穿透式电子显微镜试片的制备方法 【技术领域】
本发明是有关于一种穿透式电子显微镜试片的制备方法，且特别是有关于一种具有铜金属内连线的试片的制备方法。
背景技术
集成电路的运算速度一直是各制造商必争的要点，同时也是购买者选择时的重要参数之一。在集成电路中，金属内连线所造成的电阻电容时间延迟(RC Time Delay)会严重地影响其运算速度，而其中改善方法之一选用低电阻的金属材料来做为金属内连线的材质。由于铜金属本身具有许多优势，例如：(1)低电阻：铜金属的电阻值约为1.67μΩ-cm，较铝金属为低；(2)抗电性迁移能力佳：铜金属约为铝金属的30倍至100倍；以及(3)良好的热导性等，再加上铜金属可以用化学气相沉积与电镀等方式长成。因此，铜金属内连线制程已渐成为各集成电路厂所采用的先进制程技术。
电子显微镜(electron microscope，EM)是指利用电磁场偏折、聚焦电子及电子与物质作用所产生散射的原理来研究物质构造及微细结构的精密仪器。在各式的电子显微镜中，穿透式电子显微镜(Transmission Electron Microscope，TEM)，由于具有非平行解析能力以及对界面测量特别敏感等特性，因此较适合用于观察测量上述的铜金属内连线，例如观察测量铜金属的阶梯覆盖(step coverage)是否良好。
穿透式电子显微镜地原理是以电子穿过试片，并经电磁透镜系统的透镜放大效应而得到高倍率的影像。由于电子能够穿透试片的厚度有限，因此试片必须先经过特别的制备方法使其厚度变薄，才能以穿透式电子显微镜进行观察测量。
图1A是公知的试片制备方法的流程图，图1B是公知试片的侧面示意图，以下说明请同时参照图1A以及图1B。首先，提供一第一基板112以及一第二基板114，其中第一基板112的第一边缘具有一第一待观察区(interesting area)122，以及第二基板114的第二边缘也具有一第二待观察区124(步骤102)。接着，以胶合材料116涂布于第一边缘以及第二边缘的侧壁来粘合第一基板112以及第二基板114(步骤104)。最后，先机械研磨(mechanical polish)第一基板112以及第二基板114(步骤106)，使其厚度减为大约20微米(micrometer，μm)后，再以不同方向的离子束(ionbeam)132a、132b、134a以及134b离子减薄第一待观察区122以及第二待观察区124的厚度至大约0.1微米，如此即完成穿透式电子显微镜的试片的制备。
图1C是公知离子减薄设备的示意图。公知的离子减薄设备包含一转盘136，以及分别位于转盘136的上方及下方的两离子枪(ion gun)132及134。在进行离子减薄制程时，第一基板112及第二基板114被置于转盘136之上，随着转盘136的旋转，离子枪132及134两者交替地发射出离子束132a、134a、132b以及134b以离子减薄第一待观察区122以及第二待观察区124的厚度，如图1B及图1C所示。
但是，若上述的待观察区122及124内具有铜金属内连线，则此种公知的离子减薄制程却会造成再沉积铜金属而污染试片的问题。图2是公知对具有铜金属内连线的待观察区进行离子减薄制程的示意图。如图2所示，由于铜金属的粘着力较强，铜金属内连线202表面的原子被离子束204轰击后，却不易完全地脱离铜金属内连线202，反而会在离子束204来源方向的相反侧的铜金属内连线202表面形成再沉积(re-deposited)铜金属206。穿透式电子显微镜并无法从被再沉积铜金属206污染的试片中获得有用的信息，因此难以对其作出有效的分析。
【发明内容】
因此本发明的目的就是在提供一种穿透式电子显微镜试片的制备方法，用以避免在进行离子减薄时污染具有铜金属内连线的待观察区，使穿透式电子显微镜能够正确地观察测量待观察区，并对其作出有效的分析。
根据本发明的上述目的，提出一种穿透式电子显微镜试片的制备方法。首先，提供一基板以及一伪(dummy)基板，其中该基板的一第一边缘具有一待观察区，且该伪基板的一第二边缘不具有铜金属。以一胶合材料粘合该第一边缘的侧壁与该第二边缘的侧壁。最后，以至少一离子束自该基板至该伪基板的方向离子减薄该待观察区，如此即可完成穿透式电子显微镜试片的制备。
依照本发明一较佳实施例，利用环氧树脂(epoxy)胶粘剂粘合基板与伪基板，其中该基板的待观察区内具有铜金属内连线，以及该伪基板是选自玻璃基板与硅基板其中之一。在此较佳实施例中，当用以进行离子减薄制程的离子束的数目为两道时，该两离子束分别设置于该观察区的上方及下方。再者，该制备方法还包含在离子减薄该待观察区之后，先机械研磨减薄该基板的厚度。
本发明的制备方法以伪基板与具有基板的组合取代公知两片都具有待观察区的基板的组合，并要求离子束必须依基板至伪基板的方向入射，使得铜金属内连线表面的原子被离子束轰击而剥离后，只能沉积在不具待观察区的伪基板之上。如此，基板上的待观察区不会被再沉积铜金属污染，穿透式电子显微镜因此可从减薄且无污染的试片中获得有用的信息，并对其作出有效的分析。
【附图说明】
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
图1A是公知的试片制备方法的流程图；
图1B是公知试片的侧面示意图；
图1C是公知离子减薄设备的示意图；
图2是公知对具有铜金属内连线的待观察区进行离子减薄制程的示意图；
图3A是本发明的制备方法的流程图；
图3B是本发明的试片的一较佳实施例的侧面示意图；以及
图3C是本发明的试片的另一较佳实施例的侧面示意图。
【具体实施方式】
图3A是本发明的制备方法的流程图，图3B是本发明的试片的一较佳实施例的侧面示意图，以下说明请同时参照图3A以及图3B。首先，提供一基板112以及一玻璃基板314a，其中基板112的一第一边缘具有一待观察区122，且玻璃基板314a的一第二边缘不具有铜金属(步骤302)。再以胶合材料，例如环氧树脂(epoxy)胶粘剂316，涂布于第一边缘以及第二边缘的侧壁来粘合基板112以及玻璃基板314a(步骤304)。最后，机械研磨基板112以及玻璃基板314a(步骤306)，使其厚度减为大约20微米(micrometer，μm)后，再分别由该待观察区122的上方及下方，以两离子束332a及334a从基板112至该玻璃基板314a的方向，离子减薄该待观察区122的厚度至大约0.1微米，即完成穿透式电子显微镜的试片的制备。
此较佳实施例中所使用的伪基板为玻璃基板314a，依照本发明的其它实施例，其它材质的伪基板也可运用于本发明之中，只要其用以与基板112粘合的边缘不具有任何铜金属材质即可。图3C是本发明的试片的另一较佳实施例的侧面示意图。在此较佳实施例中，伪基板为硅基板314b，其与待观察区122相邻的边缘不具有任何铜金属，因此也可运用于本发明之中。再者，硅基板314b的材质与基板112的材质相近，因此在进行之后的机械研磨或是离子减薄制程时，两者减薄的厚度会更相近，且也有助于提高减薄的品质。
本发明的制备方法特别要求离子束的入射方向必须顺着自基板至伪基板的方向入射，以避免铜金属内连线表面的原子被剥离后却再沉积于铜金属内连线表面而污染待观察区。然而，本发明并未限定离子束的入射方向必须完全平行于自基板至伪基板的方向，两者之间偏斜一角度并不违反本发明的精神与范围。
再者，在上述的实施例中，离子束332a及334a以一上一下的方式分别配置于待观察区122的上方及下方。然而，只要离子束的入射方向符合本发明的要求，本发明当可视制程需求以及设备设计变更离子束的数量以及位置，以最佳化试片的制备过程。
此外，除了解决公知铜金属内连线在离子减薄时容易再沉积而造成污染的问题外，依照本发明的原理，具有粘着力强的其它金属或是半导体材料的基板，也可使用本发明的制备方法来制备试片，以避免再沉积问题产生。
本发明的制备方法使铜金属内连线表面的原子被离子束轰击而剥离后，只能沉积在不具待观察区的伪基板之上。如此，基板上的待观察区不会被再沉积铜金属污染，穿透式电子显微镜因此可从减薄后且无污染的试片中获得有用的信息，并对其作出有效的分析。