光子辐射显微镜样品座、测试方法及显微镜装置与流程

本发明涉及微电子制造领域，特别是涉及一种光子辐射显微镜的样品座以及测试方法。本发明还涉及一种光子辐射显微镜装置。

背景技术：

随着器件尺寸缩小及工作电压降低，芯片后段金属互联层逐步增多，样品失效定位越加复杂。emmi(光子辐射显微镜)及obirch(光致阻抗变化显微镜)是最常见的用于样品失效定位的设备，emmi主要通过捕捉器件漏电产生的光子信号进行失效定位，obirch主要通过捕捉激光扫描芯片后产生的电阻变化反馈的激光信号进行失效定位。根据芯片失效模式业界主要采用正面探测式及背面探测式emmi/obirch两种设备。针对不同失效模式选择合适的设备可提高芯片失效定位的成功率。

芯片前段及下层金属问题常采用背面探测式emmi/obirch，因为金属互联层的增加将导致器件漏电及下层金属短路等缺陷的光子或激光反馈信号减弱甚至完全被上层金属遮蔽，采用背面探测式emmi/obirch可避免上层金属对信号的阻挡，提高信号接收量，从而提高失效定位的成功率，如goi失效、s/d漏电、esd损伤、下层金属短路等失效常采用背面探测式emmi/obirch进行定位。同样，当芯片金属互连层特别是上层金属出现问题时，背面探测式emmi/obirch捕捉缺陷的激光反馈信号由于下层金属层的阻挡会被削弱或完全遮蔽，因此，针对该类缺陷常选择正面探测式emmi/obirch进行定位。

背面探测式emmi/obirch正常的操作流程是，将样品正面朝上放置样品台上(小尺寸样品需要利用热熔胶将其粘贴于载玻片上)，通过样品上方的显微镜对焦后，对芯片上的金属pad进行扎针并施加电信号。此时在芯片下方的探测器开始接收信号，从芯片背面检测芯片失效位置。常用的探测器有ccd探测器和铟镓砷探测器。还可以使用激光扫描芯片诱发电阻变化，检测激光反馈信号，从而对缺陷位置进行定位，如图1所示。而正面探测式emmi/obirch与背面探测式的区别在于探测器位置位于样品上方，如图2所示。

由两种设备的操作流程可知，背面探测式设备无法进行正面检测，因为芯片正面朝下将导致设备无法扎针并输入电信号，反之亦然。若芯片失效分析同时存在对两种失效定位方法的需求，企业需要同时购买两种设备(成本高)，或直接委托第三方分析机构进行失效分析，(分析费用昂贵，且通常需要委托者至现场进行相关信息确认，耗费很多时间成本)，亦或是在同一设备上实现两个方向的检测。

图3为现有通过背面探测式emmi/obirch进行正面失效定位的方法示意图，其实施流程大致如下：1.将样品正面向下固定在样品台背面；2.使用铟镓砷探测器(或ccd)最小倍率对待分析区域进行对焦；3.使用如图3所示的特定u型探针自下而上进行扎针并施加电信号，然后对样品正面进行emmi/obirch分析。该方法使背面探测式emmi/obirch具有了从正面进行分析应用的能力，但该方法自下往上扎针操作复杂且容易损伤样品及探针；u型探针位于样品下方，导致100x探头无法聚焦，无法精确定位hotspot位置。

技术实现要素：

本申请所要解决的技术问题是，设计了一种光子辐射显微镜样品座，使原有的正/背面探测式emmi/obirch应用分析设备具有从两面进行分析应用的能力。可更加精确定位缺陷位置；操作简单，提高失效分析效率；拓宽机台的使用范围，节约了第三方的检测费用。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种光子辐射显微镜样品座，包括：基板，所述基板上设置有用于承载样品的样品承载区；所述样品承载区内沿垂直方向贯穿所述基板；所述样品承载区内设有透光材质的承载板；金属电极，其设置在所述基板中并沿垂直方向贯穿所述基板；接合线，用于将所述样品的待扎针区域与所述金属电极电连接。

优选地，还包括：支架，用于支撑所述基板，所述支架活动连接在所述基板上。

优选地，还包括：底座，用于承载所述支架，所述底座固定连接在所述支架上。

优选地，所述基板为正方形pcb板。

优选地，所述承载板为高纯石英玻璃板。

优选地，所述金属电极为铜电极。

优选地，所述金属电极设置在所述样品承载区的周围。

优选地，所述支架与所述基板螺纹连接。

优选地，所述底座为磁性材料，用于将样品座固定于机台承载台上。

本发明还公开了一种光子辐射显微镜设备，包括：探针座，具有样品座承载台，所述上表面用于支撑探针座，所述探针座上设置有探针臂，所述探针臂上设置有探针；设备承载台，用于承载所述光子辐射显微镜样品座。

优选地，还包括：多个光学透镜，设置于样品台和探针台下方，用于光学聚焦，所述光学透镜与所述样品台、探针座、探针臂和探针之间具有安全工作距离；多个探测器，位于所述光学透镜下方，用于对所述金属互连层进行缺陷定位和分析。

优选地，还包括：观察显微镜，设置在样品上方，所述观察显微镜用于扎针观察。

优选地，还包括：多个光学透镜，设置与样品台和探针台上方，用于光学聚焦，所述光学透镜与所述样品台、探针座、探针臂和探针之间具有安全工作距离；多个探测器，位于所述光学透镜上方，用于对所述金属互连层进行缺陷定位和分析。

优选地，所述探测器包括铟镓砷探测器或共焦激光显微镜。

本发明还公开了一种使用光子辐射显微镜样品座的测试方法，包括以下步骤：步骤一，将样品背面硅基底固定于样品座承载板下表面；步骤二，将样品座底部支架拆除，将需要扎针的待测试区域通过与接合线与周围的铜电极进行电连接，然后安装支架；步骤三，对测试样品所连接的对应的铜电极上表面进行扎针；步骤四，使用铟镓砷探测器或共焦激光显微镜最小倍率对待分析区域进行对焦，输入电信号，对样品进行emmi/obirch正面分析。

优选地，步骤一中，样品背面硅基底通过热溶胶固定于承载板下表面。

本发明的光子辐射显微镜样品座和光子辐射显微镜设备，使原有的正/背面探测式emmi/obirch应用分析设备具有从两面进行分析应用的能力。可更加精确定位缺陷位置；操作简单，提高失效分析效率；拓宽机台的使用范围，节约了第三方的检测费用。

附图说明

图1为现有技术中背面探测式emmi/obirch常规测试示意图。

图2为现有技术中正面探测式emmi/obirch常规测试示意图。

图3为背面探测式emmi/obirch现有正面探测方法示意图。

图4-8为本发明光子辐射显微镜样品座示意图。

图9为本发明的光子辐射显微镜样品座应用于背面探测式emmi/obirch正面探测示意图。

图10本发明的光子辐射显微镜样品座应用于正面探测式emmi/obirch背面探测示意图。

附图标记说明

10光子辐射显微镜样品座11基板

12承载板13金属电极

14接合线15支架

16底座20探针座

21探针臂22探针

30设备承载台40光学透镜

50探测器51铟镓砷探测器

52共焦激光显微镜60观察显微镜

61热溶胶

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。

实施例一样品座

如图4-8所示，本发明的光子辐射显微镜样品座10，包括：基板11、金属电极13、支架15、底座16、接合线14。

所述基板11优选为正方形pcb板，优选地，所述基板11边长50～80mm,高5mm。所述基板上设置有用于承载样品的样品承载区；所述样品承载区内沿垂直方向贯穿所述基板；所述样品承载区内设有透光材质的承载板12；优选地，所述承载板12为石英玻璃板。本实施例中，该石英玻璃板设置在所述基板的中心区，该石英玻璃板的边长为25～50mm，高度为3mm。

金属电极13设置在所述基板中并沿垂直方向贯穿所述基板而且环绕在承载周围11；本实施例中所述金属电极为铜电极。所述金属电极13设置在所述样品承载区的周围，依旧不同的测试区域pad需求，数量为2～100个。

所述接合线14，用re-bonding方式将所述样品的金属层与所述金属电极13电连接。

所述支架15用于支撑所述基板11，所述支架15活动连接在所述基板11上。优选地，所述支架为四个，与所述基板螺纹连接。优选地，螺丝外径5mm，内径3mm，支架高5mm。

所述底座16用于承载所述支架15，所述底座16固定连接在所述支架15上。所述底座优选为磁性材料，可吸附于设备承载台上。本实施例中底座的直径为10mm。

实施例二背面探测式光子辐射显微镜设备及探测方法

如图9所示，本发明的一较佳实施例的光子辐射显微镜设备，其为背面探测式光子辐射显微镜设备，其包括：探针座20、设备承载台30、光学透镜40、探测器50、观察显微镜60。

所述探针座20具有上表面，所述上表面用于支撑探针座20，所述探针座20上设置有探针臂21，所述探针臂21上设置有探针22。

所述设备承载台30用于承载所述光子辐射显微镜样品座。

所述光学透镜40，设置与样品台和探针台下方，用于光学聚焦，所述光学透镜40与所述设备承载台30、探针座20、探针臂21和探针22之间具有安全工作距离，本实施例中所述光学透镜为3个。

所述探测器50位于所述光学透镜40下方，用于对所述金属互连层进行缺陷定位和分析。本实施例中所述探测器50包括铟镓砷探测器51或共焦激光显微镜52。

所述观察显微镜60设置在样品上方，观察显微镜用于扎针观察。

本实施例的背面探测式光子辐射显微镜设备操作步骤如下：

步骤一，将样品背面硅基底通过热熔胶61固定于样品台中心石英玻璃下表面，热熔胶均匀涂抹，避免产生气泡。

步骤二，将样品座底部支架拆除，将需要扎针的pad通过re-bonding方式将其与周围的铜电极进行连接，然后安装支架。

可以使用样品台上方的观察显微镜进行聚焦，在视野中找到针尖，然后对测试pad对应的铜电极上表面进行扎针。

步骤三，使用铟镓砷探测器或共焦激光显微镜最小倍率对待分析区域进行对焦，输入电信号，对样品进行emmi/obirch正面分析。

实施例三正面探测式光子辐射显微镜设备及探测方法

如图10所示，本发明的一较佳实施例的光子辐射显微镜设备，其为正面探测式光子辐射显微镜设备，其包括：探针座20、设备承载台30、光学透镜40、探测器50。

所述探针座20具有上表面，所述上表面用于支撑探针座20，所述探针座20上设置有探针臂21，所述探针臂21上设置有探针22。

所述设备承载台30用于承载所述光子辐射显微镜样品座。

所述光学透镜40，设置与样品台和探针台上方，用于光学聚焦，所述光学透镜40与所述设备承载台30、探针座20、探针臂21和探针22之间具有安全工作距离，本实施例中所述光学透镜为3个。

所述探测器50位于所述光学透镜40上方，用于对所述金属互连层进行缺陷定位和分析。本实施例中所述探测器50包括铟镓砷探测器51或共焦激光显微镜52。

本实施例的正面探测式光子辐射显微镜设备操作步骤如下：

步骤一，将样品背面硅基底通过热熔胶61固定于样品台中心石英玻璃下表面，热熔胶均匀涂抹，避免产生气泡。

步骤二，将样品座底部支架拆除，将需要扎针的pad通过re-bonding方式将其与周围的铜电极进行连接，然后安装支架。

步骤三，使用铟镓砷探测器或共焦激光显微镜最小倍率对待分析区域进行对焦，输入电信号，对样品进行emmi/obirch正面分析。

本发明的光子辐射显微镜样品座和光子辐射显微镜设备，使原有的正/背面探测式emmi/obirch应用分析设备具有从两面进行分析应用的能力。可更加精确定位缺陷位置；操作简单，提高失效分析效率；拓宽机台的使用范围，节约了第三方的检测费用。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。