CN113310758A - 显微试片制备方法、装置及记录介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种显微试片制备方法、装置及记录介质。此方法包括下列步骤：撷取待测对象的测试影像；辨识测试影像中的多个测试样本，并根据辨识结果从测试影像中选择关注区域；利用激光切割关注区域中的测试样本，以产生间隙排列的测试样本作为多个目标样本；以及利用聚焦离子束切削各个目标样本为目标形状，以制备显微试片。
Description
技术领域
本公开的实施例是有关于一种显微试片制备方法、装置及记录介质。
背景技术
在半导体制程中，需要针对半导体组件的表面微污染、掺杂与离子植入等，进行特定元素(例如磷、砷、硼等)浓度的量化分析，从而控制或调整制程参数，藉此维持组件/外延的稳定性。例如，在磷化硅的外延(epitaxy)过程中，即需要对磷进行量化分析(quantification)。
现今的量化分析技术包括原子探针分析(Atom Probe Tomography，APT)、穿透式电子显微镜(Transmission electron microscope，TEM)等，但其在制备分析用的显微试片时，需要由测试人员根据经验选择样本，且需要针对样本进行移载、焊接、切割及切削等多样程序，才能制作出分析所需的显微试片。
发明内容
本公开的实施例提供一种显微试片制备方法，适用于具有处理器的电子装置。此方法包括下列步骤：撷取待测对象的测试影像；辨识所述测试影像中的多个测试样本，并根据辨识结果从所述测试影像中选择关注区域(region of interest，ROI)；利用激光切割所述关注区域中的所述测试样本，以产生间隙排列的所述测试样本作为多个目标样本；以及利用聚焦离子束切削各所述目标样本为目标形状，以制备所述显微试片。
本公开的实施例提供一种显微试片制备装置，其包括影像捕获设备、切割装置、切削装置及处理器。影像捕获设备是用以撷取待测对象的测试影像。处理器耦接影像捕获设备、切割装置及切削装置，经配置以：辨识测试影像中的多个测试样本，并根据辨识结果从测试影像中选择关注区域；控制切割装置利用激光切割关注区域中的测试样本，以产生间隙排列的测试样本作为多个目标样本；以及控制切削装置利用聚焦离子束切削各所述目标样本为目标形状，以制备所述显微试片。
本公开的实施例提供一种计算机可读取记录介质，记录程序，所述程序经处理器加载以执行：撷取待测对象的测试影像；辨识所述测试影像中的多个测试样本，并根据辨识结果从所述测试影像中选择关注区域；利用激光切割所述关注区域中的所述测试样本，以产生间隙排列的所述测试样本作为多个目标样本；以及利用聚焦离子束切削各所述目标样本为目标形状，以制备所述显微试片。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述最好地理解本公开内容的各方面。应注意，根据行业中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。实际上，为了论述清楚起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。
图1是根据本公开实施例所绘示的显微试片装置的方块图。
图2是根据本公开实施例所绘示的显微试片制备分析方法的流程图。
图3A及图3B是根据本公开实施例所绘示的辨识测试样品及选择关注区域的范例。
图4是根据本公开实施例所绘示的显微试片制备方法的范例。
图5是根据本公开实施例所绘示的显微试片制备方法的范例。
图6是根据本公开实施例所绘示的屏蔽图案决定方法的范例。
图7是根据本公开实施例所绘示的显微试片装置的方块图。
图8是根据本公开实施例所绘示的显微试片制备分析方法的流程图。
图9是根据本公开实施例所绘示的显微试片制备方法的范例。
附图标号说明：
10、70：显微试片装置
12、72：影像捕获设备
14、74：切割装置
16：切削装置
18、82：处理器
30：影像
32、34：组件
40、50、90：半导体芯片
42、52、92：测试样本
44、56：圆柱状样本
46、58：针尖状样本
54：掩模
78：清洗装置
80：移载装置
S202～S208、S802～S812：步骤
具体实施方式
以下公开内容提供用于实施所提供主题的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述组件和布置的特定实例以简化本公开内容。当然，这些组件和布置仅是实例且并不意欲为限制性的。举例来说，在以下描述中，第一特征在第二特征上方或上的形成可包含第一特征和第二特征直接接触地形成的实施例，且还可包含额外特征可形成于第一特征与第二特征之间以使得第一特征和第二特征可不直接接触的实施例。此外，本公开内容可在各种实例中重复参考标号和/或字母。这种重复是出于简化和清楚的目的，且本身并不指示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。
此外，为易于描述，如“在…下方”、“在…下”、“下部”、“在…上方”、“上部”等的空间相对术语可在本文中用于描述如图式中所说明的一个元件或特征与另一(一些)元件或特征的关系。除图式中所描绘的定向以外，空间相关术语意欲包涵装置在使用或操作中的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)，且本文中所使用的空间相对描述词同样可相应地进行解释。
图1是根据本公开实施例所绘示的显微试片装置的方块图。请参照图1，本实施例的显微试片装置10包括影像捕获设备12、切割装置14、切削装置16以及耦接于影像捕获设备12、切割装置14、切削装置16的处理器18，其功能分述如下：
影像捕获设备12例如是穿透式电子显微镜(Transmission ElectronMicroscope，TEM)、扫描式电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)等显微观测装置，其例如是将经过加速和聚集的电子束，以垂直于半导体组件区及平行于闸极的方向、或以垂直于闸极及平行于半导体组件区的方向、或是以任意方向，投射到待测对象上或扫描待测对象的表面来产生对象表面的影像，其分辨率例如可达0.1奈米。所述待测对象例如是静态随机存储器(Static Random Access Memory，SRAM)、逻辑电路、整合扇出(Integrated Fan-out，InFO)结构、鳍式场效应晶体管(Fin Field-effect transistor，FinFET)等组件，或是热导电度侦检器(Thermal Conductivity Detector，TCD)、RO、指向性圆二色谱仪(Oriented Circular Dichroism，OCD)、线宽小角度X-射线散射仪(CD-SmallAngle X-ray Scattering，CD-SAXS)所要检测或分析的对象，而待测对象的尺寸例如是晶粒级的平方奈米至平方公分，至芯片或晶片级的1英吋至15英吋，在此不设限。
切割装置14例如是专门用于切割晶片或晶粒的激光切割机，其例如使用聚焦光束直径小至1～5微米的极短脉冲(皮秒或飞秒)激光束聚焦在半导体材料上，以切割硅晶片。在一些实施例中，切割装置14是用以直接切割硅晶片上的样本(例如晶粒)及其支持物(例如基板)。
切削装置16例如是聚焦离子束***，其采用高能量的镓离子束(或氦离子束、氖离子束)由上而下对测试样本进行切削以制作奈米结构物。其中，切削装置16是利用图案化的离子束掩模(mask)来遮蔽聚焦离子束，以保留测试样本的遮蔽部分而移除未遮蔽部分，从而将测试样本切削成所要的形状(如针尖状)。在一实施例中，所述掩模上例如挖出甜甜圈(donut)状的图案，其内径例如大于或等于所要制作样本的直径。即，所述掩模能够保护内径范围内的样本不被切削，而仅切削内径至外径范围内的样本。
处理器18例如是中央处理器(central processing unit，CPU)、可编程的通用或专用微处理器、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、可编程控制器、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)、其他相似的装置或其组合，而用以执行存储在随机存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、闪存(flashmemory)、硬盘等计算机可读取记录介质中的指令，以实行本公开实施例的显微试片制备方法。
详细来说，图2是根据本公开实施例所绘示的显微试片制备分析方法的流程图。请同时参照图1及图2，本实施例的方法适用于图1所示的显微试片制备装置10，以下参照显微试片制备装置10中的各种组件阐述本实施例方法的详细步骤。
在步骤S202中，显微试片制备装置10的处理器18利用影像捕获设备12撷取待测对象的测试影像。所述测试影像例如是由SEM所撷取的待测对象的SEM影像，或其他显微观测装置所撷取的显微影像，在此不设限。
在步骤S204中，处理器18辨识测试影像中的多个测试样本，并根据辨识结果从测试影像中选择关注区域(region of interest，ROI)。
在一些实施例中，处理器18例如是利用学习模型辨识测试影像中的测试样本，并获得各个测试样本的样本参数，而据以选择样本参数符合要求的测试样本来决定关注区域。其中，此学习模型例如是利用机器学习(machine learning)算法建立，而藉由输入不同测试样本的样本影像及其对应的样本参数，使得学习模型能够学习这些测试样本的样本影像与对应的样本参数之间的关系。所述的样本参数包括样本良率、样本尺寸或样本形状至少其中之一，在此不设限。
举例来说，图3A及图3B是根据本公开实施例所绘示的辨识测试样本及选择关注区域的范例。请参照图3A及图3B，影像30是静态随机存储器(SRAM)的显微影像，其中包括多个存储器组件。有别于传统人工挑选测试样本的方式可能会挑选到表面厚度不均匀的存储器组件(如图3A所示的组件32)，本公开实施例的方法利用学习模型学习大量测试影像，而能够辨识出各种测试样本的样本参数，进而挑选表面厚度均匀的存储器组件(如图3B所示的组件34)作为测试样本。在一些实施例中，藉由辨识影像30中样本参数符合要求的多个测试样本，能够从影像30中选择出包括符合要求的多个测试样本的区域作为关注区域，以进行显微试片的制备。
在步骤S206中，处理器18控制切割装置14利用激光切割关注区域中的测试样本，以产生间隙排列的测试样本作为目标样本。详细而言，有别于将测试样本移载并焊接至样本支柱后再进行切削的做法，本实施例的方法是利用激光直接对测试对象上位于关注区域中的测试样本(包括样本表面上的保护层及样本下方的基板)进行切割，因此可简化显微试片的制备程序。
在一些实施例中，处理器18是利用激光将关注区域中的部分测试样本割除，使得切割后所留下的测试样本呈间隙排列或交错排列，而有利于后续切削成特定形状。其中，切割装置14例如是利用图案化的掩模(mask)来遮蔽激光，以保留测试样本的遮蔽部分而移除未遮蔽部分，从而将测试样本切割为所要的形状。
在一些实施例中，处理器18还进一步将各所述目标样本切割为适于后续切削为目标形状的特定形状，例如切割为适于切削为针尖状的圆柱状，在此不设限。其中，切割装置14同样是利用图案化的掩模来遮蔽激光，从而将测试样本切割为适于后续切削为目标形状的特定形状。
在步骤S208中，处理器18控制切削装置16利用聚焦离子束切削各个目标样本为目标形状，以制备显微试片。其中，切削装置16是利用图案化的离子束掩模来遮蔽聚焦离子束，以保留测试样本的遮蔽部分而移除未遮蔽部分，从而将已经过切割装置14切割的目标样本切削成所要的目标形状。
举例来说，图4是根据本公开实施例所绘示的显微试片制备方法的范例。请参照图4，本实施例的方法是利用激光对半导体芯片40进行切割，以制备分析用的显微试片，其中例如是先使用第一种图案(例如分散配置的矩形)的掩模，对半导体芯片40进行切割，以获得间隙排列的测试样本42，然后再使用第二种图案(例如圆形)的掩模，将测试样本42切割为圆柱状样本44，最后则利用聚焦离子束将各个样本44切削为目标形状的样本(如图所示的针尖状样本46)，从而制备显微试片。
图5是根据本公开实施例所绘示的显微试片制备方法的范例。请参照图5，本实施例的方法是利用激光对半导体芯片50进行切割，以制备分析用的显微试片，其中例如是先使用第一种图案(如交错的棋盘图案)的掩模，对半导体芯片50进行切割，以获得交错排列的测试样本52。然后，再使用第二种图案(如圆形)的掩模54，将测试样本52切割为圆柱状样本56，最后则利用聚焦离子束将各个圆柱状样本56切削为针尖状样本58，而用以制备显微试片。
在一些实施例中，上述掩模54的图案例如是依据各个测试样本52所在的位置来决定。举例来说，图6是根据本公开实施例所绘示的掩模图案决定方法的范例。请参照图6，对于每个测试样本52而言，其掩模54的图案例如是以测试样本52的左下角作为原点、平移(x,y)后的位置做为中心。其中，x、y的数值可依实际需要(例如所要测试的组件在测试样本中的相对位置)调整，而不限于图6所示的位置。
在上述实施例中，藉由预先学习的模型辨识关注区域并直接进行激光加工，因此可省略将样本移载至样本支柱的程序，实现激光自动切割学习及自动化生产，从而缩短制备显微试片所需的时间。
在一些实施例中，在利用激光切割测试样本之后，或是在利用聚焦离子束切削目标样本之后，可对关注区域进行蚀刻或抛光制程，以清除关注区域中由激光切割所产生的表面粒子，并将清洗后的样本移载至穿透式电子显微镜(TEM)等装置上以进行分析。
举例来说，图7是根据本公开实施例所绘示的显微试片装置的方块图。参照图7，本实施例的显微试片装置70包括影像捕获设备72、切割装置74、移载装置76以及耦接于影像捕获设备72、切割装置74、切削装置76、清洗装置78、移载装置80的处理器82。其中，影像捕获设备72、切割装置74、切削装置76及处理器82的种类及功能与前述实施例的影像捕获设备12、切割装置14、切削装置16及处理器18相同或相似，故其细节在此不再赘述。
与前述实施例不同的是，本实施例的显微试片装置70额外包括清洗装置78及移载装置80。其中，清洗装置78例如是用以对测试样本的表面进行蚀刻或抛光制程，以清除由激光切割所产生的表面粒子。所述蚀刻制程包括干式或湿式蚀刻制程，而所述抛光制程包括电极抛光制程，在此不设限。移载装置80例如是显微操作器(Micromanipulator)，其例如可将切割及清洗完成的样本移载至穿透式电子显微镜(TEM)等显微观测装置，以进行观测。
详细来说，图8是根据本公开实施例所绘示的显微试片制备分析方法的流程图。请同时参照图7及图8，本实施例的方法适用于图7所示的显微试片制备装置70，以下参照显微试片制备装置70中的各种组件阐述本实施例方法的详细步骤。
在步骤S802中，显微试片制备装置70的处理器82利用影像捕获设备72撷取待测对象的测试影像。
在步骤S804中，处理器82辨识测试影像中的多个测试样本，并根据辨识结果从测试影像中选择关注区域。
在步骤S806中，处理器82控制切割装置74利用激光切割关注区域中的测试样本，以产生具特定形状且间隙排列的测试样本作为多个目标样本。在一些实施例中，处理器82是控制切割装置74切割关注区域中的测试样本，以产生间隙排列的测试样本，再控制切割装置74将各个测试样本切割为特定形状。
在步骤S808中，处理器82控制清洗装置78对关注区域进行蚀刻或抛光制程，以清除关注区域的表面粒子。
在步骤S810中，处理器82控制切削装置76利用聚焦离子束将测试样本切削为所要的形状。
在步骤S812中，处理器82控制移载装置80移载切削后的各个测试样本，以作为分析用的显微试片。
在一些实施例中，处理器82是控制移载装置80将切削后的测试样本移载至穿透式电子显微镜等显微观测装置或其他载体上，以进行后续的观测及分析。
举例来说，图9是根据本公开实施例所绘示的显微试片制备方法的范例。请参照图9，本实施例的方法是利用激光对半导体芯片90进行切割，以制备分析用的显微试片，其中例如是使用片状图案的掩模，对半导体芯片90进行切割，以获得具有片状且间隙排列的测试样本92，然后再用清洗装置清洗测试样本92，并用聚焦离子束对测试样本进行细部切削，最后再用移载装置将切削后的测试样本92移载至穿透式电子显微镜(TEM)，从而作为显微试片以进行分析。
通过所述方法，本公开提供以下优点：(1)透过预先建立的学习模型自动辨识样本并挑选关注区域，实现激光自动切割学习及自动化生产；(2)使用激光切割取代聚焦离子束切削制程，从而简化切削程序，缩短制备显微试片所需的时间。
根据一些实施例，提供一种显微试片制备方法，适用于具有处理器的电子装置。此方法包括下列步骤：撷取待测对象的测试影像；辨识所述测试影像中的多个测试样本，并根据辨识结果从所述测试影像中选择关注区域；利用激光切割所述关注区域中的所述测试样本，以产生间隙排列的所述测试样本作为多个目标样本；以及利用聚焦离子束切削各所述目标样本为目标形状，以制备所述显微试片。
根据一些实施例，提供一种显微试片制备装置，其包括影像捕获设备、切割装置、切削装置及处理器。影像捕获设备是用以撷取待测对象的测试影像。处理器耦接影像捕获设备、切割装置及切削装置，经配置以：辨识测试影像中的多个测试样本，并根据辨识结果从测试影像中选择关注区域；控制切割装置利用激光切割关注区域中的测试样本，以产生间隙排列的测试样本作为多个目标样本；以及控制切削装置利用聚焦离子束切削各所述目标样本为目标形状，以制备所述显微试片。
根据一些实施例，提供一种计算机可读取记录介质，记录程序，所述程序经处理器加载以执行：撷取待测对象的测试影像；辨识所述测试影像中的多个测试样本，并根据辨识结果从所述测试影像中选择关注区域；利用激光切割所述关注区域中的所述测试样本，以产生间隙排列的所述测试样本作为多个目标样本；以及利用聚焦离子束切削各所述目标样本为目标形状，以制备所述显微试片。
前文概述若干实施例的特征以使得本领域的技术人员可更好地理解本揭示内容的各方面。本领域的技术人员应了解，其可以容易地使用本公开内容作为设计或修改用于执行本文中所引入的实施例的相同目的和/或获得相同优势的其它制程和结构的基础。本领域的技术人员还应认识到，这类等效构造不脱离本公开内容的精神和范围，且其可在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下在本文中作出各种改变、替代以及更改。
Claims (10)
1.一种显微试片制备方法，适用于具有处理器的电子装置，所述方法包括下列步骤：
撷取待测对象的测试影像；
辨识所述测试影像中的多个测试样本，并根据辨识结果从所述测试影像中选择关注区域；
利用激光切割所述关注区域中的所述测试样本，以产生间隙排列的所述测试样本作为多个目标样本；以及
利用聚焦离子束切削各所述目标样本为目标形状，以制备所述显微试片。
2.如权利要求1所述的方法，其中辨识所述测试影像中的所述测试样本，并根据辨识结果从所述测试影像中选择所述关注区域包括：
利用一学习模型辨识所述测试影像中的所述测试样本并获得各所述测试样本的样本参数，以选择所述样本参数符合要求的所述测试样本来决定所述关注区域，其中
所述学习模型是利用机器学习算法建立，并学习不同的多个测试样本的样本影像与对应的样本参数之间的关系，其中所述样本参数包括样本良率、样本尺寸或样本形状至少其中之一。
3.如权利要求1所述的方法，其中利用激光切割所述关注区域中的所述测试样本，以产生间隙排列的所述测试样本作为多个目标样本包括：
切割所述关注区域中的所述测试样本，以产生交错排列的所述测试样本作为多个目标样本。
4.如权利要求1所述的方法，其中在利用激光切割所述关注区域中的所述测试样本，以产生间隙排列的所述测试样本作为多个目标样本之后，更包括：
利用所述激光切割各所述目标样本为适于切削为所述目标形状的特定形状。
5.如权利要求1所述的方法，其中在利用聚焦离子束切削各所述目标样本为目标形状之后，更包括：
移载切削后的各所述测试样本，以作为分析用的所述显微试片。
6.如权利要求1所述的方法，其中在利用激光切割所述关注区域中的所述测试样本，以产生间隙排列的所述测试样本作为多个目标样本之后，更包括：
对所述关注区域进行蚀刻或抛光制程，以清除所述关注区域的表面粒子。
7.一种显微试片制备装置，包括：
影像捕获设备，撷取待测对象的测试影像；
切割装置；
切削装置；以及
处理器，耦接所述影像捕获设备、所述切割装置及所述切削装置，经配置以：
辨识所述测试影像中的多个测试样本，并根据辨识结果从所述测试影像中选择关注区域；
控制所述切割装置利用激光切割所述关注区域中的所述测试样本，以产生间隙排列的所述测试样本作为多个目标样本；以及
控制所述切削装置利用聚焦离子束切削各所述目标样本为目标形状，以制备所述显微试片。
8.如权利要求7所述的显微试片制备装置，更包括：
移载装置，移载切削后的各所述测试样本，以作为分析用的所述显微试片。
9.如权利要求7所述的显微试片制备装置，更包括：
清洗装置，对所述关注区域进行蚀刻或抛光制程，以清除所述关注区域的表面粒子。
10.一种计算机可读取记录介质，记录程序，所述程序经处理器加载以执行：
撷取待测对象的测试影像；
辨识所述测试影像中的多个测试样本，并根据辨识结果从所述测试影像中选择关注区域；
利用激光切割所述关注区域中的所述测试样本，以产生间隙排列的所述测试样本作为多个目标样本；以及
利用聚焦离子束切削各所述目标样本为目标形状，以制备所述显微试片。
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