專利名稱：對(duì)襯底的多層膜表面的顆粒幾何尺寸進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法
對(duì)襯底的多層膜表面的顆粒幾何尺寸進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備與檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及對(duì)襯底的多層膜表面的 顆粒幾何尺寸進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
在集成電路制造領(lǐng)域，隨著集成電路的特征尺寸不斷降低，芯片集成度不 斷提高， 一些新的材料、器件、工藝被不斷的采用，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式、制備方 法、測(cè)試方法等均面臨諸多挑戰(zhàn)。
半導(dǎo)體襯底表面顆粒的無(wú)損測(cè)試，是半導(dǎo)體襯底制備與檢測(cè)領(lǐng)域的重要技 術(shù)之一。由于集成電路制造要求半導(dǎo)體襯底表面的顆粒數(shù)量盡可能少，顆粒的 幾何尺寸盡可能小，因此在制造半導(dǎo)體襯底的過程中，需要對(duì)其表面的顆粒的 幾何尺寸和數(shù)目進(jìn)行無(wú)損的測(cè)試。
現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)半導(dǎo)體襯底表面顆粒進(jìn)行測(cè)試通常采用專門的測(cè)試儀器， 通過檢測(cè)反射光譜強(qiáng)度的分布來(lái)判定表面顆粒的尺寸。由于顆粒的存在，反射 光在顆粒的表面發(fā)生散射，散射光強(qiáng)以顆粒的中心為中心呈高斯分布。測(cè)試儀 器提供了散射強(qiáng)度高斯峰的寬度與顆粒幾何尺寸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線。 在檢測(cè)顆粒尺寸時(shí)，需要采用測(cè)試儀器對(duì)半導(dǎo)體襯底表面進(jìn)行無(wú)損的光學(xué)掃 描，測(cè)試儀器通過收集散射光強(qiáng)信號(hào)，計(jì)算出顆粒的表面發(fā)生散射的散射光強(qiáng) 的高斯峰的寬度，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)曲線相比對(duì)，從而識(shí)別出顆粒的幾何尺 寸。顆粒的幾何尺寸是指該顆粒在與襯底表面平行的方向上的橫向尺度的平均 值，所測(cè)的顆粒的幾何尺寸只是對(duì)顆粒的大小進(jìn)行整體的評(píng)估，而并不考慮顆 粒的幾何形狀。
現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)在于，測(cè)試儀器的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)是根據(jù)體材料襯底的情況建 立起來(lái)的，而體材料的特點(diǎn)在于只有一個(gè)反射面對(duì)入射的光線進(jìn)行反射，當(dāng)采 用此方法對(duì)表面具有多層膜的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行測(cè)試時(shí)，由于多層膜的存在，存在兩個(gè)甚至兩個(gè)以上的反射面對(duì)入射的光線進(jìn)行反射。多個(gè)反射面的反射光強(qiáng) 相互干涉，在顆粒表面的散射光強(qiáng)引入了額外的背底噪聲，背底噪聲過強(qiáng)的情 況下很容易造成測(cè)試儀器不能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出散射光強(qiáng)的高斯峰的寬度。由于 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)曲線并沒有考慮襯底多重反射對(duì)散射光強(qiáng)造成的影響，因 此將其與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行比對(duì)，得到的表面顆粒幾何尺寸的數(shù)據(jù) 也是不可靠的。由于上述原因，現(xiàn)有的薄膜表面顆粒的無(wú)損測(cè)試方法不能適用 于對(duì)多層膜襯底表面顆粒的無(wú)損測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種對(duì)襯底的多層膜表面的顆粒幾何 尺寸進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法，可以適用于對(duì)多層膜襯底表面顆粒進(jìn)行無(wú)損測(cè)試。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種對(duì)襯底的多層膜表面的顆粒尺寸進(jìn) 行無(wú)損檢測(cè)的方法，提供表面具有多層膜結(jié)構(gòu)的待測(cè)襯底，檢測(cè)附著于襯底的 多層膜表面的顆粒的幾何尺寸，包括如下步驟
第一步提供至少兩組標(biāo)準(zhǔn)顆粒，每組標(biāo)準(zhǔn)顆粒具有相同的幾何尺寸，不
同組的標(biāo)準(zhǔn)顆粒具有不同的幾何尺寸，每一組標(biāo)準(zhǔn)顆粒的實(shí)際幾何尺寸w,、
W2、……W^、 Wn是已知的，所述n為大于1的正整數(shù)。作為可選的技術(shù)方
案，所述每一組標(biāo)準(zhǔn)顆粒所具有的幾何尺寸均于0.1 |im至10nm的范圍內(nèi)選取， 因?yàn)橥ǔ５谋砻骖w粒尺寸都位于此范圍之內(nèi)，大于10pm的顆粒由于體積較大， 不容易吸附在表面，可以通過表面清洗等手段去除，而小于0.1pm的顆粒通常 不會(huì)對(duì)工藝造成影響，從而被忽略。作為可選的技術(shù)方案，所述各組標(biāo)準(zhǔn)顆粒 所具有的幾何尺寸之間的差的絕對(duì)值均大于0.01pm，此方案可以保證每一組 顆粒之間具有明顯的區(qū)分度，防止兩組顆粒由于尺寸相近導(dǎo)致無(wú)法區(qū)別，從而 造成測(cè)試時(shí)間和成本的浪費(fèi)。
第二步提供與待測(cè)襯底具有相同的多層膜結(jié)構(gòu)的清潔襯底作為測(cè)試襯 底，提供的測(cè)試襯底的數(shù)目與標(biāo)準(zhǔn)顆粒的分組數(shù)目相同。
第三步使每一組標(biāo)準(zhǔn)顆粒對(duì)應(yīng)分布于一個(gè)測(cè)試襯底的多層膜表面。作為
可選的技術(shù)方案，采用噴涂的方法使顆粒分布于測(cè)試襯底的多層膜表面。噴涂
的方法可以使顆粒較均勻的分布于多層膜的表面，盡量避免顆粒之間的粘連和 交疊，從而影響到測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。噴涂可以采用醫(yī)用噴霧器或者其他類似 的噴涂設(shè)備。
第四步:對(duì)每一個(gè)分布有標(biāo)準(zhǔn)顆粒的測(cè)試襯底的多層膜表面進(jìn)行光學(xué)掃
描，得到每一組標(biāo)準(zhǔn)顆粒的散射光強(qiáng)的高斯峰寬度G,、 G2、……G^、 Gn。
第五步建立標(biāo)準(zhǔn)顆粒的散射光強(qiáng)的高斯峰寬度W,、 W2、……W^、 Wn
與相應(yīng)的實(shí)際幾何尺寸Gp G2、……Gn.i、 Gn之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。此關(guān)系是基于 多層膜表面的測(cè)試結(jié)果而建立的，因此已經(jīng)包含有多層表面由于多界面反射對(duì) 散射光造成的影響。
第六步對(duì)待測(cè)襯底的多層膜表面進(jìn)行光學(xué)掃描，得到分布在其表面的每
一個(gè)顆粒的散射光強(qiáng)的高斯峰寬度G、、 G'2、……G'm，所述m為大于0的正整數(shù)。
第七步根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)顆粒的散射光強(qiáng)的高斯峰寬度與實(shí)際幾何尺寸之間的轉(zhuǎn) 換關(guān)系，得到其表面分布顆粒的實(shí)際幾何尺寸W、、 W'2、……W'm。由于高斯 風(fēng)寬度與幾何尺寸之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系是基于多層膜表面建立的，再用于測(cè)定先通 的多層膜表面顆粒尺寸，因此可以排除多層膜表面由于多次反射對(duì)散射光造成 的干擾，提高測(cè)試的可靠性。
作為可選的技術(shù)方案，所述表面具有多層膜結(jié)構(gòu)的待測(cè)襯底為SOI襯底。
SOI襯底是目前半導(dǎo)體材料領(lǐng)域常見的具有多層膜表面的襯底材料，此方法尤 其適用于對(duì)SOI襯底表面顆粒尺寸的測(cè)試。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試顆粒對(duì)應(yīng)分布于與待測(cè)襯底具有相同多 層膜結(jié)構(gòu)的測(cè)試襯底的多層膜表面，建立標(biāo)準(zhǔn)顆粒的散射光強(qiáng)的高斯峰寬度與 相應(yīng)的實(shí)際幾何尺寸之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，作為測(cè)定表面顆粒尺寸的依據(jù)。由于高 斯峰寬度與幾何尺寸之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系是基于多層膜表面建立的，再用于測(cè)定先 通的多層膜表面顆粒尺寸，因此可以排除多層膜表面由于多次反射對(duì)散射光造 成的干擾，提高測(cè)試的可靠性。

附圖1為本具體實(shí)施方式
所采用SOI襯底；
附圖2為本具體實(shí)施方式
標(biāo)準(zhǔn)顆粒的散射光強(qiáng)的高斯峰寬度與相應(yīng)的實(shí)際 幾何尺寸之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系的曲線。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的對(duì)襯底的多層膜表面的顆粒幾何尺寸進(jìn)行 無(wú)損檢測(cè)的方法的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說(shuō)明。
1、 提供六組標(biāo)準(zhǔn)顆粒，顆粒尺寸分別為0.220pm、 0.304^m、 0.360,、 0.494,、 1.1 lfim以及3.04,。
2、 提供五片清潔的SOI襯底作為測(cè)試襯底。附圖l為本具體實(shí)施方式
所 采用SOI襯底，頂層硅101厚度是150nm，絕緣埋層102的厚度是190nm。
3、 使用醫(yī)用噴霧器分別將不同大小的標(biāo)準(zhǔn)顆粒均勻的噴到不同的SOI襯 底表面，作為該類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)片。 ，
4、 將每個(gè)SOI襯底用無(wú)損顆粒測(cè)試設(shè)備Surfscan6420中裸硅測(cè)試程序進(jìn) 行無(wú)損掃描，找到標(biāo)準(zhǔn)顆粒的測(cè)試的高斯峰寬度C-Section，分別是0.0179、 0.0405、 0.0726、 0.400、 0.801以及1.72。
5、 繪制標(biāo)準(zhǔn)顆粒的散射光強(qiáng)的高斯峰寬度與相應(yīng)的實(shí)際幾何尺寸之間的 轉(zhuǎn)換關(guān)系的曲線，如附圖2所示。此曲線是基于SOI襯底表面的測(cè)試結(jié)果而建 立的，因此已經(jīng)包含有SOI襯底中頂層硅101和絕緣埋層102由于多界面反射 對(duì)散射光造成的影響。
6、 對(duì)待測(cè)的SOI襯底進(jìn)行光學(xué)掃描，得到分布在其表面的顆粒的散射光 強(qiáng)的高斯峰寬度。本次測(cè)試共測(cè)得五個(gè)顆粒，其高斯散射光強(qiáng)分別是0.0566、 0.0512、 0.0512、 0.0459以及0.0832，所述待測(cè)的SOI襯底的頂層硅厚度是 190nm，絕緣埋層的厚度是150nm。
7、 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)顆粒的散射光強(qiáng)的高斯峰寬度與實(shí)際幾何尺寸之間的轉(zhuǎn)換關(guān) 系，得到其表面分布顆粒的實(shí)際幾何尺寸，分別是0.31、 0.32、 0.32、 0.33以
及0.38。
在目前硅片制備技術(shù)中，大多利用光學(xué)反射散射原理使用裸硅測(cè)試方法對(duì) 晶圓表面進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，但是由于SOI多層結(jié)構(gòu)的特殊性，不同的膜厚、各
界面及表面粗糙度對(duì)光路的影響較大，單一的裸硅測(cè)試程序測(cè)試偏差較大，測(cè)
試結(jié)果準(zhǔn)確性差，而對(duì)SOI制備中的半成品使用裸硅測(cè)試程序得到的結(jié)果根
本無(wú)參考性。而上述技術(shù)方案通過標(biāo)準(zhǔn)顆粒找到和裸硅的對(duì)比誤差，做出的新
的對(duì)比曲線，有效的將SOI由于結(jié)構(gòu)的特殊性引起的各類誤差降到了最低，根 據(jù)新測(cè)試曲線編制的程序，其測(cè)試結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確，為SOI材料生產(chǎn)制備質(zhì)量控
制提供了有效的表面數(shù)據(jù)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些 改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)襯底的多層膜表面的顆粒尺寸進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法，針對(duì)表面具有多層膜結(jié)構(gòu)的待測(cè)襯底，檢測(cè)附著于襯底的多層膜表面的顆粒的幾何尺寸，其特征在于，包括如下步驟提供至少兩組標(biāo)準(zhǔn)顆粒，每組標(biāo)準(zhǔn)顆粒具有相同的幾何尺寸，不同組的標(biāo)準(zhǔn)顆粒具有不同的幾何尺寸，每一組標(biāo)準(zhǔn)顆粒的實(shí)際幾何尺寸W1、W2、……Wn-1、Wn是已知的，所述n為大于1的正整數(shù)；提供與待測(cè)襯底具有相同的多層膜結(jié)構(gòu)的清潔襯底作為測(cè)試襯底，提供的測(cè)試襯底的數(shù)目與標(biāo)準(zhǔn)顆粒的分組數(shù)目相同；使每一組標(biāo)準(zhǔn)顆粒對(duì)應(yīng)分布于一個(gè)測(cè)試襯底的多層膜表面；對(duì)每一個(gè)分布有標(biāo)準(zhǔn)顆粒的測(cè)試襯底的多層膜表面進(jìn)行光學(xué)掃描，得到每一組標(biāo)準(zhǔn)顆粒的散射光強(qiáng)的高斯峰寬度G1、G2、……Gn-1、Gn；建立標(biāo)準(zhǔn)顆粒的散射光強(qiáng)的高斯峰寬度W1、W2、……Wn-1、Wn與相應(yīng)的實(shí)際幾何尺寸G1、G2、……Gn-1、Gn之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；對(duì)待測(cè)襯底的多層膜表面進(jìn)行光學(xué)掃描，得到分布在其表面的每一個(gè)顆粒的散射光強(qiáng)的高斯峰寬度G′1、G′2、……G′m，所述m為大于0的正整數(shù)；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)顆粒的散射光強(qiáng)的高斯峰寬度與實(shí)際幾何尺寸之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到其表面分布顆粒的實(shí)際幾何尺寸W′1、W′2、……W′m。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)襯底的多層膜表面的顆粒尺寸進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方 法，其特征在于，所述表面具有多層膜結(jié)構(gòu)的待測(cè)襯底為SOI襯底。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)襯底的多層膜表面的顆粒尺寸進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方 法，其特征在于，所述每一組標(biāo)準(zhǔn)顆粒所具有的幾何尺寸均于0.1 pm至10pm 的范圍內(nèi)選取。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)襯底的多層膜表面的顆粒尺寸進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方 法，其特征在于，所述各組標(biāo)準(zhǔn)顆粒所具有的幾何尺寸之間的差的絕對(duì)值 均大于0.01pm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)襯底的多層膜表面的顆粒尺寸進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方 法，其特征在于，采用噴涂的方法使顆粒分布于測(cè)試襯底的多層膜表面。
全文摘要
一種對(duì)襯底的多層膜表面的顆粒尺寸進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法，提供表面具有多層膜結(jié)構(gòu)的待測(cè)襯底，檢測(cè)附著于襯底的多層膜表面的顆粒的幾何尺寸。采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試顆粒對(duì)應(yīng)分布于與待測(cè)襯底具有相同多層膜結(jié)構(gòu)的測(cè)試襯底的多層膜表面，建立標(biāo)準(zhǔn)顆粒的散射光強(qiáng)的高斯峰寬度與相應(yīng)的實(shí)際幾何尺寸之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，作為測(cè)定表面顆粒尺寸的依據(jù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，由于高斯峰寬度與幾何尺寸之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系是基于多層膜表面建立的，再用于測(cè)定先通的多層膜表面顆粒尺寸，因此可以排除多層膜表面由于多次反射對(duì)散射光造成的干擾，提高測(cè)試的可靠性。
文檔編號(hào)G01B11/00GK101354236SQ20081004140
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者斐 葉, 李顯元, 肖型奎, 杰 陳 申請(qǐng)人:上海新傲科技有限公司