TW434676B - Method for measuring overlay error and determining overlay process window - Google Patents

Description

43467ίί Α7 Β7 五、發明説明（） 5-1發明領域： - 本發明係有關於一種積體電路製程，特別是一種利 用疊對修正有效而精確地量測疊對誤差及疊對製程窗口之 方法。 5-2發明背景： 積體電路製程係將多層次電路架構在一半導體基材 上，各層薄膜在沉積後需以微影配合蝕刻製程形成各電路 .圖案，不僅電路圖案之線寬必須符合規格，二層電路圖案 間疊對的準確度也非常重要。特別是在當下之製程已步入 深次微米時代，對疊對準確度的要求相對提高，例如，對 於0.2 5微米的產品，可容忍的疊對誤差將縮減為0.1 0微 米以下，而對於 0.1 8微米的產品，可容忍的疊對誤差將 更縮減為 〇 . 〇 7微米以下，因此降低疊對誤差的技術將關 係產品最後良率的高低。 為了確認每一層電路圖案的位置的正確性，於微影 製程中的顯影後檢測時會有所謂的疊對量測，針對前後不 '同_層間圖案疊對的準確性，進行檢測及分析，以確保產品 的.良率。 在半導體製程中，一般所使用量測疊對的方法為利 -2- 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ---------ί-----^IiTt-----^ J (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 43^67 6λί 五、發明説明（） (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

用特定形狀的定位標記（registraiion mark) ’ 一個常見的 定位標記為如第一圖所示的框形圖案，此框形圖案可能為 ’凸起或凹陷的结構。在第一 A圖中’前層10為一凹陷方 y框，後層1 2為一凸出方框’前層1 0及後層12的剖面圖 則顯示於第一 B圖中°若以光學顯微鏡觀察將會看到框形 _圖案邊界的光強度有變化，框形圖案可為兩個、四個或更 多個，置於像場（field，即一次曝光在晶圓上所形成的圖 案區域）的，切割道處’在每一層各個框形'圖案所在處均形 成一個大框和小框’當層的小框中心被設計成與前層的大 框中心重合，因此小框中心對大框中心的偏移即為當層相 對於前層之疊對誤差。在某一像場内之某一量測點的疊對 誤差為一個向量’所有像場内之所有量測點的疊對誤差則 :組成一個向量場。若疊對誤差超出產品規格（指在任一量 測點的疊對誤差超出產品規格），則必須在重做時做疊對 修正（此功能為曝光機台所提供），但是必須先把疊對誤差 (為一向量場）分解成各個分量’即像場間的平移誤差 (interfield translational)、像場間的旋轉誤差（interfield rotational)、像場間的非正交誤差（Inte「field nonorthogonality) .、 像場間的放大誤差（interfield expansion)， 以及像場内的平移誤差（intrafield tfanslational)、像場内的旋轉誤差（intrafield rotational)、 像場内的放大誤差（intrafie id magnification)。（例如’像 場間的旋轉誤差即為對晶圓中心點的旋轉誤差，像場内的 旋轉誤差即為對像場中心點的旋轉誤差…，請參考第二A -3 ** 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS )八4见格（210X297公釐） ^34676^ A7 B7 五、發明説明（） (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖至第二 F圖所示。）該向量場的分解雖只是數學上的運 算，但是所分解的各個疊對誤盖分量則與疊對誤差的物理 —來源密切相關。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在 ADI 時，一般是利用光學顯微鏡（optical microscope, 0M)或掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope, S Ε Μ )做檢測。Ο Μ可以看到為薄膜所覆蓋之 前層的圖案，但電路圖案因太小（已超過光學解析度）而看 不清楚。S Ε Μ雖放大倍率較大但只能看到晶圓的表面， 因此亦無法看出與前層圖案之疊對是否良好。因此，在AD丨 時，若欲得知當層與前層之疊對是否良好只能利用〇Μ觀 察在這二層上的大小框形圖案（frame -丨n-frame)是否彼此 對準（框形圖案的大小被設計成大約2 0微米左右，方便以 光學方法做檢測）。事實上，疊對誤差量測機台即是利用 〇Μ攝取大框圊案與小框圖案之光強度分布，輔以訊號處 f理和數學運算，得知内框（小框）中心點對外框（大框）中心 點之偏移。現階段高積集度之積體電路製程對疊對準確度 的要求極高1使得在光罩上框形圖案的定位誤差 (registration error)與對電路圖案的定位誤差之差異變得 不可忽略，造成在A D1時看到二層之間的框形圖案是對準 的，但是到A Ε 1時才發現電路圖案未對準，則已造成無法 修補的錯誤，只有將晶圓報廢。 在微影製程中一般需要實驗多次以找出在 ADI時的 -4- 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 434676 ; A7 B7 五、發明説明（) 疊對標的（亦即使前後二層電路圖案的疊對誤差降至最低 時之框形圖案的疊對誤差），如此得以在蝕刻製程之前即 確認前後二層電路圖案之間的疊對合乎規格。在此提出一 個方法，只需以一晶圓做測試，而不需一再的嘗試錯誤， 造成時間與成本上的浪費。 5-3發明目的及概述： - 本發明之目的為提供一種僅需單一晶圓即可找到最 佳疊對狀況之方法。 本發明之另一目的為利用像場間擴大疊對誤差修正 所產生的像場内平移疊對誤差陣列精確地決定A D丨時的疊 對標的及疊對製程窗口。 本發明之再一目的為校正光罩上電路圖案之定位誤 差與框狀圖案之定位誤暴之差異。 本發明提供一種量測疊對誤差及決定疊對製程窗口 之方法，係利用曝光機台之像場間擴大疊對修正功能，實 碑於一晶圓之後，形成一陣列式之曝光圖案，其與前層圖 案.之最佳叠對發生於晶圓中心附近之像場，其餘由晶圓中 心向外，越往外在各像場所產生之像場内平移疊對誤差越 大。於蝕刻製程之前（亦即A D丨時）量測每一像場之框狀圖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ A7 B7 案的疊對誤差，於蝕刻製程之後（亦即A E丨時）再量測前、 後層電路圖案之實際疊對情況，配合上述框狀圖案之疊對 謓差，即可求得在A D丨時框狀圖案的疊對標的及疊對製程 窗口 ，並可計算出在光罩上框形圖案的定位誤差和電路圖 案的定位誤差之差異。 5-4圖示簡單說明： 第一 A圖 第一 B圖 第二A圖 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第二B圖 第二C圖 第二D圖 第.二E圖 第二F圖 第三圖 第四圖 顯示大 '小框狀定位標記疊對時之上視示意 圖。 顯示大、小框狀定位標記疊對時之剖面示意 圖。 描繪一像場間旋轉疊對誤差之示意圖。（陰影 區域表當層之像場，空白區域表前層之像場， 正十字表像場之中心，斜十字表晶圓之中心， 從第二A圖至第二F.圖皆適用。） 描繪一像場間非正交疊對誤差之示意圖。 描繪一像場間擴大疊對誤差之示意圖。 描繪一像場内平移疊對誤差之示意圖 亦可表示像場間平移疊對誤差之示意圖。 描繪一像場内旋轉疊對誤差之示意圖。 描繪一像場内放大疊對誤差之示意圖。 顯示本發明之方法流程圖。 描繪本發明之像場間擴大疊對陣列示意圖 此圖 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 訂 -6- 本;紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 此圖亦描繪本發明於A E I時求出 A D丨疊對標 的的方法之示意圖。（陰影區域表當層之像 _ 場，空白區域表前層之像場。） 5·5發明祥細說明： 於微影製程結束後，最重要在於檢視所形成電路圖 案線寬的大小以及其與前層圖案的疊對是否符合規格。因 為圖案的轉移攸關整個半導體製程的成敗，所以有必要於 顯影後檢測時，即確認在當層所形成的電路圖案與前層電 路圖案之間的疊對良好。若於蝕刻製程後才發現前後層電 路圖案未疊對準確，則已造成無法修復的結果。 /如之前所述，在A m時只能利用 Ο Μ藉著觀察定位 標記推測當層與前層電路圊案的疊對是否良好。事實上， 疊對誤差量測機台即是利用Ο Μ _攝取大框圖案與小框圖案 之光強度分布，辅以訊號處理和數學運算，得知内框（小 框）中心點對外框（大框）中心點之偏移，此即為疊對誤差。 電路圖案本身因線寬已超過0Μ的解析極限而無法直接看 到。若光罩製作的誤差使得在光罩上定位標記相對於電路 圖案的位置有偏移時，則可能在A D丨時看到二層之間的定 位標記是對準的，但是到AEI時才發現二層間的電路圊案 /未對準，已造成無法修補的結果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------；--^----------]I^ J {請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 4346 76 五、發明説明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明提供一種校正光罩上定位標記的定位誤差與 電路圖案的定位誤差之間的差異的方法，參考第三圖，顯 沬本發明之方法流程圊。首先形成一層光阻於欲形成當層 圖案的膜層之上（薄膜之下為前層圖案）。曝光機台在曝光 時加入像場間擴大疊對誤差修正功能，顯影後在晶圓上產 生一個疊對陣列。若不計其他的疊對誤差，則像場間擴大 疊對誤差修正功能造成在疊對陣列中各個像場之像場内平 移疊對誤差由晶圓中心往晶圓邊緣逐漸變大。若某一像場 中心點相對於晶圓中心點的坐標為（R X, R y )，則像場間擴 大疊對誤差修正Ex(在X方向）和Ey(在y方向）在該像場 所產生的像場内平移疊對誤差為（Tx,Ty) = (Rx*Ex, Ry*Ey)。如第四圖所示，其中陰影區域42表示為後層的 像場，而空白區域40表示為前層的像場。（當計入原疊對 誤差時，則在疊對陣列中像場内疊對誤差（intrafield overlay e「ror)最小之像場未必在晶圓中心。）接著量測晶 圓上每一像場之疊對誤差（以定位標記為準），然後進行蝕 刻製程。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於蝕刻製程結束後，檢測疊對陣列中每一像場内電 路圖案的疊對狀況，找出前後層電路圖案的疊對誤差可接 受的像場所形成的範圍，該範圍即為疊對製程窗口 ，疊對 製程窗口之中心點所在的像場之叠對誤差（以定位標記為 準）即為在A D丨時的疊對標的。亦即在A D I時使二層之間 定位標記（如框形圖案）的疊對誤差保持在疊對標的，即可 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（2!0X297公釐） 4346 76 A7 B7 五、發明説明（） 保證在A E丨時看到二層之間的電路圖案是對準的。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ 若於蝕刻製程後仍然無法很清楚地看出前層與後層 之電路圖案的疊對誤差，則本方法依然適用。此時可待半 導體製程全部結束後，量測所形成的晶粒狀（c h i p)在晶圓 上之良率分布，亦可推得疊對標的和疊對製程窗口。 綜合以上所述，本發明提供一種可於蝕刻製程之前 即確認前層與後層之間電路圖索的疊對是否良好的方法。 只需於每一新光罩使用之前實施一次本發明之方法，找到 對應的疊對標的和疊對製程窗口。之後在微影製程時執行 疊對修正使得在A D!時由定位標記所量得的疊對誤差保持 在疊對標的上，如此即可確保電路圖案具有良好的疊對。 傳統上以多次嘗試錯誤法造成許多晶片之浪費，而本方法 每實施一次僅耗費一片晶片，節省許多成本與時間。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明以一較佳實施例說明如上，僅用於藉以幫助 了解本發明之實施，非用以限定本發明之精神，而熟悉此 領域技藝者於領悟本發明之精神後，在不脫離本發明之精 神範圍内*當可作些許更動潤飾及等同之變化替換，其專 利保護範圍當視後附之令諳專利範圍及其等同領域而定。 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X29?公釐）

Claims (1)

1. 4346 76 AS B8 C3 D8 申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 1. 一種決定疊對誤差及疊對製程窗口之方法，該方法 i步驟至少包含： 提供一半導體基材，該半導體基材包含一圖案形成 於其上； 形成一膜層於該圖案上； 形成一光阻於該膜層上； 執行微影製程時加入像場間擴大疊對修正（inte「fieId expansion overlay correction)； 顯影後形成一像場圖案陣列； 量測陣列中各該像場圖案之疊對誤差（以定位標記為 準）； 執行一蝕刻製程以蝕刻該膜層； 將該疊對誤差（以電路為準）可接受之像場所形成的範 圍定義為疊對製程窗口（over丨ay process w丨ndow);及 將該疊對製程窗口中心之像場之疊對誤差定義為疊 對標的（overlay target)。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之像場間 擴大疊對修正功能在各像場產生像場内平移疊對誤差。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之像場圖 案陣列中，各像場之該像場内平移疊對誤差由晶圓中心向 外漸增。 -10- 本紙張尺度適用申國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------— ι!λ^ - · C (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 •^1 n J n - 言 tv s n t 線' 88899 ABCS 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中若某一像場中 心點相對於晶圓中心點的坐標為（Rx,Ry)，則像場間擴大 疊對誤差修正Ex(在X方向）和Ey(在y方向）在該像場所 產生的該像場内平移疊對誤差為（Tx,Ty) = (Rx*Ex, Ry*Ey)。 5. 一種量測疊對誤差及疊對製程窗口之方法，該方法 之步驟至少包含： 提供一半導體基材，該半導體基材包含一圖案形成 於其上； 形成一膜層於該圖案上； 形成一光阻於該膜層上； 執行微影製程時加入像場間擴大疊對修正（interfie丨d expansion overlay correction); 顯影後形成一像場圖案陣列·； 量測陣列中各該像場圖案之疊對誤差（以定位標記為 準）； 完成全部積體電路製程；及 測量各晶粒在晶圓上之良率分布，以求得疊對製程 窗，口 （overlay process window)及疊對標的（overlay target) 〇 6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中上述之像場間 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐_) ---------；-------------訂 i,-----;1> 線 Λ' ..「 (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4346 76 g D8 六、申請專利範圍 擴大疊對修正功能在各像場產生像場内平移疊對誤差。 - 7.如申請專利範圍第5項之方法，其中上述之像場圖 案陣列令，各像場之該像場内平移疊對誤差由晶圓中心向 外漸增。 8.如申請專利範圍第5項之方法，其中若某一像場中 心點相對於晶圓中心點的坐標為（Rx, Ry)，則像場間擴大 疊對誤差修正Ex(在X方向）和Ey(在y方向）在該像場所 產生的該像場内平移疊對誤差為（Tx,Ty) = (Rx*Ex, Ry*Ey)。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： ,111 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）