TW201426891A - 使用晶圓尺寸幾何工具之晶圓高階形狀特徵化及晶圓分類之系統，方法及度量 - Google Patents

使用晶圓尺寸幾何工具之晶圓高階形狀特徵化及晶圓分類之系統，方法及度量 Download PDF

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Abstract

本發明揭示用於改良晶圓高階形狀(HOS)特徵化及晶圓分類之結果之系統及方法。根據本發明之系統及方法係基於局部形狀。將一晶圓圖分割成複數個量測位點以改良晶圓形狀表示之完整性。可針對晶圓特徵化及/或分類之目的來計算各種基於位點之HOS度量值，且基於位點之HOS度量值亦可用作為控制輸入以用於一下游應用。另外，本發明提供極座標格分割方案。此極座標格分割方案可用於將一晶圓表面分割成具有均勻位點區域之量測位點，同時提供良好的晶圓邊緣區域疊對。

Description

使用晶圓尺寸幾何工具之晶圓高階形狀特徵化及晶圓分類之系統，方法及度量
本發明大體上係關於晶圓表面度量衡之領域，且特定言之，本發明係關於用於晶圓高階形狀特徵化及晶圓分類之系統及方法。
薄拋光板(諸如矽晶圓及類似者)係現代技術之一非常重要部分。例如，一晶圓可意指用於製造積體電路及其他器件中的半導體材料之一薄圓塊。薄拋光板之其他實例可包含磁碟基板、塊規及類似者。儘管本文所描述之技術主要意指晶圓，但應瞭解，本技術亦適用於其他類型之拋光板。術語「晶圓」及術語「薄拋光板」在本發明中可交換使用。
一般而言，可對晶圓之平坦度及厚度均勻性建立特定的條件。半導體工業使用兩個全域晶圓形狀度量(弓形及翹曲)來描述整個晶圓形狀。使用Zernike多項式或Taylor多項式之全域表面擬合亦已用於描述晶圓形狀分量。
然而，該兩個全域晶圓形狀度量(弓形及翹曲)不具有所需的空間解析度且對局部晶圓形狀特徵化敏感。即使具有非常高的多項式擬合階數，基於整體晶圓表面擬合之方法亦無法提供關於晶圓局部高階形 狀分量之位置之資訊且通常不具有良好的形狀敏感度。
本文需要不具有上述缺點之用於晶圓高階形狀特徵化及晶圓分類之系統、方法及度量。
本發明係關於一種用於檢查一晶圓之方法。該方法可包含：定義一晶圓分割方案；獲得一晶圓表面影像；根據該晶圓分割方案將該晶圓表面影像分割成複數個量測位點；基於該所獲取之晶圓表面影像計算該複數個量測位點之各者之複數個量測度量；及以一圖形表示法報告針對該複數個量測位點之各者所計算之該複數個量測度量。
本發明之一進一步實施例係關於一種用於檢查一晶圓之系統。該系統可包含經組態用於獲得一晶圓表面影像之一光學系統。該系統亦可包含與該光學系統通信之一基於位點之高階晶圓形狀分析模組。該基於位點之高階晶圓形狀分析模組可經組態用於：定義一晶圓分割方案；根據該晶圓分割方案將該晶圓表面影像分割成複數個量測位點；針對基於該所獲取之晶圓表面影像之該複數個量測位點之各者而計算複數個量測度量；及以一圖形表示法報告針對該複數個量測位點之各者所計算之該複數個量測度量。
本發明之一額外實施例係關於用於分割一晶圓表面之極座標格分割方法。該方法可包含：指定極座標格分割所需之扇區數目及區帶數目；基於所指定之扇區數目而計算一扇區角度跨度；計算該多個區帶之各者之一徑向跨度，其中距離晶圓之中心具有一第一徑向距離之一第一區帶之徑向跨度不同於距離晶圓之中心具有一第二徑向距離之一第二區帶之徑向跨度；及基於各區帶之扇區角度跨度及徑向跨度將晶圓表面分割成複數個位點，其中該複數個位點具有均勻的位點區域。
本發明之一額外實施例係關於用於分割一晶圓表面之極座標格 分割方法。該方法可包含：指定在晶圓之一中心區域中極座標格分割所需之區帶之數目K及角度區段之數目M；基於所指定之區帶數目而計算一徑向區帶長度L；計算第i個徑向區帶之一角度跨度θi，其中i=1、2、3,...K；及基於各徑向區帶之該徑向區帶長度L及該角度跨度θ而將晶圓表面分割成複數個位點，其中該複數個位點具有均勻的位點區域。
應瞭解，前述整體描述及下列詳細描述兩者僅為例示性及解釋性而非對本發明有限制性。併入本說明書且構成本說明書之一部分之附圖繪示本發明之標的。該等描述及圖式一起用來解釋本發明之原理。
502‧‧‧區域
1802‧‧‧反饋回路
1804‧‧‧晶圓幾何工具
2600‧‧‧晶圓檢查系統
2602‧‧‧光學系統
2604‧‧‧基於位點之高階晶圓形狀分析模組
熟習此項技術者可參考附圖而更好地瞭解本發明之諸多優點，其中：圖1係繪示一基於位點之高階形狀分析方法的一流程圖；圖2係描繪一笛卡爾座標格分割方案的一示意圖；圖3係描繪一極座標格分割方案的一示意圖；圖4係描繪經組態用於提供均勻的量測位點區域之一極座標格分割方案的一示意圖；圖5係描繪經組態用於提供均勻的量測位點區域之另一極座標格分割方案的一示意圖；圖6係描繪針對各量測位點所獲得之位點影像形狀資料的一示意圖；圖7係描繪一位點形狀影像、兩個表面擬合影像及對應偏差(殘餘)影像的一示意圖；圖8A係描繪一例示性晶圓形狀影像的一示意圖；圖8B係描繪圖8A之例示性晶圓形狀影像之X輪廓的一示意圖； 圖9係描繪根據本發明之基於位點之高階形狀分析之各種圖形表示的示意圖；圖10A係描繪基於位點之高階形狀分析之一偏差圖的一示意圖；圖10B係描繪基於位點之高階形狀分析之二階係數衍生圖的一示意圖；圖11A係描繪另一例示性晶圓形狀影像的一示意圖；圖11B係描繪圖11A之例示性晶圓形狀影像在-45°定向中的輪廓的一示意圖；圖12至圖13係描繪根據本發明之基於位點之高階形狀分析之各種圖形表示的一示意圖；圖14係描繪根據本發明之存在於極座標空間中的基於位點之高階形狀分析之各種圖形表示的一示意圖；圖15A係描繪使用一基於像素之一形狀斜率計算程序而獲得之高階形狀度量的一示意圖；圖15B係描繪使用一多項式擬合程序而獲得之高階形狀度量的一示意圖；圖16係繪示一場內資料分析方法的一流程圖；圖17係描繪一微影場內的及橫跨一晶圓內之多個場的預定目標位置數目的一示意圖；圖18係描繪相對於一時間線之一晶圓微影程序的一示意圖；圖19係描繪當晶圓唇緣之量值增大時所經歷之氮化物薄化量之間的關係的一示意圖；圖20係繪示利用基於位點之高階形狀分析來控制一化學機械研磨或拋光(CMP)程序的一流程圖；圖21係描繪夾緊之前及之後之接觸間隙的一示意圖；圖22係描繪接觸間隙與基於位點之形狀曲率度量之間之所觀察 到之相關性的一示意圖；圖23係繪示對規格發展利用基於位點之高階形狀分析的一流程圖；圖24係繪示對一未圖案化晶圓幾何控制程序利用基於位點之高階形狀分析的一流程圖；圖25係繪示對程序均勻性控制利用基於位點之高階形狀分析的一流程圖；圖26係繪示根據本發明之用於檢查一晶圓之一系統的一方塊圖；圖27係繪示根據本發明之一極座標格分割方法的一流程圖；及圖28係繪示根據本發明之另一極座標格分割方法的一流程圖。
現將詳細參考所揭示之標的，其繪示於附圖中。
本發明係關於基於局部化形狀以改良晶圓高階形狀(HOS)特徵化及晶圓分類之結果之系統及方法。根據本發明，將一晶圓圖分割成複數個量測位點區域以改良晶圓形狀表示之完整性。此方法因此可稱為基於位點之高階形狀分析方法。
圖1係繪示根據本發明之基於位點之高階形狀分析方法100之主要步驟之一流程圖。可在步驟102中產生資料獲取及HOS處理方法。資料獲取及HOS處理方法可指定在稍後步驟中將如何分割各種晶圓表面圖。步驟104可直接利用晶圓尺寸幾何工具(諸如來自KLA-Tencor之WaferSight度量系統)獲取晶圓表面影像。然而，可設想晶圓形狀影像、晶圓正面及背面形狀影像或類似者亦可間接使用其他度量衡工具而建構。隨後，步驟106可將晶圓圖分割成複數個量測位點區域，及步驟108可基於步驟104中所獲得之晶圓形狀資訊(例如，晶圓形狀、正面及/或背面、影像圖或類似者)計算複數個量測位點區域之各者之 HOS度量。步驟110可接著報告基於位點之HOS度量且亦可根據自動或手動設定臨限值而分組/分類位點及晶圓。
更具體言之，基於位點之高階形狀之處理方法可基於笛卡爾座標格分割區或極座標格分割區而產生。圖2係描繪一笛卡爾座標格分割區之一示意圖。可設想可根據所要的空間解析度及與其他量測或程序設定之對準之需求而選擇位點陣列之不同位點大小及位移。如圖中所繪示，除晶圓邊緣區域處之部分位點外，笛卡爾座標晶圓表面分割區中的全部位點皆具有相同位點區域。
替代地，晶圓表面亦可分割成極座標格以進行HOS分析。極座標格分割區提供一更好的晶圓邊緣區域疊對。圖3係描繪具有6個區帶及6個扇區之一例示性極座標格分割區之一示意圖。在此分割方案中，所有極座標位點皆具有相同的徑向區帶長度L及相同的扇區角度跨度θ。第i個區帶之區帶邊界可藉由下列方程式而判定：γ i =iL及γ i-1=(i-1)L,,i=1,2,3,...K
例如，第一區帶為具有半徑γ 1=L之一圓形區帶，第二區帶為由具有一外徑γ 2=2L之一外部區域定義之一環形區帶且不包括具有一內徑γ 1=L之一內部區域等等。此外，極座標位點之區域A可藉由下列方程式所判定： ,i=1,2,3,...K
其中K為極座標分割區中的區帶數目且KL=R為晶圓半徑。
儘管此例示性極座標格分割區可用於HOS分析，然而應瞭解，由此分割方案定義之位點區域可大幅變異。例如，在圖3中所展示之方案中，晶圓邊緣中的位點區域對晶圓中心中的位點區域之比率為11。位點區域中的此等變異可導致HOS量測值中的大散佈且影響精確的晶圓形狀特徵化。
本發明因此提供能將晶圓表面分割成均勻區域之新的極座標格 分割方案。根據本發明之第一極座標格分割方案採用非均勻徑向跨度及定義分割區且將第i個區帶之位點區帶邊界定義為：及 ,i=1,2,3,...K
其中L係由分割區中的晶圓半徑R及最大區帶數目K而判定為：
根據上文所描述之極座標格分割方案，扇區角度跨度θ保持恆定及各區帶之徑向跨度可變異以保持位點區域均勻。例如，對於如圖3中所描繪之相同數目之扇區及區帶，在圖4中繪示根據此新的分割方案而產生之極座標位點。應注意，全部極座標位點現具有相同區域且可用於改良晶圓形狀分析之精確性。
替代地，根據本發明之第二極座標格分割方案可調整各區帶半徑中的位點之角度跨度θ以獲得均勻的位點區域同時保持徑向長度恆定。在此情況中，第i個徑向區帶之角度跨度可利用下列方程式而判定： ,i=1,2,3,...K
其中M為晶圓中心區域(在圖5中識別為區域502)中的角度區段之數目及K為區帶數目。
對於情況M=6及K=6使用第二分割方案，可獲得如圖5中所展示之具有均勻位點區域之極座標位點分割區，其具有良好的晶圓邊緣區域疊對、良好的位點空間解析度且提供區域均勻性。
可設想類似於上文所描述之藉由保持徑向長度恆定且改變角度跨度而維持均勻位點區域或反之亦然之兩個方案，均勻位點區域極座標分割區亦可藉由同時改變徑向長度及角度跨度兩者而獲得。此外，如上文實例所描述之具有6個區帶及6個扇區之極座標格分割區僅用於繪示目的。可設想在不脫離本發明之精神及範疇之情況下，可改變區 帶數目及扇區數目。
如圖1中所繪示，一旦晶圓圖被分割且獲得晶圓形狀資訊，則步驟108可基於所獲得之晶圓形狀資訊而計算複數個均勻量測位點區域之各者之HOS度量。更特定言之，鑒於位點影像形狀資料I(x,y)，在如圖6A中所展示之笛卡爾座標晶圓分割區中，可如由下列三個方程式所定義而計算下列階數為0至2之最佳擬合表面，其中N為所給定之位點影像中的有效像素之數目，及此等方程式中的表面係數C(i,j)可藉由最小均方誤差(LMS)方法而判定。例如，位點影像之平均位準可以如下計算：
另外，位點影像之一階最佳擬合表面可依如下計算：P c (x,y)=C(0,0)+C(1,0)x+C(0,1)y
及位點影像之第二階最佳擬合表面可依如下計算：S c (x,y)=C(0,0)+C(1,0)x+C(0,1)y+C(2,0)x 2+C(1,1)xy+C(0,2)y 2
可設想位點影像之較高階(階數大於2)最佳擬合表面可經計算以特徵化複雜的晶圓表面幾何形狀。另外，用於不同表面擬合階數之對應非可校正形狀分量亦可經計算以使較高階程序參數相關聯。
例如，輸入位點影像I(x,y)與位點位準Lc及兩個最佳擬合表面Pc(x,y)及Sc(x,y)之偏差可以如下計算：D 0(x,y)=I(x,y)-L c
D 1(x,y)=I(x,y)-P c (x,y)
D 2(x,y)=I(x,y)-S c (x,y)
此等偏差影像(D0、D1及D2)係藉由自各量測位點之原始表面減去多項式擬合表面而獲得。其等表示無法藉由對應零階、一階及二階表面方程式描述且因此無法藉由對應零階、一階及二階表面校正程序校 正之較高階形狀分量。此等各種偏差度量亦可稱為殘餘或形狀殘餘，及各種偏差/殘餘可藉由改變擬合多項式之階數而獲得。連同表面係數，此等偏差影像可提供關於晶圓形狀之豐富資訊且可用於有效地特徵化且分類晶圓。
例如，可基於表面係數計算各量測位點之晶圓形狀資訊(可稱為表面形狀度量)可包含X Slope=C(1,0)，其表示沿x方向之以nm/mm為單位之平均位點影像斜率；Y Slope=C(0,1)，其表示沿y方向之以nm/mm為單位之平均位點影像斜率；，其表示以nm/mm為單位之位點影像斜率之量值；及，其表示以nm/mm 2為單位之二階表面分量之量值。應注意，一階多項式擬合係數之量值為形狀斜率之量值，及二階多項式擬合係數之量值為形狀曲率或簡單形狀曲率之量值。可設想其他較高階多項式擬合係數之量值可以一類似方式導出。
額外位點斜率度量亦可自表面係數及由晶圓表面上的位點中心位置所判定之位點位置角度(如圖2中所描繪)導出。例如，可以計算量測位點之徑向斜率，以nm/mm為單位，及可以計算量測位點之切線斜率，以nm/mm為單位。
儘管形狀斜率及形狀曲率之量值係定義於上述方程式中，然而可設想，若獲取更詳細的二階分量，則其等可自三個表面分量C(2,0)、C(1,1)及C(0,2)獲得，其等提供關於局部形狀之二階形狀曲率描述。例如，可獲得沿x方向的曲率為X Curvature=C(2,0)，可獲得沿y方向的曲率為Y Curvature=C(0,2)，及可獲得沿(x=y)方向的曲率為XY Curvature=C(1,1)。
此外，下列偏差度量亦可由以nm為單位之偏差影像而建構：PD 0=max[D 0(x,y)]；VD 0=min[D 0(x,y)]；
PD 1=max[D 1(x,y)]；VD 1=min[D 1(x,y)]；
PD 2=max[D 2(x,y)]；VD 2=min[D 2(x,y)]；
可設想此等偏差度量可提供關於晶圓形狀在某些校正程序之後之資訊。例如，度量PD 0指示位點調平操作之後之最大正誤差，及度量MD 1表示活塞/傾斜校正(其可在自動對焦程序中藉由步進器/掃描器而實施)之後的平均偏差誤差，及MD 2給定關於高於二階之表面分量之資訊。
圖7繪示一原始位點形狀影像I(x,y)及其對應的兩個偏差影像D 1(x,y)及D 2(x,y)，其中原始形狀影像中的形狀分量之分佈可自兩個偏差影像清晰可見。應注意，若原始形狀影像僅具有一階之形狀分量，則D 1(x,y)將為一全零平面。類似地，若原始影像僅具有高達二階之形狀分量，則二階偏差影像D 2(x,y)將為一全零平面。
可設想在步驟108中計算量測位點區域之各者之HOS度量可在步驟110中以報告為目的而用於分組/分類位點區域。另外，自動或手動設定臨限值可用於使基於位點之高階形狀分析結構可視化。例如，圖8展示一晶圓形狀影像及其之X輪廓。此晶圓在晶圓邊緣區域處具有較高形狀斜率且在40毫米的晶圓半徑區域處具有比線性項目較高階分量。可根據上文所描述之方程式而計算X斜率度量圖、Y斜率度量圖、徑向斜率圖及切線斜率圖，且經計算之度量值可呈現給如圖9中所展示之一對應圖中的各量測位點。替代地/另外，亦可在量測結果檔案(例如，一基於文字或機器可讀結果檔案)中報告經計算之形狀度量及分類結果。
在圖9中所展示之圖中，可根據經計算之位點度量值及陰影/著色規則對各位點加陰影(或基於特定實施方案著色)。例如，若一位點之度量值低於一下限值，則該位點可以一第一方式加陰影/著色，若位點之度量值介於下限值與一上限值之間，則該位點可以一第二方式加陰影/著色，或若位點之度量值高於上限值，則該位點可以一第三方式加陰影/著色。可設想下限值及上限值可由使用者手動設定以分類位點及晶圓。替代地，可自動判定臨限值。例如，可首先計算全部位點之絕對度量值之一中間值且用作為下限值。上限值可隨後被定義為該下限值的兩倍。然而，應瞭解，利用兩個臨限值僅具例示性。在不脫離本發明之精神及範疇之情況下，用於分組/分類量測位點之臨限值之數目可變異。此外，臨限值亦可如上文所描述而進行不同判定。
很顯然，圖9中所展示的四個斜率圖描述不同定向中的晶圓形狀斜率且提供全面的晶圓形狀資訊。徑向斜率圖及切線斜率圖指示：晶圓邊緣區域中的晶圓形狀比內部區域中的晶圓形狀具有更大的斜率，及該晶圓形狀在切線方向上具有非常平滑的形狀輪廓。此外，為獲得較高階分量之形狀資訊，可利用來自一階偏差圖之度量(諸如PVD1)或來自二階擬合係數之度量(諸如T2)。圖10展示偏差PVD1圖及二階係數導出T2圖。偏差PVD1圖及二階係數導出T2圖兩者皆特徵化高於一階之晶圓形狀分量，且其等兩者皆展示在40毫米之晶圓半徑的鄰近區域中有更大的較高階分量。T2度量圖亦指示在晶圓邊緣位點中有較高階形狀分量。
圖11展示另一例示性晶圓形狀影像及其在-45°定向中的輪廓。在圖12中展示對應四個斜率度量圖。如圖12中所指示，東南方向的晶圓邊緣區域中的高形狀斜率係藉由此等斜率度量圖而偵測。另外，切線斜率圖展示：此晶圓在3點鐘及6點鐘方向的晶圓邊緣區域中具有比其他晶圓邊緣區域更高的切線斜率分量。此外，圖13展示PVD1圖、T2 圖及PVD2圖，其中PVD2圖清楚地展示晶圓中心區域中的深形山谷中具有高於二階之形狀分量。可設想對使用者提供使如圖12及圖13中所描繪之資訊可視化之能力能在各種情況中被理解。然而，亦可設想在不脫離本發明之精神及範疇之情況中，此資訊可以一分類結果檔案(例如，一基於文字或機器可讀結果檔案)而報告。
儘管上文所描述之表面擬合係數及偏差影像係定義於笛卡爾座標(x,y)影像位點分割區上，然而該等原理及方法亦可擴展至極座標(γ,β)分割區。例如，若極座標位置係用於HOS特徵化，則所獲取之晶圓影像圖(通常在笛卡爾座標空間中)可首先轉換/變換成極座標空間。接著可將整個晶圓極座標影像分割成矩形極座標空間資料區塊I(γ,β)，如圖6B中所展示。此等極座標空間資料區塊之邊界係藉由(例如，自圖3、圖4或圖5中所描述之方案)所選擇之特定分割方案而定義。即，圖6B中的極座標位點影像對應於基於所選擇之分割方案之圖3、圖4或圖5中的一位點區域，及圖3、圖4及圖5中的笛卡爾座標空間中所展示之極座標位點變為圖6B中所描繪之極座標空間中的矩形資料區塊。
表面擬合及偏差影像計算現可計算為如下：
P p (γ,β)=C(0,0)+C(1,0)γ+C(0,1)β
S p (γ,β)=C(0,0)+C(1,0)γ+C(0,1)β+C(2,0)γ 2+C(1,1)γβ+C(0,2)β 2
類似地，輸入位點影像I(γ,β)與位點位準Lp及兩個最佳擬合表面P p (x,y)及S p (γ,β)之偏差可以如下計算：D 0(γ,β)=I(γ,β)-L p
D 1(γ,β)=I(γ,β)-P p (γ,β)
D 2(γ,β)=I(γ,β)-S p (γ,β)
額外位點斜率度量亦可自表面係數導出。例如，可以Radial Slope=C(1,0)計算量測位點之徑向斜率，其表示沿γ方向之平均位點影像形狀斜率，及可以Tangential Slope=C(0,1)計算量測位點之切線斜率，其表示沿β方向之平均位點影像形狀斜率。此外，可自徑向形狀斜率、切線形狀斜率及位點中心角度Ω(如圖5中所描繪)而計算極座標空間分割區中的X形狀斜率及Y形狀斜率值。例如，可以X Slope=Radial Slope * cos(Ω)-Tangential Slope * sin(Ω)計算X形狀斜率，及可以Y Slope=Radial Slope * sin(Ω)+Tangential Slope * cos(Ω)計算Y形狀斜率。亦可以類似於上文所描述之一方式而計算其他度量(諸如T1及T2)。T1及T2提供形狀斜率之量值及二階形狀分量或形狀曲率分量之量值。
類似於上文所描述之笛卡爾座標空間，針對極座標空間中的量測位點區域之各者而計算之HOS度量亦可以報告為目的而用於分組/分類位點區域。例如，圖14展示利用極座標分割而分割之一例示性晶圓之X斜率度量圖、Y斜率度量圖、徑向斜率圖及切線斜率圖。應瞭解，圖14中所描繪之極座標空間分割方案僅具例示性。在不脫離本發明之精神及範疇之情況下，圖4及圖5中所描繪之均勻位點區域分割方案亦可用於報告目的。此外，可設想極座標分割可提供較好的晶圓形狀特徵化及與某些應用中的處理資訊之較好的相關性。
作為如上述基於跨位點/極座標扇區之擬合一階多項式來計算HOS度量的一種替代方式，亦可採用經由數值計算方法(諸如，前向差分、後向差分及中心差分方法)以用於形狀斜率計算之另一技術來計算每個像素位置處的X斜率、Y斜率、徑向斜率及切線斜率(可共同稱為x/y/徑向/切線分量)。例如，繼有效率地擷取局部形狀斜率效應且以影像及基於文字之資料輸出形式對使用者報告之後，可將基於像素之形狀斜率圖(x/y/徑向/切線分量)分段成若干位點/極座標扇區，且對各位點/極座標扇區報告形狀斜率(x/y/徑向/切線分量)之一平均值。 類似地，可報告每個位點/極座標扇區之最大/最小範圍及其他值。出於繪示目的，在圖15A中展示由若干位點分割之一晶圓之平均徑向形狀斜率之一輪廓影像。亦將此與經由先前所描述多項式擬合之及如圖15B中所描述之斜率計算相比較。
觀察到，斜率計算之兩種方法(即，基於擬合一階多項式或替代地基於數值計算方法)產生非常類似的結果。因此可設想步驟108可利用任一方法來計算量測位點之度量。進一步可設想其他替代計算方法亦可用於計算上文所描述之各種度量。在不脫離本發明之精神及範疇之情況下，可變異所利用之特定方程式及/或方法。
亦觀察到，上文所描述之度量提供各場/位點之度量值。此等度量值在定義上適於執行場內(場至場變異)資料分析，但並不最適於執行場內(在場變異內)資料分析。然而，可設想根據本發明之方法可經調適以提供每個量測位點之多個資料點(可稱為目標)之度量。因此，對各位點提供多個資料點之度量將支持場內資料分析，其可在各種晶圓量測應用中被瞭解。
圖16描述用於執行場內資料分析之一新方法。步驟1602可接收晶圓形狀資料作為輸入及步驟1604可藉由像素位準計算或藉由如上文所描述之多項式擬合計算方法而計算形狀斜率資料。通常使用微影疊對變異之實例來量測一微影場內且橫跨一器件晶圓內之多個場之諸多預定目標位置處之疊對誤差。此展示於圖17中。橫跨晶圓1702之此等目標位置可反饋至晶圓幾何工具以用作為形狀斜率度量或形狀斜率殘餘度量量測之取樣位置。形狀斜率殘餘度量之發展及用途係描述於：美國專利申請案第13/476,328號P.Vukkadala等人之「Overlay and Semiconductor Process Control Using a Wafer Geometry Metric」，該案之全文以引用方式併入本文中。此外，在圖18中繪示用於將處理量測位置反饋至晶圓幾何工具1804之反饋回路1802，其描繪相對於一時間 線之一晶圓微影程序。
步驟1606接著可獲得某些使用者所指定之目標位置之形狀斜率資料及其他較高階形狀(HOS)資料，及步驟1608可利用此等目標位置處的形狀斜率資料來學習場內微影程序變異(諸如疊對變異)。此等目標位置處所量測之HOS值可接著在步驟1610中用於執行場內資料分析。例如，步驟1610可(使用可視色彩圖或統計相關性分析)比較此等目標位置處所量測之HOS值與處理資料(諸如疊對誤差)以識別HOS值與程序變異之間的相關性。此等分析可用於評估HOS對場內程序變異之影響。
可設想替代方法亦可用於評估HOS對場內程序變異之影響。例如，可將(每個場之若干目標處及橫跨晶圓之多個場處所量測之)處理資料(諸如疊對資料)分割且重新格式化成若干位點(場)及扇區，完全類似於與對應晶圓幾何資料一起使用之分割方案。因此，可針對橫跨晶圓之多個場/扇區計算每個場/扇區之度量(諸如，平均疊對、峰谷疊對及類似者)。此可接著相較於基於位點或基於扇區之晶圓幾何度量以評估晶圓幾何變異(HOS)對場內程序變異之影響。
可設想根據本發明之基於位點之高階形狀分析方法及系統可在各種其他晶圓分析應用中被瞭解。例如，上文所描述之各種HOS度量可用於控制一化學機械研磨或拋光(CMP)程序。
更具體言之，2011年電化學學會期刊(JES)第158卷第10號第H1002-H1009頁P.Vukkadala等人之「Impact of Wafer Geometry on CMP for Advanced Nodes」中所報告之模型化模擬結果展示CMP程序(諸如淺溝渠隔離(STI))之均勻性高度取決於一晶圓之形狀之較高階分量。此繪示於圖19中，其展示所經歷之氮化物薄化量隨晶圓唇緣(一較高階形狀分量)之量值的增大而增加。用於量測一CMP程序期間之氮化物薄化之一典型方法係藉由量測STI步階高度。通常量測晶圓表 面上的有限數目點處之處理資料(諸如STI步階高度變異)。為評估處理資料與晶圓幾何度量之間的相關性，需要適當格式化該處理資料。用於格式化處理資料之方法取決於晶圓幾何度量之格式。例如，該處理資料將被分組成各種扇區且比較對該處理資料計算相關度量以與扇區度量。
因此，進行實驗以評估較高階形狀對CMP移除均勻性之影響。判定與STI步階高度變異處理資料具有良好相關性之徑向形狀斜率度量(基於位點/極座標扇區兩者)。因此，一未圖案化/覆膜之晶圓之徑向形狀斜率度量可用於控制CMP程序(諸如STI)之均勻性。此可藉由線內監測徑向形狀斜率以評估CMP量之非均勻性而達成，一引入晶圓可在一CMP程序之後完全展現。
此繪示於圖20中，其中在裸露/未圖案化晶圓位準處以及稍後若干程序步驟(恰在晶圓正要經歷CMP之前)時量測晶圓幾何(包含HOS)。可以此方式藉由如下判定兩件事：(i)藉由計算兩個晶圓幾何量測之間的較高階形狀差異給定由晶圓處理導致之較高階形狀量之一指示；及(ii)藉由使較高階形狀(例如，徑向形狀斜率)與橫跨晶圓之CMP移除變異相關聯，一模型可經開發以預測可因一給定晶圓較高階形狀所引起之CMP變異量。晶圓高階形狀之適當臨限值可經開發以使CMP變異量受限於一可接受位準。因此，一線內晶圓幾何(較高階形狀)監測器可用於：(i)接受/剔退一晶圓以進行一特定處理，(ii)識別包含較大的較高階形狀之程序步驟以進行進一步的根本原因分析，及(iii)將傳入之晶圓分成技術節點特定小格。
基於位點之較高階形狀度量之晶圓應用之另一實例在於監測晶圓形狀對微影程序之影響。在使用微影程序圖案化一晶圓期間，晶圓藉由分別使用真空或靜電力而首先固持在一真空或靜電力夾盤上(基於微影技術)。當晶圓使用一力固持在一夾盤上時，主要歸因於晶圓 形狀之晶圓與夾盤之間的初始間隙被減小。在理想上，期望晶圓背面與夾盤完全接觸而具有零接觸間隙。然而，實際上，接觸間隙為晶圓幾何之一函數。接觸間隙會導致失焦誤差且需要被監測及控制。此前，沒有度量來監測夾緊期間的接觸間隙。
圖21繪示因夾緊引起的接觸間隙之變化。因此，具有幾萬節點之一三維有限元素模型可經發展以模擬晶圓及夾盤相互作用。該模型之鍵盤輸入參數可包含晶圓幾何、夾盤幾何及所施加之真空/靜電壓力。可假定晶圓之整個表面上的均勻夾緊壓力開發此模型。該模型之鍵盤輸出之一者可包含接觸間隙估計值。由於壓力及夾盤幾何係恆定的，所以可評估/觀察不同晶圓幾何對接觸間隙之影響。實驗結果已指示，接觸間隙為晶圓形狀之曲率之一函數且觀察到如圖22中所展示之接觸間隙與基於位點之形狀曲率度量之間的一良好相關性。因此，利用本發明之方法及系統所提供之基於位點之形狀曲率度量可用於監測/評估晶圓形狀對微影程序之影響。
除了利用HOS度量來控制一CMP及微影程序之外，可設想可在不脫離本發明之精神及範疇之情況下，HOS度量可用於控制其他程序。例如，圖23係描繪利用HOS度量用於規格發展的一流程圖，圖24係描繪一未圖案化晶圓幾何控制程序的一流程圖，及圖25係描繪程序均勻性控制的一流程圖，所有皆基於根據本發明所描述之HOS度量。亦可設想HOS度量可用於減輕疊對誤差之程序控制以及其他晶圓分析/控制應用。
圖26係描繪根據本發明之一晶圓檢查系統2600的一方塊圖。晶圓檢查系統2600包含經組態用於獲得一晶圓表面影像之一光學系統2602。如先前所描述，光學系統2602可直接利用晶圓尺寸幾何工具(諸如來自KLA-Tencor之WaferSight度量衡系統)而獲取晶圓表面影像。替代地，晶圓形狀影像、晶圓正面及背面形狀影像或類似者亦可 間接使用其他度量衡工具而建構。
晶圓檢查系統2600亦包含與光學系統2602通信之一基於位點之高階晶圓形狀分析模組2604。基於位點之高階晶圓形狀分析模組2604經組態以用於實施如上文所描述之基於位點之高階形狀分析方法100。經計算之高階形狀度量可隨後用作為控制輸入以用於各種下游應用2606，其包含(但不限於)CMP程序、晶圓規格發展程序、未圖案化晶圓幾何控制程序、晶圓均勻性控制程序或類似者。
圖27係繪示根據本發明之極座標格分割方法2700的一流程圖。步驟2702可指定極座標格分割所需之扇區數目及區帶數目。步驟2704可基於所指定之扇區數目而計算一扇區角度跨度。步驟2706可計算諸多區帶之各者之一徑向跨度。根據此分割方案，距離晶圓之中心具有一第一徑向距離之一第一區帶之徑向跨度不同於距離晶圓之中心具有一第二徑向距離之一第二區帶之徑向跨度。步驟2708可接著基於各區帶之扇區角度跨度及徑向跨度將晶圓表面分割成複數個位點。以此方式分割之位點具有均勻的位點區域。
圖28係繪示根據本發明之一替代極座標格分割方法2800的一流程圖。步驟2802指定在晶圓之一中心區域中極座標格分割所需之區帶之數目K及角度區段之數目M。步驟2804可基於所指定之區帶數目而計算一徑向區帶長度L。步驟2806可獨立計算第i個徑向區帶之一角度跨度θi，其中i=1、2、3,...K。步驟2808可隨後基於各徑向區帶之徑向區帶長度L及角度跨度θ而將晶圓表面分割成複數個均勻位點。以此方式分割之位點具有均勻的位點區域。
可設想儘管上述實例已參考晶圓度量衡量測，然在不脫離本發明之精神及範疇之情況下，根據本發明之系統及方法亦可適用於其他類型之拋光板。用於本發明中的術語「晶圓」可包含用於製造積體電路及其他器件以及其他薄拋光板(諸如，磁碟基板、塊規及類似者)之 一薄片半導體材料。
所揭示之方法可透過一單一生產器件及/或透過多個生產器件而實施為指令組。此外，應理解，所揭示之方法中的特定步驟或步驟層次為例示性方法之實例。應瞭解，基於設計參數，可重新配置方法中的特定順序或步驟層次同時保持在本發明之範疇及精神內。隨附方法主張一樣本順序中的各種步驟之存在元件，且不一定意謂受限於所存在之特定順序或階層。
據信，本發明之系統及方法及其許多隨附優點將藉由前述描述而瞭解，且應理解可在不脫離所揭示之標的或不犧牲其所有材料優點之情況下，對組件之形式、構造及配置作各種改變。所描述之形式僅具解釋性。

Claims (34)

  1. 一種用於檢查一晶圓之方法，其包括：定義一晶圓分割方案；獲得一晶圓表面影像；根據該晶圓分割方案將該晶圓表面影像分割成複數個量測位點；基於該所獲取之晶圓表面影像而計算該複數個量測位點之各者之複數個量測度量；及以一圖形表示法報告針對該複數個量測位點之各者所計算之該複數個量測度量。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括：以一量測結果檔案報告針對該複數個量測位點之各者所計算之該複數個量測度量。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包括：根據下列之至少一者而分類該複數個量測位點：一手動設定臨限值或一自動判定臨限值；及以下列之至少一者報告該等分類結果：一圖形表示法或一分類結果檔案。
  4. 如請求項1之方法，其中該晶圓分割方案為一笛卡爾座標格分割方案，該笛卡爾座標格分割方案將該等量測位點分割成複數個均勻的矩形位點區域。
  5. 如請求項1之方法，其中該晶圓分割方案為一極座標格分割方案。
  6. 如請求項5之方法，其中根據該極座標格分割方案分割之該等量測位點具有不均勻的位點區域。
  7. 如請求項5之方法，其中根據該極座標格分割方案分割之該等量測位點具有均勻的位點區域。
  8. 如請求項7之方法，其中該均勻的位點區域係藉由調整下列之至少一者而提供：一區帶之一徑向跨度或一扇區之一角度跨度。
  9. 如請求項1之方法，其中針對各量測位點所計算之該等量測度量包含下列之至少一者：藉由將多項式方程式擬合於該量測位點之該表面而獲得之複數個表面形狀度量；及藉由自該量測位點之原始表面減去多項式擬合表面而獲得之複數個偏差度量。
  10. 如請求項9之方法，其中各量測位點之表面形狀度量包含下列之至少一者：該量測位點沿x方向之一平均斜率；該量測位點沿y方向之一平均斜率；該量測位點斜率之一量值；該量測位點之一個二階表面分量之一量值；該量測位點之一徑向斜率；及該量測位點之一切線斜率。
  11. 如請求項9之方法，其中該等量測度量係基於利用下列之至少一者而獲得之表面係數而計算：一多項式擬合程序或一基於像素之形狀斜率計算程序。
  12. 如請求項1之方法，其中該等量測度量係用作為控制輸入以控制下列之至少一者：一化學機械研磨或拋光(CMP)程序、一晶圓規格發展程序、一未圖案化晶圓幾何控制程序或一晶圓均勻性控制程序。
  13. 如請求項1之方法，其中各量測位點之該等表面形狀度量進一步 包含形狀曲率資訊，且其中該形狀曲率資訊係用於評估在將晶圓夾緊於一微影夾盤上期間所發生之一接觸間隙之一影響。
  14. 如請求項1之方法，其進一步包括：接收複數個指定目標位置；獲得該複數個目標位置之各者之該複數個量測度量；及基於針對該複數個目標位置之各者而獲得之該複數個量測度量而執行場內資料分析。
  15. 一種用於檢查一晶圓之系統，其包括：一光學系統，其經組態用於獲得一晶圓表面影像；一基於位點之高階晶圓形狀分析模組，其與該光學系統通信，該基於位點之高階晶圓形狀分析模組經組態用於：定義一晶圓分割方案；根據該晶圓分割方案將該晶圓表面影像分割成複數個量測位點；基於該所獲取之晶圓表面影像而計算該複數個量測位點之各者之複數個量測度量；及以一圖形表示法報告針對該複數個量測位點之各者所計算之該複數個量測度量。
  16. 如請求項15之系統，其中該基於位點之高階晶圓形狀分析模組經進一步組態用於：以一量測結果檔案報告針對該複數個量測位點之各者所計算之該複數個量測度量。
  17. 如請求項15之系統，其中該基於位點之高階晶圓形狀分析模組經進一步組態用於：根據下列之至少一者分類該複數個量測位點：一手動設定臨限值或一自動判定臨限值；及 以下列之至少一者報告該等分類結果：一圖形表示法或一分類結果檔案。
  18. 如請求項15之系統，其中該晶圓分割方案為一笛卡爾座標格分割方案，該笛卡爾座標格分割方案將該等量測位點分割成複數個均勻的矩形位點區域。
  19. 如請求項15之系統，其中該晶圓分割方案為一極座標格分割方案。
  20. 如請求項19之系統，其中根據該極座標格分割方案分割之該等量測位點具有不均勻的位點區域。
  21. 如請求項19之系統，其中根據該極座標格分割方案分割之該等量測位點具有均勻的位點區域。
  22. 如請求項21之系統，其中該均勻的位點區域係藉由調整下列之至少一者而提供：一區帶之一徑向跨度或一扇區之一角度跨度。
  23. 如請求項15之系統，其中針對各量測位點所計算之該等量測度量包含下列之至少一者：藉由將多項式方程式擬合於該量測位點之該表面而獲得之複數個表面形狀度量；及藉由自該量測位點之該原始表面減去多項式擬合表面而獲得之複數個偏差度量。
  24. 如請求項23之系統，其中各量測位點之表面形狀度量包含下列之至少一者：該量測位點沿x方向之一平均斜率；該量測位點沿y方向之一平均斜率；該量測位點斜率之一量值；該量測位點之一個二階表面分量之一量值； 該量測位點之一徑向斜率；及該量測位點之一切線斜率。
  25. 如請求項23之系統，其中該等量測度量係基於利用下列之至少一者而獲得之表面係數而計算：一多項式擬合程序或一基於像素之形狀斜率計算程序。
  26. 如請求項15之系統，其中該等量測度量係用作為控制輸入以控制下列之至少一者：一化學機械研磨或拋光(CMP)程序、一晶圓規格發展程序、一未圖案化晶圓幾何控制程序或一晶圓均勻性控制程序。
  27. 如請求項15之系統，其中各量測位點之該等表面形狀度量進一步包含形狀曲率資訊，及其中該形狀曲率資訊係用於評估將晶圓夾緊於一微影夾盤上期間所發生之一接觸間隙之一影響。
  28. 如請求項15之系統，其中該基於位點之高階晶圓形狀分析模組經進一步組態用於：接收複數個指定目標位置；獲得該複數個目標位置之各者之該複數個量測度量；及基於針對該複數個目標位置之各者而獲得之該複數個量測度量而執行場內資料分析。
  29. 一種用於分割一晶圓表面之一極座標格分割方法，該方法包括：指定該極座標格分割所需之扇區數目及區帶數目；基於所指定之扇區數目而計算一扇區角度跨度；利用一電腦或一處理器來計算該多個區帶之各者之一徑向跨度，其中距離該晶圓之中心具有一第一徑向距離之一第一區帶之該徑向跨度不同於距離該晶圓之中心具有一第二徑向距離之一第二區帶之徑向跨度；及 基於各區帶之該扇區角度跨度及該徑向跨度將該晶圓表面分割成複數個位點，其中該複數個位點具有均勻的位點區域。
  30. 如請求項29之極座標格分割方法，其中當該第一徑向距離小於該第二徑向距離時，該第一區帶之該徑向跨度大於該第二區帶之該徑向跨度。
  31. 如請求項29之極座標格分割方法，其中第i個徑向區帶之徑向跨度被定義為邊界之間的跨度：及i=1,2,3,...K其中，及R為晶圓之半徑及K為區帶數目。
  32. 一種用於分割一晶圓表面之極座標格分割方法，該方法包括：指定在該晶圓之一中心區域中該極座標格分割所需之區帶之數目K及角度區段之數目M；基於所指定之區帶數目而計算一徑向區帶長度L；利用一電腦或處理器以獨立計算第i個徑向區帶之一角度跨度θi，其中i=1、2、3,...K；及基於各徑向區帶之該徑向區帶長度L及該角度跨度θ而將該晶圓表面分割成複數個位點，其中該複數個位點具有均勻的位點區域。
  33. 如請求項32之極座標格分割方法，其中對於i>1，角度跨度θi小於角度跨度θi-1。
  34. 如請求項32之極座標格分割方法，其中第i個徑向區帶之角度跨度θi係根據下列方程式而計算：
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