CN113990770B - 一种晶圆检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种晶圆检测方法及检测装置，包括：形成晶圆测试图形。根据晶圆测试图形的设计规则，形成测试光罩。根据测试光罩形成测试模板，以模拟待测晶圆图形。根据测试模板，以筛选待测晶圆图形中的有效图形。选择有效图形中的有效数据，以建立光学临近效应校正模型。以及根据光学临近效应校正模型，对晶圆进行图形检测。本发明提出的晶圆检测方法及检测装置，提高了检测效率。

Description

一种晶圆检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种晶圆检测方法及检测装置。

背景技术

在半导体器件的生产过程中，为了保证设计的图形边缘得到完整的刻蚀，一般通过移动掩模版上图形的边缘或者添加额外的多边形来进行光学修正。然而，目前的修正方法有数据检测时间过长的问题。因此，如何缩短数据检测时间，并提高检测效率已经成为亟待解决的问题。

发明内容

鉴于上述缺陷，本申请提出一种晶圆检测方法及检测装置，以提高图形建模和晶圆检测的效率和准确度，减少了时间和人力成本。

为实现上述目的及其他目的，本申请提出一种晶圆检测方法，包括：

形成晶圆测试图形；

根据所述晶圆测试图形的设计规则，形成测试光罩；

根据所述测试光罩形成测试模板，以模拟待测晶圆图形；

根据所述测试模板，以筛选所述待测晶圆图形中的有效图形；

选择所述有效图形中的有效数据，以建立光学临近效应校正模型；以及

根据所述光学临近效应校正模型，对晶圆进行图形检测。

在本申请的一个实施例中，所述晶圆测试图形设置在所述测试模板上。

在本申请的一个实施例中，所述设计规则包括所述晶圆测试图形的尺寸和所述晶圆测试图形之间的间距。

在本申请的一个实施例中，所述根据所述测试模板，以筛选所述待测晶圆图形中的有效图形，包括：

使用所述测试模板模拟所述待测晶圆图形，并通过光栅进行曝光，以标记出产生散射条的所述待测晶圆图形。

在本申请的一个实施例中，所述选择所述有效图形中的有效数据的方法包括：过滤出晶圆上的所述有效图形。

在本申请的一个实施例中，所述方法包括：当曝光后的散射条的光强度曲线和曝光后主区的光强度曲线在临界线的同一侧时，将所述待测晶圆图形标记为所述有效图形。

在本申请的一个实施例中，所述方法还包括：当曝光后的散射条的光强度曲线和曝光后主区的光强度曲线在临界线的两侧时，将所述待测晶圆图形过滤。

在本申请的一个实施例中，所述散射条包括第一散射区域和第二散射区域，且所述第一散射区域和所述第二散射区域平行。

在本申请的一个实施例中，所述图形检测包括：对待测晶圆检测区进行光标定位，以确定待检测区，并利用所述光学临近效应校正模型对所述待测晶圆检测区内的图形进行测量。

基于同样的构思，本申请还提出一种晶圆检测装置，包括：

显示模块；以及

检测模块，连接所述显示模块，且所述检测模块包括：

测试模板；

光学临近效应校正模型；以及

晶圆测试图形，且所述晶圆测试图形形成于所述测试模板上。

综上所述，本申请提出一种晶圆检测方法及检测装置，对晶圆的图形数据检测进行预处理。提高了所收集数据的有效性，并缩短了晶圆数据收集的时间。同时进一步提高了晶圆检测的图形建模效率，也节约了时间和人力成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请在一实施例中的晶圆检测方法示意图。

图2为本申请在一实施例中的测试图形集合示意图。

图3为本申请在一实施例中的晶圆测试图形示意图。

图4为本申请在一实施例中的曝光后光强度曲线示意图一。

图5为本申请在一实施例中的散射条示意图一。

图6为本申请在一实施例中的曝光后光强度曲线示意图二。

图7为本申请在一实施例中的散射条示意图二。

图8为本申请在一实施例中的预过滤效果示意图。

图9为本申请在一实施例中的晶圆检测装置组成示意图。

标号说明：

10 测试图形集合；

101 图形校准集合；

102 图形验证集合；

20 晶圆测试图形；

201 第一测试图形；

202 第二测试图形；

203 第三测试图形；

204 第四测试图形；

205 第五测试图形；

206 第六测试图形；

207 第七测试图形；

30 散射条；

301 第一散射区域；

302 第二散射区域；

100 晶圆检测装置；

200 显示模块；

300 检测模块；

310 测试模板。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实施例提出一种晶圆检测方法及检测装置，提高了晶圆图形建模和晶圆检测的效率和准确度，并减少了时间和人力成本。

请参阅图1，图1为本申请在一实施例中的晶圆检测方法示意图。本申请提出一种晶圆检测方法，该晶圆检测方法可以包括例如以下步骤：

S1、形成晶圆测试图形；

S2、根据所述晶圆测试图形的设计规则，形成测试光罩；

S3、根据所述测试光罩形成测试模板，以模拟待测晶圆图形；

S4、根据所述测试模板，以筛选所述待测晶圆图形中的有效图形；

S5、选择所述有效图形中的有效数据，以建立光学临近效应校正模型；以及

S6、根据所述光学临近效应校正模型，对晶圆进行图形检测。

请参阅图2以及图1，图2为本申请在一实施例中的测试图形集合示意图。在本申请的一实施例中，可以通过步骤S1形成晶圆测试图形。根据待测晶圆上目标图形的设计规则要求生成晶圆测试图形20，并对设计规则一致性进行检查。在本实施例中，可以使用例如扫描线算法将平面的二维几何问题转换为两个一维问题，以便于检查设计规则的一致性。在本申请的一实施例中，测试图形集合10可以包括图形校准集合101和图形验证集合102。图形校准集合101可以用于调整模型，而图形验证集合102可以用于验证模型的拟合程度。在本申请的其他实施例中，图形验证集合102还可以包括在图形校准集合101中未使用的图形，为了测试模型的预测能力，图形验证集合102还可以包括设计规则限制外的其他图形。在半导体工艺加工过程中，当器件的最小线宽接近光源波长时，由于光学临近效应的影响，光刻后转移到晶圆上的图形相对于掩膜版的图形存在着变形和缺陷，例如尺寸缩短、线顶端缩短、边角圆化等，上述变形和缺陷随着工艺节点的微缩越来越严重。在本申请的一实施例中，可以通过设置晶圆测试图形20对掩膜版图形进行修改，以使得转移到晶圆上的图形目标图形保持一致。

请参阅图3以及图1，图3为本申请在一实施例中的晶圆测试图形示意图。在本申请的一实施例中，晶圆测试图形20可以包括多个条状图形，且多个条状图形相互平行。在本实施例中，晶圆测试图形20可以包括第一测试图形201、第二测试图形202、第三测试图形203、第四测试图形204、第五测试图形205、第六测试图形206以及第七测试图形207。在本实施例中，第一测试图形201、第二测试图形202、第三测试图形203、第四测试图形204、第五测试图形205、第六测试图形206以及第七测试图形207可以平行设置。第四测试图形204可以对独立区线条尺寸进行测量，第一测试图形201、第二测试图形202和第三测试图形203可以对密集区的线条尺寸进行测量。在本申请的其他实施例中，还可以根据实际需要将晶圆测试图形20设置为其他形状，例如方形、多边形等。在本实施例的一些实施例中，晶圆测试图形20可以为例如线条形、孔形、矩形或者其他形状等。当目标图形例如为线条图形时，则线条图形的设计规则可以包括例如线条图形的线宽、线条图形的长度以及不同线条图形之间的间距等。在本申请的一些实施例中，晶圆测试图形20的中心可以包括需要测试的特征，且不同晶圆测试图形单元之间的间距可以相同，以便于晶圆测试图形20测量和数据收集的自动化。

请参阅图3以及图1，在本申请的一实施例中，可以通过步骤S2根据所述晶圆测试图形的设计规则，形成测试光罩。根据晶圆测试图形20制作测试图形光罩。测试图形光罩可以包括多种类型的测试图形，例如线条测试图形，孔测试图形等。在本申请的一些实施例中，测试图形光罩可以测量独立区线条以及密集区线条的关键尺寸、图案间隙尺寸、直角或圆角尺寸以及图案端部线条尺寸等。在本申请的其他实施例中，独立区线条以及密集区线条的关键尺寸可以包括线条宽度，宽度可以为例如掩膜版的线宽、栅极宽度以及金属导线宽度等。

请参阅图图1和图3，在本申请的一实施例中，可以通过步骤S3根据所述测试光罩形成测试模板，以模拟待测晶圆图形。在本申请的一实施例中，可以在已知的基准图形上，测算出量测位置在GDS（Graphic Design System，图形设计系统）中的坐标。将测得的坐标信息和基准点的坐标值进行整合，以形成测试模板310。在本申请中，GDS可以用于集成电路版图的数据转换，其中含有集成电路版图中的平面的几何形状，可以用作制作光刻掩膜版。在本实施例中，可以利用基准图形在GDS中的坐标形成测试模板310。将GDS中的设计图形与实际SEM（Scanning Electron Microscope，扫描电子显微镜）影像进行叠对，从SEM影像中提取轮廓线，并将其导入到GDS设计模型中，以形成测试模板310。通过测试模板310对所要收集的掩膜版图形进行收集，以实现对所要测试的晶圆数据的预处理。在光刻工艺的条件下，可以通过制作测试光罩收集光罩上的晶圆数据。对收集到的数据进行检测，过滤掉无效数据，使用剩余的有效数据建立光学临近效应校正模型。通过形成测试模板310可以减少建模时间，并提高了检测效率。在本申请的其他实施例中，可以对数据进行分类，并根据晶圆测试图形20的类型和特征进行分组。由于不同类型的晶圆测试图形20的测量精确度不同，所以在模型校准时需根据晶圆测试图形20进行调整。在本申请的其他实施例中，还可以对数据进行清洗，由于将无效数据用于模型校准会影响模型的精确度，可以通过对比重复的晶圆测试图形20来确认偏离平均值的无效数据。

请参阅图4-图7以及图1，图4为本申请在一实施例中的曝光后光强度曲线示意图一。图5为本申请在一实施例中的散射条示意图一。在本申请的一实施例中，可以通过步骤S4根据所述测试模板，以筛选所述待测晶圆图形中的有效图形。可以使用测试模板310模拟待测晶圆图形，并通过光栅进行曝光，以标记出产生散射条的待测晶圆图形。在本申请的一实施例中，可以通过测试模板310对所要收集的掩膜版图形进行收集，以实现对所要测试的晶圆数据的预处理。使用光栅进行曝光，以标记出现散射条的晶圆图形。在本申请的一实施例中，如图4和图5所示，当曝光后的散射条的光强度曲线和曝光后主区的光强度曲线在临界线的同一侧时，在曝光区域会出现散射条30，将待测晶圆图形标记为有效图形。在本实施例中，散射条30可以包括第一散射区域301和第二散射区域302，且第一散射区域301和第二散射区域302平行。当曝光后的散射条的光强度曲线和曝光后主区的光强度曲线在临界线的两侧时，此时不产生散射条，将该图形过滤。如图6和图7所示。将出现散射条的图形晶圆数据去除，标记出不含散射条的有效图形的晶圆数据。使用过滤后的晶圆图形数据，在测试模板310上使用上述数据模型对所要收集的图形做仿真分析，并过滤掉产生散射条的量测点。通过测试模板310标记出晶圆上的有效图形，实现对所要测试的晶圆数据的过滤处理。图6为本申请在一实施例中的曝光后光强度曲线示意图二。图7为本申请在一实施例中的散射条示意图二。

请参阅图4-图7以及图1，在本申请的一实施例中，可以使用FEM（Focus-EnergyMatrix，曝光-能量矩阵）方法在预定的光照条件下进行曝光。在曝光过程中，需要记录晶圆测试图形20的布局以及用于晶圆对准的标记图形布局。通过前述对准信息重建晶圆图形的布局，并计算多个参数来描述晶圆测试图形20的位置和类型，以便生成SEM菜单。

请参阅图4-图7以及图1，在本申请的一实施例中，可以通过步骤S5选择所述有效图形中的有效数据，以建立光学临近效应校正模型。可以通过过滤出晶圆上的有效图形，并建立所述光学临近效应校正模型。在本申请的一实施例中，如图4和图5所示，当曝光后的散射条的光强度曲线和曝光后主区的光强度曲线在临界线的同一侧时，在曝光区域会出现散射条30，将待测晶圆图形标记为有效图形。当曝光后的散射条的光强度曲线和曝光后主区的光强度曲线在临界线的两侧时，此时不产生散射条，将该图形过滤。如图6和图7所示。选择不产生散射条的图形，提取其中的有效数据，并建立光学临近效应校正模型。在本申请的一实施例中，在经过测试模板310对晶圆图形的预处理和数据过滤之后，可以根据光刻工艺条件进行光刻工艺。在本申请的一些实施例中，光刻工艺条件可以包括例如光刻胶的种类和光刻胶的厚度。在本实施例中，可以通过收集晶圆有效图形的数据建立光学临近效应校正模型。晶圆数据在建立光学临近效应校正模型之前经过测试模板310的筛选，而建立光学临近效应校正模型的数据为筛选后的有效图形数据，减少了模型建立的时间，提高了检测效率。

请参阅图4-图7以及图1，在本申请的一实施例中，光学临近效应校正模型在二维图形的建模过程中可能发生修正过度或者图形偏差过大的情况，二维图形的光学模型的精确度相较于一维图形的精确度较差。因而在建立光学临近效应校正模型之后，还需要对光学临近效应校正模型进行验证。在本申请的一实施例中，可以通过设置光学临近效应校正模型得到的图形数据与通过光罩曝光得到的晶圆上的图形数据之间的差值，以便于对光学临近效应校正模型的准确性进行评估。当光学临近效应校正模型得到的图形数据与通过光罩曝光得到的晶圆上的图形数据之间的差值小于预定值时，表示光学临近效应校正模型是准确的。当光学临近效应校正模型得到的图形数据与通过光罩曝光得到的晶圆上的图形数据之间的差值大于或等于预定值时，可以先对光学临近效应模型进行调整，以避免进行修正时速度过慢，提高光学临近效应修正效率。选择基于模型的光学临近效应修正，可以快速的对全部目标图形进行修正。

请参阅图1，在本申请的一实施例中，还可以对模型参数进行调整和优化。在本申请的一些实施例中，模型参数可以包括掩膜模型参数，例如为CD（Critical-Dimension，关键尺寸）偏差参数，二维拐角圆化参数以及三维几何细节参数等。在本申请的其他实施例中，模型参数还可以包括光学系统参数，例如光源的波长、掩膜膜层的厚度和折射率、数值孔径、光源强度分布以及光刻胶膜层的光学常数等。在本申请的其他实施例中，模型参数还可以包括光学临近效应校正模型软件中包含的参数，例如光学核心的数目、光学直径以及光刻胶和刻蚀模型的形式等。

请参阅图8以及图1，图8为本申请在一实施例中的预过滤效果示意图。在本申请的一实施例中，可以通过步骤S6根据所述光学临近效应校正模型，对晶圆进行图形检测。在本申请的一实施例中，可以利用所得到的光学临近效应校正模型对晶圆图形进行检测。可以将待测晶圆放入CD-SEM（Critical-Dimension Scan Electronic Microscope，关键尺寸扫描电子显微镜）中，通过坐标信息确定晶圆检测区。对待测晶圆检测区进行光标定位，如果待测晶圆检测区和标准晶圆检测区图形的光标定位一致，则表示检测位置准确。如果待测晶圆检测区和标准晶圆检测区图形的光标定位不一致，则表示检测位置产生了偏差。调整CD-SEM坐标以获取准确的待检测区位置，使其与标准晶圆检测区一致，然后进行待测晶圆检测区内的图形尺寸和位置的测量。在确定待检测区之后，利用光学临近效应校正模型对待测晶圆图形进行检测。在本申请的一实施例中，当收集一个晶圆数据的数据点的时间为例如5分钟时，在数据点的数量为例如500个的情况下，通过测试模板310的预过滤可以将8%的无效点或无效图形过滤掉。在本申请的其他实施例中，所在检测数据点个数的增加，建立光学临近效应校正模型的时间会进一步减少，同时减少了晶圆图形数据的检测时间，并提高了检测效率和可靠性。

请参阅图1，在本申请的一实施例中，将光刻在晶圆上形成的最终图形与设计图形进行对比，对临近效应产生的图形缺陷和变形在掩膜版制作过程中进行相应的补偿，在模型建立的过程中，需要考虑刻蚀所带来的影响，经过多次的补偿迭代，使得最终在晶圆上形成的物理图形与设计图形或目标图形接近，以保证器件和电路的正常工作。

请参阅图8以及图1，在本申请的一实施例中，数据测量可以使用CD-SEM，因为光刻胶在电子束的轰击下会收缩，测量得到的线宽与实际值有偏差。在本申请的其他实施例中，上述偏差可以采用其他测量手段来确定，例如基于椭偏仪原理的光学线宽测量方法。另外，随着线宽的减小，二维图形的结构无法用线宽来描述。在本申请的一实施例中，可以通过利用CD-SEM从SEM图像中精确提取SEM轮廓，并确保与设计布局进行精确对准，并利用边缘位置误差来量化拐角的圆化程度。随着特征尺寸的减小，一些密集分布的二维图形区域经常因为图形对比度的降低而出现问题，复杂图形的工艺窗口变得越来越难以监控。这时需要引入可靠的三维掩膜模型和三维光刻胶模型才能进行准确的光学临近效应校正模型。在本申请的一些实施例中，可以使用横截面扫描电子显微镜和/或原子力显微镜对光刻胶的三维轮廓特征进行采集，以保证采集到足够的数据进行三维模型的校准。在本申请的一实施例中，测量时CD-SEM输出的信息可以包括例如CD尺寸、SEM图像、扫描线以及SEM轮廓等，上述信息可以用于计算边缘位置误差。

请参阅图9，图9为本申请在一实施例中的晶圆检测装置组成示意图，本申请还提出一种晶圆检测装置。在本实施例中，晶圆检测装置100可以包括例如显示模块200和检测模块300，检测模块300与显示模块200连接。在本实施例中，检测模块300可以包括测试模板310、光学临近效应校正模型以及晶圆测试图形20，且晶圆测试图形20可以形成于测试模板310上。在本申请的一实施例中，可以将待测晶圆放入CD-SEM中，通过坐标信息确定晶圆检测区。对待测晶圆检测区进行光标定位，如果待测晶圆检测区和标准晶圆检测区图形的光标定位一致，则表示检测位置准确。如果待测晶圆检测区和标准晶圆检测区图形的光标定位不一致，则表示检测位置产生了偏差。调整CD-SEM坐标以获取准确的待检测区位置，使其与标准晶圆检测区一致，然后进行待测晶圆检测区内的图形尺寸的测量。在确定待检测区之后，利用光学临近效应校正模型对待测晶圆图形进行检测。在本申请的一实施例中，当收集一个晶圆数据的数据点的时间为例如5分钟时，在数据点的数量为例如500个的情况下，通过测试模板310的预过滤可以将8%的无效点或无效图形过滤掉。在本申请的其他实施例中，所在检测数据点个数的增加，建立光学临近效应校正模型的时间会进一步减少，同时减少了晶圆图形数据的检测时间，并提高了检测效率和可靠性。

综上所述，本申请提出一种晶圆检测方法及检测装置，对晶圆的图形数据检测进行预处理。提高了所收集数据的有效性，并缩短了晶圆数据收集的时间。同时解决了在建立光学临近效应校正模型时，由收集和整理大量的测量数据所造成的收集时间过长的问题。进一步提高了晶圆检测的图形建模效率，也节约了时间和人力成本。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (8)

1.一种晶圆检测方法，其特征在于，包括：

形成晶圆测试图形；

根据所述晶圆测试图形的设计规则，形成测试光罩；

根据所述测试光罩形成测试模板，以模拟待测晶圆图形；

根据所述测试模板，以筛选所述待测晶圆图形中的有效图形；

当曝光后的散射条的光强度曲线和曝光后主区的光强度曲线在临界线的同一侧时，将所述待测晶圆图形标记为所述有效图形；

当曝光后的散射条的光强度曲线和曝光后主区的光强度曲线在临界线的两侧时，将所述待测晶圆图形过滤；

选择所述有效图形中的有效数据，以建立光学临近效应校正模型；以及

根据所述光学临近效应校正模型，对晶圆进行图形检测。

2.根据权利要求1所述的晶圆检测方法，其特征在于：所述晶圆测试图形设置在所述测试模板上。

3.根据权利要求1所述的晶圆检测方法，其特征在于：所述设计规则包括所述晶圆测试图形的尺寸和所述晶圆测试图形之间的间距。

4.根据权利要求1所述的晶圆检测方法，其特征在于：所述根据所述测试模板，以筛选所述待测晶圆图形中的有效图形，包括：

使用所述测试模板模拟所述待测晶圆图形，并通过光栅进行曝光，以标记出产生散射条的所述待测晶圆图形。

5.根据权利要求1所述的晶圆检测方法，其特征在于：所述选择所述有效图形中的有效数据的方法包括：过滤出晶圆上的所述有效图形。

6.根据权利要求1所述的晶圆检测方法，其特征在于：所述散射条包括第一散射区域和第二散射区域，且所述第一散射区域和所述第二散射区域平行。

7.根据权利要求1所述的晶圆检测方法，其特征在于：所述图形检测包括：

对待测晶圆检测区进行光标定位，以确定待检测区，并利用所述光学临近效应校正模型对所述待测晶圆检测区内的图形进行测量。

8.一种晶圆检测装置，使用权利要求1所述的晶圆检测方法，其特征在于，包括：

显示模块；以及

检测模块，连接所述显示模块，且所述检测模块包括：

测试模板；

光学临近效应校正模型；以及

晶圆测试图形，且所述晶圆测试图形形成于所述测试模板上。

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