[發明專利]一種晶圓面形實時在線測量系統及其測量方法

有效

• 申請號: 202110647956.0
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113587827B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 朱亮;沈文杰;李陽健;嚴浩;張楊燕
• 申請（專利權）人: 浙江晶盛機電股份有限公司
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01B11/30
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 朱瑩瑩;周世駿

本發明公開一種晶圓面形實時在線測量系統及其測量方法，包括光路結構、掃頻激光器和數據采集運算裝置，數據采集運算裝置包括光電探測器、高頻數采卡、PC、PLC和光電編碼器；掃頻激光器向光路結構輸出光束，光路結構對光束進行分路處理生成測量干涉光Msubgt;UR/subgt;和測量干涉光Msubgt;LR/subgt;，光電探測器對探測到的測量干涉光Msubgt;UR/subgt;和測量干涉光Msubgt;LR/subgt;進行光電轉換生成相應的光電信號，高頻數采卡對光電信號進行數據采集并傳輸至PC，PC對采集到的信號處理獲得晶圓厚度信息，光電編碼器將晶圓加工設備的運動參數傳輸給PLC進行采集，進而傳輸至PC，PC計算處理獲得晶圓面形曲線。本發明能夠增強現場測量的抗干擾能力，能夠更直觀知道晶圓實時厚度的變化。

技術領域

本發明屬于半導體測量技術領域，具體涉及一種基于掃頻式光學相干層析技術的晶圓面形實時在線測量系統及其測量方法。

背景技術

晶圓(硅片)平坦度是晶圓重要的表面參數指標，表征晶圓的厚度空間變化，因此，晶圓的面形(厚度曲線)可以反應晶圓的平坦度。隨著超大規模集成電路的不斷發展，集成電路特征線寬越來越小，集成度越來越高，對晶圓的平坦度有了更高的要求，以保證光刻的光學對焦。但是，在實際的晶圓材料加工過程中，由于沒有對晶圓的面形進行高精度監控的儀器或者設備，使得晶圓的平坦度往往只能在加工完成后再進行測量，從而使得工藝調試的時間周期過長，耗材成本過高。因此，一種高精度的晶圓面形在線測量系統和方法對縮短晶圓拋光、磨片、減薄等加工工序的工藝調試時間和降低測試成本有著重要的意義。

市場上成熟的晶圓平坦度或者面形測量儀器大多都是離線的，如KLA的WaferSight，基于菲索干涉方法可以對晶圓的平坦度(面形)進行高精度測量。該方法可以實現非接觸式測量，但因為其復雜的結構和對環境的高要求，無法實現晶圓平坦度的在線測量。ADE則采用電容探針方法對硅片多點厚度進行測量，再用算法計算平坦度數據，但是ADE的測量方法抗干擾能力弱且采用接觸式的測量方式，也不可能在加工工程中的在線測量。也有一些簡單的厚度在線測量方法，如使用渦流式間隙傳感器來測量雙面拋光和雙面研磨過程中的晶圓厚度，但是，這種方法僅能得到大概的厚度范圍，無法精確地給出晶圓的面形數據。

因此始終沒有一種抗干擾能力強又具有較高精度的晶圓面形在線監測的方法可以為工藝調試提供及時的反饋。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種基于掃頻式光學相干層析技術的晶圓面形實時在線測量系統及其測量方法。

一種晶圓面形實時在線測量系統，包括光路結構、掃頻激光器和數據采集運算裝置，所述數據采集運算裝置包括光電探測器、高頻數采卡、PC、PLC和光電編碼器；

所述掃頻激光器向光路結構輸出光束，光路結構對光束進行分路處理生成測量干涉光M_UR和測量干涉光M_LR，光電探測器對探測到的測量干涉光M_UR和測量干涉光M_LR進行光電轉換生成相應的光電信號，高頻數采卡對光電信號進行數據采集并傳輸至PC，PC對采集到的信號處理獲得晶圓厚度信息，光電編碼器將晶圓加工設備的運動參數傳輸給PLC進行采集，進而傳輸至PC，PC計算處理獲得晶圓面形曲線。