CN116230569A - 一种用于检测硅片的周缘损伤层的深度的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种用于检测硅片的周缘损伤层的深度的系统及方法，所述系统包括：截面获取装置，所述截面获取装置用于获取所述硅片的截面，其中，所述截面与所述硅片垂直；测量装置，所述测量装置用于测量所述硅片的直径并且测量所述截面在与所述硅片平行的第一方向上的截面尺寸；尺寸获取装置，所述尺寸获取装置用于获取所述周缘损伤层在所述截面中并且在所述第一方向上的损伤层尺寸；计算装置，所述计算装置用于根据所述直径、所述截面尺寸和所述损伤层尺寸计算所述周缘损伤层的深度。

Description

一种用于检测硅片的周缘损伤层的深度的系统及方法
技术领域
本发明涉及半导体硅片生产领域，尤其涉及一种用于检测硅片的周缘损伤层的深度的系统及方法。
背景技术
在硅片制造过程中，例如滚磨、切割、研磨、抛光的机械加工过程会不可避免地在硅片主表面和硅片侧表面引入机械损伤，从而在硅片中形成主表面损伤层和周缘损伤层。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影响。在这种情况下，需要能够准确测量出机械损伤层的深度，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，对于硅片的主表面损伤层而言，经常采用例如“角度抛光法”来进行检测。在该角度抛光法中，需要先将硅片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，以使该硅片的主表面损伤层中的缺陷能够在该斜面上更好地显现出来，这里，角度抛光起到损伤层的“放大器”的作用，即利用显微镜测量出损伤层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。
然而，上述“角度抛光法”需要首先将硅片裂片成多个小的样片才能进行后续检测，另外，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，另外，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。对于硅片的周缘损伤层，也可以采用上述的“角度抛光法”来进行检测，但是该方法中存在的上述问题在检测周缘损伤层的厚度时同样存在，而且，周缘损伤层与主表的损伤层彼此垂直，所需要的检测面因此也是彼此垂直的，因此利用主表面损伤层检测系统的抛光装置获得的检测面是不适合于周缘损伤层的检测的。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种用于检测硅片的周缘损伤层的深度的系统及方法，能够避免上述的“角度抛光法”带来的各种问题，而且能够获得对于检测周缘损伤层的深度而言所需要的检测面。
本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明提供了一种用于检测硅片的周缘损伤层的深度的系统，所述系统包括：
截面获取装置，所述截面获取装置用于获取所述硅片的截面，其中，所述截面与所述硅片垂直；
测量装置，所述测量装置用于测量所述硅片的直径并且测量所述截面在与所述硅片平行的第一方向上的截面尺寸；
尺寸获取装置，所述尺寸获取装置用于获取所述周缘损伤层在所述截面中并且在所述第一方向上的损伤层尺寸；
计算装置，所述计算装置用于根据所述直径、所述截面尺寸和所述损伤层尺寸计算所述周缘损伤层的深度。
第二方面，本发明实施例提供了一种用于检测硅片的周缘损伤层的深度的方法，所述方法包括：
获取所述硅片的截面，其中，所述截面与所述硅片垂直；
测量所述硅片的直径并且测量所述截面在与所述硅片平行的第一方向上的截面尺寸；
获取所述周缘损伤层在所述截面中并且在所述第一方向上的损伤层尺寸；
根据所述直径、所述截面尺寸和所述损伤层尺寸计算所述周缘损伤层的深度。
本发明实施例提供了一种用于检测硅片的周缘损伤层的深度的系统及方法，与采用“角度抛光法”相比，可以在完整硅片的基础上获得截面，不需将硅片裂片，减少了检测过程中的工艺步骤，另外由于硅片可以保持完整性，因此能够与标准的刻蚀机兼容，从而使操作简化，最后，可以根据需要选择截面在硅片中的位置，避免了所获得的检测面仅适合于检测主表面损伤层的厚度。
附图说明
图1结合硅片的正视图示出了根据本发明的实施例的用于检测硅片的周缘损伤层的深度的系统的示意图；
图2为示出了根据本发明的实施例的计算装置所采用的计算方法的说明性示意图；
图3为示出了根据本发明的实施例的截面朝向硅片的中心的“深入”程度的说明性示意图；
图4结合硅片的正视图示出了根据本发明的实施例的用于检测硅片的周缘损伤层的深度的系统的尺寸获取装置的示意图；
图5结合硅片的轮廓变化的正视图示出了根据本发明的实施例的用于检测硅片的周缘损伤层的深度的系统的截面获取装置的示意图；
图6为根据本发明的实施例的用于检测硅片的周缘损伤层的深度的系统的抛光单元的示意图；
图7为根据本发明的实施例的用于检测硅片的周缘损伤层的深度的方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，本发明实施例提供了一种用于检测硅片W的周缘损伤层DL的深度d的系统1，在图1中通过点填充的区域示意性地示出了硅片W的周缘损伤层DL，所述系统1可以包括：
截面获取装置10，所述截面获取装置10用于获取所述硅片W的截面S，其中，所述截面S与所述硅片W垂直，可以理解的是，硅片W是呈平板状或者说平面状的，与硅片W垂直即指与硅片W所处于的平面垂直，因此这里的垂直指的是面与面垂直，另外在图1中示出的硅片的正视图中通过粗实线表示出了该截面S；
测量装置20，所述测量装置20用于测量所述硅片W的直径D并且测量所述截面S在与所述硅片W平行的第一方向FD上的截面尺寸L1；
尺寸获取装置30，所述尺寸获取装置30用于获取所述周缘损伤层DL在所述截面S中并且在所述第一方向FD上的损伤层尺寸L2；
计算装置40，所述计算装置40用于根据所述直径D、所述截面尺寸L1和所述损伤层尺寸L2计算所述周缘损伤层DL的深度d。
对于根据本发明的实施例的系统1而言，与采用“角度抛光法”相比，可以在完整硅片W的基础上获得截面S，不需将硅片W裂片，减少了检测过程中的工艺步骤，另外由于硅片W可以保持完整性，因此能够与标准的刻蚀机兼容，从而使操作简化，最后，可以根据需要选择截面S在硅片W中的位置，避免了所获得的检测面仅适合于检测主表面损伤层的厚度。
为了简化计算装置40计算深度d的计算过程，在本发明的优选实施例中，所述计算装置40可以利用以下公式(1)计算所述深度d：
Figure BDA0003997165460000041
对此，具体地参见图2，通过图2中横线填充的三角形区域可知：
Figure BDA0003997165460000042
通过图2中竖线填充的三角形区域可知：
Figure BDA0003997165460000043
另外，容易理解地：
Figure BDA0003997165460000051
结合上述的式(2)、(3)和(4)便可以获得公式(1)，这样，不再需要对如图2中示出的L3和L4进行计算，从而使得计算装置40计算深度d的计算过程能够得到简化。
上述的截面S朝向硅片W的中心的“深入”程度可以是任意的，但是另一方面，由于比如机械加工导致的损伤层的深度通常是较浅的，对此，在本发明的优选实施例中，参见图3，相应于直径为300mm的硅片W，所述截面S与平行于所述截面S并且与所述硅片W的外周轮廓PC相切的切线T之间的间距SD可以介于3mm至5mm之间。这样，在比如截面S完全通过对硅片W进行抛光而获得的情况下，可以最大程度地减少抛光量及所需要花费的时间，提高生产效率。
可以理解的是，对于硅片W的周缘损伤层DL而言，在不同的周向位置处的深度d可能是不同的，为了使系统1检测出的深度d更为准确，在本发明的优选实施例中，参见图4，所述尺寸获取装置30可以包括：
测量单元31，所述测量单元31用于测量所述截面S中的第一周缘损伤层DL-1在所述第一方向FD上的第一损伤层尺寸L2-1并且测量所述截面S中的第二周缘损伤层DL-2在所述第一方向FD上的第二损伤层尺寸L2-2；
计算单元32，所述计算单元32用于计算所述第一损伤层尺寸L2-1和所述第二损伤层尺寸L2-2的平均值以作为所述损伤层尺寸L2。
如在前文中介绍过的，在“角度抛光法”中，需要对样片进行角度抛光以形成斜面，其目的在于使损伤层中的缺陷在该斜面上更好地显现出来以便于测量，对此，如前所述，截面S可以完全通过对硅片W进行抛光而获得，但是，在本发明的优选实施例中，所述尺寸获取装置30同样根据存在于所述周缘损伤层DL中并且显现在所述截面S中的缺陷DE获取所述损伤层尺寸L2，并且参见图5，其中通过填充在硅片W的周缘处的点示意性地示出了缺陷DE，所述截面获取装置10可以包括：
切割单元11，所述切割单元11用于在与所述硅片W垂直的平面中对所述硅片W进行切割以获得所述硅片W的切割面CS；
抛光单元12，所述抛光单元用于对所述切割面CS进行抛光以获得有利于将所述缺陷DE显现出的抛光面PS。
这样，与截面S完全通过对硅片W进行抛光而获得相比，所需要的抛光量得到最大程度的减少，尽管通过切割获得的切割面CS如图5中示出的是较为粗糙的仍然无法使缺陷DE显现出，但通过减少花费时间较多的抛光工艺所需要完成的处理量提高了生产效率。
对于上述的抛光单元12而言，在本发明的优选实施例中，参见图6，所述抛光单元12可以包括：
夹持机构121，所述夹持机构121用于通过与所述硅片W的主表面MS接触来夹持所述硅片W；
抛光垫122；
驱动机构123，所述驱动机构123用于驱动所述抛光垫122相对于所述夹持机构122移动，例如在图6中示出的使抛光垫122绕自身的中心轴线122X进行转动，以对被所述夹持机构122夹持的硅片W进行抛光。
另外，可能需要在硅片W的周向上的不同位置处获得多个抛光面PS，比如，在周向上每隔45°便获得一个抛光面PS，也就是说总共获得8个抛光面PS并且这8个抛光面PS在硅片W的周向上均匀分布，以便于检测到更为全面的周缘损伤层DL的深度d。在这种情况下，对于上述的抛光单元12而言，参见图6，可以将硅片W设置成能够绕自身的中心轴线WX相对于夹持机构121转动，这样，每次通过抛光作业获得一个抛光面PS之后，仅仅需要使夹持机构12将硅片W松开，并使硅片W转动45°，最后使夹持机构12再次将硅片W夹紧后，便可以重复前次的抛光作业来获得另一个抛光面PS。
参见图7并结合图1，本发明实施例还提供了一种用于检测硅片W的周缘损伤层DL的深度的方法，所述方法可以包括：
S701：获取所述硅片W的截面S，其中，所述截面S与所述硅片W垂直；
S702：测量所述硅片W的直径D并且测量所述截面S在与所述硅片W平行的第一方向FD上的截面尺寸L1；
S703：获取所述周缘损伤层DL在所述截面S中并且在所述第一方向FD上的损伤层尺寸L2；
S704：根据所述直径D、所述截面尺寸L1和所述损伤层尺寸L2计算所述周缘损伤层DL的深度d。
优选地，如前文中结合图2说明的，可以利用以下公式计算所述深度d：
Figure BDA0003997165460000071
优选地，参见图4，所述获取所述周缘损伤层DL在所述截面S中并且在所述第一方向FD上的损伤层尺寸L2，可以包括：
测量所述截面S中的第一周缘损伤层DL-1在所述第一方向FD上的第一损伤层尺寸L2-1并且测量所述截面S中的第二周缘损伤层DL-2在所述第一方向FD上的第二损伤层尺寸L2-2；
计算所述第一损伤层尺寸L2-1和所述第二损伤层尺寸L2-2的平均值以作为所述损伤层尺寸L2。
优选地，所述损伤层尺寸L2根据存在于所述周缘损伤层DL中并且显现在所述截面S中的缺陷DE获取，并且参见图5，所述获取所述硅片W的截面S，可以包括：
在与所述硅片W垂直的平面中对所述硅片W进行切割以获得所述硅片W的切割面CS；
对所述切割面CS进行抛光以获得有利于将所述缺陷DE显现出的抛光面PS。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于检测硅片的周缘损伤层的深度的系统，其特征在于，所述系统包括：
截面获取装置，所述截面获取装置用于获取所述硅片的截面，其中，所述截面与所述硅片垂直；
测量装置，所述测量装置用于测量所述硅片的直径并且测量所述截面在与所述硅片平行的第一方向上的截面尺寸；
尺寸获取装置，所述尺寸获取装置用于获取所述周缘损伤层在所述截面中并且在所述第一方向上的损伤层尺寸；
计算装置，所述计算装置用于根据所述直径、所述截面尺寸和所述损伤层尺寸计算所述周缘损伤层的深度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，设定所述直径为D，所述截面尺寸为L1，所述损伤层尺寸为L2，则所述计算装置利用以下公式计算所述深度d：
Figure FDA0003997165450000011
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，相应于直径为300mm的硅片，所述截面与平行于所述截面并且与所述硅片的外周轮廓相切的切线之间的间距介于3mm至5mm之间。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尺寸获取装置包括：
测量单元，所述测量单元用于测量所述截面中的第一周缘损伤层在所述第一方向上的第一损伤层尺寸并且测量所述截面中的第二周缘损伤层在所述第一方向上的第二损伤层尺寸；
计算单元，所述计算单元用于计算所述第一损伤层尺寸和所述第二损伤层尺寸的平均值以作为所述损伤层尺寸。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尺寸获取装置根据存在于所述周缘损伤层中并且显现在所述截面中的缺陷获取所述损伤层尺寸，并且所述截面获取装置包括：
切割单元，所述切割单元用于在与所述硅片垂直的平面中对所述硅片进行切割以获得所述硅片的切割面；
抛光单元，所述抛光单元用于对所述切割面进行抛光以获得有利于将所述缺陷显现出的抛光面。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述抛光单元包括：
夹持机构，所述夹持机构用于通过与所述硅片的主表面接触来夹持所述硅片；
抛光垫；
驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述抛光垫相对于所述夹持机构移动，以对被所述夹持机构夹持的硅片进行抛光。
7.一种用于检测硅片的周缘损伤层的深度的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所述硅片的截面，其中，所述截面与所述硅片垂直；
测量所述硅片的直径并且测量所述截面在与所述硅片平行的第一方向上的截面尺寸；
获取所述周缘损伤层在所述截面中并且在所述第一方向上的损伤层尺寸；
根据所述直径、所述截面尺寸和所述损伤层尺寸计算所述周缘损伤层的深度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，设定所述直径为D，所述截面尺寸为L1，所述损伤层尺寸为L2，则利用以下公式计算所述深度d：
Figure FDA0003997165450000021
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取所述周缘损伤层在所述截面中并且在所述第一方向上的损伤层尺寸，包括：
测量所述截面中的第一周缘损伤层在所述第一方向上的第一损伤层尺寸并且测量所述截面中的第二周缘损伤层在所述第一方向上的第二损伤层尺寸；
计算所述第一损伤层尺寸和所述第二损伤层尺寸的平均值以作为所述损伤层尺寸。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述损伤层尺寸根据存在于所述周缘损伤层中并且显现在所述截面中的缺陷获取，并且所述获取所述硅片的截面，包括：
在与所述硅片垂直的平面中对所述硅片进行切割以获得所述硅片的切割面；
对所述切割面进行抛光以获得有利于将所述缺陷显现出的抛光面。
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