一種集成電路觀察分析裝置的製作方法
2023-07-03 20:27:31 1
專利名稱：一種集成電路觀察分析裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於集成電路製造工藝的分析檢測技術領域，具體涉及一種新的集成電路觀察分析裝置。
背景技術：
隨著集成電路的不斷發展，電晶體的最小線寬不斷縮小，先進CMOS工藝中電晶體柵極的長度已經小於0.1微米。特徵線寬的不斷縮小導致了晶片集成度的大幅度提高，但是細小的線條給工藝分析帶來了很大的困難。
表面觀察是開發、監控集成電路生產工藝的重要手段，它通過高倍光學顯微鏡或掃描電子顯微鏡放大集成電路表面，是最常用的集成電路監測方法。本質上OVERLAY測量儀器是一種特殊的高放大倍數光學顯微鏡，其主要目的是測量上下兩層的中心是否對準，偏差多少。
斷面分析是開發和監控集成電路生產工藝的另一個重要分析手段，它通過在需要分析的區域沿矽片厚度方向切斷矽片，然後將斷面樣品拿到斷面掃描電子顯微鏡下放大觀察，來分析工藝中的問題或器件失效的原因，是集成電路行業不可缺少的分析手段。
以前的表面觀察和斷面分析是通過不同的設備來進行的。表面觀察的設備主要是高倍光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡；製作斷面則有手工方法、機械方法和聚焦離子束顯微鏡(FIB)等方法。它們分別觀察集成電路的平面和縱向。
如果能將表面觀察和斷面分析結合起來，以得到三維的信息對集成電路工藝開發和監控是非常有利的。目前唯一能做到這一點的是聚焦離子束顯微鏡(FIB)，它利用經過電磁透鏡聚焦的高能離子束轟擊樣品表面，將樣品的原子濺射出來，通過長時間濺射，在需要觀察的指定區域用離子束挖出一定深度和一定傾斜角的槽，然後再進行傾斜觀察。該方法需要特殊的設備和高真空條件，設備成本和運行成本都非常高。而且因離子束束斑小，樣品的製作時間很長，一般一個樣品就需要幾小時製備。此外濺射出的原子可能在不希望的位置澱積，可能導致樣品的沾汙。參考文獻所引用的相關專利申請中，發明了用雷射製作集成電路樣品斷面的新方法，該方法能以高於手工和機械方法的準確度，低於FIB的成本和時間，製作所需要的樣品，是非常有力的分析方法。發明專利申請「一種運用雷射製作集成電路樣品斷面的方法」(專利申請號200310122898.1，發明人姚峰英)給出了一種應用雷射切割製作集成電路斷面的具體方法。
發明內容
本實用新型提出一種新的集成電路觀察分析裝置。這種裝置能夠在進行了表面觀測後按指定要求準確快速地製備集成電路斷面樣品。
本實用新型的集成電路觀察分析裝置包括顯微鏡；雷射斷面裝置；樣品臺；第一線路連接裝置；和第二線路連接裝置；該顯微鏡通過該第一線路連接裝置與該樣品臺相連，該雷射斷面裝置通過該第二線路連接裝置與該樣品臺相連。
該顯微鏡，可以是高倍光學顯微鏡，可以是OVERLAY測量儀器，也可以是掃描電子顯微鏡。
該雷射斷面裝置，可以是固體雷射器，如紅寶石雷射器、釹玻璃雷射器、NdYAG雷射器或者半導體雷射器；也可以是氣體雷射器如，CO2雷射器、CO雷射器或者準分子雷射器。
該樣品臺放置切割樣品的部分可以對樣品施加機械力。
該樣品臺可以分為觀察樣品臺和切割樣品臺，觀察樣品臺與切割樣品臺間的坐標轉換關係，可以是平移，也可以是旋轉。
樣品臺與樣品保持相對靜止的工作模式，可以是所述樣品臺不動，所述顯微鏡和雷射斷面裝置移動到一定位置對集成電路樣品分別進行觀察和切割；也可以是所述顯微鏡和雷射斷面裝置固定不動，所述樣品臺承載所述樣品移動到一定位置使所述顯微鏡和雷射斷面裝置對所述集成電路樣品分別進行觀察和切割；還可以是所述顯微鏡、所述雷射斷面裝置和所述樣品臺均可移動到一定位置，使所述顯微鏡和所述雷射斷面裝置對所述集成電路樣品進行觀察和切割。
本實用新型的集成電路觀察分析裝置將運用雷射製作樣品斷面的雷射切割裝置與顯微鏡通過樣品臺聯結成為新的集成電路觀察分析裝置。這種由裝置能夠在進行了表面觀測後按指定要求準確快速地製備集成電路斷面樣品。
圖1是本實用新型的集成電路觀察分析裝置框圖；圖2是集成電路樣品坐標系和開裂方向的示意圖；圖3是本實用新型的集成電路觀察分析裝置的樣品臺與樣品保持相對靜止的兩種工作模式示意圖；圖4是本實用新型的集成電路觀察分析裝置的樣品臺分為觀察樣品臺和切割樣品臺的工作模式及其坐標關係示意圖。
標號說明1集成電路樣品 2切割方向 3僅放置一集成電路樣品的樣品臺 4顯微鏡 5雷射斷面裝置 6放置觀察樣品的樣品臺 7放置切割樣品的樣品臺 8顯微鏡的坐標系 9雷射切割裝置的坐標系具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步的說明。
附圖1(圖1是本實用新型的集成電路觀察分析裝置框圖)以框圖的方式表示了本實用新型的構成，其中顯微鏡進行表面觀察，在確定需要觀察斷面的位置後，樣品臺將樣品傳遞到雷射斷面裝置，並保證雷射的輻照位置和顯微鏡所需要的位置一致，這樣就在指定的方向上得到了所需的斷面，可以進行進一步的斷面觀察。
本實用新型中使用的雷射斷面裝置的制樣方法特徵詳見發明專利申請「一種運用雷射製作集成電路樣品斷面的方法」(專利申請號200310122898.1，發明人姚峰英)。而產品中的高精度顯微鏡，既可以用高倍光學顯微鏡，也可以用OVERLAY測量儀器或掃描電子顯微鏡。本產品可以獨立應用，也可以將雷射斷面裝置作為顯微鏡的可選附加組件以提升功能、增加價值。
附圖2(圖2是集成電路樣品坐標系和開裂方向的示意圖)表示集成電路樣品1上的坐標系，沿開口槽是Y方向，常見的裂紋方向2是平行於X軸或Y軸的，本發明使顯微鏡指定的矽片斷裂矢量2能準確地在雷射切割裝置中被切開。樣品臺須要正確傳遞樣品，它既可以在顯微鏡和雷射切割裝置中使用同一個樣品(見圖3)，也可以是兩者使用各自的樣品，但兩坐標系有固定的轉換關係(見圖4)。
附圖3(圖3是本實用新型的集成電路觀察分析裝置的樣品臺與樣品保持相對靜止的兩種工作模式示意圖)為樣品臺僅放置一集成電路樣品的兩種實現方式，圖3A是樣品臺3在顯微鏡4和雷射切割裝置5間移動，兩裝置中心原點對樣品臺的關係必須一致。圖3B是樣品臺3不動而移動顯微鏡4和雷射切割裝置5，這時顯微鏡4和雷射切割裝置5的中心線可以重合。
附圖4(圖4是本實用新型的集成電路觀察分析裝置的樣品臺分為觀察樣品臺和切割樣品臺的工作模式及其坐標關係示意圖)中觀察樣品臺6與XY坐標系8相聯繫，而切割樣品臺7與X』Y』坐標系9相聯繫，坐標系8和9可以有相對的平移和/或相對的旋轉關係。
通過樣品臺聯繫顯微鏡和雷射斷面裝置，實現了斷裂矢量位置的精確指定和轉換，因此本產品既能進行表面觀察，又能實現對需要位置的準確而高效的集成電路斷面樣品製備。
下面示例說明本實用新型的幾種具體產品構成，其目的是更好地解釋本實用新型的運用，而不應當理解為對本發明的限制。
一、顯微鏡為高倍顯微鏡，樣品臺與樣品保持相對靜止，各元件相對運動方式如圖3B，其工作方式如下1、將待觀察樣品置於樣品臺並夾住；2、在高倍顯微鏡下平面觀察，然後找到待切斷位置並按制樣要求做好位置調整；3、如圖3B所示移開顯微鏡，移入雷射頭下；4、打開雷射斷裂樣品，取出樣品進行斷面電子顯微鏡觀察。
二、顯微鏡為OVERLAY測量儀器，樣品臺與樣品保持相對靜止，各元件運動方式如圖3A，其工作方式如下1、將待觀察樣品置於樣品臺並夾住；2、在OVERLAY測量儀器下作平面觀察，找到待切斷位置並做好位置調整；3、如圖3A所示將樣品臺從OVERLAY測量儀器下移入雷射頭下；4、打開雷射斷裂樣品，然後取出樣品做斷面電鏡觀察。
三、顯微鏡為掃描電鏡，分別使用觀察樣品臺和切割樣品臺，運動方式如圖4，其工作方式如下1、將待觀察樣品置於樣品臺並夾住；2、在掃描電鏡下作平面觀察，然後找到待切斷位置並按雷射切割要求做好位置調整；3、如圖4所示將樣品從電鏡的觀察樣品臺移到雷射裝置中的切割樣品臺，切開位置在電鏡坐標系和雷射裝置坐標系中的坐標因兩坐標系的相對平移和旋轉而不同，但物理位置仍然保持一致；4、打開雷射束斷裂樣品，取樣品進行斷面電鏡分析。
權利要求1.一種集成電路觀察分析裝置，其特徵在於所述觀察分析裝置包括顯微鏡；雷射斷面裝置；樣品臺；第一線路連接裝置；和第二線路連接裝置；所述顯微鏡通過所述第一線路連接裝置與所述樣品臺相連，所述雷射斷面裝置通過所述第二線路連接裝置與所述樣品臺相連。
2.如權利要求1所述的集成電路觀察分析裝置，其特徵在於所述顯微鏡，可以是高倍光學顯微鏡，可以是OVERLAY測量儀器，也可以是掃描電子顯微鏡。
3.如權利要求1所述的集成電路觀察分析裝置，其特徵在於所述雷射斷面裝置，可以是固體雷射器。
4.如權利要求1所述的集成電路觀察分析裝置，其特徵在於所述雷射斷面裝置，可以是氣體雷射器。
5.如權利要求1所述的集成電路觀察分析裝置，其特徵在於所述樣品臺放置切割樣品的部分可以對樣品施加機械力。
6.如權利要求1所述的集成電路觀察分析裝置，其特徵在於所述樣品臺可以分為觀察樣品臺和切割樣品臺，所述觀察樣品臺與切割樣品臺間的坐標轉換關係，可以是平移，也可以是旋轉。
7.如權利要求1所述的集成電路觀察分析裝置，其特徵在於所述樣品臺與樣品保持相對靜止。
8.如權利要求1或7所述的集成電路觀察分析裝置，其特徵在於可以是所述樣品臺不動，所述顯微鏡和雷射斷面裝置移動到一定位置對集成電路樣品分別進行觀察和切割；也可以是所述顯微鏡和雷射斷面裝置固定不動，所述樣品臺承載所述樣品移動到一定位置使所述顯微鏡和雷射斷面裝置對所述集成電路樣品分別進行觀察和切割；還可以是所述顯微鏡、所述雷射斷面裝置和所述樣品臺均可移動到一定位置，使所述顯微鏡和所述雷射斷面裝置對所述集成電路樣品進行觀察和切割。
9.如權利要求3所述的集成電路觀察分析裝置，其特徵在於所述固體雷射器可以是紅寶石雷射器、釹玻璃雷射器、NdYAG雷射器或者半導體雷射器。
10.如權利要求4所述的集成電路觀察分析裝置，其特徵在於所述氣體雷射器可以是CO2雷射器、CO雷射器或者準分子雷射器。
專利摘要本實用新型屬集成電路製造工藝的分析檢測技術領域。為了將表面觀察和斷面分析結合起來，以得到三維的集成電路工藝信息，克服以前的工具只能分離地進行表面觀察和斷面觀察，以及聚焦離子束分析(FIB)速度慢、時間長的缺點，本實用新型提出一種新的集成電路觀察分析裝置。其根本特點是把高精度的顯微鏡和雷射斷面裝置通過樣品臺聯結成為新的集成產品，使得在進行了集成電路的表面樣品觀察後能夠按指定位置製作斷面樣品。本產品的分析精度高，制樣時間短，是一種快速有效的集成電路觀察分析裝置，對加快工藝研發和提高工藝監控能力有很大幫助。
文檔編號H01L21/66GK2786782SQ20052004097
公開日2006年6月7日 申請日期2005年4月20日 優先權日2005年4月20日
發明者姚峰英 申請人:上海集成電路研發中心有限公司, 上海華虹(集團)有限公司