CN106933062A - 一种光罩颗粒尺寸的评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光罩颗粒尺寸的评估方法，通过在每次对光罩进行颗粒检验完之后，按照当前的曝光照明条件设定对应的颗粒尺寸规格，对颗粒尺寸规格进行动态调整，并以此对光罩颗粒尺寸是否超标进行评估，从而可以明显减少因为颗粒尺寸规格过紧导致的晶圆产品的不必要返工和增加成本的问题，也可以避免一些少数曝光条件下颗粒尺寸已经影响到产品，但实际上却误判为合格的情况，从而可防止部分产品误流出的风险。

Description

一种光罩颗粒尺寸的评估方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种光罩颗粒尺寸的评估方法。
背景技术
芯片制造业的光刻工艺中，在通过光罩进行曝光的过程中，如果在光罩上掉落有颗粒(particle)，就有可能在晶圆上成像，导致晶圆上图形的异常；当然，也有可能因为颗粒的大小不足以成像，因而不会对产品造成影响。
光罩上掉落的颗粒能否在晶圆上成像，取决于光罩上颗粒所产生的照度斑的大小。照度斑一般采用相对值形式(％)，其大小可根据光学原理进行计算。而业界通常是以一个固定的照度斑规格、例如约1％，以及一个比较通用的曝光照明条件，来计算出光罩上掉落的颗粒尺寸，从而得出一个统一的一刀切的颗粒尺寸规格要求。
在进行规定数量晶圆的光刻工艺后，光刻机台将按照上述设定不变的颗粒尺寸规格要求，进行光罩颗粒的检验。当检验发现光罩颗粒超过规格时，之前已进行光刻工艺后的晶圆产品就需要返工。
然而，由于在不同的曝光照明条件下，通过计算得出的颗粒的允许尺寸是不同的，从而对于颗粒尺寸的要求也应是不一样的。
所以，上述这种一刀切的颗粒尺寸规格设定，在工艺过程中当遇到采用不同曝光照明条件对晶圆进行光刻工艺时，就容易导致因规格过紧而造成额外返工和增加成本的问题；反之，对于有些产品，也可能导致因规格过松而造成产品误流出的风险。
因此，有必要对现有的光罩颗粒检验模式进行改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新的光罩颗粒尺寸的评估方法，能减少不必要的返工，以及防止部分产品误流出的风险。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种光罩颗粒尺寸的评估方法，包括以下步骤：
步骤S01：采用一光罩，按第一曝光照明条件，对第一晶圆批次进行光刻工艺；
步骤S02：光刻完成后，对所述光罩进行颗粒检验，并得到第一最大颗粒尺寸；
步骤S03：根据第一曝光照明条件，设定第一颗粒尺寸规格；
步骤S04：将第一最大颗粒尺寸与第一颗粒尺寸规格对比，并当其超出时提供警报。
优选地，当曝光照明条件维持第一曝光照明条件不变时，对后续晶圆批次重复执行步骤S01-步骤S04。
优选地，当曝光照明条件由第一曝光照明条件变化为第二曝光照明条件时，还包括以下步骤：
步骤S05：按第二曝光照明条件，对第二晶圆批次进行光刻工艺；
步骤S06：光刻完成后，对所述光罩进行颗粒检验，并得到第二最大颗粒尺寸；
步骤S07：根据第二曝光照明条件，设定第二颗粒尺寸规格；
步骤S08：将第二最大颗粒尺寸与第二颗粒尺寸规格对比，并当其超出时提供警报。
优选地，对某个晶圆批次进行光刻工艺的过程中，当需要变化曝光照明条件时，先对所述光罩进行颗粒检验，并对应得到最大颗粒尺寸，然后根据当前曝光照明条件，对应设定颗粒尺寸规格与最大颗粒尺寸进行对比，之后，再按变化后的曝光照明条件，继续对该晶圆批次进行光刻工艺，以及根据变化后的曝光照明条件，对应设定新的颗粒尺寸规格。
优选地，根据曝光照明条件，通过计算得到颗粒的最小成像尺寸，并根据颗粒的最小成像尺寸设定颗粒尺寸规格。
优选地，所述曝光照明条件包括数值孔径和照明系相干度。
优选地，所述数值孔径包括照明系数值孔径和投影系数值孔径。
优选地，所述照明系相干度为照明系数值孔径与投影系数值孔径的比值。
优选地，对某个晶圆批次进行光刻工艺的过程中，当需要变化曝光照明条件时，将变化曝光照明条件后该晶圆批次中剩余的晶圆组成新的晶圆批次进行光刻工艺，并根据变化后的曝光照明条件，对应设定新的颗粒尺寸规格。
将所述颗粒的最小成像尺寸乘以一小于1的系数后得到的值，作为颗粒尺寸规格的设定值。
从上述技术方案可以看出，本发明通过在每次对光罩进行颗粒检验完之后，按照当前的曝光照明条件设定对应的颗粒尺寸规格，对颗粒尺寸规格进行动态调整，并以此对光罩颗粒尺寸是否超标进行评估，从而可以明显减少因为颗粒尺寸规格过紧导致的晶圆产品的不必要返工和增加成本的问题，也可以避免一些少数曝光条件下颗粒尺寸已经影响到产品，但实际上却误判为合格的情况，从而可防止部分产品误流出的风险。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的一种光罩颗粒尺寸的评估方法流程图；
图2是投影光学系在光罩上的应用原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，先请参阅图2，图2是投影光学系在光罩上的应用原理图。如图2所示，其显示一种常用的表面形成有光刻图形膜面的玻璃光罩。在光刻过程中，光罩表面会有颗粒(particle)掉落。颗粒会掉落在光罩膜面上(如图所示)，也会掉落在光罩玻璃面上。光罩上的颗粒能否在晶圆上成像，取决于照度斑ΔE的大小。
以颗粒掉落在光罩膜面上时为例，光罩膜面上颗粒的照度斑大小可根据光学原理进行计算。照度斑的计算满足以下公式：
式中，
ΔE：照度斑[％]
φ：光罩膜面上的Particle大小[μm]
NA：数值孔径
σ：照明系σ值(σ＝照明系NA/投影系NA)即σ＝I-NA/L-NA
β：光罩倍率
H：光罩膜面高度[mm]
n：机台透镜的折射率
其中，曝光照明条件包括数值孔径NA和照明系相干度σ，数值孔径包括照明系数值孔径(I-NA)和投影系数值孔径(L-NA)，照明系相干度值为照明系数值孔径与投影系数值孔径的比值；照明系NA＝sinθ，投影系NA＝sinψ，θ、ψ分别为照明光束的入射角、折射角。
业界通常以一个固定的照度斑规格、例如约1％和一个比较通用的曝光照明条件NA/σ计算出颗粒(Particle)的尺寸(size)(上述照度斑公式中的NA即指的是L-NA)，从而得出一个统一的一刀切的颗粒尺寸规格。
但实际上从上述的照度斑公式可以看出，在光刻机台和光罩固定的情况下，影响到颗粒是否可以曝出来到晶圆(wafer)上的因素，只有NA和σ两个变量。
如果照度斑(ΔE)以1％作为颗粒成像判断标准的话，以业界某实际光刻生产机台的NA/σ的实际范围为例进行估算，表1反映了曝光照明条件分别取条件1、条件2、条件3时可以允许的颗粒尺寸(即颗粒的最小成像尺寸)。
表1：
由表1可以看出，当曝光照明条件分别取条件1、条件2、条件3时，可以允许的颗粒尺寸大小分别为56μm/34μm/126μm。
举例来说：假设按照条件1的particle尺寸标准，颗粒尺寸规格就应设定为小于等于56μm，用来在光罩颗粒检验时进行particle是否合格的判断。
那么，如果有产品以条件2的照明NA/σ进行跑货的话，以根据条件1的例如56μm的颗粒尺寸规格作为判断标准，就有可能有particle在规格范围内、例如particle尺寸为45μm，但实际上该尺寸的颗粒却会可以曝到晶圆上，造成有问题的晶圆流出。
而如果有产品以条件3曝光照明条件的NA/σ进行跑货的话，当判断颗粒超过56μm时就必须进行返工，但实际上在条件3的照明条件下，还远未达到可以曝到wafer上的particle大小(即126μm)，从而会因误判断造成不必要的返工。
本发明就是将这一个理论知识运用到实际中去，在每次光罩particle检验完成后，调用该光罩使用的曝光照明条件的NA/σ进行Particle尺寸规格规格的动态调整。
请参阅图1，图1是本发明一较佳实施例的一种光罩颗粒尺寸的评估方法流程图。如图1所示，本发明的一种光罩颗粒尺寸的评估方法，可包括以下步骤：
步骤S01：采用一光罩，按第一曝光照明条件，对第一晶圆批次进行光刻工艺。
可采用例如上述常用的表面形成有光刻图形膜面的玻璃光罩，对第一晶圆批次进行光刻作业；并按照该晶圆批次适用的曝光照明条件(第一曝光照明条件，例如可采用表1中的条件1)进行曝光。
步骤S02：光刻完成后，对所述光罩进行颗粒检验，并得到第一最大颗粒尺寸。
进行颗粒检验时，实际上可采集到包括第一最大颗粒尺寸在内的所有可识别的颗粒的尺寸。
步骤S03：根据第一曝光照明条件，设定第一颗粒尺寸规格。
例如，可根据表1条件1中的NA/σ值，即L-NA为0.85，σ为0.33，则I-NA为0.28，并按照上述照度斑公式(取照度斑为1％)，通过计算得到表1中条件1下颗粒的最小成像尺寸为56μm；并根据此颗粒的最小成像尺寸设定颗粒尺寸规格。例如可直接将56μm作为颗粒尺寸规格，或可将所述颗粒的最小成像尺寸乘以一小于1的系数(即保险系数)、如0.9后得到的值50.4μm，作为颗粒尺寸规格的设定值。
步骤S04：将第一最大颗粒尺寸与第一颗粒尺寸规格对比，并当其超出时提供警报。
可通过光刻系统软件关联光罩曝光的曝光照明条件的NA/σ与光罩颗粒尺寸规格，从而在每次机台进行光罩particle检验之后，可根据实际条件下的NA/σ，给予不同的Particle返工要求的规格。
例如，如果光罩检验完成，调用该光罩曝光的信息发现为条件1，系统将以56μm作为particle尺寸规格进行卡控(或乘以一个系数)；同样的，如果调用该光罩曝光的信息发现为条件2或者条件3，系统就将以34μm或126μm进行卡控。当发现的第一最大颗粒尺寸超出对应的卡控规格时，机台就会报警提醒，则对应的产品需要按照相应要求处理。
对于NA/σ条件的调用，因为NA/σ是曝光的必要条件，因此可以在系统中轻而易举的实现。
在第一晶圆批次进行光刻工艺完成后，如果曝光照明条件维持第一曝光照明条件(例如表1的条件1)不变时，则对后续晶圆批次重复执行步骤S01-步骤S04。
反之，如图1所示，如果需要将曝光照明条件由第一曝光照明条件变化为第二曝光照明条件时，则需要继续执行以下步骤：
步骤S05：按第二曝光照明条件，对第二晶圆批次进行光刻工艺。
例如按照表1的条件2，对第二晶圆批次进行光刻工艺。
步骤S06：光刻完成后，对所述光罩进行颗粒检验，并得到第二最大颗粒尺寸。
步骤S07：根据第二曝光照明条件，设定第二颗粒尺寸规格。
例如按照表1的条件2，可设定第二颗粒尺寸规格为34μm。
步骤S08：将第二最大颗粒尺寸与第二颗粒尺寸规格对比，并当其超出时提供警报。
例如当发现的第二最大颗粒尺寸超过34μm时，机台就会报警提醒，则对应的产品需要按照相应要求处理。
实际上，扫描发现的光罩上的颗粒中，超过34μm的颗粒可能不止一个。最大颗粒尺寸可理解可包括多个的颗粒尺寸。
在上述对某个晶圆批次进行光刻工艺的过程中，当需要变化曝光照明条件时，需要先对所述光罩进行颗粒检验，并对应得到该次检验发现的最大颗粒尺寸；然后，根据当前曝光照明条件(即变化前的曝光照明条件)，对应设定颗粒尺寸规格与最大颗粒尺寸进行对比；之后，再按变化后的曝光照明条件，继续对该晶圆批次进行光刻工艺，以及根据变化后的曝光照明条件，对应设定新的颗粒尺寸规格。
或者，对某个晶圆批次进行光刻工艺的过程中，当需要变化曝光照明条件时，最好将变化曝光照明条件后该晶圆批次中剩余的晶圆组成新的晶圆批次进行光刻工艺，或作特别的标记加以区分，以免混淆；并根据变化后的曝光照明条件，对应设定新的颗粒尺寸规格。
针对掉落在玻璃面上的particle的情况，可按照上述掉落在膜面上的particle的情况作相应处理，本领域技术人员都可理解，故不再赘述。
综上所述，本发明通过在每次对光罩进行颗粒检验完之后，按照当前的曝光照明条件设定对应的颗粒尺寸规格，对颗粒尺寸规格进行动态调整，并以此对光罩颗粒尺寸是否超标进行评估，从而可以明显减少因为颗粒尺寸规格过紧导致的晶圆产品的不必要返工和增加成本的问题，也可以避免一些少数曝光条件下颗粒尺寸已经影响到产品，但实际上却误判为合格的情况，从而可防止部分产品误流出的风险。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光罩颗粒尺寸的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01：采用一光罩，按第一曝光照明条件，对第一晶圆批次进行光刻工艺；
步骤S02：光刻完成后，对所述光罩进行颗粒检验，并得到第一最大颗粒尺寸；
步骤S03：根据第一曝光照明条件，设定第一颗粒尺寸规格；
步骤S04：将第一最大颗粒尺寸与第一颗粒尺寸规格对比，并当其超出时提供警报。
2.根据权利要求1所述的光罩颗粒尺寸的评估方法，其特征在于，当曝光照明条件维持第一曝光照明条件不变时，对后续晶圆批次重复执行步骤S01-步骤S04。
3.根据权利要求1所述的光罩颗粒尺寸的评估方法，其特征在于，当曝光照明条件由第一曝光照明条件变化为第二曝光照明条件时，还包括以下步骤：
步骤S05：按第二曝光照明条件，对第二晶圆批次进行光刻工艺；
步骤S06：光刻完成后，对所述光罩进行颗粒检验，并得到第二最大颗粒尺寸；
步骤S07：根据第二曝光照明条件，设定第二颗粒尺寸规格；
步骤S08：将第二最大颗粒尺寸与第二颗粒尺寸规格对比，并当其超出时提供警报。
4.根据权利要求2所述的光罩颗粒尺寸的评估方法，其特征在于，对某个晶圆批次进行光刻工艺的过程中，当需要变化曝光照明条件时，先对所述光罩进行颗粒检验，并对应得到最大颗粒尺寸，然后根据当前曝光照明条件，对应设定颗粒尺寸规格与最大颗粒尺寸进行对比，之后，再按变化后的曝光照明条件，继续对该晶圆批次进行光刻工艺，以及根据变化后的曝光照明条件，对应设定新的颗粒尺寸规格。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的光罩颗粒尺寸的评估方法，其特征在于，根据曝光照明条件，通过计算得到颗粒的最小成像尺寸，并根据颗粒的最小成像尺寸设定颗粒尺寸规格。
6.根据权利要求5所述的光罩颗粒尺寸的评估方法，其特征在于，所述曝光照明条件包括数值孔径和照明系相干度。
7.根据权利要求6所述的光罩颗粒尺寸的评估方法，其特征在于，所述数值孔径包括照明系数值孔径和投影系数值孔径。
8.根据权利要求7所述的光罩颗粒尺寸的评估方法，其特征在于，所述照明系相干度为照明系数值孔径与投影系数值孔径的比值。
9.根据权利要求4所述的光罩颗粒尺寸的评估方法，其特征在于，对某个晶圆批次进行光刻工艺的过程中，当需要变化曝光照明条件时，将变化曝光照明条件后该晶圆批次中剩余的晶圆组成新的晶圆批次进行光刻工艺，并根据变化后的曝光照明条件，对应设定新的颗粒尺寸规格。
10.根据权利要求5所述的光罩颗粒尺寸的评估方法，其特征在于，将所述颗粒的最小成像尺寸乘以一小于1的系数后得到的值，作为颗粒尺寸规格的设定值。
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