TW202133007A - 半導體晶圓的評定方法、半導體晶圓的選別方法及元件的製造方法 - Google Patents

半導體晶圓的評定方法、半導體晶圓的選別方法及元件的製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明係一種評定方法，其包含有下列製程：獲得鏡面拋光晶圓全面之厚度方向的形狀測定資料；每經一定的旋轉角度即在呈一定間距的點將晶圓之直徑方向的形狀測定資料進行一次或二次微分，而取得微分曲線，比較取得之微分曲線，特定切片切斷方向；在與所特定之切片切斷方向亦即y方向直交的x方向之每經一定間隔，即將y方向之形狀測定資料以一定間距進行一次或二次微分，而取得x-y網格資料；對y方向，從x-y網格資料，求出包含晶圓之中心的中間部區域之最大微分值、及中間部區域之外側的上端側區域與下端側區域之最大微分值；依據各最大微分值，判定有無元件製程中之故障發生的可能性。藉此，提供可有效地評定因切片製程引起之波狀起伏形狀的方法。

Description

半導體晶圓的評定方法、半導體晶圓的選別方法及元件的製造方法
本發明係有關於半導體晶圓的評定方法、半導體晶圓的選別方法及元件的製造方法。
近來，在元件製程之CMP製程，有拋光後之膜厚不均產生的殘餘膜異常之報告。主要的原因假定為在晶圓製程之切片製程中於線鋸之晶錠切斷方向產生的具特徵之波狀起伏形狀。存在具特徵之波狀起伏形狀時，由於在晶圓之凸部分與凹部分拋光裕度產生差距，結果產生拋光後之膜厚不均。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利公開公報2004-20286號
[發明欲解決之問題]
為了選別呈在元件製程形成為殘餘膜異常那樣的波狀起伏形狀之晶圓，需特定線鋸之切片切斷方向，但現狀並未確立其方法。是故，嘗試了根據奈米形貌進行之選別，但由於奈米形貌受限於以一個數值呈現整個晶圓之微小凹凸，故無法特定切片切斷方向。
又，雖於專利文獻1公開了使用整個晶圓之直徑方向微分形狀，評定表面形狀之方法，但從使晶圓之形狀品質異於以往之SFQR等的觀點，以定量地評定半導體晶圓之形狀、特別是晶圓外周部之形狀為目的，而無法特定檢測具特徵之波狀起伏形狀所需的切片切斷方向。
因此，需要開發取代奈米形貌或以往之晶圓形狀評定，可有效地檢測、評定、以及選別因切片製程引起的具特徵之波狀起伏形狀的手法。
本發明係為了解決上述問題而作成，其目的係提供一種半導體晶圓的評定方法，其可以高精確度輕易地特定切片切斷方向，而有效地檢測、評定對元件製程中之故障發生造成影響的因切片製程引起之具特徵的波狀起伏形狀。 [解決問題之手段]
本發明係為了達成上述目的而作成，其提供一種半導體晶圓的評定方法，該半導體晶圓的評定方法使用鏡面拋光晶圓作為半導體晶圓，並包含有下列製程：以晶圓形狀測定機測定該鏡面拋光晶圓的全面之厚度方向的形狀，而獲得形狀測定資料；每經一定的旋轉角度即在該鏡面拋光晶圓的全面進行下述動作，前述動作係從該鏡面拋光晶圓的全面之形狀測定資料選取直徑方向之形狀測定資料，在呈一定間距的點將該選取之該直徑方向的形狀測定資料進行一次或二次微分，而取得該直徑方向之形狀測定資料的微分曲線，而後比較該取得之所有該直徑方向的形狀測定資料之微分曲線，將包含最大微分值之該微分曲線的直徑方向特定為該鏡面拋光晶圓之切片切斷方向；設定以該特定之切片切斷方向及與該特定之切片切斷方向直交的方向為座標軸之直角座標，令該特定之切片切斷方向為y方向、與該特定之切片切斷方向直交的方向為x方向時，在該x方向之每經一定間隔即將該y方向之形狀測定資料以一定間距進行一次或二次微分，形成以該x方向之一定間隔與該y方向之一定間隔構成的x-y網格，而取得x-y網格資料；對該鏡面拋光晶圓之該y方向，設定包含該鏡面拋光晶圓之中心的中間部區域、及該中間部區域的外側之上端側區域與下端側區域，從該取得之該x-y網格資料，求出該鏡面拋光晶圓之該中間部區域的最大微分值、及該鏡面拋光晶圓之該上端側區域及該下端側區域的最大微分值；依據該中間部區域及該上端側區域與該下端側區域之最大微分值，判定有無元件製程中之故障發生的可能性。
根據此種半導體晶圓的評定方法，可以簡便之方法高精確度地特定切片切斷方向，而可以高精確度簡便地依據所特定之切片切斷方向，判定有無因切片製程引起之具特徵的波狀起伏形狀之影響所致的元件製程中之故障發生的可能性。
此時，半導體晶圓的評定方法可每經0.5~10°之間隔的一定旋轉角度即進行該直徑方向之形狀測定資料的選取及該微分曲線之取得。
藉此，可以更高精確度且有效率地特定鏡面拋光晶圓之切片切斷方向。
此時，半導體晶圓的評定方法可令該x-y網格之該x方向與該y方向的該一定間隔為0.5~2mm。又，半導體晶圓的評定方法可令該x-y網格之該y方向的該一定間距為2~10mm。
藉此，可更有效且有效率地以高精確度簡便地判定有無元件製程中之故障發生的可能性。
此時，半導體晶圓的評定方法可使用平面度形狀測定機或奈米形貌測定機作為該晶圓形狀測定機。
藉此，可簡便地且以高測定速度取得更高精確度之形狀測定資料。
此時，半導體晶圓的評定方法可令該元件製程之故障為殘餘膜異常。
藉此，可防止元件製程之品質故障，而可有效地抑制因殘餘膜異常所致之成品率降低。
此時，半導體晶圓的選別方法可更包含有下列製程：選別以上述半導體晶圓的評定方法判定為無故障發生的可能性之該鏡面拋光晶圓作為良品。
藉此，由於可排除故障發生之可能性高的晶圓，故可提高元件製程之成品率。
此時，元件的製造方法可使用以上述半導體晶圓的選別方法選別作為良品之該鏡面拋光晶圓，製作元件。
藉此，可以高成品率製造更高品質之元件。 [發明之效果]
如以上，根據本發明之半導體晶圓的評定方法，可以簡便之方法高精確度地特定切片切斷方向，因此，可以高精確度判定有無元件製程中之故障發生。
[用以實施發明之形態]
以下，詳細地說明本發明，本發明並不限於此等。
如上述，求出了一種半導體晶圓的評定方法，該半導體晶圓的評定方法可以高精確度輕易地特定切片切斷方向，而有效地檢測、評定對元件製程中之故障發生造成影響的因切片製程引起之具特徵的波狀起伏形狀。
本案發明人們對上述問題致力不斷檢討之結果，發現了以一種半導體晶圓的評定方法，可以簡便之方法高精確度地特定切片切斷方向，而可以高精確度簡便地依據所特定之切片切斷方向，判定有無因切片製程之具特徵的波狀起伏形狀之影響所致的元件製程中之故障發生，而完成本發明，該半導體晶圓的評定方法係使用鏡面拋光晶圓作為半導體晶圓，並包含有下列製程：以晶圓形狀測定機測定該鏡面拋光晶圓的全面之厚度方向的形狀，而獲得形狀測定資料；每經一定的旋轉角度即在該鏡面拋光晶圓的全面進行下述動作，前述動作係從該鏡面拋光晶圓的全面之形狀測定資料選取直徑方向之形狀測定資料，在呈一定間距的點將該選取之該直徑方向的形狀測定資料進行一次或二次微分，而取得該直徑方向之形狀測定資料的微分曲線，而後比較該取得之所有該直徑方向的形狀測定資料之微分曲線，將包含最大微分值之該微分曲線的直徑方向特定為該鏡面拋光晶圓之切片切斷方向；設定以該特定之切片切斷方向及與該特定之切片切斷方向直交的方向為座標軸之直角座標，令該特定之切片切斷方向為y方向、與該特定之切片切斷方向直交的方向為x方向時，在該x方向之每經一定間隔即將該y方向之形狀測定資料以一定間距進行一次或二次微分，形成以該x方向之一定間隔與該y方向之一定間隔構成的x-y網格，而取得x-y網格資料；對該鏡面拋光晶圓之該y方向，設定包含該鏡面拋光晶圓之中心的中間部區域、及該中間部區域的外側之上端側區域與下端側區域，從該取得之該x-y網格資料，求出該鏡面拋光晶圓之該中間部區域的最大微分值、及該鏡面拋光晶圓之該上端側區域及該下端側區域的最大微分值；依據該中間部區域及該上端側區域與該下端側區域之最大微分值，判定有無元件製程中之故障發生的可能性。
以下，參照圖式來說明。
誠如上述，為了選別呈在元件製程形成為殘餘膜異常那樣的波狀起伏形狀之晶圓，首先需特定線鋸之切片切斷方向。本案發明人們對切片切斷方向已知之晶圓，對複數方向取得直徑方向之一次或二次微分曲線，進行調查後，發現包含最大微分值之直徑方向與切斷方向一致。
於圖1顯示使用直徑300mm之鏡面拋光矽晶圓(PW)，取得在面內全區之複數的直徑方向之形狀測定資料的微分曲線(在此為二階微分值)，比較該微分曲線之結果。如圖1所示，可知具有最大微分值之微分曲線的直徑方向(在圖1之例中，標示為85°)與實際上以線鋸切片切斷之方向(參照圖2)一致。利用此點，便可高精確度且輕易地特定鏡面拋光晶圓之切片切斷方向。
(獲得形狀測定資料之製程) 圖3、圖4係說明本發明之半導體晶圓的評定方法之圖式。 首先，如圖3所示，使用晶圓形狀測定機，測定鏡面拋光晶圓全面(圖3(a))之厚度方向的形狀，而獲得形狀測定資料。此時使用之晶圓形狀測定機只要可測定整個晶圓之厚度方向的形狀，並未特別限定，可使用眾所皆知之晶圓形狀測定機。特別以使用平面度形狀測定機或奈米形貌測定機為佳。此係因可簡便地獲得精確度高之形狀測定資料。此後利用在此所取得之形狀測定資料，進行評定。
(特定鏡面拋光晶圓之切片切斷方向的製程) 接著，特定鏡面拋光晶圓之切片切斷方向。如圖3(b)所示進行，從所取得之整個的形狀測定資料，選取直徑方向之形狀測定資料。此外，在此，如圖3(b)所示，設定了角度之基準(0°)，由於只要最後可特定切片切斷方向即可，故令基準為哪個位置係任意。然後，在呈一定間距之點將所選取之直徑方向的形狀測定資料進行一次或二次微分，而取得直徑方向之形狀測定資料的微分曲線。此時，進行微分之點的間距並未特別限定，可為0.1~10mm。又，當下限值為例如2mm以上時，可使雜訊成分之影響更低。若為此種範圍，可更高精確度地進行評定。再者，微分以二階微分為較佳。可使評定、判定之精確度更高。
每經一定的旋轉角度即在鏡面拋光晶圓全面進行此種直徑方向之形狀測定資料的微分曲線之取得。此時，旋轉角度只要為大於0°之角度間距即可，以0.5~10°之範圍內的每一定角度為佳，以1~5°為更佳。若為此種範圍，可更高精確度地進行評定。
接著，比較所取得之所有直徑方向的形狀測定資料之微分曲線。然後，可將包含最大微分值之微分曲線的直徑方向特定為鏡面拋光晶圓之切片切斷方向。
(取得x-y網格資料之製程) 當可特定評定之鏡面拋光晶圓的切片切斷方向後，如圖4(a)所示，在此鏡面拋光晶圓，設定以特定之切片切斷方向及與切片切斷方向直交之方向為座標軸之直角座標。接著，在整個晶圓，於與切片切斷方向平行之方向將形狀測定資料微分，而獲得單一方向(切片切斷方向)之微分曲線。
更詳細言之，令切片切斷方向為y方向、與切片切斷方向直交之方向為x方向時，在該x方向之每經一定間隔，將該y方向之形狀測定資料以一定間距進行一次或二次微分，形成以該x方向之一定間隔與該y方向之一定間隔構成的x-y網格，而取得x-y網格資料。x-y網格之大小可在0.1mm~10mm左右之範圍任意設定，x方向與y方向之一定間隔以0.5~2mm之範圍為佳，y方向之進行微分的點之間距以2~10mm之範圍為佳。若為此種範圍，可使評定之精確度更高。又，為更高精確度地評定晶圓之形狀測定資料的微分曲線，x方向與y方向之網格間隔以小於微分間距為佳，特別是以1mm左右為最佳。此外，微分值之計算以二階微分進行為較佳。可使評定、判定之精確度更高。
(判定有無故障發生之可能性的製程) 接著，如圖4(b)所示，對鏡面拋光晶圓之y方向，設定包含鏡面拋光晶圓之中心的中間部區域、及中間部區域之外側的上端側區域與下端側區域，從所取得之該x-y網格資料，求出鏡面拋光晶圓之中間部區域的最大微分值、及鏡面拋光晶圓之上端側區域與下端側區域的最大微分值。如此設定中間部區域及上端側區域與下端側區域之理由係因在切片切斷時之切斷長度變化的切斷開始期與相對於結束期，切斷長度長且切斷較穩定之切斷中間期，波狀起伏不同，所以即使微分值相同，因該微分值存在於晶圓之中間部區域或存在於上端側區域與下端側區域，對進行元件製程、例如CMP時之殘餘膜造成的影響也會不同，比起對整個晶圓之網格資料將規格設定為單一，藉如對應切斷中間期之中間部區域、對應切斷開始期與結束期之上端側區域與下端側區域般劃分區域，可提高判定精確度。此外，為直徑300mm之晶圓時，中間部區域可為以通過晶圓中心之x方向的直線為中心，往y方向寬200mm(即，以通過晶圓中心之x方向的直線為基準，往y方向±100mm)左右之區域。上端側區域與下端側區域為中間部區域以外之區域，亦即以從y方向之晶圓兩端(通過晶圓中心之y方向的直線上之晶圓端部)往晶圓之內側(y方向)±50mm左右之區域為佳(參照圖4(b))。
接著，依據中間部區域及該上端側區域與下端側區域之最大微分值，判定有無元件製程中之故障發生的可能性。此時之判定方法可以例如各區域內之最大微分值是否在預定規格值內、或整個晶圓之所有網格資料數與超過一定閾值(Threshold值)之網格資料數的比(Error%)等參數是否在預定規格值內，進行判定。元件製程之故障以採用例如元件製造之CMP製程的殘餘膜異常作為指標。此外，設定成用於判定之參數的規格值可以使用者要求之形狀等為基礎，設定可有效地選別之值。
(選別鏡面拋光晶圓作為良品之製程) 當如上述進行，判定有無鏡面拋光晶圓之元件製程的故障發生之可能性後，可有效地選別判定為無故障發生之可能性的鏡面拋光晶圓作為良品。又，藉使用選別作為良品之鏡面拋光晶圓，製造元件，可有效地抑制後製程之元件製程的故障、特別是CMP製程之殘餘膜故障發生。再者，根據本發明之半導體晶圓的評定方法、選別方法，除了CMP製程外，在光刻程製程等，亦可事先選別有於元件圖形產生誤差之可能性的晶圓將之去除。 [實施例]
以下，舉實施例，就本發明詳細地說明，此並非限定本發明。
準備了四十四片直徑300mm之矽晶圓(PW)作為在實施例及比較例進行評定之鏡面拋光晶圓。此矽晶圓係供同一使用者用，從由複數批(Lot)組成之物選取。此四十四片中包含為了確認本發明之半導體晶圓的評定方法之效果，而殘餘膜異常產生率有不同之線鋸斷線品、非斷線品。對此種晶圓，比較了根據經單一高斯濾波器處理之奈米形貌進行的規格判定結果(比較例)、與對切片切斷方向之二階微分值的中間部區域及上端側區域與下端側區域之最大微分值的規格判定結果(實施例)。
首先，使用平面度測定機(KLA公司WaferSight系列)作為晶圓形狀測定機，取得了所有晶圓之厚度方向的形狀測定資料。實施例、比較例皆利用此形狀測定資料，進行評定。
(比較例) 依據奈米形貌值，進行半導體晶圓之評定，而進行了元件製程中之故障發生的有無之判定。具體而言，對使用上述平面度測定機而取得之晶圓的厚度方向之形狀測定資料，以單一高斯濾波器(25mm circle window)進行濾波處理，求出奈米形貌值。元件製程中之故障發生的有無之判定條件係將奈米形貌值=38nm設定為閾值，將奈米形貌值＞38nm判定為有故障發生之可能性。
(實施例) 依據本發明之半導體晶圓的評定方法，特定晶圓之切片切斷方向，取得x-y網格資料，而分別求出晶圓之中間部區域及上端側區域與下端側區域的最大微分值。具體而言，使用利用上述平面度測定機而得之晶圓的厚度方向之形狀測定資料，對晶圓之直徑方向的形狀剖面，以微分間距=10mm，進行二階微分，取得了直徑方向之形狀測定資料的微分曲線。以旋轉角度1°間距在整個晶圓進行此處理，而獲得整個之二階微分曲線資料。接著，在所有二階微分曲線資料中，將包含最大微分值之剖面的直徑方向特定為該晶圓之切片切斷方向。
令如此進行而特定之切斷方向為x-y直角座標系之y方向、與切斷方向直交之方向為x方向，並令x方向與y方向之網格間隔為1mm、y方向之微分間距為10mm，將y方向之形狀測定資料以一定間距進行二階微分而取得了x-y網格資料。
之後，於在晶圓設定之y方向，將以通過晶圓之中心的x方向之直線為基準，±100mm(相當於直徑50mm~250mm)之範圍作為中間部區域、該中間部區域之外側的範圍作為上端側區域與下端側區域而求出各區域之最大微分值。
元件製程中之故障發生的可能性之有無的判定條件係將中間部區域之最大微分值=5nm/mm2 、上端側區域與下端側區域之最大微分值=8nm/mm2 設定為閾值。即，將滿足中間部區域之最大微分值＞5nm/mm2 、上端側區域與下端側區域之最大微分值＞8nm/mm2 中之任一者的晶圓判定為有故障發生之可能性。換言之，僅於同時滿足中間部區域之最大微分值≦5nm/mm2 、上端側區域與下端側區域之最大微分值≦8nm/mm2 時，判定為無故障發生之可能性。
於圖5顯示實施例與比較例之評定結果。圖5(a)顯示比較例之根據奈米形貌值進行的各晶圓之評定結果。圖5(b)、(c)係實施例之評定結果，圖5(b)顯示晶圓之中間部區域的二階微分曲線資料之最大微分值，圖5(c)顯示晶圓之上端側區域與下端側區域的二階微分曲線資料之最大微分值。又，於圖5(a)~(c)中顯示有用於各自之判定的閾值。
在比較例之根據奈米形貌進行的判定，如圖5(a)所示，總計四十四片中，原本預期合格但以過剩判定而判定不合格之晶圓(以下稱為「過剩判定晶圓」)為六片(非斷線品、無殘餘膜異常之樣品)，預期不合格但以過小判定而判定合格的晶圓(以下稱為「過小判定」晶圓)為十二片(非斷線品、有殘餘膜異常之樣品)，過剩判定率為13.6%，過小判定率為27.3%。
另一方面，在實施例之判定，如圖5(b)、(c)所示，過剩判定晶圓減少為二片，過小判定晶圓減少為二片，過剩判定率、過小判定率皆改善至4.5%。
如此，在比較例之根據奈米形貌進行的評定、選別，產生了許多原本預期合格但以過剩判定而判定不合格之晶圓或預期不合格但以過小判定而判定合格之晶圓，在以本發明之評定方法所行的評定、選別，過剩判定、過小判定皆改善，而確認了比起根據奈米形貌進行之評定、選別，可更有效地選別呈波狀起伏形狀之晶圓。如此，檢測波狀起伏形狀的本發明之半導體晶圓的評定方法可謂比起以往之評定方法亦即根據奈米形貌進行的評定、選別，可更高精確度地選別可能形成為殘餘膜異常之晶圓。
此外，本發明並不限於上述實施形態。上述實施形態為例示，具有與記載於本發明之申請專利範圍的技術思想實質上相同之結構，發揮同樣之作用效果者不論何者，皆包含在本發明之技術範圍。
x:方向 y:方向
圖1顯示複數之直徑方向的形狀測定資料之微分曲線。 圖2顯示線鋸之切片切斷方向的說明圖。 圖3(a)、(b)顯示說明本發明之半導體晶圓的評定方法之圖式。 圖4(a)、(b)顯示說明本發明之半導體晶圓的評定方法之圖式。 圖5(a)~(c)顯示實施例與比較例之評定結果。

Claims (12)

  1. 一種半導體晶圓的評定方法，其使用鏡面拋光晶圓作為半導體晶圓，並包含有下列製程： 以晶圓形狀測定機測定該鏡面拋光晶圓的全面之厚度方向的形狀，而獲得形狀測定資料； 每經一定的旋轉角度即對於該鏡面拋光晶圓的全面進行下述動作，前述動作係從該鏡面拋光晶圓的全面之形狀測定資料選取直徑方向之形狀測定資料，在呈一定間距的點將該選取之該直徑方向的形狀測定資料進行一次或二次微分，而取得該直徑方向之形狀測定資料的微分曲線，而後比較該取得之所有該直徑方向的形狀測定資料之微分曲線，將包含最大微分值之該微分曲線的直徑方向特定為該鏡面拋光晶圓之切片切斷方向； 設定以該特定之切片切斷方向及與該特定之切片切斷方向直交的方向為座標軸之直角座標，令該特定之切片切斷方向為y方向、與該特定之切片切斷方向直交的方向為x方向時，在該x方向之每經一定間隔即將該y方向之形狀測定資料以一定間距進行一次或二次微分，形成以該x方向之一定間隔與該y方向之一定間隔構成的x-y網格，而取得x-y網格資料； 對該鏡面拋光晶圓之該y方向，設定包含該鏡面拋光晶圓之中心的中間部區域、及該中間部區域的外側之上端側區域與下端側區域，從該取得之該x-y網格資料，求出該鏡面拋光晶圓之該中間部區域的最大微分值、及該鏡面拋光晶圓之該上端側區域及該下端側區域的最大微分值； 依據該中間部區域及該上端側區域與該下端側區域之最大微分值，判定有無元件製程中之故障發生的可能性。
  2. 如請求項1之半導體晶圓的評定方法，其中， 每經0.5~10°之間隔的一定旋轉角度即進行該直徑方向之形狀測定資料的選取及該微分曲線之取得。
  3. 如請求項1之半導體晶圓的評定方法，其中， 令該x-y網格之該x方向與該y方向的該一定間隔為0.5~2mm。
  4. 如請求項2之半導體晶圓的評定方法，其中， 令該x-y網格之該x方向與該y方向的該一定間隔為0.5~2mm。
  5. 如請求項1之半導體晶圓的評定方法，其中， 令進行該x-y網格之該y方向的該一定之微分的間距為2~10mm。
  6. 如請求項2之半導體晶圓的評定方法，其中， 令進行該x-y網格之該y方向的該一定之微分的間距為2~10mm。
  7. 如請求項3之半導體晶圓的評定方法，其中， 令進行該x-y網格之該y方向的該一定之微分的間距為2~10mm。
  8. 如請求項4之半導體晶圓的評定方法，其中， 令進行該x-y網格之該y方向的該一定之微分的間距為2~10mm。
  9. 如請求項1之半導體晶圓的評定方法，其中， 使用平面度形狀測定機或奈米形貌測定機作為該晶圓形狀測定機。
  10. 如請求項1之半導體晶圓的評定方法，其中， 令該元件製程之故障為殘餘膜異常。
  11. 一種半導體晶圓的選別方法，包含下列製程： 將經由如請求項1至請求項10中任一項之半導體晶圓的評定方法判定為無故障發生的可能性之該鏡面拋光晶圓，選別作為良品。
  12. 一種元件的製造方法，其使用經由如請求項11之半導體晶圓的選別方法選別作為良品之該鏡面拋光晶圓，來製作元件。
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