晶片表面Haze值研究.pdf
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晶片表面Haze值研究.pdf
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材料与器件MatcnaJsandDevicesDOI:
103969jissn1003353x201109007晶片表面Haze值研究张伟才,宋晶,杨洪星,赵权(中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津300220)摘要:
介绍了晶片表面Haze值的定义和理论依据,通过对SSIS系统的原理分析,揭示了Haze是一种同接反映晶片表面状态的光学信号。
通过对不同表面状态抛光片的光学扫描,研究了晶片表面粗糙度与Haze值的关系;通过对si抛光片和砷化镓抛光片的扫描对比,研究了晶片本体反射系数对Haze值的影响。
研究结果表明,同种材料的Haze值随着表面粗糙度的增大而增大,而不同的材料即使拥有相似的表面粗糙度,Haze值也会因本体反射系数的不同而呈现很大差异。
通过对Haze扫描图的特征分析,研究了Haze值分布与晶片表面均匀性的关系,成功地利用Haze值分布将表面性状化,为化学机械抛光和湿法清洗工艺提供了一个新的反馈手段。
关键词:
Haze值;光散射;表面粗糙度;一致性;扫描表面检查系统中图分类号:
TN304文献标识码:
A文章编号:
1003353X(2011)09068103ResearchOilHazeValueofWaferSurfaceZhangWeicai,SongJing,YangHongxing,ZhaoQuan(The46“ResearchInstitute,CETC,Tianjin300220,China)Abstract:
TheHazevalueofwafersurfaceisintroducedfromthedefinitionsandtheoriesbasedontheprincipleofSSISTheHazeisexplainedasopticalsignalswhichcanindirectlyreflectthestateofthewaf色rsurfaceThedifferentmaterialsanddifferentsurfacewerescannedbySSISandtheeffectofsurfaceroughnessandreflectioneoefficientontheHazevallleanditsdistilbuttonwerestudiedTheresultsshowthattheHazevalueofthesamematerialincreaseswiththeincreaseofsurfaceroughnessandtheHazevalueshowssignificantdifferencesbetweendifferentmaterialswithsimilarroughnessThroughthetlttalysisofthecharacteristicsofscans,therelationshipbetweenHazevaluedistributionandtheconsistencyofwafersurfacestatewasstudiedAnewprocessfeedbackmethodforchemicalmechanicalpolishingandwetcleaningprocessusingHazevaluewasproposedKeywords:
Hazevalue;lightscattering;surfaceroughness;consistency;scanningsurfaceinspectionsystem(SSIS)EEACC:
05900引言超大规模集成电路的迅猛发展对晶片表面质量要求日益提高,晶片表面检验手段也越来越丰富。
以散射理论为基础的扫描表面检查系统(scanningsurfaceinspectionsystem,SSIS)以快速、无接触、直观反映均一性等优点在检验领域被广泛应用,而其特殊的参数“Haze”也成为表征表面状态的一个重要参数。
1原理Haze中文译为“雾”。
根据GBT14264一2009定义,Haze为由表面形貌(微粗糙度)及表September2011面或近表面高浓度的不完整性引起的菲定向光散射现象。
雾是一个群体效果,由于不完整性的存在,引起雾的这种类型的个别的不完整性不容易用肉眼或其他没有放大的光学检测系统来辨别。
对于一个颗粒计数器SSIS,雾可引起本底信号及激光光散射现象,它和来自Si片表面的光散射,两者共同组成信号。
它是由一个光学系统收集的,并由入射通量归一化的总散射光通量。
在SSIS中,表面蚀坑、颗粒或本底缺陷都能引起特殊的光散射信号,而在图形中显示出类似的局域特征化,由于散射因素的不确定性,显示出的图形缺陷一般称之为LPD(1ightpointdefect)或LSE(1ightscatteringevent)。
测量过程中。
没有SemiconductorTechnologyVoL36No9681万方数据张伟才等:
晶片表面Haze值研究被表征为LSE的背景信号称为Haze。
Haze值为光学系统收集的,单纯比较不同光学系统给出的Haze值没有意义。
2理论依据通过Haze值来描述晶片表面状态的SSIS,其根本理论依据为Beckmann光散射模型:
当一束激光以一定角度入射到粗糙晶体表面时,入射光被散射,其中一部分散射光遵循几何光学规律成为镜面反散射光;另一部分光则散射到空间的各个方向。
全部的散射光在空间180。
范围内形成中心散射光斑和两翼散射光带,其光能大致为高斯分布。
本文认为每个SSIS系统都有其能够精确表征的最小LSE特征尺寸,大于等于该特征尺寸的LSE系统能够给出准确的LSE数量及其直径范围,当SSIS侦测到的信号小于这一最小特征尺寸,则将被认为Haze信号。
粗糙不平的表面状态可以认为是成千上万个小于特征尺寸的微小颗粒组成的,在这个直径范围内,系统虽然不能给出精确的粒径数值,但能够以相对比例的形式表现局部的差异。
3实验研究由SPM一19型抛光机对4英寸(1英寸=254mm)砷化镓晶片、硅单晶片进行加工,依次利用SUBA600、SUBA400和PV2700型抛光垫进行粗抛光、中抛光和精抛光。
每步抛光结束后,利用轮廓仪测量晶片表面粗糙度,并利用Topcon公司光学表面分析仪扫描晶片,获得Haze值及其分布。
4结果与讨论辆麓F682半导体技术第36卷第9期中可以看出,Haze值随着表面粗糙度的增大而增加,并且随着表面粗糙度的增大,采集的信号数量大幅度减少,这恰恰证明了Haze的本质就是光散射扫描过程中的背底信号。
表面越粗糙,宏观信号越强烈,背底信号越微弱。
_l(a)表面粗糙度Ra=045nmL(b)表面粗糖度Ra=O84nm_J万方数据张伟才等:
晶片表面Haze值研究赖于晶片本身的物理性质即光反射率。
Haze与光反射系数的关系为”oD=R1一exp一(cr41rA)2
(1)式中:
D为Haze值;R为反射系数;口为微粗糙度;为入射激光波长。
该关系式将反射系数、光波长和微租糙度与Haze值联系起来,详细描述了它们之间的对应关系。
由于Haze值常因SSIS的差异而显示出不同,所以尚无法对这种关系式做精确的验证。
由于Haze的本质是信号,所以从信号采集的角度可以直观理解其与反射系数的关系。
图3给出了具有相同表面粗糙度的si抛光片和GaAs抛光片的Haze值测量结果,可以看出GaAs抛光片的信号采集数量远低于si抛光片,而Hazez均值及分布也与si片有很大差异,所以不难证实,不同材质的晶片由于反射系数不同,会造成Haze的差异。
141(a)si抛光片Jll(b)砷化镓抛光片图3硅抛光片和砷化镓抛光片的Haze值测量Fig3HazevalueofSiandGaAspolishedwafer43Haze对表面均匀性的表征Haze的分布与表面均匀性密切相关,如图2中所示,三种晶片的Haze值宽度有明显差别,这种差别反映了晶片表面的均匀性的不同。
晶片表面均匀性越好,Haze值差异越小,Haze值分布越集中;晶片表面均匀性越差,Haze值差异越大,Haze值分布越离散。
September2011实际生产中,抽象的数值往往不能满足分析问题的需要,工程师更关心晶片整体的表面状态,Haze的扫描图能够提供直观的表面状态图形,将表面状态性状化。
与Haze值分布图不同,Haze扫描图能够提供更直观的表面均匀性信息,这种扫描图虽然不能将不均匀性定量化,但是却能够清楚地显示某个区域与整体的不和谐,而这种区域性差异,往往以某种特征图形的形式存在(如图1所示),给在线工艺控制提供最为重要的反馈。
5结语晶片表面Haze本质是SSIS中的背景信号,一切影响光散射过程的因素都能对Haze产生影响。
表面粗糙度越大,Haze均值越大。
不同材质的晶片,由于光反射系数不同,会呈现不同的Haze值及分布。
Haze分布图能够定量反映表面均一性,Haze扫描图能够直观反映表面均一性,并能以特征图形的方式给在线工艺控制提供有用的反馈。
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张伟才(1985一)男河北唐山人研究方向为半导体材料加工技术。
SemiconductorTechnologyVoL36No9683万方数据晶片表面Haze值研究晶片表面Haze值研究作者:
张伟才,宋晶,杨洪星,赵权,ZhangWeicai,SongJing,YangHongxing,ZhaoQuan作者单位:
中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津,300220刊名:
半导体技术英文刊名:
SemiconductorTechnology年,卷(期):
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