使用包含低質量種類和高質量種類二者的離子源的導航和樣本處理制造技術

一種用于使用FIB系統對襯底進行成像和銑削的改進方法和設備。本發明專利技術的優選實施例使用由相同射束光學器件聚焦于相同焦點的輕和重離子的混合物，來在輕離子穿透至樣本中更深處以允許生成表面下特征的圖像時同時銑削樣本表面（主要利用重離子）。在其他使用當中，本發明專利技術的優選實施例提供了可用于諸如背面電路編輯之類的各種電路編輯應用的導航和樣本處理的改進方法。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及粒子束系統中的級導航(stage navigation)和射束布置，并且特別地，涉及對樣本表面上的關注位點的高精度局域導航以及使用聚焦離子束的銑削結束指示(end-pointing)。
技術介紹
現代集成電路(IC)由導體和襯底材料(例如，絕緣體和半導體)的多個層組成。檢查和編輯IC中的電路或其他隱藏內部特征需要對目標區域的導航和穿過襯底材料的多個層中的一個或多個的銑削。電路編輯(CE)通過減少在設計調試階段期間需要的掩模組的數目來降低IC開發成本,并加速總體上市時間。現今，大多數CE活動是利用聚焦離子束(FIB)系統來執行的，FIB系統常用于銑削掉襯底材料，以暴露隱藏特征并且還利用高精度來沉積材料。這些能力可以用于切割和連接器件內的電路，以及創建電氣試驗的探測點。應用包括:驗證設計改變；在生產中調試和優化器件；以及在沒有高成本且耗時的掩模組制造的情況下原型制造新器件。典型地，通過使用相對較大的離子的射束在物理上濺射掉襯底材料，來實現FIB系統中的材料移除。大多數FIB系統使用由液態金屬離子源(LMIS)產生的鎵離子，這是由于這種源容易制造、在室溫下操作，并且可靠、長命和穩定。使用銦的離子源也是已知的。在LMIS系統中，使用包括兩個或更多個不同元件的金屬合金的合金源也是已知的。典型地，現有技術合金源配備有質量過濾器，使得可以選擇期望的離子種類。通常使用合金源，這是由于期望的離子種類單獨將不適合用在LMIS中(例如，當元素種類具有太高的熔點時)，但是合金的屬性更有利。合金源還已經用于在用于植入的兩個期望離子種類之間切換，例如，使用產生鈹和硅離子的合金源來在砷化鎵襯底上分別植入P層和η層結構。等離子體離子源也已經用于形成離子束。在美國專利申請公開N0.2005/0183667“Magnetically enhanced, inductively coupled plasma source for a focused ionbeam system”中描述的磁增強的電感耦合的等離子體離子源可以用于產生可用于CE應用的具有相對較大射束電流的精細聚焦束。盡管FIB系統還可以用于在銑削的同時生成樣本圖像以監視銑削工藝，但是典型地，圖像限于樣本的最頂表面。這導致CE應用的問題，這是由于許多現代IC不包括用作導航的參考點的可見表面特征。這尤其適用于背面編輯，該背面編輯變得對CE來說越來越常見。不是嘗試從正面銑削穿過密集電路的許多層，而是操作者翻轉器件并銑削穿過襯底硅以從背面訪問目標區域。圖1示出了典型現有技術背面IC器件10的示意表示。如圖1所示，典型地，硅12的固體層覆蓋電路的背面。在硅層之下，圖1所示的IC器件包括有源區14以及多個更深金屬層Ml至M5，其中，每個層包括由介電材料20圍繞的金屬線16和通孔18。圖2示出了在楔形拋光后的圖1的背面IC器件的示意表示，該楔形拋光是立即暴露多個層的成角度拋光。在圖2的示意圖中，可以看出，楔形拋光已經移除所有硅和有源層以及金屬層M2和M3的暴露部分。在樣本的俯視圖(例如，圖2所示的俯視圖)中，由于從左向右觀看樣本，因此在區域22中，來自層M2的電介質的部分以及通孔將可見；在區域24中，M2金屬線的部分將可見；在區域26中，由電介質圍繞的通孔的部分將可見；以及最后，在區域28中，層M3的金屬線將可見。但是在立即查看多個層的傳統方式中，如圖2所示的楔形拋光不能用于實際CE，這是由于IC器件被毀壞。對于隱藏在樣本表面之下(例如,在體娃樣本上的背面編輯中找至IJ)的特征的CE，典型地，有必要精確地確定期望掩埋特征的位置，并且然后銑削掉襯底材料，以暴露該特征。不幸的是，精確地定位這種隱藏特征可能非常困難。即使當正確地定位射束時，通常也難以在不以離子束損壞特征的情況下暴露這些特征。一旦特征在FIB圖像中可見，就已經發生一定程度的損壞。換言之，當使用FIB成像來確定何時暴露特征以及應當停止銑削(通常被稱作結束指示)時，特征可能在可以停止銑削之前被損壞或者甚至毀壞。此外，為了找到圖像中的參考點以確定所關注的特征位于電路上何處，有時有必要通過反復試驗來暴露相對較大的區域，潛在地損壞被暴露的每個區域。在一種用于在體硅器件上進行導航的方法中，在已經通過離子銑削來充分使樣本襯底變薄之后，有時有可能在視覺上將高摻雜阱與FIB圖像中的襯底的其余部分區別開。出于導航的目的，這些摻雜區的輪廓可以有用。但是在體硅器件上的背面銑削期間，容易丟失來自新出現的摻雜阱的信號，這可以導致對樣本的過度銑削和損壞。掩埋的氧化物表面自身非常薄且易碎，并且來自掩埋特征的信號也較弱且短暫。因此，需要有侵略性的高射束電流和/或長停留時間來區分晶體管阱，這甚至可能進一步損壞樣本。使用分離電子束的實時成像是另一種用于確定結束指示的方法。被轉讓給本申請的受讓人FEI Company of Hillsboro, OR且通過引用并入本文的、Carleson的美國專利N0.7, 388, 218 “Subsurface Imaging Using an Electron Beam，，教導了一種可對表面下特征進行成像的電子顯微鏡。同時利用離子束的電子束成像允許針對結束指示的銑削工藝的實時觀看，并且觀看表面下圖像的能力在暴露易損掩埋特征時給出了更大得多的誤差容限。不幸的是，Carleson的雙射束系統遭受多個固有缺點。雙射束系統必然比單射束系統更復雜和昂貴。此外，保持這兩個射束聚焦于相同焦點相當困難，這也將誤差引入到系統中。盡管使用重合且甚至同軸離子和電子束的系統是已知的，但是這種系統是復雜的，并且仍包括對許多現代CE應用來說不期望的不精確度。Reiche 等人在 “Applications of Helium 1n Microscopy in SemiconductorManufacturing, ” MICROSCOPY AND ANALYSIS, pp.11-14 (July 2009)中描述了將氦離子用于表面下成像。然而，由于離子的大小較小(以及其所導致的物理樣本損壞的對應缺乏)，氦離子不適用于銑削應用。將必須使用對任何顯著材料移除來說更大的離子將Reiche的氦離子束與分離的離子束鏡筒(column)進行組合，并且因此，Reiche的氦離子束將遭受與以上關于Carleson討論的相同的缺陷。因此，仍需要一種用于使用FIB系統對樣本進行成像和處理的改進方法，其既允許快速高精度導航和結束指示二者，又允許一旦特征已被定位就進行快速材料移除
技術實現思路
因此，本專利技術的目的是提供一種用于使用FIB系統對襯底進行成像和銑削的改進方法和設備。本專利技術的優選實施例使用由相同射束光學器件聚焦于相同焦點的輕和重離子的混合物，在輕離子穿透至樣本中更深處以允許生成表面下特征的圖像時同時銑削樣本表面(主要利用重離子)。在其他使用當中，本專利技術的優選實施例提供了可用于各種電路編輯應用(例如，背面電路編輯)的導航和樣本處理的改進方法。以上相當寬地概述了本專利技術的特征和技術優勢，以便可以更好地理解本專利技術的以下詳細描述。以下將描述本專利技術的附加特征和優勢。本領域技術人員應當意識到，可以容易地將所公開的概念和具體實施例用作修改或設計其他結構以實現本專利技術的本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.08.31 US 61/378,6431.一種用于對樣本上的所關注的特征進行高精度射束布置和導航的設備，包括: 離子的源，所述源產生多于一個元素種類的離子；以及 粒子束鏡筒，用于產生包括多于一個元素種類的離子的同軸混合離子射束，以及用于將該混合射束聚焦于所述樣本處或所述樣本附近的焦點。2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述離子的源產生具有〈20amu的質量的較輕元素種類的離子和具有>28 amu的質量的較重元素種類的離子的混合物。3.根據權利要求1所述的設備，其中，所述離子的源產生較輕元素種類的離子和較重元素種類的離子的混合物，其中，所述較重元素種類具有所述較輕元素種類的原子質量的至少兩倍的原子質量。4.根據權利要求3所述的設備，其中，所述較輕元素種類具有小于20amu的原子質量。5.根據權利要求3所述的設備，其中，所述較重元素種類具有大于28amu的原子質量。6.根據權利要求1所述的設備，其中，所述離子的源產生包括較輕元素種類的離子和較重元素種類的離子的離子的混合物，其中，所述較重元素種類具有比所述較輕元素種類的原子質量大至少40 amu的原子質量。7.根據權利要求1所述的設備，其中，所述離子的源產生包括較輕元素種類的離子和較重元素種類的離子的離子的混合物，所述較輕元素種類所具有的原子質量足夠低，以使得當混合射束被聚焦至表面上時，所述較輕元素種類的離子將穿透樣本表面至>120 nm的深度，以及，所述較重元素種類所具有的原子質量足夠高，以使得當混合射束被聚焦至表面上時，所述較重元素種類的離子將 通過濺射來快速移除樣本材料。8.根據權利要求1所述的設備，其中，所述離子的源是等離子體源，所述等離子體源包括多個氣體源，所述多個氣體源用于同時輸送多種氣體，以產生多于一個元素種類的離子。9.根據權利要求8所述的設備，其中，包括多個氣體源的等離子體源產生多于一個元素種類的并且在所述多于一個元素種類之間具有期望比率的離子。10.根據權利要求9所述的設備，其中，能夠調整被輸送至所述等離子體源的多種氣體的量，以改變所產生的離子在所述多于一個元素種類之間的比率。11.根據權利要求2所述的設備，其中，所述離子的源是等離子體源，所述等離子體源包括多個氣體源，所述多個氣體源用于同時輸送多種氣體，以產生多于一個元素種類的離子，以及其中，能夠調整被輸送至所述等離子體源的多種氣體的量，以改變所產生的離子在所述多于一個元素種類之間的比率。12.根據權利要求1所述的設備，其中，混合射束中的多于一個元素種類的離子同時對所述樣本進行處理和成像。13.根據權利要求2所述的設備，其中，在操作中，所述較輕元素種類的離子能夠用于產生所述樣本的至>80 nm的深度的表面下圖像。14.根據權利要求13所述的設備，其中，在操作中，所述較重元素種類的離子能夠用于快速移除樣本材料。15.根據權利要求14所述的設備，其中，在操作中，所述表面下圖像用于控制材料移除。16.根據權利要求14所述的設備，其中，在操作中，能夠更改混合射束中的輕元素種類與較重元素種類的比率，以微調所述樣本的成像和/或蝕刻。17.根據權利要求14所述的設備，還包括存儲計算機指令的計算機可讀存儲器，該指令包括用于控制所述設備執行以下步驟的程序: 檢測由所述較輕離子種類的離子在所述樣本上的碰撞而引起的二次電子，以形成所述樣本的表面下特征的圖像； 使用所成像的表面下特征的位置向所述樣本引導離子束；以及 使用所述較重離子種類的離子來處理所述樣本，以銑削樣本表面。18.根據權利要求1所述的設備，其中，所述離子的源是合金液態金屬離子源。19.根據權利要求18所述的設備,其中，所述合金是AuSiBe、AuSi或AsPdB。20.根據權利要求18所述的設備，其中，所述合金液態金屬離子源產生具有較低質量的離子的一個元素種類和具有較高質量的另一離子種類。21.根據權利要求20所述的設備，其中，所使用的合金液態金屬離子源的類型由給定的合金液態金屬離子源所產生的較輕離子種類與較重離子種類的比率確定。22.根據權利要求20所述的設備，還包括:質量過濾器，其用于在較低質量離子和較高質量離子之間進行過濾，使得射束僅包括較輕離子或較重離子之一的離子；以及 存儲計算機指令的計算機可讀存儲器，該指令包括用于控制所述設備來促...

【專利技術屬性】
技術研發人員：C呂埃，
申請(專利權)人：FEI公司，
類型：
國別省市：