扫描电镜装置

867 编辑：中冶有色技术网来源：威科赛乐微电子股份有限公司

2024-06-17 15:58:33

权利要求书： 1.一种扫描电镜装置，其特征在于，包括：电子枪(300)，设置在电子真空腔室内用于产生检测分析需要的电子；扫描电镜(100)，设置在所述电子枪(300)的电子出口处用于调整电子的活动轨迹；还包括样品台(200)，用于放置需要进行检测分析的晶圆；所述扫描电镜(100)包括第一目镜腔室(120)和第二目镜腔室(130)，所述第一目镜腔室(120)和所述第二目镜腔室(130)内分别设置有调节电压以使得穿过所述第一目镜腔室(120)和所述第二目镜腔室(130)的电子能够轰击到所述样品台(200)上。

2.根据权利要求1所述的扫描电镜装置，其特征在于，所述扫描电镜(100)还包括测试腔室(140)和放样腔(150)，所述放样腔(150)与所述测试腔室(140)并排放置，所述放样腔(150)与所述测试腔室(140)之间设置有连接阀(160)。

3.根据权利要求2所述的扫描电镜装置，其特征在于，所述放样腔(150)远离所述测试腔室(140)的侧面上设置有连接孔和推杆(240)，所述连接孔用于供所述推杆(240)穿过，所述推杆(240)位于所述放样腔(150)内的一端与所述样品台(200)连接，使得所述样品台(200)能够在所述推杆(240)的推拉下进行移动。

4.根据权利要求3所述的扫描电镜装置，其特征在于，所述样品台(200)包括连接块(220)、放样盘(210)和弹簧片(230)，所述放样盘(210)一侧与所述连接块(220)连接，所述放样盘(210)周侧设置有与所述弹簧片(230)连接的厚度超过所述放样盘(210)的卡片(231)，所述弹簧片(230)一端与所述卡片(231)连接，另一端设置在所述连接块(220)内。

5.根据权利要求4所述的扫描电镜装置，其特征在于，所述测试腔室(140)内设置有用于连接所述样品台(200)的测试载台(141)，所述测试载台(141)包括连接台(142)和设置在所述连接台(142)侧面上的导轨(143)和连接销(144)，所述连接销(144)和所述连接块(220)上的连接孔(221)配合连接并基于所述连接销(144)的长度将所述样品台(200)设置到电子能够轰击到的位置。

6.根据权利要求4所述的扫描电镜装置，其特征在于，所述电子真空腔室(110)、所述第一目镜腔室(120)、所述第二目镜腔室(130)和所述测试腔室(140)之间的连接处都设置有连接阀(160)。

7.根据权利要求6所述的扫描电镜装置，其特征在于，所述推杆(240)与用与设置所述推杆(240)的连接孔之间密封连接。

8.根据权利要求7所述的扫描电镜装置，其特征在于，所述放样盘(210)上设置有穿透小孔(211)。

说明书：一种扫描电镜装置技术领域[0001] 本实用新型涉及在制造或处理过程中的测试或测量技术领域，尤其涉及一种扫描电镜装置。背景技术[0002] 随着集成电路行业的飞速发展，半导体器件的尺寸越来越小，生产工艺越来越复杂，为了对各个工艺站点的生产情况进行监控，需要在一些工艺站点之后对半导体器具的进行分析，以提高产品的合格率。例如在晶圆制造领域中，常常需要对生产过程中的晶圆采用裂片的方式来分析晶圆的结构和元素，但是这个过程无法保证晶圆的完整性，裂片分析后的晶圆也无法重复利用，尤其是在分析结果为晶圆出现缺陷并进行产线调整后，需要提高检测频率以确保经调整后产出的晶圆缺陷减少或消失，这无疑进一步增加了需要进行裂片分析的晶圆的数量，这会导致更多合格的晶圆被损毁且无法回收利用。

实用新型内容[0003] 有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种扫描电镜装置，使其能够解决需要裂片才能对晶圆进行分析的问题。[0004] 本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：包括：电子枪，设置在电子真空腔室内用于产生检测分析需要的电子；扫描电镜，设置在电子枪的电子出口处用于调整电子的活动轨迹；还包括样品台，用于放置需要进行检测分析的晶圆，扫描电镜包括第一目镜腔室和第二目镜腔室，第一目镜腔室和第二目镜腔室内分别设置有调节电压以使得穿过第一目镜腔室和第二目镜腔室的电子能够轰击到样品台上。本申请采用电子轰击晶圆表面，通过两次目镜调整精度，保证电子束能够精确轰击到晶圆表面，看清表面的结构。也可以接EDX系统进行元素分析。保证了晶圆的完整性，使得晶圆可以继续使用。[0005] 进一步，扫描电镜还包括测试腔室和放样腔，放样腔与测试腔室并排放置，放样腔与测试腔之间设置有连接阀。本申请将最容易被污染的测试腔室和放样腔通过连接阀进行分隔，使用时先整体抽真空再联通进行样品传递，排除了样品传递过程中空气对测量腔室的污染。[0006] 进一步，放样腔远离测试腔室的侧面上设置有供推杆穿过的接孔，推杆位于放样腔内的一端与样品台的连接块连接，样品台能够在推杆的推拉下进行移动。通过使用推杆对样品台的输送进行控制，传输过程简单便捷，且能够在腔室外对推杆是否连接至样品台进行控制。[0007] 进一步，样品台还包括放样盘和弹簧片，放样盘一侧与连接块连接，放样盘周侧设置有与弹簧片连接的厚度超过放样盘的卡片，弹簧片一端与卡片连接，另一端设置在连接块内。通过弹簧片结构对设置在放样盘上的晶圆进行固定，避免晶圆在运输过程或检测过程中滑动落出。[0008] 进一步，测试腔室内设置有用于连接样品台的测试载台，测试载台包括连接台和设置在连接台侧面上的导轨和连接销，连接销和连接块上的连接孔配合连接并基于连接销的长度将样品台设置到电子能够轰击到的位置。本申请先利用导轨对连接块的及与连接块连接的放样盘的移动方向进行限制，再通过连接销充分卡合至连接块时对样品台的位置进行控制，使得大部分的电子能够轰击样品台以进行测试。[0009] 进一步，电子真空腔室、第一目镜腔室、第二目镜腔室和测试腔室之间的连接处都设置有连接阀。设置多个腔室以确保电子枪的洁净度，排除污染，减少了其他因素对测量样品的干涉。[0010] 进一步，推杆与用与设置推杆的接孔之间密封连接。避免样品台输送过程中存在空气从推杆与接孔间的缝隙进入对检测过程产生影响。[0011] 进一步，放样盘上设置有穿透小孔。在便于晶圆取出和放置的同时保证了晶圆的完整性。[0012] 本实用新型的有益效果：[0013] 1.本申请采用电子轰击晶圆表面，通过两次目镜调整精度，保证电子束能够精确轰击到晶圆表面，看清表面的结构。也可以接EDX系统进行元素分析。[0014] 2.将最容易被污染的测试腔室和放样腔通过连接阀进行分隔，使用时先整体抽真空再联通进行样品传递，排除了样品传递过程中空气对测量腔室的污染。[0015] 3.通过弹簧片结构对设置在放样盘上的晶圆进行固定，避免晶圆在运输过程或检测过程中滑动落出。附图说明[0016] 图1是本实用新型扫描电镜和样品台的结构示意图；[0017] 图2是本实用新型电子枪原理图；[0018] 图3是本实用新型测试腔室和放样腔部分的结构示意图；[0019] 图4是本实用新型样品台示意图；[0020] 其中，[0021] 100：扫描电镜；110：电子真空腔室；120：第一目镜腔室；130：第二目镜腔室；140：测试腔室；141：测试载台；142：连接台；143：导轨；144：连接销；150：放样腔；151：侧面；160：连接阀；200：样品台；210：放样盘；211：穿透小孔；220：连接块；221：连接孔；230：弹簧片231：卡片；240：推杆；300：电子枪；310：阴极；320：第一阳极；330：第二阳极。

具体实施方式[0022] 以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容了解本实用新型的优点和功效。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制，为了更好地说明本实用新型的实施例，图中某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。[0023] 本实用新型实施例的图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件，在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述用语的具体含义。[0024] 如图1所示，本实用新型的扫描电镜装置，包括扫描电镜100、样品台200和电子枪300。样品台200用于放置需要进行扫描的晶圆。优选地，样品台200还可放置其他需要进行扫描的半导体部件。电子枪300用于产生能够轰击到样品台200上的电子。扫描电镜100用于调整电子枪300产生的电子使其至少一部分能够轰击到放置在样品台200上的晶圆。扫描电镜100包括沿电子发射后移动方向依次排列的电子真空腔室110、第一目镜腔室120、第二目镜腔室130和测试腔室140。扫描电镜100还包括与测试腔室140并排设置的放样腔150。上述腔室都是封闭的，相邻腔室之间连接处设置有连接阀160。值得注意的是，放样腔150并排设置在测试腔室140侧面，并不与第二目镜腔室130连通。扫描时，电子真空腔室110、第一目镜－8腔室120、第二目镜腔室130和测试腔室140内的真空度必须保持在10 Torr以上。

[0025] 可选地，如图2，电子枪300包括阴极310、第一阳极320和第二阳极330。电子枪300设置在电子真空腔室110内。阴极310和第一阳极320之间接通为提取电压。阴极310和第二阳极330之间接通为加速电压。阴极310在提取电压下产生的电子经加速电压加速后穿过第一目镜腔室120和第二目镜腔室130到达测试腔室140。第一目镜腔室120和第二目镜腔室130内分别设置有调节电压以确保将至少大部分电子轰击到测试腔室140内的样品台200上(后文详细描述)。优选地，第一目镜腔室120和第二目镜腔室130分别用于调节三维坐标中电子X轴上的偏移距离和Y轴上的偏移距离。

[0026] 可选地，如图3，样品台200包括放样盘210和连接块220。连接块220设置在放样盘210底面。优选地，连接块220和放样盘210可以是一体式生成结构。放样盘210配合晶圆的形状设置为圆形。连接块220上设置有两个一端设置在连接块220内，另一端连接至放样盘210周侧的弹簧片230。优选地，两个弹簧片230设置在放样盘210的同一条直径上弹簧片230能够基于自身弹力从连接块220内拉出或缩回连接块220内。弹簧片230连接至放样盘210周侧部分设置有卡片231。卡片231的高度至少超过放样盘210的厚度并基于弹簧片230的弹力紧贴放样盘210周侧。放样盘210对应卡片231部分被切割形成配合卡片231紧密贴合的平面。

当晶圆被设置在放样盘210相对于连接块220的另一侧时，卡片231能够拉动弹簧片230伸出至卡片231将放样盘210上的晶圆卡住并在弹簧片230的弹力作用下保持静止，使得晶圆能够被固定在放样盘210上。放样盘210上开设有四个穿透小孔211以防止晶圆破碎和便于取出样品。优选地，穿透小孔211均匀设置在放样盘210上且不对应弹簧片230和连接块220设置。

[0027] 连接块220一侧设置有连接至测试载台141的连接孔221。优选地，连接孔221的数量为2。连接块220相对于连接孔221的另一侧通过可以自动锁定和解锁的结构与推杆240连接。可以自动锁定和解锁的结构例如可以是现有钥匙锁定结构，具体的，插入钥匙旋转时，未拧到解锁位置，钥匙始终被卡在钥匙孔内无法拔出，始终与门锁连接，当拧到解锁位置或拧回插入位置，钥匙才能拔出并脱离与门锁的连接。本装置中的可以自动锁定和解锁的结构的原理可以与钥匙锁定与解锁原理相同。基于可以自动锁定和解锁的结构将推杆240连接至连接块。推杆240设置在放样腔150远离于测试腔室140的侧面151上。侧面151上设置有供推杆240穿过的接孔。使用时移动推杆240位于放样腔150外的一部分，使得放样腔150内与推杆240连接的样品台200能够被推杆240推入测试腔室140内或从测试腔室140内拉出。可选地，连接孔与推杆240之间的缝隙通过密封胶带等进行填充，在不影响推杆240移动的前提下提高采样腔150的密封性。

[0028] 可选地，设置在测试腔室140内的测试载台141至少包括连接台142、导轨143和连接销144。连接台142用于设置导轨143和连接销144。导轨143和连接销144设置在连接台142同一个侧面。导轨143用于承载放样盘210且导轨143之间形成供连接块220穿过的通道。通道配合能够对连接块220的移动方向进行限制。通道的宽度配合连接块220的宽度设置。连接销144配合能够插入连接块220上的连接孔221设置以对样品台200的移动方向进行限制。优选地，连接销144的长度配合插入连接孔221后能够将样品台200设置到电子能够轰击到的位置，使得电子能够准确地对样品台200上的晶圆进行轰击和检测。

[0029] 本实用新型的使用方法如下：工作时，将放样盘210朝上后放置圆晶，调节卡片将圆晶进行固定。将连接块220连接至推杆240位于放样腔150内的一端。关闭放样腔150后将－8放样腔150抽为真空，当真空度达到10 Torr以上。打开放样腔150和测试腔式140内的连接阀。推动推杆240处于放样腔150外部分，将样品台200送入测试腔室140内。样品台200在导轨143的作用下在导轨143上滑动，再次过程中连接块220基于卡合在导轨143间的通道上进行滑动，直至连接块220上的连接孔221与测试载台141上的连接销144卡合，且连接销144的长度配合能够将样品台200设置到电子能够穿过的位置。旋转推杆240解除推杆240与样品台200的连接。样品台200被设置在测试腔室140内。控制推杆240退回。控制测试腔室140和放样腔150间的连接阀160关闭。开启扫描电镜100的电源和电子真空腔室110、第一目镜腔室120、第二目镜腔室130和测试腔室140间的连接阀160即可进行成分分析。分析完成后，关闭扫描电镜100的电源，打开测试腔室140和放样腔150之间的连接阀160，推动推杆240前进至连接至样品台200,退回到放样腔150，控制连接阀160关闭。像放样腔150内充气后打开放样腔150，拿出样品，即测试完成。

[0030] 以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。