TWI443476B - 動態晶圓對位方法及曝光掃瞄系統 - Google Patents

動態晶圓對位方法及曝光掃瞄系統 Download PDF

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Description

動態晶圓對位方法及曝光掃瞄系統
本發明係有關於晶圓對位的方法，特別有關於在曝光掃瞄系統中的動態晶圓對位方法。
在半導體元件的製造過程中，許多曝光製程都需要將晶圓對位至特定方位，以達到晶圓上每一層圖案的重疊精準度之需求。在曝光製程中，晶圓通常具有對位記號形成於其上，以標示晶圓上特定層的圖案之參考方位。
晶圓通常具有複數個曝光照射區(shot area)，一個曝光照射區係藉由在曝光製程中利用光罩在晶圓上形成一個曝光區域而定義。曝光設備對晶圓上方的光阻照射光線以進行曝光製程，曝光設備包含曝光頭、對位記號感測器、對位平台(alignment stage)以及曝光平台(exposure stage)。在傳統的晶圓對位方法中，於晶圓上每隔幾個曝光照射區設置一個對位記號，對位記號感測器在對位平台上對整個晶圓的對位記號之方位進行偵測，以得到整個晶圓對位的平均補償值，並且將此晶圓對位的平均補償值傳遞至曝光平台。然後，依據回饋至曝光平台的晶圓對位之平均補償值，使用曝光頭在曝光平台上對整個晶圓全部曝光照射區的光阻層進行曝光。
近年來，針對新世代的電子元件，半導體元件的特徵尺寸變得越來越小，半導體元件的設計規則也隨之縮減。因此，很難擴大半導體元件的製程條件範圍(process window)，特別是針對曝光製程，在曝光設備中對晶圓對位精準度的要求，以及對晶圓上每一層圖案的重疊準確度的要求，都很難擴大其製程條件範圍。通常在晶圓的一個區域內之曝光照射區的晶圓對位補償值與此晶圓的另一個區域內之曝光照射區的晶圓對位補償值是不同的，然而，在傳統的晶圓對位方法中，晶圓上所有曝光照射區的光阻層都依據相同的晶圓對位平均補償值進行曝光，因此，傳統的晶圓對位方法無法滿足特徵尺寸更小的半導體元件所需的較高晶圓對位準確度。
因此，業界亟需一種在曝光設備中改良的晶圓對位方法，其可以克服上述問題，達到較高的晶圓對位準確度。
依據本發明之一實施例，提供在曝光掃瞄系統中的動態晶圓對位方法，其中曝光掃瞄系統包含曝光設備、光學感測設備以及晶圓平台，具有掃瞄路徑。此方法包括以下步驟：(a)提供具有複數個曝光照射區的晶圓，其中每個曝光照射區具有複數個對位記號在其上；(b)在晶圓上形成光阻層；(c)藉由光學感測設備，沿著掃瞄路徑偵測位於一個曝光照射區的一部份之對位記號，得到針對此曝光照射區的該部份之晶圓對位的補償值；(d)將此曝光照射區的該部份之晶圓對位的補償值即時回饋至晶圓平台；(e)在即時回饋此曝光照射區的該部份之晶圓對位的補償值至晶圓平台之後，藉由曝光設備，沿著掃瞄路徑對位於此曝光照射區的該部份之光阻層進行曝光；(f)在此曝光照射區沿著掃瞄路徑連續地重複步驟(c)至(e)，直至位於此曝光照射區的全部光阻層都被曝光；以及(g)重複步驟(f)，直至晶圓上全部曝光照射區的光阻層都被曝光。
依據本發明之另一實施例，提供用於動態晶圓對位的曝光掃瞄系統。此曝光掃瞄系統包括：曝光設備；光學感測設備，具有複數個對位記號感測器設置於曝光設備上；以及單一的晶圓平台，設置於曝光設備下方。在此曝光掃瞄系統中，光學感測設備偵測晶圓上的複數個對位記號，得到動態晶圓對位的補償值，並且即時回饋動態晶圓對位的補償值至單一的晶圓平台，於即時回饋動態晶圓對位的補償值至單一的晶圓平台之後，曝光設備對晶圓上的光阻層進行曝光。
為了讓本發明之上述目的、特徵、及優點能更明顯易懂，以下配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下描述為實現本發明的最佳實施例，此描述係用於說明本發明的一般原理，並非用於限定本發明，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
第1圖為依據本發明之一實施例，曝光掃瞄系統(exposure scanner system)200的側視示意圖。曝光掃瞄系統200包含曝光設備202；光學感測設備204，其包含複數個對位記號感測器(alignment mark sensor)209設置於曝光設備202的兩相反側上；以及單一的晶圓平台(wafer stage)206，設置於曝光設備202下方。在曝光掃瞄系統200中，曝光設備202與光學感測設備204具有相同的掃瞄路徑(scan path)203，晶圓平台206所具有的移動路徑208則與掃瞄路徑203為相反方向。在晶圓平台206上提供晶圓100，其具有光阻層(未繪出)形成於其上，此外晶圓100還具有複數個對位記號(未繪出)形成於其上。光學感測設備204的對位記號感測器209係依據晶圓100上對位記號的位置而設置，藉此偵測對位記號的方位訊息(orientation information)，設置在曝光設備202兩側上的光學感測設備204的對位記號感測器209是分別用於執行向上方向的掃瞄以及向下方向的掃瞄，或者分別用於執行向左方向的掃瞄以及向右方向的掃瞄。光學感測設備204的對位記號感測器209之偵測區域可以涵蓋與對位記號感測器209的位置產生偏移的對位記號所存在的位置。此外，光學感測設備204更包括信號處理器(未繪出)，其用於處理對位記號的方位訊息，藉此得到晶圓對位(wafer alignment)的補償值(compensation data)205，然後，將晶圓對位的補償值205即時回饋(real time feedback)至晶圓平台206。晶圓平台206通常具有晶圓移動機構，其可以依據從光學感測設備204傳送而來的晶圓對位補償值205之信號，在X與Y兩個方向帶動晶圓100並旋轉晶圓100至特定位置，並且還可以在Z方向使晶圓100傾斜至特定角度，此晶圓移動機構為此技術領域中具有通常知識者所熟知，在此不再詳述其細節。
曝光設備202一般包含紫外光(UV)光源，並使用光罩的圖案對晶圓100上的光阻層進行曝光，在晶圓平台206接收即時回饋的晶圓對位之補償值205，並進行晶圓對位之後，曝光設備202沿著掃瞄路徑對一個曝光照射區(shot area)的光阻層連續地進行曝光製程。參閱第2圖，其係顯示具有複數個曝光照射區102的晶圓100之平面示意圖，一個曝光照射區102是使用光罩在晶圓100上進行曝光所產生的曝光區域而定義，並且光罩一般包含複數個晶片的圖案，使用曝光設備202沿著掃瞄路徑203，使用光罩對一個曝光照射區的光阻層進行曝光，直到在這一個曝光照射區的光阻層全部都被曝光。然後，使用曝光設備202及光罩沿著另一掃瞄路徑對下一個曝光照射區的光阻層進行曝光，此掃瞄路徑與掃瞄路徑203的方向相反，重複且連續地進行曝光步驟，直到晶圓100上全部曝光照射區的光阻層都被曝光，晶圓100上的複數個曝光照射區102係排列成如第2圖所示之數個行與數個列。
接著，參閱第3圖，其係顯示依據本發明之一實施例，在晶圓100上的單一曝光照射區102內，對位記號佈局的平面示意圖。單一曝光照射區102可對應至複數個晶片104，例如6個晶片、8個晶片或12個晶片，如第3圖所示之單一曝光照射區102為8個晶片(8-chips)的曝光照射區。在本發明之一實施例中，單一曝光照射區102具有複數個對位記號106在其上，對位記號106形成於切割線(scribe line)108上，切割線108設置於任兩個相鄰的晶片104之間。藉由光學感測設備204的對位記號感測器209，沿著掃瞄路徑203對單一曝光照射區102的一部分之全部或數個對位記號106進行偵測，以得到此單一曝光照射區102的該部分之晶圓對位的補償值205。如第3圖所示，光學感測設備204的對位記號感測器209的位置係對應至對位記號106的位置而設置。補償值205係有關於此單一曝光照射區102的該部分之晶圓對位的方位訊息與傾斜訊息，將此單一曝光照射區102的該部分之補償值205即時回饋至晶圓平台206，並且立即對此單一曝光照射區102的該部分之光阻層進行曝光。在曝光掃瞄系統200中，偵測對位記號106，即時回饋晶圓對位的補償值205至晶圓平台206，以及對光阻層進行曝光都是在一個曝光照射區102內同時且連續地進行。當沿著掃瞄路徑偵測一個曝光照射區的一部分之對位記號時，在鄰接此曝光照射區的該部分之另一部份的光阻層也會沿著此掃瞄路徑被曝光，換言之，在對鄰接此曝光照射區102的該部分之另一部份的光阻層進行曝光時，在此曝光照射區102的該部分正進行預對位(pre-alignment)的動作。此外，在一個曝光照射區102內偵測對位記號106以及對光阻層進行曝光都是在單一的晶圓平台206上同時進行。
第4圖顯示依據本發明之一實施例，在曝光掃瞄系統中的動態晶圓對位方法之流程圖400，此動態晶圓對位方法可以在第1圖所示之曝光掃瞄系統200中進行。在步驟402，提供晶圓100，如第2圖所示，此晶圓100具有複數個曝光照射區102。如第3圖所示，每個曝光照射區102具有複數個晶片102，並且還具有複數個對位記號106形成於切割線108上。在步驟404，於晶圓100上形成光阻層，例如可藉由旋轉塗佈法形成光阻層。
在步驟406，如第3圖所示，藉由光學感測設備204的對位記號感測器209，沿著掃瞄路徑203對一個曝光照射區102的一部分之一個以上的對位記號106進行偵測，得到此單一曝光照射區102的該部分之晶圓對位的補償值，此補償值包括晶圓偏移的補償值、晶圓旋轉的補償值、晶圓傾斜的補償值或前述之組合。在一實施例中，選擇一個曝光照射區102內的一些對位記號106讓光學感測設備204的對位記號感測器209偵測；在另一實施例中，一個曝光照射區102內全部的對位記號106都會被光學感測設備204的對位記號感測器209偵測，以得到更完整的晶圓對位之補償值。
然後，在步驟408，將此單一曝光照射區102的該部分之晶圓對位的補償值即時回饋至晶圓平台206，同時，進行步驟412，連續地偵測在此單一曝光照射區102的另一部份上之超過一個以上的對位記號106，此另一部份鄰接此單一曝光照射區102的該部分，而該部分已經被光學感測設備204掃瞄過。
在步驟410，於即時回饋此單一曝光照射區102的該部分之晶圓對位的補償值至晶圓平台206之後，在相同的晶圓平台206上，使用曝光設備202沿著掃瞄路徑203立即對此曝光照射區102的該部分之光阻層進行曝光。在一個曝光照射區內，沿著掃瞄路徑203，步驟406、408及410係依序連續地重複執行，直到在這一個曝光照射區內的全部光阻層都被曝光。此外，在一個曝光照射區102內，步驟406、408及410是同時地執行。
在步驟414，結束一個曝光照射區102的步驟406、408、410及412之執行，直到晶圓100上全部曝光照射區102的光阻層都被曝光完畢。
為了因應新世代的電子產品，半導體元件的特徵尺寸持續地越變越小，並且晶圓的尺寸持續地越變越大，因此，在晶圓上不同位置的曝光照射區之晶圓對位補償值也會不同。然而，在曝光掃瞄系統中，傳統的晶圓對位方法是依據晶圓對位的平均補償值對晶圓上全部的曝光照射區之光阻層進行曝光，因此，傳統的晶圓對位方法無法滿足特徵尺寸較小的半導體元件之晶圓對位準確度的要求。
依據本發明一實施例之在曝光掃瞄系統中的動態晶圓對位方法，在晶圓上的一個曝光照射區的光阻層係依據即時回饋此曝光照射區的晶圓對位之補償值至晶圓平台而進行曝光。由於此曝光照射區的光阻層是依據此曝光照射區的晶圓對位之補償值即時回饋至晶圓平台而進行曝光，因此，依據本發明一實施例之動態晶圓對位方法，可以提升在曝光製程中晶圓上全部曝光照射區的晶圓對位之準確度。另外，依據本發明一實施例之動態晶圓對位方法，可以克服在一批(lot)晶圓中，晶圓與晶圓之間晶圓對位之精準度的偏差，並且也可以克服在量產製程中，一批晶圓與一批晶圓之間晶圓對位之精準度的偏差。
雖然本發明已揭露較佳實施例如上，然其並非用以限定本發明，在此技術領域中具有通常知識者當可瞭解，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
100．．．晶圓
102．．．單一曝光照射區
104．．．晶片
106．．．對位記號
108．．．切割線
200．．．曝光掃瞄系統
202．．．曝光設備
203．．．掃瞄路徑
204．．．光學感測設備
205．．．晶圓對位的補償值
206．．．晶圓平台
208．．．晶圓平台的移動路徑
209．．．對位記號感測器
400．．．動態晶圓對位方法的流程圖
402、404、406、408、410、412、414．．．流程圖的步驟
第1圖顯示依據本發明之一實施例，曝光掃瞄系統的側視示意圖。
第2圖顯示具有複數個曝光照射區的晶圓之平面示意圖。
第3圖顯示依據本發明之一實施例，在單一曝光照射區內，對位記號佈局之平面示意圖。
第4圖顯示依據本發明之一實施例，在曝光掃瞄系統中，動態晶圓對位方法之流程圖。
400．．．動態晶圓對位方法的流程圖
402、404、406、408、410、412、414．．．流程圖的步驟

Claims (13)

  1. 一種在曝光掃瞄系統中的動態晶圓對位方法，其中該曝光掃瞄系統具有一掃瞄路徑，包含一曝光設備、一光學感測設備以及一晶圓平台，該方法包括以下步驟：(a)提供一晶圓，具有複數個曝光照射區，其中每個曝光照射區具有複數個對位記號在其上；(b)在該晶圓上形成一光阻層；(c)藉由該光學感測設備，沿著該掃瞄路徑，偵測位於一曝光照射區的一部份之該些對位記號，得到針對該曝光照射區的該部份之晶圓對位的補償值；(d)將該曝光照射區的該部份之晶圓對位的該補償值即時回饋至該晶圓平台；(e)藉由該曝光設備，沿著該掃瞄路徑，對位於該曝光照射區的該部份之該光阻層進行曝光；(f)在該曝光照射區，沿著該掃瞄路徑連續地重複步驟(c)至(e)，直至位於該曝光照射區全部的該光阻層都被曝光；以及(g)重複步驟(f)，直至位於該晶圓上全部的該些曝光照射區的該光阻層都被曝光，其中該光學感測設備沿著該掃瞄路徑，偵測位於該曝光照射區的該部份之該些對位記號時，同時該曝光設備沿著相同的該掃瞄路徑，對鄰接於該曝光照射區的該部份的另一部份之該光阻層進行曝光，使得在該曝光照射區的該部份進行的該偵測對位記號步驟與在該曝光照射區的該另一部份進行的該曝光步驟同時進行。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之在曝光掃瞄系統中的動態晶圓對位方法，其中在該曝光照射區內偵測該些對位記號，即時回饋晶圓對位的該補償值至該晶圓平台，以及對該光阻層進行曝光是同時地進行。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之在曝光掃瞄系統中的動態晶圓對位方法，其中該光學感測設備具有複數個對位記號感測器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之在曝光掃瞄系統中的動態晶圓對位方法，其中該些對位記號感測器係依據該些對位記號的位置而設置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之在曝光掃瞄系統中的動態晶圓對位方法，其中偵測用於晶圓對位的該些對位記號以及對該光阻層進行曝光是在相同的該晶圓平台上進行。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之在曝光掃瞄系統中的動態晶圓對位方法，其中每個曝光照射區包括複數個晶片，以及一切割線設置於任兩個相鄰的該些晶片之間，其中該些對位記號設置在該切割線上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之在曝光掃瞄系統中的動態晶圓對位方法，其中用於晶圓對位的該補償值包括晶圓偏移的補償值、晶圓旋轉的補償值、晶圓傾斜的補償值或前述之組合。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之在曝光掃瞄系統中的動態晶圓對位方法，其中每個曝光照射區的晶圓對位之該補償值都不同。
  9. 一種用於動態晶圓對位的曝光掃瞄系統，包括：一曝光設備；一光學感測設備，具有複數個對位記號感測器，設置於該曝光設備上；以及一單一的晶圓平台，設置於該曝光設備下方，其中該光學感測設備偵測在一晶圓上的複數個對位記號，得到該動態晶圓對位的一補償值，並且即時回饋該動態晶圓對位的該補償值至該單一的晶圓平台，該曝光設備對該晶圓上的一光阻層進行曝光，且其中該光學感測設備沿著一掃瞄路徑，偵測一曝光照射區的一部份的該些對位記號，同時該曝光設備沿著相同的該掃瞄路徑，對鄰接於該曝光照射區的該部份的另一部份的該光阻層進行曝光，使得該光學感測設備與該曝光設備分別在該曝光照射區的該部分與該另一部份同時執行。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之用於動態晶圓對位的曝光掃瞄系統，其中該些對位記號感測器係依據該晶圓上的該些對位記號的位置而設置。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之用於動態晶圓對位的曝光掃瞄系統，其中該曝光設備與該光學感測設備的操作在該單一的晶圓平台上執行。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之用於動態晶圓對位的曝光掃瞄系統，其中該光學感測設備的該些對位記號感測器設置在該曝光設備的兩個相反側上。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之用於動態晶圓對位的曝光掃瞄系統，其中該單一的晶圓平台具有一移動路徑， 該移動路徑與該曝光設備的一掃瞄路徑為相反方向。
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