CN205537546U - 基于psd和楔形平晶微分干涉法的晶圆表面检测装置 - Google Patents
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Abstract
基于PSD和楔形平晶微分干涉法的晶圆表面检测装置，属于光学检测领域，本实用新型为解决现有精密晶圆检测仪器精度不够高、检测步骤繁琐、耗时的问题。本实用新型是激光通过空间滤波器、会聚透镜、偏振片入射至分束器分为垂直方向的光和水平方向的光：垂直方向的光通过反射镜、会聚透镜入射至晶圆样品，反射光通过1/4波片、楔形平晶光被PSD1、PSD2接收；水平方向的光入射至分束器分为垂直S光和水平P光：垂直S光通过楔形平晶、显微物镜，入射至晶圆样品表面反射，反射光通过显微物镜、楔形平晶，入射至分束器分为垂直S光和水平P光：垂直S光通过1/4波片、检偏器、滤光器被CMOS图像传感器接收。用于检测晶圆表面缺陷。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种半导体晶圆表面缺陷的检测装置，属于光学检测领域。
背景技术
伴随着半导体产业的快速发展，集成电路 （IC，即，Integrated Circuit）逐渐成为日常应用、科学研究、军事航天等领域内不可或缺的重要产品。因此制作IC的基本原料晶圆也在半导体生产中处于越来越重要的位置。晶圆是指在IC制作中所用的圆形的硅晶片。在晶圆的生产过程中，IC的制造企业必须配备检测晶圆质量的设备，如果不能很好地控制晶圆表面缺陷的问题，则其成品率和利润将会受到严重的威胁。如何对半导体晶圆实现高精度地检测，一直以来都是晶圆生产过程中需要解决的研究难题。
目前，测量微观形貌的方法有机械触针法、扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜以及各种光学方法。但是这些方法在精密晶圆检测中尚存在仪器精度不够高、检测步骤繁琐、检测耗时等不足。本实用新型所采用的是一种基于大量程位置敏感探测器（PSD，即，PositionSensitive Detector）测量法和楔形平晶微分干涉法的精密晶圆检测方法。其中所用的PSD是一种新型的光电器件，它测量时范围为3 3且分辨率能达到5所以利用测量量程大的特点对晶圆表面进行粗糙测量，如果检测出样品表面存在缺陷则直接将其剔除；如果未检测到缺陷则将样品送入微分干涉法检测通道进行精密测量。微分干涉法是一种采用偏振光、双光束、共光路干涉原理测量表面形貌的检测方法，它是目前光学测量法方法中测量精度最高的检测方法，纵向分辨率达到0.1，横向分辨率达到1，所以利用微分干涉法可以实现对样品的精密测量。现有的微分干涉法采用了能产生较小分束角的Wollaston棱镜，而楔形平晶产生的分束角小于Wollaston棱镜产生的分束角，实验得到的检测结果更为精确，提高了现有晶圆检测装置的精确度。生产过程中原始硅锭的选用、浇铸光刻胶、曝光、蚀刻、抛光、切割等过程都需要检测样品表面信息，利用PSD粗糙测量和楔形平晶微分干涉精密测量相结合的方法可以节省了多次检测所需的时间和减少了检测的仪器，使得检测过程更简便。本实用新型装置具有非接触、抗干扰性强、精度高、检测方便、速度快、成本低等优点。
本实用新型以国内外先进的光电检测技术为依托，研制出具有非接触、抗干扰性强、精度高、检测方便、速度快、成本低等优点的光学干涉精密检测半导体晶圆光学系统。这种实用化的针对检测半导体晶圆干涉的精密装置具有相当大的市场优势，而且在一定程度上能弥补现有精密晶圆检测仪器精度不够高、检测步骤繁琐、耗时等不足。
发明内容
本实用新型目的是为了提高现有检测晶圆表面缺陷装置的检测精度，同时解决目前晶圆检测步骤繁琐、检测耗时等问题，提供了一种基于PSD和楔形平晶微分干涉法的晶圆表面检测装置。
本实用新型所述基于大量程PSD和楔形平晶微分干涉法的晶圆表面检测装置，该检测装置包括He-Ne激光器（1）、空间滤波器（2）、第一会聚透镜（3-1）、第二会聚透镜（3-2）、起偏器（4）、第一分束器（5-1）、第二分束器（5-2）、反射镜（6）、第一楔形平晶（7-1）、第二楔形平晶（7-2）、显微物镜（8）、第一1/4波片（9-1）、第二1/4波片（9-2）、检偏器（10）、滤光器（11）、CMOS图像传感器（12）、第一PSD（13-1）、第二PSD（13-2）、CPU（14）、步进电机（15）、晶圆样品（16）、旋转台（17）。
He-Ne激光器（1）发出的激光入射至空间滤波器（2），通过空间滤波器（2）的激光入射至第一会聚透镜（3-1），通过第一会聚透镜（3-1）的激光入射至起偏器（4）；通过起偏器（4）入射至第一分束器（5-1），分为水平激光和垂直激光；
通过第一分束器（5-1）分光的垂直激光入射至反射镜（6）产生反射光，反射光入射至第二会聚透镜（3-2），通过第二会聚透镜（3-2）的激光入射至晶圆样品（16），通过晶圆样品（16）的激光反射至第一1/4波片（9-1），通过步进电机（15）带动第一1/4波片（9-1）旋转，通过第一1/4波片（9-1）的光入射至第一楔形平晶（7-1），通过第一楔形平晶（7-1）的光被第一PSD（13-1）、第二PSD（13-2）接收，连接CPU（14）采集并显示干涉图像；
通过第一分束器（5-1）分光的水平激光入射至第二分束器（5-2），分为水平P光和垂直S光；
通过第二分束器（5-2）的垂直S光入射至第二楔形平晶（7-2），通过第二楔形平晶（7-2）的光产生具有较小分束角的o光和e光，o光和e光穿过显微物镜（8），两束光垂直入射至晶圆样品（16）表面，通过旋转台（17）的旋转测量晶圆的不同位置，携带晶圆样品（16）表面的信息，通过显微物镜（8）的激光入射置第二楔形平晶（7-2），入射至第二分束器（5-2），分为水平P光和垂直S光；
通过第二分束器（5-2）的垂直S光，入射至第二1/4波片（9-2），通过第二1/4波片（9-2）的两束光形成恒定的相位差，通过检偏器（10）形成振动方向相同的干涉光束，通过滤光器（11）满足干涉条件，产生干涉图像，通过CMOS图像传感器（12）接收表面处采集干涉，干涉图像呈现在CMOS图像传感器（12）摄像机的靶面上，图像采集电路将CMOS图像传感器（12）摄像机接收到的干涉图像数字化后送入CPU（14）。
本实用新型的优点：本实用新型是利用PSD测量和楔形平晶微分干涉相结合的方法精密检测晶圆表面缺陷的装置，建立了一种非接触、抗干扰性强、速度快、操作简便、灵敏度高的晶圆表面缺陷的检测装置，同时能够解决晶圆生产过程中的检测繁琐、耗时等问题。这种实用化的针对检测半导体晶圆干涉的精密装置具有相当大的市场优势，而且能够在一定程度上能弥补国内晶圆检测装置的不足。
附图说明
图1是本实用新型所述基于PSD和楔形平晶微分干涉法的晶圆表面检测装置结构示意图；
图2是入射光线垂直楔形平晶光轴产生o光和e光示意图；
图3 是o光和e光通过楔形平晶折射示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实用新型所述基于PSD和楔形平晶微分干涉法的晶圆表面检测装置，该检测装置包括He-Ne激光器（1）、空间滤波器（2）、第一会聚透镜（3-1）、第二会聚透镜（3-2）、起偏器（4）、第一分束器（5-1）、第二分束器（5-2）、反射镜（6）、第一楔形平晶（7-1）、第二楔形平晶（7-2）、显微物镜（8）、第一1/4波片（9-1）、第二1/4波片（9-2）、检偏器（10）、滤光器（11）、CMOS图像传感器（12）、第一PSD（13-1）、第二PSD（13-2）、CPU（14）、步进电机（15）、晶圆样品（16）、旋转台（17）。
He-Ne激光器（1）发出的激光入射至空间滤波器（2），通过空间滤波器（2）的激光入射至第一会聚透镜（3-1），通过第一会聚透镜（3-1）的激光入射至起偏器（4）；通过起偏器（4）入射至第一分束器（5-1），分为水平激光和垂直激光；
通过第一分束器（5-1）分光的垂直激光入射至反射镜（6）产生反射光，反射光入射至第二会聚透镜（3-2），通过第二会聚透镜（3-2）的激光入射至晶圆样品（16），通过晶圆样品（16）的激光反射至第一1/4波片（9-1），通过步进电机（15）带动第一1/4波片（9-1）旋转，通过第一1/4波片（9-1）的光入射至第一楔形平晶（7-1），通过第一楔形平晶（7-1）的光被第一PSD（13-1）、第二PSD（13-2）接收，连接CPU（14）采集并显示干涉图像；
通过第一分束器（5-1）分光的水平激光入射至第二分束器（5-2），分为水平P光和垂直S光；
通过第二分束器（5-2）的垂直S光入射至第二楔形平晶（7-2），通过第二楔形平晶（7-2）的光产生具有较小分束角的o光和e光，o光和e光穿过显微物镜（8），两束光垂直入射至晶圆样品（16）表面，通过旋转台（17）的旋转测量晶圆的不同位置，携带晶圆样品（16）表面的信息，通过显微物镜（8）的激光入射置第二楔形平晶（7-2），入射至第二分束器（5-2），分为水平P光和垂直S光；
通过第二分束器（5-2）的垂直S光，入射至第二1/4波片（9-2），通过第二1/4波片（9-2）的两束光形成恒定的相位差，通过检偏器（10）形成振动方向相同的干涉光束，通过滤光器（11）满足干涉条件，产生干涉图像，通过CMOS图像传感器（12）接收表面处采集干涉，干涉图像呈现在CMOS图像传感器（12）摄像机的靶面上，图像采集电路将CMOS图像传感器（12）摄像机接收到的干涉图像数字化后送入CPU（14）。
具体实施方式二：下面结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明。
本发明中，由于入射光线与第一楔形平晶（7-1）的光轴垂直，根据发生双折射的条件可知，入射光线在第一楔形平晶（7-1）会发生双折射现象，即产生o光和e光，具体见附图2。
由于o光和e光在晶体中的折射率不同，且对于方解石晶体说：，o光的折射率为： e光的折射率为： ，o光和e光射出晶体时产生的分束角，为楔形平晶楔角的余角，o光和e光通过晶体的折射角分别为 、
根据折射定律得到：
通过计算，o光和e光射出晶体时产生的分束角为：
入射光线通过第一楔形平晶（7-1）产生的o光和e光进入显微物镜（8），由于分束角小于显微物镜的分辨率，两束光会垂直入射至晶圆样品（16）表面，携带晶圆样品（16）表面的信息，在晶圆表面发生反射，反射光入射至显微物镜（8），通过显微物镜（8）的两束光入射至第一楔形平晶（7-1），通过第二分束器（5-2）的产生垂直S光和水平P光，垂直S光入射至第一1/4波片（9-1），通过第一1/4波片（9-1）的两束激光形成恒定的相位差，通过检偏器（10）形成振动方向相同的干涉光束，满足干涉条件，产生携带晶圆表面信息的干涉图像。
Claims (1)
1.一种基于大量程PSD和楔形平晶微分干涉法的晶圆表面检测装置，其特征在于，该检测装置包括He-Ne激光器（1）、空间滤波器（2）、第一会聚透镜（3-1）、第二会聚透镜（3-2）、起偏器（4）、第一分束器（5-1）、第二分束器（5-2）、反射镜（6）、第一楔形平晶（7-1）、第二楔形平晶（7-2）、显微物镜（8）、第一1/4波片（9-1）、第二1/4波片（9-2）、检偏器（10）、滤光器（11）、CMOS图像传感器（12）、第一PSD（13-1）、第二PSD（13-2）、CPU（14）、步进电机（15）、晶圆样品（16）、旋转台（17），
He-Ne激光器（1）发出的激光入射至空间滤波器（2），通过空间滤波器（2）的激光入射至第一会聚透镜（3-1），通过第一会聚透镜（3-1）的激光入射至起偏器（4）；通过起偏器（4）入射至第一分束器（5-1），分为水平激光和垂直激光；
通过第一分束器（5-1）分光的垂直激光入射至反射镜（6）产生反射光，反射光入射至第二会聚透镜（3-2），通过第二会聚透镜（3-2）的激光入射至晶圆样品（16），通过晶圆样品（16）的激光反射至第一1/4波片（9-1），通过步进电机（15）带动第一1/4波片（9-1）旋转，通过第一1/4波片（9-1）的光入射至第一楔形平晶（7-1），通过第一楔形平晶（7-1）的光被第一PSD（13-1）、第二PSD（13-2）接收，连接CPU（14）采集并显示干涉图像；
通过第一分束器（5-1）分光的水平激光入射至第二分束器（5-2），分为水平P光和垂直S光；
通过第二分束器（5-2）的垂直S光入射至第二楔形平晶（7-2），通过第二楔形平晶（7-2）的光穿过显微物镜（8），两束光垂直入射至晶圆样品（16）表面，通过旋转台（17）的旋转测量晶圆的不同位置，携带晶圆样品（16）表面的信息，通过显微物镜（8）的激光入射置第二楔形平晶（7-2），入射至第二分束器（5-2），分为水平P光和垂直S光；
通过第二分束器（5-2）的垂直S光，入射至第二1/4波片（9-2），通过第二1/4波片（9-2）的两束光形成恒定的相位差，通过检偏器（10）形成振动方向相同的干涉光束，通过滤光器（11）满足干涉条件，产生干涉图像，通过CMOS图像传感器（12）接收表面处采集干涉，干涉图像呈现在CMOS图像传感器（12）摄像机的靶面上，图像采集电路将CMOS图像传感器（12）摄像机接收到的干涉图像数字化后送入CPU（14）。
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| CN109307936A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-02-05 | 湖北华中光电科技有限公司 | 一种加快天文定向器瞄准速度的辅助装置 |
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