一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法及系統，該方法基于準確的金屬層化學機械研磨模型，在模型預測能力范圍內，通過改變模型輸入參數預測不同的DOE晶圓金屬層厚度，輸出所需的監控區域的厚度，并將其用于光譜校準過程，通過本發明，不僅縮短了校準的時間，而且提高了膜厚堆疊模型的準確性。
【專利說明】
一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法及系統
技術領域
[0001] 本發明涉及集成電路工藝制造領域，特別是涉及一種金屬層膜厚堆疊模型的校準 的方法及系統。
【背景技術】
[0002] 由于金屬層不同區域圖形密度的差異以及不同材質在CMP(化學機械拋光)工藝中 選擇比不同，導致晶圓化學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 重影響互聯電路的電學性能和后續光刻工藝的進行。為了有效監控金屬層厚度的變化，線 上會在晶圓化學機械研磨后通過監控monitor pad的厚度來判斷該片晶圓是否滿足工藝要 求。
[0003] 現階段金屬層厚度膜厚量測模型校準是在工藝穩定地前提下，依據D0E(DeSigned Experiment，設計實驗方法）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，即通過實際產品的SEM/TEM切片獲取監控區域的厚度值。如圖1所 示，現有技術中金屬層厚度膜厚量測模型校準方法步驟如下:準備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 切點位置準確性并于正確時讀取切片數據;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度符合要求，校準完成，反之，則需要重新建立膜厚堆疊模 型。
[0004] 現有技術之金屬層厚度膜厚量測模型校準方法具有如下缺點: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，再附加切片產生的形變及人為讀數的 偏差，使得數據可靠性都大打折扣。
[0005] 綜上所述，由于目前采用切片方式去校準膜厚堆疊模型，耗時長，投入大，效率低， 切片查看的區域大小有限，再附加切片產生的形變及人為讀數的偏差都給模型校準帶來較 大的誤差，因此，本發明提出一種采用準確的金屬層化學機械研磨模型通過改變部分工藝 參數得到一系列模型校準數據的技術手段，不僅縮短了校準的時間，而且提高了膜厚堆疊 模型的準確性。

【發明內容】

[0006] 為克服上述現有技術存在的不足，本發明之目的在于提供一種金屬層膜厚堆疊模 型的校準的方法及系統，其采用準確的金屬層化學機械研磨模型通過改變部分工藝參數得 到一系列模型校準數據，不僅縮短了校準的時間，而且提高了膜厚堆疊模型的準確性。 [0007]為達上述及其它目的，本發明提出一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法，該方法 基于準確的金屬層化學機械研磨模型，在模型預測能力范圍內，通過改變模型輸入參數預 測不同的D0E晶圓金屬層厚度，輸出所需的監控區域的厚度，并將其用于光譜校準過程。 [0008]進一步地，該方法包括如下步驟：
[0009] 步驟一，準備DOE晶圓；
[0010] 步驟二，收集DOE晶圓光譜信息庫；
[0011]步驟三，根據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模型對版圖數據進行預測；
[0013] 步驟五，提取監控區域預測值校準膜厚模型，對比D0E晶圓厚度測量值與預測值之 間的差異，根據對比的結果進行相應處理。
[0014] 進一步地，于步驟一中，該D0E晶圓通過微調部分工藝參數后進行化學機械研磨得 到的，其中微調的工藝條件包括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模型對版圖數據進行預測是利用CMP模型準確預 測金屬層圖形化學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模型預測得到的監控區域的厚度值去校準初 始光譜測定的厚度值，對比D0E晶圓厚度測量值與預測值之間的差異，若兩者差異差異在預 設的范圍內，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部模型，是將D0E晶圓對 應的反射信號進行分析建立可以用于測量相同結構特定膜厚變動范圍的金屬層膜厚值。 [0019] 進一步地，相同的結構可以是Cu Pad結構、Cu Line Array結構或是單層或多層金 屬層的厚度，該特定膜厚變動范圍由D0E晶圓監控區域的厚度范圍決定。
[0020]為達到上述目的，本發明還提供一種金屬層膜厚堆疊模型校準系統，包括：
[0021]預備單元，用于準備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D0E晶圓光譜信息，建立膜厚堆疊模型；
[0024]厚度測量及預測單元，用于進行D0E晶圓厚度測量，并采用CMP模型對版圖數據進 行預測；
[0025]校準處理單元，提取監控區域預測值校準膜厚模型，對比D0E晶圓厚度測量值與預 測值之間的差異，根據對比的結果進行相應處理。
[0026]進一步地，該校準處理單元利用通過CMP模型預測得到的監控區域的厚度值去校 準初始光譜測定的厚度值，對比D0E晶圓厚度測量值與預測值之間的差異，若兩者差異差異 在預設的范圍內，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] 與現有技術相比，本發明一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法及系統在金屬層化 學機械研磨模型可預測的能力范圍內，通過模擬D0E(Design of Experiments)Wafer實際 化學機械研磨工藝，可以快速精確得到DOE Wafer監控區域的厚度值，并將其應用于膜厚堆 疊模型校準過程中，具有投入小，耗時少的優點，效率顯著提高。
【附圖說明】
[0028] 圖1為現有技術之金屬層膜厚堆疊模型校準的方法的步驟流程圖；
[0029] 圖2為本發明一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法之較佳實施例的步驟流程圖；
[0030] 圖3為本發明一種金屬層膜厚堆疊模型校準系統的系統架構圖。
【具體實施方式】
[0031] 以下通過特定的具體實例并結合【附圖說明】本發明的實施方式，本領域技術人員可 由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它優點與功效。本發明亦可通過其它不同 的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基于不同觀點與應用，在不背離 本發明的精神下進行各種修飾與變更。
[0032] 圖2為本發明一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法之較佳實施例的步驟流程圖。 如圖2所示，本發明一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法，基于準確的金屬層化學機械研磨 模型，在模型預測能力范圍內，通過改變模型輸入參數(即模擬DOE Wafer的研磨條件)預測 不同的DOE Wafer金屬層厚度，輸出所需的監控區域的厚度，并將其用于光譜校準過程，具 體包括如下步驟：
[0033] 步驟201，準備DOE Wafer(D0E晶圓）。該DOE Wafer是通過微調部分工藝參數后進 行化學機械研磨得到的，其中微調的工藝條件包括：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DOE Wafer光譜信息，建立膜厚堆疊模型。即堆疊光譜內部模型，其 通過將DOE Wafer對應的反射信號進行分析建立可以用于測量相同結構特定膜厚變動范圍 的金屬層膜厚值，這里的相同的結構可以是Cu Pad結構、Cu Line Array結構或是單層或多 層金屬層的厚度，特定膜厚變動范圍是由DOE Wafer監控區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模型對版圖數據進行預測。本步驟 中，進行DOE Wafer厚度測量是利用經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模型對版圖數據進行預測，即利用CMP模型準確預測金屬層圖 形化學機械研磨完成后金屬層厚度的變化，其中利用CMP模型模型預測時的輸入條件與D0E Wafer研磨條件一致。
[0037]步驟205,提取監控區域預測值校準膜厚模型。即，利用通過CMP模型預測得到的監 控區域的厚度值去校準初始光譜測定的厚度值，若兩者差異在一定的范圍內，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厚度測量與預測值之間的差異，若兩者差異小于預設閾 值，例如50(A)，則膜厚堆疊模型精準度符合要求，反之，則需要重新建立膜厚堆疊模型。
[0039] 圖3為本發明一種金屬層膜厚堆疊模型校準系統的系統架構圖。如圖3所示，本發 明一種金屬層膜厚堆疊模型校準系統，包括:預備單元301、光譜信息收集單元302、模型建 立單元303、厚度測量及預測單元304、校準及處理單元305。
[0040] 其中，預備單元301用于準備DOE Wafer，該DOE Wafer是通過微調部分工藝參數后 進行化學機械研磨得到的，其中微調的工藝條件包括：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DOE Wafer光譜信息，建立膜厚堆疊模型。即堆疊光譜 內部模型，其通過將DOE Wafer對應的反射信號進行分析建立可以用于測量相同結構特定 膜厚變動范圍的金屬層膜厚值，這里的相同的結構可以是Cu Pad(銅墊）結構、Cu Line Array(銅線陣列)結構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 控區域的厚度范圍決定的。
[0043] 厚度測量及預測單元304,用于進行DOE Wafer厚度測量，并采用CMP模型對版圖數 據進行預測。這里進行DOE Wafer厚度測量是利用經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模型對版圖數據進行預測，即利用CMP模型準確 預測金屬層圖形化學機械研磨完成后金屬層厚度的變化，其中利用CMP模型模型預測時的 輸入條件與DOE Wafer研磨條件一致。
[0044] 校準及處理單元305,用于提取監控區域預測值校準膜厚模型，對比D0E晶圓厚度 測量值與預測值之間的差異，并根據對比的結果進行相應處理。即，校準及處理單元305利 用通過CMP模型預測得到的監控區域的厚度值去校準初始光譜測定的厚度值，對比D0E晶圓 厚度測量值與預測值之間的差異，若兩者差異小于預設閾值，例如50(A)，則判斷膜厚堆疊 模型精準度符合要求，反之，則需要重新建立膜厚堆疊模型。
[0045]綜上所述，本發明一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法及系統在金屬層化學機械 研磨模型可預測的能力范圍內，通過模擬D0E(Design of Experiments)Wafer實際化學機 械研磨工藝，可以快速精確得到DOE Wafer監控區域的厚度值，并將其應用于膜厚堆疊模型 校準過程中，具有投入小，耗時少的優點，效率顯著提高。
[0046]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何本 領域技術人員均可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此， 本發明的權利保護范圍，應如權利要求書所列。
【主權項】
1. 一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法，其特征在于：該方法基于準確的金屬層化學 機械研磨模型，在模型預測能力范圍內，通過改變模型輸入參數預測不同的DOE晶圓金屬層 厚度，輸出所需的監控區域的厚度，并將其用于光譜校準過程。2. 如權利要求1所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法，其特征在于，該方法包括 如下步驟： 步驟一，準備DOE晶圓； 步驟二，收集DOE晶圓光譜信息庫； 步驟三，根據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模型對版圖數據進行預測； 步驟五，提取監控區域預測值校準膜厚模型，對比DOE晶圓厚度測量值與預測值之間的 差異，根據對比的結果進行相應處理。3. 如權利要求2所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法，其特征在于：于步驟一 中，該DOE晶圓通過微調部分工藝參數后進行化學機械研磨得到的，其中微調的工藝條件包 括CMP各步的壓力或研磨時間。4. 如權利要求2所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法，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. 如權利要求4所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法，其特征在于：于步驟四 中，采用CMP模型對版圖數據進行預測是利用CMP模型準確預測金屬層圖形化學機械研磨完 成后金屬層厚度的變化，其中利用CMP模型模型預測時的輸入條件與DOE Wafer研磨條件一 致。6. 如權利要求5所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法，其特征在于：于步驟五 中，利用通過CMP模型預測得到的監控區域的厚度值去校準初始光譜測定的厚度值，對比 DOE晶圓厚度測量值與預測值之間的差異，若兩者差異差異在預設的范圍內，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. 如權利要求2所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法，其特征在于：于步驟三 中，建立膜厚堆疊模型即堆疊光譜內部模型，是將DOE晶圓對應的反射信號進行分析建立可 以用于測量相同結構特定膜厚變動范圍的金屬層膜厚值。8. 如權利要求7所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準的方法，其特征在于:相同的結構 可以是Cu Pad結構、Cu Line Array結構或是單層或多層金屬層的厚度，該特定膜厚變動范 圍由DOE晶圓監控區域的厚度范圍決定。9. 一種金屬層膜厚堆疊模型校準系統，包括： 預備單元，用于準備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DOE晶圓光譜信息，建立膜厚堆疊模型； 厚度測量及預測單元，用于進行DOE晶圓厚度測量，并采用CMP模型對版圖數據進行預 測； 校準處理單元，提取監控區域預測值校準膜厚模型，對比DOE晶圓厚度測量值與預測值 之間的差異，根據對比的結果進行相應處理。10.如權利要求9所述的一種金屬層膜厚堆疊模型校準系統，其特征在于：該校準處理 單元利用通過CMP模型預測得到的監控區域的厚度值去校準初始光譜測定的厚度值，對比 DOE晶圓厚度測量值與預測值之間的差異，若兩者差異差異在預設的范圍內，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
【發明人】倪念慈, 何大權, 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