TW201545203A - 用以決定前側圖案化用調整之背側基板紋理圖的產生系統及方法 - Google Patents

用以決定前側圖案化用調整之背側基板紋理圖的產生系統及方法 Download PDF

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Abstract

在此揭露之技術為用以產生基板背側之紋理圖的方法及系統。紋理圖可用以判定用於後續之基板前側處理的製程調整(例如焦深)。

Description

用以決定前側圖案化用調整之背側基板紋理圖的產生系統及方法
本發明關於基板之處理系統及方法，尤其是，關於用以產生基板背側之紋理圖的系統及方法。
減縮的元件尺寸對缺陷偵測量測學設下嚴峻的要求。隨著元件密度及臨界尺寸(CD)均勻性的要求變得更嚴格，在不損及進入之晶圓的品質時可能盡量利用微影技術的潛力。晶圓廠中的幾乎所有製程皆可能造成背側污染。在較小之元件特徵部的情況中，微影聚焦點的問題係因焦深(DOF)小及CD更窄而惡化。因此，可能需要用以解決聚焦點問題的技術。
一般來說，可將背側基板表面粗糙度及不規則度繪製成圖，俾以符合聚焦門檻及曝光挑戰。表面粗糙度亦可包含背側缺陷(顆粒或刮痕)，該等缺陷可能產生晶圓的局部扭曲，造成在微影聚焦點中導致的DOF問題。可定義背側表面不規則度並將其繪製成圖，俾以使起因於焦深、光散射、疊對等之缺陷最小化。舉例來說，表面粗糙度感測器可能能夠定量基板上之局部面積的表面粗糙度。與判定基板上之局部面積之位置的位置分部結合，紋理繪圖分部可產生突顯基板的哪些部份可能在後續的基板前側之圖案化期間造成DOF問題的紋理圖。調整分部可使用紋理圖數據來判定可去除或最小化DOF問題之任何後續的圖案化製程調整。
在一實施例中，表面粗糙度感測器可包含聲學測頭以偵測背側基板特徵部或不規則度的振幅及頻率。聲學測頭可產生被記錄並與基板及該測頭之位置連結的聲學訊號。可將聲學訊號之振幅及頻率用以判定表面粗糙度或不規則度的尺寸及範圍。聲學測頭可在其移動跨越基板上時與旋轉著的基板接觸。聲學測頭可包含在不對基板造成實質損傷的情況下與該基板接觸的接觸元件。接觸元件可耦接至可在力係施加至該接觸元件時產生電訊號的壓電構件。電訊號可代表背側表面的形貌，使得可判定背側表面粗糙度的振幅及/或頻率。在其它實施例中，接觸元件可磁耦接至在力係施加至該接觸元件時產生電訊號的一或更多磁鐵。
在紋理繪圖系統之另一實施例中，可將基板背側固定於旋轉夾頭，該旋轉夾頭可旋轉基板，同時二或更多表面粗糙度感測器(例如聲學測頭)可移動跨越基板之背側表面上。該系統可偵測背側表面特徵部的物理特性並判定該等特徵部的位置。可將表面粗糙度數據用以調整前側處理條件以改善前側處理表現。在一特定範例中，前側表面的平坦度或平整度可能受背側表面粗糙度所衝擊。當基板背側係置放於處理夾頭上時，背側表面粗糙度可能在前表面平坦度上造成局部或區域性變化，該等變化可能增加整個前側上的製程非均勻性。背側表面之較高程度的表面粗糙度或非均勻性可能造成基板彎曲或變形。
在一實施例中，紋理繪圖系統偵測背側特徵部之振幅及/或頻率，該振幅及/或頻率可用以定量表面粗糙度。該系統可使用基板夾頭以固定基板並使該基板旋轉(例如＜60rpm)，使得表面粗糙度感測器可移動跨越基板背側並偵測該背側的表面粗糙度特性。表面粗糙度感測器可提供表面粗糙度資訊或訊號至紋理圖分部，該紋理圖分部可使用該表面粗糙度資訊及表面粗糙度感測器在數據收集期間相對於基板的已知位置而產生紋理圖。表面粗糙度感測器可或可不接觸基板表面而收集表面粗糙度資訊。
在一實施例中，表面粗糙度感測器可包含與基板之背側表面接觸的接觸元件。接觸元件可包含但不限於可在基板旋轉時與背側接觸的機械測頭。接觸元件可在基板旋轉期間及/或在移動手臂將輪廓感測器移動跨越基板時維持與該基板的接觸。基板的旋轉及表面粗糙度感測器的移動可使紋理繪圖系統得以收集整個基板上的表面粗糙度數據。接觸元件可連接至可產生代表基板之背側特徵部的振幅及/或頻率之電訊號的訊號傳感器或偵測構件。在一特定實施例中，偵測構件可包含可產生電訊號的壓電材料，該電訊號可連結至施加至接觸元件之壓力或力的量。編碼於電訊號內的資訊可提供基板之背側特徵部的振幅/頻率或形貌之指示。
在另一實施例中，表面粗糙度感測器可包含可接觸相同基板之背側的二或更多接觸元件。額外的感測器可增加收集之數據量並提供較高解析度的表面粗糙度之紋理圖、且/或減少收集數據所需的時間量。在此情況中，紋理圖分部可收集並分析來自在整個基板上之不同位置同時收集數據的複數表面粗糙度感測器之數據。
在一實施例中，紋理圖可包含對基板上之座標位置所指定的表面粗糙度值，該等粗糙度值可用以對基板前側上之圖案化製程做偏移調整。舉例來說，前側形貌的改變可能由背側表面粗糙度所造成，而紋理圖可用以補償該等形貌改變。偏移調整可包含但不限於焦深調整、疊對調整、或其組合。依此方式，可調整後續的圖案化製程以解決可與背側表面粗糙度相關之整個基板上的形貌差異。
儘管將參考圖式中所示的實施例來描述本發明，惟應理解亦可在許多替代形式的實施例中實施本發明。此外，可使用任何合適的尺寸、形狀或類型之元件或材料。
圖1顯示紋理繪圖系統100之示意圖及紋理繪圖系統100在製程腔室104內的部份之代表性實施例102。紋理繪圖系統100可用以偵測基板106之背側的表面粗糙度、形貌、或平坦度，並將其繪製成圖。在一實施例中，基板106可為可用以藉由施予並圖案化膜於基板106的前側108表面上而製造電子元件(例如記憶體、處理器、顯示器)的工件。基板106可包含但不限於矽晶圓，該等矽晶圓可具有前側108表面及與前側108表面相反之背側110表面，且該等表面亦可彼此平行。
一般來說，在基板106之前側108製造電子元件。在膜沉積及圖案化期間可使用基板106的背側110來支撐或固定基板106。隨著電子元件尺寸持續減縮，背側形貌或表面粗糙度對於前側108之圖案化的衝擊增加。起因於由背側110表面在整個基板106及/或在基板106之局部區域的粗糙度所造成之表面非均勻性，圖像在前側108的圖案化可能受扭曲。不過，在圖案化製程期間可對該非均勻性加以補償。但是，該補償的程度可能取決於知曉該非均勻性的位置及大小。紋理繪圖系統100可產生紋理圖或表，其可用以補償由基板106之背側110所引發的非均勻性。紋理繪圖可以非破壞性的方式加以完成且對於前側108具有最小(假如有)的衝擊。在一件設備中，紋理繪圖系統100可被併入製程腔室104或做為獨立腔室。在另一實施例中(未顯示)，紋理繪圖系統100可為一獨立工具，其針對基板106產生紋理圖且不提供後續之前側108的處理。
紋理繪圖系統100可包含硬體、韌體、軟體、或其組合以收集並分析數據、控制基板106及移動手臂118、產生紋理圖(未顯示)、及判定可選定以供前側108之處理調整的前側108位置。圖1實施例係為了說明目的所提供而並非意圖限制請求項之範圍。該領域中具有通常知識者可使用硬體、韌體、或軟體的任何組合以實施在此所述之技術。
在圖1實施例中，可透過該領域中所知的靜電或氣動技術將基板106置放及固定於基板夾頭112。基板夾頭112可以達不超過100rpm的速率繞著中心軸114旋轉。然而，在其它實施例中，旋轉速率可介於5rpm及60rpm之間。可用移動手臂118使一或更多輪廓感測器116(例如表面粗糙度感測器)移動跨越背側110，移動手臂118可如箭頭所指示般側向移動；或者是一或更多輪廓感測器116可繞著抗衡構件120樞軸運動，使得輪廓感測器116可維持與基板106的接觸。在一實施例中，移動手臂118可在基板106旋轉時側向移動，俾以在背側110的特徵部上收集振幅及頻率數據。然而，移動手臂118亦可繞著抗衡構件120旋轉而掃過旋轉中或非旋轉中的基板106。在一特定實施例中，旋轉速率可隨著移動手臂移動得更靠近基板106的中心而變化。舉例來說，旋轉速率可隨著移動手臂接近基板106的中心而增加。旋轉速率可至少部份地基於輪廓感測器116的側向解析度及/或鉛直解析度而變化。當輪廓感測器116的解析度增加時，旋轉速率可降低以實現背側特徵部之適當取樣。
可將移動手臂118耦接至機械致動器、電致動器、或氣動致動器，該等致動器可用以將輪廓感測器116定位於基板106附近或與基板106接觸。在一實施例中，輪廓感測器116可包含接觸元件，該接觸元件可為成形得夠小而具有低至30nm之側向解析度及低至0.1nm之鉛直解析度的測頭。如圖1中所示，測頭可具有尖端，該尖端可耦接至在該測頭移動跨越基板106時基於該測頭之移動或振動而產生電訊號的偵測構件或傳感器。在一實施例中，偵測構件可包含響應於由接觸元件所施加之壓力而產生輪廓訊號的壓電材料。在其它實施例(未顯示)中，輪廓感測器116可使用非接觸偵測技術來收集紋理圖數據。
在一實施例中，可做背側110表面的取樣以瞄準特定位置，而非持續取樣該表面。舉例來說，可指示系統100取樣基板106之特定部份。移動手臂118之上下樞軸運動可使系統100得以選擇特定位置以取樣持續一有限期間，並且在不與基板106一直接觸的情況下移動到另一取樣位置。舉例來說，系統100可取樣基板106中心附近的一區域，然後樞軸運動以自基板脫離，再移動到第二取樣位置(例如基板邊緣)並樞軸運動以再度與背側110表面接觸。此取樣技術可減少背側接觸(例如減少顆粒產生)，或者是可在後續處理之前用於品質控制用途。基於初步結果，可能在後續處理之前選擇基板106以供額外的取樣或背側110的調理。
可依照需求將位置感測器122定位於移動手臂118內、或移動手臂118及/或基板106附近以監測基板106及/或移動手臂118及輪廓感測器116的位置。位置感測器122可用以產生對應於基板106被輪廓感測器116掃描之部份的位置座標。位置資訊可與部份的輪廓訊號相關聯，使得可就基板106之特定部份將該輪廓訊號的振幅及/或頻率繪製成圖。位置感測器122可包含各種偵測技術，其可包含但不限於光學偵測技術、電偵測技術、機械偵測技術、或其組合。
在圖1實施例中，可使用電導管128將位置感測器122及/或輪廓感測器116與電腦處理元件(例如記憶體124、處理器126)加以整合。電腦處理元件可包含可監測、控制、及/或分析來自製程腔室104之電訊號的各種部份。儘管該等部份係顯示成獨立的元件，然而可以如該領域中具有通常知識者所理解之不同方式來實施特徵及能力。
移動分部130可控制及監測基板夾頭112及移動手臂118的移動，使得可在基板106可能或可能未旋轉時將輪廓感測器116置放成與背側110之表面接觸。移動分部130可控制將輪廓感測器116定位在背側110表面上何處及由輪廓感測器116所施加至背側110的壓力。舉例來說，移動分部130可基於輪廓感測器116的數量及基板106的尺寸來定位移動手臂118以涵蓋最大表面積。在圖1實施例中，僅顯示三輪廓感測器116及一移動手臂118，但紋理繪圖系統100可使用一或更多輪廓感測器116及一或更多移動手臂118來收集表面粗糙度數據。
結合移動分部130，位置分部132可偵測及監測輪廓感測器116在直角座標系統下的x,y,z平面上、或在極座標系統下的半徑及角度(例如r、θ)、或球座標系統下的半徑及角度(例如r、θ、Φ)上相對於基板106的位置。位置分部132可判定背側110表面及接觸元件之間之接觸點的座標位置。
訊號分部134可監測及追蹤來自偵測構件的訊號，並指定值到由位置分部132所判定的座標位置。舉例來說，當(複數)輪廓感測器116與背側110表面之粗糙度接觸時，振動/頻率上的改變可被(複數)偵測構件(例如壓電感測器)記錄。然後訊號分部134可指定振幅及/或頻率值到由位置分部132所判定的接觸點之位置座標。可使用位置資訊及振動/頻率資訊的組合以產生背側110表面之紋理圖。
紋理圖分部136可辨識背側110表面之可能在基板106於後續圖案化期間以背側110表面而置放時衝擊前側108表面之平坦度的部份。藉由舉例而非限制的方式，背側110表面上的局部厚度變化可能造成基板106之局部區域在該等使前側108表面具有較低平坦度或均勻性的位置彎曲或變形。該等局部區域可能衝擊相對於鄰近及/或更均勻區域的圖案化結果。圖案化製程條件可能能夠解決一部份的變化；然而，在一些情況中，該變化可藉由針對特定位點或位置的製程條件改變或補償加以補救。紋理圖亦可用以在比該等局部區域更廣的尺度下辨識非均勻性。舉例來說，相鄰的區域可能具有相同或類似的輪廓條件，但微小的改變可能橫跨基板地累積，使得在整個基板106上的不同位置可能需要不同的處理條件。橫跨背側110表面之較廣的非均勻性趨勢可能使基板106的一邊在z方向或鉛直方向上較高。紋理圖分部136可分析表面粗糙度數據並在可補償哪些位置及該補償可如何橫跨基板106而改變方面提供指示。
在多重輪廓感測器116的實施例中，紋理圖分部136亦可將來自輪廓感測器116的數據統合在一起，俾以為背側110表面產生紋理圖。在此實施例中，來自位置分部132的座標可用以將相鄰之輪廓感測器116的數據拼湊在一起以產生背側110表面的紋理圖。在一實施例中，紋理圖分部136可比較座標(例如x、y)來判定哪些點彼此最接近並基於彼此的相對位置而對一或更多配對指定關係。舉例來說，當二或更多點之間的距離係在門檻距離以內時，該指定指示輪廓數據是否相鄰及/或重疊、或其是否可以合邏輯的方式與彼此結合。紋理圖分部136可使用該關係在紋理圖內將該等數據點統合在一起、結合、或彼此對齊。紋理圖之一實施例係顯示於圖4。
可將紋理圖或表提供至可判定前側108處理補償量的調整分部138，該補償可用以將背側110之表面粗糙度的衝擊最小化。在一實施例中，調整分部138可判定哪些背側特徵部可能衝擊前側108處理。該等被辨識的背側110表面位置可與前側108的位置連結，並可將調整值或製程條件與前側108的該(等)位置相關聯。可將前側108的製程調整提供至圖案化工具(未顯示)。在一實施例中，基板前側108上的高度差異可能衝擊使用光學設備所圖案化之像的品質。基於基板106之前側108的高度差異，像解析度品質可能在各位點之間下降。一個解決高度差異的方式可為調整圖案化之像的焦深(DOF)，使得位點間的像解析度在整個基板106上係更加均勻。取決於基板106上之二或更多位置之間的高度差異，可將DOF調整得更高或更低。可針對紋理圖上相對較高的區域將DOF調整得更高，或可針對紋理圖上相對較低的區域將DOF降低。在另一實施例中，調整分部138可計算對應於紋理圖上的座標或區域之製程調整(例如疊對調整)。疊對調整可調整前側相對於下方圖案成像的位移(translation)、比例縮放(scaling)、旋轉(rotation)、及/或正交性(orthogonality)。藉圖案化工具所為之位移補償可包含在x、y、及/或 z 方向上調整前側像。旋轉補償可包含繞著像或基板之z軸旋轉前側像。比例縮放補償可藉由均勻調整前側像的尺寸來完成。正交補償可調整二或更多線相對於彼此之垂直程度。在其它實施例中，調整分部138亦可就紋理圖而依光微影領域中具有通常知識者所需地調整曝光時間及劑量。
在圖1實施例中，可使用電腦處理器126實施紋理繪圖系統100，電腦處理器126可包含一或更多處理核心且用以(至少部份地)存取及執行儲存在一或更多記憶體中的電腦可讀指令。一或更多電腦處理器126可包含而不限於：中央處理單元(CPU)、數位訊號處理器(DSP)、精簡指令集電腦(RISC)、複雜指令集電腦(CISC)、微處理器、微控制器、現場可程式閘陣列(FPGA)、或其任何組合。電腦處理器亦可包含供紋理繪圖系統100之構件間的通訊用之(複數)晶片組(未顯示)。在若干實施例中，電腦處理器126可基於Intel®架構或ARM®架構，且該(複數)處理器及晶片組可來自Intel®處理器及晶片組家族。一或更多電腦處理器亦可包含用以負責特定數據處理功能或任務的一或更多應用特定積體電路(ASIC)或應用特定標準產品(ASSP)。
記憶體124可包含一或更多具體非暫態(tangible non-transitory)電腦可讀儲存媒體(「CRSM」)。在一些實施例中，一或更多記憶體可包含非暫態媒體，像是隨機存取記憶體(「RAM」)、快閃RAM、磁性媒體、光學媒體、固態媒體等。一或更多記憶體可為依電性(volatile)(因為資訊在供電時被保留)或不變性(non-volatile)(因為資訊在未供電的情況下被保留)。亦可提供做為電腦程式產品的額外實施例，該產品包含(處於壓縮或未壓縮之形式的)暫態機器可讀訊號。機器可讀訊號之範例包含但不限於藉由網際網路或其它網路所載送的訊號。舉例來說，經由網際網路的軟體分配可包含暫態機器可讀訊號。此外，記憶體可儲存包含複數電腦可執行指令之作業系統，可藉由處理器126實施該複數電腦可執行指令來執行各種任務以操作紋理繪圖系統100。
圖2顯示與基板106之背側110交互作用之輪廓感測器116的詳圖200。輪廓感測器116可移動跨越背側110之特徵部，並可取決於背側110特徵部之振幅202及週期204而振動/振盪。在一實施例中，週期204可代表背側110特徵部之間的尖峰至尖峰距離，而振幅可代表背側110特徵部之尖峰至谷部的距離。
紋理繪圖系統100可使用振幅202、週期204、或其組合上的改變來判定在整個背側110表面上之不同位置的表面粗糙度值。舉例來說，振幅上的改變可能指示背側110之尖峰或谷部，並可用以判定週期204。在此情況中，當振幅由較低變得較高時，可將該轉變位置視為谷部，而當振幅由較高變得較低時，可將該位置視為尖峰。可將該等振幅上的改變之間的距離用以判定背側110表面特徵部之週期204或頻率。可基於與基板106之初步接觸而從隨機參考點量測振幅上的改變。基於輪廓感測器116在初步接觸後移動的方向，可給予該等振幅上的改變正或負的大小值。在另一實施例中，振幅202的尺度可基於預定的參考值。可基於輪廓感測器朝向或遠離此初步接觸值或參考值的移動而判定振幅202。振幅隨時間或距離之較低的改變量可指示較低的表面粗糙度，而隨時間或距離之相對較高的改變量可指示較高的表面粗糙度值。
可使用振幅202及週期204而以若干不同方式來實施紋理圖。此等值的背景或尺度可取決於期望的紋理圖解析度及位置感測器122與輪廓感測器116的量測能力而變化。基於振幅及表面粗糙度樣本採集處的座標，可將瞬時量測值用以產生紋理圖。
在另一實施例中，紋理圖分部136可基於輪廓感測器116所行進之樣本長度或距離而判定表面粗糙度。一方式可為計算特定長度或距離之振幅絕對值的算術平均值。該特定長度或距離可取決於基板夾頭112之旋轉速率及移動手臂118在其移動跨越基板106時的速率。紋理圖分部136可尋求輪廓感測器116所行進之距離或長度，然後將在整個該距離內所收集到的振幅數據加以平均。在另一方式下，可使用在整個特定長度或距離內之高度差的方均根平均值來量測表面粗糙度。在其它情況中，該領域中具有通常知識者可使用如任何版本之美國機械工程師協會(ASME)表面紋理標準B46.1中所示、被廣泛接受的表面粗糙度運算方式。
圖3A-3C為在整個基板106之背側110表面上的輪廓感測器116路徑之代表性範例。為了易於顯示及說明的目的，在兩範例中皆僅顯示單一路徑，但路徑數目可取決於移動手臂118上所用之輪廓感測器116的數目而變化。圖3A&3B中的路徑指示輪廓感測器116接觸或取樣基板106的背側110表面之位置。如以上所指出，基板106可旋轉，同時輪廓感測器116亦可移動橫跨背側110表面。輪廓感測器116的移動在本質上可為線性或徑向的。圖3A及3B顯示基板106從掃描背側110表面之輪廓感測器116之視角的仰視圖。圖3C顯示基板106及/或輪廓感測器116橫跨背側110表面上的線性移動實施例。
在其它實施例中，與圖3A&3B中所示之單一螺旋相反，可同時產生複數螺旋路徑。該複數螺旋路徑可以耦接至感測器手臂之複數輪廓感測器116之間的距離彼此偏移。輪廓感測器116可相隔近達數毫米。
圖3A顯示基板106之仰視圖300，其顯示在基板106以順時針方向304旋轉且輪廓感測器(未顯示)以側向/線性方向從起始點306朝基板106之邊緣移動時於整個基板106上的感測器路徑302。在此實施例中，輪廓感測器116的位置308可在極座標中用自基板106之中心起的半徑(r)310及自參考線314起的角度312(例如θ)加以代表。在一實施例中，參考線314可與切進基板106之邊緣的對齊切口(未顯示)對齊、或可與可蝕入基板106的刻記對齊。
位置分部132可基於基板106在基板夾頭112上的置放而判定半徑起始位置306。位置感測器122可偵測基板邊緣，而位置分部132可判定基板106相對於基板夾頭112及移動手臂118的位置。可使用該領域中所熟知的幾何分析技術來做該判定。位置分部132可依照需求使用以下的方程式(1)及(2)將極座標轉換成直角座標(例如x-y)。 x = rcosθ (1) y = rsinθ (2)
當座標系統軸的參考在背側110及前側108表面之間並不相同時，若有需要，位置分部132可將極座標轉換成x-y，然後將其繪製成圖；或將其轉換成前側108座標。
圖3B顯示在整個基板106上沿著感測器路徑318之輪廓感測器116的位置的直角座標系統圖316，感測器路徑318係藉由旋轉基板106並跨越背側110表面側向地移動輪廓感測器116所產生。與圖3A實施例相反，系統圖316包含直角座標疊對模板321以顯示x-y軸及與感測器路徑318之每一部份相關聯的座標。特別是，選擇單一接觸點320以說明座標可如何被位置分部132參照。接觸點320可具有x座標322及y座標324，該等座標可與在該位置或該位置附近進行收集的輪廓感測器116相關聯。假如需要，位置分部132可將背側110座標資訊轉換成前側108座標。
特別是，選擇單一接觸點320以顯示座標可如何被位置分部132參照。接觸點320可具有x座標322及y座標324，該等座標可與在該位置或該位置附近進行收集的輪廓感測器116相關聯。假如需要，位置分部132可將背側110的座標資訊轉換成前側108座標。位置資訊及輪廓資訊的結合提供將背側110表面之紋理繪製成圖的能力。該圖或表可用以辨識基板106之可被瞄準以供在前側108進行製程補償或在前側108之處理以前進行額外的背側110調理之(複數)特定區域。圖3C顯示在整個基板106上沿著感測器路徑328之輪廓感測器116的位置的直角座標系統圖326，感測器路徑328係藉由以相對於彼此之線性運動移動(複數)輪廓感測器116及/或基板106所產生。可將輪廓感測器116並排配置成線性陣列，俾以如顯示感測器路徑328之部份者的直角座標疊對模板321中所示以直線延伸跨越基板。在一實施例中，移動手臂118可在x-y平面中以水平方向移動跨越基板106。儘管將感測器路徑顯示成於在y方向上行進，然而移動手臂118並不僅限於該類型的移動。額外的感測器路徑(未顯示)亦可以x方向或任何組合移動跨越x-y平面。舉例來說，移動手臂118可沿著y方向以不同方向掃過基板106之一部份。
在另一實施例中，多重陣列移動手臂(未顯示)可包含可比圖1中所繪示之移動手臂118涵蓋更廣表面積之複數行及複數列的輪廓感測器116。在一特定實施例中，多重陣列實施例可包含在水平及鉛直方向上以線性方式對齊的輪廓感測器116。依此方式，第二及第三列的輪廓感測器116可涵蓋由第一列所掃描的相同區域。此可使紋理圖分部136得以基於類似區域之更大的數據集合來驗證紋理數據或將其最佳化，俾以減少輪廓感測器116中的錯誤或變化。
在另一特定實施例中，多重陣列移動手臂(未顯示)的輪廓感測器116之列及/或行可以偏移方式加以配置，使得後列或行可涵蓋與前列或行者不同之表面積。然而，該偏移的輪廓感測器116圖案可加以重複，俾使類似表面積得以在多重陣列移動手臂之單一移動期間再次受掃描。此可結合在多重陣列移動手臂之單一移動期間就相同或類似表面積收集更多數據且涵蓋更廣表面積的能力。
圖3A-3C僅意在說明紋理圖數據可如何加以收集之示範實施例，而並非意在使請求項的範圍限制於此等特定實施例。
圖4顯示突顯基板106之一部份上的表面粗糙度值之紋理圖400的實施例。圖4中的紋理圖400僅為了說明之目的，且可以任何方式提出或組織表面粗糙度數據。此實施例僅反映傳達基板106上之表面粗糙度的位置之一方式。因此，x軸402及y軸404係無尺度(dimensionless)且並未比例化成顯示整個背側110表面。
圖4實施例顯示使用等值線來區分不同表面粗糙度值的形貌圖。等值線之間的表面粗糙度值可能相同或可能在某表面粗糙度值範圍內。舉例來說，第一等值線408及第二等值線410之間的外部等值區域406在該區域各處、無論座標位置皆可能具有相同的表面粗糙度或在獨立的表面粗糙度範圍內。在紋理圖400左側之(-1500,0)的表面粗糙度會具有與在(1300,0)者相似的值，因為該二座標點係在相同的外部等值區域406內。可將個別的等值區域定標成比相鄰區域更高或更低，通常可將該等區域從低至高加以定標，但該配置可非必要。等值線之間的距離亦可指出值在該區域內的改變速率。舉例來說，與線分開較遠距離時相比，當等值線較靠在一起時，此可指示較高的改變速率。此者之範例可顯示於中心等值線412中，其較靠在一起且可代表表面粗糙度值上的尖峰或谷部。中心等值線412顯示比相鄰區域更加靠在一起的四等值線。因此，中心等值線412區域內在表面粗糙度上的改變速率可比相鄰區域者更高。中心等值線412可代表圖1之描述中所述的局部區域，該局部區域可使基板106在基板106之該部份附近彎曲或變形。更廣泛而言，紋理圖400亦顯示表面粗糙度改變的速率傾向於在y方向上比在x方向上更高。因此，當在y方向上掃描時，調整分部138可對圖案化製程做比在x方向上掃描時更多或更大的調整。然而，此並未排除在x方向上做調整。但是，其的確指出在x方向上所做的改變與在y方向上移動時相比可較不頻繁或可為較小的調整。
在若干情況中，紋理圖400之區域可具有相似的表面粗糙度值，但其可能並非彼此相鄰。然而，可將此等區域加以註記(未顯示)以在該等區域內指示相似的值。註記可包含字母、數字、顏色、紋理圖形、或其組合以指示與非相鄰等值區域之相似度。舉例來說，第二等值區域414可具有與中心等值線412區域者相似的表面粗糙度值。前述註記可用於整個紋理圖400上的其它類似區域(未顯示)中。
圖5顯示使用紋理繪圖系統100以獲取及收集基板106之背側110的表面粗糙度數據之方法500的流程圖。可使用表面粗糙度數據來調整後續的處理條件(例如圖案化、背側110之調理)以去除背側110之表面條件的衝擊或將其最小化。表面粗糙度偵測可發生在當基板106係用背側110表面而被固定於基板夾頭112時。此配置避免與前側108表面或在前側108表面上所製造之電子元件的直接接觸。背側110技術實現表面粗糙度之非破壞性測試，其實現用於後續製程的前饋控制。可將紋理繪圖系統100與處理腔室整合，該處理腔室可包含基板夾頭112、輪廓感測器116、及移動手臂118以將輪廓感測器116抵靠背側110表面而定位。所示之方法500僅為一實施例，且該領域中具有通常知識者可增加額外操作、省略一或更多操作、或以不同順序來執行操作。
在方塊502，可使用機械、氣動、或電耦合技術而透過背側110表面將進來的基板106固定於基板夾頭112。基板夾頭112可不接觸前側108表面以避免損及可存在於前側108之圖案或電元件。移動分部130可指示基板夾頭繞著靠近基板106之中心或中心區域的軸旋轉。可將基板106的位向及旋轉速率最佳化以避免基板106的振動或將其最小化。在一實施例中，旋轉速率可介於30rpm及60rpm之間。
可在基板106進入製程腔室104之前將其對齊。一般來說，可使用併入基板106之刻記或切口做對齊。該對齊可為在表面粗糙度掃描期間所收集或運算的座標資訊提供一致的參考。在一些情況中，可在製程腔室104中做基板106的對齊。舉例來說，可在表面粗糙度掃描之前將基板106旋轉至特定位置以確定對齊。
在方塊504，表面粗糙度掃描可藉由使表面粗糙度感測器(例如(複數)輪廓感測器116)移動跨越旋轉之基板106的背側110表面上而開始。表面粗糙度感測器可偵測基板106之背側110表面上之特徵部的振幅及/或頻率。表面粗糙度感測器可使用機械、電、光學技術、或其組合來偵測背側110之特徵部的特性。在一實施例中，表面粗糙度感測器可包含如圖2中所示、設置成與背側110表面實體接觸的接觸元件。可在基板開始旋轉之前或之後將移動手臂118定位以起始該接觸。可使用可耦接至接觸元件的偵測構件(例如壓電傳感器)將起因於移動跨越背側110表面之接觸元件所產生的振動轉換成輪廓訊號(例如電訊號)。輪廓訊號可為背側110表面之特徵部的振幅及/或頻率之電性表示。振幅可提供背側110特徵部之尖峰至谷部輪廓的指示並可提供該等特徵部之高度的指示。特徵部之週期或頻率(例如1/週期)可提供該等特徵部在掃描之面積內可能分隔多遠或可能多寬的指示。然而，背側110特徵部之位置對於指導後續處理之前饋處理而言亦可為重要。
位置分部132亦可監測移動手臂118、基板106、及偵測或收集表面粗糙度數據之(複數)輪廓感測器116的位置。該等位置可藉由使用位置感測器122及/或藉由使用為人熟知的幾何分析技術加以判定，該等幾何分析技術係基於移動構件的幾何及由該等構件所做的移動類型。
在一實施例中，移動手臂118可以線性移動而移動跨越背側表面。該線性移動可在相同平面內來回移動。然而，移動手臂118可不僅限於線性移動。在另一實施例中，移動手臂118可徑向移動，使得該移動手臂藉由繞著移動手臂118之固定點進行樞軸運動而掃過背側110之表面。該徑向移動可類似於可將針移過唱片的唱片播放器手臂。位置分部132可就已知的基板106位置及移動手臂118在其移動跨越基板106之背側110上時的位置而判定接觸背側110的位置。
位置分部132可對由訊號分部134所產生或儲存在訊號分部134中之輪廓訊號的離散部份指定位置。可將位置或座標資訊用以判定基板106及(複數)輪廓感測器116的相對位置。輪廓訊號及位置訊號的組合可提供可用以組成背側110表面之紋理圖的指標或標籤。
在方塊506，紋理圖分部136可使用電腦處理器126以至少部份地基於所偵測的背側表面上之特徵部的振幅及/或頻率、及對該等特性之離散部份所指定的位置資訊產生基板106之背側110的紋理圖或表。離散部份可包含振幅及/或頻率之瞬時讀值、或振幅及/或頻率讀值的微小存續(例如時間或距離)。該等位置可做為使紋理圖分部得以判定該等部份相對於彼此之位向的標籤。舉例來說，可將位置資訊用以使離散部份依照有組織的方式拼湊或集合在一起，使得該資訊形成整個基板106之背側110表面上之表面粗糙度的代表。
可將離散部份的組合用以形成紋理圖或表，該紋理圖或表可用以藉由電腦或藉由人將數據加以視覺化及/或分析。紋理圖可提供在基板106之背側的離散位置之表面粗糙度的指示。在一實施例中，紋理圖可為但不限於如圖4中所示之等值圖。
紋理圖或表可具有足夠高的解析度，俾以調整後續之基板106處理在可對應到該紋理圖或表上的位置之特定位點的處理條件。在一實施例中，可將紋理圖提供至調整分部138，調整分部138可判定前側108表面的哪些部份可為製程改變之候選者，俾使背側110表面粗糙度對於前側108處理之衝擊最小化。假如需要，紋理繪圖系統100可將背側110的位置與前側108的位置連結。在一實施例中，調整可包含但不限於焦深調整(例如z方向)及/或疊對調整(例如x方向、y方向)，該等調整可用以補償可能由背側110表面粗糙度所造成之前側108形貌的變化。
應理解前面的描述僅為本發明之說明。在不偏離自本發明的情況下可由該領域中具有通常知識者規劃不同的替代及修改。因此，本發明意圖包含落在隨附請求項之範圍內的所有如此替代、修改及變化形。
100‧‧‧紋理繪圖系統
102‧‧‧實施例
104‧‧‧製程腔室
106‧‧‧基板
108‧‧‧前側
110‧‧‧背側
112‧‧‧基板夾頭
114‧‧‧中心軸
116‧‧‧輪廓感測器
118‧‧‧移動手臂
120‧‧‧抗衡構件
122‧‧‧位置感測器
124‧‧‧記憶體
126‧‧‧處理器
128‧‧‧電導管
130‧‧‧移動分部
132‧‧‧位置分部
134‧‧‧訊號分部
136‧‧‧紋理圖分部
138‧‧‧調整分部
200‧‧‧詳圖
202‧‧‧振幅
204‧‧‧週期
300‧‧‧仰視圖
302‧‧‧感測器路徑
304‧‧‧順時針方向
306‧‧‧起始點
308‧‧‧位置
310‧‧‧半徑
312‧‧‧角度
314‧‧‧參考線
316‧‧‧系統圖
318‧‧‧感測器路徑
320‧‧‧接觸點
321‧‧‧疊對模板
322‧‧‧x座標
324‧‧‧y座標
326‧‧‧直角座標系統圖
328‧‧‧感測器路徑
400‧‧‧紋理圖
402‧‧‧x軸
404‧‧‧y軸
406‧‧‧外部等值區域
408‧‧‧第一等值線
410‧‧‧第二等值線
412‧‧‧中心等值線
414‧‧‧第二等值區域
500‧‧‧方法
502‧‧‧方塊
504‧‧‧方塊
506‧‧‧方塊
藉由參照以下與隨附圖式一併考量的詳細描述可更佳地理解上述技術優點及其它優點。在圖式中，類似參考號碼通常在不同視圖中皆代表相同部份。圖式係未必按照比例，反而通常著重於說明技術原理。
圖1顯示紋理繪圖系統之示意圖及該紋理繪圖系統之代表性實施例。
圖2顯示與基板背側交互作用之輪廓感測器的代表性實施例。
圖3A顯示極座標系統中的感測器量測點及路徑之示意圖。
圖3B顯示從極座標轉換到直角座標的感測器量測點及徑向路徑之示意圖。
圖3C顯示從極座標轉換到直角座標的感測器量測點及徑向路徑之示意圖。
圖4顯示突顯基板上之表面粗糙度值的振幅及位置的紋理圖之實施例。
圖5顯示使用紋理繪圖系統之方法的流程圖。
102‧‧‧實施例
106‧‧‧基板
108‧‧‧前側
110‧‧‧背側
112‧‧‧基板夾頭
116‧‧‧輪廓感測器
118‧‧‧移動手臂
200‧‧‧詳圖
202‧‧‧振幅
204‧‧‧週期

Claims (20)

  1. 一種紋理繪圖系統，包含： 一基板夾頭，可使一基板繞著一軸旋轉，該基板包含與背側表面相反之圖案化的前側表面； 一輪廓感測器，可移動跨越該基板之該背側表面，並至少部份地基於該基板之該背側表面上的表面粗糙度而產生輪廓訊號； 一位置控制器，可至少部份地基於該輪廓感測器相對於該基板之位置而產生位置訊號；及 一紋理圖分部，可至少部份地基於該輪廓訊號及該位置訊號而產生該基板之該背側的紋理圖，該紋理圖包含在該基板之該背側的位置之表面粗糙度的指示。
  2. 如申請專利範圍第1項之紋理繪圖系統，其中該輪廓感測器包含： 一接觸元件，可與該基板之該背側表面接觸；及 一偵測構件，耦接至該接觸元件，該偵測構件可在壓力或力係施加至該接觸元件時產生該輪廓訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項之紋理繪圖系統，其中該表面粗糙度係至少部份地基於該基板之該背側表面的複數振幅。
  4. 如申請專利範圍第1項之紋理繪圖系統，其中該表面粗糙度係至少部份地基於背側特徵部之複數振幅及週期。
  5. 如申請專利範圍第1項之紋理繪圖系統，其中該輪廓感測器包含可在不同位置與該背側表面接觸的二或更多接觸元件，且該等接觸元件係耦接至為該等接觸元件產生該輪廓訊號的相應之偵測構件。
  6. 如申請專利範圍第5項之紋理繪圖系統，其中該紋理圖處理器至少部份地基於來自該二或更多接觸元件之該等輪廓訊號的組合而產生該紋理圖。
  7. 如申請專利範圍第6項之紋理繪圖系統，其中該紋理圖處理器至少部份地基於來自該二或更多接觸元件之該等位置訊號的組合而產生該紋理圖。
  8. 如申請專利範圍第1項之紋理繪圖系統，其中該基板夾頭可以不超過每分鐘60轉而旋轉。
  9. 如申請專利範圍第1項之紋理繪圖系統，更包含可使該輪廓感測器移動跨越該基板之該背側的一移動手臂。
  10. 如申請專利範圍第1項之紋理繪圖系統，更包含耦接至該輪廓感測器之一移動手臂，該感測器手臂可移動該輪廓感測器以與該基板之該背側表面接觸。
  11. 一種將基板之表面粗糙度繪製成圖的方法，包含： 使用一基板夾頭使一基板繞著接近該基板之中心區域的一軸旋轉，該基板包含與背側表面相反之圖案化的前側表面； 使一表面粗糙度感測器移動跨越旋轉著的該基板之該背側表面，該表面粗糙度感測器可偵測該背側表面上之特徵部的振幅或頻率；及 至少部份地基於所偵測之該背側表面上之該等特徵部的振幅或頻率而使用一電腦處理器產生該基板之該背側的紋理圖。
  12. 如申請專利範圍第11項之將基板之表面粗糙度繪製成圖的方法，其中該紋理圖包含該表面粗糙度感測器接觸該基板之位置的座標資訊、及在該座標資訊或該座標資訊附近之該等特徵部的振幅或頻率。
  13. 如申請專利範圍第11項之將基板之表面粗糙度繪製成圖的方法，更包含： 至少部份地基於所偵測之該基板的該背側之該等特徵部的振幅或頻率而使用該表面粗糙度感測器產生輪廓訊號；及 至少部份地基於該表面粗糙度感測器偵測該基板的該背側之該等特徵部的振幅或頻率之所在的位置而使用一位置感測器產生位置訊號。
  14. 如申請專利範圍第11項之將基板之表面粗糙度繪製成圖的方法，其中該紋理圖提供在該基板之該背側的位置之表面粗糙度的指示。
  15. 如申請專利範圍第11項之將基板之表面粗糙度繪製成圖的方法，其中該位置訊號包含至少部份地基於該基板之徑向移動及該輪廓感測器之線性移動的座標資訊。
  16. 如申請專利範圍第15項之將基板之表面粗糙度繪製成圖的方法，其中該紋理圖包含該背側表面之表面粗糙度的等值線圖。
  17. 如申請專利範圍第11項之將基板之表面粗糙度繪製成圖的方法，更包含將該紋理圖提供至一調整分部，該調整分部可將該紋理圖的背側座標位置連結到前側座標位置，並判定用於該等前側座標位置的偏移調整。
  18. 如申請專利範圍第17項之將基板之表面粗糙度繪製成圖的方法，其中該偏移調整包含對應至該等座標及表面粗糙度的值之至少一者的焦深調整值。
  19. 如申請專利範圍第17項之將基板之表面粗糙度繪製成圖的方法，其中該旋轉包含介於每分鐘5轉(rpm)及60rpm之間的旋轉速率。
  20. 一種系統，包含： 一製程腔室，可處理包含與背側表面相反之前側表面的複數半導體基板； 設置在該製程腔室內的一基板夾頭，該基板夾頭在該基板係於該製程腔室中時接觸該背側表面； 一表面粗糙度偵測器，可在該基板係在該製程腔室中時偵測該背側表面之表面粗糙度。
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