用於切片與查看樣本成像的方法和設備與流程

2024-03-31 14:38:05

本發明涉及用於使用射束（諸如帶電粒子束）在二維和三維中對樣本成像的方法、設備以及系統。

背景技術：

電子顯微術提供了用於以高解析度在3D中研究大範圍的生物和無機試樣的超微結構的機會。例如，在生物科學領域中，電子顯微術允許觀察疾病的分子機制、柔性蛋白質結構的構象以及個體病毒和蛋白質在其自然生物背景中的性質。作為另一示例，電子顯微術通過允許在電、光以及微機械系統中檢測和表徵納米級缺陷而在半導體和電子裝置的製造中起到重要的質量控制作用，納米級缺陷可能影響此類產品的性能。缺陷可以包括在製造期間被嵌入產品中的汙染物顆粒或製造缺陷，諸如在意圖相互電分離的兩個緊密間隔的導體之間產生短路的橋。與電子顯微術一起採用以執行此類研究的一個技術稱為Slice-and-View™（在下文中為「切片與查看」）。這種技術通常是用雙射束系統（亦即一種將聚焦離子束（FIB）裝置與掃描電子顯微鏡（SEM）（諸如可從本發明的受讓人FEI公司處商業上獲得的DualBeam®儀器）相組合的系統）執行的。

在切片與查看技術中，如圖1所圖示出的，聚焦離子束以高精度將樣本切割並切片以顯露出其3D內部結構或特徵。通常，聚焦離子束切口暴露垂直於具有要查看的隱藏特徵的樣本材料的表面頂部的截面或面。由於SEM射束軸線通常相對於聚焦離子束切口軸線成銳角，所以優選地去除在該面的前面的樣本的一部分，使得SEM射束可以接近該面以對其成像。在用SEM獲得該面的圖像之後，可以使用聚焦離子束切口來去除該面處的另一層基板，從而顯露出新的更深的面和因此的特徵的更深截面。由於只有在面的真正表面處的特徵部分對SEM可見，所以切割和成像或切片和查看的連續重複提供了將切片樣本重構成特徵的3D表示所需的數據。然後使用3D結構來分析該特徵。

在切片期間，可能隨著聚焦離子束穿過樣本而發生被暴露的表面的形貌中的變化。在某些情況下，暴露面可以具有可歸因於用通俗語稱為「簾幕」效應（curtaining effect）的現象（其在圖2A和2B中示意性地圖示出）的表面形態。當樣本210包含非均質結構和/或構成時，聚焦離子束215從FIB柱220去除材料的速率可以隨著聚焦離子束215在箭頭240的方向上跨面230執行直線銑削225而局部地變化。結果，被聚焦離子束暴露的樣本表面具有起波紋的面或簾幕。材料去除速率的局部增加可以形成凹的簾幕，諸如簾幕偽像245A、245B和245C，其伸入到被暴露的面中。材料去除速率的局部減小可以形成凸的簾幕，諸如簾幕偽像250，其從被暴露的面伸出。

用於從切片與查看成像進行3D重構的軟體算法一般地假設被SEM成像的每個切片的表面是平坦的。申請人已經發現簾幕及其它偽像的存在產生形貌變化意味著表面不是平坦的，並且此缺少平坦性顯現為由暴露表面的圖像形成的3D表示中的噪聲（例如，降低的解析度）。因此，申請人已經發現存在對在樣本的切片與查看成像期間考慮由SEM詢問的表面的形貌中的變化（諸如由簾幕效應引起的形貌變化）以便改善從其生成的3D表示的解析度的方法、設備以及系統的需要。

技術實現要素：

在本公開的某些實施例中，提供了一種通過用雙射束系統切片與查看處理來處理樣本的方法，包括：通過使用蝕刻射束從樣本去除材料的第一切片來使在樣本的表面中形成的溝槽的垂直壁暴露；通過在垂直壁相對於詢問射束處於第一取向的同時用詢問射束詢問垂直壁來捕捉垂直壁的第一圖像；將垂直壁相對於詢問射束重定向；通過在垂直壁相對於詢問射束處於第二取向的同時用詢問射束詢問垂直壁來捕捉垂直壁的第二圖像，其中，垂直壁上的表面點與參考點之間的在第一圖像中的第一距離不同於參考點與表面點之間的在第二圖像中的第二距離；使用第一距離和第二距離來確定表面點的標高；以及使用所述標高向垂直壁的形貌擬合曲線。

在本公開的某些實施例中，提供了一種用於使用雙帶電粒子束來觀察特徵的設備，包括聚焦離子束柱，其被配置成生成、聚焦並引導聚焦離子束；電子束柱，其被配置成生成、聚焦並引導電子束；一個或多個處理器；以及計算機可讀存儲介質，其被耦合到所述一個或多個處理器中的至少一個。該計算機可讀存儲介質包括第一可執行指令和第二可執行指令。所述第一可執行指令在被執行時促使所述一個或多個處理器引導聚焦離子束以在基板的表面中銑削溝槽，該溝槽使具有要觀察特徵的周圍的區域的垂直壁暴露。所述第二可執行指令在被執行時促使所述一個或多個處理器在電子束柱相對於電子束柱的縱軸保持在第一入射角的同時引導電子束捕捉垂直壁的第一電子束圖像；將縱軸與垂直壁之間的入射角從第一入射角變成第二入射角；在電子束柱保持在第二入射角的同時引導電子束捕捉該壁的第二電子束圖像；以及基於第一電子束圖像與第二電子束圖像之間的差來近似垂直壁的形貌。

在所述設備的實施例中，垂直壁的形貌的近似包括使用第一電子束圖像和第二電子束圖像中的垂直壁上的多個點相對於第一電子束圖像和第二電子束圖像中的參考點的位置來計算用於所述多個點的三維坐標。在所述設備的實施例中，垂直壁的形貌的近似包括向近似垂直壁的形貌的三維坐標擬合曲線。在所述設備的實施例中，基於第一電子束圖像與第二電子束圖像之間的差來近似垂直壁的形貌包括在第一電子束圖像中測量垂直壁上的多個點與垂直壁上的一個或多個參考點之間的第一距離；以及在第二電子束圖像中測量所述多個點與所述一個或多個參考點之間的第二距離。

在所述設備的實施例中，第二可執行指令在被執行時促使所述一個或多個處理器通過引導載物臺的旋轉來改變縱軸與垂直壁之間的入射角。在所述設備的實施例中，第二可執行指令在被執行時促使所述一個或多個處理器通過引導電子束柱的重定位來改變縱軸與垂直壁之間的入射角。

在所述設備的實施例中，所述設備包括第三可執行指令，其在被執行時促使所述一個或多個處理器引導聚焦離子束以從位於垂直壁後面的材料體積連續地去除多個切片，其中，所述材料體積包括要觀察的特徵，並且連續地去除所述多個切片使多個附加垂直壁連續地暴露；以及針對所述多個附加垂直壁中的每個垂直壁實行第二可執行指令。在實施例中，所述設備包括第三可執行指令和第四可執行指令，所述第四可執行指令在被執行時促使所述一個或多個處理器使用所述垂直壁和所述多個附加垂直壁的形貌的近似來構造要觀察的特徵的三維圖像。

在本公開的某些實施例中，提供了一種用於對具有要觀察的特徵的一定體積的樣本進行切片與查看處理的粒子束系統。所述粒子束系統包括蝕刻射束柱，其被配置成發射蝕刻射束；詢問射束柱，其被配置成發射詢問射束；一個或多個處理器；以及計算機可讀存儲介質，其被耦合到所述一個或多個處理器中的至少一個。該計算機可讀存儲介質包括可執行指令，其在被執行時促使所述一個或多個處理器引導蝕刻射束跨所述體積的厚度連續地去除樣本切片，每個切片的去除使樣本的表面暴露，並且針對被暴露的每個表面：在保持詢問射束柱的縱軸與暴露表面之間的第一入射角的同時引導詢問射束捕捉暴露表面的第一圖像並在保持所述縱軸與所述暴露表面之間的第二入射角的同時捕捉所述暴露表面的第二圖像，以及記錄第一圖像中的點對的第一位置和第二圖像中的點對的第二位置，其中，所述點對中的每一個包括所述暴露表面上的點和參考點。

前文已相當寬泛地概述了本發明的特徵和技術優點以便可以更好地理解隨後的本發明的詳細描述。在下文中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的是，所公開的設想和具體實施例可以被容易地用作用於修改或設計用於實現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認識到的是，此類等價構造並未背離如在所附權利要求中闡述的本發明的精神和範圍。

附圖說明

為了更透徹地理解本公開及其優點，現在對結合附圖進行的以下描述進行參考，在所述附圖中：

圖1是示出了樣本的切片與查看處理的圖。

圖2A是經歷切片與查看處理並顯示出簾幕的樣本的側視圖。

圖2B是圖2A的樣本的正面立視圖。

圖3是根據本公開的實施例的用切片與查看處理來處理樣本的方法的流程圖。

圖4A是根據本公開的實施例的提供有基準的樣本的簡化圖。

圖4B示出了其中在樣本的表面中形成傾斜溝槽的圖2A的樣本的放大部分。

圖5是示出了根據本公開的實施例的由聚焦離子束執行直線銑削以使樣本的表面暴露的簡化圖。

圖6A示出了在保持樣本處於第一取向並具有可以在各種點處被蝕刻至樣本的面中的機器可識別形狀的同時由電子束捕捉的樣本的SEM顯微照片。

圖6B示出了根據本公開的實施例的在保持樣本處於不同於第一取向的第二取向的同時捕捉的圖6A的樣本的SEM顯微照片。

圖7A-7C是圖示出根據本公開的實施例的由SEM裝置從兩個不同取向對樣本表面成像的圖。

圖8A和8B是根據本公開的實施例的由SEM捕捉的樣本表面的SEM圖像的示意圖。

圖9A是圖示出根據本公開的另一實施例的被SEM成像的樣本表面的從第一取向到第二取向的重定向的圖。

圖9B是在樣本表面相對於SEM保持在第一取向的同時由SEM捕捉的圖9A的樣本表面的第一圖像的圖示。

圖9C是在樣本表面相對於SEM保持在第二取向的同時由SEM捕捉的圖9A的樣本表面的第二圖像的圖示。

圖10是根據實施例的用於使用雙帶電粒子束來觀察特徵的設備的示意圖。

圖11是根據實施例的切片與查看雙帶電粒子束系統1102的實施例的框圖。

具體實施方式

在以下討論中和在權利要求中，術語「包括」和「包含」是以開放方式使用的，並且因此應解釋成意指「包括但不限於」。就並未在本說明書中特殊地定義任何術語而言，意圖是要對術語給定其淺顯且普通的意義。此外，應將本文中的術語「和/或」的使用理解為「包括性」或而不是「排他性」或。例如，本文中使用的短語「A和/或B」將意指「A、B或A和B」。作為另一示例，本文中所使用的短語「A、B和/或C」將意指「A、B、C或其任何組合」。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。

如本文中所使用的，術語「銑削」和「蝕刻」指的是樣本材料的去除，並且術語「切片」、「切片銑削」和「蝕刻切片」指的是以切片的形狀從樣本去除材料。如本文中所使用的，術語「切片」在被用作名詞時指的是被FIB去除以使表面暴露的材料的主體。可以例如用寬度維度、高度維度以及厚度維度來表徵切片，所述維度分別地對應於與圖1中所示的x、y和z軸對齊的圖1的例證性樣本的邊緣。

如本文中所使用的，「圖像」意指在顯示單元上或者在諸如紙張之類的一次性介質上顯示的圖像以及其在例如計算機存儲器中的表示。如本文中所使用的，術語「圖像平面」指的是其中形成由詢問射束系統（例如，SEM）生成的圖像的平面，而「成像平面」指的是通過使用切除射束系統（例如，FIB）裝置從樣本去除切片而暴露的樣本的截面。

附圖意圖幫助理解本發明的各種實施例。除非另外指明，否則附圖並未按比例描繪。

雖然可以使用其它坐標系來解釋和/或實現本發明的實施例，但為了簡單起見，在本文中使用圖1中所示的3D坐標系作為用於結合本公開的各種例證性實施例描述的樣本和樣本環境的坐標系。因此，除非另外或在不同的上下文中指明，否則在本文中參考圖1的z軸而使用術語「z軸」、「z坐標」、「z高度」、「標高」、「厚度方向」等；在本文中參考圖1中的x軸而使用術語「x」軸、「x坐標」、「水平」、「水平方向」、「水平對齊」、「寬度方向」、「樣本寬度」、「切片寬度」等；並且在本文中參考圖1中的y軸而使用術語「y」軸、「y坐標」、「垂直」、「垂直方向」、「垂直對齊」、「深度」、「高度」、「高度方向」、「樣本高度」、「切片高度」等。因此，「高度」和「垂直高度」將在本文中同義地用來指代沿著平行於圖1的y軸的線且在y軸方向上從一個點到直接地在該點下方的樣本表面測量的距離，而「z高度」和「標高」將在本文中同義地用來指代沿著平行於圖1的z軸的軸從一個點至樣本的成像平面且貫穿該點和成像平面兩者的距離。此外，如本文中所使用的，位於在樣本的頂面（例如，直接在圖1的「切片方向」箭頭下方的表面）中形成的溝槽中的點的深度是沿著平行於圖1的y軸的線從與該表面重疊的平面到所述點且在圖1的y軸的方向上貫穿所述兩個樣本表面而測量的。

在某些情況下，可能期望提供一種通過樣本的切片與查看處理來形成特徵的3D表示的方法，其中，通過表徵並修正3D表示所基於的被成像表面的輪廓中的形貌變化（即，與平坦輪廓的偏差）來改善所述3D表示的質量（例如，解析度）。在各種實施例中，詢問射束捕捉在已經用蝕刻射束從樣本去除一片材料之後被暴露的樣本的每個表面的至少兩個圖像。針對被暴露的每個表面，詢問射束捕捉暴露表面的第一圖像，並且然後在暴露表面已經相對於詢問射束被重定向之後捕捉暴露表面的第二圖像。在某些實施例中，蝕刻射束是FIB裝置的聚焦離子束，並且詢問射束是SEM的電子束。在某些實施例中，樣本被固定在載物臺上，並且暴露表面相對於詢問射束的重定向包括將樣本旋轉角θ。在某些實施例中，暴露表面相對於詢問射束的重定向包括通過將詢問射束的源重定位來改變詢問射束與暴露表面之間的入射角。通過來自兩個不同視角的對在切片與查看處理期間暴露的樣本的表面中的每一個進行成像（即，在將暴露表面保持在相對於詢問射束而言的與在捕捉第一圖像的同時保持的取向不同的取向的同時捕捉第二圖像），可以獲得關於暴露表面中的每一個的形貌信息，並且將所述形貌信息用於生成樣本中的特徵的3D表示，其具有比以其它方式在暴露表面被假設為平坦的情況下將實現的更大的解析度。

現在參考圖3，示出了根據本公開的實施例的用雙射束系統通過切片與查看處理來處理樣本的方法300的流程圖。為了從樣本去除材料，方法300的雙射束系統利用蝕刻射束，諸如來自FIB裝置的聚焦離子束或來自雷射器的雷射束。為了對被蝕刻射束暴露的樣本的表面成像，方法300的雙射束系統利用詢問射束，諸如來自SEM的電子束。在某些實施例中，樣本被固定在載物臺上。在某些此類實施例中，載物臺相對於蝕刻和詢問射束是可旋轉和/或可平移的，並且載物臺的旋轉允許暴露表面的重定向，使得可以從不同的視角拍攝暴露表面的圖像。應注意的是雖然使用來自FIB裝置的聚焦離子束、來自SEM的電子束、可旋轉載物臺及其它特定元件來解釋方法300，但此類選擇僅僅是示例性的，並且可以使用能夠實現等價功能的組件。還應注意的是雖然本公開的各種實施例利用聚焦離子束和/或雷射來去除切片，但還可以將諸如超薄切片機之類的其它工具用於切片去除。此類工具還可以形成偏離平坦輪廓的暴露表面，其可以被使用本文中公開的技術中的一個或多個來修正。

方法300可以在方框305處從將樣本裝載到雙射束系統的載物臺上開始。雙射束系統的載物臺通常從水平線傾側至52度，使得FIB垂直撞擊樣本表面，並且電子束以52度撞擊樣本表面。在某些實施例中，通過使聚焦離子束以與法線的微小角度撞擊樣本的表面以慮及聚焦離子束截面的高斯形狀來實現近似垂直於樣本表面的截面壁。53或54度的載物臺傾側角可以比52度的載物臺傾角提供更垂直的截面壁。

方法300可以通過使用聚焦離子束接近於要觀察的特徵412在樣本400的表面405中形成基準410以促進聚焦離子束和電子束在切片與查看處理期間的準確定位而繼續至方框310。如圖4A中所示，基準410優選地具有堅固的形狀，使得基準410的中心線即使在被聚焦離子束的重複掃描（其趨向於侵蝕基準410）之後也是可容易地識別的。在某些實施例中，可以充分靠近樣本400切片的位置形成基準410，使得不需要移動載物臺以使聚焦離子束和電子束位置從基準410移位至被去除的區域。亦即，可以使用射束偏轉電極來充分地使電子束移位以對基準410成像或從樣本400去除截面而不要求載物臺移動。在方框315、320、325、330和340中使用基準410來確保聚焦離子束和電子束的準確定位。通過對基準410再成像而獲得射束位置以獲得用以針對射束和載物臺漂移來調整系統的新坐標偏移。基準410的坐標是已知的，因此基準410的已知坐標與基準410的測量坐標之間的任何差異產生可以應用於測量坐標的偏移。在不具有邊緣識別能力的機器中，僅使用基準410作為參考來執行局部射束放置。特徵412可以在表面以下，如在圖4A中用短劃線所示。

方法300可以繼續至方框315，在那裡，使用聚焦離子束來形成樣本400的表面405中的傾斜溝槽420（圖4B）。傾斜溝槽420可以例如被從特徵412銑削約1μm，具有約4微米的寬度以及從約1.0μm至約3.0μm範圍內的深度。傾斜溝槽420的深度可以取決於特徵412在表面以下的位置。傾斜溝槽420的角度是充分的，使得聚焦離子束和電子束兩者可以掃描傾斜溝槽420的末端處的截面415。截面415通常垂直於基板表面並平行於直線銑削的方向行進。可以在截面415處進行薄的精加工以提供比當聚焦離子束正在去除材料塊體以形成傾斜溝槽420時由聚焦離子束提供的更平滑的表面。在某些實施例中，傾斜溝槽420尺寸被確定成使得電子束可以在電子束不被樣本的其它表面阻隔的情況下從（SEM相對於要成像的垂直壁的）兩個或更多不同取向全面地詢問被FIB暴露的垂直壁。

在各種實施例中，經由通過機器視覺（其允許有樣本處理的準確度和自動化）收集的信息來確定要銑削的區域的尺寸和形狀。在機器視覺中，使用計算機來處理通常從SEM圖像獲得的圖像信息，以確定特徵的物理性質，諸如特徵的邊緣、尺寸以及質心。被用於機器視覺的軟體可以包括例如來自麻薩諸塞州Nantick的Cognex公司的Cognex VisionPro軟體。典型的機器視覺軟體進行操作以基於諸如平均灰度級、對比度和紋理之類的圖像性質來識別樣本區域中的特徵。例如，可以對圖像中的每個像素給定賦值，諸如單個數，其表示該像素相對於周圍像素的紋理質量。感興趣的特徵通常將具有與在其中對特徵成像的周圍樣本不同的圖像性質（諸如紋理）。因此可以將感興趣的特徵識別為像素群組，其具有在不同於周圍圖像的一定的值參數內的平均紋理。機器視覺軟體優選地自動地對樣本的每個被成像切片中的感興趣特徵進行定位和測量。

方法300可以繼續至方框320，在那裡，如圖5中所示，通過跨截面415從傾斜溝槽420去除一片材料來暴露具有簾幕偽像545和550的垂直壁505。可以使用來自FIB柱520的聚焦離子束515從傾斜溝槽420去除材料切片。在某些實施例中，通過執行如圖5中所示的「直線銑削」來去除材料切片。直線銑削涉及到銑削基本上平行於截面415（和垂直壁505）的平面行進的本質上一維的直線。在圖2A和2B中也圖示出直線銑削的執行，其中，FIB柱220的聚焦離子束220通過在箭頭240的方向上從左至右沿直線橫穿樣本210的面230來執行直線銑削225，聚焦離子束215基本上平行於面230。在其它實施例中，通過用聚焦離子束515來執行矩形銑削而去除材料切片。在一個此類實施例中，FIB柱520是被配置成從用戶接收指定切片厚度的輸入並通過用來自FIB柱520的聚焦離子束來執行直線銑削而去除指定厚度的材料切片的系統的一部分。

在各種實施例中，被蝕刻射束（在圖5的情況下聚焦離子束515）去除的切片的厚度是在從約20nm至約100nm的範圍內，諸如在從約30nm至約60nm、替換地從約35nm至約45nm、替換地從約35nm至約40nm的範圍內。在某些實施例中，被去除的銑削切片的厚度可以小於約300nm。被去除的切片的寬度和高度尺寸可以是在例如從約10μm至約100μm範圍內。

在某些實施例中，方法300最初可以跳過方框320。在此類實施例中，首先關於在方框315中在截面415處暴露的樣本的表面執行方框325-355。在此類實施例中，將對在樣本400的切片與查看處理中被成像的第二表面執行方框320的第一重複。

方法300可以可選地包括方框325，在那裡，修飾垂直壁505的表面。如本文中所使用的，術語「修飾」指的是對樣本的表面的各部分（諸如垂直壁505）的輕微的擇優蝕刻，以描繪層之間的界面，如在例如授予Castagna和Bray的用於「Slice and View with Decoration」的美國專利號7,858,936中所述，該專利為本發明的申請人所有。

在步驟328中，可選地向垂直壁中蝕刻機器可識別形狀以在垂直壁505上標記或標誌表面點555的位置。在某些實施例中，可以在存在蝕刻增強氣體（諸如二氟代氙）的情況下由指向垂直壁505的電子束來執行形成機器可識別形狀。電子束和氣體擇優地蝕刻存在於垂直壁505上的材料中的某些，使得可以在從不同視角（例如，以詢問射束的不同入射角）捕捉的垂直壁505的圖像中識別相同的表面點555。例如，二氟代氙比其蝕刻氮化矽更快速地蝕刻氧化矽，並且因此在氧化物-氮化物邊界處留下小的階梯形邊緣。被去除的材料的厚度可以例如小於約30nm，替換地小於約20nm。在某些實施例中，機器可識別形狀的深度優選地小於切片厚度，使得形狀隨著每個切片被銑削掉。在其它實施例中，各形狀可以被比切片厚度更深地銑削，使得點從切片之間是可見的，以在不同切片上產生相同的點。可以在每個切片處對形狀進行再銑削，可選地達到大於切片厚度的深度以將點傳播通過一系列切片。

可以在如由操作員手動地或者使用圖像識別軟體自動地確定的從圖像看起來具有不同標高的垂直壁上的位置處形成機器可識別形狀。替換地，可以以規則的圖案（諸如跨表面的矩形網格）銑削機器可識別形狀。在某些實施例中，作為使用銑削的機器可識別形狀的替代，可以使用現有樣本特徵或者現有特徵與銑削形狀的組合。在測量點中的每一個未被單獨標記的情況下，可以使用距一個或多個機器可識別特徵或基準的偏移來確定將形成垂直面的標高圖的點的圖案。例如，可以在樣本的一個角落中銑削定位和取向基準，並且然後在網格圖案中的各點處確定標高，其中點以x射線陣列或其它圖案以距基準的已知距離間隔開。

垂直壁505上的機器可識別形狀的存在改善了機器視覺軟體在由SEM以不同入射角捕捉的樣本圖像中識別垂直壁505上的特定表面點555的位置的能力。參考圖6A和6B，被聚焦離子束暴露的樣本的面的SEM顯微照片是由電子束在將暴露垂直壁保持在相對於電子束的不同取向的同時捕捉的。為了例證可以如何使用機器可識別形狀來識別以不同取向捕捉的不同圖像中的面上的特定表面點555的位置，已在對應於樣本面上的特定位置的各位置處在每個顯微照片上疊加六個不同機器可識別形狀的圖形。圖6B的機器可識別形狀已被進一步編輯以示出機器可識別形狀在被旋轉並用顯微照片的實際樣本來成像的情況下將看起來如何。雖然取向程度使圖6B的圖像失真，但由機器可識別形狀標記的特定位置對於人眼而言是可立即識別的。通過比較，圍繞機器可識別形狀中的某些（例如，和機器可識別形狀）的點位於樣本的相對無特徵平面上，並且明顯更加難以在以不同取向捕捉的圖像之間跟蹤以及與也位於相對無特徵平面上的附近點區別開。

適合於本公開的各種實施例的機器可識別形狀通常包括可用機器視覺軟體的圖案識別算法來識別的基本上2D形狀。適當機器可識別形狀的示例包括但不限於，基本幾何形狀（諸如圓形、正方形、三角形以及矩形）以及簡單符號（諸如圖6A-6B、8A-8B以及9B-9C中所示的那些）。變化用於表面點555的機器可識別形狀中的形狀減少或消除了在垂直壁505的第一圖像中所示的裝飾點將被錯認為用具有與在將射束相對於垂直壁505重定向之後捕捉的第二圖像中的裝飾點相同或類似的形狀的機器可識別形狀來標記的不同點的可能性。用來標記表面點555的形狀的更大多樣性將導致錯誤識別的較低可能性。在實施例中，用來識別垂直壁505上的表面點555的機器可識別形狀包括至少兩個形狀。

從方框325，方法300可以通過在將垂直壁相對於電子束和/或SEM保持在第一取向的同時用SEM的電子束來捕捉和存儲垂直壁505的第一圖像而繼續至方框330。如圖7A中所示，可以通過在垂直壁505相對於電子束705被保持在第一取向「O」時用來自SEM 530的電子束705來詢問樣本400的垂直壁505而生成垂直壁505的第一圖像。電子束705通常在5kV下操作並使用通過透鏡檢測器。可以在諸如計算機硬驅之類的計算機可讀存儲介質上實現由電子束705捕捉的圖像的存儲。

從方框330，方法300可以通過將垂直壁505相對於電子束705和/或SEM 530從第一取向O重定向成第二取向「O'」而繼續至方框535。可以通過旋轉或傾側樣本400來執行垂直壁505相對於電子束705的重定向。另外或替換地，可以通過經由將SEM 530平移遠離在第一圖像的捕捉期間保持的SEM 530的縱軸710來改變電子束705與垂直壁505之間的入射角而執行垂直壁505相對於電子束705的重定向。在取向O和O'兩者中，SEM 530被對齊，使得縱軸710貫穿垂直壁505。

現在參考圖7B，示出了圖示出根據本公開的實施例的垂直壁505相對於SEM 530的重定向的圖。通過將樣本400繞著垂直於觀察平面的軸（被示為點P）在箭頭Rp的方向上傾側角θ1來執行垂直壁505的重定向。該重定向將樣本400的取向從取向O變成取向O'。在垂直壁505的重定向之後，方法300可以通過以取向O'捕捉和存儲垂直壁505的第二圖像而繼續至方框340。如圖7C中所示，可以通過在垂直壁505相對於電子束705被保持在第一取向O'時用來自SEM 530的電子束705來詢問樣本400的垂直壁505而生成垂直壁505的第二圖像。

在各種實施例中，使用FIB柱520的聚焦離子束515來執行垂直壁505的成像。在某些實施例中，使用FIB柱520來執行方法300的成像步驟，而不使用SEM來捕捉垂直壁505的圖像。在一個此類實施例中，可以使用單個帶電粒子束來代替雙帶電粒子束系統。在其它實施例中，使用FIB柱520和SEM 530兩者來捕捉垂直壁505的圖像。在某些實施例中，可以用FIB柱520和SEM 530兩者來對垂直壁中的一個或多個進行成像。在某些實施例中，用FIB柱520和SEM 530兩者對一個或多個垂直壁成像，同時用FIB柱520和SEM 530中的僅一個對一個或多個其它垂直壁成像。在某些實施例中，用FIB柱520和SEM 530兩者對一個或多個垂直壁成像，同時用FIB柱520而不是SEM 520或者用SEM 530而不是FIB柱520來對其它垂直壁成像。

從方框340，方法300可以繼續至方框345，其中，生成對應於表面點555的3D坐標。在實施例中，用於表面點555中的給定表面點pi的3D坐標包括如從任意原點開始計算的在垂直壁505的成像平面（參見例如圖1）上的點pi的x和y坐標以及點pi的標高。

可以使用由SEM 530分別地以取向O和O'捕捉的第一和第二圖像來確定垂直壁505上的表面點555的標高中的差。可以將一個點指定為位於從其測量其它標高的參考平面中。可以通過測量表面點pi與第一和第二圖像中的每一個中的固定參考點之間的距離並將測量距離輸入到以下公式（1）中來確定用於表面點555中的給定表面點pi的標高Zi：

公式（1）

其中，

Ai是第一圖像中的參考點的位置，A'i是第二圖像中的參考點的位置，Bi是第一圖像中的點i的位置，B'i是第二圖像中的點i的位置，Zi是在位置Bi處的表面點i相對於參考點Ai處的高度的標高，是A'i與B'i之間的距離，是Ai與Bi之間的距離，並且θ是第一入射角與第二入射角的差。

根據圖8A-9C中所示的本公開的實施例可以更好地理解方框330的垂直壁505的第一圖像的捕捉、方框335的垂直壁505的重定向、方框340的垂直壁505的第二圖像的捕捉與公式（1）的變量之間的關係。最初，應通過比較圖9C至圖9B和圖8A至圖8B來理解和觀察的是，在垂直壁405的第一圖像中測量的垂直壁405上的一個或多個點對之間的距離不同於當在垂直壁405的第二圖像中測量時針對相同點對所測量的距離。

在圖8A和8B中，SEM圖像是在被聚焦離子束515裝飾之後針對垂直壁505捕捉的。在圖8A中，SEM圖像800A示出了由SEM 530從圖7A中所示的取向O成像的垂直壁505。機器可識別形狀B1、B2、B3、B4、B5和B6分別地標記點P1、P2、P3、P4、P5和P6的位置。距離D1、D2、D3、D4、D5和D6中的每一個分別地對應於用於針對點P1、P2、P3、P4、P5和P6的公式（1）的表達式的值。如上所述，本公開的各種實施例利用機器視覺來定位在方法300中捕捉的圖像的特徵，並且當與諸如機器可識別形狀B1、B2、B3、B4、B5和B6之類的機器可識別形狀相組合地使用時，可以改善跟蹤表面點的準確度。針對圖像800A，可以與機器可識別形狀B1、B2、B3、B4、B5和B6相組合地使用機器視覺以精確地確定點P1、P2、P3、P4、P5和P6的位置，從而允許精確地確定點P1、P2、P3、P4、P5和P6的x-y坐標以及P1、P2、P3、P4、P5和P6與參考點A之間的距離D1、D2、D3、D4、D5和D6。此外，如上文所討論的，機器視覺通過降低將一個表面點的身份錯認為另一個的概率而改善了以不同取向拍攝的垂直壁505的圖像之間（諸如圖像800A和800B之間）的點的跟蹤。

轉到圖8B，SEM圖像800B示出了由SEM 530從圖7A中所示的取向O'成像的垂直壁505。機器可識別形狀B1'、B2'、B3'、B4'、B5'和B6'分別地標記點P1'、P2'、P3'、P4'、P5'和P6'的位置。距離D1'、D2'、D3'、D4'、D5'和D6'中的每一個分別地對應於用於針對點P1、P2、P3、P4、P5和P6的公式（1）的表達式的值。類似於圖800A，可以使用機器視覺來更精確地確定D1'、D2'、D3'、D4'、D5'和D6'的值。與五個唯一地成形的機器可識別形狀B1、B2、B3、B4、B5和B6相組合地使用的機器視覺還可以用來識別點P1'、P2'、P3'、P4'、P5'和P6，使得不會無意中使用距錯誤點的距離計算標高Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6。應注意的是，點P1-P6和P1'-P6'對應於被聚焦離子束515暴露且被SEM 530成像的垂直壁505上的相同位置，並且點P1-P6和P1'-P6'是如在SEM圖像800A和800B中觀察到的那些位置的表示。同樣地，參考點A和A'也對應於樣本400上的相同位置。再次參考圖7A-7C，用於計算標高Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6的公式（1）的角θ是圖7B中所示的角θ1。

在某些實施例中，為了促進電子束705以角θ的更大值對垂直壁505的無阻隔接近，可以在方框315中或者作為方框330、335和340中的任一項的一部分來通過聚焦離子束515銑削側溝槽825A和825B。例如，如果垂直壁505的重定嚮導致其中對垂直壁505的接近被樣本的阻隔部分阻擋的取向O'，則可以利用聚焦離子束來去除該阻隔以允許整個垂直表面505的成像。

垂直壁505相對於電子束705和/或SEM 530的取向不限於圖7A和7B中所示的旋轉，並且方法300設想垂直壁505相對於SEM 530的任何平移的使用，由此，可以從根據方框330和340獲得的垂直壁505的圖像提取形貌信息。在圖9A-9C中圖示出一個此類實施例。圖9A示出了處於取向o'的已裝飾垂直壁505。在圖9A中，垂直壁505在箭頭RA所指示的旋轉方向上繞著軸900從取向o'旋轉角θ2至取向o"。軸900與FIB柱520的縱向射束軸重疊或平行地行進。在圖9B和9C中分別地示出了由SEM 530以取向o'和o"捕捉的SEM圖像的圖示。

在圖9B中，SEM圖像900A示出了在垂直壁505相對於SEM 530保持在取向o'的同時由SEM 530成像的垂直壁505。機器可識別形狀b1、b2、b3、b4、b5和b6分別地標記垂直壁505上的點p1、p2、p3、p4、p5和p6的位置。距離d1、d2、d3、d4、d5和d6中的每一個分別地對應於用於針對點P1、p2、p3、p4、p5和p6的公式（1）的表達式的值。在圖9C中，SEM圖像900C示出了由SEM 530從圖9A中所示的取向o"成像的垂直壁505。機器可識別形狀b1'、b2'、b3'、b4'、b5'和b6'分別地標記垂直壁505上的點p1'、p2'、p3'、p4'、p5'和p6'的位置。距離d1'、d2'、d3'、d4'、d5'和d6'中的每一個分別地對應於用於針對點p1、p2、p3、p4、p5和p6的公式（1）的表達式的值。可以使用機器視覺來更精確地確定d1'、d2'、d3'、d4'、d5'和d6'的值。再次參考圖9A，用於計算標高z1、z2、z3、z4、z5和z6的公式（1）的角θ是角θ2。

雖然圖8A-9C的表面點中的所有是相對於單個參考點測量的，但本公開的實施例不受此限制。可以使用單個參考針對表面點555中的所有測量距離，針對表面點555中的每一個用不同參考點，或者可以從一個或多個公共參考點計算用於表面點555中的某些的距離並可以從唯一參考點來計算用於其它表面點的距離。用於參考點的位置可以是在被成像的表面點555的第一圖像和第二圖像中可見的樣本上或上方的任何位置。在各種實施例中，參考點和表面點555位於垂直表面505上。在一個此類實施例中，使用位於垂直壁555的角落中的單個參考點來計算用於表面點555的標高中的所有。

在方框345中，參考點、表面點555或者參考點和表面點555兩者可以由系統1102隨機地生成、由人類操作者選擇、選擇成促進更精確的曲線擬合、選擇成滿足樣本處理的速度與曲線擬合的精度之間的期望平衡或其任何組合。除非被特定應用的約束所禁止，否則可以在方框315中的溝槽的形成之後以及通過在方法300的下一次重複中去除下一片材料而破壞垂直壁505之前的任何時間處執行參考點和表面點555的選擇和/或機器可識別形狀。可以在相同時間或在不同時間執行表面點555的參考點中的任一個的選擇和機器可識別形狀。

從方框345，方法可以前進至方框350，其中，向3D坐標擬合曲線以近似垂直壁505的形貌。在實施例中，通過對表面點555的三維坐標應用三維傅立葉擬合來近似垂直壁505的形貌。在另一實施例中，通過對三維坐標應用最小二乘回歸來近似垂直壁505的形貌。

從方框350，本方法可以前進至方框355，通過其確定是執行樣本400的切片與查看處理的另一次重複（例如，通過重複方框315至方框350）還是通過終止樣本400的切片與查看處理並生成特徵412的3D圖像而繼續至方框360。為了生成特徵412的3D圖像，期望根據特徵412的尺寸或3D圖像的期望細節而獲得許多圖像。在方框355中，隨著樣本400的處理的發展而對切片與查看技術的重複進行計數。在實施例中，執行切片與查看處理直至已執行預定數目的切片與查看重複為止。在另一實施例中，響應於特定觸發事件的發生而發起切片與查看重複的終止。在又另一實施例中，切片與查看處理的終止取決於是否在已執行一定數目的切片與查看重複之後由切片與查看處理系統接收到附加輸入。在任何情況下，如果確定樣本400的切片與查看處理應繼續，則方法300沿著「否」路徑從方框355前進至方框360。如果確定反覆的切片過程已經結束，則方法300沿著「是」路徑從方框355前進至方框360。

在方框360中，從在樣本400的切片與查看處理期間生成的數據生成特徵412的3D表示。在各種實施例中，從垂直壁505的一堆已修改切片圖像構造特徵412的3D圖像。在一個此類實施例中，選擇用於垂直壁505中的每一個的單個切片圖像以用於修改。所述單個切片圖像可以選自由SEM 530針對垂直壁505中的每一個捕捉的第一和第二圖像中的一個、或者可以使用垂直壁505的其它SEM圖像。通過使切片圖像彎曲以符合擬合到切片圖像所表示的垂直表面405的3D曲線來修改單個切片圖像中的每一個。亦即，單個切片圖像中的每一個採取與單個切片圖像所表示的垂直壁505的形貌相對應的3維曲率。然後根據樣本400中的切片圖像所表示的垂直表面405相對於其它切片的位置在堆疊中布置已修改切片圖像中的每一個。替換地，可以在堆疊中布置切片圖像並然後進行修改。在切片圖像的修改和布置之後，由已修改且已布置切片圖像形成特徵412的3D圖像。通過使用具有表示切片圖像的形貌的3D曲率的已修改切片圖像對樣本400進行建模而不是假設每個圖像表示平直的2D平面，可以減少或消除簾幕對3D表示的解析度和/或圖像質量的影響，因為正在使用被成像表面的更準確表示來對切片與查看特徵（例如，特徵412）的3D圖像進行建模。

可以用市售軟體結合補充計算機可執行指令來實行特徵412的建模，所述補充計算機可執行指令在被執行時使被市售軟體用來生成3D表示的切片圖像彎曲成對應於切片圖像的擬合曲線的形狀。替換地，補充計算機可執行指令可以修改市售軟體以接受已經被彎曲成與切片圖像相對應的擬合曲線的形狀的切片圖像作為輸入。用於3D構造的軟體可以優選地包括例如來自加利福尼亞州聖地牙哥的Visage Imaging公司的Amira三維成像軟體或來自麻薩諸塞州伯林頓的Visualization Sciences Group（VSG）公司的Avizo三維視覺化軟體。

在圖3中示出了用於執行上述方法的設備，其圖示出具有垂直固定的SEM柱和與垂直線成約52度的角固定的聚焦離子束（FIB）柱的典型雙射束系統1010。此類雙射束系統可例如從本申請的受讓人、俄勒岡州Hillsboro的FEI公司購得。雖然下面提供了適當硬體的示例，但本發明不限於在任何特定類型的硬體中實現。

掃描電子顯微鏡1041被提供有雙射束系統1010以及電源和控制單元1045。通過在陰極1052與陽極1054之間施加電壓而從陰極1052發射電子束1043。電子束1043藉助於聚光透鏡1056和物鏡1058而聚焦到微小光斑。藉助於偏轉線圈1060在試樣上二維掃描電子束1043。聚光透鏡1056、物鏡1058以及偏轉線圈1060的操作由電源和控制單元1045控制。

可以使電子束1043聚焦到基板1022上，基板1022在下隔室1026內的活動X-Y載物臺1025上。當電子束中的電子撞擊基板1022時，發射次級電子。這些次級電子被次級電子檢測器1040檢測到，如下面所討論的。位於TEM樣本架1024和載物臺1025下面的STEM檢測器1062可以收集透射通過如上文所討論的固定在TEM樣本架上的樣本的電子。

雙射束系統1010還包括聚焦離子束（FIB）系統1011，其包括具有離子源1014位於其內的上頸部1012和包括提取器電極和靜電光學系統的聚焦柱1016的真空室。聚焦柱1016的軸線從電子柱的軸線傾側52度。離子柱1012包括離子源1014、提取電極1015、聚焦元件1017、偏轉元件1020以及聚焦離子束1018。聚焦離子束1018從離子源1014通過聚焦柱1016並在1020處示意性地指示的靜電偏轉部件之間朝著基板1022傳遞，基板1022包括例如位於下隔室1026內的活動X-Y載物臺1025上的半導體裝置。

載物臺1025可以優選地在水平面（X和Y軸）中且垂直地（Z軸）移動。載物臺1025還可以傾側約六十（60）度並繞著Z軸旋轉。在某些實施例中，可以使用單獨的TEM樣本載物臺（未示出）。此類TEM樣本載物臺也將優選地可在X、Y和Z軸中移動。門1061被打開以便將基板1022插到X-Y載物臺1025上，並且還用於維護內部氣體供應儲庫，如果使用一個所述儲庫的話。門被互鎖，使得如果系統處於真空下，則其不能被打開。

採用離子泵1028以便將頸部1012抽真空。在真空控制器1032的控制下用渦輪分子和機械泵浦系統1030將隔室1026抽真空。真空系統在隔室1026內提供約1×10-7託和5×10-4託之間的真空。如果使用蝕刻輔助、蝕刻遲滯氣體或沉積前體氣體，則隔室背景壓力可以上升，通常達到約1×10-5託。

高壓電源向聚焦柱1016中的電極提供適當的加速電壓以便對離子束1018供電和聚焦。當其撞擊基板1022時，從樣本濺射（通常是物理噴射）材料。替換地，離子束1018可以分解前體氣體以沉積材料。

高壓電源1034被連接到液態金屬離子源1014並被連接到離子束聚焦柱1016中的適當電極以便形成約1keV至60keV的離子束1018並將其朝著樣本引導。根據由圖案生成器1038提供的規定圖案操作的偏轉控制器和放大器1036被耦合到偏轉板1020，由此離子束1018可以被手動地或自動地控制以在基板1022的上表面上描繪出對應圖案。在某些系統中，將偏轉板置於最末的透鏡之前，如在本領域中眾所周知的。離子束聚焦柱1016內的射束消隱電極（未示出）在消隱控制器（未示出）向消隱電極施加消隱電壓時促使離子束1018撞擊到消隱小孔（未示出）而不是基板1022上。

液態金屬離子源1014通常提供鎵的金屬離子束。所述源通常能夠在基板1022處聚焦成亞十分之一微米寬的射束以便通過離子銑削、增強蝕刻、材料沉積修改基板1022或者用於對基板1022成像的目的。

用於檢測次級離子或電子發射的帶電粒子檢測器1040（諸如Everhart Thornley或多通道板）被連接到視頻電路1042，其向視頻監視器1044供應驅動信號並從系統控制器1019接收偏轉信號。帶電粒子檢測器1040在下隔室1026內的位置可以在不同的實施例中變化。例如，帶電粒子檢測器1040可以與離子束共軸並包括用於允許離子束通過的孔。在其它實施例中，可以通過最末的透鏡來收集次級粒子並然後使其轉向到軸外以便收集。

顯微操縱器1047（諸如來自德克薩斯州達拉斯的Omniprobe公司的AutoProbe 1000™或來自德國羅伊特林根的Kleindiek Nanotechnik的Model MM3A）可以在真空室內精確地移動對象。顯微操縱器1047可以包括位於真空室外面以提供位於真空室內的一部分1049的X、Y、Z和θ控制的精密電馬達1048。顯微操縱器1047可以裝配有用於操縱小型對象的不同末端操縱裝置。在本文中所述的實施例中，末端操縱裝置是細探針1050。

氣體輸送系統1046延伸到下隔室1026中以便朝著基板1022引入和引導氣態水蒸氣。轉讓給本發明的受讓人的Casella等人的用於「Gas Delivery Systems for Particle Beam Processing」的美國專利號5,851,413描述了適當的氣體輸送系統1046。在也轉讓給本發明的受讓人的授予Rasmussen的用於「Gas Injection System」的美國專利號5,435,850中描述了另一氣體輸送系統。例如，可以輸送碘以增強蝕刻，或者可以輸送金屬有機化合物以沉積金屬。

系統控制器1019控制雙射束系統1010的各種部分的操作。通過系統控制器1019，用戶可以通過輸入到常規用戶界面（未示出）中的命令促使以期望的方式掃描離子束1018或電子束1043。替換地，系統控制器1019可以根據存儲在存儲器1021中的編程指令來控制雙射束系統1010。在某些實施例中，雙射束系統110結合了圖像識別軟體（諸如可從麻薩諸塞州Natick的Cognex公司購得的軟體）以自動地識別感興趣區域，並且然後系統根據本發明可以手動地或自動地提取樣本。例如，系統可以自動地在包括多個器件的半導體晶片上定位類似特徵，並且在不同（或相同）器件上取得那些特徵的樣本。

在各種實施例中，可能期望用射束系統來執行方法300。在某些此類實施例中，射束系統是雙帶電粒子束系統，其包括被配置成通過發射從樣本去除材料的蝕刻射束來使樣本的表面暴露的蝕刻射束柱以及被配置成通過發射詢問射束對被暴露的表面成像的詢問射束柱。

現在參考圖11，示出了切片和查看雙帶電粒子束系統1102的實施例的框圖。系統1102包括控制子系統1104、蝕刻射束子系統1130、詢問射束子系統1140以及載物臺1150，其被配置成合作地工作以執行樣本（諸如例如，樣本1160）的切片與查看處理。樣本1160包括樣本體積1161，其包含將通過去除樣本體積1161的切片1168和對通過切片1168的去除被暴露的表面1162進行成像來觀察的特徵1170的全部或部分。可以切割切片，使得切片1168中的每一個是在樣本1160的表面中形成的溝槽1180的垂直壁1164（即，垂直於與載物臺1150接觸的樣本1160的基準面）。通過使用系統1102來執行樣本1160的切片與查看處理，可以形成特徵1170的3D表示（例如，3D圖像）。

蝕刻射束子系統1130包括被配置成發射發射蝕刻射束1139並通過發射蝕刻射束1139來去除切片1168的蝕刻射束柱1131。在實施例中，蝕刻射束柱1131是被配置成發射聚焦離子束1134的FIB柱1132。在另一實施例中，蝕刻射束柱1131是包括雷射束1138的雷射器1136。仍其它實施例包括多個蝕刻射束柱和/或蝕刻射束柱類型。蝕刻射束子系統被配置成根據存儲在計算機可讀存儲介質1106上的材料去除指令1109來執行材料的去除。

詢問射束子系統1140包括詢問射束柱1141，其被配置成發射詢問射束1143以捕捉通過蝕刻射束子系統1130被暴露的樣本1160的表面1162的圖像。在實施例中，詢問射束柱1141是SEM 1142且詢問射束1143是電子束1144。在另一實施例中，詢問射束柱1141是FIB裝置，並且詢問射束1143是聚焦離子束。系統1102的實施例不限於單個詢問射束柱、單個類型的詢問射束柱或單個類型的詢問射束。在各種實施例中，詢問射束1141被配置成從不同的入射角詢問表面1162，使得可以如上所述地從不同視角捕捉表面的圖像。

在各種實施例中，在蝕刻射束子系統1130和詢問射束子系統1140兩者中使用單個射束。亦即，本公開的某些實施例包括射束柱，其被配置成發射用於從樣本1160去除切片1168、裝飾表面1162和/或形成溝槽1180的蝕刻射束1131以及還有用於對被蝕刻射束1131暴露的表面1162成像的詢問射束1141。在某些實施例中，切片與查看射束系統包括單個帶電粒子束柱，其能夠從樣本去除材料並對通過從樣本去除材料而暴露的表面成像。在一個此類實施例中，所述單個帶電粒子束柱是FIB裝置，其被配置成發射蝕刻射束和詢問射束兩者。在其它實施例中，切片與查看射束系統包括雙帶電粒子束系統1102，其包括蝕刻射束柱1131和單獨的詢問射束柱1140，其中，蝕刻射束柱1131能夠發射蝕刻射束1139和詢問射束1143兩者。在此類實施例中，雙帶電粒子束系統1102被配置成在以下三個模式中的至少兩個中操作。在第一模式中，蝕刻射束柱1131執行蝕刻任務（例如，去除切片、裝飾表面、形成溝槽）和詢問任務（例如，捕捉第一圖像和第二圖像），而詢問射束柱1141既不執行蝕刻任務也不執行詢問任務。在第二模式中，蝕刻射束柱1131執行蝕刻任務和詢問任務，並且詢問射束柱1141也執行詢問任務而不執行蝕刻任務。在第三模式中，蝕刻射束柱1131執行蝕刻任務而不執行詢問任務，並且詢問射束柱1141執行詢問任務而不執行蝕刻任務。在一個此類雙帶電粒子束系統1102中，蝕刻射束柱1131是FIB裝置，並且詢問射束柱1141是SEM。FIB裝置還可以用來形成圖像，並且因此可以充當蝕刻射束和詢問射束兩者。電子束可以在存在蝕刻前體氣體以及形成圖像的情況下進行蝕刻。

載物臺1150在切片與查看處理期間支撐樣本1150。在各種實施例中，載物臺1150是可旋轉的，並且被配置成在允許由詢問射束1143從不同的入射角對樣本1162的表面1163成像的方向和程度上旋轉。如上所述，載物臺1025是適合於在系統1102中使用的載物臺的示例。

控制子系統1104包括計算機可讀存儲介質1106、顯示裝置1118、人類接口1120以及一個或多個處理器1123。計算機可讀存儲介質1104存儲處理器可訪問信息，包括可執行指令1108、由詢問射束系統1140捕捉的2D圖像（諸如由SEM柱530捕捉的SEM圖像1116）以及由經由樣本1160的切片與查看處理獲得的信息（例如，暴露樣本表面的SEM圖像、暴露表面上的點的3D坐標）生成的特徵412的3D表示1117。計算機可讀存儲介質1104被耦合到一個或多個處理器1123，使得一個或多個處理器1123可以讀取並執行可執行指令1108，根據可執行指令1108來處理從子系統1130和1140、人類接口1120以及載物臺1150中的至少一個獲取的數據，引導從子系統1130和1140、人類接口1120以及載物臺1150中的至少一個獲取的數據到計算機可讀存儲介質1106的寫入。計算機可讀存儲介質可以是能夠以可被計算機讀取的格式存儲信息達一定時間段的裝置，諸如硬驅。適當計算機可讀存儲介質的示例包括但不限於，PATA、SATA、SCSI以及SSD硬驅。

顯示裝置1118可以被配置成顯示來自子系統1104、1130、1150以及載物臺1150中的一個或多個的信息。顯示裝置1118投射以電子方式生成的圖像，其可以包括例如從樣本1160的切片與查看處理生成的3D表示1117、相對於表面1162捕捉的SEM圖像1116、擬合到表面1162的形貌的曲線的3D表示或其任何組合。適當顯示裝置的示例包括但不限於，LCD顯示器、等離子體顯示器、陰極射線管顯示器以及牆上投影儀。

人類接口1120包括被配置成使得能夠實現與子系統1104、1130、1140和1150的人類交互的裝置1121。與子系統1104、1130、1140和1150的人類交互可以包括例如由人類操作者輸入指令和/或數據1122以便控制樣本的切片與查看處理和/或以便操縱由此產生的實驗數據。適合於人類接口1120的裝置的示例包括但不限於，鍵盤、計算機滑鼠、諸如平板計算機之類的觸摸接口或其任何組合。人類接口1120還包括用於管理人類操作者與系統1102的交互的可執行指令。

一個或多個處理器1123實行存儲在計算機可讀存儲介質1106上的可執行指令1108，從而控制子系統1131和1140。一個或多個處理器1123還讀取並向顯示裝置1118發送信息以供人類操作者和/或觀察者查看。例如，在各種實施例中，一個或多個處理器1123訪問存儲在計算機可讀存儲介質1106上的3D表示1117和/或SEM圖像1116。在此類實施例中，一個或多個處理器1123還引導顯示裝置1118顯示3D表示1117和/或SEM圖像11116。一個或多個處理器1123進一步根據可執行指令1108來處理指令和/或數據1122並引導從子系統1130和1140、人類接口1120以及載物臺1150獲取的數據在計算機可讀存儲介質1106上的存儲。

本公開的切片與查看處理（諸如上述方法300）的實施例可以由系統1102根據存儲在系統1102的計算機可讀存儲介質1106上的可執行指令1108來實行。可執行指令1108包括材料去除指令1109、機器視覺軟體1110、圖像捕捉指令1112、重定向指令1113、形貌表徵指令1114以及3D成像軟體1115。

材料去除指令1109包括用於去除切片1168以使表面1162暴露的指令。材料去除指令1109在被執行時促使一個或多個處理器1123引導蝕刻射束1139跨樣本體積1161的厚度按照連續順序去除切片1168，每個切片1169的去除使表面1162中的表面1163暴露。

在各種實施例中，材料去除指令1109包括附加指令，其在被執行時促使一個或多個處理器1123引導蝕刻射束1139實行一個或多個其它材料去除任務。所述其它材料去除任務包括但不限於，銑削傾斜溝槽1190，使得詢問射束1144可以在不被樣本1160的其它部分阻隔的情況下詢問暴露表面1163；銑削樣本1160附近的基準以促進蝕刻射束1139的準確定位；銑削側溝槽1120，使得詢問射束1144可以在不被樣本1160的其它部分阻隔的情況下以更大程度的載物臺旋轉和/或射束重定位（例如，上述方法300的步驟335和340）來捕捉表面1162的第二圖像；在表面1162上銑削機器可識別形狀（例如，上述方法300的步驟335和340）；以及其任何組合。

針對每個暴露表面1163，一個或多個處理器1123引導系統1102的各組件執行一個或多個圖像捕捉指令1110。圖像捕捉指令1110在被執行時促使一個或多個處理器1123在基本上保持詢問射束柱1141的縱軸與暴露表面1163之間的第一入射角的同時引導詢問射束1143詢問暴露表面1163，從而捕捉暴露表面1163的第一圖像。圖像捕捉指令1110在被執行時促使一個或多個處理器1123在基本上保持詢問射束柱1141的縱軸與暴露表面1163之間的第二入射角的同時引導詢問射束1143詢問暴露表面1163，從而捕捉暴露表面1163的第二圖像。由詢問射束1142記錄的圖像信息被一個或多個處理器1123使用機器視覺軟體1112處理，並且一個或多個處理器1123可以引導捕捉圖像被存儲在機器可讀存儲介質1106中。上文更詳細地描述了附加信息，包括適合於系統1102的實施例的機器視覺軟體的示例。

通過執行重定向指令1113來實行第一入射角到第二入射角的改變。重定向指令1113包括用於在已經由詢問射束1143捕捉暴露表面1163的第一圖像之後改變詢問射束1143在暴露表面1163上的入射角的指令。另外或替換地，重定向指令1113包括用於通過在以第一入射角詢問暴露表面1163期間引導詢問射束柱1141平移遠離詢問射束柱的縱軸來改變詢問射束柱1143在暴露表面1163上的入射角的指令。重定向的程度應使得在暴露表面1163的第二圖像中測量的點對1165之間的距離的值不同於在暴露表面1163的第一圖像中的相同點對1165之間測量的距離的值。可執行指令1108在被執行時促使一個或多個處理器1123實行圖像捕捉指令1110以便在重定向指令重定向1113的執行已發生之後且在切片1168的去除之前捕捉第二圖像。

形貌表徵指令1114包括在被執行時促使一個或多個處理器1123生成擬合到表面1162的形貌的曲線1111的指令。形貌表徵指令1114包括用以記錄第一圖像中的點對1165的第一位置和第二圖像中的點對1165的第二位置的指令，其中，每個點對1165包括參考點1167和暴露表面1163上的點1166。

針對每個點對1165，參考點1167指的是相對於暴露表面1163上的點1166的固定位置。點對1165的參考點1167可以是同一參考點（例如，圖8A-8B和9B-9C中的點B1-B6全部指代公共參考點A），可以對每個點對1165使用不同的參考點，或者點對1165中的某些可以共享公共參考點，而其它點對1165的參考點是唯一的。用於參考點1167的位置可以是在被成像的暴露表面1163的第一圖像和第二圖像兩者中可見的樣本上或上方的任何位置。在各種實施例中，參考點1167和點對1165都位於暴露表面1163上。在一個此類實施例中，在暴露表面1163的角落附近或與其重疊的暴露表面1163上的位置處針對點對1165中的每一個選擇參考點1167。

點對1165的數量和用於點對1165中的每一個的點1166和參考點1167中的至少一個的位置可以隨機地或以其它方式、根據由一個或多個處理器1123執行的形貌表徵指令1114生成、由人類操作者經由人類接口1120輸入或其組合。可以將點對1165的數量和用於點對1165中的每一個的點1166和參考點1167中的至少一個的位置選擇成促進更精確的擬合曲線1111的生成、選擇成滿足樣本處理的速度與生成的擬合曲線1111的精度之間的期望平衡或其任何組合。

在各種實施例中，系統1102利用機器視覺軟體1112來確定參考點1167和點1166的位置。機器視覺軟體1112可以通過隨著由詢問射束1143獲得圖像信息而立即對其進行處理來立即確定參考點1167和點1166的位置，或者處理可以在稍後的時間發生，諸如在最後一個表面1162的成像之後。

在各種實施例中，可以通過在對應於點對1165中的點的位置處銑削暴露表面1163上的機器可識別形狀來促進形貌表徵指令1114的執行。在此類實施例中，材料去除指令1109包括用於在對應於參考點1167、點1166或點對1165的參考點1167和點1166兩者的位置處銑削表面1162中的一個或多個上的機器可識別形狀的指令。表面1162上的機器可識別形狀的存在改善了機器視覺軟體1112從第一圖像至第二圖像跟蹤暴露表面1163上的點1166和參考點1167的位置（即，在兩個圖像中找到被暴露的表面上的相同位置）的能力。機器可識別形狀可以包括可用機器視覺軟體1112的圖案識別算法來識別的一個或多個基本上2維形狀。適當機器可識別形狀的示例包括但不限於，基本幾何形狀（諸如圓形、正方形、三角形以及矩形）以及簡單符號（諸如圖6A-6B、8A-8B以及9B-9C中所示的符號）。在各種實施例中，材料去除指令1109包括用於為表面1162提供不同形狀的機器可識別形狀的指令。變化用於暴露表面1163上的點的機器可識別形狀的形狀減少或消除暴露表面1163的第一圖像中所示的點將被錯認為暴露表面1163中的第二圖像中的具有機器可識別形狀的相同或類似形狀的不同點的可能性。錯誤識別暴露表面1163上的點的錯誤識別的可能性隨著所採用的機器可識別形狀的形狀多樣性的增加而降低。在實施例中，用來識別暴露表面1163上的點的機器可識別形狀包括至少兩個形狀。在另一實施例中，使用不同的機器可識別形狀來標記暴露表面1163上的點1166中的每一個。

形貌表徵指令1114包括用以使用以下公式（2）來確定用於點1166中的每一個的標高的指令：

公式（2）

其中，Z是點1166的標高，A是第一圖像中的參考點1167的位置，A'是第二圖像中的參考點1167的位置，B是第一圖像中的暴露表面1163上的點1166的位置，B'是第二圖像中的暴露表面1163上的點1166的位置，是A'與B'之間的距離，是A與B之間的距離，並且θ是第一入射角與第二入射角之間的差。

形貌表徵指令1114還包括用以生成用於點1166中的每一個的3D坐標的指令。在實施例中，每個點1166的坐標包括如從任意原點測量的成像平面（參見圖1）上的點1166的x和y坐標以及如由公式（1）確定的點1166的標高。形貌表徵指令1114還包括用於向3D坐標擬合3D曲線的可執行算法。適合於向3D坐標擬合3D曲線的算法的示例包括但不限於，最小二乘回歸和傅立葉變換分析。

系統1102利用3D成像軟體1115來生成由系統1102處理的特徵1170的3D表示。系統1102的可執行指令1108可以包括用於使用系統1102根據可執行指令1108在切片與查看處理特徵1170之後生成特徵1170的3D表示的指令。3D成像軟體1115可以包括在被執行時使用3D擬合曲線1111來消除或減少簾幕對3D表示1117的解析度和/或圖像質量的影響的可執行指令。在實施例中，系統1102包括3D成像軟體1115，其在被一個或多個處理器1123執行時使用表面1163的圖像並假設表面1163是平坦的而生成根據切片與查看處理被處理的特徵1170的3D表示。系統1102還包括補充可執行指令，其在被一個或多個處理器1123執行時通過使表面1163的圖像彎曲以對應於擬合曲線1111且然後使用表面1163的彎曲圖像（而不是表面1163的平坦圖像）來生成特徵1170的3D表示而修改3D成像軟體1115的執行。

在各種實施例中，系統1102被配置成執行方法300的步驟。在某些實施例中，系統1102被配置成協調可執行指令1109、1110、1112、1113、1114和1115的執行（例如，經由一組可執行協調指令）。在一個此類實施例中，系統1102被配置成在用於通過切片1168的去除而被暴露的每個表面1163的重定向指令1113之前和之後執行圖像捕捉指令1110。在所述實施例中，系統1102還被配置成對針對表面1162中的一個或多個生成的3D坐標的集合執行形貌表徵指令1114。在利用機器可識別形狀的實施例中，系統1102被配置成在每個暴露表面1163的暴露之後且在圖像捕捉指令1110對同一暴露表面1163的第一次執行之前執行用於修飾表面1162的材料去除指令。系統1102可以被配置成自動地、半自動地、通過由人類操作者手動地輸入到人類界面1120中的指令或其任何組合來實行可執行指令1108。系統1102可被配置成在給定一個或多個參數（例如，期望解析度、可用於完成處理的時間、樣本特性等）的情況下確定要切片和查看的表面的適當數目，所述一個或多個參數可以被存儲在計算機可讀存儲介質1106上、由人類操作者經由人類接口1120輸入或者其組合。系統1102可被配置成重複地切片並查看樣本1160達到被系統1102確定為適合於給定的一組參數的次數，每次切片和查看重複經由可執行指令1109、1110、1112、1113、1114和1115的執行來實行。應理解的是，可執行指令1109-1115在圖11中被圖示為分立塊以促進本公開的各種實施例的理解，並且並不暗示針對系統1102的功能性的限制。

可以在樣本處理環境1100中利用系統1102。樣本處理環境1100的示例包括但不限於用於執行生物樣本的分析、機械組件的故障分析、材料製造中的質量控制以及諸如矽晶片及其它半導體組件之類的電子組件的缺陷測試的實驗室及其它實驗設施。

雖然已示出並描述了本發明的實施例，但可以由本領域的技術人員進行其修改而不脫離本發明的精神和教導。本文中所述的實施例僅僅是示例性的，並且並不意圖是限制性的。本文中公開的本發明的許多變型和修改是可能的，並且從將本文中公開的實施例的特徵組合、集成和/或省略而得到的替換實施例也在本發明的範圍內。在明確地敘述數值範圍或界限的情況下，應將此類表達範圍或界限理解成包括落在該明確敘述範圍或界限內的相同量值的迭代範圍或界限（例如，從約1至約10包括2、3、4等；大於0.10包括0.11、0.12、0.13等)。例如，每當公開了具有下限Rl和上限Ru的數值範圍時，具體地公開了落在該範圍內的任何數。特別地，具體地公開了該範圍內的以下數：，其中，k是具有1%的增量的範圍從1%至100%的變量，即k是1%、2%、3%、4%、5%、50%、51%、52%、95%、96%、97%、98%、99%或100%。此外，還具體地公開了如在上文限定的由兩個R數限定的任何數值範圍。關於權利要求的任何元素的術語「可選地」的使用意圖意指要求或者替換地不要求主題元素。兩個替換方案都意圖在權利要求的範圍內。應將諸如「包括」、「包含」、「具有」等更寬泛術語的使用理解成提供對諸如「由...組成」、「本質上由...組成」、「基本上由...構成」等較窄術語的支持。

雖然已詳細地描述了本發明及其優點，但應理解的是可以對本文中所述的實施例進行各種變更、替換和修改而不脫離由所附權利要求限定的本發明的精神和範圍。此外，本申請的範圍並不意圖局限於在說明書中描述的過程、機器、製造、物質組成、部件、方法和步驟的特定實施例。如本領域的技術人員從本發明的公開將很容易認識到的，可以根據本發明利用執行與本文中所述的對應實施例基本上相同的功能或實現基本上相同的結果的當前存在或以後要開發的過程、機器、製品、物質組成、部件、方法或步驟。因此，所附權利要求意圖在其範圍內包括此類過程、機器、製造、物質組成、部件、方法和步驟。

因此，保護範圍並未受到上文闡述的描述的限制而是僅僅受到隨後的權利要求的限制，該範圍包括權利要求的主題的所有等價物。每一項權利要求被作為本發明的實施例而結合到本說明書中。因此，權利要求是進一步描述，並且是對本發明的實施例的補充。具體實施方式中的參考文獻的討論並不是其為對本發明的現有技術的認可，尤其是可能具有在本申請的優先權日之後的公開日期的任何參考文獻。