半導體晶圓的物理分析

製程控制和半導體晶圓的物理結構分析採用各種高解析度光學/電子/離子顯微鏡和特定的光譜儀/繞射儀。 表 1 列出了許多這些技術，而表 2 說明了它們在半導體製造中的用途。

現今的晶圓製造必須處理縮小的幾何形狀、新材料和新穎的架構，關鍵的元件結構太小而無法用現有工具查看或定性。 隨著元件尺寸縮小，對圖像解析度和檢測器靈敏度的要求也變得更加嚴格：為了在 <10nm 的元件中檢視電晶體結構，顯微鏡必須具有 Angstrom 範圍的解析度，並且由於來自極小探測體積（<0.001 um3）的可檢測信號非常微弱，信號探測器和讀取電子設備需要具備高靈敏和無噪訊的特性。

Thermo Fisher Scientific 提供各種電子和離子顯微鏡以及其他分析儀器，用在工業循環的不同階段進行晶圓分析，即在路徑探尋和製程開發期間或在產能增長和製造過程中。

在路徑探尋和製程開發階段，當技術人員和設計工程師在製造原子級新元件的同時亦推進了物理學的限界。 Thermo Fisher Scientific 提供了最先進的工具組，令此先進的研發能夠在 10、7 甚至 7nm 以下的技術節點上繼續進行。

在產能增長階段，由於上市時間是新一代元件商業成功的關鍵，因此加快產能學習至關重要。製造半導體元件許多步驟中的產能分析向來使用光學或以 SEM 為基礎的工具組來進行，但是目前已越來越依賴 TEM 顯微鏡結果。 Thermo Fisher Scientific 公司正在推動從 SEM 到 TEM 的這種轉變，採用每份 TEM 樣品最佳性價組合的高效工具工作流程達成。

新技術開發完成並在產能增長期間排除系統性製程缺陷後，大批量生產便需要非常精確而有效的控制關鍵且具邊際效應的製程，從而將產能保持在經濟可持續的水平。 Thermo Fisher Scientific 開發並提出專用的工作流程解決方案，其效能特徵是在最短時間內達成空前的產量躍升。

除了製程中用於晶圓分析的這些分析解決方案之外，Thermo Fisher Scientific 的產品線還包括專門用於電性晶圓測試或封裝設備測試後的電性調試的產品：電氣性故障設備需要詳加檢查並找到電性故障的根本原因，以便改正製程或電子設計中的缺陷。電性故障分析包括兩個重要步驟，第一步是檢測設備中電性故障網路的物理位置（故障隔離），第二步是物理檢查出任何物理或化學設備異常的物理位置（故障識別）。故障隔離方法是基於設備的時間調變激發以及設備發射（也是時間調變）信號的測量。設備激發可以是物理性（雷射，熱能）或電性（電測試向量），元件回應也可以是物理性或電性。鎖定熱圖像 (LIT) 是透過給定頻率的熱脈衝對設備進行均勻加熱，並通過靈敏的紅外熱像儀 (IR) 測量設備的局部溫度回應。 OBIRCH（光束感應電阻變化）是一種技術，其中電性設備通過脈衝雷射局部加熱，並且對該局部加熱的回應被測量為設備電阻的變化。 在發射顯微鏡（EMMI）中，元件採用動態信號進行電子刺激，電晶體在這些信號之間切換開關狀態並發光。 T用微秒解析度的超靈敏相機檢測發射的光線。最後，奈米探測器可以用來接觸並在預先確定的限定區域中，電性測試單個電晶體。