一种硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测方法及系统，先将第一激光照射在硅片表面，将污染颗粒剥离硅片表面；然后在延迟第一预设时间之后利用第二激光将颗粒击穿，得到激光等离子体；两束激光之间的延时几十微秒，从激发颗粒脱离到检测到颗粒整个过程周期为微秒级；然后在延迟第二预设时间后，采集并分析激光等离子体发出的激光等离子体信号，获得颗粒的光谱信号进行进一步分析。从上述分析可知，本发明专利技术的方法无需对样品进行预处理，测量周期为毫秒级，能够满足集成电路生产环节硅片表面颗粒污染成分的实时快速在线检测的特点要求，还不会造成硅片的二次污染或损伤，能够实现对硅片表面污染颗粒成分进行快速实时在线及无损检测。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及无损检测
，尤其涉及一种硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测方法及系统。
技术介绍
现有硅片表面污染颗粒成分检测的方法主要有电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、二次离子质谱(SIMS)、全反射X射线荧光法(TXRF)。ICP-MS是传统的元素检测方法，其检测灵敏度高，检测限为108-109atm/cm2。ICP-MS的缺点是需要对样品进行现场采样，且在硅片表面颗粒成分检测方面需要对样品进行预处理，使样品在样品厚度，形状，表面粗糙度等都满足要求，如此便损失了污染颗粒在样品表面的分布信息，另外ICP-MS检测速度大于3min，因此不能满足快速在线检测的要求。SIMS对硅片表面检测的检测限为107-1010atm/cm2，其检测范围广，可以检测元素周期表内所有元素，但在硅片检测中除了仍然需要预处理外，还对硅片有损伤，且要求测量环境真空兼容。并且SIMS亦不能满足在线检测的要求，还会对样品造成损伤。TXRF的特点是无损伤、可同时检测多种元素，其检测限为：109-1010atm/cm2。但该方法只对元素序数大于Si的元素具有将强检测能力，对于较“轻”的元素比如：Al、Mg、Na等检测能力变差。且因TXRF一次检测周期仍需3-5min，所以，TXRF不能完全的实现快速在线检测，且对检测的元素有限制。
技术实现思路
本专利技术提供了一种硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测方法及系统，以解决现有技术中无法对颗粒进行快速在线检测，并且会损伤硅片的技术问
题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测方法，所述方法应用在硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测系统中，所述系统包括：第一脉冲激光器、第二脉冲激光器、光谱采集器、信号延时发生器、处理器；其中，所述信号延时发生器分别和所述第一脉冲激光器、所述第二脉冲激光器、所述光谱采集器连接，所述处理器分别和所述信号延时发生器、所述第一脉冲激光器、所述第二脉冲激光器、所述光谱采集器连接；所述方法包括：所述第一脉冲激光器发出第一激光照射硅片样本，将所述颗粒剥离所述硅片样本的表面；在所述信号延时发生器控制延迟第一预设时间后，所述第二脉冲激光器发出第二激光将所述颗粒击穿，得到激光等离子体，其中，所述第一预设时间的范围是0us＜t1＜99us；在所述信号延时发生器控制延迟第二预设时间后，所述光谱采集器采集并分析所述激光等离子体发出的激光等离子体信号，获得所述颗粒的光谱信号；所述处理器接收所述光谱采集器回传的所述光谱信号进行无损分析，获得硅片样本表面颗粒污染成分的分布规律。优选的，在所述第一脉冲激光器发出第一激光之后，所述方法还包括：通过光束均化聚焦透镜组将所述第一激光匀束聚焦后投放到所述硅片样本上；在所述第二脉冲激光器发出第二激光之后，所述方法还包括：通过光束扩束准直聚焦透镜组将所述第二激光聚焦后投放到所述硅片样本上。优选的，所述第一激光匀束聚焦之后的功率密度r1＞105w/cm2；所述第二激光匀束聚焦之后的功率密度r2＞108w/cm2。优选的，在所述通过光束扩束准直聚焦透镜组将所述第二激光聚焦后投放到所述硅片样本之前，所述方法还包括：通过第一反射镜将所述第一激光反射给所述光束均化聚焦透镜组。优选的，在所述通过光束扩束准直聚焦透镜组将所述第二激光聚焦后投放到所述硅片样本上之前，所述方法还包括：依次将所述第二激光通过第二反射镜、第三反射镜进行反射，以使所述第二激光反射到所述光束均化聚焦透镜组
进行聚焦。本专利技术还提供了一种硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测系统，包括：第一脉冲激光器，用于发出第一激光照射硅片样本，将所述颗粒剥离所述硅片样本的表面；第二脉冲激光器，用于发出第二激光将所述颗粒击穿，得到激光等离子体；光谱采集器，用于采集并分析所述激光等离子体发出的激光等离子体信号，获得所述颗粒的光谱信号；信号延时发生器，分别和所述第一脉冲激光器、所述第二脉冲激光器、所述光谱采集器连接，用于触发所述第一脉冲激光器发出所述第一激光，并在间隔第一预设时间后触发所述第二脉冲激光器发出所述第二激光，然后在间隔第二预设时间后触发所述光谱采集器采集并分析所述激光等离子体信号，其中，所述第一预设时间的范围是0us＜t1＜99us；处理器，分别和所述第一脉冲激光器、所述第二脉冲激光器、所述信号延时发生器、所述光谱采集器连接，用于在所述第一脉冲激光器、所述第二脉冲激光器工作之前，将所述第一脉冲激光器、所述第二脉冲激光器调整到指定位置；控制所述信号延时发生器工作，以及接收所述光谱采集器回传的所述光谱信号进行无损分析。优选的，所述系统还包括：光束均化聚焦透镜组，用于将所述第一激光匀束聚焦后投放到所述硅片样本上；光束扩束准直聚焦透镜组，用于将所述第二激光聚焦后投放到所述硅片样本上。优选的，所述第一激光匀束聚焦之后的功率密度r1＞105w/cm2；所述第二激光匀束聚焦之后的功率密度r2＞108w/cm2。优选的，所述系统还包括：第一反射镜，设置在所述第一脉冲激光器和所述光束均化聚焦透镜组之间，用于将所述第一激光反射给所述光束均化聚焦透镜组；第二反射镜、第三反射镜，依次设置在所述第二脉冲激光器和所述光束扩束准直聚焦透镜组之间，所述第二激光依次通过所述第二反射镜、所述第三反射镜的反射，然后进入所述光束均化聚焦透镜组进行聚焦。优选的，所述光谱采集器包括：光纤头、透镜，光谱分析仪；其中，所述
光纤头和所述透镜通过镜筒集成在一起，并通过光纤和所述光谱分析仪连接，用于采集所述激光等离子体信号；光谱分析仪，用于分析所述激光等离子体信号，以获得所述光谱信号。通过本专利技术的一个或者多个技术方案，本专利技术具有以下有益效果或者优点：在本专利技术实施例中，公开了一种硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测方法，该方法先将第一激光照射在硅片表面，将污染颗粒剥离硅片表面。然后在延迟第一预设时间之后利用第二激光将颗粒击穿，得到激光等离子体。而两束激光之间的延时几十微秒，也就是说从激发颗粒脱离到检测到颗粒整个过程周期为微秒级。然后在延迟第二预设时间后，采集并分析激光等离子体发出的激光等离子体信号，获得颗粒的光谱信号进行进一步分析。从上述分析可知，本专利技术的方法无需对样品进行预处理，测量周期为毫秒级，能够满足集成电路生产环节硅片表面颗粒污染成分的实时快速在线检测的特点要求，还不会造成硅片的二次污染或损伤，能够实现对硅片表面污染颗粒成分进行快速实时在线及无损检测。附图说明图1为本专利技术实施例中硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测系统的模块组成示意图；图2为本专利技术实施例硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测方法流程图。具体实施方式为了使本申请所属
中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合
附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。本专利技术的原理是，先利用热膨胀原理，将低功率的激光照射在硅片表面，将污染颗粒剥离硅片表面。剥离的原因是：颗粒是在范德华力作用下附着在硅片表面的，而激光热膨胀原理是将基体表面附着的颗粒加热产生热膨胀力，在热膨胀力作用下克服范德华力吸附便可以脱离硅表面。然后再将一束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测方法，其特征在于，所述方法应用在硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测系统中，所述系统包括：第一脉冲激光器、第二脉冲激光器、光谱采集器、信号延时发生器、处理器；其中，所述信号延时发生器分别和所述第一脉冲激光器、所述第二脉冲激光器、所述光谱采集器连接，所述处理器分别和所述信号延时发生器、所述第一脉冲激光器、所述第二脉冲激光器、所述光谱采集器连接；所述方法包括：所述第一脉冲激光器发出第一激光照射硅片样本，将所述颗粒剥离所述硅片样本的表面；在所述信号延时发生器控制延迟第一预设时间后，所述第二脉冲激光器发出第二激光将所述颗粒击穿，得到激光等离子体，其中，所述第一预设时间的范围是0us＜t1＜99us；在所述信号延时发生器控制延迟第二预设时间后，所述光谱采集器采集并分析所述激光等离子体发出的激光等离子体信号，获得所述颗粒的光谱信号；所述处理器接收所述光谱采集器回传的所述光谱信号进行无损分析，获得硅片样本表面颗粒污染成分的分布规律。

【技术特征摘要】
1.一种硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测方法，其特征在于，所述方法应用在硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测系统中，所述系统包括：第一脉冲激光器、第二脉冲激光器、光谱采集器、信号延时发生器、处理器；其中，所述信号延时发生器分别和所述第一脉冲激光器、所述第二脉冲激光器、所述光谱采集器连接，所述处理器分别和所述信号延时发生器、所述第一脉冲激光器、所述第二脉冲激光器、所述光谱采集器连接；所述方法包括：所述第一脉冲激光器发出第一激光照射硅片样本，将所述颗粒剥离所述硅片样本的表面；在所述信号延时发生器控制延迟第一预设时间后，所述第二脉冲激光器发出第二激光将所述颗粒击穿，得到激光等离子体，其中，所述第一预设时间的范围是0us＜t1＜99us；在所述信号延时发生器控制延迟第二预设时间后，所述光谱采集器采集并分析所述激光等离子体发出的激光等离子体信号，获得所述颗粒的光谱信号；所述处理器接收所述光谱采集器回传的所述光谱信号进行无损分析，获得硅片样本表面颗粒污染成分的分布规律。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一脉冲激光器发出第一激光之后，所述方法还包括：通过光束均化聚焦透镜组将所述第一激光匀束聚焦后投放到所述硅片样本上；在所述第二脉冲激光器发出第二激光之后，所述方法还包括：通过光束扩束准直聚焦透镜组将所述第二激光聚焦后投放到所述硅片样本上。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一激光匀束聚焦之后的功率密度r1＞105w/cm2；所述第二激光匀束聚焦之后的功率密度r2＞108w/cm2。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述通过光束扩束准直聚焦透镜组将所述第二激光聚焦后投放到所述硅片样本之前，所述方法还包括：通过第一反射镜将所述第一激光反射给所述光束均化聚焦透镜组。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述通过光束扩束准直聚焦透镜组将所述第二激光聚焦后投放到所述硅片样本上之前，所述方法还包括：依次将所述第二激光通过第二反射镜、第三反射镜进行反射，以使所述第二激光反射到所述光束均化聚焦透镜组进行聚焦。6.一种硅片表面颗粒污染成分无损快速在线检测系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立拓，陈鲁，路鑫超，张朝前，杨乐，张学一，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11