CN105097589A - 一种金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，在采用金属硬掩模一体化刻蚀技术进行通孔的刻蚀过程中，通过光谱EPD系统建立刻蚀生成物光谱信号强度随时间变化的光谱曲线，定义光谱曲线的斜率变化率按时间顺序在一定的连续时间内达到第一阈值时为通孔部分接触铜阶段、达到第二阈值时为通孔完全接触铜阶段，自通孔完全接触铜的时间点开始计算通孔的过刻蚀时间，并通过控制过刻蚀时间，将通孔的过刻蚀量控制在一定范围。本发明利用光谱EPD系统进行非破坏性的实时监测，可减少工艺研发的成本，加强生产监测，降低风险。

Description

一种金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法
技术领域
本发明涉及半导体制造工厂生产控制领域，更具体地，涉及一种通过EPD检测金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的方法。
背景技术
金属硬掩模一体化刻蚀(MHMAIOetch)技术采取主刻蚀和去胶在同一腔体内进行刻蚀沟槽和通孔，从而大大节约了工艺时间和成本，它除了可带来最大的利益之外，对工艺的要求也更加苛刻。
在刻蚀过程中，通孔(via)的过刻蚀(Overetchamount)量必须得到保证，以确保在一定的膜厚和腔体环境变化范围内所有的通孔都打开。
现有技术都是采用在工艺研发过程中生长1.5倍到2倍的层间膜，然后在刻蚀后通过少量的物理断面样品，来计算通孔的过刻蚀量。例如，以a代表层间膜厚度，b代表总刻蚀量，则过刻蚀量即为(b-a)。
在金属硬掩模一体化刻蚀中，需要保证过刻蚀量在安全的范围中，即需要保证(b-a)＞0且处于一定的范围中，而在现有的实际生产中还缺乏简单可行的监测方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，通过利用光谱EPD系统进行非破坏性的实时监测，可减少工艺研发的成本，加强生产监测，降低风险。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，包括以下步骤：
步骤S01：提供一集成有光谱EPD系统的金属硬质掩模一体化刻蚀腔体，按照工艺菜单进行通孔刻蚀，并通过所述光谱EPD系统建立刻蚀生成物光谱信号强度随时间变化的光谱曲线；
步骤S02：定义所述光谱曲线的斜率变化率按时间顺序在一定的连续时间内达到第一阈值时为通孔部分接触铜阶段、达到第二阈值时为通孔完全接触铜阶段；
步骤S03：自通孔完全接触铜的时间点开始计算通孔的过刻蚀时间，并通过控制过刻蚀时间，将通孔的过刻蚀量控制在一定范围。
优选地，所述生成物光谱信号强度与通孔刻蚀生成物浓度对应。
优选地，所述生成物光谱信号强度与通孔刻蚀速率对应。
优选地，步骤S02中，所述一定的连续时间为3～5秒。
优选地，步骤S02中，所述第一阈值为大于等于30％。
优选地，步骤S02中，所述第二阈值为小于-30％。
优选地，所述通孔的过刻蚀量范围为30～50％。
优选地，步骤S02中，将通孔部分接触铜之前的阶段定义为通孔未接触铜阶段。
优选地，在通孔未接触铜阶段，所述光谱曲线的斜率变化率在一定的连续时间内小于30％。
优选地，所述一定的连续时间为3～5秒。
从上述技术方案可以看出，本发明在金属硬质掩模一体化刻蚀过程中，根据通孔接触铜之后刻蚀速率降低的原理，通过EPD系统光谱强弱的变化带来的光谱曲线斜率的变化，可以知道刻蚀进行到哪个阶段，并可以从通孔完全接触到底层铜开始计算通孔的过刻蚀时间，从而得以判断通孔的过刻蚀量，作为工艺评价和量产监测的依据。通过利用光谱EPD系统进行非破坏性的实时监测，可减少工艺研发的成本，加强生产监测，降低风险。
附图说明
图1是通孔的刻蚀速率示意图；
图2是刻蚀生成物光谱信号强度随时间变化的光谱曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
在采用金属硬掩模一体化刻蚀(MHMAIOetch)技术进行通孔(via)的刻蚀过程中，通孔的过刻蚀(Overetchamount)量必须得到保证，以确保在一定的膜厚和腔体环境变化范围内所有的通孔都打开。
本发明的目的在于克服现有技术存在的在实际生产中缺乏对通孔过刻蚀量进行有效监测的缺陷，提供一种金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，通过利用光谱EPD系统进行非破坏性的实时监测，可减少工艺研发的成本，加强生产监测，降低风险。
在以下本发明的具体实施方式中，本发明的一种金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，包括以下步骤：
步骤S01：提供一集成有光谱EPD系统的金属硬质掩模一体化刻蚀腔体，按照工艺菜单进行通孔刻蚀，并通过所述光谱EPD系统建立刻蚀生成物光谱信号强度随时间变化的光谱曲线；
步骤S02：定义所述光谱曲线的斜率变化率按时间顺序在一定的连续时间内达到第一阈值时为通孔部分接触铜阶段、达到第二阈值时为通孔完全接触铜阶段；
步骤S03：自通孔完全接触铜的时间点开始计算通孔的过刻蚀时间，并通过控制过刻蚀时间，将通孔的过刻蚀量控制在一定范围。
请参阅图1，图1是通孔的刻蚀速率示意图。如图1所示，图中的曲线代表通孔的刻蚀速率变化曲线。在通孔未接触铜阶段，具有较大的刻蚀速率，且曲线较平缓；当进入通孔部分接触铜阶段后，刻蚀速率急速下降，曲线显示出较大的斜率；之后，当通孔完全接触金属铜之后的刻蚀速率又会变得平缓，直至饱和状态。
由于刻蚀速率的下降，刻蚀生成物(副产物)产生的速率也随之降低，通过光谱EPD系统侦测到的生成物光谱强度也相应减弱。通过信号的观察，即可以知道刻蚀进行到哪个阶段；从通孔完全接触到底层铜开始计算通孔的过刻蚀时间，通过控制过刻蚀时间，即可将通孔的过刻蚀量控制在一定范围。
请参阅图2，图2是刻蚀生成物光谱信号强度随时间变化的光谱曲线示意图。如图2所示，图中横坐标为刻蚀时间，纵坐标为生成物光谱信号强度。生成物光谱可以选择C、F、O等元素物质进行组合。图中的多条曲线代表多个产品的刻蚀过程，它们是相互独立的。
进一步地，所述生成物光谱信号强度与通孔刻蚀生成物的浓度相对应。并且，所述生成物光谱信号强度与通孔刻蚀速率相对应，这可从图1和图2对比看出。
作为可选的实施方式，步骤S02中，所述一定的连续时间可为3～5秒；所述第一阈值为大于等于30％；所述第二阈值为小于-30％。并且，可将通孔部分接触铜之前的阶段定义为通孔未接触铜阶段。在通孔未接触铜阶段，所述光谱曲线的斜率变化率在例如3～5秒的一定的连续时间内小于30％。
请继续参阅图2。在应用本发明的上述方法时，在金属硬质掩模一体化刻蚀腔体中，按照工艺菜单进行通孔刻蚀，并通过光谱EPD系统建立刻蚀生成物例如C、F、O等元素物质光谱信号强度随时间变化的光谱曲线。在光谱信号强度曲线不断扫描过程中，可通过在光谱EPD系统定义的终点侦测的算法(EPDalgorithm)，对曲线的斜率变化率按时间顺序在一定的连续时间内(例如3秒)进行计算。在刻蚀刚开始时，具有较高的刻蚀速率，光谱曲线的斜率变化率相对较小(例如10％)，此时，判断处于通孔未接触铜阶段100。当系统通过计算显示曲线的斜率变化率达到第一阈值时(例如大于30％、到35％时)，判断进入通孔部分接触铜阶段200。此时，刻蚀速率急速下降，光谱曲线的斜率变化率也随之不断增大。当系统通过计算显示曲线的斜率变化率达到第二阈值时(例如小于-30％、到-20％时)，判断进入通孔完全接触铜阶段300。此时，刻蚀速率趋于平缓，光谱曲线也随之趋于平缓，其斜率变化率将趋向零。
上述检测的连续时间和斜率变化率的标准可根据具体情况定义。通孔未接触铜、部分接触铜和完全接触铜三个阶段分别以曲线的斜率变化来判断，当发生斜率明显变化时即为区分不同阶段的拐点。
最后，可自通孔完全接触铜的时间点开始计算通孔的过刻蚀时间，并通过控制过刻蚀时间，将通孔的过刻蚀量控制在一定范围。例如，可将所述通孔的过刻蚀量范围控制在30～50％，以保证在一定的膜厚和腔体环境变化范围内所有的通孔都打开。
综上所述，本发明在金属硬质掩模一体化刻蚀过程中，根据通孔接触铜之后刻蚀速率降低的原理，通过EPD系统光谱强弱的变化带来的光谱曲线斜率的变化，可以知道刻蚀进行到哪个阶段，并可以从通孔完全接触到底层铜开始计算通孔的过刻蚀时间，从而得以判断通孔的过刻蚀量，作为工艺评价和量产监测的依据。通过利用光谱EPD系统进行非破坏性的实时监测，可减少工艺研发的成本，加强生产监测，降低风险。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01：提供一集成有光谱EPD系统的金属硬质掩模一体化刻蚀腔体，按照工艺菜单进行通孔刻蚀，并通过所述光谱EPD系统建立刻蚀生成物光谱信号强度随时间变化的光谱曲线；
步骤S02：定义所述光谱曲线的斜率变化率按时间顺序在一定的连续时间内达到第一阈值时为通孔部分接触铜阶段、达到第二阈值时为通孔完全接触铜阶段；
步骤S03：自通孔完全接触铜的时间点开始计算通孔的过刻蚀时间，并通过控制过刻蚀时间，将通孔的过刻蚀量控制在一定范围。
2.根据权利要求1所述的金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，其特征在于，所述生成物光谱信号强度与通孔刻蚀生成物浓度对应。
3.根据权利要求1所述的金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，其特征在于，所述生成物光谱信号强度与通孔刻蚀速率对应。
4.根据权利要求1所述的金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，其特征在于，步骤S02中，所述一定的连续时间为3～5秒。
5.根据权利要求1所述的金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，其特征在于，步骤S02中，所述第一阈值为大于等于30％。
6.根据权利要求1所述的金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，其特征在于，步骤S02中，所述第二阈值为小于-30％。
7.根据权利要求1所述的金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，其特征在于，所述通孔的过刻蚀量范围为30～50％。
8.根据权利要求1所述的金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，其特征在于，步骤S02中，将通孔部分接触铜之前的阶段定义为通孔未接触铜阶段。
9.根据权利要求8所述的金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，其特征在于，在通孔未接触铜阶段，所述光谱曲线的斜率变化率在一定的连续时间内小于30％。
10.根据权利要求9所述的金属硬质掩模一体化刻蚀通孔过刻蚀量的检测方法，其特征在于，所述一定的连续时间为3～5秒。
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