專利名稱：在聚焦離子束顯微鏡中進(jìn)行快速樣品制備的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚焦離子束(FIB)顯微鏡的使用，其用于制備樣品，供在 透射電子顯微鏡(TEM)中進(jìn)行后續(xù)分析，還涉及便于進(jìn)行這些活動(dòng)的裝 置。
冃足扠不
在當(dāng)前集成電路器件的器件區(qū)域和互連疊層中，結(jié)構(gòu)化的人工制品，
甚至是某些結(jié)構(gòu)化層可以小到不能用掃描電子顯微鏡(SEM)中的輔助電 子圖像或者FIB來(lái)進(jìn)行可靠檢測(cè)，該顯微鏡可提供約為3nm的體表面圖像 分辨率。與之相比，TEM檢驗(yàn)可提供更精細(xì)的圖像分辨率(O.lnm)，但 是需要安裝在3mm直徑柵格盤(pán)上的樣品具有能透過(guò)電子(electron transparent) (〈00nm厚度)的部分。
后來(lái)發(fā)展的技術(shù)可以用于切出或移走樣本以用于檢査，該檢查很少需 要或者不需要在FIB中進(jìn)行制備之前進(jìn)行初始半導(dǎo)體模具樣品的初步機(jī)械 制備。這些取樣技術(shù)包括在FIB室外面進(jìn)行的"離位"方法，以及在FIB 內(nèi)進(jìn)行的"原位"方法。
這種原位取樣技術(shù)是一系列FIB研磨和樣品移動(dòng)步驟，用于產(chǎn)生具體
3與位置相關(guān)的樣本，用于在TEM或其他分析儀器中進(jìn)行隨后的觀察。在原 位取樣過(guò)程中，包含感興趣區(qū)域的材料樣品(通常是楔形的)首先通過(guò)FIB 中的離子束研磨過(guò)程從塊樣品如半導(dǎo)體晶片或模具中完全分離出來(lái)。此樣 品通常為10X5X5 um大小。然后使用內(nèi)部納操縱器與離子束輔助化學(xué)汽 相沉積(CVD)工藝相結(jié)合進(jìn)行取樣樣品的去除，該CVD工藝可用FIB工 具獲得。合適的納操縱器系統(tǒng)是由Dallas,Texas的Omniprobe Inc.，制造的 Omniprobe AutoProbe 200。在CVD工藝中所沉積的材料通常為金屬或氧化 物。
然后將TEM樣品架定位在FIB的視場(chǎng)中，且用納操縱器使取樣樣品降 到樣品架的邊緣。然后用FIB真空室內(nèi)的CVD金屬沉積量將樣品固定到 TEM樣品架上。 一旦樣品連接到該TEM樣品架上，探針針尖就通過(guò)離子 研磨與樣品分離。該方法中涉及包括TEM樣品架的操作的部分被稱為"樣 品架連接"步驟。然后可以使用傳統(tǒng)的FIB研磨步驟對(duì)樣品進(jìn)行研磨，以 準(zhǔn)備出一個(gè)薄的區(qū)域，用于進(jìn)行TEM檢驗(yàn)或其他分析。關(guān)于原位取樣方法 的詳細(xì)介紹可以在美國(guó)專利No.6，420,722和6,570,170的說(shuō)明書(shū)中找到。這 些專利說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容結(jié)合在此作為參考，但它們并不應(yīng)該被認(rèn)為由于在此 背景部分中提及而構(gòu)成相對(duì)于本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
原位取樣技術(shù)已被廣泛使用，因?yàn)樵摲椒ㄔ试S人們利用FIB的獨(dú)特能 力，并將這些能力擴(kuò)展到對(duì)下一代器件中的結(jié)構(gòu)和缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)。由于新 FIB儀器可獲得小的離子束光斑尺寸(例如〈Onm)所以目前的FIB樣本制 備技術(shù)可以在對(duì)位置特征有需求的地方提供最好的空間分辨率。
這種原位取樣方法的變化涉及取樣樣品的"背面研磨"。這一變化根據(jù) "浴簾(showercurtain)"效應(yīng)這一問(wèn)題而提出的，其中，在集成電路表面 上的非均勻高密度材料會(huì)在TEM制備的最終減薄過(guò)程后在取樣樣品上產(chǎn)生 不平的面。這些不平的面具有與離子束方向平行的豎直脊，這是由于在樣 品頂部附近的較密材料具有較慢的離子研磨速度，在此處，頂部被限定為 最靠近離子束源的邊緣。在集成電路中這種非均勻?qū)邮窍喈?dāng)普遍的，例如， 銅或鋁互連布線以及鉤質(zhì)電接觸器材。在為T(mén)EM檢驗(yàn)而減薄的區(qū)域中取樣 樣品上的平表面對(duì)于TEM技術(shù)而言是非常重要的，例如電子全息攝影術(shù)。 背面研磨包括在最終減薄過(guò)程之前將樣品倒置，從而集成電路的活性層之 中或附近的高密度材料不會(huì)再對(duì)離子研磨結(jié)果產(chǎn)生影響。原位取樣過(guò)程可以被簡(jiǎn)化為三個(gè)連續(xù)的步驟。第一步是使用聚焦離子 束研磨來(lái)分離樣品并將樣品從其溝道中取出。第二步是"樣品架連接"步
驟，在該步驟中，樣品在探針針尖上被移動(dòng)到TEM樣品架上。然后被連接 到TEM樣品架上(通常用離子束誘導(dǎo)的金屬沉積)且然后與探針針尖分開(kāi)。 第三步也是最后一步是使用聚焦離子fe研磨將樣品減薄成能透過(guò)電子的薄 部分。
在用原位取樣完成TEM樣品的過(guò)程中所用的總時(shí)間的最重要部分花在 樣品架連接步驟上。所用的相對(duì)時(shí)間量取決于將取樣樣品與初始?jí)K樣品機(jī) 械分離所需的時(shí)間量(離子束研磨速度)，但是會(huì)在TEM樣品制備的總時(shí) 間的30%-60%之間變化。如果除去樣品架連接步驟，則可產(chǎn)生一些關(guān)鍵的 收益以及與資源相關(guān)的好處，因?yàn)槿コ溯斔蜆悠芬约皩EM樣品連接到 TEM樣品架上的步驟。
例如，在沒(méi)有樣品架連接步驟時(shí)，半導(dǎo)體晶片能返回到取樣緊后面的 一個(gè)工藝流程中。對(duì)樣品的減薄可以隨后在一個(gè)離線FIB中進(jìn)行。這減少 了關(guān)鍵的在線(清潔室)FIB上的負(fù)載，這使得更容易實(shí)施取樣的過(guò)程控制， 并減少了操作在線FIB的工藝工程人員所需的專業(yè)水平。
為了去除樣品架連接步驟，連接有樣品的探針針尖可以通過(guò)適當(dāng)?shù)姆?法直接與要形成TEM樣品架的材料相連，該適當(dāng)?shù)姆椒杀３秩訕悠放c 探針針尖之間的連接，并防止探針針尖與樣品在存儲(chǔ)或在TEM中檢驗(yàn)的過(guò) 程中與樣品架分離。組件應(yīng)當(dāng)不與TEM或其他要用的分析儀器的操作相干 涉，并且應(yīng)當(dāng)在TEM或其他要用的分析儀器的內(nèi)部環(huán)境中保存得很好。這 些適當(dāng)?shù)姆椒òǖ幌抻?，使樣品架材料或探針針尖材料或二者機(jī)械變 形；探針針尖與TEM樣品架材料的電或熱結(jié)合(例如，電焊)；用適當(dāng)?shù)?膠或粘結(jié)劑將探針針尖與此材料結(jié)合；用CVD或蒸發(fā)材料將探針針尖與 TEM樣品架材料結(jié)合；或其他適當(dāng)?shù)氖侄?。這種將連接有樣品的探針針尖 與TEM樣品架進(jìn)行直接連接的方法可以在FIB或其他分析儀器的真空室之 內(nèi)或之外進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括用于制備TEM樣品架的樣坯。該樣坯包括一 個(gè)片材，優(yōu)選為銅或鉬，且其表面可以是平的或具有瓦楞結(jié)構(gòu)。該片材包括TEM樣品架模板，且該片材至少有一部分將該TEM樣品架模板連接到 該片材的其他部分。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，TEM樣品架模板包括一個(gè)具有C形孔的片 材。所述C形孔限定出一個(gè)環(huán)的外周，且C形孔的開(kāi)口限定出材料槽脊。 該槽脊將環(huán)連接到該片材上，且有一個(gè)通道穿過(guò)該片材，其將C形孔連接 到片材的邊緣。
該TEM樣品架包括一個(gè)環(huán)，所述環(huán)具有圓周間隙；所述圓周間隙通過(guò) 將TEM樣品架模板壓在兩個(gè)模具中間并從TEM樣品架模板上切出圓周間 隙而形成。該TEM樣品架可進(jìn)一步包括嵌入在該環(huán)中的一個(gè)或多個(gè)探針針 尖，其中每個(gè)探針針尖進(jìn)一步包括一個(gè)相連的樣品?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)環(huán)和和一 個(gè)或多個(gè)尖端施加壓力而將探針針尖嵌入到環(huán)中，從而使圍繞該針尖 (shank)的環(huán)材料流動(dòng)，或它們可以使用粘結(jié)劑或通過(guò)電或熱焊接技術(shù)連 接到TEM樣品架上。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該TEM樣品架包括矩形或其他任何幾何形狀， 其可用于保持住一個(gè)或多個(gè)探針針尖，每個(gè)探針針尖包括一個(gè)相連的樣品。
還提供一種制備用于在TEM中進(jìn)行檢查的樣品的方法，包括以下步驟: 將樣品連接到探針的末梢；將探針針尖接合到TEM樣品架上；以及由探針 針尖和TEM樣坯形成TEM樣品架。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例還包括一種壓機(jī)，用于從TEM樣坯上切出TEM 樣品架，并將連接有樣品的探針針尖接合到該TEM樣品架上，所述壓機(jī)包 括外模具；位于外模具內(nèi)的內(nèi)模具；與內(nèi)、外模具相對(duì)的靠模桿；與靠 模桿同軸布置的剪沖頭；將靠模桿朝內(nèi)模具偏置的下壓彈簧； 一個(gè)響應(yīng)于 靠模桿與內(nèi)模的接觸的觸發(fā)器或其他機(jī)構(gòu)，以及一個(gè)響應(yīng)于該觸發(fā)器的致 動(dòng)器，用于朝內(nèi)、外模具驅(qū)動(dòng)剪沖頭。該壓機(jī)可位于FIB或其他分析儀器 的真空室之內(nèi)或者之外。


圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的TEM樣坯的平面圖，其中，樣品架為環(huán)形， 且要用一個(gè)探針末梢。
圖2為圖1的TEM樣坯的平面圖，示出了在嵌入和切削之前橫過(guò)該樣 坯定位的探針末梢。圖3為可選實(shí)施例的TEM樣坯的平面圖，其中，樣品架為環(huán)形，且要 用四個(gè)探針末梢。
圖4為由圖1的TEM樣坯形成的TEM樣品架和探針末梢的組合件的 平面圖，具有環(huán)開(kāi)口，允許對(duì)取樣樣品的頂面進(jìn)行FIB離子研磨。
圖5為由圖2的TEM樣坯形成的TEM樣品架和四個(gè)探針末梢組合件 的平面圖，具有環(huán)開(kāi)口，允許對(duì)取樣樣品的頂面進(jìn)行FIB離子研磨。 圖6為嵌入到TEM樣坯中的探針針尖的剖視圖。 圖7為通過(guò)電或熱結(jié)合與TEM瓦楞樣坯相連的探針針尖的剖視圖。 圖8為使用粘結(jié)劑與TEM樣品架相連的探針針尖的剖視圖。 圖9為用CVD或蒸發(fā)材料與TEM樣品架相連的探針針尖的剖視圖。 圖IO為優(yōu)選實(shí)施例的壓機(jī)和剪沖頭的局部剖視圖。 .,.圖11為圖10的壓機(jī)和剪沖頭的局部放大剖視圖。 圖12為圖10的剪沖頭和內(nèi)、外模具的透視圖。
圖13為圖10的剪沖頭的透視圖，示出了配合有一個(gè)樣坯和一個(gè)探針 末梢。
圖14為探針針尖、位于探針針尖上方的優(yōu)選實(shí)施例的末端靠模桿、以 及TEM樣品架的橫截面圖，其中，探針針尖嵌入在TEM樣品架中。
圖15為圖4所示的TEM樣品架和探針針尖的組合件的平面圖，其中 在樣品架環(huán)中具有用于背面研磨的圓周間隙。
圖16為圖5所示的TEM樣品架和四個(gè)探針針尖的組合件的平面圖， 其中，具有用于進(jìn)行背面研磨的環(huán)開(kāi)口。
圖17是瓦楞TEM樣坯的橫截面圖。
圖18為嵌入在瓦楞樣坯中的探針針尖的橫截面圖。
圖19是優(yōu)選實(shí)施例的TEM樣坯的平面圖，其中，樣品架為矩形，且 要用四個(gè)探針末梢，具有允許對(duì)樣品頂面進(jìn)行FIB研磨的開(kāi)口 。
圖20為優(yōu)選實(shí)施例的TEM樣坯的平面圖，其中，樣品架為矩形，且 要用四個(gè)探針末梢，具有允許對(duì)取樣樣品的底面進(jìn)行背面FIB離子研磨的 開(kāi)口。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括將連接有樣品的探針末梢與TEM樣品架相連的方法和裝置，其取代了傳統(tǒng)方法中的樣品架連接步驟。在該優(yōu)選實(shí)施例
中，這一機(jī)械過(guò)程是在真空室外面進(jìn)行的，但是它也可以在FIB室內(nèi)進(jìn)行。 在該優(yōu)選實(shí)施例中，原位取樣過(guò)程的第一步(樣品的分離過(guò)程)在FIB中 完成，然后將連接有樣品的探針針尖從FIB室處移走。這一移走過(guò)程可以 通過(guò)許多手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括但不限于，穿過(guò)設(shè)有門(mén)的FIB的樣品門(mén)而移走 探針和所連樣品，穿過(guò)納操縱器裝置上的真空氣壓過(guò)渡艙而移動(dòng)所述探頭 末梢和所連樣品，或者在一個(gè)穿過(guò)FIB室的真空過(guò)渡艙的盒中移動(dòng)所述探 針末梢和所連樣品。只所列第一種手段不需要FIB真空室通大氣，其可使 循環(huán)時(shí)間減少，使設(shè)備具有長(zhǎng)期可靠性。 樣坯
在優(yōu)選實(shí)施例中，納操縱器探針150的探針針尖160通過(guò)一個(gè)組合的 機(jī)械成形和切削操作與TEM樣坯100相連。如圖1所示，該TEM樣坯100 是約與最終樣品架170具有相同厚度的片材。該TEM樣坯100包含最終樣 品架170的形狀(TEM預(yù)模板)，但是此預(yù)模板還沒(méi)有被完全機(jī)械分離。可 事先在片材中產(chǎn)生通常3mm TEM樣品架170的大多數(shù)最終形狀，作為可 消耗的樣坯IOO。該預(yù)模板仍通過(guò)翼片、槽脊或樣品架材料的其他部分120 與樣坯100相連。該預(yù)模板具有環(huán)180，其將成為最終TEM樣品架170的 一部分。該環(huán)180因此由樣坯100中的C形孔135限定。C形孔135的開(kāi) 口是連接用的槽脊120。也可使用其他閉合形狀，例如矩形。
樣品架材料最好是軟銅，但也可以是鉬、鋁、金、銀、鎳或鈹，只要 其適合于應(yīng)用場(chǎng)合即可。在分離過(guò)程的機(jī)械步驟中，樣坯100使樣品架模 板170定向并將其保持在適當(dāng)位置，如下所述。圖2示出了一個(gè)橫過(guò)樣坯 IOO放置的納操縱器探針末梢150。該探針150具有探針針尖160，其保持 住樣品140，用于分析。通常，探針針尖160是精細(xì)的鎢針。
TEM樣坯100也可以用比銅硬的材料制成，例如鉬，或者它也可以具 有便于將探針針尖160機(jī)械嵌入到樣坯材料中的表面結(jié)構(gòu)。 一個(gè)很好的例 子就是具有瓦楞175的表面結(jié)構(gòu)，其有一段約等于或小于探針針尖160直 徑的段。圖7和17示出了該瓦楞結(jié)構(gòu)的剖視圖。在圖7中，瓦楞段約為探 針針尖160直徑的一半。瓦楞175可以是周期性的例如與探針針尖的方向 對(duì)齊的連續(xù)排或脊，單獨(dú)的柱子排，或非周期性的自由形式的升起段。這 些結(jié)構(gòu)可以很容易變形，以將探針針尖160鎖定在適當(dāng)位置。樣坯材料的其余翼片、槽脊120將部分成形的TEM樣品架170連接到 樣坯100上，并在所述組合的機(jī)械成形和切削操作過(guò)程中被切割，如下所 述。所述TEM樣品架170優(yōu)選地形成為環(huán)180的形狀，其圓周間隙190使 得后來(lái)可以對(duì)TEM樣品架170的平面中的樣品140的或者頂面或者底面進(jìn) 行FIB離子研磨，因而產(chǎn)生與TEM樣品架170的平面大致平行的能透過(guò)電 子的薄部分。也可使用允許在形成的TEM樣品架170的環(huán)180中存在圓周 間隙190的其他形狀。例如圖19和20示出了具有兩個(gè)間隙190的TEM樣 品架170，其中，TEM樣品架170的形狀為矩形。
圖4、 5和19示出了TEM樣品架170，其中，探針針尖160安裝成用 于對(duì)樣品140進(jìn)行頂側(cè)離子研磨。圖16、20示出了 TEM樣品架170，其中， 探針針尖160安裝成用于對(duì)樣品140進(jìn)行背面研磨。
形成TEM樣品架的方法
連接有樣品140的探針針尖160可以與要形成TEM樣品架170的材料 相接合，從而保持樣品140和探針針尖160之間的連接，并防止探針針尖 160和樣品140在輸送、存儲(chǔ)、或在TEM中檢驗(yàn)的過(guò)程中從TEM樣品架 170上分離。該組件應(yīng)該不與TEM或其他要用的分析儀器的正常操作相干 涉，且應(yīng)該在TEM或其他要用的分析儀器的內(nèi)部環(huán)境中保存得很好。
圖6-9和18示出了將探針針尖160接合到TEM樣坯100上的方法。 圖6是樣坯100的材料或探針針尖160或二者的機(jī)械變形的局部視圖。圖7 示出了探針針尖160與樣坯100的電或熱結(jié)合320例如焊接。圖7還示出 了 TEM樣品架材料中的瓦楞175;在這種情況下瓦楞段約與探針針尖160 的直徑相同。圖8示出了用適當(dāng)?shù)哪z或粘結(jié)劑330將探針針尖160結(jié)合到 TEM樣品架170材料的過(guò)程。圖9示出了用CVD或蒸發(fā)材料340將探針 針尖160結(jié)合到TEM樣品架170材料的過(guò)程。
一旦具有連接有樣品140的一個(gè)或多個(gè)探針針尖160的TEM樣品架 170產(chǎn)生后，它就可以返回到FIB用于最終減薄操作過(guò)程，在該過(guò)程中，一 個(gè)或多個(gè)取樣樣品140的期望的部分被減薄(通常為50-250nm)以使之能 透過(guò)電子。這種最終的減薄過(guò)程可以在離線FIB中進(jìn)行，以使在線FIB的 產(chǎn)量最大化以及利用有效的專業(yè)的或?qū)Ｓ玫碾x線FIB實(shí)驗(yàn)室資源，這些離 線FIB實(shí)驗(yàn)室可以位于清潔室外面。但是，如果用于將樣品連接到TEM樣 品架的裝置位于FIB內(nèi)，則最終減薄操作可以立即進(jìn)行。
9在一個(gè)可選的方法中，最終減薄步驟可以在取樣步驟之后且在連接有
樣品140的探針針尖160從FIB上移走用于與FIB外面的TEM樣品架連接 之前在FIB中進(jìn)行。在這種方法中，不需要將機(jī)械形成的連接有樣品140 的TEM樣品架170返回到FIB用于最終的減薄過(guò)程。但是，最終減薄過(guò)程 需要在初始的FIB中花額外的時(shí)間。在這種方法中，連接有樣品140的探 針針尖160被移動(dòng)到FIB中的適當(dāng)位置，且然后用FIB中的離子束進(jìn)行最 終減薄步驟。然后，使用前面所述的機(jī)械成形和切削步驟，連接有樣品140 的探針針尖160被從FIB上移走，并與TEM樣品架170相連。推薦但并不 要求使探針針尖160機(jī)械穩(wěn)定以將探針針尖160相對(duì)于FIB室的任何振動(dòng) 減少到可接受的水平，或者減少探針針尖160相對(duì)于FIB室的任何機(jī)械漂 移?？赏ㄟ^(guò)使探針針尖160和FIB中適當(dāng)穩(wěn)定的表面之間或樣品140與FIB 中適當(dāng)表面或物體之間機(jī)械接觸而使連接有樣品140的探針針尖160機(jī)械 穩(wěn)定。例如與FIB臺(tái)相連的機(jī)械結(jié)構(gòu)的邊緣或角落，以及探針針尖160可 以進(jìn)行機(jī)械接觸?；蛘?，樣品140的底邊緣與樣品臺(tái)的表面或與樣品臺(tái)相 連的任何穩(wěn)定的機(jī)械物體(例如晶片表面)進(jìn)行機(jī)械接觸。該穩(wěn)定物體可 以是剛性的或者可以是塑性或彈性變形的，以接受探針針尖160或取樣樣 品140的形狀，并進(jìn)一步緩沖探針針尖160中的任何相對(duì)機(jī)械振動(dòng)。
在另一可選方法中，最終減薄步驟可以在取樣步驟之后并在連接有樣 品140的探針針尖160接合到FIB真空室內(nèi)的TEM樣品架上之前在FIB中 進(jìn)行。在這種方法中，連接有取樣樣品140的探針針尖160移動(dòng)到FIB中 的適當(dāng)位置，且然后用FIB中的離子束來(lái)進(jìn)行最終減薄步驟。然后，帶有 減薄過(guò)的樣品140的探針針尖160可以使用前面所述的機(jī)械成形和切削過(guò) 程連接到FIB真空室內(nèi)的TEM樣品架170上。在這種方法中，用于將樣品 連接到TEM樣品架上的裝置位于FIB真空室內(nèi)。因此，原位取樣，連接有 樣品的探針針尖與TEM樣品架的連接、以及最終減薄操作都可以作為一個(gè) 工藝中的多個(gè)步驟在FIB真空室內(nèi)進(jìn)行。
樣品架形成裝置
圖1和2示出了如上所述的TEM樣坯100。將樣坯100的樣品架部分 170與樣坯IOO的其余部分相連的槽脊120將在切削和成形操作過(guò)程中被切 割，以形成TEM樣品架170。樣坯100的厚度由將探針針尖160嵌入和機(jī) 械鎖定在樣坯100材料中而仍能使最終樣品架170具有足夠的強(qiáng)度以防止在探針針尖160嵌入位置發(fā)生不希望的TEM樣品架170的折疊或分離所需 的厚度。例如，對(duì)于直徑125 um (.005")的鎢探針針尖160而言，厚度為 250-500u m (.010"-.020")的銅適合于樣坯100。樣品架170材料和圍繞的 樣坯100材料在探針針尖切掉區(qū)域130中都稍凹陷，以允許用于切削表面 的空間，以切削探針針尖160而不會(huì)留下延伸超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)TEM樣品架170的 3mm外徑的切割探針針尖160的任何部分，或延伸超過(guò)任何其他適當(dāng)形狀 的標(biāo)準(zhǔn)TEM樣品架170的外邊界的切割探針針尖160的任何部分。
包括有對(duì)準(zhǔn)孔110，以允許將樣坯IOO對(duì)準(zhǔn)在用于進(jìn)行切削和成形操作 的機(jī)械裝置中。在采用C形TEM樣品架170的情況中，探針針尖間隙槽 125 (圖3)是穿過(guò)樣坯100的直槽，其從TEM樣品架170的中心向外輻射 超過(guò)TEM樣品架170的外徑，這產(chǎn)生了用于探針針尖160的間隙，以允許 在切削和成形操作之前，沿著TEM樣品架170的表面將探針針尖160對(duì)齊。
在切削和成形操作中，TEM樣品架170被從樣坯700 (圖4)上切出。 如上所述，TEM樣品架170可以做成C形模板，或其他具有圓周間隙190 的形狀，以使得后來(lái)可以對(duì)TEM樣品架170的平面中的取樣樣品進(jìn)行FIB 離子研磨，以產(chǎn)生大約與TEM樣品架170平面平行的能透過(guò)電子的薄部分， 或者也可做成允許進(jìn)行相同工藝的其他形狀。為了進(jìn)行后來(lái)的樣品140頂 面的研磨，間隙190可以在C形孔135的開(kāi)口處從模板上切出，該開(kāi)口由 將模板與樣坯IOO相連的槽脊120限定出。為了進(jìn)行后來(lái)的樣品140底面 的研磨，間隙可以在與孔135的開(kāi)口大致相對(duì)的位置從模板上切出。
在切削和成形過(guò)程中，較硬的鉤探針針尖160被壓入到TEM樣品架170 的較軟材料中，且探針針尖160上的延伸到3mm TEM樣品架形狀170的 外徑外面的部分被切掉。TEM樣品架170材料被誘導(dǎo)以塑性變形，從而銅 材料機(jī)械圍繞著探針針尖160，以將其鎖定在適當(dāng)位置(圖6)。
圖10-13示出了切削和成形操作的常規(guī)過(guò)程。操作者將TEM樣坯100 放在外模具280上(如果該操作在FIB外面進(jìn)行的話這一操作可以手動(dòng)進(jìn) 行；或者，如果其在FIB真空室內(nèi)進(jìn)行的話可以自動(dòng)進(jìn)行)，并使每個(gè)探針 針尖160以如下方式對(duì)齊，即，每個(gè)探針針尖160與探針針尖間隙槽125 對(duì)齊，且與探針針尖160相連的樣品140被定位成平行于TEM樣品架170 的平面。內(nèi)模具290和外模具280都支撐著樣品架170和探針針尖160。 一 旦每個(gè)探針末梢固定好后，操作者手動(dòng)或自動(dòng)將該一個(gè)或多個(gè)探針末梢、TEM樣坯100、以及所有支撐硬件都定位在主安裝塊220下面，并致動(dòng)一 個(gè)氣動(dòng)開(kāi)關(guān)310，使主安裝塊220和相連的硬件在位于上述主安裝塊220上 面的致動(dòng)器300的作用下向下移動(dòng)。致動(dòng)器300最好是氣動(dòng)的，但也可以 是液壓或電動(dòng)的。也可以有用于氣動(dòng)致動(dòng)器的排出管線305。
圖11-13示出了隨著主安裝塊220向下移動(dòng)時(shí)成形和切削操作的過(guò)程。 靠模桿250接觸每個(gè)探針針尖160，并將它向下壓到TEM樣品架170材料 中。這一過(guò)程持續(xù)到TEM樣品架和探針針尖的交界面產(chǎn)生足夠的阻力，可 克服下壓彈簧230的力。下壓彈簧230的力由彈簧調(diào)節(jié)螺栓240設(shè)定到希 望的力，以保證每個(gè)探針針尖160都被完全壓入到TEM樣坯100中。靠桿 250包括一個(gè)或多個(gè)齒260，該齒使得其在被向下時(shí)，使探針針尖周圍封閉 該探針針尖160的樣品架材料流動(dòng)。
一旦彈簧230的阻力被克服，且靠桿250的移動(dòng)停止時(shí)，剪沖頭270 繼續(xù)向下前進(jìn)，使用內(nèi)模具290和外模具280的支撐作用，按需要的長(zhǎng)度 剪切每個(gè)探針針尖160，從余下的TEM樣坯100上切斷連接TEM樣品架 170的翼片120，并在該樣品架170中產(chǎn)生C形開(kāi)口，或任何其他適當(dāng)形狀 的開(kāi)口。然后操作者釋放氣動(dòng)開(kāi)關(guān)，以使主安裝塊220和相連的硬件返回 到其初始位置，使TEM樣品架170與TEM樣坯100分離，并使樣品架包 括一個(gè)或多個(gè)連接有樣品140的探針針尖160。
因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員可以修改前面所述的具體實(shí)施例，本發(fā)明的權(quán)利 要求范圍涵蓋了這種修改和等同變化。
1權(quán)利要求
1.一種TEM樣品架，所述TEM樣品架包括一個(gè)環(huán)，所述環(huán)具有圓周間隙；所述圓周間隙通過(guò)從TEM樣品架模板上切削出圓周間隙而形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TEM樣品架，其特征在于，所述環(huán)由用于制 備TEM樣品架的樣坯中的孔限定；所述孔具有開(kāi)口；其中所述間隙通過(guò)在 所述孔的開(kāi)口處從TEM樣品架模板上切削出圓周間隙而形成，從而允許對(duì) 樣品的頂面進(jìn)行FIB研磨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TEM樣品架，其特征在于，所述環(huán)由用于制 備TEM樣品架的樣坯中的孔限定；所述孔具有開(kāi)口；所述間隙通過(guò)在大致 與所述孔的開(kāi)口相對(duì)的位置處從TEM樣品架模板上切削出圓周間隙而形 成，從而允許對(duì)樣品的底面進(jìn)行FIB研磨。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TEM樣品架，其特征在于，所述切削操作包 括將TEM樣品架模板壓在兩個(gè)模具之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的TEM樣品架，其特征在于，還包括 一個(gè)或多個(gè)嵌入在所述環(huán)中的探針針尖；和 一個(gè)或多個(gè)與所述探針針尖相連的樣品。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的TEM樣品架，其特征在于，所述探針針尖通 過(guò)對(duì)環(huán)和探針針尖施加壓力而嵌入在所述環(huán)中，從而使繞著所述探針針尖 的環(huán)產(chǎn)生塑流。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在聚焦離子束顯微鏡中進(jìn)行快速樣品制備的方法和裝置，用于制備TEM樣品架(170)的樣坯(100)，其包括片材(120)，所述片材包括TEM樣品架模板(170)。片材(120)至少有一部分將TEM樣品架模塊(170)與片材的其他部分相連。通過(guò)在壓機(jī)中從樣坯上切出TEM樣品架模板(170)而形成TEM樣品架(170)，所述切削將納操作器探針末梢(150)的針尖(160)與所形成的TEM樣品架(170)相接合，所述探針(150)的針尖(160)上連接有樣品，用于在TEM中進(jìn)行檢驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01N1/28GK101644642SQ200910164660
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月11日
發(fā)明者托馬斯·穆?tīng)?申請(qǐng)人:全域探測(cè)器公司