一种集成电路观察分析装置的制作方法

专利名称：一种集成电路观察分析装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于集成电路制造工艺的分析检测技术领域，具体涉及一种新的集成电路观察分析装置。
背景技术：
随着集成电路的不断发展，晶体管的最小线宽不断缩小，先进CMOS工艺中晶体管栅极的长度已经小于0.1微米。特征线宽的不断缩小导致了芯片集成度的大幅度提高，但是细小的线条给工艺分析带来了很大的困难。
表面观察是开发、监控集成电路生产工艺的重要手段，它通过高倍光学显微镜或扫描电子显微镜放大集成电路表面，是最常用的集成电路监测方法。本质上OVERLAY测量仪器是一种特殊的高放大倍数光学显微镜，其主要目的是测量上下两层的中心是否对准，偏差多少。
断面分析是开发和监控集成电路生产工艺的另一个重要分析手段，它通过在需要分析的区域沿硅片厚度方向切断硅片，然后将断面样品拿到断面扫描电子显微镜下放大观察，来分析工艺中的问题或器件失效的原因，是集成电路行业不可缺少的分析手段。
以前的表面观察和断面分析是通过不同的设备来进行的。表面观察的设备主要是高倍光学显微镜和扫描电子显微镜；制作断面则有手工方法、机械方法和聚焦离子束显微镜(FIB)等方法。它们分别观察集成电路的平面和纵向。
如果能将表面观察和断面分析结合起来，以得到三维的信息对集成电路工艺开发和监控是非常有利的。目前唯一能做到这一点的是聚焦离子束显微镜(FIB)，它利用经过电磁透镜聚焦的高能离子束轰击样品表面，将样品的原子溅射出来，通过长时间溅射，在需要观察的指定区域用离子束挖出一定深度和一定倾斜角的槽，然后再进行倾斜观察。该方法需要特殊的设备和高真空条件，设备成本和运行成本都非常高。而且因离子束束斑小，样品的制作时间很长，一般一个样品就需要几小时制备。此外溅射出的原子可能在不希望的位置淀积，可能导致样品的沾污。参考文献所引用的相关专利申请中，发明了用激光制作集成电路样品断面的新方法，该方法能以高于手工和机械方法的准确度，低于FIB的成本和时间，制作所需要的样品，是非常有力的分析方法。发明专利申请“一种运用激光制作集成电路样品断面的方法”(专利申请号200310122898.1，发明人姚峰英)给出了一种应用激光切割制作集成电路断面的具体方法。

发明内容
本实用新型提出一种新的集成电路观察分析装置。这种装置能够在进行了表面观测后按指定要求准确快速地制备集成电路断面样品。
本实用新型的集成电路观察分析装置包括显微镜；激光断面装置；样品台；第一线路连接装置；和第二线路连接装置；该显微镜通过该第一线路连接装置与该样品台相连，该激光断面装置通过该第二线路连接装置与该样品台相连。
该显微镜，可以是高倍光学显微镜，可以是OVERLAY测量仪器，也可以是扫描电子显微镜。
该激光断面装置，可以是固体激光器，如红宝石激光器、钕玻璃激光器、NdYAG激光器或者半导体激光器；也可以是气体激光器如，CO2激光器、CO激光器或者准分子激光器。
该样品台放置切割样品的部分可以对样品施加机械力。
该样品台可以分为观察样品台和切割样品台，观察样品台与切割样品台间的坐标转换关系，可以是平移，也可以是旋转。
样品台与样品保持相对静止的工作模式，可以是所述样品台不动，所述显微镜和激光断面装置移动到一定位置对集成电路样品分别进行观察和切割；也可以是所述显微镜和激光断面装置固定不动，所述样品台承载所述样品移动到一定位置使所述显微镜和激光断面装置对所述集成电路样品分别进行观察和切割；还可以是所述显微镜、所述激光断面装置和所述样品台均可移动到一定位置，使所述显微镜和所述激光断面装置对所述集成电路样品进行观察和切割。
本实用新型的集成电路观察分析装置将运用激光制作样品断面的激光切割装置与显微镜通过样品台联结成为新的集成电路观察分析装置。这种由装置能够在进行了表面观测后按指定要求准确快速地制备集成电路断面样品。


图1是本实用新型的集成电路观察分析装置框图；图2是集成电路样品坐标系和开裂方向的示意图；图3是本实用新型的集成电路观察分析装置的样品台与样品保持相对静止的两种工作模式示意图；图4是本实用新型的集成电路观察分析装置的样品台分为观察样品台和切割样品台的工作模式及其坐标关系示意图。
标号说明1集成电路样品 2切割方向 3仅放置一集成电路样品的样品台 4显微镜 5激光断面装置 6放置观察样品的样品台 7放置切割样品的样品台 8显微镜的坐标系 9激光切割装置的坐标系具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步的说明。
附图1(图1是本实用新型的集成电路观察分析装置框图)以框图的方式表示了本实用新型的构成，其中显微镜进行表面观察，在确定需要观察断面的位置后，样品台将样品传递到激光断面装置，并保证激光的辐照位置和显微镜所需要的位置一致，这样就在指定的方向上得到了所需的断面，可以进行进一步的断面观察。
本实用新型中使用的激光断面装置的制样方法特征详见发明专利申请“一种运用激光制作集成电路样品断面的方法”(专利申请号200310122898.1，发明人姚峰英)。而产品中的高精度显微镜，既可以用高倍光学显微镜，也可以用OVERLAY测量仪器或扫描电子显微镜。本产品可以独立应用，也可以将激光断面装置作为显微镜的可选附加组件以提升功能、增加价值。
附图2(图2是集成电路样品坐标系和开裂方向的示意图)表示集成电路样品1上的坐标系，沿开口槽是Y方向，常见的裂纹方向2是平行于X轴或Y轴的，本发明使显微镜指定的硅片断裂矢量2能准确地在激光切割装置中被切开。样品台须要正确传递样品，它既可以在显微镜和激光切割装置中使用同一个样品(见图3)，也可以是两者使用各自的样品，但两坐标系有固定的转换关系(见图4)。
附图3(图3是本实用新型的集成电路观察分析装置的样品台与样品保持相对静止的两种工作模式示意图)为样品台仅放置一集成电路样品的两种实现方式，图3A是样品台3在显微镜4和激光切割装置5间移动，两装置中心原点对样品台的关系必须一致。图3B是样品台3不动而移动显微镜4和激光切割装置5，这时显微镜4和激光切割装置5的中心线可以重合。
附图4(图4是本实用新型的集成电路观察分析装置的样品台分为观察样品台和切割样品台的工作模式及其坐标关系示意图)中观察样品台6与XY坐标系8相联系，而切割样品台7与X’Y’坐标系9相联系，坐标系8和9可以有相对的平移和/或相对的旋转关系。
通过样品台联系显微镜和激光断面装置，实现了断裂矢量位置的精确指定和转换，因此本产品既能进行表面观察，又能实现对需要位置的准确而高效的集成电路断面样品制备。
下面示例说明本实用新型的几种具体产品构成，其目的是更好地解释本实用新型的运用，而不应当理解为对本发明的限制。
一、显微镜为高倍显微镜，样品台与样品保持相对静止，各元件相对运动方式如图3B，其工作方式如下1、将待观察样品置于样品台并夹住；2、在高倍显微镜下平面观察，然后找到待切断位置并按制样要求做好位置调整；3、如图3B所示移开显微镜，移入激光头下；4、打开激光断裂样品，取出样品进行断面电子显微镜观察。
二、显微镜为OVERLAY测量仪器，样品台与样品保持相对静止，各元件运动方式如图3A，其工作方式如下1、将待观察样品置于样品台并夹住；2、在OVERLAY测量仪器下作平面观察，找到待切断位置并做好位置调整；3、如图3A所示将样品台从OVERLAY测量仪器下移入激光头下；4、打开激光断裂样品，然后取出样品做断面电镜观察。
三、显微镜为扫描电镜，分别使用观察样品台和切割样品台，运动方式如图4，其工作方式如下1、将待观察样品置于样品台并夹住；2、在扫描电镜下作平面观察，然后找到待切断位置并按激光切割要求做好位置调整；3、如图4所示将样品从电镜的观察样品台移到激光装置中的切割样品台，切开位置在电镜坐标系和激光装置坐标系中的坐标因两坐标系的相对平移和旋转而不同，但物理位置仍然保持一致；4、打开激光束断裂样品，取样品进行断面电镜分析。
权利要求1.一种集成电路观察分析装置，其特征在于所述观察分析装置包括显微镜；激光断面装置；样品台；第一线路连接装置；和第二线路连接装置；所述显微镜通过所述第一线路连接装置与所述样品台相连，所述激光断面装置通过所述第二线路连接装置与所述样品台相连。
2.如权利要求1所述的集成电路观察分析装置，其特征在于所述显微镜，可以是高倍光学显微镜，可以是OVERLAY测量仪器，也可以是扫描电子显微镜。
3.如权利要求1所述的集成电路观察分析装置，其特征在于所述激光断面装置，可以是固体激光器。
4.如权利要求1所述的集成电路观察分析装置，其特征在于所述激光断面装置，可以是气体激光器。
5.如权利要求1所述的集成电路观察分析装置，其特征在于所述样品台放置切割样品的部分可以对样品施加机械力。
6.如权利要求1所述的集成电路观察分析装置，其特征在于所述样品台可以分为观察样品台和切割样品台，所述观察样品台与切割样品台间的坐标转换关系，可以是平移，也可以是旋转。
7.如权利要求1所述的集成电路观察分析装置，其特征在于所述样品台与样品保持相对静止。
8.如权利要求1或7所述的集成电路观察分析装置，其特征在于可以是所述样品台不动，所述显微镜和激光断面装置移动到一定位置对集成电路样品分别进行观察和切割；也可以是所述显微镜和激光断面装置固定不动，所述样品台承载所述样品移动到一定位置使所述显微镜和激光断面装置对所述集成电路样品分别进行观察和切割；还可以是所述显微镜、所述激光断面装置和所述样品台均可移动到一定位置，使所述显微镜和所述激光断面装置对所述集成电路样品进行观察和切割。
9.如权利要求3所述的集成电路观察分析装置，其特征在于所述固体激光器可以是红宝石激光器、钕玻璃激光器、NdYAG激光器或者半导体激光器。
10.如权利要求4所述的集成电路观察分析装置，其特征在于所述气体激光器可以是CO2激光器、CO激光器或者准分子激光器。
专利摘要本实用新型属集成电路制造工艺的分析检测技术领域。为了将表面观察和断面分析结合起来，以得到三维的集成电路工艺信息，克服以前的工具只能分离地进行表面观察和断面观察，以及聚焦离子束分析(FIB)速度慢、时间长的缺点，本实用新型提出一种新的集成电路观察分析装置。其根本特点是把高精度的显微镜和激光断面装置通过样品台联结成为新的集成产品，使得在进行了集成电路的表面样品观察后能够按指定位置制作断面样品。本产品的分析精度高，制样时间短，是一种快速有效的集成电路观察分析装置，对加快工艺研发和提高工艺监控能力有很大帮助。
文档编号H01L21/66GK2786782SQ20052004097
公开日2006年6月7日 申请日期2005年4月20日 优先权日2005年4月20日
发明者姚峰英 申请人:上海集成电路研发中心有限公司, 上海华虹(集团)有限公司