CN110530799A - 一种晶圆最大加工损伤的精准定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆最大加工损伤的精准定位方法，在晶圆的非加工面沉积用于辅助测量的薄膜层，非加工面与加工面相互平行且呈背向设置，非加工面为光滑无损表面；再在晶圆的加工面进行至少一道减薄加工操作，并在每一道减薄加工操作之前后，将椭偏仪的入射光以设定的入射角扫描非加工面上的薄膜层，入射光经薄膜层和晶圆反射或透射后出射的椭偏信号经椭偏仪探测器接收，一旦在晶圆的辅助测量薄膜层上探测到的椭偏信号出现变化，则该出现椭偏信号变化对应的位置即为最大加工损伤位置。它具有如下优点：实现全局、无损、快速精准定位晶圆上的最大加工损伤位置，实时跟踪晶圆的加工状态，对实际晶圆的加工工艺的选择与优化具有重要的指导意义。

Description

一种晶圆最大加工损伤的精准定位方法
技术领域
本发明涉及晶圆亚表面损伤检测技术领域，尤其涉及一种晶圆最大加工损伤的精准定位方法。
背景技术
晶圆的亚表面损伤包括变质层、位错和裂纹；晶圆的最大加工损伤则是指在某一道加工工序后，晶圆加工面的亚表面留下变质层、位错和裂纹三种缺陷在垂直加工表面方向的总厚度。晶圆从开始加工到加工完成往往需要多道加工工序配合才能完成，而后一道工序的材料去除效率通常要比前一道工序要低；在某一道工序完成后进行后一道工序时，后一道工序需要将前道工序产生的损伤层全部去除，其材料去除的最小厚度为上一道工序产生的最大加工损伤。在晶圆加工过程中，若能快速检测出某一道工序会造成晶圆的最大加工损伤，对加工工艺的选择与优化具有重要意义。
现有亚表面损伤的定量检测技术大多是有损检测，如“光学材料亚表面损伤层厚度的测量方法”(授权公告号CN103017713B)、“脆性材料亚表面损伤层微裂纹全息反演检测方法”(授权公告号CN102426170B)、“一种硬脆性高精元件亚表面损伤程度的表征方法”(授权公告号CN103163154B)等专利中均提出一种基于酸腐蚀的测量方法。同时，亚表面损伤层厚度的有损伤检测方法中也包括破坏性的检测手段，如“一种材料亚表面加工损伤层厚度的评估方法”(授权公告号CN104458463B)专利中提出一种基于压痕试验的方法、以及“硬脆性光学材料亚表面损伤层厚度的测量方法”(授权公告号CN 101672625 B)专利中提出一种基于剖切方法的亚表面损伤层检测方法；以上对于材料亚表面损伤的定量检测技术都是在被加工材料局部取样进行检测，其获得的亚表面损伤层厚度不能反映被加工材料整体损伤情况，更不能获得被加工材料在某道工序下产生的最大加工损伤。要想准确获取某道工序被加工材料的最大加工损伤，就必须先定位最大加工损伤在被加工材料上产生的位置。在这个基础上，在最大加工损伤位置处取样同时结合SEM、FIB-TEM等较为成熟的微观分析手段，才能准确获得被加工材料整体的最大加工损伤值。因此，如何定位被加工材料上最大损伤位置，成为量化评价被加工材料整体最大加工损伤的关键问题。
发明内容
本发明提供了一种晶圆最大加工损伤的精准定位方法，其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种晶圆最大加工损伤的精准定位方法：
在晶圆的非加工面沉积用于辅助测量的薄膜层，该非加工面与加工面相互平行且呈背向设置，该非加工面为光滑无损表面；再在晶圆的加工面进行至少一道减薄加工操作，并在每一道减薄加工操作之后，将椭偏仪的入射光以设定的入射角扫描非加工面上的薄膜层，入射光经薄膜层和晶圆反射或透射后由薄膜层表面出射的椭偏信号经椭偏仪探测器接收，一旦在辅助测量薄膜层上探测到的椭偏信号出现变化，则该出现椭偏信号变化对应的位置即为最大加工损伤位置。
一实施例之中：该晶圆为半导体晶圆。
一实施例之中：该薄膜层为单层薄膜。
一实施例之中：该薄膜层为多层薄膜。
一实施例之中：该椭偏仪的入射光为复色光，其波长覆盖紫外光、可见光和近红外光波段。
一实施例之中：该椭偏仪的入射光以斜入射的方式入射在薄膜层上。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
本案所述的方法中，在晶圆的加工面进行至少一道减薄加工操作(一般要经过多道减薄加工操作)，并在每一道减薄加工操作之后，将椭偏仪的入射光以设定的入射角扫描非加工面上的薄膜层，入射光经薄膜层和晶圆反射或透射后由薄膜层表面出射的椭偏信号经椭偏仪探测器接收，一旦在辅助测量薄膜层上探测到的椭偏信号出现变化，则该出现椭偏信号变化对应的位置即为最大加工损伤位置。实现全局、无损、快速精准定位晶圆上的最大加工损伤位置，在加工减薄操作过程中还能实时跟踪晶圆的加工状态，对实际晶圆的加工工艺的选择与优化具有重要的指导意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为一较佳实例中所述定位碳化硅晶圆减薄研磨加工面的最大加工损伤位置的检测过程示意图。
图2为另一较佳实例中所述定位蓝宝石晶圆减薄抛光加工面的最大加工损伤位置的检测过程示意图。
具体实施方式
光谱椭偏测量(Spectroscopic Ellipsometry,SE)是基于测量偏振光经过样品表面反射(或透射)后偏振状态发生的改变，偏振态的变化可由振幅比ψ/psi和相位差Δ/delta两个量来描述。利用光谱椭偏技术测量薄膜-基体复合体时，薄膜材质、薄膜表面状态以及薄膜与基底的界面出现变化时，都会对出射的光谱椭偏信号产生极大的影响。换而言之，当光谱椭偏信号出现变化时，就表明以上三者有所变化。如果薄膜状态是确定的，则光谱椭偏信号的变化将反映了由于基底状态改变而导致薄膜与基底的界面状态变化。光谱椭偏信号对基底材料状态和界面状态变化的高灵敏性，以及光谱椭偏的无损检测方式，配合精密扫描机台，恰好可以用来精准定位被加工晶圆整体的最大加工损伤位置。
一种晶圆最大加工损伤的精准定位方法：
在晶圆的非加工面沉积用于辅助测量的薄膜层，该非加工面与加工面相互平行且呈背向设置，该非加工面为光滑无损表面；再在晶圆的加工面进行至少一道减薄加工操作，该减薄加工操作包括研磨操作、抛光操作等，实际检测过程中，晶圆的加工面会进行多道加工减薄操作，在每一道减薄加工操作之前后，将椭偏仪的入射光以设定的入射角扫描非加工面上的薄膜层，可通过高精度的扫描工作台将椭偏仪的入射光扫描入射在经过一道减薄加工操作后的晶圆样品的薄膜层上，入射光经薄膜层和晶圆反射或透射后由薄膜层表面出射的椭偏信号经椭偏仪探测器接收，一旦在晶圆非加工面上探测到的椭偏信号出现变化(在实际检测过程中，该椭偏信号可能在经过多道减薄加工操作后才会出现)，该出现椭偏信号变化对应的位置即为最大加工损伤位置，原因是：当出现椭偏信号变化时说明薄膜层与晶圆非加工面之间的界面发生了变化，而这个界面的变化是由于亚表面损伤到达所致，最先达到界面的损伤对应的位置即为最大加工损伤位置。
本实施例中，该晶圆为半导体晶圆。该薄膜层可为单层薄膜或多层薄膜。
本实施例中，该椭偏仪的入射光为复色光，其波长覆盖紫外光、可见光和近红外光波段，该椭偏仪的入射光以斜入射的方式入射在薄膜层上。
一较佳实例是定位碳化硅晶圆减薄研磨加工面的最大加工损伤位置：在碳化硅晶圆非减薄面(非加工面)上沉积一层纳米厚度的二氧化硅薄膜作为辅助检测的薄膜层，镀膜之后将晶圆样品置于椭偏仪的载物台上；调整椭偏仪入射光发射器的位置使入射光在二氧化硅薄膜层聚集成微米尺度的椭偏光斑，并斜入射至薄膜层表面；设置精密扫描机台扫描在二氧化硅薄膜层上的扫描路径，记录椭偏仪软件端实时输出的椭偏扫描信号，待扫描结束后，获取在此状态下的晶圆非加工面的椭偏信号，在椭偏仪软件端分析比较不同道减薄加工操作过程中所有的椭偏信号(当碳化硅晶圆加工面的亚表面的损伤到达晶圆与薄膜层的界面时，输出的椭偏信号会产生变化，否则椭偏信号不变)，获得碳化硅晶圆最大加工损伤位置。
另一较佳实例是定位蓝宝石晶圆减薄抛光加工面的最大加工损伤位置：在蓝宝石晶圆非减薄加工面(非加工面)沉积一层纳米厚度的二氧化硅薄膜层，镀膜之后将晶圆样品置于椭偏仪的载物台上；调整椭偏仪入射光发射器的位置使入射光在二氧化硅薄膜层聚集成微米尺度的椭偏光斑，并斜入射至薄膜层表面；设置精密扫描机台扫描在二氧化硅薄膜层上的扫描路径，记录椭偏仪软件端实时输出的椭偏扫描信号，待扫描结束后，获取在此状态下的晶圆非加工面的椭偏信号。在椭偏仪软件端分析比较不同道减薄加工操作过程中所有的椭偏信号(当蓝宝石晶圆加工面的亚表面的损伤到达晶圆与薄膜层的界面时，输出的椭偏信号会产生变化，否则椭偏信号不变)，获得蓝宝石晶体最大加工损伤位置。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种晶圆最大加工损伤的精准定位方法，其特征在于：
在晶圆的非加工面沉积用于辅助测量的薄膜层，该非加工面与加工面相互平行且呈背向设置，该非加工面为光滑无损表面；再在晶圆的加工面进行至少一道减薄加工操作，并在每一道减薄加工操作之前后，将椭偏仪的入射光以设定的入射角扫描非加工面上的薄膜层，入射光经薄膜层和晶圆反射或透射后由薄膜层表面出射的椭偏信号经椭偏仪探测器接收，一旦在辅助测量薄膜层上探测到的椭偏信号出现变化，则该出现椭偏信号变化对应的位置即为最大加工损伤位置。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆最大加工损伤的精准定位方法，其特征在于：该晶圆为半导体晶圆。
3.根据权利要求1所述的一种晶圆最大加工损伤的精准定位方法，其特征在于：该薄膜层为单层薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种晶圆最大加工损伤的精准定位方法，其特征在于：该薄膜层为多层薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种晶圆最大加工损伤的精准定位方法，其特征在于：该椭偏仪的入射光为复色光，其波长覆盖紫外光、可见光和近红外光波段。
6.根据权利要求1所述的一种晶圆最大加工损伤的精准定位方法，其特征在于：该椭偏仪的入射光以斜入射的方式入射在薄膜层上。
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