[发明专利]光刻极限应力的确定方法及改善光刻工艺质量的方法

说明书

本发明提供一种光刻极限应力的确定方法及改善光刻工艺质量的方法，属于半导体制造技术领域。光刻极限应力的确定方法包括以下步骤：确定测试图案；提供多个已被执行光刻前工序的晶圆；测量各晶圆的中心到边缘的应力值；将测试图案形成于最小应力值位置和最大应力值位置；测量各晶圆上测试图案位置的聚焦值；将聚焦值与相应的应力值对应起来；找到超出光刻工艺窗口的临界聚焦值，将具有临界聚焦值的晶圆作为目标晶圆，目标晶圆上最大应力值和最小应力值的差值作为光刻工艺的极限应力。在改善光刻工艺质量的方法中，在光刻之前判断晶圆的应力是否超出光刻工艺的极限应力，实现在光刻前对质量进行控制，改善光刻的质量，提高光刻的成品率。

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，尤其涉及一种光刻极限应力的确定方法及改善光刻工艺质量的方法。

背景技术

半导体集成电路(IC)工业已经经历了快速增长。IC材料、设计和制造工具中的技术进步已经产生了多代IC，其中，每一代IC都比前一代IC具有更小和更复杂的电路。在这些进步过程中，制造方法、工具和材料都努力去实现对更小的部件尺寸的期望。光刻工艺是IC加工制造业中最重要的工艺步骤之一。

在光刻工艺中，首先在晶圆（wafer，又称为硅片）上涂上一层光刻胶，利用曝光设备（Exposure Equipment）提供光源，让光源通过一块刻有电路图案的掩膜板或称光刻版（photomask，通常称为mask）照射在晶圆上，利用光刻胶材料的光敏感特性，将掩模板上的图案转移至光刻胶层中，形成光刻胶图案；然后，以该光刻胶图案作为掩模层，对晶圆执行后续的刻蚀或离子注入工艺。

随着晶圆尺寸的增大和厚度的减小，在晶圆加工过程中的应力会在较大和较薄的晶圆上形成明显的翘曲。例如，晶圆和晶圆键合之后进行减薄工艺时，当减薄到25μm以下时，键合加减薄应力所导致的翘曲程度就会越来越明显。当晶圆发生翘曲时，对晶圆边缘光刻的聚焦影响很大，会增加后续光刻机台的对准难度，甚至会发生对偏，进而影响图形尺寸（CD）的精准度，导致器件性能发生变化。

发明内容

针对现有技术中所存在的至少一个不足之处，本申请提供了一种光刻极限应力的确定方法及改善光刻工艺质量的方法，研究应力对光刻过程中聚焦的影响，确定影响光刻工艺的极限应力，有利于改善光刻工艺的质量。

本申请一方面提供一种光刻极限应力的确定方法，包括以下步骤：

确定对光刻工艺最敏感的图案及其光刻工艺窗口，将最敏感的图案作为测试图案；

提供多个已被执行光刻前工序的晶圆；

测量各晶圆的中心到边缘的应力值，并确定最小应力值位置和最大应力值位置；

将测试图案形成于最小应力值位置和最大应力值位置；

测量各晶圆上测试图案位置的聚焦值；

将聚焦值与相应的应力值对应起来；

找到超出光刻工艺窗口的临界聚焦值，将具有临界聚焦值的晶圆作为目标晶圆，目标晶圆上最大应力值和最小应力值的差值作为光刻工艺的极限应力。

在本申请的一些实施例中，在确定对光刻工艺最敏感的图案的过程中，选择光刻工艺窗口最小的图案作为最敏感的图案。

在本申请的一些实施例中，将测试图案形成于最小应力值位置和最大应力值位置的步骤具体包括：

在各晶圆的表面形成光刻胶层；

提供一掩模板，在掩模板上形成测试图案；

将掩模板置于曝光设备中，分别在各晶圆的最小应力位置和最大应力位置执行曝光工艺，将测试图案转移到各晶圆表面的光刻胶层中。

在本申请的一些实施例中，最小应力值位置为晶圆的中心位置，最大应力值位置为晶圆的边缘位置。