收益率影响晶片形状Misregistration-Based面元叠加APC诊断增强

大卫•Jayez凯文·乔克曰周和Venugopal Govindarajulu GlobalFoundries,和张甄,Fatima茴香酒,费利佩Tijiwa-Birk和解放军的阿加沃上路。

1。文摘
通常可接受的变异来源的重要性已经开始变得更加关键半导体技术继续进军小技术节点。新的计量技术需要追求可控光刻技术所需的过程一致性需求。过程控制对光刻技术的优势是能够调整cross-wafer可变性,但这要求所有进程关闭之间的匹配过程工具/室为每一个过程。事实并非如此时,累积线变化产生的晶片组。¹这种基于累积形状效应被形容为影响覆盖测量和校准通过创建错误配准的覆盖标志。有必要了解需求可能进入开发大量生产方法利用这个分组方法,关键的输入和输出,可以从这种方法中提取。它将表明,这条线变化可以被量化成电产量的损失主要在晶片的边缘,提出了识别根本原因和改进的方法。

本文将介绍基于晶片形状的概念分组控制覆盖控制和诊断工具,实现这种在制造业环境的挑战,和这种方法的局限性。这将通过显示有可识别的基于晶片形状签名。这些基于形状的晶片签名将显示相关覆盖错误配准,主要在边缘。它也将表明,通过调整晶片形状信号,能够做一些改进的覆盖以及电产量。这些改进显示边缘增加产量,减少产生变化。

2。背景
从根本上讲,覆盖测量是测量的相对位置的两个标志印刷在两个不同的流程层晶片在某些扫描仪应用修正。覆盖的预测错误引发的流程步骤可以计算基于测量晶圆的几何变化。这晶片形状变形影响覆盖被称为形状覆盖错误配准。

在一维理论中,x - y -位移仅依赖于各自的压力和形状变化的方向。当x和y位移等于在给定半径大小的晶圆的中心,他们是轴对称。对于轴对称的情况,²预测从一维理论与位移具有良好的匹配,但是对于non-axisymmetric情况下,一维理论预测变得不准确,由于位移的变化没有捕捉到一个单一的标量。正确捕获覆盖位移,二维的方法是必需的,³如图2中列出。

图1:矢量位移模型的轴对称应力(左)显示了晶片的物理位移和一维模型的预测以及公式来描述一维应力和转换为矢量位移(右)。

图2:矢量位移造型non-axisymmetric压力显示晶片的物理位移向量以及一维模型如何预测位移(左),以及在二维及其转换公式来描述压力向量位移(右)。

3所示。测量方法
测量工具用于测量形状是KLA-Tencor图案的晶片几何(PWG2)计量系统,双重支持菲索干涉仪操作在波长635纳米。工具持有晶片垂直和同时措施前后表面几何高度(Z_前面(x, y)和Z_回来(x, y))在整个晶片横向分辨率为100微米。PWG2操作的示意图如图3所示。

图3:光学工具倍增的示意图,显示同时前后测量晶圆。

晶圆片的晶片几何描述的空间特征。产生的各种指标的工具软件(称为OASys)从原始测量数据。一些指标如nanotopography (NT)分别计算每个表面而其他指标,如厚度、平整度等计算基于前后表面数据。平面变形的形状等覆盖算法(IPD)和第三代(改善IPD如图2所示)假定形状扭曲出现在晶片的背面将转化为晶片的前面。因此,第三代错误配准算法的计算完全依靠倍增后晶片的表面。

4所示。分组理论
基于形状的分组,是衡量所有晶片晶圆的形状在参考和当前的光刻技术水平(通常被称为“前”和“后”层)为了跟踪晶片几何变化引起这两种光刻层之间的流程步骤。形状数据是第三代叠加算法来处理,在图2中列出识别形状覆盖错误配准向量。基于预定义的标准,晶片具有相似形状覆盖签名识别并组合在一起。这个预定义的标准可以考虑扫描仪校准和校正模型和决定最优数量的组。

一旦形成晶片组,扫描仪修正为一薄片在每一个组可以被识别,同样可以应用于其他晶片组在一个特定的光刻层。以前的工作探讨了送走的应用分组、晶圆的形状在光刻技术进行分类。⁴本文中使用的实现是一个变动的全面实施,如图4所示。

图4:代表图形直观地描述分组方法。(1)形状测量是所有晶圆上执行。(2)形状覆盖用于基于晶片成型的分类组。(3)光刻过程然后用扫描仪在晶圆上执行修正被应用在集团层面。(4)从每组一薄片然后测量覆盖。

5。应用到生产
光刻过程与重要的中心边缘覆盖的变化被选为应用程序的基于形状的分组。形状测量进行十很多25晶片的参考层有针对性的处理步骤。三个很多晶片然后在光刻加工和接收测量所有的晶片在随后覆盖一步确定形状和de-corrected覆盖之间的相关性。晶圆级别之间的相关性de-corrected覆盖很穷,所有三个很多有关联的小于0.05 x和y向量组件。然而,显著改善R²观察趋势相关性时沿径向绘制,如图5所示。

错误配准图5:相关性和decorrected叠加绘制半径的测量表明,形状预测产品覆盖在晶片边缘有着密不可分的关系。

然后三个关联很多集群分组基于within-wafer向量的距离——合成三组有不同的签名,每组的重心晶片如图6所示。

图6:重心从每个确定晶片组的第三代加工形状信息显示从75年晶片径向签名。

预计组织的数量将增加用于分组的数量很多。同时,群签名将随时间变化。的成本实现团体的数量成正比,因为需要为每组维护单独的扫描仪修正。最优数量的评估是基于七个不同的形状签名附加time-separated很多,我们发现三个数量从实施成本的角度来看是合理的,与群签名如图7所示。相似性组签名基于时间分离组的显示了识别良好的持久性组织一个完整的制造环境,允许有效的扫描仪应用的修正。

图7:重心晶片组在控制和测试很多展示良好的视觉相关性尤其是在边缘。

晶片的七个被分成很多组在光刻加工步骤之前被评估。这样做是为了让这些很多内部一致扫描仪修正。处理后,一薄片从每组每批以覆盖,以确保没有不良的转变过程控制。

6。结果
所有相关的很多很多处理分组的签名线和测试电功能。签名分组晶片是等价的非团体晶片相比,与所有其他已知的实验和删除线过程因素。晶圆级产量分成五个区域与相同数量的芯片,和最外层的区是否则等效分组和非团体之间的晶片相比,如图8所示。晶片分组显示一种改进芯片收益率为1.4%与基线相比非团体晶片。此外,分组晶片显示分布减少20%,从而减少拖离群值。

图8:晶片电从晶圆排序数据被分为三组基于形状的数据显示1.4%的提高产量和减少20%收益率的分布。

7所示。结论
在这次调查中,我们使用75片证明径向圆片形状测量之间的相关性在光刻过程前和生de-corrected覆盖测量后光刻和建立圆片形状组光刻之前对所有测量晶圆。然后,否则额外175晶片的全面生产晶片测量并分组根据他们的形状签名之前光刻。

第一个结论是,有一个重要的径向应力剖面之间的联系和边缘覆盖残差。超越意味着控制晶片,边缘具体指标的识别和控制变得至关重要的改善功能产生边缘。径向形状的能力和价值衡量的工具及其相关de-corrected叠加倍增。晶片组基于形状签名被建立。

此外,应用分组方法应用于175年全面生产晶片在生产环境中。通过比较边缘的径向产生晶片被分为shape-representative组,同时显著改善观察晶片意味着芯片产量以及晶圆芯片产量的分布。这证实了形状分组方法能够在现实世界线变化相当大的积极影响。

引用
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本文最初发表在Proc。相比10585年,计量、检验、和过程控制显微光刻法第十七届,105851 b (2018);doi: 10.1117/12.2302973