TWI258061B - Device and method for testing an exposure apparatus - Google Patents

Description

1258061 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 、本發明係關於-種用於半導體製造之檢測裝置及檢測方 法’特別疋-種用於-曝光機台之檢測裝置及檢測方法。 【先前技術】 、積體電路-般疋由許多形成在—半導體基板上的主動或 被動元件以及夕層堆τ在基板上方之介電層與金屬内連線 Cmetal interconnection)所構成。不同層的金屬内連線係由 金屬插l(plug)所電連接’以形成特定的電路功能。在積體電 路製私中’光學微影技術或所謂的黃光製程是—種用來將光罩 上的電路圖案轉移至光阻層，以於半導體晶片上定義出圖案的 精密圖案轉移技術。這些光阻圖案一般是用來作為後續製程中 的#刻遮罩（etching mask)或者是佈植遮罩（i〇n implant mask) 〇 此外’知描式步進曝光機台（step_and-scan exposure apparatus)係為目前黃光製程常用的曝光機台之一，而掃描式 步進曝光機台係包含有一光源，用來產生曝光光線，一光罩平 台（mask stage)，用來放置以及移動一具有一特定圖案之光 罩，一基板平台（wafer stage)，用來放置以及移動一半導體 晶片，以及一表面輪靡镇測系統（surface topography detection system)，用來偵測半導體晶片表面之高低起伏， 其中表面輪廓偵測系統又可稱作晶片高度/傾斜偵測系統。 並且，在進行一曝光步驟於基板平台上之半導體晶片之 1258061 前，表面輪廓偵測系統會先偵測半導體晶片表面之高低起伏， 隨後基板平台便依據表面輪廓偵測系統所測得之半導體晶片 的表面資料，以調整半導體晶片之高度或傾斜角度，也就是 說，基板平台會根據表面輪廓偵測系統所測得之表面資料，來 調整半導體晶片之表面位置，以使半導體晶片之表面位於掃描 式步進曝光機台之焦點平面（focal plane)上。接著，掃描式 步進曝光機台内之光源會產生曝光光線，例如i-line、KrF雷 射或ArF雷射，並且當曝光光線依序通過光罩以及投射鏡組 (pro jection lens)而投射於半導體晶片上的光阻層時，光罩 上的圖案即被轉移至半導體晶片的預定部份面積上（此又稱為 一個shot)。接著基板平台與光罩平台分別朝不同方向移動， 快速到達下一定位以進行上述相同之曝光步驟，漸進地將光罩 上的圖案轉移至全部的半導體晶片上。 由上可知，為了使光罩上的圖案可以精準地移轉到基板 上，基板之表面必須準確地位於焦點平面上，因此表面輪廓偵 測系統之偵測精準度以及基板平台之驅動精準度便顯得很重 要。然而，目前市面上之掃描式步進曝光機台的型號眾多，製 程工程師或設備工程師在挑選曝光機台的過程中，如何有效率 地驗證各種曝光機台之表面輪廓偵測系統之偵測精準度以及 基板平台之驅動精準度，以迅速找到符合製程需要之曝光機 台，便是一項重要之課題。 【發明内容】 因此，本發明的目的之一是提供一種用於一曝光機台之檢 測裝置，用來測試曝光機台之性能。 此外，本發明的另一目的是提供一種用於一曝光機台之檢 11 1258061 測方法，用以利用上述之檢測裝置來測試曝光機台之性能。 依據本發明之目的’本發明的較佳實施例係提供一種用於 一曝光機台之檢測裝置，其中，檢測裝置係包含有_基板與複 數個圖案層’其中’各圖案層的大小係配合生產製程中的曝光 區域大小相配合而設置於基板表面，且各圖案層係具有至少兩 種不同之高度。 依據本發明之目的，本發明的另一實施例係提供一種用於 一曝光機台之檢測方法，首先提供一檢測裝置及其對應之一第 一表面資料，並且檢測裝置至少包含有一具有複數個曝光區域 之基板，以及複數個設置於各曝光區域表面之圖案層，並且各 圖案層係具有至少兩種不同之高度，隨後利用曝光機台來進行 一曝光程序於檢測裝置上，並於曝光程序中獲得一第二表面資 料，利用第一表面資料與第二表面資料的比對，可進行機台驅 動與計算的分析。 ° 依據本發明之目的，本發明的另一實施例係提供一種用於 一曝光機台之檢測方法，首先提供一檢測裝置，其包含有一具 有複數個曝光區域之基板，以及複數個設置於各曝光區域表面 之圖案層，並且各圖案層係具有至少兩種不同之高度，隨後形 成一光阻層於檢測裝置之表面，接著利用曝光機台進行一曝光 私序於光阻層上，之後進行一顯影製程於曝光後之光阻層上， 以形成至少一光阻圖案於各圖案層之表面，最後並搭配原有檢 測裝置的尺寸資料來檢查分析各光阻圖案。 由於本發明之檢·置的表面資料係為已知的數據，因此本發明 係可利用檢測裝置來檢驗-曝光機台，以讓製缸程師或設備工程師 迅速而有效地確認曝光機台的操作過程及性能。 12 1258061 【實施方式】 請參考圖一與圖二，圖一係為本發明較佳實施例之檢測裝置的上 視圖’圖一係為圖一所示之檢測裝置延切線2-2’之剖面示意圖。如圖 一所示，一檢測裝置10包含有一基板12，並且基板12之表面係具有 複數個圖案層14a〜14p，而每一個圖案層的上表面積係與曝光區域 (shot region)12a尺寸大小相配合。此曝光區域乃是指生產製程 中，一曝光機台之光源每一次投射在基板12的區域範圍。此外，如圖 一所示，檢測裝置10更可包含數個設置於基板12表面的對準標記 (alignment mark)15a。其中，各圖案層14a〜14p係具有至少兩種不同 之高度，例如··如圖二所示，圖案層14a、14b、14c與I4d便分別具 有不同之高度。由於本發明之檢測裝置10係用於檢測曝光機台的驅動 及計异此力，因此必須注意的是，圖二僅是本發明之各圖案層的高度 分布之一實施例，唯本發明之各圖案層的高度分布並不侷限於圖二， 可視各機台不同而加以改變。或者更例如在本發明另—實施例中，同 -行的随層皆具有同樣的高度，而不畴的圖案層則變化其高度， 亦即圖-所示之®案層14a〜I4d係可均具有_第_高度，圖案層 14e〜14h均具有-第二高度，圖案層14卜141均具有一第三高度，而圖 案層14m〜14p則均具有-第四高度，並且第—高度、第二高度、第三 高度以及第四高度均不相同。 此外，本發明係先利用一測量儀器，例如：概圓儀，測量檢測裝 置10之各個圖案層14a~14p的相對高度，例如：圖二所示之hi、h2、 與fe等，而各侧案層l4a〜14p的相對高度係組成一第一表面資料， 隨後並將第-表面資料儲存於—資料庫内。在本發明之較佳實施例 中，基板係為-半導體基板，例如：石夕晶圓，此外，基板12亦可 以是-絕緣基板，例如玻璃基板或石英基板。另—方面，各圖案芦 H4P係可由二氧切、氮化料金屬等材料所構成，並且各圖案^ 13 1258061 14a〜14p纟經由雜沉積、黃光與侧等製程而製作完成，而各個圖案 層14a〜14p的較佳相對高度大約介於〇· 〇5微米（να與〇· 5微米之間。 曝光介紹,4利用本發日㈣㈣裝置1G來檢測-掃描式步進 程圖。佳貫施例:圖二係為本發明第—實施例之檢測方法的流 驟：π彡考@-、圖三及圖三，本發明之制方法係包含有下列步 歩綠20 ··開始； 夕驟22 ·提供一/檢測裝置1〇及其相對應之一第一表面資料。例 如，此第一表面資料可以是各個圖案層14a〜14p的實際 相對高度； 步驟24:將檢測裝置1()載入—掃描式步進曝光機台之内。其中， I進灯-晶片對準步驟(wafer aHgn_t々⑻，以使 掃描式步進曝光機台利用對準標記15a來對準檢測裝置 10 ; 频26 ·進行一曝光程序。曝光程序一般包含有下列步驟： 步驟260:利削倾式步進曝光機台之表面輪廊偵測系 ，，來掃描檢測裝置10之表面以測得檢測 衣置10之一第二表面資料。例如，此第二 表面貢料可以是表面輪廓偵測系統所測得 之各個圖案層14的相對高度； 乂驟262 用掃描式步進曝光機台之基板平台，將檢 測散置10移動至第二表面資料所對應之基 板位置； 步驟28 : 步驟3〇 : 步‘ 264 ·進仃-曝光步驟，利用掃描式步進曝光機台 之光源來照射檢測裝置1〇 ; 比對第-表面資料與第二表面資料；以及 結束。 14 1258061 +其中，若將檢測裝置送入機台並可順利做完曝光程序，在步驟28 比對第表面資料與第一表面資料時，若第二表面資料所紀錄之數據 不同=第-表面資料時，即表示表面輪廓_系統之計算有誤，反之， 如果第了表面資料所紀錄之數據與第一表面資料相同，即表示表面輪 廉摘測系統之計#正確無誤。另―方面，如果在步驟26之曝光程序的 進行過程巾，掃描式步轉細纟魅—異常訊息(例如，錢(⑽h)) 時丄此時即可進行步驟28，比對第—表面資料與第二表面資料。並且 當第二表面資料所紀錄之數據不同於第_表面資料時，即表示表面輪 廓债=系統之計算有誤，反之如果第二表面資料所紀錄之數據與第一 表面貝料相同卻出現異常訊息，即表示基板平台之轉可能有誤。 =得注意岐，由於本發明係已其它測量儀器測得各圖案層 相對局度，因此將掃描式步進曝光機台之表面輪廓偵測系統 數值與各圖案層14的實際相對高度作比較，便可得知掃描式步 進4機台，表面輪廓摘測系統測得的數據是否準確，如此一來，製 ^ =或4備工耘師便可迅速而有效地比較各種曝光機台的運算能 進曝Ha由^檢測裝置1G具有不同高度之圖案層14，而且掃描式步 並把板平台必須依據檢測裝置10表面的高低起伏，來驅動 所之位置’所以檢測裝置1G係可用來檢錄板平台 大角度與高度，進—步地讓製程卫程師或設備工程師迅 逑而有效地比較各種曝光機台的驅動能力。 -光本發明第三實施例之檢測方法的示意圖，®五係為具有 之檢測裝置的剖面示意圖，而圖六係為具有複數個光阻圖案 檢測方法係包同時參考圖四、圖五及圖六，本發明之 步驟40 :開始； 之表右f供—檢測裝置10，並形成一光阻層16於檢測裝置10 /、、>阻層16之檢測裝置10之剖面結構則如圖五所示； 15 1258061 步驟44 ··將檢測裝置〗〇载入— 行-曝光程序。其中，載人掃描式"光機台之内，並進 之對準標記15a進行-晶片對準步驟可利用圖一所示 圖三之實施例所示，包含步驟26G、’’ ，曝光程序—般也如前述 步驟46 :如圖六所示，進行_^制、步驟264 ’· 18於檢測裝置1〇表面； 〜以备’ _成複數個光阻圖案 :驟48 :彻—檢測翻分析光阻圖案18 ;以及 步驟50 ··結束。 久 如 ·· =； f驟48所示之檢職器係包含有-表面分析儀，例 表面二=醉H鏡(巧’亚且藉由檢職11來檢查檢測裝置10 ====1=咖_或是產生圖 個且i本發，第二實施例之檢測方法巾，由於檢測裝置1G包含有複數 =面度之圖案層14a〜14p，因此可藉由觀察各圖案層14a〜14p 於私—p賴案18是否產生失線efQCUS^®^失真的情形，以 二:曝光機台是否可依據檢測裝置10之表面高低起伏而 控制处製权’進而判斷一掃描式步進曝光機台之焦點或水平 "/b 、棱劣，如此一來便可讓製程工程師或設備工程師迅速而右 效地比較各家_之私機台的優劣。 巾而有 仕久=須注意的是，上述之檢測方法與檢測裝置ι〇係應用於比較與評 商之曝光機台，不過本發明並不限於此，例如，當操作/人員 1疑掃描式步鱗光機台之焦誠水平控制有問題時，操作人員亦可 16 1258061 利用本發明之檢測方法與檢測裝置丨〇，來驗證掃描式步進曝光機台焦 點或水平控制是否已經產生偏差。 此外，以上各實施例係以掃描式步進曝光機台來說明本發明之檢 測裝置10與檢測方法，然而本發明並不限於此，上述之檢測方法與檢 測裝置10亦可使用於其他種類之曝光機台，例如：步進式曝光機台 (stepper) 〇 相較於習知技術，本發明係提供檢測裝置10以及利用檢測裝置 1〇來檢驗一掃描式步進曝光機台，由於檢測裝置1〇所對應之第一表面 資料係為已知的數據，因此將表面輪廓偵測系統所測得的第二表面資 料與第一表面資料作比較，便可得知表面輪廓偵測系統所測得的數據 是否準確，進而可迅速而有效地驗證各掃描式步進曝光機台之表面輪 廓偵測系統的計算精準度。此外，本發明更可利用檢測裝置1〇之圖案 高度差設計，來檢查基板平台所能驅動之最大角度與高度，以驗證基 板平台之驅動能力，進而可迅速而有效地驗證各掃描式步進曝光機台 之基板平台的驅動精準度。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所 做之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 圖式之簡單說明 圖=係為本發明較佳實施例所使用之檢測裝置的上視圖。 圖=係為圖一所示之檢測裝置延切線2-2，之剖面示意圖。 圖二係為本發明第一實施例之檢測方法的流程圖。 圖四係為本發明第二實施例之檢測方法的示意圖。 17 1258061 圖五係為本發明之實施例中，具有一光阻層之檢測裝置的剖面示意圖。 圖六係為本發明之實施例中，具有複數個光阻圖案之檢測裝置的剖面 示意圖。 圖式之符號說明 10 檢測裝置 12 基板 12a 曝光區域 14a " 14b " 14c " 14d " 14e " 14f " 14g " 14h ^ 14i、14j、14k、141、14m、14n、14o、14p 圖案層 15a 對準標記 16 光阻層 18 光阻圖案 20、22、24、26、28、30、40、42、44、46、 48、50 步驟 18

Claims (1)

1. Ϊ258061 拾、申請專利範圍： L —種用於一曝光機台之檢測裝置，該檢測裝置包含有： 一基板；以及 複數個圖案層設置於該基板之表面，其中各該圖案層之面積係 與該曝光機台之曝光區域（sh〇t region)的尺寸相配合， 並且該等圖案層係具有至少兩種不同之高度。 2·如申請專利範圍第丨項之檢測装置，其中該曝光機台係為一掃 描式步進曝光機台或一步進式曝光機台。 3三如申請專利範圍第2項之檢測裝置，其中該檢測裝置另包含有 複數個對準標記（alignment mark)，設置於該基板之表面，用來 〆*光機。知以進行一晶片對準步驟（wafer ai ignment ^印）。 ^如申请專利範圍第1項之檢測裝置，其中該基板之材質係選自 於由矽、玻璃及石英所組成之一族群。 ^古如月專利乾圍第1項之檢測裝置，其中該等圖案層之較佳相 、向度係介於0· 05微米（#m)與0.5微米之間。 6· -日種用於-曝光機台之檢測方法，該檢測方法包含有： 提供一檢測裝置，且該檢測裝置至少包含·· 複數個圖案層設置於該基板上，其中各該圖

   層係具有至少兩種不同之高度； 其中各該圖案層之面積係 尺寸相配合，並且該等圖 提供該檢測裝置所對應之一第一表面資料，其 料至少包含該等圖案層之實際相對尺寸； 其中該第一表面資 19 1258061 將該檢測裝置送入該曝光機台中，以進行一曝光程序，其中於 忒曝光程序可得一第二表面資料，且該第二表面資料至少 包含該曝光機台所測得之該等圖案層之相對尺寸；以及 比對該第一表面資料與該第二表面資料。 々申$專利㈣第6項之檢測方法，其中該曝光機台係包含有 1輪廓偵測系統（surface t()p〇graphy如心⑽system)以 及—基板平台（wafer stage)。 8列步如驟申請專利範圍第7項之檢測方法，其中該曝光程序包含有下 利用該表面輪廓债測系統掃描該檢測裝置之表面，以測得該第 二表面資料； 利用該基板平台，以將該檢測裝置移動至該第二表面資料所對 應之基板位置；以及 面。 進仃一曝光步驟，以投射曝光光線於該檢測裝置之表 Ϊ數利範圍第6項之檢測方法，其中該檢測裝置另包含有 俊默個對準標記，設置於該基板之表面。 η申專㈣圍第9項之檢測方法’其巾該方法另包含有進行 測^置對準步驟，錢祕光機台則該等對準標記來對準該檢 11·如申請專利範圍第8項之檢測方法，其中t該曝光程序進 第二表面資料相同於該第—表面資料，即表示該表面 輪廍偵測糸統之計算正確無誤。 12.如申請專利範圍第8項之檢測方法，其巾當祕光程序進行完 20 1258061 ^且當該第二表面資料不同於該第—表面資料 輪廓偵測系統之計算有誤。 、 表表面 以，==心Γ檢測方法，其中於該曝光程序進行過 於該第：；=:::異常訊息，且當該第二表面資料不同 义、"才17表不该表面輪廓偵測系統之計算有誤。 14·如申請專利範圍第8項之檢測 _ ^ 兄共$汛息日寸，且當該第二表面資料盥 μ -表面貧料相同，即表示該基板平台之驅動有誤。 ^ 15·-種用於-曝光機台之檢測方法，該檢測方法包含有： 提供一檢測裝置，其包含有·· 一基板；以及 複數個圖案層設置於該基板上，其中各該圖案層之面積係 與该曝光機台之曝光區域的尺寸相配合，並且該等圖 ^ 案層係具有至少兩種不同之高度； 形成一光阻層於該檢測裝置之表面； 利用忒曝光機台，進行一曝光程序於該光阻層上； 進行一顯影製程於曝光後之該光阻層上，以形成至少一光阻圖 案於各该圖案層之表面；以及 配合該檢測裝置之表面資料來分析各該光阻圖案。 如中請專利範圍第15項之檢測方法，其中該曝光機台係包含 表面輪廓偵測系統以及一基板平台。 17·如申請專利範圍 有複數個對準標記 第15項之檢測方法，其中該檢測裝置另包含 ，設置於該基板之表面。 21 1258061 18.如申請專利範圍第17項之檢測方法，其中該方法另包含有進 行一晶片對準步驟，以使該曝光機台利用該等對準標記來對準該 檢測裝置。 22