暗场测量:暗场照明是通过设置一个带有专用物镜(参见下图)的金相显微镜来获得的。在此物镜中,光线沿物镜外部直接照射到晶圆表面上,它以一定角度撞击晶圆表面,反射后向上穿过物镜中心,在目镜中,其“图片”效应主要反映了所有平面的黑色区域。任何表面不平整处,比如台阶或污染物,都会以亮线形式出现。暗场照明对任何表面不平整处的敏感度都要大于亮场。但它也有缺点:辨识表面本身已有不平整处的能力有限,任何一个合格的表面凹凸看起来都和一个不合格的污染物一样。

 

暗场缺陷分辨率可通过使用激光源和复合光源来提高。

 

共焦显微镜:用一般的显微镜来分辨图像细节时都要受到分散光束的影响,因为光束由不同表面反射或由晶圆表面上不同深度的平面反射后将产生干涉。共焦光源能使分散度最小化并通过限制返回光线至一个缩小的平面,来找出更重要的图像细节。这一切要靠传递高强度的白光或激光束,通过高速旋转盘子(定位在光源和晶圆之间)上的孔来完成,使得仅仅来自检测平面的有益光线经孔反射回来。共焦系统还能够对亚微米尺寸进行成像。用于共焦系统的激光束会引起样品发光发热,经羊y扫描和计算机处理后的结果图,其分辨率在纳米范围并能够显示透明样本层。

 

其他显微镜技术:光学技术能够提供不仅是简单亮场或暗场观察的评估技术,比如:相衬和荧光显微镜。它们都允许观察者来确定表面上额外的光学信息。相衬表示垂直平面上的不平整处;荧光显微镜使用紫外线光源,在紫外线中,有机残渣(光刻胶,化学清洗物质)在白光下的不可见性会变得可见。一般情况下,需要培训一些高于操作员水平的技术员来学习它的用法和知识。

 

扫描黾镜(SEM):传统的光学显微镜在提供精确的晶圆表面信息时其能力是有限的。首先,它们的分辨能力受其光源的限制,一个观察系统对图像系统细节的分辨能力与光线的波长有关,波长越短,能被看见的细节就越少。

 

景深是另一个观察因素,它与系统能够保持两个平面同时聚焦的能力有关。一种传统的,具有共焦对象和不共焦背景的照片会具有大于照相机景深界限的背景。在显微镜中,当系统的放大率上升时,景深会下降。并且如果放大率增加后观察表面,感觉表面会很“近”,而且共焦时操作员不能看到表面的最高点和最低点,而且如果持续重调焦距会导致信息的丢失和检测时间的延长。

 

放大率是光学显微镜的第三个限制因素。一个白光照射的光学系统其传统的物镜放大倍数仅限于用倍以内,油浸技术虽然能使此界限有所上升,但仍然由于太脏、太慢并可能造成品圆污染而难以接受。

 

以上三个局限性在使用扫描电镜时都能够克服。扫描电镜和对于光学显微镜有很多改变。其光源是电子束,在晶圆或器件表面进行扫描,电子碰撞晶圆表面使晶圆表面的一些电子逃逸出来,然后这些二次电子被收集并被转换成表面图像显示在屏幕和照片上(参见下图)。

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扫描电镜分析需要将晶圆和电子束均置于真空中。电子束波长远比白光波长短,它允许表面细节分辨率降至亚微米水平,景深问题不再存在,并且表面上每一平面都处于聚焦状态。

 

放大倍数相对较高,实际上限已达到50倍。在扫描电子显微镜下,一种倾斜的晶圆固定器实现了以一定角度观察晶圆表面,这一点增强了三维视觉效果(参见下图),使得表面细节和特征能够在一个比较有利的方向上观察。

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一些材料如光刻胶,在电子束轰击下不能发射二次电子。但在扫描电子显微镜下检测光刻胶层时,光刻胶层会被一层烘干的黄金覆盖。黄金层与光刻胶层的外形相符,在电子束轰击下,黄金层会发射二次电子,所以可以形成扫描电子显微镜图片,这是一个严格的光刻胶层复制品。

 

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