CN118260508A - 晶圆磨削场景中近表面层介质的参数确定方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶圆磨削场景中近表面层介质的参数确定方法及设备，所述方法包括：获取晶圆表面具有第一类层和第二类层状态下的实测光谱，其中所述晶圆包括晶圆基底和晶圆薄膜，所述晶圆基底和所述晶圆薄膜的参数是预先测量的已知参数，所述第二类层位于所述第一类层和所述晶圆薄膜之间；利用具有第一类层和第二类层参数的光谱计算模型，生成不同给定第二类层的参数下的理论光谱；根据所述理论光谱和所述实测光谱确定所述第二类层的参数范围。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆参数测量领域，具体涉及一种晶圆磨削场景中近表面层介质的参数确定方法及设备。
背景技术
晶圆制造中，随着制程技术的升级、导线与栅极尺寸的缩小，光刻(Lithography)技术对晶圆表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越来越高，而CMP（chemicalmechanical polish，化学机械抛光）技术近几十年大量应用于晶圆。CMP对抛光的精度要求非常高，为配合精度要求需要对晶圆薄膜进行精准测厚，由于CMP加工环境复杂，至今现有技术无法对晶圆薄膜实现光学非接触式原位实时测量，仅能使用将晶圆从CMP中取出进行离线测量以及其他终点测量，而终点测量仅能检测磨削终点，无法进行实时测量。
发明人在实施本实施例中，在对晶圆薄膜实现光学非接触式原位实时测量中，晶圆与探头之间会存在多种介质，例如玻璃、PU、抛光液等。在这几种介质的影响下，反射率光谱会发生“变形”现象，而现有技术中待测膜（晶圆薄膜）的理论光谱无法描述此“变形”现象，从而导致现有技术无法准确测量待测膜的准确厚度。
根据被变形后的光谱，发明人发现晶圆膜厚原位测量中晶圆上存在近表面结构层，该近表面结构层引起变形光谱的现象。而该近表面层介质的厚度影响着“变形”现象下待测膜的理论光谱的准确性，进而影响复杂环境下测量待测膜厚度的准确性，因此，如何确定该近表面层介质物质的膜厚是现有技术中急需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种晶圆磨削场景中近表面层介质的参数确定方法，包括：
获取晶圆表面具有第一类层和第二类层状态下的实测光谱，其中所述晶圆包括晶圆基底和晶圆薄膜，所述晶圆基底和所述晶圆薄膜的参数是预先测量的已知参数，所述第二类层位于所述第一类层和所述晶圆薄膜之间；
利用具有第一类层和第二类层参数的光谱计算模型，生成不同给定第二类层的参数下的理论光谱；
根据所述理论光谱和所述实测光谱确定所述第二类层的参数范围。
可选地，所述理论光谱和所述实测光谱分别包括波长与反射率的对应关系曲线。
可选地，根据所述理论光谱和所述实测光谱确定所述第二类层的参数范围，包括：
获取匹配度阈值；
计算不同给定第二类层的参数下的理论光谱与所述实测光谱的匹配度，根据计算出的匹配度符合所述匹配度阈值的理论光谱所对应的第二类层的参数确定参数范围。
可选地，所述第二类层的参数包括折射率、厚度以及所述折射率和所述厚度基于所述光谱计算模型的映射关系。
可选地，确定所述第二类层的参数范围，包括：
基于所述折射率和所述厚度的映射关系，并满足所述理论光谱与所述实测光谱的匹配度符合所述匹配度阈值时，求解出所述第二类层对应的折射率的范围和厚度范围。
可选地，所述匹配度为拟合度，采用如下方式计算所述理论光谱与所述实测光谱的拟合度：
，
其中表示所述实测光谱中第i个数据点的值，表示给定第二类层的参数下的理论光谱中第i个数据点的值，表示所述数据点的数量。
可选地，所述光谱计算模型包括如下参数：
所述第一类层的折射率、所述晶圆薄膜的折射率、所述晶圆基底的折射率、所述第二类层的折射率、第二类层的厚度。
可选地，所述光谱计算模型包括：
，
其中是基于、、、、确定的总反射系数，表示的共轭复数，为反射率。
可选地，采用如下方式计算总反射系数：
利用、、、计算各层的界面的反射系数；
利用、波长和晶圆薄膜的厚度计算晶圆薄膜的相位厚度；
利用、波长和厚度计算第二类层的相位厚度；
利用各层的界面的反射系数、相位厚度和相位厚度计算总反射系数。
可选地，各层的界面的反射系数包括晶圆薄膜与晶圆基底的界面的反射系数、第一类层与第二类层的界面的反射系数、第二类层与晶圆薄膜的界面的反射系数。
可选地，计算各层的界面的反射系数包括：
利用和计算晶圆薄膜与晶圆基底的界面的反射系数；
利用和计算晶圆薄膜与晶圆基底的界面的反射系数；
利用和计算晶圆薄膜与晶圆基底的界面的反射系数。
可选地，计算总反射系数，包括：
利用、和计算等效界面反射系数；
利用、和计算总反射系数。
可选地，所述第二类层的参数范围用于生成光学非接触式反射率法进行晶圆膜厚原位测量时所使用的光谱库。
相应地，本发明提供一种晶圆磨削场景中近表面层介质的参数确定设备，包括：处理器以及与所述处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器执行上述晶圆磨削场景中近表面层介质的参数确定方法。
根据本发明实施例的近表面层介质参数确定方法，使用已知晶圆薄膜厚度的晶圆作为测量对象，使其处于磨削场景中，在磨削表面具有第一类层和第二类层的条件下测量其光谱，该光谱存在变形现象，与实际模型场景中的情况一致；然后通过构建的光谱计算模型计算不同给定晶圆参数下的理论光谱，该光谱同样体现了第一类层和第二类层对反射率的影响，通过比较理论光谱和实测光谱即可反推出测量对象的第二类层的参数，此结果可以用于构建参考光谱库，并由此提高光学非接触式测量晶圆薄膜厚度的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中的一个实测光谱曲线；
图2为本发明实施例中的理论光谱曲线与实测光谱曲线的对比图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供一种晶圆磨削场景中近表面层介质的参数确定方法，该方法可以由计算机或服务器等电子设备执行，包括如下操作：
获取晶圆表面具有第一类层和第二类层状态下的实测光谱，其中晶圆包括晶圆基底和晶圆薄膜。具有第一类层和第二类层状态是指将晶圆置于待磨削场景状态，晶圆的磨削表面添加抛光液，使其出表面形成第一类层和第二类层，第一类层和第二类层位于体相水和晶圆薄膜之间，第二类层位于第一类层和晶圆薄膜之间，其中第一类层可以是空气形成的层。
实测光谱可以是使用光谱仪采集的波长与反射率的对应关系数据，可以用曲线表达，也就是说，实测光谱可以是波长与反射率的对应关系曲线。在本实施例中，本领域的技术可以根据实际需要对波长与反射率的对应关系进行变形，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
本实施例中的晶圆包括晶圆基底（硅）和晶圆薄膜（氧化硅），其中晶圆基底的材质、晶圆薄膜材质和晶圆薄膜的厚度是预先测量的已知参数。晶圆薄膜的厚度可以在表面添加抛光液前，使用离线测量的方式（比如使用显微分光膜厚计）测量得到。图1为晶圆薄膜厚度为700nm的实测光谱曲线，其中波长范围是200~800nm，该曲线表示的是对此波长范围的光的反射率。
利用具有第一类层和第二类层参数的光谱计算模型，生成不同给定第二类层的参数下的理论光谱。
可选地，本实施例中构建的光谱计算模型涉及第一类层的折射率、晶圆薄膜的折射率、晶圆基底的折射率、第二类层的折射率、第二类层的厚度
其中、、可以通过仪器测量得到，为固定值， 、是需要给定的参数，波长的取值范围与实测光谱中的波长范围一致。
比如=[0.001，0.002，0.003，…，3]，表示取值范围是0.001~3，步长为0.001，单位为nm，那么使用构建的光谱计算模型针对每一个，均可计算出波长200~800nm的反射率。即=0.001时，计算出波长=[200，800]的反射率，形成的理论光谱记为、=0.002时，计算出波长=[200，800]的反射率，形成的理论光谱记为、…、=3时，计算出波长=[200，800]的反射率，形成的理论光谱记为。
根据理论光谱和实测光谱确定第二类层的参数范围。光谱计算模型中的和为自变量，在和的不同取值下所计算出的理论光谱均不相同，将这些理论光谱与如图1所示的实测光谱进行比较即可反演出和的值，也就是从给定的和的取值范围中分别确定一个更小的范围或者一个值。
通过逐一将所有的理论光谱与实测光谱进行比较，可以确定与实测光谱最相似的一条或多条理论光谱。图2示出了理论光谱的曲线（虚线）与实测光谱的曲线（实线），如果认为此两条曲线相似度足够高，即可判定该理论光谱的第二类层的厚度和折射率为确定结果。
计算两条曲线的相似度的方法有多种，衡量相似度或匹配度的指标有多种，例如相似度法、非线性回归法和FFT法等等。可以通过预设绝对阈值的方式，将相似度处于阈值范围内的理论光谱曲线全部判定为足够相似，这些曲线对应的即为第二类层的厚度范围、这些曲线对应的即为第二类层的折射率范围；也可以采用设定相对阈值的方式，通过比较所有理论光谱曲线与实测光谱曲线的相似度，从中筛选出相似度相对最高的一条或多条曲线，对应的和即为近表面层介质的实际厚度或者参数范围。
根据本发明实施例的近表面层介质参数确定方法，使用已知晶圆薄膜厚度的晶圆作为测量对象，使其处于磨削场景中，在磨削表面具有第一类层和第二类层的条件下测量其光谱，该曲线存在变形现象，与实际模型场景中的情况一致，然后通过构建的光谱计算模型计算不同给定第二类层的参数下的理论光谱，该光谱同样体现了第一类层和第二类层对反射率的影响，通过比较理论光谱和实测光谱即可反推出测量对象的第二类层的参数，此结果可以用于构建参考光谱库，并由此提高光学非接触式测量晶圆薄膜厚度的准确性。
关于上述光谱计算模型，可以在现有的未引入第二类层结构的光谱计算模型的基础上进行改进得到。本方案中所面对的物理结构与现有技术中的物理结构相比，在晶圆薄膜上面与第一类层之间增加了第二类层。
作为举例，光谱计算模型具体可以是：
，
其中是基于、、、、确定的总反射系数，表示的共轭复数，为反射率。根据上述模型，针对每一个给定的和，均可计算出每一个下的，由此得到每一个给定第二类层参数的理论光谱数据。
在一个实施例中，采用如下方式计算总反射系数：
利用、、、计算各层的界面的反射系数；利用、波长和晶圆薄膜的厚度计算晶圆薄膜的相位厚度；利用、波长和厚度计算第二类层的相位厚度；利用各层的界面的反射系数、相位厚度和相位厚度计算总反射系数。
进一步地，各层的界面的反射系数包括晶圆薄膜与晶圆基底的界面的反射系数、第一类层与第二类层的界面的反射系数、第二类层与晶圆薄膜的界面的反射系数。
计算各层的界面的反射系数包括：利用和计算晶圆薄膜与晶圆基底的界面的反射系数；利用和计算晶圆薄膜与晶圆基底的界面的反射系数；利用和计算晶圆薄膜与晶圆基底的界面的反射系数。
计算总反射系数，包括：利用、和计算等效界面反射系数；利用、和计算总反射系数。
作为举例，可以按照如下方式计算反射系数：
，
，
，
可以采用如下方式计算相位厚度：
，
可以采用如下方式计算相位厚度：
，
可以采用如下方式计算等效界面反射系数：
，
可以采用如下方式计算总反射系数：
，
其中为虚数单位，为自然常数。
关于上述计算式，还可以根据实际需要进行简单变形，比如在其中某个计算式中加入预设系数或者权重等等，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的计算式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
在一个实施例中，据理论光谱和实测光谱确定第二类层的参数范围，包括：
获取匹配度阈值，具体由人为给定值。计算不同给定第二类层的参数下的理论光谱与所述实测光谱的匹配度，根据计算出的匹配度符合匹配度阈值的理论光谱所对应的第二类层的参数确定参数范围。
通过上述基于匹配度阈值筛选理论光谱的方式，可以由人为控制近表面层介质厚度结果的精度。
进一步地，本实施例中的第二类层的参数包括折射率和厚度，且和之间具有映射关系。基于折射率和厚度的映射关系，并满足理论光谱与实测光谱的匹配度符合匹配度阈值时，求解出第二类层对应的折射率范围和厚度范围。
在一个实施例中，计算理论光谱与实测光谱的拟合度，用拟合度作为两曲线匹配度的衡量指标：
，
其中表示实测光谱中第i个数据点的值，表示给定第二类层的参数下的理论光谱中第i个数据点的值，表示数据点的数量。
上述方法为最小二乘法拟合，拟合度也被称为两光谱的欧氏距离，拟合度越大则表示相似性/匹配度越低，拟合度越小则表示相似性/匹配度越高。
通过预设阈值对拟合度做出要求，可以控制第二类层的参数范围，K值越小，两个光谱的相似程度越高，使得待测膜膜厚检测分辨率越高以及第二类层的参数范围越小。
在将厚度和折射率用于生成参考光谱库时，可以从上述范围中任选一个数值作为固定参数。根据实验数据可知，当和的取值处于合适的范围内时，不同取值对光谱的影响较小，或者解释为此范围内的不同取值所生成的光谱之间的相似度极高，因此任选一个数值作为固定参数都是可行的。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于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的装置。
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。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于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的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (14)
1.一种晶圆磨削场景中近表面层介质的参数确定方法，其特征在于，包括：
获取晶圆表面具有第一类层和第二类层状态下的实测光谱，其中所述晶圆包括晶圆基底和晶圆薄膜，所述晶圆基底和所述晶圆薄膜的参数是预先测量的已知参数，所述第二类层位于所述第一类层和所述晶圆薄膜之间；
利用具有第一类层和第二类层参数的光谱计算模型，生成不同给定第二类层的参数下的理论光谱；
根据所述理论光谱和所述实测光谱确定所述第二类层的参数范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述理论光谱和所述实测光谱分别包括波长与反射率的对应关系曲线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述理论光谱和所述实测光谱确定所述第二类层的参数范围，包括：
获取匹配度阈值；
计算不同给定第二类层的参数下的理论光谱与所述实测光谱的匹配度，根据计算出的匹配度符合所述匹配度阈值的理论光谱所对应的第二类层的参数确定参数范围。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二类层的参数包括折射率、厚度以及所述折射率和所述厚度基于所述光谱计算模型的映射关系。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定所述第二类层的参数范围，包括：
基于所述折射率和所述厚度的映射关系，并满足所述理论光谱与所述实测光谱的匹配度符合所述匹配度阈值时，求解出所述第二类层对应的折射率的范围和厚度范围。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述匹配度为拟合度，采用如下方式计算所述理论光谱与所述实测光谱的拟合度：
，
其中表示所述实测光谱中第i个数据点的值，表示给定第二类层的参数下的理论光谱中第i个数据点的值，表示所述数据点的数量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光谱计算模型包括如下参数：
所述第一类层的折射率、所述晶圆薄膜的折射率、所述晶圆基底的折射率、所述第二类层的折射率、第二类层的厚度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光谱计算模型包括：
，
其中是基于、、、、确定的总反射系数，表示的共轭复数，为反射率。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，采用如下方式计算总反射系数：
利用、、、计算各层的界面的反射系数；
利用、波长和晶圆薄膜的厚度计算晶圆薄膜的相位厚度；
利用、波长和厚度计算第二类层的相位厚度；
利用各层的界面的反射系数、相位厚度和相位厚度计算总反射系数。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，各层的界面的反射系数包括晶圆薄膜与晶圆基底的界面的反射系数、第一类层与第二类层的界面的反射系数、第二类层与晶圆薄膜的界面的反射系数。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，计算各层的界面的反射系数包括：
利用和计算晶圆薄膜与晶圆基底的界面的反射系数；
利用和计算晶圆薄膜与晶圆基底的界面的反射系数；
利用和计算晶圆薄膜与晶圆基底的界面的反射系数。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，计算总反射系数，包括：
利用、和计算等效界面反射系数；
利用、和计算总反射系数。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二类层的参数范围用于生成光学非接触式反射率法进行晶圆膜厚原位测量时所使用的光谱库。
14.一种晶圆磨削场景中近表面层介质的参数确定设备，其特征在于，包括：处理器以及与所述处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器执行如权利要求1-13中任意一项所述的晶圆磨削场景中近表面层介质的参数确定方法。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |