CN106643598A - 一种检测淀积APF设备阴影shadowring位偏及解决方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种检测淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，其特征在于，将APF沉积后硅片的圆心为中心，以notch为硅片边缘基准点，在偏离notch一定角度后建立直角坐标系，选取与所述直角坐标系同心的硅片边缘圆环内位于所述直角坐标轴上的不同坐标点，测量其膜厚值，按坐标作图，比较膜厚值。本发明还提出一种解决淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，基于上述检测shadow ring位置偏移的方法从坐标与膜厚的分布图中发现shadow ring位置偏移，及时进行调整纠正。在日常点检和PM后的点检中运用这种发明，将收集的数据画成薄膜厚度曲线，可以直观的看出shadow ring位置是否发生偏移，帮助工程师及时解决，消除shadow ring位置偏移，避免APF颗粒缺陷的发生，达到提高产品质量的目的。

Description

一种检测淀积APF设备阴影shadowring位偏及解决方法
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种检测淀积APF-先进图形化薄膜(advanced patterning film)设备中shadow ring位置偏移的方法，及其位置偏移的解决方法。
背景技术
集成电路制造技术发展到90纳米及以下后，电路结构的线宽和形貌对器件性能的影响更为重要，因此工艺上对其精准度的要求更加严格，加入许多辅助性薄膜来优化光刻和刻蚀效果，APF-先进图形薄膜便是其中的一种。
APF-先进图形薄膜的主要成分是无定型碳，具有较高的刻蚀选择比，在刻蚀过程中替代光刻胶形成图形，充当掩膜层完成刻蚀；它本身可以被氧气氧化，可以同光刻胶一样通过去胶工艺去除。
APF的沉积属于CVD工艺，其沉积原理为：由气体C2H2在Plasma作用下裂解生成无定型碳，覆盖整片wafer形成碳膜。总所周知，硅片是具有一定厚度圆片，其边缘经倒角形成连续圆滑的侧边。CVD工艺中的气相反应物会流动并渗入硅片侧边，在那里发生沉积反应，生成无定型碳膜-APF，而且在硅片边缘沉积的APF厚度不均匀且不受控。因此，一般CVD工艺管控的沉积膜的范围在从硅片圆心到距离硅片边缘3毫米的圆形区域。
沉积在硅片边缘3毫米的环形区域以及侧边的APF可能在后续的光刻和刻蚀工艺中发生剥离，落入到电路中成为颗粒缺陷，从而影响器件性能。为防止APF在wafer边缘沉积，APF沉积设备的腔体中另有称为shadow ring的部件。硅片load-in后，shadow ring随上电极shower head一起从硅片上方向下移动，shadow ring覆盖并压置wafer边缘。于是本应沉积在wafer边缘的APF将沉积在shadow ring上，并在工艺结束后随shadow ring的移走而被带走。可见shadow ring的作用在于防止硅片边缘沉积薄膜。使用shadow ring的APF沉积工艺需要与后续的光刻工艺配合，使后续光刻涂胶覆盖全部的APF沉积区域，才能完全避免在后续光刻和刻蚀制程中产生颗粒缺陷。
现有技术中使用的shadow ring是一个圆环状的陶瓷圈，在CVD设备腔体中与上电极shower head一起固定不动。load硅片过程中，由硅片向上做机械运动，从而使shadowring覆盖硅片最外面边缘3～5毫米的环形区域，其覆盖硅片的最佳位置为CVD工艺生成的APF膜的图形是距离硅片边缘3～5毫米且中心与硅片圆心重合的同心圆。实际上，定期保养时，如果shadow ring安装不到位会使其发生位置偏移，因此其覆盖硅片边缘的位置也发生偏移，形成偏心圆。如果其偏离距离最终超出后续光刻胶涂胶的覆盖范围，则造成偏离方向相反方向的硅片边缘区域有部分APF由于没有光刻胶覆盖在刻蚀时裸露在plasma中。刻蚀后该区域会形成衬底凹坑；进一步偏移距离大于3～5毫米，则可能沿偏离方向相反方向的部分硅片边缘及硅片侧边完全没有被shadow ring覆盖，这样边缘异常厚度的APF可能在刻蚀后仍留有残余，并在后道诸多工艺中随时可以发生剥离，成为颗粒缺陷。
因此需要开发一种检测沉积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，能够及时发现其位置发生偏移，通过调整其位置，纠正并消除偏移，从而解决shadow ring位置偏移问题，避免硅片颗粒缺陷产生，实现提高产品质量的最终目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是检测淀积APF设备中shadow ring的位置，能够及时发现并解决shadow ring位置偏移的问题，避免硅片产生颗粒缺陷，实现提高产品质量的最终目的。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种检测淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，其特征在于，将APF沉积后硅片的圆心为中心，以notch为硅片边缘基准点，在偏离notch一定角度后建立直角坐标系，选取与所述直角坐标系同心的硅片边缘圆环内位于所述直角坐标轴上的不同坐标点，测量其膜厚值，作膜厚按坐标的分布图，比较相同坐标的膜厚值；
可选的，所述以硅片圆心为中心直角坐标系偏离硅片边缘notch位置的角度为0°～90°；
可选的，所述与直角坐标系同心的硅片边缘圆环，其圆环范围从硅片边缘起向硅片内延伸，圆环半径不小于3.5毫米；
优选的，选取不同坐标上距离与硅片边缘距离相等的一系列相同间隔的坐标点测量膜厚值；
优选的，所述膜厚值测量点的间隔距离为不大于0.5毫米；
可选的，所述作图方法为，以膜厚测试点的坐标水平轴，以所测量的膜厚值为垂直轴作坐标与膜厚的分布图；
优选的，所述分布图的水平坐标取膜厚测试点坐标的绝对值。
本发明还提出一种解决淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，
具体步骤为：
步骤S01：选取1片硅片，完成APF沉积；
步骤S02：以硅片的圆心为中心，以notch为硅片边缘基准点，在偏离notch一定角度后建立直角坐标系，选取与所述直角坐标系同心的硅片边缘圆环内位于所述直角坐标轴上的不同坐标点，测量其膜厚值，作膜厚按坐标的分布图；
步骤S03：距离与膜厚分布图中膜厚曲线不重合的坐标轴方向即为shadow ring的偏移方向；
步骤S04：调整shadow ring位置，消除偏移；
可选的，所述分布图的横坐标为坐标的绝对值，纵坐标为对应坐标的膜厚值。
集成电路进入90纳米及以下技术节点后，当刻蚀面对窄线宽、深沟槽的工艺挑战时，传统光刻工艺出现由于光刻胶无法抵挡刻蚀，从而影响图形的实现的情况。这是因为光刻胶的刻蚀选择比一般为1:6，即：要刻蚀600A深度的衬底，需要消耗100A光刻胶。而实际上所需要的光刻胶远大于理论消耗值。实际操作中，线宽越小时，为提高光刻能力所采用的光刻胶的膜厚会越薄，这直接造成光刻胶抗刻蚀能力不够，两者之间相互矛盾。现有技术中引入了先进图形薄膜(APF)结合无氮抗反射层(N-free DRAC)来解决这一问题，使得现有的光刻能力进一步提高，制程线宽进一步缩小.如图1所示:a)多晶硅1上沉积有APF 4和无氮抗反射层(N-free DRAC)3，然后涂光刻胶2并显影，按光刻能力仅能形成线宽为A的图形；b)刻蚀光刻胶，使光刻胶瘦身，将光刻胶图形的线宽从A缩小到B；c)以剩余光刻胶2为掩膜层继续刻蚀APF 4，光刻胶消耗完毕，同时APF瘦身，线宽进一步从B缩小为C；d)再以APF 4为掩膜层继续刻蚀多晶硅1，由于APF有较高的刻蚀选择比，所以抵抗窄线宽、深沟槽的长时间刻蚀，形成线宽为C的多晶硅1图形；e)去胶去除剩余APF 4，最终完成线宽从A缩小到C的多晶硅刻蚀。
图2为传统光刻工艺仅使用光刻胶作为掩膜层(左图)以及现有技术采用APF作为掩膜层(右图)的刻蚀形貌对比图。
APF-先进图形薄膜的主要成分是无定型碳，具有较高的刻蚀选择比，在刻蚀过程中替代光刻胶形成图形，充当掩膜层完成刻蚀；它本身可以被氧气氧化，可以同光刻胶一样通过去胶工艺去除。
APF的沉积属于CVD工艺，其沉积原理为：由气体C2H2在Plasma作用下裂解生成无定型碳，覆盖整片wafer形成碳膜。总所周知，硅片是具有一定厚度圆片，其边缘经倒角形成连续圆滑的侧边。CVD工艺中的气相反应物会流动并渗入硅片侧边，在那里发生沉积反应，生成无定型碳膜-APF，而且在硅片边缘沉积的APF厚度不均匀且不受控。因此，一般CVD工艺管控的沉积膜的范围在距硅片边缘3毫米以内。
沉积在硅片边缘3毫米内的环形区域以及侧边的APF可能在后续的光刻和刻蚀工艺中发生剥离，一旦落到电路中就会成为颗粒缺陷影响器件性能。为防止APF在wafer边缘沉积，APF沉积设备的腔体中另有称为shadow ring的部件，随上电极shower head一起在腔体中固定不动。工艺过程中，硅片load-in后，向上做机械运动，使shadow ring覆盖并压置wafer边缘。于是本应沉积在wafer边缘的APF将沉积在shadow ring上，并在工艺结束后随shadow ring的移走而被带走。可见shadow ring的作用在于防止硅片边缘沉积薄膜。使用shadow ring的APF的沉积需要与后续的光刻工艺配合，实现后续光刻涂胶覆盖APF的沉积区域，才能完全避免在后续光刻和刻蚀制程中产生颗粒缺陷。
虽然，现有技术中已经采用shadow ring防止硅片边缘沉积APF薄膜，但对于shadow ring位置偏移的监控方法却仍是空白。目前只有当APF沉积后经过光刻和刻蚀，并在后续的颗粒检测中发现APF颗粒缺陷，才会追溯反推发现APF沉积设备的shadow ring已经发生偏移。这种时间的延迟所带来的不仅是受影响硅片数量的增多，甚至可能随偏移程度的恶化，对产品质量造成更为严重的影响。
本发明提出一种可以及时检测沉积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，能够及时发现其位置发生偏移，避免产生硅片颗粒缺陷，实现提高产品质量的最终目的。本发明以APF沉积后硅片的圆心为中心，以notch为硅片边缘基准点，在偏离notch一定角度后建立直角坐标系，选取与所述直角坐标系同心的硅片边缘圆环内位于所述直角坐标轴上的不同坐标点，测量其膜厚值，按坐标作图，比较膜厚值。
具体的，本发明以硅片圆心为中心，建立一个直角坐标系，从X/Y轴的正、反方向共四个方向量分别测量硅片边缘与硅片圆心同心的圆环内距边缘相同距离点的膜厚并进行比较。坐标的设立需要避开作为硅片晶向定向用的notch位置。将膜厚值与测量点位置关联作图，其中测量点位置为水平轴，膜厚值为垂直轴，共产生4条曲线，分别显示：X轴正、反方向膜厚随距离硅片边缘距离的变化和Y轴正、反方向膜厚随距离硅片边缘距离的变化。如果shadow ring没有发生偏移，APF沉积在硅片生成的图形是距离硅片边缘3～5毫米且中心与硅片圆心重合的同心圆，则上述4条曲线应该重合；如果发现上述4条曲线发生分离，则代表shadow ring的位置发生偏移。由于使用shadow ring的APF的沉积需要与后续的光刻工艺配合，使后续光刻涂胶完全覆盖APF的沉积区域以避免在后续光刻和刻蚀制程中产生颗粒缺陷，因此如果偏移量已经超出后续光刻胶与shadow ring覆盖硅片边缘的交集，则需要进行位置调整纠正，消除偏移。
进一步的优化方案为，按照现有技术CVD工艺一般管控的沉积膜的范围在距硅片边缘3毫米，本发明确定测量膜厚的位于硅片边缘的圆环半径为3.5毫米，同时为了平衡检测效率和测量时间，本发明设定在3.5毫米内每个0.5毫米进行一次膜厚测量，也就是，在0～3.5毫米的距离中一共测量8个点。这样既可以全面测量硅片边缘被shadow ring覆盖的圆环区域是否有APF沉积，也满足了生产制造的实效要求，同时还能提供足够的数据确定能够检测到shadow ring是否发生偏移，沿哪个方向移动以及移动的大致距离。
本发明还提供了解决淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，通过利用上述shadow ring位置偏移的检测方法，及时发现其偏移方向和大致距离，安排调整，纠正并消除偏移，将对硅片质量的影响降到最低。
综上所述，本发明提出的检测沉积APF设备中shadow ring位置偏移的方法以及基于检测及时调整shadow ring位置，消除偏移的方法，通过以硅片圆心为中心建立一个直角坐标系，分别沿坐标系的X/Y轴正、***四个方向量测量硅片边缘与硅片圆心同心的圆环内距边缘相同距离点的膜厚并进行作图比较，能够及时发现shadow ring位置发生移动，并进行调整，纠正并消除偏移，避免硅片颗粒缺陷产生，实现提高产品质量的最终目的。
附图说明
图1是利用APF提高光刻能力的示意图。
图2是传统光刻胶工艺和现有技术APF工艺的刻蚀形貌示意图。
图3是shadow ring正常位置和偏移位置的对比图。
图4是本发明检测方法的膜厚测量点。
图5是按本发明绘制的硅片边缘各距离的膜厚曲线。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。
下面结合说明书附图对本发明的实施例进一步说明。
如图3所示，为本发明所之处的APF沉积设备中shadow ring正常位置和发生位置偏移的对比图。图3中a为shadow ring，b为硅片。图中左边部分为shadow ring处于正常位置的情况：此时，shadow ring-a均匀覆盖硅片-b的边缘，因此在硅片边缘3～5毫米区域内没有APF沉积；图中右边部分为shadow ring发生向右上方的偏移的情况：此时，shadowring覆盖硅片b的右上方区域增多，而左下方边缘减少。定义区域A位于硅片b的左下方边缘附近。如图3右边部分所示，如果区域A仍能被后续的光刻胶涂胶区域覆盖，则产生APF颗粒的机会较少；如果区域A距离硅片b左下方边缘<3毫米，甚至已经包含硅片b左下方边缘，那么该区域将超出光刻胶涂胶区域所覆盖的范围，则该区域在CVD工艺后会沉积有APF膜，且该APF膜会因受到硅片边缘形貌的影响，出现沉积厚度的不均匀且不受控。这些沉积在硅片边缘3毫米环形区域以及侧边的APF膜可能在后续的光刻和刻蚀工艺中发生剥离，一旦落到电路中成为颗粒缺陷就会影响器件性能。
本实施例涉及的shadow ring是一个圆环状的陶瓷圈，它的作用是在沉积薄膜时遮盖住wafer边缘部分，达到有效防止APF沉积在wafer边缘的目的。
为了能及时检测APF沉积设备的shadow ring是否出现位置偏移，本实施例提出一种测量方法：在一片APF沉积后的硅片上，以硅片圆心为中心，从硅片边缘相对notch逆时针偏转45°的位置建立直角坐标，其X轴正反方向对应135°和315°，Y轴正反方向对应45°和225°。由于本实施例中shadow ring覆盖硅片边缘3毫米，所以设定测试硅片边缘沿上述45°、135°、225°和315°4个方向0～3.5毫米范围内的膜厚，每间隔为0.5毫米测量一次，共测量4*8＝32个点的膜厚值，如图4所示。
然后，以0～3.5毫米的距离为水平轴，膜厚值为垂直轴作距离与膜厚的相关图，如图5所示。图5所示为shadow ring位置准确时的膜厚测试结果。四个方向分别都在离wafer边缘大约2mm处开始有APF薄膜，且四条线是重合。如果shadow ring的位置发生偏移，那么测试结果中四条线肯定不会重合，则需要及时调整并纠正shadow ring的位置，使其回到正常的位置。这种方法能有效的探测并解决APF沉积设备中shadow ring位置偏移的问题。
将这种发明运用到日常点检和PM后的点检中，将收集的数据画成薄膜厚度曲线，可以非常直观的看出shadow ring位置是否发生偏移，从而帮助工程师及时解决，消除shadow ring位置偏移，避免APF颗粒缺陷的发生。
综上所述，本发明提出了一种检测沉积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，结合本发明的检测方法及时发现其位置发生偏移，通过调整纠正，实现消除偏移，迅速发现并解决shadow ring位置偏移问题，避免硅片颗粒缺陷产生，最终达到提高产品质量的最终目的。
上述描述仅是对本发明实施例的描述，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 (9)

1.一种检测淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，其特征在于，将APF沉积后硅片的圆心为中心，以notch为硅片边缘基准点，在偏离notch一定角度后建立直角坐标系，选取与所述直角坐标系同心的硅片边缘圆环内位于所述直角坐标轴上的不同坐标点，测量其膜厚值，作膜厚按坐标的分布图，比较相同坐标的膜厚值。
2.如权利要求1所述的一种检测淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，其特征在于，所述以硅片圆心为中心直角坐标系偏离硅片边缘notch位置的角度为0°～90°。
3.如权利要求1所述的一种检测淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，其特征在于，所述与直角坐标系同心的硅片边缘圆环，其圆环范围从硅片边缘起向硅片内延伸，圆环半径不小于3.5毫米。
4.如权利要求3所述的一种检测淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，其特征在于，选取不同坐标上距离与硅片边缘距离相等的一系列相同间隔的坐标点测量膜厚值。
5.如权利要求4所述的一种检测淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，其特征在于，所述膜厚值测量点的间隔距离为不大于0.5毫米。
6.如权利要求1所述的一种检测淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，其特征在于，所述作图方法为，以膜厚测试点的坐标水平轴，以所测量的膜厚值为垂直轴作坐标与膜厚的分布图。
7.如权利要求6所述的一种检测淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，其特征在于，所述分布图的水平坐标取膜厚测试点坐标的绝对值。
8.一种解决淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，具体步骤为：
步骤S01：选取1片硅片，完成APF沉积；
步骤S02:以硅片的圆心为中心，以notch为硅片边缘基准点，在偏离notch一定角度后建立直角坐标系，选取与所述直角坐标系同心的硅片边缘圆环内位于所述直角坐标轴上的不同坐标点，测量其膜厚值，作膜厚按坐标的分布图；
步骤S03：距离与膜厚分布图中膜厚曲线不重合的坐标轴方向即为shadow ring的偏移方向；
步骤S04：调整shadow ring位置，消除偏移。
9.如权利要求1所述的一种检测淀积APF设备中shadow ring位置偏移的方法，其特征在于，所述分布图的横坐标为坐标的绝对值，纵坐标为对应坐标的膜厚值。
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