用于确定半导体晶片制造过程的均匀性度量值的方法和系统技术方案

一种确定半导体晶片制造过程的多个均匀性度量值的系统和方法，包括收集关于一组半导体晶片中的每个半导体晶片的量。对于收集的量的数据进行换算，并且对于收集的、经过换算的量的数据进行主分量分析（ＰＣＡ），以产生用于第一组半导体晶片的第一组度量值。第一组度量值包括第一负载矩阵和第一记分矩阵。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及量化半导体晶片上所测量的均匀性的方法和系统，更加具体地说，本专利技术涉及用于表征和分析半导体晶片上的非均匀性并向前面的半导体制造过程提供反馈和控制的方法和系统。
技术介绍
半导体晶片在半导体制造过程中要经受一系列过程。对于各个层进行加层、制图、蚀刻、剥离、抛光、和许多其它的过程。在每个过程之后，都要对晶片进行检查，以确认前一个过程是否以可接受水平的误差或非均匀性完成。对于处理晶片的每个过程的各个操作变量(例如，事件定时时间、气体压力、浓度、温度、等等)都要进行记录，从而可以迅速识别任何变量的任何变化，并且针对在检查晶片时发现的任何误差或非均匀性进行可能的校正。图1A表示一个典型的经过蚀刻的晶片100。在蚀刻过程，除了顶层的一部分106以外，顶层材料大部分从晶片上剥离掉。为清楚起见，部分106是一层或极薄膜的一部分。在每个晶片100中，一般包括一个切口104，从而可以在各个制造过程将晶片定向在(对准在)同一位置。部分106是晶片100的表面的不均匀部分，因此称之为非均匀性。如图所示，部分106大体上是一个环的形状，或者说是环形，从晶片100的中央以及边缘周围除去顶层。图1B表示另一个典型的经过蚀刻的晶片120。当在蚀刻过程中除去了大部分顶层时，顶层的一部分108依然存在。这个部分108就是晶片120的表面上通常称之为方位角型的非均匀性，因为非均匀性108在晶片120周围没有相同的半径。现有技术的描述非均匀性106、108的处理方法包括主观的语言描述，如对于环形不均匀性106为“中央-快速(center-fast)”不均匀性，或者对于方位角式非均匀性108为“左侧慢速(left sideslow)”。因为来自晶片100的中央的材料的剥离速度快于环形区106的剥离速度，所以中央快速在一般情况下用来描述晶片100。然而，中央快速没有提供有关非均匀性106的特定的、客观的、和定量的描述。类似地，因为从左侧区108除去材料的蚀刻过程慢于晶片120的其它区域，所以左侧慢速描述了晶片120，但左则慢速同样没有提供有关非均匀性108的特定的、客观的、定量的描述。使用对于非均匀性106、108的描述来提供反馈，以校正对于晶片100、120执行的蚀刻和其它前序过程中的误差和非均匀性。也可以使用对于非均匀性106、108的描述来跟踪非均匀性106、108对随后的半导体制造过程以及对来自已完工的半导体器件的度量值(如器件产额、性能参数、等)的冲击。由于非均匀性变得越来越小，所以非均匀性的对称性变得更少，用主观的语言准确描述也就更难。图1C表示一个典型的晶片150，它具有多个不对称的非均匀性152A-G。非均匀性152A-G可能较小，与非均匀性106、108相比对称性更小，部分原因是在蚀刻和其它前序过程中极其严格地控制了各个变量。主观的语言描述因此变得不足以精确描述非均匀性152A-G，因此要成功地完成前序过程的进一步改进。晶片均匀性的更加客观的描述称之为3∑(3-sigma)均匀性量度。3∑均匀性量度量化了晶片的某些量的测量值的标准偏差。例如，3∑可以是晶片的厚度偏差的表达式，所说的厚度是通过在晶片上的测量点阵列检测到的。图1D表示在完成一次晶片160的扫描中使用的典型49点阵列。在这49个点中的每一点上，测量晶片160的厚度。这49个点排列成一个中心点162、和3个同心环164、168、172。内环164有8个均匀隔开的点。中间环168有16个均匀隔开的点。外环172有24个均匀隔开的点。环164、168、172与中心点162在径向隔开的距离通常近似相等。在环164、168、172中的每个点以及中心点162一般都被指定代表晶片160的一个指定的点。例如，一个典型的晶片160在晶片160的外周边通常有3mm的边缘排除区。环164、168、172与中心点162分开相等的距离，因此49个点中的每一点代表晶片160的面积的约1/49，小于3mm的排除区(即，在晶片的外边缘，在这里不能正常地发生期望的过程)。因为在单个扫描点不能突然出现非均匀性，所以借助于测量点的选择可以自动地平滑非均匀性。测量的厚度与晶片的其它方面如在特定测量点的蚀刻速率相关联。确定在这49个点的蚀刻速率的标准偏差(SD)和平均值。通常报告3∑非均匀性量度等于[3×(SD)/平均值]/100，表示为百分数。3∑均匀性量度有效地概括或总结了所有的单个测量点的蚀刻速率使之成为一个总和值。然而，3∑量度没有提供任何有关不同测量点的蚀刻速率之间的相互关系。当实现了较高的均匀性时，这一关系可能会变得很重要。这个相互关系有助于识别具有相同的3∑非均匀性量度的不同蚀刻图形之间的差别。许多现有技术方法对于测量的数据应用傅里叶(Fourier)和贝塞尔(Bessel)分解，以便较好地描述非均匀性106、108、152A-G的形状和数值。然而，傅里叶或贝塞尔分解致力于使非均匀性的形状强制拟合到一个预定的傅里叶或贝塞尔定义的形状上，而不是确定非均匀性106、108、152A-G的实际形状。因此，傅里叶或贝塞尔分解只能估算处在强制拟合形状的非均匀性的数值。虽然傅里叶或贝塞尔分解能提供非均匀性的附加的客观描述，但傅里叶或贝塞尔分解还不能精确描述非均匀性106、108、152A-G的形状或数值。鉴于以上所述，需要改进客观地和精确地量化非均匀性并使非均匀性与系统的任何相关变化(如过程变量、硬件变化)相关联的方法和系统。
技术实现思路
广义地说，本专利技术通过提供用于量化非均匀性并使非均匀性与过程变量相关联的方法和系统填补了这些需要。应该理解，可用许多方法来实施本专利技术，其中包括方法、设备、系统、计算机可读介质、或器件。下面描述本专利技术的几个实施例。一个实施例包括一种确定半导体晶片制造过程的多个均匀性度量值的方法，包括收集与一组半导体晶片中的每个半导体晶片有关的量。对于收集的量的数据进行换算(scale)，并且对于收集的、经过换算的量的数据进行一种主分量分析(PCA)，以产生用于第一组半导体晶片的第一组度量值。第一组度量值包括第一负载矩阵和第一记分矩阵。收集有关第一组半导体晶片中的每个半导体晶片的量可以包括在第一组半导体晶片中的每个半导体晶片上的几个位置测量一个量，并将所测的量的数值存储在由第一组半导体晶片和多个位置构成的矩阵内。换算收集的量的数据可以包括从测量的量的数值上扣除预先选定的值。换算收集的量的数据还可以包括从选择的晶片的测量的量的数值中扣除所选的晶片的测量的量的数值的平均值。第一负载矩阵可包括在收集的、经过换算的量的数据中出现的第一组主分量。第一记分矩阵可包括第一组记分。第一组记分中的每个记分都提供有关每个主分量的贡献大小的信息。该方法还可包括从第一组负载中确定第一小组重要负载。从第一组负载中确定第一小组重要负载包括提供半导体晶片制造过程的噪声水平和可信度水平。确定与可信度水平相互关联的可信度因子。记算重要记分水平，重要记分水平等于可信度因子和噪声水平的乘积。重要记分水平对应于重要分量数目。识别第一小组重要负载，即来自具有重要分量数目的第一组负载。按另一种方式，从第一组负载确定第一小组重要记分包括产生一个噪声矢量，并确定一组投影的噪声记分。记录这组投影的噪声记分。选择并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定半导体晶片制造过程的多个均匀性度量值的方法，包括：收集关于第一组半导体晶片中的每个半导体晶片的量；对于收集的量的数据进行换算，并且对于收集的、经过换算的量的数据进行主分量分析（ＰＣＡ），以产生用于第一组半导体晶片的第一组度量值，第一组度量值包括第一负载矩阵和第一记分矩阵。

【技术特征摘要】
US 2002-9-26 60/414,021;US 2002-12-23 10/328,8761.一种确定半导体晶片制造过程的多个均匀性度量值的方法，包括收集关于第一组半导体晶片中的每个半导体晶片的量；对于收集的量的数据进行换算，并且对于收集的、经过换算的量的数据进行主分量分析(PCA)，以产生用于第一组半导体晶片的第一组度量值，第一组度量值包括第一负载矩阵和第一记分矩阵。2.根据权利要求1所述的方法，其中收集关于第一组半导体晶片中的每个半导体晶片的量可以包括在第一组半导体晶片中的每个半导体晶片上的多个位置测量一个量；并将所测的量的数值存储在由第一组半导体晶片和多个位置构成的矩阵内。3.根据权利要求2所述的方法，其中换算收集的量的数据包括下述值组成的组中的至少一个从测量的量的数值上扣除预先选定的值；和从选择的晶片的测量的量的数值中扣除所选的晶片的测量的量的数值的平均值。4.根据权利要求1所述的方法，其中第一负载矩阵包括在收集的、经过换算的量的数据中出现的第一组主分量。5.根据权利要求4所述的方法，其中第一记分矩阵包括第一组记分。6.根据权利要求5所述的方法，其中第一组记分中的每个记分都提供有关所述组主分量的每个主分量的贡献大小的信息。7.根据权利要求5所述的方法，进一步还包括从第一组负载中确定第一小组重要负载。8.根据权利要求7所述的方法，其中从第一组负载中确定第一小组重要负载包括提供半导体晶片制造过程的噪声水平提供可信度水平；确定与可信度水平相互关联的可信度因子；记算重要记分水平，重要记分水平等于可信度因子和噪声水平的乘积，重要记分水平对应于重要分量数目；识别第一小组重要负载作为来自具有重要分量数目的第一组负载的那些负载。9.根据权利要求7所述的方法，其中从第一组负载确定第一小组重要负载包括产生一个噪声矢量；确定一组投影的噪声记分；记录这组投影的噪声记分；选择多次投影的噪声迭代过程；执行所选的次数的投影的噪声迭代过程；确定投影记分的平均值和标准偏差；存储投影记分的标准偏差；选择一个后续的噪声水平；选择多次后续的噪声水平迭代过程；执行所选的次数的后续的噪声水平迭代过程；计算噪声水平的标准偏差；用图表示噪声水平的标准偏差...

【专利技术属性】
技术研发人员：AD拜利三世，P亚达夫，P米斯拉，
申请(专利权)人：兰姆研究有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]