CN104180765B - 化学气相沉积设备中实时测量衬底翘曲的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种化学气相沉积设备中实时测量衬底翘曲的方法及装置。该测量方法包含以下步骤：用分波前的方法将一束激光分成几个相干光源照射衬底表面，用图像传感器测量衬底反射的衍射干涉图样形状，对比有翘曲和无翘曲时的衍射干涉图样形状计算衬底翘曲。使用该方法的测量装置由光源、图案挡光板、能量分光镜、承载盘、图像传感器、信号处理单元组成。本发明的优点是测量装置结构紧凑简单，能够实时快速检测外延片的局部翘曲，能够避免承载盘倾斜或者抖动造成的影响，测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学检测方法和装置，特别是涉及一种化学气相沉积设备中实时测量衬底翘曲的方法及装置。
背景技术
化学气相沉积工艺过程中，外延片会因为各种原因而产生应力，比如加热不均匀、衬底和外延层晶格常数不匹配、衬底和外延层热膨胀系数不匹配等等。应力会增加外延片的晶体缺陷密度，造成半导体器件性能低下甚至无法工作。另外，应力使外延片发生翘曲，外延片与下方加热托盘从面接触变为点接触，整个外延片上的温度分布不均匀，从而导致同一外延片的不同区域生长出来的产品参数也不一致。
通过实时检测外延片的翘曲能够直观获得外延片的应力分布，调整外延生长工艺使应力和翘曲降低能够有效提高器件性能，改善同批次器件参数的一致性。
现有翘曲测量技术有的用到了双光束，需要两个激光光源并检测两个反射光点。这需要在工艺设备上预留更大的窗口，而工艺设备上的空间是非常有限的。还有的技术采用单光束扫描一个外延片，跟踪反射光点的位移，用位移计算外延片表面在每一个扫描点的法线方向，然后结合多点数据重构外延片表面形貌。这种方法需要采集足够多的数据才能计算翘曲，而且会受到承载盘倾斜和抖动的影响，每个点的倾斜方向都叠加了一个随时间空间改变的分量，需要后期算法消除噪声。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了化学气相沉积工艺中实时测量衬底翘曲的方法及装置。
本发明所采用的测量方法是：用分波前的方法，将一束光分成几个相干光源垂直照射衬底表面，几个光源发出的光在空间发生衍射和干涉，产生衍射干涉图样，当衬底片局部表面因翘曲发生波长级别的高度变化，来自不同光源的反射光线之间的光程差发生变化，对应的衍射干涉图样会发生显著变化，用图像传感器测量衬底反射的衍射干涉图样，对比有翘曲和无翘曲时的衍射干涉图样形状计算出翘曲。
本发明还提供了采用上述测量方法的测量装置，该装置由光源1、图案挡光板2、能量分光镜3、承载盘5、图像传感器6、信号处理单元7组成，其特征在于：在光源1的前方设有图案挡光板2，能量分光镜3设在图案挡光板2和承载盘5之间，光源1发出光束8垂直照射图案挡光板2，然后入射到能量分光镜3，产生透射光束9，衬底片4平放在承载盘5表面，透射光束9被衬底片4反射回到能量分光镜3产生反射光束11，在能量分光镜3的一侧反射光束11的传播方向上设有图像传感器6，图像传感器6的光敏面垂直于反射光束11的传播方向，图像传感器6的输出端与信号处理单元7相连。
所述的光源为激光光源或者普通光源加滤波片或者是普通宽带光源。
所述的图案挡光板为有镂空图案的金属板或者有图案镀膜的玻璃板或者其他不透光材料构成的带镂空图案的平板。
所述能量分光镜可以是45°入射的镀膜能量分光平片或者棱镜，或者是其他非0°入射的镀膜能量分光平片或者棱镜，能量分光镜的摆放角度要保证入射光束的入射角符合能量分光镜的工作角度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是仅需使用一束光，就可以实现实时快速检测每一个扫描点的翘曲，装置结构更加紧凑简洁，能够避免承载盘倾斜或者抖动造成的信号干扰，精度达到光源的波长量级。
附图说明
图1为测量装置示意图；
图2为图案挡光板的一个实施例示意图。
具体实施方式
实施例一
下面结合实施例进一步详细描述本发明。
如图1所示该装置由光源1、图案挡光板2、能量分光镜3、承载盘5、图像传感器6、信号处理单元7组成，在光源1的前方设有图案挡光板2，能量分光镜3为45°设在图案挡光板2和承载盘5之间，光源1发出光束8垂直照射图案挡光板2，然后以45°角入射到所述45°能量分光镜3，产生透射光束9，衬底片4平放在承载盘5表面，透射光束9被衬底片4反射回到能量分光镜3在能量分光镜3处以45°角入射，产生反射光束11，在能量分光镜3的一侧反射光束11的传播方向上设有图像传感器6，图像传感器6的光敏面垂直于反射光束11的传播方向，图像传感器6的输出端与信号处理单元7相连。
所述的光源1为准直后的激光光源。
所述的图案挡光板2如图2所示为有镂空图案的金属板，本实施例的图案为4个对称分布的圆孔。
所述能量分光镜3是45°入射的镀膜能量分光平片，工作波长为光源1的发射波长。
本实施例的测量方法用分波前的方法，一束光激光光源经图案挡光板2的4个圆孔，当被同一束激光充满时相当于4个次级相干光源，在后面的空间发生衍射和干涉，产生衍射干涉图样。被分成几个相干光源垂直照射衬底表面，当衬底片4局部表面因翘曲发生波长级别的高度变化，来自不同次级光源的反射光线之间的光程差发生变化，对应的衍射干涉图样会发生显著变化，用图像传感器6测量该反射的衍射干涉图样，利用信号处理单元7对比有翘曲和无翘曲时的衍射干涉图样形状计算出翘曲。
实施例二
和实施一相同所不同的是，本实施例的光源采用普通光源加滤波片或者是普通宽带光源，图案挡光板为有图案镀膜的玻璃板或者不透光材料构成的带镂空图案的平板，能量分光镜为非0°入射的镀膜能量分光平片或者棱镜，能量分光镜的摆放角度为能够保证入射光束的入射角符合能量分光镜的工作角度。
Claims (4)
1.一种化学气相沉积设备中实时测量衬底翘曲的测量装置，该装置由光源(1)、图案挡光板(2)、能量分光镜(3)、承载盘(5)、图像传感器(6)、信号处理单元(7)组成，其特征在于：在光源(1)的前方设有图案挡光板(2)，能量分光镜(3)设在图案挡光板(2)和承载盘(5)之间，光源(1)发出光束(8)垂直照射图案挡光板(2)，然后入射到能量分光镜(3)，产生透射光束(9)，衬底片(4)平放在承载盘(5)表面，透射光束(9)被衬底片(4)反射回到能量分光镜(3)产生反射光束(11)，在能量分光镜(3)的一侧反射光束(11)的传播方向上设有图像传感器(6)，图像传感器(6)的光敏面垂直于反射光束(11)的传播方向，图像传感器(6)的输出端与信号处理单元(7)相连，所述的图案挡光板(2)为设有镂空图案的金属板或者有图案镀膜的玻璃板或者不透光材料构成的带镂空图案的平板。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述的光源(1)为激光光源或者普通光源加滤波片或者是普通宽带光源。
3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述能量分光镜(3)为45°入射的镀膜能量分光平片或者棱镜。
4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：所述能量分光镜(3)为非0°入射的镀膜能量分光平片或者棱镜，能量分光镜的摆放角度为保证入射光束的入射角符合能量分光镜的工作角度。
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