以下是一些常见的晶圆检测设备及检测方法:
晶圆检测设备:
光学检测设备:
显微镜:包括光学显微镜和电子显微镜等。光学显微镜可用于观察晶圆表面的形貌、缺陷等,如划痕、颗粒污染等,操作简单、成本较低,但分辨率相对有限。电子显微镜(如扫描电子显微镜)具有更高的分辨率,能提供晶圆表面的微观结构信息,可检测到更小尺寸的缺陷,但设备成本高,且对样品制备要求严格。
光学相干断层扫描仪(OCT):利用近红外光对晶圆进行断层扫描,可获取晶圆内部的三维结构信息,检测如层间缺陷、内部裂纹等,非接触式检测,对晶圆无损伤,但检测速度相对较慢。
电学检测设备:
探针台:通过微小的探针与晶圆上的芯片引脚接触,测量芯片的电学性能参数,如电阻、电容、电流等,可检测芯片的开路、短路等缺陷,能对单个芯片进行精确检测,但检测效率相对较低,适合于小规模的样品测试或研发阶段。
电子束测试系统:使用电子束扫描晶圆表面,激发产生的二次电子等信号可反映晶圆的电学特性,能检测到微小的电学缺陷,如漏电、电荷积累等,具有高分辨率和灵敏度,但设备复杂、成本高。
其他检测设备:
X 射线检测设备:X 射线穿透晶圆,根据不同材料对 X 射线的吸收和散射特性差异,可检测晶圆内部的结构缺陷、杂质等,如隐藏在内部的空洞、夹杂物等,检测结果直观,但设备成本高,且需要注意 X 射线的安全防护。
声学显微镜:利用超声波在晶圆中的传播和反射特性,检测晶圆内部的缺陷,如分层、裂纹等,对微小缺陷敏感,且能检测到较深部位的缺陷,但检测范围相对较小。
晶圆检测方法:
外观检测:
肉眼检查:直接用肉眼观察晶圆表面的明显缺陷,如较大的划痕、污渍等,简单快捷,但只能发现较大且明显的缺陷,对微小缺陷的检测能力有限。
自动光学检测(AOI):通过光学成像系统获取晶圆表面的图像,利用图像处理算法自动识别和分析缺陷,检测速度快、效率高,可检测多种类型的表面缺陷,如颗粒、划痕、图案缺陷等,但对于一些复杂的缺陷或与背景相似的缺陷,可能存在误判或漏判。
尺寸测量:
激光干涉测量:利用激光干涉原理测量晶圆的厚度、平整度、弯曲度等尺寸参数,具有高精度、非接触式测量的优点,但对测量环境要求较高,如需要稳定的温度、湿度等条件。
探针轮廓测量:使用探针在晶圆表面移动,测量晶圆的表面轮廓和关键尺寸,可获得高精度的尺寸信息,但可能会对晶圆表面造成一定的损伤,且测量速度相对较慢。
电学性能检测:
I - V 特性测试:给晶圆上的芯片施加不同的电压,测量相应的电流,得到电流 - 电压(I - V)特性曲线,据此分析芯片的电学性能,如二极管的正向导通特性、晶体管的开关特性等,可检测芯片的功能是否正常,但只能对单个或少量芯片进行测试,效率较低。
电容 - 电压(C - V)测试:测量芯片的电容随电压的变化关系,用于分析芯片的电学参数,如掺杂浓度、界面态密度等,对检测芯片的电学特性和质量有重要意义,但测试设备复杂,且测试过程相对繁琐。
缺陷检测:
扫描电子显微镜(SEM)检测:将晶圆放入扫描电子显微镜中,通过电子束扫描晶圆表面,观察缺陷的形态、大小和分布等,能检测到非常微小的表面缺陷,如纳米级的颗粒、缺陷等,提供高分辨率的图像,但设备成本高,且样品制备过程复杂。
光致发光(PL)检测:当用特定波长的光照射晶圆时,晶圆中的某些区域会发出特定波长的光,通过检测光致发光的强度和光谱,可以检测晶圆中的缺陷、杂质等,对检测晶圆的晶体质量、缺陷类型等有较好的效果,但对于一些不发光或发光较弱的缺陷可能检测不灵敏。