CN103995440A - 光刻机对准性能的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光刻机对准性能的检测方法，包括提供待曝光晶圆；制作掩膜板，其具有长方形和迭对标记图案；通过光刻，将掩膜板的长方形及迭对标记图案转移到晶圆上；通过平移非完整曝光单元曝光布局的方法，测量完整曝光单元和非完整曝光单元之间迭对标记的中心偏移量，确定光刻机对非完整曝光单元对准补偿能力的失效边界，以此边界为基准，建立最敏感的检测曝光布局，从而建立更为全面和灵敏的光刻机对准性能的检测方法。

Description

光刻机对准性能的检测方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种对光刻机对准性能的检测方法。

背景技术

半导体技术的快速发展，集成芯片集成度的不断提高，导致芯片的制作工艺日趋复杂，而为了保证仍然有较好的成品率，对整个工艺流程和装置设备的要求就会更加严格，这就使得人们对工艺控制误差的难度加大。在半导体制造这种特征尺寸的工艺中，对光刻机工作状态的要求十分严格，在曝光半导体微细图案时，曝出图案的关键尺寸均匀度和前后层的对准精度严重影响半导体器件生产的良率。

在目前的光刻工艺中，光刻机的对准性能会因为机台故障或者外部温度改变，造成对准参数发生偏移，而这些变化会最终导致每层图案不能很好的对准。这些对准参数可以分解为几项矢量参数：晶圆在曝光过程发生的位移，晶圆因外部温度等环境的变化出现的膨胀或者收缩，晶圆有可能发生旋转或者非正交旋转，以及晶圆内每个曝光单元发生膨胀或者收缩、旋转或者非正交旋转，以上这些对准参数的变化都会影响晶圆在光刻过程中对准精度。

现有光刻机对准性能主要有两种检测方法，一种是两层迭对标记迭对偏移量的检测方法，如图1所示，即先制作出光刻机的验机标准晶圆，该晶圆上已刻有符合制造工艺精度要求的迭对标记作为前层迭对标记。然后再准备一套验机用掩膜版，该掩膜版上的迭对标记也是符合制造工艺精度的，其尺寸与验机标准验机晶圆的尺寸不同。然后，定期在验机标准晶圆上进行验机掩膜版图案化制造工艺进行验机，包括在标准晶圆上进行涂覆光刻胶，曝光，显影，进而曝光出新的一层图案作为当层迭对标记，然后将该晶圆送入迭对测量仪进行测量，测量两层迭对标记的迭对情况，从而检测出光刻机对准参数是否发生矢量偏移。如果没有偏移，则说明光刻机对准补偿性能保持稳定；如果存在偏移，则检测所述标准晶圆两层迭对标记的偏移量，并根据偏移量测算出参数的变化进行补偿。另一种方法是单层相邻曝光单元迭对标记迭对偏移量的检测方法，如图2所示，验机掩模版包含有符合制造工艺精度的尺寸不同的两种迭对标记，第一迭对标记和第二迭对标记，在无前层图案的验机晶圆上进行涂覆光刻胶，曝光，显影，进而曝光出一层光刻胶图案，曝出的图案分属于左右相邻或上下相邻曝光单元的第一迭对标记和第二迭对标记处于迭对的布局，通过测量两种迭对标记的迭对情况，从而检测出光刻机对准参数是否发生矢量偏移。

光刻机可以良好的补偿完整曝光单元(Full shot)的对准性能，但晶圆边缘区域非完整曝光单元(Partial shot)超出曝光机台的校正范围，如图3所示，完全落入晶圆范围以内的是完整曝光单元T1FS，部分未落入晶圆范围以内的则为非完整曝光单元T1PS，晶圆边缘区域非完整曝光单元T1PS的对准参数只能通过其旁边的完整曝光单元T1FS进行推算，因而相对于完整曝光单元，光刻机对晶圆边缘区域非完整曝光单元的对准补偿性能会更差。此外，机台对晶圆边缘区域非完整曝光单元对准的补偿能力与非完整曝光单元的非完整度也有关系。因此，非完整曝光单元在晶圆上的曝光布局(shot map)设置对机台对准检测方法的灵敏度有影响。

由于产品曝光单元在晶圆上的曝光布局与光刻机对准补偿检测的曝光布局可以不同，不灵敏的监测可能导致产品对准问题，进而导致产品良率的损失。因此，如何提供一种更为全面、灵敏的光刻机对准性能的检测方法，是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种光刻机对准性能的检测方法，通过平移非完整曝光单元曝光布局的方法，测量完整曝光单元和非完整曝光单元之间迭对标记的中心偏移量，确定光刻机对非完整曝光单元对准补偿能力的失效边界，以此边界为基准，建立最敏感的检测曝光布局，从而建立更为全面和灵敏的光刻机对准性能的检测方法。

本发明提供的光刻机对准性能的检测方法包括以下步骤：

步骤S01，提供待曝光晶圆；

步骤S02，制作掩膜板，该掩膜板图案具有X方向和Y方向长度分别为4Dx和4Dy的长方形，该长方形四个角向外具有至少两组沿该长方形横向中心线或纵向中心线对称的迭对标记；

步骤S03，通过涂胶、曝光和显影工艺，将该掩膜板的长方形及迭对标记图案转移到晶圆上，所述晶圆含有沿X方向和Y方向阵列状分布的大小一致的曝光单元，该曝光单元包括晶圆中间区域的完整曝光单元和晶圆边缘区域的非完整曝光单元，晶圆的曝光单元之间分属相邻两个曝光单元的第一迭对标记和第二迭对标记相互迭对；

步骤S04，通过迭对测量仪，测量晶圆中完整曝光单元和完整曝光单元之间迭对标记的中心偏移量，定义为标准偏移量；

步骤S05，通过迭对测量仪，测量晶圆边缘区域每组相邻完整曝光单元和非完整曝光单元之间迭对标记的中心偏移量，定义为边缘偏移量，该边缘偏移量包括X方向和Y方向；

步骤S06，判断晶圆X方向或Y方向最边缘曝光单元是否为完整曝光单元，若否，所有曝光单元沿X方向或Y方向相对于晶圆平移一预设距离，然后重复步骤S03至S06；若是，则进入步骤S07；

步骤S07，比较测得的每组边缘偏移量和标准偏移量，确定光刻机对非完整曝光单元对准补偿能力的失效边界；

步骤S08，以此边界为基准，检测光刻机的对准性能。

进一步地，该长方形四个角上具有四组迭对标记，每组迭对标记包括不重叠的第一迭对标记和第二迭对标记，该四组迭对标记沿该长方形中心旋转对称，使得相邻两个曝光单元边缘的第一迭对标记和第二迭对标记交错迭对。

进一步地，该第一迭对标记和第二迭对标记为尺寸不同的正方形。

进一步地，该第一迭对标记和第二迭对标记位于相邻曝光单元之间的切割道内。

进一步地，该中心偏移量是分属两个相邻曝光单元之间的第一迭对标记和第二迭对标记的中心偏移量，该标准偏移量是晶圆中心五个完整曝光单元之间多组跌对标记的中心偏移量。

进一步地，步骤S06中相对于晶圆平移所有曝光单元，以改变边缘曝光单元的曝光完整度。

进一步地，步骤S06中所有曝光单元相对于晶圆的平移距离为1/8Dx—1Dx或1/8Dy—1Dy。

进一步地，步骤S07中以边缘偏移量与标准偏移量一致的最远端曝光单元为该方向的补偿边界。

进一步地，若最边缘的曝光单元是非完整曝光单元，则比较平移后的边缘偏移量和标准偏移量，如一致，则以最边缘的曝光单元作为补偿边界，如不一致，则以最边缘向内一个曝光单元作为补偿边界。

进一步地，步骤S08中对光刻机的对准性能进行检测包括采用两层迭对标记迭对偏移量的检测方法或单层相邻曝光单元迭对标记迭对偏移量的检测方法。

进一步地，步骤S03选用I线光刻机、KrF光刻机、ArF光刻机或EUV光刻机。

本发明提供了一种光刻机对准性能的检测方法，通过平移非完整曝光单元曝光布局的方法，测量完整曝光单元和非完整曝光单元之间迭对标记的中心偏移量，确定光刻机对非完整曝光单元对准补偿能力的失效边界，以此边界为基准，建立最敏感的检测曝光布局，从而建立更为全面和灵敏的光刻机对准性能的检测方法。

附图说明

为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：

图1现有两层迭对标记迭对偏移量的检测方法；

图2现有单层相邻曝光单元迭对标记迭对偏移量的检测方法；

图3是现有技术中晶圆边缘区域非完整曝光单元和完整曝光单元的分布示意图；

图4是本发明光刻机对准性能检测方法的步骤流程图；

图5是本发明方法中掩膜板的结构示意图；

图6是本发明方法中第一迭对标记和第二迭对标记的结构示意图；

图7是本发明方法中相邻曝光单元迭对标记相互叠加的结构示意图；

图8是本发明一个实施例的优化方法示意图。

具体实施方式

请参阅图4，本实施例的光刻机对准性能的检测方法包括以下步骤：

步骤S01，提供待曝光晶圆，置于晶圆机台上。

步骤S02，制作掩膜板，该掩膜板图案具有X方向和Y方向长度分别为Dx和Dy的长方形，该长方形四个角向外具有至少两组沿该长方形横向中心线或纵向中心线对称的迭对标记。其中，沿该长方形横向中心线或纵向中心线对称是指两组迭对标记的位置对称，而非每组迭对标记中迭对标记个体的对称。

本实施例中，为了便于后续测量，也为了提高测量的精确性，迭对标记设有四组，分别设于掩膜板长方形的四个角上。如图5所示，掩膜板T1中长方形图案的四个角上分别设有一组迭对标记，每组迭对标记包括不重叠的第一迭对标记T11和第二迭对标记T12，四组迭对标记沿长方形中心旋转对称，使得相邻两个曝光单元边缘的第一迭对标记和第二迭对标记交错迭对，即如图7所示，左曝光单元右侧的上第二迭对标记和下第一迭对标记，分别与右曝光单元左侧的上第一迭对标记和下第二迭对标记相互迭对，上下曝光单元的迭对标记迭对原理与图7中一致，不再赘述。

其中，第一迭对标记和第二迭对标记的形状可以是任一便于迭对测量仪测量的几何形状，本实施例采用由四个线段相互垂直而形成的正方形图案，如图6所示。

步骤S03，通过涂胶、曝光和显影工艺，将该掩膜板的长方形及迭对标记图案转移到晶圆上，使得晶圆上形成沿X方向和Y方向阵列分布的多个同尺寸曝光单元，该曝光单元包括晶圆中间区域的完整曝光单元和晶圆边缘区域的非完整曝光单元，相邻曝光单元的迭对标记相互迭对。本实施例中，第一迭对标记和第二迭对标记均位于相邻曝光单元之间的切割道内，以不影响曝光单元内的电路芯片die。

其中，本实施例的光刻机可选用I线光刻机、KrF光刻机、ArF光刻机或EUV光刻机。

步骤S04，通过迭对测量仪，测量晶圆中完整曝光单元和完整曝光单元之间迭对标记的中心偏移量，定义为标准偏移量；可参阅图3和图8，本步骤测量的是晶圆中心五个完整曝光单元T1FS之间的若干组迭对标记的中心偏移量。

步骤S05，通过迭对测量仪，测量晶圆边缘区域每组相邻完整曝光单元和非完整曝光单元之间的迭对标记的中心偏移量，定义为边缘偏移量，该边缘偏移量包括X方向和Y方向。可参阅图3和图8，本步骤测量的是最外圈完整曝光单元T1FS和与其相邻的非完整曝光单元T1PS之间的若干组迭对标记的中心偏移量，包括X正方向、X负方向、Y正方向和Y负方向四个。

步骤S06，判断晶圆X方向或Y方向最边缘曝光单元是否为完整曝光单元(即图6中X方向最两端以及Y方向最两端的四个曝光单元)，若否，所有曝光单元沿X方向或Y方向相对于晶圆平移一预设的距离，其中，该平移距离可以视曝光单元的实际尺寸大小而定，较佳地为1/8Dx或1/8Dy，然后重复步骤S03至S06；若是，则进入步骤S07。

其中，判断是否为完整曝光单元可以如图1所示，完全落入晶圆范围的即是完整曝光单元。

步骤S07，比较测得的每组边缘偏移量和标准偏移量，确定光刻机对非完整曝光单元对准补偿能力的失效边界。

其中，本步骤以边缘偏移量与标准偏移量一致的最远端曝光单元为该方向的补偿边界。也就是说，X正方向、X负方向、Y正方向和Y负方向四个方向上，若最边缘的曝光单元是完整曝光单元，则直接将它们作为补偿边界；若最边缘的曝光单元是非完整曝光单元，则比较平移后的边缘偏移量和标准偏移量，如一致，则以最边缘的曝光单元作为补偿边界，如不一致，则以最边缘向内一个曝光单元作为补偿边界。

步骤S08，以此边界为基准，建立最敏感的检测曝光布局，采用两层迭对标记迭对偏移量的检测方法或单层相邻曝光单元迭对标记迭对偏移量的检测方法检测光刻机的对准性能。

本步骤中，检测光刻机的对准性能可以根据现有技术实现，对光刻胶的对准性能进行检测包括采用现有的两层迭对标记迭对偏移量的检测方法或单层相邻曝光单元迭对标记迭对偏移量的检测方法。其中，曝光布局采用优化的最敏感的检测曝光布局。

请接着参阅图8，在一个实施例中，经过步骤S03的工艺之后，得到具有若干迭对标记组的若干曝光单元，如左图所示，X正方向最边缘的曝光单元为非完整曝光单元，通过步骤S04和S05的测量，发现X正方向边缘偏移量和标准偏移量相同，即光刻机能对图8中X轴右侧非完整曝光单元进行完全补偿；曝光单元沿晶圆X负方向平移1/2Dx，如中图所示，发现X正方向边缘偏移量和标准偏移量不同，说明光刻机不能对X轴右侧非完整曝光单元进行完全补偿，导致该非完整曝光单元内的电路芯片die受到影响。这样就可以确定光刻机对X正方向非完整曝光单元对准的失效边界，以此边界为基准，建立X正方向最敏感的检测曝光布局，从而建立更为灵敏的光刻机对准性能的检测方法。此时，无需再多平移1/2Dx的距离，如右图所示。因此，理论上，平移距离最多为Dx即可确定补偿边界。

本实施例的曝光单元尺寸为26*33mm。

本发明提供了一种光刻机对准性能的检测方法，通过平移非完整曝光单元曝光布局的方法，测量完整曝光单元和非完整曝光单元之间迭对标记的中心偏移量，确定光刻机对非完整曝光单元对准补偿能力的失效边界，以此边界为基准，建立最敏感的检测曝光布局，从而建立更为全面和灵敏的光刻机对准性能的检测方法。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (11)

1.一种光刻机对准性能的检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤S01，提供待曝光晶圆；

步骤S02，制作掩膜板，该掩膜板图案具有X方向和Y方向长度分别为4Dx和4Dy的长方形，该长方形四个角向外具有至少两组沿该长方形横向中心线或纵向中心线对称的迭对标记；

步骤S03，通过涂胶、曝光和显影工艺，将该掩膜板的长方形及迭对标记图案转移到晶圆上，所述晶圆含有沿X方向和Y方向阵列状分布的大小一致的曝光单元，该曝光单元包括晶圆中间区域的完整曝光单元和晶圆边缘区域的非完整曝光单元，晶圆的曝光单元之间分属相邻两个曝光单元的第一迭对标记和第二迭对标记相互迭对；

步骤S04，通过迭对测量仪，测量晶圆中完整曝光单元和完整曝光单元之间迭对标记的中心偏移量，定义为标准偏移量；

步骤S05，通过迭对测量仪，测量晶圆边缘区域每组相邻完整曝光单元和非完整曝光单元之间迭对标记的中心偏移量，定义为边缘偏移量，该边缘偏移量包括X方向和Y方向；

步骤S06，判断晶圆X方向或Y方向最边缘曝光单元是否为完整曝光单元，若否，所有曝光单元沿X方向或Y方向相对于晶圆平移一预设距离，然后重复步骤S03至S06；若是，则进入步骤S07；

步骤S07，比较测得的每组边缘偏移量和标准偏移量，确定光刻机对非完整曝光单元对准补偿能力的失效边界；

步骤S08，以此边界为基准，检测光刻机的对准性能。

2.根据权利要求1所述的光刻机对准性能的检测方法，其特征在于：该长方形四个角上具有四组迭对标记，每组迭对标记包括不重叠的第一迭对标记和第二迭对标记，该四组迭对标记沿该长方形中心旋转对称，使得相邻两个曝光单元边缘的第一迭对标记和第二迭对标记交错迭对。

3.根据权利要求2所述的光刻机对准性能的检测方法，其特征在于：该第一迭对标记和第二迭对标记为尺寸不同的正方形。

4.根据权利要求3所述的光刻机对准性能的检测方法，其特征在于：该第一迭对标记和第二迭对标记位于相邻曝光单元之间的切割道内。

5.根据权利要求1所述的光刻机对准性能的检测方法，其特征在于：该中心偏移量是分属两个相邻曝光单元之间的第一迭对标记和第二迭对标记的中心偏移量，该标准偏移量是晶圆中心五个完整曝光单元之间多组跌对标记的中心偏移量。

6.根据权利要求5所述的光刻机对准性能的检测方法，其特征在于：步骤S06中相对于晶圆平移所有曝光单元，以改变边缘曝光单元的曝光完整度。

7.根据权利要求5所述的光刻机对准性能的检测方法，其特征在于：步骤S06中所有曝光单元相对于晶圆的平移距离为1/8Dx—1Dx或1/8Dy—1Dy。

8.根据权利要求1至7任一项所述的光刻机对准性能的检测方法，其特征在于：步骤S07中以边缘偏移量与标准偏移量一致的最远端曝光单元为该方向的补偿边界。

9.根据权利要求8所述的光刻机对准性能的检测方法，其特征在于：若最边缘的曝光单元是非完整曝光单元，则比较平移后的边缘偏移量和标准偏移量，如一致，则以最边缘的曝光单元作为补偿边界，如不一致，则以最边缘向内一个曝光单元作为补偿边界。

10.根据权利要求8所述的光刻机对准性能的检测方法，其特征在于：步骤S08中对光刻机的对准性能进行检测包括采用两层迭对标记迭对偏移量的检测方法或单层相邻曝光单元迭对标记迭对偏移量的检测方法。

11.根据权利要求8所述的光刻机对准性能的检测方法，其特征在于：步骤S03选用I线光刻机、KrF光刻机、ArF光刻机或EUV光刻机。