CN102915900B - 聚焦离子束装置 - Google Patents

Abstract

一种聚焦离子束装置，包括：真空腔室；离子源，在负性电场的牵引下导出所述镓离子束；离子光学系统，决定所述离子束的大小，所述离子束并经过二次聚焦达到位于所述样品台上的试片表面；样品台，用于承载所述试片；二次电子，由所述聚焦离子束照射到所述试片产生；显示装置，显示所述试片的二次电子图像，进行缺陷定位；电荷导出装置，设置在所述真空腔室上，并与所述试片之缺陷的附件区域电性连接。通过本发明所述的具有电荷导出装置的聚焦离子束装置进行缺陷定位时，聚集的电荷易于导出，对所述缺陷提供精确的定位。同时也使得由所述聚焦离子束装置的发送端发射并用于沉积或切割的电荷可控的到达所述试片表面，实现准确的定位并进行沉积或切割。

Description

聚焦离子束装置

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种聚焦离子束装置。

背景技术

半导体集成电路（Integrated Circuit,IC）芯片制造过程大致包括前段工艺及后段工艺。其中，前段工艺的目的是在晶片上制造出集成电路，后段工艺主要是将具有所述集成电路的晶片进行封装。在前段工艺和后段工艺的过程中不断进行多种结构测试和电性测试，以确保芯片的可靠度及良率。因此，能适时地对已产生的缺陷做出分析，找出缺陷发生的原因，便成为品质技术保证的核心能力之一。而随着半导体元件尺寸不断的缩小，由半导体工艺所引发并足以对成品率产生影响的缺陷尺寸也越来越小，且很多缺陷更是掩埋在样品表面。所以根据样品表面图形对缺陷进行定位分析就显得尤为重要。在这种趋势下，要对所述缺陷做精确的切面分析已显不易。因此各种显微技术不断的产生，以期能通过对试片制备方法的改良、分析仪器精密度的提升，以及分析仪器与分析原理的交互运用来克服这个问题。

近年来，半导体制造技术领域所采用的聚焦离子束显微镜是一种利用离子束当入射源来对材料进行分析或加工的仪器。典型的聚焦离子束显微镜中包括液相金属离子源、电透镜、扫描电镜、二次粒子侦测器、转向移动的试片基座、真空系统，以及抗震动与磁场的装置等。当施加外加电场于通常为液态镓的液相金属离子源时，会使液态镓形成细小尖端，再利用负性电场牵引尖端的镓，将可以导出镓离子束，然后以电透镜聚焦，在经过系列的变化孔径后，将可以决定离子束的大小，最后离子束经过二次聚焦到达试片的表面，利用物理碰撞来达到切割等目的。由于聚焦离子束显微镜的发展，使得半导体技术领域利用其来制造精密定点的扫描式电子显微镜横切面试片或穿透式电子显微镜横切面试片，以进行微区分析。

但是，现有的聚焦离子束装置的晶片夹盘多为镂空且不接地结构，该结构势必会导致在制备不导电试片的过程中，大量的电荷将在所述晶片的表面聚集，并排斥所述聚焦离子束，进而导致接收端接收的二次粒子信息失真而不能真实的反映原有图形，使得使用者很难精确的对精细缺陷进行准确的定位。另一方面，在所述聚焦离子束装置利用电荷的沉积或者物理反应进行沉积或切割的过程中，因晶片表面大量电荷的聚集，将会阻止所述聚焦离子束装置发射端发射的电荷到达所述晶片表面，使得所述沉积或切割工艺不能实现。

此外，在现有技术中也利用透明树脂或胶水在试片表面全面性覆膜的方法，但此种方法仅对提高覆膜与表面层的结构和对比有明显的帮助，并不适于在聚焦式离子束显微镜中寻找并精密确认缺陷的位置，也不适于后续的穿透式电子显微镜观察或是扫描式电子显微镜观察。其主要原因是由于所形成的表面性覆膜导电性不佳，容易造成电荷累积等问题。而一旦电荷累积问题产生，不仅完全无法精密确认缺陷的位置，亦无法对缺陷进行观察，尤其是在缺陷尺寸非常微小的半导体产品中，这个问题更加被突显出来。

因此，如何能提供一种缺陷分析方法，在利用聚焦离子束来进行横切面试片的制作时，可以保护缺陷不会受到损伤，也不会产生电荷积累的现象，以至于造成无法精密确认缺陷的位置或是无法对缺陷做观察的问题，便是本领域亟待解决的问题。

故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种聚焦离子束装置。

发明内容

本发明是针对现有技术中，传统的聚焦离子束在进行横切面试片的制作时，不仅损伤缺陷，而且产生电荷积累的现象，以至于造成无法精密确认缺陷的位置或是无法对缺陷做观察等缺陷提供一种聚焦离子束装置。

为了解决上述问题，本发明提供一种聚焦离子束装置，所述聚焦离子束装置，包括：真空腔室，所述真空腔室用于为所述聚焦离子束装置的检测提供真空环境；离子源，所述离子源为液态镓的液相金属离子源，当施加外加电场在所述液态镓的液相金属离子源时，所述液态镓形成细小尖端，并在负性电场的牵引下导出所述镓离子束；离子光学系统，所述离子光学系统决定所述离子束的大小，所述离子束并经过二次聚焦达到位于所述样品台上的试片之上表面；样品台，所述样品台用于承载所述试片；二次电子，所述二次电子由所述聚焦离子束照射到所述试片产生，并被用作二次电荷探测器的二次电子探测器检测；显示装置，所述显示装置根据检测到的所述二次电子信号显示所述试片的二次电子图像，进而进行缺陷的定位；电荷导出装置，所述电荷导出装置设置在所述真空腔室上，并与所述试片之缺陷的附件区域电性连接。

可选地，所述试片之缺陷的附件区域为试片的上表面处的电荷从所述缺陷运动至所述电荷导出装置处的区域。

可选地，所述所述电荷导出装置为探针。

可选地，通过所述不同数量的电荷导出装置调整所述聚焦离子束装置的电荷产生量与电荷导出量之间的比例，进而实现对沉积或切割速率的控制。

综上所述，通过本发明所述的具有电荷导出装置的聚焦离子束装置进行缺陷定位时，聚集在所述试片上表面的电荷容易地通过所述电荷导出装置导出，使得所述聚焦离子束装置发射端发出的电荷正常的照射到所述试片之上表面处，进而发射二次电子，并真实的反映试片的表面特性，对所述缺陷提供精确的定位。同时，本发明通过在所述真空腔室上设置电荷导出装置，并将所述电荷导出装置与所述试片之缺陷的附件区域电性连接，有效的将聚集在所述试片表面的电荷导出，避免了因电荷相斥引起的表面形貌失真，同时也使得由所述聚焦离子束装置的发送端发射并用于沉积或切割的电荷可控的到达所述试片表面，实现准确的定位并进行沉积或切割。

附图说明

图1所示为本发明聚焦离子束装置的结构示意图；

图2所述为本发明聚焦离子束装置的局部结构示意图；

图3（a）所示为现有聚焦离子束装置所检测的试片表面形貌图；

图3（b）所示为本发明聚焦离子束装置所检测的试片表面形貌图；

图4（a）所示为现有聚焦离子束装置沉积或切割的定位图谱；

图4（b）所示为本发明聚焦离子束装置沉积或切割的定位图谱。

具体实施方式

为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

请参阅图1、图2，图1所示为本发明聚焦离子束装置的结构示意图。图2所述为本发明聚焦离子束装置的局部结构示意图。所述聚焦离子束装置1包括真空腔室10，所述真空腔室10用于为所述聚焦离子束装置1的检测提供真空环境；离子源11，所述离子源11为液态镓的液相金属离子源，当施加外加电场在所述液态镓的液相金属离子源时，所述液态镓形成细小尖端，并在负性电场的牵引下导出所述镓离子束111；离子光学系统12，所述离子光学系统12在经过系列变化孔径后，可决定所述离子束111的大小，并经过二次聚焦达到位于所述样品台13上的试片14之上表面141；样品台13，所述样品台13用于承载所述试片14，并可在所述平台驱动机构15的作用下转动；二次电子16，所述二次电子16由所述聚焦离子束111照射到所述试片14产生，并被用作二次电荷探测器的二次电子探测器17检测；显示装置18，所述显示装置18根据检测到的所述二次电子信号显示所述试片14的二次电子图像，进而进行缺陷142的定位；电荷导出装置19，所述电荷导出装置19设置在所述真空腔室10上，并与所述试片14之缺陷142的附件区域143电性连接。在所述缺陷142的附件区域143内，所述电荷易于从所述缺陷142运动至所述电荷导出装置19处。

在本发明中，由于所述镓元素具有低熔点、低蒸汽压以及良好的抗氧化性能等优点，故本发明所述离子源11优选的为液态镓的液相金属离子源。所述电荷导出装置19优选的为探针，所述用于电荷导出的探针设置在所述真空腔室10上，并与所述试片14之缺陷142的附件区域143电性连接。所述试片14之缺陷142的附件区域143以试片141的上表面141处的电荷易于从所述缺陷142运动至所述电荷导出装置19处为宜。

请继续参阅图2，并结合参阅图1，作为本发明的具体实施方式，可根据沉积或者切割的实际速率需要，设置不同数量的电荷导出装置19。本领域技术人员容易理解地，即，可通过所述不同数量的电荷导出装置19调整所述聚焦离子束装置1的电荷产生量与电荷导出量之间的比例，进而实现对沉积或切割速率的控制。

请参阅图3（a）、图3（b），图3（a）所示为现有聚焦离子束装置所检测的试片表面形貌图。图3（b）所示为本发明聚焦离子束装置所检测的试片表面形貌图。明显地，由于现有的聚焦离子束装置的晶片夹盘为镂空且不接地结构，该结构导致在制备不导电试片14的过程中，大量的电荷在所述试片14的上表面聚集，并排斥所述聚焦离子束装置发射端发出的电荷，进而导致所述二次电子探测器17接收端接收的二次电子信息失真呈现图3（a）所示的第一表面形貌14a，所述第一表面形貌14a便不能真实的反映试片14原有的表面形貌特征，使得使用者很难精确的对精细缺陷142进行准确的定位。但是，通过本发明所述的具有电荷导出装置19的聚焦离子束装置1进行缺陷142定位时，聚集在所述试片14上表面的电荷容易地通过所述电荷导出装置19导出，使得所述聚焦离子束装置1发射端发出的电荷正常的照射到所述试片14之上表面141处，进而发射二次电子16，并显示如图3（b）所述的第二表面形貌14b，所述第二表面形貌14b便真实的反映试片14的表面特征，对所述缺陷142提供精确的定位。

请继续参阅图4（a）、图4（b），并结合参阅图3（a）、图3（b），图4（a）所示为现有聚焦离子束装置沉积或切割的定位图谱。图4（b）所示为本发明聚焦离子束装置沉积或切割的定位图谱。在现有的聚焦离子束装置中，由于晶片夹盘为镂空且不接地结构，该结构导致在制备不导电试片14的过程中，大量的电荷将在所述试片14的表面聚集，并排斥所述聚焦离子束装置发射端发出的电荷，进而导致所述二次电子探测器17接收端接收的二次电子信息失真而不能真实的反映试片14原有的表面形貌特征，使得使用者很难精确的对精细缺陷142进行准确的定位。更严重地，在所述聚焦离子束装置利用电荷的沉积或者物理反应进行沉积或切割的过程中，因试片14表面大量电荷的聚集，将会阻止所述聚焦离子束装置发射端发射的电荷到达所述试片14的上表面141处，如图4（a）中所述的第三形貌14c为所述切割定义区14d的最终定义区，进而使得所述沉积或切割工艺不能实现。而本发明所述的聚焦离子束装置1通过在所述真空腔室10上设置电荷导出装置19，并将所述电荷导出装置19与所述试片14之缺陷142的附件区域143电性连接，有效的将聚集在所述试片14表面的电荷导出，避免了因电荷相斥引起的表面形貌失真，同时也使得由所述聚焦离子束装置1的发送端发射并用于沉积或切割的电荷可控的到达所述试片14表面，如图4（b）中所述的第四形貌14e为所述切割定义区14d的最终定义区，以实现准确的定位并进行沉积或切割。

综上所述，通过本发明所述的具有电荷导出装置的聚焦离子束装置进行缺陷定位时，聚集在所述试片上表面的电荷容易地通过所述电荷导出装置导出，使得所述聚焦离子束装置发射端发出的电荷正常的照射到所述试片之上表面处，进而发射二次电子，并真实的反映试片的表面特性，对所述缺陷提供精确的定位。同时，本发明通过在所述真空腔室上设置电荷导出装置，并将所述电荷导出装置与所述试片之缺陷的附件区域电性连接，有效的将聚集在所述试片表面的电荷导出，避免了因电荷相斥引起的表面形貌失真，同时也使得由所述聚焦离子束装置的发送端发射并用于沉积或切割的电荷可控的到达所述试片表面，实现准确的定位并进行沉积或切割。

本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims (3)

1.一种聚焦离子束装置，其特征在于，所述聚焦离子束装置包括：

真空腔室，所述真空腔室用于为所述聚焦离子束装置的检测提供真空环境；

离子源，所述离子源为液态镓的液相金属离子源，当施加外加电场在所述液态镓的液相金属离子源时，所述液态镓形成细小尖端，并在负性电场的牵引下导出镓离子束；

离子光学系统，所述离子光学系统决定所述离子束的大小，所述离子束并经过二次聚焦达到位于样品台上的试片之上表面；

样品台，所述样品台用于承载所述试片；

二次电子，所述二次电子由聚焦离子束照射到所述试片产生，并被用作二次电荷探测器的二次电子探测器检测；

显示装置，所述显示装置根据检测到的所述二次电子信号显示所述试片的二次电子图像，进而进行缺陷的定位；

电荷导出装置，所述电荷导出装置设置在所述真空腔室上，并与所述试片之缺陷的附件区域电性连接；

通过不同数量的电荷导出装置调整所述聚焦离子束装置的电荷产生量与电荷导出量之间的比例，进而实现对沉积或切割速率的控制。

2.如权利要求1所述的聚焦离子束装置，其特征在于，所述试片之缺陷的附件区域为试片的上表面处的电荷从所述缺陷运动至所述电荷导出装置处的区域。

3.如权利要求1所述的聚焦离子束装置，其特征在于，所述电荷导出装置为探针。