精密晶圆检测系统中相移干涉术的算法与实验研究

摘要

随着IC技术的飞速发展，各大半导体生产厂商都在不断地提高生产技术、扩大生产规模。越来越多的半导体芯片被生产出来，相应的质量问题也随之而来。如何更好地在线检测半导体芯片的质量，这将是半导体生产工艺中又一亟待解决的重要问题。本文从如何测量半导体材料表面微观形貌的各项参数入手，开发研制了一种基于偏振光干涉成像及相移干涉术的精密晶圆检测系统和装置。
　　首先，本文介绍了表面微观形貌测量技术的原理以及常见的测量方法。在认真比较了各种测量方法的使用范围和测量特点之后，选择了较为先进的偏振光干涉测量方法。在此之后，对干涉测量技术做了细致研究并得出结论：认为相移干涉术具有广泛的应用前景和优越的检测性能，最为符合本课题的相关要求，所以课题组在偏振光干涉成像及相移干涉术的理论基础上，制定了晶圆表面微观形貌测量的系统方案。
　　其次，重点对相移干涉术中的相位提取算法和相位去包裹算法进行了深入的理论研究，并在此基础上，提出了符合在线检测精密晶圆表面缺陷要求的相位提取算法和相位去包裹算法，即消除移相器线性误差五步算法和基于Zernike多项式拟合的相位去包裹算法。此外，在干涉图像的预处理方面做了深入研究，结合先进的数字图像处理技术，使表面微观形貌测量在信息处理速度上有所提高。
　　再次，本文针对所提出的系统方案进行了大量的实验研究。经实验论证，消除移相器线性误差五步算法，对系统误差有一定的免疫功能，并在测量精度上有所提高；基于Zernike多项式拟合的相位去包裹算法对实际干涉图像中的由噪声、低调制度、误差等引起的相位跃变有较好的抑制作用。上述算法实现了晶圆表面微观形貌的高精度、高准确度的相位信息处理，为后续表面轮廓的复原打下了坚实的基础。
　　最后，应用MATLAB软件平台，对本论文中的相位处理算法进行了大量的实验验证，实验结果表明上述算法能有效地改善干涉图像的质量，准确采集、分析、处理相位信息，高精度地还原物体表面微观形貌。

目录

精密晶圆检测系统中相移干涉术的算法与实验研究

THE PHASE-STEPPING INTERFEROMETRY ALGORITHM AND EXPERIMENTAL RESEARCH OF PRECISION WAFER TESTING SYSTEM

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题意义及背景

1.2 表面微观形貌测量技术概述

1.2.1 机械探针式测量方法

1.2.2 光学探针式测量方法

1.2.3 扫描探针显微镜

1.2.4 扫描电子显微镜

1.2.5 位相干涉测量PMI

1.3 表面微观形貌测量技术研究现状及发展趋势

1.4 本文主要研究工作

第2章 相移干涉术的理论研究

2.1 引言

2.2 相移干涉术

2.3 常见的移相方法

2.4 相移干涉术的应用

2.5 本章小结

第3章 相移干涉术的算法研究

3.1 引言

3.2 相位提取算法的研究

3.3 相位去包裹算法的研究

3.4 本章小结

第4章 干涉图像预处理技术研究

4.1 引言

4.2 亮度变换与空间滤波

4.3 频域处理

4.4 膨胀和腐蚀

4.5 本章小结

第5章 实验系统

5.1 引言

5.2 系统成像光路

5.3 测量数据处理

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢