低相干光扫描干涉技术在硅晶片几何特征测量中的应用
发布时间：2021-07-27 02:31
低相干光扫描干涉技术在表面形貌测量中有着广泛的应用。硅晶片在半导体制造行业中有着重要的作用,对硅晶片的几何特征测量越发重要,目前常见的表面形貌测量方法不能满足同时测量硅晶片前后表面,且不能测量出硅晶片的光学厚度。本文针对硅晶片几何特征的测量设计了一套扫描干涉测量系统。本文的主要工作如下:（1）.本文分析与总结了各种表面形貌的测量方法,比较了它们的优缺点。对硅晶片几何特征量的测量理论基础进行了分析,从而选择适用于硅晶片几何特征测量的方法。（2）.搭建了以迈克尔逊干涉为基础的近红外低相干光扫描干涉测量系统,针对掺杂硅晶片的特性,对系统装置进行了优化与改进。对光源、CCD相机、步进电机、光学元器件进行了分析与选择。对测量系统的组成:光学系统、驱动及控制系统、图像采集及数据处理系统进行了详细的介绍。（3）.对多种表面三维形貌重构算法进行了分析,最终在重心法的基础上加以改进和优化,使用了加权递归质心算法重构表面三维形貌。测量了三种掺杂浓度硅晶片的前后表面形貌,并进行了分析。（4）.测量硅晶片光学厚度时,使用低相干扫描干涉方法测量,同时使用了SRI方法测量单点的光学厚度,两种结果做了对比,验证了本...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
表面形貌测量技术分类Fig1.1Classificationofsurfacetopographymeasurementtechniques
探针测量方法量程大且精度较高，仪器的操作使用比较简单简单及非金属表面。其主要优点有：（1）设备结构比较简单，操作简较便携。（2）测量范围大，通过探针的多次移动可以获得较大尺貌信息。（3）分辨率较高，目前世界上最先进的轮廓测量仪器的到 0.1~0.2nm，垂直动态范围可达 6mm。该技术也有很多缺点：（1）测量待测物体表面时，探针需与待测触，因此会产生一定的压力，从而探针可能会划伤被测表面，增也使被测物产生了损坏。测量仪器的长期的使用，也会使探针磨探针具有一定的直径，在测量小孔、沟槽时，会影响表面形貌测量环境下需要减小探针直径，但是这种措施会增加探针与被测面的接待测物体的表面。（3）使用接触式测量表面形貌时需要较长的时要依次接触待测物体表面，测量不能一次性完全覆盖整个表面，的重要缺点之一。（4）表面的三维形貌测量需要获得一系列平行，并且由于待测物体表面轮廓的周期性波动，这些数据的处理变得
因此这两束光斑会有一定的相位差，通过测量相位差，可以获得待测表面形貌信息[36]。（2）干涉显微法是采用光学干涉原理来测量表面形貌[37-39]。根据干涉光路的结构不同，可分为 Michelson 型、Mirau 型和 Linnik 型干涉显微镜，结构如图 1.3所示。其中 Michelson 型干涉显微通过分束器将平行光束分成两束光束，其中一束光照射到参考镜后被反射，另一束照射到待测物体表面反射，两束光在分束器处发生干涉，但是其使用工作距离较长的显微物镜，会影响到水平测量分辨率。在Mirau 型干涉显微镜中，光束通过聚焦透镜聚焦穿过参考镜，在分束器处分成两束，一束照射到待测物体表面并反射回系统视场处，另一束在分束器处直接反射回到视场处，两束光在视场处发生干涉。Mirau 型干涉显微镜由于物镜对参考光束和测量光束的影响相同，因而测量时不会引入附加的光程差。同时参考光路和测量光路的工作条件接近，可以排除很多干扰因素，因此抗干扰性能好。Linnik 型干涉显微镜参考光束路径与测量光束路径不同，并且使用具有相同性能和高精度的两个聚焦透镜，且待测物体与聚焦透镜之间没有其他光学器件，因此其具有较高的放大率。
本文编号：3304885
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
表面形貌测量技术分类Fig1.1Classificationofsurfacetopographymeasurementtechniques
探针测量方法量程大且精度较高，仪器的操作使用比较简单简单及非金属表面。其主要优点有：（1）设备结构比较简单，操作简较便携。（2）测量范围大，通过探针的多次移动可以获得较大尺貌信息。（3）分辨率较高，目前世界上最先进的轮廓测量仪器的到 0.1~0.2nm，垂直动态范围可达 6mm。该技术也有很多缺点：（1）测量待测物体表面时，探针需与待测触，因此会产生一定的压力，从而探针可能会划伤被测表面，增也使被测物产生了损坏。测量仪器的长期的使用，也会使探针磨探针具有一定的直径，在测量小孔、沟槽时，会影响表面形貌测量环境下需要减小探针直径，但是这种措施会增加探针与被测面的接待测物体的表面。（3）使用接触式测量表面形貌时需要较长的时要依次接触待测物体表面，测量不能一次性完全覆盖整个表面，的重要缺点之一。（4）表面的三维形貌测量需要获得一系列平行，并且由于待测物体表面轮廓的周期性波动，这些数据的处理变得
因此这两束光斑会有一定的相位差，通过测量相位差，可以获得待测表面形貌信息[36]。（2）干涉显微法是采用光学干涉原理来测量表面形貌[37-39]。根据干涉光路的结构不同，可分为 Michelson 型、Mirau 型和 Linnik 型干涉显微镜，结构如图 1.3所示。其中 Michelson 型干涉显微通过分束器将平行光束分成两束光束，其中一束光照射到参考镜后被反射，另一束照射到待测物体表面反射，两束光在分束器处发生干涉，但是其使用工作距离较长的显微物镜，会影响到水平测量分辨率。在Mirau 型干涉显微镜中，光束通过聚焦透镜聚焦穿过参考镜，在分束器处分成两束，一束照射到待测物体表面并反射回系统视场处，另一束在分束器处直接反射回到视场处，两束光在视场处发生干涉。Mirau 型干涉显微镜由于物镜对参考光束和测量光束的影响相同，因而测量时不会引入附加的光程差。同时参考光路和测量光路的工作条件接近，可以排除很多干扰因素，因此抗干扰性能好。Linnik 型干涉显微镜参考光束路径与测量光束路径不同，并且使用具有相同性能和高精度的两个聚焦透镜，且待测物体与聚焦透镜之间没有其他光学器件，因此其具有较高的放大率。
本文编号：3304885
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