[发明专利]使用包含低质量种类和高质量种类二者的离子源的导航和样本处理

说明书

技术领域

本发明涉及粒子束系统中的级导航（stage navigation）和射束布置，并且特别地，涉及对样本表面上的关注位点的高精度局域导航以及使用聚焦离子束的铣削结束指示（end-pointing）。

背景技术

现代集成电路（IC）由导体和衬底材料（例如，绝缘体和半导体）的多个层组成。检查和编辑IC中的电路或其他隐藏内部特征需要对目标区域的导航和穿过衬底材料的多个层中的一个或多个的铣削。电路编辑（CE）通过减少在设计调试阶段期间需要的掩模组的数目来降低IC开发成本，并加速总体上市时间。

现今，大多数CE活动是利用聚焦离子束（FIB）系统来执行的，FIB系统常用于铣削掉衬底材料，以暴露隐藏特征并且还利用高精度来沉积材料。这些能力可以用于切割和连接器件内的电路，以及创建电气试验的探测点。应用包括：验证设计改变；在生产中调试和优化器件；以及在没有高成本且耗时的掩模组制造的情况下原型制造新器件。

典型地，通过使用相对较大的离子的射束在物理上溅射掉衬底材料，来实现FIB系统中的材料移除。大多数FIB系统使用由液态金属离子源（LMIS）产生的镓离子，这是由于这种源容易制造、在室温下操作，并且可靠、长命和稳定。使用铟的离子源也是已知的。

在LMIS系统中，使用包括两个或更多个不同元件的金属合金的合金源也是已知的。典型地，现有技术合金源配备有质量过滤器，使得可以选择期望的离子种类。通常使用合金源，这是由于期望的离子种类单独将不适合用在LMIS中（例如，当元素种类具有太高的熔点时），但是合金的属性更有利。合金源还已经用于在用于植入的两个期望离子种类之间切换，例如，使用产生铍和硅离子的合金源来在砷化镓衬底上分别植入p层和n层结构。

等离子体离子源也已经用于形成离子束。在美国专利申请公开No. 2005/0183667 “Magnetically enhanced, inductively coupled plasma source for a focused ion beam system”中描述的磁增强的电感耦合的等离子体离子源可以用于产生可用于CE应用的具有相对较大射束电流的精细聚焦束。

尽管FIB系统还可以用于在铣削的同时生成样本图像以监视铣削工艺，但是典型地，图像限于样本的最顶表面。这导致CE应用的问题，这是由于许多现代IC不包括用作导航的参考点的可见表面特征。这尤其适用于背面编辑，该背面编辑变得对CE来说越来越常见。不是尝试从正面铣削穿过密集电路的许多层，而是操作者翻转器件并铣削穿过衬底硅以从背面访问目标区域。

图1示出了典型现有技术背面IC器件10的示意表示。如图1所示，典型地，硅12的固体层覆盖电路的背面。在硅层之下，图1所示的IC器件包括有源区14以及多个更深金属层M1至M5，其中，每个层包括由介电材料20围绕的金属线16和通孔18。图2示出了在楔形抛光后的图1的背面IC器件的示意表示，该楔形抛光是立即暴露多个层的成角度抛光。在图2的示意图中，可以看出，楔形抛光已经移除所有硅和有源层以及金属层M2和M3的暴露部分。在样本的俯视图（例如，图2所示的俯视图）中，由于从左向右观看样本，因此在区域22中，来自层M2的电介质的部分以及通孔将可见；在区域24中，M2金属线的部分将可见；在区域26中，由电介质围绕的通孔的部分将可见；以及最后，在区域28中，层M3的金属线将可见。

但是在立即查看多个层的传统方式中，如图2所示的楔形抛光不能用于实际CE，这是由于IC器件被毁坏。对于隐藏在样本表面之下（例如，在体硅样本上的背面编辑中找到）的特征的CE，典型地，有必要精确地确定期望掩埋特征的位置，并且然后铣削掉衬底材料，以暴露该特征。不幸的是，精确地定位这种隐藏特征可能非常困难。即使当正确地定位射束时，通常也难以在不以离子束损坏特征的情况下暴露这些特征。一旦特征在FIB图像中可见，就已经发生一定程度的损坏。换言之，当使用FIB成像来确定何时暴露特征以及应当停止铣削（通常被称作结束指示）时，特征可能在可以停止铣削之前被损坏或者甚至毁坏。此外，为了找到图像中的参考点以确定所关注的特征位于电路上何处，有时有必要通过反复试验来暴露相对较大的区域，潜在地损坏被暴露的每个区域。