TW201543016A - 半導體晶圓應力分析 - Google Patents

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Abstract

根據實施例之態様，一種方法可包括基於干涉術在沿半導體晶圓之掃描線之複數個部位處測量該晶圓之表面膜之膜厚度。該方法亦可包括基於干涉術在該複數個部位處測量該半導體晶圓之基材之基材厚度。另外，該方法可包括基於光學測量技術沿該掃描線測量該半導體晶圓之曲率。此外，該方法可包括基於在該複數個部位處之該所測量膜厚度、基於在該複數個部位處之該所測量基材厚度、及基於沿該掃描線之該所測量曲率，判定沿該掃描線的該表面膜之應力。

Description

半導體晶圓應力分析
本揭露中論述之實施例係關於半導體晶圓應力分析。
一般而言，藉由數個處理步驟將積體電路形成在半導體晶圓基材上。這些步驟包括所屬技術領域中已知的沈積、蝕刻、植入、摻雜及其他半導體處理步驟。
典型地，藉由沈積程序將薄膜形成在晶圓表面上。舉例而言，這些薄膜可包括二氧化矽、AlSi、Ti、TiN、PECVD氧化物、PECVD氮氧化物、摻雜玻璃、矽化物、SiN等。
最小化或控制由表面膜所誘發之Si應力經常係重要的。舉例而言，高表面應力可引起矽化物起皺(lifting)、空隙或破裂之形成及其他可不利地影響可能經製造於晶圓上之半導體裝置(例如，積體電路)的狀況。實務上，隨著電路整合程度增加，表面應力可能更成為有問題的，並且當製造大型積體(LSI)、極大型積體(VLSI)及超大型積體(ULSI)半導體裝置時尤其造成困擾。
半導體晶圓中表面膜之應力可為壓縮或拉伸。表面膜中之壓縮應力可引起晶圓往凸方向稍微翹曲，而表面膜中之拉伸應力可引起晶圓往凹方向稍微翹曲。因此，壓縮及拉伸應力兩者均可引起半 導體晶圓之表面偏離精確平面性。可以晶圓表面之曲率半徑來表達偏離平面性的程度。
因為半導體晶圓上的表面膜之應力所可能引起的問題，能夠測量此類應力係所欲的。舉例而言，測量結果可用以識別很可能提供低半導體裝置良率或可能生產易於早期故障之半導體裝置的晶圓。
在數學方面，通常由函數來表達表面膜應力，該函數包括晶圓之矽基材部分之楊氏模數(Young’s modulus)、基材之泊松比(Poisson ratio)、基材之厚度、膜厚度，及歸因於表面膜應力的晶圓之曲率半徑。作為慣例，曲率半徑之負值指示壓縮應力，而正值指示拉伸應力。
本文主張之申請標的不限於解決任何缺點之實施例或僅操作於諸如上述環境中之實施例。而是，提供此背景僅是為了說明可實踐本文中所述之實施例的例示技術領域。
根據實施例之態様，一種方法可包括基於干涉術在沿半導體晶圓之掃描線之複數個部位處，測量該晶圓之表面膜之膜厚度。該方法亦可包括基於干涉術在該複數個部位處測量該半導體晶圓之基材之基材厚度。另外，該方法可包括基於光學測量技術沿該掃描線測量該半導體晶圓之曲率。此外，該方法可包括基於在該複數個部位處之該所測量膜厚度、基於在該複數個部位處之該所測量基材厚度、及基於沿該掃描線之該所測量曲率，判定沿該掃描線的該表面膜之應力。
藉由申請專利範圍中特別指出之元件、特徵、以及組合，至少將實現並達成該等實施例之目的及優點。
如申請專利範圍，前述一般描述及以下的詳細描述兩者都屬於例示性及闡釋性，並不用來限制本發明。
100‧‧‧晶圓測量裝置；裝置
102‧‧‧厚度測量系統
104‧‧‧曲率測量系統
106‧‧‧運算系統
108‧‧‧半導體晶圓；晶圓
110‧‧‧掃描線
112‧‧‧中心
120‧‧‧圖案
122‧‧‧部位
150‧‧‧處理器
152‧‧‧記憶體
154‧‧‧資料儲存器
200‧‧‧方法
202‧‧‧方塊
204‧‧‧方塊
206‧‧‧方塊
208‧‧‧方塊
300‧‧‧方法
302‧‧‧方塊
304‧‧‧方塊
306‧‧‧方塊
308‧‧‧方塊
將透過使用附圖以額外特定性及細節來描述及解說例示性實施例，其中：圖1A係表示經組態以判定關於半導體晶圓之應力之例示性晶圓測量裝置之圖示；圖1B繪示圖1A之半導體晶圓之例示性掃描線；圖1C繪示圖1A及圖1B之半導體晶圓之例示性圖案，其中厚度可經測量；圖2係判定半導體晶圓之膜應力的例示性方法之流程圖；及圖3係偵測半導體晶圓之不規則部分的例示性方法之流程圖。
如下文之詳細論述，本揭露係關於用以判定半導體(例如，矽)晶圓之應力的系統及方法。具體而言，可判定沿半導體晶圓之一或多個掃描線的半導體晶圓之表面膜的應力(「膜應力」)。可基於沿掃描線之膜之厚度(「膜厚度」)、基於半導體晶圓之基材之厚度(「基材厚度」)及基於沿掃描線的半導體晶圓之曲率來判定膜應力。
在本揭露中所描述之一些實施例中，晶圓測量裝置可經組態以在沿掃描線之一或多個部位處測量晶圓之膜厚度及基材厚度。在本揭 露中，膜厚度測量及基材厚度測量可以一般用語「厚度測量」來統稱或個別指稱。類似地，在本揭露中，膜厚度及基材厚度可以一般用語「厚度」來統稱或個別指稱。此外，晶圓測量裝置可經組態以測量沿掃描線的半導體晶圓之曲率。晶圓測量裝置可經組態以基於掃描線的相對應厚度及曲率測量來判定沿掃描線之各者的相對應膜應力。
相形之下，判定半導體晶圓之膜之應力的許多其他系統及裝置係基於與整個半導體晶圓相關聯之平均厚度估計、基於與整個半導體晶圓相關聯之平均曲率估計、或基於平均厚度估計及平均值曲率估計兩者，來進行判定半導體晶圓之膜之應力。然而，半導體晶圓表面可能相當不規則，使得關於半導體晶圓之特定掃描線的平均厚度估計或平均值曲率估計可能實質上不精確。因此，與正在使用的其他系統及方法相比，在本揭露中所揭示用於判定應力之晶圓測量裝置及相對應方法可提供更佳且更精確的半導體晶圓應力判定。
將參考附圖解說本揭露之實施例。
圖1A係表示根據本揭露之至少一實施例配置經組態以判定關於半導體晶圓(「晶圓」)108之應力的例示性晶圓測量裝置100(「裝置100」)之圖示。裝置100可包括厚度測量系統102、曲率測量系統104及運算系統106。
運算系統106可包括處理器150、記憶體152、及資料儲存器154。處理器150、記憶體152及資料儲存器154可經通訊耦合。運算系統106可經組態以執行或引起裝置100執行一或多個操作，該一或多個操作係關於判定關於晶圓108之應力。在一些實施例 中，運算系統106可指示或引起厚度測量系統102及/或曲率測量系統104執行下文所述之其等各自操作。
進一步言，在本揭露之一些部分中，厚度測量系統102及曲率測量系統104分別描述為測量厚度及曲率。在一些實施例中，運算系統106可經組態以執行或可指示執行可用以測量厚度或曲率的一或多個操作及/或計算。如此，參考厚度測量系統102及/或曲率測量系統104「測量」厚度或曲率亦可係指可由運算系統106執行或指示執行關於基於分別可由厚度測量系統102及曲率測量系統104執行之測量來判定厚度或曲率之操作及/或計算。
一般而言，處理器150可包括任何適合的特殊用途或通用型電腦、運算實體或處理裝置，其等包括各種電腦硬體或軟體模組且可經組態以執行儲存在任何適用的電腦可讀取儲存媒體上之指令。舉例而言，處理器150可包括微處理器、微控制器、數位信號處理器(DSP)、特定應用積體電路(ASIC)、現場可程式閘陣列(FPGA)、或經組態以解譯及/或執行程式指令及/或處理資料之任何其他數位或類比電路系統。雖然在圖1繪示為單一處理器，但是處理器150可包括任何數量處理器，該任何數量處理器經組態以個別地或共同地執行本揭露中所描述之任何數量之操作。此外，處理器之一或多者可存在於一或多個不同電子裝置上，諸如在不同伺服器處。
在一些實施例中，處理器150可解譯及/或執行程式指令及/或程序資料，該等程式指令與程序資料儲存在記憶體152、資料儲存器154、或記憶體152及資料儲存器154中。在一些實施例中， 處理器150可自資料儲存器154提取程式指令且載入程式指令於記憶體152中。程式指令可載入至記憶體152中後，處理器150可執行程式指令。
舉例而言，在一些實施例中，可在資料儲存器154中包括分析模組作為程式指令。處理器150可自資料儲存器154提取分析模組之程式指令且可載入分析模組之程式指令於記憶體152中。分析模組之程式指令載入至記憶體152中後，處理器150可執行程式指令，使得運算系統可按指令指示來實施與分析模組相關聯之操作。
記憶體152及資料儲存器154可包括用於攜載或具有儲存在其上之電腦可執行指令或資料結構的電腦可讀取儲存媒體。此類腦可讀取儲存媒體可包括可藉由通用型或特殊用途型電腦(諸如處理器150)存取的任何可用之媒體。舉例來說，且非限制，此類電腦可讀取儲存媒體可包括有形及/或非暫存電腦可讀取儲存媒體，包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁儲存裝置、快閃記憶體裝置(例如固態記憶體裝置)、或任何其他儲存媒體，其可以電腦可執行指令或資料結構之形式攜載或儲存所欲程式碼，且所儲存電腦可執行指令或資料結構可藉由處理器150來存取。上述之組合亦可包括在電腦可讀取儲存媒體之範疇內。舉例而言，電腦可執行指令可包括經組態以引起處理器150執行特定操作或特定的一組操作之指令及資料。
曲率測量系統104可包括可經組態以測量半導體晶圓之曲率的任何適合的系統、設備或裝置。在一些實施例中，曲率測量系統104可經組態以基於任何適合的光學測量技術來測量曲率。
舉例而言，在一些實施例中，曲率測量系統104可經組態以基於雷射三角測量(laser triangulation)來測量曲率。具體而言，在一些實施例中，曲率測量系統104可經組態以引導光(例如，雷射束)朝向晶圓108之表面，且該光可被晶圓108之表面偏轉。曲率測量系統104可包括鏡，其經組態以反射該經偏轉光朝向可偵測該經偏轉光的位置靈敏光偵測器(PSD)。曲率測量系統104可經組態以沿晶圓108之表面掃描且可針對關於掃描的許多(例如，上千個)點執行經偏轉光偵測。
在一些實施例中，晶圓108之表面可在膜沈積前經掃描且接著可在膜沈積後經掃描。可比較來自掃描之資料，且可從配適至點對點相減資料的直線之斜率來判定曲率半徑，該點對點相減資料可從沈積前與後之掃描資料所計算出。
在一些實施例中，可基於關於下列美國專利所描述之一或多個系統及方法來實施曲率測量系統104：1993年8月3日獲准之美國專利第5,233,201號標題為「SYSTEM FOR MEASURING RADII OF CURVATURES」；及1993年12月14日獲准之美國專利第5,270,560號標題為「METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING WORKPIECE SURFACE TOPOGRAPHY」；該兩案的全文皆以引用方式併入本揭露中。
在一些實施例中，曲率測量系統104可經組態以沿晶圓108之一或多個掃描線測量曲率。如下文所進一步指示，沿掃描線之曲率可用於判定可能沿掃描線存在之表面膜應力。
在一些例項中，掃描線可平行於晶圓108之表面延伸，且在一些實施例中，掃描線可延伸使得掃描線可實質上與晶圓108之中心相交。掃描線可指示晶圓108之一部分，且晶圓108之曲率可沿晶圓108之該部分經判定。掃描線可能非實際有形的線，而是可指示曲率測量系統104可沿其測量晶圓108之曲率的路徑。
在一些實施例中，曲率測量系統104可經組態以沿整個掃描線測量晶圓108之曲率。進一步言，在一些例項中，曲率可沿一或多個掃描線變化。如此，在這些或其他實施例中，曲率測量系統104可經組態以判定沿一掃描線之一或多個子區段的晶圓108之曲率。
此外或替代地，曲率測量系統104可經組態以沿多個掃描線測量曲率，該等掃描線可沿晶圓108相對於彼此經旋轉。掃描線之間距及數量可為使得關於晶圓108作為整體的相對全面性之曲率判定可被產生的間距及數量。
舉例而言，曲率測量系統104可經組態以判定沿晶圓108之三十二(32)個不同掃描線的晶圓108之曲率，該32個不同掃描線可以約5.625°間隔分開。在這些或其他實施例中，可關於沿該32個不同掃描線的曲率測量結果來運用任何適合的內插技術，以產生可指示關於晶圓108作為整體之曲率的曲率映圖(curvature map)。以上實例之掃描線的數目及相對應間距僅僅係實例而非限制。
圖1B繪示根據本揭露之至少一實施例之晶圓108的例示性掃描線110。掃描線110可平行於晶圓108之表面延伸且可與晶圓108之中心112相交。掃描線110僅僅係例示性掃描線，且在一些例項中，可沿除所繪示者外之一或多個其他掃描線進行厚度及曲率測量。此外，相對於晶圓108之掃描線110的部位僅僅係實例。
厚度測量系統102可包括可經組態以測量晶圓108之膜的膜厚度之任何適合系統、設備或裝置。此外或替代地，厚度測量系統102可經組態以測量晶圓108之基材之基材厚度。在一些實施例中，厚度測量系統102可經組態以基於干涉術測量厚度。
舉例而言，在一些實施例中，厚度測量系統102可經組態以產生且引導特定光譜內之光朝向晶圓108之一部分。基於可行進通過可能將被測量其厚度之材料的光之波長來選擇光譜。舉例而言，光譜對於測量基材厚度可在近紅外線範圍(例如，900nm至1700nm)內，且光譜對於測量膜厚度可在可見光範圍內或在NIR範圍(例如，300nm至1000nm，及900nm至1700nm)內。
光之第一部分可被晶圓108之基材或膜反射。光之第二部分可行進通過基材或膜之至少一部分，並且可接著於該第二部分先前進入晶圓108之表面處經往回反射離開晶圓108。厚度測量系統102可經組態使得該第一部分及該第二部分可經組合且可經引導朝向厚度測量系統102之光譜計。
該光譜計可經組態以接收經組合之第一部分及第二部分，且可經組態以分離經組合之第一部分及第二部分為經引導朝向晶 圓108之光的光譜之不同波長。該光譜計亦可經組態以測量在不同波長下的經組合之第一部分及第二部分的強度，使得跨光譜的經組合之第一部分及第二部分之強度可被測量。不同波長之強度可基於在各自波長下第一部分與第二部分之間的相位差而變化。相位差可歸因於第一部分及第二部分行進之距離，其可基於正在被測量之材料的厚度。因此，不同波長之強度可係基於厚度。
在一些實施例中，該光譜計可通訊耦合至運算系統106且可經組態以傳達跨相對應光譜之波長之強度至運算系統106。在一些實施例中，運算系統106可經組態以跨不同波長的光譜對所測量強度進行傅立葉變換(Fourier Transformation)。傅立葉變換可將資料自頻率域變換至距離域，使得經組合之第一部分及第二部分的強度可被沿光可經引導而朝向的晶圓108之部分的範圍來表示。使用任何適合且已知的計算，距離域之強度可用於判定相對應厚度。在一些實施例中，傅立葉變換可以快速傅立葉變換(FFT)進行。
在這些或其他實施例中，運算系統106可經組態以執行基於模數之演算法(mod based algorithm,MBA)計算來判定膜及/或基材厚度。在MBA中，可使用特徵矩陣(characteristic matrix)來模型化層堆疊(例如，基材及(多個)修飾層(over-layer)膜)，其中各矩陣可表示堆疊中的一層。此模型可預測堆疊之光譜回應。使用迴歸分析，產生與所測量光譜有最高相關之光譜的厚度值可為基材及膜厚度。
在一些實施例中，可基於關於下列美國專利申請案所描述之一或多種自相關(auto-correlation)系統及方法來實施厚度測量系統 102：分別於2011年2月4日及2014年4月23日提出申請之美國專利申請案第14/260,054號及第12/931,566號且兩者標題皆為「METHOD AND SYSTEM FOR MEASURING PATTERNED SUBSTRATES」；該兩案的全文皆以引用方式併入本揭露中。
在一些實施例中，厚度測量系統102可經組態以測量晶圓108之一或多個部位處的厚度。在一些實施例中，該等部位可呈現可覆蓋晶圓108之不同部分的圖案，以判定跨晶圓108之分散範圍的厚度。舉例而言，圖1C繪示可包括晶圓108之可測量厚度之六十(60)個部位122的例示性圖案120。如圖1C所繪示，部位122可被分散在晶圓108中以提供跨晶圓108之極大部分之厚度的指示。
此外或替代地，厚度測量系統102可經組態以在沿掃描線的一或多個部位處測量厚度。舉例而言，在一些實施例中，厚度測量系統102可經組態以測量在沿圖1B之掃描線110之一或多個部位處的厚度。
如下文所進一步指示，在一些實施例中，厚度測量可用於判定可沿各自掃描線的表面膜應力。據此，在一些實施例中，厚度測量系統102可經組態以根據各自掃描線之位置判定在沿各自掃描線(例如，沿掃描線110)之一或多個部位處的厚度測量結果。如此，基於該等部位係沿各自掃描線，可進行該等部位之厚度測量。
在這些或其他實施例中，厚度測量系統102可經組態以根據指定圖案(例如，根據圖1C之圖案120)來測量厚度。可與相對應掃描線相交之圖案的一或多個部位處之所測量厚度可用於判定可沿 該相對應掃描線的表面膜應力。舉例而言，可與圖1B之掃描線110相交的圖1C之部位122處之厚度測量可用於判定沿掃描線110的表面膜應力。
在一些實施例中，可計算厚度測量之一或多者的平均值並且該等所計算之平均厚度測量可用於判定表面膜應力。舉例而言，在一些實施例中，可計算在圖1C之所有部位122處所測量之厚度的平均值，並且表面膜應力計算中可使用所得平均值。此外或替代地，可計算沿特定掃描線之部位處所測量之厚度的平均值，並且在對應於該特定掃描線的表面膜應力計算中可使用所得平均值。
在一些實施例中，晶圓108可包括經圖案化半導體晶圓，其中膜可沈積於晶圓108上且根據特定圖案予以圖案化。特定圖案可包括可對應於膜可經沈積之處及膜可能未沈積之處的格線(gridline)。在格線處及膜可能不存在之處的膜厚度測量可能不精確。此外，在一些例項中，晶圓108可包括粗糙表面，在該粗糙表面中的晶圓108之部分可能以可能不允許精確厚度測量的方式散射光。晶圓108之可能散射光的部分可稱為「散射部分」。此外，晶圓108之可不具有膜沈積於其上之部分可稱為「基材部分」。
因此，在一些實施例中，裝置100可經組態以偵測格線、散射部分、基材部分，或其任何組合。裝置100可經組態以基於格線偵測來判定可非經定位在格線處的用以測量厚度之部位。在這些或其他實施例中，裝置100可經組態以基於基材部分偵測來判定可非經定位在基材部分處的用以測量膜厚度之部位。此外或替代地，裝置 100可經組態以基於散射部分偵測來判定可非經定位在散射部分處的用以測量厚度之部位。
在一些實施例中，裝置100可經組態以基於與晶圓108之特定部分(例如，晶圓108之特定部位122)相關聯之臨限膜信號強度與膜信號強度的比較來偵測格線及/或基材部分，其中晶圓108之該特定部分為模厚度可經測量處。
舉例而言，在晶圓108之該特定部分的膜厚度測量期間，厚度測量系統102可在頻率域中且跨相對應光譜來測量可反射離開晶圓108之該特定部分之光的強度。可反射離開晶圓108之光可包括光之第一及第二部分，諸如上文描述之第一及第二部分。
運算系統106可經組態以對所測量強度進行FFT，以將所測量強度從頻率域變換至距離域。距離域之強度可形成對於不同膜厚度的所反射光之強度的曲線。該曲線可稱為「距離域曲線」。在一些實施例中，運算系統106可經組態以使用任何適合的方法或程序來判定距離域曲線之尖峰強度。
在這些或其他實施例中，運算系統106可經組態以判定距離域曲線下之面積，並且距離域曲線下之面積可作為信號功率。在一些實施例中，運算系統106可經組態以判定整個距離域曲線下之面積，且可使用此面積作為膜信號強度。
此外或替代地，運算系統106可經組態以判定距離域曲線之一部分下之面積，且可使用距離域曲線之該部分下之面積作為膜信號強度。舉例而言，運算系統106可經組態以判定距離域曲線中強 度大於尖峰強度之50%處之下的面積。舉另一例而言，運算系統106可經組態以判定距離域曲線中強度大於尖峰強度之80%處之下的面積。給定之百分比僅僅係實例，使得可使用不同百分比。請注意，隨著所判定之面積愈小(例如，強度大於80%的尖峰強度之面積相對於強度大於50%的尖峰強度之面積)，可增加判定速度，但精確度降低。
在這些或其他實施例中，運算系統106可經組態以比較所判定膜信號強度與臨限膜信號強度。運算系統106可經組態以回應於所判定膜信號強度不符合(例如，小於)臨限膜信號強度而判定該特定部分可能包括一或多個格線或可能包括基材部分。
可基於關於基材部分或包括格線之部分的先前所測量膜信號強度來判定該臨限膜信號強度。此外，可基於膜信號強度可經測量之方式來判定該臨限膜信號強度。例如，臨限膜信號強度可對基於距離域曲線下之全部面積而判定的第一膜信號強度和對基於距離域曲線中強度大於50%下的面積所判定之第二膜信號強度具有不同的值。
此外或替代地，可使用MBA方法判定膜及基材厚度，其中基於MBA所預測之光譜與所測量光譜之間的最高可能相關性(correlation)可得到厚度值。
以上實例係對於偵測基材部分及/或格線所提供。然而，相同原理可適用於對於偵測晶圓108之一或多個散射部分。差異可僅僅在於可使用之強度測量(例如，用於基材厚度判定或膜厚度判定之強度測量)，及在於取決於該些強度測量的可使用之臨限信號強度。進一步言，以上判定信號強度之描述僅僅係實例。可使用其他技 術來判定信號強度，並且特定技術之所判定信號強度可與可基於該特定技術之臨限值做比較。
在一些實施例中，當進行對經圖案化晶圓的膜厚度測量時，運算系統106可經組態以對膜厚度測量是否在包括格線或基材部分的部分上進行來自動做出判定。在這些或其他實施例中，運算系統106可回應於特定膜厚度測量係在包括格線之特定部分或在基材部分進行的判定，而指示膜厚度測量在不同部分處進行。如此，運算系統106可經組態使得膜厚度可不在基材部分或格線處被測量。
此外或替代地，運算系統106可經組態以自動判定是否要對包括散射部分之部分進行膜或基材厚度測量。在這些或其他實施例中，運算系統106可回應於相對應膜厚度測量及/或基材厚度測量係在包括散射部分之特定部分進行的判定，而指示該相對應特定膜厚度測量及/或基材厚度測量在不同部分處進行。如此，運算系統106可經組態使得膜厚度及/或基材厚度可不在散射部分處被測量。
在一些實施例中，運算系統106可經組態以根據任何適合的方法或程序，基於可對應於掃描線的厚度測量及曲率測量來判定沿掃描線之一或多者的膜應力。舉例而言，膜應力可影響晶圓108沿掃描線的曲率且亦可影響晶圓108之厚度，使得可自這些測量來推斷膜應力。在一些實施例中，運算系統106可經組態以判定沿特定掃描線之膜應力，該判定藉由使用晶圓108之基材之楊氏模數、基材之泊松比、在沿特定掃描線之一或多個部位處的所判定基材厚度、在沿特定掃描線之一或多個部位處的 所判定膜厚度、及沿特定掃描線的所判定曲率。舉例而言，在一些實施例中，可使用以下表達式來判定膜應力：
在以上表達式中，「σ」可代表膜應力；「E」可代表基材之楊氏模數；「D」可代表基材厚度；「ν」可代表基材之泊松比；「R」可代表沿掃描線之曲率；及「T」可代表膜厚度。
在一些實施例中，運算系統106可經組態以產生應力映圖(stress map)，應力映圖可指示關於晶圓108作為整體之表面應力。舉例而言，運算系統106可經組態以判定沿多個不同的掃描線(例如，沿整個掃描線及/或一或多個掃描線之一或多個部分)之表面應力，該等掃描線可相隔開且經定位使得晶圓108之許多不同區域之表面應力可經判定。一項實例為運算系統106可判定沿32個不同掃描線(如上所述，相隔開約5.625°)的表面應力。
在這些或其他實施例中，運算系統106可經組態以對在不同部位處所判定之表面應力進行任何適合的內插技術。內插可提供跨晶圓108作為整體之表面應力的估計及映圖測繪。請注意，隨著掃描線及/或沿掃描線之應力判定的數量增加，表面應力映圖測繪之精確度可增加。
因此，裝置100可經組態以基於關於掃描線之所測量厚度及曲率來判定沿掃描線之膜應力，而非基於如藉由其他系統及裝置所進行的估計。進一步言，裝置100可包括厚度測量系統102及曲率測量系統 104兩者，以致能用於膜應力判定的實際厚度及曲率測量。反觀之，其他系統及裝置可能不同時包括厚度測量系統及曲率測量系統。此外，厚度測量系統102可提供大動態範圍，例如，如在以上於本揭露中以參照方式併入的美國專利申請案第14/260,054號及第12/931,566號中所描述的對基材厚度測量有5μm至數毫米之動態範圍。
圖1A至圖1C可在不脫離本揭露之範疇下進行修改、新增、或省略。舉例而言，裝置100可包括比本揭露中所繪示及描述者更多或更少之元件。此外，掃描線110之位置、圖案120之組態，及/或部位122之位置可取決於不同實施方案而變化。
圖2係根據本揭露中所描述之至少一實施例，判定膜應力之例示性方法200之流程圖。可由任何適合系統、設備或裝置來執行方法200。舉例而言，圖1A之裝置100可經組態以執行與方法200相關聯之操作的一或多者。雖然以離散方塊來繪示，但與方法200之方塊的一或多者相關聯之步驟及操作可取決於特定實施方案經劃分為額外方塊、經組合成較少方塊、或予以排除。
方法200可始於方塊202，在此方塊處可測量半導體晶圓之膜厚度。在一些實施例中，膜厚度可基於干涉術經測量，且可在可沿晶圓之掃描線的多個部位處經測量。在一些實施例中，膜厚度可基於該等部位係沿掃描線而在該等部位經測量。此外或替代地，可根據包括該等部位的圖案來測量膜厚度，及可判定該等部位與掃描線相交。
在方塊204，可測量半導體晶圓之基材厚度。在一些實施例中，基材厚度可基於干涉術經測量，且可在可沿晶圓之掃描線的 多個部位處經測量。在一些實施例中，基於該等部位係沿掃描線可測量該等部位處之基材厚度。此外或替代地，可根據包括該等部位的圖案來測量基材厚度，及可判定該等部位與掃描線相交。
在方塊206，可測量半導體晶圓之曲率。在一些實施例中，可基於光學測量技術(例如，雷射三角測量)測量曲率，且可沿晶圓之掃描線測量曲率。
在方塊208，可判定沿掃描線的半導體晶圓之膜應力。在一些實施例中，膜應力可基於以下來判定：基於在該等部位處之所測量基材厚度、基於在該等部位處之所測量膜厚度、及基於沿該等部位之所測量曲率，。在一些實施例中，可計算在該等部位處之所測量基材厚度的平均值，並且在表面膜應力判定中可使用所得平均值。此外或替代地，可計算在該等部位處之所測量膜厚度的平均值，並且在表面膜應力判定中可使用所得平均值。
據此，方法200可用於判定半導體晶圓之膜應力。方法200可在不脫離本揭露之範疇下進行修改、新增、或省略。舉例而言，可依不同順序實施方法200之操作。此外或替代地，可同時執行兩個或兩個以上的操作。再者，所概述之操作及動作只是經提供作為實例，且一些操作及動作在不偏離所揭示實施例之精髓的情況下，可為可選用的、可被組合成較少操作及動作、或被擴充成額外操作及動作。此外，雖然關於特定掃描線進行描述，但方法200可關於可在沿晶圓之不同部位處的多個掃描線來被執行。
此外，在一些實施例中，方法200可包括與偵測半導體晶圓之不規則部分相關的一或多個操作。在這些或其他實施例中，方法200可包括與以下相關的一或多個操作：基於對不規則部分之偵測來判定用於測量基材厚度及膜厚度之一或多者的該等部位之部位之位置，使得基材厚度及膜厚度之一或多者不在該不規則部分被測量。
圖3係根據本揭露中所描述之至少一實施例，偵測半導體晶圓之不規則部分之例示性方法300之流程圖。可由任何適合系統、設備或裝置來執行方法300。舉例而言，圖1A之裝置100可經組態以執行與方法300相關聯之操作的一或多者。雖然以離散方塊來繪示，但與方法300之方塊的一或多者相關聯之步驟及操作可取決於特定實施方案經劃分為額外方塊、經組合成較少方塊、或予以排除。
進一步言，用語「不規則部分」之使用可指稱可能產生不正確或不完整厚度測量的半導體之部分。舉例而言，經圖案化半導體晶圓之基材部分或格線可被視為不規則部分，此係因為基材部分或格線可能產生不正確或不完整膜厚度測量。此外或替代地，散射部分可被視為不規則部分，此係因為散射部分可能產生不正確或不完整膜或基材厚度測量。亦請注意，即使一個部分可能對一種類型的厚度測量不產生不正確或不完整的厚度測量但對另一種可能反之，該部分仍可被視為不規則。舉例而言，經圖案化半導體晶圓之基材部分可被視為不規則部分，即使該基材部分可能不會產生不正確或不完整的基材厚度測量。
方法300可始於方塊302，在此方塊處可判定光之信號強度。該光可包括反射離開半導體晶圓之部分的光。在一些實施例中，關於特定厚度測量可使用該經反射光。可使用任何適合的技術或程序來判定信號強度。舉例而言，可藉由判定曲線下之面積來判定信號強度，該曲線對應於距離域中經反射光的強度。
在方塊304，可比較所判定信號強度與臨限信號強度。在一些實施例中，與對應於非不規則部分之信號強度相比，臨限信號強度可係基於對應於不規則部分之信號強度。在許多例項中，反射離開半導體晶圓之不規則部分的光之信號強度可小於反射離開非不規則部分的光之信號強度。如此，在一些實施例中，臨限信號強度可對應於非不規則部分之最小信號強度。此外，臨限信號強度可係基於可經偵測的不規則部分之類型及基於對應於經反射光的厚度測量之類型。
在方塊306，可基於比較所判定信號強度與臨限信號強度來偵測出不規則部分。可回應於所判定信號強度不符合臨限信號強度而偵測出不規則部分。舉例而言，在一些實施例中，在臨限信號強度代表非不規則部分之最小信號強度的實施例中，可回應於所判定信號強度小於臨限信號強度而偵測出不規則部分。
在方塊308，回應於對該不規則部分之偵測，相對應厚度測量可關於半導體晶圓之不同的部分來進行。在這些或其他實施例中，可忽略、刪除、或以其他方式省略在包括不規則部分之部分處已進行之相對應厚度測量。
舉例而言，在方塊302經判定信號強度的光可被用於膜厚度測量。此外，基於方塊304及306之操作，可判定膜厚度測量係在不規則部分處進行。據此，在方塊308，回應於偵測到不規則部分而可在半導體晶圓之不同部分上執行膜厚度測量。在這些或其他實施例中，回應於偵測到不規則部分而可忽略、刪除或以其他方式省略可能在包括不規則部分之部分處所獲得之膜厚度測量。
據此，方法300可用於偵測半導體晶圓之一或多個不規則部分。方法300可在不脫離本揭露之範疇下進行修改、新增、或省略。舉例而言，可依不同順序實施方法300之操作。此外或替代地，可同時執行兩個或兩個以上的操作。再者，所概述之操作及動作只是經提供作為實例，且一些操作及動作在不偏離所揭示實施例之精髓的情況下，可為可選用的、可被組合成較少操作及動作、或被擴充成額外操作及動作。
如上所指示，本揭露中所描述之實施例可包括特定用途或通用型電腦之使用，該特定用途或通用型電腦包括各種電腦硬體或軟體模組，如下文之更詳細論述。進一步言，如上述所指示，可使用用於攜載或具有儲存在其上之電腦可執行指令或資料結構的電腦可讀取儲存媒體來實施本揭露中所描述之實施例。
如本揭露中所用，用語「模組」或「組件」可係指經組態以執行模組或組件之操作的特定硬體實作，及/或可係指可經儲存在運算系統之通用型硬體上及/或藉由運算系統之通用硬體執行(例如，電腦可讀取媒體、處理裝置等)的軟體物件或軟體常式。在一些實施 例中，本文中所述之不同組件、模組、引擎、及服務可經實施為在運算系統上執行的物件或程序(例如，作為分離的執行緒)。雖然本揭露中所述之系統及方法之部分大體上經描述為以軟體實施(儲存在通用型硬體上及/或藉由通用型硬體執行)，但是特定硬體實施或軟體與特定硬體實施之組合亦為可行且經設想。在本說明書中，「運算實體」可係如先前定義於本揭露中之任何運算系統，或在運算系統上運行之任何模組或調節之組合。
在本揭露中且尤其在隨附申請專利範圍(例如，隨附申請專利範圍之本體)中使用的用語通常係欲作為「開放式(open)」用語(例如用語「包括(including)」應解譯為「包括但不限於(including but not limited to)」；用語「具有(having)」應解譯為「具有至少(having at least)」；用語「包括(includes)」應解譯為「包括但不限於(includes but is not limited to)」等)。
此外，若所欲係特定數量之經採用之申請專利範圍陳述，則這樣的意向應在該申請專利範圍中明確陳述，而在缺少這樣的陳述時，不存在這樣的意向。舉例而言，為幫助理解，下列隨附申請專利範圍可含有使用介紹性片語「至少一個」及「一或多個」來介紹的請求項之陳述。然而，此類片語之使用不應被理解為暗示由該等不定冠詞「一(a)」或「一(an)」介紹的申請專利範圍陳述，將包含此類經介紹之申請專利範圍陳述的任何特定申請專利範圍，限制於僅包含一個此類陳述的具體實施例，即使當相同的申請專利範圍包括該等介紹性片語「一或多個(one or more)」或「至少一個(at least one)」以及 不定冠詞如「一(a)」或「一(an)」(例如「一(a)」和/或「一(an)」應解譯為意謂著「至少一個(at least one)」或「一或多個(one or more)」)時；用於採用申請專利範圍陳述的定冠詞之使用同樣適用。
此外，即使特定數量之經介紹之申請專利範圍陳述係明確陳述，但此領域技術者應認可此類陳述應解譯為意謂著至少該經陳述之數量(例如沒有其他修飾詞的「兩個陳述(two recitations)」之裸陳述，意謂著至少兩個陳述，或者兩個或更多個陳述)。另外，在使用類似於「A、B、及C、等等之至少一者」或「A、B、及C、等等之一或多者」之慣用語之例項中，此構句大體上係意欲包含單獨A；單獨B；單獨C；A與B一起；A與C一起；B與C一起；或A、B與C一起等等。
進一步言，呈現兩個或兩個以上替代用語之任何分隔單詞及/或片語(不論在說明書、申請專利範圍、或圖式中)應被理解為考量到包括用語之一者、用語之任一者、或兩個用語之可能性。舉例而言，片語「A或B」應被理解為包括「A」、或「B」、或「A及B」之可能性。
在本揭露中所陳述之所有實例及條件式語言皆意欲用於教學目的以輔助讀者瞭解本發明及發明人對使技術進步所貢獻的概念，並且將被理解為非限於此等具體陳述之實例及條件。雖然已詳細描述本揭露之實施例，但可在不脫離本揭露之精神及範疇的情況下對本發明之實施例進行各種變更、替代、及改變。

Claims (21)

  1. 一種方法，其包含：基於干涉術在沿半導體晶圓之掃描線的複數個部位處測量該晶圓之表面膜的膜厚度；基於干涉術在該複數個部位處測量該半導體晶圓之基材的基材厚度；基於光學測量技術沿該掃描線測量該半導體晶圓之曲率；及基於在該複數個部位處之該所測量膜厚度、基於在該複數個部位處之該所測量基材厚度、及基於沿該掃描線之該所測量曲率來判定沿該掃描線的該表面膜之應力。
  2. 如請求項1之方法，其中該方法進一步包含：偵測該半導體晶圓之不規則部分；及基於該不規則部分之偵測來判定用於測量該基材厚度及該膜厚度之一或多者的該複數個部位之部位的位置，使得在該不規則部分處的該基材厚度及該膜厚度之一或多者未經測量。
  3. 如請求項2之方法，其中偵測該不規則部分包括：判定自該晶圓之一部分所反射之光的信號強度；及基於該所判定信號強度不符合臨限信號強度來偵測該部分包括該不規則部分。
  4. 如請求項3之方法，其中判定該信號強度進一步包含：判定在距離域中在對應於經反射離開該晶圓之光之強度的曲線下之面積。
  5. 如請求項2之方法，其中該不規則部分包括該半導體晶圓之基材部分、格線及散射部分之一或多者。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包含：基於該複數個部位係沿該掃描線來測量在該複數個部位處的該膜厚度及該基材厚度。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包含：根據包括該複數個部位的圖案來測量該膜厚度及該基材厚度之一或多者，以及判定該複數個部位與該掃描線相交。
  8. 如請求項1之方法，其進一步包含：計算對於該複數個部位之該膜厚度及該基材厚度的平均值，且基於所得平均值判定該應力。
  9. 一種裝置，其包含：厚度測量系統，其經組態以：基於干涉術在沿半導體晶圓之掃描線的複數個部位處測量該晶圓之表面膜的膜厚度；及基於干涉術在該複數個部位處測量該半導體晶圓之基材之基材厚度；曲率測量系統，其經組態以基於光學測量技術沿該掃描線測量該半導體晶圓之曲率；及運算系統，其經組態以基於在該複數個部位處之該所測量膜厚度、基於在該複數個部位處之該所測量基材厚度，及基於沿該掃描線之該所測量曲率，判定沿該掃描線的該表面膜之應力。
  10. 如請求項9之裝置，其中該運算系統進一步經組態以：偵測該半導體晶圓之不規則部分；及 基於該不規則部分之偵測，判定用於測量該基材厚度及該膜厚度之一或多者的該複數個部位之部位之位置，使得不測量在該不規則部分處的該基材厚度及該膜厚度之一或多者。
  11. 如請求項10之裝置，其中偵測該不規則部分包括：判定自該晶圓之一部分所反射之光的信號強度；及基於該所判定信號強度不符合臨限信號強度來偵測該部分包括該不規則部分。
  12. 如請求項11之裝置，其中判定該信號強度進一步包含：判定在距離域中在對應於經反射離開該晶圓之光之強度的曲線下之面積。
  13. 如請求項10之裝置，其中該不規則部分包括該半導體晶圓之基材部分、格線及散射部分之一或多者。
  14. 如請求項9之裝置，其中該運算系統進一步經組態以指示該厚度測量系統：基於該複數個部位係沿該掃描線在該複數個部位處測量該膜厚度及該基材厚度之一或多者。
  15. 如請求項9之裝置，其中該運算系統進一步經組態以指示該厚度測量系統：根據包括該複數個部位的圖案測量該膜厚度及該基材厚度之一或多者，且判定該複數個部位與該掃描線相交。
  16. 如請求項9之裝置，其中該運算系統進一步經組態以：計算對於該複數個部位之該膜厚度及該基材厚度的平均值，且基於所得平均值判定該應力。
  17. 一種包括電腦可執行指令之電腦可讀取儲存媒體，其經組態以引起裝置執行操作，該等操作包含： 基於干涉術在沿半導體晶圓之掃描線的複數個部位處測量該晶圓之表面膜的膜厚度；基於干涉術在該複數個部位處測量該半導體晶圓之基材的基材厚度；基於光學測量技術沿該掃描線測量該半導體晶圓之曲率；及基於在該複數個部位處之該所測量膜厚度、基於在該複數個部位處之該所測量基材厚度、及基於沿該掃描線之該所測量曲率來判定沿該掃描線的該表面膜之應力。
  18. 如請求項17之電腦可讀取儲存媒體，其中該等操作進一步包含：偵測該半導體晶圓之不規則部分；及基於該不規則部分之偵測來判定用於測量該基材厚度及該膜厚度之一或多者的該複數個部位之部位的位置，使得在該不規則部分處的該基材厚度及該膜厚度之一或多者未經測量。
  19. 如請求項17之電腦可讀取儲存媒體，其中該等操作進一步包含：基於該複數個部位係沿該掃描線來測量在該複數個部位處的該膜厚度及該基材厚度。
  20. 如請求項17之電腦可讀取儲存媒體，其中該等操作進一步包含：根據包括該複數個部位的圖案來測量該膜厚度及該基材厚度之一或多者，以及判定該複數個部位與該掃描線相交。
  21. 如請求項17之電腦可讀取儲存媒體，其中該等操作進一步包含：使用從各掃描線所產生之基材厚度、膜厚度及晶圓曲率資料來產生應力映圖。
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