[发明专利]利用编程操纵器的表面层剥离

说明书

提供了一种方法和设备，用于在表面层剥离中使用以进行样品工件的错误隔离和缺陷局部化。更具体地，提供了一种方法和设备，用于以快速、受控和准确的方式从样品机械地剥除一个或多个层。可编程致动器包括具有切割边缘的层剥离探针尖端，该切割边缘被定形为快速和准确地从样品剥除材料层。层剥离探针尖端的切割面被配置使得每个剥除步骤剥除具有线性尺度的材料区域，该线性尺度基本上等于层剥离探针尖端切割面的线性尺度。表面层剥离可以在真空腔室内部发生以使得样品的目标区域可以在原位利用FIB/SEM成像来观测。

技术领域

本发明涉及用于对样品工件进行表面层剥离以隔离错误和局部化缺陷的方法和设备。

背景技术

在半导体工业中存在以较高器件密度产生半导体晶片的需求。这样的高密度要求器件的尺度被缩小以要求越来越小的特征尺寸。例如，半导体晶片通常由不同的互连层构成，并且互连线的宽度和间隔必须必要地在一起越来越近。

由于各种物理、化学或机械问题，有时发生半导体晶片的失效。例如，失效可以由于电气过度应力、污染或磨损而发生。当存在失效时，重要的是执行分析以发现器件失效的地点和原因。在可以执行错误分析之前，必须准备样品以隔离和暴露该错误以供分析。这个过程通常称为错误隔离。错误隔离过程可以使用已知方法（诸如例如，电气探测和主动或被动电压对比）在均匀表面上在有缺陷电路或错误的目标区域或区段处来执行。目标区域通常是被认为是失效诱因的位置。

使用电气探测的错误分析通常包括：把探针移动到与样品表面上的电路接触以及施加电压或电流。使用电气探测的错误隔离中一个重要的过程包括：在目标区域处或附近从样品表面移除材料，每次一层，以使得每个层可以顺序地被已知的电压对比方法检查或探测，以使得可以隔离和分析该失效。重要的是具有清洁均匀的表面以在探针和电路之间提供良好的电气或欧姆接触，以便测量电路的期望电气属性。可以使用扫描电子显微镜（SEM）或其它检查方法（诸如例如离子束成像）来进行目标区域的检查。对目标区域的检查通常要求受控环境，其中样品被放置在受控环境中，诸如例如真空腔室。

按层进行表面移除的过程通常被称为表面层剥离。已知的层剥离方法是耗时的、困难的并且经常导致在其上难以执行任何错误分析的样品表面。层剥离在目标区域被定位在一个或多个层下方时甚至更困难并且随着层变得越来越薄而变得更困难。

大多数当前的层剥离方法是非原位的。也即是说，这些方法在SEM真空腔室的外部执行。例如，从真空腔室移除样品以使得可以抛光、刻蚀或以其它方式暴露目标区域以用于检查，这在真空腔室内部进行。已知的表面层剥离方法包括机械抛光或磨削样品、湿法化学逆向处理（deprocessing）或干法刻蚀处理（RIE）。所有这些非原位方法要求非常精确地控制该过程中包括的每个步骤，以便确保准确的结果。通常，这些方法涉及从整个样品表面整体层剥离或移除层。另外，对层剥离过程和目标区域检查的监视要求频繁并且耗时地把样品从SEM腔室转移到另一个位置以用于处理并且然后转移回到SEM腔室以用于监视和检查。该过程是耗时的并且要求高水平的技巧来产生可靠的最终结果。如果该过程不产生期望的结果，则可能必须重复该过程直到实现期望的结果。即使利用所包括的高水平的技巧，该过程通常也会产生不均匀的样品表面，这干扰失效分析。另外，因为剩余碎片和/或污染物（诸如例如在层剥离过程中使用的磨削泥浆或化学产品），该过程导致目标区域的污染。