CN106255923B - 晶圆的弯曲的评价方法与使用此评价方法的晶圆的选别方法 - Google Patents

晶圆的弯曲的评价方法与使用此评价方法的晶圆的选别方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种晶圆的弯曲的评价方法，包含：第一步骤，测量未吸附的自由状态的晶圆的弯曲，以及第二步骤，使用经测量的晶圆的弯曲的数据，求出与点P相隔距离a的点Q1与点Q2的两点之间的晶圆弯曲量A，以及求出与点P相隔不同于距离a的距离b的点R1与点R2的两点之间的晶圆弯曲量B，根据晶圆弯曲量A与晶圆弯曲量B计算出于点P中晶圆弯曲量的差，并根据所计算出的晶圆弯曲量的差而评价晶圆的弯曲。如此一来，导入显示于吸附晶圆时因插针夹头的节距差异所产生的弯曲的修正程度的差的新参数，并且使用此新参数评价晶圆的弯曲。

Description

晶圆的弯曲的评价方法与使用此评价方法的晶圆的选别方法
技术领域
本发明是关于一种晶圆的弯曲的评价方法与使用此评价方法的晶圆的选别方法。
背景技术
习知在使用光刻技术制造半导体组件与液晶组件等组件时，原版(以下也称光罩)的图案透过投影光学系统而在涂抹有感光剂的感光基板(以下也称晶圆)上曝光并进行转印。
近年随着组件的高积体化的加速度渐渐增加，而使伴随感光基板的细微加工技术的进展也颇为显著。作为形成此细微加工技术的中心的曝光装置有镜面投影对准曝光器(mirror projection aligner)、缩小投影曝光器(分档器)、扫描仪(Scanner)等。镜面投影对准曝光器是对具有圆弧状的曝光区域的等倍的镜面光学系统在扫描原版与感光基板的同时并进行曝光的等倍投影曝光装置。分档器则是借由折射光学系统而在感光基板上形成原版的图案图像，并以重复步进方式将感光基板进行曝光之缩小投影曝光装置。扫描仪则是同步扫瞄原版的同时扫描感光基板并进行曝光之缩小投影曝光装置。
进行曝光时，虽是将光罩重叠于晶圆来进行曝光，使用分档器进行晶圆的曝光时，由于进行多次的拍摄的曝光会使重叠的位置产生偏差，也就是会产生覆盖(overlay)不良的问题。为了防止此覆盖不良的发生，于是便有了目前的各种装置或方法的提案。
在专利文献1，提出投影曝光装置在每次拍摄中会将光罩图案的影像与晶圆上的预定区域进行位置重叠，并在晶圆上形成光罩图案，并将晶圆载台在每次拍摄以步进移动使其移动至既定的预定位置的装置。另外，在专利文献2，提出在每次拍摄进行精确定位后执行曝光的方法。在这些专利文献中，第二次之后的拍摄地点虽然是根据第一次拍摄的图像位置而予以定位，但实际上则是对一部分的校准标记进行确认，如果是在正常的位置上，则剩余的拍摄便不进行校准动作，因此会有无法充分防止覆盖不良发生的问题。
为了解决此种问题，在专利文献3提出每次拍摄均进行校准动作的方法，并提出进行芯片间校准(die-by-die alignment)的方法。然而，以这种方式在每次拍摄进行校准的操作非常繁杂，另外也会有生产率下降等问题。
另外，此些专利文献也并没有特定出覆盖不良的发生原因。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本特开平6-204415号公报
专利文献2：日本特开平11-204419号公报
专利文献3：日本特开平11-265844号公报
发明内容
晶圆的形状主要分为平坦度(Flatness)与弯曲，平坦度是内面平整状态的表面形状，即厚度非均匀性。另一方面，弯曲是不进行内面吸附，处于自由状态的表面形状。
习知用于光蚀处理中的晶圆所重视的是平坦度，这是由于在进行曝光时晶圆被吸附在载台上而修正弯曲，而使平坦度成为此时的表面形状的缘故。这是因为在进行曝光时要在载台上吸附晶圆来修正弯曲致使平坦度被当作是表面形状。
分档器中晶圆的吸附为一般借由真空吸附来进行，吸附晶圆1的基座2如图6a所示，是由以真空拉引晶圆的凹槽部与固定晶圆的凸部3(插针夹头)所构成，借由晶圆1吸附于平的插针夹头3上而修正弯曲，而可想到内面形状也是与插针夹头3同样变平。
然而实际上，由于即使进行吸附也无法如同图6般修正等于或小于插针夹头3的节距的周期(宽度)的弯曲，因而晶圆内面无法完全的变平。另外，借由吸附所修正的弯曲仅限于晶圆内面与插针夹头接触的一部分，其地点根据分档器而有所不同。即，随着分档器之不同，对于晶圆的形状的修正部分也会相异。
分档器中插针夹头的形状与节距为厂商的专有技术，根据厂商与开发时间会有所不同。并且，由于组件厂商将各种的分档器分为混合与搭配来使用，为了制作一个组件会以数台相异的分档器来进行光蚀处理。
如果是平常内面在平的状态下进行光蚀处理，即使晶圆发生弯曲，由于在每个步骤也会进行晶圆的形状修正，所以不会产生图案的歪斜。然而，实际上在上述的每个步骤中由于必须使用节距相异的插针夹头的分档器，另外也由于在每个步骤中因为借由相异的分档器而使晶圆的形状被修正的部分都不同，会有本来制成直线的配线发生变形或扭曲，晶圆的形状扭曲，结果发生覆盖不良的问题。
为了解决以上问题，本发明的目的为提供一种晶圆的弯曲的评价方法，导入能够显示于吸附晶圆时因插针夹头的节距差异所产生的弯曲的修正程度的差的新参数，并且使用此新参数评价晶圆的弯曲。另外一个目的为提供一种晶圆的选别方法，于光蚀处理中使用上述的评价方法选出未发生覆盖不良的晶圆。
为解决以上的问题，本发明提供一种晶圆的弯曲的评价方法，包含：第一步骤，测量未吸附的自由状态的晶圆的弯曲；以及第二步骤，使用该经测量的晶圆的弯曲的数据，求出于通过晶圆面内的任意的点P的直线上以该点P作为中心而与该点P相隔距离a的点Q1与点Q2的两点之间的晶圆弯曲量A，以及求出于同一直在线以该点P作为中心而与该点P相隔不同于距离a的距离b的点R1与点R2的两点之间的晶圆弯曲量B，根据该晶圆弯曲量A与该晶圆弯曲量B计算出于该点P中晶圆弯曲量的差，并根据所计算出的该晶圆弯曲量的差而评价晶圆的弯曲。
借由此评价方法，自未吸附的自由状态的晶圆的弯曲，导入显示于吸附晶圆时因插针夹头的节距差异所产生的弯曲的修正程度的差的新参数，而能使用此新参数来评价晶圆的弯曲。
另外此时，较佳地该距离a及该距离b为在0.5～12.5mm之间，且(距离a-距离b)≧5mm。
借由此距离，更加能计算出晶圆的弯曲与插针夹头的节距的差异所反映的晶圆弯曲量的差。
另外此时，该晶圆弯曲量，能够自与该点P相间隔预定距离的两点处的晶圆内面的高度设为0时的该点P处的晶圆表面的高度来求得。
另外此时，较佳地，该晶圆弯曲量的差的计算，至少于与晶圆面内的中心以直角相交的X轴、Y轴上的多个任意的点，计算出晶圆弯曲量的差。
如此一来，能更正确的对晶圆全面的弯曲进行评价。
并且本发明更提供一种晶圆的选别方法，系求出以上述之晶圆的弯曲的评价方法所求出的晶圆弯曲量的差与光蚀处理的覆盖不良的有无发生的相关关系，根据该相关关系而选出未发生覆盖不良的晶圆。
借由此选别方法，能轻易的在光蚀处理中选出未发生覆盖不良的晶圆。
通过上述本发明的晶圆的弯曲的评价方法，根据未吸附的自由状态的晶圆的弯曲，导入显示于吸附晶圆时因插针夹头的节距差异所产生弯曲修正的程度的差的新参数，并能使用此新参数评价晶圆的弯曲。并且能借由求出本发明的评价方法所求出的晶圆弯曲量的差与光蚀处理的覆盖不良的有无发生的相关关系，能轻易的在光蚀处理中选出未发生覆盖不良的晶圆。
附图简要说明
图1为显示本发明的晶圆的弯曲的评价方法的一例的流程图。
图2为显示本发明的晶圆的弯曲的评价方法的插针夹头弯曲的计算方法的一例的说明图。
图3为显示本发明的晶圆的弯曲的评价方法的对晶圆全面进行插针夹头弯曲的计算的一例的说明图。
图4-1为显示本发明的实施例的样品1的晶圆全体的弯曲的量测结果的曲线图。
图4-2为显示本发明的实施例的样品2的晶圆全体的弯曲的量测结果的曲线图。
图4-3为显示本发明的实施例的样品3的晶圆全体的弯曲的量测结果的曲线图。
图5-1为本发明的实施例的样品1的依照插针夹头弯曲(20/10与20/5)的计算结果所绘制出的曲线图。
图5-2为本发明的实施例的样品2的依照插针夹头弯曲(20/10与20/5)的计算结果所绘制出的曲线图。
图5-3为本发明的实施例的样品3的依照插针夹头弯曲(20/10与20/5)的计算结果所绘制出的曲线图。
图6为显示吸附于插针夹头时的晶圆的形状的说明图。
图7为显示插针夹头的节距与晶圆形状的修正部分的关系的说明图。
图8为显示插针夹头的节距与晶圆的延伸的关系的说明图。
图9为表示晶圆吸附时的延伸量X与晶圆的弯曲量Y之间的关系的说明图。
具体实施方式
如上所述，近年由于在使用分档器的光蚀处理中发生了覆盖不良的问题，于是防止覆盖不良的发生成为了课题。
本发明人着重于光蚀处理中所使用晶圆的形状，了解到虽然在习知光蚀处理中有想到借由吸附晶圆内面而使内面变平，然而实际其内面却不会完全变平。
此为虽然能以吸附来进行修正较插针夹头的节距为长的周期(宽度)的晶圆弯曲，较插针夹头的节距为短的周期的晶圆弯曲却无法借由吸附来进行修正的缘故。
也就是说，以不同插针夹头的节距的分档器来进行光蚀处理的状况下，由于弯曲会有被修正的位置与不被修正的位置，因此会如图7般随着插针夹头3的节距不同而使得晶圆1的形状的修正位置有所差异。即，根据弯曲的形状会使得图案伸展和收缩。
另外例如图8所示，在以吸附于20mm节距的插针夹头3所修正出的晶圆1的形状，以及以吸附于10mm节距的插针夹头3所修正出的晶圆1的形状中，由于后者更加扁平，因此自上方看到的展开图其面积会变广，于是会发生与晶圆1变形同样的现象，此被认为是覆盖不良的发生原因。
另外，在此如图9般对晶圆的弯曲量与吸附晶圆时的延伸量的变化进行假设，并依此计算出发生覆盖不良状况的弯曲量。图9中的X为延伸量，Y为弯曲量。
再者，最新的组件芯片的最小电路宽度为20-10nm，假设其线的宽度，如有一半以上的伸展和收缩，即为覆盖不良，并对发生20nm、10nm、5nm的伸展状况的晶圆的弯曲量进行估算。
(1)无吸附→以节距25mm的插针夹头来进行吸附的状况
延伸量X晶圆的弯曲量Y
20nm 32μm
10nm 22μm
5nm 16μm
(2)自节距25mm的插针夹头变更为节距12.5mm的插针夹头的状况
延伸量X晶圆的弯曲量Y
20nm 16μm
10nm 11μm
5nm 7.9μm
(3)自节距25mm的插针夹头变更为节距8.3mm的插针夹头的状况
延伸量X晶圆的弯曲量Y
20nm 13μm
10nm 9.1μm
5nm 6.5μm
(4)自节距25mm的插针夹头变更为节距6.25mm的插针夹头的状况
延伸量X晶圆的弯曲量Y
20nm 7.9μm
10nm 5.6μm
5nm 4.0μm
实际上由于弯曲为复杂的形状，因此虽然考虑到即使是比求出的弯曲量更小的弯曲也会成为覆盖不良的原因，但如上述计算结果所示，只要在节距25mm之中有数μm的凹凸，便会发生5nm以上的伸展之缘故，所以认定为是覆盖不良的原因。
从以上得知，本发明人想到在使用不同插针夹头的节距的分档器来吸附晶圆时，如果因插针夹头的节距的差异所造成的晶圆的弯曲的修正度的差异变小，就不容易发生覆盖不良，而发现到借由导入显示因插针夹头的节距差异所造成的弯曲的修正程度的差异的新参数，能对覆盖不良相关的晶圆的弯曲进行评价，从而完成本发明。
即，本发明为一种晶圆的弯曲的评价方法，包含：
第一步骤，测量未吸附的自由状态的晶圆的弯曲；以及第二步骤，使用该经测量的晶圆的弯曲的数据，求出于通过晶圆面内的任意的点P的直线上以该点P作为中心而与该点P相隔距离a的点Q1与点Q2的两点之间的晶圆弯曲量A，以及求出于同一直在线以该点P作为中心而与该点P相隔不同于距离a的距离b的点R1与点R2的两点之间的晶圆弯曲量B，根据该晶圆弯曲量A与该晶圆弯曲量B计算出于该点P中晶圆弯曲量的差，并根据所计算出的该晶圆弯曲量的差而评价晶圆的弯曲。
以下详细说明关于本发明，但本发明并未被限定于此。
图1为显示本发明的晶圆的弯曲的评价方法的一例的流程图。
在本发明的晶圆的弯曲的评价方法中，首先作为第一步骤(Ⅰ)，测量未吸附的自由状态的晶圆的弯曲。其次作为第二步骤(Ⅱ)，计算出晶圆面内的任意的点之中晶圆弯曲量的差。其次作为第三步骤(Ⅲ)，根据计算出的插针夹头弯曲来评价晶圆的弯曲。
以下详细说明各步骤。
＜第一步骤＞
在本发明的晶圆的弯曲的评价方法的第一步骤中，测量未吸附的自由状态的晶圆的弯曲(图1(Ⅰ))。
作为晶圆并无特别限定，例如一般用于光蚀处理中的单晶硅晶圆能适合用于本发明。
另外，晶圆的弯曲的测量，能使用已知可测量未吸附的自由状态的晶圆的弯曲的装置或方法来测量。
＜第二步骤＞
在本发明的晶圆的弯曲的评价方法的第二步骤中，使用上述第一步骤所测量出的晶圆的弯曲的数据，求出于通过晶圆面内的任意的点P的直线上以该点P作为中心而与该点P相隔距离a的点Q1与点Q2的两点之间的晶圆弯曲量A，以及求出于同一直在线以该点P作为中心而与该点P相隔不同于距离a的距离b的点R1与点R2的两点之间的晶圆弯曲量B，根据该晶圆弯曲量A与该晶圆弯曲量B计算出于该点P中晶圆弯曲量的差(插针夹头弯曲)(图2(Ⅱ))。
以下，同时参考图2并进一步详细说明插针夹头弯曲的计算方法。
首先，求出于通过晶圆面内的任意的点P的直线上以点P作为中心而与点P相隔距离a的点Q1与点Q2的两点之间的晶圆弯曲量A(参考图2(i))。
此时，例如晶圆弯曲量A如图2所示，能够自将与点P相隔距离a的点Q1与点Q2的两点之间的晶圆内面的高度设为0时的点P处的晶圆表面的高度(图中的箭头处)来求得。
再者，也得以将点Q1与点Q2的两点的晶圆内面的高度设为0，根据点P的晶圆内面的高度求得晶圆弯曲量A，晶圆弯曲量A与后述的晶圆弯曲量B也得以根据相同的基准来进行计算。
接下来，求出与点P、点Q1、点Q2于同一直在线以点P作为中心而与点P相隔不同于距离a的距离b的点R1与点R2的两点之间的晶圆弯曲量B(参考图2(i))。
此晶圆弯曲量B也能以与晶圆弯曲量A相同的方式进行计算。
接下来，根据上述所求出的晶圆弯曲量A与晶圆弯曲量B计算出于点P中晶圆弯曲量的差(插针夹头弯曲)(参考图2(iii))
据此得以计算出插针夹头弯曲＝(晶圆弯曲量A)-(晶圆弯曲量B)。
再者，本说明书中，于插针夹头弯曲之后有时会记载有插针夹头的节距的状况。
此时，由于点Q1与点Q2的两点之间的距离(2a)以及点R1与点R2的两点之间的距离(2b)与插针夹头的节距相当，因此记载为“插针夹头弯曲2a/2b”。例如，将距离a设为10mm、距离b设为5mm时的插针夹头弯曲为“插针夹头弯曲20/10”。
如图2的(i)般以大的周期平滑地变化形状的插针夹头弯曲的小的晶圆，例如即使以20mm节距的插针夹头来吸附，或是以5mm节距的插针夹头来吸附，其表面形状不容易变化。因此，即使晶圆全体的弯曲值变大覆盖不良也不容易发生。另一方面，如图2的(ii)般以短的周期变化形状的插针夹头弯曲的大的晶圆，由于根据节距的差异使得表面形状的变化变大，因此容易发生覆盖不良。
较佳地，距离a及距离b为在0.5～12.5mm之间，且(距离a-距离b)≧5mm。
为了使其适用于现在分档器、扫描仪的主流拍摄面积为35×25mm，因此将插针夹头的节距定为1～25mm，当然距离a以及距离b并非限定于此范围内。
另外，由于借由(距离a-距离b)≧5mm，而使Q1、Q2间的距离与R1与R2间的距离的差变大，而能反映出晶圆的弯曲进而计算出插针夹头弯曲。
另外较佳的，插针夹头弯曲的计算，至少于与晶圆面内的中心以直角相交的X轴、Y轴上的多个任意的点，计算出插针夹头弯曲。借由X轴、Y轴上的多个位置计算出插针夹头弯曲，能更正确的对晶圆全面的弯曲进行评价。另外，也能相对于X轴、Y轴而计算出对角方向的直线上的插针夹头弯曲。
另外，于晶圆全面进行插针夹头弯曲的计算，能更正确的对晶圆全面的弯曲进行评价。此时较佳地，计算出纵向横向1～20mm间隔的直线上的插针夹头弯曲。图3是显示以晶圆全面计算出纵向横向20mm间隔的直线上的插针夹头弯曲的例子。
另外，以同一直在线的多个位置而计算出插针夹头弯曲时，例如以1mm的间隔进行插针夹头弯曲的计算，能更正确的对晶圆的弯曲进行评价。当然此间隔并非限定于1mm，也可以是任意的间隔。
以下，更具体的说明本发明的评价方法。
1.在自由状态下测量晶圆的弯曲。
2.求出任意的点的插针夹头弯曲。
不吸附晶圆并根据1所求出的自由的状态的弯曲来求出晶圆的内面吸附于分档器时的插针夹头间所产生的弯曲量。
3.将X轴、Y轴的任意的点的两侧10mm的点(20mm间隔的状况；即a＝10mm)的内面高度设为0的状况，直接以当下的晶圆形状而求出任意的点的表面高度A(晶圆弯曲量)。
4.同样的将两侧2.5mm的点(5mm间隔的状况；即b＝2.5mm)的内面高度设为0的状况而求出任意的点的表面高度B(晶圆弯曲量)。
5.上述3、4以1mm节距对X轴、Y轴全区域进行求出。
6.将高度A与高度B的差定为其点的插针夹头弯曲20/5，如果数值大的状况即称为插针夹头的节距改变的状况的差为大，能评价为容易发生覆盖不良的晶圆(图1(Ⅲ))。
并且，本发明提供一种晶圆的选别方法，求出以上述晶圆的弯曲的评价方法所求出的插针夹头弯曲与光蚀处理的覆盖不良的有无发生的相关关系，根据该相关关系而选出未发生覆盖不良的晶圆。
借由此选别方法，能轻易的在光蚀处理中选出未发生覆盖不良的晶圆。
通过上述本发明的晶圆的弯曲的评价方法，根据未吸附的自由状态的晶圆的弯曲，导入显示于吸附晶圆时因插针夹头的节距差异所产生的弯曲的修正程度的差的新参数，并能使用此新参数评价晶圆的弯曲。并且借由求出本发明的评价方法所求出的晶圆弯曲量的差与光蚀处理的覆盖不良的有无发生的相关关系，能轻易的在光蚀处理中选出未发生覆盖不良的晶圆。
实施例
以下使用实施例具体说明本发明，但本发明并未被限定于此。
[实施例]
准备三个直径300mm的硅晶圆样品(分别定为样品1～3)，使用神户制钢科研所(KOBELCO RESEARCH INSTITUTE,INC.)的SBW-330测量未吸附的自由状态的晶圆的弯曲。再者，晶圆的弯曲系以通过晶圆中心的4条线(X轴、Y轴、以及相对X轴、Y轴对角方向的直线)来进行测量，其测量结果显示于图4-1～3。
如图4-1所示，样品1的晶圆全体的弯曲约为-24～18μm，如图4-2所示，样品2的晶圆全体的弯曲约为-45～45μm，如图4-3所示，样品3的晶圆全体的弯曲约为-18～15μm。
接下来，对于上述经测量的晶圆的弯曲之样品1～3，计算出插针夹头弯曲20/10与插针夹头弯曲20/5。再者，于通过缺口到晶圆中心的直线上的端点到端点以1mm间隔来进行计算而求出插针夹头弯曲。
将计算出的样品1～3的插针夹头弯曲20/10与插针夹头弯曲20/5显示于图5-1～3。
如图5-1所示，样品1的插针夹头弯曲20/10与插针夹头弯曲20/5其绝对值在约0.45μm以下，如图5-2所示，样品2的插针夹头弯曲20/10与插针夹头弯曲20/5其绝对值在约0.50μm以下，如图5-3所示，样品3的插针夹头弯曲20/10与插针夹头弯曲20/5其绝对值在约0.30μm以下。
接下来，使用样品1～3实际进行光蚀处理当中，虽然在样品1与样品2发生了覆盖不良，但在样品3并未发生覆盖不良。
如上所述，虽然样品2的晶圆全体的弯曲与其他两个的样品相比为大，样品1与样品3的晶圆全体的弯曲为同等程度，因此可以得知要从晶圆全体的弯曲中选出不会发生覆盖不良的晶圆(样品3)是很困难的。
另一方面，如果借由导入本发明的评价方法之使用插针夹头弯曲的评价方法，由于能够区别出上述其插针夹头弯曲为大的样品1与样品2，与插针夹头弯曲为小的样品3，因此能轻易选出不发生覆盖不良的晶圆(样品3)。
通过上述本发明的评价方法，借由导入显示于吸附晶圆时因插针夹头的节距差异所产生的弯曲的修正程度的差的新参数，由于能评价与覆盖不良相关之晶圆的弯曲，而清楚得知自求出的晶圆弯曲量的差，能轻易的选出未发生覆盖不良的晶圆。
此外，本发明并未被限定于上述实施例，上述实施例为例示，凡具有与本发明的申请专利范围所记载的技术思想实质上相同的构成，能得到同样的作用效果者，皆被包含在本发明的技术范围内。

Claims (4)

1.一种晶圆的弯曲的评价方法，包含：
第一步骤，测量未吸附的自由状态的晶圆的弯曲；以及
第二步骤，使用该经测量的晶圆的弯曲的数据，求出于通过晶圆面内的任意的点P的直线上以该点P作为中心而与该点P相隔距离a的点Q1与点Q2的两点之间的晶圆弯曲量A，以及求出于同一直线以该点P作为中心而与该点P相隔不同于距离a的距离b的点R1与点R2的两点之间的晶圆弯曲量B，根据该晶圆弯曲量A与该晶圆弯曲量B计算出于该点P中晶圆弯曲量的差，该晶圆弯曲量，是将与该点P相间隔预定距离的两点处的晶圆内面的高度设为0，而求得该点P处的晶圆表面的高度，并根据所计算出的该晶圆弯曲量的差而评价晶圆的弯曲。
2.如权利要求1所述的晶圆的弯曲的评价方法，其中
该距离a及该距离b为在0.5～12.5mm之间，且(距离a-距离b)≧5mm。
3.如权利要求1或2所述的晶圆的弯曲的评价方法，其中
该晶圆弯曲量的差的计算，是至少于与晶圆面内的中心以直角相交的X轴、Y轴上的多个任意的点，计算出晶圆弯曲量的差。
4.一种晶圆的选别方法，以如权利要求1或2所述的晶圆的弯曲的评价方法所求出的晶圆弯曲量的差，而求出与光蚀处理的覆盖不良的有无发生的相关关系，根据该相关关系而选出未发生覆盖不良的晶圆。
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