TWI401468B - 熱控制型固體浸沒透鏡裝置 - Google Patents

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TWI401468B
TWI401468B TW097124279A TW97124279A TWI401468B TW I401468 B TWI401468 B TW I401468B TW 097124279 A TW097124279 A TW 097124279A TW 97124279 A TW97124279 A TW 97124279A TW I401468 B TWI401468 B TW I401468B
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Description

熱控制型固體浸沒透鏡裝置 發明領域
本發明之實施例是關於固體浸沒透鏡，本發明尤其是關於熱控制型固體浸沒透鏡。
 發明背景
光學空間解析度，或者清楚地解析緊密間隔的結構之能力在許多領域是重要的，且在晶片成像設備之領域內特別令人感興趣。用於矽除錯及錯誤分離的紅外線光學技術(例如發射顯微鏡方法(IREM)、雷射探測(LVP)、時間解析發射(TRE)以及雷射輔助裝置改變(LADA)都依賴電磁譜之接近紅外線(1.0－1.5 μm)部分作用的高解析度顯微鏡物鏡透鏡。
隨著矽製程之超小特徵之出現，該等顯微鏡之解析度(表示為與其等數值孔徑(NA)成反比)已被改良以較佳解析及收集資料。例如，一現代65nm製程技術使電晶體具有其閘極長度僅35nm之特徵；該閘極實質上是接通及關閉一電晶體的開關。透過比較，已知道大約100個此等閘極可匹配一人體紅血球之直徑。為了解析在由此製程製造的微處理器上的影像，一0.85數值孔徑(NA)物鏡可與發射顯微鏡方法(IREM)及雷射輔助裝置改變(LADA)一起被使用，且一1.4 NA油浸沒透鏡可以適合於時間解析發射(TRE)及雷射探測(LVP)。
然而，當特徵變得更小時，一具有2.45之數值孔徑的“固體浸沒透鏡”(SIL)可能需要用於LVP及TRE。最後，一固體浸沒透鏡(SIL)可能需要用於所有技術，包括LADA及IREM，由於電晶體之縮小的幾何形狀及佈局設計準則。
一固體浸沒物鏡包含在該顯微鏡物鏡之尖端的一最後透鏡，該最後透鏡一般是半球狀且具有一被壓入與該矽直接接觸的平面。一利用此等光學探測方法需被克服之大的工程挑戰是，受分析的積體電路(IC)必須在測試期間被維持在一可控溫度，其中在實際操作條件下的晶片冷卻作為主要挑戰。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種固體浮現透鏡裝置，其包含：一物鏡外殼；於該物鏡外殼內的一襯墊物鏡；在該物鏡外殼之一端的一熱隔離尖端底座；一尖端，蓋著該熱隔離尖端底座以扣持一接觸透鏡；以及一通道，在該熱隔離尖端底座附近以引入處在一受控溫度的一氣體。
依據本發明之另一實施例，係特地提出一種用於使受測裝置成像的方法，其包含以下步驟：提供含容襯墊物鏡的一外殼；在該外殼之一尖端內提供一透鏡，該透鏡將與該受測裝置實體接觸；將該透鏡與該襯墊物鏡熱絕緣；以及自該外殼內控制該尖端處的溫度。
圖式簡單說明
本發明之以上層面及許多伴隨優點將變得較易理解， 藉由參考以下結合附圖的實施方式同樣可被較佳理解，其中相同的參考符號在各個圖式中表示相同的部分，除非被另外指定：第1圖是顯示了利用噴射冷卻噴濺進行熱控制以探測一晶片之後端的一固體浸沒透鏡(SIL)之圖式；第2圖是依據本發明之一實施例的一熱控制型SIL之圖式；以及第3圖是依據本發明之一實施例的該熱控制型SIL之一剖面圖。
 較佳實施例之詳細說明
本文中描述的是一種允許利用一配備固體浸沒透鏡(SIL)的顯微鏡在比利用目前方法(例如，液體冷卻劑)所能達到的溫度範圍更大的一溫度範圍上進行均勻晶粒冷卻或加熱之裝置及方法。此外，實施例允許在SIL尖端本身進行較佳的溫度調整，且避免與液體冷卻劑有關的昂貴設備及/或危害。
本說明書中提及“一實施例”表示結合該實施例描述的一特定特徵、結構或特性被包括在本發明之至少一實施例中。因此，在本說明書中各處出現的詞語”在一實施例中”並不需要都指相同的實施例。此外，特定的特徵、結構或特性可在一或多個實施例中以任何適合的方式被合併。
如以上所提到的，利用光學探測方法需克服的一大的工程挑戰是受分析IC在測試期間必須維持在一可控溫度， 其中在實際操作條件下的晶片冷卻為一主要挑戰。這是因為微處理器及其他IC在正常操作期間可散多達100W/cm2 。
因為熱散佈器被移除以允許光學進入該基體，所以封裝體之習知的冷卻裝置在探測期間(即，測試)不存在。此問題之一目前的解決方法是一化學蒸汽沉積(CVD)－基於沉積菱形的“透明熱散佈器”。這是一被焊接到一冷卻夾頭的透明菱形視窗。此冷卻夾頭接著被穩固地固定到該插槽及負載板，因此該菱形視窗與被磨光的基體穩固地接觸。該晶片內耗散的熱被傳導進入該菱形視窗(具有最高已知熱導電性的材料)，接著從側面耗散到該冷卻夾頭內。
不幸的是，剛才描述的菱形視窗熱方法不與固體浸沒透鏡相容，因為該菱形視窗與整個矽基體穩固接觸，而該固體浸沒透鏡(SIL)之光學元件要求該半球形最後元件與該基體接觸。一種現在用於SIL的冷卻方法是噴濺冷卻的形式，其中水或其他冷卻劑之高壓噴射被噴灑到晶片表面各處，除了該SIL之相對小的尖端被壓入與該矽接觸之區域。
第1圖顯示了一固體浸沒透鏡，利用一液體冷卻劑使一矽基體成像以使該封裝體在成像期間保持在正常操作溫度。一封裝體100包含一受測裝置(DUT)。此處，該DUT可以是一矽基體102，該矽基體102包含(例如)一微處理器。一固體浸沒透鏡104包含一或多個透鏡或物鏡106以及一半球形接觸透鏡108。該接觸透鏡108之尖端110被顯示與處於操作溫度的矽102接觸。因為散熱器已被移除以進行接觸，所以噴濺冷卻噴射112將一液體冷卻劑噴灑到該矽102上以在 成像時防止其過熱且在正常操作溫度範圍內。這對於大部分情形已證明是一種有效的冷卻方法；然而，其具有至少兩個缺陷。
首先，可被獲得的晶片溫度之範圍被限制，特別是對於必須達到低溫的高功率微處理器以及對於必須達到高溫度的低功率微處理器或其他積體電路。目前存在的噴濺冷卻是基於水噴濺，因此液體溫度無法降低到低於大約5℃。這表示對於一高功率密度(比如100W/cm2 )，接面溫度由於利用噴濺冷卻的熱傳輸之限制無法被維持在低於60℃。以一類似的脈絡，目前的水溫無法在不威脅到系統之可靠性的情況下，上升到大約60℃以上。這表示一晶片無法被加熱到高於60℃以上，除非其本身相當可觀地發熱，且低功率積體電路在其等本身的功率下沒有發熱太多。
其次，第1圖中所示的噴濺冷卻之另一缺點是需要收集、吸取且熱控制該噴濺液體，特別是當幾個較低放大倍率透鏡與IREM及LADA一起被使用時。這實質上增加了系統複雜度，且可能使系統成本過高。
現在參看第2及3圖，本發明之一實施例包含一固體浸沒透鏡(SIL)尖端保持器及相關硬體。較特別地，一一般為圓柱形的物鏡外殼200包含一適合該物鏡外殼200的一襯墊物鏡202。該襯墊物鏡202之一目的是自該SIL收集光且將來自該SIL尖端的一被放大的影像傳遞到顯微鏡或其他光學(例如，分光鏡)系統(圖未示)之其餘部分。雖然該物鏡外殼200被顯示為圓柱型，但是其他形狀也可以是適合的。一熱 隔離尖端底座204(也被顯示為一般為圓柱形的)被調整大小以適合該物鏡外殼200之末端，且可形成用於引入被加熱或冷卻的氣體之通道206。翼片208可被設置在該底座204上或周圍。一熱調整保持器或管帽210可適合在該尖端底座204上以保持該SIL之半球形接觸透鏡212。
該SIL尖端210可利用電氣裝置被熱調整，例如包覆或併入該SIL保持器的加熱線或帶214，或者藉由將導熱管或通道206併入該圓錐形SIL尖端保持器210。熱感測器220可被併入該圓錐形SIL保持器之主體以允許該SIL保持器210之閉回路熱調整。
該SIL保持器210應藉由一絕緣材料連接到該物鏡外殼200，因此該SIL尖端210可被熱控制，同時沒有影響物鏡202其餘部分之溫度。該絕緣材料可以是任何可容易加工的熱絕緣體。
與物鏡主體其餘部分絕緣的SIL尖端210應達到一可控溫度。該熱控制可藉由對流或焦耳加熱被執行。若該尖端210需被冷卻，則冷的氣體可透過通道206被注入該尖端及其翼片208周圍(對流)。若該尖端210需被加熱，則熱的氣體可被注入到該尖端及其翼片208周圍(對流)或一電加熱器220可熱固定至該尖端且一電流通過該電加熱器220以遞送電能。
實施例允許在比目前利用液體冷卻劑可達到的一溫度範圍更大的一溫度範圍上利用一配備SIL的顯微鏡進行均勻晶粒冷卻或加熱。此外，其允許在SIL尖端本身下進行較 佳的溫度調整，且避免與液體冷卻劑有關的昂貴設備及危害。另外，該均勻HSP提供比冷卻劑之噴射更平穩的加熱或冷卻，該冷卻劑之噴射在操作期間可能被堵塞或轉向或呈現該SIL尖端之非均勻流動。
本發明之所描述的實施例之以上描述(包括在發明摘要中被描述的)並不意指是詳盡的或者將本發明限於被揭露的精確形式。雖然本發明之特定實施例或多數個例子在本文被描述以供說明目的，但是各種等效修改在本發明之範圍內是可能的，如相關領域內具有通常知識者將認識到的。
按照以上詳細說明可對本發明作出修改。在以下申請專利範圍中使用的詞語不應被解讀為以將本發明限制於在本說明書及申請專利範圍中揭露的特定實施例。而是，本發明之範圍需完全地由以下申請專利範圍被決定，其需依據申請專利範圍解釋之被建立的理論來解讀。
100‧‧‧封裝體
102‧‧‧矽基體
104‧‧‧固體浸沒透鏡
106‧‧‧物鏡
108‧‧‧半球形接觸透鏡
110‧‧‧尖端
112‧‧‧噴濺冷卻噴射
200‧‧‧物鏡外殼
202‧‧‧襯墊物鏡
204‧‧‧熱隔離尖端底座
206‧‧‧通道
208‧‧‧翼片
210‧‧‧保持器
212‧‧‧半球形接觸透鏡
214‧‧‧加熱線
220‧‧‧電加熱器
第1圖是顯示了利用噴射冷卻噴濺進行熱控制以探測一晶片之後端的一固體浸沒透鏡(SIL)之圖式；第2圖是依據本發明之一實施例的一熱控制型SIL之圖式；以及第3圖是依據本發明之一實施例的該熱控制型SIL之一剖面圖。
200‧‧‧物鏡外殼
202‧‧‧襯墊物鏡
204‧‧‧熱隔離尖端底座
206‧‧‧通道
208‧‧‧翼片
210‧‧‧保持器
212‧‧‧半球形接觸透鏡

Claims (13)

  1. 一種固體浸沒透鏡裝置，其包含：一物鏡外殼；於該物鏡外殼內的一襯墊物鏡；在該物鏡外殼之一端的一熱隔離尖端底座；蓋在該熱隔離尖端底座上的一尖端，用以保持一接觸透鏡；以及位在該熱隔離尖端底座附近的一通道，用以經由該通道之設置在該尖端底座與物鏡外殼之間的一端，將處於一受控溫度的一氣體引入至一受測裝置(DUT)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其進一步包含：與該尖端底座接觸的一翼片，以做慣常加熱或冷卻。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其進一步包含：用於加熱該尖端的一加熱元件。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該接觸透鏡包含一半球形接觸透鏡。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其進一步包含：用於感測該尖端附近之溫度的一熱感測器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中由該通道所引入的該氣體被加熱或冷卻。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該通道將該氣體散佈在該尖端底座周圍。
  8. 一種用於使受測裝置(DUT)成像的方法，其包含以下步驟： 提供含容襯墊物鏡的一外殼；提供在位於該外殼之一端的一尖端內之一透鏡與該受測裝置之間的實體接觸；利用一尖端底座而使該透鏡與該襯墊物鏡熱絕緣；以及利用經由一通道之設置在該外殼與該尖端底座之間的一端被導入在該尖端附近的一氣體而控制該受測裝置之溫度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其進一步包含以下步驟：在該外殼內提供一通道；以及在該通道內提供一溫度受控氣體流。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其進一步包含以下步驟：冷卻或加熱在該通道內流動的該氣體。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其進一步包含以下步驟：利用該通道將該氣體散佈在該尖端周圍。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其進一步包含以下步驟：利用一電氣加熱元件加熱該尖端。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其進一步包含以下步驟：感測該尖端處的溫度以控制該氣體之溫度。
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