Tem樣品安放布局的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于r透射電子顯微鏡分析和獲取所安放樣品的正交圖像的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于電路特征和元件(例如晶體管)的尺寸以及他們之間的間距或者距離方面都在減小，集成電路(IC)的密度不斷顯著增加。為了開(kāi)發(fā)可靠的IC制造過(guò)程，測(cè)量特性特征尺寸，診斷制造缺陷，以及執(zhí)行質(zhì)量控制，集成電路制造商通常通過(guò)透射或掃描透射電子顯微鏡(TEM)檢查集成電路或者集成電路的各部分。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“透射電子顯微鏡”意圖包括掃描透射電子顯微鏡。
[0003]大多數(shù)IC器件元件是結(jié)構(gòu)上正交的，具有特性長(zhǎng)度、寬度和深度。通常，圖像、分析圖從這些正交方向中的一個(gè)方向上獲得，并且提供必需的最終數(shù)據(jù)。給定這種元件的當(dāng)前尺寸的情況下，透射電子顯微鏡經(jīng)常是直觀化、檢查和測(cè)量IC器件的特征和元件的唯一有效方式。目前，這種測(cè)量是通過(guò)對(duì)從IC提取的薄的橫截面切片或薄片進(jìn)行檢查來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所提取的薄片針對(duì)當(dāng)前的技術(shù)節(jié)點(diǎn)在觀察方向(即透射電子束方向)上通常為30_100nm厚，但可以如1nm—樣薄或低于10nm，并且具有在大約4 μm2到16 μπι2之間的橫截面面積。當(dāng)試圖從處理后的Si晶片提取薄的薄片時(shí)，可能出現(xiàn)各種問(wèn)題，包括歪曲、彎曲、過(guò)研磨(over-milling)、非晶化和所謂的垂落(curtaining)。這些問(wèn)題能夠進(jìn)而導(dǎo)致IC器件特性化變差，例如IC器件特征或者元件的特性尺寸的測(cè)量變差。此外，由于IC器件特征和元件是三維的，因此他們適當(dāng)?shù)奶匦曰枰谒械娜齻€(gè)維度上進(jìn)行檢查，通常需要在三個(gè)不同的觀察方向上提取單獨(dú)的薄片。這些不同定向的單獨(dú)薄片是從相同特征的不同實(shí)例提取的，例如相同存儲(chǔ)器單元的不同實(shí)例。
[0004]通過(guò)使電子束透射穿過(guò)樣品并且在相反側(cè)探測(cè)透射的電子以形成圖像來(lái)對(duì)TEM樣品進(jìn)行觀察。射束通常是與薄片的面正交的。在電子X(jué)射線(xiàn)斷層攝影術(shù)中，樣品(或射束)被傾斜成一系列的傾斜角度，在每個(gè)不同的傾斜角度形成圖形，以便提供能夠被用于以數(shù)學(xué)方式重構(gòu)三維圖像的數(shù)據(jù)。因?yàn)椴豢赡塬@取薄片的完全180度的傾斜系列，所以柱狀的樣品有時(shí)被用于電子X(jué)射線(xiàn)斷層攝影術(shù)。柱狀樣品具有如下缺點(diǎn):當(dāng)從任意方向進(jìn)行觀察時(shí)，穿過(guò)樣本具有不均勻的厚度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供對(duì)薄樣品的三維成像。
[0006]—些實(shí)施例包括樣品和用于在透射電子顯微鏡中使用電子束在多個(gè)方向上觀察樣品的樣品支撐設(shè)備，該設(shè)備包括:具有至少三個(gè)互相不平行的觀察面的樣品，正交于每個(gè)觀察面的樣品厚度小于200nm ;和樣品所安放到的針，該針可以圍繞多于一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，這樣，該針可以使得觀察面中的至少三個(gè)定向?yàn)榇怪庇陔娮语@微鏡中的電子束。
[0007]—些實(shí)施例包括方法和樣品，用于:將具有多個(gè)正交面的樣品連接到可旋轉(zhuǎn)樣品支撐裝置；將可旋轉(zhuǎn)樣品支撐裝置旋轉(zhuǎn)到多個(gè)角度，使得對(duì)于所述多個(gè)角度中的每一個(gè)，樣品的多個(gè)正交面中的不同正交面暴露于并且平行于帶電粒子束設(shè)備所生成的電子束；在所述多個(gè)角度的每個(gè)角度下，對(duì)來(lái)自透射穿過(guò)樣品的多個(gè)正交面中的每個(gè)正交面的電子束的電子進(jìn)行探測(cè)；以及根據(jù)所探測(cè)的在樣品的多個(gè)正交面的每個(gè)正交面處透射穿過(guò)樣品的電子來(lái)生成樣品的多個(gè)正交圖像。
[0008]前文中相當(dāng)寬泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以便下面的本發(fā)明的詳細(xì)描述可以被更好地理解。本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)在下文中進(jìn)行描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，所公開(kāi)的概念和特定實(shí)施例可以被容易地用作修改或者設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明相同的目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到這種等效的構(gòu)造并不背離所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0009]為了更透徹地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參照下述與附圖一起做出的描述，其中:
[0010]圖1是將塊狀樣品安放于可旋轉(zhuǎn)桿上以實(shí)現(xiàn)通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述桿在TEM中對(duì)樣品的三個(gè)正交側(cè)面進(jìn)行觀察的方法的圖示。
[0011]圖2A-2C在不同的旋轉(zhuǎn)定向上示出具有包括三組正交面的六個(gè)面的樣品。
[0012]圖3是將樣品安放在樣品支撐裝置上的一個(gè)實(shí)施例的圖示。
[0013]圖4是將樣品安放在樣品支撐裝置上的第二實(shí)施例的圖示。
[0014]圖5是用于提取樣品并且將樣品安放在樣品支撐裝置上的替代實(shí)施例的圖示。
[0015]圖6是將樣品以在成像區(qū)域中的一定角度安放在針支撐裝置上的實(shí)施例的圖示。
[0016]圖7是將樣品安放在操縱器上的實(shí)施例的圖示，操縱器通過(guò)齒輪旋轉(zhuǎn)地耦合到臂。
[0017]圖8A-8B是能夠用于本發(fā)明的一些實(shí)施例中的兩種類(lèi)型齒輪的示意圖示。
具體實(shí)施例
[0018]克服與從IC器件提取3個(gè)正交薄片以便表征該器件的給定特征或元件同時(shí)發(fā)生的各種問(wèn)題的一種方式是改為從包含期望特征或元件的器件提取厚的塊狀樣品，并且使用TEM來(lái)以X射線(xiàn)斷層攝影方式重構(gòu)該厚的塊狀樣品。但是，完整的X射線(xiàn)斷層攝影成像需要從多個(gè)角度獲得多個(gè)圖像投影，以及使用耗時(shí)的圖像重構(gòu)算法以數(shù)學(xué)方式組合多個(gè)圖像投影中所包含的信息。幸運(yùn)的是，IC器件制造商能夠通過(guò)簡(jiǎn)單地觀察所提取出的包含來(lái)自三個(gè)正交方向的元件的塊狀樣品的TEM圖像來(lái)經(jīng)?？焖俨⑶胰菀椎剡M(jìn)行元件測(cè)量或者診斷元件缺陷和元件缺陷的來(lái)源。獲取三個(gè)正交TEM圖像而非完整的以X射線(xiàn)斷層攝影方式重構(gòu)的圖像是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)閭€(gè)體TEM圖像與從TEM X射線(xiàn)斷層攝影圖像系列重構(gòu)的圖像相比具有更高的分辨率，并且能夠被快得多地獲取。
[0019]圖1是將塊狀樣品安放于可旋轉(zhuǎn)桿上以實(shí)現(xiàn)通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述桿在TEM中對(duì)樣品的三個(gè)正交側(cè)面進(jìn)行觀察的方法的圖示。樣品102可以由任意材料制成。例如其可以是從集成電路獲取的并且由用于制造集成電路的材料制成。樣品102可以是從一片較大材料使用傳統(tǒng)的TEM樣品制備技術(shù)提取的。例如樣品102可以是在聚焦離子束(FIB)機(jī)器中或者雙FIB/SEM機(jī)器中使用傳統(tǒng)的離子束研磨技術(shù)提取的，離子束研磨技術(shù)例如是用于從幾片較大材料提取薄片的那些技術(shù)。通常，樣品102應(yīng)該形成所需尺寸，使得它對(duì)來(lái)自TEM電子束的電子是部分透明的，從而可以通過(guò)使電子透射穿過(guò)樣品來(lái)獲取該樣品的TEM圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，樣品102以具有大約20nm到200nm之間的特性尺寸的近似立方體形狀被提取。
[0020]樣品102以如下這樣的方式安放在細(xì)針105上:針105的對(duì)稱(chēng)軸120穿過(guò)立方體樣品102的任意兩個(gè)完全相對(duì)的頂點(diǎn)，樣品102可以使用傳統(tǒng)的方法(例如傳統(tǒng)聚焦離子束焊接技術(shù))附著到細(xì)針105。在聚焦離子束焊接中，如例如Kaito等人的針對(duì)“Processfor Forming Metallic Patterned Film”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 4876112 中和 Tao 等人的針對(duì)“1nBeam Induced Deposit1n of Metals”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5104684中所描述的那樣，使得樣品102和針105在離子束焦點(diǎn)附近緊密靠近。適當(dāng)?shù)臍怏w前體(例如有機(jī)金屬氣體)被引入到由樣品102、針105和離子束所限定的區(qū)域中。離子束直接或者間接地激活氣體前體(例如，通過(guò)加熱樣品102或者針105)，并且使得所述前體分離成揮發(fā)性和非揮發(fā)性的成分。通過(guò)FIB機(jī)器的真空系統(tǒng)移除揮發(fā)性成分，而非揮發(fā)性成分沉積在樣品102和針105上，從而在這二者之間建立材料橋并且將二者連接起來(lái)。
[0021]如圖2A中所示，樣品102具有六個(gè)面，包括三組正交的面，該三組正交的面通常由最初頂面130，最初前面140和最初側(cè)面(目前是隱藏的)150方便地描述。在最初的結(jié)構(gòu)中，如圖2A所示，沿著第一正交面130的樣品102的圖像可以通過(guò)使電子束101透射穿過(guò)第一正交面130來(lái)獲取。接下來(lái)，樣品102圍繞樣品102所附著到的針105的對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)通過(guò)120度的角度。如圖2B中所示，這個(gè)旋轉(zhuǎn)將使得樣品102的第二正交面140暴露于電子束101，從而允許獲取樣品102的沿著第二正交面140的圖像。最后，樣品102圍繞樣品102所附著到的針105的對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)通過(guò)120度的附加角度。如圖2C中所示，這個(gè)旋轉(zhuǎn)將使得樣品102的第三正交