CN101034263A - 增强光刻对准的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种对准标记的保持方法，包括在基底上准备一下对准标记结构的步骤。在本发明的一种配置中，对准标记结构包括下沟槽。在另一个步骤中，硬掩模涂层被施加到包括对准标记的基底上。优选地，硬掩模材料是无定形碳材料。在另一步骤中，位于下对准标记结构之上的硬掩模的选定部分被曝光一定量的辐射。在本发明的一方面中，接受辐射量的硬掩模涂层的表面区域相对于硬掩模表面的其他区域变得升高了。对于那些与下对准标记沟槽相对准的硬掩模的选定区域，升高的区域用作保持下对准标记的原始水平位置的对准标记。

Description

增强光刻对准的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种增强光刻系统对准的方法和系统。本发明还涉及改善对准工艺的硬掩模系统的使用。
背景技术
本发明涉及光刻和光刻投影设备的领域，其中该设备包括可提供辐射投影束的辐射系统；可支撑图案形成装置的支撑结构，其可依据期望图案对投影束形成图案；可保持基底的基底台；以及可将已形成图案的光束投影到基底的目标部分的投影系统。
此处采用的词语“图案形成装置”应被广泛解释为涉及可用于将已形成图案的横截面赋予入射辐射束的设备，所述横截面相应于将在基底目标部分中创建的图案。在上下文中还使用了词语“光阀”。通常，所述图案将对应于在所述目标部分创建的装置中的特殊功能层，诸如集成电路或者其它装置。这种图案形成装置的例子包括：
-掩模。在光刻技术中，掩模的概念是公知的，并且它包括诸如二元、交替相移以及衰减相移之类的掩模类型，以及各种混合掩模类型。依照掩模上的图案，在辐射束中放置这种掩模可以使照射到掩模上的辐射有选择性地透射(在透射掩模的情况下)或者反射(在反射掩模的情况下)。在掩模的情况下，所述支撑结构通常是掩模台，其确保所述掩模可以被保持在入射辐射束中的期望位置，并且如果期望的话，它可以相对于所述光束移动。
-可编程反射镜阵列。此类设备的一个实例是具有粘弹性控制层和反射面的可寻址矩阵表面。这种设备背后的基本原理在于：例如，所述反射面的寻址区域反射入射光为衍射光，而未寻址区域反射入射光为非衍射光。使用适当的滤波器，可以从反射束中过滤出非衍射光，只剩下衍射光。这样，光束依照矩阵可寻址表面的寻址图案而变得被图案化。可编程反射镜阵列的可替代实例采用微小反射镜矩阵结构，通过施加适当的局部电场、或者通过采用压电致动器，每个微小反射镜单独绕轴倾斜。同样，反射镜是矩阵可寻址的，如此使得寻址反射镜将依照不同的方向把入射辐射束反射至未寻址反射镜。以这样的方式，所述反射束依照矩阵可寻址反射镜的寻址图案而形成图案。所要求的矩阵寻址可以使用适当的电子电路来实现。
在此处所描述的两种情况中，所述图案形成装置可包括一个或多个可编程反射镜阵列。例如可以从在这里引入作为参考的US 5,296,891和US 5,523,193以及PCT专利申请WO 98/38597和WO98/33096中收集有关此处提及的反射镜阵列的更多信息。在可编程反射镜阵列的情况下，所述支撑结构可以具体实现为框架或者台，例如，根据需要其可以是固定的或者是可移动的；以及
-可编程LCD阵列。在这里引入作为参考的US 5,229,872中给出了这种构造的例子。如上所述，所述支撑结构在此情况下可以被具体化为框架或者台，例如，根据需要其可以是固定的或者是可移动的。
为了简明，本文的其余部分在某些地方将具体涉及包括掩模和掩模台的例子。然而，在之前所述的图案形成装置的较宽范围下，应该可以看出在这种实例中讨论的一般原理。
例如，在集成电路(IC)的制造中可以使用光刻投影设备。在那种情况下，该图案形成装置可以生成一种相应于IC单层的电路图案。这种图案可在基底(硅晶片)的目标部分(例如包括一个或多个管芯)上形成图像，该基底已经涂敷有一层辐射-敏感材料(抗蚀剂)。通常，单一晶片将包含相邻目标部分的整个网络，各目标部分经由所述投影系统被一次一个地连续照射。在采用由掩模台上的掩模生成图案的现有设备中，在两个不同类型的机器之间会产生差别。在一种类型的光刻投影设备中，通过在一次曝光中使整个掩模图案在所述目标部分上曝光来照射每一目标部分。通常这种设备是指晶片步进器或步进-重复设备。
在通常被称为步进-扫描设备的可替代设备中，通过沿给定基准方向(“扫描”方向)在投影束下渐进地扫描所述掩模图案、同时平行于或者反平行于此方向来同步地扫描基底台，以此来照射每一目标部分。总体上讲，由于所述投影系统将具有放大因子M(通常＜1)，所以扫描基底台的速度V将是扫描掩膜台速度的因子M倍。举例来说，关于这里说明的光刻装置的更多信息可以从在此引入作为参考的US 6,046,792中收集。
在使用光刻投影设备的制造工艺中，图案(例如，在掩模中)被成像在一基底上，所述基底至少部分地被一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖。在此成像步骤之前，所述基底可以经过各种工序，例如涂底、抗蚀剂涂敷以及软烘烤。曝光以后，所述基底可以经历其它工序，例如曝光后烘烤(PEB)、显影、硬烘烤以及已成像特性的测量/检查。把此工艺系列用来作为对装置的单层形成图案的基础，所述装置例如是集成电路(IC)。然后，这种已形成图案的层可以经历各种工艺，诸如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属喷镀、氧化、化学-机械抛光等，所有可用于完成一单层。如果需要若干层，那么将为每一新层重复所述整个工序或者其变型。最后，在所述基底(晶片)上提供一系列装置。然后，通过诸如划片或者锯切之类的技术把这些装置彼此分离，其中，可以把单个装置安装在载体上，与插针相连，等等。可以从例如由Peter van Zant所著，McGraw HillPublishing Co.1997年出版的书“Microchip Fabrication：APractical Guide to Semiconductor Processing”(第三版，ISBN0-07-067250-4)获得关于此类工艺的进一步信息，该文献在此合并作为参考。
为了简单起见，下文所述的投影系统是指“透镜”。然而，此词语应该被广泛解释为包含各种类型的投影系统，例如包括折射光学、反射光学和反折射光学系统。所述辐射系统还可以包括依照用于引导、成形或者控制辐射投影束的任何设计类型来操作的部件，并且这些部件还可以在下面共同或者单独地称为“透镜”。
此外，所述光刻设备可以是具有两个或更多基底台(和/或两个或更多掩模台)的类型。在这种“多平台”装置中，可以并行使用额外的台，或者可以在一个或多个台上进行预备步骤，同时一个或多个其它台可用于曝光。例如US 5,969,441和WO 98/40791中描述了双台光刻设备，这两个申请均在此引入作为参考。
尽管在此文本中特别提及了在制造集成电路的工艺中使用依照本发明的设备，但是应该明确理解的是，这种设备还具有许多其它可能的应用。例如，它可以被应用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示面板、薄膜磁头等。本领域普通技术人员可以理解的是，在这种可替代的应用环境中，在此文中，词语“标线”、“晶片”或者“管芯”的任何使用都应该视为可以分别由更通用的词语“掩模”、“基底”和“目标部分”所替换。
在本文中，词语“辐射”和“投影束”包含所有类型的电磁辐射，其中包括紫外线(UV)辐射(例如波长为365、248、193、157或126纳米)和远紫外(EUV)辐射(例如具有在5-20纳米范围内的波长)。
对于光刻处理，图案在该晶片上的随后层中的位置对于装置特征在基底上的正确精确度应当尽可能地精确，全部的这些特征应具有在特定容限内的尺寸。这种覆盖应当在建立功能装置的明确容限内。最后，该光刻投影设备包括覆盖测量模块，其用于确定在具有掩膜图案的基底上图案的覆盖度，如在图案顶部的抗蚀剂层中所限定的。
覆盖系统通常通过光学元件来进行测量。通过测量来自被光源照明的光学标识器的光学响应，来确定相对于位于基底上的图案位置的掩模图案的位置。通过传感器装置来测量光学标识器产生的信号。可从传感器的输出导出该覆盖度。
在微电子装置处理(或IC处理)期间，光学标识器用于整个生产线中。在生产线前端(FEOL)期间，例如，在制造晶体管结构期间标识器用于覆盖。在生产线后端(BEOL)的后续阶段中，标识器用来覆盖金属化结构，例如连接线路，和通孔。可以注意到，在这两种情况中，标识器的集成度应该足够满足覆盖所需精度。
使用在基底上的对准标记来提高对于掩模的对准需要具有能够在成像装置或工具中成像对准标记的能力。在高级装置特征的制造中，与传统的光致抗蚀剂膜相比，需要使用硬掩模材料，该材料提供更容易地将更小特征在基底上形成图案的能力。然而，诸如无定形碳的硬掩模层能防止或降低成像对准标记的能力，因而，需要减少在高级装置图案形成中使用该种硬掩模。
发明内容
在本发明的一个实施例中，一种保持对准标记的方法，包括一个在基底上预备一个下对准标记结构的步骤。在本发明的一个配置中，对准标记结构包括一个标记沟槽。在另一个步骤中，硬掩模涂层运用在包括对准标记的基底上。优选地，该硬掩模材料是一种无定形碳材料。优选地，该硬掩模材料涂层覆盖在包含对准标记特征的一个或多个基底区域上。在另一个步骤中，位于下对准标记结构上的硬掩模的选择部分在一定量辐射中曝光。在本发明的一方面中，通过掩模来选择性的通过辐射到包含对准标记的基底区域上，来确定选择的部分。优选地，该辐射是可见波长辐射或UV辐射，后者例如由一种准分子激光光源生成。优选地，该辐射量足以基本使在被曝光该辐射量的基底区域中的硬掩模涂层石墨化。在本发明的一方面中，接收辐射量的硬掩模涂层区域的表面相对于硬掩模表面的其他区域来说变得升高了。因此，该被照射的硬掩模区域保持了升高的地势，能更轻易地在对准工具，例如在光学对准系统中成像。对于这些与下层对准标记结构对准的硬掩模的升高区域来说，升高的区域可起到对准标记的作用，以保持下层对准标记的原始水平位置。因此，被硬掩模沉积工艺部分或完全遮挡的对准随后将恢复。
在本发明的一个实施例中，一种可保持对准标记结构的自对准工艺包括在设置在基底上的下对准标记中限定沟槽区域的第一步骤。该沟槽区域可以包括多个沟槽。下对准标记包括多个凸起的区域，该区域环绕并限定了沟槽区域中的沟槽。在下一个步骤中，在下对准标记的沟槽区域和凸起区域上方沉积涂层。优选地，涂层的厚度小于平面化的厚度，其中对准标记涂层的上部保持至少一个或更多上沟槽区域，每个上沟槽区域位于相应于下对准标记中的下沟槽区域的相同水平位置。在涂层的顶部具有一硬掩模层。优选地，该硬掩模层是无定形碳材料。在一个实施例中，该硬掩模层被基本平面化，其中局部增大了在下对准标记的沟槽区域之上的区域中的硬掩模层的厚度。部分硬掩模层在一定量辐射中曝光，其中辐射量足以使曝光区域中的硬掩模层基本石墨化。优选地，硬掩模的曝光部分相应于包括下对准标记的基底区域。因此，被曝光该辐射量的硬掩模部分相对于硬掩模层的相邻区域来说变得升高了，其中，在下对准标记的区域中的硬掩模的表面地势将足够在成像装置中成像。优选地，硬掩模层的表面相对于对准标记区域之外的区域来说整个升高了，并且在相应于下对准标记中的沟槽特征的区域中局部升高了，其中后者的特征也被成像。
在本发明的一个配置中，自对准的对准标记结构包括下对准标记区域和上对准标记区域。下对准标记区域包括形成在台面区域之间的下沟槽区域。该对准标记结构还包括设置在下对准标记区域的下部沟槽和台面区域上方的涂层。优选地，配置涂层，使得在它的上表面上提供上沟槽区域，该上沟槽区域的水平位置相应于下沟槽区域的水平位置。在本发明的一个配置中，上对准标记区域包含石墨化的无定形碳部分。该石墨化的无定形碳层部分包括具有上表面的升高的特征，也就是升高来调整无定形碳层部分的表面区域，以及其水平位置基本相应于下对准标记沟槽区域的水平位置。优选地，该升高的特征通过照射设置在涂层上的无定形碳前硬掩模层而形成，其中硬掩模层的照射部分相对于硬掩模未受照射部分选择性地进行扩展。优选地，在上对准标记的升高特征区域中的硬掩模的表面地势足以在成像装置中成像。优选地，硬掩模层的表面相对于对准标记区域的外部区域来说是整个升高的，并且在与下对准标记内的沟槽特征相应的区域中是局部升高的，其中后者的特征也被成像。
附图说明
现在将参照如下所示的附图、仅仅通过举例来描述本发明的实施例，其中：
图1说明了一种包括至少一个标识器结构的光刻投影设备；
图2示意性地说明了一种依据本发明一个实施例的计算机布置；
图3a-3f说明了一种参考对准标记系统的特征，该系统可用来帮助说明本发明的原理；
图4a-4e说明了根据本发明的一个配置，在处理的不同阶段示出的在为了保持对准标记的方法和结构中包含的示例性特征。
具体实施方式
图1示意性地描述了依据本发明实施例的包括至少一个标识器结构的光刻投影设备。该设备包括：
-照明系统IL，用于提供辐射的投影束PB(例如，UV或EUV辐射)。在此具体实例中，辐射系统还包括辐射源SO；
-第一支撑结构MT(例如掩模台)，用于支撑图案形成装置MA(例如掩模)，并连接至用于相对零件PL准确定位图像形成装置的第一定位器(未示出)；
-第二支撑结构WT(例如晶片台)，用于保持基底W(例如抗蚀剂涂覆的硅晶片)，并连接至用于相对零件PL准确定位该基底的第二定位器PW；以及
-投影系统PL(例如反射投影透镜)，用于通过图案形成装置MA将输入到投影束PB中的图案成像到基底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上。
该投影系统PL提供有可调节系统设置的致动装置。调节设置的操作将在下文中进行更详细地解释。
正如此处所描述的那样，该设备是透射类型(即具有透射的掩模)的。然而，可替换地该设备还可以是反射类型(具有反射掩模)的。可替换地，所述设备还可以采用另一种类型的图案形成装置，诸如如上所述的可编程反射镜阵列类型。
所述源SO(例如汞灯或准分子激光器)产生一辐射束。举例来说，该光束被直接地或者在横过调节元件例如光束扩展器Ex之后输入照明系统(照明元件)IL中。该照明系统IL进一步调节该光束，并且还可包括用于设定该光束PB的强度分布在外部和/或内部的径向范围(通常分别称为σ-外部和σ-内部)的可调节光学元件AM。此外，其通常包括各种其它部件，诸如积分器IN和聚光镜CO。这样，照射在掩模MA上的光束PB在其横截面中具有期望的均匀性和强度分布。
应当指出，就图1而言，源SO可位于光刻投影设备的外壳中(例如，当源SO是汞灯时通常是这种情况)。可替换地，源SO还可远离光刻投影设备，但其产生的光束将被引导到该设备中(例如借助于适当的引导反射镜)。当所述源SO是激准分子激光器时，后者的方案是最常用的。本发明对于这两个方案都适用。
光束PB入射在保持在掩模台MT上的掩模MA上。横过掩模MA之后，光束PB通过透镜PL，所述透镜把光束PB聚焦在基底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和干涉仪IF，基底台WT例如可以被准确地移动，从而在光束PB的路径内定位不同的目标部分C。同样，例如在从掩模库中机械取回掩模MA之后，或者在扫描期间，第一定位器PM可用来相对于光束PB的路径准确定位掩模MA。通常，物体台MT、WT的移动将借助于长冲程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现，其未在图1中明确示出。然而，在晶片步进器(与步进-扫描设备相对)的情况下，所述掩模台MT可以恰好与短冲程致动器连接，或者可以被固定。还可以使用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2来对准掩模MA和基底W。
所述设备可被用于两种不同的模式：
1.在步进模式中，所述掩模台MT和基底台WT基本上保持静止，并且输入到光束PB的整个图案以一次操作投射(即单次“闪光”)到目标部分C上的。然后，把所述基底台WT沿X和/或Y轴方向平移，使得不同的目标部分C可被光束PB照射；以及
2.在扫描模式中，基本上应用了相同的方案，除了没有在单次“闪光”中使给定的目标部分C曝光之外。相反，所述掩模台MT能够以速度v沿给定方向(所谓的“扫描方向”，例如Y轴方向)移动，以便使投影束PB在掩模图像之上扫描；同时，基底台WT以V＝Mv的速度在同样或相反的方向同时移动，其中M是透镜PL的放大率(一般，M＝1/4或者1/5)。用这样的方式，可以曝光相对较大的目标部分C，而不会折衷分辨率。
3.在另一个模式中，保持可编程的图案形成装置的掩模台MT基本保持固定，并且基底台WT被移动或扫描，同时传递给投影束的图案投射在目标部分C上。在此模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在每次移动基底台WT之后或在扫描期间在连续辐射脉冲之间如所需要地更新可编程的图案形成装置。该操作模式可容易地应用于使用可编程图案形成装置，例如如上所述的可编程反射镜阵列类型的无掩模光刻中。
还可以采用如上所述模式的组合和/或变型，或者使用完全不同的模式。
在没有示出的变型实施例中，基底台可以由包括具有连续供应晶片的两个扫描平台的双扫描装置替代。当晶片之一在以上所述的一个或其他不同的模式中曝光时，另一个晶片将经历在进行曝光之前的必需的测量，意在减少每个晶片位于曝光区的时间并因而增大系统的产量。一般地说，光刻设备可以是具有两个或更多基底台(和/或两个或更多掩模台)的类型。在这种多平台机器中，可以并行使用额外的台，或者可以在一个或多个台上进行预备步骤，同时一个或多个其它台可用于曝光。
干涉仪一般包括光源，诸如激光器(未示出)，并且一个或多个干涉仪用于确定关于将要测量的物体，例如基底或台的一些信息(例如位置、对准等)。在图1中，单个干涉仪IF将以例举方式被示意性地描述。该光源(激光器)产生度量束MB，通过一个或多个光束控制器来传送至干涉仪IF中。在具有一个以上干涉仪的情况中，利用光学器件将度量束针对不同干涉仪拆分成分离的光束，因而该度量束可在它们之间共用。
在接近台WT的示例性位置上示出了将掩模台MT上的掩模与台WT上基底对准的基底对准系统MS，并且包括产生瞄准基底W上的标识器结构的光束的至少一个光源，以及检测来自标识器结构的光信号的至少一个传感器装置。可以注意到，基底对准系统MS的位置取决于随着光刻投影设备的实际类型而变化的设计条件。
此外，光刻投影设备包括电子控制系统，其能够在成像和曝光工艺的执行期间控制和调整机器的设置。图2中示意性示出了一种示例性电子控制系统。应注意的是，该光刻投影设备包括用于以高精度控制光刻投影设备功能的复杂的计算资源。图2仅仅示出了关于本发明的计算资源的功能性。计算资源还可包括这里未示出的额外的系统和子系统。
通过在垂直(Z)方向上移位投影图像来调节机器设置以补偿聚焦偏移。可替换地，还可通过在水平面(x，y平面)上横向移动像位置来调节机器设置以改善对准。
图2示意性地示出了用于本发明特定实施例中的一种计算机配置8，其包括具有外围设备的主处理器21。该主处理器21连接至存储指令和数据的存储单元18、19、22、23、24，一个或多个读取单元30(读取，例如软盘17、CD ROM20、DVD等)，输入装置例如键盘26和鼠标27，以及输出装置例如监视器28和打印机29。其还可以提供其它输入装置，例如轨迹球、触摸屏或扫描仪，以及其他输出装置。
提供输入/输出(I/O)装置31用于连接至光刻投影设备。设置该I/O装置31来处理发射至致动器和传感器以及从致动器和传感器接收到的信号，致动器和传感器依据本发明来参与控制投影系统PL。此外，提供网络I/O装置32用于连接至网络33。
该存储单元包括RAM22、(E)EPROM23、ROM24、磁带单元19以及硬盘18。然而，可以理解的是，还可以采用本领域技术人员所知的其他存储单元。此外，实际上一个或多个存储单元可位于远离处理器21的位置。处理器21显示为一个盒子，然而，它可以包括多个并行工作或由一个主处理器控制的处理单元，可以彼此远离设置，如本领域技术人员公知的那样。
此外，计算机配置8可以位于远离光刻投影设备的位置，并且在另外的网络连接上提供光刻投影设备的功能。
该投影系统提供有一种致动装置AD，其能够通过操纵该投影系统中的光学元件以及平台的位置来调节投影系统的光学设置。该致动装置AD具有输入和输出端口，以便与控制系统(未示出)交换控制信号。本发明的计算机配置8能够以在曝光期间尽可能地少出现特征的覆盖位移的方式来控制和调节该投影系统的设置。应注意的是，计算机配置8可接收来自光刻投影设备的状态信号，其中，状态信号涉及投影系统和/或光刻投影设备的其他部分的状态和/或设置。本领域技术人员应当理解，这种状态信号可以影响电子控制系统的定时和/或响应。
图3a-3f示出了用于帮助说明本发明原理的参考对准标记系统的特征。图3a的叠层300说明了能在设置在叠层300之下的基底上光刻图案化中使用的一系列层。叠层300说明了，例如，覆盖例如硅晶片的基底的一系列层和结构的一部分。图3a所示结构的横向和纵向尺寸可在大约厘米至纳米级的尺寸中变化，并且优选地，是小于大约10微米的尺寸。叠层300表示，例如，设置在基底311上的对准标记301的一部分的横截面。如图1a所示，对准标记部分301包括台面区域304和基底层311。如图3b和3c所示，台面区域304可包括形成对准标记的线性光栅的一部分的横截面区域。图3b和3c分别示出了对准标记320的横截面和上视图，其中对准标记由图1a的一系列的对准标记部分301构成。对准标记320可具有，例如大约0.001-1毫米的横向尺寸。因此，在示出的实施例中，单个基底，例如硅晶片，可包括对应于掩模320的许多结构，该掩模可用来执行将给定层中的图案与在将要沉积的随后层中形成的图案对准所需要的对准操作，同时掩模320可包括许多如图3a所示的部分301。
例如，对准标记部分301提供了一种装置来将在层303内形成的图案化特征与在层302上随后沉积的一个或多个层上形成的图案化特征进行对准。对准标记部分301包括上部区域305、下沟槽区域306以及台面区域304。如图所示，区域305和306由普通材料形成。在形成对准标记301期间，形成图案工艺将层303在独立的台面区域304中形成图案，在该台面区域中产生沟槽区域306。例如，层303最初是没有形成图案的层，该层可以是硅、金属、二氧化硅、氮化硅等。可采用任何已知的沉积技术，例如CVD或PVD，沉积由与层303不同材料所组成的随后层302。通常，层302基本上是光学透明的以使得层302之下的层可以在光学成像工具中被观察到。例如，如果层304的光学属性与基底311的光学属性完全不同，那么沟槽区域306将提供与台面区域304的光学对比，并因此可在光学工具中成像。例如，如图3c所示，如果在平面视图中层302基本上对光学成像装置或工具中使用的光透明，那么标记301的沟槽区域看起来将具有下基底311的光学外观，同时台面区域具有层303的光学外观。因此，举例来说，沟槽区域306和台面区域304之间的反差可用来提供相对于设置在基底(未示出)上的其他已形成图案的特征的参考位置，该基底可用来形成装置元件。例如，通过提供在层303中的参考位置，对准结构可用来将随后的光刻掩模对准到在层303的特征。
如上所述，在图3a示出的实施例中，为了易于对准，所希望的是使用例如在上表面区域309上发光的光学工具区域304能相对于区域306容易地被成像。因此，所希望的是光基本上透过层302。然而，为了使层302形成图案，牺牲层例如抗蚀剂或硬掩模层通常沉积在层302顶部。由于在高级装置结构中图案化特征的尺寸缩小了，因此后者的材料越来越合乎需求。例如，在装置结构的深度紫外线处理中，装置特征尺寸(临界尺寸或CD)可能小于100nm。传统的抗蚀剂材料并不很适合形成这种微小的特征，导致了许多硬掩模材料的发展。在这里使用的词语硬掩模，泛指一种结构和用于形成该结构的材料，其中该结构用来将特征图案化到位于硬掩模下的区域中。硬掩模材料通常比光致抗蚀剂材料更机械坚硬，并且对用来蚀刻下层的刻蚀工艺更抗蚀。较大的抗蚀刻能力和较大的硬性使得硬掩模适合于图案化较小的特征。
近来，由于碳的易于沉积、无定形碳相对于下层材料较大的蚀刻选择性以及易于通过等离子灰化去除的优点，无定形碳已经成为形成微细结构图案的硬掩模的主要候选者。然而，基于无定形碳材料的硬掩模一般会出现与下对准标记的对准问题。无定形碳层是相对不透明的使得下对准标记在用于进行对准的工具中无法轻易成像。图3d示出了沉积在图3a上的叠层300上的硬掩模层312。如果层312是无定形碳，标记部分301将难以成像或者无法成像，这取决于层312的厚度和不透明性。如图3d所示，无定形碳层通常是相对平面化的，其中下层地势变为平滑的。由于层302中的凹痕区域310被膜312平面化，因此，表面314将不具有特征。因此，成像工具既无法看到图3c的沟槽特征306，也无法看到层312的任何表面特征，因此，这里的对准标记320或部分301的位置，如图3e和3f所示基本上是不可见的。
图4a-4e示出了在该工艺的不同阶段中，依据本发明一种配置的用于保持对准标记的一种结构和方法的示例性的特征。在图4a-e中示出的对准标记结构和工艺例如可与保持在掩模台MT中的对准结构组合使用，以提供基底W与掩模MA的对准。
在图4a中，叠层400包括配有沟槽406和台面404的对准标记部分401。沟槽区域406通过在基底411上沉积“台面”层403并蚀刻台面层403的选定区域以形成围绕沟槽区域406的台面404来形成。基底411可以是单晶晶片或任何沉积在预先存在的基底上的层，或沉积在其他层(未示出)上的层。台面层403可以是例如多晶硅层，并且基底411可以是氧化层。设置在沟槽区域406的台面404和基底411上的层402，优选通过例如CVD或PVD的沉积工艺形成。优选地，层402在沉积后保持了上沟槽区域410。保持沟槽区域410的范围取决于以下因素：台面404的高度、层402的厚度以及用来沉积层402的沉积工艺的正形性(conformality)。因此，对于较大厚度的层402来说，至少局部正形(即，至少局部是非平面化的)工艺优选来保持上沟槽区域410。对于较小厚度的层402来说，只要保留了一些上部沟槽的特征，需要较少的倾向于使层402平面化的正形工艺。如在图3a和3b的情况中，叠层400可包括共同包含一种对准标记的许多邻接对准标记部分401。此外，对准标记部分401是一种对准标记结构，其可单独使用或重复使用以在设置在基底411上的附加对准标记中形成较大的对准标记结构。
在这里使用的词语“对准标记结构”，泛指基底上的特征的配置，其可被成像以完成对准程序。词语“对准标记结构”可指包含一沟槽区域和一对台面的单个部分401，或指一对准标记或者每个均包括许多这种台面和沟槽的一系列对准标记。此外，很明显的是，在对准标记结构中，可沿着不同的方向，例如，在基底平面内的相互正交的“X-”和“Y-”方向，设置一系列台面和沟槽。例如，一个对准标记结构可包括多个“X”和“Y”光栅，其中每个光栅包括一系列点缀有线性沟槽的线性台面。此外，词语对准标记结构还可指一组包括除了沟槽和台面之外的特征的结构。例如，图4a的对准标记结构可能包括沉积在台面404和基底411顶部的附加的一层或多层(未示出)。在一个特定的实施例中，虽然并不需要这么认为，但是还是可以认为整个叠层400是一个对准标记结构。
同样，词语“下对准标记结构”通常指的是位于下文将讨论的“上对准标记”之下的如上所定义的一个对准标记结构。如此定义的下对准标记结构，不必用于对准的目的，但可以用于产生上对准标记结构的目的。
在图4b中，叠层400B另外还包括沉积在层402上的硬掩模层412。在本发明一个优选的结构中，硬掩模层412是一种无定形碳层。优选地，层412包括相当大百分比的类金刚石碳，其中层412的密度在大约2-3.3gm/cc的范围中。优选地，层410不完全正形，因此顶面411比包括平直区415和沟槽410的下表面413来说，基本具有较少的高度变化。因此，在沟槽410上的区域中的层412的厚度将是局部较大的。如上所述，层412起到硬掩模的作用，其可用来在下部层中形成细小特征的图案。然而，由于它的不透明性，层412可使对准标记部分401变得模糊，使得将无法利用后者的特征完成对准。
在图4c中，辐射量418被引入到对准标记部分401的区域内的基底411。该辐射量优选是足够基本上使硬掩模层412石墨化，产生石墨化的硬掩模层的可见波长或紫外辐射。在这里使用的词语“基本使......石墨化”，指的是一种工艺，该工艺将显著地减少sp3碳键合的程度，提高sp2碳键合的程度，并导致该无定形碳层414出现更石墨化的微观结构。然而，层414不必包含结晶形石墨，但可保持丰富的氢。通常，基本石墨化的无定形碳的密度显著低于具有高百分比类金刚石碳的无定形碳的密度。例如，结晶形石墨具有大约2.2g/cm3的密度，而结晶金刚石大约为3.2。无定形碳的密度根据类金刚石碳的含量而不同，但通常在大约1.7-3.0的范围内。因此，从具有一定百分比的类金刚石碳的无定形碳到具有少量或几乎没有类金刚石碳的类似石墨的材料的转化，原则上可在密度上减小大约高达30％的量级左右，相当于对于300nm厚的无定形碳薄膜来说在石墨化后其厚度将增加高达30-90nm。因此初始为300nm厚的无定形碳薄膜的照射区域可通过照射比起未受照射的部分选择性地扩大大约90nm。
已经注意到，100mJ/cm2的KrF照射显著地使类金刚石碳石墨化。例如，seth等人已经注意到，当无定形碳薄膜经历高通量的248nmUV辐射时，密度将从大约2.4减小到大约1.7g/cc(Seth等人，Thin Solid Films 254(1995)92-95)。因此，层414的厚度可以显著地比层412的厚度大。另外，由于层412在接近沟槽410的区域的局部厚度更大，在沟槽410上的石墨化的层414的厚度将出现差别性的增大，以使得形成了台面416。
在本发明优选的结构中，层412的厚度位于大约50-1000nm的范围内，并且台面416的高度位于大约20-大约300nm的范围内。应当注意到，在图4c描述的本发明的一种配置中，区域417和416接收辐射量418并且其厚度相对于未受照射区域(未示出)均出现了增大。然而，因为在区域410中的层414的初始厚度较大(参见图4b)，例如，大约10-50％，因此在沟槽410上的层414的最终厚度将更大并在照射后与区域417中的厚度相比增大了很多。因此，层414保持了显著的表面地势，其中层414的顶面在相对于相邻区域415的区域中明显升高，其中区域416相应于下对准标记部分401中的沟槽406的水平位置。例如，由于层414表面的不同高度上反射光的区别，导致这种地势足以在成像装置或工具中可见。以这种方式，层414用来保持或再现下对准标记部分401。下对准标记401的平面位置P通过提供可成像的特征416而保持在上对准标记部分421中，其中位置P相应于嵌入的对准标记沟槽406的水平位置P，由于层414的不透明性该位置可能局部或整个被模糊。因此，可认为叠层400c包含下对准标记(或下对准标记区域)401和上对准标记421(或上对准标记区域)，其中该上对准标记的位置基本与下对准标记的位置相同。
图4d和4e分别示出了包括多个区域421的对准标记422的横截面和平面视图。如图4e所示，在区域414和未受辐照的区域412之间的边界在成像工具中是可视的。图4d表明区域414可能通过穿过掩模420的一定量的辐射而形成。这样，所有区域414相对于未受辐照的区域412将变得升高了。另外，台面414与区域414的其他部分相比可以不同地对光进行反射，以使得台面416的位置、形状以及大小均是清晰可辨别的。因此，标记422基本上复制了下对准标记424中的位置特征信息。因为在没有掩模的辅助下，标记422的升高特征的位置与下对准标记424中的各个沟槽特征相对准，因此图4a-f所描述的工艺是一种用于保持对准标记信息的自对准工艺。
虽然图4b中示出的层412具有完全平坦的顶面，但是在本发明的其他实施例中，层412可具有某种程度上的正形性，其中在沟槽410上形成小型沟槽。为了达到沟槽区域410之上的层412的厚度显著大于表面413之上区域中厚度的程度，可在石墨化层412之后仍然形成台面区域416。
在本发明的一个实施例中，一种用于保持设置有具有沟槽特征的下对准标记结构的基底上的对准标记的方法，其特征在于：对基底施加硬掩模涂层；和将包含下对准标记结构的基底部分曝光一定量的辐射，其中曝光所述辐射量并且位于下对准标记结构的沟槽特征之上的硬掩模的顶面区域相对于硬掩模涂层的顶面的相邻区域是升高了的。
在本发明的一个实施例中，一种用于再现基底上的对准标记特征的方法，其中该基底具有位于下对准标记中的规定沟槽区域，该方法的特征在于：在下对准标记上沉积一种涂层；在涂层的顶面提供一个硬掩模层；并将硬掩模层的部分曝光一定量的辐射，其中位于沟槽区域之上的硬掩模层的部分相对于硬掩模层的相邻部分来说变得升高了的。
在本发明的一种配置中，一种自对准对准标记结构具有包括形成在台面区域之间的下沟槽区域的下对准标记以及设置在下部沟槽和台面区域上的涂层，该自对准对准标记结构的特征在于：配置该涂层，以在其顶面上提供上沟槽区域，该沟槽区域的水平位置相应于下沟槽区域的水平位置，其中上沟槽区域包括一升高的部分，该升高部分的水平位置基本上相应于下对准标记沟槽区域的水平位置。
如上所述已经公开了本发明的优选形式，对本领域技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内可获得本发明的某些优势的各种变化和改型都将是显而易见的。对于本领域熟练技术人员来说，使用可发挥相同功能的部件进行适宜地替换都将是显而易见的。此外，本发明的方法可在任意所有的软件实施中利用适当的处理指令，或在混合实施中利用硬件逻辑和软件逻辑的组合来实现相同的结果而得到实现。因此，本发明的范围由所附权利要求书来单独确定。

Claims (23)

1.一种保持对准标记的方法，包括：
在基底上准备下对准标记结构，所述下对准标记结构定义了下沟槽区域；
在基底上施加硬掩模涂层，所述硬掩模涂层具有顶面；
将硬掩模涂层的一部分曝光一定量的辐射，以使位于下对准标记结构中的下沟槽区域上的硬掩模涂层的顶面区域升高，因此该顶面区域比与硬掩模涂层的顶面区域相邻的顶面的部分更高。
2.如权利要求1所述的方法，其中该硬掩模涂层是无定形碳。
3.如权利要求2所述的方法，其中硬掩模层的曝光部分基本被石墨化。
4.如权利要求2的方法，其还包括在施加硬掩模涂层之前在下对准标记结构上沉积一涂层。
5.如权利要求4所述的方法，其中该涂层保留一位于下对准标记的沟槽区域之上的上沟槽区域。
6.如权利要求5所述的方法，其中该硬掩模层是基本平面化的，其中在上沟槽区域之上的硬掩模层的厚度比相邻区域在硬掩模被曝光一定量的辐射之前的厚度更大。
7.如权利要求2所述的方法，其中硬掩模涂层的厚度大约是50-1000nm。
8.如权利要求1所述的方法，其中该涂层是一种正形的涂层。
9.一种对准标记特征的自对准再现工艺，包括：
在基底上设置的下对准标记中定义下沟槽区域；
在下对准标记之上沉积一涂层；
在涂层的顶面上提供一硬掩模层；以及
将该硬掩模层的一部分曝光一定量的辐射，其中位于沟槽区域之上的部分硬掩模层相对于硬掩模层的相邻部分变得升高了。
10.如权利要求9所述的方法，其中该硬掩模涂层是无定形碳。
11.如权利要求10所述的方法，其中无定形碳的曝光部分的厚度比无定形碳的未曝光部分的厚度高大约10-30％。
12.如权利要求10所述的方法，其中该涂层包括位于下对准标记的下沟槽区域之上的上沟槽区域。
13.如权利要求12的方法，其中位于上沟槽区域之上的区域中的硬掩模层高度比相邻区域中的硬掩模层高度高大约10-100nm。
14.如权利要求9所述的方法，其中该硬掩模层是基本平面化的，其中在上沟槽区域之上的硬掩模层的厚度比相邻区域在硬掩模被曝光一定量的辐射之前的厚度高大约10-50％。
15.如权利要求9所述的方法，其中硬掩模涂层的厚度大约是50-1000nm。
16.如权利要求9的方法，其中定义下沟槽区域的步骤包括：提供一基底层；
在基底层之上沉积一附加层；以及
蚀刻附加层的选定部分。
17.一种自对准的对准标记结构，包括：
下对准标记结构，其设置在基底上，并包括下沟槽区域和台面区域；
涂层，其设置在下沟槽区域和台面区域上，并包括上沟槽区域；以及
上对准标记结构，其包括一升高的部分，该升高部分的水平位置相应于下沟槽区域的水平位置，并且该升高部分通过硬掩模层的一部分的选择性扩展而形成。
18.如权利要求17所述的自对准的对准标记结构，其中该硬掩模层是无定形碳。
19.如权利要求18所述的自对准的对准标记结构，其中硬掩模层的厚度大约是50-1000nm。
20.如权利要求18所述的自对准对准标记结构，其中该下对准标记结构包括多个下沟槽和台面区域，并且其中上对准标记结构包括多个相应于各个下沟槽区域的升高部分。
21.如权利要求20所述的自对准的对准标记结构，其中该硬掩模层是基本平面化的，其中在上沟槽区域之上的硬掩模层的厚度比相邻区域在硬掩模被曝光一定量的辐射之前的厚度高大约10-50％。
22.如权利要求20所述的自对准对准标记结构，其中多个升高部分可在对准工具中成像。
23.一种恢复对准标记的方法，包括：
提供一基底层；
在基底层的顶部提供一台面层；
蚀刻台面层的选定部分，以定义具有下沟槽区域的下对准标记；
在下对准标记上沉积一涂层，该涂层是基本正形性的，其中上沟槽区域形成在下沟槽区域上的涂层的上部中；
在涂层之上沉积一无定形碳层；以及
将无定形碳层曝光一定量的辐射，以使位于下对准标记中下沟槽区域上的无定形碳层的顶面区域升高，因此，所述顶面区域将高于无定形碳层的顶面的相邻部分，其中所述顶面区域包括位于与下对准标记相同水平位置的上对准标记。
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