CN114038776A - 解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，提供待对准的晶圆，将晶圆内翘曲形变量小于300微米的区域设定为待检测区域；选择待检测区域内的多个对位标记进行坐标测量，建立粗对准偏差模型；选择待检测区域内的其余多个对位标记进行坐标测量，建立精对准偏差模型；对比粗对准偏差模型与精对准偏差模型并计算差值。由于粗对准步骤与精对准步骤选择的都是晶圆翘曲形变量小于300微米的区域内的对位标记，从而减少了粗对准偏差模型与精对准偏差模型之间的差值，避免了差值过大造成的晶圆退片的问题，避免了人工对准操作以及更改机器参数的风险，同时降低了生产成本。

Description

解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法。
背景技术
晶圆在曝光前需要经过对准步骤，使得当层与前层的套刻精度满足工艺要求。对准过程的实质是精确获取晶圆上前层的每个曝光场在工件台坐标系的坐标。对准系统有高精度的标记位置测量组件，原则上可以测量所有标记的坐标。12英寸晶圆单层曝光场数量约100个，且X和Y方向都需测量，对准标记数量约200个。理想情况下，全部测量可以获取最精确的曝光位置，从而实现优良的套刻精度。这种方案有两个弊端，一是测量时间非常长，会显著降低WPH (Wafer Per Hour，每小时晶圆)；二是如果某个标记出现检测误差，将直接表现为套刻误差，导致光刻失败。
因此现有的做法是，使用对准偏差模型确定所有曝光场的坐标。对准标记测量分为粗对准(COWA)和精对准(FIWA)两个步骤，获得COWA模型参数与FIWA模型参数，最后系统将FIWA模型参数与COWA模型参数进行对比，若模型参数之差超出设定阈值，则判定本次对准有误，不执行曝光操作，即会产生晶圆退片异常。
然而，当晶圆发生翘曲形变时， 会导致COWA模型参数与FIWA模型参数之差超出阈值，最终机台会产生晶圆退片，而此时的退片并不是对准有误造成的，其实际上是可以进行曝光的，由此破坏了机台连续制作流程，影响了机台的产能。并且退片后工程师需要进行人工对准并且对alignment recipe（对位参数）做特殊设定，由于recipe设定错误可能会使晶圆报废，因此值班过程中也承担着相当高的风险；同时晶圆返工还会产生额外费用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，在粗对准步骤与精对准步骤中，都选择晶圆翘曲形变小于300微米的区域内的对位标记进行坐标测量，减少粗对准偏差模型与精对准偏差模型之间的偏差，避免由于晶圆翘曲形变造成的晶圆退片。
为解决上述技术问题，本发明提供一种解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，包括以下步骤：
提供待对准的晶圆，将所述晶圆内翘曲形变量小于300微米的区域设定为待检测区域；
执行粗对准步骤，选择所述待检测区域内的多个对位标记进行坐标测量，建立粗对准偏差模型；
执行精对准步骤，选择所述待检测区域内的其余多个对位标记进行坐标测量，建立精对准偏差模型；以及
对比所述粗对准偏差模型与所述精对准偏差模型，并计算差值。
可选的，所述待检测区域内的翘曲形变量均小于等于250微米。
可选的，所述对位标记的坐标包括X方向的坐标与Y方向的坐标，其中，X方向与Y方向垂直。
可选的，当晶圆仅有X方向的翘曲形变时，在所述粗对准步骤与所述精对准步骤中，所选择的所述对位标记，其X方向的坐标位于晶圆翘曲形变量小于等于250微米的区域内，其Y方向的坐标位于所述晶圆内。
可选的，当晶圆仅有Y方向的翘曲形变时，在所述粗对准步骤与所述精对准步骤中，所选择的所述对位标记，其Y方向的坐标位于晶圆翘曲形变量小于等于250微米的区域内，其X方向的坐标位于所述晶圆内。
可选的，所述粗对准偏差模型包括X方向坐标偏移、Y方向坐标偏移、放大缩小比率以及旋转角度。
可选的，所述精对准偏差模型包括X方向坐标偏移、Y方向坐标偏移、放大缩小比率以及旋转角度。
可选的，计算差值之后，若所述差值大于设定值，则判定本次对准有误，不执行曝光操作；若所述差值小于设定值，则判定本次对准无误，执行曝光操作。
可选的，在所述粗对准步骤中，选择两组对位标记进行坐标测量。
可选的，在所述精对准步骤中，选择至少6组对位标记进行坐标测量。
综上所述，本发明提供的一种解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，首先提供待对准晶圆，将所述晶圆内翘曲形变量小于300微米的区域设定为待检测区域，接着执行粗对准步骤，选择所述待检测区域内的多个对位标记进行坐标测量，建立粗对准偏差模型，之后执行精对准步骤，选择所述待检测区域内的其余多个对位标记进行坐标测量，建立精对准偏差模型，最后对比所述粗对准偏差模型与所述精对准偏差模型并计算差值。由于粗对准步骤与精对准步骤选择的都是晶圆翘曲形变量小于300微米的区域内的对位标记，避开了由于翘曲形变导致位置偏移比较大的对位标记，从而减少了粗对准偏差模型与所述精对准偏差模型之间的差值，避免了这个差值过大造成的晶圆退片的问题，在不影响机台产能的前提下，晶圆退片不受晶圆翘曲形变的影响，避免了人工对准操作以及更改机器参数的风险，同时避免了返工造成的成本增加，降低了生产成本。
附图说明
本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。
图1是本发明一实施例提供的解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法的流程图；
图2是本发明一实施例提供的晶圆的翘曲形状示意图；
图3是本发明一实施例提供的晶圆的翘曲形变截面图；
图4是本发明一实施例提供的晶圆的对位标记的分布示意图；
图5是本发明一实施例提供的晶圆X方向翘曲形变时对位标记的分布示意图；
图6是本发明一实施例提供的晶圆Y方向翘曲形变时对位标记的分布示意图。
具体实施方式
对准流程出现晶圆退片的一个主要问题是系统对比精对准模型参数与粗对准模型参数之差超出设定阈值，造成这种问题的因素有多种，可能是粗对准对位标记与精对准对位标记其中部分对位标记变形严重，也可能是由于晶圆翘曲形变。针对晶圆翘曲形变来说，造成了晶圆部分区域的图形的位置产生偏移，粗对准阶段使用的对位标记由于是在晶圆区域随机选择，这会使得初步建立的粗对准模型参数的坐标体系不是个稳定体系，而精对准阶段多个对位标记建立的坐标体系也可能由于同样问题造成不稳定。这样产生的后果就是粗对准与精对准模型参数差异超出阈值，最终机台会因为坐标体系不稳定产生晶圆退片。
针对上述问题，发明人发现，在选择对位标记时选择晶圆的翘曲形变比较小的区域内的对位标记，能够避免由于晶圆的翘曲形变造成的晶圆退片，经过进一步研究，发明人提供了一种解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法。
首先提供待对准晶圆，将所述晶圆内翘曲形变量小于300微米的区域设定为待检测区域，接着执行粗对准步骤，选择所述待检测区域内的多个对位标记进行坐标测量，建立粗对准偏差模型，之后执行精对准步骤，选择所述待检测区域内的其余多个对位标记进行坐标测量，建立精对准偏差模型，最后对比所述粗对准偏差模型与所述精对准偏差模型并计算差值。由于粗对准步骤与精对准步骤选择的都是晶圆翘曲形变量小于300微米的区域内的对位标记，避开了由于翘曲形变导致位置偏移比较大的对位标记，从而减少了粗对准偏差模型与所述精对准偏差模型之间的差值，避免了这个差值过大造成的晶圆退片的问题，在不影响机台产能的前提下，晶圆退片不受晶圆翘曲形变的影响，避免了人工对准操作以及更改机器参数的风险，同时避免了返工造成的成本增加，降低了生产成本。
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，除非内容另外明确指出外。
图1是本发明一实施例提供的解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法的流程图。
如图1所示，解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法包括以下步骤：
S1：提供待对准的晶圆，将所述晶圆内翘曲形变量小于300微米的区域设定为待检测区域；
S2：执行粗对准步骤，选择所述待检测区域内的多个对位标记进行坐标测量，建立粗对准偏差模型；
S3：执行精对准步骤，选择所述待检测区域内的其余多个对位标记进行坐标测量，建立精对准偏差模型；
S4：对比所述粗对准偏差模型与所述精对准偏差模型，并计算差值。
图2是本发明一实施例提供的晶圆的翘曲形状示意图；图3是本发明一实施例提供的晶圆的翘曲形变截面图；图4是本发明一实施例提供的晶圆的对位标记的分布示意图；图5是本发明一实施例提供的晶圆X方向翘曲形变时对位标记的分布示意图；图6是本发明一实施例提供的晶圆Y方向翘曲形变时对位标记的分布示意图。接下来，将结合图1与图2~图6对本发明一实施例所提供的解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法进行详细说明。
在步骤S1中，提供待对准的晶圆，将所述晶圆内翘曲形变小于300微米的区域设定为待检测区域。
具体的，根据晶圆的翘曲形变大小将晶圆的区域进行划分，其中将所述晶圆内翘曲形变量小于300微米的区域作为第一区域，将所述晶圆内翘曲形变量大于等于300微米的区域作为第二区域，由于第二区域内的晶圆的翘曲形变比较大，位于所述第二区域内的对位标记的实际位置与理想位置之间的偏移比较大，会对后续的测量结果造成影响，因此仅将所述第一区域作为待检测区域，后续均在该区域内选择对位标记。
当然，如果所述晶圆内的翘曲形变量均小于300微米，则可以将整个晶圆所在的区域作为待检测区域。
晶圆翘曲形变根据翘曲的方向以及翘曲的角度能够呈现不同的形状，当翘曲的方向相同时可以呈盘形或碗形，当在晶圆两个相互垂直的径向上的翘曲方向相反时，晶圆可以呈如图2所示的马鞍形。当然，所述晶圆也可以呈现不同的形状，本发明对此并不作限定，仅需要根据翘曲的大小进行区域的划分即可。
请参考图3所示，晶圆发生翘曲形变后，距离中心点O越远，其翘曲越严重，其中一个本应该位于A处的对位标记，在翘曲形变后偏移到了B处，则在坐标测量时其实际测量出得是C处的坐标（BC所在的方向与AC所在的方向垂直）。晶圆的翘曲形变越严重，则该对位标记其理想坐标（A处的坐标）与实际坐标（C处的坐标）之间的偏差越严重。本实施例中，将所述晶圆内翘曲形变量小于300微米的区域设定为待检测区域，此处的翘曲形变量指的是在垂直于所述晶圆的方向上的形变数值，在图3中，翘曲形变量指的是BC之间的距离，即将BC之间的距离小于300微米的区域设定为待检测区域。
优选的，将所述晶圆内翘曲形变量小于等于250微米的区域设定为待检测区域，即所述待检测区域内的晶圆翘曲形变量均小于等于250微米，在该翘曲范围内，对位标记的偏移对后续的对准过程所造成的影响微乎其微，可以忽略不计。
在步骤S2中，执行粗对准步骤，选择所述待检测区域内的多个对位标记进行坐标测量，建立粗对准偏差模型。
具体的，执行粗对准(COWA)步骤，在所述待检测区域内随机选择多组对位标记进行坐标测量，优选为两组。
首先，确定两组对位标记的理想坐标，在包围该理想坐标的一个范围内进行扫描，例如44微米以内，以确定对位标记的实际坐标。所述对位标记的理想坐标与实际坐标均包括X方向的坐标与Y方向的坐标，其中，X方向与Y方向垂直。
请参考图2与图4所示，待对准晶圆10所在的平面为X方向与Y方向组成的平面，晶圆的翘曲形变发生在Z方向上，X方向、Y方向与Z方向均相互垂直。在本实施例中，所选择的对位标记11，其X方向的坐标与Y方向的坐标确定所述对位标记11的位置，在该位置处所述晶圆10在Z方向上的的翘曲形变量小于等于250微米。
当晶圆仅有X方向的翘曲形变时，请参考图5所示，所述对位标记11的X方向的坐标位于晶圆翘曲形变量小于等于250微米的区域内，Y方向的坐标位于所述晶圆10内。也就是说，所述对位标记11位于晶圆翘曲形变量小于等于250微米的区域内，因为Y方向上没有晶圆翘曲形变，所以坐标Y可以位于整个所述晶圆10内，即可以在整个晶圆10内随意选择，如图5中方框所示的区域，坐标X位于靠近晶圆中心的位置，坐标Y则分布于整个晶圆10上。
当晶圆仅有Y方向的翘曲形变时，请参考图6所示，所述对位标记11的Y方向的坐标位于晶圆翘曲形变量小于等于250微米的区域内，X方向的坐标位于所述晶圆10内。也就是说，所述对位标记11位于晶圆翘曲形变量小于等于250微米的区域内，因为X方向上晶圆没有翘曲形变，所以坐标X可以位于整个所述晶圆10内，即可以在整个晶圆10内随意选择，如图6中方框所示的区域，坐标X分布于整个晶圆10上，坐标Y则位于靠近晶圆10中心的位置。
本实施例中，所述粗对准偏差模型包括X方向坐标偏移、Y方向坐标偏移、放大缩小比率以及旋转角度。即每个对位标记的理想坐标与实际坐标之间的偏移，包括X方向坐标偏移、Y方向坐标偏移；对位标记的理想尺寸与实际尺寸是否存在放大或缩小，其放大或缩小的实际比率；以及理想的对位标记与实际的对位标记是否发生旋转，其实际旋转角度。
在步骤S3中，执行精对准步骤：选择所述待检测区域内的其余多个对位标记进行坐标测量，建立精对准偏差模型。
在步骤S2中，根据粗对准偏差模型可以预测坐标的大概位置，根据预测结果，在本步骤S3中，可以缩小扫描范围，从而缩短单个对位标记测量的时间。
具体的，执行精对准(FIWA)步骤，在所述待检测区域内随机选择多组对位标记进行坐标测量，且选择的对位标记与步骤S2中选择的对位标记不重复，优选为至少6组，当然，可以根据实际条件设定，例如可以是8组、10组等。
首先，请参考图4所示，根据步骤S2中对位标记11的选择，在本步骤中选择至少6组对位标记12（在图4中示意性的标出了20组），确定每组所述对位标记的理想坐标，在包围该理想坐标的一个范围内进行扫描，例如24微米以内（由于已经确定了对位标记11的坐标，因此该扫描范围小于步骤S2中的扫描范围），以确定对位标记12的实际坐标。
在本实施例中，所选择的对位标记12，其X方向的坐标与Y方向的坐标确定所述对位标记12的位置，在该位置处所述晶圆10在Z方向上的翘曲形变量小于等于250微米。
当晶圆仅有X方向的翘曲形变时，请参考图5所示，所述对位标记12的X方向的坐标位于晶圆翘曲形变量小于等于250微米的区域内，Y方向的坐标位于所述晶圆10内。也就是说，所述对位标记11位于晶圆翘曲形变量小于等于250微米的区域内，因为Y方向上没有晶圆翘曲形变，所以坐标Y可以位于整个所述晶圆10内，即可以在整个晶圆10内随意选择，如图5中方框所示的区域，坐标X位于靠近晶圆中心的位置，坐标Y则分布于整个晶圆10上。
当晶圆仅有Y方向的翘曲形变时，请参考图6所示，所述对位标记12的Y方向的坐标位于晶圆翘曲形变量小于等于250微米的区域内，X方向的坐标位于所述晶圆10内。也就是说，所述对位标记12位于晶圆翘曲形变量小于等于250微米的区域内，因为X方向上晶圆没有翘曲形变，所以坐标X可以位于整个所述晶圆10内，即可以在整个晶圆10内随意选择，如图6中方框所示的区域，坐标X分布于整个晶圆10上，坐标Y则位于靠近晶圆10中心的位置。
本实施例中，所述精对准偏差模型包括X方向坐标偏移、Y方向坐标偏移、放大缩小比率以及旋转角度。即每个对位标记的理想坐标与实际坐标之间的偏移，包括X方向坐标偏移、Y方向坐标偏移；对位标记的理想尺寸与实际尺寸是否存在放大或缩小，其放大或缩小的实际比率；以及理想的对位标记与实际的对位标记是否发生旋转，其实际旋转角度。
在步骤S4中，对比所述粗对准偏差模型与所述精对准偏差模型，并计算差值。
具体的，对比所述粗对准偏差模型与所述精对准偏差模型，即对比X方向坐标偏移、Y方向坐标偏移、放大缩小比率以及旋转角度，并计算差值，得到X方向坐标偏移的差值、Y方向坐标偏移的差值、放大缩小比率的差值以及旋转角度的差值。在此会有一个设定值，该设定值可以根据设备以及工艺的实际条件来确定，超过该设定值则不能执行曝光操作，没有超过该设定值则可以执行曝光操作。将计算得到的差值与所述设定值进行比较，若所述差值大于设定值，则判定本次对准有误，不执行曝光操作；若所述差值小于设定值，则判定本次对准无误，执行曝光操作。
由于在步骤S1中，将晶圆内翘曲形变量小于300微米的区域设定为待检测区域，步骤S2与步骤S3中，选择所述待检测区域内的多个对位标记进行坐标测量，建立粗对准偏差模型与精对准偏差模型，在粗对准偏差模型与精对准偏差模型中均避免了由于晶圆翘曲形变对所述对位标记的坐标造成的影响，因此，最后对比所述粗对准偏差模型与所述精对准偏差模型并计算差值，能够避免该差值过大造成的晶圆退片的问题，在不影响机台产能的前提下，晶圆退片不受晶圆翘曲形变的影响，避免了人工对准操作以及更改机器参数的风险，同时避免了返工造成的成本增加，降低了生产成本。
综上所述，本发明提供的一种解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，提供待对准晶圆，将所述晶圆内翘曲形变量小于300微米的区域设定为待检测区域，接着执行粗对准步骤，选择所述待检测区域内的多个对位标记进行坐标测量，建立粗对准偏差模型，之后执行精对准步骤，选择所述待检测区域内的其余多个对位标记进行坐标测量，建立精对准偏差模型，最后对比所述粗对准偏差模型与所述精对准偏差模型并计算差值。由于粗对准步骤与精对准步骤选择的都是晶圆翘曲形变量小于300微米的区域内的对位标记，避开了由于翘曲形变导致位置偏移比较大的对位标记，从而减少了粗对准偏差模型与所述精对准偏差模型之间的差值，避免了这个差值过大造成的晶圆退片的问题，在不影响机台产能的前提下，晶圆退片不受晶圆翘曲形变的影响，避免了人工对准操作以及更改机器参数的风险，同时避免了返工造成的成本增加，降低了生产成本。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，其特征在于，包括：
提供待对准的晶圆，将所述晶圆内翘曲形变量小于300微米的区域设定为待检测区域；
执行粗对准步骤，选择所述待检测区域内的多个对位标记进行坐标测量，建立粗对准偏差模型；
执行精对准步骤，选择所述待检测区域内的其余多个对位标记进行坐标测量，建立精对准偏差模型；以及
对比所述粗对准偏差模型与所述精对准偏差模型，并计算差值。
2.根据权利要求1所述的解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，其特征在于，所述待检测区域内的翘曲形变量均小于等于250微米。
3.根据权利要求1所述的解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，其特征在于，所述对位标记的坐标包括X方向的坐标与Y方向的坐标，其中，X方向与Y方向垂直。
4.根据权利要求3所述的解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，其特征在于，当晶圆仅有X方向的翘曲形变时，在所述粗对准步骤与所述精对准步骤中，所选择的所述对位标记，其X方向的坐标位于晶圆翘曲形变量小于等于250微米的区域内，其Y方向的坐标位于所述晶圆内。
5.根据权利要求3所述的解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，其特征在于，当晶圆仅有Y方向的翘曲形变时，在所述粗对准步骤与所述精对准步骤中，所选择的所述对位标记，其Y方向的坐标位于晶圆翘曲形变量小于等于250微米的区域内，其X方向的坐标位于所述晶圆内。
6.根据权利要求3所述的解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，其特征在于，所述粗对准偏差模型包括X方向坐标偏移、Y方向坐标偏移、放大缩小比率以及旋转角度。
7.根据权利要求3所述的解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，其特征在于，所述精对准偏差模型包括X方向坐标偏移、Y方向坐标偏移、放大缩小比率以及旋转角度。
8.根据权利要求1所述的解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，其特征在于，计算差值之后，若所述差值大于设定值，则判定本次对准有误，不执行曝光操作；若所述差值小于设定值，则判定本次对准无误，执行曝光操作。
9.根据权利要求1所述的解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，其特征在于，在所述粗对准步骤中，选择两组对位标记进行坐标测量。
10.根据权利要求9所述的解决因晶圆翘曲形变导致对准偏差的方法，其特征在于，在所述精对准步骤中，选择至少6组对位标记进行坐标测量。
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