TWI855564B

TWI855564B - 一種用於檢測矽片的周緣損傷層的深度的系統及方法

Info

Publication number: TWI855564B
Application number: TW112105982A
Authority: TW
Inventors: 徐鵬
Original assignee: 大陸商西安奕斯偉材料科技股份有限公司
Priority date: 2022-12-13
Filing date: 2023-02-18
Publication date: 2024-09-11
Also published as: CN116230569A; TW202333259A

Abstract

本發明實施例公開了一種用於檢測矽片的周緣損傷層的深度的系統及方法，該系統包括：截面獲取裝置，該截面獲取裝置用於獲取該矽片的截面，其中，該截面與該矽片垂直；測量裝置，該測量裝置用於測量該矽片的直徑並且測量該截面在與該矽片平行的第一方向上的截面尺寸；尺寸獲取裝置，該尺寸獲取裝置用於獲取該周緣損傷層在該截面中並且在該第一方向上的損傷層尺寸；計算裝置，該計算裝置用於根據該直徑、該截面尺寸和該損傷層尺寸計算該周緣損傷層的深度。

Description

一種用於檢測矽片的周緣損傷層的深度的系統及方法

本發明是有關於一種半導體矽片生產領域，特別屬於一種用於檢測矽片的周緣損傷層的深度的系統及方法。

在矽片製造過程中，例如滾磨、切割、研磨、拋光的機械加工過程會不可避免地在矽片主表面和矽片側表面引入機械損傷，從而在矽片中形成主表面損傷層和周緣損傷層。這些機械損傷破壞了原有的單晶層，如不能及時去除會對後續加工製程生產的產品的品質造成影響。在這種情况下，需要能夠準確測量出機械損傷層的深度，以便據此確定後續步驟中去除損傷層時所涉及的去除量等參數。

已知這種機械損傷的深度較小，不易靠相關技術中的設備直接準確檢測出具體深度。目前，對於矽片的主表面損傷層而言，經常採用例如「角度拋光法」來進行檢測。在該角度拋光法中，需要先將矽片分裂成多片以作為測量樣片，然後以一斜角對該測量樣片進行角度拋光以形成斜面，並利用腐蝕液對該斜面進行刻蝕，以使該矽片的主表面損傷層中的缺陷能夠在該斜面上更好地顯現出來，這裡，角度拋光起到損傷層的「放大器」的作用，即利用顯微鏡測量出損傷層在該斜面上的長度並乘以該拋光角度的正弦值，便可以得出損傷層的深度。

然而，上述「角度拋光法」需要首先將矽片裂片成多個小的樣片才能進行後續檢測，另外，通過分裂形成的樣片較小，不能與標準的刻蝕機兼容，在刻蝕時，需要借助輔助工具如特殊的夾具或手套箱來進行，操作起來很不方便，另外，如果需要測量矽片邊緣的多個位置的損傷深度，就需要重複地對多個樣片進行竪立、拋光、刻蝕等操作，使得總體測量時間較長。對於矽片的周緣損傷層，也可以採用上述的「角度拋光法」來進行檢測，但是該方法中存在的上述問題在檢測周緣損傷層的厚度時同樣存在，而且，周緣損傷層與主表的損傷層彼此垂直，所需要的檢測面因此也是彼此垂直的，因此利用主表面損傷層檢測系統的拋光裝置獲得的檢測面是不適合於周緣損傷層的檢測的。

為解决上述技術問題，本發明實施例期望提供一種用於檢測矽片的周緣損傷層的深度的系統及方法，能夠避免上述的「角度拋光法」帶來的各種問題，而且能夠獲得對於檢測周緣損傷層的深度而言所需要的檢測面。

本發明的技術方案是這樣實現的：

第一方面，本發明提供了一種用於檢測矽片的周緣損傷層的深度的系統，該系統包括：截面獲取裝置，該截面獲取裝置用於獲取該矽片的截面，其中，該截面與該矽片垂直；測量裝置，該測量裝置用於測量該矽片的直徑並且測量該截面在與該矽片平行的第一方向上的截面尺寸；尺寸獲取裝置，該尺寸獲取裝置用於獲取該周緣損傷層在該截面中並且在該第一方向上的損傷層尺寸；計算裝置，該計算裝置用於根據該直徑、該截面尺寸和該損傷層尺寸計算該周緣損傷層的深度。

第二方面，本發明實施例提供了一種用於檢測矽片的周緣損傷層的深度的方法，該方法包括：獲取該矽片的截面，其中，該截面與該矽片垂直；測量該矽片的直徑並且測量該截面在與該矽片平行的第一方向上的截面尺寸；獲取該周緣損傷層在該截面中並且在該第一方向上的損傷層尺寸；根據該直徑、該截面尺寸和該損傷層尺寸計算該周緣損傷層的深度。

本發明實施例提供了一種用於檢測矽片的周緣損傷層的深度的系統及方法，與採用「角度拋光法」相比，可以在完整矽片的基礎上獲得截面，不需將矽片裂片，減少了檢測過程中的製程步驟，另外由於矽片可以保持完整性，因此能夠與標準的刻蝕機兼容，從而使操作簡化，最後，可以根據需要選擇截面在矽片中的位置，避免了所獲得的檢測面僅適合於檢測主表面損傷層的厚度。

1:系統

10:截面獲取裝置

11:切割單元

12:拋光單元

121:夾持機構

122:拋光墊

122X:中心軸線

123:驅動機構

20:測量裝置

30:尺寸獲取裝置

31:測量單元

32:計算單元

40:計算裝置

FD:第一方向

L1:截面尺寸

L2:損傷層尺寸

L2-1:第一損傷層尺寸

L2-2:第二損傷層尺寸

L3,L4:尺寸

S:截面

D:直徑

d:深度

W:矽片

CS:切割面

MS:主表面

PS:拋光面

DE:缺陷

DL:周緣損傷層

DL-1:第一周緣損傷層

DL-2:第二周緣損傷層

T:切線

SD:間距

WX:中心軸線

701-704:步驟

圖1結合矽片的正視圖示出了根據本發明的實施例的用於檢測矽片的周緣損傷層的深度的系統的示意圖；圖2為示出了根據本發明的實施例的計算裝置所採用的計算方法的說明性示意圖；圖3為示出了根據本發明的實施例的截面朝向矽片的中心的「深入」程度的說明性示意圖；圖4結合矽片的正視圖示出了根據本發明的實施例的用於檢測矽片的周緣損傷層的深度的系統的尺寸獲取裝置的示意圖；圖5結合矽片的輪廓變化的正視圖示出了根據本發明的實施例的用於檢測矽片的周緣損傷層的深度的系統的截面獲取裝置的示意圖；圖6為根據本發明的實施例的用於檢測矽片的周緣損傷層的深度的系統的拋光單元的示意圖；圖7為根據本發明的實施例的用於檢測矽片的周緣損傷層的深度的方法的示意圖。

下面將結合本發明實施例中的圖式，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。

參見圖1，本發明實施例提供了一種用於檢測矽片W的周緣損傷層DL的深度d的系統1，在圖1中通過點填充的區域示意性地示出了矽片W的周緣損傷層DL，該系統1可以包括：截面獲取裝置10，該截面獲取裝置10用於獲取該矽片W的截面S，其中，該截面S與該矽片W垂直，可以理解的是，矽片W是呈平板狀或者說平面狀的，與矽片W垂直即指與矽片W所處於的平面垂直，因此這裡的垂直指的是面與面垂直，另外在圖1中示出的矽片的正視圖中通過粗實線表示出了該截面S；測量裝置20，該測量裝置20用於測量該矽片W的直徑D並且測量該截面S在與該矽片W平行的第一方向FD上的截面尺寸L1；尺寸獲取裝置30，該尺寸獲取裝置30用於獲取該周緣損傷層DL在該截面S中並且在該第一方向FD上的損傷層尺寸L2；計算裝置40，該計算裝置40用於根據該直徑D、該截面尺寸L1和該損傷層尺寸L2計算該周緣損傷層DL的深度d。

對於根據本發明的實施例的系統1而言，與採用「角度拋光法」相比，可以在完整矽片W的基礎上獲得截面S，不需將矽片W裂片，減少了檢測過程中的製程步驟，另外由於矽片W可以保持完整性，因此能夠與標準的刻蝕機兼容，從而使操作簡化，最後，可以根據需要選擇截面S在矽片W中的位置，避免了所獲得的檢測面僅適合於檢測主表面損傷層的厚度。

為了簡化計算裝置40計算深度d的計算過程，在本發明的可選實施例中，該計算裝置40可以利用以下公式(1)計算該深度d：

對此，具體地參見圖2，通過圖2中橫線填充的三角形區域可知：

通過圖2中竪線填充的三角形區域可知：

另外，容易理解地：

結合上述的式(2)、(3)和(4)便可以獲得公式(1)，這樣，不再需要對如圖2中示出的尺寸L3和尺寸L4進行計算，從而使得計算裝置40計算深度d的計算過程能夠得到簡化。

上述的截面S朝向矽片W的中心的「深入」程度可以是任意的，但是另一方面，由於比如機械加工導致的損傷層的深度通常是較淺的，對此，在本發明的可選實施例中，參見圖3，相應於直徑為300mm的矽片W，該截面S與平行於該截面S並且與該矽片W的外周輪廓PC相切的切線T之間的間距SD可以介於3mm至5mm之間。這樣，在比如截面S完全通過對矽片W進行拋光而獲得的情况下，可以最大程度地減少拋光量及所需要花費的時間，提高生產效率。

可以理解的是，對於矽片W的周緣損傷層DL而言，在不同的周向位置處的深度d可能是不同的，為了使系統1檢測出的深度d更為準確，在本發明的可選實施例中，參見圖4，該尺寸獲取裝置30可以包括：測量單元31，該測量單元31用於測量該截面S中的第一周緣損傷層DL-1在該第一方向FD上的第一損傷層尺寸L2-1並且測量該截面S中的第二周緣損傷層DL-2在該第一方向FD上的第二損傷層尺寸L2-2；計算單元32，該計算單元32用於計算該第一損傷層尺寸L2-1和該第二損傷層尺寸L2-2的平均值以作為該損傷層尺寸L2。

如在前文中介紹過的，在「角度拋光法」中，需要對樣片進行角度拋光以形成斜面，其目的在於使損傷層中的缺陷在該斜面上更好地顯現出來以便於測量，對此，如前該，截面S可以完全通過對矽片W進行拋光而獲得，但是，在本發明的可選實施例中，該尺寸獲取裝置30同樣根據存在於該周緣損傷層DL中並且顯現在該截面S中的缺陷DE獲取該損傷層尺寸L2，並且參見圖5，其中通過填充在矽片W的周緣處的點示意性地示出了缺陷DE，該截面獲取裝置10可以包括：切割單元11，該切割單元11用於在與該矽片W垂直的平面中對該矽片W進行切割以獲得該矽片W的切割面CS；拋光單元12，該拋光單元用於對該切割面CS進行拋光以獲得有利於將該缺陷DE顯現出的拋光面PS。

這樣，與截面S完全通過對矽片W進行拋光而獲得相比，所需要的拋光量得到最大程度的減少，儘管通過切割獲得的切割面CS如圖5中示出的是較為粗糙的仍然無法使缺陷DE顯現出，但通過減少花費時間較多的拋光製程所需要完成的處理量提高了生產效率。

對於上述的拋光單元12而言，在本發明的可選實施例中，參見圖6，該拋光單元12可以包括：夾持機構121，該夾持機構121用於通過與該矽片W的主表面MS接觸來夾持該矽片W；拋光墊122；驅動機構123，該驅動機構123用於驅動該拋光墊122相對於該夾持機構121移動，例如在圖6中示出的使拋光墊122繞自身的中心軸線122X進行轉動，以對被該夾持機構121夾持的矽片W進行拋光。

另外，可能需要在矽片W的周向上的不同位置處獲得多個拋光面PS，比如，在周向上每隔45°便獲得一個拋光面PS，也就是說總共獲得8個拋光面PS並且這8個拋光面PS在矽片W的周向上均勻分布，以便於檢測到更為全面的周緣損傷層DL的深度d。在這種情况下，對於上述的拋光單元12而言，參見圖6，可以將矽片W設置成能夠繞自身的中心軸線WX相對於夾持機構121轉動，這樣，每次通過拋光作業獲得一個拋光面PS之後，僅僅需要使夾持機構12將矽片W鬆開，並使矽片W轉動45°，最後使夾持機構12再次將矽片W夾緊後，便可以重複前次的拋光作業來獲得另一個拋光面PS。

參見圖7並結合圖1，本發明實施例還提供了一種用於檢測矽片W的周緣損傷層DL的深度的方法，該方法可以包括：701：獲取該矽片W的截面S，其中，該截面S與該矽片W垂直；702：測量該矽片W的直徑D並且測量該截面S在與該矽片W平行的第一方向FD上的截面尺寸L1；703：獲取該周緣損傷層DL在該截面S中並且在該第一方向FD上的損傷層尺寸L2；704：根據該直徑D、該截面尺寸L1和該損傷層尺寸L2計算該周緣損傷層DL的深度d。

可選地，如前文中結合圖2說明的，可以利用以下公式計算該深度d：

可選地，參見圖4，該獲取該周緣損傷層DL在該截面S中並且在該第一方向FD上的損傷層尺寸L2，可以包括：測量該截面S中的第一周緣損傷層DL-1在該第一方向FD上的第一損傷層尺寸L2-1並且測量該截面S中的第二周緣損傷層DL-2在該第一方向FD上的第二損傷層尺寸L2-2；計算該第一損傷層尺寸L2-1和該第二損傷層尺寸L2-2的平均值以作為該損傷層尺寸L2。

可選地，該損傷層尺寸L2根據存在於該周緣損傷層DL中並且顯現在該截面S中的缺陷DE獲取，並且參見圖5，該獲取該矽片W的截面S，可以包括：在與該矽片W垂直的平面中對該矽片W進行切割以獲得該矽片W的切割面CS；對該切割面CS進行拋光以獲得有利於將該缺陷DE顯現出的拋光面PS。

需要說明的是：本發明實施例所記載的技術方案之間，在不衝突的情况下，可以任意組合。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的通常知識者在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以該申請專利範圍的保護範圍為準。