硅晶片中表面污染物检测方案(激光诱导击穿)

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。就比如硅晶片进行生产镀膜刻蚀之前，硅晶片上往往会有一些污染物的残留，这时，应使用相对应的清洗剂来对硅晶片进行清洗。那么， 如何选择合适的清洗剂呢？这就需要知道其硅晶片表面的污染物成分。而传统的检测技术大多都需要进行复杂的样品制备或对样品造成极大的破坏且检测时间较长。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？ 激光诱导透蚀光谱技术（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Nd:YAG脉冲激光器；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）。 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污渍处，在样品表面形成高温高电子密度的等离子体的火花，并发射出包含原子和离子特征谱线的光谱，将等离子体光谱通过光纤导入到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小颗粒污染物（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 结论一： 在样品3号的其中一处采样点上，我们可以发现第一发脉冲取得的采样信号较弱，但后续的采样脉冲信号的变化趋势为由弱至强，每发平均强度变化较小。对比标准原子光谱，可发现此处为Ni元素的原子光谱峰。同时可结合相机观察，避免表面污染物元素对测量结果的影响。 结论二： 样品1、2号的采样点上，通过激发表面污染物的等离子体光谱，污染物会被脉冲激光激发而蒸发，含量逐渐减少至消失。有机光刻胶含C元素，如出现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，我们会认为样品有光刻胶污染。在两处采样点光谱的247.85nm位置，可发现C元素的原子谱线。  结论三： 样品9号的采样点上，通过对脉冲激发颗粒物的等离子体光谱进行成分分析，在采样点光谱230.6nm处、325.6nm和325.85nm 处，以及余下九处原子谱线峰，通过对比标准原子光谱，我们发现这些谱线峰皆符合In的标准原子谱线峰。   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。就比如硅晶片进行生产镀膜刻蚀之前，硅晶片上往往会有一些污染物的残留，这时，应使用相对应的清洗剂来对硅晶片进行清洗。那么， 如何选择合适的清洗剂呢？这就需要知道其硅晶片表面的污染物成分。而传统的检测技术大多都需要进行复杂的样品制备或对样品造成极大的破坏且检测时间较长。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？激光诱导透蚀光谱技术（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Nd:YAG脉冲激光器；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）。              海洋光学MX2500+八通道光谱仪            一体化激光诱导击穿光谱仪——ACCULIBS 2500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污渍处，在样品表面形成高温高电子密度的等离子体的火花，并发射出包含原子和离子特征谱线的光谱，将等离子体光谱通过光纤导入到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。 样本准备本次样品为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小颗粒污染物（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。 结果结论一：在样品3号的其中一处采样点上，我们可以发现第一发脉冲取得的采样信号较弱，但后续的采样脉冲信号的变化趋势为由弱至强，每发平均强度变化较小。对比标准原子光谱，可发现此处为Ni元素的原子光谱峰。同时可结合相机观察，避免表面污染物元素对测量结果的影响。 结论二：样品1、2号的采样点上，通过激发表面污染物的等离子体光谱，污染物会被脉冲激光激发而蒸发，含量逐渐减少至消失。有机光刻胶含C元素，如出现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，我们会认为样品有光刻胶污染。在两处采样点光谱的247.85nm位置，可发现C元素的原子谱线。 结论三：样品9号的采样点上，通过对脉冲激发颗粒物的等离子体光谱进行成分分析，在采样点光谱230.6nm处、325.6nm和325.85nm 处，以及余下九处原子谱线峰，通过对比标准原子光谱，我们发现这些谱线峰皆符合In的标准原子谱线峰。