用于对样品去层以对样品进行逆向工程的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于对样品去层以对样品进行逆向工程的系统和方法。其中，所述样品的暴露表面包括多种材料，所述系统包括：离子束打磨机；去层反馈机制；和控制系统，所述控制系统与所述离子束打磨机和所述去层反馈机制可操纵地通信，以基于所述反馈机制自动控制所述离子束打磨机的一个或更多个操作参数，从而使用所述离子束打磨机的离子束以相等的离子束移除速率移除所述多种材料中的每种材料，以从所述样品的所述暴露表面移除具有恒定厚度的平坦的层，其中，从所述样品的每个新暴露的表面获取表面数据，以用于对至少一部分的所述样品进行逆向工程。

【技术实现步骤摘要】
分案申请本申请是申请日为2012年11月12日、专利技术名称为“用于对样品进行离子束去层的方法和系统及对其的控制”的申请号为201210450966.6的专利申请的分案申请。
本专利技术总体上涉及使用离子束打磨机来对样品进行去层，具体涉及使用宽幅离子束打磨机通过选择性地将样品的层的一种或多种材料移除来除去所述层，且具体涉及对其的控制。
技术介绍
在移除诸如半导体芯片(semiconductordie)等样品中的层时，涉及到将包括金属和电介质的集成电路中的很少量且很薄的层移除，以便以精确且可控的方式让下层电路露出。典型的方法包括：湿式化学蚀刻、干式(等离子体)蚀刻、以及机械抛光或物理磨蚀。机械抛光是通过如下方式来执行的：使用抛光垫和磨料浆对样品手动抛光，以将样品的表面侵蚀到所需的程度。在这一过程中所面临的问题是外围和表面的侵蚀不均匀，在这方面举例来说，铜比SiO2移除得慢。这就会导致：由于施加在不同点处的压力的大小有差异，或者在对样品进行加工的期间内该样品的要素密度(featuredensity)有差异，因而对于给定表面的移除是不均匀的。湿式(化学)蚀刻是通过如下方式来执行的：使用化学制剂并将样品浸入该化学制剂中，引起化学反应以从样品表面移除材料。这很难控制，其原因是该化学制剂对样品中的不同材料进行蚀刻时的速率有差异，而且，材料界面可能受到严重影响，这再次导致了对材料的移除的不均匀。干式(等离子体)蚀刻是通过如下方式来执行的：使用非活性气体和/或活性气体的组合，在强电场中在真空环境下电离。活性离子引起样品上的化学反应和物理轰击，由此从样品移除材料；而非活性离子仅引起对样品的物理轰击，且由此侵蚀(敲击掉)样品。材料密度的不均匀性和蚀刻物质浓度(etchspeciesconcentration)的不均匀性不利地影响了蚀刻速率和后续的移除过程。离子束打磨也用于通过蚀刻或打磨样品来移除样品中的材料。离子束打磨也可用于半导体工业中的其它各种目的，例如膜沉积、或者表面改性或表面活化。使用具有活性气体和非活性气体的离子束源，将源气体离子化，提取正离子且让这些正离子向驻留在真空腔室中的可旋转冷却台上的样品加速。可以调整样品台的角度，以实现离子在样品表面上的所期望作用。本领域已知有各种各样的离子打磨系统，例如，聚焦离子束打磨(FocussedIonBeamMilling；FIB)系统和宽幅离子束打磨(BroadIonBeamMilling；BIB)系统。通常具有镓离子的很窄(小直径)的离子束被用在FIB系统中，用于移除样品(通常在半导体集成电路上)中的精确位置上的材料，也用于在IC上沉积新的材料。这被用来编辑电路，变更连接的路线以便修补损坏或引入新功能。FIB系统也被用来横剖样品，构建新的物理结构，以及在极小的尺度上物理地成形材料(微加工)。由离子束成形的典型区域将会以微米计量，或者至多几十微米。保持样品静止不动，同时用离子束来回扫描。离子束与样品所成的角度可以通过让样品倾斜来控制。由于FIB系统的打磨速率相对较慢，所以能够被FIB实际上改性的目标区域被局限得很小。此外，关于小扫描束还有许多其它方面使得很难准确地对较大的区域改性，这些方面包括停留时间(dwelltime)、重叠区域、各扫描之间的接近、以及各要素，所有这些都会例如因为很窄的离子束掠过样品(例如，集成电路)的整个表面而恶化。中等直径的离子束(毫米级)通常被用于“清扫”样品，消除在此前的各步骤中产生的表面损害。一个示例是：在透射电子显微镜(TEM)样品制备阶段，使用物理磨料将样品抛光直至很薄，然后中等直径的离子束(通常使用氩离子)被用来磨蚀该样品表面，并轻轻地打磨掉(纳米级厚度的)薄层。保持离子束静止不动，与此同时，通常是让样品旋转或来回扫描，或者让样品既旋转又来回扫描。通常可以通过移动离子枪来调整离子束与样品所成的角度。被打磨的区域以几百微米计量或以毫米计量。最后，宽幅离子束打磨系统(直径为厘米级)也被用在半导体器件的制造过程中。对样品的层加掩模，当样品暴露在离子束下时，没有被掩模保护的较大区域上的材料被移除。离子枪是静止不动的，但是样品可以旋转并倾斜至不同的角度。被打磨的区域以厘米计量。被移除的材料在性质上通常是同质的(单种材料的层或单种化合物的层被打磨直到被移除)。BIB打磨机局限于移除同质材料层，因为对于给定的同质层而言，移除速率保持为恒定，直到触及下一层为止。BIB打磨离子枪与该离子枪前部的“栅格(grid)”或“场(field)”相关联，这些“栅格”或“场”能够改变离子束的参数。宽束离子枪应用中的典型的束发散度在5至20cm的范围内。典型地，集成电路(IC)中的宽幅离子束应用包括当在IC上构建结构时进行的沉积或去层(delayering)。在沉积应用中，宽幅离子束射向材料源。离子束轰击材料源，并使材料源的原子喷射出来。将基板置于如下位置处：所喷射的材料源会在该位置处以大致均匀的方式碰击并且结合为层。基板可以线性移动(沿着x方向、y方向和z方向)并且旋转(绕着x轴、y轴和z轴---这应该包括基板的关于所喷射材料源的主要作用方向的倾斜角度的变化)。掩模可以被用来在基板上创建预定的结构。可替代地，材料可以预先按照预定图案沉积在掩模上，且在移除了该掩模时，使得所沉积的材料以上述预定图案的负像(negativeimage)的方式保留在基板上。在材料移除应用中，宽幅离子束射向样品，按照非选择性的方式移除样品材料。一般而言，掩模被提前施加在样品上，或者掩模材料按照预定图案预先沉积在样品上。公知的系统被配置用来在不侵蚀掩模或该掩模下面的样品的前提下，不加任何选择地移除该样品的同质材料层，从而易于在IC上创建结构。可以调整样品的角度以使大致上同质的材料层的移除速率最大化。端点检测系统也可以用来检测出何时已经基本上移除了上述大致同质的材料层以及何时正要移除下一层的材料，在此时刻，停止移除。美国专利申请No.11/205,522披露了“MethodofReworkingStructuresIncorporatingLow-KDielectricMaterials(对含有低介电常数的电介质材料的结构进行再加工的方法)”。美国专利申请No.11/661,201披露了“DirectedMult-DeflectedIonBeamMillingofaworkPieceandDeterminingandControllingExtentThereof(工件的定向多偏离离子束打磨以及确定并控制其程度)”。此外，美国专利No.5,926,688披露了“MethodofRemovingThinFilmLayersofaSemiconductorComponent(移除半导体部件的薄膜层的方法)”。然而，这些已提及的专利中没有任何一件专利克服了在对样品进行去层的一般领域中的缺点。因此，需要能够克服对样品进行去层的一般领域中的一些缺点的方法和系统。这里提供这些
技术介绍
信息是为了披露本申请人认为的可能与本技术相关的信息。既没有必要也不应该将前述的任何信息解释为构成了对抗本专利技术的现有技术。
技术实现思路
本技术的目的是提供用于对样品进行离子束去层的方法和系统以及对其的控制。根据本技术的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对样品去层以对所述样品进行逆向工程的系统，其中，所述样品的暴露表面包括多种材料，所述系统包括：离子束打磨机；去层反馈机制；和控制系统，所述控制系统与所述离子束打磨机和所述去层反馈机制可操纵地通信，以基于所述反馈机制自动控制所述离子束打磨机的一个或更多个操作参数，从而使用所述离子束打磨机的离子束以相等的离子束移除速率移除所述多种材料中的每种材料，以从所述样品的所述暴露表面移除具有恒定厚度的平坦的层，其中，从所述样品的每个新暴露的表面获取表面数据，以用于对至少一部分的所述样品进行逆向工程。

【技术特征摘要】
2011.11.10 US 61/558,4181.一种用于对样品去层以对所述样品进行逆向工程的系统，其中，所述样品的暴露表面包括多种材料，所述系统包括：离子束打磨机；去层反馈机制；和控制系统，所述控制系统与所述离子束打磨机和所述去层反馈机制可操纵地通信，以基于所述反馈机制自动控制所述离子束打磨机的一个或更多个操作参数，从而使用所述离子束打磨机的离子束以相等的离子束移除速率移除所述多种材料中的每种材料，以从所述样品的所述暴露表面移除具有恒定厚度的平坦的层，其中，从所述样品的每个新暴露的表面获取表面数据，以用于对至少一部分的所述样品进行逆向工程。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述去层反馈机制包括实时反馈机制，并且其中，所述控制系统基于所述实时反馈机制实时地自动调整所述一个或更多个操作参数。3.如权利要求1或2所述的系统，其中所述反馈机制包括去层材料检测元件。4.如权利要求3所述的系统，其中，所述去层材料检测元件能够操作以自动确定去层速率的变化和去层材料的变化中的至少一者，并且其中，所述控制系统能够操作以根据所述确定自动调整所述一个或更多个操作参数。5.如权利要求3所述的系统，其中，所述去层材料检测元件包括二次离子质谱(SIMS)。6.一种使用离子束打磨机对样品进行逆向工程的方法，所述方法包括：识别所述样品的暴露表面中的多种材料以及对应于每种所述材料的离子束移除速率的一个或更多个操作参数；操纵所述离子束打磨机；通过去层反馈机制测量样品去层变化；基于所测量的所述样品去层变化自动调整所识别的所述一个或更多个操作参数，以使用来自所述离子束打磨机的离子束以相等的离子束移除速率同时移除所述多种材料中的每种材料，从而从所述样品的所述暴露表面移除具有恒定厚度的平坦的层；从所述样品的新暴露的表面获取表面数据；以及针对至少再一层重复上述识别、操纵和获取步骤，所获取的表面数据用于对至少一部分的所述样品进行逆向工程。7.如权利要求6所述的方法，其中，所述去层反馈机制包括实时反馈机制，并且其中，所述测量步骤和所述调整步骤是实时执行的。8.如权利要求6或7所述的方法，其中，所述反馈机制包括去层材料检测元件，以检测去层材料和材料去层速率中至少一者的变化。9.如权利要求6所述的方法，还包括：使用所获得的表面数据生成层次化电路示意图。10.如权利要求6所述的方法，其中，所述离子束在活性气体的存在下进行操作。11.如权利要求6所述的方法，其中，所述离子束在非活性气体的存在下进行操作。12.如权利要求6所述的方法，其中，所述离子束打磨机是宽幅离子束打磨机或聚焦离子束打磨机。13.如权利要求6所述的方法，其中，所述平坦的层的厚度小于所述平坦的层的长度或宽度。14.如权利要求13所述的方法，其中所述平坦的层的表面面积在5至20平方厘米的范围中。15.如权利要求6所述的方法，其中所述离子束使用活性离子。16.如权利要求6所述的方法，其中所述离子束使用非活性离子。17.一种用于对样品去层以对所述样品进行逆向工程的系统，其中所述样品的暴露表面包括多种材料，所述系统包括：离子束打磨机；去层反馈机制；以及控制系统，所述控制系统与所述离子束打磨机和所述去层反馈机制可操纵地通信，以基于所述反馈机...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·K·福斯特，克里斯托弗·帕沃夫伊兹，贾森·阿布特，伊恩·琼斯，海因茨·约瑟夫·内特威切，
申请(专利权)人：泰科英赛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA