本申請是申請日為2012年11月12日、發明名稱為“用于對樣品進行離子束去層的方法和系統及對其的控制”的申請號為201210450966.6的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明總體上涉及使用離子束打磨機來對樣品進行去層，具體涉及使用寬幅離子束打磨機通過選擇性地將樣品的層的一種或多種材料移除來除去所述層，且具體涉及對其的控制。

背景技術：

在移除諸如半導體芯片(semiconductor die)等樣品中的層時，涉及到將包括金屬和電介質的集成電路中的很少量且很薄的層移除，以便以精確且可控的方式讓下層電路露出。典型的方法包括：濕式化學蝕刻、干式(等離子體)蝕刻、以及機械拋光或物理磨蝕。

機械拋光是通過如下方式來執行的：使用拋光墊和磨料漿對樣品手動拋光，以將樣品的表面侵蝕到所需的程度。在這一過程中所面臨的問題是外圍和表面的侵蝕不均勻，在這方面舉例來說，銅比SiO₂移除得慢。這就會導致：由于施加在不同點處的壓力的大小有差異，或者在對樣品進行加工的期間內該樣品的要素密度(feature density)有差異，因而對于給定表面的移除是不均勻的。

濕式(化學)蝕刻是通過如下方式來執行的：使用化學制劑并將樣品浸入該化學制劑中，引起化學反應以從樣品表面移除材料。這很難控制，其原因是該化學制劑對樣品中的不同材料進行蝕刻時的速率有差異，而且，材料界面可能受到嚴重影響，這再次導致了對材料的移除的不均勻。

干式(等離子體)蝕刻是通過如下方式來執行的：使用非活性氣體和/或活性氣體的組合，在強電場中在真空環境下電離。活性離子引起樣品上的化學反應和物理轟擊，由此從樣品移除材料；而非活性離子僅引起對樣品的物理轟擊，且由此侵蝕(敲擊掉)樣品。材料密度的不均勻性和蝕刻物質濃度(etch species concentration)的不均勻性不利地影響了蝕刻速率和后續的移除過程。

離子束打磨也用于通過蝕刻或打磨樣品來移除樣品中的材料。離子束打磨也可用于半導體工業中的其它各種目的，例如膜沉積、或者表面改性或表面活化。使用具有活性氣體和非活性氣體的離子束源，將源氣體離子化，提取正離子且讓這些正離子向駐留在真空腔室中的可旋轉冷卻臺上的樣品加速。可以調整樣品臺的角度，以實現離子在樣品表面上的所期望作用。本領域已知有各種各樣的離子打磨系統，例如，聚焦離子束打磨(Focussed Ion Beam Milling；FIB)系統和寬幅離子束打磨(Broad Ion Beam Milling；BIB)系統。

通常具有鎵離子的很窄(小直徑)的離子束被用在FIB系統中，用于移除樣品(通常在半導體集成電路上)中的精確位置上的材料，也用于在IC上沉積新的材料。這被用來編輯電路，變更連接的路線以便修補損壞或引入新功能。FIB系統也被用來橫剖樣品，構建新的物理結構，以及在極小的尺度上物理地成形材料(微加工)。由離子束成形的典型區域將會以微米計量，或者至多幾十微米。保持樣品靜止不動，同時用離子束來回掃描。離子束與樣品所成的角度可以通過讓樣品傾斜來控制。由于FIB系統的打磨速率相對較慢，所以能夠被FIB實際上改性的目標區域被局限得很小。此外，關于小掃描束還有許多其它方面使得很難準確地對較大的區域改性，這些方面包括停留時間(dwell time)、重疊區域、各掃描之間的接近、以及各要素，所有這些都會例如因為很窄的離子束掠過樣品(例如，集成電路)的整個表面而惡化。

中等直徑的離子束(毫米級)通常被用于“清掃”樣品，消除在此前的各步驟中產生的表面損害。一個示例是：在透射電子顯微鏡(TEM)樣品制備階段，使用物理磨料將樣品拋光直至很薄，然后中等直徑的離子束(通常使用氬離子)被用來磨蝕該樣品表面，并輕輕地打磨掉(納米級厚度的)薄層。保持離子束靜止不動，與此同時，通常是讓樣品旋轉或來回掃描，或者讓樣品既旋轉又來回掃描。通常可以通過移動離子槍來調整離子束與樣品所成的角度。被打磨的區域以幾百微米計量或以毫米計量。

最后，寬幅離子束打磨系統(直徑為厘米級)也被用在半導體器件的制造過程中。對樣品的層加掩模，當樣品暴露在離子束下時，沒有被掩模保護的較大區域上的材料被移除。離子槍是靜止不動的，但是樣品可以旋轉并傾斜至不同的角度。被打磨的區域以厘米計量。被移除的材料在性質上通常是同質的(單種材料的層或單種化合物的層被打磨直到被移除)。BIB打磨機局限于移除同質材料層，因為對于給定的同質層而言，移除速率保持為恒定，直到觸及下一層為止。BIB打磨離子槍與該離子槍前部的“柵格(grid)”或“場(field)”相關聯，這些“柵格”或“場”能夠改變離子束的參數。寬束離子槍應用中的典型的束發散度在5至20cm的范圍內。典型地，集成電路(IC)中的寬幅離子束應用包括當在IC上構建結構時進行的沉積或去層(delayering)。

在沉積應用中，寬幅離子束射向材料源。離子束轟擊材料源，并使材料源的原子噴射出來。將基板置于如下位置處：所噴射的材料源會在該位置處以大致均勻的方式碰擊并且結合為層。基板可以線性移動(沿著x方向、y方向和z方向)并且旋轉(繞著x軸、y軸和z軸---這應該包括基板的關于所噴射材料源的主要作用方向的傾斜角度的變化)。掩模可以被用來在基板上創建預定的結構。可替代地，材料可以預先按照預定圖案沉積在掩模上，且在移除了該掩模時，使得所沉積的材料以上述預定圖案的負像(negative image)的方式保留在基板上。

在材料移除應用中，寬幅離子束射向樣品，按照非選擇性的方式移除樣品材料。一般而言，掩模被提前施加在樣品上，或者掩模材料按照預定圖案預先沉積在樣品上。公知的系統被配置用來在不侵蝕掩模或該掩模下面的樣品的前提下，不加任何選擇地移除該樣品的同質材料層，從而易于在IC上創建結構。可以調整樣品的角度以使大致上同質的材料層的移除速率最大化。端點檢測系統也可以用來檢測出何時已經基本上移除了上述大致同質的材料層以及何時正要移除下一層的材料，在此時刻，停止移除。

美國專利申請No.11/205,522披露了“Method of Reworking Structures Incorporating Low-K Dielectric Materials(對含有低介電常數的電介質材料的結構進行再加工的方法)”。美國專利申請No.11/661,201披露了“Directed Mult-Deflected Ion Beam Milling of a work Piece and Determining and Controlling Extent Thereof(工件的定向多偏離離子束打磨以及確定并控制其程度)”。此外，美國專利No.5,926,688披露了“Method of Removing Thin Film Layers of a Semiconductor Component(移除半導體部件的薄膜層的方法)”。然而，這些已提及的專利中沒有任何一件專利克服了在對樣品進行去層的一般領域中的缺點。

因此，需要能夠克服對樣品進行去層的一般領域中的一些缺點的方法和系統。

這里提供這些背景技術信息是為了披露本申請人認為的可能與本技術相關的信息。既沒有必要也不應該將前述的任何信息解釋為構成了對抗本發明的現有技術。

技術實現要素：

本技術的目的是提供用于對樣品進行離子束去層的方法和系統以及對其的控制。

根據本技術的一方面，提供了一種用于對樣品去層以對所述樣品進行逆向工程的系統，其中，所述樣品的暴露表面包括多種材料，所述系統包括：離子束打磨機；去層反饋機制；和控制系統，所述控制系統與所述離子束打磨機和所述去層反饋機制可操縱地通信，以基于所述反饋機制自動控制所述離子束打磨機的一個或更多個操作參數，從而使用所述離子束打磨機的離子束以相等的離子束移除速率移除所述多種材料中的每種材料，以從所述樣品的所述暴露表面移除具有恒定厚度的平坦的層，其中，從所述樣品的每個新暴露的表面獲取表面數據，以用于對至少一部分的所述樣品進行逆向工程。

根據本技術的另一方面，提供了一種使用離子束打磨機對樣品進行逆向工程的方法，所述方法包括：識別所述樣品的暴露表面中的多種材料以及對應于每種所述材料的離子束移除速率的一個或更多個操作參數；操縱所述離子束打磨機；通過去層反饋機制測量樣品去層變化；基于所測量的所述樣品去層變化自動調整所識別的所述一個或更多個操作參數，以使用來自所述離子束打磨機的離子束以相等的離子束移除速率同時移除所述多種材料中的每種材料，從而從所述樣品的所述暴露表面移除具有恒定厚度的平坦的層；從所述樣品的新暴露的表面獲取表面數據；以及針對至少再一層重復上述識別、操縱和獲取步驟，所獲取的表面數據用于對至少一部分的所述樣品進行逆向工程。

根據本技術的另一方面，提供了一種用于對樣品去層以對所述樣品進行逆向工程的系統，其中所述樣品的暴露表面包括多種材料，所述系統包括：離子束打磨機；去層反饋機制；以及控制系統，所述控制系統與所述離子束打磨機和所述去層反饋機制可操縱地通信，以基于所述反饋機制自動控制所述離子束打磨機的一個或更多個操作參數，從而以所述多種材料中每種材料各自的離子束移除速率移除所述每種材料；其中，所述控制系統經操作以依據移除步驟的順序來順序地操作所述離子束打磨機，從而在每個移除步驟中以所述各自的離子束移除速率順序地移除所述多種材料中的一種或更多種材料，使得在完成所述順序時從所述樣品的所述暴露表面移除了具有恒定厚度的平坦的層；其中，從所述樣品的每個新暴露的表面獲取表面數據，以用于對至少一部分的所述樣品進行逆向工程。

根據本技術的另一方面，提供了一種使用離子束打磨機對樣品進行逆向工程的方法，所述方法包括：識別所述樣品的暴露表面中的多種材料；定義移除順序，所述移除順序由一個或更多個操作參數定義，其中針對每一移除順序的所述操作參數中的每一者對應于每種所述材料各自的離子束移除速率；根據所述移除順序來操縱所述離子束打磨機；通過去層反饋機制測量樣品去層變化；在所述移除順序的每一個步驟期間，基于所測量的所述樣品去層變化自動調整所述一個或更多個操作參數，以使用來自所述離子束打磨機的離子束以期望的離子束移除速率來順序地移除所述多種材料中的至少一種材料，使得在完成所定義的順序時，從所述樣品的所述暴露表面移除了具有恒定的厚度的平坦的層；從所述樣品的新暴露的表面獲取表面數據；以及針對至少再一層重復所述方法，所獲取的表面數據用于對至少一部分的所述樣品進行逆向工程。

這些表面數據可以包括能夠描述頂面的各要素或其它各方面的特征的圖片、圖像或其它數據表達。

上述方法可以按照如下任選的方式來執行：一種方式是，移除恒定厚度的層的步驟是在單個步驟中完成的，在這種方式中，存在于恒定厚度的層中的各種材料的預定移除速率是相同的；另一種方式是，移除恒定厚度的層的步驟可以重復多次，在這種方式中，對于每次重復，各種材料各自的移除速率可能是不同的，但是所重復的各步驟(每次重復時，離子束打磨機的操作特性都不同)的結果導致了所述恒定厚度的層的移除。

視需要，上述方法可以進一步包括如下的步驟：重復前述各步驟，直到從樣品中已經移除了預定數量的層或已經移除了該樣品的預定總厚度，上述預定數量和上述預定總厚度均由操縱人員預先確定。

視需要，上述方法可以進一步包括如下的步驟：使用根據每個已移除層而獲取的表面數據，生成層次化電路示意圖。

附圖說明

從以下結合附圖給出的詳細描述可以更清楚本技術的特征和優點。在附圖中：

圖1在各方面表示了存在于IC中的各個層(現有技術)。

圖2在各方面表示了離子槍、離子束、樣品臺和樣品(現有技術)。

圖3是在各方面表示了對于兩種材料A和B而言，材料打磨速率與離子打磨機操作參數的關系的圖。

圖4是在各方面表示了對于銅(Cu)和二氧化硅(SiO₂)而言，材料打磨速率與樣品臺角度的關系的圖。

圖5是在各方面表示了對于銅(Cu)、二氧化硅(SiO₂)和氮化硅(Si₃N₄)而言，材料打磨速率與樣品臺角度的關系的圖。

具體實施方式

定義

樣品：樣品可以指一種或多種材料的合成物。樣品也可以指但不局限于半導體器件、集成電路、任何厚度的金屬和電介質的層、處于任何尺寸的區域中的一種或多種材料、光學器件、電子器件，或它們的任意組合。本領域的技術人員將會很容易理解出于本文所公開的主題的目的的樣品的含義。

去層可能必須包括但不局限于下列：部分地或者全部地移除一個或多個層，其中，所述一個或多個層或該(些)層的某些部分可以包括一種或多種材料；移除部分地或者全部地包括一種或多種材料的一個或多個層，其中，所述一個或多個層可以包括較小或較大的表面面積；部分地或者全部地移除一個或多個層，其中，所述一個或多個層可以是任何所期望的厚度；部分地或者全部地將一種或多種材料移除至任何所期望的程度；部分地或者全部地移除一個或多個大致平行的層，其中，所述一個或多個大致平行的層或該(些)層的某些部分可以包括一種或多種材料；部分地或者全部地移除一個或多個大致平坦的層，其中，所述一個或多個大致平坦的層或該(些)層的某些部分可以包括一種或多種材料；部分地或者全部地移除一個或多個大致恒定厚度且平行的層，其中，所述一個或多個大致恒定厚度且平行的層或該(些)層的某些部分可以包括一種或多種材料；部分地或者全部地移除一個或多個可變厚度且平行的層，其中，所述一個或多個可變厚度且平行的層或該(些)層的某些部分可以包括一種或多種材料；或者以上的任意組合。出于本文所公開的主題的目的，術語“除去”和“對…進行去層”可以互換地使用。

同質：出于本文的公開內容的目的，“同質”用來描述包括唯一一種材料的材料、結構、合成物或它們的某些部分。

非同質：出于本文的公開內容的目的，“非同質”用來描述包括不止一種材料的材料、結構、合成物或它們的某些部分。

在本文中所使用的術語“大約”是指以標稱值為中心在+/-10％范圍內的變動。應該理解，無論是否具體指出，本文所提供的給定值中總是包括這種變動。

除非做出其它定義，否則本文所用的全部技術術語和科技術語的含義都與本發明所屬領域的普通技術人員通常所理解的含義相同。

在本申請中，提供了用于除去離子束打磨機中的樣品的層的方法、系統和計算機程序產品，所述層包括一種或多種材料，所述去層過程是通過調整離子束打磨機的一個或多個操作參數并且選擇性地將所述一種或多種材料中的各材料按照各自的預定速率移除而實現的。

在離子束打磨機中對樣品進行去層

可以使用諸如FIB打磨機或BIB打磨機等各種離子束打磨機來完成去層。在本發明所公開的主題的各方面中，是在BIB打磨機中執行樣品去層。離子束打磨機可以用來逐層地移除IC中的一個或多個層，使得在IC的整個表面上露出下層電路。例如，如圖1所示，IC可以具有很多層。最底層可以是poly(多晶硅)層101。在該poly層上緊接著可以是多個金屬層102至105。本領域的技術人員將會很容易理解IC內的各層。

根據本發明的一些實施例，樣品的層或該樣品的某些部分的層可以由一種或多種材料制成。移除某層可以包括部分地或者全部地移除存在于該層中的一種或多種材料。層可以具有任意厚度。存在于樣品中的一種或多種材料可以是來自化學周期表的任何一種或多種材料。每一層均可以由材料的混合物制成，這些材料例如是但不局限于具有各種形狀和結構的金屬和電介質。正如本領域技術人員所知曉的那樣，市場上很容易獲得各種各樣的離子束打磨機。出于本文的公開內容的目的，“離子束打磨機”、“打磨機”和“離子打磨機”均可以互換地使用。類似地，“寬幅離子束打磨機”、“BIB打磨機”和“寬束離子打磨機”也均可以互換地使用。

離子束打磨機可以包含一個或多個離子束源。根據本發明的一些實施例，離子打磨機包含：一個或多個大直徑柵格式離子束源；和一個角度可變的冷卻式樣品臺，該樣品臺能夠傾斜并旋轉。樣品臺可以安置在真空腔室中。各種氣體注入系統可以配送不同的處理氣體，且等離子體橋中和器(plasma bridge neutralizer)可以用來中和離子束。真空計、預真空進樣室(load-lock)、真空泵、一個或多個控制面板、以及一個或多個處理器也可以與離子打磨機相關聯。離子打磨機也可以包括用于引進各種氣體的元件和用于控制樣品臺的一個或多個元件。此外，一個或多個離子束源可以與光闌(aperture)及靜電透鏡相關聯。離子打磨機可以包含一個或多個致動器，以啟動離子打磨機的一個或多個元件。離子打磨機可以包括一個或多個控制器或包括一個控制系統，該控制系統包括一個或多個處理器，以控制一個或多個離子打磨機操作特性或參數。應該理解，離子打磨機的操作和離子打磨機的各個基本部件對于本領域的技術人員而言是很容易知曉的。圖2示出了離子源201的示例圖，從離子源201產生離子束202。該離子束沖擊放置在樣品臺203上的樣品204。

根據本發明的一些實施例，離子打磨機及其各個部件可以被統稱為離子打磨機。離子打磨機可以包括端點檢測單元作為其部件之一。端點檢測單元能夠可操縱地與離子打磨機連接。端點檢測單元能夠在一種或多種材料正被移除時檢測或測量出樣品中的一個或多個變化。例如，該檢測單元能夠針對不同材料的定性和/或定量進行檢測或測量。離子打磨機可以包括成像系統作為其部件之一。成像系統能夠可操縱地與離子打磨機連接。本領域技術人員可以容易地知曉各種端點檢測單元和成像系統。此外，離子打磨機可以與控制系統一起形成一個用于對樣品進行去層的系統。

一般而言，在離子束打磨機中對樣品進行去層會涉及到離子束入射和對樣品的表面的沖擊，借此，離子束與該表面的相互作用導致材料以一定的速率從該表面移除。出于本文所公開的主題的目的，術語“速率”、“材料移除速率”、“移除速率”、“去層速率”、“打磨速率”、“蝕刻或刻蝕速率”、“材料速率”和“移除的速率”均可以互換地使用。

樣品的表面可能是非同質的，并因此構成了不同的材料合成物。樣品的表面也可能是同質的，其構成了單一的材料合成物。從表面移除材料可以是選擇性移除存在于該表面上的一種或多種材料。從表面移除材料也可以是非選擇性地移除一種或多種材料，而不對要從該表面上移除的是何種材料施加任何控制。當對樣品的表面進行了去層時，無論被去層的表面是同質的還是非同質的，留下的下層表面可能是大致均勻或均一的。當對樣品的表面進行了去層時，留下的下層表面也可能是基本上不均勻或不均一的。

根據本發明的一些實施例，通過調整離子束打磨機的各操作特性中的一個或多個操作特性來配置該離子束打磨機。該一個或多個離子束打磨機操作特性可以與在移除材料時所用的預定速率相關聯。對樣品進行去層可以通過把離子打磨機配置成將一種或多種材料以它們各自的預定速率從樣品移除來實現。移除速率與離子打磨機操作特性集合的相關性可以在實驗上通過反復試驗(trial and error)或通過擬合方法來獲得。移除速率和與它們相關聯的離子打磨機操作特性集合可以記錄或存儲在任何存儲介質中，以用于將來對離子打磨機的操控，所述存儲介質例如是數據庫、存儲器件、計算存儲器件或本領域技術人員所知曉的任何存儲介質。

可以將去層設置成執行一定的時間；之后，可以從離子束打磨機移走樣品，對該樣品進行分析，并且必要的話進一步進行去層，直到實現所需程度的去層為止。

根據本發明的一些實施例，可以設置成一直執行去層直到除去了樣品的一定厚度為止。去層也可以涉及移除大致平行的同質或非同質的層。將要被除去的樣品層的表面面積可以是較大的。進一步地，將要被除去的樣品層的表面面積可以在5至20平方厘米的范圍內。

根據本發明的一些實施例，二次離子質譜(SIMS)端點檢測單元可以用來幫助準確地控制打磨速率。本領域技術人員很容易理解SIMS及其作為端點檢測元件的用途。視覺檢測、化學檢測工具、其它質譜工具或本領域技術人員很容易知曉的任何端點檢測系統也可以用作端點檢測單元/元件來準確地控制打磨速率。

根據本發明的一些實施例，可以為了對器件內固有的電路進行逆向工程而執行去層。離子束打磨機可以用來逐層地對器件進行去層，使得各層的表面上的電路或電路接線暴露出來。當對器件進行了去層時，就可以獲取各層的圖片、圖像或其它表達(例如，基于所檢測到的表面要素的數據表達的電路示意圖模型)，由此獲取各層的表面上的電路或電路接線。使用適當的軟件工具，通過將不同層的圖片、圖像或其它表達拼湊在一起，就能夠生成器件內固有的各個部件之間的電路接線，無論其是層內的還是層之間的電路接線。對于更大器件內的各個器件，可以重復上述這個過程，并且可以開發出該更大器件內的各個器件的電路接線的層次化示意圖。也可以使用專用軟件工具來生成層次化電路示意圖。這種電路示意圖可有效地識別出使用了正被去層的目標器件中所要求的元件的跡象。根據本發明的一些實施例，可以為了(但不局限于)下列目的而執行去層：故障分析(缺陷識別)、電路編輯、樣品/器件特性測量、設計的檢驗、以及贗品檢測。

選擇性

如上所述，離子束打磨機的操作可以取決于一個或多個離子束打磨機操作特性或參數。離子束打磨機的操作和這種操作的結果可以根據針對一個或多個離子束打磨機操作特性所做的調整而變化。

根據本發明的一些實施例，一個或多個離子打磨機操作特性或參數可以包括但不局限于：離子束方向、離子束大小、樣品冷卻狀況、腔室基礎壓力、腔室跨接壓力、腔室處理壓力、預真空進樣室基礎壓力、預真空進樣室跨接壓力、樣品臺線性位置、樣品臺角度、樣品臺旋轉速度、樣品臺溫度、離子源加速器電壓、離子源加速器電流、離子源束電壓、離子源束電流、離子源提取器柵格配置、離子源提取器柵格材料、等離子體橋中和器(PBN)陰極電壓、等離子體橋中和器發射電流、PBN氣體流、離子源氣體流和類型、背景氣體流和類型、樣品與離子槍所成的角度、任何的腔室條件、側壁角度或它們的任何組合，或者是本領域技術人員所知曉的可調整的任何離子打磨機特性或參數。出于本文所公開的主題的目的，“離子打磨機操作特性”、“離子打磨機操作參數”、“特性”和“參數”可以互換地使用。類似地，“樣品臺角度”和“樣品角度”可以互換地使用。“離子束角度”、“樣品與離子束所成的角度”或者“樣品臺與離子束所成的角度”都意味著離子束沖擊樣品的角度。

根據本發明的一些實施例，離子源射頻功率可以是前進的或反射的。離子源提取器柵格配置可以包括為提取器柵格選擇適當的材料、大小、數量和柵格圖案。提取器柵格配置可以被設置成用于產生聚焦的、準直的或發散的離子束。根據本發明的一些實施例，離子源氣體流和類型可以是多種多樣的。離子源氣體可以是不活潑的或活性的。進一步地，背景氣體流和類型可以是多種多樣的。背景氣體可以是活性的。此外，樣品與離子槍所成的角度可以通過移動樣品臺或通過移動離子槍或通過移動它們二者來進行調整。可以調整樣品與離子槍所成的角度以選擇最佳的蝕刻/打磨速率。根據本發明的一些實施例，離子源提取器柵格材料可以是石墨、鉬或本領域技術人員很容易理解的任何其它材料。

根據本發明的一些實施例，調整一個或多個離子打磨機操作特性就可以提供不同的材料移除速率。例如，對于給定的離子打磨機操作特性集合，特定樣品或不同樣品中的特定材料的移除速率可以相同。作為另一示例，對于不同的離子打磨機操作特性集合，給定樣品中的給定材料可以具有不同的移除速率。作為又一示例，對于給定的離子打磨機操作特性集合，不同樣品中的給定材料可以具有不同的移除速率。作為再一示例，對于不同的離子打磨機操作特性集合，不同樣品中的給定材料可以具有不同的移除速率。對于同一樣品或不同樣品中的給定材料，上述一個或多個離子打磨機操作特性的各種排列和組合可以提供不同的移除速率。離子打磨機操作特性或參數的集合可以必須包括一組對應于與材料的移除速率相關聯的一個或多個離子打磨機操作特性或參數的值。

根據本發明的一些實施例，速率可以是預定的。可以借助實驗通過反復試驗或借助擬合方法來獲得預定速率。對于給定的材料，可以通過將離子束打磨機特性設定為某組值并獲得相應的材料移除速率來獲得預定速率。

例如，可以通過將特定材料置于離子打磨機內、將操作特性調整到某組值并記錄該材料的移除速率來獲得該材料的第一預定速率。可以通過將離子打磨機操作參數調整到第二組值來獲得上述材料的第二預定移除速率。進一步，對于給定材料，可以設定各種不同的離子打磨機操作特性集合，并確定相應的速率。此外，可以設定各種不同的離子打磨機操作特性組合，并且執行實驗，以獲得相同樣品或不同樣品中的一種或多種材料的移除速率。然后，可以將這樣確定的速率歸類為預定速率。預定速率也可以通過擬合方法獲得。在各方面，可以通過引入活性物質并將它們與從離子束源噴射的物質混合，來獲得材料的預定速率。應該理解，用于獲得或測量材料移除速率的任何方法都將落入本發明的范圍之下。

不同材料的預定速率可以與它們各自的離子打磨機操作特性集合相關聯。不同材料的預定速率和與它們相關聯的相應離子打磨機操作特性集合可以被手動地記錄或被存儲在任何介質中，并用于將來的離子打磨機的操控。根據本發明的一些實施例，每個離子打磨機操作特性集合可以包括一個或多個離子打磨機操作特性。每個集合內的一個或多個離子打磨機操作特性的值可以是已經在反復試驗或擬合過程中設定的值。此外，因為這些值可以在反復試驗或擬合過程中設定，所以它們也可以被視為預定的值。進一步地，用來存儲離子打磨機操作特性集合及相關聯的相應預定速率的介質是計算機驅動器、電子器件、光學器件或本領域技術人員很容易知曉的任何存儲介質。存儲介質可以是離子打磨機的一部分，存儲介質也可以是包括離子打磨機和控制系統的系統的一部分。

根據本發明的一些實施例，選擇性移除可以被視為：為了按照某個預定速率移除材料，相對于按照另一個不同的預定速率移除另一材料而言，調整一個或多個離子打磨機操作特性。此外，選擇性移除可以被視為是將特定材料移除。非選擇性移除可以被視為是以某組操作參數來操縱離子打磨機，而不對一種或多種材料的移除速率進行控制。這會導致不均勻或不均一的下層表面。

根據本發明的一些實施例，離子打磨機操作特性可以設置成使得在給定的時間段內，第一材料的預定移除速率比第二材料的預定移除速率大。此后，在第二材料的預定移除速率比第一材料的預定移除速率大的時間段內，可以將離子打磨機特性調整并設置為另一組值。將要被移除的所有材料的預定速率基本上相同也是可以的。出于本文的公開內容的目的，“時間段”和“一段時間”可以互換地使用。

根據本發明的一些實施例，可以設置上述一個或多個離子打磨機操作參數中的除了一者之外的其余全部參數。上述一個或多個離子打磨機操作參數中的一者是可變的，并且針對這個可變的離子打磨機操作參數的各個值，可以通過實驗或通過擬合來獲得一種或多種材料的移除速率。所獲得的結果和為了獲得這些結果時所設置的相應離子打磨機操作參數可以彼此相關聯，并存儲在存儲介質中。本領域技術人員可以很容易地理解所需的存儲介質的種類。基于所獲得的結果，可以繪制如圖3所示的曲線圖300。所繪制的曲線圖中將兩種材料A 310和B 320的打磨速率或移除速率圖示為離子打磨機操作參數的函數。在301處，材料B的移除速率大于材料A的移除速率。在302處，材料A和材料B的移除速率基本相等，而在303處，材料A的移除速率大于材料B的移除速率。

根據本發明的一些實施例，當對包括材料A和材料B的樣品進行去層時，可以將該去層設置成是利用如下的一個或多個離子打磨機操作參數來進行的：該一個或多個離子打磨機操作參數被設置成使得同時移除材料A和材料B。如在交叉點302處所示，當上述一個或多個離子打磨機操作參數被設置成使得材料A和材料B的移除速率基本相等時，可以實現材料A和材料B的同時移除。例如，上述一個或多個離子打磨機操作參數可以被設置成使得與材料A相比以更快的速率移除材料B。于是，可以實現從樣品中選擇性地移除材料。在這種去層過程中，對于兩種材料A和B的任何移除速率而言，除了一個離子打磨機操作參數之外的其余全部參數都將會保持恒定。這一個可變的離子打磨機操作參數可以按照需要被設置為相應的值。例如，對于在302處進行去層而言，所需的參數值可以是對應于該交叉點的參數值。這就允許以相同的速率移除材料A和材料B。

根據本發明的一些實施例，可以設置一個或多個離子打磨機操作特性，并且可以確定作為樣品臺角度(其也可以被視為離子打磨機的操作參數)的函數的移除速率。可以通過實驗或通過擬合方法來確定一種或多種材料的速率。進一步地，任何其它的離子打磨機操作特性均可以取代樣品臺角度。

例如，所確定的速率可以針對兩種材料，并且這兩種材料可以是Cu和SiO₂。與Cu和SiO₂的在各個樣品臺角度情況下的移除速率相關的離子打磨機操作特性集合可以彼此相關聯，并存儲在任何存儲介質中。使用所確定的速率和來自存儲介質的相關聯的離子打磨機操作特性，可以針對Cu 401和SiO₂ 402繪制出曲線圖400，該曲線圖圖示了作為樣品臺角度的函數的預定速率。應該理解，可以在不用明確地繪制曲線圖的前提下執行去層。例如，可能包括一個或多個處理器的控制系統能夠控制離子打磨機對樣品進行去層，而不用明確地繪制曲線圖。

參見圖4所繪制的曲線圖400，可以獲得交叉點403，在這一點處，對于特定的樣品臺角度，Cu和SiO₂的移除速率基本相同。該交叉點可以提供Cu和SiO₂的預定移除速率。例如，如果要除去包含Cu和SiO₂的層，那么可以根據所存儲的值(這些值可能與交叉點有關)調整離子打磨機操作特性，以便在一段時間內將Cu和SiO₂按照各自的與交叉點有關的預定速率移除。

作為另一示例，所確定的速率可以針對三種材料，這三種材料可以是Cu、SiO₂和Si₃N₄。與Cu、SiO₂和Si₃N₄的在各個樣品臺角度情況下的移除速率相關的離子打磨機操作特性集合分別可以彼此相關聯，并存儲在本領域技術人員所知曉的任何存儲介質中。使用所確定的速率和來自存儲介質的相關聯的離子打磨機操作特性，可以針對Cu 501、SiO₂ 502和Si₃N₄ 503繪制出曲線圖500，該曲線圖圖示了作為樣品臺角度的函數的預定速率。

參見圖5所繪制的曲線圖，可以獲得交叉點504，在這一點處，對于特定的樣品臺角度，Cu和Si₃N₄的移除速率基本相同。還存在著SiO₂與Si₃N₄之間的交叉點505，在這一點處，對于特定的樣品臺角度，SiO₂和Si₃N₄的移除速率基本相同。例如，如果要對包括含有Cu、SiO₂和Si₃N₄的層的樣品進行去層，那么可以根據所存儲的值(這些值與Cu和Si₃N₄的交叉點有關)調整離子打磨機操作特性，以便在一段時間內選擇性地將Cu和Si₃N₄按照各自的預定速率(該預定速率應該與Cu和Si₃N₄的交叉點有關)移除。此后，可以根據所存儲的值(這些值與SiO₂和Si₃N₄的交叉點有關)調整離子打磨機操作特性，以便在一段時間內選擇性地將SiO₂和Si₃N₄按照各自的預定速率(該預定速率應該與SiO₂和Si₃N₄的交叉點有關)移除，從而留下基本均勻的下層表面。在交叉點504和交叉點505之間，唯一的可能需要改變的離子打磨機操作參數可以是樣品臺角度。

根據本發明的一些實施例，在要被移除的任何材料之間都可能沒有任何交叉點。例如，類似于以上示例，有一個要被除去的層可能包括三種材料A、B和C。在獲得了預定速率并繪制了類似于圖5的曲線圖之后，可能會發現沒有任何交叉點。在這種情況下，離子打磨機操作特性可以設置成使得在一段時間內可以首先選擇性地移除三種材料中具有較低預定速率的兩種材料，然后可以調整離子打磨機操作特性使得在另一段時間內選擇性地移除具有較高預定速率的第三種材料。移除前兩種材料所需的時間段可以比移除第三種材料所需的時間段長。

作為示例，參見下表。

對于給定的離子打磨機操作特性-集合III，全部三種材料A、B和C都可以被移除的預定速率是0.4A/秒。可以調整離子打磨機操作特性以反映在某段時間內的離子打磨機操作特性-集合III，其中，材料A、材料B和材料C同時都被移除。在同時對三種材料A、B和C進行了去層之后，下層表面將是基本均勻的。類似地，可以設置離子打磨機操作特性以反映在一段時間(例如t₁)內的離子打磨機操作特性-集合I，其中，以0.3A/秒移除材料A和材料C，并以0.1A/秒移除材料B。此后，可以設置離子打磨機操作特性以反映在一段時間(例如t₂)內的離子打磨機操作特性-集合II，其中，以0.1A/秒移除材料A和材料C，并以0.3A/秒移除材料B。在t＝t₁+t₂時，所有三種材料A、B和C同樣都已經被移除，由此留下了基本均勻的下層表面。

根據本發明的一些實施例，可能存在有任意種數量的材料。選擇性地移除一種或多種材料使得留下的下層表面基本均勻或均一。此外，對上述一種或多種材料的選擇性移除本身可以是均勻或均一的。對上述一種或多種材料的選擇性移除本身也可以是非均勻或非均一的。進一步地，無論對上述一種或多種材料的選擇性移除是均勻的還是非均勻的，在移除了上述一種或多種材料之后，下層表面都基本均勻或均一。

根據本發明的一些實施例，可以調整一個或多個操作特性或參數來選擇性地移除樣品的側壁，其中，該側壁包括一種或多種材料。可以依賴于該一種或多種材料的預定速率及它們各自的相關聯的離子打磨機操作特性來調整離子打磨機，以便從樣品的側壁選擇性地將上述一種或多種材料按照各自的預定速率移除。此外，通過調整一個或多個離子打磨機操作特性或參數，使得可以選擇性地將樣品中圍繞著結構的一種或多種材料按照它們各自的預定速率移除。

根據本發明的一些實施例，可以執行材料的選擇性移除一直到移除了一定厚度。在各方面，可以依次執行各個離子打磨機操作特性集合，以移除一種或多種材料。每個離子打磨機操作特性集合的執行時間可以是隨機的，或者可以被設置成先前可以在實驗上通過反復試驗或通過擬合方法而確定的特定值。此外，通過控制系統可以實時地調整每個離子打磨機操作特性集合的執行時間。該控制系統可以使用反饋機制來確定每個離子打磨機操作特性集合的最佳執行時間。可以根據要被移除的一種或多種材料的厚度來確定每個離子打磨機操作特性集合的執行時間。

控制系統

根據本發明的一些實施例，一種系統可以包括與控制系統或者與一個或多個控制器可操縱地通信的離子打磨機。控制系統可以對離子打磨機各部件進行單獨或整體地控制。控制系統可以包括一個或多個處理器，處理器中裝載有適當的軟件來執行控制。本領域技術人員很容易理解所需的處理器和相關聯的軟件。包括與控制系統可操縱地通信的離子打磨機的上述系統也可以包括為其工作的機械、電子和/或光學部件。這些部件也可以被稱作執行元件。本領域技術人員很容易理解這類的機械、電子和/或光學部件。進一步地，可以對控制系統編程，使得一旦從用戶接收到輸入就整體上控制上述系統。

根據本發明的一些實施例，控制系統可以包括：中央控制面板或中央控制板；至少一個計算機、處理器/微處理器或者中央處理單元(CPU)，且配有相關聯的計算機軟件；一個或多個存儲單元/存儲器件；電源；功率轉換器；控制器；控制器板；各種印刷電路板(PCB)，其例如包括輸入/輸出(I/O)功能以及D/A(數字模擬轉換)功能和A/D(模擬數字轉換)功能；電纜；電線；連接件；屏蔽；接地；各種電子接口；以及網絡連接器。控制系統可以與離子打磨機及其各部件可操縱地連接并集成。

控制系統可以進一步包括一個或多個存儲單元來存儲關于一種或多種材料的移除速率和一個或多個離子打磨機操作特性或參數的預定信息。此外，所存儲的信息可以是一種或多種材料的與它們的相應離子打磨機操作參數/特性集合相關聯的預定速率。該預定速率可以如同在本發明所公開的各方面中所解釋的那樣來獲得。

根據本發明的一些實施例，控制系統可以用來操縱離子打磨機，使得通過提供適當的輸入來執行樣品的去層。可以通過控制面板或本領域技術人員很容易知曉的任何輸入裝置來向控制系統提供輸入。控制系統一旦接收到輸入，就調整一個或多個離子打磨機操作特性，以使得從樣品將一種或多種材料按照它們各自的預定速率移除。

根據本發明的一些實施例，上述輸入可以包括但不局限于下列：僅與一個離子打磨機操作參數相關聯的單個值、與一個或多個離子打磨機操作參數相關聯的一個或多個值、一種或多種材料的移除速率、一種或多種材料的去層厚度或移除厚度、用于移除一種或多種材料的時間段、要移除的一種或多種材料、離子打磨機操作特性集合、與一個或多個離子打磨機操作特性集合相關聯的執行時間段、各個離子打磨機操作特性集合的執行順序，或它們的任何組合。

可以對控制系統編程，使得一旦從用戶接收到輸入就自動地控制一個或多個離子打磨機操作特性。例如，用戶提供的輸入可以是在某段時間內從樣品中移除Cu。一旦從用戶接收到這個輸入，控制系統就可以自動地使用來自存儲介質的與移除Cu相關聯的相應預定信息來調整一個或多個離子打磨機操作參數，從而在那段時間內移除Cu。

作為另一示例，用戶輸入可以是除去樣品的一定厚度。一旦接收到該輸入，控制系統就可以自動地使用上述去層系統的相關部件來執行以下功能：檢測可能存在于要除去的層的表面上的一種或多種材料；獲得與從那個層移除一種或多種材料相關聯的相應預定信息；以及調整一個或多個離子打磨機操作特性使得將樣品去層至所期望的厚度。可以重復上述各功能中的一者或多者，直到除去規定的樣品厚度。

根據本發明的一些實施例，控制系統可以包括反饋系統。反饋系統可以是用于對樣品進行去層的整個系統的一部分。反饋系統可以使用任何檢測機制來實時地分析對樣品的去層。該檢測機制可以檢測當在該去層過程中對操作進行控制以實現最佳性能時所必要的各個方面。本領域技術人員很容易知曉需要檢測的用于讓操作最優化的各個方面。可以由一個或多個處理器來分析所檢測的各個方面。然后，所分析的結果可以用來自動控制一個或多個離子打磨機操作參數或操作參數集合，以便最佳地、選擇性地對樣品進行去層。該檢測機制可以使用SIMS系統。本領域技術人員很容易理解各種檢測機制和檢測系統/單元。

本發明所公開的主題的各方面

在本申請中，進一步提供了一種使用離子束系統對IC進行去層的方法，這類IC(或其它樣品)包括一種或多種材料，其中，通過調整一個或多個離子束系統參數可以選擇性地控制一種或多種材料中的任何一者的去層速率，該方法包括如下各步驟：將IC(或其它樣品)引入到離子束系統的離子束目標路徑中；配置離子束系統以將一個或多個參數中的各個參數設置在各自的預定等級，各所述預定等級與該IC(或其它樣品)中各個相應材料的預定去層速率相關聯；以及使離子束槍將離子束射向該IC(或其它樣品)。

其它步驟可以包括下列中的一者或多者：

·在移除了層之后移走該IC(或其它樣品)，分析該IC，重復；

·使用去層材料檢測元件進行反饋控制，從而評估樣品中的該層或被檢測材料的移除進度，以便自動且實時地控制任何給定的層或樣品中的材料選擇性或非選擇性；以及

·將包括同質或非同質材料的基本上均勻的層移除。

在一些實施例中，也公開了一種使用本發明的系統來確定各種材料的相對去層速率的方法。該方法包括如下各步驟：使用上述系統對已知材料進行去層，并確定作為一個或多個參數的函數的去層速率(包括：關于一個或多個參數中的各個參數的任何交互作用效果、以及各個這種參數之間的交互作用可能會怎樣影響所述去層速率)；針對一種或多種額外材料，執行重復；視需要將所有這種按經驗收集的信息存儲在數據存儲元件中，以供控制系統使用，從而自動控制存在于任何給定樣品中的各材料的選擇性等級。

在另一實施例中，提供了一種用于對IC進行選擇性地去層的離子束系統，這類IC包括一種或多種材料，該離子束系統包括腔室、一個或多個離子束源以及一個或多個目標臺。該系統視需要可以包括：用于將各種氣體引入到上述腔室內的額外元件；目標臺控制元件；與一個或多個離子束源中的任何一者相關聯的下列元件：光闌、靜電透鏡(聚光鏡和物鏡)；以及調整一個或多個參數時所必需的所有致動器。

本發明一些實施例的其它部件可以包括下列中的一者或多者：

·數據存儲部件：用于存儲關于參數和這些參數作用于材料的去層速率上的效果的預定信息；

·參數致動器：離子束系統上的各種致動器，用以自動地響應于從控制元件接收到的信號對參數進行調整；

·控制元件(例如，計算機處理器)：該控制元件被配置成基于數據存儲部件中所包含的預定信息和/或從檢測元件接收到的信息，向各個參數致動器發送信號以控制對所述參數的調整；以及

·去層材料檢測元件(例如，SIMS)：這是指能夠檢測或測量樣品中的變化的檢測元件，這類變化涉及去層或蝕刻，例如不同材料的定性和定量，樣品中是否存在某(些)要素，或者當這些要素要被除去或與它們鄰近的材料要被除去時這些要素的物理、化學或電氣特性。

本發明的一些其它方面涉及寬束離子打磨系統的用于逐層地除去半導體芯片的層的用途，包括利用本文所公開的各方法和各系統。這些方面可以包括離子打磨系統的如下用途：移除IC的很薄的層以使下層電路在整個芯片上露出。每一層均可以由具有不同形狀和結構的材料(金屬和電介質)的混合物制成。

本發明一些實施例的離子打磨機可以包含例如容納于抽真空的處理腔室中的下列部件：大直徑柵格式離子束源；和角度可變的冷卻式基板臺，該冷卻式基板臺能夠傾斜并旋轉。各種氣體注入系統能夠配送不同的處理氣體，而等離子體橋中和器被用來中和離子束。真空計、預真空進樣室、真空泵和計算機完成封裝。可以安裝SIMS端點檢測元件來幫助準確地控制蝕刻時間。

可以使用其它的去層材料檢測元件，這類去層材料檢測元件可以包括視覺檢測、其它質譜工具、或者本領域技術人員知曉的其它化學檢測工具。

為了控制打磨特性，可以調整離子槍和相關聯的目標在使用中的參數。這些參數中的一些參數會影響束條件、腔室條件、樣品條件和樣品定向、以及射向樣品的離子束或其它材料流中的其它材料的用途，這樣的參數就能夠影響不同的打磨特性。例如，可以通過控制束條件(加速電壓、電流)、所用的氣體(它們的量、類型和精確的注入位置)、離子槍與樣品所成的角度、樣品冷卻以及樣品旋轉速率，來控制半導體芯片材料的打磨特性。其它參數可以包括下列中的一者或多者：

·腔室---基礎壓力、跨接壓力、處理壓力；

·預真空進樣室---基礎壓力、跨接壓力；

·臺---線性位置、角度、旋轉速率、溫度；

·離子源---RF功率(前進的/反射的)、加速器電壓、加速器電流、束電壓、束電流、提取器柵格配置(提取器柵格的材料、大小、數量和柵格圖案)；

·等離子體橋中和器---陰極電壓、發射電流；

·氣體注入---PBN氣體流、源氣體流和類型(可以是多種多樣的，可以是不活潑的或活性的)、背景氣體流和類型(可以是多種多樣的)；

·時間---處理步驟時間、步驟的數量和順序(可以按照特定的順序使用一系列不同的處理條件)；

·調整樣品與槍(涵蓋了可移動的樣品和可移動的槍)所成的角度，以選擇最佳的蝕刻速率和側壁角度；以及

·已知離子束系統中的任何參數。

用在電路布局或其它樣品中的不同材料之間的選擇性(差分蝕刻速率)可以取決于那些所列出參數中的全部參數或者一些參數和/或它們之間的交互作用效果。可以調整和操控它們，以便允許選擇性蝕刻(僅移除特定材料類型)或非選擇性蝕刻(以類似的速率移除所有材料)，使得能夠準確且精確地移除集成電路的同質層和非同質層。因此，就能夠使得所移除的層(無論同質還是非同質)的厚度是均勻或基本均勻的(并且在任何情況下都遠遠小于IC中的任何沉積層)。

任何給定材料的作為一個或多個參數的函數的移除速率可以被預先確定，并存儲在數據存儲部件中，該數據存儲部件與用于實施本文所公開的主題的系統及裝置相關聯。這種數據可以基于根據經驗進行的測量來收集，上述根據經驗進行的測量是通過調整一個或多個參數然后測量特定材料的去層速率而系統地執行的。通過執行用于評估與各參數的變化有關的去層速率的多因素分析，這種變化之間的交互作用效果也能夠被預先確定，并被存儲到數據存儲部件中。因此，離子束系統能夠被配置成使用預定參數去層參數效果以所期望選擇性的精確等級執行去層。

在一些實施例中，本文所公開的方法和系統被用來以如下方式對目標進行去層：該方式促進了選擇性地移除或蝕刻非同質的且包括多種材料的各層的能力。這種用途的一個應用是使得更容易逐層地進行視覺分析和其它類型的分析。這在逆向工程應用中尤其有用。雖然本發明的目的可以是在非同質的目標上移除厚度非常均勻的層以便分析在下面的這種層，但是目的也可以是移除圍繞著由另一不同材料構成的結構的材料，以便更容易(視覺地、電氣地或以其它方式)分析給定層內的特定材料。在其它示例中，本文所公開的系統和方法可以用于在目標上沉積材料以保護或預處理那個層，使得就有可能進行給定層的分析或逆向工程。例如，一旦為了對特定層進行分析而已經移除了足夠的層，有必要保護該特定層免受離子束腔室外的環境條件的影響，并有必要使目標露出以用于特定層的后續分析。在其它情況下，可以預先處理給定層中的材料，以使得該材料更經得起如下考驗：(a)以與非同質的給定層中的其它材料的速率類似的速率進行蝕刻，包括使用離子束打磨機進行蝕刻或本領域已知的其它類型的蝕刻；和/或(b)視覺分析或其它方式的分析(例如，具有特定結構的一種材料的表面特性可能變得粗糙，或具有吸附過來或吸收進來的材料以有助于分析)。所有這些目的都可以根據本文所公開的系統和方法通過控制各個參數來予以選擇性地管理和控制。

根據另一實施例，控制參數來管理側壁蝕刻速率與去層蝕刻速率的相對關系。這在一些方面上可以包括把沿著與去層方向垂直的方向的側壁蝕刻最小化。

各參數也可以用于當在腔室內引入了活性物質和/或當活性物質用作從離子束源噴射的物質或與該噴射的物質混合時，選擇性地控制與存在于樣品上的各種材料的反應速率。通過控制參數而能夠實現的其它目的包括對表面粗糙度的改變、化學損壞/改性、以及物理損壞/改性。

本文所述的系統和方法的一些實施例用于在樣品上均勻地蝕刻、沉積或預處理來自該樣品的材料，即使當樣品相對于離子束效應的深度而言較大或非常大時。

可以調整參數，使得選擇性地以與給定層中發現的其它材料的速率不同的速率移除特定材料，從而移除一些材料而不是其它材料。可替換地，可以調整參數來確保基本相同的去層速率，從而在大面積內均勻地移除極薄的層(特別是，所移除的層的厚度比樣品在該層的平面內的長度或寬度小很多)。在一些應用中，上述長度和/或寬度可以在5至20厘米的范圍內，并且所移除的層的厚度可以在皮米(picometer)到納米的范圍內。

使用了SIMS測量的反饋控制的控制系統用來確定去層速率以及待去層材料的存在與否，或它們的變化。這可以用作反饋控制系統的一部分，使得以期望的速率對期望的材料進行去層。

示例性實施例

真空系統

適當大小的真空腔室用來支持通過隔離閘(isolation lock)的自動樣品進樣/取樣。容納有樣品臺、離子源、抽真空端口、氣體供給端口、以及輔助觀察要素和監控要素。

快速抽真空能力將處理壓力支持在5e-4torr狀態下，且泄漏率小于5e-5torr l/s(托·升/秒)。

樣品臺

能夠接受4″直徑的樣品。進行溫度控制(冷卻)以允許恒溫操作。從樣品到臺進行熱傳導。樣品繞著中心軸旋轉，并且在離子源的平面中的傾斜處于從法線(+/-90度)到0度的范圍內。

在預備(run-up)期間內用擋板執行對樣品的控制保護，并且改變工藝設置。

離子源

12cm直徑RF ICP自動阻抗匹配，具有雙柵格聚焦輸出。加速電壓、提取電壓和束電流被控制在大約0～1000V、0～500mA的范圍內。

氣體供給

向MFC控制式離子源供給惰性氣體或活性氣體，并且供給用于增強化學打磨的腔室背景氣體。此外，還向PBN供給。

PBN

提供氬的離子發生器，其注入電子流以用于離子束中和。

去層

如下的每個表面因素都影響打磨過程——材料、形貌、粗糙度、要素寬度、間隔，而且該影響在本質上是動態的。本發明的離子束打磨系統被配置成盡可能地匹配材料，并通過多個束角度/束電流應用步驟來處理要素形貌。根據對參數的調整來發揮所有這些不同效果的方式之一是通過對盡可能多的可預測的速率匹配進行反復試驗來監控效果。

另一困難是要知曉在任何給定的時間該過程處于垂直結構中的哪個位置。“材料監控器”可以用于確定材料混合中的變化，并在發現變化時就獲得新材料——即，端點檢測。SIMS檢測器可以被配置為“材料監控器”。

用于影響蝕刻速率/選擇性的另一工具是在(活性的)離子源中直接使用額外的或替代的氣體，或者額外的或替代的氣體被用作由離子束分裂的背景氣體，隨后就能選擇性地在表面上發生反應。

本文所公開的方法的每個步驟均可以在如下的任何計算裝置上予以執行：例如個人計算機、服務器、PDA，等等，并且每個步驟依據各程序元件、各模塊或根據任何編程語言(例如，C++、Java、C或其它語言)產生的各對象中的一者或多者，或者依據上述一者或多者的一部分。此外，每個步驟，或者用于執行每個所述步驟的文件或對象等，可以由專門用途的硬件或專為那個用途而設計的電路來執行。