TWI784719B - 獲得代表在基板上的層的厚度的測量的方法，及量測系統和電腦程式產品 - Google Patents

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Abstract

一種用於獲得代表在基板上的層的厚度的測量的量測系統包含：經設置以獲取該基板的至少一部分的彩色的圖像的攝像機。控制器經配置以從該攝像機接收該彩色的圖像、將預先決定的路徑儲存在具有包含第一顏色通道和第二顏色通道的至少二個維度的座標空間中、儲存函數，該函數提供：代表厚度的數值，該厚度作為在該預先決定的路徑上的位置的函數、從在該彩色的圖像中的針對於像素的顏色資料，決定在該座標空間中的該像素的座標、決定最靠近於該像素的該座標的在該預先決定的路徑上的一點的位置，及從該函數和在該預先決定的路徑上的該點的該位置中，計算代表厚度的數值。

Description

獲得代表在基板上的層的厚度的測量的方法，及量測系統和電腦程式產品
此揭露係關於光學量測(例如關於偵測在一基板上的一層的厚度)。
積體電路通常係藉由循序地將導電層、半導電層，或絕緣層沉積在一矽晶圓上的方式而被形成在一基板上。一個製造步驟涉及到將一填充層沉積在一非平面的表面上和對於該填充層進行平坦化。對於某些應用而言，該填充層被平坦化，直到顯露圖案化層的上表面為止。導電的填充層(例如)可被沉積在圖案化的絕緣層上以填充在絕緣層中的溝槽或孔。在進行平坦化之後，保留在絕緣層的凸起的圖案之間的金屬層的部分形成：通孔、插塞，及提供在位於基板上的薄膜電路之間的導電路徑的線路。對於其他的應用(諸如：氧化物的研磨)而言，填充層被平坦化，直到預先決定的厚度被留在非平面的表面上為止。此外，光刻法通常需要基板表面的平坦化。
化學機械研磨(Chemical mechanical polishing, CMP)係一種可接受的平坦化的方法。此平坦化方法通常要求：將基板裝設在承載體或研磨頭上。通常將基板的顯露的表面放置為：與旋轉的研磨墊相抵靠。承載頭在基板上提供可控制的負載以推進該基板而與研磨墊相抵靠。具有研磨作用的研磨漿料通常被提供至研磨墊的表面。
漿料分佈、研磨墊條件、在研磨墊與基板之間的相對速度，及在基板上的負載的變化可造成：材料移除速率的變化。此些變化以及基板層的初始的厚度的變化造成：到達研磨終點所需要的時間的變化。因而，僅將研磨終點決定為研磨時間的函數可導致：基板的過度研磨或研磨不足。
(例如)於在線的或獨立的量測站處，可使用各種光學量測系統(例如：光譜量測或橢圓偏振量測)以測量基板層在研磨前和研磨後的厚度。此外，可使用各種原位監控技術(諸如：單色光學或渦電流監控)以偵測一研磨終點。
在一態樣中，用於獲得代表在一基板上的一層的一厚度的一測量的量測系統包含：一支撐件，該支撐件用以支撐用於積體電路製造的一基板、一彩色的攝相機，該彩色的攝相機經設置以獲取由該支撐件所支撐的該基板的至少一部分的一彩色的圖像，及一控制器。控制器經配置以從該攝像機接收該彩色的圖像、將一預先決定的路徑儲存在具有包含一第一顏色通道和一第二顏色通道的至少二個維度的一座標空間中、儲存一函數，該函數提供：代表一厚度的一數值，該厚度作為在該預先決定的路徑上的一位置的一函數、對於該彩色的圖像的一像素，從在該彩色的圖像中的針對於該像素的顏色資料，決定在該座標空間中的該像素的一座標、決定最靠近於該像素的該座標的在該預先決定的路徑上的一點的一位置，及從該函數和在該預先決定的路徑上的該點的該位置中，計算代表一厚度的一數值。
另一態樣係一種電腦程式產品，該電腦程式產品包含：用於使得一處理器獲得代表在一基板上的一層的一厚度的一測量的指令。另一態樣係一種獲得代表在一基板上的一層的一厚度的一測量的方法。
任何的態樣的實施包含：以下特徵中的一或更多個。
座標空間可為二維的或三維的。
第一顏色通道和所選擇的顏色通道可從包含色調、飽和度、亮度、X、Y、Z、紅色色度、綠色色度，及藍色色度的顏色通道的群組中選擇。舉例而言，第一顏色通道可為紅色色度和第二顏色通道可為綠色色度。
控制器可經配置以藉由決定在該路徑上的一點的方式，其中在該點處對於該厚度路徑的一法向量穿過該座標，決定在預先決定的路徑上的該點的該位置。控制器可經配置以藉由分析與來自在基板上的一給定的物理區域且圍繞該像素的周圍的像素相關聯的一群集的座標方式來解析：在預先決定的路徑中的縮退性(degeneracy)。控制器可經配置以藉由決定在該座標空間中的該群集的一主軸的方式來解析在預先決定的路徑中的縮退性和選擇最為緊密地與主軸相平行的預先決定的路徑的一分支。
函數可包含：基於該點離該第一頂點的一距離的在針對於該預先決定的路徑的一第一頂點的一第一數值與針對於該預先決定的路徑的一第二頂點的一第二數值之間的內插。第一頂點係預先決定的路徑的起始點和第二頂點係預先決定的路徑的終點。控制器可經配置以藉由儲存Bezier函數或折線中的一或更多個的方式來儲存預先決定的路徑。
控制器可經配置以針對於彩色的圖像的複數個像素中的每一像素，從在該彩色的圖像中的針對於該像素的顏色資料，決定在該座標空間中的該像素的一座標、決定最靠近於該像素的該座標的在該預先決定的路徑上的該點的該位置，及從該函數和在該預先決定的路徑上的該點的該位置中計算代表該厚度的該數值、提供代表針對於在該基板上的複數個不同的位置的厚度的複數個數值。控制器可經配置以計算來自其中代表該厚度的該數值無法滿足一臨界值的該複數個像素的像素之一數目。控制器可經配置以應用一圖像掩模至彩色的圖像。
彩色的攝相機可經配置以獲取小於基板全部的一圖像和經配置以橫跨於基板來進行掃描，及其中控制器經配置以從來自彩色的攝相機的多個圖像中產生基板全部的二維的彩色的圖像。彩色的攝相機可為：具有偵測器元件的一彩色的線掃描的攝相機，該等偵測器元件沿著在掃描基板期間與基板的表面平行的第一軸被排置，及系統可包含：一細長的白色光源，該細長的白色光源具有與第一軸平行的一縱向軸和經配置為在掃描基板期間以非零入射角將光導引向基板、一框架，該框架支撐光源和攝像機，及一馬達，該馬達用以造成在該框架與該支撐件之間的沿著垂直於第一軸的第二軸的相對運動而使得光源和攝像機橫跨於基板來進行掃描。
支撐件可被設置在一半導體製造工具的在線的量測站中。該半導體製造工具可為：化學機械研磨機，及工具可包含：用以將基板傳送至在線的量測站的機器人，及控制器可經配置以使得基板在藉由化學機械研磨機來研磨基板的表面之前或之後被測量。
實施可包含：以下潛在的優點中的一或更多個。可絕對地或相對於該基板層的其他的部分決定在一基板層上的一位置的厚度，及可偵測到無法接收的變化。此資訊可被使用在前饋或反饋使用中以控制研磨參數、提供改善的厚度均勻性。決定變化的演算法可為簡單的和具有低的計算負荷。
在隨附的圖式和後文的描述中闡述一或更多個實施的細節。其他的態樣、特徵和優點將從該描述和圖式中，及從申請專利範圍中而為顯明的。
可(例如)於在線的或獨立的量測站處，利用光學的方式來測量在研磨前或研磨後的位於一基板上的一層的厚度。然而，一些光學技術(諸如：光譜量測)需要：昂貴的光譜儀和光譜資料的在計算上為繁重的操作。即使除了計算負荷之外，在一些情況中，演算法的結果無法滿足使用者的不斷增加的精確性要求。然而，另一量測技術係拍攝基板的彩色的圖像，及分析在色彩空間中的圖像以決定層的厚度。特定地，沿著在二維的色彩空間中的一路徑的位置可提供：關於研磨的目前狀態的資訊(例如：被去除的量或剩餘的材料量)。
參照至第1圖，研磨設備100包含：在線的(亦被稱為依次序的)光學量測系統160(例如：彩色的成像系統)。
研磨設備100包含：一或更多個承載頭126，該等承載頭中的每一承載頭經配置以承載基板10、一或更多個研磨站106，及一傳送站，該傳送站用以將基板裝載至承載頭和從承載頭卸載基板。每一研磨站106包含：研磨墊130，該研磨墊被支撐在平臺120上。研磨墊110可為：具有外研磨層和較軟的背層的雙層的研磨墊。
承載頭126可從支撐件128懸吊，及可在研磨站之間移動。在一些實施中，支撐件128係一架空軌道(overhead track)和承載頭126被耦接至載具(carriage)108，其中該載具被裝設至軌道。架空軌道128允許每一載具108被選擇性地設置在研磨站124和傳送站的上方。可替代性地，在一些實施中，支撐件128係可旋轉的旋轉料架，及旋轉料架的旋轉同時地沿著圓形路徑來移動承載頭126。
研磨設備100的每一研磨站106可(例如)在臂134的端部處包含一埠口，以將研磨液136(諸如：具有研磨作用的漿料)施放至研磨墊130。研磨設備100的每一研磨站106亦可包含墊調節設備以對研磨墊130進行研磨而將該研磨墊130維持在一致的研磨狀態。
每一承載頭126可進行操作以支撐基板10而與研磨墊130相抵靠。每一承載頭126可獨立地控制研磨參數(例如：與每一個別的基板相關聯的壓力)。特定地，每一承載頭126可包含保持環142以將基板10保持在彈性膜144的下方。每一承載頭126亦包含：複數個由膜所限定的可獨立控制的可加壓的腔室(例如：3個腔室146a-146c)，該等腔室可施加可獨立控制的壓力至在彈性膜144上(因此在基板10上)的相關聯的區域。雖然在第1圖中僅圖示說明有三個腔室以達成示例說明的容易性，可具有一個或兩個腔室，或者四個或更多個腔室(例如：五個腔室)。
每一承載頭126係從支撐件128懸吊，及藉由驅動軸154被連接至承載頭旋轉馬達156，以使得承載頭可圍繞軸127旋轉。可選擇地，每一承載頭140可(例如)藉由驅動在軌道128上的載具108，或藉由旋轉料架本身的旋轉振動而橫向地振動。在操作中，平臺圍繞該平臺的中央軸121旋轉，及每一承載頭圍繞該承載頭的中央軸127旋轉和橫跨於研磨墊的上表面而橫向地平移。橫向的掃描係沿著與研磨表面212平行的方向。橫向的掃描可為：線性的或弓形的運動。
控制器190(諸如可程式化的電腦)被連接至每一馬達以獨立地控制：平臺120和承載頭126的旋轉速率。舉例而言，每一馬達可包含：一編碼器，該編碼器測量相關聯的驅動軸的角位置或旋轉速率。類似地，控制器190被連接至在每一載具108及/或用於旋轉料架的旋轉馬達中的致動器以獨立地控制：每一承載頭126的橫向的運動。舉例而言，每一致動器可包含：一線性編碼器，該線性編碼器測量載具108沿著軌道128的位置。
控制器190可包含：一中央處理單元(CPU)、記憶體，及支援電路(例如：輸入/輸出電路系統)、電源供應器、時脈電路、快取，及類似者。記憶體被連接至CPU。記憶體係非暫時性的可計算的可讀取媒體，及可為一或更多個容易獲得使用的記憶體(諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟，或其他形式的數位儲存)。此外，雖然被圖示說明為單一的電腦，控制器190可為：一分散式的系統(例如包含多個獨立操作的處理器和記憶體)。
在線的光學量測系統160被設置在研磨設備 100內，但是在進行研磨操作期間並不執行測量；而是在研磨操作之間(例如當基板從一個研磨站被移動至另一個研磨站(或從傳送站被移動或被移動至傳送站))收集測量結果。
在線的光學量測系統160包含：一感測器組件 161，該感測器組件被支撐在研磨站106中的二個研磨站之間(例如在二個平臺120之間)的一位置處。特定地，感測器組件161位於一位置處，以使得由支撐件128所支撐的承載頭126可將基板10設置在感測器組件161的上方。
在研磨設備100包含三個研磨站和將基板依次地從第一研磨站載送至第二研磨站，再將基板載送至第三研磨站的實施中，一或更多個感測器組件161可被設置在傳送站與第一研磨站之間、在第一研磨站與第二研磨站之間、在第二研磨站與第三研磨站之間，及/或在第三研磨站與傳送站之間。
感測器組件161可包含：光源162、光偵測器 164，及線路166，該線路用於傳送和接收在控制器190與光源162和光偵測器164之間的訊號。
光源162可進行操作以發射白光。在一實施中，所發射的白光包含：具有200-800奈米的波長的光。適當的光源係一陣列的白光發光二極體(LED)，或氙燈或汞氙燈(xenon mercury lamp)。光源162被定向成以非零的入射角α將光168導引至基板10的顯露的表面。入射角α可為：(例如)大約30˚至75˚(例如：50˚)。
光源可照射跨越基板10的寬度的實質上為線性的細長的區域。光源162可包含光學器件(例如：光束擴展器)以將來自光源的光擴展至細長的區域。可替代性地或額外地，光源162可包含：一線性陣列的光源。光源162本身和在基板上所照射的區域可為細長的和具有與基板的表面平行的縱向軸。
擴散器170可被放置在光168的路徑中，或光源162可包含一擴散器以在光到達基板10之前擴散光。
偵測器164係對於來自光源162的光有感知的一彩色的攝相機。攝相機包含：一陣列的偵測器元件。舉例而言，攝像機可包含：一CCD陣列。在一些實施中，該陣列係單列的偵測器元件。舉例而言，攝像機可為：線掃描的攝相機。該列的偵測器元件可平行於由光源162所照射的細長的區域的縱向軸而延伸。在光源162包含一列的發光元件的情況下，該列的偵測器元件可沿著與光源162的縱向軸平行的第一軸延伸。一列的偵測器元件可包含：1024個或更多個元件。
攝相機164被配置有適當的聚焦的光學器件 172以將基板的視野投影至該陣列的偵測器元件178。視野可為足夠長的以觀察：基板10的整個寬度(例如150至300mm長)。攝像機164(包含相關聯的光學器件172)可被配置以使得個別的像素對應於具有等於或小於大約0.5 mm的長度的區域。舉例而言，假設：視野為大約200 mm長和偵測器164包含1024個元件，則由線掃描的攝相機所產生的圖像可具有：數個像素，該等像素具有大約0.5 mm的長度。為了要決定圖像的長度分辨率(length resolution)，可將視野(field of view, FOV)的長度除以像素的數目以達成一長度分辨率，其中FOV被成像至該等像素。
攝相機164亦可經配置以使得像素寬度與像素長度為相當的。舉例而言，線掃描的攝相機的優點係該線掃描的攝相機的非常快的訊框率。訊框率可為：至少5 kHz。訊框率可被設定為處於一頻率以使得當成像的區域橫跨於基板10來進行掃描，像素寬度與像素長度為相當的(例如等於或小於大約0.3 mm)。
光源162和光偵測器164可被支撐在台架180上。在光偵測器164係線掃描的攝相機的情況下，光源162和攝相機164可相對於基板10來移動，以使得成像的區域可橫跨於基板的長度來進行掃描。特定地，相對運動可在與基板10的表面平行且與線掃描的攝相機164的該列的偵測器元件垂直的方向上進行。
在一些實施中，台架182係靜止的，及承載頭126(例如)藉由載具108的運動或藉由旋轉料架的旋轉振動來移動。在一些實施中，當承載頭126維持為靜止的以用於圖像獲取時，台架180係可移動的。舉例而言，台架180 可藉由線性致動器182沿著軌道184移動。在任一情況下，當被掃描的區域橫跨於基板10而移動時，此者允許光源162和攝相機164相對於彼此保持在固定的位置。
具有一起橫跨於基板移動的線掃描的攝相機和光源的可能的優點係：例如，相較於傳統的2D攝相機，在光源與攝相機之間的相對角度針對於橫跨晶圓的不同的位置保持為固定的。因此，可減小或消除：由視角的變化所引起的假象(artifact)。此外，線掃描的攝相機可消除：透視失真，然而傳統的2D的攝相機呈現出固有的透視失真，該透視失真然後需要藉由圖像轉換來校正。
感測器組件161可包含：用以調整在基板10與光源162和偵測器164之間的垂直距離的構件。舉例而言，感測器組件161可包含：用以調整台架180的垂直位置的致動器。
可選擇地，偏振濾光器174可被設置在光的路徑中(例如在基板10與偵測器164之間)。偏振濾光器 184可為：圓偏光器(circular polarizer, CPL)。典型的CPL係線性偏光器和四分之一波長試板的組合。偏振濾光器184的偏振軸的適當的定向可減低在圖像中的霧度和強化或增進所欲的視覺特徵。
假設：在基板上的最外層係半透明層(例如：介電層)，在偵測器164處所偵測到的光的顏色取決於：(例如)基板表面的組成(composition)、基板表面的平滑度，及/或在從位於基板上的一或更多個層(例如：介電層)的不同的介面反射的光之間的干涉量。
如同在前文中所註示者，光源162和光偵測器164可被連接至計算裝置(例如：控制器190)，該計算裝置可進行操作以控制該光源162和該光偵測器164的操作和接收該光源162和該光偵測器164的訊號。
參照至第2圖，控制器將來自光偵測器164的個別的圖像線組合為：二維的彩色的圖像(步驟200)。攝相機164可包含：用於紅色、藍色，及綠色的每一者的個別的偵測器元件。二維的彩色的圖像可包含：用於紅色通道、藍色通道，及綠色通道的每一者的單色圖像204、206、208。
控制器可施用偏移及/或增益調整至在每一顏色通道中的圖像的強度值(步驟210)。每一顏色通道可具有：不同的偏移及/或增益。
可選擇地，圖像可被正規化(步驟220)。舉例而言，可計算出在所測量的圖像與標準預先界定的圖像之間的差異。舉例而言，控制器可儲存：針對於紅色通道、綠色通道，及藍色通道的每一者的背景圖像，及可從針對於每一顏色通道的測量的圖像減去背景圖像。可替代性地，所測量的圖像可由標準預先界定的圖像劃分。
圖像可被濾波以去除低頻的空間變化(步驟230)。在一些實施中，圖像係從紅綠藍(RGB)的色彩空間轉至色度、飽和度、亮度(HSL)的色彩空間，濾波器被應用於HSL色彩空間中，然後圖像被轉換回紅綠藍(RGB)的色彩空間。舉例而言，在HSL的色彩空間中，可對亮度通道進行濾波以去除低頻空間變化(意即，並不對色調通道和飽和度通道進行濾波)。在一些實施中，使用亮度通道以產生濾波器，然後將該濾波器應用至紅色圖像、綠色圖像，及藍色圖像。
在一些實施中，僅沿著第一軸執行平滑化。舉例而言，沿著行進的方向186的像素的亮度值可一起被平均而提供一平均亮度值，該平均亮度值係僅沿著第一軸的位置的一函數。然後每一列的圖像像素可由平均亮度值的相對應的部分劃分，該平均亮度值係沿著第一軸的位置的一函數。
控制器可使用圖像處理技術以分析圖像而找出在基板10上的晶圓定向特徵16(例如晶圓凹口或晶圓平邊)(見第4圖)(步驟240)。亦可使用圖像處理技術以找出基板10的中心18(見第4圖)。
基於此資料，圖像被轉換(例如縮放及/或旋轉及/或平移)至標準圖像座標系(步驟250)。舉例而言，圖像可被平移以使得晶圓中心位於圖像的中心點及/或圖像可被縮放以使得基板的邊緣位於圖像的邊緣，及/或圖像可被旋轉以使得在圖像的x軸與連接晶圓中心和晶片定向特徵的徑向段之間具有0˚角。
可選擇地，可應用圖像掩模以屏蔽圖像資料的部分(步驟260)。舉例而言，參照至第3圖，典型的基板10包含：多個晶粒12。劃線(scribe line)14可將晶粒12分開。對於一些應用而言，僅處理對應於晶粒的圖像資料可為有用的。在此情況中，參照至第4圖，圖像掩模可藉由控制器來儲存，其中未被掩蔽的區域22在空間位置中對應於晶粒12和被掩蔽的區域24對應於劃線14。在臨界值處理步驟期間並不處理或並不使用：對應於被掩蔽的區域24的圖像資料。可替代性地，被掩蔽的區域24可對應於晶粒，以使得未被掩蔽的區域對應於劃線，或未被掩蔽的區域可僅為每一晶粒的一部分，其中每一晶粒的剩餘部分被掩蔽，或未被掩蔽的區域可為特定的晶粒(或數個晶粒)，其中剩餘的晶粒和劃線被掩蔽，未被掩蔽的區域可僅為特定的晶粒(或數個晶粒)的一部分，其中基板的每一晶粒的剩餘部分被掩蔽。在一些實施中，使用者可使用在控制器190上的圖形使用者介面來界定掩模。
可使用在此階段的顏色資料以計算代表厚度的一數值(步驟270)。此數值可為：被移除的一厚度，或一材料量，或指示經由研磨程序而達成的進度量的一數值(例如相較於參考研磨程序)。可針對於在圖像中的每一未被掩蔽的像素來執行計算。此數值然後可被使用於前饋或反饋演算法使用以控制研磨參數、提供改善的厚度均勻性。舉例而言，可將針對於每一像素的數值與目標值作比較以產生：一誤差訊號圖像，及此誤差訊號圖像可被使用於前饋或反饋控制。
將對於有助於理解所代表的數值的計算的一些背景進行討論。對於來自彩色的圖像的任何的給定的像素，可從針對於給定的像素的顏色資料中提取：對應於二個顏色通道的一對數值。因此，每一對的數值可界定：在具有一第一顏色通道和一不同的第二顏色通道的座標空間中的一座標。可能的顏色通道包含：色調、飽和度、亮度、X、Y、Z(例如來自CIE 1931 XYZ色彩空間)、紅色色度、綠色色度，及藍色色度。
參照至第5圖，舉例而言，當開始進行研磨時，該對數值(例如：V10、V20)界定：在具有二個顏色通道的座標空間500中的初始座標502。然而，因為所反射的光的光譜隨著研磨進行而改變，光的顏色組成發生改變，及在二個顏色通道中的數值(V1、V2)將會發生改變。因此，在具有二個顏色通道的座標空間內的座標的位置將隨著研磨進行而發生改變，其中在座標空間500中描繪出一路徑504。
參照至第6圖和第7圖，為了要計算出代表厚度的數值，(例如)在控制器190的記憶體中儲存在具有二個顏色通道的座標空間500中的預先決定的路徑604(步驟710)。在測量基板之前產生預先決定的路徑。路徑404 可從開始座標402行進至結束座標406。路徑404可代表一整個研磨程序，其中開始座標402對應於在基板上的層的開始厚度和結束座標對應於層的最後的厚度。可替代性地，路徑可僅代表研磨程序的一部分(例如：位於研磨終點處的橫跨於基板的層厚度的預期分佈)。
在一些實施中，為了要產生預先決定的路徑404，所設置的基板被研磨至大約為將被使用於裝置基板的目標厚度。所設置的基板的彩色的圖像係使用光學量測系統160來獲得。因為橫跨於基板的研磨速率通常係不均勻的，在基板上的不同的位置將具有不同的厚度，因此反射不同的顏色，以及因此有：在具有第一顏色通道和第二顏色通道的座標空間內的不同的座標。
參照至第8圖，使用被包含在未被掩蔽的區域內的像素來計算二維的(2D)的統計圖(histogram)。意即，使用彩色的圖像，並且使用來自所設置的基板的未被掩蔽的部分的像素的一些者或所有者的座標值而在具有第一顏色通道和第二顏色通道的座標空間中產生散點圖800。在散點圖中的每一點802係針對於一特定的像素的對於二個顏色通道的成對的數值(V1、V2)。散點圖800可被顯示在控制器190或另一電腦的顯示器上。
如同在前文中所註示者，可能的顏色通道包含：色調、飽和度、亮度、 X、Y、Z(例如來自CIE 1931 XYZ色彩空間)、紅色色度、綠色色度，及藍色色度。在一些實施中，第一顏色通道係紅色色度(r)且第二顏色通道係綠色色度(g)，其中紅色色度和綠色色度可分別地由
Figure 02_image001
和
Figure 02_image003
來界定，其中R、G，及B係針對於彩色的圖像的紅色通道、綠色通道，及藍色通道的強度值。
厚度路徑604可由使用者(例如：半導體製造設備的操作者)使用與電腦(例如：控制器190)相結合的圖形使用者介面且利用手動的方式來產生。舉例而言，當顯示散點圖時，使用者可(例如)使用滑鼠操作以在散點圖中的顯示的所選擇的點上點擊而利用手動的方式來建立：跟隨且覆蓋散點圖的一路徑。
可替代性地，厚度路徑604可使用軟體來自動地產生，該軟體被設計以分析在散點圖中的座標的集合 和(例如)使用拓撲結構化來產生擬合在散點圖800中的點的一路徑。
厚度路徑604可藉由各種函數(例如使用單線、折線、一或更多個圓弧、一或更多個Bezier曲線，及類似者)來提供。在一些實施中，厚度路徑604係藉由一折線來提供，該折線係被繪製在座標空間中的離散點之間的一組線段。
參照至第6圖，函數提供：在位於預先決定的厚度路徑604上的位置與厚度值之間的一關係。舉例而言，控制器190可儲存：針對於預先決定的厚度路徑604的起始點602的第一厚度值，及針對於預先決定的厚度路徑604的終點606的第二厚度值。第一厚度值和第二厚度值可藉由使用傳統的厚度量測系統以測量基板層在對應於提供分別地最靠近於起始點602和終點606的點802的像素的位置處的厚度的方式來獲得。
在操作中，控制器190可藉由基於沿著路徑604從起始點602至給定的點610的距離在第一數值與第二數值之間進行內插的方式來計算：代表在位於路徑604上的一給定的點610處的厚度的一數值。舉例而言，若控制器可根據下式計算出一給定的點610的厚度T：
Figure 02_image005
Figure 02_image007
，其中T1係針對於起始點602的數值、T2係針對於終點606的厚度、L係沿著在起始點602與終點606之間的路徑的總距離，及D係沿著在起始點602與給定的點610之間的路徑的距離。
作為另一實例，控制器190可儲存：針對於在預先決定的厚度路徑604上的每一頂點的厚度值，及基於在二個最近的頂點之間的內插來計算出代表針對於在路徑上的一給定的點的厚度的一數值。對於此配置而言，針對於頂點的各種數值可藉由使用傳統的厚度量測系統以測量基板層在對應於提供最靠近於頂點的點802的像素的位置處的厚度的方式來獲得。
可能有將在路徑上的位置與厚度相關聯的其他的函數。
此外，並非使用量測系統來測量所設置的基板的厚度，厚度值可基於一光學模型而被計算獲得。
若吾人使用理論模擬或基於已知的「設置的(setup)」晶圓的經驗學習，厚度值可為實際的厚度值。可替代性地，在位於預先決定的厚度路徑上的一給定的點處的厚度值可為一相對值(例如相對於基板的研磨的程度)。可在下游的程序中改變此後者數值的大小以獲得一經驗值或可被簡單地使用以表示厚度的增加或減小，而不指定絕對的厚度值。
參照至第6圖和第7圖，對於從基板的圖像中分析的像素，從針對於此像素的顏色資料中提取：針對於二個顏色通道的數值(步驟720)。此者提供：在具有二個顏色通道的座標系統600中的座標620。
接著，計算出在預先決定的厚度路徑604上最靠近於像素的座標620的點(例如：點610)(步驟730)。在此情境中，「最靠近(closest)」並不必然地指示：幾何上的完美。「最靠近(closest)」的點可利用各種方式來界定，及處理能力的限制、為達成計算的容易性對於搜尋函數的選擇、在搜尋函數中的多個局部最大值的存在等等可避免：在幾何上為理想的決定，但是依然提供：足夠好的以供使用的結果。在一些實施中，最靠近的點被界定為：在厚度路徑604上的點，該點界定對於厚度路徑的穿過像素的座標620的法向量。在一些實施中，藉由將歐基理德距離最小化來計算出最靠近的點。
然後，基於點610在路徑604上的位置從函數計算出代表厚度的數值(如同在前文中所討論者)(步驟740)。最靠近的點並不必然地為：折線的頂點中的一者。如同在前文中所註示者，在此情況中，可使用內插以獲得厚度值(例如基於在折線的最接近的頂點之間的簡單的線性內插)。
藉由針對於在彩色的圖像中的像素中的一些者或所有者來重覆步驟720-740，可產生基板層的厚度的圖。
對於在基板上的一些層堆疊而言，預先決定的厚度路徑將橫跨本身，前述者導致：被稱為縮退性(degeneracy)的情況。在預先決定的厚度路徑上的縮退點(例如：點650)具有：與該縮退點相關聯的二或更多個厚度值。因此，不具有一些額外的資訊，可能無法知悉：何者厚度值係正確的數值。然而，分析與來自在基板上的一給定的物理區域(例如在一給定的晶粒內)的像素相關聯的一群集的座標的特性係可能的，及使用此額外的資訊來解析縮退性。舉例而言，可將在基板的一給定的小區域內的測量值假設為：不會顯著地變化，因此會沿著散點圖佔據較小的區段(意即，不會沿著兩個分支延伸)。
因此，控制器可分析：一群集的座標，該群集的座標與來自在基板上的一給定的物理區域且圍繞需要解析縮退性的該像素周圍的像素相關聯。特定地，控制器可決定：在座標空間中的該群集的一主軸。可選擇和使用最為緊密地與該群集的主軸相平行的預先決定的厚度路徑的分支以計算代表厚度的數值。
參照至第2圖，可選擇地，均勻性分析可針對於基板的每一區域(例如：每一晶粒)，或針對於整個圖像來執行(步驟280)。舉例而言，可將針對於每一像素的數值與一目標值作比較，及可針對於晶粒計算出在晶粒內的「失敗(failing)」的像素的總數目(意即，不滿足該目標值的像素)。可將此總數與一臨界值作比較以決定：該晶粒是否為可接受的(例如，若該總數小於該臨界值，則該晶粒被標示為可接受的)。此者針對於每一晶粒給予一通過/失敗指示。
作為另一實例，可計算出在基板的未被掩蔽的區域內的「失敗(failing)」的像素的總數目。可將此總數與一臨界值作比較以決定：該基板是否為可接受的(例如，若該總數小於該臨界值，則該基板被標示為可接受的)。該臨界值可由使用者來設定。此者針對於該基板給予一通過/失敗指示。
在晶粒或晶圓被決定為「失敗(fail)」的情況下，控制器190可產生一警示或使得研磨系統100採取校正動作。舉例而言，可產生指示特定的晶粒無法使用的聲音的或視覺的警示，或可產生指示特定的晶粒無法使用的資料檔案。作為另一實例，基板可被傳送回來以進行重製。
相對於光譜處理，其中在該光譜處理中一像素 通常係由1024個或更多個強度值所表示，在一彩色的圖像中一像素可僅由3個強度值(紅色、綠色，及藍色)表示， 及僅需要二個顏色通道以用於計算。因此，處理彩色的圖像的計算負荷明顯地較低。
一般而言，可使用資料以控制：CMP設備的一或更多個操作參數。操作參數包含(例如)：平臺旋轉速度、基板旋轉速度、基板的研磨路徑、橫跨於板的基板速度、被施加在基板上的壓力、漿料組成、漿料的流動速率，及在基板表面處的溫度。操作參數可被即時地控制，及可被自動地調整，而無需進一步的人為干預。
如同在本說明書中所使用者，詞彙 「基板」 可包含(例如)：產品基板(例如，該產品基板包含：多個記憶體或處理器晶粒)、測試基板、裸基板，及門控基板。基板可處於積體電路製造的各個階段(例如，基板可為裸晶圓，或該基板可包含：一或更多個沉積的及/或圖案化的層)。詞彙「基板」可包含：圓盤和矩形片。
然而，前文中所描述的彩色的圖像處理技術  於利用3D的垂直的NAND(vertical NAND, VNAND)快閃記憶體的情境中可為特別地有用的。特定地，被使用在VNAND的製造中的層堆疊係如此地複雜 以致於目前的量測方法(例如：Nova光譜分析)在偵測具有不適當的厚度的區域中可能無法充分可靠地執行。相反地，彩色的圖像處理技術可具有：優越的處理量。
本發明的實施例和在此說明書中描述的功能操作的所有者可被實施在數位電子電路中，或在電腦軟體、韌體，或硬體(其中包含在此說明書中揭示的結構裝置和其結構等效者，或是前述者的組合)中。可將本發明的實施例實施為：一或更多個電腦程式產品(意即，有形地被體現在非暫時性的機器可讀取儲存媒體中的一或更多個電腦程式，其中該等電腦程式用於由資料處理設備(例如：可程式化的處理器、電腦，或多個處理器或電腦)來執行或用以控制該資料處理設備的操作。
相對設置的詞彙被使用以表示：相對於彼此的系統的元件的設置(其中並不必然地相對於重力)；應理解到研磨表面和基板可被保持在垂直方向或一些其他的方向。
已經描述了一些實施。儘管如此，將理解到可進行各種修正。例如 *可使用對整個基板進行成像的攝相機，而非線掃描的攝相機。在此情況中，不需要攝像機相對於基板的運動。 *攝像機可覆蓋小於基板的整個寬度。在此情況中，攝像機會需要在兩個垂直方向上進行運動(例如，被支撐在X-Y座標台上)，以為了掃描整個基板。 *光源可照射整個基板。在此情況中，光源並不需要相對於基板來移動。 *光偵測器可為光譜計，而非彩色的攝相機；光譜資料然後可被減少至適當的顏色通道。 *雖然在前文中討論了由在二維的座標空間中的數值對所代表的座標，該技術可被應用於具有由三個或更多個顏色通道所界定的三個或更多個維度的座標空間。 *感測組件並不需要被設置在研磨站之間或在研磨站與傳送站之間的在線的系統。舉例而言，感測器組件可被設置在傳送站內、被設置在盒式界面單元中，或可為獨立的系統。 *均勻性分析步驟係可選擇的。舉例而言，藉由應用臨界值轉換的方式來產生的圖像可被饋送至前饋程序以 調整針對於基板的後來的處理步驟，或被饋送至反饋程序以調整針對於接續的基板的處理步驟。 *雖然描述了在線的系統，該等技術可被應用至原位測量(意即，當基板被研磨時的測量值)。在此情況中，監控系統的各種元件可被安裝在平臺中的凹部中，及平臺的旋轉可使得元件橫跨於基板來進行掃描。對於原位測量而言，並非建構一圖像，該監控系統可簡單地偵測：從在基板上的一點反射的白色光束的顏色，及使用此顏色資料以決定厚度(其中使用在前文中所描述的技術)。 *雖然該描述已經聚焦在研磨上，該等技術可被應用於增加或去除層且可利用光學的方式來監控的其他類型的半導體製造程序(諸如蝕刻和沉積)。
從而，其他的實施係在申請專利範圍的範疇內。
10:基板 12:晶粒 14:劃線 16:晶圓定向特徵 18:中心 22:未被掩蔽的區域 24:被掩蔽的區域 100:研磨設備 106:研磨站 108:載具 120:平臺 126:承載頭 127:軸 128:支撐件 130:研磨墊 134:臂 136:研磨液 142:保持環 144:彈性膜 146a:腔室 146b:腔室 146c:腔室 154:驅動軸 156:承載頭旋轉馬達 160:在線的光學量測系統 161:感測器組件 162:光源 164:光偵測器 166:線路 168:光 170:擴散器 172:光學器件 174:偏振濾光器 180:台架 182:線性致動器 184:軌道 186:行進的方向 190:控制器 200:步驟 210:步驟 220:步驟 230:步驟 240:步驟 250:步驟 260:步驟 270:步驟 280:步驟 500:座標空間 502:初始座標 504:路徑 602:起始點 604:厚度路徑 606:終點 610:點 620:座標 650:點 710:步驟 720:步驟 730:步驟 740:步驟 800:散點圖 802:點
第1圖圖示說明：在線的光學測量系統的一示例的示意圖。
第2圖係決定層厚度的方法的一流程圖。
第3圖係基板的一示意的俯視圖。
第4圖係掩膜的示意圖。
第5圖圖示說明：一示例圖，該示例圖顯示： 在具有二個顏色通道的座標空間中從一基板反射的光的顏色的演變。
第6圖圖示說明：一示例圖，該示例圖顯示： 在具有二個顏色通道的座標空間中的預先決定的路徑。
第7圖係從彩色的圖像資料中決定層厚度的方法的一流程圖。
第8圖圖示說明：一示例圖，該示例圖顯示：在具有二個顏色通道的座標空間中的統計圖(histogram)，該二個顏色通道係從測試基板的彩色的圖像導引出的。
在各個圖式中的相同的參照符號指示相同的元件。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
710:步驟
720:步驟
730:步驟
740:步驟

Claims (14)

  1. 一種用於獲得代表在一基板上的複數個位置的複數個厚度的數值的電腦程式產品，該電腦程式產品被有形地體現在一非暫時性電腦可讀取媒體中，包含：用於使得一電腦進行以下步驟的指令：儲存一圖像掩模，該圖像掩模代表要屏蔽的圖像的部分；從一彩色的攝相機接收該基板的一彩色的圖像；將該彩色的圖像轉換至一標準座標系；應用該圖像掩模至在該標準座標系中的該彩色的圖像以產生一被掩蔽的彩色的圖像；及對於在該被掩蔽的彩色的圖像中的每個未被掩蔽的像素，從在針對於該像素的該彩色的圖像中的顏色資料中，決定在具有包含一第一顏色通道和一第二顏色通道的至少兩個維度的一座標空間中的該像素的一座標，及基於在該座標空間中的該像素的該座標，決定代表在該基板上的一層的一厚度的一數值。
  2. 如請求項1所述之電腦程式產品，其中該圖像掩模包含：由間隙隔開的複數個矩形未被掩蔽的 區域，該間隙提供要屏蔽的該圖像的該部分。
  3. 如請求項1所述之電腦程式產品，其中要屏蔽的該圖像的該部分代表在該基板上的劃線。
  4. 如請求項1所述之電腦程式產品，包含：用以找出一晶圓定向特徵和一晶圓中心的指令。
  5. 如請求項4所述之電腦程式產品，包含：用以旋轉該彩色的圖像，以使得該圖像的x軸與連接該晶圓中心和該晶圓定向特徵的一徑向段之間具有0°角的指令。
  6. 如請求項1所述之電腦程式產品，其中該第一顏色通道和選擇的顏色通道是從包含色調、飽和度、亮度、X、Y、Z、紅色色度、綠色色度，及藍色色度的顏色通道的群組中選擇的。
  7. 如請求項1所述之電腦程式產品，包含：用以接收一系列的彩色的圖像，其中每個圖像所獲取者小於該基板的全部，且從該系列的圖像中產生該基板的全部的一2維的彩色的圖像的指令。
  8. 一種用於獲得代表在一基板上的一層的一厚度的一測量的量測系統，包含：一支撐件，該支撐件用以支撐用於積體電路製造的一基板；一彩色的攝相機，該彩色的攝相機被設置成獲取由 該支撐件支撐的該基板的至少一部分的一彩色的圖像；及一控制器，該控制器經配置以進行以下步驟：儲存一圖像掩模，該圖像掩模代表要屏蔽的圖像的部分，從該彩色的攝相機接收該彩色的圖像，將該彩色的圖像轉換至一標準座標系，應用該圖像掩模至在該標準座標系中的該彩色的圖像以產生一被掩蔽的彩色的圖像，及對於在該被掩蔽的彩色的圖像中的每個未被掩蔽的像素，從在針對於該像素的該彩色的圖像中的顏色資料中，決定在具有包含一第一顏色通道和一第二顏色通道的至少二個維度的一座標空間中的該像素的一座標，及基於在該座標空間的該像素的該座標，決定代表在該基板上的一層的一厚度的一數值。
  9. 如請求項8所述之系統，其中該圖像掩模包含：由間隙隔開的複數個矩形未被掩蔽的區域，該間隙提供要屏蔽的該圖像的該部分。
  10. 如請求項8所述之系統，其中要屏蔽的該圖像的該部分代表在該基板上的劃線。
  11. 如請求項8所述之系統，其中該控制器經配置以找出一晶圓定向特徵和一晶圓中心。
  12. 如請求項11所述之系統，其中該控制器經配置以旋轉該彩色的圖像，以使得該圖像的x軸和連接該晶圓中心和該晶圓定向特徵的一徑向段之間具有0°角。
  13. 如請求項8所述之系統，其中該第一顏色通道和選擇的顏色通道是從包含色調、飽和度、亮度、X、Y、Z、紅色色度、綠色色度，及藍色色度的顏色通道的群組中選擇的。
  14. 如請求項8所述之系統，包含：一致動器，該致動器用以移動該彩色的攝相機而跨越該基板以獲取該基板的部分的一系列的彩色的圖像，且其中該控制器經配置以接收該系列的彩色的圖像且從該系列的圖像中產生該基板的全部的一2維的彩色的圖像。
TW110134807A 2016-08-26 2017-08-22 獲得代表在基板上的層的厚度的測量的方法，及量測系統和電腦程式產品 TWI784719B (zh)

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