JP2023518221A - ウェハ中の検査ボリュームの断面画像化の方法 - Google Patents

ウェハ中の検査ボリュームの断面画像化の方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、半導体ウェハの表面の下側で１μｍを超えて深度が大きく延びた検査ボリュームの断面化によるデュアルビーム装置および３次元回路パターン検査技術に関し、より詳細には、ウェハからサンプルを取り出すことなく、ウェハの内側の深い検査ボリュームの３Ｄボリューム像データを生成するための方法、コンピュータプログラム製品、および装置に関する。本発明はさらに、３次元回路パターン検査用のデュアルビーム装置を利用した３Ｄボリューム像生成、断面像位置合わせ方法に関する。

Description

本発明は、集積回路の断面化による３次元回路パターン検査・測定技術に関する。より詳細に、本発明は、集積回路を含む半導体ウェハの測定部位における検査ボリュームの断面化による３次元回路パターン検査技術に関し、さらに詳細には、半導体ウェハの測定部位における検査ボリュームの３Ｄボリューム像を得るための方法、コンピュータプログラム製品、および対応する半導体検査装置に関する。この方法では、ウェハの検査ボリュームに対して傾斜角を付けて断面表面を切削し、その傾斜断面表面を荷電粒子画像化顕微鏡で画像化する。この方法、コンピュータプログラム製品、および装置は、半導体ウェハ内の集積回路の定量的計測、欠陥検出、プロセスモニタリング、欠陥精査、および検査に利用可能である。
半導体構造は、人工構造物の中で最も微細な構造であり、欠陥はごくわずかである。このように稀な欠陥は、欠陥検出、欠陥精査、または定量的計測装置が予期するサインである。作製された半導体構造は、予備知識に基づく。半導体構造は、基板と平行な一連の層から製造される。たとえば、ロジック型サンプルにおいては、金属線が金属層またはＨＡＲ（高アスペクト比）構造において平行に延び、金属ビアが金属層と垂直に延びている。異なる層における金属線間の角度は、０°または９０°である。一方、ＶＮＡＮＤ型構造の場合は、それぞれの断面が平均的に円形であることが知られている。
集積回路の作製においては、フィーチャサイズが小さくなっている。現在の最小フィーチャサイズすなわち限界寸法は、１０ｎｍを下回り（たとえば、７ｎｍまたは５ｎｍ）、近い将来には３ｎｍを下回ることが予想される。したがって、パターンのエッジ形状を測定し、フィーチャの寸法またはラインエッジの粗さを高精度に決定することが困難となっている。パターンのエッジ形状またはラインの粗さは、複数の影響を受ける。一般的に、ラインまたはパターンのエッジ形状は、含まれる材料自体の特性、リソグラフィ露光、またはエッチング、堆積、もしくは注入等のその他任意の関連するプロセスステップによって決まり得る。荷電粒子システムの測定分解能は通常、サンプル上の個々の像点もしくは画素ごとの滞留時間のサンプリングラスターならびに荷電粒子ビーム直径の制限を受ける。サンプリングラスター分解能は、画像化システム内で設定可能であるとともに、サンプル上の荷電粒子ビーム直径に適応可能である。通常のラスター分解能は２ｎｍ以下であるが、ラスター分解能の限界値は、物理的な制限がなければ下げることができる。荷電粒子ビーム直径は、荷電粒子ビームの動作条件およびレンズに応じて、寸法に限界がある。ビーム分解能は、ビーム直径の約半分に制限される。分解能としては、２ｎｍ未満が可能であり、たとえば１ｎｍ未満さえも可能である。
半導体集積回路のフィーチャサイズが小さくなり、荷電粒子画像化システムの分解能に対する要求が高くなると、ウェハ中の半導体集積回路の検査および３Ｄ解析がますます困難になる。半導体ウェハは、直径が３００ｍｍで、複数の部位（いわゆるダイ）から成り、それぞれ、たとえばメモリチップまたはプロセッサチップ等の少なくとも１つの集積回路パターンを含む。半導体ウェハはおよそ１０００のプロセスステップを経るが、その半導体ウェハ内には、およそ１００以上の平行層（トランジスタ層、中間層、および相互接続層を含む）が形成され、メモリデバイスでは、メモリセルの３次元アレイが形成される。
半導体サンプルからｎｍスケールの３次元トモグラフィデータを生成する一般的な方法として、たとえばデュアルビーム装置により構成された、いわゆるスライス・イメージ(slice and image)手法がある。このような装置においては、２つの粒子光学系がある角度で配置されている。第１の粒子光学系としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が可能である。第２の粒子光学系としては、たとえばガリウム（Ｇａ）イオンを用いた集束イオンビーム光学系（ＦＩＢ）が可能である。ガリウムイオンの集束イオンビーム（ＦＩＢ）の使用により、半導体サンプルのエッジの層が１枚ずつ切り落とされ、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって各断面が画像化される。２つの粒子光学系は、垂直に配向させることも可能であるし、４５°～９０°の角度で配向させることも可能である。図１は、スライス・イメージ手法の模式図であり、ＦＩＢ光学カラム５０を使用し、ｚ方向の集束イオンビーム５１によるｙ－ｚ平面での走査によって、半導体サンプル１０を通る断面から薄層が除去されることにより、新たな前面５２が断面表面５２として現れる。次のステップでは、たとえば断面表面５２の前面の走査画像化にＳＥＭ４０が用いられる。本例においては、ＳＥＭ光軸４２がｘ方向と平行に配向しており、ｙ－ｚ平面内の走査画像化線４６に沿った電子ビーム４４の走査によって、像が生成される。断面表面５２のラスター走査を実行すると、断面像スライス１００．１が形成される。たとえば前面となる断面表面５３および５４を通したこのＦＩＢ切削(FIB milling)およびＳＥＭ画像化(SEM imaging)の手法の繰り返しにより、距離ｄの断面像スライス１００．２および１００．３が得られる。最終的には、サンプルを通るさまざまな深度の一連の２Ｄ断面像１０００が得られる。後続の２枚の像スライス間の距離ｄとしては、１ｎｍ～数十ｎｍ（たとえば、３０ｎｍ）が可能である。これら一連の２Ｄ断面像１０００から、半導体集積構造の３Ｄ像を再構成可能である。
図１は、既知の技術により半導体ウェハから取り出されたブロック状半導体集積サンプル１０の例におけるスライス・イメージ手法を示している。ブロックサンプル上には、基準が形成されている。いわゆる基準の利用により、各スライスの横方向位置のほか、層間の距離を導出するのが一般的な方法である。米国特許第９，６３３，８１９号は、サンプル上に露出したガイド構造（「基準」）に基づく位置合わせ方法を開示する。米国特許第７，３４８，５５６号は、一連の連続像スライスから３次元表面粗さを決定するための表面上の位置合わせマークを記載する。
従来技術の一般的なスライス・イメージ手法は、ウェハの内側の検査ボリュームには適用できない。一般的なスライス・イメージ手法では、当該スライス・イメージ法を実行してサンプルの３Ｄボリューム像(3D volume image)を取得可能となるのに、半導体ウェハからサンプルを取り出す必要または抽出する必要がある。したがって、サンプルを取り出すことなくウェハ中の検査ボリュームの３Ｄボリューム像生成に適用可能なスライス・イメージ法を提供することが課題である。
米国特許第７，４３８，５５６号は、デュアルビームＦＩＢ／ＳＥＭツールによってラインエッジまたは表面の粗さを決定するための方法を示している。サンプルの表面に垂直なＦＩＢ切削によって、一連の断面表面が生成される。また、およそ１０ｎｍ以上のスライス距離で一連の断面が生成される。上面には、断面の横方向位置を決定するための基準が適用されている。サンプルの表面の法線に対してＳＥＭが傾斜しており、その使用によって、一連の断面像(a sequence of cross-section images)が形成される。各断面像から、ウェハ表面と平行な方向のフィーチャの限界寸法（ＣＤ）が決定される。フィーチャのラインエッジ粗さがＣＤから決定され、各断面像においては、基準の参照によって、フィーチャのエッジが決定される。また、基準およびＳＥＭの既知の角度を参照することにより、サンプルの表面と垂直なエッジ位置が決定される。したがって、フィーチャの深度の正確な決定は不可能である。このため、提案の方法は、サンプルの表面と平行に延びた半導体フィーチャの１Ｄ測定に限られる。特に、提案の方法は、ウェハ表面の下側の半導体フィーチャの深度を正確に決定するための手段を提供しない。
メモリデバイスのＨＡＲ構造等、繰り返しの深い半導体フィーチャの解析のため、切削用ＦＩＢビームの傾斜角が小さな単一ウェッジカット形状でのスライシング・イメージングが提案されている。たとえば、米国特許第９，４６６，５３７号は、モールド層を有する半導体装置の検査方法を示している。ある傾斜角でのモールド層に対する切削(milling)によって、モールド層を通る傾斜断面表面が形成される。所望の傾斜角を実現するため、切削ステップと画像化ステップとの間で、調査対象サンプルを保持するステージが傾けられる。このようにして得られた切削表面または断面表面の像が解析され、たとえば、基準として機能する選択半導体フィーチャに対して、半導体フィーチャの中心位置が導出される。この解析から、作製プロセスのプロセス偏差を導出可能であることが主張されている。ただし、関心フィーチャを基準として利用する単一切削面または断面の解析では精度に限界があり、作製プロセスのモニタリングに必要な情報を提供できないことが分かってきた。さらに、切削と画像化との間でステージを傾ける必要があるものの、高スループットの検査タスクには非現実的である。
米国特許第１０，０２６，５９０号は、サンプルに対して視斜角で単一の断面表面を切削することにより関心フィーチャを検査することと、さまざまな深度のさまざまな関心フィーチャの断面から仮想フィーチャを構成することと、を行う類似の方法を開示する。深度は、トレンチのエッジまでのフィーチャ断面の横方向距離によって決まる。仮想フィーチャの深度分解能は、付加的な切削動作によって向上可能である。切削動作をモニタリングするため、ＦＩＢに垂直な位置合わせ基準が提案されている。ただし、視斜角が非常に小さな切削は不可能であるか、または、切削動作が正しくない結果となってしまい、数少ない断面からの仮想フィーチャの導出には精度に限界があって、作製プロセスのモニタリングに必要な情報を提供できないことが分かってきた。また、トレンチまたは切削のエッジからの深度の決定は不正確であり、ＦＩＢビームに垂直な表面における基準の適用は、困難で時間の掛かるプロセスである。
半導体装置の多層スタックの個々の層の厚さが減少するとともに、ウェハの検査ボリュームに対して断面表面を切削するのに必要な傾斜角もますます小さくなって、たとえば５°あるいは３°を下回る。このような手法は、ＵＳ９９４１０９６ ＢＢに記載されている。ただし、実際のセットアップでこのように小さな傾斜角を実現するのは不可能である。多層構造の深度がおよそ５μｍ以上の深い半導体構造に対して、たとえば１５°を下回る非常に小さな角度で断面表面を切削するには、より深い構造に向かって４０μｍあるいは１００μｍを超える切削ビームの方向の大きな長さにわたる非常に大きな表面をＦＩＢで切削する必要がある。このように大きな表面を切削するのは時間が掛かる上、より深い層ほど表面の品質が大幅に低下する。さらに、大きな断面表面は、通常の高分解能荷電粒子画像化装置(high resolution charged particle imaging device)の１０μｍ～２０μｍの視野を超える上、大きな断面表面の画像化には像のステッチングを要する。米国特許第１０１８４７９０号は、像ステッチングによって傾斜面の２Ｄ像を形成する方法を提案しており、サンプルの横方向シフトによって一連のＳＥＭ像が得られ、これらの像の一体的なステッチングによって、傾斜面の単一の２Ｄ像が形成される。深度は、ＳＥＭ像のうちの１つで見られるトレンチのエッジを参照することにより測定される。したがって、深度の決定は、正確ではない。得られる２Ｄ情報および限られた精度は、近年の要求には不十分である。したがって、本発明の課題は、高品質での深部構造の画像化を含む、３Ｄボリューム像生成のためのウェハ検査ツールおよび方法を提供することである。
米国特許出願第２００９／２９６０７３号は、ウェハ表面と実質的に平行に表面を切削することによって半導体フィーチャを解析する方法を記載する。ただし、ウェハからサンプルを取り出すことなく、ＦＩＢによる切削によって、ウェハ表面と平行あるいは５°または１０°を下回る非常に小さな角度の表面を十分な精度で実現する方法については、明らかとなっていない。
近年の開発では、ウェハ表面の下側の半導体フィーチャの深度を正確に決定することを含めて、相当高いスループットでより高い精度が求められている。したがって、サンプルを取り出すことなくウェハ中の検査ボリュームの３Ｄボリューム像生成に適用可能なスライス・イメージ法を提供することが課題である。ウェハの検査ボリューム中のフィーチャの深度は、高精度に決定する必要がある。したがって、深さ方向に高い分解能でサンプルを取り出すことなくウェハ中のボリュームの３Ｄボリューム像生成に適用可能なスライス・イメージ法を提供することが課題である。さらに、本発明の課題は、ウェハからサンプルを取り出すことなく、ウェハの検査ボリューム中の欠陥を検査可能なウェハ欠陥検査装置および方法を提供することである。
近年、半導体回路の高集積化の傾向により、シリコンウェーハ中またはシリコンウェーハ上に形成される交互層のスタックがさらに高くなっている。現行のメモリチップは、最大１００層以上（たとえば、９２層）の異なる層を含む。およそ１００層のスタックは、厚さ（高さ）が６μｍを超え、現行および将来のスタックの高さは、１０μｍに達する。スタックの高さが増すと、ウェハ中の検査ボリュームに対して、深部構造の画像化がますます困難になる。したがって、ウェハを破壊することなく、深部構造の画像化を含む３Ｄボリューム像生成のためのウェハ検査ツールおよび方法を提供することが課題である。
深度が増すのに加えて、各層の厚さは、ますます小さくなる。検査作業に関しては、単一の層（たとえば、ワード線または絶縁層）中の複数のＨＡＲ構造を通る断面像を得るのが望ましい。したがって、ウェハからサンプルを取り出すことなく、３Ｄボリューム像生成によって、単一層中のＨＡＲ構造を通る断面を生成するためのウェハ検査ツールおよび方法を提供することが課題である。
深度が増すと、深度が大きく延びた検査ボリュームの断面表面を荷電粒子画像化ビームによって画像化するのがますます困難になる。したがって、３Ｄボリューム像生成により、ウェハの内側で深度が大きく延びた検査ボリュームを検査するためのデュアルビーム装置および方法を提供することが課題である。
インライン検査のための通常のウェハ検査では、非常に高いスループットが求められる。したがって、本発明の別の課題は、高スループットでウェハ中に作製された半導体装置における３Ｄボリューム検査を提供することである。
上記課題は、本発明の実施形態に示す例に記載の発明によって解決される。
本発明の目的は、ウェハから検査ボリューム(inspection volume)を抽出する必要も取り出す必要もなく、デュアルビーム装置によってウェハ中の検査ボリュームを３Ｄ検査する方法と、ウェハ中の検査ボリュームを検査するように構成されたデュアルビーム装置と、を提供することである。本発明の別の目的は、デュアルビーム装置によってウェハ中の検査ボリュームを３Ｄ検査する方法を実行するプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品を提供することである。実施形態に係るウェハ中の検査ボリュームの３Ｄ検査は、ウェッジカット形状にて実行される。ウェッジカット形状によれば、ウェハの破壊もウェハからのサンプルボリュームの抽出もなく、ウェハ内で横方向がおよそ１０μｍ～１５μｍ延び、深度が最大１０μｍ以上延びた検査ボリュームを調べることができる。ウェッジカット形状でのスライシング・イメージング法によれば、５ｎｍ未満、好ましくは２ｎｍ未満、より好ましくは１ｎｍ未満の高い横方向分解能でウェハの検査ボリューム全体の３Ｄ表現または３Ｄボリューム像を生成可能である。検査ボリューム全体に対しては、３Ｄ検査用の３Ｄボリューム像が提供される。
本発明は、ウェハからサンプルを取り出すことのない集積回路の断面化および３Ｄボリューム像データ生成によるデュアルビーム装置および３Ｄ測定方法を提供する。特に、ウェハの表面の下側で深度が大きく延びた検査ボリュームを高分解能でウェハ検査するデュアルビーム装置および方法が提供される。本発明は、ウェハからサンプルを取り出すことのないウェハの内側の検査ボリュームの３次元回路パターン検査のための３Ｄ測定方法を提供する。より詳細に、本発明は、集積回路を含む半導体ウェハの測定部位における検査ボリュームの断面化による３次元回路パターン検査技術に関し、さらに詳細には、ウェハからサンプルを取り出すことなく、半導体ウェハの測定部位における検査ボリュームの３Ｄボリューム像を得るための方法、コンピュータプログラム製品、および対応する半導体検査装置に関する。この方法では、第２の断面像フィーチャを利用して、第１の断面像フィーチャ(cross-section image feature)の深度を決定する。複数の第２の断面像フィーチャは、集積回路中の層の構造に対応し、一般的には、既知または所定の深度の構造に対応する。一例において、第１の断面の深度の決定は、複数の第２の断面像フィーチャに対する相対的な深度の決定である。少なくとも１枚の断面像スライスの取得および位置合わせならびに第１の断面像フィーチャの深度の決定の後、たとえばウェハの作製誤差に関して、ウェハの測定部位の検査ボリュームが評価される。作製誤差が解析され、たとえば、作製ウェハの故障解析が実行される。一例においては、作製誤差が解析され、たとえば、ウェハを作成する特定の作製プロセスステップが改善される。この方法、コンピュータプログラム製品、および装置は、半導体ウェハ内の集積回路の定量的計測、欠陥検出、プロセスモニタリング、欠陥精査、および検査に利用可能である。
本発明の一実施形態によれば、第１のデュアルビーム装置によるウェハ中の少なくとも第１の検査ボリュームのウェハ検査の方法は、少なくともＦＩＢカラムおよび荷電粒子画像化装置を備え、ＦＩＢカラムの第１の光軸がウェハ支持テーブルの表面と傾斜角ＧＦを成し、荷電粒子画像化装置の第２の光軸がウェハ支持テーブルの表面の法線と角度ＧＥを成し、第１および第２の光軸が交差点を形成するデュアルビーム装置において、ウェハをウェハ支持テーブルに載荷するステップを含む。このウェハ検査の方法は、ウェハ支持テーブルを移動させることによりウェハ上の第１の測定部位をデュアルビーム装置の交差点と一致させ、ＦＩＢカラムにより第１の検査ボリューム中の第１の断面表面を傾斜角ＧＦで切削するステップをさらに含む。このウェハ検査の方法は、荷電粒子画像化装置によって、第１の断面表面の第１の断面像スライスを生成するステップをさらに含む。このウェハ検査の方法は、第１の検査ボリューム中の複数の第１の半導体フィーチャの性能指標を取得するステップをさらに含み、複数の第１の半導体フィーチャに関する予備情報によって、少なくとも１枚の第１の断面像スライスを解析することを含む。一例において、第１の半導体フィーチャは、ビア、ＨＡＲ構造、またはＨＡＲチャネルのうちの１つであり、解析するステップは、像処理によって、傾斜角ＧＦの複数の第１の半導体フィーチャの断面を表す複数の第１の断面像フィーチャを抽出するステップを含み、像処理が、フィーチャ抽出、エッジ検出、パターン認識、または画素補間のうちの少なくとも１つを含む。一例において、性能指標を取得するステップは、複数の第１の断面像フィーチャのうちの少なくとも１つから、第１の半導体フィーチャの少なくとも１つの記述的パラメータを演算するステップをさらに含み、少なくとも１つの記述パラメータが、寸法、直径、角度、面積、形状、または体積のうちの１つである。一例において、性能指標を取得するステップは、複数の第１の半導体フィーチャの少なくとも１つの記述パラメータの平均または統計的偏差を演算するステップをさらに含む。一例において、解析するステップは、第１の断面像スライスの深度マップＺ（ｘ，ｙ）を生成することをさらに含む。一例において、深度マップを生成するステップは、第１の断面像スライスにおいて少なくとも２つの第２の断面像フィーチャを決定することと、少なくとも２つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、深度マップＺ（ｘ，ｙ）を決定することと、をさらに含む。少なくとも２つの第２の断面像フィーチャは、検査ボリューム内の異なる深度における半導体集積構造またはフィーチャを表し得る。複数の第１の半導体フィーチャは、ウェハ表面と垂直な方向に延伸可能であり、第２の断面像フィーチャは、ウェハ表面と平行な方向に延びた半導体構造の断面を含み得る。一例において、第２の断面像フィーチャは、少なくとも絶縁線または絶縁層、金属線または金属層、半導体線または半導体層のうちの１つの断面を含む。性能指標を取得するステップは、複数の第１の断面像フィーチャの横方向位置から、ウェハ表面と垂直な軸に対する第１の半導体フィーチャの角度である複数の第１の半導体フィーチャの傾斜角偏差を導出することをさらに含み得る。
一例において、このウェハ検査の方法は、傾斜角ＧＦで配置された複数の第１の断面像フィーチャおよび深度マップＺ（ｘ，ｙ）から、第１の複数の半導体フィーチャの３Ｄ表現を導出するステップをさらに含む。
一例において、解析するステップは、基準ウェハまたはダイの検査ボリュームを通る２Ｄデジタル像スライスに対して、第１の断面像スライスを比較することをさらに含む。２Ｄデジタル像スライスとしては、基準ウェハまたはダイの過去の測定で取得され、メモリに記憶された断面像スライスが可能である。一例において、２Ｄデジタル像スライスは、仮想断面像スライスであり、仮想断面像スライスは、メモリに記憶された３Ｄボリューム像データから生成される。一例において、３Ｄボリューム像データは、基準ウェハまたはダイの検査ボリュームの過去のスライス・イメージ測定において取得され、メモリに記憶されている。一例において、過去のスライス・イメージ測定は、少なくとも第２のＦＩＢカラムおよび第２の荷電粒子画像化装置を備えた第２のデュアルビーム装置により実行される。一例において、過去のスライス・イメージ測定は、第１のデュアルビーム装置により実行される。
一例において、このウェハ検査の方法は、
ウェハ支持テーブルを移動させることにより、ウェハの第２の測定部位を第１のデュアルビーム装置の交差点と一致させるステップと、
ＦＩＢカラムにより第２の検査ボリューム中の第２の断面表面を傾斜角ＧＦで切削するステップと、
荷電粒子画像化装置によって、第２の断面表面の第２の断面像スライスを生成するステップと、
複数の第１の半導体フィーチャに関する予備情報によって、第１および第２の断面像スライスを解析することにより、第１および第２の検査ボリューム中の複数の第１の半導体フィーチャの性能指標を取得するステップと、
をさらに含む。
一例においては、第１の検査ボリューム中の第１の断面表面の切削と第２の検査ボリューム中の第２の断面表面の切削との間に、ウェハ支持面と垂直な軸に関してウェハ支持テーブルが回転し、複数の第１の半導体フィーチャの傾斜角偏差を導出するステップは、第１および第２の断面像スライスの解析を含み得る。
本発明は、ウェハから抽出することなく、ウェハ中の検査ボリュームを検査するように構成されたウェハ欠陥検査装置であって、
少なくともウェハ中の第１の検査ボリュームを通る第１の断面表面を傾斜角ＧＦで切削して露出させるように構成された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、
少なくとも第１の断面表面を画像化して、第１の断面像スライスを形成するように構成された荷電粒子画像化装置と、
少なくとも第１の断面像スライスにおいて、検査ボリュームの内側の傾斜角ＧＦでの半導体構造の断面である複数の断面像フィーチャを決定するとともに、検査ボリューム内の複数の断面フィーチャの深度を決定するように構成されたソフトウェアコードがインストールされた像処理ユニットと、
複数の断面像フィーチャから、検査ボリュームの内側の半導体構造の所定の特性からの偏差を決定するように構成された欠陥検出ユニットと、
を備えた、ウェハ欠陥検査装置をさらに提供する。一例において、ソフトウェアコードがインストールされた像処理ユニットはさらに、傾斜角ＧＦで配置された複数の第１の断面像フィーチャから、複数の第１の半導体構造の３Ｄ表現を演算するように構成されている。一例において、ウェハ欠陥検査装置は、予備情報を記憶するメモリをさらに備える。メモリデバイスとしては、制御ユニットの一部も可能であるし、制御ユニットの像処理ユニットの一部も可能である。
本発明の一実施形態によれば、デュアルビーム装置によるウェハ中の検査ボリュームの検査の方法は、デュアル荷電粒子ビームツールにおいて、ウェハをウェハ支持テーブルに載荷し、ウェハ支持テーブルを移動させることによって、ウェハの第１の測定部位をＦＩＢおよび荷電粒子画像化装置の光軸の交差点と一致させるステップを含む。この方法は、検査ボリュームにおいて、少なくとも第１の断面像スライスおよび第２の断面像スライスを含む一連または複数のＮ枚の断面像スライスを取得するステップをさらに含む。断面像スライスの数Ｎは、少なくともＮ＝１０、好ましくはＮ＞１００（たとえば、Ｎはおよそ３００以上（たとえば、Ｎ＞１０００））である。複数の断面像スライスは、複数の断面像スライスを得るためにＦＩＢカラムによるほぼ角度ＧＦでの検査ボリュームに対する切削によって、検査ボリューム中の複数のＮ枚の断面表面をその後露出させ、荷電粒子画像化装置によって、複数のＮ枚の断面表面それぞれを画像化することにより得られる。複数の断面表面には、少なくとも第１および第２の断面表面を含む。複数の断面像スライスには、少なくとも第１および第２の断面像スライスを含む。この方法は、第１および第２の断面像スライスにおいて、少なくとも１つの第１の断面像フィーチャを決定するとともに、第１および第２の断面像スライスにおいて、少なくとも１つの第２の断面像フィーチャを決定するステップと、第１の断面像スライスにおける少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、第１の断面像スライスにおける少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップと、をさらに含む。一例において、検査ボリューム中の一連のＮ枚の断面像スライス(N cross-section image slices)を取得するステップにおいては、ウェハが移動しない。
さらに、このウェハ中の検査ボリュームの検査の方法は任意選択として、第１および第２の断面像スライスの少なくとも１つの共通断面像フィーチャとの横方向相互位置合わせ(mutual lateral alignment)を実行するステップをさらに含む。一例において、共通断面像フィーチャは、第１および第２の断面像スライスに存在する第１の断面像フィーチャである。別の例において、共通断面像フィーチャは、検査ボリュームの近くに設けられた位置合わせフィーチャ(alignment feature)または検査ボリュームの近くに存在する位置合わせフィーチャの像セグメントである。横方向相互像位置合わせのステップは任意選択として、少なくとも第１および第２の断面像スライス間の像歪み偏差の減算または数値的補償によってさらに改善される。
ウェハ中の検査ボリュームの検査の方法の一実施形態によれば、第１の断面像スライスにおける第１の断面像フィーチャの深度が決定され、複数のステップを利用するアルゴリズムによって、検査ボリュームの３Ｄボリューム像が導出される。第１のステップは、断面像フィーチャの検出および分類であって、断面像フィーチャを検出して、第１の断面像フィーチャおよび第２の断面像フィーチャに分類する。第２のステップは、複数の断面像スライスにおける第２の断面像フィーチャからの深度マップの生成である。第３のステップは、深度マップに基づく第１の断面像フィーチャそれぞれの深度の決定である。第４のステップは、検査ボリューム中の関心半導体構造の３Ｄボリューム像の生成である。第５のステップは、３Ｄボリューム像中の関心半導体構造の集積回路の特徴または特性の導出である。第６のステップは、３Ｄボリューム像中の関心半導体構造の集積回路の特徴または特性の欠陥の導出である。ウェハ中の検査ボリュームの検査の方法の一例において、複数の断面表面を切削するＦＩＢビームの傾斜角ＧＦは、調整可能である。傾斜角ＧＦが変化すると、検査ボリュームのカバーされる深度範囲も変化する。ウェハ中の検査ボリュームの検査の方法の一例において、後続の断面表面間の距離は、調整可能である。一例においては、断面像表面の距離の少なくとも一部に対して異なるように、複数の断面表面間の距離が調整される。距離の調整により、ウェハ検査作業の必要性に合わせて、検査ボリュームの３Ｄボリューム像のスループットおよび分解能が全体的または局所的に調整される。
ウェハ中の検査ボリュームの検査の方法の一実施形態によれば、深度マップまたは深度を決定するステップは、第２の断面像フィーチャの横方向位置を決定することを含む。第１の断面像スライスにおける第１の断面像フィーチャの深度マップまたは深度は、第１の断面像スライスにおける第２の断面像フィーチャの第１の位置と第２の断面像スライスにおける第２の断面像フィーチャの第２の位置との間の横方向差異から決定される。第２の断面像フィーチャによる深度決定では、たとえばメモリデバイスのＨＡＲチャネルを表す第１の断面像フィーチャを利用しない。第１の断面像フィーチャ（たとえば、検査ボリューム内の３次元ＨＡＲ構造全体）および第１の断面像フィーチャにより表される半導体構造の作製中の誤差は、高精度に決定される。ウェハ中の検査ボリュームの検査の方法の例においては、ウェハ表面に対する傾斜もしくは揺れ、ＨＡＲ構造作製中の位置合わせ誤差、またはメモリスタックの配向が高精度かつ明確に決定される。ウェハ中の検査ボリュームの検査の方法の一例においては、ウェハの検査ボリューム全体における複数の深度において、ＨＡＲ構造が調査・比較される。
ウェハ中の検査ボリュームの検査の方法の一実施形態によれば、第１の断面像スライスにおいて、２つの第２の断面像フィーチャの位置が決定され、第２の断面像フィーチャがそれぞれ、検査ボリューム内の所定の深度における半導体集積構造を表す。一例において、第１の断面像スライスにおける第１の断面像フィーチャの深度または第１の断面像スライスの深度マップを決定するステップは、２つの第２の断面像フィーチャの横方向位置による決定を含む。
ウェハ中の検査ボリュームの検査の方法の一実施形態において、この方法は、少なくとも１つの位置合わせフィーチャを形成するステップをさらに含む。少なくとも１つの位置合わせフィーチャは、検査ボリュームの近くに形成または露出される。位置合わせフィーチャは、第１および第２の断面像スライスを含む複数の断面像スライスの横方向相互位置合わせを行うように構成されている。一実施形態において、位置合わせフィーチャは、検査ボリュームの上方に作製され、断面表面のウェハ表面との交線により形成されたエッジの位置を決定するように構成されている。一例においては、付加的なトレンチまたは複数のトレンチの特定の深度または複数の深度において位置合わせフィーチャが提供または露出され、ウェハ表面を越える検査ボリューム中のさまざまな画像化深度における位置合わせを可能にする。さらに、このウェハ中の検査ボリュームの検査の方法は任意選択として、第１および第２の断面像スライスの少なくとも１つの共通断面像フィーチャとの横方向相互位置合わせを実行するステップをさらに含む。一例において、共通断面像フィーチャは、第１および第２の断面像スライスに存在する第１の断面像フィーチャである。別の例において、共通断面像フィーチャは、検査ボリュームの近くに設けられた位置合わせフィーチャまたは検査ボリュームの近くに存在する位置合わせフィーチャの像セグメントである。横方向相互像位置合わせのステップは任意選択として、少なくとも第１および第２の断面像スライス間の像歪み偏差の減算または数値的補償によってさらに改善される。
本発明の一実施形態によれば、一連のＮ枚の断面像スライスが少なくとも検査ボリュームの第１の断面像スライスおよび第２の断面像スライスを含み、第１の断面像表面は、第２の断面表面を形成した後に第１の断面表面の平行表面セグメントが残るように、第２の断面表面よりもＦＩＢビームと垂直な方向に長く延びた状態で切削される。第１および第２の断面像スライスの第１の横方向相互位置合わせのため、第１の断面表面の平行表面セグメント上かつ第２の断面表面の近くに、少なくとも１つの位置合わせフィーチャを形成可能である。
本発明の一実施形態によれば、ウェハ表面の下側の検査ボリュームの複数の断面像スライスの正確な位置合わせが得られる。たとえば、検査ボリュームの近くに形成された付加的な位置合わせフィーチャによって、第１および第２の断面像スライスの第１の粗い位置合わせ(coarse alignment)が実行される。第１の位置合わせによって、第１および第２の断面像スライスにおける断面像フィーチャのマッピングが得られる。第１および第２の断面像スライスの第２の細かい位置合わせ(precision alignment)では、ウェハ表面の下側の検査ボリューム内の半導体構造の断面像フィーチャを利用するため、５ｎｍ未満、３ｎｍ未満、あるいは２ｎｍ未満の相互位置精度が実現される。一例において、第２の細かい位置合わせには、第１の断面像スライスと第２の断面像スライスとの間の第１の断面像フィーチャの第１の変位ΔＹ’Chを演算することと、第１の断面像スライスと第２の断面像スライスとの間の第２の断面像フィーチャの第２の変位ΔＹ’WLを演算することと、第１および第２の断面像スライス間の距離ｄを決定することと、第１および第２の断面像スライス間の横方向相互変位ベクトル(mutual lateral displacement vector)ΔＹ’を決定することと、を含む。したがって、このような２ステップの位置合わせプロセスにより、位置合わせ誤差が回避され、正確な位置合わせを実現可能である。
ウェハ中の検査ボリュームの検査の方法の一例において、一連のＮ枚の断面像スライスを取得するステップは、複数の横方向変位像セグメントを取得し、これら複数の横方向変位像セグメントのステッチングによって、断面像スライスを形成することを含む。一例において、荷電粒子画像化顕微鏡により複数の像セグメントを取得することは、少なくとも複数の像セグメントの部分集合に対する荷電粒子画像化装置の焦点位置の変更を含む。これにより、ウェハ表面と垂直な方向に検査ボリュームが長く延びていても、高分解能の画像化が維持される。
ウェハ中の検査ボリュームの検査の方法の一実施形態においては、ファンビームトモグラフィ手法が適用される。本実施形態において、検査ボリューム中の複数または一連のＮ枚の断面像スライスでは、走査ユニットによってＦＩＢカラムの集束イオンビームを第１の方向に走査することにより、ＦＩＢ切削によって検査ボリューム内の第１の断面表面を露出させ、走査ユニットによって第１の方向と垂直な第２の方向に集束イオンビームを傾斜させ、走査ユニットによって集束イオンビームを第１の方向に走査することにより、ＦＩＢ切削によって検査ボリューム内の第２の断面表面を露出させることにより、第１および第２の断面表面がほぼ傾斜角ＧＦで、ウェハ表面と異なる角度を成すようにする。ファンビームトモグラフィ手法によれば、傾斜角ＧＦを中心とする角度広がりＧＺにて、複数の断面表面がウェハ表面と異なる角度を成す。ファンビームトモグラフィ手法において、検査ボリューム中の複数の断面像スライスを取得するステップにおいては、ウェハが移動しない。
一実施形態において、ウェッジカット形状(wedge-cut geometry)における断面画像化方法(cross-section imaging method)およびウェハ中の検査ボリュームの検査の方法は、歪み補償を含む。断面像スライスの像歪みは、たとえば角度ＧＥが０°から逸脱した荷電粒子画像化ビームにより、たとえばビーム角が１０°以上の場合に生じる。像歪みの他の原因としては、荷電粒子画像化装置の像走査ユニットの誤差、荷電粒子画像化装置の焦点位置の動的変化、または断面表面の平面形状からの逸脱がある。断面像スライスにおける像歪みは、たとえば半導体設計に関する予備知識との比較で、所定の角度ＧＥまたは第２の断面像フィーチャから決定され、像歪みがデジタル的に補償される。
本発明の一実施形態は、検査ボリュームの３Ｄボリューム像を生成するためのアルゴリズムおよび方法を含む。第１のステップにおいては、たとえば当技術分野において知られている物体検出の方法により、複数の断面像スライスにおいて、断面像フィーチャが検出される。断面像フィーチャは、フィーチャ分類においてさらに分類され、第１の断面像フィーチャおよび第２の断面像フィーチャに分類される。第２のステップにおいては、上述の通り、既知または基準の深度のフィーチャを表す第２の断面像フィーチャから、断面像スライスごとに深度マップが生成される。深度マップとしては、単位がｎｍの絶対深度マップも可能であるし、第２の半導体集積フィーチャ（たとえば、集積回路を構成する特定の層または複数の平面層におけるフィーチャ）の相対深度により与えられる基準に対してスケーリングされた相対深度マップも可能である。第３のステップにおいては、深度マップに基づいて、第１の断面像フィーチャそれぞれの深度が決定される。第４のステップは、検査ボリュームの３Ｄボリューム像を生成するが、これは、複数の断面像スライスそれぞれの複数の深度マップからの複数の第１の断面像フィーチャの深度情報を含む。深度マップから、複数の断面像スライスの複数の第１の断面像フィーチャと併せて、たとえば仮想断面像スライスの投影および補間により検査ボリュームの３Ｄボリューム像が生成される。第５のステップは、たとえばＨＡＲ構造の特徴または特性等（傾斜角または揺れ等）、３Ｄボリューム像中の関心集積回路構造の特性の導出である。第６のステップは、３Ｄボリューム像中の集積回路の特徴または特性の欠陥の導出である。一例において、集積回路フィーチャは、たとえばＨＡＲ構造の作製誤差に対応して、それぞれの横方向設計位置またはウェハ表面を越える深さ位置から逸脱する。ウェハ欠陥検査で特に関心が集まることとして、作製誤差の検出がある。第２の断面像フィーチャによる第１の断面像フィーチャの深度決定の方法を利用することにより、すべてのＨＡＲ構造のグローバル横方向オフセットのようなグローバルオフセット誤差を含めて、ＨＡＲ構造の作製誤差を高精度に決定可能となる。
一実施形態においては、一組の断面像スライスから、それぞれが複数の仮想断面像画素を含む仮想断面像スライスまたは一連の仮想断面像スライスを取得する方法が提供される。この方法は、ウェハの内側の検査ボリュームに対して傾斜角ＧＦで、一連のＮ枚の断面表面の画像化および切削を交互に行うことにより、一連のＮ枚の断面像スライスを取得するステップと、一連のＮ枚の断面像スライスにおいて第１の複数の第１の断面像フィーチャを構成する第１の半導体フィーチャの第１の配向方向を決定するステップと、を含む。仮想断面像または一連の仮想断面像を取得する方法は、第１の配向方向と垂直な仮想断面像を演算するステップをさらに含み、仮想断面像画素ごとに、一連のＮ枚の断面像スライスのうちの少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第１の配向方向の投影と、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の投影による画素値の補間と、によって画素値が演算される。少なくとも１つの仮想断面像を取得する方法において、断面像スライスの数Ｎは、少なくともＮ＝１０、好ましくはＮ＞１００（たとえば、Ｎはおよそ１０００以上）である。
少なくとも１つの仮想断面像を取得する方法の一例においては、仮想断面像画素ごとに、第１の配向方向における一連のＮ枚の断面像スライスの各断面像スライスから仮想断面像画素までの距離を評価し、最短距離を有する少なくとも第１の断面像スライスを選択することによって、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合が選択される。一例においては、したがって、第２の最短距離を有する断面像スライスとして、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第２の断面像スライスが選択される。別の例においては、第１の配向方向における仮想断面像ピクセルまでの距離の増加順に、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の別の断面像スライスが選択される。
少なくとも１つの仮想断面像を取得する方法の一実施形態において、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の投影および少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の投影による画素値の補間のステップは、第１の複数の第１の断面像フィーチャの少なくとも部分集合の投影および補間によって、仮想像スライスにおける第３の複数の第１の断面像フィーチャを形成することを含む。一例において、投影および補間のステップは、フィーチャ抽出、閾値化演算、輪郭補間、およびモデルベース補間のうちの少なくとも１つと組み合わされる。フィーチャ抽出、閾値化演算、輪郭補間、またはモデルベース補間により、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合において、第１の断面像フィーチャが検出され、仮想像スライスにおける第３の複数の第１の断面像フィーチャが高精度に補間される。
少なくとも１つの仮想断面像を取得する方法の一実施形態において、この方法は、一連のＮ枚の断面像スライスごとに、深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（Ｎ枚の断面像スライスごとに、指数ｎ＝１・・・Ｎ）を生成するステップをさらに含む。一例において、断面像スライスそれぞれの深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（指数ｎ＝１・・・Ｎ）は、第１の配向方向と垂直の第２の配向方向に配向した第２の半導体フィーチャを通る断面を表す複数の第２の断面像フィーチャから生成される。一例において、断面像スライスそれぞれの深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（指数ｎ＝１・・・Ｎ）は、断面像スライスにおける少なくとも２つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、断面像スライスにおける第１の断面像フィーチャの深度を決定することによって生成される。
一例においては、仮想断面像の深度マップＺＶ（ｘ，ｙ）が生成される。深度マップＺＶ（ｘ，ｙ）および複数の深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（指数ｎ＝１・・・Ｎ）から、Ｎ枚の断面像スライスごとに、第１の配向方向における断面像スライスごとの各深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）から仮想断面像画素の深度マップＺＶ（ｘ，ｙ）までの距離を評価し、最短距離を有する少なくとも第１の断面像スライスを選択することによって、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合が選択される。
一例においては、したがって、第２の最短距離を有する断面像スライスとして、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第２の断面像スライスが選択される。別の例においては、第１の配向方向における仮想断面像ピクセルまでの距離の増加順に、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の別の断面像スライスが選択される。
少なくとも１つの仮想断面像を取得する方法の一実施形態において、第１の半導体フィーチャは、ウェハの検査ボリュームの内側の半導体集積回路のビア、ＨＡＲ構造、またはＨＡＲチャネルのうちの少なくとも１つを含む。第２の半導体フィーチャは、ウェハの検査ボリュームの内側の半導体集積回路の絶縁線または絶縁層、金属線、金属層、または金属ワード線、あるいは半導体線または半導体層のうちの少なくとも１つを含む。この方法は、一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれにおいて、少なくとも１つの第１の断面像フィーチャを決定するステップと、一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれにおいて、少なくとも１つの第２の断面像フィーチャを決定するステップと、をさらに含む。
少なくとも１つの仮想断面像を取得する方法の一実施形態において、第１の配向方向は、ウェハ表面と垂直なｚ方向であり、仮想断面像スライスは、ウェハ表面の下側の深度ＺＶにおけるウェハ表面と平行な平面において演算される。少なくとも１つの仮想断面像を取得する方法の一実施形態においては、仮想断面像画素座標（ｘ，ｙ）ごとに、距離Ｚｒｖ（ｍ）＝Ｚ（ｘ，ｙ；ｍ）－ＺＶがすべての深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（指数ｎ＝１・・・Ｎ）の最小値となるように、深度ＺＶまでの最短距離を有する少なくとも第ｍの断面像スライスを選択することによって、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合が決定される。一例においては、ｚ方向における仮想断面像ピクセルまでの距離Ｚｒｖ（ｎ）の増加順に、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第２の別の断面像スライスが選択される。一例において、深度ＺＶは、ウェハ表面と平行な層の深度に従って調整されるが、これらの層は、ウェハ表面と平行な第２の配向方向に配向した第２の半導体フィーチャにより形成されている。一例においては、２つの隣り合う金属層またはワード線間の絶縁層における深度ＺＶ１において、第１の仮想断面像スライスが演算される。一例においては、金属層またはワード線の内側の深度ＺＶ２において、第２の仮想断面像スライスが演算される。
少なくとも１つの仮想断面像を取得する方法の一実施形態において、一連のＮ枚の断面像スライスを取得する荷電粒子ビーム画像化システムの光軸は、当該光軸とウェハ表面に垂直なｚ軸との間の角度ＧＥがＧＥ＝０°となるように、ウェハ表面と垂直に配向している。一例において、荷電粒子画像化装置は、ヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）である。
少なくとも１つの仮想断面像を取得する方法の一実施形態において、この方法は、横方向相互位置合わせのための少なくとも１つの共通断面像フィーチャを形成するように構成された少なくとも１つの位置合わせフィーチャを検査ボリュームの近くに形成するステップと、少なくとも１つの共通断面像フィーチャによって、一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれの横方向相互位置合わせを実行するステップと、をさらに含む。一例において、横方向相互像位置合わせのステップは、像歪み偏差の減算を含む。
少なくとも１つの仮想断面像を取得する方法は、少なくともＦＩＢカラムおよび荷電粒子画像化装置を備え、ＦＩＢカラムの第１の光軸がウェハ支持テーブルの表面と傾斜角ＧＦを成し、荷電粒子画像化装置の第２の光軸がウェハ支持テーブルの表面の法線と角度ＧＥを成し、第１および第２の光軸が交差点を形成するデュアルビーム装置において、ウェハをウェハ支持テーブルに載荷するステップと、ウェハ支持テーブルを移動させることによりウェハ上の第１の測定部位をデュアルビーム装置の交差点と一致させるステップと、をさらに含む。一例において、検査ボリューム中の一連のＮ枚の断面像スライスを取得するステップにおいては、ウェハが移動しない。
一実施形態によれば、一組の断面像スライスから少なくとも１つの２Ｄ仮想断面像または一組の２Ｄ仮想断面像を取得する方法は、
ウェハの内側の検査ボリュームに対して傾斜角ＧＦで、一連のＮ枚の断面表面の画像化および切削を交互に行うことにより、一連のＮ枚の断面像スライスを取得するステップと、
一連のＮ枚の断面像スライスにおいて第１の複数の第１の断面像フィーチャを構成する第１の半導体構造または関心フィーチャの第１の配向方向を決定するステップと、
第１の配向方向と垂直な仮想断面像を演算するステップであり、各仮想像スライスが、複数の仮想断面像画素を含む、ステップと、
を含み、
仮想断面像画素ごとに、一連のＮ枚の断面像スライスのうちの少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第１の配向方向の投影と、断面像スライスの部分集合の投影による画素値の補間と、によって画素値が演算される。仮想断面像画素ごとに、第１の配向方向における一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれから仮想断面像画素までの距離を演算し、最短距離を有する少なくとも第１の断面像スライスを選択することによって、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合が決定される。一例においては、したがって、第２の最短距離を有する断面像スライスとして、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第２の断面像スライスが選択される。したがって、第１の配向方向における仮想断面像ピクセルまでの距離の増加順に、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の別の断面像スライスを選択可能である。
一例において、少なくとも１つの２Ｄ仮想断面像または一組の２Ｄ仮想断面像を取得する方法は、
一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれにおける少なくとも１つの第１の断面像フィーチャを決定するステップと、
一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれにおいて、少なくとも１つの第２の断面像フィーチャを決定するとともに、少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの深度に対して、少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を導出するステップと、
を含む。少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの深度は、予め把握されているか、または、基準として用いられる。深度マップ生成の方法のさらなる詳細については、例および実施形態において説明する。
ウェハ欠陥検査装置およびウェハ中の検査ボリュームの検査の方法の一実施形態において、荷電粒子画像化装置は、走査型ヘリウムイオン顕微鏡である。断面表面は、ほぼ傾斜角ＧＦで露出し、検査ボリュームの全体を通って、ウェハ表面までほぼ傾斜角ＧＦで延びている。走査型ヘリウムイオン顕微鏡は、必要な焦点深度を与えるため、検査ボリュームがウェハ表面と垂直な方向に２μｍを超えて長く延びていても、荷電粒子画像化装置の焦点を変更する必要なく、断面表面の単一像走査にて高分解能の画像化が可能である。
本発明の一実施形態によって、ウェハ中の検査ボリュームの３Ｄ検査のためのウェハ検査方法が開示されるが、この検査ボリュームは、ウェハから抽出も取り出しもされず、深度範囲が１μｍ超、好ましくは２μｍ超、６μｍ超、あるいは１０μｍである。この方法は、３Ｄ検査によって、横方向分解能が２ｎｍ未満、好ましくは１ｎｍ未満、あるいは０．５ｎｍ未満の像を生成するステップを含み、検査ボリュームの３Ｄ検査がウェハで実行され、像が３Ｄ像である。この方法は、ＦＩＢカラムによって、検査ボリュームの深度範囲を通る少なくとも１枚の断面表面を切削するステップをさらに含む。この像は、ヘリウムイオン顕微鏡による単一像走査にて、検査ボリュームを通る少なくとも１枚の断面表面の少なくとも１つの像を取得することにより得られる。この方法は、フィーチャ抽出、エッジ検出、パターン認識、および画素補間のうちの少なくとも１つを実行する像処理をさらに含む。この方法は、深度マップ、３Ｄボリューム像、および仮想断面像のうちの１つを演算するステップをさらに含む。この方法は、半導体フィーチャの寸法、面積、直径、角度、および形状のうちの１つを演算するステップをさらに含む。この方法は、複数の半導体フィーチャの平均、統計的偏差の一方を演算するステップをさらに含む。
本発明の一実施形態においては、デュアルビーム装置によるウェハの検査の方法が提供される。デュアルビーム装置は、ウェハ支持テーブルの支持面に対して３０°～４５°の角度ＧＦで光軸が配置された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、支持面と垂直に光軸が配置されたヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）と、を備え、ＦＩＢカラムおよびＨＩＭの光軸が交差点を形成する。このウェハの検査の方法は、
ウェハを交差点に保持するように構成されたウェハ支持テーブルを備えたウェハステージによって、ウェハの第１の測定部位を配置するステップと、
ＦＩＢカラムによって、ほぼ角度ＧＦで、ウェハ表面の下側での深度延長ＬＺが１μｍ超である第１の検査ボリュームを通る第１の断面表面を切削するステップと、
ヘリウムイオン顕微鏡による単一像走査で第１の断面表面を画像化することにより、高分解能の断面像スライスを形成するステップと、
をさらに含む。
一例において、第１の検査ボリュームは、深度範囲が２μｍ超、６μｍ超、あるいは１０μｍであり、ＨＩＭは、検査ボリュームを通る角度ＧＦでの断面表面の単一像走査にて、横方向分解能が２ｎｍ未満、好ましくは１ｎｍ未満、あるいは０．５ｎｍ未満の像を生成するように構成されている。
本発明の一実施形態においては、デュアルビーム装置によるウェハのウェハ表面下の検査ボリュームの検査の方法が開示される。デュアルビーム装置は、ウェハ支持テーブルの支持面に対して３０°を超える角度ＧＦで光軸が配置された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、支持面と垂直に光軸が配置されたヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）と、を備え、ＦＩＢカラムおよびＨＩＭの光軸が交差点を形成する。この方法は、
デュアルビーム装置のウェハ支持テーブルにウェハを載荷するステップと、
ウェハを交差点に保持するように構成されたウェハ支持テーブルを備えたウェハステージによって、ウェハの第１の測定部位を配置するステップと、
ＦＩＢカラムによって、ほぼ角度ＧＦで、ウェハ表面の下側での深度延長ＬＺが１μｍ超である検査ボリューム中の複数のＮ枚の断面表面を交互に切削するステップと、
ヘリウムイオン顕微鏡による単一像走査で各断面表面を画像化することにより、複数のＮ枚の高分解能の断面像スライスを形成するステップと、
を含む。
一例において、断面像スライスの数Ｎは、少なくともＮ＝１０、好ましくはＮ＞１００であり、より好ましくは、Ｎがおよそ１０００以上である。代替例において、切削面の数Ｎは、５０未満、好ましくは２０未満であり、検査ボリュームは、検査ボリュームを通る対角に配置された複数のＢ個のブロックに分離される。
一例において、複数のＮ枚の断面表面の切削は、ウェハ表面の下側での深度延長ＬＺが２μｍ超、好ましくは６μｍ超、たとえば１０μｍである。一例において、この方法は、複数のＮ枚の断面像スライスから、ウェハ表面と平行な少なくとも１つの仮想断面像を演算するステップをさらに含む。たとえば、導電層またはワード線において第１の仮想断面像が演算され、絶縁層において第２の仮想断面像が演算される。
一例において、この方法は、一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれの少なくとも１つの共通断面像フィーチャとの横方向相互位置合わせを実行するステップをさらに含む。一例において、この方法は、少なくとも１つの共通断面像フィーチャを形成するように構成された少なくとも１つの位置合わせフィーチャを検査ボリュームの近くに形成し、少なくとも１つの共通断面像フィーチャによって、一連のＮ枚の断面像スライスの横方向相互位置合わせを実行するステップを含む。この方法は、
一連のＮ枚の断面像スライスごとに、深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（Ｎ枚の断面像スライスごとに、指数ｎ＝１・・・Ｎ）を生成するステップと、
一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれにおいて、ウェハ表面と平行に配向した第２の半導体フィーチャを通る断面を表す少なくとも１つの第２の断面像フィーチャを決定するステップであり、断面像スライスそれぞれの深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（指数ｎ＝１・・・Ｎ）が、少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から生成される、ステップと、
をさらに含む。
一実施形態において、デュアルビーム装置の場合のウェッジカット形状における断面画像化方法では、破片抑制のための付加的なトレンチが検査ボリュームに隣り合って設けられる。付加的なトレンチは、第１の方向のＦＩＢ切削により作製され、第１の近位トレンチおよび第２の遠位トレンチを含む。付加的なトレンチの作製後は、ウェハが９０°だけ回転され、ウェッジカット形状における断面画像化技術を利用して、検査ボリュームが検査される。断面表面の切削中に生成した破片は、遠位の付加的なトレンチに収集される。
一実施形態に係るウェッジカット形状のウェハの検査部位における検査ボリュームの検査のためのウェハ検査装置は、支持面上でウェハ表面によりウェハを保持するように構成されたウェハ支持テーブルを備えた６軸ウェハステージを備える。ウェハ検査装置は、ウェハから抽出することなく、ウェハ中の検査ボリュームを検査するように構成され、デュアルビーム装置を含む。デュアルビーム装置は、ウェハの表面に対してほぼ傾斜角ＧＦで、ウェハの内側の第１の検査ボリュームにおける少なくとも第１の断面表面を切削して露出させるように構成された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、画像化を行うように構成された荷電粒子画像化装置と、を備える。荷電粒子画像化装置は、たとえば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）またはヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）であり、ＦＩＢカラムの第１の光軸がウェハ支持テーブルの表面と傾斜角ＧＦを成し、荷電粒子画像化装置の第２の光軸がウェハ支持テーブルの表面の法線と角度ＧＥを成す。デュアルビーム装置のカラムの第１および第２の光軸は、交差点を形成する。ウェハ検査装置には、ウェハ中の検査ボリュームの検査の方法のいずれかを実行して制御するように構成された制御ユニットがさらに設けられている。ウェハ検査装置は、像処理ユニットをさらに備える。制御ユニットおよび像処理ユニットは、上述の像処理ステップおよび深度マップ生成ステップを含む本発明の方法を実行するように構成されたソフトウェアコードがインストールされたプロセッサおよびメモリを備える。
本発明の一実施形態において、ウェハ欠陥検査装置は、ウェハ中の少なくとも第１および第２の断面表面を含む複数の断面表面を切削して露出させるように構成されている。ウェハ欠陥検査装置はさらに、少なくとも第１および第２の断面表面の画像化によって、第１および第２の断面像スライスを形成するように構成されている。ウェハ欠陥検査装置は、少なくとも第１および第２の断面像スライスにおける断面像フィーチャを決定するとともに、検査ボリュームにおいて、検査ボリュームの内側の半導体構造の断面である断面像フィーチャの深度を決定するように構成されたソフトウェアコードがインストールされた像処理ユニットをさらに備える。ウェハ欠陥検査装置は、断面像フィーチャから、検査ボリュームの内側の半導体構造の所定の特性からの偏差を決定するように構成された欠陥検出ユニットをさらに備える。
一例において、ウェハ欠陥検査装置は、ウェハを保持するウェハステージと、２μｍを超える深度延長にて、ウェハの表面に対する傾斜角ＧＦでウェハの内側の検査ボリューム中の一連のＮ枚の断面表面を切削して露出させるように構成された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、複数のＮ枚の断面表面の画像化により、単一像走査で複数のＮ枚の断面像スライスそれぞれを形成するように構成された荷電粒子画像化装置と、を備える。ウェハ欠陥検査装置は、一連のＮ枚の断面像スライスから、ウェハの表面と平行に配向した仮想断面像を決定するように構成されたソフトウェアコードがインストールされた像処理ユニットをさらに備える。
一例において、ウェハ欠陥検査装置は、使用時に、ウェハの表面に対する傾斜角ＧＦでウェハの内側の検査ボリューム中の一連のＮ枚の断面表面を切削して露出させるように構成された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、使用時に、一連のＮ枚の断面表面の画像化によって、一連のＮ枚の断面像スライスを形成するように構成された荷電粒子画像化装置と、使用時に、一連のＮ枚の断面像スライスから、ウェハの表面と平行に配向した仮想断面像を決定するように構成されたソフトウェアコードがインストールされた像処理ユニットと、をさらに備える。デュアルビーム装置を備えたウェハ欠陥検査装置は、一組の断面像スライスから仮想断面像を取得する方法を実行するように構成された動作ユニットおよび像プロセッサを備える。
本発明の実施形態または例のいくつかにおいて、荷電粒子画像化ビームは、走査電子ビームである。別の例において、荷電粒子画像化ビームは、ヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）のヘリウムイオンビーム等、イオン顕微鏡のイオンビームである。スライス・イメージ法によってＨＩＭで実現される分解能は、１ｎｍ未満、好ましくは０．５ｎｍ未満、より好ましくは０．２５ｎｍである。ＨＩＭは、より高い材料コントラストをさらに提供する。ＨＩＭは、最大１０マイクロメートルという大きな焦点深度をさらに提供するが、これは、走査電子ビームよりも非常に大きく、特に、好ましくは３０°～８０°の切削角ＧＦでウェハ表面に対して切削された断面表面の深度範囲（１μｍ、２μｍを超え、最大１０μｍに達する）よりも大きい。一般的に、検査ボリュームは、ウェハ表面の下側での深度延長ＬＺが１μｍ超、好ましくは２μｍ超であり、ＨＩＭは、ＨＩＭビームによる単一像走査によって、像ステッチングなしに断面像スライスが得られるように、深度延長ＬＺを超える焦点深度（ＤＯＦ）が設定されている。画像化イオンビーム顕微鏡の他の例では、ネオンまたはヘリウムとネオンとの混合物等、他の希ガスをイオンとして含む。
一実施形態において、ウェハ検査のためのデュアルビーム装置は、（ａ）ウェハを支持するウェハステージと、（ｂ）サンプル支持ステージの支持面に対して角度ＧＦで配置され、ウェハに対して角度ＧＦで少なくとも１枚の断面表面を切削するように構成されたガリウムＦＩＢカラムと、（ｃ）ウェハステージの支持面と垂直に配置され、単一像走査によって断面表面の第１の断面像スライスを生成するように構成されたヘリウムイオンビームカラムと、（ｄ）単一像走査中に複数の二次電子を収集するように構成された二次電子検出器と、（ｅ）使用時にデュアルビーム装置の動作制御を行うように構成された動作ユニットと、を備える。角度ＧＦが３０°～４０°のＦＩＢは、１μｍ超、２μｍ超、あるいは６μｍ超にわたって延びたウェハ表面の下側の深度範囲に対して、断面表面を切削するように構成されている。動作ユニットは、（ｆ）フィーチャ抽出、エッジ検出、パターン認識、および画素補間のうちの少なくとも１つを実行する像処理ユニットをさらに備える。像処理ユニットはさらに、深度マップ、３Ｄボリューム像、および仮想断面像のうちの１つを演算するように構成されている。動作ユニットは、（ｇ）半導体フィーチャの寸法、面積、直径、角度、および形状のうちの１つを演算する欠陥検出ユニットをさらに備える。欠陥検出ユニットはさらに、複数の半導体フィーチャの平均、統計的偏差の一方を演算するように構成されている。
一実施形態に係るウェッジカット形状でのウェハの検査部位における検査ボリュームの検査のためのウェハ検査装置は、ＦＩＢカラムおよびＨＩＭを制御し、ほぼ角度ＧＦで、ＦＩＢビームによって検査ボリューム中の複数のＮ枚の断面表面を交互に切削するとともに、ＨＩＭビームによる単一像走査によって各断面表面を画像化することにより、分解能が２ｎｍ、好ましくは１ｎｍより優れた高分解能の複数のＮ枚の断面像スライスを形成するように構成された制御ユニットを備え、検査ボリュームは、ＨＩＭの光軸の方向の深度延長ＬＺが１μｍ超、３μｍ超（たとえば、６μｍあるいは１０μｍ）である。各断面表面の画像化によって高分解能の複数のＮ枚の断面像スライスを形成することは、焦点深度（ＤＯＦ）が深度延長ＬＺを超えるＨＩＭビームによって実現される。制御ユニットは、使用時に、検査ボリュームの横方向サイズＬＸまたはＬＹ（およそ１０μｍ（ＬＸまたはＬＹ））を超えるエリア全体にわたって単一像走査でＨＩＭビームを走査するとともに、二次電子検出器によって複数の二次電子を時系列的に収集するように構成されている。
本発明の一例においては、ウェハのウェハ表面下の検査ボリュームの検査のためのデュアルビーム装置であって、
使用時に、支持面上にウェハを保持するように構成されたウェハ支持テーブルを備えたウェハステージと、
ウェハ支持テーブルの支持面に対して３０°を超える角度ＧＦで光軸が配置された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、
光軸が支持面と垂直に配置されたヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）であって、ＦＩＢカラムおよび当該ＨＩＭの光軸が交差点を形成する、ＨＩＭと、
使用時に、ウェハの第１の測定部位を交差点に配置するように構成されたステージ制御ユニットと、
ＦＩＢカラムおよびＨＩＭを制御し、ほぼ角度ＧＦで、ＦＩＢビームによって検査ボリューム中の複数のＮ枚の断面表面を交互に切削するとともに、ＨＩＭビームによる走査によって各断面表面を画像化することにより、複数のＮ枚の高分解能の断面像スライスを形成するように構成された制御ユニットであって、検査ボリュームが、ウェハ表面の下側に１μｍ超、好ましくは２μｍ超の深度延長ＬＺを有する、制御ユニットと、
を備えた、デュアルビーム装置が開示される。一例において、上記方向の深度延長ＬＺは、５μｍを超える（たとえば、最大１０μｍである）。ほぼ角度ＧＦで、ＦＩＢビームによって検査ボリューム中の複数のＮ枚の断面表面を切削することは、ＦＩＢのビームの発散によって、断面表面の実際の角度が数度（たとえば、１°～４°）だけ切削角ＧＦから外れ得ることを意味する。制御ユニットはさらに、使用時に、検査ボリュームの横方向サイズＬＸまたはＬＹ（およそ５μｍ～１０μｍ（ＬＸまたはＬＹ））を超えるエリア全体にわたって単一走査でＨＩＭビームを走査するとともに、二次電子検出器によって複数の二次電子を時系列的に収集するように構成されている。ＨＩＭは、およそ２ｎｍ未満（たとえば、１ｎｍあるいは０．５ｎｍ）の高分解能で、ＨＩＭビームによる単一像走査によって複数のＮ枚の高分解能の断面像スライスそれぞれが得られるように、深度延長ＬＺを超える焦点深度（ＤＯＦ）が設定されている。一例において、実施形態に係るデュアルビーム装置は、複数のＮ枚の断面像スライスから、ウェハの表面と平行に配向した少なくとも第１の仮想断面像を決定するように構成されたソフトウェアコードがインストールされた像処理ユニットをさらに備える。
ＦＩＢカラムの光軸は、ウェハ支持テーブルに対して傾斜角ＧＦで配置されており、傾斜角ＧＦとしては、３０°～８０°が可能である（たとえば、ＧＦは、およそ３０°～４５°である）。代替例において、ＦＩＢカラムの第１の光軸とウェハ支持テーブルの表面との間の傾斜角ＧＦは、４５°～８０°の範囲である。代替例において、ＦＩＢカラムの第１の光軸とウェハ支持テーブルの表面との間の傾斜角ＧＦは、８°～３０°の範囲（たとえば、８°～１５°の範囲）である。
荷電粒子画像化装置の光軸は、ウェハ指示テーブルと垂直の角度（ＧＥ＝０°）で配置可能である。一例において、荷電粒子画像化装置の光軸は、ウェハとほぼ垂直に配置されるか、または、荷電粒子画像化装置の光軸とウェハ支持テーブルの表面の法線との間の角度ＧＥが１０°を下回るように配置される。
本発明の別の方法は、ウェハ中の代表的な検査ボリュームの検査のための測定レシピ生成の方法である。測定レシピ生成の方法は、
ＣＡＤ像データおよび検査ボリューム中の重要な設計フィーチャの寸法を含む第１の一組の重要な設計性能指標Ｄ１を生成するステップと、
作製プロセスの開発中に得られた３Ｄボリューム像データを含む第２の一組の重要な作製性能指標Ｄ２を生成するステップと、
第３の一組の性能指標Ｄ３のうちの少なくとも１つを取得するステップを含む測定レシピＲを導出するステップと、
を含み、
第２の一組の重要な作製性能指標Ｄ２および測定レシピＲを生成するステップは、ウェハ表面下の深度延長ＬＺ＞１μｍの代表的な検査ボリュームを通る少なくとも第１の断面表面の少なくとも第１の断面像スライスを取得することを含む。性能指標Ｄ１～Ｄ３のうちの少なくとも１つを取得するステップのうちの少なくとも１つは、像処理によって、傾斜角ＧＦの複数の第１の半導体フィーチャの断面を表す複数の第１の断面像フィーチャを抽出するステップを含み、像処理が、フィーチャ抽出、エッジ検出、パターン認識、または画素補間のうちの少なくとも１つを含む。性能指標Ｄ１～Ｄ３のうちの少なくとも１つを取得するステップのうちの少なくとも１つは、複数の第１の断面像フィーチャのうちの少なくとも１つから、少なくとも１つの記述パラメータを演算するステップをさらに含み、少なくとも１つの第１の半導体フィーチャの少なくとも１つの記述パラメータが、寸法、直径、角度、面積、形状、または体積のうちの１つである。性能指標Ｄ１～Ｄ３のうちの少なくとも１つを取得するステップのうちの少なくとも１つは、複数の第１の半導体フィーチャの少なくとも１つの記述パラメータの平均または統計的偏差を演算するステップをさらに含む。
本発明は、本発明の方法のいずれかを実行するプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品をさらに提供する。たとえば、ウェハ中の検査ボリュームの検査の方法を実行するプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品が提供される。たとえば、少なくとも１つの仮想断面像を取得する方法の方法ステップのいずれかを実行するプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品が提供される。たとえば、このコンピュータプログラム製品は、一組のＮ枚の断面像スライスの生成を制御する要素と、第１の配向方向を選択する要素と、第１の配向方向の投影および補間によって、一組のＮ枚の断面像スライスから、少なくとも１つの仮想断面像を演算する要素と、を含む。
実施形態によれば、上記方法の方法ステップのいずれかを実行するように構成された制御ユニットおよび像処理ユニットを備えたデュアルビーム装置が提供される。
実施形態の全体を通して、第１の断面像フィーチャは、少なくともウェハ表面と垂直な軸と平行な方向に延びた半導体構造の断面を含み、第２の断面像フィーチャは、少なくともウェハ表面と平行な方向に延びた半導体構造の断面を含む。たとえば、第１の共通断面像フィーチャは、少なくとも半導体集積回路のビア、ＨＡＲ構造、またはＨＡＲチャネルのうちの１つの断面を含む。たとえば、第２の断面像フィーチャは、少なくとも半導体集積回路の絶縁線または絶縁層、金属線、金属層、または金属ワード線、あるいは半導体線または半導体層のうちの１つの断面を含む。
上述のような実施形態または例は、全部または一部を相互に組み合わせ可能である。これは、本発明の異なる態様を記載した例または実施形態についても同様である。
本発明は、以下の図面を参照することによって、より深い理解が得られるであろう。
ウェハから抽出されたサンプルにおいて断面画像化技術を説明した図である。 ウェハに適用されたウェッジカット形状での断面画像化技術に対して構成されたデュアルビーム装置の図である。 ウェッジカット形状での断面画像化技術の詳細を示した図である。 ウェッジカット形状での断面画像化技術の他の態様を示した図である。 ｘ方向に見た断面像フィーチャの深度決定方法の図である。 ２枚の断面像スライスの例における断面像フィーチャの深度決定方法の図である。 付加的な位置合わせフィーチャを利用したウェッジカット形状での断面画像化技術の図である。 像セグメントのステッチングを利用したウェッジカット形状での断面画像化技術の図である。 異なる深度の付加的な位置合わせフィーチャを利用したウェッジカット形状での断面画像化技術の図である。 ファンビームトモグラフィ手法によるウェッジカット形状での断面画像化技術の図である。 破片抑制のための付加的なトレンチを備えたウェッジカット形状での断面画像化技術の図である。 歪み補償を伴うウェッジカット形状での断面画像化技術の図である。 付加的な位置合わせフィーチャが検査ボリュームの上方に作製されたウェッジカット形状での断面画像化技術の図である。 ウェッジカット形状での断面画像化技術の方法ステップの図である。 動作・制御ユニットを示した図である。 一連の断面像スライスからの仮想像スライスの補間の図である。 湾曲断面表面からの一連の断面像スライスからの仮想像スライスの補間の別の図である。 ヘリウムイオン顕微鏡を用いたデュアルビーム装置の図である。 ヘリウムイオン顕微鏡を用いたデュアルビーム装置の図である。 図１８に係るデュアルビーム装置を用いたスライス・イメージ手法ならびにメモリデバイスの交互層における単一走査像取得および仮想断面像演算の結果の図である。 ｂ）～ｄ）は、図１８に係るデュアルビーム装置を用いたスライス・イメージ手法ならびにメモリデバイスの交互層における単一走査像取得および仮想断面像演算の結果の図である。 メモリデバイスのＨＡＲフィーチャの統計的評価の図である。 ウェハ中のボリュームの時間効率の良い検査方法の図である。 大きな切削角ＧＦによる深い検査ボリュームの検査の図である。 インラインウェハ検査のモニタリングレシピの生成のためのプロセスフローの図である。 予備情報に基づく検査ボリュームの解析の図である。 ＨＡＲ構造の傾斜を解析するモニタリングレシピの一例の図である。 より長く延びた過去または第１の断面表面上の付加的な位置合わせフィーチャを利用したウェッジカット形状での断面画像化技術の図である。 断面像フィーチャの深度決定の方法の図である。
図１は、半導体集積サンプルの３Ｄボリューム像を取得するための共通断面像手法の模式図である。スライス・イメージ手法とも称する断面手法によって、「ステップ・繰り返し」方式により３次元（３Ｄ）ボリューム像取得が実現される。まず、当技術分野において知られている方法によって、共通断面像手法のための半導体集積サンプルを準備する。本開示の全体を通して、「断面像」および「スライス」を同義語として使用する。あるステップにおいて、材料の薄い表面層または「スライス」を除去する。この材料スライスは、集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラム５０による視角での集束イオンビーム切削または研磨の使用等、当技術分野において知られている複数の方法で除去するようにしてもよい。たとえば、集束イオンビーム５１は、ｚ軸とほぼ平行に伝搬し、ｙ方向の走査によって、サンプル１０の上面全体を切削するとともにｙｚ平面内の新たな断面表面５２を露出させる。結果として、新たに露出させた断面表面５２は、画像化のためのアクセスが可能である。後続のステップにおいては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または第２のＦＩＢ等の荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）画像化システム４０によって、断面表面層５２をラスター走査することにより、断面像スライス１００．１を取得する。荷電粒子画像化システム４０の光軸４２は、ｘ方向と平行な配置またはｘ方向に対するある角度での傾斜が可能である。検出器（図示せず）によって二次電子および後方散乱電子を収集することにより、半導体集積サンプルの内側の材料コントラストを明らかにし、断面像スライス１００．１において異なるグレーレベルとして可視化する。金属構造によって、より明るい測定結果が生成される。等距離の断面表面５３、５４、および他の断面表面について、切削による表面層除去および断面画像化プロセスを繰り返し、たとえば異なる深度のＮ枚の断面像スライス１００．２、１００．３、・・・１００．Ｎを含む一連の２Ｄ断面像スライス１０００を取得することによって、３次元（３Ｄ）データセットを構築する。代表的な断面像スライス１００．１は、市販の１４ｎｍ技術のＩｎｔｅｌプロセッサ半導体集積チップの測定によって取得する。
この方法によってその後、集束イオンビームにより半導体集積サンプルに対して断面表面を切削し、画像化のための一連の断面表面を露出させるか、または、アクセス可能にするとともに、荷電粒子ビーム画像化システム４０によって半導体集積サンプルの各断面表面を画像化することにより、少なくとも第１および第２の断面像スライスを生成する。そして、一連のＮ枚の２Ｄ断面像スライス１０００から、半導体集積構造の３Ｄ像を再構成する。断面像スライス１００．１、１００．２、１００．３の距離ｄは、ＦＩＢ切削または研磨プロセスによって制御可能であり、１ｎｍ～３０ｎｍが可能である。
上記例においては、図１に示すように、断面像平面が半導体集積ウェハの上面５５と垂直に配向しており、ウェハ上面５５の法線がｚ軸と平行に配向している。これにより、ｙｚ平面と平行に配向した２Ｄ断面像スライスが得られる。言い換えると、断面像平面がｚ軸またはウェハ法線軸を含み、画像化方向ｘがウェハ表面と平行である。したがって、この従来の形状における従来のスライス・イメージ法は、ウェハから抽出されたサンプルに対してのみ適用可能である。
本発明の課題は、ウェハの内側の検査ボリュームには適用可能なスライス・イメージ法を提供することである。本発明の第１の実施形態において、３Ｄボリューム像生成の方法は、ウェハからサンプルを取り出す必要なく、いわゆる「ウェッジカット」手法またはウェッジカット形状においてウェハの内側の検査ボリュームに適用されるスライス・イメージ法を利用する。スライス・イメージ法は、ウェハからサンプルを取り出すことなく、寸法が数μｍ（たとえば、２００ｍｍまたは３００ｍｍウェハにおける５μｍ～１０μｍの横方向延長）の検査ボリュームに適用される。半導体集積ウェハの上面における溝またはエッジの切削によって、上面に対するある角度で断面表面にアクセス可能となる。検査ボリュームの３Ｄボリューム像は、限られた数の測定部位（たとえばダイの代表部位、プロセス制御モニタ（ＰＣＭ）、または他の検査ツールにより識別される部位）で取得される。スライス・イメージ法では、ウェハを局所的に破壊するだけであるため、依然として、他のダイを使用することも可能であるし、このウェハを別途処理に使用することも可能である。
本発明の第１の実施形態およびウェッジカット形状の一例を図２に示す。たとえば、検査ツールまたは設計情報から生成された位置マップにおいて規定された複数の測定部位６．１および６．２を含むウェハ８が用意される。ウェハ８は、ウェハ指示テーブル１５上に載置されている。ウェハ８の測定部位６．１は、ＦＩＢ光軸４８を有するＦＩＢカラム５０および光軸４２を有する荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）画像化システム４０を備えたデュアルビーム装置の検査点４３において、５軸ウェハステージ（図示せず）と位置合わせされている。ＦＩＢおよびＣＰＢ画像化システムの両光軸の検査点４３においては、ウェハ表面がＦＩＢ軸４８に対して角度ＧＦで配置されている。ＦＩＢ軸４８およびＣＰＢ画像化システム軸４２は、角度ＧＦＥを成し、ＣＰＢ画像化システム軸は、ウェハ平面と垂直なｚ軸と角度ＧＥを成す。ウェハ８の表面に対して角度ＧＦでＦＩＢ５１が衝突することにより、検査部位６．１におけるほぼ傾斜角ＧＦでのイオンビーム切削によって、傾斜した断面表面がウェハに対して切削される。図２の例において、傾斜角ＧＦは、約３０°である。傾斜した断面表面の実際の傾斜角は、集束イオンビーム（たとえば、ガリウムイオンビーム）のビーム発散のため、傾斜角ＧＦから最大１°～４°外れる可能性がある。ウェハの法線に対して角度ＧＥで傾いた荷電粒子ビーム画像化システム４０によって、切削表面の像が取得される。図２の例において、角度ＧＥは、１５°を下回る。画像化に際しては、測定部位６．１におけるウェハの断面表面上の走査経路に沿って、荷電粒子ビーム画像化システム４０の走査ユニットにより荷電粒子のビームが走査され、二次粒子および散乱粒子が生成される。粒子検出器１７は、二次粒子および散乱粒子の少なくとも一部を収集して、粒子数を制御ユニット１９に伝達する。制御ユニット１９は、荷電粒子ビーム画像化システム４０およびＦＩＢ５０を制御するものであり、ウェハステージ（図示せず）を介してウェハ支持テーブルに搭載されたウェハの位置を制御する制御ユニット１６に接続されている。制御ユニット１９は、たとえばウェハステージの移動によって検査点４３におけるウェハ８の測定部位６．１の配置および位置合わせをトリガするとともに、ＦＩＢ切削、像取得、ステージ移動の動作を繰り返しトリガする動作ユニット２と通信する。
本質的に鉛直の荷電粒子画像化ビーム４４（たとえば、走査電子ビームまたはヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）等のその他任意の荷電粒子ビーム顕微鏡）によって、各交差表面の画像化が行われる。
第２の実施形態においては、ウェッジカット形状におけるスライス・イメージ法が提供される。ウェッジカット形状におけるスライシング・イメージング法の繰り返しによって、断面表面５２、５３、５４（図１および図３参照）等の像スライスを含むＮ枚の断面像スライスのスタックを生成するとともに、測定部位６．１におけるウェハ８の検査ボリュームの３Ｄボリューム像を生成する。図３は、３Ｄメモリスタックの例におけるウェッジカット形状を示している。ウェハ表面に対して８０°を下回る角度ＧＦ（たとえば、３０°の角度ＧＦ）でＦＩＢビーム５１によりウェハ表面が切削されるが、４５°を下回る他の角度（たとえば、４０°または３６°）も同様に可能である。一例においては、ＨＡＲ構造等、後述の第１の断面像フィーチャの高分解能での優れた画像化が可能となるため、８°～４５°の小さな切削角ＧＦが好ましい。別の例においては、急勾配の切削角ＧＦ（たとえば、３０°超または４５°超）が好ましい。４５°～８０°の急勾配の切削角ＧＦであれば、小さな横方向寸法で検査ボリュームを深く切削可能となる。切削角を急勾配にすることによって、より大きな深度を実現可能であるとともに、たとえば６μｍ超の深度（たとえば、厚い半導体スタックまたは深い半導体スタックにおける１０μｍまたは１５μｍの深度）にて、深い半導体スタックの３Ｄボリューム像生成を実現可能である。急勾配の角度では、たとえば３０μｍ、好ましくは２０μｍを下回る断面表面の横方向延長が維持されるため、高スループットでの像ステッチングなく、断面像スライスを取得可能である。
座標系の選択によっては、ウェハ表面５５がＸＹ平面と一致する。メモリスタックは、ウェハ表面５５と垂直なｚ方向に延びている。ＦＩＢビーム５１により、ウェハ表面に対してほぼ角度ＧＦで傾斜した新たな断面表面５２がウェハ中に生成される。たとえば、図３の例において、ウェハ表面５５に対する法線入射で配置されたＳＥＭビーム４４によって断面表面５２が走査され、高分解能の像が生成される。断面像スライスは、高アスペクト比（ＨＡＲ）構造またはビアとの交線により形成された第１の断面像フィーチャ（たとえば、ＨＡＲ構造の第１の断面像フィーチャ４．１、４．２、および４．３）と、たとえばＳｉＯ2、ＳｉＮ、またはタングステン線を含む層Ｌ１・・・ＬＭとの交線により形成された第２の断面像フィーチャと、を含む。これらの線の一部は、「ワード線」とも称する。最大層数Ｍは通常、５０超（たとえば、１００超あるいは２００超）である。ＨＡＲ構造および層は、ウェハ中のほとんどのボリューム全体に延びるが、間隙を含む場合もある。ＨＡＲ構造は通常、１００ｎｍ未満（たとえば、およそ８０ｎｍまたは４０ｎｍ）の直径を有する。したがって、断面像スライスは、各ｘｙ位置の異なる深度（ｚ）におけるＨＡＲチャネルフットプリントの交線または断面として、第１の断面像フィーチャを含む。円筒形状の鉛直メモリチャネルの場合、得られる第１の断面像フィーチャは、傾斜した断面表面５２上の構造の位置によって決まるさまざまな深度における円形または楕円形の構造である。
スライス距離ｄの選択は、所要サンプリングおよびスループット間のバランスである。２枚の隣り合う断面像スライス間の厚さｄまたは最短距離ｄは通常、数ｎｍのオーダの値（たとえば、３０ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍ、５ｎｍ、４ｎｍ、あるいはそれ未満）に調整される。所定の厚さｄの材料層がＦＩＢによって除去されると、新たな断面表面５３が露出し、ほぼ鉛直の画像化ビーム４４による画像化のためのアクセスが可能となる。このように取得された複数のＮ枚の断面像スライスは、測定部位６．１におけるウェハ８の検査ボリュームを網羅しており、たとえば１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ未満の高い３Ｄ分解能の３Ｄボリューム像の形成に用いられるとともに、関心半導体構造（たとえば、検査ボリュームの内側のメモリスタック）の特性の再構成に用いられる。複数のＮ枚の断面像スライスには、数枚の像（たとえば、Ｎ＝１０またはＮ＝２０）から、数百枚の断面像スライス（たとえば、Ｎ＝１０００以上）まで含み得る。検査ボリュームは通常、ｘｙ平面内の横方向延長がＬＸ＝ＬＹ＝５μｍ～１５μｍであり、ウェハ表面の下側の深度ＬＺが２μｍ～１５μｍであるが、検査ボリュームの横方向延長は、大幅に拡大して、およそ１ｍｍに達する可能性もある。単一の断面表面の横方向延長は、３０μｍ未満（たとえば、２０μｍ未満）であるのが好ましい。いくつかの例において、メモリＨＡＲ構造を含むメモリデバイスの場合は、ＨＡＲ構造当たり少なくとも３枚の断面像スライスを提供すれば十分である。したがって、好ましいスライス距離ｄは、３０ｎｍ未満である。
一例において、関心半導体構造のフィーチャおよび３Ｄ位置（たとえば、ＨＡＲチャネルの位置）は、たとえばＨＡＲ重心から、像処理方法によって検出される。像処理方法およびフィーチャに基づく位置合わせを含む３Ｄボリューム像生成については、米国仮特許出願第６２／８５８，４７０号および独国特許出願第１０ ２０１９ ００６６４５．６号に詳しく記載されており、これらのすべての内容を参照により本明細書に援用する。層およびＨＡＲ構造は、測定ボリューム全体に延びる必要がないことに留意するものとする。
以下、本発明の第３の実施形態において、検査ボリュームのＨＡＲ構造の断面像フィーチャの相互位置、深度、および配向に関する情報を回復する方法を説明する。ＦＩＢ方向とウェハ表面５５（ｘｙ平面）との間の角度ＧＦは、深度ＬＺを制御し、ｘおよびｙ方向の走査は、画像化ビーム４４の視野（ＦＯＶ）と、画像化ビーム４４による走査画像化に利用可能な合計の横方向エリアＬＸおよびＬＹと、を制御する。像スライスの互いの適正な配置は、位置合わせと称することが多く、第１のステップにおいては、２Ｄ像のフィーチャの登録を含み、第２のステップにおいては、後続の断面像スライス間の正しい距離ｄの回復を含む。第１の位置合わせ方法を図４に示す。一例を番号７５で参照する柱状のＨＡＲ構造（たとえば、チャネルまたはチャネル孔）は、ウェハ（たとえば、メモリチップ）のボリュームを通ってｚ方向に延びている。ＨＡＲ構造は、ウェハ表面と垂直に配向し、画像化ビーム４４により得られる断面像スライスにおいて可視化される（図３参照）。上図と同様に、断面表面は、ＨＡＲ構造に対する所定の角度ＧＦで近似的に配向している。図４の例において、傾斜角ＧＦは、２５°である。図４ｂは、指数がｎおよびｎ＋１の２つの連続する２Ｄ断面像スライスの２つの例を示しており、ＨＡＲチャネルの第１の断面像フィーチャを７７．１～７７．５で示している。本例においては、イオンビーム５１に対して約９０°の角度ＧＦＥで配置された画像化ビーム４４によって、断面像表面ｎおよびｎ＋１と垂直な断面像スライスｎおよびｎ＋１が取得されており、像座標系Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’は、ウェハの座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に対して角度ＧＥだけｘ軸周りに回転したものである。断面表面ｎおよびｎ＋１はそれぞれ、ウェハ５５の上面とのエッジを形成しており、エッジの２つの例を参照番号７６．１および７６．２で示している。本例において、第１のＨＡＲ構造は、指数がｎの第１の断面像スライスにおいて第１の断面像フィーチャ７７．１と交差し、指数がｎ＋１の第２の像スライスにおいて第１の断面像フィーチャ７７．２と交差する。第１の断面像フィーチャ７７．１および７７．２は、両像スライスに対する共通断面像フィーチャであり、横方向変位ベクトルｄｙ’だけ変位している。横方向シフトのため、ｎ番目の像の断面像フィーチャ７７．４がｎ＋１断面像スライスにおいてほぼ消えている（断面像フィーチャ７７．５の一部だけが見えている）ように、ＨＡＲ構造の断面像フィーチャの一部が消える。一般的に、像座標系の見掛けの横方向変位ｄｙ’は、傾斜断面表面の傾斜角ＧＦ、像スライス間距離ｄ、および画像化ビーム４４の角度ＧＥによって、ｄｙ’＝ｄ・ｓｉｎ（ＧＥ）／ｃｏｓ（ＧＦ）により与えられる。横方向座標の差は、ウェハ表面を越える深度ｄｚの差に対応し、ｄｚ＝（ｄｙ’）／ｓｉｎ（ＧＥ）である。一例において、ウェハ表面５５と垂直な対応する第１の断面像フィーチャ７７．１、７７．２の深度ｄｚの変化は、所定の角度ＧＦでのＦＩＢビーム切削および所定の角度ＧＥでの画像化により生成された複数の像のうちの少なくとも２つの像ｎおよびｎ＋１における第１の断面像フィーチャ７７．１、７７．２の横方向変位ｄｙ’から導出される。
図４に説明する例に係る深度決定の方法において、荷電粒子画像化ビーム４４（図３参照）は、選択座標系におけるｚ軸に対応するウェハ表面５５の法線に対して所定の角度ＧＥで配向している。この方法では、複数の断面像における第１の断面像フィーチャの見掛けの横方向変位を利用するが、第１の断面像フィーチャは、ビアまたはＨＡＲ構造等、半導体ウェハにおいて鉛直配向した構造の断面である。鉛直配向のビアまたはＨＡＲ構造は、ウェハ表面５５と垂直に配向している。ただし、図４に示す例に係る方法では、第１の断面像フィーチャの横方向変位誤差が第１の断面像フィーチャの深度決定に影響を及ぼす。したがって、図４に示す第３の実施形態に係る方法は、深度決定に第１の断面像フィーチャを利用するが、特に深い構造に関して、精度が限られる。たとえば、実際の断面像表面は、平面形状から逸脱しており、この逸脱は、深度が増すほど大きくなる。また、ＨＡＲ構造についても、ウェハ表面に対して完全に垂直ではない。
したがって、本発明の別の課題は、さらに高い精度で第１の断面像フィーチャの位置を決定する方法を提供することである。本発明の深度決定の方法の第２の例によって解決手段が提供される。この方法は、荷電粒子画像化ビーム４４をウェハ表面５５の法線と平行に配向させることによって、所定の角度ＧＥがおよそＧＥ＝０°となるように選択された状態で説明する。図５は、このセットアップを示している。ただし、この方法は、ウェハ表面５５と垂直に配向した荷電粒子画像化ビーム４４に限定されず、０°から外れた角度ＧＥも同様に可能である。
ウェハ表面５５に対して所定の角度ＧＦで傾斜した２枚の断面表面５２および５３を図示する。図２においては、傾斜角ＧＦが約２６°であるが、他の傾斜角（たとえば、３０°以上）も同様に可能である。２つのＨＡＲ構造７５．１および７５．２ならびに一組の層Ｌ１～Ｌ４を図示する。荷電粒子画像化ビーム４４がウェハ表面５５と垂直に入射することから、理論的に完全なＨＡＲ構造７５．１の第１の断面像フィーチャ７７．１および７７．２が同じｙ座標のｎ番目およびｎ＋１番目の像に現れるため、ｎ番目およびｎ＋１番目の像における断面像フィーチャ７７．１および７７．２の見掛けの横方向変位からの深度決定は不可能である。実際のＨＡＲ構造７５．１の第１の断面像フィーチャ７７．１および７７．２が異なるｙ座標のｎ番目およびｎ＋１番目の像に現れる場合は、異なるｙ座標からの如何なる深度決定も誤った解釈となってしまう。第２の例に係る深度決定では、断面像スライスｎおよびｎ＋１を含む複数のＮ枚の断面像スライスにおける層Ｌ１～Ｌ４を含む複数の層の第２の断面像フィーチャを利用する。たとえば、上面７８のウェハ表面下深度がＺ４１である層Ｌ４の第２の断面像フィーチャ（参照番号７３．１および７３．２参照）は、ｙ’座標がｎ番目の断面像でＹ４１’n、ｎ＋１番目の断面像でＹ４１’n+1である。たとえば、ウェハ表面下深度がＺ１２である層Ｌ１の下面７２の第２の断面像フィーチャ７３．３は、ｙ’座標がｎ番目の断面像でＹ１２’nである。２つの層の少なくとも２つのエッジの深度（たとえば、深度Ｚ４１および深度Ｚ１２）が分かれば、断面像スライスにおけるｙ座標をｚ座標に変換して、深度マップＺ（ｘ，ｙ）を導出可能である。たとえば、ｎ番目の像における第１の断面像フィーチャ７７．１の重心７９．１の深度ｚは、第２の断面像フィーチャ７３．３のｙ座標および重心７９．１のｙ座標ｙ’から導出され、ｚ＝Ｚ１２＋（ｙ’－Ｙ１２’n）・ｔａｎ（ＧＦ）である。代替例において、ｎ番目の像における第１の断面像フィーチャ７７．１の重心７９．１の深度ｚは、少なくとも２つの第２の断面像フィーチャ７３．１および７３．３のｙ座標から導出され、深度マップＺ（ｘ，ｙ）は、ｚ＝Ｚ１２＋（ｙ－Ｙ１２’n）・（Ｚ４１－Ｚ２１）／（Ｙ４１’n－Ｙ１２’n）により求められる。たとえば、連続する２つの断面像スライスｎおよびｎ＋１の深度マップの横方向位置合わせの基準として、または、局所切削角ＧＦもしくは局所スライス距離ｄｚの検証として、第２の断面像フィーチャの位置の局所的変位（たとえば、２つの連続する断面像スライスｎおよびｎ＋１におけるｙ座標Ｙ４１’nおよびＹ４１’n+1の位置での層Ｌ４の境界上面の局所的変位Ｄ２）が用いられる。後者の方法では、切削角ＧＦを正確に把握する必要はなく、指数ｎの断面像スライスごとに、深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）を導出可能である。本例においては、断面像スライスがｘ方向に平行であると推定されるため、特定のｙ座標に対して各ｘ座標の深度が同じであることから、深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）は、ｘとは無関係に、ｙのみによって決まる。別の例においては、深度Ｚ（ｘ，ｙ；ｎ）が各ｘ座標に対しても異なるため、深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）は、同様の方法でｘ座標ごとに別々に生成される。第３の実施形態の方法では、複数のＮ枚の断面像スライスそれぞれについて深度マップＺ（ｘ，ｙ）が生成されるため、ウェッジカット形状で得られた複数の断面像スライスにおいて、断面像フィーチャの正確な深度および位置決定が可能となる。第３の実施形態の方法の一例では、断面像スライス内の第２の断面像フィーチャの横方向位置から、断面像スライスの深度マップＺ（ｘ，ｙ）が生成されるため、ウェッジカット形状で得られた断面像スライスに対して、第１の断面像フィーチャの正確な深度および位置決定が可能となる。
図６は、所定の角度ＧＦでのＦＩＢビーム５１による切削と、角度ＧＥ＝０°でウェハ表面５５に対してｚ方向すなわち垂直方向に配向した荷電粒子ビーム４４（図５参照）による画像化と、によって得られたｎ番目およびｎ＋１番目の断面像を示している。鉛直ＨＡＲ構造は、第１の断面像フィーチャ（たとえば、第１の断面像フィーチャ７７．１、７７．２、および７７．３）として断面像スライスに現れる。荷電粒子画像化ビーム４４がＨＡＲ構造と平行に配向していることから、たとえば理想的なＨＡＲ構造を表す第１の断面像フィーチャは、同じｙ座標に現れることになる。定位置からの逸脱は、作製誤差（たとえば、ＨＡＲ構造の傾斜または「揺れ」）に対応する。たとえば、理想的なＨＡＲ構造７７．１および７７．２の第１の断面像フィーチャは、ｎ番目およびｎ＋１番目の像スライスが同一のＹ座標で、線８０を中心とする。したがって、ＨＡＲ構造の第１の断面像フィーチャ（たとえば、７７．１～７７．３）では、ウェハ内の断面像フィーチャの深度決定のみならず、スライス距離ｄの決定もスライス角ＧＦの決定も不可能である。断面像スライスには、たとえば層Ｌ１～Ｌ５を含む複数の層の複数の第２の断面像フィーチャ（たとえば、層Ｌ４の第２の断面像フィーチャ７３．１および７３．２）をさらに含む。層構造は、断面像スライスにおいて、ｘ方向に沿った高コントラストのストライプセグメントとして現れる。ただし、これらのストライプすなわち複数の層（ここでは、図示の層Ｌ１～Ｌ５）の第２の断面像フィーチャの位置は、第１の断面像フィーチャに対して、各断面像スライスとともに変化する。層が深度を増して像平面に交差すると、第２の断面像フィーチャの位置は、所定の様態で、像スライスｎから像スライスｎ＋１まで変化する。参照番号７８．１、７８．２で示す層Ｌ４の上面は、ｙ方向に距離Ｄ２だけ変位し、ここから、たとえば式ｄ＝Ｄ２・ｓｉｎ（ＧＦ）によって、スライス距離ｄまたはスライス角ＧＦが演算される。第２の断面像フィーチャ（たとえば、７８．１および７８．２）の位置の決定から、連続する２枚の断面像スライスの２つの深度マップＺ（ｘ，ｙ）をＺ座標に関して位置合わせ可能であるとともに、複数の断面像スライスに対して複数の深度マップＺN（ｘ，ｙ）を導出可能である。
したがって、エッジ検出もしくは重心演算ならびに像解析等の第２の断面像フィーチャのフィーチャ抽出と、予備情報（たとえば、設計情報）からの第２の断面像フィーチャの深度の把握と、によって、断面像スライスにおける第１の断面像フィーチャの横方向位置および深度を高精度に決定可能である。ウェハ表面と平行に延びた各層（層Ｌ１～Ｌ５等）の如何なる境界または表面の深度も通例、非常に高い精度で把握されており、ウェハの作製に関わる平面作製技術から、ウェハのより広い面積に対して一定である。一例において、深度決定の方法は、第２の断面像フィーチャ（たとえば、層または層の上面もしくは下面）の深度が把握されていない場合に適用される。ｎｍ単位の厳密な深度値を把握していなくても、層の境界または表面に対するスケール上の深度指定を高精度に行うことができる。本例において、断面像スライス内の第１の断面像フィーチャの深度は、複数の層の上面および下面等、第２の断面像フィーチャの境界の深度に対して与えられる。言い換えると、第１の断面像フィーチャの深度は、Ｍ層の複数の第２の断面像フィーチャＬ１～ＬＭの域外、同じ深度、またはその深度スケール上で、第２の断面像フィーチャの深度に対して与えられる。
本発明の第４の実施形態においては、断面像スライスの位置合わせのための方法および構造が提供される。図７は、ウェハ中の３Ｄボリューム検査の方法の複数の他の態様を示している。測定部位６．１の検査ボリューム１３は、たとえば位置合わせマーク２４がマーキングされている。測定部位６．１を含むウェハをＦＩＢビーム５１および荷電粒子画像化ビーム４４の交差点に配置した後、まず、第１の断面表面５２の上方のウェッジを除去して、荷電粒子画像化ビーム４４の走査により第１の断面像スライスを取得する。第１の断面表面５２を画像化した後、ウェハ表面５５に対して角度ＧＦでＦＩＢ切削を繰り返し、荷電粒子画像化ビーム４４によって、断面表面５２、５３、および５４を含む複数の断面表面を画像化するとともに、上述のスライス・イメージ手法にて複数の断面像スライスを形成する。一例において、ウェッジカット形状におけるスライス・イメージ法では、複数の断面像の相互位置合わせに用いられる付加的な位置合わせフィーチャを含む。断面表面の切削の前に、層の堆積および位置合わせパターンによる構造化によって、たとえば位置合わせマーク２０．１、２０．２、２０．３等の付加的な位置合わせフィーチャがウェハ表面５５に作製される。位置合わせパターンの一例としては、位置合わせフィーチャ２０．１にて示すような十字が可能であるが、当技術分野において知られている任意の位置合わせパターンも同様に適用可能である。また、位置合わせフィーチャとしては、たとえば測定部位６．１における検査ボリューム１３を通るスライスの切削中にＦＩＢによって変化しない部分において、ウェッジカットの境界に対して切削された位置合わせトレンチまたはエッジ２２も可能である。位置合わせフィーチャ２２は、エッジに限定されず、たとえば歯状フィーチャも可能である。また、位置合わせフィーチャとしては、集積回路構造２５等、検査ボリュームの近くでウェハ表面に露出した集積回路フィーチャも可能である。上記説明のような位置合わせフィーチャは、複数の断面像スライスにおいて共通断面像フィーチャを形成し、断面像スライスの横方向位置合わせのための付加的な方法を可能にする。関心半導体構造を表す第１の断面像フィーチャの座標がより高精度に得られるほか、代表的な第２の断面像フィーチャのＹ座標から、深度マップＺ（ｘ，ｙ）がより高精度に導出される。
位置合わせフィーチャは、共通断面像フィーチャとしてすべての断面像スライスに存在し、個々の断面像スライスごとに、従来のエッジ検出技術（たとえば、勾配に基づく輪郭抽出等）によって解析可能である。エッジ位置は、エッジと直交する方向において最も高精度に決定可能であることが知られている。一例において、エッジの位置特定の精度は、付加的なフィーチャ（たとえば、少なくとも２つの位置合わせフィーチャ）によって向上する。一例においては、断面像スライスの横方向像位置合わせに付加的な位置合わせフィーチャ２０．１、２０．２、２０．３を使用する。位置合わせフィーチャ２０、２２によれば、検査ボリュームの内側の半導体の形状に依拠することなく、複数の傾斜した断面像スライスから、３Ｄボリュームを再構成可能である。一例において、上述の付加的な位置合わせフィーチャは、荷電粒子画像化ビームによる高コントラスト画像化用に設定されている。たとえば、位置合わせパターンまたはエッジの高コントラストかつ良好な視認性は、ウェハ表面に対するウェッジのパターン化プロセスまたは切削に先立ち、ウェハサンプルの材料であるシリコンに対して高い材料コントラストを示す材料により測定部位のウェハ表面を局所被覆することによって実現される。適当な被覆材料は、たとえば白金（Ｐｔ）、炭素（Ｃ）、またはこれらの組合せである。
位置合わせマークの作製の代替または追加として、ウェハの表面に存在して視認可能な集積回路フィーチャを付加的な位置合わせマークとして使用することも可能である。たとえば、検査ボリュームの近くのウェハ表面上に存在するＨＡＲ構造によって可視構造２５が形成され、位置合わせマーク２０．１、２０．３、および２４と同様に、断面像スライスにおいて可視化される。一例においては、集積回路の可視構造２５が付加的な位置合わせフィーチャとして、断面像スライスの横方向像位置合わせに用いられる。たとえば、検査ボリュームの近くのウェハの表面の処理によって、集積回路構造２５を露出させることにより、露出した集積回路構造２５が荷電粒子画像化カラムに対して可視化され、共通断面像フィーチャによる位置合わせに利用可能となるようにする。
第５の実施形態は、本発明の別の態様を記載する。ＦＩＢビーム５１により切削された断面表面は、荷電粒子画像化ビーム４４によって、走査画像化により画像化される。一例においては、断面表面が荷電粒子画像化ビーム４４と垂直ではなく、１回の走査動作で像を取得するには、１回の走査動作の視野（ＦＯＶ）が小さくなり過ぎたり、断面表面が荷電粒子画像化ビーム４４の焦点深度の外側になったりする可能性もある。このような場合は、荷電粒子画像化ビーム４４によって少なくとも２つの走査像セグメントが得られ、これら少なくとも２つの像セグメントが一体的にステッチングされる。一例を図８に示す。ＦＩＢビーム（図示せず）による表面５３の切削および露出の後、第１の位置において、荷電粒子画像化ビーム４４による走査画像化によって第１の像セグメント２６．１が取得される。第１の像セグメント２６．１は、たとえばウェハ表面５５上の位置合わせフィーチャ２０．１を含む。そして、ウェハステージ（図示せず）に搭載されたウェハが横方向に変位するとともに、第２または第３の位置における荷電粒子ビーム４４．１の走査によって、像セグメント（たとえば、像セグメント２６．２および２６．３）が取得される。複数の像セグメント２６．１、２６．２、２６．３等は、相互に重なって、隣り合う像セグメントの重畳エリアに存在する構造の断面像フィーチャの使用により、少なくとも各対の像セグメントの相互位置合わせを可能にする。傾斜した断面表面の「トップダウン」画像化には、鉛直荷電粒子画像化ビームの一定の焦点深度（ＤＯＦ）を必要とする。画像化ビーム４４の焦点深度が不十分な場合（たとえば、画像化ビーム４４のＤＯＦがＬＺよりも小さい場合）、走査画像化ビーム４４のＦＯＶは、より小さな部分視野に分割され、累進焦点調整によって順次画像化される。一般的に、荷電粒子画像化ビームの焦点深度は、分解能要件の制約を受ける。分解能が２ｎｍ未満（たとえば、１ｎｍ）の高分解能画像化の場合は、焦点深度が浅くなる。たとえば、走査型電子顕微鏡ＳＥＭにおいて、分解能が１ｎｍでの焦点深度は、５０ｎｍを下回る。これについては以下により詳しく説明するが、深度延長ＬＺが大きな検査ボリュームの場合、代替としてヘリウムイオン顕微鏡を適用するのが好ましく、およそ１ｎｍの高分解能で最大およそ１０μｍのはるかに大きな焦点深度を提供可能である。
所要分解能が２ｎｍ未満（たとえば、１ｎｍ）の荷電粒子画像化ビームのＤＯＦを超えるＬＺの一例においては、荷電粒子画像化ビーム４４．２の画像化平面がウェハ中のより深い位置へと変化して、像セグメント２８が取得される。像セグメント２８の延長は、断面像表面５３に対する像セグメント２８の深度延長３０が所望の分解能での荷電粒子画像化ビーム４４の焦点深度（ＤＯＦ）を下回るように選択される。たとえば、ＳＥＭは、像走査中の動的な焦点調整も可能であるが、これは、ｚ位置の範囲がおよそ１μｍ～２μｍに限られており、たとえば、像セグメント２８の深度延長３０が荷電粒子画像化ビーム４４の動的焦点調整の範囲を下回るように、ウェハステージの移動によって、焦点位置を変更する必要があることに留意するものとする。たとえばｚ方向のウェハステージの移動によってｚ位置すなわち焦点位置を調整することにより、傾斜断面表面５３の画像化の全体を通して、所望の分解能を維持することができる。また、検査ボリュームに近い第２のより小さなトレンチを生成するとともに、少なくとも１つの付加的な位置合わせフィーチャを第２のトレンチの底に生成することも可能である。これにより、所定の深度に複数の位置合わせマークが設定され、画像化ビーム４４のＤＯＦの制限を克服できる。一例においては、図９に示すように、付加的な位置合わせフィーチャ３２．１および３２．２が３つの深度レベルに配置される。たとえば、位置合わせフィーチャ３２．２は、深度レベルＤＬＺ（参照番号３４）に作製され、深度レベルＤＬＺにおける像セグメントの位置合わせを行う。このため、ウェハ表面に対して所望の深度ＤＬＺの小さなトレンチが切削され、深度レベルＤＬＺにおいて位置合わせパターンが構造化される。一例において、異なる深度レベルの位置合わせフィーチャ３２．１または３２．２は、検査ボリュームに近い集積半導体の集積回路フィーチャである。異なる深度レベルの位置合わせフィーチャ３２．１または３２．２は、一連の断面像スライスにおいて、共通像フィーチャを形成することにより、一連の断面像スライスの正確な位置合わせによって、高精度の３Ｄボリューム像生成を可能にする。一例において、像ステッチングの方法および異なる深度に設けられた付加的な位置合わせフィーチャによる像位置合わせの方法は、ＦＩＢカラムが８°～４５°の角度で配置されたデュアルビーム装置および荷電粒子ビーム画像化システムとしてのＳＥＭの協働により適用される。一例において、異なる深度に設けられた付加的な位置合わせフィーチャによる像位置合わせの方法は、ウェハ表面の下側の深度延長が５μｍ超（たとえば、６μｍまたは１０μｍ以上）の深い検査ボリュームの検査に適用される。
図２６は、第４の実施形態に係る付加的な位置合わせフィーチャの別の例を示している。本例において、荷電粒子画像化ビーム４４と複数の断面表面をスライスするＦＩＢ５１との間の角度ＧＦＥは、ＧＦＥ＝９０°である。角度ＧＦは、約３０°に選択されているが、一般的には、２５°～６０°が可能である。ＦＩＢ５１および荷電粒子画像化カラム４４により形成された平面は、ウェハ表面５５と直交する。結果として、画像化ビームは、画像化断面表面（スライス）と直交する。簡略化のため、単一の断面表面５２のみを示している。このようなセットアップにより、断面表面全体に対して画像化ビーム４４の「合焦」を維持可能である。これは特に、焦点深度がおよそ２００ｎｍに制限された荷電粒子画像化カラムとしての電子ビームの場合に重要である。ＦＩＢ５１と画像化カラム４４との間の角度ＧＦＥがＧＦＥ＝９０°と大きいことから、２つのカラムのボリューム衝突の可能性が低くなる。
特に深いサンプル（＞１０μｍ）の場合は、急勾配の切断角（たとえば、＞６０°）によって深度範囲全体を網羅することにより、典型的な単一ビーム荷電粒子顕微鏡の視野（ＦＯＶ）内の断面表面５２の深度をおよそ１０μｍ～１５μｍに保つことができる。これに対して、浅い角度（たとえば、２０°を下回る角度ＧＦ）の場合は、視野が大きく拡大されるため、像ステッチングが必要となる。したがって、一例においては、２５°～６０°の傾斜角ＧＦが好ましい。
位置合わせマーク１０．１または２０．２を用いることにより、荷電粒子画像化ビームと直交する方向（すなわち、スライスと平行な方向）の断面像スライスの初期位置合わせを実現可能である。図２６の例において、位置合わせマーク２０．１および２０．２は、たとえば断面５２等、第１の断面９６の下側の複数の第２の断面像スライスよりもｘ方向に長く延びた状態でＦＩＢ４４により形成された第１の断面９６上に形成されている。この構成により、少なくとも第２の断面表面（断面表面５２等）の片側に残る第１の断面表面９６の一部として、少なくとも１つの平行表面セグメント２３．１が実現される。平行表面セグメント２３．１においては、たとえば堆積およびエッチングによって、位置合わせフィーチャ２０．１を形成可能である。また、別の位置合わせフィーチャ２０．２を含む第２の平行表面セグメント２３．２を実現可能である。
像歪みまたは第１の断面表面９６から第２の断面表面５２までの焦点面の変化等、さまざまな要因から、上述の位置合わせ方法によるフィーチャ２０．１および２０．２等の付加的な位置合わせフィーチャを利用した複数の断面表面の位置合わせは通例、横方向分解能が数ｎｍを下回る（たとえば、５ｎｍ、３ｎｍ、あるいは２ｎｍを下回る）３Ｄボリューム像再構成には粗すぎることになる。したがって、本発明の第４の実施形態によれば、検査ボリュームの内側のウェハの構造または半導体フィーチャに基づく正確な位置合わせの付加的な方法が適用される。また、この正確な位置合わせの方法は、実際のスライス厚ｄの演算を含む。第１の粗い位置合わせのステップにより、繰り返しパターンの位置合わせ誤差が回避され、断面像スライスにおける断面像フィーチャのマッピングまたは位置合わせが得られる。第２の細かい位置合わせのステップにより、５ｎｍ、３ｎｍ、あるいは２ｎｍを下回る精度で、各対の断面像スライスの相互位置精度が実現される。
ウェハの内側の集積回路構造は通例、鉛直構造（図２６の３Ｄメモリチャネルまたはビア４．１および４．２等）および水平構造（「ワード線」または金属線Ｌ１～Ｌｎ等）を含む。上述の通り、細かい位置合わせおよびスライス厚決定に両種の構造を使用可能である。一例を図２７に示す。図２７は、ウェッジカット法に係るウェハの断面を示している。水平および鉛直構造は、層の水平エッジ８０と、たとえばＨＡＲ構造（たとえば、図２６の要素４．１または４．２）の鉛直エッジ７８と、により示している。指数ｎ＋１の断面像スライスにおける水平エッジ８０および鉛直エッジ７８の位置のＹ’成分は、指数ｎの断面像スライスにおける水平エッジ８０および鉛直エッジ７８の位置のＹ’成分と比較され、その差がΔＹ’WL（「ＷＬ」＝「ワード線（Ｗｏｒｄ－Ｌｉｎｅ）」）およびΔＹ’Ch（「Ｃｈ」＝「チャネル（Ｃｈａｎｎｅｌ）」）として演算される。Ｙ’軸は、断面像スライスの平面内に存在する。位置合わせが不完全な場合は付加的な変位ΔＹ’が生じるが、これは、断面像スライスにおけるすべての構造に対して等しい。したがって、上述の水平構造および鉛直構造の実際の変位は、以下の通りである。
Figure 2023518221000002
Figure 2023518221000003
 ここで、ｄは、２枚の断面表面間の実際の距離である。なお、Ｙ軸がスライスに沿って下方を指すことから、変位ΔＹ’WLは負である。
このようにして、測定したΔＹ’WLおよびΔＹ’Chならびに傾斜角ＧＦから、
Figure 2023518221000004
Figure 2023518221000005
 として、ボリューム中の断面像スライス（ｎ）に対する断面像スライス（ｎ＋１）の横方向位置を再構成するのに必要な変位誤差ΔＹ’およびスライス厚ｄを演算可能である。図２７の紙面と直交するＸ方向のスライスの変位は単に、Ｘ軸に沿う構造の対応する測定変位ΔＸWLおよびΔＸChに等しい。傾斜角ＧＦのわずかな変動が変位誤差ΔＹ’および厚さｄの演算に及ぼす影響は限られる。したがって、高精度（たとえば、１°）の傾斜角（たとえば、ＧＦ＝３０°±１°）が把握されていなくても、たとえば１ｎｍを下回る精度で変位誤差ΔＹ’を演算することができる。
複数の断面像スライスは通例、完全な平行平面を形成しないものの、たとえば図１７に示すような何らかのトポグラフィを有する。このトポグラフィを考慮に入れるため、断面像スライスの複数の位置において、上式を局所的に解くことができる。このため、各対の断面像スライスの複数の位置について、スライス厚ｄを別々に演算可能である。また、横方向変位ΔＸおよびΔＹ’を局所的に演算可能であるとともに、考え得る像歪みを考慮に入れることができる。
上述の粗い位置合わせおよび細かい位置合わせの方法によって、複数の断面像スライスの正確な位置合わせが得られるとともに、５ｎｍ、３ｎｍ、あるいは２ｎｍを下回る高精度な３Ｄボリューム像再構成が可能となる。
ウェハ上の測定部位６．１における検査ボリュームの３Ｄボリューム像生成の方法においては、ウェハ表面に対して所定の角度ＧＦに設定されたＦＩＢビーム５１によって、複数の後続の断面表面が距離ｄで切削される。上記例の座標系においては、ＦＩＢビーム５１がｘ方向に走査され、ＧＦにほぼ等しい角度で断面表面が傾斜している。「ほぼ等しい(approximately equal)」は、ＦＩＢのビームの発散によって、断面表面の実際の角度が１°～４°の数度だけ切削角ＧＦから外れ得ることを意味する。一例において、１５ｎｍ未満、５ｎｍ未満、あるいはそれ以下の距離ｄでの複数の後続の断面表面の生成は、ｙ方向またはｚ方向のウェハステージの横方向変位によって実現可能である。本発明の第６の実施形態においては、ウェハステージの横方向移動も鉛直方向移動もなく、ＦＩＢビーム５１による切削によって、距離ｄが約５ｎｍの複数の後続の断面表面が得られる。図１０に示すように、ＦＩＢビーム一致点５８の周りのｘ方向およびｚ方向にＦＩＢビームが走査される一方、ウェハがウェハステージによって変位することはない。このウェッジカット形状に適用されるファン状トモグラフィ手法によれば、後続の断面像スライスのスライス距離ｄを高精度かつ高速に調整可能となる。切削角は、所定の角度ＧＦでは一定とならず、所定の角度ＧＦの周りの最小切削角と最大切削角との間の切削角度差６４だけ変化する（角度拡がりＧＺは、およそ１ミリラジアンである）。その結果、隣り合う像スライス間の距離も変化する。一例としては、２つの隣り合う断面像表面（たとえば、断面像表面５３および断面像表面５４）間のスライス距離６０．１がウェハ表面５５において一定となるように切削を設定可能である。検査ボリュームの底でのスライス距離６２．１は、さまざまなスライス角に応じて、スライスごとに異なる。たとえば、ウェハ平面内の２つの隣り合う断面像表面の距離がｄｙ１（参照番号６０．１）で、ウェハ平面の下側の深度ＬＺにおける２つの隣り合う断面像表面の距離ｄｙ２（参照番号６２．１）がｄｙ１よりも大きくなるように、第１の断面像表面５３がＦＩＢビーム５１．１により第１の切削角６６で切削され、第２の断面像表面５４がＦＩＢビーム５１．２により第２の切削角６８で切削される。これにより、断面表面の相互距離のｎｍ精度での正確な制御を維持可能である。この場合、結果的に得られる複数の断面スライスは、互いに平行ではない。上述の本発明の実施形態に係る位置合わせおよび深度決定の方法については、依然として同様に適用可能である。
一例においては、ＦＩＢカラムの走査ユニットによってＦＩＢビームを傾斜させる方法の利用によって、切削角ＧＦを調整する。一例において、後続の断面表面間の距離は、調整可能である。一例においては、断面像表面の距離の少なくとも一部に対して異なるように、複数の断面表面間の距離が調整される。距離および角度ＧＦの調整により、ウェハ検査作業の必要性に合わせて、検査ボリュームの３Ｄボリューム像のスループットおよび分解能が全体的または局所的に調整される。
問題の１つは、複数の断面像表面の大きな面積全体で一様な切削を実現することである。第７の実施形態においては、傾斜した断面表面上の大量の破片の堆積を回避する構成および方法が開示される。図１１に示すように、測定部位６．１においては、検査ボリューム１３に隣り合うウェハ表面に対して、第１の近位トレンチ９２が最初に切削された後、検査ボリューム１３に隣り合うウェハ表面に対して、第２の遠位トレンチ９４が切削されることにより、第１および第２のトレンチ９２および９４間に検査ボリューム１３が配置されるようにする。次いで、ウェハを９０°だけ回転させ、ＦＩＢビーム５１により検査ボリューム１３に対して、断面像表面５３および５４を含む複数の断面像表面が切削される。ＦＩＢビームは、断面表面ごとに角度拡がりＧＸ（参照番号９０）でｘ方向に走査され、ＦＩＢカラムの走査機構によって、角度拡がりＤＺ（参照番号６４）内でｚ方向に傾斜される。荷電粒子画像化ビーム（図示せず）により、任意選択として位置合わせフィーチャ（たとえば、位置合わせフィーチャ２０．１）の画像化と併せて、複数の断面像が鉛直方向に得られる。ＦＩＢ切削中に発生した破片は、ＦＩＢビームに関して検査ボリューム１３の反対側に配置された遠位トレンチ９４にたまる。２つのトレンチ９２および９４の分離部は、検査ボリューム１３を収容するように構成されている。近位トレンチ９２の幅および深さは、上述のほぼ角度ＧＦのスライス角が実現されるように調整されている。遠位トレンチ９４の深さは、上述のほぼ角度ＧＦのスライス角が実現され、遠位トレンチ９４における破片の堆積が維持されるように調整されている。これにより、ウェッジカット形状におけるスライス・イメージ法が少ない破片で高精度に維持される。一例においては、３Ｄトモグラフィ用の望ましいサイズおよび配向の複数の部分ボリュームの生成を可能にするため、配向および分離部の異なる３つ以上のトレンチが設定されている。検査ボリューム１３の近くには、位置合わせフィーチャ２０．１等の位置合わせフィーチャが配置されている。図９に示す例と同様に、少なくとも１つの位置合わせフィーチャ２０．１を深度ＤＬＺに作製可能である。
第８の実施形態においては、荷電粒子画像化装置による画像化が像歪みによって劣化する。上述の実施形態および例の方法ステップは、角度ＧＥ＞０°の荷電粒子画像化装置の構成にも同様に適用可能である。一例において、荷電粒子画像化装置の光軸は、ウェハ表面の法線に対して角度ＧＥで配置されている。この場合は、画像化座標系（Ｘ’、Ｙ’）がウェハ表面に対して角度ＧＥだけ回転し、断面像がｙ方向に歪む。断面像スライスは、ｘ方向の第１の像倍率とｙ方向の第２の像倍率が異なるアナモルフィック像変換によってデジタル変換される。一例において、荷電粒子画像化ビーム装置の走査ユニットは、歪み（たとえば、キーストーニング）によって劣化する。断面像スライスは、像歪みを補償する歪み補償によってデジタル変換される。アナモルフィック像変換および歪み補償の結果を図１２に示す。図１２の左側は、角度ＧＥでの像取得の結果としての像歪み（例示的なキーストーン歪み）を含む断面像スライスを示している。図１２の右側は、図６の参照番号とともに、歪み補償後の断面像スライスを示している。
第９の実施形態においては、検査ボリュームの上に付加的な位置合わせフィーチャが提供される。図１３は、所定の主切削角ＧＦに対して近似的に傾斜した後続の断面像スライスと半導体集積サンプルの上面との間の距離決定の図である。断面像スライスは、上面に対してほぼ角度ＧＦで傾斜している。また、付加的な位置合わせフィーチャとしては、表面５２とウェハ表面５５との間のエッジ７６．１（図７参照）等、断面表面のウェハ表面５５とのエッジも可能である。エッジ７６．１は、表面５３等、後続の断面像表面の後続のＦＩＢ切削において除去される。ただし、他のエッジ７６．３、７６．４がスライス距離ｄの尺度を与える。一例においては、切削の前に、検査ボリューム１３の位置でウェハの上面に位置合わせフィーチャ３８．１および３８．２が設けられる。位置合わせフィーチャ３８．１および３８．２は、平行ではなく、角度ＧＶで相互に傾斜しており、各断面像表面の各エッジにおいて、ｘ方向に異なる距離（たとえば、断面像表面５４のエッジ７６．４における距離３６．４）を有する。位置合わせフィーチャ３８．１および３８．２の所定の形状および位置ならびに距離３６．４から、エッジ７６．４のｙ位置を高精度に導出可能である。別の例においては、第１の断面像表面５３から隣り合う第２の断面像表面５４まで、位置合わせフィーチャ３８．１および３８．２による２枚の断面間の距離は、距離３６．３から距離３６．４まで値ｄｘだけ変化する。各断面表面においては、断面表面のウェハ表面５５との対応するエッジにおいて、位置合わせフィーチャ３８．１および３８．２の距離が測定される。距離ｄｘの変化が決定されるとともに角度ＧＶが既知であることから、断面像の後続エッジ間のｙ方向の距離ｄｙは、以下により算出可能である。
ｄｙ＝ｄｘ／（２・ｔａｎＧＶ／２）
スライス間の距離を決定するため、切削角ＧＦを考慮すると、以下の通りである。
ｄ＝ｄｙ・ｓｉｎ（ＧＦ）＝（ｄｘ・ｓｉｎ（ＧＦ））／（２・ｔａｎＧＶ／２）
ウェッジカット形状においては、ｄｘ自体またはｄｘの測定に含まれる如何なる誤差も、因数ｓｉｎ（ＧＦ）によって抑えられる。このため、付加的な基準３８．１および３８．２によってスライス厚ｄが導出されるとともに、隣り合う断面像スライスにおける第２の断面像フィーチャ間のｙ位置の位置変化を高精度に導出可能である。結果として、第２の断面像フィーチャの深度および各断面像スライスの深度マップが高精度に導出される。また、第２の断面像フィーチャの深度または深度マップから、第１の断面像フィーチャの深度が高精度に導出される。
少なくとも測定部位におけるウェハ中の３Ｄ検査ボリュームの３Ｄ検査の方法の第１０の実施形態は、図１４に示すステップを含む。ステップＳ１においては、デュアルビーム装置の真空チャンバ中のウェハステージ上のウェハ支持テーブルにウェハを載荷する。デュアルビーム装置は、ウェハ支持テーブルに載荷された場合に、ウェハ支持テーブルの表面またはウェハ表面に対して第１の光軸が角度ＧＦで配置された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムを備える。測定ツールとしては、ウェハ支持テーブルの表面の法線と角度ＧＥを成す第２の光軸を有し、ＦＩＢカラムに対して角度ＧＦＥで配置され、第１および第２の光軸が交差点を形成する荷電粒子画像化装置（たとえば、ＳＥＭまたはヘリウムイオン顕微鏡）をさらに備える。
ウェハ上の第１の測定部位における検査ボリュームの位置を決定し、ＦＩＢカラムおよび荷電粒子画像化カラムの交差点に第１の測定部位が配置されるように、ウェハステージの移動によってウェハを載置する。任意選択として、ウェハステージのウェハ支持テーブルの回転によって、ウェハの配向をさらに調整する。
動作ステップＳ３においては、位置合わせマーク等の少なくとも１つの位置合わせフィーチャを測定部位の近傍に作製する。任意選択的なステップＳ３においては、測定部位のウェハ表面への局所的な被膜の堆積によって、検査ボリュームを覆うほか、高画像化コントラストの位置合わせマークを生成するとともに、サンプル表面と切削中に覆われない断面との間の高コントラストを実現する。図７における付加的な位置合わせフィーチャ（たとえば、位置合わせマーク２０．１または位置合わせマーク２２等）は、当該位置合わせフィーチャのうちの少なくとも１つが少なくとも２枚の断面像スライスにおいて可視化され、少なくとも２枚の断面像スライスの相互位置合わせのための共通断面像フィーチャを形成するように設定されている。一例において、図７における付加的な位置合わせフィーチャ（たとえば、位置合わせマーク２０．１または位置合わせマーク２２等）は、当該位置合わせフィーチャのうちの少なくとも１つがすべての断面像スライスの相互位置合わせのため、すべての断面像スライスにおいて可視化されるように設定されている。一例において、位置合わせフィーチャは、検査ボリュームの上方に作製され、複数の断面表面（第１および第２の断面表面を含む）のウェハ表面との交線により形成された複数のエッジ（第１および第２のエッジを含む）の位置を決定するように構成されている。
ステップＳ５においては、ＦＩＢ切削によって、ウェハの上面から第１のウェッジを除去することにより、断面画像化用の第１の断面表面を露出させる。ＦＩＢ切削は、たとえば荷電粒子画像化ビームによってモニタリングされる。
ステップＳ７においては、ウェッジカット形状におけるスライス・イメージ法を実行して、複数の断面像を生成する。新たな断面表面のＦＩＢ切削は、たとえば荷電粒子画像化ビームによってモニタリングされるが、これには、ステップＳ３において作製した位置合わせフィーチャのモニタリングによって後続の像スライス間の距離ｄを制御することを含む。これにより、検査ボリュームにおいて、少なくとも第１の断面像スライスおよび第２の断面像スライスを含む一連または複数のＮ枚の断面像スライスを取得する。第１および第２の断面像スライスを取得することは、ＦＩＢカラムによるほぼ角度ＧＦでの検査ボリュームに対する切削によって、少なくとも検査ボリューム中の第１および第２の断面表面をその後露出させることと、荷電粒子画像化装置によって、少なくとも第１および第２の断面表面を画像化することにより、少なくとも第１および第２の断面像スライスを取得することと、を含む。一般的に、断面像スライスの数Ｎは、少なくともＮ＝１０、好ましくはＮ＞１００であり、より好ましくは、Ｎがおよそ１０００以上である。
一例において、スライス・イメージ法は、ファン状トモグラフィ手法において実行されるが、これは、走査ユニットによってＦＩＢカラムの集束イオンビームを第１の方向に走査することにより、検査ボリューム内の第１の断面表面を露出させることと、走査ユニットによって第１の方向と垂直な第２の方向に集束イオンビームを傾斜させることと、走査ユニットによって集束イオンビームを第１の方向に走査することにより、検査ボリューム内の第２の断面表面を露出させることによって、第１および第２の断面表面を含む複数の断面表面がほぼ傾斜角ＧＦでウェハ表面と異なる角度を成すようにすることと、を含む。
ステップＳ８においては、断面像フィーチャが第１の断面像フィーチャおよび第２の断面像フィーチャに分類され、任意選択として、共通断面像フィーチャを形成する位置合わせフィーチャに分類されるように、断面像フィーチャを検出して分類する。断面像フィーチャの検出および分類のため、エッジ検出、像比較、フィーチャ抽出、物体検出、機械学習アルゴリズムとしても知られるこれらの組合せ等、当技術分野において知られている方法を適用可能である。これにより、任意選択として、第１および第２の断面像スライスにおいて共通断面像フィーチャが検出され、分類される。
ステップＳ９においては、ＨＡＲ構造またはビア等の鉛直構造の複数の第１の断面像フィーチャがほぼ同じ横方向座標（たとえば、ｘｙ座標）に現れるように、複数の断面像を相互に位置合わせする。一例においては、少なくとも１つの付加的な位置合わせフィーチャまたは共通断面像フィーチャの利用により、複数の断面像を位置合わせする。ＨＡＲ構造またはビア等の鉛直構造の複数の第１の断面像フィーチャが同様の横方向座標に現れるように、過去に生成された位置合わせフィーチャのうちの少なくとも１つを用いて、複数の断面像を相互に位置合わせする。少なくとも１つの付加的な位置合わせフィーチャを利用することにより、個々のＨＡＲ構造の断面等、第１の断面像フィーチャの局所的な横方向位置誤差が検出される。位置合わせマークに対するＨＡＲ構造の断面位置の決定により、ウェハ表面と垂直な深度ｚにおけるＨＡＲ構造の大域的な揺れ誤差が検出される。
一例において、横方向相互像位置合わせには、少なくとも第１および第２の断面像スライス間の像歪み偏差の減算またはデジタル補償を含む。
ステップＳ１０においては、断面像スライスそれぞれにおける第２の断面フィーチャの位置（ｘ，ｙ）から、深度マップＺ（ｘ，ｙ）を生成する。一例において、断面像スライスにおける任意の（ｘ，ｙ）点の深度ｚは、第２の断面像フィーチャの横方向変位から導出される。第２の断面像フィーチャは、たとえばウェハ表面と平行に配向した半導体装置の層構造に対応する。一例において、断面像スライスにおける任意の（ｘ，ｙ）点の深度ｚは、層の表面がウェハ表面と平行な半導体集積装置の複数の層により形成された複数の第２の断面像フィーチャの横方向位置から外挿される。
これにより、ステップＳ１０においては、複数のＮ枚の断面像スライスについて、複数のＮ個の深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（指数ｎ＝１・・・Ｎ）が生成される。
一例において、第２の断面像フィーチャによる深度の決定および深度マップの生成は、付加的な位置合わせマークまたは基準ベースの位置合わせ等の位置合わせフィーチャと組み合わされる。半導体集積サンプルは、ゲート層のゲート等、繰り返しの多いフィーチャを含む場合があり、第２の断面像フィーチャの像位置合わせにおける不明瞭性となり得る。一般的には、半導体集積サンプルの上に形成された位置合わせフィーチャまたは基準による粗い位置合わせによって不明瞭性を低減可能であるとともに、本発明の実施形態のいずれかに係る深度決定に用いられる第２の断面像フィーチャの細かい像位置合わせの速度を増大可能である。
ステップＳ１１においては、深度マップから、少なくとも１枚の断面像スライスにおける第１の断面像フィーチャの深度を導出する。一例において、ステップＳ１０およびステップＳ１１は、少なくとも１つの第２の断面像フィーチャから少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定する単一の深度決定ステップを構成する。
一例において、第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップは、断面像スライスにおける第２の断面像フィーチャの第１の位置と第２の断面像スライスにおける第２の断面像フィーチャの第２の位置との間の横方向差異を決定することを含む。
一例においては、第１の断面像スライスにおいて、少なくとも２つの第２の断面像フィーチャが決定され、第２の断面像フィーチャがそれぞれ、検査ボリューム内の異なる深度における半導体集積構造を表す。第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップは、少なくとも２つの第２の断面像フィーチャの横方向位置を決定することを含む。
第２の断面像フィーチャによる第１の断面像フィーチャの深度決定には、統計的平均化を含むため、たとえば像ノイズに対してより堅牢である。通常は層の数が多い（たとえば、５層、１０層、または最大１００層）ことから、断面像には複数の第２の断面像フィーチャを含み、これら複数の第２の断面像フィーチャによる深度決定によって、深度決定の統計精度が向上する。欠陥はめったに生じないため、深度決定方法の品質全体には影響しない。また、統計的評価に従って、予想される深度からの外れ値として欠陥候補を検出可能である。
上述の実施形態および例において、断面表面は、ＦＩＢ切削および研磨によって露出した平面と考えられる。別の例においては、切削および研磨プロセスにおける誤差または劣化により、少なくとも１枚の断面表面が湾曲している。結果として、対応する断面像スライスは、湾曲面の像であることから、歪みおよびアーチファクトを含む。一例においては、断面像フィーチャの使用によって、断面表面の曲率を決定するとともに、この決定した表面曲率を断面像スライスの歪みの補正に適用する。
ステップＳ１２においては、第１の断面像フィーチャの３Ｄ位置情報を含む検査ボリュームの３Ｄボリューム像を生成する。検査ボリュームの３Ｄボリューム像を生成するステップＳ１２においては、複数の断面像スライスそれぞれの複数の深度マップからの複数の第１の断面像フィーチャの深度情報が組み合わせられる。深度マップから、複数の断面像スライスの複数の第１の断面像フィーチャと併せて、検査ボリュームの３Ｄボリューム像が構成される。また、第１の断面像フィーチャに対応する集積回路フィーチャの導出によって、対応する集積回路フィーチャの３Ｄボリューム像を形成する。別のステップにおいては、３Ｄボリューム像中の対応する集積回路フィーチャの対応する集積回路フィーチャまたは特性の欠陥または逸脱を導出する。
一例においては、第２の断面像フィーチャが解析され、層中の構造を表す第２の断面像フィーチャの幅の局所的な変化から、局所的な断面表面の傾斜を決定可能である。一例においては、局所的な断面表面の情報がフィードバックループ補正における反復切削に用いられる。一例においては、歪んだ像スライスから、平面状の断面表面から得られた歪んでいない像スライスへの転写によって、デジタル像変換が実現される。一例において、断面表面は、ｘおよびｙ方向に湾曲している。上記実施形態と同様に、歪み補正ならびに対応する断面像スライスの各画素の対応するｚ座標（第１の断面像フィーチャのｚ位置を含む）の抽出に第２の断面像フィーチャの位置およびエッジが用いられる。
本発明の一態様においては、ウェハ上の異なる測定部位における検出結果の比較が実行され、たとえば、異なる測定部位におけるウェッジカット形状でのスライス・イメージ法に従って、集積回路フィーチャおよび特性が３Ｄで導出される。集積回路フィーチャおよび特性としては、たとえばＨＡＲ構造の傾斜および揺れ誤差が可能である。異なる測定部位において、上述の方法により、第２の断面像フィーチャを利用して第１の断面像フィーチャにより表される集積回路フィーチャの深度を決定することによって、集積回路フィーチャおよび特性の深度の比較を含む正確な比較が可能となる。ウェハ表面と平行な線または層を表す第２の断面像フィーチャは、異なる測定部位における深度決定のための共通基準を構成する。このようにして、共通位置合わせ基準の追加なく、ウェハ上の異なる位置または測定部位における鉛直ＨＡＲ構造の傾斜および揺れを３Ｄで決定可能である。
第１１の実施形態においては、ウェハからサンプルを抽出することなく、ウェハ中の検査ボリュームの検査を行うように構成されたウェハ欠陥検査装置が提供される。ウェハ欠陥検査装置のいくつかの態様については、図２に関して説明済みである。ウェハ欠陥検査装置は、ウェハ８中の検査ボリューム中の少なくとも第１および第２の断面像表面を切削して露出させるように構成された集束イオンビームカラム５０と、少なくとも第１および第２の断面表面を含む複数の断面表面の画像化によって、第１および第２の断面像スライスを含む複数の断面像スライスを形成するように構成された荷電粒子画像化装置４０と、を備える。ウェハ欠陥検査装置は、たとえば制御ユニット１９およびステージ制御ユニット１６によるウェハステージの移動によって検査点におけるウェハ８の測定部位６．１の配置および位置合わせをトリガする動作ユニット２をさらに備える。動作ユニット２は、ソフトウェア動作コードがインストールされており、ＦＩＢ切削、像取得、およびステージ移動の繰り返し動作を含めて、動作時にウェッジカット形状でのスライス・イメージ法による検査ボリュームの検査をトリガする。動作ユニットは、荷電粒子ビーム画像化カラム４０およびＦＩＢ５０を制御する制御ユニット１９であり、ウェハステージ（図示せず）を介してウェハ支持テーブルに搭載されたウェハの位置を制御する制御ユニット１６に接続された、制御ユニット１９と通信する。ウェハ欠陥検査装置の他の態様を図１５に示す。一例において、制御ユニット１９は、荷電粒子ビームカラムと直接通信することはなく、荷電粒子画像化装置４０等の荷電粒子ビームカラムまたはＦＩＢ５０の動作を制御する荷電粒子ビーム制御ユニット８６と通信する。動作ユニット２は、制御ユニット１９を介して荷電粒子検出器１７から像情報を受信するコンピュータプログラムおよびソフトウェアプログラムコードがインストールされ、荷電粒子画像化装置４０の走査ユニット（図示せず）により走査される荷電粒子画像化ビームの走査動作と同期した像処理ユニット８２を備える。像処理ユニット８２および像処理ユニット８２にインストールされたソフトウェアプログラムコードは、使用時に、ステップＳ８にて上述したようなフィーチャ検出および分類によって、少なくとも第１および第２の断面像スライスにおける第１および第２の断面像フィーチャを決定するように構成されている。像処理ユニット８２および像処理ユニット８２にインストールされたソフトウェアプログラムコードは、使用時に、検査ボリューム内の第１および第２の断面像フィーチャの深度を決定するようにさらに構成されており、第１および第２の断面像フィーチャは、検査ボリュームの内側の半導体集積構造の断面である。像処理ユニット８２およびソフトウェアコードは、当技術分野において十分に知られているコーナーもしくはエッジ検出、閾値化、形態学的演算、または類似の演算等、上述のような像処理方法を実装している。像処理は近年、たとえば像処理ユニット８２に数百個のプロセッサを備えたコンピュータクラスタの使用による演算速度の向上によって改善されている。また、半導体集積サンプルのフィーチャまたは構造を抽出する像処理方法は、機械学習アルゴリズムを含むことも可能であるし、機械学習アルゴリズムによる置き換えも可能である。
一例において、半導体集積構造は、一般的に知られている構造である。設計情報または３Ｄ ＣＡＤ情報の使用によって、金属線およびＨＡＲチャネルのエッジ抽出、層表面位置の抽出のほか、深度決定を高精度に改善可能である。たとえば、ＣＡＤ情報の使用によって、金属線の終端位置を識別可能であるため、断面像においては見えなくなるはずである。これにより、像処理方法の外れ値を減らすことができる。さらに、第２の断面像フィーチャの深度は通常、３Ｄ ＣＡＤ情報から高精度に把握されている。像処理ユニット８２および像処理ユニット８２にインストールされたソフトウェアプログラムコードによれば、使用時に、３Ｄ ＣＡＤ情報との比較によって、検査ボリューム内の第２の断面像フィーチャの深度を決定可能であり、たとえば上述の方法に従って、第１の断面像フィーチャの深度が導出される。
動作ユニット２は、使用時に、たとえば検査ボリュームの内側の半導体構造の所定の３Ｄ特性の３Ｄ ＣＡＤデータまたはライブラリデータに対して、第１の断面像フィーチャを比較することにより、所定の３Ｄ特性からの逸脱を決定するように構成された欠陥検出ユニット８４をさらに備える。また、統計的評価からの外れ値として欠陥候補を検出可能である。
動作ユニット２は、外部入出力装置（たとえば、ユーザ操作端末、タブレット、データベース、ウェハハンドラ、または作製運用システム）と連通したインターフェース・通信ユニット８８をさらに備える。
半導体構造の欠陥または所望の形状からの逸脱等、ウェハの内側の検査ボリューム中の情報を得るため、一連の傾斜断面表面が「スライスごと」に順次切削・画像化される。ＦＩＢによる切削によって調整可能な厚さの材料の層が除去されると、鉛直荷電粒子画像化ビームによって、新たな断面像スライスが取得される。このようにして取得される多数のＮ枚の断面像スライスがウェハの内側の検査ボリュームを網羅するため、連続する像スライス間の横方向画素サイズおよび距離ｄｚの３Ｄボリューム像データが生成される。３Ｄボリューム像データの解析および使用によって、たとえば検査ボリュームの内側の半導体メモリスタックの特性を再構成する。上述の本発明の実施形態により、検査ボリュームの内側の個々の関心断面像フィーチャの深度を含めて、相互位置および配向に関する情報の回復を含む再構成がもたらされる。
第１２の実施形態においては、通常のラスターに対して、傾斜断面表面からの一連のＮ枚の断面像スライスの再サンプリングまたは補間により、３Ｄボリューム像データが生成される。後述の補間方法により、一連のＮ枚の断面像スライスからの３Ｄボリューム像生成の補間アーチファクトが抑えられる。３Ｄボリューム像データ生成の実施形態は、一組の断面像スライスから少なくとも１つの２Ｄ仮想断面像を取得する方法を含む。半導体装置の半導体集積要素は通常、所定の形状および配向を有する。これらは通常、ウェハ表面と平行な層に配置されるか、または、ウェハ表面と垂直に延びている。このような要素の例は、メモリチャネルもしくはＨＡＲ構造、ならびに上述するとともに図３に示すような金属線を含む層である。高速３Ｄ検査のための提案方法においては、関心半導体フィーチャの方向と直交する平面において、仮想断面像スライスが生成される。一例を図１６に示す。図１６は、ウェハ表面５５の下側の検査ボリューム（図示せず）の内側において、ＦＩＢ切削によりほぼ視斜角ＧＦで順次形成された３つの代表的な断面表面５２、５３、５４を示している。断面表面５２、５３、および５４それぞれから、荷電粒子画像化顕微鏡（たとえば、走査型電子顕微鏡ビーム４４またはＨＩＭ）によって、指数ｎ－１、ｎ、およびｎ＋１の断面像スライスが生成される。断面表面は、ｚ方向の相対距離ｄｚで角度ＧＦのイオンビーム（図示せず）により切削され、ｚ距離は、たとえばウェハステージ（図示せず）の横方向移動、または、ファン状トモグラフィ手法（図１０参照）に関して上述した通り、ｚ方向のＦＩＢの走査オフセットによって制御される。図１６に示す本例において、第１の断面表面５２と第２の断面表面５３との間のｚ方向の第１の距離ｄｚnは、第２の断面表面５３と第３の断面表面５４との間のｚ方向の第２の距離ｄｚn+1と異なる。距離ｄｚは、数ｎｍの範囲（たとえば、５ｎｍ、６ｎｍ、あるいはそれ以上（たとえば、１０ｎｍ））である。たとえば、ｄｚnがおよそ６ｎｍであり、ｄｚn+1がおよそ７ｎｍである。各断面像は、およそ２ｎｍ、１ｎｍ、あるいはそれ以下（たとえば、０．５ｎｍ）の画素ラスターによって、ｘｙ平面の横方向画素ラスターにより走査される。断面表面５２、５３、および５４上のｙ方向の画素ラスターの投影線を破線１２３で示す（指数１２３は、表面５２についてのみ示す）が、これらはｘ方向に延びている。また、ｚ軸と垂直な仮想断面像スライス１２１の一例を示す。仮想像スライス１２１は、深度ＺＶにおいて、ウェハ表面５５と平行である。仮想断面像スライス１２１における点Ｃの画素値は、隣り合う断面像スライスの画素値を関心構造の方向に投影することにより得られる。本例において、関心構造は、ウェハ表面と垂直に配向したＨＡＲ構造である。したがって、投影または補間方向は、ｚ軸と平行である。補間方向の複数の例を矢印１２５．１、１２５．２、１２５．３、および１２５．４で示す。一例において、仮想像スライスにおける点Ｃと隣り合う断面像表面との間の最短距離は、投影または補間方向に決定される。本例においては、第１の断面表面５２が点Ｃに最も近く、仮想断面像スライス１２１の画素位置Ｃの画素値は、第１の断面表面５２の第１の断面像スライスの画素Ａの画素値と同一になるように選択される。第１の断面像表面５２の断面像ｎ－１の画素Ａおよび仮想断面像スライス１２１の画素Ｃは、ｘ座標およびｙ座標が同一であり、ｚ方向の距離ＡＣは、仮想像スライス１２１と断面表面５２、５３、５４を含む複数の断面表面それぞれとの間のｚ方向のすべての距離のうちの最短距離である。
別の例において、仮想断面像スライス１２１の点Ｃの画素値は、２つの隣接する断面表面（ここでは、第１の断面表面５２および第２の断面表面５３）により補間される。指数ｎ－１の第１の断面像スライスの第１の画素値Ａおよび指数ｎの第２の断面像スライスの第２の画素値Ｂは、第１および第２の断面表面５２および５３の同じ絶対横方向座標にあって、仮想断面像スライスにおける画素Ｃの画素値の演算に用いられる。補間としては、たとえば線形補間または加重補間が可能であり、画素Ｃの画素値の確率が演算される。画素Ｃの画素値は通常、第１の画素Ａまたは第２の画素Ｂの画素値である２値結果であり、特定の材料の測定結果を表すと予想されるため、補間を閾値化演算と組み合わせることができる。
一例においては、隣り合う対応する断面表面の３枚以上の断面像スライスの３つ以上の画素値を補間（たとえば、高次の多項式補間）に使用可能である。本例において、仮想断面像スライス１２１上の画素サイズは、複数の断面表面５２、５３、５４から得られた断面像スライスｎ－１、ｎ、およびｎ＋１の画素サイズと等しくなるように選択される。たとえば、荷電粒子画像化顕微鏡４４（たとえば、電子ビーム４４）による第３の断面表面５４の走査は、指数ｎ－１およびｎの第１および第２の断面像スライスと同一の絶対画素座標を有する共通横方向座標系に対して指数ｎ＋１の第３の断面像スライスが生成されるように、ｙ方向に調整される。代替例において、複数の断面像スライスのうちの少なくとも１つの横方向画素ラスターは、ｚ方向に沿った投影または補間によって少なくとも２枚の断面像スライスから仮想断面１２１が実現されるようにデジタル調整および再サンプリングされる。代替例において、第１の断面表面上の第１の画素位置Ａと第２の断面表面上の第２の画素位置Ｂとの間の投影または補間の方向は、投影方向（ここでは、ｚ方向）に対して傾斜しており、仮想像スライスの画素位置Ｃの画素値は、これに応じて補間される。
所定の投影方向（たとえば、ウェハ表面５５と垂直かつ第１の一組の半導体フィーチャの配向と平行なｚ方向）の補間による少なくとも仮想断面像スライスの演算の方法では、補間アーチファクトが抑えられ、仮想断面像は、第１の一組の半導体フィーチャを通る断面を正確に表す。第１の半導体フィーチャの配向と平行な投影方向の補間の方法は特に、ウェハ中のＨＡＲ構造の解析への関心が大きく、ＦＩＢ切削によって複数のＨＡＲ構造に垂直な断面像を取得可能である。
仮想断面像画素ごとに、第１の配向方向における一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれから仮想断面像画素までの距離を演算し、最短距離を有する少なくとも第１の断面像スライスを選択することによって、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合が決定される。一例においては、したがって、第２の最短距離を有する断面像スライスとして、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第２の断面像スライスが選択される。したがって、第１の配向方向における仮想断面像ピクセルまでの距離の増加順に、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の別の断面像スライスを選択可能である。
一例においては、各仮想断面像の深度マップＺＶ（ｘ，ｙ）が生成される。深度マップは、仮想断面像が第１の配向方向と垂直に配向するように、幾何学的構成により生成される。仮想断面像の画素値ごとに、距離Ｚｒｖ（ｎ）＝Ｚ（ｘ，ｙ；ｎ）－ＺＶ（ｘ，ｙ）の評価および距離Ｚｒｖ（ｍ）の場合の最小値によるスライス指数ｍの決定によって、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合が選択される。したがって、Ｚ方向における仮想断面像ピクセルまでの距離Ｚｒｙ（ｎ）の増加順に、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第２およびそれ以降の断面像スライスを選択可能である。
少なくとも１つの２Ｄ仮想断面像を取得する方法の一例において、第１の配向方向は、ウェハ表面と垂直なｚ方向であり、仮想断面像スライスは、ウェハ表面の下側の一定深度ＺＶにおけるウェハ表面と平行な平面において演算される。横方向座標（ｘ，ｙ）を有する仮想断面像画素ごとに、距離Ｚｒｖ（ｍ）＝Ｚ（ｘ，ｙ；ｍ）－ＺＶがすべての深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（指数ｎ＝１・・・Ｎ）の最小値となるように、深度ＺＶの平面までの最短距離を有する少なくとも１枚の断面像スライスを選択することによって、少なくとも１枚の第ｍの断面像スライスの部分集合が決定される。したがって、Ｚ方向における仮想断面像ピクセルまでの距離Ｚｒｙ（ｎ）の増加順に、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第２およびそれ以降の断面像スライスを選択可能である。
一例においては、各仮想断面像の深度マップＺＶ（ｘ，ｙ）が生成される。深度マップは、仮想断面像が第１の配向方向と垂直に配向するように、幾何学的構成により生成される。仮想断面像の画素値ごとに、距離Ｚｒｖ（ｎ）＝Ｚ（ｘ，ｙ；ｎ）－ＺＶ（ｘ，ｙ）の評価および距離Ｚｒｖ（ｍ）の場合の最小値によるスライス指数ｍの決定によって、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合が選択される。したがって、Ｚ方向における仮想断面像ピクセルまでの距離Ｚｒｙ（ｎ）の増加順に、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第２およびそれ以降の断面像スライスを選択可能である。
一例において、仮想断面像の画素値は、幾何学的投影によって、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合から第１の配向方向に補間される。仮想断面と第ｍの断面像スライスの乗算に対応する断面との間の角度ωが決定され、仮想像スライスの画素座標から、ｃｏｓ（ω）による除算によって、第ｍの断面像スライスの平面における投影横方向座標が演算される。次に、第ｍの断面像スライスの隣り合う画素値から投影横方向座標への補間によって、仮想像スライスの画素の画素値が演算される。
一例において、一連のＮ枚の断面像スライスを取得する荷電粒画像化システムの光軸は、当該光軸とウェハ表面に垂直なｚ軸との間の角度ＧＥがＧＥ＝０°となるように、ウェハ表面と垂直に配向している。本例においては、少なくとも１つの仮想断面像の横方向座標（ｘ，ｙ）および一連のＮ枚の断面像スライスの横方向座標を同一にすることができ、角度ωは、角度ＧＦにほぼ等しい。本例を図１６に示す。少なくとも１つの２Ｄ仮想断面像を取得する方法は、断面像スライスそれぞれの横方向相互位置合わせのための少なくとも１つの共通断面像フィーチャを形成するように構成された少なくとも１つの位置合わせフィーチャを検査ボリュームの近くに形成するステップを含み得る。横方向相互像位置合わせのステップは、各断面像スライスの像歪み偏差の減算を含み得る。
少なくとも１つの２Ｄ仮想断面像を取得する方法の一例において、補間には、フィーチャ抽出、閾値化演算、輪郭補間、モデルベース補間のうちの少なくとも１つを含む。これにより、第１の半導体構造または関心フィーチャを高精度に補間可能である。仮想断面像において第１の配向方向に配向した第１の半導体構造またはフィーチャを表す第３の断面像フィーチャは、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合からの第１の断面像フィーチャにより、高精度かつ低補間アーチファクトにて補間される。
少なくとも１つの２Ｄ仮想断面像または一組の２Ｄ仮想断面像を取得する方法により、検査ボリュームの内側の任意の深度ＺＶにおける一組のＮ枚の断面像スライスから仮想断面像が演算され、たとえば、深度ＺＶは、ウェハ表面と平行な第２の配向方向に配向した第２の半導体フィーチャにより形成された、ウェハ表面と平行な層の深度に従って選択される。たとえば、ワード線等の２つの隣り合う同等層（たとえば、図５の層Ｌ２および層Ｌ３）間の深度ＺＶ１において第１の仮想断面像スライスが演算され、層またはワード線（たとえば、図５の層Ｌ４）の内側の深度ＺＶ２において第２の仮想断面像スライスが演算される。
断面像スライスそれぞれの深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（指数ｎ＝１・・・Ｎ）は、断面像スライスにおける第２の断面像フィーチャであり、ウェハ表面と平行な第２の配向方向に配向した第２の半導体フィーチャを通る断面像を表す、第２の断面像フィーチャから演算される。投影または補間の方法は、複数の断面像スライスの各画素の実際の深度情報に依拠する。指数ｎの断面像スライスの画素ごとの深度情報または深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）は、上記実施形態および例に記載の方法によって導出される。ＨＡＲ構造の解析の例において、ＨＡＲ構造に対応する第１の断面像における各画素位置の深度Ｚ（ｘ，ｙ；ｎ）は、上述の通り、３Ｄメモリデバイスの複数の層またはワード線等、ウェハ表面と平行に細長い構造を表す第２の断面像フィーチャから導出される。
スライス１２１等の一組の仮想像スライスは、ＨＡＲ構造等の調査対象の半導体構造またはフィーチャの断面像を確実に表すとともに、統計解析または欠陥解析に利用可能である。一組の２Ｄ仮想断面像を取得する方法の一例においては高速データ取得が実現され、ｚ方向の距離ｄｚまたは個々の断面像スライスと垂直な距離ｄは、対応する断面像の画素サイズよりも実質的に大きくなるように選択される。画素サイズは通常、２ｎｍ未満（たとえば、１ｎｍまたは０．５ｎｍあるいは０．２５ｎｍ）である。高速データ取得のため、ウェハ表面と垂直なスライス距離ｄｚは、６ｎｍ超（たとえば、８ｎｍ、１０ｎｍ、あるいはそれ以上）となるように選択・調整される。スライス厚または距離ｄｚが像画素サイズよりも実質的に大きくなるような選択によって、ＦＩＢによる切削動作の回数が大幅に少なくなり、ウェハの内側の検査ボリュームの高速３Ｄ像取得が実現される。３Ｄボリュームデータのボクセルの寸法は、異なる軸に沿って実質的に異なる延長となっており、横方向の画素サイズまたは分解能は、深さ方向の画素サイズまたは分解能と異なる。この方法により、ｘ方向およびｙ方向の横方向画素間隔に適応されたｚ方向の所定の距離の複数の仮想断面像スライスが実現され、検査ボリュームの３Ｄボリューム像の等方性３Ｄボクセルが生成される。ＨＡＲ構造等の関心半導体フィーチャの第１の方向に補間が実行され、任意選択として、閾値化演算または他の輪郭補間方法と組み合わされることから、この補間のアーチファクトは抑えられる。上記方法により、横方向画素間隔よりも大きな深さ方向またはｚ方向距離を有する複数の断面像スライスの部分集合の第１の断面像から、仮想像スライスにおける半導体要素の第１の断面像が演算される。
一例においては、ＨＡＲ構造の方向と直交する平面の縮小部分集合において、ＨＡＲ構造の第１の断面像を含む仮想断面像１２１等の所定の一組の仮想断面像が導出される。仮想断面像スライスは、たとえば１ｎｍの横方向画素ラスターよりも大きなｚ方向間隔ｄｚで、ウェハ表面と平行な少数のｚ平面に対して演算される。一例において、多数の仮想断面像のｚ方向間隔は、ウェハ表面と平行な層の数に従って選択されるため、演算の処理時間は大幅に短縮される。したがって、縮小された一組の仮想断面表面間のｚ方向の距離は、たとえば５ｎｍ～５０ｎｍ（たとえば、１０ｎｍまたは２５ｎｍ）にて選択される。一例において、ｚ方向の距離は、ウェハ表面と平行に延びた層の深度に応じて可変となり得る。
一組の２Ｄ仮想断面像を取得する方法の一例においては、荷電粒子画像化顕微鏡による複数のＮ枚の断面表面の走査によって、複数のＮ枚の断面像スライスが生成されるとともに、一組のＦ枚の仮想断面像スライスが演算され、Ｆ＜Ｎである。一例において、半導体メモリスタックの層の最大数はＭであり（図３参照）、Ｆは、仮想断面像スライスが各層内で生成されるように、Ｍと同等に選択される。別の例において、Ｆは、仮想断面像スライスが各ワード線層および各層間のすべての絶縁層内で生成されるように、ワード線の数と同等に選択される。各例において、横方向の画素数は、断面像スライスの数Ｎ、仮想断面像スライスの数Ｆを大きく上回る。
複数の断面表面の後続の研磨を含むＦＩＢによる高精度な切削によって、複数の高精度に平面状の断面表面が生成される。ただし、研磨を含む正確な切削は、手間がかかる。ウェハ検査等の高スループットの用途では、ウェハの内側の検査ボリュームの３Ｄボリューム像取得の高速化が望ましい。本発明の第１３の実施形態においては、高速切削動作が適用される。高速切削の後、個々の断面表面の表面形状は、たとえばＦＩＢの発散性、不完全なＦＩＢ制御によってもたらされる切削アーチファクト、または、検査ボリュームの内側のＦＩＢと切削材料との相互作用の影響によって、完全な平面から逸脱する可能性がある。このような影響の一例は、周知のカーテン効果である。仮想スライスを生成する上述の補間方法の改良例を図１７に示す。仮想スライス１２１における点Ｃの画素値は、湾曲断面５２、５３、および５４から得られた断面像スライスの点Ａまたは／およびＢの画素値の補間によって得られ、第ｎの断面像スライスの画素Ｚ（ｘ，ｙ；ｎ）のｚ座標は、上述の本発明の方法によって導出される。たとえばＨＡＲ構造を表す第１の断面像の像画素の深度またはｚ座標は、既知の深度から導出されるか、または、たとえばＨＡＲ構造と垂直に配向したワード線を表す第２の断面像の像画素に対して導出される。一例において、一組の断面像スライスから、複数の仮想断面像画素をそれぞれ含む仮想断面像または一連の仮想断面像を取得する方法は、ウェハの内側の検査ボリュームに対して傾斜角ＧＦで、一連のＮ枚の断面表面の画像化および切削を交互に行うことにより、一連のＮ枚の断面像スライスを取得するステップを含み、仮想断面像画素ごとに、一連のＮ枚の断面像スライスのうちの少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第１の配向方向の投影と、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の投影による画素値の補間と、によって画素値が演算される。断面像スライスの数Ｎは、少なくともＮ＝１０、好ましくはＮ＞１００であり、より好ましくは、Ｎがおよそ１０００以上である。
上述の実施形態において、１ｎｍを下回る高分解能およびウェハ中の大きな深度延長ＬＺでの検査ボリュームの検査作業の要件は、角度ＧＦが３０°超のウェッジカット形状でのスライス・イメージ法によって実現される。図８に関して第５の実施形態に記載の通り、高分解能要件に対しては、ＳＥＭによって、焦点位置が異なる大きな一連の像を取得する必要がある。第８の実施形態に関して図１２に示したように、画像化にＳＥＭを利用する実施形態の例では、ステッチングおよび歪み補償等の像処理をさらに必要とする。別の例において、ＳＥＭの光軸は、ＳＥＭとＦＩＢ間の角度ＧＦＥが約９０°となるように、角度ＧＥによって調整される（図２および図４ｂ参照）。ただし、ＳＥＭを用いる実施形態および例において、たとえば１μｍを超える大きな深度延長での検査ボリュームの複数のＮ枚の断面像スライスの像取得および横方向位置合わせは、時間が掛かるため、焦点調整および像処理のための追加時間を必要とする。さらに、精度が低下する。第１４の実施形態において、荷電粒子画像化装置は、焦点深度が最大１０μｍのヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）である。高分解能ＳＥＭの焦点深度ＤＯＦは、およそ１０～２０ｎｍである。一般的に、荷電粒子画像化顕微鏡のＤＯＦは、所要分解能の制約を受ける。ＨＩＭでは、６μｍを上回って１０μｍ以上に達する大きな被写界深度の場合、１ｎｍ未満の分解能が維持される。ＨＩＭには、画像化が二次電子の影響を強く受け、後方散乱荷電粒子の影響をほとんど受けない、という別の利点もある。したがって、画像化コントラストは、トポグラフィの影響をあまり受けない。さらに、ヘリウムイオンでは、ウェハの帯電が常に正であり、ウェハ表面の帯電効果によるコントラストの変動が最小限に抑えられる。
したがって、図１８に係るＨＩＭを備えたデュアルビーム装置１は、深度延長が大きな検査ボリュームに対する好適な一実施形態を提供する。この第１４の実施形態においては、ウェハからサンプルを取り出すことのないウェハの内側の検査ボリュームの３次元回路パターン検査のためのウェハ検査装置および方法が提供されるが、これらは、たとえば処理対象の半導体ウェハの表面の下側の深度延長または高さがおよそ６μｍ超（たとえば、１０μｍまたは１５μｍ）の厚い層スタックまたは深い層スタックに対して設定されるとともに適用可能である。上述の通り、ウェッジカット形状でのスライス・イメージ手法によって、ウェハの破壊も検査ボリュームの取り出しも回避される。第１４の実施形態においては、ウェハ表面５５に対する切削のためのＦＩＢカラムの傾斜角ＧＦが２０°、好ましくは３０°、さらに好ましくは３５°を上回るようにすることで、２５μｍを下回る断面表面の横方向延長（たとえば、およそ２０μｍ以下の横方向寸法ＬＹ）が実現され、像ステッチングを伴わずに、非常に高速かつ効率的に像取得が実行される。ウェハ検査作業の課題は、たとえば２ｎｍ、１ｎｍ、あるいは０．５ｎｍ以下の高分解能の要件、ならびに、ウェハ上面５５の直下１５μｍまでのウェハ内の所要深度範囲である。第１４の実施形態によれば、ヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）を使用することにより、荷電粒子画像化ビームの高分解能および所要焦点深度が実現される。ヘリウムイオン顕微鏡は、必要とする大きな焦点深度において、およそ１ｎｍ以下の所要分解能をもたらすとともに、単一像において、ウェッジカット形状での断面表面それぞれの像取得を所要分解能で行うことができる。「単一像走査」は、焦点面の変更、大きな深度範囲にわたる困難な焦点制御、像ステッチングのいずれも伴わない像取得走査を意味する。単一像走査においては、ウェハが移動せず、荷電粒子画像化ビームの焦点面が変化することもない。
ＨＩＭを用いたウェハ検査用のデュアルビーム装置により、検査ボリューム、特に、深度が１００ｎｍ超（たとえば、深度ＬＺが１μｍ超）の深い検査ボリュームの高分解能（１ｎｍを下回る分解能）かつ高スループットの３Ｄボリューム検査がもたらされる。一例において、ウェハ上面の下側で深さ方向におよそ６μｍ延びたＨＡＲ構造を有するメモリデバイスの検査は、ウェハの破壊もウェハからの検査ボリュームの取り出しもなく行われる。デュアルビーム装置の特定の構成におけるＨＩＭは、５μｍを超える深度範囲（たとえば、６μｍ）での複数のＮ枚の断面表面の高分解能画像化と、１ｎｍを下回る分解能での複数のＮ枚の断面像スライスの生成をもたらす。
約３６°でのＧａ－ＦＩＢ５０による複数の断面表面のスライスとＨＩＭによる画像化とを交互に行うことにより、メモリデバイスのＨＡＲチャネルの底部まで、スライシング・イメージングが実現される。第１４の実施形態の詳細を図１８ａおよび図１８ｂにおいて説明する。両図は、ウェハ中の深いボリュームの検査のためのデュアルビーム装置１の異なる態様を示している。光軸１４２を有するヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）１４０は、ウェハ上面５５を当該ＨＩＭ１４０の光軸１４２と垂直にしてウェハを保持するウェハ支持テーブル（図１８ｂ参照）と垂直に配置されている。ガリウムＦＩＢカラム５０は、ウェハ上面５５に対して、およそ３６°の傾斜角ＧＦで配向している。横方向延長ＬＸ×ＬＹ×ＬＺがおよそ１０μｍ×１０μｍ×６μｍの検査ボリューム内において、複数のＮ枚の断面表面のうちの第１および第２の断面表面を指数ｎおよびｎ＋１で示す。断面表面は断面フィーチャを示し、本例においては、ＨＡＲ構造の第１の断面フィーチャがウェハ上面５５と垂直に配向している。第１のＨＡＲ断面１７７．１は、ウェハ表面５５に近くて浅い。第２のＨＡＲ断面１７７．２は、たとえば深度ＬＺがおよそ６μｍ以上と深い。いずれの表面詳細も、ＨＩＭ１４０の被写界深度または焦点深度（ＤＯＦ）（およそ１０μｍ以上）内である。傾斜角が３６°であることから、深度ＬＺが６μｍの場合は、断面表面ＬＹの横方向延長がおよそ１０μｍに過ぎない。別の例においては、深度ＬＺ＝１５μｍの場合、横方向延長ＬＹ＝２０μｍが得られる。このようにＬＺがおよそ１５μｍの深い構造の場合は、たとえば４５°の大きな傾斜角によって、たとえば１５μｍの横方向像延長が可能となる。スライス距離は、たとえばおよそ１０ｎｍであるか、または、サンプリング要件に従って選択され、傾斜角が大きな場合はより小さなスライス距離を選択可能である。いずれの場合も、焦点の変更も歪み補償または像ステッチングの必要もなく、ＨＩＭによる単一像走査によって各断面像表面を取得可能である。
複数のＮ枚の断面像スライスの位置合わせのため、ウェハ上面５５には、位置合わせマーク１４８等の位置合わせマークが設けられている。ウェハ上面５５の位置合わせマークおよび傾斜した断面表面はいずれも、十分にＨＩＭのＤＯＦ内であり、複数のＮ枚の断面像スライスを高精度で横方向に位置合わせ可能である。たとえば、より深い第２のＨＡＲ断面１７７．２およびウェハ表面５５上の位置合わせフィーチャ１４８はいずれも、ＨＩＭ１４０の高速走査線１５２が交差しており、いずれもＨＩＭ１４０の焦点深度または被写界深度（ＤＯＦ）内である。ＨＩＭ１４０の被写界深度が大きいことの固有の利点として、ウェハ表面５５上に作製された位置合わせフィーチャまたは基準１４８とともに、１μｍ超（たとえば、２μｍ、５μｍ、あるいは１０μｍ）の深度範囲内の異なる深度における構造またはフィーチャを画像化可能である。
ウェッジカット形状のウェハの検査部位における検査ボリュームの検査のためのデュアルビーム装置１（図１８Ａ参照）は、ウェハ表面５５を支持面１５２上にしてウェハを保持するように構成されたウェハ支持テーブル１５を備えた６軸ウェハステージ１５５と、ウェハ支持テーブル１５の支持面１５２に対して角度ＧＦで配置されたＦＩＢカラム５０と、支持面１５２と垂直に配置された光軸１４２を有するヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）１４０であり、ＦＩＢカラム５０およびＨＩＭ１４０の光軸が交点４３を形成した、ＨＩＭ１４０と、使用中にウェハ８の第１の測定部位６を交差点４３に配置するように構成されたステージ制御ユニット１６と、ＦＩＢカラム５０およびＨＩＭ１４０を制御する制御ユニット１９と、を備え、ＦＩＢビーム５１によるほぼ角度ＧＦでの検査ボリューム中の複数のＮ枚の断面表面の切削と、ＨＩＭビーム１４４による各断面表面の画像化とを交互に行うことにより、２ｎｍ未満、好ましくは１ｎｍ未満の分解能で高分解能の複数のＮ枚の断面像スライスを形成するように構成されており、ＨＩＭ１４０の光軸１４２の方向における検査ボリュームの深度延長ＬＺが１μｍ超（たとえば、３μｍ）である。一例において、ＨＩＭ１４０の光軸１４２の方向の深度延長ＬＺは、５μｍを超える（たとえば、６μｍあるいは１０μｍである）。各断面表面の画像化によって高分解能の複数のＮ枚の断面像スライスを形成することは、焦点深度（ＤＯＦ）が深度延長ＬＺを超えるＨＩＭビーム１４４によって実現される。制御ユニット１９は、使用時に、検査ボリュームの横方向サイズＬＸまたはＬＹ（少なくともおよそ５μｍ～１０μｍ（ＬＸまたはＬＹ））を超えるエリア全体にわたってＨＩＭビーム１４４を走査するとともに、二次電子検出器１７によって複数の二次電子を時系列的に収集するように構成されている。
一例において、ＦＩＢビーム５１とウェハ支持テーブル１５の支持面１５２との間の角度ＧＦは、３０°～６０°（たとえば、３６°または４５°）である。一例において、デュアルビーム装置１は、少なくとも１つの共通断面像フィーチャに対して、複数のＮ枚の断面像スライスを相互に位置合わせするように構成された動作ユニット２をさらに備える。一例において、制御ユニット１９はさらに、使用時に、複数のＮ枚の断面像スライスの相互位置合わせのための少なくとも１つの共通断面像フィーチャを構成する少なくとも１つの位置合わせマーク１４８をウェハ表面５５上に生成するように構成されている。一例において、動作ユニット２は、使用時に、検査ボリュームのウェハ表面５５と平行な平面における少なくとも１つの仮想断面像スライスを演算する像処理ユニット８２（図１５参照）をさらに備える。
ＨＩＭ１４０の大きな焦点深度およびテレセントリック構成により、荷電粒子画像化顕微鏡の焦点面を変更する必要なく、断面像スライスが高精度に歪みなく画像化される。深度延長ＬＺが１μｍを超えて大きく（たとえば、６μｍあるいは最大１０μｍ）、ウェハの内側の検査ボリュームの３Ｄ情報が効率的かつ高速に取得される。たとえば、複数のＨＡＲ構造を有するメモリデバイスの場合は、ワード線の層およびワード線間の絶縁層等の交互層ごとに仮想像スライスを生成可能である。ウェハ表面と垂直またはＨＡＲ構造と平行なＨＩＭによって、傾斜した断面表面から断面像が得られるため、像処理時間が短くなり、補間アーチファクトが最小限に抑えられる。ウェハ表面５５に形成された任意選択としての位置合わせ構造１４８は、十分にＨＩＭの焦点深度内であり、断面像スライスの相互位置合わせに利用可能である。
図１９は、深度延長ＬＺが大きな検査ボリュームの場合の第１４の実施形態のいくつかの態様を示している。検査ボリューム１６０は、２μｍ～１０μｍの大きなｚ方向延長ＬＺを有する。メモリデバイスの検査ボリュームにおいては、複数の交互層１６２がウェハ表面５５と平行に配置されている。また、複数のＨＡＲ構造がウェハ表面５５と直交して配置されている。検査ボリューム１６０においては、複数のＮ枚の断面表面が形成されている。ここでは、指数ｎ－１、ｎ、およびｎ＋１の断面表面を示している。各断面表面は、３０°～６０°（たとえば、３６°）のほぼ傾斜角ＧＦで、検査ボリュームに対して切削される。連続する断面表面間の距離は、１２ｎｍを下回るように選択されている。スライス距離の制御（たとえば、距離の短縮およびスライス数の増加）によって、３Ｄボリューム像取得の精度をさらに向上可能であり、像処理誤差が抑えられる。切削と交互に、ＨＩＭ１４４によって各断面表面が画像化され、複数のＮ枚の断面像スライス（たとえば、図１９ｂにおける指数ｎの断面像スライス）が形成される。断面像スライスは、１７７．１で示すようなＨＡＲ構造の複数の断面フィーチャと、導電層断面１７５等の複数の層の断面フィーチャと、を含む。複数のＮ枚の断面像スライスはそれぞれ、付加的な位置合わせフィーチャ１４８を表す像詳細１５０を含むとともに、付加的な位置合わせフィーチャ１４８を表す像詳細１５０と横方向に位置合わせされるが、これは、後続の断面像表面の切削によって修正されることはない。仮想断面の演算によって、第１の導電層またはワード線においては仮想断面像１６６．１が形成され、第２の絶縁層においては仮想断面像１６６．２が形成される。このように、複数の仮想断面が演算される（図１９ｃおよび図１９ｄ）。
図２０に示すように、複数の断面像または仮想断面がそれぞれ像処理により解析されて、ＨＡＲ構造の統計的特徴が導出される。図２０は、解析結果の２つの例を示している。左側には、０μｍ～４．５μｍの深度範囲にわたる複数のＨＡＲチャネルの半径および半径の平均値の分布を示している。右側には、０μｍ～４．５μｍの深度範囲にわたる複数のＨＡＲチャネル１６４の楕円率および楕円率の平均値の分布を示している。複数のＨＡＲチャネル１６４の他のパラメータについても同様に取得および図示可能である。
図２１は、深度延長が大きな検査ボリュームの検査の第１５の実施形態を示している。本実施形態においては、検査ボリュームを複数のＢ個のブロック１８１．１、・・・１８１．ｂ、・・・１８１．Ｂに分離することによって、深度延長が大きな検査ボリュームの検査に要する時間が短縮される。簡略化のため、３つのブロックを示している。ＦＩＢビームの切削方向に沿って、複数のブロック１８１が対角に配置されている。したがって、切削および画像化する複数の断面表面の数が少なくなり、検査に要する時間が短縮される。各ブロック１８１においては、特定の深度範囲ｌｚ１～ｌｚＢにおいて、複数の（たとえば、７０個の）ＨＡＲ構造１６４が解析される。ブロックサイズは、断面表面の切削角ＧＦ、ＨＡＲフィーチャのサイズ、および各深度範囲における統計解析に必要なＨＡＲ断面１７７の数に従って調整される。したがって、好ましいスライス距離ｄは、３０ｎｍ未満である。複数の層１６２の異なる深度範囲において、複数の仮想断面が演算される。これにより、切削動作の回数が３倍を超えて少なくなるため、検査ボリュームに必要な動作時間も３倍を超えて短くなる。一例において、メモリＨＡＲ構造を含むメモリデバイスの場合は、ＨＡＲ構造当たり少なくとも３枚の断面像スライスを提供すれば十分である。
図２２は、深度延長が大きな深くて小さい検査ボリューム１９１の検査のためのデュアルビーム装置の第１６の実施形態を示している。本例においては、深度範囲全体を通る大きな角度ＤＦでメモリデバイスのＨＡＲフィーチャをスライスするため、角度ＧＦは、４５°～８０°の大きな角度（たとえば、およそ７６°の切削角）に選択される。荷電粒子顕微鏡１９５の軸は、ウェハ表面５５の法線に対して角度ＧＥ（たとえば、４０°以上の角度）で配置されている。本例においては、ウェハの破壊が最小限に抑えられる。
一般的に、半導体ウェハ上または半導体ウェハ中の半導体フィーチャの大量生産（ＨＶＭ）のモニタリングおよび制御のためのウェハ検査には、超高速および高スループットが求められる。第１７の実施形態においては、本発明のその他の実施形態のいずれかに係るデュアルビーム装置によるモニタリングレシピの開発について記載する。第１７の実施形態を図２３に示す。半導体装置の開発は、大きく３つのフェーズＭ１～Ｍ３を進む。研究・開発（ＲｎＤ）フェーズＭ１においては、新たな半導体装置の機能的プロトタイプが開発される。ステップＭ１．１においては、半導体装置の設計が開発される。ステップＭ１．２においては、新たな半導体装置の機能的デモ機または新たな設計フィーチャが作製され、それぞれの機能がステップＭ１．３においてテストされる。フェーズＭ１においては、新たな設計フィーチャおよび新たなプロセスステップがテストされる。デモ機の３Ｄボリューム解析は、たとえば上述の実施形態のいずれかに従うか、または、従来技術に記載のようなサンプル取り出しを利用した方法によって実行される。これにより、重要な設計パラメータおよび重要な設計性能指標Ｄ１のリストが決定・提供される。
フェーズＭ２においては、作製プロセスが増強される。ステップＭ２．１では、新たな製造プロセスの開発または既存の製造プロセスの改良が行われる。ステップＭ２．２においては、たとえば上記実施形態に記載の方法または装置のいずれかによる包括的な３Ｄ解析または３Ｄボリューム画像化が必要となる。たとえば、新たな一組の代表的な欠陥パターンが取得され、これら代表的な欠陥パターンから、重要な作製性能指標Ｄ２のリストが生成される。フェーズＭ２における作製が重要であることが分かった場合は、プロセスがフェーズＭ１に戻って、設計変更を行うことができる。
両フェーズＭ１およびＭ２においては、プロセスの理解および深さ方向全体での考え得る欠陥の識別を目的として、包括的な３Ｄ測定が実行される。ステップＭ２．２においては、複数の作製ステップのモニタリングおよび複数の３Ｄ測定の実行がなされるが、ステップＭ２．２における測定時間は、たとえばステップＭ１．３よりも短ければ都合が良い。フェーズＭ１またはＭ２における３Ｄ検査の好ましい方法として、上記実施形態のうちの１つに記載のようなウェッジカット形状での３Ｄボリューム像生成がある。「ウェッジカット」手法においては、図３に示すように、ウェハ表面に対して８０°を下回る角度で、３ＤメモリスタックがＦＩＢにより切削される。メモリデバイスの例において、トレンチの傾斜した断面表面５２には、メモリチャネルおよびワード線の両フットプリントを含む。断面表面は、鉛直荷電粒子画像化ビーム（たとえば、ヘリウムイオンまたは電子ビーム）の使用によって、「上から」画像化される。対応する断面像スライスには、ＸＹ平面上の各深度（Ｚ）におけるチャネルフットプリントの投影を含む。円筒形状の鉛直メモリチャネルの場合、断面像スライスには、たとえば図６に示すように、トレンチの傾斜面５２上のフットプリントの位置によって決まるさまざまな深度の円形フットプリントを含む。ＦＩＢビーム５１とウェハ表面（ｘｙ平面）との間の角度ＧＦは、画像化ビームの視野に含まれる深度範囲と、画像化に利用可能な合計の横方向エリアと、を制御する。傾斜した断面表面の「トップダウン」画像化には、鉛直ビームの一定の焦点深度（ＤＯＦ）を必要とする。ＤＯＦが不十分な場合は、図８の例にて第５の実施形態に説明した通り、ＦＯＶがより小さな部分視野に分割され、累進焦点調整によって順次画像化される可能性がある。あるいは、図１８に記載の第１４の実施形態に係るＨＩＭを採用することも可能である。測定結果から、複数の性能パラメータおよび統計解析を実行可能であり、たとえば、仮想断面像スライスを生成可能であるとともに、図２０に記載のような評価を行うことができる。
フェーズＭ３は、半導体装置の大量生産（ＨＶＭ）である。ＨＶＭフェーズにおいては、スループットの最大化のため、測定時間が短縮される。ステップＭ３．１においは、フェーズＭ２において開発された作製プロセスが適用され、ステップＭ３．２においは、限られた数の指標またはモニタリング測定が規定通りに実行される。上述のＲｎＤフェーズＭ１およびフェーズＭ２において導出された重要な設計性能指標Ｄ１および重要な作製性能指標Ｄ２に基づいて、測定またはモニタリングレシピＲが規定された後、規定通りの実行によって、フェーズＭ３の作製プロセスをモニタリングする。
重要な設計性能指標Ｄ１および重要な作製性能指標Ｄ２から、ＨＶＭフェーズＭ３の高速かつ高スループットのモニタリングのための測定またはモニタリングレシピＲが生成される。重要な設計性能指標Ｄ１および重要な作製性能指標Ｄ２には、２Ｄ像および３Ｄ像データ、２Ｄ仮想像スライス、ならびに理想的な性能で作製された半導体装置および典型的な作製誤差により劣った性能で作製された半導体装置に関する上記データの次元および統計解析を含む大量のデータを含み得る。また、重要な設計性能指標Ｄ１および重要な作製性能指標Ｄ２には、シミュレーション（たとえば、ＣＡＤシミュレーション）またはデータベースから提供された他の半導体装置の解析データを含み得る。特定の検査部位における検査ボリューム中の代表的な欠陥パターンおよび特定の測定作業が導出され、測定レシピＲにおいて蓄積される。たとえば、通常は検査ボリュームを通る１枚または２枚の代表的な断面像スライスによって、検査ボリューム中のボリューム効果を表すことができる。上述のようなスライス・イメージ法により取得された３Ｄボリューム像から、少なくとも１つの代表的な断面像スライスの好ましい角度および配向が決定され、ウェハ上の特定の検査部位における断面表面の好ましい角度および配向が決定される。特定の検査部位における断面表面の好ましい角度および配向は、検査ボリューム中の半導体構造およびフィーチャに関する予備知識を利用した予備情報の一例である。
ＨＶＭの測定レシピＲは、たとえば重要な設計性能指標Ｄ１および重要な作製性能指標Ｄ２に適用された機械学習または深層学習により導出され、モニタリングレシピＲの一組のモニタリングまたはＨＶＭ性能指標Ｄ３を含めて、フェーズＭ３におけるＨＶＭの一組の代表的な縮小測定結果が規定される。測定またはモニタリングレシピＲは、ステップＭ３のＨＶＭにおいて適用され、モニタリング指標Ｄ３の複数の実際値が生成される。ＨＶＭ性能指標Ｄ３の実際値には、２Ｄ像および３Ｄ像データ、ならびに理想的な性能でＨＶＭ作製された半導体装置およびＨＶＭ作製誤差により劣った性能で作製された半導体装置に関する上記データの測定次元および統計解析を含む大量のデータを含み得る。ＨＶＭ性能指標Ｄ３の複数の実際値は、ステップＲの測定またはモニタリングレシピ生成にフィードバック可能であり、ステップＲの測定またはモニタリングレシピ生成は、一定の時間間隔で確認または実現可能である。
したがって、第１７の実施形態に係る測定またはモニタリングレシピ生成の方法は、ＣＡＤ像データおよび検査ボリューム中の重要な設計フィーチャの寸法を含む第１の一組の重要な設計性能指標Ｄ１を生成するステップと、作製プロセスの開発中に得られた３Ｄボリューム像データを含む第２の一組の重要な作製性能指標Ｄ２を生成するステップと、測定レシピＲを導出するステップであり、第３の一組の性能指標Ｄ３のうちの少なくとも１つを取得するステップを含む、ステップと、を含み、第２の一組の重要な作製性能指標Ｄ２またはモニタリングレシピＲを生成するステップが、ウェハ表面下の深度延長ＬＺ＞１μｍの代表的な所定の検査ボリュームを通る少なくとも第１の断面表面の少なくとも第１の断面像スライスを取得することを含む。性能指標Ｄ１～Ｄ３のうちの少なくとも１つを取得するステップのうちの少なくとも１つは、像処理によって、傾斜角ＧＦの複数の第１の半導体フィーチャの断面を表す複数の第１の断面像フィーチャを抽出するステップであり、像処理が、フィーチャ抽出、エッジ検出、パターン認識、または画素補間のうちの少なくとも１つを含む、ステップを含む。性能指標Ｄ１～Ｄ３のうちの少なくとも１つを取得するステップのうちの少なくとも１つは、複数の第１の断面像フィーチャのうちの少なくとも１つから、少なくとも１つの第１の半導体フィーチャの少なくとも１つの記述パラメータであり、寸法、直径、角度、面積、形状、または体積のうちの１つである、少なくとも１つの記述パラメータを演算するステップをさらに含む。性能指標Ｄ１～Ｄ３のうちの少なくとも１つを取得するステップのうちの少なくとも１つは、複数の第１の半導体フィーチャの少なくとも１つの記述パラメータの平均または統計的偏差を演算するステップをさらに含む。測定レシピＲには、上述の実施形態のいずれか、好ましくは第１８の実施形態に記載の方法に係る測定結果を含み得る。ＨＶＭフェーズＭ３においては、フル３Ｄトモグラフィに許容範囲外の時間を消費し得る一方、単一のウェッジ断面が可能である。上述のモニタリングレシピ生成によって、単一ウェッジカットは、プロセスモニタリングに必要な情報を提供し得る。第１８の実施形態においては、３Ｄメモリスタックを通る単一ウェッジカットの解析から３Ｄ情報を抽出する方法が提供される。
第１８の実施形態に係る単一ウェッジカットモニタリング法は、３Ｄメモリスタック内の単一の傾斜平面５１に関する情報を提供する。単一カットにより実現された情報は、たとえば順次切削されて画像化された平行スライスのスタックを使用する３Ｄトモグラフィと比較して、スタック形状のフル３Ｄ再構成には不十分である。ただし、複数のスライスの切削および画像化に対する単一ウェッジカット手法の利点として、切削および像取得の時間が大幅に短縮される点がある。したがって、ＨＶＭフェーズＭ３においては、単一ウェッジカットモニタリング法を適用するのが好都合である。ＦＩＢおよび画像化ビームの配向によって、ウェハに別途損傷を与えることなく（ウェハサンプルの「取り出し」なく）、局所的なトレンチを切削可能となり、これはウェハインライン検査に重要である。図２４は、メモリデバイスの複数のＨＡＲ構造の一例における単一ウェッジカットモニタリング法を示している。ＦＩＢ５５によって、ｙ軸と平行なウェハ表面（図示せず）に対して角度ＧＦで単一の界面５１が切削される。荷電粒子画像化装置（図示せず）がｚ方向に配置され、ウェハ表面と垂直に配向したＨＡＲ構造２０５．１・・・２０５．４の複数の断面像フィーチャ２０３．１・・・２０３．４を含む表面５１のデジタル像を生成する。個々のメモリまたはＨＡＲチャネル２０５．１・・・２０５．４の断面像フィーチャのフットプリント２０３．１～２０３．４の組合せによって、平均ＨＡＲチャネルの代表的な鉛直ＨＡＲプロファイル２０１の再構成が得られる。代表的な鉛直ＨＡＲプロファイル２０１の鉛直プロファイル（Ｚの関数としての代表的な鉛直ＨＡＲプロファイルの直径、より一般的には、形状）を再構成するため、角度ＧＦに対応する傾斜角で画像化された個々のチャネルのフットプリント２０３．１～２０３．４の組合せによって、図２４に示す代表的な鉛直ＨＡＲプロファイル２０１を形成可能である。デジタル像の像画素のＺ座標は、たとえば図５、図６、図１２、および図１９ｂに示すような傾斜面５１におけるワード線の断面像フィーチャを利用して、上述の方法によりトップダウン像上のＸＹ座標から再構成可能である。この方法は、フェーズＭ２において生成された予備情報（たとえば、視野内のすべてのチャネルが理想的に、同一の鉛直プロファイルまたは鉛直プロファイルの所定の変分を有するという情報）を適用する。単一の断面表面において、ＨＡＲ構造の断面は、異なる深度に配置されており、フェーズＭ２においては、３Ｄボリューム検査によって、深度に応じたＨＡＲチャネルの特性をトレーニングまたは学習可能である。単一の例においては、ＨＡＲチャネルの直径がｚ方向に一定であり、すべてのＨＡＲチャネルの軸が互いに平行であるものと仮定される。フェーズＭ２において、３Ｄボリューム検査から平均チャネルのより複雑な鉛直プロファイルが予測される場合は、仮定したプロファイルの適用によって、異なる深度で測定された重要な寸法および近接度を補補正することができる。
また、ウェッジカットデータによれば、チャネルがＸＹ平面において規則的な格子を形成するものと仮定される場合、Ｚの関数として、平均チャネル２０１の横方向変位を再構成可能である（いわゆる「傾斜」または「揺れ」）。一例において、メモリチャネルは、ステップＭ１において、横方向平面で六角形格子を形成するように設計されている。像中のフットプリントまたは断面像セグメント２０３．１～２０３．４を含むチャネルフットプリントごとに、重心（ｘi，ｙi）が測定される（指数ｉは、ＨＡＲチャネルの複数のｉ＝１・・・Ｎ個の断面像セグメントに対応する）。上述の通り、フットプリント重心のｚ座標ｚiは、ワード線により任意対の（ｘi，ｙi）に対して決定可能である。ＦＯＶ中のすべてのチャネルが同じ形状および配向を有する場合、所与のｚにおけるチャネルフットプリント重心（ｘi，ｙi）の横方向位置は、以下のように定義される。
Figure 2023518221000006
 および
Figure 2023518221000007
 ここで、
Figure 2023518221000008
 および
Figure 2023518221000009
 ある深度の平均チャネルの横方向変位を表し、
Figure 2023518221000010
 および
Figure 2023518221000011
 特定の基準深度Ｚrefにおけるチャネルの理想的な横方向位置を表す。これら関数
Figure 2023518221000012
 および
Figure 2023518221000013
 の再構成によって、ＦＯＶ中の平均チャネルの傾斜および「揺れ」が決まる。これは、以下の過剰決定連立方程式を解くことにより（たとえば、χ2最小化によって）実現可能である。
Figure 2023518221000014
Figure 2023518221000015
 および
Figure 2023518221000016
 については、たとえば六角形格子等、所定の規則的格子を形成するものと仮定される。したがって、測定された十分な数のチャネル重心に関して、連立方程式を解くことにより、
Figure 2023518221000017
 および
Figure 2023518221000018
 が求められる。
以上から、デジタル像の使用により、特定の統計的仮定またはフェーズＭ１およびＭ２における３Ｄボリューム検査において得られた予備情報の下、３Ｄメモリスタックの３Ｄ形状を再構成可能である。たとえば、予備情報または機械学習法によって、単一の表面５１のデジタル像から、欠陥の種類または特徴を識別可能である。フェーズＭ１およびＭ２においては、典型的な欠陥の３Ｄボリューム像から、単一の表面の一組の代表的なデジタル像が得られ、機械学習アルゴリズムのトレーニングに使用される。単一の表面から予備情報または機械学習アルゴリズムに従った解析によって、単一の検査表面５１のデジタル像から、３Ｄボリュームの欠陥の種類が決定される。簡単な一例を図２５に示す。図２５ａは、横方向延長ＬＸおよびＬＹならびに対応する深度範囲ＬＺの検査ボリューム１６０における複数のＨＡＲ構造を示している（参照番号２０５で３つを示す）。複数のＨＡＲ構造は、ｚ軸に対して傾斜している。図２５ｂは、ｙｚ平面内の局所ウェハ座標系において配向したＦＩＢ５０による第１の断面表面５１．１の切削による第１のウェッジカットを示している。図２５ｂの右側には、荷電粒子画像化装置４０または１４０により得られた第１のデジタル像２０７．１を示しており、複数のＨＡＲ構造２０５の断面を表す複数の断面像フィーチャ２０３．１を含む。ｘ方向と平行なＨＡＲ構造の平行列を通る複数の線２０９．１間の間隔は、断面表面５１．１のデジタル画像上で変化するが、これによって、ＨＡＲチャンネルの設計距離に関する予備情報とともに、複数のＨＡＲチャンネル２０５の傾斜が導出される。
チャネルの傾斜の別途解析のため、第２の断面表面５１．２が生成・画像化されるが、ウェッジカットの配向は、第１および第２の断面表面間で変化する。たとえば、第１の交差面生成と第１のデジタル像生成との間および第２の交差面生成と第２のデジタル像生成との間に、ウェハ法線またはｚ軸の周りのウェハの回転によって、２つの交差面５１・１および５１・２がエッチングされて画像化される。これにより、２つの交差面が形成されるが、第１の交差面は、たとえば９０°の回転角で第２の交差面と関連する。第２の交差面生成および第２のデジタル像生成の結果を局所ウェハ座標系において図２５ｃに示す。説明の便宜上、ウェハは回転させていないが、ＦＩＢカラム５０が局所ウェハ座標系のｘｙ平面において配向するように、画像化装置の配向を回転させている。第２の断面表面５１．２は、角度ＧＦで再び生成されるが、ｚ軸の周りの所定の角度だけ、第１の断面表面５１．１に対して回転する。本例において、所定の角度は９０°であるが、他の角度も同様に可能である。荷電粒子画像化装置４０または１４０によって、第２の断面表面５１．２の対応する第２のデジタル像２０７．２が再び取得されるが、これには、異なる深度において複数のＨＡＲ構造を通る断面を表す複数の断面像フィーチャ２０３．２を含む。ここでは、ＨＡＲ構造の平行列を通る線２０９．２がｘ軸に対して傾斜しているが、これによって、ＨＡＲチャンネルの設計距離に関する予備情報とともに、複数のＨＡＲチャンネル２０５の傾斜が導出される。ウェッジカット形状での第１および第２の検査によって、２つの断面測定結果のみから、検査ボリューム１６０中の複数のＨＡＲ構造の傾斜角および配向を包括的に決定可能である。
一例において、ＨＡＲチャネル２０５の傾斜は、位置合わせされていないエッチングプロセスの結果と考えられ、ＨＡＲ構造の傾斜角は、ウェハ上の位置によって決まる（たとえば、ウェハの中心までの距離が長くなるにつれて、半径方向の傾斜角が大きくなる）。他の例としては、位置合わせの系統的誤差があるが、この場合、すべてのＨＡＲ構造は依然として、一方向に等しい傾斜角で平行となっている。ウェハの所定の位置で切削・画像化されたいくつかの代表的な断面表面の生成によって、欠陥の特徴または起源を導出可能である。
上記例において、検査ボリューム中の複数のＨＡＲ構造は、傾斜した状態で平行である。このため、ＨＡＲ構造の断面は、ｘ方向およびｙ方向において異なるピッチを示す。他の例において、たとえばＨＡＲ構造がすべてのＨＡＲ軸の共通中心に対して傾斜している場合またはランダムな傾斜の場合、すべての傾斜の特徴は、たとえば第１および第２の断面像生成間のウェハの傾斜によって、異なる配向で生成された少なくとも２枚の断面表面により評価可能である。
ウェッジカット断面のトップダウン像において検出されたチャネルフットプリントの使用によって、隣接チャネルのチャネル直径（ＣＤ均一性）および近接度の横方向変分を調べることができるが、これは、２０１９年９月２０日に出願された独国特許出願第１０ ２０１９ ００６６４５．６号および２０２０年５月１５日に出願されたＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ２０２０／０００１０１に記載の通りであり、両者を参照により本明細書に援用する。
したがって、モニタリングレシピに従ったウェハ中の少なくとも第１の検査ボリュームのウェハ検査の方法は、デュアルビーム装置において、ウェハをウェハ支持テーブルに載荷するステップと、ウェハ支持テーブルを移動させることによりウェハ上の第１の測定部位をデュアルビーム装置の交差点と一致させるステップと、ＦＩＢカラムによって、第１の検査ボリューム中の第１の断面表面を傾斜角ＧＦで切削するステップと、荷電粒子画像化装置によって、第１の断面表面の第１の断面像スライスを生成するステップと、第１の検査ボリューム中の複数の第１の半導体フィーチャの性能指標を取得するステップであって、複数の第１の半導体フィーチャに関する予備情報によって、第１の断面像スライスを解析するステップを含む、ステップと、を含む。解析するステップは、像処理によって、傾斜角ＧＦの複数の第１の半導体フィーチャの断面を表す複数の第１の断面像フィーチャを抽出するステップを含み得、像処理が、フィーチャ抽出、エッジ検出、パターン認識、または画素補間のうちの少なくとも１つを含む。性能指標を取得するステップは、複数の第１の断面像フィーチャのうちの少なくとも１つから、少なくとも１つの記述パラメータを演算するステップをさらに含み得、第１の半導体フィーチャの少なくとも１つの記述パラメータが、寸法、直径、角度、面積、形状、または体積のうちの１つである。また、複数の第１の半導体フィーチャの少なくとも１つの記述パラメータの平均または統計的偏差を演算するステップをさらに含み得る。解析するステップは、第３の実施形態に係る第１の断面像スライスの深度マップＺ（ｘ，ｙ）を生成することをさらに含み得る。深度マップを生成するため、この方法は、（１）第１の断面像スライスにおいて、少なくとも２つの第２の断面像フィーチャを決定するステップと、（２）少なくとも２つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、深度マップＺ（ｘ，ｙ）を決定するステップと、をさらに含み、少なくとも２つの第２の断面像フィーチャは、検査ボリューム内の異なる深度における半導体集積構造を表し得る。一例において、性能指標を取得するステップは、複数の第１の断面像フィーチャの横方向位置から、ウェハ表面と垂直な軸に対する第１の半導体フィーチャの角度である複数の第１の半導体フィーチャの傾斜角偏差を導出することを含む。また、傾斜角ＧＦで配置された複数の第１の断面像フィーチャおよび深度マップＺ（ｘ，ｙ）から、第１の複数の半導体フィーチャの３Ｄ表現を生成可能である。第１の断面像スライスは、基準ウェハまたはダイの検査ボリュームを通る２Ｄデジタル像スライスと比較可能であるが、この２Ｄデジタル像スライスは、基準ウェハまたはダイの過去の測定において取得され、メモリに記憶された断面像スライスまたは仮想断面像スライスであり、この仮想断面像スライスは、メモリに記憶された３Ｄボリューム像データから生成されたものである。３Ｄボリューム像データは、（たとえば、フェーズＭ２において）基準ウェハまたはダイの検査ボリュームの過去のスライス・イメージ測定において取得され、メモリに記憶されている。過去のスライス・イメージ測定は、少なくとも第２のＦＩＢカラムおよび第２の荷電粒子画像化装置を備えた第２のデュアルビーム装置または同一の第１のデュアルビーム装置により実行可能である。
モニタリングレシピＲの一例において、このレシピは、ウェハ支持テーブルを移動させることによりウェハの第２の測定部位を第１のデュアルビーム装置の交差点と一致させることと、第２の検査ボリューム中の第２の断面表面を傾斜角ＧＦで切削することと、荷電粒子画像化装置によって、第２の断面表面の第２の断面像スライスを生成することと、を含む。一例において、ウェハの移動には、ウェハ支持面と垂直な軸に対するウェハ支持テーブルの回転を含む。第１および第２の検査ボリューム中の複数の第１の半導体フィーチャの性能指標は、複数の第１の半導体フィーチャに関する予備情報によって、第１および第２の断面像スライスを解析することにより取得される。一例において、複数の第１の半導体フィーチャの傾斜角偏差の導出は、第１および第２の断面像スライスの解析を含む。
ウェハ欠陥検査装置は、ウェハの第１の検査ボリュームを通る少なくとも第１の断面表面を傾斜角ＧＦで切削して露出させるように構成された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、少なくとも第１の断面表面の画像化によって、第１の断面像スライスを形成するように構成された荷電粒子画像化装置と、を備える。また、少なくとも第１の断面像スライスにおいて、検査ボリュームの内側の傾斜角ＧＦでの半導体構造の断面である複数の断面像フィーチャを決定するとともに、検査ボリューム内の複数の断面フィーチャの深度を決定するように構成されたソフトウェアコードがインストールされた像処理ユニットと、複数の断面像フィーチャから、検査ボリュームの内側の半導体構造の所定の特性からの偏差を決定するように構成された欠陥検出ユニットと、をさらに備える。ウェハ欠陥検査装置は、ウェハから抽出することなく、ウェハ中の検査ボリュームを検査するように構成されている。ウェハ欠陥検査装置は、予備情報を記憶するメモリを備える。
いくつかの例において、ウェハに対して傾斜した断面表面を切削するＦＩＢは、切削に用いられる共通ＦＩＢであるガリウムＦＩＢとして説明している。切削用ＦＩＢの他の例では、水素、ヘリウム、またはネオン等、ガス電解電離イオン源（ＧＦＩＳ）において生成されたガスのような他の材料も利用可能である。一例において、本発明のデュアルビーム装置は、切削用ＦＩＢおよび画像化用荷電粒子画像化ビームを備えるが、いずれも、ＨｅおよびＮｅ等の希ガスを切削および画像化に利用する。
上述の実施形態および例は、本発明の例示を意図したに過ぎない。上記実施形態はプローブとしての半導体構造の例にて説明したが、これら実施形態のうちの少なくとも一部の方法および装置は、サンプル中の層を表す第２の断面像フィーチャから深度決定可能な同等の構造または深度が既知の同等の構造の材料またはプローブにも同様に適用可能である。当業者であれば、本明細書に添付の条項により規定された範囲から逸脱することなく、特定の実施形態および例に対する変更、改良、変形、および組合せを実行可能である。
以下、複数組の条項によって、本発明をさらに説明する。
条項１：第１のデュアルビーム装置によるウェハ中の少なくとも第１の検査ボリュームのウェハ検査の方法であって、
少なくともＦＩＢカラムおよび荷電粒子画像化装置を備え、ＦＩＢカラムの第１の光軸がウェハ支持テーブルの表面と傾斜角ＧＦを成し、荷電粒子画像化装置の第２の光軸がウェハ支持テーブルの表面の法線と角度ＧＥを成し、第１および第２の光軸が交差点を形成するデュアルビーム装置において、ウェハをウェハ支持テーブルに載荷するステップと、
ウェハ支持テーブルを移動させることによりウェハ上の第１の測定部位をデュアルビーム装置の交差点と一致させるステップと、
ＦＩＢカラムによって、第１の検査ボリューム中の第１の断面表面を傾斜角ＧＦで切削するステップと、
荷電粒子画像化装置によって、第１の断面表面の第１の断面像スライスを生成するステップと、
第１の検査ボリューム中の複数の第１の半導体フィーチャの性能指標を取得するステップであって、複数の第１の半導体フィーチャに関する予備情報によって、第１の断面像スライスを解析するステップを含む、ステップと、
を含む、方法。
条項２：第１の半導体フィーチャが、ビア、ＨＡＲ構造、またはＨＡＲチャネルのうちの１つである、条項１に記載の方法。
条項３：解析するステップが、像処理によって、傾斜角ＧＦの複数の第１の半導体フィーチャの断面を表す複数の第１の断面像フィーチャを抽出するステップを含み、像処理が、フィーチャ抽出、エッジ検出、パターン認識、または画素補間のうちの少なくとも１つを含む、条項１または２に記載の方法。
条項４：性能指標を取得するステップが、複数の第１の断面像フィーチャのうちの少なくとも１つから、第１の半導体フィーチャの少なくとも１つの記述パラメータを演算するステップをさらに含み、少なくとも１つの記述パラメータが、寸法、直径、角度、面積、形状、または体積のうちの１つである、条項３に記載の方法。
条項５：性能指標を取得するステップが、複数の第１の半導体フィーチャの少なくとも１つの記述パラメータの平均または統計的偏差を演算するステップをさらに含む、条項４に記載の方法。
条項６：解析するステップが、第１の断面像スライスの深度マップＺ（ｘ，ｙ）を生成することをさらに含む、条項３～５のいずれか１項に記載の方法。
条項７：深度マップを生成するステップが、
第１の断面像スライスにおいて、少なくとも２つの第２の断面像フィーチャを決定することと、
少なくとも２つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、深度マップＺ（ｘ，ｙ）を決定することと、
をさらに含む、条項６に記載の方法。
条項８：少なくとも２つの第２の断面像フィーチャがそれぞれ、検査ボリューム内の異なる深度における半導体集積構造を表す、条項７に記載の方法。
条項９：複数の第１の半導体フィーチャがそれぞれ、ウェハ表面と垂直な方向に延び、第２の断面像フィーチャが、ウェハ表面と平行な方向に延びた半導体構造の断面を含む、条項７または８に記載の方法。
条項１０：第２の断面像フィーチャが、少なくとも絶縁線または絶縁層、金属線または金属層、半導体線または半導体層のうちの１つの断面を含む、条項７～９のいずれか１項に記載の方法。
条項１１：性能指標を取得するステップが、複数の第１の断面像フィーチャの横方向位置から、ウェハ表面と垂直な軸に対する第１の半導体フィーチャの角度である複数の第１の半導体フィーチャの傾斜角偏差を導出することを含む、条項６～１０のいずれか１項に記載の方法。
条項１２：傾斜角ＧＦで配置された複数の第１の断面像フィーチャおよび深度マップＺ（ｘ，ｙ）から、第１の複数の半導体フィーチャの３Ｄ表現を導出するステップをさらに含む、条項４～１１のいずれか１項に記載の方法。
条項１３：解析するステップが、基準ウェハまたはダイの検査ボリュームを通る２Ｄデジタル像スライスに対して、第１の断面像スライスを比較することをさらに含む、条項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
条項１４：２Ｄデジタル像スライスが、基準ウェハまたはダイの過去の測定で取得され、メモリに記憶された断面像スライスである、条項１３に記載の方法。
条項１５：２Ｄデジタル像スライスが、仮想断面像スライスであり、仮想断面像スライスが、メモリに記憶された３Ｄボリューム像データから生成される、条項１３に記載の方法。
条項１６：３Ｄボリューム像データが、基準ウェハまたはダイの検査ボリュームの過去のスライス・イメージ測定において取得され、メモリに記憶される、条項１５に記載の方法。
条項１７：過去のスライス・イメージ測定が、少なくとも第２のＦＩＢカラムおよび第２の荷電粒子画像化装置を備えた第２のデュアルビーム装置により実行される、条項１６に記載の方法。
条項１８：過去のスライス・イメージ測定が、第１のデュアルビーム装置により実行される、条項１６または１７に記載の方法。
条項１９：ウェハ支持テーブルを移動させることによりウェハの第２の測定部位を第１のデュアルビーム装置の交差点と一致させるステップと、
ＦＩＢカラムにより第２の検査ボリューム中の第２の断面表面を傾斜角ＧＦで切削するステップと、
荷電粒子画像化装置によって、第２の断面表面の第２の断面像スライスを生成するステップと、
複数の第１の半導体フィーチャに関する予備情報によって、第１および第２の断面像スライスを解析することにより、第１および第２の検査ボリューム中の複数の第１の半導体フィーチャの性能指標を取得するステップと、
をさらに含む、条項１～１８のいずれか１項に記載の方法。
条項２０：第１の検査ボリューム中の第１の断面表面の切削と第２の検査ボリューム中の第２の断面表面の切削との間に、ウェハ支持面と垂直な軸に関してウェハ支持テーブルを回転させる、条項１９に記載の方法。
条項２１：複数の第１の半導体フィーチャの傾斜角偏差を導出するステップが、第１および第２の断面像スライスの解析を含む、条項１９または２０に記載の方法。
条項２２：ＦＩＢカラムの傾斜角ＧＦが、３０°～８０°、好ましくは３０°～４５°である、条項１～２１のいずれか１項に記載の方法。
条項２３：荷電粒子画像化装置が、ＧＥ＝０°でウェハ表面と垂直に配向した、条項１～２２のいずれか１項に記載の方法。
条項２４：荷電粒子画像化装置が、ヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）である、条項１～２３のいずれか１項に記載の方法。
条項２５：第１の断面像スライスが、単一像走査にて、検査ボリュームを通る第１の断面表面の像を取得することにより得られる、条項２４に記載の方法。
条項２６：デュアルビーム装置によるウェハの検査の方法であって、デュアルビーム装置が、ウェハ支持テーブルの支持面に対して３０°～４５°の角度ＧＦで光軸が配置された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、支持面と垂直に光軸が配置されたヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）と、を備え、ＦＩＢカラムおよびＨＩＭの光軸が交差点を形成し、
ウェハを交差点に保持するように構成されたウェハ支持テーブルを備えたウェハステージによって、ウェハの第１の測定部位を配置するステップと、
ＦＩＢカラムによって、ほぼ角度ＧＦで、ウェハ表面の下側での深度延長ＬＺが１μｍ超である第１の検査ボリュームを通る第１の断面表面を切削するステップと、
ヘリウムイオン顕微鏡による単一像走査で第１の断面表面を画像化することにより、高分解能の断面像スライスを形成するステップと、
を含む、方法。
条項２７：第１の検査ボリュームが、２μｍ超、６μｍ超、あるいは１０μｍの深度範囲を有する、条項２６に記載の方法。
条項２８：画像化するステップにおいて、ＨＩＭが、横方向分解能が２ｎｍ未満、好ましくは１ｎｍ未満、あるいは０．５ｎｍ未満の像を生成するように構成された、条項２６または２７に記載の方法。
条項２９：条項１～２８のいずれか１項に記載の方法を実行するプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品。
条項３０：条項１～２８のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成されたデュアルビーム装置。
条項３１：少なくともウェハ中の第１の検査ボリュームを通る第１の断面表面を傾斜角ＧＦで切削して露出させるように構成された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、
少なくとも第１の断面表面を画像化して、第１の断面像スライスを形成するように構成された荷電粒子画像化装置と、
少なくとも第１の断面像スライスにおいて、検査ボリュームの内側の傾斜角ＧＦでの半導体構造の断面である複数の断面像フィーチャを決定するとともに、検査ボリューム内の複数の断面フィーチャの深度を決定するように構成されたソフトウェアコードがインストールされた像処理ユニットと、
複数の断面像フィーチャから、検査ボリュームの内側の半導体構造の所定の特性からの偏差を決定するように構成された欠陥検出ユニットと、
を備え、
ウェハから抽出することなく、ウェハ中の検査ボリュームを検査するように構成されたウェハ欠陥検査装置。
条項３２：ソフトウェアコードがインストールされた像処理ユニットがさらに、傾斜角ＧＦで配置された複数の第１の断面像フィーチャから、複数の第１の半導体構造の３Ｄ表現を演算するように構成された、条項３１に記載の装置。
条項３３：予備情報を記憶するメモリをさらに備えた、条項３１または３２に記載の装置。
条項３４：荷電粒子画像化装置が、ウェハ支持テーブルをさらに備えた、条項３１～３３のいずれか１項に記載の装置。
条項３５：ＦＩＢカラムの光軸が、ウェハ支持テーブルに対して、３０°～８０°、好ましくは３０°～４５°の傾斜角ＧＦで配置された、条項３４に記載の装置。
条項３６：荷電粒子画像化装置の光軸が、ウェハ指示テーブルと垂直な角度で配置された、条項３４または３５に記載の装置。
条項３７：荷電粒子画像化装置が、ヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）である、条項３１～３６のいずれか１項に記載の装置。
条項３８：検査ボリュームが、ウェハ表面の下側での深度延長ＬＺが１μｍ超、好ましくは２μｍ超であり、ＨＩＭが、ＨＩＭビームによる単一像走査によって、断面像スライスが得られるように、深度延長ＬＺを超える焦点深度（ＤＯＦ）が設定された、条項３７に記載の装置。
条項３９：条項１～２８のいずれか１項に記載の方法を実行するソフトウェアコードがインストールされた制御ユニットを備えた、条項３１～３８のいずれか１項に記載の装置。
条項４０：ウェハ中の代表的な検査ボリュームの検査のための測定レシピ生成の方法であって、
ＣＡＤ像データおよび検査ボリューム中の重要な設計フィーチャの寸法を含む第１の一組の重要な設計性能指標Ｄ１を生成するステップと、
作製プロセスの開発中に得られた３Ｄボリューム像データを含む第２の一組の重要な作製性能指標Ｄ２を生成するステップと、
測定レシピＲを導出するステップであって、第３の一組の性能指標Ｄ３のうちの少なくとも１つを取得するステップを含む、ステップと、
を含み、
第２の一組の重要な作製性能指標Ｄ２およびプロセスレシピＲを生成するステップが、ウェハ表面下の深度延長ＬＺ＞１μｍの代表的な検査ボリュームを通る少なくとも第１の断面表面の少なくとも第１の断面像スライスを取得することを含む、ステップと、方法。
条項４１：性能指標Ｄ１～Ｄ３のうちの少なくとも１つを取得するステップのうちの少なくとも１つが、像処理によって、傾斜角ＧＦの複数の第１の半導体フィーチャの断面を表す複数の第１の断面像フィーチャを抽出するステップを含み、像処理が、フィーチャ抽出、エッジ検出、パターン認識、または画素補間のうちの少なくとも１つを含む、条項４１に記載の方法。
条項４２：性能指標Ｄ１～Ｄ３のうちの少なくとも１つを取得するステップのうちの少なくとも１つが、複数の第１の断面像フィーチャのうちの少なくとも１つから、少なくとも１つの記述パラメータを演算するステップをさらに含み、少なくとも１つの第１の半導体フィーチャの少なくとも１つの記述パラメータが、寸法、直径、角度、面積、形状、または体積のうちの１つである、条項４１に記載の方法。
条項４３：性能指標Ｄ１～Ｄ３のうちの少なくとも１つを取得するステップのうちの少なくとも１つが、複数の第１の半導体フィーチャの少なくとも１つの記述パラメータの平均または統計的偏差を演算するステップをさらに含む、条項４２に記載の方法。
条項４４：性能指標Ｄ１～Ｄ３のうちの少なくとも１つを取得するステップのうちの少なくとも１つが、条項１～２８のいずれか１項に記載の方法ステップを含む、条項４１～４３のいずれか１項に記載の方法。
条項４５：デュアルビーム装置によるウェハ中の検査ボリュームの検査の方法であって、デュアルビーム装置が少なくともＦＩＢカラムおよび荷電粒子画像化装置を備え、ＦＩＢカラムの第１の光軸がウェハ支持テーブルの表面と傾斜角ＧＦを成し、荷電粒子画像化装置の第２の光軸がウェハ支持テーブルの表面の法線と角度ＧＥを成し、第１および第２の光軸が交差点を形成し、
デュアルビーム装置のウェハ支持テーブルにウェハを載荷するステップと、
ウェハ支持テーブルを移動させることによりウェハ上の第１の測定部位を交差点と一致させるステップと、
少なくとも検査ボリューム中の第１の断面像スライスおよび第２の断面像スライスを含む一連のＮ枚の断面像スライスを取得するステップであって、第１および第２の断面像スライスを取得することが、ＦＩＢカラムによるほぼ角度ＧＦでの検査ボリュームに対する切削によって、少なくとも検査ボリューム中の第１および第２の断面表面をその後露出させることと、荷電粒子画像化装置によって、少なくとも第１および第２の断面表面を画像化することにより、少なくとも第１および第２の断面像スライスを取得することと、を含む、ステップと、
第１および第２の断面像スライスにおいて、少なくとも１つの第１の断面像フィーチャを決定するステップと、
第１および第２の断面像スライスにおいて、少なくとも１つの第２の断面像フィーチャを決定するステップと、
第１の断面像スライスにおける少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、第１の断面像スライスにおける少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップと、
を含む、方法。
条項４６：第１および第２の断面像スライスの少なくとも１つの共通断面像フィーチャとの横方向相互位置合わせを実行するステップをさらに含む、条項４５に記載の方法。
条項４７：横方向相互像位置合わせのステップが、少なくとも第１および第２の断面像スライス間の像歪み偏差の減算を含む、条項４６に記載の方法。
条項４８：少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップが、第１の断面像スライスにおける少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの少なくとも第１の位置と第２の断面像スライスにおける第２の断面像フィーチャの少なくとも第２の位置との間の少なくとも１つの横方向差異を決定することを含む、条項４５～４７のいずれか１項に記載の方法。
条項４９：少なくとも１つの第２の断面像フィーチャを決定するステップにおいて、少なくとも２つの第２の断面像フィーチャが第１の断面像スライスにおいて決定され、第２の断面像フィーチャがそれぞれ、検査ボリューム内の異なる深度における半導体集積構造を表す、条項４５～４８のいずれか１項に記載の方法。
条項５０：少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップが、少なくとも２つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、第１の断面像スライスにおける少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定することを含む、条項４９に記載の方法。
条項５１：荷電粒子画像化装置の光軸が、ウェハと垂直に配置された、条項４５～５０のいずれか１項に記載の装置。
条項５２：荷電粒子画像化装置が、走査型ヘリウムイオン顕微鏡である、条項４５～５１のいずれか１項に記載の方法。
条項５３：第１および第２の断面像スライスの横方向相互位置合わせを行うように構成された少なくとも１つの位置合わせフィーチャを検査ボリュームの近くに形成するステップをさらに含む、条項４５～５２のいずれか１項に記載の方法。
条項５４：位置合わせフィーチャが、検査ボリュームの上方に作製され、第１および第２の断面表面のウェハ表面との交線により形成された第１および第２のエッジの位置を決定するように構成された、条項５３に記載の方法。
条項５５：第１の断面表面が、第２の断面表面を形成した後に第１の断面表面の平行表面セグメントが残るように、第２の断面表面よりもＦＩＢビームと垂直なｘ方向に長く延びた状態でウェハ内に形成され、少なくとも１つの位置合わせフィーチャを第１の表面セグメントの残留平行表面セグメント上に形成する、条項５３に記載の方法。
条項５６：ＦＩＢカラムの第１の光軸とウェハ支持テーブルの表面との間の傾斜角ＧＦが、８°～４５°の範囲、好ましくは８°～３０°の範囲、より好ましくは８°～１５°の範囲である、条項４５～５５のいずれか１項に記載の方法。
条項５７：ＦＩＢカラムの第１の光軸とウェハ支持テーブルの表面との間の傾斜角ＧＦが、２５°～６０°、好ましくは２５°～４５°の範囲、より好ましくは３０°～４０°である、条項４５～５５のいずれか１項に記載の方法。
条項５８：検査ボリューム中の第１および第２の断面像スライスを取得するステップが、走査ユニットによってＦＩＢカラムの集束イオンビームを第１の方向に走査することにより、検査ボリューム内の第１の断面表面を露出させることと、走査ユニットによって第１の方向と垂直な第２の方向に集束イオンビームを傾斜させることと、走査ユニットによって集束イオンビームを第１の方向に走査することにより、検査ボリューム内の第２の断面表面を露出させて、第１および第２の断面表面がほぼ傾斜角ＧＦでウェハ表面と異なる角度を成すようにすることと、を含む、条項４５～５７のいずれか１項に記載の方法。
条項５９：検査ボリューム中の少なくとも第１および第２の断面像スライスを取得するステップにおいて、ウェハが、移動しない、請求項５９に記載の方法。
条項６０：第１の断面像フィーチャが、少なくともウェハ表面と垂直な軸と平行な方向に延びた半導体構造の断面を含み、第２の断面像フィーチャが、少なくともウェハ表面と平行な方向に延びた半導体構造の断面を含む、条項４５～５９のいずれか１項に記載の方法。
条項６１：第１の共通断面像フィーチャが、少なくとも半導体集積回路のビア、ＨＡＲ構造、またはＨＡＲチャネルのうちの１つの断面を含む、条項４５～６０のいずれか１項に記載の方法。
条項６２：第２の共通断面像フィーチャが、少なくとも半導体集積回路の絶縁線または絶縁層、金属線または金属層、あるいは半導体線または半導体層のうちの１つの断面を含む、条項４５～６１のいずれか１項に記載の方法。
条項６３：断面像スライスの数Ｎが、少なくともＮ＝１０、好ましくはＮ＞１００であり、より好ましくは、Ｎがおよそ１０００以上である、条項４５～６２のいずれか１項に記載の方法。
条項６４：条項４５～６３のいずれか１項に記載の方法を実行するプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品。
条項６５：条項４５～６３のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成されたデュアルビーム装置。
条項６６：条項４５～６３のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成されたウェハ欠陥検査装置であって、
少なくともウェハ中の検査ボリューム中の第１および第２の断面像表面を切削して露出させるように構成された集束イオンビームカラムと、
少なくとも第１および第２の断面表面を画像化して、第１および第２の断面像スライスを形成するように構成された荷電粒子画像化装置と、
少なくとも第１および第２の断面像スライスにおいて、検査ボリュームの内側の半導体構造の断面である断面像フィーチャを決定するとともに、検査ボリューム内の断面フィーチャの深度を決定するように構成されたソフトウェアコードがインストールされた像処理ユニットと、
断面像フィーチャから、検査ボリュームの内側の半導体構造の所定の特性からの偏差を決定するように構成された欠陥検出ユニットと、
を備え、
ウェハから抽出することなく、ウェハ中の検査ボリュームを検査するように構成された、ウェハ欠陥検査装置。
条項６７：ウェハ（８）のウェハ表面（５５）下の検査ボリュームの検査のためのデュアルビーム装置（１）であって、
使用時に、支持面（１５２）上にウェハ（８）を保持するように構成されたウェハ支持テーブル（１５）を備えたウェハステージ（１５５）と、
ウェハ支持テーブル（１５）の支持面（１５２）に対して３０°を超える角度ＧＦで光軸が配置された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラム（５０）と、
光軸が支持面（１５２）と垂直に配置されたヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）（１４０）であって、ＦＩＢカラム（５０）および当該ＨＩＭ（１４０）の光軸が交差点（４３）を形成する、ＨＩＭ（１４０）と、
使用時に、ウェハ（８）の第１の測定部位（６．１）を交差点（４３）に配置するように構成されたステージ制御ユニット（１６）と、
ＦＩＢカラム（５０）およびＨＩＭ（１４０）を制御し、ほぼ角度ＧＦで、ＦＩＢビーム（５１）によって検査ボリューム中の複数のＮ枚の断面表面を交互に切削するとともに、ＨＩＭビーム（１４４）による走査によって各断面表面を画像化することにより、複数のＮ枚の高分解能の断面像スライスを形成するように構成された制御ユニット（１９）であって、検査ボリュームが、ウェハ表面（５５）の下側に１μｍ超、好ましくは２μｍ超の深度延長ＬＺを有する、制御ユニットと、
を備えた、デュアルビーム装置（１）。
条項６８：上記方向の深度延長ＬＺが、５μｍを超える（たとえば、６μｍまたは１０μｍである）、条項６７に記載のデュアルビーム装置（１）。
条項６９：制御ユニット（１９）がさらに、使用時に、検査ボリュームの横方向サイズＬＸまたはＬＹ（およそ５μｍ～１０μｍ（ＬＸまたはＬＹ））を超えるエリア全体にわたってＨＩＭビーム（１４４）を走査するとともに、二次電子検出器（１７）によって複数の二次電子を時系列的に収集するように構成された、条項６７または６８に記載のデュアルビーム装置（１）。
条項７０：ＨＩＭ（１４０）が、ＨＩＭビーム（１４４）による単一像走査によって複数のＮ枚の高分解能の断面像スライスそれぞれが得られるように、深度延長ＬＺを超える焦点深度（ＤＯＦ）が設定された、条項６７～６９のいずれか１項に記載のデュアルビーム装置（１）。
条項７１：複数のＮ枚の断面像スライスから、ウェハ（８）の表面（５５）と平行に配向した第１の仮想断面像を決定するように構成されたソフトウェアコードがインストールされた像処理ユニットをさらに備えた、条項６７～７０のいずれか１項に記載のデュアルビーム装置（１）。
条項７２：デュアルビーム装置によるウェハ（８）のウェハ表面（５５）下の検査ボリュームの検査の方法であって、デュアルビーム装置が、ウェハ支持テーブル（１５）の支持面（１５２）に対して３０°を超える角度ＧＦで光軸が配置された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラム（５０）と、支持面（１５２）と垂直に光軸（１４２）が配置されたヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）（１４０）と、を備え、ＦＩＢカラム（５０）およびＨＩＭ（１４０）の光軸が交差点（４３）を形成し、
ウェハ（８）を交差点（４３）に保持するように構成されたウェハ支持テーブル（１５）を備えたウェハステージ（１５５）によって、ウェハ（８）の第１の測定部位（６．１）を配置するステップと、
ＦＩＢカラム（５０）によって、ほぼ角度ＧＦで、ウェハ表面（５５）の下側での深度延長ＬＺが１μｍ超である検査ボリューム中の複数のＮ枚の断面表面を交互に切削するステップと、
ヘリウムイオン顕微鏡（１４０）による単一像走査で各断面表面を画像化することにより、複数のＮ枚の高分解能の断面像スライスを形成するステップと、
を含む、方法。
条項７３：複数のＮ枚の断面表面の切削が、ウェハ表面（５５）の下側での深度延長ＬＺが２μｍ超、好ましくは６μｍ超、より好ましくは１０μｍである、条項７２に記載の方法。
条項７４：複数のＮ枚の断面像スライスから、ウェハ表面と平行な少なくとも１つの仮想断面像を演算するステップをさらに含む、条項７２または７３に記載の方法。
条項７５：第１の仮想断面像が、導電層またはワード線において演算される、条項７４に記載の方法。
条項７６：第２の仮想断面像が、絶縁層において演算される、条項７４または７５に記載の方法。
条項７７：一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれの少なくとも１つの共通断面像フィーチャとの横方向相互位置合わせを実行するステップをさらに含む、条項７２～７６のいずれか１項に記載の方法。
条項７８：少なくとも１つの共通断面像フィーチャを形成するように構成された少なくとも１つの位置合わせフィーチャを検査ボリュームの近くに形成するステップと、
一連のＮ枚の断面像スライスの少なくとも１つの共通断面像フィーチャとの横方向相互位置合わせを実行するステップと、
をさらに含む、条項７２～７７のいずれか１項に記載の方法。
条項７９：デュアルビーム装置のウェハ支持テーブルにウェハを載荷するステップをさらに含む、条項７２～７８のいずれか１項に記載の方法。
条項８０：一連のＮ枚の断面像スライスごとに、深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（Ｎ枚の断面像スライスごとに、指数ｎ＝１・・・Ｎ）を生成するステップをさらに含む、条項７２～７９のいずれか１項に記載の方法。
条項８１：一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれにおいて、ウェハ表面５５と平行に配向した第２の半導体フィーチャを通る断面を表す少なくとも１つの第２の断面像フィーチャを決定するステップをさらに含む、条項８０に記載の方法。
条項８２：断面像スライスそれぞれの深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（指数ｎ＝１・・・Ｎ）が、少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から生成される、条項８１に記載の方法。
条項８３：断面像スライスの数Ｎが、少なくともＮ＝１０、好ましくはＮ＞１００であり、より好ましくは、Ｎがおよそ１０００以上である、条項７２～８２のいずれか１項に記載の方法。
条項８４：切削面の数Ｎが、５０未満、好ましくは２０未満であり、検査ボリュームが、検査ボリュームを通る対角に配置された複数のＢ個のブロック１８１．１・・・１８１．Ｂに分離された、条項７２～８２のいずれか１項に記載の方法。
条項８５：一組の断面像スライスから少なくとも１つの仮想断面像を取得する方法であって、
ウェハの内側の検査ボリュームに対して傾斜角ＧＦで、一連のＮ枚の断面表面の画像化および切削を交互に行うことにより、一連のＮ枚の断面像スライスを取得するステップと、
一連のＮ枚の断面像スライスにおいて第１の複数の第１の断面像フィーチャを構成する第１の半導体構造の第１の配向方向を決定するステップと、
複数の仮想断面像画素を含み、第１の配向方向と垂直な仮想断面像を演算するステップと、
を含み、
仮想断面像画素ごとに、一連のＮ枚の断面像スライスのうちの少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第１の配向方向の投影と、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の投影による画素値の補間と、によって画素値が演算される、方法。
条項８６：仮想断面像画素ごとに、第１の配向方向における一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれから仮想断面像画素までの距離を評価し、最短距離を有する少なくとも第１の断面像スライスを選択することによって、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合が選択される、条項８５に記載の方法。
条項８７：第２の最短距離を有する断面像スライスとして、したがって、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第２の断面像スライスが選択される、条項８６に記載の方法。
条項８８：第１の配向方向における仮想断面像ピクセルまでの距離の増加順に、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の別の断面像スライスが選択される、条項８６または８７に記載の方法。
条項８９：少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の投影および少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の投影による画素値の補間のステップが、第１の複数の第１の断面像フィーチャの少なくとも部分集合の投影および補間によって、仮想像スライスにおける第３の複数の第１の断面像フィーチャを形成することを含む、条項８５～８８のいずれか１項に記載の方法。
条項９０：投影および補間のステップが、フィーチャ抽出、閾値化演算、輪郭補間、およびモデルベース補間のうちの少なくとも１つと組み合わされる、条項８５～８９のいずれか１項に記載の方法。
条項９１：一連のＮ枚の断面像スライスごとに、深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（Ｎ枚の断面像スライスごとに、指数ｎ＝１・・・Ｎ）を生成するステップをさらに含む、条項８５～９０のいずれか１項に記載の方法。
条項９２：断面像スライスそれぞれの深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（指数ｎ＝１・・・Ｎ）が、第１の配向方向と垂直の第２の配向方向に配向した第２の半導体フィーチャを通る断面を表す複数の第２の断面像フィーチャから生成される、条項９１に記載の方法。
条項９３：断面像スライスそれぞれの深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（指数ｎ＝１・・・Ｎ）が、少なくとも２つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、断面像スライスにおける第１の断面像フィーチャの深度を決定することによって生成される、条項９１または９２に記載の方法。
条項９４：第１の半導体フィーチャが、ウェハの検査ボリュームの内側の半導体集積回路のビア、ＨＡＲ構造、またはＨＡＲチャネルのうちの少なくとも１つを含む、条項８５～９３のいずれか１項に記載の方法。
条項９５：第２の半導体フィーチャが、ウェハの検査ボリュームの内側の半導体集積回路の絶縁線または絶縁層、金属線または金属層、あるいは半導体線または半導体層のうちの少なくとも１つを含む、条項９４に記載の方法。
条項９６：一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれにおいて、少なくとも１つの第１の断面像フィーチャを決定するステップと、
一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれにおいて、少なくとも１つの第２の断面像フィーチャを決定するステップと、
をさらに含む、条項９３～９５のいずれか１項に記載の方法。
条項９７：第１の配向方向が、ウェハ表面と垂直なｚ方向であり、仮想断面像スライスが、ウェハ表面の下側の深度ＺＶにおけるウェハ表面と平行な平面において演算される、条項８５～９６のいずれか１項に記載の方法。
条項９８：仮想断面像画素座標（ｘ，ｙ）ごとに、距離Ｚｒｖ（ｍ）＝Ｚ（ｘ，ｙ；ｍ）－ＺＶがすべての深度マップＺ（ｘ，ｙ；ｎ）（指数ｎ＝１・・・Ｎ）の最小値となるように、深度ＺＶまでの最短距離を有する少なくとも第ｍの断面像スライスを選択することによって、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合が決定される、条項９７に記載の方法。
条項９９：ｚ方向における仮想断面像ピクセルまでの距離Ｚｒｖ（ｎ）の増加順に、少なくとも１枚の断面像スライスの部分集合の第２およびそれ以降の断面像スライスが選択される、条項９８に記載の方法。
条項１００：深度ＺＶが、ウェハ表面と平行な層の深度に従って調整され、これらの層が、ウェハ表面と平行な第２の配向方向に配向した第２の半導体フィーチャにより形成された、条項９７～９９のいずれか１項に記載の方法。
条項１０１：第１の仮想断面像スライスが、２つの隣り合う金属層またはワード線間の絶縁層における深度ＺＶ１において演算される、条項９７～１００のいずれか１項に記載の方法。
条項１０２：第２の仮想断面像が、ワード線の金属層の内側の深度ＺＶ２において演算される、条項９７～１０１のいずれか１項に記載の方法。
条項１０３：一連のＮ枚の断面像スライスを取得する荷電粒子ビーム画像化システムの光軸が、当該光軸とウェハ表面に垂直なｚ軸との間の角度ＧＥがＧＥ＝０°となるように、ウェハ表面と垂直に配向した、条項８５～１０２のいずれか１項に記載の方法。
条項１０４：一連のＮ枚の断面像スライスそれぞれの少なくとも１つの共通断面像フィーチャとの横方向相互位置合わせを実行するステップをさらに含む、条項８５～１０３のいずれか１項に記載の方法。
条項１０５：横方向相互位置合わせのための少なくとも１つの共通断面像フィーチャを形成するように構成された少なくとも１つの位置合わせフィーチャを検査ボリュームの近くに形成するステップをさらに含む、条項８５～１０４のいずれか１項に記載の方法。
条項１０６：横方向相互像位置合わせのステップが、像歪み偏差の減算を含む、条項１０４または１０５に記載の方法。
条項１０７：断面像スライスの数Ｎが、少なくともＮ＝１０、好ましくはＮ＞１００であり、より好ましくは、Ｎがおよそ１０００以上である、条項８５～１０６のいずれか１項に記載の方法。
条項１０８：少なくともＦＩＢカラムおよび荷電粒子画像化装置を備え、ＦＩＢカラムの第１の光軸がウェハ支持テーブルの表面と傾斜角ＧＦを成し、荷電粒子画像化装置の第２の光軸がウェハ支持テーブルの表面の法線と角度ＧＥを成し、第１および第２の光軸が交差点を形成するデュアルビーム装置において、ウェハをウェハ支持テーブルに載荷するステップと、
ウェハ支持テーブルを移動させることによりウェハ上の第１の測定部位をデュアルビーム装置の交差点と一致させるステップと、
をさらに含む、条項８５～１０７のいずれか１項に記載の方法。
条項１０９：検査ボリューム中の一連のＮ枚の断面像スライスを取得するステップにおいては、ウェハが移動しない、条項１０８に記載の方法。
条項１１０：条項８５～１０９のいずれか１項に記載の方法を実行するプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品。
条項１１１：条項８５～１０９のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成されたデュアルビーム装置。
条項１１２：条項８５～１０９のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成されたウェハ欠陥検査装置であって、
ウェハを保持するウェハステージと、
ウェハの表面に対する傾斜角ＧＦにて、ウェハの内側の検査ボリューム中の一連のＮ枚の断面表面を切削して露出させるように構成された集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラムと、
一連のＮ枚の断面表面を画像化して、一連のＮ枚の断面像スライスを形成するように構成された荷電粒子画像化装置と、
一連のＮ枚の断面像スライスから、ウェハの表面と平行に配向した仮想断面像を決定するように構成されたソフトウェアコードがインストールされた像処理ユニットと、
を備えた、ウェハ欠陥検査装置。
条項１１３：ＦＩＢカラムの傾斜角ＧＦが、３０°～８０°、好ましくは３０°～４５°である、条項１１２に記載のウェハ欠陥検査装置。
条項１１４：荷電粒子画像化装置が、ウェハ表面と垂直に配向した、条項１１２または１１３に記載のウェハ欠陥検査装置。
条項１１５：荷電粒子画像化装置が、ヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）である、条項１１２～１１４のいずれか１項に記載のウェハ欠陥検査装置。
条項１１６：ウェハ検査のためのデュアルビーム装置であって、
ウェハを支持するウェハステージと、
サンプル支持ステージの支持面に対して角度ＧＦで配置され、ウェハに対して角度ＧＦで少なくとも１枚の断面表面を切削するように構成されたガリウムＦＩＢカラムと、
ウェハステージの支持面と垂直に配置され、単一像走査によって断面表面の断面像スライスを生成するように構成されたヘリウムイオンビームカラムと、
単一像走査中に複数の二次電子を収集するように構成された二次電子検出器と、
使用時にデュアルビーム装置の動作制御を行うように構成された動作ユニットと、
を備えた、デュアルビーム装置。
条項１１７：ＦＩＢが、１μｍ超、２μｍ超、あるいは６μｍ超にわたって延びたウェハ表面の下側の深度範囲に対して、断面表面を切削するように構成された、条項１１６に記載のデュアルビーム装置。
条項１１８：動作ユニットが、フィーチャ抽出、エッジ検出、パターン認識、および画素補間のうちの少なくとも１つを実行する像処理ユニットをさらに備えた、条項１１６または１７に記載のデュアルビーム装置。
条項１１９：像処理ユニットが、深度マップ、３Ｄボリューム像、および仮想断面像のうちの１つを演算するようにさらに構成された、条項１１８に記載のデュアルビーム装置。
条項１２０：動作ユニットが、半導体フィーチャの寸法、面積、直径、角度、および形状のうちの１つを演算する欠陥検出ユニットをさらに備えた、条項１１８または１９に記載のデュアルビーム装置。
条項１２１：欠陥検出ユニットがさらに、複数の半導体フィーチャの平均、統計的偏差の一方を演算するように構成された、条項１２０に記載のデュアルビーム装置。
条項１２２：ウェハ中の検査ボリュームの３Ｄ検査のためのウェハ検査方法であって、検査ボリュームの深度範囲が１μｍ超、好ましくは２μｍ超、６μｍ超、あるいは１０μｍであり、
３Ｄ検査によって、横方向分解能が２ｎｍ未満、好ましくは１ｎｍ未満、あるいは０．５ｎｍ未満の像を生成することが、ウェハで実行される、方法。
条項１２３：像が、３Ｄ像である、条項１２２に記載の方法。
条項１２４：ＦＩＢカラムによって、検査ボリュームの深度範囲を通る少なくとも１枚の断面表面を切削するステップをさらに含む、条項１２２または１２３に記載の方法。
条項１２５：像が、ヘリウムイオン顕微鏡による単一像走査にて、検査ボリュームを通る少なくとも１枚の断面表面の少なくとも１つの像を取得することにより得られる、条項１２４に記載の方法。
条項１２６：フィーチャ抽出、エッジ検出、パターン認識、および画素補間のうちの少なくとも１つを実行する像処理をさらに含む、条項１２２または１２５に記載の方法。
条項１２７：深度マップ、３Ｄボリューム像、および仮想断面像のうちの１つを演算するステップをさらに含む、条項１２２または１２６に記載の方法。
条項１２８：半導体フィーチャの寸法、面積、直径、角度、および形状のうちの１つを演算するステップをさらに含む、条項１２２または１２７に記載の方法。
条項１２９：複数の半導体フィーチャの平均、統計的偏差の一方を演算するステップをさらに含む、条項１２２または１２８に記載の方法。
条項１３０：一連の断面像スライスから３Ｄボリューム像を形成する方法であって、少なくとも検査ボリュームの第１の断面像スライスおよび第２の断面像スライスを含む一連のＮ枚の断面像スライスを取得するステップを含み、第１および第２の断面像スライスを取得することが、ＦＩＢカラムによるほぼ角度ＧＦでの検査ボリュームに対する切削によって、少なくとも検査ボリューム中の第１および第２の断面表面をその後露出させることと、荷電粒子画像化装置によって、少なくとも第１および第２の断面表面を画像化することにより、少なくとも第１および第２の断面像スライスを取得することと、を含み、第１の断面像表面が、第２の断面表面を形成した後に第１の断面表面の平行表面セグメントが残るように、第２の断面表面よりもＦＩＢビームと垂直な方向に長く延びた状態で切削される、方法。
条項１３１：第１および第２の断面像スライスの第１の横方向相互位置合わせのため、第１の断面表面の平行表面セグメント上に少なくとも１つの位置合わせフィーチャを形成するステップをさらに含む、条項１３０に記載の方法。
条項１３２：第１および第２の断面像スライスにおいて、少なくとも１つの第１の断面像フィーチャを決定するステップと、
第１の横方向相互位置合わせに基づいて、第１および第２の断面像スライスの第２の横方向相互位置合わせを実行することにより、第１および第２の断面像スライスの所定の相互位置精度を実現するステップと、
をさらに含む、条項１３２に記載の方法。
条項１３３：第１の断面像フィーチャが、ビア、ＨＡＲ構造、またはＨＡＲチャネルの断面である、条項１３３に記載の方法。
条項１３４：第１および第２の断面像スライスにおいて、少なくとも１つの第２の断面像フィーチャを決定するステップと、
第１の断面像スライスにおける少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、第１の断面像スライスにおける少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップと、
第２の断面像スライスにおける少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、第２の断面像スライスにおける少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップと、
第２の横方向相互位置合わせにおいて、深度を考慮することにより、５ｎｍ未満、３ｎｍ未満、あるいは２ｎｍ未満の少なくとも第１および第２の断面像スライスの相互位置精度を実現するステップと、
をさらに含む、条項１３２または１３３に記載の方法。
条項１３５：少なくとも１つの第２の断面像フィーチャが、絶縁線または絶縁層、金属線または金属層、半導体線または半導体層のうちの１つの断面により形成された、条項１３４に記載の方法。
条項１３６：第１の断面像スライスと第２の断面像スライスとの間の第１の断面像フィーチャの第１の変位ΔＹ’Chを演算するステップと、
第１の断面像スライスと第２の断面像スライスとの間の第２の断面像フィーチャの第２の変位ΔＹ’WLを演算するステップと、
第１および第２の断面像スライス間の距離ｄを決定するステップと、
第１および第２の断面像スライス間の横方向相互変位ベクトルΔＹ’を決定するステップと、
をさらに含む、条項１３４または１３５に記載の方法。
条項１３７：傾斜角ＧＦが、２５°～４５°または３０°～３６°に調整された、条項１３０～１３６のいずれか１項に記載の方法。
条項１３８：ウェハ表面の下側の検査ボリューム内から取得された複数の断面像スライスの正確な位置合わせを構成する方法であって、
ウェハ表面に対して傾斜角ＧＦで配置されたＦＩＢカラムにより一連の断面表面を連続的に切削し、一連の断面像スライスを取得するようにウェハ表面の法線に対して角度ＧＥで配置された荷電粒子画像化カラムにより断面表面それぞれを画像化することによって形成された一連の断面像表面から、第１および第２の断面像スライスを含む一連の断面像スライスを取得するステップと、
第１および第２の断面像スライスの第１の粗い位置合わせを実行することにより、第１および第２の断面像スライスにおける断面像フィーチャのマッピングを取得するステップと、
第１および第２の断面像スライスの第２の細かい位置合わせを実行することにより、５ｎｍ未満、３ｎｍ未満、あるいは２ｎｍ未満の相互位置精度を実現するステップと、
を含む、方法。
条項１３９：第２の断面表面を形成した後に第１の断面表面の平行表面セグメントが残るように、第２の断面表面よりもＦＩＢビームと垂直な方向に長く延びた状態で切削することにより、第１の断面表面を形成するステップと、
第１および第２の断面像スライスの第１の横方向相互位置合わせのため、第１の断面表面の平行表面セグメント上に少なくとも１つの位置合わせフィーチャを形成するステップと、
をさらに含む、条項１３８に記載の方法。
条項１４０：第１および第２の断面像スライスにおいて、少なくとも１つの第１の断面像フィーチャを決定するステップと、
第１および第２の断面像スライスにおいて、少なくとも１つの第２の断面像フィーチャを決定するステップと、
第１の断面像スライスにおける少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、第１の断面像スライスにおける少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップと、
第２の断面像スライスにおける少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、第２の断面像スライスにおける少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップと、
第２の細かい位置合わせにおいて、深度を考慮するステップと、
をさらに含む、条項１３８または１３９に記載の方法。
条項１４１：第１の断面像スライスと第２の断面像スライスとの間の第１の断面像フィーチャの第１の変位ΔＹ’Chを演算するステップと、
第１の断面像スライスと第２の断面像スライスとの間の第２の断面像フィーチャの第２の変位ΔＹ’WLを演算するステップと、
第１および第２の断面像スライス間の距離ｄを決定するステップと、
第１および第２の断面像スライス間の横方向相互変位ベクトルΔＹ’を決定するステップと、
をさらに含む、条項１４０に記載の方法。
条項１４２：少なくとも１つの第１の断面像フィーチャが、ビア、ＨＡＲ構造、またはＨＡＲチャネルの断面である、条項１４０または１４１に記載の方法。
条項１４３：少なくとも１つの第２の断面像フィーチャが、絶縁線または絶縁層、金属線または金属層、半導体線または半導体層のうちの１つの断面により形成された、条項１４０～１４２のいずれか１項に記載の方法。
条項１４４：傾斜角ＧＦが、２５°～４５°または３０°～３６°に調整された、条項１３８～１４３のいずれか１項に記載の方法。
条項１４５：角度ＧＥが、０°に調整された、条項１４０～１４４のいずれか１項に記載の方法。
条項１４６：条項１３０～１４６のいずれか１項に記載の方法を実行するプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品。
条項１４７：条項１３０～１４６のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成されたデュアルビーム装置。
１ デュアルビーム装置
２ 動作ユニット
４．１、４．２、４．３ 第１の断面像フィーチャ
６．１、６．２ 測定部位
８ ウェハ
１０ 半導体サンプル
１１ 断面表面
１３ 検査ボリューム
１５ ウェハ支持テーブル
１６ ステージ制御ユニット
１７ 二次電子検出器
１９ 制御ユニット
２０ 位置合わせマーク
２２ 位置合わせトレンチまたはエッジ
２３ 第１の断面表面の平行表面セグメント
２４ 位置合わせマーク
２５ 集積回路フィーチャ
２６．１、２６．２、２６．３ 像セグメント
２８ 像セグメント
３０ 深度延長
３２．１、３２．２、３２．３ 位置合わせフィーチャ
３４ 深度レベルＤＬＺ
３６ 位置合わせフィーチャの距離
３８ 位置合わせフィーチャ
４０ 荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）画像化システム
４２ 画像化システムの光軸
４３ 検査点
４４ 電子ビーム
４６ 走査画像化線
４８ ＦＩＢ光軸
５０ ＦＩＢカラム
５１ 集束イオンビーム
５２ 断面表面
５３ 断面表面
５４ 断面表面
５５ ウェハ上面
５８ ＦＩＢビーム一致点
６０ ウェハ表面におけるスライス距離
６２ 検査ボリュームの底におけるスライス距離
６４ 角度拡がり
６６ 第１の切削角
６８ 第２の切削角
７２ 層Ｌ１の下面
７３．１、７３．２、７３．３ 第２の断面像フィーチャ
７４ 層Ｌ４の上側境界
７５ 柱状のＨＡＲ構造
７６．１、７６．２ 断面表面の頂部エッジ
７７．１、７７．２、７７．３ ＨＡＲチャネルの断面像セグメント
７８ ＨＡＲ構造の鉛直エッジ
７９．１ 断面像フィーチャの重心
８０ 層の水平エッジ
８２ 像処理ユニット
８４ 欠陥検出ユニット
８６ 荷電粒子カラム制御ユニット
８８ インターフェースユニット
９０ ｘ方向のＦＩＢの角度拡がり
９２ 近位トレンチ
９４ 遠位トレンチ
９６ 第１の断面表面
１００．１、１００．２、１００．３ ２Ｄ断面像
１０００ 一連の２Ｄ断面像
１２１ 仮想断面像スライス
１２３ ｙ方向の画素ラスター
１２５ ＨＡＲ構造の補間方向
１４０ ヘリウムイオン顕微鏡（ＨＩＭ）
１４２ ＨＩＭの光軸
１４６ 検査部位
１４８ 位置合わせフィーチャ
１５０ 位置合わせフィーチャ１４８の像
１５２ ｘ方向の単一走査線
１５５ ウェハステージ
１６０ 検査ボリューム
１６２ 複数の交互層
１６４ 複数のＨＡＲ構造
１６６．１、１６６．２ 仮想断面
１７５ 導電層またはワード線の断面
１７７．１、１７７．２ ＨＡＲ構造の断面
１７９．１、１７９．２ ＨＡＲ構造の仮想断面
１８１．１、１８１．ｂ 検査ボリュームのブロック
１９１ 深い検査ボリューム
２０１ 代表的な鉛直ＨＡＲプロファイル
２０３ 断面像フィーチャ
２０５ ＨＡＲ構造
２０７ デジタル像

Claims (18)

  1. 一連の断面像スライスから３Ｄボリューム像を形成する方法であって、
    少なくとも検査ボリュームの第１の断面像スライスおよび第２の断面像スライスを含む一連のＮ枚の断面像スライスを取得するステップを含み、前記第１および第２の断面像スライスを取得することは、ＦＩＢカラムによるほぼ角度ＧＦでの前記検査ボリュームに対する切削によって、少なくとも前記検査ボリューム中の第１および第２の断面表面をその後露出させることと、前記少なくとも第１および第２の断面像スライスを取得するために、荷電粒子画像化装置によって、前記少なくとも第１および第２の断面表面を画像化することと、を含み、前記第１の断面像表面が、前記第２の断面表面を形成した後に前記第１の断面表面の平行表面セグメントが残るように、前記第２の断面表面よりも前記ＦＩＢビームと垂直な方向に長く延びた状態で切削される、
    方法。
  2. 前記第１および第２の断面像スライスの第１の横方向相互位置合わせのため、前記第１の断面表面の前記平行表面セグメント上に少なくとも１つの位置合わせフィーチャを形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１および第２の断面像スライスにおいて、少なくとも１つの第１の断面像フィーチャを決定するステップと、
    前記第１および第２の断面像スライスの所定の相互位置精度を実現するために、前記第１の横方向相互位置合わせに基づいて、前記第１および第２の断面像スライスの第２の横方向相互位置合わせを実行するステップと、
    をさらに含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記第１の断面像フィーチャは、ビア、ＨＡＲ構造、またはＨＡＲチャネルの断面である、請求項３に記載の方法。
  5. 前記第１および第２の断面像スライスにおいて、少なくとも１つの第２の断面像フィーチャを決定するステップと、
    前記第１の断面像スライスにおける前記少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、前記第１の断面像スライスにおける前記少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップと、
    前記第２の断面像スライスにおける前記少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、前記第２の断面像スライスにおける前記少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップと、
    ５ｎｍ未満、３ｎｍ未満、あるいは２ｎｍ未満の前記少なくとも第１および第２の断面像スライスの相互位置精度を実現するために、前記第２の横方向相互位置合わせにおいて、前記深度を考慮するステップと、
    をさらに含む、請求項３または４に記載の方法。
  6. 前記少なくとも１つの第２の断面像フィーチャが、絶縁線または絶縁層、金属線または金属層、半導体線または半導体層のうちの１つの断面により形成される、請求項５に記載の方法。
  7. 前記第１の断面像スライスと前記第２の断面像スライスとの間の前記第１の断面像フィーチャの第１の変位ΔＹ’Chの演算と、
    前記第１の断面像スライスと前記第２の断面像スライスとの間の前記第２の断面像フィーチャの第２の変位ΔＹ’WLの演算と、
    前記第１および第２の断面像スライス間の距離ｄの決定と、
    前記第１および第２の断面像スライス間の横方向相互変位ベクトルΔＹ’の決定と、
    をさらに含む、請求項５または６に記載の方法。
  8. 前記傾斜角ＧＦは、２５°～４５°または３０°～３６°に調整される、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
  9. ウェハ表面の下側の検査ボリューム内から取得された複数の断面像スライスの正確な位置合わせを構成する方法であって、
    ウェハ表面に対して傾斜角ＧＦで配置されたＦＩＢカラムにより一連の断面表面を連続的に切削し、一連の断面像スライスを取得するために前記ウェハ表面の法線に対して角度ＧＥで配置された荷電粒子画像化カラムにより断面表面それぞれを画像化することによって形成された一連の断面像表面から、第１および第２の断面像スライスを含む一連の断面像スライスを取得するステップと、
    前記第１および第２の断面像スライスにおける断面像フィーチャのマッピングを取得するために、前記第１および第２の断面像スライスの第１の粗い位置合わせを実行するステップと、
    ５ｎｍ未満、３ｎｍ未満、あるいは２ｎｍ未満の相互位置精度を実現するために、前記第１および第２の断面像スライスの第２の細かい位置合わせを実行するステップと、
    を含む、方法。
  10. 前記第２の断面表面を形成した後に前記第１の断面表面の平行表面セグメントが残るように、前記第２の断面表面よりも前記ＦＩＢビームと垂直な方向に長く延びた状態で切削することにより、前記第１の断面表面を形成するステップと、
    前記第１および第２の断面像スライスの第１の横方向相互位置合わせのため、前記第１の断面表面の前記平行表面セグメント上に少なくとも１つの位置合わせフィーチャを形成するステップと、
    をさらに含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記第１および第２の断面像スライスにおいて、少なくとも１つの第１の断面像フィーチャを決定するステップと、
    前記第１および第２の断面像スライスにおいて、少なくとも１つの第２の断面像フィーチャを決定するステップと、
    前記第１の断面像スライスにおける前記少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、前記第１の断面像スライスにおける前記少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップと、
    前記第２の断面像スライスにおける前記少なくとも１つの第２の断面像フィーチャの横方向位置から、前記第２の断面像スライスにおける前記少なくとも１つの第１の断面像フィーチャの深度を決定するステップと、
    前記第２の細かい位置合わせにおいて、前記深度を考慮するステップと、
    をさらに含む、請求項９または１０に記載の方法。
  12. 前記第１の断面像スライスと前記第２の断面像スライスとの間の前記第１の断面像フィーチャの第１の変位ΔＹ’Chの演算と、
    前記第１の断面像スライスと前記第２の断面像スライスとの間の前記第２の断面像フィーチャの第２の変位ΔＹ’WLの演算と、
    前記第１および第２の断面像スライス間の距離ｄの決定と、
    前記第１および第２の断面像スライス間の横方向相互変位ベクトルΔＹ’の決定と、
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記少なくとも１つの第１の断面像フィーチャが、ビア、ＨＡＲ構造、またはＨＡＲチャネルの断面である、請求項１１または１２に記載の方法。
  14. 前記少なくとも１つの第２の断面像フィーチャが、絶縁線または絶縁層、金属線または金属層、半導体線または半導体層のうちの１つの断面により形成される、請求項１１～１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 前記傾斜角ＧＦは、２５°～４５°または３０°～３６°に調整される、請求項９～１４のいずれか１項に記載の方法。
  16. 前記角度ＧＥは、０°に調整される、請求項９～１５のいずれか１項に記載の方法。
  17. 請求項１～１６のいずれか１項に記載の方法を実行するプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品。
  18. 請求項１～１６のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成されたデュアルビーム装置。
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