CN103779248A - 一种半导体器件制备过程的监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体器件制备过程的监控系统及方法，所述系统包括扫描工具模块、气压计改进工艺水准模块和数据处理模块；所述扫描工具模块用于测量所述待测器件晶圆地形高度数据；所述气压计改进工艺水准模块用于设置所述晶圆模板地形高度数据，同时提供偏移地图；所述数据处理模块用于将所述待测器件晶圆地形高度数据与所述偏移地图相结合，得到待测器件补偿数据，然后计算所述待测器件补偿数据与所述晶圆模板地形高度数据的相关系数r，计算得到其平方值RSQ，并进行相关性分析，判断是否符合误差标准，以实现对所述气压计改进工艺水准的实时监控。本发明所述系统和方法，避免了晶圆的破裂和损害，进一步提高效率和产品的良率。

Description

一种半导体器件制备过程的监控系统及方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种半导体器件制备过程的监控系统及方法。

背景技术

光电子扫描仪是晶圆在光刻区域中的曝光工具，所述对晶圆的曝光过程为通过对组成所述晶圆的每个小的方形区域进行曝光，从而实现对整个晶圆的曝光。在该过程中，所述晶圆上的最佳聚点（Best focus）取决于通过光刻胶所确定的晶圆地形（wafer topography）高度的准确性。目前现有扫描仪测量晶圆地形高度通过收集光反映信号得到，并称为平（leveling）。但是，光刻胶涂布在晶片表面是透明的，所以部分可见光可以透过所述光阻涂层，然后被基底材料中下方的化学蚀刻剂反射，正是由于这些基底材料，例如氧化物或者金属等材料产生的噪声信号，使得测量结果不够准确，不够准确的最佳聚焦将导致光刻工艺窗口减小。

气压计改进工艺水准（Air Gauge Improved Process Leveling，AGILE）是一个采用氮气进行水平测量的系统，可以准确的得到晶圆地形高度。特别是在后段制程中来确定各层的实际高度、平，AGILE具有非常有益的作用。因为在光水平测量系统以及AGILE之间具有一定偏移，因此，非常有必要对所述设置一个对所述AGILE实时监控的系统，不然预处理过程中的变化将有可能导致所述晶圆的碎裂。

如果该过程异常引起晶圆地形的改变，AGILE将会采用错误的偏移地图（offset map）来补偿当前实际情况下的晶圆，因此晶圆将会产生错误曝光的情况，引起晶圆的裂痕或者碎裂。但是目前还没有一个更加准确的、能够实时监控上述情况的方法。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决上述问题，本发明提供了一种半导体器件制备过程的监控系统，所述系统包括扫描工具模块、气压计改进工艺水准模块和数据处理模块；

所述扫描工具模块用于测量所述待测器件晶圆地形高度数据；

所述气压计改进工艺水准模块用于设置所述晶圆模板地形高度数据，同时提供偏移地图；

所述数据处理模块用于将所述待测器件晶圆地形高度数据与所述偏移地图相结合，得到待测器件补偿数据，然后计算所述待测器件补偿数据与所述晶圆模板地形高度数据的相关系数r，计算得到其平方值RSQ，并进行相关性分析，判断是否符合误差标准，以实现对所述气压计改进工艺水准的实时监控。

作为优选，所述扫描工具为光学水准测量传感器。

作为优选，所述相关系数r为所述待测器件晶圆与所述晶圆模板地形高度数据中平均关键尺寸的差值。

作为优选，所述数据计算模块中包含制造执行系统和/或统计过程控制，用于显示所述RSQ。

作为优选，所述数据计算模块进一步包括：

数据收集单元，用于收集所述待测器件晶圆地形高度数据，并与所述偏移地图结合，得到待测器件补偿数据并将所述数据传送到所述服务器；

服务器单元，用于计算所述待测器件补偿数据与所述晶圆模板地形高度数据的相关系数r，计算得到其平方值RSQ；

数据处理单元，用于接收所述RSQ数值，将所述数值输送至定义图表，并以所述图表中定义的标准判断所述RSQ数值是否在所述误差允许范围之内；

执行单元，用于执行数据处理单元的判断和指令，若所述RSQ数值在所述误差允许范围之内，产品合格，停止执行；若所述RSQ数值不在所述误差允许范围之内，则继续判断查找原因，进行改正，以达到误差要求。

作为优选，所述服务器单元和数据处理单元数包含检测结果偏差单元和/或面向对象C语言程序，用于检验所述RSQ是否在误差允许范围之内。

本发明还提供了一种半导体器件制备过程的监控方法，包括：

1）测量并收集待测器件晶圆地形高度数据；

2）通过气压计改进工艺水准制定所述待测器件的偏移地图；

3）将所述偏移地图与步骤1）中所述晶圆地形高度数据相结合，得到所述待测器件补偿数据；

4）将所述待测器件补偿数据与晶圆模板地形高度数据进行比较，计算两数据间的相关系数r，然后计算其平方值RSQ，并进行相关性分析，判断是否符合误差标准，以实现对所述气压计改进工艺水准的实时监控。

作为优选，所述步骤1）中通过光学扫描工具测量所述待测器件晶圆地形高度数据。

作为优选，所述步骤4）包括以下步骤：

4-1）将所述待测器件补偿数据与晶圆模板地形高度数据进行比较，计算两数据间的相关系数r，然后计算其平方值RSQ；

4-2）将所述RSQ数值与定义的判断标准进行比较，判断所述RSQ数值是否在所述误差允许范围之内；

4-3）若所述RSQ数值符合误差标准，所述待测器件通过检测；若所述RSQ数值不符合误差标准，则继续判断查找原因，进行改正，以达到误差要求。

作为优选，所述步骤4-3）中RSQ数值不符合误差标准，执行以下步骤：

A）检查是否检测设备或操作问题，若是，则重新对所述待测器件进行检测，以达到误差要求；

若不是检测设备或操作问题，则执行步骤B）：重新设置偏移地图，进行补偿，操作步骤3）和4）至达到误差要求为止。

在本发明中通过在光学水准测量传感器测量时对其增加AGILE偏移地图（AGILE Offset map）进行补偿，使待测器件的晶圆地形高度更加准确，以保证在后端制程中进行封装时能更加准确，避免了晶圆的破裂和损害，进一步提高效率和产品的良率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为本发明所述偏移地图与所述AGILE数据之间的关系图；

图2为本发明中所述CD变化以及相关系数r确定的示意图；

图3为本发明中所述检测方法流程示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述监控系统以及方法。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。

在本发明中为了解决现有技术中存在的各种问题，提供了一种半导体器件制备过程的监控系统，所述系统包括扫描工具模块、气压计改进工艺水准模块和数据处理模块；

所述扫描工具模块用于测量所述待测器件晶圆地形高度数据；

所述气压计改进工艺水准模块用于设置所述晶圆模板地形高度数据，同时提供偏移地图；

所述数据处理模块用于将所述待测器件晶圆地形高度数据与所述偏移地图相结合，得到待测器件补偿数据，并计算所述待测器件补偿数据与所述晶圆模板地形高度数据的相关系数r，计算得到其平方值RSQ（Square of thePearson correlation coefficient of the paired set of data），并进行相关性分析，判断是否符合误差标准，以实现对所述气压计改进工艺水准的实时监控。

具体地，所述扫描工具为光学水准测量传感器，正是由于所述光学水准测量传感器在进行测量时不可避免的产生反射以及噪声信号，因此为了得到更加准确的测量结果，以提高后端制程中封装效果以及产品良率，在本发明中加入偏移地图（Offset map），如图1所述，在光学水准测量传感器或者扫描工具中加入偏移地图（Offset map）即可得到准确的气压计改进工艺水准（Air Gauge Improved Process Leveling，AGILE）数据。

其中，在本发明中所述相关系数r（the Pearson correlation coefficient of thepaired set of data）为所述待测器件晶圆与所述晶圆模板地形高度数据中平均关键尺寸的差值，如图2所示，当偏离焦深（Depth ofthe focus，DOF）时，所述a、b和c均有不同程度的偏移，平均CD偏移（mean CD variation）即可确定，然后根据平均CD的偏移值确定相关系数r，r=mean a-mean c。

作为优选，所述数据计算模块中包含制造执行系统和/或统计过程控制，用于显示所述RSQ，其中所述制造执行系统(manufacturing execution system，简称MES）把器件测量计划通过执行系统同车间作业现场控制系统联系起来。这里的现场控制包括PLC程控器、数据采集器、条形码、各种计量及检测仪器、机械手等。MES系统设置了必要的接口，与提供生产现场控制设施建立合作。

作为优选，所述数据计算模块进一步包括：

1）数据收集单元，用于收集所述待测器件晶圆地形高度数据，并与所述偏移地图结合，得到待测器件补偿数据并将所述数据传送到所述服务器；

2）服务器单元，用于计算所述待测器件补偿数据与所述晶圆模板地形高度数据的相关系数r，计算得到其平方值RSQ；

3）数据处理单元，用于接收所述RSQ数值，并根据所述数值输送至定义图表，并以所述图表中定义的标准判断所述RSQ数值是否在所述误差允许范围之内；

4）执行单元，用于执行数据单元的判断和指令，若所述RSQ数值在所述误差允许范围之内，停止执行，若所述RSQ数值不在所述误差允许范围之内，则继续判断查找原因，进行改正，以达到误差要求。

其中，所述服务器单元和数据处理单元数可以为面向对象C语言程序OOC(Object Oriented C)或者检验结果偏差（out of specification）等程序或者方法，通过所述程序或者方法来检验所述RSQ是否在误差允许范围之内。但是需要说明的是，所述实现方法仅仅是示例性的，在具体操作中可以有多种选择，并不局限于所述程序或者方法。

其中，所述数据处理单元中可以选用误差检测以及修改软件或程序（error-detection and-correction，EDC）。

此外，本发明还提供了一种半导体器件制备过程的监控方法，包括：

1）测量并收集待测器件晶圆地形高度数据；

2）通过气压计改进工艺水准制定所述待测器件的偏移地图；

3）将所述偏移地图与步骤1）中所述待测器件晶圆地形高度数据相结合，得到所述待测器件补偿数据；

4）将所述待测器件补偿数据与晶圆模板地形高度数据进行比较，计算两数据间的相关系数r，计算得到其平方值RSQ，并进行相关性分析，判断是否符合误差标准，以实现对所述气压计改进工艺水准的实时监控。

如图3所示，在本发明中所述方法可以包含以下步骤：

首先光刻工程师（Litho Product Engineer）通过从扫描工具中获得待测器件的晶圆地形高度数据，然后将所述数据输送至所述数据收集单元IT；

在该步骤进行的同时，光刻工程师（Litho Product Engineer）制作AGILE偏移地图（AGILE Offset map）即偏移地图，并将所述偏移地图输送至所述扫描工具，所述扫描工具读取所述偏移地图，在所述数据收集单元IT处将所述偏移地图和所述晶圆地形高度数据进行结合，如图1所示，进而得到所述待测器件补偿数据；

将所述待测器件补偿数据与所述气压计改进工艺水准模块设置的晶圆模板地形高度数据进行比较，计算两数据间的相关系数r，计算得到其平方值RSQ；

将所述数据输送至数据处理中心，即EDC单元（error-detectionand-correction），将所述RSQ数值与定义的判断标准进行比较，判断所述RSQ数值是否在所述误差允许范围之内；

若所述RSQ数值符合误差标准，所述待测器件通过检测；

若所述RSQ数值不符合误差标准，则继续判断查找原因，进行改正，以达到误差要求。

具体地，当所述RSQ数值不符合误差标准时，光刻工程师（Litho ProductEngineer）首先检查所述是不是检测问题，如果是检测步骤或者操作上有错误，则重新放置晶片按照正确的方法进行检测，以消除误差，使误差在允许范围制备；

若经检查并不是操作步骤或者方法存在问题，则进一步检测检测装置是否存在问题，如果装置存在问题，则进行调整以消除所述问题，若不是装置存在问题则进行整体的检查，在必要时可以对所述偏移地图（Offset map）进行改进，重新制造合适的偏移地图（Offset map），然后进行补偿后返回到检测系统中重新进行检测，重复上面的步骤，直至所述误差要求符合标准为止，可以进行多次的调整和检测。

在本发明中通过在光学水准测量传感器测量时对其增加AGILE偏移地图（AGILE Offset map）进行补偿，使待测器件的晶圆地形高度更加准确，以保证在后端制程中进行封装时能更加准确，避免了晶圆的破裂和损害，进一步提高效率和产品的良率。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种半导体器件制备过程的监控系统，所述系统包括扫描工具模块、气压计改进工艺水准模块和数据处理模块；

所述扫描工具模块用于测量所述待测器件晶圆地形高度数据；

所述气压计改进工艺水准模块用于设置所述晶圆模板地形高度数据，同时提供偏移地图；

所述数据处理模块用于将所述待测器件晶圆地形高度数据与所述偏移地图相结合，得到待测器件补偿数据，然后计算所述待测器件补偿数据与所述晶圆模板地形高度数据的相关系数r，计算得到其平方值RSQ，并进行相关性分析，判断是否符合误差标准，以实现对所述气压计改进工艺水准的实时监控。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描工具为光学水准测量传感器。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述相关系数r为所述待测器件晶圆与所述晶圆模板地形高度数据中平均关键尺寸的差值。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据计算模块中包含制造执行系统和/或统计过程控制，用于显示所述RSQ。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据计算模块进一步包括：

数据收集单元，用于收集所述待测器件晶圆地形高度数据，并与所述偏移地图结合，得到待测器件补偿数据并将所述数据传送到所述服务器；

服务器单元，用于计算所述待测器件补偿数据与所述晶圆模板地形高度数据的相关系数r，计算得到其平方值RSQ；

数据处理单元，用于接收所述RSQ数值，将所述数值输送至定义图表，并以所述图表中定义的标准判断所述RSQ数值是否在所述误差允许范围之内；

执行单元，用于执行数据处理单元的判断和指令，若所述RSQ数值在所述误差允许范围之内，产品合格，停止执行；若所述RSQ数值不在所述误差允许范围之内，则继续判断查找原因，进行改正，以达到误差要求。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述服务器单元和数据处理单元数包含检测结果偏差单元和/或面向对象C语言程序，用于检验所述RSQ是否在误差允许范围之内。

7.一种半导体器件制备过程的监控方法，包括：

1）测量并收集待测器件晶圆地形高度数据；

2）通过气压计改进工艺水准制定所述待测器件的偏移地图；

3）将所述偏移地图与步骤1）中所述晶圆地形高度数据相结合，得到所述待测器件补偿数据；

4）将所述待测器件补偿数据与晶圆模板地形高度数据进行比较，计算两数据间的相关系数r，然后计算其平方值RSQ，并进行相关性分析，判断是否符合误差标准，以实现对所述气压计改进工艺水准的实时监控。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤1）中通过光学扫描工具测量所述待测器件晶圆地形高度数据。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤4）包括以下步骤：

4-1）将所述待测器件补偿数据与晶圆模板地形高度数据进行比较，计算两数据间的相关系数r，然后计算其平方值RSQ；

4-2）将所述RSQ数值与定义的判断标准进行比较，判断所述RSQ数值是否在所述误差允许范围之内；

4-3）若所述RSQ数值符合误差标准，所述待测器件通过检测；若所述RSQ数值不符合误差标准，则继续判断查找原因，进行改正，以达到误差要求。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤4-3）中RSQ数值不符合误差标准，执行以下步骤：

A）检查是否检测设备或操作问题，若是，则重新对所述待测器件进行检测，以达到误差要求；

若不是检测设备或操作问题，则执行步骤B）：重新设置偏移地图，进行补偿，操作步骤3）和4）至达到误差要求为止。

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