CN117393451B - 一种晶圆表面平均曲率半径的测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆表面平均曲率半径的测量方法和系统，晶圆表面平均曲率半径的测量方法包括：获取拟合公式；获取镀膜后待测片的第一平均曲率半径；根据所述拟合公式和所述第一平均曲率半径，获取所述镀膜后待测片的第二平均曲率半径。本发明实施例能够过滤偏离值大的数据，从而精确的计算出单直径方向平均曲率半径。

Description

一种晶圆表面平均曲率半径的测量方法和系统

技术领域

本发明涉及半导体检测技术，尤其涉及一种晶圆表面平均曲率半径的测量方法和系统。

背景技术

在实际生产过程中通过扫描晶圆镀膜前后单直径方向的曲率半径的差值计算镀膜后晶圆表面应力，通过该应力值来判断晶圆是否镀膜均匀。

晶圆薄膜应力测量核心是需要知道镀膜后晶圆表面的应力是否均匀，根据镀膜材料的特性不同，对应的测量出应力的标准也不同，根据薄膜应力计算公式Stoney公式，需要知道晶圆镀膜前后的平均曲率半径。而沿晶圆直径方向扫描的采集点数据呈现不规则，离散分布的，对所有采集点数进行分析，发现由于测量系统存在不可控的扰动误差，造成部分采集点的值相对于整体的均值有很大的偏离。

现有的将所有采集点的值取均值的方法，偏离较大的值对均值的影响是比较大的，这样求出的均值偏离实际。

发明内容

本发明实施例提供一种晶圆表面平均曲率半径的测量方法和系统，解决了现有的将所有采集点的值取均值的方法存在偏离值大的数据，导致计算出的平均曲率半径偏离实际的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种晶圆表面平均曲率半径的测量方法，包括：

获取拟合公式；

获取镀膜后待测片的第一平均曲率半径；

根据所述拟合公式和所述第一平均曲率半径，获取所述镀膜后待测片的第二平均曲率半径。

可选地，所述拟合公式满足：

；

其中，为所述第二平均曲率半径，/>为所述第一平均曲率半径，/>为第一拟合参数，/>为第二拟合参数。

可选地，获取拟合公式包括：

根据标准片的理论曲率的第一集合和标定片的实测曲率的第二集合，获取所述第一拟合参数和所述第二拟合参数，进而获取所述拟合公式。

可选地，在获取拟合公式之前，还包括：

获取所述标准片的理论曲率半径的第三集合和所述标定片的实测曲率半径的第四集合；

根据所述第三集合获取所述第一集合，根据所述第四集合获取所述第二集合。

可选地，所述第一拟合参数满足：

；

所述第二拟合参数满足：

；

其中，为所述第一集合中第i个理论曲率，/>为所述第二集合中第i个实测曲率，为所述第一集合和所述第二集合中数据点的数量。

可选地，获取所述标定片的实测曲率半径的第四集合，包括：

获取所述标定片上沿直径方向相邻两个采集点的间距；

获取光敏电阻上相邻两个反射点相对位移偏差；

根据所述间距和所述相对位移偏差，获取所述实测曲率半径；

所述标定片上沿直径方向的多个采集点的实测曲率半径，构成所述第四集合。

可选地，根据所述间距和所述相对位移偏差，获取所述实测曲率半径，包括：

根据所述间距和所述相对位移偏差，按照曲率半径公式，获取所述实测曲率半径；

所述曲率半径公式满足：

；

其中，为所述实测曲率半径，/>为所述间距，/>为所述相对位移偏差。

可选地，在根据所述拟合公式和所述第一平均曲率半径，获取所述镀膜后待测片的第二平均曲率半径之后，还包括：

获取镀膜前待测片的第三平均曲率半径；

根据所述第二平均曲率半径和所述第三平均曲率半径获取所述待测片上所镀膜的膜层的薄膜应力。

根据本发明的另一方面，提供了一种晶圆表面平均曲率半径的测量系统，包括光学测量模组、运动模组和处理设备；所述处理设备与所述光学测量模组以及所述运动模组连接，所述处理设备包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的测量方法。

可选地，所述光学测量模组包括激光器、反光镜和位置传感器；

所述激光器发射的激光投射至所述反光镜，经所述反光镜反射至待测片，所述位置传感器用于接收经所述待测片反射的激光。

可选地，所述运动模组包括直线电机和夹持结构；

所述夹持结构用于夹持待测片；所述夹持结构固定于所述直线电机上。

本发明实施例的技术方案，通过获取拟合公式，获取镀膜后待测片的第一平均曲率半径，根据所述拟合公式和所述第一平均曲率半径，获取所述镀膜后待测片的第二平均曲率半径。通过拟合公式对通过测量得到的第一平均曲率半径进行误差补偿，得到误差补偿后的平均曲率半径。本发明实施例能够过滤偏离值大的数据，从而精确的计算出单直径方向平均曲率半径。

附图说明

图1是根据本发明实施例一提供的一种晶圆表面平均曲率半径的测量方法的流程图。

图2是根据本发明实施例一提供的第一种替代实施例的晶圆表面平均曲率半径的测量方法的流程图。

图3是根据本发明实施例一提供的第二种替代实施例的晶圆表面平均曲率半径的测量方法的流程图。

图4是根据本发明实施例二提供的一种晶圆表面平均曲率半径的测量系统的结构示意图。

图5是根据本发明实施例二提供的处理设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是根据本发明实施例一提供的一种晶圆表面平均曲率半径的测量方法的流程图，本实施例应用于晶圆表面平均曲率半径的测量，如图1所示，该方法包括：

S110、获取拟合公式。

可选地，拟合公式满足：

其中，为第二平均曲率半径，/>为第一平均曲率半径，/>为第一拟合参数，/>为第二拟合参数。

S120、获取镀膜后待测片的第一平均曲率半径。

待测片为待检测的晶圆。第一平均曲率半径体现的是镀膜后待测片沿直径方向上多个曲率半径的平均值。

S130、根据拟合公式和第一平均曲率半径，获取镀膜后待测片的第二平均曲率半径。

需要说明的是，第二平均曲率半径是误差补偿后输出的平均曲率半径，第一平均曲率半径为实际输入的平均曲率半径。

本发明实施例的技术方案，通过获取拟合公式，获取镀膜后待测片的第一平均曲率半径，根据拟合公式和第一平均曲率半径，获取镀膜后待测片的第二平均曲率半径。通过拟合公式对通过测量得到的第一平均曲率半径进行误差补偿，得到误差补偿后的平均曲率半径。本发明实施例能够过滤偏离值大的数据，从而精确的计算出单直径方向平均曲率半径。

可选地，图2是根据本发明实施例一提供的第一种替代实施例的晶圆表面平均曲率半径的测量方法的流程图。参见图2，该晶圆表面平均曲率半径的测量具体包括以下步骤：

S210、获取标准片的理论曲率半径的第三集合和标定片的实测曲率半径的第四集合。

其中，第三集合包括同一个标准片的多个理论曲率半径，或者，包括多个标准片的多个理论曲率半径。第四集合包括同一个标定片的实测曲率半径，或者包括多个标定片的实测曲率半径。标准片为标准的晶圆，标准片具有已经标定好了的理论曲率半径。标定片为在标定的阶段所采用的晶圆。

S220、根据第三集合获取第一集合，根据第四集合获取第二集合。

具体的，标定片的实测曲率半径的第四集合可以是标定片通过晶圆表面平均曲率半径的测量系统，在沿晶圆方向0度测量角度和90度测量角度，获取到n个采集点对应曲率半径值的集合。

曲率是曲率半径的倒数，因此可根据第三集合获取第一集合，根据第四集合获取第二集合。

S230、根据标准片的理论曲率的第一集合和标定片的实测曲率的第二集合，获取第一拟合参数和第二拟合参数，进而获取拟合公式。

可选地，第一拟合参数满足：

（公式一）

第二拟合参数满足：

（公式二）

其中，为第一集合中第i个理论曲率，/>为第二集合中第i个实测曲率，/>为第一集合和第二集合中数据点的数量。

将第一集合和第二集合带入公式一和公式二中计算，获得第一拟合参数和第二拟合参数/>的值。后续在测量其他待测片时，只需将测量后的平均曲率半径（即第一平均曲率半径/>）代入拟合公式计算即可。

S240、获取镀膜后待测片的第一平均曲率半径。

S250、根据拟合公式和第一平均曲率半径，获取镀膜后待测片的第二平均曲率半径。

可选地，获取标定片的实测曲率半径的第四集合的步骤包括：

获取标定片上沿直径方向相邻两个采集点的间距；获取光敏电阻上相邻两个反射点相对位移偏差；根据间距和相对位移偏差，获取实测曲率半径；标定片上沿直径方向的多个采集点的实测曲率半径，构成第四集合。

具体的，如图4所示的晶圆表面平均曲率半径的测量系统，包括光学测量模组、运动模组和处理设备。光学测量模组包括激光器1、反光镜2和位置传感器3。运动模组包括直线电机4和夹持结构5。具体的，激光器1可以发射激光到反光镜2，经反光镜反射到待测片，位置传感器3用于接收经待测片反射的激光，位置传感器3可以是一维线性传感器。夹持结构5固定在直线电机4上，夹持待测片进行左右移动。

示例性的，参考图4，激光器1发射一定波长（670nm或者780nm）激光照射到待测片表面，通过待测片表面反射后通过光路上的反光镜2反射到一维线性传感器上，一维线性传感器会将反馈回的激光测量光强和激光照射其表面相对于中心点位置的相对位置的模拟量值传递给处理设备。

具体的，对镀膜后标定片曲率半径的测量是通过晶圆表面平均曲率半径的测量系统实现的，参考图4，首先需要调节测量光路，位置传感器3和激光器1是固定不可移动的，反光镜2可以顺时针或逆时针调节，激光从激光器1发射出来，照射到反光镜2，调节反光镜2到一定角度，使得激光照射到待测片表面，然后再反射到位置传感器3上。当激光照射到待测片沿直径方向正中心位置时，激光通过反射光路照射到位置传感器3上的光敏电阻正中心位置，即可认为是光路调准正确。

如图4所示，夹持结构5在直线电机4上，直线电机4可以左右移动，并且直线电机4移动到中心位置时，激光能更好照射到待测片正中心位置，并且反射激光反射到位置传感器3上也刚好在正中心位置。待测片手动放在夹持结构5上，待测片平边口方向于直线电机4运动方向平行为0度测量方向，与直线电机4运动方向垂直为90度测量方向。然后由处理设备获取待测片上沿直径方向相邻两个采集点的间距和光敏电阻上相邻两个反射点相对位移偏差，根据间距和相对位移偏差，获取实测曲率半径，待测片上沿直径方向的多个采集点的实测曲率半径，构成第四集合。其中待测片可以是标定片。

可选地，根据间距和相对位移偏差，获取实测曲率半径，包括：

根据间距和相对位移偏差，按照曲率半径公式，获取实测曲率半径；

曲率半径公式满足：

；

其中，为实测曲率半径，/>为间距，/>为相对位移偏差。

具体的，是待测片上沿直径方向相邻两个采集点的间距，/>是光敏电阻上相邻两个反射点相对位移偏差，在位置传感器3上的光敏电阻接收到反射的激光后，就会在光敏电阻两端产生微小电流，那么激光照射到光敏电阻相对于光敏电阻中心点位置为/>；

其中，表示光敏电阻第一端电流，/>表示光敏电阻第二端电流，/>表示光敏电阻的长度；

其中，为激光反射光敏电阻前一个点相对于光敏电阻正中心偏移位置点。/>为激光反射光敏电阻当前点相对于光敏电阻正中心偏移位置点。示例性的，位于光敏电阻正中心左边的点为/>，位于光敏电阻正中心右边的点为/>。

可选地，图3是根据本发明实施例一提供的第二种替代实施例的晶圆表面平均曲率半径的测量方法的流程图。参见图3，该晶圆表面平均曲率半径的测量具体包括以下步骤：

S310、获取拟合公式。

S320、获取镀膜后待测片的第一平均曲率半径。

S330、根据拟合公式和第一平均曲率半径，获取镀膜后待测片的第二平均曲率半径。

S340、获取镀膜前待测片的第三平均曲率半径。

其中，获取镀膜前待测片的第三平均曲率半径的过程与上述镀膜后待测片的第二平均曲率半径过程类似，不再赘述。

S350、根据第二平均曲率半径和第三平均曲率半径获取待测片上所镀膜的膜层的薄膜应力。

具体的，根据镀膜后待测片误差补偿后输出平均曲率半径和镀膜前待测片误差补偿后输出平均曲率半径，获取待测片上所镀膜的膜层的薄膜应力。

本发明实施例提供的晶圆表面平均曲率半径的测量方法，通过获取拟合公式，获取镀膜后待测片的第一平均曲率半径，根据拟合公式和第一平均曲率半径，获取镀膜后待测片的第二平均曲率半径。一方面能够过滤偏离值大的数据，从而精确的计算出单直径方向平均曲率半径。另一方面，在对其他非标准片进行测量时，进需将其平均曲率半径值带入拟合公式计算即可，计算更为简便。

实施例二

图4是根据本发明实施例二提供的一种晶圆表面平均曲率半径的测量系统的结构示意图，如图4所示，该系统包括光学测量模组、运动模组和处理设备。处理设备与光学测量模组以及运动模组连接。

可选地，光学测量模组包括激光器1、反光镜2和位置传感器3。

激光器发射的激光投射至反光镜2，经反光镜2反射至待测片，位置传感器3用于接收经待测片反射的激光。

可选地，运动模组包括直线电机4和夹持结构5；

夹持结构5用于夹持待测片；夹持结构5固定于直线电机4上。

本发明实施例二所提供的一种晶圆表面平均曲率半径的测量系统可执行本发明任意实施例所提供的一种晶圆表面平均曲率半径的测量方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

图5是根据本发明实施例二提供的处理设备结构示意图。处理设备包括一个或多个处理器和存储器。存储器用于存储一个或多个程序。当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如上述任一的测量方法。

处理设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。处理设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备（如头盔、眼镜、手表等）和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。

如图5所示，处理设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器（ROM）12、随机访问存储器（RAM）13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器（ROM）12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器（RAM）13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储处理设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出（I/O）接口15也连接至总线14。

处理设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许处理设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）、各种专用的人工智能（AI）计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器（DSP）、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如晶圆表面平均曲率半径的测量方法。

在一些实施例中，晶圆表面平均曲率半径的测量方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到处理设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的晶圆表面平均曲率半径的测量方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式（例如，借助于固件）而被配置为执行晶圆表面平均曲率半径的测量方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字处理电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、专用标准产品（ASSP）、芯片上系统的系统（SOC）、负载可编程逻辑设备（CPLD）、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于处理的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在处理设备上实施此处描述的系统和技术，该处理设备具有：用于向用户显示信息的显示装置（例如，CRT（阴极射线管）或者LCD（液晶显示器）监视器）；以及键盘和指向装置（例如，鼠标或者轨迹球），用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给处理设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈（例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈）；并且可以用任何形式（包括声输入、语音输入或者、触觉输入）来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统（例如，作为数据服务器）、或者包括中间件部件的计算系统（例如，应用服务器）、或者包括前端部件的计算系统（例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互）、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信（例如，通信网络）来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网（LAN）、广域网（WAN）、区块链网络和互联网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种晶圆表面平均曲率半径的测量方法，其特征在于，包括：

获取拟合公式；

获取拟合公式包括：

根据标准片的理论曲率的第一集合和标定片的实测曲率的第二集合，获取第一拟合参数和第二拟合参数，进而获取所述拟合公式；

获取镀膜后待测片的第一平均曲率半径；

根据所述拟合公式和所述第一平均曲率半径，获取所述镀膜后待测片的第二平均曲率半径；

所述拟合公式满足：

；

其中，为所述第二平均曲率半径，/>为所述第一平均曲率半径，/>为第一拟合参数，/>为第二拟合参数；

所述第一拟合参数满足：

；

所述第二拟合参数满足：

；

其中，为所述第一集合中第i个理论曲率，/>为所述第二集合中第i个实测曲率，为所述第一集合和所述第二集合中数据点的数量。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在获取拟合公式之前，还包括：

获取所述标准片的理论曲率半径的第三集合和所述标定片的实测曲率半径的第四集合；

根据所述第三集合获取所述第一集合，根据所述第四集合获取所述第二集合。

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，获取所述标定片的实测曲率半径的第四集合，包括：

获取所述标定片上沿直径方向相邻两个采集点的间距；

获取光敏电阻上相邻两个反射点相对位移偏差；

根据所述间距和所述相对位移偏差，获取所述实测曲率半径；

所述标定片上沿直径方向的多个采集点的实测曲率半径，构成所述第四集合。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，根据所述间距和所述相对位移偏差，获取所述实测曲率半径，包括：

根据所述间距和所述相对位移偏差，按照曲率半径公式，获取所述实测曲率半径；

所述曲率半径公式满足：

；

其中，为所述实测曲率半径，/>为所述间距，/>为所述相对位移偏差。

5.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，在根据所述拟合公式和所述第一平均曲率半径，获取所述镀膜后待测片的第二平均曲率半径之后，还包括：

获取镀膜前待测片的第三平均曲率半径；

根据所述第二平均曲率半径和所述第三平均曲率半径获取所述待测片上所镀膜的膜层的薄膜应力。

6.一种晶圆表面平均曲率半径的测量系统，其特征在于，包括光学测量模组、运动模组和处理设备；所述处理设备与所述光学测量模组以及所述运动模组连接，所述处理设备包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-5中任一所述的测量方法。

7.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述光学测量模组包括激光器、反光镜和位置传感器；

所述激光器发射的激光投射至所述反光镜，经所述反光镜反射至待测片，所述位置传感器用于接收经所述待测片反射的激光。

8.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述运动模组包括直线电机和夹持结构；

所述夹持结构用于夹持待测片；所述夹持结构固定于所述直线电机上。