CN113483722B - 硅片边缘粗糙度检测治具及检测方法 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供了一种硅片边缘粗糙度检测治具及检测方法，所述硅片边缘粗糙度检测治具包括：用于承载硅片样品的基座，所述基座包括水平底面及与所述水平底面之间呈预设夹角α的倾斜承载面，0＜α≤90°；及，用于夹持固定所述硅片样品的夹持部件，所述夹持部件设置于所述倾斜承载面上。本公开实施例提供的硅片边缘粗糙度检测治具及检测方法，能够对硅片边缘的粗糙度和表面形貌评价，且能够减少测量的误差，保证测试可信度。

Description

硅片边缘粗糙度检测治具及检测方法

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种硅片边缘粗糙度检测治具及检测方法。

背景技术

近年来，大直径硅片需求量急剧增加，在半导体生产中硅片边缘相关问题得到了广泛关注。在硅片加工生产中，硅片的边缘主要存在两个问题：一种是，由于腐蚀产生的微小缺口和裂缝导致硅片断裂；另一种是，由于硅片边缘粉尘颗粒和异物附着。这两种问题在芯片制作过程中常导致芯片的良品率降低，因此硅片边缘有一个无缺陷的平滑表面至关重要。

在相关技术中，采用原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)对硅片表面粗糙度进行检测，但是，这种方式只能对硅片表面的粗糙度进行检测，无法对硅片边缘的粗糙度和边缘表面状态进行检测。

发明内容

本公开实施例提供了一种硅片边缘粗糙度检测治具及检测方法，能够对硅片边缘的粗糙度和表面形貌评价，且能够减少测量的误差，保证测试可信度。

本公开实施例所提供的技术方案如下：

本公开一种硅片边缘粗糙度检测治具，包括：

用于承载硅片样品的基座，所述基座包括水平底面及与所述水平底面之间呈预设夹角α的倾斜承载面，0＜α≤90°；及，用于夹持固定所述硅片样品的夹持部件，所述夹持部件设置于所述倾斜承载面上。

示例性的，所述硅片样品包括边缘倒角、及相对的第一表面和第二表面，在垂直于第一表面的横截面上，所述边缘倒角包括最外侧顶点O，经过所述最外侧顶点O的切线垂直于所述第一表面，且所述第一表面与所述边缘倒角结构的交界点a与经过所述最外侧顶点O的切线的垂直距离为A1，所述第二表面与所述边缘倒角结构的交界点b与经过所述最外侧顶点O的切线的垂直距离为A2，所述边缘倒角结构的最外侧顶点O与所述第一表面之间的垂直距离为B1，与所述第二表面之间的垂直距离为B2；其中，所述预设夹角α与所述硅片样品的边缘倒角之间满足以下关系：tanα＝B1/A1或者tanα＝B2/A2。

示例性的，所述夹持部件采用可弹性变形材料制成的一体结构。

示例性的，所述夹持部件包括垂直于所述倾斜承载面的第一部分、及与所述第一部分连接且平行于所述倾斜承载面的第二部分，所述第一部分、所述第二部分与所述倾斜承载面配合形成夹持槽，且所述夹持槽的槽口朝向所述倾斜承载面中水平位置最高的一侧。

示例性的，所述第二部分的位于所述夹持槽的夹持入口处设置为弧形引导面。

示例性的，所述基座采用硬质不易变形材料制成。

本公开实施例还提供了一种硅片边缘粗糙度检测方法，包括：

在待检测硅片的边缘上切割出硅片样品，所述硅片样品至少包括所述待检测硅片边缘的一部分、及所述硅片样品表面的一部分；

将所述硅片样品夹持固定于本公开实施例提供的硅片边缘粗糙度检测治具上，其中所述硅片样品的边缘及所述硅片样品的表面至少部分未被所述夹持部件遮挡；

将所述硅片边缘粗糙度检测治具放置于原子力显示镜的样品台上，其中所述硅片样品的边缘倒角处的待检测区域与所述样品台保持水平；

通过原子力显微镜的探针对所述待检测区域进行扫描，以获取测试图像；

对所述测试图像进行处理，得到硅片边缘粗糙度值和硅片边缘形貌。

示例性的，所述在待检测硅片的边缘预定位置点切割出硅片样品，具体包括：

将该待检测硅片的边缘沿所述待检测硅片的圆周顺次均匀地划分出N个检测点，每个检测点上切割一个硅片样品，N个硅片样品上顺次标有序号。

示例性的，每个所述硅片样品的尺寸为1cm*1cm。

本公开实施例所带来的有益效果如下：

本公开实施例提供的硅片边缘粗糙度检测治具及检测方法，设计了一种专门的硅片边缘粗糙度检测治具，可以在待检测硅片的边缘上切割出硅片样品之后，将硅片样品放置于该治具上，而使得硅片样品的边缘待检测部位保持水平，从而可利用原子力显微镜对硅片边缘的粗糙度和表面形貌进行评价，且能够减少测量的误差，保证测试可信度。

附图说明

图1表示本公开实施例中提供的硅片边缘粗糙度检测治具的结构示意图；

图2表示硅片样品的边缘处横截面形貌示意图；

图3表示本公开实施例中提供的硅片边缘粗糙度检测治具上承载硅片样品时的结构示意图；

图4表示本公开实施例中提供的硅片边缘粗糙度检测方法中切割硅片样品的一种实施方式的示意图；

图5表示本公开实施例中提供的硅片边缘粗糙度检测方法中切割硅片样品的另一种实施方式的示意图；

图6表示本公开实施例中提供的硅片边缘粗糙度检测方法中切割硅片样品的另一种实施方式的示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在对本公开实施例进行详细说明之前，有必要对于相关技术进行以下说明：

在相关技术中，硅片的边缘抛光是为了除去硅片边缘残留的腐蚀坑，使边缘变得光滑，使硅片更加坚固，抛光后的边缘能将颗粒吸附降到最低，以确保硅片边缘表面的加工精度和较高的良品率。在硅片边缘表面抛光的加工工艺中，首先进行机械的带式边缘粗抛光，然后，再对其边缘表面进行碱性胶体二氧化硅化学机械抛光的精抛光加工。

硅片的加工制作及半导体器件的制造过程中，存在着一些非常快速的加热和冷却过程，因此在硅片的边缘区域就比较容易产生热应力的集中，然而这种热应力一旦超出了硅晶体本身限度，晶体就会产生位错及差排等缺陷。因此，对于硅片边缘粗糙度和表面的测量和评估尤为重要。

然而，在相关技术中，对于硅片表面粗糙度的测量，其中广受认可的是原子力显微镜(AFM)，其主要用于对硅片表面粗糙度监控，但是尚没有对硅片边缘粗糙度和边缘表面状态的检测。

为了实现对硅片边缘粗糙度及边缘表面状态的检测，本公开实施例提供了一种硅片边缘粗糙度检测治具及检测方法，能够对硅片边缘的粗糙度和表面形貌评价，且能够减少测量的误差，保证测试可信度。

图1和图3所示为本公开实施例提供的硅片边缘粗糙度检测治具的结构示意图。

如图1和图3所示，该硅片边缘粗糙度检测治具包括：基座100及夹持部件200，所述基座100用于承载硅片样品10，所述基座100包括水平底面110及与所述水平底面110之间呈预设夹角α的倾斜承载面120，0＜α≤90°，所述夹持部件200用于夹持固定所述硅片样品10，所述夹持部件200设置于所述倾斜承载面120上。

由于硅片的边缘通常会进行倒角设计，因此，若将硅片样品10直接放置于原子力显微镜的样品台上，由于硅片边缘倒角的存在，边缘待检测部位呈斜面10a，导致原子力显微镜的探针无法对该斜面进行准确扫描，进而无法获取准确的测试图像。因此，本公开实施例中设计了一种专门的硅片边缘粗糙度检测治具，其主要包括基座100和夹持部件200两部分，当硅片样品10承载于基座100的倾斜承载面120上，可以实现硅片样品10边缘处的斜面与水平基底保持水平的目的，从而可以使得原子力显微镜的探针对该斜面10a进行准确扫描，进而获取准确的测试图像。

如图2所示，所述硅片样品10包括边缘倒角11、及相对的第一表面12和第二表面13，在垂直于第一表面12的横截面上，所述边缘倒角11包括最外侧顶点O，经过所述最外侧顶点O的切线垂直于所述第一表面12，且所述第一表面12与所述边缘倒角11结构的交界点a与经过所述最外侧顶点O的切线的垂直距离为A1，所述第二表面13与所述边缘倒角11结构的交界点b与经过所述最外侧顶点O的切线的垂直距离为A2，所述边缘倒角11结构的最外侧顶点O与所述第一表面12之间的垂直距离为B1，与所述第二表面13之间的垂直距离为B2；其中，所述预设夹角α等于β1或β2；也就是说，所述预设夹角α与所述硅片样品10的边缘倒角11之间应满足以下关系：tanα＝B1/A1或者tanα＝B2/A2。

采用上述方案，如图2和图3所示，当将所述硅片样品10承载于所述倾斜承载面120之上时，由于所述倾斜承载面120的倾斜角度与硅片样品10的边缘倒角11上的斜面角度互补，使得最终硅片样品10上的边缘倒角11处的待检测部位，即倒角处的斜面能够保持水平。

需要说明的是，在一些实施例中，所述基座100的倾斜承载面120可以是固定的倾斜角度，也可以是根据实际产品需求，将所述基座100的倾斜承载面120设计为倾斜角度可调的结构。

此外，在一些示例性的实施例中，所述基座100可采用硬质不易变形材料制成，所述夹持部件200采用可弹性变形材料制成的一体结构。

具体的，一种实施例中，如图1和图3所示，所述夹持部件200包括垂直于所述倾斜承载面120的第一部分210、及与所述第一部分210连接且平行于所述倾斜承载面120的第二部分220，所述第一部分210、所述第二部分220与所述倾斜承载面120配合形成夹持槽230，且所述夹持槽230的槽口朝向所述倾斜承载面120中水平位置最高的一侧。

上述方案中，所述夹持部件200采用可弹性变形材料制成，且其第一部分210与第二部分220大致连接成L型结构，而与倾斜承载面120之间配合形成夹持槽230，该夹持槽230的开口宽度，即第二部分220与倾斜承载面120之间的距离，可以略小于硅片样品10第一表面12与第二表面13之间的厚度，这样，所述硅片样品10可插入该夹持槽230内，通过所述第二部分220的弹性变形来夹持固定硅片样品10。

一些实施例中，所述第二部分220的位于所述夹持槽230的夹持入口处设置为弧形引导面221，这样便于硅片样品10进入该夹持槽230内。

需要说明的是，这里所述第一部分210与所述倾斜承载面120垂直是指，所述第一部分210与所述倾斜承载面120大致垂直，例如所述第一部分210与所述倾斜承载面120之间的角度为90°±10°，这里所述第二部分220与所述倾斜承载面120平行是指，所述第二部分220与所述倾斜承载面120大致平行，例如所述第二部分220与所述倾斜承载面120之间的角度为0±10°。

上述方案中的夹持结构采用弹性可变形材质，且利用第一部分210和第二部分220呈L型结构来夹持所述硅片样品10，可以一方面不损伤硅片样品10，另一方面保持硅片样品10的表面与倾斜承载面120平行贴合。

当然可以理解的是，对于所述夹持部件200的具体结构不限于此，只要能够实现对所述硅片样品10进行夹持，且不损坏所述硅片样品10的结构均可以应用于此。

此外，本公开实施例还提供了一种硅片边缘粗糙度检测方法，包括：

步骤S01、在待检测硅片的边缘上切割出硅片样品10，所述硅片样品10至少包括所述待检测硅片边缘的一部分、及所述硅片样品10表面的一部分；

步骤S02、将所述硅片样品10夹持固定于本公开实施例提供的硅片边缘粗糙度检测治具上，其中所述硅片样品10的边缘及所述硅片样品10的表面至少部分未被所述夹持部件200遮挡；

步骤S03、将所述硅片边缘粗糙度检测治具放置于原子力显示镜的样品台上，其中所述硅片样品10的边缘倒角11处的待检测区域与所述样品台保持水平；

步骤S04、通过原子力显微镜的探针对所述待检测区域进行扫描，以获取测试图像；

步骤S05、对所述测试图像进行处理，得到硅片边缘粗糙度值和硅片边缘形貌。

上述方案，在硅片的边缘上切割出硅片样品10，该硅片样品10上保留至少部分边缘和至少部分表面，便于对硅片的边缘粗糙度以及边缘形貌进行评价；而再通过本公开实施例提供的专门的硅片边缘检测治具来对硅片样品10进行原子力显微镜检测，保持硅片样品10的边缘处待检测部位的斜面保持水平，来实现对硅片边缘粗糙度以及边缘形貌准确检测。

在一些实施例中，上述步骤S01具体包括：将该待检测硅片的边缘沿所述待检测硅片的圆周顺次均匀地划分出N个检测点，每个检测点上切割一个硅片样品10，N个硅片样品10上顺次标有序号。

例如，图4所示，将待检测硅片的边缘沿圆周顺次均匀划分了4个检测点，在每个检测点切割一个硅片样品10，得到4个硅片样品10，对四个硅片样品10顺次排序，第1号样品、第2号样品、第3号样品和第4号样品，再通过将4个样品依次放置治具上，通过原子力显微镜得到测试图像，从而得到待检测硅片的边缘粗糙度以及边缘形貌评价。

例如，图5所示，图5中的4个检测点与图4中的4个检测点选取位置不同，图5所示也是将待检测硅片的边缘沿圆周顺次均匀划分了4个检测点，在每个检测点切割一个硅片样品10，得到4个硅片样品10，对四个硅片样品10顺次排序，第1号样品、第2号样品、第3号样品和第4号样品、，再通过将4个样品依次放置治具上，通过原子力显微镜得到测试图像，从而得到待检测硅片的边缘粗糙度以及边缘形貌评价。

例如，图6所示，是将待检测硅片的边缘沿圆周顺次均匀划分了8个检测点，在每个检测点切割一个硅片样品10，得到8个硅片样品10，对四个硅片样品10顺次排序，第1号样品、第2号样品、第3号样品、第4号样品、第5号样品、第6号样品和第7号样品及第8号样品，再通过将8个样品依次放置治具上，通过原子力显微镜得到测试图像，从而得到待检测硅片的边缘粗糙度以及边缘形貌评价。

需要说明的是，以上仅是举例，在实际应用中，可根据不同的测试需求，从待检测硅片的边缘切割出硅片样品10。

一些实施例中，每个所述硅片样品10的尺寸大约为1cm*1cm。当然并不以此为限。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。

(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种硅片边缘粗糙度检测治具，其特征在于，包括：

用于承载硅片样品的基座，所述基座包括水平底面及与所述水平底面之间呈预设夹角α的倾斜承载面，0＜α≤90°；及，用于夹持固定所述硅片样品的夹持部件，所述夹持部件设置于所述倾斜承载面上，

所述硅片样品包括边缘倒角、及相对的第一表面和第二表面，在垂直于第一表面的横截面上，所述边缘倒角包括最外侧顶点O，经过所述最外侧顶点O的切线垂直于所述第一表面，且所述第一表面与所述边缘倒角结构的交界点a与经过所述最外侧顶点O的切线的垂直距离为A1，所述第二表面与所述边缘倒角结构的交界点b与经过所述最外侧顶点O的切线的垂直距离为A2，所述边缘倒角结构的最外侧顶点O与所述第一表面之间的垂直距离为B1，与所述第二表面之间的垂直距离为B2；其中，所述预设夹角α与所述硅片样品的边缘倒角之间满足以下关系：tanα＝B1/A1或者tanα＝B2/A2。

2.根据权利要求1所述的硅片边缘粗糙度检测治具，其特征在于，

所述夹持部件采用可弹性变形材料制成的一体结构。

3.根据权利要求2所述的硅片边缘粗糙度检测治具，其特征在于，

所述夹持部件包括垂直于所述倾斜承载面的第一部分、及与所述第一部分连接且平行于所述倾斜承载面的第二部分，所述第一部分、所述第二部分与所述倾斜承载面配合形成夹持槽，且所述夹持槽的槽口朝向所述倾斜承载面中水平位置最高的一侧。

4.根据权利要求3所述的硅片边缘粗糙度检测治具，其特征在于，

所述第二部分的位于所述夹持槽的夹持入口处设置有弧形引导面。

5.根据权利要求1所述的硅片边缘粗糙度检测治具，其特征在于，

所述基座采用硬质不易变形材料制成。

6.一种硅片边缘粗糙度检测方法，其特征在于，包括：

在待检测硅片的边缘上切割出硅片样品，所述硅片样品至少包括所述待检测硅片边缘的一部分、及所述硅片样品表面的一部分；

将所述硅片样品夹持固定于如权利要求1至5任一项所述的硅片边缘粗糙度检测治具上，其中所述硅片样品的边缘及所述硅片样品的表面至少部分未被所述夹持部件遮挡；

将所述硅片边缘粗糙度检测治具放置于原子力显示镜的样品台上，其中所述硅片样品的边缘倒角处的待检测区域与所述样品台保持水平；

通过原子力显微镜的探针对所述待检测区域进行扫描，以获取测试图像；

对所述测试图像进行处理，得到硅片边缘粗糙度值和硅片边缘形貌。

7.根据权利要求6所述的硅片边缘粗糙度检测方法，其特征在于，

所述在待检测硅片的边缘预定位置点切割出硅片样品，具体包括：

将该待检测硅片的边缘沿所述待检测硅片的圆周顺次均匀地划分出N个检测点，每个检测点上切割一个硅片样品，N个硅片样品上顺次标有序号。

8.根据权利要求7所述的硅片边缘粗糙度检测方法，其特征在于，

每个所述硅片样品的尺寸为1cm*1cm。