不對稱精密離子拋光系統樣品夾具及其應用的製作方法

2023-07-12 10:52:56 1

專利名稱：：不對稱精密離子拋光系統樣品夾具及其應用的製作方法
技術領域：
：本發明涉及透射式電子顯微鏡樣品的製備過程，尤其涉及一種應用於精密離子拋光系統的樣品夾具。
背景技術：
：精密離子拋光系統(PIPS，PrecisionIonPolishingSystem)通常用於透射式電子顯微鏡(TEM，TransmissionElectronMicroscope)樣品的前處理過程，其作用是將樣品打薄以方便TEM觀察。在實際應用中，透射式電子顯微鏡樣品的製作非常費時，通常需要先將樣品研磨到厚度lpm左右，然後使用精密離子拋光系統進一步減薄樣品至200nm左右才能進行TEM觀察。在使用PIPS對經過研磨的樣品進行進-步減薄時，樣品先被粘到一個銅環上，然後將粘有樣品的銅環固定於樣品夾，所述的樣品夾如圖1和圖2所示，其中圖1為樣品夾的整體示意圖，圖2為樣品夾夾持粘有樣品的銅環時的俯視圖，樣品夾底部有支撐軸可以插入PIPS機臺上相應的孔中被機臺驅動裝置帶動繞軸旋轉，圖中AA表示支撐軸的軸心線，BB表示兩個夾臂末端連線，由於兩個夾臂等長，軸心線AA與BB的交點即為BB的中點。在減薄過程中，樣品隨著樣品夾在離子束下繞軸AA轉動，離子束作用的區域被逐漸拋光，此過程中經常會遇到這樣的問題，樣品已被減薄至出現一個洞，而需要觀察的目標結構仍然在該洞邊緣較厚處，請參見圖3a和圖3b，其中圖3a為粘有樣品銅環的俯視圖，圖3b為其側視圖。樣品10粘在銅環20上，置於所述樣品夾上在PIPS機臺研磨後，區域102己出現空洞，目標結構區域101仍處於空洞邊緣較厚處，這是由於，PIPS本身的作甩區域為樣品上一個小區域，而其發射的離子束在對樣品減薄時有一定的研磨角度，通常研磨角度比較小，例如10度。這樣就會出現減薄後離子束作用區域的中間變薄甚至穿孔，接近邊緣處則遞增式變厚的情況。如果需要觀察的結構仍處於邊緣較厚的地方，樣品就不適合TEM檢査，實際上PIPS的寬離子束只能對樣品中心區域有效減薄，無法對目標結構所在的邊緣較厚處進一步減薄，因此樣品往往需要重磨，無疑這種重複的樣品處理工作非常影響效率。
發明內容針對目前在用PIPS處理樣品有時候出現目標結構處於減薄區域邊緣較厚處，不適合TEM檢査而經常需要重磨的問題，提出本發明。本發明的目的在於，提供一種不對稱精密離子拋光系統樣品夾具，使用這種結構的夾具固定樣品在PIPS系統中減薄可以很好地避免上述問題，使樣品上各種位置的目標區域都可能得到有效減薄，方便透射式電子顯微鏡檢査。本發明提供的不對稱精密離子拋光系統樣品夾具具有如下所述的結構位於底部的支撐軸；與支撐軸相連的樣品承載平臺；兩個樣品固定夾臂，位於樣品承載平臺邊緣的相對位置，從所述平臺向上延伸並向內彎折。其中，兩個樣品固定夾臂的長度不相等，夾臂末端之間連線的中點偏離支撐軸的軸心。下面結合本發明提供的上述技術方案介紹具體的TEM樣品製作過程。在一個半導體器件中如果有需要用TEM進行檢測的結構，需要將其製作成適合TEM檢測的樣品，先通過例如化學機械研磨的方式使樣品的厚度被研磨至厚度lpm左右。本發明提供的樣品夾，可以與現有技術中採用的樣品夾結合使用。一般情況下樣品的目標結構位於中央區域，這時只需採用現有的樣品夾即可以在PIPS機臺上有效減薄此區域，得到適合TEM觀察的樣品。如果使用現有的樣品夾固定樣品在PIPS機臺上減薄後，目標結構區域仍然沒被有效減薄，就可以使用本發明提供的樣品夾來固定樣品，使其被減薄的區域偏離樣品的中心區域，具體操作方法如下將粘有樣品的銅環置於本發明所述不對稱精密離子拋光系統樣品夾的樣品承載平臺上，並用樣品固定夾臂固定。然後將樣品固定夾的支撐軸插入PIPS機臺上相應的驅動孔中，使樣品夾繞支撐軸旋轉，PIPS的離子束同時作用在樣品上使其減薄。由於樣品固定夾臂不等長，夾臂末端之間連線的中點偏離支撐軸的軸心，因此被固定的樣品中心區域也偏離支撐軸的軸心。實際上旋轉時樣品中心的運行軌跡為繞支撐軸的軸心旋轉，在離子束恆定照射在樣品承載平臺中心區域的條件下，這種運動方式可以使樣品上受離子束作用的區域偏離其中心區域。本發明的優點在於，由於樣品夾上的樣品固定夾臂不等長，用這種樣品夾固定樣品後，樣品被PIPS機臺減薄的區域會偏離其中心區域一定距離。很明顯，這種樣品夾在使用上可以與現有的樣品夾互補，避免出現PIPS減薄後樣品上的目標結構仍位於研磨區域邊緣較厚地方的情況。為了更容易理解本發明的目的、特徵以及其優點，下面將配合附圖和實施例對本發明加以詳細說明。本申請中包括的附圖是說明書的一個構成部分，附圖與說明書和權利要求書一起用於說明本發明的實質內容，用於更好地理解本發明。圖1為目前使用的精密離子拋光系統樣品夾整體示意圖，其中，l為支撐軸，2為樣品承載平臺，3為樣品固定夾臂，其長度為a;圖2為目前使用的精密離子拋光系統樣品夾夾持樣品時的俯視圖3a為現有技術樣品夾固定下經過PIPS減薄後粘有樣品銅環的俯視圖，其中10表示樣品，20表示銅環，IOI為目標區域，102為減薄出現空洞的區域；圖3b為圖3a的側視圖4為本發明提供的精密離子拋光系統樣品夾的總體示意圖，其中，l為支撐軸，2為樣品承載平臺，31和32為兩個不等長的樣品固定夾臂，長度分別為a和b;圖5是本發明提供的精密離子拋光系統樣品夾夾持樣品時的俯視圖；圖6是本發明提供的不對稱精密離子拋光系統樣品夾用於製作TEM樣品時的使用狀態示意圖，101為目標區域，102為使用現有樣品夾減薄出現空洞的區域，103為離子束作用區域。附圖標記說明tableseeoriginaldocumentpage6具體實施例方式為了更好地理解本發明的工藝，下面結合本發明的具體實施例作進一步說明，但其不限制本發明。實施例1不對稱精密離子拋光系統樣品夾具設計方案圖4是本發明樣品夾的總體示意圖，如圖中所示，這種樣品夾具有位於底部的支撐軸1;與支撐軸相連的樣品承載平臺2;兩個長度不相等的樣品固定夾臂31和32，位於樣品承載平臺邊緣的相對位置，從所述平臺向上延伸並向內彎折。其中，兩個夾臂末端之間連線B'B'的中點D'偏離支撐軸的軸心線A'A'與其相交點0'。圖5是本發明樣品夾夾持樣品時的俯視圖，圖中兩個樣品固定夾臂31和32不等長。相對於同樣規格，但是兩個夾臂相等的樣品夾，本發明可以通過延長其中一臂，並以相等的量縮短另一臂的方式達到兩個夾臂不等長的效果，如果一臂常為a+x，則一臂長為a-x。並且，在設計上述兩個夾臂的長度時，需要考慮多方面因素。PIPS機臺中離子束的有效減薄區域最大直徑約為lmm，如果樣品夾臂一邊延長xmm,另一邊相應減短xmm,根據銅環，樣品,樣品夾以及離子束斑的相對位置和尺寸大小，x應取00.5mm，若大於0.5mm，則離子束會轟擊到銅環和夾頭，引起損壞並汙染樣品。若x值過於小，又不能最大範圍的對樣品邊緣減薄。故本發明取x值0.250.5mm。經過這樣設計得到的樣品夾，可以保證其上固定的樣品被PIPS機臺減薄的區域偏離樣品的中心區域又不至於損壞和汙染樣品。實施例2本發明提供的不對稱精密離子拋光系統樣品夾用於製作TEM樣品如圖3a及圖3b所示，樣品用現有的樣品夾固定後，經PIPS減薄，至樣品中心出現空洞102時，待觀察的目標結構區域101仍然沒得到有效減薄，此時可以將此粘有樣品的銅環置於本發明的不對稱精密離子拋光系統樣品夾上，其夾持狀態的俯視圖參見圖6。區域102表示用現有樣品夾進行PIPS減薄時形成的空洞，101為目標區域，在進行PIPS減薄時，離子束作用的區域103以旋轉軸為中心，當樣品的中心偏離旋轉軸線進行旋轉時，其受離子束照射的區域偏離樣品中心區域，即樣品可以被離子束減薄的區域趨向其邊緣。圖中的樣品需要用TEM檢查的結構101區域即在趨向樣品邊緣處，在本發明的樣品夾夾持下，此區域為旋轉軸心處被離子束照射的位置，而如果使用目前的兩臂等長的樣品夾，則由於樣品中心和旋轉軸重合，被有效減薄的只能是樣品的中心，在這種情況下使用本發明的不對稱精密離子拋光系統樣品夾具可以針對性地使目標區域有效減薄。權利要求1、一種不對稱精密離子拋光系統樣品夾具，具有如下所述的結構位於底部的支撐軸；與支撐軸相連的樣品承載平臺；兩個樣品固定夾臂，位於樣品承載平臺邊緣的相對位置，從所述平臺向上延伸並向內彎折；其特徵在於兩個樣品固定夾臂的長度不相等，夾臂末端之間連線的中點偏離支撐軸的軸心。2、如權利要求1所述的不對稱精密離子拋光系統樣品夾具，其特徵在於，在兩個固定夾臂長度相等的基礎上增加其中一臂長度，並以相等量減少另一臂長度，使兩個固定夾臂長度不等。3、如權利要求2所述的不對稱精密離子拋光系統樣品夾具，其中對固定夾臂增加或減少長度的量在0.250.5mm之間。4、一種不對稱精密離子拋光系統樣品夾具的應用方法，包括下列步驟(1)使用普通的雙臂等長夾具固定樣品，於精密離子拋光系統中減薄樣叩S(2)檢査樣品被減薄的區域是否為目標區域，如果為目標區域則完成樣品減薄；如果非目標區域則進行下一步驟；(3)使用權利要求13所述不對稱精密離子拋光系統樣品夾具固定樣品，於精密離子拋光系統中減薄樣品，完成樣品減薄。全文摘要本發明提供一種不對稱精密離子拋光系統樣品夾具及其應用方法，這種夾具具有不等長的樣品夾臂。目前在用PIPS處理透射式電子顯微鏡樣品時，容易出現目標結構處於減薄區域邊緣較厚處，不適合TEM檢查而經常需要重磨樣品的問題，由於TEM樣品製作非常費時，重複的操作嚴重影響工作效率。使用本發明提供的夾具固定樣品及其應用方法在PIPS系統中減薄可以很好地避免此問題。文檔編號G01N1/32GK101191761SQ200610118508公開日2008年6月4日申請日期2006年11月20日優先權日2006年11月20日發明者王燕君,胡建強,芮志賢,強高申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司