晶圆金属表面纳米颗粒暗场检测系统设计

缺陷检测是基于金属膜层激发表面等离子体进行超衍射加工前的重要工艺流程,但目前先进空白晶圆缺陷检测设备光源多位于深紫外波段,恰好在KrF等深紫外光刻胶的感光范围内,检测带有该光刻胶的晶圆表面时易导致光刻胶感光而改性失效。针对此问题,笔者提出并设计了一种基于可见光波段的激光偏振暗场检测装置。该装置利用晶圆表面顶层银膜的偏振转换特性,通过调控入射光的偏振态与入射角,使微粗糙银膜表面的弱散射光偏振态与膜层表面颗粒的散射光偏振态产生差异,然后利用偏振器件对来自银膜表面的散射光进行部分滤除,有效提高了颗粒信号的信噪比。实验结果表明:所设计的装置在不影响光刻胶的同时还可以减少金属膜层表面散射所带来的缺陷误检。在对百纳米级颗粒进行检测时,由于使用了激光照明及高灵敏度的sCMOS作为探测器件,本装置单次曝光时间仅为150μs,是奥林巴斯公司基于白光的DSX1000暗场显微镜的4‰左右。通过抑制噪声,笔者采用该装置实测了均方根(RMS)粗糙度为3.4 nm的银膜表面上直径为61 nm的聚苯乙烯乳胶颗粒,结果显示,该装置在探测极限和探测效率上较DSX1000均有较大提升。