测量学和缺陷检查.ppt

Chapter7 Measurement and Defect内容提要内容提要为何要量测为何要量测IC,并讨论相关的仪器设备，量率与资料搜集。并讨论相关的仪器设备，量率与资料搜集。叙述品质量测之量测技术与仪器。叙述品质量测之量测技术与仪器。列出七种适合与列出七种适合与IC之分析仪器。之分析仪器。Chapter7 Measurement and DefectIC 量测的重要性量测的重要性 于制造过程测量相关重要特性可确保标准之品质，因此于制造过程测量相关重要特性可确保标准之品质，因此IC量测具其重要性，特量测具其重要性，特别是借空片（别是借空片（monitor wafer)可以了解制程参数。可以了解制程参数。量测设备量测设备 独立量测仪器独立量测仪器stand-alone measurement tool 整合量测仪器整合量测仪器integrated measurement 良率良率Yield 良率（良率（%）=可正常工作之晶粒可正常工作之晶粒/制作之全部晶粒制作之全部晶粒*100监控晶片图案化晶片Chapter7 Measurement and Defect品质检验品质检验quality measurement Chapter7 Measurement and Defect薄膜厚度薄膜厚度(Thickness)高良率制程以制造可靠度元件之首要条件即为品质良好之薄膜.薄膜品质量测还包括表面粗糙度、反射率、密度、针孔与孔洞缺少的量测。电阻率与片电阻电阻率与片电阻(sheet resistance)量测导电性薄膜厚度最实用之方法即是量测片电阻。R=L/a（）=L/(wt)（）Sheet Resistance:Rs=/t(/square)薄膜应力薄膜应力(Stress)高度区域性之薄膜应力(film stress)出现于晶圆表面之薄膜上，造成晶圆变形或是可靠度之问题。应力可借由测量晶圆半径曲率之改变而得。W lt十二项十二项品质检验品质检验 Chapter7 Measurement and Defect折射率折射率根据折射率之改变，可判断薄膜内之污染情况，另一方面不均匀之折射率将导致不正确的薄膜厚度测量。薄膜之折射率可经由干涉仪与椭圆偏光仪之量测而得。掺质浓度掺质浓度晶圆之掺质浓度约在1010atoms/cm2至1018atoms/cm2。四点探针法是最常用之同步测量技术，热波系统适于较小惨质剂量之测量。二次离子质谱仪（Second-ion mass spectrometry,SIMS)；电容-电压测试法。未图案化表面之缺陷（未图案化表面之缺陷（Unpatterned defects)晶圆表面缺陷分析可分为两类：亮场与暗场光学侦测。图案化表面缺陷（图案化表面缺陷（Patterned defects）一般使用光学显微镜侦测图案化表面之缺陷,主要利用光散射技术或数位对比技术。Chapter7 Measurement and Defect临界尺寸临界尺寸(Critical Dimension,CD)闸极之宽度决定通道的长度。CD的变化量通常用来描述半导体之关键步骤的不稳定度。重叠对准（重叠对准（Overlay registration)比对光阻上之特殊转移图案与晶圆上之蚀刻图案。阶梯覆盖阶梯覆盖(step coverage)具有尖针的高解析度、非破坏性之表面轮廓仪（surface profiler)能够测量表面阶梯覆盖与其它特征。电容电容-电压测试（电压测试（C-V test)MOS电晶体元件之可靠度直接受到闸极结构之氧化层控制，高品质的氧化层是获得高可靠度元件之基本条件之一。接触角度接触角度(contact angle meter)主要测量晶圆表面液体之吸附与计算表面能量及吸附张力等。接触角度滴状液体基板Chapter7 Measurement and Defect二次离子质谱仪SIMS Secondary-ion mass spectrometry -破坏性，判断二次离子的种类和浓度飞行式二次离子质谱仪TOF-SIMS（Time of Flight-SIMS)-适用于超薄材料原子力显微镜AFM(atomic force microscopic)-平衡式探针扫描晶圆表面Auger电子光谱仪AES(Auger electron spectroscopy)-根据Auger电子能量判断样本材料的特性X射线电子光光谱仪XPS（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)-主要用于分析样本表面之化学形式穿透式电子显微镜TEM(transmission electron microscopy)-与SEM相似，可穿透非常薄的试片（10100nm）能量与波长分散光谱仪(EDX,WDX)-energy/wave-length dispersive spectrometer聚焦离子束FIB(focus ion beam)-横切面监测能力强分析仪器分析仪器Chapter7 Measurement and Defect量测仪器：量测仪器：椭圆偏光仪，反射光谱仪，椭圆偏光仪，反射光谱仪，X 射线薄膜厚射线薄膜厚度，光声技术度，光声技术Rudolph Thickness EQ量测方法量测方法反射光谱仪反射光谱仪Chapter7 Measurement and Defect四点探针法四点探针法(Four-point probe)四点探针技术可避免接触电阻的影响。s=V/I*2s （s:探针之间距离）Rs=/t=4.53*V/I （当薄膜够大而探针间距够小）范德波技术（Van der Pauw method)是四点探针的 改良技术。四点探针四点探针轮廓图轮廓图Rs EQ量测方法量测方法Chapter7 Measurement and Defect热波系统热波系统Thermal-wave system广泛用于侦测离子植入剂量之浓度。本技术主要用于离子植入过程，测量晶格损伤情况。两束镭射光束照射于晶圆表面同一位置，以测量反射率之改变。扫描式电子显微镜扫描式电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)使用一高聚焦电子束扫射待测物之表面，反射回来的电子信号经由侦测其量测之，属于非接触式与非破坏式。Thermal-wave EQ量测方法量测方法Chapter7 Measurement and Defect458nm Argon Ion633n He-Ne780nm Diode Laser905nm Diode LaserSpacial Filter/Beam CombinerPolarization ModulatorVideo MicroscopeAuto FocusDetectorEllipsometer Array DetectorAnalyzer Priam椭圆偏光仪基本原理Chapter7 Measurement and DefectFILM2 T,n,kFILM1 T,n,kSUBSTRATE n,kPROJECTING LENSRECEIVING LENSMAIN ANGLE OF INCIDENCEANGLE RANGEINDIVIDUAL ANGLES OF INCIDENCELIGHT SOURCESARRAY DETECTORChapter7 Measurement and Defect阶梯覆盖阶梯覆盖 顺形阶梯覆盖非顺形阶梯覆盖孔洞Chapter7 Measurement and Defect光源双向镜目视之影像透镜亮场影像目视之影像透镜暗场影像表面缺陷造成光反射Chapter7 Measurement and DefectSP1Compass