CN108828267B - 晶圆翘曲程度测量方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种晶圆翘曲程度的测量装置和方法，属于晶圆检测技术领域。所述测量装置包括探针组，包括分别位于晶圆上方的上表面探针以及位于晶圆下方的下表面探针，用于以与晶圆的基准面平行的移动方向沿着晶圆的直径对晶圆的上下表面进行移动扫描；承载机构，用于承载晶圆，其上表面与晶圆的下表面接触；以及转动机构，位于晶圆上方，并可对晶圆进行转动。所述方案提高了晶圆检测的测量精度，降低了测量误差。

Description

晶圆翘曲程度测量方法及装置
技术领域
本发明涉及晶圆检测技术领域，特别是涉及一种晶圆翘曲程度测量方法及装置。
背景技术
在芯片制造中，基底材料一般为晶圆(硅片)，当前主流的晶圆尺寸为直径300mm。在3D NAND存储芯片的制造工艺中，晶圆表面需要堆叠沉积数十上百层薄膜，薄膜与薄膜间的应力失衡导致晶圆会出现不同程度的翘曲。晶圆翘曲将直接造成不同薄膜间的图案套准精度降低，无法形成有效的器件功能，因此需要对晶圆的翘曲度进行检测。现有晶圆翘曲测量方法为基于激光对焦测量方法，然而这种方法存在以下缺点：晶圆表面存在图形时无法测量；激光对焦测距精度不高，晶圆翘曲形变较小时无法测量；晶圆沉积薄膜较厚且沉积不均匀时，容易引起测量误差。
发明内容
为克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种晶圆翘曲程度测量方法及装置，通过上下原子力探针同步测量晶圆上下表面的翘曲程度，极大降低了测量误差并提高了测量精度。
为实现以上目的，本发明提出一种晶圆翘曲程度的测量装置，包括探针组，包括分别位于晶圆上方的上表面探针、位于晶圆下方的下表面探针，用于以与晶圆的基准面平行的移动方向沿着晶圆的直径对晶圆的上下表面进行移动扫描；承载机构，用于承载晶圆，其上表面与晶圆的下表面接触；以及转动机构，位于晶圆上方，并可对晶圆进行转动。
根据本发明的一个方面，所述基准面与承载机构的上表面的距离为晶圆厚度的一半，所述上表面探针和下表面探针始终处于基准面的上下对称位置。
根据本发明的一个方面，所述承载机构具有通槽，当晶圆放置在承载机构之上时，所述通槽与晶圆的直径重合，所述下表面探针可通过通槽并沿着通槽对晶圆的下表面进行探测。
根据本发明的一个方面，所述转动机构包括竖直的转轴和连接于转轴下方的水平吸盘，所述转动机构可向下运动使其吸盘吸附晶圆，然后所述转动机构的转轴转动使得所述晶圆绕着所述晶圆的中心旋转。
根据本发明的一个方面，所述基准面是一个水平面。
根据本发明的一个方面，所述测量装置还包括驱动机构，所述驱动机构包括第一驱动机构和第二驱动机构，其中第一驱动机构用于驱动上表面探针和下表面探针沿着晶圆的直径对晶圆的上下表面进行移动扫描；第二驱动机构用于驱动转动机构上下运动以及驱动转动机构的转轴转动。
根据本发明的一个方面，上表面探针和/或下表面探针为原子力探针。
本发明还提出一种使用上述测量装置对晶圆翘曲程度进行测量的方法，所述方法包括：将晶圆置于一承载机构之上，所述承载机构的上表面与晶圆的下表面接触；利用位于晶圆上方的上表面探针和位于晶圆下方的下表面探针以与晶圆的基准面平行的移动方向沿着晶圆的直径对晶圆的上下表面进行移动扫描，同步记录上下表面探针获得的形貌信号；根据所述形貌信号判断晶圆的翘曲程度。
根据本发明的一个方面，所述方法具体包括：步骤一，上下表面探针移动到晶圆边缘，停止于晶圆上下表面的对称位置，记录起始形貌信号，作为基准；步骤二，上下表面探针采用相同的扫描频率同时沿晶圆直径移动进行直线扫描，同步记录上下表面探针获得的形貌信号；步骤三，绕晶圆中心转动晶圆，并循环执行上述步骤，进行多次直线扫描，以覆盖多个晶圆直径方向，获得多个上下表面形貌高度曲线，形成晶圆上下表面形貌的空间分布；步骤四，根据晶圆上下表面形貌的空间分布，获得晶圆的翘曲程度。
根据本发明的一个方面，所述步骤四中所述获得晶圆的翘曲程度具体包括：根据上下表面形貌高度曲线对应坐标的平均值曲线表征晶圆的翘曲程度；和/或根据晶圆下表面形貌高度曲线相对于基准面的变化表征晶圆的翘曲程度。
由此可见，本发明提出的方案通过上下表面探针沿晶圆的直径方向直线扫描并绕晶圆中心旋转晶圆以获得多个扫描结果，形成晶圆的上下表面形貌的空间分布，从而极大降低了测量误差并提高了测量精度。
附图说明
图1是本发明提出的测量晶圆翘曲程度的原理图；
图2、3是本发明提出的晶圆翘曲程度测量装置的示意图；
图4是本发明提出的晶圆翘曲程度的测量方法的流程图。
具体实施方式
以下所述为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。多个附图中采用的相同附图标记表示相同或相似的元件。
如图1-2所示，所述晶圆翘曲程度的测量装置包括探针组、承载机构201、转动机构203以及驱动机构(未示出)。
其中，所述承载机构201用于承载晶圆101。所述承载机构的上表面与晶圆101的下表面接触。
其中，探针组包括位于晶圆101上方的上表面探针104以及位于晶圆101下方的下表面探针105。所述上表面探针和下表面探针始终处于相对于与承载机构的上表面平行的一平面上下对称的位置，并且所述上表面探针和下表面探针以与承载机构的上表面平行的移动方向沿着晶圆的直径对晶圆的上下表面进行移动扫描。
根据一个特定实施例，所述上表面探针和下表面探针均为原子力探针(atomicforce probe)，并且图1示出了一种特定情况，即上下表面探针始终处于晶圆的基准面102的上下对称位置。在图1中，所述基准面与承载机构的上表面的距离为晶圆厚度的一半，换句话说，所述基准面为当晶圆不翘曲时平行于晶圆的上下表面并与所述上下表面等距的平面。根据另一个实施例，所述基准面是一个水平面。所述上表面探针和下表面探针以与晶圆的基准面平行的移动方向沿着晶圆的直径对晶圆的上下表面进行移动扫描。图1只是一种特定实现方式，实际上基准面可以是与承载机构的上表面平行的任意平面(如上一段所述)，只要能够实现对于晶圆翘曲程度进行检测即可，即当上下表面探针处于该基准面的上下对称位置时在上下表面探针与晶圆上下表面之间分别具有一定间距来实现对于翘曲程度的检测，该基准面无需位于晶圆上下表面正中间，即无需与承载机构的上表面的距离为晶圆厚度的一半。
所述承载机构201具有通槽202，当晶圆放置在承载机构之上时，所述通槽202与晶圆101的直径重合，所述下表面探针105可通过通槽并沿着通槽对晶圆的下表面进行探测。
所述转动机构203位于晶圆101上方，并可对晶圆进行旋转。所述转动机构包括竖直的转轴和连接于转轴下方的水平吸盘。具体来说，如图3所示，所述转动机构可向下运动使其吸盘吸附晶圆，然后转轴转动使得所述晶圆绕着所述晶圆的中心旋转。这样晶圆的直径可一直保持与通槽202重合，使得上下表面探针可沿着晶圆的直径对其上下表面进行探测。
所述驱动机构包括第一驱动机构和第二驱动机构。第一驱动机构用于驱动上表面探针和下表面探针沿着晶圆的直径对晶圆的上下表面进行移动扫描；第二驱动机构用于驱动转动机构上下运动和绕转轴转动。
返回图1所示，右侧所示的坐标轴中，纵坐标轴H表示高度，横坐标轴X表示晶圆直径方向，0表示原点。纵坐标轴H包括上表面形貌高度106和下表面形貌高度107两部分，其中108示出了上表面探针104沿着晶圆的直径对晶圆的上表面移动扫描产生的上表面形貌高度曲线，109示出了下表面探针105沿着晶圆的直径对晶圆的下表面移动扫描产生的下表面形貌高度曲线。
图4示出了使用图1-3所示的装置测量晶圆翘度程度的方法流程图。所述方法包括：
步骤一，上下表面探针移动到晶圆边缘，停止于晶圆上下表面的对称位置，记录起始形貌信号，作为基准；
步骤二，上下表面探针采用相同的扫描频率同时沿晶圆直径移动进行直线扫描，同步记录上下表面探针获得的形貌信号；
步骤三，绕晶圆中心转动晶圆，并循环执行上述步骤，进行多次直线扫描，以覆盖多个晶圆直径方向，获得多个上下表面形貌高度曲线，形成晶圆上下表面形貌的空间分布；
步骤四，根据晶圆上下表面形貌的空间分布，获得晶圆的翘曲程度。例如，当晶圆表面为无图案薄膜表面时，可根据上下表面形貌高度曲线对应坐标的平均值曲线表征晶圆的翘曲程度。当晶圆表面存在形貌高低差异较大的图案时，可根据晶圆下表面形貌高度曲线相对于基准面的变化表征晶圆的翘曲程度。晶圆的翘曲程度是重要的工艺参数，通常可反映不同制程中薄膜沉积带来的应力变化。
应注意，本发明所提出的具体实施方式及应用领域仅为说明的目的，并不作为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员可对本发明的多种具体实施方式进行随意组合、修改并应用于不同的实际应用中。

Claims (6)

1.一种晶圆翘曲程度的测量装置，其特征在于，包括：
探针组，包括分别位于晶圆上方的上表面探针以及位于晶圆下方的下表面探针，用于以与晶圆的基准面平行的移动方向沿着晶圆的直径对晶圆的上下表面进行移动扫描；
承载机构，用于承载晶圆，其上表面与晶圆的下表面接触，所述承载机构具有通槽，当晶圆放置在承载机构之上时，所述通槽与晶圆的直径重合，所述下表面探针可通过通槽并沿着通槽对晶圆的下表面进行探测；
转动机构，位于晶圆上方，并可对晶圆进行转动，所述转动机构包括竖直的转轴和连接于转轴下方的水平吸盘，所述转动机构可向下运动使其吸盘吸附晶圆，然后所述转动机构的转轴转动使得所述晶圆绕着所述晶圆的中心旋转；以及
驱动机构，所述驱动机构包括第一驱动机构和第二驱动机构，其中第一驱动机构用于驱动上表面探针和下表面探针沿着晶圆的直径对晶圆的上下表面进行移动扫描；第二驱动机构用于驱动转动机构上下运动以及驱动转动机构的转轴转动。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：
所述基准面与承载机构的上表面的距离为晶圆厚度的一半，所述上表面探针和下表面探针始终处于基准面的上下对称位置。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：
所述基准面是一个水平面。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：
上表面探针和/或下表面探针为原子力探针。
5.一种晶圆翘曲程度的测量方法，其特征在于，包括：
将晶圆置于一承载机构之上，所述承载机构的上表面与晶圆的下表面接触，所述承载机构具有通槽，当晶圆放置在承载机构之上时，所述通槽与晶圆的直径重合，所述下表面探针可通过通槽并沿着通槽对晶圆的下表面进行探测；
利用位于晶圆上方的上表面探针和位于晶圆下方的下表面探针以与晶圆的基准面平行的移动方向沿着晶圆的直径对晶圆的上下表面进行移动扫描，同步记录上下表面探针获得的形貌信号，具体包括：
步骤一，上下表面探针移动到晶圆边缘，停止于晶圆上下表面的对称位置，记录起始形貌信号，作为基准；
步骤二，上下表面探针采用相同的扫描频率同时沿晶圆直径移动进行直线扫描，同步记录上下表面探针获得的形貌信号；
步骤三，位于晶圆上方的转动机构绕晶圆中心转动晶圆，并循环执行上述步骤，进行多次直线扫描，以覆盖多个晶圆直径方向，获得多个上下表面形貌高度曲线，形成晶圆上下表面形貌的空间分布；
步骤四，根据晶圆上下表面形貌的空间分布，获得晶圆的翘曲程度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤四具体包括：根据上下表面形貌高度曲线对应坐标的平均值曲线表征晶圆的翘曲程度；和/或根据晶圆下表面形貌高度曲线相对于基准面的变化表征晶圆的翘曲程度。
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