TW202316471A - 來自在樣品去層期間取得的暫存影像堆疊所產生的3d資料方塊的3d度量學 - Google Patents

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Abstract

一種評估樣品的感興趣區域的方法，包括：將樣品定位在評估工具的真空腔室內，該評估工具包括掃描電子顯微鏡(SEM)柱和聚焦離子束(FIB)柱；藉由交替使用來自FIB柱的帶電粒子束將感興趣區域去層且使用SEM柱對感興趣區域的表面成像的序列來獲取感興趣區域的複數個二維影像；以及藉由將複數個二維影像以其被獲取的次序在彼此之上堆疊來產生表示感興趣區域的初始三維資料方塊；識別在該初始三維資料方塊中的失真；以及創建包括對於經識別失真的校正的經更新三維資料方塊。

Description

來自在樣品去層期間取得的暫存影像堆疊所產生的3D資料方塊的3D度量學
本申請案主張申請於2021年6月24日的美國申請案第17/357,948號的優先權，該申請案的全部揭示內容為了所有目的以引用之方式併入本文。
本案係關於來自在樣品去層期間取得的暫存影像堆疊所產生的3D資料方塊的3D度量學。
在電子材料及用於製造該等材料至電子結構中的製程的研究中，電子結構的試樣可用於微觀檢查，以便用於故障分析及裝置驗證及度量學的目的。例如，諸如矽晶圓的電子結構的試樣可在掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope; SEM)中得以分析以研究晶圓中的特定特性特徵。該特性特徵可包括製造的電路及在製造製程期間形成的任何缺陷。電子顯微鏡為一種用於分析半導體裝置的顯微結構的最有用的設備件之一者。
在準備用於電子顯微鏡檢查的電子結構試樣時，可使用各種拋光和銑削製程來對結構進行切片，直至暴露出特定的特性特徵。隨著裝置尺寸不斷減小至奈米級，製備用於電子顯微鏡研究的試樣的技術變得更加重要。歸因於光學顯微鏡的解析度不可接受，藉由光學顯微鏡研究結構的傳統方法無法用於研究現代電子結構中的特徵。
SEM成像技術可用於查看試樣內感興趣區域(region of interest; ROI)的表面，且亦可用於查看ROI內的大部分材料。例如，可用由聚焦離子束(focused ion beam; FIB)柱產生的氙、鎵或其他元素的離子轟擊試樣上的ROI，以侵蝕試樣的ROI中的表面層，從而允許ROI內的層低於表面，且最初被上面待成像的材料覆蓋。
結合了掃描電子顯微鏡和聚焦離子束(FIB)單元的雙柱系統可產生在樣品（諸如半導體晶圓）上形成的電子結構的局部區域的高解析度SEM影像。典型的雙柱系統包括一SEM柱、一FIB柱、支撐樣品的一支撐元件及一真空腔室，樣品在經銑削（藉由FIB柱）時和在成像時（藉由SEM柱）置放在該真空腔室中。
移除一或多個選定的層（或層的一部分）以暴露或隔離試樣的一部分被稱為去層，並且可在雙柱系統中完成，諸如上述系統。例如，去層可藉由以下方式完成：(i)定位應銑削的感興趣區域，以便從試樣移除一定厚度的材料，(ii)移動樣品（例如，藉由機械支撐元件），以便試樣位於FIB單元下方，及(iii)銑削試樣以移除感興趣區域中所需量的材料。去層製程的上述步驟可以重複多次（例如，數十或數百或數千次），從而在試樣中形成凹痕或孔（通常橫向和垂直尺寸為幾微米至幾十微米）。
藉由在去層製程中每隔幾奈米獲取表面的SEM影像，可在整個去層製程中以均勻的深度間隔收集數十到數百或更多影像，從而創建感興趣的去層區域的三維影像。此外，藉由應用能量色散X射線光譜(Energy-Dispersive X-ray spectroscopy; EDX)，可在不同深度測量感興趣區域內樣品結構的確切化學成分。
當試圖去層樣品時，正經銑削的結構的幾何形狀可能會在以均勻方式去層結構方面提出挑戰。例如，在被去層的區域的不同部分中存在的不同材料及/或在不同部分中形成的不同結構會導致該區域的一部分比另一部分銑削得更快。不均勻的銑削速率會使該等區域的精確度量變得困難。因此，需要改良的度量技術。
本案的實施例涉及一種用於經由去層製程創建樣品內區域的三維影像的改良方法及系統。即使經去層的區域內的材料或結構在該區域的不同部分導致不均勻的銑削速率，本案的實施例亦可用於創建此樣品的準確的三維影像。雖然本案的實施例可用於去層形成在多種不同類型樣品上的結構，但一些實施例在去層半導體晶圓或類似試樣的樣品中尤其有用。
在一些實施例中，提供了一種評估樣品的感興趣區域的方法。該方法可包括：將樣品定位在評估工具的真空腔室內，該評估工具包括掃描電子顯微鏡(SEM)柱和聚焦離子束(FIB)柱；藉由交替使用來自FIB柱的帶電粒子束將感興趣區域去層且使用SEM柱對感興趣區域的表面成像的序列來獲取感興趣區域的複數個二維影像；以及藉由將複數個二維影像以其被獲取的次序在彼此之上堆疊來產生表示感興趣區域的初始三維資料方塊。
本文所述的實施例的各種實施可包括一或多個以下特徵。該方法可進一步包括估計初始三維資料方塊內的失真及/或應用逆變換來校正估計的失真，從而創建消除或減少失真的經更新的三維資料方塊。在某些情況下，估計失真可包括將在初始資料方塊中測量的幾何結構與認定實況幾何結構進行比較。在一些情況下，估計失真可包括識別初始資料方塊內已知具有不同銑削速率的不同材料的位置，以及基於不同材料的識別位置及已知的不同銑削速率來估計初始三維資料方塊內的失真。在一些情況下，應用逆變換來校正估計的失真可包括將互易失真應用於基於不同材料的位置和不同銑削速率計算的初始資料方塊。該方法可進一步包括將初始資料方塊分段成複數個均勻區域；對複數個均勻區域中的每一區域進行化學成分測量；及/或將化學成分測量結果添加至初始三維資料方塊。在一些情況下，可藉由對在獲取步驟期間採集的樣品的去層切片的選定子集進行化學成分測量，對複數個均勻區域中的每一區域單獨地執行化學成分測量。在某些情況下，每一區域的化學成分可藉由平均化每一區域的EDX成分測量值來確定。該方法可進一步包括在產生初始三維資料方塊之前將複數個二維影像彼此對齊。該方法可進一步包括藉由計算對應於橫截面與資料方塊的交叉的點並在經計算的點中對資料方塊進行採樣，在預定位置和方向創建虛擬橫截面。感興趣區域可包括第一子區域及與第一子區域相鄰的第二子區域。第一子區域中的幾何形狀及/或材料可不同於第二子區域中的幾何形狀及/或材料，以使得第一子區域具有第一銑削速率並且第二子區域具有與第一銑削速率不同的第二銑削速率。
提供了一些涉及儲存用於評估樣品的感興趣區域的指令的非暫時性電腦可讀媒體的實施例。例如，藉由：將樣品定位在評估工具的真空腔室內，該評估工具包括掃描電子顯微鏡(SEM)柱和聚焦離子束(FIB)柱；藉由交替使用來自FIB柱的帶電粒子束將感興趣區域去層且使用SEM柱對感興趣區域的表面成像的序列來獲取感興趣區域的複數個二維影像；以及藉由將複數個二維影像以其被獲取的次序在彼此之上堆疊來產生表示感興趣區域的初始三維資料方塊。
一些實施例涉及用於根據上文或本文所述的任何方法對樣品的區域進行X射線光譜表面材料分析的系統。例如，該系統可包括：真空腔室；樣品支撐件，經配置以在樣品評估過程期間將樣品保持在真空腔室內；聚焦離子束(FIB)柱，經配置以將帶電粒子束朝向樣品引導至真空腔室中；掃描電子顯微鏡(SEM)柱，經配置以將帶電粒子束朝向樣品引導至真空腔室中；及處理器和耦合至處理器的記憶體。該記憶體可包括複數個電腦可讀指令，當該等指令由該處理器執行時，使得該系統進行以下操作：將樣品定位在評估工具的真空腔室內，該評估工具包括掃描電子顯微鏡(SEM)柱和聚焦離子束(FIB)柱；藉由交替使用來自FIB柱的帶電粒子束將感興趣區域去層且使用SEM柱對感興趣區域的表面成像的序列來獲取感興趣區域的複數個二維影像；以及藉由將複數個二維影像以其被獲取的次序在彼此之上堆疊來產生表示感興趣區域的初始三維資料方塊。
為了更好地理解本案之性質及優點，應對以下描述及附圖進行參考。然而，應理解，每一附圖僅是提供用於說明之目的，並且並不意欲作為本案範圍的限制的定義。此外，作為一般規則，且除非從描述中明顯相反，在不同附圖中的元件使用相同元件符號的情況下，該等元件通常是相同的或至少在功能或用途上相似。
本案的實施例涉及一種用於經由去層製程創建樣品內區域的三維影像的改良方法及系統。即使經去層的區域內的材料或結構在該區域的不同部分導致不均勻的銑削速率，本案的實施例亦可用於創建此樣品的準確的三維影像。 示例性樣品評估工具
為了更好地理解和瞭解本案，首先參考第1圖，該圖為根據本案的一些實施例的樣品評估系統100的簡化示意圖。除了其他操作之外，樣品評估系統100可用於形成在樣品（諸如半導體晶圓）上的結構的缺陷檢查及分析（包括X光成像）以及其他操作。
系統100可包括真空腔室110以及掃描電子顯微鏡(SEM)柱120及聚焦離子束(FIB)柱130。支撐元件140（例如，樣品支撐基座）可在處理操作期間支撐腔室110內的樣品145（例如，半導體晶圓），在該處理操作中，樣品145（在本文中有時稱為「物體」或「試樣」）受到來自FIB柱或SEM柱的一者的帶電粒子束的影響。支撐元件140亦可根據處理需要在兩個柱120和130的視場之間移動真空腔室110內的樣品。
SEM柱120及FIB柱130連接到真空腔室110，以便由該帶電粒子柱中的任一者產生的帶電粒子束在撞擊樣品145之前傳播穿過在真空腔室110內形成的真空環境。SEM柱120可藉由用帶電粒子束125（例如，電子束125）照射樣品、偵測歸因於照射而發射的粒子並基於偵測到的粒子產生帶電粒子影像來產生樣品145的一部分的影像。為此，系統100可包括偵測器150，諸如能量色散X光光譜(energy-dispersive x-ray spectroscopy; EDX)偵測器或波長色散X光光譜(wavelength-dispersive x-ray spectroscopy; WDX)偵測器，上述偵測器可用於確定樣品145中的一或多個微觀結構的組成。EDX偵測器150可收集由於電子束125照射結構而發射的X光光子，並且EDX偵測器150可包括用於確定由偵測器偵測到的光子的能量的能量分析器，如此進而可使系統100能夠表徵自其發射X光光子的元素。
FIB柱130可藉由用一或多個帶電粒子束照射樣品來銑削樣品145（例如，在樣品145中鑽孔或在其中形成凹痕）以形成橫截面，並且亦可使橫截面平滑化。橫截面可在沿橫截面的不同位置包括隨後可用SEM柱120分析的不同材料。
粒子成像製程及銑削製程各自通常包括在經成像或銑削的樣品的特定區域上以恆定速率來回掃描帶電粒子束（例如，以光柵掃描圖案）。耦接至每一帶電粒子柱的一或多個透鏡（未圖示）可實施如本領域技藝人士已知的掃描圖案。經掃描的區域典型地為樣品的整體區域的非常小的一部分。例如，樣品可為直徑為150 mm、200 mm或300 mm的半導體晶圓，而晶圓上掃描的每一區域可為具有以微米或數十微米測量的寬度及/或長度的矩形區域。
系統100可包括一或多個控制器160，諸如一或多個處理器或其他硬體單元，該處理器或其他硬體單元可藉由執行儲存在一或多個電腦可讀記憶體170中的電腦指令來控制系統100的操作，如將由一般技藝人士所知。舉例而言，電腦可讀記憶體可包括固態記憶體（諸如隨機存取記憶體(random access memory; RAM)及/或唯讀記憶體(read-only memory; ROM)，該記憶體可為可程式化的、可快閃記憶體更新的及/或其類似者）、磁碟驅動器、光學儲存裝置或類似的非暫時性電腦可讀儲存媒體。
雖然未在第1圖中圖示，樣品評估系統100可包括數個附加元件，包括但不限於用於將製程氣體輸送至腔室110的一或多個氣體噴嘴、用以控制腔室110內的壓力的真空閥及其他閥門，以及用於引導帶電粒子束（如上所述）的一或多個透鏡，以及其他元件。 使用去層技術創建三維模型
系統100是評估系統的一個實例，該評估系統可根據本文揭示的技術用於去層樣品的區域並產生去層區域的三維模型。為了說明，對第2A圖進行參考，該圖為樣品200的簡化俯視圖。如第2A圖中所示，作為實例可為半導體晶圓的樣品200包括可經去層和成像的區域210（有時稱為「框架」）。例如，區域210可藉由根據第2B圖中所示的掃描圖案220在區域上重複掃描聚焦離子束來去層。去層製程的每次迭代從區域210內的樣品表面移除微量材料。
第2C圖至第2F圖圖示其中區域210處於銑削製程的各個階段的樣品200的簡化截面圖，其中在區域210內形成孔230。從不同的第2C圖至第2F圖的比較可明顯看出，隨著銑削製程的進行，孔230變得越來越深。區域210的三維模型可藉由在去層製程的不同間隔對區域210進行成像來創建，例如在由第2C圖至第2F圖所示的階段的每一者處。在理想的製程中，整個區域210以均勻的速率被銑削，並且在該製程期間獲取的每一影像代表在給定時間區域210的平面切片。因此，若影像是在由第2C圖至第2F圖所示的去層步驟之後立即獲取的，則將產生四個影像的集合300，該四個影像包括如第3A圖中所示的影像310、320、330和340。然後，可將來自集合300的影像拼接在一起（例如，使用當前可用的影像處理軟體）以形成第3B圖中所示的四「層」深的三維模型350。應理解，為了便於說明，第2A圖及第2F圖經大大簡化並且未按比例繪製。此外，在實踐中，使用此技術形成的三維模型可由數十、數百或任意數目的影像形成，且因此可為數十、數百或數千層深。 產生三維模型的挑戰
上文關於第2A圖至第2F圖及第3A圖、第3B圖論述的製程經大大簡化且並不表示所有去層製程。例如，在一些樣品中，經去層和成像的區域210可具有兩個或更多個不同的子區域，該等子區域由不同的材料構成或包括不同的結構，且因此表現出不同的銑削速率。在該等情況下，產生該區域的準確三維模型可能具有挑戰性。為了說明，對第4A圖進行參考，該圖為樣品400的簡化俯視圖。如第4A圖中所示，作為實例可為半導體晶圓的樣品400包括可經去層和成像的區域或框架410。區域410包括兩個子區域410a和410b，其中子區域410a包括由與子區域410b不同的材料製成及/或具有與子區域410b不同的幾何形狀的特徵。由於兩個子區域之間的差異，子區域410a的銑削速率可略快於或略慢於子區域410b的銑削速率。銑削速率的差異可導致在去層製程期間獲取的影像表示不同於影像310至340表示的樣品的平坦表面的一些情況。
不管銑削速率不同的原因為何，在一些評估過程中，期望藉由將聚焦離子束掃描跨過區域410的整個區域來將區域410去層，如上文關於第1圖所描述的。第4B圖圖示可用於將樣品400去層的示例性掃描圖案420。如第4B圖中所示，掃描圖案420以恆定速度或掃描速率並且在銑削製程的其他參數（例如，射束寬度、射束強度等）保持恆定的情況下以單個連續掃描束橫穿整個區域410，該整個區域包括子區域410a及子區域410b兩者。結果，隨著銑削製程的進行（例如，在離子束跨區域410掃描數千次或甚至數百萬次之後），區域410將呈現出不均勻的輪廓，其中具有較快銑削速率的子區域410a或子區域410b比具有較慢銑削速率的另一子區域銑削得更深。在一些情況下，經由區域410製成的切片可具有拋物線截面輪廓而非平面輪廓。
第4C圖至第4F圖為使用關於第4B圖所示且所述的樣品400的掃描圖案在去層製程的不同階段，第4A圖中所示樣品的簡化截面圖，其中區域410a比區域410b具有更快的銑削速率。特定言之，第4C圖是在去層製程中相對較早的樣品400的橫截面圖，第4D圖是在第4C圖之後的去層製程階段的樣品400的截面圖，且第4E圖和第4F圖是樣品400在更後期階段的橫截面圖。從第4C圖至第4F圖中可看出，歸因於兩個子區域410a、410b之間的銑削速率不同，在給定時間點銑削每一區域的深度存在差異。該差異可導致樣品的上表面具有拋物線或其他非平坦表面。
因此，與第3A圖中所示的影像集合300不同，在第4C圖至第4F圖中所示的去層製程期間獲取的SEM影像不表示樣品的平坦切片。相反，可產生影像的集合，其中集合500中的若干或多個影像表示穿過成像區域410的非平面切片（例如，具有拋物線表面的切片）。如關於第2A圖至第2F圖所論述，應理解，為了便於說明，第4A圖至第4F圖經大大簡化並且未按任何接近比例繪製。例如，各個影像510至540中的每一者可表示穿過樣品400的橫截面切片，該樣品厚度僅為幾奈米。
若影像是在由第4C圖至第4F圖所示的去層步驟之後立即獲取的，則將產生四個影像的集合500，該四個影像包括如第5A圖中所示的影像510、520、530和540。若將來自集合500的影像拼接在一起（例如，使用當前可用的影像處理軟體）而不進行修改，則影像集合將形成四「層」深的三維模型，該三維模型假設每一影像皆是平面的，且從而可看起來有些像第5圖所示的模型550，其中每一單獨的影像510至540分別代表模型550的平面層510p、520p、530p和540p。
如可瞭解，模型550可能並非經去層的區域410的準確表示。為了說明，對第6圖進行參考，其為孔430的中心部分的一部分（即，包括兩個子區域410a、410b之間的邊界區域）的簡化截面圖，如由疊加在第5B圖中所示的三維模型550的一部分上的影像510至540所表示。如第6圖中可見，若模型550用於評估深度d處的區域410，則評估將表明層520p準確地表示區域410內深度d處的材料和特徵。然而，取而代之，第6圖圖示為了準確地表示深度d處的區域410，需要組合影像520、530和540的部分。 創建三維資料方塊
因此，本案的實施例處理每一影像510、520、530、540以形成影像的集合，該影像集合可經組合以形成比三維模型550更準確地反映去層區域的三維資料方塊。如本文所用，三維資料方塊代表三維（3D）（或更高）範圍的值，該值可用於對影像資料的時間序列（在去層製程與深度相關的情況下）進行建模。此舉為一種資料抽象，用於從各種角度評估聚合資料。資料方塊可經描述為二維表的多維擴展並且可被視為堆疊在彼此之上的相同大小的集合二維表，其中每一表在堆疊中的位置表示由資料方塊建模的樣品內的深度。
第7圖為圖示根據一些實施例的與方法700相關聯的步驟的流程圖。方法700可例如藉由上文關於第1圖所述的評估系統100或類似系統來執行。如第7圖中所示，方法700可藉由將樣品定位在聚焦離子束(FIB)柱的視場內，並在樣品的感興趣區域(ROI)上掃描帶電粒子束以從樣品移除（去層）非常薄的層開始（方塊710）。因為移除的每一層皆很薄，所以在一些實施例中，帶電粒子束可在ROI上掃描多次（例如，數百或數千次）以在成像步驟之前移除額外的材料（方塊715）。
接下來，將樣品從FIB柱移動至掃描電子顯微鏡(SEM)柱的視場中，其中可用電子束掃描ROI並且可擷取ROI的SEM影像（方塊720）。為了製作ROI的三維資料方塊，可在樣品的不同深度擷取許多額外的SEM影像。因此，去層和影像獲取步驟可取決於給定評估過程的要求重複多次（例如，數十或數百或更多次）（方塊725）。
從上文的論述可明顯看出，對於每一SEM影像，樣品在方法700中於FIB柱與SEM柱之間移動。儘管評估工具100能夠實現樣品的高精度移動和控制，但SEM影像解析度可達到1 nm或更小，且因此樣品位置的差異僅為幾奈米會產生未正確對齊的SEM影像並可能會對從影像創建的任何模型產生不利影響。因此，為了構建三維資料方塊（方塊730），在方塊720期間獲取的不同SEM影像可彼此配準（對齊）。配準可以若干不同方式進行。在一些實施例中，可採用基於錨點的對齊方法。例如，在方塊720中獲取的每一SEM影像可為擷取ROI以及感興趣區域之外的樣品的一或多個特徵（因此不在去層的區域內）的影像，該影像可在SEM中經識別為唯一的（例如，第8圖中所示的特徵820）並且因此被視為每一影像的錨點。然後，可在已獲取影像之後使用錨點對齊影像。例如，可藉由使用影像轉換來對齊兩個影像，其中一個影像中的錨點特徵與另一影像中的錨點特徵進行比較（例如，相減）並進行調整（一個影像相對於另一影像移動），直至確定比較影像中的錨點特徵精確對齊（例如，比較中的差異為零）為止。實際方法可能不同於此簡化的解釋，並採用諸如傅立葉變換之類的影像處理技術來加速如本領域已知的影像配準演算法。
在其他實施例中，錨點可用於在擷取影像之前將每一影像與錨點精確對齊。例如，可在方塊720中對樣品獲取兩個SEM影像，其中對包括錨點（例如，第8圖中所示的特徵820）的樣品區域獲取第一SEM影像。第一影像可以但不需要包括ROI。然後，使用影像配準或圖案辨識技術，可在SEM影像中識別錨點的精確位置。接下來，在不移動樣品的情況下，並基於ROI相對於錨點的已知位置，可使用SEM柱內的透鏡將電子束引導至ROI並在ROI上掃描，以擷取ROI的SEM影像。該技術可用於在方塊720中獲取的ROI的每一SEM影像，以使得所獲取的影像彼此預先配準並且不需要額外的對齊。在其他實施例中，可使用基於影像的配準技術來將多個影像彼此配準。
一旦影像已彼此配準並且資料方塊的初始版本經編譯，實施例可識別資料方塊中可被校正的失真（方塊740）。在一些實施例中，可藉由將方塊730中產生的資料方塊與可稱為「認定實況」的資料方塊進行比較來識別和校準失真。如本文所用，「認定實況幾何形狀」代表試樣內的幾何結構的幾何形狀，該幾何形狀將根據製造製程的已知步驟由製造製程產生，且無製造差異。因此，若在試樣的製造製程期間無製造差異或其他偏差，則認定實況是已知為真實的資訊。認定實況通常可從了解最初用於製造樣品的佈局及製造細節的實體（例如消費者）處獲得。在其他實施例中，可藉由將初始資料方塊與去層已知度量學的三維感興趣區域的結果進行比較來識別和校準失真，該三維感興趣區域具有相同預期佈局並使用與樣品相同的製造製程製造。在一些實施例中，可基於感興趣區域內不同材料的不同已知銑削速率來識別且校準失真（方塊740）。例如，可確定感興趣區域內已知具有不同銑削速率的不同材料的位置。然後，可藉由對基於不同材料的位置和不同銑削速率計算的初始資料方塊應用互易失真來估計且校正初始三維資料方塊內的失真。
接下來，可校正已經識別的任何失真（方塊750）。在一些實施例中，可藉由計算和應用與在方塊740中測量或以其他方式確定的失真相反的變換來進行校正。一旦將變換應用於初始資料方塊，經更新或變換的資料方塊將表示去層區域的更準確模型，並使度量操作能夠根據度量規範在任何所需方向上對資料方塊執行無損虛擬切片（方塊，760）。例如，感興趣區域的虛擬橫截面可藉由計算對應於橫截面與資料方塊的交叉的點並在經計算的點中對資料方塊進行採樣，來在預定位置和方向創建。
雖然未在第7圖中示出，但在一些實施例中，方法700可進一步包括將EDX資料添加至資料方塊。例如，EDX成分測量可使用低解析度、快速EDX對在方塊710期間獲取的去層切片的選定子集進行。三維資料方塊可經分段成不同的區域，且低解析度、快速EDX測量的結果可用於平均化分段區域的組成並相應地標記每一區域。 待銑削的樣品實例
如上所述，本案的實施例可用於去層和形成許多不同類型樣品內的一或多個區域的三維影像，該等樣品包括形成在半導體結構上的電子電路、形成在多晶或其他基板上的太陽能電池、在各種基板上形成的奈米結構等。作為一個非限制性實例，第8圖是根據一些實施例的半導體晶圓上的區域的簡化圖示，從該區域可產生晶圓的一或多個區域的三維影像。特定言之，第8圖包括晶圓800的俯視圖以及晶圓800的特定部分的兩個放大圖。晶圓800可為例如200 mm或300 mm的半導體晶圓，並且可包括形成在其上的多個積體電路805。積體電路805可處於製造的中間階段，並且本文描述的技術可用於評估和分析積體電路的一或多個區域810，包括具有兩個或更多個子區域的區域，該等子區域具有不同的幾何形狀並因此表現出不同的銑削速率。例如，第8圖的展開圖A圖示可根據本文所述的技術評估和分析的積體電路805之一者的多個區域810。展開圖B圖示彼等區域810中的一者，其包括具有形成在其中的孔陣列的第一子區域810a；和第二子區域810b，第二子區域810b是分隔相鄰孔陣列的大致實心部分。子區域810a和810b均具有不同的幾何形狀並且包括不同的材料，如此進而可導致兩個子區域之間的不同銑削速率。展開圖B中亦示出了特徵820，其位於區域810之外但在區域810附近並且可在方塊720期間獲取的SEM影像內經識別為唯一的，從而使特徵820能夠用作如上所述的用於影像配準的錨點。
本案的實施例可藉由順序地銑削掉區域的最上層來產生區域810的準確的三維資料方塊。銑削製程可藉由根據光柵圖案在區域內來回掃描FIB來銑削區域810，該光柵圖案諸如上文所示的掃描圖案430。經移除的部分可在X和Y方向上延伸跨過整個區域810，但是歸因於子區域810a和810b中的不同銑削速率，與子區域810b相比，經移除的部分在子區域810a中可具有隨時間不同的Z方向深度。例如，若區域810是具有X微米的長度和寬度的正方形，則可在銑削製程期間從區域810順序地移除X乘X微米的單獨且非常薄的切片（薄至1個原子層或更薄），其中在每一層中，經移除的正方形包括來自子區域810a的材料和來自子區域810b的材料。隨著去層製程進行數千次迭代，並且歸因於子區域之間的不同銑削速率，與子區域810b相比，在子區域810a中可移除更多的材料層。因此，在來自子區域810a的去層製程期間以不同間隔獲取的SEM影像的一部分將包括存在於子區域810a中的材料和特徵，其與來自子區域810b的SEM影像的第二部分的深度不同。儘管此類影像的非平面態樣，實施例可使用上述技術將區域810的精確三維影像拼接在一起。
為了解釋的目的，上文的描述使用了特定的命名法來提供對所描述的實施例的透徹理解。然而，對於本領域技藝人士顯而易見的是，不需要特定細節來實踐所描述的實施例。因此，出於說明和描述的目的，呈現了本文描述的特定實施例的前述描述。前述描述並非旨在窮舉或將實施例限制為所揭示的精確形式。
此外，雖然上文揭示了本案的不同實施例，但是可在不脫離本案實施例的精神和範疇的情況下以任何適當的方式組合特定實施例的具體細節。此外，對於一般技藝人士顯而易見的是，鑒於上述教示，許多修改和變化是可能的。此外，上述說明書中對方法的任何引用皆應加以必要變更適用於能夠執行該方法的系統，並且應加以必要變更適用於儲存指令的電腦程式產品，該等指令一旦執行就導致該方法的執行。類似地，上述規範中對系統的任何引用應加以必要變更適用於可由系統執行的方法，該系統應加以必要變更適用於儲存可由該系統執行的指令的電腦程式產品；並且說明書中對電腦程式產品的任何引用皆應加以必要變更適用於在執行儲存於電腦程式產品中的指令時可執行的方法，並且應加以必要變更適用於經配置為執行儲存在電腦程式產品中的指令的系統。
因為在本案中的所示實施例的大部分可使用本領域技藝人士已知的電子元件和設備來實施，為了理解和瞭解本案的基本概念並且為了不混淆或分散本案的教示，對該等細節的解釋不超過上述認為必要的範圍。
100:樣品評估系統 110:真空腔室 120:掃描電子顯微鏡(SEM)柱 125:帶電粒子束 130:聚焦離子束(FIB)柱 140:支撐元件 145:樣品 150:偵測器 160:控制器 170:電腦可讀記憶體 200:樣品 210:區域 220:掃描圖案 230:孔 300:集合 310:影像 320:影像 330:影像 340:影像 350:三維模型 400:樣品 410:區域 410a:子區域 410b:子區域 420:掃描圖案 430:孔 500:集合 510:影像 510p:平面層 520:影像 520p:平面層 530:影像 530p:平面層 540:影像 540p:平面層 550:三維模型 700:方法 710:步驟 715:步驟 720:步驟 725:步驟 730:步驟 740:步驟 750:步驟 760:步驟 800:晶圓 805:積體電路 810:區域 810a:第一子區域 810b:第二子區域 820:特徵 d:深度
第1圖為根據本案的一些實施例的樣品評估系統的簡化示圖；
第2A圖為樣品之內的感興趣區域的簡化俯視圖；
第2B圖為可用於銑削第2A圖中的感興趣區域的掃描圖案的簡化實例；
第2C圖至第2F圖為在去層製程的不同階段處的第2A圖中所示的感興趣區域的簡化橫截面圖；
第3A圖為在第2A圖中所示的區域的去層製程期間可產生的影像集合的簡化示圖；
第3B圖為從第3A圖中所示的影像集合產生的感興趣區域的三維模型的簡化示圖；
第4A圖為包括具有不同銑削速率的多個子區域的樣品之內的感興趣區域的簡化俯視圖；
第4B圖為可用於銑削第4A圖中所示的感興趣區域的掃描圖案的簡化實例；
第4C圖至第4F圖為在去層製程的不同階段處的第4A圖中所示的感興趣區域的簡化橫截面圖；
第5A圖為在第4A圖中所示的區域的去層製程期間可產生的影像集合的簡化示圖；
第5B圖為從第5A圖中所示的影像集合產生的感興趣區域的三維模型的簡化示圖；
第6圖為圖示第5B圖中所示的三維模型的潛在不準確性的簡化圖；
第7圖為圖示根據本案的一些實施例的與分析樣品相關聯的步驟的流程圖；以及
第8圖為根據一些實施例的可分析的半導體晶圓上的區域的簡化示圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
700:方法
710:步驟
715:步驟
720:步驟
725:步驟
730:步驟
740:步驟
750:步驟
760:步驟

Claims (20)

  1. 一種評估一樣品的一感興趣區域的方法，該方法包含以下步驟： 將該樣品定位在一評估工具的一真空腔室內，該評估工具包括一掃描電子顯微鏡(SEM)柱和一聚焦離子束(FIB)柱； 藉由交替使用來自該FIB柱的一帶電粒子束將該感興趣區域去層且使用該SEM柱對該感興趣區域的一表面成像的一序列來獲取該感興趣區域的複數個二維影像；以及 藉由將該複數個二維影像以其被獲取的一次序在彼此之上堆疊來產生表示該感興趣區域的一初始三維資料方塊。
  2. 如請求項1所述之評估一樣品區域的方法，進一步包含以下步驟：估計該初始三維資料方塊內的失真，且應用一逆變換來校正該估計的失真，從而創建消除或減少失真的一經更新的三維資料方塊。
  3. 如請求項2所述之評估一樣品區域的方法，其中估計該失真之步驟包含以下步驟：將在該初始資料方塊中測量的幾何結構與一認定實況幾何形狀進行比較。
  4. 如請求項2所述之評估一樣品區域的方法，其中估計該失真之步驟包含以下步驟：識別該初始資料方塊內已知具有不同銑削速率的不同材料的位置，以及基於該等不同材料的該等識別位置及該等已知的不同銑削速率來估計該初始三維資料方塊內的失真。
  5. 如請求項4所述之評估一樣品區域的方法，其中應用一逆變換來校正該估計的失真之步驟包含以下步驟：將互易失真應用於基於該等不同材料的該等位置和該等不同銑削速率計算的該初始資料方塊。
  6. 如請求項2至請求項5中任一項所述之評估一樣品區域的方法，進一步包含以下步驟： 將該初始資料方塊分段成複數個均勻區域； 對該複數個均勻區域中的每一區域進行化學成分測量；以及 將該化學成分測量的結果添加至該初始三維資料方塊。
  7. 如請求項6所述之評估一樣品區域的方法，其中可藉由對在該獲取步驟期間採集的該樣品的去層切片的一選定子集進行化學成分測量，對該複數個均勻區域中的每一區域單獨地該執行該化學成分測量。
  8. 如請求項6所述之評估一樣品區域的方法，其中每一區域的該化學成分係藉由平均化每一區域的EDX成分測量值來確定。
  9. 如請求項2至請求項5中任一項所述之評估一樣品區域的方法，進一步包含以下步驟：在產生該初始三維資料方塊之前將該複數個二維影像彼此對齊。
  10. 如請求項9所述之評估一樣品區域的方法，進一步包含以下步驟：藉由計算對應於該橫截面與該資料方塊的一交叉的點並在該經計算的點中對該資料方塊進行採樣，在一預定位置和方向創建一虛擬橫截面。
  11. 如請求項2至請求項5中任一項所述之評估一樣品區域的方法，其中該感興趣區域包括一第一子區域及與該第一子區域相鄰的一第二子區域，且該第一子區域中的一幾何形狀及/或材料不同於該第二子區域中的一幾何形狀及/或材料，以使得該第一子區域具有一第一銑削速率並且該第二子區域具有與該第一銑削速率不同的一第二銑削速率。
  12. 如請求項11所述之評估一樣品區域的方法，其中該感興趣區域的該等二維影像中的至少一些影像為該感興趣區域之內的一非平坦表面的影像。
  13. 一種非暫時性電腦可讀記憶體，其儲存用於藉由以下方式評估一樣品的一區域的複數個電腦可讀指令： 將該樣品定位在一評估工具的一真空腔室內，該評估工具包括一掃描電子顯微鏡(SEM)柱和一聚焦離子束(FIB)柱； 藉由交替使用來自該FIB柱的一帶電粒子束將該感興趣區域去層且使用該SEM柱對該感興趣區域的一表面成像的一序列來獲取該感興趣區域的複數個二維影像；以及 藉由將該複數個二維影像以其被獲取的一次序在彼此之上堆疊來產生表示該感興趣區域的一初始三維資料方塊。
  14. 如請求項13所述之非暫時性電腦可讀記憶體，其中用於評估一樣品的一區域的該等電腦可讀指令進一步包含用於以下的指令：估計該初始三維資料方塊內的失真，及應用一逆變換來校正該估計的失真，從而創建消除或減少該失真的一經更新的三維資料方塊。
  15. 如請求項13所述之非暫時性電腦可讀記憶體，其中估計該失真包含：將在該初始資料方塊中測量的幾何結構與一認定實況幾何形狀進行比較。
  16. 如請求項13至請求項15中任一項所述之非暫時性電腦可讀記憶體，其中用於評估一樣品的一區域的該電腦可讀指令進一步包含用於在產生該初始三維資料方塊之前將該複數個二維影像彼此對齊的指令。
  17. 如請求項16所述之非暫時性電腦可讀記憶體，其中用於評估一樣品的一區域的該電腦可讀指令包含用於以下的指令：藉由計算對應於該橫截面與該資料方塊的一交叉的點並在該經計算的點中對該資料方塊進行採樣，在一預定位置和方向創建一虛擬橫截面。
  18. 一種用於評估一樣品的一區域的系統，該系統包含： 一真空腔室； 一樣品支撐件，經配置以在一樣品評估過程期間將一樣品保持在該真空腔室內； 一聚焦離子束(SEM)柱，經配置以將一帶電粒子束朝向該樣品引導至該真空腔室中； 一掃描電子顯微鏡(SEM)柱，經配置以將一帶電粒子束朝向該樣品引導至該真空腔室中；以及 一處理器及耦接至該處理器的一記憶體，該記憶體包括複數個電腦可讀指令，當該等指令由該處理器執行時，使得該系統進行以下操作： 將該樣品定位在一評估工具的一真空腔室內，該評估工具包括一掃描電子顯微鏡(SEM)柱和一聚焦離子束(FIB)柱； 藉由交替使用來自該FIB柱的一帶電粒子束將該感興趣區域去層且使用該SEM柱對該感興趣區域的一表面成像的一序列來獲取該感興趣區域的複數個二維影像；以及 藉由將該複數個二維影像以其被獲取的一次序在彼此之上堆疊來產生表示該感興趣區域的一初始三維資料方塊。
  19. 如請求項18所述之系統，其中該等電腦可讀指令進一步包含用於以下的指令：識別在該初始三維資料方塊中的失真，以及創建包括對於該經識別的失真的校正的一經更新三維資料方塊。
  20. 如請求項18或請求項19所述之系統，其中該電腦可讀指令進一步包含用於在產生該初始三維資料方塊之前將該複數個二維影像彼此對齊的指令。
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