CN102184876B - 一种激光加工中晶圆片定位误差的量测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于半导体制造技术范围的一种激光加工中晶圆片定位误差的量测方法。所述的方法，首先是设计半导体制造的版图，在版图设计完成，并制版之后，进入制造流程，制造这些微测试结构。除低浓度掺杂区外其他部分的工艺均同常规工艺然后采用相应制造工艺，其中含激光处理步骤，来制作出按不同位置分布的微测试结构，最后对微测试结构的电学特性进行测试。根据各测试结构不同的测量结果和已知的位置分布情况，即可判断得到激光加工中晶圆片定位的误差，从而为误差校正提供测试依据。本发明方法简便实用，无需借助于大型复杂仪器设备和额外的精确操作即可进行，可以与激光加工设备相结合，成为后者设备性能定期检测校准的标准化的方法。

Description

一种激光加工中晶圆片定位误差的量测方法

技术领域

本发明属于半导体制造技术范围，特别涉及一种激光加工中晶圆片定位误差的量测方法。

背景技术

激光已广泛用于半导体材料的加工处理，包括激光退火，激光辅助薄膜沉积，材料的激光再结晶生长，等多种多样的具体应用。

由于激光束具有很强的相干性，光束往往是聚束的，不容易散开成为较大面积的光束；在另一方面，晶圆片尺寸又很大，因此激光光束对于衬底材料的作用，在目前技术条件下，不能以覆盖整个晶圆片的激光光场的方式来进行，只能是一个局部一个局部地进行。通常采用的方式，是激光束相对于材料表面做扫描，步进，或者步进加扫描的平移移动，来实现逐行，或者逐场的加工处理。

无论是逐行也好，逐场也好，总是存在着行之间，场之间的衔接问题。对于不良的衔接来说，存在着两类问题，一是衔接处两行或者两场有微小的重叠，则重叠区域尽管很小，但是考虑到集成电路中电子元器件的尺寸处于更小的量级，受到影响，被过量加工的元器件数量会有很多，这将直接影响集成电路加工质量。另一类问题是两行之间，两场之间存在微小的空隙，同样地，受此影响未被激光加工处理的电子元器件数量会有很多，加工质量同样不能保证。

针对以上实践中的问题，一种有效的处理措施，是充分利用芯片之间的划片道宽度。具体地说，令扫描或者步进，严格地沿着芯片阵列的横向排列方向向左或者向右进行，光束束斑的上下边沿，此处光强不均匀，加工效果无法保证，边沿的这一部分，令其落于芯片阵列间的划片道中，由此，可以回避扫描行之间，步进扫描的场之间的衔接不良的问题。当扫描或者步进至晶圆片边缘后，激光光束下移一行(或者上移一行)，并掉头向相反的方向，继续其横向的扫描或者步进逐场前进。对于后者，如果采用步进方式一场一场地加工处理，则束斑的左右两个边沿，也都是落在芯片划片道内的。

当要求扫描，或者步进扫描沿芯片阵列的方向，并且扫描束斑的边沿落于划片道内时，自然地，也就产生了晶圆片对准的问题。由于划片道宽度在几十微米的量级，此时晶圆片对准的要求并不是很高的，对准容差与划片道宽度同量级，在几十微米。举例来说，对准精度可以放宽至10微米或者更宽一些。

进一步地，很多激光加工都要求进行衬底的预加热处理，对于此类要求衬底升温的晶圆片，其对准过程会受到一定的高温影响。温度较高时可到400～500度，乃至更高。在高温情况下，晶圆片的热膨胀将难以忽略，此外较高的温度，以及较高温度下晶圆片整片的红外辐射背景，都可能对晶圆片的对准光路，对准信号处理带来很大的不良影响。所以一种较好的晶圆片对准策略是，采用与工艺腔相分离的，独立的对准结构来进行晶圆片的对准，对准后的晶圆片再由精密机械手送入到工艺腔片台之上，在那里再进行辅助性的加热升温。由于分离式的对准不涉及工艺高温，对准效果能够得到保障。

采用分离式的对准，对准片台与工艺中用于形成激光光束扫描等动作的片台是两套独立装置，所以这两个片台各自定义的行进方向，还有坐标原点位置等都不尽相同，会产生系统性的误差。举例来说，对准片台按照自身的X(左右)方向去调整晶圆片的旋转量，使得晶圆片上的芯片阵列的横向的划片道严格与对准片台X方向一致。当精密机械手将晶圆片放置到加工扫描片台上的时候，由于扫描片台的X(左右)行进方向，在一般情况下会与对准片台X方向相差一个尽管很小，但绝对存在的角度，因而晶圆片阵列的纵横方向，并不与加工片台所定义的X(左右)、Y(前后)方向完全平行。此外精密机械手的传片过程还会引入额外的位置差。这些都会造成晶圆片对准的系统性的误差。该系统误差，随整机组装、调试的精度不同而各机器不尽相同。

为了校准位置差，在校准实施之前需要明确对准误差量值的大小，对此，本发明提出一种激光加工中晶圆片定位误差量测的方法。通过使用特殊设计的微测试结构和工艺过程，可以通过量测微测试结构的电学特性，来掌握晶圆片对准系统的定位误差量。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光加工中晶圆片定位误差的量测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)首先确定选用测试结构的种类，设计半导体制造的版图，先将两个微测试结构组成一对，然后将一系列的微测试结构对组成一组；在同一组内，不同的微测试结构对的两个微测试结构之间的间距是按一定的方向递增或者递减的；按位置坐标摆放，构成若干系列性的排布；这样一对微测试结构之间间距的一定尺寸决定了定位误差测量的分辨力；采用若干组不同分辨力的微测试结构组，构成了完整的测试版图，其中，在不同分辨力的微测试结构组中，两个微测试结构之间的间距有沿横向方向递增或者递减的，也有沿纵向方向递增或者递减的；采用半导体制造技术在激光光束扫描区域的衬底上制造一系列的微小的测试结构；

2)通过光刻定位的方法将测试结构按照配对的两个测试结构之间的距离从大到小按照一系列的坐标位置排布到晶圆片上的不同位置处；

3)对晶圆片上的测试结构进行激光光束的扫描加工处理；

4)测试所制作出的微测试结构的电学特性，判断出哪些微测试结构制作成功，哪些制作是不成功的；如果晶圆片不存在定位误差，则激光光束的加工是覆盖整个测试结构的，因而制作出完好的微测试结构；但是如果存在定位误差，则激光光束的加工只涉及测试结构的一个局部，因而制作出的微测试结构是不完善、不成功的；

5)通过步骤4)对按坐标位置排布的系列测试结构电学特性的测量，定出激光加工中晶圆片定位误差的量值大小。

所述微测试结构为电阻或晶体管。

所述微测试结构是金属压焊块区通过接触孔与高浓度掺杂区相连，高浓度掺杂区再与低浓度掺杂区相连，其中高浓度掺杂区和低浓度掺杂区是同型的，即都是N型掺杂，或者都是P型掺杂。

本发明的有益效果是，设计了特殊的微测试结构的版图及相关制造工艺，通过制作出按不同位置分布的微测试结构，以及对微测试结构的电学特性的测试，可以量测激光加工中晶圆片定位的误差，从而为误差校正提供测试依据。该方法简便实用，无需借助于大型复杂仪器设备和额外的精确操作即可进行，可以与激光加工设备相结合，成为后者设备性能定期点检校准的标准化的方法。

附图说明

图1，图2为激光加工中量测晶圆片定位误差的电阻结构及其分布位置的示意图。

图1和图2中，

1.是金属及压焊块区域；2.是高浓度掺杂区；3.是低浓度掺杂区；4.是金属与掺杂区之间的接触孔；5.是在不同位置的微结构电阻；6.是激光光束扫描区域；7.是低掺杂区域的上沿；8.是低掺杂区域的下沿。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种激光加工中晶圆片定位误差的量测方法。根据申请书前文所描述的技术思路，具体的实施方法，举例说明如下。

举例说明一种具体的实施方案如下。

首先在确定微测试结构之后，设计半导体制造的版图，在版图设计完成，并制版之后，进入制造流程，制造这些微测试结构。除低浓度掺杂区外其他部分的工艺均同常规工艺，特别地，高浓度掺杂区采用离子注入加退火的方式形成，退火采用常规的炉管高温退火。对于低浓度掺杂区，采用离子注入加激光退火的方式制作。

图1所示的电阻微测试结构，在晶圆片上按图2所示的方式排布，因而可制作出一系列不同位置的微小电阻测试结构来。

按图2方式排布的各电阻对，当一束激光光束6从左到右扫描，对低掺杂区3进行退火时，在晶圆片的定位相对于激光光束的扫描无误差时，扫描束与各电阻的位置情况，即如图2所示。如果晶圆片定位有误差，那么，会出现一对电阻中，上方电阻被退火，而下方电阻不能被退火的情况(或者反过来)，因而通过电阻值的测量，将能够了解定位误差的情况，具体进行如下说明。

取图1所示的微测试结构，按照图2方式，在不同的位置摆放这些测试结构，从而构成整体的测试版图。测试结构可以是电阻器件，也可以是晶体管或者其它器件。在电阻器件的情形下(如图1所示)，采用图1所示的电阻作为微测试结构。图1中金属压焊块区1，通过接触孔4与高浓度掺杂区2相连，高浓度掺杂区2再与低浓度掺杂区3相连，这里高浓度掺杂区和低浓度掺杂区是同型的，例如都是N型掺杂，或者都是P型掺杂。对于电阻值起决定性作用的，将是低浓度掺杂区3的掺杂浓度，以及该区域掺杂杂质在激光退火作用下激活的情况。除低浓度掺杂区3之外，所有其他的区域，其制作工艺均同一般集成电路制造，特别地，高浓度掺杂区2，可采用离子注入和常规的高温退火的方式形成，离子注入具体实施的区域，由光刻确定。在整个测试结构中，仅有低浓度掺杂区3，采用先光刻确定离子注入的区域，然后进行离子注入较低浓度的掺杂，再之后，采用激光退火的方法进行杂质的退火激活。在图2中，电阻是用一个个长方形框5来表示的。这些电阻从左到右又分成若干对，一对电阻包括了上方的一个电阻，和下方的一个电阻。最左端的一对电阻，其上、下两电阻之间的距离，例如取为10毫米，从这对电阻开始向右，各对电阻之间的间距，依次缩小，例如每对电阻间距均比前一对缩小0.5毫米，陆续制作出多对的电阻来。电阻对中，上下电阻之间的间距，取的是上方电阻低掺杂区上沿7到下方电阻低掺杂区下沿8之间的距离。

作为微测试结构其中主要提供电阻的部分是低浓度掺杂区3，结构中的其他部分，是为了使得电阻测试能够顺利进行。

以激光束宽为10毫米为例，可以摆放不同的电阻对，每一电阻对中，上方电阻和下方电阻的间距，按6，7，8，9，10，11，12，13，14毫米设计，共计9对电阻。这样的9对电阻，可以构成一组，其位置分辨率为500微米。如果想得到更高的分辨率，则可以设计中心值为10毫米，但按1，10，100，500微米向左方递增、向右方递减的不同的电阻对的组。整个测试版图，由若干个电阻对的组来构成，组与组之间的差别仅在于电阻对内上、下两个电阻的间距按不同的尺寸变化，可提供不同的分辨率。版图除电阻对像图2那样横向排开之外，还包括纵向排开的，以用于测量纵向的晶圆片定位误差。当激光束加工的范围确定时，由于微测试结构尺寸呈不同系列，或者按不同系列分散摆放，一些测试结构处于加工区域之外，或者临界的位置，因此其电特性测试值可反映实际光束加工的情况。电特性的测试值，与已知的微结构测试结构的不同尺寸或者不同的位置摆放相对照，即可得出晶圆片坐标系与激光光束加工坐标系之间的差距情况，此即定位误差。这里，晶圆片坐标系可由已知的晶圆片上的各微测试结构图形的坐标共同确定。

除晶圆片上某处的横向、纵向的位置差之外，还可测量得出甲处的位置差与相隔较远的乙处的位置差，两者可确定晶圆片相对于光束扫描或者步进-扫描方向的旋转量。进一步地，通过多处不同位置的微测试结构的电学测试量，可以统计性地得出晶圆片定位误差的统计结论。

假定激光退火装置在构建和组装阶段，经过初步定位校准，能够保证定位精度在2毫米范围以内，那么，使用10毫米宽的光束扫描退火一组电阻对，按上述电阻对的间距为6，7，8，9，10，11，12，13，14毫米，共9个电阻对时，如果激光束实际扫描的位置偏上2毫米，那么间距为14毫米的那一对电阻，其上电阻可以很好地退火因而呈现较低的测试电阻值，而下电阻不能退火因而呈现较高的测试电阻值；而另一对间距为6毫米的那一对电阻，其上、下电阻都处在光束束宽范围之内，因而上、下电阻刚好能够完全退火而都呈现出较低的电阻值来；其他几对电阻，上电阻总是可完全退火的，而下电阻无法退火或者无法完全退火而呈现不同的较高阻值。由这样一组测试值，即可断定激光束与晶圆片之间的相对误差为激光束上偏2毫米。激光束下偏2毫米的情形类似。该组9个电阻对的定位误差测量精度为500微米。

以上描述总结为两条，一，通过机械安装与调校过程，保证原始定位精度不超过2毫米；二，通过分辨力为500微米的不同位置的电阻对特性测试，可测量范围压缩至500微米。如果通过一定的校正与补偿，实际的定位误差处于更小的量级，则可采用分辨力更高的、其他的电阻对组进行进一步的量测。本发明方法的极限分辨力，仅取决于所采用的电阻对的间距设置。在另一方面，也可以采用晶体管或其他基本元器件作为微测试结构，晶体管或其它器件也是按照上述类似的方式摆放于不同的位置，位置间距按一定的尺寸递增或者递减变化，则通过测量器件特性，同样可以获得高精度的位置误差识别能力。

综上所述，本发明方法简便实用，无需借助于大型复杂仪器设备和额外的精确操作即可进行，可以与激光加工设备相结合，成为后者设备性能定期点检校准的标准化的方法。本方法适用于较低精度的定位需求，典型为微米的量级。微测试结构的尺寸或者摆放位置，取决于光刻工艺，由于光刻工艺的定位精度远远高于微米量级，因此可忽略微结构相关坐标数据的误差。

Claims (3)

1.一种激光加工中晶圆片定位误差的量测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)首先确定选用测试结构的种类，设计半导体制造的版图，先将两个微测试结构组成一对，然后将一系列的微测试结构对组成一组；在同一组内，不同的微测试结构对的两个微测试结构之间的间距，是按一定的方向递增或者递减的；按位置坐标摆放，构成若干系列性的排布；这样一对微测试结构之间间距的一定尺寸决定了定位误差测量的分辨力；采用若干组不同分辨力的微测试结构组，构成了完整的测试版图，其中，在不同分辨力的微测试结构组中，两个微测试结构之间的间距有沿横向方向递增或者递减的，也有沿纵向的方向递增或者递减的；采用半导体制造技术在激光光束扫描区域的衬底上制造一系列的微小的测试结构；

2)通过光刻定位的方法将测试结构按照配对的两个测试结构之间的距离从大到小按照一系列的坐标位置排布到晶圆片上的不同位置处；

3)对晶圆片上的测试结构进行激光光束的扫描加工处理；

4)测试所制作出的微测试结构的电学特性，判断出哪些微测试结构制作成功，哪些制作是不成功的；如果晶圆片不存在定位误差，则激光光束的加工是覆盖整个测试结构的，因而制作出完好的微测试结构；但是如果存在定位误差，则激光光束的加工只涉及测试结构的一个局部，因而制作出的微测试结构是不完善、不成功的；

5)通过步骤4)对按坐标位置排布的系列测试结构电学特性的测量，定出激光加工中晶圆片定位误差的量值大小。

2.根据权利要求1所述激光加工中晶圆片定位误差的量测方法，其特征在于，所述微测试结构为电阻或晶体管。

3.根据权利要求1所述激光加工中晶圆片定位误差的量测方法，其特征在于，所述微测试结构是金属压焊块区通过接触孔与高浓度掺杂区相连，高浓度掺杂区再与低浓度掺杂区相连，其中高浓度掺杂区和低浓度掺杂区是同型的，即都是N型掺杂，或者都是P型掺杂。

Images