具有用于电子束操作的局部抽空容积的集成电路分析系统和方法技术方案

本发明专利技术提供用于在IC半导体装置中进行故障分析的新技术，包括用以在正在电刺激受测装置(DUT)的同时或在所述装置靠其自身或在安装于电路板或其它模块中的主机系统内活动的同时实现在IC受测装置(DUT)内使用电子束技术进行电路探测的系统设计和方法。所述DUT可为封装IC或呈某种未封装形式的IC。为了在紧靠电子束工具外部创建局部抽空容积，抵靠或围绕所述DUT密封密封元件以获得局部密封。此类布置使得不需要对操作并监视所述DUT所需的可能成千上万信号进行真空馈通，并且进一步实现在DUT正在其正常环境中(诸如安装在其系统中的电路板上)或在无错测试器上进行操作时探测所述DUT。

【技术实现步骤摘要】
具有用于电子束操作的局部抽空容积的集成电路分析系统和方法
本专利技术涉及使用带电粒子束的集成电路(IC)诊断、表征和修改。
技术介绍
电气故障分析会查找出整个IC受测装置(DUT)中的电气问题。节点减少、新材料和更复杂的结构正驱动着新的故障查找技术和检测故障的系统解决方案的改进。电子束诊断系统是用于IC表征和调试应用的强大工具。例如，电子束诊断系统用于二次电子成像、使用内置计算机自动化设计(CAD)显示器进行电路导航，以及使用电压对比原理从有源电路进行电压测量。(例如，见第4,706,019号美国专利。)其它电子束诊断系统使用射束中的电子来影响用于检测故障的信号。此类系统包括电子束感生电流(EBIC)、电阻对比成像(RCI)、偏置RCI(BRCI)、电荷感生电压变化(CIVA)、低能量CIVA(LECIVA)、电子束吸收电流(EBAC)和电子束感生电阻变化(EBIRCH)。授予Shaw等人的美国专利6,872,581教示了用于使用带电粒子束的IC诊断、表征或修改的方法。在一个具体实施中，从背侧将IC的块状硅衬底薄化为距最深阱约1至3μm，并且向位于薄化衬底的表面下方的电路元件施加电压。所施加的电压在表面上引发电势，通过感生电压与带电粒子束的交互来检测所述电势。授予Wollesen等人的第5,972,725号美国专利类似地通过使用机械抛光与等离子刻蚀的组合移除硅衬底的一部分、向电路提供供应电压并且观测电子束图像中的电压对比来实现背侧电压测量。此类检查技术需要使用设计为在测试条件下操作IC的测试信号激活IC电路。在SEM腔室内部激活现代IC需要成百上千个高速电馈通，并且这是一项挑战。所需高速馈通的数量通常增大，因为电路的大小(晶体管数目)和复杂性通常伴随着装置上的输入输出(I/O)端子的数目增大。之前的电子束解决方案全部依赖于使电信号“穿过”进入SEM的真空腔室中，这是一个可能需要针对特定IC生产专门连接设备的繁琐且缓慢的过程。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种使用SEM进行IC分析的方法和设备。一种使用扫描电子显微镜(SEM)检查IC的方法，SEM在发射电子束的一端处具有带SEM立柱开口的SEM立柱。该方法可包括围绕IC背侧上的目标区域密封SEM立柱开口以在SEM立柱开口处创建密封容积，目标区域形成密封容积的壳体的一部分；抽空该密封容积；向IC的电路元件施加电压，电压在目标区域中引发电势；以及在目标区域上方扫描电子束以检测目标区域的表面处的电势。一种设备可包括测试夹具，其包括多个电探针以连接到IC上的多个触点；SEM，其包括电子源、具有朝向目标区域发射电子束的远端的聚焦立柱以及定位为检测电子的电子检测器，所述电子响应于入射电子束而从目标区域发射；密封元件，其适于定位在SEM聚焦立柱的远端处并且具有中心开口以允许电子穿过；活动底座，其固持SEM或IC并且配置为使SEM与IC之间产生相对运动以使密封元件在SEM聚焦立柱与IC或测试夹具之间形成密封，密封围绕目标区域；以及真空泵，其耦接到SEM聚焦立柱并且能够操作以在IC与真空立柱的远端之间创建部分真空。前文已经相当广义地概述了本专利技术的特征和技术优点，使得可更好地理解以下对本专利技术的详细描述。下文将描述本专利技术的额外特征和优点。本领域的技术人员应当了解，所公开的概念和特定实施方案可很容易用作用于修改或设计用于实行本专利技术的相同目的的其它结构的基础。本领域的技术人员还应当认识到，此类等效构造不脱离如所附权利要求书中陈述的本专利技术的范围。附图说明为了更彻底地理解本专利技术及其优点，现在参考以下结合附图所作的描述，在附图中：图1是根据一些实施方案的用于检查IC的过程的流程图；图2是示出在目标区域处薄化的IC的剖视图；图3A至3B是示出跨其整个背侧表面薄化的IC的一系列剖视图；图4至5是示出SEM立柱的用以抵靠未封装IC背侧形成密封的相对移动的一系列剖视图；图6至7是示出SEM立柱的用以抵靠封装IC背侧形成密封的相对移动的一系列类似剖视图；图8A至8E是示出可在SEM立柱远端处用于固持或接合密封元件和/或调整对于待检查的特定IC而言可能太大的立柱开口的大小的结构的变型的剖视图；图9是体现本文一些原理的示例性诊断系统的剖视图；图10示出了图示还检测发光的IC检查过程的变型的部分流程图；图11是使用SEM立柱适配器元件创建局部密封的示例性方法的流程图。附图并非意在按比例绘制。在附图中，各个图中所示出的每个相同或几乎相同的部件由相同附图标记表示。为了清楚起见，可能未在每个图中标出每个部件。具体实施方式本专利技术描述一种用于在IC半导体装置中进行故障分析的新方法。提供了若干种系统设计和方法以实现在正通过自动化测试设备(ATE)测试器对受测装置(DUT)进行电刺激的同时或在装置靠其自身或在安装于电路板或其它模块中的主机系统内活动的同时使用电子束(e-beam)技术探测ICDUT内所含有的晶体管、其掺杂剂阱及其辅助连接。DUT可为封装IC，或其可以以未封装形式存在，包括作为整个制造晶片的一部分。现有电子束探测系统要求将DUT放置在高真空环境中。本文中的设计和方法设法避免了需要将DUT放置在高真空内，并且改为使用环境扫描电子显微镜(ESEM)或低真空SEM，其中DUT可处于相对较低(“不良”)真空环境中。抵靠和/或围绕DUT密封SEM立柱，其中具有用于创建局部抽空容积的局部密封。ESEM/DUT局部抽空容积中的低真空可使用构造在SEM立柱周围的腔室中的小抽吸端口或通过从ESEM/DUT腔室的立柱侧经由小ESEM孔抽吸来维持。此类布置使得不需要对操作并监视DUT所需的可能成千上万信号进行真空馈通，并且进一步实现在DUT正在其正常环境中(诸如安装在其系统中的电路板上)或在ATE测试器上操作时探测DUT。DUT环境中的压力通常介于约10Pa与25kPa之间。ESEM使用气体级联放大二次电子检测。在一些应用中，具有低真空度的SEM可使用背散射电子检测器。DUT处的压力应当在检测器将提供有用信号所在的范围内。压力的上限还由立柱真空泵在电子源处维持充足真空的能力以及光学立柱在DUT处提供具有充足分辨率的电子束的能力确定。SEM立柱将通常具有压力限制孔以在电子源处并且贯穿大部分聚焦立柱维持较低压力以避免污染电子源以及射束通过大部分光学立柱扩散。在立柱抵靠DUT或测试夹具密封的情况下，压力限制孔之后的压力可比压力限制孔上方的压力大。各种方面提供了大大简化用于使用SEM检查IC的测试设置的益处。改进速度和成本的益处在于将信号连接到IC(其原本通常需要真空腔室和电馈通)的设备成本以及设置与ICDUT的连接的劳动时间和成本。通过抽吸小得多的真空容积来检测IC节省了时间，并且通过允许在密封到DUT或测试夹具的SEM立柱的末端处创建的小真空容积中存在较低质量真空(至少部分真空)节省了时间。改进了对IC的接达以将其它测试工具移动到恰当位置来检查ICDUT，从而允许设计出可比先前程序更频繁地切换工具的测试程序。采用立柱适配器元件的版本还改进了设备的互操作性并且允许在执行本文的新特征时从现有SEM设备实现更多价值。还可从本文中组合使用的各种特征实现许多其它优点。在一个实施方案中，简单的O形环密封元件足以封闭DUT的一部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用扫描电子显微镜(SEM)检查集成电路(IC)的方法，该SEM在发射电子束的一端处具有带SEM立柱开口的SEM立柱，该方法包括：围绕IC背侧上的目标区域密封所述SEM立柱开口以在所述SEM立柱开口处创建密封容积，所述目标区域形成所述密封容积的壳体的一部分；抽空所述密封容积；向所述IC的电路元件施加电压，所述电压在所述目标区域中引发电势；以及在所述目标区域上方扫描所述电子束以检测所述目标区域的表面处的所述电势。

【技术特征摘要】
2016.12.20 US 62/437,0461.一种使用扫描电子显微镜(SEM)检查集成电路(IC)的方法，该SEM在发射电子束的一端处具有带SEM立柱开口的SEM立柱，该方法包括：围绕IC背侧上的目标区域密封所述SEM立柱开口以在所述SEM立柱开口处创建密封容积，所述目标区域形成所述密封容积的壳体的一部分；抽空所述密封容积；向所述IC的电路元件施加电压，所述电压在所述目标区域中引发电势；以及在所述目标区域上方扫描所述电子束以检测所述目标区域的表面处的所述电势。2.根据权利要求1所述的方法，其中围绕所述目标区域密封所述SEM立柱开口包括使用密封元件抵靠所述IC背侧或抵靠固持所述IC的IC固持器密封所述SEM立柱开口。3.根据权利要求2所述的方法，其中围绕所述IC背侧密封所述SEM立柱开口包括使所述SEM立柱与所述IC之间发生相对运动以抵靠所述IC或抵靠所述IC固持器压紧所述密封元件。4.根据权利要求3所述的方法，其中使所述SEM立柱与所述IC之间发生相对运动包括使所述SEM朝向所述IC移动。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：至少在所述目标区域处薄化所述IC的所述背侧，使得所述IC背侧表面与所述目标区域中的最靠近所述IC背侧的所述电路元件之间的距离小于1微米；以及如果所述IC尚未安装在充当测试夹具的电路模块中，则将所述IC放置在测试夹具中。6.根据权利要求1所述的方法，其中抽空所述密封容积包括抽空所述IC与所述SEM立柱中的压力限制孔之间的空间。7.根据权利要求1所述的方法，其中抽空所述密封容积包括将所述密封容积抽空到介于10Pa与20kPa之间的压力。8.根据权利要求1所述的方法，所述SEM立柱包括环境SEM(ESEM)立柱或其它低真空SEM立柱。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，还包括在扫描所述SEM的同时检测从所述密封容积内的所述IC发射的光子。10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在所述目标区域上方扫描所述电子束包括在将所述IC安装在IC固持器中的情况下在所述目标区域上方扫描所述电子束，并且还包括使用近红外显微镜检查所述IC固持器中的所述IC。11.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在所述目标区域上方扫描所述电子束以检测所述目标区域的所述表面处的所述电势包括检测响应于入射电子束而从所述目标区域发射的二次电子。12.根据权利要求11所述的方法，其中检测响应于所述入射电子束而从所述目标区域发射的二次电子包括形成所述目标区域的电压对比图像。13.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在所述目标区域上方扫描所述电子束以检测所述目标区域的所述表面处的所述电势包括在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·博布罗夫，C·A·坎波基亚罗，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：美国,US