一種用于半導體器件材料厚度的光學測量方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體器件材料參數(shù)的測量技術(shù)領域，具體涉及一種用于半導體器件材料厚度的光學測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚焦的激光微束能夠與半導體器件相互作用，以此技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的應用領域包括:用于失效分析的光子發(fā)射顯微鏡、掃描光束技術(shù)和共聚焦激光掃描顯微鏡，用于故障注入的密碼芯片激光攻擊安全評測技術(shù)，用于器件抗輻照能力測試的脈沖激光模擬單粒子效應和瞬態(tài)劑量率效應試驗技術(shù)。上述應用領域的一個共同特征在于聚焦的激光微束需要穿過器件襯底材料或正面鈍化層，定位于器件內(nèi)部的特定區(qū)域才能完成試驗測試。在光與材料的作用過程中，包括了器件材料表面和界面處的反射，光穿過材料引起的能量衰減等。為方便將聚焦激光微束定位于器件指定位置，并能得到指定區(qū)域的激光能量數(shù)值，需要明確器件材料的厚度。
[0003]針對器件材料厚度的測量方法，在當前測量領域是較為成熟的技術(shù)手段，最常用的是利用膜厚測試儀進行測量。其基本的原理是利用光的干涉原理進行被測材料的厚度測量，對于經(jīng)過計量校準的設備測量具有較高的準確度。但考慮到并不是所有的試驗現(xiàn)場都有膜厚測量設備，以及存在測量成本較高的問題，使得上述測量方法難于推廣應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，為解決現(xiàn)有技術(shù)中采用膜厚測試儀測量半導體器件材料厚度的成本較高，難于實施的技術(shù)問題，提供一種用于半導體器件材料厚度的光學測量方法。利用該光學測量方法能夠?qū)崿F(xiàn)材料厚度的現(xiàn)場原位測量，降低了測量成本。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于半導體器件材料厚度的光學測量方法，包括以下步驟:
[0006]步驟I)通過聚焦的激光垂直照射置于空氣中的半導體器件；
[0007]步驟2)垂直移動半導體器件，以調(diào)節(jié)激光的聚焦平面移至半導體器件的上表面，使得其上表面產(chǎn)生的反射光通過CCD相機接收后形成清晰的光斑成像，然后記錄半導體器件的高度h2;
[0008]步驟3)繼續(xù)垂直移動半導體器件，以調(diào)節(jié)激光的聚焦平面移至半導體器件的下表面，使得其下表面產(chǎn)生的反射光通過CCD相機接收后形成清晰的光斑成像，然后記錄半導體器件的高度Ii1;
[0009]步驟4)利用公式h = η.Δ Z計算得出半導體器件的厚度h，其中η表示半導體器件的材料折射率，AZ = Ill-1l2。
[0010]作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述聚焦的激光可采用聚焦激光微束。
[0011]本發(fā)明的一種用于半導體器件材料厚度的光學測量方法優(yōu)點在于:
[0012]本發(fā)明的光學測量方法利用光在不同材料的界面處具有較強的反射原理，測量時將聚焦光束的焦平面分別定位于被測材料的兩個界面處，得出聚焦光束定位距離AZ，在依據(jù)h = η.Δ Z公式，其中η為被測材料的折射率，計算得到被測材料的厚度h，無需增加膜厚測量設備，即可實現(xiàn)材料厚度的現(xiàn)場原位測量，降低了測量成本。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的一種用于半導體器件材料厚度的光學測量方法流程圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的用于半導體器件材料厚度的光學測量方法操作原理圖。
[0015]圖3是實施本發(fā)明光學測量方法的光學測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明所述的一種用于半導體器件材料厚度的光學測量方法進行詳細說明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明的一種用于半導體器件材料厚度的光學測量方法，包括以下步驟:
[0018]步驟I)通過聚焦的激光垂直照射置于空氣中的半導體器件；
[0019]步驟2)垂直移動半導體器件，以調(diào)節(jié)激光的聚焦平面移至半導體器件的上表面，使得其上表面產(chǎn)生的反射光通過CCD相機接收后形成清晰的光斑成像，然后記錄半導體器件的高度h2;
[0020]步驟3)繼續(xù)垂直移動半導體器件，以調(diào)節(jié)激光的聚焦平面移至半導體器件的下表面，使得其下表面產(chǎn)生的反射光通過CCD相機接收后形成清晰的光斑成像，然后記錄半導體器件的高度Ii1;
[0021]步驟4)利用公式h = η.Δ Z計算得出半導體器件的厚度h，其中η表示半導體器件的材料折射率，AZ = Ill-1l2。
[0022]實施例一
[0023]本實施方式以測量硅基器件的硅襯底材料厚度為例，實施上述光學測量方法的光學測量系統(tǒng)如圖3所示，包括:完成入射光束分光的透反鏡或其它光學設備具有的光學鏡片組件，顯微物鏡，成像用CCD相機，被測樣品和手動或電動移動臺。透反鏡用于光束的導入、透射和反射，顯微物鏡用于對光束進行聚焦，CCD相機用于接收反射光后形成光斑成像，移動臺用于記錄聚焦平面在樣品下表面的樣品高度和聚焦于樣品上表面的樣品高度。
[0024]半導體器件材料厚度測量所用的設備是能夠完成激光微束聚焦的裝置，且必須包括一個可用于反射光成像的CCD相機，和一個可用于在Z軸方向上移動被測樣品的精度達到微米的移動臺。
[0025]利用上述光學測量系統(tǒng)實施本發(fā)明的光學測量方法，其操作原理如圖2所示，首先將激光微束的聚焦平面定位于硅襯底材料與空氣相接觸的上表面，只有激光的聚焦平面在上表面處發(fā)生反射導致光束返回CCD時才可以成像，此時由于上表面產(chǎn)生的反射光會在CCD相機上形成光斑成像。然后，利用移動臺在材料內(nèi)部調(diào)節(jié)激光微束的聚焦平面，由于硅襯底材料的下表面也存在反射現(xiàn)象，因此把聚焦平面調(diào)節(jié)到下表面位置，此時CCD相機上也會形成清晰的光斑成像。同時，記錄聚焦平面分別位于硅襯底材料下表面和上表面時硅襯底材料的高度匕和h 2。
[0026]由兩次娃襯底材料的高度hjP h 2，得出聚焦光束定位距離Ii1-1i2= ΔΖ，在依據(jù)h=η.△ Z公式計算得到半導體器件的厚度h，其中η為被測材料的折射率。上述公式即是光程的定義，實質(zhì)上是指在相同傳播時間的條件下，把光在介質(zhì)中傳播的路程折合為光在真空中傳播的相應路程。在數(shù)值上，光程等于介質(zhì)折射率乘以光在介質(zhì)中傳播的路程，即聚焦光束定位距離Ii1-1i2= Δ Ζ，乘以材料的折射率η得到光在空氣中傳播的距離h = η.ΔΖ。
[0027]最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1.一種用于半導體器件材料厚度的光學測量方法，其特征在于，包括: 步驟I)通過聚焦的激光垂直照射置于空氣中的半導體器件； 步驟2)垂直移動半導體器件，以調(diào)節(jié)激光的聚焦平面移至半導體器件的上表面，使得其上表面產(chǎn)生的反射光通過CCD相機接收后形成清晰的光斑成像，然后記錄半導體器件的高度h2; 步驟3)繼續(xù)垂直移動半導體器件，以調(diào)節(jié)激光的聚焦平面移至半導體器件的下表面，使得其下表面產(chǎn)生的反射光通過CCD相機接收后形成清晰的光斑成像，然后記錄半導體器件的高度h1; 步驟4)利用公式h = η.△ Z計算得出半導體器件的厚度h，其中η表示半導體器件的材料折射率，AZ = 。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導體器件材料厚度的光學測量方法，其特征在于，所述聚焦的激光可采用聚焦激光微束。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于半導體器件材料厚度的光學測量方法，首先，通過聚焦的激光垂直照射置于空氣中的半導體器件；垂直移動半導體器件，調(diào)節(jié)激光的聚焦平面分別移至半導體器件的上表面和下表面，使得兩個表面產(chǎn)生的反射光通過CCD相機接收后均形成清晰的光斑成像，然后記錄兩個位置的高度h2和高度h1；最后，利用公式h＝n·ΔZ計算得出半導體器件的厚度h，n表示半導體器件的材料折射率，ΔZ＝h1-h2。上述光學測量方法利用光在不同材料的界面處具有較強的反射原理，測量時將聚焦光束的焦平面分別定位于被測材料的兩個界面處，得出聚焦光束定位距離ΔZ，從而計算得到被測材料的厚度h，無需增加膜厚測量設備，即可實現(xiàn)材料厚度的現(xiàn)場原位測量，降低了測量成本。
【IPC分類】G01B11/06
【公開號】CN105136049
【申請?zhí)枴緾N201510523492
【發(fā)明人】封國強, 馬英起, 韓建偉, 上官士鵬, 朱翔, 陳睿
【申請人】中國科學院國家空間科學中心
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月24日