CN103512567B - 三维基准 - Google Patents

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Abstract

一种用于在样品上形成基准并且使用该基准来定位该样品上的所感兴趣的区域的方法和系统，该方法包括通过以下步骤来形成一个基准：在样品上接近于该样品上的所感兴趣的区域处来沉积一种材料块，该材料块从该样品的表面延伸至该样品表面上方的可检测范围；并且使用一个带电粒子束在该材料块的至少两个暴露面中铣削一个预定图案；在形成该基准之后，通过检测该基准的位置来检测该所感兴趣的区域的位置；并且在检测到该所感兴趣的区域的位置之后，用一个带电粒子束来对该所感兴趣的区域进行成像或铣削。

Description

三维基准
发明技术领域
本发明涉及带电粒子束成像和铣削(milling)。
发明背景
带电粒子束、激光束以及中性粒子束用于各种微制造应用中，例如制造半导体电路和微机电组件。术语“微制造”用于包括产生并且改变具有几十微米或更小的多个维度的结构，包括纳米制造工艺。“加工”样品是指对这一样品上的结构进行微制造。随着制造越来越小的结构，需要更精确地引导射束。
精确地定位射束的一种方法是在样品上的所感兴趣的区域附近放置或铣削一个基准(fiducial)，即参考标记，并且相对于该基准来定位该射束。术语基准用于广泛地包括任何类型的参考标记。最初引导一个射束以使一个基准成像并且确定相对于所希望位置的初始偏差。随后，周期性地引导该射束以使该基准成像并且通过确定基准的观察到的坐标与基准的原始坐标之间的偏差来校正该射束相对于所希望位置的定位。然后将这些偏差添加至射束定位指令以使得该射束终止于所希望的位置处。
图1A示出了包括一个所感兴趣的区域102和一个基准104的样品100的顶视图。所感兴趣的区域102是样品100的一部分，其中有待执行成像或铣削操作。例如，样品100可包括一个半导体晶片并且所感兴趣的区域102可包括一个特定集成电路特征，该集成电路特征有待由扫描电子显微镜或聚焦离子束来成像以便验证是否该特征已经在规格范围内制造。典型地，一个带电粒子束用于在样品表面上的所感兴趣的区域102附近铣削基准104，以使得该所感兴趣的区域可在具有许多不同特征的表面之中被迅速并且容易地定位。当随后在垂直于样品100表面的角度(“自顶向下视图”)来成像时，与可识别的所感兴趣的区域102本身相比，基准104可由仪器的操作者(或由控制该仪器的自动化软件)来更容易或迅速地识别。
然而，当基准104以并非垂直于样品100的顶部表面的角度来成像时，基准104变得不太可识别。对于几乎平行于样品100的顶部表面的角度，基准104可能完全不可识别。样品100的顶部表面是与保持样品100的样品平台处于接触的表面相反的表面。图1B示出了其中基准104不可见的样品100的侧视图。以此角度来定位用于成像或铣削的射束将需要一个第二基准。
发明概述
本发明的实施例是针对一种在样品上形成基准并且使用它来定位该样品上的所感兴趣的区域的方法。该方法的多个实施例包括通过以下步骤来形成一个基准：在样品上接近于样品上的所感兴趣的区域处来沉积一种材料块，该材料块从样品表面延伸至样品表面上方的可检测范围；并且使用一个带电粒子束在材料块的至少两个暴露面中铣削一个预定图案；在形成该基准之后，通过检测基准的位置来检测所感兴趣的区域的位置；并且在检测到所感兴趣的区域的位置之后，用一个带电粒子束来对所感兴趣的区域进行成像或铣削。
本发明的多个实施例还针对一种系统，该系统包括至少一个带电粒子束、一个样品平台、一个安置于该样品平台上的样品以及一个安置于该样品上的基准。该基准包括在接近于样品上的所感兴趣的区域处来沉积的一种材料块，该材料块从样品表面延伸至样品表面上方的可检测范围，以及在该材料块的至少两个暴露面中铣削的一个预定图案。
本发明的多个实施例还针对一种在样品上形成基准来定位该样品上的所感兴趣的区域的方法。该方法的多个实施例包括：将样品从一个成像位置旋转大致上九十(90)度；在将样品从成像位置旋转大致上九十(90)度之后，使用在不垂直于样品表面的角度下被引导朝向样品表面的一个带电粒子束在所感兴趣的区域上或附近沉积一种材料块；并且在沉积该材料块之后且在检测所感兴趣的区域的位置之前，将样品旋转大致上九十(90)度以便使样品回到其初始位置。
上述已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优势以便可更好地理解以下的发明的详细说明。以下描述本发明的另外特征和优势。本领域技术人员应认识到所披露的概念和具体实施例可容易地用作改进或设计用于完成本发明相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应认识到这些同等构造不脱离如随附权利要求中所阐明的本发明的精神和范围。
附图简要说明
为了更全面理解本发明、和其优势，现在参考以下结合附图进行的说明，其中：
图1A示出了包括所感兴趣的区域102和基准104的样品100的顶视图；
图1B示出了样品100的侧视图；
图2A示出了包括所感兴趣的区域202和三维基准204的样品200的顶视图；
图2B示出了包括三维基准204的样品200的侧视图；
图3示出了根据本发明的一个或多个实施例的3D基准的立体图；
图4示出了说明形成三维基准的一种方法的流程图；
图5示出了说明使用三维基准来定位样品上的所感兴趣的区域的一种方法的流程图；
图6示出了根据本发明的一个或多个实施例的示例性3D基准的显微照片；
图7示出了根据本发明的一个或多个实施例的示例性3D基准的显微照片；
图8示出了在x轴方向上扫描一个带电粒子束所形成的3D基准在“x方向”上的侧视图；
图9示出了在图8的x轴方向上扫描一个带电粒子束所形成的3D基准在“y方向”上的侧视图；
图10示出了校正具有非正交沉积轮廓的3D基准的一种方法的流程图；
图11示出了可用来实施本发明的优选实施例的示例性双重射束FIB/SEM系统1110；
图12示出了包括处于成像位置中的所感兴趣的区域801的样品800的平面图；
图13示出了在沉积基准之前从其成像位置旋转九十度角至其沉积位置的样品800的平面图；
图14示出了包括沉积的基准804的处于沉积位置中的样品800的平面图；
图15示出了旋转回到成像位置中的包括沉积的基准804的样品800的平面图；
图16示出了双重射束系统1600的平面图，其中SEM柱1606不正交于样品1602的表面，而FIB柱1604正交于样品1602的表面；并且
图17示出了双重射束系统1600的侧视图，其中SEM柱1606不正交于样品1602的表面，而FIB柱1604正交于样品1602的表面。
优选实施方式的详细说明
本发明的多个实施例是针对一种基准，该基准提供用于涉及超过一个射束或平台位置的成像和铣削操作的自动化的精确射束放置。该基准在样品表面上方的三个维度中延伸至可检测范围。该三维(“3D”)基准是可同时从不同角度识别的单一参考点。这种3D基准可用于例如包括电子束和离子束的双重射束系统，例如可从FEI公司(俄勒冈州希尔斯伯勒(Hillsboro，Oregon))商购的DualBeamTM系列仪器，该公司是本申请的受让人。3D基准可用于电子束图像识别和离子束图像识别二者，从而因为需要更少可动零件而简化程序。然而，3D基准不限于双重射束系统，并且可用于单一射束系统以及多射束系统。3D基准可应用于需要图像识别的任何自动化，包括自动化的SliceandViewTM仪器以及使用AutoTEMTM和iFASTTM软件的仪器，它们均是可从FEI公司商购的。
3D基准的建立是通过：在样品上的所感兴趣的区域附近沉积一种材料块，并且然后在顶部和侧面中铣削独特图案。这些图案将具有相对于背景材料块的明显不同的亮度和对比度值，从而允许图像识别。在全对中(eucentric)位置或高度下，基准可由一个或多个射束以及从不同平台倾斜和旋转位置来识别。全对中高度是标本的处于其图像不随着标本倾斜而侧向移动处的高度。3D基准允许在几乎垂直平面上使用图像识别来进行FIB切除放置。相对于入射束，图像和切除放置传统上通过一个自顶向下的基准来完成。现有技术自顶向下方法对于以掠射角(即，几乎平行于正在进行铣削或成像的样品表面的角)来铣削是不可行的，这是由于在向下切割平面时，FIB具有几乎垂直视图。例如，可在一个凸起的铂垫的顶部和侧面中切割一个基准标记，从而允许从这个掠射角进行离子束图像识别。使用一个45°预倾斜短柱(stub)允许从另外角度进行射束图像识别。
3D基准可用于需要基准的任何自动化应用。当自动化需要一个或多个射束和一个或多个平台位置时，3D基准提供单一参考点解决方案。3D基准尤其适用于带电粒子束应用，例如扫描电子显微术(SEM)、透射电子显微术(TEM)、扫描透射电子显微术(STEM)、以及采用聚焦离子束(FIB)系统的成像和铣削。
现在转向附图，图2A示出了包括所感兴趣的区域202和3D基准204的样品200的顶视图。图2B示出了包括3D基准204的样品200的侧视图。所感兴趣的区域202是样品200的一部分，其中有待执行成像或铣削操作。样品200可包括但是不限于包括集成电路特征的半导体晶片、固定的生物样品、或用于透射电子显微术(TEM)样品制备的大块材料。例如，样品200可包括一个半导体晶片并且所感兴趣的区域202可包括一个特定集成电路特征，该集成电路特征有待由扫描电子显微镜或聚焦离子束来成像以便验证是否该特征已经在规格范围内来制造。在例如这些的应用中，所感兴趣的区域202的最大维度可为小于一微米(1μm)。在本发明的一个实施例中，3D基准204的最大维度不大于100μm。在本发明的另一个实施例中，3D基准204的最大维度不大于10μm。在本发明的又一个实施例中，3D基准204的最大维度不大于1μm。
3D基准204在有待成像或铣削的样品表面上方的三个维度中延伸至可检测范围。如在此使用的术语“上方”意思是在远离样品材料内部并且朝向空的空间的方向上延伸。术语“可检测”意思是能够使用一个带电粒子束系统来分辨。因为3D基准204在样品表面上方的三个维度中延伸至可检测范围，所以与大致上与样品200的顶部表面共平面或被铣削至处于样品200表面内的基准相比，3D基准204对于以一组宽得多的角度来被朝向样品200引导的一个带电粒子束是可视的。该带电粒子束包括但不限于电子束、离子束、以及激光束。3D基准204从垂直于样品200的顶部表面(90度)、与样品200的顶部表面共平面(0度)的任何角度、或相对于样品200的顶部表面在0度与90度之间的任何角度是可视的。以靠近于样品200的顶部表面的掠射角、例如小于10度的角来引导的带电粒子束可更容易地形成3D基准204的可识别图像，因为3D基准204在样品200的顶部表面的平面上方延伸至可检测范围。
优选地，3D基准204在3D基准204的至少两个暴露面上铣削有一个独特的、预定图案，例如预定图案206。预定图案206被铣削成具有相对于背景材料块的明显不同的亮度和对比度值，以便促进3D基准204的图像识别和定位。在本发明的多个优选实施例中，图像识别软件通过分析将一个带电粒子束引导至样品200表面处所形成的图像来自动地定位3D基准204的位置。在3D基准204的至少两个面上具有预定图案使得3D基准204能够通过两个或更多个带电粒子束并且在不同平台倾斜和旋转位置下来同时成像。
图3示出了根据本发明的一个或多个实施例的3D基准204的三维视图。3D基准204在样品200上大致上接近于所感兴趣的区域202处来定位。3D基准204在三个维度(x，y，z)中延伸至可检测范围。3D基准204能够由一个带电粒子束在三个维度中的至少两个中来成像或铣削。例如，如果一个带电粒子束平行于样品200表面并且在y方向中被引导，那么3D基准204至少在xz-平面中是可见的。作为在样品100表面中铣削的标记的现有技术基准在几乎平行于样品200表面的角度下将会是几乎不可视的(如果不是完全不可视)，因为基准并未延伸至样品表面上方的可检测范围，从而使得难以或不可能检测现有技术基准的位置，尤其是对于自动化的图像识别软件来说。
图4示出了说明形成三维基准的一种方法的流程图。3D基准204是通过在样品200上接近于所感兴趣的区域202处来沉积一种材料块而形成的(步骤404)。沉积该材料块以使得它从样品表面延伸至样品表面上方的可检测范围。沉积该材料块以使得当一个带电粒子束在一组角度内的某一角度下被引导时，该材料块能够由该带电粒子束在至少两个维度中进行成像或铣削，该组角度的范围在与所成像或铣削的样品表面共平面的角度与垂直于所成像或铣削的样品表面的角度之间。可使用在样品上形成沉积物的任何方法。例如，在带电粒子束存在下的前驱气体的分解可用于在样品200上沉积材料块。带电粒子束用于在材料块的至少两个暴露面中铣削预定图案(步骤406)。所形成的基准包括铣削有预定图案的材料块。
图5示出了说明使用三维基准来定位样品上的所感兴趣的区域的一种方法的流程图。在使用图4中所示的方法形成3D基准204之后，通过检测3D基准204的位置来检测所感兴趣的区域202的位置。在本发明的一个或多个实施例中，该基准的位置是通过跨越样品200表面的至少一部分来扫描带电粒子束并且形成样品200表面的图像来检测的(步骤504)。在本发明的至少一个实施例中，3D基准204被定位于其中3D基准204可由至少两个带电粒子束来同时成像的位置处。在样品表面的图像中通过检测该图像中的3D基准204的预定图案206来识别3D基准204(步骤506)。在至少一个实施例中，带电粒子束仪器的操作者手动地监测样品200表面的图像，直到操作者检测到样品200表面的图像中的3D基准204的图像，包括在3D基准204的一个或多个暴露面中铣削的预定图案。在本发明的一个优选实施例中，一台计算机自动地分析样品200表面的图像并且自动地检测基准204的预定图案206，例如，通过检测与预定图案206相关的明显不同的亮度和/或对比度值。所感兴趣的区域202的位置是基于检测到的预定图案206和3D基准204的位置来确定(步骤508)。在步骤508中确定所感兴趣的区域202的位置之后，将所感兴趣的区域202以一个带电粒子束来成像或铣削(步骤510)。
图6示出了根据本发明的一个或多个实施例形成的示例性3D基准的显微照片。显微照片600的产生是通过：相对于样品200的顶部表面的法线以近似五十二(52)度角朝向样品200表面来引导一个电子束。3D基准204在接近于所感兴趣的区域202处来沉积。将预定图案206a在3D基准204的顶部表面中铣削。“顶部表面”是3D基准204的、大致上平行于3D基准204被沉积于其上的表面但是不与样品200相接触的表面。将预定图案206b在3D基准204的侧表面中铣削。“侧表面”是3D基准204的、大致上垂直于3D基准204被沉积于其上的表面的表面。因此，3D基准204具有根据图4的步骤406在至少两个其暴露表面中铣削的预定图案206a-b。预定图案206a-b相对于3D基准204的背景材料块的明显不同的亮度和对比度值使3D基准204比所感兴趣的区域202更容易识别。在使用3D基准204来定位所感兴趣的区域202之后，围绕所感兴趣的区域202来铣削沟渠602。
图7示出了根据本发明的一个或多个实施例的示例性3D基准的另一个显微照片。显微照片700的产生是通过：相对于样品200的顶部表面的法线以近似九十(90)度角朝向样品200表面来引导一个电子束。3D基准204在接近于所感兴趣的区域202处来沉积。将预定图案(未示出)在3D基准204的顶部表面中铣削。将预定图案206b在3D基准204的侧表面中铣削。3D基准204具有根据图4的步骤406在至少两个其暴露表面中铣削的预定图案，虽然仅在3D基准的侧表面上的预定图案206b通过该带电粒子束来成像。这是因为该带电粒子束以掠射角、即在此情况下平行于样品200的顶部表面被引导，并且3D基准204的顶部表面是不可见的。出于与3D基准的顶部表面上的预定图案不可见的相同的原因，在样品200的顶部表面上铣削的现有技术基准对于以掠射角朝向样品200表面引导的带电粒子束来说将是不可见的。也就是说，在自顶向下或平面图中可见的表面特征在侧视或正视图中不容易可见(如果不是完全不可见)。然而，因为3D基准在有待成像或铣削的样品表面上方的三个维度中延伸至可检测范围，所以包括预定图案206b的3D基准的侧面对于以掠射角朝向样品200表面引导的一个带电粒子束来说是可见的。也就是说，3D基准204在自顶向下/平面图和侧视/正视图二者中、以及在其之间的任何角度下是可见的。
在一些情况下，所希望的是使用在并非正交于样品表面的角度下朝向样品200表面引导的一个带电粒子束来沉积材料块。例如，在一些双重射束工作上将该平台倾斜以便以扫描电子显微镜(SEM)来产生正交沉积边缘是不可能的。另外，当使用具有平台倾斜能力的较小双重射束系统时，操作者可能在执行SEM沉积时偏好避免平台倾斜。然而，以非正交SEM射束来建立“x方向”3D基准(接近零损伤)沿着“x方向”产生相对于晶片表面的一个非正交沉积轮廓。当后续沉积以垂直于晶片表面的FIB射束来成像时，“z方向”或“自顶向下视图”沉积轮廓在“y方向”上是正交的，但是在“x方向”上不正交。在自动化的“零损伤”应用中关键的是使所感兴趣的区域成像并且同时产生精确地标记所感兴趣的区域在“y方向”上的位置的一个基准。
图12示出了包括处于成像位置中的所感兴趣的区域801的样品800的平面图。成像位置是当以一个带电粒子束使所感兴趣的区域成像时所使用的样品的位置。在此实例中，使用一个非正交带电粒子束将一个3D基准沉积于所感兴趣的区域801上方。因为该带电粒子束以并非正交于样品800表面的角度来引导，所以基准的沉积轮廓在带电粒子束的方向上不正交于样品表面。为了进行补偿，本发明的一个或多个实施例在沉积基准之前将样品800从其成像位置旋转九十度(+90°)至一个沉积位置。图13示出了在沉积基准之前从其成像位置旋转九十度角至其沉积位置的样品800的平面图。
图14示出了旋转至沉积位置中并且包括所沉积的3D基准804的样品800的平面图。在将样品800从其成像位置旋转九十度角至其沉积位置之后，将带电粒子束802引导至样品800表面的所感兴趣的区域上方以便沉积基准804。带电粒子束802优选地以光栅图案来扫描。也就是说，带电粒子束802在x方向上从左侧至右侧、并且在y方向上从顶部至底部一排排地扫描。因为带电粒子束802在x方向上不正交于样品表面800，所以基准的沉积轮廓在x方向上不正交于样品表面。因为带电粒子束802在y方向上正交于样品表面800，所以基准的沉积轮廓在y方向上正交于样品表面。在沉积基准之前，通过将样品800从成像位置旋转至沉积位置，基准可相对于y方向来精确地放置，因为基准的沉积轮廓在y方向上正交于样品表面。此情况更详细地展示于图8-9的侧视图。
图15示出了旋转回到成像位置中的包括所沉积的3D基准804的样品800的平面图。在沉积基准804之后，将样品800旋转九十(-90°)度回到其成像位置。基准804的侧面806和808不正交于样品800表面并且不完全适合于相对于所感兴趣的区域801来精确放置。侧面906和908正交于样品800表面并且完全适合于相对于所感兴趣的区域801来精确放置。
图8示出了处于沉积位置中的3D基准804的“x方向”轮廓的侧视图。带电粒子束802优选地在沉积前驱气体存在下、以光栅图案来扫描以便在样品200上沉积3D基准804的材料块。带电粒子束802首先形成侧面806并且结束于侧面808。因为带电粒子束802以在x方向上不正交于样品200表面的角度来引导，所以3D基准804的侧面806和808在x方向上也不正交于样品200表面。因为3D基准804的侧面806和808在x方向上不正交于样品200的表面，所以它们不适合于在x方向上标记所感兴趣的区域的位置。也就是说，侧面806和808在x方向上是“倾斜的”以使得与3D基准804的底部相比，3D基准804的顶部在x方向上具有不同位置。
图9示出了处于沉积位置中的3D基准804的“y方向”轮廓的侧视图。带电粒子束(未示出)优选地在沉积前驱气体存在下、以光栅图案来扫描以便在样品200上沉积用于3D基准804的一种材料块。带电粒子束802从侧面906朝向侧面908扫描、然后转向侧面906并且稍微从图9的平面移出以便形成另一排。因为带电粒子束802是以在y方向上正交于样品200表面的角度来引导，所以3D基准804的侧面906和908也大致上正交于样品200表面。因为3D基准804的侧面906和908大致上正交于样品200表面，所以它们适合于标记所感兴趣的区域的位置。也就是说，侧面906和908在y方向上不是“倾斜的”，以使得3D基准804的顶部在y方向上具有与3D基准804的底部大致上相同的位置。
图10示出了校正具有非正交沉积轮廓的3D基准的一种方法的流程图。将样品200最初相对于成像位置(即，用于使所感兴趣的区域202成像的平台定向)旋转九十(90)度(步骤1004)。在使样品旋转九十度(+90°)至沉积位置中之后，在y方向上建立材料块的沉积(步骤1006)。然后，使样品在相反方向上旋转九十度(-90°)回到其原始定向(即，成像位置)(步骤1008)并且以FIB或SEM来成像(步骤1010)。沉积中心是3D基准的中心并且不随沉积时间或厚度而变化。x方向3D基准现在具有一个z方向正交轮廓。
图11示出了可用来实施本发明的优选实施例的示例性双重射束FIB/SEM系统1110。虽然提及参考的是双重射束系统，但本发明的方面不限于双重射束系统，而是还可实施于其他带电粒子束系统中，例如单一射束系统中。本发明的一个实施例利用一种双重射束FIB/SEM系统1110，该系统使用或者垂直于样品表面的平面或者相对于其倾斜了几度的一个离子束和具有从离子束的轴心也倾斜例如五十二(52)度的轴心的一个电子束。在一些实施例中，该离子束和电子束能够对准以使得两个射束的视野在几微米或更小范围内重合。离子束典型地用于对工件进行成像和机械加工，而电子束主要用于成像但是也可用于对工件进行一些改良。电子束典型地将产生比离子束图像更高分辨率的图像，并且它不像离子束那样损伤所观察的表面。由两个射束形成的图像可看起来是不同的，并且因此两个射束可提供比单一射束更多的信息。
这种双重射束系统可由分立部件制成或可替代地，可源自于常规装置，例如可从俄勒冈州希尔斯伯勒的FEI公司获得的AlturaTM或ExpidaTM系统。本发明还可使用其他粒子束系统来实施，包括例如单一射束系统，例如仅FIB或SEM系统，或具有两个FIB柱的双重射束系统。
聚焦离子束系统1110包括一个抽真空的壳层1111，该抽真空的壳层具有一个上颈部分1112，在该上颈部分内定位了一个离子源1114和一个聚焦柱1116，该聚焦柱包括多个萃取电极和一个静电光学系统。离子束1118从离子源1114穿过柱1116以及在1120处示意性地指示的静电偏转装置之间而朝向样品1122，该样品包括例如定位于下腔室1126内的可移动X-Y-Z平台1124上的半导体装置。离子泵或其他泵送系统(未示出)可用来对颈部部分1112进行抽真空。腔室1126在真空控制器1132的控制下以涡轮分子和机械泵送系统1130来抽真空。真空系统在腔室1126内提供在近似1×10-7托与5×10-4托之间的真空。如果使用蚀刻辅助、蚀刻阻滞气体、或沉积前驱气体，那么腔室背景压力可升高，典型地至约1×10-5托。
高压电源1134连接至离子源1114以及在聚焦柱1116中的合适电极上以用于形成一个离子束1118并且将其向下引导。根据由图案发生器1138提供的规定图案操作的偏转控制器和放大器1136联接至偏转板1120上，由此可控制射束1118以便描绘出样品1122的上表面上的对应图案。在一些系统中，这些偏转板放置在最终透镜之前，如本领域中熟知的。
离子源1114典型地提供一个镓金属离子束，尽管可使用其他离子源，例如多会切(multicusp)或其他等离子体离子源。离子源1114典型地能够在样品1122处被聚焦成一个十分之一微米以下宽度的射束，以用于或者通过离子铣削、增强蚀刻、材料沉积来修整样品1122、或者用于使样品1122成像的目的。用于检测供成像的二次离子或电子发射的一个带电粒子倍增器1140连接至信号处理器1142上，其中来自带电粒子倍增器1140的信号被放大、转化成数字信号、并且经受信号处理。所产生的数字信号会在监视器1144上显示样品1122的图像。
FIB/SEM系统1110还具有一个扫描电子显微镜1141，连同电源和控制单元1145。通过在阴极1152与阳极1154之间施加电压而从阴极1152发射出一个电子束1143。电子束1143通过一个聚光透镜1156和一个物镜透镜1158被聚焦成一个细微的斑点。电子束1143通过偏转线圈1160在标本上进行二维扫描。聚光透镜1156、物镜透镜1158以及偏转线圈1160的操作由电源和控制单元1145来控制。
电子束1143可被聚焦至样品1122上，该样品是处于下腔室1126内的可移动X-Y-Z平台1124上。扫描电子显微镜1141产生一个细微聚焦的电子束1143，该电子束跨越结构的表面、优选地以光栅图案来扫描。当电子束1143中的电子撞击工件1122的表面时，发射出二次电子和背散射电子。相应地，这些电子由二次电子检测器1140或背散射电子检测器1162来检测。由或者二次电子检测器1140或者背散射电子检测器1162产生的模拟信号通过信号处理单元1142来放大并转化成数字亮度值。所产生的数字信号可在监视器1144上显示为样品1122的图像。
开启一个门1170以用于将样品1122插入至平台1124(该平台可被加热或冷却)上，并且还用于检修一个内部供气储槽(如果使用了它)。该门被联锁以使得如果系统处于真空下，那么它就不能开启。该高压电源对离子束柱1116中的电极提供适当的加速电压以用于激励和聚焦离子束1118。
一个气体输送系统1146延伸至下腔室1126中以用于朝向样品1122来引入并引导一种气态蒸气。被转让给本发明的受让人的卡塞拉(Casella)等人的美国专利号5,851,413“用于粒子束处理的气体输送系统”(“GasDeliverySystemsforParticleBeamProcessing”)描述了一种合适的气体输送系统1146。另一种气体输送系统描述于也被转让给本发明的受让人的拉斯穆森(Rasmussen)的美国专利号5,435,850“注气系统”(“GasInjectionSystem”)中。例如，可输送碘以便增强蚀刻，或可输送一种金属有机化合物以便沉积金属。
系统控制器1119控制双重射束系统1110的各种零件的操作。通过系统控制器1119，用户可经由输入至常规用户界面(未示出)中的指令来引起离子束1118或电子束1143以所希望的方式进行扫描。系统控制器1119还可包括计算机可读存储器1121并且可根据存储于存储器1121中的数据或程序化指令来控制双重射束系统1110。存储于存储器1121中的关于样品/半导体的CAD数据可用于建立一个CAD多边形叠置分析、或建立被用于定位所感兴趣的特征和对准点或如上所述来转移基准的其他位置数据。
在多个替代性实施例中，将FIB柱对准以使得离子束被正交地引导至样品表面，并且将SEM柱对准以使得电子束以不正交于样品表面的角度被引导。例如，根据图8-10和12-15中描述的本发明的实施例，可优选地将SEM对准以使得电子束以四十五度(45°)角被引导至样品表面。图16-17示出了替代性实施例的说明，将FIB柱对准以使得离子束被正交地引导至样品表面并且将SEM柱对准以使得电子束以不正交于样品表面的角度被引导。图16示出了双重射束系统1600的平面图，其中SEM柱1606不正交于样品1602的表面，而FIB柱1604正交于样品1602的表面。图17示出了双重射束系统1600的侧视图，其中SEM柱1606不正交于样品1602的表面，而FIB柱1604正交于样品1602的表面。
根据本发明的一些实施例，在样品上形成基准并且使用其来定位样品上的所感兴趣的区域的方法包括：通过在样品上接近于样品上的所感兴趣的区域处来沉积一种材料块而形成一个基准，该材料块从样品表面延伸至样品表面上方的可检测范围；并且使用一个带电粒子束在该材料块的至少两个暴露面中铣削预定图案；在形成该基准之后，通过检测基准的位置来检测所感兴趣的区域的位置；并且在检测到所感兴趣的区域的位置之后，用一个带电粒子束来对所感兴趣的区域进行成像或铣削。
在一些实施例中，检测基准的位置包括：使用一个带电粒子束来使样品表面的至少一部分成像；并且在该样品部分的图像中检测基准的预定图案。在一些实施例中，该样品部分的图像中的基准的预定图案是由图像识别软件来自动检测的。
在一些实施例中，在基准中铣削预定图案以使得当基准由一个带电粒子束来成像时，该基准将具有明显不同于材料块的亮度或对比度值。在一些实施例中，所沉积的材料块能够由一个带电粒子束在至少两个维度中来成像或铣削。在一些实施例中，将基准定位于其中该基准可由至少两个带电粒子束来同时成像的位置处。在一些实施例中，成像是由一个电子束来执行并且铣削是由一个聚焦离子束来执行。在一些实施例中，所沉积的材料块具有大致上平行六面体的几何形状。
根据本发明的一些实施例，用于定位样品上的所感兴趣的区域的基准包括：在接近于样品上的所感兴趣的区域处所沉积的一种材料块，该材料块从样品表面延伸至样品表面上方的可检测范围；以及在该材料块的至少两个暴露面中铣削的预定图案。
在一些实施例中，基准的最大维度不大于一百微米(100μm)。在一些实施例中，基准的最大维度不大于十微米(10μm)。在一些实施例中，基准的最大维度不大于一微米(1μm)。在一些实施例中，材料块包括一个凸起的铂垫。
在一些实施例中，在基准中铣削预定图案以使得当基准由带电粒子束来成像时，基准将具有明显不同于材料块的亮度或对比度值。在一些实施例中，将基准定位于其中基准可由至少两个带电粒子束来同时成像的位置处。在一些实施例中，所沉积的材料块具有大致上平行六面体的几何形状。
根据本发明的一些实施例，一种系统包括：至少一个带电粒子束；一个样品平台；一个安置于该样品平台上的样品；一个安置于该样品上的基准，该基准包括在接近于样品上的所感兴趣的区域处所沉积的一种材料块，该材料块从样品表面延伸至样品表面上方的可检测范围；以及在该材料块的至少两个暴露面中铣削的一个预定图案。
在一些实施例中，基准的最大维度不大于一百微米(100μm)。在一些实施例中，基准的最大维度不大于十微米(10μm)。在一些实施例中，基准的最大维度不大于一微米(1μm)。在一些实施例中，材料块包括一个凸起的铂垫。
在一些实施例中，在基准中铣削预定图案以使得当基准由一个带电粒子束来成像时，该基准具有明显不同于材料块的亮度或对比度值。在一些实施例中，将基准定位于其中基准可由至少两个带电粒子束来同时成像的位置处。在一些实施例中，所沉积的材料块具有大致上平行六面体的几何形状。
根据本发明的一些实施例，在样品上形成基准以便定位样品上的所感兴趣的区域的方法包括：将样品从一个成像位置旋转大致上九十(90)度；在将样品从该成像位置旋转大致上九十(90)度之后，使用在不垂直于样品表面的角度下朝向样品表面而引导的一个带电粒子束在所感兴趣的区域上或附近沉积一种材料块；并且在沉积该材料块之后而在检测所感兴趣的区域的位置之前，将样品旋转大致上九十(90)度以便使样品回到其初始位置。
在一些实施例中，该带电粒子束是扫描电子显微镜的电子束，该电子束是以不正交于样品表面的角度来引导于样品表面处。在一些实施例中，该方法进一步包括在形成基准之后，通过定位该基准来定位所感兴趣的区域并且将一个聚焦离子束朝向所感兴趣的区域来引导，该聚焦离子束是以大致上正交于样品表面的角度来引导于样品表面处。
虽然已经详细描述了本发明和其优势，但是应了解可在此产生各种变化、取代以及改变而不背离如随附权利要求所定义的本发明的精神和范围。而且，本申请的范围不意图限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法以及步骤的特定实施例。如本领域普通技术人员根据本发明的披露内容容易认识到，可根据本发明来利用目前存在或有待以后开发的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤，它们执行与在此描述的对应实施例大致上相同的功能或实现大致上相同的结果。因此，随附权利要求意图在其范围内包括这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。
我们提出如下权利要求：

Claims (24)

1.一种在样品上形成基准并且使用该基准来定位该样品上的所感兴趣的区域的方法，该方法包括：
形成一个基准，该形成是通过以下步骤：
在样品上接近于该样品上的所感兴趣的区域处来沉积一种材料块，该材料块从该样品的表面延伸至该样品表面上方的可检测范围；并且
使用一个带电粒子束在该材料块的一个暴露面中铣削一个预定图案；以及
在形成该基准之后，通过检测该基准的位置来检测该所感兴趣的区域的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中检测该基准的位置包括：
使用一个带电粒子束来使该样品表面的至少一部分成像；并且
在该样品的该部分的图像中检测该基准的该预定图案。
3.如权利要求2所述的方法，其中在该样品的该部分的图像中，该基准的该预定图案是由图像识别软件来自动检测的。
4.如权利要求1所述的方法，其中在该基准中铣削该预定图案以使得当该基准由一个带电粒子束来成像时，该基准将具有明显不同于该材料块的亮度或对比度值。
5.如权利要求1所述的方法，其中所沉积的材料块能够由一个带电粒子束在至少两个维度中来成像或铣削。
6.如权利要求1所述的方法，其中将该基准定位于以下位置处：在该位置处该基准能够由至少两个带电粒子束来同时成像。
7.如权利要求1所述的方法，其中成像是由一个电子束来执行并且铣削是由一个聚焦离子束来执行。
8.如权利要求1所述的方法，其中所沉积的材料块具有大致上平行六面体的几何形状。
9.一种用于定位样品上的所感兴趣的区域的基准，该基准包括：
在接近于样品上的所感兴趣的区域处所沉积的一种材料块，该材料块从该样品的表面延伸至该样品表面上方的可检测范围；以及
在该材料块的一个暴露面中铣削的一个预定图案。
10.如权利要求9所述的基准，其中该基准的最大尺寸不大于一百微米。
11.如权利要求9所述的基准，其中该基准的最大尺寸不大于十微米。
12.如权利要求9所述的基准，其中该基准的最大尺寸不大于一微米。
13.如权利要求9所述的基准，其中该材料块包括一个凸起的铂垫。
14.如权利要求9所述的基准，其中在该基准中铣削该预定图案以使得当该基准由一个带电粒子束来成像时，该基准将具有明显不同于该材料块的亮度或对比度值。
15.如权利要求9所述的基准，其中将该基准定位于以下位置处：在该位置处该基准能够由至少两个带电粒子束来同时成像。
16.如权利要求9所述的基准，其中所沉积的材料块具有大致上平行六面体的几何形状。
17.一种系统，包括：
至少一个带电粒子束；
一个样品平台；
一个安置于该样品平台上的样品；
一个安置于该样品上的基准，该基准包括：
在接近于该样品上的所感兴趣的区域处所沉积的一种材料块，该材料块从该样品的表面延伸至该样品表面上方的可检测范围；以及
在该材料块的一个暴露面中铣削的一个预定图案。
18.如权利要求17所述的系统，其中该基准的最大尺寸不大于一百微米。
19.如权利要求17所述的系统，其中该基准的最大尺寸不大于十微米。
20.如权利要求17所述的系统，其中该基准的最大尺寸不大于一微米。
21.如权利要求17所述的系统，其中该材料块包括一个凸起的铂垫。
22.如权利要求17所述的系统，其中在该基准中铣削该预定图案以使得当该基准由一个带电粒子束来成像时，该基准将具有明显不同于该材料块的亮度或对比度值。
23.如权利要求17所述的系统，其中将该基准定位于以下位置处：在该位置处该基准能够由至少两个带电粒子束来同时成像。
24.如权利要求17所述的系统，其中所沉积的材料块具有大致上平行六面体的几何形状。
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