一种晶圆斜切角面分布的测量方法、测量设备及检测系统与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种晶圆斜切角面分布的测量方法、测量设备及检测系统。

背景技术：

1、半导体单晶晶圆的斜切角（off-cut angle）指晶圆表面法线方向与晶面法线方向之间的角度偏差。该参数对后续外延质量与器件性能至关重要，精确的斜切角可诱导原子台阶流生长、抑制反相畴等缺陷，并有效调控异质结界面处的极化效应与载流子迁移率。

2、然而，目前常规测试多采用单点x射线衍射法，仅能通过摇摆曲线获取样品局部点（通常为中心点）的表面与晶面夹角，无法反映晶圆因加工应力或衬底原始翘曲而形成的马鞍形、锅形等复杂面形分布，导致对晶圆整体晶向偏差的严重低估。尤其对于大尺寸晶圆，加工应力累积与翘曲变形随直径增大而显著加剧，中心点测试结果与边缘区域的实际斜切角可能存在数倍乃至数量级的差异，单点测试的代表性严重不足。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种晶圆斜切角面分布的测量方法、测量设备及检测系统，以准确、全面检测晶圆斜切角的分布数据，真实反映晶圆整体晶向偏差。

2、根据本发明的一方面，提供了一种晶圆斜切角面分布的测量方法，其特征在于，所述晶圆的待测表面具有多个检测点位，所述方法包括：

3、获取每个所述检测点位对应的第一摇摆曲线谱图以及第二摇摆曲线谱图；其中，所述第一摇摆曲线谱图为所述晶圆的第一晶向对应的摇摆曲线谱图，所述第二摇摆曲线谱图为所述晶圆的第二晶向对应的摇摆曲线谱图，所述第一晶向与所述第二晶向互相垂直；

4、分别基于每个所述检测点位的所述第一摇摆曲线谱图以及所述第二摇摆曲线谱图，确定每个所述检测点位对应的第一衍射峰位与第二衍射峰位；

5、基于每个所述检测点位的所述第一衍射峰位以及所述第二衍射峰位，确定每个所述检测点位的斜切角；

6、基于每个所述检测点位的斜切角以及对应的坐标，生成所述待测表面的斜切角表征结果。

7、可选的，所述基于每个所述检测点位的所述第一衍射峰位以及所述第二衍射峰位，确定每个所述检测点位的斜切角，包括：

8、获取所述晶圆的理论布拉格角；

9、根据所述理论布拉格角与每个所述检测点位的第一衍射峰位，得到每个所述检测点位的第一斜切角分量；

10、根据所述所述理论布拉格角与每个所述检测点位的第二衍射峰位，得到每个所述检测点位的第二斜切角分量；

11、根据每个所述检测点位的所述第一斜切角分量和所述第二斜切角分量，计算每个所述检测点位的斜切角。

12、可选的，所述根据每个所述检测点位的所述第一斜切角分量和所述第二斜切角分量，计算每个所述检测点位的斜切角，包括：

13、计算每个所述检测点位的所述第一斜切角分量的余弦值与所述第二斜切角分量的余弦值的乘积，得到相应的中间值；

14、计算每个所述中间值的反余弦值，得到每个所述检测点位的斜切角；

15、和/或，所述获取每个所述检测点位对应的第一摇摆曲线谱图以及第二摇摆曲线谱图，包括：

16、将每个所述检测点位在获取所述第二摇摆曲线谱图时的坐标与获取所述第一摇摆曲线谱图时的坐标变换至相同的坐标系；

17、将每个所述坐标、所述坐标对应的第一摇摆曲线谱图以及所述坐标对应的第二摇摆曲线谱图关联，得到每个所述检测点位对应的第一摇摆曲线谱图以及第二摇摆曲线谱图。

18、可选的，所述斜切角表征结果包括合斜切角大小面分布图与斜切角方位角分布图，所述坐标包括横坐标与纵坐标，所述基于每个所述检测点位的斜切角以及对应的坐标，生成所述待测表面的斜切角表征结果，包括：

19、基于每个所述检测点位的横坐标、纵坐标以及斜切角，生成所述合斜切角大小面分布图；

20、根据每个所述检测点位的所述第一斜切角分量和所述第二斜切角分量，确定每个所述检测点位的偏向角度；

21、基于每个所述检测点位的横坐标、纵坐标以及偏向角度，生成所述斜切角方位角分布图。

22、可选的，所述根据每个所述检测点位的所述第一斜切角分量和所述第二斜切角分量，确定每个所述检测点位的偏向角度，包括：

23、根据所述第二斜切角分量的正负确定基准角；

24、计算所述第一斜切角分量的正切值与所述第二斜切角分量的正切值的比值，得到正切比值；

25、根据所述正切比值、所述第一斜切角分量以及所述第二斜切角分量，计算偏转中间角；

26、将所述基准角与所述偏转修正角求和，得到所述偏向角度。

27、可选的，所述根据所述正切比值、所述第一斜切角分量以及所述第二斜切角分量，计算偏转中间角，包括：

28、当所述第一斜切角分量等于0°，且所述第二斜切角分量大于0°时，确定所述偏转中间角等于90°；

29、当所述第一斜切角分量等于0°，且所述第二斜切角分量小于0°时，确定所述偏转中间角等于-90°；

30、当所述第一斜切角分量等于0°，且所述第二斜切角分量等于0°时，确定所述检测点位无斜切角；

31、当所述第一斜切角分量不等于0°，且所述第二斜切角分量不等于0°时，基于所述正切比值确定所述偏转中间角；

32、和/或，若所述第二斜切角分量大于0°，则所述基准角为90°；若所述第二斜切角分量小于0°，则所述基准角为270°。

33、可选的，所述晶圆斜切角面分布的测量方法还包括以下至少一种步骤：

34、基于每个所述检测点位的所述第一斜切角分量和所述第二斜切角分量，确定每个所述检测点位的高度梯度；基于每个所述检测点位的高度梯度，计算每个所述检测点位的晶面相对于参考平面的相对高度；基于每个所述检测点位的坐标及其对应的所述相对高度，生成相对高度分布图；

35、基于每个所述检测点位的坐标及其对应的所述相对高度，生成三维晶面弯曲图；

36、基于每个所述检测点位的所述第一斜切角分量和所述第二斜切角分量，计算所述晶圆表面每个检测点位的单位法向矢量；基于每个所述检测点位的坐标及其对应的所述单位法向矢量，生成表面法向矢量图。

37、可选的，所述获取每个所述检测点位对应的第一摇摆曲线谱图以及第二摇摆曲线谱图之前，还包括：

38、根据所述晶圆的直径确定点位间距；

39、以所述点位间距将所述晶圆的待测表面划分为呈栅格状分布的多个检测区；其中，位于所述晶圆边缘区域的检测区到所述晶圆的边缘的距离大于或等于2mm，所述检测区与所述检测点位一一对应。

40、根据本发明的另一方面，提供了一种测量设备，包括互相连接的存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，用以实现如本发明任一实施例所述的方法。

41、根据本发明的另一方面，提供了一种检测系统，包括互相连接的测量设备与x射线衍射仪，所述测量设备为本发明任一实施例所述的测量设备，所述x射线衍射仪包括：

42、样品台，用于承载晶圆；

43、x射线源，用于产生x射线；

44、尖嘴狭缝，设置于所述x射线源与所述样品台之间，用于将所述x射线的光斑限制在所述晶圆的检测区内。

45、本发明提供的技术方案，通过将晶圆待测表面划分为多个检测点位，并获取每个检测点位分别对应第一晶向和第二晶向的两张摇摆曲线谱图，进而确定各检测点位在第一晶向和第二晶向上的衍射峰位并据此计算出各检测点位的斜切角，最终结合各检测点位的坐标生成整个待测表面的斜切角表征结果，从而能够真实反映晶圆因加工应力及原始翘曲而导致的整面晶向偏差，有效避免了单点测试对晶圆整体晶向偏差的低估；同时，由于每个检测点位均基于两个互相垂直晶向的摇摆曲线谱图获取衍射峰位，所确定的斜切角包含了二维方向上的角度偏差分量，从而可以提高对每个检测点位的斜切角的测量的准确性；此外，所生成的斜切角表征结果能够直观呈现斜切角在全整面上的分布趋势，从而为后续外延工艺参数的差异化调控提供可靠依据，提升大尺寸半导体晶圆在外延制程中的工艺适配性与产品良率。

46、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。