失效分析中的显微形貌分析技术-凯视迈三合一精测显微镜

显微形貌分析是通过光学显微（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等来构成器件的显微组织大小、形态、分布、数量和性质的方法。显微形貌分析是失效分析中的关键环节。

光学显微镜

其特点是操作简单，不需要真空条件，不必去除钝化层和层间介质，能观察到金属化的芯片。虽然它满足不了很多表面观察的需求，但是器件的外观及失效部位的表面形状、尺寸、组织、结构和简单的缺陷的观察是可以通过光学显微镜进行表征的。如：芯片在过应力下的烧毁和击穿现象、外部引线键合情况、芯片裂缝或划伤等。

扫描电子显微镜

其可以利用聚焦得非常细得高能电子束在试样上扫描，同时激发出各种物理信息，通过对这些信息得接收、放大和显示成像，获得试样表面形貌得观察。理论上，利用电子和物质的相互作用，可以获得被测样品的形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等。

它的特点就是功能强大，放大倍数可以从普通光学显微镜一直覆盖到透射电子显微镜的放大区域，可以对样品的任何细节结构及其它表面特性放大几十万倍，这是失效分析中不可少的工具。更重要地是，扫描电子显微镜的电子不会对器件产生损失，污染程度也很低。缺点则是需要在真空环境中进行，高电压下还需要解决表面钝化层的电荷问题。其加配能谱仪或波谱仪后，还可以同时进行表面化学元素成分分析。

总之，SEM是介于光学显微和透射电子显微镜之间的微观形貌观察设备，具体用途可以放大器件局部区域，利用电压衬度像可观察到PN结的结区位置、形状和尺寸，并且结合特征X射线的采集分析器件的化学成分分析。

原理同光学显微镜，不同在于TEM用电磁场作为透镜，利用电子的波动性来观测样品内部的各种缺陷和直接观察原子结构的仪器。

TEM的分辨率已经可以达到0.1nm，可用于观察样品精细结构，甚至一列原子的结构。通过使用TEM的不同模式，可以通过物质的化学特性、晶体方向、电子结构、样品造成电子相移以及电子吸收对样品成像。

在器件流片过程中，为了了解流片工艺的质量，首先必须观察想要区域的形貌轮廓，观察光刻窗口的形貌来评估，或者观察各区域结构的实际尺寸来判断实际产品和版图是否吻合等。因TEM制样过程中对器件内部相对结构影响较小，所观察到的图像基本可以认为是样品的原始形貌，可以作为流片工艺质量评估的技术手段。

原子力显微镜

原子力显微镜是以物理学原理为基础，通过扫描探针与样品表面原子相互作用而成像的新型表面分析仪器。

其主要用于对样品三维尺度上，在nm级进行探测缺陷、测量表面粗糙度和其它表面特征，利用原子、分子间作用力来观察样品表面微观形貌。具体应用有：

AFM可以用于晶体生长机理研究，观察原子级晶体生长界面过程；

AFM可以用于金属和半导体直接的表面形貌、表面重构等。

共聚焦显微镜

凯视迈（KathMatic）是国产优质品牌，推出的KC系列多功能精密测量显微镜，可非接触、高精度地获取样品表面的微观形貌，生成基于高度的彩色三维点云，全程以数据图形化的方式进行显示、处理、测量、分析。

KC系列三合一精测显微镜现已广泛应用于各行各业的新型材料研究、精密工程技术等基石研究领域。相比于同类产品，其主要特点在于：

1、更宽的成像范围：可测量的样品平面尺寸覆盖微米级~米级，无需为调整成像范围而频繁更换镜头倍率或采用图像拼接。

2、更快的测试速度：已从底层优化测试流程，新一代高效测试仅需两步⸺样品放置与视觉选区，KC自动完成后续测试。

3、更强大的分析功能：三维显示、数据优化、尺寸测量、统计分析、源数据导出微观形貌分析功能迎来大幅提升。

4、更稳定的测试表现：即便样品颜色、材质、反射率、表面斜率及环境温度存在明显差异，也可保证重复测试的稳定性。

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