用于利用帶電粒子束的傾斜或掠射研磨操作的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及帶電粒子束研磨，并特別地涉及形成用于掃描電子顯微鏡的平面橫截面視圖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在多種應(yīng)用中使用帶電粒子束系統(tǒng)，包括諸如集成電路、磁記錄頭和光刻掩膜之類的微制造器件的制造、修理和檢查。諸如從本發(fā)明的受讓人FEI公司商業(yè)上可獲得的DualBeam之類的雙束系統(tǒng)通常包括可以以對(duì)目標(biāo)的最小損害提供高分辨率圖像的掃描電子顯微鏡(SEM)以及可以被用于改變襯底和形成圖像的離子束系統(tǒng)，所述離子束系統(tǒng)諸如聚焦或成形束系統(tǒng)(FIB)。這樣的雙束系統(tǒng)例如在Hill等人的美國專利號(hào)7，161，159中被描述，所述專利通過引用其整體而被并入到本申請(qǐng)中。在某些雙束系統(tǒng)中，定向FIB與垂直方向成諸如52度的角度并且垂直地定向電子束鏡筒(column)。在其他系統(tǒng)中，電子束鏡筒是傾斜的并且FIB被垂直地定向或者也是傾斜的。在其上安裝樣本的臺(tái)架(stage)可以通常是傾斜的，在某些系統(tǒng)中高達(dá)大約60度。
[0003]用于雙束系統(tǒng)的普通應(yīng)用是在微制造期間分析缺陷和其他故障以尋找故障、調(diào)整和改進(jìn)微制造工藝。缺陷分析在包括設(shè)計(jì)驗(yàn)證診斷、生產(chǎn)診斷的半導(dǎo)體生產(chǎn)的所有方面以及微電路研究和開發(fā)的其他方面中是有用的。隨著器件幾何形狀繼續(xù)縮小和引入新材料，今天的半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性以指數(shù)方式增長。用這些新材料產(chǎn)生的許多結(jié)構(gòu)是凹腔(re-entrant)、向后穿透先前的層。因此，器件故障的缺陷和結(jié)構(gòu)性原因經(jīng)常遠(yuǎn)遠(yuǎn)隱藏在表面之下。
[0004]“逆向處理(deprocessing)”意味著移除結(jié)構(gòu)以暴露下層結(jié)構(gòu)。某些時(shí)候逆向處理對(duì)于表征埋入的結(jié)構(gòu)是必要的。當(dāng)前的逆向處理技術(shù)集中于遞送數(shù)據(jù)以及以平面形式訪問
(access)結(jié)構(gòu)--精心制作研磨器(mill)以產(chǎn)生與器件表面正交的表面，以便允許成像、
探測或其他定位技術(shù)。同樣地，劈開晶片或平行重疊地(lapping)逆向處理產(chǎn)生信息/對(duì)結(jié)構(gòu)的訪問的平面。當(dāng)前的成像和故障隔離技術(shù)(微探測、掃描電容顯微鏡檢查，電壓襯度成像)訪問該平面表面以提供結(jié)構(gòu)/度量學(xué)數(shù)據(jù)或者用于進(jìn)一步隔離故障的電信息。
[0005]相應(yīng)地，缺陷分析經(jīng)常要求在三維基礎(chǔ)上的橫截和觀察缺陷。能夠執(zhí)行三維缺陷分析的更好的系統(tǒng)比以往更加重要。這是因?yàn)榇嬖陔[藏的和/或更小的更多缺陷，并且另外在許多情況下需要化學(xué)分析。此外，用于缺陷表征和故障分析的結(jié)構(gòu)性診斷解決方案需要在較少的時(shí)間中遞送更可靠的結(jié)果，允許設(shè)計(jì)者和制造商自信地分析復(fù)雜的結(jié)構(gòu)性故障、理解材料成分和缺陷的源，并且增加產(chǎn)量。
[0006]另外，雖然將在現(xiàn)有技術(shù)集成電路中的感興趣的大部分區(qū)域限制于在正常平面區(qū)域中(即，SRAM或NAND閃存單元占據(jù)不同的X和Y位置，其中活躍的小體積在Z方向上)的集成電路(1C)器件的小體積，但是演進(jìn)新的技術(shù)需要在三維的感興趣的體積(V0I)的更多不同的隔離。因?yàn)閷⒂性磪^(qū)限制于襯底晶片表面，所以當(dāng)前技術(shù)感興趣區(qū)域(R0I)的標(biāo)識(shí)通常涉及X/Y位地址、在管芯(die)上的門(gate)X/Y地址，或者某些其他必要的X/Y定位數(shù)據(jù)。新興的3D 1C制造技術(shù)沒有將有源區(qū)域限制于在Z方向上的一個(gè)平面。有源區(qū)域具有許多級(jí)的有源器件。X、Y和Z坐標(biāo)信息是必需的。
[0007]圖1示出了用于使用如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的雙束SEM/FIB系統(tǒng)暴露橫截面的方法。通常，為了分析在樣本102內(nèi)的特征，聚焦的離子束(FIB)暴露垂直于具有將被查看的隱藏的特征的樣本材料的表面112的頂部的橫截面或面108。因?yàn)镾EM束軸106通常相對(duì)于FIB束軸104成銳角，所以優(yōu)選地移除在面的前面的樣本的一部分以使得SEM束可以具有訪問以對(duì)所述面成像?，F(xiàn)有技術(shù)方法的一個(gè)問題是通常必須沿著溝槽的長度暴露大量橫截面以形成適當(dāng)?shù)乇碚鳒喜鄣淖銐虼笮〉臉颖镜募稀?br>[0008]針對(duì)相對(duì)于由FIB造成的開口(opening)為深的特征，現(xiàn)有技術(shù)方法遭受降低的信噪比。情況與使閃光照進(jìn)深孔中以嘗試形成孔的側(cè)面的圖像的情況類似。例如，典型的銅互連溝槽是5-8納米(nm)寬、120納米深。來自SHM的電子中的許多電子保留在溝槽中并且不被散射回到檢測器。
[0009]例如在缺陷分析應(yīng)用中的另一缺點(diǎn)是必須沿特征的長度取許多橫截面以找到缺陷。這可以是耗時(shí)的過程。如果缺陷位于橫截面之間，那么可能錯(cuò)過該缺陷或者必須取更多的橫截面，增加驗(yàn)證過程的時(shí)間的長度。
[0010]當(dāng)將離子束用于暴露3D 1C或三維納米級(jí)結(jié)構(gòu)的一部分用于分析時(shí)，不僅僅精確地確定感興趣的特征的X-Y坐標(biāo)還精確地確定Z坐標(biāo)可以是必要的，所述Z坐標(biāo)即在工件表面之下的特征的深度。對(duì)于處理納米級(jí)的特征，現(xiàn)有技術(shù)不是充分準(zhǔn)確的。
[0011]經(jīng)常將基準(zhǔn)用于定位在樣本工件上的感興趣的特征。當(dāng)以另一傾斜的定向查看時(shí)，以FIB在一個(gè)定向上在樣本上制定(make)的基準(zhǔn)不提供最優(yōu)特征用于成像和后續(xù)的FIB研磨參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)用于利用帶電粒子束分析樣本的方法和系統(tǒng)。方法的實(shí)施例包括將帶電粒子束引導(dǎo)向樣本的表面；研磨表面以暴露在樣本中的第二表面，其中研磨在離子源遠(yuǎn)側(cè)的第二表面的端部到比在離子源近側(cè)的第一表面的端部大的相對(duì)于參考深度的深度；將帶電粒子束引導(dǎo)向第二表面以形成第二表面的一個(gè)或多個(gè)圖像；通過檢測電子束與第二表面的相互作用形成感興趣的多個(gè)相鄰特征的橫截面的圖像；以及將橫截面的圖像裝配成感興趣的特征中的一個(gè)或多個(gè)的三維模型。
[0013]本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及用于在樣本上形成基準(zhǔn)的方法和系統(tǒng)。方法的實(shí)施例包括定位樣本以使得帶電粒子束被引導(dǎo)向樣本用于第一研磨操作，以基本上正交于第二角度的第一角度引導(dǎo)帶電粒子束；將帶電粒子束引導(dǎo)向樣本以研磨在基本上平行于帶電粒子束的樣本上的面；研磨在基本上平行于帶電粒子束的樣本上的面；在樣本的被研磨的面上形成基準(zhǔn)；以及定位樣本以使得帶電粒子束被引導(dǎo)向樣本用于第二研磨操作，以第二角度引導(dǎo)帶電粒子束，第二角度相對(duì)于樣本表面不大于十度。
[0014]在另一實(shí)施例中，使用切割的角度確定在納米級(jí)的三維結(jié)構(gòu)中的暴露的特征的深度，所述切割的角度暴露來自切割的邊緣或者來自參考標(biāo)志的水平特征的特征和距離。
[0015]本發(fā)明的實(shí)施例還包括用于執(zhí)行上文提及的方法的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括聚焦的離子束系統(tǒng)、掃描電子顯微鏡和樣本臺(tái)架。
【附圖說明】
[0016]為了更徹底地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在連同附圖參考以下的描述，其中:
圖1示出了用于使用如在現(xiàn)有技術(shù)中已知的雙束SEM/FIB系統(tǒng)暴露橫截面的方法；
圖2示出了示出了顯示離子束以掠射角(glancing angle)研磨樣本222的頂表面；
圖3示出了在執(zhí)行掠射角研磨操作之后的樣本工件的側(cè)視圖，其中多個(gè)相鄰的特征基本上相同；
圖3A示出了使用來自孔304、306、308和310的測量和不同的深度形成的“虛擬”孔
312 ；
圖4示出了在執(zhí)行掠射角研磨操作之后的樣本工件222的俯視圖，其中多個(gè)相鄰特征302-310基本上相同；
圖5示出了樣本工件222的側(cè)視圖，已經(jīng)定向所述樣本工件222用于研磨面502，面502將接近于正交/垂直于最后的研磨定向；
圖6示出了具有在面502上形成的三維基準(zhǔn)602的樣本工件222的側(cè)視圖；
圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形成適于掠射角研磨的基準(zhǔn)的步驟的流程圖
700 ；
圖8示出了適于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的典型的雙束FIB/SEM系統(tǒng)800 ;
圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的執(zhí)行樣本分析的步驟的流程圖900 ; 圖10示出了具有三維納米級(jí)結(jié)構(gòu)的作品；以及圖11是示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]通過引用其全部而被并入到本文中的美國專利申請(qǐng)系列號(hào)13/710,931公開了樣本分析方法，所述方法不是使用正交定向的FIB來暴露的橫截面的序列，而是利用掠射角研磨技術(shù)，其中以相對(duì)于樣本表面的非常小的角度對(duì)FIB定向，優(yōu)選地以不大于10°的角度。因?yàn)橐韵鄬?duì)于樣本表面的這樣的小角度定向離子束，所以相對(duì)于離子源的被研磨掉的樣本材料的量將更大。即，研磨暴露的表面到樣本的端部上的較大深度，該樣本的端部相比于最接近于離子源的端部距離離子源最遠(yuǎn)。這使得暴露的表面具有相對(duì)于原始樣本表面的向下的斜坡。一旦已經(jīng)暴露了傾斜的樣本表