DE102016223967A1 - Systeme und Verfahren zum Charakterisieren einer verfahrensinduzierten Waferform für die Prozesskontrolle unter Verwendung von CGS-Interferometrie - Google Patents

Systeme und Verfahren zum Charakterisieren einer verfahrensinduzierten Waferform für die Prozesskontrolle unter Verwendung von CGS-Interferometrie Download PDF

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Abstract

Systeme und Verfahren zum Charakterisieren der Waferform unter Verwendung von Kohärenz-Gradienten-Detektions(CGS)-Interferometrie werden offenbart. Das Verfahren umfasst das Messen von mindestens 3 × 106 Datenpunkten auf einer Waferoberfläche unter Verwendung eines CGS-Systems, um eine Topographieabbildung der Waferoberfläche zu erhalten. Die Daten werden auf einem Wafer zur Vorverarbeitung und Nachverarbeitung des Wafers gesammelt und die Differenz berechnet, um eine Messung des Effekts des Verfahrens auf die Waferoberflächenform zu erhalten. Die Verfahrensschritte zum Verarbeiten desselben Wafers oder darauf folgender Wafer werden kontrolliert bzw. gesteuert, basierend auf einer gemessenen verfahrensinduzierten Veränderung in der Waferoberflächenform, um die Qualität der Waferverarbeitung zu verbessern.

Description

  • Verweis auf in Zusammenhang stehende Anmeldungen
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß 35 USC 119(e) aus der US-Provisional Patentanmeldung Serien-Nr. 62/263,917, eingereicht am 7. Dezember 2015, die hier durch Bezugnahme einbezogen wird.
  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf die Halbleiterherstellung und auf die Charakterisierung der Wafer, die in der Halbleiterfabrikation eingesetzt werden und spezieller bezieht sie sich auf Systeme und Verfahren zum Charakterisieren einer verfahrensinduzierten Waferform unter Verwendung von Kohärenz-Gradienten-Detektions-Interferometrie (coherent gradient sensing interferometry, CGS) und Verwenden der charakterisierten Waferform zum Kontrollieren bzw. Steuern und Verbessern des Halbleiterfabrikationsverfahrens.
  • Die gesamte Offenbarung jeder Publikation oder jedes Patentdokuments, das hier erwähnt ist, wird hier durch Bezugnahme einbezogen, einschließlich der U.S. Patente Nr. 3,829,219 und 5,526,116 sowie 6,031,611 und der Veröffentlichungen von M. P. Rimmer et al., "Evaluation of large aberrations using lateral-shear interferometer having a variable shear" App. Opt., Bd. 14, Nr. 1, S. 142–150, January 1975, und von Schreiber et al., "Lateral shearing interferometer based on two Ronchi phase gratings in series," App. Opt., Bd. 36, Nr. 22, S. 5321–5324, August 1997, und von Brunner et al., "Characterization of wafer geometry and overlay error on silicon wafers with nonuniform stress", J. Micro/Nanolith., MEMS MOEMS 12 (4), 043002-1 bis 12, (Okt.-Dez. 2013).
  • STAND DER TECHNIK
  • Die Herstellung von Halbleiterwafern umfasst das Durchführen einer Anzahl (zehn oder mehrere zehn) von Verfahren auf dem Wafer unter Verwendung einer Vielzahl verschiedener Werkzeuge, wie Belichtungswerkzeuge, Brennwerkzeuge, Ätzwerkzeuge, Polierwerkzeuge, Abscheidungswerkzeuge, Kühl- bzw. Temperwerkzeuge etc. Eine Reihe von Lithographie-Schritten wird verwendet, um gemusterte Vorrichtungsmerkmale in zuvor abgeschiedenen und ver- bzw. bearbeiteten Schichten bereitzustellen. Zwischen irgendwelchen zwei Lithographie-Schritten können die Zwischenverfahren die Form des Wafers beeinträchtigen. Dennoch muss der Wafer im Allgemeinen für viele der Lithographieverfahren so flach wie möglich sein, da eine mangelnde Flachheit in einer Veränderung im Verfahren als Funktion der Position auf dem Wafer resultieren kann. Eine derartige Veränderung ist unerwünscht, da diese zu Defekten in den Halbleitervorrichtungen (z. B. Speicherchips, Logikchips etc.) die auf dem Wafer hergestellt werden, führen kann.
  • Wenn beispielsweise das Verfahren ein photolithographisches Verfahren darstellt, das das Drucken von Linien für verschiedene Belichtungsfelder über den Wafer umfasst, und der Wafer ein bestimmtes Ausmaß an Krümmung aufweist, das mit der Tiefenschärfe (depth of focus) des photolithographischen Werkzeuge vergleichbar ist, kann es eine Veränderung in den Linienbreiten geben, die über den verschiedenen Belichtungsfeldern auf dem Wafer gebildet werden, oder sogar in einem vorgegebenen Belichtungsfeld. Diese Veränderung kann zu unangemessener Leistungsfähigkeit der Halbleitervorrichtungen, die hergestellt werden, beitragen und kann in einer verringerten Ausbeute resultieren.
  • Unglücklicherweise ist es schwierig wenn nicht unmöglich, zu wissen, wie ein vorgegebenes Verfahren zur Form eines Wafers beiträgt. Dies wird durch die Tatsache kompliziert, dass einige Halbleiterverfahren das Bilden von Halbleiterstrukturen sowohl auf der Vorder- als auch der Rückseite des Wafers einbeziehen.
  • Während Waferflachheitsmessungen in einer Vielzahl von Wegen durchgeführt werden können, ist eine sehr große Anzahl von Messungen (z. B. eine Million oder mehr) notwendig, um adäquate Daten zu erhalten, um in der Lage zu sein, eine Beurteilung der Verfahrensbeiträge zur Form des Wafers durchzuführen. Eine Unterbrechung des Verfahrensflusses, um eine derart große Anzahl von Messungen durchzuführen, wurde im Allgemeinen als unpraktisch angesehen, weil dieses den Durchsatz von Wafern durch das Herstellungsverfahren wesentlich reduziert (d. h. den „Durchsatz” reduziert), woraus eine wesentliche Zunahme der Kosten pro Wafer resultiert.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Aspekte der Offenbarung umfassen die Verwendung von CGS-Interferometrie des vollständigen Wafers, um die Form (das heißt Krümmung, Nichtplanarität, Verformung, Deformation, Topographie, Oberflächenhöhenvariation etc.) der Halbleiterwafer als Teil des Verfahrensflusses zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen auf den Wafern zu messen. Die CGS-Interferometrie kann die Oberfläche eines Wafers sehr genau abbilden und fängt die Gesamttopographie des Wafers mit beispielsweise etwa 3 × 106 Pixeln mit einer Geschwindigkeit von mehr als 100 Wafern pro Stunde, ein. Die selbstreferenzierende Konfiguration des CGS-Interferometers ermöglicht es Formmessungen für Wafer mit irgendeinem Typ von Halbleiterstruktur durchzuführen und erfordert kein Messziel. Die Waferformdaten werden analysiert, um die Beziehungen zwischen Oberflächenverschiebungen, Belastung und Waferform zu verstehen, wie durch die Verfahren, denen der Wafer unterzogen wurde, induziert bzw. hervorgerufen.
  • Durch Vergleich der Entwicklung der Waferform zwischen den Verfahrensschritten im Verfahrensfluss können Formvariationen genauso wie Belastungen bzw. Spannungen gemessen und kontrolliert bzw. gesteuert werden. Mit einem vorgegebenen etablierten Waferverfahrensfluss mit einer großen Mischung von Produkten (Werkzeugen) ermöglicht das CGS-Interferometer-Messsystem ein schnelles Verständnis der Wafer-Ebene, des Formniveaus und der Topographie in der Form sowie Belastungsanforderungen.
  • In der Umgebung einer Fertigungsanlage variieren die Produktgestaltung bzw. -ausführung (z. B. Durchkontaktierungen (through-silicon vias, TSVs), Redistributionsschichten (redistribution layers, RDLs), Micro-bumps, usw.) und die Planarität und Belastungsspezifikationen. Die hier offenbarten Verfahren ermöglichen maßgeschneidertes Verarbeiten (z. B. SPC) von jeder individuellen Produktionscharge. Die Planaritäts- und Belastungsmessungen können eingesetzt werden, um die Verfahrenskontrolle bzw. Steuerung durchzuführen (z. B. Verfahrensfeedback), um sicherzustellen, dass jedes Produkt zuverlässig funktioniert. Die Formmessungen können für Halbleiterwafer für eine Vielzahl von Verfahrensanwendungen eingesetzt werden, einschließlich der anfänglichen Fabrikationsschritte bis zu den Packagingschritten auf Wafer-Ebene.
  • Ein Aspekt der hier offenbarten Verfahren umfasst den nachfolgenden Ansatz:
    • 1) Herstellen einer Formmessung mit hoher Dichte (z. B. > 105 Messungen pro Seite oder > 106 Messungen pro Seite) von einer oder beiden Seiten eines Wafers, der entweder einen Vorderseitenfilm oder sowohl einen Vorderseiten- als auch Rückseitenfilm aufweist. Dies kann unter Verwendung eines Interferometer-basierten Systems, wie einem CGS-Interferometersystem, durchgeführt werden.
    • 2) Erkennen, dass die Vorderseiten- und Rückseitenfilme auf dem Wafer Verschiebungen in der Ebene auf der Vorderseite und Rückseite verschieden beeinflussen (das heißt einen Faktor von –1).
    • 3) Beiträge von Vorderseiten- und Rückseitenfilm auf dem Wafer müssen getrennt werden, um die Genauigkeit der Kompensation/Korrektur der Ausrichtung des lithographischen Systems zu erhöhen.
    • 4) Der exakte Ansatz für die Vorderseiten/Rückseitentrennung basiert auf dem Waferform-Probenahmeplan und der Art der spezifischen Verfahren (das heißt, ob sie die Vorderseitenbelastung, Rückseitenbelastung oder beide beeinflussen).
    • 5) Wenn Waferformen gemessen werden können, um die Vorderseiten- und Rückseitenbelastungsbeiträge zur Form eindeutig zu isolieren (oder wenn der Rückseitenbeitrag vernachlässigbar ist), dann sind keine komplementären Daten erforderlich.
    • 6) Wenn die Waferformen nicht gemessen werden können, um die Vorderseiten- und Rückseitenbelastungsbeiträge zur Form eindeutig zu trennen, dann werden komplementäre Daten verwendet (so genannte Hybridmetrologie). Beispiele von komplementären Daten können umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: a. Ausrichtungsmarken-Daten b. Überlagerungsdaten c. Direkte Belastungs-/Beanspruchungsmessung
    • 7) Waferformmessungen und in Zusammenhang stehende Trennung von Vorderseiten- und Rückseitenbeiträgen können wie folgt eingesetzt werden: a. Wafer-zu-Wafer oder Lot-zu-Lot; interpoliert oder extrapoliert auf Bereiche von Wafern mit geringer Ausrichtungsdichte oder Überlagerungsmessungen. b. Als eine Anleitung für komplementäre Messungen (das heißt Bestimmung von Messorten für die Ausrichtungs- oder Überlagerungsmessungen).
    • 8) Waferformmessungen und in Verbindung stehende Trennung von Vorderseiten- und Rückseitenbeiträgen können periodisch bestimmt werden, wobei die hohe Dichte als Referenzdatei oder Zuordnungstabelle für ein spezielles Segment eines speziellen Verfahrensflusses/einer speziellen Vorrichtung dient.
  • Ein Aspekt der Offenbarung ist ein Verfahren zum Charakterisieren einer Form eines ersten Wafers mit einer Vorderseite und einer Rückseite und Unterziehen diesen einem oder mehreren Halbleiterherstellungsverfahrensschritten. Das Verfahren umfasst a) vor dem Durchführen der ein oder mehreren Halbleiterherstellungsverfahrensschritte Durchführen einer ersten Kohärenz-Gradienten-Detektions(CGS)-interferometrischen Formmessung einer ersten Form von mindestens einer der Vorderseiten- und Rückseitenflächen des ersten Wafers gemäß des Waferform-Probenahmeplans; b) Durchführen mindestens eines der ein oder mehreren Halbleiterherstellungsverfahrensschritte bei mindestens einer der Vorderseite oder der Rückseite des ersten Wafers; c) Durchführen einer zweiten CGS-interferometrischen Formmessung einer zweiten Form mindestens einer der vorderseitigen oder rückseitigen Fläche des ersten Wafers nach Durchführen von Vorgang b) unter Verwendung desselben Waferform-Probenahmeplans bzw. -abtastplans von Vorgang a); und d) Bestimmen einer verfahrensinduzierten Änderung in der Form des ersten Wafers durch Vergleichen der ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: Verarbeiten eines zweiten Wafers unter Verwendung der ein oder mehreren Halbleiterherstellungsverfahrensschritte; und Verändern mindestens eines der ein oder mehreren Halbleiterherstellungsverfahrensschritte, basierend auf der verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des zweiten Wafers, wenn der zweite Wafer verarbeitet wird.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei das Verfahren weiterhin das Einstellen bzw. Anpassen mindestens eines der ein oder mehreren Halbleiterherstellungsverfahrensschritte umfasst, der/die noch nicht beim ersten Wafer eingesetzt wurde(n), basierend auf der bestimmten verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers; und Verarbeiten des ersten Wafers unter Verwendung des einen oder der mehreren angepassten Verfahren.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei das Verfahren weiterhin das Durchführen von Oberflächenverschiebungsmessungen unter Verwendung von Ausrichtungsmarken auf mindestens einer der Vorderseite oder Rückseite des ersten Wafers umfasst, sowie das Verwenden der Oberflächenverschiebungsmessungen in Vorgang d) des Bestimmens der verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei der erste Wafer Vorderseitenausrichtungsmarken auf der Vorderseite des ersten Wafers umfasst, sowie Rückseitenausrichtungsmarken auf der Rückseite des ersten Wafers. Und das Verfahren umfasst weiterhin das Durchführen erster Messungen einer Oberflächenverschiebung auf der Vorderseite des ersten Wafers unter Verwendung der Vorderseitenausrichtungsmarken nach Durchführung eines Vorderseitenverfahrensschritts; Durchführen zweiter Messungen einer Oberflächenverschiebung auf der Rückseite des ersten Wafers unter Verwendung von Rückseitenausrichtungsmarken nach Durchführen eines Rückseitenverfahrensschritts; Verwenden der ersten und zweiten Messungen der Oberflächenverschiebung, um den jeweiligen Beitrag der Vorderseiten- und Rückseitenverfahrensschritte zur verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers von Vorgang d) zu identifizieren.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei der erste Wafer Vorderseitenausrichtungsmarken auf der Vorderseite des ersten Wafers und Rückseitenausrichtungsmarken auf der Rückseite des ersten Wafers umfasst. Und das Verfahren umfasst weiterhin das Durchführen einer Überlagerungsmessung unter Verwendung der Vorderseiten- und Rückseitenausrichtungsmarken, um die jeweiligen Beiträge der Vorderseiten- und Rückseitenverfahrensschritte zur verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers von Vorgang d) zu identifizieren.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei das Verfahren weiterhin das Durchführen einer ersten Belastungsmessung auf der Vorderseite des ersten Wafers nach Durchführen eines Vorderseitenverfahrensschritts; das Durchführen einer zweiten Belastungsmessung auf der Rückseite des ersten Wafers nach Durchführen eines Rückseitenverfahrensschritts; und das Durchführen der ersten und zweiten Belastungsmessungen umfasst, um die jeweiligen Beiträge der Vorder- und Rückseitenverfahrensschritte zur verfahrensinduzierten Änderung in der Form des ersten Wafers von Vorgang d) zu identifizieren.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei die erste und zweite CGS-interferometrische Formmessung jeweils CGS-interferometrische Vorder- und Rückseiten-Messungen umfassen.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei die erste und zweite CGS-interferometrische Formmessung jeweils nur CGS-interferometrische Vorderseiten-Messungen umfasst.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei die ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen jeweils nur CGS-interferometrische Rückseiten-Messungen umfasst.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei der mindestens eine der ein oder mehreren Halbleiterherstellungsverfahrensschritte, die in Vorgang b) durchgeführt werden, multiple Schritte der Halbleiterherstellungsverfahrensschritte umfasst, die auf einem einzelnen Lithographie-Werkzeug durchgeführt werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei der mindestens eine der ein oder mehreren Halbleiterherstellungsverfahrensschritte, die in Vorgang b) durchgeführt werden, multiple Schritte der Halbleiterherstellungsverfahrensschritte umfasst, die auf verschiedenen Lithographie-Werkzeugen durchgeführt werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei Vorgang b) das Bilden einer Halbleiterstruktur auf mindestens einer der Vorderseite oder Rückseite des ersten Wafers umfasst.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei Vorgang b) das Verarbeiten einer vorliegenden Halbleiterstruktur auf mindestens einer der Vorderseite oder Rückseite des ersten Wafers umfasst.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei die erste und zweite CGS-interferometrische Formmessung jeweils mindestens 106 Datenpunkte umfasst.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist das oben beschriebene Verfahren, wobei die erste und zweite CGS-interferometrische Formmessung jeweils zwischen 1 × 105 Datenpunkte und 5 × 106 Datenpunkte umfassen.
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind in der detaillierten Beschreibung, die folgt, dargelegt und werden dem Fachmann im Stand der Technik aus der Beschreibung teilweise ohne weiteres ersichtlich oder durch Umsetzen der Offenbarung, wie hier beschrieben, in die Praxis erkannt werden, einschließlich der detaillierten Beschreibung, die folgt, der Ansprüche und der beigefügten Zeichnungen. Die Ansprüche sind in die detaillierte Beschreibung der Offenbarung einbezogen und stellen einen Teil dieser dar.
  • Es versteht sich, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende detaillierte Beschreibung Ausführungsformen der Offenbarung präsentieren und einen Überblick oder Rahmen zum Verständnis der Art und des Charakters der Offenbarung, wie diese beansprucht wird, bereitstellen sollen. Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der Offenbarung bereitzustellen und sind in diese Beschreibung einbezogen und stellen einen Teil dieser dar. Die Zeichnungen veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien und Arbeitsweisen der Offenbarung zu erläutern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kohärenz-Gradienten-Detektions(coherent gradient sensing, CGS)-Systems, das in einem Beispiel verwendet wird, um die CGS-interferometrischen Messungen durchzuführen, die einen Teil der hier offenbarten Verfahren darstellen;
  • 1B ist eine Schnittansicht eines beispielhaften Wafers mit einem Vorderseitenfilm, und veranschaulicht die Oberflächenverschiebungen aufgrund von Belastung und Verbiegung für den Fall einer einfachen Verbiegung;
  • 1C ist ähnlich zu 1B aber für den Fall, wo der Wafer sowohl Vorderseiten- als auch Rückseitenfilme aufweist;
  • die 2A–2C sind Konturdiagramme der Waferform, die die Oberflächenposition oder Höhe u(x, y) als eine Funktion der (x, y) Positionen (mm) auftragen, wobei 2A die Topographie nach dem Verfahren darstellt, 2B die Topographie vor dem Verfahren darstellt und 2C den Unterschied w(x, y) zwischen den Auftragungen von 2A und 2B darstellt, um zu der verfahrensinduzierten Topographie zu gelangen;
  • die 3A und 3B sind Belastungsabbildungen für σxx (3A) und σyy (3B) für 300 mm Wafer mit Durchgängen durch ein hoch belastendes Front-End-of-Line-Verfahren (FEOL), wobei die Belastungsskala von –50 MPa bis 250 MPa verläuft;
  • 4 ist eine Darstellung eines Beispiels einer lokalisierten Chip-Ebene-Topographie-Abbildung, wobei die Höheskala von –0,2 μm bis 0,2 μm verläuft.
  • die 5A bis 5D sind beispielhafte Topographiedarstellungen für vier verschiedene Chip-Verfahrens-Ebenen, nämlich Filmabscheidung (5A), Tempern (5B), Ätzen (5C) und Abziehen (5D);
  • die 6A bis 6D sind beispielhafte Belastungsabbildungen gemessen vor dem Tempern von vier verschiedenen Werkzeugen mit demselben Produkt- und Verfahrensfluss;
  • die 7A und 7B sind Topographieabbildungen eines nicht eingespannten Wafers (7A) und eines eingespannten Wafers (7B), die Restspannung zeigen;
  • 8 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Überwachung der Waferform während eines Verfahrensflusses veranschaulicht;
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das die Einzelheiten von Schritt S1 des Erstellens eines Probenahmeplans zur Durchführung von Oberflächenformmessungen zeigt;
  • die 10A bis 10D zeigen vier verschiedene Pfade P1 bis P4 durch das Flussdiagramm von 9, wodurch vier verschiedene Ansätze für die Erstellung eines Probenahmeplans veranschaulicht werden;
  • die 11A bis 11D sind schematische Darstellungen, die jeweils den Probenahmeplanpfaden P1 bis P4 entsprechen und zeigen ein beispielhaftes Waferverfahren, das vierzehn individuelle Verfahren umfasst; und
  • 12 ist ein Flussdiagramm des Schritts S5 des Flussdiagramms von 8 und zeigt drei verschiedene Optionen zur Durchführungen der Verschiebungsberechnung.
  • In einigen der Figuren sind aus Gründen des Bezugs kartesische Koordinaten gezeigt und die nicht als beschränkend im Hinblick auf die Orientierung oder Konfiguration angesehen werden sollen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Es wird nun in Einzelheiten auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen der Offenbarung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo immer möglich, werden die gleichen Bezugszeichen und Symbole für die gesamten Zeichnungen verwendet, um auf dieselben oder ähnliche Teile zu verweisen. Die Ansprüche sind in diese detaillierte Beschreibung einbezogen und stellen einen Teil dieser dar.
  • In der nachfolgenden Erläuterung bedeutet der Begriff „Form”, wie verwendet, um einen Wafer zu beschreiben, die Oberflächenform oder Topographie oder Krümmung oder Oberflächenhöhe als eine Funktion der (x, y)-Koordinaten der Waferoberfläche oder Krümmung oder Nichtplanarität oder Deformation etc. In einem Beispiel kann die Form im Hinblick auf eine Höhenfunktion w(x, y) definiert werden, wobei die Höhe in z-Richtung gemessen wird. Die Oberflächenform eines Wafers bewirkt entsprechende Verschiebung der (x, y)-Waferoberflächenpunkte in der Ebene, verglichen mit einer perfekt flachen Waferoberfläche, wobei die Verschiebungen in der Ebene parallel zu den x- und y-Achsen eines kartesischen Koordinatensystems als u(x, y) bzw. v(x, y) bezeichnet werden.
  • CGS-Interferometersystem
  • 1A ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kohärenz-Gradienten-Detektions(CGS)-Interferometersystems („CGS-System”) 100, das verwendet werden kann, um die Krümmung C(x, y) eines Wafers 10 mit einer oberen Fläche 12 zu messen. Die Einzelheiten darüber wie CGS arbeitet, sind in dem oben zitierten US-Patent Nr. 6,031,611 (das '611 Patent) beschrieben. 1A basiert auf 1 des '611 Patents.
  • Das CGS-System 100 basiert auf den Prinzipien der lateralen Scherungsinterferometrie. Das CGS-System 100 umfasst entlang einer Achse A1 eine Digitalkamera 110 mit einem Bildsensor 112, einer Filterlinse 124 (z. B. einem Filter in Verbindung mit einer Linse, wie im '611-Patent diskutiert und darin in 1 gezeigt), ersten und zweiten axial beabstandeten Beugungsgittern G1 und G2, einem Strahlteiler 130 und einer Waferbühne 140. Das CGS-System 100 umfasst ebenfalls einen Laser 150, angeordnet entlang einer optischen Achse A2, die die Achse A1 des Strahlteilers 130 schneidet. Ein Strahlexpander/Kollimator 154 ist entlang der optischen Achse A2 vor dem Laser 150 angeordnet.
  • Das CGS-System 100 umfasst ebenfalls ein Kontrollgerät oder einen Signalprozessor 160, betriebsbereit verbunden mit der Digitalkamera 110 und dem Laser 150. Ein beispielhaftes Kontrollgerät oder Signalverarbeiter 160 ist oder umfasst einen Computer mit einem Prozessor 162 und einem nichtflüchtigen computerlesbaren Medium („Speicher”) 164, die über hierauf aufgenommene Instruktionen konfiguriert wird, um den Betrieb des CGS-Systems 100 zu kontrollieren bzw. zu steuern, um Messungen des Wafers 10 durchzuführen und die hier beschriebenen Verfahren auszuführen.
  • Der Wafer 10 weist eine obere Fläche 12 auf und eine untere Fläche 14. In einem Beispiel umfassen eine oder beide, die obere Fläche 12 und die untere Fläche 14, Ausrichtungsmarken 16, wie in dem vergrößerten Bildausschnitt I1 gezeigt. Der Wafer 10 kann ebenfalls Halbleitermerkmale oder Strukturen 18, gebildet auf mindestens einer der Flächen: der unteren oder oberen Fläche 12 oder 14, umfassen, wie in dem vergrößerten Bildausschnitt I1 gezeigt. In einem Beispiel kann eine beispielhafte Struktur einen Film oder einen Filmstapel aufweisen. Eine beispielhafte Struktur kann ebenfalls gemusterte Merkmale enthalten, wie gebildet unter Verwendung eines lithographischen Verfahrens in einer lithographischen Schicht, z. B. ein dielektrisches Material oder ein Metallmaterial oder eine Kombination von derartigen Materialien.
  • Wieder mit Bezug auf 1A bilden der Laser 150 und der Strahlexpander/Kollimator 154 im Betrieb einen kollimierten Messstrahl 152, der durch den Strahlteiler 130 auf die obere Fläche 12 des Wafers 10 gerichtet wird. Der kollimierte Messstrahl 150 weist einen Durchmesser von mindestens dem Durchmesser des Wafers 10 auf, der beispielsweise einen Durchmesser von 300 mm aufweisen kann.
  • Der kollimierte Messstrahl 152 wird von der oberen Fläche 12 des Wafers 10 als reflektiertes Licht 152R reflektiert, das sich durch den Strahlteiler 130 und durch das erste und zweite axial beabstandete Beugungsgitter G1 und G2 nach unten bewegt. Die zwei Beugungsgitter G1 und G2 sind beabstandet und ansonsten aufgebaut, um das reflektierte Licht 152R abzuscheren bzw. abzuschneiden. Das reflektierte Licht 152R, das durch die zwei Beugungsgitter G1 und G2 hindurchgeht, wird dann unter Verwendung der Filterlinse 124 auf den Bildsensor 112 der Digitalkamera 110 fokussiert.
  • Da der kollimierte Messstrahl 152 den gesamten Wafer 10 auf einmal beleuchtet, muss die Waferbühne 140 keine x/y-Bewegung durchführen, um die Messung zu vervollständigen. Das reflektierte Licht 152R, das von der oberen Fläche 12 des Wafers 10 reflektiert wird, wird gemäß der lokalen Höhenvariationen (d. h. Krümmung) des Wafers 10 verzerrt. Die Interferenz wird in einer selbst referenzierenden Art und Weise erzeugt, wenn das verzerrt reflektierte Licht 152R durch die zwei Beugungsgitter G1 und G2 gelenkt wird. Der selbst referenzierende Ansatz eliminiert die Notwendigkeit für einen unabhängigen Referenzstrahl von beispielsweise einem flachen Spiegel und stellt ausgezeichneten Randkontrast sicher, ungeachtet der Reflektivität der zu untersuchenden Oberfläche. Die Interferenzmuster werden auf dem Bildsensor 112 abgebildet, der in einem Beispiel ein 2048 × 2048-CCD-Sensorarray umfasst.
  • Das CGS-System 100 vergleicht im Wesentlichen die relativen Höhen von zwei Punkten auf der oberen Fläche 12 des Wafers 10, die sich durch einen festen Abstand ω unterscheiden, der als Scherungsabstand bezeichnet wird. Physikalisch liefert die Änderung in der Höhe über einen festen Abstand Gefälle- oder Neigungsinformationen und die Randgebiete in einem CGS-Interferenzmuster sind Konturen mit konstanter Neigung bzw. konstantem Gefälle. Für eine vorgegebene Messwellenlänge λ und den Gitterabstand p für die zwei Beugungsgitter G1 und G2 skaliert sich der Scherungsabstand mit dem Abstand zwischen den zwei Beugungsgittern G1 und G2. Die Empfindlichkeit des Interferometers oder die Neigung pro Randgebiet bestimmt sich durch das Verhältnis der Messwellenlänge λ zum Scherungsabstand ω.
  • Um die Form (und damit die Krümmung) der oberen Fläche 12 des Wafers 10, die inspiziert wird, zu rekonstruieren, müssen Interferenzdaten in zwei orthogonalen Richtungen gesammelt werden. Das Sammeln der Neigungsdaten in x-Richtung und y-Richtung wird parallel durch zwei unabhängige Gitter- und Kamera-Einstellungen erreicht, wie offenbart im '611 Patent. Die Neigungsdaten, die von den Interferenzmustern abgeleitet werden, werden numerisch integriert, um die Oberflächenneigung oder Topographie des Wafers 10 zu erzeugen.
  • In einem Beispiel wird für jede Richtung eine Reihe von 10 phasenverschobenen Interferenzmustern bei 45 Grad-Inkrementen in Phase gesammelt. Die Phasenverschiebung wird erreicht durch Bewegen der zwei Beugungsgitter G1 und G2 in Richtung parallel zur Scherungsrichtung. Die Phasenverschiebung liefert mehrere Vorteile. Für die Messung gemusterter Wafer ist der wichtigste Vorteil, dass der Randbereichskontrast effektiv vom Musterkontrast, der mit der Phasenverschiebung statisch ist, getrennt werden kann. Die Phasenverschiebung, zusammen mit der inhärenten selbstreferenzierenden Natur der CGS-Technik resultiert in einer relativ hohen Messintegrität auf gemusterten Wafern mit in hohem Maße variierender nominaler Reflektivität. Es gibt keinen Bedarf für bestimmte oder unterschiedliche Targets, Pads oder andere spezialisierte Merkmale im Layout der oberen Fläche 12 des Wafers 10.
  • Aus der Abbildung eines 300 mm-Wafers 10 auf einen Bildsensor 112 mit dem zuvor erwähnten 2048 × 2048 Sensorarray resultiert für jedes Pixel entsprechend eine quadratische Fläche von etwa 150 μm auf der oberen Fläche 12 des Wafers 10. Folglich kann eine 300 mm große obere Fläche 12 des Wafers 10 mit mehr als 3 × 106 Datenpunkten mit Messzeiten von nur wenigen Sekunden abgebildet werden. Dies bildet eine hochdichte Form-Messung.
  • Für maximalen Systemdurchsatz können die 2048 × 2048 CCD-Array-Ergebnisse auf ein 1024 × 1024-Array heruntergerechnet werden, woraus eine quadratische Fläche von etwa 300 μm auf der oberen Fläche 12 des Wafers 10 resultiert, was einen Durchsatz für das CGS-System 100 von mehr als 100 Wafern pro Stunde (wph) ermöglicht. Aus den heruntergerechneten Daten resultiert für eine 300 mm große obere Fläche 12 des Wafers 10, dass er mit etwa 800.000 Datenpunkten abgebildet ist. Die heruntergerechneten Daten stellen nach wie vor eine hochdichte Formmessung dar.
  • Es ist festzuhalten, dass für belastungsinduziertes Verbiegen des Wafer die kürzeste Längenskala in der Ebene, über die der Wafer 10 deformiert werden kann, zweimal dessen Dicke darstellt. Als solche charakterisiert die Größe von 300 μm Pixelgröße die Deformation eines typischen 300 mm-Wafers 10, dessen Dicke 775 μm beträgt, adäquat und eine höhere Auflösung mit einer Pixelgröße von etwa 150 μm Pixelgröße kann für dünnere Wafer, wenn erforderlich, verwendet werden.
  • Das CGS-System 100 hat Vorteile zur Messung der Form des Wafers 10 verglichen mit traditionellen Interferometern, die die z-Höhe messen. Zuerst liefert die selbstreferenzierende Natur der CGS-Technik hohen Kontrast in den Randgebieten, ungeachtet der nominalen Reflektivität der oberen Fläche 12 des Wafers 10, aufgrund der zwei Strahlen, die interferieren und ähnliche Intensität aufweisen. Traditionelle Interferometer, die auf einer Referenzfläche beruhen, können Randbereichskontrast verlieren, wenn der Referenzstrahl deutlich heller ist als der Messstrahl aufgrund eines Wafers mit niedriger Reflektivität. Zweitens haben die CGS-Randgebiete für typische Waferdeformationen von mehreren zehn bis hunderte von um eine viel größere Breite und einen viel größeren Abstand als typische Mustermerkmale. Derartige Randgebietsmuster sind viel robuster für herkömmliche Randgebietsanalysetechniken, weil die CGS-Randgebiete angemessen glatt und kontinuierlich über den gesamten Wafer 10 sind. Traditionelle Interferometer können Randgebietsmuster aufweisen, die diskontinuierlich werden und in Gegenwart von Mustern schwierig aufzulösen sind, was die Randgebietsanalyse anspruchsvoll, wenn nicht unmöglich macht.
  • Es ist festzuhalten, dass die Waferformcharakterisierung typischerweise auf Punkt-zu-Punkt-Messungen beruht, um Geringdichte-Abbildungen der Wafergeometrie mit höchstens wenigen hundert Datenpunkten zu erzeugen. Das CGS-System 100 ermöglicht die Inspektion gemusterter Wafer, die eine Abbildung des gesamten Wafers mit mehr als 5 × 105 Pixeln (Datenpunkten) bereitstellen kann, z. B. bis zu etwa 3 × 106 Pixel (Datenpunkten) pro Wafer mit einer Auflösung von etwa 75 μm pro Pixel. In einem Beispiel liegt die Anzahl von Datenpunkten im Bereich von 5 × 105 bis 5 × 106.
  • Das CGS-Interferometer für ganze Wafer kann die obere Fläche 12 des Wafers 10 in wenigen Sekunden präzise abbilden und ermöglicht eine 100%ige Überwachung der individuellen Waferform im Betrieb. Deren selbstreferenzierendes Merkmal ermöglicht, die Inspektion auf jedem Typ von Oberfläche oder Filmstapel durchzuführen und erfordert kein Messziel. Diese Fähigkeit kann für MEOL- und BEOL-Verfahrensüberwachung für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Waferkrümmung, verfahrensinduzierter Topographie für TSV und andere kritische Schritte, um prozessinduzierte Ausbeuteprobleme zu kontrollieren bzw. zu steuern, eingesetzt werden.
  • Berechnen der Dünnfilmbelastung
  • Die kumulative Belastung σf in einer Materialschicht kann aus der verfahrensinduzierten Veränderung der Substratkrümmung Δκ unter Verwendung der gut bekannten Stoney-Formel berechnet werden:
    Figure DE102016223967A1_0002
    wobei Ms das Biaxialmodul des Substrats (Wafer) darstellt, hs ist die Dicke des Substrats und hf ist die Film- oder Schichtdicke. Die Annahmen der Stoney-Formel umfassen, dass der Film oder die Schicht homogen, kontinuierlich und relativ dünn im Vergleich zum Substrat ist und dass die Belastung und damit die Krümmungsveränderung räumlich gleichförmig verläuft.
  • Für die meisten praktischen Halbleitervorrichtungen werden diese Annahmen nicht verwirklicht. Die Vorrichtungsstrukturen sind inhärent heterogen und diskontinuierlich, wohingegen Belastungen und Krümmungen aufgrund von Verfahrensungleichförmigkeiten räumlich variieren. Trotzdem haben komplexere Analysen von einfachen Vorrichtungsstrukturen und räumlich variierenden Belastungsfeldern gezeigt, dass die Gleichung (A) für den Fall eines dünnen, kontinuierlichen Films mit gleichförmiger Belastung wieder gültig ist.
  • In erster Ordnung resultiert aus der Analyse der Einzelheiten der Vorrichtungsstruktur und Belastungsungleichförmigkeiten ein Multiplikationsfaktor für die ursprüngliche Stoney-Gleichung. Folglich stellt die Stoney-Formel für eine spezifische Vorrichtungsstruktur und Verfahrenshistorie trotz der vereinfachenden Annahmen nach wie vor eine einigermaßen exakte Darstellung der relativen Belastungsvariationen über das Substrat dar.
  • Für die gemessene Oberflächentopographie und Neigungen bzw. Krümmungen kann angenommen werden, dass sie aus „gleichmäßigen Belastungs”- und „ungleichmäßigen Belastungs”-Komponenten aufgebaut sind. Es ist festzuhalten, dass aus der Gleichung (A) konstante Belastung über den Wafer 10 mit einer konstanten Krümmung, definiert als zweite Ableitung der Oberflächenhöhe w, assoziiert ist. Eine konstante Krümmung impliziert, dass die Topographie w durch eine Gleichung zweiter Ordnung beschrieben werden kann (z. B. eine parabolische Fläche) und die Krümmungen durch eine Gleichung erster Ordnung (d. h. eine Ebene). Daher beschreibt eine best-fit-Ebene für die gemessenen Neigungsfelder die „gleichförmige Belastungs”-Komponente, wohingegen der Rest von der Anpassung (gemessen minus der best-fit-Ebene) die „ungleichförmige Belastungs”-Komponente darstellt.
  • Eine niedrige Deformationsraumfrequenz, im Allgemeinen verbunden mit gleichförmiger Belastung, kann eliminiert werden, wenn ein Wafer in einem Lithographie-Werkzeug eingespannt wird. Jedoch verursachen ungleichförmige Belastungen, die bei höheren Raumfrequenzen auftreten, Deformationen und Verzerrungen, die durch das Einspannen nicht vollständig eliminiert werden können. Ungleichförmige Belastung kann daher zu Problemen bei der Lithographie oder irgendeinem anderen Verfahren führen, das auf einem Wafer 10 beruht, der so flach wie möglich sein soll.
  • Berechnung von Verschiebungen in der Ebene
  • Oberflächenverschiebungen in der Ebene in der x- und y-Richtung können aus der Oberflächentopographie unter Verwendung von Grundlagen der Plattentheorie berechnet werden. Speziell sind die Verschiebungen proportional zur lokalen Oberflächenneigung oder Schieflage. 1B ist eine Schnittansicht eines beispielhaften Wafers mit einem Vorderseitenfilm, und veranschaulicht den Fall einer einfachen Verbiegung, wobei die neutrale Achse der Substratdicke hs die Mittelebene oder hs/2 von jeder Oberfläche des Substrats darstellt. Die neutrale Achse wird definiert als die Ebene über der die Belastungen in der Ebene null sind.
  • Wenn eine belastete Dünnfilmstruktur auf einer der Substratflächen hergestellt wird, wird die neutrale Achse 2hs/3 unter der Substratfläche mit der belasteten Dünnfilmstruktur aufgrund der Bedingungen in Verbindung mit der Entwicklung der Stoney-Gleichung (A) angesiedelt. Der Abstand zwischen der Substratfläche und der neutralen Achse wird als ein „Hebelarm” dargestellt, über den Verschiebungen in der Ebene auf die Substratfläche eingeführt werden für ein vorgegebenes lokales Gefälle oder eine Neigung. Wenn das Substrat für die lithographische Verarbeitung flach eingespannt wird, werden die Verschiebungen in der Ebene, resultierend aus Belastungen, induziert während der Vorverarbeitung, teilweise durch Biegen abgebaut.
  • Die Differenz in den neutralen Achsen (d. h. 1/6·hs) für diese zwei physikalischen Verfahren (Dünnfilmbelastung gegenüber Biegen) resultiert in einer Restverschiebung in der Ebene. Die Oberflächenverschiebungen haben einen direkten Einfluss auf die relative Position sämtlicher Positionen auf der Oberfläche des Wafers 10 und führen zu möglichen Ausrichtungsproblemen über den Wafer 10 bei der Lithographie. Gleichförmige Belastungen führen zu Verschiebungen in der Ebene, die während des lithographischen Verfahrens unter Verwendung von Standardverschiebung für die Verschiebung in der Ebene, Vergrößerung und Drehung kompensiert werden können. Andererseits können Verschiebungen in Verbindung mit ungleichförmigen Belastungen signifikant schwieriger unter Verwendung von Standardkompensationstechniken zu eliminieren sein.
  • 1C ist ähnlich zu 1B und zeigt den Fall eines Wafers mit sowohl Frontseiten- als auch Rückseitenfilmen. Während der Halbleiterverarbeitung werden Dünnfilme häufig auf der Rückseite oder der nicht gemusterten Fläche des Substrats eingeführt. In einigen Fällen werden diese belasteten Filme absichtlich eingeführt, um die Gesamtkrümmung des Substrats zu kontrollieren bzw. zu steuern. Während nachfolgender Verfahren können die Belastungen der Rückseitenfilme modifiziert werden. Beispielsweise kann ein Temperverfahren den Belastungsrückseitenfilm beeinflussen oder alternativ kann der Rückseitenfilm geätzt oder abgezogen werden, wodurch die Krümmung, verursacht durch den beanspruchten Film, entspannt würde.
  • Die Oberfläche auf der ein belasteter Film angeordnet ist, beeinflusst die resultierenden Verschiebungen auf der Vorderfläche, die für das lithographische Mustererzeugen von Interesse ist. Wie im vorhergehenden Absatz angeführt, ist die Restverschiebung in der Ebene auf der Vorderfläche des Substrats aufgrund der Belastungsungleichförmigkeiten des Vorderflächenfilms die Differenz in den Neutralachsenpositionen: [(–2/3) – (–1/2)]·hs oder (–1/6)·hs. Wenn der belastete Film sich auf der Rückfläche des Substrats befindet, ist die Differenz in den Neutralachsenpositionen stattdessen: [(–1/3) – (–1/2)]·hs oder (1/6)·hs. Mit anderen Worten werden für ein und dieselbe Größenordnung der Substratdeformation und daher dieselben Vorderflächenneigungen die berechneten Verschiebungen in der Ebene aufgrund des rückseitigen belasteten Films –1fach sein aufgrund des vorderseitigen belasteten Films.
  • Für eine vorgegebene gemessene Waferform oder Veränderung in der Waferform kompliziert das Vorliegen von belasteten Filmen auf beiden Seiten eines Substrats die Bestimmung von Verschiebungen in der Ebene, herrührend aus Belastung. Wenn die Verschiebungsinformationen als Teil einer Verfahrenskontrollstrategie für die lithographische Ausrichtung eingesetzt werden sollen, ist es daher notwendig ein Verfahren zu implementieren, das zwischen den Deformationen, induziert durch Dünnfilmbelastungen auf jeder Seite des Substrats, unterscheidet.
  • Für Back-End-Anwendungen können dünnere Wafer 10 eine signifikante Herausforderung darstellen. Wenn die Gleichung (A) in Termen der Krümmungsveränderung neu arrangiert werden, kann ersehen werden, dass für dieselbe Belastung die Krümmung invers mit dem Quadrat der Waferdicke zunimmt. Folglich stehen Belastungsungleichförmigkeiten für dünnere Wafer im Zusammenhang mit größeren und größeren Deformationsamplituden, die die nachfolgende Verarbeitung beeinflussen.
  • Waferformüberwachung während des Prozessflusses
  • Wie oben erläutert, können durch Messung der Entwicklung der prozessinduzierten Topographieänderungen über multiple Verfahrensschritte in einem Prozessfluss die Rolle von Topographievariationen auf Parameter, wie lithographische Ausrichtung, Defokussierung, Vorrichtungsleistungsfähigkeit und Ergiebigkeit, beurteilt werden. Verfahrenskontrollstrategien können implementiert werden, um die Verfahrensvariationen zu reduzieren oder zu minimieren oder alternativ können die Waferdeformationsinformationen im Feeddback oder Feedforward verwendet werden, um Verfahrensparameter zu modifizieren, um exzessive Deformation zu kontrollieren oder zu kompensieren.
  • Die Wafer-Ebene und die lokale Topographie können ebenfalls signifikant in Abhängigkeit von der Verwendung multipler Verfahrenswerkzeuge und insbesondere unterschiedlicher Verfahrenswerkzeuge variieren (z. B. Belichtungswerkzeuge, Ätzwerkzeuge, Brennwerkzeuge, Temper- bzw. Kühlwerkzeuge, Polierwerkzeuge etc.).
  • Somit umfasst ein Aspekt der hier offenbarten Verfahren das Durchführen der CGS-interferometrischen Messungen auf einem ersten Wafer 10, um eine verfahrensinduzierte Änderung in der Oberflächenform des Wafers 10 zu bestimmen, der mindestens einem Halbleiterfabrikationsverfahren oder -schritt unterzogen wurde und dann Durchführen von Einstellungen bzw. Anpassungen des mindestens einen Halbleiterfabrikationsverfahrens oder -schritts für einen nachfolgenden (d. h. einen zweiten) Wafer 10, um die Halbleiterverarbeitung des nachfolgenden Wafers 10 im Verfahren zu verbessern. Die Verfahren können ebenfalls das Einstellen bzw. Anpassen von stromabwärtigen Verfahren für die Verarbeitung des ersten Wafers 10, basierend auf der verfahrensinduzierten Oberflächenform, die im Stromaufwärtsverfahren aufgetreten ist, umfassen.
  • Eine detaillierte Topographieabbildung, erhalten unter Verwendung des CGS-Systems 100, kann Informationen enthalten, die einen Bereich einer Raumwellenlänge von zwei Mal der Pixelgröße bis zum Wafermaßstab umfasst. Die Analyse der Topographievariationen, die bei verschiedenen Raumwellenlängen auftreten, kann für eine Reihe von Anwendungen nützlich sein. Beispielsweise können Resttopologieabbildungen erzeugt werden, um die Wafertopologie nach Einspannen des Wafers 10 auf einer Vakuumwafer-Einspannvorrichtung zu untersuchen. Der Ansatz geringerer Ordnung aufgrund gleichförmiger Belastung und Waferdurchbiegen kann unter Verwendung von Filter- oder Oberflächenanpasstechniken modelliert und entfernt werden. Die verbliebene oder Resttopographie aufgrund ungleichförmiger Belastung kann verwendet werden, um die Topographie des Wafers 10 nach dem Einspannen zu beurteilen.
  • Beispielsweise sind die 2A bis 2C Konturdiagramme von Oberflächenposition oder Höhe u(x, y) als eine Funktion der (x, y)-Positionen (mm) für einen beispielhaften Wafer 10 und veranschaulichen Veränderungen in der Waferform aufgrund einer Verarbeitung des Wafers 10. 2A stellt die Topographie nach dem Verfahren dar, 2B stellt die Topographie u(x, y) vor dem Verfahren dar und 2C stellt die Differenz w(x, y) zwischen den Darstellungen von 2A und 2B dar, um zu einer verfahrensinduzierten Topographie zu gelangen.
  • Die 3A und 3B sind Belastungsabbildungen für σxx (3A) und σyy (3B) für 300 mm-Wafer mit Durchgängen durch ein hochbelastendes Front-End-of-Line-Verfahren (FEOL), wobei der Belastungsmaßstab von –50 MPa bis 250 MPa verläuft, wobei die Stressabbildungen der Oberflächentopographie entsprechen.
  • 4 ist eine Darstellung eines Beispiels einer lokalisierten Chip-Ebenen-Topographie-Abbildung, wobei der Höhenmaßstab von –0,2 μm bis 0,2 μm verläuft.
  • Die 5A bis 5D sind beispielhafte Topographieabbildungen für vier verschiedene Chip-Verfahrenslevel, nämlich Filmabscheidung (5A), Tempern (5B), Ätzen (5C) und Abziehen (5D).
  • Die 6A bis 6D sind beispielhafte Belastungsabbildungen, gemessen vor dem Tempern mit vier verschiedenen Werkzeugen mit demselben Produkt- und Verfahrensfluss, wobei die Belastungsabbildungen mit den Topographieabbildungen korrelieren.
  • Die 7A und 7B sind Topographieabbildungen eines nichteingespannten Wafers (7A) und eines eingespannten Wafers (7B), die die Restbelastung und somit die Resttopographie zeigen.
  • Ein Aspekt der Offenbarung richtet sich auf die Durchführung von Formmessungen eines Wafers und die Verwendung dieser Formmessungen, um Verschiebungen zu berechnen und Verwenden der berechneten Verschiebungen als Teil einer Überlagerungs-/lithographischen Ausrichtungskontroll- bzw. -steuerstrategie. In einem Beispiel wird eine kumulative Oberflächenverschiebung, die zwischen zwei Lithographieschritten auftritt, gemessen, wobei die Mustererzeugung des letzteren Lithographieschritts an die Mustererzeugung des früheren Verfahrensschritts (nicht notwendigerweise nach den Lithographie-Schritten) ausgerichtet wird. Dieses Verfahren kann sich der Ausrichtungsmarken 16 bedienen.
  • Verfahren, die die Abscheidung von belasteten Filmen oder die Veränderung der Belastung von zuvor abgeschiedenen Filmen/Strukturen einbeziehen, können die Verschiebung einer vorgegebenen (x, y)-Position auf dem Wafer 10 beeinflussen. Die Verschiebung aufgrund von Belastungsungleichförmigkeit in den Vorderseitenfilmen oder Rückseitenfilmen muss isoliert werden, um die Gesamtverschiebung aufgrund einer Reihe von Verfahren exakt zu bestimmen. Dies kann durch ein oder mehrere Formmessungen erreicht werden. Abhängig von den Eigenschaften der individuellen Verfahren in der Reihenfolge und dem Probenahmeplan können die Messungen der Form allein ausreichend sein, um die Vorderseiten-/Rückseitenbeiträge zur Gesamtverschiebung zu bestimmen; wenn nicht sind ergänzende Daten erforderlich. Es sollte festgehalten werden, dass es Prozessabläufe geben kann, für die die Verschiebungen in der Ebene aufgrund von Rückseitenfilmen vernachlässigbar sein können, verglichen mit jenen in Zusammenhang mit den Vorderseitenfilmen.
  • Allgemeines Waferform-Überwachungsverfahren
  • 8 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren einer Waferform-Überwachung während des Verfahrensflusses veranschaulicht. Das Verfahren umfasst einen Schritt S1 des Etablierens eines Probenplans, wie nachfolgend in näheren Einzelheiten erläutert. Das Verfahren umfasst dann einen Schritt S2 des Messens der Waferform vor dem Verarbeiten, d. h. das Vorbehandlungs-Verfahren bzw. Pre-Process. Das Verfahren umfasst dann einen Schritt S3 des Messens der Waferform nach dem Verarbeiten, d. h. nach dem Nachbehandlungs-Verfahren bzw. Post-Process. Das Verfahren umfasst dann einen Schritt S4 des Berechnens einer verfahrensinduzierten Formveränderung. Das Verfahren umfasst dann einen Abfrageschritt Q1, der fragt, ob zusätzliche Verfahren gemessen werden sollen. Wenn die Antwort „Ja” ist, dann kehrt das Verfahren zu Schritt S2 zurück und die Schritte S2 bis S4 werden für das zusätzliche Verfahren wiederholt. Wenn die Antwort „Nein” ist, dann schreitet das Verfahren zum fünften Schritt S5 fort, der Berechnung einer Verschiebung aufgrund der Vorderseiten- oder Rückseitenfilme und -strukturen. Dieser fünfte Schritt S5 wird nachfolgend in näheren Einzelheiten erläutert.
  • Das Verfahren geht dann weiter zu einem sechsten Schritt S6 unter Verwendung der Ergebnisse („Daten”) des fünften Schritts S5, um das Verfahren zu kontrollieren bzw. zu steuern, z. B. durch das Vorsehen von Einstellungen bzw. Anpassungen für die Verfahren, die das Ausmaß der Waferform-Variation reduzieren. Dies kann einen Feedforward- oder Feedback-Schritt umfassen, um darauffolgenden Verfahren zu ermöglichen, die Waferform zu kompensieren.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das beispielhaft die Schritte S1 des Flussdiagramms von 8 des Erstellens eines Probenahmeplans beschreibt. Der Probenahmeplan umfasst im Allgemeinen eine Kombination von a priori-Wissen davon, welche Schritte die Belastung der Filme oder Strukturen auf der Vorderseite oder Rückseite des Wafers 10 und die Praktikabilität des Durchführens multipler Kombinationen von Nachbehandlungs-Verfahrens-(Post-Process) und Vorbehandlungs-Verfahrens-(Pre-Process)Formmessungen beeinflussen. Das Flussdiagramm von 9 umfasst vier Hauptpfade P1 bis P4. Andere Pfade oder Variationen der Pfade durch das Flussdiagramm von 9 können möglich sein, abhängig vom Verfahren, dem a priori-Wissen der Vorderseiten- und Rückseiten-Formmessungen etc.
  • Mit Bezug auf 9 und ebenfalls auf 10A, die den ersten Pfad P1 in einem Beispiel zeigen, folgt das Verfahren des Erstellens eines Probenahmeplans einem ersten Pfad, der einen ersten Abfrageschritt Q1-1 aufweist, der anfragt, ob es irgendein Wissen oder Informationen im Hinblick auf die Wirkung der Verfahren auf die Vorder- oder Rückseite des Wafers 10 gibt. Wenn die Antwort zu diesem ersten Abfrageschritt Q1-1 „Ja” ist, dann geht das Verfahren auf einen zweiten Abfrageschritt Q1-2 über, der fragt, ob multiple Insertionspunkte erforderlich sind, um die Vorder- und Rückseiten-Formbeiträge zu isolieren. Insertionspunkte werden platziert wo eine Einzelformmessung durchgeführt wird.
  • Wenn die Frage auf den zweiten Abfrageschritt Q1-2 „Nein” ist, dann geht das Verfahren auf Schritt S1-1 über, der die Durchführung von Messungen, basierend auf einem einzelnen Satz von Vorbehandlungs-Verfahrens- bzw. Pre-Process- und Nachbehandlungs-Verfahrens- bzw. Post-Process-Waferformen, einbezieht. Der Schritt S1-1 wird gefolgt von einem Schritt S1-2, der feststellt, ob ergänzende Daten erforderlich sind, um die Vorderseiten- und Rückseiten-Verschiebungen zu isolieren. Die Szenarien, die keine ergänzenden Daten erfordern, umfassen jeweils ausreichende Formmessungen, um die Deformation aufgrund der Vorderseiten- und Rückseiten-Dünnfilmbelastungen eindeutig zu isolieren. Wie in 10A gezeigt, geht das Verfahren zu einem Schritt S1-3 über, der einen ersten Probenahmeplan, basierend auf einer ersten Analyse wie nachfolgend beschrieben, erstellt.
  • Nunmehr mit Bezug auf 10B, die den zweiten Pfad P2 durch das Flussdiagramm von 9 zeigt, wenn die Antwort auf den ersten Abfrageschritt Q1-1 „Ja” ist und die Antwort auf den zweiten Abfrageschritt Q1-2 „Ja” ist, dann geht das Verfahren zu einem dritten Abfrageschritt Q1-3 über, der fragt, ob multiple Insertionspunkte praktikabel oder möglich sind. Wenn die Antwort auf diesen dritten Abfrageschritt Q1-3 „Nein” ist, dann schreitet das Verfahren zu Schritt S1-4 fort, dem Bestimmen einer Waferform, basierend auf multiplen Sätzen von Vorbehandlungs-Verfahrens- und Nachbehandlungs-Verfahrens-Waferformmessungen. Der Verfahrensschritt S1-4 führt dann zu den Verfahrensschritten S1-2 und S1-3, wie oben beschrieben, die einen zweiten Probenahmeplan verwenden, sowie einen zweiten Analysenansatz, wie nachfolgend beschrieben.
  • Mit Bezug auf 10C, die den dritten Pfad P3 durch das Flussdiagramm von 9 zeigt, wenn die Antwort des ersten Abfrageschritt Q1-1 „Ja” ist, wobei die Antwort auf den zweiten Abfrageschritt Q1-2 „Ja” ist und die Antwort auf den dritten Abfrageschritt Q1-3 „Nein” ist, dann geht das Verfahren mit dem dritten Pfad P3 weiter, der die Verfahrensschritte S1-5 bis S1-7 aufweist. Der Schritt S1-5 umfasst das Durchführen von Messungen, basierend auf einem einzelnen Satz von Vorbehandlungs-Verfahrens- und Nachbehandlungs-Verfahrens-Waferformen, während der Schritt S1-6 den Erhalt von ergänzenden Daten für das Isolieren der Vorderseiten- und Rückseitenverschiebungen einbezieht. Der Schritt S1-7 umfasst das Bestimmen eines Ansatzes zur Verwendung der ergänzenden Daten von Schritt S1-6. Details des Schritts S1-7 werden nachfolgend in näheren Einzelheiten beschrieben. Der dritte Pfad P3 umfasst einen dritten Probenahmeplan sowie eine dritten Analyseansatz, wie nachfolgend beschrieben.
  • Mit Bezug auf 10D, die den vierten Pfad P4 durch das Flussdiagramm von 9 zeigt, wenn die Antwort auf den ersten Abfrageschritt Q1-1 „Nein” ist, dann geht das Verfahren direkt zu den Schritten S1-5 bis S1-7 über. Der vierte Pfad P4 umfasst einen vierten Probenahmeplan und einen vierten Analysenansatz, wie nachfolgend beschrieben.
  • Probenahmepläne für die Pfade P1 bis P4
  • Die 11A bis 11D sind schematische Darstellungen, die jeweils die Stichprobenpläne gemäß Pfad 1 bis Pfad 4 der Flussdiagramme von 9 und 10A bis 10D veranschaulichen.
  • 11A zeigt zwei Lithographie-(„litho”)Werkzeuge, die dasselbe Litho-Werkzeug sein können und zeigt eine Anzahl (z. B. 14) Vorderseitenverfahrensschritte nach einem (N – 1)ten Lithoverfahren („Nach-Litho N – 1”) und vor einem Nten Lithoverfahren („Vor-Litho N”). Die Formmessungen werden vor dem Vorderseitenverfahren 1 und nach dem Vorderseitenverfahren 14 unter Verwendung des CGS-Systems 100 durchgeführt, das in 11A gezeigt, aber in den 11B bis 11D aus Gründen der Anschaulichkeit weggelassen wurde.
  • Die Annahme für Pfad P1 ist, dass sämtliche Verarbeitungen auf einer einzelnen Seite des Wafers 10, wie der Vorderseite, erfolgen und somit ein Effekt auf die Oberflächenform nur aufgrund von Belastungen, induziert auf der Vorderseite des Wafers 10, einen Effekt haben.
  • 11B ist ähnlich zu 11A und zeigt den Beitrag von Formmessungen, die zwischen rückseitigen Verfahren auftreten. Individuelle Verfahren beeinflussen eine einzelne Seite des Wafers 10 unterschiedlich, wobei einige die Vorderseite modifizieren und andere Rückseitenfilme/-strukturen modifizieren. Die Formmessungen bei multiplen Punkten im Verfahrensfluss sind akzeptabel/praktikabel. Die Messpunkte werden ausgewählt, um die individuellen Verfahren oder Gruppen von Verfahren, die eine einzelne Seite des Wafers 10 modifizieren, zu isolieren. Der Unterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden Formmessungen entspricht der verfahrensinduzierten Veränderung aufgrund der Modifikationen nur der Vorderseite oder nur der Rückseite. Die Berechnung basiert auf der Form allein, erfordert aber eine andere Berechnung für Verfahren, die die Belastungen im Film oder den Strukturen auf der Vorderseite und Rückseite induzieren oder modifizieren.
  • 11C ist ähnlich zu den 11A und 11B und zeigt einige Rückseitenverfahren, obwohl die Formmessung nach wie vor vor dem Vorderseitenverfahren 1 und nach dem Vorderseitenverfahren 14, wie in 11A, durchgeführt wird. Die Messung setzt voraus, dass die individuellen Verfahren eine einzelne Seite des Wafers 10 unterschiedlich beeinflussen, wobei einige die Vorderseite modifizieren und andere den Rückseitenfilm/die Rückseitenstrukturen modifizieren und dass Formmessungen bei multiplen Punkten im Verfahrensfluss NICHT akzeptabel/praktikabel sind.
  • Ein spezieller Fall in diesem Szenario ist einer, wo ein Verfahren die Vorderseite und Rückseite gleichzeitig beeinflusst (d. h. die Formmessungen bei multiplen Punkten können akzeptabel sein, aber nicht praktikabel, da die Formaufteilungen nicht eindeutig mit der Vorderseiten- oder Rückseiten-Belastungs-Gleichförmigkeit in Verbindung gebracht werden können).
  • Die Berechnung erfordert ergänzende Daten
  • 11D ist ähnlich zu den 11A bis 11C und gibt an, dass die Implikationen der Verfahren auf der Vorderseiten- und Rückseitenoberflächenform unbekannt sind, d. h. es gibt einen signifikanten Mangel an Informationen, der es verhindert, einen unzweideutigen Probenahmeplan zu erstellen. Mit anderen Worten ist nicht klar, ob spezielle Verfahren die Belastung der Vorderseitenfilme/-strukturen, der Rückseitenfilme oder beides beeinflussen. Eine Einzelformmessung wird vor dem Verfahrenssegment von Interesse und nach Abschluss des Verfahrenssegments von Interesse durchgeführt. Die Berechnung erfordert ergänzende Daten.
  • Berechnung einer Verschiebung aufgrund der Vorderseiten-/Rückseitenstrukturen
  • 12 ist ein Flussdiagramm, das die Berechnung einer (x, y)-Verschiebung des Wafers 10 aufgrund der Vorderseiten- und Rückseitenstrukturen zeigt und sich bis zum Schritt S5 des Flussdiagramms von 8 erstreckt.
  • Das Verfahren des Durchführens der Verschiebungsberechnung umfasst einen ersten Schritt S5-1 des Importierens der gemessenen Formdaten, wie gemessen unter Verwendung des CGS-Systems 100. Das Verfahren umfasst ebenfalls den ersten Abfrageschritt Q5-1, der fragt, ob die Analyse „Form alleine” ist, d. h. ob die Analyse keine ergänzenden Daten erfordert. Wenn die Antwort auf den ersten Abfrageschritt Q5-1 „Ja” ist, dann geht das Verfahren zum zweiten Abfrageschritt Q5-2 über, der fragt, ob die Formdaten nur für eine einzelne Seite sind. Wenn die Antwort auf den zweiten Abfrageschritt Q5-2 „Ja” ist, dann schreitet das Verfahren zum zweiten Schritt S5-2 fort, der Verschiebungen, basierend nur auf der Vorderseitenanalyse, berechnet, d. h. dem Pfad P1 durch das Flussdiagramm von 9.
  • Wenn die Antwort auf den zweiten Abfrageschritt Q5-2 „Nein” ist, dann geht das Verfahren auf einen dritten Schritt S5-3 über, der Berechnungen der Verschiebungen unter Verwendung der Vorderseiten- und Rückseiten-Formdaten einbezieht.
  • Wenn die Antwort auf den ersten Abfrageschritt Q5-1 „Nein” ist, dann geht das Verfahren auf den vierten Schritt S5-4 über, das Importieren ergänzender Daten und dann auf einen fünften Schritt S5-5 des Berechnens der Verschiebungen unter Verwendung von Form- und ergänzende Daten gemäß den Pfaden P3 oder P4.
  • Berechnung von Pfad P1
  • Die Messung der Oberflächenform und die Oberflächenverschiebungen in der x-Richtung und der y-Richtung (siehe 1) gemäß dem Pfad P1 können wie folgt ausgedrückt werden: Δw(x, y) = w(x, y)2 – w(x, y)1 (B)
    Figure DE102016223967A1_0003
  • In den obigen Reihen von Gleichungen bestimmt Gleichung (B) die verfahrensinduzierte Veränderung in der Topographie Δw(x, y) zwischen den Insertionspunkten 1 und 2. Die Gleichung (C) gibt die Berechnung der Oberflächenneigung in der x-Richtung von der Topographieveränderung, berechnet aus (B), und Trennung der Neigung in dessen „gleichförmige Belastungs”- und „ungleichförmige Belastungs”-Komponenten an. Die Ungleichförmigkeits-Belastungs-Komponente der Neigung wird dann verwendet, um die Verschiebungen, wie durch die Gleichungen (D) angegeben, die Ausdrücke für die Verschiebungen in der Ebene in beiden Richtungen, der x-Richtung, u(x, y) und der y-Richtung, v(x, y), umfasst, zu berechnen. Die Gleichungen (B) bis (D) sind linear derart, dass die exakte Ordnung der spezifischen Berechnungen nicht wichtig ist. Beispielsweise könnte anstelle der Berechnung der Änderung in der Topographie stattdessen zuerst der Unterschied in der Form zwischen den Insertionspunkten 1 und 2 im Hinblick auf die Veränderung in der Neigung oder die Veränderung in der Verschiebung berechnet werden. In ähnlicher Art und Weise könnte die Trennung der „gleichförmigen Belastungs”- und „ungleichförmigen Belastungs”-Komponenten der Deformation unter Verwendung von Topographie, Neigung oder Verschiebung beurteilt werden.
  • Die Berechnung von „Pfad 1” gilt für den Fall, wo sämtliche der Verschiebungen aufgrund der beanspruchten Filme auf einer einzelnen Seite des Substrats vorliegen. Die Formmessungen können auf der Vorderseitenfläche und/oder Rückseitenfläche des Substrats durchgeführt werden und daher sollte das Koordinatensystem der Formmessung mit dem Koordinatensystem in Zusammenhang mit der obigen Analyse konsistent sein.
  • Wenn speziell die Messung auf der Rückseite erfolgt, dann sind die entsprechenden Vorderseitenneigungen invers zu den Rückseitenneigungen. Zusätzlich kann das rückseitige kartesische Koordinatensystem relativ zur Vorderseite gespiegelt oder gedreht sein. Egal welcher Weg, das Ausdrücken einer Rückseiten-Formmessung im Hinblick auf das Koordinatensystem der Vorderseite ist nur eine einfache Frage einer geometrischen Transformation.
  • Berechnung von Pfad P2
  • Der Pfad P2 umfasst Vorderseiten- und Rückseitenberechnungen der Verschiebung wie folgt. Zuerst werden die Topographiemessungen in Verbindung mit der Vorderseite und der Rückseite in Gruppen aufgeteilt: Δw(x, y)Vorderseite = (w(x, y)2 – w(x, y)1) + (w(x, y)4 – w(x, y)3) + (w(x, y)6 – w(x, y)5) + (w(x, y)8 – w(x, y)7) (E) Δw(x, y)Rückseite = (w(x, y)3 – w(x, y)2) + (w(x, y)5 – w(x, y)4) + (w(x, y)7 – w(x, y)6) (F)
  • Die obigen Gleichungen werden mit den Insertionspunkten, veranschaulicht in 11B, in einer konsistenten Art und Weise geschrieben. Wenn die kumulative Vorderseiten-Topographie- und Rückseiten-Topographie-Veränderungen einmal berechnet sind, werden die Frontseiten- und Rückseitenverschiebungen in einer Art und Weise analog zu den obigen Gleichungen (B) und (C) berechnet. Wie im Fall von „Pfad 1” ist die Reihenfolge der Berechnungen für ein lineares Verfahren nicht wichtig. Speziell können sämtliche „Vorderseiten-” oder „Rückseiten-”Formmessungen als Topographie, Neigung oder Verschiebung mit demselben Ergebnis summiert werden; die Gleichungen (E) und (F) werden als Veranschaulichung des Summierungsverfahrens bereitgestellt.
  • Diese Berechnungen „gruppieren” die Vorderseiten- und Rückseiten-Formmessungen und analysieren diese demgemäß, einschließlich des Einbeziehens eines Faktors von –1 für die Rückseitenneigungen. Die Gesamtverschiebungen in der Ebene sind dann einfach die Summe der Verschiebungen aufgrund von Vorderseiten- und Rückseitenfilmen: u(x, y)|Gesamt = u(x, y)|Vorderseite + u(x, y)|Rückseite; v(x, y)|Gesamt = v(x, y)|Vorderseite + v(x, y)|Rückseite (G)
  • Berechnungen der Pfade P3 und P4
  • Die Berechnungen der Pfade P3 und P4 umfassen das Durchführen der Schritte S1-6 und S1-7 des Flussdiagramms von 9 und beziehen sich auf den Erhalt ergänzender Daten, um die Vorderseiten- und Rückseitenverschiebungen zu isolieren.
  • In einem Beispiel werden die ergänzenden Daten unter Verwendung lithographischer Ausrichtungsmarken 16, gebildet auf den Vorderseiten- und Rückseitenwaferflächen, erhalten. Vor der Belichtung mit einem Lithographie-Werkzeug werden die Ausrichtungsmarken-Positionen gemessen, um den Wafer 10 zu lokalisieren. Die relativen Positionen dieser Ausrichtungsmarken können mit der Verschiebung in der Ebene in Beziehung gesetzt werden. Ein Vergleich der Ausrichtungsmarken-Messung mit der formbasierten Verschiebungsmessung in der Ebene kann verwendet werden, um den relativen Beitrag der Vorderseiten- und Rückseitenfilme zur Verschiebung unter Verwendung der Gleichungen (A) bis (G) zu bestimmen. Ähnliche Formulierungen würden für andere ergänzende Datenquellen verwendet werden.
  • Es ist festzuhalten, dass die „Neigung” eine lokale Neigung oder erste Ableitung der Topographie ist und die Substratdicke ist hs; diese Gleichungen gelten sowohl für die x-Richtungs- als auch y-Richtungsausrichtung, Verschiebung und Neigung, basierend auf einer Vorderseiten-Formmessung.
  • Die nachfolgenden Gleichungen werden verwendet, um die Verschiebung und Neigung zu berechnen. Als erstes wird erkannt, dass die Verschiebung, impliziert durch die Ausrichtungsmarke 16, einfach die Summe der Verschiebung aufgrund der Vorderseiten- und Rückseitenfilme darstellt: u(x, y)|Ausrichtung = u(x, y)|Gesamt – u(x, y)|Vorderseite + u(x, y)|Rückseite (H)
  • Es ist festzuhalten, dass die Gleichung (H) annimmt, dass irgendeine systematische Komponente der Ausrichtungsmessung, die nicht mit der Waferdeformation in Verbindung steht (z. B. Variabilität in der Waferplatzierung) vernachlässigbar ist, durch andere Mittel kompensiert und/oder von der Verschiebungsmessung abgezogen wird. Als zweites ist die insgesamt gemessene Neigung einfach die Summe der Vorderseiten- und Rückseitenneigungen:
    Figure DE102016223967A1_0004
  • Die Gleichungen (H), (I) und (D) können kombiniert werden, um die Neigungen aufgrund von Filmen auf der rückseitigen Oberfläche zu eliminieren, als:
    Figure DE102016223967A1_0005
    was umgeordnet werden kann, um diese nach der Neigung aufgrund der Vorderseitenfilme aufzulösen als eine Funktion der erhältlichen Daten (d. h. Ausrichtung und gemessene Gesamtneigung):
    Figure DE102016223967A1_0006
  • Die Lösung für Gleichung (K) für die Neigungen aufgrund der Vorderseitenfilme kann dann verwendet werden, um die Neigungen aufgrund der Rückseitenfilme zu berechnen (d. h. Substituieren in Gleichung (I)). Es können Gleichungen ähnlich zu (J) und (K) entwickelt werden, um zuerst die Neigungen aufgrund der Rückseitenfilme und dann daraufhin für die Vorderseite zu lösen. Wieder ist die exakte Reihenfolge der Berechnung (Vorder- dann Rück- oder Rück- dann Vorderseite) nicht relevant. Das Ergebnis dieser Berechnungen liefert die Information über den relativen Beitrag der Vorderseitenfilme und Rückseitenfilme zur gesamten gemessenen Formveränderung.
  • Kombinierte Waferform-Messungen mit Ausrichtungsmarken-Messungen
  • Ein Aspekt der hier offenbarten Verfahren umfasst das Durchführen von Messungen von Ausrichtungsmarken 16 und Kombinieren dieser Messungen mit Waferform-Messungen. Ausrichtungsmarken-Messungen haben typischerweise geringe Dichten im Wafer (mehrere 10 Messungen pro Wafer) und vollständige Waferform-Messungen können sehr hohe Dichten aufweisen (mehrere 100.000 bis Millionen von Punkten pro Wafer).
  • Die Kombination der vollständigen Waferform-Messungen mit Ausrichtungsmarken-Messungen können daher in verschiedener Art und Weise verwendet werden:
    • (1) Als Eingabe für die Ausrichtungsmarken-Messung: Zielorte, die für die Ausrichtung verwendet werden, können basierend auf Bereichen hoher Neigung, angegeben durch die vollständige Waferform-Messung, ausgewählt werden;
    • (2) Verbesserte Genauigkeit der formbasierten Verschiebungsmessungen, wenn Beiträge sowohl von den Vorderseiten- als auch Rückseitenfilmen signifikant sind: Wenn das Vorderseiten-/Rückseitenverhältnis, bestimmt unter Verwendung der obigen Gleichungen, einigermaßen konstant ist oder mit Konfidenz zu sämtlichen Punkten der vollständigen Waferform-Messung extrapoliert werden kann, kann die vollständige Wafer-Verschiebung in Bereichen des Wafers 10 bestimmt werden, wo die Dichte oder Genauigkeit der Ausrichtungsmarken-Messungen nicht ausreichend sein kann, um die gewünschte Überlagerung zu erreichen.
    • (3) Das Verfahren des Vergleichens von Ausrichtungsmarken und vollständiger Waferverschiebung in der Ebene kann ebenfalls periodisch mit relativ hoher Dichte (z. B. unter Verwendung von Hunderten oder Tausenden von Ausrichtungsmarken) für eine vorgegebene lithographische Schicht/Verfahren vervollständigt werden, um eine nominale Basislinie oder Referenz für eine Reihe von Verfahrensschritten zu etablieren. Eine derartig hohe Dichte kann für eine Herstellung mit großem Durchsatz nicht praktikabel sein (high volume manufacturing, HVM), aber kann eine periodische „Kalibrierung” bereitstellen. Mit anderen Worten etabliert die hochdichte Ausrichtungsmarken-Messung das nominale Vorderseiten-/Rückseiten-Verschiebungsverhältnis und darauf folgend können geringdichte Ausrichtungsmarken-Messungen während eines normalen HVM gegen die nominale Referenz geprüft werden. Abhängig von Unterschieden zwischen der „Referenz” und den HVM-Messungen können verschiedene Maßnahmen getroffen werden.
  • Beispielsweise: (i) Referenz- und HVM-Messungen liegen innerhalb einer spezifischen Toleranz – keine Maßnahme, Anwenden der Referenzdaten auf die vollständigen Waferverschiebungsdaten; (ii) Referenz- und HVM-Messungen unterscheiden sich um mehr als eine untere Kontrollgrenze und liegen unterhalb einer oberen Kontrollgrenze – Modifizieren des Vorderseiten-/Rückseiten-Verhältnisses, angewandt auf die vollständigen Waferverschiebungsdaten, und/oder Erfassen von Daten bei zusätzlichen Ausrichtungsmarken-Positionen; (iii) Referenz- und HVM-Messungen unterscheiden sich um mehr als eine obere Kontrollgrenze – Verarbeitung beenden.
  • Verfahrenskontrolle
  • Ein Aspekt der Offenbarung umfasst die Verwendung der Oberflächenform-Information, wie bestimmt unter Verwendung der obigen Verfahren, um das Halbleiterverfahren zu kontrollieren bzw. zu steuern, um das Verfahren zu verbessern, z. B. die Ausbeute zu verbessern.
  • Akzeptierte Methodologien existieren für die Verwendung von Ausrichtungsmarkendaten in der Kompensation des lithographischen Systems für die Belichtung einer spezifischen Schicht. Der gängige Ansatz ermöglicht die Einbeziehung von zusätzlichen Daten, die die lokalen Verschiebungen in der Ebene bei sämtlichen Punkten auf dem Wafer 10 angeben. Wieder umfasst die Kompensation eines lithographischen Systems, basierend auf der Ausrichtungsmarken-Messung, typischerweise mehrere 10 Ausrichtungsmarken-Messungen. Ferner erhöht die Verwendung von Verschiebungsdaten in der Ebene die verfügbaren Daten um potentiell Millionen von Datenpunkten und führt dazu, die Ausrichtung in Bereichen, wie der Waferkante, zu verbessern, wo die Ausrichtungsmarkendichte im Allgemeinen gering ist. Die Waferkante ist von spezieller Bedeutung, da hochentwickelte Vorrichtungen im Allgemeinen eine geringere Herstellungsausbeute an den Waferkanten haben.
  • In einer ähnlichen Art und Weise könnten, wenn der ergänzende Datensatz Nach-Belichtungs-Überlagerungsdaten anstelle von oder zusätzlich zu Ausrichtungsdaten umfasst, die höherdichten Verschiebungsdaten in einem Feedback zurückgeführt werden, um die Ausrichtungskompensation für nachfolgend belichtete Wafer zu verbessern. Die Verwendung von Überlagerungsdaten in einer Feedback-Implementation ist in der derzeit führenden Vorrichtungsherstellung gut etabliert; die Verschiebungsdaten liefern eine alternative und signifikante höherdichte Datenquelle, um die Genauigkeit von Korrekturen über den gesamten Wafer 10, und nicht nur jene Positionen mit gemessenen Überlagerungszielen oder Ausrichtungsmarken, zu verbessern.
  • Es wird dem Fachmann im Stand der Technik offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen bei der vorliegenden Offenbarung gemacht werden können, ohne vom Gedanken und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Es ist somit beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung die Modifikationen und Variationen dieser Offenbarung umfasst, vorausgesetzt sie liegen im Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente.
  • Die Erfindung umfasst Aspekte, die in den nachfolgenden Sätzen offenbart sind, die Teil der Beschreibung darstellen, aber keine Ansprüche sind:
  • Sätze:
    • 1. Verfahren zum Charakterisieren einer Form eines ersten Wafers mit einer Vorderseite und einer Rückseite und der einem oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritten unterzogen wird, umfassend: a) vor dem Durchführen der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte Durchführen einer ersten Kohärenz-Gradienten-Detektions-interferometrischen (coherent-gradient-sensing, CGS) Formmessung einer ersten Form mindestens einer Seite: der Vorderseiten- oder Rückseitenfläche des ersten Wafers gemäß einem Waferform-Probenahmeplan bzw. -abtastplan; b) Durchführen von mindestens einem der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte auf mindestens einer Seite: der Vorderseite oder der Rückseite des ersten Wafers; c) Durchführen einer zweiten CGS-interferometrischen Formmessung einer zweiten Form mindestens einer Fläche: der Vorderseiten- oder Rückseitenfläche des ersten Wafers nach Durchführen von Vorgang b) unter Verwendung desselben Waferform-Probenahmeplans von Vorgang a); und d) Bestimmen einer verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers durch Vergleichen der ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen.
    • 2. Verfahren nach Satz 1, weiterhin umfassend: Verarbeiten eines zweiten Wafers unter Verwendung der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte; und Verändern von mindestens einem der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte, basierend auf der bestimmten verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des zweiten Wafers, wenn der zweite Wafer verarbeitet wird.
    • 3. Verfahren nach Satz 1, weiterhin umfassend: Einstellen bzw. Anpassen von mindestens einem der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte, die noch nicht auf den ersten Wafer angewendet wurden, basierend auf der bestimmten verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers; und Verarbeiten des ersten Wafers unter Verwendung des eingestellten bzw. angepassten einen oder mehreren Verfahrens.
    • 4. Verfahren nach Satz 1, weiterhin umfassend: Durchführen von Oberflächenverschiebungs-Messungen unter Verwendung von Ausrichtungsmarken auf mindestens einer Seite: der Vorderseite oder Rückseite des ersten Wafers und Verwenden der Oberflächenverschiebungs-Messungen in Vorgang d) zum Bestimmen der verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers.
    • 5. Verfahren nach Satz 1, wobei der erste Wafer Vorderseiten-Ausrichtungsmarken auf der Vorderseite des ersten Wafers und Rückseiten-Ausrichtungsmarken auf der Rückseite des ersten Wafers umfasst und weiterhin umfassend: Durchführen erster Messungen einer Oberflächenverschiebung auf der Vorderseite des ersten Wafers unter Verwendung der Vorderseiten-Ausrichtungsmarken nach Durchführen eines Vorderseiten-Verfahrensschritts; Durchführen zweiter Messungen einer Oberflächenverschiebung auf der Rückseite des ersten Wafers unter Verwendung der Rückseiten-Ausrichtungsmarken nach Durchführen eines Rückseiten-Verfahrensschritts; Verwenden der ersten und zweiten Messungen der Oberflächenverschiebung, um die jeweiligen Beiträge der Vorderseiten- und Rückseiten-Verfahrensschritte zur verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers von Vorgang d) zu identifizieren.
    • 6. Verfahren nach Satz 1, wobei der erste Wafer Vorderseiten-Ausrichtungsmarken auf der Vorderseite des ersten Wafers und Rückseiten-Ausrichtungsmarken auf der Rückseite des ersten Wafers umfasst und weiterhin umfassend: Durchführen einer Überlagerungsmessung unter Verwendung der Vorderseiten- und Rückseiten-Ausrichtungsmarken, um die jeweiligen Beiträge der Vorderseiten- und Rückseiten-Verfahrensschritte zur verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers von Vorgang d) zu identifizieren.
    • 7. Verfahren nach Satz 1, weiterhin umfassend: Durchführen einer ersten Belastungsmessung auf der Vorderseite des ersten Wafers nach Durchführen eines Vorderseiten-Verfahrensschritts; Durchführen einer zweiten Belastungsmessung auf der Rückseite des ersten Wafers nach Durchführen eines Rückseiten-Verfahrensschritts; und Verwenden der ersten und zweiten Belastungsmessungen, um die jeweiligen Beiträge der Vorderseiten- und Rückseiten-Verfahrensschritte zur verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers von Vorgang d) zu identifizieren.
    • 8. Verfahren nach Satz 1, wobei die ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen jeweils CGS-interferometrische Vorderseiten- und Rückseiten-Messungen aufweisen.
    • 9. Verfahren nach Satz 1, wobei die ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen jeweils nur CGS-interferometrische Vorderseiten-Messungen aufweisen.
    • 10. Verfahren nach Satz 1, wobei die ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen jeweils nur CGS-interferometrische Rückseiten-Messungen aufweisen.
    • 11. Verfahren nach Satz 1, wobei der mindestens eine der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte, durchgeführt in Vorgang b), multiple Schritte der Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte umfasst, durchgeführt auf einem einzelnen Lithographie-Werkzeug.
    • 12. Verfahren nach Satz 1, wobei der mindestens eine der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte, durchgeführt in Vorgang b), multiple Schritte der Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte umfasst, durchgeführt auf verschiedenen Lithographie-Werkzeugen.
    • 13. Verfahren nach Satz 1, wobei der Vorgang b) das Bilden einer Halbleiterstruktur auf mindestens einer der Vorderseite oder Rückseite des ersten Wafers umfasst.
    • 14. Verfahren nach Satz 1, wobei der Vorgang b) das Verarbeiten einer existierenden Halbleiterstruktur auf mindestens einer der Vorderseite oder Rückseite des ersten Wafers umfasst.
    • 15. Verfahren nach Satz 1, wobei die ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen jeweils mindestens 106 Datenpunkte aufweisen.
    • 16. Verfahren nach Satz 1, wobei die ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen jeweils zwischen 1 × 105 Datenpunkten und 5 × 106 Datenpunkten aufweisen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 3829219 [0003]
    • US 5526116 [0003]
    • US 6031611 [0003, 0047, 0048, 0055]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • M. P. Rimmer et al., ”Evaluation of large aberrations using lateral-shear interferometer having a variable shear” App. Opt., Bd. 14, Nr. 1, S. 142–150, January 1975 [0003]
    • Schreiber et al., ”Lateral shearing interferometer based on two Ronchi phase gratings in series,” App. Opt., Bd. 36, Nr. 22, S. 5321–5324, August 1997 [0003]
    • Brunner et al., ”Characterization of wafer geometry and overlay error on silicon wafers with nonuniform stress”, J. Micro/Nanolith., MEMS MOEMS 12 (4), 043002-1 bis 12, (Okt.-Dez. 2013) [0003]

Claims (16)

  1. Verfahren zum Charakterisieren einer Form eines ersten Wafers mit einer Vorderseite und einer Rückseite und der einem oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritten unterzogen wird, umfassend: a) vor dem Durchführen der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte Durchführen einer ersten Kohärenz-Gradienten-Detektions-interferometrischen (coherent-gradient-sensing, CGS) Formmessung einer ersten Form mindestens einer Seite: der Vorderseiten- oder Rückseitenfläche des ersten Wafers gemäß einem Waferform-Probenahmeplan bzw. -abtastplan; b) Durchführen von mindestens einem der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte auf mindestens einer Seite: der Vorderseite oder der Rückseite des ersten Wafers; c) Durchführen einer zweiten CGS-interferometrischen Formmessung einer zweiten Form mindestens einer Fläche: der Vorderseiten- oder Rückseitenfläche des ersten Wafers nach Durchführen von Vorgang b) unter Verwendung desselben Waferform-Probenahmeplans von Vorgang a); und d) Bestimmen einer verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers durch Vergleichen der ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Verarbeiten eines zweiten Wafers unter Verwendung der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte; und Verändern von mindestens einem der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte, basierend auf der bestimmten verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des zweiten Wafers, wenn der zweite Wafer verarbeitet wird.
  3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, weiterhin umfassend: Einstellen bzw. Anpassen von mindestens einem der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte, die noch nicht auf den ersten Wafer angewendet wurden, basierend auf der bestimmten verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers; und Verarbeiten des ersten Wafers unter Verwendung des eingestellten bzw. angepassten einen oder mehreren Verfahrens.
  4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: Durchführen von Oberflächenverschiebungs-Messungen unter Verwendung von Ausrichtungsmarken auf mindestens einer Seite: der Vorderseite oder Rückseite des ersten Wafers und Verwenden der Oberflächenverschiebungs-Messungen in Vorgang d) zum Bestimmen der verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers.
  5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Wafer Vorderseiten-Ausrichtungsmarken auf der Vorderseite des ersten Wafers und Rückseiten-Ausrichtungsmarken auf der Rückseite des ersten Wafers umfasst und weiterhin umfassend: Durchführen erster Messungen einer Oberflächenverschiebung auf der Vorderseite des ersten Wafers unter Verwendung der Vorderseiten-Ausrichtungsmarken nach Durchführen eines Vorderseiten-Verfahrensschritts; Durchführen zweiter Messungen einer Oberflächenverschiebung auf der Rückseite des ersten Wafers unter Verwendung der Rückseiten-Ausrichtungsmarken nach Durchführen eines Rückseiten-Verfahrensschritts; Verwenden der ersten und zweiten Messungen der Oberflächenverschiebung, um die jeweiligen Beiträge der Vorderseiten- und Rückseiten-Verfahrensschritte zur verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers von Vorgang d) zu identifizieren.
  6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Wafer Vorderseiten-Ausrichtungsmarken auf der Vorderseite des ersten Wafers und Rückseiten-Ausrichtungsmarken auf der Rückseite des ersten Wafers umfasst und weiterhin umfassend: Durchführen einer Überlagerungsmessung unter Verwendung der Vorderseiten- und Rückseiten-Ausrichtungsmarken, um die jeweiligen Beiträge der Vorderseiten- und Rückseiten-Verfahrensschritte zur verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers von Vorgang d) zu identifizieren.
  7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin umfassend: Durchführen einer ersten Belastungsmessung auf der Vorderseite des ersten Wafers nach Durchführen eines Vorderseiten-Verfahrensschritts; Durchführen einer zweiten Belastungsmessung auf der Rückseite des ersten Wafers nach Durchführen eines Rückseiten-Verfahrensschritts; und Verwenden der ersten und zweiten Belastungsmessungen, um die jeweiligen Beiträge der Vorderseiten- und Rückseiten-Verfahrensschritte zur verfahrensinduzierten Veränderung in der Form des ersten Wafers von Vorgang d) zu identifizieren.
  8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen jeweils CGS-interferometrische Vorderseiten- und Rückseiten-Messungen aufweisen.
  9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen jeweils nur CGS-interferometrische Vorderseiten-Messungen aufweisen.
  10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen jeweils nur CGS-interferometrische Rückseiten-Messungen aufweisen.
  11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der mindestens eine der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte, durchgeführt in Vorgang b), multiple Schritte der Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte umfasst, durchgeführt auf einem einzelnen Lithographie-Werkzeug.
  12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der mindestens eine der ein oder mehreren Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte, durchgeführt in Vorgang b), multiple Schritte der Halbleiterherstellungs-Verfahrensschritte umfasst, durchgeführt auf verschiedenen Lithographie-Werkzeugen.
  13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Vorgang b) das Bilden einer Halbleiterstruktur auf mindestens einer der Vorderseite oder Rückseite des ersten Wafers umfasst.
  14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Vorgang b) das Verarbeiten einer existierenden Halbleiterstruktur auf mindestens einer der Vorderseite oder Rückseite des ersten Wafers umfasst.
  15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen jeweils mindestens 106 Datenpunkte aufweisen.
  16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die ersten und zweiten CGS-interferometrischen Formmessungen jeweils zwischen 1 × 105 Datenpunkten und 5 × 106 Datenpunkten aufweisen.
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