[发明专利]一种自动校准补偿的透明晶圆表面曲率半径测量方法

说明书

本发明公开了一种自动校准补偿的透明晶圆表面曲率半径测量方法，涉及半导体技术领域，该方法包括：建立各波长与距离值的对应关系；确定晶圆检测范围；移动共焦测距传感器至透明晶圆的检测位置，移动透明晶圆至晶圆检测范围中心位置；判断检测位置是否在晶圆检测范围内：若否则记录轴向调整高度值；若是则选择反射光小孔透过率最大波长作为检测位置的焦点波长，得到其对应的距离值；计算补偿得到高度变化值；移动共焦测距传感器至下一检测位置，重新执行判断步骤直至所有检测位置全部检测完毕；对所有高度变化值进行拟合得到透明晶圆一直径方向的表面曲率半径。该方法适用于透明晶圆的测量，且自动校准补偿测量值以获取高精度的表面曲率半径。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种自动校准补偿的透明晶圆表面曲率半径测量方法。

背景技术

在半导体的晶圆制备工艺中，均需要在基板的表面成膜，由于不同材料的热膨胀系数不同，在镀膜过程中会导致基板的翘曲变形，应力过高会严重影响膜层性能及光刻精度，甚至导致晶圆在传输过程中碎片，造成设备污染和损坏，对制造商的经济损失巨大。镀膜应力测量有助于及时调整镀膜工艺，并排除坏片，提高制造效率。

传统的薄膜应力测量设备，首先测量晶圆镀膜前后的表面曲率半径，然后通过手动输入膜厚、基底厚度等数据，计算镀膜应力。晶圆表面曲率半径普遍采用激光三角测量法，即通过将激光以一定角度照射在晶圆表面，在反射光侧通过CCD等位置传感器检测反射光的位置，实现晶圆表面单点高度的测量，然后通过同步移动光源、反光镜及位置传感器等光路组件，进行多点测量，拟合出表面的一条直径上的高度曲线，根据高度曲线计算曲率半径，晶圆表面高度的测量精度直接影响应力计算结果。这种方法为提高测量精度，往往需要更长的光程，导致光路体积庞大，且受反射角度影响，会放大移动传感器时震动造成的影响。

硅基半导体具有耐高温、抗辐射性能好、制作方便、稳定性好、可靠度高等特点，使得大部分集成电路都是以硅为材料制作的，但是硅基半导体不适合在高频、高功率领域使用。化合物半导体具有更优越的性能和能带结构，已逐渐成为射频、光电、功率等领域不可或缺的材料。不同的化合物材料具有不同的透光度，在对化合物晶圆进行检测时，由于材料本身透光，激光三角测量法受晶圆透光量影响，导致位置传感器接收光强过弱，无法应用于透明晶圆的测量。

光谱共焦测距技术利用衍射透镜，将不同波长的光聚焦在不同的光轴位置，由此形成波长焦点与距离的对应关系，采用光谱共焦测距技术能够测量透明晶圆的表面距离，也就可以采集晶圆表面形貌变化数据，进而计算表面曲率半径。与激光三角测量法相比，该方法具有发射光与发射光同轴、锥状光线聚焦、焦点测距等特点，不受被测物高度变化的阴影影响、支持更大倾斜角度，能够更好的支持镜面和透明物体的测量。

不同材质表面对各波长的反射和吸收特性不同，因此目前光谱共焦测距传感器在使用前，均需要厂家根据客户提供待测样品进行轴向距离和聚焦波长的数据校准。但应力计算需要对镀膜前和镀膜后均进行采集，被测材质必然发生改变，不同材质拥有不同的光谱反射率，仅仅对某一材质进行一次数据校准，材料更换时将会产生较大误差。

因此，针对上述问题，有必要提出针对透明晶圆的表面曲率半径测量及补偿方法，当透明晶圆表面材质产生较大变化时，实现稳定的高度曲线测量，以支持应力测量仪对透明晶圆的薄膜应力测量。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种自动校准补偿的透明晶圆表面曲率半径测量方法，该方法适用于透明晶圆的测量，且自动校准补偿测量值以获取高精度的表面曲率半径，本发明的技术方案如下：