CN1482663A - 在晶圆上监控重叠对准的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在晶圆上监控重叠对准的方法，此方法包括下列步骤：辨识目标机器；辨识目标程序；辨识复数个关键层；从晶圆上至少一指定定位图案中，获得复数个重叠数据当成基准数据；提供复数个参考重叠数据；将复数个参考重叠数据与基准数据建立关联，以获得重叠误差；将重叠误差与目标机器的规格互相比较；当重叠误差在目标机器的规格容许范围内时，接受基准数据，并且以基准数据监控重叠对准。
Description
技术领域
本发明是有关于一种半导体制造程序，且较特别的是有关于一种在微影(photolithographic)步骤期间，监控重叠对准(overlay alignment)精确度的方法。
背景技术
在半导体制造程序中，可以在一个硅晶圆上制造复数个集成电路，且具有不同图案电路布局的若干个半导体材料层会在预定位置上一层覆盖另一层。在制造程序的各个不同阶段中，使用一种称为步进机(stepper)的机器，以紫外线通过光罩(mask)或光栅(reticle)照射至光阻(photoresist)上而使其曝光，并将电路布局图案转移到光阻层上。电路布局图案是利用步进及反复的方式经由光栅而转移到光阻上。光栅一次会移动一个预定的距离，而使图案曝光至光阻中并显影出来。光栅会持续地移动以在晶圆上形成所有的集成电路。
重叠(overlay)精确度会大大地影响集成电路的关键尺寸、特性、性能以及晶圆(wafer)的生产合格率(production yield)。因此在半导体制造程序中，已经使用若干种重叠对准技术，例如是单机重叠(singlemachine overlay)、配对机器重叠(matched machine overlay)和工艺感应重叠(process-induced overlay)。除了工艺感应重叠之外，单机重叠和配对机器重叠都是结合一种主要利用定位图案(registration patterns)来决定重叠精确度的“图案对准”(pattem alignment)技术。定位图案一般都是具有不同大小的正方形。一般而言，在光栅上会设置有复数个定位图案。标记(mark)也会在微影步骤中随着电路布局而一起转移到一个指定层上。在后续层(subsequent layer)的光栅图案的微影工艺期间，步进机会定位或重组前层的标记，并且将上层的标记对准下层。
定位图案也可以架构成“框中框”(box-in-box)或“带中带”(bar-in-bar)的目标类型，在其中可以使用一种度量工具(metrology tool)决定第一层到第二层(first-to-second layer)重叠的位置。另外，也可以得到第一层到第二层重叠的重叠数据或系统参数。重叠数据包括第一层和第二层之间的平移(translation)(也就是X方向和/或Y方向的移动)、转动和缩放比例(scaling或magnification)。重叠数据是用于确定重叠精确度，所以又被称为晶圆对准数据。重叠数据测量值和基准(baseline)或理想重叠参数之间的偏差(deviations)称为重叠误差。
为了确保重叠对准的精确度，步进机制造商提供各种方法来评估其微影曝光工具。举例来说，美国内华达州的ASM国际公司提供一种“机器配对测试”供其出售的部分步进机使用。在机器配对测试中，先提供一个包括已蚀刻的第一层标记的控制晶圆，并在控制晶圆上形成第二层光阻。在第二层光阻以紫外线曝光并经过显影之后，在相同的步进机中，对控制晶圆执行第一层和第二层之间的测量。第一层和第二层之间的重叠系统参数就会被测量出来，并且当成数据模型使用。这个测量程序会在控制晶圆上，大约以每201个标记为单位重复执行。整个处理程序通常需要大约30到90分钟完成，而且在这段期间内，步进机必须从半导体生产制造程序中离线(off-line)。另外，因为用来做测试的机器本身也被用来制造晶圆，所以测试的相对精确度并不确定。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速有效并且精确的方法来评估重叠对准。
有鉴于此，本发明提供一种在晶圆上监控重叠对准的方法，该方法包括下列步骤：辨识目标机器；辨识目标程序；辨识复数个关键层(critical layers)；从晶圆上至少一指定定位图案中，获得复数个重叠数据当成基准数据；提供复数个参考重叠数据；将复数个参考重叠数据与基准数据建立关联，以获得重叠误差；将重叠误差与目标机器的规格互相比较；当重叠误差在目标机器的规格容许范围内时，接受基准数据，并且以基准数据执行监控重叠对准。
本发明另外提供一种在晶圆上监控重叠对准的方法，该方法包括下列步骤：辨识目标机器；辨识目标程序；辨识复数个关键层；从晶圆上复数个指定定位图案中，获得复数个重叠数据当成基准数据；将复数个参考重叠数据与基准数据建立关联，以获得重叠误差；当重叠误差在目标机器规格容许范围内时，接受基准数据，并且以基准数据执行监控重叠对准。
在此要声明的是上述的基本说明和以下的详细说明，都只是用来说明本发明的范例，本发明并不以此为限。
附图说明
图1为本发明方法的实施例的流程图。
10、12、14、16、1 8、20、22、24、26：步骤
具体实施方式
以下将搭配所附图式，详细说明本发明的较佳实施例。如果可能的话，当在图式中参考相同或是类似组件时，将尽量使用相同的参考号码。
本发明提供一种监控系统，可以改进和取代公知的方法(例如机器配对测试)，并用来监控重叠对准。本发明的监控系统只需要使用五个定位图案，就可以监控重叠对准。因为只需要使用少数定位图案来测量重叠数据，所以可以大量减少步进机的停工时间(down-time)。另外，本发明的监控系统也会改进公知的对准监控方法的精确度和可靠度，这是因为用来监控重叠对准的重叠数据并不需要来自相同的步进机。
图1为本发明监控系统实施例的流程图。请参照图1，在步骤10中首先辨识目标机器。目标机器可以是选自制造程序中用来执行相同功能的多个步进机的其中一个。目标机器较佳是选自所有步进机中最精确的一个。步进机的精确度可以用具有最佳合格率或是最严谨的工厂规格来定义。从目标机器所收集的数据作为本发明的方法的基准重叠数据。
在步骤12中会辨识目标程序。目标程序可以是选自半导体制造厂中所有可用的制造程序。目标程序可以是选自具有最严谨产品规格的产品线之程序，在大部分的情况下，可以选自最小关键尺寸的最先进程序。
在步骤12辨识目标程序之后，在步骤14中会辨识关键层，以获得本发明监控系统的重叠数据。关键层可以选自关键尺寸中，具有最大影响或是最难做重叠对准的一层。举例来说，关键层可以选自浅沟渠隔离结构(shallow trench isolations)、场氧化层隔离结构(field oxideisolations)、或金属和内连线(metal and interconnect)、多晶硅层(polysilicon)所成形(formation)的复数层中。在辨识关键层之后，在步骤16中所获得重叠数据可以当成本发明所用方法的基准重叠数据。为了获得重叠数据，在步骤14所辨识的关键层之上再加上第一层光阻。在第一层光阻经过紫外线曝光、显影和蚀刻之后，接下来会执行一个第二微影程序。并且测量第一关键层上的第一定位图案，与第二关键层上的第二定位图案之间的重叠数据。这些重叠数据被指定为“重叠数据A”。在步骤18中，会重复执行所有指定定位图案的测量程序。定位图案较佳是选自晶圆上不同的位置。本实施例指定五个定位图案，其中一个在晶圆的中心，另外四个则在晶圆的四个角落互相保持相等距离的位置。
请再参考步骤10，利用目标机器制造商所提供的公知的监控重叠对准方法，例如是机器匹配测试之类的方法，在步骤20中执行以获得重叠数据。这些数据被指定为“重叠数据B”。在机器匹配测试的实例中，先提供一个包括已蚀刻定位图案的控制晶圆。然后，在控制晶圆上形成第一层光阻。在第一层光阻的以紫外线、显影和蚀刻之后，接下来会在同一个步进机中执行第二微影程序。并且测量第一定位图案与第二定位图案之间的重叠数据。并在控制晶圆的所有定位图案上重复执行测量程序。
在步骤22中，将重叠数据B与重叠数据A建立关联。这两组数据之间的关联性代表本发明监控系统的重叠误差或基本偏差(basicoffset)。在步骤24中，将重叠误差与目标机器的规格互相比较，以确认重叠误差。如果重叠误差是在规格容许范围之内，则重叠数据A可当成本发明所用方法的基准数据。在步骤26中，可以用本发明的监控系统来监控重叠对准，而不需要参考、获得或关联到由步进机制造商所提供的例如是机器匹配测试方法的公知重叠对准监控方法。
然而，如果在步骤24中所确认的重叠误差是在目标机器规格的容许范围之外，就会重复执行步骤16、18、22和24，直到重叠误差落在规格之内为止。因此所得到的对应重叠数据A，可以被用来当成本发明所用监控重叠对准方法的基准数据。
Claims (18)
1.一种在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，该方法包括：
辨识一目标机器；
辨识一目标程序；
辨识复数个关键层；
从一晶圆上至少一指定定位图案中，获得复数个重叠数据当成一基准数据；
提供复数个参考重叠数据；
将该些参考重叠数据与该基准数据建立关联，以获得一重叠误差；
将该重叠误差与该目标机器的复数个规格互相比较；
当该重叠误差在该些规格容许范围内时，接受该基准数据；以及
以该基准数据执行监控重叠对准。
2.如权利要求1所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，该方法更包括：
当该重叠误差超过该些规格容许范围时，拒绝使用该基准数据；
重复执行从该晶圆上至少一指定定位图案中，获得该些重叠数据的该步骤，以获得一组不同的基准数据；
将该组不同的基准数据与该参考重叠数据建立关联，以获得一不同的重叠误差；以及
将该不同的重叠误差与该目标机器的该些规格互相比较。
3.如权利要求1所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，该目标机器是从复数个机器中挑选出来的一具有最佳合格率的机器。
4.如权利要求1所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，该目标程序是从复数个具有最小关键尺寸的程序中挑选出来。
5.如权利要求1所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，该些关键层包括浅沟渠隔离结构所成形的复数层。
6.如权利要求1所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，该些关键层包括场氧化层隔离结构所成形的复数层。
7.如权利要求1所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，该些关键层包括金属和内连线所成形的复数层。
8.如权利要求1所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，该些关键层包括一多晶硅层。
9.如权利要求1所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，获得该些重叠数据的该步骤包括：
提供一第一层光阻，放置在该些关键层的一第一层上；
在该第一层光阻上执行一第一微影处理；
在该些关键层的一第二层上执行一第二微影处理；以及
获得该些重叠数据。
10.如权利要求1所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，更加包括从当成该基准数据的所有指定定位图案中，获得该些重叠数据。
11.如权利要求1所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，至少有五个指定定位图案。
12.如权利要求10所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，一指定定位图案放置在该晶圆的一中心位置，而其它指定定位图案则放置在该晶圆的四角落，互相保持相等距离的位置。
13.如权利要求1所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，提供该些参考图重叠数据包括：
提供一包括第一层已蚀刻定位图案的一控制晶圆；
执行一第二微影程序；
获得该第一微影程序和该第二微影程序之间的该参考重叠数据；以及
重复执行获得该控制晶圆所提供的所有定位图案的该参考重叠数据的该步骤。
14.一种在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，该方法包括：
辨识一目标机器；
辨识一目标程序；
辨识复数个关键层；
从该晶圆上复数个指定定位图案中，获得复数个重叠数据当成一基准数据；
将复数个参考重叠数据与该基准数据建立关联，以获得一重叠误差；
当该重叠误差在该目标机器的该些规格容许范围内时，接受该基准数据；以及
以该基准数据执行监控重叠对准。
15.如权利要求14所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，更加包括：
当该重叠误差超过该些规格容许范围时，拒绝使用该基准数据；以及
重复执行从该晶圆上该些指定定位图案中，获得该些重叠数据的该步骤，以获得一组不同的基准数据，直到获得落在该目标机器的该些规格容许范围之内的一不同的重叠数据为止。
16.如权利要求14所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，该目标机器是从复数个机器中挑选出来的一具有最佳合格率的机器。
17.如权利要求14所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，该目标程序是从复数个具有最小关键尺寸的程序中挑选出来。
18.如权利要求14所述的在晶圆上监控重叠对准的方法，其特征是，一指定定位图案放置在该晶圆的一中心位置，而其它四个指定定位图案则放置在该晶圆的四角落，与该中心保持相等距离的位置。
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