半导体资料集.doc

国内有几台93000自动测试设备（ATE）
凭记忆，对大家经常听说的Verigy 93k测试系统做个LIST，有不准确或缺漏请指出：
: m2 ^0 G8 w  P: b' E N3 a( O# ]4 G1 ?. A- P; {
1、电子五所 —— 广州 —— 3台；# y; L; k/ a7 W5 b$ @. V! L* S. |
2、电子24所 —— 重庆 —— 1台；
# n- I  U; X! [( S" ?3、电子四所 —— 北京 —— 1台； j& i4 X. t0 N. {# q
4、中船709所—— 武汉 —— 1台；
$ s. N8 f9 W5 j* ?: I+ A8 O5、复旦大学 —— 上海 —— 1台；
) T) ?3 s" m2 L7 D- P/ w- k6、西北工大 —— 西安 —— 1台；
* I  t5 y+ d* K/ T9 N7、北京大学 —— 北京 —— 1台；) _8 D7 [9 o- o7 m7 Y0 i D
8、中电华大 —— 北京 —— 1台；! M* |$ ~, }9 [ S9 w* w/ l( i+ V: W, q
9、中芯国际 —— 上海 —— 1台；
* B+ ?' g0 ], O) r: d: o! G3 I g10、香港科技园   ——   1台；  a' C- ~$ _! r0 k3 `2 y) T
11、上海Verigy   ——   若干台；
/ Y# f- o+ X! Q# j1 S2 _12、上海Amkor    ——   若干台。

GAPT SPIL 都有啊
蘇州恩志浦7台
苏州ICC也有一台。主要是做验证和小量产的
矽品科技----苏州----2台
6 G: b& W0 J5 i+ @威宇科技---上海----5台
spansion有两台。
freescale 20台左右; C" T. O% @. S' |4 p
nec-- 大概7台左右
苏州矽品科技，有11台~~~J750有15台
深圳赛意法曾经有6台
北京首钢NEC有8台

基于FPGA的科学级CCD相机时序发生器的设计
[日期：2009-3-16]

1   引言

科学级CCD相机(Scientific grade CCD camera)是一种具有低噪声、高灵敏度、大动态范围和高量子效率等优良性能的CCD相机,用于对微光信号检测和微光成像。它在射线数字成像检测、生物医学工程、水下摄影、武器装备、天文观测、空间对地观测等多种技术领域得到了广泛应用。

科学级CCD相机一般由高速CCD 感光芯片、视频信号处理器、时序控制器、时序发生器、时序驱动器、外部光学成像系统等部分组成,其中时序发生器性能的优劣直接决定了相机的品质参数。该科学级CCD相机采用DALSA公司的IL-E2 型TDI-CCD作为传感器，本文分析了IL-E2型TDI-CCD 芯片的工作过程和对驱动信号的要求,在此基础上设计出合理的时序电路, 为了满足在实际工作中像移速度异速匹配的要求，在时序电路的设计中时序发生部分是可调的。这种设计方案简单、可靠、实用。在综合比较各种硬件实现电路的优缺点后,选用现场可编程逻辑门阵列(FPGA) 作为硬件设计平台,使用VHDL 语言对驱动电路方案进行了硬件描述,采用EDA 软件对所设计的时序发生器成功地进行了功能仿真。最后针对XILINX公司的可编程逻辑器件XC2VP20-FF1152进行了适配和硬件电路调试,进而实现了对整个科学级CCD 相机的控制。

2   TDI-CCD的工作原理及驱动分析

2.1 TDI-CCD工作原理简介

TDI（time delay and integration）是一种能够增加线扫描传感器灵敏度的扫描技术。TDI-CCD是具有一种面阵结构、线阵输出的新型CCD，较普通的线阵CCD而言，它具有多重级数延时积分的功能。从其结构来看，多个线阵平行排列，像元在线阵方向和级数方向呈矩形排列，像元分布示意图如图1所示。

图1 TDI-CCD像元分布示意图

图1中，TDI-CCD的电荷累积方向是沿Y向进行的，其推扫级数自下而上为第1级至第96级。在成像过程中，随着相机（或景物）的运动，TDI-CCD从第96级至第1级依次感光，电荷从第96级至第1级逐级累积。最终，经过多重延时积分积累起来的电荷包（成像数据信息）转移到CCD水平读出寄存器上，并从第1级经运算放大器传输出去。从TDI-CCD的电性能特点可以看出，TDI-CCD为一种单方向推扫成像器件。与一般CCD相比，TDI借助了6、12、24、48、96等可变积分级数来增加曝光时间。在传感器成像时，由于信号存储与曝光时间是成正比的，TDI-CCD通过延长曝光时间来增加所收集到的光子，因此比一般线阵CCD具有更高的灵敏度，可用在低光照度环境下成像，同时又不会影响扫描速度。TDI-CCD具有可以不牺牲空间分辨率和工作速度的情况下获得高灵敏度这个突出特点，使其在高速、微光领域具有广泛的应用前景 。

2.2 关于DALSA IL-E2型TDI-CCD 图像传感器

CCD 图像传感器是科学级CCD相机的关键组成部件, 其性能的优劣直接影响着相机的功能和使用效果。该科学级CCD 相机选用了加拿大DALSA 公司生产的IL-E2型TDI-CCD 图像传感器,该TDI-CCD的像素结构 2048×96 。像元尺寸为13μm( H) ×13μm( V )、最高数据输出频率为20MHz 、动态范围为1600:1 、单向、单端输出、级数可选、具有蓝光响应增强功能的TDI-CCDIL-E2型TDI-CCD可以分为3个功能区，即光敏元探测区、电荷传输区、检测输出区。

2.3 IL-E2型TDI-CCD驱动时序分析

TDI-CCD的驱动时序控制比普通线阵CCD的驱动时序控制要复杂的多, IL-E2型TDI-CCD的时序控制包括各种直流电平控制和各种时钟脉冲序列控制。对于前者，主要包括供电电压VDD、输出栅电压VEST、溢出栅电压VOV、衬底电压VBB和级数控制偏置电压等；对于后者，主要包括行转移时钟脉冲TCK，像元移位读出时钟脉冲CR1、CR2，输出复位时钟脉冲RST，TDI方向移位寄存器驱动时钟脉冲CI1～CI4，级数控制时钟脉冲CSS6、CSS12、CSS24、CSS48。TDI-CCD工作时，在行转移时钟脉冲TCK为高电平期间，像元感光产生的信号电荷在TDI方向移位寄存器驱动时钟脉冲CI1、CI2、CI3、CI4的共同作用下，沿着TDI（TDI级数由TDI级数控制脉冲选为6、12、24、48、96中的一种）方向积累并转移到输出移位寄存器中；当TCK为低电平时，TDI-CCD在像元移位读出时钟脉冲CR1、CR2的作用下，输出复位时钟脉冲RST每来一个有效电平高电平时，TDI-CCD的输出信号OS端输出一个信号，直到信号输出完为止。之后TCK由低电平变为高电平，CI1、CI2、CI3、CI4也相应的变为有效电平，转移上一次转移完后像元感光产生的信号电荷，开始一个新的周期。这些时序控制的详细对应关系如图2所示。

图2  TDI-CCD时序详图

对于此TDI-CCD时序设计与普通线阵CCD时序设计存在以下几个突出特点。（1）在TDI方向存在4相移位寄存器驱动时钟，它们的周期与行周期一致，高电平脉宽t3应大于3μs， CI1的上升沿滞后于TCK的上升沿，CI2的下降沿滞后于TCK的下降沿，CI1、CI2的高电平脉宽至少有1μs的重叠。CI3、CI4在时序关系上分别为CI1、CI2的倒相。（2）此TDI-CCD的工作级数可以通过CSS6、CSS12、CSS24、CSS48四个级数选择信号进行控制，使其工作于96、48、24、12和6级。

3  时序发生器的原理组成和工作过程分析

时序发生器产生TDI-CCD、视频处理器和图像数据输出所需的各种时钟脉冲信号, 时序发生器在CCD成像单元工作中起着时间上同步协调的作用。它由时序控制器给出的指令和参数予以控制。时序控制器控制TDI-CCD工作时的行转移周期, 积分级数，控制指令和参数以串行数据的形式送至时序控制器中，时序发生器根据时序控制器给出的指令和数据产生TDI-CCD和视频处理器所需要的时钟脉冲信号: 行转移时钟脉冲、像元移位读出时钟脉冲、输出复位时钟脉冲、TDI方向移位寄存器驱动时钟脉冲、级数控制时钟脉冲、相关双采样时钟脉冲、A/D转换器采样时钟脉冲等。为了提高工作时的可靠性, 在时序控制器中控制指令和参数没有更新时, 时序发生器将按时序控制器中初始设置参数工作。

时序发生器的设计：时序发生器生成TDI-CCD、视频处理器和图像数据输出所需要的各种时序。所有时序是由主振脉冲序列通过逐级分频后的脉冲序列进行逻辑和组合运算产生的。它们之间满足严格的相位关系, 这是相机系统协调工作的基础。时序发生器的功能框图如图3所示。相机系统一通电就应保证立即工作在内部默认方式, 这样就能够马上判断系统是否正常。如果外部或内部设置指令无效, 系统也返回默认方式, 这是相机系统可靠性的体现。时序发生器所产生的各种时钟由VHDL 语言完成。

图3　时序发生器功能框图

4   用 FPGA器件实现科学级CCD相机时序发生器

4.1 FPGA技术及FPGA器件

FPGA－现场可编程门阵列技术是二十年前出现，而在近几年快速发展的可编程逻辑器件技术。这种基于EDA技术的芯片正在成为电子系统设计的主流。大规模可编程逻辑器件FPGA是当今应用最广泛的可编程专用集成电路（ASIC）。设计人员利用它可以在办公室或实验室里设计出所需的专用集成电路，从而大大缩短了产品上市时间，降低了开发成本。此外，FPGA还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。因此，FPGA技术的应用前景非常广阔

XC2VP20-FF1152 是Xilinx 公司推出的Virtex-II Pro 系列的FPGA，它内部有丰富的资源[5]，包括8 个数字时钟管理器（DCM），290Kbits 的分布RAM，88×16kByte 的Block RAM，88 个18×18 的专用乘法器（Dedicated Multipliers）单元，2 个PowerPC405 内核，564 个可配置I/O 引脚达（最多276 对差分I/O，速度高达3.125Gbps），最高内部工作频率420MHz。

4.2 基于FPGA的科学级CCD相机时序发生器的设计与仿真

IL-E2型TDI-CCD的像元数有每行512，1024和2048三种，本文以2048像元数为例设计时序电路。2048为有效像元数，由于每行有5个隔离像元，4个暗参考像元，故设计中要保证最少使每行输出2057个像元，也就是使每个行周期内最少有2057个CR1、CR2、RST驱动脉冲。每行除了2057个像元驱动脉冲以外，其余为空驱动脉冲。空驱动脉冲数越多，行周期时间越长，CCD曝光积分时间越长，灵敏度相应提高，但过长的曝光积分时间会使CCD输出饱和失真，故空驱动脉冲数目不易过多。积分时间和像元移位读出时钟频率是CCD时序电路的设计依据。在工程应用中，我们根据技术指标要求，算出行积分时间即行周期（T）为0.365ms,以此确定合适的系统主时钟。驱动时序用超高速集成电路硬件描述语言（VHDL）编写，程序主要包括：（1）调用所需的库函数和程序包；（2）定义输入和输出端口；（3）用计数器对输入的系统主时钟进行分频。（4）驱动时序信号的产生和输出。由XILINX公司的设计软件ISE6.2对XC2VP20-FF1152器件进行时序设计，通过时序仿真与工程应用验证了能完成上述所有功能。系统逻辑功能时序仿真波形如图4所示。

图4时序发生器时序仿真图

5   结束语

本文的创新是采用FPGA 器件设计科学级CCD相机时序发生器, 使得电路由原来复杂的设计变成主要只用一片XILINX公司的可编程器件XC2VP20-FF1152来实现。独立的单元测试与系统联调结果均表明: 采用现场可编程门阵列(FPGA) 技术实现CCD相机时序发生器, 可使电路成倍简化,提高了系统的集成度，时序发生器抗干扰能力也增强了，其功耗也成倍降低，从而实现了科学级CCD 相机工作时的高可靠性、稳定性，同时还使设计与调试周期成倍缩短。该设计方案为TDI-CCD在科学级CCD相机中的应用开拓了更加广阔的前景。

参考文献:

[1] 李爱玲,张伯珩,达选福,边川平 基于CPLD的CCD相机图像信号模拟器的设计[J]. 微计算机信息,2006年第1-2期 页码：P151-152、P162

[2] 杨桦,郭悦,伏瑞敏. TDICCD的视场拼接[J].  光学技术, 第29卷第2期2003年3月 页码：P226-228

[3] 李云飞,司国良,郭永飞. 科学级CCD 相机的噪声分析及处理技术[J]. 光学精密工程, 第13卷增刊2005年11月 页码：P158-163

[4] 佟首峰, 阮锦, 刘金国, 郝志航. 智能型高速CCD相机的时序电路的研制[J]. 光学技术,第26卷第6期2000年11月 页码：P552-555

[5] Xilinx Virtex-II Pro Datasheet [DB/OL]. http://www.xilinx-

[6] DALSA. IL-E2 QUIETSENSOR imagine sensors. DALSA 1996-1997 DATABOOK, 1997.  

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哈勃望遠鏡技術  晶片缺陷檢測  放射顯微鏡  矽半導體器件  光輻射 
目前有很多資料介紹放射顯微鏡(圖1)可以探測到由損壞的矽半導體器件發出的光輻射。絕大多數有缺陷的晶片會發出可見光或近紅外線(NIR)，但由於這些光線的強度相差很遠，因此用放射顯微鏡對這類缺陷進行定位具有一定難度；而先進複雜的晶片設計其內部線路的金屬化層數通常還要增加，從而更是加大了檢測難度。晶片金屬化超過三層以後，缺陷發出的射線會被金屬化層吸收，這時只能在使用放射顯微鏡觀察之前，先在晶片背面將矽片減薄然後才能進行檢測。
放射顯微鏡能生成兩種圖像：一種是發出的光所形成的一個或多個光點，另一種是單獨的晶片電路圖。系統軟體將這兩個圖重疊在一起，就可顯示出電路缺陷的位置。為作出缺陷的光輻射圖，放射顯微鏡一直使用各類電荷耦合器件(CCD)來記錄光子。一旦發現缺陷並確定位置之後，技術人員就可以採取相應的糾正措施。
採用CCD的放射顯微鏡自1986年開始應用以來，靈敏度已越來越高，但矽片本身的帶隙卻限制了這種顯微鏡的進一步使用。CCD是一種固態矽器件，其感應範圍為波長在400～800nm的可見光以及波長800～1200nm的近紅外線。這個有效感應範圍只與缺陷發出射線的一部份對應，因為後者的範圍大致在550nm到1500nm左右，阻性器件還要超過3000nm。CCD的特點是在可見光範圍內具有很高的空間解析度和檢測靈敏度。
使用儲存和定時綜合技術之後，採用CCD的顯微鏡可以感應到非常微弱的射線並能探測到低至几納安的漏泄電流。然而如今很多放射檢測必須要從差不多80μm薄的矽片後面來進行，此時即使是不摻雜的矽片也如同一個過濾器一樣會進一步減少光電子傳輸，如果矽片內摻有雜質，這種過濾效果會變得更大，缺陷處發出的射線強度可能會降低三個數量級。
如今研究人員已開發出一種汞鎘碲化物(HgCdTe)陣列技術解決這兩個問題，該項技術曾用在哈勃太空望遠鏡上的一種傳感器中。在哈勃望遠鏡上，這種傳感器可以感應到太空星體發出的近紅外和短波紅外(SWIR)波長射線。就半導體射線而言，HgCdTe傳感器對1200nm以上的射線特別敏感，這正好是CCD傳感器由於矽片帶隙而不能很好探測到的區域。Hypervision公司設計了一種同時使用CCD平面聚焦陣列(FPA)和HgCdTe FPA的系統，具有很高的空間解析度，且對整個400nm到1500nm範圍內的射線都有很高敏感度，而這一範圍也更接近晶片缺陷所發出射線的實際波長。
把這兩種完全不同的傳感器放在一起也帶來了一個很大難題，就是汞鎘碲陣列(MCT FPA)包含的像素(40μm)比CCD傳感器(約7μm)大得多，兩種不同格式影像圖的FPA縱橫比是不一樣的。目前已有一種軟體可以把MCT圖調整後放入到顯示晶片電路的CCD加亮圖片中。
該套完整的系統採用分光束處理這兩種FPA數據，CCD傳感器用於400～1200nm範圍，在650nm時達到總功率峰值的50～80%(根據具體的CCD設計情況而定)，而在1200nm時降到几乎為零。MCT傳感器檢測波長範圍為1000～1500nm，這個範圍內它的總功率可達峰值的80%以上。在對圖片像素大小與長寬比例進行校正之後，可將其覆蓋到顯示晶片電路的加亮圖片上。CCD傳感器具有12位百萬級小像素陣列，能得到空間解析度達0.25μm的高解析度圖片。將兩種傳感器並用得到的圖片空間解析度非常高，並且還帶有高靈敏度MCT檢測結果。
在該系統的開發階段，MCT傳感器曾被認為比CCD傳感器靈敏度要高好几倍。早期的試驗顯示，對一個波長跨越1200nm而超出CCD感應區的輻射點，MCT傳感器的靈敏度是CCD的7～10倍；對整個系統的進一步研究表明，MCT傳感器在一些摻雜器件如DRAMS的靈敏度上可以達到CCD傳感器的100倍以上。也就是說在檢測同一個輻射源時，MCT傳感器只需要CCD所需電平的百分之一就可以了。同樣給人深刻印象的是，對那些摻雜嚴重的器件所需電流也要小很多。
在對前端金屬化非常厚的器件作後端輻射成像時，提高傳感器靈敏度尤為重要，因為後端輻射範圍趨向於1000～1500nm。然而盡管靈敏度非常高，也並不是說矽片後端不需要再減薄，因為如果不將矽片後端變薄，那麼微弱的輻射還是會被大塊堆積的矽吸收，此時任何一種傳感器都將無法感測到。只要將矽片後端變薄，傳感器的檢測靈敏度與空間解析度就可以達到最大。CCD傳感器後端空間解析度為0.4μm，而MCT FPA則是1mm。為了更進一步提高空間解析度，MCT成像圖先覆蓋在高解析度CCD圖片上，而後又加在CAD圖上，這種“虛擬”覆蓋能使空間解析度達到0.2μm以下。該雙重攝像系統可以使當今的0.15μm製程以及小尺寸晶片的性能更加完善。
藉由移向更長波長頻段，MCT傳感器還可用於更大範圍的缺陷類型。例如輕度損壞的門氧化膜發出的射線大多在900nm以下，屬於可見光譜且在CCD的靈敏度範圍內，但是嚴重損壞的門氧化膜射線的波長則要更長一些，達到1200nm或更高，而這正好又在MCT傳感器工作的區域。前向偏壓、反向偏壓以及飽和電晶體的輻射主要都在1200nm到1500nm範圍，該部份也是MCT的領域；對於在1100～1500nm範圍與金屬短路有關的純阻性缺陷,MCT技術也能完全檢測到。
常規近紅外光到1800nm的地方就截止了，但人們對波長在1800nm以上的部份也很有興趣。這已不是矽片襯底輻射而屬於另外的應用,如先進晶片設計上多個金屬化層內阻性短路發出的紅外熱之類。如今的裸片設計最多可達7個金屬層，此時短路檢測是一件很困難的事，不過技術發展並沒有停步，現正在開發新型採用矽化鉑(PtSi)或銻化銦(InSb)的探測器，以進一步推進半導體紅外線探測，更清楚了解這種黑箱幅射。這類探測器的探測範圍為1000到5000nm。
圖2顯示的是覆蓋範圍在400到1200nm的CCD感應圖，圖中的輻射從一個氧化門測試結構的缺陷發出，屬於可見光(箭頭所示)，但是很弱。很明顯，類似這樣強度較低的射線CCD很可能會看不到。
CCD感應器和MCT感應器互相補充，能使工程師在整個400nm到1500nm的範圍都能探測到光輻射。組合在一起的感應器可用於泄漏缺陷(受到偏置時會連續發出輻射)和功能缺陷(只有用特定測試向量時才會發出輻射)的探測，這種組合式感應器可更容易和準確地對缺陷發出的即使很微弱的射線進行對位。

通孔刻蚀工艺的检测技术研究
作者：许向辉，中芯国际
随着半导体制造技术推进到更加先进的深亚微米技术，半导体金属布线的层数越来越多，相应的通孔刻蚀工艺也越多，并且伴随着通孔的尺寸随着器件设计尺寸逐步缩小。以DRAM制造为例，存储量由4M发展到512M时，设计规则由1μm缩小到0.16μm，其中通孔的尺寸也从0.8μm下降到了0.25μm。通孔尺寸越小，刻蚀的难度也越来越大，如果刻蚀不到位，就可能出现金属布线间的开路，直接导致器件失效。
所谓通孔刻蚀，就是在两层互连金属线之间的层间膜内刻蚀出一系列通孔的过程，通孔里面填入用于两层金属线间的互连金属，通过这些金属线把成千上万的晶体管连成具有一定功能的器件回路。层间膜通常都是各种各样的氧化膜，因此，通孔刻蚀属于氧化膜刻蚀。由于氧化膜透光的特性，平常的检测技术往往很难抓通孔刻蚀的缺陷。业界会在产品下线前，对通孔刻蚀作一些简单的通孔直径量测和物理切片来判断它的工艺窗口（图1）。

但是当半导体工艺设备运作中参数产生偏差时，往往线上的通孔直径量测没办法及时反映出来，一直要等到良率出来才能发现问题，以至于有大量的生产产品受到污染，使工厂付出沉重的代价。而且当产品到最终的良率测试后，发生问题时的生产机台状况已经很难追踪，不利于线上找到问题的原因，很难做持续改善。所以，及时抓到这种缺陷十分必要。
通孔的检测技术
    根据不同层面特性、缺陷尺寸和种类的不同，目前有三种主要的检测技术，即暗场、明场和电子束检测技术，以及自动工艺检测技术。
暗场检测技术是指通过在暗场中的探测器捕获缺陷的检测方法。通常以激光作为入射光源，遇到晶片上的缺陷后被散射，在暗场背景上产生亮度（强度）不一的信号，然后通过探测器捕捉到缺陷信号，灵敏度适中，检查速度快，成本低。其具体过程是：一、激光照射到硅片的某个位置；二、散射光被安置在暗场的探测器接收；三、探测器将光信号转换成电信号并传送至图像处理器；四、图像处理器将收集到的电信号转换为数字图像，并对数字图像进行分析处理，从而判断出是否存在缺陷。
暗场检测技术作为检测晶片缺陷的有效手段之一，其优点在于以下几个方面：首先，在暗场获得图像的灰阶易于控制和调节。暗场是位于硅片上方和硅片成30度角的区域，在此区域内获得的图像灰阶，可以通过调节激光的能量和探测器的敏感度来轻松控制；其次，在暗场内，可以很容易地辨认有具体形态和位于硅片表面的缺陷，比如刮伤、微粒之类的缺陷；最后，使用暗场的检测速度非常快，成本相对比较低，通常被用作快速分析影响产量的各类缺陷超出界定值的问题，AIT和COMPASS是在半导体制造企业广泛应用的暗场检测设备（如图2和3所示）。

明场检测技术是指通过在明场中的探测器来捕获缺陷的检测方法，其检测过程与暗场大致相同。不同点是：一、采用高亮度白炽光或激光作为光源；二、探测器被安置在位于硅片正上方的明场区域来接收反射光；三、检测的单位面积减小；四、图像处理器需要处理的数据量增大。明场检测技术作为检测晶片缺陷的有效手段之一，其主要优点在于：首先，明场可以检测到尺寸更小的缺陷。运用小于0.3微米的的垂直入射与反射探测技术，可以看到硅片上更多的细节；其次，没有具体形态或很浅、很光滑的缺陷，在暗场下不容易被发现，而明场检测技术可以吧这些平面图形或类平面图形逐点地勾画出来，从而判断出缺陷，比如平面图形缺陷中的遗漏图形、桥接缺陷等，都是运用明场检测技术来捕捉的。KLA-Tencor的明场检测设备在半导体制造企业广泛应用（如图4所示）。

电子束检测技术是以精确聚焦的电子束来探测缺陷的检测手段。其检测过程为：一、通过高压产生电子束，照射硅片，激发出二次电子、背散射电子、俄歇电子等（主要为二次电子）；二、二次电子被探测器感应并传送至图像处理器；三、处理后形成放大图像。电子束检测技术作为捕捉晶片缺陷的检测手段之一，其具体优点如下：首先，它摆脱了照明光源，检测结果不会受到类似变色、厚度不均等各种层面所带来的物理因素的影响；其次，电子束的分辨率极高。因为它的检测单位是电子，电子要比微波以及任何尺寸的颗粒或缺陷都要小得多；再次，电子是带有电性的电荷，所以它可以被用于分析材料的电性或电组织成分，这被称作电压对比度图像，经常被用于检测类似开闭锁等电子电路缺陷和通孔蚀刻不足等材料缺陷。电子束检测设备一般有KLA-Tencor和HMI公司的Escan系列（如图5所示）。

自动工艺检测技术是一种利用扫描电子显微镜缺陷再检测系统实现对缺陷直接检测的技术，适用于对量产或工艺改变中已知有规律的缺陷进行非连续的检测。其检测过程为：一、通过高压产生电子束，照射硅片，激发出二次电子，二、二次电子被探测器感应并传送至图像处理器，三、移动晶圆到相同的芯片位子上对比两者之间的区别。自动工艺检测技术是扫描电子显微镜缺陷再检测系统基体开发的，所以其设备和程式的设定都是共享，相对而言，对集成电路制造的花费是最少的。其次它可以直接保存高分辨率图象，节省了缺陷再检测的时间，提高了缺陷检测的效率。自动工艺检测技术主要应用在普通光学缺陷检测系统具有局限性的，如超微小缺陷和电性缺陷等方面的检测。可对以下缺陷进行直接检测：连接断开、残余和桥接、图形和连接未对准、通孔部分刻蚀等。自动工艺检测技术开发在AMAT的扫描电子显微镜缺陷再检测G2以后的系列上（如图6所示）。

不同检测设备的对通孔刻蚀的检测结果
由于暗场检测仪器的接受的更多的信号源都是有一定角度的，所以这种检测设备会对晶圆的表面更敏感。所以在对通孔刻蚀后晶圆进行检测结果来看，能抓到更多的是表面的微粒以及通孔刻蚀过程中的聚合物残留。所以暗场检测仪器在对通孔刻蚀检测结果不尽如人意，它只能对通孔刻蚀过程后芯片表面的残留进行有效的检测，可是对于通孔刻蚀状态没法完全反映（如图7所示）。

根据明场检测仪器对通孔刻蚀的检测结果，发现明场检测技术只能抓住对通孔未刻蚀开的缺陷，而对于刻蚀过程中产生的刻蚀不完全缺陷则很难检测到。结果表明，由于此缺陷在通孔内太过深入，探测器能够收集到的反射电子较少，信号很弱，导致明场检测技术无法正常而有效的检测到这类缺陷的存在（如图8所示）。

电子束检测技术以电压衬度像为主要内容，其优点是可在不详细了解电路内部单元的情况下，利用高能电子束与集成电路的相互作用而进行集成电路的故障定位和失效机理分析。电压衬度像可对金属布线层上和电路单元上的电位进行分析，从而判断电路逻辑是否正确。
实验表明通孔刻蚀不足缺陷完全可以被E-scan300检测到。其不足在于，电子束检测技术以聚焦电子束作为检测源，虽然灵敏度极高，但是检测速度慢、价格高，而且高灵敏度的同时也带来了很多干扰信号，在实际生产中，在许多干扰信号中找出正确的通孔刻蚀不足缺陷将受到很大程度的限制（如图9所示）。

自动工艺检测技术是对电子束检测技术补充。在实际生产过程中，常常能发现通孔刻蚀的一些系统性缺陷，它主要由于刻蚀设备及其工艺在调试过程中还没达到最好的工艺窗口，或者工艺窗口的漂移使刻蚀设备的一些薄弱部位提前显现在通孔刻蚀工艺过程中。实验过程中通过对一颗产品的薄弱部位进行定点检测，来反映整片晶圆的工艺条件（如图10所示）。

最终的实验证明自动工艺检测结果与最终良率的对应关系。表明自动工艺检测可以反映存储单元内接触孔通孔刻蚀的状态。对于在生产线上检验到薄弱部位有刻蚀不完全比较多的晶圆，其对应的正常存储单元内也有较多的接触孔有刻蚀不完全问题。可以通过对产品的薄弱部位进行监测达到对正常存储单元内接触孔刻蚀状态的实时反映，这对接触孔的刻蚀工艺改进有极大的促进作用（如图11所示）。

总结
在众多的通孔刻蚀检测案例中，发现通孔刻蚀的检测技术有多种多样，关键是要看对DOI（Defect of Interesting）的判断。根据所要检测的缺陷特性及检测设备的原理选择正确的检测技术，对缺陷及工艺的改善才能事半功倍。
作者简介
许向辉（1979-），男，工程硕士研究生，中芯国际（上海）集成电路有限公司良率提升工程师，主要从事0.35及0.11微米动态存储及逻辑产品工艺研发及相关产品的良率提升工作。