CN110954007B - 晶圆检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆检测系统及检测方法，通过晶圆检测系统中的具有至少两个光源的晶圆检测设备，以提供不同波长的光束，获得针对相同的晶圆表面且与每个光源相对应的干涉图像，并通过对干涉图像的数据分析，以对晶圆表面进行检测；进一步的，晶圆检测系统通过两个晶圆检测设备，还可实现同时分别对晶圆的正面及背面进行检测，以提高晶圆检测系统的工作效率。本发明通过具有不同波长的至少两个光源，可对相同的晶圆表面进行检测，获得互补的干涉图像，从而可提高对晶圆表面检测的准确性。

Description

晶圆检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于半导体制造领域，涉及一种晶圆检测系统及检测方法。

背景技术

在半导体晶圆的制造过程中，如在3D NAND芯片生产中，晶圆翘曲度(Bow)及晶圆表面的形貌是影响制程工艺稳定性及产品良率的关键参数，对晶圆的良率(Yield)有着关键的影响。晶圆在经过刻蚀或薄膜沉积等不同工艺后，晶圆会发生不同程度的翘曲或使晶圆表面凹凸不平。在当前主流的半导体工艺制程中，通常需要对晶圆表面进行检测，并在后续特定的工艺站点对晶圆表面进行调整，以使晶圆表面能够保持平整，提高晶圆的质量。

斐索干涉仪具有物参共路的光学结构，可以克服传统干涉仪对环境振动敏感的缺点，在斐索干涉仪中，将平整度较高的平面平晶和样品表面平行放置，光源提供的光线，在两者表面反射回来，分别被用作参考光束和检测光束，参考光束和检测光束发生等厚干涉，以形成干涉图样，干涉图样反映了被测样品表面的三维形貌。

其中，斐索干涉仪具有以下优点：

1、测量精度高，因为大部分光学元件都放置在干涉单元(平面平晶和被测样品)之外，不会带来附加相位畸变。

2、对环境振动不敏感，因为参考光束和检测光束经历完全相同的光路元件，环境的扰动不影响两者之间的光程差。

3、可以测量较大面积的样品。

因此，目前在半导体晶圆的制造过程中，通常采用斐索干涉仪对晶圆表面进行检测。然而目前该装置仅可提供具有固定波长的单一激光源，即仅可提供具有单一波长的光束，当参考光束与检测光束在遇到晶圆表面的检测状况为干涉光相消时，则不能得到晶圆表面在该处的信息，因此可能导致检测失败或者计算错误，从而影响对晶圆表面的判断。

因此，提供一种新型的晶圆检测系统及检测方法，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆检测系统及检测方法，用于解决现有技术中，由于目前的晶圆表面检测设备仅具有不可调节的单一激光源，在进行晶圆表面检测产生干涉光相消状况时，所造成的检测失败或者计算错误，从而影响对晶圆表面的判断的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆检测系统，所述晶圆检测系统包括至少一个晶圆检测设备，所述晶圆检测设备包括：

至少两个光源，所述光源提供光束，且不同的所述光源分别提供不同波长的所述光束；

分束器，所述分束器对所述光束进行透射及反射；

准直物镜，所述光束经所述准直物镜形成准直光束；

平面平晶，所述平面平晶包括标准平面，所述准直光束经所述标准平面反射形成参考光束，透过所述平面平晶的所述准直光束经所述晶圆表面反射形成检测光束；

成像器，所述成像器分别采集每个所述光源提供的所述参考光束及检测光束，并获得针对相同的所述晶圆表面且与每个所述光源相对应的干涉图像。

可选地，所述晶圆检测系统包括图像比对分析模块，通过所述图像比对分析模块对所述干涉图像进行数据分析，基于所述数据分析的结果获得所述晶圆表面的检测结果。

可选地，所述光源包括可见光源、固体激光源及半导体激光源中的一种或组合。

可选地，所述晶圆检测系统包括两个具有相同结构的所述晶圆检测设备，且两个所述晶圆检测设备分别位于晶圆的相对两侧。

可选地，所述晶圆检测系统中的两个所述晶圆检测设备同时分别对所述晶圆的正面及背面进行检测。

可选地，所述光源与所述准直物镜位于所述分束器的同一侧。

本发明还提供一种晶圆检测方法，包括以下步骤：

提供晶圆；

提供晶圆检测系统，所述晶圆检测系统包括至少一个晶圆检测设备，所述晶圆检测设备包括分束器、至少两个光源、准直物镜、平面平晶及成像器，其中，所述光源提供光束，且不同的所述光源分别提供不同波长的所述光束，所述平面平晶包括标准平面；

将不同的所述光源分别作用于所述分束器，所述光束经所述准直物镜形成准直光束，所述准直光束经所述标准平面反射形成参考光束，透过所述平面平晶的所述准直光束经所述晶圆表面反射形成检测光束，且所述参考光束及检测光束在所述成像器中形成针对相同的所述晶圆表面且与每个所述光源相对应的干涉图像；

对所述干涉图像进行数据分析，基于所述数据分析的结果获得所述晶圆表面的检测结果。

可选地，所述晶圆检测系统包括图像比对分析模块，通过所述图像比对分析模块对至少两个所述干涉图像进行比对分析，以进行所述数据分析。

可选地，所述晶圆检测方法对所述晶圆的平整度及晶圆表面的形貌中的一种或组合进行检测。

可选地，通过可见光源、固体激光源及半导体激光源中的一种或组合提供不同波长的所述光束。

可选地，所述晶圆检测方法包括采用两个具有相同结构的所述晶圆检测设备，以同时分别对所述晶圆的正面及背面进行检测。

如上所述，本发明的晶圆检测系统及检测方法，通过晶圆检测系统中的具有至少两个光源的晶圆检测设备，以提供不同波长的光束，获得针对相同的晶圆表面且与每个光源相对应的干涉图像，并通过对干涉图像的数据分析，以对晶圆表面进行检测；进一步的，晶圆检测系统通过两个晶圆检测设备，还可实现同时分别对晶圆的正面及背面进行检测，以提高晶圆检测系统的工作效率。本发明通过具有不同波长的至少两个光源，可对相同的晶圆表面进行检测，获得互补的干涉图像，从而可提高对晶圆表面检测的准确性。

附图说明

图1显示为本发明中的一种晶圆检测系统的结构示意图。

图2显示为本发明中的另一种晶圆检测系统的结构示意图。

图3显示为本发明中的晶圆检测方法的工艺流程示意图。

元件标号说明

100 晶圆检测设备

111 第一光源

112 第二光源

120 分束器

130 准直物镜

140 平面平晶

141 标准平面

150 成像器

200 晶圆

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1，本实施例提供一种晶圆检测系统，所述晶圆检测系统包括一个晶圆检测设备100，所述晶圆检测设备100包括光源、分束器120、准直物镜130、平面平晶140及成像器150。其中，所述光源包括2个，即第一光源111及第二光源112，所述第一光源111及第二光源112用以分别独立的提供光束，且所述第一光源111及第二光源112所提供的所述光束具有不同的波长；所述分束器120可对所述光束进行透射及反射；所述光束经所述准直物镜130形成准直光束；所述平面平晶140包括标准平面141，所述准直光束经所述标准平面141反射形成参考光束，透过所述平面平晶140的所述准直光束经晶圆200表面反射形成检测光束；所述成像器150分别采集所述第一光源111及第二光源112提供的所述参考光束及检测光束，并获得针对相同的所述晶圆200表面且与所述第一光源111及第二光源112相对应的干涉图像。

作为示例，所述晶圆检测系统包括图像比对分析模块，通过所述图像比对分析模块对所述干涉图像进行数据分析，基于所述数据分析的结果获得所述晶圆200表面的检测结果。

具体的，本实施例中，所述成像器150包括图像采集模块，还可包括所述图像比对分析模块，即所述成像器150可包括相机及数据处理器等，所述相机可作为所述图像采集模块，所述数据处理器可作为所述图像比对分析模块，以通过所述成像器150对两个所述干涉图像进行比对及数据分析，获得所述晶圆200表面的检测结果，但所述图像比对分析模块的具体设置并非局限于此。

本实施例的所述晶圆检测设备100，通过所述第一光源111及第二光源112，提供具有不同波长的所述光束，获得针对相同的所述晶圆200表面且与所述第一光源111及第二光源112相对应的所述干涉图像，并通过对所述干涉图像的数据分析，以对所述晶圆200表面进行检测，获得互补的所述干涉图像，从而可提高对所述晶圆200表面检测的准确性。

具体的，如图1，所述第一光源111为单色光源，其提供的所述光束经所述分束器120的反射，并通过所述准直物镜130形成所述准直光束，所述准直光束经所述平面平晶140中的所述标准平面141的反射形成所述参考光束，透过所述平面平晶140的所述光束经所述晶圆200表面反射形成所述检测光束，且由于所述平面平晶140包括一倾斜面，所述倾斜面可使得所述光束在经过所述倾斜面时，不参与干涉，而所述标准平面141与所述晶圆200表面具有一定距离，从而可使得所述参考光束与所述检测光束形成光程差，以保证所述光束具有相干性，则所述光束通过所述成像器150可形成所述干涉图像，用以分析所述晶圆200表面的状况。其中，由于所述晶圆200表面凹凸不平，因而所述干涉图像中具有间隔的亮暗条纹，在所述干涉图像中，间隔的亮暗条纹间的高度差就是所述第一光源111的半波长。然而，由于所述晶圆200表面凹凸不平，因此在采用单一的所述第一光源111进行检测时，可能会产生干涉相消的现象，从而在所述干涉图像中不能得到所述晶圆200表面的完整信息。此时，通过所述第二光源112，即另一可提供与所述第一光源111具有不同波长的所述光束的单色光源，重复上述有关所述第一光源111的操作，即可获得有关所述晶圆200表面的与所述第二光源112的波长相对应的所述干涉图像，在获得与所述第一光源111及第二光源112相对应的两个所述干涉图像后，通过所述图像比对分析模块，对所述干涉图像进行数据分析后，可获得所述晶圆200表面的检测结果，其中，两个所述干涉图像互补，从而可提高对所述晶圆200表面检测的准确性。本实施例中，为简化所述晶圆检测设备100的结构，所述光源仅包括两个，但所述光源的个数并非局限于此，所述光源的个数也可根据具体需求进行设置，如包括三个、四个等，以进一步的提高对所述晶圆200表面检测的准确性。所述晶圆检测设备100还可包括透镜、光阑等，此处不作过分限制。

作为示例，所述光源可包括可见光源、固体激光源及半导体激光源中的一种或组合，如可采用蓝光固体激光器、红光固体激光器等。

作为示例，还可包括两个具有相同结构的所述晶圆检测设备100，且两个所述晶圆检测设备100分别位于所述晶圆200的相对两侧。

具体的，如图2，当所述晶圆200的正面及背面均需进行表面检测时，为提高对所述晶圆200的检测效率，可采用两个所述晶圆检测设备100，以对所述晶圆200的正面及背面进行检测。其中，优选两个所述晶圆检测设备100具有相同结构，以便于降低操作难度，且优选两个所述晶圆检测设备100可实现同时分别对所述晶圆200的表面及背面进行检测，以进一步的提高所述晶圆检测系统的工作效率WPH。

作为示例，所述光源与所述准直物镜130位于所述分束器120的同一侧。如图1及图2，本实施例中，所述光源与所述准直物镜130均位于所述分束器120的同一侧。

作为示例，所述晶圆检测系统的工作效率WPH≤1min/pcs。

如图3，本实施例还提供一种晶圆检测方法，所述晶圆检测方法可采用所述晶圆检测设备100进行检测，但并非局限于，本实施例中，仅以所述晶圆检测设备100作为示例进行说明，有关所述晶圆检测设备100的结构、应用此处不作赘述。

具体的，所述晶圆检测方法包括以下步骤：

提供晶圆200；

提供晶圆检测系统，所述晶圆检测系统包括至少一个晶圆检测设备100，所述晶圆检测设备100包括分束器120、至少两个光源、准直物镜130、平面平晶140及成像器150，其中，所述光源提供光束，且不同的所述光源分别提供不同波长的所述光束，所述平面平晶140包括标准平面141；

将不同的所述光源分别作用于所述分束器120，所述光束经所述准直物镜130形成准直光束，所述准直光束经所述标准平面141反射形成参考光束，透过所述平面平晶140的所述准直光束经所述晶圆200表面反射形成检测光束，且所述参考光束及检测光束在所述成像器150中形成针对相同的所述晶圆200表面且与每个所述光源相对应的干涉图像；

对所述干涉图像进行数据分析，基于所述数据分析的结果获得所述晶圆200表面的检测结果。

作为示例，所述晶圆检测系统包括图像比对分析模块，通过所述图像比对分析模块对至少两个所述干涉图像进行比对分析，以进行所述数据分析。

具体的，本实施例中，所述成像器150包括图像采集模块，还可包括所述图像比对分析模块，即所述成像器150可包括相机及数据处理器等，所述相机可作为所述图像采集模块，所述数据处理器可作为所述图像比对分析模块，以通过所述成像器150对至少两个所述干涉图像进行比对及数据分析，获得所述晶圆200表面的检测结果，但所述图像比对分析模块的具体设置并非局限于此。

作为示例，所述晶圆检测方法可对所述晶圆200的平整度及晶圆200表面的形貌中的一种或组合进行检测。

作为示例，通过可见光源、固体激光源及半导体激光源中的一种或组合提供不同波长的所述光束。

作为示例，所述晶圆检测方法包括采用两个具有相同结构的所述晶圆检测设备100，且两个所述晶圆检测设备100分别位于所述晶圆200的相对两侧，以便于对所述晶圆200的正面及背面进行检测。如图1，当采用一个所述晶圆检测设备100进行检测时，可简化所述晶圆检测设备100的结构，用以对所述晶圆200的正面或背面进行检测；如图2，当采用两个所述晶圆检测设备100进行检测时，可实现对所述晶圆100的正面及背面的监控，以进一步的提高所述晶圆检测系统的工作效率WPH，其中，优选两个所述晶圆检测设备100具有相同结构，以便于降低操作难度，且优选两个所述晶圆检测设备100可实现同时分别对所述晶圆200的表面及背面进行检测，以进一步的提高所述晶圆检测系统的工作效率WPH。

综上所述，本发明的晶圆检测系统及检测方法，通过晶圆检测系统中的具有至少两个光源的晶圆检测设备，以提供不同波长的光束，获得针对相同的晶圆表面且与每个光源相对应的干涉图像，并通过对干涉图像的数据分析，以对晶圆表面进行检测；进一步的，晶圆检测系统通过两个晶圆检测设备，还可实现同时分别对晶圆的正面及背面进行检测，以提高晶圆检测系统的工作效率。本发明通过具有不同波长的至少两个光源，可对相同的晶圆表面进行检测，获得互补的干涉图像，从而可提高对晶圆表面检测的准确性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种晶圆检测系统，其特征在于，所述晶圆检测系统包括至少一个晶圆检测设备，所述晶圆检测设备包括：

至少两个光源，所述光源提供光束，且不同的所述光源分别提供不同波长的所述光束；

分束器，所述分束器对所述光束进行透射及反射；

准直物镜，经所述分束器反射的光束通过所述准直物镜形成准直光束；

平面平晶，所述平面平晶包括标准平面，所述准直光束经所述标准平面反射形成参考光束，透过所述平面平晶的所述准直光束经所述晶圆表面反射形成检测光束；且所述平面平晶包括倾斜面，所述倾斜面使得所述光束在经过所述倾斜面时，不参与干涉，而所述标准平面与所述晶圆表面具有距离，使得所述参考光束与所述检测光束形成光程差，使所述光束具有相干性；

成像器，所述成像器分别采集每个所述光源提供的所述参考光束及检测光束，以分别获得针对相同的所述晶圆表面且与每个所述光源相对应的干涉图像，且不同的所述光源所对应的所述干涉图像为互补的干涉图像；

所述晶圆检测系统包括图像比对分析模块，通过所述图像比对分析模块对互补的所述干涉图像进行数据分析，基于所述数据分析的结果获得所述晶圆表面的检测结果，以通过不同的所述光源所提供的具有不同波长的所述光束提供互补的所述干涉图像，以避免干涉相消，提高对所述晶圆表面检测的准确性。

2.根据权利要求1所述的晶圆检测系统，其特征在于：所述光源包括可见光源、固体激光源及半导体激光源中的一种或组合。

3.根据权利要求1所述的晶圆检测系统，其特征在于：所述晶圆检测系统包括两个具有相同结构的所述晶圆检测设备，且两个所述晶圆检测设备分别位于晶圆的相对两侧。

4.根据权利要求3所述的晶圆检测系统，其特征在于：所述晶圆检测系统中的两个所述晶圆检测设备同时分别对所述晶圆的正面及背面进行检测。

5.根据权利要求1所述的晶圆检测系统，其特征在于：所述光源与所述准直物镜位于所述分束器的同一侧。

6.一种晶圆检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供晶圆；

提供晶圆检测系统，所述晶圆检测系统包括至少一个晶圆检测设备，所述晶圆检测设备包括分束器、至少两个光源、准直物镜、平面平晶及成像器，其中，所述光源提供光束，且不同的所述光源分别提供不同波长的所述光束，所述平面平晶包括标准平面；

将不同的所述光源分别作用于所述分束器，所述光束经所述准直物镜形成准直光束，所述准直光束经所述标准平面反射形成参考光束，透过所述平面平晶的所述准直光束经所述晶圆表面反射形成检测光束，所述平面平晶包括倾斜面，所述倾斜面使得所述光束在经过所述倾斜面时，不参与干涉，而所述标准平面与所述晶圆表面具有距离，使得所述参考光束与所述检测光束形成光程差，使所述光束具有相干性；且所述参考光束及检测光束分别在所述成像器中形成针对相同的所述晶圆表面且与每个所述光源相对应的干涉图像，且不同的所述光源所对应的所述干涉图像为互补的干涉图像；

所述晶圆检测系统包括图像比对分析模块，通过所述图像比对分析模块对至少两个互补的所述干涉图像进行比对分析，以进行数据分析，基于所述数据分析的结果获得所述晶圆表面的检测结果，以通过不同的所述光源所提供的具有不同波长的所述光束提供互补的所述干涉图像，以避免干涉相消，提高对所述晶圆表面检测的准确性。

7.根据权利要求6所述的晶圆检测方法，其特征在于：所述晶圆检测方法对所述晶圆的平整度及晶圆表面的形貌中的一种或组合进行检测。

8.根据权利要求6所述的晶圆检测方法，其特征在于：通过可见光源、固体激光源及半导体激光源中的一种或组合提供不同波长的所述光束。

9.根据权利要求6所述的晶圆检测方法，其特征在于：所述晶圆检测方法包括采用两个具有相同结构的所述晶圆检测设备，以同时分别对所述晶圆的正面及背面进行检测。

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