用于在线SEM观察的SEM样品夹具及SEM样品观察方法

摘要

本发明提供了一种用于在线SEM观察的SEM样品夹具及SEM样品观察方法，通过提供一种圆盘形金属支架，所述圆盘形金属支架具有一个或者多个沟槽，SEM样品置于所述沟槽中，由此，将SEM样品包装成了完整晶圆的形状，从而便可利用通常只能观察完整晶圆的在线SEM进行观察，克服了现有技术中在线SEM不能进行SEM样品/截面观察，或者需要配备FIB功能，从而导致成本高昂的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种用于在线SEM观察的 SEM样品夹具及SEM样品观察方法。

背景技术

集成电路(Integrated Circuit，IC)按照摩尔定律的演进，集成度不断提高， 特征尺寸不断减小。在不断微缩的器件结构中，引起器件失效的缺陷也越来越 小。虽然通过缺陷检测系统可以捕捉到大部分制造过程中产生的各种缺陷，但 无法告诉生产者产生这些缺陷的原因。扫描电子显微镜(Scanning Electron  Microscope，SEM)是最常使用的失效分析设备，利用SEM可以对样品截面或表 面进行细微的观察。SEM放大倍数可以从上千倍到数十万倍，分辨率达到3nm， 因而可以满足现阶段乃至未来数十年集成电路微观结构观察的需求。

虽然现在集成电路的制造工厂(fab)都配置了在线SEM用于缺陷观察 (Review)，但一般是基于生产线自动流转的设计，只能用于完整晶圆(wafer) 的表面形貌的观察。当产品的失效模式需要对完整晶圆的某一截面进行观察的 时候，只能借助失效分析实验室的SEM设备。这种离线的SEM对制样(SEM 样品)有一定的要求，它的操作及维护亦不同于fab里的设备，因而需要配备专 业人员来使用和管理。另一方面，fab每天都会有各种需要进行截面观察的失效 分析的需求，都用失效分析实验室的SEM设备，有时会导致大量需要进行截面 观察的SEM样品的积压。

在一些先进的fab，在线SEM也配置了聚焦离子束(Focused Ion Bean，FIB) 的功能(即具有FIB功能的在线SEM)，可以用FIB在线切开wafer的待观察部 位，并不破坏wafer的完整性，同时进行截面的SEM观察。但是，这种具有FIB 功能的在线SEM观察的成本相当高昂。因此，如何利用在线SEM设备(不具 有FIB功能)进行截面的观察，成了本领域技术人员亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于在线SEM观察的SEM样品夹具及SEM样 品观察方法，以解决现有技术中在线SEM不能进行SEM样品/截面观察，或者 需要配备FIB功能，从而导致成本高昂的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于在线SEM观察的SEM样品夹 具，包括：

圆盘形金属支架，所述圆盘形金属支架边缘设置有Notch槽口；

所述圆盘形金属支架具有一个或者多个沟槽。

可选的，在所述的用于在线SEM观察的SEM样品夹具中，所述圆盘形金 属支架的直径及厚度，以及Notch槽口符合SEMI对晶圆的标准要求，所述圆盘 形金属支架的直径为150毫米～300毫米，所述圆盘形金属支架的厚度为0.4毫 米～6毫米。

可选的，在所述的用于在线SEM观察的SEM样品夹具中，所述圆盘形金 属支架上具有加厚区，沟槽设置在所述加厚区上。

可选的，在所述的用于在线SEM观察的SEM样品夹具中，所述沟槽的侧 壁所围成的形状为长方体形，所述沟槽贯通所述圆盘形金属支架，所述圆盘形 金属支架的沟槽位置的背面粘贴有导电胶带。

可选的，在所述的用于在线SEM观察的SEM样品夹具中，所述导电胶带 为净化等级为100级及以上的碳膜导电胶带或铜膜导电胶带。

可选的，在所述的用于在线SEM观察的SEM样品夹具中，所述沟槽的侧 壁所围成的形状为三棱柱形。

可选的，在所述的用于在线SEM观察的SEM样品夹具中，所述加厚区的 厚度为3毫米～20毫米。

可选的，在所述的用于在线SEM观察的SEM样品夹具中，所述加厚区位 于所述圆盘形金属支架的背面，所述圆盘形金属支架的正面为平坦表面。

可选的，在所述的用于在线SEM观察的SEM样品夹具中，所述加厚区远 离所述圆盘形金属支架的中心位置。

可选的，在所述的用于在线SEM观察的SEM样品夹具中，所述圆盘形金 属支架放置在在线SEM的观察腔中的载片卡盘上时，加厚区凸起部分位于卡盘 内部间隙位置或者外缘间隙位置。

可选的，在所述的用于在线SEM观察的SEM样品夹具中，所述沟槽的长 度为5毫米～30毫米，宽度为1毫米～5毫米。

可选的，在所述的用于在线SEM观察的SEM样品夹具中，所述圆盘形金 属支架由铝、铜或者不锈钢材料制成。

本发明还提供一种SEM样品观察方法，包括：

制备SEM样品；

将所述SEM样品置于上述的SEM样品夹具的沟槽中；

利用在线SEM观察所述SEM样品。

可选的，在所述的SEM样品观察方法中，使用切割工具切割晶圆，以获取 SEM样品。

可选的，在所述的SEM样品观察方法中，所述切割工具为金刚刀。

可选的，在所述的SEM样品观察方法中，在获取SEM样品之后，将所述 SEM样品置于沟槽中之前，还包括如下步骤：

将所述SEM样品置于腐蚀液中浸泡；

对浸泡后的SEM样品进行清洗和干燥。

可选的，在所述的SEM样品观察方法中，利用在线SEM观察所述SEM样 品包括如下步骤：

将所述SEM样品夹具放入载片盒中；

机械手臂抓取所述SEM样品夹具，并传送至观察腔室中；

在线SEM观察所述SEM样品夹具中的SEM样品。

可选的，在所述的SEM样品观察方法中，将所述SEM样品夹具放入载片 盒的卡槽中时，圆盘形金属支架的正面朝上并且使得机械手臂抓取时不会碰到 圆盘形金属支架的背面的凸起部分。

可选的，在所述的SEM样品观察方法中，通过在线SEM装载所述SEM样 品夹具时，圆盘形金属支架在经过预对准台找到Notch槽口后，再转过一定的 角度，使得机械手臂将所述圆盘形金属支架拿到真空腔体时，不会碰到圆盘形 金属支架背面的凸起部分。

在本发明提供的用于在线SEM观察的SEM样品夹具及SEM样品观察方法 中，通过提供一种圆盘形金属支架，所述圆盘形金属支架具有一个或者多个沟 槽，SEM样品置于所述沟槽中，由此，将SEM样品包装成了完整晶圆的形状， 从而便可利用通常只能观察完整晶圆的在线SEM进行观察，克服了现有技术中 在线SEM不能进行SEM样品/截面观察，或者需要配备FIB功能，从而导致成 本高昂的问题。

附图说明

图1a是本发明实施例一的用于在线SEM观察的SEM样品夹具的俯视示意 图；

图1b是本发明实施例一的用于在线SEM观察的SEM样品夹具的侧视示意 图；

图2a是本发明实施例一的沟槽结构示意图之一；

图2b是本发明实施例一的沟槽结构示意图之二；

图3a是本发明实施例二的用于在线SEM观察的SEM样品夹具的仰视示意 图；

图3b是本发明实施例二的用于在线SEM观察的SEM样品夹具的侧视示意 图；

图4a是本发明实施例三的用于在线SEM观察的SEM样品夹具的仰视示意 图；

图4b是本发明实施例三的用于在线SEM观察的SEM样品夹具的侧视示意 图；

图5是本发明实施例四的SEM样品观察方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的用于在线SEM观察的SEM样 品夹具及SEM样品观察方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书， 本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均 使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种用于在线SEM观察的SEM样品夹具及 SEM样品观察方法，通过提供一种圆盘形金属支架，所述圆盘形金属支架具有 一个或者多个沟槽，SEM样品置于所述沟槽中，由此，将SEM样品包装成了完 整晶圆的形状，从而便可利用通常只能观察完整晶圆的在线SEM进行观察，克 服了现有技术中在线SEM不能进行SEM样品/截面观察，或者需要配备FIB功 能，从而导致成本高昂的问题。

实施例一

请参考图1a～1b，其中，图1a为本发明实施例一的用于在线SEM观察的 SEM样品夹具的俯视示意图；图1b是本发明实施例一的用于在线SEM观察的 SEM样品夹具的侧视示意图。

如图1a所示，所述SEM样品夹具1包括：

圆盘形金属支架10，所述圆盘形金属支架10上设置有Notch槽口11；

所述圆盘形金属支架10具有一个或者多个沟槽12。

具体的，所述圆盘形金属支架10的直径为150毫米～300毫米，厚度为0.4 毫米～6毫米。通常，所述圆盘形金属支架10的形状与生产线上的晶圆的尺寸相 当，即例如该条生产线上的晶圆是6寸的晶圆，则所述圆盘形金属支架10的形 状尺寸基本也是6寸晶圆的形状尺寸。当然，若该圆盘形金属支架10的形状尺 寸略大或者略小也可以，或者该圆盘形金属支架10在不妨碍生产线上的设备的 情况下，有些凸起或者凹陷均可，关于此点，实施例二、三将进一步予以说明。

在利用在线SEM对晶圆进行观察的工艺中，通常使用机械手臂抓取待观察 的晶圆，机械手臂将晶圆抓取到预对准台(Prealigner)后，通常由Prealigner 根据晶圆上设置的notch槽口进行定位，使得晶圆的参考平面指向同一方向，继 而进行更精确的对准或者进行后续工艺。基于此，在本实施例中，所述圆盘形 金属支架10上设置有notch槽口11，其形状与晶圆上Notch槽口的设置相同， 其符合SEMI标准。

通常，所述SEM样品夹具1由铝、铜、不锈钢材料或者其他金属材料一体 成型，即圆盘形金属支架10、Notch槽口11及沟槽12由金属材料一体制成。

在本实施例中，相应地提供了两种沟槽结构。具体的，请参考图2a～2b，其 中，图2a是本发明实施例一的沟槽结构示意图之一；图2b是本发明实施例一 的沟槽结构示意图之二。

如图2a所示，所述沟槽12的一种结构：沟槽12a的侧壁120a所围成的形 状为长方体形。当所述沟槽12a未贯穿所述圆盘形金属支架10时，所述沟槽12a 的底壁121a为圆盘形金属支架10；当所述沟槽12a贯穿所述圆盘形金属支架10 时，所述沟槽12a的底壁121a为导电胶带，即此时所述圆盘形金属支架10的背 面粘贴有导电胶带，所述导电胶带可以为碳膜导电胶带或者铜膜导电胶带。

在此，所述沟槽12a的长度为5毫米～30毫米，宽度为1毫米～5毫米，当 然，根据SEM样品的尺寸，所述沟槽12a的长度及宽度也可以做适应性变化。

如图2b所示，所述沟槽12的另一种结构：沟槽12b的侧壁120b所围成的 形状为三棱柱形。即此时，沟槽12b的两个侧壁120b平行，另两个侧壁120b 具有公共边。优选的，所述沟槽12b的顶角(即有公共边的两个侧壁120b之间 的夹角)为15度～75度。

当所述圆盘形金属支架20具有多个沟槽12时，该多个沟槽12的结构、尺 寸可以相同，也可以不相同。

实施例二

请参考图3a～3b，其中，图3a是本发明实施例二的用于在线SEM观察的 SEM样品夹具的仰视示意图；图3b是本发明实施例二的用于在线SEM观察的 SEM样品夹具的侧视示意图。

如图3a所示，所述SEM样品夹具3包括：

圆盘形金属支架30，所述圆盘形金属支架30上设置有Notch槽口31；

所述圆盘形金属支架30具有一个或者多个沟槽32；

所述圆盘形金属支架30上具有加厚区33，每个沟槽32均有部分位于所述 加厚区33上。

本实施例与实施例一的差别在于，在所述圆盘形金属支架30上设置有加厚 区33，同时，每个沟槽32均有部分位于所述加厚区33上。对于SEM设备的真 空观察腔，承载硅片的卡盘一般为圆环形，在此，所述加厚区33位于所述圆盘 形金属支架30的背面，且该圆盘形金属支架30放置在在线SEM的观察腔中的 载片卡盘上时，加厚区33的凸起部分位于卡盘内部间隙位置。优选的，所述加 厚区的厚度为3毫米～20毫米。由此，沟槽32的深度可以设置得更加深，例如， 当所述沟槽32贯通所述加厚区33时，当然，此时所述沟槽32也贯通圆盘形金 属支架30，则所述沟槽32的深度可达26毫米，由此，可便于更大尺寸的SEM 样品的放置。所述沟槽32的具体结构可参考图2a、2b，同样的，当所述沟槽 32贯通所述加厚区33时，在所述加厚区33的背面粘贴有导电胶带，以固定住 后续放置的SEM样品。

为了便于SEM样品夹具3传输至在线SEM予以观察，特别的，便于机械 手臂对于SEM样品夹具3的抓取，所述加厚区33远离所述圆盘形金属支架30 的中心位置，即圆盘形金属支架30的中心位置的厚度通常为0.4毫米～6毫米。 优选的，所述中心位置的大小比机械手臂的吸盘稍大，由此，机械手臂的吸盘 可方便地吸取SEM样品夹具3，实现机械手臂对于SEM样品夹具3的抓取。

实施例三

请参考图4a～4b，其中，图4a是本发明实施例三的用于在线SEM观察的 SEM样品夹具的仰视示意图；图4b是本发明实施例三的用于在线SEM观察的 SEM样品夹具的侧视示意图。

如图4a所示，所述SEM样品夹具4包括：

圆盘形金属支架40，所述圆盘形金属支架40上设置有Notch槽口41；

所述圆盘形金属支架40具有一个或者多个沟槽42；

所述圆盘形金属支架40上具有加厚区43，每个沟槽42均有部分位于所述 加厚区43上。对于SEM设备的真空观察腔，承载硅片的卡盘一般为圆环形， 在此，所述加厚区43位于所述圆盘形金属支架40的背面，且该圆盘形金属支 架40放置在在线SEM的观察腔中的载片卡盘上时，加厚区43的凸起部分位于 卡盘的外部间隙位置。

本实施例与实施例二的差别在于，所述加厚区43更加远离圆盘形金属支架 40的中心位置。

由此可见，所述加厚区只要远离圆盘形金属支架的中心位置，这样既以给 机械手臂留出抓取的位置，同时加厚区避开与载片卡盘的接触即可。此外，需 说明的是，本发明对于所述加厚区的形状不做限定，即其可以如实施例二、实 施例三所示的弧形，也可以是矩形、三角形等形状。同时，实施例二实施例三 中未提及的部分，可相应参考实施例一。

实施例四

请参考图5，其为本发明实施例四的SEM样品观察方法的流程示意图。如 图5所示，所述SEM样品观察方法包括：

S50：获取SEM样品；

S51：将所述SEM样品置于SEM样品夹具的沟槽中；

S52：利用在线SEM观察所述SEM样品。

其中，所述SEM样品夹具可以为实施例一、实施例二及实施例三中任意一 个SEM样品夹具。在此以实施例一中的SEM样品夹具1为例。

首先，获取SEM样品，优选的，通过金刚刀切割晶圆以得到SEM样品， 金刚刀切割晶圆速度快且价格低廉。当然，在本发明的其他实施例中，也可以 通过其他切割工具切割晶圆以获取SEM样品，例如聚焦离子束等。当使用聚焦 离子束切割晶圆获取SEM样品时，由于聚焦离子束不与在线SEM整合，相对 于背景技术中提到的具有FIB功能的在线SEM，其成本也将更加低廉。

在本实施例中，在获取SEM样品之后，还对SEM样品进行一定的处理， 以使得SEM样品更加易于观察。具体的，将切割得到的所述SEM样品置于腐 蚀溶液中浸泡，所述腐蚀溶液可以是BOE溶液、SPM溶液、DHF溶液、H₃PO₄溶液及KOH溶液中的一种或者多种；接着，对浸泡后的SEM样品进行清洗和 干燥。由此去除了SEM样品切割过程中的一些，从而得到质量更加好、更易于 观察的SEM样品。当然，在本发明的其他实施例中，可以不进行上述处理，或 者进行更多处理以得到质量更好的SEM样品，本申请对此不做限定。

在得到SEM样品之后，将SEM样品置于SEM样品夹具的沟槽中，在此， 即置于SEM样品夹具1的沟槽12中。接下去，即可按照在线SEM对于完整晶 圆的观察方法，对所述SEM样品进行观察。具体包括：

将所述SEM样品夹具1放入载片盒中，即放入通常放置待观察的完整晶圆 的装置中；

接着，机械手臂抓取所述SEM样品夹具1，通常，所述机械手臂首先根据 Notch槽口11进行预对准，然后吸盘抓取所述SEM样品夹具1；

紧接着，所述机械手臂将抓取的SEM样品夹具1传送至观察腔室中；

最后，在线SEM观察所述SEM样品夹具1中的SEM样品。

由此，便可利用普通在线SEM类似于观察完整晶圆的方式观察SEM样品。 需说明的是，对SEM样品夹具的放置、抓取、并最终传送到观察腔室观察的步 骤，本发明中未详细说明之处，可相应参考现有技术在线SEM对于完整晶圆的 观察。

本发明通过提供一种SEM样品夹具，具体的，提供一种圆盘形金属支架， 所述圆盘形金属支架具有一个或者多个沟槽，SEM样品置于所述沟槽中，由此， 将SEM样品包装成了完整晶圆的形状，从而便可利用通常只能观察完整晶圆的 在线SEM进行观察，克服了现有技术中在线SEM不能进行SEM样品/截面观 察，或者需要配备FIB功能，从而导致成本高昂的问题。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定， 本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权 利要求书的保护范围。