[發明專利]基于雙邊掠入射共路自干涉技術的晶圓平坦度檢測裝置

有效

• 申請號: 202110172065.4
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112945152B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 楊甬英;曹頻;江佳斌
• 申請（專利權）人: 杭州晶耐科光電技術有限公司
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明公開了一種基于雙邊掠入射共路自干涉技術的晶圓平坦度檢測裝置。本發明包含檢測裝置及檢測方法兩部分內容。在裝置結構上，本發明采用了雙邊掠入射檢測光路，解決了晶圓未拋光面在正入射時反射率過低的問題，同時無需翻轉晶圓即可完成檢測，實現了兩個面檢測結果的準確對應；本發明引入了光束整形系統，消除了掠入射導致的干涉圖映射誤差；本發明結合了具有共光路、自干涉特點的四波前橫向剪切干涉技術，簡化了系統結構、提高了抗環境干擾的能力。在檢測方法上，本發明提出了由干涉法測得相位計算晶圓面型，再由晶圓面型計算晶圓平坦的參數的方法，可計算的晶圓平坦度參數包括：翹曲度、形變量、關于擬合面的變形量和最大厚度偏差。

技術領域

本發明屬于半導體制造領域，特別涉及一種基于雙邊掠入射共路自干涉技術的晶圓平坦度檢測裝置。

背景技術

在現代半導體工業中，晶圓加工是極為重要的前端工藝，其工藝水平的不斷提高對檢測技術也提出了更高的要求。

在對晶圓進行研磨和拋光的過程中，應力的作用使得晶圓的形貌和厚度等屬性等會發生預期之外的變化甚至于導致晶圓的報廢，因此需要及時檢出。表征晶圓形貌、厚度等屬性的各類參數被統稱為晶圓的平坦度，具體包括：翹曲度(BOW)、變形量(Warp)、關于擬合面的變形量(SORI)、最大厚度偏差(TTV)等。

晶圓的平坦度可由晶圓兩個表面的面型分布以及厚度變化分布這三組數據中的任意兩組計算得到，而要精確測這些數據，最合適的方法是光學干涉的方法。

因此，針對晶圓平坦度的檢測，現有的技術路線主要有兩條：

其一，通過檢測晶圓其中一個表面(通常是拋光面)的面型分布以及厚度分布來計算平坦度參數。該路線的一個具體實施方案(參見于先技術1：A.W.Kulawiec.Interferometer for measuring thickness variations ofsemiconductor wavefers:US,97/45698[P/OL].1997-12-04)利用了晶圓材料在可見光波段不透光而在近紅外波段部分透光的特性，構建以中心波長為633nm的激光器為光源的泰曼-格林(Twyman-Green)干涉系統，檢測晶圓拋光面的面型分布；同時構建以中心波長為1550nm的激光器為光源的菲索(Fizeau)干涉系統，檢測待測晶圓兩個面之間的厚度分布。

其二，通過檢測晶圓兩個表面的面型分布來計算平坦度參數。該路線的方法一個具體實施方案(參見于先技術2：J.M.Cobb,T.J.Dunn,J.W.Frankovich.Grazing-incidenceinterferometer with dual-side measurement capability:US,2015/0049337 A1[P/OL].2015-02-19)利用了掠入射干涉技術使得晶圓未拋光面也具有較高的反射率從而實現了對兩個面面型分布的干涉檢測。

上述先技術1的問題是其中的菲索系統難以實現常規的移相干涉，因此干涉圖解調比較困難，且厚度測量受晶圓材料的影響，誤差較大；與之相比，先技術2則更具有可行性，為目前晶圓平坦度檢測領域的主流技術，被應用在Corning Tropel公司的FlatMaster系列設備中。

然而，先技術2中為了消除掠入射引入映射誤差(Mapping Error)而引入的“衍射分光-合光系統”、“移相系統”、“中繼光學系統”以及“折疊光學系統”使得基于該技術的FlatMaster系列平坦度檢測儀結構非常復雜，體積很大，隨之而來的大量系統誤差源使其實際精度也只能達到1μm左右；同時，雖然先技術2利用了巧妙地利用了一種雙光柵的光路結構，實現了共路干涉，但仍需引入移相技術以解調干涉圖/移相機構的布置方式對于保證晶圓兩個面都能完全測得而不被遮擋是一項挑戰。