时代的进步，科技的发展，使我国快速进入现代化发展阶段的同时我国各行业有了新的发展空间。半导体工艺的持续进步得益于特征尺寸的不断缩小，而随着尺寸的不断缩小，部分工艺的尺寸已经达到物理加工的极限。
1半导体工艺技术和半导体设备概述
半导体工艺技术是一项综合技术，为典型的单数刻蚀和光刻加工技术，大大促进了微细技术的发展。半导体工艺技术在长期发展和发展中，逐渐从1m发展到0.25m生产水平，研发水平则发展到0.18m～0.15m。伴随着特征尺寸的不断缩小，大量新材料和新工艺应用其中，对于新时期的半导体设备提出了新的要求。随着半导体工艺技术的发展，半导体设备不断推陈出新，以刻蚀设备为例进行分析，从以往的湿法腐蚀、桶式和反应例子反应离子刻蚀，逐渐发展到去耦合等离子刻蚀阶段。尤其是新材料的广泛应用，刻蚀设备不断发展和创新，从中可以深刻的认识到半导体设备和半导体工艺技术之间的潜在关系。
2工艺需要
元件制造过程可分为前道的晶圆加工和后道的封装测试两大工程。前道工程是半导体晶圆的制造过程直至晶圆测试完成；后道工程包括封装和成品测试2个步骤。这里的测试属于器件性能参数的测试，包括各种电流、电压或者光学性能的参数，并最终优选出合格器件。半导体制造属于微细加工，每一种工艺都有相应的技术参数要求，对应着采用不同的测试设备来提取实际工艺参数，并与设置要求相对比，进行筛选。对未满足工艺要求的，需要进行工艺参数调整。满足参数制作要求的晶片可以进行下一步工艺。前道工程按四大基本类工艺需要，各自配置相应的测试设备。（1）薄膜工艺包括氧化、多晶硅、氮化硅、溅射和蒸发等工艺。需要进行污染杂质检测、金属污染检测和薄膜厚度检测等实时监控。薄膜工艺主要测试设备及其工艺用途。薄膜工艺多在高温环境下工作，高温会使表面沾污的金属等杂质渗入晶片，从而带来不可控的器件电参数改变。如果晶圆已经受到污染，在薄膜工艺的高温环境下，金属等杂质还可能挥发出来，从而污染工艺腔室，带来循环污染。薄膜工艺前后都需要进行表面沾污测试。既然是薄膜工艺，膜的厚度及质量都需要按要求检测。此外，薄膜工艺还可根据需要进行薄膜应力测试和高温后的晶圆翘曲度测试。（2）掺杂工艺包括扩散、离子注入和配套的退火等工艺。需要进行杂质浓度检测、掺杂深度检测和掺杂后的电阻率检测等实时监控。热扩散和离子注入是掺杂工艺的2种主要方式。随着工艺技术的发展和器件尺寸的缩小，人们开发了离子注入工艺，从而更好地控制硅晶圆内杂质的分布和数量。注入形成的微区电阻率不均匀性及其变化不仅影响材料，而且影响器件的特性，需要测试收集掺入杂质后的详细情况。（3）刻印和刻蚀工艺都是对图形的处理，包括涂胶、光刻、显影和刻蚀等工艺。需要进行线条均匀性检测和缺陷检测等实时监控。显微镜作为普通镜检，能快速和初步的判断晶片曝光显影过程中存在的问题。扫描电镜能根据需要放大到上万倍，在半导体微细加工检测和分析上具有重要作用。图形不仅需要进行缺陷检测，还可以根据需要进行线宽测试和套刻测试，对刻蚀深度还可以采用台阶测试来分析。
3具体应用
3.1颗粒度测试
就是颗粒在激光束的照射下，其衍射/散射光的角度与颗粒的直径成反比。一般说来，激光粒度分析仪由光路系统，样品分散系统，操作控制系统，光强检测系统，数据传输处理系统等几个部分组成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由固体激光源发出的单色、相干和平行光束，经过光束处理单元，照射到样品颗粒后发生散射现象，散射光经傅利叶透镜聚焦后成像在一系列焦平面检测器上，散射光的能量分布与颗粒粒径的分布直接相关，通过数据处理系统，选择合适的理论模型，得到被测样品的粒度分布结果。
3.2设备选型
设备的选型是通过技术性与经济性的分析、评价及比较后，从可以满足相同需求的多种型号设备中选择最佳的决策。依据设备选型理论的指导，在半导体设备选型过程中应遵循3个基本原则：生产适用性原则、技术先进性原则和经济合理性原则。在半导体设备选型时，要将上述三大原则统一权衡，根据具体情况赋予各原则不同的权重以获得最合适的设备。25CenturaDPS和0.35m工艺技术P500MarkII/MXPRIE作为0.5m生产阶段中的代表性技术，以其独特的优势得到了广泛应用，对于半导体工艺未来发展做出了重大的贡献。但是伴随着半导体期间特征尺寸的缩小到0.35m以下，大量新材料广泛应用其中，对于尺寸精度、刻蚀速率和选择比等指标提出了更高的要求。在这样的环境下，P500MarkII/MXPRIE逐渐被淘汰，迫切的需要进一步创新和完善来满足生产需求。CenturaDPS的出现，可以更好的满足0.35m以下的工艺生产需求，经过完善和创新逐渐发展到0.18m。特征尺寸变化到0.35m以下后，只有低压工艺方可满足生产需求。基于此，为了可以保持刻蚀速率和高选择比等参数，去耦合等离子体为佳的工艺方案。DPS刻蚀腔体有两个不同频率的射频发生源，RF源通过线圈耦合反应室中形成等离子体，伴随着RF功率变化等离子体浓度随之变化；RF源于腔体阴极连接在一起，提供偏压，促使离子具有明确的方向性特点。对于等离子体浓度和能量的分离控制，在推动工艺创新的同时，促使工艺更加灵活，可以实现对可视面形貌和线宽参数的有效控制，有效规避折中结果问题。借助CenturaDPS在降低颗粒物方面采用多种措施，可以充分满足0.35m工艺生产需求。此种工艺在全球市场上一经推出，受到了广泛的认同和关注，市场占据份额较高。
3.3缺陷测试
是一种微细图像分析技术，将半导体晶圆曝光过程产生的各种缺陷进行统计，确定缺陷类型，并确定缺陷对产品的影响。每一次光刻工艺和中测工艺后都需要进行缺陷的筛选，大部分的测试可以采用显微镜来人眼分析，可以观察到光刻套准情况、曝光量是否合适、显影剂量是否合适，以及明显的线条断裂等情况。随着半导体技术的发展，器件越来越微型化，工艺线条越来越细，需要采用更高放大倍数以及自动化的设备来进行缺陷测试和分析。扫描电镜利用聚焦电子束在样品上扫描，激发出某种物理信号而成像。光学显微镜以可见光为介质，电子显微镜以电子束为介质。
结语
测试是半导体制程的质量监控，贯穿于工艺全过程中，使微细加工的各种物理和化学反应能精确地掌控。半导体测试设备由于不参与生产，又常常被称为仪器。但随着技术的进步和发展，测试设备越来越精细化、综合化、全面化及复杂化，测试成本甚至已和生产设备相当，已不再是传统意义上的小型化仪器。
参考文献
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［2］周万成.半导体测试设备选型研究［D］.苏州：苏州大学，2012
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［4］李敬，钱省三.半导体制造中颗粒污染的控制方法研究［J］．半导体技术，2004（8）：38-40，46.
论文作者:段雄斌
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/26
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