CAD辅助TEM准备配方创建的制作方法

本发明涉及与带电粒子射束设备有关的样品准备工作流，并且特别地针对用于准备透射电子显微镜样品的高度自动化的配方。

背景技术：

半导体晶片和管芯上的特征是三维结构，并且完整表征不仅必须描述表面尺寸（诸如线条或沟槽的顶部宽度）而且还必须描述特征的完整三维轮廓。工艺工程师必须能够准确地测量这样的表面特征的临界尺寸（CD）以微调制备过程并且确保获得期望的设备几何形状。

典型地，使用诸如扫描电子显微镜（SEM）之类的仪器做出这样的CD测量。在扫描电子显微镜（SEM）中，将初级电子射束聚焦到扫描要观察的表面的精细斑点。次级电子从表面发射，因为其被初级射束所撞击。检测次级电子，并且形成图像，其中图像的每一点处的明亮度通过在射束撞击表面上的对应斑点时所检测的次级电子的数目来确定。然而，随着特征继续变得越来越小，达到其中要测量的特征对于由普通SEM提供的分辨率而言过小的点。

随着半导体几何形状继续缩小，制造商越来越依赖于透射电子显微镜（TEM）以用于监控过程，分析缺陷，并且研究界面层形貌。TEM允许观察者看到具有纳米量级的大小的特征，并且看到样品的内部结构。样品必须充分薄以允许初级射束中的许多电子行进通过样品并且在相反地点（opposite site）上离开。

因为样品必须非常薄以便利用透射电子显微镜（不管是TEM还是STEM）观看，所以样品的准备可能是精细、耗时的工作。如本文中所使用的术语“TEM”是指TEM或STEM，并且对针对TEM而准备样品的参考要理解成还包括准备样品以用于在STEM上观看。TEM样品典型地小于100nm厚，但是对于一些应用，样品必须明显更薄。在30nm、22nm处以及以下的高级过程的情况下，样品需要厚度小于20nm以便避免小尺度结构之中的重叠。在生产这样的样品中所涉及的精度和准确度典型地非常耗时。事实上，即便可以通过TEM分析发现的信息可以非常有价值，创建和测量TEM样品的整个过程历史上已经如此劳力密集并且耗时，以至于不大实际的是使用这种类型的分析来用于制造过程控制。尽管样品准备中的聚焦离子射束（FIB）方法的使用已经将准备用于TEM分析的样品所要求的时间减低为仅几个小时，但是从给定晶片分析15-50个TEM样品并不罕见。结果，样品准备速度是在TEM分析的使用中非常重要的因素，尤其是对于半导体过程控制。

图4图示了根据Arjavac等人的美国专利No. 8,890,064所描述的现有技术自动化S/TEM样品管理（作为ExSolve^TM系统在商业上可得到）。ExSolve晶片TEM准备（WTP）工作流解决了高级技术节点处要求自动化、高吞吐量采样的设施的需要。它补充了诸如FEI公司的Helio NanoLab^TM DualBeam^TM 1200AT之类的双射束系统的能力，其提供更加灵活、操作者引导的样品准备方法，连同诸如高分辨率扫描电子显微镜（SEM）成像和分析之类的附加能力。

在图4所描绘的系统中，TEM样品通过具有顺序处理样品（例如，从半导体晶片提取的薄片）的能力的不同处理工具的群集来处理。S/TEM样品管理工具套件100一般包括可操作地连接到FIB系统114（或者与其集成）的过程控制器110和制造主计算机112、诸如非原位拔除（Ex-Situ Plucker）（ESP）之类的薄片提取工具116以及S/TEM系统118。FIB系统114可以包括双射束FIB/SEM系统，诸如从本发明的受让人Oregon, Hillsboro的FET公司可获得的Certus^TM/CLM；并且S/TEM系统118可以包括诸如同样从FEI公司可获得的Tecnai^TM G2 S/TEM之类的系统。在图4的系统中，每一个处理工具可操作地连接到计算机站120（或者与其集成），其使用软件122以用于实现TEM样品创建和处理。任何适当的软件（常规和/或自生成）应用、模块和组件可以用于实现软件。例如，在图4的系统中，自动化S/TEM样品管理使用用于自动化机器控制和计量的IC3D^TM软件（其同样从FEI公司可获得）来实现。

然而，甚至在这样的自动化系统中，在诸如指定和核验基准位置之类的各种配方创建步骤处针对手动干预的要求使过程减慢。研发/创建完全自动化TEM样品准备配方（或“TEM准备配方”）所要求的代表性样品的时间和数目太长以至于不能引起半导体制造商实现自动化工作流中的“时间到数据”以便用于过程监控和缺陷根源分析二者。铸造型制造商由于用于不同无晶圆厂顾客的大量不同晶片而尤其受挑战。随着时间推移，他们研发了鲁棒配方，模式可能已经改变，所以将必须研发新的配方。配方研发时间必须减小并且最佳地自动化以使得无晶圆厂顾客能够实现完全自动化TEM准备的益处。

对于TEM准备，该问题当前通过有经验的工程师在高级视觉脚本编写软件框架中创建配方，创建测试样品，并且手动地分析离线TEM中的样品而解决，该高级视觉脚本编写软件框架使得能够实现可以准备地点特定薄片的自动化、高吞吐量样品准备系统（以上简要描述的ExSolve^TM系统）上的各种各样的仪器控制命令和成像任务（通过FEI的iFAST^TM软件）软件的自动化。然后将该认识应用于配方参数并且使过程迭代。然而，这样的过程相对缓慢并且是资源密集的，并且不会容易地可扩展。针对完全自动化TEM准备处理的配方创建/研发可能是耗时且应用工程化密集的活动，这是由于缺乏在晶片/样品上可获得的图案信息的预确定知识。

技术实现要素：

本发明通过将CAD或者初级电路/布局设计数据链接到创建用于射束定位的经校正反馈的配方的多个步骤以确保针对薄片处理的射束的准确放置而提供一种该问题的解决方案。CAD在自动化、逐步方法中帮助自动化并且加速TEM准备。提供了用于S/TEM样品准备和分析的改进的过程工作流和装置。优选实施例提供用于自动化配方TEM样品创建的改进的方法，特别地用于小几何形状TEM薄片，其采用CAD数据来自动化地对准样品准备的各种镜台。过程通过掩蔽所获取的图像的部分并且然后将它们与来自CAD数据的合成图像比较来自动化地核验并且对准FIB创建的基准的位置。SEM射束位置通过与从CAD数据所合成的图像的比较而核验。FIB射束位置还通过与已经对准的SEM图像的比较或者通过使用用于模拟FIB图像的技术而从CAD合成FIB图像来核验。本文中的自动化对准技术允许在没有操作者干预的情况下在指定位置处创建样品薄片。

一个实施例提供了用于在双射束带电粒子系统中自动化地准备半导体样品的方法。方法包括关于要在样品腔室中检查的半导体管芯样品感兴趣区来定位双射束带电粒子系统。利用聚焦离子射束（FIB）沉积，方法在关于感兴趣区的期望位置处创建第一精度基准标记以及一个或多个附加基准标记。基准可以通过沉积或者铣削来创建，但是在优选实施例中利用沉积来创建。然后，通过获取感兴趣区的第一扫描电子显微镜（SEM）图像，检索描述感兴趣区的计算机辅助设计（CAD）数据，从描述感兴趣区的CAD数据合成第二SEM图像，掩蔽第一SEM图像中的一个或多个附加基准标记，并且比较所掩蔽的第一SEM图像和第二SEM图像以确定用于精度基准标记的实际位置的最终校正偏差来核验和对准基准的位置。最终校正偏差被应用于精度基准标记的所追踪位置。然后，基于精度基准标记的经校正位置，过程调整FIB相对于FIB的位置，并且利用FIB铣削以创建用于检查的样品薄片。步骤可以在多个指定位置处执行以从样品晶片或设备创建多个薄片。

本发明还包括具有可执行以进行本文中的自动化工作流过程的自动化控制器和程序产品的系统。例如，一些实施例提供一种自动化样品准备系统，其包括具有二者都指向样品腔室的扫描电子显微镜（SEM）、聚焦离子射束（FIB）的双射束扫描和铣削系统，操作地连接到SEM和FIB的系统控制器，并且包括至少一个处理器和有形非暂时性计算机介质，其存储由至少一个处理器可执行的程序指令以用于控制双射束扫描和铣削设备来进行以上所述的过程。双射束系统还可以利用自动化样品处置而集成到较大的样品管理套件中，包括可操作成从样品移除一个或多个薄片的拔取设备，可操作成从拔取（plucker）设备接收一个或多个薄片并且进行扫描的透射电子显微镜（TEM），以及操作地连接到双射束扫描和铣削系统、拔取设备和TEM并可操作成命令它们在自动化工作流中执行功能的过程控制器。

前述内容已经相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优点以便可以更好地理解随后的本发明的详细描述。本发明的附加特征和优点将在下文描述。本领域技术人员应当领会到，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作用于修改或设计其它结构以用于实施本发明的相同目的的基础。本领域技术人员还应当认识到，这样的等同构造不会偏离如在随附权利要求中陈述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更加透彻地理解本发明及其优点，现在参考以下描述和附图，其中：

图1A和1B是示出了使样品准备配方自动化的方法的所连接的流程图。

图1C是从图1A出发的可替换流程图。

图2A-J示出图示了图1A-1B的示例过程的序列图。

图3是根据本发明的一些实施例所采用的双射束系统的示意图。

图4图示了本文描述的系统和控制器过程以及双射束系统可以集成到其中以改进自动化的现有技术自动化S/TEM样品管理（商业上可获得的ExSolve系统）。

具体实施方式

图1A和1B示出根据一个实施例的用于使用于创建样品薄片的配方自动化的过程的流程图。在优选版本中，在加载样品之后的所描绘步骤在系统控制器和过程控制器的控制之下在双射束SEM/FIB系统中完全自动化，诸如在图3的示例系统中的那些。系统优选地包括在更大的自动化S/TEM样品管理中，诸如图4的ExSolve系统，其中使用基于机器视觉的计量和图像识别、高精度基准标记和自动化基准放置的能力以显著地改进薄片放置精度和准确度。本文描述的技术可以集成到图4的系统中以通过提供在各种自动化配方步骤处自动化地对准SEM和FIB射束的过程来改进薄片形成过程的自动化和准确度，使得基准和薄片创建发生在指定位置处。

过程在框11处开始，其中包括一个或多个半导体管芯的半导体晶片或其部分被加载到双射束系统的样品腔室中。半导体样品将具有期望检查的一个或多个感兴趣区，例如以确定过程瑕疵的存在或原因或者用于关键特征的质量控制。

图2A-2J示出图示了图1A-1B的示例过程的序列图。参照两组附图，在图2A中，所描绘的在框11处加载到双射束系统中的半导体晶片201包括一个或多个半导体管芯202，其典型地在该点处尚未分离到各个芯片中，但是可以如此。在框12处，过程在放大地描绘为204的第一位置或区域203处获取初步SEM图像，该区域包括典型地在管芯角落处表示的一个或多个管芯对准标记205，如在管芯角落的放大视图中所示。射束可以首先使用光学成像系统来定位或者可以充分地校准使得过程可以直接行进到在期望检查的管芯处获取初步SEM图像。

接下来在框13处，过程获取描述所检查的管芯的布局的部分或片断的CAD数据，包括对准标记的位置。该数据还可以包括感兴趣区的位置，但是这样的位置可能已经由过程输入所提供。在框14处，过程接下来比较初步SEM图像204与由叠覆图像206所描绘的CAD数据（图2B）以确定双射束系统（特别是SEM系统）是否与管芯正确地对准。框14首先可以包括处理CAD数据206以合成适用于通过已知图像特征对准技术直接比较的SEM图像。比较图像204和206以确定在系统控制器射束位置追踪过程已经存储或者“相信”要相对于管芯的SEM射束路径的位置的地方与其实际在管芯上测量的地方之间是否存在偏差，其由箭头207示出。如果通过比较检测到偏差207，则系统控制器在框15处通过更新其所存储的位置和取向以反映SEM设备关于管芯的更准确的已知当前位置和取向来应用偏差207。偏差也可以包括旋转。优选地，系统在框15处仅仅存储正确位置，并且然后进行到驱动或移动射束路径以将射束放置在期望位置处来检查当前的感兴趣区。这可以涉及移动样品镜台或者机械地调整射束位置或者利用其射束操控控制电压。

接下来在框16处，过程在感兴趣区的位置处获取SEM图像208，其在图2C中描绘为图像208。尽管该实施例使用SEM，但是其它版本可以使用光学图像或者其它粒子射束图像，诸如FIB图像。为了确定射束恰当地对准在该位置处，过程接下来在框17处获取或记起（recall）描述用于比较的感兴趣区的CAD数据，并且从该CAD数据合成适用于与所获取的图像比较的SEM图像210。所合成的图像210优选地具有从所获取的图像预期的视场，但是可以更大以促进所获取的图像的实际区域在所合成的图像上的定位。一般地，合成采用在CAD数据中限定的特征的尺寸，连同其所限定的材料，以便建模或者近似SEM射束成像过程来创建图像，典型地以灰阶形式的亮度数据。如果FIB图像或者光学图像在框16处使用，则合成过程在框17处将合成适当的图像以用于比较。接下来在框18处，过程比较所获取的SEM图像与所合成的图像以确定在SEM射束的实际位置和其中系统假定已经获取SEM图像的所存储位置之间是否存在对准中的任何偏差。这产生偏差距离和方向212以校正射束距其期望的位置的任何偏差。偏差在框19中应用，典型地通过更新射束的位置以反映相对于样品的当前实际位置。

接下来，过程在框21处在经调整的位置处开始，其在图2E中被描绘为214，并且在感兴趣区之上执行保护层126的SEM沉积（电子射束诱发沉积，EBID），以便进行保护从而防止受完成样品准备将需要的FIB沉积和铣削所损坏或者污染。该沉积根据已知方法而发生，该方法典型地采用一个或多个前体（precursor）气体，诸如六羰基钨和萘，其通过扫描电子射束起作用以在样品的表面上沉积材料，诸如分别沉积钨或碳。保护层214优选地足够大以完全地覆盖在样品体积的表面之上，其将作为薄片或者诸如楔形或大块之类的其它所提取样品而被铣削或移除。

流程图在图1B中的连接符A处继续。在利用电子射束沉积来沉积保护层之后，过程可以对准聚焦离子射束以改进所跟随的基于离子的沉积和铣削的准确度。重要的是，FIB对准可能不总是相对于SEM的对准而同步或已知。图1B示出用于FIB的一个自动化对准过程，而图1C示出另一个。优选过程在框22处获取感兴趣区域的FIB图像。该图像根据已知FIB成像技术而形成，典型地在比铣削步骤低的射束电流处扫描FIB并且检测次级电子或次级离子以形成图像。接下来在框23处，过程获取FIB图像中的感兴趣区的CAD数据，并且合成FIB图像以用于与所获取的图像比较。FIB图像的合成包括基于如用于获取图像的FIB的设置来选择处于FIB的穿透范围内的CAD布局中的所有特征。这些特征铺开或者建模并且由此所创建的布局根据材料模型而在每一个位置（像素）处建模，材料模型指示材料在所采用的电流处暴露于FIB时具有的预期发射量（次级电子发射）。这些所建模的反射可以被进一步过滤、变换或缩放以实现期望的合成图像。接下来在框24处，过程比较所获取的FIB图像与所合成的FIB图像以确定用于FIB的位置校正偏差。校正偏差在框25处应用以对准用于FIB的系统控制器的追踪位置与通过比较所确定的实际位置。如关于SEM那样，这优选地通过调整系统控制器处的存储器中的所追踪位置而完成，但是也可以利用射束或样品的移动而完成。在FIB射束对准的情况下，其可以被驱动到精度位置以创建用于对准薄片铣削过程的基准。基准位置优选地使用CAD数据自动化地指定以便指定基准关于晶片表面上的特定结构的位置。这可以在与要检查的每一个特定特征相关联的预处理步骤中完成。在其它实施例中，自动化FIB或SEM计量也可以用于标识或者帮助标识薄片地点，或者确认地点正确。这样的计量可以包括基于图像的图案识别、边缘寻找、ADR、质心计算、斑点（blob）等。

接下来在框26处，过程使用聚焦离子射束（FIB）诱发沉积以在关于感兴趣区的期望位置处沉积第一精度基准标记和一个或多个附加基准标记。优选地，高精度（精细）基准和低精度（成块）基准的组合用于优化薄片放置精度和准确度，如例如在Blackwood等人的美国专利申请8,134,124“Method for Creating S/TEM Sample and Sample Structure”中所描述，该美国专利申请被转让给本申请的受让人并且通过引用并入于此。在图2G中示出的优选基准布置中，高精度基准219在感兴趣区的一端处创建，并且可以是低精度基准标记或者不同类型的混合物的两个附加基准217和218位于感兴趣区的任一端处。这不是限制性的，并且可以采用任何适当数目和形状的高精度和低精度基准。附图没有精确地按照比例，并且典型地低精度基准将较大以促进在用于在进行薄片铣削过程时的粗糙铣削的较低分辨率扫描图像上的定位。这些低精度基准用于粗大结构图案识别，诸如快速地重新找到近似的薄片位置并且确定用于薄片的成块铣削的位置。因为较大的射束尺寸将用于成块铣削，所以适当的低精度基准（甚至在较低分辨率的图像中）应当容易地通过图案识别软件而标识。

在创建基准的情况下，过程现在准备从感兴趣区铣削出样品薄片。为了最佳地这样做，其必须确定已经实际在其处沉积高精度基准的精确位置，相对可能由于样品漂移或者在FIB沉积期间可能发生的其它对准问题而不相同的期望目标位置。为了确定该实际位置，过程首先在框27处获取SEM图像，包括感兴趣区和基准。接下来，过程在框28处检索描述相同区域的CAD数据以用于比较。然后，过程使用如上文所讨论的SEM合成技术从CAD数据合成另一SEM图像222（图2i）。

为了比较所合成的图像与所获取的图像，过程在框31处首先标记所获取的SEM图像中的一个或多个附加基准标记217和218，使得它们将不会干扰图像比较，而同时留下如在图2H中描绘的高精度基准219不被掩蔽。对于使用SEM沉积来提供保护层的版本（比如在框21处在该实施例中所完成的那样），掩蔽还包括掩蔽掉保护层沉积物216。掩蔽优选地以某种方式从图像消除包括所沉积结构的形状的图像部分，使得它们不会向图像比较中引入误差，其中示例“掩蔽”通过在图2H中描绘的空白区域220和221所示出。例如，图像数据可以从图像移除，或者可以创建标签或其它指令以用于在框32处输入到图像比较过程，从而使过程在比较期间忽略来自掩蔽区的数据。掩蔽数据还可以无效掉或者替换为整个图像的平均亮度值。掩蔽区域220和221可以定位成通过搜索针对基准标记的图像而掩蔽，其中FIB保护层216远离其相对于周围基准的位置而定位。或者，掩蔽特征可以简单地通过掩蔽掉其最佳已知位置来定位，其可以包括掩蔽掉比其已知尺寸大的区域以虑及可能的位置误差。在框31处创建掩蔽的情况下，过程在框32处比较所掩蔽的SEM图像与所合成的SEM图像以便确定诸如所描绘的偏差222之类的最终校正偏差以用于确定精度基准标记的实际位置。接下来在框33处，过程将最终偏差校正应用于精度基准标记的所存储实际位置，再次优选地将偏差应用于精度基准相对于样品的位置，但是可选地使用应用偏差的其它方法。接下来在框34处，过程参照精度基准标记的经校正位置而利用FIB铣削以创建用于检查的样品薄片。薄片铣削可以利用适当的已知技术而进行，其参照局部精度基准而自动化地铣削期望尺寸和形状的薄片。这些技术典型地包括参照低精度基准的位置的粗糙铣削步骤（相对大射束），以及参照高精度基准的位置的精细铣削步骤。

以上所述实施例提供了自动化地并且准确地从晶片创建薄片或其它样品部分的方式，优选地没有人类干预，因为可以自动化地控制每一个步骤。要指出，尽管在所描绘的过程中的过程步骤以用于创建单个薄片的次序而进行，但是在实际中过程典型地应用成在样品晶片上创建多个薄片，并且因此过程中的步骤可以应用于多个位置，并且用于任何特定薄片形成的过程可以中断以在其它位置处进行类似步骤。在一些版本中，SEM保护层沉积在所有位置处，然后基准形成在所有位置处，然后薄片铣削在所有位置处进行。在一些情境下，以上讨论的自动化射束对准步骤可以充分保持射束针对多个位置而对准。例如，对准FIB射束位置可以一次完成，并且然后在所有期望位置处创建基准。或者，射束对准进程可以周期性地完成以用于处理较大数目的位置，而不要求在每一个位置处的自动化射束对准。

图1C是示出了从图2B中所找到的那个校准FIB射束的可替换方法的流程图。所描绘的方法在连接符A处从图2A开始。在可以形成基准之前，从SEM射束位置到FIB位置的位置偏移必须被校正，使得系统控制器追踪FIB的实际位置以用于沉积和铣削。图1B的过程通过获取FIB图像并且将它与所合成的FIB图像对准而执行这样的校准。在该版本中，通过比较利用每一个射束所获取的图像来将FIB位置与已经校准的SEM射束位置进行比较。在框41处获取SEM图像，其可以在感兴趣区处或者附近的另一适当区域处完成。接下来在框42处，过程获取相同区域的FIB图像。在框43处，所获取的FIB图像可以可选地被处理以使其亮度性质更加类似于用于比较的SEM图像。接下来在框44处，过程比较两个图像以确定它们之间的偏差距离和方向。接下来在框45处，过程将该位置校正偏差应用于FIB追踪位置。在FIB现在对准的情况下，过程继续进行基准创建和薄片铣削，如关于图1B步骤26-34所述。

图3是装备成实施根据本发明的方法的示例性双射束SEM/FIB系统302的一个实施例的示意图。如上文所讨论，本发明的实施例可以使用在各种各样的应用中。适当的双射束系统例如从本申请的受让人OR，Hillsboro的FEI公司商业上可获得。尽管在下文提供了适当硬件的示例，但是本发明不限于实现在任何特定类型的双射束设备中。系统控制器338控制双射束系统302的各种部分的操作。通过系统控制器338，用户可以引起以期望方式通过录入到常规用户接口（未示出）中的命令来扫描离子射束352或者电子射束316。在本文的优选实施例中，系统控制器338控制双射束系统302以便依照所编程的指令自动化地执行本文所讨论的技术，编程的指令中一些可以通过连接到网络130的过程控制器110而发布。CAD数据库110同样通过网络130而操作地连接到双射束系统302和过程控制器110。CAD数据库110可以提供在系统计算机上，所述系统计算机诸如制造主机控制器112（图4）、专用CAD数据库计算机或者过程控制器110。重要的是CAD数据库可用于将所请求的布局供应给系统控制器以进行以上所述的自动化过程。

双射束系统302具有竖直安装的电子射束柱304和聚焦离子射束（FIB）柱306，其在易抽空样本腔室308上安装在距竖直大概52度的角度处。样本腔室可以通过泵系统309而抽空，泵系统309典型地包括涡轮分子泵、油扩散泵、离子吸气泵（ion getter pump）、涡旋泵（scroll pump）或者其它已知泵送构件中的一个或多个或其组合。

电子射束柱304包括用于产生电子的电子源310，诸如Schottky发射器或者冷场发射器，以及形成精细聚焦电子射束316的电子-光学透镜312和314。电子源310典型地维持在工作件318的电势以上的500V和300kV之间的电势处，其典型地维持在大地电势处。

因而，电子以大概500eV到30keV的着陆能量（landing energy）而撞击工作件318。负电势可以应用于工作件以减小电子的着陆能量，其减小电子与工作件表面的相互作用体积，由此减小成核地点的大小。工作件318可以包括例如半导体设备、微电机系统（MEMS）或者光刻掩模。电子射束316的撞击点可以借助于偏转线圈320而定位在工作件318的表面上并且在其之上扫描。透镜312和314以及偏转线圈320的操作通过扫描电子显微镜电源和控制单元322来控制。透镜和偏转单元可以使用电场、磁场或其组合。

工作件318处于样本腔室308内的可移动镜台324上。镜台324可以优选地在水平平面（X和Y轴）中以及竖直地（Z轴）移动，以及可以倾斜大概六十（60）度并围绕Z轴旋转。门327可以打开以用于将工作件318插入到X-Y-Z镜台324上并且还用于服务于内部气体供应储存室（未示出），如果使用了一个的话。门被互锁使得如果样本腔室308被抽空则其不能被打开。

安装在真空腔室上的是多个气体注入系统（GIS）330（示出两个）。每一个GIS包括用于保持前体或者激发材料的储存室（未示出）以及用于将气体引导到工作件的表面的针332。每一个GIS还包括用于调节前体材料向工作件的供应的构件334。在该示例中，调节构件描绘为可调整阀门，但是调节构件也可以包括例如用于加热前体材料以控制器蒸汽压的调节加热器。

当电子射束316中的电子击中工作件318时，发射次级电子、后向散射电子和Auger电子并且可以对其进行检测以形成图像或者以确定关于工作件的信息。例如通过次级电子检测器336（诸如Everhart-Thornley检测器）或者能够检测低能量电子的半导体检测器设备来检测次级电子。位于TEM样品保持器318和镜台324下面的STEM检测器362可以收集透射通过安装在TEM样品保持器318上的样品318的电子。将来自检测器336、362的信号提供给系统控制器338。所述控制器338还控制偏转器信号、透镜、电子源、GIS、镜台和泵、以及仪器的其它项目。监控器340用于使用信号显示工作件的用户控件和图像。

腔室308通过泵系统309在真空控制器341的控制之下抽空。真空系统在腔室308内提供大概3*10-6mbar的真空度。当将适当前体或激发体气体引入到样品表面上时，腔室背景气压可以典型地上升到大约5*10-5mbar。

聚焦离子射束柱306包括上颈部344，在其内定位离子源346和聚焦柱348，其包括提取器电极350，以及静电光学系统，其包括物镜351。离子源346可以包括液体金属镓离子源、等离子体离子源、液体金属合金源或者任何其它类型的离子源。聚焦柱348的轴线从电子柱的轴线倾斜52度。离子射束352从离子源346穿过聚焦柱348并且在静电偏转器354之间朝向工作件318。

FIB电源和控制单元356在离子源346处提供电势。离子源346典型地维持在工作件的电势以上的1kV和60kV之间的电势处，工作件典型地维持在大地电势处。因而，离子在大概以1keV到60keV的着陆能量下撞击工作件。FIB电源和控制单元356耦合到偏转板354，其可以引起离子射束在工作件318的上表面上追踪出对应图案。在一些系统中，偏转板放置在最终透镜之前，如本领域中所公知。当FIB电源和控制单元356向消隐电极供应消隐电压时，离子射束聚焦柱348内的射束消隐电极（未示出）引起离子射束352撞击在消隐孔径（未示出）上而不是工作件318上。

离子源346典型地提供单独带电正镓离子射束，其可以在工作件318处聚焦到亚十分之一微米宽的射束中以用于通过离子铣削、增强蚀刻、材料沉积而修改工作件318或者用于对工作件318成像。

微操控器357（诸如来自Dallas，Tex.的Omniprobe有限公司的AutoProbe200^TM或者来自德国Reutlingen的Kleindiek Nanotechnik的Mode MM3A）可以精确地在真空腔室内移动物体。微操控器357可以包括定位在真空腔室外部的精度电机358以提供定位在真空腔室内的部分259的X、Y、Z和theta控制。微操控器357可以适配有不同末端效应器以用于操控小物体。在本文描述的实施例中，末端效应器是薄探针360。如在现有技术中所已知，微操控器（或微探针）可以用于将TEM样品（其已经典型地通过离子射束从衬底释放）转移到TEM样品保持器318以用于分析。

应当指出，图3是示意性表示，其出于简单起见而不包括典型双射射束系统的所有元件，并且其不反映所有元件的实际外观和尺寸或者所有元件之间的关系。

其中可以采用本发明的一种适当S/TEM样品管理工具套件在Argavac等人的美国专利No. 8,890,064中进行了描述，该美国专利由本发明的受让人共同拥有并且通过引用并入于此。样品管理套件一般地包括可操作地连接到双射束或FIB系统（或者与其集成）以用于创建薄片的过程控制器和制造主计算机、薄片提取工具以及用于检查薄片的S/TEM系统。将本系统与现有技术工具套件集成涉及安装如本文中所述的改进的双射束系统，其中进行编程以提供自动化工作流。过程控制器还可以编程为指定用于要研究的每一个缺陷或感兴趣区的缺陷位置以及期望的薄片尺寸和取向。过程主机或其它机器可能需要编程调整，使得其可以响应于来自双射束系统控制器的请求而在本文描述的各种步骤处提供详细的CAD数据。然而，一些现有系统已经包括操作地连接到网络并且能够响应于提供指定CAD数据的请求的CAD数据库。系统控制器或过程控制器还可以编程为合成如本文中描述的FIB图像。

尽管以上描述的自动化工作流过程关注于射束对准和自动化薄片创建，但是用于缺陷复查（review）过程的配方还可以包括用于如在所并入的美国专利No. 8,890,064中描述的扫描电子显微镜（SEM）缺陷复查工具的以下参数中的一些或全部：晶片旋转（如果适用的话）；晶片对准点（光学和电子射束）；添加/移除测试管芯；晶片倾斜（如果适用的话）；SEM柱——着陆能量；SEM柱——电流；SEM柱——提取电流；自动化缺陷定位器（ADL）参数，诸如视频水平、聚焦参数、初始视场（FOV）；FOV；获取时间或帧；自动化缺陷分类（ADC）；自动对焦；电荷控制；对比度和明亮度设置（如果适用的话）；以及缺陷采样。这些不同参数中的每一个可以从如上文所述的检验结果来确定。显然，包括在配方中的参数可以取决于例如缺陷复查工具的配置而变化。例如，以上所列参数可以适用于基于电子射束的缺陷复查工具，并且用于不同类型缺陷复查工具的配方（例如高分辨率光学成像系统）可以包括不同参数集合。

尽管已经详细地描述了本发明及其优点，但是应当理解，在不偏离如由随附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以在本文中做出各种改变、替换和更改。本文所述特征的组合不应当解释为限制性的，并且本文中的特征可以根据本发明而以任何工作组合或者子组合来使用。另外，可以采用本文中的各种新颖工作流过程以改进现有技术工作流，诸如在所并入的专利中描述的过程，并且描述应当解释为支持这样的并入，其中需要在工作流中核验基准位置，或者其中需要核验SEM或FIB射束对准。该描述因此应当解释为在美国专利法以及任何相关的外国专利法之下提供书面支持以用于本文中的特征的任何工作组合或某种子组合。

此外，本申请的范围不意图限于在说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、构件、方法和步骤的特定实施例。如本领域普通技术人员将从本发明的公开内容容易地领会到，根据本发明可以利用当前现有或随后研发的、与本文描述的对应实施例执行基本上相同的功能或者实现基本上相同的结果的过程、机器、制造、物质组成、构件、方法和步骤。因而，随附权利要求意图在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质组成、构件、方法或步骤。

在本发明的一些实施例中，使用一种方法在双射束带电粒子系统中自动化地准备半导体样品，该方法包括：

关于要在样品腔室中检查的半导体管芯样品感兴趣区来定位双射束带电粒子系统；

利用聚焦离子射束（FIB）沉积在关于感兴趣区的期望位置处形成第一精度基准标记和一个或多个附加基准标记；

获取感兴趣区的第一扫描电子显微镜图像；

检索描述感兴趣区的计算机辅助设计（CAD）数据；

从描述感兴趣区的CAD数据合成第二SEM图像；

掩蔽第一SEM图像中的一个或多个附加基准标记，并且比较所掩蔽的第一SEM图像和第二SEM图像以确定用于精度基准标记的实际位置的最终校正偏差；

将最终校正偏差应用于精度基准标记的位置；

基于精度基准标记的经校正位置，调整FIB相对于样品的位置，并且利用FIB铣削以创建用于检查的样品薄片。

在一些实施例中，定位双射束带电粒子系统包括通过比较CAD数据与所获取的图像来与期望视场对准。

在一些实施例中，与期望视场对准包括：

a. 获取包括半导体管芯样品上的对准标记的初步SEM图像；

b. 获取描述对准标记的位置的CAD数据；

c. 比较初步SEM图像与CAD数据并且确定第一对准校正偏差；以及

d. 基于第一对准校正偏差，调整相对于双射束系统的射束路径的位置的样品位置以引导射束路径朝向感兴趣区。

在一些实施例中，在基准标记的FIB沉积之前，方法包括：

a. 从FIB设备获取FIB图像；

b. 从描述感兴趣区的CAD数据合成FIB图像；

c. 比较所获取的FIB图像与所合成的FIB图像以生成FIB校正偏差；以及

d. 将FIB校正偏差应用于样品位置。

在一些实施例中，方法包括，在基准标记的FIB沉积之前，通过比较所获取的SEM图像与所获取的FIB图像来对准FIB射束，并且基于比较结果来更新用于FIB射束的所追踪位置。

在一些实施例中，方法还包括在FIB沉积之前在感兴趣区的至少部分之上沉积保护层。

在一些实施例中，通过电子射束诱发沉积（EBID）来沉积保护层。

在一些实施例中，利用EBID沉积保护层还包括：

a. 在定位双射束带电粒子系统之后，获取视场的SEM图像；

b. 获取描述管芯样品感兴趣区的位置的CAD数据；

c. 从所获取的CAD数据合成SEM图像；

d. 比较所获取的SEM图像与所合成的SEM图像以确定SEM对准校正偏差；

e. 将SEM对准校正偏差应用于FIB位置；以及

f. 然后利用EBID沉积保护层。

在一些实施例中，在掩蔽一个或多个附加基准标记时，还掩蔽保护层。

本发明的一些实施例提供一种用于在双射束带电粒子系统中自动化地准备半导体样品的方法，该方法包括：

通过比较计算机辅助设计（CAD）数据与所获取的SEM图像并且应用所得SEM校正偏差来对准双射束带电粒子系统的扫描电子显微镜（SEM）射束与样品腔室中的样品上的期望感兴趣特征；

然后利用射束诱发沉积在感兴趣区的至少部分之上沉积保护层；

然后利用聚焦离子射束（FIB）在关于感兴趣区的期望位置处创建第一精度基准标记和一个或多个附加基准标记；

获取感兴趣区的扫描电子显微镜（SEM）图像；

检索描述感兴趣区的CAD数据；

从描述感兴趣区的CAD数据合成第二SEM图像；

掩蔽第一SEM图像中的保护层和一个或多个附加基准标记，并且比较所掩蔽的第一SEM图像和第二SEM图像以确定用于精度基准标记的实际位置的最终校正偏差；

将最终校正偏差应用于FIB位置，并且然后参照经校正的位置进行FIB铣削以创建用于检查的样品薄片。

在一些实施例中，方法还包括，在创建基准标记之前，从FIB设备获取FIB图像；从描述感兴趣区的CAD数据合成FIB图像；比较所获取的FIB图像与所合成的FIB图像以生成FIB校正偏差；将FIB校正偏差应用于相对于样品的FIB位置。

本发明的一些实施例提供一种自动化样品准备系统，包括：

双射束扫描和铣削系统，其包括二者都指向样品腔室的扫描电子显微镜（SEM）、聚焦离子射束（FIB），操作地连接到SEM和FIB的系统控制器，并且包括至少一个处理器和有形非暂时性计算机介质，其存储由至少一个处理器可执行的程序指令以用于：

通过比较计算机辅助设计（CAD）数据与所获取的SEM图像并且应用所得SEM校正偏差来对准双射束带电粒子系统的扫描电子显微镜（SEM）射束与样品腔室中的样品上的期望感兴趣特征；

然后利用射束诱发沉积在感兴趣区的至少部分之上沉积保护层；

然后利用聚焦离子射束（FIB）在关于感兴趣区的期望位置处创建第一精度基准标记和一个或多个附加基准标记；

获取感兴趣区的扫描电子显微镜（SEM）图像；

检索描述感兴趣区的CAD数据；

从描述感兴趣区的CAD数据合成第二SEM图像；

掩蔽第一SEM图像中的保护层和一个或多个附加基准标记，并且比较所掩蔽的第一SEM图像和第二SEM图像以确定用于精度基准标记的实际位置的最终校正偏差；

将最终校正偏差应用于FIB位置，并且然后参照经校正的位置进行FIB铣削以创建用于检查的样品薄片。

在一些实施例中，程序指令进一步可执行用于，在基准标记的FIB沉积之前，

a. 从FIB设备获取FIB图像；

b. 从描述感兴趣区的CAD数据合成FIB图像；

c. 比较所获取的FIB图像与所合成的FIB图像以生成FIB校正偏差；以及

d. 将FIB校正应用于样品位置。

在一些实施例中，程序指令进一步可执行用于，在基准标记的FIB沉积之前，通过比较所获取的SEM图像与所获取的FIB图像来对准FIB射束，并且基于比较结果来更新用于FIB射束的所追踪位置。

在一些实施例中，自动化样品准备系统还包括：

可操作成从样品移除一个或多个薄片的拔取设备；

可操作成从拔取设备接收一个或多个薄片并且进行扫描的透射电子显微镜（TEM）；

操作地连接到双射束扫描和铣削系统、拔取设备和TEM并且可操作成命令它们执行自动化工作流中的功能的过程控制器。