选择适当表面分析仪器 抓出制程污染缺陷

选择适当表面分析仪器，抓出制程污染缺陷。

宜特在验证分析领域最常遇到的客户问题是，「现在面临的失效现象，要用什麽工具找到污染缺陷点？」污染缺陷点分为两种，有形与无形，这对于IC半导体生产制造都是杀手，皆会导致后续产品的失效或故障。有形的污染大都可藉由光学或电子显微镜放大到数十万倍，即可逮到其踪影。

量测污染物形貌，取得影像后，是否要进一步作成分分析？

宜特发现，在寻找制程污染缺陷上，建议选择原子力显微镜(AFM)，其原理是靠原子之间的交互作用力(非电子)，不仅可直接扫描污染物表面信号，取得清楚的3D立体形貌影像；而后续要用其他工具分析污染物的成分组成，因样品不需镀金导电，也不致受到干扰。

欲进行污染物成分分析，需先判断污染物尺寸

宜特发现，大部分客户亦习惯直接使用SEM的EDS做快速的成分分析寻找制程污染缺陷，然而EDS侦测信号是来自样品较「底部」的X光反射，较无法测到样品「表面」污染信号。因此不建议用EDS进行表面为污染分析。大于10um污染物，建议使用X光电子能谱仪(XPS/ESCA)的仪器进行成分与半定量分析；当污染物小于10um时，建议选择欧杰电子能谱仪(AES)来进行。上述两种仪器的浓度侦测极限约0.1 at.%。周期表内原子序3(Li)以上的元素均可分析。

是否需要了解污染物的化学键结态？

若希望探究污染物的化学键结(Chemical State/Bonding)，就可经由XPS/ESCA，进一步针对定性的化学元素做细部解析，分析其成分的键结型态，以判断化学性质的差异。不过首要条件限制为污染物的尺寸大小需超过10um。

是否需要进行「有机物污染监定」？

当定性分析发现化学元素主要为C、O、N这类的元素时，可进一步选用傅立叶红外光谱仪(FTIR)，进行有机物(Organic)的分析。搭配宜特内建的光谱数据库，可进行厚度1um以上，尺寸大于30um以上的异物分析。

如果是尺寸小于30um而厚度大于1um尺寸的异物，可选用拉曼光谱仪(Raman)来监定。拉曼光谱的数据库可配合客户，将其生产制程上所用的物质全部建立后，再进行异物的分析监定。

针对不同大小的无形超薄污染物，如何检测？

如果异物是无形的，且是数十纳米厚的污染物，样品待测区域宽度大于10um选用XPS/ESCA；样品待测区域宽度小于10um选用AES来进行；若确认为有机污染时必须选用静态式二次离子质谱仪(Static SIMS)来进行。最常应用即为飞行时间差二次离子质谱仪(TOF-SIMS)。周期表内原子序1(H)以上元素均可分析。待测区域需大于100um。

是否做定量分析？

动态式二次离子质谱仪(Dynamic SIMS)是利用离子高产率与极低的侦测极限特性，是Si或InP、GaAs这类材料内微量污染元素的最佳定量分析仪器。其浓度侦测极限约ppma至ppba。待测样品区域需大于100um，厚度需要大于100nm以上才适合SIMS定量的分析。(本文由宜特提供，DIGITIMES郑斐文整理)