TW202006318A - 晶圓薄膜量測方法及裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種晶圓薄膜量測方法及裝置,該晶圓薄膜量測方法包括以下步驟:以一量測裝置對一個薄膜厚度已知之晶圓成品的標準品進行光學量測,取得一第一光學數據;以該量測裝置對一晶圓待測品執行量測,以取得一第二光學數據;將該第二光學數據導入依該第一光學數據所建立的參數模型,以取得該晶圓待測品之薄膜厚度。
Description
本發明係有關於一種薄膜量測方法及裝置,尤指一種用於量測晶圓上之薄膜的晶圓薄膜量測方法及裝置。
按,在半導體製程中,由晶棒(Ingot)切割成薄片之晶圓(Wafer),其表面可生成氧化薄膜或鍍上各種不同的金屬薄膜,該等薄膜可經反覆之蝕刻(Etching) 製程與化學機械平坦化(Chemical Mechanical Plconalization;CMP)製程形成預設之圖案化結構;如圖1所示,通常晶圓W上會依序堆疊形成複數層薄膜F1、F2,每一層薄膜內皆有預設之圖案化結構F11、F12、 F13、 F21、 F22、 F23。
在晶圓之每一層薄膜形成後,皆須由光學量測裝置進行該層薄膜厚度之量測,並將量測資訊回饋給操作人員或上一製程之設備;因不同之圖案化結構在加工後可對應產生不同之產品,如圖2所示,晶圓W上設有四個具有不同圖案化結構之區域,故光學量測裝置須量測晶圓W表面不同量測位置(如圖之四個區域)之薄膜厚度,該等薄膜厚度之量測,一般係將所量測到之光學數據導入預設之參數模型中,在此簡單假設參數模型為a×b=c,其中,a為圖案化結構之對應參數,b為薄膜厚度,c為光學數據;因晶圓每一層薄膜內之結構皆由不同之材料與圖案所構成,如圖3所示,光學量測裝置所發射之入射光線在進入薄膜F1、F2後,穿經不同之圖案化結構,產生不同程度之散射,故其反射光線之光學數據(c)亦會有不同程度之變化,為了能準確運算薄膜厚度(b),在量測前操作人員須針對所有預設位置之圖案化結構,輸入各種預設圖案化結構之對應參數(a)以建立參數模型,以利後續薄膜厚度之運算;等於在圖案化結構之對應參數(a)、光學數據(c)已知之下,將圖案化結構之對應參數(a)、光學數據(c)導入參數模型運算得出薄膜厚度(b)。
習知薄膜厚度之計算須預先建立所有預設位置之參數模型,此舉須預先得知所有位置的圖案化結構之對應參數(a),該圖案化結構之對應參數(a)包含了所有光線可能穿經圖案化結構之所有對應參數,該對應參數其實際上可能係由多個子參數a1、a2、a3、a4、a5、a6…所組成,參數模型之建立程序相當地複雜;且若要在量測前取得對應參數之資訊,必須要知悉晶圓圖案化結構之設計資料,對於實際進行量測之操作人員而言,並不易取得各廠視為機密之晶圓圖案化結構設計資料。
爰是,本發明的目的,在於提供一種可方便建立參數模型之晶圓薄膜量測方法。
本發明的另一目的,在於提供一種可方便建立參數模型之晶圓薄膜量測裝置。
依據本發明目的之晶圓薄膜量測方法,包括以下步驟:一光學量測步驟,使一量測裝置發射一入射光至一標準品之一量測位置,並接收由該量測位置所反射之反射光的一第一光學數據,該標準品為一個薄膜厚度已知之晶圓成品;一參數建立步驟,使該量測裝置由該反射光的該第一光學數據,參照該已知的薄膜厚度建立參數模型;一膜厚運算步驟,使該量測裝置對一與該標準品具有相同製程的待測品進行量測,並將量測到之一第二光學數據導入該參數模型中,以運算該待測品之薄膜厚度。
依據本發明目的之另一晶圓薄膜量測方法,包括:以一量測裝置對一個薄膜厚度已知之晶圓成品的標準品進行光學量測,取得一第一光學數據;以該量測裝置對一晶圓待測品執行量測,以取得一第二光學數據;將該第二光學數據導入依該第一光學數據所建立的參數模型,以取得該晶圓待測品之薄膜厚度。
依據本發明另一目的之晶圓薄膜量測裝置,包括:用以執行如所述之晶圓薄膜量測方法的裝置。
本發明實施例之晶圓薄膜量測方法及裝置,藉由該量測裝置對一個薄膜厚度已知之晶圓成品的標準品進行光學量測,取得一第一光學數據;以該量測裝置對一晶圓待測品執行量測,以取得一第二光學數據;將該第二光學數據導入依該第一光學數據所建立的參數模型,以取得該晶圓待測品之薄膜厚度;其先採用已知薄膜厚度之晶圓成品作為標準品,可藉由實際之量測結果推知原本未知之參數,可方便建立參數模型,並將該參數導入該參數模型中以量測薄膜厚度未知之待測品,省去了過往須先得知晶圓圖案化結構之設計資料方能參照對應參數建立參數模型之複雜程序,亦避免了晶圓設計資料被揭露之疑慮。
請參閱圖4,本發明實施例之晶圓薄膜量測方法可使用如圖所示之量測裝置A作說明,該量測裝置A設有包括: 一第一取像單元A1,用以執行對一晶圓W上之一量測位置之對位; 一第二取像單元A2,用以發射一入射光至該量測位置,並接收由該量測位置所反射(Reflectometry)之反射光的光學數據;該第二取像單元A2設有一光譜儀A21,可使光學數據轉換為光譜值;其中,該第一取像單元A1之取像倍率小於該第二取像單元A2,且該第一取像單元A1之取像視野大於第二取像單元A2; 一載台A3,用於承載該晶圓W,該載台A可受一驅動機構A31所驅動,進行平移、升降與旋轉; 一控制單元A4,用以執行各單元之控制,並依該第二取像單元A2所接收之光學數據,轉換光學參數並建立參數模型,且可依參數模型運算該晶圓W之薄膜厚度; 一顯示單元A5,用以顯示由該控制單元A4所運算出之薄膜厚度的資訊。
請參閱圖5,本發明實施例之量測裝置A可使用在原位(In-situ)量測系統,使該量測裝置A搭配在一由例如機器手臂R1進行搬送之搬送單元R之一側,該搬送單元R另相對之兩側各設有一加工單元B與一送收料單元L;其中,該加工單元B可包含化學機械平坦化(CMP)製程設備或化學式真空鍍膜(CVD)、物理式真空鍍膜(PVD)、原子層沉積(ALD) 等鍍膜製程設備;該晶圓W由該送收料單元L經該搬送單元R送至加工單元B加工後,會先以該搬送單元R送至該量測裝置A內進行薄膜厚度之量測,再將薄膜厚度之資訊輸出回饋至該加工單元B,以作為該加工單元B對工序之調整,該加工後之晶圓W最終由該搬送單元R送回該收送料單元L收集。
請參閱圖6,本發明實施例之量測裝置A亦可使用在獨立(Stand-alone)量測系統,使一量測裝置A搭配在一由例如機器手臂R1'進行搬送之搬送單元R'之一側,該搬送單元R'相對之另一側設有一收送料單元L';該晶圓W由該收送料單元L'經該搬送單元R'送至該量測裝置A量測薄膜厚度後,由該量測裝置A之顯示單元A5(圖4)顯示薄膜厚度的資訊,以方便操作人員判讀。
本發明實施例在實施上,包括以下步驟: 一位置建立步驟S1,使該載台A3承載一標準品位移至該量測裝置A之第一取像單元A1下方,移動該載台A3,使該第一取像單元A1對該標準品上表面上之一預設位置對位,並以該控制單元A4記錄該預設位置的座標,建立出該標準品上之一量測位置;其中,該標準品為一個薄膜厚度已知之晶圓W成品; 一光學量測步驟S2,使該載台A3承載該標準品位移至該量測裝置A之第二取像單元A2下方,使該第二取像單元A2發射一入射光至該標準品之量測位置,並接收由該量測位置所反射之反射光的一第一光學數據; 一參數建立步驟S3,使該量測裝置A之該控制單元A4由該反射光的該第一光學數據,參照該標準品已知的薄膜厚度,轉換而得知原本未知之光學參數,並使用該光學參數建立參數模型;其中,該光學參數包括材料折射係數(n)、材料吸收係數(k)…等多個係數與條件之綜合;假設參數模型為a×b=c,其中,a為未知光學參數,b為已知之薄膜厚度,c為該第一光學數據,在b為已知且c可經量測得知之情形下,即可藉由參數模型得知a; 一膜厚運算步驟S4,使該載台A3承載一與該標準品具有相同製程的待測品並位移至該量測裝置A之第一取像單元A1下方進行對位,並再位移至該量測裝置A之第二取像單元A2下方進行量測取得一第二光學數據,將該第二光學數據導入該參數模型中,以該控制單元A4運算該待測品之薄膜厚度;其中,該標準品與該待測品同為經歷蝕刻與平坦化製程後之具有圖案化結構之晶圓或同為經歷鍍膜製程後之晶圓;假設參數模型為a×b'=c,其中,a為先前經量測而知之光學參數,b'為欲得知之薄膜厚度,c為該第二光學數據,在a為已知且c可經量測得知之情形下,即可藉由參數模型得知b'; 一結果輸出步驟S5,使該量測裝置A在運算出該待測品之薄膜厚度後,若為原位(In-situ)量測時,則以該顯示單元A5顯示該薄膜厚度之資訊,且同時將該資訊輸出並傳送至上一製程(平坦化製程、鍍膜製程)之設備(原位步驟S51);若為獨立(Stand-alone)量測時,則以該顯示單元A5顯示該薄膜厚度之資訊(獨立步驟S51)。
部份晶圓W加工在晶圓W表面上會同時產生複數個不同圖案化結構的區域,在本發明實施例之量測方法上,為了能夠對同一晶圓W上該等複數個不同圖案化結構區域的薄膜厚度資訊取得掌握,該量測裝置A在該「位置建立步驟S1」執行上,可使該第一取像單元A1逐一對該標準品表面上對應各該不同圖案化結構的不同區域之複數個預設位置進行對位,並以該控制單元A4記錄該複數個預設位置的座標,以在該標準品上建立複數個量測位置,並在「膜厚運算步驟S4」中執行在該等所建立複數個量測位置相對的該待測品上對應位置進行量測,以取得該等不同預設位置的各第二光學數據,俾進行該等不同預設位置薄膜厚度的演算取得。
其中,該晶圓W表面進行加工所形成之薄膜厚度皆會容許一定範圍的公差,為了使量測更為精準,可增加所量測之標準品數量,在該光學量測步驟S2中採用具有包括:薄膜厚度為該公差上限之標準品、薄膜厚度為該公差下限之標準品、及薄膜厚度為該公差上、下限間之數個標準品,使該量測裝置A自各標準品分別量測取得的各第一光學數據與原已知的各標準品薄膜厚度所計算出的複數個光學參數,經由將各光學參數加總後除於採用的標準品數量,以取得複數個標準品的平均光學參數,使該平均光學參數在更貼近實際值下,再以該平均光學參數套入如前述膜厚運算步驟S4所量測該待測品後的演算中,則所取得該待測品薄膜厚度將更為精確!
本發明實施例之晶圓薄膜量測方法及裝置,藉由該量測裝置A對一個薄膜厚度已知之晶圓W成品的標準品進行光學量測,取得一第一光學數據;以該量測裝置A對一晶圓待測品執行量測,以取得一第二光學數據;將該第二光學數據導入依該第一光學數據所建立的參數模型,以取得該晶圓待測品之薄膜厚度;其先採用已知薄膜厚度之晶圓W成品作為標準品,可藉由實際之量測結果推知原本未知之參數,可方便建立參數模型,並將該參數導入該參數模型中以量測薄膜厚度未知之待測品,省去了過往須先得知晶圓W圖案化結構之設計資料方能參照對應參數建立參數模型之複雜程序,亦避免了晶圓W設計資料被揭露之疑慮。
惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
A‧‧‧量測裝置A1‧‧‧第一取像單元A2‧‧‧第二取像單元A21‧‧‧光譜儀A3‧‧‧載台A31‧‧‧驅動機構A4‧‧‧控制單元A5‧‧‧顯示單元B‧‧‧加工單元F1‧‧‧薄膜F11‧‧‧圖案化結構F12‧‧‧圖案化結構F13‧‧‧圖案化結構F2‧‧‧薄膜F21‧‧‧圖案化結構F22‧‧‧圖案化結構F23‧‧‧圖案化結構L‧‧‧收送料單元L'‧‧‧收送料單元R‧‧‧搬送單元R1‧‧‧機器手臂R'‧‧‧搬送單元R1'‧‧‧機器手臂S1‧‧‧位置建立步驟S2‧‧‧光學量測步驟S3‧‧‧參數建立步驟S4‧‧‧膜厚運算步驟S5‧‧‧結果輸出步驟S51‧‧‧原位輸出步驟S52‧‧‧獨立輸出步驟W‧‧‧晶圓
圖1係本發明實施例中晶圓薄膜結構之示意圖。 圖2係本發明實施例中晶圓之不同量測位置之示意圖。 圖3係本發明實施例中光線進入不同薄膜結構之示意圖。 圖4係本發明實施例中量測裝置之各功能單元配置之示意圖。 圖5係本發明實施例中量測裝置使用於原位(In-situ)量測系統之示意圖。 圖6係本發明實施例中量測裝置使用於獨立(Stand-alone)量測系統之示意圖。 圖7係本發明實施例中晶圓薄膜量測方法之之實施例的流程圖。
S1‧‧‧位置建立步驟
S2‧‧‧光學量測步驟
S3‧‧‧參數建立步驟
S4‧‧‧膜厚運算步驟
S5‧‧‧結果輸出步驟
S51‧‧‧原位輸出步驟
S51‧‧‧獨立輸出步驟
Claims (16)
- 一種晶圓薄膜量測方法,包括以下步驟: 一光學量測步驟,使一量測裝置發射一入射光至一標準品之一量測位置,並接收由該量測位置所反射之反射光的一第一光學數據,該標準品為一個薄膜厚度已知之晶圓成品; 一參數建立步驟,使該量測裝置由該反射光的該第一光學數據,參照該已知的薄膜厚度建立參數模型; 一膜厚運算步驟,使該量測裝置對一與該標準品具有相同製程的待測品進行量測,並將量測到之一第二光學數據導入該參數模型中,以運算該待測品之薄膜厚度。
- 如申請專利範圍第1項所述晶圓薄膜量測方法,其中,還包含一個在該光學量測步驟之前的位置建立步驟,使該量測裝置記錄該標準品之一預設位置的座標以建立該量測位置。
- 如申請專利範圍第2項所述晶圓薄膜量測方法,其中,該位置建立步驟係藉由該量測裝置之一第一取像單元進行該量測位置之對位;該光學量測步驟係藉由該量測裝置之一第二取像單元進行該量測位置之該第一或第二光學數據的接收。
- 如申請專利範圍第3項所述晶圓薄膜量測方法,其中,該第一取像單元之取像倍率小於該第二取像單元。
- 如申請專利範圍第3項所述晶圓薄膜量測方法,其中,該第一取像單元之取像視野大於該第二取像單元。
- 如申請專利範圍第1項所述晶圓薄膜量測方法,其中,還包含一個在該膜厚運算步驟之後的結果輸出步驟,使該量測裝置在運算出該待測品之薄膜厚度後,以一顯示單元顯示該薄膜厚度之資訊。
- 如申請專利範圍第1項所述晶圓薄膜量測方法,其中,還包含一個在該膜厚運算步驟之後的結果輸出步驟,使該量測裝置在運算出該待測品之薄膜厚度後,輸出該薄膜厚度之資訊至上一製程之設備。
- 如申請專利範圍第7項所述晶圓薄膜量測方法,其中,該上一製程之設備包括平坦化製程設備、鍍膜製程設備。
- 一種晶圓薄膜量測方法,包括: 以一量測裝置對一個薄膜厚度已知之晶圓成品的標準品進行光學量測,取得一第一光學數據; 以該量測裝置對一晶圓待測品執行量測,以取得一第二光學數據; 將該第二光學數據導入依該第一光學數據所建立的參數模型,以取得該晶圓待測品之薄膜厚度。
- 如申請專利範圍第9項所述晶圓薄膜量測方法,其中,對該標準品進行光學量測時,可對該標準品表面上對應各不同圖案化結構的不同區域之複數個預設位置進行對位,並記錄該複數個預設位置的座標,以在該標準品上建立複數個量測位置,並執行在該等所建立複數個量測位置相對的該待測品上對應位置進行量測,以取得該等不同預設位置的各第二光學數據。
- 如申請專利範圍第1或9項任一項所述晶圓薄膜量測方法,其中,該標準品與該待測品同為經歷蝕刻與平坦化製程後之具有圖案化結構之晶圓。
- 如申請專利範圍第1或9項任一項所述晶圓薄膜量測方法,其中,該標準品與該待測品同為經歷鍍膜製程後之晶圓。
- 如申請專利範圍第1或9項任一項所述晶圓薄膜量測方法,其中,該第一、二光學數據為光譜值。
- 如申請專利範圍第1或9項任一項所述晶圓薄膜量測方法,其中,該參數模型包括一光學參數,該光學參數可為量測複數個標準品所得知之複數個第一光學數據,與該等已知標準品晶圓薄膜厚度所計算出的光學參數之平均值。
- 如申請專利範圍第14項所述晶圓薄膜量測方法,其中,該光學參數包括材料折射係數與材料吸收係數之綜合。
- 一種晶圓薄膜量測裝置,包括:用以執行如申請專利範圍第1至15項任一項所述晶圓薄膜量測方法的裝置。
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