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放大缺陷的工程显微镜

作者:Alex Mendelsohn,Test&Measurement World 特约技术编辑   2008-05-21   点击:970

时间。这对要全天候生产IC的晶圆代工厂来说不是最佳的方法。Lundy说:“芯片制造商想要的是闭环计量方法。人们希望能对数百万个探测触点作快速的趋势分析。”ACM就支持这种分析。

连接的生成与破坏

除了完成故障分析和确定器件特性外,有些显微镜还可提供辅助并发式开发周期功能。例如,FEI的聚焦离子束(FIB)产品就提供了一种交互式技术,供公司调用V600 Circuit Edit。

V600 Circuit Edit可以识别并修正元件上由于电气连接的中断与生成而造成的纳米级问题。实际上,它可以产生功能原型,使制造商能够在完成产品开发验证的同时,进行65 nm以下器件的掩膜校正。

FEI产品系列中的六款FIB显微产品现在具备了Circuit Edit特性。该公司产品营销经理 Peter Carleson解释说,这些产品可提供各种分辨率能力。该公司的Expida 1255S晶圆 DualBean可用于故障分析,它结合了晶圆级扫描/透射式电子显微镜(STEM)样品制备与高分辨FIB成像和分析。

这些多技术仪器利用聚焦离子在样品上钻孔,典型孔径大约为10mm×10mm。该工具用一个电子

束钻入孔内,以探查深层有无短路或开路。从自动测试设备(ATE)的测试向量可以得到故障的位置和地点。

Carleson解释说:“可以用离子束切出一个断面,同时用电子束观察,以定位缺陷。SEM 还使用比可见光系统更短的波长束,因此分辨率也较高。”

另一个好处是改善了景深。Carleson指出:“光学显微镜的景深在数微米量级,而 SEM 和离子束的景深则是10mm~50mm。”在检查MEMS器件时景深很关键,此时在 z 高度上有一个相当大的变化。多技术显微镜可以看到整个样品,同时所有东西都能聚焦。

如果需要更高的分辨率,离子束显微镜也可以对样品切片。通常情况下,一个50 nm厚的切片被放入一台透射式电子显微镜(TEM)。TEM很像一台幻灯片投影仪,然后用原子级分辨率呈现一幅图像。

最后,FEI的Expida 1255S 晶圆DualBean这类仪器也可以用于电气探测。Carleson表示:“这是一个快速发展的应用领域。”

弥补差异

FEI的台式Phenom显微镜拓宽了在工程显微方面的应用,据称它弥补了光学显微镜和 SEM之间的间隙。与 Hyphenated用于3D特性描述和针痕计量、探针和通孔的ACM不同,Phenom主要面向质量控制应用。

Carleson说:“它是一种后端工具,可以为其他显微方法制备样品。”Phenom 采用触摸屏操作,可提供10X~20000X的放大倍率(比光学显微镜大约高20倍)。

该产品还带有一个光学相机,用于所谓“永不丢失”的导航,另外还有一个电子显微镜。样品通过一种自动真空技术装入,它优于麻烦的真空室。不需要隔离外界振动,样品装入时间不到 30s。

Phenom重量刚刚超过120磅,还提供120X数字变焦,具有高达2000×2000像素的图像分辨率,图像可保存在U盘中。

FEI预计,Phenom与SEM类似的性能将吸引那些付不起 25万多美元用来购买一台 SEM 的工作室,何况还有培训SEM操作人员和专用设施所需的成本。一台7.2万美元的Phenom显微镜可以用于检查封装缺陷,如互连和晶须故障。

Carleson说:“这些类型的故障都极其微小,但并非不一定需要SEM的分辨率和放大倍率才能看到它们。在许多应用中,一台Phenom就可以补足SEM。”

制造精度

至少有一家带电粒子制造商正在超越SEM技术,开始转向氦离子束显微技术。Carl Zeiss SMT 的董事会常务董事Dirk Stenkamp 博士说:“IC 制造业现在有一种范例式的转移。显微镜必须跟上。”

Stenkamp表示,材料的进步与更严格的工艺控制正推动着对制造中更高精度测量的需求。“现在,材料是 IC 制造中的关键因素。”

复杂的材料(如 SiGe、高 k 和低 k 电介质,以及用于互连的新型金属)需要新型工具。SEM 这类传统技术在这里失去了优势。

Stenkamp将Zeiss的Orion显微镜称为一种突破。该显微镜起价约100万美元,现在美国标准与技术研究所(NIST)运行。

Orion显微镜采用一个氦离子束生成信号,而不是电子束。这些仪器能够观测到小于一个微米的特征,可用于故障分析、临界尺寸测量、缺陷观察以及材料识别。

氦离子显微镜还可以提高空间分辨率。SEM分辨率在1.5 nm和2 nm之间,而氦离子显微镜可达0.2 nm分辨率,高大约一个数量级。Stenkamp说:“该工具很好地弥补了SEM 与TEM之间的间隙。它还弥补了TEM的0.2 nm分辨率状态。”

Stenkamp还指出,氦离子显微技术能够使用反向

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