研究動機與目的

半導體製造是一項需要高度知識的產業，而台灣在半導體產業所投入的人力 物力甚鉅。在半導體製程中，有幾百個製程步驟的情況下，穩定的製程就顯得格 外重要。任一製程控制過程的不穩定，可能影響接下來的多個製程，造成非常可 觀的損失。而良率的提升，不但可以減少檢測成本，及重工、修復等不必要成本，

更重要的是品質的提升，增加了產品形象及競爭優勢。所以，當半導體的市場愈 形激烈時，如何改善製程的品質，以提高晶圓的良率，已成為晶圓廠最重要的課 題之一，而製程控制技術即提昇品質的關鍵因素之一。而在所有製程之中，微影 製程佔了舉足輕重的地位，因為IC的關鍵尺寸(Critical Dimension，CD)能越做越 小，全仰賴於微影技術的日新月異。所謂的微影技術，即是將光罩上已定義好的 圖案(Pattern)，精準的轉移到晶圓的表面，一般元件的製作，至少需要十次以上的 微影才可完成，目前微影部門的經費往往佔整個元件製作成本的約三分之一，而 且這個比例有逐年增加的趨勢。微影的疊對是非常重要的，若上一層與下一層曝 光成像圖案層間有定位誤差時，就會產生覆蓋誤差(Overlay Error)，將會導致元件 短路或斷路，甚至影響到整個生產的良率。所以，在每一層曝光前須做好記號的 對準，目前記號對準的方式，乃是利用一些標記”＋“以及”□“[1]，來定位出晶圓 座標與曝光場的相對位置，而其覆蓋誤差則透過機台的量測，以得到量測點在X 軸 及Y 軸方向的誤差值，進而求出疊對誤差的各項參數。

過去統計製程管制(Statistical Process Control，SPC)是國內外發展製程控制最 常用的一項技術，在半導體製程錯誤偵測上的應用相當普遍。但因為在任何產業

限(Upper Control Limit，UCL)和管制下限(Lower Control Limit，LCL)來分析製程。

然而，單變量SPC 基本上只允許檢測一個常態分佈的變數(Variable)，但大部分半 導 體 製 程 設 備 的 運 轉 狀 況 通 常 具 有 非 平 穩 性(Non-stationary) 、 自 關 聯 性 (Auto-correlated)及交互關聯性(Cross-correlated)的特質。例如，微影製程中，曝光 前烘烤的時間及溫度、曝光光源的強度、焦距以及顯影的時間和溫度等皆有高度 相互關聯的關係，而非個別獨立的製程參數，若同時考慮這些相互關聯的變數，

落在管制界限內的機率不等於個別使用管制圖時的結果，因此單變量SPC 分析法 可能會發生誤導的作用，甚至會有許多錯誤無法偵測，因此引入先進製程控制 (Advanced Process Control，APC)來改善過去的 SPC 的一些缺失。APC 包含即時 機 台 狀 態 監 控 、 即 時 製 程 工 程 資 料 分 析 進 行 錯 誤 診 斷 與 分 類 、 Feedback/Feedforward Run-to-Run Control 及預知保養(PM-Predictive Maintenance) 提醒等功能，APC 概念及流程如圖 1-1 所示。透過 APC 可以協助設備相關工程人 員降低非工作預定的設備停機次數，適時偵測排除發生問題的機台，減少不良品 或廢片的發生機率並進而線上調整製程配方確保產品品質不因機台特性漂移影 響，對於產出良率和品質的提升有很大的幫助。

Wafer Running

Updating Recipe Diagnosis Process Variation Process

Control

Tool Metrology SPC

Advanced

Measure Process Data 圖1-1 APC 系統控制流程圖

因此本文主要目的是參考微影製程疊對誤差的模型並設計一套適用於微影製 程之覆蓋誤差(Overlay；OL)的先進製程控制方法(Advanced Process Control，

APC)，及時調整製程參數藉以改善並增進微影製程之穩定性，更可進一步提供下 一世代之微影製程的控制基礎。