[发明专利]硅片表面不平整度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种测量方法，特别是一种硅片表面不平整度测量方法，属于物理测量领域。

背景技术

随着IC工业的飞速发展，芯片尺寸不断加大，集成电路设计线宽不断减小，对硅材料晶体内部及硅片表面的质量要求也越来越高。随着器件特征尺寸的减小，对硅材料表面的要求越来越苛刻，表面好坏，直接影响到器件的加工质量和成品率。因此，硅片的不平整度是微电子生产工艺中的一个重要的测试项目。在硅片的不平整度检验中，国内用得较多的是电容法不平整度测量台。该仪器只能检测出硅片和测头之间的间隙变化，为了测出整块硅片的不平整度，检测时需让硅片绕测头作十字及圆形的扫描。此仪器的优点是灵敏度较高、可数字显示，缺点是价格较贵、误差的直观性差及测量比较费时。为克服上述缺点，目前使用较多的是激光平面干涉仪、以及利用斜入射干涉原理设计和制造的硅片不平整度测试仪。这些仪器中光学元件的精度要求很高，整机结构复杂，使仪器的成本大为增加。也有采用获国家专利的掠射式镜面莫尔轮廓测量技术的GP一1型硅片不平整度测试仪，这种仪器结构较为简单，对仪器中光学元件的精度要求不高。但上述几种仪器仅能达到微米级的灵敏度，对硅片表面的要求越来越苛刻的现代工艺已难以适应。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提出一种利用紫外光源激发双面金属包覆波导超高阶导模共振的测量方法及其装置。该方案能测量硅片表面纳米量级的不平整度，具有灵敏度高，测量时间短，实用性强的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明测量系统包括：双面金属包覆波导超高阶导模共振激发结构A和光电发射与信号探测模块B。

双面金属包覆波导超高阶导模共振激发结构包括：铝膜、石英玻璃基片、玻璃垫圈和硅片等部件组成。铝膜沉积在石英玻璃基片表面，为保证平行度，玻璃垫圈与石英玻璃基片通过光胶技术粘合，使铝膜、石英玻璃基片和玻璃垫圈结合为一体。把上述结构直接放于待测硅片表面，使其紧密接触，构成双面金属包覆波导超高阶导模共振激发结构。石英玻璃基片2的厚度约为500μm，而玻璃垫圈3的厚度约为300μm，两者之和(800μm)即是双面金属包覆波导导波层的厚度。

光电发射与信号探测模块包括：紫外激光器、扩束镜和面阵CCD探测器。紫外激光器发射的光经过扩束镜后，成为平行光，并以一小角度入射于铝膜的表面，反射光投影到光强测量装置——面阵CCD探测器。在一小角度范围内连续变化激光入射角度，并同时记录反射光强，形成反射率——入射角度曲线，确定一超高阶导模的衰减全反射吸收(ATR)峰下降沿的中点处作为固定的入射角，观察反射光斑中的光强分布，根据光强分布确定硅片表面的平整度；

双面金属包覆波导超高阶导模共振激发的标志是反射率-入射角度曲线上的衰减全反射(ATR)吸收峰。在确定一超高阶导模的衰减全反射吸收(ATR)峰下降沿的中点处作为固定的入射角情况下，这时，反射光的强度一定。由于ATR吸收峰的角位置是双面金属包覆波导导波层厚度的灵敏函数，当硅片表面某处凹凸不平时，表明该处空气层厚度，也就是导波层厚度有变化，从而引起该处ATR峰的移动，产生反射光的变化。因此可根据反射光斑中光强的分布，确定硅片表面的不平整度。由于ATR曲线下降沿的中点处具有极好的线性度，因此可根据反射光斑中光强的分布确定待测硅片表面的不平整度。

本发明具有以下优点：(1)采用紫外激光λ＝244nm激发由铝膜和硅片(λ＝244nm)作为金属覆盖层的双面金属包覆波导中的超高阶导模，产生衰减全反射(ATR)吸收峰。由于ATR峰的角位置是导波层厚度的灵敏函数，而导波层厚度与硅片表面的不平整度相关，因此，可根据反射率-入射角曲线上的ATR峰的角位置确定硅片表面的不平整度；(2)用扩束的平行光照射，光束的直径与待测硅片的大小相当。硅片表面的不平整度由反射光斑中的光强分布反映。因此，测量反射光斑的图像即可得到硅片表面的不平整度。(3)测量范围为1nm～10nm，测量的分辨率为1.0nm。(4)测量装置结构简单，灵敏度高；不需要光束扫描，测量时间短；操作方便，成本低廉。

附图说明

图1本发明硅片表面不平整度测量方法装置图

图2超高阶导模ATR吸收峰位置随导波层厚度(对应硅片表面的不平整度)的变化

具体实施方式

如图所示，本发明是一种用于硅片表面不平整度测量方法包括两个模块：双面金属包覆波导超高阶导模共振激发结构A和光电发射与信号探测模块B。