JP6916877B2 - 貼り合わせウエハの計測 - Google Patents

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Description

本開示はウエハ計測に関する。
本出願は、２０１６年１１月２９日付けで出願されて且つ譲渡された米国予備特許出願第６２／４２７，３７３号に対する優先権を主張しており、その開示は、参照によってここに援用される。
ロジック及びメモリデバイスのような半導体デバイスの製造は、典型的には、半導体ウエハのような基板を多数の半導体製造プロセスを使用して処理し、半導体デバイスの様々な形状及び複数のレベルを形成することを含む。例えば、リソグラフィーは、半導体ウエハ上に配置されたレジストに、レチクルからパターンを転写することを伴う半導体製造プロセスである。半導体製造プロセスの付加的な例は、化学機械研磨（ＣＭＰ）、エッチング、デポジション、及びイオン注入を含むが、これらに限られるものではない。複数の半導体デバイスが単一の半導体ウエハ上に製造され得て、それから個別の半導体デバイスに分離され得る。
貼り合わせ（又はスタック）されたウエハが半導体産業で頻繁に使用される。キャリアウエハに貼り合わされた一つ又はそれ以上の極めて薄いウエハが貼り合わせウエハの例であるが、他の半導体ウエハ設計もまた、貼り合わせウエハであることができる。例えば、貼り合わせウエハは、キャリアウエハに貼り合わされたトップウエハ（例えばデバイスウエハ）を含むことができる。これらの貼り合わせウエハは、メモリ及びロジック用途の両方のために使用されることができる。三次元的に集積された回路（３Ｄ ＩＣ）が、貼り合わせウエハを使用して製造されることができる。
貼り合わせウエハは複雑なエッジプロファイルを有することができる。貼り合わせウエハの様々な層が、異なる高さ及び寸法を有することができる。これらの寸法は、スタッキングに先立つ様々なウエハのサイズによって、又は処理ステップによって、影響されることができる。
米国特許出願公開第２０１３／００５４１５４号
製造エラーを有する貼り合わせウエハは、製造中に問題を引き起こし得る。例えば、貼り合わせウエハの中心度は、ＣＭＰプロセスに影響を与えるか、又はハンドリングのリスクを増す。ＣＭＰの間に、中心度は、貼り合わせウエハの中心に対する研磨パッドの配置及び引き続く平坦化に影響を与える。ウエハのハンドリングの間に、製造機器内部での貼り合わせウエハのバランス又はクリアランスは、貼り合わせウエハの中心度によって影響されることがある。
不適切な中心度は、貼り合わせウエハに害を与えるか又は製造機器にダメージを与えることさえあり得る。貼り合わせウエハがアンダーカットされ、不適切に一緒に貼り合わされ、あるいは接着剤が多すぎると、その場合には、貼り合わせウエハはＣＭＰツール内部で破損することがあり、ＣＭＰツールを汚染するか又はダメージを与える。そのような汚染又はダメージは、望まれない中断時間につながるか、又は半導体工場内部で製造をストップさせることさえあり得る。
さらに、不適切な中心度を有する貼り合わせウエハ上へのＣＭＰプロセスは、貼り合わせウエハ上での望まれないエッジプロファイルをもたらす結果となり得る。例えば、過剰の又は不足した材料はＣＭＰプロセスの間に除去され得るか、あるいはＣＭＰプロセスがアンダーカット、オーバーハング、又はホイスカをもたらす結果となり得る。これらの望まれないエッジプロファイルは、デバイス歩留まりに影響を与えるか、又は後の製造ステップにインパクトを与えることさえあり得る。
それゆえに、必要とされるものは、貼り合わせウエハの計測のための改善された技法、及び関連したシステムである。
計測システムが第１の実施形態にて提供される。この計測システムは、貼り合わせウエハを支持するように構成されたステージと、貼り合わせウエハの周縁エッジのウエハエッジプロファイルイメージを生成するように構成されたイメージングシステムと、イメージングシステムに電子通信するコントローラと、を備える。貼り合わせウエハは、キャリアウエハ上に配置されたトップウエハを有する。イメージングシステムは、コリメート光を生成するように構成された光源と、ウエハエッジプロファイルイメージを生成するように構成された検出器と、を含む。コントローラは、貼り合わせウエハの周囲の複数の位置でウエハエッジプロファイルイメージを分析し、ウエハエッジプロファイルイメージに基づいてオフセット曲線を生成し、オフセット曲線に基づいてキャリアウエハに対するトップウエハの変位を決定する、ようにプログラムされている。ウエハエッジプロファイルイメージは陰影像イメージであり得る。
分析の間に、コントローラはさらに、トップウエハに対するエッジプロファイルイメージの各々における第１の垂直線セグメントを決定し、キャリアウエハに対するエッジプロファイルイメージの各々における第２の垂直線セグメントを決定し、エッジプロファイルイメージの各々について第１の垂直線セグメント及び第２の垂直線セグメントの横方向位置を比較する、ように構成されることができる。
分析の間に、コントローラはまた、さらに、エッジプロファイルイメージの各々からエッジ座標を抽出し、エッジプロファイルイメージの各々における傾斜（ベベル）及び頂点の点の座標を決定し、その座標を楕円モデルに当てはめ、トップウエハ及びキャリアウエハの中心位置を計算する、ようにも構成されることができる。
第２の実施形態では、方法が提供される。この方法は、貼り合わせウエハの周囲の複数の位置でウエハエッジプロファイルイメージをコントローラで分析するステップと、ウエハエッジプロファイルイメージに基づいてコントローラでオフセット曲線を生成するステップと、オフセット曲線に基づいてキャリアウエハに対するトップウエハの変位をコントローラで決定するステップと、を包含する。貼り合わせウエハは、キャリアウエハ上に配置されたトップウエハを有する。ウエハエッジプロファイルイメージは陰影像イメージであり得る。
ウエハエッジプロファイルイメージは、貼り合わせウエハの周囲の複数の位置で生成されることができる。
分析ステップはさらに、トップウエハに対するエッジプロファイルイメージの各々における第１の垂直線セグメントを決定するステップと、キャリアウエハに対するエッジプロファイルイメージの各々における第２の垂直線セグメントを決定するステップと、エッジプロファイルイメージの各々について第１の垂直線セグメント及び第２の垂直線セグメントの横方向位置を比較するステップと、を含むことができる。
分析ステップはまた、さらに、エッジプロファイルイメージの各々からエッジ座標を抽出するステップと、エッジプロファイルイメージの各々における傾斜（ベベル）及び頂点の点の座標を決定するステップと、その座標を楕円モデルに当てはめるステップと、トップウエハ及びキャリアウエハの中心位置を計算するステップと、をさらに含むことができる。ステージ効果が抽出ステップの後に補正されることができる。
トップウエハ及びキャリアウエハのエッジプロファイルの形状もまた、評価されることができる。
第３の実施形態では、プログラムを記憶している非一時的コンピュータ読み取り可能媒体が提供される。この非一時的コンピュータ読み取り可能媒体は、プロセッサに、貼り合わせウエハの周囲の複数の位置でウエハエッジプロファイルイメージを分析し、ウエハエッジプロファイルイメージに基づいてオフセット曲線を生成し、オフセット曲線に基づいてキャリアウエハに対するトップウエハの変位を決定する、ことを指令するように構成される。貼り合わせウエハは、キャリアウエハ上に配置されたトップウエハを有する。ウエハエッジプロファイルイメージは陰影像イメージであり得る。
変位の分析ステップは、トップウエハに対するエッジプロファイルイメージの各々における第１の垂直線セグメントを決定するステップと、キャリアウエハに対するエッジプロファイルイメージの各々における第２の垂直線セグメントを決定するステップと、エッジプロファイルイメージの各々について第１の垂直線セグメント及び第２の垂直線セグメントの横方向位置を比較するステップと、を含むことができる。第１の垂直線セグメントの決定及び第２の垂直線セグメントの決定ステップは、ハフ変換を使用して、ウエハエッジプロファイルイメージの輪郭に沿って、垂直に接続された画素を孤立させるステップを含むことができる。変位を決定するために正弦波モデルが使用され得る。
変位の分析ステップはまた、エッジプロファイルイメージの各々からエッジ座標を抽出するステップと、エッジプロファイルイメージの各々における傾斜（ベベル）及び頂点の点の座標を決定するステップと、その座標を楕円モデルに当てはめるステップと、トップウエハ及びキャリアウエハの中心位置を計算するステップと、も含むことができる。ステージ効果が抽出ステップの後に補正されることができる。
本開示の性質及び目的のより完全な理解のために、添付の図面と共に、以下の詳細な記述が参照される。
貼り合わせウエハの周縁エッジの例示的なウエハエッジプロファイルイメージである。 図１のウエハエッジプロファイルイメージから抽出された輪郭である。 グループ化の後の図２の輪郭の垂直線セグメントを描く図である。 ウエハの分析されたイメージに対する例示的なオフセット曲線である。 ウエハの分析されたイメージに対する例示的なオフセット曲線である。 本開示に従ったモデル記述である。 左側にウエハの周縁エッジの例示的なウエハエッジプロファイルイメージを含み、右側にウエハエッジプロファイルイメージからの抽出されたエッジ輪郭座標を含む図である。 図６のウエハエッジプロファイルイメージをスライス毎に分析するアルゴリズムを描く図である。 本開示に従ったモデル記述である。 半径が角度の関数として示されているエッジデータ及びモデル当てはめの結果である。 モデル結果が示されているエッジデータ及びモデル当てはめの結果である。 ウエハ半径及び円形度の結果を描く図である。 ウエハ半径及び円形度の結果を描く図である。 本開示に従った方法のある実施形態の流れ図である。 本開示のある実施形態に従ったシステムのブロック図の上面図及びＡ−Ａに沿った対応する側方断面図である。 本開示のある実施形態に従ったシステムのブロック図の上面図及びＡ−Ａに沿った対応する側方断面図である。 図１４及び図１５の実施形態に従ったシステムの斜視図である。
特許請求されている主題がいくらかの実施形態に関連して記述されるが、ここで提示された利点及び特徴のセットの全てを提供しない実施形態を含む他の実施形態もまた、本開示の範囲内である。様々な構造的な、論理的な、プロセスステップの、及び電子的な変更が、本開示の範囲から逸脱することなくなされ得る。したがって、本開示の範囲は、添付の請求項を参照することによってのみ規定される。
３Ｄ集積プロセスの一部として、半導体ウエハは、スタックされて一緒に貼り合わせされることができる。デバイスウエハ又は何らかのその他のタイプのウエハであり得る少なくとも一つのトップウエハが、キャリアウエハの上に置かれる。トップウエハ及びキャリアウエハは、接着性材料によって接続されることができる。接着剤の量、力、温度、ウエハ形状、及び配置の正確さのようないくつかのプロセスパラメータが、キャリアウエハ及びトップウエハがお互いに対してセンタリングされていないというような、トップウエハとキャリアウエハとの間のウエハ変位を生じさせ得る。貼り合わせウエハにおける２つ又はそれ以上のウエハ（例えばトップウエハ及びキャリアウエハ）のウエハ対ウエハ変位を測定する方法及びシステムが開示される。例えば、Ｘ及びＹ次元における変位が決定されることができる。ウエハエッジのＸ、Ｙ、及びＺ座標が、貼り合わせウエハの各々の中心を決定するために使用されることができる。
ウエハエッジプロファイルイメージは、その全体が参照によって援用される米国特許第8,629,902号に開示されたシステム又はその他のシステムを使用することによってのようにして、獲得されることができる。図１は、キャリアウエハ３００及びトップウエハ３０１を有する貼り合わせウエハの周縁エッジの例示的なウエハエッジプロファイルイメージである。図１は、陰影像イメージの例である。エッジ輪郭及びウエハ回転角度から、ウエハエッジのＸ，Ｙ、及びＺ座標が抽出される。ここで、Ｚは、貼り合わせウエハにおけるウエハの厚さである。これらの座標から、貼り合わせウエハの各々の中心が決定されることができる。
ある実施形態では、画像処理技法が使用されて、エッジプロファイルイメージの輪郭に沿って垂直に接続された画素を孤立させる。ユーザ規定のゾーン及び傾きのトレランスパラメータに基づいて、垂直に接続された画素（例えば垂直線セグメント）は、２つの領域にグループ分けされる。一つの領域はトップウエハに関連し、もう一方の領域はキャリアウエハに関連する。それから、これらの線セグメントの平均Ｘ距離が、２つのグループに対するイメージフレームのエッジ又は何らかのその他の参照点から、計算されることができる。絶対的オフセットは、これらの平均値の間の距離として計算される。これは、ウエハの周囲で獲得された全てのウエハエッジプロファイルイメージに対して（例えば貼り合わせウエハの縁の周りで１０度毎に）反復され、オフセット曲線を生成する。あるモデルがそれから適用されて、この曲線からトップウエハとキャリアウエハとの間のＸ及びＹオフセットを計算する。
一例が図２〜５に描かれている。図２は、図１のウエハエッジプロファイルイメージから抽出された輪郭である。図１のウエハエッジプロファイルイメージは、スケールバーを除去するためのように、抽出に先立ってシャープ化されるか又はその他の方法でクリーン化され得る。スケールバーは、例えばイメージをクロップすることによって、除去され得る。フリンジ除去、ノイズフィルタリング、又は２ビット（黒及び白）までの色深度の低減のような他の前処理もまた、実行され得る。
図２のエッジプロファイルの輪郭は、高域通過フィルタの使用によってのようにして、抽出され得る。ある場合にはキャニーエッジ抽出法が使用され、その間には、イメージにおけるノイズの多いエッジを避けるために何らかの平滑化が実行され得る。エッジ抽出アルゴリズムに依存して、エッジ抽出の間に他の平滑化が実行され得る。
図３は、グループ化の後の図２に示された輪郭の垂直線セグメントを描いている。線セグメントは、トップウエハ及びキャリアウエハに関連した領域に、グループ化されることができる。垂直線セグメントはウエハの範囲を表現又は近似し、図３では点線で囲まれている。Ｘtopはトップ線セグメント（例えばトップウエハ）の平均Ｘ距離であり、Ｘbotはボトム線セグメント（例えばキャリアウエハ）の平均Ｘ距離である。Ｘtop及びＸbotは、例えばイメージフレームのエッジからの又はその他のリファレンスからの平均距離であることができる。例えば、これはイメージフレームの左手側に関する平均距離であり得る。２つの平均に対する実際の平均又は参照点は、重要ではないことがあり得る。なぜなら、２つの平均の間の差が使用されるからである。
ハフ変換に基づく技法、局所傾き計算、又は当該技術で知られている他の技法が、エッジ輪郭における垂直線セグメントを決定するために使用され得る。ある場合には、局所傾き計算は数個の画素に基づいており、これらの画素のみが選択されて、それらの局所傾きが垂直エッジを示す。
２つの垂直線セグメントの間のオフセットが、それから計算される。例えば、各グループにおける線に対するイメージフレームのエッジからの平均Ｘ距離が、図３に基づいて計算される。これらの２つの平均値の間の差としての全体オフセットもまた、図３に基づいて計算される。
図２及び図３におけるプロセスは、全てのウエハエッジプロファイルイメージに対して（例えば貼り合わせウエハの縁の周りで１０度毎に）反復され、オフセット曲線が生成される。例示的なオフセット曲線が図４Ａ及び図４Ｂに描かれている。図４Ｂはまた、正弦波当てはめからモデリングされたデータも描いている。全体オフセット曲線からのＸ及びＹオフセットを計算するために、正弦波モデルが適用されることができる。図５はモデル記述であるが、他のモデルが可能であり得る。図５におけるＸ及びＹの両方にオフセットがあるときにはａ＝Ａcos(θ−Φ)＋Ｃであって、Ａ、Φ、及びＣは未知数である。図５において、θは横軸に関して測定され、Φは２つの中心を結ぶ線と横軸との間の角度であり、Ｃ１はトップウエハの中心であり、Ｃ２はキャリアウエハの中心であり、Ａは２つのウエハの中心の間の距離であり、Ｘは２つのウエハの間のＸオフセットであり、Ｙは２つのウエハの間のＹオフセットである。モデリングされた当てはめから、キャリアウエハに対するトップウエハのオフセットは、以下のように計算される。
Ｘoffset_top(μｍ)＝ＡcosΦ＊pixel_size
Ｙoffset_top(μｍ)＝ＡsinΦ＊pixel_size
Ｃは、いくつかの単純な場合には無視されることができる。画素サイズは例えば2.408μｍであり得るが、他のサイズも可能である。
この実施形態に対して垂直に接続された画素を孤立させる入力パラメータは、傾きトレランス及びゾーンを含むことができる。傾きトレランスに関しては、ユーザは、完全な垂直線からどの程度のトレランスが許容されるかを設定することができる。ゾーンに関しては、ユーザは、グループ化の間の正確な計算のために、トップ及びボトムウエハのゾーンを規定することができる。
貼り合わせウエハにおける２つのウエハの間のオフセットが単一イメージから計算されるので、垂直に接続された画素の孤立に伴う計算に、ウエハ対ウエハの配置誤差がインパクトを与えることはない。これより、ステージ上での任意のウエハ配置が許容され得る。オフセット曲線を得るために２つの平均の間の差が計算されるので、この測定はまた、キャリブレーションのドリフトによるイメージ座標空間におけるシフトは有さない。これより、ドリフトのために個別の平均が変わっても、差がインパクトを受けることはない。
ある場合には、図２〜５の実施形態は、乱雑なエッジ又はアーチファクトを除去するためのステップを含み得る。これは、垂直線セグメントを見出す前に起こり得る。他の場合には、乱雑なエッジ又はアーチファクトを有するウエハエッジプロファイルイメージがスキップされることができて、その代わりに、他のウエハエッジプロファイルイメージに頼ることができる。
図６〜１２に示される他の実施形態ではモデルに基づくアプローチが使用される。前処理ステップにおいて、エッジプロファイルイメージの輪郭座標が抽出される。それから、ウエハ傾斜（ベベル）及び頂点に対する座標が、楕円モデルを当てはめるために使用される。
図６は、左側にウエハの周縁エッジの例示的なウエハエッジプロファイルイメージを含み、右側にウエハエッジプロファイルイメージからの抽出されたエッジ輪郭座標を含む。エッジ座標は、例えば高域通過フィルタを使用して、ウエハエッジプロファイルイメージから抽出されることができる。ステージ効果が補正されることができる。傾斜（ベベル）及び頂点における点の座標（図６では点線で囲まれている）は、セーブされるか又はその他の方法で記録されることができる。このプロセスは、あるウエハについての全てのウエハエッジプロファイルイメージに対して（例えば貼り合わせウエハの縁の周りで１０度毎に）反復されることができる。相対的な中心オフセットを提供するためには少なくとも３つのイメージが必要とされ得るが、エッジにおける粗さ又は中心度の誤差の低減に関しては、より多くのイメージが、より高い精度を提供することができる。
エッジデータは、それからモデルに当てはめられることができる。図７は、図６のウエハエッジプロファイルイメージをスライス毎に分析するアルゴリズムを描く。座標が、図８に描かれているもののように、スライス毎の方法で楕円モデルに当てはめられる。図８において、CoRは回転中心であり、CoWはウエハの中心である。これが、図９〜１０に示されているようにスライス毎のウエハの中心をもたらす結果となる。典型的なステップのサイズは2.5ミクロンであり得る。各スライスに対して36個のエッジ位置点があり得るが、他の値又は範囲も可能である、各点は一つのイメージからきている。その座標は、図９に実線で示されているように、方向（θ）及び半径であることができる。それから図８に示されているように、これらの点がモデルに当てはめられる。モデルのパラメータは、現時点でリファレンスとして設定されているCoR及びCoWを含む。ウエハの中心度は、長軸がＲ＋δ及び短軸がＲ−δの楕円としてモデル化される。仮のモデルパラメータが与えられると、図９にドットで示されているように、イメージの位置が計算される。非線形回帰アルゴリズムが、モデルの予測（図９におけるドット）が測定値（図９における実線）に最も良く合致するように、仮のモデルパラメータを調整するために使用されることができる。図８に示されているように、CoR、ウエハ半径、ウエハの楕円度に関して、最良の合致を与えるモデルパラメータが測定結果として報告される。
例えば、最小二乗当てはめを使用して、ウエハの中心位置がスライスの結果から計算される。計算された中心位置はＮセットにソートされるが、ここでＮは、貼り合わせウエハにおけるウエハ数である（すなわちＮ＞１）。ソートは、ウエハ厚さ及び／又はフィルタリングの知識を使用して実行され得る。フィルタリングは、メジアンからの偏差及び／又は高さ位置についての知識を含むことができる。各ウエハの中心位置は、ウエハに対応する各セットに対して、平均化、メジアンの使用によって、又はその他の技法で、計算されることができる。
図１１〜１２はウエハ半径及び中心度の結果を示す。図１１及び図１２における回転中心に対して計算されたウエハ中心は、異なるスライス及び楕円度におけるウエハ半径を示す。
図６〜１２の実施形態は楕円モデルを使用し得る。ある場合には、楕円方程式はＡｘ2＋Ｂｘｙ＋Ｃｙ2＋Ｄｘ＋Ｅｙ＋Ｆ＝０である。ウエハが完全に円ではないかもしれないので、これは改良された結果を与え得る。しかし、他のモデル（例えば円形モデル）が、依然として許容可能な性能を提供し得る。
図２〜５及び図６〜１２の実施形態は別個に又は代替で使用されることができるが、図２〜５の実施形態及び図６〜１２の実施形態の両方が一緒に使用されてもよい。例えば、図６〜１２の実施形態が最初に実行されてもよい。それから、図２〜５の実施形態が、結果を検証するために実行され得る。図６〜１２の実施形態は、その分析がモデルにおけるより非現実的なファクターを含むためにより正確な結果を提供し得て、詳細なエッジ情報が分析プロセスで保存されるためにより多くの情報を提供し得て、且つより高速であり得る。
他の例では、図２〜５の実施形態は、図６〜１２の実施形態が許容可能な又は明瞭な結果を提供できないときのバックアップであり得る。
ここで開示されている実施形態では、ウエハエッジデータ／座標がウエハエッジプロファイルイメージを使用して獲得される。プロファイラ、レーザ三角測量、又はその他の技法が、その代わりに入力を生成するために使用されることができる。
図１３は、貼り合わせウエハの計測方法のある実施形態の流れ図である。２００にて、ウエハエッジプロファイルイメージが、トップウエハとキャリアウエハとを有し得る貼り合わせウエハの周囲の位置で分析される。２０１にて、ウエハエッジプロファイルイメージに基づいてオフセット曲線が生成される。２０２にて、キャリアウエハに対するトップウエハの変位が、オフセット曲線に基づいて決定される。ウエハエッジプロファイルイメージは、分析２００に先立って、ウエハの周囲の複数の位置で生成され得る。ウエハエッジプロファイルイメージは陰影像イメージであり得る。
２つのウエハ（例えばキャリアウエハ及びトップウエハ）が描かれているが、２つより多くのウエハが一緒に貼り合わされ得る。例えば、３つのウエハがキャリアウエハに貼り合わされ得る。オフセットは、隣接するウエハの間、ウエハ対の間、又は貼り合わせウエハ全体に対して、計算されることができる。
分析２００の例では、トップウエハに対するエッジプロファイルイメージの各々における第１の垂直線セグメントが決定され、キャリアウエハに対するエッジプロファイルイメージの各々における第２の垂直線セグメントが決定される。第１の垂直線セグメント及び第２の垂直線セグメントの横方向位置が、エッジプロファイルイメージの各々に対して比較される。第1の垂直線セグメントの決定及び第２の垂直線セグメントの決定は、ハフ変換を使用して、ウエハエッジプロファイルイメージの輪郭に沿って垂直に接続された画素を孤立させることを含むことができる。正弦波モデルが、変位を決定するために使用され得る。
分析２００の他の例では、エッジ座標がエッジプロファイルイメージの各々から抽出される。エッジプロファイルイメージの各々における傾斜（ベベル）及び頂点における点の座標が決定される。座標は楕円モデルに当てはめられる。トップウエハ及びキャリアウエハの中心位置が計算される。抽出後に、ステージ効果が補正されることができる。
ウエハ円形度、又は個別のウエハエッジの形状のような他の不規則性のような付加的なウエハ特性が、イメージ分析から得られることができる。例えば、ウエハエッジに角度が付いているかどうか、及び角度の方向が、決定されることができる。これにより、ここで開示されたシステム及び方法が、ウエハエッジ検査及びエッジプロファイリングを同時に実施するために使用されることができる。
図１４〜１５は、本開示のある実施形態に従ったシステム１００のブロック図の上面図及びＡ−Ａに沿った対応する側方断面図である。図１６は、図１４〜１５の実施形態に対応するシステム１００の斜視図である。システム１００は、陰影図であるイメージを獲得することによって貼り合わせウエハの計測を実行するように構成されている。陰影図は、陰影図技法を適用して、貼り合わせウエハ１０２の周縁エッジのような貼り合わせウエハ１０２の影を可視化又はイメージングする。ステージ１０１は貼り合わせウエハ１０２を回転するように構成されることができるが、システム１００もまた、貼り合わせウエハ１０２に対して回転することもできる。そのような回転は、ステッピング的であることも、又は連続的であることもできる。貼り合わせウエハ１０２はまた、イメージングの間に回転しなくても良く、システム１００の構成要素が固定され得る。
例示的な貼り合わせウエハ１０２が、キャリアウエハ１０７及びトップウエハ１０８を有して示されている。キャリアウエハ１０７及びトップウエハ１０８は、図1に描かれているもののように異なる直径を有し得る。例えば、キャリアウエハ１０７はキャリアウエハであることができて、トップウエハはデバイスウエハであることができる。あるいは、キャリアウエハ１０７及びトップウエハ１０８の両方がデバイスウエハであることができて、キャリアウエハ１０７及びトップウエハ１０８より多くのものが貼り合わせウエハ１０２を形成することができる。
光源１０２は、貼り合わせウエハ１０２のエッジにコリメート光１０４を向けるように構成される。いくつかの実施形態では、コリメート光１０４は、エッジプロファイルの影を生成するように、貼り合わせウエハ１０２に対して接線方向に向けられる。これにより貼り合わせウエハ１０２はコリメート光１０４のいくらかをブロックする。コリメート光１０４がほぼ円形に描かれているが、他の形状であることできる。ある例示的な実施形態では、光源１０３は発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用する。コリメート光を作り出すランプ、レーザ、広帯域レーザ、レーザ駆動蛍光体、又はレーザ駆動ランプのような他の適切な光源１０３が、本開示を参照すれば明らかである。レーザ及びＬＥＤのような光源１０３の組み合わせが使用され得る。光源１０３は、単一のシステム又は複数のシステムにおける単一帯域及び広帯域光源の両方を含むことができる。コリメート光１０４は、貼り合わせウエハ１０２の平面に対して平行であり得る。例えば、コリメート光１０４は、トップウエハ１０８が配置されているキャリアウエハ１０７の平面に対して平行であり得る。測定に悪影響を与え得る回折に関係したアーチファクトを除去するために、回折抑制技法が使用され得る。貼り合わせウエハ１０２のおよそ数ミリメートルがコリメート光１０４を使用したプロファイルで見られるが、他の寸法も可能である。
光源１０３から離れて置かれた検出器１０５が、コリメート光１０４の少なくともいくらかを受領する。検出器１０５は、貼り合わせウエハ１０２がイメージングされるときに影（すなわち影を作り出している光）の少なくとも一部が検出器１０５によって受領されるように、置かれる。検出器１０５は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）又は相補的金属・酸化物・半導体（ＣＭＯＳ）カメラであることができる。このようにして、ウエハエッジシルエットのイメージ（すなわちウエハエッジプロファイルイメージ）が形成される。検出器１０５は、高さサンプリングに対して、貼り合わせウエハの数百個のウエハエッジプロファイルイメージを収集するように構成されることができる。例えば、貼り合わせウエハ１０２の２〜５００個の間のウエハエッジプロファイルイメージが収集され得るが、より多くのイメージが収集されることができる。ある例では、貼り合わせウエハの１６個のウエハエッジプロファイルイメージが収集される。他の例では、貼り合わせウエハの３２個のウエハエッジプロファイルイメージが収集される。他の例では、貼り合わせウエハの３６０個のウエハエッジプロファイルイメージが収集される。
コリメート光１０４は、影を作り出す単一の波長又は複数の波長を有し得る。例えば、青色光又は白色光のような可視光が使用され得る。他の適したコリメート光１０４が、本開示を参照すれば明らかである。例えば、紫外光が使用されることができる。コリメート光１０４は偏光していてもよく、且つパルス光又は連続光であってもよい。
図１４〜１６には単一の光源１０３及び検出器１０５のみが描かれているが、複数の光源１０３及び検出器１０５が使用され得る。複数の光源１０３及び検出器１０５は、貼り合わせウエハ１０２の異なる位置でイメージを収集するために、貼り合わせウエハ１０２の縁の周囲の様々な位置に置かれ得る。これは、検査のスループットに対するインパクトを最小にしながら、検査のスループットを増加するか又は作り出されるイメージの数を増加させ得る。複数の光源１０３及び検出器１０５が貼り合わせウエハ１０２の縁の周囲の様々な位置に置かれると、そのときには、貼り合わせウエハ１０２は、光源１０３又は検出器１０５に対して回転しなくてもよい。
コントローラ１０６は、検出器１０５に動作的に接続される。コントローラ１０６は、貼り合わせウエハ１０２のエッジのイメージを分析するように構成され、検出器１０５を使用したイメージの獲得を制御することができる。例えば、コントローラ１０６は、貼り合わせウエハ１０２を光源１０３又は検出器１０５に対して回転させることができる。コントローラ１０６はまた、イメージ獲得のタイミング又は貼り合わせウエハ１０２上でのイメージ獲得の位置を制御することもできる。コントローラ１０６は、検出器１０５の出力を使用して他の機能又は付加的なステップを実行するように構成され得る。例えば、コントローラ１０６は、図１３のステップのいくつか又は全てを実行するようにプログラムされ得る。コントローラ１０６は、プロセッサ１０９及びメモリ１１０を含むことができる。
ここに記述されたコントローラ１０６、他のシステム（単数又は複数）、又は他のサブシステム（単数又は複数）は、パーソナルコンピュータシステム、ワークステーション、イメージコンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、ネットワーク機器、インターネット機器、パラレルプロセッサ、又は他のデバイスを含む様々な形態を取り得る。一般に、「コントローラ」という用語は、メモリ媒体から指令を実行する一つ又はそれ以上のプロセッサを有する任意のデバイスを包含するように、広範に規定され得る。サブシステム（単数又は複数）又はシステム（単数又は複数）は、パラレルプロセッサのような当該技術で既知の任意の適切なプロセッサも含み得る。加えて、サブシステム（単数又は複数）又はシステム（単数又は複数）は、高速処理及びソフトウエアを有するプラットフォームを、スタンドアローンとして又はネットワーク化されたツールとして、含み得る。
システムが一つより多くのサブシステムを含むなら、そのときには、異なるサブシステムは、イメージ、データ、情報、指示などがサブシステム間で送られることができるようにお互いに結合され得る。例えば、一つのサブシステムは、当該技術で既知の任意の適切な有線及び／又は無線伝送媒体を含み得る任意の適切な伝送媒体によって、付加的なサブシステム（単数又は複数）に結合され得る。２つ又はそれ以上のそのようなサブシステムはまた、共有されたコンピュータ読み取り可能記憶媒体（図示されていない）によって、効果的に結合されてもよい。
他の実施形態では、コントローラ１０６は、当該技術で既知の任意の方法で、システム１００の様々な構成要素又はサブシステムのいずれかに通信的に結合され得る。さらに、コントローラ１０６は、有線及び／又は無線部分を含み得る伝送媒体によって他のシステムからデータ又は情報を受領及び／又は獲得するように構成され得る。このようにして、伝送媒体は、コントローラ１０６とシステム１００の他のサブシステム又はシステム１００の外部にあるシステムとの間のデータリンクとして機能し得る。
付加的な実施形態は、ここで開示された技法を実行するためのような、貼り合わせウエハの計測のためのコンピュータ実行形の方法を実行するためのコントローラ上で実行可能なプログラム指令を記憶している非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体に関する。特に、図１４に示されているように、コントローラ１０６は、コントローラ１０６上で実行可能なプログラム指令を含んでいる非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体を有するメモリ１１０又はその他の電子データ記憶媒体を含むことができる。コンピュータ実行形の方法は、図１３に関連して開示されたもののような、ここで記述された任意の方法（単数又は複数）の任意のステップ（単数又は複数）を含み得る。メモリ１１０又はその他の電子データ記憶媒体は、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気又は光ディスク、不揮発性メモリ、半導体メモリ、磁気テープ、あるいは当該技術で既知のその他の適切な非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体のような記憶媒体であり得る。
プログラム指令は、その他のものの中でも手続きベースの技法、コンピュータベースの技法、及び／又はオブジェクト指向の技法を含む様々な方法のいずれかにて具現化され得る。例えば、プログラム指令は、望まれるように、アクティブＸコントロール、C++オブジェクト、ジャバビーンズ、マイクロソフト基礎クラス（ＭＦＣ）、ＳＳＥ（ストリーミングSIMD拡張）、あるいはその他の技術又は計測方法を使用して、具現化され得る。
いくつかの実施形態においては、システム１００及びここで開示された方法の様々なステップ、機能、及び／又は動作が、以下のものの一つ又はそれ以上によって実行され得る：電子回路、論理ゲート、マルチプレクサ、プログラマブルロジックデバイス、特定用途向け集積回路（ASIC）、アナログ又はデジタルコントロール／スイッチ、マイクロコントローラ、又は計算システム。ここで開示されたもののような方法を具現化するプログラム指令は、キャリア媒体上を伝送されるか又はキャリア媒体上に記憶されることができる。キャリア媒体は、メモリ１１０のもののような電子データ記憶媒体、又はワイヤ、ケーブルのような伝送媒体、又は無線伝送リンクを含み得る。例えば、本開示を通して記述された様々なステップが、単一のコントローラ１０６（又はコンピュータシステム）、又はその代替として複数のコントローラ１０６（又は複数のコンピュータシステム）によって実行され得る。さらに、システム１００の異なるサブシステムは、一つ又はそれ以上の計算又は論理システムを含み得る。それゆえに、上記の記述は、本発明に対する制約として解釈されるべきではなく、単なる描写である。
本開示を通して使用されているように、「ウエハ」は、半導体又は非半導体材料から形成された基板を指し得る。例えば、半導体又は非半導体材料は、単結晶シリコン、ガリウム砒素、又はリン化インジウムを含み得るが、それらに限られるものではない。ウエハは一つ又はそれ以上の層を含み得る。例えば、そのような層は、レジスト、誘電性材料、導電性材料、又は半導体材料を含み得るが、それらに限られるものではない。絶縁層、埋め込み層などのような多くの異なるタイプのそのような層が当該技術で知られているが、それらに限られるものではない。ここで使用されている「ウエハ」という用語は、そのような層のいずれかがその上に形成され得る基板を包含することが意図されている。
方法のステップの各々は、ここで記述されたように実行され得る。方法はまた、ここで開示されたコントローラ及び／又はコンピュータサブシステム（単数又は複数）又はシステム（単数又は複数）によって実行されることができる任意の他のステップ（単数又は複数）も含み得る。ステップは一つ又はそれ以上のコンピュータサブシステムよって実行されることができて、それらは、ここで記述された実施形態のいずれかにしたがって構成され得る。加えて、上述された方法は、ここで記述されたシステム実施形態のいずれかによって実行され得る。
本開示が一つ又はそれ以上の特定の実施形態に関連して記述されてきたが、本開示の他の実施形態が本開示の範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解されるべきである。これより、本開示は、添付の請求項及びその合理的な解釈によってのみ制限されると考えられる。

Claims (15)

  1. キャリアウエハ上に配置されたトップウエハを有する貼り合わせウエハを支持するように構成されたステージと、
    前記貼り合わせウエハの周縁エッジのウエハエッジプロファイルイメージを生成するように構成されたイメージングシステムであって、コリメート光を生成するように構成された光源と、前記ウエハエッジプロファイルイメージを生成するように構成された検出器と、を含むイメージングシステムと、
    前記イメージングシステムに電子通信するコントローラであって、前記貼り合わせウエハの周囲の複数の位置で前記ウエハエッジプロファイルイメージを分析し、前記ウエハエッジプロファイルイメージに基づいてオフセット曲線を生成し、前記オフセット曲線は、トップウエハの線セグメントとキャリアウエハの線セグメントの、イメージフレームのエッジあるいはリファレンスからの平均距離の差であるオフセットの算出を、ウエハの周囲で獲得された全てのウエハエッジプロファイルイメージに対して反復して得られる曲線であり、前記オフセット曲線に基づいて前記キャリアウエハに対する前記トップウエハの変位を決定するようにプログラムされている、コントローラと、
    を備え、
    前記分析の間に、前記コントローラがさらに、
    前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々からエッジ座標を抽出し、
    前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々における傾斜（ベベル）及び頂点の点の座標を求め、
    前記傾斜座標と前記頂点座標とを楕円モデルに当てはめ、
    前記トップウエハ及び前記キャリアウエハの中心位置を計算する、
    ようにさらに構成された、計測システム。
  2. 前記ウエハエッジプロファイルイメージが陰影像イメージである、請求項１に記載の計測システム。
  3. 前記分析の間に、前記コントローラがさらに、
    前記トップウエハに対する前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々における第１の垂直線セグメントを決定し、
    前記キャリアウエハに対する前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々における第２の垂直線セグメントを決定し、
    前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々について前記第１の垂直線セグメント及び前記第２の垂直線セグメントの横方向位置を比較する、
    ように構成されている、請求項１に記載の計測システム。
  4. キャリアウエハ上に配置されたトップウエハを有する貼り合わせウエハの周囲の複数の位置で、ウエハエッジプロファイルイメージをコントローラで分析するステップと、
    前記ウエハエッジプロファイルイメージに基づいて前記コントローラでオフセット曲線を生成するステップであり、前記オフセット曲線は、トップウエハの線セグメントとキャリアウエハの線セグメントの、イメージフレームのエッジあるいはリファレンスからの平均距離の差であるオフセットの算出を、ウエハの周囲で獲得された全てのウエハエッジプロファイルイメージに対して反復して得られる曲線である、ステップと、
    前記オフセット曲線に基づいて前記キャリアウエハに対する前記トップウエハの変位を前記コントローラで決定するステップと、
    を包含し、
    前記分析するステップが、
    前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々からエッジ座標を抽出し、
    前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々における傾斜（ベベル）及び頂点の点の座標を求め、
    前記傾斜座標と前記頂点座標とを楕円モデルに当てはめ、
    前記トップウエハ及び前記キャリアウエハの中心位置を計算する、ステップを含む、
    方法。
  5. 前記ウエハエッジプロファイルイメージを前記貼り合わせウエハの周囲の複数の位置で生成するステップをさらに包含する、請求項４に記載の方法。
  6. 前記ウエハエッジプロファイルイメージが陰影像イメージである、請求項４に記載の方法。
  7. 前記分析ステップがさらに、
    前記トップウエハに対する前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々における第１の垂直線セグメントを決定するステップと、
    前記キャリアウエハに対する前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々における第２の垂直線セグメントを決定するステップと、
    前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々について前記第１の垂直線セグメント及び前記第２の垂直線セグメントの横方向位置を比較するステップと、
    をさらに包含する、請求項４に記載の方法。
  8. 前記第１の垂直線セグメントの決定ステップ及び前記第２の垂直線セグメントの決定ステップは、ハフ変換を使用して、前記ウエハエッジプロファイルイメージの輪郭に沿って、垂直に接続された画素を孤立させるステップを含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記変位を決定するために正弦波モデルが使用される、請求項７に記載の方法。
  10. 前記トップウエハ及び前記キャリアウエハのエッジプロファイルの形状を評価するステップをさらに包含する、請求項４に記載の方法。
  11. プロセッサに、
    キャリアウエハ上に配置されたトップウエハを有する貼り合わせウエハの周囲の複数の位置でウエハエッジプロファイルイメージを分析し、
    前記ウエハエッジプロファイルイメージに基づいてオフセット曲線を生成し、前記オフセット曲線は、トップウエハの線セグメントとキャリアウエハの線セグメントの、イメージフレームのエッジあるいはリファレンスからの平均距離の差であるオフセットの算出を、ウエハの周囲で獲得された全てのウエハエッジプロファイルイメージに対して反復して得られる曲線であり、
    前記オフセット曲線に基づいて前記キャリアウエハに対する前記トップウエハの変位を決定する、
    ステップを指令するように構成されたプログラムを記憶している、非一時的コンピュータ読み取り可能媒体、であって、
    前記分析するステップがさらに、
    前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々からエッジ座標を抽出するステップと、
    前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々における傾斜（ベベル）及び頂点の点の座標を決定するステップと、
    前記座標を楕円モデルに当てはめるステップと、
    前記トップウエハ及び前記キャリアウエハの中心位置を計算するステップと、
    を含む、非一時的コンピュータ読み取り可能媒体。
  12. 前記ウエハエッジプロファイルイメージが陰影像イメージである、請求項１１に記載の非一時的コンピュータ読み取り可能媒体。
  13. 前記変位の決定ステップが
    前記トップウエハに対する前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々における第１の垂直線セグメントを決定するステップと、
    前記キャリアウエハに対する前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々における第２の垂直線セグメントを決定するステップと、
    前記ウエハエッジプロファイルイメージの各々について前記第１の垂直線セグメント及び前記第２の垂直線セグメントの横方向位置を比較するステップと、
    を含む、請求項１１に記載の非一時的コンピュータ読み取り可能媒体。
  14. 前記第１の垂直線セグメントの決定及び前記第２の垂直線セグメントの決定ステップが、ハフ変換を使用して、前記ウエハエッジプロファイルイメージの輪郭に沿って、垂直に接続された画素を孤立させるステップを含む、請求項１３に記載の非一時的コンピュータ読み取り可能媒体。
  15. 前記変位を決定するために正弦波モデルが使用される、請求項１３に記載の非一時的コンピュータ読み取り可能媒体。
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