一种晶圆膜厚测量误差补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种晶圆膜厚测量误差补偿方法。本发明专利技术以线性拟合结果作为初始猜想,采用多变量优化拟合总光程差曲线,从而得到更接近真实情况的WLRS。白光反射动态测量是广泛使用的非接触方法之一，白光反射率谱对薄膜厚度进行测量。这种方法具有无损伤，响应快，以及测量结果准确度高等优点。一束白光由点A近垂直入射待测薄膜，在S1和S2表面经过数次折射及反射后，其相位发生变化，进而形成其相应的WLRS并在信号采集区显示。WLRS与待测薄膜的厚度之间存在着一一对应关系。由此，可根据上述原理对基层表面的薄膜厚度进行非接触式的测量。

An error compensation method for wafer thickness measurement

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆膜厚测量误差补偿方法
本专利技术属于光学精密测量和信号处理领域，具体设计一种利用多变量拟合预测总光程差曲线，对基于白光反射率谱信号进行处理从而判断薄膜厚度的晶圆膜厚测量提供一种补偿方法。
技术介绍
随着微电子器件的发展，薄膜已被广泛应用于光学和半导体领域。有效地测量薄膜厚度是制造过程中重要的一个环节。为了保护薄膜不被破坏，需要进行非接触测量。白光反射动态测量是广泛使用的非接触方法之一，白光反射率谱(WhiteLightReflectanceSpectroscopy,WLRS)对薄膜厚度进行测量。这种方法具有无损伤，响应快，以及测量结果准确度高等优点。WLRS测量膜厚的具体原理如附图1所示：一束白光由点A近垂直入射待测薄膜，在S1和S2表面经过数次折射及反射后，其相位发生变化，进而形成其相应的WLRS并在信号采集区显示。WLRS与待测薄膜的厚度之间存在着一一对应关系。由此，可根据上述原理对基层表面的薄膜厚度进行非接触式的测量。由于这种这种方法没有考虑薄膜相位本身的线性部分，导致测试相位与真是测量值存在差异。
技术实现思路
为解决这一问题，本专利以线性拟合结果作为初始猜想,采用多变量优化拟合总光程差曲线,从而得到更接近真实情况的WLRS。对于光在薄膜表面多次干涉形成的光程差可表示为：其中L为干涉系统白光探头与晶圆薄膜之间的光程差，Tef为分光棱镜两侧集合厚度不一致产生的光程差。为此，提出多参数的光程差拟合曲线评价函数为：式中，r>其中，(3)式中的(λ)是通过光学薄膜传输矩阵计算得出的薄膜的反射相位。本算法计算中，利用线性拟合得到初始的L,Tef和干涉级次m的预设值，利用带入每一组优化变量，限定干涉级次在拟合得到的预设值附近±4级次之间摆动。计算得到评价函数的最小值，理论计算得到的光程差曲线最接近测试得到的光程差曲线，即为真实的L,Tef。在总光程差中减去这两项的影响值，即为晶圆薄膜的WLRS。本专利技术有以下步骤：1)令白光的光源垂直地入射待测薄膜，以获取光谱强度作为WLRS原始信号；2)对1)所测得的光谱进行傅里叶变换并滤波；3)将2)得到的滤波后信号进行逆变换得到整个相位的滤波后光谱；4)线性拟合得到初始的L,Tef和干涉级次m的预设值；5)以4)得到的L,Tef和干涉级次m以及薄膜厚度d为多参数拟合变量，用单纯形法拟合总光程差；6)得到补偿之后的L,Tef；7)由6)所得检索薄膜厚度及其反射相位，得到补偿后的薄膜厚度。本专利技术的有益效果：有效补偿白光反射动态测量中由于忽略薄膜相位本身的线性部分导致的测量误差，处理速度快，较好的提高了白光反射动态测量晶圆薄膜厚度的准确率。附图说明图1原理图；图2整体框图；图3去噪前不同膜厚的WLRS动态测量结果图(300-345nm)；图4去噪前单条原始WLRS结果图(300nm)；图5原始WLRS频谱图(膜厚：300nm)；图6低频及高频信号重构图(膜厚：300nm)；图7重构信号与原始信号比较图(膜厚：300nm)；图8补偿处理后不同膜厚的WLRS动态测量结果图(300-345nm)；具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。1)令白光的光源垂直地入射待测薄膜，以获取光谱强度作为WLRS原始信号；具体为：具体原理如附图1所示，白光由点A近垂直(最大角度不超过±5°)进入待测薄膜，在S1和S2表面经过数次折射及反射后，其相位发生变化。通过采集B1、B2、…、Bn，可以得到WLRS原始信号。设原始信号的模型为：S(x)＝f(x)+n1(x)×n2(x)(2)其中，S(x)为含噪信号，f(x)为真实信号，n1(x)为加性噪声，n2(x)为乘性噪声。在本实施例中，信号模型可简化为：S(x)＝f(x)+n(x)(3)其中，S(x)为含噪信号，f(x)为真实信号，n(x)为噪声。2)对1)所测得的光谱进行傅里叶变换并滤波；具体为：对1)得到的各个膜厚度光谱图叠加显示如图3所示，其中以膜厚度300nm为例进行阐述。其WLRS结果图如图4所示。其对应的频谱图为图5,。对原始WRLS信号进行滤波处理。3)将2)得到的滤波后信号进行逆变换得到整个相位的滤波后光谱；具体为：对2)中滤波后的信号进行滤波后的信号重构，结果如图6,300nm的WRLS重构信号与原始信号比较图如图7.4)线性拟合得到初始的L,Tef和干涉级次m的预设值；具体为：根据公式(2)，是通过光学薄膜传输矩阵计算得出的薄膜的反射相位。本算法计算中，利用线性拟合得到初始的L,Tef和干涉级次m的预设值。5)以4)得到的L,Tef和干涉级次m以及薄膜厚度d为多参数拟合变量，用单纯形法拟合总光程差；6)具体为：结合步骤4)所得参数以及300nm作为d的值进行多参数拟合变量，用单纯形法拟合总光程差6)得到补偿之后的L,Tef；7)由6)所得检索薄膜厚度及其反射相位，得到补偿后的薄膜厚度。具体为：结合补偿计算得到的更准确的干涉系统白光探头与晶圆薄膜之间的光程差L，和分光棱镜两侧集合厚度不一致产生的光程差Tef检索得到误差补偿之后的薄膜厚度。可看出，白光反射动态测量晶圆薄膜厚度的对应曲线更加平滑，达到了误差补偿修正的目的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶圆膜厚测量误差补偿方法，包括如下步骤：/n1)令白光的光源垂直地入射待测薄膜，以获取光谱强度作为WLRS原始信号；/n2)对1)所测得的光谱进行傅里叶变换并滤波；/n3)将2)得到的滤波后信号进行逆变换得到整个相位的滤波后光谱；/n4)线性拟合得到初始的L,T

【技术特征摘要】
1.一种晶圆膜厚测量误差补偿方法，包括如下步骤：
1)令白光的光源垂直地入射待测薄膜，以获取光谱强度作为WLRS原始信号；
2)对1)所测得的光谱进行傅里叶变换并滤波；
3)将2)得到的滤波后信号进行逆变换得到整个相位的滤波后光谱；
4)线性拟合得到初始的L,Tef和干涉级次m的预设值；
5)以4)得到的L,Tef和干涉级次m以及薄膜厚度d为多参数拟合变量，用单纯形法拟合总光程差；
6)得到补偿之后的L,Tef。
7)由6)所得检索薄膜厚度及其反射相位，得到补偿后的薄膜厚度。


2.根据权利要求1所述的一种晶圆膜厚测量误差补偿方法，其特征在于，所述步骤1具体为：具体原理如附图1所示，白光由点A近垂直(最大角度不超过±5°)进入待测薄膜，在S1和S2表面经过数次折射及反射后，其相位发生变化；通过采集B1、B2、…、Bn，可以得到WLRS原始信号；设原始信号的模型为：
S(x)＝f(x)+n1(x)×n2(x)(2)
其中，S(x)为含噪信号，f(x)为真实信号，n1(x)为加性噪声，n2(x)为乘性噪声；在本实施例中，信号模型可简化为：
S(x)＝f(x)+n(x)(3)
其中，S(x)为含噪信号，f(x)为真实信号，n(x)为噪声。


3.根据权利要求1所述的一种晶圆膜厚测量误差补偿方法，其特征在于，所述步骤1具体为：对1)得到的各个膜厚度光谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑永军，黄铭，陆艺，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33