[发明专利]一种晶圆面形实时在线测量系统及其测量方法

说明书

本发明公开一种晶圆面形实时在线测量系统及其测量方法，包括光路结构、扫频激光器和数据采集运算装置，数据采集运算装置包括光电探测器、高频数采卡、PC、PLC和光电编码器；扫频激光器向光路结构输出光束，光路结构对光束进行分路处理生成测量干涉光Msubgt;UR/subgt;和测量干涉光Msubgt;LR/subgt;，光电探测器对探测到的测量干涉光Msubgt;UR/subgt;和测量干涉光Msubgt;LR/subgt;进行光电转换生成相应的光电信号，高频数采卡对光电信号进行数据采集并传输至PC，PC对采集到的信号处理获得晶圆厚度信息，光电编码器将晶圆加工设备的运动参数传输给PLC进行采集，进而传输至PC，PC计算处理获得晶圆面形曲线。本发明能够增强现场测量的抗干扰能力，能够更直观知道晶圆实时厚度的变化。

技术领域

本发明属于半导体测量技术领域，具体涉及一种基于扫频式光学相干层析技术的晶圆面形实时在线测量系统及其测量方法。

背景技术

晶圆(硅片)平坦度是晶圆重要的表面参数指标，表征晶圆的厚度空间变化，因此，晶圆的面形(厚度曲线)可以反应晶圆的平坦度。随着超大规模集成电路的不断发展，集成电路特征线宽越来越小，集成度越来越高，对晶圆的平坦度有了更高的要求，以保证光刻的光学对焦。但是，在实际的晶圆材料加工过程中，由于没有对晶圆的面形进行高精度监控的仪器或者设备，使得晶圆的平坦度往往只能在加工完成后再进行测量，从而使得工艺调试的时间周期过长，耗材成本过高。因此，一种高精度的晶圆面形在线测量系统和方法对缩短晶圆抛光、磨片、减薄等加工工序的工艺调试时间和降低测试成本有着重要的意义。

市场上成熟的晶圆平坦度或者面形测量仪器大多都是离线的，如KLA的WaferSight，基于菲索干涉方法可以对晶圆的平坦度(面形)进行高精度测量。该方法可以实现非接触式测量，但因为其复杂的结构和对环境的高要求，无法实现晶圆平坦度的在线测量。ADE则采用电容探针方法对硅片多点厚度进行测量，再用算法计算平坦度数据，但是ADE的测量方法抗干扰能力弱且采用接触式的测量方式，也不可能在加工工程中的在线测量。也有一些简单的厚度在线测量方法，如使用涡流式间隙传感器来测量双面抛光和双面研磨过程中的晶圆厚度，但是，这种方法仅能得到大概的厚度范围，无法精确地给出晶圆的面形数据。

因此始终没有一种抗干扰能力强又具有较高精度的晶圆面形在线监测的方法可以为工艺调试提供及时的反馈。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于扫频式光学相干层析技术的晶圆面形实时在线测量系统及其测量方法。

一种晶圆面形实时在线测量系统，包括光路结构、扫频激光器和数据采集运算装置，所述数据采集运算装置包括光电探测器、高频数采卡、PC、PLC和光电编码器；

所述扫频激光器向光路结构输出光束，光路结构对光束进行分路处理生成测量干涉光M_UR和测量干涉光M_LR，光电探测器对探测到的测量干涉光M_UR和测量干涉光M_LR进行光电转换生成相应的光电信号，高频数采卡对光电信号进行数据采集并传输至PC，PC对采集到的信号处理获得晶圆厚度信息，光电编码器将晶圆加工设备的运动参数传输给PLC进行采集，进而传输至PC，PC计算处理获得晶圆面形曲线。