TWI828944B - 晶圓形狀之測定方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種晶圓形狀之測定方法，藉由平整度測定機，於固持著具有第1主面及第2主面之晶圓的外周之情況下，測定該晶圓的形狀。該平整度測定機具有分別位於投入至機內之晶圓的兩面側之第1光學系統與第2光學系統。該晶圓形狀之測定方法，其特徵在於包括：第1製程，僅使用該第1光學系統與該第2光學系統當中任一方的光學系統，來各自測定該晶圓的第1主面之表面位移量及第2主面之表面位移量；第2製程，利用該一方的光學系統所測定出的該第1主面之表面位移量及該第2主面之表面位移量，來計算因該晶圓的外周固持所產生之外周固持變形量；第3製程，由該平整度測定機所輸出之Warp值，減去該外周固持變形量，而計算出該晶圓原本的Warp值。藉此，提供一種晶圓形狀之測定方法，可使用平整度測定機來測定晶圓原本的Warp值，可取得機械誤差被壓低之Warp值。

Description

晶圓形狀之測定方法
本發明係關於一種利用外周固持型晶圓的平整度測定機之晶圓形狀之測定方法。
隨著設計規則的縮小化，就品質而言要求晶圓厚度的平坦度(厚度不均度)，還要求晶圓形狀(Warp、SORI)的平滑性。
一般而言，晶圓的Warp係求取晶圓厚度的中心線之起伏。在此之際，係以某些方法固持晶圓的外周，而KLA Tencor公司製的WaferSight或AFS，係在3點藉由夾持器從晶圓的倒角部朝晶圓中心以力學方式直接接觸來固持晶圓。因此，根據夾持器的好壞、3點的力的施加狀況，而以外力施加於晶圓，晶圓會稍微變形成與原本形狀不同之形狀。
專利文獻1的段落44提到，由於單晶矽所具有之彈性係數的異向性的影響，根據支持位置的不同，晶圓的變形量會不相同，但並未談到此時的測定機之機械誤差的影響。 [習知技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2007-64748號公報
[發明所欲解決之課題]
這種因晶圓的外周固持所造成之變形，對於厚度測定在原理上，幾乎沒有影響，但由於Warp係直接測定晶圓形狀之參數，所以會對測定值的再現性，尤其是以機械誤差的形式帶來影響。 數值上，雖可表示出Warp的機械誤差，但只要是無法瞭解晶圓係如何因固持狀態而變形，就無法瞭解測定對象晶圓的Warp的真值，所以沒有方法瞭解哪個裝置是健全的。
圖9顯示出KLA Tencor公司製的WaferSight2+的Warp測定值的機械誤差。圖9係將從各種製程取樣之具有各種形狀(DSP、CMP、EPW)的15片晶圓(直徑300mm)，以5台的測定機加以測定之際所得出，各晶圓的標準偏差，化為條狀圖。可知根據晶圓之不同，標準偏差會不相同。根據晶圓形狀與測定機的外周固持狀態的相乘效果的不同，讓顯示晶圓形狀之表面位移量的大小關係之Warp值的機械誤差並不一致。
本發明，係鑒於上述問題點所完成，其目的在於提供一種晶圓形狀之測定方法，可使用平整度測定機來測定晶圓原本的Warp值，可取得機械誤差受到壓低之Warp值。 [解決課題之技術手段]
為了達成上述目的，本發明提供一種晶圓形狀之測定方法，藉由平整度測定機，於固持著晶圓的外周之情況下，測定該晶圓的形狀；該平整度測定機，所具有之第1光學系統與第2光學系統，分別位於投入機內之具有第1主面及第2主面之晶圓的兩面側； 該晶圓形狀之測定方法，特徵在於包括： 第1製程，僅使用該第1光學系統與該第2光學系統當中任一方的光學系統，來各自測定該晶圓的第1主面之表面位移量及第2主面之表面位移量； 第2製程，利用該一方的光學系統所測定出的該第1主面之表面位移量及該第2主面之表面位移量，來計算因該晶圓的外周固持所產生之外周固持變形量； 第3製程，該平整度測定機所輸出之Warp值，減去該外周固持變形量，進而計算出該晶圓原本的Warp值。
以往，係使用上述般的具有第1光學系統及第2光學系統之平整度測定機，在固持晶圓的外周的狀況下進行測定而輸出之Warp值含有上述外周固持變形量，因此無法得到晶圓原本的Warp值。相對於此，在本發明的晶圓形狀之測定方法中，可取得除去該外周固持變形量之晶圓原本的Warp值。從而，可得到高再現性，或機械誤差被壓低之Warp值。
此時於該第1製程中， 將該晶圓投入該平整度測定機，僅使用該一方的光學系統來測定該第1主面之表面位移量； 相對於該第1主面之表面位移量的測定當中該晶圓的投入時狀態，在該晶圓翻轉之狀態下投入該平整度測定機，僅使用該一方的光學系統來測定該第2主面之表面位移量； 該第2製程，包括： 該晶圓的第1厚度不均度的取得階段、該晶圓的第2厚度不均度的取得階段、與該外周固持變形量的取得階段； 於該晶圓的第1厚度不均度的取得階段中， 針對該第1製程所測定出的第2主面之表面位移量進行校正，取得校正後的第2主面之表面位移量； 從該第1製程所測定出的第1主面之表面位移量，與該校正後的第2主面之表面位移量的差，取得該第1厚度不均度； 在該晶圓的第2厚度不均度的取得階段中， 從使用該一方的光學系統所測定出的第1主面之表面位移量，與使用另一方的光學系統所測定出的第2主面之表面位移量的差，取得該第2厚度不均度； 在該外周固持變形量的取得階段中， 計算出該第1厚度不均度的平均值與該第2厚度不均度的平均值； 該第2厚度不均度的平均值與該第1厚度不均度的平均值的差加算於該第1厚度不均度，藉以取得修正過的第1厚度不均度； 可以該修正過的第1厚度不均度與該第2厚度不均度的差之1/2值作為該外周固持變形量。
如此，便可更確實地，得到除去外周固持變形量之晶圓原本的Warp值。
此時，該晶圓的形狀，可使用複數的該平整度測定機來測定。
就算如此方式使用複數的平整度測定機來測定，也可於各自的測定中測定晶圓原本的Warp值，所以可將所測定Warp值之間產生較大機械誤差的情形加以抑制。 [發明功效]
如上述，依本發明的晶圓形狀之測定方法，可將以平整度測定機測定時的晶圓的外周固持所造成之變形量除去，而得到晶圓原本的Warp值。因此，可得到沒有機械誤差且高再現性之Warp值。
以下，針對本發明則參照圖式來說明實施的形態，但本發明並不限於此。 圖5顯示可在本發明的晶圓形狀之測定方法中使用之平整度測定機。 如圖5所示，平整度測定機1，所具有之第1光學系統2與第2光學系統3，分別位於投入機內之具有第1主面及第2主面之晶圓W的兩面側。第1光學系統2及第2光學系統3，各自具備光學干渉式的測定部。於第1光學系統2中可測定感測器與晶圓W的第1主面的距離，能測定第1主面之表面位移量。另一方面，於第2光學系統3中可測定感測器與第2主面的距離，能測定第2主面之表面位移量。如此便能個別測定第1主面之表面位移量與第2主面之表面位移量。 進而可根據該等第1光學系統2、第2光學系統3，測定晶圓W的厚度不均度(厚度分布(平整度))與晶圓W的Warp值。
能藉由CCD攝像頭捕捉晶圓的全體形狀，可採用的是，能以每1部位0.2mm×0.2mm的畫素尺寸，拍攝晶圓的全面。若是直徑300mm晶圓的情況下，於晶圓面內可取得約176萬點的數據。
另外圖6顯示測定時晶圓外周固持機構的一例。 如圖6所示，平整度測定機1具有例如3個夾持器4～6，能以該等夾持器4～6來固持鉛直站立狀態的晶圓的外周，藉由第1光學系統2、第2光學系統3來測定晶圓W的形狀。在此例中，令鉛直方向的上方為0°，令缺口的位置為逆時針繞270°，則晶圓W(直徑300mm，面方位(100))便在0°，135°，225°的3點的位置由夾持器4～6所固持。 此外，圖6中的DF1～3係在3點的夾持器4～6之間的晶圓W的震動抑制器具。不過，對於晶圓W僅以輕觸程度接觸，並未積極對晶圓W施力，並非夾持器4～6般的固持具。
作為這種平整度測定機1的具體例，舉出了例如，KLA Tencor公司製的Wafersight或AFS等，但當然不限於此。
接下來，針對利用如上述平整度測定機1之本發明的晶圓形狀之測定方法進行說明。 圖1顯示本發明的測定方法的流程之一例。 包括：第1製程，僅使用第1光學系統2及第2光學系統3當中任一方的光學系統，來各自測定晶圓W的第1主面之表面位移量及第2主面之表面位移量；第2製程，利用該測定出的第1、2主面之表面位移量，來計算因晶圓W的外周固持所產生之外周固持變形量；第3製程，平整度測定機所輸出之Warp值，減去外周固持變形量，進而計算出晶圓原本的Warp值。
在此首先，針對第1製程的意義進行說明。晶圓W上因外周固持而起的任何變形量(外周固持變形量)存在之情況下，進行習知測定法當中的通常測定(晶圓第1主面係以第1光學系統2，晶圓第2主面係以第2光學系統3來測定表面位移量)，由所測定出之表面位移量所得之參數(晶圓W的厚度不均度)中，晶圓W的外周固持所造成之形狀變化的影響於厚度的算出原理上，不會出現。這是因為，上述通常測定的情況下，固持方法所造成之晶圓形狀的變形量與原來的晶圓形狀所造成之起伏，當晶圓表背面(第1主面及第2主面)以個別的光學系統(第1光學系統及第2光學系統)測定時，由於取得表背面的差異而被取消，所以無法以習知的測定方法來檢測。
可是，如本發明僅以一方的光學系統來測定晶圓第1主面與晶圓第2主面之情況下，晶圓固持所造成之晶圓變形的影響會直接附隨於參數(厚度不均度(厚度分布))。於是，從該參數中抽出外周固持變形量，從測定機中的Warp值(原始Warp值)予以扣除即可。如此，便可簡便得到外周固持變形量的影響被壓低之晶圓原本的Warp值，係本案發明人所發現的。
以下，針對各製程進行詳述。 ＜第1製程＞ 如上所述，僅使用第1光學系統2及第2光學系統3當中任一方的光學系統，來各自測定晶圓W的第1主面之表面位移量及第2主面之表面位移量。此外，在此以僅使用第1光學系統2來測定的情況舉例，但相反地也能僅使用第2光學系統3來測定。針對此測定步驟則舉例說明如下。
圖2係顯示以下步驟1-4的流程之說明圖。 首先，將晶圓投入平整度測定機，僅使用一方的光學系統來測定第1主面之表面位移量(步驟1)。 在此，以第1光學系統2來測定晶圓W的第1主面之表面位移量。 接下來，相對於第1主面之表面位移量的測定當中晶圓的投入時狀態，在晶圓翻轉之狀態下投入平整度測定機，僅使用上述一方的光學系統來測定第2主面之表面位移量(步驟2)。 在此，使同一的晶圓W翻轉，以第1光學系統2來測定晶圓W的第2主面之表面位移量。如此，相對於第1主面之表面位移量的測定當中晶圓W的投入時狀態，在晶圓W翻轉之狀態下投入，和第1主面的時候同樣由第1光學系統2進行測定。
＜第2製程＞ 第2製程，大致區分，包括晶圓的第1厚度不均度的取得階段、晶圓的第2厚度不均度的取得階段、與外周固持變形量的取得階段。
(第1厚度不均度的取得階段) 針對第1製程所測定出的第2主面之表面位移量進行校正，取得校正後的第2主面之表面位移量(步驟3)。 首先以r-theta座標系統來表現第1製程所測定出的晶圓W的第2主面之表面位移量，來校正第1製程中的晶圓W翻轉所造成的r-theta座標偏移。第2主面之表面位移量，因為晶圓已翻轉，r-theta座標系統當中的相位和第1主面不同，所以要對準相位。亦即，對準相位，變成從第1主面側看去之第2主面之表面位移量的位置。具體而言，以第1製程的第2主面測定時當中翻轉時的旋轉軸作為旋轉軸，使第1製程所測定出的第2主面之表面位移量翻轉。可令晶圓W的缺口等為基準進行第1製程及在此的翻轉。 再進行表面位移量的符號翻轉之校正。 如此為之，第2主面之表面位移量的r-theta座標的關係與表面位移量的狀態會變得和從晶圓的第1主面側看去的狀態相同(校正後的第2主面之表面位移量)。
接下來，從第1製程所測定出的第1主面之表面位移量，與校正後的第2主面之表面位移量的差，取得第1厚度不均度(步驟4)。 基本上，如下述的步驟5中所說明，只要是通常的測定，藉由進行(以第1光學系統2所測定出之第1主面之表面位移量)-(以第2光學系統3所測定出之第2主面之表面位移量)的減法，便可得出晶圓W的厚度不均度，但在此的(第1製程所測定出的第1主面之表面位移量)-(校正後的第2主面之表面位移量)的減法，係僅以第1光學系統2所求出之單純表面位移量彼此的差異，所以是不含絕對厚度的資訊之虛假厚度不均度。
(第2厚度不均度的取得階段) 接下來，從使用一方的光學系統所測定出的第1主面之表面位移量，與使用另一方的光學系統所測定出的第2主面之表面位移量的差，取得第2厚度不均度(步驟5)。圖3係顯示步驟5的流程之說明圖。 如上所述，第1厚度不均度不應稱為晶圓原本的厚度不均度。於是，為了於後述步驟6取得僅以第1光學系統2測定出之厚度不均度，在此，首先，依照通常的測定方法，使用第1光學系統2及第2光學系統3雙方，以測定機原本的標準手法(習知的通常測定法)測定晶圓的厚度不均度(第2厚度不均度)。亦即，在此由第1光學系統2所測定出的第1主面之表面位移量，減去由第2光學系統3所測定出的第2主面之表面位移量，得到第2厚度不均度。 此外，第1光學系統2的第1主面之表面位移量，或第2光學系統3的第2主面之表面位移量的測定本身可於此時進行，或者也可事先進行來預先取得該等之表面位移量。例如也可於步驟1的時候一併先測定。
(外周固持變形量的取得階段) 圖4係顯示以下步驟6、7的流程之說明圖。 計算出第1厚度不均度的平均值與第2厚度不均度的平均值，使第2厚度不均度的平均值與第1厚度不均度的平均值的差加算於第1厚度不均度，以取得修正過的第1厚度不均度(步驟6)。 如步驟5中所說明，在此步驟6中取得僅以第1光學系統2所測定出之厚度不均度，但首先，要算出第1厚度不均度的平均值與第2厚度不均度的平均值。例如，如前述採用每1部位0.2mm×0.2mm的畫素尺寸，則直徑300mm晶圓的情況下，第1厚度不均度、第2厚度不均度，係各自於晶圓面內約176萬點的厚度數據的集合。所謂第1厚度不均度的平均值或第2厚度不均度的平均值，係指該等的平均值。 而為了讓第1厚度不均度的平均值(平均厚度)變成第2厚度不均度的平均值(平均厚度)，對於第1厚度不均度的全面數據，加上由第2厚度不均度的平均值減去第1厚度不均度的平均值所取得之值，而求出第2厚度不均度與平均值相等之僅以第1光學系統2所測定出之厚度不均度(修正過的第1厚度不均度)。
接下來，以修正過的第1厚度不均度與第2厚度不均度的差之1/2值作為外周固持變形量(步驟7)。 如此，修正過的第1厚度不均度減去第2厚度不均度，乘以1/2，藉此便可定量地僅將因外周固持而起的變形量抽出並求出。
＜製程3＞ 平整度測定機所輸出之Warp值，減去外周固持變形量，進而算出晶圓的原本的Warp值(步驟8)。 如此平整度測定機1所直接輸出之原始Warp值(包含外周固持所造成的晶圓變形)，扣掉所算出之外周固持變形量。Warp，係觀察晶圓的剖面時，厚度的中心線，和晶圓全體的最適面，或是規定3點所算出之最適面，最大有多少的差之觀察指標；平整度測定機1的原始Warp值，係依據包含外周固持所造成之變形影響的狀態所自動算出。於是，為了將其多餘的影響排除在外，如步驟8，原始Warp值扣掉外周固持變形量。由此，可求出接近真實值之Warp值(外周固持變形量被除去者)。因此，可改善外周固持變形所引起之測定機彼此之間的Warp值相關機械誤差。
此外，製程1、製程2的具體步驟並無限定，但以如步驟1～7的方法來求出外周固持變形量，藉此可更加確實地，趨近真實的Warp值。
以往就算使用複數的平整度測定機來測定之情況下，每台測定機的夾持器造成之因外周固持而起的變形量會作為機械誤差而反饋出來，但如上所述在本發明中可將成為這種機械誤差的原因之外周固持變形量排除在外，所以能使機械誤差改善並減少。從而，就算使用複數的測定機，也可讓測定機之間Warp值的大幅偏離受到抑制。 [實施例]
以下，舉出實施例及比較例對本發明進行具體說明，但本發明並不限於此。
(比較例) 使用複數(在此為5台)的平整度測定機(#A～#E)以習知的通常測定法，測定從DSP、CMP、EPW的製程中抽取之15片的直徑300mm的晶圓的Warp值。結果，得到與圖9同樣的結果。如該Warp值的機械誤差造成之標準偏差的圖形所示，根據晶圓形狀與外周固持狀態的相乘效果，標準偏差於各晶圓有所相異，但最大0.8μm程度的標準偏差會作為機械誤差附隨於Warp值。
(實施例) 在此，為了確認本發明的有效性，便將與圖9的時候相同之晶圓15片，使用相同5台的平整度測定機，以圖1所示流程的本發明的測定方法來測定。 圖7係顯示5台的平整度測定機的外周固持變形量之測定圖。「Range」表示晶圓面內當中外周固持變形量的位移的最大差。可知#A號機的外周固持變形量最小(Range=389.7μm)，#B的外周固持變形量最大(Range=2470.2μm)。 於各晶圓，每台測定機，算出如該等的外周固持變形量，從測定機的原始Warp值扣除，各自求出真實的Warp值。
如此求出的，各晶圓的，真實的Warp值之測定機之間的標準偏差係顯示於圖8。此外，為了方便和習知方法之結果做比較，也將圖9的圖形一併表示出。左側的圖形係習知方法，右側的圖形係本發明。 藉由本發明的測定方法，測定機彼此之間的Warp值的標準偏差變小而得到改善，機械誤差的改善效果明顯。
此外，本發明，並不限於上述實施形態。上述實施形態，僅為例示，凡與本發明申請專利範圍所載之技術性思想具有實質上相同構成，達到同樣作用效果者，無論為何都包含在本發明的技術性範圍內。
1:平整度測定機 2:第1光學系統 3:第2光學系統 4~6:夾持器 DF1~DF3:震動抑制器具 W:晶圓
圖1係顯示本發明的晶圓形狀之測定方法的一例之流程圖。 圖2係顯示步驟1-4的流程之說明圖。 圖3係顯示步驟5的流程之說明圖。 圖4係顯示步驟6、7的流程之說明圖。 圖5係顯示可在本發明的晶圓形狀之測定方法中使用之平整度測定機的一例之概略圖。 圖6係顯示測定時晶圓外周固持機構的一例之說明圖。 圖7係顯示5台的平整度測定機的外周固持變形量之測定圖。 圖8係顯示藉由5台的平整度測定機以本發明的測定方法所測定出的Warp-bf值(晶圓的中央面(厚度的中心線)和最適面(從中央面算出)的偏差的最大值與最小值之差)的標準偏差之圖形。 圖9係顯示藉由5台的平整度測定機以習知方法所測定出的Warp-bf值的標準偏差之圖形。

Claims (3)

  1. 一種晶圓形狀之測定方法，藉由平整度測定機，於固持著具有第1主面及第2主面之晶圓的外周之情況下，測定該晶圓的形狀；該平整度測定機具有分別位於投入至機內之晶圓的兩面側之第1光學系統與第2光學系統； 該晶圓形狀之測定方法，其特徵在於包括： 第1製程，僅使用該第1光學系統與該第2光學系統當中任一方的光學系統，來各自測定該晶圓的第1主面之表面位移量及第2主面之表面位移量； 第2製程，利用該一方的光學系統所測定出的該第1主面之表面位移量及該第2主面之表面位移量，來計算因該晶圓的外周固持所產生之外周固持變形量； 第3製程，由該平整度測定機所輸出之Warp值，減去該外周固持變形量，而計算出該晶圓原本的Warp值。
  2. 如請求項1的晶圓形狀之測定方法，其中， 於該第1製程中， 將該晶圓投入該平整度測定機，僅使用該一方的光學系統來測定該第1主面之表面位移量； 相對於該第1主面之表面位移量的測定當中該晶圓的投入時之狀態，將該晶圓在翻轉之狀態下投入到該平整度測定機，僅使用該一方的光學系統來測定該第2主面之表面位移量； 該第2製程，包括： 該晶圓的第1厚度不均度的取得階段、該晶圓的第2厚度不均度的取得階段、及該外周固持變形量的取得階段； 在該晶圓的第1厚度不均度的取得階段中， 針對該第1製程所測定出的第2主面之表面位移量進行校正，取得校正後的第2主面之表面位移量； 從該第1製程所測定出的第1主面之表面位移量，與該校正後的第2主面之表面位移量的差，取得該第1厚度不均度； 在該晶圓的第2厚度不均度的取得階段中， 從使用該一方的光學系統所測定出的第1主面之表面位移量，與使用另一方的光學系統所測定出的第2主面之表面位移量的差，取得該第2厚度不均度； 在該外周固持變形量的取得階段中， 計算出該第1厚度不均度的平均值與該第2厚度不均度的平均值； 將該第2厚度不均度的平均值與該第1厚度不均度的平均值的差加算於該第1厚度不均度，藉以取得修正過的第1厚度不均度； 以該修正過的第1厚度不均度與該第2厚度不均度的差之1/2之值作為該外周固持變形量。
  3. 如請求項1或2的晶圓形狀之測定方法，其中， 該晶圓的形狀，係使用複數的該平整度測定機來測定。
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