CN1421898A - 叠合标记及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记及其应用方法，在曝光区域的角落形成包括四个内测试条与四个外测试条的叠合标记，其中内测试条还分为锯齿状部位与条状部位；而外测试条则为前层已蚀刻的条状图案。其配置为内测试条与外测试条均围成矩形，每一个测试条为矩形的一边，且两两不相连，其中，每两个对边的内测试条的锯齿状部位具相同的相对位置；外测试条围成的矩形包围内测试条围成的矩形外。进行侦测时，会有测试束扫描过分为两区域的扫描区域，其一包括外测试条与内测试条锯齿状部位；另一包括外测试条与内测试条条状部位。

Description

叠合标记及其应用方法

                        技术领域

本发明涉及一种叠合标记(Overlay Mark)及其应用方法，且特别涉及一种可同时侦测对准精度(Alignment Accuracy，简称AA)、焦距值(Focus)、水平(Leveling)与像差(Astigmatism)的叠合标记及其应用方法。

                        背景技术

半导体工艺集成度愈高工艺尺寸愈小的情形下，工艺步骤复杂程度及困难度也愈来愈高，因此如何在工艺中利用实时测量设备进行工艺监控，以实时反应问题、降低因工艺错误所造成的损失，就成为各半导体工艺厂商所努力的方向。

通常决定一晶片的光刻工艺(Photolithography Process)成败的因素，除了关键尺寸(Critical Dimension，简称CD)的控制外，另一重要者即为对准精度。因此，对准精度的测量，即叠合误差(Overlay Error)的测量是半导体工艺中重要的一环，而叠合标记就是用来测量叠合误差的工具，其用来判断光刻工艺后光致抗蚀剂层的图案与晶片上前一层的图案的间是否有精确的对准。

图1是现有一种侦测对准精度的叠合标记的上视图。

请参照图1，此是在特定晶片上形成侦测对准精度的叠合标记，并且只在固定时间去执行侦测步骤，此叠合标记包括四个内测试条100与四个外测试条102，其中外测试条102代表固定的前层位置、内测试条100代表的是光刻工艺后光致抗蚀剂层的图案，也就是说外测试条102作为内测试条100的基点(Base)。其配置为内测试条100与外测试条102均围成矩形，每一个测试条为矩形的一边，且两两不相连，其中，外测试条102围成的矩形包围内测试条100围成的矩形。

当进行侦测对准精度时，会有侦测束经由扫描方向104扫描过两外测试条102与两内测试条100，如图1所示。而在扫描后，会读取到代表外测试条102与内测试条100实际位置的信号，然后测量信号中代表两外测试条102位置的中心值，以及测量信号中代表两内测试条100位置的中心值，再去作比较，计算其差异，即为叠合误差。倘若此叠合误差大于可接受的偏差值，则表示该次光致抗蚀剂层图案与晶片间的对准并未达到所要求的精度，而必须将此光致抗蚀剂层去除，并重新再做一次光刻工艺，直到叠合误差的值小于可接受的偏差值为止。为详细说明图1的叠合标记的结构，请参照图2所示的图1I-I的剖面图。

请参照图2，其显示现有的叠合标记的结构，主要是在衬底200上有一层被蚀刻形成沟槽204的沉积层202，以及位于沉积层202上的光致抗蚀剂图案206，其中光致抗蚀剂图案206位于沟槽204内侧。

而图1与图2的对应关系请参照图1与图2，即为图2中的沟槽204对应于图1的外测试条102，而图2的光致抗蚀剂图案206对应于图1的内测试条100。

由于在曝光工艺中，通常都是另外在特定晶片上形成图1所示的图案，作为对准精度侦测步骤的叠合标记，并且只在固定时间去执行侦测步骤。所以虽然可以侦测出对准精度，但是如此一来将使工艺时间增加，更无法实时监测对准精度。此外，在光刻工艺后的图形还需要经过多项监测步骤以确保产品的产能(Throughout)，而不会致使产量(Yield)降低。这些监测步骤所欲监测的包括图形的焦距值、水平与像差。而要监测焦距值、水平与像差的话，就必须个别进行测试，如此将会损害(Suffer)量产机台生产时间，且无法做到实时侦测(Real-time Monitor)。

                        发明内容

因此，本发明提供一种可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记及其应用方法，而且可增加产能，并提高产品产量。

本发明提供一种可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记及其应用方法。此方法在每一晶片的待测曝光区域的角落都形成一叠合标记，此叠合标记包括四个内测试条(Inner Bar)与四个外测试条(OuterBar)，其中每一个内测试条由锯齿状部位(Sawtooth Area)与正常的条状部位所组成；而外测试条则均为条状，并为内测试条的前层已蚀刻完成的图案。其配置为四个内测试条围成矩形，每一个内测试条为矩形的一边，且两两不相连，其中，每两个对边的内测试条的锯齿状部位具相同的相对位置；而四个外测试条也围成矩形，每一个外测试条为矩形的一边，且两两不相连，而且，外测试条围成的矩形包围于内测试条围成的矩形以外。

进行侦测时，会有测试束以一扫描方向扫描过分为两区域的扫描区域，其一为包括对边的两外测试条与对边的两内测试条锯齿状部位的第一扫描区域，用以侦测出曝光区域的焦距值、水平值与像差；另一则为包括对边的两外测试条与对边的两内测试条条状部位的第二扫描区域，用以侦测出曝光区域的对准精度。

本发明的侦测原理主要是利用具有锯齿状部位的内测试条于散焦(Defocus)时造成的线端缩短(Line-end Shortening)，以及利用蚀刻过的前层外测试条不会受散焦影响的特性，所以当锯齿状部位的内测试条因散焦现象在对准精度的测量时会有中心偏移(Center Shift)量，故而从其偏移量可反推出相对的散焦值，并藉此原理可得水平值与像差值。

而本发明的侦测方式分别是：

首先，以测量到的外测试条的中心位置作为基点，再将测量出的内测试条条状部位的中心位置与外测试条的中心位置作比较，计算其差异，就可算出对准精度的数值。

其次，从先前已测得的第二扫描区域的对准精度数值作为对照组，即先排除对准精度所造成的误差。接着，再读取测量出的锯齿状部位横向对准精度的偏移量(offset)，就可推算出焦距值。

此外，测量第一扫描区域的锯齿状部位横向与纵向的对准精度偏移量，就可推算出像差。

而要测量水平值的话，可以测量并比较曝光区域各个角落上的叠合标记中内测试条锯齿状部位的横向对准精度偏移量，就可推算出水平值。

因此，本发明不像现有方法在特定晶片上形成叠合标记以及只在固定时间去执行侦测步骤，而是在每一晶片的待测曝光区域的角落都形成一叠合标记，故可实时并同时进行对准精度、焦距值、水平与像差的侦测，以节省工艺时间、避免损害其产能，而且因为本发明直接形成于成品上，所以可以随时抽样检验成品，以提高产品的产量。

                        附图说明

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

图1是现有的一种侦测对准精度的叠合标记的上视图；

图2是图1中的I-I剖面图；

图3是依照本发明一优选实施例的一种可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记的上视图；以及

图4A与图4B是依照本发明一优选实施例的一种可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的侦测方法。

附图标记简单说明如下：

1，1’，2，2’，3，3’，4，4’：叠合标记的位置

100，300：内测试条                      102，302：外测试条

104，404，412：方向                     200：衬底

202：沉积层                             204：沟槽

206：光致抗蚀剂图案                     304：锯齿状部位

306：条状部位                           400：晶片

408：第一扫描区域                       410：第二扫描区域

414：曝光区域

                      具体实施方式

图3是依照本发明一优选实施例的一种可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记的上视图。本发明的叠合标记可以直接形成在每一晶片的待测曝光区域的角落。

请参照图3，此叠合标记包括四个内测试条(Inner Bar)300与四个外测试条(Outer Bar)302，其中每一个内测试条300还分为一锯齿状部位(Sawtooth Area)304与正常的条状部位306；而外测试条302则均为条状，并且为内测试条302的前层已蚀刻完成的图案(Etched Pattem)，例如是沟槽。其配置为四个内测试条300围成矩形，每一个内测试条300为矩形的一边，且两两不相连，而其锯齿状部位304例如形成于矩形的内侧方向，其中，每两个对边的内测试条300的锯齿状部位304具相同的相对位置；而四个外测试条302也围成矩形，每一个外测试条302为矩形的一边，且两两不相连，而且，外测试条302围成的矩形包围内测试条300围成的矩形外。为了更详细说明本发明的侦测方法，请参照图4A与图4B所示，依照图3的叠合标记进行侦测。

图4A与图4B是依照本发明一优选实施例的一种可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的侦测方法。本发明的侦测原理主要是利用具有锯齿状部位的内测试条于散焦(Defocus)时所造成的线端缩短(Line-endShortening)，以及利用蚀刻过的前层外测试条不会受散焦影响的特性，所以当内测试条的锯齿状部位因散焦现象在对准精度的测量时会有中心偏移(Center Shift)量，故而从其偏移量可反推出相对的散焦值，并藉此原理可得水平值与像差值。

请参照图4A，使用对准精度侦测机台进行测试时，侦测束会由扫描方向404分别扫描过包括外测试条302与内测试条300的锯齿状部位304的第一扫描区域(First Scan Area)408；以及扫描过包括外测试条302与内测试条的条状部位306的第二扫描区域(Second Scan Area)410。利用上述扫描过第一扫描区域408与第二扫描区域410所得的相对位置，可以推算出包括对准精度、焦距值、水平与像差值，详细的侦测方式说明如下：

其一，从第二扫描区域410的两外测试条302与两内测试条300可侦测出实际对准精度的数值，其侦测方式主要是以测量到的外测试条302的中心位置作为基点(Base)，再将测量出的内测试条300条状部位306的中心位置与外测试条302的中心位置作比较，计算其差异，就可算出对准精度的数值。

另外，从第一扫描区域408可侦测出焦距值，其主要侦测方式是依据先前已测得的第二扫描区域410的对准精度数值作为对照组，即先排除对准精度所造成的误差。接着，再读取测量出的锯齿状部位304横向(x方向)404对准精度的偏移量(offset)，就可推算出焦距值。

此外，从第一扫描区域408也可侦测出像差，其侦测步骤是测量锯齿状部位304的横向(x方向)404与纵向(y方向)412的对准精度偏移量，就可推算出像差。

而要测量水平值的话，可参照图4B所示。

请参照图4B，通常在一晶片400上会有数个进行曝光的曝光区域414，如要侦测出曝光区域414的水平值，可以在曝光区域414的角落1、2、3、4(请见图4B右的放大示意图)都形成一个如图3所示的叠合标记，此外，叠合标记的位置也可以是每一曝光区域414的角落周缘1’、2’、3’、4’上，其中曝光区域414的角落的周缘例如是曝光区域414的切割道，以避免影响元件设计，且具有实时侦测的优点。然后，测量并比较四个角落1、2、3、4上叠合标记中内测试条300的锯齿状部位304(见图3)的横向(x方向)404(见图4A)对准精度偏移量，就可推算出水平值。

本发明的特征包括下列各点：

1.本发明利用具有分为锯齿状部位与条状部位的内测试条的叠合标记，除了可测量对准精度外，还可同时进行焦距值、水平与像差的侦测。

2.本发明可以将叠合标记直接形成于每一曝光区域的四个角落，所以可以在进行曝光工艺后直接进行侦测对准精度、焦距值、水平与像差的步骤，不像现有方法只在固定时间在特定晶片上形成侦测侦测对准精度的图案，再去执行侦测步骤。因此本发明具有省时与实时性的优点。

3.本发明使用对准精度侦测机台进行侦测时，因为叠合标记存在于成品上，所以不需要另外进行叠合标记的制作，因此不会损害产能，而且可以随时抽样检验成品，因此本发明可以增加产品产量。

虽然本发明已以一优选实施例公开如上，但是它并非用以限定本发明，在不脱离本发明的精神和范围内，本领域技术人员可作些许更改与润饰，因此本发明的保护范围应当以所附的权利要求所界定的为准。

Claims (14)

1.一种可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记，包括：

四个内测试条，其中每一内测试条由一锯齿状部位与一条状部位组成，其中

该些内测试条围成一第一矩形，每一内测试条为该第一矩形的一边，且两两不相连；以及

四个外测试条，其中每一外测试条均为该些内测试条的前层已蚀刻的条状图案，且该些外测试条围成一第二矩形，每一外测试条为该第二矩形的一边，且两两不相连，其中，

该第二矩形包围该第一矩形。

2.如权利要求1所述的可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记，其中，每两个对边的内测试条的该锯齿状部位具相同的相对位置。

3.如权利要求1所述的可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记，其中该些内测试条的该锯齿状部位包括形成于该第一矩形内侧方向。

4.一种可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记，适于侦测一晶片上的多个曝光区域的对准精度、焦距值、水平值与像差，其图形包括：

多个叠合标记，配置于该些曝光区域的多个角落，其中每一叠合标记包括：

四个内测试条，其中每一内测试条由一锯齿状部位与一条状部位组成，其中

该些内测试条围成一第一矩形，每一内测试条为该第一矩形的一边，且两两不相连；以及

四个外测试条，其中每一外测试条均为该些内测试条的前层已蚀刻的条状图案，且该些外测试条围成一第二矩形，每一外测试条为该第二矩形的一边，且两两不相连，其中，

该第二矩形包围该第一矩形。

5.如权利要求4所述的可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记，其中，每两个对边的内测试条的该锯齿状部位具相同的相对位置。

6.如权利要求4所述的可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记，其中该些内测试条的该锯齿状部位包括形成于该第一矩形内侧方向。

7.如权利要求4所述的可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记，其中该些曝光区域的形状包括矩形。

8.如权利要求4所述的可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记，其中该些叠合标记的位置还包括配置于该些曝光区域的该些角落的周缘。

9.如权利要求8所述的可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的叠合标记，其中该些角落的周缘包括该些曝光区域的切割道。

10.一种可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的方法，适于侦测一晶片上的多个曝光区域的对准精度、焦距值、水平值与像差，其步骤包括：

分别形成一叠合标记于该些曝光区域的多个角落，其中

该叠合标记具有四个外测试条与四个内测试条，其中

每一内测试条由一锯齿状部位与一条状部位组成，其中该些内测试条围成一第一矩形，每一内测试条为该第一矩形的一边，且两两不相连；以及

每一外测试条均为该些内测试条的前层已蚀刻的条状图案，且该些外测试条围成一第二矩形，每一外测试条为该第二矩形的一边，且两两不相连，其中，该第二矩形包围该第一矩形；

扫描一第一扫描区域，以取得该第一扫描区域的该些内测试条的该锯齿状部位横向与纵向的位置，用以侦测出该晶片上的该些曝光区域的焦距值、像差与水平值，其中

该第一扫描区域包括对边的两外测试条与对边的两内测试条的该锯齿状部位；以及

扫描一第二扫描区域，以取得该第二扫描区域的该些内测试条的该条状部位与该些外测试条的该条状部位的位置，用以侦测出该晶片上的该些曝光区域的对准精度，其中

该第二扫描区域包括对边的两外测试条与对边的两内测试条的该条状部位。

11.如权利要求10所述的可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的方法，其中扫描该第二扫描区域，以侦测出该晶片上的该些曝光区域的对准精度的该步骤包括：

测量该些外测试条的该条状部位的中心位置；

测量该些内测试条的该条状部位的中心位置；以及

计算该些外测试条的该条状部位的中心位置与该些内测试条的该条状部位的中心位置距离的差异。

12.如权利要求10所述的可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的方法，其中扫描该第一扫描区域，以侦测出该晶片上的该些曝光区域的焦距值的该步骤包括依据该些曝光区域的对准精度的数值为对照组，测量该些内测试条的该锯齿状部位横向的对准精度偏移量。

13.如权利要求10所述的可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的方法，其中扫描该第一扫描区域，以侦测出该晶片上的该些曝光区域的像差的该步骤包括测量该些内测试条的该锯齿状部位横向与纵向的对准精度偏移量。

14.如权利要求10所述的可同时侦测对准精度、焦距值、水平与像差的方法，其中扫描该第一扫描区域，以侦测出该晶片上的该些曝光区域的水平值的该步骤包括：

测量该些角落的该些内测试条的该锯齿状部位横向的对准精度偏移量；以及

比较该些角落的该些内测试条的该锯齿状部位横向的对准精度偏移量。

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