TW419720B - The method of monitoring the overlay accuracy of the stepper and the device using the same - Google Patents

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A7 419720 五、發明説明（/ ) 發明領域= 本發明係有關於一種步進設備之疊置對準度的監測方 法及使用於該方法之裝置，尤指一種運用於半導體製程中 之曝光製程的步進設備，其在進行晶圓之第一層圖案曝光 時即可進行即時的疊置對準度監測的監測方法，以及爲了 達成該監測方法，所必須配合使用之具有特殊對準標記點 之光罩裝置。 發明背景 在積體電路（Integrated Circuit，簡稱1C)的製作 中，最主要也最頻繁使用的製程便是利用微影的技術將所 設計之電路佈局（Layout)圖案轉移到半導體晶圓 (Wafer)上。目前，於半導體製造業中，用來將電路佈 局圖案轉移到晶圓上所最常使用的技術之一，便是將這些 電路佈局設計於一光罩（Reticle)上，藉由步進設備 (Stepper)透過該光罩對一塗覆有光阻（Photoresist) 之晶圓進行步進且重複（Step and Repeat)式的曝光動 作（即，沿一預定方向每次移動一預定距離後暫停、進行 曝光動作、然後再移動該預定距離後再暫停進行另一次曝 光動作者，稱爲「步進」），而達成將光罩之電路佈局圖 案一個個地排列形成於整個晶圓上。 由於一片晶圓在積體電路的製作過程中會需要堆疊 (Overlay)許多層次的電路佈局，如何將這些電路佈局 精確地「形成」及「堆疊」在其預定的區域上，不僅是攸 關積體電路之電性、穩定度及可靠度非常重要的一個課 題，且更將直接影響其最終產品的良率。因此，不僅眾家 本紙張尺度適用中國國家橾牟·（ 規格（210X^97公釐） ----：--,---¾------1T------.^ (讀先聞讀背面之注^^項再填寫本!·) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作杜印装 413720 A7 _________B7_ 五、發明説明（>) 廠商無不鉅資硏發、全心致力於對此種微影技術的提昇， 且於半導體業界有關於步進設備進行曝光之「圖案對準」 的專利申請案也不記其數。而習用關於曝光之「圖案對 準」的技術主要可分爲「光罩標記點對準」、及「製程自 動對準」等兩類。 例如，台灣專利公告號第280014、320735、324795、 及33丨023號專利案等，即爲藉由「光罩標記點對準」的技 術來達到使晶圓「第二層」以後的圖案可對準於「前一 層」圖案的技術。此種「光罩標記點對準」的習用技術一 般均牽涉到在光罩上設計有若干「標記點」，這些標記點 將藉由「某一層」曝光（微影）製程而轉移至晶圓上，之 後’當進行後續「下一層」光罩圖案的曝光時，步進設備 將「尋找（或辨識）」出前一層之標記點的位置，並使下 一層光罩圖案的標記點對準於前一層之標記點，如此，其 下一層的圖案可對準於前一層圖案。 至於，「製程自動對準」技術，例如，台灣專利公告 號第 225037、232752、272684、278201、280032 ' 及 312816號專利案等，則是牽涉到藉由半導體製程的方式在 晶圓表面形成適當材質（例如氮化矽）與適當圖案形狀之 「屏障層」，此屏障層將會在進行下一個製程時自動成爲 避免進行製程反應的遮罩並自動對準上一層的圖案，而達 到至少省略一層光阻塗佈與光罩曝光的製程，即可完成將 下一層電路自我對準（Self-Align)並形成於前一層電路 上之目的。 _ 然而，無論是前述之「光罩標記點對準」技術、或是 尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（210X扣7公疫) ' 】 I 裝 I I I I i n ! «, n ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 419720 at _____B7 五、發明説明（}) 「製程自動對準」技術’幾乎所有目前相關技術的硏發方 向均僅是著重於如何使「下一層的圖案」對準於「上一層 圖案」。至於，對於半導體製程中，當步進設備進行「最 初始層」圖案之曝光的疊置對準度，則鮮少有業者加以注 意。事實上’就算是一般人士也可輕易得知，其「最初始 層」圖案之位置的對準度將直接影響到後續各層陸續堆疊 上去時的對準度。即使，現今的步進設備於進行後續各層 圖案堆疊時’多可藉由前述「光罩標記點」的對準技術而 提供小幅度之定位誤差的自動校準功能。然而，無可諱言 地’「最初始層」圖案之位置若無法精確地對準，則後續 各層圖案堆疊時之困難度勢必將會增加、且各層圖案堆疊 時的定位誤差也勢必將會增大。 現今，業界對於如何改善步進設備對於「最初始層」 之圖案疊置對準度的控制方式，長久以來主要仍拘泥於下 列兩種方式：一、提高步進設備之精密度，加強硏發改良 使步進設備本身進行步進曝光時的精確度提昇；以及， 二、定期保養並調整參數，定期（例如數週或數月一次） 以一具有特殊圖案之「保養用光罩」置放於該步進設備 中，對一特定測試用晶圓進行曝光，以得到該步進設備進 行曝光時之疊置對準度之誤差値，再經由改變軟體之參數 設定的方式加以調整。然而，此種習用方式卻具有下列缺 失·· (1 )不符合即時控制的需求。數週或數月（有時甚 至長達半年）一次的定期保養（Periodical Maintenance，簡稱PM)並無法滿足生產線上對於「即時 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x497公釐） I 一 裝 訂 "备 - - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 419720 A7 B7 五、發明説明（f ) 監測（Real-Time Moniter)」機台實際蓮作狀況的需 求。並且，由於該用來調校步進設備對準度的「保養用光 罩」是標準化的尺寸及圖案，其實並不能確實反應出在實 際生產作業中，當使用不同尺寸之光罩、或不同尺寸（或 形狀）之步進曝光圖案時，其疊置對準度之誤差的大小、 對不同產品所可能造成的衝擊與影響其實並不相同。 (2) 無法避免「最初始層」對準度誤差對於後續層 之疊置精確度的影響。由於步進設備本身的作動誤差、或 是光罩於置入步進設備中時所難免產生之置放角度上的誤 差，當步進設備進行「最初始層」步進曝光圖案時很可能 便已發生有圖案角度旋轉的現象，此角度上的誤差不僅無 法被「即時」監測得知，且更無法避免在進行後續電路層 疊置時，其所增加之疊置對準困難度、以及可能「累加」 的偏移誤差量，此無論對於製程控制的難易度及產品良率 的提昇上均有不利之影響。 (3) 定期保養之週期常脫離現實需求。習用技術對 於步進設備進行定期保養的週期多係仰賴廠商所提供之機 台操作手冊的建議，對於不同廠商在不同環境下進行不同 製程的各項變因則無法反應。往往，過長的保養週期將導 致產品良率的降低，而過短的週期又將造成停機（Down Time)頻繁而增加生產成本。 (4) 對於相同機台間混合對準的疊置校正困難。由 於習用技術對於步進設備的對準度校正僅使用標準化尺寸 及圖案的「保養用光罩」，所以對於不同曝光尺寸的圖案 其機台間疊置之混合對準（Mix and Match)的對準度校 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格{ 公釐） -----_---.--IM------訂------線 {請先閑讀背面之注意事項再填寫本I . 經濟部中央樣準局員工消費合作杜印製 413720 A7 B7_____ 五、發明説明（J") 正則難以達成。 發明目的： 因此，本發明之主要目的，即在提出一步進設備之疊 置對準度的監測方法及使用於該方法之裝置，在進行晶圓 之第一層（最初始層）圖案曝光時即可進行即時的疊置對 準度監測，以解決前述習用技術之種種缺失。 本發明之另一目的，係在於提出一步進設備之疊置對 準度的監測方法及使用於該方法之裝置。該監測方法可融 入使用在正常產品的製程中進行「即時性」的疊置對準度 監測，隨時瞭解該步進設備的對準度狀況並可「即時」加 以調整，並據此瞭解機台運作狀況並調整定期保養之週期 至一合理且經濟之範圍。該使用於本發明之監測方法之裝 置係爲一具有獨特對準標記的光罩裝置，該光罩可融入一 般產品的曝光製程中而不需設計成標準化尺寸及圖案的 「保養用光罩」。所以本發明之光罩可依據實際製程所需 之不同曝光尺寸及圖案彈性設計，不僅使混合對準的疊置 校正成爲可能，且更可反應出不同尺寸步進曝光圖案對於 步進設備疊置對準度的需求。 爲達上述之目的，本發明之步進設備之疊置對準度的 監測方法之一較佳實施例包括有下列步驟： a.藉由該步進設備在一底材上形成一矩形的第一步進 曝光圖案，於該第一步進曝光圖案中至少設有包括有一第 一對準標記及一第二對準標記其分別位於矩形第一步進曝 光圖案兩相對應邊之中央點，因此由該第一對準標記及第 二對準標記可定義出該第一步進曝光圖案之中心線爲一第 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4规格（210Χ^7公釐） ' - i n —-H I Ml— 裝 ϋ I~·. I '線 (請先閱讀背面之注^項再填寫本f*) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 419720 A7 B7 經濟部中央標率局員工消费合作社印聚 五、發明説明（(j 一直線； b.藉由該步進設備在該底材上沿著一第二直線方向離 開該第一步進曝光圖案一預定距離（以下稱爲距離ΔΧ) 的位置處形成一第二步進曝光圖案’並因此同時定義出一 與該第二直線方向垂直之第三直線方向’該第二步進曝光 圖案與第一步進曝光圖案實質相同、也同樣具有第一對準 標記及第二對準標記’並且，該預定距離恰可使第二步進 曝光圖案之第一對準標記係疊置於第一步進曝光圖案之第 二對準標記上； C.量測第二步進曝光圖案之第一對準標記的中心點' 沿著第三直線方向投影至該第一直線方向上時，其投影距 離（以下稱爲距離ΔΥ);以及， d.以下列計算式求出一角度‘· Θ = tan-1 — ΔΖ 其中該角度Θ即爲第一直線與第二直線之間的夾角， 也就是該步進設備進行圖案疊置時的角度偏差量。 爲達上述之目的，於本發明之光罩裝置的一較佳實施 例中，該光罩裝置包括有： 一框體，其爲一矩形結構，於框體內具有一矩形之可 透光區域，步進設備可透過該框體之可透光區域而對該底 材進行曝光並因此於底材上形成該步進曝光圖案； 至少一個以上之電路佈局圖案，形成於該框體內之可 透光區域內，該電路佈局圖案之外緣與框體之內緣之間至 少留有一預定寬度之間隔區域；以及， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .装_ ,ιτ -線' 本紙張尺度適用中國固家標準（CNS ) Α4規格（2tO>?297公釐） 41$720 at B7_____ 五、發明説明（7 > 至少兩個以對準標記，係位於該可透光區域內、 且係分別位於鄰近該框體之兩相對應邊中央點之該間隔區 域內，該兩對準標記可定義出一第一直線且該第一直線係 與其所鄰近之該矩形框體之該兩相對應邊相互垂直； 當該步進設備透過光罩對底材進行曝光時，可將光罩 之可透光區域內的電路佈局圖案連同對準標記一起複製於 該底材上，並且，該至少兩個以上之對準標記所設置的位 置，恰使得當步進設備進行步進且多次曝光的方式、透過 該光罩而在該底材上之不同位置處形成多個實質相同的步 進曝光圖案時，該至少兩個以上之對準標記中至少有一個 對準標記係恰可與相鄰之步進曝光圖案的某一對準標記相 重疊。 爲了能更淸楚地描述本發明所提出之步進設備之疊置 對準度的監測方法及使用於該方法之裝置之作用原理，以 下將配合圖示詳細說明之： 圖示之簡單說明： 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖一係以三角幾何原理計算求得一矩形體之旋轉角度的實 施例示意圖。 圖二係本發明之使用於步進設備之疊置對準度的監測方法 之一光罩裝置的一較佳實施例。 圖三係圖二所示之光罩裝置藉由步進設備在一底材上步進 曝光所形成之疊置圖案示意圖。 圖四係藉由圖三所示之疊置圖案、並依據三角幾何原理來 求得光罩旋轉角度的實施例示意圖。 本紙張尺度通用中國圉家標準（CNS ) A4規格（210_;<§97公^ ) 12可透光區域 14間隔區域 1611中心標記 對準標記 172第二步進曝光圖案 419720 五、發明説明（f) 圖示中之圖號說明： 10光罩 11框體 13電路佈局圖案 15光罩定位標記 161 、 162 、 163 、 164 171第一步進曝光圖案 161a、162a、163a第一步進曝光圖案上之對準標記 161 la第一步進曝光圖案上之中心標記 162b、163b第二步進曝光圖案上之對準標記 161 lb第二步進曝光圖案上之中心標記 較佳實施例說明： 本發明之步進設備之疊置對準度的監測方法及使用於 該方法之裝置，主要是藉由在一用來進行矽晶圓 (Wafer)之第一層（最初始層）電路佈局之曝光製程的 光罩（Reticle)上的預定位置處，設計有複數個可供疊 置的對準標記，並使步進設備（Stepper)在透過該光罩 對該晶圓進行步進式（Step and Repeat)的曝光動作 時’透過光罩於晶圓上所形成之步進曝光圖案中至少有一 對準標記可與相鄰之步進曝光圖案發生疊置 (Overlay)。該相互疊置之對準標記係被設計成不同大 小，因此，藉由監測該兩疊置之對準標記的相互位置關 係、並藉由三角幾何原理的計算公式，可求出步進設備之 「步進方向」與「光罩擺置方向」之間的夾角（此即爲光 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210x297公釐） -----^---Μ--^------II------ (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 419720 五、發明説明（^) 罩偏轉的角度），進而達到監測該步進設備於進行「最初 始層」步進曝光時之疊置對準度的目的。 雖然本發明中所運用到的三角幾何原理是非常習用的 技術，然而，爲了使本說明書之閱讀者可先有一較初步之 槪念，以下將僅舉一例說明之。 首先，請參閱圖一，爲介紹如何以三角幾何原理計算 求得一矩形體之旋轉角度的實施例示意圖。如圖一所示， 爲一矩形框體由一虛線位置A’逆時針旋轉一 Θ角度至 一實線位置A，其中以矩形框體之中心點0爲原點，可 定義出矩形框體於虛線位置A’時的座標軸X’軸及Y’ 軸、以及矩形框體於實線位置A時的座標軸X軸及Y 軸。假設於X軸上之兩點L及R的座標値爲已知，則 L及R兩點之間於X軸方向上的距離爲Xm、且L及 R兩點之間於Y軸方向上的距離爲Ym。所以，藉由三 角函數之公式可知：

Ym Θ = tan ........

Xm 如此便可求得該矩形框體的旋轉角度β値（以逆時 針方向旋轉爲「正」，若爲順時針方向旋轉時該0値爲 「負」値）。 在槪略敘述如何以三角幾何原理來計算求得一矩形框 體之旋轉角度後，以下將以一較佳實施例說明本發明之實 施方式。 請參考圖二，爲本發明爲了進行步進設備之疊置對準 度的監測方法所設計出之一光罩裝置的一較佳實施例。 -----^---^---.¾衣------’訂------.^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中6國家標季（CNS)A4規格< 2丨咖297公变） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 419720 五、發明説明（卜） 基本上，本發明之光罩10裝置的結構大致相同於習用技 術，主要也是由一矩形框體11所構成。該框體11內設有一 矩形之可透光區域12，於該可透光區域12內可設計有單個 或多個預定之電路佈局圖案B，這些電路佈局圖案13即爲 步進設備（圖中未示）將進行曝光轉移至一底材（通常爲 矽晶圓，圖未示）上的步進曝光圖案。雖然，於圖二所示 之該電路佈局圖案13爲正方形、且是以二乘二共四個電路 佈局圖案13的陣列方式排列，然而，吾人應能輕易瞭解， 該電路佈局圖案13並不一定爲正方形、且其數量也不一定 是四個，可是，一般而言，該複數個電路佈局圖案13是沿 著相互垂直之X-Y軸方向整齊排列（即，以陣列方式） 的。並且，於各個陣列排列之電路佈局圖案i3之間、以及 電路佈局圖案13之外緣與光罩10之框體11內緣之間，均會 至少留有一預定寬度之間隔區域14，該間隔區域14除了可 供區分各個獨立之電路佈局圖案13的範圍之外，也將是底 材（晶圓）之積體電路製程完成後，該底材（晶圓）上之 各個獨立之積體電路佈局進行切割成一個個獨立分離之晶 片（Die，或稱爲Chip)的切割路徑。 另，於該光罩10之框體11上可設有若干個光罩定位標 記15 (Reticle Align Mark)，此光罩定位標記15主要是 光罩10於步進設備內之定位對準之用。由於該光罩定位標 記15係屬於習用技術且並非本案所訴求之重點，故在此將 不予贅述。此外，於本發明所述之該光罩10之可透光區域 12內的適當位置處，也可增設置有若干習用的疊置定位標 言己（圖中未示），以供該底材（晶圓）進行第二層以後之 本紙張尺度適用中國國家標準ίCNS >A4規格（21〇1>297公楚） ----^---；----裝------訂 Ϊ ^ (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 41S720 五、發明説明（"） 曝光時，該步進設備可藉由對該疊置定位標記之位置的辨 識，使第二層曝光可準確疊置於第一層曝光的圖案上。由 於此種疊置定位標記的技術也係爲習知且並不是本案所訴 求之重點，故以下也將不予贅述。 本發明之光罩10裝置的主要特徵，係在於該光罩10的 可透光區域12內，更增設有至少兩個以上之對準標記 16卜 162、163、164。該對準標記 161、162、163、164係 分別位於鄰近該框體11之內緣之該間隔區域14內。於本較 佳實施例中，係以光罩10之矩形框體11之中心點爲座標軸 原點所延伸出之相互垂直之X-Y軸方向上、且鄰近框體11 內緣之該間隔區域14內，分別設置有一第一對準標記 161、一第二對準標記162、一第三對準標記163、及一第 四對準標記164。其中，該第一對準標記161與第二對準標 記162可定義出一第一直線方向（即，該X軸方向），而 該第三對準標記163與第四對準標記164則定義出一第四直 線方向（即，該Y軸方向），該第一與第四直線方向即 代表著光罩10的擺置方向。 由於，當步進設備透過該光罩U)之可透光區域12對同 一底材（晶圓）進行步進且多次曝光、而在該底材上之不 同位置處形成多個實質相同的步進曝光圖案時，其各個鄰 近框體11內緣之間隔區域14將會受到兩次重複曝光。也就 是說，於該間隔區域14內的對準標記161、162、163、164 將會因重複曝光而產生「疊置」現象。例如，倘若步進設 備進行步進曝光的行進方向是沿著該第一直線方向（X軸 方向）進行時，下一個步進曝光圖案的第一對準標記161 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇^297公釐） ----|---1---^1τ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印11 B7 419720 五、發明説明（/>") 將會疊置於上一個步進曝光圖案的第二對準標記162上。 因此，當光罩10的擺置方向與步進設備的步進方向係處於 完全一致且對準的理想狀態時，該兩疊置之對準標記 161 ' 162將會完全重疊成一個。然而，倘若當光罩1〇於步 進設備內的定位發生角度偏移現象'或是步進設備的步進 方向產生偏差時，該兩疊置之對準標記161、162將不會完 全對準、而係會產生若干偏位現象。於是，我們便能藉由 偵測該疊置偏位量的大小、並依據前述三角幾何原理’來 求出該光罩10擺置或步進方向的角度偏移量。 爲了方便觀察該兩疊置之對準標記的疊置偏位量的情 況，本發明之圖二所示的較佳實施例中，特設計使各對準 標記161、162、163、164均呈正方形體結構，以方便定義 其於第一直線方向（X軸方向）與第四直線方向（Υ軸方 向）上的座標（或距離）。並且，該第一對準標記161的 尺寸可大於第二對準標記162的尺寸一適當程度，此所謂 之適當程度乃在於該光罩10擺置（或步進方向）所可能發 生偏移的合理範圍內（例如，角度偏差不大於5度以 內），能使得第二對準標記162的四週緣均仍能夠保持疊 置落於第一對準標記161的範圍內。並且，於第一對準標 記161更設有一中心標記1611以標示出第一對準標記161的 中心位置，該中心標記1611的尺寸應較第二對準標記162 爲更小。 爲了使吾人可方便觀察該兩疊置之對準標記161、162 的疊置偏位量的情況，於本較佳實施例中，可將該第一對 準標記161及第二對準標記162區域的曝光量（透光率）設 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇J^97公釐） " I i ^ H I ^ n 务 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 419720 A7 B7 五、發明説明（〇 ) 計爲正常曝光量之一半，而第一對準標記161中央位置處 設計有該面積相對較小的不曝光（不透光）之中心標記 1611區域。因此，當兩對準標記161、162相互疊置時，其 完全重疊之部份將得到預定曝光量、而第一對準標記161 中央之不曝光之中心標記1611區域將只得到正常曝光量之 一半。於是，我們將得到一疊置圖案，其外框邊緣係由第 二對準標記162之邊緣所定義（因第二對準標記162完全落 於第一對準標記161內）、而中心點卻是由第一對準標記 161之中心標記1611區域所顯示，而其兩者（第一與第二 對準標記161、162)相互疊置之偏移狀況則將可輕易藉由 此一疊置圖案中所觀察得知。至於，由於本較佳實施例中 之第三對準標記163係實質相同於第一對準標記161、而第 四對準標記164係實質相同於第二對準標記162，只是該第 三與第四對準標記163、164係位於第四直線方向（Y軸方 向）上而已，因此將不再重複說明。 於另一更佳實施例中，吾人也可採用另一種曝光手段 來使得方便觀察該兩疊置之對準標記161、162的疊置偏位 量的情況。例如，可將該第一對準標記161及第二對準標 記162區域的曝光量（透光率）設計爲零（即，不透 光），而第一對準標記161中央位置處設計有該面積相對 較小可曝光（完全透光）之中心標記1611區域以取得正常 曝光量。因此，當兩對準標記161、162相互疊置時’其完 全重疊之部份將不會得到所需之預定曝光量、而第一對準 標記161中央之可曝光之中心標記1611區域將得到完整的 正常曝光量。於是，我們也將能得到如圖三所示之相同圖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇此97公釐） -----：---^--i------IT------.# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 419720 37 五、發明説明（丨f) 案，其可供辨識對準標記161、162之疊置偏位量的實質效 果與稍早前面一段落所述之曝光手段是幾乎完全相同的。 當然，前面所述之藉由控制曝光量爲正常値之一半的 方式、或是控制曝光量爲零（不透光）或壹（完全透光） 的方式，來顯示偏移狀況的技術，僅爲本發明之實施例之 一，且本發明之各對準標記也不盡然一定是正方形結構。 事實上，任何熟習本項技藝之人士在參閱過前述之說明之 後，當可輕易思及，其前述之第一對準標記161以及與其 相對應疊置之第二對準標記162的位置或圓案，是可以互 換、對調而完全不會影響其原有之功效者。因此，大凡只 要是能夠用來顯示出兩對準標記相互疊置之偏移狀況的標 記圖案或方法者，均應屬於本發明之可實施範圍者。 請參閱圖三，係透過圖二所示之光罩10裝置、藉由步 進設備在一底材（晶圓）上步進曝光所形成之疊置圖案示 意圖。倘若，當光罩10的擺置方向與步進設備的步進方向 係處於完全一致且對準的理想狀態時，所有的中心標記區 域均應恰位於各第二對準標記的正中心位置處。然而，一 旦光罩10的擺置方向與步進設備之步進方向有角度上之偏 差時，則其步進曝光所形成之疊置圖案將會如同圖三所示 般，即，至少有一部份（可能是X軸方向上或是Y軸方向 上）的中心標記區域「並非」是落在各步進曝光圖案 171、172之第二對準標記的正中心位置處。當我們取其中 一小區域C (以虛線表示之區域）加以放大觀察時，將 可得到如圖四所示之圖形。之後，我們藉由下列步驟來進 行計算： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210^297公釐） 一 ----4---；---裝 訂 泠 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 419720 at B7 五、發明説明（f) C一）將步進設備每次步進所移動之預定距離設爲 △X，且將該步進設備進行步進（即，沿一預定方向每次 移動一預定距離後暫停進行曝光動作、然後再移動該預定 距離後再暫停進行另一次曝光動作者，稱爲「步進」）的 移動方向稱爲第二直線方向（即，圖四中所示之X軸方 向）。並且，光罩10上之第一與第二標記點161、162所定 義之「光罩擺置方向」爲第一直線方向（即，圖四所示之 X’軸方向）。 (二） 藉由同一光罩對同一底材上形成一第一步進曝 光圖案171、然後沿著第二直線方向步進移動該預定距離 △X後，再形成一第二步進曝光圖案172。其中對準標記編 號161a、162a、163a係分別爲第一步進曝光圖案171上之 第一、第二、及第三對準標記，且第一對準標記161a具有 中心標記161 la。而編號161 lb、162b、與163b則分別係表 示第二步進曝光圖案172上之第一對準標記之中心標記 1611b、第二對準標記162b、及第三對準標記163b。 (三） 將第二步進曝光圖案172之第一對準標記的中 心標記1611b、沿著一垂直於第二直線之第三直線方向 (即，平行於神由方向）投影至該第一直線方向（即’ X’軸 方向）上時，其投影距離（以下稱爲距離ΔΥ)。 C四）以下列計算式求出一角度： Θ = tan-1 — ΑΧ 其中該角度Θ即爲第一直線（X軸）與第二直線（f 軸）之間的夾角，也就是該步進設備之「步進方向」與 本紙張尺度適用中國國家標準< CNS ) Λ4規格（2!0谈297公釐） -----^---^---^------v------線， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 419720 : D / 五、發明説明（（L) 「光罩擺置方向」之間的夾角（此即爲進行圖案疊置時的 角度偏差量）。由於圖四所示之該旋轉角度係爲順時鐘方 向，故實際角度値應取爲-0。 因此，本發明藉由求得此角度偏差量0値，吾人便可 攄以調整步進設備的控制參數，令該步進設備於進行曝光 時可對該偏差量加以補償、調整，直到該0値等於〇時爲 止，則可達到在進行晶圓「最初始層」電路佈局時便精確 對準疊置圖案之目的。 値得一提得是，本發明所述之光罩10上所設置的之第 一對準標記161及第二對準標記162，係使用於對該底材 (晶圓）進行第一層曝光時的圖案疊置對準度的監測，而 並不是用來提供作爲讓步進設備辨識之用、也不是用來使 後續各層步進曝光圖案可精確對準於前一層步進曝光圖案 之用。 綜上所述，本發明之步進設備之疊置對準度的監測方 法及使用於該方法之裝置，至少可具有下列優點： 經濟部中央樣準局員工消资合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (1)符合即時控制的需求。由於本發明之對準標記 可融入於一般製程之光罩圖案中，不需設計成標準化的 「保養用光罩」。因此於所有用來進行矽晶圓之「最初始 層」電路佈局圖案（通常爲氧化層或氮化矽層）的光罩均 可設置有本發明之對準標記，而使每一片經過該光罩曝光 過的晶圓均可作爲量測（監測）步進曝光圖案之疊置對準 度的依據，操作人員可隨時（例如每日數次）或定期抽測 疊置對準度，而可輕易達到「即時監測（Real-Time Mon i t e r)」機台實際運作狀況的目的。 本紙乐尺度通用中國固家標準（CNS ) A4%格（21砂297公釐） A7 B7

41972C 五、發明説明（) (2) 可在晶圓進行「最初始層」電路佈局時便加以 精確對準。本發明之光罩上的對準標記，可使用於對晶圓 進行第一層曝光時的圖案疊置對準度的監測（例如，監測 光罩擺置角度及步進精確度），因此使吾人可根據所監測 到之疊置圖案的誤差量來調整步進設備之控制設定，使步 進設備可以在進行「最初始層」電路佈局之步進曝光時便 得到最精確的圖案疊置對準效果。並因此減少後續各電路 層疊置時之疊置對準困難度，並避免偏移誤差量的累加， 使製程的控制更爲容易、且產品良率也得以有效提昇。 (3) 可因時因地考量調整定期保養之週期。藉由本 發明可「即時監測」機台實際運作狀況的功效，吾人可依 據步進設備機台的實際運作狀態來彈性Λ調整步進設備定期 保養之週期。此外，本發明於進行步進設備之疊置對準度 的監測動作時，該步進設備並不需要停機、而係可以繼續 進行生產，因此完全不會造成生產成本的增加者。 (4) 有助於相同機台間混合對準的疊置校正。由於 本發明之光罩可適用於各種不同曝光尺寸的圖案上，不需 設計成標準化尺寸及圖案的「保養用光罩」，所以可用來 進行不同曝光尺寸的圖案其疊置之混合對準的對準度校 正。 當然，以上所述僅爲本發明之較佳實施例，其不應用 以侷限本發明之實施範圍者。例如，前述之三角函數公 式，僅爲可用來求得該角度<9値之眾多公式中的其中一 例，任何熟習三角幾何之人士，在參閱過本專利說明書內 容舞，當可輕易思及而轉用其它之三角函數公式來計算求 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2104897公釐〉 ----：---„---¾------1T------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7

41972G 五、發明説明（（J ) 得該Θ値者。因此，凡根據本發明之內容所作之部份修 改，而未違背本發明之精神時，皆應屬本發明之範圍者。 綜上所述，本發明之步進設備之疊置對準度的監測方 法及使用於該方法之裝匱，完全克服習用技術所具有的種 種缺失者。由此可知，本發明之實用性及進步性顯應具 備。此外，本發明於申請前並未曾見於任何公開場合或刊 物上，因此本案深具「實用性、新穎性及進步性」之發明 專利要件，故爰法提出發明專利之申請。祁請貴審查委 員允撥時間惠允審查並早賜與專利爲禱。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局負工消費合作社印装 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0¾¾97公廣）

Claims (1)

1. 經濟部智葱財產局員工消費合作社印製 419720 c L)o 六、申請專利範圍 1. 一種步進設備之疊置對準度的監測方法，包括有下列步 驟： a. 藉由該步進設備在一底材上形成一第一步進曝光圖 案，於該第一步進曝光圖案中至少包括有一第一對準 標記及一第二對準標記，由該兩個對準標記可定義出 —第一直線： b. 藉由該步進設備在該底材上沿著一第二直線方向離開 該第一步進曝光圖案一預定距離（以下稱爲距離△幻 的位置處形成一第二步進曝光圖案，並因此同時定義 出一與該第二直線方向垂直之第三直線方向，該第二 步進曝光圖案與第一步進曝光圖案實質相同、也同樣 具有第一對準標記及第二對準標記，並且，該預定距 離恰可使第二步進曝光圖案之第一對準標記係疊置於 第一步進曝光圖案之第二對準標記上； c. 量測第二步進曝光圖案之第一對準標記的中心點、沿 著第三直線方向投影至該第一直線方向上時，其投影 距離（以下稱爲距離ΔΥ);以及， d. 以下列計算式求出一角度： Θ = tan'1 AX 其中該角度0即爲第一直線與第二直線之間的夾角，也 就是該步進設備進行圖案疊置時的角度偏差量。 2. 如申請專利範圍第1項所述之步進設備之疊置對準度的 監測方法，其中，該第一步進曝光圖案之週緣範圍係呈 ' 20 (請先閎讀背面之注項再填寫本頁) X i 裝 1訂 ^----- β 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公董） 經濟部智慧財產局員工消贲合作杜印製 41972D 六、申請專利範圍 矩形，且第一對準標記及第二對準標記係分別位於該矩 形第一步進曝光圖案之兩相對應邊之中央點，因此由該 第一對準標記及第二對準標記所定義出之第一直線即爲 第一步進曝光圖案之中心線。 3. 如申請專利範圍第1項所述之步進設備之疊置對準度的 監測方法，其中，該第一對準標記及第二對準標記的形 狀均爲矩形，且第一對準標記與第二對準標記的大小不 同。 4. 如申請專利範圍第3項所述之步進設備之疊置對準度的 監測方法，其中，藉由設計使該第一對準標記及第二對 準標記的曝光量爲正常曝光量之一半，可使得當兩對準 標記相互疊置時，其完全重疊之部份與沒有重疊的部份 會因曝光量的不同而產生可供辨識該兩對準標記疊置對 準度的圖案。 5. 如申請專利範圍第1項所述之步進設備之疊置對準度的 監測方法，其中，該第一對準標記及第二對準標記的形 狀均爲矩形，藉由設計使該第一對準標記及第二對準標 記的曝光量爲正常曝光量之一半，且於第一對準標記的 中央位置處設計有一面積相對較小的不曝光之中心標記 區域，因此，當兩對準標記相互疊置時，其完全重疊之 部份將得到預定曝光量、而第一對準標記中央之不曝光 之中心標記區域將只得到正常曝光量之一半，因而可產 生供辨識該第一對準標記中央點相對於第二對準標記之 相對疊置位置的圖案。 6. 如申請專利範圍第1項所述之步進設備之疊置對準度的 21 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210><297公釐） 1 -I -- I I1— I 裝 η Ί n n : I *tT、1^1 i: c請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) __ -9720

   申請專利範圍 A8 BS C8 D8 (請先閲讀背面之注意^項再填寫本頁) §2測方法’其中’該第一對準標記及第二對準標記的形 狀均爲矩形’藉由設計使該第一對準標記及第二對準標 記的曝光量爲零’且於第一對準標記的中央位置處設計 有一面積相對較小的需曝光之中心標記區域，因此，當 兩對準標記相互疊置時’其完全重疊之部份將不會被曝 光、而第一對準標記中央之需曝光之中心標記區域將可 得到正常曝光量，因而可產生供辨識該第一對準標記中 央點相對於第二對準標記之相對疊置位置的圖案。 7. 如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項所述之步進設備 之疊置對準度的監測方法，其中，於該第一步進曝光圖 案中更包括有一第三對準標記及一第四對準標記，由該 兩個對準標記可定義出一第四直線，且該第四直線與第 一直線爲垂直。 8. 如申請專利範圍第7項所述之步進設備之疊置對準度的 監測方法，其中’該第三對準標記的圓案實質相同於第 一對準標記、且該第四對準標記的圖案實質相同於第二 對準標記。 ¾濟部智慧財產局具工消費合作杜印製 9. 如申請專利範圍第1項所述之步進設備之疊置對準度的 監測方法，其中，該第一步進曝光圖案之第一對準標記 及第二對準標記，係使用於對該底材進行第一層曝光時 的圖案疊置對準度的監測，因此該第一步進曝光圖案之 第一對準標記及第二對準標記並不提供作爲讓步進設備 辨識之用。 10. 如申請專利範圍第9項所述之步進設備之疊置對準度的 監測方法，其中，該第一步進曝光圖案係藉由該步進 -22- 本紙張尺度適用中&家標準(CNS ) A4規格（2HJX297公釐） 經濟部智慧財產局員工消黄合作社印製 419720 Bd D8 六、申請專利範圍 設備透過一光罩對該底材進行曝光所形成，且於該光 罩上更另設有至少一個以上之光罩定位標記，以供光 罩於步進設備內之定位對準之用。 11 ·如申請專利範圍第1項所述之步進設備之疊置對準度的 監測方法，其中，該底材係爲一矽晶圓。 12.—種步進設備之疊置對準度的監測方法，係使用於該 步進設備藉由一光罩對一底材進行第一層曝光以形成 複數個步進曝光圖案時，該光罩於底材上所形成之步 進曝光圖案的疊置對準度監測，於光罩上另設有至少 一個以上之光罩定位標記，以供該底材進行第二層以 後之曝光時，該步進設備可藉由該光罩定位標記的辨 識，使第二層曝光的步進曝光圖案可準確疊置於第一 層曝光的步進曝光圖案上，該步進設備進行第一層曝 光之疊置對準度的監測方法包括有下列步驟： 於用來進行第一層曝光之光罩上設有至少包括有—第 一對準標記及一第二對準標記’由該兩個對準標記 之中心點可定義出一第一直線； 藉由該步進設備在該底材上藉由該光罩進行曝光以形 成一第一步進曝光圖案； 在該底材上沿著一第二直線方向離開該第一步準曝光 圖案之一預定距離的位置處、以同一光罩進行第二 娜光以臟H讓細案’ _定距離的 長度恰可使第二步麵光圖案之第一對準標記係疊 置於第一步進曝光圖案之第二對準標記上； 經由該第二步進曝光圖案之第一&胃+ 本纸浪尺度遑用+ 家標準（CNS ) A4規^(210^297公;ίΤ ----C袭------ITu (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 8 8 8 8 ABCD 419720 六、申請專利範圍 步進曝光圖案之第二對準標記上時、其兩者之間疊 置位置的相對偏移量，可藉由三角幾何關係而求得 該第一直線方向與第二直線方向之間的夾角，該夾 角的大小即對應於步進設備進行曝光時之疊置對準 度；並且， 藉由調整步進設備使該夾角維持在一預定範圍之內、 可達到使步進設備進行曝光之疊置對準度被控制在 一可容許範圍內之目的。 13. 如申請專利範圍第12項所述之步進設備之疊置對準度 的監測方法，其中，該用來計算求得該第一直線方向 與第二直線方向之間夾角的三角幾何關係，係藉由下 列步驟： 將前述該底材上沿著一第二直線方向離開該第一步進曝光 圖案之一預定距離的位置處、以同一光罩進行第二次曝 光以形成一第二步進曝光圖案的步驟中，其中該預定距 離定爲AX; 將第二步進曝光圖案之第一對準標記的中心點、沿著一垂 直於第二直線之第三直線方向投影至該第一直線方向上 時，其投影距離（以下稱爲距離AY):以及， 以下列計算式求出一角度： 其中該角度Θ即爲第一直線與第二直線之間的夾角，也就 是該步進設備進行圖案疊置時的角度偏差量。 14. 如申請專利範圍第12項所述之步進設備之疊置對準度 ------：i— (請先閲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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210髮公釐） A8 B8 C8 D8 413720 六、申請專利範園 的監測方法，其中，該第一步進曝光圖案之週緣範圍 係呈矩形，且第一對準標記及第二對準標記係分別位 於該矩形第一步進曝光圖案之兩相對應邊之中央，因 此由該第一對準標記及第二對準標所定義出之第一直 線即爲第一步進曝光圖案之中心線。 15.如申請專利範圍第12項所述之步進設備之疊置對準度 的監測方法，其中，該第一對準標記及第二對準標記 的形狀均爲矩形，且第一對準標記與第二對準標記的 大小不同。 16 如申請專利範圍第12項所述之步進設備之疊置對準度 的監測方法，其中，該第一對準標記及第二對準標記 的形狀均爲矩形，藉由設計使該第一對準標記及第二 對準標記的曝光量爲正常曝光量之一半，且於第一對 準標記的中央位置處設計有一面積相對較小的不曝光 之中心標記區域，因此，當兩對準標記相互疊置時， 其完全重疊之部份將得到預定曝光量、而第一對準標 記中央之不曝光之中心標記區域將只得到正常曝光量 之一半，因而可產生供辨識該第一對準標記中央相對 於第二對準標記之相對疊置位置的圖案。 17 ·如申請專利範圍第12項所述之步進設備之疊置對準度 的監測方法，其中，該第一對準標記及第二對準標記 的形狀均爲矩形，藉由設計使該第一對準標記及第二 對準標記的曝光量爲零，且於第一對準標記的中央位 置處設計有一面積相對較小的需曝光之中心標記區 域’因此，當兩對準標記相互疊置時，其完全重疊之 本紙張尺度適用中國國家樣準{ 0阽）八4規格（210>697公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本貢) •聋· -·* 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 ^19720 穴、申請專利範圍 部份將不會被曝光、而第一對準標記中央之需曝光之 中心標記區域將可得到正常曝光量，因而可產生供辨 識該第一對準標記中央點相對於第二對準標記之相對 疊置位置的圖案。 如申請專利範圍第12、13、14、15、16或17項所述之 步進設備之疊置對準度的監測方法，其中，於該第一 步進曝光圖案中更包括有一第三對準標記及一第四對 準標記，由該兩個對準標記可定義出一第四直線，且 該第四直線與第一直線爲垂直。 19 ·如申請專利範圍第18項所述之步進設備之疊置對準度 的監測方法，其中，該第三對準標記的圖案實質相同 於第一對準標記、且該第四對準標記的圖案實質相同 於第二對準標記。 20. 如申請專利範圍第12項所述之步進設備之疊置對準度 的監測方法，其中，該底材係爲一矽晶圓。 21. —種用來監測步進設備之疊置對準度所使用之光罩裝 置，該步進設備係藉由對同一底材進行步進且多次曝 光的方式、透過該光罩而在該底材上之不同位置處形 成多個實質相同的步進曝光圖案，該光罩裝置包括 有·· 一框體，其爲一矩形結構，於框體內具有一矩形之可 透光區域，步進設備可透過該框體之可透光區域而 對該底材進行曝光並因此於底材上形成該步進曝光 圖案； 至少一個以上之電路佈局圖案,形成於該框體內之可 本紙張尺度適用中國國家楯準（CNS )八4規格（210/¾7公釐） n I - - ~ m In - I 一OJ i碕先閱讀背面之注意事項再填寫本頁；Ϊ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 41972Q ?8g D8 六、申請專利範圍 透光區域內，該電路佈局圖案之外緣與框體之內緣 之間至少留有一預定寬度之間隔區域；以及， 至少兩個以上之對準標記’係位於該可透光區域內、 且係分別位於鄰近該框體之兩相對應邊之該間隔區 域內，該兩對準標記可定義出一第一直線且該第一 直線係與其所鄰近之該矩形框體之該兩相對應邊相 互垂直； 當該步進設備透過光罩對底材進行曝光時’可將光罩 之可透光區域內的電路佈局圖案連同對準標記一起 複製於該底材上，並且，該至少兩個以上之對準標 記所設置的位置，恰使得當步進設備進行步進且多 次曝光的方式、透過該光罩而在該底材上之不同位 置處形成多個實質相同的步進曝光圖案時’該至少 兩個以上之對準標記中至少有一個對準標記係恰可 與相鄰之步進曝光圖案的某一對準標記相重疊。 22. 如申請專利範圍第21項所述之用來監測步進設備之疊 置對準度所使用之光罩裝置，其中，該步進設備進行 步進（即，沿一預定方向每次移動一預定距離後暫停 進行曝光動作、然後再移動該預定距離後再暫停進行 另一次曝光動作者，稱爲「步進」）的移動方向係爲 一第二直線方向，藉由相鄰之兩對準標記之間相互疊 置位置的相對偏移量，可藉由三角幾何關係而求得該 第一直線方向與第二直線方向之間的夾角，該夾角的 大小即對應於步進設備進行曝光時之疊置對準度。 23. 如申請專利範圍第22項所述之用來監測步進設備之疊 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS)格（公釐） ----ί---；__ -^------訂------0 (請先閣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 AS4I9720 419720 a 六、申請專利範圍 置對準度所使用之光罩裝置，其中，該用來計算求得 該第一直線方向與第二直線方向之間夾角的三角幾何 關係，係藉由下列步驟求得‘· 將步進設備透過該光罩而於底材上進行曝光以形成一 第一步進曝光圖案，於該第一步進曝光圖案中包括 有至少一第一對準標記及一第二對準標記； 將步進設備沿著該第二直線方向步進一預定距離爲△ X的位置處進行第二次曝光以形成一第二步進曝光 圖案，該第二步進曝光圖案中也同樣具有第一對準 標記及第二對準標記，且第二步進曝光圖案之第一 對準標記係恰疊置於第一步進曝光圖案之第二對準 標記上； 將第二步進曝光圖案之第一對準標記的中心點、沿著 一垂直於第二直線之第三直線方向投影至該第一直 線方向上，並取其投影距離爲ΔΥ ;以及’ 以下列計算式求出一角度： -------ITL---裝------訂------球 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   其中該角度β即爲第一直線與第二直線之間的夾角’ 也就是該步進設備進行步進曝光圖案疊置時的角度 偏差量。 24.如申請專利範圍第23項所述之用來監測步進設備之疊 置對準度所使用之光罩裝置’其中，該第一對準標記 及第二對準標記的形狀均爲矩形，藉由設計使該第一 對準標記及第二對準標記的曝光量爲正常曝光量之一 本紙張尺度適用中國國家標準{ CNS ) A4C格（210X2:讲公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 419720 Αΰ1 C8 D8 六、申請專利範圍 半，且於第一對準標記的中央位置處設計有一面積相 對較小的不曝光之中心標記區域，因此，當兩對準標 記相互疊置時，其完全重疊之部份將得到預定曝光 量、而第一對準標記中央之不曝光之中心標記區域將 只得到正常曝光量之一半，因而可產生供辨識該第一 對準標記中央相對於第二對準標記之相對疊置位置的 圖案β 25. 如申請專利範圍第23項所述之用來監測步進設備之疊 置對準度所使用之光罩裝置，其中，該第一對準標記 及第二對準標記的形狀均爲矩形，藉由設計使該第一 對準標記及第二對準標記的曝光量爲零，且於第一對 準標記的中央位置處設計有一面積相對較小的需曝光 之中心標記區域，因此，當兩對準標記相互疊置時， 其完全重疊之部份將不會被曝光、而第一對準標記中 央之需曝光之中心標記區域將可得到正常曝光量，因 而可產生供辨識該第一對準標記中央點相對於第二對 準標記之相對疊置位置的圖案。 26. 如申請專利範圍第21、22、23、24或25項所述之用來 監測步進設備之疊置對準度所使用之光罩裝置，其 中，於該第一步進曝光圖案中更包括有一第三對準標 記及一第四對準標記，由該兩個對準標記可定義出一 第四直線，且該第四直線與第一直線爲垂直。 27 ·如申請專利範圍第26項所述之步進設備之用來監測步 進設備之疊置對準度所使用之光罩裝置，其中，該第 三對準標記的圖案實質相同於第一對準標記、且該第 本紙張尺度適用中國國灰操準（CNS ) Α4規格（2丨0X^7公釐) ----.—--—裝------訂-----線 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁} 419720 ㈤ C8 D8 六、申請專利範圍 四對準標記的圖案實質相同於第二對準標記。 28.如申請專利範圍第22項所述之用來監測步進設備之疊 置對準度所使用之光罩裝置，其中，該底材係爲一砂 晶圓。 (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 本紙張尺度適用中國國家棵準（CNS ) A4規格（210X2^公釐）