CN104166319B

CN104166319B - 光刻机套片对准的方法

Info

Publication number: CN104166319B
Application number: CN201410462658.4A
Authority: CN
Inventors: 王诚; 刘庆锋
Original assignee: Shanghai Advanced Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shanghai Advanced Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: CN104166319A

Abstract

本发明提供一种光刻机套片对准的方法，该方法系制作并利用对准标准片来对该光刻机的对准系统进行校正；该方法包括步骤：A.选择深紫外光光刻机作为制作该对准标准片的光刻设备；B.根据产品的对准位置、避开晶圆片上的产品区域以及避开化学机械研磨的研磨区域这三个因素，确定在该对准标准片上的对准标志的坐标位置；C.制作该对准标准片，并将该对准标准片以渐进方式融入到生产中去。本发明能够减少套准偏差，建立套准偏差的基准，提高了光刻机对准的性能，提升了产品套片的偏差精度与稳定性。

Description

光刻机套片对准的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺技术领域，具体来说，本发明涉及一种光刻机套片对准overlayalignment的方法。

背景技术

阿斯麦ASML光刻机对准系统属于光刻技术领域。现有技术中制作并利用光刻机套片对准校正标准片对光刻机对准系统进行校正，来满足实际生产对不同光刻机之间的匹配难题。技术人员总是期望制作更接近于或与产品完全相同的对准标准片，来减少光刻套准误差。

但是，原有标准片matchingwafer是阿斯麦光刻机出厂时固有的，对于一般产品能有效地解决校准光刻机之间的套准匹配问题，但是原有的对准标准片尚存在如下缺点：

1.原有的标准片造成的套准偏差返工持续在2％以上。

2.原先的光刻机标准片没有考虑一些设备会对对准标志alignmentmark有损伤，导致对准效果不佳，存在较大偏差，对准的稳定性较差。

3.原有的标准片设定的对准标志没有考虑利用非产品区域，而是使用产品的黄金区域，造成较大的有效面积浪费，成本变相提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种光刻机套片对准的方法，能够减少套准偏差，建立套准偏差的基准，提高光刻机对准的性能，提升产品套片的偏差精度与稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光刻机套片对准的方法，所述方法系制作并利用对准标准片来对所述光刻机的对准系统进行校正；所述方法主要包括步骤：

A.选择深紫外光光刻机作为制作所述对准标准片的光刻设备；

B.根据产品的对准位置、避开晶圆片上的产品区域以及避开化学机械研磨的研磨区域这三个因素，确定在所述对准标准片上的对准标志的坐标位置；以及

C.依此制作所述对准标准片，并将所述对准标准片以渐进方式融入到生产中去。

可选地，在上述步骤C中，所述对准标准片的制作方法包括步骤：

a.在空白晶圆片上曝光和刻蚀零层；

b.在所述空白晶圆片上继续曝光和刻蚀第一层；

c.在所述空白晶圆片上继续曝光第二层，测量所述第二层的对准参数；

d.基于所述第二层的对准参数检验所述对准标准片的质量，筛选所述对准标准片；以及

e.在所述对准标准片上曝光和刻蚀，在所确定的所述坐标位置上形成产品用的1PM标志以及位置，作为所述对准标志。

可选地，在上述步骤C中，将所述对准标准片以渐进方式融入到生产中包括步骤：

I.根据新旧对准标准片的差异，制定渐进方式规则，所述规则包括分4次融入，每一次更新所述差异的25％；

II.为符合所述对准标准片上的所述对准标志的位置变更和更换到与所述产品一致的所述1PM标志，修改所述光刻机的文件和参数来实现此功能；以及

III.将新的所述对准标准片以渐进方式融入到生产中的周期分4至5个月完成，根据指定的所述规则实施。

可选地，在上述步骤B中，所述对准标准片上的所述对准标志的坐标位置为(-77.8，-54.5)和(77.8，54.5)。

可选地，在上述步骤A中，选择深紫外光光刻机作为制作所述对准标准片的光刻设备系基于如下的筛选条件：

最高的分辨率、最好的线宽均匀性、最低的影像畸变和最好的设备自身的套准精度。

可选地，在上述步骤A之后，对所述光刻机进行如下的设置调整：

晶圆片曝光台激光定位的镜面的绝对差数的校准；

非正交和X/Y缩放比例的校准；以及

影像的设置调整。

可选地，所述方法还包括：

在制作完所述光刻机的所述对准标准片之后，再根据现在的状况下制作新的日常监控对准标准片。

可选地，制作新的所述日常监控对准标准片包括步骤：

i.于设置调整完深紫外光光刻机之后，曝光和刻蚀新的多片所述日常监控对准标准片；

ii.筛选所述日常监控对准标准片。

可选地，所述方法适用于8英寸的工艺中。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1.本发明经过一个项目的试验，总共制作了50片对准标准片后，从中选出20片差异最小、质量最好的对准标准片作为正式的对准标准片。

2.经过长达4个月的新对准标准片的融入，新的对准标准片正式投入了使用，并且实现了平稳的过渡。

3.新的对准标准片投入使用后，提高了步进式光刻机的对准精度和稳定性，从而提高了光刻机的套准精度，降低了产品由于套刻OOC、OOS的返工率，提高了产品的良率。

经过统计，新对准标准片实施之前的3周，套准偏差返工率为：2.39％；而新对准标准片实施之后的3周，套准偏差返工率降为：0.49％。

综上所述，本发明为了减少由于套准偏差造成的光刻返工，建立了一套套准偏差的基准。通过重新制作光刻机的对准标准片，提高了光刻机对准的性能，从而提升了产品套片的偏差精度与稳定性。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为现有技术中的一个阿斯麦光刻机的对准标准片上的对准标志的位置示意图；

图2为本发明一个实施例的光刻机套片对准的方法实施后所确定的对准标准片上的对准标志的位置示意图；

图3为本发明一个实施例的光刻机套片对准的方法的流程示意图；

图4为图3所示的实施例的光刻机套片对准的方法中对准标准片的制作方法的流程示意图；

图5为图3所示的实施例的光刻机套片对准的方法中的将对准标准片以渐进方式融入到生产中的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图1为现有技术中的一个阿斯麦光刻机的对准标准片上的对准标志的位置示意图。如图1所示，阿斯麦光刻机固有的对准标志101是在晶圆坐标位置(±85，0)，一般生产线(fab)都是默认这样的设置，不过有如下问题：

首先，该对准标准片100与实际生产片的对准标志位置不一致，存在一定的偏差，影响良率；

其次，对准标志101占用晶圆片有效面积，使得成品面积减少，相当于提高成本；

再次，经过CMP(化学机械研磨)之后，原有对准标志101在没有保护的情况下受损，造成返工率提高，甚至无法再对准而造成报废。

图2为本发明一个实施例的光刻机套片对准的方法实施后所确定的对准标准片上的对准标志的位置示意图；图3为本发明一个实施例的光刻机套片对准的方法的流程示意图。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

该方法可以适用于8英寸的工艺中，系制作并利用对准标准片来对该光刻机的对准系统进行校正。下面请结合图2和图3一起来理解，该方法主要包括：

首先，执行步骤S301，选择深紫外光(DeepUltra-Violet，DUV)光刻机作为制作该对准标准片200的光刻设备。

在上述步骤S301中，选择深紫外光光刻机作为制作该对准标准片200的光刻设备可以是基于如下的筛选条件：

在本实施例中，在上述步骤S301之后，可对该光刻机进行如下的设置调整：

1)晶圆片曝光台激光定位的镜面的绝对差数的校准；

2)非正交和X/Y缩放比例的校准；

3)影像的设置调整。

然后，执行步骤S302，根据产品的对准位置、避开晶圆片上的产品区域以及避开化学机械研磨的研磨区域这三个因素，确定在该对准标准片200上的对准标志201的坐标位置。

在本实施例中，该对准标准片200上的该对准标志201的坐标位置为(-77.8，-54.5)和(77.8，54.5)。

其中，经过研究后将对准标志的坐标位置定在(-77.8，-54.5)和(77.8，54.5)可具有多个好处：

首先，避免因产品和校准设备的对准标准片之间的对准位置不同，造成的套准的误差。要做到无误差，必须是两者的对准位置一致，而阿斯麦光刻机固有的对准标志位置(±85，0)就不符合高精度的要求。可以按照生产线不同的对准位置设定不同的区域，有助于产品的套准精度，提高良率。通过将对准标志的位置定在(-77.8，-54.5)和(77.8，54.5)处之后，实际得到的返工率从原先的2.39％可以降到0.49％。

其次，可以使得晶圆片的黄金区域用在产品上，减少无用区域。因为对准标志仅用于套准，不是真正的产品区域，将对准标志设定在(-77.8，-54.5)和(77.8，54.5)这些位置，这些位置对有些设备是抓子抓晶圆片的地方，属于无效区域，可以节省4％的有效面积。

再次，由于化学机械研磨之后，对准标志易受损，而在(-77.8，-54.5)和(77.8，54.5)区域，CMP设备的手臂抓手在这区域是遮挡住的，能够有效保护住对准标志，同时也降低了返工率和报废率。

最后，执行步骤S303，制作该对准标准片200，并将该对准标准片200以渐进方式融入到生产中去。

其中，在该对准标准片200的制作时，加入并使用产品用1PM标志作为对准标志201(原为原始PM标记(originalPMmark))，以减少由于对准标准片和产品之间对准标志的位置不同而造成的偏差(offset)，提高步进式光刻机(stepper)的套准精度。

图4为图3所示的实施例的光刻机套片对准的方法中对准标准片的制作方法的流程示意图。如图4所示，在上述步骤S303中，该对准标准片200的制作方法主要包括：

执行步骤S401，在空白晶圆片上曝光(exposure)和刻蚀(etch)零层。

执行步骤S402，在该空白晶圆片上继续曝光和刻蚀第一层。

执行步骤S403，在该空白晶圆片上继续曝光第二层，然后测量该第二层的对准参数。

执行步骤S404，基于该第二层的对准参数检验该对准标准片200的质量，然后筛选该对准标准片200；例如一共50片，筛选出其中的20片符合对准标准片的要求。

执行步骤S405，在该对准标准片200上曝光和刻蚀，在所确定的该坐标位置(例如(-77.8，-54.5)和(77.8，54.5))上形成产品用的1PM标志以及位置，作为该对准标志201，来减少对准标准片200和实际生产片之间的偏差。

图5为图3所示的实施例的光刻机套片对准的方法中的将对准标准片以渐进方式融入到生产中的流程示意图。如图5所示，在上述步骤S303中，将该对准标准片200以渐进方式融入到生产中主要包括：

执行步骤S501，根据新旧对准标准片的差异，制定渐进方式规则；该规则包括分4次融入，每一次更新该差异的25％。

执行步骤S502，为符合该对准标准片200上的该对准标志201的位置变更和更换到与该产品一致的该1PM标志，修改该光刻机的相关文件和参数，来实现此功能。

执行步骤S503，将新的该对准标准片200以渐进方式融入到生产中的周期分4至5个月完成，根据指定的该规则去实施。

在本发明中，该方法可以还包括步骤：

在制作完该光刻机的该对准标准片200之后，再根据现在的状况下制作新的日常监控对准标准片。

其中，制作新的该日常监控对准标准片可以包括步骤：

首先，于设置调整完深紫外光光刻机之后，曝光和刻蚀新的多片该日常监控对准标准片；

随后，筛选该日常监控对准标准片。

上述方法，申请人称之为五阶段方法(phase5方法)，即制作对准标准片用于所有光刻机之间的套准精度的校准；然后将此方法分阶段的渐入实施，使之不影响在此阶段的产品；最后在原有的基础上制作和筛选日常监控对准标准片。

由于更改了原有对准标志，将会影响线上的产品。例如，套准精度有多个指标图形的位置左右前后的偏差、放大缩小的偏差、角度旋转的偏差将会造成良率低甚至报废，由于半导体前道是一层一层叠加上去的，一片成品大致需要20至40层，任何一层套片都会造成废片，由于一批产品生产周期一般在1至2个月，此方法上线是会影响之前尚未完工的晶圆，而采用五阶段的渐进方法能有效地平稳过渡，使得线上产品的套准误差降到可接受的程度。

总而言之，本发明的技术解决方案主要包括以下三点：

1.选择性能最佳的光刻设备，将其状态校准到最佳，制作光刻机曝光的对准标准片。

2.将光刻机的对准标准片的对准标志位置设定到与产品完全吻合的位置，降低对准偏差。

3.采用五阶段的方法将新的对准标准片以渐进方式融入到生产中去，将前后变化的影响降到最小。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

本发明虽然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修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims

1.一种光刻机套片对准的方法，所述方法系制作并利用对准标准片(200)来对所述光刻机的对准系统进行校正；所述方法包括步骤：

A.选择深紫外光光刻机作为制作所述对准标准片(200)的光刻设备；

B.根据产品的对准位置、避开晶圆片上的产品区域以及避开化学机械研磨的研磨区域这三个因素，确定在所述对准标准片(200)上的对准标志(201)的坐标位置；以及

C.制作所述对准标准片(200)，并将所述对准标准片(200)以渐进方式融入到生产中去；其中，步骤C中的制作所述对准标准片(200)包括步骤：

a.在空白晶圆片上曝光和刻蚀零层；

b.在所述空白晶圆片上继续曝光和刻蚀第一层；

d.基于所述第二层的对准参数检验所述对准标准片(200)的质量，筛选所述对准标准片(200)；以及

e.在所述对准标准片(200)上曝光和刻蚀，在所确定的所述坐标位置上形成产品用的1PM标志以及位置，作为所述对准标志(201)；

其中，步骤C中的将所述对准标准片(200)以渐进方式融入到生产中包括步骤：

II.为符合所述对准标准片(200)上的所述对准标志(201)的位置变更和更换到与所述产品一致的所述1PM标志，修改所述光刻机的文件和参数来实现此功能；以及

III.将新的所述对准标准片(200)以渐进方式融入到生产中的周期分4至5个月完成，根据指定的所述规则实施。

2.根据权利要求1所述的光刻机套片对准的方法，其特征在于，在上述步骤B中，所述对准标准片(200)上的所述对准标志(201)的坐标位置为(-77.8，-54.5)和(77.8，54.5)。

3.根据权利要求2所述的光刻机套片对准的方法，其特征在于，在上述步骤A中，选择深紫外光光刻机作为制作所述对准标准片(200)的光刻设备系基于如下的筛选条件：

分辨率、线宽均匀性、影像畸变和设备自身的套准精度。

4.根据权利要求3所述的光刻机套片对准的方法，其特征在于，在上述步骤A之后，对所述光刻机进行如下的设置调整：

晶圆片曝光台激光定位的镜面的绝对差数的校准；

非正交和X/Y缩放比例的校准；以及

影像的设置调整。

5.根据权利要求4所述的光刻机套片对准的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在制作完所述光刻机的所述对准标准片(200)之后，再根据现在的状况制作新的日常监控对准标准片。

6.根据权利要求5所述的光刻机套片对准的方法，其特征在于，制作新的所述日常监控对准标准片包括步骤：

ii.筛选所述日常监控对准标准片。

7.根据权利要求6所述的光刻机套片对准的方法，其特征在于，所述方法适用于8英寸的工艺中。