專利名稱：電子顯微鏡定點試片的制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于半導(dǎo)體制程中的故障分析(failure analysis)領(lǐng)域，尤指一種電子顯微鏡定點試片的制法，可避免無法回收的研磨治具的使用，而能夠節(jié)省試片制作成本，降低制作試片的時間。
穿透式電子顯微鏡的儀器系統(tǒng)主要可分為四部份1.電子槍-有鎢絲、LaB6、場發(fā)射式三種(與掃描式電子顯微鏡相似)；2.電磁透鏡系統(tǒng)-包括聚光鏡(condenser lens)、物鏡(objective lens)、中間鏡(intermediate lens)以及投影鏡(projective lens)；3.試片室-試片基座(sample holder)可分兩類側(cè)面置入(side entry)和上方置入(topentry)；4.影像偵測及記錄系統(tǒng)-ZnS/CdS涂布的螢光幕或照相底片。
穿透式電子顯微鏡的觀察方式一般分為平面式和橫截面式兩種。所謂平面式觀察即是電子束垂直于晶片表面作正向觀察，通常用來研究元件的布局、材料的特征或作尺寸的測量；橫截面式則是對晶片的垂直結(jié)構(gòu)作側(cè)向觀察，多用于測量各層材料的厚度、研究材料堆疊架構(gòu)的方式以及觀察界面結(jié)構(gòu)(interface structure)。試片制備的方法與研究目的和觀察方式有關(guān)。為了例行的觀察用，通常晶片減薄的方式有兩種，平面試片采用化學(xué)溶液蝕刻法，橫截面試片采用離子研磨機(ion miller)蝕薄，但是若為了精確的定點觀察用，平面式試片也可利用離子研磨機蝕薄，橫截面式試片則可用聚焦式離子束顯微鏡(Focus Ion Beam，F(xiàn)IB)作局部區(qū)域的蝕薄。
習(xí)知的穿透式電子顯微鏡分析有其限制，缺點包括1.試片的大小必須在3mm以下；2.基于電子束有限的穿透力，通常最理想的觀察厚度在500-1000埃之間；3.囿于試片制備的難度頗高，可觀察的區(qū)域通常在100mm以內(nèi)；4.在某些情況下，試片制備非常困難，成功率相對降低，例如晶粒邊緣封閉結(jié)構(gòu)的研究(chip sealing)、單一晶胞故障(single bit failure)的橫截面分析或單一接觸窗(contact hole)的橫截面分析等。
此外，利用習(xí)知的試片研磨機制作試片時，例如Sagitta公司的Next-1型定點研磨機，往往需要由研磨機廠商所特制的治具，這種治具每研磨一試片就會消耗而無法回收使用，因此需自行開模另外訂作，一般不由原研磨機廠商提供。如此一來，造成試片制作成本的增加。而且，使用上述治具制備試片時，由于步驟繁復(fù)，而需要消耗較多的分析時間。
據(jù)此，本發(fā)明的主要目的在提供一種新穎的電子顯微鏡試片制法，不需使用特殊的治具，可快速制作出試片，節(jié)省時間及成本。
依據(jù)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的較佳實施例揭露一種電子顯微鏡(TEM)定點試片的制法。首先提供一試片研磨機，包含有一試片固定座(holder)；提供一待測晶片片段(segment)，其具有一第一研磨端、一第二研磨端以及一待測定點位于該第一研磨端以及該第二研磨端之間；將該待測晶片片段黏于該試片固定座上；利用該試片研磨機研磨該第一研磨端，產(chǎn)生一第一研磨斷面，其中該第一研磨斷面與該待測定點的距離為一第一預(yù)定距離；將該待測晶片片段由該試片固定座取下；提供一載片面對面與該第一研磨斷面固定連接；將該載片以及該待測晶片片段固定于一墊片上，形成一堆疊片；將該堆疊片黏于該試片固定座上；以及利用該試片研磨機研磨該第二研磨端，產(chǎn)生一第二研磨斷面，其中該第二研磨斷面與該待測定點的距離為一第二預(yù)定距離。
本發(fā)明的主要優(yōu)點在于能夠于避免習(xí)知技藝的特殊治具的使用，同時節(jié)省試片制作成本以及步驟。
為了讓本發(fā)明的上述以及其它目的、特征與優(yōu)點能更明確易懂，下文特舉一較佳實施例，配合所附圖示，作詳細說明。
圖示的符號說明10 試片11 研磨斷面12 研磨斷面15 載片16 墊片20 銅環(huán)
30 基座首先，如

圖1所示，將一由晶片切割下的待測晶片片段預(yù)先裁成長寬各約1公分左右的大小的試片10，其中，在圖1中十字中心所代表的即為所欲研磨到達的待測定點位置。接著，利用熱融膠將試片10黏貼于SagittaNext-1型研磨機的一試片固定座(specimen holder)上。在將試片固定之后，隨即利用Sagitta Next-1型研磨機的研磨墊進行第一次研磨，將試片的一端研磨至距離中心定點約5至10微米處。亦即，使圖2中的研磨斷面11與中心定點的距離為5至10微米。接著，再利用加熱的方式，將熱融膠熔解后取下原先固定于固定座上的試片10，結(jié)果如同圖2中所示。一般加熱的溫度介于40℃至60℃之間。在習(xí)知試片制作技藝中，此完成一端研磨的試片半成品會被黏貼至一特殊設(shè)計的治具上，接著再連同治具一起被研磨至所要的厚度，此特殊治具如同圖7所示。如前所述，此治具屬于耗材，由于必須另外開模訂作，因此使得制作試片的成本增加。
本發(fā)明于是舍棄原廠的特殊治具、治具固定座以及試片制法，而發(fā)展出另一套更簡便可行的試片制備方法。如圖3所示，本發(fā)明在將試片10由固定座上以加熱方式取下之后，并不需要將試片10黏貼至特殊治具上，取而代的的是以一載片15利用熱融膠，例如熱蠟(hot wax)，與試片10的研磨斷面11對向黏貼，接著再將黏貼好的試片10以及載片15同樣利用熱融膠黏貼至一墊片16上。在本發(fā)明的較佳實施例中，載片15以及墊片16可以為一硅材料薄片，例如使用棄置不用的晶圓(dummy wafer)。然而，載片15以及墊片16亦可以使用其它非金屬材料，例如玻璃或其它研磨速率接近試片10的材料。
待熱融膠凝固之后，接著將黏貼于墊片16上的載片15以熱融膠黏于前述的試片固定座上(同第一次研磨時所使用的試片固定座)。在固定之后，隨即利用Sagitta Next-1型研磨機的研磨墊進行第二次研磨，將試片10的另一端研磨至距離中心定點約5至10微米處，形成一研磨斷面12。此時，試片10的厚度(亦即研磨斷面11與研磨斷面12之間的距離)約為10至20微米左右，此厚度可視需要而作不同的調(diào)整。接著，將研磨好的試片10連同載片15以及墊片16同時由試片固定座上取下，結(jié)果如同圖4所示。
如圖5所示，接著將一銅環(huán)20利用AB膠或快干膠(fast curing glue)黏貼于試片10的研磨斷面12上。需注意的是，AB膠或快干膠涂抹的范圍只能在研磨斷面12，使銅環(huán)20只固定在試片10上。待AB膠或快干膠凝固之后，隨即利用加熱或浸泡丙酮的方式，將固定有銅環(huán)20的試片10從載片15以及墊片16上分離出來。最后再將銅環(huán)20以直立方式固定于一基座30上，即完成進行一聚焦式離子束(FIB)蝕薄的前的試片10制備動作。由于后續(xù)的聚焦式離子束蝕薄制程步驟與習(xí)知技藝相同，因此不再贅述。
本發(fā)明的電子顯微鏡定點試片制備方法大體上可以整理成以下六個步驟步驟一將從晶圓上切割下來的送測樣本裁成長寬各約1公分的試片大小，再黏貼于Sagitta Next-1型研磨機的holder上；步驟二將試片用Sagitta Next-1型研磨機研磨至距離定點位置5至10微米處，而后加熱將試片從holder上取下；步驟三將試片的研磨斷面與一dummy wafer用熱融膠面對面相接，再將試片黏貼于另一wafer墊片上；步驟四將堆疊處理好的試片黏貼于Sagitta Next-1型研磨機的holder上，再將試片研磨至距離定點位置5至10微米處，而后加熱將堆疊試片從holder上取下；步驟五以AB膠將一銅環(huán)固定于試片上，并以加熱方式或其它方式將試片與dummy wafer以及wafer墊片分離；以及步驟六將固定于試片上的銅環(huán)豎起，以熱融膠固定于一dummy wafer基座上，準(zhǔn)備進行聚焦式離子束(FIB)蝕薄制程。
簡言之，本發(fā)明的主要技術(shù)特征在于上述步驟三至步驟五與習(xí)知技藝大不相同。本發(fā)明利用一載片15以及一墊片16可以取代習(xí)知技藝的特殊治具，獲得快速而節(jié)省試片制作成本的制法。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種電子顯微鏡定點試片的制法，其特征是包含有提供一試片研磨機，包含有一試片固定座；提供一待測晶片片段，其具有一第一研磨端、一第二研磨端以及一待測定點位于該第一研磨端以及該第二研磨端之間；將該待測晶片片段黏于該試片固定座上；利用該試片研磨機研磨該第一研磨端，產(chǎn)生一第一研磨斷面，其中該第一研磨斷面與該待測定點的距離為一第一預(yù)定距離；將該待測晶片片段由該試片固定座取下；提供一載片面對面與該第一研磨斷面固定連接；將該載片以及該待測晶片片段固定于一墊片上，形成一堆疊片；將該堆疊片黏于該試片固定座上；以及利用該試片研磨機研磨該第二研磨端，產(chǎn)生一第二研磨斷面，其中該第二研磨斷面與該待測定點的距離為一第二預(yù)定距離。
2.如權(quán)利要求1所述的制法，其特征是該待測晶片片段被裁成長寬各約1公分左右的大小。
3.如權(quán)利要求1所述的制法，其特征是該試片研磨機為Sagitta公司的Next-1型試片研磨機。
4.如權(quán)利要求1所述的制法，其特征是該第一預(yù)定距離約為5至10微米。
5.如權(quán)利要求1所述的制法，其特征是該第二預(yù)定距離約為5至10微米。
6.如權(quán)利要求1所述的制法，其特征是將該待測晶片片段黏于該試片固定座上的方法利用熱融膠。
7.如權(quán)利要求1所述的制法，其特征是該載片面對面與該第一研磨斷面固定連接的方法利用熱融膠。
8.如權(quán)利要求1所述的制法，其特征是該載片為一廢棄晶圓片段。
9.如權(quán)利要求1所述的制法，其特征是該墊片為一廢棄晶圓片段。
10.一種穿透式電子顯微鏡(TEM)定點試片的制法，包含有提供一試片研磨機，包含有一試片固定裝置；提供一待測晶片片段，其具有一第一研磨端、一第二研磨端以及一待測定點位于該第一研磨端以及該第二研磨端之間；將該待測晶片片段黏于該試片固定裝置上；利用該試片研磨機研磨該第一研磨端，產(chǎn)生一第一研磨斷面，其特征是該第一研磨斷面與該待測定點的距離為一第一預(yù)定距離；將該待測晶片片段由該試片固定裝置取下；提供一載片面對面與該第一研磨斷面固定連接；將該載片以及該待測晶片片段固定于一墊片上，形成一堆疊片；將該堆疊片黏于該試片固定裝置上；利用該試片研磨機研磨該第二研磨端，產(chǎn)生一第二研磨斷面，其特征是該第二研磨斷面與該待測定點的距離為一第二預(yù)定距離；將一金屬環(huán)固定于該第二研磨斷面上；以及將固定有該金屬環(huán)的該待測晶片片段從該堆疊片中分離出來。
11.如權(quán)利要求10所述的制法，其特征是該待測晶片片段被裁成長寬各約1公分左右的大小。
12.如權(quán)利要求10所述的制法，其特征是該試片研磨機為Sagitta公司的Next-1型試片研磨機。
13.如權(quán)利要求10所述的制法，其特征是該第一預(yù)定距離約為5至10微米。
14.如權(quán)利要求10所述的制法，其特征是該第二預(yù)定距離約為5至10微米。
15.如權(quán)利要求10所述的制法，其特征是將該待測晶片片段黏于該試片固定裝置上的方法利用熱融膠。
16.如權(quán)利要求10所述的制法，其特征是該載片面對面與該第一研磨斷面固定連接的方法利用熱融膠。
17.如權(quán)利要求10所述的制法，其特征是該載片為一廢棄晶圓片段。
18.如權(quán)利要求10所述的制法，其特征是該墊片為一廢棄晶圓片段。
19.如權(quán)利要求10所述的制法，其特征是該金屬環(huán)為一銅環(huán)。
20.如權(quán)利要求10所述的制法，其特征是將該金屬環(huán)固定于該第二研磨斷面上的方法利用一AB膠。
21.如權(quán)利要求10所述的制法，其特征是將固定有該金屬環(huán)的該待測晶片片段從該堆疊片中分離出來的方法利用加熱或浸泡丙酮的方式。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種電子顯微鏡定點試片的制法；首先提供一試片研磨機，包含有一試片固定座；；提供一待測晶片片段；，其具有一第一研磨端、一第二研磨端以及一待測定點位于該第一研磨端以及該第二研磨端之間；將該待測晶片片段黏于該試片固定座上；利用該試片研磨機研磨該第一研磨端，產(chǎn)生一第一研磨斷面，其中該第一研磨斷面與該待測定點的距離為一第一預(yù)定距離；將該待測晶片片段由該試片固定座取下；提供一載片面對面與該第一研磨斷面固定連接；將該載片以及該待測晶片片段固定于一墊片上，形成一堆疊片；將該堆疊片黏于該試片固定座上；以及利用該試片研磨機研磨該第二研磨端，產(chǎn)生一第二研磨斷面，其中該第二研磨斷面與該待測定點的距離為一第二預(yù)定距離。
文檔編號B24B37/04GK1475786SQ0212982
公開日2004年2月18日 申請日期2002年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月15日
發(fā)明者鄒運明, 陳文俊, 張文通 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司