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随着半导体行业的快速发展,薄膜的需求迅速增长。薄膜厚度是判断薄膜质量的关键参数之一,不仅影响着薄膜的最终性能,而且关系到制造成本。因此,薄膜制造过程中,高精度实时监测已经成为亟待解决的技术问题之一。 本文综述性分析了当前主要的薄膜厚度监测的技术,并总结了目前薄膜测量主流技术的优缺点。我们提出了激光干涉法薄膜厚度在线终端监测方法,开发了一套测量精度高、成本低、维护简便和无损的薄膜厚度监测系统。它的原理是通过激光二极管发出的激光光束聚焦在测试薄膜上,在薄膜的上下表面各产生一束反射光,这两束反射光发生干涉,干涉光功率由高响应度的光电二极管探测转化为电流,电流经高精度数据采集电路和上位机转换并显示为周期性的“电压-时间”曲线;另外测试薄膜表面形貌和激光光斑通过物镜成像在感光器中,实现实时对样品表面特定点的测量。理论测量精度可达1.80 nm。 论文详细阐述了激光干涉法在线薄膜测厚模块的功能与总体设计,分析了影响系统检测精度的几个因素;详细介绍了光路模块的原理、元件选择、光学元件安装、光路调试和机械结构的设计,其中光路包括激光干涉光路和成像照明光路,机械机构的设计主要指设计系统的外框;系统的检测信号通过USB2.0传输至PC软件,满足了实时、快速测量薄膜厚度的需求。 最后,通过测量旋涂过程中的薄膜厚度的初步实验,验证了该方法实时测量薄膜厚度的可行性,实验精度达4.36 nm。该系统具有极大的产业化价值。