CN116884872A - 晶圆表面曲率半径检测装置、方法及薄膜应力检测方法 - Google Patents
晶圆表面曲率半径检测装置、方法及薄膜应力检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116884872A CN116884872A CN202311127831.0A CN202311127831A CN116884872A CN 116884872 A CN116884872 A CN 116884872A CN 202311127831 A CN202311127831 A CN 202311127831A CN 116884872 A CN116884872 A CN 116884872A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wafer
- axis
- radius
- point
- curvature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 20
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 15
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000004164 analytical calibration Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/255—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures for measuring radius of curvature
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/0047—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to residual stresses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
- H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
- H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
- H01L21/68792—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by the construction of the shaft
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
本申请公开了一种晶圆表面曲率半径检测装置、方法及薄膜应力检测方法，包括晶圆载台，晶圆载台用于承载晶圆，且可受驱动地沿X轴和Z轴移动；抛物镜，位于晶圆载台的上方，抛物镜的焦点位于晶圆的第一位置点，第一位置点位于晶圆上与X轴对应的水平中心线上；激光器，位于晶圆载台的上方，激光器设置成能够向晶圆的第一位置点发射激光；聚焦透镜组件，设于抛物镜的出射方向上，用于将抛物镜反射的光线汇聚至透镜焦点；位置探测器，用于检测透镜焦点的光斑的位置。本申请解决了相关技术中的晶圆表面曲率半径检测存在检测精度较低，并且在检测前需要进行多次参数校准，操作复杂，并且无法测量曲率半径过小的晶圆的问题。
Description
技术领域
本申请涉及半导体制备技术领域，具体而言，涉及一种晶圆表面曲率半径检测装置、方法及薄膜应力检测方法。
背景技术
在半导体制备领域，晶圆薄膜应力检测方法主要是基于弹性原理以及光的反射，将Stoney公式和光杠杆法结合，前者是薄膜残余应力测试最经典的计算方法，而后者则通过光杠杆将晶圆表面微小的弧度变化放大后进行捕捉。
由于在检测过程中，大量运用了小角度的近似化处理，检测精度较低，并且在检测前需要进行多次参数校准，操作复杂，当晶圆半径较小时，光斑运动会超出传感器，所以其无法测量曲率半径过小的晶圆。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种晶圆表面曲率半径检测装置、方法，以解决相关技术中的晶圆表面曲率半径检测存在检测精度较低，并且在检测前需要进行多次参数校准，操作复杂，并且无法测量曲率半径过小的晶圆的问题。
为了实现上述目的，本申请提供了一种晶圆表面曲率半径检测装置，该晶圆表面曲率半径检测装置包括：
晶圆载台，所述晶圆载台用于承载晶圆，且可受驱动地沿X轴和Z轴移动，所述X轴为与晶圆的水平中心线平行或重合的水平轴，所述Z轴为垂于所述X轴的竖直轴；
抛物镜，位于所述晶圆载台的上方，所述抛物镜的焦点位于晶圆的第一位置点，所述第一位置点位于晶圆上与X轴对应的水平中心线上；
激光器，位于所述晶圆载台的上方，所述激光器设置成能够向晶圆的第一位置点发射激光；
聚焦透镜组件，设于所述抛物镜的出射方向上，用于将所述抛物镜反射的光线汇聚至透镜焦点；
位置探测器，用于检测所述透镜焦点的光斑的位置。
进一步地，当晶圆处于初始位置时，所述第一位置点为晶圆的中心点。
进一步地，晶圆载台设置成能够受驱动地沿X轴、Y轴和Z轴移动，所述Y轴为垂直于X轴的水平轴。
进一步地，晶圆载台设置成能够受驱动地绕Z轴定轴旋转。
根据本申请的另一方面，提供一种晶圆表面曲率半径检测方法，采用上述的晶圆表面曲率半径检测装置，以及如下步骤：
控制晶圆载台移动，使晶圆的第一位置点与所述抛物镜的焦点重合，使所述激光器发出的激光位于晶圆的第一位置点；
通过所述位置探测器标定此时所述光斑在Z轴上的位置为初始位置点，
控制所述晶圆载台沿X轴方向逐步移动，在经过每一个移动步长后，控制所述晶圆载台沿Z轴方向移动，使所述光斑位于初始位置点，并获取所述晶圆载台在Z轴方向上的位置点/>；晶圆载台在X轴方向上的总移动行程覆盖晶圆在X轴方向上的长度；
将每一个和/>进行关联，通过直角坐标系对其进行拟合，得到晶圆表面形状的拟合方程，从而得到晶圆表面的曲率半径。
进一步地，将每一个和/>进行关联，通过直角坐标系对其进行拟合，得到晶圆表面形状的拟合方程，从而得到晶圆表面的曲率半径，具体为：
以晶圆上表面的中心点建立平面直角坐标系；
基于关联后的和/>得到一组位置点的坐标样本集(xi,yi)；
设拟合圆的方程为：
；
即
；
则圆的半径为：
；
坐标样本集(xi,yi)，i=1,2,3,...,n中第i个样本到圆心的距离记为di，则
；
则其与半径平方的误差为：
；
则所有样本的误差平方和为：
；
在中分别对参数/>求偏导，即可得到极小值点，公式为：
；
；
；
基于上述方程组得到参数的值，进而求出晶圆表面的曲率半径/>的值。
进一步地，还包括：
以晶圆在X轴上的每一个检测点作为起始点，控制所述晶圆载台沿Y轴方向逐步移动，在经过每一个移动步长后，控制所述晶圆载台沿Z轴方向移动，使所述光斑位于初始位置点，并获取所述晶圆载台在Z轴方向上的位置点/>；
将每一个和/>进行关联，通过直角坐标系对其进行拟合，得到晶圆表面形状。
根据本申请的另一方面，提供一种薄膜应力检测方法，包括如下步骤：
在晶圆镀膜前，采用上述的晶圆表面曲率半径检测方法获取晶圆表面的曲率半径R，定义为；
在晶圆镀膜后，采用上述的晶圆表面曲率半径检测方法获取晶圆表面的曲率半径R，定义为；
根据以下公式计算薄膜应力：
；
式中，为晶圆基底材料的弹性模量；
为晶圆基底材料的泊松比；
为晶圆基底的厚度；
为晶圆薄膜的厚度。
在本申请实施例中，设置晶圆载台，晶圆载台用于承载晶圆，且可受驱动地沿X轴和Z轴移动，X轴为与晶圆的水平中心线平行或重合的水平轴，Z轴为垂于X轴的竖直轴；抛物镜，位于晶圆载台的上方，抛物镜的焦点位于晶圆的第一位置点，第一位置点位于晶圆上与X轴对应的水平中心线上；激光器，位于晶圆载台的上方，激光器设置成能够向晶圆的第一位置点发射激光；聚焦透镜组件，设于抛物镜的出射方向上，用于将抛物镜反射的光线汇聚至透镜焦点；位置探测器，用于检测透镜焦点的光斑在Z轴上的位置，达到了使激光器发出的激光照射在晶圆表面的第一位置点后，根据晶圆表面照射点的形貌不同，以不同的反射角反射到抛物镜上，经抛物镜反射后，形成一组平行于抛物镜回转轴的平行光，该平行光经抛物镜后方的聚焦透镜组件聚焦后，汇聚透镜焦点处，利用位置探测器可捕捉透镜焦点的光斑的位置信息，在检测时可控制晶圆载台沿X轴方向逐步移动，在移动过程中通过控制晶圆载台在Z轴上微动使位置检测探测器检测到的光斑在Z轴上始终处于同一位置，并根据晶圆载台在Z轴上的移动距离以及在X轴上坐标拟合计算得到晶圆表面曲率半径的目的，从而实现了提高检测精度，利用相对高度差计算得到曲率半径，无需进行多次参数调整，简化了仪器调校流程，并且利用聚焦透镜组件将反射光进行聚焦，可测量曲率半径较小的晶圆的技术效果，进而解决了相关技术中的晶圆表面曲率半径检测存在检测精度较低，并且在检测前需要进行多次参数校准，操作复杂，并且无法测量曲率半径过小的晶圆的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的结构示意图；
其中，1晶圆，2晶圆载台，3激光器，4回转轴，5抛物镜，6聚焦透镜组件，7位置探测器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。
在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“设置”、“设有”、“连接”、“固定”等应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
晶圆薄膜应力检测方法主要是基于弹性原理以及光的反射，将Stoney公式和光杠杆法结合，前者是薄膜残余应力测试最经典的计算方法，而后者则通过光杠杆将晶圆表面微小的弧度变化放大后进行捕捉。
由于在检测过程中，大量运用了小角度的近似化处理，检测精度较低，并且在检测前需要进行多次参数校准，操作复杂，当晶圆半径较小时，光斑运动会超出传感器，所以其无法测量曲率半径过小的晶圆。
为解决上述技术问题，如图1所示，本申请实施例提供了一种晶圆表面曲率半径检测装置，该晶圆表面曲率半径检测装置包括：
晶圆载台2，晶圆载台2用于承载晶圆1，且可受驱动地沿X轴和Z轴移动，X轴为与晶圆1的水平中心线平行或重合的水平轴，Z轴为垂于X轴的竖直轴；
抛物镜5，位于晶圆载台2的上方，抛物镜5的焦点位于晶圆1的第一位置点，第一位置点位于晶圆1上与X轴对应的水平中心线上，即与X轴平行或重合的水平中心线上；
激光器3，位于晶圆载台2的上方，激光器3设置成能够向晶圆1的第一位置点发射激光；
聚焦透镜组件6，设于抛物镜5的出射方向上，用于将抛物镜5反射的光线汇聚至透镜焦点；
位置探测器7，用于检测透镜焦点的光斑在Z轴上的位置。
在本实施例中，晶圆载台2作为承载晶圆1的平台结构，其具有与晶圆1下表面贴合的承载平面，并且至少能够受驱动地沿X轴和Z轴直线移动，以满足后续的测试过程。晶圆载台2的直线移动可通过直线电机或丝杠机构进行驱动，在一种实施方式中，驱动晶圆载台2移动的机构包括一升降机构和一水平直线移动机构。升降机构可通过直线电机或剪叉式升降结构组成，水平直线移动机构安装在升降机构的上端能够由升降机构带动升降，从而实现在Z轴上的直线移动。水平直线移动机构可为丝杆传动机构，其通过丝杆的旋转带动滑块沿水平方向直线移动，晶圆载台2可安装在该滑块上，从而实现沿X轴的水平直线移动。可以理解的是，本实施例并不对驱动晶圆载台2移动的机构进行具体限制，只要能够实现上述功能即可。
本实施例中选择抛物镜5作为光的反射件的原因在于，根据抛物镜5的光学性质，焦点发出的不同角度的光线经抛物镜5反射后，是一组平行于抛物镜5的回转轴4的平行光。对应至本实施例中，抛物镜5的焦点被设置为位于晶圆1的水平中心线上的第一位置点，在初始状态下第一位置点可为晶圆1的水平中心线的中点，即晶圆1的表面中心点。当抛物镜5安装完毕后，可通过调整晶圆载台2的位置使得抛物镜5的焦点位于晶圆1的第一位置点。根据抛物镜5的光学性质，从晶圆1的第一位置点发出的光线经抛物镜5反射后形成一组平行与抛物镜5的回转轴4的平行光。
激光器3作为本实施例中光源部分，其向晶圆1表面发射激光，在于抛物镜5进行配合时，激光器3在晶圆1表面的激光照射点同样为晶圆1上的第一位置点，即激光器3的激光照射点和抛物镜5的焦点始终位于晶圆1表面的同一位置点，该效果可通过调整激光器3或调整抛物镜5的角度来实现。
由于抛物镜5能够将入射的光线反射为一组平行光，为实现对该组平行光进行聚焦，本实施例中在抛物镜5的后方布置有聚焦透镜组件6，聚焦透镜组件6为凸透镜结构，根据光学性质，其能够将平行光聚焦至聚焦透镜组件6的焦点处，即通过聚焦透镜组件6能够在焦点处形成明亮的光斑，为捕捉该光斑的位置信息，本实施例在聚焦透镜组件6的后方还布置有位置探测器7。在一种实施方式中，位置探测器7包括一探测平面，聚焦透镜组件6的焦点位于该探测平面上，即聚焦透镜组件6和位置探测器7之间的距离为聚焦透镜组件6的焦距f。为了消除像差的影响，聚焦透镜组件6采用多个透镜组成的透镜组，以确保平行光能准确的聚焦在位置探测器7上的一点。
在进行检测时，通过晶圆载台2将晶圆1移动至第一位置点和抛物镜5的焦点重合（同时与激光器3的激光照射点重合），为便于控制后续的移动行程，当晶圆1处于初始位置时，第一位置点为晶圆1的中心点。此时激光器3照射在晶圆1的中心点的激光以一定的反射角反射至抛物镜5，由于该反射光线从抛物镜5的焦点出发，因此经抛物镜5反射后形成一组平行光，该平行光经过聚焦透镜组件6后在位置探测器7上形成光斑，通过位置探测器7可标定该光斑在Z轴上的位置为初始位置点。
然后控制晶圆载台2带动晶圆1沿X轴移动一段距离，该距离可根据设备移动精度以及测试要求来确定。由于晶圆1表面具有一定的曲率，因此在X轴上的不同位置点沿Z轴方向的高度不同，使得激光器3照射在晶圆1表面的激光的反射光会偏离抛物镜5的焦点位置。以初始状态下抛物镜5的焦点位于晶圆1中心点为例，当晶圆1沿X轴正向或负向移动后，晶圆1表面的反射光的出射点均会在Z轴上低于抛物镜5的焦点。此时经过抛物镜5反射的光线在经过聚焦透镜组件6后形成的光斑将偏离初始状态下的位置。
为补偿该高度差使最终形成的光斑回到初始位置，可通过晶圆载台2带动晶圆1沿Z轴方向微动，使得当前反射光的出射点的高度调整至与晶圆1中心点的高度一致，此时通过抛物镜5反射的光纤经过聚焦透镜组件6聚焦形成在光斑在Z轴上的位置将与初始状态下的位置保持一致。当晶圆载台2通过沿Z轴方向移动使得最终形成的光斑与初始光斑在Z轴上的位置保持一致时，记录下晶圆载台2在Z轴上的位移。
如此一来，在晶圆载台2沿X轴扫描晶圆1的过程中，沿X轴每走过一个步长，均能得到该位置点的/>。通过扫描晶圆1的一整条直径（甚至是直接扫描整个晶圆1），就能得到晶圆1各扫描位置点的高度信息，通过直角坐标系对这些位置点坐标进行拟合，即可得到晶圆1表面形状的拟合方程，进而得到晶圆1表面的曲率半径。
本实施例达到了使激光器3发出的激光照射在晶圆1表面的第一位置点后，根据晶圆1表面照射点的形貌不同，以不同的反射角反射到抛物镜5上，经抛物镜5反射后，形成一组平行于抛物镜5回转轴4的平行光，该平行光经抛物镜5后方的聚焦透镜组件6聚焦后，汇聚透镜焦点处，利用位置探测器7可捕捉透镜焦点的光斑的位置信息，在检测时可控制晶圆载台2沿X轴方向逐步移动，在移动过程中通过控制晶圆载台2在Z轴上微动使位置检测探测器检测到的光斑在Z轴上始终处于同一位置，并根据晶圆载台2在Z轴上的移动距离以及在X轴上坐标拟合计算得到晶圆1表面曲率半径的目的，从而实现了提高检测精度，利用相对高度差计算得到曲率半径，无需进行多次参数调整，简化了仪器调校流程，并且利用聚焦透镜组件6将反射光进行聚焦，可测量曲率半径较小的晶圆1的技术效果，进而解决了相关技术中的晶圆1表面曲率半径检测存在检测精度较低，并且在检测前需要进行多次参数校准，操作复杂，并且无法测量曲率半径过小的晶圆1的问题。
由于本申请中通过检测相对位置的变化来测量晶圆1表面曲率半径，因此对于抛物镜5的回转轴4和聚焦透镜组件6的中心点的相对位置没有过高的要求，二者只需要处于能够光路传输范围内即可，因此对于抛物镜5的位置调试以及聚焦透镜组件6的位置调试要求更低，可以有效地减少调试的时间。相应的，聚焦透镜组件6和位置探测器7的相对位置也没有过高的要求，同样在处于光路传输范围内即可。
在另一种实施方式中，为对晶圆1表面所有检测点进行扫描除了使晶圆载台2可沿X轴移动依然，还可使晶圆载台2绕Z轴定轴旋转。以初始位置为晶圆1中心点与抛物镜5焦点重合为例，晶圆载台2可带动晶圆1绕Z轴旋转一定的角度，然后沿X轴移动进行扫描，在经过晶圆载台2的若干次旋转以及沿X轴移动的扫描后能够实现对晶圆1的全面扫描。
根据本申请的另一方面，在上述检测装置的基础上，本实施例提供一种晶圆1表面曲率半径检测方法，采用上述的晶圆1表面曲率半径检测装置，以及如下步骤：
控制晶圆载台2移动，使晶圆1的第一位置点与抛物镜5的焦点重合，使激光器3发出的激光位于晶圆1的第一位置点，当激光器3和抛物镜5的位置调整完毕后，只需要调整晶圆1的位置使抛物镜5的焦点和激光器3的激光照射点均位于第一位置点即可，在本实施例当处于初始状态时，第一位置点即晶圆1表面的中心点；
通过位置探测器7标定此时光斑在Z轴上的位置为初始位置点；
控制晶圆载台2沿X轴方向逐步移动，在经过每一个移动步长后，控制晶圆载台2沿Z轴方向移动，使光斑位于初始位置点，并获取晶圆载台2在Z轴方向上的位置点/>；晶圆载台2在X轴方向上的总移动行程覆盖晶圆在X轴方向上的长度；
将每一个和/>进行关联，通过直角坐标系对其进行拟合，得到晶圆1表面形状的拟合方程，从而得到晶圆1表面的曲率半径。
进一步地，在本实施例中，将每一个和/>进行关联，通过直角坐标系对其进行拟合，得到晶圆1表面形状的拟合方程，从而得到晶圆1表面的曲率半径，具体为：
以晶圆1上表面的中心点建立平面直角坐标系；
基于关联后的和/>得到一组位置点的坐标样本集(xi,yi)；
利用最小二乘法进行散点拟合圆，设拟合圆的方程为：
；
即
；
则圆的半径为：
；
坐标样本集(xi,yi)，i=1,2,3,...,n中第i个样本到圆心的距离记为di，则
；
则其与半径平方的误差为：
；
则所有样本的误差平方和为：
；
下面只需令最小即可，显然，/>为非负值，且能趋近﹢∞，不存在极大值。故只需把/>分别对参数/>求偏导，即可得到极小值点，亦为最小值点，公式为：
；
；
；
上三式构成了关于参数的三元一次方程组，解此方程组即可求解出参数的值，进而求出晶圆表面的曲率半径/>的值。
本实施例中的检测方法相比传统的检测方法（激光杠杆法、衍射阵列法），本申请中的检测装置在使用原理上没有基于小角度的近似化处理，在检测原理上更精准。
检测过程中只需晶圆1所有检测位置点的相对高度差即可计算出晶圆1曲率半径，对位置点的绝对高度无要求，因此无需进行参数校准，简化了仪器调校流程。并且也无需将晶圆载台2调至水平，对晶圆1曲率半径的计算无影响，也无需进行参数校准，同样简化了仪器调校流程。
相比传统的检测方法中，要对反射镜的空间姿态进行调校，该方法中的抛物镜5无需调校空间姿态，若首次装机后晶圆1上表面中心点未处于抛物镜5的焦点位置，只需对晶圆载台2进行X轴和Z轴微动，即可找到晶圆载台2的零位。当然，可以理解的是，晶圆载台2的零位也可不是晶圆1上表面中心点和抛物镜5焦点重合的位置，只要使得抛物镜5的焦点位于晶圆1的第一位置点即可。并且，在该情况即使抛物镜5的回旋轴线与X轴不平行，根据抛物镜5的光学性质，反射光的光斑会从位置探测器7的初始位置点移动到另一位置点，此时只需以此非初始位置点作为的检测依据即可。
相比传统的检测方法中，受限于位置探测器7的尺寸限制，无法测量曲率半径过小的晶圆1，该方法由于采用的聚焦透镜组件6将平行光聚焦至焦点，解决了这一问题，只要抛物镜5的尺寸足够，就能测量曲率半径很小的晶圆1。
相比传统的检测方法，该方法通过散点拟合的方式，精准地检测出了晶圆1在仪器中放置状态下的空间形貌，显示的3D形貌图更加真实。
相比传统的检测方法需要用分光镜进行双激光器3的分光，导致激光光强的大幅损失，该方法为激光直接照射在晶圆1上。若考虑到仪器对多种晶圆1材料反射率的适配性，要使用双激光器3或多激光器3，只需在其他位置再放置一个激光器3即可，只要反射光未移出抛物镜5的范围，就可以进行检测。
相比传统的检测方法只能扫描晶圆1的单条直径，本实施例中还可通过对晶圆载台2的驱动机构进行调整使晶圆载台2在沿X轴和Z轴移动的基础上能够沿Y轴直线移动，通过设定好的X轴和Y轴扫描路径，可以不对晶圆1进行旋转、吸附等操作就能一次检测晶圆1表面所有检测点，杜绝了因晶圆1旋转、吸附导致的晶圆1放置误差和晶圆1吸附变形，增加了测量准确性，提高了检测效率。本实施例中驱动晶圆载台2沿Y轴移动的机构与驱动其沿X轴移动的机构类似，二者可通过叠加形成两个方向的运动输出。
通过上述方法能够对晶圆1在X轴方向上的检测点进行检测，同理也可基于上述方法对晶圆1在Y轴方向上的检测点进行检测。具体的，以晶圆1在X轴上的每一个检测点作为起始点，控制晶圆载台2沿Y轴方向逐步移动，在经过每一个移动步长后，控制晶圆载台2沿Z轴方向移动，使光斑位于初始位置点，并获取晶圆载台2在Z轴方向上的位置点/>；将每一个/>和/>进行关联，通过直角坐标系对其进行拟合，得到晶圆1表面形状。
根据本申请的另一方面，提供一种薄膜应力检测方法，包括如下步骤：
在晶圆镀膜前，采用上述的晶圆表面曲率半径检测方法获取晶圆表面的曲率半径R，定义为；
在晶圆镀膜后，采用上述的晶圆表面曲率半径检测方法获取晶圆表面的曲率半径R，定义为；
根据以下公式计算薄膜应力：
；
式中，为晶圆基底材料的弹性模量；
为晶圆基底材料的泊松比；
为晶圆基底的厚度；
为晶圆薄膜的厚度。
具体的，需要说明的是，采用Stoney来计算薄膜应力时需要获取晶圆在镀膜前的半径和镀膜后的半径。在本实施例中，晶圆镀膜前的半径测试方法和镀膜后的半径测试方法相同，均采用上述实施例中所描述的晶圆表面曲率半径检测方法。在薄膜应力检测的过程中，首先需要设置测试相关的参数，为了使用Stoney来计算应力，需要输入晶圆基底材料的弹性模量、晶圆基底材料的泊松比/>、晶圆基底的厚度/>以及晶圆薄膜的厚度/>为了方便计算，定义基底的双轴弹性模量/>，单位为1011Pa，公式为：
；
同时要设置测试晶圆的尺寸、晶圆边缘的剔除长度、晶圆的移动步长。接着，在晶圆镀膜前按照上述检测方法测试前值半径/>，其中半径正时为凹面，半径负时为凸面。然后给晶圆镀膜，冷却到室温后，按照上述检测方法测试后值半径/>，测试的方法与前值半径/>的测试方法相同。测试完后值半径后，通过Stoney计算得到薄膜的应力。
以测试一个8inch的硅基底晶圆的上氧化膜的薄膜应力为例。
其基底厚度为725μm，晶向为100，表面镀上一层厚度为10000 Å的氧化膜。
首先进行参数设置，输入晶圆基底的双轴弹性模量为1.805×1011Pa，基底的厚度为725μm，薄膜的厚度为10000Å，晶圆的尺寸为8inch，考虑到边缘效应，左右两边各去边20mm，采集点间隔/>设置为10mm。
接着，在晶圆镀膜前测试前值半径，测得一组样本集(xi,yi),i=1,2,3,...,17，通过最小二乘拟合得到/>为-169.9m。然后给晶圆镀膜，冷却到室温后，测试后值半径/>，其值为83.6m。最后通过Stoney计算得到薄膜的应力为282MPa。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种晶圆表面曲率半径检测装置，其特征在于，包括：
晶圆载台，所述晶圆载台用于承载晶圆，且可受驱动地沿X轴和Z轴移动，所述X轴为与晶圆的一条水平中心线平行或重合的水平轴，所述Z轴为垂于所述X轴的竖直轴；
抛物镜，位于所述晶圆载台的上方，所述抛物镜的焦点位于晶圆的第一位置点，所述第一位置点位于晶圆上与X轴对应的水平中心线上；
激光器，位于所述晶圆载台的上方，所述激光器设置成能够向晶圆的第一位置点发射激光；
聚焦透镜组件，设于所述抛物镜的出射方向上，用于将所述抛物镜反射的光线汇聚至透镜焦点；
位置探测器，用于检测所述透镜焦点的光斑的位置。
2.根据权利要求1所述的晶圆表面曲率半径检测装置，其特征在于，当晶圆处于初始位置时，所述第一位置点为晶圆的中心点。
3.根据权利要求1所述的晶圆表面曲率半径检测装置，其特征在于，所述晶圆载台设置成能够受驱动地沿X轴、Y轴和Z轴移动，所述Y轴为垂直于X轴的水平轴。
4.根据权利要求1所述的晶圆表面曲率半径检测装置，其特征在于，所述晶圆载台设置成能够受驱动地绕Z轴定轴旋转。
5.一种晶圆表面曲率半径检测方法，其特征在于，采用如权利要求1至4任一项所述的晶圆表面曲率半径检测装置，以及如下步骤：
控制晶圆载台移动，使晶圆的第一位置点与所述抛物镜的焦点重合，使所述激光器发出的激光位于晶圆的第一位置点；
通过所述位置探测器标定此时所述光斑在Z轴上的位置为初始位置点；
控制所述晶圆载台沿X轴方向逐步移动，在经过每一个移动步长后，控制所述晶圆载台沿Z轴方向移动，使所述光斑位于所述初始位置点，并获取所述晶圆载台在Z轴方向上的位置点/>；所述晶圆载台在X轴方向上的总移动行程覆盖晶圆在X轴方向上的长度；
将每一个和/>进行关联，通过直角坐标系对其进行拟合，得到晶圆表面形状的拟合方程，从而得到晶圆表面的曲率半径。
6.根据权利要求5所述的晶圆表面曲率半径检测方法，其特征在于，将每一个和/>进行关联，通过直角坐标系对其进行拟合，得到晶圆表面形状的拟合方程，从而得到晶圆表面的曲率半径，具体为：
以晶圆上表面的中心点建立平面直角坐标系；
基于关联后的和/>得到一组位置点的坐标样本集(xi,yi)；
设拟合圆的方程为：
；
即
；
则圆的半径为：
；
坐标样本集(xi,yi)，i=1,2,3,...,n中第i个样本到圆心的距离记为di，则
；
则其与半径平方的误差为：
；
则所有样本的误差平方和为：
；
在中分别对参数/>求偏导，即可得到极小值点，公式为：
；
；
；
基于上述方程组得到参数的值，进而求出晶圆表面的曲率半径/>的值。
7.根据权利要求5所述的晶圆表面曲率半径检测方法，其特征在于，还包括：
以晶圆在X轴上的每一个检测点作为起始点，控制所述晶圆载台沿Y轴方向逐步移动，在经过每一个移动步长后，控制所述晶圆载台沿Z轴方向移动，使所述光斑位于初始位置点，并获取所述晶圆载台在Z轴方向上的位置点/>；
将每一个和/>进行关联，通过直角坐标系对其进行拟合，得到晶圆表面形状。
8.一种薄膜应力检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
在晶圆镀膜前，采用如权利要求5或6所述的晶圆表面曲率半径检测方法获取晶圆表面的曲率半径R，定义为；
在晶圆镀膜后，采用如权利要求5或6所述的晶圆表面曲率半径检测方法获取晶圆表面的曲率半径R，定义为；
根据以下公式计算薄膜应力：
；
式中，为晶圆基底材料的弹性模量；
为晶圆基底材料的泊松比；
为晶圆基底的厚度；
为晶圆薄膜的厚度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311127831.0A CN116884872B (zh) | 2023-09-04 | 2023-09-04 | 晶圆表面曲率半径检测装置、方法及薄膜应力检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311127831.0A CN116884872B (zh) | 2023-09-04 | 2023-09-04 | 晶圆表面曲率半径检测装置、方法及薄膜应力检测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116884872A true CN116884872A (zh) | 2023-10-13 |
| CN116884872B CN116884872B (zh) | 2023-11-10 |
Family
ID=88257127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311127831.0A Active CN116884872B (zh) | 2023-09-04 | 2023-09-04 | 晶圆表面曲率半径检测装置、方法及薄膜应力检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116884872B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117393451A (zh) * | 2023-12-07 | 2024-01-12 | 无锡卓海科技股份有限公司 | 一种晶圆表面平均曲率半径的测量方法和系统 |
| CN118670302A (zh) * | 2024-08-23 | 2024-09-20 | 华夏天信传感科技(大连)有限公司 | 一种复曲面曲率检测方法及设备 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0431733A (ja) * | 1990-05-28 | 1992-02-03 | Naitsu:Kk | コンタクトレンズのベースカーブ及び中心肉厚の同時測定法及び同測定装置 |
| DE102008049159A1 (de) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Jenoptik Laser, Optik, Systeme Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur optischen Messung langer Krümmungsradien optischer Funktionsflächen |
| CN102023068A (zh) * | 2010-10-10 | 2011-04-20 | 徐建康 | 薄膜应力测量设备及其测量方法 |
| CN103630277A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-03-12 | 深圳职业技术学院 | 薄膜应力测试方法 |
| CN108801178A (zh) * | 2017-05-04 | 2018-11-13 | 北京理工大学 | 差动共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法与装置 |
| CN113948414A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-01-18 | 无锡卓海科技股份有限公司 | 一种薄膜应力仪自动调平装置 |
-
2023
- 2023-09-04 CN CN202311127831.0A patent/CN116884872B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0431733A (ja) * | 1990-05-28 | 1992-02-03 | Naitsu:Kk | コンタクトレンズのベースカーブ及び中心肉厚の同時測定法及び同測定装置 |
| DE102008049159A1 (de) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Jenoptik Laser, Optik, Systeme Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur optischen Messung langer Krümmungsradien optischer Funktionsflächen |
| CN102023068A (zh) * | 2010-10-10 | 2011-04-20 | 徐建康 | 薄膜应力测量设备及其测量方法 |
| CN103630277A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-03-12 | 深圳职业技术学院 | 薄膜应力测试方法 |
| CN108801178A (zh) * | 2017-05-04 | 2018-11-13 | 北京理工大学 | 差动共焦自准直中心偏和曲率半径测量方法与装置 |
| CN113948414A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-01-18 | 无锡卓海科技股份有限公司 | 一种薄膜应力仪自动调平装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117393451A (zh) * | 2023-12-07 | 2024-01-12 | 无锡卓海科技股份有限公司 | 一种晶圆表面平均曲率半径的测量方法和系统 |
| CN117393451B (zh) * | 2023-12-07 | 2024-03-26 | 无锡卓海科技股份有限公司 | 一种晶圆表面平均曲率半径的测量方法和系统 |
| CN118670302A (zh) * | 2024-08-23 | 2024-09-20 | 华夏天信传感科技(大连)有限公司 | 一种复曲面曲率检测方法及设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116884872B (zh) | 2023-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN116884872B (zh) | 晶圆表面曲率半径检测装置、方法及薄膜应力检测方法 | |
| US11454494B2 (en) | Testing apparatus and testing method | |
| CN110044293B (zh) | 一种三维重构系统及三维重构方法 | |
| KR101808388B1 (ko) | 프로브 장치 및 프로브 방법 | |
| TWI313751B (zh) | ||
| EP2177870B1 (en) | Optical wave interference measuring apparatus | |
| KR20100119526A (ko) | 거울 반사 표면의 상대 위치를 측정하기 위한 장치 및 방법 | |
| CN106949843A (zh) | 微镜镜面翘曲程度检测装置以及检测方法 | |
| CN111288927B (zh) | 基于法向跟踪的自由曲面差动共焦测量方法及装置 | |
| CN209992407U (zh) | 线面阵相机结合的大口径超净光滑表面缺陷检测装置 | |
| EP3201611A1 (en) | Wafer edge inspection with trajectory following edge profile | |
| US20060214673A1 (en) | Intrument for testing solid-state imaging device | |
| JP5371514B2 (ja) | レーザ光状態検査方法及び装置並びにソーラパネル製造方法 | |
| JP5268749B2 (ja) | 基板状態検査方法及びレーザ加工装置並びにソーラパネル製造方法 | |
| CN211121098U (zh) | 曲率半径测量装置 | |
| KR20140078621A (ko) | 기판의 형상 변화 측정 방법 | |
| CN106289096A (zh) | 一种凸球面镜面形检测系统及检测方法 | |
| US7397554B1 (en) | Apparatus and method for examining a disk-shaped sample on an X-Y-theta stage | |
| KR20220113480A (ko) | 전자 광학 시스템을 조절, 조립 및/또는 테스트하기 위한 장치, 방법 및 이러한 장치의 용도 | |
| JP2010264461A (ja) | レーザ加工方法、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法 | |
| KR20210107530A (ko) | 반사계, 분광 광도계, 또는 엘립소미터 시스템을 사용하는 샘플 맵핑에 적용되는 세타-세타 샘플 포지셔닝 스테이지 | |
| CN213902272U (zh) | 一种用于显微角分辨光谱系统的角度测量装置 | |
| CN114675514A (zh) | 调平调焦装置 | |
| CN116878378A (zh) | 一种机械臂操纵下的大口径球面光学元件定心和定域方法 | |
| CN118464931A (zh) | 一种晶圆缺陷检测及倒角参数测量设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |