[发明专利]基于双边掠入射共路自干涉技术的晶圆平坦度检测装置

说明书

本发明公开了一种基于双边掠入射共路自干涉技术的晶圆平坦度检测装置。本发明包含检测装置及检测方法两部分内容。在装置结构上，本发明采用了双边掠入射检测光路，解决了晶圆未抛光面在正入射时反射率过低的问题，同时无需翻转晶圆即可完成检测，实现了两个面检测结果的准确对应；本发明引入了光束整形系统，消除了掠入射导致的干涉图映射误差；本发明结合了具有共光路、自干涉特点的四波前横向剪切干涉技术，简化了系统结构、提高了抗环境干扰的能力。在检测方法上，本发明提出了由干涉法测得相位计算晶圆面型，再由晶圆面型计算晶圆平坦的参数的方法，可计算的晶圆平坦度参数包括：翘曲度、形变量、关于拟合面的变形量和最大厚度偏差。

技术领域

本发明属于半导体制造领域，特别涉及一种基于双边掠入射共路自干涉技术的晶圆平坦度检测装置。

背景技术

在现代半导体工业中，晶圆加工是极为重要的前端工艺，其工艺水平的不断提高对检测技术也提出了更高的要求。

在对晶圆进行研磨和抛光的过程中，应力的作用使得晶圆的形貌和厚度等属性等会发生预期之外的变化甚至于导致晶圆的报废，因此需要及时检出。表征晶圆形貌、厚度等属性的各类参数被统称为晶圆的平坦度，具体包括：翘曲度(BOW)、变形量(Warp)、关于拟合面的变形量(SORI)、最大厚度偏差(TTV)等。

晶圆的平坦度可由晶圆两个表面的面型分布以及厚度变化分布这三组数据中的任意两组计算得到，而要精确测这些数据，最合适的方法是光学干涉的方法。

因此，针对晶圆平坦度的检测，现有的技术路线主要有两条：

其一，通过检测晶圆其中一个表面(通常是抛光面)的面型分布以及厚度分布来计算平坦度参数。该路线的一个具体实施方案(参见于先技术1：A.W.Kulawiec.Interferometer for measuring thickness variations ofsemiconductor wavefers:US,97/45698[P/OL].1997-12-04)利用了晶圆材料在可见光波段不透光而在近红外波段部分透光的特性，构建以中心波长为633nm的激光器为光源的泰曼-格林(Twyman-Green)干涉系统，检测晶圆抛光面的面型分布；同时构建以中心波长为1550nm的激光器为光源的菲索(Fizeau)干涉系统，检测待测晶圆两个面之间的厚度分布。

其二，通过检测晶圆两个表面的面型分布来计算平坦度参数。该路线的方法一个具体实施方案(参见于先技术2：J.M.Cobb,T.J.Dunn,J.W.Frankovich.Grazing-incidenceinterferometer with dual-side measurement capability:US,2015/0049337 A1[P/OL].2015-02-19)利用了掠入射干涉技术使得晶圆未抛光面也具有较高的反射率从而实现了对两个面面型分布的干涉检测。

上述先技术1的问题是其中的菲索系统难以实现常规的移相干涉，因此干涉图解调比较困难，且厚度测量受晶圆材料的影响，误差较大；与之相比，先技术2则更具有可行性，为目前晶圆平坦度检测领域的主流技术，被应用在Corning Tropel公司的FlatMaster系列设备中。

然而，先技术2中为了消除掠入射引入映射误差(Mapping Error)而引入的“衍射分光-合光系统”、“移相系统”、“中继光学系统”以及“折叠光学系统”使得基于该技术的FlatMaster系列平坦度检测仪结构非常复杂，体积很大，随之而来的大量系统误差源使其实际精度也只能达到1μm左右；同时，虽然先技术2利用了巧妙地利用了一种双光栅的光路结构，实现了共路干涉，但仍需引入移相技术以解调干涉图/移相机构的布置方式对于保证晶圆两个面都能完全测得而不被遮挡是一项挑战。