CN110007566A - 侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法及其补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，涉及集成电路制造技术，包括：S1：提供一晶圆，晶圆上包括多个切割道；S2：设计多个图形，将多个所述图形分别放置在位于晶圆中心区域的切割道上及位于晶圆边缘区域的切割道上；S3：对步骤S2提供的晶圆进行光刻曝光；以及S4：测量曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的所述图形的尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的所述图形的尺寸的变化量，进而得到晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量，以在开发初期,提早侦测出晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量。

Description

侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法及其补偿方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术，尤其涉及一种侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法及其补偿方法。
背景技术
在集成电路制造过程中，光刻工艺作为其中的一个重要工艺，其利用光刻机将掩膜版上的图形转移至晶圆上的光刻胶上。为了保证掩膜版上的图形精准的转移到光刻胶上，即光刻胶上的图形与掩膜版上的图形的位置和形状一致，光刻机首先进行对准，即将晶圆上的对准标记与掩膜版上的对准标记对准；然后，进行聚焦，即调整晶圆在光刻机中的高度，使得晶圆处于光刻机的光学系统的聚焦范围内，然后再以光刻机中设定的曝光条件进行曝光。
然而，在集成电路制造过程包括数百步的工艺，部分工艺会导致晶圆的厚度不一致，如在铜研磨制程结束后,晶圆中心和边缘薄膜高度会产生巨大的变化，一般从晶圆中心到晶圆边缘薄膜厚度逐渐变小，即晶圆中心区域和边缘区域的厚度不一致，最大到最小薄膜的厚度可以差到300埃米(A)，而光刻机的光刻条件通常以晶圆中心的芯片为标准进行设定的，如此以来，光刻机对晶圆进行光刻工艺时，在相同的光刻条件下，对于晶圆边缘的芯片的聚焦会造成极大的影响，目前的光刻机对于晶圆边缘的聚焦侦测能力有限，只能侦测到147mm的地方，超出147mm以外的部分就无法侦测，换句话说，对于聚焦就没有补偿的能力，晶圆边缘会产生失焦的情况，对于图形区也将产生失焦的现象，进而造成图形失真，如果光刻图形失真，刻蚀完之后，不仅关键尺寸(CD)会超出规格，还将影响到产品的良率。
因此，如何侦测晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量并对此变化量进行补偿，成为业界研究的中点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，以在开发初期,提早侦测出晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量。
本发明提供的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，包括：S1：提供一晶圆，晶圆上包括多个切割道；S2：设计多个图形，将多个所述图形分别放置在位于晶圆中心区域的切割道上及位于晶圆边缘区域的切割道上；S3：对步骤S2提供的晶圆进行光刻曝光；以及S4：测量曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的所述图形的尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的所述图形的尺寸的变化量，进而得到晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量。
更进一步的，步骤S1提供的所述晶圆为经研磨制程之后的晶圆。
更进一步的，步骤S1提供的所述晶圆为经铜研磨制程之后的晶圆。
更进一步的，步骤S2中所述图形包括密集图形区和孤立图形区。
更进一步的，所述密集图形区为间距为99nm的图形区。
更进一步的，所述孤立图形区为间距为2000nm的图形区。
更进一步的，步骤S2中位于晶圆中心区域的一个曝光单元内的所述图形的个数等于位于晶圆边缘区域的一个曝光单元内的所述图形的个数。
更进一步的，位于晶圆中心区域的一个曝光单元内的所述图形的位置与位于晶圆边缘区域的一个曝光单元内的所述图形的位置分别相同。
更进一步的，步骤S4中通过光学测量仪(OCD，Optical Critical Dimension)测量曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形尺寸的变化量。
更进一步的，测量曝光后位于晶圆边缘区域的一个曝光单元内的切割道上的每一所述图形的尺寸，并求其平均值D1；测量曝光后位于晶圆中心区域的一个曝光单元内的切割道上的每一所述图形的尺寸，并求其平均值D2，曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形尺寸的变化量即为D1-D2。
更进一步的，测量曝光后位于晶圆边缘区域的一个曝光单元内的切割道上的每一所述图形的尺寸，并求其平均值D1；测量曝光后位于晶圆中心区域的一个曝光单元内的切割道上的每一所述图形的尺寸，并求其平均值D2，曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形尺寸的变化量即为D1-D2。
更进一步的，步骤S3中以当前光刻机的曝光条件对步骤S2提供的晶圆进行光刻曝光。
本发明还提供一种晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的补偿方法，包括：S1：提供一晶圆，晶圆上包括多个切割道；S2：设计多个图形，将多个图形分别放置在位于晶圆中心区域的切割道上及位于晶圆边缘区域的切割道上；S3：对步骤S2提供的晶圆进行光刻曝光；S4：测量曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形的尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形的尺寸的变化量，进而得到晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量；S5：判断步骤S4得到的聚焦变化量是否大于或等于设定的第一阈值，若大于或等于设定的第一阈值则进入步骤S6，若小于设定的第一阈值则进入步骤S7；S6：将步骤S4得到的聚焦变化量传输至研磨工艺端，使研磨工艺端根据所述聚焦变化量改进研磨工艺；并检测光刻机的晶圆吸附盘是否需要更换；S7：判断步骤S4得到的聚焦变化量是否大于或等于设定的第二阈值，若大于或等于设定的第二阈值则进入步骤S8，若小于设定的第二阈值则进入步骤S9；S8：改变光刻机的曝光条件以补偿步骤S4得到的聚焦变化量；以及S9：以当前光刻机的曝光条件进行量产晶圆的曝光。
更进一步的，第一阈值为150A。
更进一步的，第二阈值为100A。
更进一步的，步骤S3中以当前光刻机的曝光条件对步骤S2提供的晶圆进行光刻曝光。
本发明提供的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法和晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的补偿方法，通过在晶圆的一个样片上的位于晶圆中心区域的切割道上及位于晶圆边缘区域的切割道上放置多个图形，并对该晶圆进行光刻曝光后量测曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形尺寸的变化量，进而在晶圆量产前得到晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量，以便提早对聚焦变化量做补偿,使后续量产晶圆能达到最佳的光刻图形,再让刻蚀后,图形关键尺寸达到规格,进而提高晶圆良率。
附图说明
图1为本发明一实施例的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法的流程图。
图2为本发明一实施例的晶圆的示意图。
图3为晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的补偿方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施例中，在于提供一种侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，该方法包括：S1：提供一晶圆，晶圆上包括多个切割道；S2：设计多个图形，将多个图形分别放置在位于晶圆中心区域的切割道上及位于晶圆边缘区域的切割道上；S3：对步骤S2提供的晶圆进行光刻曝光；S4：测量曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形的尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形的尺寸的变化量，进而得到晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量。以在开发初期,提早侦测出晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量，以便提早对聚焦变化量做补偿,使后续量产晶圆能达到最佳的光刻图形,再让刻蚀后,图形关键尺寸达到规格,进而提高晶圆良率。
具体的，可参阅图1，图1为本发明一实施例的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法的流程图。具体的，
S1：提供一晶圆，晶圆上包括多个切割道。
在本发明一实施例中，晶圆上包括一格一格的电路,这些电路以切割道划分出来。也即切割道将晶圆划分成多个图形区域。
具体的，在本发明一实施例中，步骤S1提供的晶圆为经研磨制程之后的晶圆。更具体的为经铜研磨制程之后的晶圆。在晶圆的生产过程中，研磨是其必不可少的工艺，然而研磨会易造成晶圆中心区域和边缘区域的厚度不一致。例如在制作铜互联线之后，需进行化学机械研磨(CMP)工艺，该工艺会极大的造成晶圆中心区域和边缘区域的厚度不一致，而导致晶圆边缘严重产生失焦。
另，请参阅图2，图2为本发明一实施例的晶圆的示意图。其中，图2a为晶圆中心区域放大后的示意图，图2b为晶圆边缘区域放大后的示意图。如图2a和2b所示，在晶圆上存在多个切割道210，用于相邻的图形区域220之间的隔离。
S2：设计多个图形，将多个图形分别放置在位于晶圆中心区域的切割道上及位于晶圆边缘区域的切割道上。
具体的，可参阅图2a和2b所示，将多个图形230放置在切割道210上。具体的，图形230为包括密集图形区(dense pattern)和孤立图形区(iso pattern)的图形，以便于后续步骤S4中测量曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形尺寸的变化量。更具体的，密集图形区(dense pattern)为间距(pitch)为99nm的图形区。更具体的，孤立图形区(iso pattern)为间距(pitch)为2000nm的图形区，当然也可为其它间距的图形区。
在本发明一实施例中，位于图2a中的图形230的个数等于位于图2b中的图形230的个数，也即位于晶圆中心区域的一个曝光单元(shot)110内的图形230的个数等于位于晶圆边缘区域的一个曝光单元(shot)120内的图形230的个数。更具体的，可如图2a和2b所示，位于晶圆中心区域的一个曝光单元(shot)110内的图形230的位置与位于晶圆边缘区域的一个曝光单元(shot)110内的图形230的位置分别相同。以便于后续步骤S4中曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形尺寸与位于晶圆中心区域的切割道上的图形尺寸对应比较。
S3：对步骤S2提供的晶圆进行光刻曝光。
在本发明一实施例中，以当前光刻机的曝光条件对步骤S2提供的晶圆进行光刻曝光。
S4：测量曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形的尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形的尺寸的变化量，进而得到晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量。
更具体的，通过光学测量仪(OCD，Optical Critical Dimension)测量曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形尺寸的变化量。
更具体的，测量曝光后位于晶圆边缘区域的一个曝光单元(shot)120内的切割道上的每一图形的尺寸，并求其平均值D1；测量曝光后位于晶圆中心区域的一个曝光单元(shot)110内的切割道上的每一图形的尺寸，并求其平均值D2，曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形尺寸的变化量即为D1-D2。并根据变化量D1-D2得到晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量。具体的，可参阅图2，位于晶圆边缘区域的切割道上的图形的最佳聚焦(Best Focus)为-30nm，位于晶圆中心区域的切割道上的图形的最佳聚焦(Best Focus)为5nm，也即晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量为25nm。
如上所述，通过在晶圆的一个样片上的位于晶圆中心区域的切割道上及位于晶圆边缘区域的切割道上放置多个图形，并对该晶圆进行光刻曝光后量测曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形尺寸的变化量，进而在晶圆量产前得到晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量，以便提早对聚焦变化量做补偿,使后续量产晶圆能达到最佳的光刻图形,再让刻蚀后,图形关键尺寸达到规格,进而提高晶圆良率。
更进一步，在本发明一实施例中，还提供一种晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的补偿方法，具体的，请参阅图3，图3为晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的补偿方法的流程图，如图3所示，在上述侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法的基础上，该补偿方法更包括：S5：判断步骤S4得到的聚焦变化量是否大于或等于设定的第一阈值，若大于或等于设定的第一阈值则进入步骤S6，若小于设定的第一阈值则进入步骤S7。其中S6为将步骤S4得到的聚焦变化量传输至研磨工艺端，使研磨工艺端根据该聚焦变化量改进研磨工艺；并检测光刻机的晶圆吸附盘(wafer chuck)是否需要更换。S7：判断步骤S4得到的聚焦变化量是否大于或等于设定的第二阈值，若大于或等于设定的第二阈值则进入步骤S8，若小于设定的第二阈值则进入步骤S9。其中，S8为改变光刻机的曝光条件以补偿步骤S4得到的聚焦变化量。S9为以当前光刻机的曝光条件进行量产晶圆的曝光。
具体的，在本发明一实施例中，第一阈值为150A。第二阈值为100A。在本发明一实施例中，第一阈值和第二阈值可根据不同的技术节点设定。
如此，根据晶圆量产前侦测到的晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量，提早对该聚焦变化量做补偿,使后续量产晶圆能达到最佳的光刻图形,再让刻蚀后,图形关键尺寸达到规格,进而提高晶圆良率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (16)

1.一种侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，其特征在于，包括：
S1：提供一晶圆，所述晶圆上包括多个切割道；
S2：设计多个图形，将多个所述图形分别放置在位于晶圆中心区域的切割道上及位于晶圆边缘区域的切割道上；
S3：对步骤S2提供的晶圆进行光刻曝光；以及
S4：测量曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的所述图形的尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的所述图形的尺寸的变化量，进而得到晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量。
2.根据权利要求1所述的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，其特征在于，步骤S1提供的所述晶圆为经研磨制程之后的晶圆。
3.根据权利要求1或2任一项所述的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，其特征在于，步骤S1提供的所述晶圆为经铜研磨制程之后的晶圆。
4.根据权利要求1所述的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，其特征在于，步骤S2中所述图形包括密集图形区和孤立图形区。
5.根据权利要求4所述的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，其特征在于，所述密集图形区为间距为99nm的图形区。
6.根据权利要求4或5任一项所述的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，其特征在于，所述孤立图形区为间距为2000nm的图形区。
7.根据权利要求1所述的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，其特征在于，步骤S2中位于晶圆中心区域的一个曝光单元内的所述图形的个数等于位于晶圆边缘区域的一个曝光单元内的所述图形的个数。
8.根据权利要求1或7任一项所述的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，其特征在于，位于晶圆中心区域的一个曝光单元内的所述图形的位置与位于晶圆边缘区域的一个曝光单元内的所述图形的位置分别相同。
9.根据权利要求1所述的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，其特征在于，步骤S4中通过光学测量仪(OCD，Optical Critical Dimension)测量曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形尺寸的变化量。
10.根据权利要求1或7任一项所述的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，其特征在于，测量曝光后位于晶圆边缘区域的一个曝光单元内的切割道上的每一所述图形的尺寸，并求其平均值D1；测量曝光后位于晶圆中心区域的一个曝光单元内的切割道上的每一所述图形的尺寸，并求其平均值D2，曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形尺寸的变化量即为D1-D2。
11.根据权利要求8所述的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，其特征在于，测量曝光后位于晶圆边缘区域的一个曝光单元内的切割道上的每一所述图形的尺寸，并求其平均值D1；测量曝光后位于晶圆中心区域的一个曝光单元内的切割道上的每一所述图形的尺寸，并求其平均值D2，曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形尺寸的变化量即为D1-D2。
12.根据权利要求1所述的侦测晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的方法，其特征在于，步骤S3中以当前光刻机的曝光条件对步骤S2提供的晶圆进行光刻曝光。
13.一种晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的补偿方法，其特征在于，包括：
S1：提供一晶圆，晶圆上包括多个切割道；
S2：设计多个图形，将多个图形分别放置在位于晶圆中心区域的切割道上及位于晶圆边缘区域的切割道上；
S3：对步骤S2提供的晶圆进行光刻曝光；
S4：测量曝光后位于晶圆边缘区域的切割道上的图形的尺寸相对于位于晶圆中心区域的切割道上的图形的尺寸的变化量，进而得到晶圆中心与边缘之间的聚焦变化量；
S5：判断步骤S4得到的聚焦变化量是否大于或等于设定的第一阈值，若大于或等于设定的第一阈值则进入步骤S6，若小于设定的第一阈值则进入步骤S7；
S6：将步骤S4得到的聚焦变化量传输至研磨工艺端，使研磨工艺端根据所述聚焦变化量改进研磨工艺；并检测光刻机的晶圆吸附盘是否需要更换；
S7：判断步骤S4得到的聚焦变化量是否大于或等于设定的第二阈值，若大于或等于设定的第二阈值则进入步骤S8，若小于设定的第二阈值则进入步骤S9；
S8：改变光刻机的曝光条件以补偿步骤S4得到的聚焦变化量；以及
S9：以当前光刻机的曝光条件进行量产晶圆的曝光。
14.根据权利要求13所述的晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的补偿方法，其特征在于，第一阈值为150A。
15.根据权利要求13所述的晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的补偿方法，其特征在于，第二阈值为100A。
16.根据权利要求13所述的晶圆中心与边缘之间聚焦变化量的补偿方法，其特征在于，步骤S3中以当前光刻机的曝光条件对步骤S2提供的晶圆进行光刻曝光。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190712

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