專利名稱：設備去除率監(jiān)測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種半導體設備去除率的監(jiān)測方法。
背景技術：
在半導體制造領域，設備的去除率是一項非常重要的監(jiān)測指標，其不僅能夠用于對設備本身性能的監(jiān)測反饋，而且對去除工藝的終點選擇有很大影響。在大多數(shù)工廠，大多數(shù)時候會使用晶圓表面的覆蓋薄膜層(Blanket Film)的去除率作為被監(jiān)測對象。然而，由于覆蓋薄膜層的監(jiān)測晶圓與圖案化的生產(chǎn)晶圓(production wafer)之間存在差異，設備去除率異常的檢出率往往比較低。一般而言，還可以采用圖案化的短環(huán)晶圓(short loop wafer)作為監(jiān)測對象，因為其相對生產(chǎn)晶圓而言只存在非常小的差異，因此具有更大的設備異常檢出率敏感性。然而，采用圖案化的短環(huán)晶圓作為監(jiān)測對象會導致生產(chǎn)成本大幅增加，這是因為首先，圖案化的晶圓較難被循環(huán)再利用，或者循環(huán)再利用的成本和時間消耗較大；其次，圖案化的晶圓需要更多的制備時間，由此導致該晶圓循環(huán)周期的時間延長。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種更優(yōu)選的設備去除率監(jiān)測方法。本發(fā)明所采用的技術手段是一種設備去除率監(jiān)測方法，通過預定時間內晶圓上的待去除層的厚度去除量除以所述預定時間，得到所述去除率，其中所述晶圓為生產(chǎn)晶圓，所述生產(chǎn)晶圓包括襯底，位于襯底上的停止層，形成在停止層上的待去除層。更進一步的，所述待去除層為待蝕刻層，所述待蝕刻層上形成有圖案化的掩膜層。首先測量待蝕刻層的厚度PRE ；然后采用干法蝕刻設備對所述圖案化的掩膜層暴露的待蝕刻層進行蝕刻，同時并采用終點偵測設備監(jiān)測蝕刻過程，并使得對待蝕刻層的蝕刻過程停止在停止層上；收集蝕刻過程進行的時間Tepd，并計算去除率ER = PRE/T·。首先測量待蝕刻層的厚度PRE ；然后采用蝕刻設備對所述圖案化的掩膜層暴露的待蝕刻層進行蝕刻，僅對部分厚度待蝕刻層進行蝕刻，蝕刻停止于待蝕刻層本身；同時采用高級過程控制設備監(jiān)測蝕刻過程并得到蝕刻過程進行的時間Tepd ；測量此時被暴露的待蝕刻層的剩余厚度POS，并計算去除率ER = (PRE-POS) /Tepd。優(yōu)選的，所述待蝕刻層由兩個以上單層復合疊加形成，獨立計算每個單層的去除率。當所述待蝕刻層由兩個以上單層復合疊加形成時，蝕刻前首先測量待蝕刻層
中各個單層的厚度PREp PRE2......PREn ；然后采用干法蝕刻設備對所述圖案化的掩膜
層暴露的各個單層依次進行蝕刻，同時并采用終點偵測設備監(jiān)測蝕刻過程，并使得對待蝕刻層的蝕刻過程停止在停止層上；從終點偵測設備中收集各個單層的蝕刻時間TEPD1、 Tepd2......TEPDn，并計算各單層的去除率ER1 = PRE1ZTepdi ；
ER2 = PRE2/TEPD2 ；......EI n = PREn/TEPDn。當所述待蝕刻層由兩個以上單層復合疊加形成時，蝕刻前首先測量待蝕刻層中各
個單層的厚度PREpPRE2......PREn ；然后采用干法蝕刻設備對所述圖案化的掩膜層暴露的
各個單層依次進行蝕刻，同時并采用終點偵測設備以及高級過程控制設備監(jiān)測蝕刻過程， 并使得對待蝕刻層的蝕刻過程停止在最接近停止層的單層本身；從終點偵測設備以及高級過程控制設備中收集各個單層的蝕刻時間TEPD1、Tepd2……TEPDn，測量此時被暴露的最接近停止層的單層的剩余厚度P0&，并計算各單層的去除率ER1 = PRE1ZTepdi ；ER2 = PRE2/TEPD2 ；......EI n = (PREn-POSn)/TEPDn。更進一步的，所述待去除層也可以為待研磨層。首先測量待研磨層的厚度PRE ；然后采用研磨設備對待研磨層進行研磨，同時采用終點偵測設備監(jiān)測研磨過程，并使得對待研磨層的研磨過程停止在停止層上；收集研磨過程進行的時間TEPD，并計算本實施例的去除率ER = PRE/T·。首先測量待研磨層的厚度PRE ；然后采用研磨設備對待研磨層進行研磨，僅對部分厚度待研磨層進行研磨，研磨停止于待研磨層本身；同時采用高級過程控制設備監(jiān)測研磨過程并得到研磨過程進行的時間Tepd ；測量此時待研磨層的剩余厚度P0S，并計算去除率 ER= (PRE-POS) /Tepdo優(yōu)選的，所述待研磨層由兩個以上單層復合疊加形成，獨立計算每個單層的去除率。當所述待研磨層由兩個以上單層復合疊加形成時，研磨前首先測量待研磨層中各
個單層的厚度PREp PRE2......PREn ；然后采用研磨設備對各個單層依次進行研磨，同時并
采用終點偵測設備監(jiān)測研磨過程，并使得對待研磨層的研磨過程停止在停止層上；從終點偵測設備中收集各個單層的研磨時間TEPD1、Tepd2……TEPDn，并計算各單層的去除率ER1 = PRE1ZTepdi ；ER2 = PRE2/TEPD2 ；......ERn = PREn/TEPDn。當所述待研磨層由兩個以上單層復合疊加形成時，研磨前首先測量待研磨層中各
個單層的厚度PREp PRE2......PREn ；然后采用研磨設備對各個單層依次進行研磨，同時并
采用終點偵測設備以及高級過程控制設備監(jiān)測研磨過程，并使得對待研磨層的研磨過程停止在最接近停止層的單層本身；從終點偵測設備以及高級過程控制設備中收集各個單層的
研磨時間TEPD1、TEPD2......TEPDn，測量此時被暴露的最接近停止層的單層的剩余厚度P0Sn，并
計算各單層的去除率ER1 = PRE1ZTepdi ；ER2 = PRE2/TEPD2 ；
......EI n = (PREn-POSn)/TEPDn。通過以上技術手段的采用，本發(fā)明具有以下優(yōu)點第一，不需要額外準備去除率監(jiān)測晶圓，能夠節(jié)約成本；第二，能夠在晶圓生產(chǎn)過程中進行實時監(jiān)測；第三，延長設備正常生產(chǎn)時間；第四，增加去除率異常的檢出率，提高監(jiān)測敏感性，及早地發(fā)現(xiàn)去除率異常情況。 另外，通過對多個單層復合疊加形成的待蝕刻層的蝕刻，能夠一次分別得出設備對多個單層的去除率，大幅提高工作效率。


圖la、Ib為本發(fā)明第一實施例的蝕刻過程示意圖；圖2a、2b為本發(fā)明第二實施例的蝕刻過程示意圖；圖3a、北為本發(fā)明第三實施例的蝕刻過程示意圖；圖4a、4b為本發(fā)明第四實施例的蝕刻過程示意圖。
具體實施例方式以下將通過附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細描述，其中設備為蝕刻設備。實施例1 單一待蝕刻層，蝕刻停止于停止層。參見圖Ia所示的生產(chǎn)晶圓1，包括襯底10，形成在襯底10上的停止層11，形成在停止層11上的待蝕刻層12，形成在待蝕刻層12上的圖案化的掩膜層13。其中，所述襯底 10可以為硅襯底、鍺襯底、絕緣體上硅，或者其它半導體襯底。所述停止層11根據(jù)實際生產(chǎn)的需要，可以為氧化物、氮化物或者氮氧化物，當然，當襯底10本身與待蝕刻層12具有大的蝕刻選擇比時，也可以為襯底10的表面。所述待蝕刻層12可以為氧化物、氮化物、氮氧化物、多晶硅等，與停止層11具有大的蝕刻選擇比，例如大于10的蝕刻選擇比。所述圖案化的掩膜層13可以為光刻膠或者其它硬掩膜，可以為單層結構，例如氮化物層，也可以為多層復合結構，例如底部抗反射層與氮化物層的疊層。蝕刻前首先測量待蝕刻層12的厚度PRE ；然后采用干法蝕刻設備對生產(chǎn)晶圓 1中圖案化的掩膜層13暴露的待蝕刻層12進行蝕刻，同時并采用終點偵測(Endpoint detection)設備，例如發(fā)射光譜(OES，Optical Emission Spectroscopy)偵測設備監(jiān)測蝕刻過程，并使得對待蝕刻層12的蝕刻過程停止在停止層11上(終點偵測設備為本領域公知技術，通過對特定物理量的偵測，能夠得知對某一特定層的蝕刻完成，并控制蝕刻設備停止)，參見圖lb。收集蝕刻過程進行的時間TEPD，并計算本實施例的去除率ER = PRE/T·。實施例2 單一待蝕刻層，蝕刻不停止于停止層。參見圖加所示的生產(chǎn)晶圓2，與圖Ia相同，包括襯底20，形成在襯底20上的停止層21，形成在停止層21上的待蝕刻層22，形成在待蝕刻層22上的圖案化的掩膜層23。蝕刻前首先測量待蝕刻層22的厚度PRE ；然后采用(干法或者濕法)蝕刻設備對生產(chǎn)晶圓2中圖案化的掩膜層23暴露的待蝕刻層22進行蝕刻，僅對部分厚度待蝕刻層 22進行蝕刻，蝕刻停止于待蝕刻層22本身，參見圖2b，同時采用高級過程控制(Advanced Process Control)設備監(jiān)測蝕刻過程并得到蝕刻過程進行的時間TEPD。測量此時被暴露的待蝕刻層22的剩余厚度P0S，并計算本實施例的去除率ER = (PRE-POS)/Tepd。
實施例3 多層復合待蝕刻層，蝕刻停止于停止層。參見圖3a所示的生產(chǎn)晶圓3，與圖Ia類似的包括襯底30，形成在襯底30上的停
止層31，形成在停止層31上的由兩個以上單層321、322...... 32η復合疊加形成的待蝕刻
層，形成在待蝕刻層321上的圖案化的掩膜層33。蝕刻前首先測量待蝕刻層中各個單層321、322...... 32η的厚度PRE1,
PRE2......PREn ；然后采用干法蝕刻設備對生產(chǎn)晶圓3中圖案化的掩膜層33暴露的各個單
層321、322...... 32η依次進行蝕刻，同時并采用終點偵測設備監(jiān)測蝕刻過程，并使得對待
蝕刻層的蝕刻過程停止在停止層31上，參見圖北。從終點偵測設備中收集各個單層321、 322...... 32η的蝕刻時間TEPD1、Tepd2......TEPDn，并計算各單層的去除率ER1 = PRE1ZTepdi ；ER2 = PRE2/TEPD2 ；......ERn = PREn/TEPDn。實施例4 多層復合待蝕刻層，蝕刻不停止于停止層。參見圖如所示的生產(chǎn)晶圓4，與圖3a相同，包括襯底40，形成在襯底40上的停止
層41，形成在停止層41上的由兩個以上單層421、422...... 42η復合疊加形成的待蝕刻層，
形成在待蝕刻層421上的圖案化的掩膜層43。蝕刻前首先測量待蝕刻層中各個單層421、422...... 42η的厚度PRE1,
PRE2......PREn ；然后采用干法蝕刻設備對生產(chǎn)晶圓4中圖案化的掩膜層43暴露的各個單
層421、422...... 42η依次進行蝕刻，同時并采用終點偵測設備以及高級過程控制設備監(jiān)
測蝕刻過程，并使得對待蝕刻層的蝕刻過程停止在最接近停止層41的單層42η本身，參見
圖4b。從終點偵測設備以及高級過程控制設備中收集各個單層421、422...... 42η的蝕刻
時間TEPD1、Tepd2......TEPDn，測量此時被暴露的最接近停止層41的單層42η的剩余厚度POS
η，并計算各單層的去除率ER1 = PRE1ZTepdi ；ER2 = PRE2/TEPD2 ；......EI n = (PREn-POSn)/TEPDn。以上通過四個實施例對本發(fā)明的思路進行了詳細解釋。本發(fā)明的核心思想即為采用生產(chǎn)晶圓進行設備去除率監(jiān)測，其具有以下優(yōu)勢第一，不需要額外準備去除率監(jiān)測晶圓，能夠節(jié)約成本；第二，能夠在晶圓生產(chǎn)過程中進行實時監(jiān)測；第三，不占用設備正常生產(chǎn)以外的時間，換言之，延長設備正常生產(chǎn)時間；第四，由于采用生產(chǎn)晶圓本身，能夠增加去除率異常的檢出率，提高監(jiān)測敏感性，并且短期內(每天)均可進行監(jiān)測，可以及早地發(fā)現(xiàn)去除率異常情況；第五，通過對第三、第四實施例的多個單層復合疊加形成的待蝕刻層的蝕刻，能夠一次分別得出設備對多個單層的去除率，大幅提高工作效率。上述四個實施例分別圍繞蝕刻設備進行，當然，本發(fā)明的設備并不單指干法蝕刻設備或者濕法蝕刻設備，還可以包括研磨設備，例如CMP (化學機械研磨)設備等其它種類的晶圓表層去除設備。當本發(fā)明的思想引用于研磨設備時，與實施例1、2對應的一種晶圓包括襯底，位于襯底上的停止層，形成在停止層上的待研磨層(無需圖案化的掩膜層)。相應的，去除率監(jiān)測方法為首先測量待研磨層的厚度PRE ；然后采用研磨設備對待研磨層進行研磨，同時采用終點偵測設備監(jiān)測研磨過程，并使得對待研磨層的研磨過程停止在停止層上；收集研磨過程進行的時間Tepd，并計算本實施例的去除率ER = PRE/T·。或者，首先測量待研磨層的厚度PRE ；然后采用研磨設備對待研磨層進行研磨，僅對部分厚度待研磨層進行研磨，研磨停止于待研磨層本身；同時采用高級過程控制設備監(jiān)測研磨過程并得到研磨過程進行的時間Tepd ；測量此時待研磨層的剩余厚度P0S，并計算本實施例的去除率ER= (PRE-POS)/Tepd。與實施例3、4對應的一種晶圓包括襯底，位于襯底上的停止層，形成在停止層上的待研磨層，所述待研磨層由兩個以上單層復合疊加形成。相應的，去除率監(jiān)測方法為當所述待研磨層由兩個以上單層復合疊加形成時，研
磨前首先測量待研磨層中各個單層的厚度PREpPRE2......PREn ；然后采用研磨設備對各個
單層依次進行研磨，同時并采用終點偵測設備監(jiān)測研磨過程，并使得對待研磨層的研磨過程停止在停止層上；從終點偵測設備中收集各個單層的研磨時間TEPD1、Tepd2……TEPDn，并計算各單層的去除率ER1 = PRE1ZTepdi ；ER2 = PRE2/TEPD2 ；......ERn = PREn/TEPDn?；蛘撸心デ笆紫葴y量待研磨層中各個單層的厚度PREp PRE2......PREn ；然后采
用研磨設備對各個單層依次進行研磨，同時并采用終點偵測設備以及高級過程控制設備監(jiān)測研磨過程，并使得對待研磨層的研磨過程停止在最接近停止層的單層本身；從終點偵測設備以及高級過程控制設備中收集各個單層的研磨時間TEPD1、Tepd2……TEPDn，測量此時被暴露的最接近停止層的單層的剩余厚度P0&，并計算各單層的去除率ER1 = PRE1ZTepdi ；ER2 = PRE2/TEPD2 ；......EI n = (PREn-POSn)/TEPDn。以上便是對本發(fā)明的詳細解釋。顯然，本領域的技術人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種設備去除率監(jiān)測方法，通過預定時間內晶圓上的待去除層的厚度去除量除以所述預定時間，得到所述去除率，其特征在于所述晶圓為生產(chǎn)晶圓，所述生產(chǎn)晶圓包括襯底， 位于襯底上的停止層，形成在停止層上的待去除層。
2.如權利要求1所述的設備去除率監(jiān)測方法，其特征在于所述待去除層為待蝕刻層， 所述待蝕刻層上形成有圖案化的掩膜層。
3.如權利要求2所述的設備去除率監(jiān)測方法，其特征在于首先測量待蝕刻層的厚度 PRE ；然后采用干法蝕刻設備對所述圖案化的掩膜層暴露的待蝕刻層進行蝕刻，同時并采用終點偵測設備監(jiān)測蝕刻過程，并使得對待蝕刻層的蝕刻過程停止在停止層上；收集蝕刻過程進行的時間TEPD，并計算去除率ER = PRE/T·。
4.如權利要求2所述的設備去除率監(jiān)測方法，其特征在于首先測量待蝕刻層的厚度 PRE ；然后采用蝕刻設備對所述圖案化的掩膜層暴露的待蝕刻層進行蝕刻，僅對部分厚度待蝕刻層進行蝕刻，蝕刻停止于待蝕刻層本身；同時采用高級過程控制設備監(jiān)測蝕刻過程并得到蝕刻過程進行的時間Tepd ；測量此時被暴露的待蝕刻層的剩余厚度P0S，并計算去除率 ER= (PRE-POS) /Tepdo
5.如權利要求2所述的設備去除率監(jiān)測方法，其特征在于所述待蝕刻層由兩個以上單層復合疊加形成，獨立計算每個單層的去除率。
6.如權利要求5所述的設備去除率監(jiān)測方法，其特征在于蝕刻前首先測量待蝕刻層中各個單層的厚度PREp PRE2......PREn ；然后采用干法蝕刻設備對所述圖案化的掩膜層暴露的各個單層依次進行蝕刻，同時并采用終點偵測設備監(jiān)測蝕刻過程，并使得對待蝕刻層的蝕刻過程停止在停止層上；從終點偵測設備中收集各個單層的蝕刻時間TEPD1、 TEPD2......TEPDn，并計算各單層的去除率ER1 = PRE1ZTEPDI ；FR = PRF /T ·r lvij2/ 1 EPD2 ，ERn — PREn/TEPDn。
7.如權利要求5所述的設備去除率監(jiān)測方法，其特征在于蝕刻前首先測量待蝕刻層中各個單層的厚度PREPPRE2......PREn ；然后采用干法蝕刻設備對所述圖案化的掩膜層暴露的各個單層依次進行蝕刻，同時并采用終點偵測設備以及高級過程控制設備監(jiān)測蝕刻過程，并使得對待蝕刻層的蝕刻過程停止在最接近停止層的單層本身；從終點偵測設備以及高級過程控制設備中收集各個單層的蝕刻時間TEPD1、Tepd2……TEPDn，測量此時被暴露的最接近停止層的單層的剩余厚度P0&，并計算各單層的去除率 ER1 = PRE1ZTEPDI ； FR = PRF /T ·r lvij2/ 1 EPD2 ，ERn= (PREn-POSn)/TEPDn。
8.如權利要求2所述的設備去除率監(jiān)測方法，其特征在于所述待去除層為待研磨層。
9.如權利要求8所述的設備去除率監(jiān)測方法，其特征在于首先測量待研磨層的厚度 PRE ；然后采用研磨設備對待研磨層進行研磨，同時采用終點偵測設備監(jiān)測研磨過程，并使得對待研磨層的研磨過程停止在停止層上；收集研磨過程進行的時間TEPD，并計算去除率ER = PRE/Tepd。
10.如權利要求8所述的設備去除率監(jiān)測方法，其特征在于首先測量待研磨層的厚 度PRE ；然后采用研磨設備對待研磨層進行研磨，僅對部分厚度待研磨層進行研磨，研磨停 止于待研磨層本身；同時采用高級過程控制設備監(jiān)測研磨過程并得到研磨過程進行的時間 Tepd ；測量此時待研磨層的剩余厚度POS，并計算去除率ER = (PRE-POS) /TEPD。
11.如權利要求8所述的設備去除率監(jiān)測方法，其特征在于所述待研磨層由兩個以上 單層復合疊加形成，獨立計算每個單層的去除率。
12.如權利要求11所述的設備去除率監(jiān)測方法，其特征在于研磨前首先測量待研磨層中各個單層的厚度PRE” PRE2......PREn ；然后采用研磨設備對各個單層依次進行研磨，同時并采用終點偵測設備監(jiān)測研磨過程，并使得對待研磨層的研磨過程停止在停止層上； 從終點偵測設備中收集各個單層的研磨時間TEPD1、Tepd2……TEPDn，并計算各單層的去除 辜ER1 = PReVTepdi ；FR = PRF /T -し丄\2 r IVJ^2/ 丄 EPD2 ，しRn 一 I i En/ rEpDn。
13.如權利要求11所述的設備去除率監(jiān)測方法，其特征在于研磨前首先測量待研磨層中各個單層的厚度PRE” PRE2......PREn ；然后采用研磨設備對各個單層依次進行研磨，同時并采用終點偵測設備以及高級過程控制設備監(jiān)測研磨過程，并使得對待研磨層的研磨 過程停止在最接近停止層的單層本身；從終點偵測設備以及高級過程控制設備中收集各個 單層的研磨時間TEPD1、Tepd2……TEPDn，測量此時被暴露的最接近停止層的單層的剩余厚度 POS n，并計算各單層的去除率ER1 = PReVTepdi ；FR = PRF /T r lvij2' 1 EPD2 ，ERn= (PREn-POSn)/TEPDn。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，尤其是一種設備去除率監(jiān)測方法，通過預定時間內晶圓上的待去除層的厚度去除量除以所述預定時間，得到所述去除率，其中所述晶圓為生產(chǎn)晶圓，所述生產(chǎn)晶圓包括襯底，位于襯底上的停止層，形成在停止層上的待去除層。本發(fā)明具有以下優(yōu)點第一，不需要額外準備去除率監(jiān)測晶圓，能夠節(jié)約成本；第二，能夠在晶圓生產(chǎn)過程中進行實時監(jiān)測；第三，延長設備正常生產(chǎn)時間；第四，增加去除率異常的檢出率，提高監(jiān)測敏感性，及早地發(fā)現(xiàn)去除率異常情況。
文檔編號H01L21/66GK102420155SQ201110388530
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權日2011年11月29日
發(fā)明者奚斐, 王百錢 申請人:上海宏力半導體制造有限公司