用於優化對基片上導電層組電響應的方法和裝置的製作方法

2023-09-20 18:19:35 1

專利名稱：用於優化對基片上導電層組電響應的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及基片製造技術，具體地，涉及用於優化對基 片上導電層電響應的方法和裝置。
背景技術：
在基片(例如，半導體晶片、MEMS器件、或諸如用在平板顯 示器製造中的玻璃板)的處理工藝中，往往使用等離子。作為基片 處理工藝(化學氣相沉積、等離子增強化學氣相沉積、物理氣相沉 積、蝕刻，等)的一部分，例如，基片一皮分成多個才莫片(dies)或 者矩形區域，每個會形成一個集成電路。然後該基片在一系列步驟 中被處理，在這些步驟中，有選4奪地去除(蝕刻)及沉積(沉積) 材並牛，從而在基片上形成電元件。在基片製造中，金屬是尤其重要的材料。例如，在一種被稱為 雙嵌入式工藝(dual damascene )的製造方法中，多個介電層通過填 充通孔的導電插塞(plug)而電連4妄。 一般地，開口在介電層中形 成，通常襯有(line) TaN或TiN阻擋層，隨後填充入允許兩組導 電圖案之間電接觸的其它導電材料(例如，鋁(Al)銅(Cu)、鎢 (W)等)。這建立了基片上兩個活性區域(例如源極/漏極區域) 之間的電接觸。在介電層表面上的多餘的導電材料典型地通過化學 機械拋光(CMP)去除。然後可沉積矽氮化物或矽碳化物的覆蓋層 以包覆銅。
隨後，為確-床該處理在可4妄受的參^t內，確定在基片上特定點 的導電層的電膜/層的屬性(例如，厚度、薄層電阻)往往是重要的。 測量的一種方法是J吏用渦流傳感器。 一般地，渦流為由交變》茲場在 導電介質中感應的電 流o一般，如果將第 一 交變電流施加到繞製成大體為螺線管狀的導 線(例如，在渦流傳感器中的導線)，在該螺線管中和周圍形成第 一交變電石茲場，該電》茲場延伸超出該螺線管的末端與螺線管直徑相 當的距離。如果該第一場被置於第二導體(例如，在基片上的導電 層)附近時，第二交變電流也會在該第二導體中流動，產生與該第 一場相互作用(例如，矢量相加)的第二場，並導致環繞糹笨^"的場 的擾動。在該探針的初始場中的這些擾動，可導致該探針電特性(包 括該糹罙針的阻抗和頻率響應)中的可4企測到的變化。利用阻抗-電壓 轉換器，該阻抗變化可轉換成電壓變化，以用於進一步的信號處理 與分析。對於生成來自這些檢測到的渦流探針特性的差異的信號，很多 技術是可用的。例如，在第一種技術中，可報告依賴於頻率寬度的 探針/渦流傳感器系統(傳感器系統)的功率吸收。類似地，在第二 種才支術中，可才艮告在該4笨針和該第二導體之間的該糹笨針阻抗的實部 和/或虛部的大小變化。這些測量一般利用無源或有源電路進行，以 產生電壓範圍，該電壓範圍可由無第二導體存在時的信號以及有導 致該信號的最大變化的第二導體存在時的信號限制。導致該探針信 號最大變化的第二導體的準確形狀、厚度和導電率通常取決於該探 針的幾何形狀、激發頻率和所採用的用於測量的方法，但一般其為 厚的(相當於該探針直徑的許多倍)導電膜(層)，設置為距離該 探針儘可能地近。根據應用，導電或》茲性元件可被結合入該探針的設計，以修改該探針場的空間範圍及大小，以及因此修改對該第二導電層的空間
和電敏感度。為了最適宜的性質，該傳感器系統應當最大化傳感器 系統對該導電膜所期望的電學性質(例如，厚度、薄層電阻等)的 壽文感度，同時最小化該傳感器系統對所有其它效果和變量的壽丈感度。通常，傳感器對^茲場(渦流護L動)的電響應，以及由此該響應 的精度，受該傳感器到該基片臨近度(基片臨近響應)的影響。也 就是說，當該激發探針場具有受限的空間範圍且其大小隨離開探針 的位置增大而減少時，由 一皮測量的第二導體導致的總渦流護二動也隨 著該第二導體被移動距該探針更遠而減少。因此，渦流傳感器可對 臨近度和電膜性質均敏感。通常，將由電膜屬性組導致的電響應的 部分(電膜性質響應)與由臨近度導致的電響應的部分(基片臨近 響應)隔離是困難的，這進而會在報告值中引入誤差。另外，特定基片的電膜屬性組自身可能是可變的。例如，傳感 器的電響應可能受導電膜電阻率的影響。也就是說，渦流信號變化 主要與力莫電阻率的倒悽t成正比。電阻率(也3爾為比電阻) 一般表示 材料抵抗電流流動的強度。低電阻率一般表示材料容易允許電子運 動。但是，電阻率一般也依賴於溫度。現參考圖1，示出了渦流傳感器的簡化示意圖。
一般地，通過變化該傳感器(線圈)和基片106之間的距離104可導致該傳感器 線圈阻抗102的變化。因為目標材料電阻率和滲透率的電參數可確 定該-故測量傳感器擾動的大小，因此通常校正用於該目標材料的傳 感器系統。改進給定傳感器的響應的 一個解決方案是平均多個傳感器的 臨近誤差，每個傳感器同時試圖以相同的臨近度測量基片上相同的 點(例如並發多傳感器)。例如，兩個傳感器，每個具有距彼此已 知和固定的臨近度，可以以相對於設置在它們之間的導電層的固定
的臨近度設置。在通常的實現中， 一個傳感器設置在該基片上方， 而另 一個傳感器設置在該基片下方。如果每個傳感器具有大致上相 同的對臨近度的敏感度，則在任何一個傳感器上的電響應可大致上 相等，但與另一個傳感器上的電響應相反。隨後， 一起平均每個傳 感器的信號可產生一個組合信號，該組合信號對於該導電層到兩個 傳感器中任一個的位置(臨近度)的敏感度小得多，該組合信號隨 後可用於更好地報告導電膜的期望的電學性質(例如，更不依賴於 臨近度)。在進行測量之前，通過周期性地4交正該傳感器系統(傳感器、 基片幾何形狀及基片處理、工作檯運動，等)，通過對在基片置於 傳感器之間的已知位置時得到的 一對測量值耳又平均可消除理i侖上 的臨近度誤差。但是，在實踐中，可重複並精確地相對被測導電層 -沒置渦流傳感器往往是非常困難的。例如，用於在傳感器之間設置基片的設備可具有過寬的公差範 圍，乂人而<吏當相比於因在不同測量方位或次悽t的不同臨近度導致的 測量的傳感器擾動時，由於基片膜厚度變化導致的傳感器擾動大體 上類似。類似地，用於相對傳感器移動基片的機構(例如，轉盤等) 可引起基片的震動或基片臨近度振幅的變化，該震動或臨近度振幅 變化導致探針信號的擾動，該擾動超過了膜厚度的測量差，或引入 報告的膜厚度的不確定性，這種不確定性超過了該傳感器系統所期 望的精度。隨後，甚至是相對小的臨近度變化也會測量中引入相當 大的誤差，對於高精度測量呈現出問題，例如基片製造。另外，即使並發多傳感器的臨近度誤差可被基本上最小化，仍 然需要及時》也在不同點進^亍測量(例如，順序測量)。例如，因為 傳感器往往位於傳感器搖臂上，當移動該傳感器搖臂越過基片表面 時，對準兩個傳感器是不方便的。也就是說，兩個傳感器可置於該 傳感器搖臂上，從而使它們形成一條平行於與轉盤上基片轉動相切
的向量的直線。當該傳感器臂搖動越過該旋轉的基片時，該傳感器 直線和該切線向量之間的角度會增加到一個位置，在該位置兩個傳 感器不能同時設置於該基片上的相同點的上方。另外，該傳感器搖 臂結構本身可防止將傳感器設置在彼此的頂部，或來自於一個傳感器的千擾(例如，串擾)可阻止兩個傳感器的同時使用。現參考圖2，示出了在一個機構中的基片的簡化的示意圖，利用傳感器臂搖動該基片。在該示例中，當傳感器搖臂204移動傳感 器206越過基片202表面時，基片202沿方向208轉動。鑑於以上所述，期望用於優化對基片上導電層電響應的方法和裝置。發明內容在一個實施例中，本發明涉及一種確定在目標基片上由第一導 電材料形成的第一導電層的第 一厚度的方法，該目標基片進一步具 有由不同於該第一導電材料的第二導電材料形成的第二導電層。該 方法包括在相對該目標基片的給定位置設置第一渦流傳感器，該第 一渦流傳感器當淨皮置於該給定位置時，相對於該目標基片為間隔分 離關係(spaced-apart relationship )。該方法還包4舌當該第 一 渦;充傳 感器#皮置於該給定位置時， -使用該第 一 渦流傳感器測量第 一 電響應 糹且，該第一電響應組包4舌第一電壓測量和第一電流測量中的至少一 種，測量該第一電響應組在第一目標基片溫度下進4亍。該方法進一 步包括當該第 一 渦流傳感器被置於該給定位置時，利用該第 一 渦流 傳感器測量第二電響應組，其包4舌第二電壓測量和第二電流測量中 的至少一種，該測量該第二電響應組在不同於該第一目才示基片溫度 的第二目標基片溫度下進行。該方法還包括使用至少該第 一 電響應組和該第二電響應組，以及該第一導電層的第一溫度系悽t來計算第
三電響應ia ，該第三電響應《且^^表基本上可歸因於該第 一導電層的響應；以及乂人該第三電響應組確定該第一厚度。在另一個實施例中，本發明涉及用於確定目標基片上由第一導 電材料形成的第一導電層的第一厚度的配置，該目標基片進一步具 有由不同於該第一導電材料的第二導電材料形成的第二導電層。該配置包4舌在相對該目標基片的《會定位置i殳置的渦流傳感器，該第一 渦流傳感器當被置於該給定位置時，相對於該目標基片為間隔分離 關係。該配置還包括用於存儲第一電響應組的裝置，當該第一渦流 傳感器置於該給定位置時，利用該第 一 渦流傳感器測量該第 一 電響 應組，該第一電響應組淨皮在第一目標基片溫度下測量。該配置還包 括用於存儲第二電響應組的裝置，當該第 一渦流傳感器被置於該給定4立置時，利用該第一渦流傳感器測量該第二電響應ia,該第二電 響應組被在不同於該第一目標基片溫度的第二目標基片溫度下測 量。該配置還包4舌用於〗吏用至少該第 一電響應《且和該第二電響應ia 以及該第一導電層的第一溫度係數計算第三電響應組的裝置，該第 三電響應組〗戈表基本上可歸因於該第 一導電層的響應；以及用於,人 該第三電響應組確定該第一厚度的裝置。在另一個實施例中，本發明涉及一種確定目標基片上由第一導 電材料形成的第一導電層的第一厚度的方法，該目標基片進一步至 少具有由不同於該第一導電材料的第二導電材料形成的第二導電 層。該方法包括利用臨近該基片i殳置的渦流傳感器，在兩個不同目 標基片溫度下測量至少兩組電響應。該方法還包括/人該至少兩組電響應計算層特有的(layer-specific )電響應組，該層特有的電響應 組代表基本上可歸因於該第一導電層的響應；以及從該層特有的電 響應組確定該厚度。本發明的這些和其它優點將會在以下結合附圖的對本發明的 具體i兌明中更加詳細地描述。


本發明通過附圖中示例的方式而非局限性的方式進行說明，在附圖中，相同的標記代表相同的元件，其中 圖1示出了渦流傳感器的簡化的示意圖；圖2示出了在帶有傳感器臂的轉盤上的基片的簡化的示意圖；圖3示出了根據本發明的一個實施例的用於確定基片上導電層 厚度的三條4交正曲線的組；圖4示出了4艮據本發明的一個實施例的在約21'C至約23。C之 間循環90分鐘的帶有包括Cu的導電膜基片的簡化的示意圖；圖5示出了根據本發明的一個實施例的在約2rC至約23。C之 間循環90分鐘的帶有包括Si的導電膜基片的簡化的示意圖；圖6示出了根據本發明的一個實施例的比較溫度係數a與大體 上包括Cu的導電膜的基片平均厚度的簡化的示意圖；以及，圖7顯示了4艮據本發明的一個實施例的確定目標基片上第一導 電層厚度的方法的簡化的示意圖，該目標基片進一步具有第二導電 層。
具體實施方式
現在結合在附圖中示出的數個優選實施例，詳細描述本發明。 在以下說明中，將闡明許多具體細節以提供對本發明的透徹的理 解。但是，對於本領域的技術人員而言，顯然，本發明可不使用這 些具體細節中的某些或全部而實施。在另一些情形下，熟知的處理 操作將不具體描述，以避免不必要地混淆本發明。 雖然不希望受限制於理論，但本發明人相信，可補償基片電膜 屬性的變化，以優化傳感器電響應。在一個實施例中，在已知溫度 下的基準基片樣品的傳感器電響應可用於才交正在未知溫度下的目 標基片的傳感器電響應。在一個實施例中，該基準基片的導電層材 料大體上類似於該目標基片的導電層材料。在一個實施例中，該基準基片和該目標基片利用大體上類似的測量協議(protocols)而測量。例如，均可利用相同的渦流測量4支術，在大約相同的臨近度並在大約相同的測量位點(幾何結構)等 測量該基準基片以及該目標基片，從而使該基準基片和該目標基片 之間的主要變量為溫度。在一個實施例中，如果該基片有兩個具有 不同電阻率溫度系凌t的導電層，可在不同的溫度下4f到一組測量， 以獲得期望的膜厚度的大體上不依賴於溫度的值。以下描述了多種實施例，包括方法和技術。應當注意，本發明 亦可覆蓋包括計算機可讀介質的製造業主題，在該計算機可讀介質上存〗諸用於4丸行創新性:技術的實施例。該計算才幾可讀介質可包括， 例如，半導體、磁的、光磁的、光學的或用於存儲計算機可讀代碼 的其他形式的計算才幾可讀介質。另外，本發明還可覆蓋用於實施本 發明實施例的裝置。該裝置可包括電路(專用和/或可編程)，以執 行與本發明實施例有關的任務。這些裝置的示例包括通用計算機和 /或合適地編程的專用計算設備，並可包括計算機/計算設備與專用/ 可編程電路的結合，其適於與本發明實施例有關的多種任務。這些 裝置的示例可包括在一個或多個集成電3各中的合適的專用和/或可 編程電路，該電路配置為執行此處公開的計算機實現技術。另外， 通常，對於利用計算機的任何計算，需要在存儲器或計算機寄存器 中的才喿作數。如前所述，傳感器對該-磁場(渦流擾動)的電響應，及其精確 度，受該傳感器到該基片臨近度的影響(基片臨近度響應)。也就 是說，因該激發糹笨針場具有受限的空間範圍，並且其大小隨著距該 探針位置的增加而減少，所以由被測的第二導體導致的總體渦流擾 動也隨著移動第二導體進一步遠離該糹笨4十而減小。因此，渦流傳感 器可對臨近度和電膜屬性均是敏感的。 一般地，難以將由該組電膜 屬性組導致的電響應部分(電膜屬性響應)與由臨近度導致的電響 應的部分(基片臨近度響應)分開，這可能隨後在報告值中引入誤 差。另夕卜，對於特定基片的電膜屬性組可以是可變化的。例如，傳 感器的電響應可受該導電膜電阻率的影響。也就是i兌，渦流信號變 化主要與膜電阻率的倒數成正比。電阻率(也稱為比電阻)一般表 示材料^氐抗電流流動的強度。低電阻率一4i表示材料容易允許電子運動。但是，電阻率一^:也依賴於溫度。一般地，各傳感器響應，R，可建模為多個關鍵變量的函數/ (-)=^(《/7,5>(7)) [等式1〗其中，d是待測膜厚度，p是臨近度，並且S —般是傳感器序 列號，它是一個簡化符號，表明響應對所有信息的功能依賴性，其 中信息是關於由通過該被測膜檢測到的特定渦流探針場的擾動到 方《更測量單位的轉換。並且p(T)是溫度依賴的電阻率。在一個實施 例中，方便測量單位為伏特(V)。假設所有傳感器具有相同的序列 號，那麼等式1可進一步簡化為辨-)=/ (《/^(7)) [等式2]因此，在基片上的導電膜的厚度d可建模為d^/(尺Wp'Kr))) [等式3
電阻率(也稱為比電阻) 一般表示材料抵抗電流流動的強度。低電阻率一^:表示材料容易允許電子運動。用於電阻率的SI單位 (國際單位)是歐姆米(ohm meter )。材料的電阻率一般由以下方 程得出"=平 [等式4其中p是電阻率(測量單位為歐姆米)，R是該材#+均一才羊品 的電阻(測量單位為歐姆)，1為該樣品的長度(測量單位為米)， 並且A為該才羊品的一黃截面積(測量單〗立為平方米)。電阻率也可^皮定義為P = | [等式5其中E為該電場的大小(測量單位為伏特每米)並且J為電流 密度的大小(測量單位為安培每平方米)。現參考圖3，示出了根據本發明的一個實施例的在特定基片溫 度(校正溫度)的三個校正曲線的組，用於確定在基片上的導電層 (例如，Cu，等)的厚度。縱軸示出了以埃(A)為單位測量的厚 度304,而橫軸示出了由渦流傳感器測量的電壓響應(V) 302。在 該示例中，4交高的響應電壓與4交小的厚度相關。為同樣的目的，也 可產生具有響應電壓減少的4吏正曲線，例如通過在沒有4寺測"莫的系 統中所獲得的最大電壓抵消(offset)每個探針響應電壓。在一個簡化的示例中，在特定的基片溫度，才艮告的渦流響應V (電壓)，具有合理的臨近度校正屬性，其可建模為2V:Rj( d,p! )+Ru( d,pn )艱(d,pj )+Sp.dR!/dp+R"( d，p^ )畫Sp.dRu/dp[等式6其中，如果ep為在傳感器I的實際測量時間從化的臨近度變化，那麼，/人傳感器i和傳感器n之間固定的幾何關係的推斷，當jm又當傳感器II的測量同時進^f亍時，-￡p為在傳感器n的實際測量時間從Pu的臨近度變化。為本示例的目的，假設所有傳感器的傳感器序列號S相等，因此為計算的目的，1文考慮d和p。另夕卜，雖然該響應示出為電壓，4旦也可^f吏用其它的電4爭'l"生，例力口電;危。假設兩個傳感器在它們到膜厚度的額定臨近度具有大體上相等的響應R(d，p!"R(d,pn)。在實踐中，可以如下所述的機械方式合 理地實現，或者利用傳感器依賴相關性函數而合理地實現。另夕卜， 傳感器對臨近度變化的響應敏感度(例如，臨近度電響應)也假設 為具有相同的大小。隨後，以p!測得的dRVdp等於以Pn測得的 dR /dp，並消去等式6中的臨近度依賴項，以及提供能夠與該膜厚 度相關的不依賴臨近度的測量。在一個實施例中，可通過〗吏用成對的傳感器的組來完成，它們 具有基本上相同的類型(因此性能大約相同)並將基片部分加載於 它們之間。之後，該膜可具有對兩個傳感器相等的額定臨近度。因 此，消去一些項，簡化的報告的測量可表示為2V=2R(d)+0 [等式7該等式可與小的臨近度變量無關。在一個簡化的示例中，對於 單一傳感器，如果Ri(d,p〖h Rn(d,pn^l.5V，並且如果dRVdp二2V/mm， sp=0.1mm，那麼2V= Rj(d，pO+Sp'dR!/dp+Rn(d，pu)- sp.dR /dp=1.5V+2V/nm*0.1mm+1.5V-2V/nm*0.1mm=3V等式8
因此，在理想的同時測量情況中，該方法產生的臨近度誤差約為0%,或者通常約3 a < 0.03V。應當明白，可利用總量內兩個傳 感器間權重比例適當的變化而執行這些分析，從而確保消去相關的 臨近度項，或者包括兩個以上的傳感器，但是保留上述的基本屬性。但是，在校正溫度下測量該基片可能是實用的。例如，基片處 理可能要求將該基片加熱到大體上高於校正溫度的溫度。隨後，僅 為了進行一組測量而等待該基片冷卻，這會導致大大降低的產品產 量。但是，溫度可影響導電膜的下層的電阻率，因此影響淨皮測的渦 流響應。現參考圖4，根據本發明一個實施例的在約21。C至約23。C之間 循環200分鐘的帶有包括Cu的導電膜的基片的簡化的示意圖。橫 軸406代表以分鐘為單位的時間，左手邊的縱軸402代表以度(。C ) 為單位的基片溫度，而右手邊的縱軸404代表以埃(A)為單位的 導電膜厚度，其由渦流系統才艮告。曲線408代表基片和膜溫度在約 200分鐘間隔的變化，而曲線410表示了由該渦流系統測量的才艮告 導電膜厚度的對應變化。在該示例中，Cu具有0.0035/degC的溫度 係數(a )。當基片溫度408向一個方向移動(增加或減少)時， 該只於應的導電月莫厚度(由渦流響應測量)向才目反方向移動。例如， 在大約60分鐘處(412),基片溫度約為21.58。C，而對應的導電膜厚 度約為9536A。但是，在約68分鐘處，基片溫度約為22.1(TC,而 對應的導電膜厚度約為21.68 A。現參考圖5,根據本發明的一個實施例的在約2rC至約23。C之 間循環200分鐘的帶有包括Si的導電膜的基片的簡化的示意圖。橫 軸506代表以分鐘為單位的時間，左手邊的縱軸502代表以度(。C ) 為單位的基片溫度，而右手邊的縱軸504代表以埃(A)為單位的 導電膜厚度。曲線508代表基片溫度在約200分鐘間隔的變化，而 曲線510表示了測量的導電膜厚度的對應變化。在該示例中，Si具
有-0.011/degC的溫度系悽史(oc )。當基片溫度508向一個方向移動 (增加或減少)時，該對應的導電膜厚度(由渦流響應測量)向相 反方向移動。例如，在大約60分鐘處(512),基片溫度約為21.63 。C,而對應的導電膜厚度約為14.15A。但是，在約68分鐘處，基片 溫度約為22.12。C,而對應的導電膜厚度約為13.1A。隨後，對於給定的材料以及一些給定的溫度範圍，如果電阻率 變化與對應的溫度變化成比例，則由於那個溫度範圍內變化的溫度 引起的基片上導電層電阻率的變化可建^^莫為r)=p(rc) (l+"( r-[等式9] 其中p (t;)是在校正溫度下導電膜的以歐姆米為單位的電阻率(校正電阻率)，T是目標基片與該校正溫度的溫度偏差，a是導電 膜以degC"為單位的溫度係數，a典型的值為Cu大約+0.0039到 大約0.0068degCr1， Si:大約-0.07至大約-0,01degC"，並且，對於大部分的感興趣材^K該溫度係數可一皮查閱，或者按照如下所述來 測量。隨後，對於溫度的相對小的變化，所導致的被測導電膜厚度的變4匕可大體上與^皮測電阻率p(Tm)成正比，而大體上與4交正電阻率p(Tc)成反比。因此，等式3可被進一步簡化為"m =^/(R(da,P,pO;)) [等式10其中，dm是由渦流響應測量獲得的導電膜厚度，da是實際導電膜厚度，Tc是校正溫度，Tm是感興趣的被測渦流響應的基片溫度(測量溫度)，f(R(da ,p，p(Te)))是在校正溫度Te下的導電膜厚度，p是到導電膜的傳感器臨近度，p(Tc)是在校正溫度Tc下的導電膜的電阻
率(校正電阻率)，P (Tm)是在測量溫度Tm下的導電膜的電阻率(測 量電阻率)。將等式9代入等式10:formula see original document page 20 [等式u其中，f(R(d,p, p(Tc)))或f(Rc)為在校正溫度下，基片上導電膜 的厚度，T-Te或AT為校正溫度和測量渦流時溫度之間的溫度差， 而a為導電膜以degC"為單位的溫度係數。對於小("ATy乘積(例 如，《0.0),等式ll可進一步簡化為formula see original document page 20[等式12
(1 + aAr) (1 - 1 - (aA71)之後，可檢測到由溫度導致的小的渦流擾動。例如，對於由 Cu組成的導電膜，可測量佔總量的約0.4%的擾動。另夕卜，可獨立 於傳感器臨近度p來測量該4尤動。例如，臨近度變量可通過一支術手 段消去，例如，如前所述，使用基本上相同類型的成對的傳感器組， 且將基片部分加載於它們之間。在一個實施例中，在已知溫度下的基準基片的電響應可用於修 正在未知溫度下的目標基片的電響應。也就是說，對於在大體上相 似但未知的溫度下的基準基片和目標基片，但其對溫度變化具有基 本上相同的電阻率響應，並且對於在已知溫度下的基準基片的一組 校正曲線組，該目標基片的電阻率校正p (Te)/ p (TJ可以通過如下 結合等式3以及等式10來確定formula see original document page 20 [等式13]formula see original document page 21[等式14其中，dwef是在校正溫度下基準基片上的被測導電膜厚度，其 大體上等於實際導電膜厚度4，並且d,ef是在測量溫度下基準基片上的被測導電膜厚度；p (Tc)是在校正溫度Tc下基準基片的電阻率，並且p (Tm)是在被測溫度Tm下基準基片的電阻率，其也基本上相似 於在相同溫度下的目標基片的電阻率。隨後，假設基準基片配置為具有大體上與目標基片相同的渦流 響應，那麼校正和測量溫度之間的基準導電膜厚度的變化(自動補償因子)可用於4交正目標基片的渦流響應。因此，等式14可重寫 為formula see original document page 21[等式15
其中，Tl為自動補償因子dc-ref/dm-ref ， dc-ref是在校正溫度下基準 基片上的測量導電膜厚度，dm-ref是在測量溫度下基準基片上的被測 導電膜厚度；P(Tc)是在校正溫度Te下基準基片的電阻率，並且P (Tm)是在被測溫度Tm下基準基片的電阻率，並且，因為我們已經清楚地對電阻率函數關係建模(如等式10所示)，所以f(R(d,p))為不依賴於溫度的導電膜厚度的函數，取代ri:formula see original document page 21[等式16]將等式14代入等式16:formula see original document page 21等式171 在一個實施例中，基準基片的dm-ref可在測量目標基片的dm—to 之前由渦流傳感器測量。在一個實施例中，基準基片的dm—ref可在測 量目標基片的dm^之後由渦流傳感器測量，或者前、後的d,ef測 量平均值可用來將因在基片上多個目標位點測量期間溫度漂移導 致的誤差最小化。如前所述，並且通常，測量的導電膜厚度與導電 膜溫度有關。因此，在溫度可能改變的環境中，至少出於計算的目 的，基準基片導電膜厚度dm—ref的良好近似值，可通過在測量dm—tar 之前的d1TWef與測量dm智之後的d,ef求平均值而獲得。在一個實施例中，該基準基片為已知Cu導電H莫厚度的小的著陸墊(landing pad)，其相對於待測基片上給定點附近的一個或多個位置而被設置。在一個實施例中，可確定在帶有多個導電膜的基片上的目標導 電膜厚度。 一般地，基片上被測渦流響應包括該基片上所有導電膜 的總的響應。但是，對於一組導電膜而言，每個具有關於溫度的不 同的導電率p ,特定的導電膜渦流響應可通過在n個不同的溫度下 測量該總的渦流響應而被隔離，其中n為基片上導電膜的數量。在 實際中膜堆對小的變化AT的行為可描述為有效溫度系悽taeff。然 後可使用相同的自動補償因子方法，因為其不依賴於溫度係數的數 值的相關信息(knowledge )，而僅依賴於與目標晶片行為相似的基 準樣品。現參考圖6,根據本發明的一個實施例的比較溫度係數a與基 本上包括Cu的導電膜的基片平均厚度的簡化的示意圖。橫軸606 示出了以埃(A)為單位的測量的平均導電膜厚度。左邊縱軸602 示出了帶有膜堆的基片的有效溫度係數(a )。橫線610示出了銅 的溫度系悽史0.0035/degC的額定值。曲線612示出了帶有月莫堆的基 片的有效阿爾法變量。右邊縱軸604示出了以埃(A)為單位的3 a可變性的減少。也就是i兌，由在室溫中4吏正2-3。C變^f匕導致的渦 流報告的厚度可重複性的改進。該改進如虛線608所示。
一4殳而言，在某個閾值以上，當因目標月莫而產生的渦流響應增加時(例如，較厚的導電膜)，導電膜的有效溫度係數(a )(示為 612)接近導電膜的額定溫度係數(a )(示為610)。因此，僅需要 相對較d、數量的基準樣品以校正對被測導電膜厚度的渦流響應。基 準樣品的實際數量一般取決於需要的溫度補償的精度，以及目標導 電膜的厚度範圍。例如，對於小於 4000 A的銅膜而言，在614， 溫度補償可能相當小，並可忽略不計，而對於大於 4000 A的銅膜， 利用具有在10,000A範圍內銅厚度的單個基準樣品，可獲得顯著的 改進。在該少量的基準樣品內合適的校正係數的選擇，可基於從目 標膜未校正的第一次測量對目標膜厚度的估計。如前所述，通常，在基片上測量的渦流響應包4舌在該基片上所 有導電膜的總的響應。但是，對於一組導電膜，每個具有關於溫度 的不同電阻率p ，特定的導電膜渦流響應可通過在n個不同的溫度 下測量該總的渦流響應而隔離，其中n為基片上導電膜的個數。如 果導電膜具有不同的溫度係數，該信息可用於區分由不同膜導致的 渦流測量部分。例如，帶有兩個導電膜(例如，Cu、 Si，等)的基 片可在兩個不同的溫度下淨皮測量，從而大體上分離並由此確定歸因 於其中 一個導電力莫的渦流響應。隨後，在任何給定溫度T下，帶有兩個導電膜的基片可建模為r=/ (A_cf/,a p CF/(rTO))+ "/^^-cw,/ ， p c"(r",)) [等式18其中dA—CH是在基準基片上第一導電膜的實際厚度，dA-CF2是在 基準基片上第二導電膜的實際厚度，p是對導電膜的傳感器的臨近度，Pch(T)是在溫度T下第一導電膜的電阻率，Pcf2(T)是在溫度T 下第二導電膜的電阻率，(3是導電膜厚度依賴率(例如，為說明導 電膜3-d效應，例如前圖所示在Si基片上主導溫度行為的非常厚 的銅)，並且V是以伏特為單位的渦流響應。
將等式14代入等式18:K — ^ ^ 、 cw + 7T77T""" [等式19其中Tm是測量渦流響應時的溫度，Te是校正溫度，pcm是第 一導電膜的電阻率，PCF2是第二導電膜的電阻率，Rc-CF!是第一導 電膜在校正溫度下的渦流響應，Rc-CF2是第二導電膜在校正溫度下的渦流響應，p是導電膜厚度依賴率，並且v是以伏特為單位的渦流響應。因此，對於在給定溫度下帶有兩個導電膜的基片，通常有 兩個未知量，Rc—CF j和(3 Rc—CF2 。但是，如果帶有兩個導電膜的基片的總的渦流響應通常在至少 兩個溫度下測量，則可確定單個導電膜的渦流響應。例如，可為在兩個不同溫度下進4於的兩個總的渦流測量而重寫等式19:「屍雙/ c + G P &.CF2 [等式20]K產A凡，+G /5[等式21]其中，B產pcF"Tc)/pon(T0 , B2=pCF1(Tc)/pCF1(T2)， C產pcF2(Tc)/pcF2(T0, C2=pCF2(Te)/pCF2(T2)。正如在本領域中的一詢殳理解，等式20和等式21可利用克萊姆 法則(Cramer's Rule )進一步簡4匕為formula see original document page 24formula see original document page 25等式23為了示範，在其中一個渦流響應測量在才交正溫度下進4亍的情況 下，該等式可進一步簡化。例如，如果T!為校正溫度(例如，T^TJ 等式20和等式21可如下重寫為其 中B2=pCF(Tc)/pCF) (T2)=( 1 +aCF, AT2)-[等式24] [等式25]並且C2=pcF2(Tc)/pcF2(T2)=( 1+aCF2AT2)-再一次，正如本領i或中的一4殳理解，等式24和等式25可利用克萊姆法則進一步簡化為formula see original document page 25[等式26formula see original document page 25[等式27例如，展開等式26的分母:formula see original document page 25[等式28
進一步簡化等式26:formula see original document page 26[等式29Jformula see original document page 26[等式30
其中Rc-cf1是第一導電膜在校正溫度下的渦流響應，OCch是第一導電膜以degC1為單位的溫度係數，occF2是第二導電膜以degC" 為單位的溫度係數，△ T2是校正溫度Tc和被測溫度T2之間的差， V!是在校正溫度Te下的總的渦流響應，並且V2是在被測溫度T2 下的總的渦流響應。注意到如果^f叉對導電膜1感興趣，那麼不需要 知曉該兩個膜的相對貢獻(例如，P,等)。現在可基於作為不依 賴於基片和溫度的渦流響應的Rc-cfi構建正態相關函數(normal correlation function),並由此報告出改進的渦流結果，例如CF1膜 厚度。類4以i也，Rc-cf2的滿;克口向應可表示為formula see original document page 26 [公式31]再次，其中Rc—CT2是第二導電膜在校正溫度下的渦流響應，(3是導電膜厚度依賴率，acn是第一導電膜以degC"為單位的溫度系 數，occF2是第二導電膜以degC"為單位的溫度係數，厶丁2是校正溫度Te和被測溫度丁2之間的差，V！是在校正溫度Tc的總的渦流響 應，並且V2是在^皮測溫度丁2下的總的渦流響應。如果期望兩個月莫信號均跨越(across)膜厚度的顯著差別，可構建晶片以對於感興 趣的月莫堆測量對渦流測量的相對貢獻。例如，在銅月莫(CF1二銅)主 要^爭越某厚度範圍變化的情況下，可在感興趣的範圍上確定(3(dc-cw),並使用基於等式30的相關性結果，以通過將等式31除以 P(dcCT,)來確定^爭越多個膜厚度而標準化的渦流響應Rc.CT2。現參考圖7,示出了根據本發明的一個實施例的確定目標基片 上第 一導電層的厚度的簡化的方法，該目標基片進一步具有第二導 電層。首先，在步驟702，在相對目標基片的給定位置i殳置第一渦 流傳感器。接下來，在步驟704,在第一目標基片溫度下測量傳感 器電響應組。*接下來，在步專聚706,在不同於第一目標基片溫度的 第二目標基片溫度下測量第二電響應組。接下來，在步驟708,使 用至少該第一和第二電響應組，以及第一導電層的溫度係數，計算 第三電響應組。最後，在710,,人該第三電響應《且確定該第一厚度。儘管本發明已4艮據多個實施例進行了描述，^旦還存在有落入本 發明範圍的變化、置換和等同方式。還應當注意，有許多實現本發 明方法的備選方式。另外，本發明不局限於特定的傳感器設計、檢 測方法、激發頻率、有源或無源電器元件或報告待測敏感信號的傳 感器銷售商的方法的任何其他特性。並且，可4吏用多於兩個的傳感 器。另外，此處所使用的術語"組"包括一個或更多該組中的指定 元素。例如， 一組"X"指一個或多個"X"。本發明的優點包括用於優化對基片上的導電膜電響應的方法 和裝置。其它的優點包括使用相對便宜的設備以改進臨近度修正， 以及更高的基片測量處理量。已經公開了示例性的實施例和最佳方式，可對該公開的實施例 進行Y奮正和變化，而保持在由利要求限定的本發明的主題和4青神 內。
權利要求
1.一種確定目標基片上由第一導電材料形成的第一導電層的第一厚度的方法，所述目標基片進一步具有由不同於所述第一導電材料的第二導電材料形成的第二導電層，所述方法包括在相對於所述目標基片的給定位置設置第一渦流傳感器，所述第一渦流傳感器當被置於所述給定位置時，相對於所述目標基片為間隔分離關係；當所述第一渦流傳感器被置於所述給定位置時，使用所述第一渦流傳感器測量第一電響應組，所述第一電響應組包括第一電壓測量和第一電流測量中的至少一種，所述測量所述第一電響應組在第一目標基片溫度下進行；當所述第一渦流傳感器被置於所述給定位置時，使用所述第一渦流傳感器測量第二電響應組，所述第二電響應組包括第二電壓測量和第二電流測量中的至少一種，所述測量所述第二電響應組在不同於所述第一目標基片溫度的第二目標基片溫度下進行；利用至少所述第一電響應組和所述第二電響應組，以及所述第一導電層的第一溫度係數，計算第三電響應組，所述第三電響應組代表基本上歸因於所述第一導電層的響應；以及從所述第三電響應組確定所述第一厚度。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述目標基片共有N個 導電層，其中N為整數，所述確定所述第一導電層的所述第 一厚度包括至少在N個不同的溫度下進行N次測量。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，基於下式計算所述第三電 響應組formula see original document page 3其中，Rc-CT1是所述校正溫度下所述第一導電膜的渦流響應，acF!是所述第一導電膜以degC"為單位的溫度係數，aCF2 是所述第二導電膜以degC-1為單位的溫度係數，AT2是所述 才t正溫度Tc和所述測量溫度T2之間的差，Vj是在所述才交正溫 度Te下的總的渦流響應，並且V2是在所述測量溫度丁2下的 總的渦;危響應。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中，所述確定所述第一厚度包 括使用厚度相關曲線組，將所述第三電響應組與所述第 一厚度 相關聯。
5. 根據權利要求3所述的方法，其中，使用數學優化函數來計算 所述厚度相關曲線組，所述^t學優化函H將所述第一導電層的 厚度與被計算為大體上可歸因於所述第一導電層的多個電響 應相關耳關。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一導電層包括鋁、 銅和4烏中的至少一種。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一電響應組代表被 進行了所述第一渦流傳感器和所述目標基片之間臨近度變化 f務正的電響應糹且。
8. —種用於確定目標基片上由第一導電材並+形成的第一導電層 的第 一厚度的配置，所述目標基片進一步具有由不同於所述第 一導電材料的第二導電材料形成的第二導電層，所述配置包 括在相對所述目標基片的《合定位置i殳置的渦流傳感器，當 所述第 一 渦流傳感器被置於所述給定位置時，所述第 一 渦流傳感器相對於所述目標基片為間隔分離關係；用於存儲第一電響應組的裝置，當所述第一渦流傳感器 -故置於所述糹合定位置時，^f吏用所述第 一渦流傳感器測量所述第 一電響應組，所述第一電響應組在第一 目標基片溫度下^皮測 量；用於存儲第二電響應組的裝置，當所述第一渦流傳感器 被置於所述給定位置時，使用所述第 一 渦流傳感器測量所述第 二電響應組，所述第二電響應組在不同於所述第一 目標基片溫度的第二目標基片溫度下被測量；用於4吏用至少所述第 一電響應組和所述第二電響應組以 及所述第 一導電層的第 一溫度係數計算第三電響應組的裝置， 所述第三電響應組代表基本上可歸因於所述第 一導電層的響 應；以及用於從所述第三電響應組確定所述第一厚度的裝置。
9. 根據權利要求8所述的配置，其中，所述目標基片共有N個 導電層，其中N為整數，所述確定所述第一導電層的所述第 一厚度包括至少在N個不同的溫度下進行N次測量。
10. 根據權利要求8所述的配置，其中，基於下式計算所述第三電 響應糹且formula see original document page 4 其中，Rc-CF!是所述校正溫度下所述第一導電膜的渦流響應，acF!是所述第一導電膜以degC"為單位的溫度係數，aCF2 是所述第二導電膜以degC"為單位的溫度係數，AT2是所述 校正溫度Te和所述測量溫度T2之間的差，V!是在所述校正溫度Te下的總的渦流響應，並且，V2是在所述測量溫度T2下的總的渦;克響應。
11. 根據權利要求10所述的配置，其中，所述用於確定所述第一厚度的裝置包括用於使用厚度相關曲線組將所迷第三電響應 組與所述第 一厚度相關聯的裝置。
12. 衝艮據權利要求10所述的配置，其中，使用數學優化函數來計 算所述厚度相關曲線組，所述數學優化函數將所迷第一導電層 的厚度與被計算為大體上可歸因於所述第一導電層的多個電 響應相關耳關。
13. 根據權利要求8所述的配置，其中，所述第一導電層包括鋁和 銅中的至少一種。
14. 一種確定目標基片上由第一導電材料形成的第一導電層的第一厚度的方法，所述目標基片進一步至少具有由不同於所述第 一導電材料的第二導電材料形成的第二導電層，所述方法包 括使用臨近所述目標基片設置的渦流傳感器，至少在兩個 不同目標基片溫度下測量兩組電響應；乂人所述至少兩組電響應計算層特有的電響應組，所述層 特有的電響應組，所述層特有的電響應組〗戈表基本上可歸因於 所述第一導電層的響應；以及乂人所述層4爭有的電響應組確定所述厚度。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中，所述目標基片共有N個 導電層，其中N為整數，所述確定所述第一導電層的所述第 一厚度包括至少在N個不同的溫度下進4亍N次測量。
16. 才艮據權利要求14所述的方法，其中，基於下式計算所述從所 述層特有的電響應組確定所述厚度K2(l + ac》-2Ar2)i (i + "CF2Ar2)(l + "OTAr2)其中，Rc-CF!是所述校正溫度下所述第一導電膜的渦流響 應，aon是所述第一導電膜以degCr1為單位的溫度係數，aCF2 是所述第二導電膜以degC"為單位的溫度係數，AT2是所述 校正溫度Tc和所述測量溫度T2之間的差，V丄是在所述校正溫 度Te下的總的渦流響應，並且V2是在所述測量溫度T2下的 總的；咼;^p向應。
17. 根據權利要求16所述的方法，其中，所述從所述層特有的電 響應組確定所述厚度包括使用厚度相關曲線組。
18. 根據權利要求17所述的方法，其中，使用數學優化函數來計 算所述厚度相關曲線組，所述數學優化函數將所述第一導電層 的厚度與被計算為大體上可歸因於所述第一導電層的多個電 響應相關耳關。
19. 根據權利要求16所述的方法，其中，所述第一導電層包括鋁 和銅中的至少一種。
20. 根據權利要求16所述的方法，其中，所述使用臨近所述基片 i殳置的渦流傳感器至少在兩個不同目標基片溫度下測量兩組 電響應代表^皮進行了所述第 一 渦流傳感器和所述目標基片之 間臨近度變^M奮正的電響應糹且。
全文摘要
公開了一種確定在目標基片上由第一導電材料形成的第一導電層的厚度的方法，該目標基片進一步具有由第二導電材料形成的第二導電層。該方法包括在相對該目標基片的給定位置設置第一渦流傳感器，並且測量第一電響應組，第一電響應組包括在第一目標基片溫度下的第一電壓測量和第一電流測量中的至少一種，以及在第二溫度下的第二組測量，並且利用該第一和第二電響應組，以及該第一導電層的第一溫度係數，計算第三電響應組，該第三電響應組代表大體上可歸因於該第一導電層的響應；以及從該第三電響應組確定該第一厚度。
文檔編號G01B7/06GK101213416SQ200680024134
公開日2008年7月2日 申請日期2006年6月28日 優先權日2005年6月30日
發明者安德魯·D·貝利三世 申請人:朗姆研究公司