生成关于样本的结构元件的三维信息的制作方法

生成关于样本的结构元件的三维信息
相关申请的交叉引用
1.本技术要求于2020年5月18日提交的美国专利申请第16/876,637号的优先权。所述申请的公开内容的每一个通过引用其整体且出于所有目的并入本文。


背景技术：

2.通过复杂的制造工艺来执行样本(诸如半导体晶片)。各种样本包括在样本的某一侧形成的纳米尺寸的多个结构元件，并且这些结构元件应在制造工艺器件和制造工艺之后进行评估。
3.结构元件可以从基板的表面延伸。对结构的评估可能会受到限制，因为结构元件的形状可经设置大小从而使得一个或多个结构元件遮蔽一个或多个其他结构元件的部分。
4.可以使用破坏性方法，诸如透射电子显微镜(tem)或扫描透射电子显微镜(stem)，来获得有关此类结构元件的三维信息。
5.日益需要提供一种准确且非破坏性的解决方案，以获取关于结构元件的三维信息。


技术实现要素：

6.可以提供用于提供关于样本的结构元素的三维信息的方法、非瞬态计算机可读介质和检测系统。
7.在一些实施例中，提供关于样本的结构元件的三维信息的方法的示例。方法可包括：用具有不同入射角的电子束来照射结构元件，其中电子束穿过结构元件，并且结构元件具有纳米尺寸；检测从结构元件散射的正向散射电子束，以提供所检测到的正向散射电子；以及至少基于所检测到的正向散射电子来生成关于结构元件的三维信息。
附图说明
8.本说明书的完结部分中特定指出并且清楚要求了视为本公开内容的实施例的主题。然而，当阅读附图时，可通过参考以下详细描述而最佳地理解本公开内容的实施例的组织和操作方法及其目的、特征和优点，在附图中：
9.图1示出了方法的示例；
10.图2示出了样本的一部分的截面以及各种电子束和轨迹的示例；
11.图3示出了样本和三维评估系统的示例；
12.图4示出了样本和三维评估系统的示例；
13.图5示出了样本和三维评估系统的示例；
14.图6示出了样本和三维评估系统的示例；并且
15.图7示出了样本和三维评估系统的示例。
具体实施方式
16.在下列具体实施方式中，阐述数种特定的细节以便通透了解本公开内容的实施例。
17.然而本领域技术人员将了解到，无需此等特定细节即可实施本公开内容的实施例。在其他实例中，并未详细说明熟知的方法、处理程序以及部件，以避免遮蔽本公开内容的实施例。
18.本说明书的完结部分中特定指出并且清楚要求了视为本公开内容的实施例的主题。然而，当阅读附图时，可通过参考以下详细描述而最佳地理解本公开内容的实施例的组织和操作方法及其目的、特征和优点。
19.将理解到，为了简化并且清楚地说明，附图中示出的元件并未必需依比例绘制。例如，为了清楚起见，可相对于其他元件放大一些元件的尺寸。进一步地，在认为适当时，在附图中可重复使用元件符号以指示对应或类比的元件。
20.因为本公开内容的所示的实施例大部分可使用本领域技术人员已知的电子部件和电路来实现，所以细节将不会以如上所述认为必要的更大程度来解释，以便于理解和了解本公开内容的基本概念，并且以便不使本公开内容的教导混淆或者分散注意力。
21.说明书中对方法的任何引用应可在细节上作必要修改后应用到能够执行方法的系统，并且应可在细节上作必要修改后应用到非瞬态的并且存储用于执行方法指令的计算机可读介质。
22.说明书中对系统的任何引用应可在细节上作必要修改后应用到可由系统执行的方法，并且应可在细节上作必要修改后应用到非瞬态的并且存储可用于由系统执行的指令的计算机可读介质。
23.说明书中对非瞬态计算机可读介质的任何引用应可在细节上作必要修改后应用到方法，方法可在执行存储在计算机可读介质的指令时应用，并且应可在细节上作必要修改后应用到经配置以执行存储在计算机可读介质中的指令的系统。
24.术语“和/或”是附加地或替代地。
25.对术语“可”的任何引用均在细节上作必要修改后应用于术语“可不”。
[0026]“一些”可以是1、2、3、4个等等。
[0027]
术语倾斜和偏转以可互换的方式使用。
[0028]
图1是用于提供关于样本的结构元件的三维信息的方法10的示例。
[0029]
结构元件可以是纳米级的，并且因此在宽度、长度和深度中的至少一维在一纳米和一百纳米之间。结构元件的上部可以位于距样本表面纳米级的距离处，可在表面的上方或者在表面的下方。
[0030]
样本可以是半导体晶片、mems基板、太阳能面板等。
[0031]
方法10可从步骤20开始，步骤20是用具有不同入射角的电子束照射结构元件，其中电子束穿过结构元件。入射角是电子束撞击样本的角度。
[0032]
不同的入射角可以是倾斜的并且可以属于可以是几十度宽的角度范围。例如，不同的入射角可以属于相对于样本的上表面跨度在九十度与三十度之间的角度范围。可以提供其他角度范围。角度范围内的入射角的数量可以是两个、三个、四个、五个或五个以上。
[0033]
不同的入射角可以遍布整个角度范围。入射角可以具有与表面对称的任何轴线相
关的不同阶的对称性，例如，相对于法线或指向与表面法线不同的角度的轴线的反射或旋转对称性。
[0034]
可以基于结构元件的预期形状和尺寸，来确定入射角、入射角的数量和角度范围的值中的至少一个。结构元件的至少一些部分的模糊性可确定照明的方式。例如，当结构角更密和/或更高时，可能需要更多的入射角和/或更宽的角度范围。
[0035]
可以选择电子束的能量水平，以允许电子束以不同的入射角穿透结构元件，并在照明和散射期间提供具有一些相互作用的正向散射电子。例如，电子束的能量可以在高压sem的典型范围内，其为10-30kev，但是可以达到更高的值，例如50-70kev。
[0036]
例如，电子束的穿透深度可以超过结构元件的高度五、六、七、八、九、十或甚至十倍。穿透深度是电子束能量以及结构元件和样本其他部分的材料的函数。例如，硅(si)样本内电子束的穿透深度约为3000纳米(nm)，而目标图案的典型大小的范围在几十纳米到一百纳米之间。
[0037]
假设存在具有不同入射角的第一多个(n1)电子束，则步骤20可以包括以循序方式照射样本：一次照射一束，或一次用两至n1个电子束照射样本。
[0038]
可通过多达n1个柱、一个或多个多束柱、或任何其他可以产生不同入射角的一至n1个电子束的电子光学器件来执行照射。
[0039]
可以通过绕水平轴线的机械倾斜和/或绕垂直轴线的旋转和/或电磁偏转，来获得电子束的入射角之间的差。
[0040]
机械倾斜可包括：(a)仅倾斜样本；(b)仅倾斜与电子束相关联的电子光学器件；或(c)倾斜样本和电子光学器件。
[0041]
可以在迭代中执行步骤20，其中每个迭代包括照射(步骤22)，照射(步骤22)之后为倾斜(步骤24)。倾斜改变入射角。
[0042]
方法的高分辨率可通过以下方式获得：(a)电子束和正向散射电子与基板的有限相互作用，从而防止或减小电子束加宽；以及(b)使用直径小于结构元件的电子束-尤其是比结构元件小得多(例如小于1/x，其中变量x为2、3、4、5、6、7、8、10以及更多)的电子束。图案入口处电子束的典型直径为nm单位；在典型能量下，它沿着图案的传播保持在十纳米范围内。
[0043]
与纯电子倾斜相比，使用机械倾斜(单独或与电偏转结合使用)提供更宽的结构元件角度覆盖范围，而纯电子倾斜可能会受到像差(aberrations)限制，从而以小于十度的窄角度倾斜提供倾斜。
[0044]
步骤20之后可以是检测从结构元件散射的正向散射电子束的步骤30，以提供检测到的正向散射电子。正向散射电子也可以从结构元件附近散射。
[0045]
步骤30可以包括空间滤波(32)和能量滤波(34)中的至少一个步骤。可以执行空间滤波以用于避免(reduce)检测到噪声，诸如从样本散射的背向散射电子。
[0046]
空间滤波可包括将至少一个正向散射电子检测器定位在正向散射电子的一个或多个预期路径内；例如，通过将正向散射电子检测器放置在可以预期从样本中发射出这些电子的角度范围内。至少一个正向散射电子检测器的视场可实质上限制于正向散射电子的一个或多个预期路径。例如：视野几乎不能超过由正向散射电子的一个或多个预期路径所界定的区域。
[0047]
可以执行能量滤波以减少对诸如从样本散射的背向散射电子之类的噪声的检测。
[0048]
能量滤波可以包括使具有表示包括至多数个散射事件的电子路径的轨迹的电子(正向散射电子)通过(而不是阻挡)，并且拒斥具有表示包括多于数个散射事件的能量水平的电子(背向散射电子)。
[0049]
步骤30之后可以是步骤40，步骤40至少基于所检测到的正向散射电子来生成关于结构元件的三维信息。可以使用用于从以不同角度拍摄的图像重建三维信息的任何方法。
[0050]
三维信息可提供有关结构元件的全部或部分信息。例如，三维信息可以是整个结构元件、至少一些结构元件的模糊部分等的三维模型。
[0051]
应当注意，步骤20和30可以在样本的一个区域之后的另一个区域执行。在步骤20期间可照射整个样本或仅感兴趣的样本区域。可以以不同的方式照射结构元件的一个或多个特征(例如密度、形状、大小、材料)彼此不同的区域。
[0052]
图2示出了样本区域的横截面。区域包括主体51、上层52、第一结构元件53(1)、第二结构元件53(2)、第三结构元件53(3)、第四结构元件53(4)、第五结构元件53(5)和第六结构元件53(6)。
[0053]
图2还示出了电子束81，电子束81以一定的入射角89照射区域穿过第一结构元件53(1)和第二结构元件53(2)，并且可以继续穿透样本(甚至达到远远超过任何结构元件的高度的深度)。
[0054]
电子束81由于弹性散射而使第一正向散射电子从第二结构元件53(1)的中部发射，并沿着第一路径82(1)流向能量滤波器78和正向散射电子检测器77。
[0055]
电子束81由于弹性散射而使第二正向散射电子从第二结构元件53(1)的周围发射，并沿着第二路径82(2)流向能量滤波器78和正向散射电子检测器77。
[0056]
电子束81由于弹性散射而使第三正向散射电子从上层52(例如在上层52的上表面下方)发射，并沿着第三路径82(3)穿过第三结构元件53(3)与第四结构元件53(4)流向能量滤波器78和正向散射电子检测器77。
[0057]
背向散射电子在区域84内执行多次散射，并且然后以不同的方向发射，主要在正向散射电子检测器77的视野之外，如第一背向散射电子路径83(1)、第二背向散射电子路径83(2)、第三背向散射电子路径83(3)、第四背向散射电子路径83(4)、第五背向散射电子路径83(5)、第六背向散射电子路径83(6)和第七背向散射电子路径83(7)。
[0058]
通过将能量滤波器78与正向散射电子检测器77放置在第一背向散射电子路径83(1)、第二背向散射电子路径83(2)、第三背向散射电子路径83(3)、第四背向散射电子路径83(4)、第五背向散射电子路径83(5)、第六背向散射电子路径83(6)和第七背向散射电子路径83(7)的外侧，来实现图2所示的空间滤波。
[0059]
通过将能量滤波器78放置在正向散射电子检测器77的前面，使得能量滤波器78可阻挡沿着第六后向散射电子路径83(6)传播的后向散射电子，来实现图2所示的能量滤波。
[0060]
图2还示出了由电子束81形成的斑点81(1)，斑点81(1)的面积比第一结构元件53(1)的受电子束撞击的部分(侧壁53(1,1))的面积要小得多。
[0061]
还应当注意，可以选择电子束的能量以穿透上层52，并甚至穿透主体51的一部分。
[0062]
图3、图4、图5、图6和图7示出了三维评估系统的不同示例，这些三维评估系统应用了机械倾斜和电偏转中的至少一种。
[0063]
所有三维评估系统都包括电子光学器件和处理电路。
[0064]
电子光学器件被配置为：(a)用具有不同入射角的电子束照射样本的结构元件，其中电子束穿过结构元件，其中结构元件具有纳米尺寸；以及(b)检测从结构元件散射的正向散射电子束。电子光学器件可以包括透镜、分束器、束源等中的至少一些。
[0065]
处理电路被配置为生成关于结构元件的三维信息。
[0066]
应当注意，处理电路可以不属于三维评估系统，而可以属于远程计算机。又例如，三维评估系统可以执行关于结构元件的三维信息的生成的一部分，而另一处理电路可以执行处理的另一部分。
[0067]
在图3、图4、图5、图6、图7和图8中，三维评估系统显示为包括电子光学器件、处理电路71、存储器单元72和控制器73。
[0068]
控制器73可以被配置为控制三维评估系统的操作。存储器单元72可以存储指令、命令、配方、图像信息等等。
[0069]
图3、图4、图5、图6和图7示出了电子束81和正向散射电子的路径82。应该注意的是，可能存在多个正向散射电子的路径。
[0070]
图3、图4、图5、图6、图7和图8的三维评估系统中的任何一个都可以包括在正向散射电子检测器77之前的能量滤波器。为了简化说明，未示出这些能量滤波器。
[0071]
图3示出了三维评估系统70，三维评估系统70包括诸如柱75之类的电子光学器件以及前向散射电子检测器77，柱75可以是单束柱，单束柱包括用于产生电子束81的束源(未示出)、用于使电子束偏转(执行束偏转)的偏转器76，以提供具有第一入射角的电子束。可能有不止一个散射电子检测器77。散射电子检测器77的形状、大小和/或位置可以与图3所示的不同。
[0072]
在图3中，柱的纵轴(光轴)垂直于样本999。
[0073]
图4示出了相同的三维评估系统70，但是电子束以不同于第一入射角的第二入射角撞击(在样本上)。
[0074]
图5示出了三维评估系统70'，三维评估系统70'包括机械倾斜单元74，机械倾斜单元74使样本999相对于电子光学器件75倾斜。图5没有示出电子束81的任何电子偏转。
[0075]
图6示出了三维评估系统70'，三维评估系统70'包括机械倾斜单元74，机械倾斜单元74使样本999相对于电子光学器件75倾斜。图6还示出了电子束81的电子偏转。
[0076]
图7示出了三维评估系统70"，三维评估系统70"包括另一机械倾斜单元(未示出)，另一机械倾斜单元使样本999相对于电子光学器件75倾斜。图7没有示出电子束81的任何电子偏转。
[0077]
图8示出了三维评估系统77，三维评估系统77包括多柱电子光学器件，如柱75和附加柱75"所示。两个柱用两个不同入射角的电子束照射样本。
[0078]
在前述说明书中，已参照本公开内容的实施例的特定示例说明了本公开内容的实施例。然而，将显然可知的是可进行各种修改与改变，而不脱离如所附的权利要求中所述的本公开内容的实施例的宽广的精神与范围。
[0079]
对术语“包括”或“具有”的任何引用应作必要的变通，而适用于术语“由
……
组成”或“基本上由
……
组成”。
[0080]
再者，说明书与权利要求中可能出现的用词“前”、“后”、“顶”、“底”、“在
……
之
上”、“在
……
之下”等等，用于说明性目的且并非必需用于说明永久性的相对位置。应了解到，所使用的用词在适当情况下可互换使用，使得本文所描述的本公开内容的具体实施例(例如)能够以除了所图示说明或以其它方式于本文中所描述的定向以外的定向来操作。
[0081]
本文所讨论的连结可为任何类型的连结，所述连结适合(例如经由中介装置)从各别节点、单元或装置传输信号，或传输信号至各别节点、单元或装置。因此，除非已暗示或另外陈述，否则连结可例如为直接连结或者间接连结。连结可被图示或参照描述为单个连结、多个连结、单向连结或双向连结。然而，不同的实施例可改变连结的实施例。例如，可使用个别的单向连结而非双向连结，反之亦然。再者，可由单个连结更换多个连结，此单个连结串列地或以时分复用方式来传输多个信号。类似的，承载多重信号的单个连结可被分离成承载这些信号的子集的各种不同的连结。因此，存在许多选项以用于传输信号。
[0082]
实现相同功能的组件的任何设置被等效地“关联”，以使得实现期望的功能。因此，本文中组合以实现特定功能的任何两个组件可被视为彼此“相关联”，以使得实现期望的功能，而不管架构或中间组件如何。类似地，如此相关联的任何两个部件也可被看作是彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”，以实现期望的功能。
[0083]
此外，本领域技术人员将认识到，上述操作之间的界限仅仅是说明性的。多个操作可组合成单个操作，单个操作可分散在附加操作中，并且操作可在时间上至少部分地重叠。此外，替代实施例可包括特定操作的多个实例，并且可以在各种其他实施例中改变操作的顺序。
[0084]
也例如，在一个实施例中，所图示的示例可被实现为位于单个集成电路上或在同一装置内的电路系统。或者，示例可被由适当的方式实现为彼此互连的任何数量的个别的集成电路或个别的装置。
[0085]
然而，还可能存在其他修改、变体与替代方案。说明书与附图因此应被视为说明性而非限制性。
[0086]
在权利要求中，放在括号中的任何参考标记，不应被解译为限制权利要求。词语“包括”并未排除除了权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。再者，本文中使用的术语“一(a)”或“一(an)”被界定为一或多于一。此外，在权利要求中使用的诸如“至少一个”和“一个或多个”之类的引语，不应被解译为暗示通过不定冠词“一(a)”或“一(an)”引入另一权利要求元件，会将包括此种引入权利要求元件的任何特定权利要求限制为仅包括一个此种元件的本公开内容的实施例，即使是相同权利要求包括引语“一个或多个”或“至少一个”及不定冠词(诸如“一(a)”或“一(an)”)时。对于定冠词的使用也是如此。除非另外说明，否则诸如“第一”与“第二”之类的用词被用于任意分辨此种用词所描述的元件。因此，这些用词并非必需意为指示此种元件的时序或其他优先次序。某些手段被记载于互相不同的权利要求中的事实，并非指示这些手段的组合不能被使用。
[0087]
尽管在本文中已经说明和描述了本公开内容的实施例的某些特征，但是本领域技术人员将会想到许多修改、替换、变化和均等方案。因此，应了解到所附权利要求旨在涵盖落入本公开内容的实施例的真实精神内的所有此种修改与改变。