一種用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置和檢測方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置，能夠監(jiān)測刻蝕孔的開口尺寸或形貌變化。本發(fā)明專利技術(shù)光學(xué)檢測裝置包括一個腔體，腔體內(nèi)包括一個基座，基座上固定有晶圓，晶圓上表面具有刻蝕形成的孔或槽，所述晶圓上方設(shè)置有一個參考光源用于發(fā)射參考光到所述晶圓，還包括一個接收器用于接收從晶圓上反射的參考光，其特征在于，所述參考光入射到晶圓表面的光束與晶圓平面的夾角小于45度，所述接收器位于參考光源同側(cè)；一個控制器接收并處理所述接收器接收到的光信號。

An optical detection device and detection method for semiconductor equipment

The invention provides an optical detecting device for a semiconductor device, which can monitor the opening size or change of the shape of the etching hole. The optical detection apparatus includes a cavity, the cavity includes a base, a fixed base wafer, the wafer surface is etched to form a hole or slot, the upper part of the wafer is provided with a reference light source for emitting light to the reference wafer, also includes a receiver for receiving from wafer the reflection on the reference light, which is characterized in that the reference angle of light incident onto the surface of the wafer and the wafer plane beam is less than 45 degrees, the receiver is located on the same side reference light source; a controller receives and processes the received optical signal receiver.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置和檢測方法
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體加工
，尤其涉及一種刻蝕結(jié)果的光學(xué)檢測裝置和檢測方法。
技術(shù)介紹
等離子處理裝置被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體晶圓加工處理流程中，其中等離子刻蝕被用來形成具有特定尺寸的刻蝕通孔(Via)或者刻蝕槽(trench)，這些刻蝕形成的孔或槽需要具有很精確的尺寸結(jié)構(gòu)，如果發(fā)生了偏差會導(dǎo)致最終整個半導(dǎo)體器件的性能降低或者徹底報廢。在刻蝕工藝調(diào)試階段，經(jīng)過大量調(diào)試獲得了最佳的工藝參數(shù)，在這種最佳工藝參數(shù)下能夠獲得所需要的刻蝕孔結(jié)構(gòu)，其中關(guān)鍵尺寸(criticaldimension)和刻蝕孔側(cè)壁形貌(profile)是其中最重要的兩個反應(yīng)刻蝕孔結(jié)構(gòu)的參考數(shù)據(jù)。同樣的刻蝕設(shè)備采用同樣的刻蝕工藝對大量晶圓進(jìn)行長期刻蝕過程中，由于各種環(huán)境因素如污染物沉積、溫度偏移、硬件變形等均會使得刻蝕結(jié)果會發(fā)生偏移，偏移數(shù)值達(dá)到一定程度后，關(guān)鍵尺寸或側(cè)壁形貌發(fā)生的變化量達(dá)到一個臨界值，使得刻蝕形成的結(jié)構(gòu)無法達(dá)到其功能設(shè)計要求，整個晶圓上的半導(dǎo)體器件無法正常工作。但是現(xiàn)階段的關(guān)鍵尺寸已經(jīng)達(dá)到了納米級，常見的有14-45nm，在這么微小的尺度下，很難檢測晶圓上的刻蝕孔的關(guān)鍵尺寸發(fā)生了少量(5-15％)的偏移。現(xiàn)有的方法是：將刻蝕后的晶圓取出，放入大型的專用放大儀器中檢測刻蝕孔尺寸或形貌。但是這些專用的大型儀器不僅昂貴而且檢測耗時很長，對于半導(dǎo)體生產(chǎn)線上源源不斷的新生產(chǎn)的大量晶圓，不可能對每一片晶圓進(jìn)行檢測，而是采用隔段時間抽樣檢測的方式。一旦抽樣檢測發(fā)現(xiàn)刻蝕結(jié)果超出合理范圍則停止當(dāng)前半導(dǎo)體處理，重新調(diào)試當(dāng)前處理工藝，或者檢測等離子處理裝置硬件狀態(tài)。從前一次抽查到當(dāng)前發(fā)現(xiàn)問題的時間內(nèi)生產(chǎn)的大量晶圓需要重新檢測，這些晶圓中有可能一樣存在刻蝕結(jié)果偏移的問題導(dǎo)致整片晶圓報廢，經(jīng)過多個處理步驟后的晶圓成本很高，這樣大批量的報廢晶圓需要極力避免。圖1所示是現(xiàn)有技術(shù)的用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置，該光學(xué)檢測裝置利用光學(xué)干涉原理檢測刻蝕或者沉積膜厚度的結(jié)構(gòu)，包括腔體100，腔體內(nèi)包括基片安裝臺10，腔體頂部包括一個參考光源20，以接近垂直的角度(入射光和晶圓平面的夾角θ>80度)向下方完成處理工藝的晶圓上表面發(fā)送參考光A1，晶圓表面反射的光A2被同樣位于腔體頂部的接收器31接收到，通過檢測入射參考光和反射光干涉形成的波形的相位可以得知下方晶圓的厚度變化。這套光學(xué)系統(tǒng)無法有效用于刻蝕孔關(guān)鍵尺寸和形貌監(jiān)測，因為現(xiàn)有刻蝕孔的尺寸已經(jīng)只有幾十納米了，而現(xiàn)有普通可見光的干涉光源20在下方形成的光斑大小可以達(dá)到厘米級，即使采用波長最小的最昂貴的激光光源，其形成的光斑也在微米級，反射到達(dá)接收器31的光強度實際是晶圓表面光斑范圍內(nèi)所有刻蝕孔/槽以及其余平面區(qū)域向上反射光的合成，根本無法檢測到有效的信息。用圖1所示的硬件架構(gòu)如要檢測刻蝕結(jié)構(gòu)尺寸和形貌，需要光源形成的光斑達(dá)越小越好，而且光源需要能夠精確的水平移動，通過檢測晶圓表面反射率的不同來辨別刻蝕結(jié)構(gòu)尺寸。但是上述兩個條件都不是現(xiàn)有成本和技術(shù)條件下能達(dá)到的。所以業(yè)內(nèi)需要尋求一種新的低成本的裝置和方法，快速簡便的識別刻蝕結(jié)構(gòu)的尺寸和形貌。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)公開一種用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置，所述光學(xué)檢測裝置包括一個腔體，腔體內(nèi)包括一個基座，基座上固定有晶圓，晶圓上表面具有刻蝕形成的孔或槽，所述晶圓上方設(shè)置有一個參考光源用于發(fā)射參考光到所述晶圓，還包括一個接收器用于接收從晶圓上反射的參考光，其特征在于，所述參考光入射到晶圓表面的光束與晶圓平面的夾角小于60度，所述接收器位于參考光源的入射側(cè)，所述接收器與晶圓平面的夾角為15-50度；一個控制器接收并處理所述接收器接收到的光信號。其中所述腔體選自半導(dǎo)體設(shè)備中的傳輸腔、真空鎖之一。其中所述刻蝕形成的孔或槽的開口尺寸小于100nm。可選地，所述接收器位于參考光源下方或側(cè)面。可選地，還可以包括一個第二接收器位于所述參考光源入射側(cè)，所述兩個接收器用于接收晶圓上孔或槽反射的不同角度的光線。所述控制器比較來自兩個接收器的光學(xué)信號強度，來自兩個光學(xué)接收器的光學(xué)強度信號發(fā)生不同比例變化時判定刻蝕孔開口形貌發(fā)生變化。本專利技術(shù)還提供一種用于半導(dǎo)體設(shè)備光學(xué)檢測的方法，利用所述的光學(xué)檢測裝置進(jìn)行檢測，其特征在于，控制器存儲有基準(zhǔn)光學(xué)信號強度，所述控制器比較接收器接收到光學(xué)信號強度和基準(zhǔn)光學(xué)信號強度，判斷刻蝕孔或槽的尺寸是否偏移。其中所述的用于半導(dǎo)體設(shè)備光學(xué)檢測的方法包括步驟：將接收到的光學(xué)信號強度減去存儲的背景信號強度以獲得特征信號強度，所述背景信號強度是所述光學(xué)檢測裝置參考光照射到無刻蝕孔區(qū)域時接收的光學(xué)信號強度；比較所述特征信號強度與存儲的基準(zhǔn)光學(xué)信號強度，如果兩者差值大于預(yù)設(shè)閥值則判斷刻蝕形成的孔或槽的尺寸發(fā)生偏移。所述基準(zhǔn)光學(xué)信號強度根據(jù)如下步驟獲得：照射參考光源到晶圓上無刻蝕孔的區(qū)域，接收器獲得的背景信號強度存入控制器；照射參考光源到晶圓上具有合格尺寸刻蝕孔的區(qū)域，接收器獲得的第二光學(xué)信號強度；第二光學(xué)信號強度減去所述背景信號強度獲得基準(zhǔn)光學(xué)信號強度。附圖說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置示意圖；圖2a為本專利技術(shù)用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置示意圖；圖2b為圖2a所示本專利技術(shù)光學(xué)檢測裝置的光線入射反射線路示意圖以及光斑覆蓋區(qū)域表面放大圖；圖3a、圖3b是如圖2b中光斑覆蓋區(qū)域的剖面放大圖；圖4是本專利技術(shù)用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置第二實施例的示意圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖2-4，進(jìn)一步說明本專利技術(shù)的具體實施例。本專利技術(shù)公開了一種用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置，用于檢測刻蝕形成的孔或槽等刻蝕結(jié)構(gòu)的尺寸和形貌。半導(dǎo)體設(shè)備包括多個腔室，常見的有真空鎖(loadlock)、傳輸腔用于晶圓傳輸、處理腔用于進(jìn)行等離子刻蝕，這些腔室或者其它可以固定晶圓的裝置都可以安裝本專利技術(shù)的光學(xué)檢測裝置。如圖2a所示，本專利技術(shù)包括一個腔體100，腔體內(nèi)包括固定晶圓的基座10，完成刻蝕的晶圓12固定在基座10上。一個參考光源20設(shè)置在腔體一側(cè)，傾斜向晶圓表面發(fā)射高強度的入射光束A1，光束A1經(jīng)過晶圓表面反射形成反射光束A2向遠(yuǎn)離晶圓方向射出，其中入射光束A1和晶圓平面的夾角θ小于等于60度，最佳的小于30度。從參考光源20產(chǎn)生的光束A1從基片的入射側(cè)入射并到達(dá)基片上的檢測區(qū)22，經(jīng)過基片檢測區(qū)上表面反射后形成反射光束A2進(jìn)入基片的反射側(cè)。一個接收器31位于靠近參考光源20同一側(cè)也就是基片上方參考光源20與檢測區(qū)22之間的的入射側(cè)，接收器31并不用于接收向遠(yuǎn)處射出的光束A2，而是接收入射光束A1在晶圓表面檢測區(qū)內(nèi)反射進(jìn)入所述入射側(cè)的反射光A3。如圖2b所示，入射光在晶圓上形成了一個光斑22覆蓋基片上的檢測區(qū)，光斑22的直徑大小越小越能精確檢測，但是不需要達(dá)到現(xiàn)有技術(shù)所需要的納米級，微米甚至毫米級的光斑尺寸也能有效的檢測光斑22范圍內(nèi)的刻蝕結(jié)構(gòu)的尺寸和形貌。圖2b中下部為晶圓上表面光斑22區(qū)域內(nèi)的放大圖，在光斑覆蓋區(qū)域內(nèi)包括大量的刻蝕孔91或刻蝕形成的槽92。如圖3a所示為光斑覆蓋區(qū)域的晶圓剖面放大圖，入射參考光A1如果照射在晶圓上沒有刻蝕孔/槽的平面區(qū)域則絕大部分光會被反射到遠(yuǎn)離光源20方向的反射側(cè)，最終到達(dá)腔體側(cè)壁經(jīng)過多次折射減弱到無法被觀測本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置，所述光學(xué)檢測裝置包括一個腔體，腔體內(nèi)包括一個基座，基座上固定有晶圓，晶圓上表面具有刻蝕形成的孔或槽，所述晶圓上方設(shè)置有一個參考光源用于發(fā)射參考光到所述晶圓，還包括一個接收器用于接收從晶圓上反射的參考光，其特征在于，所述參考光入射到晶圓表面的光束與晶圓平面的夾角小于60度，所述接收器位于參考光源的入射側(cè)，所述接收器與晶圓平面的夾角為15?50度；一個控制器接收并處理所述接收器接收到的光信號。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置，所述光學(xué)檢測裝置包括一個腔體，腔體內(nèi)包括一個基座，基座上固定有晶圓，晶圓上表面具有刻蝕形成的孔或槽，所述晶圓上方設(shè)置有一個參考光源用于發(fā)射參考光到所述晶圓，還包括一個接收器用于接收從晶圓上反射的參考光，其特征在于，所述參考光入射到晶圓表面的光束與晶圓平面的夾角小于60度，所述接收器位于參考光源的入射側(cè)，所述接收器與晶圓平面的夾角為15-50度；一個控制器接收并處理所述接收器接收到的光信號。2.如權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述腔體選自半導(dǎo)體設(shè)備中的傳輸腔、真空鎖之一。3.如權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述刻蝕形成的孔或槽的開口尺寸小于100nm。4.如權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置，其特征在于，所述接收器位于參考光源下方或側(cè)面。5.如權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體設(shè)備的光學(xué)檢測裝置，其特征在于，還可以包括一個第二接收器位于所述參考光源入射側(cè)，所述兩個接收器用于接收晶圓上孔或槽反射的不同角度的光線。6.一種用于半導(dǎo)體設(shè)備光學(xué)檢測的方法，利用權(quán)利要求1所述的光學(xué)檢測...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張輝，杜冰潔，
申請(專利權(quán))人：中微半導(dǎo)體設(shè)備上海有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31