趣区域的去层结果进行比较来识别和校准失真。在一些实施方式中，可基于感兴趣区域内不同材料的不同已知铣削速率来识别且校准失真(方框740)。例如，可确定感兴趣区域内已知具有不同铣削速率的不同材料的位置。然后，可通过对基于不同材料的位置和不同铣削速率计算的初始数据立方体应用互易失真来估计且校正初始三维数据立方体内的失真。
接下来，可校正已经识别的任何失真(方框750)。在一些实施方式中，可通过计算和应用与在立方体740中测量或以其他方式确定的失真相反的变换来进行校正。一旦将变换应用于初始数据立方体，被更新或变换的数据立方体将表示被去层区域的更准确模型，并使计量操作能够根据计量规范在任何所需方向上对数据立方体执行无损虚拟切片(方框，760)。例如，可通过计算与横截面和数据立方体的交叉相对应的点并在被计算的点中对数据立方体进行采样，来在预定位置和方向创建感兴趣区域的虚拟横截面。
虽然未在图7中示出，但在一些实施方式中，方法700可进一步包括将EDX数据添加至数据立方体。例如可使用低分辨率、快速EDX对在方框710期间获取的去层切片的选定子集执行EDX成分测量。三维数据立方体可被分割成不同的区域，且低分辨率、快速EDX测量的结果可用于平均分割区域的组成并相应地标记每一区域。
待铣削的样品示例
如上所述，本公开内容的实施方式可用于去层和形成许多不同类型样品内的一个或多个区域的三维图像，这些样品包括形成在半导体结构上的电子电路、形成在多晶或其他基板上的太阳能电池、在各种基板上形成的纳米结构等。作为一个非限制性示例，图8是根据一些实施方式的半导体晶片上的区域的简化图示，从该区域可产生晶片的一个或多个区域的三维图像。特定言之，图8包括晶片800的俯视图以及晶片800的特定部分的两个放大图。晶片800可以是例如200mm或300mm的半导体晶片，并且可包括形成在其上的多个集成电路805。集成电路805可处于制造的中间阶段，并且本文描述的技术可用于评估和分析集成电路的一个或多个区域810，包括具有两个或更多个子区域的区域，这些子区域具有不同的几何形状并因此表现出不同的铣削速率。例如，图8的展开视图A图示可根据本文所述的技术评估和分析的集成电路805的一者的多个区域810。展开视图B图示那些区域810中的一者，其包括其中形成有孔阵列的第一子区域810a，和作为分隔相邻孔阵列的基本实心部分的第二子区域810b。子区域810a和810b均具有不同的几何形状并且包括不同的材料，进而可导致两个子区域之间的不同铣削速率。展开视图B中还示出了特征820，其位于区域810之外但在区域810附近，并且可在方框720期间获取的SEM图像内被识别为唯一的，从而使特征820能够用作如上所述的用于图像配准的锚点。
本公开内容的实施方式可通过顺序地铣削掉区域的最上层来产生区域810的准确的三维数据立方体。铣削工艺可通过根据光栅图案(诸如上文所示的扫描图案430)在区域内来回扫描FIB来铣削区域810。被移除的部分可在X和Y方向上延伸跨过整个区域810，但是由于子区域810a和810b中的不同铣削速率，与子区域810b相比，在子区域810a中被移除的部分可具有随时间不同的Z方向深度。例如，若区域810是具有X微米的长度和宽度的正方形，则可在铣削工艺期间从区域810顺序地移除X乘X微米的单独且非常薄的切片(薄至1个原子层或更薄)，其中在每一层中，被移除的正方形包括来自子区域810a的材料和来自子区域810b的材料。随着去层工艺进行数千次迭代，并且由于子区域之间的不同铣削速率，与子区域810b相比，在子区域810a中可移除更多的材料层。因此，在去层工艺期间以不同间隔获取的SEM图像中的来自子区域810a的一部分将包括在位于不同于SEM图像的来自子区域810b的第二部分的深度处的子区域810a中的材料和特征。尽管此类图像具有非平面方面，实施方式可使用上述技术将区域810的精确三维图像拼接在一起。
为了解释的目的，上文的描述使用了特定的命名法来提供对所描述的实施方式的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，不需要特定细节来实践所描述的实施方式。因此，本文描述的特定实施方式的前述描述是出于说明和描述的目的来呈现的。前述描述并非旨在穷举或将实施方式限制为所公开的精确形式。
此外，虽然上文公开了本公开内容的不同实施方式，但是可在不脱离本公开内容实施方式的精神和范围的情况下以任何适当的方式组合特定实施方式的具体细节。此外，对于本领域技术人员显而易见的是，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。此外，上述说明书中对方法的任何参考皆应比照适用于能够执行该方法的***，并且应比照适用于储存指令(这些指令一旦执行就导致该方法的执行)的计算机程序产品。类似地，上述说明书中对***的任何参考应比照适用于可由***执行的方法，该***应比照适用于储存可由该***执行的指令的计算机程序产品；并且说明书中对计算机程序产品的任何参考皆比照适用于在执行储存于计算机程序产品中的指令时可执行的方法，并且比照适用于被配置为执行储存在计算机程序产品中的指令的***。
因为在本公开内容中的所示实施方式的大部分可使用本领域技术人员已知的电子元件和设备来实施，为了理解和了解本公开内容的基本概念并且为了不混淆或分散本公开内容的教导，对这些细节的解释不超过上述认为必要的范围。

Claims (20)

1.一种评估样品的感兴趣区域的方法，所述方法包含以下步骤：
将所述样品定位在评估工具的真空腔室内，所述评估工具包括扫描电子显微镜(SEM)柱和聚焦离子束(FIB)柱；
通过交替使用来自所述FIB柱的带电粒子束将所述感兴趣区域去层和使用所述SEM柱对所述感兴趣区域的表面成像的序列来获取所述感兴趣区域的多个二维图像；以及
通过将所述多个二维图像以其被获取的次序堆叠在彼此之上来产生表示所述感兴趣区域的初始三维数据立方体。
2.根据权利要求1所述的评估样品的区域的方法，进一步包含以下步骤：估计所述初始三维数据立方体内的失真，以及应用逆变换来校正所估计的所述失真，从而创建其中失真被消除或减少的更新的三维数据立方体。
3.根据权利要求2所述的评估样品的区域的方法，其中估计所述失真的步骤包含以下步骤：将在所述初始数据立方体中测量的几何结构与真实数据几何形状进行比较。
4.根据权利要求2所述的评估样品的区域的方法，其中估计所述失真的步骤包含以下步骤：识别所述初始数据立方体内已知具有不同铣削速率的不同材料的位置，以及基于所识别的所述不同材料的所述位置及已知的所述不同铣削速率来估计所述初始三维数据立方体内的失真。
5.根据权利要求4所述的评估样品的区域的方法，其中应用逆变换来校正所估计的所述失真的步骤包含以下步骤：将互易失真应用于基于所述不同材料的所述位置和所述不同铣削速率计算的所述初始数据立方体。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的评估样品的区域的方法，进一步包含以下步骤：
将所述初始数据立方体分隔成多个均匀区域；
对所述多个均匀区域中的每一区域进行化学成分测量；以及
将所述化学成分测量的结果添加至所述初始三维数据立方体。
7.根据权利要求6所述的评估样品的区域的方法，其中通过对在所述获取步骤期间采集的所述样品的去层切片的选定子集进行化学成分测量，来对所述多个均匀区域中的每一区域单独地执行所述化学成分测量。
8.根据权利要求6所述的评估样品的区域的方法，其中每一区域的所述化学成分是通过平均化每一区域的EDX成分测量值来确定的。
9.根据权利要求2至5中任一项所述的评估样品的区域的方法，进一步包含以下步骤：在产生所述初始三维数据立方体之前将所述多个二维图像彼此对齐。
10.根据权利要求9所述的评估样品的区域的方法，进一步包含以下步骤：通过计算与在预定位置和方向的横截面与所述数据立方体的交叉相对应的点并在所计算的所述点中对所述数据立方体进行采样，来创建虚拟的所述横截面。
11.根据权利要求2至5中任一项所述的评估样品的区域的方法，其中所述感兴趣区域包括第一子区域及与所述第一子区域相邻的第二子区域，且所述第一子区域中的几何形状和/或材料不同于所述第二子区域中的几何形状和/或材料，以使得所述第一子区域具有第一铣削速率并且所述第二子区域具有与所述第一铣削速率不同的第二铣削速率。
12.根据权利要求11所述的评估样品的区域的方法，其中所述感兴趣区域的所述二维图像中的至少一些图像是所述感兴趣区域之内的非平坦表面的图像。
13.一种非暂时性计算机可读存储器，其储存用于通过以下操作评估样品的区域的多个计算机可读指令：
将所述样品定位在评估工具的真空腔室内，所述评估工具包括扫描电子显微镜(SEM)柱和聚焦离子束(FIB)柱；
通过交替使用来自所述FIB柱的带电粒子束将所述感兴趣区域去层和使用所述SEM柱对所述感兴趣区域的表面成像的序列来获取所述感兴趣区域的多个二维图像；以及
通过将所述多个二维图像以其被获取的次序堆叠在彼此之上来产生表示所述感兴趣区域的初始三维数据立方体。
14.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读存储器，其中用于评估样品的区域的所述计算机可读指令进一步包含用于以下操作的指令：估计所述初始三维数据立方体内的失真，以及应用逆变换来校正所述估计的失真，从而创建其中所述失真被消除或减少的更新的三维数据立方体。
15.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读存储器，其中估计所述失真包含：将在所述初始数据立方体中测量的几何结构与真实数据几何形状进行比较。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的非暂时性计算机可读存储器，其中用于评估样品的区域的所述计算机可读指令进一步包含用于以下操作的指令：在产生所述初始三维数据立方体之前将所述多个二维图像彼此对齐。
17.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读存储器，其中用于评估样品的区域的所述计算机可读指令包含用于以下操作的指令：通过计算与横截面和所述数据立方体的交叉相对应的点并在所计算的所述点中对所述数据立方体进行采样，来在预定位置和方向创建虚拟的所述横截面。
18.一种用于评估样品的区域的***，所述***包含：
真空腔室；
样品支撑件，所述样品支撑件被配置为在样品评估过程期间将样品保持在所述真空腔室内；
聚焦离子束(FIB)柱，所述FIB柱被配置为将带电粒子束引导至所述真空腔室中朝向所述样品；
扫描电子显微镜(SEM)柱，所述SEM柱被配置为将带电粒子束引导至所述真空腔室中朝向所述样品；以及
处理器及耦接至所述处理器的存储器，所述存储器包括多个计算机可读指令，当所述指令由所述处理器执行时，使得所述***进行以下操作：
将所述样品定位在评估工具的真空腔室内，所述评估工具包括扫描电子显微镜(SEM)柱和聚焦离子束(FIB)柱；
通过交替使用来自所述FIB柱的带电粒子束将所述感兴趣区域去层和使用所述SEM柱对所述感兴趣区域的表面成像的序列来获取所述感兴趣区域的多个二维图像；以及
通过将所述多个二维图像以其被获取的次序堆叠在彼此之上来产生表示所述感兴趣区域的初始三维数据立方体。
19.根据权利要求18所述的***，其中所述计算机可读指令进一步包含用于以下操作的指令：识别在所述初始三维数据立方体中的失真，以及创建包括有用于所识别的所述失真的校正的更新的三维数据立方体。
20.根据权利要求18或19所述的***，其中所述计算机可读指令进一步包含用于以下操作的指令：在产生所述初始三维数据立方体之前将所述多个二维图像彼此对齐。
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