CN103344794B - 一种多功能半导体样品夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能半导体样品夹具，应用于测试和分析工艺中半导体样品的固定。所述承载主体上设置有凹槽和固定装置，所述固定装置固定所述半导体样品于所述凹槽中；所述承载主体还设置有至少三个挡板和一个底板，所述挡板均固定设置于所述底板的上表面；所述凹槽由相邻的两个所述挡板与该两挡板之间的底板共同构成；所述固定装置包括导向轨道、滑块和固定螺杆；所述导向轨道设置于所述凹槽底部的上表面，且该导向轨道的导向方向垂直于构成该凹槽的挡板；所述滑块通过所述导向轨道垂直于挡板往复运动，所述固定螺杆固定所述滑块于所述导向轨道上。

Description

一种多功能半导体样品夹具

技术领域

本发明涉及CMOS半导体器件加工工艺中的辅助工具，尤其涉及应用于微小样品的多功能夹具。

背景技术

在半导体器件的制造和分析测试工艺中，经常需要对一些尺寸非常小的半导体样品进行各种不同的处理和分析。由于这些样品的尺寸非常小（通常在1mm*2mm左右），对于如此微小的样品，在其转移和取放时非常不便，并且也十分容易遗失。

例如，对微小样品进行离子束/电子束（SEM/FIB）双束观测分析时，需要将样品贴在粘有导电胶的样品座上，并按压样品表面使之充分固定与样品座上，由于芯片表面通常只有几平方毫米左右，直接按压样品很容易接触并污染样品的目标区域，并且，如果样品的底面积很小，在粘贴时也容易导致样品表面倾斜，以至于在使用聚焦离子束切割截面时，间接导致离子束不能垂直的切割样品表面，导致不能准确的观测到样品的截面。

又如，对微小样品使用手动探针台进行电性确认时，由于样品的底面积过于微小，不能完全覆盖住手动探针台样品台上的真空吸附小孔，而只能用导电胶粘贴在可以被真空吸附的大片的硅片上扎针分析，这种方法由于增加了大片的硅片的缘故，因此，增加了样品的高度，进而在测试需要对探针台所有的探针进行抬高，在测试完成之后还需要将探针的高度进行还原，大大增加了操作时间。并且，在测试过程中，为了使探针和样品表面充分接触，探针在接触到样品表面时还要继续下降，在下降的过程中，探针的接触压力使得微小样品与下方的大硅片表面发生相对滑动，进而造成探针与样品不完全接触，导致测试条件无法加载。

此外，在取放微小样品时，镊子也会对样品边缘造成损伤，从而导致样品边缘的破损，以至于在SEM/FIB样品座上剥离时导电胶容易留下残留，如不进行清除，会再次粘贴在导电胶上，使得导电形成下降。

中国专利（公开号：CN1958666A）公开了一种用于半导体光电子芯片测试用的夹具，其特征在于，其中包括：一三维微调架，该三维微调架包括三个微调手柄：一基片，该基片为一横向的T字形，该基片横向固定在三维微调架的侧面，在该基片的端部纵向开有小孔；多个套管，该套管插置并固定在基片端部的小孔内；一基座，位于三维微调架的前端、基片的下部。

中国专利（公开号：CN201112372Y）公开了一种用于半导体封装测试的夹具，用于固定所有不同尺寸的基板，所述夹具包括：一个内部开有杆槽的固定件，一个内部开有杆槽的活动件，连接杆，弹性件，索固件：所述连接杆安装在固定件和活动件内部的杆槽中，连接固定件和活动件，弹性件安装在位于固定件部分的连接杆的杆端部分，锁固件安装在位于固定件部分的连接杆的杆端部分，锁固件可安装于连接杆任一杆端；当所述连接杆受力时，带动活动件相对固定件产生位移。利用活动件相对固定不同的位移间隙可固定不同尺寸的基板。

可见，目前还尚不存在一种应用于半导体器件微小样品的专用夹具。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种多功能半导体样品夹具。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

一种多功能半导体样品夹具，应用于测试工艺中半导体样品的固定，其中，所述夹具包括承载主体；

所述承载主体上设置有凹槽和固定装置，所述固定装置固定所述半导体样品于所述凹槽中。

所述的多功能半导体样品夹具，其中，所述承载主体还设置有至少三个挡板和一个底板，所述挡板均固定设置于所述底板的上表面；

所述凹槽由相邻的两个所述挡板与该两挡板之间的底板共同构成。

所述的多功能半导体样品夹具，其中，所述固定装置包括导向轨道、滑块和固定螺杆；

所述导向轨道设置于所述凹槽底部的上表面，且该导向轨道的导向方向垂直于构成该凹槽的挡板；

所述滑块通过所述导向轨道垂直于挡板往复运动，所述固定螺杆固定所述滑块于所述导向轨道上。

所述的多功能半导体样品夹具，其中，所述滑块底部设有与所述导向轨道相配的导向结构。

所述的多功能半导体样品夹具，其中，所述挡板中最外侧的两个所述挡板中央处设有贯通的螺纹孔，所述螺纹孔的开孔方向与所述凹槽的底面平行，且与所述导向轨道的导向方向平行。

所述的多功能半导体样品夹具，其中，所述滑块与所述固定螺杆之间采用螺纹连接进行固定。

所述的多功能半导体样品夹具，其中，所述夹具还包括一底座，所述承载装置通过底座设置于离子束/电子束的双束系统平台上。

所述的多功能半导体样品夹具，其中，所述凹槽的深度不大于所述样品的厚度，且所述承载主体的总厚度不大于所述样品厚度的1.5倍。

所述的多功能半导体样品夹具，其中，所述夹具采用金属材料制成。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明中的夹具通过滑块和固定螺杆的连接配合，使得将传统的固定微小样品的粘贴方式进行改变，取而代之的是通过压力夹住微小样品的方式，这样可以对微小样品的固定更加有效，避免微小样品在测试分析过程中的遗失，同时也避免了微小样品由于粘附力不足而产生的倾斜的情况；另外，本发明中的夹具能够在夹住微小样品的情况下进行探针测试和FIB截面分析，避免了使用传统方法需要对微小样品的多次固定的操作，从而有效减少了镊子对微小样品的损伤。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1A是本发明多功能半导体样品夹具中承载主体的俯视结构示意图；

图1B是本发明多功能半导体样品夹具中承载主体的正视结构示意图；

图1C是本发明多功能半导体样品夹具中承载主体的侧视结构示意图；

图2是本发明多功能半导体样品夹具中承载主体的仰视结构示意图；

图3是本发明多功能半导体样品夹具中滑块的侧视结构示意图；

图4是本发明多功能半导体样品夹具中安装有滑块的承载主体俯视结构示意图；

图5是本发明多功能半导体样品夹具中通过固定螺杆对滑块进行安装后的承载主体的俯视结构示意图；

图6是本发明多功能半导体样品夹具中通过固定螺杆安装有滑块的承载主体的正视结构示意图；

图7是本发明多功能半导体样品夹具的完整结构正视结构示意图；

图8A是在本发明多功能半导体样品夹具中放入微小样品后的俯视结构示意图；

图8B是在本发明多功能半导体样品夹具中放入微小样品后的正视结构示意图；

图9A是滑动滑块贴紧微小样品后的俯视结构示意图；

图9B是滑动滑块贴紧微小样品后的正视结构示意图；

图10A是对微小样品进行固定后的本发明多功能半导体样品夹具的俯视结构示意图；

图10B是对微小样品进行固定后的本发明多功能半导体样品夹具的正视结构示意图；

图11A是使用本发明夹具固定微小样品的厚度示意图；

图11B是传统方法固定微小样品的厚度示意图。

具体实施方式

本发明是一种多功能半导体样品夹具，更具体的说是一种应用于微小半导体样品测试工艺中的的多功能夹具。

本发明的一种多功能半导体样品夹具是一种应用于微小半导体样品固定的装置，本装置既可用作微小样品在探针台扎针时的承载夹具，便于固定和增大探针台真空吸附面积，也可以在微小样品进行SEM/FIB分析时充当样品座。

本发明的一种多功能半导体样品夹具包括承载主体和底座。承载主体上设置有凹槽和固定装置，固定装置将半导体样品固定于凹槽中。承载主体还设置有至少三个挡板和一个底板，所有挡板均固定设置于底板的上表面。其中，凹槽由相邻的两个挡板与该两挡板之间的底板共同构成；其中，优选的，挡板的数量可设置为三个，三个挡板与承载主体的底板共同形成两个凹槽。

固定装置包括导向轨道、滑块和固定螺杆，导向轨道设置于凹槽底部的上表面，且该导向轨道的导向方向垂直于构成该凹槽的挡板。滑块通过所述导向轨道垂直于挡板往复运动，通过固定螺杆将滑块固定于导向轨道上，其中，需要特别指出的是，固定装置不仅限于通过固定螺杆对滑块进行固定这一种方式，还可采用弹簧固定的方式等，只要是能够实现对滑块和微小样品的固定的任何方式均包含于本发明的范围内，此处，通过固定螺杆固定滑块的方式为一种优选的固定方式。

本发明的多功能半导体样品夹具可采用金属或其他强度、刚度较高的材料制成，优选的，采用金属材料制成。

下面结合附图对本发明进行进一步的阐述。

图1A是本发明多功能半导体样品夹具中承载主体的俯视结构示意图。如图1A所示，承载主体1包括一块底板11，该底板11其中一对边的边缘位置处开设有导向轨道12，在该底板11的另外一对边的边缘位置处均设有边缘挡板13，该边缘挡板13相对于底板11的中心呈对称分布，且位于同一平面上，该边缘挡板13的长边与底板11的边缘相齐平，且该边缘挡板13与底板11的边缘固定连接，该边缘挡板13可采用一体成型的技术与底板11的边缘固定连接，也可采用其他固定连接的方法，由于，固定连接是本领域的公知方法，因此，不在此加以赘述。

上述的承载主体1还包括一中心挡板14，其呈条状，中心挡板14与边缘挡板13的长度、厚度均相同，该中心挡板14设置于底板11的中央位置，且中心挡板14平行于边缘挡板13设置的方向进行设置，中心挡板14的两端延伸至底板的边缘，中心挡板14与底板11固定连接，同样的，中心挡板14与底板11之间可采用一体成型的方法制成，也可采用其他固定连接方式，因其是本领域的公知方法，故不加以赘述。其中，中心挡板14与两个边缘挡板13均设置于底板11的上表面。

如图1A所示，上述的中心挡板14、边缘挡板13和底板11的设置使得承载主体1形成两个对称分布的凹槽结构，该凹槽结构可以保证同时放入多个微小样品，极大程度上提高了物性失效分析的效率。

图1B是本发明多功能半导体样品夹具中承载主体的正视结构示意图，如图1B所示，中心挡板14的宽度大于两侧边缘挡板13的宽度，且中心挡板14的厚度与两侧的边缘挡板13厚度相同，底板11的厚度为边缘挡板13厚度的一半，且中心挡板14与边缘挡板13的厚度与微小样品的厚度相同，即承载主体1的两个凹槽的深度与微小样品的厚度相等。图11A是使用本发明夹具固定微小样品的厚度示意图，图11B是传统方法固定微小样品的厚度示意图。如图11A和11B所示，现有方法中的对于微小样品的固定是在大硅片上涂上碳胶，再将样片粘贴于碳胶的表面，由于微小样品和大硅片的厚度均相同，假设为a，则现有方法固定微小样品的总厚度大于2a；而采用本发明的夹具固定微小样品，其总的厚度仅为1.5a。厚度的减小能够在探针卡的测试中，减少抬针和还原探针的距离，从而缩短了扎针的总体时间。

图1C是本发明多功能半导体样品夹具中承载主体的侧视结构示意图，如图1C所示，在承载主体1中位于底板11两侧的边缘挡板13的中心位置均开设有螺孔A131，该螺孔A131为通孔，螺孔A131位于边缘挡板13的侧面，螺孔A131的孔径可根据实际需要进行开设，其开设方法为本领域的公知技术，故不加以赘述。

图2是本发明多功能半导体样品夹具中承载主体的仰视结构示意图，如图2所示，承载主体1的底板11的底部中心位置处开设有螺孔C15，螺孔C15可设置为盲孔或沉孔，其孔径小于中心挡板14的宽度，其深度小于中心挡板14和底板11的厚度之和。

图3是本发明多功能半导体样品夹具中滑块2的侧视结构示意图，图4是本发明多功能半导体样品夹具中安装有滑块2的承载主体俯视结构示意图，如图3和4所示，滑块22呈长条形，滑块22的形状、厚度、大小均与中心挡板14、边缘挡板13相同，滑块22的中心位置处开设有螺孔B21，螺孔B21为盲孔，螺孔B21的孔径大小与承载主体中边缘挡板13上开设的螺孔A131的孔径相等。滑块2的底部两侧设有两个定位凸起块22，该定位凸起块22之间的距离与承载主体1上的两个导向轨道12之间的距离相等，且该定位凸起块22的形状与承载主体上的导向轨道12的形状相配。

图5是本发明多功能半导体样品夹具中通过固定螺杆3对滑块2进行安装后的承载主体的俯视结构示意图，如图5所示，本发明的夹具中的螺孔A131和螺孔B21位于相同的纵断面位置处，以使得固定螺杆3能够通过螺孔A131与螺孔B21连接。固定螺杆3的不设有螺纹的端部设有用于旋钮的扁圆形把手，其中，固定螺杆3的长度大于承载主体中边缘挡板13和中心挡板14之间的距离。

图6是本发明多功能半导体样品夹具中通过固定螺杆3安装有滑块2的承载主体的正视结构示意图，如图6所示，由于在滑块2上开设的螺孔B21为盲孔，因此，固定螺杆3的具有螺纹的端部可以通过从螺孔B21旋转入滑块2中，从而实现螺杆与滑块2之间的螺纹固定连接；由于在边缘挡板13上开设的螺孔A131为通孔，因此，固定螺杆3可通过螺孔A131来实现固定螺杆3的伸入与退出，从而带动滑块2以控制滑块2的伸入和退出。

图7是本发明多功能半导体样品夹具的完整结构正视结构示意图，如图7所示，本发明多功能半导体样品夹具还包括一底座4，该底座4为SEM/FIB底座4。底座4呈圆柱体，其一侧的端部设有外螺纹，该外螺纹与承载主体1底部中心位置的螺孔C15的螺纹相配，以使得底座4能够通过该外螺纹与承载主体1上的螺孔C15连接，从而实现承载主体1与底座4之间的固定。

以上是对本发明一种多功能半导体样品夹具的部件及其之间的组成关系之间的详细说明。下面结合具体实例来对本发明的夹具的使用方法进行详细说明。

图8A是在本发明多功能半导体样品夹具中放入微小样品后的俯视结构示意图，图8B是在本发明多功能半导体样品夹具中放入微小样品后的正视结构示意图，图9A是滑动滑块2贴紧微小样品后的俯视结构示意图，图9B是滑动滑块2贴紧微小样品后的正视结构示意图，图10A是对微小样品进行固定后的本发明多功能半导体样品夹具的俯视结构示意图，图10B是对微小样品进行固定后的本发明多功能半导体样品夹具的正视结构示意图，如图8A和8B所示，首先将本发明的夹具中的承载主体1放置于水平位置上，将滑块2滑至承载主体1的两侧，以留出足够的空间，将微小样品的一边贴着中心挡板14放置，如图9A和9B所示，将滑块2向中心挡板14的位置滑动，直至滑动至滑块2的一边贴着微小样品的另一边，此时，停止滑块2的滑动，如图10A和10B所示，旋动承载主体1两侧的固定螺杆3，在旋转固定螺杆3的过程中，由于位于承载主体两侧的螺孔A131为通孔，因此，通过旋转固定螺杆3，该固定螺杆3能够被旋入承载主体1中，接着，固定螺杆3带有螺纹的一端会被旋入滑块2上开设的螺孔B21中，继续旋转固定螺杆3，直至固定螺杆3在一定范围内不再拧动为止，此时，固定螺杆3使微小样品被中心挡板14和滑块2充分夹紧，从而实现了微小样品在承载主体1中的固定。

在固定完微小样品之后，可以对样品进行扎针测试，在扎针测试完成后，将SEM/FIB底座4旋入位于承载主体底部的螺孔C15中，使得承载主体与SEM/FIB底座4进行固定，将连接固定后的夹具放入聚焦离子束（FIB，Focused Ion beam)内，进行切割工艺。

从上述的说明中可以发现，使用本发明的夹具进行探针台扎针和SEM/FIB分析过程中，由于不再使用碳胶，从而避免了碳胶对样品的污染，提高了样品的导电性能。并且，使用本发明的夹具进行SEM/FIB分析的过程中，保证了样品表面始终平行于承载主体的底面，不会发生歪斜，从而有效规避了传统碳胶固定微小样品时容易发生微小样品倾斜而导致FIB截面分析不准确的情况，提高了FIB截面分析的准确性。此外，由于本发明中的夹具的承载主体1采用的是滑块2与中心挡板14将微小样品夹住的结构设计，因此，在对微小样品进行探针台扎针测试中，探针扎针时的接触压力不至于使样品发生滑动，从而提高了扎针测试的成功率；同时，也保证了样品在测试和分析过程中不容易产生松动，降低了微小样品的遗失率。由于在现有的技术中，对于微小样品的扎针测试和FIB截面分析是需要将微小样品分别固定于涂有碳胶的硅片上和涂有碳胶的FIB样品座上的，因此，在两个工艺的前后都需要使用镊子将微小样品移动至合适的位置，而本发明的装置由于在FIB截面分析时，通过整体移动承载主体1，使承载主体1与FIB底座4连接后即可进行FIB截面分析，因此，使用本发明中的夹具可以有效减少镊子对微小样品的损伤。由于，本发明中的夹具具有两个滑块2以及固定螺杆3，因此，可同时放入多个微小样品，并且，能够同时放入不同宽度的样品，在很大程度上提高了物性失效分析的效率。

综上所述，本发明的夹具通过滑块2和中心挡板14间的压力对微小样品进行固定，避免了传统方法使用碳胶固定微小样品所带来的各种缺陷，在样品的整个测试分析过程中，避免了对样品的污染，同时也确保了样品在测试过程中不发生歪斜的情况，从而提高了FIB截面分析的准确性。另外，由于对样品的固定牢固，使微小样品在进行探针测试时，探针和微小样品间不易发生相对滑动，从而提高了探针测试的准确性和可靠性。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (7)

1.一种多功能半导体样品夹具，应用于测试工艺中半导体样品的固定，所述夹具包括承载主体；

所述承载主体上设置有凹槽和包括导向轨道、滑块和固定螺杆的固定装置，所述固定装置固定所述半导体样品于所述凹槽中；以及

所述承载主体还设置有至少三个挡板和一个底板，所述挡板均固定设置于所述底板的上表面，相邻的两个所述挡板与该两个挡板之间的底板构成所述凹槽；

其特征在于，所述导向轨道设置于所述凹槽底部的上表面，且该导向轨道的导向方向垂直于构成该凹槽的挡板，所述滑块通过所述导向轨道垂直于挡板往复运动，所述固定螺杆固定所述滑块于所述导向轨道上。

2.如权利要求1所述的多功能半导体样品夹具，其特征在于，所述滑块底部设有与所述导向轨道相配的导向结构。

3.如权利要求2所述的多功能半导体样品夹具，其特征在于，所述挡板中最外侧的两个所述挡板中央处设有贯通的螺纹孔，所述螺纹孔的开孔方向与所述凹槽的底面平行，且与所述导向轨道的导向方向平行。

4.如权利要求3所述的多功能半导体样品夹具，其特征在于，所述滑块与所述固定螺杆之间采用螺纹连接进行固定。

5.如权利要求1所述的多功能半导体样品夹具，其特征在于，所述夹具还包括一底座，所述承载主体通过底座设置于离子束/电子束的双束系统平台上。

6.如权利要求1所述的多功能半导体样品夹具，其特征在于，所述凹槽的深度不大于所述样品的厚度，且所述承载主体的总厚度不大于所述样品厚度的1.5倍。

7.如权利要求1所述的多功能半导体样品夹具，其特征在于，所述夹具采用金属材料制成。