KR20120123105A - 멀티레이어 플레이트들 내의 불균일 변형들에 대한 평가 시스템 및 방법 - Google Patents

멀티레이어 플레이트들 내의 불균일 변형들에 대한 평가 시스템 및 방법 Download PDF

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마르셀 브로카르
아르노 카스테스
로랑 마리니에르
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소이텍
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Abstract

본 발명은 제1 플레이트(110) 내의 불균일(inhomogeneous) 변형들에 대한 평가(assess) 방법에 관한 것으로, 제1 플레이트는 분자 본딩에 의해 제2 플레이트(120)에 접착된다. 이러한 방법은 복수의 측정 지점들을 기록하는 단계로서, 상기 측정 지점들의 각각은 상기 제1 플레이트의 표면의 레벨을 국부적으로 나타내는 기록 단계; 복수의 측정 지점들을 지나가는 제1 플레이트의 표면 프로파일을 결정하는 단계; 상기 표면 프로파일의 대표적인(typical) 크기를 정의하기 위하여, 상기 제1 플레이트의 상기 표면 프로파일을 처리하는 단계; 및 상기 대표적인 크기에 따라 상기 제1 플레이트 내의 불균일 변형들의 레벨을 평가하는 단계를 포함한다. 나아가, 본 발명은 그러한 불균일 변형들에 대한 평가 장치(147)에 관한 것이다.

Description

멀티레이어 플레이트들 내의 불균일 변형들에 대한 평가 시스템 및 방법{System and method for assessing inhomogeneous deformations in multilayer plates}
본 발명은 시작 기판으로부터 형성되는 적어도 하나의 레이어(layer)를 최종 기판 상에 이송(transfer)함으로써 제조되는 멀티 레이어(multilayer) 반도체 웨이퍼들 또는 기판들의 제조 분야에 관한 것으로, 이때 이송되는 레이어는 시작 기판의 일부분에 상응한다. 나아가, 이송되는 레이어는 하나의 컴포넌트(component) 또는 복수의 마이크로컴포넌트들(microcomponents)의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다.
본 발명은 분자 접착(molecular adhesion)에 의해 기판에 본딩되는(bonded) 레이어에서 일어나는, 좀더 정확하게는 "도너 기판(donor substrate)"으로 불리는 시작 기판으로부터 "리시버 기판(receiver substrate)"으로 불리는 최종 기판으로 그러한 레이어를 이송하는 중에 일어나는 불균일 변형들(heterogeneous deformations)의 문제에 관한 것이다. 이러한 변형들은 마이크로컴포넌트들의 하나 또는 그 이상의 레이어들을 최종 지지 기판 상에 이송하는 것이 필수적인 컴포넌트들의 3차원 집적(3D-집적) 기술의 경우에 주로 관찰되는 것이지만, 또한 회로들의 이송에서나 백라이트 이미지 장치들의 제조에서도 관찰된다. 특히 이송되는 레이어들 상에 일반적으로 존재하는 마이크로컴포넌트들의 매우 작은 사이즈와 많은 개수 때문에, 이들의 각각은 하부에 놓인 레이어들과의 매우 엄격한 정렬을 지키기 위하여, 큰 정밀도로 최종 기판 상에 위치하여야 한다. 게다가, 이송 후에, 예를 들어 다른 마이크로컴포넌트들을 형성하거나, 표면 위로 마이크로컴포넌트들을 노출시키거나, 또는 인터커넥션들(interconnections)을 만드는 등의 처리들을 레이어 위에서 수행해야 할 수도 있다.
그러나, 출원인은, 이러한 이송이 있은 후에는, 이송 전에 형성된 마이크로컴포넌트들과 정렬되도록 추가적인 마이크로컴포넌트들을 형성하는 것이 매우 어렵거나 또는 심지어 불가능하게 되는 상황들이 종종 발생한다는 점을 인지하게 되었다.
이러한 오정렬(misalignemnt) 현상은 3차원 구조에 관한 일 실시예를 나타내는 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 설명되는데, 이러한 실시예는 시작 기판 상에 형성된 마이크로컴포넌트들의 레이어의 최종 기판으로의 이송과, 본딩 이후에 시작 기판의 노출된 표면 상에 추가적인 마이크로컴포넌트들의 레이어의 형성을 포함한다.
도 1a 및 도 1b는 시작 기판(10)을 도시하는데, 시작 기판(10) 상에는 제1 열의 마이크로컴포넌트들(11)이 형성되어 있다. 마이크로컴포넌트들(11)은 제작될 마이크로컴포넌트들(11)에 상응하는 패턴들의 형성 영역들을 정의할 수 있는 마스크를 이용하여 포토리소그래피(photolithography)에 의해 형성된다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 이어서, 마이크로컴포넌트들(11)을 포함하는 시작 기판(10)의 표면을 최종 기판(20)의 표면에 근접하여 접촉하도록 가져가고, 그리하여 복합 구조(composite structure)(25)를 형성한다. 시작 기판(10)과 최종 기판(20) 사이의 본딩은 분자 접착에 의해 실현된다. 이렇게 하여 기판들(10, 20) 사이의 본딩 경계면에서 마이크로컴포넌트들(11)의 매립(buried) 레이어가 얻어진다. 그리고, 도 1d에 도시된 바와 같이, 본딩 후에는, 시작 기판(10)은 마이크로컴포넌트들(11)의 레이어 위에 존재하는 물질의 일부를 제거하기 위하여 박막화된다. 그리하여, 최종 기판(20) 및 시작 기판(10)의 잔여 부분에 상응하는 레이어(10a)로 형성된 박막화된 복합 구조(30)가 얻어진다.
도 1e에 도시된 바와 같이, 3차원 구조의 제조에 있어서 다음 단계는 레이어(10a)에 포함된 컴포넌트들(컨택들, 인터커넥션들 등)과 정렬되도록, 박막화된 시작 기판(10)의 노출된 표면의 레벨(level)에서 마이크로컴포넌트들(12)의 제2 레이어를 형성하는 단계, 또는 이러한 노출된 표면 상에 보충적인 기술적 단계들이 수행되는 단계를 포함한다. 설명의 간소화를 위해, 본 명세서의 나머지 부분에서 "마이크로컴포넌트들"이라는 용어는 레이어들 상에 또는 그 내부에 적용되는 기술적 단계들에 의해 발생되는 장치들 또는 그 밖의 패턴들을 지칭하며, 이들의 위치 조정(positioning)은 정확하게 제어되어야 한다. 따라서, 능동 컴포넌트들 또는 수동 컴포넌트들, 컨택들 또는 인터커넥션들에 관한 문제가 될 수 있다.
그러므로, 매립된 마이크로컴포넌트들(11)에 정렬되도록 마이크로컴포넌트들(12)을 형성하기 위해서는, 마이크로컴포넌트들(11)을 생성하는 데에 사용된 것과 유사한 포토리소그래픽 마스크가 사용된다. 여기서, 유사한 마스크들은 제조 공정 중에 함께 사용되도록 설계된 마스크들을 의미한다.
일반적으로, 레이어(10a)와 같은 이송되는 레이어들은 마이크로컴포넌트들의 레벨 및 레이어를 형성하는 슬라이스(slice)의 레벨 모두에서 마크들(marks)(또는 마커들(markers))을 포함하는데, 이들은 포토리소그래피를 목적으로 실행되는 것들과 같은 기술적 처리 단계들 중에 위치 조정 및 정렬 도구들에 의해 주로 사용된다.
그러나, 위치 조정 도구들이 사용된다 하더라도, 일부 마이크로컴포넌트들(11, 12) 사이에서는, 도 1e에 표시된 (마이크로컴포넌트 쌍들(111/121, 112/122, 113/123, 114/124) 사이에서 관찰되는 오프셋들에 각각 상응하는) 오프셋들(△11, △22, △33, △44)과 같은 오프셋들이 발생한다.
이러한 오프셋들은 기판들의 부정확한 조립(assembly)에서 기인할 수도 있는 기본적인 변환들(transformations)(병진(translation), 회전 또는 이들의 조합)의 결과가 아니다. 이러한 오프셋들은 최종 기판과 조립될 때에 시작 기판에서 전달되는 레이어 내에서 일어나는 불균일 변형들로부터 기인한다. 이러한 변형들은 일부 마이크로컴포넌트들(11)의 레벨에서 국부적이고 비균일한 움직임들을 초래한다. 또한, 이송 이후에 기판의 노출된 표면(14b) 상에 형성된 마이크로컴포넌트들(12)의 일부는 이러한 마이크로컴포넌트들(11)에 대하여 위치가 변동되는 것을 특징으로 가질 수 있는데, 이는 수백 나노미터에서 심지어 1 마이크로미터의 수준이 될 수도 있다.
마이크로컴포넌트들(11, 12)의 두 레이어들 사이의 소위 "오버레이(overlay)" 또는 오정렬 현상은 단락들(short circuits), 스택 내의 비틀림들, 또는 두 레이어들의 마이크로컴포넌트들 사이의 연결 불량들의 원인이 될 수 있다. 따라서 만약 이송된 마이크로컴포넌트들이 픽셀들로 구성되는 이미징 요소들(imagers)이고 이송 후의 처리 단계들이 이러한 각각의 픽셀들 상에 컬러 필터들을 형성하는 것을 목표로 하는 경우라면, 이러한 픽셀들 중 일부에 있어서 컬러화 기능의 손실이 관찰된다.
따라서, 이러한 오정렬 현상은 생산된 멀티레이어 반도체 웨이퍼들의 품질과 가치에 있어서 감소를 야기한다. 이러한 현상의 충격은, 점점 증가하는 수요들 때문에, 마이크로컴포넌트들의 미소화(miniaturization) 및 각 레이어 내에서 이들의 집적 밀도라는 측면에서 점점 더 치명적이 되고 있다.
멀티레이어 웨이퍼 내에 심각한 불균일 변형들이 존재하는지 여부를 판단하기 위해 최근에 일반적으로 사용되는 방법은, 다수의 마이크로컴포넌트들 상에 또는 이와 인접하여 형성되는 마커들(버니어들(verniers) 등)의 레벨에서 광학적으로 위치 측정들을 수행함으로써 다수의 마이크로컴포넌트들의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.
그러나, 이러한 위치 테스트들을 처리하는 것은, 시작 기판들의 박막화하는 단계 및 시작 기판(10)의 노출된 표면(14b) 상에서 보충적인 기술적 단계들을 수행하는 단계 이후에만 가능하다.
더욱이, 시작 기판이 박막화된 이후에 시작 기판 내에 정렬 불량들이 검출된다면, 이러한 불량들은 교정될 수 없다. 이 경우에, 박막화된 시작 기판은 재사용될 수 없다. 최종 분석 시에, 만약 위치 테스트들이 박막화된 복합 구조에서 신뢰성 및/또는 성능의 관점에서 수용할 수 없을 정도의 오정렬들을 발견할 경우에, 최종 기판은 손실되며, 이는 멀티레이어 웨이퍼들의 생산 비용을 상당히 증가시킨다.
반도체 웨이퍼 내에 오정렬들을 판단하는 기술은 특허 문헌 WO 2007/103566 A2에서 좀더 기술된다. 좀더 정확하게는, 이 기술은 포토리소그래피 단계 동안에 웨이퍼 내에 발생할 여지가 있는 오정렬들을 평가하는 것을 목표로 하며, 이러한 오정렬들은 웨이퍼 내에서 생성되는 기계적인 응력들(stresses)에 기인한다.
구체적으로는, 이 기술은 퇴적(deposition)에 의해 기판 상에 생성되는 레이어의 일 표면 상에서 곡률 측정들을 수행하는 단계를 포함한다. 레이어의 서로 다른 지점들에서 획득된 곡률 데이터로부터, 해당 레이어의 기판에 대한 내부 기계적 응력들이 결정된다. 이러한 응력들을 알게 됨으로써, 해당 레이어의 기판에 상대적인 "움직임들"을 평가하는 것이 가능하다. 리소그래피 단계 이전에 또는 도중에 이러한 움직임들의 평가는 오정렬을 최소화할 수 있는 방법으로서 리소그래피 파라미터들을 어떻게 보상하고 교정할 것인지 결정하는 것을 확실히 가능하게 한다.
그러나, 이 기술은 단지 기판 상에 퇴적에 의해 (또는 가능하게는 이온 주입, 어닐링(annealing) 또는 에칭(etching)에 의해) 생성된 레이어 전체에 걸쳐 발생하는 변형들의 평가에만 관여할 뿐이다. 이러한 소위 균일 변형들(homogeneous deformations)은 사실상 기판 상에 퇴적된 레이어 전체에 걸쳐 얻어지는 기계적 평형 상태의 결과이다. 이러한 종류의 변형은, 주요한 역할을 하는 역학 법칙들 및 두께를 특히 고려한 모델들의 사용(WO 2007/103566 A2 문서의 5페이지 수식 5을 비교)에 힘입어, 이제는 상대적으로 예측 가능하게 된 양상을 보여준다.
그러나, WO 2007/103566 A2 문서 내에 설명된 기술은 두 웨이퍼들의 본딩, 그리고 특히 현 시점에 여전히 전혀 제대로 알려지지 않은 메커니즘들을 가지는 분자 접착 형태의 본딩에 따른 불균일 변형을 평가할 수 있도록 설계되지 않았다.
출원인은 분자 접착에 의한 본딩에 기인하는 불균일 변형들의 양상이 무작위적이며, 어떤 경우에는 전통적인 균일 변형들과 매우 다르다는 것을 인식하였다. 본 명세서를 작성하는 시점에서, 기판에 분자 접착에 의해 본딩되는 레이어 내에서 발생하는 불균일 변형들의 레벨을 신뢰성 있게 평가하는 것을 가능하게 하는 모델은 없었다. 따라서, 분자 접착에 의한 본딩으로 제조되는 멀티레이어 구조들 내에 불균일 변형들의 레벨을, 제조의 초기 단계에서 간단하고 효과적인 방법으로 평가하고자 하는 요구가 있어 왔다.
본 발명의 목적들 중의 하나는 앞서 나타난 바와 같은 필요 조건에 대한 대응을 줄 수 있는 해결책을 제안하는 것이다.
이러한 목적으로, 본 발명은 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 평가 방법을 제안하는데, 상기 제1 웨이퍼는 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼에 본딩되고, 상기 평가 방법은:
복수의 측정 지점들을 조사하는 단계로서, 상기 측정 지점들의 각각은 상기 제1 웨이퍼의 노출된 표면의 레벨을 국부적으로 나타내는 조사 단계;
복수의 측정 지점들을 지나가는, 상기 제1 웨이퍼의 적어도 하나의 표면 프로파일을 결정하는 단계;
상기 제1 웨이퍼의 상기 표면 프로파일을 처리하는 단계로서, 그로부터 상기 처리된 표면 프로파일의 특성 크기를 결정하는 처리 단계; 및
상기 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 레벨을 상기 특성 크기의 함수로서 평가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 평가 방법에 의해, 시작 기판이 최종 기판에 본딩된 직후에 불균일 변형들의 레벨을 평가하는 것이 가능하다.
불균일 변형의 레벨의 평가에 기초하여, 시작 기판의 매립된 표면과 노출된 표면 사이에서 일어난 오프셋들을 추정하는 것이 가능하다. 좀더 구체적으로, 본 발명의 방법은 마이크로컴포넌트들이 시작 기판의 노출된 표면 상에 제조되는 경우에 발생할 가능성이 있는 오정렬들의 레벨을 추정할 수 있게 한다.
따라서, 불균일 변형들의 간단하고 효율적인 평가가 시작 기판의 박막화를 진행하기에 앞서 실현된다. 본 발명의 평가 방법은 시작 기판의 노출된 표면 상의 마이크로컴포넌트들의 존재 또는 심지어 남겨진 시작 기판의 상대적으로 작은 두께를 통해 광학적으로 관찰되는 방식으로 시작 기판 내에 매립된 마이크로컴포넌트들의 존재가 반드시 필요하지 않다. 따라서, 불균일 변형들의 레벨의 평가는 3차원 구조의 제조 공정 중에서 매우 초기에서 수행될 수 있다.
본 발명의 평가 방법은 바람직하게는 시작 기판이 분자 접착에 의해 최종 기판에 본딩되는 직후에 수행된다. 이것은 시작 기판 내에서 과도한 오정렬들이 추후에 검출되는 경우, 아무런 효용도 없고 많은 비용이 드는 것으로 밝혀질 수 있는 추가적인 기술적 단계들(박막화, 마이크로컴포넌트들의 제조 등)이 수행되는 것을 방지한다.
본딩 후에 시작 기판에서 과도한 불균일 변형들이 검출되는 경우, 이어서, 최종 기판으로부터 시작 기판을 분리(detach)하고 다시 분자 접착에 의한 본딩을 시도하는 것이 가능하다. 그리하여, 본 발명의 평가 방법은 본딩이 불균일 변형들을 초래한 경우에는 시작 기판의 재사용(즉, 재활용)을 가능하게 한다.
제1 특정 실시예에서, 표면 프로파일은 제1 웨이퍼의 직경을 따라 배치된 측정 지점들에 의해 결정된다. 이러한 상황은 물론 제1 웨이퍼가 실질적으로 원통형 형상을 가질 때에 적용된다.
따라서, 제1 웨이퍼 전체에 걸쳐 불균일 변형들을 나타내는 데이터를 획득하기 위하여, 제1 웨이퍼의 서로 다른 직경들 상에서 측정 지점들을 기록(log)하는 것이 가능하다.
이러한 제1 실시예에서, 특성 크기는 바람직하게는 표면 프로파일의 2차 도함수이다.
나아가, 본 발명의 평가 단계는 다음 테스트들,
2차 도함수가 적어도 한 번의 부호 변화를 가지는지 여부를 판정하는 제1 테스트; 및
2차 도함수가 소정 값보다 큰 적어도 하나의 절대값을 가지는지 여부를 판정하는 제2 테스트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 두 가지 테스트들의 각각은 분자 접착에 의한 최종 기판으로의 본딩 이후에 시작 기판 내의 불균일 변형들의 레벨을 간단하고 효과적으로 평가하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상술된 두 테스트들 중 단지 하나만 수행된다.
다른 실시예에서는, 두 테스트들 모두가 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 레벨을 평가하기 위해 수행된다.
제2 실시예에서, 표면 프로파일은 상기 제1 웨이퍼의 중심점과 일치하는 중심점을 가지는 원을 따라 배치되는 측정 지점들에 의해 결정된다.
특정한 일 실시예에서는, 평가 방법은 다음의 단계들:
제1 웨이퍼의 복수의 표면 프로파일들을 결정하는 단계와,
상기 복수의 표면 프로파일들 중의 각각의 표면 프로파일에 관하여, 처리로부터 상기 처리된 프로파일의 특성 크기를 결정하기 위한 처리 단계를 수행하는 단계가 수행되며, 상기 평가 단계 동안에 불균일 변형들의 레벨은 상기 결정된 특성 크기들의 함수로 결정된다.
다른 실시예에서는, 복수의 측정 지점들의 기록들이 생성될 수 있는데, 이러한 기록들은 서로 이격되어 있고 같은 방향으로 생성된다. 이 방식에서는, 모든 생성된 측정 지점들의 기록들이 제1 방향에서 서로 평행한다. 특히 기록들이 서로 균등하게 이격되어 있고 동일한 제1 방향을 따라 방위가 지정되는 상황이 고안될 수 있을 것이다.
나아가, 그리고 이러한 실시예의 맥락에서, 기록들의 각각에서의 측정 지점들이 동일한 제2 방향에 있고 이러한 제2 방향은 상술한 제1 방향과 방위가 다른, 복수의 추가적인 기록들을 생성하는 것도 가능하다. 예를 들어, 제1 및 제2 방향들에 평행한 라인들에 의해 형성되는 격자에 맞춰 측정 지점들의 기록이 수행될 수 있다. 이러한 격자는 균일할 수 있고 제1 및 제2 방향들은 수직이 되도록 선택될 수 있다.
나아가, 각 기록의 측정 지점들은 측정 단계에서 측정될 수 있는데, 이러한 측정 단계는 제1 웨이퍼의 적어도 한 패턴의 크기의 함수로서 결정된다.
특정한 일 실시예에서, 측정 단계는 실질적으로 상기 제1 웨이퍼의 패턴의 절반 크기에 상응할 수 있다. 특정한 일 사례에서, 패턴은 시작 기판의 노출된 표면 상에서 직사각형의 형상을 가지며, 측정 단계는 실질적으로 이러한 패턴의 한 사이드(side)의 절반에 상응한다.
적절한 측정 단계의 선택은, 이 경우에는 제1 웨이퍼의 패턴의 크기의 함수로서의 선택인데, 제1 웨이퍼의 노출된 표면의 레벨에서 극도로 작은 임의의 변화량에 관하여는, 이러한 변화량이 당해 표면 프로파일의 2차 도함수의 부호에 대하여 매우 국부적인 변화만을 초래하기 때문에, 전혀 고려하지 않을 수 있다는 점에서 유리하다.
나아가, 복수의 측정 지점들의 기록은 초음파 현미경에 의해 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼에 본딩된 제1 웨이퍼를 포함하는 적어도 하나의 구조의 선택 방법에 관한 것인데, 상기 선택 방법은:
상술된 바와 같은 평가 방법에 의해 각 구조의 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들을 평가하는 단계; 및
평가된 각 구조에 대하여 결정된 특성 크기들에 기초하여 하나 또는 그 이상의 구조들을 선택하는 단계를 포함한다.
이에 따라, 제1 테스트와 제2 테스트가 예를 들어 평가 단계에서 수행된 경우에, 이들 두 테스트가 모두 부정적일 경우에만 구조가 선택된다.
본 발명의 선택 방법은 복수의 멀티레이어 구조들을 포함하는 배치(batch)로부터, 만족스러운 구조들, 즉 수용 가능한 레벨의 불균일 변형들을 가지는 구조들의 유지 및 수용 불가능한 레벨의 비동질성 변형들을 가지는 구조들의 제거를 가능하게 한다.
나아가, 본 발명은 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 평가 장치에 관한 것으로서, 제1 웨이퍼는 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼에 본딩되고, 상기 평가 장치는:
복수의 측정 지점들을 조사하는 측정 수단으로서, 상기 측정 지점들의 각각은 상기 제1 웨이퍼의 노출된 표면의 레벨을 국부적으로 나타내는 측정 수단;
복수의 측정 지점들을 지나가는, 상기 제1 웨이퍼의 적어도 하나의 표면 프로파일을 결정하고 또한 그 특성 크기를 결정하는 계산 수단; 및
상기 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 레벨을 상기 특성 크기의 함수로서 평가하는 평가 수단을 포함한다.
본 발명의 평가 방법 및 선택 방법의 다양한 실시예들을 참조하면서 언급된 장점들 및 견해들은 본 발명의 평가 장치 및 선택 장치의 다양한 실시예들에 대해서도 유사한 방식으로 적용된다는 점에 주의해야 할 것이다.
특정한 일 실시예에서는, 특성 크기는 표면 프로파일의 2차 도함수이다.
이러한 실시예에서, 평가 수단은 후술되는 테스트들:
2차 도함수가 적어도 한 번의 부호 변화를 가지는지 여부를 판정하는 제1 테스트; 및
2차 도함수가 소정 값보다 큰 적어도 하나의 절대값을 가지는지 여부를 판정하는 제2 테스트 중 적어도 하나를 실행하도록 구성될 수 있다.
측정 수단은 각 기록의 측정 지점들이 제1 웨이퍼의 직경을 따라 측정되도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 측정 수단은 복수의 측정 지점들의 기록을 생성하도록 구성되고, 이 경우에 기록은 서로 이격되어 있고 동일한 방향으로 생성된다.
나아가, 측정 수단은 각 기록의 측정 지점들이 측정 단계와 함께 측정되도록 구성될 수 있고, 이 경우에 측정 단계는 제1 웨이퍼의 적어도 한 패턴의 크기의 함수로서 결정된다.
특정한 일 실시예에서, 측정 단계는 실질적으로 제1 웨이퍼의 패턴의 절반 크기에 상응한다.
나아가, 본 발명의 측정 수단은 초음파 현미경을 포함할 수 있다.
본 발명의 평가 방법에 의해, 시작 기판이 최종 기판에 본딩된 직후에 불균일 변형들의 레벨을 평가하는 것이 가능하다.
불균일 변형의 레벨의 평가에 기초하여, 시작 기판의 매립된 표면과 노출된 표면 사이에서 일어난 오프셋들을 추정하는 것이 가능하다. 좀더 구체적으로, 본 발명의 방법은 마이크로컴포넌트들이 시작 기판의 노출된 표면 상에 제조되는 경우에 발생할 가능성이 있는 오정렬들의 레벨을 추정할 수 있게 한다.
본 발명의 여러 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 주어지는 일종의 예시로써 제공되는 본 발명의 구체적인 실시예들에 관한 후술하는 설명으로부터 도출될 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 3차원 구조의 제조를 보여주기 위한 개략도들이다.
도 2는 제2 웨이퍼에 본딩되는 제1 웨이퍼를 포함하는 복합 구조의 투시 단면도이다.
도 3은 본 발명의 구체적인 일 실시예에 따르는 평가 방법 및 선택 방법의 주요 단계들을 흐름도의 형태로 나타낸다.
도 4a, 4b, 4c 및 4d는 제1 웨이퍼를 제2 웨이퍼에 본딩하는 제1 예의 개략도, 이러한 제1 예에 상응하는 표면 프로파일의 곡선, 특정 직경(diameter)을 따라 상응하는 2차 도함수의 곡선, 및 특정 반경(radius)을 따라 제1 웨이퍼 내에 존재하는 오정렬들을 나타내는 곡선을 각각 나타낸다.
도 5a, 5b, 5c 및 5d는 제1 웨이퍼를 제2 웨이퍼에 본딩하는 제2 예의 개략도, 이러한 제2 예에 상응하는 표면 프로파일의 곡선, 특정 직경을 따라 상응하는 2차 도함수의 곡선, 및 특정 반경을 따라 제1 웨이퍼 내에 존재하는 오정렬들을 나타내는 곡선을 각각 나타낸다.
도 6a, 6b, 6c 및 6d는 제1 웨이퍼를 제2 웨이퍼에 본딩하는 제3 예의 개략도, 이러한 제3 예에 상응하는 표면 프로파일의 곡선, 특정 직경을 따라 상응하는 2차 도함수의 곡선, 및 특정 반경을 따라 제1 웨이퍼 내에 존재하는 오정렬들을 나타내는 곡선을 각각 나타낸다.
도 7은 표면 프로파일을 측량하기 위한 초음파 현미경 기술(acoustic microscopy technique)의 일 예를 개략적으로 나타낸다.
도 8a는 제2 웨이퍼에 본딩된 제1 웨이퍼를 포함하는 복합 구조의 투시 단면도를 나타낸다.
도 8b는 도 8a의 구조가 상부에서 보이는 모습을 나타낸다.
본 발명은 분자 접착에 의해 최종 기판에 상응하는 제2 웨이퍼에 본딩되는, 시작 기판에 상응하는 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 레벨을 평가할 수 있는 해법을 제안한다.
본 명세서에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복합 구조(125)의 사례가 고려된다. 본 실시예에서, 복합 구조(125)는 본딩 경계면의 레벨에서 마이크로컴포넌트들(111)을 매립시키기 위하여, 본딩 표면(114a) 상에 마이크로컴포넌트들(111)을 가지는 제1 웨이퍼(110)를 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼(120)에 본딩함으로써 형성된다.
본 명세서에서 설명되는 실시예들에서, 복합 구조(125)를 형성하는 데에 사용되는 웨이퍼들은 300 mm의 직경을 가진다. 물론 본 발명이 다른 웨이퍼 사이즈들 및/또는 형상들에 대해서도 적용됨은 이해될 수 있을 것이다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 평가 방법의 주요 단계들이 설명되는데, 본 방법은 도 2에 도시된 복합 구조(125) 내에서 불균일 변형들의 레벨을 평가할 수 있다.
출원인은 놀랍게도 제1 웨이퍼(110)의 노출된 표면(114b) 상의 높낮이(reliefs)를 조사함으로써 제1 웨이퍼(110) 내의 불균일 변형들에 관한 정보를 획득하는 것이 가능함을 발견하였다.
따라서, 먼저 복수의 측정 지점들을 기록(log)하는 E1 단계가 수행되는데, 각 측정 지점은 웨이퍼(110)의 노출된 표면의 레벨을 국부적으로 나타낼 수 있다. 그러므로, 수행된 각각의 기록은 특정 방향의 또는 특정 곡선을 따르는, 그리고 특정 길이에 걸친, 제1 웨이퍼(110)의 표면 프로파일(surface profile)에 상응한다.
그러므로, 본 명세서에서, 표면 프로파일은 특정 방향 또는 특정 곡선에서, 그리고, 특정 길이에 걸친 표면의 높낮이(또는 레벨)을 표현하는 프로파일을 의미한다.
본 사례에서, 측정 지점들에서의 각각의 기록은 제1 웨이퍼(110)의 노출된 표면(114b)의 레벨 또는 높낮이를, 상기 노출된 표면(114b)에 수직인 Z축에 대하여 국부적으로 표현한 것이다.
측정 지점들의 상기 또는 각각의 기록은 통상적으로 기계적 또는 광학적 윤곽 측정 장비(profilometry equipment)(예를 들어, 간섭계)에 의해 실현될 수 있다. 기록들은 바람직하게는 초음파 현미경 기술을 이용하여 생산될 수 있는데, 이 기술은 매 기록 시의 측정 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 7은 제1 웨이퍼(110)의 노출된 표면(114b)의 프로파일을 측정할 수 있는 초음파 현미경 기술의 일 예를 개략적으로 나타낸다.
프로브(probe)(147)는 복합 구조(125)의 방향으로 입사 음향파(acoustic wave)(140)을 방출하도록 구성된 소스(148)를 포함한다. 이 음향파는 제1 웨이퍼(110) 내에서 전파하며, 이어서 제2 웨이퍼(120) 내에서 전파하는데, 그리하여, 세 개의 연속하는 경계면들, 즉, 제1 웨이퍼(110)의 노출된 표면(114b), 다음으로 제1 웨이퍼(110)의 매립된 표면(114a), 그리고, 마지막으로 제2 웨이퍼(120)의 후면과 만나게 된다. 음향파(140)는 각각의 경계면에서 일부가 반사되고, 매번 프로브(147)의 음향 센서(150)로 되돌려 보내지는 반향(echo)을 생성한다. 따라서, 음향 센서(150)에 의해 각각 제2 웨이퍼(120)의 후면에서, 매립된 표면(114a)에서, 그리고 노출된 표면(114b)에서 음향파(142)의 반사로 인한 반향들(142, 144, 146)의 수신이 검출된다.
그리하여, 반향(146)이 프로브(147)에 도달하는 데에 필요한 시간으로부터, 웨이퍼(147)와 제1 웨이퍼(110)의 노출된 표면(114b) 사이의 거리를 결정하는 것이 가능하다. 한편, 제1 웨이퍼의 두께는, 주어진 위치에서 반향(146)의 수신과 반향(144)의 수신 사이의 시간 차이로부터 측정될 수 있다.
복합 구조(125)의 정면에서 프로브를 움직임으로써, 제1 웨이퍼(110)의 노출된 표면(114b)의 프로파일에 상응하는 측정 지점들의 기록을 생성하는 것이 가능하다.
본 명세서에서 설명되는 본 실시예에서, 측정 지점들은 제1 웨이퍼(110)의 직경(D)을 따라 기록된다. 제2 실시예에서, 측정 지점들은 그 중심점이 웨이퍼(110)의 중심과 일치하면서 그 반경은 웨이퍼의 반경보다 작은 원(또는 원호)를 따라 기록된다.
그러나, 임의의 방향 및/또는 임의의 거리에 걸쳐 측정 지점들의 한 차례 이상의 기록이 수행되는 것도 가능하다. 더욱이, 각 기록 시의 방향 및 길이는 주어진 상황(관여된 기술, 요구되는 신뢰도의 수준, 사용된 장비 등)의 제약 조건들 및 요구 조건들의 함수로서 선택될 수 있다. 상술된 제2 실시예에서 계속 이어 말하자면, 기록은 그 중심점들이 웨이퍼(110)의 중심과 일치하면서 그 반경들은 웨이퍼의 표면에 걸친 측정 지점들이 골고루 분포하도록 선택되는 일련의 동심원들을 포함할 수 있다.
이어서, 웨이퍼(110)의 적어도 하나의 표면 프로파일을 결정하는 E2 단계가 실행되는데, 각 프로파일은 E1 단계에서 생성된 한 기록의 복수의 측정 지점들을 지나간다. 따라서, 표면 프로파일은 E1 단계에서 생성된 한 기록의 측정 지점들의 일부 또는 전부에 상응할 수 있다. 만약 복수의 측정 기록들이 E1 단계에서 생성되었다면, E2 단계에서 측정 프로파일은 이러한 기록들의 각각에 대하여 결정된다.
일단 E2 단계가 실행되면, 상응하는 특성 크기(characteristic magnitude)를 그로부터 추론하기 위하여, E2 단계에서 획득되는 각 표면 프로파일에 대한 처리(process)가 수행된다(E3 단계). 이후에 좀더 상세하게 설명되겠지만, 이러한 특성 크기는 다른 종류의 것일 수 있다.
좀더 정확하게 말하자면, 출원인은 E2 단계에서 결정된 표면 프로파일에 기초한 서로 다른 처리들(treatments)로써 웨이퍼(110) 내에 존재하는 불균일 변형들의 레벨을 나타내는 정보가 획득될 수 있게 하기로 결정하였다.
본 발명의 제1 실시예에서, E3 단계 동안에, 웨이퍼(110)의 직경(D)을 따라 얻어지는 측정 지점들로부터 2차 도함수가 계산된다. 이러한 방식으로 계산되는 2차 도함수는 해당 직경에 따른 표면 프로파일의 기울기의 변화량들에 관한 정보를 제공한다.
출원인은, 놀랍게도, 표면 프로파일의 2차 도함수가 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼(120)에 본딩되는 제1 웨이퍼(110) 내에 존재하는 불균일 변형들의 레벨을 나타내는 정보를 제공한다는 점을 발견하였다. 본 발명의 제2 실시예에서, E2 단계에서 결정되는 표면 프로파일의 분포(spread)가 E3 단계 중에 결정되는데, 이때 표면 프로파일은 원형의 기록(circular log)에 상응한다. 출원인은, 놀랍게도, 원형의 기록에 상응하는 표면 프로파일의 분포(표준 편차 또는 최대값과 최소값 사이의 차이에 의해 측정됨)도 또한 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼(120)에 본딩되는 제1 웨이퍼(110) 내에 존재하는 불균일 변형들의 레벨을 나타내는 정보를 제공한다는 점을 발견하였다.
이어서, 제1 웨이퍼(110)의 불균일 변형들의 레벨들에 대한 평가는 E3 단계에서 획득되는 특성 크기의 함수로서 수행된다(E4 단계). 이러한 평가는 추후에, 도 1e를 참조하여 설명된 것과 같은 헤테로 구조(heterostructure)의 제조 시에 발생하는 경향이 있는 오정렬들의 추정을 가능하게 한다.
예를 들어, 도 1의 경우를 참조하면, 본 발명은 마이크로컴포넌트들(11)을 제조하는 데에 사용되는 것과 유사한 포토리소그래피 마스크를 가지고 마이크로컴포넌트들(12)을 제조함으로써 얻게 될 수 있는 정렬 오류들(△11, △22, △33, △44)의 레벨을 추정할 수 있다.
이러한 목적에서, 출원인은 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 레벨을 평가하기 위해 표면 프로파일의 특성 크기(다시 말해, 2차 도함수 또는 분포)를 활용하는 다양한 방법들이 있음을 발견하였다.
먼저, 불균일 변형들의 레벨을 평가할 수 있도록 표면 프로파일의 2차 도함수를 이용하는 실시예들(제1 실시예)이 도 4a, 5a 및 6a의 예들을 참조로 하여 설명된다.
본 명세서에서 고려되는 모든 실시예들에 있어서, 제1 웨이퍼들(210, 310, 410)은 각각 제2 웨이퍼들(220, 320, 420)에 본딩되기 전에 약간 오목한(concave) 형상을 가진다. 내용의 명료함을 위해 설명하자면, 제1 웨이퍼들(210, 310, 410)의 곡률은 도 4a, 5a 및 6a에서 각각 의도적으로 과장되었다. 나아가, 이러한 실시예들 각각에서, 마이크로컴포넌트들(211, 311, 411)은 제1 웨이퍼(210, 310, 410)의 표면(214a, 314a, 414a) 상에 존재한다.
도 4a 및 5a에 도시된 제1 및 제2 사례들에서, 각각, 제1 웨이퍼들(210, 310)은 지지대(S)(통상적으로 "척(chuck)"이라고 알려짐) 위에 놓여 있고, 이러한 지지대 상에서 오목한 형상을 가진다. 제1 웨이퍼들(210, 310)의 곡률(curvature)은, 마이크로컴포넌트들(211, 311)을 포함하는 표면들(214a, 314a)이 노출되도록, 지지대(S)로부터 멀어지는 방향을 가진다.
이어서, 본딩을 진행하기 위하여, 제2 웨이퍼들(220, 320)이 각각 제1 웨이퍼들(210, 310)의 표면들(214a, 314a) 상에 놓인다.
접촉력(contact force)이 어플리케이터 도구(applicator tool)(각각 231 및 331로 표시됨)를 이용하여 제2 웨이퍼들(220, 320) 상의 소정 영역(또는 소정 지점)에 인가된다. 각각의 경우에 어플리케이터 도구(231, 331)에 의해 발생하는 접촉력은 제1 및 제2 웨이퍼들 사이에 본딩 파동(bonding wave)의 개시를 가능하게 한다. 그리하여, 제1 웨이퍼들(210, 310)은 분자 접착에 의해 각각 제2 웨이퍼들(220, 320)에 본딩된다. 이어서, 각 경우에, 마이크로컴포넌트들은 제1 및 제2 웨이퍼들의 본딩 경계면에서 매립된다.
첫 번째 사례(도 4a)에서, 접촉력은 제2 웨이퍼(220)의 주변 모서리에 인가된다. 한편, 두 번째 사례(도 5a)에서는, 접촉력은 제2 웨이퍼(320)의 중심부에 인가된다.
도 6a에 도시된 세 번째 사례는 제2 웨이퍼(420)가 지지대(S) 상에 직접적으로 위치한다는 점에서 첫 번째와 두 번째 사례들과 차이가 난다. 이어서, 제1 웨이퍼(410)가 제2 웨이퍼(420) 상에 놓이게 되고, 마이크로컴포넌트들(411)을 포함하는 제1 웨이퍼(410)의 표면(414a)이 제2 웨이퍼(420)를 향하게 된다.
이어서, 제1 웨이퍼(410)와 제2 웨이퍼(420) 사이의 본딩 파동의 전파를 개시하도록, 어플리케이터 도구(431)를 이용하여 제1 웨이퍼(410)의 중심부에 접촉력이 인가된다.
그리하여, 본 명세서에서 고려된 세 가지의 사례들에서, (도 2에서 도시된 바와 같이) 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼에 본딩된 제1 웨이퍼를 포함하는 복합 구조가 획득된다. 본 명세서에서 설명된 실시예들에서, 본딩 파동을 개시시키기 위해 3.7N의 접촉력이 6초간 인가된다는 점에 주의한다.
그리하여, 각각 제2 웨이퍼들(220, 320, 420)과의 조립으로 인해 제1 웨이퍼들(210, 310, 410) 내에 불균일 변형들이 일어나기 쉽다.
나아가, 도 4a, 5a 및 6a에 나타난 세 가지 사례들에서, 제2 웨이퍼들(220, 320, 420)은 평면 형상이라는 점에 주의해야 할 것이다. 하지만, 각 경우에서, 제2 웨이퍼는 비평면 형상, 예를 들어, 제2 웨이퍼와 조립되는 제1 웨이퍼에 대해 유사한 또는 그와 다른 오목 형상일 수도 있다.
위에서 고려된 세 가지 사례들의 각각에 있어서, 일단 분자 접착에 의한 본딩이 실행되면, 이어서, 획득된 복합 구조들 각각의 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 레벨들에 대한 평가가 이어진다.
먼저, 복합 구조들의 각각의 제1 웨이퍼의 노출된 표면 상에서 복수의 측정 지점들에 대한 기록(log)이 생성된다(E1 단계).
본 명세서에서 설명된 사례들에 있어서, 측정 지점들은 제1 웨이퍼들(210, 310, 410)의 특정 직경(D)을 따라 초음파 현미경 기술에 의해 기록된다.
각 측정 지점은 소정의 기준 높이에 대한 제1 웨이퍼의 노출된 표면의 높이(Z)에 상응하며, 각 높이는 제1 웨이퍼의 표면 상의 주어진 지점과 결부된다. 본 명세서에서 설명되는 실시예들에서, 각 측정 지점의 위치는 고려되는 직경(D)에 따른 위치(X)로 정의된다.
이와 다르게, 각 측정 지점은 제1 웨이퍼의 노출된 표면 상의 2차원 위치에 상응하는 좌표 쌍 (X, Y)과 동등하게 결부될 수도 있다.
나아가, 본 명세서에서 설명되는 실시예들의 각각에서, 측정 지점들의 기록들을 생성하는 E1 단계는 이러한 방식으로 획득되는, 곡선으로 표현되는 표면 프로파일들의 생성을 더 포함한다.
한편, 본 발명의 방법의 후속하는 단계들은 이러한 곡선들을 생성하는 것이 반드시 필수적이지 않은 채로 수행될 수 있다.
도 4b, 5b 및 6b는 고려된 세 가지 사례들에 관하여 각각 관찰되는 표면 프로파일들(232, 332, 432)을 나타낸다.
표면 프로파일들(232, 332, 432)에 대한 연구에 따르면, 도 4a의 사례에서는 25 μm 수준, 도 4b의 사례에서는 12 μm 수준, 도 4c의 사례에서는 30 μm 수준의 높이 변화량들이 나타난다.
E1 단계에서 획득된 표면 프로파일들로부터 2차 도함수를 계산하는 E2 단계가 이어진다.
위에서 언급한 바와 같이, 각각의 2차 도함수는 당해 기록 시의 측정 지점에서 바로 계산될 수 있으므로, 이러한 곡선들(232, 332, 432)의 생성은 반드시 필요한 것은 아니다.
본 명세서에서 고려되는 실시예들의 각각에서, 계산 단계(E2)는 이러한 방식으로 획득된, 곡선으로 표현되는 2차 도함수의 생성을 더 포함할 수 있다. 이러한 곡선들(234, 334, 434)은 세 가지 표면 프로파일들(232, 332, 432)의 2차 도함수들에 각각 상응한다.
물론 2차 도함수들의 임의의 그래픽적 표현을 생성하지 않고 불균일 변형들의 레벨을 평가하는 것도 가능하다. 처리를 각 2차 도함수의 값들의 계산과 그 활용에 한정시키는 것도 가능하다.
E2 단계에서 계산된 2차 도함수들은 고려된 세 가지 사례들에 관하여 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 레벨의 평가를 가능하게 한다(평가 단계 E3).
출원인은 표면 프로파일의 2차 도함수가 제1 웨이퍼의 표면 상의 변형들을 표현할 수 있다는 점과, 이러한 표면 변형들을 연구함으로써 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 레벨을 평가하는 것이 가능함을 인지하였다.
예를 들어, 동일한 표면 프로파일에서 굴곡 방향에 적어도 한 번의 변화가 존재하는 것은 제1 웨이퍼 내에서 큰 불균일 변형들의 존재를 증명하는 것임이 발견되었다.
그러므로, 본 발명의 특정한 일 실시예에서, 표면 프로파일의 2차 도함수가 적어도 한 번의 부호 변화를 포함하는지 여부를 판정하는 단계를 포함하는 제1 테스트가 실행된다. 만약 이러한 제1 테스트가 긍정적이라면(positive), 이것으로부터, 해당 제1 웨이퍼 내에 큰 불균일 변형들이 존재하는 점이 추론된다.
이러한 제1 테스트의 효과는, 도 7을 참조하여 상술된 초음파 현미경 기술을 이용하여 테스트된 세 개의 복합 구조들 내에서 불균일 변형들의 레벨을 평가함으로써 실험적으로 검증되었다.
좀더 정확하게 말하자면, 첫 번째 사례(도 4a)에서, 제1 웨이퍼(210)의 표면(214b)에서, 대부분의 경우에 100 nm 미만의 정렬 불일치들이 관찰되었고, 웨이퍼의 중심부에서는 심지어 50 nm 미만의 오정렬들이 관찰되었다. 오직, 표면(214b)의 대략 15%에서 150 nm 보다 큰 오정렬들을 가질 뿐이다. 이러한 큰 오정렬들은 웨이퍼의 주변 모서리에 분포하는데, 구체적으로, 어플리케이터 도구(231)의 접촉 지점에 인접하는 영역에 분포한다.
두 번째 사례(도 5a)에서, 제1 웨이퍼(310)의 노출된 표면(314b)의 대략 50% 이상에서 150 nm보다 큰 오정렬들이 관찰되었다. 이러한 큰 오정렬들은 대부분의 경우에 표면(314b)의 중심부 및 주변 모서리들에 분포한다. 표면(314b)의 나머지 50 %는 대부분의 경우에 50 nm에서 150 nm까지의 오정렬들을 가진다.
세 번째 사례(도 6a)에서, 제1 웨이퍼(410)의 표면(414b)의 대략 75%가 100 nm보다 작은 오정렬들을 가진다는 점이 관찰되었다. 일반적으로 100 nm에서 150 nm까지의, 더 큰 오정렬들은, 제1 웨이퍼(410)의 중심부에 존재한다.
도 4d, 5d 및 6d는 제1 웨이퍼들(210, 310, 410)의 각각에서 특정 반경을 따라 측정된 오정렬들을 곡선의 형태로 각각 나타낸다.
이러한 세 가지 사례들에서, 제1 웨이퍼 상에 존재하는 오정렬들은 도 1a 내지 1e를 참조로 하여 설명된 바와 같이, 표준 측정 공정을 이용하여 측정되었다. 즉, 제1 웨이퍼는 본딩 후에 박막화되고, 그 이후에 두 웨이퍼들 사이의 본딩 경계면에 매립된 마이크로컴포넌트들과 박막화된 제1 웨이퍼의 노출된 표면 상에 제조된 마이크로컴포넌트들 사이에 존재하는 오정렬들이 측정된다.
도 4d, 5d 및 6d 내의 가로좌표축은 제1 웨이퍼의 중심점에 대한 거리(nm 단위)를 나타낸다.
최종 분석 단계에서, 두 번째 사례(도 5a)에서 테스트된 샘플들은 가장 높은 레벨의 비동질성 변형들(non-homogenous deformations)을 가지는 것들이다. 이는 단지 표면 프로파일(332)의 2차 도함수(334)가 적어도 한 번의 부호 변화를 포함한다는 사실에 의해 확인된다. 좀더 구체적으로, 2차 도함수(334)가 두 번의 부화 변화를 포함하는데, 이는 제1 웨이퍼(310)의 표면에서 큰 기울기 변화가 있음을 알 수 있게 한다는 것이 발견되었다.
이와 반대로, 첫 번째 및 세 번째 사례들에서 테스트된 샘플들의 경우에는, 2차 도함수들은 부호의 변화가 전혀 없는데, 이는 첫 번째 및 세 번째 사례들은 두 번째 사례보다 더 낮은 레벨의 불균일 변형들을 가진다는 점을 의미한다.
동일한 표면 기록의 2차 도함수에서 검출되는 부호 변화의 횟수는, 제1 웨이퍼 내에 존재하는 불균일 변형들의 레벨에 관한 정보를 동등하게 제공할 수 있음에 주의해야 한다.
나아가, 출원인은 강한 기울기 변동과 그에 따른 높은 2차 도함수 값들을 가지는 표면 프로파일은 마찬가지로 제1 웨이퍼 내의 큰 불균일 변형들에 상응할 수 있음을 관찰하였다.
이에 따라, 본 발명의 제1 실시예의 변형 예에서, 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 레벨의 평가는 E2 단계에서 획득된 2차 도함수의 값들의 함수로서 수행된다.
예를 들어, 평가 단계(E3) 동안에, 표면 프로파일의 2차 도함수가 소정의 문턱 값보다 큰 적어도 하나의 값을 포함하는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 제2 테스트가 실시된다. 만약 이러한 제2 테스트가 긍정적이면, 이는 제1 웨이퍼 내에 큰 불균일 변형들이 존재한다는 것을 의미한다.
특히 이러한 소정의 값은 결부된 상황의 제약 조건들 및 요구 사항들(당해 기술, 요구되는 신뢰도의 수준, 사용되는 장비 등)의 함수로서 선택될 수 있다는 점에 주의한다.
물론 상술된 테스트들은 예시로써 주어진 것이며, 따라서 표면 프로파일의 2차 도함수를 활용하는 다른 방법들도 상황에 따라 이용될 수 있다. 예를 들어, 표면 프로파일의 2차 도함수가 특정 값을 초과하는 횟수 등이 고려될 수 있다.
또한, 불균일 변형들의 레벨을 평가하는 것은 표면 프로파일들의 2차 도함수들에 관련된 서로 다른 테스트들을 결합한 것으로써, 예를 들어, 앞서 설명된 제1 및 제2 테스트들의 누적에 의해 구현될 수도 있다.
이제, 처리 단계(E3)에서 획득된 특성 크기가 표면 프로파일의 분포에 상응하고(제2 실시예), E2 단계에서 결정된 이러한 프로파일이 원 형태의 측정 지점들의 기록에 상응하는 경우의 실시예가 설명된다.
좀더 정확하게는, 상술된 구조(125)와 유사한 구조를 가지는 복합 구조(525)가 여기서 고려된다(도 8a). 따라서, 구조(525)는 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼(520)에 본딩되는 제1 웨이퍼(510)를 포함한다. 이 실시예에서, 제1 웨이퍼(510)는 또한 본딩 경계면(514a) 상에 마이크로컴포넌트들(511)을 포함하는데, 이러한 마이크로컴포넌트들은 본딩 경계면의 레벨에서 매립되어 있다.
기록 단계(E1)에서, 측정 지점들은 제1 웨이퍼(510)의 중심점(CT)과 일치하는 중심점을 가지는 적어도 하나의 원을 따라 배치된다(도 8b). 본 명세서에서 설명되는 본 예시에서, C1, C2 및 C3로 표시된 세 개의 동심원들을 따라 기록이 수행되는데, 이러한 원들은 각각 반경 R1, R2 및 R3를 가진다(이러한 반경들은 웨이퍼(510)의 반경보다 작다).
그러나, 원들을 따라 측정 지점들이 기록되는 임의의 개수의 원들이 있을 수 있다는 점을 이해할 것이다. 특히, 이러한 개수는 이어서 E4 단계에서 수행될 평가의 정확도 및/또는 신뢰도의 함수로서 선택될 수 있다. 원들의 개수와 이들 각각의 반경은 바람직하게는 웨이퍼의 표면 전체에 걸쳐 균일하게 분포되도록 선택되는데, 그럼으로써 웨이퍼(510) 전체에 걸쳐 불균일 변형들을 나타내는 데이터를 획득할 수 있다. 이와 다르게, 중심점(CT)과 일치하는 중심점을 가지는 적어도 하나의 원호를 따라 측정 지점들을 기록하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 중심점(CT)을 중심으로 하는 적어도 하나의 나선을 따라 측정 지점들을 기록하는 것도 가능하다.
이어서, 제1 웨이퍼(510)의 적어도 하나의 표면 프로파일이 E2단계에서 결정되는데, 이러한 프로파일들의 각각은 선행하는 E1 단계에서 생성된 해당 기록의 복수의 측정 지점들을 통과한 것이다. 그리하여, 이러한 예에서, 세 개의 표면 프로파일들(P1, P2, P3)이 E2 단계에서 결정되고, 이들은 각각 원들(C1, C2, C3)을 따라 기록된 모든 측정 지점들에 상응한다.
이어서, E3 단계에서 획득된 각 표면 프로파일의 분포가 결정된다(E4 단계). 이러한 분포 계산은 다양한 방식들로 구현될 수 있다.
첫 번째 변형예에서, 표면 프로파일들(Pi)(i=1, 2, 3)의 각각의 최소값(Vmin(i)) 및 최대값(Vmax(i))이 결정된다. 이러한 값들(Vmin(i), Vmax(i))은 각각 웨이퍼(510)의 노출된 표면의 가장 낮은 레벨 및 가장 높은 레벨을 국부적으로 나타내는, 프로파일(Pi)의 측정 지점들에 상응한다. 이로써, 각 프로파일(Pi)에 대해 △i = Vmax(i) - Vmin(i)인 차이값(△i)이 결정된다.
상기 차이값들(△i)에 기초하여, 제1 웨이퍼(510) 내에 존재하는 비동질성 변형들의 레벨을 평가하는 제3 테스트가 수행된다. 소정의 제한 값(limit value)(△max)은 예를 들어, 고정되어 있다. 이어서, 제3 테스트는 △i = △max (i=1, 2 또는 3)인지 판정하는 단계를 포함한다. 만약 그러하다면, 웨이퍼(510) 내에 존재하는 비동질성 변형들의 레벨은 높은 것으로 판정된다. 만약 그렇지 않다면, 변형의 레벨은 낮다고 여겨진다. 인덱스(i)의 각 값에 관련된 수용 기준(acceptability criterion)(?max)은 가변적일 수 있으며, 특히 원들(C1 내지 C3)의 직경이 증가하는 정도에 따라 증가할 수 있다. 예를 들어, 65 mm 및 145 mm의 직경들을 가지는 원들에 대하여, △max의 값들은 각각 대략 5 마이크로미터 및 15 마이크로미터와 같을 수 있다.
제3 테스트의 일 변형예는 먼저 차이값들(△i)을 합산하는 단계와, 이어서, 해당 구조의 워프(warp)라고 통상적으로 불리는 값, 즉 기록이 수행되는 표면의 최대 전체 높이와 그 최소 전체 높이 사이의 차이에 의해 정의되는 값으로 상기 합산된 결과를 나누는 단계를 포함한다. 예를 들어, 회전 포물선(paraboloid of revolution)과 같이 균일하게 굽어진 구조의 경우에, 워프는 그 구조의 보우(bow)와 같다. 제3 테스트의 이러한 변형예의 두 번째 단계는, 워프와 차이값들(△i)의 합 사이의 계수가 소정의 값, 예를 들어, 0.7 정도의 값보다 작은지 판정하는 단계를 포함한다. 만약 그러하다면, 불균일 변형들의 레벨은 낮은 것으로 판단된다. 만약 그러하지 않다면, 변형들의 레벨은 높은 것으로 판단된다.
두 번째 변형예에서는, 각 표면 프로파일(Pi)에 대한 표준 편차(σi)가 결정된다. 이어서, 표준 편차(σi)가 i=1, 2 또는 3에 대하여 소정의 최대 표준 편차보다 더 크거나 또는 그와 같은지 여부를 판정하는 단계를 포함하는 제4 테스트가 수행된다. 만약 그러하다면, 웨이퍼(510)는 높은 레벨의 불균일 변형들을 가지는 것으로 판단된다. 만약 그렇지 않다면, 변형 레벨은 낮은 것으로 판단된다.
상술된 변형예들은 단지 본 발명의 실시예들을 제한하지 않을 뿐 아니라, 본 기술 분야에서 숙련된 자라면 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않으면서 표면 프로파일의 분포를 결정하기 위한 다른 대안들이 구상될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 방법에서 처리 단계(E3) 및 평가 단계(E4)는, 예를 들어 컴퓨터, 계산기 또는 그 밖에 표면 프로파일의 측정 지점들로부터 2차 도함수 또는 분포를 계산할 수 있고 또한, 예를 들어 상술된 테스트들 중 하나와 같은, 2차 도함수 또는 분포에 각각 관련된 테스트를 실현할 수 있는 임의의 장치에 의해 구현될 수 있다.
나아가, 본 발명은 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼에 본딩된 제1 웨이퍼를 포함하는 복합 구조들에 대한 방법(E1 내지 E5 단계들)에 관한 것이다.
특정한 일 실시예의 선택 방법의 주요 단계들이 도 3에 도시된다.
먼저, 제1 웨이퍼의 불균일 변형들의 레벨은 복합 구조에 대하여 본 발명의 평가 방법의 단계들(E1, E2, E3, E4)을 연속적으로 실행함으로써 평가된다.
선택 단계(E5)를 수행하는 동안, E4 단계에서 낮은 레벨의 비동질성 변형들을 가지는 것으로 식별된 하나 또는 그 이상의 복합 구조들이 선택된다.
예를 들어, 상술한 바와 같이 제1 및 제2 테스트들 또는 제3 및 제4 테스트들을 수행하는 것이 가능하다. 이어서, 수행된 테스트들의 결과가 부정적인 경우에 복합 구조 또는 구조들이 선택된다.
또한, 이러한 테스트들 중 단지 하나만 수행하는 것도 가능하다. 이러한 특별한 사례에서, 수행된 테스트가 부정적인 경우에 복합 구조 또는 구조들이 선택된다.
그러나, 본 발명의 선택 방법은 상술된 두 가지 예들에 한정되지 않는다. 표면 프로파일의 2차 도함수에 기초하는 다른 선택 기준이 개별적으로 또는 복합적으로 이용될 수도 있다.
나아가, 평가 방법의 E1 단계에서 측정 지점들의 기록이 제1 웨이퍼의 노출된 표면 상의 서로 다른 선들을 따라 수행될 수 있다.
구체적으로, "별(star)" 기록, 다시 말해, 제1 웨이퍼의 복수의 직경들에서 기록하는 것도 착안될 수 있다. 이러한 기술은 제한된 개수의 생성 기록들을 가지고, 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 레벨들에 관하여 양질의 표현을 가능하게 할 수 있다.
특정한 일 예에서, E1 단계에서 복수의 측정 지점들의 기록들이 생성되는데, 이때, 기록은 서로 이격된 제1 평행선들을 따라 수행된다. 나아가, 예를 들어, 서로 이격되어 있으면서 제1 평행선들에 대해 수직일 수 있는 제2 평행선들을 따라 추가적인 기록들을 생성하는 것도 가능하다. 따라서, 기록은 격자(grid)의 형태에 따라 수행되며, 이러한 격자는 당해 제1 웨이퍼의 노출된 표면의 전체 또는 일부 상에 있을 수 있다.
추가적으로, 만약 상술된 제1 테스트가 수행된다면, 예를 들어, 거시적 스케일에서 2차 도함수의 부호의 변화들만이 관심의 대상이 된다. 실무에서 제1 웨이퍼의 노출된 표면은, 상응하는 하나의 표면 프로파일 또는 복수의 표면 프로파일들의 2차 도함수의 부호의 대단히 국부적인 변화들에 반영되는, 레벨에 있어서 무한히 작은 변화량을 가지는 것이 가능하다. 이러한 극소적으로 작은 변화량은, 예를 들어 제1 웨이퍼의 매우 미세한 두께 변화량에 기인할 수 있다. 이러한 종류의 변화량은 복합 구조의 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 레벨에 관하여 이용 가능한 정보를 주지 못한다.
이러한 무시될 수 있는 표면 결함들까지 고려되는 것을 피하기 위해, E1 단계에서 측정 지점들이 측정 단계에 따라 측정될 수 있도록 기록을 수행하는 것이 가능하다.
이러한 측정 단계는 해당 상황의 함수로서 선정될 수 있다. 바람직하게는, 제1 웨이퍼의 패턴의 크기(dimension)의 함수로서 선정될 수 있을 것이다.
여기서, "패턴"은 제1 웨이퍼의 노출된 표면 상에 배치된, 또는 배치될 것으로 의도된 기하학적 배열을 의미하며, 이러한 기하학적 배열은 그 웨이퍼의 표면 위에 여러 번에 걸쳐 반복될 수 있다. 패턴은 예를 들어 해당 제1 웨이퍼의 노출된 표면 상의 여러 장소들에 배치되는 하나 또는 그 이상의 마이크로컴포넌트들의 셀에 상응할 수 있다.
예를 들어, 측정 단계는 실질적으로 제1 웨이퍼의 패턴의 한 크기의 절반(half of one dimension)에 상응할 수 있다.
또한, 평가 방법의 E1 단계 동안에 생성되는 기록들의 개수가, 예를 들어 비용, 각 배치(batch)의 웨이퍼들에 대한 테스트들에 할당된 시간, 요구되는 신뢰도 수준 등의 관점에서의 제조 공정의 제약 조건들과 같은 다양한 파라미터들에 의존적일 수 있음에 주의해야 할 것이다.
나아가, 소정 레벨의 불균일 변형들은 (이것이 포토리소그래피 마스크들의 위치 조정의 관점에서 상대적으로 가벼운 제약 조건을 의미하므로) 소정의 마이크로컴포넌트 기술에 대해서는 용인될 수 있지만, 다른 기술에 대해서는 용납될 수 없을 수도 있다. 결론적으로, 후술되는 파라미터들이 해당 상황에 따라 선정될 수 있다.
- 생성될 기록들의 개수의 선택,
- 각 기록의 라인(길이, 방향),
- 기록 별 측정 지점들의 개수,
- 이용되는 측정 단계,
- E2 단계에서 획득된 2차 도함수를 활용하는 방법 또는 방법들, 및
- 복합 구조들의 선택에 관한 기준 또는 기준들.
수 많은 메커니즘들이 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼에 본딩된 제1 웨이퍼 내의 오정렬(또는 오버레이)의 원인일 수 있음에 주의해야 할 것이다.
분자 접착에 의해 제1 웨이퍼가 제2 웨이퍼에 본딩되면, 제1 웨이퍼 내에 발생한 불균일 변형들은 주로 본딩 이전에 제1 및 제2 웨이퍼들에 원래부터 존재하던 변형들의 결합에 기인할 것이다. 따라서, 본 발명의 방법은 이들 웨이퍼들이 분자 접착에 의해 조립되기 전에 두 웨이퍼들의 변형들에 관하여 영구적인 정보(함몰(concavity) 정도, 평평도 불량들 등)를 얻을 수 있게 한다.
또한, 본 발명은, 예를 들어, 지지대(S)와 여기에 직접 접촉해 있는 웨이퍼 사이의 입자와 같은 외래 물체들의 존재를 밝혀낼 수 있다. 이러한 요소들은 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들 및 그로 인한 정렬 불일치들의 원인이 될 수 있다.
본 발명은 또한 본딩 기계의 교정 문제들을 (특히 어플리케이터 도구에 의한 접촉력의 인가가 일어나는 레벨에서) 강조할 수 있다.
나아가, 상술된 바와 같이, 일단 분자 접착에 의해 복합 구조가 형성되고 나면, 제1 웨이퍼는 통상적으로 박막화가 수행된다. 이때, 박막화 이후에는, 본 발명의 방법에 의한 불균일 변형들의 평가는 더 이상 실제를 반영하지 않게 된다. 따라서, 제1 웨이퍼를 박막화하기 전에 본 발명에 따른 방법의 E1 단계를 수행하는 것이 바람직하다.
110, 210, 310, 410: 제1 웨이퍼
120, 220, 320, 420: 제2 웨이퍼
30, 125,: 복합 구조
111, 211, 311, 411:마이크로컴포넌트들

Claims (19)

  1. 제1 웨이퍼(110) 내의 불균일 변형들(heterogeneous deformations)의 평가 방법으로서, 상기 제1 웨이퍼는 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼(120)에 본딩되고, 상기 평가 방법은:
    복수의 측정 지점들을 조사(survey)하는 단계로서, 상기 측정 지점들의 각각은 상기 제1 웨이퍼의 노출된 표면의 레벨(level)을 국부적으로 나타내는 조사 단계(E1);
    복수의 측정 지점들을 지나가는, 상기 제1 웨이퍼의 적어도 하나의 표면 프로파일(surface profile)을 결정하는 단계(E2);
    상기 제1 웨이퍼의 상기 표면 프로파일을 처리하는 단계로서, 그로부터 상기 처리된 표면 프로파일의 특성 크기를 결정하는 처리 단계(E3); 및
    상기 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 레벨을 상기 특성 크기의 함수로서 평가하는 단계(E4)를 포함하는 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면 프로파일은 상기 제1 웨이퍼의 직경을 따라 배치된 측정 지점들에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 특성 크기는 상기 표면 프로파일의 2차 도함수인 것을 특징으로 하는 평가 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 평가 단계는 후술되는 테스트들:
    상기 2차 도함수가 적어도 한 번의 부호 변화를 가지는지 여부를 판정하는 제1 테스트; 및
    상기 2차 도함수가 소정 값보다 큰 적어도 하나의 절대값을 가지는지 여부를 판정하는 제2 테스트 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 표면 프로파일은 상기 제1 웨이퍼의 중심점과 일치하는 중심점을 가지는 원(R1 내지 R3)을 따라 배치되는 측정 지점들에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 특성 크기는 상기 표면 프로파일의 분포(spread)인 것을 특징으로 하는 평가 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼의 복수의 표면 프로파일들(C1 내지 C3)을 결정하는 단계,
    상기 복수의 표면 프로파일들 중 각각의 표면 프로파일에 관하여, 처리로부터 상기 처리된 프로파일의 특성 크기를 결정하기 위한 처리 단계를 수행하는 단계가 수행되고,
    상기 평가 단계 동안에, 불균일 변형들의 레벨은 상기 결정된 특성 크기들의 함수로 결정되는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나에 있어서,
    각 기록(log)의 상기 측정 지점들은 측정 단계에 따라 측정되며, 상기 측정 단계는 상기 제1 웨이퍼의 적어도 한 패턴의 크기(dimension)의 함수로 결정되는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 측정 단계는 실질적으로 상기 제1 웨이퍼의 패턴의 절반 크기(half a dimension)에 상응하는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 복수의 측정 지점들의 기록은 초음파 현미경(acoustic microscopy)에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
  11. 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼(120)에 본딩된 제1 웨이퍼(110)를 포함하는 적어도 하나의 구조의 선택 방법으로서, 상기 선택 방법은:
    제1항 내지 제10항 중 어느 하나에서 정의되는 상기 평가 방법에 의해 각 구조의 상기 제1 웨이퍼 내의 상기 불균일 변형들을 평가하는 단계; 및
    평가된 각 구조에 대하여 결정된 상기 특성 크기들에 기초하여 하나 또는 그 이상의 구조들을 선택하는 단계(E5)를 포함하는 선택 방법.
  12. 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 평가 장치로서, 상기 제1 웨이퍼는 분자 접착에 의해 제2 웨이퍼에 본딩되고, 상기 평가 장치는:
    복수의 측정 지점들을 조사하는 측정 수단으로서, 상기 측정 지점들의 각각은 상기 제1 웨이퍼의 노출된 표면의 레벨을 국부적으로 나타내는 측정 수단;
    복수의 측정 지점들을 지나가는, 상기 제1 웨이퍼의 적어도 하나의 표면 프로파일을 결정하고, 또한 그 특성 크기를 결정하는 계산 수단; 및
    상기 제1 웨이퍼 내의 불균일 변형들의 레벨을 상기 특성 크기의 함수로서 평가하는 평가 수단을 포함하는 평가 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 특성 크기는 상기 표면 프로파일의 2차 도함수인 것을 특징으로 하는 평가 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 평가 수단은 후술되는 테스트들:
    상기 2차 도함수가 적어도 한 번의 부호 변화를 가지는지 여부를 판정하는 제1 테스트; 및
    상기 2차 도함수가 소정 값보다 큰 적어도 하나의 절대값을 가지는지 여부를 판정하는 제2 테스트 중 적어도 하나를 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 평가 장치.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 하나에 있어서,
    각 기록의 상기 측정 지점들은 상기 제1 웨이퍼의 직경을 따라 측정되는 것을 특징으로 하는 평가 장치.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 측정 수단은 복수의 측정 지점 기록들을 생성하도록 구성되며, 상기 기록들은 서로 이격되어 있고 동일한 방향으로 생성되는 것을 특징으로 하는 평가 장치.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 측정 수단은 각 기록의 상기 측정 지점들이 측정 단계에 따라 측정되도록 구성되며, 상기 측정 단계는 상기 제1 웨이퍼의 적어도 하나의 패턴의 크기의 함수로 결정되는 것을 특징으로 하는 평가 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 측정 단계는 실질적으로 상기 제1 웨이퍼의 패턴의 절반의 크기에 상응하는 것을 특징으로 하는 평가 장치.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 측정 수단은 초음파 현미경을 포함하는 것을 특징으로 하는 평가 장치.
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