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在聚焦离子束显微镜中进行快速样品制备的方法和装置，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】

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，该检査很少需 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10X5X5lim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 Omniprobe AutoProbe 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(showercurtain)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钩质电接触器材。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 桐。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中进行检査的样品的方法，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备ＴＥＭ样品架的组件，所述组件包括：　至少一个探针末梢，所述探针末梢具有探针针尖；和　压机，用于将每个探针针尖接合到ＴＥＭ样坯上并从该样坯上切出ＴＥＭ样品架。

【技术特征摘要】
US 2003-11-11 60/519,046;US 2004-7-22 10/896,5961.一种用于制备TEM样品架的组件，所述组件包括至少一个探针末梢，所述探针末梢具有探针针尖；和压机，用于将每个探针针尖接合到TEM样坯上并从该样坯上切出TEM样品架。2. 根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述样坯还包括 片材；禾口一个或多个穿过所述片材的探针针尖间隙槽，用于将TEM样品架模板 连接到所述片材的边缘。3. 根据权利要求1所述的组件，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。4. 根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述片材具有表面瓦楞。5. 根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述样坯还包括对准孔，...

【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[]