[发明专利]晶圆表面薄膜粗糙度在线检测方法及其光刻轨道设备

说明书

本发明提供一种晶圆表面薄膜粗糙度在线检测方法及其轨道设备，在光刻工艺的显影之前，在白光光源照射下，对晶圆表面薄膜进行第一次拍照，因粗糙度不同，晶圆表面薄膜对不同波长的光的反射不同，得到一定颜色的照片；在显影之后，在白光光源照射下，对所述的晶圆表面薄膜进行第二次拍照；将第一次拍照的照片与第二次拍照的照片的颜色进行比较，颜色变化越大，说明晶圆表面薄膜粗糙度的变化越大。不同波长的光反射后呈现的颜色变化越大，反应所拍晶圆表面薄膜粗糙度变化也越大，本发明利用这一原理，只需要在原工艺中增加白光光源和摄像单元，即可简单、方便、快速的在线检测晶圆表面薄膜粗糙度变化，无需线下复杂检测，提高效率，同时节约成本。

技术领域

本发明涉及半导体光刻领域，具体涉及一种晶圆表面薄膜粗糙度在线检测方法及其光刻轨道设备。

背景技术

光刻是半导体工艺中重要的部分之一，轨道机台是光刻工艺重要的设备。目前光刻轨道设备主要集成涂胶、曝光、显影等工艺单元，如图1所示，硅片1在前处理腔2中进行预处理，在第一冷却板3-1上冷却后在匀胶板4上涂胶，后经第一热板5-1、第二冷却板3-2、曝光、第二热板5-2、第三冷却板3-3，在显影单元6显影，最后经第三热板5-3和第四冷却板3-4输出。在显影环节，AlN薄膜层的粗糙度会受显影液而影响。而AlN薄膜层的粗糙度是一个非常关键的性能指标。因此在显影后需要对AlN薄膜层的粗糙度进行检测。目前的做法基本是采取线下模式，即将显影后的半导体器件取出，利用专门的粗糙度检测设备进行精确检测。线下模式检测手段对生产效率是很大的损失。

另外，目前线下模式检测粗糙度的工作原理是：通过原子力显微镜（AFM）来反映薄膜表面形貌，通过数模转换计算出膜层的粗糙度。其测量模式可分为接触模式和轻敲模式。接触模式是利用探针和样品直接接触，因此对探针的磨损较大，要求较软的探针；轻敲模式是探针在外力作用下发生共振，探针部分振动位置进入力曲线的排斥区，因此探针间隙性接触样品表面。因此，AFM探针对不同表面的损耗程度不同，且测量基本通过手动测量，效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种晶圆表面薄膜粗糙度在线检测方法及其光刻轨道设备，以提高生产效率。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种晶圆表面薄膜粗糙度在线检测方法，其特征在于：

在光刻工艺的显影之前，在白光光源照射下，对晶圆表面薄膜进行第一次拍照，因粗糙度不同，晶圆表面薄膜对不同波长的光的反射不同，得到一定颜色的照片；

在显影之后，在白光光源照射下，对所述的晶圆表面薄膜进行第二次拍照；

将第一次拍照的照片与第二次拍照的照片的颜色进行比较，颜色变化越大，说明晶圆表面薄膜粗糙度的变化越大。

按上述方法，所述的第一次拍照在光刻工艺的所有程序之前，所述的第二次拍照在光刻工艺的所有程序之后。

按上述方法，所述的第一次拍照和第二拍照时，晶圆均处于冷却后的状态。

按上述方法，所述的第一次拍照和第二拍照时，晶圆均处于加热后的状态。

按上述方法，本方法还包括：若识别颜色变化超过一定范围，则报废该晶圆；若无法判断颜色变化，则晶圆进行下一步工艺。

按上述方法，所述的颜色变化超过一定范围是指：从绿色变为紫色，或颜色在光谱中对应的光波长差异大于100nm。

用于实现所述的晶圆表面薄膜粗糙度在线检测方法的光刻轨道设备，其特征在于：本光刻轨道设备还包括两个摄像单元和与摄像单元匹配的白光光源；其中，第一摄像单元用于在光刻工艺的显影之前，在第一白光光源的照射下，对晶圆表面薄膜进行第一次拍照；第二摄像单元用于在显影之后，在第二白光光源的照射下，对所述的晶圆表面薄膜进行第二次拍照。