来自由样品去层期间取得的配准图像堆叠所产生的3D数据立方体的3D计量的制作方法

背景技术：

1、在电子材料及用于将这些材料制造成电子结构中的工艺的研究中，电子结构的样本可用于微观检查，以便用于故障分析及装置验证及计量的目的。例如，诸如硅晶片的电子结构的样本可在扫描式电子显微镜(scanning electron microscope；sem)中进行分析以研究晶片中的特定特性特征。该特性特征可包括制造的电路及在制造工艺期间形成的任何缺陷。电子显微镜是一种用于分析半导体装置的显微结构的最有用的设备件之一。

2、在准备用于电子显微镜检查的电子结构样本时，可使用各种抛光和铣削工艺来对结构进行切片，直至暴露出特定的特性特征。随着装置尺寸不断减小至纳米级，制备用于电子显微镜研究的样本的技术变得更加重要。由于光学显微镜的分辨率不可接受，通过光学显微镜研究结构的传统方法无法用于研究现代电子结构中的特征。

3、sem成像技术可用于查看样本内感兴趣区域(region of interest；roi)的表面，且也可用于查看roi内的大部分材料。例如，可用由聚焦离子束(focused ion beam；fib)柱产生的氙、镓或其他元素的离子轰击样本上的roi，以侵蚀样本的roi中的表面层，从而允许对roi内的低于表面且最初被其上的材料覆盖的层进行成像。

4、结合了扫描电子显微镜和聚焦离子束(fib)单元的双柱系统可产生在样品(诸如半导体晶片)上形成的电子结构的局部区域的高分辨率sem图像。典型的双柱系统包括sem柱、fib柱、支撑样品的支撑元件及真空腔室，样品在(通过fib柱)被铣削时和在(通过sem柱)成像时放置在真空腔室中。

5、移除一个或多个选定的层(或层的一部分)以暴露或隔离样本的一部分被称为去层(delayering)，并且可在诸如上述系统的双柱系统中完成。例如，去层可通过以下方式完成：(i)定位应铣削的感兴趣区域，以便从样本移除一定厚度的材料，(ii)移动样品(例如，通过机械支撑元件)，以便样本位于fib单元下方，及(iii)铣削样本以移除感兴趣区域中所需量的材料。去层工艺的上述步骤可以重复多次(例如，数十或数百或数千次)，从而在样本中形成凹痕或孔(通常横向和垂直尺寸为几微米至几十微米)。

6、通过在去层工艺中每隔几纳米获取表面的sem图像，可在整个去层工艺中以均匀的深度间隔收集数十到数百或更多的图像，从而创建感兴趣的去层区域的三维图像。此外，通过应用能量色散x射线光谱(energy-dispersive x-ray spectroscopy；edx)，可在不同深度测量感兴趣区域内样品结构的确切化学成分。

7、当试图对样品进行去层时，正被铣削的结构的几何形状可能会在以均匀方式对结构进行去层的方面提出挑战。例如，在被去层的区域的不同部分中存在的不同材料和/或在不同部分中形成的不同结构会导致该区域的一部分比另一部分铣削得更快。不均匀的铣削速率会使这些区域的精确计量变得困难。因此，需要改良的计量技术。

技术实现思路

1、本公开内容的实施方式涉及一种用于经由去层工艺创建样品内区域的三维图像的改良方法及系统。即使被去层的区域内的材料或结构在该区域的不同部分导致不均匀的铣削速率，本公开内容的实施方式也可用于创建此样品的准确的三维图像。虽然本公开内容的实施方式可用于对形成在多种不同类型样品上的结构进行去层，但一些实施方式对在作为半导体晶片或类似样本的样品中进行去层尤其有用。

2、在一些实施方式中，提供了一种评估样品的感兴趣区域的方法。该方法可包括：将样品定位在评估工具的真空腔室内，该评估工具包括扫描电子显微镜(sem)柱和聚焦离子束(fib)柱；通过交替使用来自fib柱的带电粒子束将感兴趣区域去层和使用sem柱对感兴趣区域的表面成像的序列来获取感兴趣区域的多个二维图像；以及通过将多个二维图像以其被获取的次序堆叠在彼此之上来产生表示感兴趣区域的初始三维数据立方体。

3、本文所述的实施方式的各种实施可包括以下特征的一者或多者。该方法可进一步包括估计初始三维数据立方体内的失真和/或应用逆变换来校正所估计的失真，从而创建其中失真被消除或减少的更新的三维数据立方体。在某些情况下，估计失真可包括将在初始数据立方体中测量的几何结构与真实数据(ground truth)几何结构进行比较。在一些情况下，估计失真可包括识别初始数据立方体内已知具有不同铣削速率的不同材料的位置，以及基于不同材料的所识别的位置及已知的不同铣削速率来估计初始三维数据立方体内的失真。在一些情况下，应用逆变换来校正所估计的失真可包括将互易失真(reciprocaldistortion)应用于基于不同材料的位置和不同铣削速率计算的初始数据立方体。该方法可进一步包括将初始数据立方体分割成多个均匀区域；对多个均匀区域中的每一区域进行化学成分测量；和/或将化学成分测量结果添加至初始三维数据立方体。在一些情况下，可通过对在获取步骤期间采集的样品的去层切片的选定子集进行化学成分测量，来对多个均匀区域中的每一区域单独地执行化学成分测量。在某些情况下，每一区域的化学成分可通过平均化每一区域的edx成分测量值来确定。该方法可进一步包括在产生初始三维数据立方体之前将多个二维图像彼此对齐。该方法可进一步包括通过计算与横截面和数据立方体的交叉相对应的点并在被计算的点中对数据立方体进行采样，来在预定位置和方向创建虚拟的横截面。感兴趣区域可包括第一子区域及与第一子区域相邻的第二子区域。第一子区域中的几何形状和/或材料可不同于第二子区域中的几何形状和/或材料，以使得第一子区域具有第一铣削速率并且第二子区域具有与第一铣削速率不同的第二铣削速率。

4、提供了一些涉及储存用于评估样品的感兴趣区域的指令的非暂时性计算机可读介质的实施方式。例如，通过：将样品定位在评估工具的真空腔室内，该评估工具包括扫描电子显微镜(sem)柱和聚焦离子束(fib)柱；通过交替使用来自fib柱的带电粒子束将感兴趣区域去层和使用sem柱对感兴趣区域的表面成像的序列来获取感兴趣区域的多个二维图像；以及通过将多个二维图像以其被获取的次序堆叠在彼此之上来产生表示感兴趣区域的初始三维数据立方体。

5、一些实施方式涉及用于根据上文或本文所述的任何方法对样品的区域进行x射线光谱表面材料分析的系统。例如，该系统可包括：真空腔室；被配置为在样品评估过程期间将样品保持在真空腔室内的样品支撑件；被配置为将带电粒子束引导至真空腔室中朝向样品的聚焦离子束(fib)柱；被配置以将带电粒子束引导至真空腔室中朝向样品的扫描电子显微镜(sem)柱；及处理器和耦合至处理器的存储器。该存储器可包括多个计算机可读指令，当这些指令由处理器执行时，使得系统进行以下操作：将样品定位在评估工具的真空腔室内，该评估工具包括扫描电子显微镜(sem)柱和聚焦离子束(fib)柱；通过交替使用来自fib柱的带电粒子束将感兴趣区域去层和使用sem柱对感兴趣区域的表面成像的序列来获取感兴趣区域的多个二维图像；以及通过将多个二维图像以其被获取的次序堆叠在彼此之上来产生表示感兴趣区域的初始三维数据立方体。

6、为了更好地理解本公开内容的性质及优点，应参考以下描述及附图。然而，应理解，每一附图仅是提供用于说明的目的，并且并不意欲作为本公开内容范围的限制的定义。此外，作为一般规则，且除非从说明书中看出明显相反的情况，当在不同附图中的元件使用相同附图标记的情况下，这些元件通常是相同的或至少在功能或用途上相似。