TW522451B - Monitoring wafer for measuring film thickness - Google Patents

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Description

522451
本發明係有關監測晶圓’特別係在監測晶圓内，即便 未將表面粗糙度研磨SSi產品晶圓程度為止，亦可當作監 測晶圓用的膜厚測定用監測晶圓。 五、發明說明（1) 【技術領域 【技術背景】
在半導體製程t ’當對形成產品临晶圓，施行熱氧 二：理或CVD成，處理之日守’與產品。晶圓同時將測試晶 圓（dUmmy wafer)或監測晶圓搭載於晶舟上。測試晶圓係 J當產品晶圓片數不足規定的片數時補充用，或者在cvd 製程等製程中，為使爐内溫度、氣體流動呈均句而插入 =因此無法成為產品。再者，監測晶圓乃為監測形成於 產。口 Si晶圓上的CVD膜等膜厚與爐内粉减，而施行盥產 广晶圓完全相同製程的處理。力以，特別係產品si晶圓 ==時均收容於晶舟上’並經由既定處理，而在 J 口口 Si曰曰圓與監測晶圓表面上，@時形成熱氧化膜或⑽ =疋處j里結束後，將膜厚測定用監測晶圓從晶^ =J後二再利用膜厚測量
=厚，=斷所測量到的膜厚是否在規格内。 的：5二：評斷同時處理的產品晶圓亦形成規格内， 的膜’而將產品晶圓移往下一個^呈。 與產=圓；監測晶圓，一般習知便採) 材科所構成的Si晶圓。當將此Si晶圓t
522451
五、發明說明（2) J =用監測晶圓使用的情況時 :物磨或触刻，或者研磨與姓刻並用，而將膜$ " 然後再供使用。譬如在6吋晶圓的D-poly成膜f d= ’在膜厚測定用監測晶圓上，一次形成1〇〇〇;成： 將d_d二。一經形成之後，便再利用hf + hno3 + h2o(i:8:12) 圓使用ί予 ’然後再度供作為膜厚測定用監測晶 在重複此種操作3〜4次之後，因為表面將變粗 = 無法在當作膜厚測定用監測晶圓使用。此外，在重 = 次的再研磨之後，隨研磨將使晶圓板厚變薄，且容 =、容易斷裂。或者，形成無法測量等情況，而無法 η你 因此，便不再屬於監測晶圓，而無法當作測試晶 w使用，僅能報廢。 所以，當將上述產品Si晶圓當作膜厚測定用監測晶圓 口用的情況時，在經數次使用後，便無法再被當作監測晶 圓使，，而產生縮短當作監測晶圓的壽命之問題。=此二 f ’最近業界便將焦點集中於由碳化矽（sic)所構成的膜 厚測定用監測晶圓。換句話說，此Sic監測晶圓係經CVD而 所形成膜厚1 mm左右的圓板狀碳化矽膜，並具有下數優點： a) 因為對硝酸、氟酸荨具優越耐餘刻性，因此可輕易 的去除钱刻的附著物，且因為監測晶圓本身表面並不致粗 糙’因此可長時間重複使用； b) 因為與氮化矽、複晶矽間的熱膨脹係數差較小，因 此附著於監測晶圓上的膜亦將不易剝落，可大幅降低製程 中途的粉粒；
522451 五、發明說明（3) 可減少爐^ :::重金屬等雜質擴散係數極低，因此 d )因為具優越耐熱變形 送等自動移载； 生因此可輕易進行機械臂搬 =經此便朝促進實用化…進。 時，基本上將要求與產：=當：=晶圓用的情況 度。特別當作粉粒測量用的曰表面粗链 度，乃屬極“i 磨l，Si晶圓相同程 研磨(CMP)等，而Sic雖J時，雖執行化學機械 的優點，但相反的卻㈣ί機 ’且耐藥品性較強 =用，晶圓’在可同時測量粉粒與膜厚上將t 貝用化上的問題。 王 心1旦是，當監測晶圓同時測量粉粒及膜厚的情況時，大 多採打僅測量膜厚的情況，或僅測量膜厚的情況。 在考慮當作膜厚監測時所要求規格之情況下，膜厚監 測晶圓的膜厚測量法基本原理，乃依膜折射率或改變膜 厚’並應用利用干涉色變化現象的干涉色測量法。藉此， 相對於所入射的光，若屬於可獲得測量上所需反射強度 (反射率）之面的話，便可進行測量，所以結論便不需要
SiC 級的超鏡面= 。 當然，當作膜厚測量用的監測晶圓，不僅限於s i C， 除氧化鋁、石英、鎢、鉬之外，亦有將磨碎碳或藍寶石當
2189-4636-PF(N);Ahddub.ptd
第6頁 522451 五、發明說明（4) 作材料，該等均可適用。 作膜2的在於提供—種將以材料等硬質晶圓告 乍膜尽監測用晶圓，並可實用化之構造的晶圓 函田 【發明概述】 士明者發現監測晶圓的表面粗糙度 固的表面粗糙度相同，僅要 未”產。nSi曰曰 度(反射率k表面粗韃度：：；； = = =強 土膜厚之測量極限最小膜厚的表面粗： = 的監測臈厚，至此便完成本發明。-的送，便可適當 鬥:話說，本發明之膜厚測定用監測晶圓伟至少將曰 固早面的平均表面粗链度Ra，設定 二 •上所形成臈之膜厚以下。 社判里對象之Si晶0 面的；：，t :之膜厚測定用監測晶圓係至少將晶圓單 膜厚作為上限值，而設定為低於該上限值 的上Κ將監測晶圓單面的平均表面粗請a 的構^。 °又疋為產品Sl晶圓平岣表面粗糙度約400倍大 1此情況下’將上述監測晶圓的平均表面粗糙度設定 在0.08 //m以下，最好設定在〇 〇2 以下。 實施發明之較佳形態 2189-4636-PF(N);Ahddub.ptd 第7頁 522451 五、發明說明（5) 以下’針對本發明膜厚測定用監測晶圓之具體實施形 態，參照圖示進行詳細說明。 第1圖所示係實施形態的監測晶圓4 0，屬於以S i C為材 料而所形成的製程之一例。S丨c的製造方法係將s i C粉末進 行燒結而製成的。或者，屬於將碳在s丨氣體中施行s丨C化 等的幾個製造方法中，利用CVD法的製程。首先，配合進 行製造用的S i C監測晶圓4 〇尺寸，製作由高純度石墨所構 成的既定尺寸之圓板狀石墨基材42(第1圖（1))。 然後’將上述圓板狀石墨基材42放入CVD裝置中，將 ^置（爐）内加熱至如1〇〇〇〜16〇〇。〇的既定溫度，並維持 著’且將爐内設定在如100T〇rr的既定壓力。之後，對此 CVD裝置，將形成Sic原料的^^與^，分別設定為5〜2〇 體積％，同時供應載體氣體的氫氣（ίΐ2)。藉此，在石墨基 材42表面上便形成Sic層（碳化矽層）44，並施行成膜處理 直到此膜厚為〇· 1〜lmm程度為止（同圖（2))。 表面上已形成#SiC層44膜的石墨基材42， '" 取出後，便利用機械加工研削周面並予以去 除，而稞露出石墨基材42的周面（^ % 黑：2 : 1由在氧氣環境中燃燒石墨基材42，而將石 墨以去除，便獲得二片sic 而將石 (4))。接著，如同圖（5)中 ^ 同時修整周圓部的面部。 研磨Sic監測晶圓40，並
監測晶圓係如同普通石夕晶圓般的進行表面研磨。SlC
2189-4636-PF(N)：Ahdduh ntn $ 8頁 522451 五、發明說明（6) 監測晶圓4 0係利用採用鑽石磨粒的拋光基進行研磨，並將 其平均表面粗链度R a依如下進行設定。 換句話說，至少將Sic晶圓40單面的平均表面粗糙度
Ra，設定為在測量對象之Si晶圓上所形成膜之膜厚相同或 更小。在S 1 C晶圓上，施行絕緣氧化臈或多晶矽膜等，形 成如250埃、50〇埃、或1 0 0 0埃等膜厚的成膜處理、。為監測 此膜厚，將上述SiC監測晶圓40的平均表面粗糙度Ra，至 少設定為與構成最小膜厚的臈厚相同或更小。譬如當對
SiC晶圓形成250埃、500埃、及1 0 0 0埃膜厚的成。膜處田理， 分開複數次進行的情況時，因為最小膜厚為25〇埃（=〇 〇25 ym)，因此SiC晶圓40上所施行平均表面粗糙度Ra便設定 為Ra<G.G25,。當然，當Sic晶圓係、依每個單—成膜處 理，行監測的情況時，譬如當形成5〇〇埃之D-Poly膜的情 =% ’ SiC監測晶圓40的平均表面粗糙度Ra便將5〇〇 〇 5，）設定為上限值’並研磨成為低於該上限值(Ra< . 〇· 05 // m)。 者，產Λ晶圓(Si晶圓）的平均表面粗糙度 ^ 0002#m，但對應此亦可將Sic監測晶圓4〇的表面 Ra上限值設定為其40〇倍的Ra%〇 〇8 。 k又 叮：此因為調整Sic監測晶圓4〇的平均表面粗糙度以， 亦膜厚監測’因此對機械強度較高且耐藥性 产 1Β:Ξ =作業’便不再需要研磨至與Si晶圓相同程 度“糟此便極可SiC晶圓實用為膜厚監測。當缺，雖將Ra 4 08,設定為上限值’但因為最好為表面㈣較 第9頁 2189-4636-PF(N);Ahddub.ptd 522451 五、發明說明（7) 者，因此最好將產品晶圓之平均表面粗糙度1 0 0倍的Ra二0 . 0 2 // m設定為上限值。以下便屬於具體確認分別對S i晶圓 與S i C晶圓施行成膜處理，而S i C晶圓可適用於膜厚監測的 實施例。 <實施例1 > 晶圓係採用S i監測晶圓與S i C監測晶圓。成膜係同時 在S i監測晶圓與S i C監測晶圓上同時蒸鍍多晶矽不同膜厚 (即2 0 0 0埃、1 4 0 0埃、7 0 0埃級數），並將其各執行一批 次。下表1，2係經蒸鍍後膜之膜厚的測量結果。測量值係 採用納能密德立克斯公司（少/ >卜V 7 )產製的
NanoSpec 8000XSE 求取。 [表1]
Si(單位：埃)
No. 1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 1998 2039 2032 2052 2049 2020 U29 1461 1466 1463 U65 U50 693 705 706 707 704 701 [表2 ]
SiC(單位：埃)
No. 1 No.2 No.3 No.4 No. 5 No.6 2011 2035 2022 2036 2027 2023 1435 1458 U55 1460 U51 1U8 687 700 701 709 698 703 第2圖所示係以S i晶圓為橫轴，以S i C晶圓為縱軸，而 對編號1之測量膜厚進行描點，近似度為0 . 9 9 9 8，得知可 將S i C晶圓利用為膜厚測量用監測晶圓。再者，第3圖〜第5
2189-4636-PF(N);Ahddub.ptd 第10頁 522451 五、發明說明（8) 圖係依每個膜厚求得結果。 其次，針對監測晶圓的表面粗糙度與膜厚測量極限， 進行調查的實施例。 <實施例2 > 將8吋CVD-SiC黑色鏡面晶圓當作膜厚監測晶圓，與產 品Si晶圓同時形成Poly-Si膜。該監測晶圓的鏡面（表面） 中心部位處屬於可測量膜厚者，而鏡面的外周緣與消光面 (背面）則無法測量。測量裝入晶圓承載盒編號1，3，5，7中 之監測晶圓的表面粗糙度。第6圖所示係監測晶圓表面粗 糙度的測量方法說明圖。測量係以定位標記部分為下側， 並測量晶圓半徑方向的中央處、從中央起5Omm與從中央起 9 0mm的部分，在圓周方向間隔45度間距進行測量，並以鏡 面端為表面，測量表背面二側。表面粗糙度的測量係採用 接觸式表面粗糙計，乃採用東京精密公司產製的沙福勾姆 (廿一 7 3 λ )120Α，測量結果如下表所示。
2189-4636-PF(N);Ahddub.ptd 第 11 頁 522451 五、發明說明（9) 【表3] S位"m 角度 編號No_ 1 3 5 7 表 表 表 表 中心 0.06 0. 10 0.08 0.10 0.06 0.10 0.08 0. 10 從中心起 50mm 〇度 0.08 0.10 0.04 0.10 0.06 0.10 0. 10 0.12 45度 0.08 0.10 0.10 0.10 0.06 0.12 0.08 0.10 90度 0.06 0.10 0.08 0.10 0.06 0.10 0.08 0.12 135度 0.08 0.10 0.08 0.10 0.06 0.10 0.08 0.10 180度 0.08 0.10 0.08 0.10 0.06 0.10 0.08 0.10 225度 0.06 0.10 0.06 0.10 0.06 0.10 0.10 0.10 270度 0.08 0.12 0.06 0.10 0.06 0.10 0.08 0.10 315度 0.08 0.10 0.06 0.10 0.06 0.10 0.08 0.10 平均 0.08 0.10 0.07 0.10 0.06 0.10 0.09 0.11 從中心起 90mm 〇度 0.10 0.10 0.08 0.10 0.06 0.14 0.10 0.14 45度 0.08 0.10 0.08 0.10 0.08 0.12 0.08 0.12 90度 0.08 0.10 0.06 0.10 0.06 0.10 0.10 0.12 135度 0.10 0.10 0.08 0.10 0.06 0.10 0.08 0.10 180度 0.08 0.10 0.06 0.10 0.10 0.10 0.08 0.10 225度 0.08 0.10 0.08 0.10 0.10 0.12 0.10 0.12 270度 0.08 0.10 0.08 0.10 0.10 0.10 0.10 0.12 315度 0.10 0.10 0.08 0.80 0.10 0.10 0.08 0.12 平均 0.09 0.10 0.08 0.10 0.08 0.11 0.09 0.12 將上述測量結果予以圖形化，便如第7圖所示。在第7 圖中，實線表示表面側，虛線表示背面側。由圖中得知， 表面側的表面粗链度小於背面側的表面粗链度，整體而 言，從晶圓中心起朝向外周方向，表面粗糙度將變大。可 測量膜厚的表面側中心位置處，在相較於其他部分之下， 表面粗糙度較小，在此值的表面粗糙度Ra = 0. 08 // m以下， 可進行膜厚測量，在Ra = 0. 08 // m以上，則安定而無法測
2189-4636-PF(N);Ahddub.ptd 第12頁 522451 五、發明說明（ίο) 量，甚至R a = 0 · 1 // m以上則屬不可能測量。 另，在上述實施形態中，雖以膜厚測定用 用S i C為材料的例子進行說明，但不僅限於S i C 於採用除氧化結、石英、鶴、錮之外，尚有如 寶石所形成的硬質晶圓。 綜上說明，本發明之膜厚測定用監測晶圓 將晶圓單面的平均表面粗糙度Ra，設定為測量 圓上所形成膜之膜厚約相等的構造，因此可獲 較硬且具化學耐藥性的膜厚測定用監測晶圓， S i晶圓程度，亦可實用為膜厚監測晶圓，除可 本之外，並可提供可供半永久性使用之膜厚測 圓的功效。 監測晶圓採 ，亦可適用 磨碎碳或藍 ，因為至少 對象之S i晶 得即便未將 研磨至產品 降低研磨成 定用監測晶
2189-4636-PF(N);Ahddub.ptd 第13頁 522451 圖式簡單說明 第1圖（1)至第1圖（5)係SiC晶圓的製程圖。 第2圖係當在Si晶圓與SiC晶圓上形成不同膜厚膜時， 監測適用測試結果圖。 第3圖係當在Si晶圓與SiC晶圓上形成較厚多晶矽 (2 3 0 0埃程度）時，監測適用測試結果圖。 第4圖係當在Si晶圓與SiC晶圓上形成中程度膜厚多晶 矽（1 5 0 0埃程度）時，監測適用測試結果圖。 第5圖係當在Si晶圓與SiC晶圓上形成較薄膜厚多晶矽 (7 9 0埃程度）時，監測適用測試結果圖。 第6圖係S i C晶圓表面粗糙度的測量方法說明圖。 第7圖係S i C晶圓表面粗糙度的實測結果圖。 符號說明】 4 2 石墨基材 4 0 S i C監測晶圓 44 SiC 層
2189-4636-PF(N);Ahddub.ptd 第14頁

Claims (1)

  1. 522451 六、申請專利範圍 1. 一種膜厚測定用監測晶圓，其特徵在於：至少將晶 圓單面的平均表面粗糙度Ra，設定為約略等於在測量對象 之S i晶圓上所形成膜的膜厚。 2. —種膜厚測定用監測晶圓，其特徵在於：至少將晶 圓單面的平均表面粗縫度R a，以在測量對象之S i晶圓上所 形成複數種膜的最小膜厚作為上限值，而設定為低於該上 限值。 3. —種膜厚測定用監測晶圓，其特徵在於：至少將監 測晶圓單面的平均表面粗糙度Ra的上限值，設定為產品S i 晶圓平均表面粗糙度約40 0倍大。 4. 如申請專利範圍第3項之膜厚測定用監測晶圓，其 中上述監測晶圓的平均表面粗糙度係設定在0. 0 8 // m以 下，最好設定在0.02/zm以下。
    2189-4636-PF(N);Ahddub.ptd 第15頁
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