CN113330294A - 离子束去层系统和方法以及用于其的终点监测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了离子束去层系统和方法以及用于其的终点监测系统和方法的多个实施方案。在一个实施方案中，描述了一种用于监测用于未知异质分层样品的离子束去层过程的方法，所述方法包括：将所述样品接地以允许电流从所述样品流动，所述流动至少部分地由于所述离子束去层过程；使用所述离子束来铣销所述样品的当前暴露的层，当所述当前暴露的层被铣销时，从而导致给定的可测量的电流从所述样品流动，其中所述给定的可测量的电流指示所述当前暴露的层的暴露的表面材料成分；在所述铣销期间检测所述可测量的电流的可测量的改变作为对应的暴露的表面材料成分改变的表示；以及将所述可测量的改变与所述样品的新暴露的层相关联。

Description

离子束去层系统和方法以及用于其的终点监测系统和方法
相关申请
本申请是一件国际专利申请，该国际专利申请要求享有2019年1月22日提交的并且题为“ION BEAM DELAYERING SYSTEM AND METHOD,AND ENDPOINT MONITORING SYSTEMAND METHOD THEREFOR”的、序列号为62/795,369的美国临时专利申请的优先权的权益，所述美国临时专利申请的公开内容通过引用方式被完全并入本文。
技术领域
本公开内容涉及离子束铣销，并且具体地，涉及离子束去层系统和方法以及用于其的终点监测系统和方法。
背景技术
移除诸如半导体芯片的样品中的层涉及移除集成电路——其例如包含金属和电介质——的非常少量的并且非常薄的层，以便以精确并且受控的方式显露下面的电路系统(circuitry)。
离子束铣销是一种用来对这样的样品进行去层的方法。通常，离子束铣销机可以被用于半导体工业中的各种其他目的，诸如薄膜沉积或表面改性或活化。使用具有活性气体和/或非活性气体的离子束源，源气体被电离，并且正离子被提取并且被加速朝向存在于真空腔室中的可旋转的冷却台上的样品。可以为了离子对样品的表面的期望的影响而调整样品台的角度。存在本领域已知的各种离子铣销系统，诸如聚焦离子束铣销(FIB)系统和宽离子束铣销(BIB)系统。
在BIB铣销系统中，样品的层被掩蔽；当样品被暴露于束时，在不受掩模保护的大面积上移除材料。铣销面积以厘米为单位来测量。移除的材料在性质上通常是同质的(homogenous)(单一材料或单一化合物的层被铣销直到被移除)。BIB铣销机已经被限制于移除同质材料的层，因为对于给定的同质层移除速率被维持恒定，直到到达下一个层。在FIB铣销系统中，更聚焦的离子束被生成(通常仅覆盖被铣销的表面的一部分)，并且因此涉及通过穿过线圈(和静电透镜)系统施加电磁能来使聚焦离子束在样品表面上进行光栅扫描，以实现其完全去层。在两种情况下，离子束枪是固定的，但是样品可以被旋转和倾斜到不同的角度。
在材料移除应用中，宽离子束被射向样品，以便以非选择性的方式移除样品材料。通常，那时掩模被预先施加到样品或掩模材料按预定的图案预先沉积在样品上。已知的系统旨在非选择性地移除样品的同质材料层，而不侵蚀掩模或掩模下面的样品，以便于IC上的结构的创建。样品的角度可以被调整以最大化对大体同质的材料层的移除速率。
通常，终点检测系统也可以被用来检测何时大体同质的材料层已经被大体移除并且来自后续层的材料正被移除，就在这时停止移除。
在本领域中经常使用的一种用于终点检测的方法是二次离子质谱法(SecondaryIon Mass Spectroscopy，SIMS)。然而，诸如SIMS的终点检测方法具有许多缺点。例如，在离子束铣销中，大量的提取的材料颗粒具有产生嘈杂的SIMS测量结果的影响。在此场景下，有效地使用SIMS用于终点检测则是具有挑战性的。
提供此背景信息是为了表明申请人认为可能相关的信息。不一定要承认、也不应解释为：任何前述信息构成现有技术或形成相关领域的公知常识的一部分。
发明内容
以下呈现了本文所描述的一般发明构思的简化总结，以提供对本公开内容的一些方面的基本理解。此总结不是对本公开内容的广泛概述。不意在限制本公开内容的实施方案的主要或关键要素，或不意在将其范围描绘为超出由以下描述和权利要求明确地或隐含地描述的范围。
需要一种离子束去层系统和方法以及用于其的终点监测系统和方法，其克服了已知技术的一些缺点，或至少提供了其有用替代方案。此公开内容的一些方面提供了这样的系统和方法的示例。
例如，根据本公开内容的广泛方面，提供了一种离子束去层系统和方法以及用于其的终点监测系统和方法，例如，其中从正使用离子束铣销机去层的样品流动的电流可以被用来监测并且可选地控制铣销过程。
根据一个方面，提供了一种用于监测用于未知异质分层样品的离子束去层过程的方法，所述方法包括：将所述样品接地以允许电流从所述样品流动，所述流动至少部分地由于所述离子束去层过程；使用所述离子束来铣销所述样品的当前暴露的层，当所述当前暴露的层被铣销时，从而导致给定的可测量的电流从所述样品流动，其中所述给定的可测量的电流指示所述当前暴露的层的暴露的表面材料成分；在所述铣销期间检测所述可测量的电流的可测量的改变作为对应的暴露的表面材料成分改变的表示；以及将所述可测量的改变与所述样品的新暴露的层相关联。
在一个实施方案中，所述方法还包括：响应于所述检测所述可测量的改变而终止所述铣销。
在一个实施方案中，所述方法还包括在所述终止之后对所述新暴露的层进行成像；以及重复所述铣销和检测，直到检测到随后的所述可测量的改变。
在一个实施方案中，检测包括检测所述可测量的改变大于指定的电流改变阈值。
在一个实施方案中，所述暴露的表面材料成分改变包括所述暴露的表面的由导电材料组成的一部分的改变。
在一个实施方案中，所述导电材料是金属，并且其中所述暴露的表面的另一部分由半导体或电介质材料组成。
在一个实施方案中，所述可测量的电流在当所述暴露的表面包括电路层时的较高电流范围与当所述暴露的表面包括电介质层时的较低电流范围之间改变。
在一个实施方案中，所述方法还包括放大所述可测量的电流。
在一个实施方案中，所述样品是集成电路。
在一个实施方案中，所述离子束是宽离子束(BIB)。
在一个实施方案中，所述离子束是聚焦离子束(FIB)。
在一个实施方案中，所述FIB是等离子体FIB。
在一个实施方案中，铣销包括使所述离子束在所述当前暴露的层上扫描，从而导致所述给定的可测量的电流对于给定的表面扫描至少部分地根据所述暴露的表面材料成分的变化而变化；并且其中所述检测包括对于每个所述给定的表面扫描比较所述给定的可测量的电流。
在一个实施方案中，比较包括对于每个所述给定的表面扫描比较所述给定的可测量的电流的平均或积分。
根据另一个方面，提供了一种用于监测用于未知异质分层样品的离子束去层过程的系统，所述系统包括：电导体，用于将所述样品接地以允许可测量的电流从所述样品流动，所述流动至少部分地由于所述离子束去层过程；电流测量装置，所述电流测量装置操作性地连接到所述电导体以当所述当前暴露的层被铣销时检测所述可测量的电流的可测量的改变，其中所述可测量的电流指示所述当前暴露的层的暴露的表面材料成分，并且其中所述可测量的改变指示铣销所述样品的新暴露的层。
在一个实施方案中，所述系统还包括电流放大装置，所述电流放大装置操作性地连接到在所述样品和所述电流测量装置之间的所述电导体，并且能操作以增加由所述电流测量装置测量的所述可测量的电流的所述量。
在一个实施方案中，所述系统还包括：数字数据处理器，所述数字数据处理器操作性地连接到所述电流测量装置，并且能操作以根据所述可测量的改变自动识别正被铣销的所述暴露的表面的所述对应的构成材料改变。
在一个实施方案中，所述数字数据处理器还操作性地耦合到离子束铣销机，并且能操作以在识别所述对应的构成材料改变后终止所述去层过程。
在一个实施方案中，所述可测量的改变由指定的电流增加阈值限定。
在一个实施方案中，所述构成材料改变包括所述暴露的表面的由导电材料组成的一部分的改变。
在一个实施方案中，所述导电材料是金属，并且其中所述暴露的表面的另一部分由半导体或电介质材料组成。
在一个实施方案中，所述样品是集成电路。
在一个实施方案中，所述系统还包括离子束铣销机。
在一个实施方案中，所述离子束是宽离子束(BIB)。
在一个实施方案中，所述离子束是聚焦离子束(FIB)。
在一个实施方案中，所述FIB是等离子体FIB。
根据另一个方面，提供了一种用于对未知异质分层样品进行去层的离子束去层系统，所述系统包括：离子束铣销机，用于在离子束去层过程期间生成离子束；电导体，用于将所述样品接地以允许可测量的电流从所述样品流动，所述流动至少部分地由于所述离子束去层过程；电流测量装置，所述电流测量装置操作性地连接到所述电导体，以在铣销过程期间监测所述可测量的电流；以及数字数据处理器，所述数字数据处理器操作地连接到所述电流测量装置，并且能操作以识别所述可测量的电流的可测量的改变，其中所述可测量的电流指示当前暴露的层的暴露的表面材料成分，并且其中所述可测量的改变指示铣销所述样品的新暴露的层。
在一个实施方案中，所述数字处理器还能操作以在所述可测量的改变超过指定的阈值后终止去层过程。
在一个实施方案中，所述数字处理器操作性地耦合或集成到控制系统，所述控制系统与所述离子束铣销机操作性通信并且能操作以在离子束去层过程期间控制所述离子束铣销机的操作。
在一个实施方案中，所述系统还包括电流放大装置，所述电流放大装置能操作以将所述可测量的电流放大提供到所述电流测量装置。
在一个实施方案中，所述离子束是宽离子束(BIB)。
在一个实施方案中，所述离子束是聚焦离子束(FIB)。
根据另一个方面，提供了一种非暂时性计算机可读存储介质，其用于监测未知异质分层样品的离子束去层，并且具有存储在其上的计算机可执行指令，以：从电测量装置获取电流数据，所述电流数据表示在离子束去层期间从所述样品流动的电流；自动识别所述电流数据的改变，所述改变表示在所述改变超过指定的阈值时正被铣销的暴露的表面的对应的构成材料改变；以及将信号输出给离子束铣销机控制器，以在所述改变超过所述指定的阈值后终止所述离子束去层。
在阅读仅参考附图通过示例的方式给出的其具体实施方案的以下非限制性描述时，其他方面、特征和/或优点将变得更明显。
附图说明
将仅参考附图通过示例的方式提供本公开内容的一些实施方案，其中：
图1是根据一个实施方案的待被去层的示例性样品的截面的示意图；
图2是根据一个实施方案的离子束铣销和监测系统的示意图；
图3A和图3B是例示了分别在BIB和FIB铣销的情况下并且根据不同的实施方案的如通过图2的系统监测的测量的电流中的示例性改变的示意图；
图4是根据一个实施方案的描述了一种通过宽离子束铣销机监测未知样品的去层的方法的流程图；
图5是根据一个实施方案的一种离子束铣销终点检测系统的示意图；
图6是根据一个实施方案的描述了一种离子铣销终点检测方法的流程图；以及
图7是根据一个实施方案的一种离子束铣销终点检测和控制系统的示意图。
在几幅图中的要素是为了简单和清楚被例示的，并且不一定按比例绘制。例如，可以相对于其他要素强调附图中的一些要素的尺度，以便于理解多个目前所公开的实施方案。另外，通常未描绘在商业上可行的实施方案中有用的或必要的常见但被充分理解的要素，以便于较少妨碍观察本公开内容的这些多个实施方案。
具体实施方式
将参考下文所讨论的细节来描述说明书的多个实施方式和方面。以下描述和附图是对说明书的例示，并且不应被解释为对说明书的限制。描述了许多具体细节以提供对本说明书的多个实施方式的透彻理解。然而，在某些情况下，为了提供对本说明书的实施方式的简明讨论，未描述众所周知的或常规的细节。
下文将描述各种装置和方法，以提供本文所公开的系统的实施方式的示例。下文所描述的实施方式不限制任何所要求保护的实施方式，并且任何所要求保护的实施方式可以涵盖与下文所描述的方法或装置不同的方法或装置。所要求保护的实施方式不限于具有下文所描述的任何一种装置或方法的所有特征的装置或方法，或不限于下文所描述的多个或所有装置或方法的共同特征。下文所描述的装置或方法可能不是任何所要求保护的主题的实施方式。
此外，阐述了许多具体细节，以提供对本文所描述的实施方式的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文所描述的实施方式。在其它实例中，未详细描述众所周知的方法、程序和部件，以便不模糊本文所描述的实施方式。
在此说明书中，元件可以被描述为“被配置为”执行一个或多个功能或“被配置用于”这样的功能。通常，被配置为执行功能或被配置用于执行功能的元件被启用以执行该功能，或适合于执行该功能，或适于执行该功能，或能操作以执行该功能，或以其他方式能够执行该功能。
应理解，出于此说明书的目的，“X、Y和Z中的至少一个”和“X、Y和Z中的一个或多个”的语言可以被解释为仅X、仅Y、仅Z，或两个或更多个项X、Y和Z的任何组合(例如，XYZ、XY、YZ、ZZ等)。类似的逻辑可以应用于“至少一个……”和“一个或多个……”语言的任何出现中的两个或更多个项。
本文所描述的系统和方法根据不同的实施方案提供了不同的示例，在所述示例中宽离子束(BIB)或聚焦离子束(FIB)去层和监测系统和方法可以被用于通过测量在铣销期间流进或流出样品的电流的大小的改变来监测和控制对未知样品的去层。这样的系统可以被用作终点监测系统或单元，以在移除未知样品的一个或多个层期间更好地控制铣销参数，诸如但不限于铣销速率。
这样的样品可以由一种或多种材料的组合物组成。样品还可以指但不限于：半导体器件、集成电路、任何厚度的金属和电介质的层、任何尺寸的区域中的一种或多种材料、光学器件、电子器件或其任何组合。本领域技术人员将容易理解样品出于本文所公开的主题的目的的含义。虽然出于例示性的目的本公开内容描述了多个实施方案，但是这样的描述不意在限于这样的实施方案。相反，在不脱离实施方案的情况下，本文所描述和例示的申请人的教导包含各种替代方案、改型和等同物，其总体范围被限定在所附权利要求中。除了在过程本身中所必需或固有之外，不意在或暗示在本公开内容中所描述的方法或过程的步骤或阶段有特定顺序。在许多情况下，过程步骤的顺序可以变化，而不改变所描述的方法的目的、效果或重要性。
去层可能需要但是不限于：部分地或全部地移除一个或多个层，其中所述一个或多个层或其部分可以包括一种或多种材料；部分地或全部地移除包括一种或多种材料的一个或多个层，其中所述一个或多个层可以包括小的或大的表面面积；部分地或全部地移除一个或多个层，其中所述一个或多个层可以具有任何期望的厚度；部分地或全部地移除一种或多种材料到任何期望的程度；部分地或全部地移除一个或多个大体平行的层，其中所述一个或多个大体平行的层或其部分可以包括一种或多种材料；部分地或全部地移除一个或多个大体平面的层，其中所述一个或多个大体平面的层或其部分可以包括一种或多种材料；部分地或全部地移除一个或多个大体恒定厚度的平行的层，其中所述一个或多个大体恒定厚度的平行的层或其部分可以包括一种或多种材料；部分地或全部地移除一个或多个不同厚度的平行的层，其中所述一个或多个不同厚度的平行的层或其部分可以包括一种或多种材料或其任何组合。出于本文所公开的主题的目的，术语去层(delayering)和去层(de-layering)可以被可互换地使用。去层可以被设置为进行一定时间；可以将样品从离子束铣销机移除，对样品进行分析，并且如果需要，对样品进行进一步去层，直到实现期望的去层水平。
在IC样品的情况下，去层可以被执行以用于对器件内固有的电路进行逆向工程。离子束铣销机可以被用来逐层对器件层进行去层，并且使每个层的表面上的电路系统或电路连接暴露。在对器件进行去层后，可以取得每个层的图片、图像或其他表示(例如基于表示检测到的表面特征的数据的电路示意图模型)，从而捕获每个层的表面上的电路系统或电路连接。通过使用适当的软件工具将不同的层的图片、图像或其他表示拼合在一起，可以产生器件内可能固有的各个部件之间的电路连接——既有跨层的电路连接又有层之间的电路连接。可以对较大的器件内的各个器件重复该过程，并且可以开发较大的器件内的各个器件的电路连接的层级示意图。专有软件工具也可以被用来产生层级电路示意图。这样的电路示意图在识别在被去层的目标器件中使用声称元件的证据时可能有用。根据一些实施方案，可以为了但不限于故障分析(缺陷识别)、电路编辑、样品/器件特性测量、设计验证和假冒检测而执行去层。
参考图1，并且根据一个示例性实施方案，现在将描述待被去层的示例性样品的截面的示意图，该截面总体上使用数字100来指代。在此示例性实施方案中，样品是集成电路(IC)。通常，IC可以采取多布线层结构的形式，其中布线层和绝缘层被层压。每个层或其部分可以由一种或多种材料或材料的混合物——诸如但不限于具有不同形状和结构的金属互连部和电介质——组成。例如，在图1中，最底部层(即衬底)102可以主要由硅层组成。在此层以上是包括直接构建在硅上的大量晶体管的前道工序(Front-end-of-line，FEOL)区域104。在此以上存在多个互连层105，所述互连层105包括不同量的金属互连部和电介质材料(诸如旋涂电介质(SOD)或化学气相沉积(CVD)电介质)，每个例如通过SO2或碳氧化硅(silicon oxycarbide)的薄层间隔开。本领域技术人员将容易理解IC内的层以及每个层可以如何通过不同类型的材料——诸如但不限于上文所提及的材料——的存在和数量来表征。
当带正电荷的离子的离子束撞击在这样的样品的暴露的表面上时，高能一次离子(primary ion)与固体表面碰撞，从而将能量从一次粒子传递到待被铣销的材料的原子。一次离子中的一些可以被反向散射，但是它们中的大多数通过碰撞序列(collisionsequence)将它们的动能传递到晶格并且根据它们的能量、质量和冲击角度(impactangle)被填到目标内。以足够的能量冲击暴露的材料的离子将逐出原子或分子并且生成二次电子和光子的发射。离子铣销是一种蚀刻方法，其中离子束被使用，使得样品的暴露的表面中的材料将被蚀刻掉。一次离子的实施，接着是二次离子和喷射电子的生成，可能导致在样品的表面中正电荷的增加或积累。取决于正被照射的材料的传导率，这些电荷可能是或多或少可移动的。当正使用离子束对这样的样品进行去层时，从顶部表面顺序地缓慢地暴露层。样品的暴露的表面可能是非同质的(即异质的)并且因此构成不同材料成分，或它也可能是同质的，其构成单一材料成分。在对样品的表面进行去层后，可以留下大体均匀的或平坦的下面的表面，而不管经去层的表面是同质的还是非同质的。在对样品的表面进行去层后，也可以留下大体不均匀的或不平坦的下面的表面。参考图2，并且根据一个示例性实施方案，现在将描述一种离子束铣销和监测系统的示意图，该系统总体上使用数字200来指代。在此示例性实施方案中，在样品202正被由离子束铣销机206生成的宽离子束204撞击的场景下使用系统200。离子束206可以是宽离子束(BIB)铣销机、聚焦离子束(FIB)、等离子体FIB或其他离子束技术，如技术人员可以容易理解的。这样的离子束铣销机通常通过调整其操作特性中的一个或多个来配置。一个或多个离子束铣销机操作特性可以与可以移除材料的预定速率相关联。对样品进行去层可以通过将离子铣销机配置为将一种或多种材料以其相应的预定速率从样品移除来实现。移除速率与离子铣销机操作特性集合的关联可以在实验上通过试错法(trial and error)或经由模拟方法获得。移除速率以及其相关联的离子铣销机操作特性集合可以被记录或存储在任何存储介质中，以用于离子铣销机的将来操纵，所述存储介质是诸如数据库、存储设备、计算存储设备或如本领域技术人员知道的任何存储介质。离子束铣销机206还可以包括一个或多个离子束源。例如，离子铣销机206可以包括一个或多个大直径栅格式(gr i dded)离子束源，诸如氩源，但是也可以使用其他离子源，诸如元素金、镓、铱、氙，以及任何其他合适的离子源。此外，各个气体注入系统可以在铣销期间输送不同的过程气体，而等离子体桥中和器(plasma bridge neutralizer)可以被用来中和离子束。真空计、加载锁(load-lock)、真空泵、一个或多个控制面板以及一个或多个处理器也可以与离子铣销机相关联。此外，一个或多个离子束源可以与孔(aperture)和静电透镜相关联。应理解，离子铣销机的操作和离子铣销机的各个基本部件对于本领域技术人员来说将是容易知道的。样品202可以被安装在可以被倾斜和旋转的、可变角度的冷却样品台208上。如上文所提及的，这样的样品台可以被容纳在真空腔室中。本领域技术人员将容易理解样品是如何被固定到这样的旋转台，包括确保良好的热和电接触的不同方法。
监测系统200本身包括电导体(例如电线)210，该电导体以当样品202正被照射或铣销时允许任何自由移动的电荷从该样品202流动这样的方式将样品202连接到接地212。诸如模拟或数字电流计或类似物的电流测量装置214可以连接到在样品202和接地212之间的导体210，以测量此电流(台电流(stage current)、样品电流、吸收电流等)以及对其的改变。在一些实施方案中，可选的偏置电压218也可以被添加，以增加或改善在电流测量装置214中检测到的电流，这取决于所使用的离子的极性和/或其他操作考虑，如技术人员将容易理解的。如下文所解释的，如此测量的电流的下降趋势或上升趋势将指示当前正被铣销的层的性质的改变。这些趋势可以被用来监测铣销过程本身，和/或用来为离子束操作员提供测量何时到达终点的手段。在一些实施方案中，导体210可以连接到样品202的底部区域。技术人员将理解，可以采用许多技术来将样品202可靠地连接到电导体210。在其他实施方案中，如果样品202和台208二者已经具有良好的电连接，例如通过使用导电的真空润滑脂(vacuum grease)或类似物的薄层，电导体210可以代替地连接到台208。替代地，如果在照射期间从样品202流动的电流太小而不能被准确地测量，则诸如前置放大器或类似物的电流放大装置216也可以连接到在样品202和电流测量装置214之间的导体210。
参考图3A和图3B，并且根据不同的示例性实施方案，现在将描述例示了如通过图2的系统监测的测量的电流的改变的示意图，该测量的电流总体上使用数字300来指代。如上文所解释的，对此类型的结构进行去层将暴露具有较大量的导电材料(布线层)的连续表面区域，接着是具有较大量的电介质材料(绝缘层)的区域。如果这样的样品将被电连接到接地，则样品中由离子束产生的累积电荷将导致电流从样品流动。然而，这样的电流的大小将取决于正被照射的材料的类型。例如，金属材料(纯金属或金属合金)的高传导率将倾向于产生较高的电流，而电介质材料(即二氧化硅、氮化硅等)的低传导率将限制电荷的自由流动。因此，对在离子铣销期间从样品流动的电流的直接测量将在样品被去层时示出改变或变化，诸如上升趋势或下降趋势。
在使用BIB或FIB铣销机(或通常可以表现出较宽的或较窄的束斑尺寸的其他离子束技术)的两种情况下，从铣销机被激活的时刻起测量来自样品的电流，在此时预计到电流迅速上升。据此，预计到测量的电流根据正被铣销(与离子束接触)的材料的类型而改变。预计到主要由高导电材料(诸如金属)组成的层当被正离子击中时产生较高的电流，而当层主要由电绝缘材料组成时预计到降低的电流。图3A示出了当使用BIB铣销机时作为铣销时间(例如铣销深度)的函数的测量的电流的示意性图表。这样的铣销机具有通常足够宽以同时覆盖样品的整个感兴趣的表面的束，因此测量的电流将是在给定的时间与表面的所有特征(金属互连部和/或电介质)的所有相互作用的总和。因此，虽然对于给定的层、构成材料或材料成分，预计到测量的电流的形状或分布(profile)的一些变化，如上文所讨论的，尽管如此，一般特征或趋势将被预计到并且因此可以被至少部分地使用或依赖，以区分层和其构成材料或材料成分。如在图3A中所看见的，例如，每次对包括富含金属互连部的区域的表面层进行铣销时，较高的电流被测量到，从而产生“峰”和/或“平稳段(plateaus)”(304)，而对富含电介质的区域进行铣销将倾向于产生显著较低的电流(306)。最后，一旦所有功能层被铣销并且束到达底部衬底层，中间并且恒定的电流将被测量到。
因此，样品内的交替的层将产生交替的电流特征。然后可以容易地使用测量的电流的此交替的改变来识别材料类型(例如金属的对绝缘的)并且因此表征当前正被铣销的层。这些峰和谷的确切幅度可以根据实施方式的细节和根据在每个层处正被铣销的材料的确切性质和数量而变化。因此，从层到层的确切电流分布可能偏离图3A中的分布，并且电流的改变不仅可以采取浅峰或宽峰的形式，而且它还可以采取拐点的形式。然而，预计到当正在铣销有顺序的层时测量的较高的电流和较低的电流之间的特有相对“上升和下降”变化对于大多数类型的样品仍然存在，因此通常允许在铣销期间对层边界/过渡的视觉和/或自动检查和识别，和/或指示这样的边界/过渡的电流阈值或趋势改变的建立。此外，还可以比较两个或更多个低电流(高电流)区域，以识别两种或更多种绝缘材料(金属材料)的存在。这样，两个通常低(高)电流区域都可以含有大量的电介质(导电)材料，但是每个区域中的绝对的测量的电流之间的差异也可以提供区分每种绝缘(金属)材料的手段。通过识别暴露的表面层的一般成分，可以关于从层呈现的功能特征来表征层本身。此表征可以被用来识别层，例如识别层是否是要停止铣销过程的预定终点层。
相反，图3B示意性地例示了当使用FIB铣销机或类似物时所获得的测量的台电流。FIB铣销涉及使聚焦离子束在样品表面上进行光栅扫描并且仅当完成对表面的全扫描时移除整个层。因此，监测FIB铣销过程可能不仅需要测量作为时间(或铣销时间)的函数的台电流(其可以较小，因为与BIB铣销机相比，离子束覆盖较少的材料)，而且还需要保持跟踪相继的扫描循环。因此，当FIB铣销样品表面的较小部分从而击中金属材料和/或电介质材料时，在给定的扫描循环内台电流将变化很大。然而，指示相继的扫描循环的测量的电流的区域之间的相对差异可以被用来确定层之间的过渡。图3B给出了这样的测量结果的示例性图表，其中例示了三个相继的扫描循环(N、N+1和N+2)。前两个循环包括较高的测量的电流的一个相对高的部分，指示相关联的铣销层包括金属互连部的一个相对高的部分。相反，循环N+2示出了显著较低数目的较高的电流峰/平稳段，指示正被铣销的目前的层位于过渡区域处或附近，该过渡区域位于两个富含金属互连部的层之间一深度处。在一些FIB实施方案中，实时或接近实时的附加信号分析技术——诸如在全扫描循环期间对测量的电流进行积分和/或应用移动平均(running average)或类似物——可以被用来改善相继的表面层的检测。
自然地，各个离子束参数可以影响测量的电流分布和区分富含导体的层和富含电介质的层的方法。例如，BIB示例表示谱的一端，其中离子束斑尺寸通常等于或大于正被铣销的样品的整个表面，从而导致自动对所有表面特征求平均的测量的电流。如上文所例示的，特别窄的束实施方式——诸如在FIB实施方式中——将在束顺序地与样品的暴露的表面的不同部分相互作用时导致更可变的电流分布。因此，参数——诸如扫描/光栅速度、相对于表面特征的斑尺寸、累积电荷检测速度——可以影响所获取的测量的电流分布的一般表面分辨率或特征独特性(feature specificity)，并且因此影响这样的信号如何能够被取平均和/或以其他方式组合以提供在区别不同组成的样本层中有用的层或表面水平信息。
参考图4，并且根据一个示例性实施方案，解释了描述一种通过宽离子束铣销机监测未知样品的去层的方法的流程图，该方法总体上使用数字400来指代。首先(402)，在激活离子束铣销机之前，待被去层的样品一旦被安装在台上就使用电导体(例如，电线或类似物)连接到接地。一旦通过启动铣销机开始铣销过程，就使用如上文所提及的诸如电流计的电流测量装置来测量从样品流动到接地的电流(408)。如上文所解释的，当铣销样品的连贯的层时，预计到测量的电流会变化。在BIB铣销机的情况下，直接预计到测量的电流幅度指示层内含有的所有材料类型的成分，而对于FIB铣销机，可以代替地使用在整个扫描循环期间测量的电流幅度。这些改变可以被用来识别被铣销的层的暴露的表面上的构成材料或材料类型(412)。根据此信息，可以相对于先前的层表征正被照射的暴露的层(416)并且据此确定此层是否是终点层。如果是这种情况，技术人员将能够通过改变一个或多个离子铣销机操作特性或参数例如以调整材料移除速率来进行响应，或他可以完全停止铣销过程——如果这是期望的。如下文的示例中所述的，这样的操作决定也可以通过建立指定的终点检测阈值或类似的值来自动化或以其他方式来自动化，所述指定的终点检测阈值或类似的值将通过与电流测量装置和离子束铣销机操作性地相关联的数字数据处理器评估。
参考图5，并且根据一个示例性实施方案，现在将描述一种离子束铣销终点检测系统的示意图，该系统总体上使用数字500来指代。系统500类似于上文参考图2所描述的系统，因为它也包括导电体(例如电线等)510，该电导体510以当正通过由(宽或聚焦)离子束铣销机506生成的离子束504对样品502进行去层时允许任何自由移动的电荷从该样品502流动这样的方式从样品502连接到接地512。类似地，系统500再次包括诸如数字电流计或类似物的电流测量装置514，该电流测量装置514可以再次连接到在样品502和接地512之间的导体510，以测量此电流(台电流、样品电流、吸收电流等)以及对其的改变。在一些实施方案中，可选的偏置电压522可以被添加，以增加或改善在电流测量装置514中测量的电流，这取决于所使用的离子的极性和/或其他操作考虑，如技术人员将已知的。此外，系统500还包括数字数据处理器518，该数字数据处理器518操作性地连接到电流测量装置514——例如经由数字接口，并且能操作以实时或接近实时地根据测量的电流的改变自动识别不同类型的构成材料的存在和数量，并且还能操作以根据所述类型的材料表征当前正被铣销的层。例如，这样的改变、边界和/或过渡可以被预编程为对应于某些指定的电流增加/减少阈值、值和/或范围，它们可以是使用系统500和类似的样品从在前的测试、采样和/或观察确定的，或再次基于电流变化趋势、分布等由系统或其操作员逐步学习的。应理解，处理器518可以采取各种形式，所述形式可以包括但不限于专用计算或数字处理设备、一般计算设备或如技术人员可以容易理解的其他计算设备。在一些实施方案中，处理器518可以被操作地连接到数字显示接口520，该数字显示接口520可以包括具有数字显示屏的计算机、平板计算机、智能电话应用程序或相似的一般计算设备，或再次具有图形或相似的一般计算设备的专用设备。最后，如上文所描述的，系统500可以包括诸如前置放大器或类似物的电流放大装置516，该电流放大装置516连接到样品502和电流测量装置514之间的导体510并且能操作以增加流动到其的电流。
参考图6，并且根据一个示例性实施方案，现在将描述一个流程图，该流程图描述了一种用于通过宽离子束铣销机对未知样品进行去层的离子束铣销终点检测和控制的方法，该方法总体上使用数字600来指代。此示例性实施方案类似于上文参考图4所描述的实施方案，因为它也包括首先将样品连接到接地的步骤(602)，但是还包括与离子束铣销机本身的控制相关的步骤。这包括首先激活(宽或聚焦)离子束(604)，之后如以前继续进行连续测量从样品流动的电流(606)并且根据来自其的改变识别暴露的层内存在的材料类型(608)并且据此表征正被铣销的层(610)。此外，本方法包括根据所述表征确定正被铣销的当前的层是否已经被预定为终点层的步骤(612)。如果不是这种情况(例如，过渡到集成电路中的电流流动相对较低的电介质层或在该电介质层内)，则再次连续监测电流(602)。在该层是终点层的情况下(例如，过渡到集成电路中的电流流动相对较高的电路层或在该电路层内)，则关闭离子束以停止铣销过程(614)。在一些实施方案中，可能期望的是根据目前的应用改变铣销速率，而不是完全停止铣销过程。
参考图7，并且根据又一个示例性实施方案，现在将描述一种离子束铣销终点检测和控制系统的示意图，该系统总体上使用数字700来指代。系统700类似于上文参考图5所描述的系统，因为它也包括导电体(例如电线等)710，该电导体710以当正通过由宽或聚焦离子束铣销机706生成的宽离子束704对样品702进行去层时允许任何自由移动的电荷从该样品702流动这样的方式从样品702连接到接地712。类似地，系统700再次包括诸如数字电流计或类似物的电流测量装置714，该电流测量装置714可以再次连接到在样品702和接地712之间的导体710以测量此电流(台电流、样品电流、吸收电流等)以及对其的改变。在一些实施方案中，可选的偏置电压724也可以被添加，以增加或改善流入电流测量装置714的电流，这取决于所使用的离子的极性和/或其他操作考虑，如技术人员将已知的。该系统还包括数字数据处理器718，该数字数据处理器718操作性地连接到电流测量装置714——例如经由数字接口，并且能操作以实时或接近实时地根据测量的电流的改变自动识别不同类型的材料的存在和数量，并且还能操作以根据所述类型的材料表征当前正被铣销的层并且确定它是否对应于预定的终点。当前所描述的示例性实施方案还包括BIB铣销机706和样品台708本身，以及控制器720，该控制器720操作性地连接到所述数字处理器718(该数字处理器可以与该控制器集成或与该控制器操作性地相关联)、铣销机706和台708，并且能操作以通过改变一个或多个离子铣销机操作特性或参数例如以调整材料移除速率和/或当到达终点层时完全停止铣销过程来提供对铣销过程的终点控制。精通BIB铣销的技术人员将熟悉可以用于其的不同控制参数。
如本文所示出并且所详细描述的信息完全能够实现本公开内容的上文所描述的目的、本公开内容的当前优选实施方案，并且因此表示由本公开内容广泛预期的主题。本公开内容的范围完全包含对本领域技术人员可以变得明显的其他实施方案，并且因此除了所附权利要求之外不受任何限制，其中以单数对元件进行的任何引用都不意在指“有且仅有一个”——除非明确地如此说明，而是指“一个或多个”。本领域普通技术人员所认为的、上文所描述的优选实施方案和附加实施方案的元件的所有结构和功能等同物在此通过引用被明确地并入，并且意在被本权利要求包含。此外，不要求一种系统或方法解决本公开内容所寻求解决的每一个问题，对于目前权利要求中涵盖的系统或方法也如此。此外，本公开内容中的任何元件、部件或方法步骤都不意在被奉献给公众，而不管该元件、部件或方法步骤是否被明确地记载在权利要求书中。然而，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，如在所附权利要求中所阐述的、如对于本领域的普通技术人员来说可以是明显的，可以在形式、材料、工件和制造材料细节上进行各种改变和改型，所述各种改变和改型也涵盖在本公开内容中。

Claims (33)

1.一种用于监测用于未知异质分层样品的离子束去层过程的方法，所述方法包括：
将所述样品接地以允许电流从所述样品流动，所述流动至少部分地由于所述离子束去层过程；
使用所述离子束来铣销所述样品的当前暴露的层，当所述当前暴露的层被铣销时，从而导致给定的可测量的电流从所述样品流动，其中所述给定的可测量的电流指示所述当前暴露的层的暴露的表面材料成分；
在所述铣销期间检测所述可测量的电流的可测量的改变作为对应的暴露的表面材料成分改变的表示；以及
将所述可测量的改变与所述样品的新暴露的层相关联。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：响应于所述检测所述可测量的改变而终止所述铣销。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
在所述终止之后对所述新暴露的层进行成像；以及
重复所述铣销和检测，直到检测到随后的所述可测量的改变。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述检测包括检测所述可测量的改变大于指定的电流改变阈值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述暴露的表面材料成分改变包括所述暴露的表面的由导电材料组成的一部分的改变。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述导电材料是金属，并且其中所述暴露的表面的另一部分由半导体或电介质材料组成。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中所述可测量的电流在当所述暴露的表面包括电路层时的较高电流范围与当所述暴露的表面包括电介质层时的较低电流范围之间改变。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，还包括放大所述可测量的电流。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述样品是集成电路。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述离子束是宽离子束(BIB)。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述离子束是聚焦离子束(FIB)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述FIB是等离子体FIB。
13.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述铣销包括使所述离子束在所述当前暴露的层上扫描，从而导致所述给定的可测量的电流对于给定的表面扫描至少部分地根据所述暴露的表面材料成分的变化而变化；并且其中所述检测包括对于每个所述给定的表面扫描比较所述给定的可测量的电流。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述比较包括对于每个所述给定的表面扫描比较所述给定的可测量的电流的平均或积分。
15.一种用于监测用于未知异质分层样品的离子束去层过程的系统，所述系统包括：
电导体，用于将所述样品接地以允许可测量的电流从所述样品流动，所述流动至少部分地由于所述离子束去层过程；
电流测量装置，所述电流测量装置操作性地连接到所述电导体以当所述当前暴露的层被铣销时检测所述可测量的电流的可测量的改变，其中所述可测量的电流指示所述当前暴露的层的暴露的表面材料成分，并且其中所述可测量的改变指示铣销所述样品的新暴露的层。
16.根据权利要求15所述的系统，还包括电流放大装置，所述电流放大装置操作性地连接到在所述样品和所述电流测量装置之间的所述电导体，并且能操作以增加由所述电流测量装置测量的所述可测量的电流的所述量。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的系统，还包括：
数字数据处理器，所述数字数据处理器操作性地连接到所述电流测量装置，并且能操作以根据所述可测量的改变自动识别正被铣销的所述暴露的表面的所述对应的构成材料改变。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述数字数据处理器还操作性地耦合到离子束铣销机，并且能操作以在识别所述对应的构成材料改变后终止所述去层过程。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述可测量的改变由指定的电流增加阈值限定。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的系统，其中所述构成材料改变包括所述暴露的表面的由导电材料组成的一部分的改变。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述导电材料是金属，并且其中所述暴露的表面的另一部分由半导体或电介质材料组成。
22.根据权利要求15至21中任一项所述的系统，其中所述样品是集成电路。
23.根据权利要求15至22中任一项所述的系统，还包括离子束铣销机。
24.根据权利要求15至23中任一项所述的系统，其中所述离子束是宽离子束(BIB)。
25.根据权利要求15至23中任一项所述的系统，其中所述离子束是聚焦离子束(FIB)。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述FIB是等离子体FIB。
27.一种用于对未知异质分层样品进行去层的离子束去层系统，所述系统包括：
离子束铣销机，用于在离子束去层过程期间生成离子束；
电导体，用于将所述样品接地以允许可测量的电流从所述样品流动，所述流动至少部分地由于所述离子束去层过程；
电流测量装置，所述电流测量装置操作性地连接到所述电导体，以在铣销过程期间监测所述可测量的电流；以及
数字数据处理器，所述数字数据处理器操作地连接到所述电流测量装置，并且能操作以识别所述可测量的电流的可测量的改变，其中所述可测量的电流指示当前暴露的层的暴露的表面材料成分，并且其中所述可测量的改变指示铣销所述样品的新暴露的层。
28.根据权利要求27所述的系统，其中所述数字处理器还能操作以在所述可测量的改变超过指定的阈值后终止去层过程。
29.根据权利要求27或权利要求28所述的系统，其中所述数字处理器操作性地耦合或集成到控制系统，所述控制系统与所述离子束铣销机操作性通信并且能操作以在离子束去层过程期间控制所述离子束铣销机的操作。
30.根据权利要求27至29中任一项所述的系统，还包括电流放大装置，所述电流放大装置能操作以将所述可测量的电流放大提供到所述电流测量装置。
31.根据权利要求27至30中任一项所述的系统，其中所述离子束是宽离子束(BIB)。
32.根据权利要求27至30中任一项所述的系统，其中所述离子束是聚焦离子束(FIB)。
33.一种非暂时性计算机可读存储介质，其用于监测未知异质分层样品的离子束去层，并且具有存储在其上的计算机可执行指令，以：
从电测量装置获取电流数据，所述电流数据表示在离子束去层期间从所述样品流动的电流；
自动识别所述电流数据的改变，所述改变表示在所述改变超过指定的阈值时正被铣销的暴露的表面的对应的构成材料改变；以及
将信号输出给离子束铣销机控制器，以在所述改变超过所述指定的阈值后终止所述离子束去层。
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