CN101196906B - 用于数据挖掘的数据加权对象定向的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于数据挖掘的数据加权对象定向的方法和系统。一种计算系统、方法和计算机程序产品有助于信息例如图像数据的数据挖掘，所述信息与制造产品的表面有关，其中当处理所述制造产品时，使用相对于所述制造产品可以被随机地定向的工具。对于每一个制造对象，将与所述表面有关的数据转变为权重分布。确定旋转轴，当在所述表面的几何形心处支撑所述表面时，在重力的作用下每一个表面将倾向于沿所述旋转轴旋转。然后通过对准每一组数据的所述各旋转轴，相对于彼此适当地定向用于数据挖掘的所述各组数据。

Description

用于数据挖掘的数据加权对象定向的方法和系统

技术领域

本发明通常涉及制造对象中的缺陷分析，更具体而言涉及一种检测经历过制造工艺的半导体器件中的缺陷图形的方法，在所述制造工艺中相对于处理设备以随机的方式定向半导体器件。

背景技术

半导体制造是高复杂的工艺，其包括约几百个独立的制造步骤。在任何给定的制造步骤中，许多因素可以导致半导体晶片中的缺陷；例如，未适宜调整的工具或晶片的沾污。给定制造工艺的复杂性，以及潜在导致缺陷的确切的几千个因素，在半导体晶片生产工艺中的缺陷分析中，公知通常采用统计方法，以及具体而言的数据挖掘(data mining)。

数据挖掘是用于图形的寻找大量数据的方法。在其中晶片表面上由操作导致的缺陷是可检测的半导体晶片制造处理操作的过程(例如化学机械抛光(CMP)操作)中，公知可得到多个图像，晶片的每一个表面(或其一部分)，并且组合该多个图形为单个的合成图像。例如，在该合成图像中缺陷的非随机分布意味着基于各因素例如缺陷分布的类型或位置的特定工艺的特定问题。

如果缺陷与某些公共因素相关例如制造对象的几何尺寸，作为公知的数据挖掘方法的一部分而形成的合成图像是有意义的。也就是，如果数据一致地参考制造对象的不变几何形状(geometry)(或关于其定向)，那么从一个制造对象到另一个制造对象的数据是可比较的。另外声明，如果多个图形中的每一个都反映已经相对于给定工具定位的每个半导体晶片是单一的已知取向，那么合成的数据是有意义的。虽然在某些半导体制造工艺中每个晶片是相对于工具以相同的方式定向的，但对所有制造过程这不是真实的。例如，在旋转抛光操作中，半导体晶片相对于抛光工具的初始角取向是随机的。因此，与其中制造对象相对于制造工具的取向是随机的制造操作有关的数据对于数据挖掘而言价值较低。

因此，需要一种方法和系统，该方法和系统允许来自制造过程的数据被取向到用于数据挖掘分析的公共参考，其中在所述制造工艺中能够相对于制造工具随机地定位制造对象。另外，假设关注的缺陷覆盖从微观到宏观的尺寸的宽广的范围，这样的一种方法和系统是希望的，其即可应用于局部的缺陷(局部划伤、外来材料的聚积(buildup)、拔拉、或微凸起)又可应用于覆盖半导体晶片的表面的较大部分的缺陷(与工具有关的缺陷例如在台板热点之上的膜厚度或CMP晶片支持器(holder)非一致性)。

发明内容

简要而言，在第一方面中，本发明是一种用于多组数据的数据挖掘的数据加权对象定向(object orientation)的计算机实施的方法。每组数据与多个制造对象中的一个有关。所述方法包括使用工具在所述多个制造对象中的每一个的表面的至少一部分上实施制造工艺的步骤。所述制造对象中的每一个能够相对于所述工具被随机地定向。对于所述多个制造对象中的每一个，获得与所述表面的至少一部分的至少一个特性有关的数据组。在计算机存储器中储存各数据组。使用计算机代码以自每一组数据产生权重(weight)分布。对每一个权重分布，使用计算机代码确定旋转轴，当在所述表面的几何形心处支撑所述表面时，在重力的作用下根据所述权重分布每一个表面将倾向于关于所述旋转轴旋转。定向每一组数据以便每一个制造对象的所述旋转轴与每一个其它的制造对象的所述旋转轴对准。实施关于所述各组数据的数据挖掘方法。

优选地，所述制造对象是半导体晶片，以及所述至少一个特性包括表面膜厚度和/或表面光洁度(surface finish)。所述制造工艺优选为抛光工艺。优选地，通过将非零加权因子指派到所述表面光洁度中的一个像差，和将零加权因子指派到不包括像差的所述表面的部分，来产生权重分布。可选地，可以从所述表面厚度的多个测量产生所述权重分布。还进一步优选，所述方法包括产生与每一组数据相关的所述表面的图像的步骤，以及将所述表面的所述图像重叠为单个的合成图像的步骤。还进一步优选，可以通过首先将制造对象中的每一个的所述表面分割为对称栅格，所述对称栅格具有围绕所述几何形心的径向图形的栅格单元并具有多个栅格线，每一个栅格线延伸穿过所述几何形心，来识别所述旋转轴。然后对于所述多个栅格线中的每一个进行权重平衡计算以确定多个权重不平衡，每一个权重不平衡与栅格线相关，其中与所述最大的不平衡相关的所述栅格线是所述旋转轴。可选地，可以通过将所述权重分布转变为单个等价的集中权重，和识别通过所述几何形心并垂直于将所述单个等价的集中权重的作用点连接到所述几何形心的线的线，来识别所述旋转轴。

在第二方面，本发明是用于多组数据的数据挖掘的数据加权对象定向的计算系统。每一组数据与通过工具操作的多个制造对象中的一个相关，其中所述制造对象中的每一个能够相对于所述工具以随机的取向被定位。所述计算系统包括用于获得所述各组数据的装置。每一组数据与每一个制造对象的表面的至少一部分的至少一个特性相关。数据挖掘引擎被操作地耦合到所述装置。所述数据挖掘引擎是操作的以接收和存储所述各组数据；产生来自每一组数据的权重分布；以及确定旋转轴，当在所述表面的几何形心处支撑所述表面时，在重力的作用下根据所述权重分布每一个表面将趋向于关于所述旋转轴旋转。

在第三方面，本发明是一种包括具有计算机可读的程序代码的计算机可用的存储介质的计算机程序产品，其用于多组数据的数据挖掘的数据加权对象定向。每一组数据与多个制造对象中的一个相关并且与所述多个制造对象中的每一个的表面的至少一部分的至少一个特性相关。在工具上处理所述制造对象中的每一个，其中每一个所述制造对象能够相对于所述工具被随机地定位。所述计算机程序产品包括操作的第一计算机程序代码以接收和存储每一组数据。第二计算机程序代码是操作的以产生来自每一组数据的权重分布。第三计算机程序代码是操作的以确定旋转轴，当在所述表面的几何形心处支撑所述表面时，在重力的作用下给定所述权重分布每一个表面将倾向于沿所述旋转轴旋转。

附图说明

当结合附图阅读时，将更好的理解下列本发明的优选的实施例的详细描述。出于示例本发明的目的，在附图中示出了目前优选的实施例。然而，应该理解，本发明不局限于示出的精确的装置和手段。

在附图中：

图1a和1b是根据本发明的优选的实施例的方法的各步骤的方框图；

图2是用于实施图1a和图1b的方法的计算系统和计算机程序产品的各单元的示意性表示；

图3是制造对象的示意性表示，所述制造对象具有根据图1的方法的第一技术识别的旋转轴；以及

图4是制造对象的示意性表示，所述制造对象具有根据图1的方法的第二技术识别的旋转轴。

具体实施方式

如这里所使用的，当介绍本发明或其优选的实施例的单元时，冠词“一个”、“一个”、“这个”以及“所述”旨在表示存在一个或多个单元。遍及各附图，使用相同的参考标号或字母表示相似或等价的单元。为了清晰起见，略去了不必要地模糊本发明的主旨的公知函数和结构的详细描述。附图不必按比例绘制。

参考附图，以及图1a和1b的开始，示出了用于数据挖掘的数据加权对象定向的当前优选的方法100。同样参考图2和3，制造对象10，优选半导体晶片，具有表面S。表面S具有几何形心12。具有重心14的表面膜(未示例)具有权重分布w(r，θ)。重心14是应用等价于权重分布w(r，θ)的集中权重的点。如果用均匀的权重分布w(r，θ)表征表面膜(其中权重分布是沿表面S的径向位置r和角位置θ的函数)，那么表面S的几何形心12和重心14是同一点。注意虽然优选使用极坐标系描述权重分布w(r，θ)(因为制造对象10优选为圆形形状)，但是制造对象10可以是任何的任意形状，并且可以使用任何常规坐标系来描述权重分布。

制造对象10经过了一系列的制造步骤。通过工具20在制造工艺例如表面磨光工艺例如抛光中操作制造对象10的表面S。制造对象10能够相对于工具被随机地定向。也就是，不存在制造对象相对于工具20的单个、唯一的取向，以便在完成制造工艺以后，可以具体地识别在制造工艺的开始处如何相对于工具20定位制造对象10上的每个点。例如，如果在制造工艺的开始处相对于工具以随机角取向定位制造对象10，那么在制造工艺结束时，将不可能确定最初的角取向。

在被工具20操作之后，通过装置30检查每个制造对象10的表面S，或其相关的部分。装置30优选为扫描电子显微镜。对于每一个制造对象10，使用装置30以得到与表面S(或其一部分)有关的一组数据D。该组数据D包括关于表面S的至少一个特性的信息。优选地，该至少一个特性包括表面膜厚度。可选地，该至少一个特性包括表面S的表面光洁度。在每一组数据D中还优选包括允许生成表面S的图像的信息。优选地，使用装置30以获得在表面S上的预定位置处的多个表面膜厚度测量。可选地，可以使用装置30以获得在表面S或其相关的部分的表面光洁度中存在的像差的目录(inventory)。这样的像差包括划痕和外来材料的淀积。

继续参考图1a和1b，方法100包括使用工具20的步骤110以在多个制造对象10中的每一个的表面S的至少一部分上进行制造工艺。制造对  象10中的每一个能够被相对于工具20随机地定向。在步骤120中，对于多个制造对象中的每一个，获得与表面S的至少一部分的至少一个特性有关的数据组D。优选地，在步骤122中，使用装置30获得在表面S上的预定位置处的多个厚度测量。可选地，在步骤124中，使用装置30获得在表面S上的像差目录。

在步骤130中，将各组数据D转移并存储到计算机存储器中。在步骤140中，使用计算机程序代码从每一组数据D产生权重分布w(r，θ)。优选地，在步骤142中，使用离散的数据点作为权重分布w(r，θ)的近似，可以将在步骤122中所获得的表面膜厚度测量数据转变为权重分布。优选地，使用力学领域中公知的常规技术，同样可以将与表面膜厚度有关的离散数据点转变为在重心14处施加的单个、集中的等价权重。可选地，在步骤144中，可以通过将非零加权因子指派到在步骤124中所识别的每一个表面像差，以及将零加权因子指派到不包括像差的表面S的各部分，来产生权重分布。可以使用离散加权因子产生离散权重分布w(r，θ)，或将离散加权因子转变为在重心14处施加的单个、集中的等价权重。

在步骤150中，对于每一个表面S(或关注的其部分)及其对应的权重分布w(r，θ)，使用计算机程序代码确定旋转轴R，当具有在表面的几何形心12处支撑的表面时，根据权重分布w(r，θ)在重力的作用下每个表面S将倾向于关于旋转轴R旋转。参考图3，在步骤152中，确定旋转轴R的一个优选的技术为基于表面S的几何结构的知识首先确定几何形心12。例如，如果表面S是圆形的形状，几何形心12将在圆形的中心处。第二，如上所述，可以将权重分布w(r，θ)转变为在重心14处施加的单个等价权重(其也是单个等价权重的作用点)。当已知几何形心12和重心14时，可以限定连接两点12和14的线P。然后找到作为经过几何形心12并垂直于线P的轴的旋转轴R。

现在参考图4，确定旋转轴R的第二优选的技术包括将每一个制造对象10的表面S分割为对称栅格的步骤154，所述对称栅格具有围绕几何形心12的径向图形的栅格单元并具有多个栅格线G，每个栅格线延伸通过几何形心12。然后，在步骤156中，对多个栅格线G中的每一个进行权重平衡计算以确定多个权重不平衡。也就是，基于多个表明膜厚度测量或像差的目录，可以关于每一个栅格线G确定产生的不平衡。具有最大的不平衡的栅格线G是旋转轴R。

在步骤160中，定向每一组数据D以便每一个制造对象10的旋转轴R与每一个其它的制造对象10的旋转轴对准。在步骤170中，对各组数据D实施数据挖掘方法。优选地，在步骤172中，产生与每一组数据D相关的表面的图像。进一步优选地，在步骤174中，重叠与多个制造对象10中的每一个相关的表面的图形以形成单个的合成图像。

特别地重新参考图2，计算系统200包括装置30和数据挖掘引擎210，所述计算机系统用于实施用于多组数据的数据挖掘的数据加权对象定向的方法100。数据挖掘引擎210是操作的以接收和存储多组数据D(步骤130)。进而，数据挖掘引擎210操作以从每一组数据D产生权重分布w(r，θ)(步骤140)。再进一步，数据挖掘引擎210是操作的以确定旋转轴R(步骤150)，当在表面S的几何形心12处支撑表面S时，根据权重分布w(r，θ)在重力的作用下每一个表面S将倾向于沿所述旋转轴R旋转。优选地，数据挖掘引擎210是进一步操作的以定向各组数据D(步骤160)并实施关于各组数据D的数据挖掘方法(步骤170)。

继续参考图2，数据挖掘引擎210执行包括具有计算机可读的程序代码的计算机可用的存储介质的计算机程序产品300以实现方法100。计算机程序产品300包括操作的第一计算机程序代码310以接收和存储每一组数据D(步骤130)。第二计算机程序代码320是操作的以从每一组数据D产生权重分布w(r，θ)(步骤140)。第三计算机程序代码330是操作的以确定旋转轴R(步骤150)，当在表面S的几何形心12处支撑表面S时，在给定权重分布w(r，θ)的重力的作用下每一个表面S将倾向于关于所述旋转轴R旋转。

优选地，计算机程序产品300还包括操作的第四计算机程序代码340以定向各组数据，以便对准每一个重力分布的旋转轴与每一个其它的重力分布的旋转轴(步骤160)。进一步优选地，提供了操作的第五计算机程序代码350以产生多个制造对象中的每一个的表面的图像(步骤172)，以及提供了操作的第六计算机程序代码360以将各图像重叠为单个的合成图像中(步骤174)。

从上述可以看到，本发明提供了计算系统、方法、以及计算机程序产品以允许将来自制造工艺的数据定向到用于数据分析的公共参考，其中在所述制造工艺中能够相对于制造工具随机地定位制造对象。本发明当其应用到局部缺陷(局部划伤、外来材料的聚积、拔拉、或微凸起)以及覆盖半导体晶片的表面的较大部分的缺陷(与工具有关的缺陷例如在台板热点之上的膜厚度或CMP晶片支持器非一致性)时是特别有用的。

应该了解本领域的技术人员可以对上述实施例做出改变而不背离其宽泛的发明构思。因此，应该理解，本发明并不局限于公开的具体实施例，而是旨在覆盖所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种修改。

Claims (15)

1.一种用于多组数据的数据挖掘的数据加权对象定向的计算机实施的方法，其中每一组数据与多个制造对象中的一个制造对象相关，包括以下步骤：

使用工具以在所述多个制造对象中的每一个的表面的至少一部分上进行制造工艺，其中所述制造对象中的每一个能够相对于所述工具被随机地定向；

对于所述多个制造对象中的每一个，获得与所述表面的至少一部分的至少一个特性相关的数据组；

在计算机存储器中储存各组数据；

使用计算机代码以产生来自每一组数据的权重分布；

对于每一个权重分布，使用计算机代码确定旋转轴，其中当在所述表面的几何形心处支撑所述表面时，在重力的作用下根据所述权重分布每一个表面将倾向于关于所述旋转轴旋转；

定向每一组数据以便每一个制造对象的所述旋转轴与每一个其它的制造对象的所述旋转轴对准；以及

实施关于所述各组数据的数据挖掘方法。

2.根据权利要求1的计算机实施的方法，其中所述制造对象是半导体晶片。

3.根据权利要求1的计算机实施的方法，其中所述至少一个特性是表面膜厚度。

4.根据权利要求3的计算机实施的方法，其中获得与所述表面的至少一部分的所述至少一个特性相关的所述数据组的所述步骤包括在所述表面上的各预定位置处获得多个表面膜厚度测量的步骤。

5.根据权利要求1的计算机实施的方法，其中所述至少一个特性是表面光洁度。

6.根据权利要求5的计算机实施的方法，其中所述表面具有所述表面光洁度中的至少一个像差，并且通过将非零加权因子指派到所述至少一个像差和将零加权因子指派到不包括像差的所述表面的任何部分来产生权重分布。

7.根据权利要求1的计算机实施的方法，其中实施关于所述各组数据的数据挖掘方法的所述步骤包括产生与每一组数据相关的所述表面的至少一部分的图像的步骤。

8.根据权利要求7的计算机实施的方法，其中实施关于所述各组数据的数据挖掘方法的所述步骤还包括将与所述多个制造对象中的每一个相关的所述表面的所述图像重叠为单个的合成图像的步骤。

9.根据权利要求1的计算机实施的方法，其中：

使用计算机程序代码以确定所述旋转轴的所述步骤包括以下步骤：

将所述制造对象中的每一个的所述表面分割为对称栅格，所述对称栅格具有围绕所述几何形心的径向图形的栅格单元并具有多个栅格线，每一个栅格线延伸通过所述几何形心；以及

对于所述多个栅格线中的每一个进行权重平衡计算以确定多个权重不平衡，每一个权重不平衡与栅格线相关，其中与最大的不平衡相关的所述栅格线为所述旋转轴。

10.根据权利要求1的计算机实施的方法，其中：

使用计算机程序代码确定所述旋转轴的所述步骤包括以下步骤：

确定等价于所述权重分布的集中权重的作用的量值和点；以及

确定作为通过所述几何形心的线的所述旋转轴，所述线垂直于连接所述集中权重的作用的所述点与所述几何形心的另一条线。

11.一种用于多组数据的数据挖掘的数据加权对象定向的计算机实施的系统，每一组数据与工具所操作的多个制造对象中的一个相关，其中所述工具用于在所述多个制造对象中的每一个的表面的至少一部分上进行制造工艺，其中所述制造对象中的每一个能够相对于所述工具以随机的取向被定位，所述计算机实施的系统包括：

用于获得所述各组数据的装置，每一组数据与每一个制造对象的表面的至少一部分的至少一个特性相关；以及

操作地耦合到所述装置的数据挖掘引擎，该数据挖掘引擎包括：

被配置为接收和存储所述各组数据的模块；

被配置为产生来自每一组数据的权重分布的模块；以及

被配置为确定旋转轴的模块，其中当在所述表面的几何形心处支撑所述表面时，在重力的作用下根据所述权重分布每一个表面将倾向于关于所述旋转轴旋转；

被配置为定向每一组数据以便每一个制造对象的所述旋转轴与每一个其它的制造对象的所述旋转轴对准的装置；以及

被配置为实施关于所述各组数据的数据挖掘方法的装置。

12.根据权利要求11的计算机实施的系统，其中所述用于获得所述各组数据的装置被配置为获得到所述表面的至少一部分的图像；

以及其中所述数据挖掘引擎被配置为定向所述各组数据以便对准每一个制造对象的所述旋转轴与每一个其它的制造对象的所述旋转轴，并且将多个图像重叠为单个的合成图像，其中所述多个图像中的每一个都与所述多个制造对象中的一个制造对象相关。

13.根据权利要求11的计算机实施的系统，其中所述数据挖掘引擎包括：

被配置为在确定所述旋转轴时，将所述制造对象中的每一个的所述表面分割为对称栅格的模块，所述对称栅格具有围绕所述几何形心的径向图形的栅格单元并具有多个栅格线，每一个栅格线延伸通过所述几何形心；以及

被配置为在确定所述旋转轴时，对于所述多个栅格线中的每一个进行权重平衡计算以确定多个权重不平衡的模块，每一个权重不平衡与栅格线相关，其中与最大的不平衡相关的所述栅格线为所述旋转轴。

14.根据权利要求11的计算机实施的系统，其中：

所述至少一个特性是表面光洁度；

所述表面具有所述表面光洁度中的至少一个像差；以及

通过将非零加权因子指派到所述至少一个像差和将零加权因子指派到不包括像差的所述表面的任何部分来产生权重分布。

15.根据权利要求11的计算机实施的系统，其中所述数据挖掘引擎包括：

被配置为在确定所述旋转轴时，确定等价于所述权重分布的集中权重在所述表面上的作用的量值和点的模块；以及

被配置为在确定所述旋转轴时，确定作为通过所述几何形心的线的所述旋转轴的模块，所述线垂直于连接所述集中权重的作用的所述点与所述几何形心的另一条线。

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