CN103797351B - 掠射角铣削 - Google Patents

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Abstract

一种用于为电子显微镜形成平面横截面视图的方法和系统。该方法包括：将来自离子源的离子束引导向样品的第一表面以对该样品的至少一部分进行铣削；使用该离子束对该第一表面进行铣削以暴露出第二表面，其中相对于参考深度，对该第二表面在该离子源远端的末端铣削至比该第一表面在该离子源的近端的末端更大的深度；将来自电子源的电子束引导至该第二表面；以及通过对该电子束与该第二表面的交互进行检测来形成该第二表面的图像。实施例还包括在形成横截面之前使样品的第一表面平面化。

Description

掠射角铣削
发明技术领域
本发明涉及带电粒子束铣削，并且具体地涉及一种为扫描电子显微镜 形成平面横截面视图的方法。
发明背景
带电粒子束系统用于各种应用中，包括微型制造装置的制造、修理和 检查，如集成电路、磁性录音头以及光刻掩模。双束系统(如可从本发明的受 让人FEI公司商购的双束仪器)典型地包括能够以对目标造成最小破坏来提供 高分辨率图像的扫描电子显微镜(SEM)和能够用于改变衬底和形成图像的离 子束系统，如聚焦或成形束系统(FIB)。例如，在Hill等人的美国专利号7，161，159 中描述了这种理想的束系统，该专利通过引用以其全文结合在本申请中。在一 些双束系统中，FIB被定向成偏离竖直方向如52度的角，而电子束柱被竖直地 定向。在其他系统中，电子束柱是倾斜的，而FIB被竖直地定向或者也是倾斜的。样品安装在其上的台典型地可以是倾斜的，在一些系统中高达60度。
双束系统的常见应用是在微制造过程中分析缺陷和其他特征以排除 故障、调整和改进微制造工艺。缺陷分析在半导体生产的所有方面(包括设计 验证诊断、生产诊断)中和微电路研究和开发的其他方面中是有用的。随着装 置几何形状继续缩小和新材料的引入，当今半导体的结构复杂性指数地增长。 用这些新材料创造的结构许多可再入的，从后面穿透之前的层。因此，装置故 障的缺陷和结构原因经常深藏在表面下方。
相应地，缺陷分析经常需要在三维基础上对缺陷进行横截并且对其进 行观察。随着铜导体装置在半导体晶片上越来越多的使用，能够进行三维缺陷 分析的更好的系统比以往更加重要。这是因为存在更多的被隐埋的和／或更小的 缺陷，并且此外，在许多情况下需要化学分析。此外，用于缺陷表征和故障分 析的结构诊断解决方案需要在更少的时间内产生更多的可靠结果，从而允许设 计师和制造商自信地分析复杂的结构故障、理解材料成分和缺陷源头并提高产 量。
例如，双束系统可以用于对金属镶嵌工艺制造的铜互连沟槽内的孔隙 进行检测。在典型的金属镶嵌工艺中，衬底的底层硅氧化物绝缘层用明沟槽图 案化，铜导体应沉积在这些明沟槽中。将沟槽显著填满的厚铜涂层沉积在绝缘 体上，并且化学机械平面化用于将铜移除到绝缘层的顶部水平。不清除向下沉 积在绝缘层的沟槽内的铜并且其变成图案化导体。沟槽内的铜中的任何孔隙会 引起开路缺陷。为了对沟槽内的填充质量进行评价，双束系统可以用于暴露出 沟槽的横截面并使其成像。
图1示出了一种用于使用如现有技术中众所周知的双束SEM／FIB系统 暴露出横截面的方法。典型地，为了分析样品102内的特征，聚焦离子束(FIB) 使垂直于具有有待观察的隐藏特征的样品材料的表面112的顶部的横截面或面 108暴露出来。因为SEM束轴106相对于FIB束轴104典型地成锐角，所以优选地 清除掉该面前面的样品的一部分，从而使得SEM束可以有机会使该面成像。现 有技术方法的一个问题在于必须典型地沿着沟槽的长度暴露出大量横截面以 形成足够大小的样品集合，以对沟槽进行正确地表征。
对于相对于FIB形成的开口位于深处的特征而言，现有技术方法受到 降低的信噪比的困扰。这种情况类似于使闪光灯照射入一个深孔以试图形成该 孔的侧面的图像。例如，典型的铜互连沟槽宽5至8纳米(nm)、深12纳米(nm)。 来自SEM的许多电子停留在沟槽内而没有被散射回检测器。
双束系统的一种常见的应用是在生物科学领域内。例如，电子显微术 允许观察疾病的分子机制、柔性蛋白质结构的构造和单独病毒和蛋白质在其自 然生物背景下的行为。一种与电子显微术一起使用以便对生物材料进行分析的 技术例如被称为“切片并观察(S1ice-and-View)”。本技术典型地与双束SEM／FIB 系统一起执行。
在切片并观察的技术中，FIB以高精度对样品进行切削和切片以露出 其3D内部结构或特征。通过SEM获得该面的图像后，可以使用FIB清除掉该面 处的另一层衬底，从而露出一个新的、更深的面并且因此露出该特征的更深的 横截面。由于该特征在恰好该面的表面处的部分对SEM可见，所以切削和成像 或切片和观察的连续重复提供将切片样品重构成该特征的3D展示所需的数据。 然后，该3D展示用于分析样品特征。
如果对样品的大截面进行加工，则样品经切片并观察程序的加工会花 费很长的时间。甚至相对于样品相关特征相对小，这也是真实的，因为典型地， 对特征的位置的了解精度不足以将FIB和SEM的束引导至包含该特征的样品的 最接近区域。因此，对疑似具有该特征的样品的大截面进行加工以便对该特征 进行定位。在SEM的典型的最大视野为约150微米的情况下，对此大小的区域 进行切片铣削和成像是一项巨大的时间投资，尤其是使用SEM上的高分辨率设 置。可替代地，可以使该区域的许多较小的部分成像，但这样做生成大量图像 数据，并且典型地需要将结果图像拼接在一起以形成一张较大的合成图像。这 种工艺当前在任何地方可以持续从几小时到几天。
在现有技术方法中，因为还没有精确地预测特征穿过样品的形状的方 向，所以已经需要通过切片并观察程序的每个迭代来对相对大的截面进行加 工。某些穿过样品具有长、弯曲形状的特征使此问题尤其严重，血管或神经就 是这种情况。
发明概述
本发明的实施例针对一种为电子显微镜形成平面横截面视图的方法。 该方法包括将来自离子源的离子束引导向样品的第一表面以对该样品的至少 一部分进行铣削。该方法进一步包括使用该离子束对该第一表面进行铣削以暴 露出第二表面，其中相对于参考深度，将该第二表面在该离子源远端的末端铣 削至比该第一表面在该离子源的近端的末端更大的深度。该方法进一步包括将 来自电子源的电子束引导至该第二表面。该方法进一步包括通过对该电子束与 该第二表面的交互进行检测来形成该第二表面的图像。
本发明的另一个实施例针对一种为电子显微镜形成横截面视图的方 法。该方法包括：将来自离子源的离子束引导向样品的第一表面以对该样品的 至少一部分进行铣削；使用该离子束在至少位于相关特征的局部区域内对该第 一表面进行铣削以使该第一表面在至少该相关特征的局部区域内基本上是平 面的；对该第一表面铣削之后，对该样品进行铣削以暴露出第二表面，该第二 表面包括该相关特征的横截面；将来自电子源的电子束引导至该第二表面；以 及通过对该电子束与该第二表面的交互进行检测来形成该第二表面的图像。
本发明的另一个实施例针对一种用于为电子显微镜形成平面横截面视图 的系统，该系统包括聚焦离子束柱；电子显微镜；用于支持样品的样品台；以 及计算机控制器。该计算机控制器包括用计算机指令进行编码的非瞬态计算机 可读介质，当被该计算机控制器执行时，这些计算机指令致使该系统：将来自 离子源的离子束引导向样品的第一表面以对该样品的至少一部分进行铣削；使 用该离子束对该第一表面进行铣削以暴露出第二表面，其中相对于参考深度， 将该第二表面在该离子源远端的末端铣削至比该第一表面在该离子源的近端 的末端更大的深度；将来自电子源的电子束引导至该第二表面；以及通过对该 电子束与该第二表面的交互进行检测来形成该第二表面的图像。
本发明的另一个实施例针对一种用于为电子显微镜形成横截面视图 的系统，该系统包括聚焦离子束柱；电子显微镜；用于支持样品的样品台；以 及计算机控制器。该计算机控制器包括用计算机指令进行编码的非瞬态计算机 可读介质，当被该计算机控制器执行时，这些计算机指令致使该系统：将来自 离子源的离子束引导向样品的第一表面以对该样品的至少一部分进行铣削；使 用该离子束在至少位于相关特征的局部区域内对该第一表面进行铣削以使该 第一表面在至少该相关特征的局部区域内基本上是平面的；对该第一表面铣削 之后，对该样品进行铣削以暴露出第二表面，该第二表面包括该相关特征的横截面；将来自电子源的电子束引导至该第二表面；以及通过对该电子束与该第 二表面的交互进行检测来形成该第二表面的图像。
附图简要说明
为了更加彻底地理解本发明及其优点，现在结合附图参考以下说明， 其中：
图1示出了一种用于使用如现有技术中众所周知的双束SEM／FIB系统 暴露出横截面的方法；
图2示出了根据本发明的一个或多个实施例的在用于为扫描电子显微 镜形成平面横截面视图的双束系统中的样品定向；
图3示出了样品222的目标区域300，该区域包括多个特征302-308，希 望其形成这些特征在沿着目标区域300内的特征的不同长度下的SEM图像；
图4示出了沿着图3中所示的割线A-A’截取的样品222的横截面；
图5示出了根据本发明的一个或多个实施例以一定的掠射角对样品 222的顶面进行离子束铣削；
图6示出了根据本发明的一个或多个实施例的在掠射角铣削之后的样 品目标区域的斜视图；
图7示出了铣削之后的特征302的斜视图；
图8示出了可以用来实施本发明的一个或多个实施例的示例性双束 FIB／SEM系统；以及
图9为一个流程图，示出了根据本发明的一个或多个实施例执行样品 分析的步骤。
优选实施方案的详细描述
本发明的优选实施例针对一种适用于在半导体制造中使用的缺陷分 析的新颖方法，尽管本发明可以在如下所述的其他样品的分析中使用。为了分 析半导体芯片(例如，包含金属铣削沟槽的芯片)而不使用如现有技术中的正 交定向FIB来暴露出一序列横截面，根据本发明的优选实施例的样品分析利用 掠射角铣削，其中以对样品表面成非常小的角度来对FIB进行定向，优选地以 不大于10°的角。
如以下讨论的图2中所示，因为相对于样品表面以如此小的角对离子 束进行定向，所以在离子源对面，被铣削掉的样品材料量将更大。即，在样品 距离离子源最远的末端上比在距离离子源最近的末端上将所暴露的表面铣削 至更大的深度。这引起所暴露的表面相对于原始样品表面具有向下的斜坡。对 于如多行金属填充沟槽的样品特征而言，距离离子源最近的沟槽将具有所暴露 沟槽的上部部分，同时将暴露出距离子源更远的沟槽的更深部分。一旦已经暴 露出有斜坡的样品表面，则可以例如用电子束自顶向下使暴露面成像。就所提 供的结构信息而言，所暴露的有斜坡的面的图像将实质上是一个平面视图和多个横截面视图的组合。
图2示出了根据本发明的一个或多个实施例以一定的掠射角对样品 222的顶面进行离子束铣削。在图2的实施例中，样品222安装在标准的45°预倾 斜样品桩墩302上，该样品桩墩进而安装在离子束系统(如双束系统SEM／FIB) 内的倾斜样品台224上。例如可以从美国俄勒冈州希尔斯伯勒市的本申请的受 让人FEI公司商购适合的双束系统。虽然以下提供了合适硬件的示例，但本发 明不限于以任何具体类型的硬件被实现。在图2的实施例中，对电子束和离子 束进行定向，其中，电子束250垂直于未倾斜的样品台并且离子束218处于大约 52°的角度下。在其他实施例中，没有使用预倾斜样品桩墩302，并且由样品台 倾斜和／或柱倾斜来设置样品的倾斜。
如图2中所示，倾斜该台，从而使得相对于样品表面将离子束定位成 微小的掠射角。优选地，该掠射角为10°或更小，更优选地为5°或更小，或者甚 至更优选地为1°或更小。如此处使用的，掠射角铣削将是指以离子束和顶面之 间的10°或更小的角对样品进行铣削。在图2中所示的实施例中，合适的掠射角 源于45°样品桩墩和8°-10°台倾斜度的使用。因此，离子束218针对仅1-3度的掠 射角下的样品222的顶面。
实际所用的角将取决于正在使用的系统和有待进行的测量深度。例 如，典型的铜互连沟槽深12纳米(nm)。调整样品台224的倾斜度，从而使得 离子束218与样品222之间的角将在目标区域300的远端处产生一个12nm深的 切削。熟练人员将认识到，尽管在图2的实施例中，离子束恰好被引导到样品 的上表面，但在一些优选实施例中，可以将该束更深入地引入到样品内，以几 乎相同的方式暴露出更加深埋的特征。
图3示出了样品222的目标区域300，该区域包括多个特征302-308，希 望其形成这些特征在沿着目标区域300内的特征的不同长度下的SEM图像；例 如，样品222可以是包含金属镶嵌工艺中形成的铜互连沟槽的晶片。目标区域 300为样品222包含沟槽302-308的部分，希望该部分在金属镶嵌工艺过程中对 沟槽302-308中已经形成的任何铜孔隙进行检测。尽管大部分描述在此针对其 中有待分析的样品为半导体芯片的优选实施例，但当希望类似的分析时，本发 明的实施例还可以针对其他类型的样品，如生物或地质样品。
图4示出了沿着图3中所示的割线A-A’截取的样品222的横截面。特征 302-308从样品222的顶面延伸进样品222内给定的深度(d)。例如，典型的铜 互连沟槽宽度(w)为5至8纳米(nm)、深度(d)为12nm。为了使用现有技 术方法检查缺陷，将必须沿着目标区域300的长度进行一系列的费时的横截面 切削。然后，通过SEM单独地使这些横截面中的每个横截面成像。如图5中所 示，本发明的一个或多个实施例能够以改进的周期时间和信噪比对特征缺陷进 行检测。
图5示出了根据本发明的一个或多个实施例以一定的掠射角对样品 222的顶面进行离子束铣削。根据本发明的优选实施例，掠射角是以边缘为导 向的铣削角而不是自顶向下的铣削角。即，不是以近乎直角引导向样品222的 顶面以暴露出带有一系列垂直切削的立面，而是在铣削前，离子束218以非常 锐的“掠射”角从样品的边缘引导至样品222处。在目标区域300的长度上，该 角被选择成使得离子束218在目标区域300在离子源214远端的末端处将样品 222的顶面铣削至预先确定的深度(d0)。铣削之后，在目标区域300内暴露出样品的表面，其中相对于样品222的底面，该目标区域的远端502被铣削至比该 目标区域内的样品222的顶面的近端504被铣削到的(如果有)深度更大的深度。
掠射角下的铣削的效应是，在从离子束218的单一切削的情况下，至少在目标区域300内沿着特征302的长度在不同深度下暴露出特征302-308（仅示出了特征302）。然后，SEM在沿着目标区域300的长度的不同位置上使特征302-308成像以对那些位置上的特征进行表征。基于样品222被铣削时所在的角和位置距切口的近端边缘的距离，每个位置对应于一个不同的深度。图6和图7中示出了以上内容。
图6示出了根据本发明的一个或多个实施例的在掠射角铣削之后的样 品目标区域的斜视图。将样品222的远端502铣削至比近端504更大的深度，并 且样品的表面在这两端之间线性地倾斜。图7示出了铣削之后的特征302的斜视 图。在特征的远端502处将特征302铣削至预先确定的深度d0。(如果真要铣削) 在特征的近端504处将特征302铣削极少的程度。SEM用于沿着特征302的长度 成像。因为掠射角铣削引起特征302的表面从0nm到d0nm逐渐地倾斜，所以 SEM可以通过在沿着特征302的长度的相应位置处形成图像而在不同深度处对 该特征进行表征。在这些位置中的每个位置处对单独的横截面切削进行铣削是 没必要的，由此为缺陷分析产生改进的周期时间。
进一步地，如与典型的横截面切削相比，本发明的实施例还可以提供 改进的样品面的成像。使用连续地暴露出样品内的横截面的现有技术方法，典 型地，向样品内铣削出楔形孔以暴露出样品面并且例如通过电子束为有待成像 的暴露面提供足够的空间。当使横截面成像时，损失一些将以另外的方式用于 帮助该图像的次级电子，因为它们冲击在楔形孔的侧边上。其结果是，损失了 信号强度和降低了信噪比。然而，根据本发明的一个或多个实施例，没有向样 品内铣削出孔来暴露出横截面。相反，如与现有技术相比，掠射角铣削产生更 容易成像和产生改进的信噪比的有斜坡的表面。
图8示出了可以用来实施本发明的一个或多个实施例的典型双束 FIB／SEM系统800。聚焦离子束系统800包括抽真空的壳层811，该抽真空的壳 层具有上颈部分812，在该上颈部分内定位了离子源814和聚焦柱816，该聚焦 柱包括萃取电极和静电光学系统。离子束818从离子源814穿过柱816以及在820 处示意性地指示的静电偏转装置之间而朝向样品822，该样品包括例如定位于 下腔室826内的可移动样品台824上的半导体器件。离子泵828用于排空上颈部 分812。腔室826在真空控制器832的控制下以涡轮分子和机械泵送系统830来抽 真空。真空系统在腔室826内提供在近似1×10-7托与5×10-4托之间的真空。如 果使用蚀刻辅助气体、蚀刻阻滞气体、或沉积前驱气体，那么腔室背景压力会 升高，典型地升至约1×10-5托。
高压电源834连接至离子源814以及聚焦柱816中的合适电极上以用于 形成离子束818并且将其向下引导。根据由图案发生器838提供的规定图案操作 的偏转控制器和放大器836耦联至偏转板820上，由此可控制束818以便描绘出 样品822的上表面上的相应图案。如本领域中熟知的，在一些系统中，这些偏 转板放置在最后透镜之前。
离子源814典型地提供镓金属离子束，尽管可以使用其他离子源，如 多会切(multicusp)或其他等离子体离子源。离子源814典型地能够在样品822 处被聚焦成十分之一微米以下宽度的束，以用于或者通过离子铣削、增强蚀刻、 材料沉积来修整样品822、或者用于使样品822成像的目的。用来对用于成像的 次级离子或电子发射进行检测的带电粒子倍增器840连接到放大器842上。放大 后的信号被转换成数字信号并经历信号处理器单元843进行的信号处理。结果 数字信号会在监控器844上显示工件822的图像。
扫描电子显微镜841连同电源和控制单元845还提供有FIB系统800。通 过在阴极852与阳极854之间施加电压从而从阴极852发射出电子束850。电子束 850通过聚光透镜856和物镜透镜858被聚焦成一个细斑点。电子束850通过偏转 线圈860在试样上进行二维扫描。聚光透镜856、物镜透镜858以及偏转线圈860 的操作由电源和控制单元845来控制。
电子束850可被聚焦到工件822上，该工件位于下腔室826内的样品台 824上。当电子束内的电子碰撞工件822时，发射出次级电子。由次级电子检测 器840或由反向散射式电子检测器862检测这些次级电子，这些检测器连接到放 大器842上。放大后的信号被转换成数字信号并经历信号处理器单元843进行的 信号处理。结果数字信号会在监控器844上显示工件822的图像。
气体输送系统846延伸至下腔室826内以用于向样品822引入并引导气 态蒸气。Casella等人的被转让给本发明的受让人的题为“用于粒子束加工的输 送系统(DeliverySystems for Particle Beam Processing)”美国专利号5,851,413 描述了一种合适的流体输送系统246。Rasmussen的也被转让给本发明的受让人 的题为“注气系统(GasInjection System)”美国专利号5,435,850中描述了另 一种气体输送系统。
若使用门，打开门870，以便将样品822插入可以被加热或冷却的样品 台824上，并且以便维修内部供气容器。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816中的电极提供适当的加速 电压以用于激励和聚焦离子束818。例如可以从美国俄勒冈州希尔斯伯勒市的 本发明的受让人FEI公司商购双束FIB／SEM系统。
图9为一个流程图900，示出了根据本发明的一个或多个实施例执行样 品分析的步骤。该过程在终止符902处开始。在步骤904，将离子束218引导至 样品222的第一表面处以对样品222的至少一部分进行铣削。在优选实施例中， 第一表面为样品222的顶面并且以掠射角将离子束218引导到顶面的边缘附近 而不是以近乎直角被引导向顶面。在步骤906，离子束218对该第一表面进行铣 削以暴露出样品222内的第二表面，其中相对于参考深度，将该第二表面在离 子源214远端的末端铣削至比该第一表面在离子源214的近端的末端更大的深 度。即，沿着所暴露的第二表面的长度，将该第二表面距离束源更远的末端铣 削至比该第二表面离该束源最近的末端更大的深度。由于束相对于第一表面的 角引起深度差。因为该角为掠射角，所以可以使得沿着整个第二表面的深度差 仅基于如有待分析的特征处的深度。在步骤908，将来自SEM241的电子束250 引导向该第二表面以便形成该第二表面的图像。在步骤910，通过对该电子束 与该第二表面的交互进行检测来形成该第二表面的至少一部分的图像。例如， 当电子束250被引导到样品222的第二表面处时，次级电子检测器240或反向散 射式电子检测器262可以用于从所发射的次级电子形成图像。在步骤912，对步 骤910中形成的图像进行分析以确定该第二表面的特征是否具有缺陷。例如， 如果该样品为具有铜互连沟槽的半导体晶片，则可以对根据图9的方法形成的 图像进行分析以确定沟槽的填充质量，即，在镀层过程中对沟槽内的孔隙进行 检测。在切片并观察应用中，图像可以被用作多个用于组成特征的三维结构的 切片其中之一。
掠射角铣削可以用于使样品表面的局部区域平面化。不需要对样品 222的顶面的整个长度进行铣削。在本发明的一些实施例中，仅对样品222的顶 面的长度的一部分进行铣削。可以执行掠射角铣削以使具有不规则表面的样品 的相关特征附近的局部区域平面化，以减少或防止后续横截面铣削操作过程中 出现垂落。当以不同的铣削速率清除材料时出现垂落。当通过同一条束在不同 速率下对由清除的材料组成的特征进行铣削时会发生这种垂落。当对具有不规 则形状的表面进行铣削时也会发生这种垂落。例如，相关特征可以是硅穿孔 (TSV)。横截面TSV为半导体实验室内对孔隙和表面界面进行表征的常见作法。由于TSV的深度(典型地，50-300nm)，用离子束对TSV的横截面进行铣 削会引起实质性的垂落。在执行对TSV的横截面铣削之前用掠射角铣削对TSV 的局部区域内的样品表面进行平面化可以减少或防止横截面铣削过程中出现 垂落。
图10为一张SEM显微图像，示出了样品的顶面平面化和硅穿孔的横截 面。显微图像1000示出了具有顶面1002、侧面1004、顶面平面化切削1010、横 截面切削1006和硅穿孔1008。样品的顶面1002具有不规则的形状，这使得自顶 向下的横截面切削易于出现垂落。例如，顶面1002可以是在进行横截面之前沉 积在样品上的保护层，如铂保护层。将掠射角铣削放置在位于TSV1008上方的 顶面1002的部分上。掠射角铣削使TSV1008上方的局部区域内的顶面1002平面 化，从而减少或消除表面不规则性。在执行掠射角铣削以使TSV1008上方的局 部区域内的顶面1002平面化之后，执行横截面铣削以暴露出TSV1008的横截 面。因为在TSV1008上方的局部区域内使顶面1002平面化，所以减少或消除了 横截面切削1006中的垂落，从而为后续分析提供了更好的TSV1008的横截面。
图11为一张SEM显微图像，示出了图10的样品的横截面视图，在通过 掠射角铣削使顶面平面化之后铣削了该横截面。顶面平面化切削1010使得TSV 1008上方的样品表面的局部区域基本上是平面的。其结果是，大幅减少或消除 了后续铣削的横截面切削1006内的垂落，从而为后续分析提供了更好的TSV 1008的横截面。
因此，本发明的优选实施例提供了一种为电子显微镜形成平面横截面 视图的方法，该方法包括：将来自离子源的离子束引导向样品的第一表面以对 该样品的至少一部分进行铣削；使用该离子束对该第一表面进行铣削以暴露出 第二表面，其中相对于参考深度，将该第二表面在该离子源远端的末端铣削至 比该第一表面在该离子源的近端的末端更大的深度；将来自电子源的电子束引 导至该第二表面；以及通过对该电子束与该第二表面的交互进行检测来形成该 第二表面的图像。该方法可以进一步包括对该第二表面的图像进行分析以确定 该第二表面的特征是否包括缺陷。
本发明的实施例包括：多种方法，其中该第一粒子束与该第一表面之 间的角等于或小于10度；多种方法，其中该第一粒子束与该第一表面之间的角 等于或小于5度；以及多种方法，其中该第一粒子束与该第一表面之间的角等 于或小于1度；多种方法，其中该离子束包括聚焦离子束；多种方法，其中该 样品安装在其上的样品台的倾斜度在铣削步骤和图像形成步骤之间变化；以及 多种方法，其中将45度的桩墩安置在该样品台和该样品之间。
本发明的优选实施例还提供了一种为电子显微镜形成横截面视图的 方法，该方法包括：将来自离子源的离子束引导向样品的第一表面以对该样品 的至少一部分进行铣削；使用该离子束在至少位于相关特征的局部区域内对该 第一表面进行铣削以使该第一表面在至少该相关特征的局部区域内基本上是 平面的；对该第一表面铣削之后，对该样品进行铣削以暴露出第二表面，该第 二表面包括该相关特征的横截面；将来自电子源的电子束引导至该第二表面； 以及通过对该电子束与该第二表面的交互进行检测形成该第二表面的图像。该 方法可以进一步包括对该第二表面的图像进行分析以确定该第二表面的特征 是否包括缺陷。
本发明的实施例包括：多种方法，其中该第一粒子束与该第一表面之 间的角等于或小于10度；多种方法，其中该第一粒子束与该第一表面之间的角 等于或小于5度；以及多种方法，其中该第一粒子束与该第一表面之间的角等 于或小于1度；多种方法，其中该离子束包括聚焦离子束；多种方法，其中该 样品安装在其上的样品台的倾斜度在铣削步骤和图像形成步骤之间变化；以及 多种方法，其中将45度的桩墩安置在该样品台和该样品之间。
本发明的优选实施例还提供了一种用于为电子显微镜形成平面横截 面视图的系统，该系统包括：聚焦离子束柱；电子显微镜；用于支持样品的样 品台；以及计算机控制器，该计算机控制器包括用计算机指令进行编码的非瞬 态计算机可读介质，当被该计算机控制器执行时，这些计算机指令致使该系统：
·将来自离子源的离子束引导向样品的第一表面以对该样品的至少一部分 进行铣削；
·使用该离子束对该第一表面进行铣削以暴露出第二表面，其中相对于参考 深度，将该第二表面在该离子源远端的末端铣削至比该第一表面在该离子源的 近端的末端更大的深度；
·将来自电子源的电子束引导至该第二表面；以及
·通过对该电子束与该第二表面的交互进行检测来形成该第二表面的图像。
可以进一步用计算机指令对该计算机可读介质进行编码以便对该第 二表面的图像进行分析以确定该第二表面的特征是否包括缺陷。
本发明的实施例包括：多种系统，其中该第一粒子束与该第一表面之 间的角等于或小于10度；多种系统，其中该第一粒子束与该第一表面之间的角 等于或小于5度；以及多种方法，其中该第一粒子束与该第一表面之间的角等 于或小于1度；多种系统，其中该样品安装在其上的样品台的倾斜度在铣削步 骤和图像形成步骤之间变化；以及多种系统，其中将45度的桩墩安置在该样品 台和该样品之间。
本发明的优选实施例还提供了一种用于为电子显微镜形成平面横截 面视图的系统，该系统包括：聚焦离子束柱；电子显微镜；用于支持样品的样 品台；以及计算机控制器，该计算机控制器包括用计算机指令进行编码的非瞬 态计算机可读介质，当被该计算机控制器执行时，这些计算机指令致使该系统：
·将来自离子源的离子束引导向样品的第一表面以对该样品的至少一部分 进行铣削；
·使用该离子束在至少位于相关特征的局部区域内对该第一表面进行铣削 以使该第一表面在至少该相关特征的局部区域内基本上是平面的；
·对该第一表面铣削之后，对该样品进行铣削以暴露出第二表面，该第二表 面包括该相关特征的横截面；
·将来自电子源的电子束引导至该第二表面；以及
·通过对该电子束与该第二表面的交互进行检测来形成该第二表面的图像。
可以进一步用计算机指令对该计算机可读介质进行编码以便对该第 二表面的图像进行分析以确定该第二表面的特征是否包括缺陷。
本发明的实施例包括：多种系统，其中该第一粒子束与该第一表面之 间的角等于或小于10度；多种系统，其中该第一粒子束与该第一表面之间的角 等于或小于5度；以及多种方法，其中该第一粒子束与该第一表面之间的角等 于或小于1度；多种系统，其中该离子束包括聚焦离子束；多种系统，其中该 样品安装在其上的样品台的倾斜度在铣削步骤和图像形成步骤之间变化；以及 多种系统，其中将45度的桩墩安置在该样品台和该样品之间。
尽管以上本发明的描述主要针对样品分析的方法，但应认识到执行这 种方法的操作的装置将进一步在本发明的范围内。进一步地，应认识到可以通 过计算机硬件或软件或两者的组合实施本发明的实施例。可以根据本说明书中 所述的方法和附图在使用标准编程技术的计算机程序内执行这些方法，包括配 置有计算机程序的非瞬态计算机可读存储介质，其中如此配置的存储介质致使 计算机以特定的并且预定义的方式操作。可以用高级程序性编程语言或面向对 象编程语言执行每个程序。然而，如果希望，可以用汇编语言或机器语言执行 这些程序。在任何情况下，语言可以是编译型语言或解释型语言。此外，程序 可以在被编程用于该目的专用集成电路上运行。
进一步地，可以在任何类型的计算平台内执行方法论，包括但不限于 个人计算机、微型计算机、主机、工作站、网络化或分布式计算环境、与带电 粒子工具或其他成像装置分开、整合或通信的计算机平台等。可以用存储在存 储介质或装置(无论是可拆卸的还是与计算平台整合的)上的机器可读代码执 行本发明的各个方面，如硬盘、光学读取和／或写入存储介质、RAM、ROM等， 从而使得可以被可编程计算机读取，以便当计算机读取该存储介质或装置时对 该计算机进行配置和操作，以执行此处所述的程序。此外，可以通过有线或无 线网络传输机器可读代码或机器可读代码的各部分。此处所述发明包括这些类 型和其他各种类型的计算机可读存储介质，同时此类介质包含用于结合微处理 器或其他数据处理器执行上述步骤的指令和程序。本发明还包括根据此处所述 的方法和技术被编程时的计算机本身。
计算机程序可以应用到输入数据上，以执行此处所述的功能，并且从 而转换输入数据以生成输出数据。将输出信息应用到一个或多个输出装置上， 如显示监控器。在本发明的优选实施例中，所转换的数据表示物理和有形物体， 包括在显示器上产生物理和有形物体的具体视觉描绘。
为了使用粒子束使样品成像，本发明的优选实施例还利用了一种粒子 束装置，如FIB或SEM。这种用于使样品成像的粒子与样品进行内在交互，导 致某种程度上的物理变形。进一步地，贯穿本说明书，使用如“分析”、“计 算”、“确定”、“测量”、“生成”、“检测”、“形成”等术语的讨论也 适用于操纵和将计算机内被表示成物理量的数据转换成计算机系统内类似地 被表示成物理量的其他数据的计算机系统或类似电子装置、或其他信息存储、传输或显示装置的动作和过程。
本发明具有广泛的适用性并且可以提供如以上示例中所述和所示的 许多效益。实施例根据特定应用将有很大不同，并且不是每个实施例将提供所 有这些效益和满足本发明可以实现的所有目标。适用于实施本发明的粒子束系 统例如可以从本申请的受让人FEI公司商购。
尽管之前的描述许多针对半导体晶片，但本发明可以应用于任何合适 的衬底或表面。进一步地，无论何时在此处使用术语“自动”、“自动化”或 类似术语，那些术语将被理解成包括手动地启动自动或自动化过程或步骤。在 以下讨论中和在权利要求中，以开放式的方式使用术语“包括”，并且其应被 解释成表示“包括但不限于......”。术语“集成电路”是指一组电子部件及其 在微芯片的表面上被图案化的互连(统称内部电路元件)。术语“半导体芯片” 属类上是指可以是半导体晶片的组成部分、从晶片单分出来、或被封装用于在电路板上使用的集成电路(IC)。术语“FIB”或“聚焦离子束”在此用于指 的是准直离子束，包括由离子光学器件聚焦的束和成形的离子束。
就本说明书中没有专门定义任何术语来讲，目的在于给出术语其简单 且普通的意思。附图旨在帮助理解本发明，并且除非另外指明，否则不按比例 绘制。
尽管已经详细描述了本发明及其优点，但是应理解到，在不脱离所附 权利要求书定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在此进行各种变化、代 替以及改变。而且，本发明的范围并非旨在局限于在本说明书中所述的工艺、 机器、制造物、物质的组合物、手段、方法以及步骤的具体实施例。如本领域 的普通技术人员将从本发明的披露中轻易认识到的，可以根据本发明利用现有 的或往后要开发的、大体上执行相同功能或大体上实现和此处所述的对应实施 例相同结果的工艺、机器、制造物、物质的组合物、手段、方法或步骤。相应 地，所附权利要求书是旨在于将此类工艺、机器、制造物、物质的组合物、手 段、方法或步骤包括在它们的范围内。
我们的权利要求如下：

Claims (24)

1.一种为电子显微镜形成平面横截面视图的方法，该方法包括：
将来自离子源的离子束引导向样品的第一表面以对该样品的至少一部分进行铣削，其中该离子束与该第一表面之间的角等于或小于10度，其中，该第一表面是该样品的顶表面；
使用该离子束对该第一表面进行铣削以暴露出第二表面，其中相对于参考深度，将该第二表面在该离子源远端的末端铣削至比该第一表面在该离子源近端的末端更大的深度；
将来自电子源的电子束引导至该第二表面；
通过对该电子束与该第二表面的交互进行检测来形成该第二表面的图像；
对沿着该第二表面的图像的多个位置中的相关特征进行表征；以及
基于该多个位置中的每一个与铣削切口的近端边缘的距离以及该离子束与该第一表面之间的角来确定该位置的深度。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括对该第二表面的图像进行分析以确定该第二表面的特征是否包括缺陷。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，该离子束与该第一表面之间的角等于或小于5度。
4.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，该离子束与该第一表面之间的角等于或小于1度。
5.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，该样品安装在其上的样品台的倾斜度在该铣削步骤和该图像形成步骤之间变化。
6.如权利要求5所述的方法，其中，将45度的桩墩安置在该样品台和该样品之间。
7.一种为电子显微镜形成横截面视图的方法，该方法包括：
将来自离子源的离子束引导向样品的第一表面以对该样品的至少一部分进行铣削，其中该离子束与该第一表面之间的角等于或小于10度，其中，该第一表面是该样品的顶表面；
使用该离子束在至少相关特征的局部区域内对该第一表面进行铣削以使该第一表面在至少该相关特征的局部区域内基本上是平面的；
对该第一表面铣削之后，对该样品进行铣削以暴露出第二表面，该第二表面包括该相关特征的横截面；
将来自电子源的电子束引导至该第二表面；
通过对该电子束与该第二表面的交互进行检测来形成该第二表面的图像；
对沿着该第二表面的图像的多个位置中的相关特征进行表征；以及
基于该多个位置中的每一个与铣削切口的近端边缘的距离以及该离子束与该第一表面之间的角来确定该位置的深度。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括对该第二表面的图像进行分析以确定该第二表面的特征是否包括缺陷。
9.如权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，该离子束与该第一表面之间的角等于或小于5度。
10.如权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，该离子束与该第一表面之间的角等于或小于1度。
11.如权利要求7或权利要求8所述的方法，其中，该样品安装在其上的样品台的倾斜度在这些铣削步骤和该图像形成步骤之间变化。
12.如权利要求11所述的方法，其中，将45度的桩墩安置在该样品台和该样品之间。
13.一种为电子显微镜形成平面横截面视图的系统，该系统包括：
聚焦离子束柱；
电子显微镜；
用于支持样品的样品台；
计算机控制器，该计算机控制器包括用计算机指令进行编码的非瞬态计算机可读介质，当被该计算机控制器执行时，这些计算机指令致使该系统：
将来自离子源的离子束引导向样品的第一表面以对该样品的至少一部分进行铣削，其中该离子束与该第一表面之间的角等于或小于10度，其中，该第一表面是该样品的顶表面；
使用该离子束对该第一表面进行铣削以暴露出第二表面，其中相对于参考深度，将该第二表面在该离子源远端的末端铣削至比该第一表面在该离子源近端的末端更大的深度；
将来自电子源的电子束引导至该第二表面；
通过对该电子束与该第二表面的交互进行检测来形成该第二表面的图像；
对沿着该第二表面的图像的多个位置中的相关特征进行表征；以及
基于该多个位置中的每一个与铣削切口的近端边缘的距离以及该离子束与该第一表面之间的角来确定该位置的深度。
14.如权利要求13所述的系统，其中，进一步用计算机指令对该计算机可读介质进行编码以便对该第二表面的图像进行分析以确定该第二表面的特征是否包括缺陷。
15.如权利要求13或权利要求14所述的系统，其中，该离子束与该第一表面之间的角等于或小于5度。
16.如权利要求13或权利要求14所述的系统，其中，该离子束与该第一表面之间的角等于或小于1度。
17.如权利要求13或权利要求14所述的系统，其中，该样品安装在其上的样品台的倾斜度在该铣削步骤和该图像形成步骤之间变化。
18.如权利要求13或权利要求14所述的系统，其中，将45度的桩墩安置在该样品台和该样品之间。
19.一种为电子显微镜形成横截面视图的系统，该系统包括：
聚焦离子束柱；
电子显微镜；
用于支持样品的样品台；
计算机控制器，该计算机控制器包括用计算机指令进行编码的非瞬态计算机可读介质，当被该计算机控制器执行时，这些计算机指令致使该系统：
将来自离子源的离子束引导向样品的第一表面以对该样品的至少一部分进行铣削，其中该离子束与该第一表面之间的角等于或小于10度，其中，该第一表面是该样品的顶表面；
使用该离子束在至少相关特征的局部区域内对该第一表面进行铣削以使该第一表面在至少该相关特征的局部区域内基本上是平面的；
对该第一表面铣削之后，对该样品进行铣削以暴露出第二表面，该第二表面包括该相关特征的横截面；
将来自电子源的电子束引导至该第二表面；以及
通过对该电子束与该第二表面的交互进行检测来形成该第二表面的图像；
对沿着该第二表面的图像的多个位置中的相关特征进行表征；以及
基于该多个位置中的每一个与铣削切口的近端边缘的距离以及该离子束与该第一表面之间的角来确定该位置的深度。
20.如权利要求19所述的系统，进一步包括对该第二表面的图像进行分析以确定该第二表面的特征是否包括缺陷。
21.如权利要求19或权利要求20所述的系统，其中，该离子束与该第一表面之间的角等于或小于5度。
22.如权利要求19或权利要求20所述的系统，其中，该离子束与该第一表面之间的角等于或小于1度。
23.如权利要求19或权利要求20所述的系统，其中，该样品安装在其上的样品台的倾斜度在这些铣削步骤和该图像形成步骤之间变化。
24.如权利要求19或权利要求20所述的系统，其中，将45度的桩墩安置在该样品台和该样品之间。
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