選擇適當表面分析儀器 抓出製程汙染缺陷

選擇適當表面分析儀器，抓出製程汙染缺陷。

宜特在驗證分析領域最常遇到的客戶問題是，「現在面臨的失效現象，要用什麼工具找到汙染缺陷點？」汙染缺陷點分為兩種，有形與無形，這對於IC半導體生產製造都是殺手，皆會導致後續產品的失效或故障。有形的汙染大都可藉由光學或電子顯微鏡放大到數十萬倍，即可逮到其蹤影。

量測汙染物形貌，取得影像後，是否要進一步作成分分析？

宜特發現，在尋找製程汙染缺陷上，建議選擇原子力顯微鏡(AFM)，其原理是靠原子之間的交互作用力(非電子)，不僅可直接掃描汙染物表面訊號，取得清楚的3D立體形貌影像；而後續要用其他工具分析汙染物的成分組成，因樣品不需鍍金導電，也不致受到干擾。

欲進行汙染物成分分析，需先判斷汙染物尺寸

宜特發現，大部分客戶亦習慣直接使用SEM的EDS做快速的成分分析尋找製程汙染缺陷，然而EDS偵測訊號是來自樣品較「底部」的X光反射，較無法測到樣品「表面」汙染訊號。因此不建議用EDS進行表面為汙染分析。大於10um汙染物，建議使用X光電子能譜儀(XPS/ESCA)的儀器進行成分與半定量分析；當汙染物小於10um時，建議選擇歐傑電子能譜儀(AES)來進行。上述兩種儀器的濃度偵測極限約0.1 at.%。週期表內原子序3(Li)以上的元素均可分析。

是否需要了解汙染物的化學鍵結態？

若希望探究污染物的化學鍵結(Chemical State/Bonding)，就可經由XPS/ESCA，進一步針對定性的化學元素做細部解析，分析其成分的鍵結型態，以判斷化學性質的差異。不過首要條件限制為汙染物的尺寸大小需超過10um。

是否需要進行「有機物污染鑑定」？

當定性分析發現化學元素主要為C、O、N這類的元素時，可進一步選用傅立葉紅外光譜儀(FTIR)，進行有機物(Organic)的分析。搭配宜特內建的光譜資料庫，可進行厚度1um以上，尺寸大於30um以上的異物分析。

如果是尺寸小於30um而厚度大於1um尺寸的異物，可選用拉曼光譜儀(Raman)來鑑定。拉曼光譜的資料庫可配合客戶，將其生產製程上所用的物質全部建立後，再進行異物的分析鑑定。

針對不同大小的無形超薄汙染物，如何檢測？

如果異物是無形的，且是數十奈米厚的汙染物，樣品待測區域寬度大於10um選用XPS/ESCA；樣品待測區域寬度小於10um選用AES來進行；若確認為有機汙染時必須選用靜態式二次離子質譜儀(Static SIMS)來進行。最常應用即為飛行時間差二次離子質譜儀(TOF-SIMS)。週期表內原子序1(H)以上元素均可分析。待測區域需大於100um。

是否做定量分析？

動態式二次離子質譜儀(Dynamic SIMS)是利用離子高產率與極低的偵測極限特性，是Si或InP、GaAs這類材料內微量汙染元素的最佳定量分析儀器。其濃度偵測極限約ppma至ppba。待測樣品區域需大於100um，厚度需要大於100nm以上才適合SIMS定量的分析。(本文由宜特提供，DIGITIMES鄭斐文整理)