生成用于確定針對前側圖案化的調節的背側襯底紋理圖的系統和方法
【專利摘要】本文所公開的技術提供了用于針對襯底的背側生成紋理圖的系統和方法。所述紋理圖可以用于確定針對襯底的前側的后續工藝的工藝調節(例如，焦點深度)。
【專利說明】生成用于確定針對前側圖案化的調節的背側襯底紋理圖的系 統和方法
【背景技術】
[0001] 縮小器件尺寸對缺陷檢測計量有積極的需求。隨著器件密度和臨界尺寸(CD)均勻 性要求變得更加嚴格，當輸入晶片的質量沒有受到損害時可以利用光刻的最大潛能。晶圓 制造中的幾乎所有工藝可能導致背側污染。在更小的器件特征中，由于小的焦點深度(D0F) 和緊密的CD，光刻焦點光斑問題加劇。因此，可能期望用于說明焦點光斑問題的技術。
【發明內容】
[0002] 通常，背側襯底表面粗糙度和不規則度可以被繪制以滿足焦點閾值和曝光挑戰。 表面粗糙度也可以包括背側缺陷（粒子或劃痕），所述背側缺陷可能產生晶片的局部變形， 從而引起導致光刻焦點光斑的D0F問題。背側表面不規則度可以被限定和繪制，以最小化由 于焦點深度、光散射、覆蓋等導致的缺陷。例如，表面粗糙度傳感器能夠量化襯底上的局部 區域的表面粗糙度。與用于確定襯底上的局部區域的位置的位置部件結合，紋理繪制部件 可以生成紋理圖，該紋理圖突出在隨后對襯底的前側的圖案化期間襯底的哪個部分可能引 起D0F問題。調節部件可以使用紋理圖數據來確定隨后的圖案化工藝調節，所述隨后的圖案 化工藝調節可以消除或最小化D0F問題。
[0003] 在一個實施方式中，表面粗糙度傳感器可以包括聲學觸筆，所述聲學觸筆用于檢 測背側襯底特征或不規則度的幅度和頻率。聲學觸筆可以生成被記錄并且與襯底和觸筆的 位置關聯的音頻信號。音頻信號的幅度和頻率可以用于確定表面粗糙度或不規則度的大小 和范圍。在聲學觸筆跨襯底移動時聲學觸筆可以與旋轉襯底接觸。聲學觸筆可以包括接觸 元件，該接觸元件在不對襯底造成實質性損害的情況下與襯底接觸。接觸元件可以親接至 壓電部件，當給接觸元件施加力時該壓電部件可以生成電信號。電信號可以表示背側表面 形貌，使得可以確定背側表面粗糙度的幅度和/或頻率。在其它實施方式中，接觸元件可以 磁耦接到一個或更多個磁體，當力被施加到接觸元件時所述一個或更多個磁體生成電簽 名。
[0004] 在紋理繪制系統的另一實施方式中，襯底的背側可以被固定到可以旋轉襯底的旋 轉卡盤，而兩個或更多個表面粗糙度傳感器(例如，聲學觸筆)可以跨襯底的背側表面移動。 該系統可以檢測背側表面特征的物理特性，并確定這些特征的位置。表面粗糙度數據可以 用于調節前側工藝條件，以提高前側工藝性能。在一個具體的示例中，前側表面的平面度或 平整度可能會受背側表面粗糙度影響。當襯底的背側被放置在工藝卡盤上時，背側表面粗 糙度可能導致前側表面平面度的局部或區域的變化，這可能導致跨前側的工藝非均勻性。 背側表面的較高程度的表面粗糙度或非均勻性可能造成襯底彎曲或變形。
[0005] 在一個實施方式中，紋理繪制系統檢測可以用于量化表面粗糙度的背側特征的幅 度和/或頻率。該系統可以使用襯底卡盤來固定和旋轉(例如，<60rpm)襯底，使得表面粗糙 度傳感器可以跨襯底的背側移動，并檢測背側的表面粗糙度特征。表面粗糙度傳感器可以 將表面粗糙度信息或信號提供給紋理繪制部件，該紋理繪制部件可以使用表面粗糙度信息 和在數據采集期間表面粗糙度傳感器相對于襯底的已知位置來生成紋理圖。表面粗糙度傳 感器可以接觸或不接觸襯底的表面以采集表面粗糙度信息。
[0006] 在一個實施方式中，表面粗糙度傳感器可以包括接觸元件，該接觸元件能夠與襯 底的背側表面接觸。接觸元件可以包括但不限于與襯底的背側接觸的機械觸筆。在襯底旋 轉期間和/或當移動臂跨襯底來移動輪廓傳感器時，接觸元件可以保持與襯底接觸。襯底旋 轉和表面粗糙度傳感器移動可以使紋理繪制系統跨襯底來采集表面粗糙度數據。接觸元件 可以連接至可以生成電信號的信號變換器或檢測部件，所述電信號表示襯底的背側特征的 幅度和/或頻率。在一個【具體實施方式】中，檢測部件可以包括壓電材料，所述壓電材料可以 生成與被施加到接觸元件的壓力或力的量關聯的電信號。編碼在電信號內的信息可以提供 對襯底的背側特征的幅度/頻率或形貌的指示。
[0007] 在另一實施方式中，表面粗糙度傳感器可以包括可以與同一襯底的背側接觸的兩 個或更多個接觸元件。附加的傳感器可以增大所采集的數據的量，并提供表面粗糙度的更 高分辨率的紋理圖以及/或者減小采集數據所需的時間量。在這種情況下，紋理繪制部件可 以采集和分析來自多個表面粗糙度傳感器的數據，其中，所述多個表面粗糙度傳感器同時 在跨襯底的不同位置處采集數據。
[0008] 在一個實施方式中，紋理圖可以包括被分配給襯底上的坐標位置的表面粗糙度 值，所述表面粗糙度值可以針對襯底的前側的圖案化處理進行偏移調節。例如，前側形貌的 變化可以導致背側表面粗糙度，以及紋理圖可以用于補償這些形貌變化。偏移調節可以包 括但不限于焦點深度調節、覆蓋調節或其組合。這樣，隨后的圖案化工藝可以被調節以考慮 與背側表面粗糙度相關的跨襯底的形貌差異。
【附圖說明】
[0009] 通過參照下面結合附圖進行的描述，本文所述的技術的優點連同進一步的優點可 以被更好地理解。在附圖中，相似的附圖標記通常指代貫穿不同視角的同一部件。附圖不一 定按比例繪制，而是通常將重點放在說明技術的原理。
[0010] 圖1示出了紋理繪制系統的示意圖以及用于紋理繪制系統的代表性實施方式。
[0011] 圖2示出了與襯底的背側交互的輪廓傳感器的代表性實施方式。
[0012] 圖3A示出了在極坐標系統中的傳感器測量點和路徑的示意圖。
[0013] 圖3B示出了從極坐標轉換為笛卡爾坐標的傳感器測量點和徑向路徑的示意圖。
[0014] 圖3C示出了從極坐標轉換為笛卡爾坐標的傳感器測量點和徑向路徑的示意圖。
[0015] 圖4示出一個紋理圖的實施方式，其中，突出襯底上的表面粗糙度值的幅度和位 置。
[0016] 圖5示出了使用紋理繪制系統的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017] 雖然將參照附圖中所示的實施方式來描述本發明，但是應當理解，本發明可以以 實施方式的許多替選形式來實施。此外，可以使用任何合適的尺寸、形狀或類型的元件或材 料。
[0018] 圖1示出了紋理繪制系統1〇〇以及工藝室104內的紋理繪制系統100的一部分的代 表性實施方式102的示意圖。紋理繪制系統100可以用于檢測和繪制襯底106的背側的表面 粗糙度、形貌或平面度。在一個實施方式中，襯底106可以是可以用于通過在襯底106的前側 108表面上施加和圖案化薄膜來制造電子器件(例如，存儲器、處理器、顯示器)的工件。襯底 106可以包括但不限于硅晶片，該硅晶片可以具有前側108表面以及與前側108表面相反的 背側110表面，并且各表面也可以彼此平行。
[0019] 通常，電子器件被制造在襯底106的前側108上。襯底106的背側110可以用于在膜 沉積和圖案化期間支承或固定襯底106。隨著電子器件尺寸不斷縮小，背側形貌或表面粗糙 度對前側108的圖案化的影響增加。圖像在前側108上的圖案化可能由于表面的非均勻性而 失真，該非均勻性由背側110的跨襯底106的和/或襯底106的局部區域處的表面粗糙度造 成。然而，在圖案化處理期間，非均勻性可以被補償。但是，補償的程度可以取決于知道非均 勻性的位置和幅度。紋理繪制系統100可以生成可以用于補償由襯底106的背側110引起的 非均勻性的紋理圖或表。紋理繪制可以以非破壞性的方式來完成，并且對前側108的影響最 小，如果存在任何影響的話。紋理繪制系統100可以被并入工藝室104中或者作為單個設備 內的獨立腔室。在另一實施方式(未示出）中，紋理繪制系統100可以是生成紋理圖并且不提 供后續的用于襯底106的前側108工藝的獨立工具。
[0020] 紋理繪制系統100可以包括硬件、固件、軟件或其組合，以采集和分析數據，控制襯 底106和移動臂118以生成紋理圖（未示出），并且確定前側108的位置，該位置可以被選擇以 用于前側108工藝的調節。提供圖1的實施方式以用于說明的目的，而不旨在限制權利要求 的范圍。本領域普通技術人員可以使用硬件、固件或軟件的任意組合來實現本文中描述的 技術。
[0021] 在圖1的實施方式中，襯底106可以通過本領域中已知的靜電技術或氣動技術放置 在襯底卡盤112上并且被固定至襯底卡盤112。襯底卡盤112可以以最高不超過lOOrpm的速 度繞中心軸114旋轉。然而，在其他實施方式中，旋轉速度可以在5rpm至60rpm之間。一個或 更多個輪廓傳感器116(例如，表面粗糙度傳感器)可以使用移動臂118跨背側110移動，移動 臂118可以如箭頭所指示的那樣橫向移動，或者繞平衡部件120樞轉，使得輪廓傳感器116可 以保持與襯底106接觸。在一個實施方式中，當襯底106正在旋轉以采集背側100特征的幅度 和頻率數據時，移動臂118可以被橫向移動。然而，移動臂118還可以以繞平衡部件120旋轉 以掃過正在旋轉的或未旋轉的襯底106。在一個具體的實施方式中，當移動臂移到更靠近襯 底106的中心時，旋轉速度可以改變。例如，當移動臂接近襯底106的中心時，旋轉速度可以 增加。旋轉速度可以至少部分地基于輪廓傳感器116的橫向分辨率和/或縱向分辨率而改 變。隨著輪廓傳感器116的分辨率的增加，可以降低旋轉速度，以使得能夠對背側特征進行 正確采樣。
[0022] 移動臂118可以耦接至可以用于將輪廓傳感器116定位到襯底106附近或與襯底 106接觸的機械、電氣或氣動的致動器。在一個實施方式中，輪廓傳感器116可以包括接觸元 件，該接觸元件可以為觸筆，該觸筆的形狀足夠小以具有最低30nm的橫向分辨率和最低 O.lnm的縱向分辨率。如圖1所示，觸筆可以具有尖端，該尖端可以耦接至檢測部件或變換 器，檢測部件或變換器在觸筆跨襯底106移動時基于觸筆的移動或振動生成電信號。在一個 實施方式中，檢測部件可以包括壓電材料，該壓電材料響應于由接觸元件施加的壓力而生 成輪廓信號。在其他實施方式(未示出）中，輪廓傳感器116可以使用非接觸檢測技術來采集 紋理圖數據。
[0023] 在一個實施方式中，可以在目標特定位置進行對背側110表面的采樣，而不是對該 表面進行連續采樣。例如，可以引導系統100對襯底106的特定部分進行采樣。樞轉的移動臂 118的上下樞轉可以使系統100能夠選擇用于在有限的持續時間內進行采樣的特定位置，并 且可以移動到另一采樣位置而不是恒定地與襯底106接觸。例如，系統100可以對襯底106中 心附近的一個區域進行采樣，然后樞轉以脫離襯底并且移動到第二個采樣位置(例如，襯底 的邊緣），并且樞轉以再次與背側110表面接觸。該采樣技術可以減少背側接觸(例如，產生 粒子），或者可以用于后續工藝之前的質量控制的目的。基于初步結果，可以在后續工藝之 前選擇襯底106以用于附加采樣或背側110調節。
[0024] 位置傳感器122可以根據需要而被定位在移動臂118和/或襯底106中或者移動臂 118和/或襯底106周圍，以監測襯底106和/或移動臂118和輪廓傳感器116的位置。位置傳感 器122可以用于生成對應于由輪廓傳感器116掃描的襯底106的各部分的位置坐標。位置信 息可以與輪廓信號的各部分相關聯，使得輪廓信號的幅度和/或頻率可以被繪制到襯底106 的特定部分。位置傳感器122可以并入多種檢測技術，多種檢測技術可以包括但不限于光、 電、機械或其組合。
[0025]在圖1的實施方式中，位置傳感器122和/或輪廓傳感器116可以與使用電導管128 的計算機處理裝置(例如，存儲器124、處理器126)集成在一起。計算機處理裝置可以包括可 以監測、控制和/或分析來自工藝室104的電信號的各種部件。雖然這些部件被示出為分立 的元件，但是如本領域普通技術人員所理解的，可以以不同的方式來實現其特性和功能。
[0026] 移動部件130可以控制和監測襯底卡盤112和移動臂118的移動，使得當襯底106可 能旋轉或者可能不旋轉時，輪廓傳感器116可以被置于與背側110表面接觸。移動部件130可 以控制將輪廓傳感器定位在背側110表面上的何處以及由輪廓傳感器116將壓力施加到背 偵打1〇的何處。例如，移動部件130可以基于輪廓傳感器116的數目和襯底106的大小將移動 臂118定位為覆蓋最大表面積。在圖1的實施方式中，僅示出了三個輪廓傳感器116和一個移 動臂118,但是紋理繪制系統100可以使用一個或更多個輪廓傳感器116以及一個或更多個 移動臂118來采集表面粗糙度數據。
[0027] 結合移動部件130,位置單元132可以檢測和監測輪廓傳感器116在笛卡爾坐標系 中在X，y，z平面中相對于襯底106的位置，或者在極性(例如，r，Θ)或球形(例如， r，θ，Φ )坐 標系中的半徑和角度。位置部件132可以確定背側110表面與接觸元件之間的接觸點的坐標 位置。
[0028] 信號部件134可以監測和跟蹤來自檢測部件的信號，并且給由位置部件132確定的 坐標位置分配值。例如，當一個或更多個輪廓傳感器116與背側110表面的粗糙度進行接觸 時，振動/頻率的變化可以被檢測部件(例如，壓電傳感器)記錄。信號部件134然后可以給由 位置部件132確定的接觸點的坐標位置分配幅度和/或頻率值。位置信息和振動/頻率信息 的組合可以用于生成背側110表面的紋理圖。
[0029]紋理繪制部件136可以識別在后續圖案化期間、當襯底106被放置在背側110表面 上時背側110表面的可能影響前側108表面平面度的部分。通過舉例而非限制的方式，背側 110表面上的局部厚度變化可能導致襯底106的局部區域在這些位置處的彎曲或變形，使得 前側108表面具有較低的平面度或均勻性。相對于鄰近的和/或更均勻的區域，局部區域可 以影響圖案化結果。然而，在一些實例中，圖案化工藝條件可以能夠在變化的部分中被考 慮；可以通過特定于點或位置的工藝條件的變化或補償來糾正這種變化。紋理圖還可以用 于識別比局部區域更廣的范圍內的非均勻性。例如，臨近區域可以具有相同或相似的輪廓 條件，但是小的變化可以跨襯底而積累，使得在跨襯底106的不同位置處可能需要不同的工 藝條件。跨背側11 〇表面的更寬的不均勻性的趨勢可以使襯底106的一側在z方向或縱向方 向上更高。紋理繪制部件136可以分析表面粗糙度數據，并且提供可以在哪些位置上進行補 償以及可以如何跨襯底106改變補償的指示。
[0030] 在多輪廓傳感器116的實施方式中，紋理繪制部件136也可以將來自多個輪廓傳感 器116的數據接合在一起，以生成用于背側110表面的紋理圖。在本實施方式中，來自位置單 元132的坐標可以用于將相鄰的輪廓傳感器116的數據拼湊在一起，以生成背側110表面的 紋理圖。在一個實施方式中，紋理繪制部件136可以將坐標(例如，x，y)進行比較，以確定哪 些點彼此最接近并且基于彼此的相對位置給一對或更多對點分配關系。例如，當兩個或更 多個點之間的距離在閾值距離內時，該分配指示各輪廓數據是否相鄰和/或重疊，或者各輪 廓數據是否可以以邏輯方式彼此組合。紋理繪制部件136可以使用關系將紋理圖內的這些 數據點彼此接合在一起、進行組合或者對齊。圖6中示出了紋理圖的一個實施方式。
[0031] 紋理圖或表可以被提供給調節部件138,調節部件138可以確定前側108工藝補償 的量，該工藝補償的量可以用于使對背側110的表面粗糙度的影響最小化。在一個實施方式 中，調節部件138可以確定哪些背側特征可能影響前側108工藝。這些被確定的背側110表面 位置可以與前側108位置相關，并且調節值或工藝條件可以與一個或更多個前側108的位置 相關聯。前側110的工藝調節可以被提供給圖案化工具(未示出）。在一個實施方式中，襯底 的前側108上的高度差可以影響使用光學設備來進行圖案化的圖像的質量。基于襯底106的 前側108上的高度差，點到點的圖像分辨率質量可能較低。一種考慮高度差的方式可以為： 調節圖案化圖像的焦點深度(D0F)，使得跨襯底106的點到點的圖像分辨率更均勻。可以取 決于襯底106上的兩個或更多個位置之間的高度差將D0F調節得更高或更低。對于紋理圖上 相對高的區域，D0F可以調節得更高；對于紋理圖上相對低的區域，D0F可以調節得更低。在 另一實施方式中，調節部件138可以計算對應于紋理圖上的坐標或區域的工藝調節（例如， 覆蓋調節）。覆蓋調節可以調節成像到下層圖案的前側的平移、縮放、旋轉和/或正交性。由 圖案化工具進行的平移補償可以包括:在 x，y和/或z方向上調節前側圖像。旋轉補償可以包 括:繞圖像或襯底的z軸旋轉前側圖像。縮放補償可以通過均勻地調節前側圖像的大小來完 成。正交補償可以調節兩條或更多條線彼此正交的程度。在其他實施方式中，調節部件138 也可以如光刻領域的普通技術人員需要的那樣鑒于紋理圖來調節曝光時間和劑量。
[0032]在圖1的實施方式中，紋理繪制系統100可以使用計算機處理器126來實現，計算機 處理器126可以包括一個或更多個處理內核并且可以被配置成訪問和執行(至少部分地)存 儲在一個或更多個存儲器中的計算機可讀指令。一個或更多個計算機處理器126可以包括 但不限于：中央處理單元(CPU)、數字信號處理器(DSP)、精簡指令集計算機(RISC)、復雜指 令集計算機(CISC)、微處理器、微控制器、現場可以編程門陣列(FPGA)或其任意組合。計算 機處理器還可以包括用于控制紋理繪制系統100的各部件之間的通信的一個或更多個芯片 組(未示出）。在某些實施方式中，計算機處理器126可以基于Intel?架構或ARM?架構， 并且一個或更多個處理器和芯片組可以來自Intel?系列處理器和芯片組。一個或更多個 計算機處理器還可以包括用于處理特定數據處理功能或任務的一個或更多個專用集成電 路(ASIC)或專用標準產品(ASSP)。
[0033]存儲器124可以包括一個或更多個有形非暫態計算機可讀存儲介質（"CRSM"）。在 一些實施方式中，一個或更多個存儲器可以包括非暫態介質，諸如隨機存取存儲器 ("RAM"）、閃存RAM、磁介質、光介質、固態介質等。一個或更多個存儲器可以是易失性的（在 供電時保留其中的信息）或者非易失性的（在不供電的情況下也保留其中的信息）。附加的 實施方式還可以被提供為包括暫態機器可讀信號（以壓縮或未壓縮的形式）的計算機程序 產品。機器可讀信號的示例包括但不限于通過因特網或其他網絡傳送的信號。例如，經由因 特網分發的軟件可以包括暫態機器可讀信號。此外，存儲器可以存儲包括多個計算機可讀 指令的操作系統，可以由計算機處理器126實現這些計算機可讀指令來執行各種任務以操 作紋理繪制系統100。
[0034]圖2示出了與襯底106的背側110交互的輪廓傳感器116的詳細視圖200。輪廓傳感 器116可以跨背側110特征移動，并且可以取決于背側110特征的幅度202和周期204而振動/ 振蕩。在一個實施方式中，周期204可以表示背側110特征之間的峰-峰距離，而幅度可以表 示背側11 〇特征之間的峰-谷距離。
[0035]紋理繪制系統100可以使用幅度202、周期204的變化或其組合來確定跨背側110表 面的不同位置的表面粗糙度值。例如，幅度的變化可以指示背側110的峰或谷，并且可以用 于確定周期204。在這種情況下，當幅度從較低變到較高時，可以認為該轉換的位置為谷;而 當幅度從較高變到較低時，可以認為該位置為峰。幅度的這些變化之間的距離可以用于確 定背側11 〇表面特征的周期204或頻率。幅度的變化可以從基于與襯底106初始接觸的任意 基準點來測量。可以基于輪廓傳感器116在初始接觸后移動的方向來給出幅度變化的正幅 度值或負幅度值。在另一實施方式中，幅度204的比例可以基于預定參考值。可以基于輪廓 傳感器從該初始接觸值或參考值朝向或遠離的移動來確定幅度202。幅度隨著時間或距離 變化的量較低可以指示較低的表面粗糙度，其中，隨著時間或距離變化的量相對高可以指 示較高的表面粗糙度
[0036]可以使用幅度202和周期204以幾種不同的方式來實現紋理圖。這些值的上下文或 比例可以取決于紋理圖的期望分辨率以及位置傳感器122和輪廓傳感器116的測量能力而 變化。瞬時測量可以用于基于進行表面粗糙度采樣的位置處的幅度和坐標來生成紋理圖。 [0037]在另一實施方式中，紋理繪制部件136可以基于采樣深度或者由輪廓傳感器116行 進的距離來確定表面粗糙度。一種方法可以為:針對給定長度或距離計算幅度的絕對值的 算術平均值。給定長度或距離可以取決于襯底卡盤112的旋轉速度以及當移動臂118跨襯底 106移動時移動臂118的速度。紋理繪制部件136可以尋找由輪廓傳感器116行進的距離或長 度，然后可以將在該距離上采集的幅度數據求平均。在另一方法中，表面粗糙度可以使用給 定的長度或距離上的高度差的均方根均值來測量。在其他情況下，本領域普通技術人員可 以使用普遍接受表面粗糙度計算，如美國機械工程師協會(ASME)的表面紋理標準B46.1的 任何版本所示。
[0038]圖3A至圖3C是跨襯底106的背側110表面的輪廓傳感器116路徑的代表性示例。出 于易于示出和說明的目的，在兩個示例中僅示出了單個路徑，但是路徑的數量可以根據移 動臂118上使用的輪廓傳感器116的數量而變化。圖3A和圖3B中的路徑是輪廓傳感器116與 襯底106的背側110表面接觸或對襯底106的背側110表面進行采樣的指示。如上所示，襯底 106可以旋轉，同時輪廓傳感器116也可以跨背側106表面移動。輪廓傳感器116的移動實際 上可以是線性的或徑向的。圖3A和圖3B從對背側110表面進行掃描的輪廓傳感器116的角度 示出了襯底106的底視圖。圖3C示出了襯底106和/或跨背側110表面的輪廓傳感器116的線 性移動實施方式。
[0039] 在其他實施方式中，相比于在圖3A和圖3B中所示的單螺旋可以同時生成多個螺旋 路徑。多個螺旋路徑可以彼此偏移達耦接至傳感器臂的各輪廓傳感器116之間的距離。輪廓 傳感器116可以盡可能靠近地間隔開幾毫米。
[0040] 圖3A示出了襯底106的底視圖300,其示出了在襯底106以順時針方向304旋轉并且 輪廓傳感器(未示出）以橫向/線性方向從起始點206朝向襯底106的邊緣移動時跨襯底106 的傳感器路徑302。在該實施方式中，可以使用從襯底106的中心起的半徑(r)210和與參考 線314的角度212(例如，Θ)以極坐標來表不輪廓傳感器116的位置208。在一個實施方式中， 參考線314可以與切入襯底106的邊緣的對準切口（未示出）或可被蝕刻到襯底106中劃線標 記對準。
[0041] 位置部件132可以基于襯底106在襯底卡盤112上的放置來確定半徑起始位置306。 位置傳感器122可以檢測襯底的邊緣，并且位置部件132可以確定襯底106相對于襯底卡盤 112和移動臂118的位置。可以使用本領域公知的幾何分析技術來進行確定。位置部件132可 以根據需要使用下面的公式(1)和公式(2)將極坐標轉換成笛卡爾坐標(例如，x-y)。
[0042] x = rcos9 (1)
[0043] y = rsin9 (2)
[0044] 當背側110表面與前側108表面之間的坐標系軸參考不同時根據需要，位置部件 132可以將極坐標轉換成x-y，然后將其映射或轉換成前側108坐標。
[0045] 圖3B示出了沿通過旋轉襯底106并且使輪廓傳感器116橫向跨背側110表面移動而 生成的傳感器路徑318、跨過襯底106的輪廓傳感器116的位置的笛卡爾坐標系圖316。與圖 3A的實施方式相比，坐標系圖316包括笛卡爾坐標覆蓋模塊320,以示出x-y軸以及與傳感器 路徑318的每個部分相關聯的坐標。具體地，選擇單個接觸點320來示出位置部件132可以怎 樣參考該坐標。接觸點320可以具有X坐標322和y坐標324,所述X坐標322和y坐標324可以與 處于該位置或在該位置附件進行采集的輪廓傳感器116進行關聯。根據需要，位置部件132 可以將背側110坐標信息轉換成前側108坐標。
[0046] 具體地，選擇單個接觸點320來示出位置部件132可以怎樣參考該坐標。接觸點320 可以具有X坐標322和y坐標324,所述X坐標322和y坐標324可以與處于該位置或在該位置附 件進行采集的輪廓傳感器116進行關聯。根據需要，位置部件132可以將背側110坐標信息轉 換成前側108坐標。位置信息和輪廓信息的組合提供繪制背側110表面的紋理的能力。可以 使用圖或表來標識襯底106的可以針對前側108上的工藝補償的特定區域或在前側108工藝 之前調節的另外的背側110。圖3C示出了沿通過使輪廓傳感器116和/或襯底106相對于彼此 線性運動而生成的傳感器路徑328、跨襯底106的輪廓傳感器116的位置的笛卡爾坐標系圖 326。輪廓傳感器116可以被布置成并排的線性陣列，以如笛卡爾坐標覆蓋模塊320中所示的 那樣跨襯底以直線的方式延伸，笛卡爾坐標覆蓋模塊320示出了傳感器路徑328的一部分。 在一個實施方式中，移動臂118可以在x-y平面中以水平的方式跨襯底106移動。雖然傳感器 路徑被示出成以y方向行進，但是移動臂118不限于僅該類型的移動。附加傳感器路徑(未示 出)還可以以X方向或以跨x-y平面的任何組合移動。例如，移動臂118可以跨襯底106在不同 方向上的一部分沿y方向掃描。
[0047] 在另一實施方式中，多陣列移動臂（未示出）可以包括多行和多列的輪廓傳感器 116,其可以覆蓋比圖1中所描繪的移動臂118更廣的表面區域。在一個【具體實施方式】中，多 陣列實施方式可以包括在水平和垂直方向上以線性方式對準的輪廓傳感器116。以該方式， 第二行和第三行的輪廓傳感器118可以覆蓋與第一行所掃描的區域相同的區域。這可以使 得紋理繪制部件136能夠基于類似區域的更大的數據集來驗證或優化紋理數據，從而減小 輪廓傳感器116的誤差或差異。
[0048] 在另一【具體實施方式】中，可以將輪廓傳感器116以偏移的方式布置在多陣列移動 臂（未示出）的行和/或列中，以使得后面的行或列可以覆蓋與之前的行或列不同的表面區 域。然而，偏移輪廓傳感器116模式可以重疊，以使得能夠在多陣列移動臂的單次移動中對 類似表面區域再次掃描。這可以與針對同一或類似表面區域采集更多數據的能力進行組 合，并且可以在多陣列移動臂的單次移動中覆蓋更廣的表面區域。
[0049]圖3A至圖3C旨在僅說明可以怎樣采集紋理圖數據的示例性實施方式，而不旨在將 權利要求書的范圍限于這些【具體實施方式】。
[0050] 圖4示出了突出在襯底106的一部分上的表面粗糙度值的紋理圖400的實施方式。 圖4中的紋理圖400僅用于說明和呈現可以以任何方式呈現或組織的表面粗糙度數據的目 的。本實施方式僅僅表示了用于傳達表面粗糙度在襯底106上的位置的一種方法。因此，X軸 402和 7軸404是維度，并且不進行放縮以顯示整個背側110表面。
[0051] 圖4的實施方式示出了使用等高線來在不同表面粗糙度值之間進行區分的形貌 圖。等高線之間的表面粗糙度值可以相同，或者可以在表面粗糙度值的一些范圍內。例如， 例如，第一等高線408和第二等高線410之間的外輪廓區406可具有在整個區域相同的表面 粗糙度或在表面粗糙度的離散范圍內而不管坐標位置如何。在紋理圖400的左側上在（-1500,0)處的表面粗糙度將具有與在（1300,0)處的表面粗糙度相似的值，這是因為兩個坐 標點處于同一外輪廓區域406內。個別輪廓區域相比于相鄰區域可以被放縮成更高或更低， 通常區域可以從低放縮到高，但是可能不需要該配置。等高線線之間的距離也可以指示該 區域的內值的變化率。例如，與等高線更遠離開時相比，當等高線更靠近在一起時，這可以 指示更大的變化率。這樣的示例可以被示出在更靠近在一起并且可以表示表面粗糙度值的 峰或谷的中心等高線412中。中心等高線412示出了與相鄰區域相比更靠近在一起的四個等 高線。因此，在中心輪廓線區域314內的表面粗糙度的變化率可以高于相鄰區域。中心輪廓 線412可以表示在圖1的說明中描述的可以使得襯底106繞襯底106的該部分彎曲或變形的 局部區域。更廣義地，紋理圖400還示出了表面粗糙度的變化率傾向于在y方向比在X方向 高。因此，相比于在X方向上掃描，當在y方向掃描時，調整部件138可以對圖案化工藝進行更 多或更大的調整。然而，這并不排除在X方向作出調整。但是，這指示與在y方向上移動時相 比，在X方向上作出的變化可以較不頻繁或可以作出更少的調整。
[0052]在某些情況下，紋理圖400區域可以具有類似的表面粗糙度值，但是其可以不彼此 相鄰。然而，可以對這些區域進行注解(未示出），以指示這些區域內的相似值。注解可以包 括字母、數字、顏色、紋理數據或其組合，以指示相對于非相鄰輪廓區域相似性。例如，第二 輪廓區域414可以與中心輪廓線412區域具有相似的表面粗糙度值。在整個紋理圖400中，可 以在其他類似區域(未示出）中使用前述注解。
[0053]圖5示出了用于使用紋理繪制系統100來捕獲和采集襯底106的背側110的表面粗 糙度數據的方法500的流程圖。可以使用表面粗糙度數據以調整下面的工藝條件(例如圖案 化、背側110調整），從而消除或減小對背側110表面狀況的沖擊。當使用背側110表面將襯底 106固定至襯底卡盤112時，可以進行表面粗糙度檢測。該配置可以防止與前側108表面或被 制造在前側108表面上的電子設備直接接觸。背側110技術使得能夠對表面粗糙度進行非破 壞性檢測，這使得能夠對后面的工藝進行前饋控制。紋理繪制系統110可以與工藝室進行集 成，該工藝室可以包括襯底卡盤112、輪廓傳感器116以及用于將輪廓傳感器116抵靠背側 110表面放置的移動臂118。所示出的方法500僅僅一個實施方式，并且本領域的人員或普通 技術人員可以添加另外的操作、省略操作中的一個或更多個操作、或者以不同順序進行操 作。
[0054]在塊502處，可以使用機械的、氣動的或電耦接技術通過背側110表面將傳入襯底 106固定到襯底卡盤112。襯底卡盤112可以不與前側108表面接觸，以避免損壞可能存在于 前側108上的圖案或電子設備。移動部件130可以指示襯底卡盤繞與襯底106的中心或中心 區域鄰近的軸旋轉。可以對襯底106的取向和旋轉速度進行優化，以防止或減小襯底106振 動。在一個實施方式中，旋轉速度可以在30rpm與60rpm之間。
[0055]襯底106可以在進入工藝室之前對準。通常，可以使用劃線或并入襯底106的切口 來完成對準。對準可以為在表面粗糙度掃描期間收集或計算的坐標信息提供一致的參考。 在一些情況下，可以在工藝室104內完成襯底106的對準。例如，可以在表面粗糙度掃描之前 使襯底106旋轉至某一位置以確認對準。
[0056]在塊504處，可以通過使表面粗糙度傳感器(例如，輪廓傳感器116)跨旋轉襯底106 的背側110表面移動來開始表面粗糙度掃描。表面粗糙度傳感器可以檢測襯底106的背側 110表面上的特征的幅度和/或頻率。表面粗糙度傳感器可以使用機械、電、光或其組合來檢 測背側110特征的特性。在一個實施方式中，如圖2所示，表面粗糙度傳感器可以包括接觸元 件，該接觸元件被放置成與背側110表面物理接觸。移動臂118可以被定位成在襯底開始旋 轉之前或之后啟動該接觸。可以通過使用可以耦接至接觸元件的檢測部件(例如，壓電換能 器)將由于接觸元件跨背側110表面移動生成的振動轉換成輪廓信號（例如，電信號）。輪廓 信號可以是背側110表面特征的幅度和/或頻率的電表示形式。幅度可以提供背側110特征 的峰-谷信息的指示，并且可以提供的特征的高度的指示。特征的周期或頻率(例如，1/周 期)可以提供在所掃描的區域內特征可以相隔多遠或多寬的指示。然而，背側110特征的位 置對于指導后面工藝的前饋控制而言可能是重要的。
[0057] 位置部件132還可以監測移動臂118、襯底106和用于檢測或采集表面粗糙度數據 的輪廓傳感器116的位置，可以通過使用位置傳感器122和/或通過基于移動部件的幾何形 狀和由這些部件作出的移動的類型使用公知的幾何分析技術來確定位置。
[0058] 在一個實施方式中，移動臂118可以跨背側表面以線性移動方式移動。線性移動可 以在同一平面內來回移動。然而，移動臂118可以不限于僅線性移動。在另一實施方式中，移 動臂118可以徑向移動，以使得移動臂通過圍繞移動臂118的固定點樞轉跨背側110表面掃 描。徑向移動可以類似于可以使針跨唱片移動的唱機臂。位置部件132可以確定背側100與 襯底106的給定的已知位置接觸的位置以及當移動臂118跨襯底106的背側110移動時該移 動臂118的位置。
[0059] 位置部件132可以將位置分配給由信號部件134生成的或存儲在信號部件134中的 輪廓信號的離散部分。可以使用位置或坐標信息來確定襯底106和輪廓傳感器116的相對位 置。輪廓信號和位置信號的組合可以提供可用于組裝背側110表面的紋理圖的標記或標簽。
[0060] 在塊506處，紋理圖部件136可以使用計算機處理器126至少部分地基于在背側表 面上的特征的檢測幅度和/或頻率以及分配給這些特征的離散部的位置信息，生成襯底106 的背側110的紋理圖或表。離散部分可以包括幅度和/或頻率的瞬時讀數或幅度和/或頻率 讀數的小持續時間（例如，時間或距離）。位置可以操作為使得紋理圖部件能夠確定各部分 相對于彼此的取向的標簽。例如，可以使用位置信息將離散部分組合或分組成組織化的方 式，以使得該信息形成跨襯底106的背側110表面的表面粗糙度的表示。
[0061] 可以使用離散部分的組合來形成紋理圖或表，所述紋理圖或表可以用于通過計算 機或人來可視化和/或分析數據。紋理圖可以提供在襯底106的背側的各個離散位置處的表 面粗糙度的指示。在一個實施方式中，紋理圖可以為如圖4所示的輪廓圖，但不限于此。 [0062]紋理圖或表可以具有足夠高的分辨率，以在可與紋理圖或表上的位置對應的特定 位置調整用于后面襯底106工藝的工藝條件。在一個實施方式中，可以將紋理圖提供給調整 部件138,調整部件138可以確定前側108表面的哪個部分可以是用于處理變化以最小化背 偵J110表面粗糙度對前側108工藝的影響的候選。根據需要，紋理繪制系統100可以使背側 110位置與前側108位置關聯。在一個實施方式中，調整可以包括但不限于:可以用于補償可 能由背側110表面粗糙度引起的前側108形貌的變化的焦點深度的調整(例如，ζ方向）和/或 覆蓋調整(例如，X方向和y方向）。
[0063]應理解，前述描述僅用于說明本
【發明內容】
。本領域的技術人員在不脫離本發明內 容的情況下可以作出各種變型和修改。因此，本發明旨在涵蓋落入所附權利要求的范圍內 的所有這樣的變型、修改和變化。
【主權項】
1. 一種紋理繪制系統，包括： 襯底卡盤，所述襯底卡盤能夠繞軸來旋轉襯底，所述襯底包括與背側表面相反的圖案 化前側表面； 輪廓傳感器，所述輪廓傳感器能夠跨所述襯底的所述背側表面移動，并且所述輪廓傳 感器能夠至少部分地基于所述襯底的所述背側表面上的表面粗糙度來生成輪廓信號； 位置控制器，所述位置控制器能夠至少部分地基于所述輪廓傳感器相對于所述襯底的 位置來生成位置信號；以及 紋理繪制部件，所述紋理繪制部件能夠至少部分地基于所述輪廓信號和所述位置信號 來生成所述襯底的背側的紋理圖，所述紋理圖包括對所述襯底的所述背側的位置處的表面 粗糙度的指示。2. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述輪廓傳感器包括： 接觸元件，所述接觸元件能夠與所述襯底的所述背側表面接觸；以及 檢測部件，所述檢測部件耦接至所述接觸元件，所述檢測部件能夠在壓力或力被施加 至所述接觸元件時生成所述輪廓信號。3. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述表面粗糙度至少部分地基于所述襯底的所述 背側表面的多個幅度。4. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述表面粗糙度至少部分地基于背側特征的多個 幅度和周期。5. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述輪廓傳感器包括兩個或更多個接觸元件，所 述兩個或更多個接觸元件能夠在不同位置處與所述背側表面接觸，以及，所述兩個或更多 個接觸元件耦接至針對所述兩個或更多個接觸元件生成所述輪廓信號的對應的檢測部件。6. 根據權利要求5所述的系統，其中，紋理繪制處理器至少部分地基于來自所述兩個或 更多個接觸元件的輪廓信號的組合來生成所述紋理圖。7. 根據權利要求6所述的系統，其中，所述紋理繪制處理器至少部分地基于來自所述兩 個或更多個接觸元件的位置信號的組合來生成所述紋理圖。8. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述襯底卡盤能夠以不超過每分鐘60轉的方式來 旋轉。9. 根據權利要求1所述的系統，還包括:移動臂，所述移動臂能夠跨所述襯底的所述背 側來移動所述輪廓傳感器。10. 根據權利要求1所述的系統，還包括:移動臂，所述移動臂耦接至所述輪廓傳感器， 傳感器臂能夠移動所述輪廓傳感器以與所述襯底的所述背側表面接觸。11. 一種用于繪制襯底的表面粗糙度的方法，包括： 使用襯底卡盤繞鄰近所述襯底的中心區域的軸來旋轉所述襯底，所述襯底包括與背側 表面相反的圖案化前側表面； 跨旋轉襯底的所述背側表面來移動表面粗糙度傳感器，所述表面粗糙度傳感器能夠檢 測所述背側表面上的特征的幅度或頻率;以及 使用計算機處理器至少部分地基于所述背側表面上的特征的所檢測的幅度或頻率，生 成所述襯底的背側的紋理圖。12. 根據權利要求11所述的方法，其中，所述紋理圖包括所述表面粗糙度傳感器接觸所 述襯底的位置處的坐標信息、以及所述坐標信息處或所述坐標信息附近的特征的幅度或頻 率。13. 根據權利要求11所述的方法，還包括： 使用所述表面粗糙度傳感器，至少部分地基于所述襯底的所述背側的特征的所檢測的 幅度或頻率來生成輪廓信號；以及 使用位置傳感器，至少部分地基于所述表面粗糙度傳感器檢測所述襯底的所述背側的 特征的幅度或頻率的位置來生成位置信號。14. 根據權利要求11所述的方法，其中，所述紋理圖提供對所述襯底的所述背側的位置 處的表面粗糙度的指示。15. 根據權利要求11所述的方法，其中，位置信號包括坐標信息，所述坐標信息至少部 分地基于所述襯底的徑向移動以及輪廓傳感器的線性移動。16. 根據權利要求15所述的方法，其中，所述紋理圖包括所述背側表面的表面粗糙度的 等尚線圖。17. 根據權利要求11所述的方法，還包括:將所述紋理圖提供給調節部件，所述調節部 件能夠將所述紋理圖的背側坐標位置關聯至前側坐標位置并且針對所述前側坐標位置確 定偏移調節。18. 根據權利要求17所述的方法，其中，所述偏移調節包括與坐標和表面粗糙度值中至 少之一對應的焦點深度調節值。19. 根據權利要求17所述的方法，其中，所述旋轉包括每分鐘5轉與每分鐘60轉之間的 旋轉速度。20. -種系統，包括： 工藝室，所述工藝室能夠處理半導體襯底，所述半導體襯底包括與背側表面相反的前 側表面； 襯底卡盤，所述襯底卡盤設置在所述工藝室內，當所述襯底處于所述工藝室中時，所述 襯底卡盤接觸所述背側表面； 表面粗糙度檢測器，當所述襯底處于所述工藝室中時，所述表面粗糙度檢測器能夠檢 測所述背側表面的表面粗糙度。
【文檔編號】H01L21/66GK105934812SQ201580005769
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年1月23日
【發明人】安東·J·德維利耶, 托德·A·馬修斯, 羅德尼·李·羅賓森
【申請人】東京毅力科創株式會社