本發(fā)明涉及用于在帶電粒子束系統(tǒng)中觀察的樣品的制備。

背景技術(shù)：

帶電粒子束顯微術(shù)（如掃描離子顯微術(shù)和電子顯微術(shù)）提供了比光學顯微術(shù)顯著更高的分辨率和更大的焦深。在掃描電子顯微鏡（sem）中，初級電子束被聚焦到對有待觀察的表面進行掃描的細斑點。當表面被初級電子束沖擊時，從該表面發(fā)出次級電子。檢測次級電子并形成圖像，其中，該圖像上每個點處的亮度由束沖擊表面上的相應斑點時檢測到的次級電子的數(shù)量來確定。掃描離子顯微術(shù)（sim）與掃描電子顯微術(shù)類似，但是離子束用于掃描表面并發(fā)射次級電子。

在透射電子顯微鏡（tem）中，寬電子束沖擊樣品，并且透射穿過樣品的電子被聚焦以形成樣品的圖像。樣品必須足夠薄以允許初級束中的許多電子行進穿過樣品并在相反位置上射出。樣品厚度通常小于100nm。

在掃描透射電子顯微鏡（stem）中，初級電子束被聚焦到細斑點上，并且跨樣品表面對該斑點進行掃描。透射穿過工件的電子由位于樣品遠側(cè)上的電子檢測器收集起來，并且圖像上每個點的強度對應于當初級束沖擊表面上的相應點時所收集的電子的數(shù)量。

因為樣品必須很薄以便用透射電子顯微術(shù)觀察（無論是tem還是stem），所以樣品的制備會是一項精細、耗時的工作。如此處所用的術(shù)語“tem”樣品是指用于或者tem或者stem的樣品，并且對制備用于tem的樣品的引用將被理解成還包括制備用于在stem上觀察的樣品。

tem樣品厚度通常小于100nm，但對于一些應用而言，樣品必須薄很多。樣品的厚度變化導致樣品彎曲、過度銑削、或其他災難性的缺陷。對于此類小樣品而言，制備是tem分析中的關(guān)鍵步驟，tem分析重要地確定結(jié)構(gòu)表征的質(zhì)量和最小和最關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的分析。

圖1示出了一種典型的tem樣品支座100，通常被稱為“柵格”，包括部分為圓形的3mm的環(huán)。在一些應用中，通過離子束沉積或者粘合劑將樣品104附裝到tem柵格的指狀物106上。樣品從指狀物106延伸，從而使得在tem中（未示出），電子束將具有一條穿過樣品104到達該樣品下方的檢測器的自由路徑。tem柵格通常水平地安裝到tem中的樣品支座上，其中，tem柵格的平面（并且從而所附裝的樣品的平面）垂直于電子束，并且觀察樣品。

圖2示出了tem樣品200的橫截面視圖，使用一種典型工藝從襯底或工件202部分地提取樣品。離子束204在有待提取的樣品的兩側(cè)切割出溝槽206和208，留下薄層210，該薄層具有將通過電子束觀察的主要表面212。然后通過相對于離子束將工件202傾斜并環(huán)繞其各側(cè)及底部進行切割以將樣品200釋放。探針216在樣品200被釋放之前或之后附裝至該樣品的頂部，并將該樣品運送至tem柵格。圖2示出了樣品200，該樣品幾乎被完全釋放，剩下在一側(cè)通過接片218附裝。圖2示出了準備將接片218切斷的離子束204。

取決于樣品在工件上是怎樣定向的，tem樣品可以廣義地分類為“橫截面視圖”樣品或“平面視圖”樣品。如果有待觀察的樣品面平行于工件的表面，則樣品被稱為“平面視圖（planarview）”或“平面視圖（planview）”樣品。如果有待觀察的面與工件表面垂直，樣品被稱為“橫截面視圖”樣品。

圖3示出了襯底或工件300，從該襯底或工件提取橫截面視圖樣品302。樣品302被來自相反方向的兩次交叉的離子束切割306a和306b而切下，并且然后離子束切割側(cè)308a和308b以釋放在觀察之前需要額外打薄的“大塊”或大的樣品。將探針310附裝至樣品的頂面304上。因此，所提取的樣品被水平地定向。在樣品以水平定向附裝于豎直定向的tem柵格上的情況下，樣品垂直于該柵格的平面延伸，并且樣品的頂面304對于用fib從頂側(cè)打薄沒有障礙。

從頂側(cè)將tem樣品打薄通常稱為“自頂向下”打薄。從頂側(cè)制備tem樣品的顯著問題通常被稱為“垂落（curtaining）”。在半導體材料中最常觀察到垂落，在半導體材料中，具有低濺射產(chǎn)額的材料的多個圖案化的層阻擋更快濺射產(chǎn)額的材料。在展示不同地形區(qū)域的材料中也可以觀察到垂落，在這些材料中，濺射產(chǎn)額的變化隨銑削入射角而不同。具有這些類型的結(jié)構(gòu)或密度變化的樣品的fib打薄將引起“垂落”從密度變化結(jié)構(gòu)的底部（即金屬線）沿著被銑削的橫截面的面向下蔓延。垂落人為現(xiàn)象降低了tem成像的質(zhì)量并限制了試樣最小有用厚度。對于此處定義為具有小于30nm厚度的樣品的超薄tem樣品，明顯地，兩個橫截面的面非?？拷?，所以垂落影響造成的厚度變化會導致樣品不可用。

為了將tem樣品制備中的垂落最小化，眾所周知的是倒置樣品使得樣品（體硅）的底部或背側(cè)面向fib柱。由于樣品的大部分將不具有嵌入特征（如金屬線或晶體管），垂落人為現(xiàn)象將不會被引入包含關(guān)注區(qū)域的樣品面的部分內(nèi)，即，半導體的頂面上的電路層。雖然此技術(shù)在tem樣品的制備中相當有效，但在常規(guī)的fib系統(tǒng)中很難暴露并打薄橫截面樣品的背側(cè)。在不具有昂貴的翻轉(zhuǎn)臺的系統(tǒng)中，通常需要兩次或甚至三次單獨的探針操縱和焊接以在不使真空通氣和卸載的情況下倒置樣品。用于完成樣品倒置的現(xiàn)有技術(shù)和裝置需要或者昂貴的附加設(shè)備或者耗時的額外操縱和焊接步驟，或甚至真空外的手動樣品操縱。

所需要的是一種用于包括背側(cè)打薄的tem樣品制備的改進方法，該方法可以與常規(guī)樣品臺一起使用而不需要使用昂貴的附加設(shè)備并且可以更加快速地執(zhí)行而不需要破壞真空。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供背側(cè)（硅側(cè)）被打薄的橫截面視圖tem薄層，可以在不對薄層用鑷子鉗、重焊、或用戶處理的情況下創(chuàng)建該薄層并將其打薄。本發(fā)明的優(yōu)選實施例允許用于薄層創(chuàng)建和分析的雙束fib-sem系統(tǒng)用于從襯底提取樣品、將樣品安裝至tem樣品支座上、用fib銑削將樣品打薄、并可選地旋轉(zhuǎn)樣品從而使得樣品面或適當?shù)谋砻婊旧吓c用于stem成像的電子柱垂直，該雙束fib-sem系統(tǒng)具有被定向為相對于水平方向在0和90度之間的某個角度的提出式探針。

為了可以更好地理解以下本發(fā)明的詳細說明，上文已經(jīng)相當廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點。下文將描述本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點。本領(lǐng)域技術(shù)人員應認識到所公開的概念和具體實施例可容易地用作修改或設(shè)計用于實施本發(fā)明相同目的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應認識到這些同等構(gòu)造不脫離如所附權(quán)利要求書中所闡明的本發(fā)明的精神和范圍。

附圖說明

為了更加徹底地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考以下說明，其中：

圖1示出了典型的tem樣品支座，該支座包括部分是圓形的環(huán)。

圖2示出了tem樣品的橫截面視圖，使用一種典型工藝從襯底部分地提取樣品。

圖3示出了使用一種典型工藝從襯底部分地提取的平面視圖樣品。

圖4a為流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例創(chuàng)建背側(cè)被打薄的橫截面樣品并使其成像的步驟。

圖4b為流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例創(chuàng)建背側(cè)被打薄的橫截面樣品并使其成像的步驟，其中，提出式探針相對于樣品處于任意角度。

圖5a是附裝至從襯底釋放的樣品上的提出式探針的示意性橫截面圖。

圖5b是附裝至樣品上的提出式探針的示意圖，其中，該探針相對于樣品的表面處于一個角度。

圖5c是圖5b中的樣品在探針繞其軸旋轉(zhuǎn)180度之后的示意圖。

圖5d是圖5c中的樣品在其附裝至樣品支座柵格之后的示意圖。

圖5e是被返回中間位置的樣品支座柵格的示意圖。

圖5f是被旋轉(zhuǎn)和傾斜從而使得可以銑削樣品的第一側(cè)的樣品的示意圖。

圖5g是被旋轉(zhuǎn)和傾斜從而使得可以銑削樣品的第二側(cè)的樣品的示意圖。

圖6a是有待附裝至預傾斜的臺上安裝的支座上的樣品的示例模型側(cè)視圖。

圖6b是有待附裝至預傾斜的臺上安裝的支座的樣品的示例模型透視圖。

圖7是示出了適合實踐本發(fā)明的典型雙束系統(tǒng)的圖。

不旨在按比例繪制附圖。在附圖中，用相同的數(shù)字表示各圖中所示的每個完全相同或幾乎完全相同的組件。出于清晰性的目的，在每張圖中，可能沒有對每個組件都進行標號。

具體實施方式

本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了一種改進的用于tem/stem樣品創(chuàng)建和打薄的方法，該方法可以優(yōu)選地在不對薄層、格柵或其他小/精細的物體進行卸載或用戶處理的情況下在fib-sem雙束系統(tǒng)中執(zhí)行。常規(guī)的薄層創(chuàng)建和制備每個樣品會花費超過若干小時。本發(fā)明的優(yōu)選實施例通過顯著地減少制備時間實現(xiàn)了明顯更高的吞吐量和過程魯棒性，而不需要重焊樣品、從真空室卸載樣品、和手動地處理樣品。

本發(fā)明的優(yōu)選實施例針對一種制備背側(cè)被打薄的橫橫截面tem樣品的新方法。本發(fā)明的優(yōu)選實施例將提出式探針旋轉(zhuǎn)技術(shù)與tem樣品支座組合，該tem樣品支座能夠傾斜并且安裝至能夠在x、y和z方向移動并且能夠傾斜和旋轉(zhuǎn)的臺上。通過利用此組合，樣品可以安裝至柵格上，從而使得樣品的背側(cè)暴露在用于打薄的fib下，同時優(yōu)選地用sem被成像。一旦制備了樣品，可以用stem或tem對其進行分析。本發(fā)明的優(yōu)選實施例在雙束fib-sem系統(tǒng)中執(zhí)行。

本發(fā)明的優(yōu)選方法或裝置具有許多新方面，并且，因為本發(fā)明可以出于不同的目的體現(xiàn)在不同的方法或裝置中，所以不需要在每個實施例中介紹每個方面。而且，所述實施例的許多方面是可以單獨獲得專利的。

根據(jù)本發(fā)明的制備樣品以用于tem成像的優(yōu)選方法包括下列步驟：

-在雙束fib-sem系統(tǒng)內(nèi)提供襯底，并且所述系統(tǒng)包括sem柱和fib柱，該fib柱被定向為相對于sem柱在一個角度；

-提供提出式針或探針，用于操縱釋放的樣品，所述提出式針或探針被定向為相對于該sem柱在一個角度并且能夠繞其軸旋轉(zhuǎn)；

-提供用于支持所提取的tem/stem樣品的樣品支座，該樣品支座安裝在該fib-sem系統(tǒng)內(nèi)部的樣品臺上，所述樣品臺具有樣品臺平面并且包括旋轉(zhuǎn)的且傾斜的臺，并且所述樣品支座包括傾斜的樣品支座；

-使用離子束將樣品從該襯底釋放，所述釋放的樣品具有頂面和背側(cè)表面；

-用該提出式針或探針從該襯底提取所釋放的樣品；

-將該提出式針或探針旋轉(zhuǎn)180度，將所釋放的樣品的頂面的定向從水平位置改變至調(diào)換位置

-將該樣品支座預傾斜至第一角度；

-將該樣品安裝至該預傾斜的樣品支座上，從而使得該樣品的頂面與樣品支座平面垂直；

-將該樣品支座傾斜，從而使得該樣品支座相對于該臺的平面豎直地定向；

-將該樣品臺傾斜至第二角度，從而使得所安裝的樣品的頂面被定向為基本上垂直于該fib柱的定向，從而將背側(cè)表面暴露在該fib柱下；

-使用離子束通過從背側(cè)銑削該樣品而將該樣品的第一側(cè)打薄，所述銑削產(chǎn)生與該fib柱的定向垂直的樣品面；

-將該臺以計算中心旋轉(zhuǎn)180度；

-使用離子束通過從背側(cè)銑削該樣品來將該樣品的第二側(cè)打薄，所述銑削產(chǎn)生與該fib柱的定向基本上垂直的相對樣品面；

-可選地將該樣品支座傾斜至第三角度，從而使得樣品面的定向基本上垂直于豎直sem柱；以及

-用tem可選地觀察所安裝的樣品。

圖4a為流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例創(chuàng)建背側(cè)被打薄的橫截面樣品并使其成像的步驟。圖5a至圖5g中示出了該過程的各個步驟。

首先，在步驟402，襯底（如半導體晶片或半導體晶片的一部分）裝載至具有fib柱和sem柱兩者的雙束fib-sem系統(tǒng)中。典型的雙束配置具有帶有縱軸的電子柱和帶有相對于豎直方向傾斜（一般傾斜大約52度）的軸的離子柱。如本領(lǐng)域內(nèi)所熟知的，可以自動裝載襯底，但是也可以手動地裝載襯底。此過程的步驟優(yōu)選地在雙束系統(tǒng)中執(zhí)行。

在步驟404，確定有待從襯底提取的樣品（包含關(guān)注特征）的位置。例如，襯底可以是半導體晶片或半導體晶片的一部分，并且有待提取的部分可以包括有待使用tem觀察的集成電路的一部分。雙束系統(tǒng)的成像能力可以用于可視地選擇包含關(guān)注特征的區(qū)域。系統(tǒng)的導航能力還可以用于通過為系統(tǒng)提供映射到該襯底的坐標和讓系統(tǒng)導航至那些坐標來選擇關(guān)注區(qū)域。

在步驟406，如上所述和在圖2至圖3中所示的，通過用聚焦離子束進行銑削將樣品從襯底分離。接著，在步驟408，提出式探針尖通過fib誘發(fā)的化學汽相沉積而附裝至樣品上，并且如圖5a所示，樣品被提升脫離襯底。探針的定向為相對于樣品表面在45度的角度?？梢岳缤ㄟ^靜電、fib沉積、或粘合劑將探針附裝至樣品上。優(yōu)選地用fib-sem樣品臺以零度的傾斜實施步驟406和408（從而使得樣品臺平面與豎直方向垂直）。

在步驟410，將提出式探針旋轉(zhuǎn)180度，從而將樣品的定向從圖5b中所示的水平位置改變?yōu)閳D5c中所示的調(diào)換直立位置。例如，利用當被定向為相對于樣品（水平平面）45度時附裝的提出式探針，將提出式探針繞探針縱軸旋轉(zhuǎn)180度將使樣品表面調(diào)換至相對于水平平面的90度的豎直位置上。

tem樣品支座優(yōu)選地豎直安裝至臺上，從而使得tem樣品支座的縱軸與樣品臺表面的平面垂直。在步驟412，tem樣品支座被預傾斜90度的第一角度以成水平定向，如圖5d中所示。

在步驟414，圖5c的旋轉(zhuǎn)過的樣品通常通過化學汽相沉積或粘合劑附裝至水平柵格上，并且所附裝的探針被切出（cutfree），如圖5d所示。旋轉(zhuǎn)過的樣品被附裝至樣品支座上，從而使得樣品的頂面與柵格垂直（圖5d）。

在步驟416，如圖5e中所示，將樣品支座返回至零度傾斜。在步驟418，如圖5f所示，該臺被旋轉(zhuǎn)并且然后被傾斜至第二角度，從而使得所安裝的樣品的頂面優(yōu)選地被定向為垂直于fib柱的定向，優(yōu)選地將背側(cè)表面暴露在fib柱下。

在步驟420，如圖5f中所示，使用fib銑削將樣品的第一側(cè)打薄。從背側(cè)銑削是優(yōu)選的并且最小化或防止垂落。在步驟422，優(yōu)選地在樣品的銑削期間使用sem或stem使樣品的第一側(cè)成像。

一旦樣品的第一側(cè)被打薄，在步驟424，優(yōu)選地以計算中心或離心地將樣品旋轉(zhuǎn)180度，從而使得可以將樣品的第二側(cè)打薄。樣品支座被傾斜至相對于臺的90度的豎直位置上，并且然后將臺旋轉(zhuǎn)180度。樣品旋轉(zhuǎn)和重定向的其他方法是可能的，其中，樣品的第二側(cè)被定位以用于打薄。接下來，臺被傾斜至第二角度，從而使得所安裝的樣品的頂面優(yōu)選地被定向成基本上垂直于fib柱的定向，優(yōu)選地將背側(cè)表面暴露在fib柱下，如圖5g中所示。該第二傾斜角優(yōu)選地允許形成正交面表面。

在步驟426，如圖5g所示，使用fib銑削將樣品的第二側(cè)打薄。從背側(cè)銑削是優(yōu)選的并且最小化或防止垂落。在步驟428，優(yōu)選地在樣品的銑削期間使用sem使樣品的第二側(cè)成像。

可以根據(jù)需要重復步驟418至428，從而將樣品打薄至所希望的厚度或直到樣品特征可見或可用于成像。在決策框440，如果樣品被打薄至所希望的厚度或特征，并且不需要進一步打薄，則該過程前進到可選步驟430。如果樣品需要額外打薄，該過程返回至步驟424，并且隨后將樣品的第二側(cè)打薄。在決策框442，如果樣品被打薄至所希望的厚度或特征，并且不需要進一步打薄，則該過程前進到可選步驟430。如果樣品需要額外打薄，該過程返回至步驟418，并且隨后將樣品的第一側(cè)再次打薄。

一旦完成了樣品兩側(cè)的打薄，剩下的樣品足夠薄以用于用透射電子顯微術(shù)觀察?？蛇x地，在步驟430，樣品支座被傾斜至第三角度以用于stem成像。優(yōu)選地，有待觀察的樣品面與sem柱垂直。在可選步驟432，使用tem/stem使樣品成像。如本領(lǐng)域中已知的，還可以將柵格傳送至單獨的tem以用于分析。

然而，在本發(fā)明的一些實施例中，將希望的是使用被定向為相對于樣品表面在非45度的角的提出式探針。例如，在一些商業(yè)可獲得的雙束系統(tǒng)中，提出式探針被定向在近似50度的角度。圖4b為流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例創(chuàng)建背側(cè)被打薄的橫截面樣品并使其成像的步驟，其中，該提出式探針被定向為相對于樣品表面在非45度的角。圖5a至圖5g與圖6a和圖6b中示出了該過程的各個步驟。

在步驟452，襯底（如半導體晶片或半導體晶片的一部分）裝載進具有fib柱和sem柱兩者的雙束fib-sem系統(tǒng)。典型的雙束配置是具有縱軸的電子柱與具有相對于豎直方向傾斜（一般傾斜大約52度）的軸的離子柱。如本領(lǐng)域內(nèi)所熟知的，可以自動裝載襯底，但是也可以手動地裝載襯底。此過程的步驟優(yōu)選地在雙束系統(tǒng)中執(zhí)行。

在步驟454中，確定有待從襯底提取的樣品（包含關(guān)注特征）的位置。例如，襯底可以是半導體晶片或半導體晶片的一部分，并且有待提取的部分可以包括有待使用tem觀察的集成電路的一部分。雙束系統(tǒng)的成像能力可以用于可視地選擇包含關(guān)注特征的區(qū)域。系統(tǒng)的導航能力還可以用于通過為系統(tǒng)提供映射到該襯底的坐標和讓系統(tǒng)導航至那些坐標來選擇關(guān)注區(qū)域。

在步驟456，如上所述和在圖2至圖3中所示，通過用聚焦離子束進行銑削來將樣品從襯底分離。接著，在步驟458，提出式探針尖通過fib誘發(fā)的化學汽相沉積而附裝至樣品，并且如圖5a所示，該樣品被提升脫離襯底?？梢岳缤ㄟ^靜電、fib沉積、或粘合劑將探針附裝至樣品。在本實施例中，探針可以被定向為相對于樣品的表面在任意角度。優(yōu)選地用fib-sem樣品臺在零度的傾斜下實施步驟456和458（從而使得樣品臺平面與豎直方向垂直）。

在步驟460中，將提出式探針旋轉(zhuǎn)180度，從而將樣品的定向從圖5b中所示的水平位置改變?yōu)閳D5c中所示的調(diào)換位置。在本實施例中，例如，利用當被定向為相對于樣品（水平平面）50度時附裝的提出式探針，將提出式探針繞其軸旋轉(zhuǎn)180度將使樣品表面調(diào)換至相對于水平平面的80度的豎直位置上。

在步驟462，通過將樣品支座傾斜，tem樣品支座優(yōu)選地被預傾斜至相對于水平平面602的第一角度604，如圖6a和圖6b中所示。tem樣品支座606優(yōu)選地豎直安裝至臺上，從而使得樣品支座的縱軸與樣品臺表面的平面垂直。樣品支座606優(yōu)選地能夠?qū)悠废鄬τ谂_表面從零度傾斜至100度。在一些實施例中，樣品支座606優(yōu)選地能夠?qū)悠废鄬τ谂_表面從零度傾斜至高達180度。進一步地，臺（未示出）優(yōu)選地能夠在x、y和z方向上移動，并將優(yōu)選地包括具有90度的最大傾斜的旋轉(zhuǎn)的且傾斜的臺。在一些實施例中，該傾斜的臺將優(yōu)選地具有大于90度的最大傾斜。在本實施例中，例如在圖6a和圖6b中，樣品支座已經(jīng)被預傾斜至10度的角度604，這繼而將樣品傾斜至10度的角度（其中，相對于樣品支座平面，臺傾斜零度）。

在步驟464，旋轉(zhuǎn)過的樣品被附裝至如圖6a-圖6b中所示的傾斜的柵格上，并且然后所附裝的探針608被切出。樣品的頂面垂直于柵格。因為樣品支座被預傾斜至第一角度并且因為樣品頂面保持在其原始定向，所安裝的樣品的頂面將相對于tem樣品支座平面位于相同的第一角度。

在步驟466，如圖5e所示，將樣品支座返回至零度傾斜。在步驟468，如圖5f所示，臺優(yōu)選地被旋轉(zhuǎn)并然后被傾斜至第二角度，從而使得所安裝的樣品的頂面優(yōu)選地被定向為基本上垂直于fib柱的定向，優(yōu)選地將背側(cè)表面暴露在fib柱下。該第二傾斜角優(yōu)選地允許形成正交面表面。

在步驟470，如圖5f中所示，使用fib銑削將樣品的第一側(cè)打薄。從背側(cè)銑削是優(yōu)選的并且最小化或防止垂落。在步驟472，優(yōu)選地在樣品的銑削期間使用sem使樣品成像。

一旦樣品的第一側(cè)被打薄，在步驟474，優(yōu)選地以計算為中心地將樣品旋轉(zhuǎn)180度，從而使得可以將樣品的第二側(cè)打薄。樣品支座被傾斜至垂直于臺的豎直位置，并且然后將該臺旋轉(zhuǎn)180度。樣品旋轉(zhuǎn)和重定向的其他方法是可能的，其中，樣品的第二側(cè)被定位以用于打薄。接下來，臺被傾斜至該第二角度，從而使得所安裝的樣品的頂面優(yōu)選地被定向為基本上垂直于fib柱的定向，優(yōu)選地將背側(cè)表面暴露在該fib柱下，如圖5g所示。該第二傾斜角優(yōu)選地允許形成正交面表面。

在步驟476，如圖5g所示，使用fib銑削將樣品的第二側(cè)打薄。從背側(cè)銑削是優(yōu)選的并且最小化或防止垂落。在步驟478，優(yōu)選地在樣品的銑削期間使用sem使樣品成像。

可以根據(jù)需要重復步驟468至478，從而將樣品打薄至所希望的厚度或直到樣品特征可見或可用于成像。在決策框490，如果樣品被打薄至所希望的厚度或特征，并且不需要進一步打薄，則該過程前進到可選步驟480。如果樣品需要額外打薄，該過程返回至步驟474，并且隨后將樣品的第二側(cè)打薄。在決策框492，如果樣品被打薄至所希望的厚度或特征，并且不需要進一步打薄，則該過程前進到可選步驟480。如果樣品需要額外打薄，則該過程返回至步驟468，并且隨后將樣品的第一側(cè)再次打薄。

一旦完成樣品兩側(cè)的打薄，剩下的樣品就足夠薄以用于用透射電子顯微術(shù)觀察。可選地，在步驟480中，樣品被傾斜至第三角度以用于stem成像。優(yōu)選地，待觀察的樣品面與sem柱垂直。在可選步驟482，使用tem/stem使樣品成像。

在本發(fā)明的一些實施例中，上述預傾斜過程可以用于制備背面被打薄的樣品之外的樣品。例如洪（hong）等人的被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并通過引用結(jié)合于此的題為“平面視圖樣品制備（planarviewsamplepreparation）”的美國專利號7,423,263描述了使用相對于樣品的頂面在45度的角度的提出式探針制備平面視圖樣品，然后將探針繞其軸旋轉(zhuǎn)180度，從而將樣品的定向從水平方向調(diào)換為豎直方向。在使用處于非45度的角度的提出式探針的情況下，上述預傾斜的過程可以用于正確地為樣品和柵格定向，以用于平面樣品打薄和觀察。

在本發(fā)明的一些實施例中，根據(jù)本發(fā)明創(chuàng)建自頂向下的橫截面視圖樣品并使其成像。在這些實施例中，因為每一側(cè)被打薄以允許sem柱無阻礙地訪問樣品，樣品的頂面垂直并面朝fib柱，從而在銑削操作期間觀察樣品是可能的。上述以計算為中心的180度旋轉(zhuǎn)的步驟可以用在樣品的第一側(cè)被打薄之后，從而也允許觀察使用豎直安裝的sem柱進行的第二側(cè)銑削。

圖7示出了典型的適合實踐本發(fā)明的雙束系統(tǒng)710，該系統(tǒng)具有豎直安裝的sem柱和安裝在與豎直方向近似52度的角度的聚焦離子束（fib）柱。例如，適合的雙束系統(tǒng)是從美國俄勒岡州希爾斯伯勒市的本申請的受讓人fei公司商業(yè)可獲得的。雖然以下提供了合適硬件的示例，但本發(fā)明不限于以任何具體類型的硬件被實現(xiàn)。

掃描電子顯微鏡741連同電源和控制單元745配備有雙束系統(tǒng)710。通過在陰極752與陽極754之間施加電壓而從陰極752發(fā)射出電子束743。電子束743通過聚光透鏡756和物鏡透鏡758被聚焦成細斑點。通過偏轉(zhuǎn)線圈760在試樣上對電子束743進行二維掃描。聚光透鏡756、物鏡透鏡758以及偏轉(zhuǎn)線圈760的操作由電源和控制單元745來控制。

電子束743可被聚焦到襯底722上，該襯底在下室726內(nèi)的可移動x-y臺725上。當電子束內(nèi)的電子碰撞襯底722時，發(fā)射出次級電子。如以下所討論的，通過次級電子檢測器740檢測這些次級電子。如以上所討論的，位于tem樣品支座724和臺725下方的stem檢測器762可以收集透射穿過安裝在tem樣品支座上的樣品的電子。

雙束系統(tǒng)710還包括聚焦離子束（fib）系統(tǒng)711，該聚焦離子束系統(tǒng)包括真空室，該真空室具有上頸部分712，離子源714和聚焦柱716位于該上頸部分內(nèi)，該聚焦柱包括引出電極和靜電光學系統(tǒng)。聚焦柱716的軸從電子柱的軸傾斜52度。離子柱712包括離子源714、引出電極715、聚焦元件717、多個偏轉(zhuǎn)元件720、和聚焦離子束718。離子束718從離子源714穿過柱716以及720處示意性指示的靜電偏轉(zhuǎn)裝置之間朝向襯底722，該襯底包括例如定位于下室726內(nèi)的可移動x-y臺725上的半導體器件。

臺725還可以支撐一個或多個tem樣品支座724，從而使得可以從半導體器件提取樣品并將其移動到tem樣品支座。臺725可以優(yōu)選地在水平面（x軸和y軸）和豎直地（z軸）移動。臺725還可以繞z軸傾斜和旋轉(zhuǎn)。在一些實施例中，可以使用單獨的tem樣品臺（未示出）。此類tem樣品臺還將優(yōu)選地可在x、y和z軸上移動。打開門761以便將襯底722插到x-y臺725上并且還用于維修內(nèi)部供氣罐（若使用供氣罐的話）。該門被聯(lián)鎖以使得如果系統(tǒng)處于真空下，那么它就不能打開。

離子泵768用于排空頸部分712。室726在真空控制器732的控制下以渦輪分子和機械泵送系統(tǒng)730來排空。該真空系統(tǒng)在室726內(nèi)提供在大約1×10^-7托（1.3×10^-7mbar）和5×10^-4托（6×10^-4mbar）之間的真空。若使用刻蝕輔助、刻蝕阻滯氣體或沉積前驅(qū)氣體，室背景壓力可能上升，通常上升至約1×10^-5托（1.3×10^-5mbar）。

高壓電源向離子束聚焦柱聚焦716內(nèi)的電極提供適當?shù)募铀匐妷海糜诩畈⒕劢闺x子束718。當它沖擊襯底722時，從樣品上濺射（即物理地噴射）出材料?？商娲?，離子束718可以使前驅(qū)氣體分解以使材料沉積。

高壓電源734連接到液態(tài)金屬離子源714以及離子束聚焦柱716內(nèi)的適當?shù)碾姌O上以形成大約1kev至60kev的離子束718并將其引導向樣品。根據(jù)圖案生成器738提供的規(guī)定的圖案而操作的偏轉(zhuǎn)控制器和放大器736耦合到偏轉(zhuǎn)板720上，由此可以手動或自動地控制離子束718以在襯底722的上表面描繪出相應的圖案。如本領(lǐng)域中熟知的，在一些系統(tǒng)中，這些偏轉(zhuǎn)板放置在最后透鏡之前。當消隱控制器（未示出）向消隱電極上施加消隱電壓時，離子束聚焦柱716內(nèi)的束消隱電極（未示出）會引起離子束718沖擊到消隱孔徑（未示出）而不是襯底722上。

液態(tài)金屬離子源714通常提供鎵金屬離子束。該源通常能夠被聚焦到襯底722處的十分之一亞微米寬的束上，用于或者通過離子銑削、增強刻蝕、材料沉積來修改襯底722，或者用于使襯底722成像的目的。

用于檢測次級離子或電子發(fā)射的帶電粒子檢測器740（如everhartthornley或多通道板）連接到向視頻監(jiān)視器744提供驅(qū)動信號并接收來自控制器719的偏轉(zhuǎn)信號的視頻電路742。帶電粒子檢測器740在下室726內(nèi)的位置在不同實施例中可以不同。例如，帶電粒子檢測器740可以與離子束同軸并且包括用于允許離子束通過的孔。在其他實施例中，次級粒子可以被收集通過最后的透鏡并且然后被轉(zhuǎn)離軸用于收集。

顯微操縱器747（如美國德克薩斯州達拉斯omniprobe公司的autoprobe200?或德國羅伊特林根kleindieknanotechnik的mm3a型號）可以在真空室內(nèi)精確地移動物體。顯微操縱器747可以包括位于真空室外的精密電動機748，以提供位于真空室內(nèi)的部分749的x、y、z和θ控制。顯微操縱器747可以配備有不同的用于操縱小物體的末端執(zhí)行器。在此處所述的實施例中，末端執(zhí)行器為細探針750。

氣體輸送系統(tǒng)746延伸至下室726內(nèi)以用于向襯底722引入并引導氣態(tài)蒸氣。casella等人的被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的題為“用于粒子束加工的氣體輸送系統(tǒng)（gasdeliverysystemsforparticlebeamprocessing）”的美國專利號5,851,413描述了合適的氣體輸送系統(tǒng)746。rasmussen的也被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的題為“注氣系統(tǒng)（gasinjectionsystem）”的美國專利號5,435,850中描述了另一種氣體輸送系統(tǒng)。例如，可輸送碘以便增強蝕刻，或可輸送金屬有機化合物以便沉積金屬。

系統(tǒng)控制器719控制雙束系統(tǒng)710的各部分的操作。通過系統(tǒng)控制器719，用戶可經(jīng)由輸入至常規(guī)用戶接口（未示出）中的命令來致使離子束718或電子束743以所希望的方式被掃描?？商娲兀到y(tǒng)控制器719可以根據(jù)已編程指令控制雙束系統(tǒng)710。在一些實施例中，雙束系統(tǒng)710結(jié)合圖像識別軟件，如從美國馬薩諸塞州納蒂克康奈視公司（cognexcorporation）商業(yè)可獲得的軟件，以自動識別關(guān)注區(qū)域，并且然后，該系統(tǒng)可以根據(jù)本發(fā)明手動或自動提取樣品。例如，該系統(tǒng)可以自動地將相似特征定位在包括多個器件的半導體晶片上，并且將那些特征的樣品呈現(xiàn)在不同（或相同）器件上。

上述本發(fā)明具有廣泛的適用性并且可以提供如以上示例中所述和所示的許多益處。實施例根據(jù)特定應用將有很大不同，并且不是每個實施例將提供所有這些益處和滿足本發(fā)明可以實現(xiàn)的所有目的。例如，在優(yōu)選實施例中，使用鎵液態(tài)金屬離子源創(chuàng)建tem樣品，以產(chǎn)生聚焦到亞微米斑點上的鎵粒子束。例如此類聚焦離子束系統(tǒng)是從本發(fā)明的受讓人fei公司可商業(yè)獲得的。然而，盡管之前描述很多是針對fib銑削的使用，但用于加工所希望的tem樣品的銑削束可以包括例如電子束、激光束、或例如來自液態(tài)金屬離子源或等離子離子源的聚焦或成形離子束、或任何其他帶電粒子束。進一步地，盡管之前描述許多是針對半導體晶片，但本發(fā)明可以應用于任何合適的襯底或表面。

技術(shù)人員將認識到術(shù)語“水平”和“豎直”是關(guān)于其中未傾斜的樣品臺的平面是水平的典型系統(tǒng)而定義的?！八健焙汀柏Q直”的絕對角度可以取決于系統(tǒng)的定向而改變。還將理解的是，形成豎直面可能需要將聚焦離子束柱定向為在與所希望的豎直面有微小的角度，從而從聚集離子束的高斯分布進行補償。因此，本申請和權(quán)利要求書中對垂直于樣品表面的銑削的引用包括在與樣品表面成微小的角度的銑削操作。

本發(fā)明的一些實施例包括一種用于制備樣品以用于成像的方法，該樣品從工件形成并具有頂側(cè)和背側(cè)，通過使用從背側(cè)引導的離子束將該樣品打薄而制備該樣品以用于成像，該方法包括：

將探針附裝至該樣品的頂側(cè)，該探針與該樣品的頂面形成第一角度；

從該工件提取該樣品；

將該探針旋轉(zhuǎn)180度，從而將該樣品的頂面的定向從水平位置改變至調(diào)換位置；

將該樣品附裝至可傾斜的樣品支座上，從而使得該樣品的頂面與該樣品支座的平面垂直；

將該樣品支座傾斜，從而使得該樣品支座的平面被定向為相對于樣品臺在90度，其中，該樣品的背側(cè)背朝該樣品臺；

將該樣品臺傾斜，從而使得該樣品的頂面被定向為與fib柱的光軸近似地垂直，其中，該樣品的背側(cè)面朝該fib柱；

通過使用離子束從背側(cè)銑削該樣品來從該樣品的第一側(cè)將該樣品打?。?/p>

將該臺旋轉(zhuǎn)180度；以及

通過使用離子束從背側(cè)銑削該樣品來從該樣品的第二側(cè)將該樣品打薄，所述從第二側(cè)將第二側(cè)打薄會產(chǎn)生表面，該表面與通過從第一側(cè)將該樣品打薄所產(chǎn)生的表面平行。

在一些實施例中，將該探針旋轉(zhuǎn)180度包括：將該探針旋轉(zhuǎn)180度以將所釋放的樣品的頂面的定向從水平位置改變至調(diào)換位置，該樣品的頂面在該調(diào)換位置是豎直的。

在一些實施例中，將該探針旋轉(zhuǎn)180度包括：將該探針旋轉(zhuǎn)180度以將所釋放的樣品的頂面的定向從水平位置改變至調(diào)換位置，該頂面在該調(diào)換位置相對于豎直平面是傾斜的；并且將該樣品附裝至可傾斜的樣品支座從而使得該樣品的頂面與該樣品支座的平面垂直包括：將該樣品支座傾斜，從而使得該探針的頂面被定向為在附裝該樣品之前垂直于該樣品支座的平面。

在一些實施例中，將探針附裝至該樣品的頂側(cè)包括將探針附裝至楔形樣品的頂側(cè)。

在一些實施例中，附裝該探針包括在該楔形樣品被完全從該工件釋放之前附裝該探針。

在一些實施例中，將探針附裝至該樣品的頂側(cè)包括將探針附裝至薄層的頂側(cè)。

在一些實施例中，將該樣品臺傾斜從而使得該樣品的頂面被定向為與該fib柱的光軸近似地垂直包括：將該樣品臺傾斜，從而使得該樣品的頂面被定向為近似地在該fib柱的10度以內(nèi)。

在一些實施例中，將臺旋轉(zhuǎn)180度包括將臺以計算為中心地旋轉(zhuǎn)180度。

本發(fā)明的一些實施例包括一種用于制備樣品以用于成像的方法，從工件提取該樣品并通過將離子束從該樣品的背側(cè)引導至該樣品而將該樣品打薄，該方法包括：

將探針附裝至該樣品；

將該樣品從該工件分離；

旋轉(zhuǎn)該探針；

將該樣品附裝至可以傾斜和旋轉(zhuǎn)的臺上的可傾斜的樣品支座；

將該探針從該樣品脫離；

將該樣品支座和該臺傾斜以使該樣品的背側(cè)呈現(xiàn)給用于進行銑削的聚焦離子束；

從該樣品的背側(cè)銑削該樣品的一側(cè)以將該樣品打??；以及

從該樣品的背側(cè)銑削該樣品的另一側(cè)以將該樣品打薄，其中，從該樣品被從該工件提取的時間起，它只有一次被附裝至該探針上并且只有一次被附裝至該樣品支座上。

在一些實施例中，所有步驟在真空室內(nèi)執(zhí)行并且在不使該真空室通氣的情況下執(zhí)行。

在一些實施例中，將探針附裝至該樣品上是在該樣品從該工件分離之前執(zhí)行的。

在一些實施例中，將該樣品支座和該臺傾斜以使該樣品的背側(cè)呈現(xiàn)給用于銑削的聚焦離子束包括：將該樣品支座傾斜，從而使得該樣品支座的平面與該臺的平面垂直；以及將該臺傾斜，從而使得該臺的表面的平面與該離子束垂直。

在一些實施例中，旋轉(zhuǎn)該探針包括將該探針旋轉(zhuǎn)180度。

在一些實施例中，將探針附裝至該樣品上包括將該探針以45度的角附裝至該樣品的頂面上。

在一些實施例中，將探針附裝至該樣品上包括將該探針以50度的角附裝至該樣品的頂面上；以及將該樣品附裝至可傾斜的樣品支座上包括：將該樣品支座傾斜，從而使得該樣品支座的平面形成離水平方向10度的角，由此在前樣品表面和該樣品支座之間提供90度的角。

在一些實施例中，將探針附裝至該樣品上包括將探針以第一角度附裝至該樣品的頂面上；并且將該樣品附裝至可以傾斜和旋轉(zhuǎn)的臺上的可傾斜的樣品支座上包括：將該樣品支座傾斜至離水平方向第二角度，該第二角度是該第一角度與45度之間的差的兩倍。

在一些實施例中，該方法進一步包括對該樣品支座和樣品臺進行定向，從而使得被打薄的樣品的表面垂直于電子束柱的光軸；將電子束向該樣品引導；以及檢測透射穿過該樣品的電子。

在一些實施例中，銑削該樣品的一側(cè)包括對使用電子束的銑削操作的結(jié)果進行檢查以確定何時停止打薄該樣品。

在一些實施例中，將該樣品支座和該臺傾斜以使該樣品的背側(cè)呈現(xiàn)給用于銑削的聚焦離子束包括：將該樣品支座和該臺傾斜，從而使得該樣品的頂面的法線被定向為在該離子束的軸的10度以內(nèi)。

在一些實施例中，在銑削該樣品的一側(cè)和銑削該樣品的另一側(cè)之間旋轉(zhuǎn)該臺。

在一些實施例中，將該臺旋轉(zhuǎn)180度包括以計算為中心地將該臺旋轉(zhuǎn)180度。

在一些實施例中，將探針附裝至該樣品上包括使用離子束沉積將該探針附裝至該樣品上，并且其中，使該探針從該樣品脫離包括離子束銑削。

在一些實施例中，將該樣品支座和該臺傾斜以使該樣品的背側(cè)呈現(xiàn)給用于銑削的聚焦離子束包括：將該樣品支座和該臺傾斜，從而使得該離子束形成被定向為基本上垂直于該樣品的前表面的表面。

在一些實施例中，該離子束與該樣品的前表面形成小于10度的角。

在一些實施例中，該離子束角度與該樣品的前表面的法線的偏離使得在該樣品的兩側(cè)上都形成了基本上豎直的表面，從而產(chǎn)生具有兩個平行表面的樣品以產(chǎn)生基本上均勻的厚度。

盡管已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明及其優(yōu)點，但是應理解，在不脫離如隨附權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對在此描述的實施例進行各種變化、代替以及改變。而且，本發(fā)明的范圍并非旨在局限于在本說明書中所述的工藝、機器、制造、物質(zhì)成分、手段、方法以及步驟的具體實施例。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將從本發(fā)明的公開中容易認識到的，可以根據(jù)本發(fā)明利用現(xiàn)有的或往后要開發(fā)的、基本上執(zhí)行和此處所述的對應實施例相同功能或基本上實現(xiàn)相同結(jié)果的工藝、機器、制造、物質(zhì)成分、手段、方法或步驟。相應地，所附權(quán)利要求書是旨在于將此類工藝、機器、制造、物質(zhì)成分、手段、方法或步驟包括在它們的范圍內(nèi)。