一种降低晶圆套刻偏差的方法及装置与流程

1.本技术实施例涉及半导体技术领域，特别涉及一种降低晶圆套刻偏差的方法及装置。


背景技术：

2.光刻机在对硅片(wafer)进行零层曝光时，需要通过机械臂抓取和传送，经过曝光之后零层图形的电路图在硅片上的成像位置完全取决于光刻机机械传送手臂和预对准系统的精度以及载片平台的位移精度，当机械臂因检修或故障等原因导致预对准精度超出阈值后，会导致曝光在硅片的电路图位置出现较大偏差而报废晶片。
3.现有技术中，目前在ic制造中常用的方法是，根据工厂内光刻机曝光精度和能力，固定挑选几台相对稳定，预对准精度高，宕机频率较低的机器，专门用于零层的光刻，以降低光刻机曝光过程中晶圆的套刻偏差。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种降低晶圆套刻偏差的方法及装置。所述技术方案如下：
5.一方面，提供了一种降低晶圆套刻偏差的方法，所述方法包括：
6.确定晶圆的对位标记以及待测区域，所述对位标记是用于确定零层图形的定位坐标，所述待测区域是预设零层图形的曝光区域；
7.对所述晶圆进行曝光，获得实际零层图形，所述实际零层图形是光刻机的机械臂和预对准系统按照实际套刻精度进行曝光获得；
8.通过量测系统对所述晶圆进行量测，并根据所述对位标记以及所述实际零层图形和所述预设零层图形的定位坐标确定图形偏移量，所述图形偏移量用于计算所述光刻机的所述实际套刻精度，以便在确定出所述实际套刻精度小于套刻精度阈值时，及时做出响应。
9.具体的，所述确定晶圆的对位标记以及待测区域，包括：
10.根据所述晶圆的尺寸信息确定晶圆光罩，所述晶圆光罩用于确定所述晶圆的可曝光范围；
11.确定晶圆的圆心位置，并根据所述尺寸信息添加至少一个所述对位标记，所述对位标记用于根据所述圆心位置建立测量坐标系；
12.根据所述测量坐标系在所述晶圆上选定预设数量的所述待测区域，所述待测区域的数量和所述光刻机的所述实际套刻精度呈正相关，选取的所述待测区域的数量越多，测量确定的所述实际套刻精度越高。
13.具体的，所述方法还包括：根据建立的所述测量坐标系确定四个所述待测量区域，四个所述待测量区域分别位于所述测量坐标系的四个象限区域。
14.具体的，所述对所述晶圆进行曝光，获得实际零层图形，包括：
15.获取曝光程序内的晶圆射击图，所述晶圆射击图中包含需要在所述晶圆进行曝光的所有所述预设零层图形，且所述预设零层图形和所述待测区域属于一一对应关系；
16.根据所述测量坐标系的圆心坐标和所述晶圆射击图，对所述晶圆进行曝光，获得所述实际零层图形。
17.具体的，所述方法还包括：根据所述晶圆射击图以及所述测量坐标系的圆心坐标，确定所述待测区域的中心点的第一定位坐标，所述待测区域为规则区域。
18.具体的，所述通过量测系统对所述晶圆进行量测，并根据所述对位标记以及所述实际零层图形和所述预设零层图形的定位坐标确定图形偏移量，包括：
19.通过所述量测系统确定曝光后的所述实际零层图形的第二定位坐标，所述实际零层图形位于实测区域，所述实测区域用于确定所述实际零层图形的中心点；
20.基于所述第一定位坐标以及所述第二定位坐标确定所述图形偏移量。
21.具体的，所述基于所述第一定位坐标以及所述第二定位坐标确定所述图形偏移量，包括：
22.根据所述测量坐标系、所述第一定位坐标与所述第二定位坐标，确定横向图形偏移量以及纵向图形偏移量。
23.具体的，所述方法还包括：根据所述横向图形偏移量与所述纵向图形偏移量之和确定所述光刻机的所述实际套刻精度；
24.响应于所述实际套刻精度小于所述套刻精度阈值，控制所述光刻机停止运行，或发出精度预警。
25.具体的，所述方法还包括：通过所述光刻机的传送单元获取机械臂的转动偏移量，所述转动偏移量是机械臂上的传感器根据机械臂的偏转动作转换得到；根据所述转动偏移量确定所述光刻机的所述实际套刻精度；和/或，
26.通过所述光刻机的传送单元获取预对准系统中预对准光源的偏转角度；根据所述偏转角度确定所述光刻机的所述实际套刻精度。
27.另一方面，提供了一种降低晶圆套刻偏差的装置，所述装置包括：
28.确定模块，用于确定晶圆的对位标记以及待测区域，所述对位标记是用于确定零层图形的定位坐标，所述待测区域是预设零层图形的曝光区域；
29.曝光模块，用于对所述晶圆进行曝光，获得实际零层图形，所述实际零层图形是光刻机的机械臂和预对准系统按照实际套刻精度进行曝光获得；
30.量测模块，用于通过量测系统对所述晶圆进行量测，并根据所述对位标记以及所述实际零层图形和所述预设零层图形的定位坐标确定图形偏移量，所述图形偏移量用于计算所述光刻机的所述实际套刻精度，以便在确定出所述实际套刻精度小于套刻精度阈值时，及时做出响应。
31.另一方面，提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器；所述存储器存储有至少一条指令，所述至少一条指令用于被所述处理器执行以实现如上述权利要求所述的光刻图形的优化方法。
32.上述技术方案带来的有益效果至少包括：在光刻机对晶圆进行曝光前，通过加入对位标记的方式，在晶圆上建立测量坐标系，再通过选取待测区域内的实际零层图和曝光后的实际零层图形的位置差异，确定出光刻机的实际套刻偏差。当实际套刻偏差超出套刻精度阈值时，及时做出响应，及时纠正因机械臂传送偏差而导致的晶圆套刻偏差，降低晶圆套刻偏差，避免造成资源浪费。
附图说明
33.图1是本技术一个示例性实施例提供的晶圆曝光图；
34.图2是本技术一个实施例提供的降低晶圆套刻偏差的方法的流程图；
35.图3是本技术另一个实施例提供的降低晶圆套刻偏差的方法的流程图；
36.图4是本技术一个示例性实施例提供的晶圆曝光对比图；
37.图5是本技术一个示例性实施例提供的零层图形的定位坐标图；
38.图6是本技术一个实施例提供的降低晶圆套刻偏差的装置的结构框图。
具体实施方式
39.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
40.在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
41.在相关技术中，光刻机在对晶圆(硅片)进行零层曝光时，经过曝光之后电路图在晶圆上的成像位置完全取决于光刻机机械传送手臂和预对准系统的精度以及载片平台的位移精度。如果在同一批晶圆(一个lot，通常为25个硅片)的加工过程中，当曝光了部分晶圆之后，如果光刻机的机械精度发生了变化，例如手臂运动偏差，预对准光源精度骤降，载片平台紧急制动(emergency error)等原因。
42.但现今主流光刻机均无对此的实时监测和及时预警，因此机台本身不会报警或宕机，仍然会继续进行加工，因此同一批次晶圆剩余的未曝光晶片与已经曝光完成的晶片的图形有可能出现较大套刻偏差，主要表现在偏移量(translation)、膨胀度(expansion)，放大倍率(mag)等参数。在进行后续光刻制程或一些特殊工艺如晶片键合(bonding)时，因同批次晶圆零层的差异，导致再次曝光时同批次内部的晶片之间套刻精度差异较大，对于后期的蚀刻(etch)、键合等工艺均有影响，直接体现在对电性能的影响或无法bonding而报废晶片。
43.参考图1，在ic制造中，一个批次的晶圆11上通常需要生产多个晶片，如5*5阵列的晶片，光刻机在进行零层曝光时，通过预设的曝光阵列图在晶圆11上进行曝光，最终在晶圆上曝光出预设零层图形12，同一批次晶圆11的预设零层图形12可以是零层电路图等图案。正是因为光刻机在运作时机械臂的运动偏差和预对准系统的预对准光源精度改变，导致光刻机的套刻精度降低，最终在晶圆11上曝光得到不满足后续加工要求的实际零层图形13。目前在ic制造中常用的方法是，根据工厂内光刻机的能力，固定挑选几台相对稳定，预对准精度高，宕机频率较低的机器，专门用于零层的光刻，因此常见现象是工厂内光刻机有约30台，但实际用来加工零层的大约在4台到6台不等(取决于工厂产品类型)。对于到批量生产的光刻机而言，若无法及时发现和预警，会导致严重的资源浪费。
44.图2是本技术一个实施例提供的降低晶圆套刻偏差的方法的流程图，具体包括如下步骤：
45.步骤201，确定晶圆的对位标记以及待测区域，对位标记是用于确定零层图形的定位坐标，待测区域是预设零层图形的曝光区域。
46.在光刻机进行光刻前，需要先根据晶圆的放置位置，在晶圆表面设置对位标记以及待测区域。其中，对位标记是用于后续进行套刻零层图形时确定出定位坐标，而待测区域也是位于晶圆表面，且位于晶圆的曝光区域。
47.步骤202，对晶圆进行曝光，获得实际零层图形，实际零层图形是光刻机的机械臂和预对准系统按照实际套刻精度进行曝光获得。
48.光刻机的机械臂会因高频率振动而导致抓取和传动产生偏差，且光刻机对准系统的预对准光源也会因差生精度骤降。此外，载片平台紧急制动等操作都会引起光刻机的实际套刻精度发生改变。因此，为了避免在生产过程中导致晶圆报废，造成资源浪费。所以，可以先对晶圆进行曝光，对实际零层图形进行检测判断，以确定光刻机的实际套刻精度。
49.步骤203，通过量测系统对晶圆进行量测，并根据对位标记以及实际零层图形和预设零层图形的定位坐标确定图形偏移量。
50.光刻机按照实际套刻进度完成晶圆的曝光后，通过量测系统对晶圆进行量测，量测的目的为根据在晶圆上套刻获得的实际零层图形计算出光刻机的实际套刻精度。量测系统可以是量测机台或光刻机内部的量测模块。量测机台或量测模块可以获取上述过程确定的对位标记以及建立的测量坐标系。量测系统根据在晶圆上设置的对位标记计算出实际零层图形和预设零层图形的定位坐标。由于实际套刻精度必然存在套刻偏差，因而待测区域零层图形存在位置偏差，量测系统根据位置偏差确定出图形偏移量。图形偏移量用于计算光刻机的实际套刻精度。当确定出光刻机的实际套刻精度小于套刻精度阈值时，可以通过报警系统及时做出响应。例如启动自校准功能进行精度校正，或者提示运维人员进行检修，及时纠正光刻机的套刻偏差。
51.本技术提供的技术方案，在光刻机对晶圆进行曝光前，通过加入对位标记的方式，便于后续计算零层图形的定位坐标，再通过选取待测区域内的实际零层图和曝光后的实际零层图形的位置差异，确定出光刻机的实际套刻偏差。当实际套刻偏差超出套刻精度阈值时，及时做出响应，及时对光刻机进行检修，修正套刻精度，降低晶圆套刻偏差，避免造成资源浪费。
52.图3是本技术实施例提供的降低晶圆套刻偏差的方法的流程图，具体包括如下步骤：
53.步骤301，根据晶圆的尺寸信息确定晶圆光罩，晶圆光罩用于确定晶圆的可曝光范围。
54.在读晶圆进行曝光前，需要预先设计晶圆光罩，晶圆光罩是根据晶圆尺寸信息确定，且晶圆光罩因能够覆盖晶圆的所有可曝光范围。
55.步骤302，确定晶圆的圆心位置，并根据尺寸信息添加至少一个对位标记，对位标记用于根据圆心位置建立测量坐标系。
56.确定晶圆光罩后，需要根据晶圆光罩确定对位标记，对位标记的设置位置映射在晶圆上的曝光区域内，对位标记用于确定零层图形的定位坐标，定位坐标通常以晶圆的圆心位置作为测量坐标系的原点，而在确定对位标记后，进而可以根据圆心个和至少一个对位标记建立出测量坐标系。
57.在一种可能的实施方式中，可以选取两个对位标记，两个对位标记分别用于确定测量坐标系的横轴和纵轴，同时根据圆心位置建立测量坐标系。此外，也可以仅设置一个对
位标记，直接根据圆心位置和一个对位标记确定测量坐标系的横轴或纵轴(两条轴互差90度)。
58.步骤303，根据测量坐标系在晶圆上选定预设数量的待测区域，待测区域的数量和光刻机的实际套刻精度呈正相关，选取的待测区域的数量越多，测量确定的实际套刻精度越高。
59.在建立测量坐标系后，进而在晶圆上选择待测区域，待测区域同样是位于曝光区域内部，待测区域是预设零层图形的曝光区域，预设零层图形是理想状态下按照晶圆射击图曝光在晶圆表面的图形。
60.通常情况下，待测区域的数量和光刻机的实际套刻精度呈正相关，且选取的待测区域的数量越多，测量确定的实际套刻精度越高。
61.在一种可能的实施方式中，在确定出测量坐标系后，可以在测量坐标系的四个象限区域内分别选取一个待测区域，待测区域用于在后续曝光完成后，和实际曝光位置进行对比，来确定实际套刻精度。
62.如图4所示，在以晶圆的圆心和两个对位标记建立测量测量坐标系，分别在四个象限区域选取四个待测区域作为测量点(图中的虚线十字表示期望曝光的预设零层图像)。
63.步骤304，获取曝光程序内的晶圆射击图，晶圆射击图中包含需要在晶圆进行曝光的所有预设零层图形，且预设零层图形和待测区域属于一一对应关系。
64.晶圆射击图是光刻机需对晶圆进行曝光的样板图，且晶圆射击图中包含有上述内容中选择的所有预设零层图形，如图1中的预设零层图形12即为曝光程序中设计的晶圆射击图。
65.需要说明的是，当确定测量坐标系以及待测区域后，相应也就确定出晶圆射击图中确定的零层图形。例如，测量坐标系中确定的待测区域分别用于曝光#6和#19(第6个和第19个零层图形)，则晶圆射击图中的第6个和第19个零层图形即为后续的测量对象，也即预设零层图形和待测区域属于一一对应关系。
66.步骤305，根据测量坐标系的圆心坐标和晶圆射击图，对晶圆进行曝光，获得实际零层图形。
67.确定测量坐标系后，即可启动曝光程序，并按照晶圆射击图对晶圆进行曝光，获得曝光后的实际零层图形。如图1所示，在晶圆曝光获得25个晶片。
68.步骤306，根据晶圆射击图以及测量坐标系的圆心坐标，确定待测区域的中心点的第一定位坐标，待测区域为规则区域。
69.上述步骤中的待测区域设置为规则区域，目的为方便确定预设零层图像的中心点，如图4所示，虚线方框的中心点作为待测区域的第一定位坐标，dx’和dy’分别表示在x轴和y轴方向的数值。
70.需要说明的是，在晶圆上曝光生成的实际零层图形是光刻机的机械臂和预对准系统按照实际套刻精度进行曝光获得，在曝光完成后，需要根据实际零层图形计算实际套刻精度。
71.步骤307，通过量测系统确定曝光后的实际零层图形的第二定位坐标，实际零层图形位于实测区域，实测区域用于确定实际零层图形的中心点。
72.由于预设零层图形和测量坐标系是程序虚拟设定的，因此在确定出测量坐标系
后，相应即可确定第一定位坐标，但实测区域内的实际零层图形是曝光在晶圆上的。因此，在曝光完成后需要通过量测系统测量实测区域(虚拟定义的，不在晶圆上显示)内实际零层图形的第二定位坐标(实测区域和待测区域属于映射关系)。如图4所示，光刻机曝光后的实际零层图形和预设零层图形之间存在套刻偏差，前述步骤已经确定#6和#19为待测对象，因此曝光完成后，量测系统会自动确定出#6和#19对应的实测区域。
73.步骤308，基于第一定位坐标以及第二定位坐标确定图形偏移量。
74.如图5所示，预设零层图形的第一定位坐标表示为(dx’，dy’)，实际零层图形的第二定位坐标表示为(dx，dy)，因此可以确定零层图形在横向图形偏移量δx＝dx-dx’，在纵向图形偏移量δy＝dy-dy’。
75.在一种可能的实施方式中，光刻机的预对准光源或机械臂在横向或纵向的移动时出现偏差，曝光图像可能在横向出现偏差或纵向出现偏差，因此在计算实际套刻精度时，因根据横向图形偏移量和纵向图形偏移量之和确定实际套刻精度，当实际套刻精度小于套刻精度阈值时，也即套刻误差过大，此时应及时预警或控制光刻机宕机，停止曝光。否则继续控制光刻机进行曝光。
76.在另一种可能的实施方式中，可以根据横向图形偏移量和/或纵向图形偏移量与偏移量阈值进行比较，偏移量阈值可以根据曝光工艺或认为设定，δx和/δy超出偏移量阈值后，进行相应的相应操作。
77.上述对套刻偏差产生的原因分析中提到，晶圆上的成像位置完全取决于光刻机机械传送手臂和预对准系统的精度以及载片平台的位移精度，为了彻底避免使用实际套刻偏差不满足生产需求的光刻机，还可以在光刻机的机械臂以及预对准系统上安装传感器设备，在光刻机曝光过程中，通过传送单元实时获取机械臂的转动偏移量和/或预对准光源的偏转角度，转动偏移量根据机械臂的偏转动作转换得到，当机械臂的转动偏移量和/或预对准光源的偏转角度超出转动偏移量阈值和/或偏转角度阈值时，控制光刻机发出预警或宕机。
78.综上所述，本技术实施例中，通过在曝光前，根据晶圆光罩标记出至少一个对位标记，并根据晶圆圆心建立测量坐标系，便于后续选定待测区域以及确定待测区域中预设零层图形的第一定位坐标；在曝光完成后，量测系统根据待测区域确定出实测区域，以及根据测量坐标系计算出预设零层图形的第一定位坐标和实际零层图形的第二定位坐标；
79.进一步的，在确定第一定位坐标和第二定位坐标后，根据横向图形偏移量以及纵向图形偏移量计算出光刻机的实际套刻精度，以便在实际套刻精度小于套刻精度阈值的情况下，及时作出相应，及时纠正因机械臂传送偏差而导致的晶圆套刻偏差，降低晶圆套刻偏差，避免造成资源浪费。
80.图6是本技术一个实施例提供的降低晶圆套刻偏差的装置的结构框图。该装置包括：
81.确定模块601，用于确定晶圆的对位标记以及待测区域，所述对位标记是用于确定零层图形的定位坐标，所述待测区域是预设零层图形的曝光区域；
82.曝光模块602，用于对所述晶圆进行曝光，获得实际零层图形，所述实际零层图形是光刻机的机械臂和预对准系统按照实际套刻精度进行曝光获得；
83.量测模块603，用于通过量测系统对所述晶圆进行量测，并根据所述对位标记以及
所述实际零层图形和所述预设零层图形的定位坐标确定图形偏移量，所述图形偏移量用于计算所述光刻机的所述实际套刻精度，以便在确定出所述实际套刻精度小于套刻精度阈值时，及时做出响应。
84.本技术实施例中，还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器；所述存储器存储有至少一条指令，所述至少一条指令用于被所述处理器执行以实现上述各个方法实施例提供的光刻图形的优化方法。
85.以上对本发明的较佳实施例进行了描述；需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容；因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。