CN116053155A - 用于检测硅片表面损伤层深度的方法和*** - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于检测硅片表面损伤层深度的方法和***，该方法包括：沿直径方向对硅片进行解理以获得半圆形的硅片部分；使用激光束对硅片部分的解理面的邻近直径边的侧部进行照射；在激光束经由侧部的被照射的部位发生反射的反射方向上对被照射的部位进行拍摄；以及对拍摄形成的图像进行分析以获得硅片的表面在该部位处的损伤层深度。通过该方法和***，减小了检测成本并缩短了检测时间。

Description

用于检测硅片表面损伤层深度的方法和***

技术领域

本公开涉及半导体加工制造技术领域，具体地，涉及用于检测硅片表面损伤层深度的方法和***。

背景技术

在硅片制造过程中，例如滚磨、切片、研磨、抛光的机械加工过程会不可避免地在硅片表面引入机械损伤。这些机械损伤破坏了原有的单晶层，如不能及时去除会对后续加工工艺生产的产品的质量造成不利影响。在这种情况下，需要能够准确测量出机械损伤的深度，以便据此确定后续工序中去除损伤层时所涉及的去除量等参数。

已知这种机械损伤的深度较小，不易靠诸如显微镜、红外光谱仪之类的现有设备直接准确检测出具体深度，目前，经常采用例如“角度抛光法”来进行检测。在角度抛光法中，需要先将硅片按其解理方向***成多片以作为测量样片，然后以一斜角对该测量样片进行角度抛光以形成斜面，并利用腐蚀液对该斜面进行刻蚀，以使该硅片表面损伤能够在该斜面上更好地显现出来，这里，角度抛光起到相当于“放大器”的作用，通过利用显微镜测量出损伤在该斜面上的长度并乘以该抛光角度的正弦值，便可以得出损伤层的深度。

然而，上述“角度抛光法”需要首先将硅片***成多个小的样片才能进行后续检测，并且在检测中，还须对样片进行竖立、抛光、刻蚀等操作，这导致该检测是有损的，由此产生较高成本，而且整个操作流程也比较复杂，由此造成检测时间较长，不利于及时将检测结果反馈到生产前端以便根据该检测结果进行产品质量的调整。

发明内容

本部分提供了本公开的总体概要，而不是对本公开的全部范围或所有特征的全面公开。

本公开的一个目的在于提供一种能够减小检测成本的用于检测硅片表面损伤层深度的方法。

本公开的另一目的在于提供一种能够缩短检测时间的用于检测硅片表面损伤层深度的方法。

为了实现上述目的中的一个或多个，根据本公开的一个方面，提供了一种用于检测硅片表面损伤层深度的方法，其包括：

沿直径方向对硅片进行解理以获得半圆形的硅片部分；

使用激光束对硅片部分的解理面的邻近直径边的侧部进行照射；

在激光束经由侧部的被照射的部位发生反射的反射方向上对被照射的部位进行拍摄；以及

对拍摄形成的图像进行分析以获得硅片的表面在该部位处的损伤层深度。

在上述用于检测硅片表面损伤层深度的方法中，使用激光束对硅片部分的解理面的邻近直径边的侧部进行照射可以包括使用激光束沿垂直于解理面的方向对该部位进行照射。

在上述用于检测硅片表面损伤层深度的方法中，使用激光束对硅片部分的解理面的邻近直径边的侧部进行照射可以包括使用激光束对侧部的多个部位进行照射。

在上述用于检测硅片表面损伤层深度的方法中，所述多个部位可以相对于硅片部分的圆心对称地分布。

在上述用于检测硅片表面损伤层深度的方法中，激光束能够与解理面在与直径边平行的方向上相对移动，使得激光束能够对整个侧部进行照射。

在上述用于检测硅片表面损伤层深度的方法中，沿直径方向对硅片进行解理可以包括在直径方向上沿晶向<110>对硅片进行解理。

在上述用于检测硅片表面损伤层深度的方法中，沿直径方向对硅片进行解理可以包括在解理过程中向解理面吹氮气以防止杂质附着在解理面上。

在上述用于检测硅片表面损伤层深度的方法中，激光束可以被聚焦成使得在照射到侧部时呈微米级的光斑。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于检测硅片表面损伤层深度的***，其包括：

解理单元，其用于沿直径方向对硅片进行解理以获得半圆形的硅片部分；

照射单元，其用于使用激光束对硅片部分的解理面的邻近直径边的侧部进行照射；

拍摄单元，其用于在激光束经由侧部的被照射的部位发生反射的反射方向上对被照射的部位进行拍摄；以及

处理单元，其用于对拍摄形成的图像进行分析以获得硅片的表面在该部位处的损伤层深度。

在上述用于检测硅片表面损伤层深度的***中，还可以包括移动单元，其用于使照射单元和拍摄单元能够相对于解理面在与直径边平行的方向上同步移动。

根据本公开的检测方法，通过对半圆形的硅片部分的解理面进行激光束照射并利用明暗区的识别来确定硅片表面损伤层的深度。该方法仅需将硅片裂解成两个半圆形的硅片部分并选择一个进行检测即可，不用将硅片解理成许多小片，因此减小了对硅片的损坏，而另一个半圆形的硅片部分还可以再被回收利用，因此也减小了检测成本。此外，本公开的检测方法所使用的解理程序相对更少，不用进行抛光、刻蚀等操作，因此整个操作流程更加简单，检测时间更短，而且不用进一步解理即可进行多位置检测，也进一步缩短了检测时间，由此有利于及时将检测结果反馈到生产前端以便根据该检测结果进行产品质量的调整。

通过以下结合附图对本公开的示例性实施方式的详细说明，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将更加清楚。

附图说明

图1为根据本公开的实施方式的用于检测硅片表面损伤层深度的方法的流程图；

图2以俯视图示意性地示出了待检测的硅片，其中，以虚线示出了解理方向；

图3以立体图示意性地示出了通过解理获得的半圆形的硅片部分；

图4示意性地示出了硅片表面损伤层深度的检测原理；

图5示意性地示出了激光束以垂直于解理面的方向进行照射时的检测过程；以及

图6为解理面的俯视图，其中，示意性地示出了反映在解理面上的硅片表面损伤。

具体实施方式

下面参照附图、借助于示例性实施方式对本公开进行详细描述。要注意的是，对本公开的以下详细描述仅仅是出于说明目的，而绝不是对本公开的限制。

针对硅片表面损伤层深度的测量，目前经常采用“角度抛光法”，然而，如之前提到的，使用角度抛光法必须要对硅片进行裂片且需要裂片成许多小的样片，因此该检测是将硅片严重损坏的，很难再进行回收利用，由此导致高的检测成本。此外，对小样片进行角度抛光法检测，还须对样片进行竖立、抛光、刻蚀等操作，操作流程复杂，导致检测时间较长，在进行多位置检测的情况下，总体检测耗时会更长，不利于及时将检测结果反馈到生产前端以便根据该检测结果进行产品质量的调整。

为此，参照图1至图6，根据本公开的一方面，提供了一种用于检测硅片表面损伤层深度的方法，其包括：

沿直径方向对硅片1进行解理以获得半圆形的硅片部分2；

使用激光束3对硅片部分2的解理面21的邻近直径边10的侧部21a进行照射；

在激光束3经由侧部21a的被照射的部位A发生反射的反射方向上对被照射的部位A进行拍摄；以及

对拍摄形成的图像进行分析以获得硅片1的表面11在该部位A处的损伤层深度。

注意到的是，在用激光束对硅片表面进行照射的情况下，对于无损伤的或者说理想的硅片表面，激光束会被完全反射，即只会在反射方向上产生反射光，在这种情况下，当在反射方向上观察时，被照射的部位会呈现全明亮的状态。然而，在表面存在损伤的情况下，由于损伤会造成表面折射率突变，当激光束照射到存在损伤的部位时，由于损伤会引发散射光，激光不会被完全反射，即除了在反射方向上产生反射光外，还会在其他方向上产生反射光，从而当在反射方向上观察时，被照射的部位不会呈现全明亮状态，而是损伤处的亮度会变暗，以此方式，可以根据相对较暗区域的位置识别出该损伤位置。

为了测量硅片表面损伤层的深度，本公开的方案还对硅片进行了解理以获得半圆形的硅片部分，由此可以使硅片表面损伤在解理面上在其与硅片表面垂直的延伸方向上被暴露出来，如图6中以从直径边10向下延伸的短线所示，这样，可以通过对该损伤在延伸方向上所处的解理面的邻近直径边的侧部进行激光束照射来根据被照射的部位的明暗变化来确定出损伤层的深度。换句话说，当用激光束照射解理面时，激光束会照射到损伤在延伸方向上的整个长度，由于损伤处相对于无损伤处会变暗，因此，可以根据暗区的长度来获得硅片的表面在被照射的部位处的损伤层深度。

通过这种方式，仅需将硅片裂解成两个半圆形的硅片部分并选择一个进行检测即可，不用将硅片解理成许多小片，因此减小了对硅片的损坏，而另一个半圆形的硅片部分还可以再被回收利用，因此也减小了检测成本。此外，本公开的检测方法所使用的解理程序相对更少，不用进行抛光、刻蚀等操作，因此整个操作流程更加简单，检测时间更短，而且不用进一步解理即可进行多位置检测，也进一步缩短了检测时间，由此有利于及时将检测结果反馈到生产前端以便根据该检测结果进行产品质量的调整。

具体而言，在本公开的检测方法中，如图2和图3中所示，硅片1被沿以虚线表示的直径方向解理成两个半圆形的硅片部分2，并且这两个半圆形的硅片部分2中的任一个可以被选择作为检测对象。如上文提到的，通过解理而获得解理面21会使硅片表面损伤在其与硅片表面垂直的延伸方向上被暴露出来，由此允许通过本公开的检测方法来检测损伤层在该延伸方向上的深度。

需要注意的是，在该检测方法中，不对硅片1进行任何热处理或氧化处理。本公开的检测方法针对的是硅片表面损伤，而热处理或氧化处理会使硅片内部的缺陷成核长大，这会使硅片内部缺陷与表面缺陷同时显现，由此对表面损伤的分辨造成困难，严重影响到对硅片表面损伤层深度的检测。

可以设想的是，由于晶向<110>上的位错较少从而在该晶向上进行解理不容易发生碎片等问题，因此沿直径方向对硅片1进行解理可以包括在直径方向上沿晶向<110>对硅片1进行解理。

此外，可以在解理过程中向解理面21吹氮气，这可以防止杂质附着在解理面21上并由此对后续的激光束照射检测造成不利影响。

在本公开的检测方法中，如图4中所示，可以利用例如激光器的照射单元100来产生激光束3，激光束3在硅片部分2所处于的平面中对解理面21进行照射，激光束3可以相对于解理面21呈一定角度入射，并且可以利用例如光学成像设备的拍摄单元200在反射方向上对被激光束3照射的部位A进行拍摄，由此，可以实现对硅片1表面的损伤层厚度的检测。

可以理解的是，该角度可以是大于0且小于180°的任意角度，只要能够照射到解理面上且经由其上的被照射的部位发生反射即可。

在本公开的实施方式中，如图5中所示，可以使激光束3沿垂直于解理面21的方向对部位A进行照射。

在这种情况下，可以在同样为垂直于解理面21的方向的反射方向上拍摄到被激光束3照射的部位A的图像，使得能够以最佳视角观察被激光束3照射的部位A，以便更方便和准确地确定硅片表面损伤层的深度。

在本公开的实施方式中，可以使用激光束3对解理面21的邻近直径边10的侧部21a的多个部位进行照射。以此方式，可以实现对硅片1表面的在直径方向上的多个部位处的损伤层深度的检测，以便更准确地评估硅片表面损伤情况。

可以设想的是，所述多个部位可以是相对于硅片部分2的圆心对称地分布的。进一步地，所述多个部位可以是在直径方向(或解理方向)上等距分布的，或者，所述多个部位可以根据需要集中分布在想要进行检测的位置处。由此，便于获得更准确的评估结果。

还可以设想的是，可以根据上述检测方式在解理方向上对整个侧部21a进行检测，即所述多个部位可以是侧部21a在解理方向上的所有部位。

对此，可以设想的是，激光束3能够与解理面21在与直径边10平行的方向上相对移动，使得激光束3能够对整个侧部21a进行照射。

对此，一方面，可以使激光束3能够相对于解理面21在与直径边10平行的方向上移动，以使得能够对整个侧部21a进行照射。

在这种情况下，可以理解的是，随着激光束3的移动，激光束3会照射到解理面21的侧部21a在与直径边10平行的方向上的所有部位，即随着上述移动而沿上述方向(即解理方向)照射到整个侧部21a，而另一方面，对被照射的部位A进行拍摄的位置也须随着激光束3的移动而同步移动，以便始终保持在反射方向上对部位A进行拍摄。

另一方面，也可以使解理面21相对于激光束3在与直径边10平行的方向上移动，使得激光束3能够对整个侧部21a进行照射。

在这种情况下，激光束3和对被照射的部位A进行拍摄的位置可以固定不动，仅需移动硅片部分2即移动硅片部分2的解理面21即可。

此外，还可以设想的是，在激光束3相对于解理面21以非直角的角度入射的情况下，产生激光束3的光源的位置可以是固定的，仅需调整激光束3相对于解理面21的角度来实现对整个侧部21a的照射，并移动对被照射的部位A进行拍摄的位置以使其始终处于反射方向上即可。

在本公开的实施方式中，激光束3可以被聚焦成使得在照射到侧部21a时呈微米级的光斑。

通常，硅片的厚度为775μm，使用的激光束的直径可能例如为100μm左右，而硅片表面损伤的深度一般仅为几微米，甚至不足1μm，这种情况下，当利用激光束3照射到侧部21的部位A时，表征损伤深度的暗区的尺寸可能也仅有几微米，不利于清楚地观察和确定损伤的深度。在本公开的实施方式中，通过使激光束3聚焦成微米级光斑，可以使表征损伤深度的暗区在光斑中被更清楚地显现出来，从而有利于清楚且准确地确定出损伤的深度。

根据本公开的另一方面，还提供了一种用于检测硅片表面损伤层深度的***，其包括：

解理单元，其用于沿直径方向对硅片进行解理以获得半圆形的硅片部分；

照射单元，其用于使用激光束对硅片部分的解理面的邻近直径边的侧部进行照射；

拍摄单元，其用于在激光束经由侧部的被照射的部位发生反射的反射方向上对被照射的该部位进行拍摄；以及

处理单元，其用于对拍摄形成的图像进行分析以获得硅片的表面在该部位处的损伤层深度。

在本公开的实施方式中，该***还可以包括移动单元，其用于使照射单元和拍摄单元能够相对于解理面在与直径边平行的方向上同步移动。

也就是说，移动单元可以使照射单元和拍摄单元能够相对于解理面在与直径边平行的方向上移动，且照射单元和拍摄单元的移动是同步进行的。还可以想到的是，移动单元还可以构造成使得解理面能够相对于照射单元和拍摄单元在与直径边平行的方向上移动，且照射单元和拍摄单元的相对位置是固定的。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于检测硅片表面损伤层深度的方法，其特征在于，包括：

沿直径方向对硅片进行解理以获得半圆形的硅片部分；

使用激光束对所述硅片部分的解理面的邻近直径边的侧部进行照射；

在所述激光束经由所述侧部的被照射的部位发生反射的反射方向上对被照射的所述部位进行拍摄；以及

对拍摄形成的图像进行分析以获得所述硅片的表面在所述部位处的损伤层深度。

2.根据权利要求1所述的用于检测硅片表面损伤层深度的方法，其特征在于，所述使用激光束对所述硅片部分的解理面的邻近直径边的侧部进行照射包括使用所述激光束沿垂直于所述解理面的方向对所述部位进行照射。

3.根据权利要求1或2所述的用于检测硅片表面损伤层深度的方法，其特征在于，所述使用激光束对所述硅片部分的解理面的邻近直径边的侧部进行照射包括使用所述激光束对所述侧部的多个部位进行照射。

4.根据权利要求3所述的用于检测硅片表面损伤层深度的方法，其特征在于，所述多个部位相对于所述硅片部分的圆心对称地分布。

5.根据权利要求1或2所述的用于检测硅片表面损伤层深度的方法，其特征在于，所述激光束能够与所述解理面在与所述直径边平行的方向上相对移动，使得所述激光束能够对整个所述侧部进行照射。

6.根据权利要求1或2所述的用于检测硅片表面损伤层深度的方法，其特征在于，所述沿直径方向对硅片进行解理包括在直径方向上沿晶向<110>对所述硅片进行解理。

7.根据权利要求1或2所述的用于检测硅片表面损伤层深度的方法，其特征在于，所述沿直径方向对硅片进行解理包括在解理过程中向所述解理面吹氮气以防止杂质附着在所述解理面上。

8.根据权利要求1或2所述的用于检测硅片表面损伤层深度的方法，其特征在于，所述激光束被聚焦成使得在照射到所述侧部时呈微米级的光斑。

9.一种用于检测硅片表面损伤层深度的***，其特征在于，包括：

解理单元，其用于沿直径方向对硅片进行解理以获得半圆形的硅片部分；

照射单元，其用于使用激光束对所述硅片部分的解理面的邻近直径边的侧部进行照射；

拍摄单元，其用于在所述激光束经由所述侧部的被照射的部位发生反射的反射方向上对被照射的所述部位进行拍摄；以及

处理单元，其用于对拍摄形成的图像进行分析以获得所述硅片的表面在所述部位处的损伤层深度。

10.根据权利要求9所述的用于检测硅片表面损伤层深度的***，其特征在于，还包括移动单元，其用于使所述照射单元和所述拍摄单元能够相对于所述解理面在与所述直径边平行的方向上同步移动。

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