台阶轮廓测试仪

自2014年起，国产12寸晶圆的量产问题得到解决，国产晶圆进入到一个飞速发展的时期中。晶圆作为芯片的载体，在当今科技时代起着至关重要的作用，小到遥控器、手机，大到航天领域，例如卫星等都离不开晶圆。那么晶圆的加工工艺是否达到标准决定了成品的优劣。今天笔者就为大家介绍Bruker Dektak-XT接触式表面轮廓仪在晶圆方面的测试应用。Bruker Dektak-XT接触式表面轮廓仪（台阶仪）作为Dektak系列第十代产品，经过50多年的更新升级及技术创新，目前已成为使用广泛的接触式表面检测设备，有着众多的用户群体并得到好评。①台阶高度重现性低于4Å②主流的LVDT传感器技术晶圆在制作电路的流程中，主要以光刻、蚀刻、沉积、研磨、抛光等工艺排列组合，在硅片上将电路层层叠加。Dektak-XT接触式表面轮廓仪能够用于每个工艺过程。光刻/沉积：光刻/沉积工艺中台阶高度的测试蚀刻：蚀刻工艺中台阶高度或凹槽深度的测试抛光/研磨：抛光/研磨工艺中粗糙度的测试在以上测试中，台阶仪都能够快速的得到相应数据。

KLA Instruments拥有如今的光学轮廓仪组合，是早先各品牌合力创新的结果：1.ADE 发布了 MicroXAM 白光干涉仪。2.Zeta&trade Instruments 开发了 ZDot&trade 和多模式光学轮廓仪。3.KLA旗下Filmetrics推出了新型、通用的白光干涉仪。KLA Instruments 品牌下多样化的光学轮廓仪产品都拥有各自悠久的创新历史。1999ADE Phase Shift 推出了 MicroXAM 光学轮廓仪，具有埃米级灵敏度，可用于超光滑表面的相移干涉测量，以及更大台阶高度样品的垂直扫描干涉测量。2006KLA 收购了 ADE 公司，为 KLA 的桌面式量测组合增加了 MicroXAM-100 光学轮廓仪，并推出了面向半导体市场的衬底几何形貌和缺陷检测解决方案。2010Zeta-20 是 Zeta Instruments 推出的第一款产品。Zeta-20 是使用 ZDot&trade 专利技术的光学轮廓仪，它结合了结构照明、共聚焦光学以生成高分辨率的3D表面形貌数据和表面真彩图像。该技术使用户能够轻松地聚焦在任何透明或不透明的表面上，从而实现对台阶高度和粗糙度的快速测量。多模组光学系统将 ZDot 技术与白光干涉仪、剪切干涉仪、透明薄膜反射光谱仪和自动缺陷检测功能相结合，扩展了非接触式3D 光学轮廓仪的应用场景。同年，Zeta-200 发布，带有自动化载台，并推出了发光二极管 (LED) 应用的解决方案。Zeta-200 光学轮廓仪利用高透射光学设计、背光源照明技术和专有算法来测量图形化的蓝宝石衬底 (PSS)。 该系统可以适应各种形状的 PSS 凸起，测量视场中所有 PSS 凸起的高度和间距，从而避免仅测量一小部分区域而产生错误的凸起信号或导致的结果偏差。通过多模式光学系统，还可以测量在 PSS 制造过程中薄膜厚度的变化以及样品的翘曲度。最后，通过自动缺陷检测功能，Zeta-200 可以识别不同缺陷的种类，如剥落的凸块、划痕和颗粒。2011Zeta-280 在 Zeta-200 平台的基础上增加了一个适配单个晶圆盒的桌面式机械手臂。Zeta-300 光学轮廓仪支持测量最大8寸的器件。该系统采用一体化主动或被动隔振平台，并搭配隔声罩隔离环境中的噪声。2012Zeta-20 采用 ZDot技术，为封装微流体器件等透明多表面应用场景提供了一种创新的测量解决方案。微流体器件的封装工艺通常会改变通道的尺寸和外形，从而影响器件的性能。因此，封装后的测量对客户的产品控制至关重要。Zeta-20高透射率的光学设计使得ZDot 信号在经过多膜层透射后仍能保持足够强度，从而可以实现对微流体器件玻璃盖板封装前后关键尺寸参数的测量，例如盖板的厚度、微流体通道的深度和尺寸。同年，将 Zeta-280的桌面式机械手臂与 Zeta-300 平台相结合，推出了Zeta-380自动化测量设备。2014MicroXAM-800 集成了Ambios 和 ADE 相移干涉测量技术的最佳硬件和算法，并搭配创新且易用的软件，用于台阶高度和粗糙度的自动测量。2015基于Zeta-20推出太阳能行业创新解决方案，用于绒面和丝网印刷的工艺控制。太阳能光伏的成本控制和提升转化率，推动着晶硅光伏的技术迭代。金字塔绒面的规格和表面栅线印刷的质量，对晶硅光伏的转化效率产生重要影响，因此成为产品控制的关键环节。绒面工艺控制对于控制绒面金字塔结构的高度、外形和尺寸分布至关重要，因为这会影响太阳能电池的光捕获效率。Zeta-20提供了专为绒面金字塔测量的解决方案，可实现金字塔结构的自动探测和统计。金属栅线采用丝网印刷工艺，该工艺会带来金属栅线的宽度、高度、体积、电学特性等方面的变化，从而增加器件的制造成本。Zeta-20的高动态范围测量模式（HDR）为金属栅线工艺提供了测量解决方案，可实现对反射率差异较大的材料测量。在太阳能电池制造工艺过程中，HDR模式被用于测量镀有减反膜涂层绒面表面的金属栅线3D形貌。同年，推出了Zeta-360 和第一代 Zeta-388 产品，提供了基于Zeta平台的晶圆自动化处理解决方案。 2016Profilm3D 是一款基于白光干涉原理的光学轮廓仪，可以适用于多种应用场景，包括薄膜厚度、表面粗糙度、台阶高度等表面形貌测量，是一种高性价比的三维表面形貌测量解决方案。2017Zeta Instruments 加入KLA Instruments 集团，为KLA光学轮廓仪引入 ZDot 技术和多模式测量技术，扩充KLA光学轮廓仪的产品线。Zeta系列用于3D表面形貌测量，支持研发、生产和全自动化环境。2018KLA旗下Filmetrics 推出了世界上首个专门用于3D形貌数据处理的网络应用程序ProfilmOnline ，利用网络浏览器和强大的智能手机功能，使用户无需电脑即可分析、存储和共享3D数据，包括光学轮廓仪、扫描探针显微镜（如原子力显微镜）和其他三维成像显微镜等获取的三维形貌数据。用户可以便捷地从 Filmetrics Profilm3D 光学轮廓仪上传数据，对其进行分析，并与同事共享测量结果。ProfilmOnline允许用户通过跨平台的任意设备，随时随地访问数据。Profilm3D 增加了 TotalFocus&trade 功能，提供其样品表面的3D自然彩色图像。新一代Zeta-388光学轮廓仪是非接触式三维表面形貌测量系统。该系统在Zeta-300的基础上，更新了用于全自动测量的机械手臂操作系统。Zeta-388支持OCR和SECS/GEM，从而可用于全自动产线的生产制造。该系统提供了具有生产价值的工艺控制测量，如PSS上的凸块高度、粗糙度和台阶高度。Zeta-388凭借在图形化蓝宝石衬底 (PSS)工艺中的应用荣获2018年化合物半导体行业量测奖。2019Filmetrics 正式加入 KLA Instruments 集团。在薄膜厚度、材料光学特性（n、k 值）的测量方面，Filmetrics 系列薄膜测量仪扩充 KLA 桌面式量测产品线。Filmetrics Profilm3D 光学轮廓仪扩充 KLA光学轮廓仪产品线，为客户提供高性价比的表面形貌测量解决方案。2020Profilm3D-200 具有一个行程为 200mm的自动样品台，可放置200mm直径的晶圆样品。2023KLA Instruments 推出Zeta-20HR高分辨率光学轮廓仪，专为满足新型太阳能电池的结构表征和下一代生产工艺的量测需求而设计。Zeta-20HR提高了光学轮廓仪的分辨率，将对太阳能电池结构的表征能力拓展至1µ m以下。这款新型的Zeta光学轮廓仪，基于具有ZDot技术的Zeta-20设计，可配置230mm x 230mm尺寸的样品载台，并具备所有标准化且易用的多模组测量能力。Zeta光学轮廓仪是太阳能电池工艺研发和制程控制的理想量测工具。如需申请测样或产品咨询,可通过仪器信息网和我们取得联系！

KLA探针式轮廓仪的过去，现在，与未来。KLA Instruments&trade 探针式轮廓仪（也称台阶仪）提供高精度2D和3D表面量测，测量台阶高度、表面粗糙度、翘曲度和应力以及优秀的稳定性和可靠性，满足客户的研发和生产要求。目前，KLA Instruments&trade 台阶仪包括专为研发助力的Alpha-Step系列D-500/D600桌面式台阶仪，工厂生产用Tencor P-系列P-7，P-17，P-17 OF量产型台阶仪，还有自动化产线上的 HRP系列P-170和HRP-260全自动台阶仪。自1977年KLA首款商用探针式轮廓仪问世，经过四十多年的不断探索和技术创新，KLA取得了一个又一个突破，不断稳固自身在行业中的领导地位。1977Alpha-Step100 是Tencor 推出的首款台阶仪产品。其在台阶高度测量的准确性和重复性方面表现优异。凭借价格实惠、外形小巧和功能强大，很快就成为大多数半导体制造厂或晶圆厂重要的工具。1983Alpha-Step 200 发布，扫描速度比竞品快 2 倍，配备 CRT 显示器，能够自动测量、调平和计算。1987Alpha-Step 250 问世，灵敏度增强至 1 &angst ，增加了隔声外壳。1988Tencor P系列的P-1探针式轮廓仪实现了单次长度 200mm 扫描，且无需任何拼接。P-1 轮廓仪采用革 命性的全新设计，在扫描平台、光学和传感器技术方面进行了行业创新，提供无可匹敌的稳定性、灵敏度和重复性。该系统具有超平面扫描平台，能够单次扫描实现高达 200mm 的高分辨率，确定表面粗糙度、波纹度和薄膜应力特征。新平台也是 3D 扫描平台，增加了第三维度来表现表面形貌。该系统的特色是采用顶视光学系统来提供清晰的样品视图，不受传统倾斜侧视的扭曲影响。此外，该系统的传感器技术采用业界先进的线性可变差分电容器 (LVDC)，从而使电子分辨率达到亚埃级，并且转动惯量小，可实现低作用力控制并降低对噪声的敏感性。1991Tencor P2H 支持自动晶圆和磁盘机械手臂， 减少接触样品带来的污染。同年的Tencor P2 采用开放式框架，支持尺寸达 430mm x 430mm 的样品，同时Tencor FP2可扫描尺寸达 630mm x 630mm 的样品，用于平板行业。1994Tencor P-20 全自动探针式轮廓仪发布，增加了图案识别和 SECS/GEM，并且与现有的机械手臂相结合，实现了全自动化。Alpha-Step 500增加垂直量程至 1mm，并配备了全新高倍率光学器件和彩色摄像头。1996Tencor P-10、 P-11、 P-12 和 P-22 相继发布，产品采用最新的低作用力控制技术，延长垂直量程至1000µ m并增强环境隔离功能。Microhead II 增强线性可变差分电容器 (LVDC)，并增加低至 0.05mg的程式控制低作用力。它增加了通过动态调整枢轴上的作用力，确保在任何台阶高度下，样品表面都能够施加相同的力。此外，新传感器可支持高达 1000µ m 台阶高度。P-12 新增隔声罩和主动隔离台，不仅增强对环境噪声的隔离，还能够测量超光滑硬盘的粗糙度。P-22 在现有 P-20 机械手臂的基础上新增一个隔离台，实现自动晶圆传送、图案识别和 SECS/GEM 等全自动测量，从而为半导体行业提供整体解决方案， 提高其生产效率。1997Tencor P-30 将开放式晶圆盒机械臂替换为 SMIF 机械臂和系统的内置微环境， 以支持半导体行业新的洁净度要求。HRP-220 是在线表面量测的一大突破，配备了 P-22 的长扫描平台以及高分辨率压电平台，DuraSharp 探针可实现精细的特征测量和分析。同年，Tencor Instruments 和 KLA Instruments 两家公司合并成立了 KLA-Tencor, Inc.，成为世界领先的半导体制造和相关行业的良率管理及工艺控制解决方案供应商之一。1998HRP-320 在HRP-220 的测量能力基础上扩展到 300mm 晶圆，是能够单次扫描测量 300mm 晶圆全直径的系统。1999HRP-240 和 HRP-340 在使用的便利性、产出和精度上有了重大改进。新增压电挠性平台设计，以尽量减少平面外的运动，扫描平面度 2x 在保持 90µ m x 90µ m 扫描区域和 1nm 分辨率的同时，比以前的设计有了很大的进步。该系统增加在线高倍和低倍光学器件，并利用距离传感器实现无接触自动聚焦，从而可允许快速、精确对焦，并通过减少探针的表面接触次数来延长其使用寿命。长扫描平台通过增加线性编码器来提高样品定位的准确性，而更细螺距的丝杠可实现更高的分辨率。通过增加数字信号处理器来管理所有平台控制，将计算机处理能力留给用户接口，从而改善系统的整体性能。新增浸渍模式（Dipping Mode&trade ）能够测量高深宽比的蚀刻深度特征。2001Tencor P-15 结合了 P-10 和 P-11 系统的功能，技术更加成熟，为单一平台上的研发和生产提供支持。2003Alpha-Step IQ 在 Alpha-Step 500 基础上新增 USB 电子器件和全新设计的软件，可以显著提供增强的扫描排序和数据分析能力。2007Tencor P-16+ 在-15 的基础上进行了改进：新的 USB 电子器件、更强大的软件以及 Apex 高级数据分析和报告撰写软件功能。2008Tencor P-6 是一台高性能探针式轮廓仪，在较小的平台上沿用了 P-16+ LVDC 传感器技术和扫描平台技术。HRP-250 和 HRP-350 仪器采用噪音更低的 LVDC 传感器技术、新的隔离系统（仅 HRP-350）和第二代 DuraSharp II 探针。可实现更小特征的测量和接近 2 倍的吞吐量。2009Ambios Technology 加入KLA-Tencor并发布 XP100 和 XP200，采用光学杠杆传感器技术，垂直量程1200µ m 并支持200mm晶圆样品。2010KLA-Tencor 发布了基于 Ambios Technology 平台的 Alpha-Step D-100 和 D-120，采用增强光学杠杆传感器技术， 显著改善了测量的稳定性。2013Tencor P-7 和 P-17 配备了新高分辨率彩色相机，并增强了对翘曲度和应力的测量。2014Alpha-Step D-500 和 D-600 仪器采用了与 P系列相同的高分辨率相机。增加了侧视图的梯形校正功能，并且进一步改善了测量的重复性。2016Tencor P-170结合了 P-17 与 HRP 机械手臂，是一款新的全自动探针式轮廓仪。同年，HRP系列的新机型HRP-260 也随后发布。新仪器在自动化晶圆处理方面有了重大的改进。增加了几何图案识别，提高了倾斜校正算法的准确性，并采用新方法进行自动灯光控制。机械手臂包含新电子器件，可支持碳化硅 (SiC) 和蓝宝石等透明样品以及硅、砷化镓 (GaAs) 和 AlTiC 等不透明样品的预对准。也支持卡盒内wafer探测和读取wafer ID.2019KLA Instruments&trade 全系列探针式轮廓仪Alpha-Step、Tencor P- 和 HRP，移植软件平台至最新的Windows 10 OS。同时，新的测量和数据分析功能发布在新的软件平台中。2023KLA将继续探索的脚步，而探针式轮廓仪全线产品也将持续发展，为满足客户的需求不断努力创新。Keep Looking Ahead！