用於局部區域導航的高精確度射束放置的製作方法

2023-06-12 19:45:41 3

專利名稱：用於局部區域導航的高精確度射束放置的製作方法
技術領域：
本發明涉及粒子束系統中的工作檯(stage)導航和射束放置，並且特別地涉及使用由FIB或SEM裝置進行的高解析度圖像的獲取的到樣本表面上的感興趣位點的高精確度局部區域導航。
背景技術：
諸如集成電路製造的半導體製造通常伴隨有光刻法的使用。用在被暴露於輻射時改變可溶性的諸如光致抗蝕劑的材料來塗敷正在其上面形成電路的半導體襯底(通常為矽晶片)。位於輻射源與半導體襯底之間的諸如掩模或中間掩模的平版印刷工具投射陰影以控制襯底的哪些區域將被暴露於輻射。在暴露之後，從已暴露或未暴露區域去除光致抗蝕齊U，在晶片上留下圖案化光致抗蝕劑層，其在後續的蝕刻或擴散過程期間保護晶片的各部 分。光刻法過程允許在每個晶片上形成常常也稱為「晶片」的多個集成電路器件或機電器件。然後將晶片切割成単獨的管芯，每個管芯都包括單個集成電路器件或機電器件。最後，這些管芯經受附加操作並被封裝到単獨的集成電路晶片或機電器件中。在製造過程期間，暴露和焦點的變化要求連續地監視或測量由平版印刷過程顯影的圖案以確定圖案的尺寸是否在可接受範圍內。常常稱為過程控制的此類監視的重要性隨著圖案尺寸變小而顯著地増加，尤其是隨著最小特徵尺寸接近平版印刷過程可獲得的解析度的極限。為了實現更高的器件密度，要求越來越小的特徵尺寸。這可以包括互聯線的寬度和間距、接觸孔的間距和直徑以及諸如各種特徵的拐角(corner)和邊緣的表面幾何結構。結果，表面特徵的仔細監視變得越來越重要。隨著設計規則的縮小，用於處理中的誤差的裕度變小。與設計尺度的甚至小的偏差可能不利地影響完成的半導體器件的性能。因此，半導體客戶要求高精確度射束放置以對諸如存儲器陣列中的單個位誤差或用於電路修正的位置之類的特徵進行定位。射束移位導航系統遭受樣本漂移、位移的非線性性，並且通常在視場方面受到限制。在粒子束系統上使用的典型樣本工作檯僅僅精確到±1-2 Mm。在沒有高精確度工作檯(類似於雷射編碼工作檯)的情況下，不可能以100 nm或以下的精確度將該工作檯直接驅動至感興趣的位置。雷射器工作檯可以具有用於IOOnm精確度的能力，但是是昂貴的，並且限制系統靈活性，因為該工作檯通常不能傾斜，從而損失功能。此外，期望的是在約30nm的精確度內驅動樣本工作檯，其甚至超過典型雷射器工作檯的能力。在典型的存儲器陣列中，通常期望導航到該陣列中的一個單個位単元，以便例如表徵或校正該單獨位単元中的缺陷。典型的位単元的尺寸可能為約50nm，而整個陣列可能具有IOOMfflX IOOMffl的區域。導航到単獨的単元當前通過人工地緩慢移動工作檯並且人工地對單元進行計數直到到達期望的位置為止來完成。這樣的人工過程花費多達10分鐘來驅動到特定単元。例如使用圖案(pattern)識別來自動對単元進行計數的自動導航將要求以足夠將特徵分辨降至単元尺寸(在該示例中降至50nm)的解析度來對該陣列進行成像。為了具有足夠的解析度來可靠地對50nm的單元執行圖案識別，該陣列優選地要以至少16K(可能高達64K或甚至更高)的解析度而被成像。IOOMmX IOOMm陣列的這樣的高解析度掃描(64K)(以500ns的停留時間)將花費大約34分鐘。因此，仍存在對一種用於到半導體表面上的局部區域內的感興趣位點的高精確度導航的改進方法的需要，其將允許以超過樣本工作檯的位置精確度的精確度的射束放置。還存在對在不需要人工計數的情況下允許到陣列中的單個位的迅速導航的高精確度導航的改進方法的需要。此外，存在對此類改進的方法適合於完全或部分自動化的需要。

發明內容
因此，本發明的目的是提供一種用於到半導體表面上的局部區域內的感興趣位點的高精確度導航的改進的方法，特別是在諸如FIB或SEM的粒子束系統中。 本發明舉例說明一種其中倘若在局部區域內存在具有到目標位點的已知坐標關係的可見參考標記則使用成像/圖案化技術有可能進行到局部區域內(例如側面上的200Mm)的感興趣位點的高精確度導航的方法。首先獲取約4096像素寬的目標區域的高解析度圖像。兩個或更多對準特徵位於目標區域附近。用CAD多邊形將感興趣的區域覆蓋到圖像上。利用數字變焦來精確地對對準點進行定位並執行兩個或三個點CAD多邊形重新配準。一旦已經適當地對準了圖像和坐標系，則能夠經由一個或多個傳遞(transfer)基準將該對準傳遞至樣本本身。選擇感興趣特徵附近的樣本上的一個或多個可容易識別的特徵並記錄(多個)傳遞基準與感興趣特徵之間的偏移。然後能夠基於坐標系對準以更小得多的視場對樣本進行重新成像。一旦在第二圖像中識別了傳遞基準，則可以使用記錄的偏移來對感興趣特徵進行定位並準確地安置粒子束。根據本發明的優選實施例，大的區域、高解析度掃描、數字變焦和圖像到理想化坐標系的配準的組合使得能夠在不依賴於工作檯移動的情況下在局部區域周圍實現導航。一旦獲取了圖像，則任何樣本或射束漂移將不影響對準。本發明的優選實施例還可以被用於迅速導航到存儲器陣列或類似結構中的一個單個位單元，以便例如表徵或校正該單獨位單元中的缺陷。使用高解析度掃描，不是掃描整個陣列，而是作為代替僅(沿著X軸和Y軸中的任一個)掃描陣列的一個邊緣上的單元「帶」以定位包含期望單元的行，之後是沿著所定位的行(在剩下的方向上)的類似高速掃描直到到達期望的單元位置為止。這允許使用圖案識別工具來自動對導航到期望單元所必需的單元「計數」，而不用花費對整個陣列成像所需的大量時間。使用本發明的優選實施例，與某些現有技術方法的多於30分鐘相比，單個位單元通常可以在小於5分鐘內被自動定位。前述內容已相當廣泛地概述了本發明的特徵和技術優點，以便可以更透徹地理解隨後的本發明的詳細說明。下面將描述本發明的附加特徵和優點。本領域的技術人員應認識到可以容易地利用所公開的概念和特定實施例作為用於修改或設計用於執行本發明的相同目的的其它結構的基礎。本領域的技術人員還應實現的是此類等效構造不脫離如所附權利要求所闡述的本發明的精神和範圍。


為了更完全地理解本發明及其優點，現在對結合附圖進行的以下描述進行參考，在附圖中。圖I是示出根據本發明的優選實施例的用於利用無工作檯導航的局部區域導航的高精確度射束放置的步驟的流程圖。圖2示出根據本發明的優選實施例的包括將在初始圖像/CAD覆蓋圖配準中使用的目標和對準特徵的樣本的圖像。圖3示出具有覆蓋圖的圖2的圖像，該覆蓋圖示出由被疊加在圖像上的CAD數據製備的CAD多邊形。圖4示出使用數字變焦的較高放大倍率下的圖3的圖像和CAD覆蓋圖。圖5示出圖4的圖像，其中，已經選擇了 CAD覆蓋圖中的第一點和圖像中的相應特徵以用於圖像和CAD覆蓋圖的配準。圖6示出圖4的圖像，其中，已經選擇了 CAD覆蓋圖中的第二點和圖像中的相應特 徵以用於圖像和CAD覆蓋圖的配準。圖7示出圖4的圖像，其中，已經選擇了 CAD覆蓋圖中的第三點和圖像中的相應特徵以用於圖像和CAD覆蓋圖的配準。圖8示出已經完成3點配準之後的圖像和CAD覆蓋圖。圖9示出根據本發明的第二帶電粒子束圖像，其中，該圖像具有較小的視場並包括能夠被用作傳遞基準的至少ー個特徵和感興趣特徵的位置。圖10示出根據本發明的帶電粒子束圖像，其中，已經在感興趣特徵的位置周圍對基準框架進行研磨。圖11是示出根據本發明的優選實施例的用於局部區域導航的高精確度射束放置的步驟的流程圖。圖12示出可以用來實現本發明的方面的典型雙射束FIB/SEM系統。圖13是示出根據本發明的優選實施例的導航到存儲器陣列或類似結構中的單個位単元的步驟的流程圖。圖14示出包含各個單元的存儲器陣列的示意性表示。圖15是圖14的存儲器陣列的一部分的靠近視圖。附圖並不意圖按比例描繪。在附圖中，用相同的數字來表示在各種圖中舉例說明的每個相同或幾乎相同的組件。出於明了的目的，並不是在每個圖中都標記了每個組件。
具體實施例方式本發明的優選實施例是針對半導體晶片製造領域中的用於針對局部區域導航的高精確度射束放置的方法。本發明舉例說明了其中即使在工作檯/導航系統不能正常地進行高精確度導航的情況下也有可能實現到相對較大的局部區域(例如區域200 ii mX 200 ii m)內的感興趣位點的這種高精確度導航的方法。根據本發明的優選實施例，首先獲取相對較大的目標區域(包括一個或多個適當對準標記和感興趣特徵的位置的較大區域)的高解析度圖像。例如，適當地高解析度的區域可能是250 iim寬，具有約4096像素寬的解析度。根據ー個優選實施例，用CAD多邊形來覆蓋感興趣的區域並執行兩個或三個點CAD多邊形重新配準。然後利用數字變焦來精確地對包含感興趣特徵的區域進行定位。能夠針對更大的精確度來執行附加CAD配準過程。然後在感興趣特徵附近定位或產生ー個或多個適當的傳遞基準，並記錄基準與大視場圖像中的感興趣特徵之間的偏移。然後獲取適合於執行檢查/調查的較小視場圖像。在此圖像中識別傳遞基準並使用偏移來準確地定位感興趣特徵。大的區域、高解析度掃描、數字變焦和圖像到理想化坐標系的配準的組合使得能夠在不依賴於工作檯移動的情況下在局部區域周圍實現導航。一旦獲取了圖像，則任何樣本或射束漂移將不影響對準。優選實施例因此允許具有低於IOOnm精確度的到樣本上的位點的精確導航一其中某些優選實施例允許30nm內的導航ー甚至在沒有高精確度工作檯/導航系統的情況下。換言之，根據本發明的優選實施例，樣本工作檯可以具有±500nm或更大的定位精確度或誤差，同時能夠對感興趣特徵進行定位，並且能夠以±100 nm或更好的定位精確度(即，在100 nm或更小內)相對於樣本來安置粒子束。更優選地，能夠以±30nm或更好之內的精確度對感興趣特徵進行定位(即，粒子束系統能夠導航到樣本上的感興趣特徵的位置)。即使在樣本工作檯具有±100 nm或更大的定位精確度或誤差的情況下，本發明的優選實施例也允許對感興趣特徵進行定位並以±300 nm或更好的定位精確度相對於樣本來安置粒子束。 本發明的優選方法或設備具有多個新型方面，並且由於能夠出於不同的目的在不同的方法或設備中實施本發明，所以不是每個方面都需要存在於每個實施例中。此外，所述實施例的多個方面可以是可単獨獲得專利的。圖I示出了示出根據本發明的優選實施例的用於局部區域導航的高精確度射束放置的步驟的流程圖。在步驟10中，通過將樣本安裝在系統工作檯上來將樣本加載到典型的現有技術帶電粒子束系統(諸如在圖12中舉例說明且下文描述的FIB/SEM)中。根據本發明的優選實施例的帶電粒子束系統可以是聚焦離子束系統、電子束系統或雙射束FIB/SEM系統。能夠手動地或自動地(例如通過自動搬運器系統)加載樣本。本發明的優選實施例不要求使用諸如雷射器工作檯的高精確度工作檯。當樣本或エ件被加載到帶電粒子束系統中以進行分析或處理時，將工作檯驅動至感興趣特徵的精確位置可能是非常具有挑戰性的。典型的樣本工作檯具有約1-2WI1的精確度。換言之，當此類典型工作檯被移動至特定坐標時，位置誤差可能達到±l_2Mffl。(當以這種方式來表達時，較大的數字意味著較不精確的工作檯。)先進的高精確度工作檯是非常昂貴的，諸如能夠實現100 nm或以下的精確度內的導航的雷射幹涉儀工作檯(在下文中為「雷射器工作檯」)。雷射器工作檯還具有某些重要的缺點，在於其通常不傾斜且其在當前使用中的大多數帶電粒子束系統上是不可用的。本發明提供了具有低於IOOnm精確度的導航方法，其不要求高精確度雷射器工作檯。優選地，本發明的實施例提供了ー種使用具有±500 nm的精確度(位置誤差)的樣本工作檯的低於IOOnm導航或射束放置的方法。更優選地，本發明的實施例提供了使用具有或更大的精確度(位置誤差)的樣本工作檯的低於IOOnm導航或射束放置的方法。在加載樣本之後，在步驟12中，使用已知方法來對準樣本，例如通過管芯拐角上的典型的三點鎖。還可以手動地(例如通過操作員使用光學顯微鏡)或者自動地(例如通過使用對樣本的凹ロ或扁平邊緣進行定位以便確定適當取向的自動搬運器機器人)實現此對準。在步驟14中，對所述工作檯進行定位，使得感興趣特徵的位置在將被帶電粒子束掃描的目標區域(視場)內。(在某些情況下，感興趣特徵可以實際上在圖像中是不可見的，諸如當感興趣特徵被掩埋吋。)能夠例如通過存儲並使用位置坐標或計算機輔助設計(CAD)數據來實現此定位。視場應是足夠大的，使得考慮到正在使用的工作檯/系統的精確度，保證感興趣特徵在將被成像的區域內，優選地連同適合於在使圖像與表示特徵在樣本表面上的位置的坐標系配準中使用的ー個或多個適當對準特徵一起(如下文更詳細地討論的)。更優選地，視場將包括適合於用作對準特徵的至少三個特徵。在樣本圖像中和坐標系覆蓋圖中，適當的特徵應是可容易地識別的。在步驟16中，用帶電粒子束以高解析度對樣本進行成像。圖像必須具有充分(足夠高)的解析度，使得像素尺寸與要求的放置精度相當。圖像解析度優選地是足夠高的，使得像素尺寸允許識別對準標記並準確地確定其位置。更優選地，解析度是足夠大的，使得像素尺寸是比對準特徵的尺寸更小的相同尺寸。例如，在本發明的優選實施例中，這意味著對於250 寬的圖像而言，可以使用4096 (或更多)像素的解析度，結果得到尺寸為約50 —60 nm的像素。結果，可以容易地識別大於50 — 60 nm的對準特徵。本發明的其它優選實施例使用結果得到的10 — 100 nm的像素尺寸、更優選地30 — 60 nm的像素尺寸的圖像解析度。 在某些優選實施例中，還可以使用結果得到的比感興趣特徵的尺寸更大的像素尺寸的解析度，雖然較大的像素尺寸將對位置誤差有所貢獻。例如，如果在尺寸為30 nm的對準特徵的情況下使用在前一段中所述的實施例中的像素尺寸(50 — 60 nm)，則將不可能確定對準特徵位於像素內的什麼位置。結果，對準特徵的位置誤差(単獨地由像素尺寸產生)可以大到20 — 30 nm (50 一 60 nm減30 nm)。由於此精確程度仍比甚至用典型的雷射器工作檯能夠實現的更大，所以在多個情況下此精確程度將是可接受的。在某種形式的坐標系中，目標(感興趣特徵)的位置和優選地對準特徵的位置也應是已知的。在優選實施例中，能夠從CAD覆蓋圖(如下文更詳細地描述的)或x、y坐標來確定位置，否則，該結構是重複陣列。圖像應具有足夠的解析度，使得像素尺寸至少與要求的精度相當。例如，在ー個優選實施例中，250 u m寬的圖像將是約4096像素寬，結果得到尺寸約為60納米的像素。這將適合於對尺寸為60納米或更大的特徵(諸如對準點)進行成像或處理。然而，對於小於60nm的特徵而言，將要求較高的解析度(和結果得到的較小的像素尺寸)。存在視場(也稱為水平場寬度或HFW)圖像解析度與像素間距之間的直接平衡HFW =(像素間距)*(像素數目)。為了在比250 i!mX 250 y m更大得多的區域上導航，在這裡舉例說明的一些將導致由於較大像素間距和可能掃描失真而引起的可獲得的精確度的可能降低，除非圖案化引擎的解析度增加至8k或16k寬的圖像。在某些情況下，可能要求映射來理解任何掃描失真/非線性度。圖2示出了如上所述的通過將工作檯驅動至用於感興趣特徵和將在初始圖像/CAD覆蓋圖配準(下文描述)中使用的三個對準特徵的坐標獲得的樣本的圖像。如圖2所示，目標201 (包含感興趣特徵)和三個對準特徵(202、203、204)全部是已經通過經由表面層來研磨而部分地暴露在半導體表面上的過孔區。視場應是足夠大的，使得考慮到正在使用的工作檯/系統的精確度，確保感興趣特徵的位置在將被成像的區域內。例如，在具有樣本エ作臺(其具有±2Mm的精確度)的粒子束系統中，用於感興趣特徵和分開約2000 nm的三個對準特徵的視場應至少為8 MfflXS Mffl以保證感興趣特徵在被成像的視場內。然而，通常，根據本發明，可以使用約125MfflX125Mffl的更大得多的視場。再次參考圖I，在步驟17中，能夠由用於半導體樣本上的元件/特徵的計算機輔助設計(CAD)數據來構造示出CAD多邊形330 (表示樣本或エ件上的特徵位置的理想化幾何形狀)的覆蓋圖並將其疊加在樣本的帶電粒子束圖像上。在圖3中示出了此類坐標系覆蓋圖。如果需要，可以如下所述地執行CAD覆蓋圖與圖像之間的初始配準。注意，在圖3中，由CAD多邊形指示的多個半導體特徵沒有被暴露並仍被掩埋在表面層下面。通常，如圖3和4所示，覆蓋圖相對於圖像的初始定位將可能是稍微不準確的。在可選步驟18中，可以使用數字放大來在目標和對準點上進行放大。一旦已經掃描了目標區域，則數字變焦的使用允許用戶「導航」已掃描的圖像以對基準或感興趣特徵進行定位。 與將通過移動工作檯並對樣本進行重新成像來進行導航相比，在圖像周圍進行導航更快且更加容易得多。數字變焦(例如，圖4中的約8:1變焦)允許用戶快速地對包含感興趣特徵的大體區域進行定位並然後放大以更準確地對感興趣特徵、與坐標覆蓋圖一起使用的對準特徵和/或如下所述的傳遞基準進行定位。在圖4中，已放大圖像使得很明顯過孔340未適當地與CAD多邊形330對準。在本發明的優選實施例中，數字變焦的使用允許操作員在感興趣特徵處或附近的圖像(和CAD覆蓋圖)上進行放大以便執行圖像和覆蓋圖之間的坐標系配準以便更準確地使圖像與CAD覆蓋圖對準。如本領域的普通技術人員將認識到的，數字變焦的使用幫助克服了能夠例如在計算機監視器上在視覺上向人類操作員顯示的細節的水平方面的固有限制。然而，在本發明的某些實施例中，可以使用自動化計算機控制來代替人類操作員，例如通過使用諸如圖像識別/機器視覺之類的圖像數據的計算機分析的方法。對於自動化實施例而言，將很明顯不需要數字變焦的使用。然後可以例如通過使用諸如滑鼠和屏幕上光標的計算機定位設備來識別坐標系覆蓋圖上的對準點和相應元素。圖5示出重新配準過程中的第一步驟。使用數字放大，用戶能夠在圖像和CAD覆蓋圖上放大，並指定用於圖像內的各種區域的局部偏移。正在被數字放大的區域在縮略圖551中被示為方形550。如圖5所示，圖像已在對準點202處被數字地變焦。再次參考圖1，在步驟20中一如圖5所示一操作員可以(用滑鼠或其它適當的定位設備)點擊CAD多邊形330中的ー個的中心544並然後點擊樣本圖像中的相應特徵(過孔340)的中心542。然後針對如圖6所示的對準特徵204 (步驟22)和如圖I所示的對準特徵203 (步驟24)重複該過程。一旦已經識別了坐標系覆蓋圖中的對準特徵和相應元素的位置，則然後可以在步驟26中測量圖像上的對準點與CAD覆蓋圖之間的目標區域中的偏移或覆蓋圖誤差。圖4中的誤差在目標區域中約為1.4i!m。為了修正此誤差，將在步驟28中執行三點重新配準，並對CAD覆蓋圖進行拉伸、旋轉和/或移位以產生與圖像的匹配。如本領域的普通技術人員將認識到的，CAD覆蓋圖與圖像之間的偏移誤差可能起因於許多源僅舉幾個例子，原始工作檯鎖中的操作員誤差、FIB圖像的不精確校準(放大和/或旋轉)、局部管芯變形或離子柱偏轉系統中的非線性度。無論誤差源是什麼，通常不可能實現CAD覆蓋圖與大視場FIB圖像內的每個點之間的完美的對應。此問題的ー個解決方案是根據需要執行對CAD覆蓋圖進行拉伸、移位和/或旋轉以產生特定FIB圖像的自定義匹配的3點重新配準。在授予俄勒岡州希爾巴羅市的FEI公司(也是本發明的受讓人)且通過引用結合到本文中的授予Lindquist等人的美國專利No. 5，541，411 (對於「Image-to-Image Registration Focused Ion Beam System」)中詳細地討論了這種類型的圖像配準。如Lindquist所述和圖5 — 8所示,配準操作包括選擇例如粒子束圖像上的三個點和將被對準的另ー圖像(根據本發明的優選實施例，諸如CAD覆蓋圖)上的三個相應點。可以經由與來自顯示器的視覺反饋相結合的滑鼠的使用來交互地選擇對準點。例如，如果對準點R1、R2和R3被選擇為粒子束圖像中的可見的對準點，則在期望其配準的坐標系覆蓋圖上選擇三個相應的點(Cl、C2、C3)。一旦選擇了圖像和坐標系中的相應點，則該過程確定參考圖像的點(Rl、R2、R3)與在先圖像上的點(Cl、C2、C3)之間的變換T，使得T(Cl)=RUT(C2)=R2iT(C3)=R3。由於在屏幕的特定坐標系內點的坐標位置是已知的，所以容易地用線性代數方法來確定點之間的變換。一旦已經確定了變換操作T，則創建新的空(即空白)圖像，然後進入循環並在新的圖像中選擇第一像素。一旦選擇了像素，則進行關於是否所有像素已被處理的確定。如果 已經處理了所有像素，則完成配準並退出該過程。然而，如果尚未處理所有像素，則該過程使用坐標變換T來繼續並從在先圖像中選擇相應的像素。然後將來自在先圖像的所選像素數據從在先圖像讀取到新圖像的所選像素位置中。如果變換已經映射了處於在先圖像邊界之外的新圖像的所選位置，則在新的圖像位置中放置空數據。此空數據可以包括例如空白表示或黒色背景表示。接下來，該過程循環返回，以再次選擇新圖像中的下ー個像素，並且該過程以迭代的方式繼續，直至新圖像中的所有像素都已被處理的那一時間為止。在優選實施例中，藉助於自動化計算機腳本來執行圖像和CAD多邊形的配準和偏移計算。在配準完成之後，如圖8所示，現在適當地對準覆蓋圖和目標過孔。新的圖像可以相對於原始圖像稍微傾斜，因為變換操作將供應圖像之間的平移、旋轉、縮放和傾角差。根據上述步驟，優選地通過選擇帶電粒子圖像和坐標系中的三個相應對準點來實現圖像至圖像配準，雖然可以使用不同數目的對準點，其中更多的點提供更準確的對準。相應對準點之間的變換被確定並施加於將被配準的圖像以產生被適當配準的輸出圖像。可替換地，改善精確度的可選步驟是對具有接近於目標位點的其它對準特徵的附加位點進行成像。然後通過對由單獨圖像所指示的位置取平均值來確定目標位點。此步驟是尤其期望的，以在每個圖像使用單個對準特徵時提供良好的精確度。由計算機處理器來適當地執行該步驟，其中，各種圖像是存儲在圖像緩衝器中並在適當的顯示器上示出的位映射圖像。一旦已經適當地對準了圖像和坐標系，則需要將該對準「傳遞」至樣本本身。根據本發明的優選實施例，這可以通過使用傳遞基準來實現。諸如改變視場時的系統漂移和圖像移位及縮放差之類的因素使得帶電粒子束的定位在納米尺度是稍微可變的。傳遞基準的使用允許獨立參考點快速地且精確地對感興趣特徵進行定位。傳遞基準可以是樣本上的現有且可容易地識別的特徵(如在圖像中看到的)，或者是作為對準過程的一部分由FIB/SEM產生的ー個。適合於用作傳遞基準的現有特徵應是能夠被一致地識別的視場內的唯一特徵。優選基準還將允許沿著X和y兩個方向將射束位置精確地定位。例如，一個適當的基準可能是兩條線的交叉點(十字形基準)。適當的基準還可以是樣本中的不規則，或者甚至是位於視場內的一塊汙垢或碎屑。再次參考圖1，在步驟30中，在導航到圖像內的感興趣特徵的位置之後，在圖像中識別ー個或多個適當的傳遞基準，並記錄圖像內的感興趣特徵與(多個)基準之間的偏移。此外，數字變焦可以用來將感興趣特徵的位置處的區域的圖像放大以幫助適當傳遞基準的定位。優選地，將使用兩個或更多傳遞基準。通常，使用傳遞基準的數目越大，感興趣特徵的位置的精確度越大。如果適當的結構未出現在樣本的表面上，則在步驟32中，可以在視場內但與感興趣特徵分離的位置處、優選地在將不損壞感興趣點的位置中產生基準標記。例如，可以通過接近於目標位點的FIB研磨或FIB/SEM沉積來在樣本上產生基準標記。可以使用任何適當的方法來產生基準，包括例如聚焦離子束濺射、用離子束進行表面著色、氣體輔助蝕刻或沉積或電子束誘導氣體輔助蝕刻或沉積。在許多情況下，通過沉積進行的基準形成將是優選的，因為其具有較小的侵入性(產生對樣本表面的較少損壞)並提供更好的對比度(因為
使用不同的材料)。基準可以由可容易地區別的形狀製成，以使得其能夠被一致地識別和定位。在產生了適當基準的情況下，在步驟33中，應在產生基準之後對樣本表面重新成像。然後可以用新的圖像來重複上述對準步驟16 — 28。在步驟34中，一旦識別了適當的傳遞基準，則確定並記錄傳遞基準與感興趣特徵之間的偏移(優選地在計算機存儲器中)。圖9示出其中已經使用上述方法和兩個研磨基準104和106來對十字圖案的拐角102進行定位的樣本。使用本文所述的方法，以實驗方式來確定在〈100 nm內的拐角102的位置。再次地，產生並使用的基準的數目越大，相對於感興趣特徵的射束放置的精確度越大。在優選實施例中，可以例如通過離子研磨完全在感興趣特徵的位置周圍產生框架或方框(雖然如圖9所示，在對準標記106而不是感興趣特徵102周圍研磨框架基準104)。在圖10中示出了此類研磨基準框架，其中，感興趣掩埋特徵(由於表面層而尚不可見)位於基準框架404內。對準特徵402、403、404 (其已被暴露)在圖10中也是可見的。通過使用如圖10所示的框架基準，一旦框架內的感興趣特徵被暴露(優選地通過框架內的離開表面層的研磨/蝕刻)，可以針對沿著框架的任何點來確定特徵偏移，本質上提供能夠用來確定偏移的無限數目的基準位置。這提供基準與感興趣特徵之間的偏移的更準確得多的確定。再次參考圖1，一旦已經選擇或產生了適當的基準，則在步驟36中，在感興趣特徵的位置處對樣本進行重新成像。優選地，將顯著較小的視場用於此成像步驟。通常，視場將是對於感興趣特徵的期望處理而言典型的ー個，例如，IOumXlOum視場。能夠以較大的置信度來使用此較小視場，因為在上述配準步驟之後，以足夠的精確度知道特徵的位置以保證特徵將在較小的視場內。然後能夠在步驟38中在新圖像中容易地識別(多個)傳遞基準。並且在步驟40中，使用(多個)記錄的偏移來容易地且準確地對感興趣特徵進行定位。一旦射束被正確地安置，則在步驟42中，可以使用粒子束通過例如研磨樣本、向樣本上沉積材料或對樣本進行成像和執行度量衡學來處理樣本。圖11是示出根據本發明的另ー優選實施例的產生ー個或多個樣本的步驟的流程圖(不使用CAD多邊形的視覺覆蓋圖)。優選地，圖11中描述的過程可以是完全或部分地自動化的。
在步驟110中，將樣本加載到粒子束系統中。例如，適當的樣本可以是半導體晶片，其可以被以僅1-2 Pm的精確度加載到具有樣本工作檯的雙射束FIB/SEM中。然後使用感興趣特徵的已知坐標來對工作檯進行定位，使得感興趣特徵在粒子束的視場內。由於典型樣本工作檯的低精確度，不能単獨使用坐標以足夠的精確度來識別感興趣特徵的精確位置。在步驟111中，獲取目標區域的高解析度圖像(例如4096像素寬)圖像，包括兩個或更多對準點(例如，諸如200 u mX200 u m正方形區域的拐角的可識別特徵)。在步驟112中，對適當對準點進行定位。如上所述，可以在樣本圖像中識別適當的對準特徵並在指定特徵在樣本上的位置的坐標係數據中識別相應的元素(諸如用於特定半導體晶片的CAD數據)。根據本發明的優選實施例，還可以使用圖像識別軟體來自動地選擇適當的對準特徵。適當的圖像識別軟體可從例如麻薩諸塞州內蒂克的Cognex公司獲得。可以「訓練」圖 像識別軟體以通過使用類似特徵的樣本圖像或通過使用來自CAD數據的幾何信息來對適當的對準特徵進行定位。這在要處理多個類似樣本(例如，具有相同設計的大量半導體晶片)的情況下可能是尤其期望的。還可以使用自動化FIB或SEM度量衡學來識別或幫助識別對準特徵。度量衡學可以由基於圖像的圖案識別、邊緣發現、ADR、質心計算、斑點等組成。根據本發明的將實現完全或部分自動化圖像處理、度量衡學和機器控制的適當軟體優選地提供圖案識別和邊緣檢測工具以及「do while (循環結構)」循環能力，諸如也可從本發明的受讓人FEI公司獲得的IC3D 軟體。在步驟114中，如上文更詳細地描述的，基於偏移的計算來將對準點的坐標系與圖像對準。在步驟116中，使用此對準來計算圖像中的期望感興趣特徵的位置。在可選步驟118中，在感興趣特徵的附近執行重新配準。在步驟120中，確定適當的傳遞基準是否存在於樣本表面上。再次地，可以使用圖像識別軟體來自動地選擇傳遞基準。可替換地，可以最初由「訓練的」圖像識別軟體和操作員來選擇適當的傳遞基準以在後續的樣本中對適當的傳遞基準進行定位。如果不存在適當的傳遞基準，則在步驟122中，產生物理基準以允許目標定位。可以例如用如上所述的FIB、SEM或其它已知方法向目標區域的側面產生基準。與標記的偏移應是足夠大的，以保證目標位點將不會被標記損壞或模糊。根據工作檯的精確度，可能需要遠離感興趣特徵若干Pm來形成基準。可以由操作員來指定用於產生的傳遞基準的位置，例如通過使用滑鼠來在期望的基準位置周圍拖曳虛擬框。然後，自動化度量衡學軟體可以精確地測量基準相對於樣本位置處的可識別特徵的位置(例如，距離特定特徵的右邊緣15nm)。為了處理後續樣本，然後在指定的精確位置處自動地產生基準。還可以使用CAD數據來指定基準位置以指定基準相對於晶片表面上的特定結構的位置。只要傳遞基準距離感興趣特徵足夠遠地產生(考慮工作檯導航的精確度)，就可以用這種類型的自動化過程來安全地產生適當的傳遞基準。在產生了傳遞基準的情況下，可以獲取第二高解析度圖像並重複過程步驟111 一118以便適當地使第二圖像(示出傳遞基準)與坐標系配準。在步驟124中，然後識別適當的傳遞基準(預先存在或產生的)並記錄傳遞基準與感興趣特徵之間的(多個)偏移。
在步驟126中，使用所記錄的基準偏移來精確地對感興趣特徵進行定位，使得能夠精確地安置粒子束。執行最終對準的ー個方法將是例如通過繪製圖案框來在高解析度圖像中的基準上產生覆蓋圖。如果用戶現在以較高的放大倍率來獲取圖像，則能夠通過將標記和圖案對準(例如通過使用射束移位)來找到目標位點。通過使用此新型エ藝，能夠對感興趣特徵進行定位並將粒子束放置控制在±30 nm或者甚至更小以內。這允許在步驟128中以非常精確的射束放置來處理樣本，即使樣本工作檯単獨地不能實現此類精確導航。在步驟130中，確定是否要處理其它樣本。如果是，則將後續樣本加載到粒子束系統中並重複步驟111 一 130 (優選地如上所述自動地)。如果不是，則該過程停止。本發明的優選實施例還可以被用於迅速導航到存儲器陣列或類似結構中的ー個單個位單元，以便例如表徵或校正該單獨位單元中的缺陷。典型的位單元的尺寸可能約為50nm，而整個陣列可能具有IOOMmX IOOMm的區域。在不具有昂貴的高精確度雷射器工作檯的系統中，導航到單獨單元位置當前通過人工地緩慢移動工作檯並且人工地沿著X軸和Y軸二者對單元進行計數直到到達期望的位置為止來完成。這樣的人工過程可能花費多達I0分鐘來驅動到特定単元，並且還傾向於由誤計數或偶然未對準產生的誤差。平滑輕推工作檯可以最小化這樣的計數誤差，但是這些類型的工作檯是昂貴的並且不能被廣泛使用。 自動導航(例如分析圖像數據和/或使用圖案識別來自動對單元進行計數)將要求以足夠將特徵分辨降至単元的最小重複尺度的尺寸(在該示例中降至50nm)的解析度來對該陣列進行成像。為了具有足夠的解析度來可靠地對50nm的単元執行圖案識別，該陣列優選地要以至少16K (可能甚至高達64K)的解析度而被成像。IOOMmXlOOMm陣列的這樣的高解析度掃描(64K)(以500ns的停留時間)將花費大約34分鐘。然而，本發明的優選實施例使用高解析度掃描，不是掃描整個陣列，而是僅(沿著X軸和Y軸中的任ー個)掃描陣列的邊緣上的単元「帶」以定位包含期望単元的行，之後是沿著所定位的行(在剩下的方向上)的単元帶的類似高速掃描直到到達期望的単元位置為止。優選地，所述「帯」比該陣列的尺寸顯著更小。例如，優選的帶將小於10個單元寬，更優選地小於5個單元寬。對於典型陣列，這將使得帶小於陣列尺寸的10%。這允許使用圖案識別工具來自動對導航到期望単元所必需的単元「計數」，而不用花費對整個陣列成像所需的大量時間。使用本發明的優選實施例，單個位単元通常可以在小於5分鐘內被自動定位。圖13是示出根據本發明的優選實施例的導航到存儲器陣列或類似結構中的單個位単元的步驟的流程圖。優選地，圖13中描述的過程可以是完全或部分自動的。在步驟150中，樣本被加載到雙射束SEM/FIB粒子束系統中，並且該束系統對準感興趣的區域。例如，適當的樣本可以是具有作為感興趣的區域的存儲器陣列或類似結構的半導體晶片。在步驟152中，SEM被用來對樣本成像以便找到並且識別包含期望単元的期望區域(即目標區域)。例如，SEM可以被用來使用IKXlK的普通解析度來對200MmX200Mm的區域成像。不可能在這樣的圖像中識別出単獨50nm的単元，因為像素尺寸將是200nm。圖14示出這樣的區域1400的示意性表示，在其中各個「方形」表示存儲器陣列或類似結構中的各個單元。圖15示出虛線框1408內的區域1400的靠近視圖。在步驟154中，提供針對期望單元的XY單元計數。例如，視場內的典型單元計數數可能是單元X = 2478，y = 399，並且該計數可以由操作員或CAD數據來提供。在步驟156中，例如通過自動軟體確定最靠近期望単元的陣列拐角(左下、右下、左上或右上)。接下來，在步驟157中，在襯底上形成ー個或多個基準，一個優選地在要被計數的第一「行」附近(例如在行I = 399上或者靠近行y = 399)，並且ー個靠近期望単元的位置。技術人員將識別出要被計數的第一「行」可以是X值或者Y值，其中另ー值將被用來沿著所定位的行進行計數以到達所要求的単元位置。因為所要求的単元的精確位置還沒有被確定，所以(多個)基準的定位可以是稍微粗略的，只要基準和期望的行/単元位置二者在視場內是確切的。還參考圖15，基準標記1410、1412將優選地被放置成使得它們在圖像「帶」中，但是與期望単元分離(下文討論)，優選地在將不會損壞感興趣特徵的位置中。根據工作檯的精確度，基準可能需要被形成為遠離感興趣特徵幾Mffl，以確保該特徵不會被無意地破壞。可以使用任何適當的方法(包括例如聚焦離子束濺射、用離子束進行表面著色、氣體輔助蝕刻或沉積或電子束誘導氣體輔助蝕刻或沉積)來產生基準。在許多情況下，通過沉積進行的基準形成將是優選的，因為其具有較小的侵入性(產生對樣本表面的較少損壞)並提供更好的對比度(因為使用不同的材料)。基準可以由可容易地區別的形狀(諸如框或「X」)製成，以使得其能夠被相符地識別和定位，尤其在較低解析度成像掃描中。
在一些情況中，可能難以利用足夠的解析度針對基準標記估計期望定位，並且因此可能有必要在合適的「行」和/或期望単元位置已經被確定之後產生基準標記。在這種情況下，在基準和期望的行或単元位置之間的偏移可以被確定之前，應該以高解析度對樣本重新成像以解釋樣本漂移。在步驟158中，系統(自動或人工)可以定位樣本工作檯以使得視場的中心處於最靠近的拐角和期望単元位置之間的中間位置。還可能期望的是在某些境況中在該步驟之後產生上文討論的基準。但是在該情況中，應該至少以較低解析度(例如以IKX 1K)來對該視場重新成像以解釋該工作檯移動中的任何誤差。在步驟160中，在最靠近的拐角處開始，沿著陣列的邊緣(在X方向或Y方向上)使用高解析度掃描來獲取圖像。還參考圖14，可以沿著由框1404限定的區域在Y方向上進行高解析度掃描。優選地，掃描解析度將是至少16KX 1K，這將允許對各個50nm單元的圖案識另IJ，因為像素尺寸將降至6nm。因此，在步驟161中，可以使用圖案識別軟體來計數期望的單元數目(例如使用上述示例在Y方向上399個單元)。在一些優選實施例中，可以隨著帯被成像來對單元計數。在其他優選實施例中，將對長度明確包括期望行的帶成像，並且可以使用圖案識別軟體來計數圖像中的期望的単元數目。一旦識別到合適的行，在步驟162中基準和行之間的偏移可以被可選地記錄，以使得當獲取下一掃描時該行可以被更容易地重新定位。在具有相對較大數量的樣本漂移的系統中，行標記基準是期望的，因為它允許下一成像掃描的精確放置(在可選步驟163中)。在不具有大量樣本漂移的系統中，可能不需要行標記基準。優選地，如果需要的話，該行標記基準將被放置在由兩個圖像帶掃描的位置。接下來，在步驟164中，沿著在先前步驟中定位的行(例如在上述示例中在X方向上)使用高解析度掃描來獲取圖像。還參考圖14，可以沿著由框1406限定的區域在X方向上進行高解析度掃描。此外，該掃描應該以足夠高到允許在陣列的単元上進行圖案識別的解析度。如上所述，至少16KX IK的掃描解析度將允許各個50nm單元的圖案識別，因此允許圖案識別軟體在步驟166中當對帶成像時計數期望的単元數目。例如，使用上述XY坐標，將通過圖案識別軟體在X方向上計數2478個單元以定位期望單元X = 2478，y = 399 (在虛線圓圈1407內示出)。為了清楚起見，在圖14 一 15中沒有示出在該示例中的所有単元。此外，在一些優選實施例中，可以隨著帶被成像來對單元計數。在其他優選實施例中，將對長度為明確包括期望単元位置的帶成像，並且可以使用圖案識別軟體來計數圖像中的期望的単元數目。為了補償在先前步驟期間可能的漂移，可能期望重複上述掃描和単元定位步驟。因此，在步驟168中，如果有必要校正可能的漂移，則可以重複步驟160至166。在步驟170中，一旦已經確定期望単元的位置，就會識別出接近期望単元的基準，並且確定和記錄該基準和期望単元之間的偏移。(在一些優選實施例中，可以使用接近期望単元的多個基準)。每當這種類型的存儲器陣列上的期望位置和基準之間的偏移被確定，該偏移就可以以單元數目來表示(例如向下2個單元並且向右I個單元)。在其他優選實施例中，可以根據絕對距離來表示偏移或者在使用目標的任一側上的基準時甚至可以將該偏移表示為相對距離。
一旦已知期望單元的位置和(多個)基準之間的關係，期望單元就可以被容易地重新定位。典型地，例如具有多達IOOMffl寬的視場的圖像將不被用於特徵的粒子束處理。而使用具有更小視場(例如IOMffl)的具有更大放大能力的圖像。因此，在步驟172中，可以利用更小視場(包括期望単元和基準二者)以及所使用的記錄的偏移來對樣本重新成像，以容易地在新圖像中定位期望単元(步驟174)。因此，即使工作檯被移動或者焦點和/或視場改變，都可以在不對單元進行計數的情況下容易且迅速地重新定位期望単元，即使當以其中各個單元不能被識別出的解析度來對樣本成像時(只要在圖像中可以識別出基準即可)。應該指出在一些情況下，上述過程可能被重複多次，其中圖像被「縫合」在一起以找出實際的期望單元。例如，在非常大的陣列中，期望單元可能具有I = 399，X = 7500的地址。上述方法可以被用於首先定位単元地址y = 399, X = 2500，並且記錄該單元和基準之間的偏移。然後，可以使用該方法的第二迭代以對該陣列的不同部分進行成像以便定位單元y = 399, X = 5000,並且第三定位實際期望單元y = 399, x = 7500。在一些優選實施例中，還可以通過在一次連續掃描中定位期望單元來進ー步簡化該過程，即使實際上僅掃描了整個陣列的一小部分。例如，本發明的優選實施例可能使用在沿著來自最接近的拐角的對角線計算單元位置(使用XY単元坐標)之後形成的對角線圖像。這將僅要求沿著對角線對ー個帶進行成像，使用圖案識別來在該對角線帶內執行單元計數，以及在期望単元處或靠近其形成基準標記。如上所述，可以將對角線成像重複兩次(或者更多次，如果需要的話)以便驗證單元位置並且補償樣本漂移。在另ー優選實施例中，沿著陣列的邊緣的掃描將被掃描，例如對於沿著邊緣的某ー距離使用僅幾個単元寬的圖像，並且然後當接近期望行(感興趣特徵位於其中)吋，掃描寬度將被增加到幾百個單元，這取決於期望単元的X，Y地址。本發明的優選實施例提供優於現有技術方法的顯著時間節省。如上文所討論的那樣，在不使用昂貴雷射器工作檯的情況下在這樣的大存儲器陣列中定位特定単元是耗時的過程。人工單元計數可以花費10分鐘或者更多，並且傾向於在計數中產生誤差，當然這意味著識別到錯誤的単元。期望嘗試通過使用整個陣列(或者甚至僅僅包含感興趣特徵的陣列的一部分)的高解析度成像來使該過程自動化將甚至消耗更多時間。例如，整個IOOMfflX IOOMffl陣列的高解析度掃描可能花費多於30分鐘。然而，使用本發明的方法，陣列中的僅兩個単元「帯」(或者當該過程被重複以便補償漂移時四個単獨的帯)的高解析度圖像所需的時間將僅僅需要大約2分鐘(每個帶 30秒)。添加一分鐘來經由GIS沉積形成(多個)基準將帶來3 — 4分鐘的總時間。明顯地，如上所述時間將被減少，即使進一步僅對ー個帶(不管是對角線還是L形的)成像。本發明的優選實施例將不會依賴於工作檯精確度性能，雖然該方法將使用昂貴的雷射器工作檯或能夠平滑輕推的工作檯。這是重要的，因為雷射器工作檯或平滑輕推的エ作臺可能現在還能夠工作，但是隨著節點和容差繼續縮小它將可能不夠精確。相比之下，本發明的實施例能夠縮放到更小的節點。隨著性能需求縮小，典型地有必要相應地增加成像解析度。本發明的實施例將仍能夠被適用，只要可實現的圖像解析度足夠大以便允許各個単元的圖案識別。儘管本發明的實施例可以與任何類型的成像技術一起使用，但是存在將允許SEM解析度顯著改進的當前開發或使用的許多技術(例如UHR圖案、場縫合、射束減速
坐坐、
寸寸ノ o
圖12示出可以用來實現本發明的優選實施例的典型雙射束FIB/SEM系統210。本發明的一個實施例利用使用垂直於樣本表面的平面或傾斜幾度的離子束和具有還從離子束的軸傾斜例如52度的軸的電子束的雙射束FIB/SEM系統210。在某些實施例中，離子束和電子束能夠對準，使得兩個射束的視場重合至幾微米或更小以內。離子束通常用來對エ件進行成像和機械加工，並且電子束主要用於成像，但是還可以用於エ件的某些修改。電子束通常將產生比離子束圖像更高的解析度的圖像，並且將不損壞類似於離子束的觀察表面。由兩個射束形成的圖像可能看起來不同，並且兩個射束因此能夠提供比單個射束更多的信息。此類雙射束系統可以由離散的組件實現，或者替換地，可以源自於諸如HeliosNanoLab 系統(可從俄勒岡州希爾巴羅市的FEI公司獲得)的常規設備。還可以使用其它粒子束系統來實現本發明，包括例如諸如僅FIB或SEM系統的單射束系統或具有兩個FIB鏡筒的雙射束系統。聚焦離子束系統210包括具有上頸部212的抽空外殼211，包括提取器電極和靜電光學系統的聚焦鏡筒216和離子源214位於所述上頸部212內。粒子束218從離子源214通過鏡筒216並在示意性地在220處朝著樣本222指示的靜電偏轉裝置之間通過，樣本222例如包括位於下腔室226內的可活動X-Y-Z工作檯224上的半導體器件。可以採用離子泵或其它泵送系統(未示出)來抽ロ頸部212。在真空控制器232的控制下用渦輪分子和機械泵送系統230來抽口腔室226。真空系統在腔室226內提供在約I X 10_7託和5 X 10_4託之間的真空。如果使用輔助蝕刻、蝕刻阻燃氣體或沉積前體氣體，則腔室背景壓カ可能上升，通常至約1X10—5託。高壓電源234被連接到離子源214以及聚焦鏡筒216中的適當電極以便形成離子束218並將其向下指引。依照由圖案發生器238提供的規定圖案操作的偏轉控制器和放大器236被耦合到偏轉板220，從而可以控制射束218在樣本222的上表面上描繪出相應的圖案。在某些系統中，如本領域中眾所周知的，將偏轉板放置在最終透鏡之前。離子源214通常提供鎵的金屬離子束，雖然可以使用其它離子源，諸如多會切或其它等離子體離子源。離子源214通常能夠被聚焦到樣本222處的低於十分之一微米寬射束以便通過離子研磨、增強型蝕刻、材料沉積來修改樣本222或出於對樣本222進行成像的目的。用於檢測用於成像的二次離子或電子發射的帶電粒子倍増器240被連接到信號處理器242，在那裡，來自帶電粒子倍増器240的信號被放大、轉換成數位訊號並經受信號處理。結果得到的數位訊號是在監視器244上顯示樣本222的圖像。掃描電子顯微鏡241以及電源和控制單元245還提供有FIB/SEM系統210。通過在陰極252與陽極254之間施加電壓來從陰極252發射電子束243。藉助於聚光透鏡256和物鏡258將電子束243聚焦到細微斑點。藉助於偏轉線圈260在樣本上ニ維地掃描電子束243。由電源和控制單元245來控制聚光透鏡256、物鏡258和偏轉線圈260的操作。可以將電子束243聚焦到樣本222上，其在下腔室226內的能活動X_Y_Z工作檯224上。掃描電子顯微鏡241產生掃描通過結構的表面(優選地以光柵圖案)的細微聚焦電子束243。當電子束243中的電子撞擊在エ件222的表面上時，發射二次電子和背散射電子。分別地，由二次電子檢測器240或背散射電子檢測器262來檢測這些電子。由二次電子檢測器240或背散射電子檢測器262產生的模擬信號被信號處理器単元242放大並轉換成數字亮度值。可以將結果得到的數位訊號作為樣本222的圖像顯示在監視器244上。
打開門270以便將樣本222插到可以被加熱或冷卻的工作檯224上，並且還用於對內部氣體供應貯存器進行維修(如果使用那個的話)。門被聯鎖，使得如果系統處於真空下，則其不能被打開。高壓電源向離子束鏡筒216中的電極提供適當的加速電壓以便激勵離子束218並使其聚焦。氣體遞送系統246延伸至下腔室226中以便引入並朝著樣本222指引氣態蒸氣。轉讓給本發明的受讓人的授予Casella等人的美國專利No. 5, 851, 413 (對於「GasDelivery Systems for Particle Beam Processing」)描述了適當的氣體遞送系統 246。在也轉讓給本發明的受讓人的授予Rasmussen的美國專利No. 5, 435, 850 (對於「GasInjection System」)中描述了另ー氣體遞送系統。例如，可以遞送碘以增強蝕刻，或者可以遞送金屬有機化合物以沉積金屬。
系統控制器219控制雙射束系統20的各種部分的操作。通過系統控制器119，用戶能夠通過輸入到常規用戶接ロ(未示出)中的命令以期望的方式來促使掃描離子束218或電子束143。系統控制器119還可以包括計算機可讀存儲器221且可以依照存儲在存儲器221中的數據或編程指令來控制雙射束系統110。存儲在存儲器221中的關於樣本/半導體的CAD數據可以用來產生CAD多邊形覆蓋圖或用來對如上所述的感興趣特徵和對準點或傳遞基準進行定位的其它位置數據。根據本發明的一些實施例，一種用於到樣本表面上的單元陣列內的具有已知單元地址X、Y的感興趣特徵的高精確度射束放置和導航的方法包括將樣本加載到粒子束系統中；以第一圖像解析度獲取該陣列的至少一部分的圖像，該圖像具有足夠大的視場以包括感興趣特徵的位置和該陣列的至少ー個拐角；在樣本表面上在所估計的感興趣特徵的位置附近的位置處形成至少ー個基準；獲得沿著該陣列的邊緣的邊緣帶的圖像，所述邊緣帶圖像具有足夠高的解析度使得像素尺寸小於該陣列中的単元的最小重複尺度的一半，並且所述邊緣帶圖像在長度上為至少X個單元並且顯著小於第一圖像中的視場；使用圖案識別來自動計數X個單元以便確定包含感興趣特徵的期望行的位置；獲得沿著期望行的行帶圖像，所述行帶圖像具有足夠高的解析度使得像素尺寸小於該陣列中的単元的最小重複尺度的一半，並且所述行帶圖像在長度上為至少Y個單元並且顯著小於第一圖像中的視場，並且所述行帶圖像包括至少ー個基準和感興趣特徵；使用圖案識別來沿著期望行自動計數Y個單元以便確定包含感興趣特徵的単元地址X、Y的位置；以及確定至少一個基準和包含感興趣特徵的單元地址X、Y的位置之間的偏移。在一些實施例中，第一圖像解析度足夠低使得圖像像素尺寸大於該陣列中単元的最大特徵尺度。在一些實施例中，獲取該陣列的至少一部分的第一圖像包括獲取至少IOOMmX IOOMm的區域的第一圖像。在一些實施例中，該第一圖像解析度是IKX IK像素或更低。在一些實施例中，該陣列中的單元的最大特徵尺度是50nm或更小並且第一圖像解析度具有200nm或更大的像素尺寸。在一些實施例中，第二圖像解析度足夠高使得像素尺寸小於該陣列中單元的最大特徵尺度的一半。在一些實施例中，該陣列的單元的最大特徵尺度是IOnm至50nm並且第二圖像解析度具有小於5nm的像素尺寸。在一些實施例中，第二圖像解析度是16KX IK像素或更高。在一些實施例中，在樣本表面上形成至少ー個基準包括在樣本表面上形成具有以第一圖像解析度能夠容易區別的尺寸和形狀的至少ー個基準。在一些實施例中，所述至少一個基準能夠以IKX IK像素的解析度容易區別。根據本發明的一些實施例，一種用於到樣本表面上的單元陣列內的具有已知單元地址X、Y的感興趣特徵的高精確度射束放置和導航的方法包括將樣本加載到粒子束系統中；導航到包含感興趣特徵的陣列的部分；在樣本表面上在所估計的感興趣特徵的位置附近的位置處形成至少ー個基準；獲得沿著該陣列的邊緣的邊緣帶的圖像，所述邊緣帶圖像具有足夠高的解析度使得像素尺寸小於該陣列中的単元的最小重複尺度的一半，並且所述邊緣帶圖像在長度上為至少X個單元並且顯著小於第一圖像中的視場；分析圖像數據來沿著該陣列的邊緣自動計數X個單元以便確定包含感興趣特徵的期望行的位置；獲得沿著所述期望行的行帶圖像，所述行帶圖像具有足夠高的解析度使得像素尺寸小於該陣列中的單元的最小重複尺度的一半，並且所述行帶圖像在長度上為至少Y個單元並且顯著小於第一圖像中的視場，並且所述行帶圖像包括至少ー個基準和感興趣特徵；分析圖像數據來沿著所述期望行自動計數Y個單元以便確定包含感興趣特徵的単元地址X、Y的位置；以及確定至少ー個基準和包含感興趣特徵的単元地址X、Y的位置之間的偏移。在一些實施例中，在樣本表面上形成至少ー個基準包括通過聚焦離子束濺射、利用離子束的表面著色、帶電粒子束誘導氣體輔助蝕刻或帶電粒子束誘導氣體輔助沉積中的至少ー個來在樣本表面上形成至少ー個基準。在一些實施例中，在樣本表面上在所估計的感興趣特徵的位置附近但與其分離的位置處形成至少ー個基準包括在所述期望行附近但與其分離地形成第一基準以及在所述所估計的感興趣特徵的位置附近但與其分離地形成第二基準。在一些實施例中，該方法還包括在自動計數X個單元以便確定包含感興趣特徵的期望行的位置的步驟之後，確定第一基準和期望行之間的偏移。在一些實施例中，該方法還包括在確定基準和包含感興趣特徵的單元地址X、Y的位置之間的偏移之後，使用較小的視場來對所述樣本重新成像，所述較小的視場包括基準和単元地址X、Y的位置，並且使用先前確定的所述基準和単元地址X、Y之間的偏移來在具有較小視場的圖像中定位単元地址X、Y。
在一些實施例中，該方法還包括在確定單元地址X、Y的位置之後，以及在於第四圖像中確定基準和単元地址X、Y的位置之間的偏移的步驟之前，通過重複下述步驟來補償系統漂移獲得邊緣帶的圖像；沿著該陣列的邊緣自動計數X個單元以便確定包含感興趣特徵的期望行的位置；獲得沿著所述期望行的行帶圖像；以及沿著所述期望行自動計數Y個單元以便確定包含感興趣特徵的単元地址X、Y的位置。在一些實施例中，該方法還包括在於第四圖像中確定基準和單元地址X、Y的位置之間的偏移之後，移動工作檯或者改變焦點或視場；對該陣列的至少一部分重新成像；在該陣列的至少一部分的圖像中識別所述至少ー個基準；以及根據所確定的偏移來確定單元地址X、Y的位置。在一些實施例中，樣本表面上的單元陣列包括半導體晶片上的存儲器陣列。在一些實施例中，在樣本表面上在所估計的感興趣特徵的位置附近的位置處形成至少ー個基準包括在樣本表面上在所估計的感興趣特徵的位置附近但與其分離的位置處形成至少ー個基準。在一些實施例中，在樣本表面上形成至少ー個基準包括在將樣本加載到粒子束系統 中之前在樣本表面上形成至少ー個基準。根據本發明的一些實施例，一種用於到樣本表面上的單元陣列內的具有已知單元地址的單元中的感興趣特徵的高精確度射束放置和導航的方法包括將樣本加載到粒子束系統中；導航到包含感興趣特徵的陣列的部分；在樣本表面上在所估計的感興趣特徵的位置附近的位置處形成至少ー個基準；獲得該陣列中的単元帶的圖像，所述帶圖像具有足夠高的解析度使得像素尺寸小於該陣列中的単元的最小重複尺度的一半，並且所述帶圖像包括感興趣特徵、至少ー個基準以及該陣列的至少ー個拐角；分析圖像數據來自動對該帶圖像中的単元計數以便確定包含感興趣特徵的単元的位置；以及確定至少ー個基準和包含感興趣特徵的單元的位置之間的偏移。在一些實施例中，獲得陣列中的単元帶的圖像包括沿著該陣列拐角和包含感興趣特徵的単元的位置之間的對角線獲得該陣列中的単元帶的圖像。在一些實施例中，獲得該陣列中単元帶的圖像包括獲得該陣列中L狀的単元帶的圖像。在一些實施例中，包含感興趣特徵的単元的位置是單元地址X、Y，並且其中獲得該陣列中的L狀的単元帶的圖像包括獲得該陣列中L狀的単元帶的圖像，在直到所述帶從該陣列拐角接近行X為止它僅幾個單元寬，但是在行X處至少為Y個單元寬。根據本發明的一些實施例，用於對樣本上的感興趣特徵進行精確定位的設備包括用幹支撐樣本的可活動樣本工作檯；用於產生粒子束以對樣本進行成像的粒子束鏡筒；以及計算機可讀非瞬時存儲器，其存儲計算機指令，該指令包括用於控制所述設備並促使所述設備執行以下步驟的程序將樣本加載到粒子束系統中；導航到包含感興趣特徵的陣列的部分；在樣本表面上在所估計的感興趣特徵的位置附近的位置處形成至少ー個基準；獲得沿著該陣列的邊緣的邊緣帶的圖像，所述邊緣帶圖像具有足夠高的解析度使得像素尺寸小於該陣列中的単元的最小重複尺度的一半，並且所述邊緣帶圖像在長度上為至少X個單元並且顯著小於第一圖像中的視場；分析圖像數據來沿著該陣列的邊緣自動計數X個單元以便確定包含感興趣特徵的期望行的位置；獲得沿著期望行的行帶圖像，所述行帶圖像具有足夠高的解析度使得像素尺寸小於該陣列中的単元的最小重複尺度的一半，並且所述行帶圖像在長度上為至少Y個單元並且顯著小於第一圖像中的視場，並且所述行帶圖像包括至少ー個基準和感興趣特徵；分析圖像數據來沿著期望行自動計數Y個單元以便確定包含感興趣特徵的単元地址X、Y的位置；以及確定至少一個基準和包含感興趣特徵的単元地址X、Y的位置之間的偏移。根據本發明的一些實施例，一種用於對樣本上的感興趣特徵進行精確定位的設備包括用幹支撐樣本的可活動樣本工作檯；用於產生粒子束以對樣本進行成像的粒子束鏡筒；以及計算機可讀非瞬時存儲器，其存儲計算機指令，該指令包括用於控制所述設備並促使所述設備執行以下步驟的程序將樣本加載到粒子束系統中；以第一圖像解析度獲取該陣列的至少一部分的圖像，該圖像具有足夠大的視場以包括感興趣特徵的位置和陣列的至少ー個拐角；在樣本表面上在所估計的感興趣特徵的位置附近的位置處形成至少ー個基準；獲得沿著該陣列的邊緣的邊緣帶的圖像，所述邊緣帶圖像具有足夠高的解析度使得像素尺寸小於該陣列中的単元的最小重複尺度的一半，並且所述邊緣帶圖像在長度上為至少X個單元並且顯著小於第一圖像中的視場；使用圖案識別來自動計數X個單元以便確定包含感興趣特徵的期望行的位置；獲得沿著期望行的行帶圖像，所述行帶圖像具有足夠高的解析度使得像素尺寸小於該陣列中的単元的最小重複尺度的一半，並且所述行帶圖像在長度上為至少Y個單元並且顯著小於第一圖像中的視場，並且所述行帶圖像包括至少ー個基準和感興趣特徵；使用圖案識別來沿著期望行自動計數Y個單元以便確定包含感興趣特徵的単元地址X、Y的位置；以及確定至少一個基準和包含感興趣特徵 的単元地址X、Y的位置之間的偏移；以及使用所記錄的偏移來控制粒子束相對於樣本的放置。雖然本發明的以上描述主要針對用於局部區域導航的高精確度射束放置的方法，但應認識到執行本方法的操作的設備將進ー步在本發明的範圍內。此外，應認識到可以經由計算機硬體或軟體或兩者的組合來實現本發明的實施例。根據本說明書所述的方法和圖，可以使用標準編程技術(包括配置有電腦程式的計算機可讀存儲介質)以電腦程式實現所述方法，其中，這樣配置的存儲介質促使計算機以特定和預定義的方式進行操作。可以以高級面向程序或對象程式語言來實現每個程序以與計算機系統通信。然而，如果需要，可以以彙編或機器語言來實現程序。在任何情況下，語言可以是編譯或解釋語言。此外，程序可以在專用集成電路上運行，出於該目的來對所述專用集成電路編程。此外，可以在任何類型的計算平臺中實現方法，包括但不限於個人計算機、微型計算機、主機、工作站、聯網或分布式計算環境、単獨地、被集成到帶電粒子工具或其它成像設備的計算機平臺或與之通信的計算機平臺等。可以以存儲在存儲介質或器件上的機器可讀代碼來實現本發明的方面，無論其是能移動的還是被集成到計算平臺的，諸如硬碟、光學讀和/或寫存儲介質、RAM、ROM等，使得其可被可編程計算機讀取，以便在由計算機讀取存儲介質或器件以執行本文所述過程時配置和操作計算機。此外，可以通過有線或無線網絡來傳送機器可讀代碼或其各部分。本文所述的發明包括這些及其它各種類型的計算機可讀存儲介質(當此類介質包含用幹與微處理器或其它數據處理器相結合地實現上述步驟的指令或程序吋)。本發明還包括根據本文所述的方法和技術被編程時的計算機本身。可以將電腦程式應用於輸入數據以執行本文所述的功能並從而對輸入數據進行變換以生成輸出數據。輸出信息被應用於諸如顯示監視器的一個或多個輸出設備。在本發明的優選實施例中，變換數據表示物理和有形對象，包括在顯示器上產生物理和有形對象的特定視覺描述。
本發明的優選實施例還利用諸如FIB或SEM的粒子束設備以便使用粒子束對樣本進行成像。用來對樣本進行成像的此類粒子固有地與樣本相交互，從而導致一定程度的物理轉變。此外，遍及本說明書，利用諸如「計算」、「確定」、「測量」、「生成」、「檢測」、「形成」等術語的討論還指的是計算機系統或類似電子設備的操縱被表示為計算機系統內的物理量的數據並將其變換成被類似地表示為計算機系統或其它信息存儲、傳輸或顯示設備內的物理量的其它數據的動作和過程。本發明具有廣泛的適用性，並且能夠提供如以上示例所述和所示的許多益處。本實施例將根據特定的應用而大大地改變，並且不是每個實施例都將提供可由本發明實現的所有益處並滿足可由本發明實現的所有目的。適合於執行本發明的粒子束系統商業上可從例如本申請的受讓人FEI公司處購買到。然而，即使大部分前述描述都針對FIB研磨和成像的使用，但用來處理期望樣本的射束可以包括例如電子束、雷射束或例如來自液態金屬離子源或等離子體離子源的聚焦或成形離子束或任何其它帶電粒子束。此外，雖然大部分前述描述是針對粒子束系統，但本發明可以應用於採用能活動樣本工作檯來導航到樣本特徵的位置的任何適當樣本成像系統。
雖然大部分前述描述是針對半導體晶片，但本發明可以應用於任何適當的襯底或表面。此外，每當在本文中使用術語「自動」、「自動化」或類似術語時，那些術語將被理解為包括自動或自動化過程或步驟的手動發起。每當使用計算機處理來自動處理掃描或圖像時，應該理解可以在不用一直生成實際可見圖像的情況下處理原始圖像數據。術語「圖像」以不僅包括示出表面的外觀的所顯示的圖像而且包括表徵表面上或下的多個點的信息的任何收集的廣泛意義來被使用。例如，對應於當粒子束處於表面上的不同點處時所收集的二次電子的數據的收集是「圖像」的ー種類型，即使該數據不被顯示。收集關於樣本或エ件上的點的信息是「成像」。在以下討論和權利要求中，以開放的方式來使用術語「包括」和「包含」，並且因此應將其解釋為意指「包括但不限幹」。術語「集成電路」指的是在微晶片的表面上被圖案化的一組電子組件及其互連(共同地為內部電路元件)。術語「半導體器件」一般指的是可以被集成到半導體晶片、從晶片分割(Singulate)或被封裝以在電路板上使用的集成電路(1C)。術語「FIB」或「聚焦離子束」在本文中用來指任何準直離子束，包括被離子光學裝置聚焦的射束和成形離子束。當在本文中討論系統工作檯或射束放置或導航的位置誤差或精確度時，術語±100 nm (或±30nm或±X nm)意味著射束可以在100 nm (或30 nm或Xnm)的最大誤差內指向樣本上的位置。術語「±X nm的精確度」或「Xnm或更好的定位精確度」意味著該精確度為至少X nm且包括所有更小的值。術語「X nm或更大的精確度」意味著精確度為至多Xnm且包括所有更大的值。在本說明書中未具體地定義任何術語的程度上，意圖是對術語給定其普通且平常的意義。附圖意圖幫助理解本發明，並且除非另外指明，並不按比例描繪。雖然已詳細地描述了本發明及其優點，但應當理解的是在不脫離由所附權利要求定義的本發明的精神和範圍的情況下可以對本文所述的實施例進行各種變更、替換和修改。此外，本申請的範圍並不意圖局限於本說明書中所述的物質、裝置、方法和步驟的過程、機器、製造、組成的特定實施例。如本領域的普通技術人員將容易地從本發明的公開認識到的，根據本發明，可以利用執行與本文所述的相應實施例基本上相同的功能或實現基本上相同的結果的目前存在或稍後將開發的物質、裝置、方法或步驟的過程、機器、製造、組成。因此，所附權利要求意圖在其範圍內包括物質、裝置、方法或步 驟的此類過程、機器、製造、組成。
權利要求
1.一種用於到樣本表面上的單元陣列內的具有已知單元地址X、Y的感興趣特徵的高精確度射束放置和導航的方法，包括 將樣本加載到粒子束系統中； 導航到包含感興趣特徵的陣列的部分； 在樣本表面上在所估計的感興趣特徵的位置附近的位置處形成至少一個基準； 獲得沿著該陣列的邊緣的邊緣帶的圖像，所述邊緣帶圖像具有足夠高的解析度使得像素尺寸小於該陣列中的單元的最小重複尺度的一半，並且所述邊緣帶圖像在長度上為至少X個單元並且顯著小於第一圖像中的視場； 分析圖像數據來沿著該陣列的邊緣自動計數X個單元以便確定包含感興趣特徵的期望行的位置； 獲得沿著所述期望行的行帶圖像，所述行帶圖像具有足夠高的解析度使得像素尺寸小於該陣列中的單元的最小重複尺度的一半，並且所述行帶圖像在長度上為至少Y個單元並且顯著小於第一圖像中的視場，並且所述行帶圖像包括至少一個基準和感興趣特徵； 分析圖像數據來沿著所述期望行自動計數Y個單元以便確定包含感興趣特徵的單元地址X、Y的位置；以及 確定至少一個基準和包含感興趣特徵的單元地址X、Y的位置之間的偏移。
2.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其中在樣本表面上形成至少一個基準包括通過聚焦離子束濺射、利用離子束的表面著色、帶電粒子束誘導氣體輔助蝕刻、或帶電粒子束誘導氣體輔助沉積中的至少一個來在樣本表面上形成至少一個基準。
3.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其中在樣本表面上在所估計的感興趣特徵的位置附近但與其分離的位置處形成至少一個基準包括在所述期望行附近但與其分離地形成第一基準以及在所述所估計的感興趣特徵的位置附近但與其分離地形成第二基準。
4.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，還包括在自動計數X個單元以便確定包含感興趣特徵的期望行的位置的步驟之後，確定第一基準和期望行之間的偏移。
5.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，在確定基準和包含感興趣特徵的單元地址X、Y的位置之間的偏移之後，使用較小的視場來對所述樣本重新成像，所述較小的視場包括基準和單元地址X、Y的位置，並且使用先前確定的所述基準和單元地址X、Y之間的偏移來在具有較小視場的圖像中定位單元地址X、Y。
6.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，還包括在確定單元地址X、Y的位置之後，以及在確定第四圖像中基準和單元地址X、Y的位置之間的偏移的步驟之前，通過重複下述步驟來補償系統漂移獲得邊緣帶的圖像；沿著該陣列的邊緣自動計數X個單元以便確定包含感興趣特徵的期望行的位置；獲得沿著該期望行的行帶圖像；以及沿著該期望行自動計數Y個單元以便確定包含感興趣特徵的單元地址X、Y的位置。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，還包括在確定第四圖像中基準和單元地址X、Y的位置之間的偏移之後，移動工作檯或者改變焦點或視場；對該陣列的至少一部分重新成像；在該陣列的至少一部分的圖像中識別所述至少一個基準；以及根據所確定的偏移來確定單元地址X、Y的位置。
8.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其中樣本表面上的單元陣列包括半導體晶片上的存儲器陣列。
9.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其中在樣本表面上在所估計的感興趣特徵的位置附近的位置處形成至少一個基準包括在樣本表面上在所估計的感興趣特徵的位置附近但與其分離的位置處形成至少一個基準。
10.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其中在樣本表面上形成至少一個基準包括在將樣本加載到粒子束系統中之前在樣本表面上形成至少一個基準。
11.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其中該陣列中的單元的最大特徵尺度是50nm或更小。
12.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其中所述至少一個基準能夠以IKXlK像素的解析度被容易地區別。
13.一種用於對樣本上的感興趣特徵進行精確定位的設備，包括 用於支撐樣本的可活動樣本工作檯； 用於產生粒子束以對樣本成像的粒子束鏡筒；以及 計算機可讀非瞬時存儲器，其存儲計算機指令，該指令包括用於控制所述設備並促使所述設備執行以下步驟的程序 (i)將樣本加載到粒子束系統中； ( )導航到包含感興趣特徵的陣列的部分； (iii)在樣本表面上在所估計的感興趣特徵的位置附近的位置處形成至少一個基準； (iv)獲得沿著該陣列的邊緣的邊緣帶的圖像，所述邊緣帶圖像具有足夠高的解析度使得像素尺寸小於該陣列中的單元的最小重複尺度的一半，並且所述邊緣帶圖像在長度上為至少X個單元並且顯著小於第一圖像中的視場； (V)分析圖像數據來沿著該陣列的邊緣自動計數X個單元以便確定包含感興趣特徵的期望行的位置； (vi)獲得沿著期望行的行帶圖像，所述行帶圖像具有足夠高的解析度使得像素尺寸小於該陣列中的單元的最小重複尺度的一半，並且所述行帶圖像在長度上為至少Y個單元並且顯著小於第一圖像中的視場，並且所述行帶圖像包括至少一個基準和感興趣特徵； (vii)分析圖像數據來沿著期望行自動計數Y個單元以便確定包含感興趣特徵的單元地址X、Y的位置；以及 (viii)確定至少一個基準和包含感興趣特徵的單元地址X、Y的位置之間的偏移。
全文摘要
本發明涉及用於局部區域導航的高精確度射束放置。描述了在半導體晶片製造領域中用於局部區域導航的高精確度射束放置的改進的方法。本發明的優選實施例還可以被用於迅速導航到存儲器陣列或類似結構中的一個單個位單元，以便例如表徵或校正該單獨位單元中的缺陷。使用高解析度掃描來(沿著X軸和Y軸中的任一個)掃描陣列的一個邊緣上的單元「帶」以定位包含期望單元的行，之後是沿著所定位的行(在剩下的方向上)的類似高速掃描直到到達期望的單元位置為止。這允許使用圖案識別工具來自動對導航到期望單元所必需的單元「計數」，而不用花費對整個陣列成像所需的大量時間。
文檔編號H01L21/66GK102820238SQ20121018598
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月7日 優先權日2011年6月8日
發明者R.L.瓦肖爾, R.J.楊, C.呂, P.D.卡爾森 申請人:Fei 公司