在聚焦离子束显微镜中进行快速样品制备的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于制备ＴＥＭ样品架（１７０）的样坯（１００），其包括片材（１２０），所述片材包括ＴＥＭ样品架模板（１７０）。片材（１２０）至少有一部分将ＴＥＭ样品架模块（１７０）与片材的其他部分相连。通过在压机中从样坯上切出ＴＥＭ样品架模板（１７０）而形成ＴＥＭ样品架（１７０），所述切削将纳操作器探针末梢（１５０）的针尖（１６０）与所形成的ＴＥＭ样品架（１７０）相接合，所述探针（１５０）的针尖（１６０）上连接有样品，用于在ＴＥＭ中进行检验。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及聚焦离子束(FIB)显微镜的使用，其用于制备样品，供在透射电子显微镜(TEM)中进行后续分析，还涉及便于进行这些活动的装置。
技术介绍
在当前集成电路器件的器件区域和互连叠层中，结构化的人工制品，甚至是某些结构化层可以小到不能用扫描电子显微镜(SEM)中的辅助电子图像或者FIB来进行可靠检测，该显微镜可提供约为3nm的体表面图像分辨率。与之相比，TEM检验可提供更精细的图像分辨率(＜0.1nm)，但是需要安装在3mm直径栅格盘上的样品具有能透过电子(electron transparent)(＜100nm厚度)的部分。后来发展的技术可以用于切出或移走样本以用于检查，该检查很少需要或者不需要在FIB中进行制备之前进行初始半导体模具样品的初步机械制备。这些取样技术包括在FIB室外面进行的“离位”方法，以及在FIB内进行的“原位”方法。这种原位取样技术是一系列FIB研磨和样品移动步骤，用于产生具体与位置相关的样本，用于在TEM或其他分析仪器中进行随后的观察。在原位取样过程中，包含感兴趣区域的材料样品(通常是楔形的)首先通过FIB中的离子束研磨过程从块样品如半导体晶片或模具中完全分离出来。此样品通常为10×5×5μm大小。然后使用内部纳操纵器与离子束辅助化学汽相沉积(CVD)工艺相结合进行取样样品的去除，该CVD工艺可用FIB工具获得。合适的纳操纵器系统是由Dallas，Texas的Omniprobe Inc.，制造的OmniprobeAutoProbe 200。在CVD工艺中所沉积的材料通常为金属或氧化物。然后将TEM样品架定位在FIB的视场中，且用纳操纵器使取样样品降到样品架的边缘。然后用FIB真空室内的CVD金属沉积量将样品固定到TEM样品架上。一旦样品连接到该TEM样品架上，探针针尖就通过离子研磨与样品分离。该方法中涉及包括TEM样品架的操作的部分被称为“样品架连接”步骤。然后可以使用传统的FIB研磨步骤对样品进行研磨，以准备出一个薄的区域，用于进行TEM检验或其他分析。关于原位取样方法的详细介绍可以在美国专利No.6,420,722和6,570,170的说明书中找到。这些专利说明书的内容结合在此作为参考，但它们并不应该被认为由于在此背景部分中提及而构成相对于本专利技术的现有技术。原位取样技术已被广泛使用，因为该方法允许人们利用FIB的独特能力，并将这些能力扩展到对下一代器件中的结构和缺陷进行检验。由于新FIB仪器可获得小的离子束光斑尺寸(例如＜10nm)所以目前的FIB样本制备技术可以在对位置特征有需求的地方提供最好的空间分辨率。这种原位取样方法的变化涉及取样样品的“背面研磨”。这一变化根据“浴帘(shower curtain)”效应这一问题而提出的，其中，在集成电路表面上的非均匀高密度材料会在TEM制备的最终减薄过程后在取样样品上产生不平的面。这些不平的面具有与离子束方向平行的竖直脊，这是由于在样品顶部附近的较密材料具有较慢的离子研磨速度，在此处，顶部被限定为最靠近离子束源的边缘。在集成电路中这种非均匀层是相当普遍的，例如，铜或铝互连布线以及钨质电接触器材。在为TEM检验而减薄的区域中取样样品上的平表面对于TEM技术而言是非常重要的，例如电子全息摄影术。背面研磨包括在最终减薄过程之前将样品倒置，从而集成电路的活性层之中或附近的高密度材料不会再对离子研磨结果产生影响。原位取样过程可以被简化为三个连续的步骤。第一步是使用聚焦离子束研磨来分离样品并将样品从其沟道中取出。第二步是“样品架连接”步骤，在该步骤中，样品在探针针尖上被移动到TEM样品架上。然后被连接到TEM样品架上(通常用离子束诱导的金属沉积)且然后与探针针尖分开。第三步也是最后一步是使用聚焦离子束研磨将样品减薄成能透过电子的薄部分。在用原位取样完成TEM样品的过程中所用的总时间的最重要部分花在样品架连接步骤上。所用的相对时间量取决于将取样样品与初始块样品机械分离所需的时间量(离子束研磨速度)，但是会在TEM样品制备的总时间的30％-60％之间变化。如果除去样品架连接步骤，则可产生一些关键的收益以及与资源相关的好处，因为去除了输送样品以及将TEM样品连接到TEM样品架上的步骤。例如，在没有样品架连接步骤时，半导体晶片能返回到取样紧后面的一个工艺流程中。对样品的减薄可以随后在一个离线FIB中进行。这减少了关键的在线(清洁室)FIB上的负载，这使得更容易实施取样的过程控制，并减少了操作在线FIB的工艺工程人员所需的专业水平。为了去除样品架连接步骤，连接有样品的探针针尖可以通过适当的方法直接与要形成TEM样品架的材料相连，该适当的方法可保持取样样品与探针针尖之间的连接，并防止探针针尖与样品在存储或在TEM中检验的过程中与样品架分离。组件应当不与TEM或其他要用的分析仪器的操作相干涉，并且应当在TEM或其他要用的分析仪器的内部环境中保存得很好。这些适当的方法包括但不限于，使样品架材料或探针针尖材料或二者机械变形；探针针尖与TEM样品架材料的电或热结合(例如，电焊)；用适当的胶或粘结剂将探针针尖与此材料结合；用CVD或蒸发材料将探针针尖与TEM样品架材料结合；或其他适当的手段。这种将连接有样品的探针针尖与TEM样品架进行直接连接的方法可以在FIB或其他分析仪器的真空室之内或之外进行。
技术实现思路
本专利技术的优选实施例包括用于制备TEM样品架的样坯。该样坯包括一个片材，优选为铜或钼，且其表面可以是平的或具有瓦楞结构。该片材包括TEM样品架模板，且该片材至少有一部分将该TEM样品架模板连接到该片材的其他部分。在另一个优选实施例中，TEM样品架模板包括一个具有C形孔的片材。所述C形孔限定出一个环的外周，且C形孔的开口限定出材料槽脊。该槽脊将环连接到该片材上，且有一个通道穿过该片材，其将C形孔连接到片材的边缘。该TEM样品架包括一个环，所述环具有圆周间隙；所述圆周间隙通过将TEM样品架模板压在两个模具中间并从TEM样品架模板上切出圆周间隙而形成。该TEM样品架可进一步包括嵌入在该环中的一个或多个探针针尖，其中每个探针针尖进一步包括一个相连的样品。可以通过对环和和一个或多个尖端施加压力而将探针针尖嵌入到环中，从而使围绕该针尖(shank)的环材料流动，或它们可以使用粘结剂或通过电或热焊接技术连接到TEM样品架上。在另一个优选实施例中，该TEM样品架包括矩形或其他任何几何形状，其可用于保持住一个或多个探针针尖，每个探针针尖包括一个相连的样品。还提供一种制备用于在TEM中进行检查的样品的方法，包括以下步骤将样品连接到探针的末梢；将探针针尖接合到TEM样品架上；以及由探针针尖和TEM样坯形成TEM样品架。本专利技术的优选实施例还包括一种压机，用于从TEM样坯上切出TEM样品架，并将连接有样品的探针针尖接合到该TEM样品架上，所述压机包括外模具；位于外模具内的内模具；与内、外模具相对的靠模杆；与靠模杆同轴布置的剪冲头；将靠模杆朝内模具偏置的下压弹簧；一个响应于靠模杆与内模的接触的触发器或其他机构，以及一个响应于该触发器的致动器，用于朝内、外模具驱动剪冲头。该压机可位于FIB或其他分析仪器的真空室之内或者之外。附图说明图1为本专利技术优选实施例的TEM样坯的平面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备ＴＥＭ样品架的样坯，该样坯包括：片材；该片材包括一个ＴＥＭ样品架模板；和一个或多个穿过所述片材的通道，其将ＴＥＭ样品架模板与所述片材的边缘相连。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-11-11 60/519,046;US 2004-7-22 10/896,5961.一种用于制备TEM样品架的样坯，该样坯包括片材；该片材包括一个TEM样品架模板；和一个或多个穿过所述片材的通道，其将TEM样品架模板与所述片材的边缘相连。2.根据权利要求1所述的样坯，其特征在于，所述片材包括一种金属，其选自下列材料组成的组铜、钼、铝、金、银、镍和铍。3.根据权利要求1所述的样坯，其特征在于，所述片材具有表面瓦楞。4.根据权利要求1所述的样坯，其特征在于，所述样坯还包括对准孔，用于将样坯对准在压机中。5.根据权利要求1所述的样坯，其特征在于，还包括位于所述样坯中的至少一个孔，其限定TEM样品架模板的外边界；所述孔具有一个开口；所述孔的开口限定一个材料槽脊；所述槽脊将TEM样品架模板连接到所述片材；以及穿过所述片材的一个或多个通道，其将所述孔连接到所述片材的边缘。6.根据权利要求5所述的样坯，其特征在于，所述孔为C形。7.根据权利要求5所述的样坯，其特征在于，所述TEM样品架为矩形。8.根据权利要求5所述的样坯，其特征在于，所述孔为矩形。9.一种TEM样品架，所述TEM样品架包括一个环，所述环具有圆周间隙；所述圆周间隙通过从TEM样品架模板上切削出圆周间隙而形成。10.根据权利要求9所述的TEM样品架，其特征在于，所述环由用于制备TEM样品架的样坯中的孔限定；所述孔具有开口；其中所述间隙通过在所述孔的开口处从TEM样品架模板上切削出圆周间隙而形成，从而允许对样品的顶面进行FIB研磨。11.根据权利要求9所述的TEM样品架，其特征在于，所述环由用于制备TEM样品架的样坯中的孔限定；所述孔具有开口；所述间隙通过在大致与所述孔的开口相对的位置处从TEM样品架模板上切削出圆周间隙而形成，从而允许对样品的底面进行FIB研磨。12.根据权利要求9所述的TEM样品架，其特征在于，所述切削操作包括将TEM样品架模板压在两个模具之间。13.根据权利要求9所述的TEM样品架，其特征在于，还包括一个或多个嵌入在所述环中的探针针尖；和一个或多个与所述探针针尖相连的样品。14.根据权利要求13所述的TEM样品架，其特征在于，所述探针针尖通过对环和探针针尖施加压力而嵌入在所述环中，从而使绕着所述探针针尖的环产生塑流。15.一种制备用于在TEM中进行检查的样品的方法，所述方法包括将样本连接到探针末梢的针尖上；将探针针尖接合到TEM样品架样坯上；由探针针尖和TEM样坯形成一个TEM样品架。16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述样品制备成用于在FIB真空室外面进行TEM检查。17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述样品制备成用于在在线FIB真空室内进行TEM检查。18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，将一个或多个探针针尖接合到TEM样坯并形成TEM样品架的步骤还包括在TEM样坯中提供TEM样品架模板；将探针针尖和TEM样坯进行定向，从而使样本在样品架中大约对中；将探针针尖嵌入到TEM样品架模板中；将每个探针针尖的位于TEM样品架模板边界之外的部分切掉；以及从TEM样坯上切出TEM样品架。19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述嵌入步骤还包括对TEM样品架和探针针尖施加压力，以使围绕探针针尖的TEM样品架材料产生塑流。20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述接合步骤还包括将所述探针针尖焊接到所述TEM样品架上。21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述接合步骤还包括用粘结剂将所述探针针尖连接到所述TEM样品架上。22.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述接合步骤还包括用化学汽相沉积法将所述探针针尖连接到所述TEM样品架上。23.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，将探针针尖的位于TEM样品架边界之外的部分切掉的步骤与切出TEM样品架的步骤是同时进行的。24...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯穆尔，
申请(专利权)人：全域探测器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]