[发明专利]用于无接触地评价晶圆的表面特性的方法和装置

说明书

用于采用角度解析的散射光测量技术无接触地评价工件(W)的表面特性的方法和装置，包括照明测量点(14)的光学的传感器(10)。借助行扫描传感器(16)探测光线的反射光强，并由此求取光强特征值(Ig)。求取水平的初始转角(θ)，光强特征值(Ig)在该初始转角时最大。采用测量模式，在考虑到所述初始转角(θ)的情况下，计算表面特征值。该测量方法的特点是直至亚纳米范围内的极高的横向的和竖向的位置精度以及高的测量速度。

本发明涉及一种用于采用角度解析的散射光测量技术无接触地评价盘状的、精细加工的工件特别是晶圆的表面特性的方法，其中，光学传感器把具有规定的光强分布的光线束发出到工件的要予以评价的表面上，并照明测量点，其中，借助具有多个分立的光探测器的行扫描传感器，在规定的角度范围内探测光线的反射光强，并由探测到的光强计算表面特性的至少一个特征值。本发明还涉及一种用于实施该方法的装置。

角度解析的采用相关传感器的散射光测量技术在2010年7月份的VDA推荐物VDA2009中有详细介绍(VDA：汽车工业联合会)。这种散射光测量技术由于所述方法的稳健性和高的测量速度而既适用于100％地在线监视过程，又特别地适用于无接触地测量横向于加工方向的粗糙度(横向粗糙度)和纵向于加工方向的粗糙度(纵向粗糙度)，以及适用于形状和波纹度测量。在此通过反向散射的光来测量精加工表面的表面角度分布。由此既可以算得表面结构的特征值，又可以算得形状特征比如平整度、圆整度、波纹度、振纹等。作为用来评价表面特性的特征参数，例如可以采用散射角分布的方差Aq作为表面微观结构的量度。

此外，在EP 2 657 686 A1和“确定微观结构特征参数”(Rainer Brodmann等人，QZ年度53(2008)，7，第46-49页)中记载了散射光测量技术。散射光传感器根据方位，横向于或纵向于工件的加工方向检测光强分布。然后可以由分布曲线计算出静态的特征值，这些特征值含有关于横向或纵向粗糙度的信息。在此，最重要的特征值是Aq和M，其中，M是分布曲线的平均值，进而是分布曲线的重心。

一种重要的应用情况是，检查盘状的工件特别是晶圆的表面。在制造IC(Integrated Circuit；集成电路)时，日益要求制造尽可能薄的各个IC。IC制造的原材料大多是硅片(晶圆)，其直径为200～300mm，厚度为500～725μm。实际上的电子硬件元件在制造后只有数μm的深度，这意味着，99％的材料或多或少地是没用的。在IC制造中有利的这种相对大的厚度，另一方面不利于从背面对IC进行必要的冷却，如果要把具有明显的总厚度的IC应用在电子设备中。出于这个原因，晶圆在IC分离及其分选之前，从未加工的背面起通过磨削工艺而变薄(英文thinning)。被处理的晶圆的这种所谓的背面磨削(英文backgrinding)如今是一种标准方法，其中，达到了200μm以下的最终厚度。研发方向是，通过背面磨削把厚度缩小到50μm的范围内。晶圆被磨削得越薄，就越必须小心地进行加工，以便特别是在到达目标厚度之前不久的加工最后阶段，使得所出现的磨削力和表面去蚀对位于其下面的IC电子电路元件没有太大的影响。在此，磨削力要尽可能均匀地分布，并且由于工艺参数(尤其砂轮粒子大小、砂轮的旋转速度和压力)要保持在狭窄的界限内，整个晶圆面上的表面粗糙度和表面变形(弯拱、波纹等)要尽可能小且均匀。如果情况并非如此，应力和微裂纹就会有损于或者损毁IC的功能。对于具有约50μm的厚度范围的晶圆，例如粗糙度不得大于1～3nm Ra(平均粗糙度值)。在很多情况下，在超精细的磨削之后，还进行附加的CMP工艺步骤(CMP：Chemical Mechanical Polishing或者化学机械抛光)，用于进一步减小粗糙度和细小波纹。