JP2005311378A - デバイス製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の両面にデバイスを製造する場合、絶対位置決め誤差に厳しい要求することなく、基板の表側のデバイスと裏側のそれとのオーバレイ誤差を減少する方法を提供すること。
【解決手段】基板Wの表側FSにパターンを露出した後にこの基板Wを回転軸A周りに裏返して裏側BSにパターンを露出する。この裏側の露出中の基板の移動経路を表側の露出中の移動経路の鏡像であるようにすることによって、移動方向に特有のあらゆる位置決め誤差が裏側露出で表側露出に比べて反転され、それで表側デバイスと裏側デバイスの間の正味オーバレイ誤差がゼロまたはゼロに近くなる。それで、この発明の方法を、ある種の位置決め誤差から生じるオーバレイ誤差を機械改造および/またはスループットの犠牲なしに減少するために使うことができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、リソグラフィ装置を使うデバイス製造方法に関する。
リソグラフィ装置は、基板の目標部分上に所望のパターンを付ける機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路(ICs)の製造に使うことができる。その場合、マスクのようなパターニング装置を使ってこのICの個々の層に対応する回路パターンを創成してもよく、このパターンを、放射線感応材料(レジスト)の層を有する基板(例えば、シリコンウエハ)上の目標部分(例えば、一つまたは幾つかのダイの一部を含む)に結像することができる。一般的に、単一基板が隣接する目標部分のネットワークを含み、それらを順次露出する。既知のリソグラフィ装置には、全パターンをこの目標部分上に一度に露出することによって各目標部分を照射する、所謂ステッパと、このパターンを投影ビームによって与えられた方向(“走査”方向)に走査することによって各目標部分を照射し、一方、この基板をこの方向に平行または逆平行に同期して走査する、所謂スキャナがある。
この本文では、ICの製造でリソグラフィ装置を使用することを具体的に参照するかも知れないが、ここで説明するリソグラフィ装置は、MEMS(マイクロ電気機械システム)、MOEMS(マイクロオプト電気機械システム)、集積光学システム、磁区メモリ用誘導検出パターン、液晶ディスプレイ(LCD)、薄膜磁気ヘッド等の製造のような、他の用途があるかも知れないことを理解すべきである。当業者には、そのような代替用途の関係で、ここで使う“ウエハ”または“ダイ”という用語のどれも、それぞれ、より一般的な用語“基板”または“目標部分”と同義と考えてもよいことが分るだろう。ここで言及する基板は、露出の前または後に、例えば、トラック(典型的には基板にレジストの層を付け且つ露出したレジストを現像する器具)または計測若しくは検査器具で処理してもよい。該当すれば、この開示をそのようなおよびその他の基板処理器具に適用してもよい。更に、この基板を、例えば、多層ICを創るために、二度以上処理してもよく、それでここで使う基板という用語は既に多重処理した層を含む基板を指してもよい。
ここで使用する“放射線”および“ビーム”という用語は、紫外(UV)放射線(例えば、波長365、248、193、157または126nmの)および超紫外(EUV)放射線(例えば、5〜20nmの範囲の波長を有する)、並びにイオンビームまたは電子ビームのような、粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射線を包含する。
ここで使う“パターニング装置”という用語は、投影ビームの断面に、この基板の目標部分に創るようなパターンを与えるために使うことができる装置を指すと広く解釈すべきである。この投影ビームに与えたパターンは、基板の目標部分の所望のパターンと厳密には対応しなくてもよいことに注目すべきである。一般的に、投影ビームに与えたパターンは、集積回路のような、この目標部分に創るデバイスの特別の機能層に対応するだろう。
パターニング装置は、透過性でも反射性でもよい。パターニング装置の例には、マスク、プログラム可能ミラーアレイ、およびプログラム可能LCDパネルがある。マスクは、リソグラフィでよく知られ、二値、交互位相シフト、および減衰位相シフトのようなマスク型、並びに種々のハイブリッドマスク型がある。プログラム可能ミラーアレイの一例は、小型ミラーのマトリックス配置を使用し、入射放射線ビームを異なる方向に反射するようにその各々を個々に傾斜することができ、この様にして反射ビームをパターン化する。パターニング装置の各例で、支持構造体は、例えば、フレームまたはテーブルでもよく、それらは必要に応じて固定または可動でもよく且つこのパターニング手段が、例えば投影システムに関して、所望の位置にあることを保証してもよい。ここで使う“レチクル”または“マスク”という用語のどれも、より一般的な用語“パターニング装置”と同義と考えてもよい。
ここで使う“投影システム”という用語は、例えば使用する露出放射線に対して、または浸漬液の使用または真空の使用のような他の要因に対して適宜、屈折性光学システム、反射性光学システム、および反射屈折性光学システムを含む、種々の型式の投影システムを包含するように広く解釈すべきである。ここで使う“レンズ”という用語のどれも、より一般的な用語“投影システム”と同義と考えてもよい。
この照明システムも放射線の投影ビームを指向し、成形し、または制御するための屈折性、反射性、および反射屈折性光学要素を含む、種々の型式の光学要素も包含してよく、そのような要素も以下で集合的または単独に“レンズ”とも呼ぶかも知れない。
このリソグラフィ装置は、二つ(二段)以上の基板テーブル(および/または二つ以上のマスクテーブル)を有する型式でもよい。そのような“多段”機械では、追加のテーブルを並列に使ってもよく、または準備工程を一つ以上のテーブルで行い、一方他の一つ以上のテーブルを露出用に使ってもよい。
このリソグラフィ装置は、投影システムの最終素子と基板の間のスペースを埋めるように、この基板を比較的屈折率の高い液体、例えば水の中に浸漬する型式でもよい。浸漬液をこのリソグラフィ装置の他のスペース、例えば、マスクと投影システムの最初の素子との間にも加えてよい。浸漬法は、例えば、投影システムの開口数を効果的に増すために、この技術でよく知られている。
露出中に基板の位置決めが出来るだけ正確であることを保証するためにかなりの努力が行われたが、それでも位置誤差が残っている。これらは、ステッパでは10〜20nm、スキャナでは5〜10nmのオーダであり、一般的には多分100〜500nmの全体のオーバレイ誤差予定内で許容できるだろう。多くの場合、基板上のデバイスの絶対位置は、オーバレイ誤差(即ち、ある層の位置の、その上および下の層に対する誤差)より重要ではなく、その場合、残留位置決め誤差は、許容され得る。しかし、基板の両面にデバイスを製造できることの要求が増大していて、多くの場合、基板の表側のデバイスが裏側のそれと正確に整列することが重要である。それは、表側と裏側のデバイスの間のオーバレイ誤差は、絶対位置決め誤差の2倍までになるだろうから、絶対位置決め誤差にかなり厳しい要件を課す。
本発明の一実施例によるデバイス製造方法は、基板の第1側にある第1系列の目標部分上に少なくとも一つのパターンを投影する工程、この基板をある軸周りに回転する工程、および、この基板の第2側にある第2系列の目標部分上に少なくとも一つのパターンを投影し、この第2系列の目標部分がこの第1系列の目標部分に対応する工程を含む。この第2系列の目標部分上への少なくとも一つのパターンの投影中の基板の相対移動は、この第1系列の目標部分上への少なくとも一つのパターンの投影中の基板の相対移動のこの軸周りの鏡像である。
本発明のもう一つ実施例によるデバイス製造方法は、基板の第1側にある1からnまで連続するn個の目標部分の各々上にパターンを転写する工程、および、基板の第2側にある1からnまで連続するn個の目標部分の各々上にパターンを転写する工程を含む。1からnまでの各iに対して、この第1側のi番目の目標部分は、この第2側のi番目の目標部分と実質的に正反対である。
次に、本発明の実施例を、例としてだけ、添付の概略図を参照して説明する。それらの図面で対応する参照記号は対応する部品を指す。
本発明のこれらの実施例は、基板の対向する側のデバイス間のオーバレイ誤差を減少するために使えるデバイス製造方法を含む。
図1は、本発明の方法を実行するために使えるリソグラフィ投影装置を概略的に示す。この装置は、
放射線(例えば、UV放射線またはDUV放射線)の投影ビームPBを供給するための照明システム(照明器)IL、
パターニング装置(例えば、マスク)MAを支持し、且つこのパターニング装置を部材PLに関して正確に位置決めするために第1位置決め装置PMに結合された第1支持構造体(例えば、マスクテーブル)MT、
基板(例えば、レジストを塗被したウエハ)Wを保持し、且つこの基板を部材PLに関して正確に位置決めするために第2位置決め装置PWに結合された基板テーブル(例えば、ウエハテーブル)WT、および
パターニング装置MAによって投影ビームPBに与えたパターンを基板Wの目標部分C(例えば、一つ以上のダイを含む)上に結像するための投影システム(例えば、屈折性投影レンズ)PLを含む。
ここに表されているように、この装置は、(例えば、透過性のマスクを使用する)透過型である。その代りに、この装置は、(例えば、上に言及したような種類のプログラム可能ミラーアレイを使用する)反射型でもよい。
照明器ILは、放射線源SOから放射線のビームを受ける。この線源とリソグラフィ装置は、例えば、線源がエキシマレーザであるとき、別々の存在であってもよい。そのような場合、この線源はリソグラフィ装置の一部を形成するとは考えられず、放射線ビームは、線源SOから、例えば適当な指向ミラーおよび/またはビーム拡大器を含むビーム送出システムBDを使って、照明器ILへ送られる。他の場合、例えば、線源が水銀灯であるとき、線源がこの装置の一部分であってもよい。この線源SOと照明器ILは、もし必要ならビーム送出システムBDと共に、放射線システムと呼んでもよい。
照明器ILは、ビームの角強度分布を調整するための調整装置AMを含んでもよい。一般的に、この照明器の瞳面での強度分布の少なくとも外側および/または内側半径方向範囲(普通、それぞれ、σ外側およびσ内側と呼ぶ)を調整できる。その上、照明器ILは、一般的に、積分器INおよびコンデンサCOのような、種々の他の部品を含む。この照明器は、その断面に所望の均一性および強度分布を有する、投影ビームPBと呼ぶ、状態調節した放射線ビームを提供する。
投影ビームPBは、物体テーブルMT上に保持したパターニング手段MAに入射する。マスクMAを通り抜けてから、この投影ビームPBは、レンズPLを通過し、それがこのビームを基板Wの目標部分C上に集束する。第2位置決め装置PWおよび位置センサIF(例えば、容量式センサ、干渉計測装置および/または線形エンコーダ)を使って、基板テーブルWTを、例えば、異なる目標部分CをビームPBの経路に配置するように、正確に動かすことができる。同様に、例えば、マスクMAをマスクライブラリから機械的に検索してから、または走査中に、第1位置決め装置PMおよびもう一つの位置センサ(図1にはっきりとは図示せず)を使ってマスクMAをビームPBの経路に関して正確に配置することができる。一般的に、物体テーブルMTおよびWTの移動は、位置決め装置PMおよびPWの一部を形成する、長ストロークモジュール(粗位置決め)および短ストロークモジュール(微細位置決め)を使って実現する。しかし、ステッパの場合は(スキャナと違って)、マスクテーブルMTを短ストロークアクチュエータに結合するだけでもよく、または固定してもよい。マスクMAおよび基板Wは、マスク整列マークM1、M2および基板整列マークP1、P2を使って整列してもよい。
図示する装置は、以下の好適モードで使うことができる。
1. ステップモードでは、投影ビームに与えた全パターンを目標部分C上に一度に(即ち、単一静的露出で)投影しながら、マスクテーブルMTおよび基板テーブルWTを本質的に固定して保持する。次に基板テーブルWTをXおよび/またはY方向に移動して異なる目標部分Cを露出できるようにする。ステップモードでは、露出領域の最大サイズが単一静的露出で結像する目標部分Cのサイズを制限する。
2. 走査モードでは、投影ビームに与えたパターンを目標部分C上に投影(即ち、単一動的露出で)しながら、マスクテーブルMTおよび基板テーブルWTを同期して走査する。マスクテーブルMTに対する基板テーブルWTの速度および方向は、投影システムPLの(縮)倍率および像反転特性によって決る。走査モードでは、露出領域の最大サイズが単一動的露出での目標部分の(非走査方向の)幅を制限し、一方走査運動の長さが目標部分の(走査方向の)高さを決める。
3. もう一つのモードでは、プログラム可能パターニング手段を保持するマスクテーブルMTを本質的に固定し、投影ビームに与えたパターンを目標部分C上に投影しながら、基板テーブルWTを動かしまたは走査する。このモードでは、一般的にパルス化した放射線源を使用し、プログラム可能パターニング手段を基板テーブルWTの各運動後または走査中の連続する放射線パルスの間に必要に応じて更新する。この作動モードは、上に言及した型式のプログラム可能ミラーアレイのような、プログラム可能パターニング手段を利用するマスクレス・リソグラフィに容易に適用できる。
上に説明した使用モードの組合せおよび/または変形または全く異なった使用モードを使ってよい。
多くの場合、位置決め誤差は、ステージ移動の速度および/または方向に関して系統的且つ特徴的であることが分り、それでデバイスの全ての層を同じステージ移動手順を使って結像するならば、各層の位置決め誤差は、同じまたは類似の大きさおよび方向を有し、それでオーバレイ誤差が減るだろう。
図2は、基板Wの表側FSを示し、その一連の目標部分CないしCをステップモードで露出することになっている。これを行うために、基板を蛇行経路で動かし、投影システムの像界がベクトル
Figure 2005311378

によって示す経路に沿って進み、この基板が各目標部分で露出を行うために停止するようにする。この表側のある層または全ての層を完了したとき、裏側BSの目標部分C’ないしC’を露出するために基板Wを矢印で示すように(回転方向は問題でない)、軸Aの周りに回転する(裏返す)。これらの露出を行うために使用する蛇行経路をベクトル
Figure 2005311378

によって図3に示す。ベクトル
Figure 2005311378

は、ベクトル
Figure 2005311378

の基板を回転した軸Aでの鏡像である。
表側像と裏側像の間のオーバレイ誤差(Δe)は、それぞれのオーバレイ誤差efsとebsの間の差に等しく、それで:
Figure 2005311378
表側および裏側オーバレイ誤差は、それぞれの移動量MfsおよびMbsの関数であり、それで、
Figure 2005311378

(1)に代入すると、
Figure 2005311378
しかし、表側露出と裏側露出の間の蛇行パターンおよび基板の回転のために、表側および裏側移動量が同じであり(ウエハの座標系で)、それで
Figure 2005311378

それは、直接次につながる
Figure 2005311378

他方、蛇行パターンの回転がなければ、
Figure 2005311378

次の結果をもたらす
Figure 2005311378
言換えれば、裏側露出を行うための基板回転で、座標系も回転するので、これは、図4および図5に示すように、裏側へ露出した像が表側に露出した像に高精度で(例えば、不規則誤差および移動方向に依存しない系統誤差を除いて)重なることを意味する。座標系が図4と図5の間で回転していることに注目すべきである。軸Aと平行方向の位置決め誤差は、裏側露出で表側露出と同じ向きに現れるが、座標系のその軸がウエハの回転中変らないままであるので、これらの誤差も表側および裏側露出で対応し、従って結果としてオーバレイ誤差が最小になる。
本発明の実施例による方法は、図6および図7に示すように、走査モードにも適用してよい。一連の基板の走査モード露出用移動パターンは、図6に示すように、ステップモード露出シリーズの大規模蛇行のような移動パターンに重ねた小規模蛇行を含む。ある代表的方法では、大規模蛇行と小規模蛇行の両方、即ち、全基板移動を、上に説明したステップモードの方法と同じ相殺が当てはまるように、図7に示す、裏側露出用に反転する。
裏側の露出中の基板の移動が表側の露出中の移動の鏡像であることを保証することによって、移動方向に特有のあらゆる位置決め誤差が裏側露出で表側露出に比べて反転され、それで表側と裏側の間の正味オーバレイ誤差がゼロかゼロに近いだろう。従って、本発明の実施例による少なくとも幾つかの方法を、ある種の位置決め誤差から生じるオーバレイ誤差を機械改造かスループットの犠牲なしに減少するために使うことができる。
全てのデバイス層を表側に同じ移動パターンで作り、裏側に作った全てのデバイス層を同じ、相補の移動パターンを使って作るのが好ましい。しかし、厳しくない層があれば、異なる移動パターンを使っても、それに幾らかの利点があれば、それでよい。
本発明の実施例による方法を、基板が静止している間に各目標部分を全て一度に露出するステッパまたは、基板の走査運動中に各目標部分を露出するスキャナの両方に使ってもよい。後者の場合、走査露出の間の移動パターンと走査露出それ自体のパターンの両方を裏側の露出に対して反転すべきである。しかし、基板の回転軸が走査方向と平行であるならば、基板の対向する側の対応する露出のための走査方向は同じであろう。
本発明の特定の実施例を上に説明したが、本発明を説明した以外の方法で実施してもよいことが分るだろう。例えば、パターンまたは像界(例えば、投影レンズ)を固定しながら基板を動かすことに関して実施例を説明したが、基板が静止している間にパターンまたは像界(例えば、投影レンズおよび/またはパターニング装置)を動かすことも勿論可能である。投影によるパターンの転写を説明したが、近接露出のような他の転写モードおよびナノインプリンティングのような直説法も意図する。
本発明の実施例は、ここに説明したような方法を実施するためにリソグラフィ装置を制御するためのコンピュータプログラム(例えば、命令の一つ以上の集合またはシーケンス)、および一つ以上のそのようなプログラムを機械可読形で記憶するための記憶媒体(例えば、ディスク、半導体メモリ)も含む。この説明は、本発明を限定することを意図しない。
本発明の方法を実行するために使えるリソグラフィ装置を示す。 基板および表側をステップアンドリピートモードで露出するための移動パターンを示す。 図2の基板および裏側を露出するための移動パターンを示す。 本発明の他の実施例による方法で位置決め誤差が組合わさってゼロまたはほぼゼロのオーバレイ誤差になる方法を説明するために使う図である。 本発明の他の実施例による方法で位置決め誤差が組合わさってゼロまたはほぼゼロのオーバレイ誤差になる方法を説明するために使う図である。 基板および表側を走査モードで露出するための移動パターンを示す。 図6の基板および裏側を露出するための移動パターンを示す。
符号の説明
A 回転軸
BS 第2側
C 目標部分
C’ 目標部分
FS 第1側
PL 投影システム
W 基板

Claims (20)

  1. 基板の第1側にある第1系列の目標部分上に少なくとも一つのパターンを投影する工程、
    基板をある軸周りに回転する工程、および
    基板の第2側にある第2系列の目標部分上に少なくとも一つのパターンを投影し、前記第2系列の目標部分が前記第1系列の目標部分に対応する工程、を含むデバイス製造方法であって、
    前記第2系列の目標部分上への少なくとも一つのパターンの投影中の前記基板の相対移動が前記第1系列の目標部分上への少なくとも一つのパターンの投影中の前記基板の相対移動の前記軸周りの鏡像であるデバイス製造方法。
  2. 複数の層からデバイスを集積するために前記第1系列の目標部分上に複数のパターンを投影し、そして
    前記複数のパターンの全ての投影中に同じ移動パターンを使う請求項1に記載されたデバイス製造方法。
  3. 複数の層からデバイスを集積するために前記第2系列の目標部分上に複数のパターンを投影し、そして
    前記複数のパターンの全ての投影中に、この第1系列の目標部分上への投影中に使った移動パターンの鏡像である、同じ移動パターンを使う請求項2に記載されたデバイス製造方法。
  4. 各目標部分の全てを基板が静止している間に一度に露出する請求項1に記載されたデバイス製造方法。
  5. 基板の投影システムに対する走査移動中に各目標部分を露出する請求項1に記載されたデバイス製造方法。
  6. 前記第2系列の目標部分の各露出中の基板の走査移動が前記第1系列の対応する目標部分の露出中の走査移動の鏡像である請求項5に記載されたデバイス製造方法。
  7. 前記軸が前記走査移動中の前記基板の相対運動の方向と平行である請求項5に記載されたデバイス製造方法。
  8. 前記軸が基板の直径である請求項1に記載されたデバイス製造方法。
  9. 前記回転工程が、基板の第1側にある第1系列の目標部分上への少なくとも一つのパターンの前記投影工程と基板の第2側にある第2系列の目標部分上への少なくとも一つのパターンの前記投影工程との間に基板をある軸周りに180度回転する工程を含む請求項1に記載されたデバイス製造方法。
  10. 基板の第1側にある1からnまで連続するn個の目標部分の各々上にパターンを転写する工程、および
    基板の第2側にある1からnまで連続するn個の目標部分の各々上にパターンを転写する工程を含むデバイス製造方法であって、
    1からnまでの各iに対して、この第1側のi番目の目標部分がこの第2側のi番目の目標部分と実質的に正反対であるデバイス製造方法。
  11. 前記第1側にあるn個の目標部分の各々上にパターンを転写する工程および前記第2側にあるn個の目標部分の各々上にパターンを転写するおよび工程の少なくとも一つがn個の目標部分の各々上へパターンを投影する工程を含む請求項10に記載されたデバイス製造方法。
  12. 基板をこの基板の直径周りに回転する工程を含む請求項10に記載されたデバイス製造方法。
  13. 基板をこの基板の直径周りに180度回転する工程を含む請求項12に記載されたデバイス製造方法。
  14. 前記第1側にあるn個の目標部分の各々上にパターンを転写する工程が、n個の目標部分の少なくとも一つに対して、前記転写工程中に基板を直径と平行に動かす工程を含む請求項12に記載されたデバイス製造方法。
  15. 前記第1側にあるn個の目標部分の各々上にパターンを転写する工程が、n個の目標部分の少なくとも一つに対して、基板が静止している間に前記目標部分上にパターンを露出する工程を含む請求項10に記載されたデバイス製造方法。
  16. 前記第1側にあるn個の目標部分の各々上にパターンを転写する工程が、n個の目標部分の少なくとも一つに対して、基板が動いている間にこの目標部分上にパターンを露出する工程を含む請求項10に記載されたデバイス製造方法。
  17. 前記基板の第1側にある1からnまで連続するn個の目標部分の各々上にパターンを転写する工程が基板およびパターンの少なくとも一つを他に対して、前記第1側と実質的に平行な平面で、転写の各連続する対間の順次移動を含む第1経路で動かす工程、および
    前記基板の第2側にある1からnまで連続するn個の目標部分の各々上にパターンを転写する工程がこの基板およびこのパターンの少なくとも一つを他に対して、前記第1側と実質的に平行な平面で、転写の各連続する対間の順次移動を含む第2経路で動かす工程、を含み、
    前記平面での第2経路がその平面での第1経路と実質的に同じである請求項10に記載されたデバイス製造方法。
  18. 前記基板の第1側にある1からnまで連続するn個の目標部分の各々上にもう一つのパターンを転写する工程を更に含み、
    前記基板の第1側にあるn個の目標部分の各々上にもう一つのパターンを転写する工程が基板およびこのパターンの少なくとも一つを他に対して、前記第1側と実質的に平行な平面で、前記第1経路で動かす工程を含む請求項17に記載されたデバイス製造方法。
  19. 前記基板の第2側にある1からnまで連続するn個の目標部分の各々上にもう一つのパターンを転写する工程を更に含み、
    前記基板の第2側にあるn個の目標部分の各々上にもう一つのパターンを転写する工程が基板およびこのパターンの少なくとも一つを他に対して、前記第1側と実質的に平行な平面で、第2経路で動かす工程を含む請求項18に記載されたデバイス製造方法。
  20. 機械実行可能命令の集合を記憶する記憶媒体であって、デバイス製造方法を記述する前記集合が、
    基板の第1側にある1からnまで連続するn個の目標部分の各々上にパターンを転写する工程、および
    基板の第2側にある1からnまで連続するn個の目標部分の各々上にパターンを転写する工程、を含み、
    1からnまでの各iに対して、前記第1側のi番目の目標部分が第2側のi番目の目標部分と実質的に正反対である記憶媒体。
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