精确定点切片系统及方法与流程

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。

技术实现要素：

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。

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载样台的移动。

本发明的精确定点切片方法中，还包括以下步骤：

载样台水平调节步骤，通过旋转载样台的X轴、Y轴方向螺旋位移杆移动样片，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，固定载样台的三轴螺旋位移杆；

悬臂装置调节步骤，在显微镜视场下调节悬臂装置的螺旋位移杆，通过悬臂装置将切割装置移动至所述切片图形区域上方，固定悬臂装置的三轴螺旋位移杆；

载样台垂直调节步骤，调节载样台的Z轴方向螺旋位移杆，使所述样片与所述切割装置紧密接触，固定载样台的三轴螺旋位移杆；

切割步骤，根据样片切割方向需求，旋动载样台的X轴方向或Y轴方向的螺旋位移杆，使所述载样台进行单轴移动，在样片表面沿晶向形成划痕；以及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，所述切割装置为超硬材料针尖，其中超硬材料包括但不限于刚玉、金刚石等。

本发明的精确定点切片系统及方法的精度远远超过手工切片，达到微米级别，而设备的复杂程度远低于聚焦离子束设备，填补了市面产品的空白。

附图说明

图1是本发明的精确定点切片系统的结构示意图。

图2是本发明的精确定点切片方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成，或者可以采用将来开发的具有类似功能的材料。

本发明公开一种精确定点切片系统，如图1所示，包括光学显微镜1、载样台2、悬臂装置3和切割装置4。

光学显微镜1包括光学系统，如物镜、目镜、反光镜和聚光器等，以及固定与调节光学镜头的机械装置，如镜座、镜臂、镜筒、物镜转换器、调焦装置等。

载样台2用于固定并移动样片，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。传统光学显微镜的载样台仅能够沿水平的X轴方向和Y轴方向移动，通过加装载样台升降装置，使载样台能够在垂直的Z轴方向升降，也即使载样台2具有三个自由度。载样台2的移动可以采用螺旋位移杆控制。但是，本发明不限定于此，例如可以通过步进电机等驱动装置，由计算机控制载样台的移动。

悬臂装置3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3的移动可以采用螺旋位移杆控制。但是，本发明不限定于此，例如可以通过步进电机等驱动装置，由计算机控制悬臂装置的移动。

切割装置4安装在悬臂装置3的端部，随着悬臂装置3的移动而移动，用于切割样片。切割装置4例如可以为超硬材料针尖，其中，超硬材料可以是刚玉、金刚石等常见的超硬材料，也可以是复合超硬材料。

图2是本发明的精确定点切片方法的流程图。如图2所示，在载样台水平调节步骤S1中，调节载样台2，沿水平方向移动样片，利用光学显微镜1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2。在悬臂装置调节步骤S2中，在显微镜视场下调节悬臂装置3，通过悬臂装置3将切割装置4移动至切片图形区域上方，固定悬臂装置3。在载样台垂直调节步骤S3中，通过调节载样台2，使所述样片在垂直方向移动，与切割装置4紧密接触，固定载样台2。在切割步骤S4中，根据样片切割方向需求，使载样台2沿X轴方向或Y轴方向进行单轴移动，在样片表面沿晶向进行切割，形成划痕。在分离步骤S5中，使样片沿所述划痕分离，从而成功剖开预定的图形区域。

本发明的精确定点切片方法中，优选为，可以采用螺旋位移杆控制悬臂装置3的移动。采用螺旋位移杆控制载样台2的移动。在上述情况下，本发明的精确定点切片方法具体包括以下步骤：在载样台水平调节步骤S1中，通过旋转载样台2的X轴、Y轴方向螺旋位移杆移动样片，利用光学显微镜1找到切片图形区域，并保证样片晶向沿X轴方向和Y轴方向，固定载样台2的三轴螺旋位移杆。在悬臂装置调节步骤S2中，在显微镜视场下调节悬臂装置3的螺旋位移杆，通过悬臂装置3将切割装置4移动至所述切片图形区域上方，固定悬臂装置3的螺旋位移杆。在载样台垂直调节步骤S3中，调节载样台2的Z轴方向螺旋位移杆，使所述样片与切割装置4紧密接触，固定载样台2的螺旋位移杆。在切割步骤S4中，根据样片切割方向需求，旋动载样台2的X轴方向或Y轴方向的螺旋位移杆，进行单轴移动，在样片表面沿晶向进行切割，形成划痕。最后，在分离步骤S5中，使样片沿所述划痕分离，从而成功剖开预定的图形区域。本发明的精确定点切片方法中，切割装置4可以是超硬材料针尖，如金刚石、刚玉等，也可以是复合超硬材料。

以下结合具体实施例针对本发明的本发明的精确定点切片方法进行说明。在本实施例中所选用光学显微镜的目镜配置为10×和20×，物镜为10×，30×，50×，100×。选用直径为3μm的金刚石针尖对硅衬底进行切割，待切割的图形约为20μm×20μm的区域。

首先，在载样台水平调节步骤S1中，通过旋转载样台2的X轴、Y轴方向螺旋位移杆而移动样片，利用光学显微镜1找到切片图形区域，并使(100)取向的硅衬底晶体的取向沿X轴方向和Y轴方向，固定载样台2的三轴螺旋位移杆；

接下来，在悬臂装置调节步骤S2中，在显微镜视场下调节悬臂装置3的螺旋位移杆，通过悬臂装置3将金刚石针尖移动至所述切片图形区域上方，固定悬臂装置3的螺旋位移杆；

接下来，在载样台垂直调节步骤S3中，调节载样台2的Z轴方向螺旋位移杆，使所述样片与金刚石笔尖紧密接触，固定载样台2的螺旋位移杆；

接下来，在切割步骤S4中，根据裂片取样需求，若需要对样品沿Y轴方向切割，则旋动载样台2的Y轴方向的螺旋位移杆，使载样台2能够沿Y轴单轴移动。金刚石笔尖在样片表面沿Y轴方向进行切割，形成约10μm深的划痕；

最后，在分离步骤S5中，使硅衬底沿所述划痕分离。

利用本发明的精确定点切片系统及方法，对样品进行切割的精度远远超过手工切割出的切片，能够达到微米级别，并且设备的复杂程度远低于聚焦离子束样品切割系统，从而填补了市面产品的空白。

以上，针对本发明的精确定点切片方法的具体实施方式进行了详细说明，但是本发明不限定于此。各步骤的具体实施方式根据情况可以不同，例如对载样台的移动、悬臂装置的移动，可以通过计算机控制实现。此外，部分步骤的顺序可以调换，部分步骤可以省略等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。