CN102455600B - 检测晶片表面形貌的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测晶片表面形貌的方法，包括：选取包括具有相同的全部相对表面形貌的多个管芯的晶片；选取第一管芯，使检测点阵列的中心位置对准第一管芯的中心位置，通过检测第一管芯的第一绝对表面形貌确定其第一相对表面形貌；选取第二管芯，使检测点阵列的中心位置偏离第二管芯的中心位置，通过检测第二管芯的第二绝对表面形貌确定其第二相对表面形貌；合并第一相对表面形貌和第二相对表面形貌确定管芯的全部相对表面形貌；检测晶片上的其它管芯的部分绝对表面形貌，通过部分绝对表面形貌和全部相对表面形貌，得到所有的管芯的全部绝对表面形貌。根据本发明，能够避免由于光点间具有间距而产生的“盲点”问题。

Description

检测晶片表面形貌的方法

技术领域

   本发明涉及半导体制造工艺，特别涉及检测晶片表面形貌的方法。

背景技术

光刻技术，已经被广泛应用于集成电路制造工艺中。该技术通过光刻系统曝光，将设计的掩模板图形转移到光刻胶上。“掩模板”和“光刻胶”的概念在光刻工艺中是公知的：掩模板也称光刻版，是薄膜、塑料或玻璃等材料的基底上刻有精确定位的各种功能图形（掩模图形）的一种模板，用于对光刻胶的选择性曝光；光刻胶是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体，受特定波长光线作用后，其化学结构发生变化，使得在某种溶液中的溶解特性改变。

由于光刻工艺决定最终集成电路的特征尺寸，光刻系统作为集成电路制造工艺中的重要设备，其精确要求对于光刻工艺的重要性不言自明。光刻系统包括对准系统，该对准系统关于掩模板的投影图像来精确地对准晶片，由此允许掩模板在晶片的选定区域曝光。目前主要使用的有两种光刻系统，一种是步进光刻系统，掩模图案依次曝光成像在晶片的一个曝光区域，随后晶片相对于掩模板移动，将下一个曝光区域移动到掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩模板图案曝光在晶片的另一曝光区域，重复这一过程直到晶片上所有曝光区域都拥有掩模图案的像；另一种是步进扫描光刻系统，在上述过程中，掩模图案不是依次曝光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像；在掩模图案成像过程中，掩模板与晶片同时相对于投影系统和投影光束移动。

为获得最佳成像效果，在曝光工艺中，涂覆有光刻胶的晶片上表面需置于最佳像面高度。然而，由于加工工艺的原因，晶片表面并非理想平面，这是由于在多数产品芯片上，任一层上的图案密度一般是不均匀的。这会在处理数个物理层之后由于抛光工艺和其它工艺对变化的图案密度的反应而造成离散的形貌图案，晶片表面的高低起伏已经足以影响光刻机曝光成像的质量。

为了解决这个问题，Yamada等人的美国专利No.6,081,614涉及一种可应用于扫描曝光型曝光设备的表面形貌检测的方法，用于连续地检测晶片表面相对于投影光学系统的光轴方向的位置或者倾斜。掩模图像在这些设备中的聚焦在扫描曝光工艺器件连续地执行校正驱动以便进行自动聚焦和自动调平。

如图1所示，为具有调焦调平系统的光学曝光系统平面原理示意图。在照明系统101的照射下，光源通过投影物镜102将掩模103上的图像投影曝光到晶片104上。掩模103由掩模台105支承，晶片104由工作台106支承。在图1中，在投影物镜102和晶片104之间有一个调焦调平系统110，该装置与投影物镜102或投影物镜支承108进行刚性连接，用于对晶片104表面的位置信息进行测量，测量结果送往晶片表面位置控制系统109，经过信号处理和调焦调平系统的计算后，驱动调焦调平执行器111对工作台112的位置进行调整，完成晶片104的调焦调平。

如图2所示，示出一晶片210，晶片上具有按照所需要的管芯（die）的大小划分的多个管芯，这些管芯以m×n的阵列排列。每个管芯之间由第一外围电路相分隔（图中未示出）。其中，每个管芯的大小均是相同的。每个管芯又分为多个晶粒，每个晶粒之间由其内的第二外围电路相分隔(图中未示出)。每个晶粒中又包含了多个器件，例如，每个晶粒内均为大量周期性重复排列的存储单元（图中未示出，例如可以为1024个）。调焦调平系统一般在测量扫描时使用九个光点来测量晶片表面的形貌。九个光点为由九个光点M0~M8所构成的线性阵列，即检测点阵列，且此检测点阵列与扫描方向（如箭头所示）垂直。此外，检测点阵列大小足以遮盖晶片上的所有管芯。

在测量扫描时，调焦调平系统是以一曲折路径201（图中以虚线示出）来进行具有检测点阵列扫描，因此检测点阵列的中心位置即M4的中心位置会沿着每一个管芯行列的中心线行进。

在传统的工艺中，由于每个光点的大小是确定的，而相邻两个光点之间会存在一定的距离，这样，在检测的时候就会遗漏某些部位，即出现所谓的“盲点”，如图3 的301区域所示。由于这些部位是不能够被检测到的，这样，这些部分的表面形貌就不会被检测到。这很有可能造成晶片聚焦的问题。现有的技术中，会想到增大光点的尺寸来解决这个问题，但是这会使得光刻机的结构变得更加复杂，增加过多的生产成本，在实际工业中是不可行的。

因此，需要一种新的方法，能够在有效地检测晶片表面形貌，避免出现“盲点”情况。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了避免在检测晶片表面形貌过程中出现“盲点”，本发明提出了一种检测管芯表面形貌的方法，包括：选取晶片，所述晶片具有多个管芯，所有的管芯具有相同的全部相对表面形貌；选取所述晶片上的第一管芯，使调焦调平系统的检测点阵列的中心位置对准所述第一管芯的中心位置，所述检测点阵列的具有多个相同的光点，所述光点为长方形，所述光点的宽度不小于所述光点间的间距，通过检测所述第一管芯的第一绝对表面形貌确定所述第一管芯的第一相对表面形貌；选取所述晶片上的第二管芯，使所述调焦调平系统的检测点阵列的中心位置偏离所述第二管芯的中心位置，所述偏离的距离不小于所述检测点阵列中的光点的间距且不大于所述检测点阵列与所述管芯的宽度之差的一半，通过检测所述第二管芯的第二绝对表面形貌确定所述第二管芯的第二相对表面形貌；合并所述第一相对表面形貌和所述第二相对表面形貌，以确定所述所有的管芯的全部相对表面形貌。

优选地，所述第一管芯和所述第二管芯是同一管芯。

优选地，所述第一管芯和所述第二管芯是不同的管芯。

优选地，所述检测点阵列在所述第一管芯和所述第二管芯上的扫描方向相同。

优选地，所述检测点阵列的扫描方向与所述检测点阵列垂直。

优选地，所述检测点阵列是由9个相同的光点组成的，所述检测点阵列的宽度为30~35mm，所述管芯的宽度为25~26mm，所述光点的宽度为2.8~3mm。

优选地，所述调焦调平系统的点阵列的中心位置偏离所述第二管芯的中心位置的距离为±（0.6~1.7）mm。

本发明还提出了一种检测晶片表面形貌的方法，包括：选取晶片，所述晶片具有多个管芯，所有的管芯具有相同的全部相对表面形貌；选取所述晶片上的第一管芯，使调焦调平系统的检测点阵列的中心位置对准所述第一管芯的中心位置，所述检测点阵列的具有多个相同的光点，所述光点为长方形，所述光点的宽度不小于所述光点间的间距，通过检测所述第一管芯的第一绝对表面形貌确定所述第一管芯的第一相对表面形貌；选取所述晶片上的第二管芯，使所述调焦调平系统的检测点阵列的中心位置偏离所述第二管芯的中心位置，所述偏离的距离不小于所述检测点阵列中的光点的间距且不大于所述检测点阵列与所述管芯的宽度之差的一半，通过检测所述第二管芯的第二绝对表面形貌确定所述第二管芯的第二相对表面形貌；合并所述第一相对表面形貌和所述第二相对表面形貌，以确定所述所有的管芯的全部相对表面形貌；检测所述晶片上的其它管芯的部分绝对表面形貌，通过所述部分绝对表面形貌和所述全部相对表面形貌，得到所述所有的管芯的全部绝对表面形貌。

根据本发明，能够避免由于光点间具有间距而产生的“盲点”问题，可以得知每个管芯的全部相对表面形貌，这样可以在曝光时对晶片进行更加准确的定位，以保证晶片的聚焦，进一步地保证光刻工艺的准确性，以提高良品率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1是具有调焦调平系统的光学曝光系统平面原理示意图。；

图2具有多个管芯的晶片的示意图；

图3是晶片上“盲点”的示意图；

图4A至4B为根据本发明的方法检测晶片相对表面形貌的示意图；

图5是通过根据本发明的方法检测管芯得到全部相对表面形貌的流程图；

图6是根据本发明的方法检测晶片形貌的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明本发明是如何来检测晶片表面形貌的。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

调焦调平系统一般在测量扫描时使用多个光点构成的线性阵列，即检测点这列。检测点阵列一般为九个光点，扫描方向与该检测点阵列垂直。其中光点的形状为长方形。此外，检测点阵列尺寸足以涵盖每个管芯的宽度。例如，宽度为25~26mm左右的管芯，检测点阵列的宽度为30~35mm左右，每一个光点的宽度为2.8~3mm左右。这里的宽度方向均与扫描方向垂直。在测量扫描时，调焦调平系统是以一曲折路径来进行具有九个光点的阵列扫描，因此检测点阵列的中心位置，即M4的中心位置会沿着每一个管芯行列的中心线行进。

下面通过具体实例来描述根据本发明采用调焦调平系统检测晶片形貌的具体方法，即本发明通过检测点阵列的起始点不同来避免传统检测工艺中出现的“盲点”问题。这里，通过检测点阵列中M4的中心位置来与管芯的中心位置的间距来反应检测点阵列的起始点的不同。M4的中心位置与管芯的中心位置偏离的距离不小于检测点阵列中的光点的间距，也不大于检测点阵列与管芯的宽度之差的一半。晶片的表面形貌分为“相对表面形貌”和“绝对表面形貌”。“相对表面形貌”是指每个管芯中的点与点之间的相对位置，与其它管芯无关。“绝对表面形貌”，是指每个管芯的实际形貌，即位于同一坐标系时的位置。确定了管芯的绝对表面形貌，也就可以确定管芯的相对表面形貌。全部相对表面形貌是指每个管芯的完整的相对表面形貌，全部绝对表面形貌是指每个管芯的完整的绝对表面形貌，即不会遗漏任何部位的表面形貌。本发明是利用了知道每个管芯的全部相对表面形貌和部分绝对表面形貌，来得知每个管芯的全部绝对表面形貌，即确定该晶片的表面形貌。

检测管芯全部表面相对形貌实例1

如图4A所示，选取管芯401，进行第一次检测。在第一次检测管芯401的表面形貌的时候，先将调焦调平系统（图中未示出）的检测点阵列A（由M0~M8等9个光点组成）的中心位置，即M4的中心位置对准管芯401的中心位置，然后采用曝光设备（图中未示出）检测管芯401的第一绝对表面形貌，接着通过第一绝对表面形貌确定管芯401的第一相对表面形貌，此时第一相对表面形貌由于“盲点”的存在而未能反应该管芯401的全部相对表面形貌，即第一相对表面形貌为部分相对表面形貌，因此不知道该管芯401的全部绝对表面形貌。接下来，进行第二次检测管芯401的表面形貌，此时，将M4点的中心位置偏离管芯401的中心位置，其偏离的距离不小于光点间的间距，也不大于检测点阵列A与管芯401的宽度之差的一半。例如本实施例中，选取宽度为25~26mm左右的管芯401，检测点阵列A的宽度为30~35mm左右，每一个光点的宽度为2.8~3mm左右，则M4点的中心位置偏离管芯401中心位置的距离为±（0.6~1.7）mm，然后通过曝光设备检测管芯401的第二绝对表面形貌，接着通过第二绝对表面形貌得知管芯401的第二相对表面形貌，此时第二相对表面形貌由于“盲点”的存在而未能反应该管芯401的全部相对表面形貌，但是第二相对表面形貌包含第一次检测该管芯401的表面形貌时遗漏的部分，因此可通过这样的两次检测，即合并第一相对表面形貌和第二相对表面形貌，得知管芯401的全部相对表面形貌，这样就不会再出现“盲点”的问题。

检测管芯全部表面相对形貌实例2

由于同一晶片上的每个管芯的全部相对表面形貌可以被看作是一致的，因此，知道一个管芯的全部相对表面形貌，即可以得知所有管芯的全部相对表面形貌，但是需要指出的是，知道每个管芯的全部相对表面形貌并不意味着即知道每个管芯的全部绝对表面形貌，因此，每个管芯的全部绝对表面形貌还是需要进行测量的。如图4B所示，选取第一管芯411，在检测第一管芯411的表面形貌的时候，先将调焦调平系统（图中未示出）的检测点阵列A（由M0~M8等9个光点组成）的中心位置，即M4的中心位置对准第一管芯411的中心位置，然后采用曝光设备（图中未示出）检测第一管芯411的第一绝对表面形貌，接着通过第一绝对表面形貌得知第一管芯411的第一相对表面形貌，此时第一相对表面形貌由于“盲点”的存在而未能反应该管芯411的全部相对表面形貌，即也不可能知道该管芯411的全部绝对表面形貌。接下来，再选取同一晶片上的第二管芯412来检测其表面形貌，此时，将M4点的中心位置偏离第二管芯412的中心位置，其偏离的距离不小于光点间的间距，也不大于检测点阵列A与管芯401的宽度之差的一半。例如本实施例中，选取宽度为25~26mm左右的管芯，检测点阵列的宽度为30~35mm左右，每一个光点的宽度为2.8~3mm左右，则偏离的距离为至±（0.6~1.7）mm，然后通过检测得到第二管芯412的第二绝对表面形貌，接着通过第二绝对表面形貌得知第二管芯412的第二相对表面形貌，此时第二相对表面形貌由于“盲点”的存在而未能反应该管芯412的全部相对表面形貌，但是第二相对表面形貌包含管芯411相应位置的表面形貌时遗漏的部分，因此将通过这样的两次检测后得到的第一相对表面形貌和第二相对表面形貌合并，得知第一管芯411的全部相对表面形貌，也是第二管芯412的全部相对表面形貌，同时也可以确定该晶片上的所有管芯的全部相对表面形貌。

通过本实施例，可以通过分别确定同一晶片上两个不同管芯的相对表面形貌，然后将其合并，来得知该晶片上所有管芯的全部相对表面形貌，在随后的工艺中，可以通过调整晶片的位置和倾斜角度来进行聚焦。而且，相比实例1而言，还可以节省工艺步骤，缩短生产周期，提高生产效率，进一步地，降低生产成本。这是因为，晶片上的每个管芯的是都需要进行检测的，通过分别对两个不同管芯进行检测，可以避免对同一管芯的重复检测。

需要指出的是，对于晶片上的非完整的管芯，例如图2中的管芯202，在实际工业中，也是需要进行扫描的，但是调焦调平系统可以自动分辨这些非完整的管芯，在检测完成后将这部分管芯的资料识别出来而不加以采用。

根据本发明，通过在不同的起始位置分两次检测同一晶片上的相同或者不同管芯的相对表面形貌，并将分别得到的两个相对表面形貌合并，能够避免由于光点间存在间距而产生的“盲点”问题，即可以得知每个管芯的全部相对表面形貌，这样可以在曝光时对晶片进行更加准确的定位，以保证晶片的聚焦，进一步地保证光刻工艺的准确性，以提高良品率。

如图5所示，为通过根据本发明的方法检测管芯得到全部相对表面形貌的流程图。在步骤501中，选取晶片，晶片具有多个管芯，所有的管芯具有相同的全部相对表面形貌。在步骤502中，选取晶片上的第一管芯，使调焦调平系统的检测点阵列的中心位置对准第一管芯的中心位置，检测点阵列的具有多个相同的光点，光点为长方形，光点的宽度不小于光点间的间距，通过检测第一管芯的第一绝对表面形貌确定第一管芯的第一相对表面形貌。在步骤503中，选取晶片上的第二管芯，使调焦调平系统的检测点阵列的中心位置偏离第二管芯的中心位置，偏离的距离不小于检测点阵列中的光点的间距且不大于检测点阵列与管芯的宽度之差的一半，通过检测第二管芯的第二绝对表面形貌确定第二管芯的第二相对表面形貌。在步骤504中，合并第一相对表面形貌和第二相对表面形貌，以确定所有的管芯的全部相对表面形貌。

接下来检测其它管芯的绝对表面形貌，需要指出的是，由于“盲点”的存在，每次测量所得到的绝对表面形貌也并非是每个管芯的全部绝对表面形貌，但是可以通过检测其它管芯得到的部分绝对表面形貌和全部相对表面形貌，得知每个管芯的全部绝对表面形貌。如图6所示，为根据本发明的方法检测晶片形貌的流程图。

在步骤601中，选取晶片，晶片具有多个管芯，所有的管芯具有相同的全部相对表面形貌；

在步骤602中，选取晶片上的第一管芯，使调焦调平系统的检测点阵列的中心位置对准第一管芯的中心位置，检测点阵列的具有多个相同的光点，光点为长方形，光点的宽度不小于光点间的间距，通过检测第一管芯的第一绝对表面形貌确定第一管芯的第一相对表面形貌；

在步骤603中，选取晶片上的第二管芯，使调焦调平系统的检测点阵列的中心位置偏离第二管芯的中心位置，偏离的距离不小于检测点阵列中的光点的间距且不大于检测点阵列与管芯的宽度之差的一半，通过检测第二管芯的第二绝对表面形貌确定第二管芯的第二相对表面形貌；

在步骤604中，合并第一相对表面形貌和第二相对表面形貌，以确定所有的管芯的全部相对表面形貌；

在步骤605中，检测晶片上的其它管芯的部分绝对表面形貌，通过部分绝对表面形貌和全部相对表面形貌，得到所有的管芯的全部绝对表面形貌。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (7)

1.一种检测管芯表面形貌的方法，包括：

选取晶片，所述晶片具有多个管芯，所有的管芯具有相同的全部相对表面形貌；

选取所述晶片上的第一管芯，使调焦调平系统的检测点阵列的中心位置对准所述第一管芯的中心位置，所述检测点阵列具有多个相同的光点，所述光点为长方形，所述光点的宽度不小于所述光点间的间距且所述宽度的方向与所述检测点阵列的扫描方向垂直，所述检测点阵列的扫描方向与所述检测点阵列垂直，通过检测所述第一管芯的第一绝对表面形貌确定所述第一管芯的第一相对表面形貌；

选取所述晶片上的第二管芯，使所述调焦调平系统的检测点阵列的中心位置偏离所述第二管芯的中心位置，所述偏离的距离不小于所述检测点阵列中的光点的间距且不大于所述检测点阵列与所述管芯的宽度之差的一半，通过检测所述第二管芯的第二绝对表面形貌确定所述第二管芯的第二相对表面形貌；

合并所述第一相对表面形貌和所述第二相对表面形貌，以确定所述所有的管芯的全部相对表面形貌。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一管芯和所述第二管芯是同一管芯。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一管芯和所述第二管芯是不同的管芯。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述检测点阵列在所述第一管芯和所述第二管芯上的扫描方向相同。

5.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述检测点阵列是由9个相同的光点组成的，所述检测点阵列的宽度为30～35mm，所述管芯的宽度为25～26mm，所述光点的宽度为2.8～3mm。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调焦调平系统的点阵列的中心位置偏离所述第二管芯的中心位置的距离为±（0.6～1.7）mm。

7.一种检测晶片表面形貌的方法，包括：

选取晶片，所述晶片具有多个管芯，所有的管芯具有相同的全部相对表面形貌；

选取所述晶片上的第一管芯，使调焦调平系统的检测点阵列的中心位置对准所述第一管芯的中心位置，所述检测点阵列具有多个相同的光点，所述光点为长方形，所述光点的宽度不小于所述光点间的间距且所述宽度的方向与所述检测点阵列的扫描方向垂直，所述检测点阵列的扫描方向与所述检测点阵列垂直，通过检测所述第一管芯的第一绝对表面形貌确定所述第一管芯的第一相对表面形貌；

选取所述晶片上的第二管芯，使所述调焦调平系统的检测点阵列的中心位置偏离所述第二管芯的中心位置，所述偏离的距离不小于所述检测点阵列中的光点的间距且不大于所述检测点阵列与所述管芯的宽度之差的一半，通过检测所述第二管芯的第二绝对表面形貌确定所述第二管芯的第二相对表面形貌；

合并所述第一相对表面形貌和所述第二相对表面形貌，以确定所述所有的管芯的全部相对表面形貌；

检测所述晶片上的其它管芯的部分绝对表面形貌，通过所述部分绝对表面形貌和所述全部相对表面形貌，得到所述所有的管芯的全部绝对表面形貌。