TW202201450A - 晶圓中檢測體積的橫斷面成像之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種雙波束裝置、及藉由在半導體晶圓的表面下方具超過1 µm之較大深度延伸之檢測體積之橫斷面處理之三維電路圖案檢測技術，且更具體而言，係關於一種用於產生晶圓內部深層檢測體積的3D體積影像資料而無需從晶圓移除樣本之方法、電腦程式產品和裝置。本發明進一步關於一種3D體積影像產生、一種利用供三維電路圖案檢測之雙波束裝置之橫斷面影像對準方法。

Description

晶圓中檢測體積的橫斷面成像之方法
本發明係關於一種藉由積體電路之橫斷面處理之三維電路圖案檢測與測量技術。更具體而言，本發明係關於一種藉由在包含積體電路之半導體晶圓的測量位點處的檢測體積之橫斷面處理之三維電路圖案檢測技術，且更具體而言，係關於一種用於獲得半導體晶圓的測量位點處的檢測體積的3D體積影像之方法、電腦程式產品、和對應半導體檢測裝置。該方法採用在斜面角度下將橫斷面表面研磨成晶圓的檢測體積，並用一帶電粒子成像顯微鏡成像斜面橫斷面表面。該方法、電腦程式產品、和裝置係可利用於對半導體晶圓內的積體電路進行定量計量、缺陷偵測、製程監控、缺陷複檢、和檢測。
半導體結構係最好的人造結構中一者，且幾乎沒有瑕疵。這些罕見瑕疵係缺陷偵測或缺陷複檢或定量計量裝置正在尋找之表徵。所製造之半導體結構係基於知識背景。半導體結構係由平行於基板之一系列層所製造。舉例來說，在邏輯型樣本中，金屬線係在金屬層或高深寬比(High Aspect Ratio，HAR)結構中平行延伸，而金屬貫孔垂直於金屬層延伸。不同層中金屬線之間的角度為0°或90°。另一方面，對於VNAND型結構，已知其橫斷面通常為圓形。
在積體電路的製造中，特徵尺寸變得越來越小。目前最小特徵尺寸或臨界尺寸(Critical Dimension，CD)為小於10 nm(例如7 nm或5 nm)，且在不久的將來接近小於3 nm。因此，測量圖案的邊緣形狀，並用高精確度判定特徵的尺寸或線邊緣粗糙度變得富有挑戰性。圖案的邊緣形狀或線的粗糙度係容易受到幾種影響。一般來說，線或圖案的邊緣形狀可能係容易受到所涉及材料自身的性質、微影曝光、或任何其他所涉及製程步驟(如蝕刻、沉積、或植入)影響。帶電粒子系統的測量解析度通常係受到樣本上每個像素之個別影像點或駐留時間的取樣光柵及帶電粒子束(Charged Particle Beam，CPB)直徑之限制。取樣光柵解析度係可在成像系統內進行設定，並可適配於樣本上帶電粒子束直徑。一般光柵解析度為2 nm或更低，但可降低光柵解析度限制而無物理限制。帶電粒子束直徑具有有限尺寸，此取決於帶電粒子束操作條件和透鏡。波束解析度係受到大致一半的波束直徑限制。解析度可為小於2 nm，例如甚至小於1 nm。
隨著積體半導體電路的特徵尺寸變得越來越小，以及對帶電粒子成像系統的解析度之要求越來越高，對晶圓中積體半導體電路進行檢測和3D分析變得越來越富有挑戰性。一半導體晶圓具有300 mm的直徑並由複數個的若干位點構成，所謂的晶粒，每個包含諸如例如用於記憶體晶片或用於處理器晶片之類的至少一積體電路圖案。半導體晶圓經過約1000個製程步驟，且在半導體晶圓內，形成約100及更多平行層，包含電晶體層、中段製程層、和內連線層；及在記憶體裝置中，記憶體晶胞的3D陣列。
在nm(奈米)尺度上從半導體樣本產生3D斷層攝影資料之常見方式，係例如藉由雙波束裝置所闡述所謂的切片與影像方法。在此一裝置中，兩粒子光學系統係以一角度進行設置。第一粒子光學系統可為掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)。第二粒子光學系統可為使用例如鎵(Ga)離子之聚焦離子束(Focused Ion Beam，FIB)光學系統。鎵離子的聚焦離子束(FIB)係用於在半導體樣本的邊緣處逐切片切掉各層，且每個橫斷面係使用掃描式電子顯微鏡(SEM)進行成像。兩粒子光學系統或許係垂直或以45°至90°之間角度進行定向。圖1顯示切片與影像方法的示意圖：使用FIB光學柱50，具z方向上之聚焦離子束51，及y-z平面中之掃描，移除來自穿越半導體樣本10之橫斷面之薄層，以將新前表面52顯露為橫斷面表面52。在下一步驟中，例如SEM 40係用於橫斷面表面52的前表面的掃描成像。在此實施例中，SEM光學軸42係平行於x方向進行定向，且影像係藉由沿著y-z平面中之掃描成像線46掃描電子束44所產生。在執行橫斷面表面52的光柵掃描之後，形成橫斷面影像切片100.1。藉由穿越例如前橫斷面表面53和54重複FIB研磨和SEM成像的這種方法，獲得具距離d之橫斷面影像切片100.2和100.3。最後，獲得以不同深度穿越樣本之一系列2D橫斷面影像1000。兩後續影像切片之間的距離d可為在1 nm至數十nm(例如30 nm)之間。從該系列這些2D橫斷面影像1000，可重新建構積體半導體結構的3D影像。
圖1例示以藉由已知技術從半導體晶圓所移除之塊體形積體半導體樣本10的實施例之切片與影像方法。基準點(Fiducial)係形成在塊體樣本上方。常見方法係借助於所謂的基準點，推導出每個切片的側向定位以及層與層之間的距離。US 9,633,819 B2揭示一種基於暴露於樣本頂部之引導結構(「基準點()」)之對準方法。US 7,348,556說明一種用於從一系列連續影像切片判定三維表面粗糙度之表面上對準標記。
先前技術的常見切片與影像方法係不適用於晶圓內部檢測體積。採用常見切片與成像方法，需要從半導體晶圓移除或提取樣本，然後才可能進行切片與影像方法以獲取樣本的3D體積影像。因此，任務係提供適用於晶圓中檢測體積的3D體積影像產生而無需移除樣本之切片與影像方法。
US 7,438,556顯示一種用雙波束FIB/SEM工具判定線邊緣或表面粗糙度的方法。一連串橫斷面表面係藉由垂直於樣本表面之FIB研磨所產生。一系列橫斷面係在約10 nm或更長的切片距離處所產生。基準點係為了判定橫斷面的側向定位而施加在頂部表面上。SEM係與樣本表面的法線傾斜，並係用於形成一系列橫斷面影像。從每個橫斷面影像，判定平行於晶圓表面之方向上之特徵的臨界尺寸(CD)。特徵的線邊緣粗糙度係從CD進行判定，其中在每個橫斷面影像中，特徵的邊緣係參照基準點進行判定。垂直於樣本表面之邊緣定位，係參照基準點及SEM的已知角度進行判定。因此，不可能精確判定特徵的深度。因此，所提出方法係限於平行於樣本表面延伸之半導體特徵的1D測量。尤其是，所提出方法並未提供用於精確判定晶圓表面下方半導體特徵的深度之構件。
為了分析重複且深層半導體特徵(如記憶體裝置的HAR結構)，提出用小斜面角度的用於研磨之FIB波束在單個楔形切口幾何形狀下進行切片和成像。舉例來說，US 9,466,537顯示一種檢測具模製層之半導體裝置的方法。藉由以傾斜角度研磨成模製層中，形成穿越模製層之傾斜橫斷面表面。為達成所需傾斜角度，在研磨步驟與成像步驟之間將夾持調查中樣本之載台側傾。分析切口或橫斷面表面的所獲得影像，並例如相對於用作參考之選定半導體特徵推導出半導體特徵的中心定位。主張從此分析，可推導出與製造程序之製程偏差。然而，已證明對單個切口或橫斷面進行分析並利用欲觀測特徵作為參考的準確度有限，且並未提供監控製造程序所需之資訊。再者，在研磨與成像之間傾斜載台之要求，對於高處理量檢測任務為不切實際。
US 10,026,590揭示一種藉由以掠射角將單個橫斷面表面研磨成樣本而檢測欲觀測特徵的類似方法，且虛擬特徵係從不同深度處欲觀測之不同特徵的橫斷面所建構。深度係根據特徵的橫斷面到溝槽的邊緣的側向距離進行判定。改良虛擬特徵的深度解析度，可用附加研磨操作達成。為監控研磨操作，提出垂直於FIB波束之對準基準點。然而，已證明在很小掠射角下進行研磨為不可能或導致研磨操作的結果不精確，且從少數橫斷面推導出虛擬特徵的準確度受限，且並未提供監控製造程序所需之資訊。此外，從溝槽或切口的邊緣進行深度判定為不準確，且在垂直於FIB波束之表面處施加基準點係困難且耗時製程。
隨著半導體裝置的多層堆疊的個別層的厚度遞減，用於將橫斷面表面研磨成晶圓的檢測體積中之所需斜面角度變得越來越小，例如小於5°或甚至小於3°。此一方法係在US 9941096 BB中進行說明。然而，不可能用實際設置成此小斜面角度。以橫斷面表面的例如小於15°的很小角度研磨成約5 µm或更深的多層結構的深度的深層半導體結構中，需要在研磨波束的方向上用很大表面的FIB研磨越過很大長度，對於更深的結構延伸超出40 µm或甚至100 µm。研磨此較大表面耗時，且表面品質隨著更深的層而急劇降低。再者，較大橫斷面表面超過10 µm至20 µm之間的一般高解析度帶電粒子成像裝置的視野(Field of view，FOV)，且較大橫斷面表面的成像需要影像拼接(Stitching)。US 10184790提出一種影像拼接以形成傾斜表面的2D影像的方法，其中用樣本的側向移位獲得一系列SEM影像，並將影像拼接在一起以形成傾斜表面的單個2D影像。深度係參照溝槽的邊緣(在SEM影像中一者中可見)進行測量。因此，深度判定為不準確。所取得2D資訊和有限準確度對於近來要求為不足。因此，本發明的任務係提供用於3D體積影像產生(包括用高品質成像深層結構)之晶圓檢測工具與方法。
US 2009 296073說明一種藉由研磨實質上平行於晶圓表面之表面而分析半導體特徵的方法。然而，尚不清楚如何藉由用FIB進行研磨而無需從晶圓移除樣本，而達成平行於晶圓表面或甚至為小於5°或10°之很小角度之足夠準確度的表面。
近來發展需要在可觀更高處理量之更高準確度，包括精確判定晶圓表面下方半導體特徵的深度。因此，任務係提供適用於晶圓中檢測體積的3D體積影像產生而無需移除樣本之切片與影像方法。晶圓的檢測體積中特徵的深度必須用高精確度判定。因此，任務係提供適用於在深度上具高解析度之晶圓中體積的3D體積影像產生而無需移除樣本之切片與影像方法。本發明的進一步任務係提供能夠檢測晶圓的檢測體積中之缺陷而無需從晶圓移除樣本之晶圓缺陷檢測裝置與方法。
近來，對半導體電路進一步積層之趨勢導致形成在矽晶圓中或其上之交替層的堆疊甚至更高。目前記憶體晶片包含最多可達一百多個不同層，例如92個層。約100個層的堆疊到達超過6 µm的高度的厚度，且目前和未來堆疊高度正逐漸到達10 µm。隨著堆疊高度增加，深層結構的成像對於晶圓中檢測體積變得越來越富有挑戰性。因此，任務係提供用於3D體積影像產生(包括成像深層結構而無需破壞晶圓)之晶圓檢測工具與方法。
除了深度增加之外，層之每一者的厚度變得越來越小。對於檢測任務，所需為獲得穿越一單層(例如字線或絕緣層)中之複數個HAR結構之橫斷面影像。因此，任務係為了產生穿越單層中之HAR結構之橫斷面而提供用於3D體積影像產生之晶圓檢測工具與方法，而無需從晶圓移除樣本。
隨著深度增加，用帶電粒子成像束成像較大深度延伸的檢測體積的橫斷面表面變得越來越富有挑戰性。因此，任務係為了檢測晶圓內部具較大深度延伸之檢測體積中，而提供用於3D體積影像產生之雙波束裝置與方法。
用於線上檢測之一般晶圓檢測任務需要很高處理量。因此，本發明的進一步任務係在晶圓中製造之半導體裝置中提供高處理量的3D體積檢測。
任務係由藉由本發明的多個具體實例中所給出之實施例所述的本發明而解決。
本發明的目的係提供一種用雙波束裝置對晶圓中檢測體積進行3D檢測的方法，及一種構造成用於檢測晶圓中檢測體積而無需從晶圓提取或移除檢測體積之雙波束裝置。本發明之進一步目的係提供一種具用於執行用雙波束裝置對晶圓中檢測體積進行3D檢測的方法之程式碼之電腦程式產品。根據多個具體實例對晶圓中的檢測體積進行3D檢測係以楔形切口幾何形狀進行。楔形切口幾何形狀使得能夠調查具約10 µm至15 µm的側向延伸之檢測體積中，及最深可達10 µm或更深的晶圓內之深度延伸，而無需破壞晶圓或無需從晶圓提取樣本體積。在楔形切口幾何形狀下之切片與成像方法，係能夠用小於5 nm、最好為小於2 nm、甚至更好小於1 nm的高側向解析度產生晶圓的整個檢測體積的3D代表圖或3D體積影像。對於整個檢測體積中，提供用於3D檢測之3D體積影像。
本發明提供藉由對積體電路之橫斷面處理和3D體積影像資料產生而無需從來自晶圓之樣本移除之雙波束裝置和3D測量方法。尤其是，提供雙波束裝置，及在晶圓的表面下具較大深度延伸的檢測體積的高解析度之晶圓檢測方法。本發明提供用於晶圓內部檢測體積的三維電路圖案檢測而無需從晶圓移除樣本之3D測量方法。更具體而言，本發明係關於一種藉由對包含積體電路之半導體晶圓的測量位點處的檢測體積之橫斷面處理之三維電路圖案檢測技術，且更具體而言，係關於一種用於獲得半導體晶圓的測量位點處的檢測體積的3D體積影像而無需從晶圓移除樣本之方法、電腦程式產品、和對應半導體檢測裝置。該方法藉由利用第二橫斷面影像特徵而採用第一橫斷面影像特徵的深度判定。複數個第二橫斷面影像特徵對應於積體電路的多層中之多個結構，或一般來說，對應於已知或預定深度的結構。在實施例中，第一橫斷面的深度判定係相對於複數個第二橫斷面影像特徵之相對深度判定。在獲取和對準至少一橫斷面影像切片以及第一橫斷面影像特徵的深度判定之後，晶圓的測量位點處的檢測體積係例如為了晶圓的製造誤差而進行評估。分析製造誤差，並進行例如所製造晶圓的故障分析。在實施例中，分析製造誤差，並改良例如用於製造晶圓之指定製造程序步驟。該方法、電腦程式產品、和裝置係可利用於對半導體晶圓內積體電路進行定量計量、缺陷偵測、製程監控、缺陷複檢、和檢測。
根據本發明的具體實例，用第一雙波束裝置對晶圓之至少一第一檢測體積進行晶圓檢測的方法包含下列步驟：將晶圓裝載在雙波束裝置中的一晶圓支撐台上，雙波束裝置至少包含一FIB柱和一帶電粒子成像裝置，其中FIB柱的第一光學軸與晶圓支撐台的一表面形成斜面角度GF；及帶電粒子成像裝置的第二光學軸與晶圓支撐台的表面之法線形成角度GE，第一與第二光學軸形成相交點。晶圓檢測的該方法更包含下列步驟：移動晶圓支撐台以使晶圓上的第一測量位點與雙波束裝置的相交點重合；及用FIB柱在第一檢測體積中以斜面角度GF研磨第一橫斷面表面。晶圓檢測的該方法更包含用帶電粒子成像裝置產生第一橫斷面表面的第一橫斷面影像切片。晶圓檢測的該方法更包含下列步驟：獲得第一檢測體積(包含用有關複數個第一半導體特徵之先驗資訊分析該至少一第一橫斷面影像切片的步驟)中複數個第一半導體特徵的效能指標。在實施例中，第一半導體特徵係貫孔、HAR結構、或HAR通道中一者，且分析的步驟包含影像處理的步驟，以提取代表複數個第一半導體特徵的橫斷面在斜面角度GF之複數個第一橫斷面影像特徵，且影像處理包含特徵提取、邊緣偵測、圖案辨識、或像素插值之至少一者。在實施例中，獲得效能指標的步驟更包含下列步驟：從複數個第一橫斷面影像特徵之至少一者計算第一半導體特徵的至少一說明性參數，其中說明性參數係尺寸、直徑、角度、面積、形狀、或體積中一者。在實施例中，獲得效能指標的步驟更包含下列步驟：計算複數個第一半導體特徵的該至少一說明性參數的平均或統計偏差中一者。在實施例中，分析的步驟更包含產生第一橫斷面影像切片的深度圖Z(x, y)。在實施例中，產生深度圖的步驟更包含判定第一橫斷面影像切片之至少兩第二橫斷面影像特徵；及從該至少兩第二橫斷面影像特徵的側向定位判定深度圖Z(x, y)。該至少兩第二橫斷面影像特徵可代表檢測體積內不同深度處積體半導體結構或特徵。複數個第一半導體特徵係可在垂直於晶圓表面之方向上延伸，且第二橫斷面影像特徵可包含半導體結構的橫斷面，其在平行於晶圓表面之方向上延伸。在實施例中，第二橫斷面影像特徵至少包含絕緣體線或層、金屬線或層、半導體線或層中一者的橫斷面。獲得效能指標的步驟可更包含推導出複數個第一半導體特徵與複數個第一橫斷面影像特徵的側向定位的側傾角度偏差，側傾角度偏差係第一半導體特徵相對於晶圓表面的軸法線的角度。
在實施例中，晶圓檢測的該方法更包含下列步驟：從以斜面角度GF所設置之複數個第一橫斷面影像特徵以及深度圖Z(x, y)，推導出第一複數個半導體特徵的3D代表圖。
在實施例中，分析的步驟更包含將第一橫斷面影像切片與穿越參考晶圓或晶粒的檢測體積之2D數位影像切片進行比較。2D數位影像切片可為在參考晶圓或晶粒的先前測量中所獲得並儲存在記憶體中之橫斷面影像切片。在實施例中，2D數位影像切片係虛擬橫斷面影像切片，且其中虛擬橫斷面影像切片係從儲存在記憶體中之3D體積影像資料所產生。在實施例中，3D體積影像資料係在參考晶圓或晶粒的檢測體積的先前切片與影像測量中所獲得，並儲存在記憶體中。在實施例中，先前切片與影像測量係用至少包含第二FIB柱和第二帶電粒子成像裝置之第二雙波束裝置所進行。在實施例中，先前切片與影像測量係藉由第一雙波束裝置所進行。
在實施例中，晶圓檢測的該方法更包含： - 移動晶圓支撐台以使晶圓的第二測量位點與第一雙波束裝置的相交點重合； - 用FIB柱在第二檢測體積中以斜面角度GF研磨第二橫斷面表面； - 用帶電粒子成像裝置產生第二橫斷面表面的第二橫斷面影像切片； - 藉由用有關複數個第一半導體特徵之先驗資訊分析第一和第二橫斷面影像切片，而獲得第一與第二檢測體積中的複數個第一半導體特徵的效能指標。
在實施例中，在第一檢測體積中的第一橫斷面表面的研磨與第二檢測體積中的第二橫斷面表面的研磨之間，晶圓支撐台係相對於垂直於晶圓支撐表面之軸進行旋轉，且推導出複數個第一半導體特徵的側傾角度偏差的步驟可包含對第一與第二橫斷面影像切片進行分析。
本發明進一步提供晶圓缺陷檢測裝置，其中晶圓缺陷檢測裝置係構造成檢測晶圓中檢測體積中，而檢測體積並未從晶圓進行提取，其包含： - 聚焦離子束(FIB)柱，其構造成用於穿越晶圓中的第一檢測體積中，以斜面角度GF研磨和暴露出至少一第一橫斷面表面； - 帶電粒子成像裝置，其構造成用於成像該至少第一橫斷面表面，以形成第一橫斷面影像切片； - 影像處理單元，其安裝有構造成判定該至少第一橫斷面影像切片中複數個橫斷面影像特徵，並判定檢測體積內複數個橫斷面特徵的深度之軟體碼，複數個橫斷面影像特徵係檢測體積內部斜面角度GF處半導體結構的橫斷面； - 缺陷偵測單元，其構造成從與檢測體積內部半導體結構的預定性質之複數個橫斷面影像特徵偏差判定。在實施例中，安裝有軟體碼之影像處理單元係進一步構造成用於從以斜面角度GF所設置之複數個第一橫斷面影像特徵計算複數個第一半導體結構的3D代表圖。在實施例中，晶圓缺陷檢測裝置更包含記憶體，其用於儲存先驗資訊。記憶體裝置可為控制單元或控制單元的影像處理單元的一部分。
根據本發明的具體實例，用雙波束裝置對晶圓中檢測體積進行檢測的該方法包含下列步驟：將晶圓裝載在雙帶電粒子束工具中之晶圓支撐台上；及移動晶圓支撐台以使晶圓的第一測量位點與FIB和帶電粒子成像裝置的光學軸的相交點重合。該方法更包含下列步驟：獲得至少包含檢測體積中第一橫斷面影像切片和第二橫斷面影像切片之一系列或複數個N個橫斷面影像切片。橫斷面影像切片的數量N為至少N = 10、最好N ＞ 100、例如N約為300以上、例如N ＞ 1000。獲得複數個橫斷面影像切片藉由後續藉由大致以角度GF用FIB柱研磨成檢測體積而暴露出檢測體積中複數個N個橫斷面表面，及用帶電粒子成像裝置成像複數個N個橫斷面表面之每一者，以獲得複數個橫斷面影像切片。複數個橫斷面表面至少包含第一和第二橫斷面表面。複數個橫斷面影像切片至少包含第一和第二橫斷面影像切片。該方法更包含判定第一和第二橫斷面影像切片中之至少一第一橫斷面影像特徵；及判定第一和第二橫斷面影像切片中之至少一第二橫斷面影像特徵；及從第一橫斷面影像切片中的該至少一第二橫斷面影像特徵的側向定位判定第一橫斷面影像切片中的該至少一第一橫斷面影像特徵的深度。在實施例中，在獲得檢測體積中的該系列N個橫斷面影像切片的步驟期間，並未移動晶圓。
再者，晶圓中檢測體積的檢測方法進一步視需要而定包含下列步驟：進行第一和第二橫斷面影像切片與該至少一共同橫斷面影像特徵的相互側向對準。在實施例中，共同橫斷面影像特徵係呈現在第一和第二橫斷面影像切片中之第一橫斷面影像特徵。在另一實施例中，共同橫斷面影像特徵係提供或存在於檢測體積附近之對準特徵的影像部段。相互側向影像對準的步驟係視需要而定進一步藉由對該至少第一與第二橫斷面影像切片之間影像失真偏差進行減去或數值補償而加以改良。
根據晶圓中檢測體積的檢測方法的具體實例，判定第一橫斷面影像切片中的第一橫斷面影像特徵的深度，並藉由利用幾個步驟之演算法而推導出檢測體積的3D體積影像。第一步驟係橫斷面影像特徵偵測和分類，其偵測並將橫斷面影像特徵分類為第一橫斷面影像特徵和第二橫斷面影像特徵。第二步驟係從複數個橫斷面影像切片中之第二橫斷面影像特徵產生深度圖。第三步驟係基於深度圖判定每個第一橫斷面影像特徵的深度。第四步驟係產生檢測體積中欲觀測半導體結構的3D體積影像。第五步驟係推導出3D體積影像中欲觀測半導體結構的積體電路特徵或性質。第六步驟係推導出3D體積影像中欲觀測半導體結構的積體電路特徵或性質的缺陷。在晶圓中檢測體積的檢測方法的實施例中，用於研磨複數個橫斷面表面之FIB波束的斜面角度GF為可調整。隨著斜面角度GF的改變，改變檢測體積的所涵蓋深度範圍。在晶圓中檢測體積的檢測方法的實施例中，後續橫斷面表面之間的距離為可調整。在實施例中，對於橫斷面影像表面的至少一些距離，複數個橫斷面表面之間的距離係可調整為不同。藉由距離的調整，檢測體積的3D體積影像的處理量和解析度係對晶圓檢測任務的需要完全或局部進行調整。
根據晶圓中檢測體積的檢測方法的具體實例，判定深度圖或深度的步驟包含判定第二橫斷面影像特徵的側向定位。第一橫斷面影像切片中的第一橫斷面影像特徵的深度圖或深度，係從第一橫斷面影像切片中的第二橫斷面影像特徵的第一定位與第二橫斷面影像切片中的第二橫斷面影像特徵的第二定位的側向差異進行判定。透過第二橫斷面影像特徵之深度判定，並未利用代表例如記憶體裝置的HAR通道之第一橫斷面影像特徵。第一橫斷面影像特徵以及半導體結構的製造中之誤差(由第一橫斷面影像特徵所代表，例如檢測體積內之整個三維HAR結構)，係用高準確度進行判定。在晶圓中檢測體積的檢測方法的各實施例中，相對於晶圓表面之側傾或擺動、或HAR結構製造中之對準誤差、或記憶體堆疊定向，係用高準確度和低模糊性進行判定。在晶圓中檢測體積的檢測方法的實施例中，HAR結構係在晶圓的整個檢測體積中多個深度中進行調查和比較。
根據晶圓中檢測體積的檢測方法的具體實例，兩第二橫斷面影像特徵的定位係在第一橫斷面影像切片中進行判定，其中第二橫斷面影像特徵的每個代表檢測體積內預定深度處積體半導體結構。在實施例中，判定第一橫斷面影像切片中的第一橫斷面影像特徵的深度或第一橫斷面影像切片的深度圖的步驟，係從兩第二橫斷面影像特徵的側向定位進行判定。
在晶圓中檢測體積的檢測方法的具體實例中，該方法包含形成至少一對準特徵的進一步步驟。該至少一對準特徵係形成或暴露在檢測體積附近。對準特徵係構造成用於複數個橫斷面影像切片(包括第一和第二橫斷面影像切片)的相互側向對準。在具體實例中，對準特徵係製造在檢測體積上方，並構造成用於判定由橫斷面表面與晶圓表面的相交處所形成之邊緣的定位。在實施例中，對準特徵係提供或暴露在附加溝槽或多個溝槽中一定深度或多個深度中，以使得能夠在超出晶圓表面之檢測體積中不同成像深度中對準。再者，晶圓中檢測體積的檢測方法進一步視需要而定包含下列步驟：進行第一和第二橫斷面影像切片與該至少一共同橫斷面影像特徵的相互側向對準。在實施例中，共同橫斷面影像特徵係呈現在第一和第二橫斷面影像切片中之第一橫斷面影像特徵。在另一實施例中，共同橫斷面影像特徵係提供或存在於檢測體積附近之對準特徵的影像部段。相互側向影像對準的步驟係視需要而定進一步藉由對該至少第一與第二橫斷面影像切片之間影像失真偏差進行減去或數值補償而加以改良。
根據本發明的具體實例，一系列N個橫斷面影像切片係至少包含檢測體積的第一橫斷面影像切片和第二橫斷面影像切片，其中相較於第二橫斷面表面，第一橫斷面影像表面係被研磨而在垂直於FIB波束之方向上具有更大延伸，使得在形成第二橫斷面表面之後保持第一橫斷面表面的平行表面部段。為了第一和第二橫斷面影像切片的第一相互側向對準，而至少一對準特徵係可形成在第一橫斷面表面的平行表面部段上以及第二橫斷面表面附近。
根據本發明的具體實例，獲得晶圓表面下方檢測體積的複數個橫斷面影像切片的精確對準。第一與第二橫斷面影像切片的第一粗略對準係例如藉由形成在檢測體積附近之附加對準特徵所進行。採用第一對準，獲得第一與第二橫斷面影像切片中橫斷面影像特徵的映射。第一與第二橫斷面影像切片的第二精確對準係利用晶圓表面下方檢測體積內半導體結構的橫斷面影像特徵，並達成具小於5 nm、3 nm、或甚至小於2 nm之準確度之相互定位準確度。在實施例中，第二精確對準包括計算第一橫斷面影像切片與第二橫斷面影像切片之間的第一橫斷面影像特徵的第一位移
Figure 02_image001
；計算第一橫斷面影像切片與第二橫斷面影像切片之間的第二橫斷面影像特徵的第二位移
Figure 02_image003
；第一與第二橫斷面影像切片之間距離d的判定；及第一與第二橫斷面影像切片之間相互側向位移向量
Figure 02_image005
的判定。藉此，採用此兩步驟對準製程，避免配準誤差並可達成精確對準。
在晶圓中檢測體積的檢測方法的實施例中，獲得一系列N個橫斷面影像切片的步驟包含獲取多個側向所位移影像部段；及拼接多個側向所位移影像部段以形成橫斷面影像切片。在實施例中，獲取多個影像部段，帶電粒子成像顯微鏡為了至少一子組多個影像部段，而包括帶電粒子成像裝置的焦點定位的改變。藉此，即使檢測體積在垂直於晶圓表面之方向上具有較大延伸，但仍然維護高解析度成像。
在晶圓中檢測體積的檢測方法的具體實例中，施加扇形波束斷層攝影方法。在此具體實例中，檢測體積中的複數個或該系列N個橫斷面影像切片包含在第一方向上藉由掃描單元而掃描FIB柱的聚焦離子束，以藉由FIB研磨而暴露出檢測體積內第一橫斷面表面；在垂直於第一方向之第二方向上藉由掃描單元而側傾聚焦離子束；及在第一方向上藉由掃描單元而掃描聚焦離子束，以藉由FIB研磨而暴露出檢測體積內第二橫斷面表面，使得第一與第二橫斷面表面與晶圓表面形成大致斜面角度GF的不同角度。採用扇形波束斷層攝影方法，複數個橫斷面表面與晶圓表面形成不同角度，其中角分散GZ以斜面角度GF為中心。在扇形波束斷層攝影方法中，在獲得檢測體積中的複數個橫斷面影像切片的步驟期間，並未移動晶圓。
在具體實例中，以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像方法及晶圓中檢測體積的檢測方法包含失真補償。橫斷面影像切片中之影像失真例如由偏離0°之角度GE下之帶電粒子成像束引起，例如對於10°或更大的波束角度。影像失真的其他來源係帶電粒子成像裝置的影像掃描單元中的誤差、帶電粒子成像裝置的焦點定位的動態改變、或橫斷面表面與平面形狀的偏差。相較於半導體設計的先驗知識，橫斷面影像切片中之影像失真係例如從預定角度GE或從第二橫斷面影像特徵進行判定，且影像失真係在數位上進行補償。
本發明的具體實例包含演算法和方法，以產生檢測體積的3D體積影像。在第一步驟中，橫斷面影像特徵係例如藉由此領域已知物件偵測方法，在複數個橫斷面影像切片中進行偵測。橫斷面影像特徵係在特徵分類中進一步進行分類，且橫斷面影像特徵係分類為第一橫斷面影像特徵和第二橫斷面影像特徵。在第二步驟中，從如前述代表已知或參考深度的特徵之第二橫斷面影像特徵，深度圖係針對每個橫斷面影像切片所產生。深度圖可為以nm為單位之絕對深度圖，或相對於由第二積體半導體特徵(例如指定層或構成積體電路之複數個平面層中之特徵)的相對深度所給定之參考所縮放之相對深度圖。在第三步驟中，每個第一橫斷面影像特徵的深度係基於深度圖進行判定。第四步驟係產生檢測體積的3D體積影像，其包含來自複數個橫斷面影像切片之每一者的複數個深度圖之複數個第一橫斷面影像特徵的深度資訊。從深度圖連同複數個橫斷面影像切片的複數個第一橫斷面影像特徵，檢測體積的3D體積影像係例如藉由投影和插值虛擬橫斷面影像切片所產生。第五步驟係推導出3D體積影像中欲觀測積體電路結構的性質，例如HAR結構的特徵或性質等，例如側傾角度或擺動。第六步驟係推導出3D體積影像中的積體電路特徵或性質的缺陷。在實施例中，積體電路特徵偏離其側向設計定位或偏離超出晶圓表面之深度中的定位，對應於例如HAR結構的製造誤差。製造誤差的偵測係晶圓缺陷檢測的特別欲觀測事項。透過第二橫斷面影像特徵利用第一橫斷面影像特徵的深度判定方法，使得能夠用高精確度判定HAR結構的製造誤差，包括像是所有HAR結構的全域側向偏移之全域偏移誤差。
在具體實例中，提供從一組橫斷面影像切片獲得虛擬橫斷面影像或一系列虛擬橫斷面影像的方法，每個虛擬影像切片包含複數個虛擬橫斷面影像像素。該方法包含下列步驟：藉由將一系列N個橫斷面表面以斜面角度GF交替成像和研磨成晶圓內部的檢測體積中，而獲得一系列N個橫斷面影像切片；及判定步驟，以判定第一半導體特徵的第一定向方向，第一半導體特徵在該系列N個橫斷面影像切片中形成第一複數個第一橫斷面影像特徵。獲得虛擬橫斷面影像或一系列虛擬橫斷面影像的該方法更包含計算步驟，以計算垂直於第一定向方向之虛擬橫斷面影像，其中對於每個虛擬橫斷面影像像素，像素值係藉由該系列N個橫斷面影像切片在第一定向方向上的子組至少一橫斷面影像切片的投影，並藉由來自子組至少一橫斷面影像切片的投影之像素值的插值而進行計算。在獲得至少虛擬橫斷面影像的該方法中，橫斷面影像切片的數量N為至少N = 10、最好N ＞ 100、例如N約為1000或以上。
在獲得至少虛擬橫斷面影像的該方法的實施例中，對於每個虛擬橫斷面影像像素，子組至少一橫斷面影像切片係藉由在第一定向方向上評估該系列N個橫斷面影像切片的每個橫斷面影像切片到虛擬橫斷面影像像素的距離，並選擇具最小距離之至少第一橫斷面影像切片而進行選擇。在實施例中，子組至少一橫斷面影像切片的第二橫斷面影像切片，係相對選擇為具第二最小距離之橫斷面影像切片。在進一步實施例中，子組至少一橫斷面影像切片的進一步橫斷面影像切片，係在第一定向方向上以到虛擬橫斷面影像像素之遞增距離的序列進行選擇。
在獲得至少虛擬橫斷面影像的該方法的具體實例中，投影子組至少一橫斷面影像切片並插值來自子組至少一橫斷面影像切片的投影之像素值的步驟，包含投影和插值至少一子組第一複數個第一橫斷面影像特徵，以在虛擬影像切片中形成第三複數個第一橫斷面影像特徵。在實施例中，投影和插值的步驟係與特徵提取、臨界設定操作、輪廓插值、或基於模型插值之至少一者進行組合。採用特徵提取、臨界設定操作或輪廓插值、或基於模型插值，第一橫斷面影像特徵係在子組至少一橫斷面影像切片中進行偵測，且虛擬影像切片中的第三複數個第一橫斷面影像特徵係用高精確度進行插值。
在獲得至少虛擬橫斷面影像的該方法的具體實例中，該方法更包含下列步驟：對於該系列N個橫斷面影像切片之每一者，產生針對N個橫斷面影像切片之每一者的深度圖Z(x, y; n)，其中索引n = 1…N。在實施例中，橫斷面影像切片之每一者的深度圖Z(x, y; n)，其中索引n = 1…N，係從複數個第二橫斷面影像特徵所產生，複數個第二橫斷面影像特徵代表穿越定向在第二定向方向上之第二半導體特徵之橫斷面，第二定向方向係垂直於第一定向方向。在實施例中，橫斷面影像切片之每一者的深度圖Z(x, y; n)，其中索引n = 1…N，係藉由從橫斷面影像切片之至少兩第二橫斷面影像特徵的側向定位判定橫斷面影像切片中的第一橫斷面影像特徵的深度所產生。
在實施例中，產生針對虛擬橫斷面影像之深度圖ZV(x, y)。從深度圖ZV(x, y)以及針對N個橫斷面影像切片之每一者的複數個深度圖Z(x, y; n)，其中索引n = 1…N，子組至少一橫斷面影像切片係藉由評估第一定向方向上針對每個橫斷面影像切片之每個深度圖Z(x, y; n)到虛擬橫斷面影像像素的深度圖ZV(x, y)的距離，並選擇具最小距離之至少第一橫斷面影像切片而進行選擇。
在實施例中，子組至少一橫斷面影像切片的第二橫斷面影像切片，係相對選擇為具第二最小距離之橫斷面影像切片。在進一步實施例中，子組至少一橫斷面影像切片的進一步橫斷面影像切片，係在第一定向方向上以到虛擬橫斷面影像像素之遞增距離的序列進行選擇。
在獲得至少虛擬橫斷面影像的該方法的具體實例中，第一半導體特徵包含晶圓的檢測體積內部的積體半導體電路的貫孔、HAR結構、或HAR通道之至少一者。第二半導體特徵包含晶圓的檢測體積內部的積體半導體電路的絕緣體線或層、金屬線或層或字線、或半導體線或層之至少一者。該方法更包含下列步驟：判定該系列N個橫斷面影像切片之每一者的至少一第一橫斷面影像特徵；及判定該系列N個橫斷面影像切片之每一者的至少一第二橫斷面影像特徵。
在獲得至少虛擬橫斷面影像的該方法的具體實例中，第一定向方向係垂直於晶圓表面之z方向，且虛擬橫斷面影像切片係在晶圓表面下方深度ZV處平行於晶圓表面之平面中進行計算。在獲得至少虛擬橫斷面影像的該方法的具體實例中，對於每個虛擬橫斷面影像像素座標(x, y)，子組至少一橫斷面影像切片係藉由選擇到深度ZV具最小距離之至少第m個橫斷面影像切片而進行判定，使得距離Zrv(m) = Z(x, y; m) – ZV係所有深度圖Z(x, y; n)的最小值，其中索引n = 1…N。在實施例中，子組至少一橫斷面影像切片的第二和進一步橫斷面影像切片，係在Z方向上以到虛擬橫斷面影像像素之遞增距離Zrv(n)的序列進行選擇。在實施例中，深度ZV係根據平行於晶圓表面之各層的深度進行調整，其中層係由定向在平行於晶圓表面之第二定向方向上之第二半導體特徵所形成。在實施例中，第一虛擬橫斷面影像切片係在兩相鄰金屬層或字線之間的絕緣層中的深度ZV1處進行計算。在實施例中，第二虛擬橫斷面影像切片係在字線的金屬層內部深度ZV2處進行計算。
在獲得至少虛擬橫斷面影像的該方法的具體實例中，用於獲取該系列N個橫斷面影像切片之帶電粒子束成像系統的光學軸係垂直於晶圓表面進行定向，使得對於光學軸與垂直於晶圓表面之z軸之間的角度GE，角度GE = 0°。在實施例中，帶電粒子成像裝置係氦離子顯微鏡(Helium Ion Microscope，HIM)。
在獲得至少一虛擬橫斷面影像的該方法的具體實例中，該方法更包含下列步驟：在構造成用於為了相互側向對準而形成至少一共同橫斷面影像特徵之檢測體積附近形成至少一對準特徵；及下列步驟：進行該系列N個橫斷面影像切片之每一者與至少一共同橫斷面影像特徵的相互側向對準。在實施例中，相互側向影像對準的步驟包括減去一影像失真偏差。
獲得至少虛擬橫斷面影像的該方法更包含下列步驟：將晶圓裝載在雙波束裝置中的晶圓支撐台上，雙波束裝置至少包含FIB柱和帶電粒子成像裝置，其中FIB柱的第一光學軸與晶圓支撐台的表面形成斜面角度GF；及帶電粒子成像裝置的第二光學軸與晶圓支撐台的表面之法線形成角度GE，第一與第二光學軸形成相交點；及移動晶圓支撐台的步驟，以使晶圓上的第一測量位點與雙波束裝置的相交點重合。在實施例中，在獲得檢測體積中的該系列N個橫斷面影像切片的步驟期間，並未移動晶圓。
根據具體實例，從一組橫斷面影像切片獲得至少2D虛擬橫斷面影像或一組2D虛擬橫斷面影像的方法包含下列步驟： - 藉由將一系列N個橫斷面表面以斜面角度GF交替成像和研磨成晶圓內部的檢測體積中，而獲得一系列N個橫斷面影像切片； - 判定欲觀測的第一半導體結構或特徵的第一定向方向，第一半導體特徵在該系列N個橫斷面影像切片中形成第一複數個第一橫斷面影像特徵； - 計算垂直於第一定向方向之虛擬橫斷面影像，每個虛擬影像切片包含複數個虛擬橫斷面影像像素； 藉使對於每個虛擬橫斷面影像像素，像素值係藉由該系列N個橫斷面影像切片在第一定向方向上的子組至少一橫斷面影像切片的投影，並藉由來自子組橫斷面影像切片的投影之像素值的插值而進行計算。對於每個虛擬橫斷面影像像素，子組該至少一橫斷面影像切片係藉由在第一定向方向上計算該系列N個橫斷面影像切片之每一者到虛擬橫斷面影像像素的距離，並選擇具最小距離之至少第一橫斷面影像切片而進行判定。在實施例中，子組該至少一橫斷面影像切片的第二橫斷面影像切片，係相對選擇為具第二最小距離之橫斷面影像切片。子組該至少一橫斷面影像切片的進一步橫斷面影像切片，係可據此在第一定向方向上以到虛擬橫斷面影像像素之遞增距離的序列進行選擇。
在實施例中，獲得至少2D虛擬橫斷面影像或一組2D虛擬橫斷面影像的該方法包含： - 判定該系列N個橫斷面影像切片之每一者的至少一第一橫斷面影像特徵；及 - 判定該系列N個橫斷面影像切片之每一者的至少一第二橫斷面影像特徵，並相對於該至少一第二橫斷面影像特徵的深度推導出該至少一第一橫斷面影像特徵的深度。該至少一第二橫斷面影像特徵的深度係已知先驗或用作參考。深度圖產生的該方法的進一步詳細資訊，係在實施例和具體實例中進行說明。
在晶圓缺陷檢測裝置及晶圓中檢測體積的檢測方法的具體實例中，帶電粒子成像裝置係掃描式氦離子顯微鏡。橫斷面表面係大致以斜面角度GF所暴露出，並在整個檢測體積中大致以斜面角度GF延伸到晶圓表面。掃描式氦離子顯微鏡提供必要焦點深度，並使得能夠在橫斷面表面的單次影像掃描中進行高解析度成像，而無需改變帶電粒子成像裝置的焦點，即使檢測體積在垂直於晶圓表面之方向上具有超過2 µm之較大延伸。
藉由本發明的具體實例，揭示一種用於對晶圓中檢測體積進行3D檢測之晶圓檢測方法，藉使未從晶圓提取或移除檢測體積中，且檢測體積係具有超過1 µm、最好超過2 µm、超過6 µm、或甚至10 µm的深度範圍。該方法包含下列步驟：藉由3D檢測產生具小於2 nm、最好為小於1 nm、或甚至小於0.5 nm的側向解析度之影像，其中檢測體積的3D檢測係在晶圓處進行，其中影像係3D影像。該方法更包含用FIB柱研磨穿越檢測體積的深度範圍之至少一橫斷面表面的步驟。影像係藉由在單次影像掃描中用氦離子顯微鏡至少獲得穿越檢測體積之該至少一橫斷面表面的影像所獲得。該方法更包含影像處理，其進行特徵提取、邊緣偵測、圖案辨識、或像素插值之至少一者。該方法更包含下列步驟：計算深度圖、3D體積影像、或虛擬橫斷面影像中一者。該方法更包含下列步驟：計算一半導體特徵的尺寸、面積、直徑、角度、或形狀中一者。該方法更包含下列步驟：計算複數個半導體特徵的平均、統計偏差中一者。
在本發明的具體實例中，提供用雙波束裝置對晶圓進行檢測的方法。雙波束裝置包含聚焦離子束(FIB)柱，其具設置在與晶圓支撐台的支撐表面成30°至45°之間角度GF下之光學軸；及氦離子顯微鏡(HIM)，其具垂直於支撐表面所設置之光學軸，FIB柱的光學軸與HIM形成相交點。晶圓檢測方法更包含下列步驟： - 定位具晶圓載台(具構造成用於將晶圓夾持在相交點處之晶圓支撐台)之晶圓的第一測量位點； - 穿越在晶圓表面下方具超過1 µm的深度延伸LZ之第一檢測體積中，大致以角度GF用FIB柱研磨第一橫斷面表面；及 - 採用氦離子顯微鏡用單次影像掃描成像第一橫斷面表面，以形成高解析度橫斷面影像切片。
在實施例中，第一檢測體積具有超過2 µm、超過6 µm、或甚至10 µm的深度範圍，且HIM係構造成用於在穿越檢測體積以角度GF對橫斷面表面進行單次影像掃描中，產生具小於2 nm、最好為小於1 nm、或甚至小於0.5 nm的側向解析度之影像。
在本發明的具體實例中，揭示一種用雙波束裝置對晶圓的晶圓表面下面檢測體積進行檢測的方法。雙波束裝置包含一聚焦離子束(FIB)柱，其具設置在與晶圓支撐台的支撐表面超過30°之角度GF下之光學軸；及氦離子顯微鏡(HIM)，其具垂直於支撐表面所設置之光學軸，FIB柱的光學軸與HIM形成相交點。該方法包含下列步驟： - 將晶圓裝載在雙波束裝置中的晶圓支撐台上； - 定位具晶圓載台(具構造成用於將晶圓夾持在相交點處之晶圓支撐台)之晶圓的第一測量位點； - 或者在晶圓表面下方具超過1 µm的深度延伸LZ之檢測體積中，大致以角度GF用FIB柱研磨複數個N個橫斷面表面；及 - 採用氦離子顯微鏡用單次影像掃描成像每個橫斷面表面，以形成複數個N個高解析度橫斷面影像切片。
在實施例中，橫斷面影像切片的數量N為至少N = 10、最好N ＞ 100、甚至更好N約為1000或以上。在替代性實施例中，研磨表面的數量N為小於50、最好為小於20，且檢測體積係以穿越檢測體積對角線所設置之複數個B個區塊進行分離。
在實施例中，複數個N個橫斷面表面的研磨，在晶圓表面下方具有超過2 µm、最好超過6 µm、例如10 µm的深度延伸LZ。在實施例中，該方法更包含下列步驟：從複數個N個橫斷面影像切片計算平行於晶圓表面之至少一虛擬橫斷面影像。舉例來說，第一虛擬橫斷面影像係在導電層或字線中進行計算，且第二虛擬橫斷面影像係在絕緣層中進行計算。
在實施例中，該方法更包含下列步驟：進行該系列N個橫斷面影像切片之每一者與至少一共同橫斷面影像特徵的相互側向對準。在實施例中，該方法包含下列步驟：在構造成用於形成該至少一共同橫斷面影像特徵之檢測體積附近形成至少一對準特徵；及進行該系列N個橫斷面影像切片與該至少一共同橫斷面影像特徵的相互側向對準。該方法更包含下列步驟： - 針對該系列N個橫斷面影像切片之每一者，產生針對N個橫斷面影像切片之每一者的深度圖Z(x, y; n)，其中索引n = 1…N； - 判定該系列N個橫斷面影像切片之每一者的至少一第二橫斷面影像特徵，該至少一第二橫斷面影像特徵代表穿越定向平行於晶圓表面之第二半導體特徵之橫斷面，其中橫斷面影像切片之每一者的深度圖Z(x, y; n)，其中索引n = 1…N，係從該至少一第二橫斷面影像特徵的側向定位所產生。
在具體實例中，用於雙波束裝置以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像方法係為了碎屑減輕而提供相鄰於檢測體積之附加溝槽。附加溝槽係在第一方向上藉由FIB研磨所製造，並包含第一近端溝槽和第二遠端溝槽。在製造附加溝槽之後，將晶圓旋轉90°，並利用以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像技術檢測檢測體積。研磨橫斷面表面期間所生成之碎屑，係收集在遠端附加溝槽中。
用於根據具體實例以楔形切口幾何形狀檢測晶圓的檢測位點處的檢測體積之晶圓檢測裝置包含六軸晶圓載台，其具構造成用於用晶圓表面將晶圓夾持在晶圓支撐台的支撐表面上之晶圓支撐台。晶圓檢測裝置係構造成用於檢測晶圓中檢測體積中，而檢測體積並未從晶圓進行提取並包含雙波束裝置。雙波束裝置包含聚焦離子束(FIB)柱，其構造成用於大致以斜面角度GF將晶圓內部第一檢測體積中的至少一第一橫斷面表面研磨和暴露於晶圓的表面；及帶電粒子成像裝置，其構造成用於成像。帶電粒子成像裝置係例如掃描式電子顯微鏡(SEM)或氦離子顯微鏡(HIM)，其中FIB柱的第一光學軸與晶圓支撐台的表面形成斜面角度GF，且帶電粒子成像裝置的第二光學軸與晶圓支撐台的表面之法線形成角度GE。雙波束裝置的柱的第一與第二光學軸形成相交點。晶圓檢測裝置係進一步提供有構造成進行和控制晶圓中檢測體積的檢測方法之任一者之控制單元。晶圓檢測裝置更包含影像處理單元。控制單元和影像處理單元包含處理器和記憶體，記憶體安裝有構造成執行本發明的方法之軟體碼，包括前述影像處理步驟和深度圖產生步驟。
在本發明的具體實例中，晶圓缺陷檢測裝置係構造成用於研磨和暴露出複數個橫斷面表面，至少包含晶圓中的第一和第二橫斷面表面。晶圓缺陷檢測裝置係進一步構造成用於成像該至少第一與第二橫斷面表面，以形成第一與第二橫斷面影像切片。晶圓缺陷檢測裝置更包含安裝有軟體碼的影像處理單元，其構造成判定該至少第一與第二橫斷面影像切片中橫斷面影像特徵，並判定檢測體積內橫斷面特徵的深度，橫斷面影像特徵係檢測體積內部半導體結構的橫斷面。晶圓缺陷檢測裝置更包含缺陷偵測單元，其構造成從與檢測體積內部半導體結構的預定性質之橫斷面影像特徵偏差判定。
在實施例中，晶圓缺陷檢測裝置包含晶圓載台，其用於夾持晶圓；聚焦離子束(FIB)柱，其構造成用於以與具超過2 µm之深度延伸之晶圓的表面成斜面角度GF研磨和暴露出晶圓內部的檢測體積中的該系列N個橫斷面表面；及帶電粒子成像裝置，其構造成用於成像複數個N個橫斷面表面，以用單次影像掃描形成複數個N個橫斷面影像切片之每一者。晶圓缺陷檢測裝置更包含影像處理單元，其安裝有構造成從該系列N個橫斷面影像切片判定虛擬橫斷面影像之軟體碼，其中虛擬橫斷面影像係平行於晶圓的表面進行定向。
在實施例中，晶圓缺陷檢測裝置更包含聚焦離子束(FIB)柱，其構造成用於在使用期間以與晶圓的表面成斜面角度GF研磨和暴露出晶圓內部的檢測體積中的該系列N個橫斷面表面；帶電粒子成像裝置，其構造成用於在使用期間成像一系列N個橫斷面表面以形成一系列N個橫斷面影像切片；及安裝有軟體碼的影像處理單元，其構造成在使用期間從該系列N個橫斷面影像切片判定虛擬橫斷面影像，其中虛擬橫斷面影像係平行於晶圓的表面進行定向。採用雙波束裝置之晶圓缺陷檢測裝置包含操作單元和影像處理器，其構造成用於進行從一組橫斷面影像切片獲得虛擬橫斷面影像的該方法。
在本發明的一些具體實例或實施例中，帶電粒子成像束係掃描電子束。在另一實施例中，帶電粒子成像束係離子顯微鏡的離子束，例如氦離子顯微鏡(HIM)的氦離子束。藉由切片與影像方法而用HIM所達成之解析度，係小於1 nm、最好為小於0.5 nm、或甚至更好0.25 nm。HIM進一步提供較高材料對比度。HIM進一步提供最深可達10微米焦點深度的較大焦點深度，此相較於掃描電子束為很大並尤其大於以最好為30°至80°之間研磨角度GF研磨成晶圓表面中之橫斷面表面的深度範圍，深度範圍超過1 µm、2 µm、或甚至到達最深可達10 µm。一般來說，檢測體積在晶圓表面下方具有超過1 µm、最好為超過2 µm的深度延伸LZ，且HIM係配置有超過深度延伸LZ之焦點深度(DOF)，使得橫斷面影像切片係藉由用HIM波束之單次影像掃描所獲得，而無需影像拼接。成像離子束顯微鏡的其他實施例包含其他惰性氣體作為離子，例如氖或氦和氖的混合物。
在具體實例中，用於晶圓檢測之雙波束裝置包含(a)晶圓載台，其用於支撐晶圓；(b)鎵FIB柱，其以與樣本支撐載台的支撐表面成角度GF進行設置，構造成用於以角度GF將至少一第一橫斷面表面研磨成晶圓中；(c)氦離子束柱，其垂直於晶圓載台的支撐表面進行設置，構造成用於藉由單次影像掃描而產生橫斷面表面的第一橫斷面影像切片；(d)二次電子偵測器，其構造成在單次影像掃描期間收集複數個二次電子；及(e)操作單元，其構造成用於在使用期間對雙波束裝置進行操作控制。以30°至40°之間角度GF之FIB係構造成在晶圓表面下方，將橫斷面表面研磨成延伸超過1 µm、超過2 µm、或甚至超過6 µm之深度範圍內。操作單元更包含(f)影像處理單元，其用於進行特徵提取、邊緣偵測、圖案辨識、或像素插值之至少一者。影像處理單元係進一步構造成用於計算深度圖、3D體積影像、或虛擬橫斷面影像中一者。操作單元更包含(g)缺陷偵測單元，其用於計算半導體特徵的尺寸、面積、直徑、角度、或形狀中一者。缺陷偵測單元係進一步構造成用於計算複數個半導體特徵的平均、統計偏差中一者。
用於根據具體實例以楔形切口幾何形狀檢測晶圓的檢測位點處的檢測體積之晶圓檢測裝置包含控制單元，其用於控制FIB柱和HIM，構造成用於大致以角度GF用FIB波束交替研磨檢測體積中複數個N個橫斷面表面，並藉由用HIM波束之單次影像掃描而成像每個橫斷面表面，以形成具優於2 nm、最好為優於1 nm之解析度之高解析度的複數個N個橫斷面影像切片，藉使檢測體積在HIM的光學軸的方向上具有超過1 µm、超過3 µm、例如6 µm、或甚至10 µm的深度延伸LZ。每個橫斷面表面的成像以形成高解析度的複數個N個橫斷面影像切片，係藉由具超過深度延伸LZ之焦點深度(DOF)之HIM波束所達成。控制單元係構造成在使用期間在超過約10 µm(LX或LY)的檢測體積的側向大小LX或LY之面積上方以單次影像掃描掃描HIM波束，並採用二次電子偵測器以時間序列方式收集複數個二次電子。
在本發明的實施例中，揭示一種用於檢測晶圓的晶圓表面下面的檢測體積之雙波束裝置，雙波束裝置包含 - 晶圓載台，其具構造成用於在使用期間將晶圓夾持在晶圓支撐台的支撐表面上之晶圓支撐台； - 聚焦離子束(FIB)柱，其具設置在與晶圓支撐台的支撐表面超過30°之角度GF下之光學軸； - 氦離子顯微鏡(HIM)，其具垂直於支撐表面所設置之光學軸，FIB柱的光學軸與HIM形成相交點； - 載台控制單元，其構造成在使用期間將晶圓的第一測量位點定位在相交點處；及 - 控制單元，其用於控制FIB柱和HIM，構造成用於大致以角度GF用FIB波束交替研磨檢測體積中複數個N個橫斷面表面，並藉由用HIM波束掃描而成像每個橫斷面表面以形成複數個N個高解析度橫斷面影像切片，藉使檢測體積在晶圓表面下方具有超過1 µm、最好為超過2 µm的一深度延伸LZ。在實施例中，方向上之深度延伸LZ超過5 µm(例如最深可達10 µm)。藉由以大致角度GF用FIB波束研磨檢測體積中的複數個N個橫斷面表面，係意指橫斷面表面的實際角度可由於FIB的波束發散而偏離研磨角度GF幾度(例如1°至4°)。控制單元係進一步構造成在使用期間在超過約5 µm至10 µm(LX或LY)的檢測體積的側向大小LX或LY之面積上方以單次掃描掃描HIM波束，並採用二次電子偵測器以時間序列方式收集複數個二次電子。HIM係配置有超過深度延伸LZ之焦點深度(DOF)，使得複數個N個高解析度橫斷面影像切片的每個係藉由用具約小於2 nm、例如1 nm、或甚至0.5 nm的高解析度之HIM波束之單次影像掃描所獲得。在實施例中，根據多個具體實例之雙波束裝置更包含影像處理單元，其安裝有構造成從複數個N個橫斷面影像切片判定至少一第一虛擬橫斷面影像之軟體碼，其中該至少第一虛擬橫斷面影像係平行於晶圓的表面進行定向。
FIB柱的光學軸係與晶圓支撐台成斜面角度GF進行設置，且斜面角度GF係可在30°至80°之間(例如GF約為30°至45°)。在替代性實施例中，FIB柱的第一光學軸與晶圓支撐台的表面之間的斜面角度GF係在45°至80°之間範圍內。在替代性實施例中，FIB柱的第一光學軸與晶圓支撐台的表面的斜面角度GF係在8°至30°之範圍內、例如在8°至15°之範圍內。
帶電粒子成像裝置的光學軸係可以垂直於晶圓支撐台之角度進行設置，其中GE = 0°。在實施例中，帶電粒子成像裝置的光學軸係大致垂直於晶圓，或以帶電粒子成像裝置的光學軸與晶圓支撐台的表面之法線之間角度GE(為小於10°)進行設置。
本發明的進一步方法係用於檢測晶圓中代表性檢測體積之測量配方產生方法。測量配方產生的方法，包含下列步驟： - 產生第一組關鍵設計效能指標D1，組關鍵設計效能指標D1包含檢測體積中關鍵設計特徵的CAD影像資料和尺寸； - 產生第二組關鍵製造效能指標D2，包含在製造程序開發期間所獲得之3D體積影像資料； - 推導出包含用於獲得第三組效能指標D3之至少一者之步驟之測量配方R； - 產生第二組關鍵製造效能指標D2和測量配方R的步驟包含獲取穿越在晶圓表面下面具深度延伸LZ ＞ 1 µm之代表性檢測體積之至少一第一橫斷面表面的至少一第一橫斷面影像切片。獲得效能指標D1至D3之至少一者的步驟之至少一者包含影像處理的步驟，以用斜面角度GF提取代表複數個第一半導體特徵的橫斷面之複數個第一橫斷面影像特徵，且影像處理包含特徵提取、邊緣偵測、圖案辨識、或像素插值之至少一者。獲得效能指標D1至D3之至少一者的步驟之至少一者包含從複數個第一橫斷面影像特徵之至少一者計算至少一第一半導體特徵的至少一說明性參數的步驟，其中說明性參數係尺寸、直徑、角度、面積、形狀、或體積中一者。獲得效能指標D1至D3之至少一者的步驟之至少一者更包含計算複數個第一半導體特徵的該至少一說明性參數的平均或統計偏差中一者的步驟。
本發明進一步提供具用於執行本發明的方法之任一者的程式碼之電腦程式產品。舉例來說，提供具用於執行晶圓中檢測體積的檢測方法之程式碼之電腦程式產品。舉例來說，提供具用於執行獲得至少虛擬橫斷面影像的該方法的方法步驟之任一者的程式碼之電腦程式產品。舉例來說，電腦程式產品包含可控制組N個橫斷面影像切片的產生之要素；可選擇第一定向方向之要素；及可藉由第一定向方向上之投影以及插值從組N個橫斷面影像切片計算至少一虛擬橫斷面影像之要素。
根據具體實例，提供包含構造成進行以上該方法的方法步驟之任一者的控制單元和影像處理單元之雙波束裝置。
在整個多個具體實例中，第一橫斷面影像特徵至少包含半導體結構的橫斷面，其在平行於垂直於晶圓表面之軸之方向上延伸，且第二橫斷面影像特徵至少包含半導體結構的橫斷面，其在平行於晶圓表面之方向上延伸。舉例來說，第一共同橫斷面影像特徵至少包含積體半導體電路的貫孔、HAR結構、或HAR通道中一者的橫斷面。舉例來說，第二橫斷面影像特徵至少包含積體半導體電路的絕緣體線或層、金屬線或層或字線、或半導體線或層中一者的橫斷面。
如前述多個具體實例或實施例係可彼此完全或部分進行組合。這也適用於說明本發明的不同態樣之實施例或具體實例。
圖1顯示可獲得積體半導體樣本的3D體積影像之常見橫斷面影像方法的示意圖。採用橫斷面方法(亦稱為切片與影像方法)，三維(3D)體積影像獲取係藉由「逐次重複」方式所達成。首先，積體半導體樣本係為了藉由此領域已知方法之常見橫斷面影像方法所準備。在整個所揭示內容中，「橫斷面影像」和「切片」將係用作同義詞。在步驟中，移除材料的薄表面層或「切片」。材料的此切片可能係以此領域已知幾種方式進行移除，包括藉由聚焦離子束(FIB)柱50以掠射角使用聚焦離子束研磨或拋光。舉例來說，聚焦離子束51幾乎平行於z軸傳遞，且係在y方向上進行掃描以穿越樣本10的頂部表面研磨，並在y-z平面中暴露出新橫斷面表面52。因此，新所暴露出橫斷面表面52係可為了成像而取得。在後續步驟中，橫斷面表面層52係藉由帶電粒子束(CPB)成像系統40(如掃描式電子顯微鏡(SEM)或第二FIB)而進行光柵掃描，以獲得橫斷面影像切片100.1。帶電粒子成像系統40的光學軸42係可設置為平行於x方向或與x方向成角度傾斜。二次電子和反向散射電子係藉由偵測器(未顯示)所收集，以揭露積體半導體樣本的內部材料對比度，並係在橫斷面影像切片100.1中可見為不同灰階。金屬結構產生較明亮的測量結果。藉由研磨之表面層移除以及橫斷面成像製程，係穿越橫斷面表面53和54以及相等距離處進一步橫斷面表面進行重複，並獲得包含例如不同深度中N個橫斷面影像切片100.2、100.3、…100.N之一系列2D橫斷面影像切片1000，以建立三維3D資料集。代表性橫斷面影像切片100.1係藉由用14 nm技術測量商用英特爾(Intel)處理器積體半導體晶片所獲得。
隨著該方法，至少第一與第二橫斷面影像切片係藉由後續用聚焦離子束將橫斷面表面研磨成積體半導體樣本中所產生，以暴露出或使得可取得用於成像之一系列橫斷面表面，並用帶電粒子束成像系統40成像積體半導體樣本的每個橫斷面表面。從該系列N個2D橫斷面影像切片1000，重新建構積體半導體結構的3D影像。橫斷面影像切片100.1、100.2、100.3的距離d係可藉由FIB研磨或拋光製程進行控制，並係可在1 nm至30 nm之間。
在以上實施例中，橫斷面影像平面係垂直於積體半導體晶圓的頂部表面55進行定向，其中晶圓頂部表面55之法線平行於z方向進行定向，如圖1中所示。這導致平行於y-z平面所定向之2D橫斷面影像切片，或換言之，橫斷面影像平面包括z軸或晶圓法線軸，且成像方向x係平行於晶圓表面。因此，此習知幾何形狀中的習知切片與影像方法係僅適用於從晶圓所提取之樣本。
本發明的任務係提供適用於晶圓內部檢測體積之切片與影像方法。在本發明的第一具體實例中，3D體積影像產生的方法利用以所謂的「楔形切口」方法或楔形切口幾何形狀施加於晶圓內部檢測體積之切片與影像方法，而無需從晶圓移除樣本。切片與影像方法係施加於具數個µm的尺寸之檢測體積中，例如200 mm或300 mm晶圓中5 µm至10 µm側向延伸，而無需從晶圓移除樣本。溝槽或邊緣係在積體半導體晶圓的頂部表面中進行研磨，以使得可取得與頂部表面成角度之橫斷面表面。檢測體積的3D體積影像係例如在製程控制監控器(PCM)處，或在由其他檢測工具所識別出之位點處，在有限數量測量位點處(例如晶粒的代表性位點)進行獲取。切片與影像方法將僅局部破壞晶圓，並可能仍然使用其他晶粒，或可能仍然將晶圓用於進一步處理。
本發明的第一具體實例以及楔形切口幾何形狀的實施例係例示在圖2中。提供具幾個測量位點6.1和6.2之晶圓8，其中測量位點例如定義在從檢測工具或從設計資訊所產生之位置圖中。晶圓8係放置在晶圓支撐台15上。晶圓8的測量位點6.1係與雙波束裝置的相交點43處五軸晶圓載台(未顯示)對準，雙波束裝置包含FIB柱50，其具FIB光學軸48；及帶電粒子束(CPB)成像系統40，其具光學軸42。在FIB與CPB成像系統的兩光學軸的相交點43處，晶圓表面係與FIB軸48成角度GF進行設置。FIB軸48和CPB成像系統軸42包括角度GFE，且CPB成像系統軸與垂直於晶圓平面之z軸形成角度GE。採用FIB 51，在角度GF下照射到晶圓8的表面，斜面橫斷面表面係在大致斜面角度GF下在檢測位點6.1處藉由離子束研磨而研磨成晶圓中。在圖2的實施例中，斜面角度GF大致為30°。斜面橫斷面表面的實際斜面角度可由於聚焦離子束(例如鎵離子束)的波束發散而偏離斜面角度GF最大可達1°至4°。採用與晶圓法線在角度GE下傾斜之帶電粒子束成像系統40，獲取所研磨表面的影像。在圖2的實施例中，角度GE為小於15°。在成像期間，帶電粒子的波束係藉由帶電粒子束成像系統40的掃描單元，沿著測量位點6.1處晶圓的橫斷面表面上方掃描路徑進行掃描，並產生二次粒子和散射粒子。粒子偵測器17收集至少一些二次粒子和散射粒子，並將粒子計數與控制單元19通訊。控制單元19係控制著FIB 50的帶電粒子束成像柱40，並連接到控制單元16，以透過晶圓載台(未顯示)控制安裝在晶圓支撐台上之晶圓的定位。控制單元19與操作單元2通訊，操作單元2透過晶圓載台移動觸發相交點43處晶圓8的測量位點6.1的例如放置和對準，並重複觸發FIB研磨、影像獲取、和載台移動的操作。
每個相交處表面係使用基本上垂直的帶電粒子成像束44(例如掃描電子束)或任何其他帶電粒子束顯微鏡(如氦離子顯微鏡(HIM))進行成像。
在第二具體實例中，提供以楔形切口幾何形狀之切片與影像方法。藉由重複以楔形切口幾何形狀之切片與成像方法，產生包含橫斷面表面52、53、54(參見圖1和圖3)、和其後的影像切片之N個橫斷面影像切片的堆疊，並產生測量位點6.1處晶圓8的檢測體積的3D體積影像。圖3以3D記憶體堆疊的實施例例示楔形切口幾何形狀。晶圓表面係與晶圓表面成小於80°角度GF(例如以30°的角度GF，但小於45°其他角度也為可能，例如40°或36°)用FIB波束51進行研磨。在實施例中，8°至45°之間較小研磨角度GF為較佳，因為允許具以下所說明之第一橫斷面影像特徵(如HAR結構)的高解析度之更佳成像。在另一實施例中，陡峭研磨角度GF(如超過30°或超過45°)為較佳。45°至80°之間陡峭研磨角度GF允許切穿具較小側向尺寸之檢測體積的深度。採用較陡峭的研磨角度，可達成較大深度，並可達成例如超過6 µm深度(例如在厚度或深層半導體堆疊上10 µm或15 µm深度)的深層半導體堆疊的3D體積影像產生。以較陡峭的角度，橫斷面表面的側向延伸維持在例如小於30 µm、最好為小於20 µm，使得可獲得橫斷面影像切片而無需具高處理量之影像拼接。
取決於座標系統的選擇，晶圓表面55與XY平面重合。記憶體堆疊在垂直於晶圓表面55之Z方向上延伸。採用FIB波束51，新橫斷面表面52係在晶圓中所產生，其中橫斷面表面52係與晶圓表面傾斜大致角度GF。橫斷面表面52係例如藉由SEM束44進行掃描，這係在與晶圓表面55成法線入射所設置之圖3的實施例中，並產生高解析度影像。橫斷面影像切片包含第一橫斷面影像特徵，其由具高深寬比(HAR)結構或貫孔之相交處所形成(例如HAR結構4.1、4.2、和4.3的第一橫斷面影像特徵)；及第二橫斷面影像特徵，其由具層L1…LM之相交處所形成(這包含例如SiO2、SiN或鎢線)。一些線係也稱為「字線」。層的最大數量M個通常為超過50個、例如超過100個、或甚至超過200個。HAR結構和層在整個晶圓中的體積大部分中延伸，但可能包含間隙。HAR結構通常具有小於100 nm、例如約80 nm、或例如40 nm之直徑。因此，橫斷面影像切片內含第一橫斷面影像特徵，如各自XY位置處不同深度(Z)處HAR通道覆蓋區的相交處或橫斷面。在圓柱形狀的垂直記憶體通道的情況下，所獲得之第一橫斷面影像特徵在藉由傾斜橫斷面表面52上結構的位置所判定之各種深度處，係圓形或橢圓形結構。
切片距離d的選擇係所需取樣與處理量之間之平衡。兩相鄰橫斷面影像切片之間的厚度d或最小距離d係調整成通常數量級為幾nm之數值，例如30 nm、20 nm、10 nm、5 nm、4 nm、或甚至更小。一旦用FIB移除預定厚度d的材料層，即暴露出並可取得下一橫斷面表面53，以供用幾乎垂直的成像束44成像。以這種方式所獲取之複數個N個橫斷面影像切片涵蓋測量位點6.1處晶圓8的檢測體積中，並係用於形成例如小於10 nm、最好為小於5 nm之高3D解析度的3D體積影像，並重新建構欲觀測半導體結構的性質，例如檢測體積內部記憶體堆疊。複數個N個橫斷面影像切片可包含幾個影像，例如N = 10或N = 20，最多可達幾百個橫斷面影像切片，例如N = 1000或以上。檢測體積通常在x-y平面中具有LX = LY =5 µm至15 µm的側向延伸，以及晶圓表面下方2 µm至15 µm的深度LZ，但檢測體積的側向延伸係也可顯著更大，並到達約1 mm的側向尺寸。最好為，單個橫斷面表面的側向延伸為小於30 µm、例如小於20 µm。在一些實施例中，對於包含記憶體HAR結構之記憶體裝置，足以提供每個HAR結構至少三個橫斷面影像切片。因此，較佳切片距離d為小於30 nm。
在實施例中，欲觀測半導體結構的特徵和3D定位(例如HAR通道的定位)，係藉由例如來自HAR質心之影像處理方法進行偵測。包括影像處理方法和以特徵為基礎對準之3D體積影像產生，係進一步在美國臨時申請案第62/858.470號和德國專利申請案第10 2019 006645.6號中進行說明，其在此整個併入供參考。應提及，層和HAR結構無需穿越整個所測量到體積延伸。
恢復關於HAR結構的橫斷面影像特徵關於檢測體積內部彼此的相互定位、深度、和定向之資訊之該方法在本發明的第三具體實例中進行說明。FIB方向與晶圓表面55(XY平面)之間的角度GF控制深度LZ，以及x和y上掃描控制成像束44的視野(FOV)，且總側向面積LX和LY可用於用成像束44進行掃描成像。影像切片關於彼此的適當定位係經常指稱為對準，這包括在2D影像的特徵的第一步驟配準中，以及在恢復後續橫斷面影像切片之間的正確距離d之第二步驟中。第一對準方法係例示在圖4。具由編號75所參考之實施例之支柱狀HAR結構(如通道或通道孔)，穿越晶圓(如記憶體晶片)的體積在z方向上延伸。HAR結構係垂直於晶圓表面進行定向，並在藉由成像束44(參見圖3)所獲得之橫斷面影像切片中變得可見。如在以上例示圖中，橫斷面表面係以與HAR結構成大致GF的預定義角度進行定向。在圖4的實施例中，斜面角度GF大致為25°。圖4b顯示具索引n和n+1之兩2D連續橫斷面影像切片的兩實施例，其中HAR通道的第一橫斷面影像特徵由77.1至77.5所指示。在此實施例中，橫斷面影像切片n和n+1係垂直於橫斷面影像表面n和n+1所獲得，其中成像束44設置在與離子束51成大致90°的角度GFE下，其中影像座標系統X'、Y'、Z'以x軸旋轉角度GE到晶圓的座標系統(x, y, z)。橫斷面表面n和n+1的每個與晶圓的頂部表面55形成邊緣，邊緣的兩實施例係由參考編號76.1和76.2所指示。在實施例中，第HAR結構係與第一橫斷面影像特徵77.1在具索引n之第一橫斷面影像切片中，並再次與第一橫斷面影像特徵77.2在具索引n+1之第二影像切片中相交。第一橫斷面影像特徵77.1和77.2係兩影像切片之共同橫斷面影像特徵，位移側向位移向量dy'。由於側向移位，HAR結構的一些橫斷面影像特徵消失，例如第n個影像的橫斷面影像特徵77.4在(n+1)個橫斷面影像切片中幾乎消失，其中僅橫斷面影像特徵77.5的一部分為可見。一般來說，採用斜面橫斷面表面的斜面角度GF、影像切片之間距離d、以及成像束44的角度GE，影像座標系統中的明顯側向位移dy'係由dy' = d·sin(GE) / cos(GF)所給定。側向座標中之差異對應於超出晶圓表面之深度dz上差異，其中dz = (dy') / sin(GE)。在實施例中，垂直於晶圓表面55之對應第一橫斷面影像特徵77.1、77.2的深度dz的改變，係從以預定角度GF藉由FIB波束研磨並以預定角度GE成像所產生之複數個影像的至少兩影像n和n+1中第一橫斷面影像特徵77.1、77.2的側向位移dy'所推導出。
在根據圖4中所解說之實施例之深度判定方法中，成像帶電粒子束44(參見圖3)係與晶圓表面55之法線(其對應於所選擇座標系統中的z軸)成預定角度GE進行定向。該方法利用複數個橫斷面影像中第一橫斷面影像特徵的明顯側向位移，其中第一橫斷面影像特徵係半導體晶圓(如VIA或HAR結構)中垂直所定向結構的橫斷面。垂直所定向VIA或HAR結構係垂直於晶圓表面55進行定向。然而，採用根據圖4中所例示之實施例之該方法，第一橫斷面影像特徵的側向位移誤差對第一橫斷面影像特徵的深度判定具有影響。因此，利用第一橫斷面影像特徵進行深度判定，根據圖4中所例示之第三具體實例之該方法的準確度有限，尤其是對於深層結構。舉例來說，真實橫斷面影像表面偏離平面形狀，且偏差隨著深度增加而增加。此外，HAR結構偏離完美垂直於晶圓表面。
因此，本發明的進一步任務係提供用於用甚至更高準確度判定第一橫斷面影像特徵的定位之方法。解決方案係提供有本發明的深度判定方法的第二實施例。該方法係用平行於晶圓表面55之法線所定向之成像帶電粒子束44進行說明，因此預定角度GE係大致選擇為GE = 0°。圖5例示這種設置。然而，該方法係不限於垂直於晶圓表面55所定向之成像帶電粒子束44，且偏離0°之角度GE也為可能。
例示與晶圓表面55成預定角度GF傾斜之兩橫斷面表面52和53。在圖2中，斜面角度GF大致為26°，但其他斜面角度(例如30°或更大)也為可能。例示兩HAR結構75.1和75.2，以及一組層L1至L4。由於成像帶電粒子束44係垂直於晶圓表面55入射，因此理論上完美HAR結構75.1的第一橫斷面影像特徵77.1和77.2出現在相同y座標處第n個和第(n+1)個影像中，而不可能從第n個和第(n+1)個影像中的橫斷面影像特徵77.1和77.2的明顯側向位移進行深度判定。若真實HAR結構75.1的第一橫斷面影像特徵77.1和77.2出現在不同y座標處第n個和第(n+1)個影像中，則從不同y座標進行任何深度判定將為誤解譯。根據第二實施例之深度判定在包含橫斷面影像切片n和n+1之複數個N個橫斷面影像切片中，利用包含層L1至L4之複數個層的第二橫斷面影像特徵。舉例來說，在晶圓表面下面具深度Z41之上表面78之層L4的第二橫斷面影像特徵(參見參考編號73.1和73.2)，在第n個橫斷面影像中具有y'座標Y41'n 並在第(n+1)個橫斷面影像中具有y'座標Y41'n+1 。舉例來說，在晶圓表面下面具深度Z12之層L1的下表面72的第二橫斷面影像特徵73.3，在第n個橫斷面影像中具有y'座標Y12'n 。具兩層的至少兩邊緣的深度的知識(例如深度Z41和深度Z12)，橫斷面影像切片中的y座標係可在z座標上進行轉換，並可推導出深度圖Z(x, y)。舉例來說，第n個影像中第一橫斷面影像特徵77.1的質心79.1的深度z，係從第二橫斷面影像特徵73.3的y座標以及從質心79.1的y座標y'所推導出，其中z = Z12 + (y'- Y12'n ) ∙ tan(GF)。在替代性實施例中，第n個影像中第一橫斷面影像特徵77.1的質心79.1的深度z，係從至少兩第二橫斷面影像特徵73.1和73.3的y座標所推導出，且深度圖Z(x, y)係由Z = Z12 + (y- Y12'n ) ∙ (Z41 – Z21) / (Y41'n – Y12'n )所獲得。第二橫斷面影像特徵的定位的局部位移(例如在兩連續橫斷面影像切片n和(n+1)中具y座標Y41'n 和Y41'n+1 之定位處層L4的上邊界表面的局部位移D2)，係例如用作對於連續橫斷面影像切片n和(n+1)的深度圖的側向對準之參考，或係用作局部研磨角度GF或局部切片距離dz的驗證。採用後者方法，無需研磨角度GF的精確知識，且深度圖Z(x, y; n)係可針對具索引n之每個橫斷面影像切片推導出。在實施例中，橫斷面影像切片係假定為平行於x方向，因此對於指定y座標之每個x座標具有相同深度，並因此深度圖Z(x, y; n)僅依y而定，但係無關於x。在另一實施例中，深度圖Z(x, y; n)針對每個x座標也為不同，且深度圖Z(x, y; n)係採類似方式分別針對每個x座標所產生。採用第三具體實例的該方法，深度圖Z(x, y)係針對複數個N個橫斷面影像切片的每個橫斷面影像切片所產生，且橫斷面影像特徵的精確深度和定位判定在楔形切口幾何形狀下所獲得之複數個橫斷面影像切片中為可能。採用第三具體實例的該方法的實施例，深度圖Z(x, y)係針對來自橫斷面影像切片內第二橫斷面影像特徵的側向定位之橫斷面影像切片所產生，且第一橫斷面影像特徵的精確深度和定位判定對於在楔形切口幾何形狀下所獲得之橫斷面影像切片為可能。
圖6例示第n個和第(n+1)個橫斷面影像，藉由以預定角度GF用FIB波束51研磨並藉由定向在z方向上或垂直於晶圓表面55之成像帶電粒子束44(參見圖5)成像所獲得，其中角度GE = 0°。垂直HAR結構出現在橫斷面影像切片中作為第一橫斷面影像特徵，例如第一橫斷面影像特徵77.1、77.2、和77.3。由於成像帶電粒子束44係平行於HAR結構進行定向，因此代表例如理想HAR結構之第一橫斷面影像特徵將出現在相同y座標處。與恆定定位之偏差對應於製造誤差，例如HAR結構的側傾或「擺動(Wiggling)」。舉例來說，理想HAR結構的第一橫斷面影像特徵77.1和77.2係以具第n個和第(n+1)個影像切片的等同Y座標之線80為中心。因此，HAR結構的第一橫斷面影像特徵(例如77.1至77.3)不允許對晶圓內橫斷面影像特徵進行深度判定，也不允許判定切片距離d或切片角度GF。橫斷面影像切片更包含複數個層(包含例如層L1至L5、例如層L4的第二橫斷面影像特徵73.1和73.2)的複數個第二橫斷面影像特徵。層結構出現為沿著橫斷面影像切片中X方向之高對比度條紋部段。然而，代表複數個層(在此所示層L1至L5)之這些條紋或第二橫斷面影像特徵的定位，隨著關於第一橫斷面影像特徵之每個橫斷面影像切片而改變。隨著層以遞增深度與影像平面相交，第二橫斷面影像特徵的定位以預定義方式從影像切片n改變成影像切片n+1。由參考編號78.1、78.2所指示之層L4的上表面係在y方向上位移距離D2，從其例如切片距離d或切片角度GF係藉由方程式d = D2 ∙ sin(GF)進行計算。從判定第二橫斷面影像特徵的定位(例如78.1和78.2)，兩連續橫斷面影像切片的兩深度圖Z(x, y)係可關於Z座標進行對準，且複數個深度圖ZN (x, y)係可針對複數個橫斷面影像切片進行推導。
藉由對第二橫斷面影像特徵進行特徵提取，例如邊緣偵測或質心計算和影像分析，並藉由來自先驗資訊(例如來自設計資訊)之第二橫斷面影像特徵的深度的知識，因此可能用高精確度判定橫斷面影像切片中的第一橫斷面影像特徵的側向定位和深度。平行於晶圓表面行進之每個層的任何邊界或表面的深度(如層L1至L5)，通常已知為具很高精確度，並由於晶圓的製造中所涉及之平面製造技術，在晶圓的較大面積上方恆定。在實施例中，用於深度判定之該方法係在第二橫斷面影像特徵的深度(例如層或層的上或下表面)為未知時進行施加。即使無以nm為單位之確切深度值的知識，在相對於層的邊界或表面之尺度上之深度指定(designation)可能具高精確度。在此實施例中，橫斷面影像切片內第一橫斷面影像特徵的深度係相對於第二橫斷面影像特徵邊界(如複數個層的上與下表面)的深度所給定。換言之，第一橫斷面影像特徵的深度係相對於第二橫斷面影像特徵的深度所給定，就像在相同深度上方、超出相同深度、在相同深度處、或在根據具M個層之複數個第二橫斷面影像特徵L1至LM之深度尺度上。
在本發明的一第四具體實例中，提供用於對準橫斷面影像切片之方法和結構。圖7例示晶圓中3D體積檢測的該方法的幾種進一步態樣。測量位點6.1處檢測體積13係例如由對準標記24所標記。在將具測量位點6.1之晶圓放置在FIB波束51和帶電粒子成像束44的相交點下之後，首先移除第一橫斷面表面52上方之楔形，並藉由帶電粒子成像束44的掃描而獲得第一橫斷面影像切片。在成像第一橫斷面表面52之後，FIB研磨係與晶圓表面55成角度GF進行重複，且帶電粒子成像束44係成像包含橫斷面表面52、53、和54之複數個橫斷面表面，並用前述切片與影像方法形成複數個橫斷面影像切片。在實施例中，以楔形切口幾何形狀之切片與影像方法包含附加對準特徵，其用於複數個橫斷面影像的相互對準。在研磨橫斷面表面之前，附加對準特徵(例如對準標記20.1、20.2、20.3等)係藉由層的沉積以及用對準圖案結構化層而製造在晶圓表面55上。對準圖案的實施例可為十字，如在對準特徵20.1處所例示，但此領域已知任意對準圖案也為適用。在穿越測量位點6.1處檢測體積13研磨切片的同時藉由FIB未改變之部分中，對準特徵也可為例如研磨成楔形切口的邊界中之對準溝槽或邊緣22。對準特徵22係不限於邊緣，但也可為例如齒狀特徵。對準特徵也可為暴露在檢測體積附近晶圓表面處之積體電路特徵，例如積體電路結構25。如以上所解說之對準特徵在幾個橫斷面影像切片中形成共同橫斷面影像特徵，並允許用於側向對準橫斷面影像切片之附加方法。代表欲觀測半導體結構之第一橫斷面影像特徵的座標係用較高精確度所獲得，以及從代表性第二橫斷面影像特徵的Y座標推導出深度圖Z(x, y)係用較高精確度所獲得。
對準特徵係存在於所有橫斷面影像切片中作為共同橫斷面影像特徵，並係可在每個別橫斷面影像切片中藉由習知邊緣偵測技術(就像如以梯度為基礎輪廓提取)而進行分析。已知邊緣定位係可在正交於邊緣之方向上最準確進行判定。在實施例中，邊緣局部化的準確度係藉由附加特徵(例如至少兩對準特徵)而在至少兩方向上進行改良。在實施例中，附加對準特徵20.1、20.2、20.3係用於對橫斷面影像切片進行側向影像對準。對準特徵20、22使得能夠從複數個側傾橫斷面影像切片重新建構3D體積中，而無需仰賴檢測體積內部半導體的幾何形狀。在實施例中，前述附加對準特徵係構造成用於用帶電粒子成像束之高對比度成像。舉例來說，對準圖案或邊緣的高對比度以及良好可見性，係在採用對晶圓樣本材料矽提供高材料對比度之材料之圖案化製程或將楔形研磨成晶圓表面中之前，藉由局部塗佈測量位點處的晶圓表面所達成。適當塗佈材料係例如鉑(Pt)或碳(C)或兩者的組合。
作為替代或除了所製造對準標記之外，存在於晶圓的表面上並可見之積體電路特徵係可用作附加對準標記。舉例來說，可見結構25係由存在於檢測體積附近晶圓表面上之HAR結構所形成，並以與對準標記20.1、20.3、和24類似的方式在橫斷面影像切片中可見。在實施例中，積體電路的可見結構25係用作附加對準特徵，並係用於橫斷面影像切片的側向影像對準。舉例來說，晶圓的表面係在檢測體積附近進行處理以暴露出積體電路結構25，使得所暴露出積體電路結構25對於帶電粒子成像柱為可見，並係可利用於透過共同橫斷面影像特徵之對準。
第五具體實例說明本發明的另一態樣。藉由FIB波束51所研磨之橫斷面表面，係藉由掃描成像而用帶電粒子成像束44進行成像。在實施例中，橫斷面表面並未垂直於帶電粒子成像束44，且一次掃描操作的視野(FOV)可為過小或橫斷面表面可能係在帶電粒子成像束44的焦點深度外面，以在一次掃描操作中獲得影像。在此情況下，至少兩掃描影像部段係藉由帶電粒子成像束44所獲得，並將該至少兩影像部段拼接在一起。實施例係例示在圖8中。在表面53係藉由FIB波束(未顯示)而進行研磨和暴露出之後，第一影像部段26.1係在第一定位處藉由用帶電粒子成像束44.1之掃描成像所獲得。第一影像部段26.1包含例如對準特徵20.1，其在晶圓的表面55上。然後，安裝在晶圓載台(未顯示)上之晶圓係側向進行位移，且進一步影像部段(例如影像部段26.2和26.3)係在第二或第三定位處藉由掃描帶電粒子束44.1所獲得。複數個影像部段26.1、26.2、26.3和更多係構造成相互重疊，以使得能夠使用存在於相鄰影像部段的重疊面積中之結構的橫斷面影像特徵，相互對準至少每對影像部段。傾斜橫斷面表面的「由上而下」成像需要垂直的帶電粒子成像束的一定焦點深度(DOF)。在成像束44的焦點深度不足的情況下，例如若成像束44的DOF係小於LZ，則掃描成像束44的FOV係分成更小分區(Sub-field)並用漸進式焦點調整序列進行成像。一般來說，帶電粒子成像束的焦點深度係受到解析度要求限制。對於具小於2 nm(例如1 nm)的解析度之高解析度成像，減少焦點深度。舉例來說，在掃描式電子顯微鏡SEM中，1 nm解析度時之焦點深度為小於50 nm。對於具較大深度延伸LZ之檢測體積中，以下將更詳細解說Es，因此最好為施加氦離子顯微鏡作為替代，從而以約1 nm的高解析度提供約最深可達10 µm的更大許多的焦點深度。
在LZ超過所需解析度小於2 nm(例如1 nm)的帶電粒子成像束的DOF的實施例中，帶電粒子成像束44.2的成像平面係改變成晶圓中更深之定位，並獲得影像部段28。影像部段28的延伸係進行選擇使得影像部段28關於橫斷面影像表面53的深度延伸30，係以所需解析度小於帶電粒子成像束44的焦點深度(DOF)。應可提及，例如SEM也在影像掃描期間提供動態焦點調整，然而這係約1 µm至2 µm的z定位的有限範圍並需要例如藉由移動晶圓載台而改變焦點定位，使得影像部段28的深度延伸30係小於用於帶電粒子成像束44的動態焦點調整之範圍。藉由調整z或焦點定位(例如藉由在z方向上移動晶圓載台)，所需解析度係可在整個斜面橫斷面表面53的成像中進行維護。也可能接近檢測體積產生較小第二溝槽，並在第二溝槽的底部處產生至少一附加對準特徵。藉此，幾個對準標記係配置在預定深度處，以克服成像束44的DOF的限制。在實施例中，附加對準特徵32.1和32.2係放置在三個深度層級中，如圖9中所例示。舉例來說，對準特徵32.2係為了在深度層級DLZ處對準影像部段而製造在深度層級DLZ(參考編號34)處。為達成此點，所需深度DLZ的小溝槽係研磨成晶圓表面中，且對準圖案係在深度層級DLZ處進行結構化。在實施例中，不同深度層級中的對準特徵32.1或32.2係檢測體積附近積體半導體的積體電路特徵。不同深度層級中的對準特徵32.1或32.2在該系列橫斷面影像切片中形成共同影像特徵，並使得能夠為了具高精確度之3D體積影像產生而精確對準該系列橫斷面影像切片。在實施例中，採用不同深度處所提供之附加對準特徵之影像拼接方法和影像對準方法，係與具FIB柱(以8°至45°之間角度所設置)之雙波束裝置結合進行施加，且SEM作為帶電粒子束成像系統。在實施例中，採用不同深度處所提供之附加對準特徵之影像對準方法，係在超過5 µm、例如6 µm或10 µm或更深的晶圓表面下方施加於具深度延伸之深層檢測體積的檢測。
圖26例示根據第四具體實例之附加對準特徵的另一實施例。在實施例中，帶電粒子成像束44與用於切片複數個表面橫斷面之FIB 51之間的角度GFE係GFE = 90°。角度GF係選擇為大致30°，但一般來說可為在25°至60°之間。由FIB 51和成像帶電粒子柱44所形成之平面係正交於晶圓表面55。因此，成像束係正交於所成像橫斷面表面(切片)。為了簡化，僅顯示單個橫斷面表面52。隨著此一設置，整個橫斷面表面可保持「在」成像束44的「焦點上」。這對於作為成像帶電粒子柱(其有限焦點深度約200 nm)之電子束尤其是關鍵。GFE = 90°的FIB 51與成像柱44之間的較大角度GFE，可減少兩柱的可能體積衝突。
在特別深的樣本(＞ 10 µm)的情況下，較陡峭的切口角度(如＞ 60°)將允許涵蓋整個深度範圍，並由此將橫斷面表面52的延伸保持在約10 µm至15 µm的一般單束帶電粒子顯微鏡的視野(FOV)內。反之，較淺的角度(例如小於20°GF的角度)將導致視野很擴展，並將需要影像拼接。因此，在一實施例中，25°至60°之間斜面角度GF為較佳。
在正交於成像帶電粒子束之方向(即平行於切片)上，橫斷面影像切片的初始對準係可使用對準標記20.1或20.2所達成。在圖26的實施例中，對準標記20.1和20.2係形成在第一橫斷面96上，此相較於第一橫斷面96下方複數個第二橫斷面影像切片(例如橫斷面52等)，係由FIB 51所形成為x方向上更大延伸。採用這種設置，至少平行表面部段23.1係達成為第一橫斷面表面96的一部分，這至少維持在第二橫斷面表面的一側面上，例如橫斷面表面52。在平行表面部段23.1中，對準特徵20.1係可例如藉由沉積和蝕刻所形成。第二平行表面部段23.2係可達成，其更包含對準特徵20.2。
由於各種因素，例如影像失真或焦點平面從第一橫斷面表面96改變成第二橫斷面表面52，複數個橫斷面影像採用前述對準方法的對準，利用附加對準特徵(如特徵20.1和20.2)，對於具小於幾nm(例如5 nm、3 nm、或甚至小於2 nm)之側向解析度之3D體積影像重新建構通常證明是過於粗略。因此，根據本發明的第四具體實例，施加基於檢測體積內部晶圓的結構或半導體特徵之精確對準的附加方法。精確對準的該方法也包含計算實際切片厚度d。採用第一粗略對準的步驟，避免重複圖案的配準誤差，並獲得橫斷面影像切片中橫斷面影像特徵的映射或配準。採用第二步驟或精確對準，每對橫斷面影像切片的相互定位準確度係用小於5 nm、3 nm、或甚至小於2 nm之準確度所達成。
晶圓內部積體電路結構通常內含垂直結構(如3D記憶體通道或貫孔，圖26中4.1和4.2)和水平結構(如「字線(Word-line)」或金屬線L1至Ln)。如前述，兩種類型的結構係可用於精細對準，及用於切片厚度判定。實施例係例示在圖27中。圖27顯示根據楔形切口方法之晶圓的橫斷面。水平與垂直結構係由層的水平邊緣80以及例如HAR結構的垂直邊緣78(例如圖26中元件4.1或4.2)所指示。將具索引(n+1)之橫斷面影像切片中水平邊緣80和垂直邊緣78的定位的Y'分量，與具索引n之橫斷面影像切片中水平邊緣80和垂直邊緣78的定位的Y'分量進行比較，且差異係計算為
Figure 02_image003
(「WL」=「字線」(Word-Line))和
Figure 02_image001
(「Ch」=「通道」(Channel))。Y'軸位於橫斷面影像切片的平面中。不完美的對準導致附加位移
Figure 02_image007
，這對於橫斷面影像切片中所有結構為相等。因此，以上所考慮之水平與垂直結構的真實位移為
Figure 02_image009
Figure 02_image011
其中d係兩橫斷面表面之間的實際距離。請注意，位移
Figure 02_image003
為負，因為Y軸沿著切片向下指向。
因此，可計算在體積中重新建構橫斷面影像切片(n+1)關於橫斷面影像切片(n)的側向定位所必要之位移誤差
Figure 02_image007
和切片厚度d為：
Figure 02_image013
Figure 02_image015
從所測量到
Figure 02_image003
和
Figure 02_image001
並採用斜面角度GF。在圖27中，切片在正交於圖像平面之X方向上的位移，係僅僅等於結構
Figure 02_image017
和
Figure 02_image019
沿著X軸的對應所測量到位移。斜面角度GF的輕微變化對計算位移誤差
Figure 02_image021
和厚度d僅具有有限影響。因此，可能用小於1 nm之精確度計算例如位移誤差
Figure 02_image007
，即使未知斜面角度具如例如1°之較高精確度，例如其中GF = 30°+/- 1°。
複數個橫斷面影像切片通常不會形成完美平行平面，而是具有一些表面形貌，如例如在圖17中所例示。為將表面形貌列入考慮，以上方程式係可在橫斷面影像切片的多個位置上局部進行求解。因此，切片厚度d係可針對每對橫斷面影像切片的多個位置分別進行計算。此外，側向位移
Figure 02_image023
和
Figure 02_image021
係可局部進行計算，並可考慮可能的影像失真。
採用前述粗略與精細對準方法，獲得複數個橫斷面影像切片的精確對準，且具小於5 nm、小於3 nm、或甚至小於2 nm之高精確度之3D體積影像重新建構為可能。
在晶圓上測量位點6.1處檢測體積的3D體積影像產生的該方法中，具距離d之複數個後續橫斷面表面係藉由與晶圓表面成預定角度GF所配置之FIB波束51而進行研磨。在實施例的座標系統中，FIB波束51係在x方向上進行掃描，且橫斷面表面係成大致等同於GF之角度之斜面。「大致相同」意指由於FIB的波束發散，橫斷面表面的實際角度可偏離研磨角度GF幾度(在1°至4°之間)。在實施例中，產生具小於15 nm、小於5 nm、或甚至更短之距離d之複數個後續橫斷面表面，係可藉由將晶圓載台在y方向上或在z方向上側向位移所達成。在本發明的第六具體實例中，具大致5 nm的距離d之複數個後續橫斷面表面係藉由用FIB波束51進行研磨所獲得，而無需將晶圓載台側向或垂直移動。如圖10中所例示，FIB波束係環繞FIB波束重合點58在x方向上並在z方向上進行掃描，而晶圓載台並未位移晶圓。施加於楔形切口幾何形狀之這種扇形斷層攝影方法，允許對後續橫斷面影像切片的切片距離d進行很精確且快速的調整。研磨的角度並非成預定角度GF恆定，而是藉由環繞預定角度GF之最小研磨角度與最大研磨角度之間研磨角度差異64而變化，其中角分散GZ約1 mrad。所以，相鄰影像切片之間的距離不斷變化。作為實施例，研磨係可進行配置使得兩相鄰橫斷面影像表面(例如橫斷面影像表面53和橫斷面影像表面54)之間切片距離60.1，在晶圓的表面55處為恆定。檢測體積的底部處切片距離62.1係因切片不同而異，取決於不同研磨角度。舉例來說，第一橫斷面影像表面53係以第一研磨角度66用FIB波束51.1進行研磨，而第二橫斷面影像表面54係以第二研磨角度68用FIB波束51.2進行研磨，使得晶圓平面中的兩相鄰橫斷面影像表面的距離為dy1(參考編號60.1)，而晶圓平面下方深度LZ處兩相鄰橫斷面影像表面的距離dy2(參考編號62.1)係大於dy1。藉此，橫斷面表面的相互距離的精確控制，係可在nm準確度內進行維護。在這種情況下，所獲得的複數個橫斷面切片並未彼此平行。根據前述本發明的多個具體實例之對準和深度判定的該方法同樣維持適用。
在實施例中，藉由FIB柱的掃描單元而側傾FIB波束的該方法，係利用於調整研磨角度GF。在實施例中，後續橫斷面表面之間的距離為可調整。在實施例中，複數個橫斷面表面之間的距離係針對橫斷面影像表面的至少一些距離調整為不同。藉由距離和角度GF的調整，檢測體積的3D體積影像的處理量和解析度係對晶圓檢測任務的需要完全或局部進行調整。
問題之一係在複數個橫斷面影像表面的較大面積上方達成均勻研磨。在第七具體實例中，揭示一種設置及一種避免大量碎屑沉積在斜面橫斷面表面上之方法。如圖11中所例示，在測量位點6.1處，首先將第一近端溝槽92研磨成與檢測體積13相鄰之晶圓表面中，接著係將第二遠端溝槽94研磨成與檢測體積13相鄰之晶圓表面中，使得檢測體積13係位在第一溝槽92與第二溝槽94之間。然後，將晶圓旋轉90°，並藉由FIB波束51將包含橫斷面影像表面53和54之複數個橫斷面影像表面研磨成檢測體積13中。FIB波束係以用於每個橫斷面表面之角分散GX(參考編號90)在x方向上進行掃描，並在角分散DZ(參考編號64)內藉由FIB柱在z方向上的掃描機制而側傾。複數個橫斷面影像係從垂直方向藉由帶電粒子成像束(未顯示)所獲得，視需要而定連同對準特徵(例如對準特徵20.1)的成像。在FIB研磨的同時所產生之碎屑，係積聚在關於FIB波束位在檢測體積13的相對位點上之遠端溝槽94中。兩溝槽92和94的離距係構造成容納檢測體積13。近端溝槽92的寬度和深度係進行調整，使得達成前述大致角度GF的切片角度。遠端溝槽94的深度係進行調整，使得達成前述大致角度GF的切片角度，並維護碎屑沉積在遠端溝槽94中。藉此，以楔形切口幾何形狀之切片與影像方法係維護具低碎屑和高精確度。在實施例中，超過兩具不同定向和離距之溝槽係構造成使得能夠產生用於3D斷層攝影之所需大小和定向的多個子體積。對準特徵(如對準特徵20.1)係放置在檢測體積13附近。類似於圖9所例示之實施例，至少對準特徵20.1係可製造在深度DLZ處。
在第八具體實例中，用成像帶電粒子裝置之成像係受到影像失真而劣化。前述多個具體實例和實施例的方法步驟，係適用於類推以角度GE ＞ 0°用成像帶電粒子裝置之配置。在實施例中，成像帶電粒子裝置的光學軸係與晶圓表面之法線成角度GE進行設置。在這種情況下，成像座標系統(X', Y')係關於晶圓表面旋轉角度GE，且橫斷面影像係在y方向上失真。橫斷面影像切片係藉由在x方向上施加第一影像放大(與y方向上之第二影像放大不同)之漸變影像轉換，在數位上進行轉換。在實施例中，成像帶電粒子束裝置的掃描單元係受到失真而劣化，例如梯形掃描圖型(Key stoning)。橫斷面影像切片係藉由失真補償以補償影像失真，在數位上進行轉換。漸變影像轉換和失真補償的結果係例示在圖12中。圖12的左側例示橫斷面影像切片，其中影像失真起因於角度GE下影像獲取，並作為實施例梯形掃描圖型失真。圖12的右側例示具圖6的參考編號之失真補償之後之橫斷面影像切片。
在第九具體實例中，附加對準特徵係提供在檢測體積上方。圖13係與積體半導體樣本的頂部表面大致成預定主研磨角度GF所傾斜之後續橫斷面影像切片之間距離判定的例示圖。橫斷面影像切片係與頂部表面傾斜大致角度GF。附加對準特徵也可為具晶圓表面55之橫斷面表面的邊緣，例如表面52與晶圓表面55之間邊緣76.1(參見圖7)。邊緣76.1係在後續橫斷面影像表面的後續FIB研磨中進行移除，例如表面53。然而，進一步邊緣76.3、76.4提供切片距離d的測量。在實施例中，在研磨之前，對準特徵38.1和38.2係提供在檢測體積13的位置處晶圓的頂部表面上。對準特徵38.1和38.2並未平行而是以GV的角度彼此傾斜，並在x方向上在每個各自橫斷面影像表面的每個邊緣處具有不同距離，例如在橫斷面影像表面54的邊緣76.4處之距離36.4。從對準特徵38.1和38.2的預定幾何形狀和定位以及距離36.4，邊緣76.4的y定位係可用高精確度進行推導。在另一實施例中，從第一橫斷面影像表面53到相鄰第二橫斷面影像表面54，具對準特徵38.1和38.2之兩橫斷面之間的距離從距離36.3改變數值dx成為距離36.4。在每個橫斷面表面處，對準特徵38.1和38.2的距離係在具晶圓表面55之橫斷面表面的對應邊緣處進行測量。距離dx的改變係進行判定且角度GV為已知，因此橫斷面影像的後續邊緣之間y方向上之距離dy係可藉由以下進行計算 dy = dx / (2∙tan GV/2)
為了判定切片之間的距離d，考慮研磨角度GF且 d = dy ∙ sin(GF) = (dx ∙ sin (GF)) / (2 ∙ tan GV/2)
在楔形切口幾何形狀中，包括在dx自身中或在測量dx中之任何誤差，現在係以係數sin(GF)減少。因此，採用附加基準點38.1和38.2，推導出切片厚度d，並可用高精確度推導出相鄰橫斷面影像切片中的第二橫斷面影像特徵之間y定位的定位改變。所以，用較高精確度推導出第二橫斷面影像特徵的深度，以及針對每個橫斷面影像切片之深度圖。從第二橫斷面影像特徵的深度或深度圖，用高精確度推導出第一橫斷面影像特徵的深度。
在至少在測量位點上，對晶圓中3D檢測體積進行3D檢測方法的第十具體實例包含例示在圖14中之步驟。在步驟S1中，將晶圓裝載在雙波束裝置的真空腔體中晶圓載台上之晶圓支撐台上。雙波束裝置包含聚焦離子束(FIB)柱，其在裝載在晶圓支撐台上時，具與晶圓支撐台的表面或晶圓表面成角度GF所設置之FIB柱的第一光學軸。測量工具更包含成像帶電粒子束，例如SEM或氦離子顯微鏡，其具與晶圓支撐台的表面之法線形成角度GE、與FIB柱成角度GFE所設置之帶電粒子成像裝置的第二光學軸，且第一與第二光學軸形成相交點。
判定晶圓上第一測量位點處的檢測體積位置，並藉由移動晶圓載台而放置晶圓，使得第一測量位點係位在FIB柱和帶電粒子成像柱的相交點處。選擇性上，晶圓的定向係藉由旋轉晶圓載台的晶圓支撐台而進一步進行調整。
在選擇性步驟S3中，至少對準特徵(如對準標記)係製造在測量位點附近。在選擇性步驟S3中，塗佈係可局部沉積在測量位點處的晶圓表面上，以涵蓋檢測體積以及用於產生高成像對比度的對準標記，或在樣本表面與在研磨過程中未涵蓋之橫斷面之間達成高對比度。附加對準特徵(如圖7中之對準標記20.1或對準標記22等)係配置使得，對準特徵之至少一者在至少兩橫斷面影像切片中為可見，從而形成共同橫斷面影像特徵以供該至少兩橫斷面影像切片的相互對準。在實施例中，附加對準特徵(如圖7中之對準標記20.1或對準標記22等)係配置使得，對準特徵之至少一者在用於所有橫斷面影像切片的相互對準之所有橫斷面影像切片中為可見。在實施例中，對準特徵係製造在檢測體積上方，並構造成用於判定複數個邊緣(包括由複數個橫斷面表面(包括具晶圓表面之第一與第二橫斷面表面)的相交處所形成之第一與第二邊緣)的定位。
在步驟S5中，第一楔形係藉由FIB研磨而從晶圓的頂部表面移除，以暴露出第一橫斷面表面以供橫斷面成像。FIB研磨係例如藉由帶電粒子成像束而進行監控。
在步驟S7中，進行以楔形切口幾何形狀之切片與影像方法，並產生複數個橫斷面影像。新橫斷面表面的FIB研磨係例如藉由帶電粒子成像束而進行監控，包括監控在步驟S3中所製造之對準特徵，以控制後續影像切片之間的距離d。藉此，獲得至少包含檢測體積中第一橫斷面影像切片和第二橫斷面影像切片之一系列或複數個N個橫斷面影像切片。獲得第一與第二橫斷面影像切片包括後續藉由大致以角度GF用FIB柱研磨成檢測體積而暴露出檢測體積中的至少第一和第二橫斷面表面，及用帶電粒子成像裝置成像該至少第一和第二橫斷面表面，以獲得該至少第一與第二橫斷面影像切片。一般來說，橫斷面影像切片的數量N為至少N = 10、最好N ＞ 100、甚至更好N約為1000或以上。
在實施例中，切片與影像方法係以扇形斷層攝影方法進行，這包含在第一方向上藉由掃描單元而掃描FIB柱的聚焦離子束，以暴露出檢測體積內第一橫斷面表面；在垂直於第一方向之第二方向上藉由掃描單元而側傾聚焦離子束；及在第一方向上藉由掃描單元而掃描聚焦離子束，以暴露出檢測體積內第二橫斷面表面，使得包括第一與第二橫斷面表面之複數個橫斷面表面與晶圓表面形成大致斜面角度GF的不同角度。
在步驟S8中，偵測和分類橫斷面影像特徵，使得將橫斷面影像特徵分類為第一橫斷面影像特徵和第二橫斷面影像特徵，以及視需要而定形成共同橫斷面影像特徵之對準特徵。對於橫斷面影像特徵偵測和分類，可施加此領域已知方法，例如邊緣偵測、影像比較、特徵提取、物件偵測，包括也已知為機器學習演算法之其組合。藉此，視需要而定在第一並在第二橫斷面影像切片中偵測和分類共同橫斷面影像特徵。
在步驟S9中，將複數個橫斷面影像相互對準，使得垂直結構(如HAR結構或貫孔)的複數個第一橫斷面影像特徵出現在幾乎等同側向座標(例如x-y座標)處。在實施例中，利用至少一附加對準特徵或共同橫斷面影像特徵對準複數個橫斷面影像。複數個橫斷面影像係使用先前所產生對準特徵之至少一者相互進行對準，使得垂直結構(如HAR結構或貫孔)的複數個第一橫斷面影像特徵出現在類似側向座標處。藉由利用該至少一附加對準特徵，偵測第一橫斷面影像特徵(如個別HAR結構的橫斷面)的局部側向定位誤差。藉由判定HAR結構相對於對準標記的橫斷面定位，偵測HAR結構在垂直於晶圓表面之深度z上方的全域擺動誤差。
在實施例中，相互側向影像對準包括對該至少第一與第二橫斷面影像切片之間的一影像失真偏差進行減去或數位補償。
在步驟S10中，深度圖Z(x, y)係從橫斷面影像切片的每個中第二橫斷面特徵的定位(x, y)所創建。在實施例中，橫斷面影像切片中任意(X, Y)點的深度z係從第二橫斷面影像特徵的側向位移所推導出。第二橫斷面影像特徵對應於例如平行於晶圓表面所定向之半導體裝置的層結構。在實施例中，橫斷面影像切片中任意(X, Y)點的深度Z係從由積體半導體裝置的複數個層所形成之複數個第二橫斷面影像特徵的側向定向進行推估，其中層表面平行於晶圓表面。
藉此，在步驟S10中，產生具複數個N個橫斷面影像切片的複數個N個深度圖Z(x, y; n)，其中索引n = 1…N。
在實施例中，透過第二橫斷面影像特徵之深度判定和深度圖創建係與對準特徵進行組合，例如附加對準標記或以基準點為基礎對準。積體半導體樣本可能包括高度重複特徵，諸如閘極層中之閘極，這或許會在第二橫斷面影像特徵的影像配準中導致模糊性。一般來說，具形成在積體半導體樣本上方之對準特徵或基準點之粗略配準可降低模糊性，並提高用於根據本發明的多個具體實例任一者之深度判定之第二橫斷面影像特徵的精細影像配準的速度。
在步驟S11中，至少橫斷面影像切片中的第一橫斷面影像特徵的深度係從深度圖所推導出。在實施例中，步驟S10和步驟S11從第二橫斷面影像特徵之至少一者形成判定至少一第一橫斷面影像特徵的深度的深度判定的單個步驟。
在實施例中，判定第一橫斷面影像特徵的深度的步驟包含判定橫斷面影像切片中第二橫斷面影像特徵的第一定位，與第二橫斷面影像切片中的第二橫斷面影像特徵的第二定位的側向差異。
在實施例中，至少兩第二橫斷面影像特徵係在第一橫斷面影像切片中進行判定，其中第二橫斷面影像特徵的每個代表檢測體積內不同深度處積體半導體結構。判定第一橫斷面影像特徵的深度的步驟包含判定該至少兩第二橫斷面影像特徵的側向定位。
透過第二橫斷面影像特徵之第一橫斷面影像特徵的深度判定包括統計平均，並因此對如影像雜訊為更穩健。由於一般較大層數量(例如5個、10個、或最多可達100個)，橫斷面影像包含複數個第二橫斷面影像特徵，並藉由透過複數個第二橫斷面影像特徵之深度判定而改良深度判定的統計資料。由於缺陷很少見，因此不會影響深度判定方法的整體品質。此外，缺陷候選點(Candidate)係可從根據統計評估之所預期深度偵測為異常值。
在前述多個具體實例和實施例中，橫斷面表面係視為藉由FIB研磨和拋光所暴露出之平面表面。在進一步實施例中，由於研磨和拋光製程中之誤差或劣化，至少橫斷面表面為彎曲。所以，對應橫斷面影像切片係變曲表面的影像，並因此包含失真和假影。在實施例中，橫斷面影像特徵係用於判定橫斷面表面的曲率，並施加所判定表面曲率以供校正橫斷面影像切片的失真。
在步驟S12中，產生檢測體積的3D體積影像，包含第一橫斷面影像特徵的3D定位資訊。在產生檢測體積的3D體積影像的步驟S12中，組合來自複數個橫斷面影像切片之每一者的複數個深度圖之複數個第一橫斷面影像特徵的深度資訊。從深度圖連同複數個橫斷面影像切片的複數個第一橫斷面影像特徵，組成檢測體積的3D體積影像。推導出對應於第一橫斷面影像特徵之對應積體電路特徵，以形成對應積體電路特徵的3D體積影像。在進一步步驟中，推導出3D體積影像中的對應積體電路特徵的對應積體電路特徵或性質的缺陷或偏差。
在實施例中，分析第二橫斷面影像特徵，並從代表層中結構之第二橫斷面影像特徵的寬度的局部變化，可判定局部橫斷面表面斜率。在實施例中，局部橫斷面表面斜率的資訊係用於反饋迴路校正中之迭代研磨。在實施例中，進行藉由從失真影像切片轉換成如從平面橫斷面表面所獲得之未失真影像切片所達成之數位影像轉換。在實施例中，橫斷面表面在x和y方向上為彎曲。如採用先前具體實例，第二橫斷面影像特徵的定位或邊緣係用於失真校正，並獲得針對對應橫斷面影像切片的每個像素之對應z座標的提取，包括第一橫斷面影像特徵的z定位。
在本發明的一態樣中，進行晶圓上不同測量位點處的偵測結果的比較，例如積體電路特徵和性質係在不同測量位點處，根據以楔形切口幾何形狀之切片與影像方法在3D中所推導出。積體電路特徵和性質可為例如HAR結構的側傾或擺動誤差。由在不同測量位點處藉由前述方法而利用第二橫斷面影像特徵之第一橫斷面影像特徵所代表之積體電路特徵的深度判定，允許包括積體電路特徵和性質的深度的比較之精確比較。代表平行於晶圓表面之線或層之第二橫斷面影像特徵形成共同參考，以供在不同測量位點處進行深度判定。因此，垂直HAR結構的側傾和擺動係可在晶圓上不同位置或測量位點處在3D中進行判定，而無需附加共同對準參考。
在第十一具體實例中，提供構造成用於檢測晶圓中檢測體積而無需從晶圓提取樣本之晶圓缺陷檢測裝置。晶圓缺陷檢測裝置的一些態樣係與圖2結合進行解說。晶圓缺陷檢測裝置包含聚焦離子束柱50，其構造成用於研磨和暴露出晶圓8中檢測體積中的至少第一和第二橫斷面影像表面；及帶電粒子成像裝置40，其構造成用於成像複數個橫斷面表面，至少包含第一和第二橫斷面表面以形成複數個橫斷面影像切片，包含第一和一第二橫斷面影像切片。晶圓缺陷檢測裝置更包含操作單元2，其透過控制單元19和載台控制單元16之晶圓載台移動，觸發例如相交點處晶圓8的測量位點6.1的放置和對準。操作單元2安裝有軟體操作碼，並在操作期間藉由以楔形切口幾何形狀之切片與影像方法而觸發對檢測體積進行檢測，包含FIB研磨、影像獲取、和載台移動的重複操作。操作單元與FIB 50的控制單元19(其係控制著帶電粒子束成像柱40)通訊，並連接到控制單元16，以控制透過晶圓載台(未顯示)安裝在晶圓支撐台上之晶圓的定位。晶圓缺陷檢測裝置的進一步態樣係例示在圖15中。在實施例中，控制單元19與帶電粒子束柱並未直接通訊，而是與控制著帶電粒子束柱(如帶電粒子成像裝置40或FIB 50)的操作之帶電粒子束控制單元86。操作單元2包含影像處理單元82，其安裝有電腦程式和軟體程式碼，用於透過控制單元19從帶電粒子偵測器17接收影像資訊，與藉由帶電粒子成像裝置40的掃描單元(未顯示)所掃描之成像帶電粒子束的掃描操作同步。影像處理單元82以及安裝在影像處理單元82中之軟體程式碼，係在使用期間構造成藉由如以上在步驟S8中所說明之特徵偵測和分類，而判定該至少第一與第二橫斷面影像切片中的第一與第二橫斷面影像特徵。影像處理單元82以及安裝在影像處理單元82中之軟體程式碼，係在使用期間進一步構造成判定檢測體積內第一與第二橫斷面特徵的深度，第一與第二橫斷面影像特徵係檢測體積內部積體半導體結構的橫斷面。影像處理單元82和軟體碼實行如前述影像處理方法，例如拐角或邊緣偵測、設定閾值、或形態操作、或類似操作係此領域已習知。近來，影像處理係藉由提高計算速度而加以改良，例如藉由在影像處理單元82中使用包含數百個處理器之電腦叢集。提取積體半導體樣本的特徵或結構之影像處理方法也可涉及機器學習演算法或由其所取代。
在實施例中，積體半導體結構係先前已知結構。設計資訊或3D CAD資訊係可用於改良金屬線和HAR通道的邊緣提取、層表面定位提取、以及具高精確度之深度判定。舉例來說，CAD資訊係可用於識別金屬線末端之位置，並因此不應再在橫斷面影像中為可見。藉此，可減少影像處理方法的異常值。此外，第二橫斷面影像特徵的深度通常係從3D CAD資訊已知具高精確度。影像處理單元82以及安裝在影像處理單元82中之軟體程式碼，使得能夠在使用期間藉由與3D CAD資訊進行比較而判定檢測體積內第二橫斷面特徵的深度，並例如根據前述方法推導出第一橫斷面影像特徵的深度。
操作單元2更包含一缺陷偵測單元84，其構造成例如藉由將第一橫斷面影像特徵與3D CAD資料或與預定3D性質的程式庫資料進行比較，在使用期間判定與檢測體積內部半導體結構的預定3D性質之偏差。此外，缺陷候選者係可從統計評估偵測為異常值。
操作單元2更包含介面與通訊單元88，其係與外部輸入與輸出裝置(例如使用者控制終端、平板電腦、資料庫、晶圓操控器、或製造操作系統)通訊。
為獲得晶圓內部檢測體積中的資訊(如缺陷或與半導體結構的所需形狀之偏差)，一系列側傾橫斷面表面係序列進行研磨並「逐切片(Slice-by-slice)」進行成像。一旦藉由用FIB之研磨移除可調整厚度的材料層，即使用垂直帶電粒子成像束獲取新橫斷面影像切片。以這種方式所獲取之數量N個橫斷面影像切片涵蓋晶圓內部檢測體積中，並產生具側向像素大小以及連續影像切片之間距離dz之3D體積影像資料。分析3D體積影像資料，並將其用於重新建構例如檢測體積內部半導體記憶體堆疊的性質。採用前述本發明的多個具體實例，提供包括關於相互定位和定向之資訊的恢復之重新建構，包括檢測體積內部欲觀測的個別橫斷面影像特徵的深度。
在第十二具體實例中，3D體積影像資料係藉由將橫斷面影像切片從斜面橫斷面表面重新取樣或插值到規則光柵，而從該系列N個橫斷面影像切片所產生。採用以下所說明之插值方法，減少用於來自該系列N個橫斷面影像切片之3D體積影像產生之插值假影。3D體積影像資料產生的具體實例包含從一組橫斷面影像切片獲得至少一2D虛擬橫斷面影像的方法。半導體裝置的積體半導體元件通常具有預定形狀和定向。其通常係設置在平行於晶圓表面之層中，或係垂直於晶圓表面延伸。此元件的實施例係如前述並例示在圖3中之記憶體通道或HAR結構，以及具金屬線之層。在用於快速3D檢測之所提出方法中，虛擬橫斷面影像切片係在正交於欲觀測半導體特徵的方向之平面中所產生。實施例係例示在圖16中。圖16顯示在晶圓表面55下方檢測體積(未顯示)內部，大致以掠射角GF藉由FIB研磨而序列所形成之三個代表性橫斷面表面52、53、54。從橫斷面表面52、53、和54之每一者，具索引n-1、n、和n+1之橫斷面影像切片係藉由成像帶電粒子顯微鏡(例如掃描式電子顯微鏡束44或HIM)所產生。橫斷面表面係在z方向上具相對距離dz之角度GF下藉由離子束(未顯示)而進行研磨，且z距離係例如藉由晶圓載台(未顯示)的側向移動，或如以上與扇形斷層攝影方法(參見圖10)結合所說明在z方向上FIB的掃描偏移而進行控制。在圖16中所例示之此實施例中，在第一橫斷面表面52與第二橫斷面表面53之間在z方向上之第距離dzn ，係不同於第二橫斷面表面53與第三橫斷面表面54之間在z方向上之第二距離dzn+1 。距離dz係在幾nm的範圍內，例如5 nm、6 nm、或甚至更長(例如10 nm)。舉例來說，dzn 約為6 nm而dzn+1 約為7 nm。每個橫斷面影像係在具約2 nm、1 nm、或甚至更小(例如0.5 nm)的像素光柵之x-y平面中，用側向像素光柵進行掃描。在橫斷面表面52、53、和54上之y方向上，像素光柵的投影線係藉由在x方向上延伸的虛線123(所示索引123僅用於表面52)所例示。例示垂直於z軸之虛擬橫斷面影像切片121的實施例。虛擬影像切片121係在深度ZV處平行於晶圓表面55。在虛擬橫斷面影像切片121中，點C處像素值係藉由在欲觀測結構的方向上投影相鄰橫斷面影像切片的像素值所獲得。在此實施例中，欲觀測結構係垂直於晶圓表面所定向之HAR結構。因此，投影或插值方向係平行於z軸。插值方向的幾個實施例係由箭頭125.1、125.2、125.3、和125.4所例示。在實施例中，在虛擬影像切片中，點C到相鄰橫斷面影像表面的最近距離係在投影或插值方向上進行判定。在此實施例中，第一橫斷面表面52係最接近於點C，且虛擬橫斷面影像切片121的像素定位C處像素值，係選擇為等同於第一橫斷面表面52的第一橫斷面影像切片的像素A處像素值。第一橫斷面影像平面52的橫斷面影像n-1的像素A以及虛擬橫斷面影像切片121的像素C具有等同x和y座標，且z方向上距離AC係虛擬影像切片121與包括橫斷面表面52、53、54之複數個橫斷面表面的每個之間，在z方向上所有距離的最小距離。
在另一實施例中，虛擬橫斷面影像切片121的像素C處像素值係從接下來兩橫斷面表面(在此即第一橫斷面表面52和第二橫斷面表面53)進行插值。在第一與第二橫斷面表面52和53的相同絕對側向座標處，具索引n-1之第一橫斷面影像切片的第一像素值A以及具索引n之第二橫斷面影像切片的第二像素值B係用於計算虛擬橫斷面影像切片中像素C處之像素值。插值可為例如線性插值或加權插值，並計算像素C處像素值的機率。由於預期像素C處像素值通常係係第一像素A或第二像素B的像素值之二進制結果，代表指定材料的測量結果，因此插值係可與臨界設定操作進行組合。
在實施例中，對應相鄰橫斷面表面的超過兩橫斷面影像切片的超過兩像素值，係可例如藉由較高階多項式插值而用於插值。在實施例中，虛擬橫斷面影像切片121上像素大小係選擇為等於從複數個橫斷面表面52、53、54所獲得之橫斷面影像切片n-1、n、和n+1的像素大小。舉例來說，藉由成像帶電粒子顯微鏡44(例如電子束44)對第三橫斷面表面54進行掃描係據此在y方向上進行調整，使得具標籤n+1之第三橫斷面影像切片係關於具等同絕對像素座標(具第一與第二橫斷面影像切片(具標籤n-1和n))之共同側向座標系統所產生。在替代性實施例中，複數個橫斷面影像切片之至少一者的側向像素光柵係在數位上進行調整和重新取樣，使得虛擬橫斷面121係藉由沿著z方向之投影或插值而從至少兩橫斷面影像切片所達成。在替代性實施例中，第一橫斷面表面上第一像素位置A與第二橫斷面表面上第二像素位置B之間的投影或插值方向係與投影方向(在此即z方向)傾斜，且虛擬影像切片的像素位置C處像素值係據此進行插值。
隨著藉由在預定投影方向(例如垂直於晶圓表面55且平行於第一組半導體特徵的定向之z方向)上之插值而對至少虛擬橫斷面影像切片進行計算的該方法減少插值假影，且虛擬橫斷面影像係穿越第一組半導體特徵之橫斷面的精確代表圖。在平行於第一半導體特徵的定向之投影方向上之插值方法，對於晶圓中HAR結構之分析尤其是有趣，其中無法藉由FIB研磨而獲得穿越複數個HAR結構垂直之橫斷面影像。
對於每個虛擬橫斷面影像像素，子組該至少一橫斷面影像切片係藉由在第一定向方向上計算該系列N個橫斷面影像切片之每一者到虛擬橫斷面影像像素的距離，並選擇具最小距離之至少第一橫斷面影像切片而進行判定。在實施例中，子組該至少一橫斷面影像切片的第二橫斷面影像切片，係相對選擇為具第二最小距離之橫斷面影像切片。子組該至少一橫斷面影像切片的進一步橫斷面影像切片，係可據此在第一定向方向上以到虛擬橫斷面影像像素之遞增距離的序列進行選擇。
在實施例中，產生針對每個虛擬橫斷面影像之深度圖ZV(x, y)。深度圖係藉由幾何構圖所產生，使得虛擬橫斷面影像係垂直於第一定向方向進行定向。對於虛擬橫斷面影像的像素值之每一者，子組至少一橫斷面影像切片係藉由評估距離Zrv(n) = Z(x, y; n) – ZV(x, y)，並藉由判定對於具距離Zrv(m)具最小值之切片索引m而進行選擇。子組該至少一橫斷面影像切片的第二和進一步橫斷面影像切片，係可據此在Z方向上以到虛擬橫斷面影像像素之遞增距離Zry(n)的序列進行選擇。
在獲得至少2D虛擬橫斷面影像的該方法的實施例中，第一定向方向係垂直於晶圓表面之z方向，且虛擬橫斷面影像切片係在晶圓表面下方恆定深度ZV處在平行於晶圓表面之平面處進行計算。對於具側向座標(x, y)之每個虛擬橫斷面影像像素，子組該至少一第m個橫斷面影像切片係藉由選擇到深度ZV處平面具最小距離之至少一橫斷面影像切片而進行判定，使得距離Zrv(m) = Z(x, y; m) – ZV係所有深度圖Z(x, y; n)的最小值，其中索引n = 1…N。子組該至少一橫斷面影像切片的第二和進一步橫斷面影像切片，係可據此在Z方向上以到虛擬橫斷面影像像素之遞增距離Zry(n)的序列進行選擇。
在實施例中，產生針對每個虛擬橫斷面影像之深度圖ZV(x, y)。深度圖係藉由幾何構圖所產生，使得虛擬橫斷面影像係垂直於第一定向方向進行定向。對於虛擬橫斷面影像的像素值之每一者，子組至少一橫斷面影像切片係藉由評估距離Zrv(n) = Z(x, y; n) – ZV(x, y)，並藉由判定對於具距離Zrv(m)具最小值之切片索引m而進行選擇。子組該至少一橫斷面影像切片的第二和進一步橫斷面影像切片，係可據此在Z方向上以到虛擬橫斷面影像像素之遞增距離Zry(n)的序列進行選擇。
在實施例中，虛擬橫斷面影像的像素值係藉由幾何投影而從第一定向方向上子組至少一橫斷面影像切片進行插值。判定虛擬橫斷面與對應於第m個橫斷面影像切片的乘法之間的角度ω，且第m個橫斷面影像切片的平面中所投影側向座標，係藉由除以cos(ω)而從虛擬影像切片的像素座標進行計算。接著，虛擬影像切片的像素的像素值，係藉由從第m個橫斷面影像切片的相鄰像素值到所投影側向座標之插值而進行計算。
在實施例中，用於獲取該系列N個橫斷面影像切片之帶電粒子成像系統的光學軸係垂直於晶圓表面進行定向，使得對於光學軸與垂直於晶圓表面之z軸之間的角度GE，角度GE = 0°。在此實施例中，該至少一虛擬橫斷面影像的側向座標(x, y)以及該系列N個橫斷面影像切片的側向座標可為等同，且角度ω係大致等於角度GF。此實施例係例示在圖16中。獲得至少2D虛擬橫斷面影像的該方法可包含下列步驟：在構造成用於為了橫斷面影像切片之每一者的相互側向對準而形成該至少一共同橫斷面影像特徵之檢測體積附近形成至少一對準特徵。相互側向影像對準的步驟可包括減去每個橫斷面影像切片的影像失真偏差。
在獲得至少2D虛擬橫斷面影像的該方法的實施例中，插值包含特徵提取、臨界設定操作、輪廓插值、或基於模型插值之至少一者。藉此，提供具高精確度之欲觀測的第一半導體結構或特徵的插值。第三橫斷面影像特徵，代表在第一定向方向上定向在虛擬橫斷面影像中之特徵的第一半導體結構，係從來自具高精確度並具減少的插值假影之子組至少一橫斷面影像切片之第一橫斷面影像特徵進行插值。
採用獲得至少2D虛擬橫斷面影像或一組2D虛擬橫斷面影像的該方法，虛擬橫斷面影像係從檢測體積內部任意深度ZV處組N個橫斷面影像切片進行計算，舉例來說，深度ZV係根據平行於晶圓表面之層的深度進行選擇，其中層係由定向在平行於晶圓表面之第二定向方向上之第二半導體特徵所形成。舉例來說，第一虛擬橫斷面影像切片係在兩相鄰等效層(如字線)(例如圖5的層L2和層L3)之間深度ZV1處進行計算，而第二虛擬橫斷面影像切片係在層或字線(例如圖5的層L4)內部深度ZV2處進行計算。
橫斷面影像切片之每一者的深度圖Z(x, y; n)，其中索引n = 1…N，係從橫斷面影像切片中的第二橫斷面影像特徵進行計算，第二橫斷面影像特徵代表穿越定向在平行於晶圓表面之第二定向方向上之第二半導體特徵之橫斷面影像。投影或插值的該方法仰賴複數個橫斷面影像切片的各自像素的實際深度資訊。針對索引n的橫斷面影像切片的每個像素之深度資訊或深度圖Z(x, y; n)，係藉由以上在多個具體實例和實施例中所說明之方法進行推導。在對HAR結構進行分析的實施例中，對應於HAR結構之第一橫斷面影像中每個像素位置的深度圖Z(x, y; n)，係從代表平行於晶圓表面所拉長之結構(如3D記憶體裝置的複數個層或字線)之第二橫斷面影像特徵所推導出，如前述。
一組虛擬影像切片(如切片121)提供所探討半導體結構或特徵(如HAR結構)的橫斷面影像的可靠代表圖，並係可用於統計分析或缺陷分析。在獲得一組2D虛擬橫斷面影像的該方法的實施例中，達成較快速的資料獲取，且z方向上距離dz或垂直於個別橫斷面影像切片之距離d係選擇為實質上大於對應橫斷面影像的像素大小。像素大小通常係小於2 nm、例如1 nm或0.5 nm、或甚至0.25 nm。對於快速資料獲取，垂直於晶圓表面之切片距離dz係選擇和調整為超過6 nm、例如8 nm、10 nm、或甚至更長。隨著將切片厚度或距離dz選擇為顯著大於影像像素大小，顯著減少用FIB之研磨操作的數量，並達成晶圓內部檢測體積的快速3D影像獲取。3D體積資料的立體像素的尺寸具有沿著不同軸之實質上不同延伸，且側向方向上像素大小或解析度係與深度上像素大小或解析度不同。藉由此方法，達成在對x和y方向上側向像素間隔進行調適之z方向上具預定義距離之複數個虛擬橫斷面影像切片，並產生檢測體積的3D體積影像的各等向性3D立體像素。由於插值係在欲觀測半導體特徵(如HAR結構)的第一方向上進行，並視需要而定與臨界設定操作或輪廓插值的其他方法進行組合，因此減少插值的假影。採用所說明之該方法，虛擬影像切片中半導體元件的第一橫斷面影像係從具深度或z上距離(其相較於側向像素間隔係較大)之子組複數個橫斷面影像切片的第一橫斷面影像進行計算。
在實施例中，預定一組虛擬橫斷面影像(如包含HAR結構的第一橫斷面影像之虛擬橫斷面影像121)係在正交於HAR結構的方向之減少的子組平面中所推導出。虛擬橫斷面影像切片係針對平行於晶圓表面之z平面的較小數量進行計算，例如在大於例如1 nm的側向像素光柵之z間隔dz處。在實施例中，虛擬橫斷面影像的數量的z間隔係根據平行於晶圓表面之層數量進行選擇，並顯著減少用於計算之處理時間。因此，在減少的組虛擬橫斷面表面之間，z方向上距離係例如在5 nm至50 nm之間進行選擇，例如10 nm或25 nm。在實施例中，z方向上距離可為可變，並依平行於晶圓表面行進之層的深度而定。
在獲得一組2D虛擬橫斷面影像的方法的實施例中，複數個N個橫斷面影像切片係藉由用成像帶電粒子顯微鏡掃描複數個N個橫斷面表面所產生，並計算一組F個虛擬橫斷面影像切片，其中F ＜ N。在實施例中，半導體記憶體堆疊的最大層數量為M個(參見圖3)，且F係選擇為與M等效，使得虛擬橫斷面影像切片係在每個層內所產生。在另一實施例中，F係選擇為與字線的數量等效，使得虛擬橫斷面影像切片係在其間每個字線層和每個絕緣層內所產生。在每個實施例中，側向像素數量顯然超過橫斷面影像切片的數量N個、虛擬橫斷面影像切片的數量F個。
隨著包括藉由FIB對複數個橫斷面表面進行一後續拋光之高精確度研磨，產生複數個準確平面橫斷面表面。然而，包括拋光之精確研磨係耗時工作量。在高處理量應用(如晶圓檢測)中，所需為晶圓內部檢測體積的3D體積影像獲取的較高速度。在本發明的第十三具體實例中，假設施加快速研磨操作。在快速研磨之後，每個別橫斷面表面的表面形狀或許由於研磨假影(例如由FIB的發散所引入)、不完美FIB控制、或由於FIB與檢測體積內部所研磨材料之間的交互作用的效應而偏離完美平面表面。此效應的實施例係已習知遮幕效應。用於產生虛擬切片所說明之插值方法的修飾例係例示在圖17中。在虛擬切片121中，點C上像素值係藉由橫斷面影像切片的點A或/和點B處像素的像素值(其係從彎曲橫斷面表面52、53、和54所獲得)的插值所獲得，其中第n個橫斷面影像切片的像素Z(x, y; n)的z座標係用前述本發明的方法推導出。代表例如HAR結構之第一橫斷面影像的影像像素的深度或z座標，係從已知深度或相對於代表例如垂直於HAR結構所定向之字線之第二橫斷面影像的影像像素所推導出。在實施例中，從一組橫斷面影像切片獲得虛擬橫斷面影像或一系列虛擬橫斷面影像的方法(每個虛擬影像切片包含複數個虛擬橫斷面影像像素)包含下列步驟：藉由將一系列N個橫斷面表面以斜面角度GF交替成像和研磨成晶圓內部的檢測體積中，而獲得一系列N個橫斷面影像切片，藉使對於每個虛擬橫斷面影像像素，像素值係藉由該系列N個橫斷面影像切片在第一定向方向上的子組至少一橫斷面影像切片的投影，並藉由來自子組至少一橫斷面影像切片的投影之像素值的插值而進行計算。橫斷面影像切片的數量N為至少N = 10、最好N ＞ 100、甚至更好N約為1000或以上。
在前述多個具體實例中，在晶圓中具小於1 nm之高解析度以及較大深度延伸LZ之檢測體積的檢測任務的要求，係用超過30°的角度GF在楔形切口幾何形狀下藉由切片與影像方法所達成。如在與圖8結合之第五具體實例中所說明，隨著SEM，對於高解析度要求必須獲得具不同焦點定位之較大一連串影像。如結合圖12之第八具體實例所例示，利用用於成像之SEM之多個具體實例的實施例進一步需要影像處理，例如拼接和失真補償。在另一實施例中，SEM的光學軸係用角度GE進行調整，使得SEM與FIB之間的角度GFE為大致90°(參見圖2和圖4b)。然而，在具SEM之多個具體實例和實施例中，具超過例如1 µm之較大深度延伸之檢測體積的複數個N個橫斷面影像切片的影像獲取和側向對準係耗時，並為了焦點調整和影像處理而需要附加時間。再者，降低準確度。在第十四具體實例中，帶電粒子成像裝置係具最深可達10 µm的焦點深度之氦離子顯微鏡(HIM)。高解析度SEM的焦點深度約為DOF ~ 10 - 20 nm。一般來說，帶電粒子成像顯微鏡的DOF係受到所需解析度限制。採用HIM，小於1 nm的解析度係維護在6 µm以上並到達10 µm或更深的較大景深處。HIM提供進一步優勢，即成像係由二次電子所主導而較不由反向散射帶電粒子所主導。因此，成像對比度係較不易受到表面形貌效應影響。再者，隨著氦離子，晶圓的任何充電始終為正，並使由於晶圓表面的充電效應之對比度變化減至最少。
因此，具根據圖18之HIM之雙波束裝置1，提供用於具較大深度延伸之檢測體積之較佳具體實例。在此第十四具體實例中，提供晶圓檢測裝置，及用於晶圓內部檢測體積的三維電路圖案檢測而無需從晶圓移除樣本之方法，其係配置並適用於層的較厚或深層堆疊，例如在經處理半導體晶圓的表面下方具約超過6 µm(例如10 µm或15 µm)的深度延伸或高度。採用以楔形切口幾何形狀之切片與影像方法，如前述，避免破壞晶圓或移除檢測體積。在第十四具體實例中，用20°、最好30°以上、且甚至更好35°以上的用於研磨成晶圓表面55中之FIB柱的斜面角度GF，達成小於25 µm之橫斷面表面的側向延伸(例如約20 µm或更小的側向尺寸LY)，並進行影像獲取而無需以很快速且有效方式進行影像拼接。晶圓檢測任務的挑戰係要求高解析度(例如2 nm、1 nm或0.5 nm、或甚至小於0.5 nm)，且在晶圓頂部表面55下面，晶圓內所需深度範圍最深可達15 µm。根據第十四具體實例，帶電粒子成像束的高解析度和所需焦點深度係藉由使用氦離子顯微鏡(HIM)所達成。氦離子顯微鏡在所需較大焦點深度處提供約1 nm或更小的所需解析度，並允許在單個影像中用所需解析度，對楔形切口幾何形狀下橫斷面表面的每個進行影像獲取。隨著「單次影像掃描」，意指影像獲取掃描而無需改變焦平面，或對較大深度範圍或影像拼接進行富有挑戰性焦點控制。在單次影像掃描期間，並未移動晶圓，且並未改變帶電粒子成像束的焦點平面。
隨著用於使用HIM進行晶圓檢測之雙波束裝置，提供檢測體積的高解析度與高處理量3D體積檢測，尤其是例如大於1 µm之深度LZ的具大於100 nm之深度以及小於1 nm的解析度之深層檢測體積。在實施例中，提供對具HAR結構(在晶圓頂部表面下方之深度上延伸約6 µm)之記憶體裝置進行檢測，而無需破壞晶圓或從晶圓移除檢測體積。在雙波束裝置的指定設置中，HIM係提供具超過5 µm、例如6 µm之深度範圍之複數個N個橫斷面表面的高解析度成像，並產生具小於1 nm之解析度之複數個N個橫斷面影像切片。
隨著大致以36°用Ga-FIB 50對複數個橫斷面表面進行交替切片並用HIM成像，切片與成像係向下到記憶體裝置的HAR通道的底部所達成。第十四具體實例的詳細資訊係在圖18a和圖18b中進行解說。這兩幅圖示例示用於檢測晶圓中深層體積之雙波束裝置1的不同態樣。具光學軸142之氦離子顯微鏡(HIM)140係垂直於晶圓支撐台進行設置(參見圖18b)，晶圓支撐台垂直於HIM 140的光學軸142夾持具晶圓頂部表面55之晶圓。鎵-FIB柱50係以約36°的斜面角度GF定向到晶圓頂部表面55。複數個N個橫斷面表面的第一與第二橫斷面表面係在約10 µm × 10 µm × 6 µm的側向延伸LX乘LY乘LZ的檢測體積內，用索引n和(n+1)進行指示。橫斷面表面顯示橫斷面特徵，在此實施例中，HAR結構的第一橫斷面特徵垂直於晶圓頂部表面55進行定向。第HAR橫斷面177.1係接近具較小深度之晶圓表面55，而第二HAR橫斷面177.2係在較大深度處，例如在約6 µm或更深的深度LZ處。這兩項表面詳細資訊係在約10 µm或更深的HIM 140的景深或焦點深度(DOF)內。由於36°的斜面角度，橫斷面表面LY的側向延伸對於6 µm的深度LZ僅約為10 µm。在另一實施例中，對於LZ = 15 µm的深度獲得LY = 20 µm的側向延伸。對於約LZ = 15 µm的LZ的此深層結構，例如15 µm的側向影像延伸用例如45°的更大斜面角度為可能。切片距離dz例如約為10 nm或係根據取樣要求進行選擇，且更小的切片距離係可對於較大斜面角度進行選擇。在每種情況下，可能用HIM之單次影像掃描獲取每個橫斷面影像表面，而無需改變焦點且無需失真補償或影像拼接。
為了對準複數個N個橫斷面影像切片，在晶圓頂部表面55中提供對準標記(如對準標記148)。晶圓的頂部表面55以及斜面橫斷面表面上之對準標記係良好地在HIM的DOF內，且複數個N個橫斷面影像切片係可用高精確度在側向方向上進行對準。舉例來說，較大深度處之第二HAR橫斷面177.2以及晶圓的表面55上之對準特徵148，係藉由HIM 140的快速掃描線152所越過，並係在HIM 140的焦點深度或景深(DOF)內。HIM 140的較大景深的獨特優勢在於，可能在超過1 µm、例如2 µm、5 µm、或甚至10 µm的深度範圍內不同深度處成像結構或特徵，與製造在晶圓表面55上方之對準特徵或基準點148一起。
用於以楔形切口幾何形狀在晶圓的檢測位點處對檢測體積進行檢測之雙波束裝置1(參見圖18a)包含六軸晶圓載台155，其具構造成用於將具晶圓表面55之晶圓夾持在晶圓支撐台15的支撐表面152上之晶圓支撐台15；FIB柱50，其在角度GF下設置到晶圓支撐台15的支撐表面152；氦離子顯微鏡(HIM)140，其具垂直於支撐表面152所設置之光學軸142，FIB柱50的光學軸與HIM 140形成相交點43；及載台控制單元16，其構造成在使用期間將晶圓8的第一測量位點6.1定位在相交點43處；控制單元19，其用於控制FIB柱50和HIM 140，構造成用於大致以角度GF用FIB波束51交替研磨檢測體積中複數個N個橫斷面表面，並藉由HIM波束144而成像每個橫斷面表面，以形成具優於2 nm、最好為優於1 nm之解析度之高解析度的複數個N個橫斷面影像切片，藉使檢測體積在HIM 140的光學軸142的方向上具有超過1 µm、例如3 µm的深度延伸LZ。在實施例中，在HIM 140的光學軸142的方向上，深度延伸LZ超過5 µm、例如6 µm、或甚至10 µm。每個橫斷面表面的成像以形成高解析度的複數個N個橫斷面影像切片，係藉由具超過深度延伸LZ之焦點深度(DOF)之HIM波束144所達成。控制單元19係構造成在使用期間在超過約至少5 µm至10 µm(LX或LY)的檢測體積的側向大小LX或LY之面積上方掃描HIM波束144，並採用二次電子偵測器17以時間序列方式收集複數個二次電子。
在實施例中，形成在FIB波束51與晶圓支撐台15的支撐表面152之間的角度GF係在30°至60°之間(例如36°或45°)。在實施例中，雙波束裝置1更包含操作單元2，其構造成將複數個N個橫斷面影像切片與至少一共同橫斷面影像特徵相互對準。在實施例中，控制單元19係進一步構造成在使用期間在晶圓表面55上生成至少對準標記148，從而形成該至少一共同橫斷面影像特徵以供複數個N個橫斷面影像切片的相互對準。在實施例中，操作單元2更包含影像處理單元82(參見圖15)，其用於在使用期間計算平行於檢測體積的晶圓表面55之平面中之至少虛擬橫斷面影像切片。
隨著HIM 140的較大焦點深度和遠心配置，橫斷面影像切片係用高準確度進行成像且無失真，而無需改變帶電粒子成像顯微鏡的焦平面。晶圓內部檢測體積的3D資訊係用有效且快速工作流程所獲得，具超過1 µm、例如6 µm、或甚至最深可達10 µm之LZ的較大深度延伸。舉例來說，對於具複數個HAR結構之記憶體裝置，虛擬影像切片係可產生在每個交替層中，例如字線的層以及字線之間的絕緣層。由於橫斷面影像係用垂直於晶圓表面或平行於HAR結構之HIM從斜面橫斷面表面所獲得，因此減少影像處理時間，並使插值假影減至最少。形成在晶圓的表面55上之視需要而定對準結構148，係良好地在HIM的焦點深度內，並係可利用於橫斷面影像切片的相互對準。
圖19例示用於較大深度延伸LZ的檢測體積之第十四具體實例的一些態樣。檢測體積160具有在2 µm至10 µm之間之較大z延伸LZ。在記憶體裝置的檢測體積中，複數個交替層162係平行於晶圓表面55進行設置。複數個HAR結構係正交於晶圓表面55進行設置。在檢測體積160中，形成複數個N個橫斷面表面。所例示係具索引(n-1)、n、和(n+1)之橫斷面表面。每個橫斷面表面係大致以在30°至60°之間(例如36°)之斜面角度GF研磨成檢測體積中。連續橫斷面表面之間的距離係在小於12 nm進行選擇。藉由控制切片距離(例如藉由較小距離和較大切片數量)，3D體積影像獲取的準確度係可進一步加以改良，並減少影像處理誤差。與研磨交替，每個橫斷面表面係藉由HIM 144而進行成像，並形成複數個N個橫斷面影像切片，例如圖19b中具索引n之橫斷面影像切片。橫斷面影像切片包含HAR結構的複數個橫斷面特徵，例如由177.1所指示；及複數個層的橫斷面特徵，例如導電層橫斷面175。複數個N個橫斷面影像切片的每個包含影像細部150，其代表附加對準特徵148，且複數個N個橫斷面影像切片的每個係與代表附加對準特徵148之影像細部150側向進行對準，這並未藉由研磨後續橫斷面影像表面而進行修訂。虛擬橫斷面係在形成虛擬橫斷面影像166.1之第一導電層或字線中，以及在形成虛擬橫斷面影像166.2之第二絕緣層中進行計算。藉此，計算複數個虛擬橫斷面(圖19c和圖19d)。
複數個橫斷面影像或虛擬橫斷面的每個係藉由影像處理而進行分析，並推導出HAR結構的統計特徵，如例示在圖20中。圖20顯示分析的結果的兩實施例。在左側上，顯示半徑的分佈，以及在0 µm至4.5 µm之深度範圍內複數個HAR通道164的半徑的平均值。在右側上，顯示橢圓率的分佈，以及在0 µm至4.5 µm之深度範圍內複數個HAR通道164的橢圓率的平均值。複數個HAR通道164的其他參數係可採類似方式所獲得並進行例示。
圖21例示檢測較大深度延伸的檢測體積的第十五具體實例。在此具體實例中，用於檢測具較大深度延伸之檢測體積之所需時間，係藉由分離複數個B個區塊181.1、...181.b、...181.B中的檢測體積所減少。為了簡化，例示三個區塊。複數個區塊181係沿著FIB波束的研磨方向對角線進行設置。因此，即將研磨和成像的複數個橫斷面表面係減少至較低數量，並減少檢測所需時間。在每個區塊181中，複數個例如七十個HAR特徵164係在深度lz1至lzB的指定範圍內進行分析。區塊大小係根據橫斷面表面的研磨角度GF、HAR特徵尺寸、以及每個深度範圍內統計分析所需HAR橫斷面177的數量進行調整。因此，較佳切片距離d為小於30 nm。複數個虛擬橫斷面係在複數個層162中的不同深度範圍內進行計算。藉此，研磨操作的次數係減少超過三倍，且檢測體積所需操作時間係減少超過三倍。在實施例中，對於包含記憶體HAR結構之記憶體裝置，足以每個HAR結構提供至少三個橫斷面影像切片。
圖22例示用於檢測較大深度延伸的深層且較小檢測體積191之雙波束裝置的第十六具體實例。在此實施例中，角度GF係以在45°至80°之間之較大角度(例如約76°的研磨角度)進行選擇，以穿越整個深度範圍以較大角度DF切片記憶體裝置的HAR特徵。帶電粒子顯微鏡195的軸係以角度GE設置到晶圓表面55的法線，例如以40°或更大的角度。在此實施例中，使晶圓的破壞減至最少。
一般來說，用於監控和控制半導體晶圓上或其中半導體特徵的大量製造(High-volume manufacturing，HVM)之晶圓檢測，需要很高速度以及高處理量。在第十七具體實例中，說明根據本發明的其他具體實例任一開發具雙波束裝置之監控配方。第十七具體實例係例示在圖23。半導體裝置的開發大致依循三個階段M1至M3。在研究與開發(Research and development，RnD)階段M1中，開發出新半導體裝置的功能原型。在步驟M1.1中，開發出半導體裝置的設計。在步驟M1.2中，製造新半導體裝置的功能示範器或新半導體裝置的新設計特徵，並在步驟M1.3中測試其功能。在階段M1期間，測試新設計特徵以及新製程步驟。示範器的3D體積分析係例如根據前述多個具體實例任一，或採用利用如先前技術中所說明之樣本提出之方法進行。藉此，判定和提供關鍵設計參數以及關鍵設計效能指標D1的清單。
在階段M2中，提供製造程序的提升。在步驟M2.1期間，開發出新製造程序，或改善現有製造程序。在步驟M2.2中，需要全方位3D分析或3D體積成像，例如藉由以上多個具體實例中所說明之方法或裝置任一。舉例來說，獲得新的一組代表性缺陷圖案，並從代表性缺陷圖案產生關鍵製造效能指標D2的清單。若階段M2期間之製造證明是嚴重，則製程可返回階段M1並可進行設計改變。
在兩階段M1和M2中，進行全方位3D測量，其目標是瞭解製程並識別全深度中之可能缺陷。在步驟M2.2中，監控複數個製造步驟並進行複數個3D測量，且若步驟M2.2期間測量時間係短於例如在步驟M1.3中則具優勢。在階段M1或M2期間，3D檢測的較佳方法係如以上多個具體實例之一中所說明，在楔形切口幾何形狀下之3D體積影像產生。在「楔形切口(Wedge cut)」方法中，3D記憶體堆疊係如圖3中所例示以與晶圓表面成小於80°之角度用FIB進行研磨。在記憶體裝置的實施例中，溝槽的側傾橫斷面表面52內含記憶體通道和字線覆蓋區兩者。橫斷面表面係使用垂直帶電粒子成像束(如氦離子或電子束)「從頂部」進行成像。對應橫斷面影像切片內含XY平面上各自深度(Z)處通道覆蓋區的投影。在圓柱形狀的垂直記憶體通道的情況下，橫斷面影像切片內含由溝槽的傾斜表面52上覆蓋區的位置所判定之各種深度處之圓形覆蓋區，如例如例示在圖6中。FIB波束51與晶圓表面(XY平面)之間的角度GF控制由成像束的視野所涵蓋之深度範圍，以及可用於成像之總側向面積。傾斜橫斷面表面的「由上而下」成像需要垂直束的一定焦點深度(DOF)。在DOF不足的情況下，FOV或許係分成更小分區並序列用漸進式焦點調整進行成像，如在圖8的實施例之第五具體實例中所解說。或者，可採用在圖18所說明根據第十四具體實例之HIM。從測量，可進行複數個效能參數和統計分析，例如可產生虛擬橫斷面影像切片，且評估可包含例如圖20中所說明。
階段M3係半導體裝置的大量製造(HVM)。在HVM階段中，減少測量時間以有利於使處理量最大化。在步驟M3.1中，施加階段M2中所開發出之製造程序，並在步驟M3.2中例行進行有限數量的指標或監控測量。基於RnD階段M1和階段M2期間所推導出且前述關鍵設計效能指標D1和關鍵製造效能指標D2，定義測量或監控配方R，然後例行進行以在階段M3中監控製造程序。
從關鍵設計效能指標D1和關鍵製造效能指標D2，產生測量或監控配方R以供HVM階段M3的快速且高處理量監控。關鍵設計效能指標D1和關鍵製造效能指標D2可包含大量資料，包括具理想效能之所製造半導體裝置以及由於一般製造誤差而具效能劣化之所製造半導體裝置的此資料的2D影像與3D影像資料、2D虛擬影像切片、尺寸、和統計分析。關鍵設計效能指標D1和關鍵製造效能指標D2也可包含模擬，例如從一資料庫所提供之其他半導體裝置的CAD模擬或分析資料。推導出指定檢測位點處的檢測體積中代表性缺陷圖案和指定測量任務，並符合測量配方R。舉例來說，檢測體積中之體積效應通常係可藉由穿越檢測體積之單個或兩代表性橫斷面影像切片所表示。從藉由如前述切片與成像方法所獲得之3D體積影像，判定該至少一代表性橫斷面影像切片的較佳角度和定向，並判定晶圓上指定檢測位點處的橫斷面表面的較佳角度和定向。指定檢測位點處的橫斷面表面的較佳角度和定向，係利用檢測體積中的半導體結構和特徵的先驗知識之先驗資訊的實施例。
用於HVM之測量配方R係例如藉助於施加於關鍵設計效能指標D1和關鍵製造效能指標D2之機器學習或深層學習所推導出，並定義用於階段M3中的HVM之一組減少的代表性測量，其包括監控配方R的一組監控或HVM效能指標D3。測量或監控配方R係在步驟M3中HVM期間進行施加，並產生監控指標D3的複數個實際值。HVM效能指標D3的實際值可包含大量資料，包括具理想效能之HVM所製造半導體裝置以及由於HVM製造誤差而具效能劣化之所製造半導體裝置的此資料的2D影像與3D影像資料、所測量到尺寸、和統計分析。HVM效能指標D3的複數個實際值係可在步驟R中饋送回到測量或監控配方產生，且步驟R中的測量或監控配方產生係可按規則時間間隔進行確認或實現。
因此，根據第十七具體實例之測量或監控配方產生的方法包含下列步驟：產生第一組關鍵設計效能指標D1，組關鍵設計效能指標D1包含檢測體積中關鍵設計特徵的CAD影像資料和尺寸，並產生第二組關鍵製造效能指標D2，包含在一製造程序開發期間所獲得之3D體積影像資料，並推導出包含用於獲得第三組效能指標D3之至少一者之步驟之測量配方R，其中產生第二組關鍵製造效能指標D2或監控配方R的步驟包含獲取穿越在晶圓表面下面具深度延伸LZ ＞ 1 µm之代表性預定檢測體積之至少一第一橫斷面表面的至少一第一橫斷面影像切片。獲得效能指標D1至D3之至少一者的步驟之至少一者包含影像處理的步驟，以用斜面角度GF提取代表複數個第一半導體特徵的橫斷面之複數個第一橫斷面影像特徵，影像處理包含特徵提取、邊緣偵測、圖案辨識、或像素插值之至少一者。獲得效能指標D1至D3之至少一者的步驟之至少一者包含從複數個第一橫斷面影像特徵之至少一者計算至少一第一半導體特徵的至少一說明性參數的步驟，其中說明性參數係尺寸、直徑、角度、面積、形狀、或體積中一者。獲得效能指標D1至D3之至少一者的步驟之至少一者更包含計算複數個第一半導體特徵的該至少一說明性參數的平均或統計偏差中一者的步驟。測量配方R可包含根據前述多個具體實例任一者之測量，但最好為第十八具體實例中所說明之方法。在HVM階段M3中，全3D斷層攝影可能消耗不可接受的時間量，然而單個楔形橫斷面為可能。採用前述監控配方產生，單個楔形切口可提供用於製程監控之所需資訊。在第十八具體實例中，提供從對穿越3D記憶體堆疊之單個楔形切口進行分析提取3D資訊之方式。
根據第十八具體實例之單個楔形切口監控方法，提供有關3D記憶體堆疊內單個側傾平面52之資訊。相較於如使用序列所研磨和成像之平行切片的堆疊之3D斷層攝影，對於堆疊幾何形狀的全3D重新建構，從單個切口所達成之資訊為不足。然而，對多個切片的研磨和成像之單個楔形切口方法的優勢，係較短許多的研磨與影像獲取時間。因此，在HVM階段M3中施加單個楔形切口監控方法具優勢。FIB和成像束的定向允許研磨局部化溝槽，而無需對晶圓引入進一步損傷(無晶圓樣本的「提出」(lift-out))，這對於晶圓線上檢測為關鍵。圖24以記憶體裝置的複數個HAR結構的實施例例示單個楔形切口監控方法。單個介面52係以與平行於y軸之晶圓表面(未顯示)成角度GF，藉由FIB 50而進行研磨。帶電粒子成像裝置(未顯示)係在z方向上進行設置，並產生表面52的數位影像，包含垂直於晶圓表面所定向之HAR結構205.1…205.4的複數個橫斷面影像特徵203.1…203.4。平均HAR通道的代表性垂直HAR輪廓201的重新建構，係藉由組合個別記憶體或HAR通道205.1…205.4的橫斷面影像特徵的覆蓋區203.1…203.4所獲得。為重新建構代表性垂直HAR輪廓201的垂直輪廓(作為Z的函數之代表性垂直HAR輪廓的直徑或(更一般來說)形狀)，可以對應於角度GF之斜面角度組合個別通道的所成像覆蓋區203.1至203.4，以形成如圖24中所例示之代表性垂直HAR輪廓201。數位影像的影像像素的Z座標，係可例如使用前述方法從其在由上而下影像上之X-Y座標進行重新建構，如例如在圖5、圖6、圖12、和圖19b中所例示利用傾斜表面52中字線的橫斷面影像特徵。該方法施加階段M2中所產生之先驗資訊，例如視野內所有通道理想具有等同垂直輪廓或垂直輪廓的預定義變化之資訊。在單個橫斷面表面中，HAR結構的橫斷面係位在不同深度處，且HAR通道依深度而定的性質係可在階段M2中從3D體積檢測進行訓練或學習。在簡單實施例中，HAR通道的直徑係假設為隨著Z恆定，且所有HAR通道的軸係彼此平行。若平均通道的更複雜垂直輪廓係在階段M2期間從3D體積檢測進行預測，則所假設輪廓係可施加以校正不同深度處所測量到臨界尺寸和近接距離。
若假設通道在XY平面中形成規則格點，則楔形切口資料也允許將平均通道201的側向位移重新建構為Z的函數(所謂的「側傾」(tilt)或「擺動」(wiggling))。在實施例中，記憶體通道係在步驟M1中進行設計，以在側向平面中形成六角形格點。對於在影像中包含覆蓋區或橫斷面影像部段203.1至203.4之每個通道覆蓋區，測量質心(xi ,yi )(對於HAR通道的複數個i = 1…N個橫斷面影像部段具索引i)。如前述，覆蓋區質心的Z座標zi 係可使用字線針對任何(xi ,yi )對進行判定。若FOV中所有通道具有相同形狀和定向，則給定z處通道覆蓋區質心(xi ,yi )的側向定位係可定義為
Figure 02_image025
和
Figure 02_image027
其中
Figure 02_image029
和
Figure 02_image031
說明具深度之平均通道的側向位移；
Figure 02_image033
和
Figure 02_image035
說明一定參考深度
Figure 02_image037
處通道的理想側向定位。隨著此重新建構，判定FOV中平均通道的側傾和「擺動」的函數
Figure 02_image029
和
Figure 02_image031
。這係可藉由求解下列方程式的超定系統(如藉由
Figure 02_image039
極小化)而做到：
Figure 02_image042
對於
Figure 02_image033
和
Figure 02_image035
，假設其形成例如六角形格點的預定義規則格點。因此，對於足夠數量的所測量到通道質心，可求解方程式的系統以找出
Figure 02_image029
和
Figure 02_image031
。
因此，數位影像係可用於在一定統計假設下，或在階段M1和M2期間在3D體積檢測中所獲得之先驗資訊下，重新建構3D記憶體堆疊的3D幾何形狀。舉例來說，缺陷類型或缺陷表徵係可藉由用先驗資訊或用機器學習的方法，從單個表面52的數位影像進行識別。來自一般缺陷的3D體積影像之單個表面的一組代表性數位影像，係在階段M1和M2中所獲得，並係用於訓練機器學習演算法。從單個表面並藉由根據先驗資訊或機器學習演算法之分析，3D體積缺陷類型係從單個相交處表面52的數位影像進行判定。簡化實施例係例示在圖25中。圖25a例示側向LX和LY延伸以及對應深度範圍LZ的檢測體積160中之複數個HAR結構(三個由參考編號205所指示)。複數個HAR結構係關於z軸側傾。圖25b例示藉由用定向在y-z平面中的局部晶圓座標系統中之FIB 50進行研磨之第一楔形切口(第一橫斷面表面51.1)。藉由帶電粒子成像裝置40或140所獲得之第一數位影像207.1係例示在圖25b的右側上，其中複數個橫斷面影像特徵203.1代表複數個HAR結構205的橫斷面。在穿越HAR結構平行於x方向的平行列之複數個線209.1之間，間隔在橫斷面表面51.1的數位影像上方改變，從其與有關HAR通道的設計距離之先驗資訊一起推導出複數個HAR通道205的側傾。
為了進一步分析通道的側傾，產生和成像第二橫斷面表面51.2，其中楔形切口的定向係在第一與第二橫斷面表面之間進行改變。舉例來說，兩相交處表面51.1和51.2係在第一相交處表面產生與第一數位影像產生以及第二相交處表面產生與第二數位影像產生之間，環繞晶圓法線或z軸以晶圓的旋轉進行蝕刻和成像。藉此，形成兩相交處表面，其中第一相交處表面與第二相交處表面成例如90°的旋轉角度相關。第二相交處表面產生和第二數位影像產生的結果，係例示在圖25c中之局部晶圓座標系統中。為了例示，並未旋轉晶圓，而是旋轉成像裝置的定向，使得FIB柱50現在係定向在局部晶圓座標系統的x-y平面中。第二橫斷面表面51.2係再次在角度GF下所產生，但環繞z軸關於第一橫斷面表面51.1旋轉預定角度。在此實施例中，預定角度為90°，但其他角度也為可能。第二橫斷面表面51.2的對應第二數位影像207.2係再次藉由帶電粒子成像裝置40或140所獲得，並包含複數個橫斷面影像特徵203.2，其代表穿越不同深度處複數個HAR結構之橫斷面。穿越HAR結構的平行列之線209.2現在係關於x軸側傾，從其與有關HAR通道的設計距離之先驗資訊一起推導出複數個HAR通道205的側傾。採用楔形切口幾何形狀下第一與第二檢測，檢測體積160中的複數個HAR結構的側傾角度和定向的全方位判定，僅從兩橫斷面測量為可能。
在實施例中，HAR通道205的側傾可為失準蝕刻製程的結果，且HAR結構的側傾角度依晶圓上定位而定，例如隨著與晶圓的中心之距離增加而徑向側傾角度增加。其他實施例係對準上之系統誤差，根據系統誤差，所有HAR結構係仍然在方向上以相等側傾角度平行。隨著在晶圓的預定義定位處研磨和成像產生幾個代表性橫斷面表面，可推導出缺陷的表徵或起源。
在以上實施例中，檢測體積中的複數個HAR結構為側傾且平行。因此，HAR結構的橫斷面在x和y方向上顯示不同間距。在其他實施例中，例如若HAR結構關於所有HAR軸的共同中心為側傾，或隨機側傾，則所有側傾的表徵係可例如透過晶圓在第一與第二橫斷面影像產生之間的旋轉，藉由不同定向處所產生之至少兩橫斷面表面而進行評估。
在楔形切口橫斷面的由上而下影像中所偵測到之通道覆蓋區，係可用於調查通道直徑的側向變化(CD均勻度)以及鄰近通道的近接距離，如在2019年9月20日所申請之德國專利申請案102019006645.6及2020年5月15日所申請之PCT申請案PCT/EP2020/000101中所說明，其兩者在此併入供參考。
因此，根據監控配方之晶圓之至少第一檢測體積的晶圓檢測的方法包含下列步驟：將晶圓裝載在雙波束裝置中的晶圓支撐台上，移動晶圓支撐台以使晶圓上的第一測量位點與雙波束裝置的相交點重合，用FIB柱在第一檢測體積中以斜面角度研磨第一橫斷面表面，用帶電粒子成像裝置產生第一橫斷面表面的第一橫斷面影像切片，並獲得第一檢測體積(包含用有關複數個第一半導體特徵之先驗資訊分析第一橫斷面影像切片的步驟)中複數個第一半導體特徵的效能指標。分析的步驟可包含影像處理的步驟，以用斜面角度GF提取代表複數個第一半導體特徵的橫斷面之複數個第一橫斷面影像特徵，影像處理包含特徵提取、邊緣偵測、圖案辨識、或像素插值之至少一者。獲得效能指標的步驟可更包含下列步驟：從複數個第一橫斷面影像特徵之至少一者計算第一半導體特徵的至少一說明性參數，其中說明性參數係尺寸、直徑、角度、面積、形狀、或體積中一者。其進一步可包含下列步驟：計算複數個第一半導體特徵的該至少一說明性參數的平均或統計偏差中一者。分析的步驟可更包含根據第三具體實例產生第一橫斷面影像切片的深度圖Z(x, y)。為了產生深度圖，該方法可更包含(1)判定第一橫斷面影像切片之至少兩第二橫斷面影像特徵，以及(2)從該至少兩第二橫斷面影像特徵的側向定位判定深度圖Z(x, y)，其中該至少兩第二橫斷面影像特徵代表檢測體積內不同深度處積體半導體結構。在實施例中，獲得效能指標的步驟包含推導出複數個第一半導體特徵與複數個第一橫斷面影像特徵的側向定位的側傾角度偏差，側傾角度偏差係第一半導體特徵相對於晶圓表面的軸法線的角度。第一複數個半導體特徵的3D代表圖係可從以斜面角度GF所設置之複數個第一橫斷面影像特徵以及深度圖Z(x, y)所產生。第一橫斷面影像切片係可與穿越參考晶圓或晶粒的檢測體積之2D數位影像切片進行比較，其中2D數位影像切片係在參考晶圓或晶粒的先前測量中所獲得並儲存在記憶體或虛擬橫斷面影像切片中之橫斷面影像切片，且其中虛擬橫斷面影像切片係從儲存在記憶體中之3D體積影像資料所產生。3D體積影像資料係在參考晶圓或晶粒的檢測體積的先前切片與影像測量中所獲得，並儲存在記憶體中，例如在階段M2期間所獲得。先前切片與影像測量可用至少包含第二FIB柱和第二帶電粒子成像裝置之第二雙波束裝置，或用相同或第一雙波束裝置所進行。
在監控配方R的實施例中，配方包含移動晶圓支撐台以使晶圓的第二測量位點與第一雙波束裝置的相交點重合；在第二檢測體積中以斜面角度GF研磨第二橫斷面表面；及用帶電粒子成像裝置產生第二橫斷面表面的第二橫斷面影像切片。在實施例中，移動或晶圓包含晶圓支撐台關於垂直於晶圓支撐表面之軸的旋轉。第一與第二檢測體積中的複數個第一半導體特徵的效能指標，係藉由用有關複數個第一半導體特徵之先驗資訊分析第一與第二橫斷面影像切片所獲得。在實施例中，複數個第一半導體特徵的側傾角度偏差包含對第一與第二橫斷面影像切片進行分析。
晶圓缺陷檢測裝置包含聚焦離子束(FIB)柱，其構造成用於穿越晶圓中的第一檢測體積中，以斜面角度GF研磨和暴露出至少一第一橫斷面表面；及帶電粒子成像裝置，其構造成用於成像該至少第一橫斷面表面，以形成第一橫斷面影像切片。其更包含影像處理單元，其安裝有構造成判定該至少第一橫斷面影像切片中複數個橫斷面影像特徵，並判定檢測體積內複數個橫斷面特徵的深度之軟體碼，複數個橫斷面影像特徵係檢測體積內部斜面角度GF處半導體結構的橫斷面；及缺陷偵測單元，其構造成從與檢測體積內部半導體結構的預定性質之複數個橫斷面影像特徵偏差判定。晶圓缺陷檢測裝置係構造成檢測晶圓中的檢測體積中，而檢測體積並未從晶圓進行提取。晶圓缺陷檢測裝置包含記憶體，其用於儲存先驗資訊。
用於將斜面橫斷面表面研磨成晶圓中之FIB，係在一些實施例中說明為鎵FIB，這係用於研磨之共同FIB。用於研磨之FIB的其他實施例可利用其他材料，例如在氣體場離子源(Gas Field Ion Source，GFIS)中所生成之氣體(如氫、氦、或氖)。在實施例中，本發明的雙波束裝置包含FIB，其用於研磨；及帶電粒子成像束，其用於成像，這兩者利用用於研磨以及用於成像之惰性氣體(如He和Ne)。
前述多個具體實例和實施例僅是本發明的實施例。儘管多個具體實例在半導體結構的實施例中說明為探針，但具體實例之至少一些者的方法和裝置可亦施加於允許從代表層或樣本中已知深度的第二橫斷面影像特徵進行深度判定之相當結構的材料或探針。熟習項技藝者可對特定具體實例和實施例進行變更、修飾、變化、和組合，而不悖離附屬於子句所定義之範疇。
本發明係藉由下列子句組而進一步說明： 子句1：一種用第一雙波束裝置對晶圓之至少第一檢測體積進行晶圓檢測的方法，其包含： - 將晶圓裝載在雙波束裝置中的晶圓支撐台上，雙波束裝置至少包含FIB柱和帶電粒子成像裝置，其中FIB柱的第一光學軸與晶圓支撐台的表面形成斜面角度GF，且帶電粒子成像裝置的第二光學軸與晶圓支撐台的表面之法線形成角度GE，第一與第二光學軸形成相交點； - 移動晶圓支撐台以使晶圓上的第一測量位點與雙波束裝置的相交點重合； - 用FIB柱在第一檢測體積中以斜面角度GF研磨第一橫斷面表面； - 用帶電粒子成像裝置產生第一橫斷面表面的第一橫斷面影像切片； - 獲得第一檢測體積(包含用有關複數個第一半導體特徵之先驗資訊分析第一橫斷面影像切片的步驟)中複數個第一半導體特徵的效能指標。 子句2：如子句1之方法，其中第一半導體特徵係貫孔、HAR結構、或HAR通道中一者。 子句3：如子句1或子句2任一之方法，其中分析的步驟包含影像處理的步驟，以用斜面角度GF提取代表複數個第一半導體特徵的橫斷面之複數個第一橫斷面影像特徵，影像處理包含特徵提取、邊緣偵測、圖案辨識、或像素插值之至少一者。 子句4：如子句3之方法，其中獲得效能指標的步驟更包含下列步驟：從複數個第一橫斷面影像特徵之至少一者計算第一半導體特徵的至少一說明性參數，其中說明性參數係尺寸、直徑、角度、面積、形狀、或體積中一者。 子句5：子句4之方法，其中獲得效能指標的步驟更包含下列步驟：計算複數個第一半導體特徵的該至少一說明性參數的平均或統計偏差中一者。 子句6：如子句3至子句5任一之方法，其中分析的步驟更包含產生第一橫斷面影像切片的一深度圖Z(x, y)。 子句7：如子句6之方法，其中產生深度圖的步驟更包含： - 判定第一橫斷面影像切片之至少兩第二橫斷面影像特徵；及 - 從該至少兩第二橫斷面影像特徵的側向定位判定深度圖Z(x, y)。 子句8：子句7之方法，其中該至少兩第二橫斷面影像特徵之每一者代表檢測體積內不同深度處積體半導體結構。 子句9：如子句7或子句8之方法，其中複數個第一半導體特徵之每一者係在垂直於晶圓表面之方向上延伸，且第二橫斷面影像特徵包含半導體結構的橫斷面，其在平行於晶圓表面之方向上延伸。 子句10：如子句7至子句9任一之方法，其中第二橫斷面影像特徵至少包含絕緣體線或層、金屬線或層、半導體線或層中一者的橫斷面。 子句11：如子句6至子句10任一之方法，其中獲得效能指標的步驟包含推導出複數個第一半導體特徵與複數個第一橫斷面影像特徵的側向定位的側傾角度偏差，側傾角度偏差係第一半導體特徵相對於晶圓表面的軸法線的角度。 子句12：如子句4至子句11任一之方法，其更包含下列步驟：從以斜面角度GF所設置之複數個第一橫斷面影像特徵及深度圖Z(x, y)推導出第一複數個半導體特徵的3D代表圖。 子句13：如子句1至子句12任一之方法，其中分析的步驟更包含將第一橫斷面影像切片與穿越參考晶圓或晶粒的檢測體積之2D數位影像切片進行比較。 子句14：如子句13之方法，其中2D數位影像切片係在參考晶圓或晶粒的先前測量中所獲得並儲存在記憶體中之橫斷面影像切片。 子句15：如子句13之方法，其中2D數位影像切片係虛擬橫斷面影像切片，且其中虛擬橫斷面影像切片係從儲存在記憶體中之3D體積影像資料所產生。 子句16：如子句15之方法，其中3D體積影像資料係在參考晶圓或晶粒的檢測體積的先前切片與影像測量中所獲得，並儲存在記憶體中。 子句17：如子句16之方法，其中先前切片與影像測量係用至少包含第二FIB柱和第二帶電粒子成像裝置之第二雙波束裝置所進行。 子句18：如子句16或子句17之方法，其中先前切片與影像測量係藉由第一雙波束裝置所進行。 子句19：如子句1至子句18任一之方法，其更包含： - 移動晶圓支撐台以使晶圓的第二測量位點與第一雙波束裝置的相交點重合； - 用FIB柱在第二檢測體積中以斜面角度GF研磨第二橫斷面表面； - 用帶電粒子成像裝置產生第二橫斷面表面的第二橫斷面影像切片； - 藉由用有關複數個第一半導體特徵之先驗資訊分析第一和第二橫斷面影像切片，而獲得第一與第二檢測體積中的複數個第一半導體特徵的效能指標。 子句20：如子句19之方法，其中在第一檢測體積中的第一橫斷面表面的研磨與第二檢測體積中的第二橫斷面表面的研磨之間，晶圓支撐台係相對於垂直於晶圓支撐表面之軸進行旋轉。 子句21：如子句19至子句20任一之方法，其更包含推導出複數個第一半導體特徵的側傾角度偏差的步驟包含對第一與第二橫斷面影像切片進行分析。 子句22：如子句1至子句21任一之方法，其中FIB柱的斜面角度GF係在30°至80°之間、最好為在30°至45°之間。 子句23：如子句1至子句22任一之方法，其中帶電粒子成像裝置係垂直於晶圓表面進行定向，其中GE = 0°。 子句24：如子句1至子句23任一之方法，其中帶電粒子成像裝置係氦離子顯微鏡(HIM)。 子句25：如子句24之方法，其中第一橫斷面影像切片係藉由在單次影像掃描中獲得穿越檢測體積之第一橫斷面表面的影像所獲得。 子句26：一種用雙波束裝置對晶圓進行檢測的方法，雙波束裝置包含聚焦離子束(FIB)柱，其具設置在與晶圓支撐台的支撐表面成30°至45°之間角度GF下之光學軸；及氦離子顯微鏡(HIM)，其具垂直於支撐表面所設置之光學軸，FIB柱的光學軸與HIM形成相交點， 其包含下列步驟： - 定位具晶圓載台(具構造成用於將晶圓夾持在相交點處之晶圓支撐台)之晶圓的第一測量位點； - 穿越在晶圓表面下方具超過1 µm的深度延伸LZ之第一檢測體積中，大致以角度GF用FIB柱研磨第一橫斷面表面；及 - 採用氦離子顯微鏡用一單次影像掃描成像第一橫斷面表面，以形成高解析度橫斷面影像切片。 子句27：如子句26之方法，其中第一檢測體積具有超過2 µm、超過6 µm、或甚至10 µm的深度範圍。 子句28：如子句26至子句27任一之方法，其中在成像的步驟中，HIM係構造成用於產生具小於2 nm、最好為小於1 nm、或甚至小於0.5 nm的側向解析度之影像。 子句29：一種具用於執行如子句1至子句28任一者之該方法之程式碼之電腦程式產品。 子句30：一種構造成進行如子句1至子句28任一者之方法之任一者之雙波束裝置。 子句31：晶圓缺陷檢測裝置包含： - 聚焦離子束(FIB)柱，其構造成用於穿越晶圓中的第一檢測體積中，以斜面角度GF研磨和暴露出至少一第一橫斷面表面； - 帶電粒子成像裝置，其構造成用於成像該至少第一橫斷面表面，以形成第一橫斷面影像切片； - 影像處理單元，其安裝有構造成判定該至少第一橫斷面影像切片中複數個橫斷面影像特徵，並判定檢測體積內複數個橫斷面特徵的深度之軟體碼，複數個橫斷面影像特徵係檢測體積內部斜面角度GF處半導體結構的橫斷面； - 缺陷偵測單元，其構造成從與檢測體積內部半導體結構的預定性質之複數個橫斷面影像特徵偏差判定； 其中晶圓缺陷檢測裝置係構造成檢測晶圓中的檢測體積中，而檢測體積並未從晶圓進行提取。 子句32：如子句31之裝置，其中安裝有軟體碼之影像處理單元係進一步構造成用於從以斜面角度GF所設置之複數個第一橫斷面影像特徵計算複數個第一半導體結構的3D代表圖。 子句33：子句31或子句32之裝置，其更包含用於儲存先驗資訊之記憶體。 子句34：如子句31至子句33任一之裝置，其中帶電粒子成像裝置更包含晶圓支撐台。 子句35：如子句34之裝置，其中FIB柱的光學軸係與晶圓支撐台成斜面角度GF進行設置，斜面角度係在30°至80°之間、最好在30°至45°之間。 子句36：如子句34或子句35之裝置，其中帶電粒子成像裝置的光學軸係以垂直於晶圓支撐台的角度進行設置。 子句37：如子句31至子句36任一之裝置，其中帶電粒子成像裝置係氦離子顯微鏡(HIM)。 子句38：如子句37之裝置，藉使檢測體積在晶圓表面下方具有超過1 µm、最好為超過2 µm的深度延伸LZ，且HIM係配置有超過深度延伸LZ之焦點深度(DOF)，使得橫斷面影像切片係藉由用HIM波束之單次影像掃描所獲得。 子句39：如子句31至子句38任一者之裝置具安裝有軟體碼之控制單元，以進行子句1至子句28的方法之任一者。 子句40：一種用於檢測晶圓中代表性檢測體積之測量配方產生方法，包含下列步驟： - 產生第一組關鍵設計效能指標D1，組關鍵設計效能指標D1包含檢測體積中關鍵設計特徵的CAD影像資料和尺寸； - 產生第二組關鍵製造效能指標D2，包含在製造程序開發期間所獲得之3D體積影像資料； - 推導出包含用於獲得第三組效能指標D3之至少一者之步驟之測量配方R； - 產生第二組關鍵製造效能指標D2和製程配方R的步驟包含獲取穿越在晶圓表面下面具深度延伸LZ ＞ 1 µm之代表性檢測體積之至少一第一橫斷面表面的至少一第一橫斷面影像切片。 子句41：如子句41之方法，其中獲得效能指標D1至D3之至少一者的步驟之至少一者包含影像處理的步驟，以用斜面角度GF提取代表複數個第一半導體特徵的橫斷面之複數個第一橫斷面影像特徵，影像處理包含特徵提取、邊緣偵測、圖案辨識、或像素插值之至少一者。 子句42：如子句41之方法，其中獲得效能指標D1至D3之至少一者的步驟之至少一者包含從複數個第一橫斷面影像特徵之至少一者計算至少一第一半導體特徵的至少一說明性參數的步驟，其中說明性參數係尺寸、直徑、角度、面積、形狀、或體積中一者。 子句43：如子句42之方法，其中獲得效能指標D1至D3之至少一者的步驟之至少一者更包含計算複數個第一半導體特徵的該至少一說明性參數的平均或統計偏差中一者的步驟。 子句44：如子句41至子句43任一之方法，其中獲得效能指標D1至D3之至少一者的步驟之至少一者包含子句1至子句28的方法步驟任一。 子句45：一種用雙波束裝置對晶圓中檢測體積進行檢測的方法，雙波束裝置至少包含FIB柱和帶電粒子成像裝置，其中FIB柱的第一光學軸與晶圓支撐台的表面形成斜面角度GF，且帶電粒子成像裝置的第二光學軸與晶圓支撐台的表面之法線形成角度GE，第一與第二光學軸形成相交點，該方法包含下列步驟： - 將晶圓裝載在雙波束裝置中的晶圓支撐台上； - 移動晶圓支撐台以使晶圓上的第一測量位點與相交點重合； - 獲得至少包含檢測體積中第一橫斷面影像切片和第二橫斷面影像切片之一系列N個橫斷面影像切片，其中獲得第一與第二橫斷面影像切片包括後續藉由大致以角度GF用FIB柱研磨成檢測體積而暴露出檢測體積中的至少第一和第二橫斷面表面，及用帶電粒子成像裝置成像該至少第一和第二橫斷面表面，以獲得該至少第一與第二橫斷面影像切片； - 判定第一和第二橫斷面影像切片之至少一第一橫斷面影像特徵； - 判定第一和第二橫斷面影像切片之至少一第二橫斷面影像特徵；及 - 從第一橫斷面影像切片之該至少一第二橫斷面影像特徵的側向定位，判定第一橫斷面影像切片中的該至少一第一橫斷面影像特徵的深度。 子句46：如子句45之方法，其更包含下列步驟：進行具至少一共同橫斷面影像特徵之第一和第二橫斷面影像切片的相互側向對準。 子句47：如子句46之方法，其中相互側向影像對準的步驟包括減去該至少第一與第二橫斷面影像切片之間的影像失真偏差。 子句48：如子句45至子句47任一之方法，其中判定該至少一第一橫斷面影像特徵的深度的步驟包含判定第一橫斷面影像切片中的第二橫斷面影像特徵之至少一者的至少一第一定位、與第二橫斷面影像切片之第二橫斷面影像特徵的至少一第二定位的至少一側向差異。 子句49：如子句45至子句48任一之方法，其中在判定至少一第二橫斷面影像特徵之步驟中，至少兩第二橫斷面影像特徵係在第一橫斷面影像切片中進行判定，其中第二橫斷面影像特徵之每一者代表檢測體積內不同深度處積體半導體結構。 子句50：如子句49之方法，其中判定該至少一第一橫斷面影像特徵的深度的步驟包含從該至少兩第二橫斷面影像特徵的側向定位，判定第一橫斷面影像切片中的該至少一第一橫斷面影像特徵的深度。 子句51：如子句45至子句50任一之方法，其中帶電粒子成像裝置的光學軸係垂直於晶圓進行設置。 子句52：如子句45至子句51任一之方法，其中帶電粒子成像裝置係掃描氦離子顯微鏡。 子句53：如子句45至子句52任一者之方法，其更包含下列步驟：在構造成用於第一和第二橫斷面影像切片的相互側向對準之檢測體積附近形成至少一對準特徵。 子句54：如子句53之方法，其中對準特徵係製造在檢測體積上方，並構造成用於判定由第一與第二橫斷面表面與晶圓表面的相交處所形成之第一與第二邊緣的定位。 子句55：如子句53之方法，其中相較於第二橫斷面表面，第一橫斷面表面係被研磨而在垂直於FIB波束之x方向上具有更大延伸形成在晶圓內，使得在形成第二橫斷面表面之後保持第一表面部段的平行表面部段，並在第一表面部段的剩餘平行表面部段上形成該至少一對準特徵。 子句56：如子句45至子句55任一之方法，其中FIB柱的第一光學軸與晶圓支撐台的表面的斜面角度GF係在8°至45°之範圍內、更好在8°至30°之範圍內、甚至更好在8°至15°之範圍內。 子句57：如子句45至子句55任一之方法，其中FIB柱的第一光學軸與晶圓支撐台的表面的斜面角度GF係在25°至60°之間、更好在25°至45°之範圍內、甚至更好在30°至40°之間。 子句58：如子句45至子句57任一之方法，其中獲得檢測體積中的該至少第一與第二橫斷面影像切片的步驟包含在第一方向上藉由掃描單元而掃描FIB柱的聚焦離子束，以暴露出檢測體積內第一橫斷面表面；在垂直於第一方向之第二方向上藉由掃描單元而側傾聚焦離子束；及在第一方向上藉由掃描單元而掃描聚焦離子束，以暴露出檢測體積內第二橫斷面表面，使得第一與第二橫斷面表面與晶圓表面形成大致斜面角度GF的不同角度。 子句59：如子句59之方法，其中在獲得檢測體積中的至少第一橫斷面影像切片和第二橫斷面影像切片的步驟期間，並未移動晶圓。 子句60：如子句45至子句59任一之方法，其中第一橫斷面影像特徵至少包含半導體結構的橫斷面，其在平行於垂直於晶圓表面之軸之方向上延伸，且第二橫斷面影像特徵至少包含半導體結構的橫斷面，其在平行於晶圓表面之方向上延伸。 子句61：如子句45至子句60任一之方法，其中第一共同橫斷面影像特徵至少包含積體半導體電路的貫孔、HAR結構、或HAR通道中一者的橫斷面。 子句62：如子句45至子句61任一之方法，其中第二橫斷面影像特徵至少包含積體半導體電路的絕緣體線或層、金屬線或層、或半導體線或層中一者的橫斷面。 子句63：如子句45至子句62任一者之方法，其中橫斷面影像切片的數量N為至少N = 10、最好N ＞ 100、甚至更好N約為1000或以上。 子句64：一種具用於執行如子句45至子句63任一者之該方法之程式碼之電腦程式產品。 子句65：一種構造成進行如子句45至子句63任一者之方法任一者之雙波束裝置。 子句66：晶圓缺陷檢測裝置構造成進行如子句45至子句63任一之方法，其包含： - 聚焦離子束柱，其構造成用於研磨和暴露出晶圓中檢測體積中的至少第一和第二橫斷面影像表面； - 帶電粒子成像裝置，其構造成用於成像該至少第一與第二橫斷面表面，以形成第一與第二橫斷面影像切片； - 影像處理單元，其安裝有構造成判定該至少第一與第二橫斷面影像切片中橫斷面影像特徵，並判定檢測體積內橫斷面特徵的深度之軟體碼，橫斷面影像特徵係檢測體積內部半導體結構的橫斷面； - 缺陷偵測單元，其構造成從與檢測體積內部半導體結構的預定性質之橫斷面影像特徵偏差判定；其中晶圓缺陷檢測裝置係構造成檢測晶圓中的檢測體積中，而檢測體積並未從晶圓進行提取。 子句67：一種用於檢測晶圓(8)的晶圓表面(55)下面的檢測體積之雙波束裝置(1)，其包含： - 晶圓載台(155)，其具構造成用於在使用期間將晶圓(8)夾持在晶圓支撐台15的支撐表面(152)上之晶圓支撐台(15)； - 聚焦離子束(FIB)柱(50)，其具設置在與晶圓支撐台15的支撐表面(152)成超過30°之角度GF下之光學軸； - 氦離子顯微鏡(HIM)(140)，其具垂直於支撐表面(152)所設置之光學軸(142)，FIB柱(50)的光學軸與HIM(140)形成相交點(43)； - 載台控制單元(16)，其構造成在使用期間將晶圓(8)的第一測量位點(6.1)定位在相交點(43)處；及 - 控制單元(19)，其用於控制FIB柱(50)和HIM(140)，構造成用於大致以角度GF用FIB波束(51)交替研磨檢測體積中複數個N個橫斷面表面，並藉由用HEM波束(144)掃描而成像每個橫斷面表面以形成複數個N個高解析度橫斷面影像切片，藉使檢測體積在晶圓表面(55)下方具有超過1 µm、最好為超過2 µm的一深度延伸LZ。 子句68：如子句67之雙波束裝置(1)，其中方向上之深度延伸LZ超過5 µm(例如6 µm或10 µm)。 子句69：如子句67至子句68任一者之雙波束裝置(1)，其中控制單元(19)係進一步構造成在使用期間在超過約5 µm至10 µm(LX或LY)的檢測體積的側向大小LX或LY之面積上方掃描HIM波束(144)，並採用二次電子偵測器(17)以時間序列方式收集複數個二次電子。 子句70：如子句67至子句69任一者之雙波束裝置(1)，其中HIM(140)係配置有超過深度延伸LZ之焦點深度(DOF)，使得複數個N個高解析度橫斷面影像切片之每一者係藉由用HIM波束(144)之單次影像掃描所獲得。 子句71：如子句67至子句70任一者之雙波束裝置(1)，其更包含安裝軟體碼的影像處理單元，其構造成從複數個N個橫斷面影像切片判定至少一第一虛擬橫斷面影像，其中第一虛擬橫斷面影像係平行於晶圓(8)的表面(55)進行定向。 子句72：一種用雙波束裝置檢測晶圓(8)的晶圓表面(55)下面的檢測體積之檢測的方法，雙波束裝置包含聚焦離子束(FIB)柱(50)，其具設置在與晶圓支撐台(15)的支撐表面(152)成超過30°之角度GF下之光學軸；及氦離子顯微鏡(HIM)(140)，其具垂直於支撐表面(152)所設置之光學軸(142)，FIB柱(50)的光學軸與HIM(140)形成相交點(43)，其包含下列步驟： - 定位具晶圓載台(155)(具構造成用於將晶圓(8)夾持在相交點(43)處之晶圓支撐台(15))之晶圓(8)的第一測量位點(6.1)； - 或者在晶圓表面(55)下方具超過1 µm的深度延伸LZ之檢測體積中，大致以角度GF用FIB柱(50)研磨複數個N個橫斷面表面；及 - 採用氦離子顯微鏡(140)用單次影像掃描成像每個橫斷面表面，以形成複數個N個高解析度橫斷面影像切片。 子句73：如子句72之方法，藉使複數個N個橫斷面表面的研磨在晶圓表面(55)下方具有超過2 µm、最好為超過6 µm、更好超過10 µm的深度延伸LZ。 子句74：如子句72或子句73之方法，其更包含： - 從複數個N個橫斷面影像切片計算平行於晶圓表面(55)之至少一虛擬橫斷面影像。 子句75：如子句74之方法，其中第一虛擬橫斷面影像係在導電層或字線中進行計算。 子句76：如子句74或子句75任一之方法，其中第二虛擬橫斷面影像係在絕緣層中進行計算。 子句77：如子句72或子句76任一之方法，其更包含下列步驟： 進行該系列N個橫斷面影像切片之每一者與至少一共同橫斷面影像特徵的相互側向對準。 子句78：如子句72或子句77任一之方法，其更包含： - 在構造成用於形成該至少一共同橫斷面影像特徵之檢測體積附近形成至少一對準特徵；及 - 進行該系列N個橫斷面影像切片與該至少一共同橫斷面影像特徵的相互側向對準。 子句79：如子句72或子句78任一之方法，其更包含： - 將晶圓裝載在雙波束裝置中的晶圓支撐台上。 子句80：如子句72或子句79任一之方法，其更包含： - 針對該系列N個橫斷面影像切片之每一者，產生針對N個橫斷面影像切片之每一者的深度圖Z(x, y; n)，其中索引n = 1…N。 子句81：如子句80之方法，其更包含： - 判定該系列N個橫斷面影像切片之每一者的至少一第二橫斷面影像特徵，該至少一第二橫斷面影像特徵代表穿越定向平行於晶圓表面55之第二半導體特徵之橫斷面。 子句82：如子句81之方法，其中橫斷面影像切片之每一者的深度圖Z(x, y; n)，其中索引n = 1…N，係從該至少一第二橫斷面影像特徵的側向定位所產生。 子句83：如子句72或子句82任一之方法，其中橫斷面影像切片的數量N為至少N = 10、最好N ＞ 100、甚至更好N約為1000或以上。 子句84：如子句72或子句82任一之方法，其中研磨表面的數量N為小於50、最好為小於20，且檢測體積係以穿越檢測體積對角線所設置之複數個B個區塊181.1…181.B進行分離。 子句85：一種從組橫斷面影像切片獲得至少虛擬橫斷面影像的方法，其包含下列步驟： - 藉由將一系列N個橫斷面表面以斜面角度GF交替成像和研磨成晶圓內部的檢測體積中，而獲得一系列N個橫斷面影像切片； - 判定第一半導體特徵的第一定向方向，第一半導體特徵在該系列N個橫斷面影像切片中形成第一複數個第一橫斷面影像特徵； - 計算垂直於第一定向方向之虛擬橫斷面影像，虛擬橫斷面影像包含複數個虛擬橫斷面影像像素；藉使對於每個虛擬橫斷面影像像素，像素值係藉由該系列N個橫斷面影像切片在第一定向方向上的子組至少一橫斷面影像切片的投影，並藉由來自子組至少一橫斷面影像切片的投影之像素值的插值而進行計算。 子句86：如子句85之方法，其中對於每個虛擬橫斷面影像像素，子組至少一橫斷面影像切片係藉由在第一定向方向上評估該系列N個橫斷面影像切片之每一者到虛擬橫斷面影像像素的距離，並選擇具最小距離之至少第一橫斷面影像切片而進行選擇。 子句87：如子句86之方法，其中子組至少一橫斷面影像切片的第二橫斷面影像切片，係相對選擇為具第二最小距離之橫斷面影像切片。 子句88：如子句86至子句87任一之方法，其中子組至少一橫斷面影像切片的進一步橫斷面影像切片，係在第一定向方向上以到虛擬橫斷面影像像素之遞增距離的序列進行選擇。 子句89：如子句85至子句88任一之方法，其中投影子組至少一橫斷面影像切片並插值來自子組至少一橫斷面影像切片的投影之像素值的步驟，包含投影和插值至少一子組第一複數個第一橫斷面影像特徵，以在虛擬影像切片中形成第三複數個第一橫斷面影像特徵。 子句90：如子句85至子句89任一之方法，其中投影和插值的步驟係結合特徵提取、臨界設定操作、輪廓插值、或基於模型插值之至少一者。 子句91：如子句85至子句90任一之方法，其更包含： - 針對該系列N個橫斷面影像切片之每一者，產生針對N個橫斷面影像切片之每一者的一深度圖Z(x, y; n)，其中索引n = 1…N。 子句92：如子句91之方法，其中橫斷面影像切片之每一者的深度圖Z(x, y; n)，索引n = 1…N，係從複數個第二橫斷面影像特徵所產生，複數個第二橫斷面影像特徵代表穿越定向在第二定向方向上之第二半導體特徵之橫斷面，第二定向方向係垂直於第一定向方向。 子句93：子句91至子句92之方法，其中橫斷面影像切片之每一者的深度圖Z(x, y; n)，其中索引n = 1…N，係藉由從至少兩第二橫斷面影像特徵的側向定位判定橫斷面影像切片中的第一橫斷面影像特徵的深度所產生。 子句94：如子句85至子句93任一之方法，其中第一半導體特徵包含晶圓的檢測體積內部的積體半導體電路的貫孔、HAR結構、或HAR通道之至少一者。 子句95：如子句94之方法，其中第二半導體特徵包含晶圓的檢測體積內部的積體半導體電路的絕緣體線或層、金屬線或層、或半導體線或層之至少一者。 子句96：如子句93至子句95任一之方法，其更包含： - 判定該系列N個橫斷面影像切片之每一者的至少一第一橫斷面影像特徵； - 判定該系列N個橫斷面影像切片之每一者的至少一第二橫斷面影像特徵。 子句97：如子句85至子句96任一之方法，其中第一定向方向係垂直於晶圓表面之z方向，且虛擬橫斷面影像切片係在晶圓表面下方深度ZV處平行於晶圓表面之平面中進行計算。 子句98：如子句97之方法，其中對於每個虛擬橫斷面影像像素座標(x, y)，子組至少一橫斷面影像切片係藉由選擇到深度ZV具最小距離之至少第m個橫斷面影像切片而進行判定，使得距離Zrv(m) = Z(x, y; m) – ZV係所有深度圖Z(x, y; n)的最小值，其中索引n = 1…N。 子句99：如子句98之方法，其中子組至少一橫斷面影像切片的第二和進一步橫斷面影像切片係在Z方向上以到虛擬橫斷面影像像素之遞增距離Zrv(n)的序列進行選擇。 子句100：如子句97至子句99任一之方法，其中深度ZV係根據平行於晶圓表面之各層的深度進行調整，其中層係由定向在平行於晶圓表面之第二定向方向上之第二半導體特徵所形成。 子句101：如子句97至子句100任一之方法，其中第一虛擬橫斷面影像切片係在兩相鄰金屬層或字線之間的絕緣層中的深度ZV1處進行計算。 子句102：如子句97至子句101任一之方法，其中第二虛擬橫斷面影像切片係在字線的金屬層內部深度ZV2處進行計算。 子句103：如子句85至子句102任一之方法，其中用於獲取該系列N個橫斷面影像切片之帶電粒子束成像系統的光學軸係垂直於晶圓表面進行定向，使得對於光學軸與垂直於晶圓表面之z軸之間的角度GE，角度GE = 0°。 子句104：如子句85至子句103任一之方法，其更包含下列步驟：進行該系列N個橫斷面影像切片之每一者與至少一共同橫斷面影像特徵的相互側向對準。 子句105：如子句85至子句104任一之方法，其更包含下列步驟：在構造成用於為了相互側向對準而形成該至少一共同橫斷面影像特徵之檢測體積附近形成至少一對準特徵。 子句106：如子句104至子句105任一之方法，其中相互側向影像對準的步驟包括減去影像失真偏差。 子句107：如子句85至子句106任一之方法，其中橫斷面影像切片的數量N為至少N = 10、最好N ＞ 100、甚至更好N約為1000或以上。 子句108：如子句85至子句107任一之方法，其更包含： - 將晶圓裝載在雙波束裝置中的晶圓支撐台上，雙波束裝置至少包含FIB柱和帶電粒子成像裝置，其中FIB柱的第一光學軸與晶圓支撐台的表面形成斜面角度GF；及帶電粒子成像裝置的第二光學軸與晶圓支撐台的表面之法線形成角度GE，第一與第二光學軸形成相交點； - 移動晶圓支撐台以使晶圓上的第一測量位點與雙波束裝置的相交點重合。 子句109：子句108之方法，其中在獲得檢測體積中的該系列N個橫斷面影像切片的步驟期間，並未移動晶圓。 子句110：一種具用於執行如子句85至子句109任一者之方法之任一者之程式碼的電腦程式產品。 子句111：一種構造成進行如子句85至子句109任一者之方法任一者之雙波束裝置。 子句112：所述構造成進行如子句85至子句109任一之方法的晶圓缺陷檢測裝置，其包含： - 晶圓載台，其用於夾持晶圓； - 聚焦離子束(FIB)柱，其構造成用於以與晶圓的表面成斜面角度GF研磨和暴露出晶圓內部的檢測體積中的一系列N個橫斷面表面； - 帶電粒子成像裝置，其構造成用於成像一系列N個橫斷面表面，以形成一系列N個橫斷面影像切片； - 安裝軟體碼的影像處理單元，其構造成從該系列N個橫斷面影像切片判定虛擬橫斷面影像，其中虛擬橫斷面影像係平行於晶圓的表面進行定向。 子句113：如子句112之晶圓缺陷檢測裝置，其中FIB柱的斜面角度GF係在30°至80°之間、最好為在30°至45°之間。 子句114：如子句112或子句113之晶圓缺陷檢測裝置，其中帶電粒子成像裝置係垂直於晶圓表面進行定向。 子句115：如子句112至子句114任一之晶圓缺陷檢測裝置，其中帶電粒子成像裝置係氦離子顯微鏡(HIM)。 子句116：一種用於晶圓檢測之雙波束裝置，其包含： - 晶圓載台，其用於支撐晶圓； - 鎵FIB柱，其以與樣本支撐載台的支撐表面成角度GF進行設置，構造成用於以角度GF將至少一橫斷面表面研磨成晶圓中； - 氦離子束柱，其垂直於晶圓載台的支撐表面進行設置，構造成用於藉由單次影像掃描而產生橫斷面表面的橫斷面影像切片； - 二次電子偵測器，其構造成在單次影像掃描期間收集複數個二次電子； - 操作單元，其構造成用於在使用期間對雙波束裝置進行操作控制。 子句117：如子句116之雙波束裝置，其中FIB係構造成在晶圓表面下方，將橫斷面表面研磨成延伸超過1 µm、超過2 µm、或甚至超過6 µm之深度範圍內。 子句118：如子句116至子句117任一雙波束裝置，其中操作單元更包含影像處理單元，其用於進行特徵提取、邊緣偵測、圖案辨識、或像素插值之至少一者。 子句119：如子句118之雙波束裝置，其中影像處理單元係進一步構造成用於計算深度圖、3D體積影像、或虛擬橫斷面影像中一者。 子句120：如子句118至子句119任一之雙波束裝置，其中操作單元更包含缺陷偵測單元，其用於計算一半導體特徵的尺寸、面積、直徑、角度、或形狀中一者。 子句121：如子句120之雙波束裝置，其中缺陷偵測單元係進一步構造成用於計算複數個半導體特徵的平均、統計偏差中一者。 子句122：一種用於對晶圓中檢測體積進行3D檢測之晶圓檢測方法，檢測體積具有超過1 µm、最好超過2 µm、超過6 µm、或甚至10 µm的深度範圍， - 藉由3D檢測產生具小於2 nm、最好為小於1 nm、或甚至小於0.5 nm的側向解析度之影像，其中檢測體積的3D檢測係在晶圓處進行。 子句123：子句122之方法，其中影像係3D影像。 子句124：如子句122或子句123任一之方法，其更包含用FIB柱研磨穿越檢測體積的深度範圍之至少一橫斷面表面的步驟。 子句125：如子句124之方法，其中影像係藉由在單次影像掃描中用氦離子顯微鏡至少獲得穿越檢測體積之該至少一橫斷面表面的影像所獲得。 子句126：如子句122或子句125任一之方法，其更包含一影像處理，其進行特徵提取、邊緣偵測、圖案辨識、或像素插值之至少一者。 子句127：如子句122或子句126任一之方法，其更包含下列步驟：計算深度圖、3D體積影像、或虛擬橫斷面影像中一者。 子句128：如子句122或子句127任一之方法，其更包含下列步驟：計算半導體特徵的尺寸、面積、直徑、角度、或形狀中一者。 子句129：如子句122或子句128任一之方法，其更包含下列步驟：計算複數個半導體特徵的平均、統計偏差中一者。 子句130：一種從一系列橫斷面影像切片形成3D體積影像的方法，其包含： - 獲得至少包含一檢測體積的第一橫斷面影像切片和第二橫斷面影像切片之該系列N個橫斷面影像切片，其中獲得第一與第二橫斷面影像切片包括後續藉由大致以角度GF用FIB柱研磨成檢測體積而暴露出檢測體積中的至少第一和第二橫斷面表面，及用帶電粒子成像裝置成像該至少第一和第二橫斷面表面，以獲得該至少第一與第二橫斷面影像切片；其中相較於第二橫斷面表面，第一橫斷面影像表面係被研磨而在垂直於FIB波束之方向上具有更大延伸，使得在形成第二橫斷面表面之後保持第一橫斷面表面的平行表面部段。 子句131：如子句130之方法，其更包含下列步驟：為了第一和第二橫斷面影像切片的第一相互側向對準，在第一橫斷面表面的平行表面部段上形成至少一對準特徵。 子句132：如子句132之方法，其更包含下列步驟： - 判定第一和第二橫斷面影像切片之至少一第一橫斷面影像特徵； - 基於第一相互側向對準進行第一和第二橫斷面影像切片的第二相互側向對準，以達成第一與第二橫斷面影像切片的預定義相互定位準確度。 子句133：如子句133之方法，其中第一橫斷面影像特徵係貫孔、HAR結構、或HAR通道的橫斷面。 子句134：如子句132或子句133之方法，其更包含下列步驟： - 判定第一和第二橫斷面影像切片之該至少一第二橫斷面影像特徵； - 從第一橫斷面影像切片之該至少一第二橫斷面影像特徵的側向定位，判定第一橫斷面影像切片之該至少一第一橫斷面影像特徵的深度； - 從第二橫斷面影像切片之該至少一第二橫斷面影像特徵的側向定位，判定第二橫斷面影像切片之該至少一第一橫斷面影像特徵的深度；及 - 考慮第二相互側向對準中的深度，以達成小於5 nm、小於3 nm、或甚至小於2 nm之該至少第一與第二橫斷面影像切片的相互定位準確度。 子句135：如子句134之方法，其中該至少一第二橫斷面影像特徵係由絕緣體線或層、金屬線或層、半導體線或層中一者的橫斷面所形成。 子句136：如子句134或子句135之方法，其更包含： - 計算第一橫斷面影像切片與第二橫斷面影像切片之間的第一橫斷面影像特徵的第一位移
Figure 02_image001
； - 計算第一橫斷面影像切片與第二橫斷面影像切片之間的第二橫斷面影像特徵的第二位移
Figure 02_image003
； - 第一與第二橫斷面影像切片之間距離d的判定；及 - 第一與第二橫斷面影像切片之間相互側向位移向量
Figure 02_image005
的判定。 子句137：如子句130至子句136任一之方法，其中斜面角度GF係在25°至45°之間、或在30°至36°之間進行調整。 子句138：一種從晶圓表面下方檢測體積內所獲得之複數個橫斷面影像切片的形成精確對準之方法，該方法包含： - 從藉由用設置在與晶圓表面成斜面角度GF下之FIB柱連續研磨該系列橫斷面表面所形成之一系列橫斷面影像表面獲得一系列橫斷面影像切片，並為了獲取該系列橫斷面影像切片而用設置在與晶圓表面之法線成角度GE下之帶電粒子成像柱成像橫斷面表面之每一者，該系列橫斷面影像切片包含第一和第二橫斷面影像切片； - 進行第一與第二橫斷面影像切片的第一粗略對準，以獲得第一與第二橫斷面影像切片中橫斷面影像特徵的映射； - 進行第一與第二橫斷面影像切片的第二精確對準，以達成具小於5 nm、3 nm、或甚至小於2 nm之準確度之相互定位準確度。 子句139：如子句138之方法，其更包含下列步驟： -包含相較於第二橫斷面表面，藉由研磨而在垂直於FIB波束之方向上具有更大延伸而形成第一橫斷面表面，使得在形成第二橫斷面表面之後保持第一橫斷面表面的平行表面部段； - 為了第一和第二橫斷面影像切片的第一相互側向對準，在第一橫斷面表面的平行表面部段上形成至少一對準特徵。 子句140：如子句138或子句139之方法，其更包含下列步驟： - 判定第一和第二橫斷面影像切片之至少一第一橫斷面影像特徵； - 判定第一和第二橫斷面影像切片之至少一第二橫斷面影像特徵； - 從第一橫斷面影像切片中的該至少一第二橫斷面影像特徵的側向定位，判定第一橫斷面影像切片中的該至少一第一橫斷面影像特徵的深度； - 從第二橫斷面影像切片中的該至少一第二橫斷面影像特徵的側向定位，判定第二橫斷面影像切片中的該至少一第一橫斷面影像特徵的深度；及 - 考慮第二精確對準中的深度。 子句141：如子句140之方法，其更包含： - 計算第一橫斷面影像切片與第二橫斷面影像切片之間的第一橫斷面影像特徵的第一位移
Figure 02_image001
； - 計算第一橫斷面影像切片與第二橫斷面影像切片之間的第二橫斷面影像特徵的第二位移
Figure 02_image003
； - 第一與第二橫斷面影像切片之間距離d的判定；及 - 第一與第二橫斷面影像切片之間相互側向位移向量
Figure 02_image046
的判定。 子句142：如子句140至子句141任一之方法，其中該至少一第一橫斷面影像特徵係貫孔、HAR結構、或HAR通道的橫斷面。 子句143：如子句140至子句142任一之方法，其中該至少一第二橫斷面影像特徵係由絕緣體線或層、金屬線或層、半導體線或層中一者的橫斷面所形成。 子句144：如子句138至子句143任一之方法，其中斜面角度GF係在25°至45°之間、或在30°至36°之間進行調整。 子句145：如子句140至子句144任一之方法，其中將角度GE調整為0°。 子句146：一種具用於執行如子句130至子句146任一者之方法之任一者之程式碼之電腦程式產品。 子句147：一種構造成執行如子句130至子句146任一者之方法任一者之雙波束裝置。
1:雙波束裝置 2:操作單元 4.1,4.2,4.3:第一橫斷面影像特徵 6.1,6.2:測量位點 8:晶圓 10:半導體樣本 11:橫斷面表面 13:檢測體積 15:晶圓支撐台 16:載台控制單元 17:二次電子偵測器 19:控制單元 20:對準標記 22:對準溝槽或邊緣 23:第一橫斷面表面的平行表面部段 24:對準標記 25:積體電路特徵 26.1,26.2,26.3:影像部段 28:影像部段 30:深度延伸 32.1,32.2,32.3:對準特徵 34:深度層級DLZ 36:對準特徵的距離 38:對準特徵 40:帶電粒子束(CPB)成像系統 42:影像系統的光學軸 43:相交點 44:電子束 46:掃描成像線 48:FIB光學軸 50:FIB柱 51:聚焦離子束 52:橫斷面表面 53:橫斷面表面 54:橫斷面表面 55:晶圓頂部表面 58:FIB波束重合點 60:晶圓表面處切片距離 62:檢測體積的底部處切片距離 64:角分散DZ 66:第一研磨角度 68:第二研磨角度 72:層L1的下表面 73.1,73.2,73.3:第二橫斷面影像特徵 74:層L4的上邊界 75:支柱狀HAR結構 76.1,76.2:橫斷面表面的頂部邊緣 77.1,77.2,77.3:HAR通道的橫斷面影像部段 78:HAR結構的垂直邊緣 79.1:橫斷面影像特徵的質心 80:層的水平邊緣 82:影像處理單元 84:缺陷偵測單元 86:帶電粒子柱控制單元 88:介面單元 90:FIB在x上的角分散 92:近端溝槽 94:遠端溝槽 96:第一橫斷面表面 100.1,100.2,100.3:2D橫斷面影像 1000:系列2D橫斷面影像 121:虛擬橫斷面影像切片 123:y方向上像素光柵 125:用於HAR結構之插值方向 140:氦離子顯微鏡(HIM) 142:HIM的光學軸 146:檢測位點 148:對準特徵 150:對準特徵148的影像 152:x方向上單條掃描線 155:晶圓載台 160:檢測體積 162:複數個交替層 164:複數個HAR結構 166.1,166.2:虛擬橫斷面 175:導電層或字線的橫斷面 177.1,177.2:HAR結構的橫斷面 179.1,179.2:HAR結構的虛擬橫斷面 181.1,181.b:檢測體積的區塊 191:深層檢測體積 201:代表性垂直HAR輪廓 203:橫斷面影像特徵 205:HAR結構 207:數位影像
將參考下列圖式以更完全理解本發明： 圖1係以從晶圓所提取之樣本所解說之橫斷面成像技術的例示圖。 圖2係構造成用於以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像技術(施加於晶圓)之雙波束裝置的例示圖。 圖3顯示以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像技術的詳細資訊。 圖4例示以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像技術的進一步態樣。 圖5係在x方向上之視圖中橫斷面影像特徵的深度判定方法的例示圖。 圖6係以兩橫斷面影像切片的實施例之橫斷面影像特徵的深度判定方法的例示圖。 圖7係利用附加對準特徵以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像技術的例示圖。 圖8係利用影像部段的拼接以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像技術的例示圖。 圖9係利用不同深度中附加對準特徵以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像技術的例示圖。 圖10係採用扇形波束斷層攝影方法以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像技術的例示圖。 圖11係為了碎屑減輕而具附加溝槽以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像技術的例示圖。 圖12係採用失真補償以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像技術的例示圖。 圖13係具製造在檢測體積上方之附加對準特徵以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像技術的例示圖。 圖14係以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像技術的方法步驟的例示圖。 圖15操作與控制單元。 圖16係來自一系列橫斷面影像切片之虛擬影像切片的插值的例示圖。 圖17係來自彎曲橫斷面表面之一系列橫斷面影像切片之虛擬影像切片的插值的另一例示圖。 圖18使用氦離子顯微鏡之雙波束裝置的例示圖。 圖19使用根據圖18之雙波束裝置之切片與成像方法的例示圖，以及記憶體裝置的交替層中單次掃描影像獲取和虛擬橫斷面影像計算的結果。 圖20記憶體裝置的HAR特徵的統計評估的例示圖。 圖21晶圓中體積的時間有效檢測方法的例示圖。 圖22用較大研磨角度GF對深層檢測體積進行檢測的例示圖。 圖23用於產生用於線上晶圓檢測之監控配方之製程流程的例示圖。 圖24基於先驗資訊對檢測體積進行分析的例示圖。 圖25可分析HAR結構的側傾之監控配方的實施例的例示圖。 圖26係利用具較大延伸之先前或第一橫斷面表面上之附加對準特徵以楔形切口幾何形狀之橫斷面成像技術的例示圖。 圖27係橫斷面影像特徵的深度判定方法的例示圖。
4.1,4.2:第一橫斷面影像特徵
20.1,20.2:對準標記
23.1,23.2:平行表面部段
44:電子束
51:聚焦離子束
52:橫斷面表面
55:晶圓頂部表面
76:邊緣
96:第一橫斷面表面
GF:斜面角度
GFE:角度
L1...Ln:字線

Claims (18)

  1. 一種從一系列橫斷面影像切片形成3D體積影像之方法，其包含： - 獲得該系列N個橫斷面影像切片，其包含一檢測體積的至少一第一橫斷面影像切片和一第二橫斷面影像切片，其中獲得該第一與第二橫斷面影像切片包括後續藉由大致以一角度GF用一聚焦離子束(FIB)柱研磨成該檢測體積而暴露出該檢測體積中的至少一第一和一第二橫斷面表面，並用帶電粒子成像裝置成像該至少第一和該第二橫斷面表面，以獲得該至少第一與第二橫斷面影像切片；其中相較於該第二橫斷面表面，該第一橫斷面影像表面係被研磨而在垂直於該FIB波束之方向上具有更大延伸，使得在形成該第二橫斷面表面之後保持該第一橫斷面表面的一平行表面部段。
  2. 如請求項1之方法，其更包含下列步驟：為了該第一和該第二橫斷面影像切片的一第一相互側向對準，在該第一橫斷面表面的該平行表面部段上形成至少一對準特徵。
  3. 如請求項2之方法，其更包含下列步驟： - 判定該第一和該第二橫斷面影像切片中的至少一第一橫斷面影像特徵； - 基於該第一相互側向對準進行該第一和該第二橫斷面影像切片的一第二相互側向對準，以達成該第一與第二橫斷面影像切片的預定義相互定位準確度。
  4. 請求項3之方法，其中該第一橫斷面影像特徵係貫孔、高深寬比(HAR)結構、或HAR通道的橫斷面。
  5. 如請求項3或4之方法，其更包含下列步驟： - 判定該第一和該第二橫斷面影像切片中的至少一第二橫斷面影像特徵； - 從該第一橫斷面影像切片中的該至少一第二橫斷面影像特徵的側向定位，判定該第一橫斷面影像切片中的該至少一第一橫斷面影像特徵的深度； - 從該第二橫斷面影像切片中的該至少一第二橫斷面影像特徵的側向定位，判定該第二橫斷面影像切片中的該至少一第一橫斷面影像特徵的深度；及 - 考慮該第二相互側向對準中的深度，以達成小於5 nm、小於3 nm、或甚至小於2 nm之該至少第一與第二橫斷面影像切片的相互定位準確度。
  6. 請求項5之方法，其中該至少一第二橫斷面影像特徵係由絕緣體線或層、金屬線或層、半導體線或層中一者的橫斷面所形成。
  7. 如請求項5或6之方法，其更包含： - 計算該第一橫斷面影像切片與該第二橫斷面影像切片之間的該第一橫斷面影像特徵的第一位移
    Figure 03_image001
    ； - 計算該第一橫斷面影像切片與該第二橫斷面影像切片之間的該第二橫斷面影像特徵的第二位移
    Figure 03_image003
    ； - 判定該第一與第二橫斷面影像切片之間距離d；及 - 判定該第一與第二橫斷面影像切片之間相互側向位移向量
    Figure 03_image005
    。
  8. 如請求項1至7中任一項之方法，其中該斜面角度GF係在25°至45°之間、或在30°至36°之間進行調整。
  9. 一種從晶圓表面下方的檢測體積內所獲得之複數個橫斷面影像切片形成精確對準之方法，該方法包含： - 從一系列橫斷面影像表面獲得一系列橫斷面影像切片，該系列橫斷面影像表面係藉由用設置在與一晶圓表面成一斜面角度GF之一FIB柱連續研磨該系列橫斷面表面所形成，並為了獲取該系列橫斷面影像切片而用設置在與該晶圓表面之法線成一角度GE之帶電粒子成像柱成像該等橫斷面表面之每一者，該系列橫斷面影像切片包含一第一和一第二橫斷面影像切片； - 進行該第一與第二橫斷面影像切片的一第一粗略對準，以獲得該第一與第二橫斷面影像切片中橫斷面影像特徵的映射； - 進行該第一與第二橫斷面影像切片的一第二精確對準，以達成具小於5 nm、3 nm、或甚至小於2 nm之準確度之相互定位準確度。
  10. 如請求項9之方法，其更包含下列步驟： - 包含相較於該第二橫斷面表面，藉由研磨而在垂直於該FIB波束之方向上具有更大延伸而形成該第一橫斷面表面，使得在形成該第二橫斷面表面之後保持該第一橫斷面表面的一平行表面部段； - 為了該第一和該第二橫斷面影像切片的該第一相互側向對準，在該第一橫斷面表面的該平行表面部段上形成至少一對準特徵。
  11. 如請求項9或10之方法，其更包含下列步驟： - 判定該第一和該第二橫斷面影像切片中的至少一第一橫斷面影像特徵； - 判定該第一和該第二橫斷面影像切片中的至少一第二橫斷面影像特徵； - 從該第一橫斷面影像切片中的該至少一第二橫斷面影像特徵的側向定位，判定該第一橫斷面影像切片中的該至少一第一橫斷面影像特徵的深度； - 從該第二橫斷面影像切片中的該至少一第二橫斷面影像特徵的側向定位，判定該第二橫斷面影像切片中的該至少一第一橫斷面影像特徵的深度；及 - 考慮該第二精確對準中的深度。
  12. 如請求項11之方法，其更包含： - 計算該第一橫斷面影像切片與該第二橫斷面影像切片之間的該第一橫斷面影像特徵的第一位移
    Figure 03_image001
    ； - 計算該第一橫斷面影像切片與該第二橫斷面影像切片之間的該第二橫斷面影像特徵的第二位移
    Figure 03_image003
    ； - 判定該第一與第二橫斷面影像切片之間距離d；及 - 判定該第一與第二橫斷面影像切片之間相互側向位移向量
    Figure 03_image005
    。
  13. 如請求項11至12中任一項之方法，其中該至少一第一橫斷面影像特徵係貫孔、HAR結構、或HAR通道的橫斷面。
  14. 如請求項11至13中任一項之方法，其中該至少一第二橫斷面影像特徵係由絕緣體線或層、金屬線或層、半導體線或層中一者的橫斷面所形成。
  15. 如請求項9至14中任一項之方法，其中該斜面角度GF係在25°至45°之間、或在30°至36°之間進行調整。
  16. 如請求項9至15中任一項之方法，其中將該角度GE調整為0°。
  17. 一種具用於執行如請求項1至16中任一項之方法中任一者之程式碼的電腦程式產品。
  18. 一種配置成進行如請求項1至16中任一項之方法中任一者之雙波束裝置。
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