專利名稱：制備樣品的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制備透射電子顯微鏡的樣品的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
透射電子顯微鏡(TEM)是通過電子束透射穿過薄樣品并且在其通過時與樣本相互作用的技術(shù)。通過電子透射穿過樣本的相互作用能夠形成高分辨率圖像。薄樣品可以具有幾納米的厚度。TEM樣品的制備可以通過接納或加工與樣品夾持器相連接的樣品開始。樣品和樣品夾持器的組合在被離子研磨之前被稱作初始樣品。樣品夾持器厚度大于幾微米，并且可以由操縱器控制。樣品夾持器通過粘合或其它方式與樣品相連。樣品的邊緣區(qū)域-或樣品的接近邊緣區(qū)域的區(qū)域可以通過機(jī)械處理減薄，并且進(jìn)一步由離子減薄機(jī)減薄，以提供一片非常薄的區(qū)域，其對電子透明并用作TEM樣
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ΡΠ O圖1描述了現(xiàn)有技術(shù)的初始樣品21。初始樣品21包括樣品夾持器四和樣品觀。 樣品夾持器四的形狀為半圓形。樣品夾持器四的直線邊緣與樣品觀的第一邊緣相連。樣品觀的上部部分被減薄以提供一片預(yù)先減薄區(qū)域21 O)，其末端為邊緣25。預(yù)先減薄區(qū)域21 (2)具有深度(高度)21 (7)和寬度21 (3)。預(yù)先減薄區(qū)域21 (2) 包括關(guān)注區(qū)域2K4)，該關(guān)注區(qū)域具有應(yīng)包含在TEM樣品中的目標(biāo)21 (5)。存在用于為透射電子顯微鏡提供產(chǎn)生薄樣品的方法和系統(tǒng)的增長性需求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實施例可以提供一種制備樣品的方法，該方法可以包括a.通過操縱器接納掩模和初始樣品。b.通過操縱器將掩模和初始樣品定位于成像裝置前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向成像裝置。c.通過操縱器對準(zhǔn)掩模和初始樣品，使得掩模覆蓋初始樣品的邊緣區(qū)域的被掩模部分，同時保持初始樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分不被覆蓋。該對準(zhǔn)可以包括由成像裝置獲取掩模和初始樣品的圖像。d.通過操縱器將掩模和初始樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向離子減薄機(jī)，同時不改變掩模和初始樣品之間的空間關(guān)系。e.在用掩模覆蓋被掩模部分的同時，通過離子減薄機(jī)研磨初始樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，以提供部分被研磨的樣品。
f.通過操縱器將掩模和初始樣品定位于成像裝置前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面面向成像裝置。第二側(cè)面不同于第一側(cè)面。第一側(cè)面和第二側(cè)面可以是邊緣區(qū)域的相對的側(cè)面。g.通過操縱器對準(zhǔn)掩模和初始樣品，使得掩模覆蓋部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的被掩模部分，同時保持部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分不被覆蓋。對準(zhǔn)可以包括通過成像裝置獲取掩模和部分被研磨的樣品的圖像。h.通過操縱器將掩模和部分被研磨的樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面面向離子減薄機(jī)，同時不改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系。i.通過離子減薄機(jī)研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，同時用掩模覆蓋被掩模部分，以提供被研磨的樣品。將掩模和初始樣品定位于離子減薄機(jī)前可以包括通過操縱器旋轉(zhuǎn)掩模和初始樣
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ΡΠ O部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分的研磨可以包括在研磨期間由成像裝置的透射檢測器監(jiān)測被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的厚度。該方法可以包括基于在研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域期間所獲取的厚度反饋信息，改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系。因此，為了去除之前覆蓋的區(qū)域， 可以去除掩模來暴露掩模區(qū)域的之前覆蓋的區(qū)域，并且因此減薄的邊緣區(qū)域至期望的厚度。該方法可以包括基于在研磨部分被研磨的樣品之后所獲取的厚度反饋信息，改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系。因此，可以移動掩模以暴露掩模區(qū)域中預(yù)先被掩模的區(qū)域，以便去除預(yù)先被掩模的區(qū)域，因此減薄的邊緣區(qū)域至期望的厚度。成像裝置的光軸可以垂直于研磨工具的光軸。操縱器可以旋轉(zhuǎn)掩模和初始樣品90 度，以使它們面向離子減薄機(jī)。該方法可包括a.通過操縱器定位掩模和初始樣品使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面垂直于成像裝置的光軸。b通過操縱器將掩模和初始樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面垂直于離子減薄機(jī)的光軸。c.通過操縱器將掩模和初始樣品定位于成像裝置前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面垂直于成像裝置的光軸。以及d.通過操縱器將掩模和部分被研磨的樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面垂直于離子減薄機(jī)的光軸。初始樣品的邊緣區(qū)域可具有至少1微米的厚度，并且其中被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的厚度不超過50納米。研磨可包括在繞離子減薄機(jī)的光軸旋轉(zhuǎn)研磨束的同時研磨樣品。該方法可包括通過離子研磨去除部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分。該方法可包括基于部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的厚度，停止研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域。
該方法可包括由成像裝置的透射檢測器監(jiān)測部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的厚度。該方法可包括將由成像裝置的透射檢測器輸出的電流與電流值和厚度值之間的預(yù)定關(guān)系相比較。該方法可包括a.通過操縱器將掩模和被研磨的樣品定位于成像裝置前，使得掩模和被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向成像裝置。b.通過操縱器對準(zhǔn)掩模和被研磨的樣品，使得掩模覆蓋被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的被掩模部分，同時保持被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分不被覆蓋。對準(zhǔn)可包括由成像裝置獲取掩模和被研磨的樣品的圖像。c.通過操縱器將掩模和被研磨的樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向離子減薄機(jī)；同時不改變掩模和被研磨的樣品之間的空間關(guān)系。d.在用掩模覆蓋被掩模部分的同時，通過離子減薄機(jī)研磨被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，以提供進(jìn)一步被研磨的樣品?？捎沙上裱b置執(zhí)行圖像的獲取，成像裝置是光學(xué)裝置、掃描電子顯微鏡、或光學(xué)裝置和掃描電子顯微鏡的組合。該方法可包括由反散射電子檢測器監(jiān)測初始樣品的研磨過程；并通過透射檢測器監(jiān)測部分被研磨的樣品的研磨的完成。該方法可包括當(dāng)達(dá)到部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的期望的厚度時，自動停止研磨部分被研磨的樣品。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供樣品制備系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)可包括操縱器、成像裝置、 和離子減薄機(jī)。a.操縱器可被設(shè)置成1.接納掩模和初始樣品。2.將掩模和初始樣品定位于成像裝置前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向成像裝置。3.參與掩模和初始樣品的對準(zhǔn)，使得掩模覆蓋初始樣品的邊緣區(qū)域的被掩模部分，同時保持初始樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分不被覆蓋。操縱器通過將掩模和初始樣品定位備要求的位置上來參與對準(zhǔn)過程。對準(zhǔn)過程可進(jìn)一步需要獲取掩模和初始樣品的圖像、 圖像處理和向操縱器提供指令(來自操作者、來自控制器、手動或自動地)。4.將掩模和初始樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向離子減薄機(jī)；同時不改變掩模和初始樣品之間的空間關(guān)系。b.離子減薄機(jī)可被設(shè)置成在用掩模覆蓋被掩模部分的同時，研磨初始樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，以提供部分被研磨的樣品。c.操縱器進(jìn)一步被設(shè)置成1.將掩模和初始樣品定位于成像裝置前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面面向成像裝置；其中第二側(cè)面不同于第一側(cè)面。2.參與掩模和部分被研磨的樣品的對準(zhǔn)，使得掩模覆蓋部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的被掩模部分，同時保持部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分不被覆蓋。操縱器通過定位掩模和部分被研磨的樣品在需要的位置上來參與對準(zhǔn)過程。對準(zhǔn)過程可進(jìn)一步要求獲取掩模和部分被研磨的樣品的圖像、處理圖像和向操縱器提供指令(來自操作者、來自控制器、手動或自動地)。3.將掩模和部分被研磨的樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面面向離子減薄機(jī)，同時不改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系。d.離子減薄機(jī)可進(jìn)一步步適于在用掩模來覆蓋被掩模部分的同時，研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，以提供被研磨的樣品。e.成像裝置可被設(shè)置成1.在對準(zhǔn)掩模和初始樣品期間，獲取掩模和初始樣品的圖像。2.在對準(zhǔn)掩模和部分被研磨的樣品期間，獲取掩模和部分被研磨的樣品的圖像。成像裝置可以是光學(xué)裝置、掃描電子顯微鏡、或者其組合。系統(tǒng)操縱器可被設(shè)置成旋轉(zhuǎn)掩模和初始樣品直到掩模和初始樣品面向離子減薄機(jī)。成像裝置可包括透射檢測器，其可被設(shè)置成在研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分期間，提供指示部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分的厚度的檢測信號。操縱器可被設(shè)置成基于在部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的研磨期間獲取的厚度反饋信息，改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系。該系統(tǒng)可包括，其中操縱器被設(shè)置成基于在部分被研磨的樣品研磨之后獲取的厚度反饋信息，改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系。成像裝置的光軸可垂直于研磨工具的光軸，并且其中，操縱器可被設(shè)置成旋轉(zhuǎn)掩模和初始樣品直到掩模和初始樣品面向離子減薄機(jī)。操縱器可被設(shè)置成a.定位掩模和初始樣品，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面垂直于成像裝置的光軸。b.將掩模和初始樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面垂直于離子減薄機(jī)的光軸。c.將掩模和初始樣品定位于成像裝置前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面垂直于成像裝置的光軸。d.將掩模和部分被研磨的樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面垂直于離子減薄機(jī)的光軸。初始樣品的邊緣區(qū)域可具有至少1微米的厚度，其中系統(tǒng)可被設(shè)置成研磨被研磨的樣品的邊緣區(qū)域直到被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的厚度不超過50納米。 離子減薄機(jī)可被設(shè)置成在繞離子減薄機(jī)的光軸旋轉(zhuǎn)研磨束的同時進(jìn)行研磨。離子減薄機(jī)可被設(shè)置成去除部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分。該系統(tǒng)可包括控制器，其可被設(shè)置成基于部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的厚度， 停止研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域。該系統(tǒng)可包括透射檢測器，其可被設(shè)置成輔助監(jiān)測部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域
9的厚度。透射檢測器通過提供指示樣品邊緣區(qū)域的厚度的檢測信號來輔助監(jiān)測。檢測信號代表已知厚度，因此能夠被處理以檢測邊緣區(qū)域的實際厚度。該系統(tǒng)可包括控制器，其可被設(shè)置成將由成像裝置的透射檢測器輸出的電流與電流值和厚度值之間的預(yù)定關(guān)系進(jìn)行比較。該系統(tǒng)可包括反散射電子檢測器，其被設(shè)置成參與監(jiān)測初始樣品的研磨過程；以及透射檢測器，其可被設(shè)置成輔助監(jiān)測部分被研磨的樣品的研磨的完成。該系統(tǒng)可包括控制器，其可被設(shè)置成當(dāng)部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域達(dá)到期望的厚度時，自動停止研磨部分被研磨的樣品。離子減薄機(jī)可被進(jìn)一步被設(shè)置成在用掩模來覆蓋被掩模部分的同時，研磨被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，以提供進(jìn)一步被研磨的樣品。操縱器可被進(jìn)一步設(shè)置成a.將掩模和被研磨的樣品定位于成像裝置前，使得掩模和被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向成像裝置。b.參與掩模和被研磨的樣品的對準(zhǔn)，使得在保持被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分不被覆蓋的同時，掩模覆蓋被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的被掩模部分。c.將掩模和被研磨的樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向離子減薄機(jī)，同時不改變掩模和被研磨的樣品之間的空間關(guān)系。


將參考附圖僅通過例子描述本發(fā)明的更多細(xì)節(jié)、方面和實施例。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記用于標(biāo)識相同或功能上類似的元件。為了簡化和清楚的目的示出附圖中的元件并且沒有必要按比例畫出這些元件。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的初始樣品；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例在對準(zhǔn)步驟期間系統(tǒng)的一部分；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例在第一研磨順序期間系統(tǒng)的一部分；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例在第二研磨順序期間系統(tǒng)的一部分；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的研磨樣品；
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的操縱器；
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的樣品夾持器、初始樣品和操縱器的-
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的樣品夾持器；
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的各種的結(jié)構(gòu)元件以及操縱器發(fā)動機(jī)
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)；
圖11A-11D示出了根據(jù)本發(fā)明的各實施例的系統(tǒng)的部分；
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子減薄機(jī)；
圖13A-13D示出了根據(jù)本發(fā)明的各實施例的氣塞組件；
圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法；以及
圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法。
具體實施方式
通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明上述和其它目的、特征和優(yōu)點將變得更加清楚。附圖中，相似的附圖標(biāo)記在不同的視圖中表示相似的元件。因為本發(fā)明的示例性實施例在很大一部分都可通過使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的電子部件和電路來實施，考慮到對于本發(fā)明潛在的概念的理解和評價的必要性，細(xì)節(jié)不會再作任何過多程度的解釋，目的在于不混亂或背離本發(fā)明的教導(dǎo)。術(shù)語邊緣區(qū)域可具有其常規(guī)的含義。可以理解為靠近邊緣的區(qū)域或者由邊緣界定的區(qū)域。樣品的邊緣區(qū)域可以靠近樣品的邊緣或者由邊緣界定。它可以包括目標(biāo)物。樣品的邊緣區(qū)域可通過離子減薄來減薄，以形成TEM樣品。邊緣區(qū)域的厚度在研磨后可以低于 51納米。它的寬度和長度可以超過一個或多個微米，但是也可以提供其它的尺寸。所示的邊緣區(qū)域具有矩形形狀，但不必限于此，并且它也可以具有其它形狀。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種方法。該方法包括a.產(chǎn)生或接納一個掩模。掩?？梢酝ㄟ^微裂工藝制備，以提供高精度的掩模。b.接納或產(chǎn)生一個初始樣品，該初始樣品(靠近其邊緣處)具有幾微米的厚度。 參考圖1所述的例子，初始樣品的厚度就是預(yù)先變薄區(qū)域21 O)的厚度。c.將掩模和初始樣品提供給操縱器。參考圖1所述的例子，操縱器控制樣品夾持 29 οd.通過使用操縱器對準(zhǔn)掩模和初始樣品，并通過掃描電子顯微鏡、光學(xué)顯微鏡或者其組合來觀察對準(zhǔn)過程。對準(zhǔn)過程可包括沿著一個或多個軸移動一次或多次掩模和初始樣品，直到達(dá)到期望的空間關(guān)系。例如，對準(zhǔn)可包括定位掩模和初始樣品，直到它們互相平行，并且掩模僅不覆蓋初始樣品中應(yīng)當(dāng)被去除的一部分。參考圖1所述的例子，可以定位掩模，使得掩模的邊緣區(qū)域?qū)⑴c邊緣25 (沿著X軸)平行，并且掩模將覆蓋剛好超過預(yù)先變薄的區(qū)域的一半。輕微偏離預(yù)先變薄的區(qū)域的精確一半就大約是TEM樣品的期待的寬度的一半。TEM樣品可以具有和預(yù)先變薄區(qū)域一樣的深度?？蛇x擇地，在執(zhí)行研磨前，可以至少部分地去除圖1的掩模元件。e.在保持對準(zhǔn)的同時，繞軸旋轉(zhuǎn)掩模和初始樣品，使得掩模和初始樣品面向離子減薄機(jī)。掩模和初始樣品面向離子減薄機(jī)也就是它們被定位在離子減薄機(jī)的視場內(nèi)。它們可以與離子減薄機(jī)的光軸垂直，也可以被定位在與光軸不成90度的角度上。如果在研磨過程期間離子減薄機(jī)改變照明角度，則離子減薄機(jī)的光軸就可被定義成不同研磨角度的函數(shù)。例如，光軸可以是不同研磨角度的平均值。f.執(zhí)行第一研磨順序，它包括通過離子減薄機(jī)研磨初始樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，當(dāng)通過掃描電子顯微鏡觀察研磨過程時，離子減薄機(jī)可通過雙偏轉(zhuǎn)技術(shù)進(jìn)行研磨。g.(通過操縱器)改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系，以便將部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的另一側(cè)暴露給離子減薄機(jī)。h.通過使用操縱器、以及掃描電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡中的至少一個對準(zhǔn)掩模和部分被研磨的樣品。對準(zhǔn)掩模以將部分被研磨的樣品的另一側(cè)暴露給離子減薄機(jī)并且對準(zhǔn)可包括通過操縱器移動掩模和/或初始樣品。i.執(zhí)行第二研磨順序，包括通過掃描電子顯微鏡觀察研磨過程的同時，通過離子減薄機(jī)研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的另外部分(現(xiàn)在暴露的)，直到達(dá)到期望的厚度。
在整個研磨過程期間，系統(tǒng)可以持續(xù)地并實時地觀察樣品，并且對過程的精度、質(zhì)量和終止實現(xiàn)完全的自動化控制。參考圖2-4和10，系統(tǒng)10可以包括a.操縱器100。操縱器100可包括多個操縱元件和多個工作臺。b.成像裝置，比如掃描電子顯微鏡(SEM)。SEM可包括，例如，物鏡30、BSE檢測器 32、SE檢測器34、TEM檢測器33、和電子源，電子光學(xué)元件和包括在SEM柱35中的其它部件。c.離子減薄機(jī)40。d.控制器(圖10中標(biāo)記99)，控制系統(tǒng)中不同的部件。系統(tǒng)10還可包括真空系統(tǒng)90、真空室91、光學(xué)顯微鏡92、避震系統(tǒng)94、支撐件96、 氣塞1300和支撐板98。離子束單元40可包括各種部件(如圖10和12中描述的一些)比如Xe供給單元42和離子槍44。系統(tǒng)10可以產(chǎn)生或接納掩模50。掩?？梢酝ㄟ^微裂工藝制備，以提供高精度的掩模。如果系統(tǒng)產(chǎn)生掩模50，那么它就包含微裂單元(未示出)。圖6示出了操縱器100和氣塞1300的進(jìn)給桿1305的一部分。操縱器100包括兩個分離的子單元110和120，二者都位于主旋轉(zhuǎn)工作臺130上。第二子單元120可操縱樣品和掩模，并可具有X、Y、Z和θ工作臺。在圖6中，這些工作臺按加下標(biāo)記Χ-工作臺100(1)、γ-工作臺10(Κ2)、Ζ-工作臺100(3)和θ工作臺 100(5)。第一子單元110可以例如相對于由第二子單元120產(chǎn)生的任何移動來移動掩模來操縱樣品，該樣品可改變掩模和樣品之間的空間關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意，可以通過子單元移動掩模和樣品中的每一個，每個都可相互移動，并且不共享工作臺如旋轉(zhuǎn)工作臺130。第一子單元110可具有X、Y、Z和θ工作臺。在圖6和9的任一圖中，這些工作臺按如下標(biāo)記x-工作臺100(11)、Y-工作臺(未圖示)、Z-工作臺100(9)和θ工作臺 100(8)。第二子單元120可操縱掩模，并且也可操縱工藝組件，如掩模、校準(zhǔn)板、孔徑、用于沉積的目標(biāo)物等。第一子單元110可從樣品夾持器(也稱梭子10 接納樣品或工藝組件。梭子103 可被傳輸，直到其位于樣品角度臺100( 上。工作臺連接在結(jié)構(gòu)元件如板、橫梁、軌道、導(dǎo)引線和如101(1)-101(5)表示的相似物之間。圖7更詳細(xì)地描述了由梭子103夾持、被掩模50覆蓋的初始樣品21。圖7還描述了定位在初始樣品21之上的有固定孔的掩模111。離子束應(yīng)穿過有固定孔的掩模111的孔。有固定孔的掩模111抑制了由離子減薄機(jī)產(chǎn)生的間接損壞。它相對于初始樣品21固定。圖7還示出了當(dāng)初始樣品來自(或提供給)氣塞時，可支撐初始樣品21的元件333。 圖7示出了元件333在初始樣品21移走和置于梭子103之后的情形。圖8示出了梭子103，其包括兩個相互垂直的鳩尾槽1031和1032。梭子103還包括兩個分離的塊1033和1034，在它們之間的狹窄的空間處夾持樣品21。圖9示出了各種結(jié)構(gòu)元件以及操縱器發(fā)動機(jī)131。
參考圖2，掃描電子顯微鏡使用檢測器32和/或檢測器34用于監(jiān)測初始樣品21 和掩模50之間的對準(zhǔn)過程。對準(zhǔn)過程可以包括對準(zhǔn)掩模50和初始樣品21，使得(a)它們互相平行(它們可以都是水平的)或者以其它方式被定位，和(b)掩模50的邊緣區(qū)域直接被定位在虛線以上，該虛線代表在第一次研磨順序期間被研磨后，初始樣品21的期望被研磨的邊緣。該虛線可位于距離被研磨的樣品21的中心處幾納米的地方。短劃線55示出了掩模50在對準(zhǔn)過程結(jié)束時是水平的。初始樣品21的邊緣25上的掩模50的邊緣53的軌跡和初始樣品31 的中心22之間的距離(D23)是幾納米。這是被研磨的樣品的最終厚度的一半。對準(zhǔn)過程的目的在于一旦掩模位于離子減薄機(jī)和初始樣品21之間，保證它(掩模)將阻止離子減薄機(jī)研磨初始樣品的預(yù)定的被掩模部分，同時允許離子減薄機(jī)研磨初始樣品的預(yù)定的暴露部分。一旦對準(zhǔn)過程結(jié)束，就移動(如，旋轉(zhuǎn))掩模50和初始樣品21。旋轉(zhuǎn)可通過主旋轉(zhuǎn)工作臺130并且繞軸(例如，繞X軸)進(jìn)行，同時保持掩模50和初始樣品21的空間關(guān)系不變。一旦掩模50和初始樣品21面向離子減薄機(jī)40，就可以停止移動(旋轉(zhuǎn))。離子減薄機(jī)40執(zhí)行第一研磨順序，該順序包括通過雙偏轉(zhuǎn)研磨初始樣品21的邊緣區(qū)域的暴露部分，同時通過掃描電子顯微鏡(使用檢測器32和/或檢測器34)觀察研磨過程。研磨還可進(jìn)一步包括在一側(cè)減薄初始樣品21中預(yù)定的變薄的區(qū)域，以提供部分被研磨的樣品(圖4中標(biāo)記21’)的被研磨的側(cè)面(圖4中的標(biāo)記24)。離子束42可在X-Y平面內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但是這并不是必須的。在初始樣品的一個側(cè)面被研磨(以提供部分被研磨的樣品21’)后，操縱器100改變掩模50和部分被研磨的樣品21’之間的空間關(guān)系，以便將部分被研磨的樣品21’的邊緣區(qū)域的另一個側(cè)面暴露給離子減薄機(jī)40。這可包括通過樣品旋轉(zhuǎn)工作臺100(8)繞樣品軸 (112)旋轉(zhuǎn)部分被研磨的樣品21’，并且還可包括改變掩模50的高度。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在成像系統(tǒng)獲取掩模和部分被研磨的樣品的圖像以保證獲取期望的對準(zhǔn)的對準(zhǔn)過程期間，控制空間關(guān)系的改變。對準(zhǔn)可以這樣被實施，移動(例如，旋轉(zhuǎn))掩模和部分被研磨的樣品直到它們面向成像裝置，執(zhí)行對準(zhǔn)，并且然后移動(例如，旋轉(zhuǎn))掩模和部分被研磨的樣品直到它們面向離子減薄機(jī)。在改變空間關(guān)系之后，離子減薄機(jī)40執(zhí)行第二研磨順序，包括在通過掃描電子顯微鏡和(選擇性地，當(dāng)部分被研磨的樣品開始對電子部分透明時)由TEM或STEM檢測器 33觀察研磨的同時，研磨部分被研磨的樣品21’的邊緣區(qū)域的其它(現(xiàn)在暴露的)部分，直到達(dá)到期望的厚度。當(dāng)TEM檢測器33指示被研磨的樣品的厚度達(dá)到期望的厚度時，能夠自動停止研磨過程。系統(tǒng)10可包括可伸縮BSE檢測器、SE檢測器或者其組合。在以高濺射速率進(jìn)行初始離子研磨期間，對樣品的觀察可以由圖2中所示的位于物鏡30的極靴之下的可伸縮BSE 檢測器32完成。為了在樣品對于入射的原電子還不透明時的離子研磨的中間階段獲取高分辨率的圖像，可以使用SE檢測器；34和BSE檢測器32的組合。為了在樣品對于原電子變得透明時的離子研磨的最后階段獲取高分辨率的圖像， 使用透射(TE)檢測。樣品對準(zhǔn)過程中的目標(biāo)鑒定可以由操作者通過操控三個上述提及的檢測器SE、BSE和TE的組合來實施。被研磨的樣品21’的最終厚度可由來自透射(TE)檢測器33的輸出電流的測量值來確定。對于不同材料組分的樣品來說，將計算這些輸出電流值對樣品厚度的校準(zhǔn)曲線以用于預(yù)定的分析條件。圖11中所示的就是這樣曲線的例子。這些曲線是檢測器數(shù)據(jù)的額外輸出，能自動終止研磨過程。伴隨完成的TEM樣品，將提供厚度圖。SE檢測器；34可以是Everhart-Thornley (埃弗哈特索恩利)型檢測器，其包括閃爍器和光倍增管的組合。SE檢測器34可被安裝在系統(tǒng)腔的側(cè)壁。SE檢測器34可在電流模式下操作。在離子研磨期間，SE檢測器34由保護(hù)閘板35保護(hù)。圖2示出了 SE檢測器 34位于物鏡30的右邊，但這不是必須的。BSE檢測器32可以是固態(tài)半導(dǎo)體檢測器，其可位于物鏡30的極靴之下，以當(dāng)需要十分短的工作距離時便于伸縮從而獲取高分辨率觀察模式。BSE檢測器32可以在電流模式下操作。BSE檢測器32可在離子研磨期間使用，用于觀察樣品表面。TE檢測器33可包括三個獨立的部分，該三個獨立的部分彼此間電氣隔離。第一部分，稱作第一亮視場TE33(1)檢測器，可以是位于樣品之下顯微鏡主軸上的磁盤。其用于檢測以小角度散射的透射電子。第二部分稱作第二亮視場TE33Q)檢測器，代表與第一亮視場TE(I)檢測器同軸的環(huán)。其用于檢測以小角度散射的透射電子，但是該角度大于第一亮視場TE檢測器的角度。第三部分，稱作暗視場TE檢測器33(3)，代表與第二亮視場TE 檢測器同軸的環(huán)。其用于檢測以相對大角度散射的透射電子。全部的這三種TE檢測器部件可以是固態(tài)半導(dǎo)體檢測器，可以具有原子序數(shù)分辨率近似等于1，并可在電流模式下運行。在離子研磨期間，TE檢測器33可以由位于樣品21下面顯微鏡主軸上其頂部的保護(hù)閘板Faraday (法拉第)杯保護(hù)。其可用于測量電子探針電流以提供用于測量被處理的樣品的厚度的TE檢測器的后續(xù)校正。需要注意，檢測器的數(shù)目、它們的位置、檢測器的類型和每個檢測器的部件的數(shù)目 (以及它們的尺寸和形狀)可以不同于上述實施例。圖11A-11D示出了根據(jù)本發(fā)明的各實施例的操縱器100。全部根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖IlA是操縱器100的前視圖，圖IlB是操縱器100的俯視圖，圖IlC是操縱器100的側(cè)視圖，以及圖IlD是操縱器100的三維視圖。操縱器100包括兩個分離的子單元110和120，都位于主旋轉(zhuǎn)工作臺130上。旋轉(zhuǎn)工作臺130由發(fā)動機(jī)130(1) 130(4)分開和供電。第二子單元120可操縱樣品和掩模，并且可以具有X、Y、Z和θ工作臺。在圖6 中，這些工作臺按如下標(biāo)記Χ-工作臺100(1)、Y-工作臺100(2)、Z-工作臺100(3)和θ 工作臺100(5)。第一子單元110可操縱樣品，它可以例如通過相對于第二子單元120產(chǎn)生的任何移動來移動掩模來改變掩模和樣品之間的空間關(guān)系。注意，掩模和樣品中的每一個可由子單元移動，每個可相對彼此移動，并且不共享工作臺，比如旋轉(zhuǎn)工作臺130。第一子單元110可具有X、Y、Z和θ工作臺。在圖6和9的任一個中，這些工作臺按如下標(biāo)記x-工作臺100(11)、Y-工作臺(未示出)、Z-工作臺100(9)和θ工作臺 100(8)。第二子單元120可操縱掩模，并且也可操縱工藝組件，比如掩模、校正板、孔徑、用于沉積的目標(biāo)物等。第一子單元110可從樣品夾持器(也稱作梭子103)接納樣品或工藝組件。梭子 103可被傳輸直到它被定位在樣品角度工作臺100(8)上。工作臺在結(jié)構(gòu)元件，如板、橫梁、軌道、導(dǎo)引線和如101(1)-101(5)表示的相似物之間被連接。參考圖12，離子減薄機(jī)40 (也稱作離子濺射系統(tǒng))可具有如下性能和自由度a.寬范圍的離子能量控制，以允許快速除去大塊以增強過程和緩和的研磨模式， 進(jìn)而提供最高級別的最終質(zhì)量的被處理的樣品。b.具有高離子電流密度，實現(xiàn)短的過程持續(xù)時間。c.沿著束交叉部分控制離子流均勻性，以對樣品提供均勻處理。d.相對于樣品的表面，束具有可變的入射角以避免樣品表面的選擇性研磨。e.控制束的形狀和尺寸，以提供各種應(yīng)用和技術(shù)模式。f.用于樣品處理的均勻性的束脈沖。g.束準(zhǔn)確定位以提供樣品處理的特定區(qū)域。h.用于樣品處理均勻性的在正交方向上的束掃描。i.用于樣品處理均勻性的繞關(guān)注區(qū)域的真正中心(Eu-centric)束旋轉(zhuǎn)。離子減薄機(jī)40可包括a.雙等離子體發(fā)生器離子源，用于點燃等離子體。b.束成型模塊，用于提取和收集來自等離子體的Xe+離子束。c.最后的光學(xué)元件，用于聚焦和引導(dǎo)離子束朝向被處理的樣品。d. Xe氣體供給系統(tǒng)，用于提供具有恒定和特定壓力的自動氣體傳輸。e.漏氣閥，向離子源內(nèi)提供計量的氣體的自動供給用于等離子體點然和離子束的形成。f.電子和供電電源，用于提供離子濺射系統(tǒng)的自動控制。圖12示出了離子減薄機(jī)40包括離子束源組件40(1)、非離子化粒子供給組件
40(2)、離子束提取組件40 (3)、離子束聚焦組件40 (4)、離子束偏轉(zhuǎn)子組件40 (5)、離子束第一偏轉(zhuǎn)組件40 (6)、和離子束第二偏轉(zhuǎn)組件40 (7)。離子束源組件40(1)由非離子化粒子供給組件40 (2)饋送，并且離子束提取組件 40(3)輸出沿離子減薄機(jī)的光軸41傳播的離子束。離子束聚焦組件40(4)聚焦離子束， 并將聚焦后的離子束饋送給離子束第一偏轉(zhuǎn)組件40 (6)，離子束第一偏轉(zhuǎn)組件40 (6)旋轉(zhuǎn)離子束，并將離子束沿著遠(yuǎn)離離子減薄機(jī)的光軸的方向引導(dǎo)，以提供偏轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)的離子束
41(2) 0在保持離子束41 (3)旋轉(zhuǎn)的同時，離子束第二偏轉(zhuǎn)組件40 (7)引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)的離子束朝向光軸。旋轉(zhuǎn)不停地改變研磨角度，并且提提更加平滑的被研磨的樣品。離子減薄機(jī)的非限制性的例子是美國專利申請公開序列號2008/0078750A1標(biāo)題為"Directed Multi-Deflected Ion Beam Milling of a Work Piece and Determining and Controlling Extent Thereof”，這里通過參考結(jié)合于此。參考圖13A-13D，系統(tǒng)具有氣塞1300。圖13A是氣塞1300的示意性的橫截面圖， 以及根據(jù)本發(fā)明的實施例的真空室91的壁91(1)。圖1 示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的氣塞1300、真空室91和操縱器100的俯視圖。圖1 示出了在進(jìn)給桿支撐樣品之前，氣塞進(jìn)入真空室91。圖13C為根據(jù)本發(fā)明的實施例的氣塞1300、真空室91和操縱器100的截面圖。圖 13C示出了在進(jìn)給桿支撐樣品之前，氣塞進(jìn)入真空室91。圖13D為根據(jù)本發(fā)明的實施例的氣塞1300、真空室91和操縱器100的截面圖。圖 13D示出了當(dāng)進(jìn)給桿支撐樣品之時，氣塞被定位在真空室91。氣塞1300的功能是允許加載/卸載大量的樣品和工藝組件比如掩模、校準(zhǔn)板、孔徑、用于沉積的目標(biāo)物等進(jìn)入真空室(圖10中的標(biāo)記91)而無需真空室91的通風(fēng)件。氣塞1300包括a.具有能在主外殼1330上滑動的密封蓋1320的加載開口 1310，用于將樣品和工藝組件加載到進(jìn)給系統(tǒng)上/從進(jìn)給系統(tǒng)卸載樣品和工藝組件(以及加載到包圍操縱器的真空室上/從包圍操縱器的真空室卸載)。b.包括進(jìn)給桿1305的進(jìn)給系統(tǒng)，該進(jìn)給桿1305允許將3_5個樣品和工藝組件如掩模、校準(zhǔn)板、孔徑、用于沉積的目標(biāo)物等加載進(jìn)入真空室的進(jìn)給桿1305而不需要氣塞的額外通風(fēng)。進(jìn)給桿的接口部分(鼓)應(yīng)該具有大量鳩尾槽用于在其上安裝承載樣品或工藝組件的標(biāo)準(zhǔn)梭式機(jī)構(gòu)。進(jìn)給桿1305能繞其軸旋轉(zhuǎn)并且能通過手動或發(fā)動機(jī)來移動。c.截止閥1350，用于防止在將樣品和工藝組件加載在進(jìn)給系統(tǒng)上/從進(jìn)給系統(tǒng)卸載樣品和工藝組件期間真空室通風(fēng)。氣塞1300最接近于真空室91的壁91(1)的開口，使得當(dāng)截止閥1350打開時，進(jìn)給桿1305能夠進(jìn)入真空室91，特別是真空室91的內(nèi)部空間91 (2)。氣塞1300和特別是加載開口(空間)在進(jìn)給桿1305進(jìn)入真空室之前是抽真空的。當(dāng)截止閥1350閉合時，氣塞 1300以密封的方式阻止氣體進(jìn)入真空室91。操縱器100可包括下述工作臺，這些工作臺可通過以下參數(shù)來表征主旋轉(zhuǎn)臺130 致動器類型壓電馬達(dá)致動模式步進(jìn)和掃描行程最小120度最大速度10度/s最大加速度1000度/s2編碼器閉環(huán)的定位精準(zhǔn)度150m°分辨率50微米第一子單元110:X-軸 100(1)致動器類型壓電馬達(dá)致動模式步進(jìn)和掃描行程30_最大速度5mm/s最大加速度1000mm/s2編碼器閉環(huán)的定位精準(zhǔn)度IOOOnm分辨率Inm
Y 軸 100 (2)致動器類型壓電馬達(dá)致動模式步進(jìn)和掃描行程:25mm最大速度10mm/s最大加速度1000mm/S2編碼器閉環(huán)的定位精準(zhǔn)度IOOOnm分辨率InmZ 軸 100(3)致動器類型壓電馬達(dá)致動模式步進(jìn)和掃描行程30mm最大速度5mm/s最大加速度1000mm/s2編碼器閉環(huán)的定位精準(zhǔn)度IOOOnm分辨率Inmθ軸(軸內(nèi)可無貫通孔)100 (5)致動器類型壓電馬達(dá)致動模式步進(jìn)和掃描行程360度最大速度45度/s最大加速度1000度/s2編碼器閉環(huán)的定位精準(zhǔn)度500m°分辨率IOOu°第二子單元120 X 軸 100(11)致動器類型壓電馬達(dá)致動模式步進(jìn)和掃描行程:30mm最大速度5mm/s最大加速度1000mm/s2編碼器閉環(huán)的定位精準(zhǔn)度IOOOnm分辨率InmY軸(未示出)致動器類型壓電馬達(dá)致動模式步進(jìn)和掃描行程:25mm最大速度10mm/s最大加速度1000mm/s2
編碼器閉環(huán)的定位精準(zhǔn)度1000nm分辨率InmZ 軸 100 (9)致動器類型壓電馬達(dá)致動模式步進(jìn)和掃描行程30mm最大速度5mm/s最大加速度1000mm/s2編碼器閉環(huán)的定位精準(zhǔn)度IOOOnm分辨率InmR 軸 100(8)致動器類型壓電馬達(dá)致動模式步進(jìn)和掃描行程360度最大速度45度/s最大加速度1000度/s2編碼器閉環(huán)的定位精準(zhǔn)度250m°分辨率150u°參考圖1和5，初始樣品和被研磨的樣品可由下列參數(shù)來表征輸入樣品厚度20-30微米被研磨的樣品厚度10_50nm關(guān)注區(qū)域的厚度變化< 5nm圍繞目標(biāo)特征的變薄區(qū)域(關(guān)注區(qū)域)厚度 <50ηπι10Χ5μ厚度< IOOnm 30 X 10 μ厚度 < 200nm 100Χ15μ關(guān)注區(qū)域的定位5-10nm制品級別無定形< Inm點缺陷<InmXe 污染 <1(Γ9%圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法1400。方法1400開始于接納或產(chǎn)生掩模的步驟1410。可以利用微裂的方法產(chǎn)生掩模以提供高精度的掩模。在美國專利6223961標(biāo)題為“Apparatus for cleaving crystals”中描述了微裂方法的例子，通過引用結(jié)合于此。步驟1410后面是步驟1420，其用于接納或產(chǎn)生具有幾微米(接近其邊緣)厚度的初始樣品，正如圖1所描述的。初始樣品可以通過以色列的Camtek有限公司的ME3工具制備。步驟1420的后面是步驟1430，其用于向操縱器提供掩模和初始樣品。
步驟1430的后面是步驟1440，其用于通過使用操縱器、和掃描電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡中的至少一個，對準(zhǔn)掩模和初始樣品(圖幻。對準(zhǔn)掩模以暴露初始樣品的一個側(cè)面用于離子研磨，并且對準(zhǔn)可包括通過操縱器移動掩模和/或初始樣品。步驟1440的后面是步驟1450，其用于通過操縱器移動(例如，繞軸旋轉(zhuǎn))掩模和初始樣品，同時保持對準(zhǔn)使得掩模和初始樣品面向離子減薄機(jī)。步驟1450的后面是步驟1460，其用于執(zhí)行第一研磨順序(圖3)，包括在用掃描電子顯微鏡觀察研磨過程的同時，通過雙偏轉(zhuǎn)執(zhí)行研磨的離子減薄機(jī)研磨初始樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，研磨使初始樣品的一側(cè)面的邊緣區(qū)域減薄，第一研磨順序提供部分被研磨的樣品；圖2示出了掩模暴露距離初始樣品中心幾納米(D23)的區(qū)域。步驟1460的后面是步驟1470，其用于(通過操縱器)改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系，以便暴露部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的另一側(cè)面給離子減薄機(jī)。步驟1470的后面可以是步驟1475，其用于通過使用操縱器、和掃描電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡中的至少一個，對準(zhǔn)掩模和部分被研磨的樣品。對準(zhǔn)掩模以暴露部分被研磨的樣品的另一側(cè)面用于離子研磨，并且對準(zhǔn)可以包括通過操縱器移動掩模和/或初始樣品。步驟1475的后面是步驟1480，其用于執(zhí)行第二研磨順序(圖4)，包括在用掃描電子顯微鏡和(可選擇地，當(dāng)部分被研磨的樣品開始對電子部分透明時)TEM或者STEM檢測器觀察研磨過程的同時，使用離子減薄機(jī)研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的另外部分 (現(xiàn)在暴露的)，直到達(dá)到期望的厚度。當(dāng)TEM檢測器33表明被研磨的樣品的厚度達(dá)到期望的厚度時，可以自動停止研磨過程。圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法1500。方法1400開始于接納或產(chǎn)生掩模的步驟1410?？梢岳梦⒘训姆椒óa(chǎn)生掩模以提供高精度的掩模。在美國專利6223961標(biāo)題為“Apparatus for cleaving crystals”中描述了微裂方法的例子，通過引用結(jié)合于此。步驟1410后面是步驟1420，其用于接納或產(chǎn)生具有幾微米(接近其邊緣)厚度的初始樣品，如圖1所示。初始樣品通過以色列的Camtek有限公司的ME3工具制備。步驟1420的后面是步驟1430，其用于向操縱器提供掩模和初始樣品。步驟1430的后面是步驟1440，其用于通過使用操縱器、和掃描電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡中的至少一個，對準(zhǔn)掩模和初始樣品(圖幻。對準(zhǔn)掩模以暴露初始樣品的一側(cè)面用于離子研磨，并且對準(zhǔn)可包括通過操縱器移動掩模和/或初始樣品。步驟1440的后面是步驟1450，其用于在保持對準(zhǔn)的同時，通過操縱器移動(例如， 繞軸旋轉(zhuǎn))掩模和初始樣品，使得掩模和初始樣品面向離子減薄機(jī)。步驟1450的后面步驟1460，其用于執(zhí)行第一研磨順序(圖3)，包括在用掃描電子顯微鏡觀察研磨過程的同時，通過雙偏轉(zhuǎn)執(zhí)行研磨的離子減薄機(jī)研磨初始樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，研磨使初始樣品的一側(cè)面的邊緣區(qū)域減薄，第一研磨順序提供部分被研磨的樣品；圖2示出了掩模暴露距離初始樣品中心幾納米(D23)的區(qū)域。步驟1460的后面是步驟1510，其用于通過操縱器移動(例如，繞軸旋轉(zhuǎn))掩模和部分被研磨的樣品，使得掩模和初始樣品面向成像裝置。步驟1510的后面是步驟1520，其用于通過使用操縱器、和掃描電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡中的至少一個，對準(zhǔn)掩模和部分被研磨的樣品。對準(zhǔn)掩模以暴露部分被研磨的樣品的另一側(cè)面用于離子研磨，并且對準(zhǔn)可包括通過操縱器移動掩模和/或初始樣品。步驟1520的后面是步驟1480，其用于執(zhí)行第二研磨順序(圖4)，包括在用掃描電子顯微鏡和(可選擇地，當(dāng)部分被研磨的樣品開始對電子部分透明時)TEM或者STEM檢測器觀察研磨過程的同時，用離子減薄機(jī)研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的另外部分(現(xiàn)在暴露的)，直到達(dá)到期望的厚度。當(dāng)TEM檢測器33表明被研磨的樣品的厚度達(dá)到期望的厚度時，可以自動停止研磨過程。被研磨的樣品(或者至少它的被研磨的邊緣)應(yīng)當(dāng)包含將由SETM或TEM觀察的目標(biāo)物。應(yīng)當(dāng)注意，雖然圖14和15示出了雙研磨過程方法，該方法可包括多于兩個研磨步驟，其可在改變掩模和樣品之間的空間關(guān)系和時準(zhǔn)掩模和樣品之前執(zhí)行。上述提及的方法中每一個的結(jié)果都可以是關(guān)注的非常薄的區(qū)域，其包括目標(biāo)物， 且對電子透明，以成為TEM或STEM樣品。本發(fā)明可以通過采用現(xiàn)有的工具、方法和部件來實施。因此，都不需要詳細(xì)描述這樣的工具、部件和方法的細(xì)節(jié)。在上述說明中，闡述了大量的具體細(xì)節(jié)，以提供對本發(fā)明的徹底理解。然而，應(yīng)當(dāng)意識到，本發(fā)明的實施無須訴諸于具體提及的細(xì)節(jié)。在本公開中不但示出和描述了本發(fā)明的示例性實施例而且也示出并描述了一些其通用的例子。要理解本發(fā)明能夠用于各種其它組合和環(huán)境并且能夠如說明的那樣在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于制備樣品的方法，所述方法包括 通過操縱器接納掩模和初始樣品；通過操縱器將掩模和初始樣品定位于成像裝置前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向成像裝置；通過操縱器對準(zhǔn)掩模和初始樣品，使得掩模覆蓋初始樣品的邊緣區(qū)域的被掩模部分， 同時保持初始樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分不被覆蓋；其中，所述對準(zhǔn)包括由成像裝置獲取掩模和初始樣品的圖像；通過操縱器將掩模和初始樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向離子減薄機(jī)，同時不改變掩模和初始樣品之間的空間關(guān)系；在用掩模覆蓋被掩模部分的同時，通過離子減薄機(jī)研磨初始樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，以提供部分被研磨的樣品；通過操縱器將掩模和初始樣品定位于成像裝置前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面面向成像裝置；其中，第二側(cè)面不同于第一側(cè)面；通過操縱器對準(zhǔn)掩模和初始樣品，使得掩模覆蓋部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的被掩模部分，同時保持部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分不被覆蓋；其中，對準(zhǔn)包括通過成像裝置獲取掩模和部分被研磨的樣品的圖像；通過操縱器將掩模和部分被研磨的樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面面向離子減薄機(jī)，同時不改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系；以及在用掩模覆蓋被掩模部分的同時，通過離子減薄機(jī)研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，以提供被研磨的樣品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過操縱器將掩模和初始樣品定位于離子減薄機(jī)前包括通過操縱器旋轉(zhuǎn)掩模和初始樣品。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過所述離子減薄機(jī)研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分包括在研磨期間由成像裝置的透射檢測器監(jiān)測被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的厚度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，包括基于在研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域期間所獲取的厚度反饋信息，改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，包括基于在研磨部分被研磨的樣品之后所獲取的厚度反饋信息，改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，成像裝置的光軸垂直于研磨工具的光軸，并且其中，通過所述操縱器將掩模和初始樣品定位于離子減薄機(jī)前包括通過操縱器旋轉(zhuǎn)掩模和初始樣品。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法包括通過操縱器定位掩模和初始樣品使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面垂直于成像裝置的光軸；通過操縱器將掩模和初始樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面垂直于離子減薄機(jī)的光軸；通過操縱器將掩模和初始樣品定位于成像裝置前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面垂直于成像裝置的光軸；以及通過操縱器將掩模和部分被研磨的樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面垂直于離子減薄機(jī)的光軸。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，初始樣品的邊緣區(qū)域具有至少1微米的厚度，并且其中，被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的厚度不超過50納米。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，研磨包括在繞離子減薄機(jī)的光軸旋轉(zhuǎn)研磨束的同時進(jìn)行研磨。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，包括通過離子研磨來除去部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，包括基于部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的厚度，停止研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，包括通過成像裝置的透射檢測器監(jiān)測部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的厚度。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，包括將由成像裝置的透射檢測器輸出的電流與電流值和厚度值之間的預(yù)定關(guān)系相比較。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括通過操縱器將掩模和被研磨的樣品定位于成像裝置前，使得掩模和被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向成像裝置；通過操縱器對準(zhǔn)掩模和被研磨的樣品，使得掩模覆蓋被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的被掩模部分，同時保持被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分不被覆蓋；其中，對準(zhǔn)包括由成像裝置獲取掩模和被研磨的樣品的圖像；通過操縱器將掩模和被研磨的樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向離子減薄機(jī)；同時不改變掩模和被研磨的樣品之間的空間關(guān)系； 以及在用掩模覆蓋被掩模部分的同時，通過離子減薄機(jī)研磨被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，以提供進(jìn)一步被研磨的樣品。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述成像裝置是光學(xué)裝置。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述成像裝置是掃描電子顯微鏡。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，包括通過反散射電子檢測器監(jiān)測初始樣品的研磨過程， 和通過透射檢測器監(jiān)測部分被研磨的樣品的研磨過程的完成。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，包括當(dāng)達(dá)到部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的期望的厚度時，自動停止研磨部分被研磨的樣品。
19.一種樣品制備系統(tǒng)，包括操縱器；成像裝置；和離子減薄機(jī)；其中，所述操縱器被設(shè)置成接納掩模和初始樣品；將掩模和初始樣品定位于成像裝置前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向成像裝置；參與掩模和初始樣品的對準(zhǔn)，使得掩模覆蓋初始樣品的邊緣區(qū)域的被掩模部分，同時保持初始樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分不被覆蓋；將掩模和初始樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向離子減薄機(jī)；同時不改變掩模和初始樣品之間的空間關(guān)系；其中，所述離子減薄機(jī)被設(shè)置成在用掩模覆蓋被掩模部分的同時，研磨初始樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，以提供部分被研磨的樣品； 其中，所述操縱器進(jìn)一步被設(shè)置成將掩模和初始樣品定位于成像裝置前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面面向成像裝置；其中，第二側(cè)面不同于第一側(cè)面；參與掩模和部分被研磨的樣品的對準(zhǔn)，使得掩模覆蓋部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的被掩模部分，同時保持部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分不被覆蓋；將掩模和部分被研磨的樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面面向離子減薄機(jī)，同時不改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系；其中，所述離子減薄機(jī)進(jìn)一步適于在用掩模覆蓋被掩模部分的同時，研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，以提供被研磨的樣品；并且其中，所述成像裝置被設(shè)置成在對準(zhǔn)掩模和初始樣品期間，獲取掩模和初始樣品的圖像；以及在對準(zhǔn)掩模和部分被研磨的樣品期間，獲取掩模和部分被研磨的樣品的圖像。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，操縱器被設(shè)置成旋轉(zhuǎn)掩模和初始樣品直到掩模和初始樣品面向離子減薄機(jī)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述成像裝置包括透射檢測器，所述透射檢測器被設(shè)置成在研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分期間，提供指示部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分的厚度的檢測信號。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述操縱器被設(shè)置成基于在部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的研磨期間所獲取的厚度反饋信息，改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述操縱器被設(shè)置成基于在研磨部分被研磨的樣品之后所獲取的厚度反饋信息，改變掩模和部分被研磨的樣品之間的空間關(guān)系。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，成像裝置的光軸垂直于研磨工具的光軸；并且其中，所述操縱器被設(shè)置成旋轉(zhuǎn)掩模和初始樣品，直到掩模和初始樣品面向所述離子減薄機(jī)。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述操縱器被設(shè)置成定位掩模和初始樣品， 使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面垂直于所述成像裝置的光軸；將掩模和初始樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面垂直于離子減薄機(jī)的光軸；將掩模和初始樣品定位于成像裝置前，使得掩模和初始樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面垂直于成像裝置的光軸；以及將掩模和部分被研磨的樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第二側(cè)面垂直于離子減薄機(jī)的光軸。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述初始樣品的邊緣區(qū)域具有至少1微米的厚度，并且其中，所述系統(tǒng)被設(shè)置成研磨被研磨的樣品的邊緣區(qū)域直到被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的厚度不超過50納米。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，離子減薄機(jī)被設(shè)置成在繞離子減薄機(jī)的光軸旋轉(zhuǎn)研磨束的同時進(jìn)行研磨。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述離子減薄機(jī)被設(shè)置成去除部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分。
29.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，包括控制器，所述控制器被設(shè)置成基于部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的厚度，停止研磨部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的系統(tǒng)，包括透射檢測器，所述透射檢測器被設(shè)置成輔助監(jiān)測部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的厚度。
31.根據(jù)權(quán)利要求四所述的系統(tǒng)，包括控制器，所述控制器被設(shè)置成將由成像裝置的透射檢測器輸出的電流與電流值和厚度值之間的預(yù)定關(guān)系進(jìn)行比較。
32.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述操縱器進(jìn)一步被設(shè)置成將掩模和被研磨的樣品定位于成像裝置前，使得掩模和被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向成像裝置；參與掩模和被研磨的樣品的對準(zhǔn)，使得在保持被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分不被覆蓋的同時，掩模覆蓋被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的被掩模部分；將掩模和被研磨的樣品定位于離子減薄機(jī)前，使得掩模和被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的第一側(cè)面面向離子減薄機(jī)；同時不改變掩模和被研磨的樣品之間的空間關(guān)系；并且其中，所述離子減薄機(jī)進(jìn)一步被設(shè)置成在用掩模覆蓋被掩模部分的同時，研磨被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的暴露部分，以提供進(jìn)一步被研磨的樣品。
33.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述成像裝置是光學(xué)裝置。
34.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述成像裝置是掃描電子顯微鏡。
35.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，包括反散射電子檢測器，所述反散射電子檢測器被設(shè)置成參與監(jiān)測初始樣品的研磨過程；和透射檢測器，所述透射檢測器被設(shè)置成輔助監(jiān)測部分被研磨的樣品的研磨的完成。
36.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，包括控制器，所述控制器被設(shè)置成當(dāng)達(dá)到部分被研磨的樣品的邊緣區(qū)域的期望的厚度時，自動停止研磨部分被研磨的樣品。
37.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述離子減薄機(jī)不同于成像裝置。
38.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述離子減薄機(jī)是成像裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備樣品的系統(tǒng)和方法，該方法可以包括操縱掩模和樣品，因此將樣品的不同側(cè)面暴露給離子減薄機(jī)。操縱可以包括在保持樣品和掩模之間的空間關(guān)系不變的同時，旋轉(zhuǎn)掩模和樣品。
文檔編號G01N1/28GK102419278SQ201110249509
公開日2012年4月18日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者C·史密斯, D·伯格斯拉夫斯基 申請人:卡姆特有限公司