快速测量物体表面面形的方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明总的涉及测量检测技术领域，尤其涉及物体表面有微小高度差别的面形重构技术及其在半导体工艺中测量硅片表面残余全局应力的应用。
【背景技术】
[0002]面形重构技术主要是测量物体表面足够多的独立的点的高度，这些点组成线，SP可知道在这条线上的面形细节。足够多且能够覆盖整个物体表面的线即可重构物体表面。
[0003]重构物体表面面形的技术需求在精密工艺领域非常重要。比如在半导体产业中，使用位置敏感器件(PSD)等精密仪器扫描得到硅片表面面形，可以进一步估算残余应力。在这些情况下，物体表面的高度差别很小。同时，为防止破坏物体表面，面形重构一般需要非接触、无损等技术手段。光学测量方式是非接触式无损测量物体表面高度的一个非常好的技术手段。
[0004]采用光学测量方式来测量物体表面高度一般是在每个测量点测量光学信号(比如能量，或者聚焦)，通过光学信号和位置的对应关系，得到该点的高度信息。这种获取光学信号的常规测量方式对于重构物体表面是可行且正确的，但是测量速度比较慢。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于对上述现有测量方法加以改进，提出一种快速测量物体表面面形的方法，利用光学信号快速无损地重构平面物体的表面面形。
[0006]根据本发明的一个方面，快速测量物体表面面形的方法中使用光学信号对物体表面进行面形重构，所述方法包括:
[0007]a、预先获取光学信号与位置的关系，确定所述光学信号与位置一一对应的线性区间；
[0008]b、按照精度要求确定物体表面的扫描线，扫描物体表面,获得光学信号和扫描位置变化的扫描曲线；
[0009]C、在扫描过程中对扫描曲线进行修正，使超出所述线性区间的光学信号回到线性区间；
[0010]d、扫描结束后，由所述光学信号和位置的对应关系给出扫描曲线上各处的位置；
[0011]e、将经修正的扫描曲线竖直平移至与未修正的扫描曲线连接，以重构整个物体表面面形。
[0012]在一些情形中，如果存在多个光学信号与位置一一对应的线性区间，则选取多个线性区间中位置对光学信号敏感强度最大的一个线性区间。
[0013]在一些情形中，所述步骤c中的所述修正为调整所述物体的高度。
[0014]在一些情形中，所述步骤c中的所述修正使得超出所述线性区间的光学信号回到线性区间的中间位置。
[0015]在一些情形中，所述光学信号为聚焦误差信号FES、干涉条纹或光强。
[0016]根据一种实施方式，所述光学信号为聚焦误差信号FES，所述位置为物体的高度z，其中，FES最大值FESmax对应z最大值zmax，FES最小值FESmin对应z最小值zmin，所述光学信号与位置一一对应的线性区间为Zmax到Zmin之间。
[0017]有利地，所述步骤c中，当测量的FES值接近FESmax时，即|FES-FESmax< I FESmax-FESmin I /10，调整物体高度z值到I FESmax-FESmin | /2处；当测量的FES值接近FESmin时，即 |FES-FESmin| < I FESmax-FESmin I/10，调整物体高度 z 值到 | FESmax-FESmin |/2 处。
[0018]有利地，在调整物体高度z值时，对调整前后的同一点扫描记录两次FES值。
[0019]根据本发明的另一方面，上述快速测量物体表面面形的方法被应用在半导体工艺中测量硅片表面残余全局应力。硅片的表面面形的起伏仅在毫米量级以下，通常，硅片表面需要用物理或者化学方法生长各种膜层结构，这些膜层结构会导致硅片表面有残余的应力。为了防止硅片被破坏，需要随时了解这些残余应力。测量残余全局应力的一个方法就是测量硅片在生长结构前后的表面形状，一般仅需要一条线，不需要整个面形。应用本发明的快速测量物体表面面形的方法，可通过探测物体表面的反射光信号，利用反射光信号与高度之间的一一对应关系得到表面面形，测量过程中不需接触平面物体表面，能够防止破坏或者污染物体表面，同时测量过程快速精确。
【具体实施方式】
[0020]下面详细讨论应用本发明快速测量物体表面面形的方法的具体实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。
[0021]以半导体工艺中测量硅片表面残余全局应力为例说明本发明。
[0022]全局应力测量主要是获取硅片在直径方向上的相对高度变化。在通常的光学信号测量方式中，可以采用的光学信号有很多。本领域技术人员应能理解，对于本发明而言，可采用的光学信号需随着被测量物体的表面高度的一定范围内的变化而在一定范围内变化，这样的测量信号可例如包括但不限于聚焦误差信号(Focus Error Signal, FES)、干涉条纹或光强等。作为不例，在一种实施方式中可选择FES作为测量信号,其中，FES值与娃片表面的高度z值之间有较长的线性区间，不同的z值位置处FES值不一样。在FES最大值FESmax(对应Zmax)和FES最小值FESmin(对应zmin)之间，z值和FES值是一一对应的，即线性区间。
[0023]本发明充分利用线性区间中光学信号测量值(例如，FES值)和位置值(例如，高度z值)的--对应关系，设计使得承载娃片的卡盘以一定的速度曲线V = f (r)带动娃片沿着预定直径方向运动，其中r为运动过程中各点到硅片中心的距离。同时同步采集光学信号测量值FES值FES = g(r)。首先在硅片预定扫描直径方向上选择一点聚焦成功，一般选择扫描起点，接下来在直径方向的扫描就在这个高度值的z坐标下进行。
[0024]测量时，可根据所需精度要求来确定物体表面的扫描线，例如包括但不限于逐点扫描线、逐线扫描线或跨行扫描线等。举例来说，当采用逐线扫描的办法时，逐线扫描被测物体表面，同时获取光学信号测量值，扫描结束时得到光学信号测量值和扫描位置值(即物体高度值)的变化曲线。由光学信号和高度的