[发明专利]精确定点切片系统及方法

说明书

本发明公开一种精确定点切片系统及方法。该系统包括：光学显微镜；载样台，其具有三个自由度，可沿水平的X轴方向和Y轴方向，以及与X轴方向和Y轴方向相垂直的Z轴方向移动；悬臂装置，其具有三个自由度，可沿水平的X轴方向和Y轴方向，以及与X轴方向和Y轴方向相垂直的Z轴方向移动；以及切割装置，其安装在所述悬臂装置端部，随着悬臂装置的移动而移动，用于切割样片。其精度远远超过手工切片，达到微米级别，设备的复杂程度远低于聚焦离子束样品切割系统，填补了市面产品空白。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及精确定点切片系统及方法。

背景技术

半导体工艺开发中或者制造失效分析中，对于特定图形的剖面形貌分析是一种非常普遍的方法，其基本过程可分为两个环节：首先，将晶圆(硅衬底上膜层和图形)沿需要观察的图形裂开获得横断面(cross-section)；其次，通过其他显微镜放大观察其剖面轮廓，观测轮廓的方法一般为扫描电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(TEM)。

对于上述的第一环节，目前主要有两种方法获得横断面。其中一种方法为手工方法，该方法采用金刚石笔手工在晶圆上划出一定深度的划痕，然后利用晶圆的特定取向解理面沿着划痕裂开从而获得所需要的横断面(cross-section)。该方法的优点在于裂片工序简单不需要复杂的设备，缺点在于无法进行精确定点裂片，精度很低，即使利用光学显微镜进行辅助，由于受人工操作精度限制，精度也很难突破毫米级别。另一种方法为聚焦离子束(FIB)精确取样法，该方法主要是利用电子显微镜进行位置观察，并利用聚焦的Ga离子束对样片进行切割取样。该方法的优点在于取样精度很高，能够达到纳米级别。缺点是设备复杂，需要配备专门的离子发生器和离子定位系统等复杂的结构，成本相对较高，设备较为昂贵，所以该方法一般只用在透射电镜制样等对样片取样精度很高的场合。

综上所述，目前已有的切片技术里缺乏一种介于聚焦离子束精确取样和手工裂片之间的、精度在微米级的精确定点切片系统及方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种精确定点切片系统，包括：光学显微镜；载样台，其具有三个自由度，可沿水平的X轴方向和Y轴方向以及与X轴方向和Y轴方向垂直的Z轴方向移动；悬臂装置，其具有三个自由度，可沿水平的X轴方向和Y轴方向以及与X轴方向和Y轴方向垂直的Z轴方向移动；以及切割装置，其安装在所述悬臂装置端部，随着悬臂装置的移动而移动，用于切割样片。

本发明的精确定点切片系统中，所述载样台包括载样台升降装置，使所述载样台能够在垂直方向升降。

本发明的精确定点切片系统中，所述悬臂装置移动采用螺旋位移杆控制。

本发明的精确定点切片系统中，所述切割装置为超硬材料针尖，包括刚玉、金刚石等超硬材料。

本发明的精确定点切片系统中，所述载样台移动采用螺旋位移杆控制。

本发明的精确定点切片方法，包括以下步骤：

载样台水平调节步骤，调节载样台，沿水平方向移动样片，利用光学显微镜找到切片图形区域，并使样片晶向沿X轴方向和Y轴方向，固定载样台；

悬臂装置调节步骤，在显微镜视场下调节悬臂装置，将切割装置移动至所述切片图形区域上方，固定所述悬臂装置；

载样台垂直调节步骤，调节载样台，使所述样片在垂直方向移动，与切割装置紧密接触，固定载样台；

切割步骤，根据样片切割方向需求，使所述载样台沿X轴方向或Y轴方向单轴移动，在样片表面沿晶向进行切割，形成划痕；以及

分离步骤，使所述样片沿所述划痕分离。

本发明的精确定点切片方法中，采用螺旋位移杆来控制所述悬臂装置的移动。