[发明专利]用于利用带电粒子束的倾斜或掠射研磨操作的基准设计

说明书

一种用于利用带电粒子束分析样本的方法，所述方法包括将束引导向样本表面；研磨表面以暴露在样本中的第二表面，其中研磨在离子源远侧的第二表面的端部到比在离子源近侧的第一表面的端部大的相对于参考深度的深度；将带电粒子束引导向第二表面以形成第二表面的一个或多个图像；通过检测电子束与第二表面的相互作用,形成感兴趣的多个相邻特征的横截面的图像；将横截面的图像装配成感兴趣的特征中的一个或多个的三维模型。提供了一种用于改进的基准和在纳米级三维结构中形成确定暴露的特征的深度的方法。

技术领域

本发明涉及带电粒子束研磨，并特别地涉及形成用于扫描电子显微镜的平面横截面视图的方法。

背景技术

在多种应用中使用带电粒子束系统，包括诸如集成电路、磁记录头和光刻掩膜之类的微制造器件的制造、修理和检查。诸如从本发明的受让人FEI公司商业上可获得的DualBeam之类的双束系统通常包括可以以对目标的最小损害提供高分辨率图像的扫描电子显微镜（SEM）以及可以被用于改变衬底和形成图像的离子束系统，所述离子束系统诸如聚焦或成形束系统（FIB）。这样的双束系统例如在Hill等人的美国专利号7,161,159中被描述，所述专利通过引用其整体而被并入到本申请中。在某些双束系统中，定向FIB与垂直方向成诸如52度的角度并且垂直地定向电子束镜筒（column）。在其他系统中，电子束镜筒是倾斜的并且FIB被垂直地定向或者也是倾斜的。在其上安装样本的台架（stage）可以通常是倾斜的，在某些系统中高达大约60度。

用于双束系统的普通应用是在微制造期间分析缺陷和其他故障以寻找故障、调整和改进微制造工艺。缺陷分析在包括设计验证诊断、生产诊断的半导体生产的所有方面以及微电路研究和开发的其他方面中是有用的。随着器件几何形状继续缩小和引入新材料，今天的半导体的结构复杂性以指数方式增长。用这些新材料产生的许多结构是凹腔(re-entrant)、向后穿透先前的层。因此，器件故障的缺陷和结构性原因经常远远隐藏在表面之下。

“逆向处理（deprocessing）”意味着移除结构以暴露下层结构。某些时候逆向处理对于表征埋入的结构是必要的。当前的逆向处理技术集中于递送数据以及以平面形式访问（access）结构——精心制作研磨器（mill）以产生与器件表面正交的表面，以便允许成像、探测或其他定位技术。同样地，劈开晶片或平行重叠地（lapping）逆向处理产生信息/对结构的访问的平面。当前的成像和故障隔离技术（微探测、扫描电容显微镜检查，电压衬度成像）访问该平面表面以提供结构/度量学数据或者用于进一步隔离故障的电信息。

相应地，缺陷分析经常要求在三维基础上的横截和观察缺陷。能够执行三维缺陷分析的更好的系统比以往更加重要。这是因为存在隐藏的和/或更小的更多缺陷，并且另外在许多情况下需要化学分析。此外，用于缺陷表征和故障分析的结构性诊断解决方案需要在较少的时间中递送更可靠的结果，允许设计者和制造商自信地分析复杂的结构性故障、理解材料成分和缺陷的源，并且增加产量。

另外，虽然将在现有技术集成电路中的感兴趣的大部分区域限制于在正常平面区域中（即，SRAM或NAND闪存单元占据不同的X和Y位置，其中活跃的小体积在Z方向上）的集成电路（IC）器件的小体积，但是演进新的技术需要在三维的感兴趣的体积（VOI）的更多不同的隔离。因为将有源区限制于衬底晶片表面，所以当前技术感兴趣区域（ROI）的标识通常涉及X/Y位地址、在管芯（die）上的门（gate）X/Y地址，或者某些其他必要的X/Y定位数据。新兴的3D IC制造技术没有将有源区域限制于在Z方向上的一个平面。有源区域具有许多级的有源器件。X、Y和Z坐标信息是必需的。

图1示出了用于使用如在现有技术中已知的双束SEM/FIB系统暴露横截面的方法。通常，为了分析在样本102内的特征，聚焦的离子束（FIB）暴露垂直于具有将被查看的隐藏的特征的样本材料的表面112的顶部的横截面或面108。因为SEM束轴106通常相对于FIB束轴104成锐角，所以优选地移除在面的前面的样本的一部分以使得SEM束可以具有访问以对所述面成像。现有技术方法的一个问题是通常必须沿着沟槽的长度暴露大量横截面以形成适当地表征沟槽的足够大小的样本的集合。