CN108788940A - 化学机械研磨设备工艺能力的监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，在所述晶圆的边缘上形成多个测试区域，然后在每个所述测试区域中形成沿着所述测试区域长度方向排布的金属线，对所述晶圆进行化学机械研磨工艺后，所述金属线的厚度也会随之改变，获取每个所述金属线的电阻分布图，由于所述金属线的截面宽度处处相等，所述金属线的电阻仅与所述金属线的厚度相关，可以根据所述电阻分布图可以反馈出所述化学机械研磨设备工艺能力的好坏，实现在线监控所述化学机械研磨设备工艺能力，当所述化学机械研磨设备工艺能力不满足控制要求时，可以及时的调整化学机械研磨设备的工艺参数，防止批量性不良品的产生，提高了晶圆的良率，从而降低了制造成本。

Description

化学机械研磨设备工艺能力的监控方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种化学机械研磨设备工艺能力的监控方法。
背景技术
化学机械研磨(CMP，chemical mechanical polishing，也称为化学机械抛光)目前被广泛用于半导体制造过程中的表面平坦化工艺处理。化学机械研磨的过程是把晶圆放在旋转的研磨垫上，再加一定的压力，用化学研磨液来研磨晶圆以使晶圆平坦化。
而在CMP过程中，由于化学机械研磨设备的参数漂移(例如研磨盘压力漂移、研磨时间的漂移等)，使得CMP之后的晶圆表面并不能达到完全的平坦化，而是存在拓扑起伏，从而导致不良品的出现，并且，越靠近晶圆边缘的区域，良率越低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，以提高现有的晶圆的良率。
为了达到上述目的，本发明提供了一种化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，所述化学机械研磨设备工艺能力的监控方法包括：
提供晶圆，在所述晶圆的边缘上形成多个测试区域；
在每个所述测试区域中形成沿着所述测试区域长度方向排布的金属线，所述金属线的截面宽度处处相等；
对所述晶圆进行化学机械研磨工艺，以减薄所述金属线；以及
获取每个所述金属线的电阻分布图，根据所述电阻分布图得到所述化学机械研磨设备工艺能力是否满足控制要求。
可选的，在所述晶圆的边缘上形成多个测试区域的步骤包括：
提供一光罩，所述光罩的边缘形成有所述测试区域的图形；以及
采用所述光罩对所述晶圆进行曝光，以在所述晶圆的边缘上形成多个测试区域。
可选的，所述光罩呈方形，所述光罩的每条边上均形成有所述测试区域的图形。
可选的，所述金属线在所述测试区域的长度方向上呈蛇型排布。
可选的，所述晶圆包括衬底，所述测试区域中形成金属线的步骤包括：
刻蚀所述测试区域的衬底，以在所述测试区域的衬底中形成蛇型的凹槽；以及
在所述凹槽中填充导电材料，形成所述金属线。
可选的，获取所述金属线的电阻分布图的步骤包括：
在所述金属线上形成多个测试焊盘，每个所述测试焊盘与所述金属线连通，一个所述金属层上的测试焊盘之间的距离相等；以及
测试每两个相邻测试焊盘之间的金属线的电阻，得到所述金属线的电阻分布图。
可选的，相邻两个所述测试焊盘之间的金属线的电阻越大，两个所述测试焊盘之间的金属线越薄；反之，相邻两个所述测试焊盘之间的金属线的电阻越小，两个所述测试焊盘之间的金属线越厚。
可选的，当所述金属线的厚度在一设定范围内时，所述化学机械研磨设备工艺能力满足控制要求；当所述金属线的厚度超过所述设定范围内时，所述化学机械研磨设备工艺能力不满足控制要求。
可选的，所述测试区域与所述晶圆的晶边之间的最小距离在2mm-5mm之间。
可选的，所述金属线的材料为铜金属。
在本发明提供的化学机械研磨设备工艺能力的监控方法中，在所述晶圆的边缘上形成多个测试区域，然后在每个所述测试区域中形成沿着所述测试区域长度方向排布的金属线，对所述晶圆进行化学机械研磨工艺后，所述金属线的厚度也会随之改变，获取每个所述金属线的电阻分布图，由于所述金属线的截面宽度处处相等，所述金属线的电阻仅与所述金属线的厚度相关，可以根据所述电阻分布图可以反馈出所述化学机械研磨设备工艺能力的好坏，实现在线监控所述化学机械研磨设备工艺能力，当所述化学机械研磨设备工艺能力不满足控制要求时，可以及时的调整化学机械研磨设备的工艺参数，防止批量性不良品的产生，提高了晶圆的良率，从而降低了制造成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的化学机械研磨设备工艺能力的监控方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的光罩的示意图；
图3为本发明实施例提供的晶圆上测试区域的示意图；
图4本发明实施例提供的金属线形状的示意图；
图5本发明实施例提供的测试焊盘的示意图
图6为本发明实施例提供的金属线的电阻分布图；
图7为本发明实施例提供的金属线的厚度分布图；
其中，1-光罩，2-第一测试区域的图形，21-第一测试区域，3-第二测试区域的图形，31-第二测试区域，4-晶圆，5-金属线，51-测试焊盘，h-金属线的截面宽度。
具体实施方式
发明人通过研究发现，在晶圆的制造过程中，为了监控各项工艺的稳定性，通常会在晶圆上形成多个测试区域，然后在测试区域中放置测试结构，通过检测测试结构反应出晶粒中各种结构的工艺情况。形成所述测试区域时，通常需要在光罩上设置测试区域的图形，然后采用所述光罩对晶圆进行曝光，而晶圆的尺寸通常比较大(例如直径为300mm)需要经过多次曝光，在所述晶圆上会形成多个曝光场。为了保证测试区域中的测试结构能够完整的监控一个曝光场，通常测试区域的图形会设置在光罩的中央，使曝光后形成的测试区域也位于每个所述曝光场的中央。但是，由于晶圆呈圆形，光罩呈方形，在晶圆的边缘区域上，通常不会是一个完整的曝光场，也就无法在晶圆的边缘区域形成测试区域，导致晶圆的边缘区域无法被监控到。
有鉴于此，本发明提供了一种化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，在所述晶圆的边缘上形成多个测试区域，然后在每个所述测试区域中形成沿着所述测试区域长度方向排布的金属线，对所述晶圆进行化学机械研磨工艺后，所述金属线的厚度也会随之改变，获取每个所述金属线的电阻分布图，由于所述金属线的截面宽度处处相等，所述金属线的电阻仅与所述金属线的厚度相关，可以根据所述电阻分布图可以反馈出所述化学机械研磨设备工艺能力的好坏，实现在线监控所述化学机械研磨设备工艺能力，当所述化学机械研磨设备工艺能力不满足控制要求时，可以及时的调整化学机械研磨设备的工艺参数，防止批量性不良品的产生，提高了晶圆的良率，从而降低了制造成本。
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1为本实施例提供的化学机械研磨设备工艺能力的监控方法的流程图。所述化学机械研磨设备工艺能力的监控方法包括：
S1：提供晶圆，在所述晶圆的边缘上形成多个测试区域；
S2：在每个所述测试区域中形成沿着所述测试区域长度方向排布的金属线，所述金属线的截面宽度处处相等；
S3：对所述晶圆进行化学机械研磨工艺，以减薄所述金属线；以及
S4：获取每个所述金属线的电阻分布图，根据所述电阻分布图得到所述化学机械研磨设备工艺能力是否满足控制要求。
请参阅图2和图3，首先执行步骤1，提供晶圆4，在所述晶圆4的边缘上形成多个测试区域。具体的，首先提供一光罩1，在所述光罩1上设置测试区域的图形，本实施例中，所述光罩1为方形，在所述光罩1的4个边界上设置有第一测试区域的图形2，在所述光罩1的中央设置有第二测试区域的图形3。接着采用所述光罩1对所述晶圆4进行多次曝光，如图3所示，所述晶圆4中的每个方格为一个曝光场，可见，靠近晶圆中心的区域的所述曝光场是完整的，而靠近晶圆边缘的区域，曝光场是不完整的，本实施例中，晶圆边缘的区域指的是从晶圆晶边向晶圆圆心方向平移5mm之内的区域，晶圆中心的区域指的是晶圆上除去晶圆边缘的位置。本实施例中，在所述光罩1的4个边界上设置的第一测试区域的图形2，曝光过后可以在所述晶圆4的边缘形成第一测试区域21，而在所述光罩1的中央设置的第二测试区域的图形3曝光过后可以在每个所述曝光场的中心形成第二测试区域31。
进一步，刻蚀所述第一测试区域21对应的所述晶圆4的衬底，以在所述第一测试区域21对应的衬底中形成凹槽，所述凹槽呈蛇形并且所述凹槽的截面宽度处处相等。然后在所述凹槽中填充导电材料，形成如图4所述的金属线5，本实施例中，所述导电材料为铜，形成铜金属线，在其他实施例中，所述导电材料也可以是其他的导电金属。所述金属线5沿着所述第一测试区域21的长度方向呈蛇形排布，例如，图3中所述第一测试区域21的长度方向是横向的，则所述第一测试区域21中的金属线5沿着横向呈蛇形排布，图3中所述第一测试区域21的长度方向是纵向的，则所述第一测试区域21中的金属线5沿着纵向呈蛇形排布。可选的，所述第一测试区域21与所述晶圆4的晶边之间的最小距离在2mm-5mm之间。
请参阅图4，所述金属线5的截面宽度h在所述晶圆4的各个位置上均是相等的，并且，所述金属线5在所述晶圆4的各个位置上的密度是相等的，可以理解的是，此处的“截面宽度”指的是沿着一平行所述晶圆表面的平面对所述晶圆4进行剖切后，所述金属线5的宽度。
接下来，在化学机械研磨设备中对所述晶圆4进行化学机械研磨工艺，可以理解的是，所述晶圆4通过化学机械研磨工艺后，厚度会变小，所述金属线5的厚度也会变小。但是由于所述化学机械研磨设备工艺参数的漂移或者设备本身的缺陷，所述晶圆4的表面被研磨后也具有一定的起伏。所述晶圆4中的第二测试区域31中可以放置其他的测试结构，通过检测所述第二测试区域31中放置的测试结构获得所述晶圆4中心的区域的厚度情况，当然，所述第二测试区域31中也可以采用本发明提供的监控方法。
请参阅图5，在所述金属线5上形成多个测试焊盘51，每个所述测试焊盘51与所述金属线5均连通，并且，每个所述测试焊盘51之间的距离相等，使相邻两个所述测试焊盘51之间的金属线5的长度相等。接着测试每相邻两个所述测试焊盘51之间的所述金属线5的电阻，可以得出多个电阻值，根据多个电阻值与所述测试焊盘51的位置，可以拟合出如图6所示的所述金属线5的电阻分布图。可选的，所述测试焊盘51的数量可以适当多一些，以提高所述金属线5的电阻分布图的准确率。
进一步，由于所述金属线5的截面宽度是处处相等的，并且，相邻两个所述测试焊盘51之间的金属线5的长度相等，那么相邻两个所述测试焊盘51之间的金属线5的与厚度成反比，即，相邻两个所述测试焊盘51之间的金属线5的电阻越大，两个所述测试焊盘51之间的金属线5越薄；反之，相邻两个所述测试焊盘51之间的金属线5的电阻越小，两个所述测试焊盘51之间的金属线5越厚。通过所述金属线5的电阻分布图可以得出如图7所示的金属线5的厚度图，多个所述第一测试区域21中的金属线5的电阻分布图结合可以得出所述晶圆4边缘的厚度分布情况。
可选的，当所述金属线5的厚度在一设定范围内时，所述化学机械研磨设备工艺能力满足控制要求；当所述金属线5的厚度超过所述设定范围内时，所述化学机械研磨设备工艺能力不满足控制要求，具体的，所述设定范围可以根据实际需要形成的器件的精度进行调整，本发明不作限制。
综上，在本发明提供的化学机械研磨设备工艺能力的监控方法中，在所述晶圆的边缘上形成多个测试区域，然后在每个所述测试区域中形成沿着所述测试区域长度方向排布的金属线，对所述晶圆进行化学机械研磨工艺后，所述金属线的厚度也会随之改变，获取每个所述金属线的电阻分布图，由于所述金属线的截面宽度处处相等，所述金属线的电阻仅与所述金属线的厚度相关，可以根据所述电阻分布图可以反馈出所述化学机械研磨设备工艺能力的好坏，实现在线监控所述化学机械研磨设备工艺能力，当所述化学机械研磨设备工艺能力不满足控制要求时，可以及时的调整化学机械研磨设备的工艺参数，防止批量性不良品的产生，提高了晶圆的良率，从而降低了制造成本。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，其特征在于，所述化学机械研磨设备工艺能力的监控方法包括：
提供晶圆，在所述晶圆的边缘上形成多个测试区域；
在每个所述测试区域中形成沿着所述测试区域长度方向排布的金属线，所述金属线的截面宽度处处相等；
对所述晶圆进行化学机械研磨工艺，以减薄所述金属线；以及
获取每个所述金属线的电阻分布图，根据所述电阻分布图得到所述化学机械研磨设备工艺能力是否满足控制要求。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，其特征在于，在所述晶圆的边缘上形成多个测试区域的步骤包括：
提供一光罩，所述光罩的边缘形成有所述测试区域的图形；以及
采用所述光罩对所述晶圆进行曝光，以在所述晶圆的边缘上形成多个测试区域。
3.如权利要求2所述的化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，其特征在于，所述光罩呈方形，所述光罩的每条边上均形成有所述测试区域的图形。
4.如权利要求1所述的化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，其特征在于，所述金属线在所述测试区域的长度方向上呈蛇型排布。
5.如权利要求4所述的化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，其特征在于，所述晶圆包括衬底，在所述测试区域中形成所述金属线的步骤包括：
刻蚀所述测试区域的衬底，以在所述测试区域的衬底中形成蛇型的凹槽；以及
在所述凹槽中填充导电材料，形成所述金属线。
6.如权利要求1所述的化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，其特征在于，获取所述金属线的电阻分布图的步骤包括：
在所述金属线上形成多个测试焊盘，每个所述测试焊盘与所述金属线连通，一个所述金属层上的各测试焊盘之间的距离相等；以及
测试每两个相邻测试焊盘之间的金属线的电阻，得到所述金属线的电阻分布图。
7.如权利要求6所述的化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，其特征在于，相邻两个所述测试焊盘之间的金属线的电阻越大，两个所述测试焊盘之间的金属线越薄；反之，相邻两个所述测试焊盘之间的金属线的电阻越小，两个所述测试焊盘之间的金属线越厚。
8.如权利要求7所述的化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，其特征在于，当所述金属线的厚度在一设定范围内时，所述化学机械研磨设备工艺能力满足控制要求；当所述金属线的厚度超过所述设定范围内时，所述化学机械研磨设备工艺能力不满足控制要求。
9.如权利要求1所述的化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，其特征在于，所述测试区域与所述晶圆的晶边之间的最小距离在2mm-5mm之间。
10.如权利要求1所述的化学机械研磨设备工艺能力的监控方法，其特征在于，所述金属线的材料为铜金属。
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