光刻胶厚度异常的检测方法与流程

本申请涉及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种光刻胶厚度异常的检测方法。

背景技术：

光刻胶的厚度对光刻过程是至关重要的，因为光刻胶厚度的变化将导致刻蚀图形发生变化，进而对晶圆的关键尺寸产生影响，并进一步影响器件的良率。

现有技术中常采用离线监控器来监控每一批晶圆光刻胶的厚度，且每周仅进行一次，不能实时监控每一批晶圆的光刻胶的厚度。

另外，光刻工艺过程中，为了获得更好的曝光宽容度和显影响应，通常光刻胶的厚度设置选择摆动曲线的波峰或者波谷对应的厚度。但是波峰与波谷附近的切线斜率较小，在通过量测关键尺寸的变化确定光刻胶厚度的变化时，当光刻胶的厚度发生变化时，关键尺寸的变化很小，很难检测出来，因此不能实时地、灵敏地监测光刻胶厚度的变化。

技术实现要素：

本申请旨在提供一种光刻胶厚度异常的检测方法，以解决现有技术中不能实时地、灵敏地监测光刻胶厚度的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种光刻胶厚度异常的检测方法，上述检测方法包括：步骤S1，在晶片的切割道中形成第一光刻图形，上述第一光刻图形包括至少一个第一光刻矩形，上述第一光刻矩形与上述晶片的表面形成台阶结构；步骤S2，在具有上述台阶结构的上述晶片的表面上形成第二光刻图形，上述第二光刻图形包括至少两个第二光刻矩形，上述第二光刻矩形的宽度对应于目标关键尺寸，上述第二光刻图形与上述第一光刻图形垂直且相互隔离设置；步骤S3，获取两个上述第二光刻矩形的宽度差值；以及步骤S4判断上述宽度差值是否大于标准差值，当上述宽度差值大于标准差值时，光刻胶厚度出现异常。

进一步地，上述步骤S2包括：采用第二掩膜版形成上述第二光刻图形，上述第二掩膜版包括第二图形，上述第二图形包括至少两个沿第一方向相互平行排列的第二矩形，上述第二矩形的宽度为目标关键尺寸的0.8～1.2倍。

进一步地，上述第一光刻矩形的宽度为10～40μm，长度为20～60μm。

进一步地，上述第一光刻图形中包括两个相互平行的第一光刻矩形，两个上述第一光刻矩形分别位于上述第二光刻图形的两侧。

进一步地，上述第一光刻矩形与相邻上述第二光刻矩形的垂直距离为1～5μm。

进一步地，上述第二矩形的间距为上述第二矩形宽度的2～5倍。

进一步地，上述步骤S2中的上述第二掩膜版中的第二图形为一个或多个，当上述第二图形为多个时，各上述第二图形沿与上述第一方向垂直的第二方向平行排布设置。

进一步地，上述步骤S2形成的上述第二光刻矩形中，至少一个上述第二光刻矩形为中心第二光刻矩形，至少一个上述第二光刻矩形为边缘第二光刻矩形，上述中心第二光刻矩形形成于上述台阶结构的中心区域，上述中心区域为与上述台阶结构的中心点重合且边长1/2～3/4台阶宽度的正方形；上述边缘第二光刻矩形的中心点与上述台阶结构的边缘的最短距离为0.01～1μm，且上述宽度差值为上述中心第二光刻矩形与上述边缘第二光刻矩形的宽度差值。

进一步地，上述检测方法还包括：步骤S5，根据上述宽度差值与光刻胶厚度的对应关系，获取宽度差值对应的光刻胶厚度；以及步骤S6，根据上述光刻胶厚度是否超过了光刻胶厚度的允许范围决定进行下一步工艺或者返工。

进一步地，上述光刻胶厚度的允许范围为的0.995～1.005倍的标准光刻胶厚度。

进一步地，上述第二光刻矩形的宽度差值与光刻胶厚度的对应关系的获取方法包括：步骤a，获取光刻胶厚度与关键尺寸的标准波动曲线；步骤b，根据上述标准波动曲线获取上述宽度差值对应的光刻胶厚度的差值；以及步骤c，根据上述光刻胶厚度的差值与上述标准波动曲线计算得到光刻胶的厚度。

应用本申请的检测方法，首先，在晶片上设置光刻胶，然后利用第一掩膜版作为光刻掩膜版对该光刻胶进行图形化处理，在晶片的切割道中设置与第一掩膜版中的第一矩形对应的第一光刻矩形，第一光刻矩形与未设置第一光刻矩形的晶片的区域形成用于检测的台阶结构；然后，继续设置光刻胶，在台阶结构的未形成第一光刻矩形的晶片的表面上形成用于测试的第二光刻图形，第二光刻图形与上述第一光刻图形垂直且相互隔离设置，第二光刻图形包括至少两个第二光刻矩形，第二光刻矩形的宽度对应于目标关键尺寸，这样当光刻胶的厚度出现异常，两个第二光刻矩形的宽度的差值就会发生变化，进而可以通过量测两个第二光刻矩形的宽度差值来判断光刻胶的厚度是否发生变化。当上述宽度差值大于标准差值时，则光刻胶的厚度为异常，即光刻胶的厚度偏离了正常值；当上述宽度差值小于标准差值时，则光刻胶的厚度在正常范围内，即未出现异常。相比传统方法，该方法可以在工艺过程中实时地、灵敏地、精确地检测出光刻胶的厚度是否出现异常，即是否发生了变化偏离了正常值，当发现异常时，及时对晶片进行处理，进而能够提高器件的良率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请一种优选实施方式的检测方法的流程示意图；

图2示出了一种优选实施方式中的包括多个第二图形的第二掩膜版的示意图；

图3示出了一种优选的实施方式的第一掩膜版的示意图；

图4示出了在晶片的基底上形成第一光刻矩形后的晶片的剖面结构示意图；

图5示出了在晶片的基底表面形成七个第一光刻图形后的晶片的俯视图；

图6示出了一种优选实施方式中的第二掩膜版的示意图；

图7示出了在图5所示的结构上采用图6所示的第二掩膜版设置第二光刻矩形后的晶片的俯视图；

图8示出了关键尺寸与光刻胶的厚度的关系曲线；以及

图9示出了中心第二光刻矩形与边缘第二光刻矩形的宽度的差值与光刻胶厚度的关系曲线。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

正如背景技术所介绍的，现有技术中检测光刻胶厚度的方法不能实时地、准确地检测光 刻胶的厚度，影响了器件的良率，为了解决如上的问题，本申请的一种优选方式提供了一种光刻胶厚度异常的检测方法，如图1所示，该方法包括：步骤S1，在晶片的切割道中形成第一图形，该第一图形包括至少一个第一光刻矩形，第一光刻矩形与晶片的表面形成台阶结构；步骤S2，在具有上述台阶结构的上述晶片的表面上形成第二光刻图形，上述第二光刻图形包括至少两个第二光刻矩形，上述第二光刻矩形的宽度对应于目标关键尺寸，上述第二光刻图形与上述第一光刻图形垂直且相互隔离设置；步骤S3，获取两个第二光刻矩形的宽度差值；以及步骤S4，判断宽度差值是否大于标准差值，当宽度差值大于标准差值时，光刻胶厚度出现异常。

该检测方法首先在晶片上设置光刻胶，然后利用第一掩膜版作为光刻掩膜版对该光刻胶进行图形化处理，在晶片的切割道中设置与第一掩膜版中的第一矩形对应的第一光刻矩形，第一光刻矩形与未设置第一光刻矩形的晶片的区域形成用于检测的台阶结构；然后，继续设置光刻胶，在台阶结构的未形成第一光刻矩形的晶片的表面上形成用于测试的第二光刻图形，第二光刻图形与上述第一光刻图形垂直且相互隔离设置，第二光刻图形包括至少两个第二光刻矩形，第二光刻矩形的宽度对应于目标关键尺寸，这样当光刻胶的厚度出现异常，两个第二光刻矩形的宽度的差值就会发生变化，进而可以通过量测两个第二光刻矩形的宽度差值来判断光刻胶的厚度是否发生变化。当上述宽度差值大于标准差值时，则光刻胶的厚度为异常，即光刻胶的厚度偏离了正常值；当上述宽度差值小于标准差值时，则光刻胶的厚度在正常范围内，即未出现异常。相比传统方法，该方法可以在工艺过程中实时地、灵敏地、精确地检测出光刻胶的厚度是否出现异常，即是否发生了变化偏离了正常值，当发现异常时，及时对晶片进行处理，进而能够提高器件的良率。

本申请的又一种优选的实施方式中，上述步骤S2包括：采用第二掩膜版形成上述第二光刻图形，上述第二掩膜版包括第二图形，上述第二图形包括至少两个沿第一方向相互平行排列的第二矩形，上述第二矩形的宽度为目标关键尺寸的0.8～1.2倍。该实施方式较简单快捷，可以提高光刻胶厚度异常检测的效率。

为了更好地模拟晶片的真实结构，使得检测结果更加准确，进而可以提高器件的良率，本申请优选上述第一光刻矩形的宽度为10～40μm，长度为20～60μm。

本申请的又一种优选的实施方式中，上述第一光刻图形中包括两个相互平行的第一光刻矩形，两个上述第一光刻矩形分别位于上述第二光刻图形的两侧，第一光刻矩形为高台，两个第一光刻矩形与晶片切割道中未形成高台的区域均形成台阶结构，这样的结构可以更符合实际晶片的情况，光刻胶的分布也更贴近真实情况，由此使得测量的结果更准确。

为了避免第二光刻矩形与相邻的第一光刻矩形的距离太小，影响检测结果的准确性，优选各上述第一光刻矩形与相邻上述第二光刻矩形的垂直距离为1～5μm。

本申请的又一种优选的实施方式中，优选两个上述第二矩形的间距为上述第二矩形宽度的2～5倍。这样可以避免相邻两个第一矩形的间隔太小，图形化处理时可能出现所形成的相邻第二光刻矩形连接在一起的现象，进而难以准确测量第二光刻矩形的宽度，导致所获取第二光刻矩形的宽度差值出现偏差，进而难以按照预期灵敏地、准确地检测光刻胶厚度的变 化，影响器件的良率。

为了能够同时检测出更大面积的光刻胶厚度的变化，本申请优选上述步骤S2中的上述第二掩膜版2中的第二图形41为一个或多个，当上述第二图形41为多个时，各上述第二图形41沿与上述第一方向垂直的第二方向平行排布设置，如图2所示。

本申请的又一种优选的实施方式中，上述步骤S2形成的上述第二光刻矩形中，至少一个上述第二光刻矩形为中心第二光刻矩形，至少一个上述第二光刻矩形为边缘第二光刻矩形，上述中心第二光刻矩形形成于上述台阶结构的中心区域，上述中心区域为与上述台阶结构的中心点重合且边长为1/2～3/4台阶宽度的正方形；上述边缘第二光刻矩形的中心点与上述台阶结构的边缘的最短距离为0.01～1μm，且上述宽度差值为上述中心第二光刻矩形与上述边缘第二光刻矩形的宽度差值。通过检测中心第二光刻矩形与边缘第二光刻矩形的宽度差值，可以全面地监测整个台阶上的光刻胶厚度，进而判断其是否偏离了正常值，对光刻胶的厚度是否发生变化做出精确的判断。

在完成上述步骤S4之后，本申请优选上述检测方法还包括：步骤S5，根据上述宽度差值与光刻胶厚度的对应关系，获取与宽度差值对应的光刻胶厚度；以及步骤S6，根据上述光刻胶厚度是否超过了光刻胶厚度的允许范围决定进行下一步工艺或者返工。上述的技术方案不仅可以灵敏地、准确地检测出光刻胶的厚度是否偏离正常值，而且还可以通过判断光刻胶厚度的大小决定是进行下一步工艺还是返工，对监测方法进行完善，进一步保证了监测方案的完整性。

为了保证图形处理的精度，优选上述光刻胶厚度的允许范围为0.995～1.005倍的标准光刻胶厚度。当光刻胶厚度的允许范围为0.995～1.005倍的标准光刻胶厚度时，只要光刻胶的厚度不在此范围内，则将晶片进行返工，使得最终制作完成的器件结构的尺寸与标准尺寸较接近，保证了制作工艺中图形处理的精度，进一步保证了器件具有良好的性能。

为了精确地获取第二光刻矩形的宽度差值与光刻胶厚度的对应关系，从而进一步确保获得上述宽度的差值对应的光刻胶厚度较准确，进而保证了下一步工艺或者返工的决定的正确性。本申请优选上述第二光刻矩形的宽度的差值与光刻胶厚度的对应关系的获取方法包括：步骤a，获取光刻胶厚度与关键尺寸的标准波动曲线；步骤b，根据上述标准波动曲线获取上述宽度差值对应的光刻胶厚度的差值；以及步骤c，根据上述光刻胶厚度的差值与上述标准波动曲线计算得到光刻胶的厚度。

当利用上述检测方法对光刻胶的厚度完成检测后，当光刻胶厚度大于光刻胶标准厚度时，则增加甩胶机的转速；当光刻胶厚度小于光刻胶标准厚度时，则减小甩胶机的转速。根据光刻胶厚度与光刻胶标准厚度的差值对甩胶机的转速进行调整，避免了后续的光刻工艺的光刻胶的厚度出现异常，进而避免再次对晶片进行返工，从而提高器件的良率与生产效率。

为了使得本领域技术人员能更加清楚地了解本申请中的技术方案，以下结合实施例与附图进行详细说明。

首先，在晶片的切割道中形成台阶结构。

参见图3和图4，在晶片的基底10上设置第一光刻胶，采用图3所示的具有第一图形21的第一掩膜版1对光刻胶进行曝光与显影，形成图4所示的对应上述第一掩膜版1的第一矩形210的第一光刻矩形310。图4中的两个第一光刻矩形310是高台，与高台中间未形成高台的区域形成台阶结构。第一图形中的两个第一矩形210的宽度为20μm，长度为38μm。两个高台的中间区域为长38μm，宽30μm的矩形。图4中忽略示出台阶结构与晶片中的其它结构。在晶片不同区域的切割道中形成七个台阶结构，如图5所示，这样可以全面地监测光刻胶的厚度的变化。

其次，在每个台阶结构中两个高台的中间区域形成用于测试的第二光刻矩形510。

在具有台阶结构的晶片的表面上设置第二光刻胶，采用如图6所示的第二掩膜版2对第二光刻胶依次进行曝光与显影，形成图7所示的对应上述第二掩膜版2的第二矩形410的第二光刻矩形510，第二掩膜版2中的第二图形41的宽为30μm，长为38μm，第二图形41包括七个第二矩形410，所以图7中包含七个第二光刻矩形510，其中，中心第二光刻矩形512与中心第二矩形412对应，边缘第二光刻矩形511与边缘第二矩形411对应。中心第二光刻矩形512位于台阶结构的中心区域内，台阶结构的中心区域为与上述两个高台的中间区域的中心点重合且边长为20μm的正方形区域。第二矩形410与的宽度等于目标关键尺寸，为2μm，长度等于25μm，第二矩形410之间的间距为第二矩形410宽度的2倍，等于4.0μm。各上述第一矩形210与相邻上述第二矩形410的垂直距离(即第一掩膜版1与第二掩膜版2中心相对重合时上述第一矩形210与相邻上述第二矩形410在俯视图中的投影之间的距离)为5μm。

图7只示出了在一个台阶结构中设置用于测试的第二光刻矩形，其它台阶结构中形成与图5所示的相同的第二光刻矩形，此处就不一一示出。

再次，采用光刻机台测量中心第二光刻矩形512与边缘第二光刻矩形511的宽度差值。

采用光刻机台测量中心区域内的中心第二光刻矩形512的宽度与边缘第二光刻矩形511的宽度，对二者做差得出宽度差值为-15。

最后，根据上述宽度差值判断光刻胶厚度是否出现异常。

由图8的关键尺寸与光刻胶的厚度的关系曲线可知，二者对应的关键尺寸是相等的，即如果光刻胶不发生异常，则二者的宽度相等，宽度差值为0，而现在的宽度差值为-15不等于0，因此可判断出光刻胶的厚度发生变化，出现异常。

根据图9上述宽度差值与光刻胶厚度的对应关系，可知此宽度差值对应的中心第一光刻矩形312处光刻胶的厚度为5350μm。

由图9可知，中心第一光刻矩形312处标准光刻胶厚度为5250μm，所以光刻胶厚度的允许范围为5223.75～5276.25μm，而5350μm不在此范围内，所以对晶片进行返工。

由于光刻胶厚度值较大，因此可以增大甩胶机的转速，避免了后续的光刻工艺的光刻胶的厚度较大，进而避免再次对晶片进行返工，从而提高器件的良率与生产效率。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施方式实现了如下技术效果：

本申请的检测方法，首先在晶片上设置光刻胶，然后利用第一掩膜版作为光刻掩膜版对该光刻胶进行图形化处理，在晶片的切割道中设置与第一掩膜版中的第一矩形对应的第一光刻矩形，第一光刻矩形与未设置第一光刻矩形的晶片的区域形成用于检测的台阶结构；然后，继续设置光刻胶，在台阶结构的未形成第一光刻矩形的晶片的表面上形成用于测试的第二光刻图形，第二光刻图形与上述第一光刻图形垂直且相互隔离设置，第二光刻图形包括至少两个第二光刻矩形，第二光刻矩形的宽度对应于目标关键尺寸，这样当光刻胶的厚度出现异常，两个第二光刻矩形的宽度的差值就会发生变化，进而可以通过量测两个第二光刻矩形的宽度差值来判断光刻胶的厚度是否发生变化。当上述宽度差值大于标准差值时，则光刻胶的厚度为异常，即光刻胶的厚度偏离了正常值；当上述宽度差值小于标准差值时，则光刻胶的厚度在正常范围内，即未出现异常。相比传统方法，该方法可以在工艺过程中实时地、灵敏地、精确地检测出光刻胶的厚度是否出现异常，即是否发生了变化偏离了正常值，当发现异常时，及时对晶片进行处理，进而能够提高器件的良率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。