CN110993537A - 确定半导体晶圆边缘抛光形状的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了确定半导体晶圆边缘抛光形状的方法，该方法包括：(1)通过激光显微系统，获得半导体晶圆的表面与边缘交界区的高度曲线；(2)根据高度曲线，获得高度曲线的第一切线和第二切线；(3)获得高度曲线、第一切线和第二切线限定出的区域面积At；(4)根据第一切点与第二切点的连线，获得高度曲线到连线的最大垂直距离H；(5)根据第一切线与第二切线的交点，获得第一长度与第二长度之比L1/Lr。本发明所提出的方法，通过激光显微系统测量交界区的高度变化，该交界区的测量范围为10～1000微米且测量高度的精确度能够达到1纳米，在精密测量到的高度曲线基础上计算出半导体晶圆的表面与边缘交界处的多种几何参数值，从而藉由这些参数对晶圆制造进行监控，进而提高芯片制造工艺的良率。

Description

确定半导体晶圆边缘抛光形状的方法
技术领域
本发明涉及芯片制造技术领域，具体的，本发明涉及确定半导体晶圆边缘抛光形状的方法。
背景技术
随着芯片制造工艺的快速发展到10nm/7nm/5nm时代，制作硅晶圆的边缘形状与缺陷，对高阶芯片制造工艺(节点≤10nm)的影响至关重要。而在国际半导体产业协会的M1标准(SEMI-standard M1)中，虽然定义出多种硅晶圆的边缘形状种类及平坦度的参数，但是，这些形状参数(例如曲率)对于高阶芯片制造工艺而言是不够的，特别是对于表面与边缘的交界区(transition region or near edge region)并无明确的规范。并且，现阶段的先进高阶芯片工艺的边缘去除区域已缩小至1mm，从而使得硅晶圆及外延片的表面与边缘的交界处形状对于良率的影响越发显著。
发明内容
本发明是基于发明人的下列发现而完成的：
本发明的发明人提出一种方法，用于量化半导体晶圆表面与边缘交界处的几何特征。具体的，利用激光显微系统(例如基恩士Keyence的VK-X系列)，对晶圆表面到边缘曲面交界区的高度进行精密地测量，其中，该交界区的测量范围为10～1000微米且测量高度的精确度可达到1nm；在所获得高度曲线的基础上，计算出半导体晶圆表面与边缘交界区的多个几何参数，从而藉由这些参数对晶圆制造进行监控，进而提高芯片制造工艺的良率。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种确定半导体晶圆边缘抛光形状的方法。
根据本发明的实施例，所述方法包括：(1)通过激光显微系统，获得半导体晶圆的表面与边缘交界区的高度曲线；(2)根据所述高度曲线，获得所述高度曲线的第一切线和第二切线，其中，所述第一切线穿过所述第一切点，所述第二切线穿过所述第二切点；(3)获得所述高度曲线、所述第一切线和所述第二切线限定出的区域面积At；(4)根据所述第一切点与所述第二切点的连线，获得所述高度曲线到所述连线的最大垂直距离H；(5)根据所述第一切线与所述第二切线的交点，获得第一长度与第二长度之比L1/Lr，其中，所述第一长度为所述第一切点与所述交点之间的距离，所述第二长度为所述第二切点与所述交点之间的距离。
发明人经过研究发现，采用本发明实施例的方法，可以量化半导体晶圆的表面与边缘交界处的几何特征，通过激光显微系统测量交界区的高度变化，该交界区测量范围为10～1000微米且测量高度的精确度为1纳米，在精密测量到的高度曲线基础上计算出夹边对称性L1/Lr、夹边面积At和两切点连线与高度曲线的最大垂直距离H，从而藉由这些参数对晶圆制造进行监控，进而提高芯片制造工艺的良率。
另外，根据本发明上述实施例的方法，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，在步骤(2)中，所述第一切线是通过对所述高度曲线的最前段的多个数据点进行线性拟合获得的，并且，所述第二切线是通过对所述高度曲线的最后段的多个数据点进行线性拟合获得的。
根据本发明的实施例，所述第一切线是通过对所述高度曲线的最前段的前10～500个数据点进行线性拟合获得的，所述第二切线是通过对所述高度曲线的最后段的后10～500个数据点进行线性拟合获得的。
根据本发明的实施例，所述第一切点为所述高度曲线上与所述第一切线的差值等于或大于阈值的第一个点，所述第二切点为所述高度曲线上与所述第二切线的差值等于或大于所述阈值的第一个点。
根据本发明的实施例，在步骤(5)中，先根据所述第一切线和所述第二切线计算出所述交点的坐标(x0,y0)，再根据所述第一切点的坐标(x1,y1)和所述第二切点的坐标(x2,y2)分别计算出所述第一长度L1和所述第二长度Lr。
根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：(6)将所述区域面积At、所述最大垂直距离H和所述第一长度与第二长度之比L1/Lr分别与各自的管制范围进行比较，以确定所述边缘抛光的程度。
根据本发明的实施例，步骤(6)包括：(6-1)将所述区域面积At与第一管制范围进行比较，若所述区域面积At不在所述第一管制范围之内，确定所述边缘抛光的程度不足。
根据本发明的实施例，步骤(6)包括：(6-2)将所述最大垂直距离H与第二管制范围进行比较，若所述最大垂直距离H不在所述第二管制范围之内，确定所述边缘抛光的程度不足。
根据本发明的实施例，步骤(6)包括：(6-3)将所述第一长度与第二长度之比L1/Lr与第三管制范围进行比较，若所述第一长度与第二长度之比L1/Lr不在所述第三管制范围之内，确定所述边缘抛光的程度不足。
根据本发明的实施例，形成所述半导体晶圆的材料为硅、碳化硅、绝缘衬底上的硅或砷化锗。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述的方面结合下面附图对实施例的描述进行解释，其中：
图1是本发明一个实施例的确定半导体晶圆边缘抛光形状的方法流程示意图；
图2是本发明一个实施例的激光显微系统测量的照片(a)、高度测试图(b)和高度曲线(c)；
图3是本发明一个实施例的确定半导体晶圆边缘抛光形状的方法原理示意图；
图4是本发明三个实施例的高度曲线示意图；
图5是本发明一个实施例的高度曲线分析和处理示意图；
图6是本发明另一个实施例的高度曲线分析和处理示意图；
图7是本发明另一个实施例的高度曲线分析和处理示意图；
图8是本发明三个实施例的夹边面积At的对比结果；
图9是本发明三个实施例的两点连线与高度曲线的最大垂直距离H的对比结果；
图10是本发明三个实施例的夹边对称性L1/Lr的对比结果。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，本技术领域人员会理解，下面实施例旨在用于解释本发明，而不应视为对本发明的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种确定半导体晶圆边缘抛光形状的方法。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：
S100：通过激光显微系统，获得半导体晶圆的表面与边缘交界处的高度曲线。
在该步骤中，通过激光显微系统，可获得半导体晶圆的表面与边缘交界处的高度曲线。具体例如采用基恩士(Keyence)的VK-X系列激光显微系统，参考图2，先将激光对准半导体晶圆上表面与边缘的交界区，激光显微系统可获得图2的(a)所示区域的三维高度信息，如图2(b)所示，再沿着图2(a)中的AA’线获得图2(c)所示的高度曲线C(x,y)，其中x为测量点所处的位置，y为该测量位置处对应的高度。并且，激光显微系统的检测范围为10～1000微米，且测量高度的精确度可达到1纳米，远比其他微米级别的图像探测器获得的高度信息更精准，从而使后续计算出几何参数的准确性更高。
在本发明的一些实施例中，形成半导体晶圆的材料可以为硅、碳化硅、绝缘衬底上的硅(SOI)或砷化锗(GeAs)，如此，通过激光显微系统，都可以精准地获得该种类材料的半导体晶圆平面与边缘交界区域的高度曲线。
S200：根据高度曲线，获得所述高度曲线的第一切线和第二切线。
在该步骤中，根据步骤S100精准的高度曲线C(x,y)，进一步获得第一切线l1和第二切线l2，其中，参考图3，第一切线l1穿过第一切点(x1,y1)，第二切线l2穿过第二切点(x2,y2)。
在本发明的一些实施例中，高度曲线C(x,y)的第一切线l1可以是通过对该高度曲线最前段的多个数据点进行线性拟合获得的，并且，第二切线l2可以是通过对该高度曲线最后段的多个数据点进行线性拟合获得的，如此，通过对高度曲线C(x,y)的部分数据进行线性拟合处理，即可获得两个切线的线性方程，从而用于后续几何参数的计算。在一些具体示例中，可以对该高度曲线最前段的前10～500个数据点进行线性拟合获得第一切线l1，且可以对该高度曲线最后段的后10～500个数据点进行线性拟合获得第二切线l2，如此，数据点个数越多则线性拟合出的两条切线的准确性越高。
在本发明的一些实施例中，将线性拟合获得的第一切线l1和第二切线l2分别与高度曲线C(x，y)进行差值计算，当差值等于或大于阈值时，该差值对应的点为相应切线的切点。具体例如阈值为1000nm～5000nm，具体例如阈值可以为2500nm，第一切线l1与高度曲线C(x,y)的差值等于或大于2500nm时的第一个点为第一切线的切点(x1,y1)，同理，第二切线l2与高度曲线C(x,y)的差值等于或大于2500nm时的第一点为第二切线的切点(x2,y2)。
S300：获得高度曲线、第一切线和第二切线限定出的区域面积At。
在该步骤中，根据步骤S200获得的第一切线l1和第二切线l2，计算出高度曲线C(x,y)、第一切线l1和第二切线l2限定出的区域面积At，即夹边面积参数。根据本发明的实施例，可以通过例如Matlab等数学软件计算出区域面积At。
S400：根据第一切点与第二切点的连线，获得实际高度曲线到连线的最大垂直距离H。
在该步骤中，根据步骤S200获得的第一切点(x1,y1)和第二切点(x2,y2)，确定第一切点(x1,y1)与第二切点(x2,y2)的连线l3，并计算出高度曲线C(x,y)到连线l3的最大垂直距离H。根据本发明的实施例，可以通过例如Matlab等数学软件计算出最大垂直距离H。
S500：根据第一切线与第二切线的交点，获得第一长度与第二长度之比L1/Lr。
在该步骤中，根据第一切线l1与第二切线l2的交点(x0,y0)，获得第一长度与第二长度之比L1/Lr，其中，第一长度L1为第一切点(x1,y1)与交点(x0,y0)之间的距离，第二长度Lr为第二切点(x2,y2)与交点(x0,y0)之间的距离。具体的，参考图3，可以先根据第一切线和第二切线计算出交点的坐标(x0,y0)，再根据第一切点的坐标(x1,y1)和第二切点的坐标(x2,y2)分别计算出第一长度L1和第二长度Lr，即可获得夹边对称性参数。
在本发明的一些实施例中，该方法还可以包括：
S600：将区域面积At、最大垂直距离H和第一长度与第二长度之比L1/Lr分别与各自的管制范围进行比较，以确定抛光的程度。
在该步骤中，将步骤300、400和500获得的区域面积At、最大垂直距离H和第一长度与第二长度之比L1/Lr，分别与各自的管制范围进行比较，以确定边缘抛光的程度。如此，在抛光工序之后进行上述的方法进行测试，可以监控抛光工序是否合适，当上述三种参数中的任一个超出管制范围则必须对边缘加工工序进行调整。需要说明的是，“管制范围”具体是指对大量的测量值进行统计分析后获得的管制下限值LCL(lower control limit)到管制上限值UCL(up control limit)之间的范围。
在本发明的一些实施例中，当上述三个参数，即区域面积At、最大垂直距离H和第一长度与第二长度之比L1/Lr是否都处于各自的管制范围时，以此确定边缘抛光程度，从而监控抛光工序是否适当。
在一些具体示例中，步骤S600可以具体包括：S610将区域面积At与第一管制范围进行比较，若区域面积At不在第一管制范围之内，则可以确定边缘抛光的程度还不足；S620将最大垂直距离H与第二管制范围进行比较，若最大垂直距离H不在第二管制范围之内，确定边缘抛光的程度还不足；S630将第一长度与第二长度之比L1/Lr与第三管制范围进行比较，若第一长度与第二长度之比L1/Lr不在第三管制范围之内，确定边缘抛光的程度还不足。如此，采用三步分别判断三个参数是否各自达标，从而实现三个参数都达标才可判断边缘抛光状态良好工序
综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种方法，可以量化半导体晶圆的表面与边缘交界区的几何特征，通过激光显微系统测量交界区的高度变化，该交界区测量范围为10～1000微米且测量高度的精确度可达到1纳米，在精密测量到的高度曲线基础上计算出夹边对称性L1/Lr、夹边面积At和两切点连线与高度曲线的最大垂直距离H，从而通过这些参数对晶圆制造进行监控，进而提高芯片制造工艺的良率。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
在该实施例中，对抛光不足的半导体晶圆的边缘抛光形状进行确定。具体的，该实施例的高度曲线C1(x，y)参考图4。具体的数据处理过程原理图，参考图5。
该实施例计算出的三个参数分别为，区域面积At为342.18734平方微米，最大垂直距离H为447纳米，且第一长度与第二长度之比L1/Lr为0.1。
实施例2
在该实施例中，对正常抛光后的半导体晶圆的边缘抛光形状进行确定。具体的，该实施例的高度曲线C2(x，y)参考图4。具体的数据处理过程原理图，参考图6。
该实施例计算出的三个参数分别为，区域面积At为7328.99304平方微米，最大垂直距离H为7875纳米，且第一长度与第二长度之比L1/Lr为0.75。
实施例3
在该实施例中，对抛光工艺调整后的半导体晶圆的边缘抛光形状进行确定。具体的，该实施例的高度曲线C3(x,y)参考图4。具体的数据处理过程原理图，参考图7。
该实施例计算出的三个参数分别为，区域面积At为8177.77945平方微米，最大垂直距离H为7720纳米，且第一长度与第二长度之比L1/Lr为0.83。
总结
综合对比实施例1～3的三个参数，区域面积At、最大垂直距离H和第一长度与第二长度之比L1/Lr。
其中，三个实施例的区域面积At的对比结果可参考图8，最大垂直距离H的对比结果可参考图9，而第一长度与第二长度之比L1/Lr的对比结果可参考图10。对比可以看出，实施例1的区域面积At、最大垂直距离H和第一长度与第二长度之比L1/Lr都比各自的管制范围明显偏低，说明抛光程度不足；实施例2的上述三个参数都在各自的管制范围内，说明抛光程度合适；而实施例3不仅上述三个参数都在各自的管制范围之内，也说明抛光程度合适，且第一长度与第二长度之比L1/Lr最高，还说明夹边对称性最好。采用本发明方法对半导体晶圆进行抛光工艺调整，调整抛光工艺后获得晶圆在先进高阶芯片制造工艺中如外延，在一定程度上避免破片的发生，提高了晶圆的良率。
综上所述，本发明主要通过获取晶圆上平面与边缘交界区的高度曲线，对高度曲线上最前段及最后段数据进行线性拟合，计算出交界区夹边长度(Lr,L1)，夹边对称(L1/Lr)，夹边面积(At)及切点连线与高度曲线的最大垂直距离(H)，藉由这些数值是否在各自的管制范围内，从而达到对晶圆制造工艺进行监控的目的，进而影响到芯片制造工艺的良率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种确定半导体晶圆边缘抛光形状的方法，其特征在于，包括：
(1)通过激光显微系统，获得半导体晶圆的表面与边缘交界区的高度曲线；
(2)根据所述高度曲线，获得所述高度曲线的第一切线和第二切线，其中，所述第一切线穿过第一切点，所述第二切线穿过第二切点；
(3)获得所述高度曲线、所述第一切线和所述第二切线限定出的区域面积At；
(4)根据所述第一切点与所述第二切点的连线，获得所述高度曲线到所述连线的最大垂直距离H；
(5)根据所述第一切线与所述第二切线的交点，获得第一长度与第二长度之比L1/Lr，其中，所述第一长度为所述第一切点与所述交点之间的距离，所述第二长度为所述第二切点与所述交点之间的距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述第一切线是通过对所述高度曲线的最前段的多个数据点进行线性拟合获得的，并且，所述第二切线是通过对所述高度曲线的最后段的多个数据点进行线性拟合获得的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一切线是通过对所述高度曲线的最前段的前10～500个数据点进行线性拟合获得的，所述第二切线是通过对所述高度曲线的最后段的后10～500个数据点进行线性拟合获得的。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一切点为所述高度曲线上与所述第一切线的差值等于或大于阈值的第一个点，所述第二切点为所述高度曲线上与所述第二切线的差值等于或大于所述阈值的第一个点。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中，先根据所述第一切线和所述第二切线计算出所述交点的坐标(x0,y0)，再根据所述第一切点的坐标(x1,y1)和所述第二切点的坐标(x2,y2)分别计算出所述第一长度L1和所述第二长度Lr。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(6)将所述区域面积At、所述最大垂直距离H和所述第一长度与第二长度之比L1/Lr分别与各自的管制范围进行比较，以确定所述边缘抛光的程度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(6)包括：
(6-1)将所述区域面积At与第一管制范围进行比较，若所述区域面积At不在所述第一管制范围之内，确定所述边缘抛光的程度不足。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(6)包括：
(6-2)将所述最大垂直距离H与第二管制范围进行比较，若所述最大垂直距离H不在所述第二管制范围之内，确定所述边缘抛光的程度不足。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(6)包括：
(6-3)将所述第一长度与第二长度之比L1/Lr与第三管制范围进行比较，若所述第一长度与第二长度之比L1/Lr不在所述第三管制范围之内，确定所述边缘抛光的程度不足。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述半导体晶圆的材料为硅、碳化硅、绝缘衬底上的硅或砷化锗。
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