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半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中，從半導(dǎo)體單晶片到制成最終成品，須經(jīng)歷數(shù)十甚至上百道工序。為了確保產(chǎn)品性能合格、穩(wěn)定可靠，并有高的成品率，根據(jù)各種產(chǎn)品的生產(chǎn)情況,對(duì)所有工藝步驟都要有嚴(yán)格的具體要求。因而,在生產(chǎn)過程中必須建立相應(yīng)的系統(tǒng)和精確的監(jiān)控措施，首先要從半導(dǎo)體工藝檢測(cè)著手。

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半導(dǎo)體工藝檢測(cè)的項(xiàng)目繁多，內(nèi)容廣泛，方法多種多樣，可粗分為兩類。第一類是半導(dǎo)體晶片在經(jīng)歷每步工藝加工前后或加工過程中進(jìn)行的檢測(cè)，也就是半導(dǎo)體器件和集成電路的半成品或成品的檢測(cè)。第二類是對(duì)半導(dǎo)體單晶片以外的原材料、輔助材料、生產(chǎn)環(huán)境、工藝設(shè)備、工具、掩模版和其他工藝條件所進(jìn)行的檢測(cè)。第一類工藝檢測(cè)主要是對(duì)工藝過程中半導(dǎo)體體內(nèi)、表面和附加其上的介質(zhì)膜、金屬膜、多晶硅等結(jié)構(gòu)的特性進(jìn)行物理、化學(xué)和電學(xué)等性質(zhì)的測(cè)定。其中許多檢測(cè)方法是半導(dǎo)體工藝所特有的。

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工藝檢測(cè)的目的不只是搜集數(shù)據(jù)，更重要的是要把不斷產(chǎn)生的大量檢測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)整理分析，不斷揭示生產(chǎn)過程中存在的問題，向工藝控制反饋，使之不致偏離正常的控制條件。因而對(duì)大量檢測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)管理，保證其能夠得到準(zhǔn)確和及時(shí)的處理，是半導(dǎo)體工藝檢測(cè)中的一項(xiàng)重要關(guān)鍵。同時(shí)半導(dǎo)體檢測(cè)也涉及大量的科學(xué)儀器，針對(duì)于此，對(duì)一些半導(dǎo)體檢測(cè)的儀器進(jìn)行介紹。

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橢偏儀

橢偏儀是一種用于探測(cè)薄膜厚度、光學(xué)常數(shù)以及材料微結(jié)構(gòu)的光學(xué)測(cè)量?jī)x器。由于測(cè)量精度高，適用于超薄膜，與樣品非接觸，對(duì)樣品沒有破壞且不需要真空，使得橢偏儀成為一種極具吸引力的測(cè)量?jī)x器。

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目前，橢偏儀是測(cè)量透明、半透明薄膜厚度的主流方法，它采用偏振光源發(fā)射激光，當(dāng)光在樣本中發(fā)生反射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生橢圓的偏振。橢偏儀通過測(cè)量反射得到的橢圓偏振，并結(jié)合已知的輸入值精確計(jì)算出薄膜的厚度，是一種非破壞性、非接觸的光學(xué)薄膜厚度測(cè)試技術(shù)。在晶圓加工中的注入、刻蝕和平坦化等一些需要實(shí)時(shí)測(cè)試的加工步驟內(nèi)，橢偏儀可以直接被集成到工藝設(shè)備上，以此確定工藝中膜厚的加工終點(diǎn)。

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四探針測(cè)試儀

四探針測(cè)試儀是用來測(cè)量半導(dǎo)體材料（主要是硅單晶、鍺單晶、硅片）電阻率，以及擴(kuò)散層、外延層、ITO導(dǎo)電箔膜、導(dǎo)電橡膠方塊電阻等的測(cè)量?jī)x器。

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測(cè)量半導(dǎo)體電阻率方法的測(cè)量方法主要根據(jù)摻雜水平的高低，半導(dǎo)體材料的電阻率可能很高。有多種因素會(huì)使測(cè)量這些材料的電阻率的任務(wù)復(fù)雜化，包括與材料實(shí)現(xiàn)良好接觸的問題。特殊的探頭設(shè)計(jì)用于測(cè)量半導(dǎo)體晶片和半導(dǎo)體棒的電阻率。這些探頭通常由諸如鎢的硬質(zhì)金屬制成，并接地到探頭。在這種情況下，接觸電阻很高，必須使用四點(diǎn)共線探針或四線絕緣探針。兩個(gè)探針提供恒定電流，另外兩個(gè)探針測(cè)量整個(gè)樣品一部分的電壓降。通過使用所測(cè)電阻的幾何尺寸來計(jì)算電阻率。

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薄膜應(yīng)力測(cè)試儀

薄膜應(yīng)力作為半導(dǎo)體制程、MEMS微納加工、光電薄膜鍍膜過程中性能測(cè)試的必檢項(xiàng)，其測(cè)試的精度、重復(fù)性、效率等因素為業(yè)界所重點(diǎn)關(guān)注。對(duì)應(yīng)產(chǎn)品目前業(yè)界有兩種主流技術(shù)流派：1）以美國FSM、KLA、TOHO為代表的雙激光波長(zhǎng)掃描技術(shù)（線掃模式），盡管是上世紀(jì)90年代技術(shù)，但由于其簡(jiǎn)單高效，適合常規(guī)Fab制程中進(jìn)行快速Q(mào)C，至今仍廣泛應(yīng)用于相關(guān)工廠。2）以美國kSA為代表的MOS激光點(diǎn)陣技術(shù)，抗環(huán)境振動(dòng)干擾，精于局部區(qū)域內(nèi)應(yīng)力測(cè)量，這在研究局部薄膜應(yīng)力均勻分布具有特定意義。線掃模式主要測(cè)量晶圓薄膜整體平均應(yīng)力，監(jiān)控工序工藝的重復(fù)性有意義。但在監(jiān)控或精細(xì)分析局部薄膜應(yīng)力，激光點(diǎn)陣技術(shù)具有特殊優(yōu)勢(shì)，比如在MEMS壓電薄膜的應(yīng)力和缺陷監(jiān)控。

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熱波系統(tǒng)

熱播系統(tǒng)主要用來測(cè)量摻雜濃度。熱波系統(tǒng)通過測(cè)量聚焦在硅片上同一點(diǎn)的兩束激光在硅片表面反射率的變化量來計(jì)算雜質(zhì)粒子的注入濃度。在該系統(tǒng)內(nèi)，一束激光通過氬氣激光器產(chǎn)生加熱的波使硅片表面溫度升高，熱硅片會(huì)導(dǎo)致另一束氦氖激光的反射系數(shù)發(fā)生變化，這一變化量正比于硅片中由雜質(zhì)粒子注入而產(chǎn)生的晶體缺陷點(diǎn)的數(shù)目。由此，測(cè)量雜質(zhì)粒子濃度的熱波信號(hào)探測(cè)器可以將晶格缺陷的數(shù)目與摻雜濃度等注入條件聯(lián)系起來，描述離子注入工藝后薄膜內(nèi)雜質(zhì)的濃度數(shù)值。

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ECV設(shè)備

ECV又名擴(kuò)散濃度測(cè)試儀，結(jié)深測(cè)試儀等，即電化學(xué)CV法測(cè)擴(kuò)散后的載流子濃度分布。電化學(xué)ECV可以用于太陽能電池、LED等產(chǎn)業(yè)，是化合物半導(dǎo)體材料研究或開發(fā)的主要工具之一。電化學(xué)ECV主要用于半導(dǎo)體材料的研究及開發(fā)，其原理是使用電化學(xué)電容-電壓法來測(cè)量半導(dǎo)體材料的摻雜濃度分布。電化學(xué)ECV(CV-Profiler, C-V Profiler)也是分析或發(fā)展半導(dǎo)體光-電化學(xué)濕法蝕刻(PEC Etching)很好的選擇。

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少子壽命測(cè)試儀

載流子壽命就是指非平衡載流子的壽命。而非平衡載流子一般也就是非平衡少數(shù)載流子（因?yàn)橹挥猩贁?shù)載流子才能注入到半導(dǎo)體內(nèi)部、并積累起來，多數(shù)載流子即使注入進(jìn)去后也就通過庫侖作用而很快地消失了），所以非平衡載流子壽命也就是指非平衡少數(shù)載流子壽命，即少數(shù)載流子壽命。例如，對(duì)n型半導(dǎo)體，非平衡載流子壽命也就是指的是非平衡空穴的壽命。

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少子壽命是半導(dǎo)體材料和器件的重要參數(shù)。它直接反映了材料的質(zhì)量和器件特性。能夠準(zhǔn)確的得到這個(gè)參數(shù)，對(duì)于半導(dǎo)體器件制造具有重要意義。少子壽命測(cè)試儀可以直接獲得長(zhǎng)硅的質(zhì)量參數(shù)。

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拉曼光譜

拉曼光譜是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基于印度科學(xué)家C.V.Raman在1928年所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，對(duì)與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方面信息并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。

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拉曼光譜在材料科學(xué)中是物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的有力工具，在相組成界面、晶界等課題中可以做很多工作。半導(dǎo)體材料研究中，拉曼光譜可測(cè)出經(jīng)離子注入后的半導(dǎo)體損傷分布，可測(cè)出半磁半導(dǎo)體的組分，外延層的質(zhì)量，外延層混品的組分載流子濃度。?

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紅外光譜儀

紅外光譜儀是利用物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外輻射的吸收特性，進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成分析的儀器。紅外光譜儀通常由光源，單色器，探測(cè)器和計(jì)算機(jī)處理信息系統(tǒng)組成。根據(jù)分光裝置的不同，分為色散型和干涉型。對(duì)色散型雙光路光學(xué)零位平衡紅外分光光度計(jì)而言，當(dāng)樣品吸收了一定頻率的紅外輻射后，分子的振動(dòng)能級(jí)發(fā)生躍遷，透過的光束中相應(yīng)頻率的光被減弱，造成參比光路與樣品光路相應(yīng)輻射的強(qiáng)度差，從而得到所測(cè)樣品的紅外光譜。

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紅外光譜法操作簡(jiǎn)單，不破壞樣品，使其在半導(dǎo)體分析的應(yīng)用日趨廣泛。半導(dǎo)體材料的紅外光譜揭示了晶格吸收、雜質(zhì)吸收和自由載流子吸收的情況，直接反映了半導(dǎo)體的許多性質(zhì)，如確定紅外透過率和結(jié)晶缺陷，監(jiān)控外延工藝氣體組分分布，測(cè)載流子濃度，測(cè)半導(dǎo)體薄層厚度和襯底表面質(zhì)量。

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二次粒子質(zhì)譜

二次粒子質(zhì)譜是借助入射粒子的轟擊功能，將樣品表面原子濺出，由質(zhì)譜儀測(cè)定二次粒子質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)譜峰位的質(zhì)量數(shù)，可以確定二次離子所屬的元素和化合物，從而可精確測(cè)定表面元素的組成。這是一種常用的表面分析技術(shù)。其特點(diǎn)是高靈敏度和高分辨率。

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利用二次離子質(zhì)譜對(duì)摻雜元素的極高靈敏度的特點(diǎn)，對(duì)樣品的注入條件進(jìn)行分析，在生產(chǎn)中可以進(jìn)行離子注入機(jī)臺(tái)的校驗(yàn)，并確定新機(jī)臺(tái)的可以投入生產(chǎn)。同時(shí)，二次離子質(zhì)譜對(duì)于CVD沉積工藝的質(zhì)量監(jiān)控尤其是硼磷元素的分布和生長(zhǎng)比率等方面有不可替代的作用。通過二次離子質(zhì)譜結(jié)果的分析幫助CVD工程師進(jìn)行生長(zhǎng)條件的調(diào)節(jié)，確定最佳沉積工藝條件。對(duì)于雜質(zhì)污染的分析,可以對(duì)樣品表面結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)摻雜情況進(jìn)行詳細(xì)了解，保證芯片的有源區(qū)的潔凈生長(zhǎng)，對(duì)器件的電性質(zhì)量及可靠性起到至關(guān)重要的作用。對(duì)摻雜元素退火后的形貌分析研究發(fā)現(xiàn)通過改變摻雜元素的深度分布，來保證器件的電學(xué)性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求?？梢詭椭鶯TD進(jìn)行新工藝的研究對(duì)于90nm/65nm/45nm新產(chǎn)品開發(fā)起到很大作用。

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X射線光電子能譜儀

X射線光電子能譜儀以X射線為激發(fā)源。輻射固體表面或氣體分子，將原子內(nèi)殼層電子激發(fā)電離成光電子，通過分析樣品發(fā)射出來的具有特征能量的光電子，進(jìn)而分析樣品的表面元素種類、化學(xué)狀態(tài)和電荷分布等信息，是一種無損表面分析技術(shù)。

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這種技術(shù)分析范圍較寬，原則上可以分析除氫以外的所有元素，但分析深度較淺，大約在25~100 ?范圍，不過其絕對(duì)靈敏度高，測(cè)量精度可達(dá)10 nm左右，主要用于分析表面元素組成和化學(xué)狀態(tài)，原子周圍的電子密度，特別是原子價(jià)態(tài)及表面原子電子云和能級(jí)結(jié)構(gòu)。

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X射線衍射

當(dāng)一束單色X射線入射到晶體時(shí)，由于晶體是由原子規(guī)則排列成的晶胞組成，這些規(guī)則排列的原子間距離與入射X射線波長(zhǎng)有X射線衍射分析相同數(shù)量級(jí)，故由不同原子散射的X射線相互干涉，在某些特殊方向上產(chǎn)生強(qiáng)X射線衍射，衍射線在空間分布的方位和強(qiáng)度，與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，每種晶體所產(chǎn)生的衍射花樣都反映出該晶體內(nèi)部的原子分配規(guī)律。這就是X射線衍射的基本原理。

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半導(dǎo)體制造中的大部分材料是多晶材料，比如互連線和接觸孔。XRD能夠?qū)⒍嗑Р牧系囊幌盗刑匦粤炕＿@其中最重要的特性包括多晶相(鎳單硅化物，鎳二硅化物)，平均晶粒大小，晶體織構(gòu)，殘余應(yīng)力。

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陰極熒光光譜

陰極熒光譜是利用電子束激發(fā)半導(dǎo)體樣品，將價(jià)帶電子激發(fā)到導(dǎo)帶，之后由于導(dǎo)帶能量高不穩(wěn)定，被激發(fā)電子又重新跳回價(jià)帶，并釋放出能量E≤Eg（能隙）的特征熒光譜。CL譜是一種無損的分析方法，結(jié)合掃描電鏡可提供與形貌相關(guān)的高空間分辨率光譜結(jié)果，是納米結(jié)構(gòu)和體材料的獨(dú)特分析工具。利用陰極熒光譜，可以在進(jìn)行表面形貌分析的同時(shí)，研究半導(dǎo)體材料的發(fā)光特性，尤其適合于各種半導(dǎo)體量子肼、量子線、量子點(diǎn)等納米結(jié)構(gòu)的發(fā)光性能的研究。

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例如，對(duì)于氮化鎵單晶，由于陰極螢光顯微鏡具有高的空間分辨率并且具有無損檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，因此將其應(yīng)用于位錯(cuò)密度的檢測(cè)已經(jīng)是行業(yè)內(nèi)廣泛采用的方法。目前也制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

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輪廓儀

輪廓儀是一種兩坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器，儀器傳感器相對(duì)被測(cè)工件表而作勻速滑行，傳感器的觸針感受到被測(cè)表而的幾何變化，在X和Z方向分別采樣，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)放大和處理，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)對(duì)原始表而輪廓進(jìn)行數(shù)字濾波，分離掉表而粗糙度成分后再進(jìn)行計(jì)算，測(cè)量結(jié)果為計(jì)算出的符介某種曲線的實(shí)際值及其離基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)，或放大的實(shí)際輪廓曲線，測(cè)量結(jié)果通過顯示器輸出，也可由打印機(jī)輸出。

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而利用先進(jìn)的3D輪廓儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硅晶圓的粗糙度檢測(cè)、晶圓IC的輪廓檢測(cè)、晶圓IC減薄后的粗糙度檢測(cè)。

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掃描電子顯微鏡

這是一種利用量子理論中的隧道效應(yīng)探測(cè)物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的儀器。作為一種掃描探針顯微術(shù)工具，掃描隧道顯微鏡可以讓科學(xué)家觀察和定位單個(gè)原子，它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的分辨率。此外，掃描隧道顯微鏡在低溫下（4K）可以利用探針尖端精確操縱原子，因此它在納米科技既是重要的測(cè)量工具又是加工工具。

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近年來發(fā)展起來的聚焦離子束（FIB）技術(shù)利用高強(qiáng)度聚焦離子束對(duì)材料進(jìn)行納米加工，配合掃描電鏡（SEM）等高倍數(shù)電子顯微鏡實(shí)時(shí)觀察，成為了納米級(jí)分析、制造的主要方法。目前廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路修改、切割和故障分析、TEM制樣等。

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AOI （自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)）

AOI的中文全稱是自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)，是基于光學(xué)原理來對(duì)焊接生產(chǎn)中遇到的常見缺陷進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備。AOI是新興起的一種新型測(cè)試技術(shù)，但發(fā)展迅速，很多廠家都推出了AOI測(cè)試設(shè)備。當(dāng)自動(dòng)檢測(cè)時(shí)，機(jī)器通過攝像頭自動(dòng)掃描PCB，采集圖像，測(cè)試的焊點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫中的合格的參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)過圖像處理，檢查出PCB上缺陷，并通過顯示器或自動(dòng)標(biāo)志把缺陷顯示/標(biāo)示出來，供維修人員修整。

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運(yùn)用高速高精度視覺處理技術(shù)自動(dòng)檢測(cè)PCB板上各種不同貼裝錯(cuò)誤及焊接缺陷。PCB板的范圍可從細(xì)間距高密度板到低密度大尺寸板，并可提供在線檢測(cè)方案，以提高生產(chǎn)效率，及焊接質(zhì)量。通過使用AOI作為減少缺陷的工具，在裝配工藝過程的早期查找和消除錯(cuò)誤，以實(shí)現(xiàn)良好的過程控制。早期發(fā)現(xiàn)缺陷將避免將壞板送到隨后的裝配階段，AOI將減少修理成本將避免報(bào)廢不可修理的電路板。

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ATE測(cè)試機(jī)

廣義上的IC測(cè)試設(shè)備我們都稱為ATE（AutomaticTest Equipment），一般由大量的測(cè)試機(jī)能集合在一起，由電腦控制來測(cè)試半導(dǎo)體芯片的功能性，這里面包含了軟件和硬件的結(jié)合。

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在元器件的工藝流程中，根據(jù)工藝的需要，存在著各種需要測(cè)試的環(huán)節(jié)。目的是為了篩選殘次品，防止進(jìn)入下一道的工序，減少下一道工序中的冗余的制造費(fèi)用。這些環(huán)節(jié)需要通過各種物理參數(shù)來把握，這些參數(shù)可以是現(xiàn)實(shí)物理世界中的光，電，波，力學(xué)等各種參量，但是，目前大多數(shù)常見的是電子信號(hào)的居多。ATE設(shè)計(jì)工程師們要考慮的最多的，還是電子部分的參數(shù)比如，時(shí)間，相位，電壓電流，等等基本的物理參數(shù)。就是電子學(xué)所說的，信號(hào)處理

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