[发明专利]晶片表面曲率确定系统

说明书

一种用于对晶片(2)的表面(20)的曲率(200)进行原位测量的系统(1)，所述系统(1)包括：多波长光源模块(101)，适于发射包括多个波长(301；302；303)的入射光(3)；光学装置(104)，被配置为将所述入射光(3)组合成单个光束(5)，并朝向晶片(2)的表面(20)引导所述单个光束(5)，使得所述单个光束(5)在所述表面(20)上的单个测量光斑(202)处撞击表面(20)；以及曲率确定单元(103)，被配置为根据与在所述单个测量光斑(202)处在所述表面(20)上被反射的所述单个光束(5)相对应的反射光(4)，确定所述晶片(2)的所述表面(20)的曲率(200)。

技术领域

本发明通常涉及对一个或多个晶片的表面的曲率的原位确定。更具体地，本发明涉及在多晶片外延反应器中原位确定一个或更多个外延晶片的表面的曲率。

背景技术

在半导体外延堆叠和晶片上的薄膜的外延生长的背景下，若干参数，例如反应室中的温度和压力、生长层的厚度、生长层的掺杂浓度、晶片表面的光滑度等，可以原位和/或实时测量或确定，从而监控外延生长。

晶片的弓度(bow)对应于晶片表面的曲率或变形，而与存在的任何厚度变化无关。准确地测量外延晶片的表面的曲率非常重要，因为曲率与外延晶片的生长层中的应变直接相关。在生长过程中理解和控制薄膜中的应力对于实现所需的光学、电子和机械性能至关重要。实际上，在制造过程的任何阶段都可能引入不必要的应力变化，并且可能导致器件性能下降以及沉积膜的分层或破裂。因此，特别是在多晶片反应器中晶片上的外延薄膜的生长期间，有必要尽可能精确并在尽可能短的时间内原位监控所有晶片的曲率。这对于促进半导体器件制造的高产量外延过程至关重要。

当在外延生长期间确定装载到旋转基座上的晶片的曲率时，可能会出现问题。这些晶片的确可以不均匀地弯曲，并且它们的表面的曲率可以随着基座的旋转角度而变化。另外，如果未充分控制外延过程，则在制造期间可能在半导体晶片中产生缺陷，并且可能在半导体晶片中发生弛豫过程，这根据它们的对称性可以进一步改变晶片的旋转不对称性。因此，确定装载到旋转基座上的晶片的曲率具有挑战性。

2013年1月24日公开的美国专利申请US2013/0021610A1描述了一种用于在多晶片外延反应器中测量晶片表面的曲率的系统。将晶片装载到在反应器中旋转的基座上。US2013/0021610A1的系统包括半导体激光器，该半导体激光器产生被双折射元件分成两个平行的部分光束的光束。因此，产生第一光束和第二光束，并且在照射表面时，该第一光束和第二光束被晶片的表面反射。该系统还包括检测器，用于检测与由表面反射的第一光束和由表面反射的第二光束分别相对应的反射的第一光束和反射的第二光束。对于反应器中的每个晶片，以及当晶片在反应器中旋转时，在后续采样时间对检测器上反射的第一光束和反射的第二光束的位置进行至少两次测量，这些采样时间与基座的主旋转同步。然后，通过在基座旋转期间在后续采样时间通过至少两次测量对检测器上反射的第一光束形成的光斑之间的距离和在基座旋转期间在后续采样时间通过至少两次测量对检测器上反射的第二光束形成的光斑之间的距离进行平均，确定晶片的表面的曲率。

在US2013/0021610A1中描述的系统中，晶片表面的曲率改变了第一光束在检测器上的反射与第二光束在检测器上的反射之间的间隔。因此，表面的曲率由检测器上的第一光束和第二光束的两个光斑随时间的距离确定。另外，在US2013/0021610A1中对平坦晶片进行了测量，该测量用作在基座旋转期间的后续采样时间在光束之间提供虚拟初始距离的校准。因此，US2013/0021610A1中描述的系统和方法是复杂的，因为它们需要使检测器上的测量的采样时间与基座上的晶片的主旋转同步，从而对于每个晶片至少执行两次测量。