CN112798614A - 一种半导体机台及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体机台及检测方法，包括：液晶滤光片，以及电荷耦合器件传感器CCD，在入射光透过液晶滤光片照射待测晶圆时，液晶滤光片用于调整照射待测晶圆的入射光的强度，以使经过待测晶圆反射后进入CCD的光强小于或等于CC的阈值。由于液晶滤光片中的液晶分子是一种介于完全规则的液晶体和各向同性液体之间的中间态物质，排列方式容易发生偏转和位移，液晶分子排列方式的改变使得透过液晶滤光片的入射光线被遮挡或通过，从而通过液晶滤光片达到稳定控制入射至待测晶圆上的光强的作用，提高量检测质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光学技术领域，特别涉及一种半导体机台及检测方法。
背景技术
半导体光学量检测运用于晶圆的加工制造过程，是一种物理性、功能性的测试，用以检测每一步工艺后产品的加工参数是否达到了设计的要求，并且查看晶圆表面上是否存在影响良率的缺陷，确保将加工产线的良率控制在规定的水平之上。
在半导体光学量检测过程中，通常采用CCD(charge coupled device，电荷耦合器件)进行量检测，将晶圆放于精密光学平台上，选择合适的入射光照射于晶圆表面，再通过CCD收集反射光，得到晶圆表面图像，传到计算机，从而实现晶圆的光学量检测。在光学量检测过程中，如果入射光强度太高会超过CCD传感器的检测阈值，导致CCD无法进行光学量测，入射光强度太低会导致需要的信号强度太低，影响量测质量。
现有的调节入射光强度的方法是通过在量测镜头(lens)前增加光阑进行滤光，但是通过调整光阑的位置调整入射光的强度，会影响晶圆上光斑的形状，从而影响量测质量，并且人为调整光阑位置会导致晶圆上的入射光的强度无法稳定控制。现有的调节入射光强度的方法还可以是通过在量测镜头前增加滤光器(filter)进行滤光，但是滤光器只能滤掉固定比例光强，即只能滤掉一定比例的入射光，但是该方法依然无法使入射至晶圆上的入射光的强度进行稳定控制。因此目前亟需一种能够稳定控制入射至晶圆上的光强的方法，以提高量测质量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种半导体机台及检测方法，能够稳定控制入射至晶圆上的光强，提高量检测质量。
为实现上述目的，本发明有如下技术方案：
一种半导体机台，包括：
液晶滤光片，以及电荷耦合器件传感器CCD；
在入射光透过所述液晶滤光片照射待测晶圆时，所述液晶滤光片用于调整照射所述待测晶圆的入射光的强度，以使经过所述待测晶圆反射后进入所述CCD的光强小于或等于所述CCD的阈值。
可选的，还包括：
外加电压装置，所述外加电场装置用于对所述液晶滤光片施加电压，以调整所述液晶滤光片的透过率。
可选的，还包括：
当所述入射光大于预设范围的最大值时，通过调整控制所述液晶滤光片中的液晶分子偏转的电流降低所述液晶滤光片的透过率，以减小所述入射光的光强；
当所述入射光小于预设范围的最小值时时，通过调整控制所述液晶滤光片的液晶分子偏转的电流提高所述液晶滤光片的透过率，以增大所述入射光的光强。
可选的，还包括：根据所述进入所述CCD的光强检测所述待测晶圆的厚度和/或关键尺寸。
可选的，还包括：成像仪，所述成像仪用于通过所述CCD上检测的电荷成像显示所述待测晶圆每个区域的厚度信息。
可选的，还包括：第一反光镜和光栅，所述第一反光镜用于将至少部分所述经过所述待测晶圆反射的光反射至所述光栅上；
所述光栅用于将所述第一反光镜反射的光形成光谱反射至所述CCD中。
可选的，还包括：光源、所述光源和所述液晶滤光片之间的分光镜；
所述光源用于发射初始光，所述初始光部分被所述分光镜反射作为所述入射光；
所述入射光经过所述待测晶圆反射后部分透过所述分光镜，作为进入所述第一反光镜的光。
可选的，还包括：照相机，所述照相机用于根据所述经过所述待测晶圆发射的光获取所述入射光入射至所述晶圆的位置。
可选的，还包括：第二反光镜，所述第二反光镜上有通孔；
所述第二反光镜用于将所述经过晶圆反射的光分为第一部分和第二部分，所述第一部分通过所述通孔进入所述CCD中，所述第二部分反射至所述照相机上，
则所述照相机用于根据所述第二部分获取所述入射光入射至所述待测晶圆的位置。
可选的，所述分光镜和所述待测晶圆之间设置有光阑，所述液晶滤光片位于所述光阑的通孔中。
可选的，在所述光源和所述光阑之间设置凸透镜。
一种检测方法，利用上述所述的半导体机台，包括：
获取经过所述待测晶圆反射后进入所述CCD的光强；
根据所述进入CCD的光强进行所述待测晶圆的检测。
可选的，所述根据所述进入所述CCD的光强进行所述待测晶圆的检测包括：
根据所述进入所述CCD的光强检测所述待测晶圆的厚度和/或关键尺寸。
可选的，所述根据所述进入所述CCD的光强进行所述待测晶圆的检测包括：
将所述进入所述CCD的光强与参考光强进行比较，获得比较结果，所述参考光强为经过标准硅片反射后进入CCD的光强；
根据所述比较结果进行所述待测晶圆的检测。本发明实施例提供的一种半导体机台，包括：液晶滤光片，以及电荷耦合器件传感器CCD，在入射光透过液晶滤光片照射待测晶圆时，液晶滤光片用于调整照射待测晶圆的入射光的强度，以使经过待测晶圆反射后进入CCD的光强小于或等于CC的阈值。由于液晶滤光片中的液晶分子是一种介于完全规则的液晶体和各向同性液体之间的中间态物质，排列方式容易发生偏转和位移，液晶分子排列方式的改变使得透过液晶滤光片的入射光线被遮挡或通过，从而通过液晶滤光片达到稳定控制入射至待测晶圆上的光强的作用，提高量检测质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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它的附图。
图1示出了根据本发明实施例一种半导体机台的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术的描述，在半导体光学量测过程中，通常采用CCD进行量测，将晶圆放于精密光学平台上，选择合适的入射光照射于晶圆表面，再通过CCD收集反射光，得到晶圆表面图像，传到计算机，从而实现晶圆的光学量测。在光学量测过程中，如果入射光强度太高会超过CCD传感器的检测阈值，导致CCD无法进行光学量测，入射光强度太低会导致需要的信号强度太低，影响量测质量。现有的调节入射光强度的方法是通过在量测镜头前增加光阑进行滤光，但是通过调整光阑的位置调整入射光的强度，会影响晶圆上光斑的形状，从而影响量测质量，并且人为调整光阑位置会导致晶圆上的入射光的强度无法稳定控制。现有的调节入射光强度的方法还可以是通过在量测镜头前增加滤光器进行滤光，但是滤光器只能滤掉固定比例光强，即只能滤掉一定比例的入射光，但是该方法依然无法使入射至晶圆上的入射光的强度进行稳定控制。因此目前亟需一种能够稳定控制入射至晶圆上的光强的方法，以提高量测质量。
因此，本申请实施例提供一种光学量测机台，参考图1所示，包括：
液晶滤光片102，以及电荷耦合器件传感器CCD104；
在入射光透过所述液晶滤光片102照射待测晶圆106时，所述液晶滤光片102用于调整照射所述待测晶圆106的入射光的强度，以使经过所述待测晶圆106反射后进入所述CCD104的光强小于或等于所述CCD104的阈值。
本申请实施例中，液晶滤光片102用于调整入射光的强度，具体的可以对液晶滤光片102施加电场或磁场以调整液晶滤光片102中液晶分子的排列方式，进而调整液晶滤光片102对入射光的透光率。例如，可以通过外加电压装置(图未示出)对液晶滤光片102施加电压，以调整入射光经过液晶滤光片102的透过率。当给液晶滤光片102施加电压时，随电压的改变，由于不同电场强度的作用，液晶分子的长轴会发生一个不同的倾角旋转，在这种状态下，与未加电场时相比，液晶的光轴发生了变化，使通过液晶的光被调制。具体的，液晶滤光片102包括液晶分子层，液晶分子层的两侧有电极结构，通过将液晶分子层与外加电压装置接通，使得液晶分子层中液晶分子的排列方式发生偏转。液晶分子排列方式的偏转使得透过液晶滤光片102的入射光线被遮挡或通过，从而通过液晶滤光片102达到稳定控制入射至晶圆上的光强的作用。
当入射光较强时，可以调整外加电场，具体的，当入射光大于预设范围的最大值时，通过调整控制液晶滤光片的液晶分子偏转的电流降低液晶滤光片的透光率，以减小入射光的强度，例如减小外加电场，减小液晶分子的偏转角度，降低液晶滤光片102对入射光的透光率。预设范围可以是CCD可接受光强的范围。当入射光较弱时，可以调整外加电场，具体的，当入射光小于预设范围的最小值时，通过调整控制液晶滤光片的液晶分子偏转的电流提高液晶滤光片的透光率，以增大入射光的光强，例如增大外加电场，增大液晶分子的偏转角度，提高液晶滤光片102对入射光的透光率。通过外加电场调节液晶分子的排列方式，进而调节入射光的光强，减少现有方法中光阑运动带来的机械误差，降低机台噪声。并且由于通过电场调节液晶分子的排列方式，能够更大范围的调节液晶滤光片的滤光范围，即使对于高强度的入射光，也能够达到降低光强的作用，提高机台的稳定性，提高机台的运行效率。
本申请实施例中，液晶滤光片102是根据CCD104的阈值调节入射光入射至待测晶圆106上的光强，以使得经过待测晶圆106反射后的进入CCD104的光强小于或等于CCD104的阈值，避免进入CCD104的光强太强导致CCD104无法进行光学量测，光强太低影响量检测质量。在具体的应用中，可以根据进入CCD的光强检测待测晶圆106的厚度和/或关键尺寸。
CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器以及一些辅助输入、输出电路组成。CCD工作时，在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏单元存储的电荷数量，取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中。移位寄存器通过驱动时钟的作用将信号电荷转移到输出端，通过示波器、图像显示器或其他信号存储、处理设备，可对信号再现或进行存储处理。
光敏单元是金属-氧化物-硅(MOS)电容器。以p型硅为例，通过氧化在p型硅衬底表面形成SiO2层，然后在SiO2上淀积一层金属为栅极，p型硅衬底中的多数载流子是带正电荷的空穴，少数载流子是带负电荷的电子，当金属电极上施加正电压时，其电场能够通过SiO2绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引。带正电的空穴被排斥到远离电极处，剩下不能移动的带负电的少数载流子在紧靠SiO2层形成负电荷层(耗尽层)，这种现象便形成对电子而言的陷阱，电子一旦进入就不能复出，故又称为电子势阱。当光敏面收到光照时，光可以从各电极的缝隙间经过SiO2层射入，或经过衬底的薄p型硅射入，光子的能量被半导体吸收，产生电子-空穴时，这时出现的电子被吸引存贮在电子势阱中，光越强，电子势阱中收集的电子越多，光弱则反之，这样就把光的强弱变成电荷的数量，实现光和电的转换。
本实施例中，机台包括成像仪(图未示出)，成像仪用于通过CCD上检测的电荷成像显示待测晶圆106每个区域的厚度信息。具体的，待测晶圆106的下面设置有可移动装置，以带动待测晶圆106进行移动，从而能够通过待测晶圆106的移动使得入射光入射至待测晶圆106的各个区域，并经过待测晶圆106反射后入射至CCD上，而后根据CCD上检测的电荷，在成像仪上成像显示出待测晶圆106每个区域的厚度信息。
本实施例中，机台包括第一反光镜108和光栅110，第一反光镜108用于将至少部分经过待测晶圆106反射的光反射至光栅110上，光栅110用于将第一反光镜108反射的光形成光谱反射至CCD中。具体的，第一反光镜108可以为全反射反光镜，此时第一反光镜108能够将经过待测晶圆106反射的光全部反射至光栅110上，第一反光镜108也可以为半反射反光镜，此时第一反光镜108仅能够将经过待测晶圆106反射的光部分反射至光栅110上。经过第一反光镜108反射的光照射至光栅110上，被光栅110衍射形成光谱，同时光栅110将光谱反射至CCD104上，以便CCD104根据光谱进行光电信号转换。
本实施例中，机台还包括：光源112，以及光源112和液晶滤光片102之间的分光镜114，光源112用于发射初始光，初始光部分被分光镜114反射作为入射光，入射光经过待测晶圆106反射后部分透光分光镜114，作为进入第一反光镜108的光。可以理解的是，分光镜114具有反射和透射作用，光源112发出的初始光经过分光镜114后一部分被透射，一部分被反射，为了便于描述，将被分光镜114发射的初始光称为第一初始光，将被分光镜114透射的初始光称为第二初始光，则第一初始光照射至待测晶圆106上并被待测晶圆106上，被待测晶圆106反射的第一初始光再次经过分光镜114，由于分光镜114具有反射和透射作用，使得被待测晶圆106发射的第一初始光部分透过分光镜114进入第一反光镜108。
在具体的应用中，可以在光源112和分光镜114之间设置凸透镜116，在凸透镜116和分光镜114之间设置光阑118，凸透镜116对光源112发射的初始光进行会聚，避免光的发散降低光强，经过凸透镜116会聚之后的初始光经过光阑118，光阑118能对滤掉经过凸透镜116会聚之后的初始光的边缘光。
本实施例中，机台还包括照相机120，照相机120用于根据经过待测晶圆106反射的光获取入射光入射至待测晶圆106的位置，进而能够根据CCD以及照相机获取待测晶圆106上具体位置的特征。可以在第一反光镜108和分光镜114之间设置第二反光镜122，第二反光镜122上设置通孔，第二反光镜122将经过待测晶圆106反射的光分为第一部分和第二部分，第一部分通过通孔进入CCD中，第二部分反射至照相机120上，则照相机120根据第二部分获取入射光入射至待测晶圆106上的位置。具体的，经过待测晶圆106反射的光一部分通过第二反光镜122上的通孔入射至第一反光镜108上，经过待测晶圆106反射的光另一部分被第二反光镜122反射至照相机120上，从而使得照相机120能够根据经过待测晶圆106反射的光的一部分获取入射光入射至待测晶圆106的位置，即能够根据经过晶圆反射的入射光记录入射光入射至晶圆的位置，从而能够结合照相机和CCD传感器确定晶圆不同位置的厚度或者关键尺寸等。在具体的应用中，还可以在第二反光镜122和照相机120之间设置第三反光镜128，在第三反光镜128和照相机120之间设置凸透镜126，凸透镜126的数量可以为多个，第三反光镜128将经过第二反光镜122反射的光反射至凸透镜126上，凸透镜126对经过第三反射镜128反射的光进行会聚后进入照相机120。
本实施例中，分光镜114和待测晶圆106之间可以设置有光阑124，光阑124上设置有通孔，液晶滤光片102可以位于通孔中。
以上对本申请实施例提供的一种半导体机台进行了详细的描述，本申请实施例还提供一种检测方法，利用上述所述的半导体机台，包括：
获取经过所述待测晶圆反射后进入所述CCD的光强；
根据所述进入CCD的光强进行所述待测晶圆的检测。
对待测晶圆的检测可以包括检测晶圆上的薄膜厚度、关键尺寸等。薄膜厚度是指芯片制造过程中需要不断沉积的各类薄膜的厚度，薄膜的厚度、均匀性会对晶圆成像处理的结果产生关键性的影响。测量关键尺寸的一个重要原因是要达到对产品所有线宽的精确控制，关键尺寸的变化通常显示出半导体制造工艺中一些关键环节的不稳定性。
本实施例中，将所述进入CCD的光强与参考光强进行比较，获得比较结果，参考光强为经过标准硅片反射后进入CCD的光强，而后根据比较结果进行待测晶圆的检测。具体的，可以采用上述机台获取经过标准硅片反射后进入CCD的光强，以及经过待测晶圆反射后进入CCD的光强，然后比较经过标准硅片反射后进入CCD的光强以及经过待测晶圆反射后进入CCD的光强，获得比较结构，由于标准硅片的特征，例如厚度、尺寸是已知的，因而根据比较结果以及标准硅片的特征可以获得待测晶圆的特征。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于机台实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (14)
1.一种半导体机台，其特征在于，包括：
液晶滤光片，以及电荷耦合器件传感器CCD；
在入射光透过所述液晶滤光片照射待测晶圆时，所述液晶滤光片用于调整照射所述待测晶圆的入射光的强度，以使经过所述待测晶圆反射后进入所述CCD的光强小于或等于所述CCD的阈值。
2.根据权利要求1所述的机台，其特征在于，还包括：
外加电压装置，所述外加电场装置用于对所述液晶滤光片施加电压，以调整所述液晶滤光片的透过率。
3.根据权利要求1所述的机台，其特征在于，还包括：
当所述入射光大于预设范围的最大值时，通过调整控制所述液晶滤光片中的液晶分子偏转的电流降低所述液晶滤光片的透过率，以减小所述入射光的光强；
当所述入射光小于预设范围的最小值时时，通过调整控制所述液晶滤光片的液晶分子偏转的电流提高所述液晶滤光片的透过率，以增大所述入射光的光强。
4.根据权利要求1所述的机台，其特征在于，还包括：根据所述进入所述CCD的光强检测所述待测晶圆的厚度和/或关键尺寸。
5.根据权利要求1所述的机台，其特征在于，还包括：成像仪，所述成像仪用于通过所述CCD上检测的电荷成像显示所述待测晶圆每个区域的厚度信息。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的机台，其特征在于，还包括：第一反光镜和光栅，所述第一反光镜用于将至少部分所述经过所述待测晶圆反射的光反射至所述光栅上；
所述光栅用于将所述第一反光镜反射的光形成光谱反射至所述CCD中。
7.根据权利要求6所述的机台，其特征在于，还包括：光源、所述光源和所述液晶滤光片之间的分光镜；
所述光源用于发射初始光，所述初始光部分被所述分光镜反射作为所述入射光；
所述入射光经过所述待测晶圆反射后部分透过所述分光镜，作为进入所述第一反光镜的光。
8.根据权利要求1所述的机台，其特征在于，还包括：照相机，所述照相机用于根据所述经过所述待测晶圆发射的光获取所述入射光入射至所述晶圆的位置。
9.根据权利要求8所述的机台，其特征在于，还包括：第二反光镜，所述第二反光镜上有通孔；
所述第二反光镜用于将所述经过晶圆反射的光分为第一部分和第二部分，所述第一部分通过所述通孔进入所述CCD中，所述第二部分反射至所述照相机上，
则所述照相机用于根据所述第二部分获取所述入射光入射至所述待测晶圆的位置。
10.根据权利要求7所述的机台，其特征在于，所述分光镜和所述待测晶圆之间设置有光阑，所述液晶滤光片位于所述光阑的通孔中。
11.根据权利要求10所述的机台，其特征在于，在所述光源和所述光阑之间设置凸透镜。
12.一种检测方法，其特征在于，利用权利要求1-11任意一项所述的半导体机台，包括：
获取经过所述待测晶圆反射后进入所述CCD的光强；
根据所述进入CCD的光强进行所述待测晶圆的检测。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述根据所述进入所述CCD的光强进行所述待测晶圆的检测包括：
根据所述进入所述CCD的光强检测所述待测晶圆的厚度和/或关键尺寸。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述根据所述进入所述CCD的光强进行所述待测晶圆的检测包括：
将所述进入所述CCD的光强与参考光强进行比较，获得比较结果，所述参考光强为经过标准硅片反射后进入CCD的光强；
根据所述比较结果进行所述待测晶圆的检测。
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