一种亚微米级液膜的厚度的测量方法技术

一种亚微米级液膜的厚度的测量方法，包括，将载有所述液膜的试样水平放置使得所述液膜水平朝上自然静置以蒸发其中的水分；统计试样表面的特定区域的至少一种特定的纳米荧光颗粒的数量；根据所述特定区域的纳米荧光所述纳米颗粒的数量颗粒的数量与液膜及厚度之间的关系获得所述亚微米级液膜的厚度；其中，所述试样为薄片状并且形成所述液膜的液体中含有纳米荧光颗粒可统计的具有标识的纳米颗粒。

A Method for Measuring the Thickness of Submicron Liquid Films

【技术实现步骤摘要】
一种亚微米级液膜的厚度的测量方法
本专利技术属于膜厚测量
，具体而言，涉及一种亚微米级液膜的厚度的测量方法。
技术介绍
亚微米级液膜在诸多领域均有重要应用，在流体润滑领域，受限的亚微米级液膜的厚度可以通过光干涉法测量，并且可以获得很高的测量精度。而对于自由表面的液膜，由于诸如去离子纯净水之类的很多液体折射率远大于反射率因而很难形成光干涉，故很难测量由这类液体所形成的亚微米级液膜的厚度。目前常用的方法是在真空环境下，通过扫面隧道显微镜(ScanningTunnelingMicroscope，STM)测量微弱电流变化以估算所述液膜不同区域的厚度。这种测量方法准确度较高，但是测量环境要求非常高导致其成本非常高，很难在工程中获得广泛的应用。在晶圆加工后处理领域，期望测量通过马兰戈尼(Marangoni)干燥后晶圆表面残余的卷吸液膜的厚度以衡量晶圆干燥效果；干燥的越彻底，则干燥后残留的液膜越薄，从而避免了去离子水中的污染物被卷吸进入液膜区域，进而避免了污染物在晶圆表面的沉积吸附。然而，一直以来困扰工业界的问题便是如何测量诸如晶圆表面的这样的自由表面上的亚微米级液膜的厚度。对于无马拉格尼效应的工况，可以通过诸如Landau-Levich理论等数学物理方法，借助将晶圆提拉出液体的速度来推断所述液膜的厚度。而对于诸多存在Marangoni效应的测量工况，无法通过理论预测获得膜厚值。可见，现有技术中缺乏一种行之有效且成本可控的测量亚微米级液膜的整体/局部区域厚度的方法。尽管以上讨论了亚微米级薄膜的厚度测量问题，但本专利技术中所称的亚微米级薄膜包括厚度接近1微米的薄膜，也包括厚度大于1微米的薄膜，换言之，应当理解的是“亚微米级”的含义范围大于“亚微米”。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种亚微米级液膜的厚度的测量方法，包括，将载有所述液膜的试样水平放置使得所述液膜水平朝上自然静置以蒸发其中的水分；统计试样表面的特定区域的至少一种特定的纳米颗粒的数量；根据所述特定区域的所述纳米颗粒的数量与液膜厚度之间的关系获得所述亚微米级液膜的厚度；其中，所述试样为薄片状并且形成所述液膜的液体中含有可统计的具有标识的纳米颗粒。进一步的，所述可标记的纳米颗粒为纳米荧光颗粒。进一步的，所述纳米颗粒的直径为10nm至200nm。进一步的，所述纳米颗粒的直径为50nm。进一步的，所述纳米颗粒球体由聚苯乙烯或二氧化硅制成。进一步的，所述薄片状试样为半导体晶圆基板，或者是由玻璃、铜、或硅中的至少一种材料制成厚度均匀的薄片。进一步的，所述薄片状试样由玻璃材料制成。进一步的，所述薄片状试样的表面的接触角小于5度。进一步的，所述含有纳米颗粒的液体中纳米颗粒的浓度为2ppm至20ppm。进一步的，所述含有纳米颗粒的液体中纳米颗粒的浓度为10ppm。并且本专利技术还提出了一种在薄片状试样表面形成亚微米级液膜并测量该液膜的厚度的方法，包括，对所述薄片状试样的表面进行处理使其具有超亲水性；将所述薄片状试样与液体充分接触以在所述薄片状试样表面形成液膜；将所述薄片状试样水平放置且保持液膜水平朝上静置以蒸发液膜中的水分；统计所述薄片状试样表面的特定区域的至少一种特定的纳米颗粒的数量；根据所述特定区域的所述纳米颗粒的数量与液膜厚度之间的关系获得所述亚微米级液膜的厚度；其中，所述试样为薄片状并且形成所述液膜的液体中含有可统计的具有标识的纳米颗粒。本专利技术的有益效果包括提供了一种简单、易行、准确的方法来测量自由表面的亚微米级薄膜的厚度，相比于现有技术对测量条件要求较低且测量精度可以接受，并且不容易受到测量环境的影响，应用场景较广。附图说明通过结合以下附图所作的详细描述，本专利技术的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本专利技术的保护范围，其中：通过结合以下附图所作的详细描述，本专利技术的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本专利技术的保护范围，其中：图1是根据卷吸液膜厚度的解析解得到的提拉速度与卷吸液膜初始厚度的关系图；图2以归一化的形式分别示出了提拉速度与卷吸液膜厚度和荧光颗粒数量之间的关系；图3示出了拟合得到的归一化的液膜厚度与荧光颗粒数之间的线性关系；图4示出了不同测量条件下得到的膜厚值与根据Landau-Levich得到的“膜厚-提拉速度”曲线之间的关系。具体实施方式下面结合具体实施例及其附图，对本专利技术所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本专利技术的特定的具体实施方式，用于说明本专利技术的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本专利技术实施方式及本专利技术保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本专利技术具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。尽管以下将讨论亚微米级薄膜的厚度测量问题，但本专利技术中所称的亚微米级薄膜包括厚度接近1微米的薄膜，也包括厚度大于1微米的薄膜，换言之，应当理解的是“亚微米级”的含义范围大于“亚微米”，例如，厚度为50nm至1000nm的液膜应当视为亚微米级液膜，或者，厚度为1100nm的液膜也可视为厚度为亚微米级的液膜。表面具有亚微米级液膜的典型试样之一是半导体晶圆基板，常见的半导体晶圆基板为厚度在0.3mm至1.0mm之间、直径小于300mm的圆形薄片状基板，本实施例中的试样为30mm×30mm的厚度为0.7mm的薄片状基板试样。尽管可以通过多种方式在试样表面形成亚微米级的液膜，但提拉镀膜法较为常用，即将薄片状试样以接近匀速的速度使薄片状试样的厚度方向平行于其所浸入的液体表面的方向将试样向上垂直于所述液体表面的方向提拉从而在所述薄片状试样表面形成亚微米级的液膜；应当理解的是，还有很多方法可以在薄片状试样表面形成厚度大体均匀的亚微米级液膜，例如向薄片状试样表面喷涂、喷洒或喷射液体等。然而，薄片状试样在从液体中提拉出之后，其表面的液体有可能由于成膜性较弱而快速收缩形成水滴。为了在试样表面形成液膜，需要对其表面进行亲水化处理而使其具有超亲水特性，换言之需要通过超亲水处理使试样表面的接触角小于5度。从技术上而言，未经处理的玻璃、铜、硅等材料表面的接触角均大于40度，因此需要通过涂覆或镀膜的方法在试件表面形成具有超亲水性的涂层；通过实验对比可知，经过超亲水处理后，玻璃材质的试样表面的接触角小于5度，具有超亲水性，硅材质的试样次之，其接触角略多大于5度，而铜材质的试样表面的接触角大于硅材质的试样。容易理解的是，本实施例采用经过超亲水处理的玻璃试样以在其表面形成液膜的方式避免了成膜后液体收缩成水滴从而导致测量无效的风险；进一步地，鉴于纳米二氧化钛具有优异的超亲水性能，在试样表面涂覆一层高密度稳固的纳米二氧化钛薄膜可将试样表面的接触角降低至5度以下从而使其具备超亲水特性。本实施方式中的薄片状试样可以由铜、硅、玻璃、钨等中至少一种制成，或者，可以是任意一种常见的半导体晶圆基板。本专利技术主旨在于通过统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种亚微米级液膜的厚度的测量方法，包括，将载有所述液膜的试样水平放置使得所述液膜水平朝上自然静置以蒸发其中的水分；统计试样表面的特定区域的至少一种特定的纳米颗粒的数量；根据所述特定区域的所述纳米颗粒的数量与液膜厚度之间的关系获得所述亚微米级液膜的厚度；其中，所述试样为薄片状并且形成所述液膜的液体中含有可统计的具有标识的纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种亚微米级液膜的厚度的测量方法，包括，将载有所述液膜的试样水平放置使得所述液膜水平朝上自然静置以蒸发其中的水分；统计试样表面的特定区域的至少一种特定的纳米颗粒的数量；根据所述特定区域的所述纳米颗粒的数量与液膜厚度之间的关系获得所述亚微米级液膜的厚度；其中，所述试样为薄片状并且形成所述液膜的液体中含有可统计的具有标识的纳米颗粒。2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述可标记的纳米颗粒为纳米荧光颗粒。3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述纳米颗粒的直径为10nm至200nm。4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述纳米颗粒的直径为50nm。5.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述纳米颗粒球体由聚苯乙烯或二氧化硅制成。6.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述薄片状试样为半导体晶圆基板，或者是由玻璃、铜、或硅中的至少一种材料制成厚度均匀的薄片。7.如权利要求6所述的测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长坤，赵德文，王同庆，路新春，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11