CN1495536A - 对准基底的方法、计算机程序、器件的制造方法及由此制得的器件 - Google Patents

Abstract

当对准光束被聚焦在基底台上的标记上时，基底台基本上垂直于对准光束进行移动。如果该标记的像相对于参考标记移动，则基底和对准光束并不垂直。基底台上的标记与多个参考标记相对准。然后，用单个的参考标记来对准至少两个基底标记。对基底所计算出的膨胀和旋转值消除了由对准光束的倾斜引起的误差。

Description

对准基底的方法、计算机程序、器件的制造方法及由此制得的器件

技术背景

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理想的图案对投射光束进行构图；

-用于保持基底的基底台，所述基底具有一标记；

-用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统；和

-采用辐射对准光束来检测参考标记和所述标记之间对准的对准系统。

背景技术

这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够给入射的辐射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如集成电路或者其它器件的特殊功能层相应(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、交替相移型和衰减的相移类型，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理想位置，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关于一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，以使可寻址的反射镜以不同的方向将入射的辐射束反射到非可寻址反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的可寻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和美国专利US5,523,193、和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，例如所述结构可以是固定的或者根据需要是可移动的。

程控LCD阵列，例如由美国专利US 5,229,872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，例如所述结构可以是固定的或者根据需要是可移动的。

为了简单起见，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一个单独层的电路图案，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))。一般的，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。一类光刻装置是，通过将全部掩模图案一次曝光在靶部上而辐射每一靶部；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其它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 Guide toSemiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill Publishing Co.，1997，ISBN0-07-067250-4)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，该术语应广义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，该操作部件用于引导、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。

在曝光基底之前，基底必须被正确地对准。因此，在基底台上设置一个标记，并使对准光束朝该标记投射，而且借助于对准系统部分地反射该对准光束。该对准光束成像在参考标记上来检测所述标记和所述参考标记之间的对准。对于一些应用，特别是对于微机电系统(MEMS)，图案被转印到基底上，然后另一个基底层粘附在基底上，形成“粘合的晶片”。在这种情形下，两个基底层的图案彼此正确地对准是很重要的，从而采用相同的对准标记来进行对准和曝光。然而，该第一和第二基底层的图案可能仍然是不对准的。如果辐射的曝光光束并不精确地垂直于基底，则第一层和第二层之间的高度差就意味着这些层的表面会在不同的XY位置处与对准光束相交。从而，该两个层的图案不能被正确地对准。而且，由于对准标记可能不会精确地位于对准光束的焦平面上，因此进一步破坏这种对准。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用参考标记来对准基底的改进方法。

依照本发明在将基底对准数个参考标记的方法中可以实现上述目的和其它目的，所述方法包括步骤：

-提供具有第一和第二基底标记的所述基底；

-提供对准光束；

-提供用于保持基底的基底台，所述基底台具有直接附加在其上且基本垂直于所述对准光束的标记；

-探测所述对准光束相对于所述基底台的倾角；

-调节所述对准光束以垂直于所述基底台；

-利用所述对准光束将所述第一参考标记与所述基底台上的所述标记对准；

-利用所述对准光束将所述第二参考标记与所述基底台上的所述标记对准；

-利用所述对准光束将所述第一参考标记与所述第一基底标记对准；

-利用所述对准光束将所述第一参考标记与所述第二基底标记对准。

如果所述对准光束并不精确地垂直于所述基底台，则基底台的“垂直”移动(垂直于所述基底台的表面)会产生所述标记相对于所述对准光束的侧向移动。因而，确保对准光束垂直于所述基底的表面可缓解这一问题。将基底台上的标记与两个参考标记对准确定了参考标记和基底台的相对位置。将基底标记与单个参考标记对准确定了基底(相对于前述测量所已知的参考标记)的旋转和膨胀。由于测定了两个基底标记相对于单个参考标记的位置，因此所得到的旋转和膨胀值就不存在相对的误差。从而基底就能被精确地对准，即使基底标记并不精确地位于对准光束的焦平面内。对于另外的基底标记，可以重复将基底标记与参考标记对准的步骤，从而更加精确地计算出旋转和膨胀，可能的话会包括一些旋转或膨胀元件，这些旋转或膨胀元件采用仅仅这两个基底标记得到的值是很难测量的。采用这种方法，位于第二和随后基底层上的图案能被以好于250mm的精度相对于前一层来对准。从而，这就允许具有等于500μm厚度、粘合在前一层上的粘合晶片被精确地对准。

探测所述对准光束相对于所述基底台的倾角的步骤包括：

-探测所述基底台上的所述标记相对于所述对准光束的第一位置；

-沿垂直于所述基底台顶部的方向移动所述基底台；

-探测所述标记相对于所述对准光束的第二位置，其中所述第一相对位置和所述第二相对位置之间的差别表明所述对准光束相对于所述基底台的倾角。

或者，还有利用所述对准光束来将所述第二参考标记与所述第一基底标记对准的步骤。由于基底与两个不同的参考标记对准，因此这就给出基底相对于参考标记的更精确对准。如果存在着其它更多的参考标记，则可重复这一步骤。

所述对准的步骤包括将所述对准光束朝所述标记或所述基底标记投射，使得穿过所述参考标记的所述对准光束被偏转。

所述参考标记优选设置在一个掩模上，该掩模被用来将图案投射到基底上。所述基底具有多个层，所述基底标记已位于第一个层上，通过第二个层内的窗口可以看见该基底标记。

调节所述对准光束使其垂直于所述基底。最初，探测对准光束相对于基底的倾角，并随后调节对准光束。通过以下的步骤来探测对准光束相对于基底的倾角：

-探测一个(例如，第一)基底标记相对于所述对准光束的第一位置；

-沿垂直于所述基底顶部的方向移动所述基底；

-探测所述基底标记相对于所述对准光束的第二位置，

其中所述第一相对位置和所述第二相对位置之间的差别表明所述对准光束相对于所述基底台的倾角。

在曝光进行之前(即在对准对准光束使其垂直于基底之后)，进行对准光束垂直于基底的调节。或者，可以在用基底标记对准参考标记的步骤之前来进行。

依照本发明的另一方面，本发明提出一种器件的制造方法，包括步骤：

-提供至少部分被一辐射敏感材料层覆盖的基底；

-利用辐射系统提供一辐射投射光束；

-使用构图装置给投射光束赋予带图案的截面；

-投射带图案的辐射光束到辐射敏感材料层的靶部上，

其特征在于，借助于上述的方法来对准所述基底。

依照本发明的又一方面，提供一种包含程序代码方式的计算机程序，当在计算机系统上执行该程序时，所述计算机程序指示一种光刻投射装置来执行上述对准方法或器件制造方法的步骤。

依照本发明的再一方面，提供一种如开始段落所述的光刻投射装置，其中所述基底台能够沿基本上平行于所述对准光束的方向进行移动。

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监测图案等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的应用范围中，在说明书中任何术语“分划板”、“晶片”或“电路小片”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩模”、“基片”和“靶区”代替。

在本文中，使用的术语“辐射”和“射束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如，具有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)，及粒子束，像离子束或电子束。

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描绘一种依照本发明实施例的光刻投射装置；

图2是示出对准机构的示图；

图3示出并不垂直于基底的对准光束；

图4示出由图2装置所产生的对准偏差；

图5示出依照本发明的基底台的移动；

图6示出涉及用一组参考标记来对准基底的步骤；

图7示出用于评定本发明精度的合成晶片的示意性横截面图。在图中相同的附图标记表示相同的部分。

具体实施方式

图1示意性描绘一个依照本发明具体实施例的光刻投射装置。该装置包括：

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

第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如分划板)的掩模保持器，并与用于将掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置PM连接；

第二目标台(基片台)WT，设有用于保持基片W(例如涂覆抗蚀剂的硅片)的基片保持器，并与用于将基片相对于物体PL精确定位的第二定位装置PW连接；

投射系统(“镜头”)PL(例如反折射镜系统)，用来将掩模MA的辐射部分成像在基片W的靶区C(例如包括一个或多个电路小片)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的(例如具有反射掩模)。或者，该装置也可采用其它种类的构图部件，例如上述提到的可程控反射镜阵列类型。

辐射源LA(例如激光产生源或放电等离子源)产生辐射束。该辐射束或者直接，或者横穿过调节装置例如光束扩展器Ex后，再照射到照射系统(照射器)IL。照射器IL可以包括调节装置AM，用来设定辐射束中外和/或内径向范围(通常分别指σ-外和σ-内)的强度分布。另外，它一般还包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射在掩模MA上的射束PB在其横截面具有理想的强度分布。

应当注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投射装置的壳体内(例如是当辐射源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(例如在合适的定向反射镜的辅助下)；当辐射源LA是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方案。

射束PB随后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。在被掩模MA有选择地反射后，射束PB穿过将其聚焦在基片W靶区C上的镜头PL。在第二定位装置(和干涉测量装置IF)的辅助下，基片台WT可以精确地移动，例如在射束PB的路径中定位不同的靶区C。类似地，可用第一定位装置来相对于射束PB的路径精确地定位掩模MA，例如在掩模MA从掩模库(1ibrary)机械收回后，或者在扫描期间。一般地，在长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精确定位)的辅助下可以实现目标台MT、WT的移动，这在图1中并未清楚的描绘。但是，在晶片分档器(与分步扫描装置相反)中，掩模台MT可以仅连接在短冲击致动器上，或被固定。

所描绘的装置可按照两种不同的模式来使用：

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

2.在扫描模式中，基本是相同的情况，但是给定靶区C没有在单“闪”中曝光。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，致使投射束PB扫描整个掩模图像；同时，基片台WT同步地以V＝Mv的速度沿相同或相反方向移动，其中M是镜头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。

在基底曝光之前，进行掩模MA和基底W的对准。互补的参考标记M₁和W₁分别位于掩模MA和基底台WT上。在图2中，对准光束AB被投射穿过投射系统PL，并在标记P₁处被部分反射穿过对准系统AS。然后，对准光束成像在参考标记M₁上。标记W₁和参考标记M₁的对准能够进行探测以确定基底W的对准。

在图3中，基底由第一基底层W_A和厚度为T的第二基底层W_B构成，第二基底层W_B粘合在第一基底层W_A的顶部。标记P₁(有时称作基准标记)设置在基底台WT上并与基底W相邻。正如所看到的，对准光束AB并不垂直于基底W的顶面。如果对准光束AB以与基底W所成的那个角度投射到第二基底层W_B上，则所测到的第二基底层W_B的位置将会与第二基底层W_B的实际位置相差Δ，该Δ由下式给出：

                          Δ＝φT

这在图4中可以看出。假若在第二基底层W_B上进行印刷，那么在第一基底层W_A上的印刷就会偏移一定量Δ。

为了探测这种偏移，如图5所示，使基底台WT能够垂直地移动。为了探测对准光束AB的未对准，在步骤S1中，将对准光束最初聚焦在标记P₁上，并朝参考标记M₁反射。移动基底台WT以建立正确的XY方位。扫描标记P₁的像相对于参考标记M₁的位置，然后沿Z方向向上移动基底台WT 100μm。再次扫描标记P₁的像相对于参考标记M₁的位置，并与第一次扫描的结果相比较。如果标记P₁的像相对于参考标记M₁已经移动，则对准光束AB和基底台WT并不垂直。从而改变对准光束AB的倾角来纠正这种不对准。重复相同的过程，以再次检验是否对准。

在步骤S2中，调节所述装置以使对准光束AB聚焦在标记P₁上，但朝第二参考标记M₂反射。这就确立了参考标记M₂相对于M₁的位移。再次调节所述装置以使对准光束AB聚焦在位于基底W的第一基底层W_A的基底标记W₁上，并使对准光束AB在步骤S3中朝参考标记M₁反射。由于对准光束垂直于基底W的表面，因此这就确定了参考标记M₁和基底标记W₁的相对位置(从而确定基底W的绝对位置)。为了确定基底W的膨胀(expansion)和旋转，调节所述装置使得对准光束AB朝第二基底标记W₂投射，并朝第一参考标记M₁反射，该第二基底标记W₂同样是设置在第一基底层上。这是步骤S4。由于W₁和W₂相对于同样的参考标记M₁的位置已经都被测量，因此，对于测量和膨胀，任何细微的误差(例如由基底标记稍微偏离焦点所引起的)都是相同的，并且从而计算出的旋转值并不受影响。

为了得到基底W绝对位置的改进计算值，在步骤S5中，用参考标记M₂来对准基底标记W₁。调节所述装置以使对准光束朝基底标记W₁投射，并朝参考标记M₂反射。

对于另外的基底标记，如果需要，可以重复步骤S3和S4。对于W₂和另外的基底标记同样可以重复步骤S5。类似地，对于基底台WT上的任何额外标记，都可以重复步骤S2。所有这些附加的步骤能给出改进的对准精度。

对于总厚度为2mm的第三和随后的基底层，可以重复这种对准过程。

优选地，这种过程是在任何基底层上印刷之前来进行。

为了评定这种探测倾角的方法的精度，使用一个扫描电子显微镜。上述的方法被用来确保图7所示的基底层W_C和对准光束是垂直的。第二基底层W_D粘合在该第一基底层上。参考标记M₁与该垂直的对准光束一起被用来预计P₁的位置。在P₁的预计位置P_x处，第二基底层被刻蚀氧化层OL。然后使用SEM扫描这些对准标记的截面。P₁的预计位置和P₁的活动位置沿X方向的未对准由下式给出：

$X_T=\frac{(\mathrm{\Δ}{X}_1+\mathrm{\Δ}{X}_2)}{2}$

为了完全地计算出这种不对准，必须沿至少两个垂直方向来扫描这些对准标记的截面。利用评定技术，示出本发明在等于100μm的距离上最初标记与预计标记之间的重叠小于250nm。

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而不是如上所述的方式实施。本说明无意限制本发明。

Claims (10)

1.一种将基底与多个参考标记对准的方法，包括步骤：

-提供具有第一和第二基底标记的所述基底；

-提供对准光束；

-提供用于保持基底的基底台，所述基底台具有直接附加在其上且基本垂直于所述对准光束的标记；

-探测所述对准光束相对于所述基底台的倾角；

-调节所述对准光束以垂直于所述基底台；

-利用所述对准光束将所述第一参考标记与所述基底台上的所述标记对准；

-利用所述对准光束将所述第二参考标记与所述基底台上的所述标记对准；

-利用所述对准光束将所述第一参考标记与所述第一基底标记对准；

-利用所述对准光束将所述第一参考标记与所述第二基底标记对准。

2.依照权利要求1所述对准基底的方法，其中探测所述对准光束相对于所述基底台的倾角的步骤包括：

-探测所述基底台上的所述标记相对于所述对准光束的第一位置；

-沿垂直于所述基底台顶部的方向移动所述基底台；

-探测所述基底标记相对于所述对准光束的第二位置，

其中所述第一相对位置和所述第二相对位置之间的差别表明所述对准光束相对于所述基底台的倾角。

3.依照权利要求1或2所述对准基底的方法，还包括利用所述对准光束将所述第二参考标记与所述第一基底标记对准的步骤。

4.依照前述任一权利要求所述对准基底的方法，其中所述对准的步骤包括将所述对准光束朝所述标记或所述基底标记投射，使得穿过所述参考标记的所述对准光束被偏转。

5.依照前述任一权利要求所述对准基底的方法，还包括提供一掩模的步骤，所述参考标记设置在该掩模上。

6.依照前述任一权利要求所述对准基底的方法，其中所述基底具有多个层，所述基底标记位于第一个层上，通过第二个层内的窗口该基底标记是可见的。

7.依照前述任一权利要求所述对准基底的方法，其中所述对准光束被调节为垂直于所述基底。

8.一种器件的制作方法，包括步骤：

-提供至少部分被一辐射敏感材料层覆盖的基底；

-利用辐射系统提供一辐射投射光束；

-使用构图装置给投射光束赋予带图案的截面；

-投射带图案的辐射光束到辐射敏感材料层的靶部上，

其特征在于，借助于权利要求1至6任一的方法来对准所述基底。

9.一种依照权利要求8的方法制造的器件。

10.一种包含程序代码方式的计算机程序，当在计算机系统上执行该程序时，所述计算机程序指示一种光刻投射装置来执行权利要求1至8中任一项所述的步骤。

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