TWI755883B

TWI755883B - 試片製備方法及試片製備系統

Info

Publication number: TWI755883B
Application number: TW109134522A
Authority: TW
Inventors: 陳苡諺
Original assignee: 力晶積成電子製造股份有限公司
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2022-02-21
Also published as: TW202215019A

Abstract

一種試片製備方法，包括以下步驟。提供試片製備系統，其中試片製備系統包括電腦設備、聚焦離子束裝置與厚度量測裝置。在電腦設備中儲存有對應於標準試片的標準厚度的標準反射光頻譜資料庫。聚焦離子束裝置與厚度量測裝置耦接至電腦設備。厚度量測裝置包括光源與光感測器。使用聚焦離子束裝置對待測物進行切割製程，且使用厚度量測裝置與電腦設備進行試片厚度監控製程，以獲得試片。

Description

試片製備方法及試片製備系統

本發明是有關於一種試片製備方法及試片製備系統，且特別是有關於一種可精確地控制試片厚度的試片製備方法及試片製備系統。

在目前半導體元件的檢測製程中，有些檢測製程會從待測晶圓切割出用於試片檢測的試片(sample)。然而，若無法精確地控制試片厚度，會增加檢測的困難度。

以穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscopy，TEM)的試片為例，在製備TEM試片時，會使用聚焦離子束(focused ion beam，FIB)從待測晶圓切割出試片。然而，儘管聚焦離子束可以在指定區域切割出TEM試片，但是目前並沒有好的方法來監控TEM試片的厚度。因此，在進行TEM檢測時，無法獲得高品質的TEM影像，而造成影像模糊且難以判斷。

本發明提供一種試片製備方法及試片製備系統，其可精確地控制試片的厚度。

本發明提出一種試片製備方法，包括以下步驟。提供試片製備系統，其中試片製備系統包括電腦設備、聚焦離子束裝置與厚度量測裝置。在電腦設備中儲存有對應於標準試片的標準厚度的標準反射光頻譜資料庫。聚焦離子束裝置與厚度量測裝置耦接至電腦設備。厚度量測裝置包括光源與光感測器。使用聚焦離子束裝置對待測物進行切割製程，且使用厚度量測裝置與電腦設備進行試片厚度監控製程，以獲得試片。試片厚度監控製程包括以下步驟。使用光源照射試片。使用光感測器接收光源照射試片所反射的反射光。使用電腦設備將反射光的頻譜與標準反射光頻譜資料庫進行比對，而獲得試片的厚度。電腦設備依據試片的厚度對切割製程進行回饋控制。

依照本發明的一實施例所述，在上述試片製備方法中，標準反射光頻譜資料庫可包括多個標準反射光頻譜。每個標準厚度具有相對應的標準反射光頻譜。

依照本發明的一實施例所述，在上述試片製備方法中，試片的厚度的獲得方法可包括以下步驟。計算反射光的頻譜與每個標準反射光頻譜之間的擬合優度(goodness of fit，GOF)。藉由最高的擬合優度所對應的標準厚度的標準反射光頻譜的擬合優度趨勢線來獲得試片的厚度。

依照本發明的一實施例所述，在上述試片製備方法中，在最高的擬合優度等於1的情況下，試片的厚度等於最高的擬合優度所對應的標準厚度。

依照本發明的一實施例所述，在上述試片製備方法中，在最高的擬合優度小於1的情況下，可藉由最高的擬合優度所對應的擬合優度趨勢線來線性估算出試片的厚度。

本發明提出一種試片製備系統，包括電腦設備、聚焦離子束裝置與厚度量測裝置。聚焦離子束裝置耦接至電腦設備。厚度量測裝置耦接至電腦設備。厚度量測裝置包括光源與光感測器。

依照本發明的一實施例所述，在上述試片製備系統中，電腦設備可包括記憶體與處理器。處理器耦接於記憶體。

依照本發明的一實施例所述，在上述試片製備系統中，在電腦設備中可儲存有對應於標準試片的標準厚度的標準反射光頻譜資料庫。

依照本發明的一實施例所述，在上述試片製備系統中，光源的波長範圍可為200nm至1000nm。

依照本發明的一實施例所述，在上述試片製備系統中，更可包括殼體。電腦設備、聚焦離子束裝置與厚度量測裝置可位在殼體中。

基於上述，在本發明所提出的試片製備方法與試片製備系統中，試片製備系統包括電腦設備、聚焦離子束裝置與厚度量測裝置。此外，使用聚焦離子束裝置對待測物進行切割製程，且使用厚度量測裝置與電腦設備進行試片厚度監控製程，藉此可精確地控制試片的厚度，以獲得具有預定厚度的試片。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100:試片製備系統

102:電腦設備

104:聚焦離子束裝置

106:厚度量測裝置

108:記憶體

110:處理器

112:光源

114:光感測器

116:殼體

200:待測物

202:試片

204:孔洞

IB:聚焦離子束

L1:入射光

L2:反射光

S1,S2,S3:標準反射光頻譜

S100,S102,S200,S202,S204,206:步驟

T:厚度

TL1,TL2:擬合優度趨勢線

圖1為根據本發明一實施例的試片製備方法的流程圖。

圖2為根據本發明一實施例的試片製備系統的示意圖。

圖3為根據本發明一些實施例的標準厚度所對應的標準反射光頻譜的示意圖。

圖4為根據本發明一實施例的試片厚度監控製程的流程圖。

圖5為根據本發明一些實施例的標準厚度的標準反射光頻譜的擬合優度趨勢線圖。

圖1為根據本發明一實施例的試片製備方法的流程圖。圖2為根據本發明一實施例的試片製備系統的示意圖。圖3為根據本發明一些實施例的標準厚度所對應的標準反射光頻譜的示意圖。圖4為根據本發明一實施例的試片厚度監控製程的流程圖。圖5為根據本發明一些實施例的標準厚度的標準反射光頻譜的擬合優度趨勢線圖。

請參照圖1與圖2，本實施例的試片製備方法可包括以下步驟。此外，本實施例的試片製備方法與試片製備系統100可用以製備半導體元件的檢測試片，如TEM試片。

進行步驟S100，提供試片製備系統100，其中試片製備系統100包括電腦設備102、聚焦離子束裝置104與厚度量測裝置106。電腦設備102可包括記憶體108與處理器110。在電腦設備102中儲存有對應於標準試片的標準厚度的標準反射光頻譜資料庫。舉例來說，標準反射光頻譜資料庫可儲存在記憶體108中。標準反射光頻譜資料庫可包括多個標準反射光頻譜。每個標準厚度具有相對應的標準反射光頻譜。標準反射光頻譜的取得方法例如是使用厚度量測裝置106中的光源112對已知厚度(標準厚度)的標準試片進行照射，且使用厚度量測裝置106中的光感測器114接收光源112照射標準試片所反射的反射光。

舉例來說，如圖3所示，標準反射光頻譜S1、標準反射光頻譜S2與標準反射光頻譜S3分別對應於不同的標準厚度。在圖3中，標準反射光頻譜S1所代表的標準厚度小於標準反射光頻譜S2所代表的標準厚度，且標準反射光頻譜S2所代表的標準厚度小於標準反射光頻譜S3所代表的標準厚度。

記憶體108可用以儲存標準反射光頻譜資料庫、模組(如，運算模組)或軟體，以供處理器110存取並執行之，以實現本發明各實施例所述的相關手段及試片厚度監控製程。

處理器110耦接於記憶體108。在本實施例中，處理器108可為中央處理單元(central processing unit，CPU)或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(microprocessor)、數位訊號處理器(digital signal processor，DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(application specific integrated circuits，ASIC)、可程式化邏輯裝置(programmable logic device，PLD)、其他類似處理器或這些處理器電路的組合。

聚焦離子束裝置104耦接至電腦設備102。聚焦離子束裝置104可用以對待測物200進行切割製程，以獲得試片202。舉例來說，聚焦離子束裝置104可發射聚焦離子束IB至待測物200，以移除部分待測物200，而形成孔洞204且定義出位在孔洞204之間的試片202。此外，在試片202達到預定厚度之後，可將試片202從待測物200上切割下來。待測物200可為待測晶圓。聚焦離子束IB例如是鎵(Ga)離子束，但本發明並不以此為限。在一些實施例，可先在待測物200的預定形成試片202的區域上形成保護層(如，鉑層)(未示出)，再對待測物200進行切割製程。在一些實施例，聚焦離子束裝置104更可對待測物200進行薄化處理(如，粗糙薄化(coarse thinning)處理或細緻薄化(fine thinning)處理)，以對試片202的厚度T進行調整。

厚度量測裝置106耦接至電腦設備102。厚度量測裝置106可為光學式厚度量測裝置。厚度量測裝置106包括光源112與光感測器114。光源112可發射入射光L1對試片202進行照射。光源112的波長範圍可為200nm至1000nm。在一些實施例中，光源112的波長範圍可為200nm至800nm。在一些實施例中，光源112的波長範圍可為可見光的波長範圍。光感測器114可接收光源112照射試片202所反射的反射光L2。

此外，製備系統100更可包括殼體116。電腦設備102、聚焦離子束裝置104與厚度量測裝置106可位在殼體116中。

接著，進行步驟S102，使用聚焦離子束裝置104對待測物200進行切割製程，且使用厚度量測裝置106與電腦設備102進行試片厚度監控製程，以獲得試片202。藉此，可精確地控制試片202的厚度T，以獲得具有預定厚度的試片202。此外，切割製程可為單一道切割步驟或者可分為多道切割步驟。在一些實施例中，切割製程(或切割步驟)與試片厚度監控製程可同時進行。藉此，在進行切割製程(或切割步驟)時，可同時藉由試片厚度監控製程對切割製程進行回饋控制。在另一些實施例中，在切割製程可分為多道切割步驟的情況下，可在進行一道切割步驟之後，進行試片厚度監控製程，藉此可對下一道切割步驟進行回饋控制。

請參照圖4，試片厚度監控製程可包括以下步驟S200至步驟S206。首先，進行步驟S200，使用光源112照射試片202。亦即，光源112可發射入射光L1對試片202進行照射。

接著，進行步驟S202，使用光感測器114接收光源112照射試片202所反射的反射光L2。由光感測器114所接收的反射光L2的資訊會傳送到電腦設備102進行處理。

然後，進行步驟S204，使用電腦設備102將反射光L2的頻譜與標準反射光頻譜資料庫進行比對，而獲得試片202的厚度 T。試片202的厚度T的獲得方法可包括以下步驟，且以下步驟可藉由電腦設備102來執行。計算反射光L2的頻譜與每個標準反射光頻譜之間的擬合優度(GOF)。藉由最高的擬合優度所對應的標準厚度的標準反射光頻譜的擬合優度趨勢線來獲得試片202的厚度T。

此外，在反射光L2的頻譜與標準厚度的標準反射光頻譜完全吻合的情況下，反射光L2的頻譜與標準厚度的標準反射光頻譜之間具有最高的擬合優度，且將最高的擬合優度可設為1。在最高的擬合優度等於1的情況下，試片202的厚度T等於最高的擬合優度所對應的標準厚度。

此外，在試片202的厚度T偏離標準厚度的情況下，反射光L2的頻譜會與標準厚度的標準反射光頻譜有所差異，而使得擬合優度小於1。在試片202的厚度T與標準厚度的差異越大的情況下，擬合優度越低。在最高的擬合優度小於1的情況下，可藉由最高的擬合優度所對應的擬合優度趨勢線來線性估算出試片202的厚度T。擬合優度趨勢線可藉由多個標準厚度所對應的多個標準反射光頻譜之間的擬合優度來獲得。

以下，藉由圖5為例來說明試片202的厚度T的獲得方法。在圖5中，擬合優度趨勢線TL1為標準厚度為20nm的標準反射光頻譜的擬合優度趨勢線，且擬合優度趨勢線TL2為標準厚度為40nm的標準反射光頻譜的擬合優度趨勢線。

試片202的厚度T可藉由以下方式獲得。首先，使用電腦設備102將反射光L2的頻譜與標準反射光頻譜資料庫進行比對，且計算出反射光L2的頻譜與每個標準反射光頻譜之間的擬合優度。在本實施例中，假設與反射光L2的頻譜最相似(即，擬合優度最高)的兩個標準反射光頻譜為標準厚度為20nm與40nm的標準反射光頻譜。

請參照圖5，在一實施例中，反射光L2的頻譜與標準厚度為20nm的標準反射光頻譜之間的擬合優度為0.85，且反射光L2的頻譜與標準厚度為40nm的標準反射光頻譜之間的擬合優度為0.95。亦即，反射光L2的頻譜與標準厚度為40nm的標準反射光頻譜之間具有最高的擬合優度(0.95)。在此情況下，可藉由標準厚度為40nm的標準反射光頻譜的擬合優度趨勢線來線性估算出試片202的厚度T為35nm。此外，雖然0.95的擬合優度與標準厚度為40nm的標準反射光頻譜的擬合優度趨勢線具有兩個交點(所對應的厚度分別為35nm與45nm)，然而由於標準厚度為20nm的標準反射光頻譜為擬合優度次高的標準反射光頻譜，因此可判斷出試片202的厚度T為較接近20nm的交點所對應的厚度(即，35nm)。

請參照圖5，在另一實施例中，在反射光L2的頻譜與標準厚度為20nm的標準反射光頻譜之間的擬合優度為1的情況下，試片202的厚度T等於20nm。請參照圖5，在另一實施例中，在反射光L2的頻譜與標準厚度為40nm的標準反射光頻譜之間的擬合優度為1的情況下，試片202的厚度T等於40nm。

接下來，進行步驟S206，電腦設備102依據試片202的厚度T對切割製程進行回饋控制。回饋控制可控制聚焦離子束的停止位點與聚焦離子束裝置104的傾斜角度等製程參數，以使得試片202的厚度T達到預定厚度。

基於上述實施例可知，在試片製備方法與試片製備系統100中，試片製備系統100包括電腦設備102、聚焦離子束裝置104與厚度量測裝置106。此外，使用聚焦離子束裝置104對待測物200進行切割製程，且使用厚度量測裝置106與電腦設備102進行試片厚度監控製程，藉此可精確地控制試片202的厚度T，以獲得具有預定厚度的試片202。此外，採用光學式的厚度量測裝置106可具有量測準確度高與量測速度快等特性。

綜上所述，由於上述實施例的試片製備方法與試片製備系統可對待測物進行切割製程與試片厚度監控製程，因此可精確地控制試片的厚度，以獲得具有預定厚度的試片。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S100,S102:步驟

Claims

一種試片製備方法，包括：提供試片製備系統，其中所述試片製備系統包括電腦設備、聚焦離子束裝置與厚度量測裝置，在所述電腦設備中儲存有對應於標準試片的標準厚度的標準反射光頻譜資料庫，所述標準反射光頻譜資料庫包括多個標準反射光頻譜，每個所述標準厚度具有相對應的所述標準反射光頻譜，所述聚焦離子束裝置與所述厚度量測裝置耦接至所述電腦設備，且所述厚度量測裝置包括光源與光感測器；以及使用所述聚焦離子束裝置對待測物進行切割製程，且使用所述厚度量測裝置與所述電腦設備進行試片厚度監控製程，以獲得試片，其中所述試片厚度監控製程包括：使用所述光源照射所述試片；使用所述光感測器接收所述光源照射所述試片所反射的反射光；使用所述電腦設備將所述反射光的頻譜與所述標準反射光頻譜資料庫進行比對，而獲得所述試片的厚度，其中所述試片的厚度的獲得方法包括：計算所述反射光的頻譜與每個所述標準反射光頻譜之間的擬合優度；以及藉由最高的所述擬合優度所對應的所述標準厚度的所述標準反射光頻譜的擬合優度趨勢線來獲得所述試片的厚度；以及所述電腦設備依據所述試片的厚度對所述切割製程進行回饋控制。
如請求項1所述的試片製備方法，其中在最高的所述擬合優度等於1的情況下，所述試片的厚度等於最高的所述擬合優度所對應的所述標準厚度。
如請求項1所述的試片製備方法，其中在最高的所述擬合優度小於1的情況下，藉由最高的所述擬合優度所對應的所述擬合優度趨勢線來線性估算出所述試片的厚度。
一種試片製備系統，包括：電腦設備，其中在所述電腦設備中儲存有對應於標準試片的標準厚度的標準反射光頻譜資料庫，所述標準反射光頻譜資料庫包括多個標準反射光頻譜，且每個所述標準厚度具有相對應的所述標準反射光頻譜；聚焦離子束裝置，耦接至所述電腦設備；以及厚度量測裝置，耦接至所述電腦設備，且包括光源與光感測器，其中所述聚焦離子束裝置對待測物進行切割製程，所述厚度量測裝置與所述電腦設備進行試片厚度監控製程，以獲得試片，所述光源照射所述試片，所述光感測器接收所述光源照射所述試片所反射的反射光，所述電腦設備計算所述反射光的頻譜與每個所述標準反射光頻譜之間的擬合優度，藉由最高的所述擬合優度所對應的所述標準厚度的所述標準反射光頻譜的擬合優度趨勢線來獲得所述試片的厚度，且所述電腦設備依據所述試片的厚度對所述切割製程進行回饋控制。
如請求項4所述的試片製備系統，其中所述電腦設備包括：記憶體；以及處理器，耦接於所述記憶體。
如請求項4所述的試片製備系統，其中所述光源的波長範圍為200nm至1000nm。
如請求項4所述的試片製備系統，更包括殼體，其中所述電腦設備、所述聚焦離子束裝置與所述厚度量測裝置位在所述殼體中。