TWI785266B - 晶圓形狀資料化方法 - Google Patents

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Abstract

準備晶圓(S1)，對所準備之晶圓，就自晶圓中心將圓周360度分割為既定個數之角度中的每個角度，測量半徑方向之各位置之厚度形狀(S2、S3)。將由測量機所得之每個角度之厚度形狀以6次以上之多項式進行近似，進行晶圓厚度相對於半徑方向之位置之函數化(S4)。進行由測量機輸出之厚度形狀與藉由前述函數輸出之厚度形狀之比較，確認在晶圓全面為既定之誤差內(S5)。在此確認後，將每個前述角度之函數之資訊作為表示晶圓形狀之資料附加至晶圓而提供給使用者(S6)。藉此，提供一種能降低晶圓之形狀資料的容量、且能取得高精度的形狀資料、且適用於取得晶圓全面之形狀的方法。

Description

晶圓形狀資料化方法
本發明係關於一種藉由函數將晶圓之形狀資料化的方法。
在將矽晶圓等晶圓出貨給使用者時，會於各個晶圓附加作為晶圓之平整度資訊的SFQR(Site Frontside ref. least sQuare Range)、SBIR(Site Backside ref. Ideal Range)、ESFQR(Edge Site Frontside ref. least sQuare Range)等平整度參數。這些參數在分類晶圓之平整度中雖然作為一定的基準而足以採用，但卻是一種無法影像化晶圓形狀的替代參數。為此，在步進工程中有必要在將元件圖案燒至晶圓前，於前處理中預先測量平台上的晶圓形狀。
在此，關於晶圓形狀之測量有如以下的專利文獻1~3。於專利文獻1中，記載有一種測量矽晶圓等之工件之剖面形狀之方法。具體而言，專利文獻1中記載了一種方法，其藉由厚度測量手段對以能夠旋轉之基準水平台持續進行研磨之工件之厚度進行測量，分別取得複數個由該厚度測量手段測量之厚度、與該厚度測量手段測量厚度後之工件之面內位置，將在各面內位置的厚度轉換處理為在與從工件中心至各面內位置之徑方向距離對應之工件之既定徑方向之各位置的厚度，而求出既定徑方向之工件的剖面形狀。又，亦記載有一種藉由多項式近似曲線求出工件之剖面形狀之內容。
專利文獻2中，記載了一種在透光性基板之一方之主表面設有轉印圖案形成用之薄膜的光罩基底片(Mask-blank)之製造中所使用的光罩基底片用基板，其中，在主表面的計算區域，對僅以與半徑相關之變數之次數為2次以下之項所構成之任尼克多項式(Zernike polynomial)所表示之虛擬基準面進行形狀擬合(fitting)，具有一表面形狀，該表面形狀係在主表面與虛擬基準面之差分資料之前述計算區域內的最高高度與最低高度之差為既定值以下。
專利文獻3中，記載有一種方法，其中，於基板之被檢查面上照射光，取得映照在該被檢查面上之光照射部之圖像，將此圖像之輪廓線以多項式進行近似，檢測形成於較此輪廓線外側之散射像，藉此進行被檢查面之檢查。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特許公開2017-204609號公報 [專利文獻2]國際公開第2014/203961號 [專利文獻3]日本特許公開2016-20824號公報
關於省略前處理中的測量，雖然只要對各個之晶圓附加晶圓測量時之全形狀資料即可，但隨平整度測量機之高解析度化，一片晶圓形狀資料的容量也隨之增大，因而將全形狀資料附加至各個晶圓並不切實際。
再者，由於專利文獻1之方法係取得既定之徑方向(例如X軸方向、Y軸方向)之剖面形狀之方法，所以並不適用於取得晶圓全面之形狀。又，專利文獻1之方法中，由於為了取得既定之徑方向之剖面形狀而將在各面內位置的厚度轉換處理為在既定之徑方向之位置的厚度，因而產生與在既定之徑方向之實際的剖面形狀之誤差。也就是說，以專利文獻1之方法係無法取得高精度的晶圓形狀。
再者，專利文獻2之技術係關於由透光性基板所構成之光罩基底片用基板之技術，而與關於一種將矽等之半導體材料加工成薄圓盤狀之板即晶圓之形狀表現之技術相異。
再者，專利文獻3之方法中，雖然能取得映照於被檢查面上之光照射部之圖像之輪廓線之形狀，但並不適用於取得晶圓全面之形狀。
本發明有鑑於上述情事，其目的在於提供一種方法，其能降低晶圓之形狀資料之容量，且能取得高精度的形狀資料，且適用於取得晶圓全面之形狀。
為達成上述之目的，本發明之一態樣係一種將晶圓之形狀藉由函數進行資料化之方法，就自晶圓中心將圓周360度分割為既定個數之角度中的每個角度測量半徑方向之各位置之厚度形狀，藉由6次以上之多項式近似來就每個前述角度進行晶圓厚度相對於半徑方向之位置之函數化，進行由測量機輸出之厚度形狀與藉由前述函數輸出之厚度形狀之比較，在確認了於晶圓全面係既定之誤差內之後，將每個前述角度之函數作為表示晶圓形狀之資料。
根據本發明之一態樣，由於對圓周方向之每個角度進行晶圓厚度相對於半徑方向之位置之函數化，將所獲得之函數作為表示晶圓形狀之資料，因此與由測量機輸出之厚度形狀之資料相比能夠降低容量。又，藉由將前述函數中的多項式之次數設為6次以上，能夠使與由測量機輸出之實際的厚度形狀之誤差變小，能夠獲得高精度的形狀資料。進而，由於進行由測量機輸出之厚度形狀與藉由前述函數輸出之厚度形狀之比較，確認在晶圓全面係既定之誤差以內，因此能夠獲得更為高精度之形狀資料。又，本發明之一態樣中，只要將圓周360度之分割數設為多個，便能夠獲得晶圓全面之形狀資料，因此可謂適用於獲得晶圓全面之形狀的方法。
又，在本發明之一態樣中，前述角度為10度以下，較佳設為1度以下。藉此，能高精度地表現晶圓全面之厚度形狀。
在本發明之一態樣，亦可將由前述測量機輸出之每個前述角度之厚度形狀進行平均化，根據將此平均化後之厚度形狀以多次多項式進行了近似時之相關係數，決定前述函數化時之多項式之次數。
藉此，由於考量相關係數而決定進行函數化時之多項式之次數，因此容易得到高精度的形狀資料。又，進行了由測量機輸出之厚度形狀與藉由前述函數輸出之厚度形狀之比較時，能夠容易在晶圓全面設為既定的誤差以內。又，由於多項式之次數之決定係使用將藉由測量而取得之每個角度之厚度形狀平均化後之資料來進行，因此能夠簡單地取得在表現晶圓形狀時必要的次數。
再者，在本發明之一態樣，亦可以前述相關係數為0.95以上之次數的多項式進行前述函數化。藉此能夠取得高精度的形狀資料。
（實施形態） 以下，參照圖1對本發明之實施形態進行說明。首先，準備一矽晶圓(以下簡稱晶圓)，其為藉由函數表現厚度形狀之對象(S1)。
其次，將所準備之晶圓之厚度形狀，藉由KLA-Tencor公司製之平整度測量機「WaferSight2」等之測量機進行測量(S2)。此時，測量機所進行之厚度測量的掃瞄(scan)範圍係設為晶圓全面。此外，晶圓中之厚度測量之掃描可以任意方式進行，例如可就晶圓之圓周方向上之每個位置(角度)θ沿晶圓之半徑方向進行掃描，亦可就晶圓之半徑方向上之每個位置r沿晶圓之圓周方向進行掃描，或亦可沿XY座標系統(直角座標系統)中平行於X座標軸的方向或平行於Y座標軸的方向進行掃描。測量機將晶圓中之各厚度測量點之座標以對應厚度測量值之方式進行記錄。此座標，可為與以晶圓中心為原點之極座標相異之座標系統(例如XY座標系統)中之座標，亦可為以晶圓中心為原點之極座標。又，測量機中之厚度測量之原理亦可為任何的測量原理。
測量機進行之厚度測量之刻度間距(解像度)，在晶圓之圓周方向例如可設為10度以下之刻度間距，在晶圓之徑方向例如可設為晶圓之直徑之10分之1(例如直徑為300mm的情況時是30mm)以下之刻度間距，或與晶圓直徑無關而為10mm以下之刻度間距。
其次，將測量機所得之測量結果(各點之厚度測量值及各點之座標)之文本資料(例如csv檔)作為晶圓之形狀資料進行輸出(S3)。此時，在測量機之座標系統與以晶圓中心為原點之極座標相異之情況時，藉由座標轉換軟體，將測量點之座標轉換為以晶圓中心為原點之極座標(r-theta座標)後輸出晶圓之形狀資料。
其次，對在S3步驟中取得之形狀資料(以下稱為測量形狀資料)，就自晶圓中心等間隔地分割圓周360度為既定個數之每個角度(以下稱為分割角度θ1)，藉由6次以上之多項式近似來進行晶圓厚度z相對於半徑方向之位置r(與晶圓中心相距的距離)之函數化(S4)。分割角度θ1例如可設為10度以下(例如1度)，較佳設為1度以下。又，分割角度θ1可與測量形狀資料中之θ方向之刻度間距相同，於該刻度間距為非常小之值(例如0.1度以下之刻度間距)的情況時，在縮減資料容量之觀點或減輕函數化負擔之觀點上，亦可設為較該刻度間距大之角度。
更詳細而言，就每個分割角度θ1，將厚度z以z=arn +brn-1 +crn-2 +…+const的形式之多項式來表現。在此多項式中，r表示與晶圓中心相距之距離(即在半徑方向上之位置)。n為多項式之次數(構成多項式之各項之半徑r之次數中的最高次數)且為6以上之整數。a、b、c、const為係數。多項式中的係數例如可藉由最小平方法來決定。前述多項式，係空間維度之變數僅為半徑r之1次多項式(1變數多項式)。此外，在前述專利文獻2中使用之任尼克多項式，係維度之變數為半徑r與角度θ之兩變數的2次多項式(2變數多項式)。
再者，例如如圖2所示，θ=α之近似多項式係根據測量形狀資料中之具有θ=α之座標的厚度資料100而取得。亦即在上述專利文獻1中，雖然在將θ=α以外之座標的厚度資料轉換處理為θ=α之厚度資料後進行多項式近似，但在本實施形態中並未進行那樣的動作。
再者，在圖2中，在設為β=α+180°時，θ=β時之近似多項式，是根據測量形狀資料中之具有θ=β之座標的厚度資料101，與θ=α時之近似多項式分開取得。如此，在S4之步驟中，個別取得以360°÷分割角度θ1=N個之多項式。
多項式之次數，例如以如下的方式來決定。即，在測量形狀資料中，就每個與晶圓中心相距之距離r，進行圓周方向之各資料之平均化。例如，半徑方向之厚度測量之刻度間距為1mm之情況時，進行具有r=1mm之座標的圓周方向之各資料之平均化，進行具有r=2mm之座標的圓周方向之各資料之平均化，就每一各距離r進行像這般的平均化。然後，確認將平均化後之形狀資料套用至多項式(z=arn +brn-1 +crn-2 +…+const)時之相關係數R。求出相關係數R成為在表現晶圓形狀時能夠確保必要精度之值(例如0.90以上)之多項式之次數。在S4之步驟中，以如此方式取得之次數之多項式進行函數化。本發明者得知只要多項式之次數為6次以上則相關係數R便成為0.95以上(參照後述之實施例1)。
再者，用於多項式次數之決定的測量形狀資料，可為在S4步驟中從進行形狀之函數化之晶圓(成為出貨對象之晶圓)本身取得之資料，亦可為從別的晶圓(例如非為出貨對象之樣本晶圓)取得之資料。又，多項式之次數亦可由複數個晶圓之測量形狀資料來決定。在此情況，對於各測量形狀資料以上述步驟確認相關係數R，將全部的相關係數R成為既定值以上(例如0.90以上)之次數決定作為S4之步驟中進行函數化時之多項式之次數。
在S4之步驟中，作為每個分割角度θ1之函數(多項式)之資訊，輸出多項式之各項之係數。
其次，對由測量機輸出之厚度形狀(測量形狀資料)、與藉由在S4之步驟中取得之函數而輸出之厚度形狀即函數形狀資料進行比較，確認在晶圓全面為既定之誤差以內(S5)。具體來說，例如，統整從在S4之步驟中取得之函數所得之每個分割角度θ1之厚度形狀z(r)，作為一片晶圓之厚度圖而輸出。此時，半徑方向上之厚度輸出之刻度間距，與測量形狀資料中之半徑方向之刻度間距相同。此刻度間距，例如可設為晶圓之直徑之10分之1(例如直徑為300mm時為30mm)以下之刻度間距，或無關晶圓直徑而設為10mm以下之刻度間距。然後，例如藉由取得自函數形狀資料求出之厚度圖與自測量形狀資料求出之厚度圖之差分來求得差分圖。確認在此差分圖中並無超過既定之誤差之處。
確認在晶圓全面為既定之誤差以內後，將於S4之步驟取得之函數資訊(多項式之各項之係數資料)作為表示晶圓形狀之資料而附加至晶圓而供給給使用者(S6)。每一片晶圓之多項式之個數N為360度/分割角度θ1，若將多項式之次數設為n，則每一個多項式之係數之個數為（n + 1）。因此，函數資訊係每一片晶圓包含N×(n+1)個係數資料而構成。
此外，S5之步驟中存在有超過既定之誤差之處的情況時，函數形狀資料為低精度而不用來作為附加於晶圓之形狀資料。此情況下，例如增加多項式之次數，再次進行S4之步驟中之函數化，確認在S5之步驟中於晶圓全面是否為既定之誤差以內。然後，確認了於晶圓全面為既定之誤差以內的情況時，將函數資訊附加至晶圓而供給給使用者(S6)。
在使用者側中，對每個分割角度θ1之z=arn +brn-1 +crn-2 +…+const，以套入作為函數資訊附加之多項式之各係數與半徑r之方式，能取得每個分割角度θ1之厚度形狀。以將這些每個分割角度θ1之厚度形狀統整為1個之方式能夠取得晶圓全面之厚度形狀(厚度圖)。
如此，在本實施形態中，能夠將晶圓之測量形狀資料對應於r-theta座標來表示。因此，能一維地抽取在某角度之晶圓之形狀，能以半徑r一維地表現厚度z。對於此關係，進行多項式之擬合，能夠對各個角度方向利用函數來表示形狀，藉以將晶圓全面之形狀以函數進行表示。從每個角度之函數得出之晶圓形狀，係從晶圓之面內位置(r, θ)及厚度z構成之三維的形狀。又，作為一例，將分割角度θ1設為1度的情況時，晶圓全面之資訊係能以360×(n+1)個係數資料來表現，進而壓縮大幅的資料。
以下，列舉實施例來具體地說明，但這些內容並不用來限定本發明。
(實施例1) 調查多項式次數與相關係數之關係。具體來說，準備3片直徑300mm之矽晶圓(以下稱晶圓)，將各晶圓之厚度形狀藉由KLA-Tencor公司製之平整度測量機「WaferSight2」進行測量。此外，WaferSight2係以下原理之測定機，即，在晶圓射入光，藉由從來自晶圓之反射光與來自基準面之反射光的光學干涉而產生之干涉條紋的數量與間距來測量晶圓表面之位移量。
使用KLA-Tencor公司製之離線解析軟體「OASys」，將自WaferSight2輸出之測量結果之檔案(wnt檔案)，轉換為對以晶圓中心為原點之極座標的厚度測量值，將轉換後之測量形狀資料作為csv檔案輸出。將所輸出之測量形狀資料中之θ方向之刻度間距(分割角度θ1)為1度，將r方向之刻度間距設為0.2mm。
繼而，對所取得之測量形狀資料，就與晶圓中心相距之每個距離r進行圓周方向之各資料之平均化。對各晶圓之測量形狀資料進行該平均化。
然後，對每個晶圓之平均化形狀資料，調查套用多次多項式(z=arn +brn-1 +crn-2 +…+const)時之相關係數R與多次多項式之次數之關係。多項式之係數藉由最小平方法而求出。圖3係表示該關係。
如圖3所示，於次數為6次的情況時，3片晶圓每個之相關係數R之全部為0.97以上。又，次數為7次的情況時，全部的相關係數R為0.98以上。又，次數為8次以上的情況時，全部的相關係數R為0.99以上。尤其是在次數為10次的情況時，全部的相關係數R大致為1。
如上述可知較佳為於進行函數化時之多項式之次數為6次以上，更佳為相關係數R為0.99以上之8次以上，再更佳為相關係數R大致為1之10次以上。
(實施例2) 準備15片直徑300mm之矽晶圓(以下稱晶圓)，對各晶圓依圖1之步驟進行函數化，比較自取得之函數求出之厚度圖與從測量機輸出之厚度圖。具體來說，藉由KLA-Tencor公司製之平整度測量機「WaferSight2」測量各晶圓之厚度形狀。
使用KLA-Tencor公司製之離線解析軟體「OASys」，將自WaferSight2輸出之測量結果之檔案(wnt檔案)，轉換為對以晶圓中心為原點之極座標的厚度測量值，將轉換後之測量形狀資料作為csv檔案輸出。將所輸出之測量形狀資料中之θ方向之刻度間距(分割角度θ1)設為1度，將r方向之刻度間距設為0.2mm。
對於各測量形狀資料，就每一分割角度θ1，以對半徑方向之位置r(與晶圓中心相距之距離)之10次多項式進行近似。多項式之係數藉由最小平方法而求出。輸出所取得之每個分割角度θ1之多項式之各係數。表1係表示自15片晶圓中的1片取得之多項式之各係數。於表1中所表示之函數資訊係多項式之個數為360個，每一個多項式之係數之個數為11，其整體由360×11=3960個係數資料所構成。
[表1]
Figure 02_image001
再者，基於取得之函數(多項式)而輸出每個分割角度θ1(=1度)之厚度z(r)。將該些厚度z(r)統整為1個，作為1片晶圓之厚度圖而輸出。對15片晶圓分別進行該厚度圖之輸出。
圖4至圖6係就15片晶圓每個，於上排表示由測量機輸出之厚度圖(表示「Raw」之圖)，於下排表示由函數輸出之厚度圖(表示「Fitting」之圖)。此外，成為圖4~圖6之各厚度圖之根基的厚度資料之半徑方向之刻度間距設為0.2mm。在圖4~圖6之各厚度圖中，將基準面之位移歸零而將相對於該基準面之位移量以無色彩之深淺進行表示。
如圖4至圖6所示般，在任一晶圓中，由函數輸出之厚度圖均為與由測量機輸出之厚度圖同樣的圖，可謂能將晶圓之厚度形狀精度良好地進行表示。實際上，就每個晶圓比較上排之厚度圖與下排之厚度圖，可確認到在任一晶圓中在晶圓全面，誤差均為±5nm(既定之誤差)以內。
又，比較由測量機「WaferSight2」輸出之形狀資料與函數資訊之容量，由測量機輸出之形狀資料之容量係每一片晶圓為2~20Mb，相對地，函數資訊之容量係每一片晶圓為63kb，而能夠以函數化之方式將容量大幅地壓縮。
此外，本發明並不侷限於上述實施形態。上述實施形態僅為例示而具有與本發明之技術思想實質上相同的構成、發揮同樣作用效果者，無論為何物亦包含在本發明之技術範圍。
100、101:厚度資料 S1:準備晶圓 S2:測量晶圓之厚度形狀 S3:輸出轉換r-theta座標後之形狀資料 S4:對形狀z相對於半徑r之資料進行函數化 S5:比較測量形狀資料與函數形狀資料 S6:將函數資訊附加至晶圓而將晶圓提供給使用者
圖1係表示將晶圓之形狀藉由函數進行資料化之步驟之流程圖。 圖2係在以晶圓中心為原點之極座標系統，以點表示在某角度之厚度資料之圖。 圖3係表示實施例1中對晶圓之厚度形狀套用多次多項式時之多項式次數與相關係數之關係之圖。 圖4係於上排表示實施例2之第1~5片之晶圓中由測量機輸出之厚度圖，於下排表示由函數輸出之厚度圖之圖。 圖5係於上排表示實施例2之第6~10片之晶圓中由測量機輸出之厚度圖，於下排表示由函數輸出之厚度圖之圖。 圖6係於上排表示實施例2之第11~15片之晶圓中由測量機輸出之厚度圖，於下排表示由函數輸出之厚度圖之圖。
S1:準備晶圓
S2:測量晶圓之厚度形狀
S3:輸出轉換r-theta座標後之形狀資料
S4:對形狀z相對於半徑r之資料進行函數化
S5:比較測量形狀資料與函數形狀資料
S6:將函數資訊附加至晶圓而將晶圓提供給使用者

Claims (5)

  1. 一種晶圓形狀資料化方法，係將晶圓之形狀藉由函數進行資料化之方法，就自晶圓中心將圓周360度分割為既定個數之角度中的每個角度測量半徑方向之各位置之厚度形狀，藉由6次以上之多項式近似來就每個前述角度進行晶圓厚度相對於半徑方向之位置之函數化，進行由測量機輸出之厚度形狀與藉由前述函數輸出之厚度形狀之比較，在確認了於晶圓全面係既定之誤差內之後，將每個前述角度之函數作為表示晶圓形狀之資料。
  2. 如請求項1所述之晶圓形狀資料化方法，其中前述角度為10度以下。
  3. 如請求項1或2所述之晶圓形狀資料化方法，其中前述角度為1度以下。
  4. 如請求項1所述之晶圓形狀資料化方法，其中將由前述測量機輸出之每個前述角度之厚度形狀進行平均化，根據將此平均化後之厚度形狀以多次多項式進行了近似時之相關係數來決定前述函數化時之多項式之次數。
  5. 如請求項4所述之晶圓形狀資料化方法，其中以前述相關係數為0.95以上之次數的多項式進行前述函數化。
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