[發明專利]在聚焦離子束顯微鏡中進行快速樣品制備的方法和裝置

無效

• 申請號: 200910164658.5
• 申請日: 2004-11-03
• 公開（公告）號: CN101644640A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 托馬斯·穆爾
• 申請（專利權）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、國際申請號為PCT/US2004/036560、國家申請號為200480033062.7、發明名稱為“在聚焦離子束顯微鏡中進行快速樣品制備的方法和裝置”的發明專利申請的分案申請。?

優先權要求

本申請要求2003年11月11日提交的美國臨時專利申請No.60/19,046的優先權。?

技術領域

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

背景技術

在當前集成電路器件的器件區域和互連疊層中，結構化的人工制品，甚至是某些結構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檢驗可提供更精細的圖像分辨率(＜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。?

后來發展的技術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中進行制備之前進行初始半導體模具樣品的初步機械制備。這些取樣技術包括在FIB室外面進行的“離位”方法，以及在FIB內進行的“原位”方法。?

?這種原位取樣技術是一系列FIB研磨和樣品移動步驟，用于產生具體與位置相關的樣本，用于在TEM或其他分析儀器中進行隨后的觀察。在原位取樣過程中，包含感興趣區域的材料樣品(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。然后使用內部納操縱器與離子束輔助化學汽相沉積(CVD)工藝相結合進行取樣樣品的去除，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。然后可以使用傳統的FIB研磨步驟對樣品進行研磨，以準備出一個薄的區域，用于進行TEM檢驗或其他分析。關于原位取樣方法的詳細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容結合在此作為參考，但它們并不應該被認為由于在此背景部分中提及而構成相對于本發明的現有技術。?

原位取樣技術已被廣泛使用，因為該方法允許人們利用FIB的獨特能力，并將這些能力擴展到對下一代器件中的結構和缺陷進行檢驗。由于新FIB儀器可獲得小的離子束光斑尺寸(例如＜10nm)所以目前的FIB樣本制備技術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“浴簾(shower?curtain)”效應這一問題而提出的，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層是相當普遍的，例如，銅或鋁互連布線以及鎢質電接觸器材。在為TEM檢驗而減薄的區域中取樣樣品上的平表面對于TEM技術而言是非常重要的，例如電子全息攝影術。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果產生影響。?

原位取樣過程可以被簡化為三個連續的步驟。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。?