高容量tem栅格的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及透射式电子显微镜(TEM)栅格和用于提取并且搬运样品以使用透射式电子显微镜和扫描透射式电子显微镜进行观察。
【背景技术】
[0002]纳米技术、材料科学和生命科学需要用以形成纳米级分辨率的图像的能力。例如，集成电路现在被制造成具有小至数十纳米的特征，并且集成电路制造过程的开发和控制需要形成这些特征的有用图像。用于制作集成电路的光刻过程的变化需要持续地监视和测量所述过程结果以确保产品参数保持在可接受的范围内。
[0003]随着最小特征大小接近光刻过程的分辨率极限，这种监视的重要性显著地增加。待监视的特征可以包括互连线的宽度和间距、接触孔的间距和直径、以及表面几何特征诸如各种特征的拐角和边缘。半导体晶片上的特征是三维结构并且完整的表征必须不仅描述表面尺寸诸如线或沟槽的顶部宽度，而且也描述特征的三维轮廓。也需要分析在制作过程中存在的污染和其它缺陷。
[0004]可以使用扫描电子显微镜(SEM)进行某些观察和测量。在SEM中，初级电子束被聚焦到扫描所述待观察表面的细小/精细斑点。在初级束冲击所述表面时，从表面发射次级电子。检测所述次级电子，并且形成图像，且在图像上的每个点处的亮度由当束冲击表面上的相对应斑点时所检测到的次级电子的数量决定。随着待观察的特征继续变得越来越小，然而，存在着待测量的特征对于普通SEM所提供的分辨率而言太小的点。
[0005]透射式电子显微镜(TEM)允许观察者看到极小的特征，大约数纳米。与仅对材料的表面进行成像的SEM相对照，TEM也允许分析样品的内部结构。在常规TEM中，宽束冲击了保持在保持器中的样品，保持器被称作“TEM”栅格，并且通过样品而透射的电子被聚焦以形成图像。样品必须足够薄以允许初级束中的许多电子穿过样品行进并且在相对侧离开。TEM样品通常小于100 nm厚。
[0006]在扫描透射式电子显微镜(STEM)中，初级电子束被聚焦为细小斑点，并且跨越整个样品表面上而扫描斑点。通过工件而透射的电子被样品远侧上的电子检测器收集，并且在图像上每个点的强度对应于当初级束冲击着表面上相对应点时所收集的电子的数量。
[0007]因为样品必须很薄以用于利用透射式电子显微镜检查(TEM或STEM)查看，样品的制备可能是精细、耗时的工作。如本文所用的术语“TEMlg TEM或STEM，并且对于制备用于TEM的样品的提及应被理解为还包括制备用于在STEM上查看的样品。
[0008]术语“基板”在本文中用于指将从中提取样品的工件，并且术语“样品”将用来描述从基板提取并且安装到TEM栅格上以用于减薄和/或用于观察的基板的部分。
[0009]若干技术用于制备TEM样本。这些技术可以涉及劈开，化学抛光，机械抛光，或者宽束、低能量离子铣削，或者将上述技术中一个或多个进行组合。这些技术的缺点在于它们常常需要起始材料被分割为越来越小的片，由此破坏大部分原始工件。
[0010]其它技术，大体上被称作“取出/提升出(lift-out)”技术，使用聚焦离子束来从基板或块体样品切割样品从而使得其能被取出而不会破坏或损坏基板的周围部分。这种技术适用于分析用于制作集成电路的过程的结果，以及分析在物理或生物科学中的材料。这些技术可以用于从基板内的任何取向(例如，在截面图或平面图中)形成样品。某些取出技术提取了呈薄片形式的样品，薄片充分薄以直接用于TEM中；其它取出技术提取“厚块(chunk)”或在观察之前需要额外减薄的较大样品。可以在仍附连到基板上时，在附连到用于将样品从基板运输到TEM栅格上的探针上时，或者在样品附连到TEM栅格上之后而减薄所述样品。薄片可以形成为均匀薄结构或者其可以包括在更厚支承结构内的薄查看区。所提取的薄片通常形成垂直于基板表面而定向的样品。常常平行于基板表面提取厚块以形成样品，如在授予Hong等人的“Planar View Sample Preparat1n”的美国专利N0.7，423，263中描述，其是由本发明的申请人所拥有的并且由此以引用的方式并入到本文中。
[0011]其中从基板提取所制备样品并且使所制备样品移动到聚焦离子束(FIB)系统真空腔室内的TEM栅格的技术通常被称作“原位”技术。其中由聚焦离子束形成样品并且然后在从基板移除样品之前从真空腔室移除基板的技术被称作“异位”技术。
[0012]在一示例中，在从基板分离样品之前将样品减薄到所希望的厚度，并且将样品转移到利用薄电子透明膜所覆盖的金属栅格。在样品搁置于薄膜上时，通过使电子束穿过样品来查看样品。图1示出了现有技术TEM栅格100，其通常由铜、镍或金制成。尽管尺寸可能不同，典型栅格可能具有例如3.05mm的直径，和中间部分102，中间部分102包括由杆106所限定的尺寸为90 ymX90 μm的小隔间，杆106具有35 μπι的宽度。在碰撞电子束中的电子将能穿过小隔间104，但将被杆106阻挡。中间部分102被边缘部分108包围。边缘部分108的宽度是0.225mm。边缘部分108并不具有小隔间并且显示了取向标记110。电子透明支承膜大约为20 nm厚并且跨越整个样品载体上是均匀的。待分析的TEM样本被放置于或安装于小隔间104内。
[0013]为了从基板移除样品，附连到显微操纵器上的探针被定位于样品上并且谨慎地降低以接触它。对于异位移除，探针可以使用真空、静电力或者粘合剂来将样品附连到探针顶端上以使之从基板移动到栅格。用于异位提取样品的一种这样的系统被描述于授予Agor1等人的“Method and Apparatus for Sample Extract1n and Handling” 的美国专利 N0.8，357，913 中。
[0014]并非在将样品从基板移除之前将样品减薄，在某些原位过程中，使用探针将样品从基板移除，探针连接到显微操纵器并且附连到TRM栅格的立柱(post)(也被称作“齿”或“指状物”)诸如在图2中的立柱。部分或完全形成的样品通常在其形成后通过束诱导沉积而附连到探针上。然后分离样品与基板并且将样品由探针运输到TEM栅格，其中，样品由束诱导沉积而附连到立柱上。然后切断在探针与样品之间的连接，将样品留在TEM栅格立柱上。样品探针可能旋转并且TEM栅格可能倾斜或旋转以确保样品以用于处理查看的所希望的取向而附连到立柱上。用于形成和提取样品的技术例如被描述于Keady等人的名称为“High Throughput TEM Preparat1n processes and Hardware for Backside Thinningof Cross-Sect1nal View Lamella” 的美国专利公开 N0.2013/0248354 和 Blackwood 等人的名称为“TEM Sample Preparat1n^的W02012/103534中，二者都是本申请者所拥有的并且由此以引用的方式并入到本文中。
[0015]典型立柱型TEM栅格200包括3mm圆的一部分。在某些应用中，样品，诸如样品202A、202B和202C通过离子束沉积或粘合剂而附连到立柱204A、204B、204C或204D上。样品从立柱延伸从而使得在TEM (未图示)中的电子束将具有穿过样品到样品下方的检测器的自由路径。样品通常安装成具有与TEM栅格的平面平行的薄查看区域，并且TEM栅格安装成使得当观察样品时TEM栅格的平面垂直于电子束。图3示出了具有立柱302A和302B的另一 TEM栅格300，样品304A、304B、304C和304D附连到立柱302A和302B上。TEM栅格300的立柱具有与TEM栅格200的立柱不同的形状。
[0016]图5A至图5C示出了典型现有技术TEM栅格的立柱500的放大视图。TEM立柱通常包括被称作“缩进部”的架子502。图5A示出了立柱500的正视图，显示了由外边缘504形成的架子502，外边缘504比立柱500的内部部分506更薄。缩进部便于样品508附连到立柱500上并且在附连期间最小化或避免损坏TEM栅格。架子502可以围绕整个TEM立柱的周边持