반도체 웨이퍼에 대한 물리적 분석

공정 단계를 통제하고 반도체 웨이퍼의 물리적 구조를 분석하기 위해 다양한 고분해능 광학/전자/이온 현미경 및 특정 분광기/회절분석기를 사용합니다. 표 1에는 이와 같은 여러 가지 기술이 나열되어 있으며 표 2는 이러한 기술이 반도체 제조에 어떻게 사용되는지 보여줍니다.

오늘날 웨이퍼 제조 분야는 축소하는 지오메트리, 신소재, 새로운 아키텍처에 대처해야 합니다. 그런데, 중요한 장치 구조는 너무 작아서 기존 도구로 보거나 특성을 파악할 수가 없습니다. 장치 크기가 작아지면서 이미지 분해능과 검출기 감도에 대한 요구 사항이 더욱 엄격해졌습니다. < 10nm 장치로 트랜지스터 구조를 시각화하려면 현미경의 분해능은 옹스트롬 범위 이내여야 하며 극소 프로브 용량(< 0.001 um3)에서 발생하는 감지 가능한 신호가 너무 약하기 때문에 단일 검출기 및 판독 전자 제품은 감도가 매우 높고 노이즈가 없어야 합니다.

Thermo Fisher Scientific은 경로 찾기 및 공정 개발 또는 수율 램프 및 제조 등 산업 주기의 다양한 단계에서 웨이퍼 분석을 위한 다양한 전자 및 이온 현미경, 그리고 기타 분석 기기를 제공합니다.

경로 찾기 및 공정 개발 단계에서 기술자와 설계자는 원자 수준에서 새로운 장치를 제작하는 동시에 물리학의 한계를 시험합니다. Thermo Fisher Scientific은 10, 7 및 심지어 7nm 이하의 테크놀로지 노드까지 계속 활용할 수 있도록 이러한 첨단 연구 개발을 가능하게 하는 최첨단 도구를 제공합니다.

제품 출시 기간은 신세대 장치의 상업적 성공을 결정하는 핵심 요소이므로 수율 램프 단계에서는 수율 러닝을 가속하는 것이 매우 중요합니다. 반도체 장치의 여러 제조 단계에서 수율 분석은 광학 또는 SEM 기반 도구를 사용하여 수행했지만 요즘에는 TEM 현미경 결과에 점점 더 많이 의존하고 있습니다. Thermo Fisher Scientific은 TEM 샘플당 최저 비용으로 최고의 성능을 구현하고 생산성 높은 새로운 도구를 사용하는 워크플로우를 통해 이러한 SEM으로부터 TEM으로의 이동을 가능하게 합니다.

새로운 기술을 개발하고 수율 램프 동안 체계상의 공정 결함이 제거되면 경제적으로 지속 가능한 수준으로 수율을 유지하기 위해 대량 제조 시 중대한 공정, 종종 주변적 공정을 매우 정밀하고 효과적으로 통제해야 합니다. Thermo Fisher Scientific은 최단 시간 안에 최대량으로 수율 익스커션의 특성을 분석하는 전용 고성능 워크플로 솔루션을 개발하고 제안합니다.

이와 같은 제조 공정 동안의 웨이퍼 분석을 위한 분석 솔루션뿐만 아니라 Thermo Fisher Scientific의 제품군에는 전기적 웨이퍼 테스트 또는 포장된 장치 테스트 후 전기적 디버그(Electrical Debug)를 수행하는 제품도 포함됩니다. 제조 공정 또는 전기적 설계의 결함을 시정하려면 전기적 오류가 발생한 장치를 검사한 후 전기적 오류의 근본 원인을 찾아내야 합니다. 전기적 오류 분석은 두 가지 주요 단계로 구성됩니다. 첫 번째는 장치에서 전기적 결함이 있는 망의 물리적 위치를 찾는 것이고(오류 격리), 두 번째는 이 물리적 위치를 물리적으로 검사하여 장치의 물리적 또는 화학적 이상 여부를 파악하는 것입니다(오류 식별). 오류 격리 방법은 장치의 시간 조절식 여기와 장치가 방출하는 신호(이 또한 시간 조절식)의 측정을 기반으로 합니다. 장치 여기는 물리적(레이저, 열)이거나 전기적(전기적 테스트 벡터)일 수 있으며 장치의 반응 또한 물리적이거나 전기적일 수 있습니다. 위상잠금 적외선열화상기술(LIT)은 특정 주파수의 열 펄스로 장치를 균등하게 가열하고 장치의 국소 온도 반응을 민감한 IR 카메라로 측정하는 기법입니다. OBIRCH(광학 빔 유도 저항 변화)는 전기가 공급되는 장치를 펄스 레이저로 국소적으로 가열하고 이러한 국소 가열에 대한 반응을 장치의 전기적 저항 변화로 측정하는 기법입니다. 방출 현미경(EMMI)을 사용하면 장치는 트랜지스터가 켜짐 및 꺼짐 상태를 전환하면서 빛을 방출하게 하는 동적 신호에 의해 전기적 자극을 받습니다. 방출된 빛은 피코초 단위의 분해능을 가진 초고감도 카메라로 감지합니다. 마지막으로, 나노프로버는 사전에 정해진 국소 영역에서 개별 트랜지스터에 접촉하고 이를 전기적으로 테스트하는 데 사용할 수 있습니다. 나노프로버는 SEM 또는 AFM을 기반으로 합니다.