IC有问题，想抓出缺陷，却总是选错分析方式与仪器?

近乎隐形的工艺问题，奈米等级的表面污染缺陷，该如何选择到位的分析方式呢?

宜特在验证分析领域二十多年的耕耘中，最常遇到的客户问题就是，「现在面临的失效现象，要用什么工具找到污染缺陷点?!」

      污染缺陷点分为两种，有形与无形，这对于IC半导体生产制造都是杀手，皆会导致后续产品的失效或故障。有形的污染大都可藉由光学或电子显微镜放大到数十万倍，即可逮到其踪影；而这近乎隐形无形的污染是从哪儿来的，又该如何去侦查搜寻呢? 

本月宜特小学堂，将与各位分享，「如何选择适当表面分析仪器去探究这些有形/无形的污染缺陷」

六大表面污染分析的判断准则，一次奉送给您:

(一) 量测污染物形貌，取得影像后，是否要进一步作成分分析?首选AFM

      宜特发现，一般而言，在寻找工艺污染缺陷上，大部分客户习惯直接使用扫描电子显微镜(SEM)量测污染物形貌，取得影像，并且利用SEM加装的X光能量分散光谱仪(EDS)取得后续的成分分析数据。但这个方法用在量测「样品表面的污染缺陷」是对的吗?

     答案是，有比SEM+EDS更好的选择工具!

     原因在于，透过SEM进行表面分析，为了便于样品导电，样品需要镀金，才能照出清楚的表面污染物形貌(影像)，然而镀金后的样品，却不利于后续做表面污染成分分析，只能测到表面镀金的讯号，无法获得真正表面污染物的成分。

     因此，建议选择原子力显微镜(AFM)，其原理是靠原子之间的交互作用力(非电子)，不仅可直接扫描污染物表面讯号，取得清楚的3D立体形貌影像；而后续要用其他工具分析污染物的成分组成，因样品不需镀金导电，也不致受到干扰。

(二) 欲进行污染物成分分析，需先判断污染物尺寸

     一般而言，在寻找工艺污染缺陷上，宜特发现，大部分客户亦习惯直接使用SEM的EDS做快速的成分分析，然而EDS侦测讯号是来自样品较「底部」的X光反射，较无法测到样品「表面」污染讯号。因此不建议用EDS进行表面为污染分析。

 大于10um污染物，选择XPS/ ESCA

    建议使用X光电子能谱仪(XPS/ESCA)的仪器进行成分与半定量分析

 小于10um时，选择AES

    选择俄歇电子能谱仪(AES)来进行

    上述两种仪器的浓度侦测极限约0.1 at. %。周期表内原子序3(Li)以上的元素均可分析。

(三) 是否需要了解污染物的化学键结态，首选XPS/ ESCA

      若希望探究污染物的”化学键结”(Chemical State/Bonding)，就可经由XPS/ ESCA，进一步针对定性的化学元素做细部解析，分析其成分的键结型态，以判断化学性质的差异。不过首要条件限制为污染物的尺寸大小需超过10um。

(四) 是否需要进行「有机物污染鉴定」

   厚度1um 以上，尺寸大于30um

     选择FTIR当定性分析发现化学元素主要为C, O, N这类的元素时，可进一步选用傅立叶红外光谱仪  (FTIR)，进行「有机物」(Organic)的分析。搭配宜特内建庞大的光谱数据库，可进行厚度1um以上，尺寸大于30um以上的异物分析。

   厚度1um 以上，尺寸小于30um

     选择Raman如果是尺寸小于30um而厚度大于1um尺寸的异物，可选用拉曼光谱仪(Raman)来鉴定。拉曼光谱的数据库可配合客户，将其生产工艺上所用的物质全部建立后，再进行异物的分析鉴定。

                                                                                  金属支架上有机污染物的FTIR分析鉴定比对为PP聚丙烯

(五) 针对不同大小的无形超薄污染物

   宽度10um 以上，选择XPS/ ESCA

      如果异物是无形的，且是数十奈米厚的污染物，样品待测区域宽度大于10um选用XPS/ ESCA

   宽度10um 以下，选择AES

      样品待测区域宽度小于10um选用AES来进行。

   若确认为有机污染时，选择SIMS

      有机污染必须选用静态式二次离子质谱仪 (Static SIMS)来进行。最常应用即为飞行时间差二次离子质谱仪(TOF-SIMS)。周期表内原子序1(H)以上元素均可分析。待测区域需         大于100um。

(六) 是否做定量分析，选择SIMS

        定量分析一般用已知浓度的标准样品，来进行未知污染样品浓度含量之计算。动态式二次离子质谱仪(Dynamic SIMS)是利用离子高产率与极低的侦测极限特性，是Si或InP、GaAs这类材料内微量污染元素的最佳定量分析仪器。其浓度侦测极限约ppma~ppba。待测样品区域需大于 100um，厚度需要大于100nm以上才适合SIMS定量的分析。