Micro-Lens

3.3.3 Micro-Lens

ML 評估的重點如下:

1. 顯影後 particle level (< 100 counts, based on 0.3um) 2. 高可見光穿透力 (烘烤後)

3. 膜厚均勻性 (spec.: < 1 % by 9 points)

永光之ML 材料 NPS400 顯影後 particle check 的結果與平坦層 EOC100 類似，只是顯影液不同而已，下圖中的資料是用ENPD30 顯出的結果，很 明顯，不上HMDS 為共同準則，因不上 HMDS 時，顯影後 particle check 僅有17 顆，而上 HMDS 時，顯影後 particle check 卻暴增為 710 顆。補充 說明顯影所用的沖洗參數，總沖洗時間為70 秒，不論是 CT、ML 或 RGB 各層皆相同，差異之處僅在快慢相間的spin speed 而已，因用 spray nozzle 來沖洗，故需較長的時間才能使整片晶片皆沖洗到，用一般正常nozzle 來 沖洗，僅需 20 秒左右，此 spray mode 的沖洗時間極限約為 50 秒，多加 20 秒是為了確保安全，因nozzle 的高度、角度、出水量、管口大小和 N2 壓 力等皆會影響洗淨能力。

圖 3- 11 Micro-Lens 有/無 HMDS Particle level 示意圖

根據永光所提供的 transmittance spectra 數據 (見圖 3-12)，NPS400 (1.8um)在 200°C/30Min 烘烤後， transmittance 在可見光區約 98 % (對紅光 和綠光區而言)，符合我們的標準 (> 95 %)，與 EOC100 不同之處在於對藍

W/I HMDS W/O HMDS

光區decay 的速度較快，在 400 nm 時，穿透率約僅剩下 85 %，這會造成藍 光的sensitivity 稍微降低。

圖 3- 12 Micro-Lens 可見光穿透率示意圖

下圖 3-13 中的數據為 ML 的膜厚資料，uniformity = 0.67 % (<1 %)，符 合我們的標準。

圖 3- 13 Micro-Lens 膜厚示意圖

ML 理想的切面如下圖 3-14 所示，具有高度:長度 = 1:4，且 pattern 間 距為0.5um (底部最短距離)。

圖 3- 14 Micro-Lens 剖面示意圖 3.3.4 總結

將此次評估的總結果整理成下列表3-5，各個製程參數完成率達 100

%，僅剩下 Q-time experiments 等細節。目前改善 Pad damage and Yellow strip 兩項Defect 為當務之急。需要開發新的製程方式，以符合下一世代 CMOS Image Sensor 的演進並達到客戶要求的水準。

表 3- 5 彩色濾光片各製程參數最佳化

3.4 缺陷來源分析

3.4.1 製程缺陷(一) : Pad metal damaged

根據製程實驗發現，彩色濾光片的製程流程當中，金屬Pad 會接觸數

次的彩色濾光片光阻，和數次的顯影液，造成金屬Pad damaged。被 damaged 的金屬Pad 會造成後段電性測試、封裝時探針無法順利連接在金屬Pad 上。

如圖 3-15、3-16

圖 3- 15 良好的金屬 Pad

圖3- 16 金屬 Pad damaged

3.4.2 製程缺陷(二) :Yellow strip

根據微觀來看製程實驗發現，彩色濾光片光阻每一次的塗佈、曝光、顯 影後會因為Chip 週邊和金屬 Pad 的斷差而濺灑入 Chip pixel 內如圖 3-17。

而造成後續光學發現的Yellow strip 如圖 3-18。

圖 3- 17 斷差造成的 RGB 光阻濺灑入 Pixel 區

沒有Yellow strip 的 CIS 光學圖片 Yellow strip 的 CIS 光學圖片 圖 3- 18 Yellow strip 造成 CIS 光學圖片的差異

Dark tone

105um Bond pad

Chip

105um 105um

105um

　 Planarization 2 　 Planarization 1

Dark tone

105um Bond pad

Chip

105um 105um

105um

　 Planarization 2 　 Planarization 1

3.5 檢閱缺陷機台簡介

此研究會用到兩種機型的檢閱缺陷機台，一個是光學顯微鏡(OM)另外 一個是掃瞄式電子顯微鏡(SEM) 。

光學顯微鏡(圖 3-19)是一種利用光學透鏡產生影像放大效應的顯微 鏡。由物體入射的光被至少兩個光學系統（物鏡和目鏡）放大。首先物鏡 產生一個被放大實像，人眼通過作用相當於放大鏡的目鏡觀察這個已經被 放大了的實像。一般的光學顯微鏡有多個可以替換的物鏡，這樣觀察者可 以按需要更換放大倍數。這些物鏡一般被安置在一個可以轉動的物鏡盤 上，轉動物鏡盤就可以使不同的目鏡方便地進入光路，物鏡盤的英文是 Nosepiece，又譯作鼻輪。光學顯微鏡的解析度受到光波長的限制，一般不 超過0.3 微米。假如顯微鏡使用紫外線作為光源或物體被放在油中的話，解 析度還可以得到提高。光學顯微鏡依樣品的不同可分為反射式和透射式。

反射顯微鏡的物體一般是不透明的，光從上面照在物體上，被物體反射的 光進入顯微鏡。這種顯微鏡經常被用來觀察固體等，多應用在工學、材料 領域，在正立顯微鏡中，此類顯微鏡又稱作金相顯微鏡。透射顯微鏡的物 體是透明的或非常薄，光從可透過它進入顯微鏡。這種顯微鏡常被用來觀 察生物組織。

光學顯微鏡依其聚光鏡(condenser)和物鏡(Objective)的設計，可用來觀 察不同的樣品。明視野(Bright-field)用來觀察薄的染色生物組織樣品，暗視

野(Dark-field)功能的視野下，背景為黑色，能突顯樣品的細微面貌，觀察未 染色樣品時，如活細胞，可利用相位差(Phase)功能。另外還有微分干涉差 (differential interference contrast，DIC)功能，都常搭配在光學顯微鏡上。

圖 3- 19 光學顯微鏡機台(LEICA INS3000)

現在的光學顯微鏡的構造非常的複雜精密，為了精準成像，顯微鏡的 光學路徑必須嚴謹的設計與控制。儘管如此，光學顯微鏡的運作原理是非 常簡單的。

最簡單的物鏡是由高解析度的玻璃鏡製成，有非常短的焦距，大概是 160 mm 左右，而產生了放大倒立成像，因此像是非常靠近試片來觀察，經

由對焦，其產生的是實像，不用經由目鏡即可用肉眼看到，或者成像於紙 張上。在多數的顯微鏡，目鏡是雙鏡組成的，一個在眼睛，產生虛像，使 肉眼看到放大成像；一個則靠近物鏡，產生實像。

圖 3- 20 顯微鏡的光學路徑

掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope）(圖 3-21)，簡稱掃描電 鏡（SEM）。是一種利用電子束掃描樣品表面從而獲得樣品信息的電子顯微 鏡。它能產生樣品表面的高解析度圖像，且圖像呈三維，掃描電子顯微鏡 能被用來鑒定樣品的表面結構。是奈米材料顯微形貌觀察方面使用最廣泛 普遍的分析儀器。其影像解析度極高達0.6nm，且具有景深長特點，可以清 晰的觀察起伏程度較大的樣品，如破斷面等。並可以作微小區域的化學組 成分析，陰極發光分析等。SEM 是以一極細的電子束在試樣表面作平面掃 瞄，再偵測電子束與試樣表面形貌(Morphology)有極大敏感性。要提高 SEM 的解析度，就要採用一極細且亮度極高的電子束來掃瞄，高亮度的微小電 子束與試片交互作用時，才能在微小作用區域產生足夠數量的二次電子以

掃描電子顯微鏡由三大部分組成：真空系統，電子束系統以及成像系 統。真空系統主要包括真空泵和真空柱兩部分。真空柱是一個密封的柱形 容器。真空泵用來在真空柱內產生真空。有機械泵、油擴散泵以及渦輪分 子泵三大類，機械泵加油擴散泵的組合可以滿足配置鎢槍的SEM 的真空要 求，但對於裝置了場致發射槍或六硼化鑭槍的SEM 則需要機械泵加渦輪分 子泵的組合。成象系統和電子束系統均內置在真空柱中。真空柱底端即為 右圖所示的密封室，用於放置樣品。之所以要用真空，主要基於以下兩點 原因：電子束系統中的燈絲在普通大氣中會迅速氧化而失效，所以除了在 使用SEM 時需要用真空以外，平時還需要以純氮氣或惰性氣體充滿整個真 空柱。為了增大電子的平均自由程，從而使得用於成象的電子更多。

電子束系統由電子槍和電磁透鏡兩部分組成，主要用於產生一束能量 分佈極窄的、電子能量確定的電子束用以掃描成象。電子槍用於產生電子，

主要有兩大類，共三種。一類是利用場致發射效應產生電子，稱為場致發 無線電子槍。這種電子槍極其昂貴，在十萬美元以上，且需要小於10-10torr 的極高真空。但它具有至少1000 小時以上的壽命，且不需要電磁透鏡系統。

另一類則是利用熱發射效應產生電子，有鎢槍和六硼化鑭槍兩種。鎢槍壽 命在30～100 小時之間，價格便宜，但成象不如其他兩種明亮，常作為廉 價或標準SEM 配置。六硼化鑭槍壽命介於場致發無線電子槍與鎢槍之間，

為200～1000 小時，價格約為鎢槍的十倍，圖像比鎢槍明亮 5～10 倍，需

要略高於鎢槍的真空，一般在10-7torr 以上；但比鎢槍容易產生過度飽和和 熱激發問題。

熱發無線電子需要電磁透鏡來成束，所以在用熱發無線電子槍的SEM 上，電磁透鏡必不可少。通常會裝配兩組：匯聚透鏡：顧名思義，匯聚透 鏡用匯聚電子束，裝配在真空柱中，位於電子槍之下。通常不止一個，並 有一組匯聚光圈與之相配。但匯聚透鏡僅僅用於匯聚電子束，與成象會焦 無關。物鏡：物鏡為真空柱中最下方的一個電磁透鏡，它負責將電子束的 焦點匯聚到樣品表面。電子經過一系列電磁透鏡成束後，打到樣品上與樣 品相互作用，會產生次級電子、背散無線電子、歐革電子以及X 射線等一 系列信號。所以需要不同的探測器譬如次級電子探測器、X 射線能譜分析 儀等來區分這些信號以獲得所需要的信息。雖然X 射線信號不能用於成 象，但習慣上，仍然將X 射線分析系統劃分到成象系統中。有些探測器造 價昂貴，比如Robinsons 式背散無線電子探測器，這時，可以使用次級電子 探測器代替，但需要設定一個偏壓電場以篩除次級電子。與普通光學顯微 鏡不同，在SEM 中，是通過控制掃描區域的大小來控制放大率的。如果需 要更高的放大率，只需要掃描更小的一塊面積就可以了。放大率由屏幕照 片面積除以掃描面積得到。所以，SEM 中，透鏡與放大率無關。在 SEM 中，

位於焦平面上下的一小層區域內的樣品點都可以得到良好的會焦而成象。

這一小層的厚度稱為場深，通常為幾奈米厚，所以，SEM 可以用於奈米級

樣品的三維成像。電子束不僅僅與樣品表層原子發生作用，它實際上與一 定厚度範圍內的樣品原子發生作用，所以存在一個作用「體積」。作用體積 的厚度因信號的不同而不同：歐革電子：0.5～2 奈米。次級電子：5λ，對 於導體，λ=1 奈米；對於絕緣體，λ=10 奈米。背散無線電子：10 倍于次 級電子。特徵X 射線：微米級。X 射線連續譜：略大於特徵 X 射線，也在 微米級。工作距離指從物鏡到樣品最高點的垂直距離。如果增加工作距離，

可以在其他條件不變的情況下獲得更大的場深。如果減少工作距離，則可

可以在其他條件不變的情況下獲得更大的場深。如果減少工作距離，則可