用于橫截面視圖薄層的背側打薄的高吞吐量TEM制備工藝和硬件制造技術

一種用于TEM樣品制備和分析的方法，該方法可以用于FIB?SEM系統(tǒng)中，而不需要對薄層或機動化的翻轉臺進行重焊、卸載、用戶處理。該方法允許具有典型傾斜臺的雙束FIB?SEM系統(tǒng)用于提取樣品以形成襯底、將樣品安裝至能夠傾斜的TEM樣品支座上、用FIB銑削將該樣品打薄、以及旋轉樣品從而使得樣品面垂直于用于STEM成像的電子柱。

A high throughput TEM fabrication process and hardware for backside thinning of cross-sectional views of thin layers are presented

A method for TEM sample preparation and analysis, this method can be used for FIB SEM system, without the need to flip Taiwan thin layer or motorized heavy welding, unloading, handling user. This method allows with double beam FIB SEM system typical tilt table is used to extract the sample to form a substrate, samples will be installed to the TEM sample holder can tilt the FIB, with the sample thinning, milling and rotating the sample so that the sample surface is perpendicular to the electric Zi Zhu STEM imaging.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于橫截面視圖薄層的背側打薄的高吞吐量TEM制備工藝和硬件
本專利技術涉及用于在帶電粒子束系統(tǒng)中觀察的樣品的制備。
技術介紹
帶電粒子束顯微術（如掃描離子顯微術和電子顯微術）提供了比光學顯微術顯著更高的分辨率和更大的焦深。在掃描電子顯微鏡（SEM）中，初級電子束被聚焦到對有待觀察的表面進行掃描的細斑點。當表面被初級電子束沖擊時，從該表面發(fā)出次級電子。檢測次級電子并形成圖像，其中，該圖像上每個點處的亮度由束沖擊表面上的相應斑點時檢測到的次級電子的數量來確定。掃描離子顯微術（SIM）與掃描電子顯微術類似，但是離子束用于掃描表面并發(fā)射次級電子。在透射電子顯微鏡（TEM）中，寬電子束沖擊樣品，并且透射穿過樣品的電子被聚焦以形成樣品的圖像。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。樣品厚度通常小于100nm。在掃描透射電子顯微鏡（STEM）中，初級電子束被聚焦到細斑點上，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，并且圖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），所以樣品的制備會是一項精細、耗時的工作。如此處所用的術語“TEM”樣品是指用于或者TEM或者STEM的樣品，并且對制備用于TEM的樣品的引用將被理解成還包括制備用于在STEM上觀察的樣品。TEM樣品厚度通常小于100nm，但對于一些應用而言，樣品必須薄很多。樣品的厚度變化導致樣品彎曲、過度銑削、或其他災難性的缺陷。對于此類小樣品而言，制備是TEM分析中的關鍵步驟，TEM分析重要地確定結構表征的質量和最小和最關鍵結構的分析。圖1示出了一種典型的TEM樣品支座100，通常被稱為“柵格”，包括部分為圓形的3mm的環(huán)。在一些應用中，通過離子束沉積或者粘合劑將樣品104附裝到TEM柵格的指狀物106上。樣品從指狀物106延伸，從而使得在TEM中（未示出），電子束將具有一條穿過樣品104到達該樣品下方的檢測器的自由路徑。TEM柵格通常水平地安裝到TEM中的樣品支座上，其中，TEM柵格的平面（并且從而所附裝的樣品的平面）垂直于電子束，并且觀察樣品。圖2示出了TEM樣品200的橫截面視圖，使用一種典型工藝從襯底或工件202部分地提取樣品。離子束204在有待提取的樣品的兩側切割出溝槽206和208，留下薄層210，該薄層具有將通過電子束觀察的主要表面212。然后通過相對于離子束將工件202傾斜并環(huán)繞其各側及底部進行切割以將樣品200釋放。探針216在樣品200被釋放之前或之后附裝至該樣品的頂部，并將該樣品運送至TEM柵格。圖2示出了樣品200，該樣品幾乎被完全釋放，剩下在一側通過接片218附裝。圖2示出了準備將接片218切斷的離子束204。取決于樣品在工件上是怎樣定向的，TEM樣品可以廣義地分類為“橫截面視圖”樣品或“平面視圖”樣品。如果有待觀察的樣品面平行于工件的表面，則樣品被稱為“平面視圖（planarview）”或“平面視圖（planview）”樣品。如果有待觀察的面與工件表面垂直，樣品被稱為“橫截面視圖”樣品。圖3示出了襯底或工件300，從該襯底或工件提取橫截面視圖樣品302。樣品302被來自相反方向的兩次交叉的離子束切割306A和306B而切下，并且然后離子束切割側308A和308B以釋放在觀察之前需要額外打薄的“大塊”或大的樣品。將探針310附裝至樣品的頂面304上。因此，所提取的樣品被水平地定向。在樣品以水平定向附裝于豎直定向的TEM柵格上的情況下，樣品垂直于該柵格的平面延伸，并且樣品的頂面304對于用FIB從頂側打薄沒有障礙。從頂側將TEM樣品打薄通常稱為“自頂向下”打薄。從頂側制備TEM樣品的顯著問題通常被稱為“垂落（curtaining）”。在半導體材料中最常觀察到垂落，在半導體材料中，具有低濺射產額的材料的多個圖案化的層阻擋更快濺射產額的材料。在展示不同地形區(qū)域的材料中也可以觀察到垂落，在這些材料中，濺射產額的變化隨銑削入射角而不同。具有這些類型的結構或密度變化的樣品的FIB打薄將引起“垂落”從密度變化結構的底部（即金屬線）沿著被銑削的橫截面的面向下蔓延。垂落人為現(xiàn)象降低了TEM成像的質量并限制了試樣最小有用厚度。對于此處定義為具有小于30nm厚度的樣品的超薄TEM樣品，明顯地，兩個橫截面的面非?？拷?，所以垂落影響造成的厚度變化會導致樣品不可用。為了將TEM樣品制備中的垂落最小化，眾所周知的是倒置樣品使得樣品（體硅）的底部或背側面向FIB柱。由于樣品的大部分將不具有嵌入特征（如金屬線或晶體管），垂落人為現(xiàn)象將不會被引入包含關注區(qū)域的樣品面的部分內，即，半導體的頂面上的電路層。雖然此技術在TEM樣品的制備中相當有效，但在常規(guī)的FIB系統(tǒng)中很難暴露并打薄橫截面樣品的背側。在不具有昂貴的翻轉臺的系統(tǒng)中，通常需要兩次或甚至三次單獨的探針操縱和焊接以在不使真空通氣和卸載的情況下倒置樣品。用于完成樣品倒置的現(xiàn)有技術和裝置需要或者昂貴的附加設備或者耗時的額外操縱和焊接步驟，或甚至真空外的手動樣品操縱。所需要的是一種用于包括背側打薄的TEM樣品制備的改進方法，該方法可以與常規(guī)樣品臺一起使用而不需要使用昂貴的附加設備并且可以更加快速地執(zhí)行而不需要破壞真空。
技術實現(xiàn)思路
因此，本專利技術的目的是提供背側（硅側）被打薄的橫截面視圖TEM薄層，可以在不對薄層用鑷子鉗、重焊、或用戶處理的情況下創(chuàng)建該薄層并將其打薄。本專利技術的優(yōu)選實施例允許用于薄層創(chuàng)建和分析的雙束FIB-SEM系統(tǒng)用于從襯底提取樣品、將樣品安裝至TEM樣品支座上、用FIB銑削將樣品打薄、并可選地旋轉樣品從而使得樣品面或適當的表面基本上與用于STEM成像的電子柱垂直，該雙束FIB-SEM系統(tǒng)具有被定向為相對于水平方向在0和90度之間的某個角度的提出式探針。為了可以更好地理解以下本專利技術的詳細說明，上文已經相當廣泛地概述了本專利技術的特征和技術優(yōu)點。下文將描述本專利技術的附加特征和優(yōu)點。本領域技術人員應認識到所公開的概念和具體實施例可容易地用作修改或設計用于實施本專利技術相同目的其他結構的基礎。本領域的技術人員還應認識到這些同等構造不脫離如所附權利要求書中所闡明的本專利技術的精神和范圍。附圖說明為了更加徹底地理解本專利技術及其優(yōu)點，現(xiàn)在結合附圖參考以下說明，其中：圖1示出了典型的TEM樣品支座，該支座包括部分是圓形的環(huán)。圖2示出了TEM樣品的橫截面視圖，使用一種典型工藝從襯底部分地提取樣品。圖3示出了使用一種典型工藝從襯底部分地提取的平面視圖樣品。圖4A為流程圖，示出了根據本專利技術的優(yōu)選實施例創(chuàng)建背側被打薄的橫截面樣品并使其成像的步驟。圖4B為流程圖，示出了根據本專利技術的優(yōu)選實施例創(chuàng)建背側被打薄的橫截面樣品并使其成像的步驟，其中，提出式探針相對于樣品處于任意角度。圖5A是附裝至從襯底釋放的樣品上的提出式探針的示意性橫截面圖。圖5B是附裝至樣品上的提出式探針的示意圖，其中，該探針相對于樣品的表面處于一個角度。圖5C是圖5B中的樣品在探針繞其軸旋轉180度之后的示意圖。圖5D是圖5C中的樣品在其附裝至樣品支座柵格之后的示意圖。圖5E是被返回中間位置的樣品支座柵格的示意圖。圖5本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于制備樣品以用于成像的方法，該樣品從工件形成并具有頂側和背側，通過使用從該背側引導的離子束將該樣品打薄而制備該樣品以用于成像，該方法包括：將探針附裝至該樣品的頂側上，該探針與該樣品的頂面形成第一角度；從該工件提取該樣品；將該探針旋轉180度，從而將該樣品的頂面的定向從水平位置改變至調換位置；將該樣品附裝至可傾斜的樣品支座上，從而使得該樣品的頂面與樣品支座的平面垂直；將該樣品支座傾斜，從而使得該樣品支座的平面被定向為相對于樣品臺在90度，其中，該樣品的背側背朝該樣品臺；將該樣品臺傾斜，使得該樣品的頂面被定向為與FIB柱的光軸近似地垂直，其中，該樣品的背側面朝該FIB柱；通過使用該離子束從該背側銑削該樣品來從該樣品的第一側將該樣品打?。粚⑴_旋轉180度；以及通過使用該離子束從該背側銑削該樣品來從該樣品的第二側將該樣品打薄，所述從該第二側將該第二側打薄產生表面，該表面與通過從該第一側將該樣品打薄所產生的表面平行。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2011.12.01 US 61/565506;2011.12.09 US 61/5690891.一種用于制備樣品以用于成像的方法，該樣品從工件形成并具有頂側和背側，通過使用從該背側引導的離子束將該樣品打薄而制備該樣品以用于成像，該方法包括：將探針附裝至該樣品的頂側上，該探針與該樣品的頂面形成第一角度；從該工件提取該樣品；將該探針旋轉180度，從而將該樣品的頂面的定向從水平位置改變至調換位置；將該樣品附裝至可傾斜的樣品支座上，從而使得該樣品的頂面與樣品支座的平面垂直；將該樣品支座傾斜，從而使得該樣品支座的平面被定向為相對于樣品臺在90度，其中，該樣品的背側背朝該樣品臺；將該樣品臺傾斜，使得該樣品的頂面被定向為與FIB柱的光軸近似地垂直，其中，該樣品的背側面朝該FIB柱；通過使用該離子束從該背側銑削該樣品來從該樣品的第一側將該樣品打薄；將臺旋轉180度；以及通過使用該離子束從該背側銑削該樣品來從該樣品的第二側將該樣品打薄，所述從該第二側將該第二側打薄產生表面，...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：P基迪，B彼得森，G達斯，C亨利，L德沃金，J布萊克伍德，S斯通，M施米德特，
申請(專利權)人：FEI公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國,US