CN105829971B - 用于通过无接触式光学法定位光刻掩模的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于相对于晶片(11)的表面定位掩模(10)以暴露所述晶片(11)的装置。所述装置包括：(i)第一定位单元(20)，其能够使所述掩模(10)和所述晶片(11)相对于彼此保持和移动；(ii)成像单元(20、22、23、30)，其能够沿着至少一个视场(14)生成掩模(10)的和晶片(11)的表面的至少一个图像，以在所述视场(14)内对所述掩模(10)和所述晶片(11)的定位标记(12、13)同时成像；和(iii)至少一个光学距离传感器(26)，其能够利用至少部分穿过成像单元的测量光束(15、28)在所述视场(一个或更多个)(14)内产生晶片(11)的表面和掩模(10)之间的距离测量。本发明还涉及在所述装置中实施的方法和一种设备。
Description
技术领域
本发明涉及用于为了特别在接触/接近模式的光刻法中进行曝光晶片或衬底操作而相对于晶片表面定位光刻掩模的装置。
本发明还涉及包括这种装置的设备以及在该装置或该设备中实施的方法。
本发明的领域更特别地但非限制性地为步进式光刻机和曝光系统的领域。
现有技术
光刻技术需要用于曝光处理中的晶片的操作。
待处理晶片包括待刻蚀层，其覆盖有被称为“抗蚀”层的光敏层。具有透明部分和不透明部分的掩模被定位于晶片表面之上。然后利用通常在紫外(UV)波长之内的光来通过掩模照射或曝光晶片表面。在掩模的透明部分中，光到达晶片并且改变光敏层的特性。化学处理的步骤之后，根据工艺(阳树脂或阴树脂)，位于被曝光区域中或被保护区域中的抗蚀层的部分被移除以允许选择性地刻蚀待刻蚀层的未被覆盖部分。
这些操作可以在工艺中重复许多次。因此，掩模必须相对于晶片表面很精确地被定位，使得曝光射线的光路是垂直的并且在通常包括已有结构的整个晶片或衬底上均等。
在平面X-Y(与晶片平面平行)中的定位通常通过将存在于掩模上的图案(十字线、交叉线等)与已经在晶片表面上刻蚀出的图案进行叠置来进行。掩模必须被定位于允许该对准在光敏树脂层没有被接触影响的情况下实现该对准的一段距离处。
然后掩模还必须被定位于相对于晶片表面的恒定且非常精确的距离Z处，并且这必须在其整个表面上进行。这允许控制穿过掩模的光的衍射。实际上，该衍射直接决定能够用以在晶片上复制掩模的图案的精确度和分辨率。在短波长(紫外线或深紫外线或极端紫外线(EUV))被使用时，控制该距离Z甚至是更重要的，以便精确地限制衍射效应并且使刻蚀的空间分辨率最大化。
掩模必须不与晶片接触。其通常被定位于约20微米或更短的距离Z处。
在已知的接触/接近式曝光系统中，利用微珠或微柱来进行掩模的定位，所述微珠或微柱由陶瓷材料制成，具有标准直径，用作垫片。这些微珠或垫片被牢固地固定到移动元件，允许将其插入掩模和晶片之间，之后组件被压制。
该技术具有一些的缺点：
-其导致复杂的系统；
-机械接触会损害接触表面；
-控制将掩模定位在平面X-Y中和距离Z之上是复杂的，这是因为表面必须在已经进行X-Y定位之后才能在隔片两侧都被压制。
-厚度控制的精确度不总是足够的；
-不能够使距离Z减小到一定限值之下，但是这对于限制衍射是期望的。
本发明的一个目的在于提出一种允许克服现有技术的缺点的、用于相对于待曝光晶片定位掩模的装置和方法。
本发明的另一目的在于提出一种用于相对于待曝光晶片或衬底定位掩模的装置和方法，其允许在与晶片表面没有接触的情况下的定位。
最后，本发明的一个目的在于提出一种用于相对于待曝光晶片或衬底定位掩模的装置和方法，其允许将掩模精确定位在离晶片非常短的距离处。
发明内容
利用相对于晶片的表面定位掩模以曝光所述晶片的装置实现了该目的，所述装置包括适合于使所述掩模和所述晶片相对于彼此保持和移动的第一定位单元，所述装置的特征在于，其还包括：
-成像单元，其适合于沿着至少一个视场生成晶片表面的和掩模的至少一个图像，以便在所述视场中使所述掩模的和所述晶片的图像定位标记同时成像，和
-至少一个光学距离传感器，其适合于利用至少部分穿过成像单元的测量光束在所述视场中产生晶片表面和掩模之间的距离测量值。
根据实施例，根据本发明的装置还能够包括第二定位单元，其适合于相对于晶片表面移动视场(一个或更多个)。
根据实施例，根据本发明的装置能够包括成像单元，其适合于沿着三个视场同时生成至少三个图像。
所述装置能够包括至少三个光学距离传感器。
根据实施例，根据本发明的装置能够包括以下类型之一的至少一个光学距离传感器：
-共焦传感器，
-彩色共焦传感器，
-低相干干涉仪(时间的、光谱的、频率扫描的)，
-反射计，
-激光干涉仪。
根据实施例，根据本发明的装置能够包括还适合于产生以下测量值中的至少一个的至少一个距离传感器：
-抗蚀层厚度的测量值，
-待刻蚀层的反射率的测量值，所述待刻蚀层存在于抗蚀层之下。
根据另一方面，提出了一种用于曝光晶片的设备，其包括根据本发明的、用于相对于晶片表面定位掩模的装置。
根据又一方面，提出了一种用于相对于晶片表面定位掩模以曝光所述晶片的方法，所述方法利用适合于使所述掩模和所述晶片相对于彼此保持和移动的第一定位单元，所述方法包括以下步骤：
-沿着至少一个视场获得掩模的和晶片表面的至少一个图像，以便在所述视场中使所述掩模的和所述晶片的图像定位标记同时成像，
-利用至少一个光学距离传感器和至少部分穿过成像单元的测量光束来在所述视场(一个或更多个)中获得晶片表面和掩模之间的至少一个距离测量值。
根据本发明的方法还能够包括掩模和/或晶片的相对移动步骤，以便在至少一个视场中：
-叠置掩模的和晶片的定位标记，
-获得晶片表面和掩模之间的、符合预定义值的距离测量值。
根据实施例，根据本发明的方法能够包括沿着三个视场同时获得至少三个图像的步骤。
根据本发明的方法还能够包括利用光学距离传感器从由光学距离传感器获取的信号测量以下值中的至少一个的步骤：
-存在于晶片上的抗蚀层的厚度，
-待刻蚀层的反射率，所述待刻蚀层存在于抗蚀层之下。
附图和具体实施方式
通过阅读对绝非限制性的实施方式和实施例的详细描述以及根据以下附图，本发明的其他优点和特征将变得明显，在这些附图中：
-图1示出了相对于晶片定位掩模的难点，其中图1(a)为主视图而图1(b)为侧视图，
-图2示出了根据本发明的装置的一个实施例。
应理解的是，下文将描述的实施例绝非是限制性的。特别地，能够设想本发明的变型，所述变型仅包括下文中与所描述的其他特征孤立的特征选集，只要该特征选集足以赋予本发明技术优点或将本发明与现有技术区分开。如果部分结构细节足以提供技术优点或将本发明与现有技术区分开，则该选集包括不具有结构细节或具有所述部分结构细节的、优选为功能性的至少一个特征。
特别地，所描述的所有变型和所有实施例能够结合在一起，只要没有对该结合的技术反对即可。
在附图中，对几幅附图来说共同的元素保持相同的附图标记。
参照图1，本发明旨在用于被特别地在光刻法中使用并且通常被称为“步进式光刻机”的曝光系统中。
这样的系统包括晶片支承件或卡盘，在其中能够固定覆盖有光敏材料的晶片11。
所述系统还包括掩模支承件，在掩模支承件中能够将掩模10定位为与晶片11相对。该掩模10包括透明板(通常由石英制成)，在透明板上沉积有在不透明材料(通常为铬)中产生的图案。因此，掩模包括透明区域和不透明区域。
一旦将掩模10相对于晶片11正确定位，就借助于紫外光曝光组件。因此，只有出现在掩模的透明区域中的光敏材料受影响。这允许在晶片11上刻蚀出用于构成特别是电子或光学部件的图案。
就晶片的处理能够包括大量连续的曝光和刻蚀操作而言，相对于已存在于晶片11表面上的图案正确地定位掩模10是非常重要的。
如之前解释的，该定位必须在晶片平面(X-Y)中以平移和转动方式进行。为此目的，掩模包括特定图案或十字线12，其必须与已经被刻蚀在晶片11上的其他十字线13对准。
为了优化分辨率，掩模10和晶片11还必须沿着其法向(Z)相对于彼此精确定位，以便正确地平行并且分开符合设定值的一段距离。
本发明允许精确地、同时地、和无接触地进行这些对准。
参照图2，根据本发明的装置包括成像单元。
这些成像单元允许沿着视场14使掩模10和晶片11(通过掩模10的透明部分)成像。
成像单元包括光源20和准直单元(透镜等)，允许产生光束21以照亮视场14。光源20能够例如包括发射可见波长的光的卤素灯。
成像单元还包括具有矩阵阵列检测器23的摄像机22，所述摄像机能够例如是CCD类型。成像单元还包括光学单元(透镜等)，该光学单元允许由掩模10和晶片11反射或反向散射的光24在矩阵阵列检测器23上形成视场14的图像。
成像单元被定位为使得光的和成像的光轴29与掩模10和晶片11的平面基本垂直。由此通过反射或反向散射进行成像。
根据本发明的装置还包括光学距离传感器26。
该传感器产生借助于准直器25插入光学成像系统中的测量光束28。该测量光束穿过成像单元的远侧物镜30以在视场14中形成测量点15。由此这允许测量掩模10和晶片11之间的距离，或更准确地，测量掩模10的和晶片11的相对面之间的距离。这是点测量，或至少在点处或接近视场14的区域15内进行。
根据本领域技术人员熟知的技术，借助于分离器立方体、分束器等元件不同光束(测量的、成像的等)在光学系统中结合和/或分开。
距离传感器26利用基于光谱范围中的低相干干涉测量的测量技术。来自广谱光源的光经由光纤27被带到准直器25。源自距离传感器26的该光在掩模10表面和晶片10表面上的反射被准直器25本身收集并且在分光计中被分析。由此获得了锯齿形光谱，其中使在掩模10的和晶片11的面上的反射波同相的光波长对应于最大值。该光谱的分析允许准确推导掩模10和晶片11之间的距离。
根据本发明的装置还包括第一定位单元20，其允许使晶片11和掩模10相对于彼此保持和移动。这些定位单元能够包括任何适当的机械系统，例如平移、转动、倾斜元件等。
根据本发明的装置还包括第二定位单元(未示出)，其允许使视场14在掩模10的和晶片11的表面上移动。
这些第二定位单元包括平移台，其允许使整个成像单元在掩模的平面X-Y中移动，以能够将视场14定位在掩模10的和晶片11的表面上的任何位置处。
根据变型实施例，任何类型的适当光学距离传感器都能够用于测量掩模10和晶片11之间的距离。特别可以提到的是：
-利用低相干频率扫描干涉测量技术的传感器，其利用可调谐激光源和顺序执行的光谱分析；
-利用具有延迟线的低时间相干干涉测量技术，所述延迟线用于复制在来自特别是在掩模10的和晶片11的表面上的反射的信号之间的光学延迟；
-共焦彩色传感器，其中测量范围中的位置为借助于引入色差的色散光学元件(例如在准直器25的水平处)而以波长编码的。(掩模10的和晶片11的)界面的位置由此能够从反射信号的光谱分析推导出。
-共焦传感器，其中界面的位置根据在测量光束15的聚焦点的深度(Z)扫描期间检测反射光的最大强度而确定；
-基于激光干涉技术的传感器。
根据变型实施例，根据本发明的装置能够包括第三定位单元，其允许在成像单元的视场14中移动距离传感器的测量点15的位置。这些第三定位单元能够例如包括用于移动测量准直器25的单元。
根据变型实施例，第一和第二定位单元能够由相同元件实施或包括共用的元件。
根据变型实施例，允许将视场14在掩模10的和晶片11的表面上移动的第二定位单元能够由被插入光学成像单元中的移动元件(反射镜等)实施或包括该移动元件。
根据变型实施例，根据本发明的装置能够包括多个光学成像系统(例如图2中所示的那些)，和用于将这些光学成像系统中的每个的视场独立地定位在掩模10的表面上的第二定位单元。
特别地，根据本发明的装置能够包括三个光学成像系统，这允许同时在三个位置中调节晶片11和掩模10的相对位置，并且由此同时覆盖所有自由度。
根据实施例，根据本发明的装置能够包括光学切换单元(移动反射镜等)，其允许利用同一成像系统使被置于不同位置中的几个视场14顺序成像。
利用根据本发明的装置来对准掩模10和晶片11包括以下步骤：
-掩模10、晶片11和视场14被定位为使得待与晶片11的参考标记13对应地布置或叠置的、掩模10的参考标记12在相同视场14中可见。
-晶片11和掩模10在平面X-Y中相对于彼此移动，以将掩模的参考标记12和晶片的参考标记13对应地布置。
-调节视场14的位置和/或测量光束在视场14中的位置15，使得测量光束穿过掩模10的透明部分。
-晶片11和掩模10之间沿着轴Z的距离被测量并且通过相对于掩模10移动晶片11而被调节到设定值。
-对于几个参考标记12，在掩模10的表面上的几个位置处进行这些测量和定位操作(循序地或同时地)。实际上，需要至少在两个位置处进行这些操作以调节晶片11相对于掩模10在平面X-Y中的转动，并且在三个位置处进行这些操作以调节晶片11和掩模10之间的距离，使得晶片11和掩模10正确平行并且分开期望的距离。因此，优选地，这些测量和定位操作在掩模10的表面处的三个位置处进行，或四个位置处进行以获得冗余测量。
因此，根据本发明的一个特别有利的方面，晶片和掩模能够在元件与它们的表面没有机械接触的情况下被定位为彼此非常接近，距离几微米或几十微米。
根据变型实施例，所使用的距离传感器中的至少一个还可以适合于测量光敏层或抗蚀层的厚度。
由此，可以测量掩模10和晶片11之间的距离，或更准确地，测量掩模10和存在于晶片11上的抗蚀层的上表面之间的距离，以及存在于待刻蚀层之上的抗蚀层的厚度。
这个或这些距离传感器还可以适合于测量存在于晶片11上、抗蚀层之下的待刻蚀层的表面的反射率。
该使用方法能够利用合适类型的距离传感器实施，所述距离传感器特别包括之前提到的那些(共焦传感器；彩色共焦传感器；时间的、光谱的、频率扫描的低相干干涉仪；反射计；激光干涉仪等)。传感器必须仅以适合于进行本领域技术人员所熟知的多层测量的配置和利用适合于穿透抗蚀层的测量波长(例如接近红外线)来使用。
反射率测量值能够根据反射测量信号的强度获得。
抗蚀层厚度的测量值和待刻蚀层反射率的测量值是必要信息以能够调节待于曝光步骤期间施加的能量(曝光时间和/或功率)。
由此，有利地，本发明允许利用单个系统来测量和调节曝光所必需的一组参数(掩模-晶片距离、抗蚀层厚度和待刻蚀层的反射率)。
另外，可以确定掩模10和待刻蚀表面之间的距离(包括抗蚀层的厚度)，并且由此可以在考虑抗蚀层厚度的同时调节晶片11表面和掩模10之间的距离。
根据一个变型，根据本发明的装置能够包括除光学距离传感器26以外的至少第二传感器，以测量抗蚀层的厚度和/或待刻蚀层的反射率。
该第二传感器还能够包括至少部分穿过成像单元的测量光束。其能够被布置以执行成像系统的视场14中的测量。
当然，本发明并不限于刚才已经描述的示例，并且在不超出本发明的范围的情况下能够做出许多调整。
Claims (11)
1.一种相对于晶片(11)的表面定位掩模(10)以曝光所述晶片(11)的装置，其包括适合于使所述掩模(10)和所述晶片(11)相对于彼此保持和移动的第一定位单元(20)，所述装置的特征在于，其还包括：
-成像单元(20、22、23、30)，其适合于沿着至少一个视场(14)生成所述晶片(11)的表面的和所述掩模(10)的至少一个图像，以在所述视场(14)中使所述掩模(10)的和所述晶片(11)的定位标记(12、13)同时成像，和
-至少一个光学距离传感器(26)，其适合于利用测量光束(28)在一个或更多个视场(14)中产生所述晶片(11)的表面和所述掩模(10)之间的距离测量值，其中所述测量光束至少部分地穿过所述成像单元以在这个或这些视场(14)中形成测量点(15)。
2.如权利要求1所述的装置，其还包括第二定位单元，所述第二定位单元适合于相对于所述晶片(11)的表面移动所述一个或更多个视场(14)。
3.如权利要求1所述的装置，其包括适合于沿着三个视场(14)同时生成至少三个图像的成像单元。
4.如权利要求3所述的装置，其包括至少三个光学距离传感器(26)。
5.如权利要求1所述的装置，其包括以下类型之一的至少一个光学距离传感器(26)：
-共焦传感器，
-彩色共焦传感器，
-低相干干涉仪，
-反射计，
-激光干涉仪。
6.如前述权利要求之一所述的装置，其包括还适合于产生以下测量值中的至少一个的至少一个光学距离传感器(26)：
-抗蚀层厚度的测量值，
-待刻蚀层的反射率的测量值，该待刻蚀层存在于所述抗蚀层之下。
7.一种用于曝光晶片的设备，其包括根据前述权利要求中任一项所述的装置。
8.一种相对于晶片(11)的表面定位掩模(10)以曝光所述晶片(11)的方法，其利用适合于使所述掩模(10)和所述晶片(11)相对于彼此保持和移动的第一定位单元(20)，所述方法的特征在于，其包括以下步骤：
-沿着至少一个视场(14)获得所述晶片(11)的表面的和所述掩模(10)的至少一个图像，以便在所述视场(14)中使所述掩模(10)的和所述晶片(11)的定位标记(12、13)同时成像，
-利用至少一个光学距离传感器(26)和至少部分地穿过成像单元以在一个或更多个视场(14)中形成测量点(15)的测量光束(28)，在这个或这些视场(14)中获得所述晶片(11)的表面和所述掩模(10)之间的至少一个距离测量值。
9.如权利要求8所述的方法，其还包括所述掩模(10)和/或所述晶片(11)的相对移动的步骤，以便在至少一个视场(14)中：
-叠置所述掩模(10)的和所述晶片(11)的定位标记(12、13)，
-获得所述晶片(11)的表面和所述掩模(10)之间的、符合预定义值的距离测量值。
10.如权利要求8所述的方法，其包括沿着三个视场(14)同时获得至少三个图像的步骤。
11.如权利要求8到10之一所述的方法，其还包括利用所述光学距离传感器(26)从由所述光学距离传感器(26)获取的信号测量以下值中的至少一个的步骤：
-存在于所述晶片(11)上的抗蚀层的厚度，
-待刻蚀层的反射率，所述待刻蚀层存在于所述抗蚀层之下。
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