CN115950859A - 根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法及***，其包括：获取被测膜的厚度在对应波长下的反射率，建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第一反射率曲线；设定被测膜的膜厚改变量为膜厚检测分辨率，获取被测膜增加或减少膜厚检测分辨率后的膜厚在对应波长下的反射率，并建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第二反射率曲线；获取第一反射率曲线与第二反射率曲线之间各波长下反射率的差值，将差值处理后作为反射谱分辨率极限。本发明能减少选型时间，确保光谱仪区分出分辨率为膜厚检测极限以上的膜厚数据；可以在电数字数据处理领域中应用。

Description

根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法及***

技术领域

本发明涉及一种电数字数据处理技术领域，特别是关于一种根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法及***。

背景技术

随着半导体产业的迅速发展，集成电路特征尺寸不断趋于微细化，半导体晶片不断地朝小体积、高电路密集度、快速、低耗电方向发展，集成电路现已进入ULSI亚微米级的技术阶段。伴随着硅晶片直径的逐渐增大，元件内刻线宽度逐步缩小，金属层数的增多，因此半导体薄膜表面的高抛光对器件的高性能、低成本、高成品率有着重要的影响，因此硅晶片表面平整度要求将日趋严格。

在CMP工艺过程中，如果没有有效的终点检测(End Point Detection，EPD)技术，就容易发生晶圆表层材料去除过多或材料去除不足，因此，如何判断CMP工艺是否到达期望的终点是CMP工艺亟需解决的难点，对于有效解决过抛或者欠抛问题具有重要的意义。特别是在纳米技术领域，终点检测尤为重要。终点检测包括离线和在线两种。离线终点检测是结合预先决定的去除量来控制抛光时间的方式来决定抛光终点，其缺点是不能有效避免晶圆表层材料去除过多或材料去除不足的问题，目前主要在直径低于200mm晶圆的加工中应用，已不能满足当前大直径硅晶片自动化加工的需要。目前主流的技术为在线终点检测，在线终点检测能够更好地控制晶圆薄膜的厚度变化，减少重复操作，实现CMP的自动化操作，从而提高抛光设备利用率和产量，减少IC设备的密度分布缺陷，降低不均匀性，并最终使半导体设备的稳定性和可靠性得到提高。在线终点检测技术实现的原理主要是基于光学、电学、声学或振动、热学、摩擦力、化学或电化学原理的检测，通过检测驱动电机电流变化、声发射信号、抛光垫温度、抛光液中离子浓度等参数的变化来实现。

在上述终点检测的众多手段中，通过反射率来反应膜厚是最常用的技术手段之一，其中光谱仪的选型又与反射率的准确度息息相关，不同级别和价位的光谱仪对应不同的反射率分辨灵敏度，不同的分辨灵敏度具有不同的反射率分辨能力，用户需要根据膜厚测量时所需的膜厚检测极限，来对光谱仪灵敏度做出选择。故如何获取二者极限之间的关系为目前亟需解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法及***，其能减少选型时间，确保光谱仪区分出分辨率为膜厚检测极限以上的膜厚数据。

为实现上述目的，第一方面，本发明采取的技术方案为：一种根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法，其包括：获取被测膜的厚度在对应波长下的反射率，建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第一反射率曲线；设定被测膜的膜厚改变量为膜厚检测分辨率，获取被测膜增加或减少膜厚检测分辨率后的膜厚在对应波长下的反射率，并建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第二反射率曲线；获取第一反射率曲线与第二反射率曲线之间各波长下反射率的差值，将差值处理后作为反射谱分辨率极限。

进一步，所述获取被测膜当前厚度在对应波长下的反射率，包括：根据被测膜厚D、空气折射率、被测薄膜的折射率和基底材料的折射率，计算当前厚度在对应波长λ下的反射率。

进一步，所述反射率为：

R=r×r*=

其中，R为反射率；

，r*为r的共轭；r₁和r₂为三种折射率介质形成的两个界面处的反射率系数，三种折射率为空气折射率、不同波长入射时被测薄膜的折射率及不同波长入射时的基底材料折射率；δ为膜的位相厚度，λ为波长。

进一步，所述设定的波长范围为：210nm-500nm。

进一步，所述将差值处理后作为反射谱分辨率极限，包括：将差值进行取最小值处理或平均值处理。

进一步，所述平均值作为反射谱分辨率极限。

第二方面，本发明采取的技术方案为：一种根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的***，其包括：第一处理模块，获取被测膜的厚度在对应波长下的反射率，建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第一反射率曲线；第二处理模块，设定被测膜的膜厚改变量为膜厚检测分辨率，获取被测膜增加或减少膜厚检测分辨率后的膜厚在对应波长下的反射率，并建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第二反射率曲线；选取模块，获取第一反射率曲线与第二反射率曲线之间各波长下反射率的差值，将差值处理后作为反射谱分辨率极限。

进一步，所述选取模块中，获取被测膜当前厚度在对应波长下的反射率，包括：根据被测膜厚D、空气折射率、被测薄膜的折射率和基底材料的折射率，计算当前厚度在对应波长λ下的反射率。

第三方面，本发明采取的技术方案为：一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述方法中的任一方法。

第四方面，本发明采取的技术方案为：一种计算设备，其包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述方法中的任一方法的指令。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明无需进行实验，仅仅通过对应关系便可得出所需光谱仪的选型，为光谱仪的合理选择提供了理论依据，减少了选型时间，同时可以确保光谱仪至少可以区分出分辨率为膜厚检测极限以上的膜厚数据。

2、本发明的选型方法也适用于相对误差恒定的测量环境，保证在此误差情况下也可以对膜厚差为膜厚检测极限的薄膜的厚度区分。

附图说明

图1是本发明一实施例中根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法流程图；

图2是本发明一实施例中在设定膜厚检测分辨率后，在固定波长范围下的反射率曲线对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明一实施例中，提供一种根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法。本实施例中，如图1所示，该方法包括以下步骤：

1）获取被测膜的厚度在对应波长下的反射率，建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第一反射率曲线；

2）设定被测膜的膜厚改变量为膜厚检测分辨率，获取被测膜增加或减少膜厚检测分辨率后的膜厚在对应波长下的反射率，并建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第二反射率曲线；

3）获取第一反射率曲线与第二反射率曲线之间各波长下反射率的差值，将差值处理后作为反射谱分辨率极限。

使用时，通过将膜厚改变量作为膜厚检测分辨率，通过对不同膜厚测量获取相应的反射率曲线，充分利用反射率分辨能力，实现对光谱仪的选型，并最低限度地保证了膜厚测量精度。

上述步骤1）中，获取被测膜当前厚度在对应波长下的反射率，具体为：根据被测膜厚的厚度D、空气折射率、被测薄膜的折射率和基底材料的折射率，计算当前厚度在对应波长λ下的反射率。

其中，被测薄膜的反射率R为：

R=r×r*=

其中，

，r*为r的共轭；r₁和r₂为三种折射率介质形成的两个界面处的反射率系数，三种折射率为空气折射率、不同波长入射时被测薄膜的折射率及不同波长入射时的基底材料折射率；

r₁=-(n₂-n₁)/(n₂+n₁)，

r₂=-(n₃-n₂)/(n₃+n₂)，

n₃=n+iK，

δ=4πDn₂/λ，

δ为膜的位相厚度，n₁为空气折射率，n₂为不同波长入射时被测薄膜的折射率，n₃为不同波长入射时的基底材料折射率，λ为波长，n为不同波长入射时的基底材料折射率的实部，K为基底材料的消光系数。

在本实施例中，优选的，设定的波长范围为：210nm-500nm。

上述步骤2）中，将减薄或加厚后膜厚测量分辨率值，空气折射率、被测薄膜的折射率和基底材料的折射率，通过这些数据对当前厚度在对应波长下的反射率进行计算，建立波长范围选定在210nm-500nm下波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第二反射率曲线。

上述步骤3）中，将差值处理后作为反射谱分辨率极限，具体为：将差值进行取最小值处理或平均值处理，得到差值的最小值或平均值。

在本实施例中，优选的，第一反射率曲线与第二反射率曲线之间各波长下反射率差值的平均值，作为反射谱分辨率的极限。

实例：以Air（空气）-SiO₂-Si结构为例，待测薄膜为SiO₂，由光谱的振荡特性可以发现，膜厚决定振荡项的数量，且膜厚由小变大时，振荡项从短波开始出现，然后逐渐增多，短波段的振荡密集程度要大于长波段，故短波段的光谱信息相较长波段，更容易区分膜厚大小，本实施例中选择210-500nm波段。波膜厚取300nm。

首先计算三种折射率介质形成的两个界面处的反射率系数r₁和r₂，其中，暂定此时波长为250nm，n₁=1，n₂=1.51，n₃=1.58+3.63i。此时，

；

；

根据待测薄膜折射率n₂和膜厚D得到位相差δ，

δ=4πDn₂/λ

代入反射系数计算公式，

然后将其乘自身共轭得到固定膜厚下的反射率R：

R=r×r*=

=0.44

将波长范围扩展至210nm-500nm后，得到在该波长范围下的反射率曲线。

在设定膜厚检测分辨率为2nm后，依照上述的方法，在通过相同的方法进行计算和绘制得出在相同波长范围下的新的反射率曲线，具体计算方法在此不在赘述。如图2所示，为SiO₂膜厚差为2nm的两条反射率曲线，其中，虚线是波长为302nm下的反射率曲线，实线是波长为300nm下的反射率曲线。

通过计算两条反射率曲线之间各波长下的反射率差异最小值（1.2*10^-4）&平均值（9.5*10^-3），得到该膜厚下的光谱仪分辨率极限。对比了不同膜厚（200/300/400nm）下，膜厚差为检测极限的反射率曲线，发现不同波长下的反射率差异最小值各不相同，基本都在10^-4量级甚至更小，但是反射率差异平均值相近，约为1*10^-2。

经过推算，以反射率差异平均值作为所需光谱仪的分辨率极限。在确定膜厚检测分辨率为2nm后，最终推算出所需要的光谱仪的分辨极限最低也应大于1*10^-2。使用反射率的平均差异作为选择标准，最低限度地保证了膜厚测量精度，对光谱仪参数的选择有重要的指导意义。

在本发明的一个实施例中，提供一种根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的***，其包括：

第一处理模块，获取被测膜的厚度在对应波长下的反射率，建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第一反射率曲线；

第二处理模块，设定被测膜的膜厚改变量为膜厚检测分辨率，获取被测膜增加或减少膜厚检测分辨率后的膜厚在对应波长下的反射率，并建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第二反射率曲线；

选取模块，获取第一反射率曲线与第二反射率曲线之间各波长下反射率的差值，将差值处理后作为反射谱分辨率极限，完成对光谱仪的选型。

上述实施例中，获取被测膜当前厚度在对应波长下的反射率，包括：

根据被测膜厚的厚度D、空气折射率、被测薄膜的折射率和基底材料的折射率，计算当前厚度在对应波长λ下的反射率。

其中，反射率为：

R=r×r*=

其中，R 为反射率；

，r*为r的共轭；r₁和r₂为三种折射率介质形成的两个界面处的反射率系数，三种折射率为空气折射率、不同波长入射时被测薄膜的折射率及不同波长入射时的基底材料折射率；δ为膜的位相厚度，λ为波长。

在本实施例中，优选的，设定的波长范围为：210nm-500nm。

上述实施例中，将差值处理后作为反射谱分辨率极限为：将差值进行取最小值处理或平均值处理。

在本实施例中，优选的，平均值作为反射谱分辨率极限。

本实施例提供的***是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。

在本发明一实施例中提供一种计算设备结构，该计算设备可以是终端，其可以包括：处理器(processor)、通信接口(Communications Interface)、存储器(memory)、显示屏和输入装置。其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信。该处理器用于提供计算和控制能力。该存储器包括非易失性存储介质、内存储器，该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现一种根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法；该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、管理商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。处理器可以调用存储器中的逻辑指令。

此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的一个实施例中，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法。

在本发明的一个实施例中，提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储服务器指令，该计算机指令使计算机执行上述各实施例提供的方法。

上述实施例提供的一种计算机可读存储介质，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法，其特征在于，包括：

获取被测膜的厚度在对应波长下的反射率，建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第一反射率曲线；

设定被测膜的膜厚改变量为膜厚检测分辨率，获取被测膜增加或减少膜厚检测分辨率后的膜厚在对应波长下的反射率，并建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第二反射率曲线；

获取第一反射率曲线与第二反射率曲线之间各波长下反射率的差值，将差值处理后作为反射谱分辨率极限。

2.如权利要求1所述根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法，其特征在于，所述获取被测膜当前厚度在对应波长下的反射率，包括：

根据被测膜厚D、空气折射率、被测薄膜的折射率和基底材料的折射率，计算当前厚度在对应波长λ下的反射率。

3.如权利要求2所述根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法，其特征在于，所述反射率为：

R=r×r*=

，

其中，R为反射率；

，r*为r的共轭；r₁和r₂为三种折射率介质形成的两个界面处的反射率系数，三种折射率为空气折射率、不同波长入射时被测薄膜的折射率及不同波长入射时的基底材料折射率；δ为膜的位相厚度，λ为波长。

4.如权利要求1所述根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法，其特征在于，所述设定的波长范围为：210nm-500nm。

5.如权利要求1所述根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法，其特征在于，所述将差值处理后作为反射谱分辨率极限，包括：将差值进行取最小值处理或平均值处理。

6.如权利要求5所述根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的方法，其特征在于，所述平均值作为反射谱分辨率极限。

7.一种根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的***，其特征在于，包括：

第一处理模块，获取被测膜的厚度在对应波长下的反射率，建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第一反射率曲线；

第二处理模块，设定被测膜的膜厚改变量为膜厚检测分辨率，获取被测膜增加或减少膜厚检测分辨率后的膜厚在对应波长下的反射率，并建立在设定的波长范围内的波长与反射率的对应关系，得到该波长范围内的第二反射率曲线；

选取模块，获取第一反射率曲线与第二反射率曲线之间各波长下反射率的差值，将差值处理后作为反射谱分辨率极限。

8.如权利要求7所述根据膜厚检测分辨率判断反射谱分辨率极限的***，其特征在于，所述选取模块中，获取被测膜当前厚度在对应波长下的反射率，包括：

根据被测膜厚D、空气折射率、被测薄膜的折射率和基底材料的折射率，计算当前厚度在对应波长λ下的反射率。

9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行如权利要求1至6所述方法中的任一方法。

10.一种计算设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1至6所述方法中的任一方法的指令。

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