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06-06
新闻链接： 1. ChipChina：聚焦新基建和核心机遇 2. ChipChina：先进封装扛起集成电路发展重担 3. ChipChina：集成电路制造光刻机发展趋势与技术挑战 4. 中芯科技：集成电路应用技术的创新发展 5. 中芯科技：半导体工艺支撑供应链的生态与活力 6. 中芯科技：超越摩尔定律的三维先进封装 7. 中芯科技：探索新工艺MEMS应用场景是产品创新的源泉作者：MIZYhe、SiSC 10月13日，《半导体芯科技》杂志在线上举办了第七届CHIPChina网络研讨会。
会议吸引了近距离观众的关注，实际在线参会人数超过100人；他们来自供应商/原始制造商（23%）、芯片设计（6.7%）、晶圆代工厂（8%）、IDM（4.9%）、OSAT（2.4%）和教育/科研机构（15%）等沉阳自动化、江苏菲盛、胜科纳米、OPPO、中国电子工程设计院、中科飞测、华锦、南方科技大学、北京中科、合肥等企事业单位管理人员、技术总监、采购营销人员培通、通富微电子、上海海思、广电测量、汇顶科技、上海微电子、厦门润基、安世半导体、厦门士兰明镓、三英精密、中科智芯、华润微、理想晶彦、Semilab、深圳大学、中科六安、VLSIresearch、广东工业大学、国软测试、中兴微电子、紫光展锐集团、闻泰科技等。
其中，约42%的观众来自封装测试和自动化/软件领域，他们以管理人员/技术负责人/研发人员为主，合计占比约53%。
作为纳米形貌和尺度测量的标志性技术，原子力显微镜（AFM）在半导体检测中发挥着重要作用，主要用于前端工艺中的精确尺度测量和F/A实验室中的纳米电性能测量。
AFM 在掩模修复中也发挥着越来越重要的作用。
中国科学院沉阳自动化研究所研究员苏全民博士在题为《原子力显微镜在半导体精测中的应用和挑战》的报告中讨论了AFM在晶圆生产前端工艺中的作用，以及AFM技术在晶圆生产中面临的挑战。
先进节点，特别是 5nm 和 7nm FinFET 结构测量。
CD测量、CMP晶圆表面形貌精密测量等挑战进行了详细分析并与观众分享。
开尔文勋爵曾经说过：“如果你无法衡量，你就无法进步。
”这清楚地说明了测试和测量在现代工业中的重要性。
检测水平决定了产品的产量和质量。
测试贯穿整个半导体制造流程，从芯片设计验证、晶圆制造到封装测试。
半导体测试设备主要用于检测半导体制造过程中的芯片性能和缺陷。
几乎每个关键工序都需要进行检查，有时甚至需要反复检查，从而实现整个过程的实时监控，确保产品质量的可控性。
前端测量设备主要用于过程监控，根据功能不同分为两类：一类是测量设备，另一类是缺陷检测设备。
据SEMI统计，前端测试设备占半导体设备投资的11%~13%，其中测量设备、缺陷检测设备、控制软件分别占34%、55%、11%。
细分领域中，膜厚测量和CD-SEM测量均占12%左右，OCD、形貌测量和套叠误差测量分别占10%、6%和9%；在缺陷检测中，图案化和非图案化晶圆检测分别占比32%和5%；最后，电子束检测和宏观缺陷检测分别占11%和6%。
? 测量设备： 1) 测量透明或不透明薄膜的厚度，分别使用椭偏仪或四个探头； 2）测量薄膜应力、掺杂浓度、临界尺寸、套准精度等指标，采用原子力显微镜（AFM）、CD-SEM、OCD设备等。
? 缺陷检测设备：用于检测晶圆表面的缺陷，分为明/暗场光学图案图片缺陷检测设备（有图案）、无图案表面检测设备（无图案）、AOI等宏观缺陷检测设备等。
苏全民博士在报告中指出，半导体良率工业化率是工业化水平的衡量标准，已从20世纪60年代、1970年代的50-60%提高到目前的95%以上。
毫无疑问，“在线纳米测量和质量控制系统是提高半导体行业良率的黄金标准。
”什么是原子力显微镜？原子力镜（AFM）是G. Binning于2008年发明的原子级高分辨率表面观测仪器，它是在扫描隧道显微镜（STM）的基础上发展起来的。
它测量样品表面的分子（原子）和 AFM 微悬臂梁探针。
利用针之间的相互作用力（原子级力场）来观察样品表面的形貌。
AFM现已广泛应用于半导体、纳米材料、生物、医学研究等领域。
与STM相比，AFM具有三大优势：1）可以观察导电或非导电样品（如金属材料、聚合物、生物细胞等），适用性更广泛； 2）AFM的分辨率远远超过SEM、Profiler等； 3）AFM可以测量高分辨率的3D形貌，这比需要切片的全自动扫描电子显微镜更好。
AFM 是扫描探针显微镜的典型例子，它使用小探针扫描样品表面。
AFM 探针通常由悬臂梁和尖端组成。
针尖与样品之间的原子力使悬臂梁发生细微的位移，可以利用光束偏转技术来测量表面形貌。
由于探针与样品之间原子间的排斥力为纳牛顿级（10-6-10-9·N），接触探针仍可能损伤表面结构。
非接触式探头利用微弱的范德华力来反馈探头的振幅变化。
范德华力限制了探头与样品之间的距离和幅度（2-5nm），并且在大气环境中样品表面覆盖有5-10nm厚的水。
分子膜，导致反馈机制失效。
因此，在此基础上研制了攻丝测头。
探头进行共振运动（振幅为10-KHz），与样品表面间歇性轻微跳动接触（力约为10-12·N），并且探头振荡。
当它到达波谷时，它接触样品。
由于样品表面的起伏，振幅发生变化，并获得高分辨率图像作为反馈（图1）。
此时探头处于高频工作状态，存在磨损。
这种工作机制也带来了检测效率和可靠性问题。
图 1. 使用攻丝探针的 AFM 工作原理。
机器人国家重点实验室苏全民@《原子力显微镜在半导体精测中的应用和挑战》 总之，AFM 的应用范围很广，可以在真空、气相、液相中高倍观察具有一定表面光洁度的样品的三维形貌和其他环境（图2）；在样品制备的前提下，AFM多年来已成功用于CD测量、表面粗糙度、膜厚、粒度分析、截面形状分析、凹凸/凹坑统计、缺陷分析等（图3）。
未来，AFM的目标应用还将扩展到纳米化学测量和纳米电学测量。
因此，对AFM设备的软件处理能力要求更强。
图2. AFM在半导体生产线中的应用，从晶圆、芯片前/后端、到先进封装，AFM主要有表面精密测量、临界尺寸CD精密测量、表面粗糙度三个应用； AFM、白光干涉仪、轮廓仪和SEM最大的区别在于不同轴向的分辨率。
机器人国家重点实验室，苏全民@《原子力显微镜在半导体精测中的应用和挑战》测量方法存在空间尺度问题。
光学测量是微米级的，电子束测量和离子束测量。
AFM属于探针测量，其测量尺度从几十微米到纳米甚至原子乃至原子的高阶成分。
从机械作用的尺度区分，AFM可以测量原子间的力，范围为10-10 pN（亚pN是指原子间的范德华键力）；大多数固体测量都在纳牛顿级别。
20世纪90年代中期，AFM进入半导体离线测量，后来进入逐线测量，覆盖前段到后段封装。
最常用的测量是表面粗糙度，其横向分辨率可以达到纳米级。
大多数粗糙度测量只需要微米级；但其纵向要求很高，必须达到3σ@10~几十μm。
平整度非常重要，尤其是在混合键合中。
每条水平线表示每次 CMP 或涂层后都需要进行粗糙度测量。
另一种测量是CD标尺精密测量（节点在32nm以上），包括深度、宽度、侧壁和重要尺寸；另一种是大规模测量，例如对于长宽达数十毫米的芯片，需要大量几何变化的高分辨率测量，用于识别CMP表面的凹陷和侵蚀变化。
半导体的不同工艺阶段有不同的测量方法。
白光干涉仪被认为是与AFM相关的孪生技术。
其纵向分辨率达到亚纳米级，而横向分辨率则仅限于纳米级。
然而，白光干涉仪Interferometer因其高效率而被广泛应用，超出其能力的测量范围就留给了AFM。
另一种需要精确测量的表面类型是全芯片映射过程。
由材料差异引起的凹陷和腐蚀会产生纳米级的沟槽。
如果波动范围超过1nm，则接下来的CMP工艺将影响沟槽形状。
这里需要对侧壁进行AFM测量，并且专门制作了相应的探头形状。
在质量控制方面，我们通常会尝试发现缺陷和污染。
SEM可以非常准确地发现缺陷，然后使用EDS进行分析。
但EDS对聚合物影响不大，因此采用AFM分析来识别污染源，即通过对材料硬度进行分类来寻找生产线过程中颗粒的来源。
图 3.AFM 用于 FinFET 结构的形态和 CD 测量。
机器人国家重点实验室苏全民@《原子力显微镜在半导体精测中的应用和挑战》 苏博士引用了Christoph Gerber的“AFM Globe”图。
图中的每个节点都可以通过AFM测量，包括电学、力学、化学、机械和生物。
，ETC。
在半导体工艺中，必须测量电气和机械性能。
电性能包括载流子、表面功函数（KPFM）、介电常数、沟道应力，无论是CMOS器件还是存储器或逻辑器件，其最重要的电性能参数如Ion、Ioff和Vth都可以用AFM测量测量。
此外，污染物（有机材料）的化学分析目前是一个空白领域。
尽管电气测量占 AFM Globe 应用的三分之二，但该应用面临着重大挑战。
三十年来，电测量技术并没有多大进步，因为它缺乏环境控制，而且表面附着的5-10nm厚的水分子膜一直存在。
形貌测量时探头遇到水分子膜时，仍会渗入水分子膜内，影响不大；然而，电气测量的情况并非如此。
水的介电常数为80（自然界中最高）。
一旦探头接触到水，就有实验数据证明。
KPFM 差异很大。
另一个是几何极限。
半导体已经发展到纳米尺度，探针的尺寸很难跟上。
即使探针可以延伸到沟槽中，探针与样品表面之间的相互作用力也超过其他探针。
最后一个是AFM测量效率的问题，其效率远不如扫描电子显微镜。
在纳米化学分析领域，AFM最重要的变化是将机械探针转变为红外光谱探针，以实现红外光谱（FTIR）成像。
红外光谱可以测量材料的化学差异。
这里AFM可以测量材料的形貌、化学分析（PS-b-PMMA分布）和杂质分析。
目前，纳米化学分析正逐步进入半导体行业。
最后，苏博士呼吁厂商参与进来，为AFM在电学测量、纳米化学分析等未来应用中提供样品制备和技术支持！苏全民博士Q AQ：AFM本身如何持续以最佳性能运行？答：“连续”是指将MTBF提高到其他设备所具有的数百或数千小时： 1）在电气控制和机械控制方面，AFM设备制造商如Bruke及其竞争对手在这方面做出了很大的努力，并且现在AFM设备可以达到1小时以上； 2) 探头尖端有缺陷，其失效有两个因素：物理磨损，供应商可以通过控制相互作用力来缓解，b．可能是前道工序残留的物质造成的污染源，针尖在加工过程中会接触到，从而改变其形状和性能。
这对于测试设备制造商来说比较难以控制，并且探头的可靠性大大降低。
唯一的办法就是经常更换探头。
问：哪些晶圆工艺需要厚度测试，需要什么分辨率？答：每个工艺阶段都需要测试厚度。
在进行硅蚀刻时，我们需要了解蚀刻的规模和形貌。
横向分辨率取决于应用。
例如，对于逻辑IC，所需的测试台为Fan-Out线或Logic器件等，一般分辨率为几纳米到几十纳米（3σ为亚纳米级别）；镀膜时，一般需要严格监控金属膜的厚度。
对于不透明薄膜，可以使用 AFM 或步进计来测量。
横向分辨率不太高，纵向分辨率高达亚埃级别。
问：目前将碳纳米管集成到探针尖端的技术困难是什么？答：好问题。
我已经和布鲁克的超过5个紧密的团队进行了沟通和合作，但我们仍然无法得到产品。
原因在于碳纳米管的尺度控制非常严格。
1) 将本质不稳定、直径为 2nm/长为 10nm 的碳纳米管物理安装到针尖上。
2) 在针尖上生长碳纳米管。
虽然探针的形状、方向和高度可以控制，但堆垛层错将大大减少。
它的机械性能。
欢迎新团队加入研发。
3）硅、氧化物各向异性蚀刻形成的探针尖端形状锐化至纳米级（图中蓝色部分）。
问：有没有专门的软件可以分析原子力显微镜图像？答：有些，例如 Gwyddion，可以分析所有制造商的数据。
问：AFM在降噪方面有何特点？答：AFM主要通过机械隔离和声学隔离来降低噪声，对电磁噪声相对不敏感。
问：形貌扫描时如何避免图像失真？ A：注意反馈回路的误差信号。
当误差信号最小时，图像失真最小。
问：原子力显微镜如何有效减小束斑尺寸？答：AFM 分辨率取决于探针的锐度。
它是固定用于同一个探头的。
必须更换探头才能改变分辨率。
问：原子力显微镜可以负责扫描前和扫描过程中的所有设置吗？答：是的，不同的制造商已经实现了。
布鲁克的 ScanAsyst 会自动进行设置。
Q：CD-AFM测试过程中，如何避免样品形貌引起电流信号的变化？ A：用好Liftmode，注意探头调谐，不要把Q调得太高。
CAFM与形貌之间的关系是内在的，可以通过分析去除接触面积（形貌）的贡献。
问：AFM 在半导体失效分析，特别是第三代半导体领域可以解决哪些具体问题？测试时如何克服针尖形状效应？答：主要是电性能、发热、机械性能变化等纳米级测量的测量。
问：什么型号？如何提高AFM设备的测量效率？答：高度依赖于您的应用程序来配置。
问：使用普通探针可以实现百纳米间距内的精密表面测量吗？答：是的。
问：半导体领域有表面粗糙度标准吗？答：没有ISO标准，基本上是由制造商决定的。
Q：国内有比较好的原子力显微镜公司吗？在制造、封装和测试领域使用原子力显微镜有很多方面吗？答：中国正在迎头赶上，需要混合键合和SoC。
问：目前的Fab产线有AFM机进行在线检测吗？每个晶圆厂大约配置多少台？还是目前只能做线下研究？ A：所有F/A实验室都可以离线使用；在线主要用于OCD标定和粗糙度测量。
晶圆厂生产线一般配备一台；有时共享多条线路。
问：AFM 测量 Ion、Ioff 和 Vth 的基本原理是什么？ A：多探头测量，探头代替连线，测量I/V。
问：如何从原子力显微镜图像中分析晶面间距和厚度？答：X射线分析更可靠。
问：能否根据扫描图像分析反映材料功函数的表面电势？答：是的，环境控制非常重要。
问：AFM 测量表面平整度的准确度如何？答：3σ 是晚上 10 点左右。
Q：可以用来分析材料的微纳形貌结构吗？答：是的。
《在电子/半导体行业显微镜应用案例分享：常见问题迎刃而解！》随着5G的普及，半导体工作的精细化不断发展，对产品测试和分析的要求越来越高。
这次我们介绍了丰富的IC行业数码显微镜观察案例（如BGA、Linebond（定制组合、接触式探针等技术资料和案例）），同时也介绍了传统显微镜的各种拍摄难点和解决方案。
帮助客户据了解，光学显微镜可以提供从几倍到数千倍的放大倍数，而且对半导体的某些多层结构通常也是透明的，首先是整体形貌和缺陷。
通过低倍显微镜观察，然后使用高倍显微镜进一步确认缺陷。
常用的显微镜??观察方法包括明场、暗场、干涉照明、偏光、荧光显微镜等。
KEYENCE 的讲座。
Draven非常成功，通过播放VHX软件的现场操作视频，让观众看到了这款微米级离线显微镜强大的软件功能，解决了普通显微镜的景深和放大倍率问题。
遇到了无法兼得的问题；此外，VHX的用户体验非常好，它可以观察3D地形，并且可以在几秒钟内完成两个遥远目标之间的视觉平移，而无需切换屏幕或重新瞄准；最后通过在明场（同轴光）和暗场（环形光）之间切换光源，用户可以清楚地看到表面的凹凸、划痕和缺陷，以及PCB或BGA等目标的外观，并甚至PCB板。
可以通过软件计算翘曲程度并提供报告。
可以说是精致而有力。
VHX 的最大放大倍数是使用光学和数字合成；可根据用户需求配置相应尺寸的平台。
目前VHX定位为实验室级数码显微镜，暂时不适合生产线应用。
不过基恩士夏先生表示，他愿意与客户合作，拓展设备的应用领域。
对于本次演讲，笔者建议大家观看视频重播，亲自体验一下效果！夏琪老师Q AQ：VR系列和VK系列的适用范围有哪些？答：VR适合整体轮廓测量，VK适合局部显微测量。
Q：VR设备可以在加热状态下进行动态测量吗？答：大部分还是在常温下使用。
VH可以录制视频，但动态测量仍然需要使用高速摄像机。
问：可以用来复制号码吗？ A：测量结果可以自动导出并输出报告。
问：可以同时测试两个纬度的不同翘曲度吗？答：是的，也可以进行 3D 比较。
Q：VR系列产品，当PCB电路上有元件时，可以测试电路板本身的曲率吗？答：是的，完全没问题。
问：可以测量的最小弧度是多少？答：都是微米级的。
问：VHX 可以用于封测厂在线自动检测吗？ A：该设备本身定位为离线设备，无法自动识别。
不过，你也可以通过你的应用程序进行交流，看看它是否可以转化为生产线上的应用程序。
问：这个显微镜很好。
有购买的联系方式吗？答：基恩士-夏琪。
问：全焦最大放大倍数是多少？答：时代。
问：高低分辨率的分辨率和精度是多少？答：最大检测范围为49mm，最小分辨率为0.1μm。
问：取点错误如何解决？答：这是通过使用最小二乘法形成一个选择范围，并自动过滤掉该范围内的误差点来实现的。
问：放大倍数可以达到多高？样本量限制是多少？答：最大放大倍数。
至于样本大小，平台大小可以根据您的需要进行调整。
没有特殊要求。
Q：可以分屏显示吗？答：是的，最多可以9个分屏独立操作。
问：目前 Fab 中最常见的 Keyence 产品是传感器。
有没有用于芯片出厂前检测的显微镜产品？答：目前还没有标准产品。
很多客户会定制它用于生产线测量。
您需要联系基恩士工程师进行现场沟通和测试。
Q：我们想测试一下芯片在不同温度下的形变数据。
该显微镜有加热底座吗？答：这个还没有测试过。
大多数情况下，仍然用于室温下的观察。
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