特許 7546001 改善された３Ｄボリューム像再構成精度を有する断面イメージング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-28

(45)【発行日】2024-09-05

(54)【発明の名称】改善された３Ｄボリューム像再構成精度を有する断面イメージング

(51)【国際特許分類】

   G01B 15/04 20060101AFI20240829BHJP

   G06T 7/33 20170101ALI20240829BHJP

   G06V 10/24 20220101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

G01B15/04 K

G06T7/33

G06V10/24

【請求項の数】 31

(21)【出願番号】P 2021572837

(86)(22)【出願日】2020-05-25

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-09

(86)【国際出願番号】 EP2020000101

(87)【国際公開番号】W WO2020244795

(87)【国際公開日】2020-12-10

【審査請求日】2022-01-07

(31)【優先権主張番号】102019006645.6

(32)【優先日】2019-09-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(31)【優先権主張番号】62/858,470

(32)【優先日】2019-06-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503263355

【氏名又は名称】カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー

(73)【特許権者】

【識別番号】521535124

【氏名又は名称】カール ツァイス エスエムティー インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100158469

【弁理士】

【氏名又は名称】大浦 博司

(72)【発明者】

【氏名】コルブ トーマス

(72)【発明者】

【氏名】ノイマン イェンス ティモ

(72)【発明者】

【氏名】フォカ オイゲン

(72)【発明者】

【氏名】ブックスバウム アレックス

(72)【発明者】

【氏名】アヴィシャイ アミール

(72)【発明者】

【氏名】リー クムシル

(72)【発明者】

【氏名】シュルマイヤー インゴ

(72)【発明者】

【氏名】クロチコフ ドミトリー

【審査官】信田 昌男

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／００２３４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１３５１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２１００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１９９３２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １５／０４

Ｇ０６Ｔ ７／３３

Ｇ０６Ｖ １０／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

集積半導体サンプルの特徴に基づいてアライメントにより集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得する方法において、
－ 繰り返される表面層の取り除き及び断面イメージングにより一連の２Ｄ断面像を取得するステップであって、前記一連の２Ｄ断面像は、少なくとも第１の断面像および前記第１の断面像に平行な第２の断面像を含み、
前記一連の２Ｄ断面像を取得するステップは、
イメージングのためにアクセス可能な第１の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて前記集積半導体サンプルの断面表面層を取り除くステップ、
イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第１の新しい断面をイメージングし、それによって前記第１の断面像を取得するステップ、
イメージングのためにアクセス可能な第２の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて次の断面表面層を取り除くステップ、および、
前記イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第２の新しい断面をイメージングし、それによって前記第２の断面像を取得するステップ、
を含む、取得するステップと、
－ 前記少なくとも第１および第２の断面像の各々の像レジストレーションによって前記少なくとも第１および第２の断面像の特徴ベースアライメントを取得するステップであって、
前記像レジストレーションは、前記少なくとも第１および第２の断面像における前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの共通の特徴に基づいて実行される、取得するステップと、
を特徴とし、
前記像レジストレーション後に、前記少なくとも第１および第２の断面像は、３Ｄボリューム像と組み合わされ、
前記少なくとも第１および第２の断面像は、前記集積半導体サンプルの上面に対して傾斜して形成され、前記少なくとも第１の断面像と第２の断面像の間の距離は、前記上面に設けられた基準の位置に基づいて決定される、
方法。

【請求項2】

集積半導体サンプルの特徴に基づいてアライメントにより集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得する方法において、
－ 繰り返される表面層の取り除き及び断面イメージングにより一連の２Ｄ断面像を取得するステップであって、前記一連の２Ｄ断面像は、少なくとも第１の断面像および前記第１の断面像に平行な第２の断面像を含み、
前記一連の２Ｄ断面像を取得するステップは、
イメージングのためにアクセス可能な第１の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて前記集積半導体サンプルの断面表面層を取り除くステップ、
イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第１の新しい断面をイメージングし、それによって前記第１の断面像を取得するステップ、
イメージングのためにアクセス可能な第２の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて次の断面表面層を取り除くステップ、および、
前記イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第２の新しい断面をイメージングし、それによって前記第２の断面像を取得するステップ、
を含む、取得するステップと、
－ 前記少なくとも第１および第２の断面像の各々の像レジストレーションによって前記少なくとも第１および第２の断面像の特徴ベースアライメントを取得するステップであって、
前記像レジストレーションは、前記少なくとも第１および第２の断面像における前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの共通の特徴に基づいて実行される、取得するステップと、
を特徴とし、
前記像レジストレーション後に、前記少なくとも第１および第２の断面像は、３Ｄボリューム像と組み合わされ、
前記方法は、前記特徴ベースアライメントに先だってアライメントマークの位置を測定および評価することによって前記少なくとも第１および第２の断面像の基準ベースアライメントを用意することを含む、
方法。

【請求項3】

集積半導体サンプルの特徴に基づいてアライメントにより集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得する方法において、
－ 繰り返される表面層の取り除き及び断面イメージングにより一連の２Ｄ断面像を取得するステップであって、前記一連の２Ｄ断面像は、少なくとも第１の断面像および前記第１の断面像に平行な第２の断面像を含み、
前記一連の２Ｄ断面像を取得するステップは、
イメージングのためにアクセス可能な第１の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて前記集積半導体サンプルの断面表面層を取り除くステップ、
イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第１の新しい断面をイメージングし、それによって前記第１の断面像を取得するステップ、
イメージングのためにアクセス可能な第２の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて次の断面表面層を取り除くステップ、および、
前記イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第２の新しい断面をイメージングし、それによって前記第２の断面像を取得するステップ、
を含む、取得するステップと、
－ 前記少なくとも第１および第２の断面像の各々の像レジストレーションによって前記少なくとも第１および第２の断面像の特徴ベースアライメントを取得するステップであって、
前記像レジストレーションは、前記少なくとも第１および第２の断面像における前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの共通の特徴に基づいて実行される、取得するステップと、
を特徴とし、
前記像レジストレーション後に、前記少なくとも第１および第２の断面像は、３Ｄボリューム像と組み合わされ、
前記少なくとも第１および第２の断面像は、前記集積半導体サンプルの上面に対して傾斜して形成され、前記少なくとも第１の断面像と第２の断面像の間の距離は、特徴の位置に基づいて決定される、
方法。

【請求項4】

集積半導体サンプルの特徴に基づいてアライメントにより集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得する方法において、
－ 繰り返される表面層の取り除き及び断面イメージングにより一連の２Ｄ断面像を取得するステップであって、前記一連の２Ｄ断面像は、少なくとも第１の断面像および前記第１の断面像に平行な第２の断面像を含み、
前記一連の２Ｄ断面像を取得するステップは、
イメージングのためにアクセス可能な第１の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて前記集積半導体サンプルの断面表面層を取り除くステップ、
イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第１の新しい断面をイメージングし、それによって前記第１の断面像を取得するステップ、
イメージングのためにアクセス可能な第２の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて次の断面表面層を取り除くステップ、および、
前記イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第２の新しい断面をイメージングし、それによって前記第２の断面像を取得するステップ、
を含む、取得するステップと、
－ 前記少なくとも第１および第２の断面像の各々の像レジストレーションによって前記少なくとも第１および第２の断面像の特徴ベースアライメントを取得するステップであって、
前記像レジストレーションは、前記少なくとも第１および第２の断面像における前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの共通の特徴に基づいて実行される、取得するステップと、
を特徴とし、
前記像レジストレーション後に、前記少なくとも第１および第２の断面像は、３Ｄボリューム像と組み合わされ、
前記特徴ベースアライメントは、前記少なくとも第１の断面像と第２の断面像の間の像歪み偏差の差し引きを含む、
方法。

【請求項5】

前記像歪み偏差の前記差し引きは、基本歪み関数による前記像歪み偏差の近似を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

集積半導体サンプルの特徴に基づいてアライメントにより集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得する方法において、
－ 繰り返される表面層の取り除き及び断面イメージングにより一連の２Ｄ断面像を取得するステップであって、前記一連の２Ｄ断面像は、少なくとも第１の断面像および前記第１の断面像に平行な第２の断面像を含み、
前記一連の２Ｄ断面像を取得するステップは、
イメージングのためにアクセス可能な第１の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて前記集積半導体サンプルの断面表面層を取り除くステップ、
イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第１の新しい断面をイメージングし、それによって前記第１の断面像を取得するステップ、
イメージングのためにアクセス可能な第２の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて次の断面表面層を取り除くステップ、および、
前記イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第２の新しい断面をイメージングし、それによって前記第２の断面像を取得するステップ、
を含む、取得するステップと、
－ 前記少なくとも第１および第２の断面像の各々の像レジストレーションによって前記少なくとも第１および第２の断面像の特徴ベースアライメントを取得するステップであって、
前記像レジストレーションは、前記少なくとも第１および第２の断面像における前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの共通の特徴に基づいて実行される、取得するステップと、
を特徴とし、
前記像レジストレーション後に、前記少なくとも第１および第２の断面像は、３Ｄボリューム像と組み合わされ、
前記方法は、
前記新しい断面のカーテニングシグネチャを決定するステップと、
３Ｄ断面像として前記断面像を表すために前記カーテニングシグネチャを使用するステップと
を含む、
方法。

【請求項7】

集積半導体サンプルの特徴に基づいてアライメントにより集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得する方法において、
－ 繰り返される表面層の取り除き及び断面イメージングにより一連の２Ｄ断面像を取得するステップであって、前記一連の２Ｄ断面像は、少なくとも第１の断面像および前記第１の断面像に平行な第２の断面像を含み、
前記一連の２Ｄ断面像を取得するステップは、
イメージングのためにアクセス可能な第１の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて前記集積半導体サンプルの断面表面層を取り除くステップ、
イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第１の新しい断面をイメージングし、それによって前記第１の断面像を取得するステップ、
イメージングのためにアクセス可能な第２の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて次の断面表面層を取り除くステップ、および、
前記イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第２の新しい断面をイメージングし、それによって前記第２の断面像を取得するステップ、
を含む、取得するステップと、
－ 前記少なくとも第１および第２の断面像の各々の像レジストレーションによって前記少なくとも第１および第２の断面像の特徴ベースアライメントを取得するステップであって、
前記像レジストレーションは、前記少なくとも第１および第２の断面像における前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの共通の特徴に基づいて実行される、取得するステップと、
を特徴とし、
前記像レジストレーション後に、前記少なくとも第１および第２の断面像は、３Ｄボリューム像と組み合わされ、
前記方法は、
前記新しい断面のカーテニングシグネチャを決定するステップと、
前記集積半導体サンプルの次の断面表面層を取り除く間に前記集束イオンビームを制御するためにフィードバックループ内で前記決定されたカーテニングシグネチャを使用するステップと
を含む、
方法。

【請求項8】

前記少なくとも１つの共通の特徴は、金属ライン、ビア、ＨＡＲ構造、ＨＡＲチャネル、またはゲート構造のうちの少なくとも１つを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記像レジストレーションは、２つ以上の共通の特徴に基づいて実行される、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

前記像レジストレーションは、統計的評価を含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

前記統計的評価は、図心の計算、特徴検出、または統計的平均化のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記集積半導体サンプルの前記新しい断面を前記イメージングするステップは、荷電粒子デバイス、原子間力顕微鏡、または光学顕微鏡のうちの１つを用いて実行される、請求項１～１１のいずれかに記載の方法。

【請求項13】

前記集積半導体サンプルの前記新しい断面を前記イメージングするステップは、電子で動作する荷電粒子デバイスを用いて実行され、前記集束イオンビームおよび電子ビームは互いに対してある角度で配置および動作され、前記集束イオンビームのビーム軸およびビーム軸の電子ビームは互いに交差する、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記少なくとも第１および第２の断面像は、前記集積半導体サンプルの上面に直角に形成される、請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項15】

前記少なくとも第１および第２の断面像は、前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの金属層の金属ラインまたはゲートに直角に形成される、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記少なくとも第１および第２の断面像は、前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの金属層の金属ラインまたはゲートに対して９０°からずれた角度で傾斜して形成され、詳細には、前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの金属層の全ての金属ラインまたは全てのゲートに対して９０°からずれた角度で傾斜して形成される、請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

前記少なくとも第１および第２の断面像は、前記集積半導体サンプルの上面に対して直角である少なくとも１つのＨＡＲチャネルの断面像を明らかにするように前記集積半導体サンプルの上面に対して傾斜して形成される、請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項18】

特徴の所定のフットプリント形状および／または前記断面像内の前記特徴の所定の空間分布に基づいて前記少なくとも第１および第２の断面像を位置合わせするステップをさらに含む、請求項１～１７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項19】

前記特徴の前記フットプリント形状は、円形または楕円形である、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記位置合わせするステップは、前記断面像の像平面に対して直角である方向に実行され、および／または前記位置合わせするステップは、前記断面像の前記像平面内で実行される、請求項１８または１９に記載の方法。

【請求項21】

請求項１～２０のいずれか１項に記載の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品。

【請求項22】

請求項１～２０のいずれか１項に記載の方法のいずれかを実行するように適合された半導体検査デバイス。

【請求項23】

集束イオンビームデバイスと、
電子で動作するとともに、前記集積半導体サンプルの前記新しい断面をイメージングするように適合された荷電粒子操作デバイスと、備え、
前記集束イオンビームおよび電子ビームは互いに対してある角度で配置および動作され、前記集束イオンビームのビーム軸およびビーム軸の電子ビームは互いに交差する、
請求項２２に記載の半導体検査デバイス。

【請求項24】

前記集束イオンビームのビーム軸および前記集積半導体サンプルの上面は、互いに約９０°の角度をなし、
前記集束イオンビームおよび電子ビームは、互いに約９０°の角度をなす、
請求項２２に記載の半導体検査デバイス。

【請求項25】

前記集束イオンビームのビーム軸および前記集積半導体サンプルの上面は、互いに約２５°の角度をなし、
前記集束イオンビームおよび電子ビームは、互いに約９０°の角度をなす、
請求項２２に記載の半導体検査デバイス。

【請求項26】

集積半導体サンプルの特徴に基づいてアライメントにより集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得する方法を実行するように適合された半導体検査デバイスであって、前記集積半導体サンプルの新しい断面をイメージングするイメージングデバイスは、異なる角度で前記新しい断面から発する粒子を検出する異なる位置に配置された少なくとも２つの検出ユニットを備え、
前記方法は、
－ 繰り返される表面層の取り除き及び断面イメージングにより一連の２Ｄ断面像を取得するステップであって、前記一連の２Ｄ断面像は、少なくとも第１の断面像および前記第１の断面像に平行な第２の断面像を含み、
前記一連の２Ｄ断面像を取得するステップは、
イメージングのためにアクセス可能な第１の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて前記集積半導体サンプルの断面表面層を取り除くステップ、
イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第１の新しい断面をイメージングし、それによって前記第１の断面像を取得するステップ、
イメージングのためにアクセス可能な第２の新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて次の断面表面層を取り除くステップ、および、
前記イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記第２の新しい断面をイメージングし、それによって前記第２の断面像を取得するステップ、
を含む、取得するステップと、
－ 前記少なくとも第１および第２の断面像の各々の像レジストレーションによって前記少なくとも第１および第２の断面像の特徴ベースアライメントを取得するステップであって、
前記像レジストレーションは、前記少なくとも第１および第２の断面像における前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの共通の特徴に基づいて実行される、取得するステップと、
を特徴とし、
前記像レジストレーション後に、前記少なくとも第１および第２の断面像は、３Ｄボリューム像と組み合わされる、
半導体検査デバイス。

【請求項27】

集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得する方法において、
－ 一連のＮ個の断面像を取得するステップであって、
前記一連のＮ個の断面像を取得するステップは、続いて、イメージングのためにアクセス可能な新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて前記集積半導体サンプルの断面表面層を取り除くステップ、および荷電粒子イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記新しい断面をイメージングするステップを含み、
前記一連のＮ個の断面像の各断面像平面は、ｚ方向に対して直角に向けられ、前記集積半導体サンプルは、前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの金属層ＭｋのＬ個の金属ラインのセットに平行な方向が断面像平面に対してある角度をなすように配置され、
前記一連のＮ個の断面像の少なくともサブセットは、前記Ｌ個の金属ラインの断面像セグメントを含む、一連のＮ個の断面像を取得するステップと、
－ 前記ｌ＝１～Ｌの金属ラインの前記断面像セグメントごとの位置Ｐ（ｘ，ｙ；ｌ）を抽出するステップと、
－ 前記一連のＮ個の断面像の少なくともサブセットの前記ｚ方向を通る前記位置Ｐ（ｘ，ｙ；ｌ）のトレースＴ（ｘ，ｙ；ｚ；ｌ）を形成するステップと、
－ 前記トレースＴ（ｘ，ｙ；ｚ；ｌ）を平均的な共通の波状構造ＴＡ（ｘ，ｙ；ｚ）および残留偏差ｄＴ（ｘ，ｙ；ｚ；ｌ）に分解するステップと、
－ 前記共通の波状構造ＴＡ（ｘ，ｙ；ｚ）を用いて前記一連のＮ個の断面像の前記サブセットを変位させることによって前記３Ｄボリューム像内の前記一連のＮ個の断面像の少なくとも前記サブセットの前記位置を補正するステップと、を特徴とする方法。

【請求項28】

少なくとも１つの位置Ｐ（ｘ，ｙ；ｌ）の前記抽出は、前記金属ラインｌの前記断面像のエッジ抽出、コーナ位置特定、または特徴位置特定のうちの少なくとも１つを含む、請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

少なくとも１つの位置Ｐ（ｘ，ｙ；ｌ）の前記抽出は、図心または重心の計算を含む、請求項２８に記載の方法。

【請求項30】

請求項２７または２８に記載の方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品。

【請求項31】

請求項２７または２８に記載の方法のいずれかを実行するように適合された半導体検査デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、集積回路を断面切断することによる３次元回路パターン検査および測定技法に関する。より詳細には、本発明は、集積半導体サンプル（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓａｍｐｌｅ：集積半導体試料）の３Ｄボリューム像（３Ｄ ｖｏｌｕｍｅ ｉｍａｇｅ：３Ｄボリューム画像、３Ｄ体積（画）像）を取得する方法、ならびに対応するコンピュータプログラム製品、および対応する半導体検査デバイスに関する。これらの方法、コンピュータプログラム製品、およびデバイスは、走査荷電粒子顕微鏡を用いることによって、定量計測、欠陥検出、欠陥レビュー、およびパターンのエッジ形状（ｅｄｇｅ ｓｈａｐｅ：端形状）の検査に利用することができるとともに、微細パターンのラインエッジラフネス（ｌｉｎｅ ｅｄｇｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ：ライン端の粗さ）または表面粗さ（ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を得るために利用することができる。

【背景技術】

【0002】

半導体構造は、人工構造の中でも最も微細な人工構造であり、ごくわずかな不完全性だけで問題になる。これらの稀に見る不完全性は、欠陥検出または欠陥レビューまたは定量計測デバイスが探しているシグネチャである。製造される半導体構造は、事前知識に基づいている。例えば、論理タイプのサンプルでは、金属ラインは、金属層またはＨＡＲ（高アスペクト比）構造内で平行に延び、金属ビア（ｍｅｔａｌ ｖｉａ）は、金属層に対して直角に（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ：垂直に）延びる。異なる層内の金属ライン間の角度は、０°または９０°である。他方で、ＶＮＡＮＤタイプの構造については、その断面が平均して球状であることが知られている。

【0003】

集積回路の製造では、特徴サイズは、より小さくなっている。現在の最小特徴サイズまたは臨界寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）は、１０ｎｍ未満、例えば７ｎｍまたは５ｎｍであり、近い将来に３ｎｍ未満に近づいている。したがって、高精度でパターンのエッジ形状を測定し、特徴またはラインエッジラフネスの寸法を決定することが難しくなっている。パターンのエッジ形状またはラインラフネスは、いくらかの影響を受ける。一般に、ラインまたはパターンのエッジ形状は、含まれる材料自体の特性、リソグラフィ露光、またはエッチング、堆積、もしくは注入などの任意の他の含まれるプロセスステップの影響を受け得る。典型的には、荷電粒子システムの測定分解能は、個々の像点（ｉｍａｇｅ ｐｏｉｎｔｓ：画像点）のサンプリングラスタ（ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒａｓｔｅｒ）、またはサンプル上のピクセル当たりの滞留時間、および荷電粒子ビーム径によって制限される。サンプリングラスタ分解能は、結像系（結像システム）に対して設定できるが、サンプル上の荷電粒子ビーム径に適合されるべきである。典型的なラスタ分解能は、２ｎｍ以下であるが、ラスタ分解能限界は、物理的制限なしで減少させることができる。荷電粒子ビーム径は、制限された寸法を有し、これは、荷電粒子ビームの動作条件およびレンズ次第である。ビーム分解能は、ビーム径の約半分によって制限される。分解能は、２ｎｍ未満であり得る。しかしながら、よく知られた逆畳み込み技法が、例えば、エッジ検出を改善するために適用されてもよい。数ｎｍ、例えば、２ｎｍ未満という実際の荷電粒子システムの高い測定分解能にも関わらず、１０ｎｍよりも良い精度で３Ｄボリュームの測定精度を得ることは難しい。一例として、Dunn, Kubis and Hull "Quantitative Three-Dimensional Analysis using Focused Ion Beam Microscopy" in "Introduction to Focused Ion Beams" edited by Gianuzzi and Stevie (2005)が参照される。ここで、示された３Ｄ分解能は、約３０ｎｍである。

【0004】

半導体サンプルからの３Ｄ断層撮影データをｎｍスケールで生成する共通のやり方は、例えば、デュアルビームデバイスによって作り上げられるいわゆるスライスおよび像（ｉｍａｇｅ：画像）の手法である。そのような装置では、２つの粒子光学系がある角度で配置されている。第１の粒子光学系は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）であることができる。第２の粒子光学系は、例えば、ガリウム（Ｇａ）イオンを用いた集束イオンビーム光学系（ＦＩＢ）であることができる。Ｇａイオンの集束イオンビーム（ＦＩＢ：ｆｏｃｕｓｅｄ ｉｏｎ ｂｅａｍ）は、層を半導体サンプルのエッジでスライスごとに切り取るために使用され、全ての断面は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてイメージング（ｉｍａｇｉｎｇ：結像、画像化）される。２粒子光学系は、直角にまたは４５°～９０°の角度で向けられ得る。図１は、ｙ方向内で集束イオン粒子ビーム５１とともにＦＩＢ鏡筒（ＦＩＢ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｌｕｍｎ：ＦＩＢ光学コラム（カラム））５０を使用し、ｘ－ｙ平面内で走査するスライスおよび像の手法の概略図を示しており、半導体サンプル１０を通って断面から薄層を取り除き、それによって新しい前面５２を断面像平面１１として明らかにする。次のステップでは、ＳＥＭ（図示せず）は、断面１１の前面を走査イメージングするために使用される。この例では、ＳＥＭ光軸は、ｚ方向に平行に向けられ、ｘ－ｙ平面内の走査イメージングライン８２は、断面像平面１１をラスタ走査し、断面像（ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ：断面画像）またはスライス１００を形成する。例えば、前面５３および５４を通るこの手法を繰り返すことによって、異なる深さでサンプルを通る一連の（ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ）２Ｄ断面像１０００を取得する。２枚の続く像スライス間の距離ｄｚは、１ｎｍ～１０ｎｍとすることができる。一連のこれらの２Ｄ断面像１０００から、集積半導体構造の３Ｄ像を再構成することができる。

【0005】

現代の集積回路の細部がより微細になり、特徴サイズがより小さくなるにつれて、３Ｄ断層撮影像の再構成は、いくつかの難しさを示唆する。横方向のステージのドリフトまたはＳＥＭコラム（カラム）のドリフトにより、スライスごとに構造の横方向位置のオフセットを引き起こし得る。ＦＩＢ切断速度の変化により、インターセクション（ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ：交差、横断）表面は様々な距離になり得る。像歪み（ｉｍａｇｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ：像ディストーション）は、例えば糸巻形歪みまたは剪断歪みを有する断面像をもたらし得る。図２は、一連のｘ－ｙ断面像からｘ－ｚスライスの再構成の一例を示す。簡単にするために、一連の２Ｄ断面像１０００のうちのｚ位置ｚ１、ｚ２、およびｚ３における３枚の断面像１００．１、１００．２、１００．３だけが示されている。ランダムなステージまたはＳＥＭのドリフトは、ｚ方向に延びる金属ライン１０１の人工的に高められたラインエッジラフネス、またはｚ方向に平行に延びる金属ライン１０２の幅の大きな変化をもたらす。

【0006】

それは、いわゆる基準の助けを借りて各スライスの横方向位置、および層から層までの距離を得るありふれた方法である。米国特許第９，６３３，８１９号は、サンプルの上部に露出されたガイド構造（「基準（ｆｉｄｕｃｉａｌｓ）」）に基づくアライメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ：アラインメント、整列、調節等）方法を開示する。図３ａ、図３ｂ、および図３ｃは、基準を用いるアライメントを示す。以下に説明されるように、より詳細には、マーカー構造２１および２２は、インターセクション５２、５３および５４のＦＩＢ切断が始まる前に、断面の方向に対して直角のサンプルの上部の堆積材料２０の中に形成される。断面のスライス化およびイメージング後、各断面像は、基準またはアライメントマーカー２１および２２の断面像セグメント２５および２７も含む。第１の中央マーカー２１は、スライス間で横方向のアライメントを実行するために使用され、一方、２つの断面像セグメント２７をもたらす２つの外側の第２のマーカー２２の間の距離は、各スライス間の距離を計算するために使用される。

【0007】

米国特許第７，３４８，５５６号は、基準に基づいてラインエッジラフネスを得る方法を開示する。ここで、基準は、ワークもしくはプローブの表面上にすでに存在する、または視野内の局所で切削される。

【0008】

しかしながら、基準を用いることによる精度は、基準生成プロセス、および基準位置を測定する荷電粒子鏡筒の測定精度によって制限される。再構成の精度がずっとより小さいサイズおよびより良いオーバーレイ精度の最近の半導体構造に十分でないように、基準マーカーは粗く、いくつかの２０ｎｍ～１００ｎｍ（ｓｅｖｅｒａｌ ２０ｎｍ ｕｐ ｔｏ １００ｎｍ）を測定することができ、任意でその形状を第１のスライスから最後のスライスへ変更することもできる。より詳細には後述される図４は、アライメントなし（図４ａ）およびアライメントあり（図４ｂ）の残留再構成により引き起こされたラインエッジラフネス（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｌｉｎｅ ｅｄｇｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ：残留再構成により引き起こされたライン端の粗さ）の結果を示す。ステージまたは荷電粒子ビームコラム（カラム）のドリフトの問題は、関心の実際の構造のサイズ減少に伴ってより厳しくなる。

【0009】

この影響および他の影響により、人工的に不均質なエッジ形状および位置がもたらされ、相互接続された回路パターンの精密計測を制限する。３Ｄ再構成では、波状金属ラインが生成され、例えば、ラインエッジラフネス測定は、アライメント誤差によって劣化する。微細パターンの寸法の計測、または断面切断による微細３Ｄパターンの高精度のラインエッジラフネスもしくは表面粗さの導出は、可能でない。先行技術の解決策は、７ｎｍ以下臨界寸法（ＣＤ）まで下がる最小の特徴サイズを有する集積回路の最近の高精度測定の要求に対処することができない。

【発明の概要】

【0010】

したがって、本発明の目的は、集積半導体サンプルの断面切断により集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得する改善された方法を提供することである。特に、この方法は、３Ｄ再構成の精度の向上を可能にするものである。

【0011】

本目的は、独立請求項によって解決される。従属請求項は、有利な実施形態に向けられている。

【0012】

本特許出願は、ドイツ特許出願ＤＥ１０２０１９００６６４５．６の優先権を主張するものであり、その開示は、その完全な範囲において、参照により本特許出願に組み込まれる。

【0013】

本発明は、集積回路の断面切断により３次元回路パターン検査の３Ｄボリューム像を高精度３Ｄ再構成する方法、より詳細には、ステージのドリフト、イメージングコラム（カラム）ドリフト（ｉｍａｇｉｎｇ ｃｏｌｕｍｎ ｄｒｉｆｔ）、または像歪み（ｉｍａｇｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）によって引き起こされる測定アーチファクトのない集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得する方法、コンピュータプログラム製品、および装置を提供する。

【0014】

方法は、高精度でラインエッジ位置、ラインエッジラフネス、特徴寸法またはエリアの定量計測、欠陥検出または欠陥レビューを可能にする。さらに、本発明は、微細パターンのエッジ形状を検査し、高精度で微細パターンのラインエッジラフネスまたは表面粗さを得る方法、コンピュータプログラム製品、および装置を提供する。

【0015】

本発明による基本的な思想は、知られているおよび／または基準を設けることができる精度よりも高い精度で与えられる特徴データに基づいた３Ｄボリューム像の再構成を基礎とすることである。すでに上述したように、基準自体の精度は制限される。したがって、本発明によれば、３Ｄボリューム像の再構成のための断面像のアライメントに使用される特徴データは、基準の位置データはなく、しかし、特徴データは、より正確に知られているおよび／または与えられる集積半導体サンプルの内側構造または特徴に基づいている。これらの内側構造または特徴は、例えば、金属ライン、相互接続、ビア、ＨＡＲ構造、またはゲート構造である。したがって、本発明による集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得する方法に適用されるアライメントは、特徴ベースアライメントまたは構造ベースアライメントと呼ばれ、これらの表現は、本特許出願内で同義語として使用される。

【0016】

より詳細には、特徴ベースアライメントは、発明の一連の断面像の精密アライメントを適用して、３Ｄ断層撮影データセットまたは３Ｄボリューム像を再構成する。精密アライメントは、アライメント補正スキームを適用し、アライメント補正スキームに従ってスライス位置を調節する方法を含む。アライメント補正スキームは、像または特徴レジストレーションに基づく。一般に、像レジストレーション（ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ：像（画像）登録）は、３Ｄボリュームの断面像の精密配置を指す。像レジストレーションは、断面像の少なくとも一部に存在する金属ラインなどの集積回路の特徴を利用する。これらの特徴が連続した断面像のうちの少なくとも２つに存在する場合、２つの連続した断面像の相対的横方向位置および回転は、高精度で決定され得る。この特徴ベースアライメントを用いて、より高い精度が、現在の集積半導体製造技法の高精度で製造される集積回路の特徴の位置によって取得され得る。

【0017】

さらに、精度は、ゲート、金属ライン、またはＨＡＲ構造、詳細には、ＨＡＲチャネルなどの集積半導体サンプル内に存在する構造の特徴の図心（ｃｅｎｔｒｏｉｄ：重心、質量中心等）抽出などの統計的方法によって改善することができる。他の統計的方法は、いくつかの像特徴の測定位置の平均化を含むことができ、または統計的期待値に対して過度に外れている外れ値を考慮することができる。それによって、個々の断面像の像アライメントのサブピクセルの精度を実現することができる。それによって、２Ｄ断面像の像レジストレーションは、高いサブピクセルの精度で３Ｄボリューム像で実現される。

【0018】

本発明によれば、横方向のステージのドリフトの影響、および走査荷電粒子像獲得法の誤差を減少させることができる。

【0019】

さらに、走査荷電粒子イメージング方法および装置の歪み誤差などのイメージング収差（結像収差）は、集積半導体サンプルの特徴または構造を利用して画像処理によって抽出および除去することができる。連続した像スライス間の低次の歪み収差の変化は、断面像から抽出および除去することができる。

【0020】

次に、本発明をより詳細に説明する。

【0021】

本発明の第１の態様によれば、本発明は、特徴ベースアライメントにより集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得する方法において、
－ 少なくとも第１の断面像およびこの第１の断面像に平行（ｐａｒａｌｌｅｌ）な第２の断面像を取得するステップであって、
前記第１および第２の断面像を取得するステップは、続いて、イメージングのためにアクセス可能な新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて前記集積半導体サンプルの断面表面層を取り除くステップ、およびイメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記新しい断面をイメージングするステップを含む、取得するステップと、
－ 前記少なくとも第１および第２の断面像の各々の像レジストレーションによって前記少なくとも第１および第２の断面像の特徴ベースアライメントを取得するステップであって、
前記像レジストレーションは、前記少なくとも第１および第２の断面像における前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの共通の特徴に基づいて実行される、取得するステップと、を特徴とする方法に向けられている。

【0022】

少なくとも第１および第２の断面像に存在する共通の特徴は、高い位置精度で集積半導体サンプル内に設けられる。したがって、この少なくとも１つの共通の特徴のデータを像レジストレーションについての参照として用いることで、アライメントにおけるより高い精度を同様に可能にする。

【0023】

本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの共通の特徴は、金属ライン、ビア、ＨＡＲ構造、ＨＡＲチャネル、またはゲート構造のうちの少なくとも１つを含む。好ましくは、これらの特徴の全ては、直線的、または直線的に細長い。それらは、例えば、サンプル内の最も低いおよび最も微細な層について４ｎｍ～２ｎｍの範囲内であり得るまたは１ｎｍ未満の精度でさえあり得るとても高い精度で、設けられ、および／またはその位置は、集積半導体サンプルにおいて知られている。

【0024】

好ましくは、像レジストレーションは、２つ以上の共通の特徴に基づいて実行される。例えば、像レジストレーションは、３個、４個、５個、１０個、２０個、またはいっそうより多くの共通の特徴に基づいて実行することができる。アライメント精度がより良くなり得るにつれて、より多く共通の特徴が、実行される像レジストレーションに貢献する。イメージングデバイスを用いて集積半導体サンプルの新しい断面をイメージングするためのイメージング精度は、原理的に制限されるが、統計的手法を使用してイメージング精度を統計的に改善することができ、したがって、像レジストレーションプロセスを統計的に改善することができる。

【0025】

好ましい実施形態によれば、像レジストレーションは、統計的評価を含む。この統計的評価は、個々の断面像のデータおよび／または３Ｄボリューム像のデータに影響し得る。ここで、より多くの断面像が取得されると、より力強い統計的評価になる。好ましくは、統計的評価は、図心の計算、特徴検出、または統計的平均化のうちの少なくとも１つを含む。これらの場合には、統計的評価は、個々の断面像のデータで実施されることが好ましい。

【0026】

本発明の好ましい実施形態によれば、方法は、前記特徴ベースアライメントに先だってアライメントマークの位置を測定および評価することによって前記少なくとも第１および第２の断面像の基準ベースアライメント（ｆｉｄｕｃｉａｌ ｂａｓｅｄ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を用意することを含む。このようにして、段階的なアライメントが実行され得る。基準ベースアライメントは、本発明の特徴ベースアライメントよりも低い精度を有する。しかしながら、状況によっては、例えば、断面像が非常に繰り返しの多い構造／ 特徴を含むとき、段階的なアライメントが好ましい。

【0027】

本発明の好ましい実施形態によれば、集積半導体サンプルの新しい断面のイメージングは、荷電粒子デバイス、原子間力顕微鏡、または光学顕微鏡のうちの少なくとも１つを用いて実行される。例えば、より高いまたは最高の分解能を用いて像を得る前に、まず比較的低い分解能を用いて概観像を得るために、異なるイメージング技法が組み合わされてもよい。高分解能で動作する荷電粒子デバイスの一例は、単一の電子ビームを用いる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、または複数の電子ビームを用いる走査電子顕微鏡（ｍｕｌｔｉＳＥＭ）である。

【0028】

好ましい実施形態によれば、前記集積半導体サンプルの前記新しい断面を前記イメージングするステップは、電子で動作する荷電粒子デバイスを用いて実行され、前記集束イオンビームおよび電子ビームは互いに対してある角度で配置および動作され、前記集束イオンビームのビーム軸およびビーム軸の電子ビームは互いに交差する。集束イオンビームと電子ビームの間の角度は、例えば、９０°とすることができるが、他の角度も可能である。

【0029】

本発明の好ましい実施形態によれば、前記少なくとも第１および第２の断面像は、前記集積半導体サンプルの上面に直角に形成される。ここで、集積半導体サンプルの上面は、平坦であることが仮定され、もしくはそれは、平坦面とほぼ同じにされてもよく、または平坦面は、現実の表面に数学的にフィットされてもよい。上面は、基準を設けることができる保護層および／またはキャップを含むこともできる。

【0030】

好ましくは、前記少なくとも第１および第２の断面像は、前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの金属層の金属ラインまたはゲートに直角に形成される。これらの特徴は、集積半導体サンプルのそれぞれの層に設けられる。それらは、結果的に、断面像と交差し、２つ以上の断面像で一般に見られ、したがって特徴ベース高精度アライメントに使用することができる。この実施形態の幾何学的な配置によれば、これらの特徴の位置は、異なる断面像で変わらない／変わってはならない。したがって、この幾何学的な配置は、ｘ－ｙ平面内の横方向のアライメントに特に適している。

【0031】

本発明の代替実施形態によれば、前記少なくとも第１および第２の断面像は、前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの金属層の金属ラインまたはゲートに対して９０°からずれた角度で傾斜して形成されている。好ましくは、この角度は、集積半導体サンプルのいくつかの金属層において、最も好ましくは集積半導体サンプルの全ての金属層において、９０°からずれる。角度が９０°からずれるとき、幾何学的な配置は、ｚ方向の精密アライメントにも適している、例えば、ｚ方向の互いに対する複数の断面像の距離を精密に決定するのにも適している。好ましい実施形態によれば、角度は４５°であるが、角度は３０°もしくは６０°または別の角度とすることもできる。

【0032】

本発明の代替実施形態によれば、前記少なくとも第１および第２の断面像は、前記集積半導体サンプルの上面に対して直角である少なくとも１つのＨＡＲチャネルの断面像を明らかにするように前記集積半導体サンプルの上面に対して傾斜して形成される。これらのＨＡＲチャネルは、比較的微細であり、しばしば、集積半導体サンプルのかなりの部分を通って延びる柱状および細長い構造である。構造がより微細でより細長くなると、この構造に基づいてアライメントがより精密になる。この実施形態によれば、通常、断面像は、集積半導体サンプルの層に対して傾斜してやはり形成される。好ましくは、上面および層は、互いに平行に設けられる。この実施形態によれば、ＨＡＲチャネルの位置を決定し、続く断面像間の距離ｄｚを決定し、ｘ－ｙ平面内の横方向のアライメントを実行することが可能である。

【0033】

本発明の代替実施形態によれば、前記少なくとも第１および第２の断面像は、前記集積半導体サンプルの上面に対して傾斜して形成され、前記少なくとも第１の断面像と第２の断面像の間の距離は、前記上面に設けられた基準の位置に基づいて決定される。すでに上述されたように、基準ベースアライメントの精度は、本発明による特徴ベースアライメントの精度よりも原理的に小さい。しかしながら、特徴ベースアライメントより前に基準ベースアライメントが適用される場合、基準ベースアライメントの精度は、ｓｉｎβ倍だけ増加することができ、ただし、角度βは、集束イオンビームの軸と集積半導体回路の上面の間の角度を決定する。角度βがより小さく、したがってよりすれすれになると、基準ベースアライメントの精度がより良くなる。

【0034】

同様に、本発明の別の代替実施形態によれば、少なくとも第１および第２の断面像は、集積半導体サンプルの上面に対して傾斜して形成され、前記少なくとも第１の断面像と第２の断面像の間の距離は、特徴の位置に基づいて決定され、詳細には、前記集積半導体サンプルの内部および前記上面に直角に設けられたＨＡＲチャネルの位置に基づいて決定される。ここで、続く特徴間の距離、好ましくは、ＨＡＲチャネル間の距離を決定する精度は、ｓｉｎβ倍だけ高めることができ、ただし、角度βは、集束イオンビームの軸と集積半導体回路の上面の間の角度を決定する。

【0035】

本発明の好ましい実施形態によれば、像アライメントは、前記少なくとも第１の断面像と第２の断面像の間の像歪み偏差（ｉｍａｇｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ：像歪みのずれ）の差し引きを含む。好ましくは、前記像歪み偏差の前記差し引きは、基本歪み関数（ｂａｓｉｓ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ：基底歪み関数）による前記像歪み偏差の近似を含む。

【0036】

本発明の好ましい実施形態によれば、方法は、
前記新しい断面のカーテニングシグネチャ（ｃｕｒｔａｉｎｉｎｇ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を決定するステップと、
３Ｄ断面像として前記断面像を表すために前記カーテニングシグネチャを使用するステップと、をさらに含む。

【0037】

集束イオンビームの材料除去速度は、取り除かれる材料のタイプに依存する。このため、一定の送りで取得されるが異なる材料を含む新しい断面の表面は、理想的に平坦ではなく、いくらかのトポグラフィ（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ：地勢、地形）を示す。しばしば、それは、カーテンのような波状である（「カーテニング効果（ｃｕｒｔａｉｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）」）。それぞれの波状表面の像は、アーチファクトとしてラインを示しており、これは、特徴または構造として原理的に誤解され得る。したがって、カーテニング補正を実行することが好ましい。最先端によれば、カーテニング補正は、様々な方向からの集束イオンビームを用いて表面層を取り除くためにいくらかのステージ移動を適用するいわゆるロッキングステージ法によって実行され、それによって平均して波状構造になる。しかしながら、ロッキングステージ法は、除去されるスライスがあまりに薄く、ステージのそれぞれの誤差またはドリフトがとても大きいので、断層撮影機器に適していない。したがって、本発明によれば、別の手法がとられ、すなわち、表面の波状トポグラフィが測定され、さらなる手順において適切に考慮に入れられる。カーテニング、またはより全体的なトポグラフィの影響により、例えば、再構成された金属ライン断面は矩形ではなく、剪断され、またはふくらみを示すという点で、３Ｄ再構成の品質を劣化させる。トポグラフィは、像内の全ての点が同じ平面に属しているのではなく、それらは、個々の面外（ｚ－）座標を有することを意味する。この情報が利用可能でない場合、再構成において、ボクセルが不正確に配置される。

【0038】

したがって、カーテニングシグネチャを決定することは、新しい断面の３Ｄトポグラフィを決定することを含む。シグネチャという用語は、波状トポグラフィが、イメージングされる新しい断面の指紋／特徴のようなものであることを示す。しかしながら、カーテニングシグネチャという用語は、カーテニング効果のために生成された３Ｄトポグラフィに限定されない。カーテニングシグネチャという用語は、概して断面像またはスライスの３Ｄトポグラフィを含む。

【0039】

表面の３Ｄトポグラフィを決定する方法は、原理的に当業界で知られている。一例は、Tadao Sugunuma in "Measurement of Surface Topography Using SEM with Secondary Electron Detectors", J. Electron. Microsc., Vol. 34, No. 4, 428-337, 1985によって与えられる。イメージング中の３Ｄ構造のシャドーイング効果が、打ち勝ち得る。解決策は、異なる方向から同じ信号を検出するために少なくとも２つの異なる検出器を使用することである。より詳細には、走査される表面から発する粒子は、２つの異なる角度の下で検出される。好ましくは、検出器の配置は、イメージングされる表面の法線に対して対称的である。少なくとも２つの検出器信号の差動信号を用いることで、３Ｄトポグラフィを高精度で決定することを可能にする。したがって、新しい断面像の３Ｄトポグラフィが得られ、カーテニングシグネチャが決定される。本発明による方法の次にステップでは、カーテニングシグネチャが、断面像を３Ｄ断面像として表すために使用される。これらの３Ｄ断面像は、正確には平坦でなく、しばしばわずかに湾曲し、像データの位置は、３次元ｘ，ｙ，ｚで特徴付けられる。次いで、像レジストレーションが、３Ｄまたは波状断面像に基づいて決定される。これにより、特許請求される方法の精度がかなり高まる。さらに、測定された３Ｄトポグラフィは、３Ｄボリュームの再構成に使用することができ、この情報が利用可能である場合、スライスを単に積み重ねるのに代えて、全ての点の真の（x,y,z）位置が使用され、すなわち、再構成におけるトポグラフィの影響の数学的補正が実行され得る。

【0040】

好ましい実施形態によれば、方法は、
新しい断面のカーテニングシグネチャを決定するステップと、
前記集積半導体サンプルの次の断面表面層を取り除く間に前記集束イオンビームを制御するためにフィードバックループ内で前記決定されたカーテニングシグネチャを使用するステップとをさらに含む。

【0041】

すでに上述したように、層が取り除かれた新しい断面表面は、正確には平坦ではなく、カーテニングシグネチャを定める３Ｄトポグラフィを示す。したがって、次の断面の層を取り除いて次の新しい断面を示すとき、この３Ｄトポグラフィが、考慮に入れられてもよく、集束イオンビームは、できる限り平坦である新しい断面を得るようにそれぞれ制御され得る。イオンビームは、トポグラフィが最大を表す位置でより長くおよび／またはより頻繁に働き、トポグラフィが最小を表す位置でより短くおよび／または頻繁でなく働くように制御することができる。したがって、次の新しい表面は、それ自体より平坦になる。実際的には、説明された種類の制御は、フィードバックループの観点で本発明の方法に組み込まれてもよい。

【0042】

本発明の別の好ましい実施形態によれば、方法は、特徴の所定のフットプリント形状および／または前記断面像内の前記特徴の空間分布に基づいて前記少なくとも第１および第２の断面像を位置合わせするステップをさらに含む。この種のアライメントは、調査されるサンプル内の特徴／構造についての事前知識が存在し、これらの特徴／構造が特定の知られている幾何学的な形状であるときに、および／またはこれらの特徴／構造が規則的に間隔をあけて配置されているときに、特に役立つ。特徴／構造についての事前知識に基づいて、断面像におけるこれらの特徴／構造の理想的な幾何学的な形状が知られ、これらの特徴／構造の参照またはフットプリントが定められる。特徴が、例えば柱状特徴、例えば柱状ＨＡＲチャネルである場合、柱状特徴の主軸に対して直角である断面像内のそのフットプリントは、理想的には円形である。断面像が柱状特徴の主軸に対して傾斜してとられる場合、そのフットプリントは楕円形である。イメージングされたフットプリントが前もって知られているおよび理想的に想定された形状から外れている場合、理由は、補正され得る断面像に対して直角である方向のミスアライメントである可能性がある。言い換えれば、続く断面像間の距離は、変化を示す。仮想像平面の方向に断面像の距離を変えることによって、この方向の歪み誤差をなくすことができる。

【0043】

好ましい実施形態によれば、特徴のフットプリント形状は、円形または楕円形である。これらのよく定められた幾何学的な形状は、理想的な形状および／または位置からの偏差（ｄｅｖｉａｔｉｏｎ：ずれ）のとても精密な決定を可能にする。

【0044】

別の好ましい実施形態によれば、前記位置合わせするステップは、前記断面像の像平面に対して直角である方向に実行され、および／または前記位置合わせするステップは、前記断面像の前記像平面内で実行される。これにより、高精度アライメントを可能にする。

【0045】

本発明の好ましい実施形態によれば、前記像レジストレーション後に、前記少なくとも第１および第２の断面像は、３Ｄボリューム像と組み合わされる。この３Ｄボリューム像は、断層撮影像である。

【0046】

本発明の第２の態様によれば、本発明は、上述した実施形態のいずれか１つによる方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品に向けられている。コードは、任意の可能性があるプログラミング言語で書くことができ、コンピュータ制御システム上で実行することができる。したがって、コンピュータ制御システムは、１つまたは複数のコンピュータまたは処理システムを備えることができる。

【0047】

本発明の第３の態様によれば、本発明は、上述したような実施形態のいずれか１つによる方法のいずれかを実行するようになされた（適合された）(adapted to)半導体検査デバイスに向けられている。

【0048】

好ましい実施形態によれば、半導体検査デバイスは、
集束イオンビームデバイスと、
電子で動作するとともに、前記集積半導体サンプルの前記新しい断面をイメージングするようになされた（適合された）(adapted for)荷電粒子操作デバイスと、備え、
前記集束イオンビームおよび電子ビームは互いに対してある角度で配置および動作され、前記集束イオンビームのビーム軸およびビーム軸の電子ビームは互いに交差する。

【0049】

好ましくは、前記集束イオンビームのビーム軸および前記集積半導体サンプルの上面は、互いに約９０°の角度をなし、前記集束イオンビームおよび電子ビームは、互いに約９０°の角度をなす。この幾何学的な配置は、像レジストレーションに必要な断面像の方向が集積半導体サンプルの幾何学的形状に適合し、３Ｄボリューム像は容易に決定され得るので、半導体検査デバイスの標準的な幾何学的配置の１つである。

【0050】

代替実施形態によれば、前記集束イオンビームのビーム軸および前記集積半導体サンプルの上面は、互いに約２５°の角度をなし、前記集束イオンビームおよび電子ビームは、互いに約９０°の角度をなす。この配置を用いて、集積半導体サンプルへの集束イオンビームの角度βでのすれすれ入射が実現することができ、これによって、続く断面像間の距離を決定するときにｓｉｎβ倍だけより高い精度を可能にする。他の角度、例えば３０°または６０°も可能である。さらに、電子で動作する荷電粒子操作デバイスの配置用のスペースがより大きくなり、これによりクロスビームデバイスの配置および設計全体を助ける。詳細には、より平坦な対物レンズを適用することができ、その結果、例えば５ｍｍ以下であり得る電子ビームの作動距離が減少することになる。そして、ＦＩＢの典型的な作動距離は、例えば、１２ｍｍの範囲内である。

【0051】

好ましい実施形態によれば、前記集積半導体サンプルの前記新しい断面をイメージングするイメージングデバイスは、異なる角度で前記新しい断面から発する粒子を検出する異なる位置に配置された少なくとも２つの検出ユニットを備える。この配置は、上述したように断面のカーテニングシグネチャ／３Ｄトポグラフィを決定するのに適用され得る。好ましくは、検出ユニットの配置は、断面の表面の法線に対してなされる角度に関して対称的であり、および／または検出ユニットは集束イオンビームの走査方向に互いに反対に設けられる。好ましくは、イメージングデバイスは、正確に２つの検出ユニットまたは正確に４つの検出ユニットを含む。ペアを形成する２つの検出器は、一方向の表面のトポグラフィを決定するのに十分である。したがって、４つの検出ユニットを用いて、好ましくは、２つの直角方向で表面のトポグラフィを、例えば、ｘ－ｙ平面のトポグラフィ（高さ、深さ）を決定することが可能である。原理的に、検出ユニットは、任意の適切な種類のものとすることができる。しかしながら、ペアを形成する少なくとも２つの検出ユニットは同じ種類であることが好ましい。これは、信号処理を助ける。検出ユニットは、例えば、新しい断面の表面から発する後方散乱電子または二次電子を検出することができる。

【0052】

本発明の第４の態様によれば、本発明は、集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得する方法において、
－ 一連のＮ個の断面像を取得するステップであって、
前記一連のＮ個の断面像を取得するステップは、続いて、イメージングのためにアクセス可能な新しい断面を作製するように集束イオンビームを用いて前記集積半導体サンプルの断面表面層を取り除くステップ、および荷電粒子イメージングデバイスを用いて前記集積半導体サンプルの前記新しい断面をイメージングするステップを含み、
前記一連のＮ個の断面像の各断面像平面は、ｚ方向に対して直角に向けられ、前記集積半導体サンプルは、前記集積半導体サンプルの少なくとも１つの金属層ＭｋのＬ個の金属ラインのセット（ｓｅｔ：集合）に平行な方向が断面像平面に対してある角度をなすように配置され、
前記一連のＮ個の断面像の少なくともサブセット（ｓｕｂｓｅｔ：部分集合）は、前記Ｌ個の金属ラインの断面像セグメントを含む、一連のＮ個の断面像を取得するステップと、
－ 前記ｌ＝１～Ｌの金属ラインの前記断面像セグメントの各々の位置Ｐ（ｘ，ｙ；ｌ）を抽出するステップと、
－ 前記一連のＮ個の断面像の少なくともサブセットの前記ｚ方向を通る前記位置Ｐ（ｘ，ｙ；ｌ）のトレース（ｔｒａｃｅ）Ｔ（ｘ，ｙ；ｚ；ｌ）を形成するステップと、
－ 前記トレースＴ（ｘ，ｙ；ｚ；ｌ）を平均的な共通の波状構造ＴＡ（ｘ，ｙ；ｚ）および残留偏差ｄＴ（ｘ，ｙ；ｚ；ｌ）に分解するステップと、
－ 前記共通の波状構造ＴＡ（ｘ，ｙ；ｚ）を用いて前記一連のＮ個の断面像の前記サブセットを変位させることによって前記３Ｄボリューム像内の前記一連のＮ個の断面像の少なくとも前記サブセットの前記位置を補正するステップと、を特徴とする方法に向けられている。

【0053】

好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの位置Ｐ（ｘ，ｙ；ｌ）の前記抽出は、前記金属ラインｌの前記断面像のエッジ抽出、コーナ位置特定（ｃｏｒｎｅｒ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）、または特徴位置特定（ｆｅａｔｕｒｅ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）のうちの少なくとも１つを含む。

【0054】

好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの位置Ｐ（ｘ，ｙ；ｌ）の前記抽出は、図心または重心（ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｇｒａｖｉｔｙ）の計算を含む。

【0055】

本発明の第５の態様によれば、本発明は、本発明の第４の態様による方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品に向けられている。

【0056】

本発明の第６の態様によれば、本発明は、本発明の第５の態様による方法のいずれかを実行するようになされた半導体検査デバイスに向けられている。

【0057】

上述したような実施形態は、技術的な反駁が生じない限り互いと完全にまたは部分的に組み合わされてもよい。これは、本発明の様々な態様を説明する実施形態も保持する。

【0058】

本発明は、以下の図面を参照することでさらにより完全に理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【0059】

【図1】断面イメージング技法の説明図である。

【図2】３Ｄボリューム像を通る断面像および２つのインターセクション像例の説明図である。

【図3a】先行技術に示されたような基準アライメントプロセスの説明図である。

【図3b】先行技術に示されたような基準アライメントプロセスの説明図である。

【図3c】先行技術に示されたような基準アライメントプロセスの説明図である。

【図4】金属層Ｍ１の例におけるインターセクション像の例での基準ベースアライメントの結果の説明図である。

【図5a】特徴ベースアライメントを利用する断面像技法の説明図である。

【図5b】特徴ベースアライメントを利用する断面像技法の説明図である。

【図5c】特徴ベースアライメントを利用する断面像技法の説明図である。

【図5d】特徴ベースアライメントを利用する断面像技法の説明図である。

【図6】４００個の断面像を含む断面像のスタックを通る像特徴のトレースの説明図である。

【図7】金属層Ｍ１の例における特徴ベースアライメントの一実施形態により実現された改善の説明図である。

【図8】ゲート層の例における本発明の一実施形態によって実現される改善の説明図である。

【図9】本発明の一実施形態による改善されたラインエッジラフネス導出の説明図である。

【図10】スライスごとの歪み偏差の説明図である。

【図11a】少なくとも金属層上における金属ラインに対して傾斜している断面を用いる断面イメージングのための特徴ベースアライメントの別の実施形態の説明図である。

【図11b】少なくとも金属層上における金属ラインに対して傾斜している断面を用いる断面イメージングのための特徴ベースアライメントの別の実施形態の説明図である。

【図12】ＨＡＲチャネルの断面像を明らかにするためにサンプル内、例えばメモリデバイス内のＨＡＲチャネルの向きに対して傾斜している断面を用いる断面イメージングのための特徴ベースアライメントの別の実施形態の説明図である。

【図13】集積半導体サンプルの上面に対して直角である続く断面像と前述の向きに対して傾斜している続く断面像との間の距離決定の精度を比較する説明図である。

【図14】ＶＮＡＮＤ構造をイメージングするカーテニング効果の説明図である。

【図15】表面の３Ｄトポグラフィを決定するための構成を概略的に示す図である。

【図16】３Ｄ断面像の説明図である。

【図17】ＶＮＡＮＤメモリプローブにおける規則的な六角格子上の柱状ＨＡＲチャネルの説明図である。

【図18】フットプリント形状ベースアライメントの説明図である。

【図19】図１８のフットプリント形状ベースアライメントの詳細を概略的にさらに示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0060】

図１２は、集積半導体サンプルの３Ｄボリューム像を取得するための断面像アプローチの概略図を示す。断面アプローチの場合、３次元（３Ｄ）ボリューム像の獲得は、「ステップアンドリピート」の手法によって実現される。まず、集積半導体サンプルが、当業界で知られた方法によって続く断面像アプローチのために用意される。本開示全体を通して、「断面像」および「スライス」は、同義語として使用される。集積半導体の上面には、上面とほぼ直角の断面にアクセス可能にするために溝が切削され、またはブロック形状の集積半導体サンプル１０が、集積半導体ウェハから切り取られ、取り除かれる。このプロセスステップは、時として「リフトアウト」と呼ばれる。あるステップにおいて、材料の薄い表面層または「スライス」が取り除かれる。簡単にするために、説明は、そのようなブロック形状の集積半導体サンプル１０で示されるが、本発明は、ブロック形状のサンプル１０に限定されない。材料のこのスライスは、集束イオンビーム（ＦＩＢ）５０による視射角における、しかし場合によっては垂直入射のより近くの視射角における集束イオンビーム切削または研磨の使用を含む当業界で知られたいくつかのやり方で取り除くことができる。例えば、集束イオンビーム５１は、断面５２を形成するように方向Ｘに沿って走査される。結果として、新しい断面表面１１が、イメージングのためにアクセス可能である。続くステップにおいて、新たにアクセス可能な断面表面層１１は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）またはＦＩＢ（図示せず）などの荷電粒子ビーム（ＣＰＢ）によって走査されるラスタである。結像系の光軸は、ｚ方向に平行であるように配置され得る、またはｚ方向に対してある角度で傾斜させられ得る。ＣＰＢシステムが、２ｎｍ未満の高分解能でサンプルの小領域をイメージングするために使用されている。二次電子が後方散乱電子とともに、集積半導体サンプルの内部の材料コントラストであって、異なるグレイレベルで断面像１００中に見られる材料コントラストを明らかにするために検出器（図示せず）によって収集される。金属構造は、より明るい測定結果を生じさせる。表面層の取り除きおよび断面像プロセスは、表面５３および５４ならびに等距離におけるさらなる表面を通して繰り返され、異なる深さのサンプルを通しての一連の２Ｄ断面像１０００が、３次元３Ｄデータセットを構築するように取得される。代表的な断面像１００は、１４ｎｍ技術を用いた市販のインテルプロセッサの集積半導体チップの測定によって取得される。

【0061】

この方法の場合、少なくとも第１および第２の断面像は、イメージングのために新しい断面をアクセス可能にするために集束イオンビームを用いて集積半導体サンプルの断面表面層を続いて取り除くことと、荷電粒子ビームを用いて集積半導体サンプルの新しい断面をイメージングすることとを含む。一連のこれらの２Ｄ断面像１０００から、集積半導体構造の３Ｄ像を再構成することができる。断面像１００の距離ｄｚは、ＦＩＢ切削または研磨プロセスによって制御することができ、１ｎｍ～１０ｎｍ、好ましくは約３～５ｎｍであり得る。

【0062】

図２は、ｘ－ｙ方向から取得されるとともにｚ方向に距離ｄｚだけ間隔をあけられた一連のＮ＝４００個の像スライスまたは断面像１０００から取得された再構成された３Ｄボリューム像または３Ｄデータセットからの２つのｘ－ｚインターセクション像の一例を示す。簡単にするために、３つの断面像１００．１、１００．２、１００．３だけが示されている。Ｎ＝４００個の像スライスの獲得間のランダムなステージまたはＳＥＭのドリフトは、ｚ方向に延びる金属ライン１０１に見られるｚ方向の人工的に高められたインエッジラフネス、またはｚ方向に対して直角に向けられた金属ライン１０２の幅の大きなばらつきをもたらす。

【0063】

図３は、先行技術による基準を用いたアライメントを示す。図３ａに示されるように、インターセクションのＦＩＢ切断が始まる前に、マーカー構造または基準が、断面の方向に対して直角にサンプルの上部に形成される。マーカー構造については、第１の材料２０が、集積半導体サンプルの上面５５に堆積される。この材料では、平行線２１および傾斜線２２のようなアライメントマークが、ＦＩＢ加工によって形成される。図３ｂは、先行技術の典型的なアライメント構造の像を示す。ラスタ走査ライン８２に沿ったラスタ走査による断面１１のスライスおよびイメージングの後、各面像１００は、基準またはアライメントマーカーの断面像セグメントも含む。図３ｃには、代表的な断面１００が示されている。中央マーカーがその断面像セグメント２５によって見え、スライス間でｘ方向およびｙ方向の横方向アライメントを行うために使用されるが、ｙ方向のアライメントは、一般にあまり正確でない。２つの外側マーカー２２の２つの断面像セグメント２７間の距離は、各スライス間の距離ｄｚを計算するために使用される。

【0064】

図４は、集積半導体サンプルのＭ１層についての再構成により誘起された残留ラインエッジラフネスの結果を示す。図２におけるように、像は、ｘ－ｙ平面内でそれぞれ取得される一連のＮ＝４００個の像スライスまたは断面像から得られるｘ－ｚインターセクション像である。図４ａは、像スライスアライメントを用いないｘ－ｚインターセクション像の結果を示し、図４ｂは、基準に基づく像アライメントの結果を示す。Ｎ＝４００個の像スライスの獲得間のランダムなステージまたはＳＥＭのドリフトは、ｚ方向の人工的に高められたラインエッジラフネスをもたらす。基準アライメントによる改善は、像のぼけの減少、およびゲート層内のゲート構造のラインエッジラフネス減少によって明らかに見られる。

【0065】

集積半導体サンプル中の特徴または構造に基づくファインアライメント（ｆｉｎｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ：微細なアライメント）についての本発明の一実施形態が、図５に記載されている。集積半導体サンプルは、例えば、図１に示されるように、（Ｋ＋１）個の金属層（通常、シリコン基板レベルからウェハ上部レベルへ数えてＭ０、Ｍ１、Ｍ２．．．ＭＫと呼ばれる）と、柱状構造を介して金属層を接続するために使用されるビア層（通常、Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２へと参照される）とからなる。

【0066】

図５ａは、金属層を備えた集積半導体サンプルの２つの断面像についての簡単な例を示し、ここでは簡単にするために、３つの金属層Ｍ０、Ｍ１、およびＭ２のみが示されている。金属層Ｍ０およびＭ２は、Ｎ断面像に平行な金属ライン６２．１および６２．２を含み、そこから２つが、ｎおよびｎ＋１によって示されている。金属層Ｍ１は、断面像ｎおよびｎ＋１に対して９０°の角度にある金属ライン６１を含む。座標系は、ｘ－ｙ方向にあるとともにｚ方向に直交する第１および第２の断面像１１０および１１１を形成するように選択される。したがって、集積半導体プローブは、少なくともいくつかのＬ金属ラインがｚ方向に平行であるように、したがってｘ－ｙ平面に平行な断面像平面に対して直角に向けられるように向けられる。概して、少なくともいくつかのＬ金属ラインは、各Ｌ金属ラインの断面像セグメントが少なくとも一連のＮ個の断面像に形成されるように断面像平面に対して所定の角度をなす。図５の実施形態では、所定の角度は９０°である。

【0067】

図５ｂは、ｚインデックスｎ（１１０）およびｎ＋１（１１１）を有する断面像のうちの２つを示す。概して、断面像１１０、１１１は、ｘ－ｙ平面内で向けられ、一連の断面像またはスライスは、１ｎｍ～７ｎｍで距離ｄｚだけｚ方向に積み重ねられまたは変位させられる。断面の切断またはスライスは、層Ｍ１における金属ライン６１に対して予め定められた９０°の角度で行われたので、スライス像ごとに層Ｍ１における対応する金属ライン６１の断面像セグメント６４を識別し、さらに、例えば、ｌ＝１．．．Ｌ金属ラインごとの各断面像セグメントの図心の計算または重心Ｃ（ｘ，ｙ）の計算によって、その位置Ｐ（ｘ，ｙ；ｌ）を抽出することが可能である。断面像１１０が断面像１１０または１１１に平行な対応する金属ライン６２．１または６２．２と交差する場合に、金属層Ｍ０およびＭ２は、断面像セグメント６３として見えるにすぎない。

【0068】

図５ｃは、論理構造を備えた集積半導体サンプルの断面像の一例を示す。ビア層（Ｖ０～Ｖ６）と互い違いになっている金属層（Ｍ０～Ｍ７）が示されている。Ｍ０の真下に、ゲート層ＧＬが見える。金属層およびゲート層は、断面像に対して平行または直角である金属ラインを備える。Ｍ１、Ｍ３、Ｍ５、．．．における層内の金属ラインに対して直角な断面の切断またはスライスが行われるので、続く断面像またはスライスの大きいセット内の層および金属ラインの図心が計算できるという点で対応する金属ラインの断面を識別することが可能である。例えば、Ｍ１、Ｍ３、Ｍ５、またはＭ７におけるような断面像に対して直角である金属ラインの少なくとも大部分は、続く断面像の大部分にわたって不変である。サンプルを通る断面像は、ほんのいくつかのビアを示し、一例は、白い円６５でマークされている。

【0069】

層Ｍ１、Ｍ３、．．．、Ｍ７における直角の金属ラインの断面像セグメントは、コーナまたはエッジ検出、閾値処理、またはモフォロジー処理などの画像処理によって抽出することができる。検出された金属ラインの位置は、図心の計算または重心の計算に基づいて計算することができる。代替として、金属ラインの位置決定は、例えば、特徴ベースレジストレーションによって実現することができる。概して、パターン認識および位置検出技法は、特徴レジストレーションとも呼ばれ、設計形状と金属ラインの断面像セグメントまたは金属ラインの参照断面像セグメントの比較を用いることができる。特徴レジストレーションは、例えば金属ラインの参照断面像セグメントと相関する像を用いることができ、または例えば金属ラインの断面像と参照断面像セグメントの間のユークリッド像距離に基づくことができる。当業者は、金属ラインの断面像セグメントの位置計算のための上述した方法に均等な方法を使用することができる。

【0070】

図５ｄでは、金属ラインの断面の境界線は、白い点線によって示されている。各金属ラインの位置Ｐ（ｘ，ｙ；ｌ）は、各境界線内の図心として評価される（点で示される）。図５ｄは、抽出の結果として、層Ｍ１、Ｍ３、Ｍ５、およびＭ７における金属ラインのエッジ形状または境界線をその図心Ｃ（ｘ，ｙ；ｌ）（点）とともに示しており、一例が強調表示されている（層Ｍ７における金属ラインのエッジ形状または境界線６６とともに図心６７）。

【0071】

スライスごとの金属ラインの図心を接続することによって、ｚ方向を通しての図心Ｔ（ｘ，ｙ；ｚ；ｌ）のトレースまたは一連の断面像が生成され得る。図６は、Ｎ＝４００個の断面像（ｚ方向）についての層Ｍ１、Ｍ３、およびＭ７における金属ラインの図心のトレースを示す。金属層Ｍ１およびＭ７についてのいくつかのトレースＴ（ｘ，ｙ；ｚ；ｌ）の２つの例６８および６９が、それぞれ強調表示されている。金属ラインは高精度で製造されるので、金属ラインは、非常に真っ直ぐであることが予期される。トレースは、補正されることになろうミスアライメントから生じるいくつかの共通の波状構造Ｔ＿ｘ（ｚ）およびＴ＿ｙ（ｚ）を示す。Ｔ＿ｘ（ｚ）およびＴ＿ｙ（ｚ）を差し引くことによってミスアライメントを補正した後、共通のまたは平均的な波状構造ＴＡ（ｘ，ｙ；ｚ）から生じるトレースごとに留波状構造がまだある。これは、例えば図心決定の統計誤差からのランダムな寄与と、例えばスライスごとのＳＥＭ像歪みの変化からの系統的な寄与とを有する。大きい共通のまたは平均的な波状構造ＴＡ（ｘ，ｙ；ｚ）は、ステージのドリフトまたはイメージング収差（結像収差）によって引き起こされ、一連のＮ＝４００個の断面像の３Ｄデータセットにおけるｚ位置ごとに共通の変位ベクトルおよび回転角度誤差を含んだ測定誤差を表す。簡単にするために、ここでは、変位誤差だけが示されており、回転誤差は、例えば、回転行列によって考慮され得る。トレースの共通の波状成分ＴＡ（ｘ，ｙ；ｚ）を抽出することによって、例えば、少なくともサブセットにわたりＬ個のトレースＴ（ｘ，ｙ；ｚ；ｌ）を統計的評価することによって、位置ｚにおける断面像スライスごとのｘ－ｙミスアライメントの大部分は、ファインアライメント補正および３Ｄボリューム像データセット内のスライスレジストレーションにおいて補正され得る。

【0072】

共通の波状成分ＴＡ（ｘ，ｙ；ｚ）の抽出は、横方向の断面像変位の統計的評価に基づく位置ｚにおける断面像スライスごとのｘ－ｙ変位ベクトル（ｘ，ｙ）を明らかにする。統計的評価は、精度を改善し、いくつかの個々の構造または基準などのアライメントマークの誤差を減少させる。統計的評価は、例えば、平均化および図心の計算を含み、外れ値を考慮することができる。例は、複数のラインエッジ点を平均することによるラインエッジの平均化、図心の計算、特徴ベースレジストレーション、または複数の図心点のセットにわたる統計的平均化である。画像処理アルゴリズムおよびレジストレーションアルゴリズムが、２つの連続した断面像間で特徴または構造セットの比較をすることによってアーチファクトまたは外れ値を取り除くために適用され得る。

【0073】

金属ラインは測定されたボリューム全体を通って延びる必要はないことが言及されるべきである。図６に示されるように、全ての金属ラインが、Ｎ個の断面像全部を通って延びるとは限らない。Ｍ１トレース６８における間隙などの金属ラインにおける間隙は、識別され、例えば、Ｍ７トレース６９によってブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ：橋渡し）され得る。概して、間隙は、測定されたボリューム全体のアライメントが可能になるように他の金属ラインによってブリッジされ得る。全ての金属ラインが同じ位置で終わるごく稀な場合には、再構成は、間隙の前後の部分を適切に見当合わせすることができない。しかしながら、これらの場合には、レジストレーションは必要でない。本発明の一方法は、断面像または生の３Ｄスタックから抽出される集積半導体サンプル内に存在する構造に頼るので、本発明の方法は、先行技術の「基準ベース」アライメントとは対照的に、「構造ベース」アライメントと呼ばれる。３Ｄボリューム像における２Ｄ断面像スライスの精密なアライメントは、レジストレーションまたは像レジストレーションとも呼ばれる。

【0074】

基準ベースアライメントと構造ベースアライメントの間の比較は、図２および図８に示されている。図７は、Ｍ１層を通るｘ－ｚ方向の、図４ａおよび図４ｂに示されるものと同じ断面を示すが、構造ベースアライメント後の断面を示す。図８ａは、基準に基づいてアライメント後にｘ－ｙ方向でそれぞれ取得されるＮ＝４００個の断面像から再構成されたゲート層を通るｘ－ｚ方向の断面を示す。図８ｂは、構造ベースアライメント後のゲート層を通る同じ断面を示す。基準ベースアライメント単独によるミスアライメントまたは粗いアライメントによって引き起こされるラインエッジラフネスの減少の改善が、図７および図８ｂの両方の像において明らかに見られ、ゲート層などのより微細な構造を備えた下層でより見えるようになる。

【0075】

改善の定量比較は、輪郭（ｃｏｎｔｏｕｒ）を抽出すること、およびその平均値から輪郭の標準偏差を計算することによって実現することができる。図９の例から、ラインエッジラフネスについての程度が、２つの像から抽出される。図９ａは、基準ベースアライメントについてのラインセグメント９１の例を示し、図９ｂは、構造ベースアライメントについての結果としてラインセグメント９２の例を示す。基準ベースアライメントの例では、ラインエッジ９１の標準偏差は、２４．２６ｎｍであり、一方、図９ｂでは、構造ベースアライメントの場合、ラインエッジ９２の標準偏差は、１２．８ｎｍへ２分の１に減じられる。概して、標準偏差は、構造ベースアライメントによって１．５分の１～３分の１だけ減じられ得る。したがって、測定された残留ラインエッジラフネスは、人工的なミスアライメントから、残留収差またはアライメント誤差から、基準の測定から、減じられる。均等なやり方では、表面粗さ値は、人工的なミスアライメントから減じられ、例えば、金属ライン幅またはゲート寸法のサイズ測定または寸法測定の精度は、特徴ベースアライメントを用いて１．５～３倍だけ改善され得る。別の実施形態が、図１０に示されている。構造または特徴ベースアライメントに基づいて像レジストレーションを用いてｘ－ｙアライメントを補正した後、スライスごとにトレースの残留ドリフトがまだいくらかあり得る。これらのドリフトは、ドリフトするＳＥＭ像歪みに起因し得る。図心の残留変位ベクトル３００を用いて（これについて一例が３０２として示されている）、像歪みは、例えば、低次の糸巻形、環状歪み、剪断または台形歪みなどの像歪みのいくつかの合理的な基底関数（ｂａｓｉｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）で近似またはフィッティングすることによって決定することができる。これらの基底関数は、ｘ－ｙベクトル多項式によって記述することができる。歪みについて抽出された基底関数に関して、各断面像は、スライスごとにまたは絶対的な相対的な像歪み補正を取得するために像歪みの差し引きによって補正することができる。歪み補正は、スライスごとに取得することができ、または平均的な歪みおよび個々の像スライスごとの残留歪み偏差を取得するために３つ以上または全ての像スライスを含むことができる。図１０は、図心周りの歪みベクトル３００を含む歪みの場（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ：ディストーションフィールド）の抽出についての一例を示しており、そのうちの１つは、３０２によって名付けられている。断面図心の決定は、いくつかの外れ値を生成し得る。２つの例は、番号３０１によって示されている。外れ値は、例えば、像比較によってもしくは統計的解析によって取り除くことができ、または低次の歪み多項式の多項式フィッティングによって抑制される。ｙ方向のスライスｎ＝８０からスライスｎ＝８１への系統的な歪みの変化は、合理的な歪み基底関数にフィットされ、スライスごとに相対的な歪みを補正するのに適用され得る。この例では、低い歪みは、ｙに比例する像視野依存性（ｉｍａｇｅ ｆｉｅｌｄ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙ）を有するｙ方向に対称的な樽形歪みによって支配され、およびｘ方向に一定である。スライスｎ＝８０とスライスｎ＝８１の間の歪みの最大相対的変化は、約１９ｎｍである。概して、像ごとの典型的な相対的な歪み変化は、０～３０ｎｍであり得る。歪み補正は、位置ｚにおける断面像ごとの低次の歪みベクトルとしてアライメントの変位ベクトルＴＡ（ｘ，ｙ；ｚ）または回転ベクトルを用いて、特徴ベースアライメント前に行うことができ、特徴ベースアライメント後に行うことができ、または特徴ベースアライメントの構成部分（ｉｎｔｅｇｒａｌ ｐａｒｔ）であってもよい。

【0076】

別の実施形態の方法が、図１１ａに示されている。この実施形態では、集積半導体サンプルは、予め定められた角度の下で切断されている。予め定められた角度は、例えば、層Ｍ０における金属ライン７１と断面ｘ－ｙ平面との間の角度を説明する。予め定められた角度は、例えば、４５°であり得るが、３０°または６０°などの他の角度も可能である。したがって、層Ｍ０～Ｍ２における金属ライン７１を通る断面像２１０および２１１は、金属ラインに対して予め定められた角度にあり、または相互接続し、金属層Ｍ０～Ｍ２における各金属ラインの位置は、スライス距離ｄｚおよび集積半導体サンプルのその層における金属ラインの所定の角度に応じて、制御されたおよび等しいやり方でスライス２１０、２１１ごとに変化する。金属ライン７２は、金属ライン７１に対して直角に細長く、断面像平面に対してそのような９０°の第２の角度マイナス所定の角度を成し、４５°の所定の角度を有するこの例では、第２の角度も４５°（＝９０°－４５°）である。Ｍ０およびＭ２の金属ライン７１は、スライス２１０からスライス２１１まで左へブロックのように（ｂｌｏｃｋ ｗｉｓｅ：ブロック方向に）「移動」し、一方、層Ｍ１の金属ライン７２は、右へブロックのように「移動」する。上述した任意の方法による金属ラインの位置のトレースの抽出は、右から左へ延びるトレース（断面２１０、２１１内の層Ｍ０およびＭ２における金属ライン）および左から右へ延びるトレース（２１０、２１１内の層Ｍ１における金属ライン）の束をもたらす。これは、図１１ｂの断面像２１０および２１１の２つの例に示されている。その位置を反対方向に変える層Ｍ０またはＭ２における金属ライン７１の断面像セグメント７３．１および７３．２、ならびに層Ｍ１における金属ライン７２の断面像セグメント７４．１および７４．２の相対的な距離変化から、スライス厚さｄｚを高精度で得ることができる。上述したように、例えば、多数の金属トレースを利用した統計的評価、および金属ラインの製造の高精度により、ｚ位置決定は、基準ベースアライメントに関してより高い精度で取得される。上述したように検出された金属ラインの位置のトレースから、所定の角度および第２の角度による金属ラインの直線変位を抽出することができ、トレースの残留する共通の波のシグネチャ（ｗａｖｅ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を抽出することができる。この共通の波のシグネチャは、上述したように特徴ベースアライメントに使用される。したがって、金属ラインに対して予め定められた角度の下で断面イメージング（ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ：断面画像化）の方法を用いることで、純粋な基準ベースアライメントよりも優れた精度でｘ、ｙ、およびｚ方向の構造ベースアライメントを可能にする。加えて、金属ラインに対してある角度における断面イメージングの場合には、各断面像における金属ラインの規則的なおよび所定の位置変化は、上述したような歪みから分離して切り離すことができ、３Ｄボリューム像における２Ｄ断面像のレジストレーションを高精度で取得することができる。

【0077】

上記実施形態では、図１に示されるように、断面像平面は、集積半導体ウェハの上面５５に対して直角に向けられ、ウェハ上面５５の法線は、ｙ方向に対して平行に向けられる。これにより、ｙ方向に対して平行に向けられている２Ｄ断面像という結果になり、または言い換えれば、断面像平面は、ｙ軸またはウェハ垂直軸を含み、スライス方向ｚは、ｙ軸またはウェハ垂直軸に対して直角である。本発明の別の実施形態では、断面像平面のインターセクション角度は、予め定められた傾斜角度でウェハ法線に対して傾斜しており、スライス方向ｚは、ｙ軸またはウェハ垂直軸に対して直角ではなく、予め定められた傾斜角度で傾斜している。一例では、図１２ａに示されるように、サンプル、例えばメモリチップのかなりの部分を通って延びる柱状ＨＡＲ構造、例えば、一例が番号７５によって参照されているチャネルまたはチャネル穴は、断面像で見える。上記の例におけるように、ＨＡＲチャネルは、ＨＡＲチャネルの断面像が断面像で見えるように断面像平面に対して予め定められた角度における方向に向けられている。ＨＡＲチャネルの位置は、例えばその図心から、上述した画像処理方法によって検出することができる。イメージングからの低次の歪みは、上述したように解析して差し引くことができ、スライスごとの像変位は、高精度で計算することができ、それによって高精度で３Ｄボリューム像における各２Ｄ断面像スライスのレジストレーションを取得する。図１２ｂは、添え字ｎおよびｎ＋１を有する２Ｄ連続した断面像の２つの例を示しており、ＨＡＲチャネルの断面像セグメントは、７７．１および７７．２によって示されている。集積半導体構造の上部境界面（図１２ａの参照番号５５参照）は、参照番号７６によって示される。

【0078】

図１３は、一方における集積半導体サンプルの上面に対して直角である続く断面像（図１３ａ）と前述の向きに対して傾斜している続く断面像（図１３ｂ）との間の距離決定の精度を比較する説明図である。図１３ａによる幾何学的な構成は、以下のとおりであり、すなわち、断面像が、ｘ－ｙ平面内に与えられ、互いに対してｚ方向に距離ｄｓを有する。さらに、基準２２は、ｘ－ｚ平面内で集積半導体サンプルの上面に設けられている。基準２２は、平行ではなく、２αの角度で互いに対して傾斜しており、続く断面像の位置でそれぞれ値ｘおよびｘ－ｄｘのｘ方向の距離を有する。図１３ａの抜粋は、これらの幾何学的な状態をより詳細に示す。三角関数に従って、続く断面像間の距離ｄｓは、以下のとおりである。

【0079】

【数1】

【0080】

距離ｄｘは測定され、角度αは原理的に知られており、したがってｄｓを計算することができる。これは、原理的に当業界で知られている。

【0081】

次に、図１３ｂを参照すると、本発明によれば、断面像は、上面に対して角度βだけ傾斜しており、サンプルの上面への集束イオンビームのすれすれ入射を説明している。なお、上面でのその位置におけるｚ方向の基準の距離ｄｓ_zは、

【0082】

【数2】

によって与えられる。

【0083】

他方で、現在ｚ方向に傾斜している距離ｄｓは、

【数3】

であり、これは、

【0084】

【数4】

をもたらす。

【0085】

図１３ｂでは、距離ｄｘは、図１３ａにおけるのと同じ精度でもう一度測定することができる。しかしながら、次に、ｄｘ自体に含まれる任意の誤差、またはｄｘを測定する際に任意の誤差が、ｓｉｎβ倍だけ減少させられる。それは、角度αを測定するまたは与える任意の決定／精度を保持する。したがって、図１３ｂにおけるように断面像を傾斜させることによって、続く断面像間の距離を決定する精度全体が改善され得る。それは、垂直構造の場合、例えば、集積半導体サンプルに含まれるＨＡＲチャネルが位置決定に使用されることを保持する。ここで、重要な点は、サンプルの主軸に対して傾斜している平面からの位置情報を適用する何らかの位置決定が、サンプルの主軸に平行な平面からの位置情報を適用する位置決定よりも精度がよいことである。

【0086】

図１４は、ＶＮＡＮＤ構造をイメージングするカーテニング効果の説明図である。ラインＣが、断面像に見えており、これは、カーテニングによるアーチファクトである。カーテニングは、異なる材料が存在することにより生じる。カーテニングは、とても微細なＶＮＡＮＤ構造を伴う場合である繰り返し構造がイメージングされる場合にとても顕著である。イメージング方法に応じて、カーテニングの強度は変わる。二次電子がイメージング信号として検出される場合、カーテニング効果は後方散乱電子が信号として検出される装置と比較してより強い。これは、二次電子が表面のトポグラフィにより敏感であり、トポグラフィのコントラストを結像する（ｉｍａｇｅ）ことによる。

【0087】

しかしながら、後方散乱電子がイメージングのための信号として検出されるときも、像の情報は表面に対して様々な深さからやはり生じるので、カーテニングがさらに問題である。標準的な像再構成によって、後方散乱電子信号によって取得される断面像が平坦であると仮定される。しかしながら、これは、必ずしも正確にそうではない。この反駁は、像再構成における誤差をもたらし、仮想の像平面、例えば、数学的に再構成された像平面内の３Ｄ像の分解能を制限する。

【0088】

したがって、本発明によれば、仮想像平面内の３Ｄ像の分解能は、カーテニング補正を実行することによって改善される。より詳細には、新しい断面のカーテニングシグネチャが決定される。図１５は、表面の３Ｄトポグラフィを決定するそれぞれの配置を概略的に示す。イメージングデバイス９０は、例えば電子を用いて働く、荷電粒子デバイスであり得る。示された例では、イメージングデバイス９０は、ＳＥＭである。ＳＥＭ９０は、新しい断面の表面９３をイメージングするものであり、集束イオンビームを用いて集積半導体サンプルをディレイヤリングすることから生じる。表面９３は、平坦でなく、最大および最小を有する波状である。ＳＥＭ９０の走査方向は、示された例におけるｘ方向である。後方散乱電子を信号として検出する検出ユニットペアを構成する２つの検出ユニット９５、９６が用意されている。しかしながら、代替としてまたはさらに、表面９３から発せられる二次電子がイメージングされることも可能である。検出ユニット９５、９６の幾何学的な配置は、それらが異なる角度の下で表面９３から発する信号／粒子を検出するようになっている。しかしながら、示された実施形態では、２つの検出ユニット９５、９６の配置は、現在イメージングされている点またはエリアに対して対称的であり、（ここでは、電子ビーム軸の方向と同一の）表面９３の法線に対する角度は、＋／－δであり、検出ユニット９５、９６は、同じラインｘ上に、言い換えれば走査方向ｘに設けられる。しかしながら、他の角度および位置も可能である。

【0089】

ＳＥＭ９０を用いて最大９４をイメージングするとき、検出ユニット９５および９６がその位置から発する粒子の形態で受信する信号強度は、トポグラフィによるシャドーイング効果のためにわずかに異なる。例えば、粒子が位置ｘ１から発するとき、検出ユニット９５は、検出ユニット９２よりもよりわずかに強い信号を受信する。同様に、位置ｘ２から発する粒子が検出されるとき、検出ユニット９６の検出信号は、検出ユニット９５における検出信号よりもわずかに強い。信号強度のこの差は、両検出ユニット９５、９６の差動信号において容易に解析することができる。したがって、例えば、ラインごとに表面９３を走査することによって、表面９３の３Ｄトポグラフィを決定することが可能である。したがって、表面９３のカーテニングシグネチャが、決定され、断面像の再構成に使用されることができる。結果として得られる断面像は、それら自体３Ｄ像である。一例は、図１６に示されている。図１６の断面像は、波状３Ｄ構造を有する。定量的な３Ｄ情報は、増加した精度で３Ｄボリューム像の３Ｄ像再構成全体に使用することができる。代替としてまたはさらに、定量的な３Ｄ情報は、集積半導体サンプルの次の断面表面層を取り除く間に集束イオンビームを制御するフィードバックループに使用することができる。

【0090】

図１７は、ＶＮＡＮＤメモリプローブにおける規則的な六角格子上の柱状構造の説明図である。ＶＮＡＮＤメモリサンプルは、互いに平行に延びる多くの柱状構造で構成されている。本実施形態では、サンプルは、図１８に示されるように「柱」に平行なスライスに切断される。図の像平面は、スライスに対して直角であり、フレーム領域として示された柱状フットプリント（ｐｉｌｌａｒ ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）を含む。フットプリントの実際の形状は、円に近いことが期待される。フットプリントの図心は、規則的な（例えば、六角形の）格子を形成するように期待される。スライスに対して直角である方向に沿ったスライス位置の決定の不正確さ、および／または公称値からのスライス厚さの偏差は、この方向に沿った像スケールのドリフトをもたらす。結果として、柱断面は歪んで現れ（図の左部分参照）、その図心は、規則的な格子をそれ以上形成しない。

【0091】

本実施形態によれば、前述の歪みが最小化され、個々の柱の実際の幾何学的な特性を調査することを可能にするように、個々のスライス位置／厚さを調整することが提案される。この方法の概念は、例えば、設計データまたは（対称性のような）他の考慮事項から利用可能な柱状フットプリントの実際の形状および空間レイアウトについての情報を使用することである。例えば、実際の柱断面が平均して上述したように図心が規則的な六角格子を形成する完全な円（ＶＮＡＮＤチップの大変ありふれた設計）であると仮定することは、十分であり得る。次いで、個々のスライスの位置／厚さが図１８の右部分に示されるように、柱状フットプリントが仮定された幾何学的形状（規則的な格子上の円）に適合するまで調整される。任意の他のより複雑な柱状フットプリント形状、および／またはフットプリント図心の空間分布が、仮定されてもよい。さらに、説明した概念は、ＶＮＡＮＤ構造以外の他の構造に適用することもでき、構造の断面形状は、必ずしも丸または楕円ではない。

【0092】

実際のプローブは設計からずれている場合がある、または特徴形状についての仮定が十分に正確ではない場合があるので、スライス位置調整後に取得した再構成された柱断面は、まだ実際のものからずれている可能性がある。しかしながら、ほとんどの場合は、設計からの柱の偏差を、むしろ局所的（欠陥！）であると予期する。例えば、ある柱は、その隣のものの柱から外れた形状または半径を有するかもしれない。また、その図心は、他の図心によって形成された規則的な格子上のそれぞれの位置からずれている可能性がある。そのような局所的な逸脱または欠陥は、スライス位置の説明した調整後にそのままであり、したがって調査され得る。実際、各スライスの調査された位置は、スライスによって「触れられた」全ての柱断面によって影響を受ける。調整されたスライス位置にある単一の柱断面の影響は、比較的小さいと予期される。すなわち、提案された調整は、局所的な欠陥を探すことを可能にする一方、不正確なスライス位置決定による像歪みをかなり減少させる。

【0093】

概して、実際のスライスに対して直角である断面（または複数の断面）における知られているフットプリント形状および空間分布を有する特徴を含む任意のチップからのデータは、提案された方法で処理することができる。ＶＮＡＮＤメモリチップレイアウトは、比較的小さい特徴フットプリントを伴う一例として使用されるものにすぎない。

【0094】

説明された方法は、スライス／断面像が小さい横方向オフセットに悩まされる場合にも拡張可能である。すなわち、スライスは、横方向のアライメントをさらに改善することができるようにスライス平面（断面像平面）に平行な方向に調整することもできる。

【0095】

図１９は、図１８のフットプリント形状ベースアライメントの詳細を概略的のさらに示す。Ｘ方向に沿った個々のスライスＳの位置調整は、予期される形状の柱断面を含む参照像および予期される空間格子に基づく（図１９のＸ方向は、他の図におけるＸ方向と同じではないが（ｚ方向）、わずかに異なった専門語が、以下の理解を容易にするために選ばれていることに留意されたい）。

【0096】

提案されたスライス位置の調整についてのワークフローの特定の例は、以下のとおりである。柱状フットプリントの実際の形状（例えば、円）およびその空間分布（例えば、ある種の規則的な格子）についての利用可能な情報が、何ら歪みがないことが期待される柱（および実際のスライス）に直角である平面内で「参照像」Ｒを構成するために使用される。そのような参照像の一例が図１９に示されている。この像における個々のスライスの断面は、Ｓで示されるＹ方向に沿った一次元ラインである。スライスＳは、完全な格子上に位置するグレイで示された完全な円からなる参照像に適合するようにＸ方向に沿って調整される必要がある。参照像と全ての個々のスライスの両方が、柱状フットプリントに属する全てのピクセルが１に設定される一方、全ての他のピクセルがゼロに設定されるように二値化される。参照像Ｒのピクセルサイズは、個々のスライスＳにおけるピクセルサイズに等しく設定される。ＸおよびＹ方向に沿ってピクセルの添え字ｉおよびｋをそれぞれ導入することで、したがって、参照像は、二次元行列のＲ_(i,k)＝Ｒ（ｘ_i，ｙ_k）として表され得る。個々のスライス断面Ｓは、一次元ベクトルＳ_k＝Ｓ（ｙ_k）として表される。この方法の目標は、スライスＳが参照像Ｒに最もよく適合するｘ_iを見つけることである（図１９参照）。そうするために、その公称位置まわりのスライスＳについて可能なある範囲のＸ位置を試験することができる。この範囲からのｘ_iごとに、メリット関数Ｍ（ｘ_i）の値が計算され、スライスＳが位置ｘ_iで参照像Ｒにどのくらい良好に適合するのか特徴付ける。

【0097】

【数5】

代替として、他のメリット関数が、定められてもよい。

【0098】

試験されたX-位置の範囲があまり大きくない（すなわち、初期のスライス位置決定の不確かさがあまり高くない）場合、Ｍは、個々のスライスＳのための最終的な位置として使用され得るある位置ｘ_adjustedで固有の最小に到達する。説明された手順は、最終的に位置合わせされた（調整された）３Ｄスタックを取得するために個々のスライスＳごとに繰り返すことができる。

【0099】

本実施形態の優れた精密アライメントは、本発明の各実施形態のいくつかの利点を考慮すると明らかになる。まず、金属ライン、ゲート、ビア、およびＨＡＲチャネルが、それぞれ、知られている平面内でおよび互いに知られている角度９０°でそれぞれ延びており、任意の基準マークが製造できるよりもずっとより精巧な製造技法で製造される。半導体製造技術、例えば、液浸リソグラフィ露光、金属蒸着、またはイオン注入、方向付けられたＲＩＥエッチング（ｄｉｒｅｃｔｅｄ ＲＩＥ ｅｔｃｈｉｎｇ）、および集積回路のための研磨は、数ｎｍ、例えば７ｎｍ、５ｎｍ、または近い将来に３ｎｍの臨界寸法に適応されＭ０などのゲート層および下側金属層などの最も下側および最も微細な層について、典型的なパターン配置またはオーバーレイ２ｎｍ未満の精度またはさらに１ｎｍ未満の精度になる。概して、金属ラインの精度全体が、最も短い寸法の金属ラインよりも約１／３倍よくなり、結果として、低い金属層およびゲート層のオーバーレイ精度は、１ｎｍ程度以下である。したがって、ゲートまたは金属ラインの位置精度または配置および寸法は、粗いＦＩＢで支援された堆積プロセスによって製造される典型的な基準よりもずっと良く、ただし、ＦＩＢビーム径は例えば２０ｎｍ程度であり、ＦＩＢ走査位置精度は３～５ｎｍを上回る。したがって、５ｎｍまたは３ｎｍなどの数ｎｍの最小特徴サイズ（ＣＤ）を有する最近の集積半導体サンプルの金属ラインは、先行技術の基準ベースアライメントよりも少なくとも３倍改善される特徴ベースアライメントを可能にする。結果として、金属ラインまたはゲートについての図心の計算などの位置計算は、よりずっと高い精度をもたらし、断面像の変位は、基準の位置と比較してずっとより正確に決定され得る。画像処理技法を用いた金属ラインの抽出は、適宜、像歪みの評価および差し引きと組み合わされて、特徴または構造ベースレジストレーションによる断面像の改善された精密アライメントをそのようにもたらす。

【0100】

第２に、断面像から、金属ライン、ビア、ＨＡＲチャネル、またはゲートの位置が、例えば輪郭線から得られる。例えば、２つの続くスライスにおける単一の共通の特徴の図心の計算は、統計的平均化を含み、したがって例えば像のノイズに対してより頑健であり、それによって２つの像スライスのアライメントの精度を改善する。第３に、典型的なより多数Ｌの金属ライン、例えば２個、５個、１０個、または１００個までは、像レジストレーションおよびアライメントのために位置決定の統計結果をさらに改善する。ラインエッジラフネス導出は、少なくとも１．５倍だけ改善することができ、２～３倍が容易に実現され得る。欠陥は稀であるので、それらは一度に多くの構造を用いるアライメント方法の品質全体に影響を与えない。特徴ベースアライメント統計的評価は、したがって、先行技術の基準ベースアライメントよりも少なくとも１．５倍の改善を可能にすることが示される。

【0101】

加えて、欠陥候補は、統計的評価から外れ値として検出することができる。

【0102】

別の実施形態では、または上述したものに加えて、集積半導体構造は、ｐｒｉｏｒｙ知られている構造である。設計情報または３ＤＣＡＤ情報は、金属ラインおよびＨＡＲチャネルのエッジ抽出、位置抽出、および像レジストレーションを改善するために使用することができる。例えば、ＣＡＤ情報は、位置が金属ライン端であり、したがって断面像にもはや見えないはずであることを識別するのに使用され得る。それによって、画像処理方法の外れ値は、減じられ得る。加えて、欠陥候補は、統計的評価から外れ値として検出することができる。

【0103】

別の実施形態では、構造または特徴ベースアライメントは、基準ベースアライメントと組み合わされる。集積半導体サンプルは、ゲート層内のゲートなどの非常に繰り返しの多い特徴を含み得、これは、像レジストレーションに不明瞭さをもたらし得る。概して、集積半導体サンプルの上部に形成された基準を用いる粗いレジストレーションは、本発明の実施形態のいずれかによる特徴または構造ベースアライメントによって、不明瞭さを減少させ、微細像レジストレーションの速度を増加させることができる。

【0104】

コーナまたはエッジ検出、閾値処理、もしくはモフォロジー処理、または類似する演算などの上述したような画像処理方法は、当業界でよく知られている。画像処理は、例えば、数１００個のプロセッサを含むコンピュータクラスタの使用によって、計算速度の向上によって近頃改善されている。集積半導体サンプルの特徴または構造を抽出する画像処理方法は、機械学習アルゴリズムを含むこともでき、または機械学習アルゴリズムによって置き換えることもできる。

【0105】

上述した実施形態は、単に例であることが意図されている。実施形態がプローブとして半導体構造の例に記載されているにも関わらず、本方法は、精密な像レジストレーションを可能にする同等の構造の材料またはプローブに同様に適用され得る。改変、修正、変更、および組合せが、本明細書に添付された特許請求の範囲によって定められる範囲から逸脱することなく、当業者によって特定の実施形態にもたらされてもよい。

【0106】

参照符号のリスト
番号 項目
１０ サンプル
１１ 断面表面
２０ 表面堆積材料
２１ 第１の基準マーカー
２２ 第２の基準マーカー
２５ 第１の基準マーカーの断面像セグメント
２７ 第２の基準マーカーの断面像セグメント
５０ ＦＩＢ柱
５１ 集束イオン粒子ビーム
５２ 第１の断面表面
５３ 第２の断面表面
５４ 第３の断面表面
５５ サンプル上面
６１ ｚ方向に延びた第１の金属ライン
６２．１、６２．２ ｘ方向に延びた第２の金属ライン
６３ 第２の金属ラインの断面
６４ 第１の金属ラインの断面
６５ ビアの断面
６６ 金属ラインの断面像セグメントの境界線
６７ 金属ラインの断面像セグメントの図心
６８ ｚ方向を通る層Ｍ１における金属ラインの断面像セグメントの図心のトレース
６９ ｚ方向を通る層Ｍ７における金属ラインの断面像セグメントの図心のトレース
７１ 断面像に対して直角であるｚ方向と所定の角度をなす方向に細長い第１の金属ライン
７２ 断面像に対して直角であるｚ方向と第２の角度をなす方向に細長い第２の金属ライン
７３．１、７３．２ 第１の金属ライン７１の断面像セグメント
７４．１、７４．２ 第２の金属ライン７２の断面像セグメント
７５ 上面５５に対して直角であるＨＡＲチャネルまたは金属ライン
７７．１、７７．２ 上面に対して直角であるＨＡＲチャネルまたは金属ラインの断面像セグメント
９１ 基準ベースアライメント後の金属ラインのラインエッジ
９２ 特徴ベースアライメント後の金属ラインのラインエッジ
９３ 断面の波状面
９４ トポグラフィの最大
９５ 第１の検出ユニット
９６ 第２の検出ユニット
１００、１００．１、１００．２、１００．３ 断面像
１０１ ｚ方向の延びた金属ライン
１０２ ｘ方向に延びた金属ライン
１１０ 第１の断面像
１１１ 第２の断面像
２１０ 第１の断面像
２１１ 第２の断面像
３００ 像歪みベクトル
３０１ 像歪みベクトルの外れ値
３０２ 断面像内の金属ラインの断面像セグメントの図心
１０００ 一連の断面像
±δ 表面法線と検出ユニットの間の角度

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図4a)】

【図4b)】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図5d】

【図6】

【図7】

【図8a)】

【図8b)】

【図9a)】

【図9b)】

【図10】

【図11a】

【図11b】

【図12a)】

【図12b)】

【図13a)】

【図13b)】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】