CN1279403C

CN1279403C - 光刻装置和器件制造方法

Info

Publication number: CN1279403C
Application number: CNB031105343A
Authority: CN
Inventors: J·G·吉斯伯特森; P·W·H·德亚格; M·D·尼克尔克
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: JP3583774B2; US7390614B2; US7379153B2; US20050186509A1; TW594445B; US20040013954A1; KR20030080192A; KR100638371B1; CN1441318A; SG106121A1; JP2003282431A; TW200401174A

Abstract

一种光刻装置投射，其设有对准传感器，该传感器包括电子束源10，用于提供一入射到基底W的对准标记14上的电子束12；背散射电子检测器16，用于检测从对准标记14背散射出来的电子。对准传感器独立于投射系统和投射辐射，并且为一种离轴对准传感器。

Description

光刻装置和器件制造方法

技术领域

本发明涉及一种光刻投射装置，包括：

-用于提供辐射投射光束的辐射系统；

-用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据要求的图案对投射光束进行构图；

-用于保持基底的基底台；

-用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统。

本发明的背景技术

这里使用的术语“构图部件”应广意地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的部件，其中所述图案与要在基底的靶部上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在靶部中形成的器件的特殊功能层相应，如集成电路或者其它器件(如下文)。这种构图部件的示例包括：

■ 掩模。掩模的概念在光刻中是公知的。它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性的被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射光束中的要求位置，并且如果需要该台会相对光束移动。

■ 程控反射镜阵列。这种设备的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的理论基础是(例如)反射表面的寻址区域将入射光反射为衍射光，而非可寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中过滤所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而产生图案。程控反射镜阵列的另一实施例利用微小反射镜的矩阵排列，通过使用适当的局部电场，或者通过使用压电致动器装置，使得每个反射镜能够独立地绕一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，由此已定址的反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到无地址的反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的定址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵寻址。在上述两种情况中，构图部件可包括一个或者多个程控反射镜阵列。反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891、美国专利US5,523,193、PCT专利申请WO98/38597和WO 98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在程控反射镜阵列的情况中，所述支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。

■ 程控LCD阵列，例如由美国专利US5,229,872给出的这种结构，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。

为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩模和掩模台为例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图部件。

光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可产生对应于IC每一层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅片)的靶部上(例如包括一个或者多个电路小片(die))。一般地，单一的晶片将包含相邻靶部的整个网格，该相邻靶部由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻投影装置是，通过一次曝光靶部上的全部掩模图案而辐射每一靶部；这种装置通常称作晶片分档器。另一种装置(通常称作分步扫描装置)通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底台来辐射每一靶部；因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。如这里描述的关于光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6,046,729中获得，该文献这里作为参考引入。

在用光刻投影装置的制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底可进行各种处理，如涂底漆，涂敷抗蚀剂和软烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如曝光后烘烤(PEB)，显影，硬烘烤和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单层形成图案。这种图案层然后可进行任何不同的处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学—机械抛光等完成一单层所需的所有处理。如果需要多层，那么对每一新层重复全部步骤或者其变化。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切割或者锯断的技术将这些器件彼此分开，单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些步骤的进一步信息可从例如Peter van Zant的“微型集成电路片制造：半导体加工实践入门(Microchip Fabrication：A Practical Guideto Semiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill PublishingCo.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。

为了简单起见，投影系统在下文称为“镜头”；可是，该术语应广意地解释为包含各种类型的投影系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统。辐射系统还可以包括根据这些设计类型中任一设计的操作部件，该操作部件用于操纵、整形或者控制辐射的投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。另外，光刻装置可以具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多级式”器件中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。例如在美国专利US5,969,441和WO98/40791中描述的二级光刻装置，这里作为参考引入。

对准是将掩模上一特定的点图像定位在将要曝光的晶片上的一特定点的步骤。为了达到该目的，需要建立晶片的位置和方向，为此，一般在基底(晶片)上提供一个或多个对准标记，例如小图案。一个器件可能由多层组成，其中这些层是通过带有中间处理步骤的连续曝光建立的。在每次曝光之前都要进行对准，以使新的曝光和上一次曝光之间的任何位置误差最小化，这种误差术语上称为重叠误差。但是，一些中间处理步骤可能在对准标记上沉积物质，并且这些物质将至少掩埋在一能量敏感材料(抗蚀剂)层之下，这会导致对准标记模糊，从而导致重叠误差。上述和其它处理步骤还可能会导致测量好的对准位置发生不要求的位移。

一些光刻投射装置使用电子束辐射进行曝光，而且为了对准，利用投射电子束。但由此会产生这样的问题，即投射电子束的能量不是针对对准标记和置于该标记之上的特定层设计的，因为电子束能量一般为100keV左右。这会导致一些问题，即在对准步骤中损害一些特征和/或对抗蚀剂进行不必要的曝光，以及在观察对准标记时发现对比度较差。

发明内容

本发明的一个目的是至少部分地减轻上述问题。

依据本发明，本文开始段落中描述的光刻装置可以实现该目的和其它目的，即一种光刻投射装置，包括：用于提供辐射投射光束的辐射系统；用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据要求的图案对投射光束进行构图；用于保持基底的基底台；用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统；其特征在于所述装置进一步包括一对准传感器，该传感器包括：电子束源，用于提供一入射到基底台上的基底上的对准标记上的电子束；背散射电子检测器，用于检测从对准标记背散射出来的电子，其中对准传感器独立于光刻投射对准的辐射系统，但设置在光刻投射装置之中，以确保在光刻投射装置内部进行原位对准；其中电子束可形成图案，以预定的强度分布入射到基底上，该强度是预定的以与基底上对准标记图案的至少一部分相对应，并且电子束源提供的电子能量范围为10-100keV。

本发明的优点在于，即使当对准标记因为沉积在基板上的抗蚀剂层和/或进一步的处理层而变得模糊或横向位移，也可以利用对准传感器进行对准。另一优点是可以针对特定的晶片、处理层和对准标记设计在对准传感器中所用的电子束能量，而与投射辐射以及辐射系统和投射系统无关。

优选投影辐射束为EUV辐射。其优点在于对准传感器的电子束和投影辐射的电子束互不相关。此外，还有一优点是投射和对准系统都可在真空中操作。

优选电子束和基底台能够相对于彼此进行扫描。这就提供了一检测信号，作为指示对准标记位置的扫描位置的函数。电子束可以相对于基底台被扫描，或者基底台相对于电子束被扫描。

电子束可以控制成以单一的点入射到基底上。或者，电子束可以控制成以具有一图案的预定强度分布入射到基底上，该图案例如可以对应于基底上对准标记图案的至少一部分。此时，可以用掩模对电子束进行构图，该掩模优选设有一基本上为基底上对准标记图案的负像的图案。

优选电子束源提供的电子能量范围是10-100keV，更优选的范围是20-50keV。其优点在于在被背散射之前，它具有足够的能量穿透对准标记上的任何层，同时可在基底(例如硅)和更高原子数材料(例如钨)的标记之间在背散射系数上提供良好的反差。如果电子束能量太高，则背散射反差下降。此外，对于更高的电子束能量，对准单元的光柱必须更长，因此难以将其加入到光刻装置中。

依据本发明的又一方面，还提供一种器件制造方法，包括以下步骤：

-提供一至少部分覆盖一层辐射敏感材料的基底；

-利用辐射系统提供辐射投射光束；

-利用构图部件来使投射光束的横截面具有图案；

-在具有该层辐射敏感材料的靶部上投射带图案的辐射光束，

其特征在于：为了将基底相对于带图案的辐射光束对准，通过以下步骤在所述投射步骤之前确定基底的位置：提供一独立于所述投射束的电子束；使电子束入射到基底上的对准标记上；检测从对准标记背散射出来的电子；其中电子束可形成图案，以预定的强度分布入射到基底上，该强度是预定的以与基底上对准标记图案的至少一部分相对应，并且电子束源提供的电子能量范围为10-100keV。

本发明的另一方面是可以加入上述的一个或多个优选特征。

在本申请中，本发明的装置具体用于制造IC，但是应该明确理解这些装置可能具有其它应用。例如，它可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、液晶显示板、薄膜磁头等等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，在说明书中任何术语“划线板”，“晶片”或者“电路小片(die)”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩模”，“基底”和“靶部”代替。

在本文件中，使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和EUV(远紫外辐射，例如具有5-20nm的波长范围)，和粒子束，如离子束或者电子束。

附图说明

现在仅通过举例的方式，参照附图描述本发明的实施方案，其中：

图1表示本发明实施例的光刻投射装置；

图2表示用于图1的实施例的对准传感器的示意图，其中该传感器使用电子束；

图3表示根据本发明一实施例、带有对准标记的晶片的示意性截面图，在该标记上入射有电子束；

图4表示当图3实施例中的电子束在对准标记上扫描时的背散射电子检测信号；

图5是表示根据本发明另一实施例、带有对准标记的晶片的示意性截面图，在该标记上入射有电子束；

图6表示当图5实施例中的电子束在对准标记上扫描时的背散射电子检测信号；

在图中相应的附图标记表示相应的部件。

具体实施方式

实施例1

图1示意性地表示了本发明一具体实施方案的一光刻投影装置。该装置包括：

● 辐射系统LA，IL，用于提供辐射投射光束PB(例如UV或EUV辐射、电子或离子)；

● 第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如划线板)的第一目标(掩模)保持器，并与用于将该掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置PL连接；

● 第二目标台(基底台)W2T，设有用于保持基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的第二目标(基底)保持器，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置P2W连接；

● 第三目标台(基底台)W3T，设有用于保持基底W3(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的第三目标(基底)保持器，并与用于精确定位基底的第三定位装置P3W连接，一般标记为AL的对准系统设置在第三目标台上；以及

● 投射系统(“镜头”)PL(例如折射或反折射系统、一反射镜组或场偏转器阵列)，用于将掩模MA的辐射部分照射在基底W的靶部C上。

辐射系统包括产生辐射束(例如，在存储环或者同步加速器中绕电子束的路径设置的波纹机或者摆动器，等离子源，电子或者离子束源，汞灯或者激光器)的源LA。辐射束优选为EUV束。所述射束穿过照射系统IL包括的各种光学部件，从而所得到的射束PB在其横截面具有要求的形状和强度分布。

射束PB然后入射到保持在掩模台MT上的掩模MA上。由掩模MA选择性反射(或透射)的射束PB通过“镜头”PL，该镜头将射束PB聚焦在基底W2，W3的靶部上。在定位装置P2W，P3W和干涉位移测量装置IF的辅助下，基底台W2T，W3T可以精确地移动，例如在射束PB的光路中定位不同的靶部C。类似的，例如在从掩模库中机械取出掩模MA或在扫描期间，可以使用定位装置PM和干涉位移测量装置IF将掩模MA相对射束PB的光路进行精确定位。在现有技术中，通常用图1中未明确显示的长冲程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、W2T的移动。

所示的装置可以按照二种不同模式使用：

● 在步进模式中，掩模台MT基本保持不动，整个掩模图像被一次投射(即单“闪”)到靶部C上。然后基底台WT沿X和/或Y方向移动，以使不同的靶部C能够由光束PB照射。

● 在扫描模式中，基本为相同的情况，但是所给的靶部C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向，例如y方向”)以速度v移动，以使投射光束PB扫描整个掩模图像；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相当大的靶部C，而没有牺牲分辨率。

图2显示了体现本发明对准系统的原理。该系统包括电子束源10，提供指向支撑在晶片台WT上的晶片W的电子束12。当电子束入射到晶片W上的一合适的对准标记14上时，产生背散射电子，这些电子由检测器16进行检测。可以从例如电子显微领域了解合适的电子束源10和背散射电子检测器16的细节。

对准标记14的背散射效率取决于形成标记的元素的原子数。优选使用原子数较高的材料，例如钨，钽，钴或钛，但也可以使用其它材料制作标记，例如铜(也可以使用这些金属的硅化物或氮化物)。标记可以由多层结构组成。背散射效率以及它对电子束位置的依赖性，也取决于标记的横向和截面几何图形。具体来说，重要的是形成标记线条的深度、厚度、宽度和空间距离，以及用较高原子数材料制作。

背散射电子检测器16的精确位置不重要，因为背散射过程没有具体的方向性。

电子束12相对于镜片W进行扫描。可通过在固定的电子束12下移动晶片台WT，或者用电和/或磁场使电子束12偏转，或者将二者组合实施扫描。

对准系统可以确定晶片W上标记14的位置和方向，由此可以相对于晶片台WT精确地确定晶片W自身。参考图1，对准系统用于确定晶片台W3T上晶片W3的位置和方向。然后通过将定位部件P3W平移到投射镜头PL之下的一位置处，来转移该晶片台W3T。该位置就是由图1中P2W占据的位置(P2W基本上同时被平移到图1中P3W占据的位置处)。定位部件P3W相对于投射光束对准。由于已知标记(和晶片3)相对于定位部件P3W的位置，因此可以校正晶片相对于投射光束的对准，以实施曝光。

在本发明一可替代的实施例(未显示)中，对准系统的位置可临近投射镜头，因此可以无需将晶片和定位部件移动到一替代的偏离位置就可获得对准。

在某些情况下，优选提供两套对准系统，第一系统位于图1所示的位置，第二系统(未显示)的位置临近投射镜头PL。

在本文以下的实施例中将讨论掩模位置/方向的确定。

依据本发明该实施例的上述电子束对准传感器是所谓的离轴对准传感器，因为电子束辐射不穿过投射镜头的光学中心位置。实际上，在本发明的该实施例中，投射光束是EUV辐射，因此其在光学上完全独立于电子束对准辐射。由电子束源10产生的电子束12中的电子能量被设定在10-100keV的范围中，一般为20-50keV，典型地约为30keV。

可以按照图3所示方法实施图2所示的本发明实施例。参照图3，控制电子束12，使其以单一的点入射到晶片W上。在该例子中，晶片W包括基底20，且在基底20上有一对准标记14。对准标记14是由钨条制成的周期性光栅。在图3所示的截面图中仅端线排列地示出了三条条纹14.1，14.2和14.3。在基底20和标记14的上部是层22，该层表示抗蚀剂层和任何已经沉积在晶片W上的处理层。电子束沿箭头24指示的方向相对于晶片W扫描(但是如上所述，也可在相反的方向扫描晶片W，或者实际上晶片和电子束12均被移动)。

所得的信号显示在图4中，其作为扫描位置的函数与检测器16检测出的背散射电子的强度相关。可以看出的是在标记14的图案和图4的信号之间有一相关性。虽然图3中的标记14是由长方形轮廓的金属条14.1，14.2和14.3组成的，但是由检测器16检测到的实际信号是标记图案和电子束外形的卷积，因此在图4的检测信号中有一定程度的平滑。平滑程度取决于例如电子束12的宽度和轮廓。由于叠层中电子散射，使得该信号，即作为电子束位置函数的所测得的背散射电子强度进一步扩大。从所测得的信号可以确定标记14的位置和方向。对于光学对准标记，可以提供数个光栅，例如具有不同周期和例如在不同方向上的光栅，以唯一地确定标记标记的位置和方向，以及由此确定晶片的位置和方向。

在另一可替代的实施方式中，如图5所示，使用图3的晶片结构，但是电子束12是由多个波束泄出(beamlet)12.1，12.2，12.3等等组成的，由此以类似于至少部分标记14的方式对电子束12进行构图。电子束12和晶片如上所述相对地扫描，从检测器16测出的信号显示在图6中。在检测信号中，在一些扫描位置处存在检测信号的峰值，这些扫描位置是电子束12的图案和标记14之间有相关性的位置。实际测出的信号仍是标记14的图案和电子束12强度分布的卷积。在标记14中使用数个光栅方面，同对以上提供的实施例所作的评论一样，也是为了唯一地确定晶片W的位置和方向的。

依据该实施例，获得具有图案的电子束12的一种方式是使初始的电子束通过一掩模(未示出)，该掩模实质上为标记14所需部分的负像。例如可以相应于标记14的特征之间间隙，使用钨或者其它合适材料阻挡图案中一些特定部分中的电子，由此限定掩模的特征。

使用电子束提供对准的一个优点是：与用光束对准相比，电子束可相对于通过光束是看不见的对准标记提供对准。参考图3，如果层22是光学不透明的，则利用光束是看不见对准标记的。电子束直接透过光学不透明的层22，由此可以进行对准。

使用电子束的另一个优点是：电子束由对准标记造成的散射是对准标记体积(volume)的函数，而不仅仅是对准标记上表面的函数(如同光学对准的情况)。因此与光学对准相比，这使得对准对于对准标记的不对称性不那么敏感。

本发明尤其适用于利用EUV的光刻装置，因为本发明在真空条件下操作良好(为避免EUV被气体分子吸收，真空条件对EUV是必需的)。

以上已描述本发明的具体实施例，但应当理解本发明除上述之外，可以采用其他方式进行实施。本说明不作为本发明的限定。

Claims

1.一种光刻投射装置，包括：

用于提供辐射投射光束的辐射系统；

用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据要求的图案对投射光束进行构图；

用于保持基底的基底台；

用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统；

其特征在于所述装置进一步包括一对准传感器，该传感器包括：电子束源，用于提供一入射到基底台上的基底的对准标记上的电子束；背散射电子检测器，用于检测从对准标记背散射出来的电子，其中对准传感器独立于光刻投射装置的辐射系统，但设置在光刻投射装置之中，以在光刻投射装置内部原位进行对准；

其中电子束可形成图案，以预定的强度分布入射到基底上，该强度是预定的以与基底上对准标记图案的至少一部分相对应，并且电子束源提供的电子能量范围为10-100keV。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述辐射的投射光束为EUV辐射。

3.如权利要求1所述的装置，其中电子束和基底台可以彼此相对地扫描。

4.如权利要求3所述的装置，其中基底台是固定的，电子束可以相对于基底台进行扫描。

5.如权利要求3所述的装置，其中电子束是固定的，基底台可以相对于电子束被扫描。

6.如权利要求1所述的装置，其进一步包括用于对电子束进行构图的掩模。

7.如权利要求6所述的装置，其中所述掩模上设置的图案为基底上对准标记图案的负像。

8.如权利要求1-7之一所述的装置，其中电子束源提供的电子能量范围为20-50keV。

9.如权利要求1-7之一所述的装置，其中支撑结构包括保持掩模用的掩模台。

10.如权利要求1-7之一所述的装置，其中辐射系统包括辐射源。

11.一种器件制造方法，包括以下步骤：

提供一至少部分覆盖一层辐射敏感材料的基底；

利用辐射系统提供辐射投射光束；

利用构图部件使投射光束的横截面具有图案；

在具有该层辐射敏感材料的靶部上投射带图案的辐射光束，

其特征在于：为了将基底相对于带图案的辐射光束对准，通过以下步骤在所述投射步骤之前确定基底的位置：提供一独立于所述投射束的电子束；使电子束入射到基底上的对准标记上；检测从对准标记背散射出来的电子；

12.如权利要求11所述的方法，其中所述辐射的投射束为EUV辐射。

13.如权利要求11所述的方法，其中电子束和基底台可以彼此相对地扫描。

14.如权利要求13所述的方法，其中基底台是固定的，电子束可以相对于基底台进行扫描。

15.如权利要求13所述的方法，其中电子束是固定的，基底台可以相对于电子束被扫描。

16.如权利要求11所述的方法，其中包括掩模用于对电子束进行构图。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述掩模上设置的图案为基底上对准标记图案的负像。

18.如权利要求11-17之一所述的方法，其中电子束源提供的电子能量范围为20-50keV。