一種檢測淀積APF設備陰影shadowring位偏及解決方法與流程

本發明涉及集成電路技術領域，特別涉及一種檢測淀積APF-先進圖形化薄膜(advanced patterning film)設備中shadow ring位置偏移的方法，及其位置偏移的解決方法。

背景技術：

集成電路制造技術發展到90納米及以下后，電路結構的線寬和形貌對器件性能的影響更為重要，因此工藝上對其精準度的要求更加嚴格，加入許多輔助性薄膜來優化光刻和刻蝕效果，APF-先進圖形薄膜便是其中的一種。

APF-先進圖形薄膜的主要成分是無定型碳，具有較高的刻蝕選擇比，在刻蝕過程中替代光刻膠形成圖形，充當掩膜層完成刻蝕；它本身可以被氧氣氧化，可以同光刻膠一樣通過去膠工藝去除。

APF的沉積屬于CVD工藝，其沉積原理為：由氣體C2H2在Plasma作用下裂解生成無定型碳，覆蓋整片wafer形成碳膜。總所周知，硅片是具有一定厚度圓片，其邊緣經倒角形成連續圓滑的側邊。CVD工藝中的氣相反應物會流動并滲入硅片側邊，在那里發生沉積反應，生成無定型碳膜-APF，而且在硅片邊緣沉積的APF厚度不均勻且不受控。因此，一般CVD工藝管控的沉積膜的范圍在從硅片圓心到距離硅片邊緣3毫米的圓形區域。

沉積在硅片邊緣3毫米的環形區域以及側邊的APF可能在后續的光刻和刻蝕工藝中發生剝離，落入到電路中成為顆粒缺陷，從而影響器件性能。為防止APF在wafer邊緣沉積，APF沉積設備的腔體中另有稱為shadow ring的部件。硅片load-in后，shadow ring隨上電極shower head一起從硅片上方向下移動，shadow ring覆蓋并壓置wafer邊緣。于是本應沉積在wafer邊緣的APF將沉積在shadow ring上，并在工藝結束后隨shadow ring的移走而被帶走。可見shadow ring的作用在于防止硅片邊緣沉積薄膜。使用shadow ring的APF沉積工藝需要與后續的光刻工藝配合，使后續光刻涂膠覆蓋全部的APF沉積區域，才能完全避免在后續光刻和刻蝕制程中產生顆粒缺陷。

現有技術中使用的shadow ring是一個圓環狀的陶瓷圈，在CVD設備腔體中與上電極shower head一起固定不動。load硅片過程中，由硅片向上做機械運動，從而使shadow ring覆蓋硅片最外面邊緣3～5毫米的環形區域，其覆蓋硅片的最佳位置為CVD工藝生成的APF膜的圖形是距離硅片邊緣3～5毫米且中心與硅片圓心重合的同心圓。實際上，定期保養時，如果shadow ring安裝不到位會使其發生位置偏移，因此其覆蓋硅片邊緣的位置也發生偏移，形成偏心圓。如果其偏離距離最終超出后續光刻膠涂膠的覆蓋范圍，則造成偏離方向相反方向的硅片邊緣區域有部分APF由于沒有光刻膠覆蓋在刻蝕時裸露在plasma中。刻蝕后該區域會形成襯底凹坑；進一步偏移距離大于3～5毫米，則可能沿偏離方向相反方向的部分硅片邊緣及硅片側邊完全沒有被shadow ring覆蓋，這樣邊緣異常厚度的APF可能在刻蝕后仍留有殘余，并在后道諸多工藝中隨時可以發生剝離，成為顆粒缺陷。

因此需要開發一種檢測沉積APF設備中shadow ring位置偏移的方法，能夠及時發現其位置發生偏移，通過調整其位置，糾正并消除偏移，從而解決shadow ring位置偏移問題，避免硅片顆粒缺陷產生，實現提高產品質量的最終目的。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是檢測淀積APF設備中shadow ring的位置，能夠及時發現并解決shadow ring位置偏移的問題，避免硅片產生顆粒缺陷，實現提高產品質量的最終目的。

為解決上述技術問題，本發明提出了一種檢測淀積APF設備中shadow ring位置偏移的方法，其特征在于，將APF沉積后硅片的圓心為中心，以notch為硅片邊緣基準點，在偏離notch一定角度后建立直角坐標系，選取與所述直角坐標系同心的硅片邊緣圓環內位于所述直角坐標軸上的不同坐標點，測量其膜厚值，作膜厚按坐標的分布圖，比較相同坐標的膜厚值；

可選的，所述以硅片圓心為中心直角坐標系偏離硅片邊緣notch位置的角度為0°～90°；

可選的，所述與直角坐標系同心的硅片邊緣圓環，其圓環范圍從硅片邊緣起向硅片內延伸，圓環半徑不小于3.5毫米；

優選的，選取不同坐標上距離與硅片邊緣距離相等的一系列相同間隔的坐標點測量膜厚值；

優選的，所述膜厚值測量點的間隔距離為不大于0.5毫米；

可選的，所述作圖方法為，以膜厚測試點的坐標水平軸，以所測量的膜厚值為垂直軸作坐標與膜厚的分布圖；

優選的，所述分布圖的水平坐標取膜厚測試點坐標的絕對值。

本發明還提出一種解決淀積APF設備中shadow ring位置偏移的方法，

具體步驟為：

步驟S01：選取1片硅片，完成APF沉積；

步驟S02：以硅片的圓心為中心，以notch為硅片邊緣基準點，在偏離notch一定角度后建立直角坐標系，選取與所述直角坐標系同心的硅片邊緣圓環內位于所述直角坐標軸上的不同坐標點，測量其膜厚值，作膜厚按坐標的分布圖；

步驟S03：距離與膜厚分布圖中膜厚曲線不重合的坐標軸方向即為shadow ring的偏移方向；

步驟S04：調整shadow ring位置，消除偏移；

可選的，所述分布圖的橫坐標為坐標的絕對值，縱坐標為對應坐標的膜厚值。

集成電路進入90納米及以下技術節點后，當刻蝕面對窄線寬、深溝槽的工藝挑戰時，傳統光刻工藝出現由于光刻膠無法抵擋刻蝕，從而影響圖形的實現的情況。這是因為光刻膠的刻蝕選擇比一般為1:6，即：要刻蝕600A深度的襯底，需要消耗100A光刻膠。而實際上所需要的光刻膠遠大于理論消耗值。實際操作中，線寬越小時，為提高光刻能力所采用的光刻膠的膜厚會越薄，這直接造成光刻膠抗刻蝕能力不夠，兩者之間相互矛盾。現有技術中引入了先進圖形薄膜(APF)結合無氮抗反射層(N-free DRAC)來解決這一問題，使得現有的光刻能力進一步提高，制程線寬進一步縮小.如圖1所示:a)多晶硅1上沉積有APF 4和無氮抗反射層(N-free DRAC)3，然后涂光刻膠2并顯影，按光刻能力僅能形成線寬為A的圖形；b)刻蝕光刻膠，使光刻膠瘦身，將光刻膠圖形的線寬從A縮小到B；c)以剩余光刻膠2為掩膜層繼續刻蝕APF 4，光刻膠消耗完畢，同時APF瘦身，線寬進一步從B縮小為C；d)再以APF 4為掩膜層繼續刻蝕多晶硅1，由于APF有較高的刻蝕選擇比，所以抵抗窄線寬、深溝槽的長時間刻蝕，形成線寬為C的多晶硅1圖形；e)去膠去除剩余APF 4，最終完成線寬從A縮小到C的多晶硅刻蝕。

圖2為傳統光刻工藝僅使用光刻膠作為掩膜層(左圖)以及現有技術采用APF作為掩膜層(右圖)的刻蝕形貌對比圖。

APF-先進圖形薄膜的主要成分是無定型碳，具有較高的刻蝕選擇比，在刻蝕過程中替代光刻膠形成圖形，充當掩膜層完成刻蝕；它本身可以被氧氣氧化，可以同光刻膠一樣通過去膠工藝去除。

APF的沉積屬于CVD工藝，其沉積原理為：由氣體C2H2在Plasma作用下裂解生成無定型碳，覆蓋整片wafer形成碳膜。總所周知，硅片是具有一定厚度圓片，其邊緣經倒角形成連續圓滑的側邊。CVD工藝中的氣相反應物會流動并滲入硅片側邊，在那里發生沉積反應，生成無定型碳膜-APF，而且在硅片邊緣沉積的APF厚度不均勻且不受控。因此，一般CVD工藝管控的沉積膜的范圍在距硅片邊緣3毫米以內。

沉積在硅片邊緣3毫米內的環形區域以及側邊的APF可能在后續的光刻和刻蝕工藝中發生剝離，一旦落到電路中就會成為顆粒缺陷影響器件性能。為防止APF在wafer邊緣沉積，APF沉積設備的腔體中另有稱為shadow ring的部件，隨上電極shower head一起在腔體中固定不動。工藝過程中，硅片load-in后，向上做機械運動，使shadow ring覆蓋并壓置wafer邊緣。于是本應沉積在wafer邊緣的APF將沉積在shadow ring上，并在工藝結束后隨shadow ring的移走而被帶走。可見shadow ring的作用在于防止硅片邊緣沉積薄膜。使用shadow ring的APF的沉積需要與后續的光刻工藝配合，實現后續光刻涂膠覆蓋APF的沉積區域，才能完全避免在后續光刻和刻蝕制程中產生顆粒缺陷。

雖然，現有技術中已經采用shadow ring防止硅片邊緣沉積APF薄膜，但對于shadow ring位置偏移的監控方法卻仍是空白。目前只有當APF沉積后經過光刻和刻蝕，并在后續的顆粒檢測中發現APF顆粒缺陷，才會追溯反推發現APF沉積設備的shadow ring已經發生偏移。這種時間的延遲所帶來的不僅是受影響硅片數量的增多，甚至可能隨偏移程度的惡化，對產品質量造成更為嚴重的影響。

本發明提出一種可以及時檢測沉積APF設備中shadow ring位置偏移的方法，能夠及時發現其位置發生偏移，避免產生硅片顆粒缺陷，實現提高產品質量的最終目的。本發明以APF沉積后硅片的圓心為中心，以notch為硅片邊緣基準點，在偏離notch一定角度后建立直角坐標系，選取與所述直角坐標系同心的硅片邊緣圓環內位于所述直角坐標軸上的不同坐標點，測量其膜厚值，按坐標作圖，比較膜厚值。

具體的，本發明以硅片圓心為中心，建立一個直角坐標系，從X/Y軸的正、反方向共四個方向量分別測量硅片邊緣與硅片圓心同心的圓環內距邊緣相同距離點的膜厚并進行比較。坐標的設立需要避開作為硅片晶向定向用的notch位置。將膜厚值與測量點位置關聯作圖，其中測量點位置為水平軸，膜厚值為垂直軸，共產生4條曲線，分別顯示：X軸正、反方向膜厚隨距離硅片邊緣距離的變化和Y軸正、反方向膜厚隨距離硅片邊緣距離的變化。如果shadow ring沒有發生偏移，APF沉積在硅片生成的圖形是距離硅片邊緣3～5毫米且中心與硅片圓心重合的同心圓，則上述4條曲線應該重合；如果發現上述4條曲線發生分離，則代表shadow ring的位置發生偏移。由于使用shadow ring的APF的沉積需要與后續的光刻工藝配合，使后續光刻涂膠完全覆蓋APF的沉積區域以避免在后續光刻和刻蝕制程中產生顆粒缺陷，因此如果偏移量已經超出后續光刻膠與shadow ring覆蓋硅片邊緣的交集，則需要進行位置調整糾正，消除偏移。

進一步的優化方案為，按照現有技術CVD工藝一般管控的沉積膜的范圍在距硅片邊緣3毫米，本發明確定測量膜厚的位于硅片邊緣的圓環半徑為3.5毫米，同時為了平衡檢測效率和測量時間，本發明設定在3.5毫米內每個0.5毫米進行一次膜厚測量，也就是，在0～3.5毫米的距離中一共測量8個點。這樣既可以全面測量硅片邊緣被shadow ring覆蓋的圓環區域是否有APF沉積，也滿足了生產制造的實效要求，同時還能提供足夠的數據確定能夠檢測到shadow ring是否發生偏移，沿哪個方向移動以及移動的大致距離。

本發明還提供了解決淀積APF設備中shadow ring位置偏移的方法，通過利用上述shadow ring位置偏移的檢測方法，及時發現其偏移方向和大致距離，安排調整，糾正并消除偏移，將對硅片質量的影響降到最低。

綜上所述，本發明提出的檢測沉積APF設備中shadow ring位置偏移的方法以及基于檢測及時調整shadow ring位置，消除偏移的方法，通過以硅片圓心為中心建立一個直角坐標系，分別沿坐標系的X/Y軸正、反共四個方向量測量硅片邊緣與硅片圓心同心的圓環內距邊緣相同距離點的膜厚并進行作圖比較，能夠及時發現shadow ring位置發生移動，并進行調整，糾正并消除偏移，避免硅片顆粒缺陷產生，實現提高產品質量的最終目的。

附圖說明

圖1是利用APF提高光刻能力的示意圖。

圖2是傳統光刻膠工藝和現有技術APF工藝的刻蝕形貌示意圖。

圖3是shadow ring正常位置和偏移位置的對比圖。

圖4是本發明檢測方法的膜厚測量點。

圖5是按本發明繪制的硅片邊緣各距離的膜厚曲線。

具體實施方式

為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容作進一步說明。當然本發明并不局限于該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護范圍內。

其次，本發明利用示意圖進行詳細的表述，在詳述本發明實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應以此作為對本發明的限定。

下面結合說明書附圖對本發明的實施例進一步說明。

如圖3所示，為本發明所之處的APF沉積設備中shadow ring正常位置和發生位置偏移的對比圖。圖3中a為shadow ring，b為硅片。圖中左邊部分為shadow ring處于正常位置的情況：此時，shadow ring-a均勻覆蓋硅片-b的邊緣，因此在硅片邊緣3～5毫米區域內沒有APF沉積；圖中右邊部分為shadow ring發生向右上方的偏移的情況：此時，shadow ring覆蓋硅片b的右上方區域增多，而左下方邊緣減少。定義區域A位于硅片b的左下方邊緣附近。如圖3右邊部分所示，如果區域A仍能被后續的光刻膠涂膠區域覆蓋，則產生APF顆粒的機會較少；如果區域A距離硅片b左下方邊緣<3毫米，甚至已經包含硅片b左下方邊緣，那么該區域將超出光刻膠涂膠區域所覆蓋的范圍，則該區域在CVD工藝后會沉積有APF膜，且該APF膜會因受到硅片邊緣形貌的影響，出現沉積厚度的不均勻且不受控。這些沉積在硅片邊緣3毫米環形區域以及側邊的APF膜可能在后續的光刻和刻蝕工藝中發生剝離，一旦落到電路中成為顆粒缺陷就會影響器件性能。

本實施例涉及的shadow ring是一個圓環狀的陶瓷圈，它的作用是在沉積薄膜時遮蓋住wafer邊緣部分，達到有效防止APF沉積在wafer邊緣的目的。

為了能及時檢測APF沉積設備的shadow ring是否出現位置偏移，本實施例提出一種測量方法：在一片APF沉積后的硅片上，以硅片圓心為中心，從硅片邊緣相對notch逆時針偏轉45°的位置建立直角坐標，其X軸正反方向對應135°和315°，Y軸正反方向對應45°和225°。由于本實施例中shadow ring覆蓋硅片邊緣3毫米，所以設定測試硅片邊緣沿上述45°、135°、225°和315°4個方向0～3.5毫米范圍內的膜厚，每間隔為0.5毫米測量一次，共測量4*8＝32個點的膜厚值，如圖4所示。

然后，以0～3.5毫米的距離為水平軸，膜厚值為垂直軸作距離與膜厚的相關圖，如圖5所示。圖5所示為shadow ring位置準確時的膜厚測試結果。四個方向分別都在離wafer邊緣大約2mm處開始有APF薄膜，且四條線是重合。如果shadow ring的位置發生偏移，那么測試結果中四條線肯定不會重合，則需要及時調整并糾正shadow ring的位置，使其回到正常的位置。這種方法能有效的探測并解決APF沉積設備中shadow ring位置偏移的問題。

將這種發明運用到日常點檢和PM后的點檢中，將收集的數據畫成薄膜厚度曲線，可以非常直觀的看出shadow ring位置是否發生偏移，從而幫助工程師及時解決，消除shadow ring位置偏移，避免APF顆粒缺陷的發生。

綜上所述，本發明提出了一種檢測沉積APF設備中shadow ring位置偏移的方法，結合本發明的檢測方法及時發現其位置發生偏移，通過調整糾正，實現消除偏移，迅速發現并解決shadow ring位置偏移問題，避免硅片顆粒缺陷產生，最終達到提高產品質量的最終目的。

上述描述僅是對本發明實施例的描述，并非對本發明范圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬于權利要求書的保護范圍。