集成片晶提取站的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体晶片测试和分析。更具体地，本发明涉及来自半导体晶片的小于100 nm厚的样本(在下面被称为“片晶”)的提取，以在透射电子显微镜或扫描透射电子显微镜(共同地为S/TEM)上观看。
【背景技术】
[0002]半导体集成电路的制造以半导体晶片开始，半导体晶片一般是在切割开成管芯之前通过光刻来图案化的硅盘，每一个管芯构成个别的集成电路，集成电路然后被包装用于出售。在图案化之后，非常接近地检查晶片的部分以确定过程结果经常是期望的。由于特征的纳米度量尺寸，常常使用S/TEM来执行这个检查，S/TEM被限制到具有小于100 nm的厚度的样本的检查。作为结果，必须从晶片提取片晶以通过S/TEM来成像。
[0003]这个提取以纳米加工装置开始，纳米加工装置可以如在图1中的简化形式中示出并在美国专利6，268，608中被更详细地公开，该美国专利6，268，608通过引用并入，好像在本文中被充分阐述的一样。纳米加工装置10包括用于观看提取地点和聚焦离子束(FIB)14的扫描电子显微镜(SEM) 12，聚焦离子束(FIB) 14用于移除晶片材料，从而限定片晶。气体喷射装置16可结合FIB 14或SEM 12来使用，以沉积选定的材料。该加工发生在真空室18中。真空负载锁20便于在没有开口的情况下将晶片引入范例真空室内并从范例真空室移除晶片。可替换地，纳米加工装置可包括用于成像和加工的FIB，但没有SEM。
[0004]在一些实例中，纳米加工装置10用于通常在FIB 14(其用于完全分离片晶与晶片15)和极细轴22 (其由微型操纵器17控制)的直接人控制的情况下完成提取(原位提取)，微型操纵器17用于拾取片晶并将片晶从支承在加工台23上的晶片15沉积到被称为TEM栅格的样本保持器上。在原位提取的一些实例中，片晶通过离子束诱导沉积附接到细轴22，并被运送到锯齿状栅格，片晶再次通过离子束诱导沉积附接到所述锯齿状栅格，且然后在片晶和细轴之间的连接被切断。
[0005]为了将新晶片引入真空室18内，晶片移动装置24包括用于将晶片从晶片盒保持器28移动到真空锁20内的机器人臂26。空气过滤系统30在晶片移动装置24中维持低微粒水平，从而通过锁20将较少的污染物引入真空室18内。
[0006]一套支承和控制装备32与SEM 12、FIB 14、气体喷射装置16和轴22交互作用。装置套件32转而由向用户监控和控制装置36馈电和做出响应的计算机34控制，从而许可人用户控制过程。
[0007]真空锁20、包括机器人臂26的晶片移动装置24、晶片盒保持器28、空气过滤系统30以及用户监控和控制装置36都被考虑为装置10的前端40的部分。前端必须被谨慎地构造以与真空室18和在真空室18内部的装备正确地交互作用。例如，因为SEM 12和FIB14对变化及其敏感，所以室18在四个气垫42 (示出两个)上浮动，以最小化室18的振动。当臂26必须将晶片装入真空锁20(其被设计成保持两个晶片，以使晶片容易流进和流出室18)中或从真空锁20移除晶片时，刚性地附接到室18的壁的真空锁20必须与前端40对准。为了完成此，提供专门的气动或液压汽缸44，以使锁移动入这个对准。因此，通信必须使这个对准过程和晶片的转移同步。
[0008]这个原位片晶移除技术比下面描述的非原位技术要求更多的人时间和在纳米加工装置处的更多时间，从而减小这个装置的吞吐量，这对昂贵的高吞吐量装置是高度不期望的。当前在设计阶段中的纳米加工装置应具有大约每片晶10到20分钟的吞吐量，其中片晶的提取潜在地每片晶增加另外的3到5分钟。因此，能够在纳米加工装置之外执行片晶提取(非原位提取)可明显增加吞吐量。
[0009]非原位拔取器110在图2中以简化形式示出并在美国专利号8，357，913中被更详细地描述，所述美国专利号8，357，913通过引用并入，好像在本文中被充分阐述一样。参考图2，台112支承晶片(未示出)，且利用光纤束116的照明源114提供倾斜照明。光学显微镜118许可放大的观看，且由微型操纵器122控制的真空轴120用于在下面更详细描述的过程中拔取片晶。一套控制和支承装备124服务于并控制光学显微镜118、照明源114和真空轴120。包括数据输入组件的计算机126转而控制套件124，且用户监控和控制装置128由计算机126馈电并控制。在一个实施例中，计算机126的数据输入组件包括附加的数据端口，诸如以太网连接和USB端口。此外，晶片移动装置130使用机器人臂132将晶片从晶片盒支持器134移动到台112。最后，空气过滤系统140维持站110中的空气清洁。
[0010]参考图3，其示出已被纳米加工以在用于将晶片发送到非原位拔取器(诸如装置110)的准备中创建片晶212的晶片210的部分，。每一个片晶212 (包括足够薄以通过S/TEM成像的S/TEM观看区域214)在纳米加工装置10中被准备，且左边由一对晶片材料突出部216连接到晶片，晶片材料突出部216部分地由向上延伸的侧切口 218限定，使得每一个片晶的位置在拔取之前保持固定。
[0011]参考图4和5，非原位拔取器110通过真空轴220的使用来释放片晶212，真空轴220以适于提供与片晶212的已知方位的最佳啮合的预置角度224被引导到每一个片晶的已知位置。真空轴220移动到位置220’中，接触片晶212并用于推和拉片晶212直到突出部216 (图3)破裂为止，并接着将它抬起并将它放置到片晶保持栅格(未示出)中，以运送到S/TEM装置用于成像。不幸的是，非原位拔取器的费用加上必须将晶片和数据从纳米加工装置移动到非原位拔取器的添加的复杂性已经限制了这个解决方案的合意性。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是提供用于从晶片完全提取片晶的较高吞吐量装置。本发明的一个优选实施例因此是用来创建片晶的完全集成的片晶提取解决站。该站包括纳米加工装置和片晶拔取器，所述片晶提取器用来从晶片移除片晶并将它们放置在栅格中以运送到S/TEM。此外，一个或多个晶片盒保持器许可晶片被引入到站中并从站移除，且晶片转移装置将晶片从一个或多个晶片盒保持器移动到纳米加工装置，从那里移动到拔取器并接着回到一个或多个晶片盒保持器。另一优选实施例是通过使用晶片转移装置将晶片从晶片盒保持器移动到纳米加工站来使用这个站创建片晶、加工片晶并接着使用晶片转移装置来将晶片转移到拔取器站(其拔取片晶并将它放置在保持装置中)的方法。最后，晶片返回到保持站。第三实施例是保持计算机程序以执行这个方法的计算机可读存储介质。
[0013]前述内容已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便接下来的本发明的详细描述可被更好地理解。在下文中将描述本发明的附加特征和优点。本领域中的技术人员应认识到，所公开的概念和特定实施例可容易被利用，作为用于修改或设计用于执行本发明的相同目的的其它结构的基础。本领域中的技术人员还应认识到，这样的等效结构并不脱离如在所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0014]为了更彻底地理解本发明及其优点，现在参考结合附图理解的下面描述，其中:
图1示出现有技术纳米加工装置的方框图。
[0015]图2示出现有技术非原位位片晶拔取器的方框图。
[0016]图3示出由晶片衬底形成并仍然附接到晶片衬底的现有技术片晶的极大扩展的前视图。
[0017]图4示出由真空轴接近的在非原位拔取器中的图1的片晶的极大扩展的侧视图。
[0018]图5不出图2的环境,其中真空轴最后接近片晶。
[0019]图6是集成片晶生产站的平面图。
[0020]图7是在图6的站上的片晶生产的流程图。
【具体实施方式】
[0021]图6所示的本发明的优选实施例可采取用于从图案化半导体晶片生产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装入站310并从站310出来的晶片盒保持器312、合并机器人臂316的晶片转移模块314和真空锁端口 320的前端311。类似于装置110并被示为保持晶片331的片晶拔取器330也是前端311的部分。拔取的片晶被沉积在保持栅格333中，保持栅格333被设计成使得它能够移动到纳米加工站318并由纳米加工站318使用。可选地，前端311可