臺灣博碩士論文加值系統

為延續半導體製程的摩爾定律，製造出更小的電子元件，在製程上可透過微影技術 （Lithography），不斷的微縮積體電路的線寬，以提高每單位面積電晶體的密度。然而，半導體製程世代演進到40奈米以下，所衍生出的難題之一就是層對層之間的微影疊對（Overlay）不易控制，而微影製程中所使用到的光罩（Mask），也是影響微影疊對能力的關鍵因素之一。
光罩是半導體微影製程中不可或缺的模具，而光罩的註記差（Registration）大小，為影響微影疊對好壞的因子之一。本研究於現況分析得知，光罩於覆膜後的註記差平均會比覆膜前大了7.7nm，主要的貢獻來自於光罩覆膜後的平坦度改變（Flatness change），導致光罩註記差和覆膜前的實際量測值不一致。
本研究利用要因分析手法，找出可能造成平坦度改變的因子，再藉由田口方法（Taguchi Methods），找出這些因子的最佳參數組合改善覆膜前/後光罩註記差異。實驗結果證明穩健設定（Robust design）的參數，可將品質特性的平均值由原先的6.86nm降低至3.22nm ，成功的驗證此分析模式是可以降低覆膜前/後的光罩註記差，以提高微影對準的準確度。

To extend Moore’s law of semiconductor industry, photolithography constantly shrink critical dimension to increase integrated circuit density of each die. However, while semiconductor manufacturing is progressing to 40nm and below, the most important problem is the difficulty of lithography overlay control that will influence the limit of production yield, and the mask used for lithography process is also the key factor for lithography overlay quality.
Semiconductor mask registration is one of key factors of lithography overlay control. In this thesis demonstrates, we found the mask registration average change 7.7 nm between pre and post pellicle mounting, mask flatness change of the pellicle mounting will induce mask registration inconsistent between pre and post pellicle.
In this research, we setup the parameters of pellicle mounting procedure by Taguchi Methods which are used to obtain appropriate parameters to improve mask mounting quality. Experimental results verified the stable parameters could reduce quality characteristics from 6.86nm to 3.22nm and enhance wafer process quality.

摘要 I
誌謝 VI
目錄 VII
表目錄 IX
圖目錄 X
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 7
1.3 研究範圍與限制 8
1.4 研究流程 8
第2章 文獻探討 10
2.1 光罩註記差和微影疊對誤差之關係 10
2.2 罩註記差相關文獻 11
2.2.1 光罩覆膜製程 12
2.2.2 光罩框架材料 14
2.3 光罩註記差量測原理 16
2.4 相位移光罩製作原理 20
2.4.1 微影技術簡介 21
2.4.2 蝕刻技術簡介 22
第3章 研究方法 24
3.1 田口式品質工程 24
3.2 品質特性與損失函數 24
3.3 訊號雜訊比 27
3.4 穩健參數設計法 28
3.5 直交表 30
3.6 田口方法的步驟 32
第4章 案例分析 34
4.1 光罩簡介 34
4.1.1 光罩總類 34
4.1.2 光罩組成 36
4.1.3 光罩製作流程 38
4.2 定義問題與現況分析 40
4.3 實驗說明 43
4.4 收集資料 44
4.5 控制因子篩選 45
4.6 實驗設計 47
4.7 研究結果 49
4.8 光罩註記差實驗之再現性 54
4.9 微影對準誤差之驗證 56
4.9.1 X Y方向合併檢定 57
4.9.2 X Y方向分開檢定 59
第5章 結論與未來研究方向 62
5.1 結論 62
5.2 未來研究方向 62
參考文獻 64

ASML, 2011, ASML in 40 terms, Available: http://asml.nl/asml/show.do?ctx=28145＆rid=44709 (2014/6/13取得)
Beyer, D., Rosenkranz, N., ＆ Blaesing-Bangert, 2011, The evolution of pattern placement metrology for mask making, Paper presented at the Proceeding SPIE, p. 79850D.
Huang, G.-T., Chen, A., Kang, T.-Y., Lee, S., Laske, F., Roethe, K.-D., Choi, D., Reinhart, C., Robinson, J. C., ＆ Jin, Y. S., 2011, Mask registration impact on intrafield on-wafer overlay performance, Paper presented at the SPIE Advanced Lithography, pp. 797106-797106-8.
ITRS, 2013, ITRS roadmap, Available: http://www.itrs.net/ (2014/6/13取得)
Lee, C., Racette, K., ＆ Barrett, M., 2005, Investigation of pellicle influence on reticle flatness, Paper presented at the Photomask and Next Generation Lithography Mask Technology XII, pp. 516-524.
Mizoguchi, T., Barrett, M., Akutagawa, S., Caterer, M., Nolan, R., Plouffe, D., ＆ Zhou, N., 2010, The relationship between mounting pressure and time on final photomask flatness, Paper presented at the Photomask and NGL Mask Technology XVII, pp. 77480C-77480C-8.
Phadke, M. S., 1989, Quality Engineering Using Robust Design, Prentice Hall.
Racette, K., Watts, A., Barrett, M., Nolan, R., Sasaki, Y., Kikuchi, Y., ＆ Matsumura, T., 2007, Pellicle factors affecting finished photomask flatness, Paper presented at the Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology XIV, pp. 66071V-66071V-8.
Schulz, B., Seltmann, R., Busch, J., Hempel, F., Cotte, E., ＆ Alles, B., 2007, Meeting overlay requirements for future technology nodes with in-die overlay metrology, Paper presented at the Advanced Lithography, pp. 65180E-65180E-11.
Wistrom, R., Hayden, D., Racette, K., Barrett, M., ＆ Watts, 2006, Influence of the pellicle on final photomask flatness, Paper presented at the Photomask and Next Generation Lithography Mask Technology XIII, pp. 628326-628326-7.
中華凸版，2002，技術手冊 Mask making flow，TCE，桃園縣。
艾司摩爾，2009，技術手冊Overlay Introduction，ASML，新竹市。
吳珮絹，2012，微影光罩的不同清洗方法的效果比較，國立交通大學工學院永續環境科技學程研究所，碩士論文。
吳復強，2004，田口品質工程，全威圖書出版，台北縣。
李祥和，2010，運用田口方法探討影響光學鏡片品質之要因，逢甲大學工業工程與系統管理學研究所，碩士論文。
李雅明，2012，從半導體看世界，天下遠見出版，臺北市。
李輝煌，2003，田口方法-品質設計的原理與實務，高立圖書有限公司，台北市。
林志良，2009，晶圓切割製程的穩健設計-六標準差與田口實驗設計的應用，國立高雄應用科技大學工業工程與管理研究所，碩士論文。
林祖強，2005，微影製程之疊對控制，中原大學機械工程研究所，碩士論文。
胡遠智，2009，使用過度修補方法於光罩上瞎窗缺陷修補之研究，國立中央大學光電科學研究所碩士在職專班，碩士論文。
張博忠，2012，半導體微影製程疊對控制之研究，中華大學電機工程學系研究所，碩士論文。
郭政達，2000，LEICA EBML300電子束直寫對準原理及記號辨識簡介，Available: http://www.ndl.narl.org.tw/cht/ndlcomm/P7_1/24.htm (2014/6/13取得)
陳夢倫，2003，積層陶瓷電容印刷製程機器參數最佳化之研究，國立成功大學製造工程研究所，碩士論文。
楊瑞臨，2013，2013半導體產業與應用年鑑，財團法人工業技術研究院產業經濟與趨勢研究中心，新竹縣。
詹金坪，2010，改善高階光罩電子束二次描劃之對位精度，國立台北科技大學材料及資源工程系研究所，碩士論文。
龍文安，2006，半導體奈米技術，五南圖書出版股份有限公司，台北市。
聯華電子，2005，技術手冊 Mask Introduction，UMC，新竹市。
蘇朝墩，2002，品質工程，中華民國品質學會，台北市。