CN102298266A - 制造标准晶圆的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造标准晶圆的方法，所述方法包括：通过基准光刻设备对晶圆进行光刻，在所述光刻中，将光刻版上的基准图形曝光在晶圆上，在晶圆上形成校准图形，曝光时只对光刻版中央区域的基准图形曝光。通过所述方法制造的标准晶圆受投影物镜畸变的影响较小，校准精度高，可适用于各种类型的光刻机，所述制造标准晶圆的方法具有较大的灵活性，并且通过所述方法制造出的标准晶圆使用时间较长。

Description

制造标准晶圆的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种制造标准晶圆的方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，集成电路向着高集成度的方向发展。在芯片制造过程中，通常需要多次光刻工艺才能完成整个制造过程。这就对套刻精度要求越来越高，套刻精度直接影响集成电路产品的成品率。影响套刻精度的因素很多，包括晶圆上对准标记的形貌，光刻机的对准系统，套刻测试设备，光刻机投影物镜的畸变等。其中，光刻机投影物镜的畸变是影响套刻的主要因素之一。

在公开号是CN101082778的中国专利申请中公开了一种在线测试投影物镜畸变的方法。图1示出了实现所述测试方法的测试装置的结构，在所述方法中，曝光光源9发出的光由分光镜8分成参考光12和测试光10，所述参考光12投射到固定于晶圆载物台5的干涉仪6上，所述测试光10经过光刻机中的光路传输系统1投影到掩模台3的针孔掩模板2上，所述针孔掩模板2上布置有针孔阵列，所述针孔掩膜版2通过投影物镜4在晶圆载物台5上的硅片面11成像。测试时，移动晶圆载物台5，使晶圆载物台5带着干涉仪6找到针孔掩膜板2上每个小孔的最佳成像位置，通过比较小孔的成像位置和小孔在针孔掩膜版上2的位置，拟合出曲线，曲线的非线性部分是投影物镜4的畸变。所述方法给出了对单台光刻机的畸变进行测试的方法。

但是，在制造芯片的过程中需要多次不同的光刻工艺，这就需要由多台光刻机对芯片进行曝光，如果多台光刻机的投影物镜的畸变没有进行校准，则给所制造的芯片带来较大的套刻偏移。例如对于典型的0.18μm以下的工艺产品，有6层以上的金属连线，需经过12次以上的光刻工艺才能完成，如果多台光刻机投影物镜的畸变没有校准，不同光刻机投影物镜累积的畸变会导致产品的套刻不符合规格。

所以，多台光刻机投影物镜的校准，是光刻工艺一项重要工作。现有技术中通常会选择畸变最小的机器制作出标准晶圆，所述标准晶圆用于检测其他光刻机的畸变。

在现有技术制造标准晶圆的方法中，选择畸变最小的光刻机作为基准光刻设备制造标准晶圆，但是基准光刻设备的畸变仍然影响标准晶圆上的校准图形。参考图2和图3分别示出了标准光刻版和标准晶圆上的校准图形。由于远离投影物镜光轴成像畸变较大，靠近投影物镜光轴成像畸变较小，与标准光刻版的图形相比，晶圆上的校准图形在畸变影响下，其位于边缘的图形产生严重的位置偏移，以位置偏移的校准图形对其他光刻机进行校准，校准精度不高。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术制作的标准晶圆校准精度不高。

为解决上述问题，本发明提供一种制造标准晶圆的方法，包括：通过基准光刻设备对晶圆进行光刻，在所述光刻中，将光刻版上的基准图形曝光在晶圆上，在晶圆上形成校准图形，曝光时只对光刻版中央区域的基准图形曝光。

可选的，所述只对光刻版中央区域的基准图形曝光包括：光刻版中心与基准光刻设备的投影物镜光轴对准，由挡板遮住光刻版的边缘区域，只露出光刻版中央区域的基准图形，进行曝光。

可选的，在所述光刻中，所述基准光刻设备的晶圆载物台以纳米级或微米级的步距步进。

可选的，在所述光刻中采用所述基准光刻设备的静态模式对整片晶圆曝光。

可选的，在所述光刻中在晶圆上任一曝光区域形成的校准图形包括与各类型光刻机对应的校准图形，所述校准图形的布局与相应光刻版的布局相同。

可选的，还包括：在所述光刻中形成对位标记和测试标记。

可选的，所述光刻版中央区域还包括对位标记图形和测试标记图形，在所述光刻中形成对位标记和测试标记包括：在所述光刻中，同时曝光基准图形和标记图形。

可选的，所述基准光刻设备是步进扫描式光刻机。

可选的，所述基准光刻设备的步进误差小于5nm。

相应地，本发明还提供一种校准光刻机畸变的方法，包括：通过基准光刻设备对晶圆进行一次光刻，在所述一次光刻中，将光刻版上的基准图形曝光在晶圆上，在晶圆上形成校准图形，其中曝光时只对光刻版中央区域的基准图形曝光，将所述形成有校准图形的晶圆作为标准晶圆；通过待校准光刻机在所述标准晶圆上进行二次光刻，形成测试图形，其中在所述二次光刻中，在校准图形的相同曝光位置上，采用与制造标准晶圆相同的光刻版进行曝光；测试所述校准图形和测试图形的套刻精度；根据所述套刻精度，校准待校准光刻机。

与现有技术相比，本方案具有以下优点：所述方法进行光刻时，只对处于光刻版中央部位的图案曝光，这样所述光刻版图案只通过投影物镜的中央部位在晶圆上成像，这种成像方式产生的畸变最小，可以忽略，所以通过所述方法形成的标准晶圆受光刻机畸变的影响较小，所述标准晶圆的校准精度较高。

附图说明

图1是现有技术测量光刻机畸变的装置示意图；

图2是现有技术中光刻版示意图；

图3是通过现有技术形成的标准晶圆的示意图；

图4是现有技术制造标准晶圆的光刻模式和采用这种模式形成的标准晶圆的示意图；

图5是本发明制造标准晶圆方法的一种实施方式的流程图；

图6是本发明制造标准晶圆方法的一种实施例的光刻模式和采用这种模式形成的标准晶圆的示意图；

图7是本发明制造标准晶圆方法的另一种实施例形成的标准晶圆的示意图；

图8是本发明校准光刻机畸变方法的一种实施例的流程图。

具体实施方式

参考图4，现有技术中在进行光刻时，光刻机中的挡板102(虚线所示)露出光刻版101上的全部基准图形103，光刻时将光刻版101上的全部基准图形103一次性曝光。在晶圆104的第一曝光区域将光刻版上的全部图案103一次性曝光后，光刻机的晶圆载物台带动晶圆104移动到第二曝光区域，在第二曝光区域将光刻版101上的全部基准图形103一次性曝光。这样随着晶圆载物台带动晶圆104移动，完成整片晶圆104上所有曝光区域的曝光，在晶圆104上形成校准图形105，将所述具有校准图形105的晶圆104作为标准晶圆。

但是将光刻版101上的全部基准图形103一次性曝光时，处于光刻版101边缘区域的基准图形103受投影物镜畸变的影响比较大，所形成的校准图形105与光刻版101的基准图形103相比，图形位置发生明显偏移(如图3所示)。

因此，在现有的制造标准晶圆的方法中，基准光刻设备的畸变对标准晶圆上的校准图形影响较大，这使得采用所述标准晶圆进行测试和校准的精度不高。设计人发现可以通过只对光刻版中央区域曝光的方法，解决以上问题。

参考图5，示出了本发明制造标准晶圆方法一种实施方式的流程图，所述方法包括：

步骤1，挑选基准光刻设备类型，例如，光刻设备类型是步进式光刻机(stepper)或扫描式光刻机(scanner)等。

步骤2，筛选基准光刻设备，所述基准光刻设备的步进误差小于5nm；

步骤3，通过基准光刻设备对晶圆进行光刻，在所述光刻中只对光刻版中央的区域曝光。

上述步骤顺序提供了依照本发明实施例的一种方法。其他的例如增加步骤，移除一个或多个步骤，或者以不同顺序排列的一个或多个步骤的实施例不会背离权利要求所限定的范围。在本说明书下文中可以发现本方法和结构更详细和具体的描述。

参考图6，示出了根据图4所示方法形成标准晶圆的一种实施例示意图。本实施例中，在进行光刻时，光刻版中心与基准光刻设备的投影物镜光轴对准，光刻机中的挡板202(虚线所示)遮挡光刻版201的边缘区域。光刻时只对露出的光刻版201中央部位基准图形203进行曝光。由于光刻版的中心在投影物镜的光轴上，所以所述处于光刻版中央部位的基准图形203在曝光时，通过投影物镜的中央部位(即靠近投影物镜光轴区域)在晶圆204上成像，这种方式成像的畸变最小，可以忽略。在晶圆204的第一曝光区域205，完成对光刻版201中央部位图案的曝光后，晶圆载物台带动晶圆204移动到第一曝光区域205内的其他曝光位置，仍然只将光刻版上中央部位的图案曝光，这样根据光刻版201的基准图形布局(如图6所示的光刻版201是3×3的阵列布局)，分多次完成第一曝光区域205的曝光，在第一曝光区域形成与光刻版201的布局相同的校准图形。之后，晶圆载物台带动晶圆204移动到第二曝光区域采用同样的方式进行曝光，在第二曝光区域形成与光刻版的布局相同的校准图形。然后，晶圆载物台带动晶圆204在其他曝光区域按照相同的曝光方法曝光，直到完成整片晶圆204的曝光。

由于本实施例中，需要分多次完成原来一次性曝光的基准图形，所以采用光刻机的微步距方式步进，即晶圆载物台以微米级的步进移动。较佳的，对于高端光刻机类型，晶圆载物台可以以纳米级的步进移动。曝光时采用光刻机的静态模式，所述静态模式下，曝光时，掩模台和晶圆载物台均静止不动，这样可以减少掩模台和晶圆载物台相对移动所产生的同步误差。

较佳地，在所述标准晶圆上，还要形成对位标记、测试标记。其中所述对位标记在后续校准时用于对准，所述测试标记在后续校准时用于套刻精度测试。

具体地，所述光刻版中央部位还包括对位标记、测试标记，在光刻时，光刻机中的挡板遮挡光刻版的边缘区域，只对露出的光刻版中央部位图案和位于中央部位的对准标记、测试标记，同时曝光基准图形和标记图形。

也可以在光刻时，先曝光标记图形再曝光校准图形，本领域技术人员根据本实施例可以根据上述实施例对本发明进行修改和变形，在此不加详述。

在芯片的制作过程中，需要由不同类型的光刻机进行多次光刻，为了使标准晶圆适用于多台光刻机的校准，设计人对本发明实施例进行优化。

参考图7，示出了本发明优化实施例中标准晶片301的示意图。在优化实施例的光刻中，在基准光刻机上，通过挡板只露出光刻板中央部位的图形进行曝光，并参考各台待校准光刻机标准光刻板的布局，在晶圆301上任一曝光区域的校准图形包括与各类型光刻机对应的校准图形，所述校准图形的布局与相应光刻版的布局相同，所述校准图形适用于校准各类型的光刻机。例如，第一待校准光刻机的标准光刻版是2×2的图形阵列，而第二待校准光刻机的标准光刻版是3×3的图形阵列。光刻时，通过挡板只露出光刻板中央部位的图形进行曝光，晶圆载物台带动晶圆以微步距移动，通过多次曝光在标准晶圆任一曝光区域均形成2×2的第一校准图形302和3×3的第二校准图形303。所述第一校准图形302(图中横线填充图形所示)用于校准第一待校准光刻机，所述第二校准图形303(图中点填充图形所示)用于校准第二待校准光刻机。所述标准晶圆任一曝光区域还可以包括其他图形阵列304，用于校准其他光刻机。

较佳地，在所述标准晶圆上，还要形成对位标记、测试标记。其中所述对位标记在后续校准时用于对准，所述测试标记在后续校准时用于套刻精度测试。

具体地，所述光刻版中央部位还包括对位标记、测试标记，在光刻时，光刻机中的挡板遮挡光刻版的边缘区域，只对露出的光刻版中央部位图案和位于中央部位的对准标记、测试标记，同时曝光校准图形和标记图形。

也可以在光刻时，先对曝光标记图形再对曝光校准图形，本领域技术人员根据本实施例可以根据上述实施例对本发明进行修改和变形，在此不加详述。

所述优化实施例制作出的标准晶圆，可以用于校准各种不同类型光刻机，具有较好的适用性。

综上，本发明提供的制造标准晶圆的方法中，晶圆上的每个图形都是通过对光刻版中央部位的图案曝光形成的。所述处于光刻版中央部位的图形在曝光时，通过投影物镜的中央部位(即靠近投影物镜光轴区域)在晶圆上成像，这种方式成像的畸变最小，可以忽略，所以通过本发明方法所形成的标准晶圆受光刻机畸变的影响可以忽略，所述标准晶圆的校准精度较高。

更进一步地，现有技术中，通常选择畸变最小的光刻机作为基准光刻设备，当基准光刻设备的畸变有较大变化，由所述基准光刻设备制造的标准晶圆将不能继续用于校准。而采用本发明的方法，由于畸变的影响很小，可以忽略，只要基准光刻设备的步进精度满足要求，就可以用于制作标准晶圆，并且即使基准光刻设备的畸变有变化，由于标准晶圆上的校准图形受畸变影响很小，所述基准光刻设备制造出的标准晶圆还可以使用，所以本发明选择基准光刻设备时具有较大的灵活性，并且制造出的标准晶圆使用时间较长。

参考图8，示出了本发明一种校准光刻机畸变方法的流程图，所述方法包括以下步骤：

步骤11，制造标准晶圆；

步骤12，通过待校准光刻机在所述标准晶圆上进行光刻，形成测试图形；

步骤13，测试所述校准图形和测试图形的套刻精度；

步骤14，根据所述套刻精度，校准待校准光刻机。

上述步骤顺序提供了依照本发明实施例的一种方法。其他的例如增加步骤，移除一个或多个步骤，或者以不同顺序排列的一个或多个步骤的实施例不会背离权利要求所限定的范围。在本说明书下文中可以发现本方法和结构更详细和具体的描述。

执行步骤11，制造标准晶圆。根据前述制造标准晶圆的方法制造标准晶圆。

执行步骤12，通过待校准光刻机在所述标准晶圆上进行光刻，形成测试图形。在所述光刻中，在校准图形的相同曝光位置上，采用与所述校准图形相同的光刻版进行曝光。

执行步骤13，测量套刻精度。测量所述校准图形和测试图形的套刻精度。

执行步骤14，校准。如果所述套刻精度不符合规格，需要校准光刻机，调整和光刻机投影物镜畸变相关的参数，减小畸变。然后重复步骤12至步骤14，直到测量到的套刻精度符合规格。在校准时可参考各光刻机标准光刻板的校准数据，对各待校准光刻机进行校准，以获取符合规格的套刻精度。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种制造标准晶圆的方法，包括：

通过基准光刻设备对晶圆进行光刻，在所述光刻中，将光刻版上的基准图形曝光在晶圆上，在晶圆上形成校准图形，其特征在于，曝光时只对光刻版中央区域的基准图形曝光。

2.如权利要求1所述的制造标准晶圆的方法，其特征在于，所述只对光刻版中央区域的基准图形曝光包括：光刻版中心与基准光刻设备的投影物镜光轴对准，由挡板遮住光刻版的边缘区域，只露出光刻版中央区域的基准图形，进行曝光。

3.如权利要求2所述的制造标准晶圆的方法，其特征在于，在所述光刻中，所述基准光刻设备的晶圆载物台以纳米级或微米级的步距步进。

4.如权利要求2所述的制造标准晶圆的方法，其特征在于，在所述光刻中采用所述基准光刻设备的静态模式对整片晶圆曝光。

5.如权利要求1所述的制造标准晶圆的方法，其特征在于，在所述光刻中在晶圆上任一曝光区域形成的校准图形包括与各类型光刻机对应的校准图形，所述校准图形的布局与相应光刻版的布局相同。

6.如权利要求1所述的制造标准晶圆的方法，其特征在于，还包括：在所述光刻中形成对位标记和测试标记。

7.如权利要求6所述的制造标准晶圆的方法，其特征在于，所述光刻版中央区域还包括对位标记图形和测试标记图形，在所述光刻中形成对位标记和测试标记包括：在所述光刻中，同时曝光基准图形和标记图形。

8.如权利要求1所述的制造标准晶圆的方法，其特征在于，所述基准光刻设备是步进扫描式光刻机。

9.如权利要求1所述的制造标准晶圆的方法，其特征在于，所述基准光刻设备的步进误差小于5nm。

10.一种校准光刻机畸变的方法，其特征在于，包括：

通过基准光刻设备对晶圆进行一次光刻，在所述一次光刻中，将光刻版上的基准图形曝光在晶圆上，在晶圆上形成校准图形，其中曝光时只对光刻版中央区域的基准图形曝光，将所述形成有校准图形的晶圆作为标准晶圆；

通过待校准光刻机在所述标准晶圆上进行二次光刻，形成测试图形，其中在所述二次光刻中，在校准图形的相同曝光位置上，采用与制造标准晶圆相同的光刻版进行曝光；

测试所述校准图形和测试图形的套刻精度；

根据所述套刻精度，校准待校准光刻机。

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