CN101452217A - 曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种曝光方法，适用于光刻制程。首先，对一晶圆进行第一对准步骤。接着，对此晶圆进行第二对准步骤。随之，将第一对准步骤所得的结果与第二对准步骤所得的结果交互比对。之后，依据比对结果来对此晶圆进行光刻胶曝光步骤。本发明的曝光方法能够有效地改善晶圆对准的精确度。

Description

曝光方法

技术领域

本发明是有关于一种半导体制程，且特别是有关于一种适用于光刻制程(photolithography)的曝光方法。

背景技术

随着半导体制程技术的快速发展，为了增进元件的速度与效能，整个电路元件的尺寸必须不断缩小，且元件的集成度也必须持续不断地提升。一般来说，在半导体均趋向缩小电路元件的设计发展下，光刻制程在整个制程中占有举足轻重的地位。

在半导体制程中，凡是各层薄膜的图案化或者是植入掺质的区域，都是经由光刻制程来定义其范围。光刻制程是先在晶圆表面上形成一层感光的光刻胶材料层。然后，依序进行光刻胶曝光步骤及显影步骤，以将光掩模上的图案转移至晶圆表面的光刻胶材料层，而形成与光掩模图案相同的光刻胶图案。

通常决定光刻制程成败的因素，除了控制关键尺寸之外，就属对准精确度(alignment accuracy)最为重要。在要求元件集成度愈来愈高的情况下，在进行光刻胶曝光步骤前的晶圆对准更越显重要。由于一个完整的元件需要经过数次光刻制程才能完成，因此为了使光掩模的图案能够正确无误地转移到晶圆上，在每次进行光刻制程的光刻胶曝光步骤之前，必须先做好晶圆上当层与各层间的对准。如此一来，可以避免不当的图案转移所导致的晶圆良率降低，甚而导致整批晶圆报废的问题发生。

目前技术通常是采用在曝光装置本体内来进行晶圆的对准步骤，再以晶圆对准的数据结果校正曝光装置来进行后续的光刻胶曝光步骤。由于曝光装置在进行晶圆对准时无法同时进行光刻胶曝光的量产，因而会使曝光装置的产率(throughput)降低。而且，随着元件集成度不断地提高，往往需要在同一片晶圆上测量更多的对准标记(alignment mark)，才能够提供足够的数据结果来校正曝光装置，此种趋势会造成产率降低的情况更加严重。

此外，为了改善上述光刻胶曝光的产率问题，在使用曝光装置进行曝光前的对准步骤时，往往仅是从一批次晶圆或数批次晶圆中挑出一片晶圆来进行对准，再以此片晶圆的对准结果作为一批次晶圆或数批次晶圆的对准结果来校正曝光装置，而此种方式可能会导致对准精确度受到影响。将光掩模上的图案转移至晶圆上的精确度，会直接影响到半导体制程的优劣，而占有非常重要的地位。因此，如何有效地增加产率并提高晶圆的对准精确度，以确保光刻胶图案的品质是目前业界亟欲解决的课题之一。

发明内容

本发明提供一种曝光方法，能够有效地改善晶圆对准的精确度。

本发明另提供一种曝光方法，可有助于减少进行光刻制程所需的时间，并提高产率。

本发明提出一种曝光方法，适用于光刻制程。首先，对一晶圆进行第一对准步骤。之后，对此晶圆进行第二对准步骤。接着，将第一对准步骤所得的结果与第二对准步骤所得的结果交互比对。继而，依据比对结果来对此晶圆进行光刻胶曝光步骤。

在本发明的曝光方法中，上述的第一对准步骤包括对晶圆进行精细对准(fine alignment)测量，上述的第二对准步骤包括对晶圆进行粗略对准(coarsealignment)测量，且上述的第一对准步骤所测量的对准标记(alignment mark)数量大于第二对准步骤所测量的对准标记数量。

本发明另提出一种曝光方法，适用于光刻制程。首先，以对准装置(alignmenttool)对第一批次晶圆进行第一对准步骤。在第一批次晶圆进行过第一对准步骤之后，以曝光装置对第一批次晶圆进行第二对准步骤。接着，将第一批次晶圆进行第一对准步骤所得的结果与第一批次晶圆进行第二对准步骤所得的结果交互比对，以得到一比对结果。之后，利用比对结果对曝光装置进行校正。继而，以曝光装置对第一批次晶圆进行光刻胶曝光步骤。

在本发明的曝光方法中，上述的第一对准步骤包括对第一批次晶圆中的晶圆进行精细对准测量，上述的第二对准步骤包括对第一批次晶圆中的晶圆进行粗略对准测量，且上述的第一对准步骤所测量的对准标记数量大于第二对准步骤所测量的对准标记数量。

在本发明的曝光方法中，上述的对准装置包括离线配置(off-line)的对准装置，且离线配置的对准装置与曝光装置耦接。

在本发明的曝光方法中，上述的利用比对结果对曝光装置进行校正包括利用一反馈(feedback)机制，将比对结果自动反馈于曝光装置中以进行校正。

在本发明的曝光方法中，还包括以对准装置对第二批次晶圆进行第一对准步骤。

在本发明的曝光方法中，上述的对第二批次晶圆进行第一对准步骤与对第一批次晶圆进行第二对准步骤例如是同时进行。

本发明的曝光方法因采用先对晶圆进行精细的第一对准步骤，接着再对晶圆依序进行粗略的第二对准步骤与光刻胶曝光步骤，因此可有助于提高晶圆的对准精确度，以确保图案转移的正确度。

此外，本发明的曝光方法先利用独立于曝光装置而配置的对准装置对晶圆进行精密的第一对准步骤，接着才使用曝光装置依序对晶圆进行曝光前粗略的第二对准步骤与光刻胶曝光步骤。如此，借由将第一对准步骤的结果与第二对准步骤的结果交互比对以校正曝光装置，能够有效地提升对准精确度。再者，本发明的方法在曝光装置进行的第二对准所测量的对准标记的数量较少，且独立配置的对准装置与曝光装置可以同时进行各自的制程，因此还能够减少曝光装置进行对准的时间而使其专职于进行光刻胶曝光步骤，以提高产率。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是依照本发明的一实施例的一种曝光方法的步骤流程图。

图2A所绘示为本发明的一实验例的测量对准标记的数量及产率之间的分布曲线图。

图2B所绘示为本发明的另一实验例的测量对准标记的数量及产率之间的分布曲线图。

具体实施方式

图1是依照本发明的一实施例的一种曝光方法的步骤流程图。此曝光方法适用于光刻制程中，且各晶圆的表面上已形成有一层光刻胶材料层。

请参照图1，步骤S110，以对准装置对一批次晶圆进行第一对准步骤，亦即进行精密对准步骤。此精密对准步骤例如是将此批次晶圆中的各片晶圆一一作精细对准测量。也就是说，在进行精密对准步骤时，同一片晶圆上所测量的对准标记的数量为介于400个至500个之间。

而在步骤S110中所使用的对准装置例如是离线配置的对准装置，亦即对准装置与后续欲进行的光刻胶曝光步骤所使用的曝光装置为分别独立配置。此外，对准装置可以是具有晶圆对准功能的装置，且其对准精确度例如是与后续欲进行的光刻胶曝光步骤所使用的曝光装置的对准精确度约略相等。在本实施例中，所使用的对准装置为相同于后续欲进行的光刻胶曝光步骤所使用的曝光装置。

特别说明的是，上述实施例是以相同于后续欲进行的光刻胶曝光步骤所使用的曝光装置作为对准装置为例来进行说明，但本发明并不限于此。在其他实施例中，也可以使用其他具有晶圆对准功能的装置来进行步骤S110，于此领域具有通常知识者可视其需求调整。

步骤S120，以曝光装置对此批次晶圆进行第二对准步骤，也就是进行曝光前对准步骤。曝光前对准步骤例如是对此批次晶圆中的部分晶圆或是每片晶圆进行粗略对准测量。也就是说，曝光前对准步骤所测量的对准标记的数量例如是小于步骤S110所进行的精密对准步骤所测量的对准标记的数量。在本实施例中，在进行曝光前对准步骤时，同一片晶圆上所测量的对准标记的数量为介于10个至40个之间。

而在步骤S120中所使用的曝光装置可以是步进且扫描式(step-and-scan)扫描机(scanner)或步进机(stepper)。此外，曝光装置例如是与在步骤S110所使用的对准装置耦接。

步骤S130，将精密对准步骤所得的结果与曝光前对准步骤所得的结果交互比对，以得到一比对结果。值得一提的是，在本实施例中，由于步骤S110所使用的对准装置与步骤S120所使用的曝光装置为相同的仪器，且对准装置和曝光装置皆设置在相同的环境下并具有相同的设定，因此在步骤S120所进行的曝光前对准步骤仅需测量少量的对准标记，即可与步骤S110所进行的精密对准步骤的结果相比对或是经由计算而得到比对结果。

步骤S140，利用上述比对结果对曝光装置进行校正。具体地说，利用上述比对结果对曝光装置进行校正例如是利用一反馈机制，以将比对结果自动反馈于曝光装置上，而进行曝光装置的校正。在此说明的是，由于先前已使用对准装置对晶圆进行精密对准步骤，因此使用上述比对结果来校正曝光装置，能够借由精密对准步骤所获得的精细测量数据来校正曝光装置，以使晶圆的对准精确度可获得提升。

步骤S150，以曝光装置对此批次晶圆进行光刻胶曝光步骤。至于进行光刻胶曝光步骤的细节以及完成后续光刻制程的步骤，当为熟知本领域的技术人员所周知，故于此不再赘述。

特别说明的是，由于对准装置与曝光装置两者分别是独立配置，因此在以曝光装置进行曝光前对准步骤或是光刻胶曝光步骤的同时，对准装置还是可以持续地对其他批次的晶圆进行精密对准步骤，以提供其他批次晶圆进行精细对准测量的结果，进而反馈校正曝光装置。再者，由于使用独立配置的对准装置来进行精密对准步骤，因此在进行精密对准步骤时，不会影响到曝光装置的运转，可有助于减少曝光装置进行对准的时间，使曝光装置可以专职于进行光刻胶曝光步骤，而增加产率。此外，由于精密对准步骤所测量的对准标记的数量大于曝光前对准步骤所测量的对准标记的数量，因此将精密对准步骤所得的结果与曝光前对准步骤所得的结果比对后再反馈至曝光装置能够有助于提升晶圆的对准精确度。

为证实本发明的曝光方法确有其功效，以下特举两个实验例来说明使用本发明的曝光方法的光刻制程与现有的光刻制程，其所测量的对准标记数量与光刻制程产率的相对关系。

实验例

图2A所绘示为本发明的一实验例的测量对准标记的数量及产率之间的分布曲线图。图2B所绘示为本发明的另一实验例的测量对准标记的数量及产率之间的分布曲线图。

图2A为使用单阶(single stage)曝光机台的测量结果，即晶圆在进行曝光前对准步骤和光刻胶曝光步骤都是在同一个晶圆载台(chuck)上完成。如图2A所示，由进行现有的曝光方法的曲线可以得知：随着测量晶圆上的对准标记的数量增加，曝光机台的产率会逐渐减少。然而，使用本发明的曝光方法，当所测量晶圆上的对准标记的数量增加时，曝光机台的产率皆不会受到明显影响。

图2B为使用双阶(twin stage)曝光机台的测量结果，即晶圆在进行曝光前对准步骤与其进行光刻胶曝光步骤是在两个不同的晶圆载台上完成，但还是在同一个曝光装置中进行。如图2B所示，在使用习知的曝光方法时，虽然一开始随着测量对准标记的数量增加，其产率并不会有太大的变动；但当测量对准标记的数量到达特定数值时，其产率则会随着测量对准标记的数量增加而降低。另一方面，使用本发明的曝光方法，随着所测量的对准标记的数量持续增加，都还是可以使曝光装置维持在相近的产率。上述图2A与图2B的结果是因为本发明的曝光方法借由使用对准装置预先对晶圆进行精细对准测量，因此测量对准标记的数量并不会影响到曝光装置的运作，而能够在增加测量对准标记的数量的同时，还能够有效地使曝光装置的产率维持在适当的数值。

综上所述，本发明的曝光方法至少具有下列优点：

1.本发明的方法借由先对晶圆进行精密对准步骤，接着对晶圆依序进行曝光前对准步骤与光刻胶曝光步骤，因此可有助于提高晶圆的对准精确度，并确保光刻制程的图案转移的品质。

2.本发明的方法因使用离线而独立配置的对准装置对晶圆做精细对准测量，所以之后使用曝光装置对晶圆仅需进行粗略对准测量，而可以提高曝光装置进行光刻胶曝光的利用时间，有效增进产能。此外，独立配置的对准装置与曝光装置可以同时进行各自的制程，还能够进一步减少制程所需的时间。

3.在本发明的方法中，由于对准装置与曝光装置具有相同的测量方法并具有一致的设定，因此将对准装置所得的结果与曝光装置所得的进行比对，可以轻易且正确地获得晶圆的对准数据，再利用反馈机制自动反馈于曝光装置以进行校正。

4.本发明的方法可以应用于现行光刻制程中的各类曝光装置，并利用简单的手段来提升对准精确度且改善产率，因此有助于节省制程成本。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种曝光方法，适用于一光刻制程，其特征在于该方法包括：

对一晶圆进行一第一对准步骤；

对该晶圆进行一第二对准步骤；

将该第一对准步骤所得的结果与该第二对准步骤所得的结果交互比对；以及

依据比对结果来对该晶圆进行一光刻胶曝光步骤。

2.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，该第一对准步骤所测量的对准标记数量大于该第二对准步骤所测量的对准标记数量。

3.一种曝光方法，适用于一光刻制程，其特征在于该方法包括：

以一对准装置对一第一批次晶圆进行一第一对准步骤；

在该第一批次晶圆进行过该第一对准步骤之后，以一曝光装置对该第一批次晶圆进行一第二对准步骤；

将该第一批次晶圆进行该第一对准步骤所得的结果与该第一批次晶圆进行该第二对准步骤所得的结果交互比对，以得到一比对结果；

利用该比对结果对该曝光装置进行校正；以及

以该曝光装置对该第一批次晶圆进行一光刻胶曝光步骤。

4.如权利要求3所述的曝光方法，其特征在于，该第一对准步骤所测量的对准标记数量大于该第二对准步骤所测量的对准标记数量。

5.如权利要求4所述的曝光方法，其特征在于，该对准装置包括一离线配置的对准装置。

6.如权利要求5所述的曝光方法，其特征在于，利用该比对结果对该曝光装置进行校正包括利用一反馈机制，将该比对结果自动反馈于该曝光装置中以进行校正。

7.如权利要求3所述的曝光方法，其特征在于，还包括以该对准装置对一第二批次晶圆进行该第一对准步骤。

8.如权利要求7所述的曝光方法，其特征在于，对该第二批次晶圆进行该第一对准步骤与对该第一批次晶圆进行该第二对准步骤为同时进行。

9.如权利要求8所述的曝光方法，其特征在于，该对准装置包括一离线配置的对准装置。

10.如权利要求9所述的曝光方法，其特征在于，利用该比对结果对该曝光装置进行校正包括利用一反馈机制，将该比对结果自动反馈于该曝光装置中以进行校正。

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