共聚焦显微镜+光刻胶+形状

概要

共聚焦显微镜和干涉仪是常用的表面形状测量仪器，具有无损，高精度等特点。

对于基板上的透明薄膜的凹凸形状，对于较薄的膜（1um上下），测量是受到基板反射光的影响，会导致测量失败。

如，在测量Si晶圆上的光刻胶的形状时。

为解决上述问题，我们推荐反射分光法，测量光刻胶的膜厚，从而得到表面形状信息。

对于金属、塑料制品等，其加工面上的即使是几十微米的凹凸、台阶，用共聚焦显微镜可以进行测量。然而如下图所示的，硅晶圆上的光刻胶样品的形状测量，则不再适用。

为何测不出？

共聚焦显微镜的测量原理是通过接收样品表面的反射光，得到反射面的高度信息。

当样品是Si-光刻胶 两层结构时，两个表面均会反射。两个反射面的距离小于几微米时，反射光难以完全分离，导致测量失败。

解决方案来了！反射分光膜厚法——

对于硅晶圆，可认为其表面为平面，那么，上层光刻胶的膜厚分布信息即可作为表面高度信息。

那么，如何测量膜厚呢？

我们来了解一下原理——

共聚焦显微镜拍摄得到的图像如下，根据光刻胶深度的不同，各位置呈现不同颜色。

透明材料制成的薄膜，随膜厚颜色不同，是由于1）薄膜的上下表面的反射光发生干涉；2）不同波长，即不同颜色的光，干涉效果不同（叠加后后强度不同），于是呈现出与原材料不同的颜色。

对于特定波长（）的光，其反射率（R）由透明膜的厚度（t）造成的相位差（）决定。具体来说如以下公式：

    (1)

    (2)

于是，测量得到各波长光的反射率，即可通过拟合计算得到透明膜的膜厚了。

对于上图种的样品，可测得各条形图案处的膜厚，如下表：

共聚焦显微镜+反射分光膜厚测量的 独特优势！——

与市场上常见的反射分光膜厚仪相比，在共聚焦显微镜上搭载反射分光功能，其最大优势是：XY方向的高分辨率！

通常的膜厚仪的测量光斑，大小为几十到几百um。即只能测得该区域的平均厚度。

而对于硅晶圆上光刻胶图案的膜厚测量，由于图案非常精细，大光斑的膜厚仪无法正确测出厚度，也无法体现厚度是否均匀。

利用共聚焦显微镜中的膜厚测量功能，不仅得到每条光刻胶“沟”的深度，还可以得到沟的深度分布，即沟的具体形状。（最小XY分辨率可达0.15um。）

总结

本文介绍了，对于基板上的nm级透明膜，如何准确测量其表面形状。

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