CN112331574B - 半导体器件高度分布的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体器件高度分布的检测方法，其包括如下步骤：提供一数据库，所述数据库包括半导体器件表面图像的像素点RGB值与所述半导体器件表面高度的关系；提供一被测样品，并获取所述被测样品的表面图像；提取所述被测样品的表面图像的像素点RGB值，作为测量值；在所述数据库中获取所述测量值对应的半导体器件的表面高度，进而获得所述被测样品的高度分布。本发明的优点在于，获取所述被测样品的表面图像的像素点RGB值，利用被测样品的表面图像的像素点RGB值与半导体器件表面高度的关系获得半导体器件表面高度分布，而不需要直接测量半导体器件表面高度，其测量速度快，测量精度高，且能够测量整个晶圆，无局限性。

Description

半导体器件高度分布的检测方法

技术领域

本发明涉及半导体测量领域，尤其涉及一种半导体器件高度分布的检测方法。

背景技术

在半导体制程中，为了提供准确的制程参考，通常需要测量半导体器件表面形貌的高低差异，即高度分布(step height)。目前常规的监测半导体器件高度分布的方法包括：采用原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)测量、工艺晶片几何形状(ProcessWafer Geometry，PWG)测量或采用曝光机台进行测量。采用原子力显微镜测量精度高，但是测量范围小且测量速度慢；采用PWG测量可以测量整片晶圆，但是覆盖区域和精度取决于光斑(spot sensor)的大小，且测量速度慢；采用曝光机台进行测量也可测量整片晶圆，但是覆盖区域和精度取决于光斑的大小，且仅能够在晶圆进行曝光制程时测量，其他制程中无法测量，具有局限性。

因此，亟需一种测量速度快、测量精度高，且无局限性的新的半导体器件高度分布的检测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种新的半导体器件高度分布的检测方法，其测量速度快、测量精度高，且无局限性。

为了解决上述问题，本发明提供了一种半导体器件高度分布的检测方法，其包括如下步骤：提供一数据库，所述数据库包括半导体器件表面图像的像素点RGB值与所述半导体器件表面高度的关系；提供一被测样品，并获取所述被测样品的表面图像；提取所述被测样品的表面图像的像素点RGB值，作为测量值；在所述数据库中获取所述测量值对应的半导体器件的表面高度，进而获得所述被测样品的高度分布。

可选地，所述RGB值包括R分量值、G分量值与B分量值，所述数据库包括所述R分量值、G分量值与B分量值与半导体器件的表面高度的关系，在提取所述被测样品的表面图像的像素点RGB值，作为测量值的步骤中，提取所述被测样品的表面图像的像素点RGB值的R分量值、G分量值与B分量值其中之一作为所述测量值。

可选地，所述数据库中还包括所述R分量值、G分量值及B分量值随所述半导体器件的表面高度变化的灵敏度，在提取所述被测样品的表面图像的像素点RGB值的R分量值、G分量值与B分量值其中之一作为所述测量值的步骤中，将灵敏度最大者作为所述测量值。

可选地，所述半导体器件被划分为多个区域，所述数据库中包括在各个区域所述R分量值、G分量值及B分量值随所述半导体器件的表面高度变化的灵敏度。

可选地，在模拟晶圆表面显示所述测量值对应的颜色分布。

可选地，在模拟晶圆表面显示表面高度的数值。

可选地，所述检测方法进一步包括：将所述像素点RGB值转换为灰度值，在所述数据库中存储像素点灰度值与半导体器件表面高度的关系，在提取所述被测样品的表面图像的像素点RGB值后转换为像素点灰度值，作为所述测量值。

可选地，所述数据库包括半导体工艺多个制程阶段的数据，所述数据包括半导体器件表面图像的像素点RGB值与所述半导体器件的表面高度的关系，所述检测方法进一步包括：判断所述被测样品处于的制程阶段，并在所述数据库中，在该制程阶段的数据中，获取所述测量值对应的半导体器件的表面高度，进而获得所述被测样品的表面高度分布。

可选地，以所述半导体器件表面图像的像素点RGB值为横坐标，所述半导体器件的表面高度为纵坐标绘制曲线；或者以所述半导体器件的表面高度为横坐标，所述半导体器件表面图像的像素点RGB值为纵坐标，绘制曲线，以表征半导体器件表面图像的像素点RGB值与所述半导体器件的表面高度的关系。

可选地，所述检测方法还包括建立数据库的方法，所述方法包括：提供一标准样品，并获取所述标准样品的表面图像；提取所述标准样品的表面图像的像素点RGB值；测量所述标准样品的表面高度；将同一区域的像素点RGB值与所述表面高度对应，形成半导体器件表面图像的像素点RGB值与所述半导体器件的表面高度的关系。

可选地，在涂胶显影机台对半导体器件进行工艺处理之前或者之后，利用涂胶显影机台获取所述被测样品或所述标准样品的表面图像。

本发明的优点在于，获取所述被测样品的表面图像的像素点RGB值，利用被测样品的表面图像的像素点RGB值与半导体器件表面高度的关系获得半导体器件表面高度分布，而不需要直接测量半导体器件表面高度，其测量速度快，测量精度高，且能够测量整个晶圆，无局限性。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的半导体器件高度分布的检测方法的步骤示意图；

图2是本发明一具体实施方式中获取数据库的数据的方法的步骤示意图；

图3是虚拟晶圆的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的半导体器件高度分布的检测方法的具体实施方式做详细说明。

图1是本发明一具体实施方式的半导体器件高度分布的检测方法的步骤示意图，请参阅图1，所述检测方法包括如下步骤：

步骤S10，提供一数据库，所述数据库包括半导体器件表面图像的像素点RGB值与所述半导体器件表面高度的关系。

所述半导体器件表面图像是指对半导体器件表面进行拍摄而获取的图像。例如采用CCD相机对半导体器件表面进行拍摄获得的半导体器件表面图像。

所述像素点的RGB值为像素点在RGB颜色空间中红绿蓝三个分量的值，通常采用RGB(R，G，B)表示，不同颜色对应不同的RGB值。所述RGB值包括R分量值(即红色分量值)、G分量值(即绿色分量值)与B分量值(即蓝色分量值)。例如，在半导体器件表面图像的某一像素点，其颜色为红色，RGB值为RGB(255，0，0)，即R分量值为255，G分量值为0，B分量值为0，在半导体器件表面图像的另一像素点，其颜色为黄色，RGB值为RGB(255，255，0)，即R分量值为255，G分量值为255，B分量值为0。

所述半导体器件表面高度指半导体器件的表面到预设位置的高度。例如，半导体器件的表面到半导体器件的衬底背面的高度，或者将半导体器件的设定高度处设置为基础零点，所述半导体器件的表面到基础零点的高度即为所述半导体器件表面高度。本领域技术人员可根据实际情况设置。

本发明具体实施方式还提供了一种建立所述数据库的方法。其中，所述数据库可根据标准样品建立，以使所述数据库能够作为准确的参考基准。图2是本发明一具体实施方式中获取所述数据的方法的步骤示意图，请参阅图2，在本具体实施方式中，建立所述数据库的方法包括如下步骤：

步骤S20，提供一标准样品，并获取所述标准样品的表面图像。

所述标准样品可为关键尺寸符合预设要求的半导体器件样品。其与后续需要进行测量的被测样品为同一批次产品，或者为具体相同半导体结构的产品。在该步骤中，可采用CCD相机等拍摄装置获取所述标准样品的表面图像，即所述标准样品的俯视图像。

步骤S21，提取所述标准样品的表面图像的像素点RGB值。

在该步骤中，对所述表面图像进行处理，获取所述表面图像的像素点RGB值。该处理方法可采用现有技术中常用的图像处理方法，例如，利用已有的软件系统等对所述表面图像进行处理，进而获得像素点RGB值。由于一幅表面图像中有很多像素点，因此在该步骤中能够获得多个像素点RGB值。

步骤S22，测量所述标准样品的表面高度。

在该步骤中，测量所述标准样品各个区域的表面高度，其中，可采用现有的测量半导体器件厚度的装置测量所述标准样品的厚度，进而能够转换为标准样品的高度。例如，若所述标准样品的表面高度设定为标准样品的表面至半导体衬底背面的厚度，则可直接测量所述标准样品的表面至半导体衬底背面的厚度，并将其作为标准样品的表面高度，若将标准样品的表面高度设定为标准样品的表面至基础零点的高度，则测量所述标准样品的表面至半导体衬底背面的厚度后再去除半导体衬底背面至基础零点的厚度，以作为标准样品的表面高度。上述仅是列举示例，也可采用其他方法，本发明并不限于此。

步骤S23，将同一区域的像素点RGB值与所述表面高度对应，形成半导体器件表面图像的像素点RGB值与所述半导体器件的表面高度的关系。

在该步骤中，在平行标准样品表面的平面内，可通过坐标系确定标准样品的区域，并将具有相同坐标的标准样品的表面图像的像素点RGB值与标准样品的表面高度一一对应。例如，在平行标准样品表面的平面内，标准样品的某一区域的坐标为(10，50)，该坐标对应的标准样品的表面图像的像素点RGB值为RGB(134，233，100)，标准样品的表面高度为500nm，则RGB(134，233，100)与500nm对应。依此类推，获得多个RGB值与表面高度数据对。

进一步，在本具体实施方式中，可将步骤S21获得的标准样品的表面图像的像素点RGB值与步骤S22获得的标准样品的表面高度为数据，绘制曲线，以以表征半导体器件表面图像的像素点RGB值与所述半导体器件的表面高度的关系。例如，以所述半导体器件表面图像的像素点RGB值为横坐标，所述半导体器件的表面高度为纵坐标绘制曲线；或者以所述半导体器件的表面高度为横坐标，所述半导体器件表面图像的像素点RGB值为纵坐标，绘制曲线。在本发明一具体实施方式中，也可不绘制曲线，而是以表格等形式存储数据，所述数据由标准样品表面图像的像素点RGB值与所述标准样品表面高度组成，一个像素点RGB值可对应一个半导体器件表面高度。

请继续参阅图1，步骤S11，提供一被测样品，并获取所述被测样品的表面图像。

所述被测样品可为晶圆(wafer)，也可为裸片(die)等。所述被测样品的表面图像为所述被测样品俯视图像，可采用CCD相机等图像获取装置对半导体器件表面进行拍摄获得的半导体器件表面图像。

步骤S12，提取所述被测样品的表面图像的像素点RGB值，作为测量值。

在该步骤中，对所述表面图像进行处理，获取所述表面图像的像素点RGB值。该处理方法可采用现有技术中常用的图像处理方法，例如，利用已有的软件系统等对所述表面图像进行处理，进而获得像素点RGB值。由于一幅表面图像中有很多像素点，因此在该步骤中能够获得多个像素点RGB值。可以理解的是，在该步骤中对表面图像的处理方法应与建立数据库时对标准样品的表面图像的处理方法相同，以使得所述数据库能够作为所述被测样品的参考基准。

进一步，由于半导体器件表面对不同颜色的吸收度不同，使得不同颜色随半导体器件表面厚度的变化的灵敏度不同。若所述半导体器件表面对某一颜色吸收度高，则该颜色随半导体器件表面形貌的变化的灵敏度小，即该颜色对应的颜色分量值随半导体器件表面高度的改变而变化的幅度小，不利于提高监测的准确度；若所述半导体器件表面对某一颜色吸收度低，则该颜色随半导体器件表面形貌的变化的灵敏度大，即该颜色对应的颜色分量值随半导体器件表面高度的改变而变化的幅度大，有利于提高监测的准确度。

因此，在本具体实施方式中，在建立数据库步骤中，在提取所述标准样品的表面图像的像素点RGB值后，分别建立所述R分量值、G分量值与B分量值与半导体器件的表面高度的关系，即R分量值与半导体器件的表面高度具有一对应关系，G分量值与半导体器件的表面高度具有一对应关系，B分量值与半导体器件的表面高度具有一对应关系。并在所述数据库中记录所述R分量值、G分量值及B分量值随所述半导体器件的表面高度变化的灵敏度。在执行步骤S12时，提取所述被测样品的表面图像的像素点RGB值的R分量值、G分量值与B分量值，并将灵敏度最大者作为所述测量值。

进一步，由于半导体器件的表面可能具有不同的半导体结构，使得半导体器件表面的不同区域对颜色的吸收度不同，则可将所述半导体器件划分为多个区域，分别获得半导体器件表面的不同区域的颜色随半导体器件表面形貌的变化的灵敏度，并在该区域采用灵敏度最大者作为所述测量值。例如，在半导体器件表面一个区域，R分量随半导体器件表面形貌的变化的灵敏度最大，则在该区域采用R分量值作为测量值，在半导体器件表面另一个区域，G分量随半导体器件表面形貌的变化的灵敏度最大，则在该区域采用G分量值作为测量值。也就是说，同一个半导体器件表面高度可与不同的颜色分量值相关联。当然，对表面无不同的半导体结构的半导体器件而言，其全部表面高度均可与同一颜色分量值相关联。

进一步，在本发明另一具体实施方式中，并未将表面图像的像素点RGB值中的各个分量提取，而是将所述表面图像的所述像素点RGB值转换为灰度值，以获取灰度值与半导体器件表面高度的关系。具体地说，在建立数据库时，在提取提取所述标准样品的表面图像的像素点RGB值后，将所述RGB值转换为灰度值，并建立所述灰度值与半导体器件表面高度的关系，则在对被测样品进行处理时，提取所述被测样品的表面图像的像素点RGB值后，也将所述RGB值转换为像素点灰度值，并将所述灰度值作为所述测量值。该种方法也能避免半导体器件表面对不同颜色的吸收度不同而导致的测量准确度不高的问题。

步骤S13，在所述数据库中获取所述测量值对应的半导体器件的表面高度，进而获得所述被测样品的高度分布。

在该步骤中，以所述测量值为索引，在所述数据库中获取对应的半导体器件的表面高度，进而获得所述被测样品的高度分布。例如，在数据库中，以所述半导体器件表面图像的像素点RGB值为横坐标，所述半导体器件的表面高度的曲线上，获取所述测量值对应的表面高度。可以理解的是，所述被测样品的表面高度的设定应与所述标准样品的表面高度的设定相同，以使得数据库能够作为被测样品的基准。

本发明半导体器件高度分布的检测方法通过被测样品表面图像的像素点RGB值获取被测样品表面高度分布，避免了对每一被测样品进行高度测量，大大提高了测量速度，且测量精度高，在任何情况下均可测量，无局限性。

进一步，可在模拟晶圆表面显示获得的表面高度的数值，进而能够直观显示所述被测样品的高度分布，便于对半导体器件的监测。例如，如图3所示，其为虚拟晶圆的示意图，在根据所述测量值获得所述表面高度的数值后，可在虚拟晶圆的对应位置标示所述数值，以直观显示所述被测样品的高度分布。在图3中，各个数值的范围为微米。

进一步，在本发明另一具体实施方式中，在某些情况下，不需要准确显示所述被测样品的表面高度数值，则可通过在模拟晶圆表面显示所述测量值对应的颜色分布，而更加直观地显示所述被测样品的高度分布。

进一步，半导体工艺包括多个制程阶段，不同的制程阶段对应的表面高度不同，则本发明检测方法进一步包括：

在数据库中记录有每一制程阶段的数据，所述数据包括半导体器件表面图像的像素点RGB值与所述半导体器件的表面高度的关系。也就是说，在数据库中记录了半导体工艺的多个制程阶段及每一制程阶段对应的数据。

在提取所述被测样品的表面图像的像素点RGB值，作为测量值的步骤之前，判断所述被测样品处于的制程阶段，并在所述数据库中，在该制程阶段的数据中，获取所述测量值对应的半导体器件的表面高度，进而准确地获得所述被测样品的表面高度分布。

进一步，由于涂胶显影为半导体工艺的常规工艺，其在半导体工艺的制程中多次被使用，因此，在本发明一具体实施方式中，可在涂胶显影机台对半导体器件进行工艺处理之前或者之后，利用涂胶显影机台获取所述被测样品或所述标准样品的表面图像。其优点在于，半导体器件每进行一次涂胶显影，就能够进行一次高度分布的检测，基本实现了实时监控，且能够进行整片晶圆的测量，测量无局限性。

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 (10)

1.一种半导体器件高度分布的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供一数据库，所述数据库包括半导体器件表面图像的像素点RGB值与所述半导体器件表面高度的关系，所述RGB值包括R分量值、G分量值与B分量值，所述数据库中包括所述R分量值、G分量值及B分量值随所述半导体器件的表面高度变化的灵敏度；

提供一被测样品，并获取所述被测样品的表面图像；

提取所述被测样品的表面图像的像素点RGB值的R分量值、G分量值与B分量值中灵敏度最大者作为测量值；

在所述数据库中获取所述测量值对应的半导体器件的表面高度，进而获得所述被测样品的高度分布。

2.根据权利要求1所述的半导体器件高度分布的检测方法，其特征在于，所述数据库还包括所述R分量值、G分量值与B分量值与半导体器件的表面高度的关系。

3.根据权利要求1所述的半导体器件高度分布的检测方法，其特征在于，所述半导体器件被划分为多个区域，所述数据库中包括在各个区域所述R分量值、G分量值及B分量值随所述半导体器件的表面高度变化的灵敏度。

4.根据权利要求1所述的半导体器件高度分布的检测方法，其特征在于，在模拟晶圆表面显示所述测量值对应的颜色分布。

5.根据权利要求1所述的半导体器件高度分布的检测方法，其特征在于，在模拟晶圆表面显示表面高度的数值。

6.根据权利要求1所述的半导体器件高度分布的检测方法，其特征在于，所述数据库包括半导体工艺多个制程阶段的数据，所述数据包括半导体器件表面图像的像素点RGB值与所述半导体器件的表面高度的关系，所述检测方法进一步包括：

判断所述被测样品处于的制程阶段，并在所述数据库中，在该制程阶段的数据中，获取所述测量值对应的半导体器件的表面高度，进而获得所述被测样品的表面高度分布。

7.根据权利要求1所述的半导体器件高度分布的检测方法，其特征在于，以所述半导体器件表面图像的像素点RGB值为横坐标，所述半导体器件的表面高度为纵坐标绘制曲线；或者以所述半导体器件的表面高度为横坐标，所述半导体器件表面图像的像素点RGB值为纵坐标，绘制曲线，以表征半导体器件表面图像的像素点RGB值与所述半导体器件的表面高度的关系。

8.根据权利要求1所述的半导体器件高度分布的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括建立数据库的方法，所述方法包括：

提供一标准样品，并获取所述标准样品的表面图像；

提取所述标准样品的表面图像的像素点RGB值；

测量所述标准样品的表面高度；

将同一区域的像素点RGB值与所述表面高度对应，形成半导体器件表面图像的像素点RGB值与所述半导体器件的表面高度的关系。

9.根据权利要求7所述的半导体器件高度分布的检测方法，其特征在于，在涂胶显影机台对半导体器件进行工艺处理之前或者之后，利用涂胶显影机台获取所述被测样品的表面图像。

10.根据权利要求8所述的半导体器件高度分布的检测方法，其特征在于，涂胶显影机台对半导体器件进行工艺处理之前或者之后，利用涂胶显影机台获取所述标准样品的表面图像。

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