一种非接触式微电子探针探测显微成像集成系统技术方案

本发明专利技术涉及一种非接触式电子探针探测显微镜成像集成系统，所述显微镜成像集成系统包括电子源系统，刻蚀用离子源系统，高压电源系统，电子光学系统，离子束偏转系统，电子束偏转系统，静电透镜系统，磁透镜驱动系统，真空系统，样品台系统，探测器系统，数据采集系统和图像重建系统，所述电子源系统包含灯丝室、灯丝座、发叉式钨灯丝和三极式静电透镜，所述灯丝座设置有可调节装置。所述显微镜成像集成系统在芯片工作过程中对某个区域进行实时显微测量，从而对芯片的某个具体工作模块实现实时监控并分析其微系统功能，为微电子芯片设计人员提供了一种有效的设计纠错分析手段。

A non-contact microelectronic probe micro imaging integrated system

The invention relates to a non-contact electron probe detection microscope imaging integrated system. The microscope imaging integrated system includes an electron source system, an ion source system for etching, a high voltage power supply system, an electron optics system, an ion beam deflection system, an electron beam deflection system, an electrostatic lens system, and a magnetic lens driving system. A vacuum system, a sample table system, a detector system, a data acquisition system and an image reconstruction system comprising a filament chamber, a filament holder, a hair fork tungsten filament and a tripolar electrostatic lens are provided with an adjustable device. The microscope imaging integrated system carries out real-time micro-measurement in a certain area during the chip working process, thereby realizing real-time monitoring and analyzing the micro-system functions of a specific working module of the chip, and providing an effective design error correction analysis means for microelectronic chip designers.

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式微电子探针探测显微成像集成系统
本专利技术涉及集成电路领域，尤其涉及非接触式微电子探针探测显微成像集成系统。
技术介绍
当今科技日新月异，发展更新速度飞快，尤其是在集成电路领域。微探针测试设备在集成电路芯片科研、生产、检测等领域发挥着不可替代的重要作用。随着我国微电子科技水平的提升，集成电路产业发展迅速，对探针测试设备的使用也越来越广泛和普及。但十分遗憾的是，目前我国的中高端探针测试设备主要依靠进口。对进口的依赖，导致其价格昂贵，维修费用高。探针直径在几个微米水平的造价非常昂贵，仅有几家欧美供应商可以提供。这种现状在某种程度上限制了我国微电子产业发展进程。另外，目前所采用的探针测试技术多采用直接接触式，在测试过程中，使用手动或者自动的方式使探针抵压在用于导入探针信号的导接点，从而实现电性接触。测试时，测试探针和待测物体接触及压力大小无法控制，接触电阻的大小也就无从得知，而对于接触性的电学测试而言，接触电阻会因为接触压力的的不同有非常大的差异。或是样品开孔加工和电子探针测试分开测试，因此，测试结果一般都会有波动，而且不同的测试设备之间数据也有差异，因而导致了测试的精度大大降低。
技术实现思路
为了解决测试的精度低的技术问题，本专利技术提供了一种非接触式电子探针探测显微镜成像集成系统包括电子源系统，刻蚀用离子源系统，高压电源系统，电子光学系统，离子束偏转系统，电子束偏转系统，静电透镜系统，磁透镜驱动系统，真空系统，样品台系统，探测器系统，数据采集系统和图像重建系统，所述电子源系统包含灯丝室、灯丝座、发叉式钨灯丝和三极式静电透镜，所述灯丝座设置有可调节装置。所述刻蚀用离子源系统产生带电离子，用于在样品表面刻蚀。所述静电透镜系统和磁透镜驱动系统分别设置有电流控制板卡，为系统内的校正透镜、聚光镜和物镜、扫描线圈提供驱动电流。所述静电透镜系统和磁透镜驱动系统分别包括透镜驱动子系统，所述透镜驱动子系统电流控制方式为基准电流源加电流放大器方式。所述真空系统包含旋片式机械泵、涡轮分子泵、热电偶真空规、冷阴极真空规、减振单元和真空控制单元，所述减振单元用于隔离样品台系统和所述涡轮分子泵。所述样品台系统包含五轴样品台、五组步进电机及IC工作环境保障系统，所述样品台系统将样品精确定位到指定位置。所述数据采集系统包括前端信号调理电路、ADC采样电路、数字滤波电路、数据传输电路，将所述探测器系统输出的电信号经放大、采样后，输出到计算机中。所述高速信号系统包括P47闪烁体、光导棒、光电倍增管以及电子学电路。所述弱信号解析电子学系统包括滤波单元和软件图像重建单元，所述滤波单元在背景噪声中将信号分离出来，并通过算法将信号放大，根据信号特征来判断测试点的工作状态。所述电子探针对特定点进行测量定点持续测量，通过高带宽信号采集系统形成电子衬度像。本专利技术的有益效果是：带刻蚀功能的非接触式电子探针探测显微镜成像集成系统为电子光学，离子光学，超高真空，超精密加工，高速信号采集，弱信号解析电子学的高度集成化设备。带刻蚀功能的非接触式微电子探针探测避免了测试探针和待测物体接触及压力大小无法控制问题，可以在芯片工作过程中对某个区域进行实时显微测量，开孔加工与电子探针结合，正确解析出电子衬度像，从而对芯片的某个具体工作模块实现实时监控并分析其微系统功能，减少测试步骤，提高测试的精度，为微电子芯片设计人员提供了一种有效的设计纠错分析手段。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利非接触式电子探针探测显微镜成像集成系统整体结构框架图。图2是电子源系统结构框架图。图3是透镜驱动子系统电流控制方式结构框架图。图4是真空系统结构框架图。图5是IC试验台系统结构框架图。图6是数据采集系统结构框架图。图7是高速信号系统结构框架图。图8是弱信号解析电子学系统结构框架图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。在图1中，带刻蚀功能的非接触式电子探针探测显微镜成像集成系统（1），由如下主要部分组成：电子源系统(2)，刻蚀用离子源系统(3)，高压电源系统(4)，电子光学系统(5)，离子束偏转系统(6)，电子束偏转系统（7），静电透镜系统（8），磁透镜驱动系统（9），真空系统（10），样品台系统（11），探测器系统（12），数据采集系统（13）和图像重建系统（14）。为电子光学，离子光学，超高真空，超精密加工，高速信号采集，弱信号解析电子学的高度集成化设备。在图1中，刻蚀用离子源系统（3）产生带电离子，用于在样品表面刻蚀。在图1中，探测器系统（12）的输出电压信号。探测器子系统的功能是检测电子探针在样品表面激发的样品信息携带粒子，并转换成电信号输出。在图2中，电子源系统(2)包含灯丝室（15）、灯丝座（16）、发叉式钨灯丝（17）和三极式静电透镜（18）。灯丝座（16）采用独创的可调节设计，保证了电子源实像的尺寸达到了最优。从电子枪发出的电子束流，经过电子光路后到达样品处。电子源系统（2）的功能是产生系统需要的高能电子。在图3中，透镜驱动系统（8）（9）包含一系列电流控制板卡，为系统内的校正透镜、聚光镜和物镜、扫描线圈提供驱动电流。由于不同透镜的特性不同，透镜驱动子系统（19）包含三类不同的电流控制方式：1.基准电流源加电流放大器方式（20），适用于各类校正透镜；2.粗细混合，输出高精度、高稳定度、大电流方式（21），适用于聚光镜和物镜的驱动；3.粗细混合，高精度、大动态范围方式（22），适用于扫描线圈的驱动。在图4中，真空系统（10）包含旋片式机械泵（23）、涡轮分子泵（24）、热电偶真空规（25）、冷阴极真空规（26）、减振单元（27）和真空控制单元（28）。真空子系统为电子探针系统提供可靠的高真空，电子源部分和离子源部分必须工作在高真空的环境里，为了隔离细微震动（纳米级），本项目采用了独创的减震器来隔离样品室和涡轮分子泵，这样既保证了真空度的获得又满足了系统对震动的苛刻要求。在图5中，IC试验台系统（11）包含五轴样品台（29）、五组步进电机（30）及IC工作环境保障系统（31）。试验台子系统的功能是承载样品，模拟IC的各种工作状态，并将样品精确定位到指定位置。在图6中，数据采集系统（13）由前端信号调理电路（32）、ADC(ADC,AnalogtoDigitalConverter)采样电路（33）、数字滤波电路（34）、数据传输电路（35）组成。电子学部分采用高速AD转换器和FPGA(FPGA,FieldProgrammableGateArray)，将探测器单元输出的信号经放大、采样后，输出到计算机中。数据采集子系统的主要功能是对前端探测器的信号经调理采样后，以数字形式输出。在图7中，高速信号系统（36）由P47闪烁体（37）、光导棒（38）、光电倍增管（39）以及电子学电路（40）组成。P47对二次电子的效率高，经光导棒到达光电倍增管，光电倍增管的倍增大。在图8中，弱信号解析电子学系统（41）由独创的滤波单元（42）和软件图像重建单元（43）组成。独创的滤波单元（42）可以在复杂的背景噪声中将信号分离出来，并通过算法将信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非接触式电子探针探测显微镜成像集成系统，其特征在于，所述显微镜成像集成系统包括电子源系统，刻蚀用离子源系统，高压电源系统，电子光学系统，离子束偏转系统，电子束偏转系统，静电透镜系统，磁透镜驱动系统，真空系统，样品台系统，探测器系统，数据采集系统和图像重建系统，所述电子源系统包含灯丝室、灯丝座、发叉式钨灯丝和三极式静电透镜，所述灯丝座设置有可调节装置。

【技术特征摘要】
1.一种非接触式电子探针探测显微镜成像集成系统，其特征在于，所述显微镜成像集成系统包括电子源系统，刻蚀用离子源系统，高压电源系统，电子光学系统，离子束偏转系统，电子束偏转系统，静电透镜系统，磁透镜驱动系统，真空系统，样品台系统，探测器系统，数据采集系统和图像重建系统，所述电子源系统包含灯丝室、灯丝座、发叉式钨灯丝和三极式静电透镜，所述灯丝座设置有可调节装置。2.根据权利要求1所述的非接触式电子探针探测显微镜成像集成系统，其特征在于，所述刻蚀用离子源系统产生带电离子，用于在样品表面刻蚀。3.根据权利要求1所述的非接触式电子探针探测显微镜成像集成系统，其特征在于，所述静电透镜系统和磁透镜驱动系统分别设置有电流控制板卡，为系统内的校正透镜、聚光镜和物镜、扫描线圈提供驱动电流。4.根据权利要求1所述的非接触式电子探针探测显微镜成像集成系统，其特征在于，所述静电透镜系统和磁透镜驱动系统分别包括透镜驱动子系统，所述透镜驱动子系统电流控制方式为基准电流源加电流放大器方式。5.根据权利要求1所述的非接触式电子探针探测显微镜成像集成系统，其特征在于，所述真空系统包含旋片式机械泵、涡轮分子泵、热电偶真空规、冷阴极真...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佩佩，
申请(专利权)人：上海北京大学微电子研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31