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CN116868300A - 高分辨率x射线光谱仪表面材料分析 - Google Patents

高分辨率x射线光谱仪表面材料分析 Download PDF

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CN116868300A
CN116868300A CN202280014353.XA CN202280014353A CN116868300A CN 116868300 A CN116868300 A CN 116868300A CN 202280014353 A CN202280014353 A CN 202280014353A CN 116868300 A CN116868300 A CN 116868300A
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ray
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耶胡达•祖尔
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Applied Materials Israel Ltd
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Abstract

一种利用评估系统对样品的感兴趣区域进行X射线光谱表面材料分析的方法，该评估系统包括扫描电子显微镜(SEM)柱和X射线检测器，该方法包括：识别预期在感兴趣区域内的元素；基于经识别的元素为由SEM柱产生的带电粒子束选择着陆能量；用设定为选定着陆能量的带电粒子束扫描感兴趣区域；检测带电粒子束扫描感兴趣区域时产生的X射线；以及基于检测到的X射线产生经扫描的感兴趣区域的二维影像。

Description

高分辨率X射线光谱仪表面材料分析
具有透明基板
交叉引用
本申请主张申请于2021年2月10日的美国申请案第17/173,016号的优先权。该案之公开内容出于所有目的以引用之方式全部并入本文。
发明背景
在电子材料及用于制造这些材料至电子结构中的工艺的研究中，电子结构的样本可用于微观检查，以便用于故障分析及装置验证的目的。例如，诸如硅晶片的电子结构的样本可在扫描电子显微镜(scanning electron microscope；SEM)中被分析以研究晶片中的特定特性特征。该特性特征可包括制造的电路及在制造工艺期间形成的任何缺陷。电子显微镜为一种用于分析半导体装置的显微结构的最有用的设备件之一。
当利用来自SEM工具的电子束检查样本时，当电子冲击样本表面时，X射线作为辐射的结果产生。X射线可使用分析能量色散X射线光谱(energy dispersive x-rayspectroscopy；EDX)或波长色散X射线光谱(wavelength-dispersive x-rayspectroscopy；WDX)技术来分析，以提供关于样品元素组成的量化信息。X射线光子亦可在样本表面投射实际图案形态的影像，该影像可用于表征各个方面，诸如元素组成、实体尺寸(physical dimension；CD)、模拟架构的局部或全局变化(缺陷度)，图案相对于实体架构的其他部分的实体位置(覆盖)。
然而，一些当前已知的EDX分析技术分辨率较差，因此难以检测小特征尺寸元素。因此，需要EDX分析技术中的改良。
发明内容
本公开内容的一些实施例涉及用于执行样品的X射线光谱表面材料分析的改良方法和技术，其使得能够产生样品表面的高分辨率材料分析和高分辨率二维影像。
在一些实施例中，提供了一种利用评估系统对样品的感兴趣区域进行X射线光谱表面材料分析的方法，该评估系统包括扫描电子显微镜(SEM)柱和X射线检测器。该方法可包括：识别预期在感兴趣区域内的元素；基于经识别的元素为由SEM柱产生的带电粒子束选择着陆能量(landing energy)；用设定为选定的着陆能量的带电粒子束扫描感兴趣区域；检测带电粒子束扫描感兴趣区域时产生的X射线；和基于检测到的X射线产生经扫描的感兴趣区域的二维影像。
在一些实施例中，可识别预期在感兴趣区域内的多个元素，并且该方法可进一步包括顺序产生在数量上与多个经识别元素相对应的感兴趣区域的多个二维影像，其中该多个二维影像中的每个二维影像借由以下方式产生的：基于多个元素中的元素的唯一一者选择由SEM柱产生的带电粒子束的着陆能量；用设定为选定的着陆能量的带电粒子束扫描感兴趣区域；检测带电粒子束扫描感兴趣区域时产生的X射线；并且基于检测到的X射线产生经扫描的感兴趣区域的二维影像。
在为多个元素中的每一者产生二维影像的一些实施方式中，这些实施方式可包括以下特征中的一者或多者。对多个元素中的每一者产生的二维影像可组合成表示总体材料分析的单个影像。评估系统可以基于ROI至样本的经模拟架构的映像来识别感兴趣区域内预期的多个元素。评估系统可基于整个感兴趣区域的初始高能X射线扫描识别感兴趣区域内预期的多个元素。用户可经由系统的用户界面向评估系统识别多个元素。评估系统可基于储存于数据库中的校准数据自动识别多个元素中的每一者的着陆能量。评估系统可基于储存于数据库中的校准数据向用户呈现针对多个元素中的每一者的着陆能量的初始推荐，并且用户可以经由系统的用户界面接受或更新被推荐的着陆能量。该方法可进一步包括使得用户能够经由系统的用户界面向评估系统识别多个元素中的每一者的着陆能量。该方法可进一步包括为多个元素中的元素的每一者选择不同的着陆能量。
本文所述的实施例的各种实施可包括一个或多个以下特征。扫描区域的二维影像可包括多个像素，并且二维影像的对比度可借由多个像素中每一像素的X射线信号强度来确定。评估系统可借由存取数据库来自动选择带电粒子束的着陆能量，该数据库将某些着陆能量与某些元素相关联。评估系统可基于用户输入的所需空间分辨率自动选择带电粒子束的着陆能量。
在一些实施例中，该方法可包括识别预期在感兴趣区域内的至少第一和第二元素，其中第一元素具有第一特性能量并且第二元素具有不同于第一特性能量的第二特性能量，并且其中该方法可进一步包括产生感兴趣区域的第一和第二二维影像，每一影像由多个像素组成。第一二维影像可由以下方式产生：(1)基于第一元素选择由SEM柱产生的带电粒子束的第一着陆能量；(2)用设定为第一着陆能量的第一带电粒子束扫描感兴趣区域；(3)检测在感兴趣区域由第一带电粒子束扫描时产生的第一组X射线；及(4)基于第一组检测到的X射线产生经扫描的感兴趣区域的第一二维影像，其中第一二维影像的对比度由在第一多个像素中的每一像素的X射线信号强度确定。第二二维影像可由以下方式产生：(1)基于第二元素选择由SEM柱产生的带电粒子束的第二着陆能量，该第二着陆能量与第一着陆能量不同；(2)用设定为第二着陆能量的第二带电粒子束扫描感兴趣区域；(3)检测在感兴趣区域由第二带电粒子束扫描时产生的第二组X射线；及(4)基于第二组检测到的X射线产生经扫描的感兴趣区域的第二二维影像，其中第二二维影像的对比度由在第二多个像素中的每一像素的X射线信号强度确定。
在一些实施例中，提供了一种利用评估系统对样品的区域进行X射线光谱表面材料分析的方法，该评估系统包括扫描电子显微镜(SEM)柱及X射线检测器，其中该方法包括：识别样本上的感兴趣区域；识别预期在感兴趣区域内的多个元素；顺序产生在数量上与多个经识别元素对应的感兴趣区域的多个二维影像。该多个二维影像中的顺序产生的二维影像的每一者可借由以下方式产生：基于该多个元素中的元素的唯一一者选择由该SEM柱产生的带电粒子束的着陆能量；用设定为选定着陆能量的带电粒子束扫描感兴趣区域；检测带电粒子束扫描感兴趣区域时产生的X射线；以及基于检测到的X射线产生经扫描的感兴趣区域的二维影像。
一些实施例涉及储存指令的非暂时性计算机可读介质，这些指令用于根据上文或本文中的任何方法对样本的区域进行X射线光谱表面材料分析。例如，借由以下方式：识别预期在感兴趣区域内的元素；基于经识别的元素为由SEM柱产生的带电粒子束选择着陆能量；用设定为选定着陆能量的带电粒子束扫描感兴趣区域；检测带电粒子束扫描感兴趣区域时产生的X射线；以及基于检测到的X射线产生经扫描的感兴趣区域的二维影像。
一些实施例涉及用于根据上文或本文所述的任何方法对样品的区域进行X射线光谱表面材料分析的系统。例如，该系统可包括：真空腔室；样品支撑件，被构造为在样品评估过程期间将样品保持在真空腔室内；扫描电子显微镜(SEM)柱，被构造为将带电粒子束引导至真空腔室中朝向样品；及处理器和耦合至处理器的存储器。该存储器可包括多个计算机可读取指令，当这些指令由处理器执行时，使得系统进行以下操作：识别预期在感兴趣区域内的元素；基于经识别的元素为由SEM柱产生的带电粒子束选择着陆能量；用设定为选定着陆能量的带电粒子束扫描感兴趣区域；检测带电粒子束扫描感兴趣区域时产生的X射线；以及基于检测到的X射线产生经扫描的感兴趣区域的二维影像。
为了更好地理解本公开内容的性质及优点，应对以下描述及附图进行参考。然而，应理解，每一附图仅是提供用于说明之目的，并且并不意欲作为本公开内容的范围的限制的定义。此外，作为一般规则，且除非从描述中明显相反，在不同附图中的元件使用相同附图标记的情况下，这些元件件通常是相同的或至少在功能或用途上相似。
附图的简要说明
图1为根据本公开内容的一些实施例的样品评估系统的简化示图；
图2为包括背景轫致辐射的样品材料的能量色散X射线光谱图的实例；
图3A至图3C为图标电子束在不同着陆能量下于样品中的相互作用体积的简化示图；
图4A及图4B为图示暴露于不同着陆能量的电子束的样品的EDX数据差异的简化示图；
图5为图示根据本公开内容的一些实施例的与分析样品相关联的步骤的流程图；
图6为图示根据本公开内容的一些实施例的与分析样品相关联的步骤的流程图；和
图7为根据一些实施例可分析的半导体晶片上的区域的简化示图。
发明的具体实施方式
本公开内容的实施方式能够使用X射线光谱技术产生样品表面的高分辨率材料分析和高分辨率二维影像。
样品评估工具实例
为了更好地理解和了解本公开内容，首先参考图1，该图为根据本公开内容的一些实施例的样品评估系统100的简化示意图。除了用于其他操作之外，样品评估系统100可用于形成在样品(诸如半导体晶片)上的结构的缺陷检查及分析。
系统100可包括真空腔室110以及扫描电子显微镜(SEM)柱120。支撑元件140可在处理操作期间支撑腔室110内的样品130(例如，半导体晶片)，在该处理操作中，样品130(在本文中有时称为“物体”或“样本”)受到来自SEM柱的带电粒子束125的影响。
SEM柱120连接到真空腔室110，以便由该柱产生的带电粒子束125在撞击样品130之前传播穿过在真空腔室110内形成的真空环境。SEM柱120可借由用带电粒子束照射样本、检测由于照射而发射的粒子并基于检测到的粒子产生带电粒子影像来产生样本130的一部分的影像。
粒子成像过程通常包括在经成像的样品的特定区域上来回(back-and-forth)扫描带电粒子束(例如，以光栅或其他扫描图案)。耦接至带电粒子柱的一个或多个透镜122、124可实施如本领域一般技术人员已知的扫描图案。为此，在一些实施例中，透镜122、124可为偏转透镜，例如磁透镜、静电透镜或电透镜与磁透镜的组合。
经扫描的区域典型地为样品的整体区域的非常小一部分。例如，样品可以是直径为200mm或300mm的半导体晶片，而晶片上扫描的每一区域可为具有以微米或数十微米测量的宽度和/或长度的矩形区域。
系统100亦可包括能量色散X射线光谱(EDX)检测器150，该检测器可用于确定样品130表面的感兴趣区域(region of interest；ROI)中的一个或多个微观元素的组成。EDX检测器150收集由于带电粒子束125照射元件而发射的X射线光子。EDX检测器150可包括用于确定由检测器检测到的光子的能量的能量分析器，该能量进而可使系统100能够表征发射X射线光子的元素。作为非限制性实例，EDX检测器150可收集信息以产生样品的X射线光谱图，诸如下文图2及图4A及图4B中所示的那些光谱图。
一个或多个控制器160，诸如处理器或其他硬件单元，可借由执行储存在一个或多个计算机可读存储器170中的计算机指令来控制系统100的操作，如将由一般技术人员所知。举例而言，计算机可读存储器可包括固态存储器(诸如随机存取存储器(random accessmemory；RAM)和/或只读存储器(read-only memory；ROM)，该存储器可为可程序化的、可闪存更新的和/或类似性质的)、磁盘驱动器、光学储存装置或类似的非暂时性计算机可读储存介质。
系统100可进一步包括用户界面180及数据库190。用户界面180可使得一个或多个用户与系统相互作用。例如，用户界面180可允许用户设定可在分析样品时使用的SEM柱或EDX检测器的参数。用户界面180可包括任何已知装置或使得用户能够输入信息以与计算机系统相互作用的装置，该装置诸如键盘、鼠标、监视器、触控屏幕、触摸板、语音启动输入控制器和类似装置。数据库190可储存处理器/控制器160在执行样品的X射线光谱表面材料分析时可存取的信息，如下文更详细论述的。
X射线光谱学挑战
图2为可由系统100产生的样品材料的能量色散X射线光谱图200的实例。当固体靶材被电子束轰击时，系统100的EDX检测器150可检测到X射线发射的两种主要机制：特性X射线和轫致辐射。特性X射线代表X射线束在样品材料中的原子被轰击电子进行内壳层电离后发射，然后是外壳层电子填充现在空的内壳。特性X射线具有样品材料特有的特定能量，其中特定能量等于电子于其间“跳跃”的两个壳层之间的能量差。作为实例，图表200中所示的不同能阶处的各种强度峰值指示正被分析的样品中的不同元素，并证明样品至少包括铁(Fe)、铬(Cr)、镍(Ni)及硅(Si)。
图表200中亦图标了一定量的背景辐射210，该辐射被称为轫致辐射。简而言之，除了特性X射线外，当轰击电子被材料核减速时，X射线束会以随机能量从样品中发射出来。这些随机能量亦可由EDX检测器150检测为X射线连续谱，X射线连续谱代表关于特性X射线的背景信号。
一些先前已知的X射线成像过程通常使用是大多数材料的特性X射线的电离能量的大约三倍的着陆能量，这可能导致此类过程使用5keV至20keV的范围内的着陆能量。取决于样品材料，该着陆能量可具有数百纳米或甚至微米的X射线发射深度。如本文所用，亦可称为“信号产生范围”的X射线发射深度是有效深度，具有一定着陆能量的电子可从该有效深度发射一定能量的X射线光子。由于分辨率仅可与单个电子的信号产生范围一样好，因此使用此种先前已知的方法对样品进行材料分析仅可产生具有穿透深度数量级的分辨率的影像，如此可能会非期望地限制在某些应用中。
为了说明，现参考图3A至图3C，图3A至图3C为描绘穿透深度的简化示图，穿透深度与X射线发射深度，以及在不同着陆能量下样品中电子束的相互作用体积正相关。具体而言，图3A是在25kV的着陆能量下电子束的相互作用体积310的简化图示；图3B是在15kV着陆能量下电子束的相互作用体积320的简化图示；图3C是在5kV着陆能量下电子束的相互作用体积330的简化图示。如相互参照图3A至图3C的比较可看出，用具有25kV着陆能量的电子照射样品产生比用具有15kV着陆能量的电子照射相同样品更深和更宽的穿透。类似地，用具有15kV着陆能量的电子照射样品产生比用具有5kV着陆能量的电子照射相同样品更深和更宽的穿透。因此，用于照射样品(例如，用电子束125)的着陆能量直接影响由系统100产生的图像的分辨率，较低的着陆能量直接等同于更高分辨率的图像。
虽然使用较低的着陆能量来照射样品可提供比使用较高着陆能量的情况更高的分辨率，但较低的着陆能量会导致检测样本的各种元素的效率较低。为了说明，现参考图4A及图4B，图4A及图4B为图示暴露于不同着陆能量的电子束的样品的EDX数据差异的简化示图。具体而言，图4A为图标特性X射线402、404、406和408连同轫致辐射410的EDX图400的简化图示。在图400中，样品由具有相对高着陆能量的电子束轰击。如可在图400所见，特性X射线402至408的强度明显高于轫致辐射410的强度。因此，特性X射线402至408相对易于检测。
图4B为图标特性X射线462、464、466和468连同叠加在图410上的轫致辐射460的第二EDX图450的简化图示。在图450中，样品由具有相对低着陆能量的电子束轰击。如在图450中可见，虽然特性X射线452至458的强度仍然高于轫致辐射460的强度，但特性X射线的强度相对于轫致辐射的强度已经显著改变。亦即，特性X射线的强度与轫致辐射之间的比率显著降低，使得特性X射线452至458更难检测。如本领域一般技术人员可理解的，若被电子束轰击以产生图4A及图4B中的曲线图的相同样品是由具有显著低于图4B的着陆能量的电子束轰击，则在轫致辐射上，可达到其中特性X射线无法得以准确检测到的点。
特性X射线信号强度可用下式表示：
(1)
大约800eV以上的信号的背景信号强度(亦即轫致辐射)可表示为：
(2)
特性X射线产生的范围(以纳米为单位)可表示为：
(3)
其中能量以keV为单位给出，E是SEM着陆能量，Ek是特性X射线的电离能量，Ev是轫致辐射的能量，A是基板的原子量，Z是基板的原子序，并且φ是基板的密度(单位为g/cm3)。
不同材料在不同着陆能量下的单独扫描
认识到取决于分析要求、扫描样品的类型、产量要求、材料电离能、原子量和密度，用于特性X射线信号分析的最佳或理想着陆能量对于给定样品的不同元素成分是不同的，本公开内容的一些实施例对每种材料以不同的SEM着陆能量进行单独扫描以获得对于每种材料的最佳分辨率的材料分析影像。随后，可将单独的影像组合成整体材料分析的单个影像。该方法与发明者已知的其他方法根本性不同，其中在单个着陆能量处使用单个扫描来表征整个感兴趣区域。
在执行单独的扫描时，一些实施例使用可能的最低着陆能量，直至信号背景比(signal to background ratio；SBR)变得几乎太低并且特性X射线信号无法在轫致辐射背景上得以识别。着陆能量越低，范围就越小，如此进而导致材料分析映射的分辨率更高。
图5为图示根据本公开内容的一些实施例的分析样品的方法500的流程图。方法500可以从用户识别待评估的样本区域开始(框510)。为了便于讨论，经识别的区域在本文中被称为“感兴趣区域”(region of interest；ROI)。如下文关于图7所论述，ROI例如可为半导体晶片上的区域。在某些情况下，使用者将想要分析单个样品上的多个ROI，在此情况下，与方法500相关联的步骤可针对每一ROI单独执行。
接下来，识别将在ROI内分析的一个或多个元素(框520)。在一些情况下，这些元素可由评估工具(例如，系统100)基于ROI的位置和已在样品上形成的特征的已知映像(例如，从样品的模拟架构)自动识别。在其他情况下，使用者可经由与评估工具相关联的用户界面(例如，键盘、触控屏幕、鼠标或其他类型的指针装置、语音控制输入装置或如上述任何其他适当的输入设备)输入使用者知道或认为存在于ROI内的一个或多个元素。例如，若预期选择的ROI包括由钨形成的被氧化硅隔离区隔开的一条或多条导电线，则使用者可输入钨(W)、硅(Si)及氧(O)作为预期元素以在该区域进行分析。
对于在框520中识别的每一元素，为SEM电子束设定适当的着陆能量并且使用选定的着陆能量扫描ROI(框530)。对于每一元素的着陆能量可经由若干不同方式中的任一方式来确定。在一些情况下，使用者可输入或以其他方式选择特定样品上特定元素的特定着陆能量。使用者选择的着陆能量可基于用户过去的知识和/或在类似样品上操作评估系统的经验，可基于用户接收到的预定指令(例如，基于制造商的预定评估过程)，可基于根据使用者在输入时或先前执行的计算，或者可基于任何其他适当的准则。
在其他情况下，适当的着陆能量可由评估系统自动确定。例如，在一些实施例中，可对测试样品执行多个校准测量(例如，几十个或几百个或更多个测量)以确定可用于给定样品的最低着陆能量，以准确识别样品中的每一特定元素的特性X射线。校准测量可包括先前对与经由方法500评估的样品实质上相同或类似的样品进行的测试。例如，经评估的测试样品和实际样品可包括在以上等式中阐述的一个或多个参数(基板的原子量、基板的原子序、基板的密度，以及轫致辐射的能量)。由于每个元素的电离能不同，评估工具基于校准样品确定的准确检测每一元素的着陆能量可不同于系统确定的用于检测样品中的其他元素的理想着陆能量。
校准测量的结果可储存于评估系统的处理器/控制器160可存取的数据库中(例如，在储存于数据库190中的查找表中)。然后，基于在框520中由用户识别的元素，处理器160可基于与正被评估的样品上的ROI的属性最接近匹配的校准样品从数据库中自动选择适当的着陆能量。例如，数据库中的查找表将特定的经推荐着陆能量与特定元素相关联，并且处理器160可借由存取查找表来选择带电粒子束的着陆能量。在某些情况下，评估系统可将经选择的着陆能量作为推荐着陆能量呈现给使用者，然后允许使用者借由将着陆能量增加或减少一定量或完全选择不同的着陆能量来改变经推荐着陆能量。
在扫描ROI时，当电子撞击样本表面时，X射线作为辐射的结果产生。经产生的X射线可由EDX检测器150使用已知技术检测，以结合SEM扫描系统与EDX检测器之间的电子同步硬件提供关于扫描图案的不同位置的样品元素组成的量化信息。二维影像亦可从样品表面处的实际图案形态的经检测EDX光子产生。经产生的影像进而可用于表征样品的各个方面，诸如临界尺寸(CD)、模拟架构的局部或全局变化(缺陷度)、图案相对于实体架构之其他部分的实体位置(覆盖)，以及其他有用的信息。
一旦为每一元素识别了理想的或适当的着陆能量，对于使用者想要在ROI中评估的每个元素(即，在框520中识别的元素)，方法500可包括顺序地重复(框530)如下过程：(1)将SEM柱设置为以针对该元素确定的着陆能量产生电子束，(2)使用该着陆能量扫描感兴趣的区域，(3)当电子撞击样本表面时，同时检测由于辐射而产生的X射线，和(4)从经检测的X射线产生扫描区域的二维影像。
图6为图示根据一些实施例的与框530相关联的各个子步骤的简化流程图。为了说明，在上文论述的实例中，其中用户在给定的ROI中识别了三个元素N、Si和O进行评估，n等于3，且为了实例的目的，我们可假设元素将以氮第一、硅第二及氧最后的顺序进行分析。因此，在框532中选择了第一元素(氮)，并且由于该过程尚未分析第三元素(如由决定框533确定)，因此设定SEM柱以产生具有适合于氮的着陆能量的电子束(框534)并使用选定的着陆能量扫描ROI(框535)。
当用为氮选择的着陆能量扫描ROI时，X射线检测器可检测由于ROI被电子束照射而产生的X射线(框536)。经检测的X射线可用于根据扫描产生该区域的二维影像以及表征ROI的其他方面(框537)。
接下来，i加一(框538)并与n比较(框533)，n在本实例中为3。由于i现在是2，i仍然小于n，并且SEM柱被调谐至适合硅的着陆能量(框534)。使用经选择的着陆能量(框535)、经检测的X射线(框536)和产生的二维影像(框537)扫描ROI。然后，i再次加一(框538)并再次与n比较(框533)。然后，对第三元素重复框534至537，并且i再次加一(框538)。在此迭代中，i实际上大于n，因此比较(框533)导致扫描过程结束(框539)。
参考回到图5，一旦在每一着陆能量处扫描了ROI，框530就完成，并且可将所得影像作为每个单独扫描的单独二维影像和/或作为将来自每一单独扫描的信息组合成整体材料分析的单个影像的单个二维影像提供给用户(框540)。在一些实施例中，经扫描的ROI的二维影像可在对于该元素的扫描完成之后立即针对分析的每一元素提供给用户(例如，在框537中产生每个二维影像之后立即)。
感兴趣区域的实例
为了进一步说明可根据方法500分析的示例性ROI，参考图7，该图为半导体晶片700的简化图示。图7包括晶片700的俯视图以及晶片700的特定部分的两个放大图。晶片700可为例如200mm或300mm的半导体晶片，并且可包括形成在晶片上的多个集成电路710(在所示实例中为52个)。集成电路710可处于制造的中间阶段，并且本文描述的X射线分析技术可用于评估和分析包括多个待分析元素的集成电路的一个或多个感兴趣区域(ROI)720。例如，图7的展开图图示了可根据本文所述的技术评估和分析的集成电路710之一者的多个ROI 720。展开图B图示了包括若干不同类型的结构的那些ROI 720之一者，这些结构由不同的材料形成并且可使用本文描述的技术进行分析。
一些实施例可借由使用基于用户指示可能存在于区域720内的材料而特定选择(例如，由系统100选择)的不同着陆能量顺序地多次扫描区域来分析和评估ROI 720，如上文关于图5所论述。扫描过程可根据光栅图案在ROI内来回扫描带电粒子束，诸如在图7的展开图B中以简化格式图标的扫描图案730。在每次扫描期间，可收集和分析X射线以确定存在于扫描图案的每一位置的元素。
为了解释的目的，上述的描述使用了特定的命名法来提供对所描述的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，不需要特定细节来实践所描述的实施例。例如，虽然本文公开的方法的实例针对样品是半导体的实施例，但实施例可用于评估除半导体晶片之外的适当样品。此外，虽然所说明的实施例论述了对每个要检测的元件使用不同着陆能量的不同扫描，但在一些实施例中，单个扫描可以用于多个元件。例如，在识别用于评估的两个或更多个元素(例如，在框520中)具有相似的特性能量的情况下，只要EDX检测器可区分这些元素，就可以对两个或更多个元素执行单次扫描。
因此，出于说明和描述的目的，呈现本文描述的特定实施例的前述描述。该描述不意欲穷举或将实施例限制为所公开的精确形式。此外，虽然上面公开了本公开内容的不同实施例，但是可在不脱离本公开内容实施例的精神和范畴的情况下以任何合适的方式组合特定实施例的具体细节。此外，对于一般技术人员显而易见的是，鉴于上述教示，许多修改和变化是可能的。
在本专利申请案中的所示实施例的大部分可以使用本领域一般技术人员已知的电子组件和电路来实施的范围内，为了理解和了解本专利申请案的基本概念并且为了不混淆或分散本公开内容的教示，这些细节不会被解释为比上述认为必要的程度更大的程度。

Claims (20)

1.一种利用评估系统对样品的感兴趣区域进行X射线光谱表面材料分析的方法，所述评估系统包括扫描电子显微镜(SEM)柱、X射线检测器和X射线偏振器，所述方法包含以下步骤：
将样品定位在所述扫描电子显微镜的视场内；
产生具有大约等于所述样品的所述感兴趣区域内的所述材料的电离能的着陆能量的电子束；
用设定为与所述样品碰撞的所述电子束扫描所述感兴趣区域，从而产生从所述样品的表面附近发射的X射线，所述X射线包括特性X射线和轫致辐射；和
在所述X射线通过X射线偏振器后，检测所述感兴趣区域被所述电子扫描时产生的X射线，所述X射线偏振器阻挡所述轫致辐射的百分比高于阻挡所述特性X射线的百分比。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：基于所述检测到的X射线产生所述经扫描的感兴趣区域的二维影像。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述X射线由与所述电子束定位成90度角的检测器检测。
4.如权利要求3所述的方法，其中在所述扫描和检测步骤期间，所述SEM柱和X射线检测器位于所述感兴趣区域的相对两侧。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述电子束以相对于所述样品的所述表面的45度角扫描所述感兴趣区域，并且所述检测器以相对于所述样品的所述表面的45度角定位。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述X射线检测器是WDS检测器，并且所述X射线偏振器是借由选择所述WDS检测器内的晶体相对于所述样品的特定方位来实施。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述X射线偏振器是设置在所述X射线检测器与所述样品之间的单独元件。
8.一种非暂时性计算机可读存储器，所述非暂时性计算机可读存储器储存用于借由以下方式评估样品的区域的多个计算机可读指令：
将样品定位在所述扫描电子显微镜的视场内；
产生具有大约等于所述样品的所述感兴趣区域内的所述材料的电离能的着陆能量的电子束；
用设定为与所述样品碰撞的所述电子束扫描所述感兴趣区域，从而产生从所述样品的表面附近发射的X射线，所述X射线包括特性X射线和轫致辐射；和
在所述X射线通过X射线偏振器后，检测所述感兴趣区域被所述电子扫描时产生的X射线，所述X射线偏振器阻挡所述轫致辐射的百分比高于阻挡所述特性X射线的百分比。
9.如权利要求8所述的非暂时性计算机可读存储器，其中用于评估样本的区域的所述计算机可读指令进一步包含用于基于所述检测到的X射线产生所述经扫描的感兴趣区域的二维影像的指令。
10.如权利要求8所述的非暂时性计算机可读存储器，其中所述电子束以相对于所述样品的所述表面的45度角扫描所述感兴趣区域，并且所述检测器以相对于所述样品的所述表面的45度角定位。
11.如权利要求8所述的非暂时性计算机可读存储器，其中所述X射线偏振器是设置在所述X射线检测器与所述样品之间的单独元件。
12.如权利要求8所述的非暂时性计算机可读存储器，其中所述X射线检测器是WDS检测器，并且所述X射线偏振器是借由选择所述WDS检测器内的晶体相对于所述样品的特定方位来实施。
13.如权利要求8至12中任一项所述的非暂时性计算机可读存储器，其中所述X射线由与所述电子束定位成90度角的检测器检测。
14.一种用于评估样品的区域的系统，所述系统包含：
真空腔室；
样品支撑件，被构造为在样品评估过程中将样品保持在所述真空腔室内；
扫描电子显微镜(SEM)柱，被构造为将带电粒子束引导至所述真空腔室中朝向所述样品；
检测器，用于检测所述带电粒子束与所述样品之间碰撞产生的X射线；
处理器和耦接至所述处理器的存储器，所述存储器包括多个计算机可读指令，当所述指令由所述处理器执行时，使得所述系统进行以下操作：
将样品定位在所述扫描电子显微镜的视场内；
产生具有大约等于所述样品的所述感兴趣区域内的所述材料的电离能的着陆能量的电子束；
用设定为与所述样品碰撞的所述电子束扫描所述感兴趣区域，从而产生从所述样品的表面附近发射的X射线，所述X射线包括特性X射线和轫致辐射；和
在所述X射线通过所述X射线偏振器后，检测所述感兴趣区域被所述电子扫描时产生的X射线，所述X射线偏振器阻挡所述轫致辐射的百分比高于阻挡所述特性X射线的百分比。
15.如权利要求14所述的系统，进一步包含计算机可读指令，当所述指令由所述处理器执行时，使系统基于所述检测到的X射线产生所述经扫描的感兴趣区域的二维影像。
16.如权利要求14所述的系统，其中所述X射线由与所述电子束定位成90度角的检测器检测。
17.如权利要求16所述的系统，其中在所述扫描和检测步骤期间，所述SEM柱和X射线检测器位于所述感兴趣区域的相对两侧。
18.如权利要求16所述的系统，其中在所述扫描过程期间，所述电子束与所述样品的所述表面成45度角，并且所述检测器被定位成与所述样品的所述表面成45度角。
19.如权利要求14中所述的系统，其中所述X射线偏振器是设置在所述X射线检测器与所述样品之间的单独元件。
20.如权利要求14至19中任一项所述的系统，其中所述X射线检测器是WDS检测器，并且所述X射线偏振器是借由选择所述WDS检测器内的晶体相对于所述样品的特定方位来实施。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11626267B2 (en) * 2021-04-28 2023-04-11 Applied Materials Israel Ltd. Back-scatter electrons (BSE) imaging with a SEM in tilted mode using cap bias voltage
US11501951B1 (en) * 2021-05-14 2022-11-15 Applied Materials Israel Ltd. X-ray imaging in cross-section using un-cut lamella with background material
US12480898B2 (en) 2022-09-01 2025-11-25 Applied Materials Israel Ltd. Z-profiling of wafers based on X-ray measurements

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6670610B2 (en) 2001-11-26 2003-12-30 Applied Materials, Inc. System and method for directing a miller
JP3981976B2 (ja) * 2002-11-18 2007-09-26 株式会社島津製作所 Ｘ線分析方法
JP4479354B2 (ja) * 2004-06-01 2010-06-09 Ｊｆｅスチール株式会社 亜鉛系めっき鋼板の表層酸化膜の膜厚測定方法
US7443953B1 (en) 2005-12-09 2008-10-28 Xradia, Inc. Structured anode X-ray source for X-ray microscopy
US7920676B2 (en) 2007-05-04 2011-04-05 Xradia, Inc. CD-GISAXS system and method
US8709269B2 (en) 2007-08-22 2014-04-29 Applied Materials Israel, Ltd. Method and system for imaging a cross section of a specimen
US7659506B2 (en) 2007-09-25 2010-02-09 Applied Materials, Israel, Ltd. Method and system for generating and reviewing a thin sample
JP5441856B2 (ja) * 2010-09-10 2014-03-12 日本電子株式会社 Ｘ線検出システム
JPWO2012118129A1 (ja) * 2011-03-01 2014-07-07 株式会社アルバック 真空処理装置及び真空処理方法
US9715723B2 (en) * 2012-04-19 2017-07-25 Applied Materials Israel Ltd Optimization of unknown defect rejection for automatic defect classification
US10043264B2 (en) * 2012-04-19 2018-08-07 Applied Materials Israel Ltd. Integration of automatic and manual defect classification
US9607233B2 (en) * 2012-04-20 2017-03-28 Applied Materials Israel Ltd. Classifier readiness and maintenance in automatic defect classification
WO2015085372A1 (en) * 2013-12-11 2015-06-18 Southern Innovation International Pty Ltd Method and apparatus for resolving signals in data
JP6286535B2 (ja) * 2014-05-30 2018-02-28 株式会社日立製作所 荷電粒子線分析装置および分析方法
US10055833B2 (en) 2014-12-11 2018-08-21 Carl Zeiss Smt Gmbh Method and system for EUV mask blank buried defect analysis
US9625398B1 (en) * 2016-01-11 2017-04-18 International Business Machines Corporation Cross sectional depth composition generation utilizing scanning electron microscopy
EP3217420A1 (en) * 2016-03-09 2017-09-13 Carl Zeiss Microscopy Ltd. Method, analysis system and computer program product for semi-automated x-ray elemental analysis using a particle microscope
JP2019533819A (ja) * 2016-11-09 2019-11-21 アイメック・ヴェーゼットウェーＩｍｅｃ Ｖｚｗ 組み合わされたｓｔｅｍとｅｄｓの断層撮影のための装置
US9983152B1 (en) * 2016-11-17 2018-05-29 Fei Company Material characterization using ion channeling imaging
US9905394B1 (en) * 2017-02-16 2018-02-27 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Method for analyzing an object and a charged particle beam device for carrying out this method
JP6769402B2 (ja) * 2017-06-30 2020-10-14 株式会社島津製作所 電子線マイクロアナライザー及びデータ処理プログラム
CN109844920B (zh) * 2017-08-01 2023-06-20 应用材料以色列公司 用于检测孔隙的方法以及检查系统
EP3477289A1 (en) 2017-10-30 2019-05-01 FEI Company X-ray spectroscopy in a charged particle microscope
EP3550585B1 (en) * 2018-04-05 2021-06-23 FEI Company Studying dynamic specimens in a transmission charged particle microscope
US10522323B2 (en) * 2018-04-05 2019-12-31 Fei Company Electron energy loss spectroscopy with adjustable energy resolution
US10468230B2 (en) * 2018-04-10 2019-11-05 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Nondestructive sample imaging
US10535495B2 (en) * 2018-04-10 2020-01-14 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Sample manipulation for nondestructive sample imaging
US11022565B2 (en) * 2019-05-07 2021-06-01 Applied Materials Israel Ltd. Process monitoring
US10928336B1 (en) * 2019-07-29 2021-02-23 Applied Materials Israel Ltd. X-ray based evaluation of a status of a structure of a substrate

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