实测案例——在硅晶圆上对薄膜涂层进行快速准确的 Mapping

引言：在整个晶圆上，薄膜和厚膜的厚度均匀性及光学特性（n&k）是集成电路（IC）和微机电系统（MEMS）制造过程中的关键参数。良好的薄膜沉积控制有助于实现高质量的图形化，并确保器件在光刻工艺后的性能表现。除了半导体开发初期阶段必须进行薄膜检测外，在最终阶段也同样需要，例如先进封装（Advanced Packaging）过程中，会在芯片表面涂覆一层保护涂层，以防止物理损伤和腐蚀。

本应用中，使用ThetaMetrisis公司的FR-Scanner对两种商用光刻胶在300mm硅晶圆上的涂层进行了厚度分布图（mapping）测量，适用于先进封装应用。

FR-Scanner是一款专用于自动表征硅片及其他基材（尺寸最大可达450mm）上单层或多层涂层的设备，在测量精度和速度方面具有卓越的性能表现。

方法与手段：待测样品为300mm硅晶圆，每片晶圆涂覆了不同的商用光刻胶。所使用的光刻胶包括：HD8820，以及带有抗反射涂层（BARC）的PW1000T。所有测量均使用FR-Scanner设备完成，该设备工作光谱范围为370–1020 nm，能够快速、可靠地测量厚度范围从12 nm到90 μm的各类涂层。

该设备通过旋转卡盘并在线性移动上方的光学探头（极坐标扫描）的方式，以极高的速度对晶圆进行扫描，且反射探头无需弯曲，这对于实现精确测量至关重要。通过FR-Monitor生成的测量图案包含625个位于（R, Θ）坐标位置的测量点，如右侧图像所示，每次扫描耗时约1分30秒（包含完成扫描和厚度测量的全部时间）。

结果：下图展示了所有样品在随机点处测得的典型反射光谱（黑线）以及FR-Monitor软件中的拟合反射光谱（红线），同时给出了每片晶圆的厚度分布图（mapping profile）。

扫描完成后，可通过软件导出包含统计分析（含多种可编辑参数）和厚度分布图成像的报告。

在计算统计参数和表示点分布时，可根据统计计算参数排除部分数据点。这些被排除的点被视为“极端”点，因其可能以非预期的方式影响统计结果，因此用户可选择将其剔除。例如，在光刻胶HD8820的分布图中，625个测量点中有551个位于设定范围内，因此晶圆的合格区域占其总面积的88.4%，在二维图中以特定颜色标示。在PW1000T+BARC的分布图中，625个点中有614个位于该范围内，晶圆的合格区域占比达到98.4%。

结论：使用FR-Scanner测量了涂覆在300mm硅晶圆上的各种薄膜的厚度。此外，还通过厚度测量、晶圆区域上的厚度分布图绘制以及厚度均匀性的统计分析，成功地对这些薄膜进行了表征。