專利名稱：穿透式電子顯微鏡試片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種穿透式電子顯微鏡試片的制備方法，且特別是有關(guān)于一種具有銅金屬內(nèi)連線的試片的制備方法。
背景技術(shù)：
集成電路的運算速度一直是各制造商必爭的要點，同時也是購買者選擇時的重要參數(shù)之一。在集成電路中，金屬內(nèi)連線所造成的電阻電容時間延遲(RC Time Delay)會嚴重地影響其運算速度，而其中改善方法之一選用低電阻的金屬材料來做為金屬內(nèi)連線的材質(zhì)。由于銅金屬本身具有許多優(yōu)勢，例如(1)低電阻銅金屬的電阻值約為1.67μΩ-cm，較鋁金屬為低；(2)抗電性遷移能力佳銅金屬約為鋁金屬的30倍至100倍；以及(3)良好的熱導(dǎo)性等，再加上銅金屬可以用化學(xué)氣相沉積與電鍍等方式長成。因此，銅金屬內(nèi)連線制程已漸成為各集成電路廠所采用的先進制程技術(shù)。
電子顯微鏡(electron microscope，EM)是指利用電磁場偏折、聚焦電子及電子與物質(zhì)作用所產(chǎn)生散射的原理來研究物質(zhì)構(gòu)造及微細結(jié)構(gòu)的精密儀器。在各式的電子顯微鏡中，穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，TEM)，由于具有非平行解析能力以及對界面測量特別敏感等特性，因此較適合用于觀察測量上述的銅金屬內(nèi)連線，例如觀察測量銅金屬的階梯覆蓋(step coverage)是否良好。
穿透式電子顯微鏡的原理是以電子穿過試片，并經(jīng)電磁透鏡系統(tǒng)的透鏡放大效應(yīng)而得到高倍率的影像。由于電子能夠穿透試片的厚度有限，因此試片必須先經(jīng)過特別的制備方法使其厚度變薄，才能以穿透式電子顯微鏡進行觀察測量。
圖1A是公知的試片制備方法的流程圖，圖1B是公知試片的側(cè)面示意圖，以下說明請同時參照圖1A以及圖1B。首先，提供一第一基板112以及一第二基板114，其中第一基板112的第一邊緣具有一第一待觀察區(qū)(interesting area)122，以及第二基板114的第二邊緣也具有一第二待觀察區(qū)124(步驟102)。接著，以膠合材料116涂布于第一邊緣以及第二邊緣的側(cè)壁來粘合第一基板112以及第二基板114(步驟104)。最后，先機械研磨(mechanical polish)第一基板112以及第二基板114(步驟106)，使其厚度減為大約20微米(micrometer，μm)后，再以不同方向的離子束(ionbeam)132a、132b、134a以及134b離子減薄第一待觀察區(qū)122以及第二待觀察區(qū)124的厚度至大約0.1微米，如此即完成穿透式電子顯微鏡的試片的制備。
圖1C是公知離子減薄設(shè)備的示意圖。公知的離子減薄設(shè)備包含一轉(zhuǎn)盤136，以及分別位于轉(zhuǎn)盤136的上方及下方的兩離子槍(ion gun)132及134。在進行離子減薄制程時，第一基板112及第二基板114被置于轉(zhuǎn)盤136之上，隨著轉(zhuǎn)盤136的旋轉(zhuǎn)，離子槍132及134兩者交替地發(fā)射出離子束132a、134a、132b以及134b以離子減薄第一待觀察區(qū)122以及第二待觀察區(qū)124的厚度，如圖1B及圖1C所示。
但是，若上述的待觀察區(qū)122及124內(nèi)具有銅金屬內(nèi)連線，則此種公知的離子減薄制程卻會造成再沉積銅金屬而污染試片的問題。圖2是公知對具有銅金屬內(nèi)連線的待觀察區(qū)進行離子減薄制程的示意圖。如圖2所示，由于銅金屬的粘著力較強，銅金屬內(nèi)連線202表面的原子被離子束204轟擊后，卻不易完全地脫離銅金屬內(nèi)連線202，反而會在離子束204來源方向的相反側(cè)的銅金屬內(nèi)連線202表面形成再沉積(re-deposited)銅金屬206。穿透式電子顯微鏡并無法從被再沉積銅金屬206污染的試片中獲得有用的信息，因此難以對其作出有效的分析。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的就是在提供一種穿透式電子顯微鏡試片的制備方法，用以避免在進行離子減薄時污染具有銅金屬內(nèi)連線的待觀察區(qū)，使穿透式電子顯微鏡能夠正確地觀察測量待觀察區(qū)，并對其作出有效的分析。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出一種穿透式電子顯微鏡試片的制備方法。首先，提供一基板以及一偽(dummy)基板，其中該基板的一第一邊緣具有一待觀察區(qū)，且該偽基板的一第二邊緣不具有銅金屬。以一膠合材料粘合該第一邊緣的側(cè)壁與該第二邊緣的側(cè)壁。最后，以至少一離子束自該基板至該偽基板的方向離子減薄該待觀察區(qū)，如此即可完成穿透式電子顯微鏡試片的制備。
依照本發(fā)明一較佳實施例，利用環(huán)氧樹脂(epoxy)膠粘劑粘合基板與偽基板，其中該基板的待觀察區(qū)內(nèi)具有銅金屬內(nèi)連線，以及該偽基板是選自玻璃基板與硅基板其中之一。在此較佳實施例中，當用以進行離子減薄制程的離子束的數(shù)目為兩道時，該兩離子束分別設(shè)置于該觀察區(qū)的上方及下方。再者，該制備方法還包含在離子減薄該待觀察區(qū)之后，先機械研磨減薄該基板的厚度。
本發(fā)明的制備方法以偽基板與具有基板的組合取代公知兩片都具有待觀察區(qū)的基板的組合，并要求離子束必須依基板至偽基板的方向入射，使得銅金屬內(nèi)連線表面的原子被離子束轟擊而剝離后，只能沉積在不具待觀察區(qū)的偽基板之上。如此，基板上的待觀察區(qū)不會被再沉積銅金屬污染，穿透式電子顯微鏡因此可從減薄且無污染的試片中獲得有用的信息，并對其作出有效的分析。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下圖1A是公知的試片制備方法的流程圖；圖1B是公知試片的側(cè)面示意圖；圖1C是公知離子減薄設(shè)備的示意圖；圖2是公知對具有銅金屬內(nèi)連線的待觀察區(qū)進行離子減薄制程的示意圖；圖3A是本發(fā)明的制備方法的流程圖；圖3B是本發(fā)明的試片的一較佳實施例的側(cè)面示意圖；以及圖3C是本發(fā)明的試片的另一較佳實施例的側(cè)面示意圖。
具體實施例方式
圖3A是本發(fā)明的制備方法的流程圖，圖3B是本發(fā)明的試片的一較佳實施例的側(cè)面示意圖，以下說明請同時參照圖3A以及圖3B。首先，提供一基板112以及一玻璃基板314a，其中基板112的一第一邊緣具有一待觀察區(qū)122，且玻璃基板314a的一第二邊緣不具有銅金屬(步驟302)。再以膠合材料，例如環(huán)氧樹脂(epoxy)膠粘劑316，涂布于第一邊緣以及第二邊緣的側(cè)壁來粘合基板112以及玻璃基板314a(步驟304)。最后，機械研磨基板112以及玻璃基板314a(步驟306)，使其厚度減為大約20微米(micrometer，μm)后，再分別由該待觀察區(qū)122的上方及下方，以兩離子束332a及334a從基板112至該玻璃基板314a的方向，離子減薄該待觀察區(qū)122的厚度至大約0.1微米，即完成穿透式電子顯微鏡的試片的制備。
此較佳實施例中所使用的偽基板為玻璃基板314a，依照本發(fā)明的其它實施例，其它材質(zhì)的偽基板也可運用于本發(fā)明之中，只要其用以與基板112粘合的邊緣不具有任何銅金屬材質(zhì)即可。圖3C是本發(fā)明的試片的另一較佳實施例的側(cè)面示意圖。在此較佳實施例中，偽基板為硅基板314b，其與待觀察區(qū)122相鄰的邊緣不具有任何銅金屬，因此也可運用于本發(fā)明之中。再者，硅基板314b的材質(zhì)與基板112的材質(zhì)相近，因此在進行之后的機械研磨或是離子減薄制程時，兩者減薄的厚度會更相近，且也有助于提高減薄的品質(zhì)。
本發(fā)明的制備方法特別要求離子束的入射方向必須順著自基板至偽基板的方向入射，以避免銅金屬內(nèi)連線表面的原子被剝離后卻再沉積于銅金屬內(nèi)連線表面而污染待觀察區(qū)。然而，本發(fā)明并未限定離子束的入射方向必須完全平行于自基板至偽基板的方向，兩者之間偏斜一角度并不違反本發(fā)明的精神與范圍。
再者，在上述的實施例中，離子束332a及334a以一上一下的方式分別配置于待觀察區(qū)122的上方及下方。然而，只要離子束的入射方向符合本發(fā)明的要求，本發(fā)明當可視制程需求以及設(shè)備設(shè)計變更離子束的數(shù)量以及位置，以最佳化試片的制備過程。
此外，除了解決公知銅金屬內(nèi)連線在離子減薄時容易再沉積而造成污染的問題外，依照本發(fā)明的原理，具有粘著力強的其它金屬或是半導(dǎo)體材料的基板，也可使用本發(fā)明的制備方法來制備試片，以避免再沉積問題產(chǎn)生。
本發(fā)明的制備方法使銅金屬內(nèi)連線表面的原子被離子束轟擊而剝離后，只能沉積在不具待觀察區(qū)的偽基板之上。如此，基板上的待觀察區(qū)不會被再沉積銅金屬污染，穿透式電子顯微鏡因此可從減薄后且無污染的試片中獲得有用的信息，并對其作出有效的分析。
權(quán)利要求
1.一種穿透式電子顯微鏡試片的制備方法，至少包含提供一基板以及一偽基板，其中該基板的一第一邊緣具有一待觀察區(qū)，且該偽基板的一第二邊緣不具有銅金屬；以一膠合材料粘合該第一邊緣的側(cè)壁與該第二邊緣的側(cè)壁；以及以至少一離子束自該基板至該偽基板的方向離子減薄該待觀察區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的穿透式電子顯微鏡試片的制備方法，其中該偽基板選自一玻璃基板與一硅基板其中之一。
3.如權(quán)利要求1所述的穿透式電子顯微鏡試片的制備方法，其中該待觀察區(qū)具有銅金屬內(nèi)連線。
4.如權(quán)利要求1所述的穿透式電子顯微鏡試片的制備方法，其中該膠合材料為環(huán)氧樹脂膠粘劑。
5.如權(quán)利要求1所述的穿透式電子顯微鏡試片的制備方法，其中當該離子束的數(shù)目為兩道時，該兩離子束分別設(shè)置于該觀察區(qū)的上方及下方。
6.如權(quán)利要求1所述的穿透式電子顯微鏡試片的制備方法，其中該制備方法還包含在離子減薄該待觀察區(qū)之后，先機械研磨該基板。
全文摘要
一種穿透式電子顯微鏡試片的制備方法，至少包含，提供一基板以及一偽基板，其中該基板的一第一邊緣具有一待觀察區(qū)，且該偽基板的一第二邊緣不具有銅金屬；接著，以一膠合材料粘合該第一邊緣的側(cè)壁與該第二邊緣的側(cè)壁；最后，以至少一離子束自該基板至該偽基板的方向離子減薄該待觀察區(qū)。
文檔編號H01J37/26GK1635599SQ20031012163
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者鄒麗君, 李明, 高強, 梁山安 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司