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點(diǎn)石成金||中圖儀器光學(xué)3D表面輪廓儀助力半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大發(fā)展

更新時(shí)間:2018-08-21      點(diǎn)擊次數(shù):1628

 引言:半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是一個(gè)點(diǎn)石成金的行業(yè),將從普通的石英砂中提取的硅原料制成擁有現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)“心臟”之稱的IC芯片,中間須歷經(jīng)數(shù)十上百道工序,從硅晶圓的制備到晶圓IC的制造,每一步都對(duì)工藝流程的質(zhì)量有著嚴(yán)格的管控要求,由各式各樣的檢測(cè)儀器共同組成了產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控的守門員,而在這之中,作為產(chǎn)品表面質(zhì)量檢測(cè)儀器的光學(xué)3D表面輪廓儀,以其超高的檢測(cè)精度和重復(fù)性,發(fā)揮著重要的作用。

  中圖儀器SuperView W1光學(xué)3D表面輪廓儀,是一款于超精密加工領(lǐng)域的光學(xué)檢測(cè)儀器,其分辨率可達(dá)0.1nm。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)作為超精密加工領(lǐng)域一顆璀璨的明珠,在其硅晶圓的制備和晶圓IC的制造過(guò)程中,光學(xué)3D表面輪廓儀都以其強(qiáng)大的表面質(zhì)量檢測(cè)功能給這顆明珠增添一份靚麗的色彩。

硅晶圓的粗糙度檢測(cè)

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中,硅晶圓的制備質(zhì)量直接關(guān)系著晶圓IC芯片的制造質(zhì)量,而硅晶圓的制備,要經(jīng)過(guò)十?dāng)?shù)道工序,才能將一根硅棒制成一片片光滑如鏡面的拋光硅晶圓,如下圖所示,提取表面一區(qū)域進(jìn)行掃描成像。

通過(guò)上圖我們看到,制備好的拋光硅晶圓表面輪廓起伏已在數(shù)納米以內(nèi),其表面粗糙度在0.5nm左右,由于其粗糙度精度已到亞納米量級(jí),而在此量級(jí)上,接觸式輪廓儀和一般的非接觸式儀器均無(wú)法滿足檢測(cè)要求,只有結(jié)合了光學(xué)干涉原理和精密掃描模塊的光學(xué)3D表面輪廓儀才適用。

晶圓IC的輪廓檢測(cè)

晶圓IC的制造過(guò)程可簡(jiǎn)單看作是將光罩上的電路圖通過(guò)UV蝕刻到鍍膜和感光層后的硅晶圓上這一過(guò)程,其中由于光罩中電路結(jié)構(gòu)尺寸極小,任何微小的粘附異物和瑕疵均會(huì)導(dǎo)致制造的晶圓IC表面存在缺陷,因此必須對(duì)光罩和晶圓IC的表面輪廓進(jìn)行檢測(cè)。下圖是一塊蝕刻后的晶圓IC,使用光學(xué)3D表面輪廓儀對(duì)其中一個(gè)微結(jié)構(gòu)掃描還原3D圖像,并測(cè)量其輪廓尺寸。

晶圓IC減薄后的粗糙度檢測(cè)

在硅晶圓的蝕刻完成后,根據(jù)不同的應(yīng)用需求,需要對(duì)制備好的晶圓IC的背面進(jìn)行不同程度的減薄處理,在這個(gè)過(guò)程中,需要對(duì)減薄后的晶圓IC背面的表面粗糙度進(jìn)行監(jiān)控以滿足后續(xù)的應(yīng)用要求。在減薄工序中,晶圓IC的背面要經(jīng)過(guò)粗磨和細(xì)磨兩道磨削工序,下圖是粗磨后的晶圓IC背面,選取其中區(qū)域進(jìn)行成像分析。

從上圖可以看出,粗磨后的表面存在明顯的磨削紋路,而3D圖像顯示在左下部分存在一處凹坑瑕疵,沿垂直紋理方向提取剖面輪廓并經(jīng)過(guò)該瑕疵,在剖面輪廓曲線里可看到該處瑕疵大起伏在2.4um左右,而磨削紋理起伏大在1um范圍內(nèi)波動(dòng),并獲取該區(qū)域的面粗糙度Sa為216nm,剖面線的粗糙度Ra為241nm。

而在經(jīng)過(guò)細(xì)磨后,晶圓IC背面的磨削紋理已基本看不出,選取表面區(qū)域進(jìn)行成像分析。

 

從上圖可知,在經(jīng)過(guò)細(xì)磨之后,晶圓IC背面的磨削紋理輪廓起伏已經(jīng)降到36nm附近,其表面粗糙度也已經(jīng)從200多nm直降到6nm左右。

以上是SuperView W1光學(xué)3D表面輪廓儀在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的幾種典型應(yīng)用案例。目前我國(guó)正在大力推進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)跨越式大發(fā)展,中圖儀器SuperView W1光學(xué)3D表面輪廓儀必將為此貢獻(xiàn)更多力量。

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