半导体工艺之从显影到最终检查(五)

文摘   2024-10-20 19:07   北京  

除了自动检查系统的生产率提高外,还有准确性问题。如上所述,图案线宽越来越小,图案更密集,更小的缺陷变成了致命缺陷。扫描电子显微镜(SEM)可以测量更小的尺寸并检测更小的颗粒和表面缺陷。原子力显微镜测量表面平整度并检测不规则性。X射线光谱用于污染检测。目标是所有晶圆的在线检查,但有些技术需要离线分析。


一些参数,如临界尺寸,在芯片设计中设计用于测试图案的测试图案上进行测量。随着晶圆上添加更多层,检查缺陷和其他表面问题的复杂性变得更加复杂。通常在处理批次中包括空白的“监控”晶圆。在特定工艺步骤中引入的缺陷和污染更容易在监控晶圆上检测和测量。

手动检查

下图所示的流程图显示了典型的手动显影检查顺序。第一步是对晶圆表面进行裸眼检查。在白光或高强度紫外线下查看晶圆。晶圆在光束中以一定角度查看。这种方法在显示膜厚不规则性、严重显影问题、划痕和污染(尤其是污点)方面出奇地有效。


下图所示的显影检查顺序。随着芯片密度的增加,单个部件也变得更小,这反过来需要更高的放大倍数才能看到它们。随着放大倍数的增加,视场变窄,反过来又增加了操作员检查晶圆所需的时间。统计抽样一个大直径、低缺陷晶圆所需的时间是禁止的。通常,显微镜会有电动或可编程的舞台,自动前往晶圆上的检查区域。

在显影检查阶段拒绝的原因 有很多原因为什么晶圆可能在显影检查步骤中被拒绝或送去返工。一般来说,只寻找在当前光掩模步骤中添加到晶圆上的缺陷。先前掩模步骤中的缺陷通常被忽视,理论上每个晶圆都带有一些缺陷或问题,并且晶圆以可接受的质量到达了当前步骤。如果有严重的晶圆问题不知何故逃脱了之前的检查,它将从批次中抽出。


检查通常是基于首次失败的。检查继续进行,直到晶圆上达到可拒绝的水平,并将晶圆识别为拒绝。每个晶圆的信息被记录,用于数据收集和分析。自动和半自动光学检查站有电子存储器来累积和关联这些拒绝数据。


典型拒绝原因在显影检查阶段:

• 破碎的晶圆

• 划痕

• 污染

• 光刻胶中的针孔

• 错位图案

• 桥接

• 光刻胶抬起

• 曝光不足

• 显影不完全

• 没有光刻胶

• 光刻胶流动

• 错误的掩模

• 临界尺寸


大多数拒绝原因已经被讨论过。一个未讨论的问题是桥接(下图所示)。这是一个条件,其中两个图案通过一层薄薄的光刻胶连接(桥接)在一起,通常在金属层。如果将其传递到蚀刻步骤,光刻胶桥会导致图案之间的电气短路。桥接来自过度曝光、掩模定义不良或光刻胶膜太厚。随着图案更加接近,桥接成为一个特别棘手的问题。

蚀刻

在完成显影检查步骤后,掩模(或光刻掩模)图案在光刻胶层中定义,准备进行蚀刻。在蚀刻步骤中,图像永久地转移到晶圆表面层。蚀刻是通过光刻胶图案中的开口移除晶圆表面层的过程。


蚀刻过程分为两大类:湿法和干法(见下图所示)。每个的主要目标是将图像从掩模或光刻掩模中精确转移至晶圆表面。其他蚀刻过程目标包括均匀性、边缘轮廓控制、选择性、清洁度,以及最小化设备和工艺站点的所有权成本(COO)。

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