KR102652160B1 - 비대칭 웨이퍼 형상 특성화를 위한 메트릭 - Google Patents
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Abstract
웨이퍼의 지오메트리에 대한 데이터를 사용하여, 웨이퍼의 원주를 따른 상이한 점에서 유래되는 적어도 3개의 직경을 따라서 웨이퍼의 지오메트리가 측정된다. 3개의 직경을 사용하여 웨이퍼의 지오메트리의 특성화가 결정된다. 특성화에 기초하여 웨이퍼에 대한 웨이퍼 클램핑 실패 확률이 결정될 수 있다.
Description
[관련 출원에 대한 상호 참조]
본 출원은, 2019년 6월 18일에 출원되고 미국 출원 번호 62/863,158이 할당된 가특허 출원에 대한 우선권을 청구하며, 이 가특허 출원의 개시는 본 명세서에 참조로서 통합된다.
[기술분야]
본 개시는 반도체 웨이퍼 또는 다른 워크피스의 형상의 특성화에 관한 것이다.
반도체 제조 업계의 발전으로 인해, 수율 관리와, 특히, 계측 및 검사 시스템에 대한 요구가 더 커지고 있다. 임계 치수는 계속하여 감소하고 있지만, 업계는 높은 수율 및 높은 가치의 생산을 달성하기 위한 시간을 감소시켜야 한다. 수율 문제를 검출하는 것에서부터 수율 문제를 해결하는 데까지의 총 시간을 최소화하는 것은, 반도체 제조자에 대한 투자 수익률을 결정한다.
로직 디바이스 및 메모리 디바이스와 같은 반도체 디바이스를 제조하는 것은, 많은 수의 제조 공정을 사용해 반도체 웨이퍼를 처리하여 반도체 디바이스의 다양한 피처 및 다수의 레벨을 형성하는 것을 통상적으로 포함한다. 예컨대, 리소그래피는, 레티클로부터의 패턴을, 반도체 웨이퍼 상에 배열된 포토레지스트에 전사하는 것이 수반되는 반도체 제조 공정이다. 반도체 제조 공정의 추가적인 예는, 화학적-기계적 연마(CMP, chemical-mechanical polishing), 에칭, 퇴적, 및 이온 주입을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 다수의 반도체 디바이스가 단일 반도체 웨이퍼 상에 배열의 형태로 제조되고 개별 반도체 디바이스로 분리될 수 있다.
일반적으로, 웨이퍼의 평탄도 및 두께 균일성에 대한 특정한 요건이 수립된다. 그러나, 제조 동안 수행되는 다양한 공정 단계는, 웨이퍼 상에 퇴적되는 박막 내의 응력을 변화시킬 수 있고, 평면내 왜곡(IPD, in-plane distortion) 및/또는 평면외 왜곡(OPD, out-plane distortion)을 비롯한 상당한 왜곡을 야기하는 탄성 변형 초래할 수 있다. 그러한 왜곡은 다운스트림 공정에서의 에러로 이어질 수 있다. 예컨대, 왜곡은 리소그래피 패터닝 등에서의 오버레이 에러로 이어질 수 있다.
하나 이상의 반도체층 공정을 모니터링 및 제어하기 위해, 반도체 제조 공정 중의 다양한 단계에서 계측 공정이 사용된다. 이들 특성 중 일부는 웨이퍼의 평탄도 및 두께 균일성을 포함한다. 기존 반도체 표준은 웨이퍼 형상 특성화에 대해 "보우(bow)" 및 "워프(warp)"와 같은 메트릭을 정의한다. 종래에 이들 메트릭은 툴에서의 베어 웨이퍼 형상 특성화를 위해 사용되어 왔다. 그러나, 이들 기존 메트릭은 웨이퍼 형상이 왜곡되는 방향 및/또는 얼마 만큼 왜곡되는지의 감각을 제공하지 않기 때문에, 이들 기존 메트릭은 웨이퍼 형상을 완전히 특성화하지 않을 수 있다. 예컨대, 현재의 보우 및 워프 메트릭은 웨이퍼 당 하나의 수만을 제공한다. 이는 웨이퍼 왜곡의 방향 및/또는 각 변동을 포착하기에 충분한 정보를 제공하지 않는다.
기존 계측 툴은 X 및 Y 방향(즉, 웨이퍼의 중심을 통하는 2개의 수직 직경)을 따른 웨이퍼 형상 메트릭을 지원한다. 그러나, 이들 메트릭은 웨이퍼당 하나의 값이며, 웨이퍼 형상의 비대칭성을 특성화하지 않는다. 이러한 웨이퍼 형상의 비대칭성은, 기존 메트릭을 사용하여 참 웨이퍼 형상을 포착 및 모니터링하기 어렵게 만들 수 있다.
현재의 메트릭은 또한, X 및 Y가 아닌 방향에서의 웨이퍼 형상 비대칭성 포착하지 않는다. 현재, 웨이퍼 형상 비대칭성을 결정하기 위해 웨이퍼 맵이 하나씩 시각적으로 검사되어야 한다. 이러한 기법은 정확하지 않으며, 최대 또는 최소 웨이퍼 형상의 정밀한 방향을 제공하지 않는다.
또한, 현재의 메트릭은, 워프가 X 또는 Y 방향에서 일어난다면, 웨이퍼의 최대 워프만을 포착한다. 그렇지 않다면, 최대 워프는 간과된다.
따라서, 웨이퍼 형상 특성화를 위한 새로운 기법이 필요하다.
제1 실시예에서 검출 시스템이 제공된다. 검출 시스템은, 웨이퍼의 지오메트리를 측정하도록 구성되는 이미징 시스템, 및 이미징 시스템과 전자 통신하는 프로세서를 포함한다. 프로세서는, 웨이퍼의 지오메트리에 대한 데이터를 획득하고; 웨이퍼의 원주를 따른 상이한 점에서 유래되는 적어도 3개의 직경을 따라서 웨이퍼의 지오메트리를 측정하고; 3개의 직경을 사용하여 웨이퍼의 지오메트리의 특성화를 결정하도록 구성된다. 검출 시스템은, 웨이퍼를 유지하도록 구성되는 척을 더 포함할 수 있다.
특성화는 3개의 직경에 걸친 웨이퍼에 대한 최대 형상 변화의 크기 및 방향, 각 워프(angular warp), 피크점(peak point)이나 계곡점(valley point), 또는 만곡을 포함할 수 있다.
프로세서는 또한, 특성화에 기초하여 웨이퍼에 대한 웨이퍼 클램핑 실패 확률을 결정하도록 구성될 수 있다.
지오메트리는 적어도 32개의 직경을 따라서 측정될 수 있다.
제2 실시예에서 방법이 제공된다. 방법은, 프로세서에서 웨이퍼의 지오메트리에 대한 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 프로세서를 사용하여, 웨이퍼의 원주를 따른 상이한 점에서 유래되는 적어도 3개의 직경을 따라서 웨이퍼의 지오메트리가 측정된다. 프로세서를 사용하여, 3개의 직경을 사용하여 웨이퍼의 지오메트리의 특성화가 결정된다.
방법은, 이미징 시스템으로 웨이퍼를 이미징하는 단계를 더 포함할 수 있다.
웨이퍼는 3D NAND 웨이퍼 또는 DRAM 웨이퍼일 수 있다.
특성화는 3개의 직경에 걸친 웨이퍼에 대한 최대 형상 변화의 크기 및 방향, 각 워프, 피크점이나 계곡점, 또는 만곡을 포함할 수 있다.
방법은, 프로세서를 사용하여, 특성화에 기초하여 웨이퍼에 대한 웨이퍼 클램핑 실패 확률을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
지오메트리는 적어도 32개의 직경을 따라서 측정될 수 있다.
한 예에서, 3개의 직경 중 2개는 서로 수직이다.
수신되는 데이터는 웨이퍼의 전체 표면에 대한 것일 수 있다.
프로그램을 저장한 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체가, 제2 실시예의 방법을 실행할 것을 프로세서에 지시하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 본질 및 목적에 대한 보다 완전한 이해를 위해서는, 다음과 같은 첨부 도면과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조해야 한다.
도 1은 각 워프 결정을 위한 예시적인 각도를 갖는 웨이퍼를 예시한다.
도 2는 본 개시에 따른 방법의 실시예의 흐름도이다.
도 3은 이전의 메트릭(상단)에 비교한 각 워프 메트릭(하단)의 비교도이다.
도 4는 처킹 실패의 예를 예시한다.
도 5는 본 개시에 따른 검출 시스템의 실시예이다.
도 1은 각 워프 결정을 위한 예시적인 각도를 갖는 웨이퍼를 예시한다.
도 2는 본 개시에 따른 방법의 실시예의 흐름도이다.
도 3은 이전의 메트릭(상단)에 비교한 각 워프 메트릭(하단)의 비교도이다.
도 4는 처킹 실패의 예를 예시한다.
도 5는 본 개시에 따른 검출 시스템의 실시예이다.
청구되는 주제는 특정 실시예의 관점에서 설명될 것이지만, 본 명세서에서 설명되는 모든 이점과 특징을 제공하지는 않는 실시예를 비롯한 다른 실시예 또한 본 개시의 범위 내에 있다. 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 구조적 변경, 논리적 변경, 공정 단계 변경, 및 전자적 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 개시의 범위는, 첨부된 청구범위에 대한 참조에 의해서만 규정된다.
본 명세서에서 개시되는 실시예는 반도체 웨이퍼의 형상 또는 다른 지오메트리를 특성화하기 위해 각 워프 기법을 사용한다. 기존의 보우 및 워프 메트릭은 베어 웨이퍼 또는 대칭적으로 패터닝된 웨이퍼에 대해 유용한 웨이퍼 형상 특성화일 수 있지만, 3D NAND와 같은 비대칭 웨이퍼에 대한 추가적인 특성화가 필요하다. 하나의 방향의 축만을 따라서 샘플되는 부분적 데이터는, 로직 또는 DRAM 디바이스 내의 낮은 워피지의 경우의 웨이퍼 형상에 관한 일반적인 아이디어를 반도체 제조자에게 제공할 수 있으며, 이는, 일반적으로 더 높은 웨이퍼 형상을 갖는 3D NAND에 대해 충분하지 않다. 전체 웨이퍼로부터의 추가적인 측정 포인트는, 반도체 제조자가 웨이퍼의 전체적인 관점을 획득하도록 돕는다.
본 개시되는 실시예는 방향성 비대칭성을 포착하도록 웨이퍼 형상을 특성화할 수 있다. 예컨대, 본 명세서에서 개시되는 실시예를 사용하여, 웨이퍼 형상 특성화에 대한 메트릭으로서 임의의 방향에서 워프 값이 결정될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 메트릭은, 개별 웨이퍼 형상 맵의 시각적 검사 없이, 집적 회로 제조 동안 웨이퍼 형상을 특성화할 수 있다. 웨이퍼 형상 비대칭성(예컨대, 값 또는 각도)이 자동으로 결정될 수 있다. 이러한 추가적인 특성화는, 예컨대, 웨이퍼 형상이 너무 왜곡되어 있는지를 결정하기 위해, 비대칭 웨이퍼에 사용될 수 있다. 반도체 제조자는, 너무 왜곡된 웨이퍼를 스크래핑하거나, 비대칭성이 허용가능한 경계 내에 있다면 웨이퍼를 더 처리하기로 결정할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 각 워프 메트릭은 DRAM 또는 3D NAND 디바이스에 적합하다. 그러나, 본 명세서에서 개시되는 실시예는 상이한 웨이퍼 유형 또는 상이한 디바이스 유형에 대해 커스터마이징될 수 있다.
PWG 측정 시스템은, 웨이퍼 지오메트리(예컨대, 두께, 평탄도, 또는 형상)를 측정할 수 있는 웨이퍼 계측 시스템의 예이다. KLA Corporation으로부터의 패터닝된 웨이퍼 지오메트리(PWG, Patterned Wafer Geometry) 시스템은 베어 웨이퍼 또는 패터닝된 웨이퍼의 전체 표면을 측정할 수 있다. KLA Corporation으로부터의 WaferSight 측정 시스템은, 베어 웨이퍼의 웨이퍼 지오메트리를 측정할 수 있는 웨이퍼 계측 시스템의 또 다른 예이다. 그러한 시스템은, 패터닝된 웨이퍼의 전면 및/또는 후면 표면의 고해상도(예컨대, 125um 내지 500um 픽셀 폭) 표면 높이 측정을 하기 위해 이미징 디바이스(예컨대, 이중 피조(double-Fizeau) 간섭측정 이미징 디바이스)를 사용할 수 있다. 다른 웨이퍼 계측 시스템 또한, 본 명세서에서 개시되는 실시예로부터 이익을 얻을 수 있다. 이들 다양한 측정은, PWG 측정 시스템 또는 다른 웨이퍼 계측 시스템을 사용하여 획득 및/또는 도출될 수 있다. PWG 측정 시스템의 예에서, 측정은 웨이퍼 전면 높이, 후면 높이, 두께 변동, 평탄도, 및 형상 및 나노토포그래피와 같은 모든 결과적인 도출물을 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예는, 진보된 반도체 디바이스 웨이퍼에 대한 개선된 웨이퍼 지오메트리 측정을 제공하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 개시에서 웨이퍼 지오메트리라는 용어는, 웨이퍼 전면 높이, 후면 높이, 두께 변동, 평탄도, 및 형상, 토포그래피 등과 같은 모든 결과적인 도출물을 지칭한다. 본 개시의 실시예에 따른 시스템 및 방법은, 종래의 계측 시스템의 단점 없이, 패터닝된 웨이퍼를 비롯한 임의의 유형의 웨이퍼의 핸들링에 적합하다.
각 워프 메트릭은, 도 1에 도시된 바와 같이 웨이퍼 내의 모든 각도에서 웨이퍼 형상을 계산하기 위해 정량화가능하고 보고가능한 지표를 제공할 수 있다. 도 1의 예에서, 측정은 X 방향(0°로부터의 직경) 및 Y 방향(90°로부터의 직경)을 따라서 결정된다. 그러나, 측정은 또한 5°, 30°, 45°, 및 135°로부터의 직경을 따라서 결정된다. 선택되는 특정 각도는 공정층, 제조 공정, 웨이퍼의 유형, 또는 웨이퍼 상의 디바이스에 기초할 수 있다. 전체 웨이퍼 표면에 대한 웨이퍼 데이터가 존재한다면, 측정은 임의의 각도에서 결정될 수 있다. 그렇지 않다면, 측정은 선택된 각도에서 취해질 수 있다.
도 2는 방법(200)의 실시예의 흐름도이다. 201에서, 척 상에 웨이퍼가 유지되는 동안 이미징 시스템으로 웨이퍼가 이미징된다. 웨이퍼는 또한 핀 상에 유지되거나 진공 그립을 사용하여 유지될 수 있다. 웨이퍼는, 예컨대, 3D NAND 또는 DRAM 웨이퍼일 수 있다. 202에서, 프로세서에서 웨이퍼의 지오메트리에 대한 데이터가 수신된다. 이러한 데이터는 웨이퍼 표면, 토포그래피, 또는 형상에 대한 정보를 포함할 수 있다. 웨이퍼의 지오메트리에 대한 데이터는 이미징 시스템으로부터 유래될 수 있다.
3D NAND 및 DRAM 웨이퍼가 구체적으로 개시되지만, 다른 메모리 또는 로직 웨이퍼가 사용될 수 있다. 다른 웨이퍼는 비대칭 형상을 보일 수 있고, 각 워프 메트릭으로부터 이익을 얻을 수 있다.
203에서, 프로세서를 사용하여, 적어도 3개의 직경을 따라서 웨이퍼의 지오메트리가 측정된다. 3개의 직경은 웨이퍼의 원주를 따른 상이한 점에서 유래된다. 적어도 3개의 직경이 언급되지만, 36개 또는 72개의 직경을 따라 측정하는 것이 가능하다. 따라서, 직경은 웨이퍼의 원주 둘레의 매 5° 또는 매 10°에 걸쳐 위치될 수 있다. 예컨대, 도 1은 6개의 직경을 따른 측정을 포함하지만, 32개의 직경이 사용될 수 있다. 5° 간격 미만에 대해서는 웨이퍼 형상이 크게 변동하지 않을 수 있으므로, 32개의 직경은 전체 웨이퍼 형상을 계산하기에 충분할 수 있다. 그러나, 특정한 웨이퍼 유형에 대해서는 32개를 초과하는 직경이 이로울 수 있다. 한 예에서, 직경 중 적어도 2개는 서로 수직이다.
한 예에서, 모든 픽셀에 대해(예컨대 X 방향 및 Y 방향에서 60μm마다) 웨이퍼의 전면 및 후면 표면의 높이(Z 높이)가 도출되고, 형상, 두께, 또는 평탄도와 같은 다른 웨이퍼 지오메트리 파라미터가 이 Z 높이로부터 도출될 수 있다.
웨이퍼 형상이 낮을 때 X 방향 및 Y 방향(예컨대, 도 1에서의 0° 및 90°) 측정은 충분할 수 있다. 예컨대, X 방향에서만 웨이퍼 형상이 측정된다면(예컨대, 120μm를 초래함), 이는 45°에서의 최대 측정을 놓칠 것이다(예컨대, 150μm를 초래함). 워피지가 낮다면 이러한 25%의 증가는 큰 공정 중요성을 초래하지 않을 수 있다. 그러나, 3D NAND 기술이 계속하여 진보됨에 따라서, 스택이 더 많을 때 전체적인 워피지는 훨씬 더 높다. 3D NAND 예를 사용하면, X 방향에서 웨이퍼 형상이 측정된다면(예컨대, 320μm를 초래함), 이는 45°에서의 최대 측정을 놓칠 것이다(예컨대, 400μm를 초래함). 3D NAND 예에서의 25%의 증가는 최대 처킹 능력 제한으로 인해 공정 툴 다운 이벤트를 야기할 수 있다. 많은 공정 툴(예컨대, 스캐너)은 진공 척을 사용하며, 따라서 더 높은 워프의 웨이퍼는 처킹하기 더 어렵다.
204에서, 3개 이상의 직경을 사용하여 웨이퍼의 지오메트리의 특성화가 결정된다. 특성화는, 3개의 직경에 걸친 웨이퍼에 대한 최대 형상 변화의 크기 및 방향을 포함할 수 있다. 특성화는 또한 각 워프, 피크점, 계곡, 또는 만곡을 포함할 수 있다. 다른 특성화가 가능할 수도 있다.
한 예에서, 임의의 주어진 축 및/또는 직경에서 값이 획득 또는 수신된다. 따라서, 그러한 점 상에서 계산되는 임의의 합산 통계는 특성화 메트릭으로서 사용될 수 있다. 예컨대, 3시그마, 평균, 범위, 피크(최대), 또는 다른 결정이 이루어질 수 있다. 곡선을 피팅한 후 해당 곡선에 대한 통계를 계산하기 위해 이들 점이 사용될 수 있으며, 이는 만곡 피팅된 메트릭(예컨대, X 방향, Y 방향, 또는 X 및 Y 방향일 수 있는 각 워프 CF)에서 수행될 수 있다. 이러한 곡선은 임의의 차수의 곡선일 수 있다. 예컨대, 만곡 피팅(CF, curvature fit) 기반 메트릭에서 2차 곡선이 사용될 수 있다.
프로세서를 사용하여 특성화에 기초하여 웨이퍼에 대한 웨이퍼 클램핑 실패 확률이 결정될 수 있다. 이는, 척이 핸들링할 수 있는 제한을 웨이퍼 워피지가 초과하는지를 결정할 수 있다. 상이한 공정 툴은 상이한 척을 사용하므로, 결정은 특정 툴에 대한 결정일 수 있다. 예컨대, 200번의 웨이퍼 측정 후 데이터가 분석되고, (32개 중) 10개를 초과하는 직경/방향을 따라 400μm를 초과하는 각 워프를 갖는 웨이퍼는 90%의 클램핑 실패 확률을 갖는다는 것이 확인될 수 있다. 반도체 제조자는 이러한 기준을 사용하여, 이러한 잠재적으로 문제가 있는 웨이퍼를 식별 및/또는 격리할 수 있다. 따라서, 클램핑 실패 확률을 결정하기 위해 특정 툴 또는 척에 대한 문턱치가 결과에 적용될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 실시예는, 측정되는 직경 중 임의의 직경을 따라 다음의 메트릭을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 다른 메트릭이 가능하다. 메트릭은 비대칭 웨이퍼에 대해 선택될 수 있지만, 특정 반도체 제조자 및 특정 공정 단계에 기초하여 달라질 수 있다.
각도에서의 워프 만곡 피팅 값이 결정될 수 있다. 만곡 피팅은, 수학적 함수/곡선을 일련의 데이터 포인트에 피팅하는 공정이며, 주어진 데이터 포인트에 피팅될 수 있는 최선의 그리고/또는 가장 가까운 원을 결정할 수 있다. 이는 2차 피팅(즉, 원)을 포함하며, 왜냐하면 2차 피팅은 웨이퍼 형상을 정의하기 때문이다. 그러나, 만곡 피팅은 임의의 차수의 피팅일 수 있다.
형상 프로파일 상의 가장 높은 점(Z 높이)(부호를 가짐)이 결정될 수 있다. 이는 모든 방사상 프로파일에 대해 정의될 수 있다. 웨이퍼의 중심으로부터의 피크점의 거리(부호를 가짐)가 결정될 수 있다. 만곡의 만곡 피팅 반경 또한 보고될 수 있다.
형상 프로파일 상의 가장 낮은 점(Z 높이)(부호를 가짐)이 결정될 수 있다. 이는 모든 방사상 프로파일 상에서 정의될 수 있다. 웨이퍼의 중심으로부터의 계곡점의 거리(부호를 가짐)가 결정될 수 있다. 만곡의 만곡 피팅 반경 또한 보고될 수 있다.
모든 각 워프 만곡 피팅 중 최대 또는 최소가 결정될 수 있다.
모든 각 워프 만곡 피팅 중의 (부호를 무시한 후의) 최대 크기가 그 부호(양수 또는 음수)와 함께 보고될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 각 워프 메트릭은 장점을 제공한다. 비대칭 웨이퍼에 대한 참 웨이퍼 형상이 결정될 수 있다. 현재 사용가능한 메트릭은 최대 웨이퍼 형상, 특히 스캐너 및 공정 툴 처킹 허용오차에 대한 거짓 긍정으로 이어지는 X가 아니고 Y가 아닌 방향에서의 최대 웨이퍼 형상을 포착할 수 없다. 예컨대, 최대는 0° 내지 180° 또는 90° 내지 270°로부터의 직경 상에 있지 않을 수 있다. 이는, 웨이퍼가 처킹될 수 있는지를 결정할 때의 웨이퍼의 부정확한 불량판정으로 이어질 수 있다. 본 명세서에서 개시되는 바와 같은 각 워프 메트릭은, 이러한 잘못 불량판정되는 웨이퍼를 정확하게 플래깅할 수 있는 메트릭을 제공할 수 있으며, 따라서, 반도체 제조자에 대한 시간 및 비용을 절약할 수 있다.
각 워프 메트릭은 방향성 비대칭성, 그리고 챔버간 변동, 에칭 편향, 또는 반도체 제조 공정에서의 초기의 다른 불규칙성과 같은 공정 불규칙성을 포착할 수 있다. 공정이 안정적이고 모든 공정 챔버가 매칭된다면, 웨이퍼 형상 시그니처는, 이상적인 경우, 동일해야 한다. 그러나, 일반적으로 그러하지 않다. 하나의 공정에 대해 인입되는 웨이퍼가 유사하더라도, 공정 후 무렵에 이들 웨이퍼는 상이한 시그니처를 갖는다. 각 워프는 워피지의 관점에서 이러한 시그니처를 검출한다. 하나의 웨이퍼가, 동일한 FOUP 내의 다른 24개의 웨이퍼로부터의 이상치라면, 그 하나의 웨이퍼가 겪은 공정 챔버의 편위의 표시가 존재한다.
웨이퍼당 다수의 메트릭 또는 지표는 더 포괄적인 웨이퍼 형상 특성화로 이어질 수 있다. 적어도 3개의 직경이 개시되지만, 360개 이상의 직경이 사용될 수 있다.
각 워프 메트릭은 반도체 제조 흐름에 걸친 또는 공정 내에서의(예컨대, 웨이퍼간) 웨이퍼 형상 변화의 크기를 포착 및 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 각 워프 메트릭은 또한, 공정 내에서 또는 공정에 걸쳐 최대 형상의 방향이 어떻게 변화하는지를 모니터링할 수 있다.
도 3은 이전의 메트릭(상단)에 비교한 각 워프 메트릭(하단)의 비교도이다. 각 워프 메트릭은, X 방향 및 수직하는 Y 방향에서만 측정했던 이전의 기법보다 참 워프 값을 더 잘 포착할 수 있다. 도 3의 예에서, 공정에 걸친 그리고 공정 내에서의 최대 웨이퍼 형상 변화의 크기 및 방향이 포착된다. 보우 X/워프 X 및 보우 Y/워프 Y와 같은 종래의 웨이퍼 형상 메트릭은 X 방향 또는 Y 방향에서만 웨이퍼 형상을 포착할 것이다. DRAM 디바이스를 위한 대략 40개의 공정층에 대한 세그먼트화 연구가 수행되었다. 도 3은, 종래의 워프 메트릭(상단 그래프) 및 본 명세서에서 개시되는 각 워프 메트릭(하단 그래프)을 사용한 세그먼트화를 포함한다.
단계 12의 경우, 이전의 메트릭은 20μm의 워프 값을 제공했으며, 이 층은 낮은 응력 공정으로서 레지스터링되었다. 그러나, 각 워프를 사용하여 세그먼트화했을 때, 이 층의 더 정확한 웨이퍼 형상이 결정되었으며, 이는 80μm였다. 각 워프 값을 사용하여, 반도체 제조자는 중요 공정 모니터링에 대해 이 층을 플래깅할 수 있었다. 이들 결과는 또한, 공정 편차를 줄이고 사이클 시간을 개선시키도록 도울 수 있다.
이전의 메트릭은, 단계 24에 대한 로트 내 변동이 잘 제어되었다고 나타낸다. 그러나, 이 공정에 대한 각 워프 데이터는 단계 24에서 50μm의 로트 내 변동성을 결정했다.
도 4는 처킹 실패의 예를 예시한다. 각 워프는, 이전의 메트릭에 의해 불량판정되지만 실제로는 공정 툴 상에서 처킹 실패를 야기하지 않을 수 있는 거짓 긍정을 검출하는 데 도움이 될 수 있다. 이전의 기법은, 웨이퍼 워피지가 494μm라고 표시하며, 이는 공정 툴 제한(예컨대, 400μm의 스캐너 제한)을 초과한다. 제한을 초과하는 웨이퍼를 사용하는 것은, 정정을 위해 비용이 발생하거나 시간이 소비되는 툴 다운 이벤트를 야기할 것이다. 그러나, 각 워프 기법을 사용하면, 실제로 이 웨이퍼의 대부분은 400μm 미만이며, 이는 스캐너가 처리하기에 용인가능하다. 이는 반도체 제조의 웨이퍼 재작업 비용을 절약한다.
도 4에서, 이전의 기법을 사용하면 웨이퍼 슬롯 6은 처킹 실패 웨이퍼로서 거짓 검출된다. 종래의 워프 사양은 350μm이며, 이는 이전의 기법(워프-CF_XY)을 사용하여 3개의 웨이퍼 모두를 불량판정한다. 본 명세서에서 개시되는 각 워프 실시예를 사용하면, 70%의 높은 워프 섹터가 직면된다면 웨이퍼가 불량판정된다. 70%의 높은 워피지 섹터는, 점선을 넘어서는 것으로서 도시되어 있다. 따라서, 3개의 웨이퍼 중 2개만이 클램핑 실패에 대해 불량판정될 것이다.
도 4에서의 예에 의해 예시되는 바와 같이, 이전의 워프 메트릭을 사용하여 결정되는 450μm의 형상을 갖는 2개의 상이한 웨이퍼는, 스캐너 툴 상의 처킹을 거칠 때 상이하게 거동할 것이다. 대칭 형상을 갖는 웨이퍼는 처킹 실패를 야기할 수 있다. 비대칭 형상을 갖는 웨이퍼는 아마도 문제 없이 처킹될 것이다. 각 워프를 사용하여 선별함으로써, 반도체 제조자는 잠재적인 처킹 실패에 대한 웨이퍼의 불량판정에 대해 더 나은 사양을 제공할 수 있다. 이는 더 적은 웨이퍼 불량판정을 초래할 수 있으며, 반도체 제조자의 자원을 절약할 것이다.
도 5는 검출 시스템(300)의 실시예이다. 검출 시스템(300)은, 패터닝된 웨이퍼 지오메트리 측정을 사용하여 공정 유도 비대칭 시그니처를 검출, 정량화, 및 제어하도록 구성된다. 검출 시스템(300)은, 주어진 웨이퍼(302)의 웨이퍼 지오메트리를 측정하도록 구성되는 웨이퍼 지오메트리 툴(301)을 포함할 수 있다. 검출 시스템(300)은 또한, 웨이퍼 지오메트리 툴(301)과 전자 통신하는 프로세서(303)를 포함할 수 있다. 프로세서(303)는, 전술된 다양한 분석 방법을 수행하도록 구성될 수 있다. 프로세서(303)는 독립형 프로세싱 디바이스로서 또는 웨이퍼 지오메트리 툴(301)의 임베디드/통합형 컴포넌트로서 구현될 수 있다. 전술한 바와 같이 오버레이 에러의 정정, 근본원인 분석, 및 공정 제어 최적화를 용이하게 하기 위해 프로세서(303)는 그 출력을 다양한 공정 툴(304)에 제공할 수 있다.
웨이퍼 지오메트리 툴(301)은, 웨이퍼(302)를 유지하도록 구성되는 척 및 웨이퍼(302)의 지오메트리를 측정하도록 구성되는 이미징 시스템을 포함할 수 있다. 이미징 시스템은 광학 시스템일 수 있다.
웨이퍼 지오메트리 툴(301)은 단일 측정으로 표면에 대한 모든 웨이퍼 데이터를 수집할 수 있다. 웨이퍼 지오메트리 툴(301)은 또한, 요구되는 웨이퍼 맵을 구축하기 위해 웨이퍼를 회전시키고 스캐닝할 수 있다.
프로세서(303)는, 프로세서(303)가 출력을 수신할 수 있도록 임의의 적합한 방식으로(예컨대, 유선 및/또는 무선 송신 매체를 포함할 수 있는, 하나 이상의 송신 매체를 통해) 검출 시스템(300)의 컴포넌트에 커플링될 수 있다. 프로세서(303)는, 출력을 사용하여 다수의 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 검출 시스템(300)은 프로세서(303)로부터 명령어 또는 다른 정보를 수신할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 프로세서(303), 다른 시스템, 또는 다른 서브시스템은, 개인용 컴퓨터 시스템, 이미지 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 네트워크 어플라이언스, 인터넷 어플라이언스, 또는 다른 디바이스를 비롯한 다양한 시스템의 부분일 수 있다. 서브시스템 또는 시스템은 또한, 병렬 프로세서와 같은, 당업계에 공지된 임의의 적합한 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 서브시스템 또는 시스템은, 고속 처리 및 소프트웨어를 갖춘 플랫폼을, 독립형 툴 또는 네트워크형 툴로서 포함할 수 있다.
프로세서(303)는 실제로 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어의 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 프로세서의 기능은 하나의 유닛에 의해 수행되거나, 상이한 컴포넌트 간에 분배될 수 있으며, 컴포넌트 각각은, 이어서, 하드웨어, 소프트웨어, 및 펌웨어의 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다. 프로세서(303)가 다양한 방법 및 기능을 구현하도록 하기 위한 프로그램 코드 또는 명령어는 판독가능 저장 매체 내에 저장될 수 있다.
검출 시스템(300)이, 하나보다 많은 프로세서(303)를 포함한다면, 상이한 서브시스템들 사이에서 이미지, 데이터, 정보, 명령어 등이 전송될 수 있도록, 해당 서브시스템들이 서로에 커플링될 수 있다. 예컨대, 하나의 서브시스템은, 당업계에 공지된 임의의 적합한 유선 및/또는 무선 송신 매체를 포함할 수 있는 임의의 적합한 송신 매체에 의해 추가적인 서브시스템에 커플링될 수 있다. 그러한 서브시스템들 중 2개 이상의 서브시스템은, 공유된 컴퓨터 판독가능 저장 매체(도시되지 않음)에 의해 유효하게 커플링될 수도 있다.
프로세서(303)는, 검출 시스템(300)의 출력 또는 다른 출력을 사용하여 다수의 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(303)는 저장 매체에 연결될 수 있다. 프로세서(303)는 또한, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 구성될 수 있다.
프로세서(303)는, 본 명세서에서 설명되는 임의의 실시예에 따라 구성될 수 있다. 프로세서(303)는 또한, 검출 시스템(300)의 출력을 사용하여 또는 다른 소스로부터의 이미지 또는 데이터를 사용하여 다른 기능 또는 추가적인 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 방법 및 검출 시스템(300)의 다양한 단계, 기능, 및/또는 동작은, 전자 회로, 논리 게이트, 멀티플렉서, 프로그래밍가능 로직 디바이스, ASIC, 아날로그 또는 디지털 제어부/스위치, 마이크로컨트롤러, 또는 컴퓨팅 시스템 중 하나 이상에 의해 수행된다. 본 명세서에서 설명되는 것과 같은 방법을 구현하는 프로그램 명령어는 캐리어 매체를 통해 송신되거나 캐리어 매체 상에 저장될 수 있다. 캐리어 매체는 리드-온리 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광 디스크, 비휘발성 메모리, 솔리드 스테이트 메모리, 자기 테이프 등과 같은 저장 매체를 포함할 수 있다. 캐리어 매체는 와이어, 케이블, 또는 무선 송신 링크와 같은 송신 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 개시 전반에 걸쳐 설명되는 다양한 단계는 단일 프로세서(303), 또는, 대안적으로, 다수의 프로세서(303)에 의해 수행될 수 있다. 또한, 검출 시스템(300)의 상이한 서브시스템은 하나 이상의 컴퓨팅 또는 로직 시스템을 포함할 수 있다. 따라서, 위의 설명은 본 개시에 대한 제한으로서 해석되어서는 안 되며, 단지 예시로서 해석되어야 한다.
한 예에서, 프로세서(303)는 검출 시스템(300)과 통신한다. 프로세서(303)는, 웨이퍼(302)의 지오메트리에 대한 데이터를 획득하고; 웨이퍼(302)의 원주를 따른 상이한 점에서 유래되는 적어도 3개의 직경을 따라서 웨이퍼(302)의 지오메트리를 측정하고; 3개의 직경을 사용하여 웨이퍼(302)의 지오메트리의 특성화를 결정하도록 구성된다.
추가적인 실시예는, 본 명세서에서 개시되는 바와 같이, 웨이퍼의 지오메트리의 특성화를 결정하기 위한 컴퓨터 구현 방법을 수행하기 위해 제어기 상에서 실행가능한 프로그램 명령어를 저장한 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 관한 것이다. 특히, 전자 데이터 저장 유닛 또는 다른 저장 매체는, 프로세서(303) 상에서 실행가능한 프로그램 명령어를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 구현 방법은, 방법(100)을 비롯한, 본 명세서에서 설명되는 임의의 방법의 임의의 단계를 포함할 수 있다.
프로그램 명령어는, 다른 것들 중에서도, 절차 기반 기법, 컴포넌트 기반 기법, 및/또는 객체 지향 기법을 비롯한 다양한 방식 중 임의의 방식으로 구현될 수 있다. 예컨대, 프로그램 명령어는 원하는 바에 따라 ActiveX 컨트롤, C++ 객체, JavaBeans, Microsoft Foundation Classes(MFC), Streaming SIMD Extension(SSE), 또는 다른 기술이나 방법론을 사용하여 구현될 수 있다.
다양한 응용예에서 본 개시에 따른 시스템 및 방법에 의해 제공되는 장점이 이해될 수 있다. 임의의 주어진 공정 단계에서 비대칭성의 검출과 정량화 둘 다가 수행될 수 있고, 순수하게 웨이퍼 지오메트리에 기초하여 추정이 수행될 수 있다. 진공 척을 사용하고 훨씬 더 낮은 사용가능한 공간 샘플링을 갖는 종래의 리소그래피 스캐너에 비해 비대칭성 추정의 정확도가 개선될 수 있다.
위의 예 중 일부는 특정한 구체적인 공정 툴을 언급했지만, 본 개시에 따른 시스템 및 방법은 다른 유형의 공정 툴에 적용가능하며, 다른 유형의 공정 툴 또한, 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않으면서, 해상도가 향상된 측정으로부터 이익을 얻을 수 있다. 또한, 본 개시에서 사용되는 웨이퍼라는 용어는, 집적 회로 및 다른 디바이스의 제조에서 사용되는 반도체 물질의 얇은 슬라이스, 및 자기 디스크 기판, 게이지 블록 등과 같은 다른 얇은 연마된 플레이트를 포함할 수 있는 것으로 고려된다.
본 명세서에서 개시되는 방법은, 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 명령어의 세트로서 다양한 웨이퍼 지오메트리 측정 툴에서 구현되고, 단일 생산 디바이스를 통해 구현되고, 그리고/또는 다수의 생산 디바이스를 통해 구현될 수 있다. 또한, 개시되는 방법에서의 단계의 특정한 순서 또는 계층은 예시적인 접근법의 예이다. 설계 선호사항에 기초하여, 방법에서의 단계의 특정한 순서 또는 계층은, 본 개시의 범위 및 사상 내에 머무르면서, 재배열될 수 있다. 첨부되는 방법 청구항은 다양한 단계의 요소를 샘플 순서로 제시하며, 제시된 해당 특정 순서 또는 계층으로 제한되도록 반드시 의도되는 것은 아니다.
하나 이상의 특정 실시예와 관련하여 본 개시가 설명되었지만, 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 개시의 다른 실시예가 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 개시는, 첨부된 청구범위 및 그의 합리적인 해석에 의해서만 제한되는 것으로 간주된다.
Claims (20)
- 검출 시스템에 있어서,
이미징에 의해 웨이퍼의 지오메트리(geometry)에 대한 데이터를 획득하도록 구성되는 이미징 시스템; 및
상기 이미징 시스템과 전자 통신하는 프로세서
를 포함하며, 상기 프로세서는,
상기 이미징 시스템으로부터 상기 웨이퍼의 지오메트리에 대한 데이터를 획득하고;
상기 지오메트리에 대한 상기 획득된 데이터를 사용하여 상기 웨이퍼의 원주(circumference)를 따른 상이한 점(points)에서 유래되는 적어도 3개의 직경을 따라서 상기 웨이퍼의 지오메트리를 측정하고;
상기 적어도 3개의 직경을 사용하여 상기 웨이퍼의 지오메트리의 특성화(characterization) - 상기 특성화는 각 워프(angular warp)를 포함함 - 를 결정하고;
상기 웨이퍼에 대한 기설정된 수의 각 워프가 임계치를 초과할 경우 상기 웨이퍼에 대한 웨이퍼 클램핑 실패를 결정하도록
구성되는 것인, 검출 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 특성화는, 상기 3개의 직경에 걸친 상기 웨이퍼에 대한 최대 형상 변화의 크기 및 방향을 포함하는 것인, 검출 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 특성화는 피크점(peak point) 또는 계곡점(valley point)을 포함하는 것인, 검출 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 특성화는 만곡(curvature)을 포함하는 것인, 검출 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 프로세서는 또한, 상기 특성화에 기초하여 상기 웨이퍼에 대한 웨이퍼 클램핑 실패 확률을 결정하도록 구성되는 것인, 검출 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 지오메트리는 적어도 32개의 직경을 따라서 측정되는 것인, 검출 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼를 유지하도록 구성되는 척을 더 포함하는, 검출 시스템.
- 방법에 있어서,
프로세서에서 웨이퍼의 지오메트리에 대한 데이터를 수신하는 단계;
상기 프로세서를 사용하여, 상기 지오메트리에 대한 상기 수신된 데이터를 사용하여 상기 웨이퍼의 원주를 따른 상이한 점에서 유래되는 적어도 3개의 직경을 따라서 상기 웨이퍼의 지오메트리를 측정하는 단계;
상기 프로세서를 사용하여, 상기 적어도 3개의 직경을 사용하여 상기 웨이퍼의 지오메트리의 특성화 - 상기 특성화는 각 워프를 포함함 - 를 결정하는 단계; 및
상기 프로세서를 사용하여, 상기 웨이퍼에 대한 기설정된 수의 각 워프가 임계치를 초과할 경우 상기 웨이퍼에 대한 웨이퍼 클램핑 실패를 결정하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제9항에 있어서, 이미징 시스템으로 상기 웨이퍼를 이미징하여 상기 지오메트리에 대한 상기 데이터를 획득하고 상기 데이터를 상기 프로세서로 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 웨이퍼는 3D NAND 웨이퍼 또는 DRAM 웨이퍼인 것인, 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 특성화는, 상기 3개의 직경에 걸친 상기 웨이퍼에 대한 최대 형상 변화의 크기 및 방향을 포함하는 것인, 방법.
- 삭제
- 제9항에 있어서, 상기 특성화는 피크점 또는 계곡점을 포함하는 것인, 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 특성화는 만곡을 포함하는 것인, 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 프로세서를 사용하여, 상기 특성화에 기초하여 상기 웨이퍼에 대한 웨이퍼 클램핑 실패 확률을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 지오메트리는 적어도 32개의 직경을 따라서 측정되는 것인, 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 적어도 3개의 직경 중 2개는 서로 수직인 것인, 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 데이터는 상기 웨이퍼의 전체 표면에 대한 것인, 방법.
- 프로그램을 저장한 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 있어서, 상기 프로그램은, 제9항의 방법을 실행할 것을 프로세서에 지시하도록 구성되는 것인, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
Applications Claiming Priority (5)
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