[发明专利]一种纳米级硅片划痕检测方法

说明书

一种纳米级硅片划痕检测方法，涉及半导体硅片表面缺陷检测领域，在硅片表面划痕内生长出一层荧光分子，然后用荧光超分辨率显微镜对硅片表面进行成像检测出硅片表面的划痕，在硅片表面划痕内生长出一层荧光分子的步骤是，首先在硅片表面生长一层均匀的二氧化硅薄膜，然后以金属硫脲基配位化学键的方式在硅片表面铺设上一层荧光分子，采用抛光和荧光漂白的方法去除掉除了硅片划痕内其他硅片表面的荧光分子。本发明提供的纳米级硅片划痕检测方法具有高效、高对比度、能够达到数个纳米级检测精度的优势。

技术领域

本发明涉及半导体硅片表面缺陷检测领域，具体为一种纳米级硅片划痕检测方法。

技术背景

随着集成电路制造技术的飞速发展，硅片上集成的电子原件的数量越来越多，线宽也越来越细，现已达到数个纳米级别，这对硅片表面的质量提出了越来越高的要求，于此同时，为了能够在单个硅片上制造出更多的芯片，硅片本身的尺寸也变得越来越大，以上这些都对硅片的表面平整技术提出了越来越高的技术指标。为了量化表面平整技术的技术性能，需要用到硅片表面检测设备对平整后的硅片表面的缺陷、划痕进行全面、系统的测量。硅片表面检测设备需要有纳米级的精度、高信号对比度，并且由于硅片本身具有很大的尺寸，还需要有很高的检测效率。电子扫描显微镜（SEM）虽然具有纳米甚至亚纳米的显微精度，但一般情况下，其需要工作在真空的条件下，另外还需要通过高电压来操纵、扫描电子，因此不仅测量成本较高，而且测量的效率也不高。相较于电子扫描显微镜（SEM），光学显微镜的测量成本和效率都显著高于电子扫描显微镜（SEM）。但是常规的光学显微镜的测量精度受限于光学成像分辨率，最高精度也只会在数百个纳米范围內，无法很好地完成纳米级硅片划痕的测量。例如，中国发明专利（公开号：CN105388162B）提出了基于机器视觉的原料硅片表面划痕检测方法，通过对相机拍摄的图像进行图像分析，检测出原料硅片表面划痕，受限于相机的成像精度、以及相机拍摄到的图像的对比度，该检测方法只能用于大尺度的硅片表面划痕的检测。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明基于成像精度能够达到数个纳米的荧光超分辨显微成像技术，实现对硅片划痕进行高效、高对比度、数个纳米级精度的检测。

实现上述目的的技术方案是：一种纳米级硅片划痕检测方法，包括如下步骤：

S1. 在硅片表面划痕内以化学键合的方式连接上一层荧光分子；

S2. 用荧光超分辨率显微镜对硅片表面进行成像，检测出硅片表面的划痕。

1. 进一步地，步骤S1在硅片表面划痕内以化学键合的方式连接上一层荧光分子包括如下制备过程：

1) 在硅片表面生长一层均匀的二氧化硅薄膜，二氧化硅薄膜的厚度为2nm；

2）用浓度为0.05mol/L的N，N'-双（3-三甲氧基硅基丙基）硫脲氯仿溶液覆盖在由步骤1生成的二氧化硅薄膜上，覆盖时长为1h，使得硫脲基以化学键的方式均匀铺设、覆盖在硅片表面上，之后用氯仿清洗硅片表面3次，除去硅片表面上多余的N，N'-双（3-三甲氧基硅基丙基）硫脲；

3）用浓度为2*10^-9mol/L的经由荧光分子标记的硝酸金属-二乙烯三胺络合物水溶液覆盖在由步骤2生成的位于硅片表面的硫脲基上1min，之后用纯水清洗硅片表面3次，硝酸金属-二乙烯三胺络合物中的金属为能够与硫脲基形成配位共价键的金属；

4）在硅片表面上覆盖2个硅片表面平均粗糙度厚度的透明保护膜；

5) 对硅片表面进行抛光，去除掉3个硅片表面平均粗糙度厚度的硅材料；

6) 用荧光漂白剂覆盖经步骤5抛光后的硅片表面5min。

进一步地，所述步骤S2中荧光超分辨率显微镜采用受激辐射损耗(STED)显微镜。

进一步地，所述步骤3中硝酸金属-二乙烯三胺络合物中的金属为铜或铂。

本发明的有益效果：