[發明專利]用于基底的非原位分析的系統和方法

有效

• 申請號: 201310440696.5
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN103675358B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: T.G.米勒;J.阿加瓦奇;D.希爾;M.斯特勞斯;G.N.A.范韋恩
• 申請（專利權）人: FEI公司
• 主分類號: G01Q30/20
• 分類號: G01Q30/20;H01L21/302
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐紅燕;馬永利

公開了用于基底的非原位分析的系統和方法。本發明披露了一種用于制作供在非原位TEM、SEM、或STEM程序中使用的不對稱薄層的方法和系統。薄層的形狀提供用于容易定向，從而使得可以在化學分析的TEM、SEM、或STEM程序中來自碳膜最少的光學和光譜干擾的條件下將該薄層內的相關區放置在碳膜內的孔上。

技術領域

本發明涉及樣品的制備以及用于電子顯微鏡分析的樣品處理方法。

背景技術

半導體制造例如集成電路的制作典型地需使用光刻。上面形成有電路的半導體基底（通常為硅晶片）用例如光致抗蝕劑等材料涂覆，該材料在曝露在輻射下時會改變溶解度。位于輻射源與半導體基底之間的光刻工具例如掩模或光罩投射一個陰影以控制基底中哪些區域曝露在輻射下。在曝露之后，將光致抗蝕劑從或者曝露區域或者未曝露區域中移除，從而在晶片上留下經圖案化的光致抗蝕劑層，該光致抗蝕劑層在隨后的蝕刻或擴散過程中保護晶片的各部分。

光刻工藝允許在每個晶片上形成多個集成電路器件或機電器件，通常稱為“芯片”。該晶片隨后被切成個別裸片，每個裸片包括單個集成電路器件或機電器件。最終，這些裸片經受額外操作并且被封裝成個別集成電路芯片或機電器件內。

在制造過程中，曝露和聚焦的變化要求連續監控或測量由光刻工藝形成的圖案以確定這些圖案的尺寸是否在可接受的范圍內。通常被稱為過程控制的這種監控的重要性隨著圖案尺寸變小而顯著增加，尤其是當最小特征尺寸接近光刻工藝可獲得的分辨率極限時。為了實現越來越高的器件密度，需要越來越小的特征尺寸。這可能包括互連的金屬化線的寬度和間距、接觸孔和通孔的間距和直徑以及各種特征的表面幾何形狀例如角和邊緣。晶片上的特征為三維結構，并且完整的表征不僅必須描述該特征的表面尺寸，例如線或溝槽的頂寬，而且還要描述該特征的完整三維輪廓。工藝工程師必須能夠精確地測量這種表面特征的臨界尺寸（CD）以對制作工藝進行微調并且確保獲得所希望的裝置幾何形狀。

典型地，使用例如掃描電子顯微鏡（SEM）等儀器來進行CD測量。在掃描電子顯微鏡（SEM）中，初級電子束聚焦到一個細點上以對將觀察的表面進行掃描。當該表面被初級射束沖擊時，從該表面發出次級電子。檢測到這些次級電子，隨后形成一張影像，該影像中每個點處的亮度由射束沖擊該表面上的相應點時檢測到的次級電子的數量決定。然而，隨著特征繼續變得越來越小，會出現這樣一個點，在該點處有待被測量的特征對于普通SEM所提供的分辨率而言過小。

透射電子顯微鏡（TEM）允許觀察者看到納米級的極小特征。與只使材料的表面成像的SEM相比，TEM允許分析樣品的內部結構的附加能力。在TEM中，寬束沖擊樣品并且透射穿過樣品的電子被聚焦以形成樣品的影像。樣品必須足夠薄以允許初級束中的許多電子行進穿過樣品并在相反位置上射出。樣品厚度典型地小于100 nm。

在掃描透射電子顯微鏡（STEM）中，初級電子束聚焦到一個細點上，并且該點跨樣品表面被掃描。透射穿過基底的電子由位于樣品遠側的電子檢測器收集起來，并且影像上每個點的強度對應于初級束沖擊表面上的相應點時所收集的電子的數量。

隨著半導體幾何形狀不斷縮小，制造商越來越依賴于透射電子顯微鏡（TEM）來監控過程、分析缺陷，并且研究界面層形態。在此使用的術語“TEM”指代TEM或STEM，并且提及制備用于TEM的樣品，應理解為還包括制備用于在STEM上進行觀察的樣品。因為樣品必須很薄以便用透射電子顯微術觀察（無論是TEM還是STEM），所以樣品的制備是一項精細、耗時的工作。

從大塊樣品材料上切下來的薄TEM樣品稱為“薄層”。薄層厚度典型地小于100 nm，但是對于某些應用而言，薄層必須顯著更薄。就30 nm及以下的先進半導體制作工藝來說，薄層的厚度需小于20 nm，以便避免小型結構之間的重疊。當前，打薄到30 nm以下較為困難且不穩健。樣品的厚度變化導致薄層彎曲、過度銑削，或其他重大缺陷。對于這種薄樣品而言，薄層制備是TEM分析中的一個關鍵步驟，其很大程度上決定了結構表征的質量以及對最小和最關鍵結構的分析。