CN109119355B - 断面倾斜角检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种断面倾斜角检测装置，该装置通过发送检测光线并探测穿过待检测器件后检测光线的光强度值，进而得到断面倾斜角在接触面上的投影长度值，最后根据投影长度值以及材料层厚度确定断面倾斜角的角度值；在该过程中，仅需发送检测光线并仅需光强度值的探测以及计算即可得到断面倾斜角的角度值，不需要对器件进行裂片和制样等操作，解决了现有断面倾斜角检测技术需要裂片和制样等操作的技术问题。

Description

断面倾斜角检测装置
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种断面倾斜角检测装置。
背景技术
在TFT-LCD等半导体器件制造工艺中，往往需要采用有机材料层和无机材料层叠加出器件结构的方式，形成半导体器件。在形成某材料层之后，需要对该模型进行蚀刻等处理以得到特定图案，若该模型的断面倾斜角过大，将导致下一薄膜沉积时发生断裂，若过小，又容易导致拖尾较长，导致器件精细度降低；所以各材料层的断面倾斜角需要控制在一个合理范围内。
而控制断面倾斜角的前提是测量得到该断面倾斜角，在断面倾斜角处于合理范围时，不调整工艺条件进行其他器件的制造，在断面倾斜角没有处于合理范围时，调整工艺条件重新制造。
为了测量断面倾斜角，现有工艺是通过对器件进行裂片、制样等处理后得到样本，将样本送入显微镜得到截面图，然后在截面图中进行断面倾斜角的标定测量。该方式需要裂片和制样等繁杂的操作，并且裂片和制样也将导致较大的误差。
即现有断面倾斜角检测技术需要裂片和制样等操作，将导致测量操作繁杂等技术问题。
发明内容
本发明提供一种断面倾斜角检测装置，以解决现有断面倾斜角检测技术需要裂片和制样操作的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
本发明实施例提供一种断面倾斜角检测装置，其包括：
固定平台，用于固定待检测器件；所述待检测器件包括第一材料层以及第二材料层，所述第二材料层与所述第一材料层通过接触面接触，所述第二材料层的断面与所述接触面形成所述第二材料层的断面倾斜角；
信号源，用于向预设方向发送检测光线；所述预设方向穿过所述待检测器件的第一材料层以及第二材料层；
探测器，用于在探测点上，探测穿过所述待检测器件后检测光线的光强度值；
控制器，用于根据所述探测器的探测结果，确定所述断面在所述接触面上的投影长度值；并根据所述投影长度值以及所述第二材料层的材料层厚度，确定所述断面倾斜角的角度值。
根据本发明一优选实施例，所述控制器用于根据所述探测结果，确定检测光线的光强度值变化所对应的变化距离值，根据所述预设方向与所述接触面的夹角、以及所述变化距离值，确定所述投影长度值。
根据本发明一优选实施例，所述控制器用于根据所述探测结果，绘制检测光线的光强度值与探测点的变化曲线，根据所述变化曲线，确定所述变化距离值。
根据本发明一优选实施例，所述控制器用于确定光强度值发生变化时对应的第一探测点、以及光强度值结束变化时对应的第二探测点，并将所述第一探测点与所述第二探测点之间的距离作为所述变化距离值。
根据本发明一优选实施例，所述信号源均匀分布在所述固定平台。
根据本发明一优选实施例，所述信号源设置在所述固定平台的远离所述待检测器件的一侧；所述固定平台的材料为透光材料。
根据本发明一优选实施例，还包括步进电机，所述步进电机用于在所述控制器的控制下，带动所述探测器移动至探测点。
根据本发明一优选实施例，所述信号源包括紫外线光源。
根据本发明一优选实施例，所述检测光线的光线穿透性与所述第二材料层的材料的透射率相关。
根据本发明一优选实施例，所述预设方向与所述接触面垂直。
本发明的有益效果为：本发明通过提供一种断面倾斜角检测装置，在固定待检测器件之后，通过发送检测光线并探测穿过待检测器件后检测光线的光强度值，进而得到断面倾斜角在接触面上的投影长度值，最后根据投影长度值以及材料层厚度确定断面倾斜角的角度值；在该过程中，仅需发送检测光线并仅需光强度值的探测以及计算即可得到断面倾斜角的角度值，不需要对器件进行裂片和制样等操作，解决了现有断面倾斜角检测技术需要裂片和制样等操作的技术问题，实现了断面倾斜角的在线以及实时检测，加快了制造速度。
附图说明
为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的断面倾斜角检测装置的结构示意图；
图2为本发明提供的断面倾斜角的计算原理示意图；
图3为本发明提供的断面倾斜角的第一种检测示意图；
图4为本发明提供的变化区域的示意图；
图5为本发明提供的断面倾斜角的第二种检测示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如[上]、[下]、[前]、[后]、[左]、[右]、[内]、[外]、[侧面]等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是用以相同标号表示。
本发明针对现有断面倾斜角检测技术需要裂片和制样操作的技术问题；本实施例能够解决该缺陷。
具体的，如图2所示，待检测器件包括第一材料层S1以及第二材料层S2，所述第二材料层S2与所述第一材料层S1通过接触面a接触，所述第二材料层S2的断面b(在实际应用中，断面b可能不是一个平面，本发明为了简化说明，将其视为平面)与所述接触面a形成所述第二材料层的断面倾斜角θ，断面b在接触面a上的投影为L。
在得到L的长度值之后，根据制造工艺参数，可以直接获取到第二材料层S2的材料层厚度H，在基础上，就可以根据各种三角函数，例如反正切、反余切等计算得到θ。
例如，在图2中A所示的场景中，θ＝arctan(H/L)，或者在图2中B所示的场景中，θ＝180°-arctan(H/L)，在实际应用中，可以直接根据工艺参数确定θ为图2中A所示的场景，还是图2中B所示的场景。
本发明基于该思想，采用向器件发送检测光线，并基于穿过器件之后光线的光强度获取L的大小。
可选的，第一材料层S1可以是基板(如常用的玻璃基板)、透明有机层、透明无机层等，第二材料层S2可以是形成于或者设置在第一材料层S1之上的透明有机层、透明无机层等。
如图1所示，本发明提供的断面倾斜角检测装置，其包括：
固定平台11，用于固定待检测器件；所述待检测器件包括第一材料层以及第二材料层，所述第二材料层与所述第一材料层通过接触面接触，所述第二材料层的断面与所述接触面形成所述第二材料层的断面倾斜角；
信号源12，用于向预设方向发送检测光线；所述预设方向穿过所述待检测器件的第一材料层以及第二材料层；
探测器13，用于在探测点上，探测穿过所述待检测器件后检测光线的光强度值；
控制器(图1未示出)，用于根据所述探测器的探测结果，确定所述断面在所述接触面上的投影长度值；并根据所述投影长度值以及所述第二材料层的材料层厚度，确定所述断面倾斜角的角度值。
可选的，为了避免信号源的功率变化导致的探测结果不准确，需要保证在所有位置信号源所发送检测光线的光强度值为一个定值，因此可以将多个信号源均匀分布在所述固定平台，各信号源之间的距离小于L/5，L可以基于相同工艺生成的其他器件得到。
可选的，所述信号源设置在所述固定平台的远离所述待检测器件的一侧；所述固定平台的材料为透光材料。这样可以避免信号源直接照射待检测器件导致器件变形，不会引入变形误差。
可选的，本发明提供的断面倾斜角检测装置还包括步进电机，所述步进电机用于在所述控制器的控制下，带动所述探测器移动至探测点。为了保证探测准确性，探测点之间的距离小于L/5，L可以基于相同工艺生成的其他器件得到。
可选的，探测器可以固定在探测点不动，步进电机用于在所述控制器的控制下，带动所述固定平台移动。
可选的，探测器可以包括很多个传感器组成的探测面，各传感器之间的距离小于L/5，L可以基于相同工艺生成的其他器件得到。
可选的，为了降低检测成本，可以直接使用制造平台内的光源，此时所述信号源包括紫外线光源。
可选的，为了保证测量准确性，所述检测光线的光线穿透性与所述第二材料层的材料的透射率相关。例如第二材料层的材料的透射率比较大，就可以选择光线穿透性比较弱的检测光线，第二材料层的材料的透射率比较小，就可以选择光线穿透性比较强的检测光线，以准确体现检测光线的光强度的变化。
可选的，所述控制器用于根据所述探测结果，确定检测光线的光强度值变化所对应的变化距离值，根据所述预设方向与所述接触面的夹角、以及所述变化距离值，确定所述投影长度值。
如图5所示，在预设方向与接触面没有垂直时，假设预设方向与接触面的夹角为C，探测器在光强变化区域内的移动距离(即变化距离值)为D，此时，投影长度值L＝D+H/tanC。
可选的，为了降低计算成本，所述预设方向与所述接触面垂直，这样就可以直接将变化距离值作为投影长度值。
在预设方向与接触面垂直时，探测示意图如图3以及图4所示。
光线穿过材料会衰减，穿过材料的厚度越大，光线衰减越厉害，因此，各位置的检测光线的光强度值，与对应位置的材料厚度相关。以图2在A所示的场景为例，如图3所示，检测光线的范围以及探测点的范围至少覆盖断面所在区域，在断面倾斜角出现之前(即区域1)，光强度值最大、且恒定为Q1，在断面倾斜角出现(即区域2内)时，光强度值随着厚度增大而减小，在断面倾斜角结束之后(即区域3)，光强度值最小、且恒定为Q2，此时，变化距离值，对应光强度在Q1至Q2之间变化时，探测器的移动距离。
可选的，所述控制器用于根据所述探测结果，绘制检测光线的光强度值与探测点的变化曲线，根据所述变化曲线，确定所述变化距离值。
如图4所示，控制器根据探测结果绘制出变化曲线，然后基于变化曲线可以计算出变化距离值。
可选的，为了简化计算过程，所述控制器用于确定光强度值发生变化时对应的第一探测点、以及光强度值结束变化时对应的第二探测点，并将所述第一探测点与所述第二探测点之间的距离作为所述变化距离值。
如图4所示，控制器确定光强度值发生变化时对应的第一探测点为编号6的探测点，光强度值结束变化时对应的第二探测点为编号11的探测点，编号6的探测点与编号11的探测点之间的距离就是变化距离值。
以第二材料层为图案化处理之后的有机薄膜层为例对本发明进一步说明。
有机薄膜层经过图案化处理之后，将形成断面，当光从图案化的薄膜背面入射时，此时在薄膜上方射出的光强与薄膜的厚度存在相关性。当薄膜是一种有色光阻材料时，其透过率随着薄膜厚度上升而下降，如图4所示。
上述亮度的下降不一定是线性变化的，有时也是厚度的e指数关系等非线性下降关系。当薄膜下方有稳定光源入射光近似垂直入射时，在上方设置光强度探测器，其位置精度与薄膜尺度有关，其位移从nm-um尺度均可精细控制。
当探测器从薄膜上方图案化区域外围向图案化区域内部移动时，必然存在光强度的变化，这一变化在图4中假定是随膜厚线性地变化，在实际情况中也可能是非线性的，例如随厚度的e指数的倒数而衰减。在图案化区域以外透射光的强度是稳定且极大的，计为Q1，图4示意了不同区域吸收光的程度。
当探测器水平移动到A点(编号6的探测点)，其作为膜厚变化的起点，探测到的光强度发生衰减；之后随着膜厚的增加，衰减程度加深；最后到达图案化的中心区域，此时膜厚稳定可控，光强度变化也较为稳定，此时变化点为B点(编号11的探测点)。
在A点和B点之间，探测器移动的距离为L，而膜厚H根据成膜条件为已知量。此时Taper可以根据简单的反正切关系进行计算θ＝arctan(H/L)
可选的，探测器可以再三维系统空间中自由移动，同时移动的精度较高，位移step<L/5。
根据上述实施例可知：
本发明通过提供一种断面倾斜角检测装置，在固定待检测器件之后，通过发送检测光线并探测穿过待检测器件后检测光线的光强度值，进而得到断面倾斜角在接触面上的投影长度值，最后根据投影长度值以及材料层厚度确定断面倾斜角的角度值；在该过程中，仅需发送检测光线并仅需光强度值的探测以及计算即可得到断面倾斜角的角度值，不需要对器件进行裂片和制样等操作，解决了现有断面倾斜角检测技术需要裂片和制样等操作的技术问题，实现了断面倾斜角的在线以及实时检测，加快了制造速度。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种断面倾斜角检测装置，其特征在于，包括：
固定平台，用于固定待检测器件；所述待检测器件包括第一材料层以及第二材料层，所述第二材料层与所述第一材料层通过接触面接触，所述第二材料层的断面与所述接触面形成所述第二材料层的断面倾斜角；
信号源，用于向预设方向发送检测光线；所述预设方向穿过所述待检测器件的第一材料层以及第二材料层；
探测器，与所述信号源位于所述待检测器件的两侧，用于在探测点上，探测穿过所述待检测器件后检测光线的光强度值；
控制器，用于根据所述探测器的探测结果，确定所述断面在所述接触面上的投影长度值；并根据所述投影长度值以及所述第二材料层的材料层厚度，确定所述断面倾斜角的角度值。
2.根据权利要求1所述的断面倾斜角检测装置，其特征在于，所述控制器用于根据所述探测器的探测结果，确定检测光线的光强度值变化所对应所述探测器的变化距离值，根据所述预设方向与所述接触面的夹角、以及所述变化距离值，确定所述投影长度值。
3.根据权利要求2所述的断面倾斜角检测装置，其特征在于，所述控制器用于根据所述探测结果，绘制检测光线的光强度值与探测点的变化曲线，根据所述变化曲线，确定所述变化距离值。
4.根据权利要求3所述的断面倾斜角检测装置，其特征在于，所述控制器用于确定光强度值发生变化时对应的第一探测点、以及光强度值结束变化时对应的第二探测点，并将所述第一探测点与所述第二探测点之间的距离作为所述变化距离值。
5.根据权利要求1所述的断面倾斜角检测装置，其特征在于，所述信号源均匀分布在所述固定平台。
6.根据权利要求1所述的断面倾斜角检测装置，其特征在于，所述信号源设置在所述固定平台的远离所述待检测器件的一侧；所述固定平台的材料为透光材料。
7.根据权利要求1所述的断面倾斜角检测装置，其特征在于，还包括步进电机，所述步进电机用于在所述控制器的控制下，带动所述探测器移动至探测点。
8.根据权利要求1所述的断面倾斜角检测装置，其特征在于，所述信号源包括紫外线光源。
9.根据权利要求1所述的断面倾斜角检测装置，其特征在于，所述检测光线的光线穿透性与所述第二材料层的材料的透射率相关。
10.根据权利要求1所述的断面倾斜角检测装置，其特征在于，所述预设方向与所述接触面垂直。
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