[发明专利]一种晶圆片厚度大量程、高精度快速解算方法

说明书

本发明涉及一种晶圆片厚度大量程、高精度快速解算方法，包括下列步骤：确定待测晶圆片在测量波长下的折射率；获得待测晶圆片反射光电场矢量的光学模型；获得傅里叶变换法和希尔伯特变换法的适用区间；对于待测晶圆片，获得其光学厚度初值；若光学厚度初值大于设定阈值，则通过希尔伯特变换法求取待测晶圆片的物理厚度；否则，通过傅里叶变换法求取待测晶圆片的物理厚度。

技术领域

本发明涉及晶圆片光学厚度测量领域，尤其涉及一种晶圆片厚度大量程、高精度快速解算方法。

背景技术

晶圆片作为IC器件最广泛的衬底材料，为了满足先进封装技术要求，在其背面减薄时，需满足严格的几何精度。

当前主流的晶圆片厚度在线测量方法为红外干涉测量法，利用红外光可以穿透单晶硅，在上、下表面反射形成干涉，再通过傅里叶变换的方法获得其频率信息从而获得硅片厚度。其中光谱仪的测量范围和分辨力两个参数影响硅片测量的厚度范围和精度。测量较厚的硅片时，对光谱仪有很高的分辨力要求，但由于目前高分辨力光谱仪波段限制，此时会有较差的测量精度。目前提高精度的最常用的方法是通过FFT补零实现，而实现目标计算精度往往需要大量的补零，增加了计算时间，同时测量稳定性较差。

发明内容

针对上述现有技术，本发明在基于频谱分析和相位提取的基础上，采用自适应带通滤波、窗函数、以及拟合的方法，提供了一种基于FFT与Hilbert的晶圆片厚度大量程、高精度快速解算方法。技术方案如下：

一种晶圆片厚度大量程、高精度快速解算方法，包括下列步骤：

S1：确定待测晶圆片在测量波长下的折射率n；

S2：建立待测晶圆片反射光电场矢量的光学模型；

S3：获得傅里叶变换法和希尔伯特变换法的适用区间，方法如下：

选定厚度仿真范围，在此范围内，对不同的厚度值，使用S2的光学模型生成此厚度下的仿真反射光谱并进行厚度解算，厚度解算时，分别采用傅里叶变换法和希尔伯特变换法两种方法进行厚度解算，求出解算厚度值与理论值间的差作为误差，将两种方法解算厚度的标准差作为重复性评价标准，得到两种方法各自的误差曲线；根据各自的误差曲线，寻找傅里叶变换法和希尔伯特变换法的适用区间，得到厚度计算阈值d；

S4：对于待测晶圆片，采集其原始反射光谱，对该原始反射光谱进行中值滤波，滤除基频，获得高频信号；

S5：将待测晶圆样品的高频信号转换到波数域,进行快速傅里叶变换，根据振荡波形快速傅里叶变换曲线的最大幅值对应的横坐标，获得其光学厚度初值D_l；

S6：若光学厚度初值D_l大于d*n，则通过希尔伯特变换法求取待测晶圆片的物理厚度D；否则，通过傅里叶变换法求取待测晶圆片的物理厚度D。

进一步地，S1的方法如下：采集标准样的原始反射光谱，通过FFT解算其光学厚度，利用光学厚度除以标准样的物理厚度，得到折射率n。

进一步地，S2的方法如下：以待测晶圆片的上表面为0光程基准面，基于Snell定律建立上表面反射光电场矢量模型，获得待测晶圆片反射光电场矢量的光学模型。

进一步地，S3中所选定的厚度仿真范围为100um-770um；在此范围内，每间隔10um取一厚度值。

进一步地，厚度计算阈值d＝300。

进一步地，S6中通过希尔伯特变换法求取待测晶圆片的物理厚度D的方法如下：

S61：提取原始反射光谱的高频信号，通过希尔伯特变换求解相位；

S62：根据相位、折射率求解待测晶圆片的物理厚度：