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AFM:应对65nm以下测量技术挑战
来源:  作者:本站
半导体工业目前已经进入65纳米及以下技术时代,关键特征通常为纳米级,如此小特征的制造工艺要求特殊的测量仪器|仪表,以便能够表征出纳米级几何尺寸,从而检验出任何偏离工艺规格中心值的情况,确保与设计规格保持一致。

扫描探针显微镜(SPM)已经应用在纳米技术和纳米科学中,主要包括以结构、机械、磁性、形貌、电学、化学、生物、工程等为基础的研究和工业应用。原子力显微镜(AFM)是以显微力感应为基础的SPM家族的一个分枝。工业用AFM是一种自动的,由菜单驱动的在线生产测量机台,自动的硅片操作、对准、探针操作、位置寻找、抓图和图像数据分析等测量都被编程在菜单中,最终输出测量数据。值得一提的是,AFM作为130纳米及以下技术结点中表征刻蚀和化学机械抛光(CMP)的尺寸测量的先进几何控制方法已经被广泛应用于半导体制造业,与半导体工业工艺技术类似,光掩膜和薄膜为主的工业也采用了AFM作为工艺测量方法。

AFM可以测量表面形貌、3D尺寸和几何形状,水平表面轮廓和垂直侧壁形状轮廓。测量区域可以在很小(<50μm)或很长(<10cm)的范围内。采用小比例AFM模式,可测量的变量有高度或深度、线宽、线宽变化、线边缘粗糙度、间距、侧壁角度、侧壁粗糙度、横截面轮廓、和表面粗糙度。在长范围(Profiler模式),AFM用于CMP工艺总体表面形貌轮廓的测量。

AFM测量的优点

除AFM以外,CDSEM、横截面SEM(X-SEM),TEM、DualBeam、光学散射测量、光学轮廓仪和探针轮廓仪均为已有的表征和监控工艺尺寸的测量方法。通常认为最值得信任的3D尺寸分析方法应该是X-SEM或TEM,但是X-SEM或TEM的主要障碍是样品制备、机台操作、时间以及费用。X-SEM和TEM会破坏硅片,并且只能一次性的切入特征区域。TEM不能在光刻胶上工作。CDSEM会导致光刻胶吸收电荷、收缩、甚至损伤光刻胶,CDSEM几乎无法提供3D形状信息。光学散射测量具有快速和准确的特点,但是只能在特殊设计的结构上工作,并且无法提供LER和LWR数据。为特定的薄膜结构发展一套可靠的散射测量数据库通常是非常困难并且耗时的。空间分辨率和光斑尺寸会限制X射线、光学厚度、或形貌测定仪器的应用。

由于AFM的独特特性,使得它与其它测量技术相比具有更明显的优势。AFM可以在非真空环境中工作。它是一种表面力感应的显微镜,所以它可以提供非破坏性的,直接的3D测量,胜于模拟、模型、或者推断。AFM可以快速的检查横截面轮廓或表面形貌,以便检测出尺寸是否在规格内,而不需像TEM一样破坏制品。AFM没有光斑尺寸限制,并且在CMP平坦化应用方面,它比光学或探针轮廓仪具有更高的分辨率。
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