CN1501165A - 器件制造方法及其制出的器件 - Google Patents

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Abstract

一种器件制造方法，包括步骤：提供具有第一和第二表面的第一衬底；使所述衬底的所述第一表面形成具有至少一个倒转对准标记的图案；在所述对准标记上提供保护层；将所述第一衬底的所述第一表面粘合到第二衬底上；将所述第一衬底局部地蚀刻到所述保护层，以形成围绕在所述或各所述倒转对准标记周围的沟槽；以及采用具有正－反面对准系统的光刻投影装置来在所述第二表面上形成至少一个图案层，同时使所述衬底与显露于所述或各所述沟槽中的对准标记对齐。

Description

器件制造方法及其制出的器件
技术领域
本发明涉及采用光刻投影装置的器件制造方法，该光刻投影装置包括：
-用于提供辐射投影光束的辐射系统；
-用于按照所需的图案来使投影光束形成图案的图案形成装置；
-用于固定衬底的衬底台；和
-用于将形成图案的光束投影到衬底第一侧上的目标部分上的投影系统。
背景技术
光刻装置是一种将所需的图案施加到衬底的目标部分上的机器。光刻装置例如可用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，图案形成装置如掩模可用于产生与IC的单个层相对应的电路图案，而且此图案可成像于具有一层辐射敏感材料(抗蚀剂)的衬底(如硅晶片)上的目标部分(例如包括一个或多个管心)上。通常来说，单个衬底包含被连续曝光的相邻目标部分的网络。已知的光刻装置包括所谓的分档器，其中通过将整个图案一次性地曝光到目标部分上来照射各目标部分；还包括所谓的扫描器，其中通过沿给定方向(“扫描”方向)经投影光束扫描图案并以平行于或反向平行于此方向的方向同步地扫描衬底来照射各目标部分。
对准是将掩模上特定点的图像定位在待曝光晶片的特定点上的工艺。通常在衬底和掩模上均设置一个或多个对准标记，例如小的图案。器件可包括许多层，其通过用中间处理步骤来连续地曝光而构成。在各次曝光之前使衬底和掩模上的标记对准，从而降低新的曝光和前次曝光之间的任何位置误差，这种误差称为重叠误差。
对于一些器件如微型电-机械系统(MEMS)和微型光-电-机械系统(MOEMS)来说，希望能够采用光刻工艺来在衬底的两侧上形成一定的结构，在许多情况下，衬底的相对侧上的结构需要相互对准。这意味着光刻装置必须使被投影到衬底正面上的图案与背面上的对准标记对齐。这可用另外的硬件、例如可将背面标记的图像投影到衬底正面上的光学元件来完成，或者使用透明的衬底。对硅衬底来说可使用红外线辐射，但其精度有限且可能会不合需要地加热晶片。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种器件制造方法，其可在衬底的一侧上印刷与另一侧上的标记对齐的结构，该方法不需要另外的硬件，并且具有提高的精度。
这些和其它的目的可由根据本发明的器件制造方法来实现，其包括：
提供具有第一和第二表面的第一衬底；
使所述衬底的所述第一表面形成具有至少一个倒转对准标记的图案；
在所述对准标记上提供保护层；
将所述第一衬底的所述第一表面粘合到第二衬底上；
将所述第一衬底局部地蚀刻到所述保护层，以形成围绕在所述或各所述倒转对准标记周围的沟槽；和
采用具有正-反面对准系统的光刻投影装置来在所述第二表面上形成至少一个图案层，同时使所述衬底与显露于所述或各所述沟槽中的对准标记对齐。
形成于第一表面内的倒转对准标记通过蚀刻显露出，作为正常定向的对准标记，光刻投影装置可以容易地对准此标记。因此，与印刷在正面上的标记直接对齐的图案就可印刷到衬底的背面上。
与标记的形状相一致的保护层最好由例如SiO2的材料形成，其选择成可抵抗用于形成沟槽的蚀刻，因而形成了蚀刻终止层。在保护层上可形成反射层如Al层(在粘合前)，以便提高标记在显露于沟槽中时的可见性。
蚀刻步骤可如下所述地于局部处进行：在第二表面上形成蚀刻阻挡层，例如氧化物层；在蚀刻阻挡层上提供辐射敏感的抗蚀剂层；使所述抗蚀剂形成图案并对其进行显影，以形成位于所述标记上方的开口；以及除去所述开口内的所述蚀刻阻挡层。为了使抗蚀剂形成图案以形成开口，只需粗略地定位标记，这可通过从衬底的第二侧使用红外标记传感器来足够高精度地完成。
在将衬底粘合到第二(载体)衬底上之前，可采用已知的技术在第一表面中和/或在其上形成器件。保护层和可选择的反射层可形成为器件层的一部分，在必要时可局部地除去任何中间层而不是专门地形成一些中间层。
用于对准第一表面上或其中的结构的正常对准标记可在与用于对准形成于第二表面上的结构的倒转对准标记相同的步骤中印刷。这样就可以保证正常标记和倒转标记之间的位置关系，并因而保证第一和第二表面上的结构之间的位置关系。
在粘合后，例如通过磨削来使第一衬底的厚度减小。
虽然在本文中将具体地参考IC制造中的光刻装置的使用，然而应当理解，这里所介绍的光刻装置还具有其它应用，例如集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的制造。本领域的技术人员可以理解，在这种替代性应用的上下文中，用语“晶片”或“管心”在这里的任何使用分别被视为与更通用的用语“衬底”或“目标区域”具有相同的含义。这里所指的衬底可在曝光前或曝光后例如在轨道(一种通常在衬底上施加抗蚀层并对暴露出来的抗蚀层进行显影的工具)或度量或检查工具中进行加工。在适当之处，这里的公开内容可应用于这些和其它衬底加工工具中。另外，衬底可被不止一次地加工，例如以形成多层IC，因此，这里所用的用语“衬底”也可指已经包含有多层已加工的层的衬底。
这里所用的用语“辐射”和“光束”用于包括所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如波长为365，248，193，157或126毫微米)和远紫外线(EUV)辐射(例如具有5-20毫微米范围内的波长)，以及粒子束辐射，例如离子束或电子束辐射。
这里所用的用语“图案形成装置”应被广义地解释为可用于使投影光束的横截面具有一定的图案以便在衬底的目标部分中形成图案的装置。应当注意的是，施加于投影光束中的图案可以不精确地对应于衬底目标部分中的所需图案。一般来说，施加于投影光束中的图案将对应于器件中的将形成于目标部分内的特定功能层，例如集成电路。
图案形成装置可以是透射的或反射的。图案形成装置的例子包括掩模、可编程的镜阵列和可编程的LCD面板。掩模在光刻领域中是众所周知的，其包括例如二元型、交变相移型和衰减相移型等掩模类型，还包括各种混合式掩模类型。可编程的镜阵列的一个例子采用微型镜的矩阵设置，各镜子可单独地倾斜以沿不同方向反射入射的辐射光束；这样，反射光束就形成了图案。在图案形成装置的各例子中，支撑结构例如可为框架或台，其可根据要求为固定的或可动的，并可保证图案形成装置可例如相对于投影系统处于所需的位置。用语“分划线”或“掩模”在本文中的任何使用可被视为与更通用的用语“图案形成装置”具有相同的含义。
这里所用的用语“投影系统”应被广义地理解为包括各种类型的投影系统，包括折射光学系统、反射光学系统和反射折射光学系统，这例如应根据所用的曝光辐射或其它因素如使用浸液或使用真空来适当地确定。用语“透镜”在本文中的任何使用均应被视为与更通用的用语“投影系统”具有相同的含义。
照明系统也可包括用于对辐射投影光束进行引导、成形或控制的任何类型的光学元件，包括折射、反射和反射折射的光学元件，这些元件在下文中统称或单独地称为“透镜”。
光刻装置可以是具有两个(双级)或多个衬底台(和/或两个或多个掩模台)的那种类型。在这种“多级”式机器中，附加的台可以并联地使用，或者可在一个或多个台上进行预备步骤而将一个或多个其它的台用于曝光。
光刻装置也可以是这样的类型，其中衬底被浸入在具有较高折射系数的液体如水中，从而填充了投影系统的最后元件和衬底之间的空间。浸液也可施加到光刻装置的其它空间内，例如掩模和投影系统的第一元件之间。浸没技术在本领域中是众所周知的，其用于增大投影系统的数值孔径。
附图说明
下面将仅通过示例的方式并参考示意性附图来介绍本发明的实施例，在附图中：
图1显示了可用于本发明方法中的光刻投影装置；
图2是衬底的平面图，显示了用于本发明方法的对准标记的位置；和
图3到8显示了根据本发明的器件制造方法的各步骤。
在附图中相应的标号表示相应的元件。
具体实施方式
图1示意性地显示了一种可用于执行本发明方法的步骤的光刻投影装置。该装置包括：
-用于提供辐射(例如UV辐射等)的投影光束PB的照明系统(照明器)IL；
-用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA的第一支撑结构(例如掩模台)MT，其与用于将图案形成装置相对于物体PL精确定位的第一定位装置PM相连；
-用于固定衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W的衬底台(例如晶片台)WT，其与用于将衬底相对于物体PL精确定位的第二定位装置PW相连；和
·用于在衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管心)上对由图案形成装置MA施加给投影光束PB的图案进行成像的投影系统(例如折射型投影透镜)PL。
如这里所述，此装置为透射型(例如采用了透射掩模)。或者，此装置也可以是反射型(例如采用了上述类型的可编程的镜阵列)。
照明器IL接收来自辐射源SO的辐射光束。辐射源和光刻装置可以是单独的实体，例如在辐射源为准分子激光器时。在这种情况下，辐射源不应被视为形成了光刻装置的一部分，辐射光束借助于光束传送系统BD从源SO传递到照明器IL中，光束传送系统BD例如包括适当的定向镜和/或光束扩展器。在其它情况下该辐射源可以是装置的一个整体部分，例如在辐射源为水银灯时。辐射源SO、照明器IL以及光束传送系统BD(如果需要的话)可称为辐射系统。
照明器IL可包括调节装置AM，用于调节光束的角强度分布。通常来说，至少可以调节照明器的光瞳面内的强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称为σ-外部和σ-内部)。另外，照明器IL通常包括各种其它的元件，例如积分器IN和聚光器CO。照明器提供了辐射的调整光束，其称为投影光束PB，并在其横截面上具有所需的均匀性和强度分布。
投影光束PB入射在固定于掩模台MT上的掩模MA上。在穿过掩模MA后，投影光束PB通过透镜PL，透镜PL将光束聚焦在衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉测量仪)，衬底台WT可精确地移动，例如将不同的目标部分C定位在光束PB的路径中。类似地，可用第一定位装置PM和另一位置传感器(其在图1中未明确地示出)相对于光束PB的路径对掩模MA进行精确的定位，例如在将掩模MA从掩模库中机械式地重新取出之后或者在扫描过程中。通常来说，借助于形成为定位装置PM和PW的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可实现载物台MT和WT的运动。然而，在采用分档器的情况下(与扫描器相反)，掩模台MT可只与短行程致动器相连，或被固定住。掩模MA和衬底W可采用掩模对准标记M1，M2和衬底对准标记P1，P2来对准。
所述装置可用于下述优选模式中：
1.在步进模式中，掩模台MT和衬底台WT基本上保持静止，而施加到投影光束上的整个图案被一次性投影到目标部分C上(即单次静态曝光)。然后沿X和/或Y方向移动衬底台WT，使得不同的目标部分C被曝光。在步进模式中，曝光区域的最大尺寸限制了在单次静态曝光中所成像的目标部分C的大小。
2.在扫描模式中，掩模台MT和衬底台WT同步地扫描，同时施加到投影光束上的图案被投影到目标部分C上(即单次动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向由投影系统PL的放大(缩小)和图像倒转特性来确定。在扫描模式中，曝光区域的最大尺寸限制了单次动态曝光中的目标部分的宽度(非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定了目标部分的高度(扫描方向上)。
3.在另一模式中，掩模台MT基本上保持固定并夹持了可编程的图案形成装置，而衬底台WT在施加到投影光束上的图案被投影到目标部分C上时产生运动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，可编程的图案形成装置根据需要在衬底台WT的各次运动之后或在扫描期间两次连续辐射脉冲之间来进行更新。这种操作模式可容易地应用于采用了可编程的图案形成装置、例如上述类型的可编程的镜阵列的无掩模式光刻技术。
还可以采用上述使用模式的组合和/或变更，或者采用完全不同的使用模式。
实施例1
图2显示了器件将设置于其两侧上的晶片W，晶片上设有正常标记(未示出)和倒转标记1-8。倒转标记1-8是正常标记围绕晶片的旋转轴线的镜像，该旋转轴线在这里为Y轴。正常标记可采用任何方便的形式，例如本领域已知的光栅、光栅组、块中块、框中框、人字形标记等，并可形成为用于在一系列曝光之前与衬底整体地对准的初始标记。在图2中显示了供参考用的倒转初始标记和正常初始标记的例子，它们均由四个光栅形成。在这四个光栅中，虽然在图中未明显示出，但其中一对是水平而另一对是垂直的，各对中的两个光栅以已知方式具有不同周期。在该示例中，标记设置在晶片轴的对称位置处。本发明当然也可应用其它标记，例如处于各目标区域或管心附近的标记。
图3到8显示了本发明方法的一个示例中的步骤。首先，通过已知方式在晶片W的第一表面10a上蚀刻出正常标记(未示出)和倒转标记1-8，这些标记被SiO2的保护层11和Al的反射层12所覆盖，如作为沿图2中Y轴的局部剖视图的图3所示。然后衬底W被翻转，采用粘合层13将其粘结在载体衬底CW上。图4显示了粘结在载体衬底CW上的衬底W，其中第二表面10b处于最上方。
如图5所示，晶片W被磨削至所需的厚度T，例如约为70微米，并且上表面10b’根据将形成于其上的器件的需要来精加工。
为了局部地蚀刻穿过第一衬底以显露出倒转标记1-8，首先例如通过沉积在第二表面10b’上覆盖一层氧化物14，如图6所示，并且覆盖一层抗蚀剂15，对抗蚀剂层15进行曝光以在倒转标记1-8之上形成敞开的初始蚀刻窗孔(primary flood window)16。由于初始蚀刻窗孔16比标记大很多，因此它们不必精确地定位，可以在采用粗略对准工具来定位标记之后进行用于形成窗孔16的曝光步骤，粗略对准工具例如为采用红外线的标记传感器，其可通过衬底W来检测倒转标记。
可通过干蚀刻RIE或湿蚀刻(含有HF的缓冲氧化物腐蚀)步骤来除去窗孔16中的氧化物层14，从而形成硬掩模，并进行采用为Si选出的蚀刻剂的深槽蚀刻来形成沟槽17。深槽蚀刻终止于SiO2层，因此沟槽17向下延伸到倒转初始标记1，5中，达到图8所示的位置。之后，可在与显露于沟槽17中的倒转标记1-8对准的情况下在第二表面10b’上形成器件层。沟槽的顶部宽度d1例如为1200微米，其足以保证其底部的宽度d2足够大，例如为1000微米，从而宽敞地容纳下标记1-8。然后在进行后续加工之前除去氧化物层14。
粘合衬底的后续加工中的第一步骤是在晶片的现在处于最上方的第二表面10b’上印刷另外的标记，它们相对于所显露出的标记处于已知的位置。这些另外的标记可在第二表面的进一步加工中用于对准，它们比所显露出的标记方便得多。
虽然在上文中介绍了本发明的特定实施例，然而应当理解，本发明可以不同于上述的方式来实施。此说明书并不意味限制了本发明。

Claims (11)

1.一种器件制造方法，包括步骤：
提供具有第一和第二表面的第一衬底；
使所述衬底的所述第一表面形成具有至少一个倒转对准标记的图案；
在所述对准标记上提供保护层；
将所述第一衬底的所述第一表面粘合到第二衬底上；
将所述第一衬底局部地蚀刻到所述保护层，以形成围绕在所述或各所述倒转对准标记周围的沟槽；和
采用具有正-反面对准系统的光刻投影装置来在所述第二表面上形成至少一个图案层，同时使所述衬底与显露于所述或各所述沟槽中的对准标记对齐。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护层由例如SiO2的材料形成，其选择成可抵抗用于形成所述沟槽的蚀刻，因而形成了蚀刻终止层。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述粘合步骤之前在所述保护层上形成例如Al的反射层以便增大所述标记在显露于所述沟槽中时的可见性的另一步骤。
4.根据权利要求1，2或3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述粘合步骤之前在所述第一表面上和/或其中形成器件的另一步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述保护层和/或所述反射层(如果设置了的话)形成为器件层的一部分，在必要时可局部地除去任何中间层。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在与所述倒转对准标记相同的步骤中印刷正常对准标记，其用于对准所述第一表面上或其中的结构。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述局部蚀刻的步骤包括子步骤：在所述第二表面上形成蚀刻阻挡层，例如氧化物层；在所述蚀刻阻挡层上提供辐射敏感的抗蚀剂层；使所述抗蚀剂形成图案并对其进行显影，以形成位于所述标记上方的开口；以及除去所述开口中的所述蚀刻阻挡层。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述粘合步骤之后例如通过磨削来减小所述第一衬底的厚度的另一步骤。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述对准标记采用与使所述工艺层形成图案所用的相同装置来形成图案。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述在所述第二表面上形成至少一个图案层的步骤包括在相对于显露于所述或各所述沟槽中的对准标记为已知的位置处形成至少一个另外的对准标记。
11.一种根据上述权利要求中任一项所述的方法所制出的器件。
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