CN111430259B - 一种用于半导体工艺中显影后的硅片检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于半导体工艺中显影后的硅片检测装置，包括两个平行设置的线扫相机，其内部分别包括感光元件、成像镜头；两个线扫相机的感光元件长轴平行且共线；每个线扫相机的感光元件长轴与其成像镜头的光轴垂直且共面；直线运动平台运动方向与成像镜头光轴方向平行；还包括两个反射镜和两个光源；两个光源入射至硅片后，反射光通过第二反射镜反射之后，再经过第一反射镜分别反射至两个平行设置的成像镜头。本发明提出的用于显影后检测的装置，可对显影后的硅片的图形和缺陷进行检测，提高半导体工艺的良品率，并且具有结构紧凑，高分辨率的特点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体检测领域，特别是一种用于半导体工艺中显影后的硅片检测装置。
背景技术
半导体集成电路的设计、加工、制造以及生产过程中，由于各种各样的因素导致错误难以完全避免，造成研发进度滞后、产品良品率不高甚至完全报废，损失更是难以估量。设计人员的漏洞导致布局布线的失误、工作条件的差异、原料存在缺陷以及工程师对机器设备的误操作等造成的错误，都是导致电路产生缺陷最终失效的原因。因此检测成为贯穿于集成电路设计、制造、生产中的、保证芯片质量的重要环节。
半导体集成电路的制造工艺要求必须经常在基底附着光刻胶材料。在光刻工艺中，显影液将曝光后带有图形的正光刻胶从未曝光的正光刻胶中间均匀且完全去除，以便允许进一步的光刻工艺，这一过程称之为显影。这些图案定义了集成电路不同的功能区域，例如，扩散层，逻辑门区域，接触区域等，从而允许进行必要的离子注入、蚀刻或扩散过程。光刻胶用作掩模材料，在蚀刻期间保护基板表面的选定区域，而蚀刻剂选择性地腐蚀基板上未保护区域。
在图形显影后蚀刻前，不仅需要对光刻胶所形成的图案的关键尺寸和完整性进行检测，还需要对光刻胶表面附着有害颗粒、机械划伤和化学残留等缺陷进行检测，称之为ADI(After Development Inspection)，其目的是确保光刻胶在蚀刻后形成满足要求的图形。由于光刻胶工艺尚未对晶圆基板(硅片基底)产生任何影响，任何未经正确加工的晶片，如果特征尺寸不可接受，或者在检查中发现缺陷图案，则可以剥离光刻胶而后重新加工。
随着半导体工艺节点的不断推进，检测装置需要采用更高倍率的光学系统来提升对更加细微缺陷的检测能力。光学系统的倍率的提高会导致视场的减小，降低测量速度，测量相同的样品则需要花费更多的时间。例如，光学系统的倍率每提高1倍，系统需要的测量时间是原来4倍，从而导致半导体设备的产率降低。
发明内容
1、本发明的目的
本发明旨在提供一种用于显影后检测的装置，可对显影后的硅片的图形和缺陷进行检测，提高半导体工艺的良品率，并且具有结构紧凑，高分辨率的特点。
2、本发明所采用的技术方案
本发明公开了一种用于半导体工艺中显影后的硅片检测装置，包括两个平行设置的线扫相机，其内部分别包括感光元件、成像镜头；两个线扫相机的感光元件长轴平行且共线；
每个线扫相机的感光元件长轴与其成像镜头的光轴垂直且共面；
直线运动平台运动方向与成像镜头光轴方向平行；
还包括两个反射镜和两个光源；
两个光源入射至硅片后，反射光通过第二反射镜反射之后，再经过第一反射镜分别反射至两个平行设置的成像镜头。
更进一步，第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴互相平行并且共面。
更进一步，第一线扫相机的第一线阵感光元件的长轴与第二线扫相机的第二感光元件的长轴所在的直线与直线运动平台的运动方向互相垂直；第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴所构成的平面与直线运动平台的运动方向平行；第二反射镜平行于第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴所构成的平面。
更进一步，所述的第一光源的入射角等于第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴所构成的平面与第一反射镜的夹角。
更进一步，所述的第二光源与直线运动平台入射角大于第一光源的入射角。
更进一步，第二反射镜的反射面到第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴所在平面的距离d满足50mm≤d≤100mm。
更进一步，第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴所构成的平面与第一反射镜的夹角α满足20°≤α≤40°。
更进一步，第二光源的入射角δ满足50°≤δ≤70°。
更进一步，第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴之间距离S满足D/2≤S≤D，其中D为硅片的直径；第一成像镜头的视场与第二成像镜头的视场202的尺寸相同，视场的尺寸H＞D/2。
更进一步，所述的第一反射镜和第二成反射镜，外形为长方体，反射面的长宽比≥5:1，反射面的平均反射率在400nm-700nm波长范围内大于80％。
更进一步，所述的第一光源和第二光源的发光区域为长方形，具有高均匀性高亮度的特点，可以配置红色、绿色和蓝色三种独立的颜色。
3、本发明所采用的有益效果
本发明提出的用于显影后检测的装置，可对显影后的硅片的图形和缺陷进行检测，提高半导体工艺的良品率，并且具有结构紧凑，高分辨率的特点。
附图说明
图1为本发明硅片检测装置实施例示意图；
图2为本发明硅片检测装置实施例侧视图；
图3为本发明硅片检测装置图中光轴、视场和硅片之间的关系图。
图4为本发明硅片检测装置的检测流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实例作进一步地详细描述。
实施例1
先请参阅图1和图2，图1为本发明硅片检测装置实施例示意图，图2是该实施例的侧视图。如图1所示，本发明包括第一线扫相机1，第一线阵感光元件1-1、第一成像镜头2、第二线扫相机3，包含第二线阵感光元件3-1、第二成像镜头4、第一反射镜5，第二反射镜6、第一光源7、第二光源8、直线运动平台9和计算机10。
其结构布局为：第一线扫相机1的第一线阵感光元件1-1的长轴与第二线扫相机3的第二感光元件3-1的长轴互相平行并且共线；第一线扫相机1的第一线阵感光元件1-1的长轴与第二线扫相机3的第二感光元件3-1的长轴都平行于X轴；第一成像镜头2的光轴101与第二成像镜头4的光轴102互相平行并且共面；第一成像镜头2的光轴101与第二成像镜头4的光轴102所构成的平面平行于X-Z平面；；第一线扫相机1的第一线阵感光元件1-1的长轴与第一成像镜头2的光轴101互相垂直并且共面；第二线扫相机3的第二线阵感光元件3-1的长轴与第二成像镜头4的光轴102互相垂直并且共面；第一线扫相机1的第一线阵感光元件1-1的长轴与第二线扫相机3的第二感光元件3-1的长轴所在的直线与直线运动平台9的运动方向互相垂直；第一成像镜头2的光轴101与第二成像镜头4的光轴102所在的平面与直线运动平台9的运动方向平行；第二反射镜6平行于第一成像镜头2的光轴101与第二成像镜头4的光轴102所在的平面(即X-Z面)，第二反射镜6的反射面到第一成像镜头2的光轴101与第二成像镜头4的光轴102所构成的平面的距离d满足50mm≤d≤100mm；第一成像镜头2的光轴101与第二成像镜头4的光轴102所在的平面与第一反射镜5的夹角α满足20°≤α≤40°(如图2所示)；第一光源7入射角β＝α；第二光源8的入射角δ满足50°≤δ≤70°。
所述的第一线扫相机1和第二线扫相机3，可以采用单线扫相机(Single-LineScanCamera)、多线线扫相机(Multi-Line Scan Camera)或者时间延时积分(Time DelayIntegration)相机。
所述的第一成像镜头2和第二成像镜头4属于高成像质量、低畸变镜头。
所述的第一反射镜5和第二成反射镜6，外形为长方体，反射面的长宽比≥5:1，反射面的平均反射率在400nm-700nm波长范围内大于80％。
所述的第一光源7和第二光源8的发光区域为长方形，具有高均匀性高亮度的特点，可以配置红色、绿色和蓝色三种独立的颜色。
所述的运动平台9用于驱动硅片11运动，可以是一维运动平台或者二位运动平台，运动方式可以是匀速运动或者步进运动。
所述的计算机11用于采集和计算图像采集模块采集到的图像，并且进行图像处理获得硅片13的缺陷信息。
图3本发明硅片检测装置图中光轴、视场和硅片之间的关系图。第一成像镜头2的光轴101与第二成像镜头4的光轴102之间距离S满足D/2≤S≤D，其中D为硅片的直径。第一成像镜头2的视场201与第二成像镜头4的视场202的尺寸相同，视场的尺寸H＞D/2。第一成像镜头2的视场201的中心与硅片边缘的距离A＝D/4。
硅片检测装置的检测流程见图4，包含以下步骤：1)初始化：设置第一线扫相机1、第二线扫相机3的曝光时间，第一光源7和第二光源8的照度，直线运动平台9的加速度与速度等参数；2)第一线扫相机1和第二线扫相机3采集图像，并且将图像传输至计算机；3)计算机将第一线扫相机1和第二线扫相机3采集到的图像进行拼接，拼接后获得硅片完成的图像；4)计算机将步骤3)获得的图像与标准图像作比对，误差超出公差范围的认定为不合格显影硅片；5)如果步骤4)判断为合格，则后续进行蚀刻工艺处理；如果步骤4)判断为不合格，进行不合格处理，例如去除有瑕疵的光刻胶层，重新进行涂胶和显影。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种用于半导体工艺中显影后的硅片检测装置，其特征在于：
包括两个平行设置的线扫相机，其内部分别包括感光元件、成像镜头；两个线扫相机的感光元件长轴平行且共线；
每个线扫相机的感光元件长轴与其成像镜头的光轴垂直且共面；
直线运动平台运动方向与成像镜头光轴方向平行；
还包括两个反射镜和两个光源；
两个光源入射至硅片后，反射光通过第二反射镜反射之后，再经过第一反射镜分别反射至两个平行设置的成像镜头；
第一光源的入射角等于第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴所构成的平面与第一反射镜的夹角；
第二光源与直线运动平台入射角大于第一光源的入射角。
2.根据权利要求1所述的用于半导体工艺中显影后的硅片检测装置，其特征在于：第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴互相平行并且共面。
3.根据权利要求2所述的用于半导体工艺中显影后的硅片检测装置，其特征在于：第一线扫相机的第一线阵感光元件的长轴与第二线扫相机的第二感光元件的长轴所在的直线与直线运动平台的运动方向互相垂直；第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴所构成的平面与直线运动平台的运动方向平行；第二反射镜平行于第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴所构成的平面。
4.根据权利要求1所述的用于半导体工艺中显影后的硅片检测装置，其特征在于：第二反射镜的反射面到第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴所在平面的距离d满足50mm≤d≤100mm。
5.根据权利要求4所述的用于半导体工艺中显影后的硅片检测装置，其特征在于：第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴所构成的平面与第一反射镜的夹角α满足20°≤α≤40°。
6.根据权利要求5所述的用于半导体工艺中显影后的硅片检测装置，其特征在于：第二光源的入射角δ满足50°≤δ≤70°。
7.根据权利要求1所述的用于半导体工艺中显影后的硅片检测装置，其特征在于：第一成像镜头的光轴与第二成像镜头的光轴之间距离S满足D/2≤S≤D，其中D为硅片的直径；第一成像镜头的视场与第二成像镜头的视场（202）的尺寸相同，视场的尺寸H＞D/2。
8.根据权利要求1所述的用于半导体工艺中显影后的硅片检测装置，其特征在于：所述的第一反射镜和第二成反射镜，外形为长方体，反射面的长宽比≥5:1，反射面的平均反射率在400nm-700nm波长范围内大于80%。
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