CN101354236B - 对衬底的多层膜表面的颗粒几何尺寸进行无损检测的方法 - Google Patents

Abstract

一种对衬底的多层膜表面的颗粒尺寸进行无损检测的方法，提供表面具有多层膜结构的待测衬底，检测附着于衬底的多层膜表面的颗粒的几何尺寸。采用标准测试颗粒对应分布于与待测衬底具有相同多层膜结构的测试衬底的多层膜表面，建立标准颗粒的散射光强的高斯峰宽度与相应的实际几何尺寸之间的转换关系，作为测定表面颗粒尺寸的依据。本发明的优点在于，由于高斯峰宽度与几何尺寸之间的转换关系是基于多层膜表面建立的，再用于测定先通的多层膜表面颗粒尺寸，因此可以排除多层膜表面由于多次反射对散射光造成的干扰，提高测试的可靠性。

Description

对衬底的多层膜表面的颗粒几何尺寸进行无损检测的方法

【技术领域】

本发明涉及半导体材料制备与检测领域，尤其涉及对衬底的多层膜表面的颗粒几何尺寸进行无损检测的方法。

【背景技术】

在集成电路制造领域，随着集成电路的特征尺寸不断降低，芯片集成度不断提高，一些新的材料、器件、工艺被不断的采用，传统的生产模式、制备方法、测试方法等均面临诸多挑战。

半导体衬底表面颗粒的无损测试，是半导体衬底制备与检测领域的重要技术之一。由于集成电路制造要求半导体衬底表面的颗粒数量尽可能少，颗粒的几何尺寸尽可能小，因此在制造半导体衬底的过程中，需要对其表面的颗粒的几何尺寸和数目进行无损的测试。

现有技术中，对半导体衬底表面颗粒进行测试通常采用专门的测试仪器，通过检测反射光谱强度的分布来判定表面颗粒的尺寸。由于颗粒的存在，反射光在颗粒的表面发生散射，散射光强以颗粒的中心为中心呈高斯分布。测试仪器提供了散射强度高斯峰的宽度与颗粒几何尺寸之间的对应关系的标准曲线。在检测颗粒尺寸时，需要采用测试仪器对半导体衬底表面进行无损的光学扫描，测试仪器通过收集散射光强信号，计算出颗粒的表面发生散射的散射光强的高斯峰的宽度，并与数据库中的标准曲线相比对，从而识别出颗粒的几何尺寸。颗粒的几何尺寸是指该颗粒在与衬底表面平行的方向上的横向尺度的平均值，所测的颗粒的几何尺寸只是对颗粒的大小进行整体的评估，而并不考虑颗粒的几何形状。

现有技术的缺点在于，测试仪器的标准数据库是根据体材料衬底的情况建立起来的，而体材料的特点在于只有一个反射面对入射的光线进行反射，当采用此方法对表面具有多层膜的半导体衬底进行测试时，由于多层膜的存在，存在两个甚至两个以上的反射面对入射的光线进行反射。多个反射面的反射光强相互干涉，在颗粒表面的散射光强引入了额外的背底噪声，背底噪声过强的情况下很容易造成测试仪器不能够准确地计算出散射光强的高斯峰的宽度。由于标准数据库中的标准曲线并没有考虑衬底多重反射对散射光强造成的影响，因此将其与标准数据库中的标准曲线进行比对，得到的表面颗粒几何尺寸的数据也是不可靠的。由于上述原因，现有的薄膜表面颗粒的无损测试方法不能适用于对多层膜衬底表面颗粒的无损测试。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是，提供一种对衬底的多层膜表面的颗粒几何尺寸进行无损检测的方法，可以适用于对多层膜衬底表面颗粒进行无损测试。

为了解决上述问题，本发明提供了一种对衬底的多层膜表面的颗粒尺寸进行无损检测的方法，提供表面具有多层膜结构的待测衬底，检测附着于衬底的多层膜表面的颗粒的几何尺寸，包括如下步骤：

第一步：提供至少两组标准颗粒，每组标准颗粒具有相同的几何尺寸，不同组的标准颗粒具有不同的几何尺寸，每一组标准颗粒的实际几何尺寸W₁、W₂、……W_n-1、W_n是已知的，所述n为大于1的正整数。作为可选的技术方案，所述每一组标准颗粒所具有的几何尺寸均于0.1μm至10μm的范围内选取，因为通常的表面颗粒尺寸都位于此范围之内，大于10μm的颗粒由于体积较大，不容易吸附在表面，可以通过表面清洗等手段去除，而小于0.1μm的颗粒通常不会对工艺造成影响，从而被忽略。作为可选的技术方案，所述各组标准颗粒所具有的几何尺寸之间的差的绝对值均大于0.01μm，此方案可以保证每一组颗粒之间具有明显的区分度，防止两组颗粒由于尺寸相近导致无法区别，从而造成测试时间和成本的浪费。

第二步：提供与待测衬底具有相同的多层膜结构的清洁衬底作为测试衬底，提供的测试衬底的数目与标准颗粒的分组数目相同。

第三步：使每一组标准颗粒对应分布于一个测试衬底的多层膜表面。作为可选的技术方案，采用喷涂的方法使颗粒分布于测试衬底的多层膜表面。喷涂的方法可以使颗粒较均匀的分布于多层膜的表面，尽量避免颗粒之间的粘连和交叠，从而影响到测试结果的准确性。喷涂可以采用医用喷雾器或者其他类似的喷涂设备。

第四步：对每一个分布有标准颗粒的测试衬底的多层膜表面进行光学扫描，得到每一组标准颗粒的散射光强的高斯峰宽度G₁、G₂、……G_n-1、G_n。

第五步：建立标准颗粒的散射光强的高斯峰宽度W₁、W₂、……W_n-1、W_n与相应的实际几何尺寸G₁、G₂、……G_n-1、G_n之间的转换关系。此关系是基于多层膜表面的测试结果而建立的，因此已经包含有多层表面由于多界面反射对散射光造成的影响。

第六步：对待测衬底的多层膜表面进行光学扫描，得到分布在其表面的每一个颗粒的散射光强的高斯峰宽度G′₁、G′₂、……G′_m，所述m为大于0的正整数。

第七步：根据标准颗粒的散射光强的高斯峰宽度与实际几何尺寸之间的转换关系，得到其表面分布颗粒的实际几何尺寸W′₁、W′₂、……W′_m。由于高斯风宽度与几何尺寸之间的转换关系是基于多层膜表面建立的，再用于测定先通的多层膜表面颗粒尺寸，因此可以排除多层膜表面由于多次反射对散射光造成的干扰，提高测试的可靠性。

作为可选的技术方案，所述表面具有多层膜结构的待测衬底为SOI衬底。SOI衬底是目前半导体材料领域常见的具有多层膜表面的衬底材料，此方法尤其适用于对SOI衬底表面颗粒尺寸的测试。

本发明的优点在于，采用标准测试颗粒对应分布于与待测衬底具有相同多层膜结构的测试衬底的多层膜表面，建立标准颗粒的散射光强的高斯峰宽度与相应的实际几何尺寸之间的转换关系，作为测定表面颗粒尺寸的依据。由于高斯峰宽度与几何尺寸之间的转换关系是基于多层膜表面建立的，再用于测定先通的多层膜表面颗粒尺寸，因此可以排除多层膜表面由于多次反射对散射光造成的干扰，提高测试的可靠性。

【附图说明】

附图1为本具体实施方式所采用SOI衬底；

附图2为本具体实施方式标准颗粒的散射光强的高斯峰宽度与相应的实际几何尺寸之间的转换关系的曲线。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明提供的对衬底的多层膜表面的颗粒几何尺寸进行无损检测的方法的具体实施方式做详细说明。

1、提供六组标准颗粒，颗粒尺寸分别为0.220μm、0.304μm、0.360μm、0.494μm、1.11μm以及3.04μm。

2、提供五片清洁的SOI衬底作为测试衬底。附图1为本具体实施方式所采用SOI衬底，顶层硅101厚度是150nm，绝缘埋层102的厚度是190nm。

3、使用医用喷雾器分别将不同大小的标准颗粒均匀的喷到不同的SOI衬底表面，作为该类产品的标准片。

4、将每个SOI衬底用无损颗粒测试设备Surfscan6420中裸硅测试程序进行无损扫描，找到标准颗粒的测试的高斯峰宽度C-Section，分别是0.0179、0.0405、0.0726、0.400、0.801以及1.72。

5、绘制标准颗粒的散射光强的高斯峰宽度与相应的实际几何尺寸之间的转换关系的曲线，如附图2所示。此曲线是基于SOI衬底表面的测试结果而建立的，因此已经包含有SOI衬底中顶层硅101和绝缘埋层102由于多界面反射对散射光造成的影响。

6、对待测的SOI衬底进行光学扫描，得到分布在其表面的颗粒的散射光强的高斯峰宽度。本次测试共测得五个颗粒，其高斯散射光强分别是0.0566、0.0512、0.0512、0.0459以及0.0832，所述待测的SOI衬底的顶层硅厚度是190nm，绝缘埋层的厚度是150nm。

7、根据标准颗粒的散射光强的高斯峰宽度与实际几何尺寸之间的转换关系，得到其表面分布颗粒的实际几何尺寸，分别是0.31、0.32、0.32、0.33以及0.38。

在目前硅片制备技术中，大多利用光学反射散射原理使用裸硅测试方法对晶圆表面进行无损检测，但是由于SOI多层结构的特殊性，不同的膜厚、各界面及表面粗糙度对光路的影响较大，单一的裸硅测试程序测试偏差较大，测试结果准确性差，而对SOI制备中的半成品使用裸硅测试程序得到的结果根本无参考性。而上述技术方案通过标准颗粒找到和裸硅的对比误差，做出的新的对比曲线，有效的将SOI由于结构的特殊性引起的各类误差降到了最低，根据新测试曲线编制的程序，其测试结果真实准确，为SOI材料生产制备质量控制提供了有效的表面数据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种对衬底的多层膜表面的颗粒尺寸进行无损检测的方法，针对表面具有多层膜结构的待测衬底，检测附着于衬底的多层膜表面的颗粒的几何尺寸，其特征在于，包括如下步骤：

提供至少两组标准颗粒，每组标准颗粒具有相同的几何尺寸，不同组的标准颗粒具有不同的几何尺寸，不同组的标准颗粒的实际几何尺寸W₁、W₂、……W_n-1、W_n是已知的，所述n为大于1的正整数；

提供与待测衬底具有相同的多层膜结构的清洁衬底作为测试衬底，提供的测试衬底的数目与标准颗粒的分组数目相同；

使每一组标准颗粒对应分布于一个测试衬底的多层膜表面；

对每一个分布有标准颗粒的测试衬底的多层膜表面进行光学扫描，得到每一组标准颗粒的散射光强的高斯峰宽度G₁、G₂、……G_n-1、G_n；

建立标准颗粒的散射光强的高斯峰宽度G₁、G₂、……G_n-1、G_n与相应的实际几何尺寸W₁、W₂、……W_n-1、W_n之间的曲线；

对待测衬底的多层膜表面进行光学扫描，得到分布在其表面的每一个颗粒的散射光强的高斯峰宽度G′₁、G′₂、……G′_m，所述m为大于0的正整数；根据标准颗粒的散射光强的高斯峰宽度与实际几何尺寸之间的转换关系，得到待测衬底的表面分布颗粒的实际几何尺寸W′₁、W′₂、……W′_m。

2.根据权利要求1所述的对衬底的多层膜表面的颗粒尺寸进行无损检测的方法，其特征在于，表面具有多层膜结构的所述待测衬底为SOI衬底。

3.根据权利要求1所述的对衬底的多层膜表面的颗粒尺寸进行无损检测的方法，其特征在于，所述每一组标准颗粒所具有的几何尺寸均于0.1μm至10μm的范围内选取。

4.根据权利要求1所述的对衬底的多层膜表面的颗粒尺寸进行无损检测的方法，其特征在于，所述不同组标准颗粒所具有的几何尺寸之间的差的绝对值均大于0.01μm。

5.根据权利要求1所述的对衬底的多层膜表面的颗粒尺寸进行无损检测的方法，其特征在于，采用喷涂的方法使颗粒分布于测试衬底的多层膜表面。

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