TW202333891A - 用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法和裝置 - Google Patents

Abstract

本發明關於用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法和裝置，該方法包括：在待測晶圓的最外側周向輪廓上選定測量位置；沿與待測晶圓所在的平面垂直的方向在測量位置基於給定角度對待測晶圓的邊緣進行拋光，其中，給定角度為相對於最外側周向輪廓在測量位置處的切線的角度；對經拋光而形成的拋光面進行刻蝕；以及測量顯現在刻蝕後的拋光面上的損傷的長度，以根據長度與給定角度的正弦值獲得待測晶圓的邊緣在測量位置處的損傷層深度。

Description

用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法和裝置

本發明屬於半導體加工製造技術領域，具體地，關於用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法和裝置。

在晶圓製造過程中，例如滾磨、切片、研磨的機械加工過程會不可避免地在晶圓表面和邊緣引入機械損傷。這些機械損傷破壞了原有的單晶層，如不能及時去除會對後續加工技術生產的產品的品質造成不利影響。在這種情況下，需要能夠準確測量出機械損傷的深度，以便據此確定後續製程中去除損傷層時所涉及的去除量等參數。

已知這種機械損傷的深度較小，不易靠相關技術中的設備直接準確檢測出具體深度，目前，經常採用例如“角度拋光法”來進行檢測。在角度拋光法中，需要先將晶圓按其解理方向分裂成多片以作為測量樣片，然後以一斜角對該測量樣片進行角度拋光以形成斜面，並利用腐蝕液對該斜面進行刻蝕，以使該晶圓表面損傷能夠在該斜面上更好地顯現出來，這裡，角度拋光起到相當於“放大器”的作用，通過利用顯微鏡測量出損傷在該斜面上的長度並乘以該拋光角度的正弦值，便可以得出損傷層的深度。同樣地，晶圓邊緣損傷層的深度也利用該方法進行測量。

然而，上述“角度拋光法”需要首先將晶圓分裂成多個小的樣片才能進行後續檢測，而且對於晶圓邊緣的機械損傷，由於晶圓邊緣呈近似半圓形，在測量時，需要將來自晶圓邊緣的測量樣片豎立起來才進行角度拋光，導致整個操作流程比較複雜。

此外，通過分裂形成的樣片較小，不能與標準的刻蝕機相容，在刻蝕時，需要藉助輔助工具如特殊的夾具或手套箱來進行，操作起來很不方便。

而且，由於晶圓被分裂成多個小的樣片，如果需要測量晶圓邊緣的多個位置的損傷深度，就需要重複地對多個樣片進行豎立、拋光、刻蝕等操作，使得總體測量時間較長。

本部分提供了本發明的總體概要，而不是對本發明的全部範圍或所有特徵的全面公開。

本發明的一個目的在於提供一種操作流程簡單的用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法。

本發明的另一目的在於提供一種操作起來方便的用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法

本發明的又一目的在於提供一種在進行多位置檢測時總體測量時間較短的用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法。

為了實現上述目的中的一個或多個，根據本發明的一個方面，提供了一種用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法，其包括：在待測晶圓的最外側周向輪廓上選定測量位置；沿與待測晶圓所在的平面垂直的方向在測量位置基於給定角度對待測晶圓的邊緣進行拋光，其中，給定角度為相對於最外側周向輪廓在測量位置處的切線的角度；對經拋光而形成的拋光面進行刻蝕；以及測量顯現在刻蝕後的拋光面上的損傷的長度，以根據長度與給定角度的正弦值獲得待測晶圓的邊緣在測量位置處的損傷層深度。

在上述用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法中，在沿與待測晶圓所在的平面垂直的方向在測量位置基於給定角度對待測晶圓的邊緣進行拋光之前，該方法還可以包括對待測晶圓進行熱處理。

在上述用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法中，對待測晶圓進行熱處理可以包括採用乾氧氧化法對待測晶圓進行熱處理。

在上述用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法中，沿與待測晶圓所在的平面垂直的方向在測量位置基於給定角度對待測晶圓的邊緣進行拋光可以包括：提供吸盤；以及利用吸盤以吸附的方式固定待測晶圓，其中，吸盤構造成使得待測晶圓的邊緣露出，以允許對待測晶圓的邊緣進行拋光。

在上述用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法中，沿與待測晶圓所在的平面垂直的方向在測量位置基於給定角度對待測晶圓的邊緣進行拋光可以包括：沿與待測晶圓所在的平面垂直的方向在測量位置根據基於給定角度獲得的拋光深度對待測晶圓的邊緣進行拋光，其中，拋光深度為拋光面在待測晶圓的徑向方向上距最外側周向輪廓的最大距離，並且拋光深度根據以下公式確定：D＝R*(1-cosα)，其中，D表示拋光深度，R表示待測晶圓的半徑，並且α表示給定角度。

在上述用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法中，測量位置可以為多個測量位置。

在上述用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法中，多個測量位置可以按照與待測晶圓的缺口方向的夾角為45°的整數倍的方式來選擇。

在上述用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法中，多個測量位置的數目可以為8個。

根據本發明的另一方面，提供了一種用於測量晶圓邊緣損傷層深度的裝置，其包括：選定單元，其用於在待測晶圓的最外側周向輪廓上選定測量位置；拋光單元，其用於沿與待測晶圓所在的平面垂直的方向在測量位置基於給定角度對待測晶圓的邊緣進行拋光，其中，給定角度為相對於最外側周向輪廓在測量位置處的切線的角度；刻蝕單元，其用於對經拋光而形成的拋光面進行刻蝕；以及結果獲取單元，其用於測量顯現在刻蝕後的拋光面上的損傷的長度，以根據長度與給定角度的正弦值獲得待測晶圓的邊緣在測量位置處的損傷層深度。

在上述用於測量晶圓邊緣損傷層深度的裝置中，還可以包括熱處理單元，其用於在拋光單元沿與待測晶圓所在的平面垂直的方向在測量位置基於給定角度對待測晶圓的邊緣進行拋光之前對待測晶圓進行熱處理。

根據本發明，通過使用整片晶圓進行檢測，不用對晶圓進行裂片，也不用將裂片後的小樣片豎立起來進行角度拋光操作，而是使整片晶圓保持某一取向來進行邊緣的拋光，使得操作流程相對簡單；此外，由於整片晶圓能夠與標準的刻蝕機相容，不用像裂片後的小樣片那樣藉助於其他輔助工具，使得操作相對比較方便；而且，如果要對多個位置進行損傷深度測量，僅需對整片晶圓的邊緣的不同位置進行拋光即可，不用對晶圓進行裂片並反覆地對代表待測位置的多個樣片進行豎立、拋光、刻蝕等，使得總體測量時間相對較短。

通過以下結合附圖對本發明的示例性實施方式的詳細說明，本發明的上述特徵和優點以及其他特徵和優點將更加清楚。

下面參照附圖、藉助於示例性實施方式對本發明進行詳細描述。要注意的是，對本發明的以下詳細描述僅僅是出於說明目的，而絕不是對本發明的限制。

針對晶圓邊緣損傷層深度的測量，目前經常採用「角度拋光法」，然而，如之前提到的，使用角度拋光法必須要對晶圓進行裂片以獲得代表待檢測部位的小的樣片，但由此也帶來了操作流程複雜、不能與標準的刻蝕機相容、多位置檢測時總體測量時間較長等問題。

為此，本發明提出了一種不同的方法，其利用整片晶圓來檢測晶圓邊緣損傷層的深度，並由此消除了利用常用的角度拋光法來檢測時所帶來的上述諸多問題。

具體而言，參照圖1至圖4，根據本發明的一方面，提供了一種用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法，其包括：在待測晶圓10的最外側周向輪廓上選定測量位置A；沿與待測晶圓10所在的平面垂直的方向在測量位置A基於給定角度α對待測晶圓10的邊緣進行拋光，其中，給定角度α為相對於最外側周向輪廓在測量位置A處的切線g的角度；對經拋光而形成的拋光面11進行刻蝕；以及測量顯現在刻蝕後的拋光面11上的損傷的長度L，以根據該長度L與給定角度α的正弦值獲得待測晶圓10的邊緣在測量位置A處的損傷層深度。

在該方法中，使用了整片晶圓來進行檢測，而沒有將其裂解成小的樣片。參照圖1，針對整片待測晶圓10的邊緣，沿與待測晶圓10所在的平面（即圖1中的紙面）垂直的方向（即圖1中垂直於紙面的方向）在測量位置A基於給定角度α進行了拋光。如圖2中更清楚地示出的，通過該拋光形成一斜面，即拋光面11，類似於“角度拋光法”，對於損傷層深度較小的情況，該斜面起到相當於“放大器”的作用，能夠使損傷通過斜面顯示得相比於在豎向方向（對於邊緣，具體為徑向方向）上更長以便於進行觀察。在通過利用例如萊特（Wright）刻蝕溶液對拋光面11進行刻蝕以使得拋光面11上的損傷顯現得更明顯後，可以直接利用例如顯微鏡觀察和測量損傷在拋光面11上的長度L，如圖3和圖4中所示。最後，如圖2中所示，可以通過用長度L乘以給定角度α的正弦值來計算獲得待測晶圓10的邊緣在測量位置A處的損傷層深度。

由於根據本發明的實施方式的上述方法使用整片晶圓進行檢測，不用對晶圓進行裂片，也不用將裂片後的小樣片豎立起來進行角度拋光操作，而是使整片晶圓保持某一取向例如豎向取向來進行邊緣的拋光，因此操作流程相對簡單；此外，由於整片晶圓能夠與標準的刻蝕機例如標準的300mm刻蝕機相容，不用像裂片後的小樣片那樣藉助於其他輔助工具，因此操作相對比較方便；而且，如果要對多個位置進行損傷深度測量，僅需對整片晶圓的邊緣的不同位置進行拋光即可，不用對晶圓進行裂片並反覆地對代表待測位置的多個樣片進行豎立、拋光、刻蝕等，因此總體測量時間也相對較短。

在本發明的實施方式中，在進行上述拋光之前，該方法還可以包括對待測晶圓10進行熱處理。

也就是說，可以先對待測晶圓10進行熱處理，然後再進行上述拋光。該熱處理的目的是使晶圓邊緣的損傷放大，以便於更清楚和準確地測量損傷在拋光面11上的長度L。

示例性地，對待測晶圓10進行熱處理可以包括採用乾氧氧化法對待測晶圓10進行熱處理。

通過乾氧氧化法，乾燥純凈的氧氣作為氧化氣氛在高溫下直接與矽發生反應而在待測晶圓10的表面包括邊緣生成二氧化矽薄膜，由此使損傷形成氧化堆垛層錯，從而將損傷放大顯現。

根據本發明的實施方式，可以理解的是，在進行拋光時，需要對待測晶圓10進行固定以便於進行操作。因此，可以設想的是，該拋光操作可以包括：提供吸盤（未示出）；以及利用該吸盤以吸附的方式固定待測晶圓10，其中，吸盤構造成使得待測晶圓10的邊緣露出，以允許對待測晶圓10的邊緣進行拋光

也就是說，可以採用吸盤來固定待測晶圓10，而且吸盤的半徑需要小於待測晶圓10的半徑，以使待測晶圓10的邊緣不被吸盤遮擋，從而允許對待測晶圓10的邊緣進行拋光而不與吸盤發生干涉。

還可以設想的是，吸盤可以是可轉動的。例如，當需要對待測晶圓10的邊緣的多個位置進行檢測時，為了使這些位置均處於某一固定位置以方便操作，可以通過僅轉動吸盤就使這些位置到達固定位置，操作起來更方便。

在本發明的實施方式中，如之前提到的，拋光操作是基於給定角度α進行的，對此，可以設想的一種方式是：沿與待測晶圓10所在的平面垂直的方向（即圖1中垂直於紙面的方向）從測量位置A開始以給定角度α對待測晶圓10的邊緣進行拋光。

作為另一種可選的方式，如圖1中所示，還可以是：沿上述方向在該測量位置A根據基於給定角度獲得的拋光深度對待測晶圓10的邊緣進行拋光，其中，拋光深度為拋光面11在待測晶圓10的徑向方向上距最外側周向輪廓的最大距離，並且拋光深度根據以下公式確定：D=R*(1-cosα)，其中，D表示拋光深度，R表示待測晶圓10的半徑，並且α表示給定角度。

根據這種方式的拋光操作，可以不必使用用來測量或衡量給定角度α的任何輔助工具，僅需根據能用長度衡量的拋光深度來進行拋光，由此使該拋光操作起來更加容易。

在本發明的實施方式中，測量位置A可以為多個測量位置，以便能夠通過這些測量位置的損傷層深度測量結果更準確地評估晶圓邊緣損傷情況。

可以設想的是，多個測量位置可以根據待測晶圓10的缺口（Notch）方向來選擇。

具體而言，多個測量位置可以選擇晶向為100和/或110的位置，在這些位置處檢測到的損傷通常能夠更真實地反映出晶圓的損傷情況。如圖5中所示，在晶圓的晶面為100的情況下，缺口方向對應晶向110，而與缺口方向的夾角為90°、180°和270°的方向對應晶向110，並且與缺口方向的夾角為45°、135°、225°和315°的方向對應晶向100，即，從缺口方向每轉45°，晶向會在100與110之間變化。

以此方式，可以根據待測晶圓10的缺口方向來選擇這些測量位置，具體地，按照與待測晶圓10的缺口方向的夾角為45°的整數倍的方式來選擇。

可以設想的是，如圖5中所示，可以從待測晶圓10的缺口1開始每轉45°選擇一個測量位置，即選擇8個測量位置，如圖5中以1至8表示的，由此，可以更全面和準確地評估待測晶圓10的邊緣損傷情況。

根據本發明的另一方面，還提供了一種用於測量晶圓邊緣損傷層深度的裝置，其包括：選定單元，其用於在待測晶圓10的最外側周向輪廓上選定測量位置A；拋光單元，其用於沿與待測晶圓10所在的平面垂直的方向在測量位置A基於給定角度α對待測晶圓10的邊緣進行拋光，其中，給定角度α為相對於最外側周向輪廓在測量位置A處的切線的角度；刻蝕單元，其用於對經拋光而形成的拋光面11進行刻蝕；以及結果獲取單元，其用於測量顯現在刻蝕後的拋光面11上的損傷的長度L，以根據該長度L與給定角度α的正弦值獲得待測晶圓10的邊緣在測量位置A處的損傷層深度。

根據本發明的實施方式，該用於測量晶圓邊緣損傷層深度的裝置還可以包括熱處理單元，其用於在拋光單元沿上述方向在測量位置A基於給定角度α對待測晶圓10的邊緣進行拋光之前對待測晶圓10進行熱處理。

此外，根據本發明的實施方式，該用於測量晶圓邊緣損傷層深度的裝置還可以包括吸盤，其構造成用於以吸附的方式固定待測晶圓10並且構造成使得待測晶圓10的邊緣露出，以允許對待測晶圓10的邊緣進行拋光。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域具通常知識者在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以申請專利範圍的保護範圍為準。

10:待測晶圓 11:拋光面 A:測量位置 D:拋光深度 L:長度 R:半徑 g:切線 α:給定角度

圖1示意性地示出了根據本發明的實施方式的用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法； 圖2示意性地示出了利用圖1中所示的方法進行拋光後的晶圓邊緣，其中，僅示意性地示出了晶圓邊緣的一部分； 圖3示意性地示出了從圖2的左側觀察到的拋光面； 圖4為與圖3中的拋光面對應的實物檢測照片；以 圖5示意性地示出了在待測晶圓的邊緣上選定的測量位置。

10:待測晶圓

A:測量位置

D:拋光深度

R:半徑

g:切線

α:給定角度

Claims (10)

1. 一種用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法，其步驟包括： 在待測晶圓的最外側周向輪廓上選定測量位置； 沿與該待測晶圓所在的平面垂直的方向，在該測量位置基於給定角度，對該待測晶圓的邊緣進行拋光，其中，該給定角度為相對於該最外側周向輪廓在該測量位置處的切線的角度； 對經拋光而形成的拋光面進行刻蝕；以及 測量顯現在刻蝕後的該拋光面上的損傷的長度，以根據該長度與該給定角度的正弦值獲得該待測晶圓的邊緣在該測量位置處的損傷層深度。
2. 如請求項1所述的用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法，其中在沿與該待測晶圓所在的平面垂直的方向，在該測量位置基於給定角度，對該待測晶圓的邊緣進行拋光之前，還包括對該待測晶圓進行熱處理。
3. 如請求項2所述的用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法，其中對該待測晶圓進行熱處理包括採用乾氧氧化法對該待測晶圓進行熱處理。
4. 如請求項1至3中任一項所述的用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法，其中沿與該待測晶圓所在的平面垂直的方向，在該測量位置基於該給定角度，對該待測晶圓的邊緣進行拋光包括： 提供吸盤；以及 利用該吸盤以吸附的方式固定該待測晶圓，其中，該吸盤構造成使得該待測晶圓的邊緣露出，以允許對該待測晶圓的邊緣進行拋光。
5. 如請求項1至3中任一項所述的用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法，其中沿與該待測晶圓所在的平面垂直的方向，在該測量位置基於該給定角度對該待測晶圓的邊緣進行拋光包括： 沿與該待測晶圓所在的平面垂直的方向，在該測量位置根據基於該給定角度獲得的拋光深度，對該待測晶圓的邊緣進行拋光，其中，該拋光深度為該拋光面在該待測晶圓的徑向方向上，距該最外側周向輪廓的最大距離，並且該拋光深度根據以下公式確定：D＝R*(1-cosα)，其中，D表示該拋光深度，R表示該待測晶圓的半徑，並且α表示該給定角度。
6. 如請求項1至3中任一項所述的用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法，其中該測量位置為多個測量位置。
7. 如請求項6所述的用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法，其中該等測量位置按照與該待測晶圓的缺口方向的夾角為45°的整數倍的方式來選擇。
8. 如請求項7所述的用於測量晶圓邊緣損傷層深度的方法，其中該等測量位置的數目為8個。
9. 一種用於測量晶圓邊緣損傷層深度的裝置，包括： 選定單元，其用於在待測晶圓的最外側周向輪廓上選定測量位置； 拋光單元，其用於沿與該待測晶圓所在的平面垂直的方向，在該測量位置基於給定角度，對該待測晶圓的邊緣進行拋光，其中，該給定角度為相對於該最外側周向輪廓在該測量位置處的切線的角度； 刻蝕單元，其用於對經拋光而形成的拋光面進行刻蝕；以及 結果獲取單元，其用於測量顯現在刻蝕後的該拋光面上的損傷的長度，以根據該長度與該給定角度的正弦值獲得該待測晶圓的邊緣在該測量位置處的損傷層深度。
10. 如請求項9所述的用於測量晶圓邊緣損傷層深度的裝置，其中還包括熱處理單元，其用於在該拋光單元沿與該待測晶圓所在的平面垂直的方向，在該測量位置基於該給定角度，對該待測晶圓的邊緣進行拋光之前，對該待測晶圓進行熱處理。

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