CN104685348B - 高纵横比结构分析 - Google Patents

高纵横比结构分析 Download PDF

Info

Publication number
CN104685348B
CN104685348B CN201380052272.XA CN201380052272A CN104685348B CN 104685348 B CN104685348 B CN 104685348B CN 201380052272 A CN201380052272 A CN 201380052272A CN 104685348 B CN104685348 B CN 104685348B
Authority
CN
China
Prior art keywords
interest
region
protective layer
milling
cross
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380052272.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104685348A (zh
Inventor
S.H.李
S.斯通
J.布莱克伍德
M.施米德特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FEI Co
Original Assignee
FEI Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FEI Co filed Critical FEI Co
Publication of CN104685348A publication Critical patent/CN104685348A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104685348B publication Critical patent/CN104685348B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/305—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching
    • H01J37/3053—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching for evaporating or etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/305—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching
    • H01J37/3053—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching for evaporating or etching
    • H01J37/3056—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching for evaporating or etching for microworking, e.g. etching of gratings, trimming of electrical components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/46—Sputtering by ion beam produced by an external ion source
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3178—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for applying thin layers on objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/32—Polishing; Etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/3174—Etching microareas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/3174—Etching microareas
    • H01J2237/31745—Etching microareas for preparing specimen to be viewed in microscopes or analyzed in microanalysers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31749—Focused ion beam

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)

Abstract

通过减小保护层与感兴趣特征之间的距离来减小高纵横比特征上的帘幕化伪像。例如，离子束可以以与工件表面的一角度进行铣削以产生斜表面。向斜表面上沉积保护层，并且离子束通过保护层进行铣削以使感兴趣特征暴露以用于分析。斜铣削将保护层接近于感兴趣特征定位以减少帘幕化。

Description

高纵横比结构分析
技术领域
本发明涉及结构的带电粒子束处理。
背景技术
检查显微（包括纳米级）结构以用于过程监视和失败分析的常见方法是用聚焦离子束（FIB）在结构中切割沟槽以使横截面暴露，并且然后用扫描电子显微镜（SEM）来查看横截面。然而，离子束铣削伪像（artifacts）可能使暴露的横截面畸变，使得电子束图像不示出结构的准确图像。
一个伪像称为“帘幕化”，因为其可以看起来像帘幕。当以不同的速率来去除不同的材料时，诸如当样本包括被离子束以不同的速率铣削的材料时发生帘幕化。帘幕化也可以在铣削具有不规则形状的表面时发生。
当暴露具有比其宽度大得多的高度的特征时，可以产生严重的伪像。此类结构称为“高纵横比”特征。例如，具有为其宽度四倍的高度的特征将被视为高纵横比特征。例如，集成电路中的层之间的孔或接触部常常具有比其宽度大几倍的高度。
由于半导体制造工艺包装更多电路成较小包装，集成电路设计正变成更多立体的（三维）并且合并更多高纵横比特征。在分析高纵横比结构、尤其是未填充接触孔时，对于诸如3D NAND电路之类的3D集成电路（IC）而言，常规离子束样本制备引起不可接受的伪像，诸如结构畸变和帘幕化。
当在样本上存在未填充高纵横比孔时，在实心区域与邻近于未填充孔的区域之间存在铣削速率方面的很大差异。铣削速率方面的该很大差异导致帘幕化或瀑布效应，使孔的形状畸变的另一伪像。来自离子束铣削过程的结构损坏和伪像使得难以分析高纵横比垂直结构。
例如，过程工程师需要查看的一个结构特征是硅通孔（TSV）。横截面TSV是在半导体实验室中表征空隙和表面界面的常见做法。由于通常在50—300 nm的TSV的深度，用离子束来铣削TSV的横截面可能导致显著的帘幕化。
由于通过使用离子束铣削来暴露特征的损坏和伪像，图像并未如实地示出制造过程的结果。伪像与测量结果和制造过程的评定相干扰，因为图像和测量结果示出样本制备的结果而不仅仅是制造过程的产品。
需要一种用于在不改变结构或产生伪像的情况下查看和测量高纵横比结构的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于分析高纵横比结构的可靠系统。
向工件表面中铣削斜沟槽。在斜沟槽的表面上沉积保护层，并且然后通过铣削通过保护层来使感兴趣特征的横截面暴露。减少了伪像，因为与在原始工件表面以下的特征深度相比，减小了在保护层以下的感兴趣特征的深度。
可以使用多种技术来查看或分析暴露横截面，所述技术诸如扫描电子显微术、光学显微术、X射线分析或显微拉曼分析。该过程为高纵横比3D IC结构工艺和包括孔、沟槽及其他结构的其他高纵横比工艺提供可靠的分析结果。
前述内容已相当广泛地概括了本发明的特征和技术优点，以便可更好地理解随后的本发明的详细描述。后文将描述本发明的附加特征和优点。本领域的技术人员应认识到的是可容易地利用公开的概念和特定实施例作为用于修改或设计执行本发明的相同目的的其他结构的基础。本领域的技术人员还应认识到的是此类等效构造不脱离如在所附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更透彻地理解本发明及其优点，现在对结合附图进行的以下描述进行参考，在所述附图中：
图1是示出了如图2—5中所示的过程步骤的流程图；
图2示出了被用FIB进行横截面铣削的倾斜样本；
图3示出了经历电子束点沉积的非倾斜样本；
图4示出了具有FIB铣削横截面的倾斜样本；
图5示出了在感兴趣区（ROI）上使用SEM成像的切片和查看过程；以及
图6A—6C示出了在工件表面以下不同深度处的感兴趣区。
图7示意性地示出了可以用来实现本发明的双束系统。
具体实施方式
本发明的实施例减少了通过离子束铣削而暴露的特征中的损坏和伪像。实施例对分析新的3D结构特别有用，诸如3D NAND结构，其包括未填充高纵横比孔。可以在晶片形式的样本或在诸如单独集成电路之类的较小样本上执行该过程。
本发明的一个实施例在沉积保护层之前以非垂直角度对样本进行铣削，其后面是垂直铣削以使高纵横结构的横截面暴露以用于成像。通过调整垂直铣削的倾斜台阶角度和位置，可以在高纵横比结构的任何期望深度处使ROI暴露。
通过在沉积保护层之前使台阶例如在约30°至约33.5°之间倾斜，减少或消除帘幕效应，因为减少了保护层与ROI之间的材料，并且缩短了在表面以下的ROI的深度。具有保护层的表面以下的较短深度减少了帘幕化，因为在ROI上存在较少的材料不均匀地阻碍离子束。
由于用来切割横截面的角度，暴露横截面面中的交替实心材料和空隙在高度方面展示出约1μm至1.5μm的台阶。优选保护层沉积过程覆盖该台阶（如果在样本中存在的话）以呈现用于离子束的相对均匀的表面来铣削。例如，使用相对高电压电子束来执行电子束致沉积，优选地大于10 keV、大于20 keV且更优选地约30 keV。这使得能够用诸如铂或钨之类的保护材料填充由空的高纵横比结构产生的台阶。因此，本发明用这种鲁棒的解决方案提供了可靠的ROI分析。可以使用其他沉积技术，诸如其他束致沉积，包离子束致沉积、激光束致沉积或团簇束沉积。
图1是示出了提供用于3D集成电路的高纵横比结构分析的离子束分析方法的过程步骤的过程流程图。图2—5以不按比例的方式示出了该过程步骤期间的样本，并且图7示出了可以用来执行图1的过程的典型双束系统。图1的过程被描述为在其中电子柱垂直且离子柱以52°倾斜的双束系统上执行。在其他硬件配置中，台阶倾斜将不同以在束与工件之间产生相同的相对角。
在步骤102中，使台阶倾斜至约30°与约33.5°之间的角，导致离子束202与工件表面206的法线204之间的在约18.5°与约22°之间的角。在其他实施例中，离子束202与法线204之间的角在5°与50°之间。在步骤104中，FIB铣削沟槽210以使包括高纵横比孔212的如图2中所示的横截面面216暴露。横截面面216并不垂直于样本表面。每个箭头示出离子束202的扫描路径，其可以随着束扫描而进入页面的平面中以铣削沟槽。
由于较少的次级电子从窄沟槽的底部逸出，所以沟槽210优选地足够宽以提供用于从沟槽中深的ROI进行成像的良好次级电子信号。宽横截面面积允许次级电子从要检测沟槽的底部逸出。通常，沟槽区域的横截面应为感兴趣区的尺寸的至少两倍。
在步骤106中，使台阶倾斜使台阶至0°，使得电子束302垂直于工件表面206且在与斜表面216的18.5°和22°之间定向。在步骤108中，使用如图3中所示的电子束致沉积在感兴趣区上面沉积铂、钨或其他材料的保护层304。优选地通过增加要填充在暴露台阶中的电子的动量而使用约30 keV的电子能量以获得最佳台阶覆盖。
步骤110示出台阶倾斜至52°，使得离子束垂直于表面，如图4中所示。步骤112示出执行FIB横截面。52°台阶倾斜在样本表面与离子柱之间实现直角。
步骤112形成可以用多种方法来成像或分析的感兴趣区的垂直横截面，所述方法包括扫描电子显微术、X射线分析、显微拉曼（micro-Raman）或其他方法。图4示出了离子束402进行垂直切割以通过感兴趣区406使垂直表面404暴露。离子束402处理优选地包括块体切割以去除材料以形成垂直壁和清洁横截面，这去除了很少的材料，但是产生更清洁的表面以用于观察。工件表面206表示第一表面，斜表面216表示第二表面，并且垂直表面404表示第三表面。第二表面的一部分在感兴趣区与第一表面之间，并且第三表面基本上垂直于第一表面。在步骤114中，将电子束502指向样本以形成如图5中所示的扫描电子束图像。
可选地，重复步骤112和114以继续逐步通过特征，以形成一系列横截面图像，使得可以形成ROI中的特征的3D表示。此过程称为“切片和查看”，其导致用离子束反复地去除附加材料以使ROI的另一面暴露，并且然后使用电子束来形成暴露面的图像。
在现有技术横截面处理中，在深度方向上的复杂结构或粗糙表面拓扑的情况下，帘幕效应是不可避免的，因为垂直深度正在变得更深几微米。通过在电子束致沉积之前使用约30°至33.5°台阶倾角，去除帘幕效应，因为去除了ROI以上的材料，并且减小了ROI的表面以下深度。同时，使用高能电子覆盖台阶，其使得能够用诸如铂或钨之类的保护材料来部分地填充高纵横比结构的任何空孔。因此，实施例提供了可靠的故障分析或过程监视。
通过调整台阶倾角和离子束切割的位置以使感兴趣区暴露，可以暴露并检查在高纵横比结构的任何深度处的ROI。当然，应理解的是前述内容涉及本发明的示例性实施例，并且在不脱离如权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下可以进行修改。
本发明的实施例示出了空通道与基底之间的脆的清洁边界。鲁棒的过程允许在不损坏被研究结构的情况下进行高纵横比结构故障分析。
可以通过调整面216的角度或通过面216的垂直切割的位置而在距离表面的不同深度处检验高纵横比特征。图6A、6B和6C示出了在工件表面以下不同深度处的感兴趣区。示出了具有已铣削沟槽210的样本，但是将产生用于观察的面的垂直切割尚未执行。椭圆形602A、602B和602C表示感兴趣区，并且垂直线604A、604B和604C示出了通过电子束沉积保护层606A、606B和606C且通过ROI的垂直离子束切割的位置。锯齿形线示出了如在以上步骤104和图2中的离子铣削。保护层606A、606B和606C的位置随ROI的位置而变。用于沉积保护层的过程优选地填充存在的任何孔。在图6A中，ROI朝向通道孔的底部。在图6B中，ROI在到通道底部途中的约1/2处。图6C示出了朝向通道孔顶部的ROI。在图6A、6B和6C中，通过ROI的垂直线示出了如在步骤112中示出的通过保护层的离子束切割。在每种情况下，通过仍在ROI以上的材料在下面铣削的距离大约是相同的，并且是相对小的，使得存在很少或者不存在由于在ROI上遮蔽而引起的帘幕化。
图7示出了适合于实施本发明的典型双束系统710，具有垂直安装SEM柱和与垂直方向成约52°的角安装的FIB柱。适当的双束系统可例如从本申请的受让人、俄勒冈州Hillsboro的FEI公司购买。虽然下面提供了适当硬件的示例，但本发明不限于用任何特定类型的硬件来实现。
对扫描电子显微镜741连同电源和控制单元745一起提供双束系统710。通过在阴极752与阳极754之间施加电压而从阴极752发射电子束743。借助于聚光透镜756和物镜758来使电子束743聚焦到细小光斑。借助于偏转线圈760在样品上二维地扫描电子束743。由电源和控制单元745来控制聚光透镜756、物镜758和偏转线圈760的操作。
可以使电子束743聚焦到基底722上，其在下室726内的活动台阶725上。当电子束中的电子撞击基底722时，发射次级电子。这些次级电子被次级电子检测器740检测，如下面所讨论的。
双束系统710还包括聚焦离子束（FIB）系统711，其包括具有上部712的真空室，离子源714及包括提取器电极和静电光学系统的聚焦柱716位于其内部。聚焦柱716的轴从电子柱的轴倾斜52度。上部712包括离子源714、提取电极715、聚焦元件717、偏转元件720以及聚焦离子束718。离子束718从离子源714开始通过聚焦柱716并在720处示意性地指示的静电偏转装置之间朝向基底722通过，该基底722包括例如位于下室726内的活动台阶725上的半导体器件。
台阶725可以优选地在水平平面（X和Y轴）中且垂直地（Z轴）移动。台阶725还可以倾斜约60°，并且绕着Z轴旋转。门761被打开以便将基底722插到X-Y台阶725上，并且还用于维修内部气体供应储器，如果使用其的话。门被互锁，使得如果系统在真空下则不能将门打开。替换地，可以使用气锁来避免使室726暴露于大气。
采用离子泵（未示出）以便抽空上部712。在真空控制器732的控制下用涡轮式分子和机械泵浦系统730来将室725抽空。真空系统在室726内提供在约1×10-7托和约5×10-4托之间的真空。如果使用蚀刻辅助气体、蚀刻延迟气体或沉积前体气体，则室背压可上升，通常达到约1×10-5托。
高压电源向离子束聚焦柱聚焦716中的电极提供适当的加速电压以便激励离子束718并使其聚焦。当其撞击基底722时，从样本溅射在物理上喷射的材料。替换地，离子束718可以将前体气体分解以沉积材料。
高压电源734被连接到液体金属离子源714以及到离子束聚焦柱716中的适当电极以便形成约1 keV至60 keV离子束718并将其朝着样本指引。根据由图案发生器738提供的规定图案操作的偏转控制器和放大器736被耦合到偏转板720，由此，可手动地或自动地控制离子束718以在基底722的上表面上描绘出相应图案。在某些系统中，如在本领域中众所周知的，将偏转板放置在最终透镜之前。当消隐控制器（未示出）向消隐电极施加消隐电压时，离子束聚焦柱716内的束消隐电极（未示出）促使离子束718冲击到消隐孔隙（未示出）上而不是基底722上。
液体金属离子源714通常提供镓的金属离子束。该源通常能够被聚焦成基底722处的十分之一微米以下宽的束以便通过离子铣削、增强蚀刻、材料沉积来修改基底722或者用于对基底722进行成像的目的。还可以使用其他离子源，诸如等离子体离子源。
被用于检测次级粒子或电子发射的带电粒子检测器740（诸如Everhart-Thornley检测器或多通道板）被连接到视频电路742，视频电路742向视频监视器733供应驱动信号并从控制器719接收偏转信号。在不同实施例中，下室726内的带电粒子检测器740的位置可以改变。例如，带电粒子检测器740可以与离子束共轴，并且包括用于允许离子束通过的孔。在其他实施例中，可以通过最终透镜来收集次级粒子，并且然后离轴转向以便收集。
气体输送系统746延伸到下室726中以便引入气态蒸气并将其朝着基底722指引。转让给本发明的受让人的授予Casella等人的“Gas Delivery Systems for ParticleBeam Processing”的美国专利No. 5,851,413描述了适当的气体输送系统746。在也转让给本发明的受让人的授予Rasmussen的“Gas Injection System”的美国专利No. 5,435,850中描述了另一气体输送系统。例如，可以向束冲击点输送金属有机化合物以在离子束或电子束冲击时沉积金属。可以在步骤108中输送前体气体（诸如用以沉积铂的(CH3)3Pt(CpCH3)或用以沉积钨的钨巳羰基）以被电子束分解以提供保护层。
系统控制器719控制双束系统710的各种部分的操作。通过系统控制器719，用户可以通过被输入到常规用户接口（未示出）的命令促使以期望的方式扫描离子束718或电子束743。替换地，系统控制器719可根据编程指令来控制双束系统710。优选控制器与存储器通信或者包括存储器，该存储器存储用于自动执行图1的步骤的指令。在某些实施例中，双束系统710并入图像识别软件，诸如可从马萨诸塞州Natick的Cognex公司购买的软件，以自动地标识感兴趣区，并且然后根据本发明，系统可以手动地或者自动地暴露横截面以用于成像。例如，系统可以自动地将包括多个器件的半导体晶片上的类似特征进行定位，并且暴露不同（或相同）器件上的感兴趣特征并形成其图像。
本发明具有广泛的适用性，并且可以提供如在以上示例中所述和所示的许多益处。实施例将根据特定应用而大大地改变，并且并非每个实施例都将提供所有益处并满足本发明可实现的所有目的。适合于执行本发明的粒子束系统可例如从本申请的受让人FEI公司购买。
本说明书公开了一种方法和用于执行该方法的操作的装置。此类装置可针对所需目的而特别构造，或者其可包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重配置的通用计算机或其他设备。可将各种通用带电粒子束系统与根据本文中的教导的程序一起使用。替换地，将执行所需方法步骤的更专用装置的构造可能是适当的。
另外，本说明书还隐含地公开了一种计算机程序，因为对于本领域的技术人员而言将显而易见的是可用计算机代码来实施本文所述的方法的单独步骤。该计算机层序并不意图局限于任何特定编程语言及其实现。将认识到的是可使用多种编程语言及其编码来实现本文中所包含的公开的教导。此外，该计算机程序并不意图局限于任何特定控制流程。存在计算机程序的许多其他变体，其在不脱离本发明的精神或范围的情况下可以使用不同控制流程。
可将此类计算机程序存储在任何计算机可读介质上。该计算机可读介质可包括存储器件，诸如磁盘或光盘、存储器芯片或者适合于与通用计算机交接的其他存储器件。计算机可读介质还可包括诸如在因特网系统中举例说明的硬接线介质或者诸如在GSM移动电话系统中举例说明的无线介质。当计算机程序在用于带电粒子束的此类通用计算机或控制器上加载和执行时，其有效地导致实现优选方法的步骤的装置。
还可将本发明实现为硬件模块。更特别地，在硬件意义上，模块是被设计成与其他部件或模块一起使用的功能性硬件单元。例如，可使用分立电子部件来实现模块，或者其可以形成诸如专用集成电路（ASIC）的整个电子电路的一部分。存在许多其他可能性。本领域的技术人员将认识到的是还可以将该系统实现为硬件和软件模块的组合。
虽然大部分先前的描述是针对半导体晶片，但本发明可以应用于任何适当的基底或表面。此外，每当在本文中使用术语“自动”、“自动化”或类似术语时，那些术语将被理解成包括自动或自动化过程或步骤的手动发起。在以下讨论中和权利要求中，以开放式方式使用术语“包括”和“包含”，并且因此应解释成意指“包括但不限于……”。
在本说明书中并未特别地定义任何术语的程度上，意图是对该术语给定其浅显且普通的意义。附图意图帮助理解本发明，并且除非另外指明，其并未按比例描绘。
术语“集成电路”指的是在微芯片的表面上图案化的一组电子部件及其互连（统称为内部电路元件）。术语“半导体芯片”一般地指的是集成电路（IC），其可在半导体晶片内部、与晶片分离或者被封装以便在电路板上使用。在本文中使用术语“FIB”或“聚焦离子束”来指代任何准直离子束，包括被离子光学件聚焦的束和成形离子束。
上述实施例描述了3D NAND型结构，但是本发明不限于此类结构，并且例如对于DRAM且对于表征沟槽及其他结构以及圆形孔是有用的。
本发明的某些实施例提供了一种使用带电粒子束来使工件上的感兴趣区暴露的方法，包括：离子束以与工件顶表面的第一非法线角度铣削沟槽以使邻近于感兴趣区且相对于工件表面成角度的表面暴露；在邻近于感兴趣区的暴露表面的一部分上沉积保护层；离子束以基本上垂直于工件顶表面的角度铣削邻近于感兴趣区的表面的一部分以使感兴趣区暴露；以及通过带电粒子束成像来观察感兴趣区。
在某些实施例中，以与工件顶表面的第一非法线角度铣削沟槽包括在工件的具有多个高纵横比特征的区中铣削沟槽。
在某些实施例中，所述多个高纵横比特征是孔。
在某些实施例中，在邻近于感兴趣区的表面的一部分上沉积保护层包括覆盖通过铣削通过高纵横比孔的沟槽而产生的台阶。
在某些实施例中，基本上垂直于工件顶表面执行后续铣削步骤以使感兴趣区的第二表面暴露，并使用带电粒子束成像来查看第二表面。
某些实施例还包括执行多个后续铣削步骤以顺序地使感兴趣区的不同表面暴露并使用带电粒子束成像来查看每个不同的表面。
在某些实施例中，以与工件顶表面的第一非法线角度铣削沟槽包括铣削这样的沟槽，所述沟槽具有与工件表面的法线成5°和50°之间的角度的壁。
在某些实施例中，铣削沟槽包括铣削这样的沟槽，所述沟槽具有与工件表面的法线成约18°至约22°的角度的壁。
在某些实施例中，在邻近于感兴趣区的表面的一部分上沉积保护层包括使用束致沉积。
在某些实施例中，使用束致沉积包括使用具有大于10 keV或大于20 keV的能量的电子的电子束致沉积。
在某些实施例中，在邻近于感兴趣区的表面的一部分上沉积保护层包括使用激光致沉积或离子束致沉积来沉积使用保护层。
在某些实施例中，感兴趣区包括3D NAND结构或3D DRAM结构的一部分。
在某些实施例中，包括一种产生高纵横比结构的一部分的横截面以用于观察的方法，包括：
以与样本的表面的非法线角度且以与高纵横比特征的长轴的非法线角度使用聚焦离子束来铣削沟槽；
在高纵横比特征的所选深度处的沟槽的壁上沉积保护层；
使用带电粒子束铣削通过保护层且基本上平行于样本的表面的横截面以使高纵横比特征的横截面暴露；以及
观察暴露横截面。
在某些实施例中，观察暴露横截面包括扫描电子显微术、x射线分析、显微拉曼或其他方法。
在某些实施例中，铣削通过平行于第一横截面的保护层的第二横截面以使感兴趣区的第二横截面暴露。
某些实施例还包括顺序地使用带电粒子束铣削通过保护层的横截面，并且使用电子束来观察暴露横截面以形成感兴趣区中的特征的一系列横截面图像。
在某些实施例中，在沟槽的壁上沉积保护层包括使用束致沉积来沉积保护层。
本发明的某些实施例提供了一种分析工件的第一表面下面的感兴趣区的方法，包括：
将离子束朝着工件指引以去除工件的第一表面与感兴趣区之间的材料以产生第二表面，第二表面的一部分在感兴趣区与第一表面的位置之间；
向第二表面沉积保护层；
指引离子束以通过保护层进行铣削以产生第三表面以用于分析，第三表面穿过感兴趣区；以及
通过带电粒子束成像来观察感兴趣区，第二表面上的保护层充分地接近于感兴趣特征，使得感兴趣区在没有帘幕化的情况下被暴露以用于观察。
在某些实施例中，第三表面基本上垂直于第一表面。
在某些实施例中，第二表面相对于第一表面的法线以在5°与50°之间的角度倾斜。
在某些实施例中，第二表面相对于第一表面的法线以在约18°至约22°之间的角度倾斜。
本发明的某些实施例提供了一种用于观察样本的横截面的系统，包括：
离子光学柱，用于提供聚焦离子束；
电子光学柱，用于提供聚焦电子束；
粒子检测器，用于检测从样本发射的次级粒子；
控制器，向计算机存储器进行通信，计算机存储器存储指令，该指令用于：
以与工件表面的第一非法线角度铣削沟槽以使邻近于感兴趣区且相对于工件表面成角度的表面暴露；
在邻近于感兴趣区的表面的一部分上沉积保护层；
铣削邻近于感兴趣区的表面的一部分以使感兴趣区暴露；以及
通过带电粒子束成像来观察感兴趣区。
在某些实施例中，计算机存储器存储用于促使电子束提供具有大于20 keV的能量的电子以通过电子束致沉积来沉积保护层的指令。
虽然已详细地描述了本发明及其优点，但应理解的是在不脱离如所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下可以在其中进行各种变更、替换和改变。此外，本申请的范围并不意图局限于在本说明书中所述的过程、机器、制品、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例。如本领域的普通技术人员根据本发明的公开将容易认识到的，执行与本文描述的对应实施例基本上相同的功能或实现基本上相同的结果的当前存在或以后将开发的过程、机器、制品、物质组成、装置、方法或步骤可以根据本发明来利用。因此，所附权利要求意图在其范围内包括此类过程、机器、制品、物质组成、装置、方法或步骤。

Claims (25)

1.一种使用带电粒子束来使工件上的感兴趣区暴露的方法，包括：
离子束以与工件顶表面的倾斜的第一角度铣削沟槽以使邻近于感兴趣区、与顶表面形成倾斜的第二角度的表面暴露；
在邻近于感兴趣区的暴露表面的一部分上沉积保护层；
离子束以基本上垂直于顶表面的第三角度铣削邻近于感兴趣区且通过保护层的表面的一部分以使感兴趣区的第一表面暴露；以及
通过带电粒子束成像来观察感兴趣区的第一表面。
2.权利要求1的方法，其中，以与工件顶表面的倾斜的第一角度铣削沟槽包括在工件的具有多个高纵横比特征的区中铣削沟槽。
3.权利要求2的方法，其中，所述多个高纵横比特征是孔。
4.权利要求3的方法，其中，离子束以与工件的顶表面成倾斜的第一角度铣削沟槽包括通过高纵横比孔铣削沟槽；以及在邻近于感兴趣区的暴露表面的一部分上沉积保护层包括用保护层来覆盖孔。
5.权利要求1的方法，还包括基本上垂直于所述顶表面执行后续铣削步骤以使感兴趣区的第二表面暴露，并使用带电粒子束成像来查看第二表面。
6.权利要求1或权利要求5的方法，还包括执行多个后续铣削步骤以顺序地使感兴趣区的不同表面暴露并使用带电粒子束成像来查看每个不同的表面。
7.权利要求1或5的方法，其中，所述沟槽的壁包括邻近于感兴趣区的表面且与顶表面的法线形成5°和50°之间的第四角度。
8.权利要求7的方法，其中，第四角度在从18°至22°的范围内。
9.权利要求1或5的方法，其中，在邻近于感兴趣区的表面的一部分上沉积保护层包括使用束致沉积。
10.权利要求9的方法，其中，使用束致沉积包括使用具有大于10keV的能量的电子的电子束致沉积。
11.权利要求10的方法，其中，使用电子束致沉积包括使用具有大于20keV的能量的电子的电子束致沉积。
12.权利要求1或5的方法，其中，在邻近于感兴趣区的表面的一部分上沉积保护层包括使用激光致沉积或离子束致沉积来沉积使用保护层。
13.权利要求1或5的方法，其中，感兴趣区包括3D NAND结构或3D DRAM结构的一部分。
14.一种使样本的高纵横比特征的一部分的横截面暴露以用于观察的方法，包括：
以与样本的表面的非法线角度且以与高纵横比特征的长轴的非法线角度使用聚焦离子束来铣削沟槽以使倾斜于表面的面暴露；
在高纵横比特征的所选深度处的所述面上沉积保护层；
使用聚焦离子束铣削通过保护层且基本上垂直于所述表面的第一横截面以使高纵横比特征的第一横截面暴露；以及
观察暴露的高纵横比特征的第一横截面。
15.权利要求14的方法，其中，观察暴露横截面包括扫描电子显微术、x射线分析或显微拉曼。
16.权利要求14或权利要求15的方法，还包括铣削通过保护层的平行于第一横截面的保护层的第二横截面以使高纵横比特征的第二横截面暴露。
17.权利要求14或15的方法，还包括顺序地使用聚焦离子束铣削通过保护层的横截面，并且使用电子束来观察暴露横截面以形成高纵横比特征的一系列横截面图像。
18.权利要求14或15的方法，其中，沉积保护层包括使用电子束致沉积，束电子中的电子具有大于15keV的能量。
19.权利要求14或15的方法，其中，在所述面上沉积保护层包括使用束致沉积来在所述面上沉积保护层。
20.一种分析工件的第一表面下面的感兴趣区的方法，包括：
将离子束以相对于第一表面的倾斜的角度朝着工件指引以去除工件的第一表面与感兴趣区之间的材料以产生倾斜于第一表面的第二表面，第二表面的一部分在感兴趣区与第一表面的位置之间；
向第二表面上沉积保护层；
指引离子束以通过保护层进行铣削以产生第三表面以用于分析，第三表面穿过感兴趣区；以及
通过带电粒子束成像来观察感兴趣区，第二表面上的保护层充分地接近于感兴趣区，使得感兴趣区在没有帘幕化的情况下被暴露以用于观察。
21.权利要求20的方法，其中，第三表面基本上垂直于第一表面。
22.权利要求21的方法，其中，第二表面相对于第一表面的法线以在5°与50°之间的角度倾斜。
23.权利要求22的方法，其中，第二表面相对于第一表面的法线以在18°至22°之间的角度倾斜。
24.一种用于观察样本中的感兴趣区的横截面的系统，包括：
离子光学柱，用于提供聚焦离子束；
电子光学柱，用于提供聚焦电子束；
粒子检测器，用于检测从样本发射的次级粒子；
控制器，向计算机存储器进行通信，计算机存储器存储指令，该指令用于：
铣削沟槽至样本的外表面中以使邻近于感兴趣区且倾斜于所述外表面的表面暴露；
在邻近于感兴趣区的表面的一部分上沉积保护层；
铣削通过保护层、邻近于感兴趣区的表面的一部分以使感兴趣区暴露；以及
通过带电粒子束成像来观察感兴趣区。
25.权利要求24的系统，其中，计算机存储器存储用于促使电子束提供具有大于20keV的能量的电子以通过电子束致沉积来沉积保护层的指令。
CN201380052272.XA 2012-10-05 2013-10-04 高纵横比结构分析 Active CN104685348B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261710580P 2012-10-05 2012-10-05
US61/710580 2012-10-05
PCT/US2013/063479 WO2014055876A1 (en) 2012-10-05 2013-10-04 High aspect ratio structure analysis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104685348A CN104685348A (zh) 2015-06-03
CN104685348B true CN104685348B (zh) 2017-12-12

Family

ID=50435471

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380052272.XA Active CN104685348B (zh) 2012-10-05 2013-10-04 高纵横比结构分析

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9741536B2 (zh)
EP (1) EP2904382B1 (zh)
JP (1) JP6199978B2 (zh)
KR (1) KR102155834B1 (zh)
CN (1) CN104685348B (zh)
TW (1) TWI628702B (zh)
WO (1) WO2014055876A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102155834B1 (ko) 2012-10-05 2020-09-14 에프이아이 컴파니 높은 종횡비 구조 분석
EP2903773B1 (en) * 2012-10-05 2016-08-31 Fei Company Bulk deposition for tilted mill protection
CN104813459B (zh) 2012-10-05 2018-01-19 Fei 公司 多维结构访问
JP6645830B2 (ja) 2012-10-05 2020-02-14 エフ・イ−・アイ・カンパニー 荷電粒子ビーム試料作製におけるカーテニングを低減させる方法およびシステム
EP2939261B1 (en) 2012-12-31 2016-08-24 FEI Company Depositing material into high aspect ratio structures
CZ304824B6 (cs) 2013-07-11 2014-11-19 Tescan Orsay Holding, A.S. Způsob opracovávání vzorku v zařízení se dvěma nebo více částicovými svazky a zařízení k jeho provádění
US9564291B1 (en) * 2014-01-27 2017-02-07 Mochii, Inc. Hybrid charged-particle beam and light beam microscopy
KR102537699B1 (ko) 2017-12-26 2023-05-26 삼성전자주식회사 반도체 장치의 검사 방법
US11177110B2 (en) * 2018-02-06 2021-11-16 Howard Hughes Medical Institute Volume scanning electron microscopy of serial thick tissue sections with gas cluster milling
US10811219B2 (en) * 2018-08-07 2020-10-20 Applied Materials Israel Ltd. Method for evaluating a region of an object
US10903044B1 (en) * 2020-02-12 2021-01-26 Applied Materials Israel Ltd. Filling empty structures with deposition under high-energy SEM for uniform DE layering
KR20210132836A (ko) 2020-04-28 2021-11-05 삼성전자주식회사 하전입자를 이용한 반도체 소자 검사장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 검사방법
TWI826123B (zh) * 2021-12-21 2023-12-11 德商卡爾蔡司Ｓｍｔ有限公司 以更高的精度對半導體晶圓進行３ｄ體積檢測的方法和檢測系統

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1979791A (zh) * 2005-12-08 2007-06-13 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种测定深沟槽失效深度的方法
CN101131909A (zh) * 2006-08-21 2008-02-27 精工电子纳米科技有限公司 聚焦离子束装置、样品断面形成及薄片样品制备方法
CN101153855A (zh) * 2006-09-30 2008-04-02 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 试样台

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4460634A (en) * 1979-12-29 1984-07-17 Masaaki Hasegawa Adhesive sheet and method for manufacturing the same
US4460434A (en) * 1982-04-15 1984-07-17 At&T Bell Laboratories Method for planarizing patterned surfaces
US5435850A (en) 1993-09-17 1995-07-25 Fei Company Gas injection system
US5851413A (en) 1996-06-19 1998-12-22 Micrion Corporation Gas delivery systems for particle beam processing
US6127277A (en) * 1996-07-03 2000-10-03 Tegal Corporation Method and apparatus for etching a semiconductor wafer with features having vertical sidewalls
US20010003035A1 (en) 1998-09-10 2001-06-07 Robert G. Ozarski Diffraction grating and fabrication technique for same
JP3805547B2 (ja) * 1999-01-21 2006-08-02 株式会社日立製作所 試料作製装置
JP2001264225A (ja) * 2000-03-15 2001-09-26 Hitachi Ltd 試料作製方法
US6517734B1 (en) * 2000-07-13 2003-02-11 Network Photonics, Inc. Grating fabrication process using combined crystalline-dependent and crystalline-independent etching
EP1209737B2 (en) 2000-11-06 2014-04-30 Hitachi, Ltd. Method for specimen fabrication
US7108819B2 (en) 2001-08-27 2006-09-19 The Boeing Company Process for fabricating high aspect ratio embossing tool and microstructures
US20070087572A1 (en) * 2004-02-27 2007-04-19 Erwan Le Roy Method and apparatus for the improvement of material/voltage contrast
JP5033314B2 (ja) * 2004-09-29 2012-09-26 株式会社日立ハイテクノロジーズ イオンビーム加工装置及び加工方法
JP4927345B2 (ja) 2005-04-07 2012-05-09 ルネサスエレクトロニクス株式会社 試料体の加工観察装置及び試料体の観察方法
US8303833B2 (en) * 2007-06-21 2012-11-06 Fei Company High resolution plasma etch
JP5873227B2 (ja) * 2007-12-06 2016-03-01 エフ・イ−・アイ・カンパニー デコレーションを用いたスライス・アンド・ビュー
WO2009086534A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Veeco Instruments Inc. Method of fabricating a probe device for a metrology instrument and probe device produced thereby
WO2009114291A2 (en) * 2008-03-14 2009-09-17 Research Triangle Institute Faraday cup array integrated with a readout ic and method for manufacture thereof
JP5175008B2 (ja) * 2009-02-20 2013-04-03 株式会社日立ハイテクサイエンス ミクロ断面加工方法
JP5378185B2 (ja) 2009-12-08 2013-12-25 株式会社日立ハイテクノロジーズ 集束イオンビーム装置、及び集束イオンビーム加工方法
DE102011002583B9 (de) * 2011-01-12 2018-06-28 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Teilchenstrahlgerät und Verfahren zur Bearbeitung und/oder Analyse einer Probe
US8859998B2 (en) 2011-01-28 2014-10-14 Fei Company TEM sample preparation
JP5825797B2 (ja) * 2011-02-08 2015-12-02 株式会社ブリヂストン 高分子材料の評価方法
US8822921B2 (en) 2011-06-03 2014-09-02 Fei Company Method for preparing samples for imaging
EP2749863A3 (en) 2012-12-31 2016-05-04 Fei Company Method for preparing samples for imaging
US8859963B2 (en) * 2011-06-03 2014-10-14 Fei Company Methods for preparing thin samples for TEM imaging
US8912490B2 (en) 2011-06-03 2014-12-16 Fei Company Method for preparing samples for imaging
WO2013039891A1 (en) 2011-09-12 2013-03-21 Fei Company Glancing angle mill
JP6224612B2 (ja) 2011-12-01 2017-11-01 エフ・イ−・アイ・カンパニー 断面観察薄片の裏側薄化用の高スループットｔｅｍ調製プロセスおよびハードウェア
US9733164B2 (en) 2012-06-11 2017-08-15 Fei Company Lamella creation method and device using fixed-angle beam and rotating sample stage
KR102155834B1 (ko) 2012-10-05 2020-09-14 에프이아이 컴파니 높은 종횡비 구조 분석
EP2903773B1 (en) 2012-10-05 2016-08-31 Fei Company Bulk deposition for tilted mill protection
EP2939261B1 (en) 2012-12-31 2016-08-24 FEI Company Depositing material into high aspect ratio structures

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1979791A (zh) * 2005-12-08 2007-06-13 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种测定深沟槽失效深度的方法
CN101131909A (zh) * 2006-08-21 2008-02-27 精工电子纳米科技有限公司 聚焦离子束装置、样品断面形成及薄片样品制备方法
CN101153855A (zh) * 2006-09-30 2008-04-02 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 试样台

Also Published As

Publication number Publication date
US9741536B2 (en) 2017-08-22
WO2014055876A1 (en) 2014-04-10
EP2904382A4 (en) 2015-08-19
EP2904382A1 (en) 2015-08-12
TW201421546A (zh) 2014-06-01
EP2904382B1 (en) 2016-08-24
JP6199978B2 (ja) 2017-09-20
JP2015533215A (ja) 2015-11-19
WO2014055876A4 (en) 2014-05-30
TWI628702B (zh) 2018-07-01
US20150243478A1 (en) 2015-08-27
CN104685348A (zh) 2015-06-03
KR20150060748A (ko) 2015-06-03
KR102155834B1 (ko) 2020-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104685348B (zh) 高纵横比结构分析
US8399831B2 (en) Forming an image while milling a work piece
CN103946684B (zh) 用于横截面视图薄层的背侧打薄的高吞吐量tem制备工艺和硬件
KR102039528B1 (ko) 경사진 밀링 보호를 위한 벌크 증착
JP6113842B2 (ja) 集束イオン・ビーム処理の終点決定
JP5973466B2 (ja) Ｔｅｍ試料の調製
EP2904633B1 (en) Multidimensional structural access
JP6644127B2 (ja) 荷電粒子ビーム試料作製におけるカーテニングを低減させる方法およびシステム
US9384982B2 (en) Depositing material into high aspect ratio structures
JP6192695B2 (ja) 自動スライス・アンド・ビュー下部切削

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant