光刻机的监控方法及监控系统与流程

1.本发明涉及光刻机技术领域，特别涉及一种光刻机的监控方法及监控系统。


背景技术：

2.现有监控光刻机的晶圆载台热点(wafer stage hotspot)的方式步骤：第一，光刻机停机禁止作业。第二，将超平晶圆传送至光刻机的晶圆载台上。第三，通过光刻机自动对焦传感器(autofocus sensor，af sensor)计测晶圆载台平坦度(wafer stage flatness)结果。现有监控光刻机的晶圆载台热点方式中，设备需停机禁止作业，影响正常制品连续作业。以及占用机时较长，热点监控(hotspot monitor)精度为5.5um*5.5um条件下，单次监控占用机时约10分钟。精度1.5um*1.5um条件下，四分之一晶圆面积单次监控占用设备机时约30分钟。
3.现有技术中，对于光刻机掩模台热点(reticle stage hotspot)没有有效监控措施。由于没有有效监控措施，如有热点发生则影响(impact)范围往往影响较大，由于不同产品不同层次工艺窗口(process margin)不同，在线批次(lot inline)量测措施无法完全检测出异常，如异常批次流出则导致低良率(low yield)发生。
4.现有监控光刻机的像面倾斜(image inclination，inc)的方法步骤包括：第一，光刻机停机禁止作业。第二，晶圆经涂胶后传送至光刻机晶圆载台上。第三，使用inc专用掩膜版(mask)对晶圆进行曝光后显影。第四，将显影后的晶圆再次直接传送至光刻机晶圆载台上进行计测得到inc结果。在上述监控方法中，第一，设备需停机禁止作业，影响正常制品连续作业。第二，占用机时较长，inc监控(monitor)需占用机时约60分钟。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种光刻机的监控方法及监控系统，以解决监控光刻机晶圆载台热点和光刻机的像面倾斜的方法耗时长以及无法监控掩模台热点中的至少一个问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种光刻机的监控方法，包括：
7.提供一晶圆，所述晶圆上形成有掩膜层；
8.执行曝光工艺，以将掩膜版上的图形转移到所述掩膜层上；
9.采用外观检测设备对晶圆进行宏观目检，以通过不同散焦类型监控光刻机是否异常，若异常，则判断异常类型，且能够监控至少两种异常类型。
10.可选的，所述光刻机的异常类型包括晶圆载物台异常、掩模台异常和像面异常。
11.可选的，所述晶圆载物台异常包括晶圆载物台热点、所述掩模台异常包括掩模台热点以及所述像面异常包括像面倾斜和像面弯曲。
12.可选的，所述散焦类型包括局部散焦和整片散焦。
13.可选的，若散焦类型为局部散焦，则异常类型为所述晶圆载物台异常；若散焦类型为整片散焦，则异常类型为所述掩模台异常或所述像面异常。
14.可选的，所述曝光工艺中，曝光尺寸为光刻机中最大尺寸，以覆盖所有曝光工艺。
15.可选的，所述掩膜版的图形为点开口的掩膜版图形或者线开口的掩膜版图形。
16.可选的，所述掩膜版的图形根据所述光刻机的精度设计重复单元的尺寸和目标图形的尺寸。
17.可选的，监控精度通过调整所述光刻机的能量、焦距和数值孔径中的一种或多种。
18.基于同一发明构思，本发明还提供一种光刻机的监控系统，包括：
19.光刻机，用于对晶圆上的掩膜层执行曝光工艺，以将掩膜版上的图形转移到所述掩膜层上；
20.外观检测设备，用于对执行曝光工艺后的所述晶圆进行宏观目检，以通过不同散焦类型监控光刻机是否异常，若异常，则判断异常类型，且能够监控至少两种异常类型。
21.在本发明提供的光刻机的监控方法及监控系统中，通过采用正常的晶圆以及执行正常的曝光工艺，以将掩膜版上的图形转移到所述掩膜层上；采用外观检测设备对晶圆进行宏观目检，以通过不同散焦类型监控光刻机是否异常，若异常，则判断异常类型，且能够监控至少两种异常类型。无需采用超平的晶圆，也无需使用像面倾斜的专用掩膜版，更不需要光刻机停止作业，且通过一片晶圆和一次正常的曝光工艺，能够同时至少监控两种异常类型，简化了光刻机的日常监控方法，通过外观检测设备目检的方式直接表征光刻机焦点状态，降低异常影响率，提高光刻机利用率。
附图说明
22.本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
23.图1是本发明实施例的光刻机的监控方法流程图。
24.图2是本发明实施例的形成掩膜层后的晶圆结构示意图。
25.图3是本发明实施例的曝光后的晶圆结构示意图。
26.图4是本发明实施例的包含点开口的掩膜版图形的掩膜版的俯视结构示意图。
27.图5是本发明实施例的包含线开口的掩膜版图形的掩膜版的俯视结构示意图。
28.图6是本发明实施例的曝光后的一种晶圆局部散焦的俯视结构示意图。
29.图7是本发明实施例的曝光后的另一种晶圆局部散焦的俯视结构示意图。
30.图8是本发明实施例的曝光后的又一种晶圆局部散焦的俯视结构示意图。
31.图9是本发明实施例的曝光后的晶圆整片散焦的俯视结构示意图。
32.图10是本发明实施例的光刻机的结构示意图。
33.图11是本发明实施例的外观检测设备的结构示意图。
34.附图中：
35.10-晶圆；11-掩膜层；11a-图形化的掩膜层；11b-开口；11c-局部散焦；11d-整片散焦；12-晶圆载物台；
36.20-光刻机；21-照明单元；22-匀光单元；23-中继单元；24-掩膜版；25-投影物镜；24a-点开口；24b-线开口；
37.30-外观检测设备；31-支撑单元；32-检测单元。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
39.如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.图1是本发明实施例的光刻机的监控方法流程图。如图1所示，本实施例提供一种光刻机的监控方法，包括：
41.步骤s10，提供一晶圆，所述晶圆上形成有掩膜层；
42.步骤s20，执行曝光工艺，以将掩膜版上的图形转移到所述掩膜层上；
43.步骤s30，采用外观检测设备对晶圆进行宏观目检，以通过不同散焦类型监控光刻机是否异常，若异常，则判断异常类型，且能够监控至少两种异常类型。
44.图2是本发明实施例的形成掩膜层后的晶圆结构示意图。如图2所示，提供一晶圆10，所述晶圆10包括衬底，所述衬底可是以单晶硅或者多晶硅，也可以是硅、锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料，还可以是复合结构如绝缘体上硅。本领域的技术人员可以根据衬底上形成的半导体器件选择所述衬底的类型，因此所述衬底的类型不应限制本发明的保护范围。所述晶圆10上形成掩膜层11，所述掩膜层11的材质例如是光刻胶，可以采用旋涂的方式将所述掩膜层11覆盖在所述晶圆10上。
45.图3是本发明实施例的曝光后的晶圆结构示意图。执行曝光工艺，以将掩膜版24上的图形转移到所述掩膜层11上，形成具有开口11b的图形化的掩膜层11a。在所述曝光工艺之后还包括显影工艺，用显影液去除晶圆上部分光刻胶，形成具有开口11b的图形化的掩膜层11a。所述曝光工艺可以是晶圆制造的正常工艺。所述曝光工艺中，曝光尺寸为光刻机中最大尺寸，以覆盖所有曝光工艺。监控精度能够通过调整所述光刻机的曝光能量(energy)、焦距(focus)和数值孔径(na)中的一种或多种。监控精度越高，则需要光刻机的数值孔径越大，光刻机的数值孔径越大，光刻机的景深越小，则可以捕获越小的缺陷。所述光刻机的曝光能量和焦距对应具体的曝光工艺中掩膜版的目标线宽，和选择的实际曝光工艺匹配。
46.图4是本发明实施例的包含点开口的掩膜版图形的掩膜版的俯视结构示意图。图5是本发明实施例的包含线开口的掩膜版图形的掩膜版的俯视结构示意图。如图4和图5所示，所述掩膜版24的图形为具有点开口24a的掩膜版图形或者具有线开口24b的掩膜版图形，排布方式密集(dense)。所述掩膜版24的图形的尺寸则根据光刻机的精度设计。例如是可以设计制作一块不超过光刻机极限分辨率的含有重复性图形的掩膜版24，并调整光刻机数值孔径参数以设定需要的监控精度。所述掩膜版24的图形包括重复单元的尺寸p和目标图形的尺寸t。如图4所示，所述掩膜版24的图形中两个点中心之间的距离为重复单元尺寸
p，即包括点的直径和点与点之间非图形的间距，目标图形的尺寸t则为点的直径。同理，如图5所示，所述掩膜版24的图形中两个线中心之间的距离为重复单元尺寸p，即包括线的宽度和线与线之间非图形的间距，目标图形的尺寸t则为线的宽度。点开口的掩膜版图形能够发现各个方向的散焦，而线开口的掩膜版图形则只是发现垂直于线开口延伸方向的散焦，无法发现平行于线开口延伸方向的散焦，也即，若线开口的掩膜版图形中，线开口延伸方向定义为y方向，则垂直于线开口延伸方向定义为x方向，换言之，线开口的掩膜版图形能发现x方向的散焦，无法发现y方向的散焦，因此，点开口的掩膜版图形的掩膜版的精度更高。
47.图6是本发明实施例的曝光后的一种晶圆局部散焦的俯视结构示意图。图7是本发明实施例的曝光后的另一种晶圆局部散焦的俯视结构示意图。图8是本发明实施例的曝光后的又一种晶圆局部散焦的俯视结构示意图。图9是本发明实施例的曝光后的晶圆整片散焦的俯视结构示意图。采用外观检测设备进行宏观目检，以通过不同散焦类型监控光刻机是否异常，若异常，则判断异常类型，且能够监控至少两种异常类型。所述光刻机的异常类型包括晶圆载物台异常、掩模台异常和像面异常。所述晶圆载物台异常包括晶圆载物台热点、所述掩模台异常包括掩模台热点以及所述像面异常包括像面倾斜和像面弯曲。所述散焦类型包括局部散焦11c和整片散焦11d。若散焦类型为局部散焦11c，则异常类型为所述晶圆载物台异常，即晶圆载物台热点，局部散焦11c是在一个曝光区域或者多个曝光区域，但不是全部的曝光区域，如图6至图8，图6中为一个曝光区域内的一个点存在散焦，图7中为两个曝光区域内存在散焦，图8中包含四个曝光区域的散焦，可能此时的晶圆载物台上热点较大，覆盖了四个曝光区域，但图6至图8中的散焦均为局部散焦，且不完全重复；若散焦类型为整片散焦11d，则异常类型为所述掩模台异常或所述像面异常。整片散焦11d上的每个曝光区域均出现散焦，是重复的。由于晶圆经过重复多次曝光工艺，形成图形化的掩膜层11a，也即图9中一个格子对应一个掩膜版曝光区域，因此，当掩膜版台上存在热点时，整片晶圆会出现散焦，即整片散焦11d。像面异常(image inclination，inc)是一个曝光单元上掩膜版24和晶圆10垂直的聚焦，即点对点的焦距，位于左下角的一个曝光区域到晶圆10的焦距例如是0.1，位于右下角的一个曝光区域到晶圆10的焦距是0.2，则会出现焦距就不一致，焦距不一致之后，两个曝光区域的成像不同，曝光后晶圆10右下角的掩膜层会出现散焦，整片晶圆会呈现色差，即整片散焦。本实施例通过一片正常的晶圆10经过一次正常的曝光工艺，能够监控同时光刻机的晶圆载物台异常、掩模台异常和像面异常，简化了光刻机的日常监控方法。无需采用超平晶圆，也无需采用转用掩膜版。有效对掩模台异常进行监控，降低异常影响率。填补了现有技术中没有对光刻机掩模台异常监控方法的空白。以及本实施例中的光刻机的监控方法无需停机清空机台上的晶圆批次，可以与正常制品衔接连续作业，占用光刻机机时约1分钟以内，极大提高设备利用率，并减少人力负荷。
48.进一步的，当检测到局部散焦11c时，判断为所述晶圆载物台异常，即晶圆载物台热点，则进行晶圆载物台的清洁工作。当检测到整片散焦11d时，则判断为所述掩模台异常或所述像面异常。由于不能确定是掩模台异常还是像面异常，则先进行掩模台清洁工作，再次检测，发现异常消失，则为掩模台异常，若异常依然存在，则进行进一步的像面倾斜监控。像面倾斜监控能够根据测试结果得到补偿掩膜版到晶圆之间的距离。
49.图10是本发明实施例的光刻机的结构示意图。图11是本发明实施例的外观检测设备的结构示意图。如图10和图11所示，本实施例还提供一种光刻机的监控系统，包括：
50.光刻机20，用于对晶圆10上的掩膜层11执行曝光工艺，以将掩膜版24上的图形转移到所述掩膜层11a上；
51.外观检测设备30，用于对执行曝光工艺后的所述晶圆10进行宏观目检，以通过不同散焦类型监控光刻机是否异常，若异常，则判断异常类型，且能够监控至少两种异常类型。
52.本实施例中的光刻机20，包括照明单元21、匀光单元22、中继单元23、掩膜版24和投影物镜25。照明单元21例如是高压汞灯。曝光工艺中，照明单元21用于发射光束，光束经过匀光单元22耦合和匀光后进入中继单元23，中继单元23用于改变所述光束的方向，具有均匀视场的光束投射到掩膜版24，再经过投影物镜25成像在晶圆10上，以实现曝光成像。
53.晶圆10位于晶圆载物台12上。
54.外观检测设备30，包括支撑单元31和检测单元32，支撑单元31用于支撑晶圆10，检测单元32例如是相机，用于为晶圆10拍摄图片以检测晶圆10上是否存在异常。
55.综上可见，在本发明实施例提供的光刻机的监控方法及监控系统中，通过采用正常的晶圆以及执行正常的曝光工艺，以将掩膜版上的图形转移到所述掩膜层上；采用外观检测设备进行宏观目检，以通过不同散焦类型监控光刻机是否异常，若异常，则判断异常类型，且能够监控至少两种异常类型。无需采用超平的晶圆，也无需使用像面倾斜的专用掩膜版，更不需要光刻机停止作业，且通过一片晶圆和一次正常的曝光工艺，能够同时至少监控两种异常类型，简化了光刻机的日常监控方法，通过外观检测设备目检的方式直接表征光刻机焦点状态，降低异常影响率，提高光刻机利用率。
56.此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对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。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。

技术特征：
1.一种光刻机的监控方法，其特征在于，包括：提供一晶圆，所述晶圆上形成有掩膜层；执行曝光工艺，以将掩膜版上的图形转移到所述掩膜层上；采用外观检测设备对晶圆进行宏观目检，以通过不同散焦类型监控光刻机是否异常，若异常，则判断异常类型，且能够监控至少两种异常类型。2.根据权利要求1所述的光刻机的监控方法，其特征在于，所述光刻机的异常类型包括晶圆载物台异常、掩模台异常和像面异常。3.根据权利要求2所述的光刻机的监控方法，其特征在于，所述晶圆载物台异常包括晶圆载物台热点、所述掩模台异常包括掩模台热点以及所述像面异常包括像面倾斜和像面弯曲。4.根据权利要求2所述的光刻机的监控方法，其特征在于，所述散焦类型包括局部散焦和整片散焦。5.根据权利要求4所述的光刻机的监控方法，其特征在于，若散焦类型为局部散焦，则异常类型为所述晶圆载物台异常；若散焦类型为整片散焦，则异常类型为所述掩模台异常或所述像面异常。6.根据权利要求1所述的光刻机的监控方法，其特征在于，所述曝光工艺中，曝光尺寸为曝光工艺中的最大尺寸，以覆盖所有曝光工艺中的曝光尺寸。7.根据权利要求1所述的光刻机的监控方法，其特征在于，所述掩膜版的图形为点开口的掩膜版图形或者线开口的掩膜版图形。8.根据权利要求1所述的光刻机的监控方法，其特征在于，所述掩膜版的图形根据所述光刻机的精度设计重复单元的尺寸和目标图形的尺寸。9.根据权利要求1所述的光刻机的监控方法，其特征在于，监控精度通过调整所述光刻机的能量、焦距和数值孔径中的一种或多种。10.一种光刻机的监控系统，其特征在于，包括：光刻机，用于对晶圆上的掩膜层执行曝光工艺，以将掩膜版上的图形转移到所述掩膜层上；外观检测设备，用于对执行曝光工艺后的所述晶圆进行宏观目检，以通过不同散焦类型监控光刻机是否异常，若异常，则判断异常类型，且能够监控至少两种异常类型。

技术总结
本发明提供的光刻机的监控方法及监控系统中，光刻机的监控方法包括：提供一晶圆，晶圆上形成有掩膜层；执行曝光工艺，以将掩膜版上的图形转移到掩膜层上；采用外观检测设备对晶圆进行宏观目检，以通过不同散焦类型监控光刻机是否异常，若异常，则判断异常类型，且能够监控至少两种异常类型。通过采用正常的晶圆以及执行正常的曝光工艺，能够监控至少两种异常类型。无需采用超平的晶圆，也无需使用像面倾斜的专用掩膜版，更不需要光刻机停止作业，且通过一片晶圆和一次正常的曝光工艺，能够同时至少监控两种异常类型，简化了光刻机的日常监控方法，通过外观检测设备目检的方式直接表征光刻机焦点状态，降低异常影响率，提高光刻机利用率。用率。用率。


技术研发人员：吴杰 卢荣金 娄迪
受保护的技术使用者：上海华虹宏力半导体制造有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/28