一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法及系統(tǒng)，該方法基于準(zhǔn)確的金屬層化學(xué)機械研磨模型，在模型預(yù)測能力范圍內(nèi)，通過改變模型輸入?yún)?shù)預(yù)測不同的DOE晶圓金屬層厚度，輸出所需的監(jiān)控區(qū)域的厚度，并將其用于光譜校準(zhǔn)過程，通過本發(fā)明，不僅縮短了校準(zhǔn)的時間，而且提高了膜厚堆疊模型的準(zhǔn)確性。
【專利說明】
一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路工藝制造領(lǐng)域，特別是涉及一種金屬層膜厚堆疊模型的校準(zhǔn) 的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于金屬層不同區(qū)域圖形密度的差異以及不同材質(zhì)在CMP(化學(xué)機械拋光)工藝中 選擇比不同，導(dǎo)致晶圓化學(xué)機械研磨完成后金屬厚度分布不均勻，而金屬厚度的不均勻嚴(yán) 重影響互聯(lián)電路的電學(xué)性能和后續(xù)光刻工藝的進行。為了有效監(jiān)控金屬層厚度的變化，線 上會在晶圓化學(xué)機械研磨后通過監(jiān)控monitor pad的厚度來判斷該片晶圓是否滿足工藝要 求。
[0003] 現(xiàn)階段金屬層厚度膜厚量測模型校準(zhǔn)是在工藝穩(wěn)定地前提下，依據(jù)D0E(DeSigned Experiment，設(shè)計實驗方法）Wafer (即不同研磨條件的晶圓片）的SEM/TEM( Scanning Electronic Microscopy/Transmission Electron Microscope，掃描電子顯微鏡/透身才電 子顯微鏡）切片值校準(zhǔn)，即通過實際產(chǎn)品的SEM/TEM切片獲取監(jiān)控區(qū)域的厚度值。如圖1所 示，現(xiàn)有技術(shù)中金屬層厚度膜厚量測模型校準(zhǔn)方法步驟如下:準(zhǔn)備DOE Wafer(D0E晶圓）；收 集DOE Wafer光譜信息庫；建立膜厚堆疊模型；進行DOE Wafer厚度測量;SEM/TEM切片；判斷 切點位置準(zhǔn)確性并于正確時讀取切片數(shù)據(jù);判斷量測誤差是否小于50(A)，若量測誤差小 于50(1)，則膜厚堆疊模型精準(zhǔn)度符合要求，校準(zhǔn)完成，反之，則需要重新建立膜厚堆疊模 型。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)之金屬層厚度膜厚量測模型校準(zhǔn)方法具有如下缺點:該方式需要大量的 Wafer(晶圓）切片，周期長，消耗大量人力物力財力，再附加切片產(chǎn)生的形變及人為讀數(shù)的 偏差，使得數(shù)據(jù)可靠性都大打折扣。
[0005] 綜上所述，由于目前采用切片方式去校準(zhǔn)膜厚堆疊模型，耗時長，投入大，效率低， 切片查看的區(qū)域大小有限，再附加切片產(chǎn)生的形變及人為讀數(shù)的偏差都給模型校準(zhǔn)帶來較 大的誤差，因此，本發(fā)明提出一種采用準(zhǔn)確的金屬層化學(xué)機械研磨模型通過改變部分工藝 參數(shù)得到一系列模型校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的技術(shù)手段，不僅縮短了校準(zhǔn)的時間，而且提高了膜厚堆疊 模型的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種金屬層膜厚堆疊模 型的校準(zhǔn)的方法及系統(tǒng)，其采用準(zhǔn)確的金屬層化學(xué)機械研磨模型通過改變部分工藝參數(shù)得 到一系列模型校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，不僅縮短了校準(zhǔn)的時間，而且提高了膜厚堆疊模型的準(zhǔn)確性。 [0007]為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法，該方法 基于準(zhǔn)確的金屬層化學(xué)機械研磨模型，在模型預(yù)測能力范圍內(nèi)，通過改變模型輸入?yún)?shù)預(yù) 測不同的D0E晶圓金屬層厚度，輸出所需的監(jiān)控區(qū)域的厚度，并將其用于光譜校準(zhǔn)過程。 [0008]進一步地，該方法包括如下步驟：
[0009] 步驟一，準(zhǔn)備DOE晶圓；
[0010] 步驟二，收集DOE晶圓光譜信息庫；
[0011]步驟三，根據(jù)D0E晶圓光譜信息，建立膜厚堆疊模型；
[0012] 步驟四，進行D0E晶圓厚度測量，并采用CMP模型對版圖數(shù)據(jù)進行預(yù)測；
[0013] 步驟五，提取監(jiān)控區(qū)域預(yù)測值校準(zhǔn)膜厚模型，對比D0E晶圓厚度測量值與預(yù)測值之 間的差異，根據(jù)對比的結(jié)果進行相應(yīng)處理。
[0014] 進一步地，于步驟一中，該D0E晶圓通過微調(diào)部分工藝參數(shù)后進行化學(xué)機械研磨得 到的，其中微調(diào)的工藝條件包括CMP各步的壓力或研磨時間。
[0015] 進一步地，于步驟四中，進行D0E晶圓厚度測量是利用經(jīng)過堆疊好的初始光譜測量 不同的D0E晶圓，得到一系列待定的膜厚值。
[0016] 進一步地，于步驟四中，采用CMP模型對版圖數(shù)據(jù)進行預(yù)測是利用CMP模型準(zhǔn)確預(yù) 測金屬層圖形化學(xué)機械研磨完成后金屬層厚度的變化，其中利用CMP模型模型預(yù)測時的輸 入條件與DOE Wafer研磨條件一致。
[0017] 進一步地，于步驟五中，利用通過CMP模型預(yù)測得到的監(jiān)控區(qū)域的厚度值去校準(zhǔn)初 始光譜測定的厚度值，對比D0E晶圓厚度測量值與預(yù)測值之間的差異，若兩者差異差異在預(yù) 設(shè)的范圍內(nèi)，則無需修改膜厚堆疊模型，反之，則需重新建立膜厚堆疊模型。
[0018] 進一步地，于步驟三中，建立膜厚堆疊模型即堆疊光譜內(nèi)部模型，是將D0E晶圓對 應(yīng)的反射信號進行分析建立可以用于測量相同結(jié)構(gòu)特定膜厚變動范圍的金屬層膜厚值。 [0019] 進一步地，相同的結(jié)構(gòu)可以是Cu Pad結(jié)構(gòu)、Cu Line Array結(jié)構(gòu)或是單層或多層金 屬層的厚度，該特定膜厚變動范圍由D0E晶圓監(jiān)控區(qū)域的厚度范圍決定。
[0020]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括：
[0021]預(yù)備單元，用于準(zhǔn)備D0E晶圓；
[0022]光譜信息收集單元，用于收集D0E晶圓光譜信息庫；
[0023]模型建立單元，用于根據(jù)D0E晶圓光譜信息，建立膜厚堆疊模型；
[0024]厚度測量及預(yù)測單元，用于進行D0E晶圓厚度測量，并采用CMP模型對版圖數(shù)據(jù)進 行預(yù)測；
[0025]校準(zhǔn)處理單元，提取監(jiān)控區(qū)域預(yù)測值校準(zhǔn)膜厚模型，對比D0E晶圓厚度測量值與預(yù) 測值之間的差異，根據(jù)對比的結(jié)果進行相應(yīng)處理。
[0026]進一步地，該校準(zhǔn)處理單元利用通過CMP模型預(yù)測得到的監(jiān)控區(qū)域的厚度值去校 準(zhǔn)初始光譜測定的厚度值，對比D0E晶圓厚度測量值與預(yù)測值之間的差異，若兩者差異差異 在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)，則無需修改膜厚堆疊模型，反之，則需重新建立膜厚堆疊模型。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法及系統(tǒng)在金屬層化 學(xué)機械研磨模型可預(yù)測的能力范圍內(nèi)，通過模擬D0E(Design of Experiments)Wafer實際 化學(xué)機械研磨工藝，可以快速精確得到DOE Wafer監(jiān)控區(qū)域的厚度值，并將其應(yīng)用于膜厚堆 疊模型校準(zhǔn)過程中，具有投入小，耗時少的優(yōu)點，效率顯著提高。
【附圖說明】
[0028] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)之金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法的步驟流程圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法之較佳實施例的步驟流程圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0031] 以下通過特定的具體實例并結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同 的具體實例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離 本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。
[0032] 圖2為本發(fā)明一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法之較佳實施例的步驟流程圖。 如圖2所示，本發(fā)明一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法，基于準(zhǔn)確的金屬層化學(xué)機械研磨 模型，在模型預(yù)測能力范圍內(nèi)，通過改變模型輸入?yún)?shù)(即模擬DOE Wafer的研磨條件)預(yù)測 不同的DOE Wafer金屬層厚度，輸出所需的監(jiān)控區(qū)域的厚度，并將其用于光譜校準(zhǔn)過程，具 體包括如下步驟：
[0033] 步驟201，準(zhǔn)備DOE Wafer(D0E晶圓）。該DOE Wafer是通過微調(diào)部分工藝參數(shù)后進 行化學(xué)機械研磨得到的，其中微調(diào)的工藝條件包括：CMP ( Chemi cal Meehani cal Planarization)各步的壓力或研磨時間等 [0034] 步驟202,收集DOE Wafer光譜信息庫。
[0035]步驟203,根據(jù)DOE Wafer光譜信息，建立膜厚堆疊模型。即堆疊光譜內(nèi)部模型，其 通過將DOE Wafer對應(yīng)的反射信號進行分析建立可以用于測量相同結(jié)構(gòu)特定膜厚變動范圍 的金屬層膜厚值，這里的相同的結(jié)構(gòu)可以是Cu Pad結(jié)構(gòu)、Cu Line Array結(jié)構(gòu)或是單層或多 層金屬層的厚度，特定膜厚變動范圍是由DOE Wafer監(jiān)控區(qū)域的厚度范圍決定的。
[0036] 步驟204,進行DOE Wafer厚度測量，并采用CMP模型對版圖數(shù)據(jù)進行預(yù)測。本步驟 中，進行DOE Wafer厚度測量是利用經(jīng)過堆疊好的初始光譜測量不同的DOE Wafer，得到一 系列待定的膜厚值，采用CMP模型對版圖數(shù)據(jù)進行預(yù)測，即利用CMP模型準(zhǔn)確預(yù)測金屬層圖 形化學(xué)機械研磨完成后金屬層厚度的變化，其中利用CMP模型模型預(yù)測時的輸入條件與D0E Wafer研磨條件一致。
[0037]步驟205,提取監(jiān)控區(qū)域預(yù)測值校準(zhǔn)膜厚模型。即，利用通過CMP模型預(yù)測得到的監(jiān) 控區(qū)域的厚度值去校準(zhǔn)初始光譜測定的厚度值，若兩者差異在一定的范圍內(nèi)，則無需修改 膜厚堆疊模型，反之，則需重新建立膜厚堆疊模型。
[0038] 步驟206,對比DOE Wafer厚度測量與預(yù)測值之間的差異，若兩者差異小于預(yù)設(shè)閾 值，例如50(A)，則膜厚堆疊模型精準(zhǔn)度符合要求，反之，則需要重新建立膜厚堆疊模型。
[0039] 圖3為本發(fā)明一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖。如圖3所示，本發(fā) 明一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括:預(yù)備單元301、光譜信息收集單元302、模型建 立單元303、厚度測量及預(yù)測單元304、校準(zhǔn)及處理單元305。
[0040] 其中，預(yù)備單元301用于準(zhǔn)備DOE Wafer，該DOE Wafer是通過微調(diào)部分工藝參數(shù)后 進行化學(xué)機械研磨得到的，其中微調(diào)的工藝條件包括：CMP(Chemical Mechanical Planarization)各步的壓力或研磨時間等。
[00411光譜信息收集單元302,用于收集DOE Wafer光譜信息，建立光譜信息庫。
[0042]模型建立單元303，用于根據(jù)DOE Wafer光譜信息，建立膜厚堆疊模型。即堆疊光譜 內(nèi)部模型，其通過將DOE Wafer對應(yīng)的反射信號進行分析建立可以用于測量相同結(jié)構(gòu)特定 膜厚變動范圍的金屬層膜厚值，這里的相同的結(jié)構(gòu)可以是Cu Pad(銅墊）結(jié)構(gòu)、Cu Line Array(銅線陣列)結(jié)構(gòu)或是單層或多層金屬層的厚度，特定膜厚變動范圍是由DOE Wafer監(jiān) 控區(qū)域的厚度范圍決定的。
[0043] 厚度測量及預(yù)測單元304,用于進行DOE Wafer厚度測量，并采用CMP模型對版圖數(shù) 據(jù)進行預(yù)測。這里進行DOE Wafer厚度測量是利用經(jīng)過堆疊好的初始光譜測量不同的D0E Wafer，得到一系列待定的膜厚值，采用CMP模型對版圖數(shù)據(jù)進行預(yù)測，即利用CMP模型準(zhǔn)確 預(yù)測金屬層圖形化學(xué)機械研磨完成后金屬層厚度的變化，其中利用CMP模型模型預(yù)測時的 輸入條件與DOE Wafer研磨條件一致。
[0044] 校準(zhǔn)及處理單元305,用于提取監(jiān)控區(qū)域預(yù)測值校準(zhǔn)膜厚模型，對比D0E晶圓厚度 測量值與預(yù)測值之間的差異，并根據(jù)對比的結(jié)果進行相應(yīng)處理。即，校準(zhǔn)及處理單元305利 用通過CMP模型預(yù)測得到的監(jiān)控區(qū)域的厚度值去校準(zhǔn)初始光譜測定的厚度值，對比D0E晶圓 厚度測量值與預(yù)測值之間的差異，若兩者差異小于預(yù)設(shè)閾值，例如50(A)，則判斷膜厚堆疊 模型精準(zhǔn)度符合要求，反之，則需要重新建立膜厚堆疊模型。
[0045]綜上所述，本發(fā)明一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法及系統(tǒng)在金屬層化學(xué)機械 研磨模型可預(yù)測的能力范圍內(nèi)，通過模擬D0E(Design of Experiments)Wafer實際化學(xué)機 械研磨工藝，可以快速精確得到DOE Wafer監(jiān)控區(qū)域的厚度值，并將其應(yīng)用于膜厚堆疊模型 校準(zhǔn)過程中，具有投入小，耗時少的優(yōu)點，效率顯著提高。
[0046]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此， 本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
【主權(quán)項】
1. 一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法，其特征在于：該方法基于準(zhǔn)確的金屬層化學(xué) 機械研磨模型，在模型預(yù)測能力范圍內(nèi)，通過改變模型輸入?yún)?shù)預(yù)測不同的DOE晶圓金屬層 厚度，輸出所需的監(jiān)控區(qū)域的厚度，并將其用于光譜校準(zhǔn)過程。2. 如權(quán)利要求1所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法，其特征在于，該方法包括 如下步驟： 步驟一，準(zhǔn)備DOE晶圓； 步驟二，收集DOE晶圓光譜信息庫； 步驟三，根據(jù)DOE晶圓光譜信息，建立膜厚堆疊模型； 步驟四，進行DOE晶圓厚度測量，并采用CMP模型對版圖數(shù)據(jù)進行預(yù)測； 步驟五，提取監(jiān)控區(qū)域預(yù)測值校準(zhǔn)膜厚模型，對比DOE晶圓厚度測量值與預(yù)測值之間的 差異，根據(jù)對比的結(jié)果進行相應(yīng)處理。3. 如權(quán)利要求2所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法，其特征在于：于步驟一 中，該DOE晶圓通過微調(diào)部分工藝參數(shù)后進行化學(xué)機械研磨得到的，其中微調(diào)的工藝條件包 括CMP各步的壓力或研磨時間。4. 如權(quán)利要求2所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法，其特征在于：于步驟四 中，進行DOE晶圓厚度測量是利用經(jīng)過堆疊好的初始光譜測量不同的DOE晶圓，得到一系列 待定的膜厚值。5. 如權(quán)利要求4所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法，其特征在于：于步驟四 中，采用CMP模型對版圖數(shù)據(jù)進行預(yù)測是利用CMP模型準(zhǔn)確預(yù)測金屬層圖形化學(xué)機械研磨完 成后金屬層厚度的變化，其中利用CMP模型模型預(yù)測時的輸入條件與DOE Wafer研磨條件一 致。6. 如權(quán)利要求5所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法，其特征在于：于步驟五 中，利用通過CMP模型預(yù)測得到的監(jiān)控區(qū)域的厚度值去校準(zhǔn)初始光譜測定的厚度值，對比 DOE晶圓厚度測量值與預(yù)測值之間的差異，若兩者差異差異在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)，則無需修改膜 厚堆疊模型，反之，則需重新建立膜厚堆疊模型。7. 如權(quán)利要求2所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法，其特征在于：于步驟三 中，建立膜厚堆疊模型即堆疊光譜內(nèi)部模型，是將DOE晶圓對應(yīng)的反射信號進行分析建立可 以用于測量相同結(jié)構(gòu)特定膜厚變動范圍的金屬層膜厚值。8. 如權(quán)利要求7所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)的方法，其特征在于:相同的結(jié)構(gòu) 可以是Cu Pad結(jié)構(gòu)、Cu Line Array結(jié)構(gòu)或是單層或多層金屬層的厚度，該特定膜厚變動范 圍由DOE晶圓監(jiān)控區(qū)域的厚度范圍決定。9. 一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括： 預(yù)備單元，用于準(zhǔn)備DOE晶圓； 光譜信息收集單元，用于收集DOE晶圓光譜信息庫； 模型建立單元，用于根據(jù)DOE晶圓光譜信息，建立膜厚堆疊模型； 厚度測量及預(yù)測單元，用于進行DOE晶圓厚度測量，并采用CMP模型對版圖數(shù)據(jù)進行預(yù) 測； 校準(zhǔn)處理單元，提取監(jiān)控區(qū)域預(yù)測值校準(zhǔn)膜厚模型，對比DOE晶圓厚度測量值與預(yù)測值 之間的差異，根據(jù)對比的結(jié)果進行相應(yīng)處理。10.如權(quán)利要求9所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于：該校準(zhǔn)處理 單元利用通過CMP模型預(yù)測得到的監(jiān)控區(qū)域的厚度值去校準(zhǔn)初始光譜測定的厚度值，對比 DOE晶圓厚度測量值與預(yù)測值之間的差異，若兩者差異差異在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)，則無需修改膜 厚堆疊模型，反之，則需重新建立膜厚堆疊模型。
【文檔編號】H01L23/544GK106024664SQ201610355194
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】倪念慈, 何大權(quán), 闞歡, 魏芳, 朱駿, 呂煜坤, 張旭升
【申請人】上海華力微電子有限公司