半导体芯片电路线宽显微测量精度分析Read样稿

半导体芯片电路线宽显微测量精度分析

余厚云邓善熙

摘要：在显微图像尺寸测量中，因为多种原因影响，测量结果不可避免地存在着误差。为了

充足认识并进而减小这些误差，提升测量精度，文章对标准件标定、显微光学系统景深、对

焦、光照亮度和温度等影响测量结果误差源作了细致研究，给出了半导体芯片电路线宽显微

测量结果及精度分析。

关键词：半导体芯片，显微测量，精度分析

Analysisof theaccuracy in the measurement for semiconductor wafer

Yu,Houyun Deng, Shanxi

Abstract:Theerrors are inevitable in the micro-measurement of image because ofmany kinds of

effects.Such effects are discussed in detail in this paper for reducing theerrors and improving the

precisionof the measurement. Those include the calibration of the standardcomponent, the depth

ofvision field, the focus and brightness of the optical system and thetemperature. The accuracy of

themeasurement for semiconductor wafer is presented in the end.

Keywords:semiconductor wafer, micro-measurement, analysis of precision

图1所表示就是本文所研究被测对象半导体芯片实物图。由图可见，因为被测对象特征

尺寸过小，必需首先将被测对象经过显微光学系统放大到足够倍数，再由CCD相机成像在

计算机屏幕上，最终经过图像编程测量出芯片电路线宽图像尺寸。这时测量结果是以像素形

式给出，要想得到其对应实际尺寸大小，作者采取图2所表示测微尺作为标准件对整个显微

测量系统放大倍数进行了标定。即在和实际测量相同测量条件下测出标准件特征尺寸像素数，

而标准件特征尺寸实际值为已知。将标准件像素尺寸和其实际尺寸相比较，即可得出显微测

量系统放大倍数，从而达成了标定目标。具体测量过程见参考文件[1]和[3]。下面关键针对

半导体芯片电路线宽测量结果作具体精度分析。

图2 相同测量条件下测微尺显微图像

再由图3，依据相同三角形性质可得

h		l		h		0 . 74	h		0 . 0015 h
		l				480

2.对焦对测量结果影响

不改变其它测量条件及被测对象半导体芯片位置，经过显微镜调焦旋扭对显微镜进行

10次反复对焦，测得芯片上一条电路线宽如表2所表示。

表2不一样对焦情况下芯片电路线宽测量结果

3.光照亮度对测量结果影响

不改变其它测量条件及被测对象半导体芯片位置，经过亮度调整滑竿对显微镜照明亮度

进行调整，拍摄10种不一样亮度下半导体芯片图像，并测量芯片上一条电路线宽，如表3

所表示，其中序号从1到10为亮度逐步递增。

表3不一样光照亮度情况下芯片电路线宽测量结果

4.温度误差

对于半导体芯片，可近似地以硅基材料温度线胀系数来计算测量温度误差，查表得硅在

250K350K(-23oC77oC)温度下平均线胀系数为2.410-6/oC，所以，温度误差

e



2 . 4



10

6



( 350



250 )

L



2 . 4



10

4

L

其中L为被测尺寸。

三、芯片电路线宽测量误差合成

参考标定反复性试验结果，对半导体芯片上一条电路线宽进行测量，得测量结果为

范围内刻度系统误差为－0.2m。假设该误差在50m范围内均匀分布，此项误差为已定系

统误差，应予修正，则测量结果为

L



L







2 . 998m



0 . 2



15

m



3 . 010m

0

250 . 161

用测微尺对芯片电路进行对比测量，关键误差计算以下：

1.随机误差

①对焦误差

			0 . 1168		50	m		0 . 023m
1			250 . 161

②光照亮度误差

			0 . 5749		50	m		0 . 115m
2			250 . 161

③测微尺标定引发随机误差

			0 . 1139		50	m		0 . 023m
3			250 . 161

2.未定系统误差

①景深误差

e 1



0 . 0015



3 . 010m



0 . 005m

②测微尺检定误差

e

2



0 . 1m

③温度误差

e 3



2 . 4



10

4



3 . 010m



7 . 224



10

4

m



0 . 001m

设各项误差全部服从正态分布且互不相关，则测量结果极限误差为

参考文件

[1]YU Houyun, DENG Shanxi, Design of Microscope Apparatus with MatrixCCD for Inspecting

SemiconductorChips, 2ndInternational Symposium on Instrumentation Science and

Technology,, 2_333-2_336.

[2]John Hanks, Basic functions ease entry into machine vision, Test &Measurement World, ,

20(4)：69-76.

[3]余厚云、邓善熙、杨永跃、丁兴号，用VisualBasic 6.0 编程实现显微图像测量，微计

算机信息，，19(2)：67-68.

[4]王智宏、张建、陈岱民、孙坤，微小零件图像处理和分析方法精度、稳定性和效率，长

春大学学报，1999，9(3)：7-9.

作者介绍：1.余厚云（1975—），男，硕士，南京航空航天大学机电学院053系老师，关键

从事机械及自动化方向教学和研究工作；

2.邓善熙（1940—），男，博导，合肥工业大学仪器仪表学院教授，关键从事精

密仪器及机械研究。

联络地址：南京航空航天大学机电学院053系（210016）电话：，

Email:

(053Department in College of Mechanical and Electrical Engineering inNanJing University of

Aeronauticsand Astronautics, 210016) Yu, Houyun Deng, Shanxi