Tem样品安放布局的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于r透射电子显微镜分析和获取所安放样品的正交图像的方法。
【背景技术】
[0002]由于电路特征和元件(例如晶体管)的尺寸以及他们之间的间距或者距离方面都在减小，集成电路(IC)的密度不断显著增加。为了开发可靠的IC制造过程，测量特性特征尺寸，诊断制造缺陷，以及执行质量控制，集成电路制造商通常通过透射或扫描透射电子显微镜(TEM)检查集成电路或者集成电路的各部分。如本文中所使用的，术语“透射电子显微镜”意图包括扫描透射电子显微镜。
[0003]大多数IC器件元件是结构上正交的，具有特性长度、宽度和深度。通常，图像、分析图从这些正交方向中的一个方向上获得，并且提供必需的最终数据。给定这种元件的当前尺寸的情况下，透射电子显微镜经常是直观化、检查和测量IC器件的特征和元件的唯一有效方式。目前，这种测量是通过对从IC提取的薄的横截面切片或薄片进行检查来实现的。所提取的薄片针对当前的技术节点在观察方向(即透射电子束方向)上通常为30_100nm厚，但可以如1nm—样薄或低于10nm，并且具有在大约4 μm2到16 μπι2之间的横截面面积。当试图从处理后的Si晶片提取薄的薄片时，可能出现各种问题，包括歪曲、弯曲、过研磨(over-milling)、非晶化和所谓的垂落(curtaining)。这些问题能够进而导致IC器件特性化变差，例如IC器件特征或者元件的特性尺寸的测量变差。此外，由于IC器件特征和元件是三维的，因此他们适当的特性化需要在所有的三个维度上进行检查，通常需要在三个不同的观察方向上提取单独的薄片。这些不同定向的单独薄片是从相同特征的不同实例提取的，例如相同存储器单元的不同实例。
[0004]通过使电子束透射穿过样品并且在相反侧探测透射的电子以形成图像来对TEM样品进行观察。射束通常是与薄片的面正交的。在电子X射线断层摄影术中，样品(或射束)被倾斜成一系列的倾斜角度，在每个不同的倾斜角度形成图形，以便提供能够被用于以数学方式重构三维图像的数据。因为不可能获取薄片的完全180度的倾斜系列，所以柱状的样品有时被用于电子X射线断层摄影术。柱状样品具有如下缺点:当从任意方向进行观察时，穿过样本具有不均匀的厚度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供对薄样品的三维成像。
[0006]—些实施例包括样品和用于在透射电子显微镜中使用电子束在多个方向上观察样品的样品支撑设备，该设备包括:具有至少三个互相不平行的观察面的样品，正交于每个观察面的样品厚度小于200nm ;和样品所安放到的针，该针可以围绕多于一个轴旋转，这样，该针可以使得观察面中的至少三个定向为垂直于电子显微镜中的电子束。
[0007]—些实施例包括方法和样品，用于:将具有多个正交面的样品连接到可旋转样品支撑装置；将可旋转样品支撑装置旋转到多个角度，使得对于所述多个角度中的每一个，样品的多个正交面中的不同正交面暴露于并且平行于带电粒子束设备所生成的电子束；在所述多个角度的每个角度下，对来自透射穿过样品的多个正交面中的每个正交面的电子束的电子进行探测；以及根据所探测的在样品的多个正交面的每个正交面处透射穿过样品的电子来生成样品的多个正交图像。
[0008]前文中相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便下面的本发明的详细描述可以被更好地理解。本发明的附加特征和优点会在下文中进行描述。本领域技术人员应当理解的是，所公开的概念和特定实施例可以被容易地用作修改或者设计用于实现与本发明相同的目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应该认识到这种等效的构造并不背离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0009]为了更透彻地理解本发明及其优点，现在参照下述与附图一起做出的描述，其中:
[0010]图1是将块状样品安放于可旋转杆上以实现通过旋转所述杆在TEM中对样品的三个正交侧面进行观察的方法的图示。
[0011]图2A-2C在不同的旋转定向上示出具有包括三组正交面的六个面的样品。
[0012]图3是将样品安放在样品支撑装置上的一个实施例的图示。
[0013]图4是将样品安放在样品支撑装置上的第二实施例的图示。
[0014]图5是用于提取样品并且将样品安放在样品支撑装置上的替代实施例的图示。
[0015]图6是将样品以在成像区域中的一定角度安放在针支撑装置上的实施例的图示。
[0016]图7是将样品安放在操纵器上的实施例的图示，操纵器通过齿轮旋转地耦合到臂。
[0017]图8A-8B是能够用于本发明的一些实施例中的两种类型齿轮的示意图示。
具体实施例
[0018]克服与从IC器件提取3个正交薄片以便表征该器件的给定特征或元件同时发生的各种问题的一种方式是改为从包含期望特征或元件的器件提取厚的块状样品，并且使用TEM来以X射线断层摄影方式重构该厚的块状样品。但是，完整的X射线断层摄影成像需要从多个角度获得多个图像投影，以及使用耗时的图像重构算法以数学方式组合多个图像投影中所包含的信息。幸运的是，IC器件制造商能够通过简单地观察所提取出的包含来自三个正交方向的元件的块状样品的TEM图像来经常快速并且容易地进行元件测量或者诊断元件缺陷和元件缺陷的来源。获取三个正交TEM图像而非完整的以X射线断层摄影方式重构的图像是有优势的，因为个体TEM图像与从TEM X射线断层摄影图像系列重构的图像相比具有更高的分辨率，并且能够被快得多地获取。
[0019]图1是将块状样品安放于可旋转杆上以实现通过旋转所述杆在TEM中对样品的三个正交侧面进行观察的方法的图示。样品102可以由任意材料制成。例如其可以是从集成电路获取的并且由用于制造集成电路的材料制成。样品102可以是从一片较大材料使用传统的TEM样品制备技术提取的。例如样品102可以是在聚焦离子束(FIB)机器中或者双FIB/SEM机器中使用传统的离子束研磨技术提取的，离子束研磨技术例如是用于从几片较大材料提取薄片的那些技术。通常，样品102应该形成所需尺寸，使得它对来自TEM电子束的电子是部分透明的，从而可以通过使电子透射穿过样品来获取该样品的TEM图像。在一个实施例中，样品102以具有大约20nm到200nm之间的特性尺寸的近似立方体形状被提取。
[0020]样品102以如下这样的方式安放在细针105上:针105的对称轴120穿过立方体样品102的任意两个完全相对的顶点，样品102可以使用传统的方法(例如传统聚焦离子束焊接技术)附着到细针105。在聚焦离子束焊接中，如例如Kaito等人的针对“Processfor Forming Metallic Patterned Film”的美国专利号 4876112 中和 Tao 等人的针对“1nBeam Induced Deposit1n of Metals”的美国专利号5104684中所描述的那样，使得样品102和针105在离子束焦点附近紧密靠近。适当的气体前体(例如有机金属气体)被引入到由样品102、针105和离子束所限定的区域中。离子束直接或者间接地激活气体前体(例如，通过加热样品102或者针105)，并且使得所述前体分离成挥发性和非挥发性的成分。通过FIB机器的真空系统移除挥发性成分，而非挥发性成分沉积在样品102和针105上，从而在这二者之间建立材料桥并且将二者连接起来。
[0021]如图2A中所示，样品102具有六个面，包括三组正交的面，该三组正交的面通常由最初顶面130，最初前面140和最初侧面(目前是隐藏的)150方便地描述。在最初的结构中，如图2A所示，沿着第一正交面130的样品102的图像可以通过使电子束101透射穿过第一正交面130来获取。接下来，样品102围绕样品102所附着到的针105的对称轴旋转通过120度的角度。如图2B中所示，这个旋转将使得样品102的第二正交面140暴露于电子束101，从而允许获取样品102的沿着第二正交面140的图像。最后，样品102围绕样品102所附着到的针105的对称轴旋转通过120度的附加角度。如图2C中所示，这个旋转将使得样品102的第三正交