【微光谱应用】LIBS系统于半导体器件加工过程检测中的应用​

2019-08-29 18:59:55, OOA MKT 海洋光学亚洲公司


背景


随着我国半导体产业的快速发展,大型化、高速化、智能化、连续化将成为发展的必然趋势,这要求我们在生产前做好充分的准备。比如在硅晶片进行生产过程中,多道工序之间,硅晶片上往往会有一些上层工序污染物的残留,这时,需要使用相对应的清洗剂或处理方法来对硅晶片进行清洗。


如何选择合适的合适的清理手段呢?这就需要知道其硅晶片表面的污染物成分。传统的检测技术大多都有一些痛点,诸如:前期复杂的样品制备,检测时间较长或是部分元素无法测试的问题。


有没有一种技术,可以快速简便地进行检测,并尽量少地破坏样品呢?


激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,简称 LIBS)是一种利用原子发射光谱来分析物质元素组成及其含量的技术。激光诱导击穿光谱技术系统在进行元素分析的时候,需要样品量极少,对样品的破坏性小;几乎不需要样品制备;可以实现快速实时在线分析。


实验及搭建


实验采用海洋光学LIBS系统,它由三大部分组成:第一部分为脉冲纳秒激光器;第二部分为海洋光学MX2500+八通道光谱仪;以及第三部分为:密闭稳定仓式结构样品仓(内含:样品平台,激光聚焦和收光光路,气体吹扫系统,成像系统,激光安全保护等配套措施)。


一体化激光诱导击穿光谱仪——ACCULIBS 2500


海洋光学MX2500+八通道光谱仪    


首先,我们将硅晶片放入样品仓样品台上。Nd:YAG脉冲激光器输出的脉冲光束经聚焦透镜聚焦到硅晶片表面,在样品表面形成高温高电子密度的等离子体的火花,等离子体火花发射出包含原子和离子特征谱线的光谱,将等离子体信号通过光纤导入到MX2500+八通道光谱仪平台中进行信号处理,并使用海洋光学LIBS软件进行污渍元素成分分析。


样品准备



本次样品为25x25mm的硅晶片,使用海洋光学LIBS系统进行其表面污染物的检测。其表面污染物主要为有机光刻胶质及未知成分的金属污染(厚度为几十nm、直径为几百μm左右)。另外,本次采样点选取随机的表面污染物颗粒点进行检测。




结果



结果分析——光刻胶污染

    样品表面污染物会随着激光逐层的剥蚀效应,其元素被激发出的元素发射光谱信号会出现明显的减弱趋势,并在最初的几次激发后谱峰消失。有机光刻胶含C元素,如样品光谱中出现C元素原子谱线,且C元素峰的强度会随着后续脉冲次数的增加而减少,我们会怀疑样品有光刻胶污染。我们分析了单个样品在随机两处采样点光谱的247.85nm位置,可发现疑似C元素的原子谱线,经过观察发现谱线强度随着后续脉冲次数的增加逐次减弱之后消失。在另外一个采样点上也发现了相同的现象。

    由于本次测试未安装气体扫吹系统,在进行测试时,空气中的元素会造成干扰,为了排除其影响,我们观察了O、N两种空气中常量元素的发射峰后,可发现元素峰强度随机波动且始终存在,因此可判定,247.85nm处的疑似C元素发射峰并非空气中的元素干扰。

      由于LIBS技术原理影响,单次激发的光谱信号稳定性有限,为了排除由于样品本身或采样系统的影响,我们分析了样品光谱仪的基底Si元素谱线的变化趋势,发现Si元素的谱峰在第一次激发光谱中较弱,而后较强且持续存在。同时,我们测试了已知无光刻胶污染的同批次样品,并未在247.85nm处发现元素谱峰,因此我们认为此样品含有有机光刻胶污染情况。

<<  滑动查看下一张图片  >>



结果分析——金属污染

    同C元素一样,我们分析了9号样品表面的疑似金属污染位置,并分析了激发光谱,通过软件进行快速元素辅助分析,在230.6nm处、325.6nm和325.85nm处,以及余下九处发现同一元素的原子谱线峰,通过对比标准原子光谱,我们发现这些谱线峰皆符合某种金属元素的标准原子发射谱线。且其变化趋势均为随着后续脉冲次数的增加而逐次减弱并消失。为了区分是否为表面污染物,我们并分析了样品基底的Si元素峰,发现其强度均为由弱至强,而后每次激发强度变化较小。对比空白样品,并未发现在如上的9个波长位置有光谱发射峰。由此推断检测采样处的颗粒污染物为含某元素的金属颗粒。(注:光谱上同颜色的光谱显示的是同一次激发的结果)







  • 客服电话: 400-6699-117 转 1000
  • 京ICP备07018254号
  • 电信与信息服务业务经营许可证:京ICP证110310号
  • 京公网安备1101085018
  • 客服电话: 400-6699-117 转 1000
  • 京ICP备07018254号
  • 电信与信息服务业务经营许可证:京ICP证110310号
  • 京公网安备1101085018

Copyright ©2007-2022 ANTPEDIA, All Rights Reserved