基于晶圆曲翘变化的照片曝光偏移补偿控制方法及装置

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，更具体地说，它涉及基于晶圆曲翘变化的照片曝光偏移补偿控制方法及装置。

背景技术

晶圆加工一般是先将晶圆适当清洗，再在其表面进行氧化及化学气相沉积，然后进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤，最终在晶圆上完成数层电路及元件加工与制作。

目前，在照片曝光之前，采用真空检查来对晶圆施加物理力以保持晶圆表面平整；而在照相过程中，采用真空卡盘曝光，晶圆翘曲由于胶片质量不发生在照相过程和叠加测量过程中。然而，在随后的蚀刻过程中，由于使用ESC(静电卡盘)的晶圆保持过程，晶圆自身的曲折将在这里得到恢复，如图1所示。在蚀刻过程中，光照形成的图形不能同样形成，而且在晶圆中不能均匀形成图形，造成晶圆边缘ADI/ACI倾斜的问题越大。

因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的基于晶圆曲翘变化的照片曝光偏移补偿控制方法及装置是我们目前急需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供基于晶圆曲翘变化的照片曝光偏移补偿控制方法及装置，在照片曝光之前，测量沉积掩模后所形成的晶圆翘曲，结合晶圆曲翘和照片曝光的尺寸参数计算晶圆各处的曝光偏移补偿值，并依据曝光偏移补偿值对照片曝光位置和宽度进行预先调整，使得晶圆翘曲恢复后进行晶圆蚀刻时的位置与照片曝光对齐，有效保证了晶圆各处图形能够均匀稳定的形成，同时避免出现晶圆边缘ADI/ACI倾斜越来越大的情况。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，提供了基于晶圆曲翘变化的照片曝光偏移补偿控制方法，包括以下步骤：

沉积掩模后测量照片曝光前的晶圆曲翘；

结合晶圆曲翘和照片曝光的尺寸参数计算晶圆各处的曝光偏移补偿值；

依据曝光偏移补偿值对晶圆照片曝光进行偏移补偿控制。

进一步的，所述晶圆曲翘包括晶圆表面各处图案发生曲翘后最高点与最低点之间高度差的曲翘高度。

进一步的，所述照片曝光的尺寸参数包括晶圆表面各处图案的宽度值以及相邻图案的间隔值。

进一步的，所述曝光偏移补偿值的计算过程具体为：

依据晶圆表面图案发生曲翘后最高点与最低点之间高度差的曲翘高度以及晶圆表面图案的宽度值进行反正弦计算，得到晶圆曲翘的曲翘角度；

依据曲翘角度和晶圆表面图案的宽度值进行余弦计算，得到补偿控制后照片曝光总宽度；

以照片曝光总宽度与晶圆表面图案的宽度值之差计算得到对应图案进行照片曝光的曝光偏移补偿值。

进一步的，所述晶圆照片曝光进行偏移补偿控制时，从晶圆曲翘中心向两侧进行偏移补偿，且晶圆表面图案相对于晶圆曲翘中心的整体位置偏移量等于当前图案与晶圆曲翘中心之间所有图案的曝光偏移补偿值之和。

进一步的，所述曝光偏移补偿值的计算公式具体为：

其中，Δl表示曝光偏移补偿值；L表示晶圆表面图案的宽度值；Δh表示晶圆表面图案发生曲翘后最高点与最低点之间高度差的曲翘高度。

进一步的，该方法还包括：

测量照片曝光后的晶圆曲翘；

依据照片曝光前后的晶圆曲翘变化对下一次补偿控制的曝光偏移补偿值进行二次补偿控制。

进一步的，该方法还包括：

分别测量照片曝光后和蚀刻后的晶圆曲翘；

依据照片曝光后和蚀刻后的晶圆曲翘变化对下一次补偿控制的曝光偏移补偿值进行修正。

进一步的，该方法还包括：

分别测量照片曝光后和蚀刻后的晶圆曲翘；

依据照片曝光前后的晶圆曲翘变化对下一次补偿控制的曝光偏移补偿值进行二次补偿控制；

以及，依据照片曝光后和蚀刻后的晶圆曲翘变化对下一次补偿控制的曝光偏移补偿值进行修正。

第二方面，提供了基于晶圆曲翘变化的照片曝光偏移补偿控制装置，包括：

曲翘测量模块，用于在沉积掩模后测量照片曝光前的晶圆曲翘；

补偿计算模块，用于结合晶圆曲翘和照片曝光的尺寸参数计算晶圆各处的曝光偏移补偿值；

补偿控制模块，用于依据曝光偏移补偿值对晶圆照片曝光进行偏移补偿控制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的基于晶圆曲翘变化的照片曝光偏移补偿控制方法，在照片曝光之前，测量沉积掩模后所形成的晶圆翘曲，结合晶圆曲翘和照片曝光的尺寸参数计算晶圆各处的曝光偏移补偿值，并依据曝光偏移补偿值对照片曝光位置和宽度进行预先调整，使得晶圆翘曲恢复后进行晶圆蚀刻时的位置与照片曝光对齐，有效保证了晶圆各处图形能够均匀稳定的形成，同时避免出现晶圆边缘ADI/ACI倾斜越来越大的情况；

2、本发明在进行曝光偏移补偿值计算时，仅需要结合晶圆曲翘和照片曝光的尺寸参数即可完成计算，并通过间隔值完成叠加偏移，利于晶圆批量加工；

3、本发明还依据照片曝光前后的晶圆曲翘变化对下一次补偿控制的曝光偏移补偿值进行二次补偿控制，可有效削弱晶圆曲翘恢复差异所导致的偏移补偿误差影响；

4、本发明依据照片曝光后和蚀刻后的晶圆曲翘变化对下一次补偿控制的曝光偏移补偿值进行修正，可对蚀刻过程所产生的晶圆翘曲进行预先修正，进一步保证了蚀刻的精确度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是晶圆翘曲变化示意图，a为照片曝光前，b为照片曝光过程，c为蚀刻过程；

图2是本发明实施例1中的流程图；

图3是本发明实施例1中偏移补偿控制的分析示意图；

图4是本发明实施例2中的系统框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例：基于晶圆曲翘变化的照片曝光偏移补偿控制方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤S1：沉积掩模后测量照片曝光前的晶圆曲翘，测量的晶圆翘曲可以通过计量学进行验证；

步骤S2：结合晶圆曲翘和照片曝光的尺寸参数计算晶圆各处的曝光偏移补偿值；

步骤S3：依据曝光偏移补偿值对晶圆照片曝光进行偏移补偿控制。

需要说明的是，沉积掩模(Mask Deposition)后测量照片曝光前的晶圆曲翘可以选择最后一次沉积掩模完成后测量最表面结构的晶圆曲翘(Warpage)；也可以每完成一次沉积掩模，就测量一次对应层结构的晶圆曲翘，在基于每次测量的晶圆曲翘进行叠加，在不同沉积掩模发生不同晶圆翘曲时，有效提高最终获得的晶圆曲翘测量准确度。

相比于在现有技术中将ACI测量反映在照片曝光中，使用反馈APC(先进过程控制)系统，通过改进Adi(after-develop inspection)色散来减少Adi和ACI(after-cleaninspection)之间的偏差的技术而言，本发明通过在照片曝光中预先应用过度偏移，使得晶圆翘曲恢复后进行晶圆蚀刻(Etch)时的位置与照片曝光对齐，可以大大减少后续工艺中晶圆翘曲造成的蚀刻色散，有效保证了晶圆各处图形能够均匀稳定的形成，同时避免出现晶圆边缘ADI/ACI倾斜越来越大的情况。

在本实施例中，测量晶圆曲翘主要是包括测量晶圆表面各处图案发生曲翘后最高点与最低点之间高度差的曲翘高度。

在本实施例中，照片曝光的尺寸参数包括晶圆表面各处图案的宽度值以及相邻图案的间隔值。

曝光偏移补偿值的计算过程具体为：依据晶圆表面图案发生曲翘后最高点与最低点之间高度差的曲翘高度以及晶圆表面图案的宽度值进行反正弦计算，得到晶圆曲翘的曲翘角度；依据曲翘角度和晶圆表面图案的宽度值进行余弦计算，得到补偿控制后照片曝光总宽度；以照片曝光总宽度与晶圆表面图案的宽度值之差计算得到对应图案进行照片曝光的曝光偏移补偿值。

此外，曝光偏移补偿值还可以采用相似等腰三角形进行计算，在此不受限制。

为降低测量的工作量，针对晶圆翘曲的对称性，晶圆照片曝光进行偏移补偿控制时，从晶圆曲翘中心向两侧进行偏移补偿，且晶圆表面图案相对于晶圆曲翘中心的整体位置偏移量等于当前图案与晶圆曲翘中心之间所有图案的曝光偏移补偿值之和。

具体的，如图3所示，曝光偏移补偿值的计算公式为：

其中，Δl表示曝光偏移补偿值；L表示晶圆表面图案的宽度值；Δh表示晶圆表面图案发生曲翘后最高点与最低点之间高度差的曲翘高度。

本发明在进行曝光偏移补偿值计算时，仅需要结合晶圆曲翘和照片曝光的尺寸参数即可完成计算，并通过间隔值完成叠加偏移，利于晶圆批量加工。

作为一种可选的实施方式，由于使用ESC(静电卡盘)的晶圆保持过程，晶圆自身的曲折恢复过程需要一定时间，本发明在照片曝光偏移补偿控制时，还测量照片曝光后的晶圆曲翘；依据照片曝光前后的晶圆曲翘变化对下一次补偿控制的曝光偏移补偿值进行二次补偿控制。

本发明还依据照片曝光前后的晶圆曲翘变化对下一次补偿控制的曝光偏移补偿值进行二次补偿控制，可有效削弱晶圆曲翘恢复差异所导致的偏移补偿误差影响。

作为另一种可选的实施方式，由于晶圆翘曲后晶圆表面呈一定弧度的曲面，所以为了进一步提高补偿控制的精确度，同时为适应蚀刻过程所产生的晶圆翘曲，本发明在照片曝光偏移补偿控制时，还分别测量照片曝光后和蚀刻后的晶圆曲翘；依据照片曝光后和蚀刻后的晶圆曲翘变化对下一次补偿控制的曝光偏移补偿值进行修正。

此外，还可以结合上述两种方式进行照片曝光偏移补偿控制，具体的，分别测量照片曝光后和蚀刻后的晶圆曲翘；依据照片曝光前后的晶圆曲翘变化对下一次补偿控制的曝光偏移补偿值进行二次补偿控制；以及，依据照片曝光后和蚀刻后的晶圆曲翘变化对下一次补偿控制的曝光偏移补偿值进行修正。

实施例2：基于晶圆曲翘变化的照片曝光偏移补偿控制装置，如图4所示，该装置在已有晶圆加工设备上，还包括曲翘测量模块、补偿计算模块和补偿控制模块。

其中，曲翘测量模块，用于在沉积掩模后测量照片曝光前的晶圆曲翘；补偿计算模块，用于结合晶圆曲翘和照片曝光的尺寸参数计算晶圆各处的曝光偏移补偿值；补偿控制模块，用于依据曝光偏移补偿值对晶圆照片曝光进行偏移补偿控制。

工作原理：本发明在照片曝光之前，测量沉积掩模后所形成的晶圆翘曲，结合晶圆曲翘和照片曝光的尺寸参数计算晶圆各处的曝光偏移补偿值，并依据曝光偏移补偿值对照片曝光位置和宽度进行预先调整，使得晶圆翘曲恢复后进行晶圆蚀刻时的位置与照片曝光对齐，有效保证了晶圆各处图形能够均匀稳定的形成，同时避免出现晶圆边缘ADI/ACI倾斜越来越大的情况。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。