基于散射光暗场显微的基片表面颗粒检测方法研究

发布时间：2020-06-18 04:18

【摘要】：光刻技术是集成电路制造等领域的关键加工技术。随着光刻工艺水平的日益进步,对基片表面缺陷尺寸以及表面颗粒控制提出了更高的要求。通常,基片表面附着的污染物如颗粒、金属杂质等是降低表面洁净度的主要来源。因此需要在光刻之前对基片表面进行检测,以判断表面洁净度情况。随着微纳光刻精度的提高,对表面颗粒检测的需求越来越多,实验室缺乏简易、高性价比以及高灵敏度的颗粒检测装置。针对以上问题,本文开展了对基片表面颗粒检测的研究。论文内容主要包括:1.使用时域有限差分算法,对基片表面颗粒的散射光场进行了仿真计算。分析了光波入射角、光源波长以及颗粒的形状(球体、正四面体和正方体)、尺寸(100nm-1300nm)等因素对散射光场分布的影响,进而为检测系统的搭建提供了依据。2.在仿真分析颗粒散射光场的基础上,基于激光离轴照明的暗场显微原理,设计并搭建了基片表面颗粒检测系统。分析了系统中各硬件参数对检测分辨力的影响。基于该系统提出了基片表面颗粒的检测流程,主要步骤为图像采集、图像处理和数据分析。图像采集时,利用自主编写的基于C++的图形操作界面控制CMOS,实时采集目标区域内的暗场图像,并对暗场图像进行处理,得到反映目标区域内颗粒分布的二值图。最后,使用区域生长法分割二值图中颗粒所在区域并提取对应的像素数目,在此基础上,完成对颗粒直径的近似测量。3.使用搭建的检测系统,采用提出的检测流程,共进行了四类实验。首先使用直径已知的聚苯乙烯微球,测试了系统能探测到颗粒的最小直径。实验结果表明,最小能够探测到直径为100nm的微球。之后使用镀膜基片研究了基片表面粗糙度对检测效果的影响,并对透明基片检测效果进行了分析。该系统无法直接判断直径小于物镜衍射极限的微小颗粒,针对这一问题,设计并完成了标定实验。以微球散射光强为依据,推算出被测微球直径的近似值,在此基础上提出了一种简易的微小颗粒区分方法。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN405;TP391.41
【图文】：

质量影响,颗粒,基片

图 1.1 颗粒对光刻质量影响（a）非接触式光刻缺陷；（b）接触式光刻缺陷[9]。Figure 1.1 Lithography defects caused by particles(a) Non-contact lithography defects, (b) Contact lithography defects[9].基片表面颗粒的来源与控制由于人们对半导体产品的性能提出了更高的要求，因此在对基片进行光，对其加工工艺、集成度与精密度都提出了更高的要求[10]。了解基片表源并控制颗粒数量不但可以保证光刻的质量，还能提高光刻产品良率。颗粒的来源包括实验环境、操作人员、基片清洁工艺，下面分别介绍。

颗粒,基片,清洁方法,清洗溶液

1.3.3 基片清洁工艺在基片加工过程中，只有通过清洁才能减少颗粒的数量。但基片清洁过程中，也可能引入新的颗粒污染源。使用液体对基片清洗是一种常用的清洁方法。清洗时用到的液体物质，例如化学溶液、去离子水等，是主要的颗粒污染物来源。为了控制液体物质中的颗粒数目，在使用之前需要对液体材料进行过滤处理并测量处理后溶液中的颗粒浓度。使用循环过滤系统，可将清洗溶液中的部分颗粒过滤掉，是一种较好的改进方法。

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