一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法及系统，该方法基于准确的金属层化学机械研磨模型，在模型预测能力范围内，通过改变模型输入参数预测不同的DOE晶圆金属层厚度，输出所需的监控区域的厚度，并将其用于光谱校准过程，通过本发明，不仅缩短了校准的时间，而且提高了膜厚堆叠模型的准确性。
【专利说明】
一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及集成电路工艺制造领域，特别是涉及一种金属层膜厚堆叠模型的校准 的方法及系统。
【背景技术】
[0002] 由于金属层不同区域图形密度的差异以及不同材质在CMP(化学机械抛光)工艺中 选择比不同，导致晶圆化学机械研磨完成后金属厚度分布不均匀，而金属厚度的不均匀严 重影响互联电路的电学性能和后续光刻工艺的进行。为了有效监控金属层厚度的变化，线 上会在晶圆化学机械研磨后通过监控monitor pad的厚度来判断该片晶圆是否满足工艺要 求。
[0003] 现阶段金属层厚度膜厚量测模型校准是在工艺稳定地前提下，依据D0E(DeSigned Experiment，设计实验方法）Wafer (即不同研磨条件的晶圆片）的SEM/TEM( Scanning Electronic Microscopy/Transmission Electron Microscope，扫描电子显微镜/透身才电 子显微镜）切片值校准，即通过实际产品的SEM/TEM切片获取监控区域的厚度值。如图1所 示，现有技术中金属层厚度膜厚量测模型校准方法步骤如下:准备DOE Wafer(D0E晶圆）；收 集DOE Wafer光谱信息库；建立膜厚堆叠模型；进行DOE Wafer厚度测量;SEM/TEM切片；判断 切点位置准确性并于正确时读取切片数据;判断量测误差是否小于50(A)，若量测误差小 于50(1)，则膜厚堆叠模型精准度符合要求，校准完成，反之，则需要重新建立膜厚堆叠模 型。
[0004] 现有技术之金属层厚度膜厚量测模型校准方法具有如下缺点:该方式需要大量的 Wafer(晶圆）切片，周期长，消耗大量人力物力财力，再附加切片产生的形变及人为读数的 偏差，使得数据可靠性都大打折扣。
[0005] 综上所述，由于目前采用切片方式去校准膜厚堆叠模型，耗时长，投入大，效率低， 切片查看的区域大小有限，再附加切片产生的形变及人为读数的偏差都给模型校准带来较 大的误差，因此，本发明提出一种采用准确的金属层化学机械研磨模型通过改变部分工艺 参数得到一系列模型校准数据的技术手段，不仅缩短了校准的时间，而且提高了膜厚堆叠 模型的准确性。
【发明内容】
[0006] 为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种金属层膜厚堆叠模 型的校准的方法及系统，其采用准确的金属层化学机械研磨模型通过改变部分工艺参数得 到一系列模型校准数据，不仅缩短了校准的时间，而且提高了膜厚堆叠模型的准确性。 [0007]为达上述及其它目的，本发明提出一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法，该方法 基于准确的金属层化学机械研磨模型，在模型预测能力范围内，通过改变模型输入参数预 测不同的D0E晶圆金属层厚度，输出所需的监控区域的厚度，并将其用于光谱校准过程。 [0008]进一步地，该方法包括如下步骤：
[0009] 步骤一，准备DOE晶圆；
[0010] 步骤二，收集DOE晶圆光谱信息库；
[0011]步骤三，根据D0E晶圆光谱信息，建立膜厚堆叠模型；
[0012] 步骤四，进行D0E晶圆厚度测量，并采用CMP模型对版图数据进行预测；
[0013] 步骤五，提取监控区域预测值校准膜厚模型，对比D0E晶圆厚度测量值与预测值之 间的差异，根据对比的结果进行相应处理。
[0014] 进一步地，于步骤一中，该D0E晶圆通过微调部分工艺参数后进行化学机械研磨得 到的，其中微调的工艺条件包括CMP各步的压力或研磨时间。
[0015] 进一步地，于步骤四中，进行D0E晶圆厚度测量是利用经过堆叠好的初始光谱测量 不同的D0E晶圆，得到一系列待定的膜厚值。
[0016] 进一步地，于步骤四中，采用CMP模型对版图数据进行预测是利用CMP模型准确预 测金属层图形化学机械研磨完成后金属层厚度的变化，其中利用CMP模型模型预测时的输 入条件与DOE Wafer研磨条件一致。
[0017] 进一步地，于步骤五中，利用通过CMP模型预测得到的监控区域的厚度值去校准初 始光谱测定的厚度值，对比D0E晶圆厚度测量值与预测值之间的差异，若两者差异差异在预 设的范围内，则无需修改膜厚堆叠模型，反之，则需重新建立膜厚堆叠模型。
[0018] 进一步地，于步骤三中，建立膜厚堆叠模型即堆叠光谱内部模型，是将D0E晶圆对 应的反射信号进行分析建立可以用于测量相同结构特定膜厚变动范围的金属层膜厚值。 [0019] 进一步地，相同的结构可以是Cu Pad结构、Cu Line Array结构或是单层或多层金 属层的厚度，该特定膜厚变动范围由D0E晶圆监控区域的厚度范围决定。
[0020]为达到上述目的，本发明还提供一种金属层膜厚堆叠模型校准系统，包括：
[0021]预备单元，用于准备D0E晶圆；
[0022]光谱信息收集单元，用于收集D0E晶圆光谱信息库；
[0023]模型建立单元，用于根据D0E晶圆光谱信息，建立膜厚堆叠模型；
[0024]厚度测量及预测单元，用于进行D0E晶圆厚度测量，并采用CMP模型对版图数据进 行预测；
[0025]校准处理单元，提取监控区域预测值校准膜厚模型，对比D0E晶圆厚度测量值与预 测值之间的差异，根据对比的结果进行相应处理。
[0026]进一步地，该校准处理单元利用通过CMP模型预测得到的监控区域的厚度值去校 准初始光谱测定的厚度值，对比D0E晶圆厚度测量值与预测值之间的差异，若两者差异差异 在预设的范围内，则无需修改膜厚堆叠模型，反之，则需重新建立膜厚堆叠模型。
[0027] 与现有技术相比，本发明一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法及系统在金属层化 学机械研磨模型可预测的能力范围内，通过模拟D0E(Design of Experiments)Wafer实际 化学机械研磨工艺，可以快速精确得到DOE Wafer监控区域的厚度值，并将其应用于膜厚堆 叠模型校准过程中，具有投入小，耗时少的优点，效率显著提高。
【附图说明】
[0028] 图1为现有技术之金属层膜厚堆叠模型校准的方法的步骤流程图；
[0029] 图2为本发明一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法之较佳实施例的步骤流程图；
[0030] 图3为本发明一种金属层膜厚堆叠模型校准系统的系统架构图。
【具体实施方式】
[0031] 以下通过特定的具体实例并结合【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可 由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同 的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离 本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0032] 图2为本发明一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法之较佳实施例的步骤流程图。 如图2所示，本发明一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法，基于准确的金属层化学机械研磨 模型，在模型预测能力范围内，通过改变模型输入参数(即模拟DOE Wafer的研磨条件)预测 不同的DOE Wafer金属层厚度，输出所需的监控区域的厚度，并将其用于光谱校准过程，具 体包括如下步骤：
[0033] 步骤201，准备DOE Wafer(D0E晶圆）。该DOE Wafer是通过微调部分工艺参数后进 行化学机械研磨得到的，其中微调的工艺条件包括：CMP ( Chemi cal Meehani cal Planarization)各步的压力或研磨时间等 [0034] 步骤202,收集DOE Wafer光谱信息库。
[0035]步骤203,根据DOE Wafer光谱信息，建立膜厚堆叠模型。即堆叠光谱内部模型，其 通过将DOE Wafer对应的反射信号进行分析建立可以用于测量相同结构特定膜厚变动范围 的金属层膜厚值，这里的相同的结构可以是Cu Pad结构、Cu Line Array结构或是单层或多 层金属层的厚度，特定膜厚变动范围是由DOE Wafer监控区域的厚度范围决定的。
[0036] 步骤204,进行DOE Wafer厚度测量，并采用CMP模型对版图数据进行预测。本步骤 中，进行DOE Wafer厚度测量是利用经过堆叠好的初始光谱测量不同的DOE Wafer，得到一 系列待定的膜厚值，采用CMP模型对版图数据进行预测，即利用CMP模型准确预测金属层图 形化学机械研磨完成后金属层厚度的变化，其中利用CMP模型模型预测时的输入条件与D0E Wafer研磨条件一致。
[0037]步骤205,提取监控区域预测值校准膜厚模型。即，利用通过CMP模型预测得到的监 控区域的厚度值去校准初始光谱测定的厚度值，若两者差异在一定的范围内，则无需修改 膜厚堆叠模型，反之，则需重新建立膜厚堆叠模型。
[0038] 步骤206,对比DOE Wafer厚度测量与预测值之间的差异，若两者差异小于预设阈 值，例如50(A)，则膜厚堆叠模型精准度符合要求，反之，则需要重新建立膜厚堆叠模型。
[0039] 图3为本发明一种金属层膜厚堆叠模型校准系统的系统架构图。如图3所示，本发 明一种金属层膜厚堆叠模型校准系统，包括:预备单元301、光谱信息收集单元302、模型建 立单元303、厚度测量及预测单元304、校准及处理单元305。
[0040] 其中，预备单元301用于准备DOE Wafer，该DOE Wafer是通过微调部分工艺参数后 进行化学机械研磨得到的，其中微调的工艺条件包括：CMP(Chemical Mechanical Planarization)各步的压力或研磨时间等。
[00411光谱信息收集单元302,用于收集DOE Wafer光谱信息，建立光谱信息库。
[0042]模型建立单元303，用于根据DOE Wafer光谱信息，建立膜厚堆叠模型。即堆叠光谱 内部模型，其通过将DOE Wafer对应的反射信号进行分析建立可以用于测量相同结构特定 膜厚变动范围的金属层膜厚值，这里的相同的结构可以是Cu Pad(铜垫）结构、Cu Line Array(铜线阵列)结构或是单层或多层金属层的厚度，特定膜厚变动范围是由DOE Wafer监 控区域的厚度范围决定的。
[0043] 厚度测量及预测单元304,用于进行DOE Wafer厚度测量，并采用CMP模型对版图数 据进行预测。这里进行DOE Wafer厚度测量是利用经过堆叠好的初始光谱测量不同的D0E Wafer，得到一系列待定的膜厚值，采用CMP模型对版图数据进行预测，即利用CMP模型准确 预测金属层图形化学机械研磨完成后金属层厚度的变化，其中利用CMP模型模型预测时的 输入条件与DOE Wafer研磨条件一致。
[0044] 校准及处理单元305,用于提取监控区域预测值校准膜厚模型，对比D0E晶圆厚度 测量值与预测值之间的差异，并根据对比的结果进行相应处理。即，校准及处理单元305利 用通过CMP模型预测得到的监控区域的厚度值去校准初始光谱测定的厚度值，对比D0E晶圆 厚度测量值与预测值之间的差异，若两者差异小于预设阈值，例如50(A)，则判断膜厚堆叠 模型精准度符合要求，反之，则需要重新建立膜厚堆叠模型。
[0045]综上所述，本发明一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法及系统在金属层化学机械 研磨模型可预测的能力范围内，通过模拟D0E(Design of Experiments)Wafer实际化学机 械研磨工艺，可以快速精确得到DOE Wafer监控区域的厚度值，并将其应用于膜厚堆叠模型 校准过程中，具有投入小，耗时少的优点，效率显著提高。
[0046]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本 领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此， 本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【主权项】
1. 一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法，其特征在于：该方法基于准确的金属层化学 机械研磨模型，在模型预测能力范围内，通过改变模型输入参数预测不同的DOE晶圆金属层 厚度，输出所需的监控区域的厚度，并将其用于光谱校准过程。2. 如权利要求1所述的一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法，其特征在于，该方法包括 如下步骤： 步骤一，准备DOE晶圆； 步骤二，收集DOE晶圆光谱信息库； 步骤三，根据DOE晶圆光谱信息，建立膜厚堆叠模型； 步骤四，进行DOE晶圆厚度测量，并采用CMP模型对版图数据进行预测； 步骤五，提取监控区域预测值校准膜厚模型，对比DOE晶圆厚度测量值与预测值之间的 差异，根据对比的结果进行相应处理。3. 如权利要求2所述的一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法，其特征在于：于步骤一 中，该DOE晶圆通过微调部分工艺参数后进行化学机械研磨得到的，其中微调的工艺条件包 括CMP各步的压力或研磨时间。4. 如权利要求2所述的一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法，其特征在于：于步骤四 中，进行DOE晶圆厚度测量是利用经过堆叠好的初始光谱测量不同的DOE晶圆，得到一系列 待定的膜厚值。5. 如权利要求4所述的一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法，其特征在于：于步骤四 中，采用CMP模型对版图数据进行预测是利用CMP模型准确预测金属层图形化学机械研磨完 成后金属层厚度的变化，其中利用CMP模型模型预测时的输入条件与DOE Wafer研磨条件一 致。6. 如权利要求5所述的一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法，其特征在于：于步骤五 中，利用通过CMP模型预测得到的监控区域的厚度值去校准初始光谱测定的厚度值，对比 DOE晶圆厚度测量值与预测值之间的差异，若两者差异差异在预设的范围内，则无需修改膜 厚堆叠模型，反之，则需重新建立膜厚堆叠模型。7. 如权利要求2所述的一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法，其特征在于：于步骤三 中，建立膜厚堆叠模型即堆叠光谱内部模型，是将DOE晶圆对应的反射信号进行分析建立可 以用于测量相同结构特定膜厚变动范围的金属层膜厚值。8. 如权利要求7所述的一种金属层膜厚堆叠模型校准的方法，其特征在于:相同的结构 可以是Cu Pad结构、Cu Line Array结构或是单层或多层金属层的厚度，该特定膜厚变动范 围由DOE晶圆监控区域的厚度范围决定。9. 一种金属层膜厚堆叠模型校准系统，包括： 预备单元，用于准备DOE晶圆； 光谱信息收集单元，用于收集DOE晶圆光谱信息库； 模型建立单元，用于根据DOE晶圆光谱信息，建立膜厚堆叠模型； 厚度测量及预测单元，用于进行DOE晶圆厚度测量，并采用CMP模型对版图数据进行预 测； 校准处理单元，提取监控区域预测值校准膜厚模型，对比DOE晶圆厚度测量值与预测值 之间的差异，根据对比的结果进行相应处理。10.如权利要求9所述的一种金属层膜厚堆叠模型校准系统，其特征在于：该校准处理 单元利用通过CMP模型预测得到的监控区域的厚度值去校准初始光谱测定的厚度值，对比 DOE晶圆厚度测量值与预测值之间的差异，若两者差异差异在预设的范围内，则无需修改膜 厚堆叠模型，反之，则需重新建立膜厚堆叠模型。
【文档编号】H01L23/544GK106024664SQ201610355194
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】倪念慈, 何大权, 阚欢, 魏芳, 朱骏, 吕煜坤, 张旭升
【申请人】上海华力微电子有限公司