特許 7398483 非対称ウエハ形状特徴付けのためのメトリック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-06

(45)【発行日】2023-12-14

(54)【発明の名称】非対称ウエハ形状特徴付けのためのメトリック

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20231207BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20231207BHJP

   G01B 11/255 20060101ALI20231207BHJP

   G01B 11/08 20060101ALI20231207BHJP

   G01B 11/30 20060101ALI20231207BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20231207BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 L

G01B11/24 K

G01B11/255 H

G01B11/08 H

G01B11/30 101

H01L21/02 B

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2021575288

(86)(22)【出願日】2020-06-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-22

(86)【国際出願番号】 US2020037831

(87)【国際公開番号】W WO2020257131

(87)【国際公開日】2020-12-24

【審査請求日】2023-06-09

(31)【優先権主張番号】62/863,158

(32)【優先日】2019-06-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/897,258

(32)【優先日】2020-06-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】500049141

【氏名又は名称】ケーエルエー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アガーワル シバム

(72)【発明者】

【氏名】ジャイン プリヤンク

(72)【発明者】

【氏名】ヂョン ユアン

(72)【発明者】

【氏名】チー チオウ

【審査官】安田 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３４２４１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０４６１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７９６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２６９９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０６６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１３８８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６１２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０８６６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０３１１９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／６７ －２１／６８７

Ｇ０１Ｎ ２１／８８ －２１／９５８

Ｇ０１Ｂ １１／０８

Ｇ０１Ｂ １１／１６

Ｇ０１Ｂ １１／２４ －１１／２５５

Ｇ０１Ｂ １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウエハの幾何学的形状に関するデータを撮像によって得るように構成された撮像システムと、
前記撮像システムと電子通信するプロセッサであって、
前記撮像システムから前記ウエハの前記幾何学的形状に関するデータを取得し、
取得した前記幾何学的形状に関するデータを用いて前記ウエハの外周に沿った異なる点から始まる少なくとも３つの直径に沿って前記ウエハの前記幾何学的形状を測定し、
前記少なくとも３つの直径を使用して前記ウエハの前記幾何学的形状の特徴付けを決定する、
ように構成された、プロセッサと、
を備えることを特徴とする、検出システム。

【請求項2】

請求項１に記載の検出システムであって、前記特徴付けが前記少なくとも３つの直径にわたる前記ウエハの最大形状変化の大きさおよび方向を含むことを特徴とする、検出システム。

【請求項3】

請求項１に記載の検出システムであって、前記特徴付けが角度ゆがみを含むことを特徴とする、検出システム。

【請求項4】

請求項１に記載の検出システムであって、前記特徴付けがピーク点または谷点を含むことを特徴とする、検出システム。

【請求項5】

請求項１に記載の検出システムであって、前記特徴付けが曲率を含むことを特徴とする、検出システム。

【請求項6】

請求項１に記載の検出システムであって、前記プロセッサが前記特徴付けに基づいて前記ウエハのウエハクランプ不良の確率を決定するようにさらに構成されていることを特徴とする、検出システム。

【請求項7】

請求項１に記載の検出システムであって、前記幾何学的形状が少なくとも３２個の直径に沿って測定されることを特徴とする、検出システム。

【請求項8】

請求項１に記載の検出システムであって、前記ウエハを保持するように構成されたチャックをさらに備えることを特徴とする、検出システム。

【請求項9】

プロセッサにおいてウエハの幾何学的形状に関するデータを受信するステップと、
前記プロセッサを使用して、受信した前記幾何学的形状に関するデータを用いて前記ウエハの円周に沿った異なる点から始まる少なくとも３つの直径に沿って前記ウエハの前記幾何学的形状を測定するステップと、
前記プロセッサを使用して、前記少なくとも３つの直径を使用する前記ウエハの前記幾何学的形状の特徴付けを決定するステップと、
を含むことを特徴とする、方法。

【請求項10】

請求項９に記載の方法であって、撮像システムを用いて前記ウエハを撮像して前記幾何学的形状に関するデータを取得し、前記プロセッサに供給するステップをさらに含むことを特徴とする、方法。

【請求項11】

請求項９に記載の方法であって、前記ウエハが３Ｄ ＮＡＮＤウエハまたはＤＲＡＭウエハであることを特徴とする、方法。

【請求項12】

請求項９に記載の方法であって、前記特徴付けが前記少なくとも３つの直径にわたる前記ウエハの最大形状変化の大きさおよび方向を含むことを特徴とする、方法。

【請求項13】

請求項９に記載の方法であって、前記特徴付けが角度ゆがみを含むことを特徴とする、方法。

【請求項14】

請求項９に記載の方法であって、前記特徴付けがピーク点または谷点を含むことを特徴とする、方法。

【請求項15】

請求項９に記載の方法であって、前記特徴付けが曲率を含むことを特徴とする、方法。

【請求項16】

請求項９に記載の方法であって、前記プロセッサを使用して、前記特徴付けに基づいて前記ウエハのウエハクランプ不良の確率を決定するステップをさらに含むことを特徴とする、方法。

【請求項17】

請求項９に記載の方法であって、前記幾何学的形状が少なくとも３２個の直径に沿って測定されることを特徴とする、方法。

【請求項18】

請求項９に記載の方法であって、前記少なくとも３つの直径のうちの２つが互いに垂直であることを特徴とする、方法。

【請求項19】

請求項９に記載の方法であって、前記データが前記ウエハの表面全体についてものであることを特徴とする、方法。

【請求項20】

請求項９に記載の方法を実行するようにプロセッサに命令するように構成されたプログラムを記憶することを特徴とする非一過性コンピュータ可読媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体ウエハまたは他のワークピースの形状を特徴付けすることに関する。

【背景技術】

【0002】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年６月１８日に出願され、米国特許出願第６２／８６３１５８号が割り当てられた仮特許出願に対する優先権を主張し、その開示を本願に引用して援用する。

【0003】

半導体製造産業の発展により、歩留まり管理、特に計測システムおよび検査システムに対する要求が高まっている。限界寸法は縮小し続けているが、産業界は、高歩留まり、高価値の生産を達成するための時間を短縮する必要がある。歩留まり問題を検出してからそれを解決するまでの総時間を最小限に抑えることで、半導体メーカの投資収益率が決まる。

【0004】

論理デバイスおよびメモリデバイスなどの半導体デバイスを製造することは、典型的には、多数の製造プロセスを使用して半導体ウエハを処理して、半導体デバイスの様々な特徴および複数のレベルを形成することを含む。例えば、リソグラフィは、半導体ウエハ上に配置されたフォトレジストにレチクルからパターンを転写することを含む半導体製造プロセスである。半導体製造プロセスのさらなる例としては、化学機械研磨（ＣＭＰ）、エッチング、堆積、およびイオン注入が挙げられるが、これらに限定されない。複数の半導体デバイスを単一の半導体ウエハ上に配列して製造し、個々の半導体デバイスに分離することができる。

【0005】

一般に、ウエハの平坦度および厚さの均一性については、ある一定の要件が確立されている。しかしながら、製造中に実行される様々なプロセスステップは、ウエハ上に堆積させた薄膜の応力を変化させることがあり、面内ひずみ（ＩＰＤ）および／または面外ひずみ（ＯＰＤ）を含む著しいひずみを引き起こす可能性がある弾性変形をもたらすことがある。このようなひずみは、下流のプロセスでエラーにつながる可能性がある。例えば、ひずみは、リソグラフィパターニングなどにおけるオーバーレイエラーにつながる可能性がある。

【0006】

計測プロセスは、半導体製造プロセス中の様々なステップで使用され、１つ以上の半導体層プロセスを監視および制御する。これらのプロセスの特性のいくつかは、ウエハの平坦度および厚さの均一性を含む。既存の半導体規格は、ウエハ形状の特徴付けのための、「反り（ｂｏｗ）」および「ゆがみ（ｗａｒｐ）」などのメトリックを定義している。これらのメトリックは、従来、ツールにおいてベアウエハの形状特徴付けのために使用されてきた。しかしながら、これらの既存のメトリックでは、ウエハ形状がひずむ方向および／またはどの程度ひずんでいるかが分からないため、これらの既存のメトリックは、ウエハ形状を完全には特徴付けすることができない。例えば、現在の反りおよびゆがみメトリックは、ウエハごとに１つの数値しか提供しない。これでは、ウエハひずみの方向および／または角度のばらつきを捕捉するのに十分な情報が提供されない。

【0007】

既存の計測ツールは、ＸおよびＹ方向（すなわち、ウエハの中心を通る垂直な２つの直径）に沿ったウエハ形状メトリックをサポートする。しかしながら、これらのメトリックはすべて、ウエハごとに１つの値であり、ウエハ形状の非対称性を特徴付けるものではない。ウエハ形状のこの非対称性により、既存のメトリックを使用して真のウエハ形状を捕捉および監視することが困難になる可能性がある。

【0008】

また、現在のメトリックは、ＸおよびＹではない方向のウエハ形状の非対称性を捕捉しない。現在、ウエハ形状の非対称性を決定するためには、ウエハマップを１つずつ視覚的に検査しなければならない。この技法は正確ではなく、最大または最小のウエハ形状の正確な方向を提供しない。

【0009】

さらに、現在のメトリックでは、ウエハの最大のゆがみがＸまたはＹ方向に生じた場合にのみ、ウエハの最大のゆがみが捕捉される。それ以外の場合は、最大のゆがみは、見落とされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３４２４１０号

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００１０５４０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

したがって、ウエハ形状の特徴付けのための新しい技法が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0012】

第１の実施形態では、検出システムが提供される。検出システムは、ウエハの幾何学的形状を測定するように構成された撮像システムと、撮像システムと電子通信するプロセッサと、を含む。プロセッサは、ウエハの幾何学的形状に関するデータを取得し、ウエハの外周に沿った異なる点から始まる少なくとも３つの直径に沿ってウエハの幾何学的形状を測定し、３つの直径を用いてウエハの幾何学的形状の特徴付けを決定するように構成されている。検出システムは、ウエハを保持するように構成されたチャックをさらに含むことができる。

【0013】

特徴付けは、３つの直径にわたるウエハの最大形状変化の大きさおよび方向、角度ゆがみ（ａｎｇｕｌａｒ ｗａｒｐ）、ピーク点もしくは谷点、または曲率を含むことができる。

【0014】

プロセッサは、特徴付けに基づいてウエハのウエハクランプ不良の確率を決定するようにさらに構成することができる。

【0015】

幾何学的形状は、少なくとも３２個の直径に沿って測定されてもよい。

【0016】

第２の実施形態では方法が提供される。方法は、プロセッサにおいてウエハの幾何学的形状に関するデータを受信するステップを含む。プロセッサを使用して、ウエハの外周に沿った異なる点から始まる少なくとも３つの直径に沿ってウエハの幾何学的形状が測定される。プロセッサを使用して、３つの直径を使用してウエハの幾何学的形状の特徴付けが決定される。

【0017】

本方法は、撮像システムを用いてウエハを撮像するステップをさらに含むことができる。

【0018】

ウエハは、３Ｄ ＮＡＮＤウエハまたはＤＲＡＭウエハであってもよい。

【0019】

特徴付けは、３つの直径にわたるウエハの最大形状変化の大きさおよび方向、角度ゆがみ、ピーク点もしくは谷点、または曲率を含むことができる。

【0020】

本方法は、プロセッサを使用して、特徴付けに基づいてウエハのウエハクランプ不良の確率を決定するステップをさらに含むことができる。

【0021】

幾何学的形状は、少なくとも３２個の直径に沿って測定されてもよい。

【0022】

一例では、３つの直径のうちの２つは互いに垂直である。

【0023】

受信されるデータは、ウエハの表面全体についてのものとすることができる。

【0024】

プログラムを記憶する非一過性コンピュータ可読媒体は、第２の実施形態の方法を実行するようにプロセッサに命令するように構成することができる。

【0025】

本開示の性質および目的のより完全な理解のために、添付の図面と併せて以下の詳細な説明が参照されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】角度ゆがみ測定ための例示的な角度を有するウエハを示す図である。

【図2】本開示による方法の一実施形態の流れ図である。

【図3】角度ゆがみメトリック（下）を以前のメトリック（上）と比較した図である。

【図4】チャッキング不良の例を示す図である。

【図5】本開示による検出システムの一実施形態である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

特許請求される主題は、特定の実施形態に関して説明されるが、本明細書に記載される利点および特徴のすべてを提供しない実施形態を含む他の実施形態もまた、本開示の範囲内である。本開示の範囲から逸脱することなく、様々な構造的、論理的、プロセスステップ、および電子的変更を行うことができる。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照することによってのみ定義される。

【0028】

本明細書に開示される実施形態は、半導体ウエハの形状または他の幾何学的形状を特徴付けするために、角度ゆがみ技法を使用する。既存の反りおよびゆがみメトリックは、ベアウエハまたは対称のパターニングされたウエハのためのウエハ形状特徴付けに役立つ場合があるが、３Ｄ ＮＡＮＤのような非対称ウエハには追加の特徴付けが必要である。１つの方向軸に沿ってのみサンプリングされた部分データは、半導体メーカに、論理デバイスまたはＤＲＡＭデバイスのゆがみを少なくするためのウエハ形状に関する一般的なアイデアを与えることができるが、これは、一般により高度のウエハ形状を有する３Ｄ ＮＡＮＤには十分ではない。ウエハ全体からの追加の測定点は、半導体メーカがウエハの全体像を得るのに役立つ。

【0029】

開示された実施形態は、方向の非対称性を捕捉するためにウエハ形状を特徴付けすることができる。例えば、本明細書に開示される実施形態を使用して、ウエハ形状特徴付けのためのメトリックとして、ゆがみ値を任意の方向において決定することができる。本明細書に記載のメトリックは、個々のウエハ形状マップを目視検査することなく、集積回路製造中のウエハ形状を特徴付けすることができる。ウエハ形状の非対称性（例えば、値または角度）を自動的に決定することができる。この追加の特徴付けは、非対称ウエハで使用することができ、例えば、ウエハ形状がひずみすぎているかどうかを判断することができる。半導体メーカは、非対称性が許容限度内にある場合に、ひずみすぎたウエハを廃棄するか、またはウエハをさらに処理するかを判断することができる。

【0030】

本明細書に開示される角度ゆがみメトリックは、ＤＲＡＭまたは３Ｄ ＮＡＮＤデバイスによく適している。しかしながら、本明細書に開示される実施形態は、異なるウエハタイプまたは異なるデバイスタイプに合わせてカスタマイズすることができる。

【0031】

ＰＷＧ測定システムは、ウエハ幾何学的形状（例えば、厚さ、平坦度、または形状）を測定することができるウエハ計測システムの一例である。ＫＬＡ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＰａｔｔｅｒｎｅｄ Ｗａｆｅｒ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ（ＰＷＧ）システムは、ベアウエハまたはパターニングされたウエハの表面全体を測定することができる。ＫＬＡ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ測定システムは、ベアウエハのウエハ幾何学的形状を測定することができるウエハ計測システムの別の例である。このようなシステムは、撮像装置（例えば、二重フィゾー干渉法撮像装置）を使用して、パターニングされたウエハの前面および／または背面の高分解能（例えば、１２５μｍ～５００μｍピクセル幅）表面高さ測定を行うことができる。他のウエハ計測システムも、本明細書に開示される実施形態から利益を得ることができる。これらの様々な測定値は、ＰＷＧ測定システムまたは他のウエハ計測システムを使用して取得および／または導出することができる。ＰＷＧ測定システムの一例では、測定値は、ウエハの前面高さ、裏面高さ、厚さばらつき、平坦度、ならびに形状およびナノトポグラフィなどのすべての結果として生じる派生物を含むことができる。

【0032】

本開示の実施形態は、先進的な半導体デバイスウエハのための改善されたウエハ幾何学的形状測定を提供するためのシステムおよび方法を対象とする。本開示におけるウエハ幾何学的形状という用語は、ウエハの前面高さ、裏面高さ、厚さばらつき、平坦度、および形状、トポグラフィなどのすべての結果として生じる派生物を指す。本開示の実施形態によるシステムおよび方法は、従来の計測システムの欠点なしに、パターニングされたウエハを含む任意のタイプのウエハを取り扱うのに適している。

【0033】

角度ゆがみメトリックは、図１に示すように、ウエハ内のすべての角度でウエハ形状を計算するための定量化可能かつ報告可能な指標を提供することができる。図１の例では、測定値は、Ｘ方向（０°からの直径）およびＹ方向（９０°からの直径）に沿って決定される。しかしながら、測定値は、５°、３０°、４５°、および１３５°からの直径に沿っても決定される。選択される特定の角度は、プロセス層、製造プロセス、ウエハのタイプ、またはウエハ上のデバイスに基づくことができる。ウエハデータがウエハ表面全体について存在する場合、測定値は、任意の角度で決定することができる。それ以外の場合は、選択された角度で測定を行うことができる。

【0034】

図２は、方法２００の一実施形態の流れ図である。２０１において、ウエハがチャック上に保持されている間に、ウエハは、撮像システムによって撮像される。ウエハは、ピン上に、または真空グリップを使用して保持することもできる。ウエハは、例えば、３Ｄ ＮＡＮＤまたはＤＲＡＭウエハであってもよい。２０２において、ウエハの幾何学的形状に関するデータがプロセッサにおいて受信される。このデータは、ウエハ表面、トポグラフィ、または形状に関する情報を含むことができる。ウエハの幾何学的形状に関するデータは、撮像システムからのものであってもよい。

【0035】

３Ｄ ＮＡＮＤおよびＤＲＡＭウエハが具体的に開示されているが、他のメモリまたは論理ウエハを使用することができる。他のウエハは、非対称形状を示すことがあり、角度ゆがみメトリックから利益を得ることができる。

【0036】

プロセッサを使用して、２０３において、少なくとも３つの直径に沿ってウエハの幾何学的形状が測定される。３つの直径は、ウエハの円周に沿った異なる点から始まる。少なくとも３つの直径が言及されているが、３６個または７２個の直径に沿って測定することが可能である。したがって、直径は、ウエハの円周の周りに５°ごとまたは１０°ごとにわたって配置することができる。例えば、図１は、６個の直径に沿った測定を含むが、３２個の直径が使用されてもよい。ウエハ形状は、５°未満の間隔ではあまり変化しない可能性があるため、ウエハの全形状を計算するには３２個の直径で十分な場合がある。しかしながら、特定のウエハには３２個を超える直径が有益である。一例では、直径の少なくとも２つは互いに垂直である。

【0037】

一例では、ピクセルごと（例えば、Ｘ方向およびＹ方向に６０μｍごと）のウエハの前面および背面の高さ（Ｚ高さ）、ならびにこのＺ高さから形状、厚さ、または平坦度のような他のウエハ幾何学的形状パラメータを導出することができる。

【0038】

ウエハ形状が小さい場合は、Ｘ方向およびＹ方向の測定（例えば、図１の０°および９０°）で十分な場合がある。例えば、ウエハ形状をＸ方向にのみ測定する場合（例えば、１２０μｍとなる）、これは、４５°での（例えば、１５０μｍとなる）最大測定値を見逃す。この２５％の増加は、ゆがみが小さい場合には、プロセス上あまり重要にはならない可能性がある。しかしながら、３Ｄ ＮＡＮＤ技術が進歩し続けるにつれて、全体的なゆがみは、スタックが増えるほど大きくなる。３Ｄ ＮＡＮＤの例を使用すると、ウエハ形状をＸ方向に測定する場合（例えば、３２０μｍとなる）、これは、４５°での（例えば、４００μｍとなる）最大測定値を見逃す。３Ｄ ＮＡＮＤの例における２５％の増加は、最大チャッキング能力の限界により、プロセスツールのダウンイベントを引き起こす可能性がある。多くのプロセスツール（例えば、スキャナ）は、真空チャックを使用しているため、ゆがみの大きいウエハは、チャックするのがより困難になる。

【0039】

２０４において、３つ以上の直径を使用してウエハの幾何学的形状の特徴付けが決定される。特徴付けは、３つの直径にわたるウエハの最大形状変化の大きさおよび方向を含むことができる。特徴付けには、角度ゆがみ、ピーク点、谷、または曲率を含めることもできる。他の特徴付けが可能な場合がある。

【0040】

一例では、任意の所与の軸および／または直径において値が取得または受信される。したがって、これらの点で計算された任意の要約統計値を特徴付けメトリックとして使用することができる。例えば、３シグマ、平均値、範囲、ピーク（最大）、または他の測定を行うことができる。これらの点を使用して、曲線をフィットさせ、次いで、その曲線についての統計値を計算することができ、これは、曲率フィットメトリック（例えば、Ｘ、Ｙ、またはＸおよびＹの方向に可能であるＡｎｇｕｌａｒ Ｗａｒｐ－ＣＦ）で実行することができる。この曲線は、任意の次数とすることができる。例えば、二次曲線を曲率フィット（ＣＦ）ベースのメトリックにおいて使用することができる。

【0041】

ウエハのウエハクランプ不良の確率は、特徴付けに基づいてプロセッサを使用して決定することができる。これにより、ウエハのゆがみが、チャックが取り扱うことができる限界を超えているかどうかを判断することができる。プロセスツールが異なると使用するチャックが異なるため、特定のツールに対する判断であってもよい。例えば、２００回のウエハ測定後、データが分析され、（３２個のうち）１０個を超える直径／方向に沿った角度ゆがみが４００μｍを超えるウエハは、クランプ不良の確率が９０％であることが分かる。半導体メーカは、この基準を使用して、これらの潜在的に問題のあるウエハを識別および／または分離することができる。したがって、特定のツールまたはチャックのしきい値を結果に適用して、クランプ不良の確率を決定することができる。

【0042】

本明細書に開示される実施形態は、測定される直径のいずれかに沿って以下のメトリックを提供するために使用することができる。他のメトリックも可能である。メトリックは、非対称ウエハに対して選択することができるが、特定の半導体メーカおよび特定のプロセスステップに基づいて変更することができる。

【0043】

ゆがみ曲率フィット値を決定することができる角度。曲率フィットは、数学的関数／曲線を一連のデータ点にフィットさせるプロセスであり、所与のデータ点にフィットすることができる最適なおよび／または最も近い円を決定することができる。この曲率フィットは、二次フィットがウエハ形状を定義するものであるため、二次フィット（すなわち、円）を含む。しかしながら、曲率フィットは、任意の次数とすることができる。

【0044】

形状プロファイルの（符号付き）最高点（Ｚ高さ）を決定することができる。これは、半径方向プロファイルごとに定義することができる。ウエハ中心からの（符号付き）ピーク点の距離を決定することができる。曲率がフィットした曲率半径も報告することができる。

【0045】

形状プロファイルの（符号付き）最低点（Ｚ高さ）を決定することができる。これは、すべての半径方向プロファイルに対して定義することができる。ウエハの中心からの（符号付き）谷点の距離を決定することができる。曲率がフィットした曲率半径も報告することができる。

【0046】

曲率がフィットするすべての角度ゆがみの最大値または最小値を決定することができる。

【0047】

曲率がフィットするすべての角度ゆがみからの最大の大きさ（符号を無視した後の）をその符号（正または負）と共に報告することができる。

【0048】

本明細書に開示される角度ゆがみメトリックは、利点を提供する。非対称ウエハの真のウエハ形状を決定することができる。現在利用可能なメトリックは、特に非Ｘ方向および非Ｙ方向において、最大のウエハ形状を捕捉することができず、スキャナおよびプロセスツールのチャッキング許容値の誤検知につながる。例えば、最大値が０°～１８０°または９０°～２７０°の直径上にない場合がある。これにより、ウエハをチャックできるかどうかを判断する際に、ウエハが誤って拒絶されることになる場合がある。本明細書に開示される角度ゆがみメトリックは、これらの誤って拒絶されたウエハに正確にフラグを立てることができるメトリックを提供することができ、したがって、半導体メーカにとって時間および費用を節約することができる。

【0049】

角度ゆがみメトリックは、半導体製造プロセスの初期における方向の非対称性、およびチャンバ間ばらつき、エッチングスラント、または他の不規則性などのプロセス不規則性を補足することができる。プロセスが安定していて、すべてのプロセスチャンバが一致している場合、ウエハ形状のシグネチャは理想的には同じになるはずである。しかしながら、これは、通常そうではない。１つのプロセスに入ってくるウエハが類似している場合であっても、後処理によって、これらのウエハは、異なるシグネチャを有する。角度ゆがみは、ゆがみの観点からこのシグネチャを検出する。１つのウエハが同じグループ内の他の２４個のウエハから外れている場合、その１つのウエハが経験したプロセスチャンバが逸脱していることを表している。

【0050】

ウエハごとの複数のメトリックまたは指標は、より包括的なウエハ形状の特徴付けをもたらすことができる。少なくとも３つの直径が開示されているが、３６０個以上の直径を使用することができる。

【0051】

角度ゆがみメトリックを使用して、半導体製造フロー全体にわたる、またはプロセス内のウエハ形状変化の大きさ（例えば、ウエハ間ばらつき）を捕捉および監視することができる。角度ゆがみメトリックは、最大形状の方向がプロセス内またはプロセス間でどのように変化するかを監視することもできる。

【0052】

図３は、以前のメトリック（上）と比較した角度ゆがみメトリック（下）を比較している。角度ゆがみメトリックは、Ｘ方向および垂直のＹ方向に測定されただけの以前の技法よりも優れた真のゆがみ値を捕捉することができる。図３の例では、プロセス間およびプロセス内の最大ウエハ形状変化の大きさおよび方向が捕捉されている。Ｂｏｗ－Ｘ／Ｗａｒｐ－ＸおよびＢｏｗ－Ｙ／Ｗａｒｐ－Ｙなどの従来のウエハ形状メトリックは、Ｘ方向またはＹ方向においてのみウエハ形状を捕捉する。ＤＲＡＭデバイスの約４０のプロセス層に関するセグメンテーション研究が行われた。図３は、従来のゆがみメトリック（上のグラフ）および本明細書に開示される角度ゆがみメトリック（下のグラフ）を使用したセグメンテーションを含む。

【0053】

ステップ１２では、以前のメトリックは、約２０μｍのゆがみ値を提供し、この層は、低応力プロセスとして登録された。しかしながら、角度ゆがみを使用してセグメンテーションすると、この層のより正確なウエハ形状が決定され、これは、８０μｍであった。角度ゆがみ値を用いて、半導体メーカは、重要なプロセス監視のためにこの層にフラグを立てることができる。これらの結果は、プロセスのドリフトを減らし、サイクル時間の改善にも役立つことができる。

【0054】

以前のメトリックは、ステップ２４のロット内ばらつきがうまく制御されていることを示している。しかしながら、このプロセスの角度ゆがみデータは、ステップ２４で５０μｍのロット内ばらつきがあると判定した。

【0055】

図４は、チャッキング不良の例を示す図である。角度ゆがみは、以前のメトリックによって拒絶され、実際にはプロセスツールでチャッキング不良を引き起こさない可能性がある誤検知を検出するのに役立つことができる。以前の技法は、ウエハのゆがみが４９４μｍであることを示しており、これは、プロセスツール限界（例えば、４００μｍのスキャナ限界）を超えている。限界を超えるウエハを使用すると、補正するのにコストまたは時間がかかるツールダウンイベントが生じる。しかしながら、角度ゆがみ技法では、実際には、このウエハのほとんどの部分が４００μｍ未満であり、これはスキャナが処理するのに許容可能である。これらは、半導体メーカのウエハ再加工コストを節約する。

【0056】

図４では、ウエハスロット６は、以前の技法を使用して、チャッキング不良ウエハとして誤って検出されている。従来のゆがみ仕様は、３５０μｍであり、以前の技法（Ｗａｒｐ－ＣＦ＿ＸＹ）を使用すると３枚のウエハすべてが拒絶される。本明細書に開示される角度ゆがみの実施形態では、７０％の高ゆがみセクタに遭遇した場合に、ウエハが拒絶される。７０％の高ゆがみセクタは、点線を超えて示されている。したがって、３枚のウエハのうち２枚のみがクランプ不良として拒絶される。

【0057】

図４の例によって示されるように、以前のゆがみメトリックを使用して決定された４５０μｍの形状を有する２つの異なるウエハは、スキャナツールでチャッキングされたときに異なる挙動を示す。対称形状を有するウエハは、チャッキング不良を引き起こす可能性がある。非対称形状を有するウエハは、おそらく問題なくチャックされる。角度ゆがみを使用してスクリーニングすることによって、半導体メーカは、チャッキング不良の可能性のあるウエハを拒絶するためのより良い仕様を提供することができる。これにより、ウエハの拒絶を少なくすることができ、半導体メーカのリソースが節約される。

【0058】

図５は、検出システム３００の実施形態である。検出システム３００は、パターニングされたウエハの幾何学的形状測定を使用して、プロセスによって誘発された非対称シグネチャを検出し、定量化し、制御するように構成されている。検出システム３００は、所与のウエハ３０２のウエハ幾何学的形状を測定するように構成されたウエハ幾何学的形状ツール３０１を含むことができる。検出システム３００は、ウエハ幾何学的形状ツール３０１と電子通信するプロセッサ３０３を含むこともできる。プロセッサ３０３は、前述の様々な分析方法を実行するように構成することができる。プロセッサ３０３は、スタンドアロン処理デバイスとして、またはウエハ幾何学的形状ツール３０１の組み込み／統合コンポーネントとして実装されてもよい。プロセッサ３０３は、その出力を様々なプロセスツール３０４に提供して、オーバーレイエラーの補正、根本原因分析、ならびに上述したようなプロセス制御最適化を容易にすることができる。

【0059】

ウエハ幾何学的形状ツール３０１は、ウエハ３０２を保持するように構成されたチャックと、ウエハ３０２の幾何学的形状を測定するように構成された撮像システムと、を含むことができる。撮像システムは、光学システムであってもよい。

【0060】

ウエハ幾何学的形状ツール３０１は、１回の撮影で表面のすべてのウエハデータを収集することができる。ウエハ幾何学的形状ツール３０１は、必要なウエハマップを構築するためにウエハを回転および走査することもできる。

【0061】

プロセッサ３０３は、プロセッサ３０３が出力を受信することができるように、任意の適切なやり方で（例えば、有線および／または無線伝送媒体を含むことができる１つ以上の伝送媒体を介して）検出システム３００の構成要素に結合されてもよい。プロセッサ３０３は、この出力を使用していくつかの機能を実行するように構成されてもよい。検出システム３００は、プロセッサ３０３からの命令または他の情報を受信することができる。

【0062】

本明細書に記載されるプロセッサ３０３、他のシステム、または他のサブシステムは、パーソナルコンピュータシステム、画像コンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、ネットワーク機器、インターネット機器、または他のデバイスを含む、様々なシステムの一部であってもよい。サブシステムまたはシステムは、並列プロセッサなどの、当技術分野で知られている任意の適切なプロセッサを含むこともできる。加えて、サブシステムまたはシステムは、スタンドアロンまたはネットワーク化されたツールとして、高速処理およびソフトウェアを有するプラットフォームを含むことができる。

【0063】

プロセッサ３０３は、実際には、ハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェアの任意の組合せによって実施されてもよい。また、本明細書に記載されるようなその機能は、１つのユニットによって実行されてもよく、または異なる構成要素に分割されてもよく、それらの構成要素のそれぞれは、ハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェアの任意の組合せによって実施されてもよい。プロセッサ３０３が様々な方法および機能を実施するためのプログラムコードまたは命令は、可読記憶媒体に記憶されてもよい。

【0064】

検出システム３００が２つ以上のプロセッサ３０３を含む場合、異なるサブシステムは、画像、データ、情報、命令などがサブシステム間で送信され得るように互いに結合されてもよい。例えば、１つのサブシステムは、任意の適切な送信媒体によって追加のサブシステムに結合されてもよく、この送信媒体には、当技術分野で知られている任意の適切な有線および／または無線送信媒体が含まれてもよい。そのようなサブシステムのうちの２つ以上はまた、共有されたコンピュータ可読記憶媒体（図示せず）によって効果的に結合されてもよい。

【0065】

プロセッサ３０３は、検出システム３００の出力または他の出力を使用して、いくつかの機能を実行するように構成されてもよい。例えば、プロセッサ３０３は、記憶媒体に接続されてもよい。プロセッサ３０３は、本明細書に記載されるようにさらに構成されてもよい。

【0066】

プロセッサ３０３は、本明細書に記載される実施形態のいずれかに従って構成されてもよい。プロセッサ３０３はまた、検出システム３００の出力を使用して、または他のソースからの画像もしくはデータを使用して、他の機能または追加のステップを実行するように構成されてもよい。

【0067】

本明細書に開示される検出システム３００および方法の様々なステップ、機能、および／または動作は、電子回路、論理ゲート、マルチプレクサ、プログラマブル論理デバイス、ＡＳＩＣ、アナログもしくはデジタル制御／スイッチ、マイクロコントローラ、またはコンピューティングシステムのうちの１つ以上によって実行される。本明細書に記載されるものなどの方法を実施するプログラム命令は、キャリア媒体を介して送信されてもよく、またはキャリア媒体に記憶されてもよい。キャリア媒体は、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気または光ディスク、不揮発性メモリ、固体メモリ、磁気テープなどの記憶媒体を含むことができる。キャリア媒体は、有線、ケーブル、または無線伝送リンクなどの伝送媒体を含むことができる。例えば、本開示全体にわたって記載される様々なステップは、単一のプロセッサ３０３、または代替として複数のプロセッサ３０３によって実行されてもよい。さらに、検出システム３００の異なるサブシステムは、１つ以上のコンピューティングまたは論理システムを含むことができる。したがって、上記の説明は、本開示に対する限定として解釈されるべきではなく、単なる例示として解釈されるべきである。

【0068】

一例において、プロセッサ３０３は、検出システム３００と通信している。プロセッサ３０３は、ウエハ３０２の幾何学的形状に関するデータを取得し、ウエハ３０２の外周に沿った異なる点から始まる少なくとも３つの直径に沿ってウエハ３０２の幾何学的形状を測定し、３つの直径を用いてウエハ３０２の幾何学的形状の特徴付けを決定するように構成されている。

【0069】

追加の実施形態は、本明細書に開示されるように、ウエハの幾何学的形状の特徴付けを決定するためのコンピュータ実施方法を実行するためのコントローラ上で実行可能なプログラム命令を記憶する非一過性コンピュータ可読媒体に関する。特に、電子データ記憶ユニットまたは他の記憶媒体は、プロセッサ３０３上で実行可能なプログラム命令を含む非一過性コンピュータ可読媒体を含むことができる。コンピュータ実施方法は、方法１００を含む、本明細書に記載される任意の方法の任意のステップを含むことができる。

【0070】

プログラム命令は、とりわけ、プロシージャベース技法、コンポーネントベース技法、および／またはオブジェクト指向技法を含む、様々な仕方のいずれかで実施することができる。例えば、プログラム命令は、必要に応じて、ＡｃｔｉｖｅＸコントロール、Ｃ＋＋オブジェクト、ＪａｖａＢｅａｎｓ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｃｌａｓｓｅｓ（ＭＦＣ）、ストリーミングＳＩＭＤ拡張（ＳＳＥ）、または他の技術もしくは方法論を使用して実施されてもよい。

【0071】

本開示によるシステムおよび方法によって提供される利点は、様々な用途において理解され得る。非対称性の検出および定量化は両方とも、任意の所与のプロセスステップにおいて実行されてもよく、推定は、純粋にウエハの幾何学的形状に基づいて行うことができる。非対称性推定の精度は、真空チャックを使用する、利用可能な空間サンプリングがはるかに低い従来のリソグラフィスキャナと比較して改善することができる。

【0072】

上記の例のうちのいくつかは、ある特定のプロセスツールに言及したが、本開示によるシステムおよび方法は、他のタイプのプロセスツールに適用可能であり、他のタイプのプロセスツールも、本開示の範囲から逸脱することなく、分解能が向上した測定から利益を得ることができる。さらに、本開示で使用されるウエハという用語は、集積回路および他のデバイスの製造に使用される半導体材料の薄いスライス、ならびに磁気ディスク基板、ゲージブロックなどの他の薄い研磨プレートを含むことができることが企図される。

【0073】

本明細書に開示される方法は、１つ以上のプロセッサによって、単一の生産装置を介して、および／または複数の生産装置を介して実行される命令のセットとして、様々なウエハ幾何学的形状測定ツールにおいて実施されてもよい。さらに、開示される方法におけるステップの特定の順序または階層は、例示的な手法の例である。設計の好みに基づいて、本方法におけるステップの特定の順序または階層は、本開示の範囲および精神の範囲内にとどまりながら再構成することができる。添付の方法クレームは、様々なステップの要素を見本的な順序で提示しており、提示された特定の順序または階層に限定されることを必ずしも意味していない。

【0074】

本開示は、１つ以上の特定の実施形態に関して記載されてきたが、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態が作製され得ることが理解される。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその合理的な解釈によってのみ限定されると見なされる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】