专利名称：采用聚焦射束装置快速对工件进行取样分析的方法
技术领域：
本发明涉及采用聚焦射束装置快速对工件进行取样分析的方法。本发明还涉及一种配置成可以实施本发明的方法的聚焦射束装置和一种配置成可以实施本发明的方法的系统。
背景技术：
在工件如晶片的生产工艺中，需要监测生产过程中各个操作步骤的质量，这种工艺例如为生产集成电路或者微电子机械系统(MEMS)装置，如传感器、驱动器或者读出磁头的工艺片。这种生产过程的监测方式为，对生产过程的流动工件中的一些工件或者所有工件进行取样并进行分析。因为这种生产工艺几乎全都在成本很高的生产环境中进行，所以很希望不会由于对工件进行的取样操作或者将样品从取样的装置(例如聚焦离子束装置的真空室)传送到样品分析或制备装置(例如透射电子显微镜(TEM)的真空室)的操作过程而妨碍或者阻止生产流程。对样品取样的操作最好完全不影响流动的工件。另外，重要的是，取样操作以及将样品从工件流中取出，不能直接地或者间接地对生产流程中的工件造成任何污染。
在已知的对工件进行取样的方法中，须将取样的工件从生产流程中取出来，然后与该流程分开进行处理，即将工件传送到取样装置，在取样装置中，从工件上切下样品，然后不再将工件返回到生产流程。所有这些步骤均是在可调节的气氛中进行。由于这些工件已经受到污染或已被破坏，这种已取样的工件(例如半导体晶片)不允许返回到生产流程中，这种方法在生产率方面不利地影响生产流程。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法，这种方法可以用聚焦射束装置快速对易受污染的生产工艺中的工件进行取样分析，由此对工件进行取样不影响工件的生产效率，这是因为没有增加生产流程中工件的污染危险。为此本发明的方法包括以下步骤通过工件口将工件插入到聚焦射束装置的可调节腔室中；对于至少一部分提取来说，用该聚焦射束装置从工件上取样；
通过样品取出路径取出样品，该取出路径不穿过工件口，由此可以使样品从聚焦射束装置中取出，不会影响取出样品的工件流动。
本发明是基于这样的观点，即工件流动决不应该受到对生产线工件流中一些工件或所有工件进行取样操作的影响。具体是，如果工件流间接受到取样操作和/或样品输送操作的影响，例如在工件流穿过的一些区域受到污染，则会发生这种不希望的影响。样品或者取样的工具和周围大气或者在聚焦射束装置外面的受污染的物体之间的任何接触均会造成这种污染。当然，不可避免在取样工具和工件之间的某些接触，但是这种接触只能在聚焦射束装置的可调节室(真空室)中进行。在这真空室中，取样工具是固定配置的，所以没有污染工件的危险。因此，将取样路径和工件流分开，具体是，采用不经上述工件口的样品取出路径将样品从聚焦射束装置中取出，将会防止生产流程中的工件接触所有其它用来取样的工具。
应当注意到，在本发明的范围内，术语“可调节室”是指一种包含气氛的室，这种气氛已经用某种方法进行处理，使这种气氛更适合于易受污染(例如灰尘污染)或者易受其它不希望的化学影响(例如腐蚀)的工件进行处理，另外，该术语还包含这种情况，即这种室包括一种其中还故意加入一些物质例如一种气体的气氛，以便它更适合于处理工件(例如在使用离子束作为切割工具时加入增强化学反应的气体)，同样这种室可以抽成真空。类似的，术语“可调节气氛”是指上述的气氛。
在本发明的方法实施例中，通过样品取出路径取出样品包括通过样品口从可调节室中取出样品，该样品口不同于工件口。如果在工件生产流程中分析工件方法的其它步骤是在不同于聚焦射束装置的另外装置中进行，则这种措施是特别有用的。
在本发明方法的另一实施例中，通过样品取出路径取出样品包括使样品通过样品气密部分，与工件口分开，然后将样品放置在可密封的与样品气密部分匹配的样品容器中，从而防止样品不可控地暴露在大气中。必须离开聚焦射束装置的样品可直接储存在可密封的样品容器中，该容器包含可调节气氛(所谓可调节气氛也可以理解为真空)，采用这种容器可以将样品传输到任何另外的分析或制备装置，以便进行要求的分析，取得工件生产流程中的质量信息。
在本发明方法的再一实施例中，将通过样品取出路径取出的样品从密封样品容器输送到样品分析或制备装置的可调节室，该密封样品容器可与样品分析或制备装置的样品气密部分配合，从而可以防止样品不可控地暴露于大气。采用构成后一实施例的措施，可以分析工件生产线上工件的分析工件方法中进行另一些操作步骤。将已经离开聚焦射束装置(例如聚焦的离子束装置)的样品传送到也具有可调节室的另一装置中，该可调节室可以具有与上述聚焦射束装置相同的状态(例如真空)。由于在密封样品容器中形成这种状态，可以防止待分析的样品受到可能有害的由不同气氛状态引起的影响，或者可以防止与受污染物体的不希望的接触。
在本发明方法的另一实施例中，在该样品上形成专有识别码。形成这种专有识别码可以在聚焦射束装置的可调节室中进行。具体是，从工件中取出许多样品时，重要的是要使该样品能够识别；重要的还有，不能造成任何错误或者相互交换。因此，应当在取样过程中，尽可能早地加上识别编码，利用聚焦射束装置的(离子)射束可以很容易地加上这种识别编码。甚至可以在从工件上完全切下样品之前，便可以在例如样品的作为工件表面一部分的侧面上加上条形码形式的识别码。
在另一些附属权利要求书中，确定本发明的其它有利实施例。
下面参考附图更详细说明本发明，在这些附图中用相同的编号表示相应的部件，这些附图是图1a、1b和1c是透视图，示出将工件插入本发明聚焦射束装置可调节室的操作；图2是示意图，示出实施本发明方法的聚焦射束装置；图3是示意图，示出本发明的系统，该系统由聚焦射束装置、可密封的样品容器和样品分析或制备装置组成。
具体实施例方式
根据半导体晶片的VLSI生产工艺说明本发明。然而应当记�。痉⒚骺梢允视糜谒姓庋墓ひ眨谡庋墓ひ罩斜匦攵跃霾荒苁艿轿廴镜墓ぜ腥⊙夜ぜ纳魉呔霾荒苁艿蕉怨ぜ腥⊙牟僮鞯挠跋�。
图1a示出在VLSI生产工艺中的工件流，该工件为晶片18，该晶片被传送到聚焦射束装置中，这种装置为聚焦离子射线装置(FIB)，在该装置中样品从这些晶片上取出。可以采用各种类型的离子源例如液体金属离子源、等离子离子源或者可以产生惰性气体离子的源形成聚焦的离子束。也可以采用充电的粒子束取样，并且采用化学增强性。后一种工艺的例子是采用镓离子束在硅晶片上切沟槽，利用这种工艺可以去掉硅切割产物的污染；在进行这种切割时射入碘气(I2)，该碘气的作用是使污染的硅切割产物与上述碘气形成气态的化合物(SiI2)，然后采用泵将这种化合物抽出处理室。另外可以采用电磁辐射例如激光束的聚焦束来切割晶体进行取样。
图1a、1b和1c是晶体传送操作的顶视图，晶片18包含在晶片容器2-i中，该晶片由传送带4输送到FIB，并从该FIB移出。各个容器包括叠置的晶片，但是，当从顶视图看容器时，在图1a、1b和1c中只能看到叠置晶片的上部晶片。将晶片容器2-i从传送带4取出，将其放在容器载架6上，该载架6是用于将晶片传送到FIB的装载系统的一部分。在图1中，只用壁8示意示出FIB，该壁8具有门10，该门上是进入属于FIB晶片处理区域的入口。上述装载系统具有使晶片容器对准的装置，使得容器可以恰当地连接于FIB晶片处理区域的入口，因而可将晶片传送到晶片区域的入口，而不会因为暴露于周围无限制气氛中而受到污染。在图1a、1b和1c中，该对准装置为准直定位器12，该定位器按要求定位和准直晶片容器2。
在图1b中示出，在定位晶片容器2之后，将该容器以气密的方式连接于壁8，使得周围未调节的大气不能污染晶片容器内的晶片。在下一个步骤中，采用第一操作装置14除去晶片处理区域的门10，该操作装置配置在晶片处理区域内。
图1c示出在下一个步骤中利用第二操作装置22除去晶片容器2的门16，使容器中的晶片暴露在晶片处理区域。现在可以接近容器10中的晶片18，以便经晶片处理区域将其传送到FIB的可调节室。
上述准直晶片容器和将其连接于FIB晶片处理区域入口的操作其目的完全在于防止晶片受到任何污染源的污染，这些污染源例如为灰尘或者其它小的颗粒物，或者为液滴，这些污染物在未调节的大气中是存在的。再一目的在于，防止将任何可能被污染的工具或者其它东西引入到晶片处理区域，这种引入其它的工具或者东西可能将污染传入到该区域，或者传入到FIB的可调节室。
图2是聚焦装置38的示意顶视图，在该装置中实施本发明的取样操作和取出样品操作。在晶片处理区域20中操作晶片容器2中的晶片18。利用第三操作装置34可以将晶片从晶片容器中取出，该操作装置从晶片容器中取出晶片，然后将其输送到装载晶片的气密部分24，该部分接近FIB 38的可调节室36。晶片处理区域20和装载晶片的气密部分24的组件称为工件口26。装载晶片的气密部分24由第一阀28、第二阀30和在上述两个阀28和30之间的装载密封室32组成。将要处理晶片传送到FIB可调节室36的步骤开始于将装载密封室32中的压力调节到与晶片处理区域20中的压力相同的压力，晶片处理区域的压力可以是大气压。随后，打开第一阀28，第三操作装置34将要处理的晶片18插入到上述装载密封室32中，此后关闭第一阀28，并将装载密封室32中的压力调节到与FIB可调节室中的压力相同的压力，该压力可以是约为10-6乇。随后打开第二阀30，在上述可调节室中操作该晶片18。配置在FIB 38可调节室36中的第四操作装置35现在将晶片18从装载密封室32输送到晶片载架40。
该晶片载架40这样实施，使得它能够在两个垂直方向移动(x-和y-移动)，并且使得它能在垂直于x-、y-方向的z-方向运动。另外，它还可以绕z方向的轴转动，如果需要还可以绕垂直于z方向的一个或者两个另外的轴转动。下面要说明的样品台46装载晶片载架40上。
在FIB的可调节室36中，从晶片18上取下样品44，为此在可调节室中配置一些装置，以便对位于其中的晶片进行取样。这些装置由上述晶片载架、聚焦的离子束和其控制装置(未示出)以及连接探针41的第五操作装置42。
采用FIB 38中的聚焦离子束将样品几乎完全地切下来，在取样操作中，可以使样品在一个或多个地方与晶片主体保持连接。在切割操作的这一步骤中，可以在样品上形成独特识别码，例如条形码。然而还可以形成一种样品载架，以便沿另一个样品取出路径运送样品，该支撑架具有这种识别码。探针头41例如采用离子束通过金属沉积焊接于几乎完全切开的样品。该探针头41连接于第五操作装置42，并由该装置控制。在探针头41焊接到样品上之后，切开在样品和晶片主体之间剩下的连接部分，然后这样控制第四操作装置，使得将样品传送到样品台46，并定位在该台子上，使其具有很确定的位置和方位。利用这种很精细的定位，第五操作装置42或者FIB可调节室36中的任何其它操作装置便可以顺序地将样品带到很确定的位置和方位。在样品以很确定的方式定位时，从样品上卸下探针头41；然而也可以在样品上留下一部分探针头41，以便更容易操作样品。可以采用聚焦的离子束切断探针头41，由此松开样品。上述取样操作可以重复进行一次或者多次，可以从一个晶片上切下若干样品，或者从另一些晶片上取下若干样品。最后将许多样品收集到样品台46上。
必须将收集在样品台46上的样品转移到FIB 38的外面，以便进行相应分析操作的其它步骤。为此，FIB 38具有样品输送装置，以便通过样品口将样品送出FIB。这种将样品送出FIB的另一口称为样品口48，该口连接于可调节室36。上述样品输送装置包括上述样品台46和第五操作装置42或者其它在FIB 38可调节室36中的任何其它操作装置。
样品口48由第一阀50、第二阀52和不透气的样品室54构成，该第一阀50配置在可调节室36和不透气样品室54之间，而第二阀52配置在不透气样品室54和FIB 38外面的大气之间。这样形成样品口48的外部形状，使得可密封的样品容器56可与样品口48的外部分以气密方式相结合。利用第五操作装置42或者利用FIB 38可调节室中的任何其它操作装置将样品44从样品台46转移到不透气的样品室54。在打开样品口48的第一阀50之前，将不透气的样品室54中的压力调节到与可调节室36压力相同的压力。随后打开第一阀50，用第五操作装置42从样品台46上一个一个地取下样品，并将这些样品放在不透气的样品室54中的载架上(未示出)，放置在很确定的位置和方位。也可以将这种载架放置在样品台46上，并将样品放置在该载架上，然后用一次单独的操作将该载架转移到密封的样品室54中，转移到很确定的位置和方位。随后关闭阀50，使样品容器56相配合地连接于样品口48的外侧，使得气体、颗粒物或者流体雾滴决不可能进入到可密封的样品容器，或者进入到不透气的样品室54。
将可密封样品室54的内部调节到很确定的气氛状态，即调节到具有与FIB 38可调节室36中真空压力相同真空压力。应当明白，术语可密封样品容器中的“可调节气氛”也可以用来包括具有任何压力的真空。然而，任何其它很确定的气氛应当是可能的，特别是湿度很低，或者污染离子极少的稀有气体。在已经将可密封样品容器56连接于样品口48的外侧后，打开第二阀52以及构成可密封样品容器56一部分的阀，后者被称作为样品容器口58。应当注意到，可以省去第二阀52；在这种情况下，可密封样品容器56应当在打开第一阀之前连接于样品口，然后通过真空管60抽空可密封样品容器56，该真空管连接于真空泵。在已经打开两个阀52和58之后，可将样品18从不透气的样品室54传送到可密封样品容器56的内部，然后关闭两个阀52和58，将可密封样品容器56移开，由此将待分析的样品18转移到样品分析或制备装置，进一步对样品进行分析。
应当强调重要的是，样品口48完全不同于工件口。这样，我们便可以得到这样的优点，即从晶片中取出的样品晶片可以立刻移离晶片流，使得从晶片中取出晶片样品和将该晶片样品移出FIB的可调节室的操作不会产生将污染物引入到晶片流的危险，并使得样品流不会影响晶片流，从而避免影响晶片生产工艺中的晶片流。这样，便形成样品的取出路径，这种取出路径不影响工件生产效率，完全满足本发明的目的，因为没有增加在生产工艺中污染工件的危险。在上述实施例中，样品取出路径由样品台46和样品口48组成，然而样品的检测、分析或处理也可以在FIB 38的可调节室36中进行，在这种情况下，样品取出路径仅由从样品载架40到样品台46的路径，或者到在可调节室36中进行这种监测、分析或处理的任何其它位置的路径组成。
图3是示意图，示出本发明的系统，该系统由FIB、至少一个可密封的样品容器和样品分析或制备装置组成。该样品分析或制备装置为透射电子显微镜(TEM)62。将可密封样品容器从FIB 38输送到TEM 62。在可密封样品容器56中只示出只位于任意位置的样品44；然而在实施本发明时，应当注意到，在可密封样品容器56中可以存放许多样品44，而且所有这些样品均以很确定的位置和方位配置在容器中。TEM 62具有样品气密部分72，该气密部分的操作方式与FIB 38的样品口48相同。该气密部分具有第一阀74、第二阀76和不透气的样品室78。为了将样品装到TEM中，将可密封样品容器56与样品气密部分72的外侧相匹配地连接起来，然后打开样品气密部分72的第二阀76和样品容器口58，利用TEM 62一部分的操作装置(未示出)将样品放入不透气的样品室78。随后关闭不透气样品部分72的第二阀76，并打开样品气密部分72的第一阀74。现在用构成TEM 62一部分的操作装置(未示出)将样品从不透气样品室中取出，并将它放在TEM的可调节室64中，这种可调节室由众所周知的TEM真空室构成；TEM可调节室的位置位于TEM成像透镜内，放在该透镜线圈66之间。为了进一步分析TEM中的样品，采用电子束70成像样品44，该电子束众所周知由电子源68产生。
权利要求
1.一种采用聚焦射束装置(38)快速对工件18采取分析样品(44)的方法，包括通过工件口(26)将工件(18)插入到聚焦射束装置(38)的可调节室(36)中；用聚焦射束装置(38)从工件(18)上进行至少部分取样，取出样品(44)；通过样品取出路径(46，48)取出样品(44)，该路径不穿过工件口(26)，由此可以将样品从聚焦射束装置中取出而不影响从中取出样品的工件流。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过样品取出路径取出样品的步骤包括将样品从可调节室(36)经样品口(48)取出样品的步骤，该样品口不同于工件口(26)。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过样品取出路径取出样品的步骤包括这样的步骤，即，使样品通过样品气密部分(54)，使样品与工件口26分开，然后将样品放入可密封的样品容器(56)中，该样品容器可与样品气密部分匹配，从而防止样品不可控地暴露在大气中。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，将通过样品取出路径(46，48)取出的样品(44)从可密封样品容器(56)传送到样品分析或制备装置(62)的可调节室(64)中，该可密封样品容器可与样品分析或制备装置的样品气密部分(72)配合，从而防止样品不可控地暴露在大气中。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该样品具有唯一的识别码。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在聚焦射束装置(38)的可调节室(36)中进行编码，使样品具有唯一的识别码。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用聚焦射束装置对工件进行取样的步骤包括用聚焦充电粒子束或者用聚焦的电磁辐射光束取样的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，聚焦束是由液体金属离子源产生的聚焦离子束。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，聚焦束是由等离子体离子源产生的聚焦离子束。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，聚焦束是用惰性气体得到的离子聚焦束。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，利用充电粒子束实施取样操作，并采用化学增强法。
12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，电磁辐射的聚焦束是激光光束。
13.一种配置成可以实施如权利要求1所述方法的装置(38)，该装置包括可调节室(36)和至少一个工件口(26)，该工件口通向该可调节室；用于在可调节室中对工件(18)进行取样的装置(40，41，42，46)；不同于工件口(26)的样品口(48)；通过样品取出路径(46，48)取出样品的样品取出装置(41)，该取出路径不通过工件口，由此可以从聚焦射束装置中取出样品，而不影响从中取出样品的工件流。
14.一种配置成可以实施如权利要求4所述方法的系统，该系统包括如权利要求13所述的聚焦射束装置(38)；样品分析或制备装置(62)，该装置具有可调节室(64)和至少一个样品气密部分(72)，该样品气密部分通向该可调节室的入口；可密封的样品容器(56)，作成可以使样品(44)处于可调节气氛中，该可密封样品容器可与聚焦射束的样品口(48)和样品分析或制备装置相配合，从而可以防止样品不可控地暴露在大气中。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，该可密封容器具有可密封样品容器(58)，该部分配置成可与聚焦射束装置(38)的样品口(48)和样品分析或制备装置(62)的样品气密部分(72)相配合，从而可以防止样品不可控地暴露在大气中。
全文摘要
在生产工件例如IC晶片的生产工艺中，需要通过分析晶片的样品监测生产过程的质量。因为这种生产工艺是在高成本的生产环境中进行的，所以产品流不应当受到晶片取样操作的影响。另外，取样和将样品送出晶片流不应当造成对晶片的任何污染。在已知的方法中，将取样的晶片从生产流程中取出，并且在取样之后，晶片不再返回到生产流程中，这样便负面影响生产流程的效率。在本发明中，在FIB装置中取样，样品通过不穿过FIB工件口的路径取出，因此，可以在FIB中取出样品而不影响晶体的流动。
文档编号G01N1/00GK1591813SQ200410075149
公开日2005年3月9日 申请日期2004年9月2日 优先权日2003年9月3日
发明者H·S·冯哈拉奇, H·G·塔佩 申请人:Fei公司
专业数控铣床产品供应商
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