[發(fā)明專利]在聚焦離子束顯微鏡中進(jìn)行快速樣品制備的方法和裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910164657.0
• 申請日: 2004-11-03
• 公開（公告）號: CN101644639A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 托馬斯·穆爾
• 申請（專利權(quán)）人: 全域探測器公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/36;G01N23/04;G01N23/20
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 王瓊先;王永建

本申請是申請日為2004年11月3日、國際申請?zhí)枮? PCT/US2004/036560、國家申請?zhí)枮?00480033062.7、發(fā)明名稱為“在聚焦 離子束顯微鏡中進(jìn)行快速樣品制備的方法和裝置”的發(fā)明專利申請的分案 申請。

優(yōu)先權(quán)要求

本申請要求2003年11月11日提交的美國臨時(shí)專利申請No.60/19,046 的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聚焦離子束(FIB)顯微鏡的使用，其用于制備樣品，供在 透射電子顯微鏡(TEM)中進(jìn)行后續(xù)分析，還涉及便于進(jìn)行這些活動的裝 置。

背景技術(shù)

在當(dāng)前集成電路器件的器件區(qū)域和互連疊層中，結(jié)構(gòu)化的人工制品， 甚至是某些結(jié)構(gòu)化層可以小到不能用掃描電子顯微鏡(SEM)中的輔助電 子圖像或者FIB來進(jìn)行可靠檢測，該顯微鏡可提供約為3nm的體表面圖像 分辨率。與之相比，TEM檢驗(yàn)可提供更精細(xì)的圖像分辨率(＜0.1nm)，但 是需要安裝在3mm直徑柵格盤上的樣品具有能透過電子(electron transparent)(＜100nm厚度)的部分。

后來發(fā)展的技術(shù)可以用于切出或移走樣本以用于檢查，該檢查很少需 要或者不需要在FIB中進(jìn)行制備之前進(jìn)行初始半導(dǎo)體模具樣品的初步機(jī)械 制備。這些取樣技術(shù)包括在FIB室外面進(jìn)行的“離位”方法，以及在FIB 內(nèi)進(jìn)行的“原位”方法。

這種原位取樣技術(shù)是一系列FIB研磨和樣品移動步驟，用于產(chǎn)生具體 與位置相關(guān)的樣本，用于在TEM或其他分析儀器中進(jìn)行隨后的觀察。在原 位取樣過程中，包含感興趣區(qū)域的材料樣品(通常是楔形的)首先通過FIB 中的離子束研磨過程從塊樣品如半導(dǎo)體晶片或模具中完全分離出來。此樣 品通常為10×5×5μm大小。然后使用內(nèi)部納操縱器與離子束輔助化學(xué)汽 相沉積(CVD)工藝相結(jié)合進(jìn)行取樣樣品的去除，該CVD工藝可用FIB工 具獲得。合適的納操縱器系統(tǒng)是由Dallas，Texas的Omniprobe?Inc.，制造的 Omniprobe?AutoProbe?200。在CVD工藝中所沉積的材料通常為金屬或氧化 物。

然后將TEM樣品架定位在FIB的視場中，且用納操縱器使取樣樣品降 到樣品架的邊緣。然后用FIB真空室內(nèi)的CVD金屬沉積量將樣品固定到 TEM樣品架上。一旦樣品連接到該TEM樣品架上，探針針尖就通過離子 研磨與樣品分離。該方法中涉及包括TEM樣品架的操作的部分被稱為“樣 品架連接”步驟。然后可以使用傳統(tǒng)的FIB研磨步驟對樣品進(jìn)行研磨，以 準(zhǔn)備出一個(gè)薄的區(qū)域，用于進(jìn)行TEM檢驗(yàn)或其他分析。關(guān)于原位取樣方法 的詳細(xì)介紹可以在美國專利No.6,420,722和6,570,170的說明書中找到。這 些專利說明書的內(nèi)容結(jié)合在此作為參考，但它們并不應(yīng)該被認(rèn)為由于在此 背景部分中提及而構(gòu)成相對于本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。

原位取樣技術(shù)已被廣泛使用，因?yàn)樵摲椒ㄔ试S人們利用FIB的獨(dú)特能 力，并將這些能力擴(kuò)展到對下一代器件中的結(jié)構(gòu)和缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)。由于新 FIB儀器可獲得小的離子束光斑尺寸(例如＜10hm)所以目前的FIB樣本制 備技術(shù)可以在對位置特征有需求的地方提供最好的空間分辨率。

這種原位取樣方法的變化涉及取樣樣品的“背面研磨”。這一變化根據(jù) “浴簾(shower?curtain)”效應(yīng)這一問題而提出的，其中，在集成電路表面 上的非均勻高密度材料會在TEM制備的最終減薄過程后在取樣樣品上產(chǎn)生 不平的面。這些不平的面具有與離子束方向平行的豎直脊，這是由于在樣 品頂部附近的較密材料具有較慢的離子研磨速度，在此處，頂部被限定為 最靠近離子束源的邊緣。在集成電路中這種非均勻?qū)邮窍喈?dāng)普遍的，例如， 銅或鋁互連布線以及鎢質(zhì)電接觸器材。在為TEM檢驗(yàn)而減薄的區(qū)域中取樣 樣品上的平表面對于TEM技術(shù)而言是非常重要的，例如電子全息攝影術(shù)。 背面研磨包括在最終減薄過程之前將樣品倒置，從而集成電路的活性層之 中或附近的高密度材料不會再對離子研磨結(jié)果產(chǎn)生影響。

原位取樣過程可以被簡化為三個(gè)連續(xù)的步驟。第一步是使用聚焦離子 束研磨來分離樣品并將樣品從其溝道中取出。第二步是“樣品架連接”步 驟，在該步驟中，樣品在探針針尖上被移動到TEM樣品架上。然后被連接 到TEM樣品架上(通常用離子束誘導(dǎo)的金屬沉積)且然后與探針針尖分開。 第三步也是最后一步是使用聚焦離子束研磨將樣品減薄成能透過電子的薄 部分。