CN1508632A - 光刻投影掩模和使用该掩模制造器件的方法及制造的器件 - Google Patents

Abstract

提出一种通过步进模式利用迭加到器件图案上的基准标记确定基片上显影图案的相对位置的方法，还提出一种光刻投影装置的掩模，其包括该方法使用的基准标记。

Description

光刻投影掩模和使用该掩模制造器件的方法及制造的器件

技术领域

本发明涉及一种器件制造方法，包括步骤：提供基片，所述基片至少部分被光敏感材料层覆盖；利用辐射系统提供投影光束；提供至少一个形成图案机构，其包括器件图案；使用所述至少一个形成图案机构，使所述投影光束带有所述器件图案；将带有图案的投影光束投射到光敏感材料层的多个目标部分。本发明还涉及通过所述方法制造的器件，和一种使投影光束具有器件图案的光刻投影掩模。

背景技术

本文使用的术语“图案形成机构”应广义地理解为可用来使入射光束的断面形成图案的装置，该图案对应于在基片目标部分产生的图案；在本文中也可以使用“光阀”这一术语。一般地，所述图案将对应于在目标部分制造的器件，如集成电路或其它器件(参见下文)，的特定功能层。这种图案形成机构的示例包括：

掩模，掩模的概念在光刻法中为大家所熟知，掩模类型包括，如双体、交变相移和衰减相移，以及各种混合的掩模类型。将这样的掩模放置在光束中会使照射到掩模上的光束根据掩模图案产生选择性透射(在透射式掩模的情况下)或选择性反射(在反射式掩模的情况下)。对于掩模来说，支承结构通常是掩模台，可确保掩模固定在入射光束中要求的位置，而且还可以按要求相对光束移动。

可编程反射镜阵列，这种装置的一个示例是带有粘弹性控制层和反射面的可编址矩阵表面。这种装置的基本原理是(举例来说)反射面的编址区域反射入射光线成为衍射光，而未编址区域反射入射光线成为非衍射光。利用适当的滤光器可以将非衍射光从反射光束中滤出去而只剩下衍射光；通过这种方式，根据可编址矩阵表面的编址图案可以使光束形成图案。可编程反射镜阵列的另一可选择的实施例采用小反射镜矩阵，通过施加适当的局部电场或通过使用压电致动装置可以使每个反射镜单独绕轴线倾斜。同样，反射镜形成可编址矩阵，使编址反射镜沿不同于未编址反射镜的方向反射入射光束；通过这种方式，可以根据可编址矩阵反射镜的编址图案使反射光束形成图案。可以用适当的电子装置来进行所需要的矩阵编址。在上述两种情况中，图案形成装置可以包括一个或多个可编程反射镜阵列。从美国专利US 5,296,891和US 5,523,193以及PCT申请WO 98/38597和WO 98/33096中可以得到更多有关反射镜阵列的信息。本发明引用参考其中的信息。对于可编程反射镜阵列，所述支承结构可以用框架或平台来实现，这种支承结构根据需要可以是固定的或是可移动的。

可编程液晶显示(LCD)阵列，这种结构的一个示例在美国专利US 5,229,872中给出，在此引用参考其内容。同上，这种情况下的支承结构可以用一个框架或平台来实现，根据需要，这种支承结构可以是固定的或是可移动的。

为了简单起见，本文的其余部分可能在某处具体涉及到掩模和掩模台的示例；但是，在这些示例中所讨论的一般原理可用于前述图案形成机构的更广泛范围。

光刻投影装置可以用来制造集成电路(ICs)。在这种情况下图案形成机构可产生对应于单层集成电路的电路图形，且该图形可以在覆盖光敏感材料层(抗蚀膜)的基片(硅晶片，LCD，掩模等)的目标部分(可包含一个或多个芯片)上成像。一般地，单个晶片将包含相邻目标部分组成的整个电路，这些目标部分依次由投影系统一次一个地照射。在现有的通过掩模台上掩模来形成图案的装置中，可分为两种不同类型的设备。其中一种是光刻投影装置，通过将整个掩模图案一次曝光到目标部分的方式照射各目标部分，这种装置通常称作晶片步进投影曝光机。在另一种可供选择的通常称作步进扫描机的装置中，每个目标部分是通过在投影光束下沿给定基准方向(扫描方向)逐步扫描掩模图案来照射的，同时沿与此方向相同或相反的方向同步扫描基片台；一般来说，由于投影系统会具有放大系数M(通常＜1)，所以扫描基片台的速度V应等于系数M乘以扫描掩模台的速度。有关光刻装置的更多信息可以从美国专利US 6,046,792中得到，本文引用参考其内容。

使用光刻投影装置进行制作的过程中，图案(比如掩模中的图案)在基片上成像，该基片至少局部由光敏感材料层(抗蚀膜)覆盖。在成像步骤之前，可以对基片进行各种处理，如涂底漆、涂抗蚀膜和低温烘焙。在曝光之后，可以对基片进行其它处理，如曝光后烘焙(PEB)、显影、高温烘焙以及对成像特征进行测量/检查。这一系列步骤是形成单层器件，如集成电路，图案的基础。接下来可以对图案层进行各种加工如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学机械抛光等，所有这些工序都是为了完成单层器件。如果需要若干层，那么对于每个新层整个过程或其变化都必须重复进行。最终，在基片(晶片)上会形成一系列器件。接着利用切割或锯切这样的技术将这些器件相互分开，于是这些单独的器件可以安装在载体上、连接插脚等等。有关这种工艺的详细资料可以从“微芯片制造：半导体加工实用指南”一书的1997第三版中得到，作者为Peter van Zant，McGraw Hill公司出版，书号为ISBN 0-07-067250-4。在此引用参考其内容。

为了简单起见，投影系统在下面可以称作“透镜”；但是，这一术语应当被广义地理解为包含各种类型的投影系统，比如包括折射光学、反射光学、和反折射光学系统。辐射系统也可以包括根据这些设计类型中的任一种进行操作的部件，以引导、修正或控制投影光束，下面这些部件也可以共同或单独地称作“透镜”。此外，光刻装置可以是带有两个或更多个基片台(和/或两个或更多个掩模台)。在这种“多级”装置中，增加的平台可以并行使用，或者当一个或多个其它平台进行曝光时，可以在一个或多个平台上进行准备步骤。对两级光刻装置美国专利US 5,969,441和国际专利申请WO98/40791作了介绍，在此引用参考其内容。

一般地，光刻装置的投影光束的尺寸只能每次曝光晶片的很小部分。采用两种办法来解决这个问题以曝光整个晶片。第一种是所谓的扫瞄模式，其中掩模和基片同时移动，使大部分基片曝光。第二种是步进模式，其中一次曝光就向基片的目标部分投射整个掩模图像，基片然后移动，使不同部分暴露于投影光束。在基片台上暴露的部分可以是部分重叠的或是对接的。在重叠和对接的情况下，非常希望各部分能够很好地对准，以最大利用基片上的空间，从而得到最大的产量。一些进行制作的器件覆盖多个目标部分，使这些目标部分对准成为制造出具有正确功能的器件的关键。在这种情况下，相邻的目标区域可采用相同或不同的掩模。

框中框(box-in-box)或类似的度量法依靠两个同心框或类似特征(尺寸在5微米到100微米)的特定相对位置来测定重合误差。这是通过在不同工艺步骤对所述特征的相对部分进行测量实现的。类似地，这个方法可通过重叠芯片来测量相邻芯片或区域的相对位置/重合误差，使所要的特征具有正确的相对位置，这是进行测量的目的。

这个方法的缺点是对接或接缝的区域不能够量化，由于必须进行区域重叠，重要的区域不同于进行度量的区域。换句话，位于重叠区域的度量特征所在区域不是器件实际接缝的区域。

本发明的目的是克服上面的缺点，并提供一种改进的确定基片上显影的多个图案的相对位置的方法。

发明内容

本发明的这个和其它目的通过在开头部分提到的方法得以实现，其特征是所述器件图案具有至少一个基准标记，在确定所述多个目标部分中两个的相对位置的步骤，测量所述两个目标部分的至少一个基准标记是否对准。

因此，该方法可用于测量对接的器件图案是否对准。结果是，位置误差的精度有更精确地估计。本发明还可用于测量重叠的器件图案。

该系统的优点在于，确定步骤可通过现有的光刻投影装置进行。现有的光刻投影装置一般已包括对准系统，可测量光刻投影装置中其他元件的对准。因此，对准的程度和必要的校正可直接在光刻投影装置进行测量，并且其结果可进行反馈，使下一个晶片调整步进，以弥补测量出的未对准，所以改正的效率得到提高。如果测量的器件延伸于多个目标部分，该方法可作为质量控制步骤，保证器件具有正确的功能。如果发现未对准，可将抗蚀层去掉，重新进行这个过程直至实现正确的对准。

根据本发明的另一方面，提供了一种光刻投影掩模，可使投影光束的截面带有图案，所述掩模包括器件图案，其特征在于，所述器件图案具有至少一个基准标记。

虽然在本文中对根据本发明的装置用于制造集成电路进行了具体介绍，但是应当明确地认识到这种装置可以有许多其它用途。比如，可以用于制造集成光学系统，对磁畴存储器、液晶显示屏、薄膜磁头等的图案进行导向和检测。本领域的专业人员应当认识到，对于这些其它用途，本文中使用的术语“光网”、“晶片”或“芯片”可分别用更通用的术语“掩模”、“基片”和“目标部分”来代替。

在本文中使用的术语“辐射光”和“光束”包括全部类型的电磁辐射，包括紫外光辐射(如波长为365、248、193、157或126纳米)和远紫外光辐射(EUV，如具有5到20纳米范围的波长)，以及粒子束，比如离子束或电子束。

附图说明

现在将参考示例性附图来介绍说明性的本发明实施例，其中：

图1示出了根据本发明实施例的光刻投影装置；

图2示出了根据本发明的掩模的光刻器件图案；

图3示出了基片表面上的多个显影图案；

图4显示了基片表面上相邻图案未对准的测量；和

图5显示了根据本发明的基准标记。

在这些附图中，对应的参考符号表示对应的部件。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明特定实施例的光刻投影装置。装置包括：

辐射系统Ex、IL，用来提供投影光束PB(如紫外光，DUV，远紫外辐射光)，在此具体实例中还包括辐射源LA；

第一载物台(掩模台)MT，装有固定掩模MA(如光网)的掩模架，并连接到第一定位装置PM上，可使掩模相对于部件PL精确定位；

第二载物台(基片台)WT，装有固定基片W(如涂有抗蚀膜的硅晶片)的基片座，并连接到第二定位装置PM上，可使基片相对于部件PL精确定位；

投影系统(“透镜”)PL(如折射透镜系统)，用来将照射的掩模MA的器件图案DP成像到基片W的目标部分C(包含一个或多个芯片)上。

如图所示，该装置是透射型的(即带有透射式掩模)。但一般地，也可以是反射型的(即带有反射式掩模)。或者，该装置可以采用另一种图案形成机构，如上面提到的可编程反射镜阵列型。

辐射源LA(如汞灯)产生辐射光束。该光束直接或在穿过调制装置如光束扩展器Ex后进入照明系统(照明器)IL中。照明器IL可以包括调整装置AM，用来设置光束强度分布的外和/或内径向区域(通常分别称作σ-外和σ-内)。另外，一般还包括其它各种部件，如积分器IN和聚光器CO。通过这种方式，使照射到掩模MA上的光束PB在其断面上具有所要求的均匀度和强度分布。

应当指出，就图1而言，辐射源LA可位于光刻投影装置的外壳内(比如当辐射源LA为汞灯时通常如此)，但也可以远离光刻投影装置，将产生的光束引导到装置中(比如通过适当的引导反射镜)；当辐射源LA是准分子激光器时通常采用后一种方案。本发明及权利要求包括这两种方案。

光束PB接着与固定在掩模台MT上的掩模MA相交。在被掩模MA选择性反射后，光束PB通过投影系统PL，投影系统PL将光束PB聚焦到基片W的目标部分C上。借助于第二定位装置(和干涉测量装置IF)基片台WT可以精确地移动，如可以将不同的目标部分C置于光束PB的路径中。类似地，第一定位装置可以使掩模MA相对光束PB的路径精确定位，比如在从掩模库中机器检索掩模MA之后，或是在扫描过程中。一般地，载物台MT、WT的移动可以通过长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现，这在图1中没有明确示出。然而，对于晶片步进投影曝光机(不同于步进-扫描机)，掩模台MT可以只与短行程致动器相连，或者可以固定在XY平面。

所示装置可以通过两种不同的模式使用：

1.步进模式，掩模台MT基本上保持不动，且整个掩模图像是一次投影(单次“闪光”)到目标部分C。然后基片台WT沿x和/或y方向移动，使得不同的目标部分C可以被光束PB照射；

2.扫描模式，基本上采用相同的方案，除了给定的目标部分C不是在单次“闪光”中曝光，而代之以，掩模台MT以速度v沿给定方向(所谓的“扫描方向”，如y方向)移动，因此使得投影光束PB在整个掩模图像上扫描；同时，基片台WT以速度V＝Mv沿相同或相反的方向移动，其中M是透镜PL的放大倍数(一般，M＝1/4或1/5)。通过这种方式，可以使相对较大的目标部分C曝光而无须牺牲分辨率。

本发明主要涉及步进模式，其中基片W上的多个目标部分C连续曝光。为了使基片使用的表面区域最大和该过程的效率最高，使目标部分对准，目标部分既可以对接也可以少量重叠(所谓的图案接缝)。这种加工方式只有在目标部分C互相精确对准的条件下才能有效。本发明提出的方法，可确定相邻目标部分的对准程度，使步进模式得到优化。

在本发明中，掩模MA具有器件图案DP(见图2，其中未显示器件的细节)，该图案将投射到基片W的目标部分C。掩模MA的器件图案DP包括至少一个基准标记5，其将被投射但不形成最终器件的功能部分。基准标记5用于确定目标部分C的相对位置，如下面将介绍的。基准标记包括在器件图案中，即掩模的器件图案的各部分在基准标记5的各方向上围绕基准标记，基准标记5不只是位于器件图案的边上。

如图3所示，当基片W通过步进模式进行曝光，对应于图2所示的掩模MA的器件图案DP的多个图案首先投射到基片表面的目标部分C的光敏感材料上，然后对其进行显影，形成多个显影的图案10，20，30，40和50。图案10，20，30，40和50可以如图所示般对接，或如上面所介绍的稍微重叠。图案在基片表面平面上XY方向的相对位置可通过测量各图案10，20，30，40和50的至少一个基准标记5，51，52是否对准来确定。

相邻的显影图案10，20，30，40和50不必要具有相同类型，特别是在所加工的单个器件在多个目标部分延伸的情况下。这时，将使用具有不同器件图案DP的不同掩模，但相邻器件图案需要有可比较的对准标记5。对准标记5完全位于显影的图案10，20，30，40和50中。

图4详细显示了通过确定基准标记51和52的相对位置测量两个相邻的显影图案30，40是否对准。这可以在图案显影前和后进行。通过测定相邻的显影图案30，40之间的偏差，可进行计算在步进模式中基片定位的误差。下一个基片的制造过程，特别是步进的基片W的移动可根据这个信息优化。

当制造的器件延伸多个目标部分时，这个方法可用作质量控制法。在这种情况下，如果发现有导致器件不合格的未对准，可除去曝光的光敏感材料层，重新对该层进行所述方法的工序。通过这种方式，当器件由于未对准在任何情况下都不能使用时，对前面沉积层的工作不会浪费，也不必为后面的层作任何工作。

应当认识到，如果相邻的显影图案的至少一个基准标记5，51，52的位置非常接近的话，确定相邻的显影图案30，40的相对位置可非常精确地实现。这点的实现是通过将至少一个基准标记5，51，52中至少一个设置在器件图案DP的各边上，当投影和显影后，各边将与器件图案DP的另一边对接。这可通过在器件图案DP上设置至少两个与基准标记5相关的对称轴来实现。这在图2中进行了显示，可从图中看到至少两个这样的轴80，85。如果器件图案DP是矩形的，可方便地将基准标记5在各边中点定位，并与边间隔开，尽管标记可位于任何地方。当然基准标记5应当位于器件图案DP的不含有具体器件细节的区域。

光刻投影装置已经设置对准传感器，可精确定位各种器件，比如利用定位标记M1，M2定位掩模MA，和利用对准标记P1，P2定位基片W。这些对准系统基于利用衍射光栅的光学衍射法。图5显示了基准标记5，其可用于本发明的器件图案DP。现有的光刻投影装置中的对准系统可利用这样的标记5来测量显影的图案10，20，30，40，50的相对位置。对准标记的图案是已知的，已经在本文参考引用的国际申请WO 98/30689中详细说明，该专利还说明了这种标记的轴内和轴外对准。

尽管上面已经介绍了本发明的特定实施例，应当理解，本发明可通过不同于上面介绍的方式实施。所作介绍和说明不能用于限制本发明。

Claims (8)

1.一种器件制造方法，包括步骤：

提供基片，所述基片至少部分被光敏感材料层覆盖；

利用辐射系统提供投影光束；

提供至少一个形成图案机构，其包括器件图案；

使用所述至少一个形成图案机构，使所述投影光束带有所述器件图案；

将带有图案的投影光束投射到光敏感材料层的多个目标部分；

其特征在于，所述器件图案具有至少一个基准标记，在确定所述多个目标部分中两个的相对位置的步骤，测量所述两个目标部分的所述至少一个基准标记是否对准。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个目标部分对接或在边界互相重叠，投影到所述目标部分的所述器件图案具有至少一个与各边界相连的基准标记。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基准标记位于所述图案，所述图案具有至少两个与所述基准标记相关的对称轴。

4.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述光敏感材料显影的步骤，可在所述基片上形成多个显影的图案。

5.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果在所述确定步骤发现有未对准，可将所述光敏感材料的曝光层去除，重新进行所述方法。

6.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包括根据所述确定步骤的结果对后续投射步骤进行优化的步骤。

7.根据前面权利要求中任一项所述方法制造的器件。

8.一种使投影光束具有器件图案的光刻投影掩模，所述掩模包括器件图案，其特征在于，所述器件图案具有至少一个基准标记。

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