CN1770419A - 用于曝光机器的检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于曝光机器的检测装置及检测方法，本发明的检测装置包括一基板、与多个设置于基板表面的图案层，其中每一个图案层的面积与曝光机器的曝光区域的尺寸相配合，并且前述的图案层包括至少两种不同的高度，此外，本发明的检测方法利用前述的曝光机器，来进行一曝光程序于检测装置上或是具有一光致抗蚀剂层的检测装置上，随后并藉由比对曝光机器所计算的检测装置的表面数据与检测装置的实际表面数据，或是藉由观察曝光后的光致抗蚀剂图案，以测试曝光机器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于半导体制造的检测装置及检测方法，特别是涉及一种用于曝光机器的检测装置及检测方法。
背景技术
集成电路一般是由许多形成在一半导体基板上的有源或无源元件以及多层堆栈在基板上方的介电层与金属内连线(metal interconnection)所构成。不同层的金属内连线由金属插塞(plug)所电连接，以形成特定的电路功能。在集成电路工艺中，光学微影技术或所谓的光刻工艺是一种用来将光掩模上的电路图案转移至光致抗蚀剂层，以于半导体晶片上定义出图案的精密图案转移技术。这些光致抗蚀剂图案一般是用来作为后续工艺中的蚀刻屏蔽(etching mask)或者是注入屏蔽(ion implant mask)。
此外，扫描式步进曝光机器(step-and-scan exposure apparatus)为目前光刻工艺常用的曝光机器之一，而扫描式步进曝光机器包括一光源，用来产生曝光光线，一光掩模平台(mask stage)，用来放置以及移动一具有一特定图案的光掩模，一基板平台(wafer stage)，用来放置以及移动一半导体晶片，以及一表面轮廓侦测系统(surface topography detection system)，用来侦测半导体晶片表面的高低起伏，其中表面轮廓侦测系统又可称作晶片高度/倾斜侦测系统。
并且，在进行一曝光步骤于基板平台上的半导体晶片之前，表面轮廓侦测系统会先侦测半导体晶片表面的高低起伏，随后基板平台便依据表面轮廓侦测系统所测得的半导体晶片的表面数据，以调整半导体晶片的高度或倾斜角度，也就是说，基板平台会根据表面轮廓侦测系统所测得的表面数据，来调整半导体晶片的表面位置，以使半导体晶片的表面位于扫描式步进曝光机器的焦点平面(focal plane)上。接着，扫描式步进曝光机器内的光源会产生曝光光线，例如i-line、KrF激光或ArF激光，并且当曝光光线依序通过光掩模以及投射镜组(projection lens)而投射于半导体晶片上的光致抗蚀剂层时，光掩模上的图案即被转移至半导体晶片的预定部份面积上(此又称为一个shot)。接着基板平台与光掩模平台分别朝不同方向移动，快速到达下一定位以进行上述相同的曝光步骤，渐进地将光掩模上的图案转移至全部的半导体晶片上。
由上可知，为了使光掩模上的图案可以精准地移转到基板上，基板的表面必须准确地位于焦点平面上，因此表面轮廓侦测系统的侦测精准度以及基板平台的驱动精准度便显得很重要。然而，目前市面上的扫描式步进曝光机器的型号众多，工艺工程师或设备工程师在挑选曝光机器的过程中，如何有效率地验证各种曝光机器的表面轮廓侦测系统的侦测精准度以及基板平台的驱动精准度，以迅速找到符合工艺需要的曝光机器，便是一项重要的课题。
发明内容
因此，本发明的目的之一是提供一种用于一曝光机器的检测装置，用来测试曝光机器的性能。
此外，本发明的另一目的是提供一种用于一曝光机器的检测方法，用以利用上述的检测装置来测试曝光机器的性能。
依据本发明的目的，本发明的优选实施例提供一种用于一曝光机器的检测装置，其中，检测装置包括一基板与多个图案层，其中，各图案层的大小配合生产工艺中的曝光区域大小相配合而设置于基板表面，且各图案层具有至少两种不同的高度。
依据本发明的目的，本发明的另一实施例提供一种用于一曝光机器的检测方法，首先提供一检测装置及其对应的一第一表面数据，并且检测装置至少包括一具有多个曝光区域的基板，以及多个设置于各曝光区域表面的图案层，并且各图案层具有至少两种不同的高度，随后利用曝光机器来进行一曝光程序于检测装置上，并于曝光程序中获得一第二表面数据，利用第一表面数据与第二表面数据的比对，可进行机器驱动与计算的分析。
依据本发明的目的，本发明的另一实施例提供一种用于一曝光机器的检测方法，首先提供一检测装置，其包括一具有多个曝光区域的基板，以及多个设置于各曝光区域表面的图案层，并且各图案层具有至少两种不同的高度，随后形成一光致抗蚀剂层于检测装置的表面，接着利用曝光机器进行一曝光程序于光致抗蚀剂层上，之后进行一显影工艺于曝光后的光致抗蚀剂层上，以形成至少一光致抗蚀剂图案于各图案层的表面，最后并搭配原有检测装置的尺寸数据来检查分析各光致抗蚀剂图案。
由于本发明的检测装置的表面数据为已知的数据，因此本发明可利用检测装置来检验一曝光机器，以让工艺工程师或设备工程师迅速而有效地确认曝光机器的操作过程及性能。
附图说明
图1为本发明优选实施例所使用的检测装置的上视图。
图2为图1所示的检测装置延切线2-2’的剖面示意图。
图3为本发明第一实施例的检测方法的流程图。
图4为本发明第二实施例的检测方法的示意图。
图5为本发明的实施例中，具有一光致抗蚀剂层的检测装置的剖面示意图。
图6为本发明的实施例中，具有多个光致抗蚀剂图案的检测装置的剖面示意图。
简单符号说明
| 10 | 检测装置 | 12 | 基板 |
| 12a | 曝光区域 | ||
| 14a、14b、14c、14d、14e、14f、14g、14h、14i、14j、14k、14l、14m、14n、14o、14p | 图案层 | ||
| 15a | 对准标记 | 16 | 光致抗蚀剂层 |
| 18 | 光致抗蚀剂图案 | ||
| 20、22、24、26、28、30、40、42、44、46、48、50 | 步骤 | ||
具体实施方式
请参考图1与图2，图1为本发明优选实施例的检测装置的上视图，图2为图1所示的检测装置延切线2-2’的剖面示意图。如图1所示，一检测装置10包括一基板12，并且基板12的表面具有多个图案层14a～14p，而每一个图案层的上表面积与曝光区域(shot region)12a尺寸大小相配合。此曝光区域12a乃是指生产工艺中，一曝光机器的光源每一次投射在基板12的区域范围。此外，如图1所示，检测装置10还可包括数个设置于基板12表面的对准标记(alignment mark)15a。其中，各图案层14a～14p具有至少两种不同的高度，例如：如图2所示，图案层14a、14b、14c与14d便分别具有不同的高度。由于本发明的检测装置10用于检测曝光机器的驱动及计算能力，因此必须注意的是，图2仅是本发明的各图案层的高度分布的一实施例，唯本发明的各图案层的高度分布并不局限于图2，可视各机器不同而加以改变。或者还例如在本发明另一实施例中，同一行的图案层皆具有同样的高度，而不同行的图案层则变化其高度，亦即图1所示的图案层14a～14d可均具有一第一高度，图案层14e～14h均具有一第二高度，图案层14i～14l均具有一第三高度，而图案层14m～14p则均具有一第四高度，并且第一高度、第二高度、第三高度以及第四高度均不相同。
此外，本发明先利用一测量仪器，例如：椭圆仪，测量检测装置10的各个图案层14a～14p的相对高度，例如：图2所示的h1、h2、与h3等，而各个图案层14a～14p的相对高度组成一第一表面数据，随后并将第一表面数据储存于一数据库内。在本发明的优选实施例中，基板12为一半导体基板，例如：硅晶片，此外，基板12亦可以是一绝缘基板，例如玻璃基板或石英基板。另一方面，各图案层14a～14p可由二氧化硅、氮化硅或金属等材料所构成，并且各图案层14a～14p经由薄膜沉积、光刻与蚀刻等工艺而制作完成，而各个图案层14a～14p的优选相对高度大约介于0.05微米(μm)与0.5微米之间。
以下将介绍两种利用本发明的检测装置10来检测一扫描式步进曝光机器的优选实施例。图3为本发明第一实施例的检测方法的流程图。请参考图1、图2及图3，本发明的检测方法包括下列步骤：
步骤20：开始；
步骤22：提供一检测装置10及其相对应的一第一表面数据。例如，此第一表面数据可以是各个图案层14a～14p的实际相对高度；
步骤24：将检测装置10加载一扫描式步进曝光机器之内。其中，可进行一晶片对准步骤(wafer alignment step)，以使扫描式步进曝光机器利用对准标记15a来对准检测装置10；
步骤26：进行一曝光程序。曝光程序一般包括下列步骤：
步骤260：利用扫描式步进曝光机器的表面轮廓侦测系统，来扫描检测装置10的表面以测得检测装置10的一第二表面数据。例如，此第二表面数据可以是表面轮廓侦测系统所测得的各个图案层14的相对高度；
步骤262：利用扫描式步进曝光机器的基板平台，将检测装置10移动至第二表面数据所对应的基板位置；
步骤264：进行一曝光步骤，利用扫描式步进曝光机器的光源来照射检测装置10；
步骤28：比对第一表面数据与第二表面数据；以及
步骤30：结束。
其中，若将检测装置送入机器并可顺利做完曝光程序，在步骤28比对第一表面数据与第二表面数据时，若第二表面数据所纪录的数据不同于第一表面数据时，即表示表面轮廓侦测系统的计算有误，反之，如果第二表面数据所纪录的数据与第一表面数据相同，即表示表面轮廓侦测系统的计算正确无误。另一方面，如果在步骤26的曝光程序的进行过程中，扫描式步进曝光机器产生一异常信息(例如，当机(crash))时，此时即可进行步骤28，比对第一表面数据与第二表面数据。并且当第二表面数据所纪录的数据不同于第一表面数据时，即表示表面轮廓侦测系统的计算有误，反之如果第二表面数据所纪录的数据与第一表面数据相同却出现异常信息，即表示基板平台的驱动可能有误。
值得注意的是，由于本发明已利用其它测量仪器测得各图案层14的实际相对高度，因此将扫描式步进曝光机器的表面轮廓侦测系统测得的数值与各图案层14的实际相对高度作比较，便可得知扫描式步进曝光机器的表面轮廓侦测系统测得的数据是否准确，如此一来，工艺工程师或设备工程师便可迅速而有效地比较各种曝光机器的运算能力。此外，由于检测装置10具有不同高度的图案层14，而且扫描式步进曝光机器的基板平台必须依据检测装置10表面的高低起伏，来驱动并调整检测装置10的位置，所以检测装置10可用来检查基板平台所能驱动的最大角度与高度，进一步地让工艺工程师或设备工程师迅速而有效地比较各种曝光机器的驱动能力。
图4为本发明第二实施例的检测方法的示意图，图5为具有一光致抗蚀剂层的检测装置的剖面示意图，而图6为具有多个光致抗蚀剂图案的检测装置的剖面示意图。请同时参考图4、图5及图6，本发明的检测方法包括下列步骤：
步骤40：开始；
步骤42：提供一检测装置10，并形成一光致抗蚀剂层16于检测装置10的表面。具有光致抗蚀剂层16的检测装置10的剖面结构则如图5所示；
步骤44：将检测装置10加载一扫描式步进曝光机器之内，并进行一曝光程序。其中，加载扫描式步进曝光机器时，可利用图1所示的对准标记15a进行一晶片对准步骤，另外，曝光程序一般也如前述图3的实施例所示，包括步骤260、步骤262与步骤264；
步骤46：如图6所示，进行一显影工艺，以形成多个光致抗蚀剂图案18于检测装置10表面；
步骤48：利用一检测仪器分析光致抗蚀剂图案18；以及
步骤50：结束。
此外，图4的步骤48所示的检测仪器包括一表面分析仪，例如：扫描式电子显微镜(SEM)，并且藉由检测仪器来检查检测装置10表面的各光致抗蚀剂图案18，以观察各光致抗蚀剂图案18是否品质良好或是产生图案失真，配合原检测装置的第一表面数据(检测装置的实际高度或相对高度)，进而确认曝光机器的聚焦能力。举例而言，如果以同线宽的光掩模图案曝于上述的光致抗蚀剂层16上，然而在原来具有不同高度的各图案层上却得到实际不同线宽的光致抗蚀剂图案18，这样便表示曝光机器聚焦能力产生问题，亦即驱动或计算能力不佳。
在本发明第二实施例的检测方法中，由于检测装置10包括多个具有不同高度的图案层14a～14p，因此可藉由观察各图案层14a～4p表面的各光致抗蚀剂图案18是否产生失焦(defocus)或图案失真的情形，以检验一扫描式步进曝光机器是否可依据检测装置10的表面高低起伏而准确地进行曝光工艺，进而判断一扫描式步进曝光机器的焦点或水平控制能力的优劣，如此一来便可让工艺工程师或设备工程师迅速而有效地比较各家厂商的曝光机器的优劣。
必须注意的是，上述的检测方法与检测装置10应用于比较与评估各家厂商的曝光机器，不过本发明并不限于此，例如，当操作人员怀疑扫描式步进曝光机器的焦点或水平控制有问题时，操作人员亦可利用本发明的检测方法与检测装置10，来验证扫描式步进曝光机器焦点或水平控制是否已经产生偏差。
此外，以上各实施例以扫描式步进曝光机器来说明本发明的检测装置10与检测方法，然而本发明并不限于此，上述的检测方法与检测装置10亦可使用于其它种类的曝光机器，例如：步进式曝光机器(stepper)。
相较于现有技术，本发明提供检测装置10以及利用检测装置10来检验一扫描式步进曝光机器，由于检测装置10所对应的第一表面数据为已知的数据，因此将表面轮廓侦测系统所测得的第二表面数据与第一表面数据作比较，便可得知表面轮廓侦测系统所测得的数据是否准确，进而可迅速而有效地验证各扫描式步进曝光机器的表面轮廓侦测系统的计算精准度。此外，本发明还可利用检测装置10的图案高度差设计，来检查基板平台所能驱动的最大角度与高度，以验证基板平台的驱动能力，进而可迅速而有效地验证各扫描式步进曝光机器的基板平台的驱动精准度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (18)
1.一种用于曝光机器的检测装置，该检测装置包括：
一基板；以及
多个图案层设置于该基板的表面，其中各该图案层的面积与该曝光机器的曝光区域(shot region)的尺寸相配合，并且该些图案层具有至少两种不同的高度。
2.如权利要求1所述的检测装置，其中该曝光机器为一扫描式步进曝光机器或一步进式曝光机器。
3.如权利要求2所述的检测装置，其中该检测装置还包括多个对准标记(alignment mark)，设置于该基板的表面，用来使该曝光机器得以进行一晶片对准步骤(wafer alignment step)。
4.如权利要求1所述的检测装置，其中该基板的材料选自于由硅、玻璃及石英所组成的一族群。
5.如权利要求1所述的检测装置，其中该些图案层的优选相对高度介于0.05微米(μm)与0.5微米之间。
6.一种用于曝光机器的检测方法，该检测方法包括：
提供一检测装置，且该检测装置至少包括：
一基板；以及
多个图案层设置于该基板上，其中各该图案层的面积与该曝光机器的曝光区域的尺寸相配合，并且该些图案层具有至少两种不同的高度；
提供该检测装置所对应的一第一表面数据，其中该第一表面数据至少包括该些图案层的实际相对尺寸；
将该检测装置送入该曝光机器中，以进行一曝光程序，其中于该曝光程序可得一第二表面数据，且该第二表面数据至少包括该曝光机器所测得的该些图案层的相对尺寸；以及
比对该第一表面数据与该第二表面数据。
7.如权利要求6所述的检测方法，其中该曝光机器包括一表面轮廓侦测系统(surface topography detection system)以及一基板平台(wafer stage)。
8.如权利要求7所述的检测方法，其中该曝光程序包括下列步骤：
利用该表面轮廓侦测系统扫描该检测装置的表面，以测得该第二表面数据；
利用该基板平台，以将该检测装置移动至该第二表面数据所对应的基板位置；以及
进行一曝光步骤，以投射曝光光线于该检测装置的表面。
9.如权利要求6所述的检测方法，其中该检测装置还包括多个对准标记，设置于该基板的表面。
10.如权利要求9所述的检测方法，其中该方法还包括进行一晶片对准步骤，以使该曝光机器利用该些对准标记来对准该检测装置。
11.如权利要求8所述的检测方法，其中当该曝光程序进行完毕，且当该第二表面数据相同于该第一表面数据，即表示该表面轮廓侦测系统的计算正确无误。
12.如权利要求8所述的检测方法，其中当该曝光程序进行完毕，且当该第二表面数据不同于该第一表面数据，即表示该表面轮廓侦测系统的计算有误。
13.如权利要求8所述的检测方法，其中于该曝光程序进行过程中，当该曝光机器出现一异常信息，且当该第二表面数据不同于该第一表面数据时，即表示该表面轮廓侦测系统的计算有误。
14.如权利要求8所述的检测方法，其中于该曝光程序进行过程中，当该曝光机器出现一异常信息时，且当该第二表面数据与该第一表面数据相同，即表示该基板平台的驱动有误。
15.一种用于曝光机器的检测方法，该检测方法包括：
提供一检测装置，其包括：
一基板；以及
多个图案层设置于该基板上，其中各该图案层的面积与该曝光机器的曝光区域的尺寸相配合，并且该些图案层具有至少两种不同的高度；
形成一光致抗蚀剂层于该检测装置的表面；
利用该曝光机器，进行一曝光程序于该光致抗蚀剂层上；
进行一显影工艺于曝光后的该光致抗蚀剂层上，以形成至少一光致抗蚀剂图案于各该图案层的表面；以及
配合该检测装置的表面数据来分析各该光致抗蚀剂图案。
16.如权利要求15所述的检测方法，其中该曝光机器包括一表面轮廓侦测系统以及一基板平台。
17.如权利要求15所述的检测方法，其中该检测装置还包括多个对准标记，设置于该基板的表面。
18.如权利要求17所述的检测方法，其中该方法还包括进行一晶片对准步骤，以使该曝光机器利用该些对准标记来对准该检测装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080702 Termination date: 20091202 |