CN103913466A - 晶圆缺陷的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶圆缺陷的检测装置及其检测方法，其中，所述晶圆缺陷的检测装置包括：真空密闭容器、平行光源、光敏元件和信号处理器；其中，所述光敏元件面对所述平行光源，用于感测所述平行光源发出的光信号，所述平行光源和所述光敏元件均设置于所述真空密闭容器的内部，所述信号处理器的输入端与所述光敏元件连接。在本发明提供的晶圆缺陷的检测装置及其检测方法中，采用平行光源照射待测晶圆使得光线在经过所述待测晶圆的缺口时产生衍射光，并通过所述光敏元件感测衍射光，从而实现所述缺口的检测。

Description

晶圆缺陷的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种晶圆缺陷的检测装置及其检测方法。

背景技术

半导体制造通常采用直径为200～300mm、厚度约0.5mm的晶圆为基底，在所述晶圆上集成大量的半导体器件以实现各种运算功能。由于极小的缺陷也会导致器件失效，因此对于所述晶圆的质量要求极高，要求所述晶圆的表面不能有任何细微的损伤，例如裂纹、缺口等。

在半导体制造过程中，所述晶圆需要经过多个制造工序和多次搬运，在搬运过程中由于所述晶圆的边缘直接与机台的机械臂接触，因此所述晶圆的边缘非常容易受到损伤，而且不同温度的制造工序对所述晶圆的应力也会产生影响，使得所述晶圆的边缘出现硅片脱落，产生缺口现象。缺口现象位于所述晶圆的边缘，属于一种晶边缺陷。缺口现象不但会影响后续生产工艺的正常进行，甚至会造成晶圆破片进而污染生产设备，影响后续批次和同批次的其他产品。为此，目前普遍采用光学检查设备或晶边扫描设备对所述晶圆的边缘进行检测以发现缺口等晶边缺陷。

然而，光学检查设备和晶边扫描设备都无法检出细小的缺口。虽然，光学检查设备和晶边扫描设备对较大的缺口（尺寸大于0.5mm）具有良好的捕获能力，但是对于细小的缺口（尺寸在0.5mm以下）捕获能力比较差，采用目前的检测设备无法及时检出细小的缺口，因此在实际生产过程中经常出现因没有及时检出细小的缺口而导致破片问题，影响正常生产。

因此，如何解决现有的检测设备无法及时检出细小的缺口的问题成为当前亟需解决的技术问题

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶圆缺陷的检测装置及其检测方法，以解决现有技术中检测设备无法及时检出细小的缺口的问题。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种晶圆缺陷的检测装置，所述晶圆缺陷的检测装置包括：真空密闭容器、平行光源、光敏元件和信号处理器；

其中，所述光敏元件面对所述平行光源，用于感测所述平行光源发出的光信号，所述平行光源和所述光敏元件均设置于所述真空密闭容器的内部，所述信号处理器的输入端与所述光敏元件连接。

优选的，在所述的晶圆缺陷的检测装置中，所述平行光源包括发光单元和透镜，所述透镜正对着所述发光单元，所述发光单元所发出的光通过所述透镜形成平行光。

优选的，在所述的晶圆缺陷的检测装置中，所述平行光的波长范围在0.1mm到0.5mm之间。

优选的，在所述的晶圆缺陷的检测装置中，所述光敏元件的信号感测区域的范围与所述晶圆的尺寸相适配。

优选的，在所述的晶圆缺陷的检测装置中，还包括一晶圆固定装置，所述晶圆固定装置设置于所述平行光源和光敏元件之间。

本发明还提供了一种晶圆缺陷的检测方法，所述晶圆缺陷的检测方法包括：

提供一待测晶圆；

通过如上所述晶圆缺陷的检测装置检测所述待测晶圆上的缺口。

优选的，在所述的晶圆缺陷的检测方法中，通过所述晶圆缺陷的检测装置检测所述待测晶圆的方法包括：

将所述待测晶圆放置于所述平行光源和所述光敏元件之间并关闭真空密闭容器；

对所述真空密闭容器进行抽真空；

打开平行光源并利用所述光敏元件感测光信号；

通过所述信号处理器对所述光信号进行采集和分析得到所述缺口的检测结果。

优选的，在所述的晶圆缺陷的检测方法中，进行抽真空之后，所述真空密闭容器的真空度在10^-3Torr到10^-8Torr之间。

优选的，在所述的晶圆缺陷的检测方法中，所述检测结果包括所述缺口的尺寸，所述缺口的尺寸的计算公式为：

d=f×λ/Δy；

其中，d为所述缺口的尺寸，λ为所述平行光的波长，f为所述待测晶圆与所述光敏元件的距离，Δy为形成于所述光敏元件上的衍射光斑的长度。

在本发明提供的晶圆缺陷的检测装置及其检测方法中，采用平行光源照射待测晶圆使得光线在经过所述待测晶圆的缺口时产生衍射光，并通过所述光敏元件感测衍射光，从而实现所述缺口的检测。

附图说明

图1是本发明实施例的晶圆缺陷的检测装置的结构示意图；

图2是采用本发明实施例的晶圆缺陷的检测装置进行缺口检测的结构示意图；

图3是利用本发明实施例的平行光源照射待测晶圆的缺口而出现衍射现象的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的晶圆缺陷的检测装置及其检测方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，其为本发明实施例的晶圆缺陷的检测装置的结构示意图。如图1所示，所述晶圆缺陷的检测装置100包括：真空密闭容器10、平行光源20、光敏元件30和信号处理器40；其中，所述光敏元件30面对所述平行光源20，用于感测所述平行光源20发出的光信号，所述平行光源20和所述光敏元件30均设置于所述真空密闭容器10的内部，所述光敏元件30与所述信号处理器40的输入端连接。

具体的，所述平行光源20包括发光单元21和透镜22，所述透镜22正对着所述发光单元21，所述发光单元21所发出的光通过所述透镜22形成平行光。

本实施例中，所述平行光的波长范围在0.1mm之间到0.5mm之间。优选的，所述平行光的波长为0.2mm、0.3mm和0.4mm。

优选的，所述发光单元21采用激光发生器，所述激光发生器所发出的光具有波长一致、传播方向一致的优点。

所述光敏元件30面对所述平行光源20，能够感测所述平行光源20发出的光信号，所述光敏元件30的信号感测区域与所述晶圆的尺寸相适配。通常的，所述光敏元件30的信号感测区域的范围大于等于所述晶圆的尺寸。为了避免空气中的颗粒（Particle）影响检测，平行光源20和所述光敏元件30均设置于所述真空密闭容器10的内部，所述真空密闭容器10通过抽真空能够使得所述真空密闭容器10的内部处于高真空状态。

请继续参考图1，所述信号处理器40一般设置于所述真空密闭容器10的外部，所述信号处理器40的输入端与所述光敏元件30连接，所述光敏元件30将感测的结果输入到信号处理器40，所述信号处理器40对所光敏元件30感测的结果进行分析得到的检测结果。

为了固定晶圆的位置并使得所述晶圆的表面与所述平行光垂直，所述平行光源20与光敏元件30之间还设置有晶圆固定装置（图中未示出）。晶圆通过所述晶圆固定装置固定之后，不但与所述平行光源20发出的平行光垂直，而且与所述光敏元件30存在一定的间距。

根据衍射原理，光波遇到与其波长相近的狭缝或小孔之类的障碍物会偏离直线传播。如图2所示，将待测晶圆50放置于所述平行光源20和所述光敏元件30之间，若所述待测晶圆50的边缘存在的缺口，使用波长范围在与所述缺口相近的平行光照射所述待测晶圆50，光线的传播会偏离直线方向，产生衍射现象，在所述光敏元件30的信号感测区域会产生衍射光斑。

若所述缺口的尺寸在5mm以上，是较大的缺口，可采用波长范围在5mm以上的平行光照射所述待测晶圆50。若所述缺口的尺寸在5mm以下，是细小的缺口，可采用波长范围在1mm到5mm之间平行光照射所述待测晶圆50。所述晶圆缺陷的检测方法即可适用较大缺口的检测，也适用细小缺口的检测。

本实施例提供的晶圆缺陷的检测装置100根据光的衍射原理采集和分析光信号，能够检测出晶圆的边缘是否存在细小的缺口。

相应的，本发明还提供了一种晶圆缺陷的检测方法。请继续参考图2，所述晶圆缺陷的检测方法包括：

步骤S10：提供一待测晶圆50；

步骤S11：通过如上所述晶圆缺陷的检测装置100检测所述待测晶圆50。

具体的，首先，提供一待测晶圆50，所述待测晶圆50可以是裸片，即表面没有形成各种薄膜的硅片，也可以是表面已经形成有各种器件和结构的硅片，形成有各种器件和结构的表面为所述待测晶圆50的正面。

接着，如图2所示，将所述待测晶圆50放置于所述晶圆缺陷的检测装置100中，并通过晶圆固定装置固定在所述平行光源20与所述光敏元件30之间，所述待测晶圆50与所述光敏元件30的间距为f。若所述待测晶圆50是裸片，可以不考虑光照对所述待测晶圆50的影响，固定时可以将所述待测晶圆50的正面或背面对着所述平行光源20。若所述待测晶圆50的正面已经形成有各种器件和结构，为了避免所述待测晶圆50正面的器件因受到光照而产生不良影响，固定时将所述待测晶圆50的正面背对所述平行光源20，即述待测晶圆50的背面面对所述平行光源20。

然后，关闭真空密闭容器10并对所述真空密闭容器10进行抽真空的步骤。抽真空直至即所述真空密闭容器10的真空度达到10^-3Torr到10^-8Torr之间，即所述真空密闭容器10的内部处于高真空状态。

之后，开启所述平行光源20，使得所述平行光源20发出的平行光照射到所述待测晶圆50的背面。所述平行光源20发出的平行光经过所述待测晶圆50之后作为所述光敏元件30的入射光，所述光敏元件30的信号感测区域接收所述入射光。

若所述待测晶圆50的边缘没有与所述平行光的波长范围相近的缺口50a，平行光照射所述待测晶圆50不会发生衍射现象，所述信号感测区域也不会感测到衍射光。若所述待测晶圆50的边缘有与所述平行光的波长范围相近的缺口50a，会发生衍射现象，在所述光敏元件30的信号感测区域会出现衍射光斑，所述信号处理器40通过所述光敏元件30能够检测出衍射光。

请结合参考图2和图3，根据衍射原理，所述衍射光斑的长度Δy与所述平行光的波长λ、所述缺口50a的尺寸d和所述缺口50a到所述光敏元件30的距离f均相关，所述衍射光斑的长度Δy与所述缺口50a的尺寸d负相关，所述缺口50a的尺寸d越大，则所述衍射光斑的长度Δy越小，所述衍射光斑的长度Δy与所述平行光的波长λ和所述缺口50a到所述光敏元件30的距离f正相关，所述平行光的波长λ和所述缺口50a到所述光敏元件30的距离f越大，则所述衍射光斑的长度Δy越大。

所述光敏元件30的信号感测区域接收入射光之后，将光信号转化为电信号并将电信号传输给所述信号处理器40。所述信号处理器40对所述光敏元件30输出的信息进行数据采集和分析，并根据数据采集和分析结果判断入射光中是否存在衍射光。若没有衍射光，则判定所述待测晶圆50的晶边正常，没有发现缺口50a。若发现有衍射光，则判定所述待测晶圆50的晶边异常，发现有缺口50a。所述信号处理器40一旦判定检出缺口50a，继续通过以下公式粗略地计算缺口50a的尺寸：

d=f×λ/Δy

其中，d为缺口50a的长度，λ为所述平行光的波长，为Δy为形成于所述光敏元件30上的衍射光斑的长度，f为所述待测晶圆50与所述光敏元件30的距离。

例如，所述平行光的波长λ为0.2mm，所述待测晶圆50与所述光敏元件30的距离f为50mm，测得的衍射光斑的长度Δy为20mm，通过计算公式可得到缺口50a的长度d为0.5mm。可见，采用发明实施例提供的晶圆缺陷的检测方法，不但能够检出细小的缺口50a，而且能够得到所述缺口50a的尺寸信息。

综上，在本发明实施例提供的晶圆缺陷的检测装置及其检测方法中，采用波长与缺口尺寸相近的平行光照射待测晶圆，并通过信号感测区域的范围与所述待测晶圆的尺寸相适配的光敏元件感测光信号，根据感测到的光信号判断是否存在细小的缺口，并能够根据感测到的光信号计算细小的缺口的尺寸，由此降低因晶圆边缘存在细小的缺口而最终导致破片的风险。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种晶圆缺陷的检测装置，其特征在于，包括：真空密闭容器、平行光源、光敏元件和信号处理器；

其中，所述光敏元件面对所述平行光源，用于感测所述平行光源发出的光信号，所述平行光源和所述光敏元件均设置于所述真空密闭容器的内部，所述信号处理器的输入端与所述光敏元件连接。

2.如权利要求1所述的晶圆缺陷的检测装置，其特征在于，所述平行光源包括发光单元和透镜，所述透镜正对着所述发光单元，所述发光单元所发出的光通过所述透镜形成平行光。

3.如权利要求2所述的晶圆缺陷的检测装置，其特征在于，所述平行光的波长范围在0.1mm到0.5mm之间。

4.如权利要求1所述的晶圆缺陷的检测装置，其特征在于，所述光敏元件的信号感测区域的范围与所述晶圆的尺寸相适配。

5.如权利要求1所述的晶圆缺陷的检测装置，其特征在于，还包括一晶圆固定装置，所述晶圆固定装置设置于所述平行光源和光敏元件之间。

6.一种晶圆缺陷的检测方法，其特征在于，包括：

提供一待测晶圆；

通过如权利要求1至5中任一项所述晶圆缺陷的检测装置检测所述待测晶圆上的缺口。

7.如权利要求6所述的晶圆缺陷的检测方法，其特征在于，通过所述晶圆缺陷的检测装置检测所述待测晶圆的方法包括：

将所述待测晶圆放置于所述平行光源和所述光敏元件之间并关闭真空密闭容器；

对所述真空密闭容器进行抽真空；

打开平行光源并利用所述光敏元件感测光信号；

通过所述信号处理器对所述光信号进行采集和分析得到所述缺口的检测结果。

8.如权利要求7所述的晶圆缺陷的检测方法，其特征在于，进行抽真空之后，所述真空密闭容器的真空度在10^-3Torr到10^-8Torr之间。

9.如权利要求7所述的晶圆缺陷的检测方法，其特征在于，所述检测结果包括所述缺口的尺寸，所述缺口的尺寸的计算公式为：

d=f×λ/Δy；

其中，d为所述缺口的尺寸，λ为所述平行光的波长，f为所述待测晶圆与所述光敏元件的距离，Δy为形成于所述光敏元件上的衍射光斑的长度。