[发明专利]具有改进的速度、自动化和可靠性的断层摄影术样品制备系统和方法

说明书

本申请涉及具有改进的速度、自动化和可靠性的断层摄影术样品制备系统和方法，具体公开了使用等离子体FIB上的创新研磨策略来创建用于x射线断层摄影术或其它断层摄影术扫描的样品柱。在方法、系统和可执行以执行本文中的策略的程序产品中提供该策略。研磨策略创建样品柱周围的不对称熔坑，并且提供单次切割切出过程。各种实施例可以包括根据像素坐标连同波束扫描和熔坑几何形状的优化来调谐离子剂量，从而大幅减少制备时间并且显著改进总体工作流效率。提供了具有新月形状和经优化的停留时间值的新颖切出研磨图案。

技术领域

本发明涉及用于创建特别适合于诸如例如X射线纳米CT和原子探针断层摄影术之类的断层摄影术应用的聚焦束样品制备的过程。

背景技术

计算机X射线纳米断层摄影术的最新进展已经示出该技术用于半导体器件中的3D-IC互连和其它特征的3D物理表征和故障分析的潜质。然而，通过利用聚焦离子束（FIB）研磨和切割样品来制备用于断层摄影术的样品的当前过程遭受（suffer from）极其长的过程时间。用于诸如例如X射线纳米CT和原子探针断层摄影术之类的断层摄影术应用的聚焦离子束样品制备典型地是耗时的，因为牵涉许多材料移除；并且总体过程不是非常可靠的，因为成功率受来自其体块环境的样品提取的劣质控制的负面影响。

这些是X射线断层摄影术样品的现有技术样品制备所遭遇的两个主要问题。图1A是示出来自体块样品的柱形样品的制备和切割的现有技术概念的截面图。图1B示出利用这样的技术创建的样品柱的两个透视图像，下边图像具有从熔坑（crater）提取之前的样品柱，并且上边图像示出安装到样品支撑物的样品柱。参照图1A，所描绘的是具有双侧切口的经典对称圆形几何形状FIB研磨熔坑。在从具有外半径Rext的圆形熔坑的两侧大约45度角度处制作具有高度h和半径Rint的柱切口。熔坑的总深度z需要为至少h+Rint以执行该过程。这样的断层摄影术样品优选地为柱形的，因为a）断层摄影术在360°旋转之上完成并且样品到X射线源距离需要保持最小（＜1mm），并且b）X射线吸收长度对于所有样品旋转位置而言是恒定的。这样的样品的制备要求针对其使用高研磨速率等离子体FIB的相对大材料体积的移除。根据在先过程，对于近似100um直径和100um高度的柱形样品，基于PFIB（等离子体聚焦离子束）的制备方法花费近似4.5小时，这是过久以至于不切实际的（如果目标是制备许多这样的样品并且在4-8小时内获取X射线断层摄影术结果）。近似3小时被需要用于PFIB材料移除，并且其余1.5小时用于柱形样品到特定样品支撑物的切出（cut free）、提取和输送。后面的提取步骤是缓慢的，并且最重要的是，由于提取步骤期间频繁导致样品被损坏或丢失的材料的再沉积，所述提取步骤不是非常可靠的。因而总体成功率相当低并且更进一步地减慢平均样品制备时间。

并不是许多的实验室当前在使用（P）FIB以用于X射线断层摄影术样品制备。如果没有通过FIB完成，如今，断层摄影术样品制备通过抛光、锯切和在毛细管中沉积样品来完成。这样的方法非常受限，因为这些不能用于每一种类型的材料，并且可以创建诸如断裂和分层之类的人为现象（artefact）。而且，不同于FIB，这些方法不能提供样品内的感兴趣的区段的精确位置。

Gallium FIB的使用可以避免创建这样的人为现象，但是Gallium FIB具有对于制造具有近似100μm量级上的大尺寸的断层摄影术样品而言不足够高的最大研磨速率。因而，解决方案要求具有充足能量和通量的聚焦束的使用以达到可接受的材料移除速率。因此，由于其高研磨速率，等离子体FIB和脉冲激光器是用于这种样品制备的理想候选者。所需要的是控制这样的工具以产生和扫描大断层摄影术样品的快速、高效且精确的方法。还需要的是改进用于断层摄影术样品的样品切出和脱离方法的可靠性的技术。再进一步地，需要改进样品生成过程中的自动化的方法。

发明内容