如何選擇適當表面分析儀器，抓出製程汙染缺陷

宜特發現，一般而言，在尋找製程汙染缺陷上，大部分客戶習慣直接使用掃描電子顯微鏡(SEM)量測汙染物形貌，取得影像，並且利用SEM加裝的X光能量分散光譜儀(EDS)取得後續的成分分析數據。但這個方法用在量測「樣品表面的污染缺陷」是對的嗎?

答案是，有比SEM+EDS更好的選擇工具!

原因在於，透過SEM進行表面分析，為了便於樣品導電，樣品需要鍍金，才能照出清楚的表面汙染物形貌(影像)，然而鍍金後的樣品，卻不利於後續做表面汙染成分分析，只能測到表面鍍金的訊號，無法獲得真正表面汙染物的成分。

因此，建議選擇原子力顯微鏡(AFM)，其原理是靠原子之間的交互作用力(非電子)，不僅可直接掃描汙染物表面訊號，取得清楚的3D立體形貌影像；而後續要用其他工具分析汙染物的成分組成，因樣品不需鍍金導電，也不致受到干擾。

一般而言，在尋找製程汙染缺陷上，宜特發現，大部分客戶亦習慣直接使用SEM的EDS做快速的成分分析，然而EDS偵測訊號是來自樣品較「底部」的X光反射，較無法測到樣品「表面」汙染訊號。因此不建議用EDS進行表面為汙染分析。

• 大於10um汙染物，選擇XPS/ ESCA
  建議使用X光電子能譜儀(XPS/ESCA)的儀器進行成分與半定量分析
• 小於10um時，選擇AES
  選擇歐傑電子能譜儀(AES)來進行

上述兩種儀器的濃度偵測極限約0.1 at. %。週期表內原子序3(Li)以上的元素均可分析。

若希望探究污染物的”化學鍵結”(Chemical State/Bonding)，就可經由XPS/ ESCA，進一步針對定性的化學元素做細部解析，分析其成分的鍵結型態，以判斷化學性質的差異。不過首要條件限制為汙染物的尺寸大小需超過10um。

• 厚度1um 以上，尺寸大於30um，選擇FTIR
  當定性分析發現化學元素主要為C, O, N這類的元素時，可進一步選用傅立葉紅外光譜儀(FTIR)，進行「有機物」(Organic)的分析。搭配宜特內建龐大的光譜資料庫，可進行厚度1um
  以上，尺寸大於30um以上的異物分析。
• 厚度1um 以上，尺寸小於30um，選擇Raman
  如果是尺寸小於30um而厚度大於1um尺寸的異物，可選用拉曼光譜儀(Raman)來鑑定。拉
  曼光譜的資料庫可配合客戶，將其生產製程上所用的物質全部建立後，再進行異物的分析鑑
  定。

• 寬度10um 以上，選擇XPS/ ESCA
  如果異物是無形的，且是數十奈米厚的汙染物，樣品待測區域寬度大於10um選用XPS/ ESCA。
• 寬度10um 以下，選擇AES
  樣品待測區域寬度小於10um選用AES來進行。
• 若確認為有機汙染時，選擇SIMS
  有機汙染必須選用靜態式二次離子質譜儀 (Static SIMS)來進行。最常應用即為飛行時間差二次離子質譜儀(TOF-SIMS)。週期表內原子序1(H)以上元素均可分析。待測區域需大於100um。

定量分析一般用已知濃度的標準樣品，來進行未知汙染樣品濃度含量之計算。動態式二次離子質譜儀(Dynamic SIMS)是利用離子高產率與極低的偵測極限特性，是Si或InP、GaAs這類材料內微量汙染元素的最佳定量分析儀器。其濃度偵測極限約ppma~ppba。待測樣品區域需大於100um，厚度需要大於100nm以上才適合SIMS定量的分析。