CD-SEM,全名Critical Dimension Scanning Electron Microscopy，中文翻譯過來是：特征尺寸掃描電子顯微鏡。很多人聽說過CD-SEM，第一反應是光刻工序中測量線寬的機臺，但是CD-SEM是怎樣測線寬呢？除了測線寬還有哪些作用呢？CD-SEM與普通的SEM又有哪些區別呢？

為什么要測線寬？

線寬也稱為特征尺寸，Critical Dimension，CD。在芯片制造中，線寬的精確控制至關重要，它直接影響到芯片的性能和可靠性。

CD-SEM測線寬原理

在CD-SEM中，低能量的電子束在樣品表面進行精確的掃描，與樣品表面的原子相互作用。當電子束與樣品相互作用時，樣品會發射出二次電子和反射電子。這些電子被檢測器收集，并轉化為輪廓變化的信號。通過收集的電子信號，形成樣品表面形貌的二維圖像。基于形成的圖像，通過計算測量區域中的像素數自動計算特定的微結構的尺寸，如線寬、孔徑等。

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CD-SEM與普通SEM的區別

雖然兩者在技術原理上有很多相似之處，但由于不同的應用側重點，CD-SEM和普通SEM在實際的配置和使用中存在較大區別。

1.電子束的能量差異

CD-SEM照射樣品的一次電子束能量較低，為1keV或以下。這是由于光刻膠或其他微結構很脆弱，降低CD-SEM電子束的能量可以減少電子束照射對樣品的損傷，這樣有利于晶圓進行下一步工序。

2.量測精度的差異

CD-SEM注重于高精度和高速度的尺寸測量，通常配備有專門設計的電子槍、透鏡和檢測器，以實現在高吞吐率和高重復性下獲得精確的線寬測量。CD-SEM 的測量重復性約為測量寬度的 1% 3σ。

3.自動化程度差異

CD-SEM與SEM的自動化操作步驟：將樣品晶圓放入晶圓盒內，然后將晶圓盒放置在 CD-SEM/SEM 上。預先將尺寸測量的條件和程序輸入到配方（recipe）中。當測量過程開始時，CD-SEM /SEM會自動從盒中取出樣品晶圓，將其加載到 CD-SEM /SEM中并測量樣品上所需的位置。測量完成后，晶圓將返回到晶圓盒中。

普通的SEM也可以執行自動化操作，但與CD-SEM相比，其自動化能力不如CD-SEM那么精細和高效。CD-SEM通常在半導體制程控制中需要執行大量的重復測量，因此具有較強的自動化能力。而普通SEM則可能更注重于圖像的質量和分辨率。當然CD-SEM通常還包含一套完整的數據分析和報告生成工具，可以自動分析測量數據、生成統計報告并等。

審核編輯：劉清