[发明专利]具有用于横切应用的过程自动化的图案识别的差分成像

说明书

本发明涉及具有用于横切应用的过程自动化的图案识别的差分成像。一种方法，用于通过允许操作者在过程期间拍摄多个图像来将差分成像用于涉及TEM样本的应用，所述过程涉及聚焦离子束过程并且覆盖多个图像以创建清楚地示出研磨步骤之间的差异的差分图像。该方法还涉及生成被研磨区域的实时图像，以及使用差分图像的覆盖来示出每个图像中的小改变，并因此加亮离子束研磨位置。该方法还涉及自动化创建差分图像并使用该差分图像来自动研磨后继切片的过程。

技术领域

本发明涉及带电粒子束系统，例如聚焦离子束系统。

背景技术

透射型电子显微镜（TEM）允许观察者看到纳米数量级上的极小的特征。对比于仅对材料表面成像的扫描电子显微镜（SEM），TEM还允许样本内部结构的分析。在TEM中，宽射束撞击样本，并且穿过样本透射的电子被聚焦以形成样本的图像。样本必须足够薄，以允许主射束中的许多电子穿过样本行进，并在相对侧上退出。样本，也被称作薄片（lamellae），通常小于100nm厚。

在扫描透射电子显微镜（STEM）中，主电子束被聚焦为精细的点，并且使该点跨样本表面进行扫描。穿过工件透射的电子被样本远侧上的电子检测器收集，并且图像上每个点的强度与当主射束撞击表面上的对应点时所收集的电子的数量相对应。如本文所使用的术语“TEM”，是指TEM或STEM，并且对制备用于TEM的样本的引用将被理解为也包括制备用于在STEM上查看的样本。本文所使用的术语“S / TEM”也指TEM和STEM二者。

聚焦离子束（FIB）显微镜系统产生带电粒子的窄聚焦射束，并类似于阴极射线管，以光栅方式使该射束跨样品进行扫描。与带电粒子是带负电的电子的SEM不同，FIB系统使用带电原子（下文中称为离子）来产生其射束。这些离子一般情况下带正电。

从基板去除材料以形成微观或纳米级结构被称为微机械加工、研磨或蚀刻。当离子束被引导到半导体样本上时，它将从样本的暴露表面喷射出二次电子、二次离子（i+或i−）以及中性分子和原子。通过跨样本移动射束并控制各种射束参数（例如射束电流、光斑尺寸、像素间距和停留时间），该FIB可以被操作为“原子级研磨机”，用于选择性去除在任何位置放置射束的材料。撞击样本表面的离子的剂量或数量一般是射束电流、扫描持续时间和扫描面积的函数。喷射的粒子可以被检测器感测，并且然后当入射射束与样本相互作用时，通过使此感测的数据与已知的射束位置相关联，可以为操作者产生和显示图像。确定何时停止处理被称为“终点确定”。虽然存在用于检测微加工过程何时切穿第一材料以暴露第二材料的几种已知方法，典型的是在达到材料中的变化之前停止激光处理，并且因此确定终点是更困难的。

FIB系统被用来执行显微外科手术，其用于执行设计验证或排解失败设计。这通常涉及到“切割”金属线或选择性沉积金属线，以用于将导体短路在一起。FIB“快速原型设计”经常被称为“FIB装置修正”、“电路编辑”或“显微外科”。由于其速度和有用性，对于实现有竞争力的半导体产业中所需的快速时间-市场目标来说，FIB显微外科已经变得关键。

成功利用此工具依赖于研磨过程的精确控制。当今的集成电路具有导电材料和绝缘电介质的多个交替层，其中许多层包含图案化的区域。研磨速率和离子束研磨的效果可能跨装置具有很大变化。这是终点确定难以在不具破坏性的情况下执行的原因。一般基于FIB系统的用户接口显示器上显示的图像操作者评估或者图形信息来完成终点确定。在大多数装置修正操作中，优选的是特定层一被暴露就停止研磨过程。不精确的终点确定可能导致修正的装置的错误分析。

随着半导体装置特征继续以从亚微米到低于100nm的尺寸减小，用离子束电流研磨更小和更高的纵横比已变得必要。FIB操作者依赖于使用被研磨区域的实时图像以及实时图形数据图的常规方法来确定适当的终点检测。一般地，FIB操作者在视觉上寻找研磨区域的亮度上的改变以定性地确定终点检测。这样的改变可以指示研磨穿过不同材料（如金属/氧化物界面）的过渡。操作者使用切片到切片的进展并寻找改变，该改变最终告诉操作者哪里发生研磨、样本中的改变以及朝向终点确定的进展。