[发明专利]一种侦测硅片平坦度的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种侦测硅片平坦度的装置及方法。

背景技术

在集成电路生产中，硅片的表面是高低起伏的。如果无视这种高低起伏，那么在曝光的过程中，就会使曝光区域内某一部分区域失焦，那样就会影响图形的成像。

光刻机对硅片的平坦度侦测是光刻机在曝光前的一个重要量测步骤，有了这个步骤，才能使光刻机在最佳的聚焦曲面上曝光。这个最佳聚焦曲面是离曝光区域内各点的最佳焦平面整体差异最小的曲面。

目前业界使用的光刻机对硅片的平坦度侦测方法主要有两种：

1．用光学的方法：发射光射到硅片表面，经反射后用传感器接收反射光，根据传感器接收到的光强来计算这个点的高度；在横方向上并列放一排若干组这样等间距光发射器和接收器，一列列沿纵方向扫描，就能得到整片硅片内每个点的高度，从而拟合出整片硅片的平坦度。

使用这种方法时，因为发射光会穿透光刻胶，所以这种方法测得的是衬底的平坦度。而在涂胶的过程中，光刻胶在烤干之前具有流动性，所以衬底的平坦度和光刻胶的平坦度有一定的差异，而我们实际需要的是光刻胶表面的平坦度，所以这个方法测得的平坦度和实际的平坦度有一定差异。

2．气体结合光学的方法：先用光学的方法测得某一曝光单元每个点的高度，再让气体喷在硅片表面某一曝光单元内的一点，用传感器接收从硅片表面反弹回来的气体。根据传感器接收到的气体的流量的不同，来计算这个点的高度。然后对这个曝光单元内的不同点进行侦测，确定这个曝光单元内每个点的高度。再计算出每个点气体测得的和光学测得的差值。由于曝光单元内各点的衬底高度不一样，所以这些点之间的差值也不一样。用这些差值建立模型，记录在机台内，在以后的实际生产中，先使用光学侦测平坦的方法测出硅片的平坦度，再调用这个模型，点对点地加上这个差值，就等同于气体测得的平坦度。

因为用喷气的方法测量的速度比较慢，而且如果放一排这样的气体喷口和传感器，相互之前的气流会有影响，所以喷气的方法无法单独工作，必须结合光学的方法来侦测平坦。使用这种方法，对于不同的衬底，需要每个产品每个层次根据喷气测量结果和光学测量结果的差值建立不同的模型，应用于生产所带来的模型建立工作量比较大。而且一旦衬底变化，用这种方法测出来的平坦度就不准确，需要重新手机数据建立模型。实际的生产中，也会因为刻蚀或者研磨的工艺偏移而带来的测量部准确性。

发明内容

根据现有技术中存在的缺陷，现提供一种侦测硅片平坦度的装置及方法的技术方案，具体包括：

一种侦测硅片平坦度的装置，其中，包括多个并排排列的传感器、金属槽和注液管；相邻两个所述传感器之间具有预设的间距；每个所述传感器固定在一个相应的所述金属槽上，并配备一个相应的所述注液管对所述传感器内部注入液体；每个所述传感器用于侦测所述硅片上的一个对应的侦测点的高度；

所述传感器包括一个主体金属管，所述主体金属管下部外圈包括一排喷气管，所述喷气管用于向所述主体金属管内喷入超洁净空气；所述主体金属管内壁一侧设有光发射器，另一侧设有光接收器，所述光接收器位于所述光发射器的上方。

 

优选的，该侦测硅片平坦度的装置，其中，所述主体金属管的横截面为正方形或长方形或圆形；所述喷气管的横截面为正方形或长方形或圆形。

优选的，该侦测硅片平坦度的装置，其中，所述光发射器发射一束斜向上的平行光束，所述平行光束与竖直位置呈预设夹角θ；所述光接收器的位置和尺寸设定为在所述传感器内部无液体的状态下能完全接收所有所述光发射器发射的所述平行光束。

优选的，该侦测硅片平坦度的装置，其中，所述夹角θ满足关系式：

其中，sinθ为夹角θ的正弦值，N1为所述平行光束在空气中的折射率，N2为所述平行光束在所述液体中的折射率。

一种侦测硅片平坦度的方法，应用于光刻机中侦测所述硅片的平坦度，并采用超纯水作为传感器内部的所述液体，其中，采用如上所述的侦测硅片平坦度的装置，所述装置安装在光刻机上，具体步骤包括：

步骤a，所述注液管向所述传感器中注入超纯水，同一个所述传感器中每次侦测时被注入的超纯水水量固定为预设值；所述喷气管持续向下喷出超洁净空气以防止所述超纯水从金属管下方溢出；

步骤b，所述光发射器发出一束斜向上与竖直方向呈预设夹角θ的平行光束，所述光接收器完全接收位于所述水平面上的所有所述平行光束； 

步骤c，根据所述光接收器接收到的所述平行光束的光强，通过预设的方法计算得出所述传感器对应的硅片上的侦测点的高度；