CN104122756B - 判断光刻版套刻精度一致性的方法和光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种判断光刻版套刻精度一致性的方法，在光刻制程中，包括以下步骤：以行间隔或列间隔的方式使用两块光刻版对晶圆表面曝光；将完成曝光的整片晶圆与通过单一光刻版曝光的晶圆进行比较，判断套刻精度的一致性。还公开一种应用上述方法的光刻机。上述方法及光刻机可以提高判断光刻版套刻精度一致性的评估效率和减小评估难度。

Description

判断光刻版套刻精度一致性的方法和光刻机

技术领域

本发明涉及光刻技术，特别是涉及一种判断光刻版套刻精度一致性的方法和一种光刻机。

背景技术

在生产晶片时，需要进行光刻将光刻版上的图形转印到晶圆上。每次转印的图形在晶圆上占据一块区域，经过多次转印可以在晶圆上形成具有相同图形的多个区域，然后将晶圆按照区域进行分割即可得到具有相同功能的多个晶片。

为了提高生产效率，出现了使用两块光刻版同时在同一晶圆上作业的技术，也即用两块光刻版同时各自独立地在晶圆的不同区域作业，最后完成整个晶圆的图形转印。理论上，这种技术可以将生产效率翻倍。

然而上述技术存在两块光刻版的套刻精度不一致的问题，这会导致晶圆报废。传统采用分片验证的方法来判断两块光刻版的套刻精度一致性，具体如下：在转印过程中，随机选取两块光刻版中的任一块在晶圆上依序曝光并完成整个晶圆的曝光，这样整个晶圆上的图形就是随机间隔的由不同的光刻版曝光形成的图形。然后进行晶圆可接受度（waferacceptance，WAT）测试，并根据WAT测试结果验证套刻精度是否匹配。

上述方法耗费的周期较长、需要的人力较多，同时受到其他部门工艺的影响较大，因此评估套刻精度一致性的难度较大。

发明内容

基于此，有必要提供一种评估难度较小的判断光刻版套刻精度一致性的方法。

此外，还提供一种光刻机。

一种判断光刻版套刻精度一致性的方法，在光刻制程中，包括以下步骤：以行间隔或列间隔的方式使用两块光刻版对晶圆表面曝光；将完成曝光的整片晶圆与通过单一光刻版曝光的晶圆进行比较，判断套刻精度的一致性。

在其中一个实施例中，所述以行间隔的方式使用两块光刻版对晶圆表面曝光的步骤具体为：使用所述两块光刻版的其中一块对晶圆上处于同一行的多个曝光区域依次执行曝光；使用所述两块光刻版的另外一块对晶圆上处于下一行的多个曝光区域依次执行曝光；反复轮流执行上述步骤直至晶圆表面全部完成曝光。

在其中一个实施例中，所述以列间隔的方式使用两块光刻版对晶圆表面曝光的步骤具体为：使用所述两块光刻版的其中一块对晶圆上处于同一列的多个曝光区域依次执行曝光；使用所述两块光刻版的另外一块对晶圆上处于下一列的多个曝光区域依次执行曝光；反复轮流执行上述步骤直至晶圆表面全部完成曝光。

一种光刻机，包括光刻模块，所述光刻模块包括光刻版选择模块，所述光刻版选择模块按照设定的方式选取两块光刻版以行间隔或列间隔的方式对晶圆表面曝光。

在其中一个实施例中，所述光刻版选择模块用于：选取所述两块光刻版的其中一块对晶圆上处于同一行的多个曝光区域依次执行曝光；选取所述两块光刻版的另外一块对晶圆上处于下一行的多个曝光区域依次执行曝光；反复轮流执行上述步骤直至晶圆表面全部完成曝光。

在其中一个实施例中，所述光刻版选择模块用于：选取所述两块光刻版的其中一块对晶圆上处于同一列的多个曝光区域依次执行曝光；选取所述两块光刻版的另外一块对晶圆上处于下一列的多个曝光区域依次执行曝光；反复轮流执行上述步骤直至晶圆表面全部完成曝光。

上述方法及光刻机，不需要进行WAT测试，仅在光刻程序中即可完成，不需要依赖其他部门工艺，并且相比于传统的判断套刻精度一致性时采用分片计划，其复杂度也较低，因此可以提高评估效率和减小评估难度。

附图说明

图1为光刻曝光原理示意图；

图2为一实施例的采用双光刻版的光刻工艺示意图；

图3为行间隔方式进行曝光的示意图；

图4为列间隔方式进行曝光的示意图。

具体实施方式

在半导体制程中，光刻工艺是比较关键的工艺。光刻工艺包括预处理、旋涂光刻胶、软烘、曝光、后烘以及显影等步骤。其中：

1)预处理（Substrate Pretreatment）用于改变晶圆表面的性质，使其能和光刻胶粘连牢固。主要方法就是涂六甲基二硅胺（HMDS）：在密闭腔体内将晶圆加热到120℃，表面用喷入氮气加压的雾状HMDS，使得HMDS和晶圆表面的-OH键发生反应以除去水汽和亲水键结构。反应充分后在冷板上降温。

2)旋涂光刻胶（Spin coat），用旋转涂布法能提高光刻胶薄膜的均匀性与稳定性。光刻胶中主要物质有树脂、溶剂、感光剂和其它添加剂。感光剂在光照下会迅速反应。一般设备的稳定工作最高转速不超过4000rpm（转每分），最好的工作转速在2000～3000rpm。

3)软烘（Soft Bake），用于除去光刻胶中的溶剂。一般是在90℃的热板中完成。

4)曝光（Exposure），用紫外线把光刻版上的图形成像到晶圆表面，从而把光刻版上面的图形转移到晶圆表面上的光刻胶中。如图1所示，是在晶圆上曝光成像示意图。图1中，光源（图未示）透过光刻版20在晶圆10上进行曝光，每次曝光一个图形区域110。一个图形区域110曝光完成后，光刻版20移动并对准到下一个区域上方，进行同样的曝光操作直至整个晶圆曝光完成。

5)后烘（Post Exposure Bake）。在I-line光刻机中，这一步的目的是消除光阻层侧壁的驻波效应使侧壁平整竖直；而在DUV光刻机中这一步的目的则是起化学放大反应。DUV设备曝光时，光刻胶不会完全反应，只是产生部分反应生成少量H+离子，而在这一步烘烤中H+离子起到类似催化剂的作用，使感光区光刻胶完全反应。

6)显影（Develop），是把光刻胶光照后的可溶部分除去，留下想要的图形。至此就在晶圆上形成了所需要的图形。

本实施例的方法即是在第4）步的曝光程序中进行改变。如图2所示，首先是采用了两块具有相同图形的光刻版210、220。然后以行间隔或列间隔的方式分别利用光刻版210和光刻版220在晶圆10上形成图形区域110。

参考图3，在第一行用光刻版210依次进行曝光，然后在第二行用光刻版220依次进行曝光，接着在第三行用光刻版210进行曝光，……，以此类推直到整个晶圆10被完全曝光。这样就在晶圆10上形成了行间隔的采用不同光刻版曝光形成的图形。

将该晶圆与通过单一光刻版曝光的晶圆进行比较，即可判断套刻精度的一致性。

参考图4，在第一列用光刻版210依次进列曝光，然后在第二列用光刻版220依次进行曝光，接着在第三列用光刻版210进行曝光，……，以此类推直到整个晶圆10被完全曝光。这样就在晶圆10上形成了列间隔的采用不同光刻版曝光形成的图形。

将该晶圆与通过单一光刻版曝光的晶圆进行比较，即可判断套刻精度的一致性。

上述步骤中，套刻精度（overlay）是用来衡量层间对齐程度的矢量，是层间相应点的位置矢量的差值。对整个晶圆来说，在每个抽样点都可以计算该矢量。由于各种原因，层间套刻时，图形不一定能对齐，会出现诸如上下层间图形整体偏移、X方向尺寸变化、Y方向尺寸变化、扭曲以及整体旋转等情况。当层间图形不能对齐时，层间连线可能没有正确连接，导致整个器件无法工作。

比较套刻精度的一致性具体包括两个方面：1.套刻量测结果的最大值和最小值。2.套刻的补偿量大小。

套刻的补偿量对于DUV类型的光刻机有10项参数，具体如下：

translation_x：晶圆整体x方向偏移补偿量；

translation_y：晶圆整体y方向偏移补偿量；

wafer_mag_x：晶圆整体x方向尺寸变化补偿量；

wafer_mag_y：晶圆整体y方向尺寸变化补偿量；

wafer_rotation：晶圆旋转补偿量；

wafer_orthogonality：晶圆扭转补偿量；

shot_mag：曝光区域尺寸变化补偿量；

shot_rotation：曝光区域旋转补偿量；

asymmetry_mag：非对称曝光区域尺寸变化补偿量；

asymmetry_rotation：非对称曝光区域旋转补偿量。

I-line类型的光刻机只有上面的前8项参数，这是由于曝光机台的不同导致的。

对经过本实施例方法处理的晶圆，计算上述参数。对经过单一光刻版处理的晶圆同样计算上述参数。比较相应参数之间的差距，差值在10%以内即可认为一致性较好，否则一致性较差。

上述光刻工艺都是采用光刻机来具体实现的，光刻机的自动化程度较高，一般只需要将片盒（盛装晶圆的装置）放入输送口，启动之后即可按照预定的程序依次执行，直到最后形成图形化好的晶圆。本发明提供一实施例的光刻机，其在光刻机的控制程序中添加光刻版选择模块，该光刻版选择模块按照设定的方式选取两块光刻版以行间隔或列间隔的方式对晶圆表面曝光。

光刻版选择模块可以用于：

选取所述两块光刻版的其中一块对晶圆上处于同一行的多个曝光区域依次执行曝光；任何选取所述两块光刻版的另外一块对晶圆上处于下一行的多个曝光区域依次执行曝光；反复轮流执行上述步骤直至晶圆表面全部完成曝光。具体可以参考图3。

光刻版选择模块也可以用于：

选取所述两块光刻版的其中一块对晶圆上处于同一列的多个曝光区域依次执行曝光；任何选取所述两块光刻版的另外一块对晶圆上处于下一列的多个曝光区域依次执行曝光；反复轮流执行上述步骤直至晶圆表面全部完成曝光。具体可以参考图4。

上述方法及光刻机，不需要进行WAT测试，仅在光刻程序中即可完成，不需要依赖其他部门工艺，并且相比于传统的判断套刻精度一致性时采用分片计划，其复杂度也较低，因此可以提高评估效率和减小评估难度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种判断光刻版套刻精度一致性的方法，其特征在于，在光刻制程中，包括以下步骤：

以行间隔或列间隔的方式使用两块光刻版对晶圆表面曝光；

将完成曝光的整片晶圆与通过单一光刻版曝光的晶圆进行比较，判断套刻精度的一致性。

2.根据权利要求1所述的判断光刻版套刻精度一致性的方法，其特征在于，所述以行间隔的方式使用两块光刻版对晶圆表面曝光的步骤具体为：

使用所述两块光刻版的其中一块对晶圆上处于同一行的多个曝光区域依次执行曝光；

使用所述两块光刻版的另外一块对晶圆上处于下一行的多个曝光区域依次执行曝光；

反复轮流执行上述步骤直至晶圆表面全部完成曝光。

3.根据权利要求1所述的判断光刻版套刻精度一致性的方法，其特征在于，所述以列间隔的方式使用两块光刻版对晶圆表面曝光的步骤具体为：

使用所述两块光刻版的其中一块对晶圆上处于同一列的多个曝光区域依次执行曝光；

使用所述两块光刻版的另外一块对晶圆上处于下一列的多个曝光区域依次执行曝光；

反复轮流执行上述步骤直至晶圆表面全部完成曝光。