同時(shí)，這些測(cè)量的數(shù)據(jù)可以拓展研究的自由度，豐富實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高實(shí)驗(yàn)效率，降低開發(fā)成本。
[0057]為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例，本發(fā)明還提出一種外延過程中外延層的測(cè)量方法。
[0058]圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的外延過程中外延層的測(cè)量方法的流程圖。
[0059]如圖6所示，外延過程中外延層的測(cè)量方法包括:
[0060]S601，光纖發(fā)射紅外光線，并通過觀察窗將紅外光線照射至設(shè)置在反應(yīng)腔內(nèi)的托盤上承載的晶圓。
[0061]具體地，觀察窗設(shè)置在反應(yīng)腔的頂壁之上，托盤設(shè)置在反應(yīng)腔內(nèi)，且托盤上承載有晶圓。具體而言，以在重?fù)缴?As)的硅(Si)襯底上外延摻磷(P)元素的η型硅外延層為例說明本發(fā)明實(shí)施例中的外延過程中外延層的測(cè)量方法。采用水平式進(jìn)氣石英反應(yīng)腔在n+晶圓上生長(zhǎng)n-Si外延層，其中，晶圓的直徑大約為8英寸，即200毫米。如圖2所示，石墨托盤在反應(yīng)腔內(nèi)，在SiC包裹的石墨托盤上放置5片8英寸的晶圓，相鄰2片晶圓的圓心與石墨托盤的圓心之間的夾角為72度。在外延過程中，石墨托盤沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，以促使化學(xué)反應(yīng)在各個(gè)晶圓上均勻的發(fā)生。優(yōu)選的，反應(yīng)壓力為-1.5mbar，生長(zhǎng)溫度為1070°C，反應(yīng)源為SiHCL3，載氣為H2。
[0062]S602，光纖通過觀察窗接收晶圓反射的反射光，以使光纖式傅里葉紅外光譜分析儀根據(jù)反射光檢測(cè)晶圓的外延層厚度。
[0063]具體地，如圖2所示，將光纖式傅里葉紅外光譜分析儀的光纖一端放置于反應(yīng)腔上表面上的觀察窗上方的觀測(cè)點(diǎn)位置，由光纖發(fā)射紅外光線。
[0064]在本發(fā)明的實(shí)施例中，光纖將傅里葉紅外光譜分析儀發(fā)射的紅外光線進(jìn)行匯聚以形成光斑，并將光斑照射至晶圓。具體而言，光纖將從傅里葉紅外光譜分析儀發(fā)射出來的平行紅外光線匯聚成小于1毫米的光斑，并將該聚焦后得到的光斑通過觀察窗照射到晶圓的待測(cè)外延層表面上。
[0065]進(jìn)一步而言，如圖2所示，在化學(xué)氣相反應(yīng)進(jìn)行的過程中，石墨托盤沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)某一片晶圓通過石墨托盤旋轉(zhuǎn)經(jīng)過反應(yīng)腔上表面的觀察窗時(shí)，傅里葉紅外光譜分析儀發(fā)射的紅外光線經(jīng)過光纖匯聚之后照射到該晶圓的外延層表面上。紅外光線經(jīng)過外延層和晶圓的反射后，由光纖接收反射回的紅外光線，然后沿光纖射入傅里葉紅外光譜分析儀。
[0066]在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖3所示，射入傅里葉紅外光譜分析儀的反射紅外光線經(jīng)過邁克爾遜干涉裝置后發(fā)生干涉，經(jīng)過動(dòng)鏡掃描后得到干涉譜。由于實(shí)際產(chǎn)生的干涉譜一般會(huì)有畸變，因此，需要經(jīng)過軟件的傅里葉變換處理進(jìn)行數(shù)學(xué)修正，經(jīng)過修正后計(jì)算得出晶圓的外延層厚度，并實(shí)時(shí)輸出給上位機(jī)。上位機(jī)具有存儲(chǔ)器和顯示器，可將該時(shí)刻晶圓的外延層厚度存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，同時(shí)在顯示器中顯示該晶圓的外延層厚度。
[0067]在本發(fā)明的實(shí)施例中，上位機(jī)根據(jù)光纖式傅里葉紅外光譜分析儀不同觀測(cè)時(shí)間點(diǎn)采集的晶圓的外延層厚度計(jì)算晶圓的平均生長(zhǎng)速率。具體而言，隨著石墨托盤繼續(xù)沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)同一個(gè)晶圓再次旋轉(zhuǎn)經(jīng)過反應(yīng)腔上表面的觀察窗時(shí)，可再次測(cè)量經(jīng)過了一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期之后的該晶圓的外延層厚度，測(cè)量的方法和上述晶圓第一次旋轉(zhuǎn)經(jīng)過反應(yīng)腔上表面的觀察窗時(shí)的方法相同。由此，結(jié)合對(duì)同一個(gè)晶圓上不同時(shí)間的兩次測(cè)量的外延層厚度，可計(jì)算出該晶圓的外延層的生長(zhǎng)速率，即，
[0068]V = Δ d/ Δ t
[0069]其中，V表示生長(zhǎng)速率，Ad表示同一晶圓兩次測(cè)量之間的外延層厚度變化，At表示同一晶圓兩次測(cè)量之間的時(shí)間間隔。上位機(jī)可將生長(zhǎng)速率，以及生長(zhǎng)速率隨時(shí)間變化的曲線等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，同時(shí)以曲線圖形的形式顯示在上位機(jī)的顯示器上。
[0070]本發(fā)明實(shí)施例的外延過程中外延層的測(cè)量方法，通過在反應(yīng)腔上設(shè)置觀察窗，并利用光纖對(duì)外延過程中晶圓的外延層進(jìn)行傅里葉變換紅外光譜測(cè)量，并通過上位機(jī)對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分析得到晶圓的外延層厚度，由此，可以對(duì)外延過程進(jìn)行實(shí)時(shí)指導(dǎo)，使得外延過程變得更加可控，大幅提高了外延過程中生產(chǎn)產(chǎn)品的良品率，有效避免了因工藝參數(shù)選擇不當(dāng)帶來的廢品，同時(shí)有利于提高外延過程中原材料的利用率和外延裝置的產(chǎn)量。
[0071]圖7是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的外延過程中外延層的測(cè)量方法的流程圖。
[0072]如圖7所示，外延過程中外延層的測(cè)量方法包括:
[0073]S701，光纖發(fā)射紅外光線，并通過觀察窗將紅外光線照射至設(shè)置在反應(yīng)腔內(nèi)的托盤上承載的晶圓。
[0074]S702，光纖通過觀察窗接收晶圓反射的反射光，以使光纖式傅里葉紅外光譜分析儀根據(jù)反射光檢測(cè)晶圓的外延層厚度。
[0075]S703，光纖式傅里葉紅外光譜分析儀采集晶圓之上多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的外延層厚度，其中，上位機(jī)根據(jù)多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的外延層厚度計(jì)算晶圓的厚度均勻性。
[0076]具體地，如圖5所示，導(dǎo)軌安裝于觀察窗之上，光纖的一端安裝于導(dǎo)軌之上。驅(qū)動(dòng)裝置用于在上位機(jī)的控制下控制光纖在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，以使光纖式傅里葉紅外光譜分析儀采集晶圓之上多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的外延層厚度，其中，上位機(jī)還用于控制驅(qū)動(dòng)裝置，并根據(jù)多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的外延層厚度計(jì)算晶圓的厚度均勻性。具體而言，在反應(yīng)腔上表面上的觀察窗的上方安裝可以滑動(dòng)的導(dǎo)軌，將光纖式傅里葉紅外光譜分析儀的光纖的一端放置于導(dǎo)軌之上，由光纖發(fā)射紅外光線以及接收從晶圓反射回的反射紅外光線。其中，可以預(yù)先在導(dǎo)軌上設(shè)置若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，例如，如圖5中所示的4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。
[0077]在本發(fā)明的實(shí)施例中，光纖將傅里葉紅外光譜分析儀發(fā)射的紅外光線進(jìn)行匯聚以形成光斑，并將光斑照射至晶圓。具體而言，光纖將從傅里葉紅外光譜分析儀發(fā)射出來的平行紅外光線匯聚成小于1毫米的光斑，并將該聚焦后得到的光斑通過觀察窗照射到晶圓的待測(cè)外延層表面上。
[0078]進(jìn)一步而言，如圖2所示，在化學(xué)氣相反應(yīng)進(jìn)行的過程中，石墨托盤沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)某一片晶圓通過石墨托盤旋轉(zhuǎn)經(jīng)過反應(yīng)腔上表面的觀察窗時(shí)，傅里葉紅外光譜分析儀發(fā)射的紅外光線經(jīng)過光纖匯聚之后在第一觀測(cè)點(diǎn)的位置照射到該晶圓的外延層表面上。紅外光線經(jīng)過外延層和晶圓的反射后，由光纖接收反射回的紅外光線，然后沿光纖射入傅里葉紅外光譜分析儀。
[0079]在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖3所示，射入傅里葉紅外光譜分析儀的反射紅外光線經(jīng)過邁克爾遜干涉裝置后發(fā)生干涉，經(jīng)過動(dòng)鏡掃描后得到干涉譜。由于實(shí)際產(chǎn)生的干涉譜一般會(huì)有畸變，因此，需要經(jīng)過軟件的傅里葉變換處理進(jìn)行數(shù)學(xué)修正，經(jīng)過修正后計(jì)算得出晶圓的外延層厚度，并實(shí)時(shí)輸出給上位機(jī)。上位機(jī)具有存儲(chǔ)器和顯示器，可將在第一觀測(cè)點(diǎn)位置上測(cè)量得到的晶圓的外延層厚度存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，同時(shí)在顯示器中顯示晶圓的外延層厚度。
[0080]在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)在第一觀測(cè)點(diǎn)上的測(cè)量完成后，通過滑動(dòng)導(dǎo)軌將光纖的位置移動(dòng)至第二觀測(cè)點(diǎn)上，重復(fù)在第一觀測(cè)點(diǎn)上的測(cè)量，并在第二觀測(cè)點(diǎn)上的測(cè)量完成后，繼續(xù)通過滑動(dòng)導(dǎo)軌將光纖的位置移動(dòng)至第三觀測(cè)點(diǎn)上，繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量，直至完成在最后一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上的測(cè)量。上位機(jī)通過實(shí)時(shí)獲得的每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上的晶圓的外延層厚度，并且結(jié)合每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在晶圓上所處的位置信息，可以分析出不同觀測(cè)點(diǎn)上的晶圓的外延層厚度，從而得到晶圓的外延層厚度的均勻性。
[0081]本發(fā)明實(shí)施例的外延過程中外延層的測(cè)量方法，通過在反應(yīng)腔的觀察窗之上設(shè)置導(dǎo)軌，并在導(dǎo)軌上設(shè)置多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，利用光纖在每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上對(duì)外延過程中晶圓的外延層進(jìn)行傅里葉變換紅外光譜測(cè)量，并通過上位機(jī)對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分析得到晶圓的外延層厚度的均勻性，由此，可以準(zhǔn)確測(cè)量出晶圓的外延層厚度的均勻性，對(duì)外延過程進(jìn)行實(shí)時(shí)指導(dǎo)，使得外延過程變得更加可控
[0082]圖8是本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的外延過程中外延層的測(cè)量方法的流程圖。
[0083]如圖8所示，外延過程中外延層的測(cè)量方法包括:
[0084]S801，光纖發(fā)射紅外光線，并通過觀察窗將紅外光線照射至設(shè)置在反應(yīng)腔內(nèi)的托盤上承載的晶圓。
[0085]S802，光纖通過觀察窗接收晶圓反射的反射光，以使光纖式傅里葉紅外光譜分析儀根據(jù)反射光檢測(cè)晶圓的外延層厚度。
[0086]S803，光纖式傅里葉紅外光譜分析儀采集晶圓之上多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的外延層厚度，其中，上位機(jī)根據(jù)多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的外延層厚度計(jì)算晶圓的厚度均勻性。
[0087]S804,上位機(jī)根據(jù)反射光的干涉譜中干涉峰的強(qiáng)度計(jì)算晶圓的外延層表面的表面平整度，以及表面平整度位置分布信息。
[0088]具體地，在光纖接收反射回的紅外光線，然后沿光纖射入傅里葉紅外光譜分析儀之后，輸入傅里葉紅