一种用于集成电路检测的工业型原子力显微镜的制作方法

本实用新型属于高分辨分析仪器领域，尤其是原子力显微镜领域，特别涉及一种用于集成电路检测的工业型原子力显微镜。

背景技术：

随着科技的进步，人们日常的电子消费品及许多工业产品变的越来越精细，功能也越来越集成化，这些都需要归功于集成电路的快速发展。从上世界70年代开始，随着复杂的半导体以及通信技术的发展，集成电路的研究、发展也逐步展开。集成电路的发展与进步，主要是依靠制程工艺技术的不断改进，使得器件的尺寸不断缩小，从而集成度不断提高、功耗降低，使器件性能得到提高。集成电路的制造工艺在1995年以后，已经逐渐从开始的0.5um发展到现在的10nm。计算机以及手机里面的控制核心微处理器就是大规模集成电路的最典型实例，其制程工艺已经达到了10nm。由此可知，集成电路的制程工艺早已从上世纪的微米级发展到现如今的纳米级尺度，相应的集成电路的检测设备分辨率也从先前的微米级开始向纳米级转变。但是，当前真正具有纳米级别分辨率的检测设备种类是非常少的，最常见的便是扫描电镜，但是扫描电镜的最大劣势在于不能测量三维尺寸，因此基于扫描电镜的检测系统是不能完全满足大规模集成电路的在线检测的。

基于这种趋势，基于原子力显微镜技术的检测设备开始慢慢的进入到了大规模集成电路的检测系统中。我们知道原子力显微镜具有超高的分辨率，并且能够实时进行三维测量，无论是在横向还是纵向都具有纳米级分辨率(横向分辨率0.2nm，纵向分辨率0.05nm)，它的优势是无与伦比的，非常适合当前动辄就是10nm制程的集成电路的在线检测。但是普通的原子力显微镜也有自身的不足，其主要的缺点在于扫描速度太慢，而且检测的范围小，适用的样品尺寸也很小，无法实现对大规模集成电路进行大范围和快速扫描、对晶片表面微米或纳米结构进行分析及测量、表面纳米粗糙度分析、表面纳米刻线及沟槽深度测量等。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足之处，为了解决上述问题，本实用新型是在自主研发的现有的普通原子力显微镜的基础之上，对现有的扫描装置及反馈控制系统进行了重新设计，研发了一种新型的专门用于集成电路在线检测的工业型原子力显微镜。

本发明提供了一种用于集成电路检测的工业型原子力显微镜，包括主机、气动减震台、控制器和上位机软件；所述主机设置于气动减震台的屏蔽罩内部，该主机与控制器相连接；所述控制器与上位机软件通信连接；

其中，所述主机包括底座、手柄、支架、横梁、第一位移台、扫描台、吸盘、第二位移台、升降台、激光检测头、成像装置和探针座；

所述底座的左右侧面各设有一个手柄，底座台面后部的两端对称设有两个支架；所述横梁架设于两个支架之间；

所述第一位移台设置于底座台面中央，用于前后位移；所述扫描台安装于第一位移台上面；所述吸盘安装于扫描台上面；

所述第二位移台设置于横梁的前侧面，用于左右位移；所述升降台垂直设置于第二位移台上，能够沿第二位移台左右位移；

所述升降台前侧面设有激光检测头；所述激光检测头上面设有成像装置，下面设有探针座。

优选的是，所述气动减震台的屏蔽罩为金属屏蔽罩。

优选的是，所述主机的底座、支架和横梁选用大理石材质。

优选的是，所述第一位移台为Y一维电动位移台；所述第二位移台为X一维电动位移台；所述升降台为Z一维电动升降台。

优选的是，所述扫描台为XYZ三维压电扫描器；所述吸盘为真空吸盘，用于固定样品。

优选的是，所述成像装置选用电荷耦合器件成像装置。

优选的是，所述探针座以可拆卸的方式安装扫描探针。

本实用新型的有益效果：本案研发了一种新型的用于集成电路在线检测的工业型原子力显微镜，可对大规模集成电路晶片进行大范围和快速三维形貌扫描成像，也可单独进行表面纵向轮廓扫描，具有纳米级的分辨率。扫描速度快、范围大、分辨率高、适用的样品尺寸大，最大可达300mm。有助于提高集成电路的纳米级制造工艺，提高集成电路的封装测试水平，进而提升我国芯片制造的整体竞争力。

附图说明

图1为工业型原子力显微镜的结构示意图；

图2为主机的结构示意图；

其中，1-主机、2-气动减震台、3-控制器、4-上位机软件、11-大理石底座、12-手柄、13-大理石支架、14-大理石横梁、15-X一维电动位移台、16-Z一维电动升降台、17-电感耦合器件成像装置、18-激光检测头、19-探针座、20-真空吸盘、21-XYZ三维压电扫描台、22-Y一维电动位移台。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

现给出本案中所述的用于集成电路检测的工业型原子力显微镜的具体实施例，主要由主机1、气动减震台2、控制器3和上位机软件4四大部件构成；主机1设置于气动减震台2的金属屏蔽罩内部，该气动减震台2的作用是隔绝及减小外界振动以及外界噪音对仪器工作造成的影响；控制器3与主机1相连接，主要负责系统与电脑的数据通信、光电信号的转换与处理、主机工作时的扫描驱动以及反馈控制、样品台的驱动等功能；上位机软件4与控制器3通信连接，主要负责最终的图像采集和数据分析以及仪器工作各种控制命令的输出。

其中，原子力显微镜(AFM)主机1由大理石底座11、手柄12、大理石支架13、大理石横梁14、X一维电动位移台15、Z一维电动升降台16、电感耦合器件(CCD)成像装置17、激光检测头18、探针座19、真空吸盘20、XYZ三维压电扫描台21、Y一维电动位移台22组成；大理石底座11处于AFM主机1的最下端，大理石底座11的左右两侧面还设有两个手柄12，主要用来搬运AFM主机1；大理石底座11的上台面后部还对称的设有两个大理石支架13，大理石支架13的上面安装有大理石横梁14；大理石底座11的上台面中央还设有Y一维电动位移台22，该Y一维电动位移台22的上面安装有XYZ三维压电扫描台21，该XYZ三维压电扫描台21的上面还安装有真空吸盘20；大理石横梁14的前侧面安装有X一维电动位移台15，该X一维电动位移台15的上面安装有Z一维电动升降台16，该Z一维电动升降台16的前面设有AFM激光检测头18，该AFM激光检测头18的上面设有CCD成像装置17，下面设有所述AFM探针座19。

该AFM操作过程如下：工作时，首先用户将集成电路晶片放置在真空吸盘20上面，真空吸盘20利用真空吸附功能会将样品牢牢的固定，同时将扫描探针安装在AFM探针座19上，并插入到AFM激光检测头18里面；通过上位机软件4选择扫描工作模式，通过CCD成像装置17观察探针样品扫描的区域，同时设置需要扫描的样品位置，再设置各项基本扫描参数，所述控制器3将自动控制X一维电动位移台15、Y一维电动位移台22、Z一维电动升降台16，移动样品到需要的扫描位置，自动趋近探针接近样品直到工作区域后，XYZ三维压电扫描器21开始扫描，图像开始采集。一次扫描结束后，上位机软件4会自动保存扫描图像及源数据，控制器3自动控制探针抬起，自动控制X和Y一维电动位移台移动到下一个区域，然后再趋近进行下一个位置的图像扫描。以此类推，可以完成整张晶片多个位置的高分辨率三维形貌图。如果软件选择轮廓线快速扫描模块，可只利用Z一维压电升降台16和X一维电动位移台15快速获得长距离的轮廓剖面线图。利用离线分析软件模块可对获取的样品表面数据进行各种分析，如粗糙度分析、计数、深度测量、距离测量等等。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。