CN106502055A - 光刻失焦的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种光刻失焦的检测方法。所述光刻失焦的检测方法包括：提供测量晶圆，所述测量晶圆包括一有效区以及围绕在所述有效区外侧的无效区；调整光刻机台的曝光数值孔径，使得曝光数值孔径大于基准值；在所述有效区的外边缘处形成多个关键尺寸对比条；测量所述多个关键尺寸对比条的关键尺寸并进行分析，以判断是否失焦。与现有技术相比，通过调整曝光数值孔径提高了对焦的敏感度，然后通过测量关键尺寸对比条的关键尺寸，就能够有效的判断出是否失焦。这填补了晶圆边缘失焦检测方面的空白，并且整个方法过程简单，成本低廉，又能够有效的完成预警。

Description

光刻失焦的检测方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种光刻失焦的检测方法。

背景技术

随着半导体制造工艺的发展，半导体芯片的面积越来越小，因此，半导体工艺的精度也变得更加重要。在半导体工艺制造过程中，一个重要的工艺环节就是光刻工艺(photography)，光刻工艺主要是将掩膜版上的图案转移到晶圆上，之后方可进行后续其他工艺过程，完成整个半导体器件的制作。因此，光刻工艺的质量将直接影响着最终形成的半导体器件的性能。

制约光刻的一个重要因素是在曝光时的聚焦程度，若出现失焦(defocus)的情况，很容易使得图案变形，难以进一步完成后续操作。因此，业内通常都会对光刻机台进行定期的检测，包括测量是否存在失焦，以确保光刻工艺的精确进行。

一般情况下失焦都是由于晶圆承载台上存在杂质微粒，使得晶圆发生形变，从而焦平面出现异常所致。现有技术中进行失焦的检测通常是采用如下方法进行：提供干净的控片(control wafer)，涂敷光阻后，进行曝光，然后目测曝光后的控片是否出现异常。由于一般情况下失焦时在控片上会形成明显的亮斑，因此该方法还是有着不错的效果。

这一方法能够简便的实现大多数情况的失焦检测。然而有一种情况是失焦出现在晶圆的边缘区域(即晶圆承载台的边缘具有杂质微粒)，这种情况利用现有技术的方法就不是很容易判断。主要是由于晶圆的边缘区域的平坦度稍有变化时，失焦现象并不明显，因此难以判断。而且一般情况对产品在晶圆边缘部分的质量要求也并不严格。

然而，这对于要求严格的产品而言，边缘区域出现的失焦就意味着产品的良率降低，影响还是很严重。因此，如何能够有效的获悉失焦情况，尤其是边缘失焦的情况，就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻失焦的检测方法，以精确判断是否出现晶圆边缘处失焦的情况。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光刻失焦的检测方法，包括：

提供测量晶圆，所述测量晶圆周围一圈具有边界线；

调整光刻机台的曝光数值孔径，使得曝光数值孔径大于基准值；

在紧邻边界线内侧处形成多个关键尺寸对比条；

测量所述多个关键尺寸对比条的关键尺寸并进行分析，以判断是否失焦。

可选的，对于所述的光刻失焦的检测方法，所述曝光数值孔径大于0.7。

可选的，对于所述的光刻失焦的检测方法，所述曝光数值孔径为0.8。

可选的，对于所述的光刻失焦的检测方法，通过曝光过程将所述关键尺寸对比条形成。

可选的，对于所述的光刻失焦的检测方法，所述测量晶圆具有缺口，所述关键尺寸对比条在所述缺口的两侧均匀分布。

可选的，对于所述的光刻失焦的检测方法，所述关键尺寸对比条的数量为11个。

可选的，对于所述的光刻失焦的检测方法，在所述测量晶圆的最边缘区域形成多个关键尺寸对比条的同时，还包括：在所述有效区中形成对准图形。

可选的，对于所述的光刻失焦的检测方法，所述对准图形的数量大于等于2。

可选的，对于所述的光刻失焦的检测方法，采用扫描电子显微镜进行关键尺寸的测量。

可选的，对于所述的光刻失焦的检测方法，若测得的关键尺寸在许可范围内，则判断为聚焦正常；若测得的关键尺寸超出许可范围，则判断为失焦。

本发明提供的光刻失焦的检测方法，包括提供测量晶圆，所述测量晶圆包括一有效区以及围绕在所述有效区外侧的无效区；调整光刻机台的曝光数值孔径，使得曝光数值孔径大于基准值；在所述有效区的外边缘处形成多个关键尺寸对比条；测量所述多个关键尺寸对比条的关键尺寸并进行分析，以判断是否失焦。与现有技术相比，通过调整曝光数值孔径提高了对焦的敏感度，然后通过测量关键尺寸对比条的关键尺寸，就能够有效的判断出是否失焦。这填补了晶圆边缘失焦检测方面的空白，并且整个方法过程简单，成本低廉，又能够有效的完成预警。

附图说明

图1为本发明中的曝光数值孔径与失焦的关系图；

图2为本发明中的光刻失焦的检测方法的流程图；

图3为本发明一实施例的光刻失焦的检测方法中测量晶圆的示意图；

图4为本发明一实施例的光刻失焦的检测方法中关键尺寸对比条的分布示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的光刻失焦的检测方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

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

发明人研究发现，在光刻过程中，光刻机台的聚焦窗口(focus window)主要受限制于曝光数值孔径(NA)，如图1所示，在基准NA下，聚焦窗口较大，表现为关键尺寸(Critical Dimension，CD)与失焦程度的关系曲线较平坦，即CD对失焦程度的容忍度较大。然而，若调整NA使得NA变大，则会使得聚焦窗口变小，表现为CD与失焦程度的关系曲线陡峭，即聚焦略有差异就会出现较大的CD波动。因此，发明人通过调大NA，使得CD对失焦程度变得敏感，再通过CD的测量，就能够及时发现在晶圆边缘区域的失焦情况。

基于此，请参考图2，本发明提供一种光刻失焦的检测方法，包括：

步骤S101，提供测量晶圆，所述测量晶圆包括一有效区以及围绕在所述有效区外侧的无效区；

步骤S102，调整光刻机台的曝光数值孔径，使得曝光数值孔径大于基准值；

步骤S103，在所述有效区的外边缘处形成多个关键尺寸对比条；

步骤S104，测量所述多个关键尺寸对比条的关键尺寸并进行分析，以判断是否失焦。

下面请结合图2-图4对本发明的光刻失焦的检测方法进行详细说明。其中图2为本发明中的光刻失焦的检测方法的流程图；图3为本发明一实施例的光刻失焦的检测方法中测量晶圆的示意图；图4为本发明一实施例的光刻失焦的检测方法中关键尺寸对比条的分布示意图。

首先，请参考图2并结合图3，执行步骤S101，提供测量晶圆10，所述测量晶圆10包括一有效区111以及围绕在所述有效区111外侧的无效区112，二者由一边界线11相隔离；所述测量晶圆10选择为控片，从而将晶圆本身可能存在的干扰降至最低。举例而言，可以采用业界进行CD测量时的控片。所述有效区111指的是在半导体制程过程中，这一区域内的芯片单元13被认为是有效的，而在有效区111之外，即无效区112中的芯片单元12被认为是无效的，于是相邻的芯片单元12与芯片单元13之间的间隔即成为所述边界线11，该边界线11呈圆形。无效区112的宽度为3mm，可以有着10nm的误差。当然，3mm是目前业界所能够达到的较好水平，若能够使得有效的芯片单元向外延伸，这一距离自然也将小于3mm，同样适用于本发明的方法。

接着，执行步骤S102，调整光刻机台的曝光数值孔径，使得曝光数值孔径大于基准值；本步骤S102与步骤S101并无冲突，因此可以同步进行或者先进行光刻机台曝光数值孔径的调节。

通常，光刻机台的NA为0.7，于是本发明中将NA设置为大于这一数值，例如0.8、0.85等，本实施例中将NA设置为0.8。调整后的NA大于基准值，因此能够使得CD对失焦情况更加敏感。

然后，执行步骤S103，在所述有效区111的外边缘处形成多个关键尺寸对比条15；所述多个关键尺寸对比条15的形成可以通过光刻过程完成。如图4所示，测量晶圆10具有缺口(notch)14，于是所述多个关键尺寸对比条15以该缺口14为基准，在两侧均匀分布。较佳的，本实施例中分布有11个关键尺寸对比条15，以缺口处为6点钟方向，所述11个关键尺寸对比条15分别处在1点-12点(除6点)方位。这样能够较为精确的获悉边缘一周的失焦情况。当然，所述关键尺寸对比条15的数量可以更多，还可以是较少，例如可以是3个、5个等。关键尺寸对比条15的数量可以依据实际光刻机台的性能、产品的要求等因素综合考虑后设定。

为了便于之后对关键尺寸对比条15进行测量，请继续参考图4，本步骤S103还同时包括：在所述测量晶圆10的有效区111中形成对准图形16，每个对准图形16可以形成在一个曝光单元(shot)中。优选的，所述对准图形16分布于测量晶圆10居中的位置，且所述对准图形16的数量大于等于2，例如本实施例中选择为3个，从而快速实现对每个关键尺寸对比条15进行测量时的定位。

之后，执行步骤S104，测量所述多个关键尺寸对比条15的关键尺寸并进行分析，以判断是否失焦。在本发明中，采用扫描电子显微镜(SEM)进行关键尺寸的测量，这一过程可以参考现有CD的测量，本发明对此不做赘述。在测量之后，将测量结果与预设的许可范围进行对准，若测得的关键尺寸在许可范围内，则判断为聚焦正常；若测得的关键尺寸超出许可范围，则判断为失焦，则相关技术人员可以进行数据分析和光刻机台等的检查，及时发现问题。所述许可范围可以由对不同产品的要求不同而变动。

至此，本发明通过调整曝光数值孔径提高了对焦的敏感度，然后通过测量关键尺寸对比条的关键尺寸，就能够有效的判断出是否失焦。这填补了晶圆边缘失焦检测方面的空白，并且整个方法过程简单，成本低廉，又能够有效的完成预警，有助于提高产品良率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种光刻失焦的检测方法，包括：

提供测量晶圆，所述测量晶圆包括一有效区以及围绕在所述有效区外侧的无效区；

调整光刻机台的曝光数值孔径，使得曝光数值孔径大于基准值；

在所述有效区的外边缘处形成多个关键尺寸对比条；

测量所述多个关键尺寸对比条的关键尺寸并进行分析，以判断是否失焦。

2.如权利要求1所述的光刻失焦的检测方法，其特征在于，所述曝光数值孔径大于0.7。

3.如权利要求2所述的光刻失焦的检测方法，其特征在于，所述曝光数值孔径为0.8。

4.如权利要求1所述的光刻失焦的检测方法，其特征在于，通过光刻过程将所述关键尺寸对比条形成。

5.如权利要求1所述的光刻失焦的检测方法，其特征在于，所述测量晶圆具有缺口，所述关键尺寸对比条在所述缺口的两侧均匀分布。

6.如权利要求5所述的光刻失焦的检测方法，其特征在于，所述关键尺寸对比条的数量为11个。

7.如权利要求1所述的光刻失焦的检测方法，其特征在于，在形成多个关键尺寸对比条的同时，还包括：在所述有效区内形成对准图形。

8.如权利要求7所述的光刻失焦的检测方法，其特征在于，所述对准图形的数量大于等于2。

9.如权利要求1所述的光刻失焦的检测方法，其特征在于，采用扫描电子显微镜进行关键尺寸的测量。

10.如权利要求1所述的光刻失焦的检测方法，其特征在于，若测得的关键尺寸在许可范围内，则判断为聚焦正常；若测得的关键尺寸超出许可范围，则判断为失焦。