集成片晶提取站的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶片測試和分析。更具體地，本發(fā)明涉及來自半導(dǎo)體晶片的小于100 nm厚的樣本(在下面被稱為“片晶”)的提取，以在透射電子顯微鏡或掃描透射電子顯微鏡(共同地為S/TEM)上觀看。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體集成電路的制造以半導(dǎo)體晶片開始，半導(dǎo)體晶片一般是在切割開成管芯之前通過光刻來圖案化的硅盤，每一個(gè)管芯構(gòu)成個(gè)別的集成電路，集成電路然后被包裝用于出售。在圖案化之后，非常接近地檢查晶片的部分以確定過程結(jié)果經(jīng)常是期望的。由于特征的納米度量尺寸，常常使用S/TEM來執(zhí)行這個(gè)檢查，S/TEM被限制到具有小于100 nm的厚度的樣本的檢查。作為結(jié)果，必須從晶片提取片晶以通過S/TEM來成像。
[0003]這個(gè)提取以納米加工裝置開始，納米加工裝置可以如在圖1中的簡化形式中示出并在美國專利6，268，608中被更詳細(xì)地公開，該美國專利6，268，608通過引用并入，好像在本文中被充分闡述的一樣。納米加工裝置10包括用于觀看提取地點(diǎn)和聚焦離子束(FIB)14的掃描電子顯微鏡(SEM) 12，聚焦離子束(FIB) 14用于移除晶片材料，從而限定片晶。氣體噴射裝置16可結(jié)合FIB 14或SEM 12來使用，以沉積選定的材料。該加工發(fā)生在真空室18中。真空負(fù)載鎖20便于在沒有開口的情況下將晶片引入范例真空室內(nèi)并從范例真空室移除晶片?？商鎿Q地，納米加工裝置可包括用于成像和加工的FIB，但沒有SEM。
[0004]在一些實(shí)例中，納米加工裝置10用于通常在FIB 14(其用于完全分離片晶與晶片15)和極細(xì)軸22 (其由微型操縱器17控制)的直接人控制的情況下完成提取(原位提取)，微型操縱器17用于拾取片晶并將片晶從支承在加工臺(tái)23上的晶片15沉積到被稱為TEM柵格的樣本保持器上。在原位提取的一些實(shí)例中，片晶通過離子束誘導(dǎo)沉積附接到細(xì)軸22，并被運(yùn)送到鋸齒狀柵格，片晶再次通過離子束誘導(dǎo)沉積附接到所述鋸齒狀柵格，且然后在片晶和細(xì)軸之間的連接被切斷。
[0005]為了將新晶片引入真空室18內(nèi)，晶片移動(dòng)裝置24包括用于將晶片從晶片盒保持器28移動(dòng)到真空鎖20內(nèi)的機(jī)器人臂26?？諝膺^濾系統(tǒng)30在晶片移動(dòng)裝置24中維持低微粒水平，從而通過鎖20將較少的污染物引入真空室18內(nèi)。
[0006]一套支承和控制裝備32與SEM 12、FIB 14、氣體噴射裝置16和軸22交互作用。裝置套件32轉(zhuǎn)而由向用戶監(jiān)控和控制裝置36饋電和做出響應(yīng)的計(jì)算機(jī)34控制，從而許可人用戶控制過程。
[0007]真空鎖20、包括機(jī)器人臂26的晶片移動(dòng)裝置24、晶片盒保持器28、空氣過濾系統(tǒng)30以及用戶監(jiān)控和控制裝置36都被考慮為裝置10的前端40的部分。前端必須被謹(jǐn)慎地構(gòu)造以與真空室18和在真空室18內(nèi)部的裝備正確地交互作用。例如，因?yàn)镾EM 12和FIB14對變化及其敏感，所以室18在四個(gè)氣墊42 (示出兩個(gè))上浮動(dòng)，以最小化室18的振動(dòng)。當(dāng)臂26必須將晶片裝入真空鎖20(其被設(shè)計(jì)成保持兩個(gè)晶片，以使晶片容易流進(jìn)和流出室18)中或從真空鎖20移除晶片時(shí)，剛性地附接到室18的壁的真空鎖20必須與前端40對準(zhǔn)。為了完成此，提供專門的氣動(dòng)或液壓汽缸44，以使鎖移動(dòng)入這個(gè)對準(zhǔn)。因此，通信必須使這個(gè)對準(zhǔn)過程和晶片的轉(zhuǎn)移同步。
[0008]這個(gè)原位片晶移除技術(shù)比下面描述的非原位技術(shù)要求更多的人時(shí)間和在納米加工裝置處的更多時(shí)間，從而減小這個(gè)裝置的吞吐量，這對昂貴的高吞吐量裝置是高度不期望的。當(dāng)前在設(shè)計(jì)階段中的納米加工裝置應(yīng)具有大約每片晶10到20分鐘的吞吐量，其中片晶的提取潛在地每片晶增加另外的3到5分鐘。因此，能夠在納米加工裝置之外執(zhí)行片晶提取(非原位提取)可明顯增加吞吐量。
[0009]非原位拔取器110在圖2中以簡化形式示出并在美國專利號8，357，913中被更詳細(xì)地描述，所述美國專利號8，357，913通過引用并入，好像在本文中被充分闡述一樣。參考圖2，臺(tái)112支承晶片(未示出)，且利用光纖束116的照明源114提供傾斜照明。光學(xué)顯微鏡118許可放大的觀看，且由微型操縱器122控制的真空軸120用于在下面更詳細(xì)描述的過程中拔取片晶。一套控制和支承裝備124服務(wù)于并控制光學(xué)顯微鏡118、照明源114和真空軸120。包括數(shù)據(jù)輸入組件的計(jì)算機(jī)126轉(zhuǎn)而控制套件124，且用戶監(jiān)控和控制裝置128由計(jì)算機(jī)126饋電并控制。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)126的數(shù)據(jù)輸入組件包括附加的數(shù)據(jù)端口，諸如以太網(wǎng)連接和USB端口。此外，晶片移動(dòng)裝置130使用機(jī)器人臂132將晶片從晶片盒支持器134移動(dòng)到臺(tái)112。最后，空氣過濾系統(tǒng)140維持站110中的空氣清潔。
[0010]參考圖3，其示出已被納米加工以在用于將晶片發(fā)送到非原位拔取器(諸如裝置110)的準(zhǔn)備中創(chuàng)建片晶212的晶片210的部分，。每一個(gè)片晶212 (包括足夠薄以通過S/TEM成像的S/TEM觀看區(qū)域214)在納米加工裝置10中被準(zhǔn)備，且左邊由一對晶片材料突出部216連接到晶片，晶片材料突出部216部分地由向上延伸的側(cè)切口 218限定，使得每一個(gè)片晶的位置在拔取之前保持固定。
[0011]參考圖4和5，非原位拔取器110通過真空軸220的使用來釋放片晶212，真空軸220以適于提供與片晶212的已知方位的最佳嚙合的預(yù)置角度224被引導(dǎo)到每一個(gè)片晶的已知位置。真空軸220移動(dòng)到位置220’中，接觸片晶212并用于推和拉片晶212直到突出部216 (圖3)破裂為止，并接著將它抬起并將它放置到片晶保持柵格(未示出)中，以運(yùn)送到S/TEM裝置用于成像。不幸的是，非原位拔取器的費(fèi)用加上必須將晶片和數(shù)據(jù)從納米加工裝置移動(dòng)到非原位拔取器的添加的復(fù)雜性已經(jīng)限制了這個(gè)解決方案的合意性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是提供用于從晶片完全提取片晶的較高吞吐量裝置。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例因此是用來創(chuàng)建片晶的完全集成的片晶提取解決站。該站包括納米加工裝置和片晶拔取器，所述片晶提取器用來從晶片移除片晶并將它們放置在柵格中以運(yùn)送到S/TEM。此外，一個(gè)或多個(gè)晶片盒保持器許可晶片被引入到站中并從站移除，且晶片轉(zhuǎn)移裝置將晶片從一個(gè)或多個(gè)晶片盒保持器移動(dòng)到納米加工裝置，從那里移動(dòng)到拔取器并接著回到一個(gè)或多個(gè)晶片盒保持器。另一優(yōu)選實(shí)施例是通過使用晶片轉(zhuǎn)移裝置將晶片從晶片盒保持器移動(dòng)到納米加工站來使用這個(gè)站創(chuàng)建片晶、加工片晶并接著使用晶片轉(zhuǎn)移裝置來將晶片轉(zhuǎn)移到拔取器站(其拔取片晶并將它放置在保持裝置中)的方法。最后，晶片返回到保持站。第三實(shí)施例是保持計(jì)算機(jī)程序以執(zhí)行這個(gè)方法的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。
[0013]前述內(nèi)容已經(jīng)相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以便接下來的本發(fā)明的詳細(xì)描述可被更好地理解。在下文中將描述本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，所公開的概念和特定實(shí)施例可容易被利用，作為用于修改或設(shè)計(jì)用于執(zhí)行本發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，這樣的等效結(jié)構(gòu)并不脫離如在所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0014]為了更徹底地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖理解的下面描述，其中:
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)納米加工裝置的方框圖。
[0015]圖2示出現(xiàn)有技術(shù)非原位位片晶拔取器的方框圖。
[0016]圖3示出由晶片襯底形成并仍然附接到晶片襯底的現(xiàn)有技術(shù)片晶的極大擴(kuò)展的前視圖。
[0017]圖4示出由真空軸接近的在非原位拔取器中的圖1的片晶的極大擴(kuò)展的側(cè)視圖。
[0018]圖5不出圖2的環(huán)境,其中真空軸最后接近片晶。
[0019]圖6是集成片晶生產(chǎn)站的平面圖。
[0020]圖7是在圖6的站上的片晶生產(chǎn)的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]圖6所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例可采取用于從圖案化半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)片晶的集成片晶提取站310的形式，且其具有包括用于使晶片裝入站310并從站310出來的晶片盒保持器312、合并機(jī)器人臂316的晶片轉(zhuǎn)移模塊314和真空鎖端口 320的前端311。類似于裝置110并被示為保持晶片331的片晶拔取器330也是前端311的部分。拔取的片晶被沉積在保持柵格333中，保持柵格333被設(shè)計(jì)成使得它能夠移動(dòng)到納米加工站318并由納米加工站318使用?？蛇x地，前端311可