CN103258758B - 膜厚量测机台中颗粒的监控方法及控片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及膜厚量测机台中颗粒的监控方法及控片，其中，控片包括第一控片和第二控片，第一控片包括一硅衬底和位于其上的的薄膜；第二控片包括一硅衬底和位于其上的大于的薄膜。通过采用上述的第一控片和第二控片分别对膜厚量测机中的单波长椭偏仪功能模块和宽带光谱功能模块的工艺制程中的环境颗粒状况进行监控，以全面监控膜厚量测机工艺制程的环境颗粒状况。使用本发明的控片和监控方法所进行的对膜厚量测机功能模块的监控，能够较为客观的反应膜厚量测机在该两个功能模块下的环境颗粒状况，并且对该两个功能模块进行监控能够反应整个膜厚量测机的工艺制程环境颗粒状况。

Description

膜厚量测机台中颗粒的监控方法及控片

技术领域

本发明涉及一种半导体器件加工工艺中颗粒的监控方法及控片，尤其涉及一种膜厚量测机台中颗粒的监控方法及控片。

背景技术

随着半导体制造业的发展，半导体器件在制造过程中的颗粒污染是影响其成品率的重要因素。因此，在产品的生产过程中，需要对颗粒污染进行有效控制。如今，集成电路的最小线宽正向着越来越小的方向发展，这对集成电路的生产过程中的工艺提出了更高的要求，尤其是对于减少生产过程中的颗粒污染提出了更高的要求。因此，有效的控制颗粒污染对产品成品率的提高是至关重要的。

在半导体器件的生产过程中，颗粒污染的来源主要存在三个途径：1）生产环境；2）错误的晶圆片传递；3）生产线加工机台。对于前两种的污染途径，可以通过优化设计和强化晶圆片传递训练，从而使可能的颗粒污染降低到最低。因此，在半导体器件制造过程中，由生产线加工机台等工艺设备产生的颗粒污染就成为控制成品率的关键因素。而在半导体器件的整个制造过程中，产品膜厚的量测占整个生产过程的比重很大，所以，控制好膜厚量测机台中的颗粒污染对于产品的成品率是相当重要的。

在现有的技术中，对于膜厚量测机台的颗粒状况的控制，是采用控片对机台的颗粒状况进行监测，在监测的过程中所使用的控片是光片，即仅具有硅衬底结构的控片，图1是现有技术中的膜厚量测机台的控片结构示意图，如图1所示，该控片中仅包含硅衬底1’。在现有技术中，仅使用这一种结构的控片对膜厚量测机台的单波长椭偏仪（Single Wavelength Ellipsometry，简称SWE）功能模块进行颗粒状况的监测，而膜厚测量机台中主要使用的功能模块除了但波长椭偏仪外，还有宽带光谱椭偏仪（Broad Band Spectroscopic Ellipsometry，简称BBSE）功能模块，单波长椭偏仪功能模块是用于测量膜厚小于500埃的氧化物薄膜的膜厚量测机台的功能模块，而宽带光谱椭偏仪模块是用于测量膜厚大于500埃的氧化物薄膜的膜厚量测机台的功能模块。可见，对于膜厚量测机台而言，上述两个功能模块均颗粒状况良好，才能反应整个膜厚量测机台的颗粒状况良好，因此，对于现有的控片来说，不能实现整个膜厚量测机台的颗粒状况的监测。

中国专利（公开号：CN1540327A）公开了一种制程装置中金属污染与微粒子的检测方法，此方法提供一控片，将控片置于欲检测的制程装置中，并以此制程装置对控片进行处理，接着在此控片上形成硅材料层，然后测量已形成硅材料层的控片上的粒子与缺陷数目，即可得知此制程装置中金属污染与微粒子污染的程度。该专利中所公开的方法虽然能够检测制程装置中的金属污染与微离子的数量，但是其工艺相对复杂，需要在控片经过相应的制程机台后再对控片进行硅材料层的沉积，而在这个沉积过程中很容易引入新的颗粒污染，因此，该专利的方法具有一定的局限性。

中国专利（授权公告号：CN1213290C）公开了一种刻蚀反应室动态检测方法，此方法将一光阻控片置于一刻蚀机台中，并将其传送至一主蚀刻室，接着开启等离子源，以进行光阻控片的光阻层的刻蚀步骤。之后，检测蚀刻后的光阻控片的微粒数，以判断蚀刻机台的状态。该专利主要解决的是刻蚀反应室中的微尘污染情况的检测，而并非是膜厚量测机台中的颗粒污染状况的检测。

可见，目前对于半导体器件生产过程中的膜厚量测机台中的颗粒状态的监测还不够完善，因此，为了提高半导体产品的成品率，需要一种对膜厚量测机台的颗粒状况进行监控的方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种膜厚量测机台中颗粒的监控方法及控片。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

一种监控膜厚量测机台颗粒的控片，其中，所述控片包括一硅衬底，所述硅衬底的上表面覆盖有一层薄膜；

其中，所述薄膜的材质为氧化物或氮化物。

所述的监控膜厚量测机台颗粒的控片，其中，所述氧化物为二氧化硅。

所述的监控膜厚量测机台颗粒的控片，其中，所述氮化物为氮化硅。

所述的监控膜厚量测机台颗粒的控片，其中，所述薄膜的厚度为

所述的监控膜厚量测机台颗粒的控片，其中，所述薄膜的厚度为大于

一种膜厚量测机台中颗粒的监控方法，其中，包括：

采用控片进行所述膜厚量测机台中颗粒的监控；

其中，所述控片包括硅衬底和覆盖于该硅衬底的上表面的薄膜。

所述的膜厚量测机台中颗粒的监控方法，其中，所述膜厚量测机台包括单波长椭偏仪功能模块和宽带光谱椭偏仪功能模块；

所述控片包括第一控片和第二控片；

采用所述第一控片对所述单波长椭偏仪功能模块进行颗粒状况监控；

采用所述第二控片对所述宽带光谱椭偏仪功能模块进行颗粒状况监控。

所述的膜厚量测机台中颗粒的监控方法，其中，所述第一控片的薄膜的厚度为其材质为氧化物或氮化物；

所述第二控片的薄膜厚度为大于其材质为氧化物或氮化物。

所述的膜厚量测机台中颗粒的监控方法，其中，采用所述第一控片对所述单波长椭偏仪功能模块的颗粒状况进行监控的具体步骤包括：

对所述第一控片表面的颗粒状况进行第一次检测，并获取第一数据；

采用所述单波长椭偏仪功能模块对所述第一控片进行量测制程；

待所述量测制程完成后，对所述第一控片表面的颗粒状况进行第二次检测，并获取第二数据；

将所述第一数据与所述第二数据进行比对，以确定该单波长椭偏仪功能模块中的颗粒状况。

所述的膜厚量测机台中颗粒的监控方法，其中，采用所述第二控片对所述宽带光谱椭偏仪功能模块的颗粒状况进行监控的具体步骤包括：

对所述第二控片表面的颗粒状况进行第一次检测，并获取第一数据；

采用所述宽带光谱椭偏仪功能模块对所述第二控片进行量测制程；

待所述量测制程完成后，对所述第二控片表面的颗粒状况进行第二次检测，并获取第二数据；

将所述第一数据与所述第二数据进行比对，以确定该宽带光谱椭偏仪功能模块中的颗粒状况。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明通过采用不同结构的控片分别对膜厚量测机台中的单波长椭偏仪功能模块和宽带光谱椭偏仪功能模块进行工艺制程的监控，使得监控的结果基本符合实际生产过程中的工艺制程下的客观结果，并且，由于膜厚量测机台中的单波长椭偏仪功能模块和宽带光谱椭偏仪功能模块的工艺制程基本涵盖了对所有膜厚控片的膜厚测量，因此，本发明的控片对于该两个功能模块工艺制程的监控结果能够反应整个膜厚量测机台的工艺制程的环境状况。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1是现有技术中的膜厚量测机台的控片结构示意图；

图2A是本发明针对膜厚量测机台中的单波长椭偏仪功能模块进行监控的控片结构示意图；

图2B是本发明针对膜厚量测机台中的宽带光谱椭偏仪功能模块进行监控的控片结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种半导体生产工艺中颗粒监控的控片，尤其是一种监控膜厚量测机台中颗粒的控片；本发明还提供一种膜厚测量机台中颗粒的监控方法。本发明可用于技术节点为小于22nm、32/28nm、45/40nm、65/55nm、90nm以及大于130nm的工艺中；本发明可用于Logic、Memory、RF、HV、Analog/Power、MEMS、CIS、Flash、eFlash、Package等技术平台中。

下面结合附图对本发明中的控片结构进行详细描述。

本发明中的控片包括两种，一种为对膜厚量测机台中的单波长椭偏仪功能模块进行监控的控片；另一种为对膜厚量测机台中宽带光谱椭偏仪功能模块进行监控的控片。

图2A是本发明针对膜厚量测机台中的单波长椭偏仪功能模块进行监控的控片结构示意图；图2B是本发明针对膜厚量测机台中的宽带光谱椭偏仪功能模块进行监控的控片结构示意图。

如图2A所示，针对膜厚量测机台中的单波长椭偏仪功能模块进行监控的控片结构包括一硅衬底1，在该硅衬底1上覆盖有一层氧化层2，该氧化层2的厚度应小于以使得该控片的结构与在膜厚量测机台中的单波长椭偏仪功能模块下进行制程的待测硅片的结构相似，从而使控片在膜厚量测机台中的该功能模块下进行测量时能够较为准确的反应该测量环境中的颗粒污染物的状况，为了使控片能够更为准确的反应该测量环境中的颗粒污染物的实际状况，控片上所覆盖的氧化层的厚度需控制在如 等，对于控片上所覆盖的氧化层的具体厚度，可根据实际工艺条件加以确定，故在此处不进行一一列举。

如图2B所示，针对膜厚量测机台中的宽带光谱椭偏仪功能模块进行监控的控片结构包括一硅衬底1，在该硅衬底上覆盖有一层氧化层3，该氧化层3的厚度应大于以使得该控片的结构与在膜厚量测机台中的宽带光谱椭偏仪功能模块下进行制程的待测硅片的结构相似，从而使控片在膜厚量测机台中的该功能模块下进行量测时能够较为准确的反应该测量环境中的颗粒污染物的状况，为了使控片能够更为准确的反应测量环境中的颗粒污染物的实际状况，控片上所覆盖的氧化层的厚度需控制在大于如 等，对于控片上所覆盖的氧化层的具体厚度，可根据实际工艺条件加以确定，故在此处不进行一一列举。

上述的两种结构的控片中的氧化层可采用二氧化硅或其他氧化物，考虑到在半导体生产中二氧化硅是十分普遍的一种氧化物材料，并且其制备的方法和所使用的设备相对比较常规，因此，对于氧化层的材料选择可优选采用二氧化硅；另外，氧化层还可采用氮化层来代替，如氮化硅等。对氧化层或氮化层的制备方法可采用低压化学气相沉积工艺（Low Pressure Chemical Vapor Deposition，简称LPCVD）等制备方法，对于制备氧化层或氮化层所采用的设备可选用炉管或腔体设备等，在本发明中的控片上的氧化层和氮化层的制备方法和采用的设备还可采用其他的常规方法和设备，本发明不对氧化层和氮化层的制备方法和采用的设备加以限定。

下面对本发明中的增强膜厚量测机台颗粒监控的方法进行详细说明。

在本增强膜厚量测机台颗粒监控的方法中所使用的控片结构为上述的两种结构的控片，分别用来对膜厚量测机台的不同模块进行量测环境的颗粒污染物监控，具体的监控方式为：采用硅衬底上覆盖有厚度为的氧化膜的控片对膜厚量测机台的单波长椭偏仪功能模块的量测环境中的颗粒污染物状况进行监控；采用硅衬底上覆盖有厚度为大于的氧化膜的控片对膜厚量测机台的宽带光谱椭偏仪功能模块的量测环境中的颗粒污染物状况进行监控。

本发明中的增强膜厚量测机台颗粒监控的方法为：采用相应的控片对膜厚量测机台的对应功能模块进行颗粒污染物状况的监控，以膜厚量测机台中的单波长椭偏仪功能模块的颗粒污染物状况监控为例，包括以下步骤：选择对应于膜厚量测机台的单波长椭偏仪功能模块的控片，即选择结构为在一硅衬底上覆盖厚度为的控片，在该控片被送入膜厚量测机台之前进行其表面颗粒数值的检测，以确定控片上的原始颗粒数值，接着，将该控片送入膜厚量测机台中，运行膜厚量测机台的单波长椭偏仪功能模块，以使得控片在单波长椭偏仪功能模块下对膜厚量测机台的量测环境进行监控，当该功能模块的制程工艺结束后，将控片送出膜厚量测机台，此时，继续对控片表面进行颗粒数值的检测，通过比较先后两次检测的颗粒数值，从而确定膜厚量测机台中的单波长椭偏仪功能模块下的量测环境中的颗粒污染物的状况。

对于膜厚量测机台中的宽带光谱椭偏仪功能模块的颗粒污染物状况监控也采用与上述的单波长椭偏仪功能模块的颗粒污染物状况监控类似，其包括以下步骤：选择对应于膜厚量测机台的宽带光谱椭偏仪功能模块的控片，即选择结构为在一硅衬底上覆盖厚度为大于的控片，在该控片被送入膜厚量测机台之前进行其表面颗粒数值的检测，以确定控片上的原始颗粒数值，接着，将该控片送入膜厚量测机台中，运行膜厚量测机台的宽带光谱椭偏仪功能模块，以使得控片在宽带光谱椭偏仪功能模块下对膜厚量测机台的量测环境进行监控，当该功能模块的制程工艺结束后，将控片送出膜厚量测机台，此时，继续对控片表面进行颗粒数值的检测，通过比较先后两次检测的颗粒数值，从而确定膜厚量测机台中的宽带光谱椭偏仪功能模块下的量测环境中的颗粒污染物的状况。

由于膜厚量测机台中的单波长椭偏仪功能模块是针对膜厚小于的硅片进行量测制程，而宽带光谱椭偏仪功能模块则是针对膜厚大于的硅片进行量测制程的，可见，膜厚量测机台中的这两个功能模块基本覆盖了所有膜厚的硅片。本发明的增强膜厚量测机台颗粒监控的方法分别采用不同结构的控片对该两个功能模块分别进行颗粒状况的监控，从而使得监控的范围基本覆盖所有膜厚的薄膜，进而能够对厚膜量测机台的量测环境中的颗粒污染物状况进行全面的监控，增强了使用量测机台对产品进行量测制程过程中的颗粒污染物的控制。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (4)

1.一种膜厚量测机台中颗粒的监控方法，其特征在于，包括：

采用控片进行所述膜厚量测机台中颗粒的监控；

其中，所述控片包括硅衬底和覆盖于该硅衬底的上表面的薄膜；

所述膜厚量测机台包括单波长椭偏仪功能模块和宽带光谱椭偏仪功能模块；

所述控片包括第一控片和第二控片；

采用所述第一控片对所述单波长椭偏仪功能模块进行颗粒状况监控；

采用所述第二控片对所述宽带光谱椭偏仪功能模块进行颗粒状况监控。

2.如权利要求1所述的膜厚量测机台中颗粒的监控方法，其特征在于，所述第一控片的薄膜的厚度为其材质为氧化物或氮化物；

所述第二控片的薄膜厚度为大于其材质为氧化物或氮化物。

3.如权利要求1所述的膜厚量测机台中颗粒的监控方法，其特征在于，采用所述第一控片对所述单波长椭偏仪功能模块的颗粒状况进行监控的具体步骤包括：

对所述第一控片表面的颗粒状况进行第一次检测，并获取第一数据；

采用所述单波长椭偏仪功能模块对所述第一控片进行量测制程；

待所述量测制程完成后，对所述第一控片表面的颗粒状况进行第二次检测，并获取第二数据；

将所述第一数据与所述第二数据进行比对，以确定该单波长椭偏仪功能模块中的颗粒状况。

4.如权利要求1所述的膜厚量测机台中颗粒的监控方法，其特征在于，采用所述第二控片对所述宽带光谱椭偏仪功能模块的颗粒状况进行监控的具体步骤包括：

对所述第二控片表面的颗粒状况进行第一次检测，并获取第一数据；

采用所述宽带光谱椭偏仪功能模块对所述第二控片进行量测制程；

待所述量测制程完成后，对所述第二控片表面的颗粒状况进行第二次检测，并获取第二数据；

将所述第一数据与所述第二数据进行比对，以确定该宽带光谱椭偏仪功能模块中的颗粒状况。