测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的方法

摘要

本发明公开了一种测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的方法，属于微电子及微电子机械制造技术领域。为了解决现有薄膜器件、微电子、微电子机械等器件制备、检测过程中需要破坏性加工、费时长、成本高等的问题，本发明提供了一种测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的方法，利用老化、热循环或者机械循环前后薄膜表面由于内部缺陷出现造成的形貌变化的现象识别出缺陷的部位和尺寸。该方法具有快速、无损、实时、检测成本低的特点，将其应用于微电子、微电子机械等信息电子制造领域，可以使制造成本、测试成本大幅降低，质量得以提高，在这些领域以及类似结构的制造领域具有广阔的应用前景。

权利要求

1.一种测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的方法，其特征在于所述方法步骤如下：一、将被检测件放置在低温加热平台上，表面形貌检测装置位于被检测件上方，记录被检测件在低温加热平台的放置位置；

二、调节表面形貌检测装置的各项参数并记录，以此作为参考参数对被检测件进行检测；

三、设置低温加热平台为室温，测量被检测件的表面形貌并记录；

四、设置低温加热平台恒温加热，测量被检测件的表面形貌并记录，试验后关闭低温加热平台使之冷却到室温；

五、对被检测件进行老化、热循环或者机械循环测试规定的时间或次数；

六、将测试后的被检测件放置在步骤一记录的放置位置上；

七、设置低温加热平台为室温，对被检测件进行检测并记录；

八、设置低温加热平台恒温加热温度与步骤四的温度相同，对被检测件进行检测并记录；

九、根据步骤三、步骤四、步骤七、步骤八中四次检测的表面形貌变形区别，利用计算机进行计算，判断是否有缺陷产生及缺陷产生的位置；

十、重复步骤三～九，直至完成老化测试。

2.根据权利要求1所述的测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的方法，其特征在于所述低温加热平台的温控精度在0.1℃，温度加热速率1℃/s，工作温度在40 50℃。

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3.根据权利要求1所述的测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的方法，其特征在于所述步骤三、四、七和八进行过程中，在表面形貌检测装置和被检测件之间放置透明绝热板。

4.根据权利要求1所述的测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的方法，其特征在于所述步骤四和八进行过程中，低温加热平台为持续恒温加热或脉冲激励加热。

5.根据权利要求1所述的测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的方法，其特征在于所述被检测件具有双层及双层以上薄膜。

说明书

测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的方法

技术领域

[0001] 本发明属于微电子及微电子机械制造技术领域，涉及一种新型的缺陷检测方法，具体涉及一种测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的方法。

背景技术

[0002] 多层薄膜是信息电子制造领域中的薄膜器件、微电子器件、微电子机械（MEMS）等的基本结构。其特点是由双层或多层薄膜以及薄的基板通过蒸镀、溅射、化学沉积、旋涂、粘接等工艺制成。在制备过程中膜和膜之间由于种种原因会出现微小缺陷，如气泡、脱层、裂纹、夹渣、异物等等。为了控制多层薄膜的质量，保证层间的牢固结合，需要随时检测缺陷的出现和形貌，以随时调整工艺；另外，为评估器件的可靠性，需要进行热老化、机械循环等测试，也需要随时检测层间的内部缺陷的产生和扩展。目前，这种检测都是破坏性的，例如随时采样、切片，然后在电子显微镜上进行观测。这种检测方法费时、费力，而且成本很高。

发明内容

[0003] 为了解决现有薄膜器件、微电子、微电子机械等器件制备、检测过程中需要破坏性加工、费时长、成本高等的问题，本发明提供了一种测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的方法，利用老化、热循环或者机械循环前后薄膜表面由于内部缺陷出现造成的形貌变化的现象识别出缺陷的部位和尺寸。该方法具有快速、无损、实时、检测成本低的特点，将其应用于微电子、微电子机械等信息电子制造领域，可以使制造成本、测试成本大幅降低，质量得以提高，在这些领域以及类似结构的制造领域具有广阔的应用前景。

[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0005] 一种测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的方法，包括如下步骤：

[0006] 一、将被检测件放置在低温加热平台上，表面形貌检测装置位于被检测件上方，记录被检测件在低温加热平台的放置位置；

[0007] 二、调节表面形貌检测装置的各项参数并记录，以此作为参考参数对被检测件进行检测；

[0008] 三、设置低温加热平台为室温，测量被检测件的表面形貌并记录；

[0009] 四、设置低温加热平台恒温加热，测量被检测件的表面形貌并记录，试验后关闭低温加热平台使之冷却到室温；

[0010] 五、对被检测件进行老化、热循环或者机械循环测试规定的时间或次数；

[0011] 六、将测试后的被检测件放置在步骤一记录的放置位置上；

[0012] 七、设置低温加热平台为室温，对被检测件进行检测并记录；

[0013] 八、设置低温加热平台恒温加热温度与步骤四的温度相同，对被检测件进行检测并记录；

[0014] 九、根据步骤三、步骤四、步骤七、步骤八中四次检测的表面形貌变形区别，利用计算机进行计算，判断是否有缺陷产生及缺陷产生的位置。

[0015] 十、重复步骤三～九，直至完成老化测试。

[0016] 本发明克服了现有技术的不足，提出了一种新型的利用表面形貌检测装置检测薄膜下缺陷的方法，该方法不需要对试件进行机械加工和破坏，而且检测迅速，结果直观，还可以将热循环实验、机械实验与检测过程同时进行。相比于现有技术，具有以下优点效果：

[0017] 1、利用表面形貌检测装置对被检测件无损伤。

[0018] 2、无需破坏被检测件，节省实验成本。

[0019] 3、操作快捷，成本低。

[0020] 4、无需使用放射性x-ray。

[0021] 5、无需超声，操作快捷。

[0022] 6、仅光学设备即可实现，门槛低。

[0023] 7、低温操作，保证测量装置精确度不变。

[0024] 8、检测不可见的内部缺陷。

附图说明

[0025] 图1为无损检测的原理示意图；

[0026] 图2为无缺陷的被检测件检测原理示意图；

[0027] 图3为有缺陷的被检测件检测原理示意图；

[0028] 图中：1-表面形貌检测装置、2-低温加热平台、3-被检测件、4-计算机。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

[0030] 具体实施方式一：如图1所示，本实施方式提供了一种测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的装置，该装置包括表面形貌检测装置1、低温加热平台2、被检测件3和计算机4，具体检测步骤如下：

[0031] 一、将被检测件3放置在低温加热平台2上，表面形貌检测装置1位于被检测件3上方，记录被检测件3在低温加热平台的放置位置；

[0032] 二、调节表面形貌检测装置1的各项参数并记录，以此作为参考参数对被检测件3进行检测；

[0033] 三、设置低温加热平台2为室温，测量被检测件3的表面形貌并记录；

[0034] 四、设置低温加热平台2恒温加热，测量被检测件3的表面形貌并记录，试验后关闭低温加热平台2使之冷却到室温；

[0035] 五、对被检测件3进行老化、热循环或机械循环等老化测试规定的时间或次数；

[0036] 六、将测试后的被检测件3放置在步骤一记录的放置位置上；

[0037] 七、设置低温加热平台2为室温，对被检测件进行检测并记录，室温下被检测件3的形貌如图2所示；

[0038] 八、设置低温加热平台3恒温加热温度与步骤四的温度相同，对被检测件进行检测并记录，加热时被检测件3形貌变化如图3所示；

[0039] 九、根据步骤三、步骤四、步骤七、步骤八中四次检测的表面形貌变形区别，利用计算机4进行计算，判断是否有缺陷产生及缺陷产生的位置。

[0040] 十、重复步骤三～九，直至完成热循环、机械循环等老化测试。

[0041] 本实施方式中，所述步骤一进行过程中，可在被检测件的特定位置做标定，以确保每次检测的数据采集区域为同一位置。

[0042] 本实施方式中，所述步骤一进行过程中，低温加热平台的温控精度在0.1℃，温度加热速率1℃/s，其工作温度应低于表面形貌检测装置的规定环境温度，一般在40 50℃。~

[0043] 本实施方式中，所述步骤五进行过程中，可根据表面平整度变化适当调整测量参数。

[0044] 本实施方式中，所述步骤六进行过程中，可在器材要求范围内在被检测件下方放置加热装置，通过热膨胀变形使缺陷表面的变形更明显。

[0045] 本实施方式中，所述步骤三、四、七和八进行过程中，可在表面形貌检测装置1和被检测件3之间放置透明绝热板，用以保护表面形貌检测装置1，确保精确度不受环境温度影响。

[0046] 本实施方式中，所述步骤四和八进行过程中，低温加热平台2可持续恒温加热，也可提供脉冲激励加热。

[0047] 本实施方式中，所述被检测件具有双层及双层以上薄膜。

[0048] 工作原理如下：

[0049] 基于多层薄膜间发生脱层、气泡、裂纹时，表面薄膜的平整度会受到影响，或者在表面出现凸起或凹陷。当被检测件受到加热时会有一定程度的变形发生，缺陷表面薄膜的变形、凸起及凹陷则会加剧，使得表面形貌检测装置可以更容易地测出形变。因此，可根据变形和凸起的程度区别计算出缺陷的位置和大小。

[0050] 具体实施方式二：本实施方式提供了一种测量表面形貌检测多层薄膜层间内部缺陷的方法，具体实施步骤如下：

[0051] 一、被检测件由镍薄膜和基底组成；

[0052] 二、使用光学3D表面形貌检测装置进行测量，其各项参数要求如下：5倍物镜，1.76μm×1.76μm像素大小，410nm垂直分辨率，2.2μm横向分辨率，镜头环境温度要求为45℃；

[0053] 三、将被检测件放置在低温加热平台上，表面形貌检测装置位于被检测件上方，记录被检测件在低温加热平台的放置位置；

[0054] 四、设置低温加热平台为室温，利用表面形貌检测装置测量被检测件表面3D形貌；

[0055] 五、低温加热平台提供40℃恒温加热，利用表面形貌检测装置测量被检测件表面3D形貌；

[0056] 六、关闭低温加热平台使之冷却到室温；

[0057] 七、对被检测件进行-50(1小时) 150℃(1小时)热冲击实验，循环5次；~

[0058] 八、设置低温加热平台为室温，将被检测件放置在步骤三记录的放置位置上，测量被检测件的表面形貌；

[0059] 九、调节低温加热平台至40℃，测量被检测件的表面形貌；

[0060] 十、通过计算机，将热冲击试验前后的变形数据进行对比计算，推算出缺陷的位置和大小。

[0061] 本实施方式中，样品材料使用的是镍薄膜，在实际应用中，材料也可以是其它金属或非金属薄膜。

[0062] 本实施方式中，镍薄膜材料的厚度为20μm，在实际应用中，被测薄膜的厚度可以改变。

[0063] 本实施方式中，基板材料使用的是硅基板，在实际应用中，被测基板也可以是其他半导体基板。

[0064] 本实施方式中，基板材料的厚度为1000μm，在实际应用中，被测基板厚度可以改变。