相关研究的实际温度曲线和在线计量测量Within-Wafer均匀性改善和提高收益率的晶片边缘

作者:方方(a),阿洛克Vaid (a),爱丽娜Vinslava (a),理查德Casselberry (a), Shailendra Mishra (a), Dhairya武断的话(a),最后Timoney (a), Dinh楚(b),坎迪斯波特(b), Da的歌(b),周任(b)
关键:(a) GLOBALFOUNDRIES, 400年石头打破扩展,马耳他,纽约12020;(b) KLA-Tencor公司,一个技术驱动,苗必达,CA 95035

文摘
随着新技术的进步越来越重要监控关键影响参数的方方面面蚀刻步骤,利用它们作为调谐旋钮within-wafer均匀性改善和提高收益率的晶片边缘。有鉴于此,研究进入“测量重要”是为了获得静电卡盘(ESC)温度测量在实际工艺条件使用KLA-Tencor SensArray EtchTemp-SE (ETSE)晶片。¹ESC温度剖面测量在300 mm晶圆plasma-on条件再现实际温度条件下的晶圆生产过程。温度地图而控制参考(静态plasma-off ESC温度状态),并使用这些信息,室腔匹配也被调查。此外,ESC温度之间的相关研究和内联光学计量测量通过设定温度调节为过程优化提供了清晰的方向。

关键词:SensArray EtchTemp-SE技术、静电卡盘(ESC)温度,室腔失谐,边缘收益率提高,凹槽深度、临界尺寸(CD)

1. 介绍

半导体节点推进和特征尺寸缩小,每个进程旋钮完全描述变得更加重要,理解和相关收益。监控温度过程关键蚀刻步骤,利用它来改善内部晶片均匀性和边缘产生问题是必要的对于任何高容量的制造工厂。晶片温度(图1)可以测量薄片上的气温完整的工艺条件。这种类型的使用不仅允许监控和匹配的工具硬件但工艺条件受温度的影响。这些晶片是用于GLOBALFOUNDRIES工厂8设施测试静电卡盘的响应能力(ESC)温度设定值变化和相关性CD和凹槽深度尺寸制造过程中的腐蚀过程中关键一步。

GLOBALFOUNDRIES工厂8,调查温度在14 nm FEOL临界腐蚀过程进行了使用温度晶片,因为这个过程有直接影响产量。具体来说,我们设计并进行了三项调查。首先,在mid-outer ETSE晶片响应和外区ESC温度设置点被调制测试晶片温度四个过程模块。第二,室温度的匹配四室的临界点与等离子体蚀刻步骤进行了研究。第三,晶片温度之间的相关性和关键工艺参数包括凹槽深度和CD在详细研究了wafer-zonal水平。的调查结果表明,温度监测ETSE晶片可以使用ESC区域温度控制很好的调谐旋钮within-wafer均匀性改善和提高收益率的晶片边缘。

图1所示。插图的SensArray EtchTemp-SE薄片及其工作机制。

2. 实验ETSE晶片

2.1 ETSE ESC晶片反应温度设置点
在晶圆测试ESC设置点的响应能力和温度响应性设置点,晶片在四个不同的运行温度设置点在两个不同的流程模块(称为PM1和PM2)。温度降低1°C步骤PM1和增加在PM2 1°C的步骤。温度地图生成使用KLA-Tencor SensArray晶圆和外平均温度进行了分析,中期与外环外区域匹配,或生产晶片边缘。测试结果(图2)表明,ETSE晶片能够很好地响应ESC温度设置点分别为中期外区和外区:相关性R²外圈PM1 = 0.9979, 0.9981为mid-outer环PM1、0.9979外环PM2 0.9986, mid-outer环PM2。

图2。ESC查克能源部调节晶片边缘温度:晶片温度响应与ESC设定值。R的相关性²外圈PM1 = 0.9979, 0.9981为mid-outer环PM1、0.9979外环PM2 0.9986, mid-outer环PM2。

图3显示了从卡盘上的温度变化的响应。薄片上温度不同于查克设定值一致~ + 1.5°C的晶片的外环和中期> 1.0°C的外环;这是由于不同的等离子体在晶片的边缘,这些都会增加温度。晶片地图提供了一个可视化表示的薄片上温度变化时加热器卡盘上的调整。线性回归证明了强,直接调整和薄片上的温度之间的相关性,和工具的能力硬件补偿匹配室温度的差异。

这个测试表明ETSE晶圆是一个可靠的工具在温度测量以下两项研究:室温度匹配和温度之间的相关性和CD。

图3。ETSE薄片热地图响应查克温度变化对晶片的外环。

2.2室温度匹配
测试室温度匹配一个蚀刻工具,收集的温度跟踪PM2四室,量子化学,PM4 PM5 plasma-on腐蚀过程。晶片四室计算和绘制的地图室匹配研究。

结果初始温度数据收集在四个不同的项目经理可以看到如图4所示。这些地图显示的薄片上温度四种不同plasma-on条件下经前综合症。从图中,我们可以看到,PM2和量子化学好相互匹配而PM4比基线和PM5热冷。利用这些信息,PM4的温度在4个1°C度加大了步骤和每一步和温度测量在PM5下台四1°C步骤和测量每一步。两个晶圆片平均温度和温度在晶片上的外区可以看到地图来自SensArray晶片。

这个测试显示ETSE晶片的能力评估室温度匹配。

图4。Plasma-on ETSE热地图从四个腐蚀过程工具室。而PM2和量子化学显示良好的匹配,PM4和5显示不匹配。PM4冷,PM5温度比基线。

2.3温度和临界尺寸之间的相关性
关联的CD和凹槽深度测量温度、利益点是温度监控生产晶圆加工前不久通过相同的点。CD和凹槽深度测量然后从强迫症(光学临界尺寸)计量工具。原始数据的X和Y坐标进行比较,和CD和凹槽深度网站在同一温度区由工具硬件控制被用于分析。温度与CD或凹槽深度由区由ESC控制策划,并相应地进行了线性回归分析。

wafer-zonal水平,相关性是分为四个区域:内心,内心的中期,中期外外,这些区域可以看到在图5中。的相关性是这样做,因为这些区域内夹头的温度变化的能力。ESC有能力设定温度在这些区域独立,因此数据分析能够开启每个区域的温度旋钮。乳糜泻相关结果可以看到如图6所示。最好的相关性可以看到外部和内部区域R²值分别为0.7和0.81。反向相关性表明,随着晶片热CD尺寸变小,可能吹出特性,导致产量问题。根据这些信息,就可以使用外部chuck温度旋钮控制温度,因此影响到CD的制造过程。

图5。区用于CD和凹槽深度的相关性。这些区域与腐蚀过程中的温度旋钮工具硬件。

图6。地带性分析- 4-zone温度相关性最强CD。相关性在中期外区(R²(R = 0.8312),内部区域²(R = 0.8103)和外部区域²= 0.6871)

在wafer-zonal水平,结果相关性凹槽深度图7中可以看到。相关性是分解成相同的四个区CD相关性因为同样的原因。强,可以看到直接相关外,中期内部和内部区域R²值为0.89,0.83和0.69。意味着直接相关的过程温度增加凹槽的深度也会增加。这些信息是至关重要的在这个过程中温度控制模块,并介绍了控制旋钮的凹槽深度蚀刻硅。通过控制温度对晶片的外区凹槽深度可以调到工厂的需求。温度调制的结果与第一次实验我们可以相信,在正确的温度设置最优处理产量最高。在高容量的制造业。

图7。带状凹槽深度分析- 4-zone温度相关。相关性最强的外区(R²(R = 0.8912),中期内部区域²(R = 0.8329)和内部区域²= 0.6904)

3. 结论

调查ESC区域温度的关系和一个关键的腐蚀过程使用KLA-Tencor EtchTemp-SE晶片显示晶片温度温度测量和监视的是一个可靠的工具。晶片温度能够评估室温度失配的质量和提供指导蚀刻工具室温度调优。最关键的是,ESC带状的晶片温度允许使用温度控制作为一种重要的旋钮控制CD和凹槽深度蚀刻过程中。

4. 引用

[1]j .纽比g . Bieli m . Wollenweber;r·梅尔泽t . Nogatz j . Sobe”相关研究空间ESC温度曲线和光学CD /扫描电镜测量调查硅休会和门CD腐蚀后,“2014年ASMC Proc., 25岁^th年度136 - 138年,2014页。。

最初发表在有先进光刻。方方et al,”相关研究的实际温度曲线和在线计量测量within-wafer均匀性改善和提高收益率的晶片边缘,“Proc。相比10585年,计量、检验、和过程控制显微光刻法第十七届,105851 q(2018年3月21日);doi: 10.1117/12.2297213