快速測量物體表面面形的方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總的涉及測量檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及物體表面有微小高度差別的面形重構(gòu)技術(shù)及其在半導(dǎo)體工藝中測量硅片表面殘余全局應(yīng)力的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]面形重構(gòu)技術(shù)主要是測量物體表面足夠多的獨立的點的高度，這些點組成線，SP可知道在這條線上的面形細節(jié)。足夠多且能夠覆蓋整個物體表面的線即可重構(gòu)物體表面。
[0003]重構(gòu)物體表面面形的技術(shù)需求在精密工藝領(lǐng)域非常重要。比如在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，使用位置敏感器件(PSD)等精密儀器掃描得到硅片表面面形，可以進一步估算殘余應(yīng)力。在這些情況下，物體表面的高度差別很小。同時，為防止破壞物體表面，面形重構(gòu)一般需要非接觸、無損等技術(shù)手段。光學測量方式是非接觸式無損測量物體表面高度的一個非常好的技術(shù)手段。
[0004]采用光學測量方式來測量物體表面高度一般是在每個測量點測量光學信號(比如能量，或者聚焦)，通過光學信號和位置的對應(yīng)關(guān)系，得到該點的高度信息。這種獲取光學信號的常規(guī)測量方式對于重構(gòu)物體表面是可行且正確的，但是測量速度比較慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于對上述現(xiàn)有測量方法加以改進，提出一種快速測量物體表面面形的方法，利用光學信號快速無損地重構(gòu)平面物體的表面面形。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，快速測量物體表面面形的方法中使用光學信號對物體表面進行面形重構(gòu)，所述方法包括:
[0007]a、預(yù)先獲取光學信號與位置的關(guān)系，確定所述光學信號與位置一一對應(yīng)的線性區(qū)間；
[0008]b、按照精度要求確定物體表面的掃描線，掃描物體表面,獲得光學信號和掃描位置變化的掃描曲線；
[0009]C、在掃描過程中對掃描曲線進行修正，使超出所述線性區(qū)間的光學信號回到線性區(qū)間；
[0010]d、掃描結(jié)束后，由所述光學信號和位置的對應(yīng)關(guān)系給出掃描曲線上各處的位置；
[0011]e、將經(jīng)修正的掃描曲線豎直平移至與未修正的掃描曲線連接，以重構(gòu)整個物體表面面形。
[0012]在一些情形中，如果存在多個光學信號與位置一一對應(yīng)的線性區(qū)間，則選取多個線性區(qū)間中位置對光學信號敏感強度最大的一個線性區(qū)間。
[0013]在一些情形中，所述步驟c中的所述修正為調(diào)整所述物體的高度。
[0014]在一些情形中，所述步驟c中的所述修正使得超出所述線性區(qū)間的光學信號回到線性區(qū)間的中間位置。
[0015]在一些情形中，所述光學信號為聚焦誤差信號FES、干涉條紋或光強。
[0016]根據(jù)一種實施方式，所述光學信號為聚焦誤差信號FES，所述位置為物體的高度z，其中，F(xiàn)ES最大值FESmax對應(yīng)z最大值zmax，F(xiàn)ES最小值FESmin對應(yīng)z最小值zmin，所述光學信號與位置一一對應(yīng)的線性區(qū)間為Zmax到Zmin之間。
[0017]有利地，所述步驟c中，當測量的FES值接近FESmax時，即|FES-FESmax< I FESmax-FESmin I /10，調(diào)整物體高度z值到I FESmax-FESmin | /2處；當測量的FES值接近FESmin時，即 |FES-FESmin| < I FESmax-FESmin I/10，調(diào)整物體高度 z 值到 | FESmax-FESmin |/2 處。
[0018]有利地，在調(diào)整物體高度z值時，對調(diào)整前后的同一點掃描記錄兩次FES值。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，上述快速測量物體表面面形的方法被應(yīng)用在半導(dǎo)體工藝中測量硅片表面殘余全局應(yīng)力。硅片的表面面形的起伏僅在毫米量級以下，通常，硅片表面需要用物理或者化學方法生長各種膜層結(jié)構(gòu)，這些膜層結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致硅片表面有殘余的應(yīng)力。為了防止硅片被破壞，需要隨時了解這些殘余應(yīng)力。測量殘余全局應(yīng)力的一個方法就是測量硅片在生長結(jié)構(gòu)前后的表面形狀，一般僅需要一條線，不需要整個面形。應(yīng)用本發(fā)明的快速測量物體表面面形的方法，可通過探測物體表面的反射光信號，利用反射光信號與高度之間的一一對應(yīng)關(guān)系得到表面面形，測量過程中不需接觸平面物體表面，能夠防止破壞或者污染物體表面，同時測量過程快速精確。
【具體實施方式】
[0020]下面詳細討論應(yīng)用本發(fā)明快速測量物體表面面形的方法的具體實施例的實施和使用。然而，應(yīng)當理解，所討論的具體實施例僅僅示范性地說明實施和使用本發(fā)明的特定方式，而非限制本發(fā)明的范圍。
[0021]以半導(dǎo)體工藝中測量硅片表面殘余全局應(yīng)力為例說明本發(fā)明。
[0022]全局應(yīng)力測量主要是獲取硅片在直徑方向上的相對高度變化。在通常的光學信號測量方式中，可以采用的光學信號有很多。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，對于本發(fā)明而言，可采用的光學信號需隨著被測量物體的表面高度的一定范圍內(nèi)的變化而在一定范圍內(nèi)變化，這樣的測量信號可例如包括但不限于聚焦誤差信號(Focus Error Signal, FES)、干涉條紋或光強等。作為不例，在一種實施方式中可選擇FES作為測量信號,其中，F(xiàn)ES值與娃片表面的高度z值之間有較長的線性區(qū)間，不同的z值位置處FES值不一樣。在FES最大值FESmax(對應(yīng)Zmax)和FES最小值FESmin(對應(yīng)zmin)之間，z值和FES值是一一對應(yīng)的，即線性區(qū)間。
[0023]本發(fā)明充分利用線性區(qū)間中光學信號測量值(例如，F(xiàn)ES值)和位置值(例如，高度z值)的--對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計使得承載娃片的卡盤以一定的速度曲線V = f (r)帶動娃片沿著預(yù)定直徑方向運動，其中r為運動過程中各點到硅片中心的距離。同時同步采集光學信號測量值FES值FES = g(r)。首先在硅片預(yù)定掃描直徑方向上選擇一點聚焦成功，一般選擇掃描起點，接下來在直徑方向的掃描就在這個高度值的z坐標下進行。
[0024]測量時，可根據(jù)所需精度要求來確定物體表面的掃描線，例如包括但不限于逐點掃描線、逐線掃描線或跨行掃描線等。舉例來說，當采用逐線掃描的辦法時，逐線掃描被測物體表面，同時獲取光學信號測量值，掃描結(jié)束時得到光學信號測量值和掃描位置值(即物體高度值)的變化曲線。由光學信號和高度的