CN1456937A - 器件制造方法及其制得的器件与计算机程序 - Google Patents

Abstract

为了印制大面积的器件的各层，选择一个投射区域使接缝误差最小化，其中大面积的器件是在多于一个靶区或印模上延伸的器件。优选地，选取该透射区域是基于表征待使用的投射透镜的数据，而且选取该投射区域以便使投射图案中位置误差之间的差别最小化，其中投射图案位于该区域的对边上。

Description

器件制造方法及其制得的器件 与计算机程序

技术领域

本发明涉及一种器件的制造方法，包括步骤：

提供被一层辐射敏感材料至少部分覆盖的一衬底；

使用一辐射系统来提供投射束；

使用图案化装置来使投射束在其横截面内具有一图案；

将形成图案的投射束投射在辐射敏感材料层的第一靶区和第二靶区上，所述第一和第二靶区沿一边缘邻接。

背景技术

此处使用的术语“图案化装置”应当被广义地理解为涉及能够给入射辐射束赋予带图案的截面的装置，其中所述图案与要在衬底靶区上形成的图案对应；术语“光阀”也用于本文中。通常，所述图案与在靶区中形成的器件的特殊功能层相对应，例如集成电路或其它器件(见下文)。这类图案化装置的实例包括：

掩模。掩模的概念在光刻中是众所周知的，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。在辐射束中放置这种掩模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透射(在透射型掩模的情况下)或反射(在反射型掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支承结构通常是掩模平台，该平台确保掩模能够被固定在入射辐射束中的理想位置处，并且如果需要该平台可相对于辐射束移动。

可编程镜面反射阵列。这类器件的一个实例是带有粘弹性控制层和反射面的可寻址矩阵面。这类装置的基本原理是(例如)反射面的可寻址区域反射入射光使其成为衍射光，而不可寻址区域反射入射光使其成为非衍射光。利用合适的滤光器，所述的非衍射光能够从反射束中滤除，而只剩衍射光；这样，根据可寻址矩阵面的寻址图案，该光束就被赋予了图案。可程控镜面反射阵列的一个可选的实施例采用矩阵形式排列的微型镜面，其中每一个微型镜面可通过施加合适的局部电场或使用压电驱动装置而分别沿轴倾斜。同样地，镜面阵列是可寻址矩阵，从而可寻址镜面将以与不可寻址镜面不同的方向反射入射辐射束；这样，根据可寻址矩阵镜面的寻址图案，反射光束就被赋予了图案。所需的矩阵寻址可以利用合适的电子装置来实现。在上述的两种情况中，图案化装置可以包括一个或多个可程控镜面反射阵列。有关此处提到的镜面反射阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891和US5,523,193及PCT专利申请WO98/38597和WO98/33096中获得，在此引入作为参考。在可程控镜面反射阵列的情形中，所述支承结构可以具体化为例如随需要被固定或可移动的支架或平台。

可编程LCD阵列。这类构造的一个实例在美国专利US5,229,872中给出，在此引入作为参考。同上，所述支承结构也可以具体化为例如随需要被固定或可移动的支架或平台。

为了简化的目的，本文其余部分的某些位置特别涉及包括掩模和掩模平台的实例；但是，在这些例子中所讨论的一般原理应当被理解为在如上所述图案化装置的更宽泛范围内。

光刻投射装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况中，图案化装置可产生对应于IC的单独一层的电路图案，并且该图案可以成像在已涂覆一层辐射敏感材料(抗蚀剂)的衬底(例如Si，GaAs，InP，AlTiC或SiGe晶片)的靶区(例如包括一个或多个印模)上。通常，单个晶片将包含整个网格(network)的相邻靶区，该相邻靶区由投射系统一次一个逐个相继照射。在目前采用掩模平台上的掩模进行构图的装置中，有两种不同类型的机器。在一种类型的光刻投射装置中，通过一次将整个掩模图案曝光到靶区上而使每一靶区得到照射；这类装置通常被称作晶片步进器。在另一种装置中——通常被称作分步扫描装置——通过在投射束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案，同时沿与该方向平行或反平行的方向同步扫描衬底平台来使每一靶区得到照射；因为，通常，投射系统具有放大系数M(一般＜1)，因此对衬底平台的扫描速度V是对掩模平台扫描速度的M倍。有关此处描述的光刻装置的更多信息可以从例如US6,046,792中获得，在此引入作为参考。

在采用光刻投射装置的制造方法中，图案(例如在掩模中)成像在至少部分覆盖有一层辐射敏感材料(抗蚀剂)的衬底上。在该成像步骤之前，可以对衬底进行各种处理，如涂底漆、涂覆抗蚀剂及轻度烘烤。在曝光后，可以对衬底进行其它的处理，如曝光后烘烤(PEB)、显影、猛烈烘烤以及测量/检查成像特征。这一系列处理过程可以作为对如IC器件的单独一层形成图案的主要工序。然后，可对这种具有图案的层进行各种处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属喷镀、氧化、化学机械抛光等完成单独一层所需的所有处理。如果需要多层，那么对于每一新层都要重复整个工序或者其变型。最终，在衬底(晶片)上出现一批器件。然后通过采用例如切割或锯切的工艺将这些器件彼此分开，由此单个器件可以安装在与管脚等相连的载体上。关于这一方法的进一步信息可以从例如Peter van Zant的“微型集成电路片制造：半导体加工实践指导(Microchip Fabrication：A practical Guide to Semiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill Publishing Co.，1997，ISBN0-07-067250-4)中获得，在此引入作为参考。

为了简化的目的，下文中的投射系统被称作“透镜”；但是，该术语应广义地解释为包括各种类型的投射系统，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按照这些设计类型中任一类型工作的部件，这些部件用于导向、整形或者控制辐射的投射束，并且这些部件在下文中也可整体地或单独地称作“透镜”。更进一步，光刻装置可以具有两个或多个衬底平台(和/或两个或多个掩模平台)。在这种“多级”器件中，可以并行使用这些附加平台，或者可以在一个或多个平台上进行准备措施，同时一个或多个其它平台用于曝光。例如，在US5,969,441和WO98/40791中描述的双级光刻装置，在此引入作为参考。

过去，由光刻技术制造的许多器件比通过光刻装置用单次曝光或扫描复制得到的靶区面积要小或者大小相同。但是，人们日益希望能够制出像辐射传感器、液晶显示器的器件或沿横穿衬底的精确直线制作的器件，这些器件大于光刻装置的最大可复制靶区面积。这类器件被称作大面积器件。为此，就必需进行高精度定位的多个邻接区域的曝光。该方法通常称作“接缝”。在光刻装置中存在着大量的误差源，这会导致在衬底上邻接区域曝光的不重合(接缝或对接误差)。这些误差源包括：平台定位的可重复性，它可能受伺服系统中的X、Y和θ的分辨率、用于测量平台位置的干涉测量系统的分辨率和镜面映射中误差的分辨率影响；平台的水平测量；平台的动态特性；晶片和掩模固定器的平整度；及投射透镜的畸变。为了确保满足接缝误差要求，每个误差源都需要被降至最小或被补偿。

发明内容

本发明的一个目的是最小化或减小在器件制作方法中定位邻接区域曝光时所存在的上述误差源的至少一些。

依照本发明的器件制造方法可实现上述和其它的目标，该制造方法包括步骤：

提供被一层辐射敏感材料至少部分覆盖的一衬底；

使用一辐射系统来提供投射束；

使用图案化装置来使投射束在其横截面内具有一图案；

将形成图案的投射束投射在辐射敏感材料层的第一靶区和第二靶区上，所述第一和第二靶区沿一边缘邻接；

其特征在于：在所述投射步骤中，选择位于所述投射系统全部照射区域内的投射区域的大小和位置，以便使沿图案所述边缘的位置误差之间的差别减至最小，其中所述的图案被投射在所述第一和第二靶区上。

通过适当地选择投射区域的大小和位置来将图案内位置误差之间的差别减至最小，可使接缝误差最小化，其中该图案被投射到相邻的第一和第二靶区上。通常，投射区域大小和定位的选择是基于生产量因素和掩模图案的需要。通常，投射区域尽可能大以便可以通过尽可能少的曝光次数印制器件。然而，投射图案中的位置失真一般在投射区域的边缘处达到最大，因此选择最大尺寸的投射区域有可能引起大的接缝误差。本发明通过适当地选择减小的投射区域降低了接缝误差的大小。尽管使用较小区域可能会降低印制器件的生产量，但是通过减小接缝误差，具有正确功能的器件的比例就增大，因此具有正确功能的器件的净生产量就会提高。器件被分解成部件用于成像，根据待成像的图案的内容和投射区域内的位置失真，可以选择部件的数目、尺寸和定向。并不是所有的部件都具有相同的大小和形状。

靶区重叠所沿的边缘可被称作接缝边界，该边界处的图像可以稍微重叠或者相邻而不重叠。

优选地，该减小的投射区域的选择是基于表征待使用的投射透镜中位置失真的数据，而且该投射区域可以通过寻找这样的区域来选取，在该区域的对边上的位置误差之间的差别最小。这种确定可以在给定的曝光系列之前进行。

通过最优化曝光的顺序和最优化整个装置的水平度能够使接缝误差进一步的降低。

对于使用光刻投射装置的器件制作方法，本发明同时提供一种计算机程序，用来选择位于投射系统全部照射区域内的透射区域的最佳尺寸和位置，在该光刻投射装置中将图案投射到使用所述投射系统的衬底上的辐射敏感层的第一和第二靶区上，所述第一和第二靶区沿一边缘相邻，当在计算机系统上运行时，包括程序编码装置的所述计算机程序命令计算机系统执行下列步骤：

参考表征投射图案位移的数据，其中在所述投射步骤中投射图案横跨投射系统的最大区域，来确定位于该最大区域内多个减小的投射区域的对边上的位移之间的差别，所述最大区域内的所述多个减小的投射区域具有不同的大小、长宽比和/或位置；和

从所述多个减小的投射区域中选择一个具有最小位移之间差别的区域作为所述减小的投射区域。

尽管在本文中，依照本发明的装置具体用于制造IC，但是应当明确地理解，这种装置具有其它可能的应用。例如，它可用于集成光学系统的制造、用于磁畴存储器、液晶显示板、薄膜磁头等的引导和探测图形等。本领域的技术人员将理解，在这种可选的应用范围中，在说明书中使用的术语“分划板”、“晶片”或“印模”应认为分别可以由更一般的术语“掩模”、“衬底”和“靶区”代替。

在本文中，使用的术语“辐射”和“投射束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如，具有431、410、365、248、193、157或126nm的波长)和EUV(远紫外线辐射，例如具有5-20nm范围内的波长)，以及例如离子束或电子束的粒子束。

附图说明

现在，参看所附的示意性附图、仅仅借助于实例的方式来描述本发明的实施例，其中：

图1描绘了用于依照本发明一个实施例方法的一种光刻投射装置；

图2是光刻投射装置中投射系统的透镜特性矢量图的一个实例；

图3是高阶透镜特性的一个实例，其表示了在依照本发明方法中的最佳区域；

图4是表示在依照本发明方法中的接缝偏移的图；

图5是表示在依照本发明方法中可用的步进图案的图；

图6是表示使用具有不同尺寸和取向的几个不同区域来成象器件的图。

在附图中，相应的参考符号表示对应的部件。

具体实施方式

实施例1

图1示意性描绘了一个可用在根据本发明一具体实施例的器件制造方法中的一光刻投射装置。该装置包括：

辐射系统E_x、IL，用来提供辐射的投射束PB(例如DUV辐射)，在此具体情况中该系统也包括辐射源LA；

第一目标台(掩模平台)MT，设有用于固定掩模MA(例如划线板)的掩模固定器，并与用于将掩模相对于对象PL精确定位的第一定位装置连接；

第二目标台(衬底平台)WT，设有用于固定衬底W(例如涂覆抗蚀剂的硅片)的衬底固定器，并与用于将衬底相对于对象PL精确定位的第二定位装置连接；

投射系统(“透镜”)PL(例如折射透镜系统)，用来将掩模MA的照射部分成像在衬底W的靶区C(例如包括一个或多个印模)上。

如此处所描绘的，该装置属于透射型(例如具有透射掩模)。然而，通常，它也可以是例如反射型(例如具有反射掩模)。作为选择，该装置也可采用其它种类的图案化装置，例如上面提到的可程控镜面反射阵列。

辐射源LA(例如受激准分子激光器)产生辐射束。该辐射束或者直接，或者在经过横向调节装置例如光束扩展器Ex后被引入照射系统(照射装置)IL。照射装置IL可以包括调节装置AM，用来设定辐射束中强度分布的外和/或内径大小(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般还包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。这样，照射在掩模MA上的投射束PB在其横截面具有理想的均匀性和强度分布。

应当指出，图1中的辐射源LA可以置于光刻投射装置的外壳内(例如当辐射源LA是汞灯时经常是这种情况)，但是辐射源LA也可远离光刻投射装置，其产生的辐射束被引入该装置内(例如借助于合适的定向反射镜)；当辐射源LA是受激准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求包含这两种情况。

投射束PB随后与固定在掩模平台MT上的掩模MA相交。穿过掩模MA后，投射束PB穿过将其聚焦在衬底W的靶区C上的透镜PL。借助于第二定位装置(和干涉测量装置IF)，衬底平台WT可以精确地移动，例如以便在投射束PB的路径中定位不同的靶区C。类似地，可用第一定位装置相对于投射束PB的路径精确地定位掩模MA，例如在掩模库中机器检索掩模MA后，或者在扫描期间。通常，借助于长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精确定位)可以实现目标台MT、WT的移动，这在图1中并未明确地描绘。但是，在使用晶片步进器(与步进扫描装置相反)的情况下，掩模平台MT可以仅连接在短冲击调节器上，或被固定。

所描绘的装置可用在两种不同的模式中：

1.在步进模式中，掩模平台MT基本上保持不动，并且整个掩模图像被一次投射(即单“闪”)到靶区C上。然后，衬底平台WT沿x和/或y方向移动，以便使不同的靶区C能够被投射束PB照射。

2.在扫描模式中，基本是相同的情况，除了给定靶区C没有在单“闪”中曝光。取而代之的是，掩模平台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，以便使投射束PB扫描整个掩模图像；同时，衬底平台WT以V＝Mv的速度沿相同或相反方向并行移动，其中M是透镜PL的放大率(通常，M＝1/4或1/5)。这样，就可以曝光相对大的靶区C，而没有牺牲分辨率。

图2是当将掩模图案投射到衬底上时表征由投射透镜所引入的畸变矢量图的一个实例。在图中，每个箭头的方向和大小表示在图像内一点的位置误差，其中该点被标定在箭头尾部处。可是应该指出在该图中畸变的尺寸基本上是被夸大的。对于每个投射系统PL，由该图代表的透镜特性是不同的，但是可用熟知的技术进行测量和标明。应当指出，在测量由投射透镜引入的畸变的方法中，由测量分划板被夹紧引起的畸变和测量分划板自身的畸变也将被测量。测量分划板的畸变可在其用于本发明方法之前从测量图中减去。由于夹紧而引起的畸变应当至少减至这种程度，即上述的畸变将不同于由夹紧引起的产品分划板的变形。

图3是相同透镜特性的高阶图。其由矢量数据计算得出并且描绘在投射图案中理想直线怎样被变形。从高阶拟合数据，可以确定在所有有效区域中的一个最优区域，这样在该最优区域相对边界上点的位置误差之间的差别最小。在这种确定中，考虑的是投射图案中的2阶和任意更高阶的畸变。当对每次曝光都使用该最佳区域来复制到相邻区域时，接缝误差就被相应地降至最小。图3示出对于例举透镜的特性这种最优区域OF的一个实例。

对于不同的区域大小和位置，通过计算和比较左与右和/或顶部与底部的畸变矢量，能够确定该最佳区域OF。然后，最佳区域的大小和位置就能容易地选取。然而，应当指出，最优化条件可包括除最小化接缝误差外的附加限制条件，这是由于在许多情形中最小的接缝误差将获得零区域尺寸。因此，最优化条件可以加以限制以便得到可提供最小接缝误差的给定最小尺寸和/或长宽比的区域。如果待印制的图案使得接缝精度在一些部分比另一些部分更加重要，则在选取最佳区域的大小和位置之前，可以根据在边界上不同部分的接缝误差的重要程度对位置误差之间的差别加权。

也应当指出，用来组成单个器件的几幅图案可以具有不同的区域大小。图6示出了由具有两种不同尺寸和两种不同朝向的图案C1至C6组成的一个器件D。对于不同次曝光的图案区域的大小和朝向是依据整个器件的图案的清晰度及投射透镜的畸变来选择的。

在计算出最佳区域的大小和位置之后，在该区域对边上的位置误差之间可能存在残留的差别。在许多情形中，该差别的平均值非零，意味着该区域内投射图案的一侧沿一个方向偏移。因此，通过将一次的曝光图案偏移一个合适的量就能够得到沿边缘的改良匹配以便进行补偿。这在图4中示出了，图4示出了两个相邻靶区C1、C2的2阶矢量图。可以看出，通过沿箭头SO所指的方向相对移动靶区C2可以改良沿连接线的匹配。

应当理解，应用接缝补偿给出的最显著的优点是，在图案区域对边上的位置误差之间的差别在整个边或边的大部分处具有相同的方向。如果边的不同部分处的位置误差之间的差别具有不同的方向，那么接缝补偿就仅能提供较小的改良匹配或不能给出改良匹配。因此，在选择最佳区域的大小和位置时，也应当考虑通过接缝补偿所获得的改良匹配。

为了进一步减小接缝误差，衬底平台定位的可重复性可以表征为，进行一系列的测试曝光或其它测量以便得到表征为晶片平台伺服系统的X和Y步进误差的数据。通常，平台定位中的误差包括随机成分和系统成分。重复进行测试来确定系统误差，该系统误差在确定最佳曝光顺序时应当考虑。这类误差可能来源于晶片平台的定位和控制系统以及干涉位移测量系统IF。优选地，测试曝光设置为考虑所有可能的误差源。测试曝光能够用来得到平台定位图，类似的可得到给定装置的透镜特性图。反过来该定位图又能用来得到步进校正矩阵f_i，这样：

       f_i(Δx，Δy，Δ，ΔΨ，Δτ)

其中Δx、Δy代表位置误差，Δ代表转动误差，ΔΨ代表水平校正，Δτ代表步进图案绝对校正量。

给出X和Y步进误差的表征数据，最优的程序就能够容易确定出进行曝光的最适宜顺序同时将由阶段定位误差引起的接缝误差降至最小，从而进行制造器件所必需的曝光。迄今为止，曝光顺序仅对于生产量进行优化。

图5示出器件D1至D4将被复制到一个衬底W上。每个器件都是由靶区C1至C4组成。同时示出了复制不同靶区所采用的可能路径P1至P4。应当理解，如果X和Y步进误差在衬底的不同区域是不同的，则用来将不同器件复制到衬底上的最佳顺序也可以是不同的。依照本发明，优选的是步进图案被设置为使得制成一个大面积器件所需的曝光在下一个器件开始之前被全部完成，而且制成一个大面积器件所行进的总距离被减至最小。

通常，通过进行一次曝光来定位衬底，以便使靶区被最优地定位在投射透镜PL的焦平面内。这一方法被称作水平测量并且可以在不工作时进行，即在一次曝光期间，使用一个对衬底表面位置进行实时测量的水平传感器。或者，可事先测量晶片的表面外形，而且在扫描期间计算衬底的最佳高度(Z)位置和倾角(Rx，Ry)。该水平测量方法可被看作是确定一个最佳平面，其代表衬底外形的一种平均，该平面被定位在投射系统PL的焦平面上。通常，每次曝光都单独地确定这一平面。依照本发明，确定该最佳平面可用于整个大面积器件。

应当理解，本发明所有的最优化过程可以在一系列曝光过程期间实时地进行，或者事先基于光刻装置的预先确定的性质进行，该性质与被成像的图案以及被曝光的衬底的数据有关。借助于构成该平板印刷装置控制系统的一部分的计算机系统或者借助于单独的计算机系统可以实现这些最优化过程。

还应当理解，上述的不同最佳方案可以随需要被单独地使用或以不同方式结合使用。

尽管上面已经描述了本发明的具体实施例，但是应当理解，本发明也可用其他的方式实施而不是如所述的。本说明无意限制本发明。

Claims (9)

1.一种器件的制造方法，包括步骤：

提供被一层辐射敏感材料至少部分覆盖的一衬底；

使用一辐射系统来提供投射束；

使用图案化装置来使投射束在其横截面内具有一图案；

将形成图案的投射束投射在辐射敏感材料层的第一靶区和第二靶区上，所述第一和第二靶区沿一边缘邻接；

其特征在于：在所述投射步骤中，选择位于所述投射系统全部照射区域内的投射区域的大小和位置，以便使沿图案所述边缘的位置误差之间的差别减至最小，其中所述的图案被投射在所述第一和第二靶区上。

2.依照权利要求1的方法，其中借助于下列步骤来选取投射区域的所述大小和位置：

参考表征投射图案位移的数据，其中在所述投射步骤中投射图案横跨投射系统的最大区域，来确定位于该最大区域内多个减小的投射区域的对边上的位移之间的差别，所述最大区域内的所述多个减小的投射区域具有不同的大小、长宽比和/或位置；和

从所述多个减小的投射区域中选择一个具有最小位移之间差别的区域作为所述减小的投射区域。

3.依照权利要求1或2的方法，进一步包括步骤：在所述衬底上将投射到所述第一和第二靶区之一上的图案从指定位置偏移到相对位置，以便提高投射在所述第一和第二靶区的图案之间的对准程度。

4.依照权利要求1、2或3的方法，其中所述器件是一个大面积的器件，该器件的一层是通过曝光多个相邻靶区进行印制。

5.依照权利要求4的方法，其中对曝光所述多个相邻靶区的顺序进行选择以便将位于所述相邻靶区间接合点处的误差最小化。

6.依照权利要求1或2的方法，其中在所述投射步骤中，在整个大面积器件上最优化所述衬底相对于用于所述投射步骤中的投射系统的焦平面进行的定位和取向。

7.依照前述任一权利要求所述方法制造的一种器件。

8.一种计算机程序，包括用于命令光刻装置执行前述任一权利要求的步骤的程序编码装置。

9.一种计算机程序，用来选择用于器件制造方法的投射系统全部照射区域内的透射区域的最佳尺寸和位置，该制造方法使用光刻投射装置中将图案投射到通过所述投射系统在衬底上提供的辐射敏感层的第一和第二靶区上，所述第一和第二靶区沿一边缘相邻，当在计算机系统上运行时，包括程序编码装置的所述计算机程序命令计算机系统执行下列步骤：

参考表征投射图案位移的数据，其中在所述投射步骤中投射图案横跨投射系统的最大区域，来确定位于该最大区域内多个减小的投射区域的对边上的位移之间的差别，所述最大区域内的所述多个减小的投射区域具有不同的大小、长宽比和/或位置；和

从所述多个减小的投射区域中选择一个具有最小位移之间差别的区域作为所述减小的投射区域。

Images