探测系统及探测方法技术方案

本发明专利技术揭示了一种探测系统，用于探测晶元的表面形貌，包括：激光发射系统，用于发出激光；分束合光系统，所述激光被所述分束合光系统分为第一光波和与之相干的第二光波，所述第一光波经所述晶圆反射后与所述第二光波被所述分束合光系统合成为合光；相移系统，用于改变所述第二光波的光程；接收系统，用于接收n个不同光程的所述第二光波下的所述合光，在每一光程的所述第二光波下，所述接收系统拍摄所述合光的干涉图样；处理系统，所述处理系统通过控制所述相移系统改变所述第二光波的光程，同时，接收所述干涉图样并进行处理后显示所述晶圆的形貌。本发明专利技术还揭示了一种探测方法，可以实时监控图形化蓝宝石的刻蚀过程，并能精确对其进行终点探测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术中刻蚀工艺的终点探测技术，特别是涉及一种。
技术介绍
蓝宝石由于具有化学稳定性好、机械强度高、易于清洗和处理、生产技术相对成熟等优点，已成为氮化镓(GaN)基LED的主流衬底，然而蓝宝石作为GaN基LED的衬底也存在很多的缺陷，例如蓝宝石与外延材料之间存在晶格失配和热应力失配，所述晶格失配和热应力失配不但会使外延材料中产生大量的缺陷，而且还会给后续器件的加工增加额外的困难。为了缓解甚至解决格失配和热应力失配带来的问题，为了迎接近年来LED对发光亮度要求的挑战，异质外延GaN材料生长领域形成了一系列较为成熟的技术方案，其中，采用图形化的蓝宝石衬底技术不但可以缓解蓝宝石衬底于GaN外延生长过程中造成的应力，降低GaN外延中的缺陷密度，提高外延材料的晶体质量，而且此技术在衬底表面形成的粗糙的图形化结构对光波具有散射或漫反射作用，能够增加光子的逃逸几率，进而提高LED的发光效率。制作图形化蓝宝石衬底的方法主要有干法刻蚀和湿法腐蚀两种。目前，采用干法刻蚀制备图形化蓝宝石衬底的技术和方法已被广泛应用于商业化生产，采用湿法腐蚀或湿法腐蚀和干法刻蚀结合的技术制备图形化的蓝宝石衬底的方法还处于由实验室向产业化发展的转型期，国内只有少数几家企业或高校涉足湿法腐蚀蓝宝石衬底的领域，如杭州士兰明芯科技有限公司、厦门三安光电股份有限公司、山东华光光电子有限公司、中国科学院物理研究所等。然而，无论是已被应用于商业化生产的干法刻蚀，还是处于由实验室向产业化转型的湿法腐蚀，都很难制作出图形一致性较好、重复性较好的图形化的蓝宝石衬底，其根本原因在于缺乏制作图形化蓝宝石衬底的终点探测技术，现有的终点探测技术，如发射光谱法、气体分析法、阻抗监控法、溶液成分分析法等都是基于被刻蚀或腐蚀的制品由多种成分组成，当其中某种成分达到一定量即认为是终点，然而，图形化的蓝宝石只有一种材料组成，所以现有的终点探测技术无法被应用于图形化蓝宝石衬底的制作工艺中，也就是说，目前，图形化蓝宝石衬底的生产企业只能凭借经验或样片的方式来估计产品的刻蚀或腐蚀终点，显然这很难制作出图形一致性较好、重复性较好的图形化的蓝宝石衬底，因此，寻求一种新的可用于图形化蓝宝石衬底制作的终点探测技术已成为本领域技术人员的研究重点之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种，以解决现有的探测系统不能用于图形化蓝宝石衬底的终点探测的问题，从而精确完成图形化蓝宝石衬底的终点探测，不仅如此，而且还能对图形化蓝宝石衬底的刻蚀过程进行实时监控。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种探测系统，用于探测晶圆的表面形貌，包括:激光发射系统，所述激光发射系统用于发出激光；分束合光系统，所述激光被所述分束合光系统分为第一光波和与之相干的第二光波，所述第一光波经所述晶圆反射后与所述第二光波被所述分束合光系统合成为合光；相移系统，用于改变所述第二光波的光程；接收系统，用于接收n个不同光程的所述第二光波下的所述合光，在每一光程的所述第二光波下，所述接收系统拍摄所述合光的干涉图样，n^2；处理系统，所述处理系统通过控制所述相移系统改变所述第二光波的光程，同时，所述处理系统接收所述干涉图样并进行处理后显示所述晶圆的形貌信息。进一步的，在所述的探测系统中，所述分束合光系统包括第一分束合光棱镜以及第一反射镜，所述激光经所述第一分束合光棱镜后分为所述第一光波和所述第二光波，所述第一光波经所述晶圆反射到达所述第一分束合光棱镜，所述第二光波经所述第一反射镜的反射后到达所述第一分束合光棱镜，所述第一光波和第二光波经所述第一分束合光棱镜后在第一方向上形成交叠区域，所述第一光波和第二光波在所述交叠区域合成为所述合光；所述接收系统在所述交叠区域接收所述合光；所述相移系统为一可移动的相移器，所述相移器与所述第一反射镜相连，所述第一反射镜在所述相移器的控制下移动。进一步的，在所述的探测系统中，所述第一分束合光棱镜为由两块直角棱镜中间夹一层分束合光膜粘合而成的立方棱镜或一块镀有分束合光膜的平板玻璃。进一步的，在所述的探测系`统中，所述分束合光系统包括第一分束合光棱镜、第二分束合光棱镜、第一反射镜以及第二反射镜，所述第一分束合光棱镜、第二分束合光棱镜、第一反射镜以及第二反射镜分别位于四边形的四个顶点上，且所述第一分束合光棱镜和第二分束合光棱镜位于所述四边形相邻的顶点上；所述激光经所述第一分束合光棱镜后分为所述第一光波和所述第二光波，所述第一光波经所述晶圆反射到达所述第二分束合光棱镜，所述第二光波依次经所述第一反射镜和第二反射镜的反射后到达所述第二分束合光棱镜，所述第一光波和第二光波经所述第二分束合光棱镜后分别在第一方向和第二方向上形成交叠区域，所述第一光波和第二光波在所述交叠区域合成为所述合光；所述接收系统在所述交叠区域接收所述合光。进一步的，在所述的探测系统中，所述相移系统为一可移动的相移器，所述相移器与所述第一反射镜或第二反射镜相连，所述第一反射镜或第二反射镜在所述相移器的控制下移动。进一步的，在所述的探测系统中，所述相移系统为一可移动的相移器和一楔形透光板，所述楔形透光板通过所述相移器与所述处理系统相连，所述楔形透光板位于所述第二光波的光路中，所述楔形透光板在所述相移器的控制下沿垂直于所述第二光波光轴的方向移动。进一步的，在所述的探测系统中，所述探测系统还包括一吸光挡板，所述吸光挡板位于所述第一方向上的交叠区域，所述接收系统位于所述第二方向上的交叠区域，或所述接收系统位于所述第一方向上的交叠区域，所述吸光挡板位于所述第二方向上的交叠区域。进一步的，在所述的探测系统中，所述第一分束合光棱镜为由两块直角棱镜中间夹一层分束合光膜粘合而成的立方棱镜或一块镀有分束合光膜的平板玻璃，所述第二分束合光棱镜为由两块直角棱镜中间夹一层分束合光膜粘合而成的立方棱镜或一块镀有分束合光膜的平板玻璃。进一步的，在所述的探测系统中，所述探测系统还包括一连续改变光强的光强衰减器，所述光强衰减器位于所述第二光波的光路中。进一步的，在所述的探测系统中，所述激光发射系统包括一激光光源和一扩束准直系统，所述激光光源发出的所述激光经所述扩束准直系统扩束准直后射出。进一步的，在所述的探测系统中，所述扩束准直系统包括沿所述激光光轴的方向由前至后依次设置的扩束镜和准直镜。 进一步的，在所述的探测系统中，所述接收系统为电荷耦合元件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。进一步的，在所述的探测系统中，所述处理系统具有将n个所述干涉图样转化为所述晶圆的形貌的n步相位恢复算法程序。根据本专利技术的另一面，本专利技术还提供一种探测方法，用于探测晶圆的表面形貌，所述探测方法包括:第一步，在处理系统内设定所述晶圆的刻蚀终点的终点条件和模拟计算程序；第二步，激光发射系统发出激光，所述激光经分束合光系统后分为第一光波和与之相干的第二光波，所述第一光波经所述晶圆反射后与所述第二光波合成为合光，接收系统接受所述合光，所述处理系统根据所述模拟计算程序控制所述接收系统在一时间间隔内，拍摄n个干涉图样，每拍摄一个所述干涉图样后，所述处理系统控制相移系统移动以改变所述第二光波的光程，n^2；第三步，所述处理系统接收n个所述干涉图样，根据n个所述干涉图样模拟所述晶圆的形貌，并显示所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种探测系统，用于探测晶圆的表面形貌，包括：激光发射系统，所述激光发射系统用于发出激光；分束合光系统，所述激光被所述分束合光系统分为第一光波和与之相干的第二光波，所述第一光波经所述晶圆反射后与所述第二光波被所述分束合光系统合成为合光；相移系统，用于改变所述第二光波的光程；接收系统，用于接收n个不同光程的所述第二光波下的所述合光，在每一光程的所述第二光波下，所述接收系统拍摄所述合光的干涉图样，n≥2；处理系统，所述处理系统通过控制所述相移系统改变所述第二光波的光程，同时，所述处理系统接收所述干涉图样并进行处理后显示所述晶圆的形貌信息。

【技术特征摘要】
1.一种探测系统，用于探测晶圆的表面形貌，包括: 激光发射系统，所述激光发射系统用于发出激光； 分束合光系统，所述激光被所述分束合光系统分为第一光波和与之相干的第二光波，所述第一光波经所述晶圆反射后与所述第二光波被所述分束合光系统合成为合光； 相移系统，用于改变所述第二光波的光程； 接收系统，用于接收n个不同光程的所述第二光波下的所述合光，在每一光程的所述第二光波下，所述接收系统拍摄所述合光的干涉图样，n^2； 处理系统，所述处理系统通过控制所述相移系统改变所述第二光波的光程，同时，所述处理系统接收所述干涉图样并进行处理后显示所述晶圆的形貌信息。2.如权利要求1所述探测系统，其特征在于，所述分束合光系统包括第一分束合光棱镜以及第一反射镜，所述激光经所述第一分束合光棱镜后分为所述第一光波和所述第二光波，所述第一光波经所述晶圆反射到达所述第一分束合光棱镜，所述第二光波经所述第一反射镜的反射后到达所述第一分束合光棱镜，所述第一光波和第二光波经所述第一分束合光棱镜后在第一方向上形成交叠区域，所述第一光波和第二光波在所述交叠区域合成为所述合光； 所述接收系统在所述交叠区域接收所述合光； 所述相移系统为一可移动的相移器，所述相移器与所述第一反射镜相连，所述第一反射镜在所述相移器的控制下移动。3.如权利要求2所述探测系统，其特征在于，所述第一分束合光棱镜为由两块直角棱镜中间夹一层分束 合光膜粘合而成的立方棱镜或一块镀有分束合光膜的平板玻璃。4.如权利要求1所述探测系统，其特征在于，所述分束合光系统包括第一分束合光棱镜、第二分束合光棱镜、第一反射镜以及第二反射镜，所述第一分束合光棱镜、第二分束合光棱镜、第一反射镜以及第二反射镜分别位于四边形的四个顶点上，且所述第一分束合光棱镜和第二分束合光棱镜位于所述四边形相邻的顶点上； 所述激光经所述第一分束合光棱镜后分为所述第一光波和所述第二光波，所述第一光波经所述晶圆反射到达所述第二分束合光棱镜，所述第二光波依次经所述第一反射镜和第二反射镜的反射后到达所述第二分束合光棱镜，所述第一光波和第二光波经所述第二分束合光棱镜后分别在第一方向和第二方向上形成交叠区域，所述第一光波和第二光波在所述交叠区域合成为所述合光； 所述接收系统在所述交叠区域接收所述合光。5.如权利要求4所述探测系统，其特征在于，所述相移系统为一可移动的相移器，所述相移器与所述第一反射镜或第二反射镜相连，所述第一反射镜或第二反射镜在所述相移器的控制下移动。6.如权利要求4所述探测系统，其特征在于，所述相移系统为一可移动的相移器和一楔形透光板，所述楔形透光板通过所述相移器与所述处理系统相连，所述楔形透光板位于所述第二光波的光路中，所述楔形透光板在所述相移器的控制下沿垂直于所述第二光波光轴的方向移动。7.如权利要求4所述探测系统，其特征在于，所述探测系统还包括一吸光挡板；所述吸光挡板位于所述第一方向上的交叠区域，所述接收系统位于所述第二方向上的交叠区域；或者，所述接收系统位于所述第一方向上的交叠区域，所述吸光挡板位于所述第二方向上的交叠区域。8.如权利要求4所述探测系统，其特征在于，所述第一分束合光棱镜为由两块直角棱镜中间夹一层分束合光膜粘合而成的立方棱镜或一块镀有分束合光膜的平板玻璃，所述第二分束合光棱镜为由两块直角棱镜中间夹一层分束合光膜粘合而成的立方棱镜或一块镀有分束合光膜的平板玻璃。9.如权利要求1-8中任意一项所述探测系统，其特征在于，所述探测系统还包括一连续改变光强的光强衰减器，所述光强衰减器位于所述第二光波的光路中。10.如权利要求1-8中任意一项所述探测系统，其特征在于，所述激光发射系统包括一激光光源和一扩束准直系统，所述激光光源发出的所述激光经所述扩束准直系统扩束准直后射出。11.如权利要求10所述探测系统，其特征在于，所述扩束准直系统包括沿所述激光光轴的方向由前至后依次设置的扩束镜和准直镜。12.如权利要求1-8中任意一项所述探测系统，其特征在于，所述接收系统为电荷耦合元件或互补金属氧化物半导体。13.如权利要求1-8中任意一项所述探测系统，其特征在于，所述处理系统通过n步相位恢复算法程序将n个所述干涉图样转化为所述晶圆的形貌。14.一种探测方法，用于探测晶圆的表面形貌，所述探测方法包括: 第一步，在处理系统内设定所述晶圆的刻蚀终点的终点条件和模拟计算程序； 第二步，激光发射系统发出激光，所述激光经分束合光系统后分为第一光波和与之相干的第二光波，所述第一光波经所述晶圆反射后与...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁海生，李东昇，马新刚，江忠永，张昊翔，王洋，李书文，李超，
申请(专利权)人：杭州士兰明芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：