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概要化合物半导体材料的特点:难加工 研磨加工后仍残留划伤等缺陷。本文介绍 划伤的 检查 及 3D形状量测 的方法。绪论SiC、GaN等化合物半导体材料,物理化学特性稳定,与传统的Si半导体材料相比,其晶圆更难加工,加工造成的损伤也难以去除。衬底表面残留的损伤 与外延层同时生长,造成外延缺陷 影响产品特性因此,晶圆衬底表面的划伤管理是重要的一步。两种需求:“检查”与“形状测量”对“检查“与”测量“两种需求,检查需要全面、快速;测量需要高分辨率。通常,分别需要低倍与高倍镜头来完成。归纳如下表:高倍物镜低倍物镜分辨率高低视野窄宽用途3D形状测量全面检查基于以上理由,用户一般会配备两台设备,分别用于全面缺陷检查与3D形状测量。不过,缺陷的坐标定位是一个难题。尽管检查设备的数据结果中通常包含缺陷的坐标,但由于样品放置难免有微小偏差,且不同镜头/设备观察同一缺陷时视觉效果差异大,难以辨认,实际上,样品从一台设备换到另一台设备上,想要找到特定的缺陷是很困难的。OPTELICS HYBRID显微镜可切换从低倍到高倍的多个镜头,并且,在一般共聚焦显微镜的3D形状测量基础上,增加了全面缺陷检查,以及干涉测量等晶圆划伤评价必须的功能。 “检查“与”形状测量“,在一台设备上完成。检测原理:“共聚焦”+“微分干涉” 光学系1SiC、GaN等功率器件用化合物半导体晶圆,相对于可见光是透明或半透明的。是否透明却决于材料的固有属性:带宽。通过下面公式可以计算出材料的吸收波长。大于此吸收波长的光(即能量较小的光)不被吸收从而可以穿透晶圆。使用一般的光学显微镜(明场光学系)观察晶圆时,与肉眼观察效果类似,即使想聚焦在晶圆上表面,由于光的透过,背面的状态(包括异物、缺陷等)也同时被观察到。对于Si晶圆,无需考虑以上影响,但对于高带宽的化合物半导体,则须考虑,如何排除背面影响仅对表面清晰观察。在此,用可见光进行晶圆表面检查,同时课排除背面影响的光学系,可采用共聚焦光学系。共聚焦光学系的原理如图所示。点光源发出的光,通过镜片后到达样品表面聚焦,其反射光再次通过镜片,之后通过小孔遮光板到达接收器。反射光能够进入遮光板小孔的条件是,光在小孔处刚好聚焦。由于在样品和小孔遮光板两次聚焦,因此称为“共聚焦光学系”。基于以上原理,共聚焦光学系的特征是:只有聚焦平面上的光被接收到;非聚焦位置的光均被遮光板遮蔽,不被检出。也就是说,对于透明晶圆样品,聚焦在样品表面时,样品背面的反射光会被遮蔽,得到仅包含样品表面信息的清晰图像。2CMP是晶圆研磨加工的最后一道工序,将物理研磨与化学腐蚀相配合,与前工序中产生的研磨缺陷相比,CMP的划伤与缺陷的倾斜角度很小,即“形状扁平“。对于这类缺陷,通常的光学系检出很困难。这里我们采用微分干涉光学系。微分干涉的原理在会其他资料中详细说明。这里直接上图,对比一般光学系和微分干涉光学系的观察效果差异:使用上述 共聚焦与微分干涉相结合的光学系,对2寸GaN晶圆进行全面检查,得到缺陷Map图如下:3D形状测量全面检查得到的图像是2D像,虽然视觉上带有凹凸和立体感,但不能用于实际的划痕深度测量。需要进行共聚焦扫描得到3D图像。切换至高倍镜(100x,NA值0.9),使用激光光源(405nm)得到以下测量结果(a为高度图,b为红线位置的断面图):划伤的宽度为0.62um,深度为25nm。这里我们需要考虑数据的可靠性。物镜的NA值与其光学分辨率有如下关系:将波长与NA值代入可得,XY方向的分辨率约0.19um。另外,Z方向分辨率,结合实验数据,认为约为0.1um。远大于测量结果的25nm。后者的可靠性存疑。为此我们切换至相差干涉模式对缺陷进行测量。物镜为20x,NA=0.4,使用氙灯光源,通过滤光片得到波长546nm附近的窄频光。得到结果如下:划伤的宽0.76um,深1.6nm。与共聚焦模式测得的结果对比,宽度结果接近;深度结果为1/10以下。相差干涉的Z方向分辨率,与镜头NA值无关,通常认为约0.1nm。1.6nm的结果认为是可信的。总结本文介绍了,利用Lasertec显微镜,一台仪器实现透明晶圆的全面自动缺陷检查、以及3D形貌测量。衷心感谢(日本)长冈科学技术大学,会田英雄 教授提供的实验数据。
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日本lasertec株式会社为您提供《氮化镓晶圆中缺陷及3D形状测量检测方案(共聚焦显微镜)》,该方案主要用于其他中缺陷及3D形状测量检测,参考标准《暂无》,《氮化镓晶圆中缺陷及3D形状测量检测方案(共聚焦显微镜)》用到的仪器有日本Lasertec 共聚焦显微镜HYBRID L7。
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