【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及从半导体装置制备tem样品的自动化方法。
技术介绍
1、透射电子显微镜(tem)用于监测半导体制造过程，分析缺陷，以及研究界面层形态。tem允许观察具有纳米级大小的结构特征。与仅对材料的表面进行成像的sem相反，tem还允许对样品的内部结构进行分析。在tem中，宽束撞击样品，并且透射过样品的电子被聚焦以形成样品的图像。样品必须足够薄以允许初级束中的许多电子行进穿过样品并且在相对的部位上离开。因为样品必须非常薄以便用透射电子显微镜进行观察，所以样品的制备可能是精密且耗时的。
2、用于制备tem样品的一些技术可能涉及劈裂、化学抛光、机械抛光或宽束低能量离子铣削。这些技术的组合也是可能的。这些技术通常需要将起始材料切分成越来越小的碎片，从而破坏原始样品的大部分。
3、通常称为“剥离”程序的其他技术使用聚焦离子束(fib)来从衬底切割样品，同时极大地限制或消除对衬底周围区域的损坏。例如，这些技术对于分析半导体制造的结果是有用的。
4、通常通过用离子束铣削掉材料以在感兴趣区域的任一侧上产生沟槽而从较大块体样品制备样品，从而留下称为“薄板”的薄区段。通过围绕薄板的底部和侧面进行离子束铣削直到薄板仅通过少量材料连接到衬底来将薄板部分地从样品衬底切断。
5、产生和提取薄板并将其转移到样品栅格的过程是精密且耗时的过程，通常每个样品需要约45分钟至90分钟，并且需要熟练操作者的持续操作者注意。为了对半导体晶圆上感兴趣区域进行全分析，可能需要分析多达例如15至50或更多的tem样品。当必须
6、因此，通过允许选择用于分析的工件更快地返回到生产线，提高制备薄板以进行成像的速度将在时间和潜在收入方面提供显著的优点。薄板制备过程的自动化不仅加速了该过程，而且降低了操作者所需的专业水平，这代表了制造商的优势。另外，熟练的操作员可以在执行自动操作的同时执行其他任务，从而增加程序的吞吐量。
7、由于在样品栅格上铣削、提取、转移和沉积薄板所需的精度，该过程本身不适于自动化。当薄板厚度减小时，更可能将感兴趣区域从薄板排除。厚度小于100nm的薄板，特别是小于70nm的薄板是难以手动或自动生产的。
8、当薄板变得更薄时，薄板可能由于热应力或机械应力而翘曲，从而改变薄板相对于束的位置，这可能通过允许束撞击感兴趣区域而毁坏薄板。薄板中的厚度变化会导致样品弯曲、过度铣削或致使样品无用的其他灾难性缺陷。另外，当准备从衬底提取薄板时以及当将薄板置于样品栅格上时，必须以极高的精度放置用于操纵薄板的样品探针。这些因素组合起来使得用于分析的薄板的制备是非常难以自动化的过程。
9、us2019272975a1描述了样品制备过程的自动化。一些方法涉及使用机器视觉来确定薄板、探针和/或tem栅格的位置，以引导探针附接到薄板以及引导薄板附接到tem栅格。在一些示例中，由带电粒子束在薄板和/或探针上形成的称为“基准”的参考结构可以用于将尖端引导至薄板附近，并且引导探针附接至薄板以及引导薄板附接至tem栅格。基准可以通过将结构铣削到表面中或通过将材料沉积到表面上来形成。然而，仍然存在使tem样品薄化使得感兴趣区域可以被适当地成像的问题。
10、tem样品通常小于100nm厚，但对于一些应用，样品必须相当薄。对于30nm及以下的先进工艺，样品厚度需要小于20nm，以避免小尺度结构之间的重叠。目前薄化至30nm以下是困难的且不稳健的。样品的厚度变化导致样品弯曲、过度铣削或其他灾难性缺陷。对于此类小样品，制备是tem分析中的关键步骤，显著地决定了最小和最关键结构的结构表征和分析的质量。
11、超薄(<30nm厚)tem样品的制备的显著问题通常被称为“垂落”，其中集成电路表面上的非均匀高密度材料在薄化之后在tem样品上产生非平坦面。具有这些类型的结构或密度变化的样品的自上而下的薄化将使得竖直脊从靠近样品顶部(顶部被定义为最靠近离子束源)的较致密材料(即，金属线)向下沿着横截面的面传播，在平行于离子束方向的方向上延伸。在半导体材料中最常观察到垂落，其中具有低溅射产率的材料的多个图案化层阻挡较快溅射产率材料。还可以在表现出不同形貌区域的材料中观察到垂落，在这些区域中，溅射产量的变化随着铣削入射角而变化。垂落伪像降低了tem成像的质量并且限制了最小有用的样本厚度。对于厚度小于30nm的薄tem样品，两个横截面非常接近，因此由垂落效应引起的厚度变化可能导致样品不可用。
12、为了最小化tem样品制备中的垂落，已知将样品倒置使得样品的底部(衬底)面向fib柱。因为样品的衬底部分将不具有诸如金属线或晶体管等嵌入特征，所以垂落伪像将不会被引入到样品面的包含感兴趣区域的部分(即，半导体的顶表面上的电路层)中。尽管该技术对于具有50nm至100nm厚度的tem样品相当好地起作用，但是对于具有30nm或更小的样品厚度的超薄样品，即使通过在薄化之前将样品倒置而制备的样品也经常显示出导致不期望的非均匀样品面的铣削伪像。
13、wo2012103534描述了通过将倒置薄化与附加的清洁步骤相结合以去除面向fib的衬底表面上的表面缺陷来制备超薄tem样品的方法。wo2012103534还描述了fib可以用于铣削掉“脏的”衬底表面，从而形成清洁的、均匀平坦的衬底表面，这种衬底表面在tem样品薄化期间用作一种“硬掩模”，因为这种衬底表面保护下面的感兴趣区域(当样品被倒置时)并且这种衬底表面控制平滑、平坦的tem样品面的产生。然而，将tem样品薄化到正确的深度仍然是耗时的并且需要来自熟练操作者的干预。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种制备用于透射电子显微镜(tem)分析的样品的方法。该方法包括：
2、清洁样品以去除再沉积层；
3、对清洁后的样品进行成像并且识别样品内感兴趣区域的位置；以及基于样品内感兴趣区域的所识别的位置，从样品去除材料。
4、有利地，基于感兴趣区域的所检测的位置来执行样品薄化步骤。该薄化步骤涉及去除不平坦的表面(“薄板顶部”)并且薄化剩余的块体衬底以去除多余的材料，使得样品表面与感兴趣区域之间的硅衬底体积具有限定的厚度。
5、对样品进行清洁以去除再沉积层。这可以在已经从块体衬底提取薄板之后执行。替代地，这可以在工作流中更快地执行。例如，清洁步骤可以在从块体样品中取出薄板期间或之前进行。
6、从样品去除材料可以包括：
7、使用相对于样品沿第一方向定向的离子束去除样品的第一部分；以及
8、使用相对于样品沿第二方向定向的离子束去除样品的第二部分，其中第二方向垂直于第一方向。
9、从样品去除材料可以包括使用聚焦离子束(fib)进行离子束铣削。
10、清洁本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备用于透射电子显微镜(TEM)分析的样品的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述样品去除材料包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述样品进行清洁以去除再沉积层包括从所述样品的第一面去除所述再沉积层，其中去除所述样品的第一部分使所述样品的与所述样品的所述第一面垂直的第二面暴露。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，
5.根据权利要求3所述的方法，其中，去除所述样品的所述第二部分包括从所述样品的所述第二面去除材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述样品的所述第二面去除材料包括：
7.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述样品的所述第二面去除材料包括：
8.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述样品的所述第二面去除材料基于所述样品内所述感兴趣区域的所识别的位置，使得材料被去除直到预定厚度的材料保留在所述样品的所述第二面与所述感兴趣区域之间。
9.根据权利要求2所述的方法，还包括在移除所述样品的所述第一部分与移除所述样品的所述第二部分之间
10.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述样品进行清洁以去除再沉积层包括从所述样品的第一面去除所述再沉积层，其中对清洁后的样品进行成像包括使用带电粒子束来提供所述样品的所述第一面的图像。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述带电粒子束是电子束或离子束。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述样品是薄板，并且其中所述方法还包括将所述薄板与块体衬底分离。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，将所述薄板与所述块体衬底分离包括离子束铣削。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，对所述样品进行清洁以去除所述再沉积层是在将所述薄板与所述块体衬底分离期间或之前进行的。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，识别所述样品内感兴趣区域的位置包括执行图像处理技术以识别所述样品的衬底层与结构层之间的界面。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，识别所述感兴趣区域的所述位置包括使用卷积神经网络经由分割来执行图像处理技术以减小检测面积，并且使用图像处理方法来识别所述界面。
17.一种制备用于透射电子显微镜(TEM)分析的样品的设备，所述设备包括：
18.一种存储用于制备用于透射电子显微镜(TEM)分析的样品的计算装置可执行指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在被执行时使至少一个计算装置控制包括离子束系统的设备以：
...【技术特征摘要】
1.一种制备用于透射电子显微镜(tem)分析的样品的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述样品去除材料包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述样品进行清洁以去除再沉积层包括从所述样品的第一面去除所述再沉积层，其中去除所述样品的第一部分使所述样品的与所述样品的所述第一面垂直的第二面暴露。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，
5.根据权利要求3所述的方法，其中，去除所述样品的所述第二部分包括从所述样品的所述第二面去除材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述样品的所述第二面去除材料包括：
7.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述样品的所述第二面去除材料包括：
8.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述样品的所述第二面去除材料基于所述样品内所述感兴趣区域的所识别的位置，使得材料被去除直到预定厚度的材料保留在所述样品的所述第二面与所述感兴趣区域之间。
9.根据权利要求2所述的方法，还包括在移除所述样品的所述第一部分与移除所述样品的所述第二部分之间重新定位所述样品。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述样品进行清洁以去除再沉积层包括从所述样品的第一面去除所...
【专利技术属性】
技术研发人员：L·切尔文卡，L·胡布纳，T·翁德利奇卡，J·斯塔雷克，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：
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