[發明專利]基于紅外光學干涉法的半導體晶圓膜厚檢測裝置

有效

• 申請號: 200910075476.0
• 申請日: 2009-09-23
• 公開（公告）號: CN101660896A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 吳旭;陳波;王東輝;柳濱
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十五研究所
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;H01L21/66
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司
• 代理人: 張貳群

技術領域

本發明涉及半導體晶圓的化學機械拋光設備上的光學干涉法膜厚檢測 裝置技術領域。

背景技術

在半導體器件加工中，需要執行CMP操作去除加工缺陷來得到高的平面 度。拋光前需對晶圓表面膜層狀況有一定了解以確定拋光參數；拋光后要了 解拋光狀況以確定下一步拋光工藝。但目前已有的膜厚檢測裝置存在以下缺 點：1.在機械結構上采用固定光源，然后在X-Y方向移動盛片臺來確定檢 測點，其缺點為不容易檢測同心圓上的點，故不能較好地對采用區域壓力控 制后的晶圓進行檢測，且布點比較麻煩。2.數據檢測運算采用乘法器和低 通濾波器等硬件電路實現，精度低，靈活性差。國外激光干涉法在線檢測為 短波干涉，本發明采用長波干涉。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于紅外光學干涉法的半導體晶圓膜厚檢測 裝置，采用該發明裝置能夠對晶圓的表面進行多點檢測從而了解晶圓表面 膜層的厚度和分布情況，以確定下一步拋光過程的工藝參數，從而完善了拋 光工藝過程，提高產品質量。

本發明的主要技術方案是：一種基于紅外光學干涉法的半導體晶圓膜厚 檢測裝置，包括晶圓承載移動機構、激光器總成和數據檢測控制電路，其特 征在于所述的激光器總成為位置可移動式激光器總成，晶圓承載移動機構為 晶圓承載轉動機構。

所述的位置可移動式激光器總成的結構具有激光器光源相對于晶圓的 Z軸及X軸的調整移動機構，X軸的調整移動機構的結構為：伺服電機通過 絲杠激光器承載機構連接；Z軸的調整移動機構的結構為：設有可上下調節 的滑臺及滑道；接收臂和可調節其角度使紅外攝像頭與紅外激光信號可視的 自鎖減速箱及旋轉手輪相連；發射端與接收端同心旋轉式連接。

所述的位置可移動式激光器總成中設有用于記錄校準后的位置的編碼 器。

所述的晶圓承載轉動機構的結構為：伺服電機11通過渦輪蝸桿減速器 和皮帶輪和盛片轉臺連接。

所述的晶圓承載轉動機構上設有晶圓真空吸附機構。

所述的晶圓真空吸附機構的結構為：晶圓盛片轉臺表面開有圈環形凹槽 的，該凹槽通過晶圓承載轉盤軸中的孔和真空機連通。

上述的數據檢測控制電路結構可為(參考圖7)：具有光敏二極管接收 器、前置放大電路和濾波電路、測量數據采集卡和數據處理器；其中光敏二 極管置于接收端上的準直透鏡末端接受干涉后的光信號，另一端通過電纜與 放大電路相連把電流信號轉換為放大的電壓信號，放大電路的輸出端連接一 個有源帶通濾波器電路，對放大后的電壓信號進行濾波處理隔絕低頻和高頻 干擾；濾波器輸出端連接數據采集卡，可根據需要設定采集數據頻率，采集 到的數據經數據處理器處理后轉變為實驗數據儲存。

所述的放大電路和濾波電路的結構為：放大電路為二級放大，第一級放 大100000倍，第二級可根據需要選擇性放大5.1-47倍；濾波電路為有源帶 通濾波器；通過調節RC原件的值來調節通過頻率。結構如圖8、圖9。

所述的位置可移動式激光器總成中的激光器可采用1310nm單模光纖激 光二極管，接收器采用光電二極管，激光器與接收器分別連接到發射臂上的 準直透鏡和接收臂上的準直透鏡上；信號發生器產生的頻率信號控制激光器 發射光信號，此光信號經光纜傳輸后經準直透鏡聚焦照射到晶圓表面，經晶 圓表面的干涉后進入接收端上的準直透鏡，經準直透鏡匯聚到接收光電二極 管，光電二極管把光信號轉變為電流信號，電流信號經放大濾波后經數據采 集卡采集后又經數據處理器處理作為實驗數據保存；放大器采用二極放大， 其中第一級的電流信號經一個100k的電阻被放大為100000倍的電壓信號， 第二級放大可以根據需要選擇連通5.1倍、10倍、20倍、和47倍；濾波電 路為模擬有源帶通濾波器，隔絕低頻噪音和高頻干擾。

所述的紅外激光發生器產生的光信號(如圖10)可經立方棱鏡平均分 為兩路，一路照射到晶圓上作為測量光束，另外一路作為對比光束；測量光 束經晶圓反射后進入接收端的光敏二極管，對比光束直接進入用于接收對比 信號的光敏二極管；以對比光束產生的信號作為基準可以消除由于激光光源 不穩定造成的測量誤差。