CN113314430B - Cmp工艺中的监测方法以及监测*** - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种CMP工艺中的监测方法以及监控***，所述监测方法包括：提供具有第一图形的第一光罩；所述第一图形具有预设的第一图形尺寸参数；基于所述第一光罩，对晶圆的一个表面进行刻蚀；所述晶圆具有刻蚀图形的表面为第一表面；在所述第一表面沉积金属层后，对所述第一表面进行多次CMP处理；完成最后一次CMP处理后，获取所述第一表面的第一形貌信息；确定所述第一形貌信息以及所述第一图形尺寸参数的关联关系。本申请技术方案只需要一片晶圆，仅需要在完成最后一次CMP处理后，获得第一表面的形貌信息，无需在不同工艺阶段分别进行数据采集，数据采集周期短，操作简单，效率高。

Description

CMP工艺中的监测方法以及监测***
技术领域
本申请半导体器件制作工艺技术领域，更具体的说，设计一种CMP工艺中的监测方法以及监测***。
背景技术
随着科学技术的不断发展，越来越多的电子设备被广泛的应用于人们的日常生活以及工作当中，为人们的日常生活以及工作带来了巨大的便利，成为当今人们不可或缺的重要工具。
电子设备实现各种功能的控制部件是集成电路，而集成电路的主要功能性元件是各种半导体元件。半导体元件一般是通过晶圆制备而成，在半导体器件制作工程中，CMP(化学机械研磨)是一个重要的工艺处理过程。在半导体器件制作过程中，全局平坦化是CMP处理的目标。
现有技术中，需要对样品晶圆进行工艺参数监控，在此过程中，需要在不同工艺阶段分别进行数据采集，数据采集工艺周期长，操作方式复杂，效率低。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种CMP工艺中的监测方法以及监控***，方案如下：
一种CMP工艺中的监测方法，所述监测方法包括：
提供具有第一图形的第一光罩；所述第一图形具有预设的第一图形尺寸参数；
基于所述第一光罩，对晶圆的一个表面进行刻蚀；所述晶圆具有刻蚀图形的表面为第一表面；
在所述第一表面沉积金属层后，对所述第一表面进行多次CMP处理；
完成最后一次CMP处理后，获取所述第一表面的第一形貌信息；
确定所述第一形貌信息以及所述第一图形尺寸参数的关联关系。
优选的，在上述监测方法中，获取所述第一形貌信息的方法包括：
获得所述第一表面不同位置的相对高度差信息以及所述晶圆在第一方向上不同位置的厚度信息；所述第一方向垂直于所述晶圆；
其中，所述第一形貌信息包括所述相对高度差信息以及所述厚度信息。
优选的，在上述监测方法中，获得所述相对高度差信息的方法包括：
通过干涉仪对所述第一表面进行扫描，获得所述相对高度差信息。
优选的，在上述监测方法中，获得所述厚度信息的方法包括：
通过扫描电子显微镜或是透射电镜对所述晶圆的断面进行测量，获得所述厚度信息。
优选的，在上述监测方法中，所述监测方法还包括：
基于所述关联关系，获得所述第一图形尺寸参数的校对参数。
优选的，在上述监测方法中，所述监测方法还包括：
基于第二图形尺寸参数以及所述关联关系，预测所述晶圆如果采用具有所述第二图形尺寸参数的第二光罩所对应的第二形貌信息；
其中，所述第二图形尺寸参数与所述第一图形尺寸参数不同。
本申请还提供了一种CMP工艺中的监测***，所述监测***包括：
刻蚀设备，所述刻蚀设备用于基于第一光罩对晶圆的一个表面进行刻蚀；所述晶圆具有刻蚀图形的表面为第一表面；
沉积设备，所述沉积设备用于在所述第一表面沉积金属层；
CMP设备，所述CMP设备用于对所述第一表面进行多次CMP处理；
采集设备，所述采集设备用于在完成最后一次CMP处理后，获取所述第一表面的第一形貌信息；
计算设备，所述计算设备用于确定所述第一形貌信息以及所述第一图形尺寸参数的关联关系。
优选的，在上述监测***中，所述采集设备包括：
干涉仪，所述干涉仪用于对所述第一表面进行扫描，获得所述第一表面不同位置的相对高度差信息；
SEM或TEM，所述SEM或TEM用于对所述晶圆的断面进行测量，获得所述晶圆在第一方向上不同位置的厚度信息；所述第一方向垂直于所述晶圆；
其中，所述第一形貌信息包括所述相对高度差信息以及所述厚度信息。
优选的，在上述监测***中，所述计算设备还用于基于所述关联关系，获得所述第一图形尺寸参数的校对参数。
优选的，在上述监测***中，所述计算设备还用于基于第二图形尺寸参数以及所述关联关系，预测所述晶圆如果采用具有所述第二图形尺寸参数的第二光罩所对应的第二形貌信息；
其中，所述第二图形尺寸参数与所述第一图形尺寸参数不同。
通过上述描述可知，本申请技术方案提供的CMP工艺中的监测方法以及监控***中，所述监测方法包括：提供具有第一图形的第一光罩；所述第一图形具有预设的第一图形尺寸参数；基于所述第一光罩，对晶圆的一个表面进行刻蚀；所述晶圆具有刻蚀图形的表面为第一表面；在所述第一表面沉积金属层后，对所述第一表面进行多次CMP处理；完成最后一次CMP处理后，获取所述第一表面的第一形貌信息；确定所述第一形貌信息以及所述第一图形尺寸参数的关联关系。本申请技术方案只需要一片晶圆，仅需要在完成最后一次CMP处理后，获得第一表面的形貌信息，无需在不同工艺阶段分别进行数据采集，数据采集周期短，操作简单，效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为一种常规CMP工艺中监控方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种CMP工艺中的监测方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种CMP工艺中的监测方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种CMP工艺中的监测方法的流程示意图；
图5为本申请实施例提供的一种对比曲线图；
图6为本申请实施例提供的一种监测***的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请中的实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，图1为一种常规CMP工艺中监控方法的流程示意图，该方法包括：
步骤S11：制备光罩。
根据晶圆制程需求设计具有预设图形的光罩。
步骤S12：制备样品晶圆与采集晶圆数据。
通过刻蚀工艺，将光罩中图形转移到晶圆表面，形成样品晶圆。而后在晶圆具有刻蚀图形的表面沉积金属层，并对沉积有金属层的表面进行三次CMP处理。
在步骤S12中，当完成刻蚀后，需要进行第一次数据采集过程，当完成沉积处理后，需要进行第二次数据采集过程，当完成第一次CMP处理后，需要进行第三次数据采集过程，当完成第三次CCP处理后需要进行第四次数据采集过程。每次数据采集过程都需要AFM(原子力显微镜)采集的数据，还需要SEM(扫描电子显微镜)或TEM(透射电镜)采集的数据。
步骤S13：分析晶圆数据。
通过数据处理，能够分析光罩制备图形的缺陷以及晶圆不同制程中的缺陷和不足。
在图1所示方法中，由于SEM和TEM的数据采集需要对晶圆进行毁坏式测试，整个过程需要4片晶圆。通过第一片晶圆，在完成刻蚀后，进行第一次数据采集。由于需要毁坏式的测试，完成第一次数据采集后，需要采用第二片晶圆，重新进行刻蚀，沉积金属层后，进行第二次数据采集。由于需要毁坏式测试，完成第二次数据采集后，需要采用第三片晶圆，重新进行刻蚀，沉积金属层，进行第一次CMP处理，进行第三次数据采集。由于需要毁坏式测试，完成第三次数据采集后，需要更换第四片晶圆，重新进行刻蚀，沉积金属层后，依次进行三次CMP处理后，进行第四次数据采集。
可见，常规技术中，四次采集的晶圆数据能够表征晶圆表面不同工艺阶段的高低起伏变化。但是该方法需要采用耗时较长的AFM、SEM和TEM，而且需要采用四片晶圆，会进一步大大增加工艺时间，总的测试时间需要2月，耗费时间长，制作成本高。
为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种CMP工艺中的监测方法以及监控***，本申请技术方案只需要一片晶圆，仅需要在完成最后一次CMP处理后，获得第一表面的形貌信息，无需在不同工艺阶段分别进行数据采集，数据采集周期短，操作简单，效率高。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
如图2所示，图2为本申请实施例提供的一种CMP工艺中的监测方法的流程示意图，该方法包括
步骤S21：提供具有第一图形的第一光罩；所述第一图形具有预设的第一图形尺寸参数。
步骤S22：基于所述第一光罩，对晶圆的一个表面进行刻蚀。
所述晶圆具有刻蚀图形的表面为第一表面。采用所述第一光罩，通过光刻工艺，对所述晶圆的第一表面进行刻蚀，将所述光罩的第一图形转移到所述第一表面。
步骤S23：在所述第一表面沉积金属层后，对所述第一表面进行多次CMP处理。
一般的，经过刻蚀的第一表面具有多个垂直交叉的划片道，将晶圆分为多个芯片区，划片道的深度小于晶圆的厚度。金属层包括位于划片道内的布线、焊盘以及位于芯片区内的孔内金属填充结构。
步骤S24：完成最后一次CMP处理后，获取所述第一表面的第一形貌信息。
一般的，CMP处理的次数基于需求设定为多次，一般采用三次CMP处理。完成第三次CMP处理后，对晶圆进行数据采集，获得所述第一表面的第一形貌信息。
步骤S25：确定所述第一形貌信息以及所述第一图形尺寸参数的关联关系。
当刻蚀、沉积和CMP工艺参数设定时，晶圆的第一形貌信息取决于第一光罩的第一图形尺寸参数，所述第一形貌信息以及所述第一图形尺寸参数具有关联关系。通过常规的数据分析过程，能够确定该关联关系。如以所述第一图形参数为进行线性拟合，获得所述关联关系。
本申请实施例所述技术方案只需要一片晶圆，仅需要在完成最后一次CMP处理后，获得第一表面的形貌信息，无需在不同工艺阶段分别进行数据采集，数据采集周期短，操作简单，效率高。基于所述对应关系，能够使得设计人员在实际生产之前，发现CMP处理中的平坦化结果，以便于在设计实际生产所需光罩前，对光罩图形进行优化设计，从而能够获得满足产品质量需求的第一光罩。
本申请实施例所述监测方法中，获取所述第一形貌信息的方法包括：获得所述第一表面不同位置的相对高度差信息以及所述晶圆在第一方向上不同位置的厚度信息；所述第一方向垂直于所述晶圆；其中，所述第一形貌信息包括所述相对高度差信息以及所述厚度信息。
采集所述第一形貌信息时，获得所述相对高度差信息的方法包括：通过干涉仪对所述第一表面进行扫描，获得所述相对高度差信息。所述干涉仪为激光动态干涉仪，可以通过激光对第一表面进行扫描，完成所述相对高度差信息的采集过程。
采集所述第一形貌信息时，获得所述厚度信息的方法包括：通过扫描电子显微镜或是透射电镜对所述晶圆的断面进行测量，获得所述厚度信息。无论是采用扫描电子显微镜或是透射电镜，需要在晶圆上形成断面，以便于测试晶圆上不同位置的厚度信息。
本申请实施例所述监测方法能够大大节约成本，由于只需在最后一次CMP处理后进程数据采集，以获取所述第一形貌信息，故只需要一片晶圆即可完成最终数据采集过程，相对于图1所示需要4片晶圆的方法，大大降低了成本和数据采集周期。
而且无需AFM的数据采集，通过干涉仪(IFM)采集相对高度差信息，通过光信号获得所述相对高度差信息，操作更为简单，数据准确性更好，而且测量时间更短。
因此，本申请实施例所述监测方法，数据采集周期更短、能够通过较短的时间获得所述关联关系。而且基于该关联关系，在后续实施例中能够更快的对第一光罩的第一图形尺寸参数进行校对。只需要在最后一次CMP处理后进行数据采集，各个工艺阶段之间没有延迟等待时间。
如图3所示，图3为本申请实施例提供的另一种CMP工艺中的监测方法的流程示意图，基于图2所示方式，图3所示方式还包括：
步骤S25：基于所述关联关系，获得所述第一图形尺寸参数的校对参数。
基于所述对应关系，能够确定所获取的第一形貌信息是否满足所需产品标准，如果不满足，基于所述关联关系，获得所述第一图形尺寸参数的校对参数，可以基于校对参数对第一图形尺寸参数进行修改，以制备具有校对后的第一图形参数的第一光罩，从而使得能够基于具有校对后的第一图形参数的第一光罩制备样品晶圆，样品晶圆具有满足产品需求的第一形貌信息。
如图4所示，图4为本申请实施例提供的另一种CMP工艺中的监测方法的流程示意图，基于图2所示方式，图4所示方式还包括：
步骤S25’：基于第二图形尺寸参数以及所述关联关系，预测所述晶圆如果采用具有所述第二图形尺寸参数的第二光罩所对应的第二形貌信息。
其中，所述第二图形尺寸参数与所述第一图形尺寸参数不同。
其他实施例中，在步骤S24之后可以同时包括步骤S25和步骤S25’，在步骤S24之后可以先执行步骤S25，也可以先执行步骤S25’。本申请实施例对于步骤S25和步骤S25’的先后顺序不做限定。
如果更换不同尺寸的光罩，能够无需再重复上述监控方法，基于所述关联关系，可以预测采用不同光罩时对应的第二形貌信息。
光罩具有多个网格。光罩的图形尺寸参数包括光罩的几何尺寸数据，具体包括光罩中网格的宽度、间隙、密度以及周长。第一光罩和第二光罩具有不同的图形尺寸参数，基于第一图形尺寸参数和第一形貌信息的对应关系，能够预测第二图形参数对应的第二形貌信息，无需再进行上述监测方法。
本申请实施例中，可以通过机器学习的过程获得所述关联关系，建立包括该关联关系的数据模型，当需要更换不同光罩时，只需要通过输入不同图形尺寸参数，即可通过该模型获得新的图形尺寸参数对应的新的形貌信息。
如图5所示，图5为本申请实施例提供的一种对比曲线图，图5中，图(a)为基于本申请实施例所述监测方法预测的第二形貌信息的仿真形貌图，图(b)为图(a)中长方形区域沿箭头所示方向断面的不同位置的厚度变化曲线图，图(c)为采用本申请监测方法实际测量获得的第二形貌信息的实际形貌图，图(d)为图(c)中长方形区域沿箭头所示方向断面的不同位置的厚度变化曲线图。图(b)和图(d)中，以晶圆刻蚀前的第一表面为0厚度参考面。
基于本申请实施例所述监测方法预测如果采用第二掩膜版所对应的第二形貌信息，无需实际通过晶圆进行刻蚀、沉积金属层、预设次数的CMP处理以及第二形貌信息的测量，基于所预测的第二形貌信息获得图(b)所示实际形貌图。
采用第二掩膜版对晶圆进行刻蚀，在其表面沉积金属层，完成预设次数的CMP处理后，实际采集第二形貌信息，基于实际采集的第二形貌信息获得图(c)所示实际形貌图。
基于图(b)和图(d)的对比可知，采用本申请监测方法获得的预测图形与实际测量图形的变化趋势相同，基于本申请技术方案预测的第二形貌信息与实际测量的第二形貌信息的高低起伏变化趋势相同，在误差允许范围内，图(b)所预测的厚度值与图(d)中相同位置实际测量厚度值等效相同。
基于上述实施例，本申请另一实施例还提供了一种CMP工艺中的监测***，如图6所示，图6为本申请实施例提供的一种监测***的结构示意图，所述监测***包括：
刻蚀设备11，所述刻蚀设备11用于基于第一光罩对晶圆的一个表面进行刻蚀；所述晶圆具有刻蚀图形的表面为第一表面；
沉积设备12，所述沉积设备12用于在所述第一表面沉积金属层；
CMP设备13，所述CMP设备13用于对所述第一表面进行多次CMP处理；
采集设备14，所述采集设备14用于在完成最后一次CMP处理后，获取所述第一表面的第一形貌信息；
计算设备15，所述计算设备15用于确定所述第一形貌信息以及所述第一图形尺寸参数的关联关系。所述计算设备15可以为工业计算机。
本申请实施例所述监测***中，所述采集设备14包括：
干涉仪，所述干涉仪用于对所述第一表面进行扫描，获得所述第一表面不同位置的相对高度差信息；
SEM或TEM，所述SEM或TEM用于对所述晶圆的断面进行测量，获得所述晶圆在第一方向上不同位置的厚度信息；所述第一方向垂直于所述晶圆；
其中，所述第一形貌信息包括所述相对高度差信息以及所述厚度信息。
本申请实施例所述监测***中，所述计算设备15还用于基于所述关联关系，获得所述第一图形尺寸参数的校对参数。
本申请实施例所述监测***中，所述计算设备15还用于基于第二图形尺寸参数以及所述关联关系，预测所述晶圆如果采用具有所述第二图形尺寸参数的第二光罩所对应的第二形貌信息；其中，所述第二图形尺寸参数与所述第一图形尺寸参数不同。
本申请实施例所述监测***能够实现上述实施例所述监测方法，其具体实现原理可以参考上述描述在此不再赘述。
所述监测***而且无需AFM的数据采集，通过干涉仪(IFM)采集相对高度差信息，通过光信号获得所述相对高度差信息，操作更为简单，数据准确性更好，而且测量时间更短。
本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的监测***而言，由于其与实施例公开的监测方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见监测方法部分说明即可。
需要说明的是，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种CMP工艺中的监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：
提供具有第一图形的第一光罩；所述第一图形具有预设的第一图形尺寸参数；
基于所述第一光罩，对晶圆的一个表面进行刻蚀；所述晶圆具有刻蚀图形的表面为第一表面；
在所述第一表面沉积金属层后，对所述第一表面进行多次CMP处理；
完成最后一次CMP处理后，获取所述第一表面的第一形貌信息；
确定所述第一形貌信息以及所述第一图形尺寸参数的关联关系。
2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，获取所述第一形貌信息的方法包括：
获得所述第一表面不同位置的相对高度差信息以及所述晶圆在第一方向上不同位置的厚度信息；所述第一方向垂直于所述晶圆；
其中，所述第一形貌信息包括所述相对高度差信息以及所述厚度信息。
3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，获得所述相对高度差信息的方法包括：
通过干涉仪对所述第一表面进行扫描，获得所述相对高度差信息。
4.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，获得所述厚度信息的方法包括：
通过扫描电子显微镜或是透射电镜对所述晶圆的断面进行测量，获得所述厚度信息。
5.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：
基于所述关联关系，获得所述第一图形尺寸参数的校对参数。
6.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：
基于第二图形尺寸参数以及所述关联关系，预测所述晶圆如果采用具有所述第二图形尺寸参数的第二光罩所对应的第二形貌信息；
其中，所述第二图形尺寸参数与所述第一图形尺寸参数不同。
7.一种CMP工艺中的监测***，其特征在于，所述监测***包括：
刻蚀设备，所述刻蚀设备用于基于具有第一图形的第一光罩对晶圆的一个表面进行刻蚀；所述晶圆具有刻蚀图形的表面为第一表面；所述第一图形具有预设的第一图形尺寸参数；
沉积设备，所述沉积设备用于在所述第一表面沉积金属层；
CMP设备，所述CMP设备用于对所述第一表面进行多次CMP处理；
采集设备，所述采集设备用于在完成最后一次CMP处理后，获取所述第一表面的第一形貌信息；
计算设备，所述计算设备用于确定所述第一形貌信息以及所述第一图形尺寸参数的关联关系。
8.根据权利要求7所述的监测***，其特征在于，所述采集设备包括：
干涉仪，所述干涉仪用于对所述第一表面进行扫描，获得所述第一表面不同位置的相对高度差信息；
SEM或TEM，所述SEM或TEM用于对所述晶圆的断面进行测量，获得所述晶圆在第一方向上不同位置的厚度信息；所述第一方向垂直于所述晶圆；
其中，所述第一形貌信息包括所述相对高度差信息以及所述厚度信息。
9.根据权利要求7所述的监测***，其特征在于，所述计算设备还用于基于所述关联关系，获得所述第一图形尺寸参数的校对参数。
10.根据权利要求7所述的监测***，其特征在于，所述计算设备还用于基于第二图形尺寸参数以及所述关联关系，预测所述晶圆如果采用具有所述第二图形尺寸参数的第二光罩所对应的第二形貌信息；
其中，所述第二图形尺寸参数与所述第一图形尺寸参数不同。
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