快速測(cè)量物體表面面形的方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總的涉及測(cè)量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及物體表面有微小高度差別的面形重構(gòu)技術(shù)及其在半導(dǎo)體工藝中測(cè)量硅片表面殘余全局應(yīng)力的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]面形重構(gòu)技術(shù)主要是測(cè)量物體表面足夠多的獨(dú)立的點(diǎn)的高度，這些點(diǎn)組成線，SP可知道在這條線上的面形細(xì)節(jié)。足夠多且能夠覆蓋整個(gè)物體表面的線即可重構(gòu)物體表面。
[0003]重構(gòu)物體表面面形的技術(shù)需求在精密工藝領(lǐng)域非常重要。比如在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，使用位置敏感器件(PSD)等精密儀器掃描得到硅片表面面形，可以進(jìn)一步估算殘余應(yīng)力。在這些情況下，物體表面的高度差別很小。同時(shí)，為防止破壞物體表面，面形重構(gòu)一般需要非接觸、無(wú)損等技術(shù)手段。光學(xué)測(cè)量方式是非接觸式無(wú)損測(cè)量物體表面高度的一個(gè)非常好的技術(shù)手段。
[0004]采用光學(xué)測(cè)量方式來(lái)測(cè)量物體表面高度一般是在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量光學(xué)信號(hào)(比如能量，或者聚焦)，通過(guò)光學(xué)信號(hào)和位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到該點(diǎn)的高度信息。這種獲取光學(xué)信號(hào)的常規(guī)測(cè)量方式對(duì)于重構(gòu)物體表面是可行且正確的，但是測(cè)量速度比較慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于對(duì)上述現(xiàn)有測(cè)量方法加以改進(jìn)，提出一種快速測(cè)量物體表面面形的方法，利用光學(xué)信號(hào)快速無(wú)損地重構(gòu)平面物體的表面面形。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，快速測(cè)量物體表面面形的方法中使用光學(xué)信號(hào)對(duì)物體表面進(jìn)行面形重構(gòu)，所述方法包括:
[0007]a、預(yù)先獲取光學(xué)信號(hào)與位置的關(guān)系，確定所述光學(xué)信號(hào)與位置一一對(duì)應(yīng)的線性區(qū)間；
[0008]b、按照精度要求確定物體表面的掃描線，掃描物體表面,獲得光學(xué)信號(hào)和掃描位置變化的掃描曲線；
[0009]C、在掃描過(guò)程中對(duì)掃描曲線進(jìn)行修正，使超出所述線性區(qū)間的光學(xué)信號(hào)回到線性區(qū)間；
[0010]d、掃描結(jié)束后，由所述光學(xué)信號(hào)和位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系給出掃描曲線上各處的位置；
[0011]e、將經(jīng)修正的掃描曲線豎直平移至與未修正的掃描曲線連接，以重構(gòu)整個(gè)物體表面面形。
[0012]在一些情形中，如果存在多個(gè)光學(xué)信號(hào)與位置一一對(duì)應(yīng)的線性區(qū)間，則選取多個(gè)線性區(qū)間中位置對(duì)光學(xué)信號(hào)敏感強(qiáng)度最大的一個(gè)線性區(qū)間。
[0013]在一些情形中，所述步驟c中的所述修正為調(diào)整所述物體的高度。
[0014]在一些情形中，所述步驟c中的所述修正使得超出所述線性區(qū)間的光學(xué)信號(hào)回到線性區(qū)間的中間位置。
[0015]在一些情形中，所述光學(xué)信號(hào)為聚焦誤差信號(hào)FES、干涉條紋或光強(qiáng)。
[0016]根據(jù)一種實(shí)施方式，所述光學(xué)信號(hào)為聚焦誤差信號(hào)FES，所述位置為物體的高度z，其中，F(xiàn)ES最大值FESmax對(duì)應(yīng)z最大值z(mì)max，F(xiàn)ES最小值FESmin對(duì)應(yīng)z最小值z(mì)min，所述光學(xué)信號(hào)與位置一一對(duì)應(yīng)的線性區(qū)間為Zmax到Zmin之間。
[0017]有利地，所述步驟c中，當(dāng)測(cè)量的FES值接近FESmax時(shí)，即|FES-FESmax< I FESmax-FESmin I /10，調(diào)整物體高度z值到I FESmax-FESmin | /2處；當(dāng)測(cè)量的FES值接近FESmin時(shí)，即 |FES-FESmin| < I FESmax-FESmin I/10，調(diào)整物體高度 z 值到 | FESmax-FESmin |/2 處。
[0018]有利地，在調(diào)整物體高度z值時(shí)，對(duì)調(diào)整前后的同一點(diǎn)掃描記錄兩次FES值。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，上述快速測(cè)量物體表面面形的方法被應(yīng)用在半導(dǎo)體工藝中測(cè)量硅片表面殘余全局應(yīng)力。硅片的表面面形的起伏僅在毫米量級(jí)以下，通常，硅片表面需要用物理或者化學(xué)方法生長(zhǎng)各種膜層結(jié)構(gòu)，這些膜層結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致硅片表面有殘余的應(yīng)力。為了防止硅片被破壞，需要隨時(shí)了解這些殘余應(yīng)力。測(cè)量殘余全局應(yīng)力的一個(gè)方法就是測(cè)量硅片在生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)前后的表面形狀，一般僅需要一條線，不需要整個(gè)面形。應(yīng)用本發(fā)明的快速測(cè)量物體表面面形的方法，可通過(guò)探測(cè)物體表面的反射光信號(hào)，利用反射光信號(hào)與高度之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系得到表面面形，測(cè)量過(guò)程中不需接觸平面物體表面，能夠防止破壞或者污染物體表面，同時(shí)測(cè)量過(guò)程快速精確。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面詳細(xì)討論應(yīng)用本發(fā)明快速測(cè)量物體表面面形的方法的具體實(shí)施例的實(shí)施和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，所討論的具體實(shí)施例僅僅示范性地說(shuō)明實(shí)施和使用本發(fā)明的特定方式，而非限制本發(fā)明的范圍。
[0021]以半導(dǎo)體工藝中測(cè)量硅片表面殘余全局應(yīng)力為例說(shuō)明本發(fā)明。
[0022]全局應(yīng)力測(cè)量主要是獲取硅片在直徑方向上的相對(duì)高度變化。在通常的光學(xué)信號(hào)測(cè)量方式中，可以采用的光學(xué)信號(hào)有很多。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，對(duì)于本發(fā)明而言，可采用的光學(xué)信號(hào)需隨著被測(cè)量物體的表面高度的一定范圍內(nèi)的變化而在一定范圍內(nèi)變化，這樣的測(cè)量信號(hào)可例如包括但不限于聚焦誤差信號(hào)(Focus Error Signal, FES)、干涉條紋或光強(qiáng)等。作為不例，在一種實(shí)施方式中可選擇FES作為測(cè)量信號(hào),其中，F(xiàn)ES值與娃片表面的高度z值之間有較長(zhǎng)的線性區(qū)間，不同的z值位置處FES值不一樣。在FES最大值FESmax(對(duì)應(yīng)Zmax)和FES最小值FESmin(對(duì)應(yīng)zmin)之間，z值和FES值是一一對(duì)應(yīng)的，即線性區(qū)間。
[0023]本發(fā)明充分利用線性區(qū)間中光學(xué)信號(hào)測(cè)量值(例如，F(xiàn)ES值)和位置值(例如，高度z值)的--對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)使得承載娃片的卡盤以一定的速度曲線V = f (r)帶動(dòng)娃片沿著預(yù)定直徑方向運(yùn)動(dòng)，其中r為運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各點(diǎn)到硅片中心的距離。同時(shí)同步采集光學(xué)信號(hào)測(cè)量值FES值FES = g(r)。首先在硅片預(yù)定掃描直徑方向上選擇一點(diǎn)聚焦成功，一般選擇掃描起點(diǎn)，接下來(lái)在直徑方向的掃描就在這個(gè)高度值的z坐標(biāo)下進(jìn)行。
[0024]測(cè)量時(shí)，可根據(jù)所需精度要求來(lái)確定物體表面的掃描線，例如包括但不限于逐點(diǎn)掃描線、逐線掃描線或跨行掃描線等。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)采用逐線掃描的辦法時(shí)，逐線掃描被測(cè)物體表面，同時(shí)獲取光學(xué)信號(hào)測(cè)量值，掃描結(jié)束時(shí)得到光學(xué)信號(hào)測(cè)量值和掃描位置值(即物體高度值)的變化曲線。由光學(xué)信號(hào)和高度的