[發明專利]一種磨削晶圓透射電鏡試樣機械減薄方法

有效

• 申請號: 201410265366.1
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104075928A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 秦飛;孫敬龍;安彤;王仲康;唐亮
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N1/32
• 分類號: G01N1/32
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域和材料分析領域，尤其涉及制作透射電鏡(TEM)樣品的方法。

背景技術

硅晶圓是主要的半導體基底材料，目前90％的半導體元器件的基底材料為硅晶圓。然而，晶圓初始厚度較大，目前200mm晶圓的初始厚度為730μm左右，300mm晶圓的厚度將會更大，晶圓的厚度不能滿足封裝的要求，因此需要對晶圓進行機械減薄。目前晶圓減薄的主流技術是晶圓自旋轉磨削技術，然而磨削加工不可避免地給晶圓表面/亞表面帶來損傷。磨削損傷將引起晶圓的翹曲，降低晶圓的強度，增加晶圓的運輸難度，影響后續拋光效率和封裝良率。為了對晶圓表面的損傷進行評估和控制，需要一種合適的損傷檢測儀器/方法對晶圓表面的損傷進行觀測和表征。透射電子顯微鏡(TEM)是集成電路領域觀測損傷深度和微觀結構重要的工具，其以高能電子束為光源，將經過加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與試樣中的原子因碰撞而改變方向，從而產生立體角散射。由于電子束的穿透能力很弱，因此透射電鏡試樣厚度需要減薄至100nm，高分辨率透射電鏡試樣厚度需要達到30-40nm。對于硅這種脆性材料，要把試樣厚度減薄到納米尺度是極其困難的。傳統的試樣制作方法是先將尺寸稍大的試樣減薄到一定的厚度，然后再利用超聲波切割機把試樣切割成適合凹坑儀凹坑的尺寸(對于矩形試樣對角線長度≤3mm)，然而薄的試樣(特別是脆性材料)在微小力的作用極其容易破裂。因此需要提前將試樣切割成可以進行凹坑的尺寸進行鑲樣，然后磨拋至可以機械凹坑厚度(80-90μm)。當凹坑區的厚度達到30-40μm時進行離子減薄。

發明內容

本發明提出了一種磨削晶圓透射電鏡試樣機械減薄方法，以解決大尺寸磨削晶圓電子透射顯微鏡截面試樣機械預減薄過程易碎問題。

為解決上述問題，本發明提供了一種磨削晶圓透射電鏡試樣機械減薄方法，其特征在于，包括以下步驟：

提供磨削晶圓，正面粘貼保護藍膜，切割沿著晶圓表面<110>晶向切出長寬2-2.3mm×2-2.3mm大小的正方形樣塊；

取晶圓邊緣<110>處相鄰的兩個樣塊置入丙酮中超聲清洗2-3分鐘，取出樣塊，待其自然干燥，然后將兩個樣塊的磨削面對粘，形成試樣，利用試樣夾具對試樣加壓，然后在100℃下固化15小時，所述試樣夾具由底座、彈簧、把手以及試樣擱置槽構成，底座的一側開有用于把手穿過的孔，把手外設有彈簧，底座的一另側設有試樣擱置槽；

將試樣的切割面立于硅膠磨具內進行鑲樣，形成包埋體，待包埋體固化后將樹脂塊粘貼在平衡研磨臺上，所述平衡研磨臺由圓柱臺和鋼環同軸構成；

將包埋體粘貼到平衡研磨臺的圓柱臺底端中心處，利用柱形磨拋臺的重量對試樣施壓；然后用鋼環套住圓柱臺并將其放在安置好#800砂紙的磨拋機旋轉臺上，磨拋臺轉速設定為300-400rpm/min，手持鋼環對試樣進行減薄，減薄過程中用千分尺檢測試樣的厚度，當試樣的厚度達到480-500μm時更換#2000砂紙對試樣進行二次減薄，直到試樣的厚度達到400-450μm時停止；然后利用粒度為0.25μm的磨拋液對試樣進行拋光直到在顯微鏡下觀測不到磨痕為止；

將拋光完成面粘貼在柱形磨拋臺上；先通過#800的砂紙對另一面減薄到200-220μm然后更換#2000砂紙進行二次減薄，當試樣的厚度達到80-90μm時利用粒度為0.25μm的磨拋液進行拋光直到在顯微鏡下觀測不到磨痕為止。

進一步，所述晶圓直徑大于200mm，晶圓厚度小于300mm。

進一步，切割采用晶圓切片機，切割參數為：軸轉10000-12000rpm，進刀速度0.1-0.4mm/s，位精度0.002mm/210mm，刀片直徑φ58mm。

本發明可以取得如下有益效果：

1、本發明解決了脆性材料(特別是硅晶圓)損傷微觀結構觀測時透射電鏡截面試樣機械預減薄難的問題，同時適用于電子透鏡平面試樣的制作。

2、本發明操作步驟簡單，經濟適用，可以獲得高質量脆性材料透射電鏡機械預減薄試樣。

附圖說明：

圖1為切割晶圓表面示意圖

圖2為加壓夾具俯視圖

圖3為加壓夾具正視圖

圖4為鋼制圓柱臺部件圖

圖5為鋼制圓柱臺正視圖

圖6本發明流程圖

圖7為該方法得到的機械減薄后試樣圖

圖中：

101—為切片機切出的樣塊，201—為彈簧，202—為夾具把手