TWI620226B - 用於聚焦離子束加工之方法及系統 - Google Patents

用於聚焦離子束加工之方法及系統 Download PDF

Info

Publication number
TWI620226B
TWI620226B TW102125285A TW102125285A TWI620226B TW I620226 B TWI620226 B TW I620226B TW 102125285 A TW102125285 A TW 102125285A TW 102125285 A TW102125285 A TW 102125285A TW I620226 B TWI620226 B TW I620226B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
cross
section
ion beam
image
directing
Prior art date
Application number
TW102125285A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201409525A (zh
Inventor
史考特 愛德華 福樂
傑生 多納德
陀姆蘇特 席夢特恰波恩
Original Assignee
Fei公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fei公司 filed Critical Fei公司
Publication of TW201409525A publication Critical patent/TW201409525A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI620226B publication Critical patent/TWI620226B/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/3002Details
    • H01J37/3005Observing the objects or the point of impact on the object
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/22Optical or photographic arrangements associated with the tube
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/305Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching
    • H01J37/3053Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching for evaporating or etching
    • H01J37/3056Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching for evaporating or etching for microworking, e.g. etching of gratings, trimming of electrical components
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06Sources
    • H01J2237/08Ion sources
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24571Measurements of non-electric or non-magnetic variables
    • H01J2237/24578Spatial variables, e.g. position, distance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28Scanning microscopes
    • H01J2237/2813Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2814Measurement of surface topography
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/304Controlling tubes
    • H01J2237/30466Detecting endpoint of process
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317Processing objects on a microscale
    • H01J2237/3174Etching microareas
    • H01J2237/31745Etching microareas for preparing specimen to be viewed in microscopes or analyzed in microanalysers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31749Focused ion beam

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

為了曝露所希望之特徵,來自橫截面的薄切片的聚焦離子束銑削與形成新曝露橫截面各自的掃描電子影像交替。當該新曝露橫截面的電子束影像之自動分析顯示滿足預定準則時,停止銑削。

Description

用於聚焦離子束加工之方法及系統
本發明涉及帶電粒子加工並且具體涉及一種用於使帶電粒子束製程自動化之技術。
隨著奈米技術生產越來越小的電路和其他元件,生產和操作奈米級物件變得更加困難。然而眾所周知,希望使奈米製程自動化,若對於許多製程不是不可能的話,則那些製程之確切性質使得難於實現自動化。
在半導體加工中可實現之特徵之線寬遠小於100nm。為了在製造過程中控制關鍵製程,有必要觀察和測量那些製程之結果。掃描電子顯微鏡(SEM)用於觀察微觀特徵,但隨著所製造結構之特徵尺寸減小,SEM之解析度不夠,而有必要在透射電子顯微鏡(TEM)上觀察缺陷。雖然SEM可以觀察厚工件上之特徵,為了在透射電子顯微鏡(TEM)上觀察樣品,需要將該工件減薄至小於100nm,以便電子將穿過該樣品行進。將樣品減薄至小於100nm同時在減薄過程中保證需要觀察的特徵保持在該樣品內而不被銑削掉可能極其困難。
操作員通常在樣品正在被減薄時對其觀察,定期停下來觀察該樣品,看是否曝露該特徵用於觀察。當表面上曝露有待觀察之特徵時,則停止減薄。這可能非常耗時和費力。而且,因為停止時間之決定具有主觀性,所以該等結果在操作員和操作員之間不一致。
Farber等人美國專利公開號2010/0243889描述了一種用於形成用於在透射電子顯微鏡上觀察的薄片時的端點檢測之方法。根據Farber,當粒子束對該薄片進行減薄時收集次級粒子,並且由該等次級粒子形成之影像用於形成橫截面之粗糙影像。因為該粒子束在掠射角出衝擊該薄片,並且因為沒有像來自槽內更高處的次級粒子一樣檢測到來自槽深處之次級粒子,所以該影像係粗糙的。
本發明之目標為促進帶電粒子束奈米級製程之自動化。
為了曝露顯示滿足聚焦離子束(FIB)銑削內的預定義準則的特徵之表面,對該樣品的薄部分進行銑削並分析該曝露表面之電子束影像。若該等曝露的特徵不滿足該準則,則從該表面銑削另一塊切片並分析新曝露的表面以確定該等曝露的特徵是否滿足該準則。重複該過程直到曝露所希望之面或者已經進行了預定數量之切片。
該預定義準則可以由曝露的特徵之間的幾何關係定義,如線之間的距離、角、或線之間或角之間的關係。在一些實施方式中,自動分析該影像以識別該影像內的邊緣。該等邊緣將所測量的特徵定義成確定銑削是否完整。
為了可以更好地理解以下本發明之詳細說明,上文已經相當廣泛地概述了本發明之特徵和技術優點。下文將說明本發明之附加特徵和優點。熟習該項技術者應認識到所揭露之概念和具體實施方式可以容易地用作修改或設計用作實施本發明之相同目的其他結構之基礎。熟習該項技術者還應意識到此類等效構造不脫離申請專利範圍中所要求保護之本發明精神和範圍。
10‧‧‧FIB系統
11‧‧‧抽空包絡線
12‧‧‧上頸部
14‧‧‧液態金屬離子源
16‧‧‧離子束聚焦柱
18‧‧‧離子束
19‧‧‧系統控制器
20‧‧‧偏轉板
22‧‧‧樣品
24X-Y‧‧‧台
26‧‧‧下室
28‧‧‧離子泵
30‧‧‧泵送系統
32‧‧‧真空控制器
34‧‧‧高壓電源
36‧‧‧偏轉控制器和放大器
38‧‧‧圖案生成器
40‧‧‧帶電粒子檢測器
41‧‧‧掃描電子顯微鏡
42‧‧‧視頻電路
44‧‧‧監視器
45‧‧‧掃描電子顯微鏡電源及控制
46‧‧‧氣體輸送系統
47‧‧‧顯微操縱器
48‧‧‧精密電動機
49‧‧‧真空室內部分
50‧‧‧細探針
60‧‧‧門
200‧‧‧步驟
202‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
206‧‧‧步驟
208‧‧‧步驟
209‧‧‧步驟
210‧‧‧步驟
212‧‧‧步驟
214‧‧‧步驟
216‧‧‧步驟
218‧‧‧步驟
220‧‧‧步驟
302‧‧‧寫入器極
304A‧‧‧角形狀
304B‧‧‧角形狀
306‧‧‧線
310‧‧‧線
316‧‧‧尺寸形狀
318‧‧‧線
502‧‧‧接觸特徵
504‧‧‧導體
506‧‧‧半導體電路
602‧‧‧功能表
604‧‧‧框
為了更加徹底地理解本發明和本發明優點,現在結合附圖參考以下說明,其中: 圖1示出了可以用於實施本發明之帶電粒子束系統。
圖2示出了顯示本發明的實施方式步驟之流程圖;圖3A示出了根據圖2中實施方式製備的橫截面寫入器極。圖3B示出了在橫截或TEM製備前的寫入器極之自頂向下視圖。
圖4A至圖4E示出了根據圖3中的實施方式對圖2中的寫入器極進行銑削的若干次重複;圖5A示出了一接觸特徵並且圖5B至圖5E示出了該接觸特徵的橫截面之順序;以及圖6示出了一用於實施本發明實施方式的系統之功能表。
根據本發明較佳實施方式,系統藉由確定是否滿足準則來確定何時停止銑削,該準則基於來自由邊緣識別軟體確定的邊緣的測量值。
申請人在一些申請中已經發現常規影像識別軟體不適合用於FIB銑削之端點檢測。常規影像識別就兩個主要條件即影像獨特性和對比度相對於已存儲的參考影像對當前影像進行計分。最佳計分參考影像被選為「已識別」影像並且作用於其上。
較佳實施方式將影像識別軟體用於端點之粗略確定,並且然後將使用邊緣識別之已確定尺寸用於精細端點檢測。邊緣識別比影像識別更簡單並且觀看影像內像素的對比度並且藉由對比度的變化確定邊緣。通常應用平滑功能以產生與該邊緣相對應之平滑曲線。識別邊緣後,可以確定和利用該等邊緣之間的如距離和角的幾何關係對該影像求值以確定停止銑削之時間。該製程提供了一閉環反饋,在其後的一或多個精細銑削步驟中,檢查該尺寸以確定是否停止銑削。
在一些應用中,本發明用於確定停止對被製備用於在透射電子顯微鏡上觀察的薄片進行減薄之時間。例如,在2012年5月21日提交 的美國臨時專利申請號61/649,917「用於TEM觀察的薄片的製備(Preparation of Lamellae for TEM Viewing)」中描述了用於形成薄片之製程。在美國臨時專利申請號61/649,917中所述的先前技術製程中,藉由該粒子束進行減薄,使用或者一基準或者該薄片本身之邊緣作為參考以確定該束之落點,用於最終切削。在一些情況下,此束落點不夠準確在所希望之位置上停止銑削,這可以藉由面對橫截面曝露特徵而不是藉由該橫截面厚度確定。
圖1示出了適用于實踐本發明之典型離子束系統,聚焦離子束(FIB)系統10。FIB系統10包括具有液態金屬離子源14位於其中的上頸部12之抽空包絡線11和包括提取電極和靜電光學系統之聚焦柱16。也可以使用其他類型的離子源,如多峰或其他等離子源,和其他光學柱,如成形束柱以及電子束和鐳射系統。
離子束18從液態金屬離子源14穿過離子束聚焦柱16和從偏轉板20處示意性指示之靜電偏轉板之間通向樣品22,該樣品包括例如位於下室26內可移動X-Y台24上之半導體裝置。系統控制器19控制著FIB系統10的各個部分之操作。通過系統控制器19,使用者可以藉由輸入到常規使用者介面(未示出)之命令以一所希望的方式控制有待掃描之離子束18。可替代地,系統控制器19可以根據程序設計指令控制FIB系統10。
例如,使用者可以在使用定點裝置的顯示幕上描繪感興趣之區域,並且然後,該系統可以自動執行以下所述步驟以提取樣品。在一些實施方式中,FIB系統10結合影像識別軟體,如從麻塞諸塞州納蒂克康奈視公司可商購之軟體,以自動識別感興趣的區域,並且然後,該系統可以根據本發明手動或自動提取樣品。例如,該系統可以自動地將相似特徵定位在包括多個裝置之半導體晶圓上,並且將那些特徵的樣品呈現在不同(或相同)裝置上。
離子泵28用於排空上頸部12。在真空控制器32的控制下,用渦輪分子和機械泵送系統30將下室26排空。該真空系統在下室26內提供在大約1×10-7托(1.3×10-7mbar)和5×10-4托(6.7×10-4mbar)之間的真空。若使用刻蝕輔助氣體、刻蝕阻滯氣體或沈積前驅氣體,該室背景壓力可能上升,通常上升至約1×10-5托(1.3×10-5mbar)。
高壓電源34連接到液態金屬離子源14和離子束聚焦柱16內的適當電極上以形成大約1KeV至60KeV的離子束18並同樣引導朝向樣品。根據圖案生成器38提供的規定的圖案而操作的偏轉控制器和放大器36被耦聯到偏轉板20上,由此可以手動或自動地控制離子束18以在樣品22的上表面描繪出相應圖案。在一些系統中,如本領域內眾所周知,該等偏轉板放在最後透鏡前。當消隱控制器(未示出)向消隱電極上施加消隱電壓時,離子束聚焦柱16內之束消隱電極(未示出)引起離子束18衝擊到孔徑(未示出)而不是靶22上。
該液態金屬離子源14通常提供鎵金屬離子束。該源通常能夠被聚焦到樣品22處十分之一微米寬子束上,用於或者藉由離子銑削、加強刻蝕、材料沈積來修改該樣品22,或者用於使該樣品22成像之目的。帶電粒子檢測器40(如Everhart Thornley檢測器、連續倍增極電子倍增器檢測器、多通道板檢測器或固態檢測器)用於檢測次級離子或電子發射,連接到向視頻監視器44提供驅動信號的視頻電路42上,並且用於接收來自系統控制器19之偏轉信號。在一些實施方式中,從該樣品向後通過該初級電子透鏡吸引次級電子,並且然後,使次級電子偏離該光學軸用於檢測。
帶電粒子檢測器40在下室26內位置在不同實施方式中會不同。例如,帶電粒子探測器40可以與該離子束同軸並且包括用於允許該離子束通過之孔。在其他實施方式中,次級粒子可以被收集通過最後透鏡並且然後轉離軸用於收集。掃描電子顯微鏡41及其電源和控制45一 起可選擇地提供有該FIB系統10。
氣體輸送系統46延伸至下室26內,用於將氣態蒸汽引入和引導朝向樣品22。轉讓給本發明受讓人之授予Casella等人的美國專利號5,851,413「用於粒子束加工的氣體輸送系統(Gas Delivery Systems for Particle Beam Processing)」描述了適當的氣體輸送系統46。同樣轉讓給本發明受讓人之授予Rasmussen的美國專利號5,435,850「注氣系統(Gas Injection System)」中描述了另一氣體輸送系統。例如,可以輸送碘以加強刻蝕,或者輸送金屬有機化合物以使金屬沈積。
顯微操縱器47如美國德克薩斯州達拉斯Omniprobe公司之自動探針200TM或德國羅伊特林根Kleindiek Nanotechnik的MM3A模型可以在該真空室內精確地移動物件。顯微操縱器47可以包括位於該真空室外之精密電動機48以提供位於該真空室內部分49之X、Y、Z和塞塔控制。該顯微操縱器47可以配備有不同的用於操縱小物件之末端執行器。在下述實施方式中,該末端執行器為一具有錐形端之細探針50。該細探針50可以電氣地連接到系統控制器19上以向該探針50施加電荷,以控制樣品與該探針之間的引力。
若使用門,打開門60,用於將樣品22插入可以加熱或冷卻之X-Y台24上,並且還用於維修內部供氣容器。該門被聯鎖,以便若該系統在真空下,不能打開該門。該高壓電源向離子束聚焦柱16內電極提供適當加速電壓,用於激勵和使離子束18聚焦。當它衝擊樣品22時,從該樣品上濺射即物理噴射出材料。可替代地,離子束18可以使前驅氣體分解以使材料沈積。例如可以從本發明受讓人之美國俄勒岡州希爾斯伯勒FEI公司商購聚焦離子束系統。雖然以上提供了適當硬體示例,但本發明不限於以任何具體類型硬體被實現。
圖2為本發明示例流程圖,其中,薄片被自動減薄直到滿足預定條件。在步驟200中,該使用者定義了用於基於該使用者試圖觀察之 內容而結束銑削之準則。例如,當最大化了具體尺寸時或當邊緣形成預定角時,可以結束銑削。該用戶可以使用如被轉讓給本發明受讓人並且藉由引用在此結合之授予Tasker等人的美國專利號8,095,231「圖形自動機械控制及計量(Graphical automated machine control and metrology)」中所述之系統來指定有待檢測之邊緣和有待測量之尺寸。Tasker描述了允許用戶將幾何形狀放在縮放影像上之圖形程序設計系統,該形狀具有在該影像上或在形成該影像的物件上操作之相關行為。將該等形狀從模版拖動到離子束或電子顯微鏡提供之影像上。該形狀引起軟體或硬體將特徵定位在該影像上或在該影像上測量特徵,或者在成像物件上進行如離子束銑削之操作。當完成該橫截時,在與該使用者希望找到之影像類似影像上「訓練」該系統。例如,圖3A示出了用於寫到如硬碟磁介質上之寫入器極302和用戶從模版拖動到該影像上角形狀304A和304B之所希望影像。角形狀304A指示了該系統應檢測線306和測量該線和該頂部表面之間的角度。角形狀304B指示了該系統應檢測線310和測量該線和該頂部表面之間的角度。尺寸形狀316指示了該系統應測量線310和318與該頂部表面相交地方之間的長度。已知該電子束或離子束影像放大率,並且所以可以藉由它們在該影像上的大小來計算該等尺寸。
線310和該表面之間的角304B貫穿該寫入器極不是不變的。圖3B示出了該寫入器極之俯視圖,並且虛線指示穿過該寫入器極之FIB切片。當圖3B的寫入器極的橫截面或薄片面在45度傾斜下成像時,觀察到圖3A之影像。當該橫截面或薄片表面面前進通過該基底(與虛線垂直)時,該角304B變化。在一示例中,用於停止銑削之準則為角304A和304B在曝露的橫截面中相等的時間。圖4A至圖4E示出了帶有從該橫截面上銑削出來的後續切片的角304B的漸進。角304B逐漸靠近角304A,直到在圖4E中的最終影像中,線310和306互相平行。若 那是規定準則,則在那個點停止銑削。
圖2步驟202示出了藉由用光學顯微鏡和/或掃描電子顯微鏡使該表面成像在該樣品表面上使用可見標記定位包含感興趣特徵之區域。在步驟204中,該使用者驗證該特徵滿足粗略的自頂向下之測量要求,即該特徵自頂向下高度和寬度被視為對方法繼續而言是有用的。在步驟206中,保護層沈積在該感興趣的區域頂部上。
在步驟208中,薄片由該感興趣的區域的兩側上的大塊銑溝槽形成以留下一塊大約例如500nm厚的區域。在通常沒有閉環反饋的情況下,應用於基準之圖案識別和卡尺用於準確放置銑削機。該圖案識別和卡尺軟體足夠準確來放置大塊銑削機,但當進行最終減薄時不足夠準確來確定切削落點位置。
大塊銑削完成後,在步驟209中,使該薄片變得更薄並且FIB束電流相繼更小。通常使用如步驟210中所示的「框銑削機」在薄片的兩側上進行最終減薄。在「框銑削機」過程中,該離子束為光柵或從左到右被蛇形掃描以形成一條線,然後向前前進。該區域(框)完成後,該束返回該圖案的起點(左下角)並且重複該銑削圖案。此圖案重新掃描進行多次並且對清潔該薄片的面和最小化銑削人工因素(例如,重新沈積)而言是關鍵的。完成銑削後,藉由通常45度角面向該橫截面面的電子束在步驟212中形成該橫截面的影像。在步驟214中,邊緣識別軟體找出該電子束影像中的邊緣。在步驟216中,使用已識別的邊緣進行計算來確定一或多個尺寸。
在決策塊218中,該系統確定該等尺寸是否滿足來自步驟200之準則。若不滿足該尺寸準則,則用步驟210繼續銑削。每個後續銑削機從該橫截面的面上移除少量材料,逐步深入該樣品。在一些實施方式中,較佳的是將該束移動進該橫截面面小於50nm,更佳的是小於10nm,更佳的是小於5nm並且甚至更佳的是小於3nm或小於1nm。 每次銑削後,用該電子束使該橫截面面成像。當滿足該尺寸準則時,停止銑削。在一些實施方式中,從該影像上確定後續切片的厚度。即,若該影像指示該橫截面在所希望的點附近,則銑削更小切片。然後可以在步驟220中更詳細地分析該橫截面表面。例如,若正在製備該樣品用於在SEM或者TEM上觀察,則可以觀察該樣品。
圖5A至圖5E示出了使用本發明另一示例。圖5A示出了半導體電路506中接觸特徵502和導體504。在此示例中,當接觸特徵502直徑在該橫截面中曝露出來時,希望停止銑削。在圖5B中,該橫截面面在圓形墊邊緣附近切穿該圓形墊,曝露該接觸特徵502的一小部分。隨著後續銑削機進一步切入該特徵,如圖5C中所示,曝露該特徵更多部分,直到該橫截面處於如圖5D中所示的該特徵之中心。後續銑削將曝露該特徵更少部分。理想地,將在圖5E中所示的深度處停止銑削。實際上,有必要稍微銑削超過最大特徵曝露以確定到達最大特徵曝露之時間。例如,在後續銑削機中,當該特徵曝露部分減少若干百分比時可以停止銑削。
圖6示出了在雙束系統上使用之功能表602,以根據本發明實施方式進行銑削。該功能表顯示選定了「自動(automated)」,這意味著該用戶指定一對其進行求值以確定後續操作之公式。框604中示出了該公式,並且該功能表指示該程序後(即用FIB銑削和用SEM成像後)對該公式求值。例如,圖3實施方式中的公式將確定角304A和304B之間的差值是否小於規定值。若該公式被求值為「真」,即,若該等角幾乎相等,該系統執行與停止銑削相對應的「第2章」。若該公式被求值為「假」,即,若該等角幾乎不相等,該系統執行與重複銑削、成像和對該公式求值相對應的「第3章」。功能表602示出了7次重複後,即使該公式仍被求值為「假」,該順序將停止。
本發明實施方式允許使用者在沒有人控制的情況下橫截小型裝 置。無人控制將使人為誤差最小化。本方法一些實施方式藉由使用閉環反饋控制FIB銑削提高了成品率和生產量。通常,該方法還允許該使用者藉由用SEM監視臨界尺寸(CD)控制FIB銑削機切削落點。當獲得希望臨界尺寸時,停止FIB銑削機。除了使用臨界尺寸外,一些實施方式藉由SEM影像圖案識別允許FIB控制來控制銑削機落點。可以即時比較該SEM影像和參考SEM影像。當該等影像匹配或滿足與如藉由計分演算法確定的該參考影像(例如對比度和/或像素數量)相關規定之邏輯準則時,該FIB銑削機停止;否則,其繼續。
製造用於在TEM上觀察的薄片通常花費30分鐘到2個小時之間。若該離子束銑削進該薄片過大,會破壞感興趣之特徵,這不僅浪費製備時間,而且其還破壞可能對解決良品率製造問題至關重要之樣品。
雖然以上示例示出了本發明在TEM樣品製備過程中用於端點檢測,本發明還有益於製備用於在SEM或其他儀器中觀察之橫截面。術語「橫截面」廣泛用於包括在樣品一部分中曝露之橫截面,如用於SEM觀察,或如用於TEM觀察之任何薄樣品,不論是橫截面還是平面觀察樣品。
儘管以上說明描述了與製備橫截面/薄片相關的實施方式以觀察用於製程控制的設計結構,但其他實施方式用於製備缺陷橫截面/薄片從而用於觀察。因為通常未準確瞭解缺陷的大小、形狀和位置,所以端點檢測可以由比較該橫截面/薄片面的SEM影像與已知良好橫截面/薄片面和當該影像背離參考影像或滿足具體像素/對比度特徵標記時停止銑削來組成。
在此使用的術語「特徵」可以不僅指一結構,還可以指橫截面內結構之安排。
根據本發明一些實施方式,一種使用帶電粒子束自動加工工件之方法包括:定義規定完成銑削的時間之準則,將離子束引導朝向該 工件以曝露橫截面,將電子束引導朝向該橫截面以形成該橫截面之電子束影像,自動對該電子束影像求值以確定是否滿足該準則,若不滿足該準則,重複引導該離子束以曝露新橫截面並引導該電子束以形成該橫截面之影像,直到滿足該準則。
在一些實施方式中,在其中自動對電子束影像求值之方法包括:確定該影像中特徵定義之尺寸,包括確定兩條線之間的角度小於或等於規定值之時間。
在一些實施方式中,在其中自動對電子束影像求值的方法包括自動找出該電子束影像中的邊緣和確定該等邊緣之間的尺寸關係,或者其中,找出邊緣包括使用影像中像素之間的對比度之變化,或者其中,找出邊緣包括應用平滑演算法改進邊緣檢測。
在一些實施方式中,在其中定義規定完成銑削的時間之準則包括規定兩個特徵之間的距離或角。
在一些實施方式中,在其中重複引導離子束以曝露新的橫截面之方法包括引導該離子束以在該等重複中的至少一次中從該橫截面上移除小於10nm或5nm材料。
在一些實施方式中,在其中自動對電子束影像求值之方法包括比較該電子束影像與一或多個參考影像。
在一些實施方式中,在其中引導離子束以曝露橫截面之方法包括引導離子束以曝露包括結構特徵或缺陷之橫截面。
在一些實施方式中,在其中將離子束引導朝向工件以曝露橫截面之方法包括引導離子束以減薄具有小於100nm厚度用於TEM觀察之薄片的一側。
根據本發明一些實施方式,一種帶電粒子束系統包括:用於容納工件之工件真空室、用於產生離子束並將該離子束引導朝向該工件之離子束柱、用於產生電子束並將該電子束引導朝向該工件之電子束 柱、用於檢測次級粒子並形成該工件的一部分的影像之次級粒子檢測器、用於執行電腦指令之處理器、以及包括用於進行自動加工工件的步驟的電腦指令的電腦記憶體。
儘管已經詳細描述了本發明及其優點,應理解到,在不脫離所附申請專利範圍定義之本發明精神和範圍情況下,此處可以做出各種變化、替代方案和更改。而且,本發明範圍並非旨在局限於在本說明書中所述之製程、機器、制造物、物質組合物、手段、方法以及步驟之具體實施方式。如熟習該項技術者將從本發明的揭露中輕易認識到,可以根據本發明利用現有或往後要開發的、大體上執行相同功能或大體上實現和此處所述之對應實施方式相同結果之製程、機器、制造物、物質組合物、手段、方法以及步驟。相應地,所附申請專利範圍係旨在於將此類製程、機器、制造物、物質組合物、手段、方法或步驟包括在它們範圍內。

Claims (17)

  1. 一種用一帶電粒子束來自動加工一工件之方法,其包含:定義規定何時完成銑削及曝露在一目標區域內之一所希望之位置處待被觀察之一所希望之目標特徵橫截面之一準則,而與該工件之厚度無關;將一離子束引導朝向該工件以藉由該離子束銑削自該工件移除材料之一部分以曝露一橫截面;將一電子束引導朝向該橫截面以形成該橫截面之一電子束影像;自動對該電子束影像求值以確定是否滿足該準則;若不滿足該準則,則重複引導該離子束以自該工件移除材料之一進一部分以曝露一新橫截面並引導該電子束以形成該新橫截面之一影像,直到滿足該準則為止,其中自該影像確定該進一部分之厚度。
  2. 如請求項1之方法,其中自動對該電子束影像求值包括:確定該影像中的特徵定義之一尺寸。
  3. 如請求項1之方法,其中自動對該電子束影像求值包括確定兩條線之間的一角度何時處於指示該目標特徵被曝露但尚未暴露該所希望之橫截面之一第一角度,以及稍後確定該角度何時處於指示該所希望之目標特徵橫截面被曝露之一第二角度。
  4. 如請求項1之方法,其中自動對該電子束影像求值包括:確定該影像中的特徵定義的一尺寸,及包括確定兩特徵之間的一距離何時等於一規定值。
  5. 如請求項1之方法,其中自動對該電子束影像求值包括:自動找出該電子束影像中的邊緣並確定該等邊緣之間的尺寸關係。
  6. 如請求項5之方法,其中找出邊緣包含:使用一影像中的像素之間的對比度之變化來找出邊緣。
  7. 如請求項6之方法,其中找出邊緣包含:應用一平滑演算法以改進邊緣檢測。
  8. 如請求項1之方法,其中定義規定何時完成銑削之一準則包括:規定兩特徵之間的一距離。
  9. 如請求項1之方法,其中定義規定何時完成銑削之一準則包括:確定何時已達到一最大特徵曝露。
  10. 如請求項1之方法,其中重複引導該離子束以曝露一新橫截面包括:引導該離子束以在該等重複引導該離子束以曝露一新橫截面中的至少一次中自該橫截面移除小於10nm之材料。
  11. 如請求項10之方法,其中重複引導該離子束以曝露一新橫截面包括:引導該離子束以在該等重複引導該離子束以曝露一新橫截面中的至少一次中自該橫截面移除小於5nm之材料。
  12. 如請求項1之方法,其中自動對該電子束影像求值包括:比較該電子束影像與一或多個參考影像。
  13. 如請求項1之方法,其中引導該離子束以曝露一橫截面包含:引導該離子束以曝露包括一結構特徵之一橫截面。
  14. 如請求項1之方法,其中引導該離子束以曝露一橫截面包含:引導該離子束以曝露包括一缺陷之一橫截面。
  15. 如請求項1之方法,其中將該離子束引導朝向該工件以曝露一橫截面包含:引導該離子束以減薄具有一小於100nm厚度用於TEM觀察的一薄片的一側。
  16. 如請求項1之方法,其中將該離子束引導朝向該工件以曝露一橫截面包含引導該離子束以在一工件中形成一直立壁,並且其中將該電子束引導朝向該橫截面包括形成該直立壁之一SEM影像。
  17. 一種帶電粒子束系統,其包含:一工件真空室,其用於容納一工件;一離子束柱,其用於產生一離子束並將該離子束引導朝向該工件;一電子束柱,其用於產生一電子束並將該電子束引導朝向該工件;一次級粒子檢測器,其用於檢測次級粒子並形成該工件的一部分的一影像;一處理器,其用於執行電腦指令;以及一電腦記憶體,其包括用於執行如請求項1之方法的電腦指令。
TW102125285A 2012-07-16 2013-07-15 用於聚焦離子束加工之方法及系統 TWI620226B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2012/046975 WO2014014446A1 (en) 2012-07-16 2012-07-16 Endpointing for focused ion beam processing
??PCT/US12/46975 2012-07-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201409525A TW201409525A (zh) 2014-03-01
TWI620226B true TWI620226B (zh) 2018-04-01

Family

ID=49949132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102125285A TWI620226B (zh) 2012-07-16 2013-07-15 用於聚焦離子束加工之方法及系統

Country Status (6)

Country Link
US (2) US10204762B2 (zh)
EP (1) EP2873088A4 (zh)
JP (1) JP6113842B2 (zh)
CN (1) CN104428867B (zh)
TW (1) TWI620226B (zh)
WO (1) WO2014014446A1 (zh)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10465293B2 (en) 2012-08-31 2019-11-05 Fei Company Dose-based end-pointing for low-kV FIB milling TEM sample preparation
JP6556993B2 (ja) 2013-10-29 2019-08-07 エフ・イ−・アイ・カンパニー 断面形成用途のプロセス自動化のためのパターン認識を伴う差分画像化
US9218940B1 (en) * 2014-05-30 2015-12-22 Fei Company Method and apparatus for slice and view sample imaging
EP3104155A1 (en) * 2015-06-09 2016-12-14 FEI Company Method of analyzing surface modification of a specimen in a charged-particle microscope
JP6646150B2 (ja) * 2016-07-14 2020-02-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ イオンミリング装置
JP7113613B2 (ja) * 2016-12-21 2022-08-05 エフ イー アイ カンパニ 欠陥分析
US10546719B2 (en) 2017-06-02 2020-01-28 Fei Company Face-on, gas-assisted etching for plan-view lamellae preparation
JP7043057B2 (ja) * 2017-11-28 2022-03-29 株式会社日立ハイテクサイエンス 断面加工観察方法、荷電粒子ビーム装置
JP7171010B2 (ja) * 2018-03-07 2022-11-15 株式会社日立ハイテクサイエンス 断面加工観察装置、断面加工観察方法及びプログラム
JP7202642B2 (ja) * 2019-03-26 2023-01-12 株式会社日立ハイテクサイエンス 荷電粒子ビーム装置、及び制御方法
US11355305B2 (en) * 2019-10-08 2022-06-07 Fei Company Low keV ion beam image restoration by machine learning for object localization
US11355313B2 (en) * 2020-06-30 2022-06-07 Fei Company Line-based endpoint detection
TWI743958B (zh) * 2020-08-21 2021-10-21 力晶積成電子製造股份有限公司 離子植入設備的控制方法
US11199401B1 (en) * 2020-09-03 2021-12-14 Applied Materials Israel Ltd. End-point detection for similar adjacent materials
US11598633B2 (en) 2021-07-19 2023-03-07 Applied Materials Israel Ltd. Analyzing a buried layer of a sample
US11694934B2 (en) 2021-09-21 2023-07-04 Applied Materials Israel Ltd. FIB delayering endpoint detection by monitoring sputtered materials using RGA
WO2023053187A1 (ja) * 2021-09-28 2023-04-06 株式会社日立ハイテクサイエンス 加工方法及び荷電粒子ビーム装置
US20240047281A1 (en) * 2022-08-03 2024-02-08 Nxp Usa, Inc. Structure and method for test-point access in a semiconductor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06160067A (ja) * 1992-11-19 1994-06-07 Toshiba Corp 回路パターンの寸法測定方法
JPH11273613A (ja) * 1998-03-23 1999-10-08 Jeol Ltd Fib−sem装置における試料加工方法およびfib−sem装置
CN101361157A (zh) * 2005-12-02 2009-02-04 阿利斯公司 离子源、系统和方法
TW200942800A (en) * 2008-03-10 2009-10-16 Advantest Corp Device for measuring pattern length and method for measuring pattern length

Family Cites Families (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US773276A (en) * 1903-04-15 1904-10-25 Erik Vilhelm Clausen Material for use as substitute for linoleum.
JP3064339B2 (ja) * 1990-06-29 2000-07-12 株式会社日立製作所 電子顕微鏡用試料加工方法、及び集束イオンビーム加工装置
US5435850A (en) 1993-09-17 1995-07-25 Fei Company Gas injection system
US5851413A (en) 1996-06-19 1998-12-22 Micrion Corporation Gas delivery systems for particle beam processing
US6332962B1 (en) * 1997-06-13 2001-12-25 Micrion Corporation Thin-film magnetic recording head manufacture using selective imaging
WO2002025692A1 (en) * 2000-09-20 2002-03-28 Fei Company Real time monitoring for simultaneous imaging and exposure in charged particle beam systems
US6889113B2 (en) * 2001-08-23 2005-05-03 Fei Company Graphical automated machine control and metrology
US20030127424A1 (en) * 2002-01-08 2003-07-10 Seagate Technology Llc Method of fabricating magnetic recording heads using asymmetric focused-Ion-beam trimming
US7511280B2 (en) 2003-10-16 2009-03-31 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7511279B2 (en) 2003-10-16 2009-03-31 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7601953B2 (en) 2006-03-20 2009-10-13 Alis Corporation Systems and methods for a gas field ion microscope
US7495232B2 (en) 2003-10-16 2009-02-24 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7414243B2 (en) 2005-06-07 2008-08-19 Alis Corporation Transmission ion microscope
US7557358B2 (en) 2003-10-16 2009-07-07 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7557361B2 (en) 2003-10-16 2009-07-07 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US8110814B2 (en) 2003-10-16 2012-02-07 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7485873B2 (en) 2003-10-16 2009-02-03 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7321118B2 (en) 2005-06-07 2008-01-22 Alis Corporation Scanning transmission ion microscope
US7786451B2 (en) 2003-10-16 2010-08-31 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7504639B2 (en) 2003-10-16 2009-03-17 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7554096B2 (en) 2003-10-16 2009-06-30 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7368727B2 (en) 2003-10-16 2008-05-06 Alis Technology Corporation Atomic level ion source and method of manufacture and operation
US7518122B2 (en) 2003-10-16 2009-04-14 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7786452B2 (en) 2003-10-16 2010-08-31 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7554097B2 (en) 2003-10-16 2009-06-30 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7488952B2 (en) 2003-10-16 2009-02-10 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7557359B2 (en) 2003-10-16 2009-07-07 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7521693B2 (en) 2003-10-16 2009-04-21 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7557360B2 (en) 2003-10-16 2009-07-07 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7129484B2 (en) * 2004-01-21 2006-10-31 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Method for pattern recognition in energized charge particle beam wafer/slider inspection/measurement systems in presence of electrical charge
US20050173631A1 (en) 2004-02-11 2005-08-11 Valery Ray Determining end points during charged particle beam processing
JP2005317330A (ja) * 2004-04-28 2005-11-10 Seiko Epson Corp 微細加工方法及び微細加工装置
US7485783B1 (en) * 2005-04-04 2009-02-03 Monsanto Technology Llc Plants and seeds of corn variety I222066
US7388218B2 (en) * 2005-04-04 2008-06-17 Fei Company Subsurface imaging using an electron beam
US7348556B2 (en) * 2005-07-19 2008-03-25 Fei Company Method of measuring three-dimensional surface roughness of a structure
WO2007067296A2 (en) * 2005-12-02 2007-06-14 Alis Corporation Ion sources, systems and methods
US7879730B2 (en) 2006-01-12 2011-02-01 Kla-Tencor Technologies Corporation Etch selectivity enhancement in electron beam activated chemical etch
US7535000B2 (en) * 2006-05-23 2009-05-19 Dcg Systems, Inc. Method and system for identifying events in FIB
US7892978B2 (en) * 2006-07-10 2011-02-22 Micron Technology, Inc. Electron induced chemical etching for device level diagnosis
JP5959139B2 (ja) * 2006-10-20 2016-08-02 エフ・イ−・アイ・カンパニー S/temのサンプルを分析する方法
US7804068B2 (en) 2006-11-15 2010-09-28 Alis Corporation Determining dopant information
US7732765B2 (en) * 2006-11-17 2010-06-08 Hitachi High-Technologies Corporation Scanning electron microscope
JP5873227B2 (ja) * 2007-12-06 2016-03-01 エフ・イ−・アイ・カンパニー デコレーションを用いたスライス・アンド・ビュー
CN102272878B (zh) * 2008-10-31 2014-07-23 Fei公司 样本厚度的测量和终点确定
US8132411B2 (en) 2008-11-06 2012-03-13 Air Products And Chemicals, Inc. Rankine cycle for LNG vaporization/power generation process
JP5174712B2 (ja) 2009-02-27 2013-04-03 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子ビーム装置、及び荷電粒子ビームにおける位置補正処理方法
DE102009001910A1 (de) * 2009-03-26 2010-09-30 Carl Zeiss Nts Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler Bilddaten
EP2233907A1 (en) 2009-03-27 2010-09-29 FEI Company Forming an image while milling a work piece
JP5702552B2 (ja) * 2009-05-28 2015-04-15 エフ イー アイ カンパニFei Company デュアルビームシステムの制御方法
US8253118B2 (en) * 2009-10-14 2012-08-28 Fei Company Charged particle beam system having multiple user-selectable operating modes
US8350237B2 (en) * 2010-03-31 2013-01-08 Fei Company Automated slice milling for viewing a feature
US10068749B2 (en) 2012-05-21 2018-09-04 Fei Company Preparation of lamellae for TEM viewing
JP6556993B2 (ja) 2013-10-29 2019-08-07 エフ・イ−・アイ・カンパニー 断面形成用途のプロセス自動化のためのパターン認識を伴う差分画像化

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06160067A (ja) * 1992-11-19 1994-06-07 Toshiba Corp 回路パターンの寸法測定方法
JPH11273613A (ja) * 1998-03-23 1999-10-08 Jeol Ltd Fib−sem装置における試料加工方法およびfib−sem装置
CN101361157A (zh) * 2005-12-02 2009-02-04 阿利斯公司 离子源、系统和方法
TW200942800A (en) * 2008-03-10 2009-10-16 Advantest Corp Device for measuring pattern length and method for measuring pattern length

Also Published As

Publication number Publication date
US20160126060A1 (en) 2016-05-05
JP6113842B2 (ja) 2017-04-12
JP2015525959A (ja) 2015-09-07
US10204762B2 (en) 2019-02-12
CN104428867A (zh) 2015-03-18
US20190172680A1 (en) 2019-06-06
WO2014014446A1 (en) 2014-01-23
EP2873088A4 (en) 2015-08-05
TW201409525A (zh) 2014-03-01
US10529538B2 (en) 2020-01-07
CN104428867B (zh) 2018-10-16
EP2873088A1 (en) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI620226B (zh) 用於聚焦離子束加工之方法及系統
JP5973466B2 (ja) Tem試料の調製
JP6598684B2 (ja) 荷電粒子ビームを用いた傾斜ミリングまたは視射角ミリング操作用の基準マーク設計
JP5925182B2 (ja) 撮像のための試料調製方法
JP5882381B2 (ja) デコレーションを用いたスライス・アンド・ビュー
JP6188792B2 (ja) Tem観察用の薄片の調製
KR102039528B1 (ko) 경사진 밀링 보호를 위한 벌크 증착
JP6199978B2 (ja) 高アスペクト比構造体の分析
JP2014130145A5 (zh)
JP6644127B2 (ja) 荷電粒子ビーム試料作製におけるカーテニングを低減させる方法およびシステム
TW201442053A (zh) 沈積材料至高縱橫比結構
JP6453580B2 (ja) 試料調製中におけるtem試料からのプローブの分離
JP6192695B2 (ja) 自動スライス・アンド・ビュー下部切削