CN1690863A

CN1690863A - 器件制造方法

Info

Publication number: CN1690863A
Application number: CNA2005100717570A
Authority: CN
Inventors: A·德韦里斯
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2005-11-02
Also published as: US20050238970A1; US7244534B2; JP2005311378A

Abstract

一种根据本发明的实施例，制造在衬底的两面都具有器件层的器件的方法，包括确保衬底在背面曝光期间的移动为正面曝光期间的移动的镜像。因而在这类方法的应用中，与正面曝光相比，背面曝光中的是移动方向特性的定位误差是反转的，从而使得正面和背面之间的净重叠误差为零或近似于零。本发明的实施例可以用于在某种定位误差的类型中无需成本、改进机器或生产量即可减少重叠误差上升。

Description

器件制造方法

技术领域

本发明涉及使用光刻装置的器件制造方法。

背景技术

光刻装置是一种将期望图案加到衬底的目标部分上的机器。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，诸如掩模的构图部件可产生对应于IC的各个层的电路图案，该图案可以成像在具有辐射敏感材料(抗蚀剂)层的衬底(硅晶片)的目标部分上(例如包括一个或者多个芯片的一部分)。一般的，单一的衬底将包含依次曝光的相邻目标部分的网格。已知的光刻装置包括通常所说的分档器，其通过将全部图案一次曝光在目标部分上来辐射每一目标部分；以及通常所说的扫描器，其通过在投影光束下沿给定的方向(“扫描”方向)扫描图案同时同步扫描与该方向平行或者反平行的衬底来辐射每一目标部分。

尽管本文中对于IC制造中的光刻装置的使用作为具体参考，但是应当明白这里所描述的光刻装置还可以有其它的应用，例如MEMS(微机电系统)，MOEMS(微光电机械系统)，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。本领域普通技术人员能够理解，在像这样的可选择的应用范围内，这里任何使用的术语“晶片”或“芯片”都可以认为是分别与更普遍的术语“衬底”或“目标部分”同义的。可以在曝光处理之前或之后，用例如记录槽(一种典型地将抗蚀剂层施加到衬底上并显影已曝光的抗蚀剂的工具)或计量器或检测工具，对这里所述的衬底进行处理。这里所公开的内容可应用于这类或其它的任何合适的衬底处理工具。此外，可以不止一次的对衬底进行处理，例如为了制造多层IC，从而使得这里所用的术语衬底还指已经含有多个已处理层的衬底。

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

这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够给投影光束的截面赋予图案，从而在衬底的目标部分中产生图案的部件。应注意赋予投影光束的图案可能不完全对应于衬底的目标部分上的期望图案。一般地，赋予投影光束的该图案将与在目标部分中形成的器件如集成电路的特殊功能层相对应。

构图部件可以是透射型或反射型的。构图部件的例子包括掩模，可编程反射镜阵列，和可编程LCD板。掩模在光刻工艺中是公知的，且包括诸如二进制型、交替相移型、和衰减相移型等掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个例子利用微小反射镜的矩阵排列，其中的每个反射镜都能够独立地倾斜从而在不同方向反射入射的辐射光束；按照这种方式，能对反射光束进行构图。在每个构图部件的示例中，支承结构可以是例如那些能根据需要固定或移动的，以及那些能确保构图部件处于例如相对于投影系统的期望位置的框架或工作台。术语“刻线板”或“掩模”在这里的任何使用都可以认为是与更普遍的术语“构图部件”同义的。

这里使用的术语“投影系统”应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括折射光学系统，反射光学系统，和反折射系统，以作为对于所用曝光辐射，或其它像浸渍液体或真空的使用这类的因素的适合的示例。术语“透镜”在这里的任何使用都可以认为是与更普遍的术语“投影系统”同义的。

照射系统也可以包括各种类型的光学元件，包括用于引导，成形，或控制辐射的投影光束的折射，反射，和反折射光学元件，以及以下所提到的，整体地或单个地称作“透镜”的这类元件。

光刻装置可以是一类具有两个(双级)或多个衬底台(和/或两个或多个掩模台)的装置。在这类“多级”设备中，可以并行使用辅助台，或者当一个或多个其它的台用于曝光时在一个或多个台上执行准备步骤。

光刻装置也可以是一类其中的衬底浸渍在具有相对较高的折射率的液体如水中的装置，从而填充投影系统的最终元件与衬底之间的间隙。浸渍液体也可以加到光刻装置的其它间隙中，例如，掩模和投影系统的第一元件之间的间隙。浸渍技术是本领域技术人员所公知的那些例如为了增加投影系统的数值孔径的技术。

尽管为了确保在曝光期间衬底的定位尽可能的准确已经做了相当大的努力，但是仍然存在定位误差。这些在分档器中可以为约10-20nm，或在扫描器中可以为约5-10nm，且一般在全部重叠预计约100-500nm内是可以接受的。许多情况下，衬底上部件的绝对位置的重要性是小于重叠误差(即，一层关于其上面和下面的层定位时产生的误差)的重要性的，这些情况下，残余定位误差(residual positioning error)是可以接受的。然而，在衬底的两个面上都能制造部件的需求日益增长，而且在许多情况下位于衬底正面的部件能与其背面的部件精确地对准是很重要的。这使得在绝对定位的精确性上的要求更加严格，因为部件的正面和背面之间的重叠误差可能高达绝对定位误差的两倍。

发明内容

根据本发明的一个实施例的器件制造方法，包括在衬底的第一面的第一系列目标部分上投影至少一个图案；关于一个轴旋转该衬底；且在该衬底的第二面的第二系列目标部分上投影至少一个图案，其中该第二系列目标部分对应于第一系列目标部分。在投影至少一个图案到第二系列目标部分期间的衬底的相对移动是关于在投影至少一个图案到第一系列目标部分期间的衬底的相对移动的轴的镜像。

根据本发明的另一个实施例的器件制造方法，包括在衬底的第一面的n个目标部分的每一个上从1到n依次转印图案，以及在衬底的第二面的n个目标部分的每一个上从1到n依次转印图案。对于从1到n中的每个i，第一面上的第i个目标部分基本上与第二面上的第i个目标部分直接相对。

附图说明

现在根据其中的相应的附图标记对应相应的部分的示意图，通过示例对本发明的实施例进行描述，其中：

图1描述了用于执行根据本发明实施例的方法的光刻装置。

图2描述了用于在分步-重复模式中执行正面曝光的衬底和移动图案。

图3描述了图2的衬底及其用于背面曝光的移动图案。

图4和5是用于解释在根据本发明的实施例的方法中，定位误差如何结合以达到零或接近零的重叠误差的视图。

图6描述了用于在扫描模式中执行正面曝光的衬底和移动图案。

图7描述了图6的衬底及其用于背面曝光的移动图案。

具体实施方式

本发明的实施例包括能用于减少衬底反面上的器件之间的重叠误差的器件制造方法。

图1示意性地描述了可以用于执行本发明的方法的光刻装置。该装置包括：

用于提供辐射的投影光束PB(例如UV辐射或DUV辐射)的照射系统(照明器)IL。

第一支撑结构(例如掩模台)MT，用于支撑构图部件(例如掩模)MA，并与用于将该构图部件相对于物件PL精确定位的第一定位部件PM连接；

衬底台(例如晶片台)WT，用于保持衬底(例如涂敷抗蚀剂的晶片)W，并与用于将衬底相对于物件PL精确定位的第二定位部件PW连接；和

投影系统(例如折射投影透镜)PL，用于将构图部件MA赋予投影光束PB的图案成像在衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个芯片)上。

如这里所述，该装置是透射型的(例如使用透射掩模)。但是可供选择地，该装置也可以是反射型的(例如使用如上所述的可编程反射镜阵列)。

照明器IL从辐射源SO接受辐射光束。该光源与该光刻装置可以是独立的构件，例如当光源为准分子激光器时。在这种情况下，不认为该光源是构成光刻装置的一部分，且借助于包括例如适合的导向镜和/或光束扩展器的光束传送系统BD，辐射光束从光源SO到达照明器IL。其它情况下该光源可以是该装置整体的一部分，例如当光源为汞灯时。该光源SO和该照明器IL，以及如果需要的话，加上光束传送系统BD一起称作辐射系统。

照明器IL可以包括用于调整光束的角强度分布的调整装置AM。一般能够调整照明器的光瞳平面中的强度分布的至少外部径向范围和/或内部径向范围(通常分别称为σ-外部和σ-内部)。此外，照明器IL一般还包括其它各种元件，例如积分器IN和聚光器CO。这种照明器提供一种经调整处理的在其横截面具有预期的均匀性和强度分布的辐射光束，称作投影光束PB。

投影光束PB入射到保持在载物台MT上的构图装置MA上。穿过掩模MA后，投影光束PB穿过透镜PL，其将光束聚焦于衬底W的目标部分C上。借助于第二定位部件PW和位置传感器IF(如电容传感器，干涉测量设备和/或线性编码器)，能够很精确地移动衬底台WT，例如在光束PB的路径中定位不同的目标部分C。类似地，例如在从掩模库中机械取出掩模后或在扫描期间，可以使用第一定位部件PM和其它位置传感器(图1中未明确示出)将掩模MA相对于光束PB的光路进行精确定位。一般地，借助于构成定位部件PM和PW的一部分的长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精确定位)，可以实现载物台MT和WT的移动。然而，在分档器中(与扫描器相对)，掩模台MT只能与短冲程致动装置连接或者固定。使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2，对准掩模MA和衬底W。

所述的装置可以按照以下的优选模式来使用：

1.在步进模式中，掩模台MT和衬底台WT基本保持不动，整个被赋予到投影光束的图案一次性地(即单一静态曝光)投影到目标部分C上。然后将衬底台WT沿X和/或Y方向移动，以使不同的目标部分C曝光。在步进模式中，曝光区域的最大尺寸限制了在单一静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式中，将掩模台MT和衬底台WT同步扫描，同时，将被赋予到投影光束的图案投影到目标部分C上(即单一动态曝光)。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)特性和图像反转特性确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一动态曝光中的目标部分的宽度(非扫描方向上)，而扫描动作的长度决定了目标部分的高度(扫描方向上)。

3.在其他模式中，具有可编程构图部件的掩模台MT基本保持不动，并且在将被赋予投影光束的图案投影到目标部分C上时，移动或者扫描衬底台WT。在该模式下，通常采用脉冲辐射源，并且在每次将衬底台WT移动之后或者在扫描期间相继的辐射脉冲之间，将可编程构图部件按要求更新。可以容易地将这种操作模式应用于利用可编程构图部件，例如上面所述的可编程反射镜阵列的无掩模光刻中。

也可以将上述模式组合和/或变化使用，或者使用完全不同的模式。

在许多情况下，发现定位误差对于载物台的移动速度和/或方向是系统和特征的，这样的话，如果所有的部件层使用相同的载物台移动次序来成像，则每一层中的定位误差将具有相同或相似的量值和方向，且因此将减小重叠误差。

图2显示了在步进模式中将要曝光一系列目标部分C₁-C_n的正面FS上的晶片W。为做到这点，该衬底沿曲折路径移动，从而使得投影系统的成像区域沿着矢量 V_fs所指示的路径传递，随着衬底在每个目标部分的停留来执行曝光。当该正面的一层或所有层都完成曝光时，为了在背面BS上曝光目标部分C₁’-C_n’，衬底W按照箭头(旋转的方向无关)所示绕着A轴旋转(翻转)。该弯曲路径用于执行图3中矢量 V_bs所示的这些曝光。矢量 V_bs是衬底绕A轴旋转的矢量 V_fs的镜像。

正面和背面图像的重叠误差(Δe)等于各个重叠误差e_fs和e_bs之差，，从而：

Δe＝e_fs-e_bs (1)

正面和背面重叠误差是各自的移动的函数，M_fs和M_bs因此为：

e_fs＝f( V_fs) (2)

e_bs＝f( V_bs) (3)

代入(1)得到：

Δe＝f( V_fs)-f( V_bs) (4)

然而由于弯曲图案的旋转以及衬底在正面和背面之间的曝光，正面和背面的移动是相同的(在晶片的坐标系统中)，从而使得

V_fs＝ V_bs (5)

直接导出：

Δe＝f( V_fs)-f( V_bs)＝0 (6)

另外，如果没有弯曲图案的旋转，则：

V_fs＝- V_bs (7)

导出：

Δe＝f( V_fs)-f( V_bs)

＝f( V_fs)-f(- V_fs)

＝2.f( V_fs) (8)

换言之，因为以旋转衬底来执行背面曝光，所以坐标系统也是可旋转的，这意味着在背面曝光的图像与在正面曝光的图像重叠至一个高精确度级(例如，除了不依赖于移动方向的偶然误差和系统误差之外)，如图4和图5所示。应注意，坐标系统是在图4和图5之间旋转。在平行于轴A的方向的定位误差表明背面曝光和正面曝光具有相同的意义，但是因为坐标系统的轴在晶片旋转期间保持恒定，所以这些误差在正面和背面曝光上也是一致的，因此产生最小重叠误差。

根据本发明的实施例的方法，也可以应用于如图6和7所示的扫描模式中。用于一系列衬底的扫描模式曝光的移动图案包括叠加在移动图案上的小比例曲折，例如步进模式曝光系列的大比例曲折，如图6中所示。在典型的方法中，大比例弯曲和小比例曲折，即总的衬底移动反映了背面曝光，图7中所示，从而使得相同的抵消像上述的步进模式方法中一样应用。

通过确保衬底在背面曝光期间的移动为在正面曝光期间的移动的镜像，与正面曝光相比，在背面曝光中为任何移动方向的特性的定位误差都将是反转的，且正面和背面之间的净重叠误差将为零或接近零。根据本发明的实施例的至少一些方法可以因此用于在某种定位误差的类型中无需成本、改进机器或生产量即可减少重叠误差上升。

优选地，所有的部件层以相同的移动图案形成在正面，且所有形成在背面的部件层也以相同的互补图案形成。然而如果有非临界层，且那么做有益的话，可以使用不同的移动图案。

根据本发明的实施例的方法可以在当衬底静止时每个目标部分整体同时曝光的分档器中使用，或者在其中的每个目标部分在衬底的扫描移动期间曝光的扫描器中使用。在后者所述情况下，扫描曝光之间和扫描曝光中的移动图案本身应该是对于背面曝光反转的。如果衬底的旋转轴平行于扫描方向，则对应于衬底的反面曝光的扫描方向将是相同的。

尽管上面已经描述了本发明的具体实施例，但是应当明白，除了上述内容之外本发明仍是可实行的。例如，在图案或成像区域(例如投影透镜)被固定时根据衬底的移动来描述实施例，但是毫无疑问地，当衬底静止时图案或成像区域(例如，投影透镜和/或构图部件)移动也是可能的。当描述图案通过投影来转移时，诸如接近式曝光(proximity exposure)的转印法法以及诸如毫微印刷(nanoimprinting)的直接法这类的其它的模式也是可以考虑的。

本发明的实施例也包括控制光刻装置执行如上所述方法的计算机程序(例如，一个或多个批指令或序列指令)，和以机器可读形式存储一个或多个这样的程序的存储介质(如磁盘，半导体存储器)。这些描述并不意在限制本发明。

Claims

1、一种器件制造方法，包括：

投影至少一个图案到衬底的第一面的第一系列目标部分上；

绕一个轴旋转该衬底；以及

投影至少一个图案到该衬底的第二面的第二系列目标部分上，所述的第二系列目标部分对应于所述的第一系列目标部分；

其中所述衬底在所述投影至少一个图案到第二系列目标部分期间的相对移动是所述衬底在所述投影至少一个图案到第一系列目标部分期间的相对移动关于所述轴的镜像。

2、根据权利要求1的器件制造方法，其中多个图案投影到所述第一系列目标部分上，以从多个层中建立一个器件，且

其中在投影所有的所述多个图案期间使用相同的移动图案。

3、根据权利要求2的器件制造方法，其中多个图案投影到所述第二系列目标部分上，以从多个层中建立一个器件，且

其中在投影所有的所述多个图案期间，使用所述相同的移动图案，所述相同的移动图案是在投影到第一系列目标部分期间所使用的移动图案的镜像。

4、根据权利要求1的器件制造方法，其中当衬底静止时每个目标部分的整体同时曝光。

5、根据权利要求1的器件制造方法，其中在衬底相对于投影系统的扫描移动期间曝光每个目标部分。

6、根据权利要求5的器件制造方法，其中在所述第二系列目标部分的每个曝光期间的衬底的扫描移动是在所述第一系列的对应目标部分的曝光期间的扫描移动的镜像。

7、根据权利要求5的器件制造方法，其中所述轴平行于在所述扫描移动期间所述衬底的相对运动的方向。

8、根据权利要求1的器件制造方法，其中该轴是该衬底的直径。

9、根据权利要求1的器件制造方法，其中所述旋转包括在所述投影至少一个图案到衬底的第一面上的第一系列目标部分和在所述投影至少一个图案到衬底的第二面上的第二系列目标部分之间，绕轴180度旋转该衬底。

10、一种器件制造方法，包括：

将一个图案从1到n顺序转移至衬底的第一面上的n个目标部分的每一个上；和

将一个图案从1到n顺序转移至衬底的第二面的上n个目标部分的每一个上，

其中对于从1到n的每个i，第一面上的第i个目标部分与第二面的第i个目标部分基本直接相对。

11、根据权利要求10的器件制造方法，其中所述将一个图案转移至第一面的n个目标部分的每一个上和所述将一个图案转移至第二面的n个目标部分的每一个上的至少一个包括在n个目标部分的每一个上投影一个图案。

12、根据权利要求10的器件制造方法，所述方法包括关于衬底的直径旋转该衬底。

13、根据权利要求12的器件制造方法，所述方法包括关于衬底的直径旋转该衬底180度。

14、根据权利要求12的器件制造方法，其中所述将一个图案转移至第一面的n个目标部分的每一个上包括，对于n个目标部分的至少一个，在所述转移期间平行于该直径移动该衬底。

15、根据权利要求10的器件制造方法，其中所述将一个图案转移至第一面的n个目标部分的每一个上包括，对于n个目标部分的至少一个，当该衬底静止时将图案曝光到目标部分上。

16、根据权利要求10的器件制造方法，其中所述将一个图案转移至第一面的n个目标部分的每一个上包括，对于n个目标部分的至少一个，当该衬底移动时将图案曝光到目标部分上。

17、根据权利要求10的器件制造方法，其中所述将一个图案从1到n顺序转移至衬底的第一面上的n个目标部分的每一个上包括，在基本平行于该第一面的平面内，在第一路径上相对于其它衬底和图案移动该衬底和该图案的至少一个，所述第一路径包括在顺序转移的每个连续对之间的移动，以及

其中所述将一个图案从1到n顺序转移至衬底的第二面上的n个目标部分的每一个上包括在基本平行于该第一面的平面内，在第二路径上相对于其它衬底和图案移动该衬底和该图案的至少一个，所述第二路径包括在顺序转移的每个连续对之间的移动，以及

其中在该平面内的第二路径与其平面内的第一路径基本一致。

18、根据权利要求17的器件制造方法，其中所述方法进一步包括将另一个图案从1到n顺序转移至衬底的第一面的n个目标部分的每一个上，

其中所述将另一个图案转移到衬底的第一面的n个目标部分的每一个上包括，在基本平行于该第一面的平面内，在第一路径上相对于其它衬底和图案移动该衬底和该图案的至少一个。

19、根据权利要求18的器件制造方法，所述方法进一步包括以从1到n顺序将另一个图案转移到衬底的第二面的n个目标部分的每一个上，

其中所述将另一个图案转移到衬底的第二面的n个目标部分的每一个上包括，在基本平行于第一面的平面内，在第二路径上相对于其它基板和图案移动该衬底和该图案的至少一个。

20、一种存储一组机械课执行的指令的存储介质，所述指令组描述了一种器件制造方法，包括：

将一个图案以从1到n顺序转移至衬底的第一面的n个目标部分的每一个上；以及

将一个图案以从1到n顺序转移至衬底的第二面的n个目标部分的每一个上，

其中对于从1到n的每个i，位于第一面的第i目标部分与位于第二面的第i目标部分基本上直接相对。