TW202331775A - 藉由使用殘餘氣體分析儀(rga)監測濺射材料的聚焦離子束(fib)減層終點偵測 - Google Patents
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Abstract
一種銑削樣本之方法，樣本包括第一層形成於第二層上，其中第一及第二層為不同的材料，方法包含：藉由在區域上以複數個迭代掃描聚焦離子束而銑削樣本的區域，其中對各個迭代，聚焦離子束從樣本移除材料而從銑削的區域產生副產物；在銑削期間，以定位成對銑削的區域具有直接視線的殘留氣體分析儀偵測一或更多副產物的分壓；從殘留氣體分析儀即時產生輸出偵測訊號，指示偵測的一或更多副產物的量；及基於輸出訊號停止銑削。
Description
本申請案主張於2021年9月21日申請的美國申請案第63/246,716號及於2021年11月19日申請的美國申請案第17/531,643號的優先權，此等揭露案在此處整體併入作為參考用於所有目的。
本揭露案是關於藉由使用殘餘氣體分析儀（RGA）監測濺射材料的聚焦離子束（FIB）減層終點偵測。
在電子材料及將此等材料製作成電子結構的處理的研究中，電子結構的樣本可用於顯微鏡檢查，以用於故障分析及設備驗證之目的。舉例而言，例如在其上形成一或更多電子結構的矽晶圓的樣本可以聚焦離子束（FIB）銑削及分析，以研究在晶圓上形成的結構的特定特性。
現代電子結構通常在結構的一或更多部分中包括不同的材料層。當在樣本上分析或研究結構的特性時，銑削經過一或更多層且當到達形成於銑削的層下方的特定層時停止（即，終點）銑削處理可為實用的。
儘管對銑削處理的終點存在數個不同可行技術，仍持續尋求改良的及/或不同的技術。
此處揭露的實施例提供對銑削處理終點的技術，而包括以殘留氣體分析儀（RGA）監測銑削處理的副產物。RGA的輸出訊號可指示不同原子質量的原子及分子的分壓。此處所揭露的實施例分析RGA輸出訊號，以偵測何時銑削處理從一個類型的材料的層轉變至第二類型的材料的層。
在某些實施例中，可利用飛時（time-of-flight；TOF）類型的RGA單元以監測銑削處理。TOF RGA單元可同時監測且偵測多重不同元素的原子質量，且因此可有利於在未知要尋找什麼分子或原子以對銑削處理終點的情況下使用。在其他實施例中，可利用四極子RGA單元以監測銑削處理。四極子RGA單元依序偵測原子質量，一次一個質量，而在某些實例中可提供比TOF RGA更快的質量分析訊號。因此，在某些實施例中，四極子RGA單元可有利於在已知要尋找什麼分子或原子以對銑削處理終點的情況下使用。
在某些實施例中，提供一種銑削一樣本之方法。該樣本可包括一第一層形成於一第二層上，其中該等第一及第二層為不同的材料。該方法可包括：藉由在一區域上以複數個迭代掃描一聚焦離子束而銑削該樣本的該區域，其中對各個迭代，該聚焦離子束從該樣本移除材料而從銑削的該區域產生副產物；在該銑削期間，以定位成對銑削的該區域具有一直接視線的一殘留氣體分析儀偵測一或更多副產物的分壓；從該殘留氣體分析儀即時產生一輸出偵測訊號，指示偵測的該一或更多副產物的一量；及基於該輸出訊號停止該銑削。
在某些實施例中，提供一種用於銑削一樣本之系統，例如以上所述之樣本。該系統可包括一真空腔室；一樣本支撐件，配置成於一銑削處理期間在該真空腔室之中保持一樣本；一聚焦離子束（FIB）陣列，配置成引導帶電粒子束進入真空腔室；及一處理器及耦合至該處理器的一記憶體。該記憶體可包括複數個電腦可讀取指令，當藉由該處理器執行時，造成該系統以：藉由在一區域上以複數個迭代掃描該聚焦離子束而銑削該樣本的該區域，其中對各個迭代，該聚焦離子束從該樣本移除材料而從銑削的該區域產生副產物；在該銑削期間，以定位成對銑削的該區域具有一直接視線的一殘留氣體分析儀偵測一或更多副產物的分壓；從該殘留氣體分析儀即時產生一輸出偵測訊號，指示偵測的該一或更多副產物的一量；及基於該輸出訊號停止該銑削。
仍為額外實施例屬於一種儲存指令的非暫態電腦可讀取記憶體，而藉由以下動作用於銑削一樣本，例如以上所述之樣本：藉由在一區域上以複數個迭代掃描一聚焦離子束而銑削該樣本的該區域，其中對各個迭代，該聚焦離子束從該樣本移除材料而從銑削的該區域產生副產物；在該銑削期間，以定位成對銑削的該區域具有一直接視線的一殘留氣體分析儀偵測一或更多副產物的分壓；從該殘留氣體分析儀即時產生一輸出偵測訊號，指示偵測的該一或更多副產物的一量；及基於該輸出訊號停止該銑削。
此處所述的實施例的各種實現可包括一或更多以下特徵。當輸出訊號指示來自第一層的副產物等於或低於臨界量時停止銑削。當輸出訊號指示來自第二層的副產物等於或高於預定量時停止銑削。殘留氣體分析儀可為飛時（TOF）RGA單元。殘留氣體分析儀可為四極子RGA單元。銑削、偵測及產生步驟可同時發生。樣本可為半導體基板。
為了更佳理解本揭露案的性質及優點，應參考以下說明及隨附圖式。然而，應理解提供各個圖式僅用於圖示之目的，且並非意圖作為本揭露案的範疇之限制的定義。而且，如通常規則，且除非從說明為相反情況，當不同圖式中的元件使用相同元件符號時，元件通常為相同的或在功能或目的上至少類似。
此處所揭露的實施例提供對銑削處理終點的技術，而包括以殘留氣體分析儀（RGA）監測銑削處理的副產物。RGA的輸出訊號可指示不同原子質量的原子及分子的分壓。此處所揭露的實施例可即時分析RGA輸出訊號，以偵測何時銑削處理從一個類型的材料的層轉變至第二類型的材料的層，且對銑削處理終點。
範例聚焦離子束（FIB）評估工具
為了更佳理解且瞭解本揭露案，首先參考第1圖，根據本揭露案的某些實施例，為聚焦離子束（FIB）評估系統100的簡化的概要圖示。如第1圖中所顯示，系統100可包括聚焦離子束（FIB）陣列110、樣本支撐元件140及殘留氣體分析儀（RGA）150及其他元件等等。FIB陣列110可操作以產生帶電粒子束120，且引導粒子束朝向樣本130（某些時候此處稱為「目標」或「樣品」），以銑削或者處理樣本。樣本，例如半導體晶圓，可支撐在於真空腔室105之中的支撐元件140上。RGA工具150可提供藉由銑削處理產生的副產物的不同原子質量的分壓，且提供即時資料而可用以如以下所述對銑削處理終點。如添加的益處，RGA工具150比TOF-SIMS或亦可區別原子質量的類似工具可具有相對更小的尺寸。
FIB陣列110可藉由以帶電粒子束120輻射樣本而銑削樣本130（例如，在樣本中鑽鑿凹槽），以形成剖面，及若為所欲的亦可平滑剖面。FIB銑削處理通常藉由在真空環境中定位樣品且發射聚焦的離子束朝向樣品以蝕刻或銑削出樣品上的材料來操作。在某些實例中，真空環境可藉由背側氣體的控制的濃度清洗，而供以幫助控制蝕刻速度及品質，或幫助控制物質沉積。加速的離子可從氙、鎵或其他適合的元素產生，且通常藉由在從500瓦至100,000瓦的範圍中的電壓加速朝向樣品，且更通常落在從3,000瓦至30,000瓦的範圍中。束電流通常在從數個微微amps至數個微amps的範圍中，取決於FIB儀器配置及應用，且在系統的不同部分及在不同操作模式中壓力通常控制於10
-10至10
-5mbar。
銑削處理可例如藉由以下來完成：(i)定位應銑削的感興趣位置，以便從樣本移除材料的部分（例如，一或更多層的部分），(ii)移動樣本（例如，藉由機械支撐元件140），使得樣本定位在FIB單元的視野下，及(iii)銑削樣本以在感興趣位置中移除材料的所欲的量。銑削處理可包括在樣本中形成凹槽（通常橫向尺寸的大小為數微米至數百微米）。
銑削處理通常包括橫跨成像的或銑削的樣本的特定地域來回（例如，以光柵或其他掃描圖案）掃描帶電粒子束。耦合至帶電粒子陣列的一或更多透鏡（未顯示）可如本領域中技藝人士已知的圖案實施掃描。掃描的地域通常為樣本的整個地域的非常小的區塊。舉例而言，樣本可為具有尺寸為150、200或300 mm的直徑的半導體晶圓，而在晶圓上掃描的各個地域可為矩形地域，具有以微米或數十微米量測的寬度及/或長度。其中離子束掃描橫跨銑削的區域的各個迭代（或框）通常以微秒量測，且移除非常小量的材料（例如，如使用低i探針如0.01原子層（例如，10 pA）之低，或如使用高i探針如1000原子層（例如，1000 nA）之多），使得掃描圖案重複數千或甚至數百萬次，以蝕刻孔洞至所欲的深度。
在銑削操作期間，藉由FIB陣列110產生的帶電粒子束120在重擊於樣本130上之前傳播通過在真空腔室105之中形成的真空的環境。銑削處理產生副產物，例如銑削的分子、原子及離子。RGA 150可固定至或在腔室105之中，使其對銑削的區域具有直接視線155。以此方式，RGA 150可即時偵測且監測藉由銑削處理產生的副產物（即，濺射的材料）。RGA 150亦可產生輸出訊號，而可用以分析銑削的層的特性，且如以下所述，當處理在樣本之中到達特定層時對銑削處理終點。
在其中使用RGA單元在整個樣本上（例如，其中整個上部表面半導體晶圓暴露至半導體操作）監測於腔室之中實施的基板處理操作的某些先前已知半導體處理中，固定RGA單元以整體監測真空腔室的內容，而並非在處理的映本上相對小的局部區域。在此先前已知的處理中，真空腔室於基板處理操作期間可在平衡的狀態中，且RGA單元可監測腔室的任何位置，且本質上獲得相同的量測（結果）。因此，在此先前已知的處理中，RGA單元可能固定在腔室的邊緣處，或甚至固定在基板支撐件的下方的地點處。
相對地，在目前揭露的處理中實行的銑削為高度局部化的。因此，在某些實例中，藉由銑削產生的副產物非揮發性，且因此將大致黏著至與其接觸的第一表面。對銑削的區域具有直接的視線因此對精確監測銑削處理的副產物為重要的，且基於RGA訊號對處理終點。
儘管第1圖中未顯示，FIB評估系統100可包括數個額外部件，包括但非限於一或更多氣體噴嘴，以傳輸處理氣體至腔室105，真空及其他閥門，以控制腔室105之中的壓力，及一或更多透鏡，以引導帶電粒子束，等等部件。系統100亦可包括一或更多控制器、處理器或其他硬體單元，而如本領域中技藝人士已知的藉由執行儲存於一或更多電腦可讀取記憶體中的電腦指令控制系統100的操作。藉由範例之方式，電腦可讀取記憶體可包括固態記憶體（例如，隨機存取記憶體（RAM）及/或唯讀記憶體（ROM），而可為可程式化、快閃可更新及/或類似者）、碟片驅動、光學儲存設備或類似的非暫態電腦可讀取儲存媒體。
根據本揭露案的實施例的終點偵測
本揭露案的實施例提供技術以基於RGA 150的輸出精確決定銑削處理的終點。為了更佳圖示本揭露案的實施例，參考第2A、2B及3圖，其中第2A圖根據其中銑削樣本230的某些實施例，為評估系統200的簡化的圖示，第2B圖根據疊加在樣本230的簡化的剖面視圖上的某些實施例，為圖示殘留氣體分析儀的輸出訊號的圖表260，且第3圖根據某些實施例，為圖示與方法300相關聯的步驟的簡化的流程圖。評估系統200可為系統100的代表，且可包括類似於以上所述的部件。舉例而言，系統200可包括類似於關於以上第1圖所討論的相同部件名稱的真空腔室205、FIB陣列210、樣本保持器240及殘留氣體分析儀250。
樣本230可包括形成於樣本上的多重層，且如第2A圖中所顯示，可包括形成於底層234上的第一層232。在此範例中，第一層232藉由處理銑削，而一旦到達層234則意圖停止。應理解第2A圖中的樣本230的圖示為高度簡化的。未顯示的額外的層可形成於第一層232上方及/或在底層234下方。
方法300可藉由在評估系統200的處理腔室205之中於樣本支撐件240上定位樣本230而開始（方塊310）。評估系統200可接著以FIB單元210產生聚焦離子束220，且引導離子束與樣本230碰撞（方塊320）。對FIB銑削的區域具有直接視線255的RGA 250可為高度敏感工具，而可精確偵測及區別藉由銑削處理產生的不同副產物之間的分壓。如非限制範例，在某些實施例中，RGA 250可為四極子類型RGA單元，且在某些其他實施例中，RGA 250可為TOF類型RGA單元。然而，實施例並非限於任何特定類型的RGA單元，且其他實施例可利用其他適合的RGA單元。
現參照第2B及3圖，在銑削處理期間，RGA 250可藉由偵測由離子束（例如，第2A圖中所顯示的離子束220）與樣本230的碰撞產生的副產物來監測銑削處理（方塊330），且輸出一或更多訊號指示偵測的副產物（方塊340）。舉例而言，RGA 250可輸出一或更多訊號代表在銑削期間偵測的不同副產物的原子質量。在實際銑削處理期間，方塊320、330及340可同時發生。
圖表260以時間的函數圖示在銑削處理期間隨著樣本230的銑削的RGA 250的輸出訊號。具體而言，在圖表260中顯示的輸出訊號包括指示偵測的從層232濺射的副產物的量的第一訊號262，及指示偵測的從底層234濺射的副產物的量的第二訊號264。
如圖表260中所顯示，隨著樣本230的層232的銑削（在時間段A期間），RGA 250的輸出藉由指示來自層232中銑削的材料產生的副產物的第一類型的訊號262主導。接著，隨著銑削處理接近底層234，產生更少的來自層232的副產物，且來自層234的副產物開始出現（在時間段B期間）。因此，在時間段B期間，來自RGA 150的輸出訊號包括減少的訊號262及增加的訊號264。最終，一旦銑削處理完全到達底層234（在時間段C期間），RGA輸出藉由指示來自底層的副產物的訊號264主導。
實施例可即時監測RGA 250的輸出，以決定何時停止（終點）銑削處理（方塊350）。舉例而言，在某些實施例中，當RGA 250的輸出指示來自第一層232的副產物等於或低於臨界量時，可停止銑削（方塊350）。在其他實施例中，當輸出訊號指示來自底層234的副產物等於或高於預定量時，可停止銑削（方塊35）。一旦偵測到終點（方塊36），停止銑削且可分析銑削的區域（例如，藉由擷取SEM影像或以任何其他合適的方法）。
待銑削的樣本的範例
如上所述，本揭露案的實施例可用以對銑削處理終點，用以分析許多不同類型的樣本，包括形成於半導體結構上的電子電路，形成於多晶體或其他基板上的太陽能電池，形成於各種基板及類似者上的奈米結構。如一個非限制範例，第4圖根據某些實施例，為在可銑削的半導體晶圓上的地域的簡化的圖示。具體而言，第4圖包括晶圓400的頂部視圖，與晶圓400的具體部分的兩個放大的視圖。晶圓400舉例而言可為200 mm或300 mm半導體晶圓，且可包括形成於其上的多重積體電路405（在描繪的範例中為五十二個）。積體電路405可在製作的中間階段，且此處所述的銑削技術可用以評估及分析積體電路的一或更多區域410。
本揭露案的實施例藉由依序銑削出區域的最上層可分析及評估區域410。銑削處理可藉由根據光柵圖案在區域之中來回掃描FIB而銑削區域410，直到使用以上所述的技術決定銑削處理的終點。
為了解釋之目的，以上說明使用特定命名以提供所述實施例的透徹理解。然而，對本領域中技藝人士而言並非需要具體細節以便實施所述實施例將為顯而易見的。因此，此處所述的具體實施例的以上說明呈現用於圖示及說明之目的。其並非旨在詳盡或限制實施例至所揭露的精確形式。
此外，儘管以上揭露本揭露案的不同實施例，特定實施例的具體細節可以任何適合的方式結合而不會悖離本揭露案的實施例的精神及範疇。進一步，對本領域中技藝人士而言由以上技術能夠作成許多修改及改變為顯而易見的。而且，任何參考以上對方法之說明應同樣應用至能夠執行方法的系統，且應同樣應用至儲存指令而一旦執行導致方法的執行的電腦程式產品。類似地，任何參考以上對系統的說明應同樣應用至可藉由系統執行的方法，應同樣應用至可藉由系統執行的儲存指令的電腦程式產品；且任何參考對電腦程式產品的說明應同樣應用至當執行儲存於電腦程式產品中的指令時可執行的方法，且應同樣應用至配置成執行儲存於電腦程式產品中的指令的系統。
因為本揭露案的圖示實施例大部分可使用本領域中已知的電子部件及裝備實施，並未以比如以上圖示考量為必須的任何更大程度解釋此等細節，而用於瞭解及理解本揭露案的基本概念，且以便不模糊或分散本揭露案的技術。
100:系統
105:腔室
110:聚焦離子束（FIB）陣列
120:帶電粒子束
130:樣本
140:支撐元件
150:殘留氣體分析儀（RGA）
155:直接視線
200:評估系統
205:真空腔室
210:FIB陣列
220:離子束
230:樣本
232:第一層
234:底層
240:樣本支撐件
250:RGA
255:直接視線
260:圖表
262:第一訊號
264:第二訊號
300:方法
310:方塊
320:方塊
330:方塊
340:方塊
350:方塊
360:方塊
400:晶圓
405:積體電路
410:區域
第1圖根據本揭露案的某些實施例，為樣本聚焦離子束（FIB）評估系統的簡化的圖示；
第2A圖根據本揭露案的實施例，為可銑削的樣本的簡化的圖示；
第2B圖根據某些實施例，為圖示隨著第2A圖中所顯示的樣本進行銑削時殘留氣體分析儀的輸出訊號的圖表；
第3圖為圖示與某些實施例相關聯的步驟的流程圖；及
第4圖根據某些實施例，為在半導體晶圓上可減層的地域的簡化的圖示。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
300:方法
310:方塊
320:方塊
330:方塊
340:方塊
350:方塊
360:方塊
Claims (20)
- 一種銑削一樣本之方法，該樣本包括一第一層形成於一第二層上，其中該等第一及第二層為不同的材料，該方法包含以下步驟： 藉由在一區域上以複數個迭代掃描一聚焦離子束而銑削該樣本的該區域，其中對各個迭代，該聚焦離子束從該樣本移除材料而從銑削的該區域產生副產物； 在該銑削期間，以定位成對銑削的該區域具有一直接視線的一殘留氣體分析儀偵測一或更多副產物的分壓； 從該殘留氣體分析儀即時產生一輸出偵測訊號，指示偵測的該一或更多副產物的一量；及 基於該輸出訊號停止該銑削。
- 如請求項1所述之方法，其中當該輸出訊號指示來自該第一層的副產物等於或低於一臨界量時，停止該銑削。
- 如請求項1所述之方法，其中當該輸出訊號指示來自該第二層的副產物等於或高於一預定量時，停止該銑削。
- 如請求項1所述之方法，其中該殘留氣體分析儀為一飛時（time-of-flight；TOF）RGA單元。
- 如請求項1所述之方法，其中該殘留氣體分析儀為四極子RGA單元。
- 如請求項1至5任一項所述之方法，其中該等銑削、偵測及產生步驟同時發生。
- 如請求項1至5任一項所述之方法，其中該樣本為一半導體基板。
- 一種用於銑削一樣本之系統，該樣本包括一第一層形成於一第二層上，其中該等第一及第二層為不同的材料，該系統包含： 一真空腔室； 一樣本支撐件，配置成於一銑削處理期間在該真空腔室之中保持一樣本； 一聚焦離子束（FIB）陣列，配置成產生一聚焦離子束； 一處理器及耦合至該處理器的一記憶體，該記憶體包括複數個電腦可讀取指令，當藉由該處理器執行時，造成該系統以： 藉由在一區域上以複數個迭代掃描該聚焦離子束而銑削該樣本的該區域，其中對各個迭代，該聚焦離子束從該樣本移除材料而從銑削的該區域產生副產物； 在該銑削期間，以定位成對銑削的該區域具有一直接視線的一殘留氣體分析儀偵測一或更多副產物的分壓； 從該殘留氣體分析儀即時產生一輸出偵測訊號，指示偵測的該一或更多副產物的一量；及 基於該輸出訊號停止該銑削。
- 如請求項8所述之系統，其中當藉由該處理器執行時，該複數個電腦可讀取指令進一步造成該系統進行：當該輸出訊號指示來自該第一層的副產物等於或低於一臨界量時，停止該銑削。
- 如請求項8所述之系統，其中當藉由該處理器執行時，該複數個電腦可讀取指令進一步造成該系統進行：當該輸出訊號指示來自該第二層的副產物等於或高於一預定量時，停止該銑削。
- 如請求項8所述之系統，其中當藉由該處理器執行時，該複數個電腦可讀取指令進一步造成該系統同時實行該等銑削、偵測及產生之步驟。
- 如請求項8至11任一項所述之系統，其中該殘留氣體分析儀為一飛時（TOF）RGA單元。
- 如請求項8至11任一項所述之系統，其中該殘留氣體分析儀為四極子RGA單元。
- 如請求項8至11任一項所述之系統，其中該樣本為一半導體基板。
- 一種儲存指令的非暫態電腦可讀取記憶體，而藉由以下動作用於銑削一樣本，該樣本包括一第一層形成於一第二層上，其中該等第一及第二層為不同的材料： 藉由在一區域上以複數個迭代掃描一聚焦離子束而銑削該樣本的該區域，其中對各個迭代，該聚焦離子束從該樣本移除材料而從銑削的該區域產生副產物； 在該銑削期間，以定位成對銑削的該區域具有一直接視線的一殘留氣體分析儀偵測一或更多副產物的分壓； 從該殘留氣體分析儀即時產生一輸出偵測訊號，指示偵測的該一或更多副產物的一量；及 基於該輸出訊號停止該銑削。
- 如請求項15所述之非暫態電腦可讀取記憶體，其中當該輸出訊號指示來自該第一層的副產物等於或低於一臨界量時，停止該銑削。
- 如請求項15所述之非暫態電腦可讀取記憶體，其中當該輸出訊號指示來自該第二層的副產物等於或高於一預定量時，停止該銑削。
- 如請求項15所述之非暫態電腦可讀取記憶體，其中該殘留氣體分析儀為一飛時（TOF）RGA單元。
- 如請求項15所述之非暫態電腦可讀取記憶體，其中該殘留氣體分析儀為四極子RGA單元。
- 如請求項15至19任一項所述之非暫態電腦可讀取記憶體，其中該等銑削、偵測及產生步驟同時發生。
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