隨著我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，大型化、高速化、智能化、連續(xù)化將成為發(fā)展的必然趨勢，這要求我們在生產(chǎn)前做好充分的準(zhǔn)備。比如在硅晶片進(jìn)行生產(chǎn)過程中，多道工序之間，硅晶片上往往會有一些上層工序污染物的殘留，這時(shí)，需要使用相對應(yīng)的清洗劑或處理方法來對硅晶片進(jìn)行清洗。
如何選擇合適的合適的清理手段呢？這就需要知道其硅晶片表面的污染物成分。傳統(tǒng)的檢測技術(shù)大多都有一些痛點(diǎn)，諸如：前期復(fù)雜的樣品制備，檢測時(shí)間較長或是部分元素?zé)o法測試的問題。
有沒有一種技術(shù)，可以快速簡便地進(jìn)行檢測，并盡量少地破壞樣品呢？
激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（Laser Induced Breakdown Spectroscopy，簡稱 LIBS）是一種利用原子發(fā)射光譜來分析物質(zhì)元素組成及其含量的技術(shù)。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)系統(tǒng)在進(jìn)行元素分析的時(shí)候，需要樣品量極少，對樣品的破壞性?。粠缀醪恍枰獦悠分苽?；可以實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)在線分析。
實(shí)驗(yàn)及搭建
實(shí)驗(yàn)采用海洋光學(xué)LIBS系統(tǒng)，它由三大部分組成：第一部分為脈沖納秒激光器；第二部分為海洋光學(xué)MX2500+八通道光譜儀；以及第三部分為：密閉穩(wěn)定倉式結(jié)構(gòu)樣品倉（內(nèi)含：樣品平臺，激光聚焦和收光光路，氣體吹掃系統(tǒng)，成像系統(tǒng)，激光安全保護(hù)等配套措施）。
一體化激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀——ACCULIBS 2500
海洋光學(xué)MX2500+八通道光譜儀
首先，我們將硅晶片放入樣品倉樣品臺上。Nd:YAG脈沖激光器輸出的脈沖光束經(jīng)聚焦透鏡聚焦到硅晶片表面，在樣品表面形成高溫高電子密度的等離子體的火花，等離子體火花發(fā)射出包含原子和離子特征譜線的光譜，將等離子體信號通過光纖導(dǎo)入到MX2500+八通道光譜儀平臺中進(jìn)行信號處理，并使用海洋光學(xué)LIBS軟件進(jìn)行污漬元素成分分析。
樣品準(zhǔn)備
本次樣品為25x25mm的硅晶片，使用海洋光學(xué)LIBS系統(tǒng)進(jìn)行其表面污染物的檢測。其表面污染物主要為有機(jī)光刻膠質(zhì)及未知成分的金屬污染（厚度為幾十nm、直徑為幾百μm左右）。另外，本次采樣點(diǎn)選取隨機(jī)的表面污染物顆粒點(diǎn)進(jìn)行檢測。
結(jié)果
結(jié)果分析——光刻膠污染
樣品表面污染物會隨著激光逐層的剝蝕效應(yīng)，其元素被激發(fā)出的元素發(fā)射光譜信號會出現(xiàn)明顯的減弱趨勢，并在最初的幾次激發(fā)后譜峰消失。有機(jī)光刻膠含C元素，如樣品光譜中出現(xiàn)C元素原子譜線，且C元素峰的強(qiáng)度會隨著后續(xù)脈沖次數(shù)的增加而減少，我們會懷疑樣品有光刻膠污染。我們分析了單個(gè)樣品在隨機(jī)兩處采樣點(diǎn)光譜的247.85nm位置，可發(fā)現(xiàn)疑似C元素的原子譜線，經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)譜線強(qiáng)度隨著后續(xù)脈沖次數(shù)的增加逐次減弱之后消失。在另外一個(gè)采樣點(diǎn)上也發(fā)現(xiàn)了相同的現(xiàn)象。
由于本次測試未安裝氣體掃吹系統(tǒng)，在進(jìn)行測試時(shí)，空氣中的元素會造成干擾，為了排除其影響，我們觀察了O、N兩種空氣中常量元素的發(fā)射峰后，可發(fā)現(xiàn)元素峰強(qiáng)度隨機(jī)波動且始終存在，因此可判定，247.85nm處的疑似C元素發(fā)射峰并非空氣中的元素干擾。
由于LIBS技術(shù)原理影響，單次激發(fā)的光譜信號穩(wěn)定性有限，為了排除由于樣品本身或采樣系統(tǒng)的影響，我們分析了樣品光譜儀的基底Si元素譜線的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)Si元素的譜峰在第一次激發(fā)光譜中較弱，而后較強(qiáng)且持續(xù)存在。同時(shí)，我們測試了已知無光刻膠污染的同批次樣品，并未在247.85nm處發(fā)現(xiàn)元素譜峰，因此我們認(rèn)為此樣品含有有機(jī)光刻膠污染情況。
結(jié)果分析——金屬污染
同C元素一樣，我們分析了9號樣品表面的疑似金屬污染位置，并分析了激發(fā)光譜，通過軟件進(jìn)行快速元素輔助分析，在230.6nm處、325.6nm和325.85nm處，以及余下九處發(fā)現(xiàn)同一元素的原子譜線峰，通過對比標(biāo)準(zhǔn)原子光譜，我們發(fā)現(xiàn)這些譜線峰皆符合某種金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)原子發(fā)射譜線。且其變化趨勢均為隨著后續(xù)脈沖次數(shù)的增加而逐次減弱并消失。為了區(qū)分是否為表面污染物，我們并分析了樣品基底的Si元素峰，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度均為由弱至強(qiáng)，而后每次激發(fā)強(qiáng)度變化較小。對比空白樣品，并未發(fā)現(xiàn)在如上的9個(gè)波長位置有光譜發(fā)射峰。由此推斷檢測采樣處的顆粒污染物為含某元素的金屬顆粒。（注：光譜上同顏色的光譜顯示的是同一次激發(fā)的結(jié)果）