CN104822482B - 用于倾斜铣削保护的体沉积 - Google Patents

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Abstract

为了减少通过聚焦离子束暴露以供查看的表面中的伪像，靠近感兴趣的区域铣削沟槽，并且填充沟槽以创建隔板。离子束被引导通过隔板以暴露感兴趣的区域的一部分以供查看。沟槽例如是通过带电粒子束感应沉积来填充的。沟槽典型地被自顶向下铣削和填充，并且然后，离子束关于样本表面成角度以暴露感兴趣的区域。

Description

用于倾斜铣削保护的体沉积
技术领域
本发明涉及结构的带电粒子束处理。
背景技术
检查微观（包括纳米尺度）结构以用于工艺监视和失效分析的常见方法是：利用聚焦离子束（FIB）在结构中切割沟槽以暴露与表面正交的横截面，并且然后利用扫描电子显微镜（SEM）查看横截面。另一技术是：从结构中提取薄样本以在透射电子显微镜（TEM）上进行查看。然而，离子束铣削伪像可能使所暴露的结构失真，使得电子束图像并不准确地表示原始结构。
一种类型的伪像称为“垂落（curtaining）”，因为它可能看起来像是垂幕。垂落发生在不同材料以不同速率被移除时，诸如在样本由通过离子束以不同速率铣削的材料构成时。未经填充的孔能够导致垂落，如通过高斯形离子束的“拖尾”进行的铣削所能够导致的那样。垂落还可能发生在铣削具有不规则形状的表面时。有时，在感兴趣的区域的顶部上沉积保护层以减少来自由如描述在例如美国专利公开No. 20130143412 "Methods forPreparing Thin Samples for Tem Imaging"和美国专利公开No. 20120199923 "Methodand Apparatus for Controlling Topographical Variation on a Milled Cross-Section of a Structure"（二者均被转让给本发明的受让人）中的高斯形射束的拖尾导致的铣削的垂落。
在暴露具有比其宽度大得多的高度的特征时可能造成严重的伪像。这样的结构被称为“高纵横比”特征。例如，具有其宽度四倍大的高度的特征将被视为高纵横比特征。集成电路中的层之间的孔或接触件通常是高纵横比结构，其具有其宽度若干倍大的高度。
随着半导体制造工艺将更多电路包装到更小的封装中，集成电路设计正在变得更加三维（3D）并合并了更多高纵横比特征。在分析高纵横比结构、尤其是未经填充的接触孔时，对于诸如3D NAND电路之类的3D集成电路（IC）结构，常规离子束样本制备导致不可接受的伪像，诸如失真和垂落。
当在样本上存在未经填充的高纵横比孔时，在实心区域与邻近于未经填充的孔的区域之间在铣削速率方面存在较大差异。在铣削速率方面的较大差异导致垂落或瀑布效应，所述瀑布效应是使孔的形状失真的另一伪像。来自离子束铣削工艺的结构破坏和伪像使得难以分析高纵横比垂直结构。
工艺工程师需要观察的一个结构特征是硅通孔（TSV）。横截TSV是在半导体实验室中用以表征空隙和表面界面的习惯做法。由于TSV的深度（典型地，50-300nm），利用离子束铣削TSV的横截面可以导致实质的垂落。
由于由离子束铣削的使用以暴露特征导致的破坏和伪像，图像并不忠实地示出制造工艺的结果。伪像干扰测量并干扰制造工艺的评估，因为图像和测量示出样本制备的效应，以及原始制造工艺的结果。
具有复杂材料堆叠的高纵横比孔或沟槽同样难以利用其它已知方法加以测量，诸如散射测量和临界尺寸扫描电子显微镜（CD-SEM）。
所需要的是暴露感兴趣的区域以用于检查和/或测量并且产生反映制造工艺的准确图像而不破坏感兴趣的区域或在所暴露的表面中造成伪像的方式。
发明内容
本发明的目的是暴露所埋藏的特征以用于检查而同时最小化对那些特征的破坏。
本发明的实施例移除材料以留下邻近于感兴趣的特征的孔并利用所沉积的材料填充孔以创建“隔板”。被部分地引导通过所沉积的材料的离子束暴露感兴趣的特征的一部分。通过引导射束通过所沉积的材料，伪像被减少并且所暴露的表面更准确地表示就像其在暴露之前看上去那样的结构。在一些实施例中，通过以与表面的掠射角进行铣削来暴露感兴趣的特征的部分。
前文已经相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优势，以使得下文的本发明的详细描述可以被更好地理解。后文将描述本发明的附加特征和优势。本领域技术人员应领会的是，公开的概念和特定实施例可以被容易地用作用于修改或设计用于执行本发明的相同目的的其它结构的基础。本领域技术人员还应认识到，这样的等价构造不背离如随附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了本发明及其优势的更透彻的理解，现参考结合附图进行的以下描述，在附图中：
图1是示出本发明的方法的流程图；
图2A-2E图示了图1的流程图的动作；
图3A示出在处理之前样本的自顶向下视图；图3B示出图3A的样本的横截面视图；
图4A示出具有铣削的孔的样本的自顶向下视图；图4B示出图4A的样本的横截面视图；
图5A示出具有填充有所沉积的材料的孔的样本的自顶向下视图；图5B示出图5A的样本的横截面视图；
图6A示出在样本上执行的掠射角铣削的自顶向下视图；图6B示出图6A的样本的横截面视图；
图7A示出利用附加的掠射角铣削的图6A的样本的自顶向下视图；图7B示出图7A的样本的横截面视图；
图8A示出利用附加的掠射角铣削的图7A的样本的自顶向下视图；图8B示出图8A的样本的横截面视图；
图9是使用成角度沉积的本发明的第二实施例的流程图；
图10A示出渐进式掠射角铣削的自顶向下视图；图10B示出图10A的横截面视图；
图11示出图10A的另一横截面视图；
图12示出图10A的另一横截面视图；
图13是示出使用隔板沉积保护加上成角度铣削的本发明的第三实施例的步骤的流程图；
图14A示出用于成角度铣削的隔板沉积保护的自顶向下视图；
图14B示出用于成角度铣削的隔板沉积保护的横截面视图；图14C示出用于成角度铣削的隔板沉积保护的另一横截面视图；
图15示出在其上可实践本发明的实施例的典型双射束系统；
图16示出用于高效产生无伪像横截面的隔板；以及
图17示出非最优隔板。
具体实施方式
本发明的实施例使用离子束来铣削掉邻近于感兴趣的区域或特征的样本的部分以创建向其中沉积“隔板”的沟槽。“隔板”是离子束在铣削感兴趣的区域之前行进通过的材料。隔板典型地为固体材料块。邻近于感兴趣的区域而不是处于其顶部上的沉积在铣削期间在射束方向上保护感兴趣的区域的边缘。一些实施例提供倾斜角铣削结合邻近保护沉积的组合。本发明的实施例的铣削产生向其上沉积邻近于感兴趣的特征而不是处于其上方的材料的新表面，而现有技术教导在现有表面上的特征上方沉积保护层。术语“感兴趣的区域”、“感兴趣的结构”和“感兴趣的特征”在本文中可互换地使用。
本发明的一些实施例在具有未经填充的高纵横比孔或沟槽的样本上提供特定优点。一些实施例利用FIB铣削与深孔或要表征的孔邻近的孔。所铣削的孔被填充有所沉积的材料。所沉积的材料在以倾斜取向（掠射角或者倾斜的横截面）铣削通过隔板时充当防止垂落形成的掩模。所沉积的材料贯穿隔板基本上均匀，并因此减少了垂落。
隔板的实施例典型地为在水平平面中靠近感兴趣的区域而不是在感兴趣的区域的顶部上定位的厚沉积物，并且材料典型地沉积到为此目的而铣削的孔或沟槽中。暴露感兴趣的区域的铣削则不是自顶向下的，而是具有通过隔板的水平分量。虽然在以下的示例中使用离子束感应沉积，但是可以使用任何合适的沉积方法。例如，可以使用其中诸如激光束或电子束之类的射束分解前体以沉积材料的其它不同类型的感应沉积，以及其中分解材料而不分解前体的诸如团簇射束沉积之类的直接沉积。
隔板的优选尺寸取决于铣削的深度和角度，其由被暴露的感兴趣的特征确定。隔板的宽度应当至少如感兴趣的区域那样宽。射束优选地在铣削感兴趣的特征的全部或大部分之前经过均匀材料。如果隔板在铣削中在某个点处变得太薄，则垂落可能发生。隔板的形状优选地为在射束进入感兴趣的区域之前向射束呈现均匀材料的最小体积。即，隔板应当足够长和深，使得当成角度射束接触感兴趣的区域的底部时，射束仍旧行进通过隔板的大部分长度。
隔板不必是矩形盒。斜坡图案将是最高效的，但创建起来更为复杂。例如，图16示出减少垂落而没有过量沉积的高效隔板设计。样本1602包括所沉积的隔板1604和感兴趣的特征1606。如箭头1608所示，当射束正在铣削感兴趣的特征的底部时，射束正经过隔板。隔板通过射束不会经过的诸如区域1610之类的区的任何延伸不改进铣削且不必要地增加处理时间。图17示出具有非最优隔板1704和感兴趣的特征1706的样本1702。射束1708将在特征1710的底部处在其路径中遭遇非均匀密度，这将导致隔板的非均匀铣削，其进而可以导致在隔板的另一侧上的感兴趣的特征的非均匀铣削。
涉及CD-SEM、散射测量和TEM的现有方法由于分别涉及深度、太复杂/太多变量和样本完整性的原因而未能表征复杂材料堆叠上的开孔尺寸。所描述的本发明的实施例提供了表征复杂材料堆叠上的开孔尺寸的能力。
以下描述用于空结构样本制备的隔板沉积的三个实施例：
1. 切片和查看类型，掠射类型铣削工艺；
2. 用于掠射类型铣削的成角度沉积工艺；以及
3. 暴露垂直平面以用于观察而不是掠射角平面的成角度铣削工艺。
方法1-利用掠射角铣削的切片和查看
在以下描述的工艺中，SEM的电子柱是垂直安装的并且FIB以52度安装。这样的系统在图15中示出且在下文中详细描述。以下所描述的角度关于该配置。当使用其它配置时，将使用不同的角度，但是在一些实施例中，将使用相同的相对角度。
图1是示出本发明的实施例的流程图。图2A-2E示出在每一个步骤处的离子束和电子束。图3A示出将经历该工艺的样本302的自顶向下视图，并且图3B示出通过图3A的线3B-3B取得的横截面侧视图。在本说明书中自始至终使用标识横截面的该惯例。样本302包括多个高纵横比结构，诸如开孔304、沟槽或其它高纵横比未经填充结构。在步骤102中，使用如图2A中所示的FIB从顶部向下（即，工件表面的法向）铣削邻近于感兴趣的结构的孔。图4A和4B示出靠近感兴趣的结构404的孔402。在图4B中可以在其中铣削孔的区域的背景中看到开孔406。在步骤104中，使用例如如图2B中所示的离子束感应沉积来从样本的顶部向下填充孔。图5A和5B示出所沉积的材料502。一些沉积材料将很可能沉积在感兴趣的区之上。孔可以例如填充有钨、铂、氧化物或可使用离子束感应沉积而沉积的其它材料。所沉积的材料相比于工件材料优选地具有例如相同的蚀刻速率（例如，30%内）或更低蚀刻速率。沉积前体是公知的。
在步骤106中，针对掠射角铣削而对样本进行重取向，并且对样本进行铣削。在2012年9月11日提交的美国专利申请13/609,811 "Glancing Angle Mill"中详细描述掠射角铣削，该美国专利申请通过引用并入于此。在步骤108中，如图2C-2E中所示的那样执行掠射角铣削。优选地，掠射角为10°或更小，更优选地5°或更小，甚至更优选地3°或更小，并且在一些情况中，小于1°。如本文所使用的，掠射角铣削将指代以作为10°或更小的离子束与顶表面之间的角度铣削样本。本发明不限于掠射角铣削。高达45°或甚至更大角度的射束角对于一些应用而言是有用的。
所使用的实际角度将取决于正在使用的系统上可用的配置和要做出的测量的深度。例如，典型的铜互连沟槽为12nm深。样本台的倾斜被调整成使得离子束与样本之间的角度将制作在目标区的远端处12nm深的切口。即，可以将角度和深度设置成完全暴露特征。尽管在图2C-2E的实施例中，在样本的极上表面处引导离子束，但是在一些优选实施例中，射束可以被更深地引导到样本中来以几乎相同的方式暴露埋藏得更深的特征。
图6A和6B示出掠射角铣削的结果。射束方向的水平分量由箭头602示出，其中射束方向的垂直分量进入页面中。铣削深度跨隔板沉积到感兴趣的区中从左向右增加，如在图6A的铣削区域中从左向右渐进地变得更暗的阴影所示。在步骤108中的掠射角铣削之后，在步骤110中使用SEM来查看横截面以自顶向下对样本成像。几乎与结构正交地对SEM取向以通过减小工作距离来维持高质量图像。相对远离沉积而定位的铣削区域经受垂落效应，而更接近于所沉积的区域的样本区域示出极少或没有垂落或其它变形。因此，合期望的是，隔板非常接近于感兴趣的特征。
重复步骤108和110以执行“切片和查看”，从而提供特征的各种深度处的图像，并且可以组合图像以获得三维信息。图2D示出从结构移除更多材料以产生图7A和7B中所示的结果的后续掠射角铣削。图2E示出从结构移除更多材料以产生图8A和8B中所示的结果的后续掠射角铣削。
重复的“切片和查看”工艺将提供不同深度处的信息。每一个后续切片暴露接近于隔板的感兴趣的特征的略微更深的部分。由于掠射角铣削在射束方向上产生更深的铣削，并且如果存在如图5B至8B中所示的一系列感兴趣的特征，则铣削在不同深度处暴露射束路径中不同的感兴趣的特征。然而，特征距隔板越远，则往往造成越多伪像。最好的图像由接近于隔板的特征形成。使用多个“切片和查看”步骤提供了不同深度处的单个结构的图像。切片和查看提供了通过结构的更好圆度而对铣削质量的更好控制、在直径铣削大小中的更好控制，并创建了在铣削时与深度的更大相关性。重复的切片和查看图像可以被组合以形成特征的三维图像。
方法2-成角度隔板沉积
在一些样本中，感兴趣的区域具有相同特征的多个行。如上所示，例如在图6B中，掠射角铣削暴露表面以下不同深度处的相同特征的不同个体。不邻近于隔板的行中的特征将遭受垂落，尤其是如果在隔板与感兴趣的特征之间存在居间特征的话。仅最靠近隔板的行中的特征产生最佳图像，并且在先前的实施例中，那些特征全部被切割到相同深度。
最接近于感兴趣的区域的隔板的边缘被称为“近边”。在一些实施例中，离子束铣削使得近边被铣削以使得近边上的不同点在铣削工艺期间具有处于原始表面以下的不同深度。在一些实施例中，近边的一些部分比其它部分更远离射束源，并且因此，成角度到工件中的射束导致较远离射束源的边缘的点比较近的部分被铣削得更深。即，隔板具有不与通过离子束铣削而产生的斜坡表面上的相等铣削深度的线平行的近边。在一些应用中，这意味着近边不平行于掠射角铣削射束扫描方向。被铣削以使得近边上的不同点在铣削工艺期间具有处于原始表面以下的不同深度的隔板被称为“成角度隔板”，这是因为近边不垂直于射束方向。
如果隔板的近边的点被铣削到不同深度，则邻近于近边隔板的每一个感兴趣的特征也被铣削到不同的深度，从而提供来自单个铣削操作的不同深度的无伪像查看。
在该实施例中，FIB从上方铣削孔以创建被填入以创建成角度隔板的孔。该实施例允许诸如特征的圆度和直径之类的属性与利用单个掠射角铣削的深度相关。该实施例还可以与切片和查看一起使用，以提供相同特征的不同深度处的图像。
图9是示出该方法的步骤的流程图，并且图10A、10B、11A、11B、12A和12B示出包含蚀刻后的未经填充的结构1004作为要观察的感兴趣的区域1008的工件1002。在步骤901中，以与离子束的扫描方向成角度自顶向下铣削孔。在步骤902中，通过材料的离子束感应沉积自顶向下填充孔以创建成角度隔板1006。在步骤903中，针对掠射角铣削而对样本进行重取向。
在步骤904中，如上文关于第一实施例所描述的那样执行掠射角铣削。图10A示出掠射角铣削的结果的顶视图。箭头1010示出射束方向的水平分量，其还具有到页面中的分量。箭头1012示出射束的扫描方向。图上的垂直线将对应于相等铣削深度的线，其如阴影所示从左向右变深。隔板的近边1016跨相等铣削深度的线（即，关于相等铣削深度的线成角度）进行切割。未经填充的结构1004A、1004B、1004C、1004D和1004E全部邻近于隔板，并且其横截面将具有极少或没有垂落伪像。诸如未经填充的结构1004F之类的其它未经填充的结构将具有垂落，因为在隔板与结构1004F之间存在其它两个未经填充的结构。
图10B、11和12示出通过图10A的不同平面取得的横截面。不同横截面示出单个掠射角铣削步骤暴露表面以下不同深度处的未经填充的结构1004A、1004B、1004C、1004D和1004E中的每一个。不同于其中图6-8表示在多个顺序铣削步骤之后的样本的先前实施例，图10A、10B、11和12表示在使用成角度隔板的单个铣削步骤之后样本的不同横截面。
在可选步骤905中，重取向样本以用于在步骤906中通过电子束进行成像。用于掠射角铣削的样本取向不受SEM的取向限制。不同的期望掠射铣削角允许关于SEM的不同取向。本发明的一个实施例将允许SEM具有自顶向下视图。SEM的垂直取向允许SEM透镜接近于结构以减小工作距离并提供较高质量成像。
利用该方法的益处允许利用单个切口在不同深度处的准确分析并允许诸如圆度和直径之类的特性与深度的相关。实施例还可以与重复的切片和查看一起使用以提供针对相同特征的不同深度处的信息。
方法3-用于成角度铣削的隔板沉积保护
图13示出本发明的另一实施例的步骤。图14A示出依照图13的步骤进行处理的工件1402的顶视图，并且图14B和14C示出包括诸如开孔1406、沟槽或其它高纵横比未经填充结构之类的多个高纵横比结构的工件1402的横截面。在步骤1301中，使用离子束在样本中铣削孔，其典型地取向为表面的法向。在步骤1302中，给邻近于感兴趣的区域1408定位的孔填充所沉积的材料以便如关于先前实施例描述的那样产生隔板1404。
在先前实施例中，以与表面的掠射角取向的铣削自顶向下在铣削区之上均匀渐进到工件中。即，射束跨铣削区来回扫描，其中扫描线在后续扫描中向下移动而更深入到工件中以产生变得渐深的成角度沟槽。
在该实施例中，在感兴趣的区域的侧面上将斜坡线铣削到期望的铣削深度，并且然后，扫描射束使得经铣削的面朝向感兴趣的区域侧向前进。如在先前实施例中那样，沉积在感兴趣的区域之前的射束路径中的隔板防止感兴趣的区域中的垂落。该工艺导致暴露示出感兴趣的特征的侧视图的垂直面，而不是先前实施例的掠射角自顶向下视图。即，如果感兴趣的特征是未经填充的管，则先前实施例暴露在一个深度处通过管的圆形切片以供自顶向下观察，而该实施例暴露示出其整个长度之上的孔的通过管的纵向切片以供从侧面观察。因为该实施例不产生自顶向下视图，所以射束关于工件表面的角度可以更大。在步骤1303中，离子束通过倾斜铣削取向来铣削掉横截面。在步骤1304中，重取向样本并且利用SEM对其进行查看。
图14A示出隔板1404的自顶向下视图。箭头1410示出离子束的水平分量的方向，所述离子束还成角度到页面中。铣削向左边较浅，且向右边较深，如阴影所示。图14B示出在线14B-14B处图14A的横截面，其中铣削完成并且所暴露的特征1406A和1406B准备好从页面法向的位置进行查看。图14C示出在已经被铣削且处于要查看的平面前方的平面处取得的横截面。
图14C的线1410示出经铣削的沟槽的底部处的平面，因此直接在线1410上方不存在材料。隔板1404在铣削线以下的部分在铣削之后保留。在图14C的背景中可以看到，未经铣削的隔板1404和被暴露以供查看的样本的未经铣削部分包括横截面特征1046A和1406B。
铣削优选地开始于足够远离感兴趣的区域处，以产生处于最终横截面前方的足够大的沟槽，使得电子束能够扫描横截面并且次级电子能够从沟槽逸出以被收集从而形成图像。步骤1303和1304可以被重复以执行“切片和查看”以便随着从侧面铣削穿过感兴趣的区域而获得多个图像。
双射束系统
图15示出适合于实践本发明的典型双射束系统1510，具有垂直安装的SEM柱和与垂直方向成近似52°的角度安装的FIB柱。适合的双射束系统是例如从FEI Company,Hillsboro, Oregon（本申请的受让人）商业上可得到的。虽然下文提供了适合的硬件的示例，但本发明不限于以任何特定类型的硬件实现。
在双射束系统1510的情况下提供扫描电子显微镜1541连同电源和控制单元1545。通过在阴极1552和阳极1554之间施加电压来从阴极1552发射电子束1543。电子束1543借助于聚光透镜1556和物镜1558而聚焦于精细点。电子束1543借助于偏转线圈1560而在样品上二维地扫描。聚光透镜1556、物镜1558和偏转线圈1560的操作由电源和控制单元1545来控制。
电子束1543可以聚焦于基底1522上，所述基底1522在下腔室1526内的可移动台1525上。当电子束中的电子撞击基底1522时，发射次级电子。这些次级电子被次级电子检测器1540所检测，如下所讨论。
双射束系统1510还包括聚焦离子束（FIB）系统1511，其包括具有上部1512的真空腔室，离子源1514和聚焦柱1516位于所述上部1512内，其包括提取器电极和静电光学系统。聚焦柱1516的轴从电子柱的轴倾斜52度。上部1512包括离子源1514、提取电极1515、聚焦元件1517、偏转元件1520和聚焦离子束1518。离子束1518从离子源1514经过聚焦柱1516且在静电偏转器1520之间朝向基底1522，其包括例如被定位在下腔室1526内的可移动台1525上的半导体器件。
台1525可以优选地在水平平面中（X和Y轴）以及垂直地（Z轴）移动。台1525还可以倾斜近似60°并绕Z轴旋转。门1561被打开以用于将基底1522插入到X-Y台1525上且还用于维护（service）内部气体供应贮存器，如果被使用的话。门被互锁，以使得在系统处于真空下时所述门不能被打开。
离子泵（未示出）被采用于抽空上部1512。在真空控制器1532的控制下用涡轮分子和机械泵送系统1530来抽空腔室1526。真空系统在腔室1526内提供近似1×10-7托和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体气体，则腔室本底压强可以提高到通常大约1×10-5托。
高电压电源向离子束聚焦柱聚焦1516中的电极提供适当的加速电压以用于给离子束1518供能并使其聚焦。当其撞击基底1522时，材料从样本溅射，即物理喷射。可替换地，离子束1518能够分解前体气体以沉积材料。
高电压电源1534连接到液体金属离子源1514以及离子束聚焦柱1516中的适当电极以用于形成近似1keV到60keV的离子束1518，并将其导向样本。根据由图案生成器1538提供的规定图案而操作的偏转控制器和放大器1536耦合到偏转板1520，由此离子束1518可以被手动或自动地控制以在基底1522的上表面上描绘出对应图案。在一些系统中，偏转板被放置在最终透镜之前，如本领域中众所周知。离子束聚焦柱1516内的射束消隐电极（未示出）使离子束1518撞击到消隐孔（未示出）上而不是基底1522上，当消隐控制器（未示出）将消隐电压施加到消隐电极时。
液体金属离子源1514通常提供镓金属离子束。所述源通常能够在基底1522处聚焦于低于十分之一微米宽射束中以用于通过离子铣削、增强蚀刻、材料沉积来修改基底1522或用于使基底1522成像的目的。也可以使用诸如等离子体离子源之类的其它离子源。
可选的探测器组件包括探测器运动机构1580和探测器尖部1581，其允许在暴露的导体处施加或感测电压。探测器尖部可以被单独地移动到期望位置并被降低以接触基底1522。虽然示出了三个探测器尖部，但探测器尖部的数目可以变化。多探测器运动机构可以用来控制任何数目的探测器。探测器尖部可以将电压或电流在精确的位置处施加到基底1522和/或可以感测电压或电流。
用于检测次级离子或电子发射的带电粒子检测器1540（诸如，Everhart-Thornley检测器或多沟道板）连接到视频电路1542，所述视频电路1542将驱动信号供应到视频监视器1544并从控制器1519接收偏转信号。在不同实施例中，下腔室1526内的带电粒子检测器1540的位置可以变化。例如，带电粒子检测器1540可以与离子束同轴并包括用于允许离子束经过的孔。在其它实施例中，可以通过最终透镜来收集次级粒子且然后将次级粒子转向离轴以用于收集。
光学显微镜1551允许样本1522和探测器1581的观察。光学显微镜可以与带电粒子束之一同轴，如例如在由本申请的申请人拥有的Rasmussen, "Method apparatus for acoaxial optical microscope with focused ion beam"美国专利No. 6,373,070中所描述。
气体递送系统1546延伸到下腔室1526中以用于引入和引导气体蒸汽朝向基底1522。被转让给本发明的受让人的Casella et al. "Gas Delivery Systems forParticle Beam Processing"的美国专利No. 5,851,413描述了适合的气体递送系统1546。在同样被转让给本发明的受让人的Rasmussen, "Gas Injection System"的美国专利No.5,435,850中描述了另一个气体递送系统。例如，金属有机化合物可以被递送到射束撞击点以在离子束或电子束的撞击时沉积金属。诸如用来沉积铂的(CH3)3Pt(CpCH3)或者用来沉积钨的六羰基钨之类的前体气体可以被递送以被电子束分解来在步骤108中提供保护层。
系统控制器1519控制双射束系统1510的各种部分的操作。通过系统控制器1519，用户能够使离子束1518或电子束1543通过被输入到常规用户接口（未示出）中的命令而以期望的方式被扫描。可替换地，系统控制器1519可以根据编程的指令来控制双射束系统1510。优选的控制器与存储器通信或包括存储器，所述存储器存储用于自动执行图1、9或13的步骤的指令。系统控制器1519可以用于控制探测器运动组件1580。在一些实施例中，双射束系统1510合并有图像识别软件，诸如从Cognex Corporation, Natick, Massachusetts商业上可得到的软件，以自动识别感兴趣的区域，并且然后，系统能够手动或自动地暴露横截面以用于根据本发明进行成像。例如，系统可以自动地定位包括多个器件的半导体晶片上的类似特征并暴露和形成不同（或相同）器件上的感兴趣的特征的图像。
本发明具有宽泛的适用性并能够提供如在以上示例中描述和示出的许多益处。实施例将取决于特定应用而极大地变化，并且不是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是例如从本申请的受让人FEICompany商业上可得到的。
本文的描述使用术语相对于晶片或其它工件水平和垂直。应理解的是，“水平”通常用于意指与工件表面和沉积到工件上的导电平面平行，而“垂直”通常用于意指与工件表面正交。
本发明具有宽泛的适用性并能够提供如在以上示例中描述和示出的许多益处。实施例将取决于特定应用而极大地变化，并且不是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是例如从本申请的受让人FEICompany商业上可得到的。
本说明书公开了一种方法和一种用于执行该方法的操作的装置二者。此类装置可以被特别地构造用于所需目的，或者可以包括通用计算机或由被存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重配置的其它设备。各种通用带电粒子束系统可以与根据本文的教导的程序一起使用。可替换地，用来执行所需方法步骤的更专门的装置的构造可能是适当的。
此外，本说明书还隐含地公开了一种计算机程序，因为对本领域技术人员而言将显而易见的是，本文描述的方法的各个步骤可以由计算机代码实施。计算机程序不旨在被限制于任何特定编程语言及其实现方式。将领会的是，多种编程语言及其编码可以用来实现本文包含的公开的教导。此外，计算机程序不旨在被限制于任何特定的控制流程。存在计算机程序的许多其它变型，其可以在不背离本发明的精神或范围的情况下使用不同的控制流程。
此类计算机程序可以存储在任何计算机可读介质上。计算机可读介质可以包括储存设备，诸如磁盘或光盘、存储器芯片或适合于与通用计算机对接的其它储存设备。计算机可读介质还可以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。计算机程序当在用于带电粒子束的此类通用计算机或控制器上被加载和执行时并有效地导致实现优选方法的步骤的装置。
本发明还可以被实现为硬件模块。更特别地，在硬件的意义上，模块是被设计用于与其它部件或模块一起使用的功能硬件单元。例如，模块可以是使用分立电子部件来实现的，或者其可以形成诸如专用集成电路（ASIC）之类的整个电子电路的一部分。存在许多其它可能性。本领域技术人员将领会的是，系统还可以被实现为硬件和软件模块的组合。
尽管前面的描述大部分针对半导体晶片，但本发明可以适用于任何合适的基底或表面。另外，无论何时本文使用术语“自动”、“自动化”或类似术语，那些术语都将被理解为包括自动或自动化过程或步骤的手动发起。在下面的讨论中以及在权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放式的方式被使用，并因而应被解释为意指“包括，但不限于……”。
在任何术语不被特别限定在本说明书中的意义上，意图在于，该术语应被给出其简明且普通的含义。附图旨在辅助理解本发明，并且除非另有指示，附图不是按比例绘制的。
术语“集成电路”指代在微芯片的表面上图案化的电子部件集及其互连（统称为内部电路元件）。术语“半导体芯片”一般指代集成电路（IC），其可以是半导体晶片的组成部分、与晶片分离或者被封装以在电路板上使用。术语“FIB”或“聚焦离子束”在本文中用于指代任何准直离子束，包括由离子光学装置聚焦的射束和成形离子束。
以上实施例描述了3D NAND型结构，但本发明不限于此类结构且例如有益于DRAMS以及有益于表征沟槽和其它结构以及圆形孔。
在任何术语不被特别限定在本说明书中的意义上，意图在于，该术语应被给出其简明且普通的含义。附图旨在辅助理解本发明，并且除非另有指示，附图不是按比例绘制的。
本发明的一些实施例提供了一种使用带电粒子束暴露感兴趣的特征的方法，包括：
铣削邻近于感兴趣的特征的沟槽；
使用射束感应沉积给沟槽填充材料；
从要求铣削通过所沉积的材料的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征；以及
观察所暴露的感兴趣的特征。
依照一些实施例，使用射束感应沉积给沟槽填充材料包括邻近于感兴趣的特征但不在感兴趣的特征的顶部上沉积材料。
依照一些实施例，从要求铣削通过所沉积的材料的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征包括从小于10度的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征。
依照一些实施例：
经填充的沟槽包括隔板；
隔板具有最接近于感兴趣的特征的近边；并且
隔板被配置成使得引导离子束以暴露感兴趣的特征导致每一个点被铣削到不同的深度。
依照一些实施例，感兴趣的区域包含多个相同特征，并且其中引导离子束在一个所暴露的面中的不同深度处暴露邻近于隔板的多个感兴趣的特征。
依照一些实施例，从要求铣削通过所沉积的材料的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征包括暴露平行于射束方向的垂直面以提供感兴趣的特征的侧视图。
依照一些实施例，从要求铣削通过所沉积的材料的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征包括暴露距水平方向小于10度且平行于射束方向的面以提供感兴趣的特征的几乎自顶向下视图。
依照一些实施例，重复从要求铣削通过所沉积的材料的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征以及观察所暴露的感兴趣的特征的步骤，以提供关于原始表面以下多个深度处的特征的信息。
本发明的一些实施例提供了一种利用带电粒子束暴露样本中的感兴趣的特征的方法，样本包括第一材料，所述方法包括：
铣削邻近于感兴趣的特征的孔；
利用第二材料填充孔；以及
从要求铣削通过所沉积的材料的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征。
依照一些实施例，铣削邻近于感兴趣的特征的孔包括在样本表面的法向方向上铣削孔。
依照一些实施例，利用材料填充孔包括使用带电粒子束沉积来填充孔。
依照一些实施例，引导离子束以暴露感兴趣的特征包括执行掠射角铣削。
依照一些实施例，所述方法还包括：
在执行掠射角铣削之前重取向样本；以及
利用扫描电子显微镜对样本成像。
依照一些实施例，用于填充孔的第二材料具有第一材料的蚀刻速率的30%内的蚀刻速率。
依照一些实施例，感兴趣的特征是高纵横比结构。
依照一些实施例，用于填充孔的第二材料包括钨、铂或氧化物。
依照一些实施例，所述方法还包括重复执行掠射角铣削和利用扫描电子显微镜对样本成像的步骤至少一次。
依照一些实施例，从对样本成像获得的信息被组合以创建样本的三维信息。
依照一些实施例，铣削邻近于感兴趣的特征的孔包括铣削具有与感兴趣的区域成角度的近边的孔。
一些实施例提供了一种用于暴露样本中的感兴趣的特征的系统，包括：
用于提供聚焦离子束的离子光学柱；
用于提供聚焦电子束的电子光学柱；
用于检测从样本发射的次级粒子的粒子检测器；以及
与计算机存储器通信的控制器，计算机存储器存储指令以用于：
铣削邻近于感兴趣的特征的孔；
使用带电粒子束沉积给孔填充第二材料；
从要求铣削通过所沉积的材料的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征，其中铣削通过所沉积的材料包括执行掠射角铣削以及在执行掠射角铣削之前重取向样本；以及
使用扫描电子显微镜对样本成像。
虽然已经详细描述了本发明及其优势，但应理解的是，可以在不背离如随附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下在本文中做出各种改变、替换和变更。此外，本申请的范围不旨在被限于在本说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例。如本领域技术人员将从本发明的公开中容易地领会的那样，可以根据本发明来利用与本文描述的对应实施例执行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稍后将被开发的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。因此，随附权利要求旨在在其范围内包括此类过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。

Claims (20)

1.一种使用带电粒子束暴露样本中的感兴趣的特征的方法，包括：
在样本的表面中铣削邻近于感兴趣的特征的沟槽；
使用射束感应沉积给沟槽填充材料；
从要求铣削通过所沉积的材料的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征，所述角度是表面与离子束之间的小于或等于45°的角度；以及
观察所暴露的感兴趣的特征。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使用射束感应沉积给沟槽填充材料包括邻近于感兴趣的特征但不在感兴趣的特征的顶部上沉积材料。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述角度是表面与离子束之间的小于或等于10°的角度。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中：
经填充的沟槽包括隔板；
隔板具有最接近于感兴趣的特征的近边；并且
隔板被配置成使得引导离子束以暴露感兴趣的特征导致近边上的每一个点被铣削到不同的深度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中感兴趣的区域包含多个相同特征，并且其中引导离子束在一个所暴露的面中的不同深度处暴露邻近于隔板的多个感兴趣的特征。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中从要求铣削通过所沉积的材料的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征包括暴露平行于射束方向的垂直面以提供感兴趣的特征的侧视图。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中从要求铣削通过所沉积的材料的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征包括暴露距水平方向小于10度且平行于射束方向的面以提供感兴趣的特征的几乎自顶向下视图。
8.根据权利要求7所述的方法，其中重复从要求铣削通过所沉积的材料的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征以及观察所暴露的感兴趣的特征的步骤，以提供关于原始表面以下多个深度处的感兴趣的特征的信息。
9.一种利用带电粒子束暴露样本中的感兴趣的特征的方法，样本包括第一材料，所述方法包括：
在样本的表面中铣削邻近于感兴趣的特征的孔；
利用第二材料填充孔；以及
从要求铣削通过第二材料的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征，其中所述角度是表面与离子束之间的小于或等于45°的角度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中铣削邻近于感兴趣的特征的孔包括在表面的法向方向上铣削孔。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中利用第二材料填充孔包括使用带电粒子束沉积来填充孔。
12.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中引导离子束以暴露感兴趣的特征包括执行掠射角铣削。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
在执行掠射角铣削之前重取向样本；以及
利用扫描电子显微镜对样本成像。
14.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中用于填充孔的第二材料具有第一材料的蚀刻速率的30%内的蚀刻速率。
15.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中感兴趣的特征是高纵横比结构。
16.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中用于填充孔的第二材料包括钨、铂或氧化物。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括重复执行掠射角铣削和利用扫描电子显微镜对样本成像的步骤至少一次。
18.根据权利要求17所述的方法，其中从对样本成像获得的信息被组合以创建样本的三维信息。
19.根据权利要求9所述的方法，其中铣削邻近于感兴趣的特征的孔包括铣削所述孔以具有关于感兴趣的特征成角度的近边。
20.一种用于暴露样本中的感兴趣的特征的系统，包括：
用于提供聚焦离子束的离子光学柱；
用于提供聚焦电子束的电子光学柱；
用于检测从样本发射的次级粒子的粒子检测器；以及
与计算机存储器通信的控制器，计算机存储器存储指令以用于：
在样本的表面中铣削邻近于感兴趣的特征的孔；
使用带电粒子束沉积给孔填充第二材料；
从要求铣削通过所沉积的第二材料的角度引导离子束以暴露感兴趣的特征，所述角度是表面与离子束之间的角度，其中铣削通过所沉积的第二材料包括执行掠射角铣削以及在执行掠射角铣削之前重取向样本；以及
使用扫描电子显微镜对样本成像。
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