晶片中检查体积的截面成像方法与流程

1.本发明涉及通过对集成电路进行截面测量的三维电路图案检查和测量技术。更具体地说，本发明涉及一种通过对在包括集成电路的半导体晶片的测量位置处的检查体积进行截面测量(cross sectioning)的三维电路图案检查技术，并且更具体地说，涉及一种用于在半导体晶片的测量位置处获得检查体积的3d体积图像的方法、计算机程序产品和对应的半导体检查设备。该方法采用在倾斜角度下将截面表面铣削到晶片的检查体积中，并用带电粒子成像显微镜对倾斜截面表面进行成像。该方法、计算机程序产品和设备可用于半导体晶片内集成电路的定量计量、缺陷检测、过程监控、缺陷审查和检查。


背景技术：

2.半导体结构是最精细的人造结构之一，并且仅存在极少数缺陷。这些罕见的缺陷是缺陷检测或缺陷审查或定量计量设备正在寻找的特征。制造的半导体结构基于现有知识。半导体结构由平行于衬底的层的序列制成。例如，在逻辑型样品中，金属线在金属层或har(高纵横比)结构中平行延伸，并且金属通孔垂直于金属层延伸。不同层中的金属线之间的角度为0
°
或90
°
。另一方面，对于vnand型结构，已知它们的截面平均是圆形的。
3.在集成电路的制造中，特征尺寸变得越来越小。当前的最小特征尺寸或临界尺寸低于10nm，例如7nm或5nm，并且在不久的将来接近低于3nm。因此，测量图案的边缘形状，并以高精度确定特征的尺寸或线边缘粗糙度变得具有挑战性。图案的边缘形状或线的粗糙度受到多种影响。一般来说，线或图案的边缘形状可能受所涉及的材料本身的特性、光刻曝光或任何其它所涉及的工艺步骤(例如蚀刻、沉积或植入)的影响。带电粒子系统的测量分辨率通常受到单个图像点的采样光栅或样品上每个像素的停留时间以及带电粒子束直径的限制。采样光栅分辨率可以在成像系统内设置，并且可以适应样品上的带电粒子束直径。典型的光栅分辨率为2nm或更低，但是光栅分辨率极限可以降低而没有物理限制。带电粒子束直径具有有限的尺寸，这取决于带电粒子束操作条件和透镜。光束分辨率受到光束直径大约一半的限制。分辨率可以低于2nm，例如甚至低于1nm。
4.随着集成半导体电路的特征尺寸越来越小，以及对带电粒子成像系统分辨率的要求越来越高，晶片中集成半导体电路的检查和3d分析变得越来越具有挑战性。半导体晶片具有300mm的直径，并且由多个的几个位置(所谓的管芯)构成，每个位置包括至少一个集成电路图案，例如用于存储器芯片或处理器芯片。半导体晶片经过大约1000个工艺步骤，并且在半导体晶片内，形成大约100个和更多的平行层，包括晶体管层、线中间的层和互连层，并且在存储器设备中，形成存储器单元的3d阵列。
5.从纳米级半导体样品生成3d断层扫描数据的常用方法是所谓的切片和图像方法，例如通过双光束设备进行详细说明。在这样的装置中，两个粒子光学系统以一定角度布置。第一粒子光学系统可以是扫描电子显微镜(sem)。第二粒子光学系统可以是使用例如镓(ga)离子的聚焦离子束光学系统(fib)。镓离子的聚焦离子束(fib)用于一片一片地切断半导体样品边缘的层，并且使用扫描电子显微镜(sem)对每个截面进行成像。两个粒子光学系
统可以垂直或者以45
°
和90
°
之间的角度定向。图1示出了切片和图像方法的示意图：使用fib光学柱50，在z方向上具有聚焦离子束51，并且在y-z平面上扫描，从穿过半导体样品10的截面中移除薄层，以显示新的前表面52作为截面表面52。在下一步骤中，例如sem 40用于截面表面52的前表面的扫描成像。在该示例中，sem光轴42平行于x方向定向，并且通过在y-z平面中沿着扫描成像线46扫描电子束44来生成图像。在执行截面表面52的光栅扫描之后，形成截面图像切片100.1。通过通过例如前截面表面53和54重复fib铣削和sem成像的这种方法，获得了具有距离d的截面图像切片100.2和100.3。最后，获得通过不同深度的样品的2d截面图像1000的序列。两个后续图像切片之间的距离d可以在1nm和几十nm之间，例如30nm。根据这些2d截面图像1000的序列，可以重建集成半导体结构的3d图像。
6.图1示出了在块状集成半导体样品10的示例中的切片和图像方法，该样品通过已知技术从半导体晶片上移除。基准在块状样品的顶部形成。在所谓的基准的帮助下，导出每个切片的横向位置以及层与层之间的距离是一种常用方法。us 9,633,819 b2公开了一种基于曝光于样品顶部的导向结构(“基准”)的对准方法。us 7,348,556描述了一种表面上的对准标记，用于从连续图像切片的序列中确定三维表面粗糙度。
7.现有技术的常见切片和图像方法不适用于晶片内部的检查体积。使用常见切片和成像方法，需要从半导体晶片中移除或提取样品，然后才能执行切片和图像方法来获取样品的3d体积图像。因此，任务是提供一种适用于晶片中检查体积的3d体积图像生成而不移除样品的切片和图像方法。
8.us 7,438,556示出了一种利用双光束fib/sem工具确定线边缘或表面粗糙度的方法。通过垂直于样品表面的fib铣削生成一系列截面表面。在大约10nm或更大的切片距离处生成截面的序列。在顶表面上应用基准来确定截面的横向位置。sem倾斜于样品表面的法线，并且用于形成截面图像的序列。根据每个截面图像，确定在平行于晶片表面的方向上的特征的临界尺寸(cd)。从cd确定特征的线边缘粗糙度，其中在每个截面图像中，参考基准确定特征的边缘。垂直于样品表面的边缘位置是参照sem的已知角度和基准确定的。因此，不可能精确确定特征的深度。因此，所提出的方法限于平行于样品表面的半导体特征的1d测量。特别地，所提出的方法没有提供精确确定晶片表面下方的半导体特征的深度的手段。
9.为了分析重复性的和深的半导体特征，例如存储器设备的har结构，提出了在用于铣削的fib光束的具有小倾角的单楔形切割几何形状下进行切片和成像。例如，us 9,466,537示出了一种检查具有模塑层的半导体设备的方法。通过以倾斜角度铣削入模塑层，形成穿过模塑层的倾斜截面表面。为了获得期望的倾斜角度，在铣削步骤和成像步骤之间倾斜保持正在研究的样品的载物台。分析切割或截面表面的所获得的图像，并且例如相对于用作参考的选定的半导体特征导出半导体特征的中心位置。据称，从这种分析中，可以导出制造工艺中的工艺偏差。然而，事实证明，对单个切口或截面的分析，以及利用感兴趣的特征作为参考，具有有限的精度，并且不能提供监控制造工艺所需的信息。此外，在铣削和成像之间倾斜载物台的要求对于高吞吐量的检查任务来说是不切实际的。
10.us 10,026,590公开了一种检查感兴趣特征的类似方法，通过以掠射角将单个截面表面铣削到样品中，并且虚拟特征由不同深度的不同感兴趣特征的截面构成。根据特征的截面到沟槽的边缘的横向距离来确定深度。通过附加的铣削操作，可以提高虚拟特征的深度分辨率。为了监控铣削操作，提出了垂直于fib光束的对准基准。然而，事实证明，在非
常小的掠射角下进行铣削是不可能的，或者会导致铣削操作的不精确结果，并且从很少的截面中导出虚拟特征的精度有限，并且不能提供监控制造工艺所需的信息。此外，从沟槽或切口的边缘确定深度是不准确的，并且在垂直于fib光束的表面处应用基准是困难且耗时的过程。
11.随着半导体设备的多层堆叠体的各个层的厚度的减小，将截面表面铣削到晶片的检查体积中所需的倾斜角变得越来越小，例如低于5
°
甚至低于3
°
。在us 9941096 bb中描述了这样一种方法。然而，在实际安装中不可能达到如此小的倾斜角。以例如低于15
°
的非常小的角度将截面表面铣削到多层结构的深度约为5m或更大的深半导体结构中，需要在铣削光束的方向上用fib在较大长度上铣削非常大的表面，延伸超过40μm甚至100μm，以获得更深的结构。铣削如此大的表面是耗时的，并且表面质量随着层的加深而急剧下降。此外，大截面表面超过了10μm到20μm之间的典型高分辨率带电粒子成像设备的视场，并且大截面表面的成像需要图像拼接。us10184790提出了一种图像拼接的方法，以形成倾斜表面的2d图像，其中通过样品的横向移动获得一系列sem图像，并将图像拼接在一起以形成倾斜表面的单个2d图像。参考沟槽的边缘测量深度，在一个sem图像中可见。因此，深度确定是不准确的。获得的2d信息和有限的精度不足以满足最近的要求。因此，本发明的任务是提供一种用于3d体积图像生成的晶片检查工具和方法，包括高质量的深层结构的成像。
12.us 2009 296073描述了一种通过铣削基本平行于晶片表面的表面来分析半导体特征的方法。然而，还不清楚如何通过使用fib进行铣削而不从晶片上移除样品，从而获得与晶片表面平行或者甚至是低于5
°
或10
°
的非常小的角度的足够精度的表面。
13.最近的发展要求在相当高的吞吐量下具有更高的精度，包括精确确定晶片表面下方半导体特征的深度。因此，任务是提供一种适用于晶片中检查体积的3d体积图像生成而不移除样品的切片和图像方法。必须以高精度确定晶片的检查体积中的特征的深度。因此，任务是提供一种适用于晶片中体积的3d体积图像生成的切片和图像方法，该方法在深度上具有高分辨率并且无需移除样品。本发明的另一个任务是提供一种晶片缺陷检查设备和方法，其能够在晶片的检查体积中检查缺陷而无需从晶片上移除样品。
14.最近，半导体电路的进一步集成的趋势导致在硅晶片中或硅晶片上形成交替层的更高堆叠体。当前的存储器芯片包括多达一百多个不同的层，例如92层。大约100层的堆叠体达到6μm以上的厚度高度，并且当前和未来的堆叠体高度将达到10μm。随着堆叠体高度的增加，对于晶片中的检查体积，深层结构的成像变得越来越具有挑战性。因此，任务是提供一种用于3d体积图像生成的晶片检查工具和方法，包括在不破坏晶片的情况下对深层结构进行成像。
15.除了增加深度之外，每层的厚度变得越来越小。对于检查任务，期望通过一个单层中的多个har结构(例如字线或隔离层)获得截面图像。因此，任务是提供一种用于3d体积图像生成的晶片检查工具和方法，用于通过单层中的har结构生成截面，而无需从晶片上移除样品。
16.随着深度的增加，用带电粒子成像光束对大深度延伸的检查体积的截面表面进行成像变得越来越具有挑战性。因此，任务是提供一种用于3d体积图像生成的双光束设备和方法，用于检查在晶片内具有大深度延伸的检查体积。
17.用于在线检查的典型晶片检查任务需要非常高的吞吐量。因此，本发明的另一个
任务是以高吞吐量在晶片中制造的半导体设备中提供3d体积检查。
18.通过在本发明的实施例中给出的示例所描述的本发明来解决这些任务。


技术实现要素：

19.本发明的目的是提供一种利用双光束设备对晶片中的检查体积进行3d检查的方法，以及一种被配置用于检查晶片中的检查体积的双光束设备，而不需要从晶片中提取或移除检查体积。本发明的另一个目的是提供一种具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码用于使用双光束设备执行对晶片中的检查体积进行3d检查的方法。根据实施例的晶片中的检查体积的3d检查是以楔形切割几何形状执行。楔形切割几何形状使得能够在不破坏晶片或不从晶片中提取样品体积的情况下，研究横向延伸约10μm-15μm以及晶片内深度延伸达10μm或更多的检查体积。楔形切割几何形状下的切片和成像方法能够以低于5nm，优选低于2nm，甚至更优选低于1nm的高横向分辨率生成晶片的整个检查体积的3d表示或3d体积图像。对于整个检查体积，提供用于3d检查的3d体积图像。
20.本发明提供了一种双光束设备和一种通过集成电路的截面测量和3d体积图像数据生成而不需要从晶片移除样品的3d测量方法。特别地，提供了一种双光束设备和一种晶片检查方法，其具有在晶片表面下的大深度延伸的检查体积的高分辨率。本发明提供了一种3d测量方法，用于在不从晶片上移除样品的情况下对晶片内部的检查体积进行三维电路图案检查。更具体地，本发明涉及一种通过对包括集成电路的半导体晶片的测量位置处的检查体积进行截面测量的三维电路图案检查技术，并且更具体地，涉及一种用于在不从晶片移除样品的情况下获得半导体晶片的测量位置处的检查体积的3d体积图像的方法、计算机程序产品和对应的半导体检查设备。该方法通过利用第二截面图像特征采用第一截面图像特征的深度确定。多个第二截面图像特征对应于集成电路中的层中的结构，或者通常对应于已知或预定深度的结构。在示例中，第一截面的深度确定是关于多个第二截面图像特征的相对深度确定。在获取和对准至少一个截面图像切片和深度确定第一截面图像特征之后，评估晶片的测量位置处的检查体积，例如晶片的制造误差。分析制造误差，并且例如执行制造晶片的故障分析。在示例中，分析制造误差，并且例如改进用于制造晶片的特定制造工艺步骤。该方法、计算机程序产品和设备可用于半导体晶片内的集成电路的定量计量、缺陷检测、工艺监控、缺陷检查和检查。
21.根据本发明的实施例，一种利用第一双光束设备对晶片中的至少第一检查体积进行晶片检查的方法，包括将晶片装载到双光束设备中的晶片支撑台上的步骤，该双光束设备至少包括fib柱和带电粒子成像设备，其中fib柱的第一光轴与晶片支撑台的表面形成倾斜角gf，并且带电粒子成像设备的第二光轴与晶片支撑台的表面的法线形成角度ge，第一和第二光轴形成交点。晶片检查方法还包括移动晶片支撑台以使晶片上的第一测量位置与双光束设备的交点重合并在第一检查体积中用fib柱以倾斜角gf铣削第一截面表面的步骤。晶片检查方法还包括用带电粒子成像设备生成第一截面表面的第一截面图像切片。晶片检查的方法还包括在第一检查体积中获得多个第一半导体特征的性能指标的步骤，该步骤包括利用关于多个第一半导体特征的先验信息分析至少一个第一截面图像切片的步骤。在示例中，第一半导体特征是通孔、har结构或har通道中的一个，并且分析步骤包括图像处理步骤，以提取表示多个第一半导体特征在倾斜角gf处的截面的多个第一截面图像特征，
并且图像处理包括特征提取、边缘检测、图案识别或像素插值中的至少一种。在示例中，获得性能指标的步骤还包括从多个第一截面图像特征中的至少一个计算第一半导体特征的至少一个描述性参数的步骤，其中该描述性参数是尺寸、直径、角度、面积、形状或体积中的一个。在示例中，获得性能指标的步骤还包括计算多个第一半导体特征的至少一个描述性参数的平均值或统计偏差之一的步骤。在示例中，分析步骤还包括生成第一截面图像切片的深度图z(x，y)。在示例中，生成深度图的步骤还包括确定第一截面图像切片中的至少两个第二截面图像特征，并且从至少两个第二截面图像特征的横向位置确定深度图z(x，y)。至少两个第二截面图像特征可以表示在检查体积内不同深度的集成半导体结构或特征。多个第一半导体特征可以在垂直于晶片表面的方向上延伸，并且第二截面图像特征可以包括在平行于晶片表面的方向上延伸的半导体结构的截面。在示例中，第二截面图像特征至少包括隔离线或层、金属线或层、半导体线或层之一的截面。获得性能指标的步骤可以进一步包括从多个第一截面图像特征的横向位置导出多个第一半导体特征的倾斜角偏差，该倾斜角偏差是第一半导体特征相对于垂直于晶片表面的轴的角度。
22.在示例中，晶片检查的方法还包括从以倾斜角gf和深度图z(x，y)布置的多个第一截面图像特征中导出第一多个半导体特征的3d表示的步骤。
23.在示例中，分析步骤还包括将第一截面图像切片与通过参考晶片或管芯的检查体积的2d数字图像切片进行比较。2d数字图像切片可以是在参考晶片或管芯的先前测量中获得并存储在存储器中的截面图像切片。在示例中，2d数字图像切片是虚拟截面图像切片，并且其中虚拟截面图像切片是从存储在存储器中的3d体积图像数据生成的。在示例中，3d体积图像数据在参考晶片或管芯的检查体积的先前切片和图像测量中获得，并存储在存储器中。在示例中，利用包括至少第二fib柱和第二带电粒子成像设备的第二双光束设备来执行先前的切片和图像测量。在示例中，先前的切片和图像测量由第一双光束设备执行。
24.在示例中，晶片检查的方法还包括：
25.‑‑
移动晶片支撑台以使晶片的第二测量位置与第一双光束设备的交点重合，
26.‑‑
用fib柱在第二检查体积中以倾斜角gf铣削第二截面表面，
27.‑‑
用带电粒子成像设备生成第二截面表面的第二截面图像切片，
28.‑‑
通过用关于多个第一半导体特征的先验信息分析第一和第二截面图像切片，获得第一和第二检查体积中的多个第一半导体特征的性能指标。
29.在示例中，在第一检查体积中的第一截面表面的铣削和第二检查体积中的第二截面表面的铣削之间，晶片支撑台相对于垂直于晶片支撑表面的轴旋转，并且导出多个第一半导体特征的倾斜角偏差的步骤可以包括第一和第二截面图像切片的分析。
30.本发明还提供了一种晶片缺陷检查设备，其中该晶片缺陷检查设备被配置为检查晶片中的检查体积，而该检查体积不是从晶片中提取的，该设备包括：
31.‑‑
聚焦离子束(fib)柱，被配置用于通过晶片中的第一检查体积以倾斜角gf铣削和曝光至少第一截面表面；
32.‑‑
带电粒子成像设备，被配置用于对所述至少第一截面表面进行成像，以形成第一截面图像切片；
33.‑‑
安装有软件代码的图像处理单元，被配置为确定至少第一截面图像切片中的多个截面图像特征，并确定检查体积内的多个截面特征的深度，多个截面图像特征是检查体
积内倾斜角gf的半导体结构的截面；
34.‑‑
缺陷检测单元，被配置为从多个截面图像特征中确定检查体积内半导体结构的预定特性的偏差。在示例中，安装有软件代码的图像处理单元还被配置用于从以倾斜角gf布置的多个第一截面图像特征计算多个第一半导体结构的3d表示。在示例中，晶片缺陷检查设备还包括用于存储先验信息的存储器。存储器设备可以是控制单元的部分或者是控制单元的图像处理单元的部分。
35.根据本发明的实施例，用双光束设备检查晶片中检查体积的方法包括以下步骤：将晶片装载在双带电粒子束工具中的晶片支撑台上，并移动晶片支撑台以使晶片的第一测量位置与fib和带电粒子成像设备的光轴的交点重合。该方法还包括获得n个截面图像切片的序列或多个n个截面图像切片的步骤，该多个n个截面图像切片至少包括检查体积中的第一截面图像切片和第二截面图像切片。截面图像切片的数量n至少为n＝10，优选n》100，例如n约为300或更多，例如n》1000。多个截面图像切片是通过随后通过用fib柱近似以角度gf铣削到检查体积中来曝光检查体积中的多个n个截面表面并且用带电粒子成像设备对多个n个截面表面中的每一个进行成像，以获得多个截面图像切片而获得的。多个截面表面包括至少第一和第二截面表面。多个截面图像切片包括至少第一和第二截面图像切片。该方法还包括在第一和第二截面图像切片中确定至少一个第一截面图像特征，并且在第一和第二截面图像切片中确定至少一个第二截面图像特征；以及从第一截面图像切片中的至少一个第二截面图像特征的横向位置确定第一截面图像切片中的至少一个第一截面图像特征的深度。在示例中，在获得检查体积中的n个截面图像切片的序列的步骤期间，晶片不移动。
36.此外，检查晶片中检查体积的方法还可选地包括执行第一和第二截面图像切片与至少一个公共截面图像特征的相互横向对准的步骤。在示例中，公共截面图像特征是存在于第一和第二截面图像切片中的第一截面图像特征。在另一个示例中，公共截面图像特征是在检查体积附近提供或存在的对准特征的图像段。通过对至少第一和第二截面图像切片之间的图像失真偏差进行减法或数值补偿来可选地进一步改进相互横向图像对准的步骤。
37.根据检查晶片中的检查体积的方法的实施例，确定第一截面图像切片中的第一截面图像特征的深度，并且通过利用几个步骤的算法导出检查体积的3d体积图像。第一步骤是截面图像特征检测和分类，其检测截面图像特征并将其分类为第一截面图像特征和第二截面图像特征。第二步骤是从多个截面图像切片中的第二截面图像特征生成深度图。第三步骤是基于深度图确定每个第一截面图像特征的深度。第四步骤是生成检查体积中感兴趣的半导体结构的3d体积图像。第五步骤是导出3d体积图像中感兴趣的半导体结构的集成电路特征或特性。第六步骤是导出3d体积图像中感兴趣的半导体结构的集成电路特征或特性的缺陷。在检查晶片中的检查体积的方法的示例中，用于铣削多个截面表面的fib光束的倾斜角gf是可调的。随着倾斜角gf的改变，检查体积的覆盖深度范围也改变。在检查晶片中的检查体积的方法的示例中，后续截面表面之间的距离是可调的。在示例中，对于截面图像表面的至少一些距离，多个截面表面之间的距离被调整为不同。通过调整距离，检查体积的3d体积图像的吞吐量和分辨率被完全或局部调整到晶片检查任务的需要。
38.根据检查晶片中检查体积的方法的实施例，确定深度图或深度的步骤包括确定第二截面图像特征的横向位置。从第一截面图像切片中的第二截面图像特征的第一位置和第二截面图像切片中的第二截面图像特征的第二位置的横向差，确定第一截面图像切片中的
第一截面图像特征的深度图或深度。经由第二截面图像特征的深度确定不利用第一截面图像特征，第一截面图像特征表示例如存储器设备的har通道。以高精度确定第一截面图像特征和由第一截面图像特征表示的半导体结构的制造中的误差，例如在检查体积内的整个三维har结构。在检查晶片中的检查体积的方法的示例中，以高精度和低模糊性地确定相对于晶片表面的倾斜或摆动，或者har结构制造中的对准误差，或者存储器堆叠定向。在检查晶片中的检查体积的方法的示例中，在整个晶片的检查体积中的多个深度中研究和比较har结构。
39.根据检查晶片中检查体积的方法的实施例，在第一截面图像切片中确定两个第二截面图像特征的位置，其中每个第二截面图像特征表示检查体积内预定深度处的集成半导体结构。在示例中，确定第一截面图像切片中的第一截面图像特征的深度或第一截面图像切片的深度图的步骤是从两个第二截面图像特征的横向位置确定的。
40.在检查晶片中的检查体积的方法的实施例中，该方法包括形成至少一个对准特征的进一步步骤。该至少一个对准特征在检查体积附近形成或暴露。对准特征被配置用于多个截面图像切片的相互横向对准，包括第一和第二截面图像切片。在实施例中，对准特征被制造在检查体积上方，并且被配置用于确定由截面表面与晶片表面的相交形成的边缘的位置。在示例中，在附加沟槽或多个沟槽中的某个深度或多个深度中提供或暴露对准特征，以使得能够在晶片表面之外的检查体积中的不同成像深度中对准。此外，检查晶片中检查体积的方法还可选地包括执行第一和第二截面图像切片与至少一个公共截面图像特征的相互横向对准的步骤。在示例中，公共截面图像特征是存在于第一和第二截面图像切片中的第一截面图像特征。在另一个示例中，公共截面图像特征是在检查体积附近提供或存在的对准特征的图像段。通过对至少第一和第二截面图像切片之间的图像失真偏差进行减法或数值补偿来可选地进一步改进相互横向图像对准的步骤。
41.根据本发明的实施例，n个截面图像切片的序列至少包括检查体积的第一截面图像切片和第二截面图像切片，其中与第二截面表面相比，第一截面图像表面在垂直于fib光束的方向上以更大的延伸被铣削，使得在形成第二截面表面之后，保留第一截面表面的平行表面段。至少一个对准特征可以形成在第一截面表面的平行表面段上并且在第二截面表面附近，用于第一和第二截面图像切片的第一相互横向对准。
42.根据本发明的实施例，获得了晶片表面下方的检查体积的多个截面图像切片的精确对准。第一和第二截面图像切片的第一粗略对准例如通过在检查体积附近形成的附加对准特征来执行。利用第一对准，获得第一和第二截面图像切片中的截面图像特征的映射。第一和第二截面图像切片的第二精确对准是利用晶片表面下方的检查体积内的半导体结构的截面图像特征，并且实现了精度低于5nm、3nm或者甚至低于2nm的相互位置精度。在示例中，第二精确对准包括计算第一截面图像切片和第二截面图像切片之间的第一截面图像特征的第一位移δy
′
ch
，计算第一截面图像切片和第二截面图像切片之间的第二截面图像特征的第二位移δy
′
wl
，确定第一和第二截面图像切片之间的距离d，以及确定第一和第二截面图像切片之间的相互横向位移矢量δy
′
。因此，通过这种两步对准过程，避免了配准误差，并且可以实现精确对准。
43.在检查晶片中的检查体积的方法的示例中，获得n个截面图像切片的序列的步骤包括获取多个横向位移的图像段和拼接多个横向位移的图像段以形成截面图像切片。在示
例中，带电粒子成像显微镜的多个图像段的获取包括针对多个图像段的至少一个子集改变带电粒子成像设备的焦点位置。因此，即使检查体积在垂直于晶片表面的方向上具有大的延伸，也能保持高分辨率成像。
44.在检查晶片中的检查体积的方法的实施例中，应用了扇形束断层扫描方法。在该实施例中，检查体积中的多个n个截面图像切片或n个截面图像切片的序列包括由扫描单元在第一方向上扫描fib柱的聚焦离子束，以通过fib铣削暴露检查体积内的第一截面表面，由扫描单元在垂直于第一方向的第二方向上倾斜聚焦离子束，以及由扫描单元在第一方向上扫描聚焦离子束，以通过fib铣削暴露检查体积内的第二截面表面，使得第一和第二截面表面与晶片表面形成大约倾斜角gf的不同角度。利用扇形束断层扫描方法，多个截面表面与晶片表面形成不同的角度，具有以倾斜角gf为中心的角度扩展gz。在扇形束断层扫描方法中，在获得检查体积中的多个截面图像切片的步骤期间，晶片不移动。
45.在实施例中，楔形切割几何形状中的截面成像方法和检查晶片中的检查体积的方法包括失真补偿。截面图像切片中的图像失真例如由在偏离0
°
的角度ge下的带电粒子成像光束产生，例如对于10
°
或更大的束角。图像失真的其他来源是带电粒子成像设备的图像扫描单元中的误差、带电粒子成像设备的焦点位置的动态变化或者截面表面与平面形状的偏差。与半导体设计的先验知识相比，例如从预定角度ge或从第二截面图像特征确定截面图像切片中的图像失真，并且数字补偿图像失真。
46.本发明的实施例包括生成检查体积的3d体积图像的算法和方法。在第一步骤中，在多个截面图像切片中检测截面图像特征，例如通过本领域中已知的对象检测方法。截面图像特征在特征分类中被进一步分类，并且截面图像特征被分类为第一截面图像特征和第二截面图像特征。在第二步骤中，从表示如上所述的已知或参考深度的特征的第二截面图像特征中为每个截面图像切片生成深度图。深度图可以是以nm为单位的绝对深度图，或者是相对于由第二集成半导体特征(例如构成集成电路的特定层或多个平面层中的特征)的相对深度给定的参考缩放的相对深度图。在第三步骤中，基于深度图确定每个第一截面图像特征的深度。第四步骤是生成检查体积的3d体积图像，包括来自多个截面图像切片的每一个的多个深度图的多个第一截面图像特征的深度信息。根据深度图连同多个截面图像切片的多个第一截面图像特征，例如通过虚拟截面图像切片的投影和插值来生成检查体积的3d体积图像。第五步骤是导出3d体积图像中感兴趣的集成电路结构的特性，例如har结构的特征或特性，例如倾斜角或摆动。第六步骤是导出3d体积图像中集成电路特征或特性的缺陷。在示例中，集成电路特征偏离其横向设计位置或偏离晶片表面以外的深度位置，对应于例如har结构的制造误差。制造误差的检测是晶片缺陷检查的一个特别感兴趣的方面。利用通过第二截面图像特征确定第一截面图像特征的深度的方法，能够以高精度确定har结构的制造误差，包括全局偏移误差，如所有har结构的全局横向偏移。
47.在实施例中，提供了一种从截面图像切片的集合中获得虚拟截面图像或虚拟截面图像的序列的方法，每个虚拟图像切片包括多个虚拟截面图像像素。该方法包括以下步骤：通过以倾斜角gf将n个截面表面的序列交替成像和铣削到晶片内部的检查体积中，获得n个截面图像切片的序列的步骤；以及确定第一半导体特征的第一定向方向的步骤，第一半导体特征在n个截面图像切片的序列中形成第一多个第一截面图像特征。获得虚拟截面图像或虚拟截面图像的序列的方法还包括计算垂直于第一定向方向的虚拟截面图像的步骤，其
中对于每个虚拟截面图像像素，通过n个截面图像切片的序列的至少一个截面图像切片的子集在第一定向方向上的投影和通过来自至少一个截面图像切片的子集的投影的像素值的插值来计算像素值。在获得至少一个虚拟截面图像的方法中，截面图像切片的数量n至少为n＝10，优选n》100，例如n约为1000或更大。
48.在获得至少一个虚拟截面图像的方法的示例中，对于每个虚拟截面图像像素，通过评估n个截面图像切片的序列的每个截面图像切片在第一定向方向上到虚拟截面图像像素的距离并选择具有最小距离的至少第一截面图像切片来选择至少一个截面图像切片的子集。在示例中，相应地选择至少一个截面图像切片的子集的第二截面图像切片作为具有第二最小距离的截面图像切片。在进一步的示例中，按照在第一定向方向上到虚拟截面图像像素的距离增加的序列，选择至少一个截面图像切片的子集的另外的截面图像切片。
49.在获得至少一个虚拟截面图像的方法的实施例中，投影至少一个截面图像切片的子集和从至少一个截面图像切片的子集的投影中插值像素值的步骤包括对第一多个第一截面图像特征的至少一个子集进行投影和插值以在虚拟图像切片中形成第三多个第一截面图像特征。在示例中，投影和插值的步骤与特征提取、阈值化操作、轮廓插值或基于模型的插值中的至少一种相结合。通过特征提取、阈值化操作或轮廓插值或基于模型的插值，在至少一个截面图像切片的子集中检测第一截面图像特征，并且以高精度插值虚拟图像切片中的第三多个第一截面图像特征。
50.在获得至少一个虚拟截面图像的方法的实施例中，该方法还包括为n个截面图像切片的序列中的每一个生成深度图z(x,y；n)的步骤，其中对于n个截面图像切片中的每一个，索引n＝1
…
n。在示例中，具有索引n＝1
…
n的截面图像切片中的每一个的深度图z(x,y；n)是从多个第二截面图像特征生成的，多个第二截面图像特征表示穿过在第二定向方向上定向的第二半导体特征的截面，第二定向方向垂直于第一定向方向。在示例中，具有索引n＝1
…
n的每个截面图像切片的深度图z(x,y；n)是通过从截面图像切片中的至少两个第二截面图像特征的横向位置确定截面图像切片中的第一截面图像特征的深度而生成的。
51.在示例中，生成虚拟截面图像的深度图zv(x,y)。根据深度图zv(x,y)和具有索引n＝1
…
n的、n个截面图像切片中的每一个的多个深度图z(x,y；n)，通过评估每个截面图像切片的每个深度图z(x,y；n)与虚拟截面图像像素的深度图zv(x,y)在第一定向方向上的距离并选择具有最小距离的至少第一截面图像切片，来选择至少一个截面图像切片的子集。
52.在示例中，相应地选择至少一个截面图像切片的子集的第二截面图像切片作为具有第二最小距离的截面图像切片。在进一步的示例中，按照在第一定向方向上到虚拟截面图像像素的距离增加的序列，选择至少一个截面图像切片的子集的另外的截面图像切片。
53.在获得至少一个虚拟截面图像的方法的实施例中，第一半导体特征包括晶片的检查体积内的集成半导体电路的通孔、har结构或har通道中的至少一个。第二半导体特征包括隔离线或层、金属线或层或字线、或者晶片的检查体积内的集成半导体电路的半导体线或层中的至少一个。该方法还包括在n个截面图像切片的序列的每一个中确定至少一个第一截面图像特征以及在n个截面图像切片的序列的每一个中确定至少一个第二截面图像特征的步骤。
54.在获得至少一个虚拟截面图像的方法的实施例中，第一定向方向是垂直于晶片表面的z方向，并且虚拟截面图像切片是在平行于晶片表面的平面中在晶片表面下方的深度
zv处计算的。在获得至少一个虚拟截面图像的方法的实施例中，对于每个虚拟截面图像像素坐标(x，y)，至少一个截面图像切片的子集通过选择与深度zv的距离最小的至少第m个截面图像切片来确定，使得距离zrv(m)＝z(x,y；m)
–
zv是具有索引n＝1
…
n的所有深度图z(x,y；n)的最小值。在示例中，至少一个截面图像切片的子集的第二和另外的截面图像切片按照在z方向上到虚拟截面图像像素的距离zrv(n)增加的序列被选择。在示例中，根据平行于晶片表面的层的深度来调整深度zv，其中这些层由在平行于晶片表面的第二定向方向上定向的第二半导体特征形成。在示例中，在两个相邻金属层或字线之间的隔离层中的深度zv1处计算第一虚拟截面图像切片。在示例中，在字线的金属层内的深度zv2处计算第二虚拟截面图像切片。
55.在获得至少一个虚拟截面图像的方法的实施例中，用于获取n个截面图像切片的序列的带电粒子束成像系统的光轴垂直于晶片表面定向，使得对于光轴和垂直于晶片表面的z轴之间的角度ge，角度ge＝0
°
。在示例中，带电粒子成像设备是氦离子显微镜(him)。
56.在获得至少一个虚拟截面图像的方法的实施例中，该方法还包括在检查体积附近形成被配置用于形成至少一个公共截面图像特征以用于相互横向对准的至少一个对准特征的步骤，以及对具有至少一个公共截面图像特征的n个截面图像切片的序列中的每一个执行相互横向对准的步骤。在示例中，相互横向图像对准的步骤包括减去图像失真偏差。
57.获得至少一个虚拟截面图像的方法还包括以下步骤：将晶片装载在双光束设备中的晶片支撑台上，该双光束设备至少包括fib柱和带电粒子成像设备，其中fib柱的第一光轴与晶片支撑台的表面形成倾斜角gf，并且带电粒子成像设备的第二光轴与晶片支撑台表面的法线形成角度ge，第一和第二光轴形成交点；以及包括移动晶片支撑台以使晶片上的第一测量位置与双光束设备的交点重合的步骤。在示例中，在获得检查体积中的n个截面图像切片的序列的步骤期间，晶片不移动。
58.根据实施例，从截面图像切片的集合中获得至少一个2d虚拟截面图像或2d虚拟截面图像的集合的方法包括以下步骤：
59.‑‑
通过以倾斜角gf将n个截面表面的序列交替成像和铣削到晶片内部的检查体积中，获得n个截面图像切片的序列，
60.‑‑
确定感兴趣的特征或第一半导体结构的第一定向方向，第一半导体特征在n个截面图像切片的序列中形成第一多个第一截面图像特征，
61.‑‑
计算垂直于第一定向方向的虚拟截面图像，每个虚拟图像切片包括多个虚拟截面图像像素，
62.其中，对于每个虚拟截面图像像素，像素值是通过在第一定向方向上投影n个截面图像切片的序列的至少一个截面图像切片的子集，并且通过从截面图像切片的子集的投影插值像素值来计算的。对于每个虚拟截面图像像素，通过计算n个截面图像切片的序列中的每一个在第一定向方向上到虚拟截面图像像素的距离并选择具有最小距离的至少第一截面图像切片来确定至少一个截面图像切片的子集。在示例中，相应地选择至少一个截面图像切片的子集的第二截面图像切片作为具有第二最小距离的截面图像切片。可以相应地按照在第一定向方向上到虚拟截面图像像素的距离增加的序列选择至少一个截面图像切片的子集的另外的截面图像切片。
63.在示例中，获得至少一个2d虚拟截面图像或2d虚拟截面图像的集合的方法包括：
64.‑‑
确定n个截面图像切片的序列的每一个中的至少一个第一截面图像特征；和
65.‑‑
确定n个截面图像切片的序列的每一个中的至少一个第二截面图像特征，并且相对于至少一个第二截面图像特征的深度导出至少一个第一截面图像特征的深度。至少一个第二截面图像特征的深度是先验已知的或者用作参考。在示例和实施例中描述了深度图生成方法的进一步细节。
66.在晶片缺陷检查设备和检查晶片中检查体积的方法的实施例中，带电粒子成像设备是扫描氦离子显微镜。截面表面大约以倾斜角gf暴露，并且大约以倾斜角gf延伸到整个检查体积中的晶片表面。扫描氦离子显微镜提供了必要的焦深，并在截面表面的单次图像扫描中实现高分辨率成像，而无需改变带电粒子成像设备的焦点，即使检查体积在垂直于晶片表面的方向上具有超过2μm的大延伸。
67.通过本发明的实施例，公开了一种用于对晶片中的检查体积进行3d检查的晶片检查方法，其中检查体积不从晶片中提取或移除，并且检查体积具有大于1μm，优选地大于2μm，大于6μm或者甚至10μm的深度范围。该方法包括以下步骤：通过3d检查生成横向分辨率低于2nm、优选低于1nm，或者甚至低于0.5nm的图像，其中在晶片处执行检查体积的3d检查，其中图像是3d图像。该方法还包括用fib柱铣削穿过检查体积的深度范围的至少一个截面表面的步骤。通过在单次图像扫描中用氦离子显微镜获得穿过检查体积的至少一个截面表面的至少一个图像来获得该图像。该方法还包括图像处理，执行特征提取、边缘检测、图案识别或像素插值中的至少一种。该方法还包括计算深度图、3d体积图像或虚拟截面图像之一的步骤。该方法还包括计算半导体特征的尺寸、面积、直径、角度或形状之一的步骤。该方法还包括计算多个半导体特征的平均值、统计偏差之一的步骤。
68.在本发明的实施例中，提供了一种用双光束设备检查晶片的方法。双光束设备包括聚焦离子束柱(fib)和氦离子显微镜(him)，聚焦离子束柱的光轴被布置成与晶片支撑台的支撑表面成30
°
到45
°
之间的角度gf，氦离子显微镜的光轴垂直于支撑表面布置，fib柱的光轴和him形成交点。检查晶片的方法还包括以下步骤：
69.‑‑
用具有晶片支撑台的晶片载物台定位晶片的第一测量位置，该晶片支撑台被配置用于在交点处保持晶片，
70.‑‑
用fib柱近似以角度gf通过第一检查体积铣削第一截面表面，其中在晶片表面下方的深度延伸lz大于1μm，和
71.‑‑
用氦离子显微镜通过单次图像扫描对第一截面表面进行成像，以形成高分辨率截面图像切片。
72.在示例中，第一检查体积具有大于2μm、大于6μm或者甚至10μm的深度范围，并且him被配置用于在以角度gf通过检查体积的截面表面的单次图像扫描中生成横向分辨率低于2nm、优选低于1nm或者甚至低于0.5nm的图像。
73.在本发明的实施例中，公开了一种用双光束设备检查晶片的晶片表面下方的检查体积的方法。该双光束设备包括聚焦离子束柱(fib)和氦离子显微镜(him)，聚焦离子束柱的光轴被布置成与晶片支撑台的支撑表面成超过30
°
的角度gf，氦离子显微镜的光轴被布置成与支撑表面垂直，fib柱的光轴和him形成交点。该方法包括以下步骤：
74.‑‑
将晶片装载在双光束设备中的晶片支撑台上。
75.‑‑
用具有晶片支撑台的晶片载物台定位晶片的第一测量位置，该晶片支撑台被配
置用于在交点处保持晶片，
76.‑‑
用fib柱在检查体积中近似以角度gf交替铣削多个n个截面表面，其中在晶片表面下方的深度延伸lz大于1μm，和
77.‑‑
用氦离子显微镜通过单次图像扫描对每个截面表面进行成像，以形成多个n个高分辨率截面图像切片。
78.在示例中，截面图像切片的数量n至少为n＝10，优选n》100，甚至更优选n为大约1000或更大。在替代示例中，铣削表面的数量n低于50，优选低于20，并且检查体积被分隔成多个b块，这些b块通过检查体积成对角线布置。
79.在示例中，多个n个截面表面的铣削在晶片表面下方具有大于2μm，优选大于6μm，例如10μm的深度延伸lz。在示例中，该方法还包括从多个n个截面图像切片中计算平行于晶片表面的至少虚拟截面图像的步骤。例如，在导电层或字线中计算第一虚拟截面图像，并且在隔离层中计算第二虚拟截面图像。
80.在示例中，该方法还包括执行n个截面图像切片的序列中的每一个与至少一个公共截面图像特征的相互横向对准的步骤。在示例中，该方法包括在检查体积附近形成至少一个对准特征的步骤，该检查体积被配置用于形成至少一个公共截面图像特征，并且执行n个截面图像切片的序列与至少一个公共截面图像特征的相互横向对准。该方法还包括以下步骤：
81.‑‑
为n个截面图像切片的序列中的每一个生成具有索引n＝1
…
n的n个截面图像切片中的每一个的深度图z(x,y；n)；
82.‑‑
确定n个截面图像切片的序列的每一个中的至少一个第二截面图像特征，该至少一个第二截面图像特征表示穿过平行于晶片表面定向的第二半导体特征的截面，其中索引n＝1
…
n的每个截面图像切片的深度图z(x,y；n)是从至少一个第二截面图像特征的横向位置生成的。
83.在实施例中，用于双光束设备的楔形切割几何形状中的截面成像方法被提供有与检查体积相邻的附加沟槽，用于减少碎片。附加沟槽通过在第一方向上的fib铣削来制造，并且包括第一近端沟槽和第二远端沟槽。在制造附加的沟槽之后，将晶片旋转90
°
，并且利用楔形切割几何形状中的截面成像技术来检查该检查体积。在截面表面的铣削期间产生的碎片被收集在远端附加沟槽中。
84.根据实施例的用于在楔形切割几何形状中检查晶片的检查位置处的检查体积的晶片检查设备包括具有晶片支撑台的六轴晶片载物台，该晶片支撑台被配置用于保持晶片，其中晶片表面在晶片支撑台的支撑表面上。晶片检查设备被配置用于检查晶片中的检查体积，而检查体积不是从晶片中提取的，并且包括双光束设备。该双光束设备包括被配置用于近似以相对于晶片表面的倾斜角gf铣削和暴露晶片内部的第一检查体积中的至少第一截面表面的聚焦离子束(fib)柱，以及被配置用于成像的带电粒子成像设备。带电粒子成像设备例如是扫描电子显微镜(sem)或氦离子显微镜(him)，其中fib柱的第一光轴与晶片支撑台的表面形成倾斜角gf，并且带电粒子成像设备的第二光轴与晶片支撑台的表面的法线形成角度ge。双光束设备的柱的第一和第二光轴形成交点。该晶片检查设备还设置有控制单元，该控制单元被配置为执行和控制检查晶片中的检查体积的任何方法。晶片检查设备还包括图像处理单元。控制单元和图像处理单元包括安装有软件代码的处理器和存储
器，其配置为执行本发明的方法，包括上述图像处理步骤和深度图生成步骤。
85.在本发明的实施例中，晶片缺陷检查设备被配置用于铣削和暴露多个截面表面，该多个截面表面包括晶片中的至少第一和第二截面表面。晶片缺陷检查设备还被配置用于对至少第一和第二截面表面成像，以形成第一和第二截面图像切片。晶片缺陷检查设备还包括安装有软件代码的图像处理单元，其被配置成确定至少第一和第二截面图像切片中的截面图像特征，并确定检查体积内的截面特征的深度，截面图像特征是检查体积内的半导体结构的截面。该晶片缺陷检查设备还包括缺陷检测单元，该缺陷检测单元被配置为从截面图像特征确定与检查体积内的半导体结构的预定特性的偏差。
86.在示例中，晶片缺陷检查设备包括用于保持晶片的晶片载物台、被配置用于以相对于晶片表面的倾斜角gf铣削和暴露晶片内部的检查体积中的n个截面表面的序列的聚焦离子束(fib)柱，其中深度延伸超过2μm、以及包括被配置用于利用单次图像扫描对多个n个截面表面进行成像以形成多个n个截面图像切片中的每一个的带电粒子成像设备。晶片缺陷检查设备还包括安装有软件代码的图像处理单元，其被配置为从n个截面图像切片的序列中确定虚拟截面图像，其中虚拟截面图像平行于晶片的表面定向。
87.在示例中，晶片缺陷检查设备还包括：聚焦离子束(fib)柱，其被配置用于在使用期间以相对于晶片的表面的倾斜角gf在晶片内部的检查体积中铣削和暴露n个截面表面的序列；带电粒子成像设备，其被配置用于在使用期间对n个截面表面的序列进行成像，以形成n个截面图像切片的序列；以及安装有软件代码的图像处理单元，其被配置用于在使用期间从n个截面图像切片的序列中确定虚拟截面图像，其中虚拟截面图像平行于晶片表面定向。具有双光束设备的晶片缺陷检查设备包括操作单元和图像处理器，其被配置用于执行从截面图像切片的集合获得虚拟截面图像的方法。
88.在本发明的一些实施例或示例中，带电粒子成像光束是扫描电子束。在另一个示例中，带电粒子成像光束是离子显微镜的离子束，例如氦离子显微镜(him)的氦离子束。通过切片和图像方法利用him实现的分辨率低于1nm，优选低于0.5nm或者甚至更优选0.25nm。him还提供了更高的材料对比度。him还提供高达10微米焦深的大焦深，该焦深与扫描电子束相比非常大，并且尤其大于以优选在30
°
和80
°
之间的铣削角gf铣削到晶片表面中的截面表面的深度范围，该深度范围超过1μm、2μm，或者甚至达到10m。通常，检查体积在晶片表面下的深度延伸lz大于1μm，优选地大于2μm，并且him被配置为具有超过深度延伸lz的焦深(dof)，使得截面图像切片是通过使用him光束的单次图像扫描获得的，无需图像拼接。成像离子束显微镜的其他示例包括其他惰性气体作为离子，例如氖或氦和氖的混合物。
89.在实施例中，用于晶片检查的双光束设备包括(a)用于支撑晶片的晶片载物台，(b)相对于样品支撑载物台的支撑表面以角度gf布置的镓fib柱，其被配置用于以角度gf将至少第一截面表面铣削到晶片中，(c)垂直于晶片载物台的支撑表面布置的氦离子束柱，配置用于通过单次图像扫描生成截面表面的第一截面图像切片，(d)二次电子检测器，配置用于在单次图像扫描期间收集多个二次电子，以及(e)操作单元，配置用于在使用期间操作控制双光束设备。角度gf在30
°
和40
°
之间的fib被配置成将截面表面铣削到晶片表面下方延伸超过1μm、超过2μm或甚至超过6μm的深度范围。操作单元还包括(f)图像处理单元，用于执行特征提取、边缘检测、图案识别或像素插值中的至少一种。图像处理单元还被配置用于计算深度图、3d体积图像或虚拟截面图像之一。操作单元还包括(g)缺陷检测单元，用于计算
半导体特征的尺寸、面积、直径、角度或形状之一。缺陷检测单元还被配置用于计算多个半导体特征的平均值、统计偏差之一。
90.根据实施例的用于在楔形切割几何形状中检查晶片的检查位置处的检查体积的晶片检查设备包括用于控制fib列和him的控制单元，其被配置成利用fib光束近似以成角度gf交替地铣削检查体积中的多个n个截面表面，并且利用him光束通过单次图像扫描对每个截面表面进行成像，以形成多个n个高分辨率的截面图像切片，其分辨率优于2nm，优选优于1nm，其中检查体积在him的光轴方向上具有大于1μm、大于3μm、例如6μm或者甚至10μm的深度范围lz。通过具有超过深度延伸lz的焦深(dof)的him光束来实现对每个截面表面进行成像以形成多个n个高分辨率的截面图像切片。控制单元被配置为在使用期间在单次图像扫描中在超过约10μm的检查体积的横向尺寸lx或ly(lx或ly)的区域上扫描him光束，并用二次电子检测器以时间顺序的方式收集多个二次电子。
91.在本发明的示例中，公开了一种用于检查晶片的晶片表面下方的检查体积的双光束设备，该双光束设备包括：
92.‑‑
具有晶片支撑台的晶片载物台，该晶片支撑台被配置用于在使用期间将晶片保持在晶片支撑台的支撑表面上，
93.‑‑
聚焦离子束柱(fib)，其光轴布置在相对于晶片支撑台的支撑表面的超过30
°
的角度gf下，
94.‑‑
氦离子显微镜(him)，其光轴垂直于支撑表面布置，fib柱的光轴和him形成交点，
95.‑‑
载物台控制单元，被配置为在使用期间将晶片的第一测量位置定位在交点处，以及
96.‑‑
用于控制fib柱和him的控制单元，其被配置用于利用fib光束近似以角度gf交替地铣削检查体积中的多个n个截面表面，并且通过利用him光束扫描来对每个截面表面进行成像，以形成多个n个高分辨率截面图像切片，其中检查体积在晶片表面下方具有大于1μm，优选地大于2μm的深度延伸lz。在示例中，在方向上的深度延伸lz超过5μm，例如高达10μm。通过用fib光束近似以角度gf铣削检查体积中的多个n个截面表面，意味着由于fib的光束发散性，截面表面的实际角度可以偏离铣削角度gf几度，例如1
°
到4
°
。控制单元还被配置为在使用期间在单次扫描中在超过大约5μm至10μm的检查体积的横向尺寸lx或ly(lx或ly)的区域上扫描him光束，并用二次电子检测器以时间顺序的方式收集多个二次电子。him被配置为具有超过深度延伸lz的焦深(dof)，使得多个n个高分辨率截面图像切片中的每一个都是通过使用具有大约低于2nm，例如1nm或者甚至0.5nm的高分辨率的him光束的单次图像扫描获得的。在示例中，根据实施例的双光束设备还包括安装有软件代码的图像处理单元，其被配置为从多个n个截面图像切片中确定至少第一虚拟截面图像，其中该至少第一虚拟截面图像平行于晶片表面定向。
97.fib柱的光轴被布置与晶片支撑台成倾斜角gf，并且倾斜角gf可以在30
°
和80
°
之间，例如gf大约为30
°
到45
°
。在另一个示例中，fib柱的第一光轴与晶片支撑台的表面之间的倾斜角gf在45
°
和80
°
之间的范围内。在替代示例中，fib柱的第一光轴与晶片支撑台的表面的倾斜角gf在从8
°
到30
°
的范围内，例如在从8
°
到15
°
的范围内。
98.带电粒子成像设备的光轴可以以垂直于晶片支撑台的角度布置，其中ge＝0。在示
例中，带电粒子成像设备的光轴被布置成近似垂直于晶片，或者在带电粒子成像设备的光轴和晶片支撑台的表面的法线之间的角度ge低于10
°
。
99.本发明的另一方法是一种用于检查晶片中代表性检查体积的测量配方生成的方法。一种测量配方生成的方法，包括以下步骤：
100.‑‑
生成关键设计性能指标d1的第一集合，关键设计性能指标d1的集合包括检查体积中的关键设计特征的尺寸和cad图像数据，
101.‑‑
生成关键制造性能指标d2的第二集合，包括在制造工艺开发期间获得的3d体积图像数据，
102.‑‑
导出测量配方r，该测量配方r包括用于获得性能指标d3的第三集合的至少一个的步骤，
103.‑‑
生成关键制造性能指标d2的第二集合和测量配方r的步骤包括获取通过代表性检查体积的至少第一截面表面的至少第一截面图像切片，其中晶片表面下方的深度延伸lz》1μm。获得性能指标d1至d3的至少一个的步骤中的至少一个包括提取表示多个第一半导体特征在倾斜角gf处的截面的多个第一截面图像特征的图像处理的步骤，并且该图像处理包括特征提取、边缘检测、图案识别或像素插值中的至少一种。获得性能指标d1至d3的至少一个的步骤中的至少一个包括从多个第一截面图像特征中的至少一个计算至少一个第一半导体特征的至少一个描述性参数的步骤，其中该描述性参数是尺寸、直径、角度、面积、形状或体积中的一个。获得性能指标d1至d3的至少一个的至少一个步骤还包括计算多个第一半导体特征的至少一个描述性参数的平均值或统计偏差之一的步骤。
104.本发明还提供了一种计算机程序产品，其具有用于执行本发明的任何方法的程序代码。例如，提供了一种计算机程序产品，其具有用于执行检查晶片中检查体积的方法的程序代码。例如，提供了具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码用于执行获得至少一个虚拟截面图像的方法的任何方法步骤。例如，该计算机程序产品包括控制n个截面图像切片的集合的生成的元件，选择第一定向方向的元件，以及通过在第一定向方向上的投影和插值从n个截面图像切片的集合计算至少一个虚拟截面图像的元件。
105.根据该实施例，提供了一种双光束设备，包括控制单元和图像处理单元，被配置为执行上述方法的任何方法步骤。
106.在整个实施例中，第一截面图像特征至少包括在平行于垂直于晶片表面的轴的方向上延伸的半导体结构的截面，并且第二截面图像特征至少包括在平行于晶片表面的方向上延伸的半导体结构的截面。例如，第一公共截面图像特征至少包括集成半导体电路的通孔、har结构或har通道之一的截面。例如，第二截面图像特征至少包括集成半导体电路的隔离线或层、金属线或层或字线、或者半导体线或层之一的截面。
107.如上所述的实施例或示例可以完全或部分地相互结合。这也适用于描述本发明的不同方面的示例或实施例。
附图说明
108.参考以下附图，将会更加全面地理解本发明：
109.图1是在从晶片提取的样品上解释的截面成像技术的图示。
110.图2是应用于晶片的双光束装置的图示，该双光束装置被配置用于楔形切割几何
形状的截面成像技术。
111.图3显示了楔形切割几何形状中的截面成像技术的细节。
112.图4示出了楔形切割几何形状中的截面成像技术的其他方面。
113.图5是x方向视图中截面图像特征的深度确定方法的图示。
114.图6是在两个截面图像切片的示例中截面图像特征的深度确定方法的图示。
115.图7是利用附加对准特征的楔形切割几何形状中的截面成像技术的图示。
116.图8是利用图像段的拼接的楔形切割几何形状中的截面成像技术的图示。
117.图9是利用不同深度的附加对准特征的楔形切割几何形状中的截面成像技术的图示。
118.图10是使用扇形束断层扫描方法的楔形切割几何形状中的截面成像技术的图示。
119.图11是具有用于减少碎片的附加沟槽的楔形切割几何形状中的截面成像技术的图示。
120.图12是具有失真补偿的楔形切割几何形状中的截面成像技术的图示。
121.图13是具有在检查体积上方制造的附加对准特征的楔形切割几何形状中的截面成像技术的图示。
122.图14是楔形切割几何形状中的截面成像技术的方法步骤的图示。
123.图15操作和控制单元。
124.图16是来自截面图像切片的序列的虚拟图像切片的插值的图示。
125.图17是来自弯曲截面表面的截面图像切片的序列的虚拟图像切片的插值的另一个图示。
126.图18是使用氦离子显微镜的双光束设备的图示。
127.图19示出了使用根据图18的双光束设备的切片和成像方法，以及在存储器设备的交替层中单次扫描图像获取和虚拟截面图像计算的结果。
128.图20示出了存储器设备的har特征的统计评估。
129.图21示出了晶片中体积的时间有效的检查方法
130.图22示出了具有大铣削角度gf的深度检查体积的检查。
131.图23示出了用于在线晶片检查的监控配方的生成的过程流程图。
132.图24示出了基于先验信息的检查体积的分析。
133.图25示出了用于分析har结构的倾斜的监控配方的示例。
134.图26是楔形切割几何形状中的截面成像技术的图示，该技术利用了具有较大延伸的前一个或第一截面表面上的附加对准特征。
135.图27是截面图像特征的深度确定的方法的图示。
具体实施方式
136.图1示出了获得集成半导体样品的3d体积图像的常用截面图像方法的示意图。使用截面方法，也称为切片和图像方法，通过“分步重复”方式实现三维(3d)体积图像获取。首先，通过本领域已知的方法为常用截面图像方法准备集成半导体样品。在整个公开中，“截面图像”和“切片”将用作同义词。在一步骤中，材料的薄表面层或“切片”被移除。该材料切片可以以本领域已知的几种方式移除，包括使用聚焦离子束铣削或通过聚焦离子束(fib)
柱50以掠射角抛光。例如，聚焦离子束51几乎平行于z轴传播，并在y方向上扫描，以铣削穿过样品10的顶表面，并在y-z平面上暴露新的截面表面52。结果，新暴露的截面表面52是可用于成像。在随后的步骤中，通过带电粒子束(cpb)成像系统40，例如扫描电子显微镜(sem)或第二fib，对截面表面层52进行光栅扫描，以获得截面图像切片100.1。带电粒子成像系统40的光轴42可以被布置成平行于x方向或者相对于x方向成一定角度倾斜。检测器(未显示)收集二次电子和背散射电子，以揭示集成半导体样品内部的材料对比，并在截面图像切片100.1中作为不同的灰度级是可见的。金属结构生成更明亮的测量结果。通过截面表面53和54以及等距离的其他截面表面重复通过铣削移除表面层和截面成像过程，并且获得2d截面图像切片1000的序列(包括例如不同深度的n个截面图像切片100.2、100.3、
…
100.n)以便建立三维3d数据集。代表性的截面图像切片100.1是通过测量具有14nm技术的商用英特尔处理器集成半导体芯片获得的。
137.利用该方法，通过随后用聚焦离子束将截面表面铣削到集成半导体样品中来生成至少第一和第二截面图像切片，以暴露或使截面表面的序列可用于成像，并且用带电粒子束成像系统40对集成半导体样品的每个截面表面进行成像。从n个2d截面图像切片1000的序列中，重建集成半导体结构的3d图像。截面图像切片100.1、100.2、100.3的距离d可以通过fib铣削或抛光工艺来控制，并且可以在1nm和30nm之间。
138.在上面的示例中，截面图像平面垂直于集成半导体晶片的顶表面55定向，其中晶片顶表面55的法线平行于z方向定向，如图1所示。这导致平行于y-z平面定向的2d截面图像切片，或者换句话说，截面图像平面包括z轴或晶片法线轴，并且成像方向x平行于晶片表面。因此，在这种传统几何形状中的传统切片和成像方法仅适用于从晶片中提取的样品。
139.本发明的任务是提供一种适用于晶片内部检查体积的切片和图像方法。在本发明的第一实施例中，3d体积图像生成的方法利用切片和图像方法，其以所谓的“楔形切割”方法或楔形切割几何形状应用于晶片内部的检查体积，而不需要从晶片中移除样品。切片和图像方法应用于尺寸为几μm的检查体积，例如200mm或300mm晶片中5μm到10μm的横向延伸，而不需要从晶片中移除样品。在集成半导体晶片的顶表面中铣削出凹槽或边缘，以使截面表面与顶表面可成一定角度。检查体积的3d体积图像是在有限数量的测量位置处获取的，例如在管芯的代表性位置处，例如在过程控制监视器(pcm)处，或者在由其他检查工具识别的位置处。切片和图像方法将仅局部破坏晶片，而其他管芯仍可使用，或者晶片仍可用于进一步处理。
140.图2示出了本发明的第一实施例和楔形切割几何形状的示例。提供了具有几个测量位置6.1和6.2的晶片8，其中测量位置例如定义在由检查工具或设计信息生成的位置图中。晶片8被放置在晶片支撑台15上。晶片8的测量位置6.1在双光束设备的交点43处与五轴晶片载物台(未示出)对准，该双光束设备包括具有fib光轴48的fib柱50和具有光轴42的带电粒子束(cpb)成像系统40。在fib和cpb成像系统的两个光轴的交点43处，晶片表面相对于fib轴48成角度gf布置。fib轴48和cpb成像系统轴42包括角度gfe，并且cpb成像系统轴与垂直于晶片平面的z轴形成角度ge。利用fib51，以角度gf撞击晶片8的表面，通过离子束铣削在检查位置6.1处以近似倾斜角gf将倾斜截面表面铣削到晶片中。在图2的示例中，倾斜角gf大约为30
°
。由于聚焦离子束(例如镓离子束)的束发散性，倾斜截面表面的实际倾斜角可以偏离倾斜角gf高达1至4
°
。利用相对于晶片法线倾斜角度ge的带电粒子束成像系统40，获
取铣削表面的图像。在图2的示例中，角度ge低于15
°
。在成像期间，带电粒子束由带电粒子束成像系统40的扫描单元沿着测量位置6.1处的晶片的截面表面上的扫描路径扫描，并且生成二次粒子以及散射粒子。粒子检测器17收集至少一些二次粒子和散射粒子，并将粒子计数与控制单元19通信。控制单元19控制fib 50的带电粒子束成像柱40，并连接到控制单元16，以控制通过晶片载物台(未示出)安装在晶片支撑台上的晶片的位置。控制单元19与操作单元2通信，操作单元2通过晶片载物台移动触发例如晶片8的测量位置6.1在交点43处的放置和对准，并重复触发fib铣削、图像获取和载物台移动的操作。
141.使用基本垂直的带电粒子成像光束44，例如扫描电子束或任何其他带电粒子束显微镜(如氦离子显微镜(him))，对每个相交表面进行成像。
142.在第二实施例中，提供了楔形切割几何形状中的切片和图像方法。通过重复楔形切割几何形状的切片和成像方法，生成包括截面表面52、53、54(见图1和3)的图像切片的n个截面图像切片的堆叠体，并且生成测量位置6.1处的晶片8的检查体积的3d体积图像。图3示出了3d存储器堆叠体的示例中的楔形切割几何形状。用fib光束51以相对于晶片表面低于80
°
的角度gf(例如30
°
的角度gf)铣削晶片表面，但是低于45
°
的其他角度也是可能的，例如40
°
或36
°
。在示例中，8
°
和45
°
之间的小铣削角gf是优选的，因为它允许以高分辨率对下述第一截面图像特征(例如har结构)进行更好地成像。在另一个示例中，陡峭的铣削角gf(例如大于30
°
或大于45
°
)是优选的。45
°
和80
°
之间的陡峭的铣削角gf允许以小的横向尺寸切割穿过检查体积的深度。利用更陡峭的铣削角度，可以实现更大的深度，并且可以实现例如大于6μm深度(例如在厚或深的半导体堆叠体中的10μm或15μm深度)的深半导体堆叠体的3d体积图像生成。在更陡峭的角度下，截面表面的横向延伸保持在例如30μm以下，优选20μm以下，使得可以在没有图像拼接的情况下以高吞吐量获得截面图像切片。
143.根据坐标系的选择，晶片表面55与xy平面重合。存储器堆叠体在垂直于晶片表面55的z方向上延伸。利用fib光束51，在晶片中生成新的截面表面52，其中截面表面52相对于晶片表面倾斜大约角度gf。截面表面52例如通过sem光束44进行扫描，在图3的示例中，sem光束44布置成垂直入射到晶片表面55，并且生成高分辨率图像。截面图像切片包括由与高纵横比(har)结构或通孔(例如har结构4.1、4.2和4.3的第一截面图像特征)的交点形成的第一截面图像特征和由与包括例如sio2、sin-或钨线的层l1
…
lm相交形成的第二截面图像特征。一些线也被称为“字线”。层的最大数量m通常大于50，例如大于100或者甚至大于200。har结构和层延伸贯穿晶片中的大部分体积，但是可以包括间隙。har结构通常具有低于100nm的直径，例如大约80nm，或者例如40nm。因此，截面图像切片包含第一截面图像特征，作为在各个xy位置的不同深度(z)处的har通道足迹的截面或交点。在圆柱形状的垂直存储器通道的情况下，所获得的第一截面图像特征是由倾斜截面表面52上的结构的位置所确定的不同深度处的圆形或椭圆形结构。
144.切片距离d的选择是所需采样和吞吐量之间的平衡。将两个相邻截面图像切片之间的厚度d或最小距离d调整到通常在几nm的数量级的值，例如30nm、20nm、10nm、5nm、4nm或甚至更小。一旦用fib移除了预定厚度d的材料层，下一个截面表面53被暴露，并且可以用几乎垂直的成像光束44进行成像。以这种方式获取的多个n截面图像切片在测量位置6.1处覆盖晶片8的检查体积，并且用于形成例如低于10nm、优选低于5nm的高3d分辨率的3d体积图像，并且用于重建感兴趣的半导体结构的特性，例如检查体积内的存储器堆叠体。多个n个
截面图像切片可以包括很少的图像，例如n＝10或n＝20，多达几百个截面图像切片，例如n＝1000或更多。检查体积通常在x-y平面中具有lx＝ly＝5μm至15μm的横向延伸，并且在晶片表面下具有2μm至15μm的深度lz，但是检查体积的横向延伸也可以显著更大，并且达到大约1mm的横向尺寸。优选地，单个截面表面的横向延伸小于30μm，例如小于20μm。在一些示例中，对于包括存储器har结构的存储器设备，为每个har结构提供至少三个截面图像切片就足够了。因此，优选的切片距离d低于30nm。
145.在示例中，感兴趣的半导体结构的特征和3d位置，例如har通道的位置，通过图像处理方法来检测，例如从har形心来检测。在美国临时申请no.62/858.470和德国专利申请10 2019 006645.6中进一步描述了包括图像处理方法和基于特征的对准的3d体积图像生成，在此通过引用将其全部并入。应该提到的是，层和har结构不需要延伸通过整个测量的体积。
146.现在在本发明的第三实施例中描述恢复关于在检查体积内的har结构的截面图像特征相对于彼此的相互位置、深度和定向的信息的方法。fib方向和晶片表面55(xy平面)之间的角度gf控制深度lz，以及x和y中的扫描控制成像光束44的视场(fov)和总横向面积lx和ly，其可用于使用成像光束44进行扫描成像。图像切片相对于彼此的适当定位通常被称为对准，其包括在第一步骤中配准2d图像的特征，以及在第二步骤中恢复后续截面图像切片之间的正确距离d。第一种对准方法如图4所示。柱状har结构，例如通道或通道孔，在一个示例中用数字75表示，在z方向上延伸穿过晶片的体积，例如存储器芯片。har结构垂直于晶片表面定向，并且在由成像光束44获得的截面图像切片中变得可见(见图3)。如上图所示，截面表面以相对于har结构近似gf的预定义角度定向。在图4的示例中，倾斜角gf大约为25
°
。图4b示出了索引n和n+1的两个2d连续截面图像切片的两个示例，其中har通道的第一截面图像特征由77.1至77.5指示。在这个示例中，获得垂直于截面图像表面n和n+1的截面图像切片n和n+1，其中成像光束44被布置在相对于离子束51大约90
°
的角度gfe下，其中图像坐标系x’、y’、z’在x轴上相对于晶片的坐标系(x，y，z)旋转了角度ge。截面表面n和n+1中的每一个与晶片55的顶表面形成边缘，边缘的两个示例由参考编号76.1和76.2指示。在该示例中，第一har结构在具有索引n的第一截面图像切片中与第一截面图像特征77.1相交，并且在具有索引n+1的第二图像切片中再次与第一截面图像特征77.2相交。第一截面图像特征77.1和77.2是两个图像切片的公共截面图像特征，移位横向位移向量dy’。由于横向移动，har结构的一些截面图像特征消失，例如第n个图像的截面图像特征77.4在第(n+1)个截面图像切片中几乎消失，其中只有一部分截面图像特征77.5可见。通常，利用倾斜截面表面的倾斜角gf、图像切片之间的距离d和成像光束44的角度ge，图像坐标系中的表观横向位移dy’由dy’＝d
·
sin(ge)cos(gf)给出。横向坐标的差对应于超出晶片表面的深度dz的差，其中dz＝(dy
′
)sin(ge)。在示例中，垂直于晶片表面55的对应的第一截面图像特征77.1、77.2的深度dz的变化是从第一截面图像特征77.1、77.2在多个图像的至少两个图像n和n+1中的横向位移dy’中导出的，该多个图像是通过以预定角度gf进行fib光束铣削并以预定角度ge进行成像而生成的。
147.在根据图4中解释的示例的深度确定的方法中，以预定角度ge将成像带电粒子束44(见图3)定向到晶片表面55的法线，这对应于所选坐标系中的z轴。该方法利用多个截面图像中的第一截面图像特征的表观横向位移，其中第一截面图像特征是半导体晶片中垂直
定向结构的截面，例如通孔或har结构。垂直定向的通孔或har结构垂直于晶片表面55定向。然而，利用根据图4所示示例的方法，第一截面图像特征的横向位移误差对第一截面图像特征的深度确定有影响。因此，根据图4所示的第三实施例的利用第一截面图像特征进行深度确定的方法精度有限，尤其是对于深层结构。例如，真实的截面图像表面偏离平面形状，并且这种偏离随着深度的增加而增加。此外，har结构偏离了完全垂直于晶片表面。
148.因此，本发明的另一个任务是提供一种用于以甚至更高的精度确定第一截面图像特征的位置的方法。本发明的深度确定的方法的第二个示例提供了一种解决方案。该方法被描述为使用平行于晶片表面55的法线定向的成像带电粒子束44，因此预定角度ge被选择为大约ge＝0
°
。图5图示了这种设置。然而，该方法不限于垂直于晶片表面55定向的成像带电粒子束44，并且偏离0
°
的角度ge也是可能的。
149.示出了两个截面表面52和53，它们以预定角度gf相对于晶片表面55倾斜。在图2中，倾斜角gf大约为26
°
，但是其他倾斜角，例如30
°
或更大也是可能的。示出了两个har结构75.1和75.2以及层l1到l4的集合。因为成像带电粒子束44垂直于晶片表面55入射，所以理论上完美的har结构75.1的第一截面图像特征77.1和77.2出现在第n个和第(n+1)个图像中相同的y坐标处，并且从第n个和第(n+1)个图像中的截面图像特征77.1和77.2的表观横向位移确定深度是不可能的。如果真实har结构75.1的第一截面图像特征77.1和77.2出现在第n个和第(n+1)个图像中的不同y坐标处，则根据不同y坐标的任何深度确定都将是误解。根据第二示例的深度确定利用了包括截面图像切片n和n+1的多个n个截面图像切片中的包括层l1至l4的多个层的第二截面图像特征。例如，在晶片表面下方具有深度z41的上表面78的层l4的第二截面图像特征(参见参考编号73.1和73.2)在第n个截面图像中具有y'坐标y41’n
并且在第(n+1)个截面图像中具有y'坐标y41’n+1
。例如，在晶片表面下方深度为z12的层l1的下表面72的第二截面图像特征73.3在第n个截面图像中具有y'坐标y12’n。在了解两层的至少两个边缘的深度，例如深度z41和深度z12的情况下，可以将截面图像切片中的y坐标转换成z坐标，并且可以导出深度图z(x,y)。例如，第n个图像中的第一截面图像特征77.1的形心79.1的深度z从第二截面图像特征73.3的y坐标和形心79.1的y坐标y’中导出，其中z＝z12+(y
’‑
y12’n)
·
tan(gf)。在替代示例中，第n个图像中的第一截面图像特征77.1的形心79.1的深度z从至少两个第二截面图像特征73.1和73.3的y坐标导出，并且深度图z(x，y)通过z＝z12+(y-y12’n)
·
(z41
–
z21)/(y41’n
–
y12’n)获得。第二截面图像特征的位置的局部位移，例如在两个连续截面图像切片n和(n+1)中具有y坐标y41’n
和y41’n+1
的位置处的层l4的上边界表面的局部位移d2，例如被用作连续截面图像切片n和(n+1)的深度图的横向对准的参考，或者被用作局部铣削角度gf或局部切片距离dz的验证。使用后一种方法，不需要精确了解铣削角度gf，并且可以为每个具有索引n的截面图像切片导出深度图z(x,y；n)。在该示例中，截面图像切片被假定为平行于x方向，因此对于特定的y坐标的每个x坐标具有相同的深度，因此深度图z(x,y；n)仅取决于y，但独立于x。在另一个示例中，深度z(x,y；n)对于每个x坐标也是不同的，并且以类似的方式分别为每个x坐标生成深度图z(x,y；n)。利用第三实施例的方法，为多个n个截面图像切片中的每个截面图像切片生成深度图z(x,y)，并且可以在楔形切割几何形状下获得的多个截面图像切片中确定截面图像特征的精确深度和位置。利用第三实施例的方法的示例，从截面图像切片内的第二截面图像特征的横向位置为截面图像切片生成深度图z(x,y)，并且对于在楔形切割几何形状下获得的截面图像切
片，可以对第一截面图像特征进行精确深度和位置确定。
150.图6示出了第n个和第(n+1)个截面图像，其通过以预定角度gf用fib光束51铣削并通过以角度ge＝0
°
沿z方向或垂直于晶片表面55定向的成像带电粒子束44(见图5)成像而获得。垂直har结构作为第一截面图像特征出现在截面图像切片中，例如第一截面图像特征77.1、77.2和77.3。由于成像带电粒子束44平行于har结构定向，表示例如理想har结构的第一截面图像特征将出现在相同的y坐标处。与恒定位置的偏差对应于制造误差，例如har结构的倾斜或“摆动”。例如，理想har结构77.1和77.2的第一截面图像特征以第n个和第(n+1)个图像切片的相同y坐标的线80为中心。har结构的第一截面图像特征，例如77.1至77.3，因此不允许确定晶片内截面图像特征的深度，也不允许确定切片距离d或切片角度gf。截面图像切片还包括多个层(包括例如层l1至l5)的多个第二截面图像特征，例如层l4的第二截面图像特征73.1和73.2。在截面图像切片中，层结构显示为沿x方向的高对比度区段。然而，表示多个层(这里示出了层l1至l5)的这些条带或第二截面图像特征的位置相对于第一截面图像特征随着每个截面图像切片而变化。随着各层以增加的深度与图像平面相交，第二截面图像特征的位置以预定的方式从图像切片n变化到图像切片n+1。由参考数字78.1、78.2指示的层l4的上表面在y方向上移位了距离d2，由此，例如通过等式d＝d2 sin(gf)计算切片距离d或切片角度gf。根据确定第二截面图像特征(例如78.1和78.2)的位置，可以相对于z坐标对准两个连续截面图像切片的两个深度图z(x,y)，并且可以为多个截面图像切片导出多个深度图zn(x,y)。
151.通过第二截面图像特征的特征提取，例如边缘检测或形心计算和图像分析，以及通过从先验信息(例如从设计信息)了解第二截面图像特征的深度，因此可以高精度地确定截面图像切片中的第一截面图像特征的横向位置以及深度。平行于晶片表面延伸的每个层(例如层l1至层l5)的任何边界或表面的深度通常以非常高的精度已知，并且由于晶片制造中涉及的平面制造技术，该深度在晶片的较大面积上是恒定的。在示例中，当第二截面图像特征的深度，例如层或层的上表面或下表面未知时，应用用于深度确定的方法。即使不知道以nm为单位的精确深度值，也可以高精度地指定相对于层的边界或表面的深度。在该示例中，截面图像切片内的第一截面图像特征的深度是相对于第二截面图像特征边界(例如多个层的上表面和下表面)的深度给出的。换句话说，第一截面图像特征的深度是相对于第二截面图像特征的深度给出的，如上、超出、在相同深度、或在深度尺度上，根据具有m层的多个第二截面图像特征l1至lm。
152.在本发明的第四实施例中，提供了用于对准截面图像切片的方法和结构。图7示出了晶片中3d体积检查的方法的几个进一步的方面。测量位置6.1处的检查体积13例如由对准标记24标记。在将具有测量位置6.1的晶片放置在fib光束51和带电粒子成像光束44的交点下方之后，首先移除第一截面表面52上方的楔形物，并且通过扫描带电粒子成像光束44获得第一截面图像切片。在对第一截面表面52进行成像之后，以相对于晶片表面55的角度gf重复fib铣削，并且带电粒子成像光束44对包括截面表面52、53和54的多个截面表面成像，并且在上述切片和成像方法中形成多个截面图像切片。在示例中，楔形切割几何形状中的切片和图像方法包括用于多个截面图像的相互对准的附加对准特征。在铣削截面表面之前，通过沉积一层并用对准图案结构化该层，在晶片表面55上制造附加的对准特征，例如对准标记20.1、20.2、20.3。对准图案的示例可以是十字，如对准特征20.1所示，但是本领域已
知的任意对准图案也是适用的。对准特征还可以是例如铣削到楔形切割的边界中的对准沟槽或边缘22，在通过测量位置6.1处的检查体积13铣削切片时fib不改变的部分中。对准特征22不限于边缘，而是例如也可以是齿状特征。对准特征也可以是暴露在检查体积附近的晶片表面处的集成电路特征，例如集成电路结构25。如上所述的对准特征在几个截面图像切片中形成公共截面图像特征，并且允许用于截面图像切片的横向对准的附加方法。以更高的精度获得表示感兴趣的半导体结构的第一截面图像特征的坐标，以及以更高的精度获得从代表性的第二截面图像特征的y坐标导出深度图z(x,y)。
153.对准特征作为公共截面图像特征存在于所有截面图像切片中，并且可以在每个单独的截面图像切片中通过传统的边缘检测技术(例如基于梯度的轮廓提取)进行分析。已知在与边缘正交的方向上可以最准确地确定边缘位置。在示例中，通过附加特征，例如至少两个对准特征，在至少两个方向上提高了边缘定位的精度。在示例中，附加的对准特征20.1、20.2、20.3用于截面图像切片的横向图像对准。对准特征20、22使得能够从多个倾斜截面图像切片重建3d体积，而不依赖于检查体积内半导体的几何形状。在示例中，上述附加的对准特征被配置用于利用带电粒子成像光束的高对比度成像。例如对准图案或边缘的高对比度和良好可见性是通过在图案化过程之前在测量位置处局部涂覆晶片表面或者用相对于晶片样品材料硅提供高材料对比度的材料将楔形物铣削到晶片表面中来实现的。合适的涂层材料例如是铂(pt)或碳(c)或两者的组合。
154.代替或除了制造的对准标记之外，在晶片表面上存在和可见的集成电路特征可以用作附加的对准标记。例如，可见结构25由检查体积附近的晶片表面上存在的har结构形成，并且以与对准标记20.1、20.3和24类似的方式在截面图像切片中可见。在示例中，集成电路的可见结构25被用作附加的对准特征，并且被用于截面图像切片的横向图像对准。例如，在检查体积附近处理晶片的表面，以暴露集成电路结构25，使得暴露的集成电路结构25对于带电粒子成像柱是可见的，并且可以用于经由公共截面图像特征的对准。
155.第五实施例描述了本发明的另一个方面。由fib光束51铣削的截面表面通过扫描成像用带电粒子成像光束44成像。在示例中，截面表面不垂直于带电粒子成像光束44，并且一次扫描操作的视场(fov)可能太小，或者截面表面可能在带电粒子成像光束44的焦深之外，以在一次扫描操作中获得图像。在这种情况下，至少两个扫描图像段由带电粒子成像光束44获得，并且至少两个图像段被拼接在一起。图8图示了一个示例。在表面53被铣削并被fib光束(未示出)曝光后，通过在第一位置处用带电粒子成像光束44.1扫描成像获得第一图像段26.1。第一图像段26.1包括例如晶片55表面上的对准特征20.1。安装在晶片载物台(未示出)上的晶片然后被横向移位，并且通过在第二或第三位置处扫描带电粒子束44.1获得另外的图像段，例如图像段26.2和26.3。多个图像段26.2、26.2、26.3还被配置成相互重叠，以使用相邻图像段的重叠区域中存在的结构的截面图像特征来实现至少每对图像段的相互对准。倾斜截面表面的“自上而下”成像需要垂直带电粒子成像光束的一定焦深(dof)。在成像光束44的焦深不足的情况下，例如，如果成像光束44的dof小于lz，则扫描成像光束44的fov被分成更小的子场，并利用渐进的焦点调整顺序成像。通常，带电粒子成像光束的焦深受到分辨率要求的限制。对于分辨率低于2nm(例如1nm)的高分辨率成像，焦深减小。例如，在扫描电子显微镜sem中，1nm分辨率下的焦深低于50nm。es将在下面更详细地解释，对于具有大深度延伸lz的检查体积，因此优选地改为应用氦离子显微镜，在约1nm的高分辨率
下提供约高达10μm的更大焦深。
156.在lz超过所需分辨率低于2nm(例如1nm)的带电粒子成像光束的dof的示例中，带电粒子成像光束44.2的成像平面被改变到晶片中更深的位置，并且获得图像段28。选择图像段28的延伸，使得图像段28相对于截面图像表面53的深度延伸30低于期望分辨率下的带电粒子成像光束44的焦深(dof)。应该提到的是，例如，sem也在图像扫描期间提供动态焦点调整，然而，其具有大约1μm到2μm的有限z位置范围，并且需要例如通过移动晶片载物台来改变焦点位置，使得图像段28的深度延伸30低于带电粒子成像光束44的动态焦点调整范围。通过调整z或焦点位置，例如通过在z方向上移动晶片载物台，可以在倾斜截面表面53的整个成像过程中保持期望的分辨率。还可以在靠近检查体积的地方生成较小的第二沟槽，并在第二沟槽的底部生成至少一个附加的对准特征。因此，几个对准标记被配置在预定深度，以克服成像光束44的dof的限制。在示例中，如图9所示，附加的对准特征32.1和32.2被放置在三个深度级别中。例如，对准特征32.2在深度级别dlz(参考数字34)处制造，用于在深度级别dlz处对准图像段。为了实现这一点，在晶片表面中铣削出期望深度dlz的小沟槽，并且在深度级别dlz处构造对准图案。在示例中，不同深度级别的对准特征32.1或32.2是接近检查体积的集成半导体的集成电路特征。不同深度级别中的对准特征32.1或32.2在截面图像切片的序列中形成公共图像特征，并且能够对截面图像切片的序列进行精确对准，以便以高精度生成3d体积图像。在示例中，图像拼接方法和具有在不同深度提供的附加对准特征的图像对准方法与具有以8
°
和45
°
之间的角度布置的fib柱和作为带电粒子束成像系统的sem的双光束设备一起应用。在示例中，具有在不同深度处提供的附加对准特征的图像对准方法被适用于深度检查体积的检查，其深度延伸低于晶片表面超过5μm，例如6μm或10μm或更多。
157.图26示出了根据第四实施例的附加对准特征的另一个示例。在该示例中，带电粒子成像光束44和用于对多个表面截面进行切片的fib 51之间的角度gfe是gfe＝90
°
。角度gf选择为大约30
°
，但是通常可以在25
°
和60
°
之间。由fib 51和成像带电粒子柱44形成的平面与晶片表面55正交。结果，成像光束与成像的截面表面(切片)正交。为了简单起见，仅示出了单个截面表面52。利用这种设置，整个截面表面可以保持在成像光束44的“焦点”上。这对于作为成像带电粒子柱的电子束来说尤其重要，其焦深有限，约为200nm。gfe＝90
°
的fib 51和成像柱44之间的大角度gfe减少了两个柱可能的体积冲突。
158.在特别深的样品(》10μm)的情况下，更陡峭的切割角(例如，》60
°
)将允许一个覆盖整个深度范围，从而将截面表面52的延伸保持在典型的单束带电粒子显微镜的约10μm至15μm的视场(fov)内。相反，更浅的角度，例如低于20
°
的gf角将导致非常扩展的视场，并且将需要图像拼接。因此，在一个示例中，25
°
和60
°
之间的倾斜角gf是优选的。
159.使用对准标记10.1或20.2可以实现截面图像切片在正交于成像带电粒子束的方向上(即平行于切片)的初始对准。在图26的示例中，对准标记20.1和20.2形成在第一截面96上，与第一截面96之下的多个第二截面图像切片(例如截面52)相比，第一截面96由fib 44在x方向上形成更大的延伸。通过这种布置，至少平行表面段23.1被实现为第一截面表面96的一部分，其至少保留在第二截面表面(例如截面表面52)的一侧。在平行表面段23.1中，对准特征20.1可以例如通过沉积和蚀刻来形成。可以实现第二平行表面段23.2，其包括另外的对准特征20.2。
160.由于各种因素，例如图像失真或焦平面从第一截面表面96到第二截面表面52的变化，利用诸如特征20.1和20.2的附加对准特征的上述对准方法的多个截面图像的对准，对于横向分辨率低于几nm，例如5nm、3nm或甚至低于2nm的3d体积图像重建来说，通常被证明是太粗糙了。因此，根据本发明的第四实施例，应用了基于检查体积内的晶片的结构或半导体特征的精确对准的附加方法。精确对准的方法还包括实际切片厚度d的计算。通过第一粗对准的步骤，避免了重复图案的配准误差，并且获得了截面图像切片中截面图像特征的映射或配准。通过第二步骤或精确对准，每对截面图像切片的相互位置精度达到低于5nm、3nm或甚至低于2nm的精度。
161.晶片内部的集成电路结构通常包含垂直结构(例如图26中的3d存储器通道或通孔4.1和4.2)和水平结构(例如“字线”或金属线l1到ln)。如上所述，两种类型的结构都可以用于精确对准和切片厚度确定。图27图示了一个示例。图27示出了根据楔形切割方法的晶片的截面。水平和垂直结构由层的水平边缘80和例如har结构(例如图26中的元件4.1或4.2)的垂直边缘78指示。将索引(n+1)的截面图像切片中的水平边缘80和垂直边缘78的位置的y’分量与索引n的截面图像切片中的水平边缘80和垂直边缘78的位置的y’分量进行比较，并且用δy
′
wl
(“wl”＝“字线”)和δy
′
ch
(“ch”＝“通道”)来计算差。y'轴位于截面图像切片的平面内。不完美的对准导致附加的位移δy
′
，其对于截面图像切片中的所有结构都是相等的。因此，上面考虑的水平和垂直结构的真实位移为
[0162][0163]
δy
′
ch
＝d tan gf+δy
′
.
[0164]
其中d是两个截面表面之间的实际距离。请注意，位移δy
′
wl
为负，因为y轴沿切片指向下方。
[0165]
因此，可以计算位移误差δy
′
和切片厚度d，它们是从测量的δy
′
wl
和δy
′
ch
以及倾斜角gf重建截面图像切片(n+1)相对于体积中的截面图像切片(n)的横向位置所必需的：
[0166][0167][0168]
。切片在正交于图27中图片平面的x方向上的位移简单地等于结构δx
wl
和δx
ch
沿x轴的对应测量位移。倾斜角gf的微小变化对位移误差δy
′
和厚度d的计算只有有限的影响。因此，即使不以更高的精度知道倾斜角，例如1
°
，例如具有gf＝30
°
+/-1
°
，也可以以低于1nm的精度计算例如位移误差δy
′
。
[0169]
多个截面图像切片通常不形成完美的平行平面，而是具有一些形貌，例如如图17所示。为了考虑形貌，可以在截面图像切片的多个位置局部求解上述方程。因此，可以为每对截面图像切片的多个位置分别计算切片厚度d。此外，可以局部计算横向位移δx和δy
′
，并且可以考虑可能的图像失真。
[0170]
通过上述粗和细对准方法，获得了多个截面图像切片的精确对准，并且可以实现5nm以下、3nm以下甚至2nm以下的高精度的3d体积图像重建。
[0171]
在晶片上的测量位置6.1处的检查体积的3d体积图像生成的方法中，具有距离d的
多个后续截面表面由fib光束51铣削，fib光束51被配置为相对于晶片表面成预定角度gf。在示例的坐标系中，fib光束51在x方向上扫描，并且截面表面近似以等于gf的角度倾斜。“近似相等”意味着由于fib的光束发散性，截面表面的实际角度可以在1
°
和4
°
之间偏离铣削角度gf几度。在示例中，通过晶片载物台在y方向或z方向上的横向位移，可以实现距离d低于15nm、低于5nm或甚至更低的多个后续截面表面的生成。在本发明的第六实施例中，距离d约为5nm的多个后续截面表面是通过用fib光束51铣削而获得的，而没有晶片载物台的横向或垂直移动。如图10所示，fib光束在fib光束重合点58周围沿x方向和z方向扫描，而晶片不被晶片载物台移位。应用于楔形切割几何形状的这种扇形断层扫描方法允许非常精确和快速地调整后续截面图像切片的切片距离d。铣削角度在预定角度gf处不是恒定的，而是随着最小铣削角度和最大铣削角度之间的铣削角度差64在预定角度gf附近变化，其中角度扩展gz约为1mrad。因此，相邻图像切片之间的距离是变化的。作为示例，铣削可以被配置成使得两个相邻截面图像表面(例如截面图像表面53和截面图像表面54)之间的切片距离60.1在晶片55的表面处是恒定的。取决于不同的铣削角度，检查体积底部处的切片距离62.1因切片而异。例如，用fib光束51.1以第一铣削角度66铣削第一截面图像表面53，并且用fib光束51.2以第二铣削角度68铣削第二截面图像表面54，使得晶片平面中两个相邻截面图像表面的距离为dy1(参考数字60.1)，并且在晶片平面下方的深度lz处两个相邻截面图像表面的距离dy2(参考数字62.1)大于dy1。因此，截面表面的相互距离的精确控制可以保持在nm精度内。在这种情况下，得到的多个截面切片彼此不平行。根据上述本发明的实施例的对准和深度确定方法仍然同样适用。
[0172]
在示例中，通过fib柱的扫描单元倾斜fib光束的方法被用于调整铣削角度gf。在示例中，连续截面表面之间的距离是可调的。在示例中，对于截面图像表面的至少一些距离，多个截面表面之间的距离被调整为不同。通过调整距离和角度gf，检查体积的3d体积图像的吞吐量和分辨率被完全或局部调整以适应晶片检查任务的需要。
[0173]
问题之一是在多个截面图像表面的大面积上实现均匀铣削。在第七实施例中，公开了一种避免在倾斜截面表面上大量沉积碎片的布置和方法。如图11所示，在测量位置6.1处，首先在邻近检查体积13的晶片表面中铣削出第一近端沟槽92，接着在邻近检查体积13的晶片表面中铣削出第二远端沟槽94，使得检查体积13位于第一和第二沟槽92和94之间。然后将晶片旋转90
°
，并且通过fib光束51将包括截面图像表面53和54的多个截面图像表面铣削到检查体积13中。对于每个截面表面，用角展度gx(参考数字90)在x方向上扫描fib光束，并且通过fib柱的扫描机构在角展度dz(参考数字64)内在z方向上倾斜。多个截面图像通过来自垂直方向的带电粒子成像光束(未示出)获得，可选地与对准特征(例如对准特征20.1)的成像一起获得。fib铣削时生成的碎片积聚在相对于fib光束位于检查体积13的相对位置的远端沟槽94中。两个沟槽92和94的间隔被配置成容纳检查体积13。调整近端沟槽92的宽度和深度，从而实现上述近似角度gf的切片角度。调整远端沟槽94的深度，从而实现上述近似角度gf的切片角度，并保持远端沟槽94中的碎片沉积。因此，楔形切割几何形状中的切片和图像方法保持低碎片和高精度。在示例中，具有不同定向和间隔的两个以上的沟槽被配置成能够生成用于3d断层扫描的期望尺寸和定向的多个子体积。诸如对准特征20.1的对准特征被放置在检查体积13附近。类似于图9所示的示例，至少对准特征20.1可以在深度dlz处制造。
[0174]
在第八实施例中，利用成像带电粒子设备的成像由于图像失真而劣化。类似地，上述实施例和示例的方法步骤类似地适用于具有角度ge》0
°
的成像带电粒子设备的配置。在示例中，成像带电粒子设备的光轴被布置成与晶片表面的法线成角度ge。在这种情况下，成像坐标系(x’，y’)相对于晶片表面旋转角度ge，并且截面图像在y方向上失真。通过应用不同于y方向上的第二图像放大率的x方向上的第一图像放大率，通过变形图像变换对截面图像切片进行数字变换。在示例中，成像带电粒子束设备的扫描单元由于失真而劣化，例如梯形失真。通过失真补偿对截面图像切片进行数字变换，以补偿图像失真。变形图像变换和失真补偿的结果如图12所示。图12的左侧示出了具有图像失真的截面图像切片，该图像失真由角度ge下的图像获取产生，并且作为示例为梯形失真。图12的右侧用图6的参考数字示出了失真补偿后的截面图像切片。
[0175]
在第九实施例中，在检查体积的顶部提供附加的对准特征。图13是后续截面图像切片之间的距离确定的图示，该后续截面图像切片相对于集成半导体样品的顶表面倾斜大约预定主铣削角gf。截面图像切片向顶表面倾斜大约角度gf。附加的对准特征也可以是具有晶片表面55的截面表面的边缘，例如表面52和晶片表面55之间的边缘76.1(见图7)。边缘76.1在后续截面图像表面(例如表面53)的后续fib铣削中被移除。然而，另外的边缘76.3、76.4提供切片距离d的测量。在示例中，在铣削之前，在检查体积13的位置处在晶片的顶表面上提供对准特征38.1和38.2。对准特征38.1和38.2不平行，而是以角度gv彼此倾斜，并且在每个相应的截面图像表面的每个边缘处具有x方向上的不同距离，例如在截面图像表面54的边缘76.4处的距离36.4。根据对准特征38.1和38.2的预定几何形状和位置以及距离36.4，可以高精度地导出边缘76.4的y位置。在另一个示例中，从第一截面图像表面53到相邻的第二截面图像表面54，具有对准特征38.1和38.2的两个截面之间的距离从距离36.3变为距离36.4，变化量为dx。在每个截面表面处，对准特征38.1和38.2的距离在截面表面与晶片表面55的对应边缘处测量。距离dx的变化是确定的，并且角度gv是已知的，因此截面图像的后续边缘之间在y方向上的距离dy可以通过下式计算：
[0176]
dy＝dx/(2
·
tan gv/2)
[0177]
为了确定切片之间的距离d，考虑铣削角度gf并且
[0178]
d＝dy
·
sin(gf)＝(dx
·
sin(gf))/(2
·
tan gv/2)。
[0179]
在楔形切割几何形状中，dx本身或测量dx中包含的任何误差现在都减少了系数sin(gf)。因此，利用附加的基准38.1和38.2，导出切片厚度d，并且可以高精度地导出相邻截面图像切片中的第二截面图像特征之间的y位置的位置变化。因此，以更高的精度导出第二截面图像特征的深度和每个截面图像切片的深度图。根据第二截面图像特征的深度或深度图，以高精度导出第一截面图像特征的深度。
[0180]
至少在测量位置对晶片中的3d检查体积进行3d检查的方法的第十实施例包括图14中所示的步骤。在步骤s1中，将晶片装载在晶片载物台上的晶片支撑台上，进入双光束设备的真空室中。双光束设备包括聚焦离子束(fib)柱，当装载在晶片支撑台上时，fib柱的第一光轴布置成与晶片支撑台的表面或晶片表面成角度gf。测量工具还包括成像带电粒子束，例如sem或氦离子显微镜，带电粒子成像设备的第二光轴与晶片支撑台的表面的法线形成角度ge，被布置成与fib柱成角度gfe，并且第一和第二光轴形成交点。
[0181]
确定晶片上的第一测量位置处的检查体积的位置，并且通过移动晶片载物台来放
置晶片，使得第一测量位置位于fib柱和带电粒子成像柱的交点处。可选地，通过旋转晶片载物台的晶片支撑台来进一步调整晶片的定向。
[0182]
在可选的步骤s3中，在测量位置附近制造至少一个对准特征，例如对准标记。在可选的步骤s3中，可以在测量位置的晶片表面上局部沉积涂层，以覆盖检查体积，以及用于生成高成像对比度的对准标记，或者来实现在样品表面和铣削过程中未覆盖的截面之间的高对比度。诸如图7中的对准标记20.1或对准标记22的附加对准特征被配置成使得至少一个对准特征在至少两个截面图像切片中可见，形成用于至少两个截面图像切片的相互对准的公共截面图像特征。在示例中，附加的对准特征例如图7中的对准标记20.1或对准标记22被配置成使得至少一个对准特征在所有截面图像切片中可见，用于所有截面图像切片的相互对准。在示例中，对准特征被制造在检查体积上方，并且被配置用于确定由包括第一和第二截面表面的多个截面表面与晶片表面相交形成的多个边缘的位置，包括第一和第二边缘。
[0183]
在步骤s5中，通过fib铣削从晶片的顶表面移除第一楔形物，以暴露第一截面表面用于截面成像。fib铣削例如由带电粒子成像光束监控。
[0184]
在步骤s7中，执行楔形切割几何形状中的切片和图像方法，并且生成多个截面图像。新截面表面的fib铣削例如由带电粒子成像光束监控，包括监控在步骤s3中制造的对准特征，以控制后续图像切片之间的距离d。由此，获得在检查体积中包括至少第一截面图像切片和第二截面图像切片的n个截面图像切片的序列或多个n个截面图像切片。第一和第二截面图像切片的获得包括随后通过用fib柱近似以角度gf铣削进入检查体积中而暴露检查体积中的至少第一和第二截面表面，并且用带电粒子成像设备对至少第一和第二截面表面进行成像以获得至少第一和第二截面图像切片。通常，截面图像切片的数量n至少为n＝10，优选n》100，甚至更优选n约为1000或更大。
[0185]
在示例中，在扇形断层扫描方法中执行切片和图像方法，该方法包括通过扫描单元在第一方向上扫描fib柱的聚焦离子束以暴露检查体积内的第一截面表面，以及通过扫描单元在垂直于第一方向的第二方向上倾斜聚焦离子束，以及通过扫描单元在第一方向上扫描聚焦离子束，以暴露检查体积内的第二截面表面，使得包括第一和第二截面表面的多个截面表面与晶片表面形成近似倾斜角gf的不同角度。
[0186]
在步骤s8中，检测并分类截面图像特征，使得截面图像特征被分类为第一截面图像特征和第二截面图像特征，以及可选的形成公共截面图像特征的对准特征。对于截面图像特征检测和分类，可以应用本领域中已知的方法，例如边缘检测、图像比较、特征提取、对象检测，包括它们的组合，也称为机器学习算法。因此，可选地，在第一和第二截面图像切片中检测和分类公共截面图像特征。
[0187]
在步骤s9中，多个截面图像相互对准，使得诸如har结构或通孔的垂直结构的多个第一截面图像特征出现在几乎相同的横向坐标，例如x-y坐标。在示例中，利用至少一个附加的对准特征或公共截面图像特征来对准多个截面图像。使用至少一个先前生成的对准特征相互对准多个截面图像，使得诸如har结构或通孔的垂直结构的多个第一截面图像特征出现在相似的横向坐标上。通过利用至少一个附加的对准特征，检测第一截面图像特征(例如单独har结构的截面)的局部横向位置误差。通过确定har结构相对于对准标记的截面位置，检测垂直于晶片表面的深度z上的har结构的全局摆动误差。
[0188]
在示例中，相互横向图像对准包括至少第一和第二截面图像切片之间的图像失真
偏差的相减或数字补偿。
[0189]
在步骤s10中，从每个截面图像切片中的第二截面特征的位置(x，y)创建深度图z(x，y)。在示例中，截面图像切片中任意(x，y)点的深度z从第二截面图像特征的横向位移中导出。第二截面图像特征对应于例如平行于晶片表面定向的半导体设备的层结构。在示例中，截面图像切片中的任意(x，y)点的深度z是从层表面平行于晶片表面的多个第二截面图像特征的横向位置外推的，该多个第二截面图像特征由集成半导体设备的多个层形成。
[0190]
由此，在步骤s10中，生成多个n个截面图像切片的多个n个深度图z(x，y；n)，其中索引n ＝1
…
n。
[0191]
在示例中，经由第二截面图像特征的深度确定和深度图创建与对准特征相结合，例如附加的对准标记或基于基准的对准。集成半导体样品可能包括高度重复的特征，例如栅极层中的栅极，这可能导致第二截面图像特征的图像配准的模糊。通常，根据本发明的任何实施例，利用在集成半导体样品的顶部形成的对准特征或基准的粗配准可以减少模糊性，并提高用于深度确定的第二截面图像特征的精细图像配准的速度。
[0192]
在步骤s11中，从深度图中导出至少截面图像切片中的第一截面图像特征的深度。在示例中，步骤s10和步骤s11形成从第二截面图像特征中的至少一个确定至少一个第一截面图像特征的深度的深度确定的单一步骤。
[0193]
在示例中，确定第一截面图像特征的深度的步骤包括确定截面图像切片中第二截面图像特征的第一位置和第二截面图像切片中第二截面图像特征的第二位置的横向差。
[0194]
在示例中，在第一截面图像切片中确定至少两个第二截面图像特征，其中每个第二截面图像特征表示检查体积内不同深度处的集成半导体结构。确定第一截面图像特征的深度的步骤包括确定至少两个第二截面图像特征的横向位置。
[0195]
经由第二截面图像特征的第一截面图像特征的深度确定包括统计平均，并且因此对于例如图像噪声更加鲁棒。由于典型的更大数量的层，例如5层、10层或高达100层，截面图像包括多个第二截面图像特征，并且通过经由多个第二截面图像特征的深度确定，深度确定的统计得到改善。由于缺陷很少，它们不会影响深度确定方法的整体质量。此外，根据统计评估，可以将缺陷候选检测为预期深度的异常值。
[0196]
在上述实施例和示例中，截面表面被认为是平面表面，通过fib铣削和抛光暴露。在另一个示例中，由于铣削和抛光过程中的误差或劣化，至少截面表面是弯曲的。因此，对应的截面图像切片是弯曲表面的图像，因此包括失真和伪影。在示例中，截面图像特征用于确定截面表面的曲率，并应用所确定的表面曲率来校正截面图像切片的失真。
[0197]
在步骤s12中，生成检查体积的3d体积图像，包括第一截面图像特征的3d位置信息。在生成检查体积的3d体积图像的步骤s12中，组合来自多个截面图像切片中的每一个的多个深度图的多个第一截面图像特征的深度信息。从深度图以及多个截面图像切片的多个第一截面图像特征一起，组成检查体积的3d体积图像。对应于第一截面图像特征的对应集成电路特征被导出以形成对应集成电路特征的3d体积图像。在进一步的步骤中，导出3d体积图像中对应集成电路特征的缺陷或偏差或对应集成电路特征的特性。
[0198]
在示例中，分析第二截面图像特征，并且根据表示层中结构的第二截面图像特征的宽度的局部变化，可以确定局部截面表面斜率。在示例中，局部截面表面斜率的信息用于反馈回路校正中的迭代铣削。在示例中，数字图像变换是通过执行从失真图像切片到从平
面截面表面获得的未失真图像切片的转移来实现的。在示例中，截面表面在x和y方向上弯曲。与前面的实施例一样，第二截面图像特征的位置或边缘被用于失真校正，并且获得了对应截面图像切片的每个像素的对应z坐标的提取，包括第一截面图像特征的z位置。
[0199]
在本发明的一个方面，对晶片上不同测量位置处的检测结果进行比较，例如，根据不同测量位置处楔形切割几何形状中的切片和图像方法，在3d中导出集成电路特征和特性。集成电路的特征和特性例如可以是har结构的倾斜或摆动误差。通过上述方法在不同测量位置处利用第二截面图像特征确定由第一截面图像特征表示的集成电路特征的深度允许精确比较，包括集成电路特征和特性的深度的比较。表示平行于晶片表面的线或层的第二截面图像特征形成了用于在不同测量位置处确定深度的公共参考。因此，垂直har结构的倾斜和摆动可以在3d中在晶片上的不同位置或测量点处确定，而不需要附加的公共对准参考。
[0200]
在第十一实施例中，提供了一种晶片缺陷检查设备，其被配置用于检查晶片中的检查体积，而无需从晶片提取样品。结合图2解释晶片缺陷检查设备的一些方面。晶片缺陷检查设备包括：聚焦离子束柱50，其被配置用于铣削和暴露晶片8中检查体积中的至少第一和第二截面图像表面；以及带电粒子成像设备40，其被配置用于对多个截面表面成像，包括至少第一截面表面和第二截面表面，以形成多个截面图像切片，包括第一和第二截面图像切片。晶片缺陷检查设备还包括操作单元2，该操作单元2通过经由控制单元19和载物台控制单元16的晶片载物台移动来触发例如晶片8的测量位置6.1在交点处的放置和对准。操作单元2安装有软件操作代码，并在操作期间触发通过楔形切割几何形状中的切片和图像方法对检查体积的检查，包括fib铣削、图像获取和载物台移动的重复操作。操作单元与控制单元19通信，控制单元19控制fib 50的带电粒子束成像柱40，并连接到控制单元16，以控制通过晶片载物台(未示出)安装在晶片支撑台上的晶片的位置。图15示出了晶片缺陷检查设备的其他方面。在示例中，控制单元19不直接与带电粒子束柱通信，而是与带电粒子束控制单元86通信，该带电粒子束控制单元86控制带电粒子束柱的操作，例如带电粒子成像设备40或fib 50。操作单元2包括安装有计算机程序和软件程序代码的图像处理单元82，用于经由控制单元19从带电粒子检测器17接收图像信息，与由带电粒子成像设备40的扫描单元(未示出)扫描的成像带电粒子束的扫描操作同步。图像处理单元82和安装在图像处理单元82中的软件程序代码在使用过程中被配置成通过特征检测和分类来确定至少第一和第二截面图像切片中的第一和第二截面图像特征，如上面在步骤s8中所述。图像处理单元82和安装在图像处理单元82中的软件程序代码在使用期间还被配置成确定检查体积内的第一和第二截面特征的深度，第一和第二截面图像特征是检查体积内的集成半导体结构的截面。图像处理单元82和软件代码实现如上所述的图像处理方法，例如角或边缘检测、阈值化、或形态学操作、或类似操作，在本领域中是众所周知的。图像处理最近通过计算速度的增加而得到改进，例如通过在图像处理单元82中使用包括数百个处理器的计算机集群。提取集成半导体样品的特征或结构的图像处理方法也可以涉及机器学习算法或被机器学习算法替代。
[0201]
在示例中，集成半导体结构是一种先前已知的结构。可以使用设计信息或3d cad信息来改进金属线和har通道的边缘提取、层表面位置提取以及高精度的深度确定。例如，cad信息可用于识别金属线末端的位置，因此不应在截面图像中可见。因此，可以减少图像
处理方法的异常值。此外，通常从3d cad信息中以高精度得知第二截面图像特征的深度。图像处理单元82和安装在图像处理单元82中的软件程序代码使得在使用期间能够通过与3d cad信息进行比较来确定检查体积内的第二截面特征的深度，并且例如根据上述方法来导出第一截面图像特征的深度。
[0202]
操作单元2还包括缺陷检测单元84，缺陷检测单元84被配置成在使用期间确定与检查体积内半导体结构的预定3d特性的偏差，例如通过将第一截面图像特征与3d cad数据或预定3d特性的库数据进行比较。此外，缺陷候选可以被检测为统计评估中的异常值。
[0203]
操作单元2还包括接口和通信单元88，其与外部输入和输出设备通信，例如用户控制终端、平板电脑、数据库、晶片处理器或制造操作系统。
[0204]
为了获得晶片内部的检查体积中的信息，例如缺陷或与半导体结构的期望形状的偏差，倾斜的截面表面的序列被顺序地铣削并“一片一片”成像。一旦通过用fib铣削来移除厚度可调的材料层，就使用垂直带电粒子成像光束来获取新的截面图像切片。以这种方式获取的多个n个截面图像切片覆盖了晶片内部的检查体积，并且生成了具有横向像素尺寸和连续图像切片之间的距离dz的3d体积图像数据。3d体积图像数据被分析并用于重建例如检查体积内的半导体存储器堆叠体的特性。利用上述本发明的实施例，提供了一种重建，其包括关于相互位置和定向的信息的恢复，包括检查体积内感兴趣的各个截面图像特征的深度。
[0205]
在第十二实施例中，通过将来自倾斜截面表面的截面图像切片重采样或插值到规则光栅，从n个截面图像切片的序列中生成3d体积图像数据。利用下面描述的插值方法，减少了从n个截面图像切片的序列生成的3d体积图像的插值伪影。3d体积图像数据生成的实施例包括从截面图像切片的集合中获得至少2d虚拟截面图像的方法。半导体设备的集成半导体元件通常具有预定的形状和定向。它们通常以平行于晶片表面的层布置或垂直于晶片表面延伸。这种元件的示例是如上所述并在图3中示出的具有金属线的存储器通道或har结构和层。在所提出的用于快速3d检查的方法中，在与感兴趣的半导体特征的方向正交的平面中生成虚拟截面图像切片。图16图示了一个示例。图16示出了三个代表性的截面表面52、53、54，它们通过在晶片表面55下方的检查体积(未示出)内近似以掠射角gf进行fib铣削而顺序形成。从每个截面表面52、53和54，通过成像带电粒子显微镜，例如扫描电子显微镜束44或him，生成具有索引n-1、n和n+1的截面图像切片。截面表面由离子束(未示出)在角度gf下以z方向上的相对距离dz铣削，并且z距离例如通过晶片载物台(未示出)的横向移动或者如上结合扇形断层扫描方法(参见图10)所述的fib在z方向上的扫描偏移来控制。在图16所示的该示例中，第一截面表面52和第二截面表面53之间的z方向上的第一距离dzn不同于第二截面53和第三截面54之间的z方向上的第二距离dz
n+1
。距离dz在几nm的范围内，例如5nm、6nm，或者甚至更大，例如10nm。例如，dzn约为6nm，并且dz
n+1
约为7nm。用x-y平面中的横向像素光栅扫描每个截面图像，其中像素光栅约为2nm、1nm或甚至更小，例如0.5nm。截面表面52、53和54上的y方向上的像素光栅的投影线由在x方向上延伸的虚线123示出(仅示出表面52的索引123)。示出了垂直于z轴的虚拟截面图像切片121的示例。虚拟图像切片121在深度zv处平行于晶片表面55。通过在感兴趣结构的方向上投影相邻截面图像切片的像素值，获得虚拟截面图像切片121中点c处的像素值。在这个示例中，感兴趣的结构是垂直于晶片表面定向的har结构。因此，投影或插值方向平行于z轴。箭头125.1、125.2、125.3和125.4示出
了插值方向的几个示例。在示例中，在投影或插值方向上确定虚拟图像切片中的点c到相邻截面图像表面的最近距离。在该示例中，第一截面表面52最接近点c，并且虚拟截面图像切片121的像素位置c处的像素值被选择为与第一截面表面52的第一截面图像切片的像素a处的像素值相同。第一截面图像平面52的截面图像n-1的像素a和虚拟截面图像切片121的像素c具有相同的x和y坐标，并且z方向上的距离ac是虚拟图像切片121和包括截面表面52、53、54的多个截面表面中的每一个之间的z方向上的所有距离中的最小距离。
[0206]
在另一个示例中，从两个下一个截面表面(这里是第一截面表面52和第二截面表面53)插值虚拟截面图像切片121的像素c处的像素值。索引n-1的第一截面图像切片的第一像素值a和索引n的第二截面图像切片的第二像素值b处于第一和第二截面表面52和53的相同的绝对横向坐标处，用于计算虚拟截面图像切片中像素c处的像素值。插值可以是例如线性插值或加权插值，并且计算像素c处的像素值的概率。由于预期像素c处的像素值通常是二进制结果，该二进制结果是第一像素a或第二像素b的像素值，表示特定材料的测量结果，所以插值可以与阈值化操作相结合。
[0207]
在示例中，对应的相邻截面表面的多于两个截面图像切片的多于两个像素值可以用于插值，例如通过高阶多项式插值。在该示例中，虚拟截面图像切片121上的像素尺寸被选择为等于从多个截面表面52、53、54获得的截面图像切片n-1、n和n+1的像素尺寸。例如，通过成像带电粒子显微镜44(例如电子束44)对第三截面表面54的扫描相应地在y方向上被调整，使得具有标签n+1的第三截面图像切片是相对于具有与具有标签n-1和n的第一和第二截面图像切片相同的绝对像素坐标的公共横向坐标系生成的。在替代示例中，对多个截面图像切片中的至少一个的横向像素光栅进行数字调整和重新采样，使得通过沿着z方向的投影或插值从至少两个截面图像切片中获得虚拟截面121。在替代示例中，第一截面表面上的第一像素位置a和第二截面表面上的第二像素位置b之间的投影或插值方向相对于投影方向(这里是z方向)倾斜，并且相应地对虚拟图像切片的像素位置c处的像素值进行插值。
[0208]
利用通过在预定投影方向(例如垂直于晶片表面55并平行于半导体特征的第一集合的定向的z方向)上插值来计算至少虚拟截面图像切片的方法，插值伪影被减少，并且虚拟截面图像是通过半导体特征的第一集合的截面的精确表示。在平行于第一半导体特征的定向的投影方向上的插值方法对于分析晶片中的har结构特别有意义，其中不可能通过fib铣削获得垂直穿过多个har结构的截面图像。
[0209]
对于每个虚拟截面图像像素，通过计算n个截面图像切片的序列中的每一个在第一定向方向上到虚拟截面图像像素的距离并选择具有最小距离的至少第一截面图像切片来确定至少一个截面图像切片的子集。在示例中，相应地选择至少一个截面图像切片的子集的第二截面图像切片作为具有第二最小距离的截面图像切片。可以相应地按照在第一定向方向上到虚拟截面图像像素的距离增加的顺序选择至少一个截面图像切片的子集的另外的截面图像切片。
[0210]
在示例中，生成每个虚拟截面图像的深度图zv(x,y)。通过几何构造生成深度图，使得虚拟截面图像垂直于第一定向方向定向。对于虚拟截面图像的每个像素值，通过评估距离zrv(n)＝z(x,y；n)
–
zv(x,y)，并且通过确定具有距离zrv(m)的最小值的切片索引m，来选择至少一个截面图像切片的子集。至少一个截面图像切片的子集的第二和另外的截面图
像切片可以相应地按照在z方向上到虚拟截面图像像素的距离zry(n)增加的顺序来选择。
[0211]
在获得至少2d虚拟截面图像的方法的示例中，第一定向方向是垂直于晶片表面的z方向，并且在晶片表面下恒定深度zv处，在平行于晶片表面的平面上计算虚拟截面图像切片。对于具有横向坐标(x，y)的每个虚拟截面图像像素，通过选择在深度zv处与平面具有最小距离的至少一个截面图像切片来确定至少一个第m个截面图像切片的子集，使得距离zrv(m)＝z(x,y；m)
–
zv是所有深度图z(x,y；n)的最小值，其中索引n ＝1
…
n。至少一个截面图像切片的子集的第二和另外的截面图像切片可以相应地按照在z方向上到虚拟截面图像像素的距离zry(n)增加的顺序来选择。
[0212]
在示例中，生成每个虚拟截面图像的深度图zv(x,y)。通过几何构造生成深度图，使得虚拟截面图像垂直于第一定向方向定向。对于虚拟截面图像的每个像素值，通过评估距离zrv(n)＝z(x,y；n)
–
zv(x,y)，并且通过确定具有距离zrv(m)的最小值的切片索引m，选择至少一个截面图像切片的子集。至少一个截面图像切片的子集的第二和另外的截面图像切片可以相应地按照在z方向上到虚拟截面图像像素的距离zry(n)增加的顺序来选择。
[0213]
在示例中，虚拟截面图像的像素值通过几何投影从第一定向方向上的至少一个截面图像切片的子集插值。确定虚拟截面和对应于第m个截面图像切片的乘积之间的角度ω，并且从虚拟图像切片的像素坐标除以cos(ω)计算出第m个截面图像切片的平面中的投影横向坐标。接下来，通过从第m个截面图像切片的相邻像素值到投影的横向坐标的插值来计算虚拟图像切片的像素的像素值。
[0214]
在示例中，用于获取n个截面图像切片的序列的带电粒子成像系统的光轴垂直于晶片表面定向，使得对于光轴和垂直于晶片表面的z轴之间的角度ge，ge＝0
°
。在这个示例中，至少一个虚拟截面图像的横向坐标(x，y)和n个截面图像切片的序列的横向坐标可以是相同的，并且角度ω近似等于角度gf。这个示例如图16所示。获得至少2d虚拟截面图像的方法可以包括在检查体积附近形成至少一个对准特征的步骤，该对准特征被配置用于形成至少一个公共截面图像特征，用于每个截面图像切片的相互横向对准。相互横向图像对准的步骤可以包括减去每个截面图像切片的图像失真偏差。
[0215]
在获得至少2d虚拟截面图像的方法的示例中，插值包括特征提取、阈值化操作、轮廓插值或基于模型的插值中的至少一个。因此，提供了具有高精度的感兴趣的第一半导体结构或特征的插值。表示在虚拟截面图像中在第一定向方向上定向的特征的第一半导体结构的第三截面图像特征是从来自至少一个截面图像切片的子集的第一截面图像特征以高精度和减少的插值伪影进行插值的。
[0216]
利用获得至少2d虚拟截面图像或2d虚拟截面图像的集合的方法，从检查体积内任意深度zv处的n个截面图像切片的集合计算虚拟截面图像，例如，根据平行于晶片表面的层的深度选择深度zv，其中这些层由在平行于晶片表面的第二定向方向上定向的第二半导体特征形成。例如，在诸如字线的两个相邻等效层(例如图5的层l2和层l3)之间的深度zv1处计算第一虚拟截面图像切片，并且在层或字线(例如图5的层l4)内部的深度zv2处计算第二虚拟截面图像切片。
[0217]
索引n＝1
…
n的每个截面图像切片的深度图z(x,y；n)由截面图像切片中的第二截面图像特征计算得出，第二截面图像特征表示通过在平行于晶片表面的第二定向方向上定向的第二半导体特征的截面图像。投影或插值的方法依赖于多个截面图像切片的各个像素
的实际深度信息。索引n的截面图像切片的每个像素的深度信息或深度图z(x,y；n)是通过上述实施例和示例中描述的方法导出的。在har结构的分析的示例中，对应于har结构的第一截面图像中每个像素位置的深度z(x,y；n)是从第二截面图像特征导出的，第二截面图像特征表示平行于晶片表面伸长的结构，例如如上所述的3d存储器设备的多个层或字线。
[0218]
虚拟图像切片(例如切片121)的集合提供了所探索的半导体结构或特征(例如har结构)的截面图像的可靠表示，并且可用于统计分析或缺陷分析。在获得2d虚拟截面图像的集合的方法的示例中，实现了更快的数据获取，并且z方向上的距离dz或垂直于各个截面图像切片的距离d被选择为基本上大于对应截面图像的像素尺寸。像素尺寸通常低于2nm，例如1nm或0.5nm或甚至0.25nm。对于快速数据获取，垂直于晶片表面的切片距离dz被选择并调整为大于6nm，例如8nm、10nm或甚至更大。通过选择显著大于图像像素尺寸的切片厚度或距离dz，使用fib的铣削操作的数量显著减少，并且实现了晶片内部检查体积的快速3d图像获取。3d体积数据的体素的尺寸沿着不同的轴具有显著不同的延伸，并且横向方向上的像素尺寸或分辨率不同于深度方向上的像素尺寸或分辨率。通过这种方法，实现了在z方向上具有与x和y方向上的横向像素间距相适应的预定距离的多个虚拟截面图像切片，并且生成了检查体积的3d体积图像的各向同性3d体素。由于插值是在感兴趣的半导体特征(例如har结构)的第一方向上执行的，并且可选地与阈值化操作或轮廓插值的其他方法相结合，所以减少了插值的伪影。利用所描述的方法，虚拟图像切片中的半导体元件的第一截面图像是从多个截面图像切片的子集的第一截面图像计算的，其中与横向像素间距相比，深度距离或z较大。
[0219]
在示例中，在与har结构的方向正交的平面的缩减子集中导出虚拟截面图像的预定集合，例如包括har结构的第一截面图像的虚拟截面图像121。虚拟截面图像切片是针对平行于晶片表面的少量z平面计算的，例如z间隔dz大于例如1nm的横向像素光栅。在示例中，根据平行于晶片表面的层的数量来选择多个虚拟截面图像的z间距，并且计算的处理时间显著减少。因此，虚拟截面表面的减少的集合之间的z方向上的距离被选择在例如5nm和50nm之间，例如10nm或25nm。在示例中，z方向上的距离是可变的，并且取决于平行于晶片表面延伸的层的深度。
[0220]
在获得2d虚拟截面图像的集合的方法的示例中，通过用成像带电粒子显微镜扫描多个n个截面表面来生成多个n个截面图像切片，并且计算f个虚拟截面图像切片的集合，其中f《n。在示例中，半导体存储器堆叠体的层的最大数量是m(见图3)，并且f被选择为与m相等，使得在每层内生成虚拟截面图像切片。在另一个示例中，f被选择为与字线的数量相等，使得在每个字线层和其间的每个隔离层内生成虚拟截面图像切片。在每个示例中，横向像素数量远远超过截面图像切片的数量n、虚拟截面图像切片的数量f。
[0221]
通过包括随后通过fib抛光多个截面表面的高精度铣削，生成多个精确平面截面表面。然而，包括抛光的精确铣削是一项耗时的工作。在诸如晶片检查的高吞吐量应用中，期望对晶片内部的检查体积进行更高速度的3d体积图像获取。在本发明的第十三实施例中，如果应用快速铣削操作。在快速铣削之后，每个单独的截面表面的表面形状可能会由于铣削伪影(例如由fib的发散性、不完善的fib控制引入的)或者由于fib和检查体积内的铣削材料之间的相互作用的影响而偏离完美的平面表面。这种影响的示例是众所周知的窗帘效应。图17示出了为生成虚拟切片而描述的插值方法的修改。虚拟切片121中的点c处的像
素值是通过对从弯曲的截面表面52、53和54获得的截面图像切片的点a或/和b处的像素的像素值进行插值而获得的，其中第n个截面图像切片的像素z(x,y；n)的z坐标是用上述本发明的方法导出的。表示例如har结构的第一截面图像的图像像素的深度或z坐标是从已知深度或者是相对于表示例如垂直于har结构定向的字线的第二截面图像的图像像素导出的。在示例中，一种从截面图像切片的集合中获得虚拟截面图像或虚拟截面图像的序列的方法，每个虚拟图像切片包括多个虚拟截面图像像素，该方法包括以下步骤：通过以倾斜角gf将n个截面表面的序列交替成像并铣削到晶片内部的检查体积中，获得n个截面图像切片的序列，其中对于每个虚拟截面图像像素，通过n个截面图像切片的序列的至少一个截面图像切片的子集在第一定向方向上的投影以及通过来自至少一个截面图像切片的子集的投影的像素值的插值来计算像素值。截面图像切片的数量n至少为n＝10，优选n》100，甚至更优选n约为1000或更大。
[0222]
在上述实施例中，在晶片中具有低于1nm的高分辨率和大深度延伸lz的检查体积的检查任务的要求通过在具有大于30
°
的角度gf的楔形切割几何形状下的切片和图像方法来实现。如在第五实施例中结合图8所描述的，对于高分辨率要求，利用sem必须获得具有不同焦点位置的大量图像。如图12结合第八实施例所示，利用sem进行成像的实施例的示例还需要图像处理，例如拼接和失真补偿。在另一个示例中，sem的光轴通过角度ge调整，使得sem和fib之间的角度gfe约为90
°
(见图2和4b)。然而，在具有sem的实施例和示例中，具有超过例如1μm的大深度延伸的检查体积的多个n个截面图像切片的图像获取和横向对准是耗时的，并且需要附加的时间用于焦点调整和图像处理。此外，精确度也降低了。在第十四实施例中，带电粒子成像设备是氦离子显微镜(him)，其焦深高达10m。高分辨率sem的焦深大约为dof～10-20nm。通常，带电粒子成像显微镜的dof受到所需分辨率的限制。使用him，在6μm以上的大景深下，分辨率保持在1nm以下，并且达到10μm或更大。him提供了进一步的优点，即成像由二次电子主导，而较少由反向散射的带电粒子主导。因此，成像对比度不太容易受到形貌效应的影响。此外，利用氦离子，晶片的任何充电总是正的，并且由于晶片表面的充电效应引起的对比度变化被最小化。
[0223]
因此，根据图18的具有him的双光束设备1为具有大深度延伸的检查体积提供了优选实施例。在该第十四实施例中，提供了一种晶片检查装置和方法，用于在不从晶片移除样品的情况下对晶片内部的检查体积进行三维电路图案检查，其被配置并适用于层的厚或深堆叠体，例如在经处理的半导体晶片的表面之下具有大约大于6μm(例如10μm或15μm)的深度延伸或高度。如上所述，利用楔形切割几何形状中的切片和图像方法，避免了对晶片的破坏或对检查体积的移除。在第十四实施例中，在用于铣削到晶片表面55中的fib柱的倾斜角gf为20
°
，优选地大于30
°
，并且甚至更优选地大于35
°
的情况下，实现了低于25μm的截面表面的横向延伸，例如大约20μm或更小的横向尺寸ly，并且以非常快速和有效的方式在没有图像拼接的情况下执行图像获取。晶片检查任务的挑战是要求高分辨率，例如2nm、1nm或0.5nm或甚至低于0.5nm，以及晶片内要求的深度范围在晶片顶表面55下达到15μm。根据第十四实施例，通过使用氦离子显微镜(him)来实现带电粒子成像光束的高分辨率和所需的焦深。氦离子显微镜在所需的大焦深下提供约1nm或更低的所需分辨率，并允许在单个图像中以所需分辨率对楔形切割几何形状下的每个截面表面进行图像获取。“单图像扫描”是指图像获取扫描，无需改变焦平面或在大深度范围内进行具有挑战性的焦点控制或图像拼
接。在单次图像扫描期间，晶片不移动，并且带电粒子成像光束的焦平面不改变。
[0224]
利用使用him的用于晶片检查的双光束装置，提供了检查体积的高分辨率和高吞吐量的3d体积检查，特别是深度大于100nm且分辨率低于1nm的深检查体积，例如深度lz大于1μm。在示例中，提供了对具有在晶片顶表面下延伸约6μm深度的har结构的存储器设备的检查，而不破坏晶片或从晶片移除检查体积。双光束设备的特定布置中的him提供深度范围超过5μm(例如6μm)的多个n个截面表面的高分辨率成像，并且生成分辨率低于1nm的多个n个截面图像切片。
[0225]
通过用大约36
°
的ga-fib 50对多个截面表面进行交替切片并用him进行成像，切片和成像被实现到存储器设备的har通道的底部。图18a和图18b解释了第十四实施例的细节。两个图都示出了用于检查晶片中深体积的双光束设备1的不同方面。具有光轴142的氦离子显微镜(him)140垂直于晶片支撑台(见图18b)布置，该晶片支撑台保持晶片，其晶片顶表面55垂直于him 140的光轴142。镓-fib柱50相对于晶片顶表面55以大约36
°
的倾斜角gf定向。在大约10μm
×
10μm
×
6μm的横向延伸lx乘以ly乘以lz的检查体积内，用索引n和(n+1)指示多个n个截面表面中的第一和第二截面表面。这些截面表面示出了截面特征，在该示例中，har结构的第一截面特征垂直于晶片顶表面55定向。第一har截面177.1靠近具有小深度的晶片表面55，并且第二har截面177.2处于大深度，例如大约6μm或更大的深度lz。两个表面细节都在大约10μm或更大的him 140的景深或焦深(dof)内。由于36
°
的倾斜角，对于6μm的深度lz，截面表面ly的横向延伸仅为约10m。在另一个示例中，对于lz＝15m的深度，获得ly＝20m的横向延伸。对于大约lz＝15μm的这种lz深度结构，例如15μm的横向图像延伸在例如45
°
的较大倾斜角的情况下是可能的。切片距离dz例如大约为10nm或者根据采样要求来选择，并且对于大的倾斜角可以选择较小的切片距离。在每种情况下，都可以通过him的单次图像扫描来获取每个截面图像表面，而不改变焦点，并且也不需要失真补偿或图像拼接。
[0226]
为了对准多个n个截面图像切片，在晶片顶表面55中提供对准标记，例如对准标记148。晶片的顶表面55上的对准标记和倾斜的截面表面都很好地在him的dof内，并且多个n个截面图像切片可以在横向方向上以高精度对准。例如，大深度处的第二har截面177.2和晶片的表面55上的对准特征148都被him 140的快扫描线152穿过，并且都在him 140的焦深或景深(dof)内。him 140的大景深的独特优点在于，可以在超过1μm(例如2μm、5μm或甚至10μm)的深度范围内对不同深度处的结构或特征进行成像，以及在晶片表面55的顶部制造的对准特征或基准148。
[0227]
用于以楔形切割几何形状在晶片的检查位置处检查检查体积的双光束设备1(见图18a)包括：六轴晶片载物台155，其具有晶片支撑台15，该晶片支撑台15配置用于将具有晶片表面55的晶片保持在晶片支撑台15的支撑表面152上；相对于晶片支撑台15的支撑表面152成gf角度布置的fib柱50；具有垂直于支撑表面152布置的光轴142的氦离子显微镜(him)140，fib柱50的光轴和him 140形成交点43；以及平台控制单元16，其配置为在使用期间将晶片8的第一测量位置6.1定位在交点43处；用于控制fib柱50和him 140的控制单元19，被配置为用fib光束51近似以角度gf交替铣削检查体积中的多个n个截面表面并通过him光束144对每个截面表面进行成像，以形成高分辨率的多个n个截面图像切片，其分辨率优于2nm，优选地优于1nm，由此，检查体积在him 140的光轴142的方向上具有大于1μm，例如3μm的深度延伸lz。在示例中，在him 140的光轴142的方向上的深度延伸lz超过5μm，例如6μ
m或者甚至10μm。通过具有超过深度延伸lz的焦深(dof)的him光束144实现每个截面表面的成像以形成高分辨率的多个n个截面图像切片。控制单元19被配置成在使用期间在超过大约至少5μm至10μm(lx或ly)的检查体积的横向尺寸lx或ly的区域上扫描him光束144，并且利用二次电子检测器17以时间顺序的方式收集多个二次电子。
[0228]
在示例中，fib光束51和晶片支撑台15的支撑表面152之间形成的角度gf在30
°
和60
°
之间，例如36
°
或45
°
。在示例中，双光束设备1还包括操作单元2，其被配置为将多个n个截面图像切片与至少一个公共截面图像特征相互对准。在示例中，控制单元19还被配置成在使用期间在晶片表面55上产生至少对准标记148，形成至少一个公共截面图像特征，用于多个n个截面图像切片的相互对准。在示例中，操作单元2还包括图像处理单元82(见图15)，用于在使用期间计算平行于检查体积的晶片表面55的平面中的至少虚拟截面图像切片。
[0229]
利用him 140的大焦深和远心配置，在不需要改变带电粒子成像显微镜的焦平面的情况下，以高精度且无失真地对截面图像切片进行成像。利用lz超过1μm的大深度延伸，例如6μm或者甚至高达10μm，以高效和快速的工作流程，获得晶片内部的检查体积的3d信息。例如，对于具有多个har结构的存储器设备，可以在每个交替层中生成虚拟图像切片，例如字线的层和字线之间的隔离层。由于截面图像是从倾斜的截面表面获得的，其中him垂直于晶片表面或平行于har结构，因此减少了图像处理时间，并且最小化了插值伪影。形成在晶片表面55上的可选对准结构148正好在him的焦深内，并且可以用于截面图像切片的相互对准。
[0230]
图19示出了用于大深度延伸lz的检查体积的第十四实施例的一些方面。检查体积160具有2μm至10μm之间的大z延伸lz。在存储器设备的检查体积中，平行于晶片表面55布置多个交替层162。与晶片表面55正交地布置了多个har结构。在检查体积160中，形成多个n个截面表面。图示的是索引(n-1)、n和(n+1)的截面表面。每个截面表面近似以30
°
和60
°
之间的倾斜角gf(例如36
°
)被铣削到检查体积中。连续截面表面之间的距离选择在12nm以下。通过控制切片距离，例如通过较小的距离和较大的切片数量，可以进一步提高3d体积图像获取的精度，并且减少图像处理误差。与铣削交替，每个截面表面由him 144成像，并且形成多个n个截面图像切片，例如图19b中的索引n的截面图像切片。截面图像切片包括har结构的多个截面特征，如177.1所示，以及多个层的截面特征，如导电层截面175。多个n个截面图像切片中的每一个包括表示附加对准特征148的图像细节150，并且多个n个截面图像切片中的每一个与表示附加对准特征148的图像细节150横向对准，这不被后续截面图像表面的铣削所修正。在第一导电层或字线中计算虚拟截面，形成虚拟截面图像166.1，并且在第二隔离层中计算虚拟截面，形成虚拟截面图像166.2。从而，计算多个虚拟截面(图19c和19d)。
[0231]
如图20所示，通过图像处理来分析多个截面图像或虚拟截面中的每一个，并且导出har结构的统计特征。图20显示了分析结果的两个示例。在左侧，示出了在从0μm到4.5μm的深度范围内多个har通道164的半径和半径的平均值的分布。在右侧，示出了在从0μm到4.5μm的深度范围内多个har通道164的椭圆率和椭圆率的平均值的分布。多个har通道164的其他参数可以以类似的方式获得和示出。
[0232]
图21示出了大深度延伸的检查体积的检查的第十五实施例。在该实施例中，通过将检查体积分隔成多个b块181.1、
…
181.b、
…
181.b，减少了检查具有大深度延伸的检查体积所需的时间。为简单起见，图示了三个块。多个块181沿着fib光束的铣削方向对角布置。
因此，要铣削和成像的多个截面表面减少到较低的数量，并且减少了检查所需的时间。在每个块181中，在深度的特定范围lz1至lzb中分析多个例如70个har特征164。根据截面表面的铣削角度gf、har特征尺寸和每个深度范围中统计分析所需的har截面177的数量来调整块尺寸。因此，优选的切片距离d低于30nm。在多个层162的不同深度范围中计算多个虚拟截面。因此，铣削操作的数量减少了三倍以上，并且检查体积所需的操作时间减少了三倍以上。在示例中，对于包括存储器har结构的存储器设备，为每个har结构提供至少三个截面图像切片就足够了。
[0233]
图22示出了用于检查大深度延伸的深且小的检查体积191的双光束设备的第十六实施例。在这个示例中，角度gf被选择在45
°
和80
°
之间的大角度，例如大约76
°
的铣削角度，以在整个深度范围内以大角度df对存储器设备的har特征进行切片。带电粒子显微镜195的轴被布置成与晶片表面55的法线成角度ge，例如成40
°
或更大的角度。在这个示例中，晶片的破坏被最小化。
[0234]
通常，用于监控和控制半导体晶片上或半导体晶片中的半导体特征的大批量制造(hvm)的晶片检查需要非常高的速度和高的吞吐量。在第十七实施例中，描述了根据本发明的任何其他实施例的具有双光束设备的监控配方的开发。图23示出了第十七实施例。从m1到m3，半导体设备的发展大致遵循了三个阶段。在研发(rnd)阶段m1中，开发出新半导体设备的功能原型。在步骤m1.1中，开发了半导体设备的设计。在步骤m1.2中，制造新半导体设备的功能演示器或新半导体设备的新设计特征，并在步骤m1.3中测试其功能。在阶段m1期间，测试新设计特征和新工艺步骤。例如，根据上述任何实施例，或者利用现有技术中描述的利用样品脱离的方法，执行演示器的3d体积分析。从而确定并提供关键设计参数和关键设计性能指标d1的列表。
[0235]
在阶段m2中，提供了制造工艺的提升。在步骤m2.1期间，开发新的制造工艺，或改进现有的制造工艺。在步骤m2.2中，需要全面的3d分析或3d体积成像，例如通过上述实施例中描述的任何方法或装置。例如，获得代表性缺陷图案的新的集合，并从代表性缺陷图案中生成关键制造性能指标d2的列表。如果在阶段m2期间的制造被证明是至关重要的，则该过程可以返回到阶段m1，并且可以执行设计变更。
[0236]
在两个阶段m1和m2中，都进行了全面的3d测量，目的是了解工艺，并全面识别可能的缺陷。在步骤m2.2中，监控多个制造步骤，并且执行多个3d测量，并且如果步骤m2.2期间的测量时间比例如步骤m1.3中的测量时间短，则是有利的。在阶段m1或m2期间的3d检查的优选方法是在楔形切割几何形状下的3d体积图像生成，如上面实施例之一中所述。在“楔形切割”方法中，如图3所示，用fib以与晶片表面成80
°
以下的角度铣削3d存储器堆叠体。在存储器设备的示例中，沟槽的倾斜截面表面52包含存储器通道和字线足迹。使用垂直带电粒子成像光束(例如氦离子或电子束)从“顶部”对截面表面进行成像。对应的截面图像切片包含在xy平面上相应深度(z)处的通道足迹的投影。在圆柱形的垂直存储器通道的情况下，截面图像切片包含由沟槽的倾斜表面52上的足迹的位置确定的不同深度处的圆形足迹，例如如图6所示。fib光束51和晶片表面(xy平面)之间的角度gf控制成像光束的视场所覆盖的深度范围和可用于成像的总横向区域。倾斜截面表面的“自上而下”成像需要垂直光束的一定焦深(dof)。在dof不足的情况下，可以将fov分成更小的子场，并利用渐进的焦点调整顺序成像，如在图8的示例中的第五实施例中所解释的。或者，可以采用图18中描述的根据第十
四实施例的him。根据测量，可以执行多个性能参数和统计分析，例如可以生成虚拟截面图像切片，并且评估可以包括例如图20中所描述的。
[0237]
阶段m3是半导体设备的大批量制造(hvm)。在hvm阶段中，测量时间减少，有利于最大化吞吐量。在步骤m3.1中，应用在m2阶段中开发的制造工艺，并且在步骤m3.2中例行执行有限数量的指标或监控测量。基于在rnd阶段m1和阶段m2期间导出的关键设计性能指标d1和关键制造性能指标d2以及上述，定义测量或监控配方r，然后在阶段m3中例行执行以监控制造工艺。
[0238]
根据关键设计性能指标d1和关键制造性能指标d2，生成测量或监控配方r，用于hvm阶段m3的快速和高吞吐量监控。关键设计性能指标d1和关键制造性能指标d2可以包括大量数据，包括2d图像和3d图像数据、2d虚拟图像切片、具有理想性能的制造的半导体设备和由于典型制造误差导致性能下降的制造的半导体设备的这些数据的尺寸和统计分析。关键设计性能指标d1和关键制造性能指标d2也可以包括从数据库提供的模拟，例如cad模拟或其他半导体设备的分析数据。在测量配方r中导出和遵守特定检查地点的检查体积中的代表性缺陷图案和特定测量任务。例如，检查体积中的体积效应通常可以由通过检查体积的单个或两个代表性截面图像切片来表示。根据通过上述切片和成像方法获得的3d体积图像，确定至少一个代表性截面图像切片的优选角度和定向，并且确定晶片上特定检查位置处截面表面的优选角度和定向。特定检查位置处的截面表面的优选角度和定向是先验信息的示例，利用了检查体积中的半导体结构和特征的先验知识。
[0239]
用于hvm的测量配方r是例如借助于应用于关键设计性能指标d1和关键制造性能指标d2的机器学习或深度学习而导出的，并且定义了用于m3阶段的hvm的简化的代表性测量的集合，包括监控配方r的监控或hvm性能指标d3的集合。在步骤m3的hvm期间应用测量或监控配方r，并且生成监控指标d3的多个实际值。hvm性能指标d3的实际值可以包括大量数据，包括2d图像和3d图像数据、具有理想性能的hvm制造的半导体设备和由于hvm制造误差导致性能下降的制造的半导体设备的这些数据的测量尺寸和统计分析。hvm性能指标d3的多个实际值可以反馈给步骤r中的测量或监控配方生成，并且步骤r中的测量或监控配方生成可以在规则的时间间隔内被确认或实现。
[0240]
因此，根据第十七实施例的测量或监控配方生成的方法包括以下步骤：生成关键设计性能指标d1的第一集合，关键设计性能指标d1的集合包括检查体积中的关键设计特征的cad图像数据和尺寸、以及生成关键制造性能指标d2的第二集合，包括在制造工艺开发期间获得的3d体积图像数据、以及导出测量配方r，该测量配方r包括用于获得性能指标d3的第三集合的至少一个的步骤，其中生成关键制造性能指标d2的第二集合或监控配方r的步骤包括通过代表性的预定检查体积获取至少第一截面表面的至少第一截面图像切片，其中在晶片表面下方的深度延伸lz》1μm。获得性能指标d1至d3的至少一个的步骤中的至少一个包括图像处理的步骤，以提取表示多个第一半导体特征在倾斜角gf处的截面的多个第一截面图像特征，该图像处理包括特征提取、边缘检测、图案识别或像素插值中的至少一种。获得性能指标d1至d3的至少一个的步骤中的至少一个包括从多个第一截面图像特征中的至少一个计算至少一个第一半导体特征的至少描述性参数的步骤，其中该描述性参数是尺寸、直径、角度、面积、形状或体积中的一个。获得性能指标d1至d3的至少一个的步骤中的至少一个还包括计算多个第一半导体特征的至少一个描述性参数的平均值或统计偏差之一
的步骤。测量方案r可以包括根据上述任何实施例的测量，但是优选地是在第十八实施例中描述的方法。在hvm阶段m3中，完整3d断层扫描可能消耗不可接受的时间量，而单个楔形截面是可能的。利用上述的监控配方生成，单个楔形切割可以提供工艺监控所需的信息。在第十八实施例中，提供了一种从穿过3d存储器堆叠体的单个楔形切割的分析中提取3d信息的方法。
[0241]
根据第十八实施例的单个楔形切割监控方法提供了关于3d存储器堆叠体内的单个倾斜平面51的信息。与例如使用连续铣削和成像的平行切片的堆叠体的3d断层扫描相比，从单次切割获得的信息不足以进行堆叠体几何形状的完全3d重建。然而，单个楔形切割方法相对于多个切片的铣削和成像的优势在于更短的铣削和图像获取时间。因此，在hvm阶段m3中应用单个楔形切割监控方法是有利的。fib和成像光束的定向允许铣削局部沟槽，而不会对晶片造成进一步的损坏(晶片样品不会“脱离”)，这对于晶片在线检查是至关重要的。图24示出了在存储器设备的多个har结构的示例中的单个楔形切割监控方法。由fib 55以相对于平行于y轴的晶片表面(未示出)的角度gf铣削单一界面51。带电粒子成像设备(未示出)被布置在z方向上，并且生成表面51的数字图像，包括垂直于晶片表面定向的har结构205.1
…
205.4的多个截面图像特征203.1
…
203.4。通过组合各个存储器或har通道205.1
…
205.4的截面图像特征的足迹203.1至203.4，获得平均har通道的代表性垂直har轮廓201的重建。为了重建代表性的垂直har轮廓201的垂直轮廓(直径或更一般地，作为z的函数的代表性垂直har剖面的形状)，可以组合在对应于角度gf的倾斜角度处的各个通道的成像足迹203.1到203.4，以形成如图24所示的代表性垂直har轮廓201。数字图像的图像像素的z坐标可以例如使用上述方法从自顶向下图像上它们的x-y坐标重建，利用例如在如图5、6、12和19b中所示的倾斜表面51中的字线的截面图像特征。该方法应用在阶段m2中生成的先验信息，例如视野内的所有通道理想地具有相同的垂直轮廓或垂直轮廓的预定义变化的信息。在单个截面表面中，har结构的截面位于不同深度，并且取决于深度的har通道的特性可以从m2阶段的3d体积检查中训练或学习。在简单的示例中，har通道的直径与z保持恒定，并且所有har通道的轴彼此平行。如果在阶段m2期间从3d体积检查中预测了平均通道的更复杂的垂直轮廓，则可以应用假定的轮廓来校正不同深度处的测量的关键尺寸和接近度。
[0242]
如果假设通道在xy平面中形成规则网格，楔形切割数据还允许将平均通道201的横向位移重建为z的函数(所谓的“倾斜”或“摆动”)。在示例中，存储器通道在步骤m1中被设计为在横向平面中形成六边形网格。对于包括图像中的足迹或截面图像段203.1至203.4的每个通道足迹，测量形心(xi,yi)(对于har通道的多个i＝1
…
n个截面图像段，具有索引i)。如上所述，可以使用字线为任何一对(xi,yi)确定足迹形心的z坐标zi。如果fov中的所有通道具有相同的形状和定向，则给定z处的通道足迹形心(xi,yi)的横向位置可以定义为
[0243][0244]
和
[0245][0246]
其中和描述了平均通道随深度的横向位移；和描述了在某一参考深度z
ref
处通道的理想横向位置。通过这种重建，函数和确定了fov中平均通
道的倾斜和“摆动”。这可以通过求解以下超定方程组来完成(例如，由χ2最小化)：
[0247][0248]
对于和假设它们形成预定义的规则网格，例如六边形网格。因此，对于足够数量的测量的通道形心，可以求解方程组以找到和
[0249]
因此，数字图像可用于在某些统计假设下或在阶段m1和m2期间在3d体积检查中获得的先验信息下重建3d存储器堆叠体的3d几何形状。例如，可以通过先验信息或机器学习的方法从单个表面51的数字图像中识别缺陷类型或缺陷特征。在m1和m2阶段从典型缺陷的3d体积图像中获得单个表面的代表性数字图像的集合，并用于训练机器学习算法。从单个表面并通过根据先验信息或机器学习算法的分析，从单个相交表面51的数字图像确定3d体积缺陷类型。图25显示了简化的示例。图25a示出了横向lx和ly延伸的检查体积160中的多个har结构(三个由参考数字205指示)以及对应的深度范围lz。多个har结构相对于z轴倾斜。图25b示出了通过在y-z平面中的局部晶片坐标系中定向的fib 50铣削第一截面表面51.1的第一楔形切割。由带电粒子成像设备40或140获得的第一数字图像207.1在图25b的右侧示出，其中多个截面图像特征203.1表示多个har结构205的截面。通过平行于x方向的har结构的平行行的多条线209.1之间的间距在截面表面51.1的数字图像上变化，从该数字图像连同关于har通道的设计距离的先验信息一起导出多个har通道205的倾斜。
[0250]
为了进一步分析通道的倾斜，生成并成像第二截面表面51.2，其中楔形切割的定向在第一和第二截面表面之间改变。例如，在第一相交表面生成和第一数字图像生成以及第二相交表面生成和第二数字图像生成之间随着晶片围绕晶片法线或z轴的旋转，两个相交表面51.1和51.2被蚀刻和成像。因此，形成两个相交表面，其中第一相交表面相对于第二相交表面旋转例如90
°
的角度。第二相交表面生成和第二数字图像生成的结果在图25c中以局部晶片坐标系示出。为了说明起见，不旋转晶片，但是旋转成像设备的定向，使得fib柱50现在定向在局部晶片坐标系的x-y平面中。第二截面表面51.2再次在角度gf下生成，但是相对于第一截面表面51.1围绕z轴旋转了预定角度。在这个示例中，预定角度是90
°
，但是其他角度也是可能的。第二截面表面51.2的对应的第二数字图像207.2再次由带电粒子成像设备40或140获得，并且包括多个截面图像特征203.2，其表示在不同深度处穿过多个har结构的截面。通过har结构的平行行的线209.2现在相对于x轴倾斜，由其连同关于har通道的设计距离的先验信息一起，导出多个har通道205的倾斜。通过楔形切割几何形状下的第一和第二检查，仅从两次截面测量就可以全面确定检查体积160中的多个har结构的倾斜角和定向。
[0251]
在示例中，har通道205的倾斜可以是未对准的蚀刻工艺的结果，并且har结构的倾斜角取决于晶片上的位置，例如随着到晶片中心的距离增加，径向倾斜角增加。其他示例是对准中的系统误差，根据该系统误差，所有har结构仍然在一个方向上以相等的倾斜角平行。通过在晶片的预定位置处铣削和成像的几个代表性截面表面的生成，可以导出缺陷的特征或来源。
[0252]
在上面的示例中，检查体积中的多个har结构是倾斜且平行的。因此，har结构的截面在x和y方向上显示出不同的间距。在其他示例中，例如，如果har结构相对于所有har轴的
公共中心倾斜，或者随机倾斜，则所有倾斜的特征可以通过在不同定向处生成的至少两个截面表面来评估，例如通过在第一和第二截面图像生成之间的晶片的旋转。
[0253]
如2019年9月20日提交的德国专利申请102019006645.6和2020年5月15日提交的pct申请pct/ep2020/000101中所述，在楔形切割截面的自上而下图像中检测到的通道足迹可用于研究通道直径的横向变化(cd均匀性)和相邻通道的接近度，这两个专利申请均通过引用并入本文。
[0254]
因此，根据监控配方对晶片中的至少第一检查体积进行晶片检查的方法包括以下步骤：将晶片装载到双光束设备中的晶片支撑台上，移动晶片支撑台以使晶片上的第一测量位置与双光束设备的交点重合，用fib柱在第一检查体积中以倾斜角度铣削第一截面表面，用带电粒子成像设备生成第一截面表面的第一截面图像切片，以及获得第一检查体积中多个第一半导体特征的性能指标，包括用关于多个第一半导体特征的先验信息分析第一截面图像切片的步骤。分析步骤可以包括图像处理步骤，以提取表示多个第一半导体特征在倾斜角gf处的截面的多个第一截面图像特征，该图像处理包括特征提取、边缘检测、图案识别或像素插值中的至少一种。获得性能指标的步骤可以进一步包括从多个第一截面图像特征中的至少一个计算第一半导体特征的至少描述性参数的步骤，该描述性参数是尺寸、直径、角度、面积、形状或体积中的一个。它还可以包括计算多个第一半导体特征的至少一个描述性参数的平均值或统计偏差之一的步骤。根据第三实施例，分析步骤还可以包括生成第一截面图像切片的深度图z(x,y)。为了生成深度图，该方法可以进一步包括(1)确定第一截面图像切片中的至少两个第二截面图像特征，以及(2)从至少两个第二截面图像特征的横向位置确定深度图z(x,y)，其中至少两个第二截面图像特征表示在检查体积内不同深度处的集成半导体结构。在示例中，获得性能指标的步骤包括从多个第一截面图像特征的横向位置导出多个第一半导体特征的倾斜角偏差，倾斜角偏差是第一半导体特征相对于垂直于晶片表面的轴的角度。可以从以倾斜角gf和深度图z(x,y)布置的多个第一截面图像特征生成第一多个半导体特征的3d表示。可以将第一截面图像切片与通过参考晶片或管芯的检查体积的2d数字图像切片进行比较，其中2d数字图像切片是在参考晶片或管芯的先前测量中获得并存储在存储器中的截面图像切片或虚拟截面图像切片，并且其中虚拟截面图像切片是从存储在存储器中的3d体积图像数据生成的。3d体积图像数据在参考晶片或管芯的检查体积的先前切片和图像测量中获得，并存储在存储器中，例如在阶段m2期间获得。可以用包括至少第二fib柱和第二带电粒子成像设备的第二双光束设备，或者用相同的或第一双光束设备来执行先前的切片和图像测量。
[0255]
在监控配方r的示例中，该配方包括移动晶片支撑台以使晶片的第二测量位置与第一双光束设备的交点重合，在第二检查体积中以倾斜角gf铣削第二截面表面，以及用带电粒子成像设备生成第二截面表面的第二截面图像切片。在示例中，移动晶片包括晶片支撑台相对于垂直于晶片支撑表面的轴的旋转。通过用关于多个第一半导体特征的先验信息分析第一和第二截面图像切片，获得第一和第二检查体积中的多个第一半导体特征的性能指标。在示例中，多个第一半导体特征的倾斜角偏差包括对第一和第二截面图像切片的分析。
[0256]
一种晶片缺陷检查设备，包括聚焦离子束(fib)柱和带电粒子成像设备，聚焦离子束(fib)柱被配置用于通过晶片中的第一检查体积以倾斜角gf铣削和暴露至少第一截面表
面，带电粒子成像设备被配置用于对至少第一截面表面成像以形成第一截面图像切片。它还包括安装有软件代码的图像处理单元，其被配置成确定至少第一截面图像切片中的多个截面图像特征，并确定检查体积内多个截面图像特征的深度，该多个截面图像特征是在检查体积内的倾斜角gf处的半导体结构的截面；以及包括缺陷检测单元，该缺陷检测单元被配置成从该多个截面图像特征确定与检查体积内的半导体结构的预定特性的偏差。晶片缺陷检查设备被配置为检查晶片中的检查体积，而检查体积不从晶片中提取。晶片缺陷检查设备包括用于存储先验信息的存储器。
[0257]
用于将倾斜截面铣削到晶片中的fib在一些示例中被描述为镓fib，它是用于铣削的常用fib。用于铣削的fib的其他示例可以利用其他材料，例如在气体场离子源(gfis)中产生的气体，例如氢、氦或氖。在示例中，本发明的双光束设备包括用于铣削的fib和用于成像的带电粒子成像光束，两者都利用如he和ne的惰性气体进行铣削和成像。
[0258]
上述实施例和示例仅旨在作为本发明的示例。尽管在作为探针的半导体结构的示例中描述了实施例，但是至少一些实施例的方法和装置也可以应用于允许从表示样品中的层或已知深度的第二截面图像特征确定深度的可比较结构的材料或探针。本领域技术人员可以对特定的实施例和示例进行变更、修改、变化和组合，而不偏离由所附条款限定的范围。
[0259]
本发明通过以下几组条款进一步描述：
[0260]
条款1：一种利用第一双光束设备对晶片中的至少第一检查体积进行晶片检查的方法，包括：
[0261]
‑‑
将晶片装载在双光束设备中的晶片支撑台上，双光束设备至少包括fib柱和带电粒子成像设备，fib柱的第一光轴与晶片支撑台的表面形成倾斜角gf，并且带电粒子成像设备的第二光轴与晶片支撑台的表面的法线形成角度ge，第一和第二光轴形成交点，
[0262]
‑‑
移动晶片支撑台以使晶片上的第一测量位置与双光束设备的交点重合，
[0263]
‑‑
用fib柱在第一检查体积中以倾斜角gf铣削第一截面表面，
[0264]
‑‑
用带电粒子成像设备生成第一截面表面的第一截面图像切片，
[0265]
‑‑
获得第一检查体积中多个第一半导体特征的性能指标，包括用关于多个第一半导体特征的先验信息分析第一截面图像切片的步骤。
[0266]
条款2：根据条款1所述的方法，其中第一半导体特征是通孔、har结构或har通道之一。
[0267]
条款3：根据条款1或2中任一项所述的方法，其中，分析步骤包括图像处理步骤，以提取表示多个第一半导体特征在倾斜角gf处的截面的多个第一截面图像特征，图像处理包括特征提取、边缘检测、图案识别或像素插值中的至少一种。
[0268]
条款4：根据条款3所述的方法，其中获得性能指标的步骤还包括从多个第一截面图像特征中的至少一个计算第一半导体特征的至少描述性参数的步骤，该描述性参数是尺寸、直径、角度、面积、形状或体积中的一个。
[0269]
条款5：根据条款4所述的方法，其中获得性能指标的步骤还包括计算多个第一半导体特征的至少一个描述性参数的平均值或统计偏差之一的步骤。
[0270]
条款6：根据条款3至5中任一项所述的方法，其中分析步骤还包括生成第一截面图像切片的深度图z(x,y)。
[0271]
条款7：根据条款6所述的方法，其中生成深度图的步骤还包括：
[0272]
‑‑
确定第一截面图像切片中的至少两个第二截面图像特征，以及
[0273]
‑‑
从至少两个第二截面图像特征的横向位置确定深度图z(x,y)。
[0274]
条款8：根据条款7所述的方法，其中至少两个第二截面图像特征中的每一个表示在检查体积内不同深度处的集成半导体结构。
[0275]
条款9：根据条款7或8所述的方法，其中多个第一半导体特征中的每一个在垂直于晶片表面的方向上延伸，并且第二截面图像特征包括在平行于晶片表面的方向上延伸的半导体结构的截面。
[0276]
条款10：根据条款7至9中任一项所述的方法，其中第二截面图像特征至少包括隔离线或层、金属线或层、半导体线或层之一的截面。
[0277]
条款11：根据条款6至10中任一项所述的方法，其中获得性能指标的步骤包括从多个第一截面图像特征的横向位置导出多个第一半导体特征的倾斜角偏差，倾斜角偏差是第一半导体特征相对于垂直于晶片表面的轴的角度。
[0278]
条款12：根据条款4至11中任一项所述的方法，还包括从倾斜角gf处和以深度图z(x,y)布置的多个第一截面图像特征导出第一多个半导体特征的3d表示的步骤。
[0279]
条款13：根据条款1至12中任一项所述的方法，其中分析步骤还包括将所述第一截面图像切片与通过参考晶片或管芯的检查体积的2d数字图像切片进行比较。
[0280]
条款14：根据条款13所述的方法，其中2d数字图像切片是在参考晶片或管芯的先前测量中获得并存储在存储器中的截面图像切片。
[0281]
条款15：根据条款13所述的方法，其中2d数字图像切片是虚拟截面图像切片，并且其中虚拟截面图像切片是从存储在存储器中的3d体积图像数据生成的。
[0282]
条款16：根据条款15所述的方法，其中3d体积图像数据是在参考晶片或管芯的检查体积的先前切片和图像测量中获得的，并且存储在存储器中。
[0283]
条款17：根据条款16所述的方法，其中先前的切片和图像测量利用第二双光束设备来执行，第二双光束设备至少包括第二fib柱和第二带电粒子成像设备。
[0284]
条款18：根据条款16或17所述的方法，其中先前的切片和图像测量由第一双光束设备执行。
[0285]
条款19：根据条款1至18中任一项所述的方法，进一步包括：
[0286]
‑‑
移动晶片支撑台以使晶片的第二测量位置与第一双光束设备的交点重合，
[0287]
‑‑
用fib柱在第二检查体积中以倾斜角gf铣削第二截面表面，
[0288]
‑‑
用带电粒子成像设备生成第二截面表面的第二截面图像切片，
[0289]
‑‑
通过用关于多个第一半导体特征的先验信息分析第一和第二截面图像切片，获得第一和第二检查体积中的多个第一半导体特征的性能指标。
[0290]
条款20：根据条款19所述的方法，其中在第一检查体积中的第一截面表面的铣削和第二检查体积中的第二截面表面的铣削之间，晶片支撑台相对于垂直于晶片支撑表面的轴旋转。
[0291]
条款21：根据条款19至20中任一项所述的方法，还包括导出多个第一半导体特征的倾斜角偏差的步骤，包括对第一和第二截面图像切片的分析。
[0292]
条款22：根据条款1至21中任一项所述的方法，其中fib柱的倾斜角gf在30
°
和80
°
之间，优选在30
°
和45
°
之间。
[0293]
条款23：根据条款1至22中任一项所述的方法，其中带电粒子成像设备垂直于的晶片表面定向，ge＝0
°
。
[0294]
条款24：根据条款1至23中任一项所述的方法，其中带电粒子成像设备是氦离子显微镜(him)。
[0295]
条款25：根据条款24所述的方法，其中，第一截面图像切片是通过在单次图像扫描中通过检查体积获得第一截面表面的图像而获得的。
[0296]
条款26：一种用双光束设备检查晶片的方法，该双光束设备包括聚焦离子束柱(fib)和氦离子显微镜(him)，聚焦离子束柱的光轴被布置成与晶片支撑台的支撑表面成30
°
到45
°
之间的角度gf，氦离子显微镜的光轴被布置成与支撑表面垂直，fib柱和him的光轴形成交点，
[0297]
包括以下步骤：
[0298]
‑‑
用具有晶片支撑台的晶片载物台定位晶片的第一测量位置，该晶片支撑台被配置用于在交点处保持晶片，
[0299]
‑‑
用fib柱近似以角度gf通过第一检查体积铣削第一截面表面，其中在晶片表面下方的深度延伸lz大于1μm，和
[0300]
‑‑
用氦离子显微镜通过单次图像扫描对第一截面表面成像，以形成高分辨率截面图像切片。
[0301]
条款27：根据条款26所述的方法，其中第一检查体积具有大于2μm、大于6μm或者甚至10μm的深度范围
[0302]
条款28：根据条款26-27中任一项所述的方法，其中在成像步骤中，him被配置用于生成横向分辨率低于2nm、优选低于1nm或者甚至低于0.5nm的图像。
[0303]
条款29：一种计算机程序产品，具有用于执行根据条款1至28中任一项所述的方法的程序代码。
[0304]
条款30：一种双光束设备，其被配置为执行根据条款1至28中任一项所述的方法。
[0305]
条款31：一种晶片缺陷检查设备，包括：
[0306]
‑‑
聚焦离子束(fib)柱，其被配置用于通过晶片中的第一检查体积以倾斜角gf铣削和暴露至少第一截面表面；
[0307]
‑‑
带电粒子成像设备，被配置用于对至少第一截面表面进行成像，以形成第一截面图像切片；
[0308]
‑‑
安装有软件代码的图像处理单元，其被配置为确定至少第一截面图像切片中的多个截面图像特征，并确定检查体积内的多个截面图像特征的深度，多个截面图像特征是检查体积内倾斜角gf处的半导体结构的截面；
[0309]
‑‑
缺陷检测单元，被配置为从多个截面图像特征确定与检查体积内半导体结构的预定特性的偏差；
[0310]
其中晶片缺陷检查设备被配置为检查晶片中的检查体积，而检查体积不是从晶片中提取的。
[0311]
条款32：根据条款31所述的设备，其中安装有软件代码的图像处理单元还被配置用于从以倾斜角gf布置的多个第一截面图像特征计算多个第一半导体结构的3d表示。
[0312]
条款33：根据条款31或32所述的设备，还包括用于存储先验信息的存储器。
[0313]
条款34：根据条款31-33中任一项所述的设备，其中带电粒子成像设备还包括晶片支撑台。
[0314]
条款35：根据条款34所述的设备，其中fib柱的光轴相对于晶片支撑台以倾斜角gf布置，倾斜角在30
°
和80
°
之间，优选在30
°
和45
°
之间。
[0315]
条款36：根据条款34或35所述的设备，其中带电粒子成像设备的光轴以垂直于晶片支撑台的角度布置。
[0316]
条款37：根据条款31至36中任一项所述的设备，其中带电粒子成像设备是氦离子显微镜(him)。
[0317]
条款38：根据条款37所述的设备，其中检查体积在晶片表面下方具有大于1μm，优选大于2μm的深度延伸lz，并且him被配置为具有超过深度延伸lz的焦深(dof)，使得通过利用him光束的单次图像扫描获得截面图像切片。
[0318]
条款39：根据条款31至38中任一项所述的设备，其具有安装有软件代码的控制单元，以执行条款1至28中任一项所述的方法。
[0319]
条款40：一种用于检查晶片中代表性检查体积的测量配方生成的方法，包括以下步骤：
[0320]
‑‑
生成关键设计性能指标d1的第一集合，关键设计性能指标d1的集合包括检查体积中的cad图像数据和关键设计特征的尺寸，
[0321]
‑‑
生成关键制造性能指标d2的第二集合，包括在制造工艺开发期间获得的3d体积图像数据，
[0322]
‑‑
导出测量配方r，该测量配方r包括用于获得性能指标d3的第三集合的至少一个的步骤，
[0323]
‑‑
生成关键制造性能指标d2的第二集合的步骤，工艺配方r包括通过代表性检查体积获取至少第一截面表面的至少第一截面图像切片，其中在晶片表面下方的深度延伸lz》1μm，。
[0324]
条款41：根据条款41所述的方法，其中获得性能指标d1至d3中的至少一个的步骤中的至少一个包括图像处理的步骤，以提取表示多个第一半导体特征在倾斜角gf处的截面的多个第一截面图像特征，该图像处理包括特征提取、边缘检测、图案识别或像素插值中的至少一种。
[0325]
条款42：根据条款41所述的方法，其中获得性能指标d1至d3中的至少一个的步骤中的至少一个包括从多个第一截面图像特征中的至少一个计算至少一个第一半导体特征的至少描述性参数的步骤，其中该描述性参数是尺寸、直径、角度、面积、形状或体积中的一个。
[0326]
条款43：根据条款42所述的方法，其中获得性能指标d1至d3中的至少一个的步骤中的至少一个进一步包括计算多个第一半导体特征的至少一个描述性参数的平均值或统计偏差中的一个的步骤。
[0327]
条款44：根据条款41至43中任一项所述的方法，其中获得性能指标d1至d3中的至少一个的步骤中的至少一个包括条款1至28中任一项所述的方法步骤。
[0328]
条款45：一种用双光束设备检查晶片中的检查体积的方法，该双光束设备至少包
括fib柱和带电粒子成像设备，其中fib柱的第一光轴与晶片支撑台的表面形成倾斜角gf，并且带电粒子成像设备的第二光轴与晶片支撑台的表面的法线形成角度ge，第一和第二光轴形成交点，该方法包括以下步骤：
[0329]
‑‑
将晶片装载在双光束设备中的晶片支撑台上；
[0330]
‑‑
移动晶片支撑台以使晶片上的第一测量位置与交点重合；
[0331]
‑‑
获得检查体积中包括至少第一截面图像切片和第二截面图像切片的n个截面图像切片的序列，其中获得第一和第二截面图像切片包括随后通过用fib柱近似以角度gf铣削到检查体积中来暴露检查体积中的至少第一和第二截面表面，以及用带电粒子成像设备对至少第一和第二截面表面成像，以获得至少第一和第二截面图像切片；
[0332]
‑‑
确定第一和第二截面图像切片中的至少一个第一截面图像特征；
[0333]
‑‑
确定第一和第二截面图像切片中的至少一个第二截面图像特征；和
[0334]
‑‑
从第一截面图像切片中的至少一个第二截面图像特征的横向位置确定第一截面图像切片中的至少一个第一截面图像特征的深度。
[0335]
条款46：根据权利要求45所述的方法，还包括执行第一和第二截面图像切片与至少一个公共截面图像特征的相互横向对准的步骤。
[0336]
条款47：根据权利要求46所述的方法，其中相互横向图像对准的步骤包括减去至少第一和第二截面图像切片之间的图像失真偏差。
[0337]
条款48：根据条款45至47中任一项所述的方法，其中确定至少一个第一截面图像特征的深度的步骤包括确定第一截面图像切片中的第二截面图像特征的至少一个的至少第一位置和第二截面图像切片中的第二截面图像特征的至少第二位置的至少一个横向差。
[0338]
条款49：根据权利要求45至48中任一项所述的方法，其中在确定至少一个第二截面图像特征的步骤中，在第一截面图像切片中确定至少两个第二截面图像特征，其中第二截面图像特征中的每一个表示检查体积内不同深度处的集成半导体结构。
[0339]
条款50：根据权利要求49所述的方法，其中确定至少一个第一截面图像特征的深度的步骤包括从至少两个第二截面图像特征的横向位置确定第一截面图像切片中的至少一个第一截面图像特征的深度。
[0340]
条款51：根据条款45至50中任一项所述的方法，其中带电粒子成像设备的光轴垂直于晶片布置。
[0341]
条款52：根据条款45至51中任一项所述的方法，其中带电粒子成像设备是扫描氦离子显微镜。
[0342]
条款53：根据条款45至52中任一项所述的方法，还包括在检查体积附近形成至少一个对准特征的步骤，对准特征被配置用于第一和第二截面图像切片的相互横向对准。
[0343]
条款54：根据权利要求53所述的方法，其中对准特征被制造在检查体积上方，并且被配置用于确定由第一和第二截面表面与晶片表面相交形成的第一和第二边缘的位置。
[0344]
条款55：根据权利要求53所述的方法，其中第一截面表面在晶片内形成，与第二截面表面相比，第一截面表面在垂直于fib光束的x方向上具有更大的延伸，使得在形成第二截面表面之后，保留第一表面段的平行表面段，并且在第一表面段的剩余平行表面段上形成至少一个对准特征。
[0345]
条款56：根据条款45至55中任一项所述的方法，其中fib柱的第一光轴与晶片支撑
台的表面的倾斜角gf在从8
°
至45
°
的范围内，更优选在从8
°
至30
°
的范围内，甚至更优选在从8
°
至15
°
的范围内。
[0346]
条款57：根据条款45至55中任一项所述的方法，其中fib柱的第一光轴与晶片支撑台的表面的倾斜角gf在25
°
至60
°
之间，更优选在25
°
至45
°
的范围内，甚至更优选在30
°
至40
°
之间。
[0347]
条款58：根据条款45至57中任一项所述的方法，其中在检查体积中获得至少第一和第二截面图像切片的步骤包括通过扫描单元在第一方向上扫描fib柱的聚焦离子束以暴露检查体积内的第一截面表面，通过扫描单元在垂直于第一方向的第二方向上倾斜聚焦离子束，以及通过扫描单元在第一方向上扫描聚焦离子束以暴露检查体积内的第二截面表面，使得第一和第二截面表面与晶片表面形成大约倾斜角gf的不同角度。
[0348]
条款59：根据权利要求59所述的方法，其中在检查体积中获得至少第一截面图像切片和第二截面图像切片的步骤期间，晶片不移动。
[0349]
条款60：根据条款45至59中任一项所述的方法，其中第一截面图像特征至少包括在平行于垂直于晶片表面的轴的方向上延伸的半导体结构的截面，并且第二截面图像特征至少包括在平行于晶片表面的方向上延伸的半导体结构的截面。
[0350]
条款61：根据条款45至60中任一项所述的方法，其中第一公共截面图像特征至少包括集成半导体电路的通孔、har结构或har通道之一的截面。
[0351]
条款62：根据条款45至61中任一项所述的方法，其中第二截面图像特征至少包括集成半导体电路的隔离线或层、金属线或层、或者半导体线或层之一的截面。
[0352]
条款63：根据条款45至62中任一项所述的方法，其中截面图像切片的数量n至少为n＝10，优选n》100，甚至更优选地n约为1000或更大。
[0353]
条款64：一种计算机程序产品，具有用于执行根据条款45至63中任一项所述的方法的程序代码。
[0354]
条款65：一种双光束设备，其被配置为执行根据条款45至63中任一项所述的方法。
[0355]
条款66：被配置为执行根据条款45至63中任一项所述的方法的晶片缺陷检查设备，包括：
[0356]
‑‑
聚焦离子束柱，被配置用于铣削和暴露晶片中检查体积中的至少第一和第二截面图像表面；
[0357]
‑‑
带电粒子成像设备，被配置用于对至少第一和第二截面表面成像，以形成第一和第二截面图像切片；
[0358]
‑‑
安装有软件代码的图像处理单元，其被配置成确定至少第一和第二截面图像切片中的截面图像特征，并确定该截面图像特征在检查体积内的深度，该截面图像特征是检查体积内的半导体结构的截面；
[0359]
‑‑
缺陷检测单元，其被配置为从截面图像特征确定与检查体积内半导体结构的预定特性的偏差；其中晶片缺陷检查设备被配置为检查晶片中的检查体积，而检查体积不是从晶片中提取的。
[0360]
条款67：一种用于检查晶片(8)的晶片表面(55)下方的检查体积的双光束设备(1)，包括：
[0361]
‑‑
具有晶片支撑台(15)的晶片载物台(155)，晶片支撑台(15)被配置用于在使用
期间将晶片(8)保持在晶片支撑台15的支撑表面(152)上，
[0362]
‑‑
聚焦离子束柱(fib)(50)，其光轴相对于晶片支撑台15的支撑表面(152)成超过30
°
的角度gf布置，
[0363]
‑‑
氦离子显微镜(him)(140)，其具有垂直于支撑表面(152)布置的光轴(142)，fib柱(50)的光轴和him(140)形成交点(43)，
[0364]
‑‑
载物台控制单元(16)，被配置为在使用期间将晶片(8)的第一测量位置(6.1)定位在交点(43)处，以及
[0365]
‑‑
控制单元(19)，用于控制fib柱(50)和him(140)，被配置用于利用fib光束(51)近似以角度gf交替地铣削检查体积中的多个n个截面表面，并且通过利用him光束(144)扫描对每个截面表面进行成像，以形成多个n个高分辨率截面图像切片，其中检查体积在晶片表面(55)下方具有大于1μm、优选地大于2μm的深度延伸lz。
[0366]
条款68：根据条款67所述的双光束设备(1)，其中在一方向上的深度延伸lz超过5μm，例如6μm或10μm
[0367]
条款69：根据条款67至68中任一项所述的双光束设备(1)，其中控制单元(19)还被配置成在使用期间在超过约5μm至10μm(lx或ly)的检查体积的横向尺寸lx或ly的区域上扫描him光束(144)，并且用二次电子检测器(17)以时间顺序的方式收集多个二次电子。
[0368]
条款70：根据条款67至69中任一项所述的双光束设备(1)，其中him(140)被配置为具有超过深度延伸lz的焦深(dof)，使得多个n个高分辨率截面图像切片中的每一个都是通过利用him光束(144)的单次图像扫描获得的。
[0369]
条款71：根据条款67至70中任一项所述的双光束设备(1)，还包括安装有软件代码的图像处理单元，其被配置为从多个n个截面图像切片中确定至少第一虚拟截面图像，其中第一虚拟截面图像平行于晶片(8)的表面(55)定向。
[0370]
条款72：一种用双光束设备检查晶片(8)的晶片表面(55)下方的检查体积的方法，该双光束设备包括聚焦离子束柱(fib)(50)和氦离子显微镜(him)(140)，聚焦离子束柱(fib)(50)的光轴布置成与晶片支撑台(15)的支撑表面(152)成超过30
°
的角度gf，氦离子显微镜(him)(140)的光轴(142)布置成垂直于支撑表面(152)，fib柱(50)和him(140)的光轴形成交点(43)，所述方法包括以下步骤：
[0371]
‑‑
用晶片载物台(155)定位晶片(8)的第一测量位置(6.1)，晶片载物台(155)具有被配置用于在交点(43)处保持晶片(8)的晶片支撑台(15)，
[0372]
‑‑
用fib柱(50)在检查体积中以近似角度gf交替地铣削多个n个截面表面，在晶片表面(55)下的深度延伸lz大于1μm，以及
[0373]
‑‑
用氦离子显微镜(140)通过单次图像扫描对每个截面表面成像，以形成多个n个高分辨率截面图像切片。
[0374]
条款73：根据条款72所述的方法，其中多个n个截面表面的铣削在晶片表面(55)下方具有大于2μm，优选大于6μm，更优选大于10μm的深度延伸lz。
[0375]
条款74：根据条款72或73所述的方法，进一步包括：
[0376]
‑‑
从多个n个截面图像切片中计算平行于晶片表面(55)的至少虚拟截面图像。
[0377]
条款75：根据条款74所述的方法，其中在导电层或字线中计算第一虚拟截面图像。
[0378]
条款76：根据条款74或75中任一项所述的方法，其中在隔离层中计算第二虚拟截
面图像。
[0379]
条款77：根据条款72或76中任一项所述的方法，还包括执行n个截面图像切片的序列中的每一个与至少一个公共截面图像特征的相互横向对准的步骤。
[0380]
条款78：根据条款72或77中任一项所述的方法，进一步包括：
[0381]
‑‑
在检查体积附近形成至少一个对准特征，该对准特征被配置用于形成至少一个公共截面图像特征，以及
[0382]
‑‑
执行n个截面图像切片的序列与至少一个公共截面图像特征的相互横向对准。
[0383]
条款79：根据条款72或78中任一项所述的方法，进一步包括：
[0384]
‑‑
将晶片装载在双光束设备中的晶片支撑台上。
[0385]
条款80：根据条款72或79中任一项所述的方法，还包括：
[0386]
‑‑
为n个截面图像切片的序列中的每一个生成深度图z(x,y；n)，其中对于n个截面图像切片中的每一个，索引n＝1
…
n。
[0387]
条款81：根据条款80所述的方法，进一步包括：
[0388]
‑‑
确定n个截面图像切片的序列的每一个中的至少一个第二截面图像特征，该至少一个第二截面图像特征表示通过平行于晶片表面55定向的第二半导体特征的截面。
[0389]
条款82：根据条款81所述的方法，其中索引n＝1
…
n的每个截面图像切片的深度图z(x,y；n)由至少一个第二截面图像特征的横向位置生成。
[0390]
条款83：根据条款72或82中任一项所述的方法，其中截面图像切片的数量n至少为n＝10，优选n》100，甚至更优选n约为1000或更大。
[0391]
条款84：根据条款72或82中任一项所述的方法，其中铣削表面的数量n低于50，优选低于20，并且检查体积被分隔成通过检查空间对角布置的多个b块181.1
…
181.b。
[0392]
条款85：一种从截面图像切片的集合中获得至少虚拟截面图像的方法，包括以下步骤：
[0393]
‑‑
通过以倾斜角gf对n个截面表面的序列交替成像并铣削到晶片内部的检查体积中，获得n个截面图像切片的序列，
[0394]
‑‑
确定第一半导体特征的第一定向方向，第一半导体特征在n个截面图像切片的序列中形成第一多个第一截面图像特征，
[0395]
‑‑
计算垂直于第一定向方向的虚拟截面图像，该虚拟截面图像包括多个虚拟截面图像像素，其中对于每个虚拟截面图像像素，通过n个截面图像切片的序列的至少一个截面图像切片的子集在第一定向方向上的投影以及通过来自至少一个截面图像切片的子集的投影的像素值的插值来计算像素值。
[0396]
条款86：根据条款85所述的方法，其中对于每个虚拟截面图像像素，通过评估n个截面图像切片的序列中的每一个在第一定向方向上到虚拟截面图像像素的距离并选择具有最小距离的至少第一截面图像切片来选择至少一个截面图像切片的子集。
[0397]
条款87：根据条款86所述的方法，其中相应地选择至少一个截面图像切片的子集的第二截面图像切片作为具有第二最小距离的截面图像切片。
[0398]
条款88：根据条款86至87中任一项所述的方法，其中至少一个截面图像切片的子集的另外的截面图像切片以在第一定向方向上到虚拟截面图像像素的距离增加的顺序被选择。
[0399]
条款89：根据条款85至88中任一项所述的方法，其中至少一个截面图像切片的子集的投影和来自至少一个截面图像切片的子集的投影的像素值的插值的步骤包括投影和插值第一多个第一截面图像特征的至少一个子集，以在虚拟图像切片中形成第三多个第一截面图像特征。
[0400]
条款90：条款85至89中任一项所述的方法，其中投影和插值的步骤与特征提取、阈值化操作、轮廓插值或基于模型的插值中的至少一个相结合。
[0401]
条款91：根据条款85至90中任一项所述的方法，还包括
[0402]
‑‑
为n个截面图像切片的序列中的每一个生成深度图z(x,y；n)，其中对于n个截面图像切片中的每一个，索引n＝1
…
n。
[0403]
条款92：根据条款91所述的方法，其中索引n＝1
…
n的每个截面图像切片的深度图z(x,y；n)是由多个第二截面图像特征生成的，多个第二截面图像特征表示通过在第二定向方向上定向的第二半导体特征的截面，第二定向方向垂直于第一定向方向。
[0404]
条款93：根据条款91至92所述的方法，其中索引n＝1
…
n的每个截面图像切片的深度图z(x,y；n)是通过确定来自至少两个第二截面图像特征的横向位置的截面图像切片中的第一截面图像特征的深度来生成的。
[0405]
条款94：根据条款85至93中任一项所述的方法，其中第一半导体特征包括在晶片的检查体积内的集成半导体电路的通孔、har结构或har通道中的至少一种。
[0406]
条款95：根据条款94所述的方法，其中第二半导体特征包括在晶片的检查体积内的集成半导体电路的隔离线或层、金属线或层、或者半导体线或层中的至少一种。
[0407]
条款96：根据条款93至95中任一项所述的方法，进一步包括：
[0408]
‑‑
确定n个截面图像切片的序列的每一个中的至少一个第一截面图像特征；
[0409]
‑‑
确定n个截面图像切片的序列的每一个中的至少一个第二截面图像特征。
[0410]
条款97：根据条款85至96中任一项所述的方法，其中第一定向方向是垂直于晶片表面的z方向，并且在平行于晶片表面的平面中在晶片表面下方的深度zv处计算虚拟截面图像切片。
[0411]
条款98：根据条款97所述的方法，其中对于每个虚拟截面图像像素坐标(x，y)，至少一个截面图像切片的子集通过选择与深度zv具有最小距离的至少第m个截面图像切片来确定，使得距离zrv(m)＝z(x,y；m)
–
zv是所有深度图z(x,y；n)的最小值，其中索引n＝1
…
n。
[0412]
条款99：根据条款98所述的方法，其中至少一个截面图像切片的子集的第二和另外的截面图像切片以在z方向上到虚拟截面图像像素的距离zrv(n)增加的顺序被选择。
[0413]
条款100：根据条款97至99中任一项所述的方法，其中根据平行于晶片表面的层的深度来调整深度zv，其中这些层由在平行于晶片表面的第二定向方向上定向的第二半导体特征形成。
[0414]
条款101：根据条款97至100中任一项所述的方法，其中在两个相邻金属层或字线之间的隔离层中的深度zv1处计算第一虚拟截面图像切片。
[0415]
条款102：根据条款97至101中任一项所述的方法，其中在字线的金属层内部的深度zv2处计算第二虚拟截面图像切片。
[0416]
条款103：根据条款85至102中任一项所述的方法，其中用于获取n个截面图像切片的序列的带电粒子束成像系统的光轴垂直于晶片表面定向，使得对于光轴和垂直于晶片表
面的z轴之间的角度ge，角度ge＝0
°
。
[0417]
条款104：根据条款85至103中任一项所述的方法，还包括执行n个截面图像切片的序列中的每一个与至少一个公共截面图像特征的相互横向对准的步骤。
[0418]
条款105：根据条款85至104中任一项所述的方法，还包括在检查体积附近形成至少一个对准特征的步骤，至少一个对准特征被配置为形成用于相互横向对准的至少一个公共截面图像特征。
[0419]
条款106：根据条款104至105中任一项所述的方法，其中相互横向图像对准的步骤包括减去图像失真偏差。
[0420]
条款107：根据条款85至106中任一项所述的方法，其中截面图像切片的数量n至少为n＝10，优选n》100，甚至更优选n约为1000或更大。
[0421]
条款108：根据条款85至107中任一项所述的方法，还包括：
[0422]
‑‑
将晶片装载在双光束设备中的晶片支撑台上，该双光束设备至少包括fib柱和带电粒子成像设备，fib柱的第一光轴与晶片支撑台的表面形成倾斜角gf，并且带电粒子成像设备的第二光轴与晶片支撑台的表面的法线形成角度ge，第一和第二光轴形成交点，
[0423]
‑‑
移动晶片支撑台以使晶片上的第一测量位置与双光束设备的交点重合。
[0424]
条款109：条款108的方法，其中在获得检查体积中的n个截面图像切片的序列的步骤期间，不移动晶片。
[0425]
条款110：一种计算机程序产品，具有用于执行根据条款85至109中任一项所述的方法的程序代码。
[0426]
条款111：一种双光束设备，其被配置为执行根据条款85至109中任一项所述的方法。
[0427]
条款112：被配置为执行根据条款85至109中任一项所述的方法的晶片缺陷检查设备，包括：
[0428]
‑‑
用于保持晶片的晶片载物台，
[0429]
‑‑
聚焦离子束(fib)柱，其被配置用于相对于晶片的表面以倾斜角gf在晶片内部的检查体积中铣削和暴露n个截面表面的序列；
[0430]
‑‑
带电粒子成像设备，其被配置用于对n个截面表面的序列进行成像，以形成n个截面图像切片的序列；
[0431]
‑‑
安装有软件代码的图像处理单元，其被配置为从n个截面图像切片的序列中确定虚拟截面图像，其中虚拟截面图像平行于晶片的表面定向。
[0432]
条款113：根据条款112所述的晶片缺陷检查设备，其中fib柱的倾斜角gf在30
°
和80
°
之间，优选地在30
°
和45
°
之间。
[0433]
条款114：根据条款112或113所述的晶片缺陷检查设备，其中带电粒子成像设备垂直于晶片表面定向。
[0434]
条款115：根据条款112至114中任一项所述的晶片缺陷检查设备，其中带电粒子成像设备是氦离子显微镜(him)。
[0435]
条款116：一种用于晶片检查的双光束设备，包括：
[0436]
‑‑
用于支撑晶片的晶片载物台，
[0437]
‑‑
与样品支撑台的支撑表面成角度gf布置的镓fib柱，其被配置用于以角度gf铣
削至少截面表面到晶片中，
[0438]
‑‑
垂直于晶片载物台的支撑表面布置的氦离子束柱，被配置用于通过单次图像扫描生成截面表面的截面图像切片，
[0439]
‑‑
二次电子检测器，被配置为在单次图像扫描期间收集多个二次电子，
[0440]
‑‑
操作单元，被配置用于在使用期间操作控制双光束设备。
[0441]
条款117：根据条款116所述的双光束设备，其中fib被配置为将截面表面铣削到晶片表面下方延伸超过1μm、超过2μm或者甚至超过6μm的深度范围内
[0442]
条款118：根据条款116至17中任一项所述的双光束设备，其中，操作单元还包括图像处理单元，用于执行特征提取、边缘检测、图案识别或像素插值中的至少一种。
[0443]
条款119：根据条款118所述的双光束设备，其中图像处理单元还被配置用于计算深度图、3d体积图像或虚拟截面图像之一。
[0444]
条款120：根据条款118至19中任一项所述的双光束设备，其中操作单元还包括缺陷检测单元，用于计算半导体特征的尺寸、面积、直径、角度或形状之一。
[0445]
条款121：根据条款120所述的双光束设备，其中，缺陷检测单元还被配置用于计算多个半导体特征的平均值、统计偏差之一。
[0446]
条款122：一种用于对晶片中的检查体积进行3d检查的晶片检查方法，该检查体积具有大于1μm、优选大于2μm、大于6μm或者甚至10μm的深度范围，
[0447]
‑‑
通过3d检查生成横向分辨率低于2nm、优选低于1nm、或者甚至低于0.5nm的图像，其中在晶片处执行检查体积的3d检查。
[0448]
条款123：根据条款122所述的方法，其中图像是3d图像。
[0449]
条款124：根据条款122或123中任一项所述的方法，还包括用fib柱铣削穿过检查体积的深度范围的至少截面表面的步骤。
[0450]
条款125：根据条款124所述的方法，其中通过在单次图像扫描中使用氦离子显微镜获得穿过检查体积的至少一个截面表面的至少图像来获得图像。
[0451]
条款126：根据条款122或125中任一项所述的方法，还包括图像处理，执行特征提取、边缘检测、图案识别或像素插值中的至少一种。
[0452]
条款127：根据条款122或126中任一项所述的方法，还包括计算深度图、3d体积图像或虚拟截面图像之一的步骤。
[0453]
条款128：根据条款122或127中任一项所述的方法，还包括计算半导体特征的尺寸、面积、直径、角度或形状之一的步骤。
[0454]
条款129：根据条款122或128中任一项所述的方法，还包括计算多个半导体特征的平均值、统计偏差之一的步骤。
[0455]
条款130：一种从截面图像切片的序列形成3d体积图像的方法，包括：
[0456]
‑‑
获得包括检查体积的至少第一截面图像切片和第二截面图像切片的n个截面图像切片的序列，其中获得第一和第二截面图像切片包括随后通过用fib柱近似以角度gf铣削到检查体积中来暴露检查体积中的至少第一和第二截面表面，以及用带电粒子成像设备对至少第一和第二截面表面成像，以获得至少第一和第二截面图像切片；其中与第二截面表面相比，第一截面图像表面在垂直于fib光束的方向上以更大的延伸被铣削，使得在形成第二截面表面之后，保留第一截面表面的平行表面段。
[0457]
条款131：根据条款130所述的方法，还包括在第一截面表面的平行表面段上形成至少一个对准特征的步骤，用于第一和第二截面图像切片的第一相互横向对准。
[0458]
条款132：根据条款132所述的方法，进一步包括以下步骤：
[0459]
‑‑
确定第一和第二截面图像切片中的至少一个第一截面图像特征；
[0460]
‑‑
基于第一相互横向对准执行第一和第二截面图像切片的第二相互横向对准，以实现第一和第二截面图像切片的预定相互位置精度。
[0461]
条款133：根据条款133所述的方法，其中第一截面图像特征是通孔、har结构或har通道的截面。
[0462]
条款134：根据条款132或133所述的方法，进一步包括以下步骤：
[0463]
‑‑
确定第一和第二截面图像切片中的至少一个第二截面图像特征；和
[0464]
‑‑
从第一截面图像切片中的至少一个第二截面图像特征的横向位置确定第一截面图像切片中的至少一个第一截面图像特征的深度，
[0465]
‑‑
从第二截面图像切片中的至少一个第二截面图像特征的横向位置确定第二截面图像切片中的至少一个第一截面图像特征的深度，
[0466]
‑‑
考虑第二相互横向对准中的深度，以实现至少第一和第二截面图像切片的相互位置精度低于5nm、低于3nm或者甚至低于2nm。
[0467]
条款135：根据条款134所述的方法，其中至少一个第二截面图像特征由隔离线或层、金属线或层、半导体线或层之一的截面形成。
[0468]
条款136：根据条款134或135所述的方法，进一步包括：
[0469]
‑‑
计算第一截面图像切片和第二截面图像切片之间的第一截面图像特征的第一位移δy
′
ch
，
[0470]
‑‑
计算第一截面图像切片和第二截面图像切片之间的第二截面图像特征的第二位移δy
′
wl
，
[0471]
‑‑
确定第一和第二截面图像切片之间的距离d，以及
[0472]
‑‑
确定第一和第二截面图像切片之间的相互横向位移矢量δy
′
。
[0473]
条款137：根据条款130至136中任一项所述的方法，其中倾斜角gf被调整在25
°
和45
°
之间，或者在30
°
和36
°
之间。
[0474]
条款138：一种形成多个截面图像切片的精确对准的方法，多个截面图像切片从晶片表面下方的检查体积内获得，方法包括：
[0475]
‑‑
获得截面图像切片的序列形成截面图像表面的序列，通过用与晶片表面成倾斜角gf布置的fib柱连续铣削截面表面的序列，以及用与晶片表面的法线成角度ge布置的带电粒子成像柱对每个截面表面进行成像来形成截面图像表面的序列，用于获得截面图像切片的序列，截面图像切片的序列包括第一截面图像切片和第二截面图像切片，
[0476]
‑‑
执行第一截面图像切片和第二截面图像切片的第一粗对准，以获得第一截面图像切片和第二截面图像切片中的截面图像特征的映射，
[0477]
‑‑
执行第一截面图像切片和第二截面图像切片的第二精确对准，以实现精度低于5nm、3nm或者甚至低于2nm的相互位置精度。
[0478]
条款139：根据条款138所述的方法，还包括以下步骤：
[0479]
‑‑
包括通过铣削形成第一截面表面，与第二截面表面相比，在垂直于fib光束的方
向上具有更大的延伸，使得在形成第二截面表面之后，保留第一截面表面的平行表面段，
[0480]
‑‑
在第一截面表面的平行表面段上形成至少一个对准特征，用于第一截面图像切片和第二截面图像切片的第一相互横向对准。
[0481]
条款140：根据条款138或139所述的方法，进一步包括以下步骤：
[0482]
‑‑
确定第一截面图像切片和第二截面图像切片中的至少一个第一截面图像特征，
[0483]
‑‑
确定第一截面图像切片和第二截面图像切片中的至少一个第二截面图像特征；和
[0484]
‑‑
从第一截面图像切片中的至少一个第二截面图像特征的横向位置确定第一截面图像切片中的至少一个第一截面图像特征的深度，
[0485]
‑‑
从第二截面图像切片中的至少一个第二截面图像特征的横向位置确定第二截面图像切片中的至少一个第一截面图像特征的深度，
[0486]
‑‑
考虑第二精确对准中的深度。
[0487]
条款141：根据条款140所述的方法，进一步包括：
[0488]
‑‑
计算第一截面图像切片和第二截面图像切片之间的第一截面图像特征的第一位移δy
′
ch
，
[0489]
‑‑
计算第一截面图像切片和第二截面图像切片之间的第二截面图像特征的第二位移δy
′
wl
，
[0490]
‑‑
确定第一截面图像切片和第二截面图像切片之间的距离d，以及
[0491]
‑‑
确定第一截面图像切片和第二截面图像切片之间的相互横向位移矢量δy
′
。
[0492]
条款142：根据条款140至141中任一项所述的方法，其中至少一个第一截面图像特征是通孔、har结构或har通道的截面。
[0493]
条款143：根据条款140至142中任一项所述的方法，其中至少一个第二截面图像特征由隔离线或层、金属线或层、半导体线或层之一的截面形成。
[0494]
条款144：根据条款138至143中任一项所述的方法，其中倾斜角gf被调整在25
°
和45
°
之间，或者在30
°
和36
°
之间。
[0495]
条款145：根据条款140至144中任一项所述的方法，其中角度ge被调整为0
°
。
[0496]
条款146：一种计算机程序产品，具有用于执行根据条款130至146中任一项所述的方法的程序代码。
[0497]
条款147：一种双光束设备，其被配置为执行根据条款130至146中任一项所述的方法。
[0498]
参考数字的列表：
[0499]
1双光束设备
[0500]
2操作单元
[0501]
4.1、4.2、4.3第一截面图像特征
[0502]
6.1、6.2测量位置
[0503]
8晶片
[0504]
10半导体样品
[0505]
11截面表面
[0506]
13检查体积
[0507]
15晶片支撑台
[0508]
16载物台控制单元
[0509]
17二次电子检测器
[0510]
19控制单元
[0511]
20对准标记
[0512]
22对准沟槽或边缘
[0513]
23第一截面表面的平行表面段
[0514]
24对准标记
[0515]
25集成电路特征
[0516]
26.1、26.2、26.3图像段
[0517]
28图像段
[0518]
30深度延伸
[0519]
32.1、32.2、32.3对准特征
[0520]
34深度级别dlz
[0521]
36对准特征的距离
[0522]
38对准特征
[0523]
40带电粒子束(cpb)成像系统
[0524]
42成像系统的光轴
[0525]
43交点
[0526]
44电子束
[0527]
46扫描成像线
[0528]
48 fib光轴
[0529]
50 fib柱
[0530]
51聚焦离子束
[0531]
52截面表面
[0532]
53截面表面
[0533]
54截面表面
[0534]
55晶片顶表面
[0535]
58 fib光束重合点
[0536]
60晶片表面处的切片距离
[0537]
62检查体积的底部处的切片距离
[0538]
64角度扩展gz
[0539]
66第一铣削角度
[0540]
68第二铣削角度
[0541]
72层l1的下表面
[0542]
73.1、73.2、73.3第二截面图像特征
[0543]
74层l4的上边界
[0544]
75柱状har结构
[0545]
76.1、76.2截面表面的顶部边缘
[0546]
77.1、77.2、77.3har通道的截面图像段
[0547]
78har结构的垂直边缘
[0548]
79.1截面图像特征的形心
[0549]
80层的水平边缘
[0550]
82图像处理单元
[0551]
84缺陷检测单元
[0552]
86带电粒子柱控制单元
[0553]
88接口单元
[0554]
90 fib在x中的角扩展
[0555]
92近端沟槽
[0556]
94远端沟槽
[0557]
96第一截面表面
[0558]
100.1、100.2、100.3 2d截面图像
[0559]
1000 2d截面图像的序列
[0560]
121虚拟截面图像切片
[0561]
123 y方向的像素光栅
[0562]
125 har结构的插值方向
[0563]
140氦离子显微镜(him)
[0564]
142 him的光轴
[0565]
146检查位置
[0566]
148对准特征
[0567]
150对准特征148的图像
[0568]
152x方向的单个扫描线
[0569]
155晶片载物台
[0570]
160检查体积
[0571]
162多个交替层
[0572]
164多个har结构
[0573]
166.1、166.2虚拟截面
[0574]
175导电层或字线的截面
[0575]
177.1、177.2har结构的截面
[0576]
179.1、179.2har结构的虚拟截面
[0577]
181.1，181.b检查体积的块
[0578]
191深检查体积
[0579]
201代表性垂直har轮廓
[0580]
203截面图像特征
[0581]
205har结构
[0582]
207数字图像

技术特征：
1.一种从截面图像切片的序列形成3d体积图像的方法，包括：获得包括检查体积的至少第一截面图像切片和第二截面图像切片的n个截面图像切片的序列，其中获得所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片包括随后通过用fib柱近似以角度gf铣削到检查体积中来暴露检查体积中的至少第一截面表面和第二截面表面，以及用带电粒子成像设备对所述至少第一截面表面和所述第二截面表面成像，以获得所述至少第一截面图像切片和第二截面图像切片；其中与所述第二截面表面相比，所述第一截面图像表面在垂直于fib光束的方向上以更大的延伸被铣削，使得在形成所述第二截面表面之后，保留所述第一截面表面的平行表面段。2.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述第一截面表面的平行表面段上形成至少一个对准特征以用于所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片的第一相互横向对准的步骤。3.根据权利要求2的方法，进一步包括以下步骤确定所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片中的至少一个第一截面图像特征；基于所述第一相互横向对准执行所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片的第二相互横向对准，以实现所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片的预定相互位置精度。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一截面图像特征是通孔、har结构或har通道的截面。5.根据权利要求3或4的方法，还包括以下步骤：确定所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片中的至少一个第二截面图像特征；和从所述第一截面图像切片中的所述至少一个第二截面图像特征的横向位置确定所述第一截面图像切片中的所述至少一个第一截面图像特征的深度，从所述第二截面图像切片中的所述至少一个第二截面图像特征的横向位置确定所述第二截面图像切片中的所述至少一个第一截面图像特征的深度，考虑所述第二相互横向对准中的所述深度，以实现所述至少第一截面图像切片和所述第二截面图像切片的相互位置精度低于5nm、低于3nm或者甚至低于2nm。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个第二截面图像特征由隔离线或层、金属线或层、半导体线或层之一的截面形成。7.根据权利要求5或6所述的方法，进一步包括：计算所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片之间的所述第一截面图像特征的第一位移δy
′
ch
，计算所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片之间的所述第二截面图像特征的第二位移δy
′
wl
，确定所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片之间的距离d，以及确定所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片之间的相互横向位移矢量δy
′
。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，倾斜角gf在25
°
和45
°
之间调整，或者在30
°
和36
°
之间调整。
9.一种形成多个截面图像切片的精确对准的方法，所述多个截面图像切片从晶片表面下方的检查体积内获得，所述方法包括：获得截面图像切片的序列形成截面图像表面的序列，通过用与晶片表面成倾斜角gf布置的fib柱连续铣削截面表面的序列，以及用与晶片表面的法线成角度ge布置的带电粒子成像柱对每个所述截面表面进行成像来形成所述截面图像表面的序列，用于获得所述截面图像切片的序列，所述截面图像切片的序列包括第一截面图像切片和第二截面图像切片，执行所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片的第一粗对准，以获得所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片中的截面图像特征的映射，执行所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片的第二精确对准，以实现精度低于5nm、3nm或者甚至低于2nm的相互位置精度。10.根据权利要求9的方法，还包括以下步骤包括通过铣削形成第一截面表面，与第二截面表面相比，在垂直于fib光束的方向上具有更大的延伸，使得在形成所述第二截面表面之后，保留所述第一截面表面的平行表面段，在所述第一截面表面的平行表面段上形成至少一个对准特征，用于所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片的第一相互横向对准。11.根据权利要求9或10的方法，进一步包括以下步骤确定所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片中的至少一个第一截面图像特征，确定所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片中的至少一个第二截面图像特征；和从所述第一截面图像切片中的所述至少一个第二截面图像特征的横向位置确定所述第一截面图像切片中的所述至少一个第一截面图像特征的深度，从所述第二截面图像切片中的所述至少一个第二截面图像特征的横向位置确定所述第二截面图像切片中的所述至少一个第一截面图像特征的深度，考虑所述第二精确对准中的深度。12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括计算所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片之间的所述第一截面图像特征的第一位移δy
′
ch
，计算所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片之间的所述第二截面图像特征的第二位移δy
′
wl
，确定所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片之间的距离d，以及确定所述第一截面图像切片和所述第二截面图像切片之间的相互横向位移矢量δy
′
。13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，其中，所述至少一个第一截面图像特征是通孔、har结构或har通道的截面。14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，所述至少一个第二截面图像特征由隔离线或层、金属线或层、半导体线或层之一的截面形成。15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中，倾斜角gf在25
°
和45
°
之间调整，或者在30
°
和36
°
之间调整。16.根据权利要求9至15中任一权利要求所述的方法，其中，所述角度ge被调整为0
°
。
17.一种具有程序代码的计算机程序产品，用于执行根据权利要求1至16中任一项所述的方法中的任一项。18.一种双光束设备，被配置为执行根据权利要求1至16中任一项所述的方法中的任一项。

技术总结
本发明涉及一种双光束设备和三维电路图案检查技术，通过对半导体晶片表面以下超过1μm的大深度延伸的检查体积进行截面测量，并且更具体地，涉及一种方法、计算机程序产品和装置，用于在不从晶片移除样品的情况下生成晶片内部的深检查体积的3D体积图像数据。本发明还涉及利用双光束设备进行三维电路图案检查的3D体积图像生成、截面图像对准方法。截面图像对准方法。截面图像对准方法。


技术研发人员：D.科洛奇科夫 E.福卡 T.柯布 A.布克斯鲍姆 J.T.纽曼 C.休恩 B.牛
受保护的技术使用者：卡尔蔡司SMT有限责任公司
技术研发日：2021.03.05
技术公布日：2022/11/1