TWI835407B - 測定說明半導體晶圓之檢測體積內部三維結構參數之方法、獲取半導體晶圓內深層檢測體積之３ｄ體積影像的切片與成像方法、用於晶圓檢測的檢測裝置、及對晶圓中三維結構進行檢測之方法 - Google Patents

測定說明半導體晶圓之檢測體積內部三維結構參數之方法、獲取半導體晶圓內深層檢測體積之３ｄ體積影像的切片與成像方法、用於晶圓檢測的檢測裝置、及對晶圓中三維結構進行檢測之方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供提高產率的半導體晶圓體積檢測系統與方法。該系統和方法係配置用於對檢測體積中的適當橫截面表面之縮減數量或面積進行蝕刻和成像，並從該等橫截面表面影像測定該等3D物件之檢測參數。該方法和裝置可利用於半導體晶圓內積體電路之定量計量、缺陷偵測、製程監控、缺陷再檢測、和檢測。

Description

測定說明半導體晶圓之檢測體積內部三維結構參數之方 法、獲取半導體晶圓內深層檢測體積之3D體積影像的切片與成像方法、用於晶圓檢測的檢測裝置、及對晶圓中三維結構進行檢測之方法
本發明係關於一種半導體晶圓之檢測位點處的檢測體積之三維電路圖案檢測方法，更特定而言係關於一種提高產率的用於測定半導體晶圓之檢測體積中的3D物件(諸如高深寬比(HAR)結構)的參數之方法、電腦程式產品、和對應半導體檢測裝置。該方法採用對檢測體積中的適當橫截面表面之縮減數量或面積進行蝕刻和成像，並從該等橫截面表面影像和先驗資訊測定該等3D物件之檢測參數。該方法、電腦程式產品、和裝置可利用於半導體晶圓內積體電路之定量計量、缺陷偵測、製程監控、缺陷再檢測(review)、和檢測。
半導體結構係最佳人造結構之一，並遭受不同瑕疵。用於定量3D計量、缺陷偵測、或缺陷再檢測的裝置正在尋找這些瑕疵。所製造半導體結構係基於先驗知識。該等半導體結構係由平行於基板的一系列層製造。例如，在 邏輯類型樣本中，金屬線係在金屬層或HAR(高深寬比)結構中平行延伸，且金屬貫孔垂直於該等金屬層延伸。不同層中的金屬線之間的該角度是0°或90°。另一方面，對於VNAND型結構，已知其橫截面通常為圓形。
半導體晶圓具有300mm之直徑並由複數數個位點(所謂的晶粒)構成，每個半導體晶圓包含至少一積體電路圖案，諸如，例如用於記憶體晶片或用於處理器晶片等。在製造過程中，半導體晶圓經歷約1000個製程步驟，並在該半導體晶圓內，約100個且形成更多平行層，包含該等電晶體層、中段層、和該等內連接層，以及記憶體裝置中的記憶體晶胞(cell)之複數個3D陣列。該等半導體結構和圖案之尺寸、形狀、和置放係受到數種影響。在3D記憶體裝置之製造中，該等關鍵製程目前係蝕刻和沉積。其他所涉及製程步驟(諸如該微影曝光或植入)也對該等IC元件之該等性質具有衝擊。
積體電路之該深寬比和該層數不斷增加，且該等結構越來越增長為第三(垂直)維度。該等記憶體堆疊之該目前高度逐漸超過數十微米。相對而言，該特徵大小變得越來越小。該最小特徵大小或關鍵尺寸為10nm以下，例如7nm或5nm，並在不久的將來越來越接近3nm以下的特徵大小。當該等半導體結構之該複雜度和尺寸越來越增長為該第三維度的同時，積體半導體結構之該等側向尺寸變得越來越小。因此，以具高精確度的3D及其疊置測量該等特徵和圖案之該形狀、尺寸、和定向變得富有挑戰性。
隨著對三維中的帶電粒子成像系統之該解析度的要求越來越高，對晶圓中的積體半導體電路進行該檢測和3D分析變得越來越富有挑戰性。帶電粒子系統之該側向測量解析度通常係受到該樣本上每像素的個別影像點或停駐時間之該取樣光柵，以及該帶電粒子束直徑限制。該取樣光柵解析度可在該成像系統內設定，並可適應於該樣本上的該帶電粒子束直徑。該一般光柵解析度為2nm或以下，但該光柵解析度限制可無實體限制減少。該帶電粒子束直徑具有依該帶電粒子束操作狀況和透鏡而定的有限尺寸。該光束解析度係受到該光束直徑之大致一半限制。該解析度可為2nm以下，例如甚至低於1nm。
在nm尺度上從半導體樣本產生3D斷層攝影資料的常見方式，係例如由雙射束裝置所詳細說明的該所謂的切片與影像方法。切片與影像方法係在專利案WO 2020/244795 A1中說明。根據該專利案WO 2020/244795 A1中的方法，3D體積檢測係在從半導體晶圓所提取的檢測樣本處獲得。此方法具有以下缺點：晶圓係必須破壞才能獲得塊狀之檢測樣本。此缺點係已藉由在進入半導體晶圓之該表面的斜面角下利用該切片與影像方法而解決，如在專利案WO 2021/180600 A1中說明。根據此方法，檢測體積之3D體積影像係藉由將該檢測體積之複數個橫截面表面切片與成像而獲得。在用於精確測量的第一實例中，該檢測體積之橫截面表面之大數量N個係產生，而該數量N個超過100個或甚至更多個影像切片。例如，在具5μm之側向尺寸及5nm之切片距離的體積中，1000個切片係蝕刻與成像。此方法非常耗時，並對於一檢測位點可能需要數個小時。
根據數項檢測任務，無需獲得完整3D體積影像。該檢測之該任務係測定該檢測體積內部半導體物件(諸如高深寬比(HAR)結構)之一組指定參數。為了對該組指定參數進行該測定，貫穿體積的影像切片之該數量可減少。專利案WO 2021/180600 A1例示利用影像切片之縮減數量的一些方法。在一實例中，該方法應用先驗資訊。從先前測定步驟之單橫截面表面和3D體積影像，可導出HAR結構性質。
然而，在許多情況下，已觀察到專利案WO 2021/180600 A1之該等方法並未針對半導體結構之一組參數進行該測定而提供足夠資訊。在一些實例中，已觀察到根據專利案WO 2021/180600 A1中的方法甚至產生測量假影(Artefact)。根據新近發展，對於對該組參數進行該測定的要求係進一步提高。在一實例中，記憶體電路系統包含HAR結構之數個堆疊。根據另一新近發展，半導體晶圓包含半導體特徵之數個不同群組。
因此，本發明之目的係利用專利案WO 2021/180600 A1之橫截面影像切片之縮減數量的該等方法提供進一步改良。一般來說，本發明之目的係為了具高產率和較高準確度對檢測體積中的半導體結構進行該檢測而提供晶圓 檢測方法。本發明之進一步目的係提供具高精確度並具縮減測量假影說明檢測體積中的半導體結構的一組參數之快速且可靠測量方法。本發明之進一步目的係針對堆疊疊置誤差進行該測定而提供方法。進一步目的係針對指定較高頻率之HAR結構之扭動(wiggling)進行該測定而提供方法。本發明之進一步目的係針對用於半導體特徵之不同群組之每個的一組參數進行該測定而提供方法。本發明之進一步目的係儘量減少晶圓在大量製造程序中的監控任務過程中之該損傷。
該等目的係由在本發明之該等具體實施例中所給定的該等範例所說明的本發明所解決。
根據本發明，提高產率的半導體晶圓體積檢測系統與方法係提供。該系統和方法係配置用於對檢測體積中的適當橫截面表面之縮減數量或面積進行蝕刻和成像，並從該等橫截面表面影像測定該等3D物件之檢測參數。本發明為了具高產率、高準確度、且對該晶圓的損傷減少對晶圓中的檢測體積進行3D檢測，並對該檢測體積內部半導體特徵之一組參數進行該測定而提供裝置和方法。該方法和裝置可利用於半導體晶圓內積體電路之定量計量、缺陷偵測、製程監控、缺陷再檢測、和檢測。
在本發明之一具體實施例中，用於測定說明第一群組反覆三維結構的第一組L個參數的方法係給定。該第一群組反覆三維結構可例如由記憶體裝置之第一複數個高深寬比(HAR)結構所給定。該第一群組反覆三維結構之該等參數係在半導體晶圓之預定檢測體積內部測定。
該方法係包含以下步驟：獲得一系列J個橫截面影像切片，包含貫穿該檢測體積的呈一第一角度的至少一第一橫截面影像切片；及一呈第二角度的第二橫截面影像切片。該第一與第二角度可為等同或不同。通常，該等數量J 個橫截面影像切片係J<20、較佳為J<10、甚至更佳為J<=3(例如J=2)。由此，高產率係達成。
該方法係更包含以下步驟：從該檢測體積內不同z定位處的該系列J個橫截面影像切片，測定該第一群組反覆三維結構之至少一第一組N個測量橫截面值v1...vN。該等橫截面值v1...vN可為檢測體積內部該第一群組反覆三維結構之邊緣定位、中心定位、半徑、直徑、偏心度、定向、或橫截面面積之該群組中的至少一構件。
該方法包含以下步驟：藉由將一第一參數模型V(z；P1...PL)最小平方最佳化成該第一組測量橫截面值v1...vN和複數個初始參考值Vref(i=1...M)，而測定該第一組L個參數P1,...PL。該組參數P1,...PL說明檢測體積內部該第一群組反覆三維結構之平均三維結構之傾角(tilt)、曲率、振盪頻率、振盪幅度、功率幅度之該群組中的至少一構件。
該方法更包含以下步驟：測定一第一參考平面內該第一群組反覆三維結構之該等複數個初始參考值Vref(i=1...M)。
在一實例中，測定至少第一組測量橫截面值v1...vN之該步驟包含對該第一組測量橫截面值v1...vN之每一者之該深度或z定位進行該測定。由此，完整3D檢測和測量係達成。例如，該深度測定係在半導體晶圓之該檢測體積內部已知深度之第二特徵處進行。
在一實例中，獲得一系列J個橫截面影像切片之該步驟(a)，包含以下步驟：測定待測量的該等橫截面值v1...vN之一系列z定位；及根據該等橫截面值v1...vN之該系列z定位，調整該系列J個該等數量J個橫截面影像切片和該間隔以及該第一及/或第二角度。例如，對該系列z定位進行該測定可基於用於測定該等第一複數M個(HAR)結構之該第一組L個參數P1,...PL的z定位之預定最小取樣率。此外，該第一角度和該第二角度可有關該半導體晶圓之表面在15°至60°之間選擇。該第一角度可與該第二角度不同超過5°，由此例如對深層結構進行較高取樣可達成，而未顯著增加該檢測體積。該角度方面的該變更可藉由對該聚 焦離子束(FIB)掃描平面進行該旋轉而達成，而未涉及該FIB柱或該載台之機械旋轉。在一實例中，該系列J個該等數量J個橫截面影像切片和該間隔以及該等第一及/或第二角度係經調整，使得在z定位之每個預定區間中，該第一組測量橫截面值v1...vN之至少兩橫截面值係經測定。在一實例中，該系列J個橫截面影像切片係包含貫穿該檢測體積的呈該第二角度的至少一第三橫截面影像切片，其中該第二角度係大於該第一角度。由此，該晶圓之損傷可限於該晶圓之小面積或體積，且深層橫截面之較大取樣率係達成。在一實例中，該雙射束系統包含一第一聚焦離子束系統，其呈一第一角度GF1設置；及一第二聚焦離子柱，其呈該第二角度GF2設置，且該晶圓係在呈該第一角度GF1與該第二角度GF2的蝕刻之間旋轉，而成像係由該成像帶電粒子束柱所進行。
該方法可更包含以下步驟：從一代表性晶圓之一代表性檢測體積之一3D體積影像，測定z定位之該預定順序、或z定位之該預定取樣率、及/或該等預定參考值。該等預定定位或參考值可由採用具切片數量R>10×J、較佳為R>1000的複數R個橫截面影像切片的切片和成像所獲得。從此類高解析度3D體積影像，高產率之該檢測方法可校準或訓練。
在測定複數個初始參考值Vref(i=1...M)之該步驟過程中，該半導體晶圓之該檢測體積內部該等例如第一複數M個高深寬比(HAR)結構之該等預定參考值可使用。該方法可更包含以下步驟：從該第一組參數P1,...PL和該等複數個初始參考值Vref(i=1...M)，測定該第一參考平面中的複數個第一局限參考值Vcf(i=1...M)。在進一步驟中，第一組參數P1,...PL之該準確度可藉由將第一參數模型V(z；P1...PL)最小平方最佳化成該第一組測量橫截面值v1...vN和該等複數個第一局限參考值Vcf(i=1...M)而改良。該反覆方法當然可採用更多局限參考值繼續。藉由此類反覆方法，具高產率的該3D體積檢測方法和該參數測定之該準確度可進一步改良。
在一實例中，該方法可包含採用一預定縮放參數對該第一組測量橫截面值v1...vN之一測量橫截面值進行縮放。該等預定縮放參數可從高解析度 3D體積影像所獲得，並可具高產率以及僅有限數量之橫截面影像補償該3D體積檢測方法之不良效應。該預定縮放參數可例如藉由根據獲得該測量橫截面值的該橫截面影像切片之該角度GF而選擇。該預定縮放參數可進一步根據該測量橫截面值之該深度選擇。
在該方法之進一步實例中，晶圓之檢測體積內部兩組不同反覆結構之兩組不同參數係測定。根據該方法，該系列J個橫截面影像切片中的複數個三維結構之複數個橫截面影像特徵係測定，且將該第一群組反覆三維結構之第一橫截面影像特徵以及該第二群組反覆三維結構之第二橫截面影像特徵中的該等複數個橫截面影像特徵分組係進行。該方法包含以下步驟：測定說明一第二群組反覆三維結構的一第二組L2個參數。該等反覆三維結構可為形成第一複數個HAR結構和第二複數個HAR結構的記憶體裝置之高深寬比(HAR)結構。
該方法係更包含從該檢測體積內不同z定位處的該系列J個橫截面影像切片，測定該第二群組反覆三維結構之至少一第二組測量橫截面值u1...uN2之該步驟(b2)；及測定一第二參考平面內該第二群組反覆三維結構之複數個第二初始參考值Uref(i=1...M2)之該步驟(c2)。該方法更包含藉由將一第二參數模型U(z；Q1...QK)最小平方最佳化成該第二組測量橫截面值u1...uN2和該等複數個初始參考值Uref(i=1...M)，而測定該第二組K個參數Q1,...QK之該步驟(d2)。該方法可更包含以上所說明的該反覆改良，其採用從該第二組參數Q1,...QK和該等複數個初始參考值Uref(i=1...M2)，測定該第二參考平面中的複數個第二局限參考值Ucf(i=1...M2)之該步驟(e2)；及藉由將一第二參數模型U(z；Q1...QK)最小平方最佳化成該第二組測量橫截面值u1...uN2和該等複數個局限參考值Ucf(i=1...M2)，而局限該第二組參數Q1,...QK之該步驟(f2)。
根據該方法之一實例，該等第一複數個HAR結構對應於HAR結構之第一堆疊，而該等第二複數個HAR結構對應於該第一堆疊底下的HAR結構之第二堆疊，且HAR結構之該第一與該第二堆疊之間的疊置誤差係具高準確度測 定。在此實例中，該分組係根據橫截面影像特徵之該深度，並從該第一組L個參數P1,...PL和該第二組K個參數Q1,...QK進行。
在一替代性實例中，該第一群組反覆三維結構對應於反覆三維結構之第一列或行，而該第二群組反覆三維結構對應於反覆三維結構之第二列或行，且其中該分組係根據橫截面影像特徵之側向定位進行。藉由該方法，該第一與第二群組反覆三維結構之間的縮放偏差係測定。根據此實例的該方法更包含以下步驟：從該第一組參數P1,...PL和該等複數個初始參考值Vref(i=1...M)，測定該第一參考平面中的複數個第一局限參考值Vcf(i=1...M)，並從該第二組參數Q1,...QK和該等複數個初始參考值Uref(i=1...M2)，測定該第二參考平面中的複數個第二局限參考值Ucf(i=1...M2)。從該等複數個第一與第二局限參考值Vcf(i=1...M)和Ucf(i=1...M2)，該第一與第二群組反覆三維結構之間的縮放偏差係測定。該第一與該第二參考平面可為相同參考平面。反覆三維結構之該第一列或行可垂直於反覆三維結構之群組之該第二列或行配置。
根據本發明之具體實施例，獲取半導體晶圓內深度D處的深層檢測體積之3D體積影像具高產率的切片與成像方法係給定。該方法包含該等步驟：形成緊鄰該深層檢測體積呈一第一角度GF1的一第一蝕刻參考表面，並獲得呈一第二角度GF2>GF1貫穿該深層檢測體積的一系列第二橫截面影像切片，使得該系列橫截面影像切片係橫穿該第一蝕刻參考表面。從該系列橫截面影像切片，該深層檢測體積中的複數個HAR結構之參數係測定。該方法享有對檢測體積內部較大深度處的該系列較小橫截面影像切片進行蝕刻與成像之量減少。
在一實例中，該深層檢測體積係包含從HAR結構之一第一堆疊到HAR結構之一第二堆疊的轉換，且至少一所測定參數係HAR結構之該第一堆疊與HAR結構之該第二堆疊之間的該介面處的一疊置參數。該方法可更包含以下步驟：測定貫穿緊鄰該介面的一第一參考平面中的該第一堆疊中的該等複數個HAR通道的一第一組N個橫截面值v1...vN，並測定貫穿緊鄰該介面的一第二參考平面中的該第二堆疊中的該等複數個HAR通道的一第二組N個橫截面值 u1...uN；及以下步驟：運算該第一組橫截面值v1...vN與該第二組橫截面值u1...uN之間的一差值。對該等第一或第二參考平面中的該第一或第二組橫截面值v1...vN和u1...uN進行該測定，可根據以上所說明的該等方法步驟任一測定。
在整個多個具體實施例中，對晶圓中的一群組反覆三維結構進行檢測之方法係更包含以下步驟：測定該晶圓中的一檢測體積之一檢測定位，並採用一雙射束裝置之該橫截面處的該檢測定位以調整該晶圓。該等檢測定位可針對從進一步檢測工具或從製程控制監控器之定位之清單所產生與提供的檢測控制檔案或清單而獲得。
在本發明之具體實施例中，用於具高產率對檢測體積進行檢測的檢測裝置係提供。該檢測裝置包含一FIB柱，其設置與配置用於將一檢測位點處的一系列橫截面表面蝕刻到晶圓之該表面中；及一帶電粒子成像顯微鏡，其設置與配置用於獲取該系列橫截面表面之數位影像。該檢測裝置包含一載台，其配置用於將一晶圓之該檢測位點固持與定位；及一控制單元，其配置用於控制將該系列橫截面表面蝕刻與成像之該操作。該檢測裝置更包含一運算單元，其配置用於測定說明根據以上所說明的該等方法任一的一半導體晶圓之一檢測體積內部一第一群組反覆三維結構的至少一第一組L個參數。該運算單元包含一記憶體，其安裝有軟體；及一處理單元，其配置用於根據所安裝的該軟體碼操作與處理該系列橫截面表面之該等數位影像。該運算單元係與用於接收命令的介面，以及用於接收該數位影像資料並用於交換與提供控制命令(諸如蝕刻角度GF以及貫穿該檢測體積的橫截面之y定位)的該控制單元通訊。
1:雙射束裝置
2:控制單元
4:第一橫截面影像特徵
4.1、4.2、4.3:高深寬比(HAR)結構
6:測量位點
6.1:測量位點；檢測位點
6.2:測量位點；檢測位點
8:晶圓
9:晶圓表面
15:晶圓支承台
16:載台控制單元
17:粒子偵測器；次級電子偵測器
19:控制單元
40:帶電粒子束(CPB)成像系統；帶電粒子束成像柱
42:光軸；CPB成像系統軸；成像系統之光軸
43:相交點
44:帶電粒子之光束；帶電粒子成像束；成像帶電粒子束
48:FIB光軸；FIB軸
50:FIB柱；第一聚焦離子束系統
51:聚焦離子束(FIB)；FIB束；FIB
52:橫截面表面；表面；斜面橫截面表面
53,53.i...53.J,53.1...53.N:橫截面表面
55:晶圓表面；表面；晶圓頂部表面
73、73.1、73.2:第二橫截面影像特徵
77:HAR通道之橫截面影像部段
77.1、77.2、77.3:第一橫截面影像特徵
77.1、77.2:理想HAR結構之第一橫截面影像特徵
78:HAR結構之垂直邊緣
78.1、78.2:層L4之上部表面
80:線；層之水平邊緣
155:載台；晶圓載台
160:檢測體積
301:橫截面表面
301.1:橫截面表面；斜面橫截面表面；第一影像表面
301.2:橫截面表面；進一步橫截面表面
301.3:橫截面表面；第三橫截面表面；進一步橫截面表面
301.4:第四橫截面表面
301.5...301.J:進一步橫截面表面
303:橫截面影像切片
305:參考平面
305.1:第一參考平面；參考平面
305.2:第二參考平面；參考平面
307:橫截面影像；HAR結構之測量橫截面影像
307.1...307.M,307.1...307.S,307.1,307.2:橫截面
309、309.1、309.2:HAR結構
311:橫截面影像切片；斜面橫截面影像切片
311.1:橫截面影像切片；影像切片
313:字線
313.1至313.3:字線；橫截面
315:邊緣線；具表面的邊緣
317:圓環；內環；內圓環
319:圓環；外環；外圓環
321,321.1,321.2:中心定位
323:選定參考特徵
325:缺陷或假影
325.1,325.2:缺陷或成像假影
327.0:最低深度區塊
327,327.i:深度區塊
329:邊緣；相交點
331:初始參考值
331.1...M:參考特徵
341:相對中心定位
343:平均
Figure 111143896-A0305-02-0037-29
(z)；AR中心之平均x定位
345:六角形光柵；光柵；柵極
345.1,345.2:柵極單體
347:列或行
347.1:第一群組反覆三維結構；群組；列
347.2:第二群組反覆三維結構；列
347.3:第三群組反覆三維結構；群組
351:HAR結構之平台
351.1:HAR結構；第一層；層
351.2:HAR結構；第二層；層
351.1至351.4:平台或層
353,353.1至353.3:介面
361:側向移置；深度位準處的移置分佈
363:平均HAR通道軌跡
365:線；線性傾角分量
367:z定位；z上的取樣定位
367.1至367.3:密集取樣區域
369:參數曲線
371:虛擬橫截面影像切片；虛擬影像切片
373:斜面橫截面影像切片中的HAR特徵之直徑之分佈
375:虛擬影像切片中的HAR特徵之直徑之分佈
377:校正因子或校正值；校正值
377.1:第一校正值
377.2:第二校正值
1000:改良式晶圓檢測系統
GE、GFE、GF:角度
由多個實例和具體實施例所說明的本發明並不限於該等具體實施例和範例，而是可由熟習該項技藝者藉由其各種組合或其修飾例而實施。參考以下圖式甚至更完全瞭解本發明： 圖1顯示用於採用雙射束裝置的3D體積檢測的晶圓檢測系統之例示圖；圖2為採用藉由該雙射束裝置的斜面橫截面蝕刻與成像的晶圓中的體積檢測方法之例示圖；圖3例示橫截面影像切片之兩實例；圖4例示具高產率和高準確度對檢測體積內部反覆半導體結構進行檢測之該方法之實例；圖5例示貫穿檢測體積的一組橫截面之實例；圖6例示貫穿複數個HAR結構的斜面橫截面影像切片；圖7例示對橫截面影像切片進行處理之該等步驟；圖8例示根據本發明之該方法所獲得的參數之簡單實例；圖9例示貫穿複數個HAR結構的斜面橫截面影像切片之另一實例；圖10例示複數個反覆半導體結構之參考光柵；圖11例示HAR結構之群組之列或行、以及第一與第二光柵柵極(grid)；圖12例示具高產率和縮減蝕刻與成像面積的疊置測定之實例；圖13例示HAR結構之兩堆疊或平台之疊置誤差；圖14例示從先驗資訊對等距離取樣狀況進行該測定；圖15例示從先驗資訊對密集取樣狀況進行該測定；圖16例示用於對來自斜面橫截面影像切片的參數進行該測定的校正因子；圖17例示用於來自縮減一組橫截面影像切片的該3D參數測定方法的機器學習演算法。
在整個該等圖示和說明內容中，相同參考標號係用於說明相同特徵或部件。該座標系統係選擇使得晶圓表面55與該XY平面重合。
近來，為了對半導體晶圓中的3D檢測體積進行該調查，可應用於晶圓內部檢測體積的切片與成像方法係已提出。由此，3D體積影像係以該所謂的「楔形切割(Wedge-cut)」方法或楔形切割幾何在晶圓內部檢測體積處產生，而無需從該晶圓去除樣本。該切片與影像方法係應用於具數μm之尺寸的檢測體積，例如在具200mm或300mm之直徑的晶圓中具5μm至10μm之側向延伸。該側向延伸也可更大並高達數十微米。V形溝槽或邊緣係在積體半導體晶圓之該頂部表面中蝕刻出，以形成與該頂部表面呈一定角度的橫截面表面。檢測體積之3D體積影像係在有限數量之測量位點處獲取，例如晶粒之代表性位點，例如在製程控制監控器(PCM)處，或在由其他檢測工具所識別出的位點處。該切片與影像方法將僅局部破壞該晶圓，而其他晶粒可能仍係使用，或該晶圓可能仍係用於進一步處理。根據該3D體積影像產生的該等方法和檢測系統係在專利案WO 2021/180600 A1中說明，其整個內容併入本文供參考。本發明係對根據該3D體積影像產生的該等方法和檢測系統的改良和延伸，其中超過一個單一楔形切割切片係獲取。提供採用統一運算演算法的通用化方法。
用於半導體裝置的該切片與成像方法之該主要挑戰，係獲取該必要3D體積影像所需的時間很長。該總獲取時間包括該位點準備時間(各種對準標記之沉積等)、成像時間(採用該成像束掃描該等橫截面影像切片所需的時間)、蝕刻時間、和一些其他較小促成因素。許多應用需要獲取數百至數千個切片。在此情況下，該等成像與蝕刻時間係該等主導促成者。
具體而言，該所提出發明係著重於由具高深寬比及/或位在該裝置內部多個層中的半導體元件構成的該等半導體裝置。此類裝置之製造強力仰賴以3D描繪該等半導體元件特性的該能力。使用切片與成像技術的該全尺寸3D斷層攝影提供關於該所調查半導體樣本體積的最完整資訊。然而，在許多情況下，製造商係僅對半導體結構之某個性質或某些性質或參數有興趣。
根據本發明之該第一具體實施例，用於3D體積檢測的改良式晶圓檢測系統1000係給定。用於3D體積檢測的改良式晶圓檢測系統1000係例示在圖1中。改良式晶圓檢測系統1000係配置用於採用雙射束裝置1在楔形切割幾何下的切片與成像方法。對於晶圓8，數個測量位點(包含測量位點6.1和6.2)係定義在從檢測工具或從設計資訊所產生的位置映射(map)或檢測清單中。晶圓8係置放在晶圓支承台15上。晶圓支承台15係安裝在具致動器和定位控制的載台155上。用於精確控制晶圓載台的致動器和手段(諸如雷射干涉儀)為本領域已知。控制單元16配置成控制晶圓載台155，並調整晶圓8在雙射束裝置1之相交點43處之測量位點6.1。雙射束裝置1係包含一FIB柱50，其具一FIB光軸48；及一帶電粒子束(Charged Particle Beam，CPB)成像系統40，其具光軸42。在FIB與CPB成像系統之兩光軸之相交點43處，該晶圓表面係與FIB軸48呈斜面角GF設置。FIB軸48和CPB成像系統軸42包括一角度GFE，且該CPB成像系統軸與晶圓表面55的法線形成角度GE。在圖1之該座標系統中，晶圓表面55的該法線係由該z軸所給定。聚焦離子束(FIB)51係由FIB柱50所產生，並在角度GF下照射在晶圓8之表面55上。斜面橫截面表面係藉由在大致該斜面角GF下的檢測位點6.1處的離子束蝕刻而蝕刻到該晶圓中。在圖1之實例中，該斜面角GF為大致30°。由於該聚焦離子束(例如鎵離子束)之該光束發散，該斜面橫截面表面之該實際斜面角可偏離該斜面角GF高達1°至4°。採用在角度GE下與該晶圓法線傾斜的帶電粒子束成像系統40，該等所蝕刻表面之影像係獲取。在圖1之實例中，該角度GE約為15°。然而，其他設置也為可能(例如GE=GF)，使得CPB成像系統軸42係垂直於FIB軸48，或GE=0°，使得CPB成像系統軸42係垂直於晶圓表面55。
在成像過程中，帶電粒子之光束44係由帶電粒子束成像系統40之掃描單元沿著測量位點6.1處的該晶圓之橫截面表面上面的掃描路徑所掃描，且次級粒子以及散射粒子係產生。粒子偵測器17收集該等次級粒子和散射粒子之至少一些，並將該粒子計數與控制單元19通訊。用於其他種類之交互作用產物的其他偵測器可能也存在。控制單元19係控制著FIB柱50之帶電粒子束成像柱 40，並連接到控制單元16以控制經由晶圓載台155安裝在該晶圓支承台上的該晶圓之該定位。控制單元19與操作控制單元2通訊，其經由晶圓載台移動觸發例如晶圓8在相交點43處之測量位點6.1之置放和對準，並重複觸發FIB蝕刻、影像獲取、和載台移動之操作。
每個新相交表面皆係由FIB束51所蝕刻，並由例如掃描電子束或氦離子顯微鏡(Helium Ion Microscope，HIM)之氦離子束的帶電粒子成像束44所成像。
在一實例中，該雙射束系統包含一第一聚焦離子束系統50，其呈一第一角度GF1設置；及一第二聚焦離子柱，其呈該第二角度GF2設置，且該晶圓係在呈該第一角度GF1與該第二角度GF2的蝕刻之間旋轉，而成像係由例如垂直於該晶圓表面所設置的成像帶電粒子束柱40所進行。
圖2例示該楔形切割幾何方面的該切片與成像方法之更多詳細資訊。藉由重複楔形切割幾何方面的該切片與成像方法，包含橫截面表面52、53.i...53.J之影像切片的複數J個橫截面影像切片係產生，且晶圓8在測量位點6.1處之檢測位點6.1處的檢測體積160之3D體積影像係產生。圖2以3D記憶體堆疊之該範例，例示該楔形切割幾何。該等橫截面表面52、53.1...53.N係採用與晶圓表面9呈大致30°之角度GF的FIB束51蝕刻，但其他角度GF(例如在GF=20°至GF=60°之間)也為可能。圖2例示當表面52係最後由FIB 51所蝕刻的該新橫截面表面時的該情況。橫截面表面52係例如由在圖2之實例中與晶圓表面55呈法線入射所設置的掃描式電子顯微鏡(SEM)束44所掃描，且高解析度橫截面影像切片係產生。該橫截面影像切片包含第一橫截面影像特徵，其由具高深寬比(HAR)結構或貫孔的相交處所形成(例如HAR結構4.1、4.2、和4.3之第一橫截面影像特徵)以及第二橫截面影像特徵，其由具包含例如SiO2、SiN-、或鎢線的層L.1...L.M的相交處所形成。該等線之一些係也稱為「字線」(Word-line)。層之該最大數量M個通常係超過50，例如超過100或甚至超過200。該等HAR結構和層在整個該晶圓中的該體積之大部分中延伸，但可包含間隙。該等HAR結構通常具有 100nm以下的直徑，例如約80nm，或例如40nm。因此，該等橫截面影像切片內含第一橫截面影像特徵，其作為該等HAR結構覆蓋區在該各自XY位置處的不同深度(Z)處的相交處或橫截面。在圓柱形之垂直記憶體HAR結構之情況下，該等所獲得第一橫截面影像特徵係在由斜面橫截面表面52上的該等結構之該等位置所測定的各種深度處的圓形或橢圓形結構。該記憶體堆疊在垂直於晶圓表面55的該Z方向上延伸。兩個相鄰橫截面影像切片之間的該厚度d或最小距離d係調整成數量級通常數nm(例如30nm、20nm、10nm、5nm、4nm、或甚至更小)的值。一旦預定厚度d之材料之層係採用FIB去除，下一橫截面表面53.i...53.J即暴露，並可採用帶電粒子成像束44進行成像。圖3以範例，例示第i個和第(i+1)個橫截面影像切片。該等垂直HAR結構出現在該等橫截面影像切片中作為第一橫截面影像特徵，例如第一橫截面影像特徵77.1、77.2、和77.3。由於成像帶電粒子束44係平行於該等HAR結構定向，因此表示例如理想HAR結構的該等第一橫截面影像特徵將出現在相同y座標處。例如，理想HAR結構之第一橫截面影像特徵77.1和77.2係以具該第i個和第(i+1)個影像切片之等同Y座標的線80為中心。該等橫截面影像切片更包含複數個層(包含例如層L1至L5)之複數個第二橫截面影像特徵，例如層L4之第二橫截面影像特徵73.1和73.2。該層結構出現為在該等橫截面影像切片中沿著X方向的條紋之部段。然而，表示該等複數個層(在此所示層L1至L5)的這些第二橫截面影像特徵之該定位，隨著有關該等第一橫截面影像特徵的每個橫截面影像切片而變更。當該等層貫穿增加的深度處的該等影像平面時，該等第二橫截面影像特徵之該定位以預定義方式從影像切片i變更成影像切片i+1。由參考數字78.1、78.2所指示的層L4之該上部表面係在y方向上移置距離D2。從測定該等第二橫截面影像特徵之該等定位(例如78.1和78.2)，橫截面影像之該深度映射Z(x,y)可測定。
藉由對該等第二橫截面影像特徵進行特徵提取(如邊緣偵測或質心運算和影像分析)，並根據對該等第二橫截面影像特徵之相同或類似深度進行該假設，對橫截面影像切片中的該等第一橫截面影像特徵之該側向定位以及 該相對深度進行該測定因此為可能具高精確度。由於晶圓之該製造方面所涉及的該等平面製造技術，層L1至L5係在晶圓之較大面積上面的恆定深度處。第一橫截面影像切片之該等深度映射可至少相對該等M個層中的第二橫截面影像特徵之該深度測定。對於該等橫截面影像切片產生該等深度映射ZJ(x,y)的更多詳細資訊係在專利案WO 2021/180600 A1中說明。
以此方式所獲取的複數J個橫截面影像切片涵蓋晶圓8在測量位點6.1處之檢測體積，並用於形成例如10nm以下、較佳為5nm以下的高3D解析度之3D體積影像。該檢測體積160(參見圖2)通常在x-y平面中具有LX=LY=5μm至15μm之側向延伸，並在晶圓表面55下方具有2μm至15μm之深度LZ。根據專利案WO 2021/180600 A1的該完整3D體積影像產生，通常需要將橫截面表面蝕刻到在y方向上具較大延伸作為該延伸LY的晶圓8之表面55中。在此實例中，具延伸LYO的該附加面積係藉由對該等橫截面表面53.1至53.N進行該蝕刻而破壞。在一般實例中，該延伸LYO超過20μm。
操作控制單元2(參見圖1)係配置成在晶圓8中的檢測體積160內部進行3D檢測。操作控制單元2係進一步配置成從該3D體積影像重建想要觀測的半導體結構之該等性質。在一實例中，想要觀測的該等半導體結構之特徵和3D定位(例如該等HAR結構之該等定位)係由該等影像處理方法(例如從HAR質心)所偵測出。包括影像處理方法和基於特徵的對準的3D體積影像產生係在專利案WO 2020/244795 A1中進一步說明，其整個內容併入本文供參考。
根據由本發明所提供的該等改良，該等複數J個橫截面影像切片可減少成數個影像切片，例如減少成10個以下的橫截面影像切片之數量(例如J<4或J<3)。根據該第二具體實施例，對晶圓中的一群組反覆三維結構進行3D檢測之快速且準確方法係給定。該方法係根據下列步驟在圖4中說明。
在步驟S1中，晶圓係裝載在晶圓支承台15上，且該等晶圓座標係由本領域已知的方法所配準。晶圓檢測檔案係由操作控制單元2所載入，且檢測 任務之至少第一檢測位點6.1係測定。晶圓表面55處的第一檢測位點6.1係定位在雙射束裝置1之相交點43下。
在步驟S2中，檢測體積160以及貫穿檢測體積160的一系列J個橫截面影像切片之尺寸係測定。對於每個橫截面影像切片，y座標和(視需要而定)蝕刻角GF係經測定。該系列J個橫截面影像切片包含貫穿該檢測體積的呈一第一角度的至少一第一橫截面影像切片；及一呈第二角度的第二橫截面影像切片。
依該檢測任務而定，更多變量可在步驟S2中測定。舉例來說，用於想要觀測的反覆三維結構之該選定群組的指定參數模型可測定。例如，該檢測任務包含對想要觀測的一第一與一第二群組反覆三維結構進行該檢測。
視需要而定，在步驟S2中，對準標記或基準點(fiducials)係為了檢測位點6.1處的重複對準而接近檢測位點6.1產生。
在步驟S3中，該切片與成像程序係進行，且貫穿檢測體積160的該系列J個橫截面影像切片係獲得。在第一反覆步驟S3.1中，橫截面表面係由在該預定y定位處並呈該預定角度GF的FIB束51所蝕刻到檢測體積160中。在第二反覆步驟S3.2中，該新橫截面表面係由成像帶電粒子束44所成像，且橫截面影像切片係獲得並儲存在控制單元2之該記憶體中。步驟3.1和3.2係重複，直到該預定系列J個橫截面影像切片係完成。
在步驟S4中，該第一群組反覆三維結構之至少第一組測量橫截面值v1...vN係測定。在此測定過程中，該等反覆三維結構之橫截面影像部段係由本領域已知的方法在該系列J個橫截面影像切片中偵測出，且該等橫截面值v1...vN係測定。橫截面值vi可為邊緣定位、中心定位、半徑、直徑、橢圓率、或橫截面面積。對於每個橫截面值vi，該等反覆三維結構之該對應橫截面部段之深度係測定。該深度測定可藉由專利案WO 2020/244795 A1中多個方法中任一者或藉由其他方法進行。
在步驟S5中，該第一群組反覆三維結構之複數個初始參考值Vref(i=1...M)係在第一參考平面內測定。對初始參考值Vref(i=1...M)以及該參考平 面之該定位進行該測定，也可為步驟S2之一部分。通常，用於該第一群組反覆三維結構之該等橫截面值的參考值為已知。例如，該等參考值Vref(i=1...M)係由該檢測體積中的複數M個個別HAR結構之該等中心定位所給定。通常，記憶體裝置中的複數個HAR結構之該等中心定位之該光柵為已知，且該等參考值Vref(i=1...M)可由HAR結構之該光柵之該等設計值所表示。在步驟S5過程中，該等預定光柵定位係有關從該第一組測量橫截面值v1...vN所測定的平均光柵定位對準，且該參考平面中的適當複數個初始參考值Vref(i=1...M)係產生。在大部分3D記憶體設計中，HAR結構之該光柵係由允許該等記憶體HAR結構之最緊密封裝的六角形柵極(grid)所給定。此類柵極係由該等兩個相鄰HAR結構之間的該距離(「短腳距(Short pitch)」)、至少一HAR結構之該等側向定位、及其在該X-Y平面中的定向完整所定義。在一實例中，該等初始參考值Vref(i=1...M)係由匹配至少一橫截面影像切片中的該等HAR結構之該測量中心定位的最佳配適柵極所獲得。在另一實例中，該等初始參考值Vref(i=1...M)係從設計資訊以及參考標記處的精確對準所獲得。在另一實例中，該等初始參考值Vref(i=1...M)係藉由對該等影像中的該短腳距及其他幾何參數進行明確測量而測定。
對該參考平面進行該選擇可例如在該檢測體積中的該底部處或附近。由此，上部層之對準誤差之該效應係降至最低。該參考平面之該參考深度z ref 係也可接近該檢測體積之該頂部選擇，其中蝕刻與成像假影係減至最少。
在步驟S6中，第一參數模型V(z；P1...PL)之第一組L個參數P1,...PL係測定。該第一參數模型V(z；P1...PL)係在步驟S2中選擇，並欲匹配該第一組測量橫截面值v1...vN和該等複數個初始參考值Vref(i=1...M)。該等參數可表示傾角分量、曲率、振盪頻率、振盪幅度、功率幅度、或深度或z座標上面的該第一群組反覆三維結構之該平均相關性之級數展開之任何較高係數。然後，該第一群組反覆三維結構之該等實際參數係例如由最小平方最佳化所推導出。
接著，步驟S6係以複數個HAR結構(具指數m=1,2,...,M的數量M個之HAR結構)之實例更詳細說明。根據步驟S2對該系列J個橫截面影像切片進行該選擇係對於該檢測體積中的每個HAR結構進行，至少一橫截面和一個橫截面值(在此例如中心定位(x n ,y n ))係至少在一個z定位處測量。然而，一般來說橫截面值之該數量N個係將大於M，例如M<=N<M*J。中心定位(x n ,y n )之該Z座標z n 係例如從該對應橫截面影像切片之深度映射Zj(x,y)所測定。
多個HAR結構之z上面的該等平均中心定位
Figure 111143896-A0305-02-0020-15
(z)和
Figure 111143896-A0305-02-0020-16
(z)可由下式說明
Figure 111143896-A0305-02-0020-1
 其中該等第一初始參考值
Figure 111143896-A0305-02-0020-5
且第二初始參考值V2ref(1...M)=
Figure 111143896-A0305-02-0020-4
係由定位深度z ref 處的該參考平面中的該等HAR結構之該等x與y定位所給 定。該等質心
Figure 111143896-A0305-02-0020-2
、
Figure 111143896-A0305-02-0020-3
之該等初始參考值可根據步驟S5測定。
在一般情況下，並非每個HAR結構皆係將呈現為每個橫截面影像切片中的橫截面部段。因此，一般來說該數量N個之值以及該數量N個之方程式係將在M與J×M之間。該等函數
Figure 111143896-A0305-02-0020-17
(z)和
Figure 111143896-A0305-02-0020-18
(z)係說明該等複數個HAR結構之該平均軌跡，並可以具有限且較佳為小數量L個之參數p1的解析函數之形式表達。該平均x座標
Figure 111143896-A0305-02-0020-19
(z)係由以下所說明
Figure 111143896-A0305-02-0020-6
較佳為，對於穩定且準確解法L<<M。例如，
Figure 111143896-A0305-02-0020-20
(z)可表示為L-1階之多項式。若L與方程式(1)之該總數量N個相比係足夠小，則該等函數
Figure 111143896-A0305-02-0020-21
(z)和
Figure 111143896-A0305-02-0020-22
(z)可藉由使用任何最小平方極小值法求解方程式(1)之該超定系統而找出。在另一實例中，
Figure 111143896-A0305-02-0020-23
(z)可由附加調和函數(如具至少三個參數幅度、頻率、和偏移相位的正弦或餘弦)所說明。
該等參數P1,...PL說明例如傾角、曲率、振盪頻率、振盪幅度、或平均三維結構(如HAR結構)之較高階功率幅度。舉例來說，若僅該等HAR結構之傾角角度係需要在該檢測任務中測定，則L可設定成L=2。
在一進一步範例中，方程式(1)之該系統係藉由使用反覆演算法而求解。在步驟6.1中，在步驟S5中所推導出的該等初始參考質心定位
Figure 111143896-A0305-02-0021-7
、
Figure 111143896-A0305-02-0021-30
係用於運算該等平均函數
Figure 111143896-A0305-02-0021-24
(z)和
Figure 111143896-A0305-02-0021-25
(z)。例如，該等參數化函數
Figure 111143896-A0305-02-0021-26
(z)和
Figure 111143896-A0305-02-0021-27
(z)(在此以該x座標之該範例所例示)係藉由將該組N個方程式最小平方最佳化而推導出：
Figure 111143896-A0305-02-0021-9
其中zn係橫截面值xn之該實際z定位。從方程式(3)之該解法，說明貫穿z定位的HAR結構之該平均x定位的一組最佳化參數值P1,...PL係獲得。在步驟6.2中，該參考平面中的該等精確HAR結構參考定位係採用該等所獲得參數P1,...PL從該方程式(3)所運算出：
Figure 111143896-A0305-02-0021-10
步驟6.1係採用該局限x定位
Figure 111143896-A0305-02-0021-11
重複，且一組局限參數值P' 1,...P' L係獲得。步驟6.1和6.2可重複，直到該等參數從反覆至反覆之變更係低於某個臨界值。
在步驟S7中，最後在步驟S6中所測定的該等參數值係歸因於該檢測位點，並儲存在控制單元2之該記憶體中或寫入到檢測檔案。
圖5例示根據該第二具體實施例的該方法之實例。具檢測體積160的檢測位點6.1係在該帶電粒子成像系統(用於在與成像帶電粒子束44一起使用過程中成像)下對準。一系列J=3橫截面表面301.1、301.2、和301.3係由其蝕刻定位y1至y3及其蝕刻角度GF1至GF3所測定。該晶圓之表面55處的兩個y定位之間的該間隔可相等或不同。該等角度GF1至GF3可為等同或不同。在控制單元19之控制下，該等橫截面表面301.1、301.2、和301.3隨後呈角度GF1至GF3順序蝕刻到檢測體積160中，並在採用該FIB束(未顯示)對表面進行每次蝕刻之後， 對應橫截面影像切片係由成像帶電粒子束44所獲得。該等2D橫截面影像切片之每一者包含該等複數個HAR結構309之數個橫截面影像307。該等複數個HAR結構309係由該等虛線和彎曲垂直線(其中僅兩條係採用標號309指出)所指示。在該等橫截面表面301.1、301.2、和301.3中可見的該等橫截面影像307，係由實心點(其中僅三個係採用標示307指出)所指示。HAR結構之橫截面影像之該總數量為N個。從該等N個橫截面影像307，N個橫截面值v1...vN係測定。對HAR結構之該等橫截面影像進行該識別係以圖6更詳細解說。圖6顯示由該成像帶電粒子束所產生並對應於橫截面表面301.1的橫截面影像切片311.1。橫截面影像切片311.1包含一邊緣線315，其在該邊緣座標y1處的該晶圓之該斜面橫截面與表面55之間。在該邊緣右側，影像切片311.1顯示貫穿由橫截面表面301.1所貫穿的該等HAR結構的數個橫截面307.1...307.S。此外，影像切片311.1包含數個字線313.1至313.3之橫截面，其在不同深度或z定位處。採用這些字線313.1至313.3，斜面橫截面表面301.1之深度映射Z1(x,y)可產生。圖7以簡化範例例示。圖7a顯示橫截面影像切片311.1之部段，包含HAR結構之橫截面307.1和307.2以及字線313.2和313.3之橫截面。橫截面影像切片311.1可更包含一些缺陷或成像假影325.1和325.2。在第一步驟中，該影像係清理，且字線313.2和313.3之該等橫截面係由過濾技術(例如臨界值過濾或侵蝕(erosion)程序)所去除。該過濾係也可由本領域已知的特徵或圖案辨識方法所進行，例如由邊緣檢測、傅立葉(Fourier)過濾器、或包括機器學習方法的相關技術。該所清理影像之該結果係顯示在圖7b中。然後，該等HAR結構之該等橫截面307.1和307.2係近似成該等橫截面之參數化模型，例如由兩圓環317和319(圖7c)。從這些環，該等橫截面值v1...vS可測定，例如該等外環319之該直徑Dx、內環317之該直徑Diy、或該等中心定位321.1和321.2(圖7d)。此程序係對於該系列J個橫截面影像切片重複，直到該第一組測量橫截面值v1...vN係完成。
在測定該第一組測量橫截面值v1...vN之後，該等HAR結構之該等複數個初始參考值Vref(i=1...M)係在第一參考平面305內測定(參見圖5，為了 例示，該等初始參考值Vref(i=1...M)係由參考標號331所顯示與指示)。在此實例中，參考平面305之該z定位係根據選定參考特徵323之該深度選擇，且該等HAR結構之該預定義六角形光柵係有關此選定參考特徵323對準。採用此組完整資料，根據步驟S6的測定參數之該方法可進行。
圖8以該x座標之該範例，例示相對於該等初始參考值Vref(i=1...M)的該組測量橫截面值v1...vN。該等相對中心定位
Figure 111143896-A0305-02-0023-13
係由該等黑點(一些採用參考標號341所標示)所指示。貫穿z定位的HAR結構之參數化平均x定位係配適於該等相對值：
Figure 111143896-A0305-02-0023-12
在此實例中，該組最佳化參數值P1,...PL包含一主導線性參數P1，其由圖8中由參考標號343所例示的該平均
Figure 111143896-A0305-02-0023-28
(z)所例示。
圖9例示根據該第二具體實施例的該方法之另一實例。該慣用3D體積影像產生之一缺點，係對緊鄰晶圓中的檢測體積160的延伸LYO之大面積進行該破壞。圖8例示減少此面積的實例。對延伸LYO之該所破壞面積進行該減少，係由呈不同角度的蝕刻所達成，例如由掃描旋轉之應用。在第一步驟中，例如三個橫截面表面301.1至301.3係在呈第一角度GF1貫穿檢測體積160的定位y1至y3處蝕刻，且該等前三個橫截面影像切片係獲得。在第二步驟中，第四橫截面表面301.4係呈較大蝕刻角度GF2蝕刻到檢測體積160中，並在表面55處具y座標(y2>y4>=y3)，使得該y座標y3測定緊鄰檢測體積160的延伸LYO之該面積。
第四橫截面表面301.4與第三橫截面表面301.3形成邊緣329，並允許對邊緣329下方較深位準處的附加橫截面值進行測定。由此，可能獲得檢測體積160內部較深位準處的更多橫截面值。這係由在圖9中由該等水平虛線所分隔的複數個深度區塊327.i所指示。藉由對貫穿檢測體積160的該系列J個橫截面影像切片進行此測定，在每個深度區塊327.i中達成至少兩橫截面值可測量，包括在最低深度區塊327.0中，同時將緊鄰檢測體積160的延伸LYO之該所破壞面積保持在最小值，例如採用低於10%LY的LYO。
圖10例示參考平面305中的複數個HAR結構之參考特徵331.1...M之六角形光柵345。一般來說，檢測體積160內部該群組反覆三維結構之光柵345可例如從設計資訊或從參考測量給定。此光柵345可用於運算該等M個反覆三維結構之該等複數個初始參考值Vref(i=1...M)。
採用該第二具體實施例之該方法，先前技術之該方法之該等缺點係解決。蝕刻與成像時間係顯著減少50倍或甚至更多(例如300倍)。尤其是採用該反覆方法，改善了測定該等參數和局限參考值的準確度。
根據本發明之該第三具體實施例，該等複數個橫截面影像特徵係分組成數個群組。圖11顯示第一群組反覆三維結構347.1、第二群組反覆三維結構347.2、及/或第三群組反覆三維結構347.3之實例。採用貫穿光柵345成列或行的此類群組，在不同方向上的光柵腳距(參見該等群組347.1和347.3中的兩光柵柵極點之間的箭頭)可獨立獲得。該第三具體實施例之附加態樣係在該樣本沿著一座標之不同定位處獨立重建該等反覆三維結構的能力。例如，屬於位在不同X座標處的不同列347.1和347.2的該等HAR結構可分開重建。此方法可利用於調查HAR結構沿著特定方向之該等性質之可能變化。該樣本可環繞Z軸旋轉，以使得想要觀測的該列或行方向平行於較佳方向。
在該第四具體實施例中，該分組為反覆三維結構之不同群組係根據測量橫截面值v1...vN之該深度或z座標進行。通常，記憶體裝置包含HAR結構之數個層，其係堆疊在彼此上方。圖12a以在該等兩層之間具介面353的HAR結構351.1和351.2之兩層之一實例，例示根據該第四具體實施例的該方法。第一組測量橫截面值v1...vN係分組為該第一群組反覆三維結構(若其深度係在第一層351.1之範圍內)。該第二組測量橫截面值u1...uN2係分組為該第二群組反覆三維結構(若其深度或z定位係在第二層351.2之範圍內)。該等第一複數個初始參考值Vref(i=1...M)係在第一參考平面305.1中測定，而該等第二初始參考值Uref(i=1...M2)係在第二參考平面305.2中測定。在此實例中，這兩參考平面305.1和305.2皆係接近第一與第二層351.1和351.2之介面353選擇，使得該第一層和該第 二層中的該等性質之間的差值可具高精確度測定。說明第一與第二層351.1和351.2中的反覆三維結構之該等兩群組之該等平均性質的該等不同參數，每個皆可由根據該第二具體實施例的該方法所運算出。圖13例示由該第一層中的平均HAR結構定位與該第二層中的平均HAR結構定位之間的差值dy所說明的疊置誤差之實例。
在圖12a之該第四具體實施例之實例中，測定該疊置誤差的有效方法係給定。尤其是以3D記憶體堆疊(類似VNAND或3D-NAND)之範例，關鍵部分係兩層或「平台(Deck)」之間的該過渡或介面。來自第一平台的該等HAR記憶體結構或通道需要將該等對應通道匹配相鄰平台。為監控該等兩平台之間的該等通道之任何可能偏移，足以獲取接近該平台介面的子體積(sub-volume)。由此，可能藉由以減少該整體成像與切片面積的方式選擇該等橫截面影像切片，而顯著減少該蝕刻與成像時間。再者，該方法減少該等橫截面表面之該蝕刻長度，且該蝕刻之該均勻性係改良。採用縮減蝕刻與成像面積和時間的該有效方法，係藉由對橫截面表面301之該系列y定位和蝕刻角度GF進行適當選擇而達成。該系列J個橫截面影像切片包含一第一影像表面301.1，其在一第一y定位y1處呈一第一角度GF1蝕刻，使得介面353之該深度係由第一橫截面表面301.1所到達。然後，兩進一步橫截面表面301.2和301.3係呈與GF1相比更大的第二蝕刻角度GF2蝕刻影像，例如GF2=2×GF1或GF2=20°+GF1。該等y座標係採用y2>y3>y1選擇。採用在呈角度GF1的第一橫截面表面301.1之後呈GF2的該等兩或多個進一步橫截面表面301.2和301.3，該等蝕刻與成像表面面積係顯著減少並集中在介面353周圍。該程序可如圖12b中所例示重複，而在此實例中，第四橫截面表面301.4再次在y座標y5<y1處呈該第一角度GF1所產生，以及連續呈該第二角度GF2在定位y5<y3處的至少一進一步橫截面表面301.5。由此，複數測量橫截面值v1...vN和u1...uN2可測定，且這兩層351.1和351.2之該等參考平面305.1和305.2中的該等HAR結構之該等精確定位可根據該第二具體實施例之該方法測定。從該等參考平面305.1和305.2中的該等HAR結構之該等精確定位之 該差值，疊置誤差係測定。該等至少兩不同蝕刻角度GF1和GF2>GF1可由該FIB柱之機械傾角所達成，且/或該晶圓載台固持該晶圓/樣本。在進一步範例中，該FIB束在該z方向上之該所謂的「掃描旋轉(Scan rotation)」或偏轉可使用。藉由該掃描旋轉，在x方向上的該平面(其中該FIB進行該蝕刻)係變更。
採用約LZ=5μm至10μm或更大之3D記憶體堆疊之一般z延伸LZ，待為了對疊置誤差進行該提取而涵蓋的該深度範圍可減少至約2μm以下、較佳為甚至1μm以下(例如約0.5μm)，且根據該第四具體實施例的該蝕刻與成像時間可減少約10倍。
根據本發明之第五具體實施例，參數測定之該方法係藉由使用先驗知識而進一步改良。先驗資訊可為設計資訊，或由藉由將約至少100至1000或多個橫截面表面蝕刻與成像，而從相同晶圓之參考定位或從參考晶圓所獲得的專利案WO 2021/180 600 A1中所說明的該等方法任一所產生的「校準」或精確3D體積影像。根據該第五具體實施例的該方法之一第一實例係以圖10解說。對在此貫穿該參考平面的HAR特徵之柵極345進行該測定，係從設計資訊取得。然而，也可能使用參考檢測定位之精確3D體積影像測定柵極定位之該等複數個初始參考值。由此，與完美柵極的系統性且預期歪曲或偏差，係在根據該第二具體實施例之該方法的該參數測定中考量。一實例係顯示在與y方向上的該間隔相比，在x方向上具不同間隔或倍率的圖11中(參見圖10之該完美柵極之柵極單體345.1，以及圖11b中的該歪曲柵極之柵極單體345.2)。
藉由使用先驗知識的該進一步改良式方法之第二範例係例示在圖14中。在此實例中，HAR結構或通道之平均中心定位之一般z相關性係從代表性檢測定位或參考定位處的3D體積檢測已知。該平均HAR通道軌跡363(點線)係從每個深度位準z處的側向移置361之該分佈之該近似值推導出。該等側向移置係由其與該預定光柵柵極的相對移置所測定。根據該第五具體實施例之此實例，用於根據該第二具體實施例的該方法的步驟S6的該參數化係從來自該3D體 積影像的平均HAR通道軌跡363推導出。平均HAR通道軌跡363係由參數曲線369(實線)所近似，
Figure 111143896-A0305-02-0027-14
在圖14之實例中，該參數化可包含一線性傾角分量P1=tan(γ)(參見圖14中的線365)、該調和函數之一幅度P2、一調和函數之一頻率P3、以及該調和函數之一偏移相位P4。再者，從來自該參考3D體積影像的該預期頻率，待測量的該等橫截面值v1...vN之z定位367之最小取樣率dz係測定。在下一步驟中，該系列J個橫截面影像切片係配置成使得能夠採用至少該取樣率dz對橫截面值v1...vN進行測量。採用該適當取樣率dz，該預期頻率P3可從僅具數個橫截面影像切片(其中J<10、較佳為J<5，或甚至J=3)的該系列J個橫截面影像切片之該等橫截面值v1...vN測定。在一實例中，具斜面角GF的單一橫截面影像切片(其中J=1)係足以在z上的給定取樣率dz下獲得所需橫截面值v1...vN。
然而，依該製造商之該興趣而定，不同取樣狀況係也可從先驗資訊測定。例如，可能對HAR結構之該等數個平台或層351.1至351.4之該疊置誤差有特殊興趣。在此情況下，在該等層之該等介面353.1至353.3處的密集取樣為較佳。在圖15之實例中，三個密集取樣區域367.1至367.3係選擇，且該系列J個橫截面影像切片之該等y定位和角度係配置成使得能夠對該等密集取樣定位367.1、367.2、和367.3處的橫截面值v1...vN進行測量。在單介面定位處的簡化密集取樣係例示在圖12中，並在本發明之該第四具體實施例中說明。
該等先前實例以用於該等測量橫截面值v1...vN的該等HAR通道或結構之該中心定位之實例，例示本發明之該等具體實施例。然而，本發明之該等具體實施例係也可應用於想要觀測的任何其他測量橫截面值v1...vN。該等想要觀測的橫截面值v1...vN可為例如反覆三維結構之直徑或關鍵尺寸(Critical Dimension，CD)。用於密集取樣或這兩者之任何組合的狀況之最小取樣率，可從相同晶圓或一批晶圓之中的參考晶圓之檢測體積之參考定位處的3D體積測量推導出。
圖16例示該第五具體實施例之另一實例。圖16a例示從呈斜面蝕刻角GF的橫截面表面所獲得的橫截面影像切片311。該橫截面影像切片包含該等HAR結構之橫截面307.1...307.M，以及該等金屬層或字線之數個橫截面，包括橫截面313.1至313.3。在圖16c中，在該等HAR結構之該等橫截面307.1...307.M之y方向上的該等測量直徑Dy係由該等水平線373(例示斜面橫截面影像切片311中的HAR特徵之直徑之該分佈)所例示。圖16b例示從該檢測體積之高解析度3D體積影像所獲得的虛擬橫截面影像切片371。對虛擬影像切片進行該運算，係在以上所引述並在此併入的專利案WO 2021/180 600 A1中說明。該虛擬影像切片之該定位可選擇為無金屬或字線。虛擬影像切片371中的HAR特徵之直徑之該對應分佈，係採用參考標號375例示在圖16c中。採用在來自高解析度測量的虛擬影像切片中的測量與斜面橫截面影像中的測量之間的測定誤差之此先驗資訊，校正因子或校正值377可應用於根據該第二具體實施例的該方法之該等測量橫截面值v1...vN。該校正值也可依該z定位而定，如在圖16c中依該z定位而定由第一校正值377.1和第二校正值377.2所例示。
本發明之第六具體實施例係例示在圖17中。該第六具體實施例說明具高精確度和高產率對晶圓之檢測位點處的3D體積進行檢測之進一步方法。根據該第六具體實施例，這係由機器學習方法所達成。
從高解析度之3D體積影像資料(即具超過100的複數個、較佳為1000個以上的影像切片)，所包括3D結構之性質可測定，例如反覆半導體結構之平均傾角角度、最小直徑、距離、彎折、或疊置誤差，且複數個影像切片或虛擬影像拼接(Splice)可提取。採用該等複數個影像切片或虛擬影像切片，第一機器學習演算法可訓練，且用於對反覆3D結構之性質進行該測量的最小組橫截面影像切片可測定。採用第二機器學習演算法，反覆3D結構之性質可具高準確度和高產率從最小組橫截面影像切片測定。該方法係由下列步驟所說明。
在步驟ML1中，代表性檢測體積之複數高解析度3D體積影像係產生。該等複數高解析度3D體積影像可由應用於代表性測試晶圓的切片與成像方法所產生，或可由模擬(例如藉由變化由測量所獲得的3D體積影像)所產生。
在步驟ML2中，反覆半導體結構之想要觀測的該性質係從該等複數高解析度3D體積影像測定。因此，每個高解析度3D體積影像皆表示由至少一參數所說明的特殊性質。該等複數高解析度3D體積影像係採用該至少一參數標示。
在步驟ML3中，複數所標示橫截面影像切片係從該等複數所標示高解析度3D體積影像提取或產生。該等切片可為從高解析度3D體積影像所運算的測量影像切片或虛擬影像切片。
在步驟ML4中，機器學習模型係採用該等複數個橫截面影像切片和該等複數高解析度3D體積影像訓練。該訓練可反覆達成，以測定該所需最小組橫截面影像切片，並具給定準確度和可信度測定想要觀測的該參數。
在步驟ML5中，一組測量橫截面影像切片係測定，例如從晶圓之新檢測位點處的測量。
在ML6中，根據步驟ML4的該經訓練模型係應用於該組測量橫截面影像切片。
在步驟ML7中，根據該經訓練模型對該參數和該可信度值進行該輸出，係為了該晶圓之該新檢測位點而產生。
該方法和該經訓練模型可由更多反覆所改良，並將該經訓練模型適應於用於測量的新晶圓處的新檢測結果，包括藉由模擬(例如由根據步驟ML7的低可信度值所觸發)而產生新3D體積影像。
多個具體實施例所說明的本發明可由下列各項說明，然而並不限於各項：
1.一種測定說明半導體晶圓之檢測體積內部第一群組反覆三維結構的第一組L個參數之方法，其包含：(a)獲得一系列J個橫截面影像切片，包 含貫穿該檢測體積的呈一第一角度的至少一第一橫截面影像切片；及一呈第二角度的第二橫截面影像切片；(b)從該檢測體積內不同z定位處的該系列J個橫截面影像切片，測定該第一群組反覆三維結構之至少一第一組測量橫截面值v1...vN；(c)測定一第一參考平面內該第一群組反覆三維結構之複數個初始參考值Vref(i=1...M)；及(d)藉由將一第一參數模型V(z；P1...PL)最小平方最佳化成該第一組測量橫截面值v1...vN和該等複數個初始參考值Vref(i=1...M)，而測定該第一組L個參數P1,...PL。
2.如第1項所述之方法，其中該第一角度和該第二角度係相對於該半導體晶圓之一表面在15°至60°之間。
3.如第2項所述之方法，其中該第一角度係與該第二角度不同超過5°。
4.如第1至3項中任一項所述之方法，其中該等數量J個橫截面影像切片係J<20、較佳為J<10、甚至更佳為J=3或J=2。
5.如第1至4項中任一項所述之方法，其中測定至少一第一組測量橫截面值v1...vN之步驟包含對該第一組測量橫截面值v1...vN之每一者之該深度或z定位進行該測定。
6.如第5項所述之方法，其中該深度測定係在一半導體晶圓之該檢測體積內部已知深度之第二特徵處進行。
7.如第1至6項中任一項所述之方法，其中該系列J個橫截面影像切片的該等數量J和該間隔以及該等第一及/或第二角度係經調整，使得在z定位之每個預定區間中，該第一組測量橫截面值v1...vN之至少兩橫截面值係經測定。
8.如第1至7項中任一項所述之方法，其中獲得一系列J個橫截面影像切片之該步驟a)包含：測定待測量的該等橫截面值v1...vN之一系列z定位；及根據該等橫截面值v1...vN之該系列z定位，調整該系列J個橫截面影像切片的該等數量J和該間隔以及該第一及/或第二角度。
9.如第8項所述之方法，其中對該系列z定位進行該測定係基於用於測定該等第一複數M個(HAR)結構之該第一組L個參數P1,...PL的z定位之一預定最小取樣率。
10.如第1至9項中任一項所述之方法，其中在測定複數個初始參考值Vref(i=1...M)之該步驟中，使用關於該半導體晶圓之該檢測體積內部該等第一複數M個高深寬比(HAR)結構的預定參考值。
11.如第8至10項中任一項所述之方法，其更包含以下步驟：從由採用具切片數量R>10×J、較佳為R>1000的複數R個橫截面影像切片的切片和成像所獲得的一代表性晶圓之代表性檢測體積之3D體積影像，測定z定位之該預定順序、或z定位之該預定取樣率、及/或該等預定參考值。
12.如第1至11項中任一項所述之方法，其更包含以下步驟：(e)從該第一組參數P1,...PL和該等複數個初始參考值Vref(i=1...M)，測定該第一參考平面中的複數個第一局限參考值Vcf(i=1...M)；及(f)藉由將一第一參數模型V(z；P1...PL)最小平方最佳化成該第一組測量橫截面值v1...vN和該等複數個第一局限參考值Vcf(i=1...M)，而局限該第一組參數P1,...PL。
13.如第1至12項中任一項所述之方法，其中該系列J個橫截面影像切片係包含貫穿該檢測體積的呈該第二角度的至少一第三橫截面影像切片，其中該第二角度係大於該第一角度。
14.如第1至13項中任一項所述之方法，其更包含以下步驟：採用一預定縮放參數縮放該第一組測量橫截面值v1...vN之一測量橫截面值。
15.如第14項所述之方法，其中該預定縮放參數係根據獲得該測量橫截面值的該橫截面影像切片之該角度選擇。
16.如第14項所述之方法，其中該預定縮放參數係根據該測量橫截面值之該深度選擇。
17.如第1至16項中任一項所述之方法，其中該組參數P1,...PL說明一檢測體積內部該第一群組反覆三維結構之一平均三維結構之一傾角、一曲率、一振盪頻率、一振盪幅度、一功率幅度中至少一者。
18.如第1至17項中任一項所述之方法，其中該第一群組反覆三維結構係由一記憶體裝置之一第一複數個高深寬比(HAR)結構所給定。
19.如第1至18項中任一項所述之方法，其中該等橫截面值v1...vN係一檢測體積內部該第一群組反覆三維結構之一邊緣定位、一中心定位、一半徑、一直徑、一偏心度、或一橫截面面積之該群組中至少一者。
20.如第1至19項中任一項所述之方法，其更包含測定說明一第二群組反覆三維結構的一第二組L2個參數，其包含以下步驟：(b2)從該檢測體積內不同z定位處的該系列J個橫截面影像切片，測定該第二群組反覆三維結構之至少一第二組測量橫截面值u1...uN2；(c2)測定一第二參考平面內該第二群組反覆三維結構之複數個第二初始參考值Uref(i=1...M2)；及(d2)藉由將一第二參數模型U(z；Q1...QK)最小平方最佳化成該第二組測量橫截面值u1...uN2和該等複數個初始參考值Uref(i=1...M)，而測定該第二組K個參數Q1,...QK。
21.如第20項所述之方法，其更包含以下步驟：(e2)從該第二組參數Q1,...QK和該等複數個初始參考值Uref(i=1...M2)，測定該第二參考平面中的複數個第二局限參考值Ucf(i=1...M2)；及(f2)藉由將一第二參數模型U(z；Q1...QK)最小平方最佳化成該第二組測量橫截面值u1...uN2和該等複數個局限參考值Ucf(i=1...M2)，而局限該第二組參數Q1,...QK。
22.如第20或21項所述之方法，其更包含：測定該系列J個橫截面影像切片中的複數個三維結構之複數個橫截面影像特徵；將該第一群組反覆三維結構之第一橫截面影像特徵，以及該第二群組反覆三維結構之第二橫截面影像特徵中的該等複數個橫截面影像特徵分組。
23.如第22項所述之方法，其中該等反覆三維結構係形成一第一複數個HAR結構和一第二複數個HAR結構的記憶體裝置之高深寬比(HAR)結構。
24.如第23項所述之方法，其中該等第一複數個HAR結構對應於HAR結構之一第一堆疊，而該等第二複數個HAR結構對應於該第一堆疊底下的HAR結構之一第二堆疊，且其中該分組係根據一橫截面影像特徵之該深度進行。
25.如第24項所述之方法，其更包含以下步驟：從該第一組L個參數P1,...PL和該第二組K個參數Q1,...QK，測定HAR結構之該第一與該第二堆疊之間的一疊置誤差。
26.如第22項所述之方法，其中該第一群組反覆三維結構對應於反覆三維結構之一第一列或行，而該第二群組反覆三維結構對應於反覆三維結構之一第二列或行，且其中該分組係根據一橫截面影像特徵之側向定位進行。
27.如第26項所述之方法，其更包含下列步驟：從該第一組參數P1,...PL和該等複數個初始參考值Vref(i=1...M)，測定該第一參考平面中的複數個第一局限參考值Vcf(i=1...M)；從該第二組參數Q1,...QK和該等複數個初始參考值Uref(i=1...M2)，測定該第二參考平面中的複數個第二局限參考值Ucf(i=1...M2)；從該等複數個第一與第二局限參考值Vcf(i=1...M)和Ucf(i=1...M2)，測定該第一與第二群組反覆三維結構之間的一縮放偏差。
28.如第27項所述之方法，其中反覆三維結構之該第一列或行係垂直於反覆三維結構之群組之該第二列或行配置。
29.一種獲取半導體晶圓內深度D處的深層檢測體積之3D體積影像的切片與成像方法，包含下列步驟：形成緊鄰該深層檢測體積呈一第一角度GF1的一第一蝕刻參考表面；獲得呈一第二角度GF2>GF1貫穿該深層檢測體積的一系列第二橫截面影像切片，該系列橫截面影像切片橫穿該第一蝕刻參考表面； 測定該深層檢測體積中的複數個HAR結構之參數。
30.如第29項所述之方法，其中該深層檢測體積係包含從HAR結構之一第一堆疊到HAR結構之一第二堆疊的轉換；且至少一所測定參數係HAR結構之該第一堆疊與HAR結構之該第二堆疊之間的該介面處的一疊置參數。
31.如第30項所述之方法，其更包含測定貫穿緊鄰該介面的一第一參考平面中的該第一堆疊中的該等複數個HAR通道的一第一組N個橫截面值v1...vN、測定貫穿緊鄰該介面的一第二參考平面中的該第二堆疊中的該等複數個HAR通道的一第二組N個橫截面值u1...uN、運算該第一組橫截面值v1...vN與該第二組橫截面值u1...uN之間的一差值。
32.如第31項所述之方法，其中對該等第一或第二參考平面中的該第一或第二組橫截面值v1...vN和u1...uN進行該測定，係根據該等方法步驟1至26中任一者而測定。
33.一種用於晶圓檢測的檢測裝置，其包含：一FIB柱，其設置與配置用於將一檢測位點處的一系列橫截面表面蝕刻到晶圓之該表面中；一帶電粒子顯微鏡，其設置與配置用於將該系列橫截面表面成像；一載台，其配置用於將一晶圓之該檢測位點固持與定位；一控制單元，其配置用於控制將該系列橫截面表面蝕刻與成像之該操作；一運算單元，其配置用於測定說明如第1至32項中任一項所述之半導體晶圓之一檢測體積內部的一第一群組反覆三維結構的至少一第一組L個參數。
34.一種對晶圓中的一群組反覆三維結構進行檢測之方法，其包含：測定該晶圓中的一檢測體積之一檢測定位；採用一雙射束裝置之該橫截面處的該檢測定位以調整該晶圓；進行如第1至32項所述之該等方法步驟中任一者。
然而，由多個實例和具體實施例所說明的本發明並不限於以上各項，而是可由熟習該項技藝者藉由各種組合或修飾例而實施。
1:雙射束裝置
2:控制單元
4:第一橫截面影像特徵
6.1:測量位點；檢測位點
6.2:測量位點；檢測位點
8:晶圓
15:晶圓支承台
16:載台控制單元
17:粒子偵測器；次級電子偵測器
19:控制單元
40:帶電粒子束(CPB)成像系統；帶電粒子束成像柱
42:光軸；CPB成像系統軸；成像系統之光軸
43:相交點
44:帶電粒子之光束；帶電粒子成像束；成像帶電粒子束
48:FIB光軸；FIB軸
50:FIB柱；第一聚焦離子束系統
51:聚焦離子束(FIB)；FIB束；FIB
55:晶圓表面；表面；晶圓頂部表面
155:載台；晶圓載台
1000:改良式晶圓檢測系統
GE、GFE、GF:角度

Claims (33)

  1. 一種測定說明半導體晶圓之檢測體積內部第一群組反覆三維結構的第一組L個參數之方法，包含：提供一雙射束裝置，其具有一操作控制單元以實施以下步驟：a)獲得一系列J個橫截面影像切片，包含貫穿該檢測體積的呈第一角度的至少一第一橫截面影像切片；及一呈第二角度的第二橫截面影像切片；b)從該檢測體積內不同z定位處的該系列J個橫截面影像切片，測定該第一群組反覆三維結構之至少一第一組測量橫截面值v1...vN；c)測定一第一參考平面內該第一群組反覆三維結構之複數個初始參考值Vref(i=1...M)；d)藉由將一第一參數模型V(z；P1...PL)最小平方最佳化成該第一組測量橫截面值v1...vN和該等複數個初始參考值Vref(i=1...M)，而測定該第一組L個參數P1,...PL；其中測定至少一第一組測量橫截面值v1...vN之步驟包含對該第一組測量橫截面值v1...vN之每一者之深度或z定位進行該測定。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該第一角度和該第二角度係相對於該半導體晶圓之一表面在15°至60°之間。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該第一角度係與該第二角度不同超過5°。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之方法，其中該系列J個橫截面影像切片係J<20。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該深度測定係在一半導體晶圓之該檢測體積內部已知深度之第二特徵處進行。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該系列J個橫截面影像切片的J個數量和間隔以及該等第一及/或第二角度係經調整，使得在z定位之每個預定區間中，該第一組測量橫截面值v1...vN之至少兩橫截面值係經測定。
  7. 如請求項1所述之方法，其中獲得一系列J個橫截面影像切片之該步驟a)包含：測定待測量的該等橫截面值v1...vN之一系列z定位；根據該等橫截面值v1...vN之該系列z定位，調整該系列J個橫截面影像切片的該等J個數量和間隔以及該第一及/或第二角度。
  8. 如請求項7所述之方法，其中對該系列z定位進行該測定係基於用於測定該等第一複數M個(HAR)結構之該第一組L個參數P1,...PL的z定位之一預定最小取樣率。
  9. 如請求項1所述之方法，其中在測定複數個初始參考值Vref(i=1...M)之該步驟中，使用關於該半導體晶圓之該檢測體積內部該等第一複數M個高深寬比(HAR)結構的預定參考值。
  10. 如請求項7所述之方法，更包含以下步驟：從由採用具一切片數量R>10×J的複數R個橫截面影像切片的切片和成像所獲得的一代表性晶圓之代表性檢測體積之3D體積影像，測定z定位之預定順序、或z定位之預定取樣率、及/或預定參考值。
  11. 如請求項1所述之方法，更包含以下步驟：e)從該第一組參數P1,...PL和該等複數個初始參考值Vref(i=1...M)，測定該第一參考平面中的複數個第一局限參考值Vcf(i=1...M)；f)藉由將一第一參數模型V(z；P1...PL)最小平方最佳化成該第一組測量橫截面值v1...vN和該等複數個第一局限參考值Vcf(i=1...M)，而局限該第一組參數P1,...PL。
  12. 如請求項1所述之方法，其中該系列J個橫截面影像切片係包含貫穿該檢測體積的呈該第二角度的至少一第三橫截面影像切片，其中該第二角度係大於該第一角度。
  13. 如請求項1所述之方法，更包含以下步驟：採用一預定縮放參數縮放該第一組測量橫截面值v1...vN之一測量橫截面值。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該預定縮放參數係根據獲得該測量橫截面值的該橫截面影像切片之角度選擇。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該預定縮放參數係根據該測量橫截面值之深度選擇。
  16. 如請求項1所述之方法，其中該組參數P1,...PL說明一檢測體積內部該第一群組反覆三維結構之一平均三維結構之一傾角(tilt)、一曲率、一振盪頻率、一振盪幅度、一功率幅度中至少一者。
  17. 如請求項1所述之方法，其中該第一群組反覆三維結構係由一記憶體裝置之一第一複數個高深寬比(HAR)結構所給定。
  18. 如請求項1所述之方法，其中該等橫截面值v1...vN係一檢測體積內部該第一群組反覆三維結構之一邊緣定位、一中心定位、一半徑、一直徑、一偏心度、或一橫截面面積之該群組中的至少一構件。
  19. 如請求項1所述之方法，更包含測定說明一第二群組反覆三維結構的一第二組L2個參數，其包含：b2)從該檢測體積內不同z定位處的該系列J個橫截面影像切片，測定該第二群組反覆三維結構之至少一第二組測量橫截面值u1...uN2；c2)測定一第二參考平面內該第二群組反覆三維結構之複數個第二初始參考值Uref(i=1...M2)；d2)藉由將一第二參數模型U(z；Q1...QK)最小平方最佳化成該第二組測量橫截面值u1...uN2和該等複數個初始參考值Uref(i=1...M)，而測定該第二組K個參數Q1,...QK。
  20. 如請求項19所述之方法，更包含以下步驟：e2)從該第二組參數Q1,...QK和該等複數個初始參考值Uref(i=1...M2)，測定該第二參考平面中的複數個第二局限參考值Ucf(i=1...M2)；f2)藉由將一第二參數模型U(z；Q1...QK)最小平方最佳化成該第二組測量橫截面值u1...uN2和該等複數個局限參考值Ucf(i=1...M2)，而局限該第二組參數Q1,...QK。
  21. 如請求項19或20所述之方法，更包含： 測定該系列J個橫截面影像切片中的複數個三維結構之複數個橫截面影像特徵；將該第一群組反覆三維結構之第一橫截面影像特徵，以及該第二群組反覆三維結構之第二橫截面影像特徵中的該等複數個橫截面影像特徵分組。
  22. 如請求項21所述之方法，其中該等反覆三維結構係形成一第一複數個HAR結構和一第二複數個HAR結構的一記憶體裝置之高深寬比(HAR)結構。
  23. 如請求項22所述之方法，其中該等第一複數個HAR結構對應於HAR結構之一第一堆疊，而該等第二複數個HAR結構對應於該第一堆疊底下的HAR結構之一第二堆疊，且其中該分組係根據一橫截面影像特徵之深度進行。
  24. 如請求項23所述之方法，更包含以下步驟：從該第一組L個參數P1,...PL和該第二組K個參數Q1,...QK，測定HAR結構之該第一與該第二堆疊之間的一疊置誤差。
  25. 如請求項21所述之方法，其中該第一群組反覆三維結構對應於反覆三維結構之一第一列或行，而該第二群組反覆三維結構對應於反覆三維結構之一第二列或行，且其中該分組係根據一橫截面影像特徵之側向定位進行。
  26. 如請求項25所述之方法，更包含以下步驟：從該第一組參數P1,...PL和該等複數個初始參考值Vref(i=1...M)，測定該第一參考平面中的複數個第一局限參考值Vcf(i=1...M)； 從該第二組參數Q1,...QK和該等複數個初始參考值Uref(i=1...M2)，測定該第二參考平面中的複數個第二局限參考值Ucf(i=1...M2)；從該等複數個第一與第二局限參考值Vcf(i=1...M)和Ucf(i=1...M2)，測定該第一與第二群組反覆三維結構之間的一縮放偏差。
  27. 如請求項26所述之方法，其中反覆三維結構之該第一列或行係垂直於反覆三維結構之群組之該第二列或行配置。
  28. 一種獲取半導體晶圓內深度D處的深層檢測體積之3D體積影像的切片與成像方法，包含：提供一雙射束裝置，其具有一操作控制單元以實施以下步驟：形成緊鄰該深層檢測體積呈一第一角度GF1的第一蝕刻參考表面；獲得呈一第二角度GF2>GF1之貫穿該深層檢測體積的一系列第二橫截面影像切片，該系列橫截面影像切片橫穿該第一蝕刻參考表面；測定該深層檢測體積中的複數個HAR結構之參數。
  29. 如請求項28所述之方法，其中該深層檢測體積係包含從HAR結構之一第一堆疊到HAR結構之一第二堆疊的轉換；且至少一所測定參數係HAR結構之該第一堆疊與HAR結構之該第二堆疊之間的該介面處的一疊置參數。
  30. 如請求項29所述之方法，更包含測定貫穿緊鄰該介面的一第一參考平面中的該第一堆疊中的該等複數個HAR通道的一第一組N個橫截面值v1...vN、測定貫穿緊鄰該介面的一第二參考平面中的該第二堆疊中的該等複數個HAR通道的一第二組N個橫截面值u1...uN、運算該第一組橫截面值v1...vN與該第二組橫截面值u1...uN之間的一差值。
  31. 如請求項30所述之方法，其中對該等第一或第二參考平面中的該第一或第二組橫截面值v1...vN和u1...uN進行該測定，係根據請求項1至25中任一項所述之該等方法步驟而測定。
  32. 一種用於晶圓檢測的檢測裝置，包含：一聚焦離子束(FIB)柱，其設置與配置用於將一檢測位點處的一系列橫截面表面蝕刻到晶圓之該表面中；一帶電粒子顯微鏡，其設置與配置用於將該系列橫截面表面成像；一載台，其配置用於將一晶圓之該檢測位點固持與定位；一控制單元，其配置用於控制將該系列橫截面表面蝕刻與成像之該操作；一運算單元，其配置用於測定說明如請求項1至31中任一項所述之半導體晶圓之檢測體積內部的一第一群組反覆三維結構的至少一第一組L個參數。
  33. 一種對晶圓中的一群組反覆三維結構進行檢測之方法，包含：測定該晶圓中的一檢測體積之檢測定位；採用一雙射束裝置之該橫截面處的該檢測定位以調整該晶圓；進行如請求項1至31所述之該等方法步驟中的任一者。
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