CN102569013A - 用于检测晶片应力的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种使用可运行以沉积液体并利用负压去除液体的处理系统的方法。该方法包括布置装置，该装置具有利用该处理系统在该装置上沉积液体以及利用该处理系统从该装置去除液体中的至少一个。该装置具有设在其上的传感器部分。该传感器部分可基于与利用该处理系统沉积液体以及利用该处理系统去除液体中的至少一个有关的压力而提供传感器信号。该方法进一步包括执行利用该处理系统将液体沉积在该装置上以及利用该处理系统从该装置上去除液体中的至少一个。该方法还进一步包括利用该传感器部分基于与在该装置上沉积液体以及从该装置去除液体中的至少一个有关的压力而提供传感器信号。

Description

用于检测晶片应力的系统和方法

技术领域

本发明涉及半导体领域中的晶片处理，尤其涉及用于检测晶片应力的系统和方法。

背景技术

在半导体产业中，存在着提高成品率、产量的需求，以及一直存在的保持与摩尔定律一致的任务。完成工艺特性的理想方式是提供一种机制，用以实时采集至关重要的工艺参数数据-明确地说就是衬底受到的机械和电子力。

图1说明传统的线性湿法化学清洁系统100的一部分。

如图1所示，清洁系统100包括夹持托盘102、装载托盘104、通电轨道112、连接装置110、114、126以及130、非通电轨道128以及清洁部分118。清洁部分118包括多个工艺喷头120。

运行中，晶片108可设在装载托盘104上。连接装置110和114以及连接装置126和130分别连接到装载托盘104，使得装载托盘104能够沿通电轨道112和非通电轨道128之间的路径D滑动。随着装载托盘104携带晶片108在清洁部分118下方通过，工艺喷头120将清洁溶液施加到晶片108的表面。工艺喷头120然后通过真空去除清洁溶液。以这种方式，去除晶片108表面上的任何颗粒。

在湿法清洁工艺中，利用去离子水传送管线和混合气液返回管线将清洁溶液施加到晶片108的表面。这种工艺过程中的目标包括在晶片108的表面上维持平衡的力以及优化该湿法清洁工艺的效率，这些力是由于施加液体及气流所导致的。控制在湿法清洁工艺过程中施加到晶片108的力会增加整个晶片表面的一致性和残余物去除速率。

需要一种系统和方法，用以控制湿法清洁工艺过程中施加到晶片上的力，以增加整个晶片表面的一致性和残余物去除速率。

发明内容

本发明的目的是提供一种系统和方法，用以控制湿法清洁工艺过程中施加到晶片上的力，以增加整个晶片表面的一致性和残余物去除速率。

按照本发明一方面，提供一种使用可运行以沉积液体并利用负压去除液体的处理系统的方法。该方法包括布置装置，该装置具有利用该处理系统在该装置上沉积液体以及利用该处理系统从该装置去除液体中的至少一个。该装置具有设在其上的传感器部分。该传感器部分可基于与利用该处理系统沉积液体以及利用该处理系统去除液体中的至少一个有关的压力而提供传感器信号。该方法进一步包括执行利用该处理系统将液体沉积在该装置上以及利用该处理系统从该装置上去除液体中的至少一个。该方法还进一步包括利用该传感器部分基于与在该装置上沉积液体以及从该装置去除液体中的至少一个有关的压力而提供传感器信号。

本发明的其他目标、优点和新特征在下面的描述部分阐述，并且通过阅读下面的描述而对本领域技术人员显而易见，或者可通过实施本发明而获知。本发明的目标和优点可利用在所附权利要求中指出的手段及组合而实现及获得。

附图说明

附图(其结合在说明书中并且作为说明书的一部分)描述本发明的示范性实施方式，并且与说明书一起用来解释本发明的原理。附图中：

图1说明传统的线性湿法化学清洁系统100的一部分；

图2说明按照本发明一方面的表征设备；

图3示出按照本发明一方面线性化学清洁以及表征系统；

图4示出一个图表，说明特定的清洁工艺过程中振动传感器组中的六个传感器中每一个的信号响应；

图5示出一个图表，说明在示例湿法清洁工艺过程中晶片上两个不同的传感器的信号响应；

图6示出一个图表，说明在进行适当的调节后，对应图5的函数的传感器在示例湿法清洁工艺中的信号响应；以及

图7说明运行图3中的按照本发明一方面的清洁及表征系统的示例性方法的流程图。

具体实施方式

按照本发明一方面，监测在半导体化学清洁工艺过程中施加到晶片上的力。进而，根据由湿法化学清洁工艺期间在一定压力下施加到该晶片表面的液体所引起的晶片移动而提取晶片表面区域的力矢量。然后可使用所监测的力来调节向晶片表面上的液体及气体施加，以及调节从该晶片表面去除材料以优化晶片成品率。

现在将参照图2-图5描述本发明的示例实施方式。

图2说明按照本发明一方面的表征设备200。

如图2所示，表征设备200包括晶片202、传感器信号导管204，模/数转换器(ADC)206，数字信号处理器(DSP)208以及工具控制器210。晶片202包括集成在该表面上的一组振动传感器224。在示例实施方式中，振动传感器224是压电装置。在这个具体实施方式中，振动传感器组224包括六个传感器：传感器212(传感器#6)，传感器214(传感器#4)，传感器216(传感器#2)，传感器218(传感器#1)，传感器220(传感器#3)，以及传感器222(传感器#5)。

运行中，将晶片202设在清洁系统100，并且开始给定的清洁工艺。在该清洁工艺过程中，振动传感器组224中的每个传感器测量施加到晶片202上的局部力，如由于施加清洁溶液、施加去离子水以及利用真空去除这样的液体、残余物和颗粒所导致的力。来自振动传感器组224的独立信号经过传感器信号导管204传到ADC206，然后通过DSP208并最终到达工具控制器210。工具控制器210可以是程序，其显示和记录来自振动传感器组224中每个传感器的信号响应。

上面讨论的操作在图3示出。图3示出按照本发明一方面的线性化学清洁以及表征系统300。

清洁以及表征系统300包括清洁系统100以及表征设备200。如图所示，晶片202(其包括振动传感器组224)设在清洁系统100中。如上所讨论的，来自振动传感器组224的信号感应该清洁工艺过程中晶片202上各种不同的局部力。可监测这些独立的传感器响应并与具体的工艺条件相关联，如将进一步参照图4所讨论的。

图4示出图表400，其说明在特定的清洁工艺过程中振动传感器组224的六个传感器每个的信号响应。

图表400中，x-轴是时间，单位为秒，而y-轴是每个特定传感器的传感器输出，单位是毫伏。图表400包括函数集402，一组来自振动传感器组224中传感器的信号响应。在这个实施方式中，有六个独立的函数，每一个来自振动传感器组224的一个传感器。

初始，随着晶片202开始滑动跨过夹持托盘102，函数集402中的响应的行为是相当恒定的。然而，在点404附近，在每个传感器的响应中出现显著的漂移。这与晶片202开始在工艺喷头120下方移动有关，并且可表述施加到晶片202的表面的清洁溶液的力。在函数集402中的点404之后，很快就在点406出现非常尖锐的瞬变。这与工艺喷头120从晶片202的表面真空吸除清洁溶液有关。

在点406附近的瞬变下降之后，函数集402中的响应保持一定程度的恒定，然后在点408附近经历尖锐的负向瞬变。这个瞬变可与晶片202完全通过工艺喷头120下方以及真空不再从晶片202的表面去除液体的点相关。

如之前所提到的，该函数集402中的独立的响应表示振动传感器组224中独立的传感器所感应到的力。所以，该函数集402中的独立的响应可提供在给定清洁工艺过程中在晶片202上可见的力的空间映射。这允许在清洁工艺过程中识别出任何以不一致或不理想的方式向晶片202施加力的区域。例如，对于给定晶片202，有可施加到其上的最大压力阈值，超过这个阈值有可能导致损伤甚至破裂。所以，通过监测清洁工艺期间晶片202上的局部力，就可以检查在晶片202上任何位置所施加的压力(来自清洁溶液、真空等的施加)是否超过这个给定阈值。如果是，那么可适当调节各种处理参数(如在清洁过程中分配的水或清洁溶液的量、力或真空持续时间等)以减少晶片202上的压力。

除了最大压力阈值，可以有其他的与给定晶片有关的压力相关阈值。例如，可以有在晶片上给定距离上的最大压力变化的阈值。这可以通过检查独立的传感器响应之间的差来监测。并且，可以有在给定时间上的最大压力变化的阈值。这可通过检查独立的传感器响应与时间函数的梯度来监测。任何情况下，如果超过阈值，可调节处理参数以减少压力变化。例如，水或清洁溶液施加到晶片202的速率或者真空力可适当调节以便减少清洁工艺中压力的突变。并且，如果工艺喷头120可移动，那么可以移动并且重新布置以提供晶片202表面更一致的压力。

一旦调节处理参数，晶片202再次经历该清洁工艺，并且观察对该传感器响应产生的效果。在处理和观察之后，进行处理参数调整的循环可重复多次，直到认为结果是可接受的(所有的传感器输出都在设定阈值内)。这样，可以避免或减少清洁过程中的晶片损伤，由此提高湿法清洁工艺的成品率和效率。一旦充分优化清洁工艺，可去除晶片202并在常规的生产晶片上执行该清洁工艺。

为了讨论，现在将参照图5和6描述调节清洁系统以解决传感器输出超过给定阈值的能力。

图5示出图表500，其说明示例湿法清洁工艺过程中晶片202上两个不同的传感器的信号响应。

图表500中，x-轴是时间，单位为秒，而y-轴是每个特定传感器的传感器输出，单位是毫伏。图表500包括函数502以及函数504，其表示晶片202上来自振动传感器组224的不同传感器的信号响应。为了简明，图表500中，仅示出来自两个传感器的信号响应。

图表500还包括最大负压阈值506以及最大正压阈值508。它们分别表示在晶片202的损伤可能性将超过预定的损伤可能性阈值之前，可施加到晶片202的区域的预定最大量负压和预定最大量正压。这些阈值可通过监测成批的清洁的晶片的成品率而预先确定。

如图表500中所示，在点512，函数502超过最大正压阈值508。这表明在这个传感器处的压力太高并需要降低，以把晶片损伤的可能性降到该预定的损伤可能性阈值以下。在点516，函数502没有超过该最大负阈值506，所以压力值是可接受的。

然而，注意在函数504上的点514和函数502的点516之间有很大的压力变化。由于这些点时间上比较接近，所以，点514和516之间的压力差(标注为d_s1)表示在该两个传感器之间的物理距离上保持的压力变化。在这个例子中，假定发现压力变化d_s1除以这两个传感器之间的距离超过晶片202上单位距离的压力变化的预定阈值。晶片202上单位距离的压力变化的预定阈值是在晶片202的损伤可能性将超过预定损伤可能性之前晶片202上单位距离的压力变化的阈值。由于超过这个阈值，所以是不可接受的并且必须解决。

除了距离上的压力变化，还建立时间上的压力变化阈值。在函数502上的点518，关于时间的梯度通过直线(直线520)表示。可以看到，直线520几乎是完全垂直的，表明时间上的压力变化非常大。在这个例子中，假定点518的梯度超过关于时间的压力变化的预定阈值。关于时间的压力变化的预定阈值是在晶片202的损伤可能性将超过预定损伤可能性之前在晶片202上的某个点处时间上的压力变化阈值。由于超过这个阈值，所以是不可接受的并且必须解决。

因此，图表500中，有三个超过预定阈值的不同例子：1)在点512，对应函数502的传感器超过该最大(正)压力阈值；2)点514以及516之间，超过距离上的最大压力变化阈值；3)在点518，对应函数502的传感器超过其时间上的最大压力变化阈值。所有这些必须通过调节由对应函数502和504的传感器所感应的压力来解决。如前面所提到的，这些调节可以多种方式来完成，如调节施加水或清洁溶液的速率，或调节力和/或真空持续时间。并且，如果工艺喷头120可移动，则可以重新布置以提供对所有传感器更一致的压力。一旦调节完成，该清洁工艺可再次运行，并且可以监测新的传感器输出以检查它们是否在所建立的阈值内。这将对照图6更详细地描述。

图6示出图表600，其说明在进行适当调节后，示例湿法清洁工艺过程中对应图5函数502和504的传感器的信号响应。

图表600，x-轴是时间，单位为秒，而y-轴是每个特定传感器的传感器输出，单位是毫伏。图表600包括函数602和函数604，其表示来自晶片202的振动传感器组224的不同传感器的信号响应。函数602对应与图5中的函数502关联的同一传感器，以及函数604对应图5中的函数504关联的同一传感器。

如图6所示，由于清洁工艺的调节，函数602和604现在不同于函数502和504。具体地，函数602的最大值(点606，对应函数502上的点512)减小，并且现在没有超过最大正压阈值508。而且，函数602的最小值(点610，对应函数502上的点516)负性减小，从而函数604的点608和函数602的点610之间的差(标为d_s2)现在小于距离上的最大压力变化阈值。进而，在函数602上的点612(对应函数502的点518)，关于时间的梯度(由直线614示出)降低，从而落在时间上的最大压力变化阈值以内。因此，从图6中可以看出，所有因为传感器超过预定压力阈值带来的问题都通过调节清洁工艺而解决。现在该传感器输出在可接受的阈值内，因此清洁工艺过程中晶片损伤的可能性降低，由此提供更有效的以及更高成品率的清洁工艺。

现在将参照图7描述操作按照本发明一方面的清洁以及表征系统300的方法。

工艺700开始(步骤S702)以及进行工艺初始化(步骤S704)。工艺初始化的非限制性实例包括在清洁以及表征系统300中建立数据通信或设置部件。工艺初始化还可包括设置各种各样的工艺参数，如待施加的水或清洁溶液的具体量(通过流速等控制)、真空的强度以及何时清洁溶液和/或真空施加的具体时间(和施加的持续时间)。并且，初始化可包括建立施加到晶片202的压力的阈值，如之前所讨论的(例如最大压力，关于距离、时间等的最大压力变化)。进而，如果工艺喷头120是可移动的，则在这个步骤中设定它们的初始位置。

然后，装载传感器晶片(步骤S706)。回到图3，晶片202(具有集成在其表面上的振动传感器组224)设在装载托盘104上。

然后在清洁以及表征系统300(步骤S708)中处理晶片202。

在处理晶片202之后，监测振动传感器组224的独立的传感器输出(步骤S710)。分析这些结果以确定该振动传感器组224的独立的传感器输出对于给定的工艺是否都是可接受的(都在建立的阈值内)(步骤S712)。

如果认为该振动传感器组224的独立的传感器输出的任何一个是不可接受的，那么调节适当的工艺参数(步骤S714)，并且用新的参数再次处理晶片202(步骤S708)。如之前参照图4讨论的，对工艺参数的调节可包括调节来自工艺喷头120的水和/或清洁溶液的流速、工艺喷头120的位置(如果可动)和/或用来从晶片202的表面去除清洁溶液以及颗粒的真空的强度。该调节可以人工实施或者通过自动反馈控制系统实施。

回到步骤S712，如果振动传感器组224的所有独立的传感器输出认为可接受，那么从装载托盘104去除晶片202并将生产晶片装载到装载托盘104上(步骤S716)。

然后处理该生产晶片(步骤S718)。

在处理生产晶片后，确定是否需要处理更多的生产晶片(步骤S720)。如果为否，则处理结束(步骤S722)。否则，装载下一个生产晶片(步骤S716)并重复该工艺。

在上面工艺中，在初始化(步骤S704)过程中首先建立特定参数的阈值(晶片上的最大压力等)，之后检查传感器输出以确保它们在给定的阈值内(步骤S712)。然而，有可能出现在处理之前不知道该参数阈值的情况。因此，这种情况下，该初始化步骤(步骤S704)将只包括其他的工艺初始化(定位工艺喷头120、设定真空强度等)，以及步骤S712可只包括对该传感器输出的一般看法以确定结果是否可接受。如果认为该传感器输出不可接受，则该工艺去到步骤S714以调节适当的处理参数，正如先前所讨论的。

上面参照图2讨论的实施方式中，振动传感器组224包括独立的压电薄膜。然而，应当注意到别的实施方式中可包括其他类型的传感器，非限制性的例子包括，微电机械系统(MEM)制成的传感器。进而，应当注意到其他实施方式可包括任何数量、以任意图案集成在晶片202的表面上的传感器。

上面在图2-7中讨论的实施方式中，传感器用来测量湿法清洁工艺过程中晶片上的力。然而，应当注意到其他实施方式可包括传感器或其他测量装置，其在处理过程中测量晶片上的其他参数，其非限制性示例包括温度或酸性。

上面在图3-7中讨论的实施方式中，监测并优化湿法化学清洁工艺过程中晶片上的力。然而，应当注意到本发明的一个方面不限于与湿法化学清洁系统一起使用。相反，本发明的一个方面可与任何感兴趣的半导体系统一起实施。例如，该方法可适用于化学机械抛光(CMP)处理系统以监测晶片的压力分布，或用于MEM应用中，其中需要进行施加到衬底上的应力的空间分析。进而，该方法还可用于其他系统以表征通过静电卡盘(ESC)施加到晶片的卡紧力。具体地，图2的表征设备可用来测量由ESC的卡紧电压施加到晶片上的力，并因此允许检查该晶片夹紧力的一致性。通过监测每个传感器，可为每个传感器位置的相对卡紧力构建空间映射，在ESC开发过程中为用户提供反馈以及提供卡紧和去卡紧问题的问题解决工具。

本发明的各种优选实施方式的描述是为了说明和描述的目的而存在。不是为了穷尽或者将本发明限于所公开的具体形式，而且显然根据上面的教导可以有许多修改和变化。选择并且描述如上所述的示范实施方式是为了最佳地解释本发明的原理及其实际应用，由此使得本领域其他技术人员最佳地使用本发明的各种实施方式以及利用适于所需具体用途的修改。本发明范围由所附权利要求限定。

Claims (9)

1.一种使用可运行以沉积液体并利用负压去除液体的处理系统的方法，所述方法包括：

布置装置，该装置具有利用该处理系统在该装置上沉积液体以及利用该处理系统从该装置去除液体中的至少一个，该装置具有设在其上的传感器部分，该传感器部分可运转以基于与利用该处理系统沉积液体以及利用该处理系统去除液体中的至少一个有关的压力而提供传感器信号；

执行利用该处理系统将液体沉积在该装置上以及利用该处理系统从该装置上去除液体中的至少一个；以及

利用该传感器部分基于与在该装置上沉积液体以及从该装置去除液体中的至少一个有关的压力而提供传感器信号。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

确定该传感器信号是否对应高于阈值的压力；以及

当所述确定包括确定该传感器信号对应高于该阈值的压力时，调节利用该处理系统将液体沉积在该装置上以及利用该处理系统从该装置上去除液体中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

确定该传感器信号是否对应高于阈值的压力变化；以及

当所述确定包括确定该传感器信号对应高于该阈值的压力变化，调节利用该处理系统将液体沉积在该装置上以及利用该处理系统从该装置上去除液体中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述利用该传感器部分基于与在该装置上沉积液体以及从该装置去除液体中的至少一个有关的压力而提供传感器信号包括第一时间利用该传感器部分基于与在该装置上沉积液体以及从该装置去除液体中的至少一个有关的压力而提供第一传感器信号，以及第二时间利用该传感器部分基于与在该装置上沉积液体以及从该装置去除液体中的至少一个有关的压力而提供第二传感器信号。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：

确定该第一传感器信号和该第二传感器信号的差是否高于阈值；以及

当所述确定包括确定该第一传感器信号和该第二传感器信号的差高于该阈值，调节利用该处理系统将液体沉积在该装置上以及利用该处理系统从该装置上去除液体中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的方法，

其中所述布置装置包括将装置布置为具有设在其上的传感器部分，该传感器部分具有第一传感器以及第二传感器，该第一传感器可运行以基于与利用该处理系统沉积液体以及利用该处理系统去除液体中的至少一个有关的压力而提供第一传感器信号，该第二传感器可运行以基于与利用该处理系统沉积液体以及利用该处理系统去除液体中的至少一个有关的压力而提供第二传感器信号，以及

其中所述提供传感器信号包括利用该第一传感器基于与在该装置上沉积液体以及从该装置去除液体中的至少一个有关的压力而提供该第一传感器信号，以及利用该第二传感器基于与在该装置上沉积液体以及从该装置去除液体中的至少一个有关的压力而提供该第二传感器信号。

7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：

确定该第一传感器信号是否对应高于第一阈值的第一压力以及该第二传感器信号是否对应高于第二阈值的第二压力中的至少一个；以及

当所述确定包括确定该第一传感器信号对应高于该第一阈值的第一压力以及该第二传感器信号对应高于该第二阈值的第二压力中的至少一个时，调节利用该处理系统将液体沉积在该装置上以及利用该处理系统从该装置上去除液体中的至少一个。

8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：

确定该第一传感器信号是否对应高于第一阈值的第一压力变化以及该第二传感器信号是否对应高于第二阈值的第二压力变化中的至少一个；以及

当所述确定包括确定该第一传感器信号对应高于该第一阈值的该第一压力变化以及该第二传感器信号对应高于该第二阈值的该第二压力变化中的至少一个时，调节利用该处理系统将液体沉积在该装置上以及利用该处理系统从该装置上去除液体中的至少一个。

9.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：

确定该第一传感器信号和该第二传感器信号的差是否高于阈值；以及

当所述确定包括确定该第一传感器信号和该第二传感器信号的差高于该阈值时，调节利用该处理系统将液体沉积在该装置上以及利用该处理系统从该装置上去除液体中的至少一个。

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