CN100373532C - 用于操纵显微试样的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
在半导体工业中，显微试样从基底中被切出以用于分析。就已知方法而言，要从基底上切下的试样与连接至操纵器的试样载体相连接，且试样从基底上被切下。随后，该试样被固定在TEM栅格上，并完全与试样载体分离开。根据本发明，试样载体(3)与试样(1)相连接，而试样载体(3)与操纵器(4)分离开。通过使与试样(1)相连接的试样载体(3)远大于(显微)试样(1)，并通过操纵试样载体(3)，使得连接至其上的显微试样的操纵-借助(宏观)操纵器-变得比操纵没有连接试样载体的试样(1)更加容易。此外，还示出了在操纵器(4)和试样载体(3)之间的具有较高自动化程度的机械连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种操纵待从基底中分离出来的显微试样的方法，其中，借助于包括试样载体和操纵器的操纵***进行该操纵动作，该方法包括以下步骤：
-将试样连接至试样载体并从基底上完全切断试样，和；
-随后将试样和操纵器分开。
本发明还涉及一种用于实施这一方法的粒子-光学设备。
背景技术
这种方法源自美国专利文本No.6,420,722 B2。
这样的方法主要被用于半导体工业，其中具有显微尺寸的试样从基底如晶片上被去除，以便有可能进行分析和/或处理步骤。现在，厚度为100微米的这些试样的尺寸的数量级是10微米。所关心的还有使结构进一步小型化，以及附带将要被分离出的试样小型化的趋势。可以借助TEM(透射电子显微镜)，SEM(扫描电子显微镜)、SIMS(二次离子质谱测定法)或X-射线分析设备进行这些分析。进一步的处理步骤例如可包括作为借助于TEM进行分析的一部分使用离子束使试样变薄。
所引用的专利文本所述的方法中，以探针形式存在的试样载体在操纵器上被移动至在基底上的要从基底中分离出试样的一个位置处。在从基底上完全切断试样之前，该试样通过金属沉积与针形试样载体的末端相连接。
在美国专利6,570,170中，描述了用于从晶片上移走试样并将其与试样载体相连接的另一种可选择的方法。为此目的，使用粒子束首先将该试样完全从基底上切断，然后将试样连接至试样载体。在这两种已知方法中，实现一种状态，即试样从基底上被切断并被连接至试样保持器，从而可以借助试样保持器操纵试样。
在使用粒子束完全切断试样后，与操纵器相连接的试样借助操纵器被引至另一个位置处。
随后该试样借助金属沉积被固定在TEM栅格形式的试样载体上。该TEM栅格具有凹部，且试样被连接至这种凹部的边缘。在将试样固定在TEM栅格上之后，使用离子束在操纵器和试样之间进行分离以切断在试样和操纵器之间的金属沉积连接部。
TEM栅格包括在其中形成邻接所述金属杆的凹部的金属箔。一般其外径的数量级是3毫米，凹部是15微米或更大，其被宽度为10微米或更大、厚度为10微米或更大的金属杆所邻接。根据TEM栅格的所选实施例，这些凹部的尺寸可达到上百微米。
已知方法的缺点在于安装在试样载体上的试样必须以亚微米的精度通过操纵***定位在TEM栅格上，以便将试样的角点与凹部的边缘相连接，而在进一步处理和/或分析期间不防碍空间上可接触该试样。在这一方面，重要的是要意识到试样的尺寸与TEM栅格杆宽度相当或小于TEM栅格杆宽度的尺寸。
所述方法的另一个缺点在于它不提供在设备中处理或分析试样的可能性，其中该设备需要另一个栅格或保持器而不是将试样固定在其上。
所述方法的又一个缺点在于确定试样在TEM栅格上的位置，其中，在具有3毫米数量级的尺寸和上百个凹部的TEM栅格上某处，具有10微米数量级的尺寸的显微试样被固定在一个杆上。
发明内容
本发明目的在于提供一种更好地便于操纵显微试样的方法。
为此目的，本发明的方法的特征在于，在操纵器和试样载体之间进行分离使得在进行分离之后，相对于试样突出的试样载体部分保持与试样相连接。
通过使试样载体明显大于显微试样并通过操纵试样载体，借助于宏观操纵器操纵连接至试样载体上的显微试样，比操纵没有连接试样载体的试样更加容易。
当在带有远大于试样的凹部的TEM栅格上安装试样时，若以这样一种方式操纵试样载体，即试样整***于凹部内且试样载体由此靠在一个或多个TEM栅格杆上时，人们实现了显著降低必要的定位精度，且附带增加了操纵的容易性。
可通过试样载体的释放、操纵和安装，对试样进行重新安装，这样做比释放、操纵和安装显微试样更加容易和有效。这种重新安装可以是必要的，以便在起初错误放置的情况下改变试样的定位和取向，或以便在设备中所用的另一个栅格或另一个保持器上安装试样，在该设备中对试样进行随后的处理或分析。
最后，连接至(相对较大的)试样载体的显微试样的定位比没有试样载体的试样的定位更加容易：人们首先确定试样载体的位置，然后再通过遵循试样载体的形状使连接到其上的试样定位。
在根据本发明的方法的优选实施例中，试样载体具有棒状末端，且试样与试样载体相连接的位置为试样载体的末端。这一实施例的优点在于在相对较大的试样载体的末端与显微试样相连接的位置处的可视性被试样载体本身最小程度地阻挡，其结果是，在试样被切断前，试样载体末端在要被移走的试样之上的定位尽可能地简单。
在根据本发明的方法的另一实施例中，试样载体由金属丝供应源的端部形成，且在这种情况下，通过分开金属丝供应源端部与金属丝供应源而施加该分离。这一实施例的附带优势在于现在金属丝供应源的剩余端可以-在反复使用该方法的情况下-被用作随后的试样载体的新端部。在这种情况下，分离可包括拉伸金属丝供应源的金属丝使得金属丝发生颈缩，其优点在于金属丝供应源新形成端部的直径小于试样载体的其余部分的直径，这样就简化了该端部在要被移走的显微试样上的放置。
在根据本发明的方法的另一实施例中，试样载体可拆卸地与操纵器相连接。这一实施例的优点在于操纵器-以自动方式，并由此无人为干扰地-能够将试样载体从例如盒子上移走，并且在连接试样和试样载体并切断试样之后，操纵器可放置并释放带有所连接的试样的试样载体进入同一或另一盒子中，其后，这个盒子可从实施该方法的设备中移走，以便对存在于盒子中的试样进行处理和/或分析。该试样载体可具有适于在分离出试样后进行分析和/或处理的设备中使用的形状。该试样载体可实施为保持多个试样，这样可以缩短进行分析和/或处理所需的时间。还有可能为试样载体提供唯一的标识码，该标识码简化了在随后分析和/或处理过程中的试样的识别。该设备的这一实施例主要在分析多个试样的环境，例如在集成电路的生产环境中，具有优势。
附图说明
以下，根据附图对本发明进行说明，其中相同的参考标记表示相应的元件。
尽管附图中说明的本发明的方法是在将试样从基底上切下来之前将试样载体与试样连接的方法，但是也可以在将试样与试样载体连接之前，首先将试样完全切断。
为此目的：
图1A是带有被部分切断的试样的晶片的示意图；
图1B是带有被部分切断的试样的晶片的图1A的横截面示意图；
图2是带有晶片的操纵器***的示意图；
图3是带有被部分切断的与试样载体相连接的试样的晶片的示意图；
图4是带有连接在其上的试样的操纵器***的示意图，其中试样载体和操纵器发生切断；
图5是TEM栅格的示意图，其上设有连接了试样的试样载体；
图6是操纵器***的示意图，在该操纵器***中，试样载体由金属丝供应源形成；
图7A是例如可在图6中使用的机械分离装置的示意图；
图7B是例如可在图6中使用的机械分离装置的示意图；
图8A示出了可拆卸的试样载体；
图8B示出了带有用于操纵如图8A所示的试样载体的机械保持装置的操纵器；
图9示出了具体用于连接平面保持器的可拆卸的试样载体；和
图10示出了连接图9所示的试样载体的平面保持器。
具体实施方式
图1A和图1B示出了包含被部分切断的试样1的晶片形式的基底2。可使用离子束按照已知的方法切断试样。试样1的下侧已被切断，且该试样仅通过在晶片2和试样1之间的连接部7与晶片2相连接。现今，厚度为100纳米(即在线AA’方向的尺寸)的试样1具有10微米数量级的尺寸(即垂直于线AA’的长度)。现今晶片2具有300毫米的直径，且应该可以从晶片上的任意位置处取出试样。图1B示出了根据如图1A中所示的线AA’的横截面，其中可清楚地看到试样1的下侧与晶片2不相连。
图2示意性地示出了包括有操纵器4和试样载体3的操纵器***5。该操纵器4能够在晶片2的平面内将试样载体3移动至要从晶片2(参见图1A)上移走的试样1的位置处，并且该位置与晶片2垂直。考虑到试样1的尺寸，进行以上操作精度必须达到1微米的数量级。以这种精度类型定位晶片的操纵器本身是已公知的。
图3示意性地示出了与操纵器4(参见图2)和试样1相连接的试样载体3(参见图2)的末端，连接部6具体体现为金属沉积的形式。在使用粒子束切断在试样1和晶片2之间的连接部7之后，试样1仅通过试样载体3进行传送。
图4示意性地示出了该操纵器4，其在TEM栅格14上定位试样载体3(连接至操纵器4上的)-和连接在试样容器上的试样1。通过操纵器4以如下方式将试样载体3定位在TEM栅格14上，即试样1在分离后整***于TEM栅格14的一个凹部内，且试样载体3置于一个或多个TEM栅格14的杆上，如图5进一步示出。随后-使用激光或粒子束-在操纵器4和试样载体3之间在位置8处进行分离，因此相对于试样1突出且保持与试样1连接的试样载体3的部分相对于试样1来说是较大的。
图5示意性地示出了在试样载体3和操纵器4之间进行分离后试样1的定位。试样载体3置于TEM栅格14的一个杆上，且试样1完全位于TEM栅格14的凹部17之内，其结果是试样1可容易接近，以便在其它设备中进行处理和/或分析。
图6示意性地示出了操纵器***5的一个实施例，其中，试样载体3(参见图2)由金属丝供应源11的端部9形成。此外，在此示意性地示出了分离装置15，该装置15本质上可为机械的-如图7进一步所述-但是也可以实施为借助激光或粒子束进行分离的切断装置。金属丝供应源11的使用使得有可能在反复使用该方法的情况下，以简单的方式生产试样载体3。考虑到试样载体3定位在其上的试样1的尺寸，该试样载体3以及形成试样载体3的金属丝应该非常细。在这种情况下，人们可以考虑例如在半导体工业中用于“粘结接”芯片的金属丝，这种金属丝现今可具有10微米大小的直径。
图7A示意性地示出了参见图6中所示的机械分离装置的一个实施例，其中，使用相互相向操作的刀具将端部9从金属丝供应源11上机械切断。
图7B示意性地示出了参见图6中所示的机械分离装置的一个实施例，其中，通过移开夹钳，拉伸金属丝供应源11，结果是使金属丝供应源11产生颈缩，从而将端部9从金属丝供应源11上机械切断。颈缩部的直径远小于端部9的直径，从而作为颈缩结果新形成的端部9的探针状末端远细于金属丝供应源11的金属丝的直径，以使得便于在显微试样1上进行定位。
图8示出了-在沿线AA’的前视图和横截面视图中-可拆卸地连接到图2中已示出的操纵器4上的试样载体3。在该图中，可以看到试样载体3由一个相对较厚的并且操纵器4能够夹紧以便连接的实体18，和用于连接试样1的逐渐变细的指形物19形成。试样载体3的形状选择成使得有可能在进行处理和/或分析的设备内的标准试件膜盒中使用试样载体3。这些标准试件膜盒可以是与用在TEM设备中的TEM栅格一起使用的试件膜盒。由于存在多个指形物19，因此该试样载体3实施为运送若干试样1。由于指形物19的形状、布置和方向，人们可以实现这样一种情况，其中试样1可被连接至一个指形物19的末端，而不存在已被连接至另一个指形物19的试样1与晶片2相接触的风险，因为这种接触能够破坏已被连接的试样1，或能够破坏在试样载体3和已被连接的试样1之间的连接部。此外，试样载体3设有一个(唯一的)标识码13，其在随后的分析和/或处理期间便于对连接至试样载体3上的试样进行识别。这个标识在分析大量试样的环境中，例如在集成电路的生产环境中，具有特别的优势。
图8B示意性地示出了例如如图8A所示的，借助于作为操纵器4一部分的连接机构10与操纵器4相连的试样载体3。使用未示出的致动器使该连接机构10的嘴部闭合，由此夹紧试样载体3。
图9示意性地示出了可拆卸试样载体3的另一个实施例，而其又被连接至具有例如进一步如图10所示的一个或多个凹部17-例如TEM栅格14-的平面保持器上。这一试样载体3具有带有相对较厚的中间部分20和较细腿部21的U形形状。该相对较厚的中间部分20可被例如如图8B所示的连接机构10夹紧。该试样1被连接至较细腿部21。
图10示意性地示出了例如如图9所示连接至带有凹部17的TEM栅格14形式的平面保持器的试样载体3，其中，连接至试样载体3的两个试样1都无约束地位于凹部17内。此外，该TEM栅格14设有一个唯一的标识码13。
Claims (12)
1.一种操纵待从基底中分离出来的显微试样的方法，由此借助于包括试样载体和操纵器的操纵***进行该操纵动作，该方法包括以下步骤：
-将试样连接至试样载体并从基底上完全切断试样，和；
-随后将试样和操纵器分开，
其特征在于，在操纵器和试样载体之间进行分离，使得在进行分离之后，相对于试样突出的试样载体部分保持与试样相连接。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，试样载体具有棒状末端，且试样与试样载体相连接的位置为试样载体的棒状末端。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，试样载体由金属丝供应源的端部形成，通过分开金属丝供应源端部与金属丝供应源而施加该分离。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，该方法包括在将要发生分离的分离区域位置处拉伸金属丝供应源的金属丝使得金属丝发生颈缩。
5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，该试样载体可分离地与操纵器相连接。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，该试样载体实施为承载若干试样。
7.根据权利要求5的方法，其特征在于，该试样载体设有唯一的标识码。
8.根据权利要求5的方法，其特征在于，该试样载体被连接至带有凹部的平面保持器使得该试样位于该凹部内，以便其周围基本上无约束。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，通过机械夹紧实施该试样载体与该平面保持器的连接。
10.根据权利要求8的方法，该平面保持器设有唯一的标识码。
11.一种用于实施根据权利要求3或4的方法的粒子-光学设备，设有：
-粒子源，其用于产生粒子束以从基底上切断试样；
-操纵器，其用于将试样载体移动至基底上的要从其上分离出试样的位置处，
其特征在于，该粒子-光学设备设有金属丝供应源以便形成试样载体，且该粒子-光学设备设有切断装置，以便为了得到试样载体而在金属丝供应源和金属丝供应源的端部之间进行分离。
12.用于实施根据权利要求5-10中任一项的方法的粒子-光学设备，设有：
-粒子源，其用于产生粒子束以从基底上切断试样；
-操纵器，其用于将试样载体移动至基底上的要从其上分离出试样的位置处，
其特征在于，该操纵器包括一个用于可拆卸地连接试样载体和操纵器的连接机构。
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