[發明專利]自動化樣品定向

有效

• 申請號: 201310566530.8
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103824798B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: J.阿加瓦奇
• 申請（專利權）人: FEI公司
• 主分類號: H01L21/68
• 分類號: H01L21/68
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 馬紅梅,徐紅燕

發明技術領域

本發明涉及樣品的制備以及用于透射電子顯微鏡和掃描透射電子顯微鏡的分析方法。

發明背景

半導體制造例如集成電路的制作通常需使用光刻法。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出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”。該晶片隨后被切成單獨裸片，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到單獨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。這可能包括互連線的寬度和間距、接觸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。工藝工程師必須能精確地測量此些表面特征的臨界尺寸(CD)以對制作過程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斑點上以對有待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，其中該影像中每個點處的亮度由射束沖擊該表面上的相應斑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SEM，TEM還允許分析樣品的內部結構。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(也被稱為薄片)厚度通常小于100nm。

在掃描透射電子顯微鏡(STEM)中，初級電子束聚焦到一個細斑點上，并且跨樣品表面對該斑點進行掃描。透射穿過工件的電子由位于樣品遠側上的電子檢測器收集起來，并且影像上每個點的強度對應于當初級束沖擊表面上的相應點時所收集的電子的數量。

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。此處所用的術語“TEM”是指TEM或STEM并且對制備用于TEM的樣品的引用被理解成還包括制備用于在STEM上觀察的樣品。此處所用的術語“S/TEM”也是指TEM和STEM兩者。

用于制備TEM試樣的幾種技術是眾所周知的。這些技術會涉及到劈裂、化學拋光、機械拋光、或寬束低能離子銑削、或結合上述中的一種或多種。這些技術的缺點在于，它們不是位置特定的并且經常需要將起始材料分成越來越小的片，從而破壞大部分原始樣品。

在測量學中，正確的STEM和TEM分析經常需要精確的晶體對準。按照同樣道理，非晶體材料需要材料堆疊對準。用于晶體結構的對準或非晶體材料的材料堆疊對準的傳統例程涉及到會在定位或傾斜樣品時需要多個聚焦例程的非常耗時的例程。

需要一種使TEM樣品與入射TEM或STEM束或帶電粒子束對準的可重復的方法。一種使樣品對準的不取決于樣品的結晶定向的魯棒且容易的方法的例程會提高分析過程的吞吐量。

發明概述

因此，本發明的目標是提供一種用于對TEM或STEM分析中的樣品進行定向的改進方法。本發明的優選實施例提供了一種選定相關區域、在該相關區域上選擇兩個點、創建這兩個點的影像線以及對該線進行校準使得該影像線垂直于入射的帶電粒子束的方法。

本發明的一些優選實施例提供了一種用于使用來自相關區域的三個點對TEM或STEM分析中的樣品進行定向并且創建可以用于校準樣品的影像平面的方法。