CN101780630A - 聚焦式离子束系统的物件加工方法及应用于该方法的载具 - Google Patents

Abstract

一种聚焦式离子束系统(Focused Ion Beam，FIB)的物件加工方法及应用于该方法的载具，应用于包括有载具的聚焦式离子束系统，该载具具有移载件及设置有物件的加工部，该方法是在置入载具到FIB系统前，将该移载件设定为齐平于设置有物件后的该加工部的高度，在系统内进行基座高度调整时便使该移载件与该加工部与系统的共心点共平面。对该加工部的物件进行加工后，不需再针对移载件位置进行共心高度调整便可将加工后的物件或物件上的被加工区块移载至该移载件。

Description

聚焦式离子束系统的物件加工方法及应用于该方法的载具

技术领域

本发明涉及一种物件加工技术，更详而言之，涉及一种利用聚焦式离子束系统制作样品的物件加工方法及应用于该方法的载具。

背景技术

聚焦式离子束(Focused Ion Beam，FIB)系统可利用电磁透镜将离子束聚焦成非常小尺寸而进行显微切割或研磨等加工，由于此种技术具有定位精准、可加工的材料限制小、以及低试片破坏等优点，搭配上微操控技术后，可以广泛应用到分析样品制备、集成电路重置及修补、纳米结构制作等领域。

如以美国专利公告第5,270,552号专利为例，此专利技术是将物件上欲分析特定的区域经FIB系统加工得到一样品，通过薄膜沉积的方式将该样品固定到接有操控器的探针上，接着再移动该探针至所欲放置之处。

上述专利的技术内容正是目前FIB加工技术上搬移样品最普遍的方法。然而，在实际工作上，放置样品的分析载具和原先试片(物件)加工区块的高度位置通常都会有差异，因此就需要针对要放置样品的位置再调整一次共心高度。但是，此专利技术仅着眼于抓取及位移样品的技术概念，在后续样品加工固定的困难克服或技术改进上，并未有所改进。

依据使用的经验，在FIB机台内进行样品处理时，通常需先针对加工位置调整共心高度，此时为第一次调整共心高度，接着在试片表面切割加工以形成样品，之后进行样品的抓取，再针对要放置样品的载具调整共心高度，此时为第二次调整共心高度，最后将样品放置固定到载具。换言之，普遍的操作程序都必须要重新调整共心高度来适应原先样品及样品放置载具之间的高度差异。此外，由于此时操控器已经实质参与到微小的加工空间中，为避免操控器的探针撞击到电子或离子源装置，或是其他内部侦测器，通常尚需将其远离加工区，待针对样品放置位置的共心高度调整完成后，再小心将探针移回。总体而言，第二次共心高度的调整程序会导致试片准备时间、操作复杂性、以及样品安全性风险的提升。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的一目的是提供一种应用于聚焦式离子束(Focused Ion Beam，FIB)系统的物件加工方法及应用于该方法的载具，能够省去第二次调整共心高度的步骤，以简化制备程序，从而提升加工效能。

本发明的另一目的是提供一种应用于聚焦式离子束系统的物件加工方法及应用于该方法的载具，可降低风险并具有成本效益。

为达到上述目的，本发明提供一种物件加工方法，应用于包括有一载具的聚焦式离子束系统，该载具包含：设置有物件的一加工部以及一移载件。该物件加工方法则包括以下步骤：将该移载件顶端位置齐平于该加工部设置有物件后的高度；对该加工部的该物件进行加工；以及将加工后的该物件或在该物件上的被加工区块移载至该移载件。

聚焦式离子束系统可应用于三维穿透式电子显微镜(TransmissionElectron Microscope，TEM)样品制作、IC电路修补、微纳米结构制作。基于此，在一实施例中，该物件可为一待分析的试片，对于该物件进行加工的步骤，是加工该物件制作为穿透式电子显微镜样品，而后搬移已加工完成的区块至该移载件顶端并进行后续研磨。

在另一实施例中，该物件可为一特定电路结构的元件，对该物件进行加工的步骤，是加工该物件制作为适于修补特定集成电路的素材，该集成电路是位于移载件的顶端，将修补素材移载到集成电路上的特定位置后进行接合。

于再一实施例中，该物件可为含有某种成分或特性的块材，于对该物件进行加工的步骤，是加工该物件制作为微米或纳米尺度的造型物体，移载件顶端设置有一待组装结构，将此造型物体搬移到该待组装结构上进行微纳米结构的组装。

本发明更提出一种应用于上述物件加工方法的载具，应用于聚焦式离子束系统，该载具包括：一移载件；一载台，该载台包括：一加工部与一容置部。其中该加工部位于该载台的上表面，用以设置物件；容置部用以设置该移载件。该移载件可单纯为支撑媒介或顶端包含有额外功能性承载体的支撑媒介，用以安置加工后的物件或在物件上的加工区块。

在一实施例中，该容置部为贯穿该载台一特定深度的贯孔，并连通一定位部，而该定位部可为螺孔或开孔。

此外，该载具包括用以垂直升降该移载件的升降机构，而该升降机构例如为螺丝、螺杆、弹簧、滑块、或步进马达的其中一者。

相比于现有技术必须要重新调整共心高度来适应原先物件及载台之间的高度差异，导致时间及安全性成本问题，本发明可简化操作，省去搬移加工完成的物件时需要另行调整共心高度的步骤，进而提升物件加工效率并降低风险性。因此，本发明解决了现有技术的问题。

附图说明

图1a及图1b是显示本发明应用物件加工方法的载具的第一实施例的示意图，其中图1a显示载具的分解图，图1b则显示该载具的组装示意图；

图2是显示本发明的物件加工方法的第一实施例的流程图；

图3是显示本发明应用物件加工方法的载具的第二实施例的组装示意图。

主要元件符号说明：

1、2载具

11、21载台

111、211加工部

113、213容置部

115、215定位部

117、217升降部

13、23移载件

131移载部

15、25物件

27承载体

101、103、105步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。

第一实施例

图1a与图1b是依照本发明聚焦式离子束系统(Focused Ion Beam，FIB)的物件加工方法及应用于该方法的载具的第一实施例所绘制的附图。应注意的是，在此实施例中采用用于加工三维穿透式电子显微镜(Transmission Electron Microscope，TEM)样品的载具设计为例作说明，但本发明并非局限于此。同时，由于现有技术均可为适用对象，故为简化起见，并使本发明的特征及结构更为清晰易懂，在图中仅显示出与本发明直接关联的结构，其余部分则予以略除。

请参阅图1a与图1b，图1a是应用于此实施例的载具分解示意图，图1b是图1a组装后的剖视图。

本实施例的物件加工方法可应用于包括有如图1a及图1b所示的载具1的聚焦式离子束系统中，且该载具1包括载台11以及整合于该载台11的移载件13，加工的物件移动到移载件13后再经过细部研磨便可直接将移载件13装设到TEM分析载具并载入TEM进行分析。该载台11则具有设置有物件15的加工部111。该载台11包括该加工部111、用以供设置该移载件13的一容置部113、连通该容置部113的一定位部115、以及用以垂直升降该物件移载件13的一升降机构117。

在本实施例中，该载台11可为圆柱状FIB试片载台。该加工部111位于该载台11的上表面。该容置部113可为贯穿该载台11一特定深度的贯孔，较佳为开设于该载台11中央的圆柱孔，但并非局限于此。该定位部115可为一位于该容置部113下方的螺孔，而该升降机构117可为对应该定位部115的螺丝且可穿过该定位部115而连接该移载件13。当然，该定位部115与升降机构117也可为其他可进行升降调整的等效组合或元件。

在本实施例中，该移载件13可为TEM样品支撑座。该移载件13可包括位于一端的移载部131，而该升降机构117则接触相对该移载部131的另一端。该移载部131例如呈尖端状，可调整移载件13的高度，使该移载部131突出于该容置部113的高度是等于该加工部111上包含有物件15后的高度，即移载部131的尖端会调整至与物件15的上表面等高。该物件15则例如为待分析试片。

请参考图2，是显示为本实施例的物件加工方法的流程图。在进行物件加工时，可在步骤101中，将该移载件13的顶端位置齐平于该加工部111设置有物件15后的高度，再在步骤103中，对该加工部111的物件15进行加工，最后，在步骤105中，将加工后的物件15或物件15上的被加工区块移载至该移载件13。

在进行对该加工部111的物件15进行加工的步骤103前，更包括将载具1置入FIB系统，以调整该物件15的位置至该FIB系统的共心高度的步骤。

更详而言之，在步骤101中，在该物件15设置到该加工部111后，可以通过该升降机构117将该移载件13的顶端升到与该物件15表面高度相同的位置，亦即，由该升降机构117调整该移载件13，直到该移载部131突出于该容置部113的高度等于该加工部111上的物件15的高度。在确定该移载件13顶端位置齐平于该加工部111设置有该物件15后的高度时，可利用例如光学显微镜(Optical Microscopy，OM)(未图示)进行辅助调整。

同时，在本实施例中的FIB系统可为例如单粒子或双粒子束聚焦式离子束系统(Single-beam or Dual-beam focused ion beam system，DB-FIB system)。在步骤103中，以物件15上的一特征点作为基准进行共心高度的调整后，便可倾转物件15并利用离子束对物件15进行加工，制作为TEM分析的一雏型样品，此步骤可以使用气体帮助蚀刻，缩短时间。

应注意的是，由于对前述元件或结构进行加工的原理及技术属于现有的技术，故在此不再详加说明。

在步骤105中，将该雏型样品移载至该移载件13。由于初始的移载件13顶端位置大致齐平于该加工部111设置有该物件15后的高度，故在此位移雏形样品的阶段，移载件13的顶端也将位在系统的共心高度，即便有些许误差，也可以轻易的利用粒子束位置的微调或系统的其他内建辅助控制功能来弥补。是以，在实际的雏型样品的制备上，利用操控器从该加工部111抓起来的雏型样品可以直接移到该移载件13上固定并进行后续的细部研磨加工，不需再针对该移载件13进行另一次共心高度的调整。

简言之，本实施例的载具1结构适合用于制作TEM的雏型样品(但并非局限于此)，特别是三维棒状样品。在样品搬移的过程，样品与操控器探针之间的结合可以通过镀膜、静电力、磁力、压力等方法的任一种来达成。此外，关于移载件的高度控制，除了本实施例所采用的螺丝升降机构外，还可采用如螺杆、弹簧、滑块、步进马达等方法来控制。

第二实施例

图3是显示本发明应用物件加工方法的载具的第二实施例的组装示意图，如图所示，该载具2也包括载台21以及整合于该载台21的移载件23，该载台21包括：设置有物件25的加工部211、用以供设置该移载件23的容置部213、连通该容置部213的定位部215、以及用以垂直升降该移载件23的升降机构217。

与前述第一实施例不同的是，本发明所应用第二实施例的载具2的移载件23为顶端装设有承载体27的支撑媒介，具体而言，该承载体27可为待修补的集成电路或待组装的微纳米结构，但不以此为限。

在本实施例的一实施形态中，当承载体27为待修补的集成电路时，该物件25可为一含有特定组成的块材或特定电路结构的元件，于对该加工部211的物件25进行加工的步骤，是加工该物件25而制作为适于修补特定集成电路的素材，也就是说，该集成电路是位于移载件23顶端，而后将修补素材搬移到集成电路上的特定位置后进行接合。

在本实施例的另一实施形态中，当承载体27为待组装的微纳米结构时，该物件25可为含有某种成分或特性的块材，于对该加工部211的物件25进行加工的步骤，是加工该物件25制作为微米或纳米尺度的一造型物体，也就是说，该移载件23顶端为一待组装结构，将加工完成的微米或纳米尺度造型物体搬移到此结构上进行微纳米结构的组装。

相比于现有技术，本发明乃涉及FIB的载具开发及后续的加工方法。该载具包含有移载件、设置有物件的加工部及调整移载件位置高度的升降机构。在实际使用上，通过升降机构的调整使该移载件的顶端位置与设置有该物件后的高度齐平，使两者可在系统加工前的校准步骤便一次调整至与系统的共心点共平面。如此，可以在加工过程中的物件移转步骤省去现有技术需要重新调整共心高度的麻烦。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应以权利要求书的范围为依据。

Claims (19)

1.一种物件加工方法，应用于包括有一载具的聚焦式离子束系统，该载具包括有设置有物件的一加工部以及一移载件，其特征在于，该物件加工方法包括以下步骤：

将该移载件顶端位置齐平于该加工部设置有该物件后的高度；

对该加工部的该物件进行加工；以及

将加工后的该物件或该物件上的被加工区块移载至该移载件。

2.根据权利要求1所述的物件加工方法，其特征在于，将该移载件顶端位置齐平于该加工部设置有该物件后的高度的步骤还包括：在该物件设置到该加工部后，通过一升降机构将该移载件的顶端升到与该物件表面高度相同的位置。

3.根据权利要求1所述的物件加工方法，其特征在于，于对该加工部的该物件进行加工的步骤还包括：对该加工部的物件进行加工之前，将载具置入该聚焦式离子束系统，以调整该物件的位置至该聚焦式离子束系统的共心高度的步骤。

4.根据权利要求3所述的物件加工方法，其特征在于，调整该物件的位置至该聚焦式离子束系统的共心高度的步骤还包括：以该物件上的一特征点作为基准进行共心高度的调整。

5.根据权利要求1所述的物件加工方法，其特征在于，在将该移载件顶端位置齐平于该加工部设置有该物件后的高度的步骤中，利用光学显微镜进行辅助调整。

6.根据权利要求1所述的物件加工方法，其特征在于，于对该加工部的该物件进行加工的步骤还包括：加工该物件而制作为穿透式电子显微镜分析用的样品。

7.根据权利要求6所述的物件加工方法，其特征在于，于将加工后的该物件或该物件上的被加工区块移载至该移载件的步骤还包括：搬移已加工的该物件至该移载件并进行后续研磨。

8.根据权利要求1所述的物件加工方法，其特征在于，于对该加工部的物件进行加工的步骤还包括：加工该物件而制作为修补一集成电路的一修补素材。

9.根据权利要求8所述的物件加工方法，其特征在于，该集成电路是位于该移载件顶端，于将加工后的该物件或该物件上的被加工区块移载至该移载件的步骤更包括：将该修补素材搬移到该集成电路上的特定位置后进行接合。

10.根据权利要求1所述的物件加工方法，其特征在于，于对该加工部的物件进行加工的步骤还包括：加工该物件而制作为用于微纳米结构组装的一造型物体。

11.根据权利要求10所述的物件加工方法，其特征在于，该移载件顶端为一待组装结构，将加工后的该物件或该物件上的被加工区块移载至该移载件的步骤还包括：将该造型物体搬移到该待组装结构上进行微纳米结构的组装。

12.一种应用于根据权利要求1所述的物件加工方法的载具，其应用于聚焦式离子束系统，其特征在于，该载具包括：

一移载件；以及

一载台，该载台包括：

一加工部，位于该载台的上表面，用以设置一物件；以及

一容置部，用以设置该移载件。

13.根据权利要求12所述的载具，其特征在于，该移载件为支撑媒介，用以安置加工后的该物件或在该物件上的加工区块。

14.根据权利要求12所述的载具，其特征在于，该容置部为贯穿该载台一特定深度的贯孔。

15.根据权利要求12所述的载具，其特征在于，该载台包括连通该容置部的一定位部。

16.根据权利要求15所述的载具，其特征在于，该定位部为螺孔或开孔的其中一者。

17.根据权利要求12所述的载具，其特征在于，该载具还包括：用以垂直升降该移载件的一升降机构。

18.根据权利要求17所述的载具，其特征在于，该升降机构为螺丝、螺杆、弹簧、滑块、或步进马达的其中一者。

19.根据权利要求12所述的载具，其特征在于，该移载件的顶端还包括：承载体，该承载体为待修补的集成电路或待组装的微纳米结构。

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