專利名稱：：不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾具及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及透射式電子顯微鏡樣品的制備過程，尤其涉及一種應(yīng)用于精密離子拋光系統(tǒng)的樣品夾具。
背景技術(shù)：
：精密離子拋光系統(tǒng)(PIPS，PrecisionIonPolishingSystem)通常用于透射式電子顯微鏡(TEM，TransmissionElectronMicroscope)樣品的前處理過程，其作用是將樣品打薄以方便TEM觀察。在實際應(yīng)用中，透射式電子顯微鏡樣品的制作非常費時，通常需要先將樣品研磨到厚度lpm左右，然后使用精密離子拋光系統(tǒng)進一步減薄樣品至200nm左右才能進行TEM觀察。在使用PIPS對經(jīng)過研磨的樣品進行進-步減薄時，樣品先被粘到一個銅環(huán)上，然后將粘有樣品的銅環(huán)固定于樣品夾，所述的樣品夾如圖1和圖2所示，其中圖1為樣品夾的整體示意圖，圖2為樣品夾夾持粘有樣品的銅環(huán)時的俯視圖，樣品夾底部有支撐軸可以插入PIPS機臺上相應(yīng)的孔中被機臺驅(qū)動裝置帶動繞軸旋轉(zhuǎn)，圖中AA表示支撐軸的軸心線，BB表示兩個夾臂末端連線，由于兩個夾臂等長，軸心線AA與BB的交點即為BB的中點。在減薄過程中，樣品隨著樣品夾在離子束下繞軸AA轉(zhuǎn)動，離子束作用的區(qū)域被逐漸拋光，此過程中經(jīng)常會遇到這樣的問題，樣品已被減薄至出現(xiàn)一個洞，而需要觀察的目標結(jié)構(gòu)仍然在該洞邊緣較厚處，請參見圖3a和圖3b，其中圖3a為粘有樣品銅環(huán)的俯視圖，圖3b為其側(cè)視圖。樣品10粘在銅環(huán)20上，置于所述樣品夾上在PIPS機臺研磨后，區(qū)域102己出現(xiàn)空洞，目標結(jié)構(gòu)區(qū)域101仍處于空洞邊緣較厚處，這是由于，PIPS本身的作甩區(qū)域為樣品上一個小區(qū)域，而其發(fā)射的離子束在對樣品減薄時有一定的研磨角度，通常研磨角度比較小，例如10度。這樣就會出現(xiàn)減薄后離子束作用區(qū)域的中間變薄甚至穿孔，接近邊緣處則遞增式變厚的情況。如果需要觀察的結(jié)構(gòu)仍處于邊緣較厚的地方，樣品就不適合TEM檢査，實際上PIPS的寬離子束只能對樣品中心區(qū)域有效減薄，無法對目標結(jié)構(gòu)所在的邊緣較厚處進一步減薄，因此樣品往往需要重磨，無疑這種重復(fù)的樣品處理工作非常影響效率。
發(fā)明內(nèi)容針對目前在用PIPS處理樣品有時候出現(xiàn)目標結(jié)構(gòu)處于減薄區(qū)域邊緣較厚處，不適合TEM檢査而經(jīng)常需要重磨的問題，提出本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于，提供一種不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾具，使用這種結(jié)構(gòu)的夾具固定樣品在PIPS系統(tǒng)中減薄可以很好地避免上述問題，使樣品上各種位置的目標區(qū)域都可能得到有效減薄，方便透射式電子顯微鏡檢査。本發(fā)明提供的不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾具具有如下所述的結(jié)構(gòu)位于底部的支撐軸；與支撐軸相連的樣品承載平臺；兩個樣品固定夾臂，位于樣品承載平臺邊緣的相對位置，從所述平臺向上延伸并向內(nèi)彎折。其中，兩個樣品固定夾臂的長度不相等，夾臂末端之間連線的中點偏離支撐軸的軸心。下面結(jié)合本發(fā)明提供的上述技術(shù)方案介紹具體的TEM樣品制作過程。在一個半導(dǎo)體器件中如果有需要用TEM進行檢測的結(jié)構(gòu)，需要將其制作成適合TEM檢測的樣品，先通過例如化學機械研磨的方式使樣品的厚度被研磨至厚度lpm左右。本發(fā)明提供的樣品夾，可以與現(xiàn)有技術(shù)中采用的樣品夾結(jié)合使用。一般情況下樣品的目標結(jié)構(gòu)位于中央?yún)^(qū)域，這時只需采用現(xiàn)有的樣品夾即可以在PIPS機臺上有效減薄此區(qū)域，得到適合TEM觀察的樣品。如果使用現(xiàn)有的樣品夾固定樣品在PIPS機臺上減薄后，目標結(jié)構(gòu)區(qū)域仍然沒被有效減薄，就可以使用本發(fā)明提供的樣品夾來固定樣品，使其被減薄的區(qū)域偏離樣品的中心區(qū)域，具體操作方法如下將粘有樣品的銅環(huán)置于本發(fā)明所述不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾的樣品承載平臺上，并用樣品固定夾臂固定。然后將樣品固定夾的支撐軸插入PIPS機臺上相應(yīng)的驅(qū)動孔中，使樣品夾繞支撐軸旋轉(zhuǎn)，PIPS的離子束同時作用在樣品上使其減薄。由于樣品固定夾臂不等長，夾臂末端之間連線的中點偏離支撐軸的軸心，因此被固定的樣品中心區(qū)域也偏離支撐軸的軸心。實際上旋轉(zhuǎn)時樣品中心的運行軌跡為繞支撐軸的軸心旋轉(zhuǎn)，在離子束恒定照射在樣品承載平臺中心區(qū)域的條件下，這種運動方式可以使樣品上受離子束作用的區(qū)域偏離其中心區(qū)域。本發(fā)明的優(yōu)點在于，由于樣品夾上的樣品固定夾臂不等長，用這種樣品夾固定樣品后，樣品被PIPS機臺減薄的區(qū)域會偏離其中心區(qū)域一定距離。很明顯，這種樣品夾在使用上可以與現(xiàn)有的樣品夾互補，避免出現(xiàn)PIPS減薄后樣品上的目標結(jié)構(gòu)仍位于研磨區(qū)域邊緣較厚地方的情況。為了更容易理解本發(fā)明的目的、特征以及其優(yōu)點，下面將配合附圖和實施例對本發(fā)明加以詳細說明。本申請中包括的附圖是說明書的一個構(gòu)成部分，附圖與說明書和權(quán)利要求書一起用于說明本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，用于更好地理解本發(fā)明。圖1為目前使用的精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾整體示意圖，其中，l為支撐軸，2為樣品承載平臺，3為樣品固定夾臂，其長度為a;圖2為目前使用的精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾夾持樣品時的俯視圖3a為現(xiàn)有技術(shù)樣品夾固定下經(jīng)過PIPS減薄后粘有樣品銅環(huán)的俯視圖，其中10表示樣品，20表示銅環(huán)，IOI為目標區(qū)域，102為減薄出現(xiàn)空洞的區(qū)域；圖3b為圖3a的側(cè)視圖4為本發(fā)明提供的精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾的總體示意圖，其中，l為支撐軸，2為樣品承載平臺，31和32為兩個不等長的樣品固定夾臂，長度分別為a和b;圖5是本發(fā)明提供的精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾夾持樣品時的俯視圖；圖6是本發(fā)明提供的不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾用于制作TEM樣品時的使用狀態(tài)示意圖，101為目標區(qū)域，102為使用現(xiàn)有樣品夾減薄出現(xiàn)空洞的區(qū)域，103為離子束作用區(qū)域。附圖標記說明<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明的工藝，下面結(jié)合本發(fā)明的具體實施例作進一步說明，但其不限制本發(fā)明。實施例1不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾具設(shè)計方案圖4是本發(fā)明樣品夾的總體示意圖，如圖中所示，這種樣品夾具有位于底部的支撐軸1;與支撐軸相連的樣品承載平臺2;兩個長度不相等的樣品固定夾臂31和32，位于樣品承載平臺邊緣的相對位置，從所述平臺向上延伸并向內(nèi)彎折。其中，兩個夾臂末端之間連線B'B'的中點D'偏離支撐軸的軸心線A'A'與其相交點0'。圖5是本發(fā)明樣品夾夾持樣品時的俯視圖，圖中兩個樣品固定夾臂31和32不等長。相對于同樣規(guī)格，但是兩個夾臂相等的樣品夾，本發(fā)明可以通過延長其中一臂，并以相等的量縮短另一臂的方式達到兩個夾臂不等長的效果，如果一臂常為a+x，則一臂長為a-x。并且，在設(shè)計上述兩個夾臂的長度時，需要考慮多方面因素。PIPS機臺中離子束的有效減薄區(qū)域最大直徑約為lmm，如果樣品夾臂一邊延長xmm,另一邊相應(yīng)減短xmm,根據(jù)銅環(huán)，樣品,樣品夾以及離子束斑的相對位置和尺寸大小，x應(yīng)取00.5mm，若大于0.5mm，則離子束會轟擊到銅環(huán)和夾頭，引起損壞并污染樣品。若x值過于小，又不能最大范圍的對樣品邊緣減薄。故本發(fā)明取x值0.250.5mm。經(jīng)過這樣設(shè)計得到的樣品夾，可以保證其上固定的樣品被PIPS機臺減薄的區(qū)域偏離樣品的中心區(qū)域又不至于損壞和污染樣品。實施例2本發(fā)明提供的不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾用于制作TEM樣品如圖3a及圖3b所示，樣品用現(xiàn)有的樣品夾固定后，經(jīng)PIPS減薄，至樣品中心出現(xiàn)空洞102時，待觀察的目標結(jié)構(gòu)區(qū)域101仍然沒得到有效減薄，此時可以將此粘有樣品的銅環(huán)置于本發(fā)明的不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾上，其夾持狀態(tài)的俯視圖參見圖6。區(qū)域102表示用現(xiàn)有樣品夾進行PIPS減薄時形成的空洞，101為目標區(qū)域，在進行PIPS減薄時，離子束作用的區(qū)域103以旋轉(zhuǎn)軸為中心，當樣品的中心偏離旋轉(zhuǎn)軸線進行旋轉(zhuǎn)時，其受離子束照射的區(qū)域偏離樣品中心區(qū)域，即樣品可以被離子束減薄的區(qū)域趨向其邊緣。圖中的樣品需要用TEM檢查的結(jié)構(gòu)101區(qū)域即在趨向樣品邊緣處，在本發(fā)明的樣品夾夾持下，此區(qū)域為旋轉(zhuǎn)軸心處被離子束照射的位置，而如果使用目前的兩臂等長的樣品夾，則由于樣品中心和旋轉(zhuǎn)軸重合，被有效減薄的只能是樣品的中心，在這種情況下使用本發(fā)明的不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾具可以針對性地使目標區(qū)域有效減薄。權(quán)利要求1、一種不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾具，具有如下所述的結(jié)構(gòu)位于底部的支撐軸；與支撐軸相連的樣品承載平臺；兩個樣品固定夾臂，位于樣品承載平臺邊緣的相對位置，從所述平臺向上延伸并向內(nèi)彎折；其特征在于兩個樣品固定夾臂的長度不相等，夾臂末端之間連線的中點偏離支撐軸的軸心。2、如權(quán)利要求1所述的不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾具，其特征在于，在兩個固定夾臂長度相等的基礎(chǔ)上增加其中一臂長度，并以相等量減少另一臂長度，使兩個固定夾臂長度不等。3、如權(quán)利要求2所述的不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾具，其中對固定夾臂增加或減少長度的量在0.250.5mm之間。4、一種不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾具的應(yīng)用方法，包括下列步驟(1)使用普通的雙臂等長夾具固定樣品，于精密離子拋光系統(tǒng)中減薄樣叩S(2)檢査樣品被減薄的區(qū)域是否為目標區(qū)域，如果為目標區(qū)域則完成樣品減??；如果非目標區(qū)域則進行下一步驟；(3)使用權(quán)利要求13所述不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾具固定樣品，于精密離子拋光系統(tǒng)中減薄樣品，完成樣品減薄。全文摘要本發(fā)明提供一種不對稱精密離子拋光系統(tǒng)樣品夾具及其應(yīng)用方法，這種夾具具有不等長的樣品夾臂。目前在用PIPS處理透射式電子顯微鏡樣品時，容易出現(xiàn)目標結(jié)構(gòu)處于減薄區(qū)域邊緣較厚處，不適合TEM檢查而經(jīng)常需要重磨樣品的問題，由于TEM樣品制作非常費時，重復(fù)的操作嚴重影響工作效率。使用本發(fā)明提供的夾具固定樣品及其應(yīng)用方法在PIPS系統(tǒng)中減薄可以很好地避免此問題。文檔編號G01N1/32GK101191761SQ200610118508公開日2008年6月4日申請日期2006年11月20日優(yōu)先權(quán)日2006年11月20日發(fā)明者王燕君,胡建強,芮志賢,強高申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司