一种基于晶圆承载台三维形貌快速聚焦的方法技术

一种基于晶圆承载台三维形貌快速聚焦的方法，包括采集：大范围聚焦采集形貌标定晶圆在晶圆承载台上时的三维形貌特征信息，作为形貌标定数据；使用过程包括：一、载入实测晶圆，利用当前光学系统对晶圆的参考测量点大范围聚焦得到实际焦点值；利用形貌标定数据和参考测量点的坐标信息算出标定用光学系统在该处的标定焦点，读取当前光学系统与标定用光学系统的光学焦点偏差；算出实际焦点值偏离标定焦点值的距离；二、利用形貌标定数据和测量点坐标算出标定用光学系统在测量点的标定焦点，读取光学焦点偏差，算出当前光学系统的起始聚焦位置；三、进行小范围聚焦找到满足容差的焦点位置。本发明专利技术能够缩短聚焦时间，提高聚焦效率，且能实现精准对焦。且能实现精准对焦。且能实现精准对焦。

【技术实现步骤摘要】
一种基于晶圆承载台三维形貌快速聚焦的方法


[0001]本专利技术涉及半导体的加工制造领域，具体涉及一种基于晶圆承载台三维形貌快速聚焦的方法。

技术介绍

[0002]光学量测技术以其无损、高速等特点被广泛应用于半导体生产环节中。
[0003]随着半导体技术的发展，对光学量测系统的聚焦精确性和重复性要求越来越高，聚焦精度要求以达到亚微米级。依据SEMI的标准，晶圆的厚度偏差会达到正负50微米，因此，每次聚焦时聚焦系统需要在正负50微米的范围内寻找出亚微米误差的焦点位置。
[0004]现有聚焦方法一般都是考虑了晶圆厚度变化和承载台本身形貌变化范围后的大范围聚焦方法，也有使用第一个量测点聚焦结果作为后续其它测量点聚焦基准，以此缩小后续量测点的聚焦范围的方法。但是无论哪一种都需要将晶圆承载台的三维形貌差异引起的焦点变化代入到聚焦范围中，从而导致聚焦时间的变长。
[0005]此外，在某些量测系统中存在需要晶圆多次旋转、多次测量的情况，由于运动平台旋转轴的旋转会引起晶圆承载台的三维形貌的变化，从而引起聚焦范围的变化。因此，为了能够聚焦成功，只能加大聚焦范围，从而也会导致聚焦时间的变长。
[0006]因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本专利技术所要研究解决的课题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种基于晶圆承载台三维形貌快速聚焦的方法。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于晶圆承载台三维形貌快速聚焦的方法，包括形貌标定数据的采集以及使用；形貌标定数据的采集包括：利用形貌标定晶圆和标定用光学系统，运用大范围聚焦的方式采集所述形貌标定晶圆在晶圆承载台上时的三维形貌特征信息，并作为形貌标定数据；形貌标定数据的使用过程包括：S01、载入实际测量晶圆，利用当前光学系统，对晶圆的第一测量点进行大范围聚焦，得到实际焦点值，该第一测量点作为参考测量点；利用所述形貌标定数据和所述参考测量点的坐标信息，计算出标定用光学系统在第一测量点位置的标定焦点，读取当前光学系统与标定用光学系统的光学焦点偏差；计算出实际焦点值偏离标定焦点值的距离；S02、实际测量时，利用形貌标定数据和测量点坐标计算出标定用光学系统在测量点的标定焦点，读取光学焦点偏差，计算出当前光学系统的起始聚焦位置；S03、基于起始聚焦位置进行小范围聚焦，最终找到满足容差的焦点位置。
[0009]上述技术方案中的有关内容解释如下：
1．上述方案中，于所述形貌标定数据的采集中，所述形貌标定晶圆在晶圆承载台上时的三维形貌特征信息为（θ、X、Y、Z）。
[0010]2．上述方案中，于所述形貌标定数据的使用过程中，S01中，所述参考测量点的坐标信息为（θ1、X1、Y1）；计算出实际焦点值偏离标定焦点值的距离Zm
offset
的公式如下：Zm
offset
=Z1‑
Zsystem
offset
‑
Z1’
；其中Z1为实际焦点值，Z1’
为标定焦点值，Zsystem
offset
为当前光学系统与标定用光学系统的光学焦点偏差；S02中，所述测量点的坐标信息为（θ2、X2、Y2）；计算出当前光学系统的起始聚焦位置Zmi
’
的公式如下：Z
mi
’
=Z2’
+Zm
offset
+Zsystem
offset
；其中Z2’
为标定用光学系统对测量点的标定焦点；S03中，焦点位置为Z
m
。
[0011]3．上述方案中，形貌标定数据的采集包括：S11、载入一形貌标定晶圆；S12、选定一光学系统作为标定用光学系统，用于晶圆承载台的三维形貌标定；S13、若晶圆承载台存在θ轴，且需要旋转，则根据旋转角度范围设定N个标定角度，各标定角度间的步长相等，以此建立一标定角度集；所述旋转角度范围大于0
°
且小于或等于360
°
，所述标定角度集表达为：{Angle1，Angle2，
……
Angle
I
，
……
Angle
N
}，1≤I≤N；如不需要旋转，则所述标定角度集表达为{Angle
1 = 0}；S14、选择晶圆上的标定位置，该标定位置的数量为n个，以此建立一标定位置集，该标定位置集表达为：{(X1,Y1)、(X2,Y2)、
……
(X
i
,Y
i
)、
……
(X
n
,Y
n
)}，1≤i≤n；S15、绕θ轴旋转晶圆承载台，使其到达S13中的设定角度Angle
I
；S16、对S14中所述标定位置集中的各所述标定位置依次使用所述标定用光学系统进行分别聚焦，获得一组标定数据，该组标定数据表达为：Angle= Angle
I
；Profiles={(X1’
,Y1’
,Z1’
)、(X2’
,Y2’
,Z2’
)、
……
(X
i
’
,Y
i
’
,Z
i
’
)、
……
(X
n
’
,Y
n
’
,Z
n
’
)}；S17、重复S15和S16，直至S13中的N个标定角度均已完成对应标定位置集的标定；S18、存储所有的标定数据到一标定文件中，至此完成所述形貌标定数据的采集。
[0012]4．上述方案中，使用所述形貌标定数据进行快速聚焦的步骤包括：S21、载入当前需要实际测量的晶圆；S22、读取所述标定用光学系统与当前量测使用的光学系统的光学焦点偏差Zsystem
offset
；S23、判断晶圆承载台是否要绕自身θ轴旋转；如需要旋转，则将晶圆承载台旋转至测量所需角度θ
m
；如不需要旋转，则θ
m
为0度；
S24、通过所述晶圆承载台或当前量测使用的光学系统的运动，使实际测量晶圆的一参考测量点位于当前光学系统的聚焦范围内；使用当前光学系统对所述实际测量晶圆的所述参考测量点处进行大范围聚焦；聚焦完成后，所述参考测量点的三维形貌特征表达为{(X
m1
’
,Y
m1
’
,Z
m1
’
)}；依据所述形貌标定数据进行如下操作：a）在所述标定角度集中查找和当前量测角度θ
m
最近的角度；b）当标定角度范围为非360
°
时，若θ
m
<Angle1，则形貌数据选取Angle1对应的形貌标定数据；若θ
m
>Angle
N
, 则形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于晶圆承载台三维形貌快速聚焦的方法，其特征在于：包括形貌标定数据的采集以及使用；形貌标定数据的采集包括：利用形貌标定晶圆和标定用光学系统，运用大范围聚焦的方式采集所述形貌标定晶圆在晶圆承载台上时的三维形貌特征信息，并作为形貌标定数据；形貌标定数据的使用过程包括：S01、载入实际测量晶圆，利用当前光学系统，对晶圆的第一测量点进行大范围聚焦，得到实际焦点值，该第一测量点作为参考测量点；利用所述形貌标定数据和所述参考测量点的坐标信息，计算出标定用光学系统在第一测量点位置的标定焦点，读取当前光学系统与标定用光学系统的光学焦点偏差；计算出实际焦点值偏离标定焦点的距离；S02、实际测量时，利用形貌标定数据和测量点坐标计算出标定用光学系统在测量点的标定焦点，读取光学焦点偏差，计算出当前光学系统的起始聚焦位置；S03、基于起始聚焦位置进行小范围聚焦，最终找到满足容差的焦点位置。2.根据权利要求1所述的快速聚焦的方法，其特征在于：于所述形貌标定数据的采集中，所述形貌标定晶圆在晶圆承载台上时的三维形貌特征信息为（θ、X、Y、Z）。3.根据权利要求1或2所述的快速聚焦的方法，其特征在于：于所述形貌标定数据的使用过程中，S01中，所述参考测量点的坐标信息为（θ1、X1、Y1）；计算出实际焦点值偏离标定焦点值的距离Zm
offset
的公式如下：Zm
offset
=Z1‑
Zsystem
offset
‑
Z1’
；其中Z1为实际焦点值，Z1’
为标定焦点值，Zsystem
offset
为当前光学系统与标定用光学系统的光学焦点偏差；S02中，所述测量点的坐标信息为（θ2、X2、Y2）；计算出当前光学系统的起始聚焦位置Zmi
’
的公式如下：Z
mi
’
=Z2’
+Zm
offset
+Zsystem
offset
；其中Z2’
为标定用光学系统对测量点的标定焦点值；S03中，焦点位置为Z
m
。4.根据权利要求1所述的快速聚焦的方法，其特征在于：形貌标定数据的采集包括：S11、载入一形貌标定晶圆；S12、选定一光学系统作为标定用光学系统，用于晶圆承载台的三维形貌标定；S13、若晶圆承载台存在θ轴，且需要旋转，则根据旋转角度范围设定N个标定角度，各标定角度间的步长相等，以此建立一标定角度集；所述旋转角度范围大于0
°
且小于或等于360
°
，所述标定角度集表达为：{Angle1，Angle2，
……
Angle
I
，
……
Angle
N
}，1≤I≤N；如不需要旋转，则所述标定角度集表达为{Angle
1 = 0}；S14、选择晶圆上的标定位置，该标定位置的数量为n个，以此建立一标定位置集，该标定位置集表达为：
{(X1,Y1)、(X2,Y2)、
……
(X
i
,Y
i
)、
……
(X
n
,Y
n
)}，1≤i≤n；S15、绕θ轴旋转晶圆承载台，使其到达S13中的设定角度Angle
I
；S16、对S14中所述标定位置集中的各所述标定位置依次使用所述标定用光学系统进行分别聚焦，获得一组标定数据，该组标定数据表达为：Angle= Angle
I
；Profiles={(X1’
,Y1’
,Z1’
)、(X2’
,Y2’
,Z2’
)、
……
(X
i
’
,Y
i
’
,Z
i
’
)、
……
(X
n
’
,Y
n
’
,Z
n
’
)}；S17、重复S15和S16，直至S13中的N个标定角度均已完成对应标定位置集的标定；S18、存储所有的标定数据到一标定文件中，至此完成所述形貌标定数据的采集。5.根据权利要求4所述的快速聚焦的方法，其特征在于：使用所述形貌标定数据进行快速聚焦的步骤包括：S21、载入当前需要实际测量的晶圆；S22、读取所述标定用光学系统与当前量测使用的光学系统的光学焦点偏差Zsystem
offset
；S23、判断晶圆承载台是否要绕自身θ轴旋转；如需要旋转，则将晶圆承载台旋转至测量所需角度θ
m
；如不需要旋转，则θ
m
为0度；S24、通过所述晶圆承载台或当前量测使用的光学系统的运动，使实际测量晶圆的一参考测量点位于当前光学系统的聚焦范围内；使用当前光学系统对所述实际测量晶圆的所述参考测量点处进行大范围聚焦；聚焦完成后，所述参考测量点的三维形貌特征表达为{(X
m1
’
,Y
m1
’
,Z
m1
’
)}；依据所述形貌标定数据进行如下操作：a）在所述标定角度集中查找和当前量测角度θ
m
最近的角度；b）当标定角度范围为非360
°
时，若θ
m
<Angle1，则形貌数据选取Angle1对应的形貌标定数据；若θ
m
>Angle
N
, 则形貌数据选取Angle
N
对应的形貌标定数据；若θ
m
=Angle
I
，则形貌数据选取Angle
I
对应的形貌标定数据；当标定角度范围为360
°
时，θ
m
=Angle
I
，形貌数据选取Angle
I
对应的形貌标定数据；若Angle
I
<θ
m <Angle
J
，则Angle
I
和Angle
J
分别对应一套形貌标定数据；c）在选取的形貌标定数据中计算出（X
m1
’
,Y
m1
’
,Z
t1
），Z
t1
为形貌标定数据中（X
m1
’
,Y
m1
’
）处的标定焦点值；d）计算出实际焦点值Z
m1
’
偏离标定焦点值Z
t1
的距离Zm
offset
并进行保存，计算公式如下：Zm
offset =Z
m1
’‑ꢀ
Zsystem
offset
ꢀ‑
Z
t1
；S25、测量下一点，将晶圆承载台绕θ轴旋转到测量所需角度θ
mi
，如无需旋转则θ轴默认为0度；a）使用S24中的a)~c)计算出所述标定用光学系统在θ
mi
，（X
mi
,Y
mi
）位置的标定焦点Z
tmi
；b）计算出所述当前光学系统的起始聚焦位置Z
mi
’
，计算公式如下：Z
mi
’
=Z
tmi
+Zm
offset
+Zsystem
offset
；S26、基于Z
mi
’
进行小范围聚焦，最终找到满足容差的焦点位置；S27、重复S25和S26，直至所有的测量点完成聚焦测量。6.根据权利要求5所述的快速聚焦的方法，其特征在于：
于S24的c）中，在选取的形貌标定数据中计算出（X
m1
’
,Y
m1
’
,Z
t1
），Z
t1
为形貌标定数据中（X
m1
’
,Y
m1
’
）处的标定焦点值，该Z
t1
的算法如下：若（X
m1
’
,Y
m1
’
）周围有四个标定位置，将这四个标定位置分别定义为P1{X1,Y1,Z1}、P2{X2,Y2,Z2}、P3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，
申请(专利权)人：江苏匠岭半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：