CN115876114A - 用于测量硅片边缘损伤层深度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于测量硅片边缘损伤层深度的方法和装置，该方法包括：在待测硅片的最外侧周向轮廓上选定测量位置；沿与待测硅片所在的平面垂直的方向在测量位置基于给定角度对待测硅片的边缘进行抛光，其中，给定角度为相对于最外侧周向轮廓在测量位置处的切线的角度；对经抛光而形成的抛光面进行刻蚀；以及测量显现在刻蚀后的抛光面上的损伤的长度，以根据长度与给定角度的正弦值获得待测硅片的边缘在测量位置处的损伤层深度。通过该方法和装置来测量硅片边缘损伤层深度，可以使操作流程更简单、操作起来更方便且在进行多位置检测时总体测量时间更短。

Description

用于测量硅片边缘损伤层深度的方法和装置

技术领域

本公开涉及半导体加工制造技术领域，具体地，涉及用于测量硅片边缘损伤层深度的方法和装置。

背景技术

在硅片制造过程中，例如滚磨、切片、研磨的机械加工过程会不可避免地在硅片表面和边缘引入机械损伤。这些机械损伤破坏了原有的单晶层，如不能及时去除会对后续加工工艺生产的产品的质量造成不利影响。在这种情况下，需要能够准确测量出机械损伤的深度，以便据此确定后续工序中去除损伤层时所涉及的去除量等参数。

已知这种机械损伤的深度较小，不易靠现有设备直接准确检测出具体深度，目前，经常采用例如“角度抛光法”来进行检测。在角度抛光法中，需要先将硅片按其解理方向分裂成多片以作为测量样片，然后以一斜角对该测量样片进行角度抛光以形成斜面，并利用腐蚀液对该斜面进行刻蚀，以使该硅片表面损伤能够在该斜面上更好地显现出来，这里，角度抛光起到相当于“放大器”的作用，通过利用显微镜测量出损伤在该斜面上的长度并乘以该抛光角度的正弦值，便可以得出损伤层的深度。同样地，硅片边缘损伤层的深度也利用该方法进行测量。

然而，上述“角度抛光法”需要首先将硅片分裂成多个小的样片才能进行后续检测，而且对于硅片边缘的机械损伤，由于硅片边缘呈近似半圆形，在测量时，需要将来自硅片边缘的测量样片竖立起来才进行角度抛光，导致整个操作流程比较复杂。

此外，通过分裂形成的样片较小，不能与标准的刻蚀机兼容，在刻蚀时，需要借助辅助工具如特殊的夹具或手套箱来进行，操作起来很不方便。

而且，由于硅片被分裂成多个小的样片，如果需要测量硅片边缘的多个位置的损伤深度，就需要重复地对多个样片进行竖立、抛光、刻蚀等操作，使得总体测量时间较长。

发明内容

本部分提供了本公开的总体概要，而不是对本公开的全部范围或所有特征的全面公开。

本公开的一个目的在于提供一种操作流程简单的用于测量硅片边缘损伤层深度的方法。

本公开的另一目的在于提供一种操作起来方便的用于测量硅片边缘损伤层深度的方法。

本公开的又一目的在于提供一种在进行多位置检测时总体测量时间较短的用于测量硅片边缘损伤层深度的方法。

为了实现上述目的中的一个或多个，根据本公开的一个方面，提供了一种用于测量硅片边缘损伤层深度的方法，其包括：

在待测硅片的最外侧周向轮廓上选定测量位置；

沿与待测硅片所在的平面垂直的方向在测量位置基于给定角度对待测硅片的边缘进行抛光，其中，给定角度为相对于最外侧周向轮廓在测量位置处的切线的角度；

对经抛光而形成的抛光面进行刻蚀；以及

测量显现在刻蚀后的抛光面上的损伤的长度，以根据长度与给定角度的正弦值获得待测硅片的边缘在测量位置处的损伤层深度。

在上述用于测量硅片边缘损伤层深度的方法中，在沿与待测硅片所在的平面垂直的方向在测量位置基于给定角度对待测硅片的边缘进行抛光之前，该方法还可以包括对待测硅片进行热处理。

在上述用于测量硅片边缘损伤层深度的方法中，对待测硅片进行热处理可以包括采用干氧氧化法对待测硅片进行热处理。

在上述用于测量硅片边缘损伤层深度的方法中，沿与待测硅片所在的平面垂直的方向在测量位置基于给定角度对待测硅片的边缘进行抛光可以包括：

提供吸盘；以及

利用吸盘以吸附的方式固定待测硅片，其中，吸盘构造成使得待测硅片的边缘露出，以允许对待测硅片的边缘进行抛光。

在上述用于测量硅片边缘损伤层深度的方法中，沿与待测硅片所在的平面垂直的方向在测量位置基于给定角度对待测硅片的边缘进行抛光可以包括：

沿所述方向在测量位置根据基于给定角度获得的抛光深度对待测硅片的边缘进行抛光，其中，抛光深度为抛光面在待测硅片的径向方向上距最外侧周向轮廓的最大距离，并且抛光深度根据以下公式确定：

D＝R*(1-cosα)

其中，D表示抛光深度，R表示待测硅片的半径，并且α表示给定角度。

在上述用于测量硅片边缘损伤层深度的方法中，测量位置可以为多个测量位置。

在上述用于测量硅片边缘损伤层深度的方法中，所述多个测量位置可以按照与待测硅片的缺口方向的夹角为45°的整数倍的方式来选择。

在上述用于测量硅片边缘损伤层深度的方法中，所述多个测量位置的数目可以为8个。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于测量硅片边缘损伤层深度的装置，其包括：

选定单元，其用于在待测硅片的最外侧周向轮廓上选定测量位置；

抛光单元，其用于沿与待测硅片所在的平面垂直的方向在测量位置基于给定角度对待测硅片的边缘进行抛光，其中，给定角度为相对于最外侧周向轮廓在测量位置处的切线的角度；

刻蚀单元，其用于对经抛光而形成的抛光面进行刻蚀；以及

结果获取单元，其用于测量显现在刻蚀后的抛光面上的损伤的长度，以根据长度与给定角度的正弦值获得待测硅片的边缘在测量位置处的损伤层深度。

在上述用于测量硅片边缘损伤层深度的装置中，还可以包括热处理单元，其用于在抛光单元沿所述方向在测量位置基于给定角度对待测硅片的边缘进行抛光之前对待测硅片进行热处理。

根据本公开，通过使用整片硅片进行检测，不用对硅片进行裂片，也不用将裂片后的小样片竖立起来进行角度抛光操作，而是使整片硅片保持某一取向来进行边缘的抛光，使得操作流程相对简单；此外，由于整片硅片能够与标准的刻蚀机兼容，不用像裂片后的小样片那样借助于其他辅助工具，使得操作相对比较方便；而且，如果要对多个位置进行损伤深度测量，仅需对整片硅片的边缘的不同位置进行抛光即可，不用对硅片进行裂片并反复地对代表待测位置的多个样片进行竖立、抛光、刻蚀等，使得总体测量时间相对较短。

通过以下结合附图对本公开的示例性实施方式的详细说明，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将更加清楚。

附图说明

图1示意性地示出了根据本公开的实施方式的用于测量硅片边缘损伤层深度的方法；

图2示意性地示出了利用图1中所示的方法进行抛光后的硅片边缘，其中，仅示意性地示出了硅片边缘的一部分；

图3示意性地示出了从图2的左侧观察到的抛光面；

图4为与图3中的抛光面对应的实物检测照片；以及

图5示意性地示出了在待测硅片的边缘上选定的测量位置。

具体实施方式

下面参照附图、借助于示例性实施方式对本公开进行详细描述。要注意的是，对本公开的以下详细描述仅仅是出于说明目的，而绝不是对本公开的限制。

针对硅片边缘损伤层深度的测量，目前经常采用“角度抛光法”，然而，如之前提到的，使用角度抛光法必须要对硅片进行裂片以获得代表待检测部位的小的样片，但由此也带来了操作流程复杂、不能与标准的刻蚀机兼容、多位置检测时总体测量时间较长等问题。

为此，本公开提出了一种不同的方法，其利用整片硅片来检测硅片边缘损伤层的深度，并由此消除了利用常用的角度抛光法来检测时所带来的上述诸多问题。

具体而言，参照图1至图4，根据本公开的一方面，提供了一种用于测量硅片边缘损伤层深度的方法，其包括：

在待测硅片10的最外侧周向轮廓上选定测量位置A；

沿与待测硅片10所在的平面垂直的方向在测量位置A基于给定角度α对待测硅片10的边缘进行抛光，其中，给定角度α为相对于最外侧周向轮廓在测量位置A处的切线g的角度；

对经抛光而形成的抛光面11进行刻蚀；以及

测量显现在刻蚀后的抛光面11上的损伤的长度L，以根据该长度L与给定角度α的正弦值获得待测硅片10的边缘在测量位置A处的损伤层深度。

在该方法中，使用了整片硅片来进行检测，而没有将其裂解成小的样片。参照图1，针对整片待测硅片10的边缘，沿与待测硅片10所在的平面(即图1中的纸面)垂直的方向(即图1中垂直于纸面的方向)在测量位置A基于给定角度α进行了抛光。如图2中更清楚地示出的，通过该抛光形成一斜面，即抛光面11，类似于“角度抛光法”，对于损伤层深度较小的情况，该斜面起到相当于“放大器”的作用，能够使损伤通过斜面显示得相比于在竖向方向(对于边缘，具体为径向方向)上更长以便于进行观察。在通过利用例如莱特(Wright)刻蚀溶液对抛光面11进行刻蚀以使得抛光面11上的损伤显现得更明显后，可以直接利用例如显微镜观察和测量损伤在抛光面11上的长度L，如图3和图4中所示。最后，如图2中所示，可以通过用长度L乘以给定角度α的正弦值来计算获得待测硅片10的边缘在测量位置A处的损伤层深度。

由于根据本公开的实施方式的上述方法使用整片硅片进行检测，不用对硅片进行裂片，也不用将裂片后的小样片竖立起来进行角度抛光操作，而是使整片硅片保持某一取向例如竖向取向来进行边缘的抛光，因此操作流程相对简单；此外，由于整片硅片能够与标准的刻蚀机例如标准的300mm刻蚀机兼容，不用像裂片后的小样片那样借助于其他辅助工具，因此操作相对比较方便；而且，如果要对多个位置进行损伤深度测量，仅需对整片硅片的边缘的不同位置进行抛光即可，不用对硅片进行裂片并反复地对代表待测位置的多个样片进行竖立、抛光、刻蚀等，因此总体测量时间也相对较短。

在本公开的实施方式中，在进行上述抛光之前，该方法还可以包括对待测硅片10进行热处理。

也就是说，可以先对待测硅片10进行热处理，然后再进行上述抛光。该热处理的目的是使硅片边缘的损伤放大，以便于更清楚和准确地测量损伤在抛光面11上的长度L。

示例性地，对待测硅片10进行热处理可以包括采用干氧氧化法对待测硅片10进行热处理。

通过干氧氧化法，干燥纯净的氧气作为氧化气氛在高温下直接与硅发生反应而在待测硅片10的表面包括边缘生成二氧化硅薄膜，由此使损伤形成氧化堆垛层错，从而将损伤放大显现。

根据本公开的实施方式，可以理解的是，在进行抛光时，需要对待测硅片10进行固定以便于进行操作。因此，可以设想的是，该抛光操作可以包括：

提供吸盘(未示出)；以及

利用该吸盘以吸附的方式固定待测硅片10，其中，吸盘构造成使得待测硅片10的边缘露出，以允许对待测硅片10的边缘进行抛光。

也就是说，可以采用吸盘来固定待测硅片10，而且吸盘的半径需要小于待测硅片10的半径，以使待测硅片10的边缘不被吸盘遮挡，从而允许对待测硅片10的边缘进行抛光而不与吸盘发生干涉。

还可以设想的是，吸盘可以是可转动的。例如，当需要对待测硅片10的边缘的多个位置进行检测时，为了使这些位置均处于某一固定位置以方便操作，可以通过仅转动吸盘就使这些位置到达固定位置，操作起来更方便。

在本公开的实施方式中，如之前提到的，抛光操作是基于给定角度α进行的，对此，可以设想的一种方式是：沿与待测硅片10所在的平面垂直的方向(即图1中垂直于纸面的方向)从测量位置A开始以给定角度α对待测硅片10的边缘进行抛光。

作为另一种可选的方式，如图1中所示，还可以是：沿上述方向在该测量位置A根据基于给定角度获得的抛光深度对待测硅片10的边缘进行抛光，其中，抛光深度为抛光面11在待测硅片10的径向方向上距最外侧周向轮廓的最大距离，并且抛光深度根据以下公式确定：

D＝R*(1-cosα)

其中，D表示抛光深度，R表示待测硅片10的半径，并且α表示给定角度。

根据这种方式的抛光操作，可以不必使用用来测量或衡量给定角度α的任何辅助工具，仅需根据能用长度衡量的抛光深度来进行抛光，由此使该抛光操作起来更加容易。

在本公开的实施方式中，测量位置A可以为多个测量位置，以便能够通过这些测量位置的损伤层深度测量结果更准确地评估硅片边缘损伤情况。

可以设想的是，所述多个测量位置可以根据待测硅片10的缺口(Notch)方向来选择。

具体而言，所述多个测量位置可以选择晶向为100和/或110的位置，在这些位置处检测到的损伤通常能够更真实地反映出硅片的损伤情况。如图5中所示，在硅片的晶面为100的情况下，缺口方向对应晶向110，而与缺口方向的夹角为90°、180°和270°的方向对应晶向110，并且与缺口方向的夹角为45°、135°、225°和315°的方向对应晶向100，即，从缺口方向每转45°，晶向会在100与110之间变化。

以此方式，可以根据待测硅片10的缺口方向来选择这些测量位置，具体地，按照与待测硅片10的缺口方向的夹角为45°的整数倍的方式来选择。

可以设想的是，如图5中所示，可以从待测硅片10的缺口1开始每转45°选择一个测量位置，即选择8个测量位置，如图5中以1至8表示的，由此，可以更全面和准确地评估待测硅片10的边缘损伤情况。

根据本公开的另一方面，还提供了一种用于测量硅片边缘损伤层深度的装置，其包括：

选定单元，其用于在待测硅片10的最外侧周向轮廓上选定测量位置A；

抛光单元，其用于沿与待测硅片10所在的平面垂直的方向在测量位置A基于给定角度α对待测硅片10的边缘进行抛光，其中，给定角度α为相对于最外侧周向轮廓在测量位置A处的切线的角度；

刻蚀单元，其用于对经抛光而形成的抛光面11进行刻蚀；以及

结果获取单元，其用于测量显现在刻蚀后的抛光面11上的损伤的长度L，以根据该长度L与给定角度α的正弦值获得待测硅片10的边缘在测量位置A处的损伤层深度。

根据本公开的实施方式，该用于测量硅片边缘损伤层深度的装置还可以包括热处理单元，其用于在抛光单元沿上述方向在测量位置A基于给定角度α对待测硅片10的边缘进行抛光之前对待测硅片10进行热处理。

此外，根据本公开的实施方式，该用于测量硅片边缘损伤层深度的装置还可以包括吸盘，其构造成用于以吸附的方式固定待测硅片10并且构造成使得待测硅片10的边缘露出，以允许对待测硅片10的边缘进行抛光。

以上所述，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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于测量硅片边缘损伤层深度的方法，其特征在于，包括：

在待测硅片的最外侧周向轮廓上选定测量位置；

沿与所述待测硅片所在的平面垂直的方向在所述测量位置基于给定角度对所述待测硅片的边缘进行抛光，其中，所述给定角度为相对于所述最外侧周向轮廓在所述测量位置处的切线的角度；

对经抛光而形成的抛光面进行刻蚀；以及

测量显现在刻蚀后的所述抛光面上的损伤的长度，以根据所述长度与所述给定角度的正弦值获得所述待测硅片的所述边缘在所述测量位置处的损伤层深度。

2.根据权利要求1所述的用于测量硅片边缘损伤层深度的方法，其特征在于，在所述沿与所述待测硅片所在的平面垂直的方向在所述测量位置基于给定角度对所述待测硅片的边缘进行抛光之前，所述方法还包括对所述待测硅片进行热处理。

3.根据权利要求2所述的用于测量硅片边缘损伤层深度的方法，其特征在于，所述对所述待测硅片进行热处理包括采用干氧氧化法对所述待测硅片进行热处理。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于测量硅片边缘损伤层深度的方法，其特征在于，所述沿与所述待测硅片所在的平面垂直的方向在所述测量位置基于给定角度对所述待测硅片的边缘进行抛光包括：

提供吸盘；以及

利用所述吸盘以吸附的方式固定所述待测硅片，其中，所述吸盘构造成使得所述待测硅片的所述边缘露出，以允许对所述待测硅片的所述边缘进行抛光。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于测量硅片边缘损伤层深度的方法，其特征在于，所述沿与所述待测硅片所在的平面垂直的方向在所述测量位置基于给定角度对所述待测硅片的边缘进行抛光包括：

沿所述方向在所述测量位置根据基于所述给定角度获得的抛光深度对所述待测硅片的所述边缘进行抛光，其中，所述抛光深度为所述抛光面在所述待测硅片的径向方向上距所述最外侧周向轮廓的最大距离，并且所述抛光深度根据以下公式确定：

D＝R*(1-cosα)

其中，D表示所述抛光深度，R表示所述待测硅片的半径，并且α表示所述给定角度。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于测量硅片边缘损伤层深度的方法，其特征在于，所述测量位置为多个测量位置。

7.根据权利要求6所述的用于测量硅片边缘损伤层深度的方法，其特征在于，所述多个测量位置按照与所述待测硅片的缺口方向的夹角为45°的整数倍的方式来选择。

8.根据权利要求7所述的用于测量硅片边缘损伤层深度的方法，其特征在于，所述多个测量位置的数目为8个。

9.一种用于测量硅片边缘损伤层深度的装置，其特征在于，包括：

选定单元，其用于在待测硅片的最外侧周向轮廓上选定测量位置；

抛光单元，其用于沿与所述待测硅片所在的平面垂直的方向在所述测量位置基于给定角度对所述待测硅片的边缘进行抛光，其中，所述给定角度为相对于所述最外侧周向轮廓在所述测量位置处的切线的角度；

刻蚀单元，其用于对经抛光而形成的抛光面进行刻蚀；以及

结果获取单元，其用于测量显现在刻蚀后的所述抛光面上的损伤的长度，以根据所述长度与所述给定角度的正弦值获得所述待测硅片的所述边缘在所述测量位置处的损伤层深度。

10.根据权利要求9所述的用于测量硅片边缘损伤层深度的装置，其特征在于，还包括热处理单元，其用于在所述抛光单元沿所述方向在所述测量位置基于所述给定角度对所述待测硅片的所述边缘进行抛光之前对所述待测硅片进行热处理。

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