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用于光刻对准的系统和方法.pdf

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用于 光刻 对准 系统 方法
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摘要
申请专利号:

CN201310136360.X

申请日:

2013.04.18

公开号:

CN103913960A

公开日:

2014.07.09

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G03F 9/00申请日:20130418|||公开
IPC分类号: G03F9/00; G03F7/20 主分类号: G03F9/00
申请人: 台湾积体电路制造股份有限公司
发明人: 林育贤; 谢弘璋; 许峰嘉; 李俊毅
地址: 中国台湾新竹
优?#28909;ǎ?/td> 2013.01.02 US 13/732,913
专利代理机构: 北京德恒律治知识产权代理有限公司 11409 代理人: ?#24459;?#26482;;孙征
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法律状态
申请(专利)号:

CN201310136360.X

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2016.08.31|||2014.08.06|||2014.07.09

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供用于集成电路制造的光刻系统的一个实施例。该系统包括衬底工作台,被设计成固定衬底并且可操作地移动衬底;对准模块,包括可操作地生成波长可调节的红外光的可调光源;和接收光的检测器;以及曝光模块,与对准模块集成并?#20918;?#35774;计成对涂覆在衬底上的抗蚀层实施曝光处理。本发明?#22266;?#20379;了用于光刻对准的系统和方法。

权利要求书

权利要求书
1.  一种用于集成电路制造的光刻系统,包括:
衬底工作台,被设计成固定衬底并且可操作地移动所述衬底;
对准模块,包括可操作地生成波长可调节的红外(IR)光的可调光源和接收所述光的检测器;以及
曝光模块,与所述对准模块集成并?#20918;?#35774;计成对涂覆在所述衬底上的抗蚀层实施曝光处理。

2.  根据权利要求1所述的光刻系统,其中,所述对准模块进一步包括:将所述光引导?#21015;?#25104;在所述衬底上的对准标记的机构。

3.  根据权利要求1所述的光刻系统,其中,所述对准模块进一步包括:选择从所述衬底反射的所述光的输出光的缝隙和被配置成接收由所述缝隙选择的输出信号的所述检测器。

4.  根据权利要求1所述的光刻系统,进一步包括被设计成调节对准的对准控制单元。

5.  根据权利要求1所述的光刻系统,其中,所述曝光模块包括:
曝光辐射源;
掩模工作台,固定其上限定有?#21450;?#30340;光掩模;以及
光学模块,从所述曝光辐射源接收辐射能量并且将所述?#21450;賦上?#21040;所述衬底。

6.  根据权利要求1所述的光刻系统,其中,所述可调光源可操作地生成红光、绿光、近IR(NIR)光和远IR(FIR)光。

7.  根据权利要求1所述的光刻系统,其中,所述可调光源可操作地生成具有约633nm的第一波长的红光、具有约532nm的第二波长的绿光、具有约780nm的第三波长的NIR光以及具有约850nm的第四波长的FIR光。

8.  根据权利要求1所述的光刻系统,其中,所述可调光源选自固态激光源和染料激光源。

9.  一种用于集成电路制造的对准系统,包括:
衬底工作台,被设计成固定衬底并且可操作地移动所述衬底;
可调光源,可操作地生成波长可调节的红外(IR)光;
检测器,被配置成接收作为从所述衬底反射的光的输出信号;以及
曝光模块,与所述对准模块集成并?#20918;?#35774;计成对涂覆在所述衬底上的抗蚀层实施曝光处理。

10.  一种方法,包括:
提供具有在第一?#21450;覆?#20013;限定的第一对准标记和在第二?#21450;覆?#20013;限定的第二对准标记的集成电路(IC)衬底;
用来自可调光源的近红外线(NIR)的第一光照射所述第一对准标记,以用于所述第一对准标记的对准监测;以及
用来?#36816;?#36848;可调光源的远红外线(FIR)的第二光照射所述第二对准标记,以用于所述第二对准标记的对准监测。

说明书

说明书用于光刻对准的系统和方法
技术领域
本发明一般地涉及半导体技术领域,更具体地来说,涉及用于光刻对准的系统和方法。
背景技术
半导体集成电路(IC)制造涉及在半导体晶圆上形成具有所设计的?#21450;?#30340;多个材料层。每层都必须与先前层对准,使得所形成的电路可以?#23454;?#22320;起作用。各种标记用于该目的。例如,对准标记用于光掩模和半导体晶圆之间的对准。在另一个实例中,使用覆盖标记(overlay mark)来监测晶圆上的层之间的覆盖偏差。随着半导体技术继续发展至具有更小特征尺寸的电路布局,对准需求变得更加迫切,并且期望对准/覆盖标记占用更少晶圆面积。然而,当在集成电路中利用非平面结构时,现有对准方法和系统不能进行高精度的对准监测和测?#20426;?#20363;如,诸如鳍式场效应晶体管(FinFET)的三维器件形成在晶圆上,具有单个波长的现有对准系统和相应方法不能进行?#23454;?#23545;准测?#20426;?#23588;其是,当?#21450;?#21270;结构减薄(或被抛光)时,对准信号劣化。从而,由于不对准导致晶圆质量劣化。因此,期望提供一种具有高测量信号质量和(因此)高晶圆质量的用于监测并且控制对准和覆盖的方法和系统。
发明内容
为?#31169;?#20915;现有技术中所存在的缺陷,根据本发明的一方面,提供了一种用于集成电路制造的光刻系统,包括:衬底工作台,被设计成固定衬底并且可操作地移动所述衬底;对准模块,包括可操作地生成波长可调节的红外(IR)光的可调光源和接收所述光的检测器;以及曝光模块,与所述对准模块集成并?#20918;?#35774;计成对涂覆在所述衬底上的抗蚀层实施曝光处理。
在该光刻系统中,所述对准模块进一步包括:将所述光引导?#21015;?#25104;在所述衬底上的对准标记的机构。
在该光刻系统中,所述对准模块进一步包括:选择从所述衬底反射的所述光的输出光的缝隙和被配置成接收由所述缝隙选择的输出信号的所述检测器。
该光刻系统进一步包括被设计成调节对准的对准控制单元。
在该光刻系统中,所述曝光模块包括:曝光辐射源;掩模工作台,固定其上限定有?#21450;?#30340;光掩模;以及光学模块,从所述曝光辐射源接收辐射能量并且将所述?#21450;賦上?#21040;所述衬底。
在该光刻系统中,所述可调光源可操作地生成红光、绿光、近IR(NIR)光和远IR(FIR)光。
在该光刻系统中,所述可调光源可操作地生成具有约633nm的第一波长的红光、具有约532nm的第二波长的绿光、具有约780nm的第三波长的NIR光以及具有约850nm的第四波长的FIR光。
在该光刻系统中,所述可调光源选自固态激光源和染料激光源。
在该光刻系统中,所述可调光源被设计成具有调节波长的机构,所述机构包括光栅分布式布拉格反射器和具有调节谐振腔长度的微机电系统(MEMS)的光学谐振腔之一。
根据本发明的另一方面,提供了一种用于集成电路制造的对准系统,包括:衬底工作台,被设计成固定衬底并且可操作地移动所述衬底;可调光源,可操作地生成波长可调节的红外(IR)光;检测器,被配置成接收作为从所述衬底反射的光的输出信号;以及曝光模块,与所述对准模块集成并?#20918;?#35774;计成对涂覆在所述衬底上的抗蚀层实施曝光处理。
该光刻系统,进一步包括:机构,将所述光引导?#21015;?#25104;在所述衬底上的对准标记;以及缝隙,选择输出光,所述检测器被配置成接收穿过所述缝隙的所述输出信号。
该光刻系统进一步包括:被设计成调节对准的对准控制单元和估计所述输出信号的对准分析模块。
在该光刻系统中,所述可调光源可操作地生成具有约633nm的第一波 长的红光、具有约532nm的第二波长的绿光、具有约780nm的第三波长的NIR光以及具有约850nm的第四波长的FIR光。
在该光刻系统中,所述可调光源被设计成具有调节所述波长的机构,所述机构包括光栅分布式布拉格反射器和具有调节谐振腔长度的微机电系统(MEMS)的光学谐振腔之一。
根据本发明的又一方面,提供了一种方法,包括:提供具有在第一?#21450;覆?#20013;限定的第一对准标记和在第二?#21450;覆?#20013;限定的第二对准标记的集成电路(IC)衬底;用来自可调光源的近红外线(NIR)的第一光照射所述第一对准标记,以用于所述第一对准标记的对准监测;以及用来?#36816;?#36848;可调光源的远红外线(FIR)的第二光照射所述第二对准标记,以用于所述第二对准标记的对准监测。
在该方法中,提供IC衬底包括:在所述IC衬底上形成包括所述对准标记的所述第一?#21450;覆悖?#22312;所述IC衬底上形成包括所述第二对准标记的所述第二?#21450;覆悖?#20197;及在所述IC衬底上并且在所述第一对准标记和所述第二对准标记上方形成感光抗蚀层。
在该方法中,用NIR的第一光照射所述第一对准标记包括:用所述第一光照射所述第一对准标记,以确定在第一方向上所述第一对准标记和掩模之间的第一对准误差;以及用FIR的第二光照射所述第二对准标记包括:用所述第二光照射所述第二对准标记,以确定在与所述第一方向垂直的第二方向上所述第二对准标记和所述掩模之间的第二对准误差。
该方法进一步包括:在照射所述第一对准标记之前,根据所述第一对准标记的?#21450;?#22806;貌和?#21450;?#23545;比度,调节所述第一光的第一波长。
该方法进一步包括:根据所述第一?#21450;?#30340;定向灵敏度识别所述第一对准标记。
该方法进一步包括:根据所述第二?#21450;?#30340;定向灵敏度识别所述第二对准标记;以及在照射所述第二对准标记之前,根据所述第二对准标记的?#21450;?#22806;貌和?#21450;?#23545;比度,调节所述第二光的第二波长。
附图说明
当结合附图进行阅读时,通过以下详?#35813;?#36848;最好地理解本发明。应该强调的是,根据在工业中的标准实践,各种部件没有按比例绘制。事实上,为了论述清楚起见,多种部件的尺寸可以?#25105;?#22320;增加或减小。此外,为了简单,在所有图中没有示出所有部件。
图1是根据本发明的多个方面构造的用于监测对准或覆盖标记的对准系统的一个实施例的示意图。
图2是根据本发明的多个方面构造的包括曝光模块和对准模块的光刻系统的一个实施例的示意图。
图3是根据本发明的多个方面构造的用于监测对准或覆盖标记的对准系统的另一个实施例的示意图。
图4是在一个实施例中根据本发明的多个方面构造的具有多个标记的半导体晶圆的俯视图。
图5是在多个实施例中的根据本发明的多个方面配置的标记的俯视图。
图6是在一个实施例中的根据本发明的多个方面构造的具有多种电路?#21450;?#30340;半导体晶圆的俯视图。
图7是在另一个实施例中的根据本发明的多个方面构造的具有多种电路?#21450;?#30340;半导体晶圆的示意图。
图8是根据本发明的多个方面配置的基于衍射的标记的一个实施例的俯视图。
图9是根据本发明的多个方面配置的基于衍射的标记的一个实施例的示意图。
图10是根据本发明的多个方面配置的具有标记的晶圆的一个实施例的截面图。
图11是根据本发明的多个方面构造的利用图1的对准系统和标记的方法的流程图。
具体实施方式
本发明一般地涉及光刻系统和利用这样的系统的方法。然而,应该理解,以?#36335;?#26126;内容提供用于实现本发明发明的不同特征的多个不同实施例或实例。为了简化本发明,以下描述组件和布置的特定实例。当然,这些仅是实例而不用于限定。
图1示出在一个或多个实施例中的根据本发明的多个方面构造的用于监测对准标记(或覆盖标记)的对准系统100的示意图。参考图1,共同描述了检验对准标记的系统100和利用该系统的方法。
对准系统100包括提供可调光束的可调光源110。在一个实施例中,可调光源110是提供适用于对准测量的可调光束的光源。尤其是,可调光源110可操作地生成具有不同波长的光束,实现多波长对准测?#20426;?#23545;准系统100被设计成使用多波长的光束实施对准测?#20426;?#27492;外,对准系统110具有简化的结构和配置,以通过使用可调光源实现多波长对准测?#20426;?
可调光源100可操作地生成具有适用于各自的对准测量的不同波长的光束。在一个实施例中,由可调光源110生成的光束包括可见光、红外线光、近红外线(NIR)光、远红外线(FIR)光、紫光、?#36132;?#32447;(UV)光或它们的组合。在本实施例中,可调光源110可操作地生成红光、绿光、NIR光和FIR光或其子集。在特定实施例中,可调光源110可操作地生成具有约633nm的第一波长的红光、具有约532nm的第二波长的绿光、具有约780nm的第三波长的NIR光、具有约850nm的第四波长的FIR光或其子集。
在多个实施例中,可调光源100为固态激光源、染料激光源或具有在期望范围内的可调节波长的其他合适激光源。可调光源100可以被设计成具有调节波长的合适机构(诸如光栅分布式布拉格反射器、具有调节谐振腔长度的微机电系统(MEMS)的光学谐振腔)或其他合适机构。在一个实例中,可调光源100包括具有在420nm和约900nm之间的调节范围的可调染料源。
对准系统100可以包括可操作地将来自可调光源110的光束引导?#26519;?#20110;晶圆工作台116上的晶圆114的机构112。在一个实施例中,晶圆工作台116可操作地移动,使得将光束引导至晶圆114的多个对准标记。在一 个实施例中,对准标记为利用基于衍射的测量的基于衍射的标记。尤其是,基于衍射的标记包括诸如光栅?#21450;?#30340;周期?#21450;浮?
在另一个实施例中,机构112可操作地将光束引导至晶圆114的多个对准标记。晶圆114包括具有在相同区域中堆叠的多个对准标记的标记区118,诸如单元区或划线区。在一个实例中,对准标记被配置并?#20918;?#35774;计为用于监测晶圆和光掩模之间的对准。可选地,这些标记被配置并?#20918;?#35774;计为用于监测在晶圆114上已形成和要形成的不同?#21450;覆?#20043;间的覆盖误差。在一个实施例中,晶圆114包括位于不同位置处的多个标记区118,诸如划线区和/或多个单元区。
多个标记区中的每个都包括在各自的区域中堆叠的多个标记。在一个实例中,堆叠在一个区域中的多个标记是用于监测在晶圆的一个材料层和形成在晶圆上的?#21450;?#21270;的光刻胶层之间的覆盖误差的覆盖掩模。如果覆盖误差大于可接受范围,则可以启动返工工艺,以去除?#21450;?#21270;的光刻胶层并且形成另一个?#21450;?#21270;的光刻胶层。
系统100进一步包括接收从晶圆114反射的标记信号(即,在本实施例中,为衍射光?#21450;?的光检测器120。衍射光信号被用于确定对准误差或覆盖误差。在一个实施例中,检测器120被设计成可操作地移动和接收从晶圆114反射的期望衍射光信号。
系统100可以进一步包括其他组件。在一个实例中,系统100包括被设计成基于通过对准测量所确定的对准误差来控制对准的对准控制单元。在另一个实例中,系统100进一步包括分析对准信号以确定对准误差的分析模块。
图2是在一个或多个实施例中的根据本发明的多个方面构造的光刻系统130的示意图。光刻系统130包括被设计成固定晶圆114的晶圆工作台116。晶圆工作台116被进一步配置为用于?#23454;?#23545;准测量和曝光处理,以?#21450;?#21270;涂覆在晶圆114上的光刻胶层。光刻系统130包括用于覆盖或对准监测和测量的对准模块132,诸如类似于图1中的对准系统100的模块。例如,对准模块132包括可调光源110、被配置成将来自可调光源110的光引导?#26519;?#20110;晶圆工作台116上的晶圆114的机构112和光检测器120。光 刻系统130还包括与对准模块132集成的并?#20918;?#35774;计成用于对涂覆在晶圆114上的光刻胶层实施光刻曝光处理的曝光的模块(或曝光模块)134。当对曝光后的光刻胶层进一步进行显影时,在光刻胶层中形成多个开口,从而生成?#21450;?#21270;的光刻胶层。
曝光模块134包括被配置和被集成的多个组件以执行曝光处理。下文中进一步描述了曝光模块134。在本实施例中,曝光模块134包括提供辐射能量的辐射源(或源)136。辐射源136可以为任何合适的光源。在多个实例中,辐射源136可以包括从由?#36132;?#32447;(UV)源、深UV(DUV)源、极UV(EUV)源以及X射线源所组成的组中选择的光源。例如,辐射源136可以为具有436nm(G-线)或365nm(I-线)的波长的汞灯;具有248nm的波长的氟化氪(KrF)准分子激光器;具有193nm的波长的氟化氩(ArF)准分子激光器;具有157nm的波长的氟化物(F2)准分子激光器;或具有期望波长(例如,小于约100nm)的其他光源。在另一个实例中,光源为具有约13.5nm或更小的波长的EUV源。
曝光模块234还包括光学子系统138,该光学子系统从辐射源136接收辐射能量,通过光掩模的图像调制辐射能量并且将辐射能量引导至涂覆在晶圆114上的抗蚀层。在一个实施例中,光学子系统138被设计成具有折射机构。在这种情况下,光学子系统包括诸如透镜的多种折射部件。在辐射能量为EUV能量的另一个实施例中,光学子系统被设计成具有反射机构。在这种情况下,光学子系统包括诸如平面镜的多?#22336;?#23556;部件。
在一个实施例中,光学子系统138包括照射单元(例如,聚光器)。照射单元可以包括单个透镜或具有多个透镜的透?#30340;?#22359;和/或其他透镜组件。例如,照射单元可以包括微透镜阵列、遮光板、和/或被设计成有助于将来自辐射源136的辐射能量引导至光掩模(还被称为中间掩模或掩模)140的其他结构。光掩模140通过诸如真?#21344;?#32039;或静电吸盘夹紧的夹紧机构被固定在曝光模块134的光掩模工作台上。
光学子系统138包括投影单元(projection unit)。投影单元可以具有被配置成将合适光照(illumination)提供给晶圆14上的抗蚀层的单个透镜元件或多个透镜元件。光学子系统138可以进一步包括诸如入射光瞳?#32479;?射光瞳的附加组件以在晶圆114上形成光掩模140的图像。在另一个实施例中,可选地,光学子系统138可以包括提供?#19978;?#21453;射机构的多个平面镜部件。
在光刻曝光的处理(或曝光处理)期间,光掩模140被放置在曝光模块134中,使得在其上限定的集成电路?#21450;?#22312;晶圆114的抗蚀层上?#19978;瘛?#22312;一个实施例中,中间掩模140包括透明衬底和?#21450;?#21270;吸收层。透明衬底可以使用诸如硼硅玻璃和钠钙玻璃的相对无缺陷的熔融玻璃(SiO2)。透明衬底可以使用氟化钙和/或其他合适材料。可以使用多个工艺和多种材料(诸如沉积由铬(Cr)制成的金属膜)形成?#21450;?#21270;吸收层。当光束被引导到吸收区时,可以部分地或完全地阻挡该光束。吸收层可以被?#21450;?#21270;以具有一个或多个开口,光束可?#28304;?#36807;该一个或多个开口,而不被吸收层吸收。光掩模可以包括诸如相移掩模(PSM)和/或光学邻近效应校正(OPC)的其他分辨率增强技术。
在辐射能量为EUV能量的另一个实施例中,光掩模被设计成具有反射机构。光掩模包括涂覆有多个薄膜以提供反射机构的衬底。例如,光掩模包括沉积在衬底上的十个硅和钼的交替层以用作最大化EUV光的反射的布拉格反射器。在一个实施例中,光掩模进一步包括?#21450;?#21270;的诸如氮化钽硼膜的吸收层,以限定集成电路的布局?#21450;浮?#20809;掩模可以进一步包括诸如钌的保护层以防止氧化。
根据辐射源的不同特征和其他因素,可以不同地设计光刻系统130。在可选实施例中,辐射源136被电子源代替,以通过诸如直?#26377;?#20837;的?#23454;?#27169;式提供用于晶圆上的光刻胶层进行曝光的电子束(电子束)。在该情况下,在曝光处理期间去除光掩模140。集成电路?#21450;?#34987;限定在数据库中并且在曝光处理期间被用于直?#26377;?#20837;。此外,晶圆114上的光刻胶层被对电?#29992;?#24863;的抗蚀材料代替,并且光学子系统138被具有控制电子束使得集成电路?#21450;?#34987;写在抗蚀层上的机构(诸如电磁式和/或静电式)的多个适合组件代替。
图3是图1中的对准系统100(或图2中的对准模块132)的示意图的一个实施例。对准系统100包括被配置成提供光信号并且接收光信号的可 调光源110和检测器120。对准系统100包括将光信号引导至晶圆114的机构112。在本实例中,机构112包括平面镜。对准系统100进一步包括将来自晶圆114的光信号引导至检测器120的结构138。在本实例中,结构138包括被设计成有效地收集来自晶圆114的光信号并?#20918;?#37197;置成将光信号引导至晶圆114的平面镜。因此,结构138中的平面镜还被称为收集平面镜(collection mirror)。对准系统100还可以包括具有开口的缝隙部件(aperture feature)140,开口被设计成使得由检测器120接收来自收集平面镜138的光信号的一部分。通过使用缝隙部件140,可以选择性地选择用于对准或覆盖测量的来自晶圆114的光信号。
参考俯视图中的图4进一步描述晶圆114。在本实施例中,晶圆114设置在光刻系统130中,该晶圆用于接受通过对准模块132的对准测量和通过曝光模块134的光刻曝光处理。在一个实施例中,晶圆114包括具有诸如晶体硅、多晶硅、非晶硅、锗和金刚石的元素半导体,诸如碳化硅和砷化镓的化合物半导体,诸如SiGe、GaAsP、AIInAs、AIGaAs和GaInP的合金半导体,或它们的组合的半导体衬底。在又一个实施例中,在对准测量和光刻曝光处理期间在晶圆114?#36132;?#35206;抗蚀层。
晶圆114包括具有在其中限定用于一个或多个管芯的集成电路的多个区段(field)。在光刻曝光处理期间,晶圆每次曝光一个区段。例如,曝光模块134扫描在中间掩模中限定的IC?#21450;?#24182;且该IC?#21450;?#36716;印至一个区段,然后逐步转印?#26009;?#19968;个区段,并且重复扫描直到晶圆114中的区段被耗尽。每个区段都包括一个或多个电路管芯和位于边界区域处的框区域。图4示出在晶圆114上限定的两个示例性管芯(或芯片)142和划线144。每个管芯142都包括集成电路。划线144位于相邻管?#23616;?#38388;,并且限定通过切割分离管芯的区域。在划线144中限定多种标记(对准标记和/或覆盖标记)146。此外或可选地,可以在邻近区段之间的区域中所限定的框区域中形成标记146。在另一个实施例中,还可以在管芯142的电路区域形成标记146。
作为图4所示的一个实例,晶圆114包括设置在不同区域中的并在不同方向上定向的标记146a至146d。这些标记146被设计成利用用于改进的 对准测量的对准系统110(或光刻系统130)的可调光源110。
通过用于对准和/或覆盖测量的?#21450;?#35774;计标记146。例如,标记146被设计成具有诸如光栅结构的周期结构,标记146还被称为基于衍射的标记。图5在俯视图中示出标记146的两个实例。标记150包括在第一方向(X方向)上分配并且在与第一方向垂直的第二方向(Y方向)上定向的多个部件。标记152包括在第一方向上分配的多个部件。标记152包括在第三方向上定向的部件的第一子集和在第四方向上定向的部件的第二子集。第三方向和第四方向不垂直于第一方向,而是沿着相对于第一方向和第二方向倾斜的方向。可以在晶圆114的不同材料层中形成用于覆盖测量的?#20999;?#26631;记。例如,在图4中,在第一材料层中形成标记146a和146c并且在覆盖第一材料层的第二材料层中形成标记146b和146d。将参考图6对其进行进一步描述。
图6是晶圆114的半导体结构160的一部分的一个实施例的俯视图。半导体结构160包括在晶圆114的衬底162上设置并且?#21450;?#21270;的两个示例?#22278;?#26009;层。在本实例中,半导体结构160包括多个有源区164,该多个有源区164包含一?#21482;?#22810;种半导体材料并?#20918;?#38480;定在衬底162中。在一个实例中,通过以下步骤形成有源区164,该步?#29835;?#25324;蚀刻半导体衬底以形成?#25377;郟?#27785;积介电材料以填充?#25377;?#21644;进?#20449;?#20809;以平坦化衬底表面。在衬底162中,不同于有源区164的区域是提供有源区164之间的隔离的介电部件。通过以上步骤形成的?#20999;?#38548;离部件还被称为浅?#25377;?#38548;离(STI)部件。
半导体结构160还包括在衬底162上形成的多个栅极166。栅极166包括被?#21450;?#21270;以形成栅电极的导电材料,并且进一步包括形成将栅电极与衬底162分离的栅极介电层的介电材料。栅极166是用于场效应晶体管(FET)的部件。半导体结构160进一步包括具有被配置为将FET和其他器件连接为功能电路的金属线、接触件和通孔的互连结构。在本实例中,互连结构包括源极和漏极上接合的接触件168和栅极上接合的其他接触件170。源极和漏极为FET的组件。在用于说明的该实例中,半导体结构160包括被?#21450;?#21270;以形成集成电路的多个材料层。
再次参考图4,晶圆114上的标记146包括形成在衬底上并且通过有 源区?#21450;?#21270;的标记146a和146c。晶圆114上的标记146还包括在栅极层上形成并且通过栅极?#21450;?#21270;的标记146b和146d。尤其是,标记146a在X方向上?#30001;歟?#32780;标记146a的部件在Y方向上进行定向。标记146a被设计成关于有源区监测在X方向上的不对准或覆盖误差。类似地,标记146c在Y方向上?#30001;歟?#32780;标记146c的部件在X方向上进行定向。标记146c被设计成关于有源区监测在Y方向上的不对准或覆盖误差。标记146b在X方向上?#30001;歟?#32780;标记146b的部件在Y方向上进行定向。标记146b被设计成关于栅极监测在X方向上的不对准或覆盖误差。类似地,标记146d在Y方向上?#30001;歟?#32780;标记146d的部件在X方向上进行定向。标记146d被设计成关于栅极监测在Y方向上的不对准或覆盖误差。
期望多个接触件168和170与相应的有源区164和栅极166对准。尤其是,到达有源区164的接触件168对Y方向上的不对准更敏感,而到达栅极166的接触件170对X方向上的不对准更敏?#23567;?#24403;在对接触件的处理期间测量对准时,测量与有源区164和栅极166的对准。然而,根据以上原因,与标记146b和146c的对准误差具有更大的权重。因此,对准误差包括与对准标记146b的第一对准误差和与标记146c的第二对准误差。
考虑电路性能,不同电路部件对各自方向更敏?#23567;?#22312;该特殊情况下,电路(或器件)性能对有源区在Y方向上的对准比在X方向上的对准更敏?#23567;?#22120;件性能对栅极在X方向上的对准比Y方向上的对准更敏?#23567;?
注意,用于对准测量的光信号的波长对标记146的?#21450;?#20960;何、?#21450;?#22806;貌和?#21450;?#32500;度敏?#23567;?#22240;此,在公开的利用用于对准测量的对准系统100的方法中,来自可调光源110的不同波长的光信号在对准测量期间施加给不同标记,以具有高质量信号、实现高测量质量并且最终实现高晶圆质?#20426;?#32771;虑对标记?#21450;?#30340;波长灵敏度和对特定方向的电路?#21450;?#30340;灵敏度,特别对于标记146c调节施加给与有源区相关的标记146a和146c的可调光源的波长,使得在Y方向上的对准测量具有更高的测量质?#20426;?#29305;别对于标记146b调节施加给与栅极相关的标记146b和146d的可调光源的波长,使得在Y方向上的对准测量具有更高的测量质?#20426;?
更具体地,对于与有源区164相关的标记146a和146c,根据标记146c 选择波长。对于与栅极166相关的标记146b和146d,根据标记146b选择波长。
以下通过图7进一步描述用于通过特别对于相应标记调节的波长的对准测量的以上方法。图7是具有三维晶体管的半导体结构180的示意图。在该特定实例中,三维晶体管为具有有源区182和栅极184的鳍式场效应晶体管(FinFET)。有源区182在X方向上对准并且栅极184在Y方向上对准。在图7中还标示出Z方向作为与X和Y方向都垂直的方向。
还在相同材料层中通过有源区182形成标记146c。在多个实例中,用于有源区182和标记146c的材料层包括硅、硅锗、或其他适合的半导体材料。标记146c在Y方向上?#30001;歟?#32780;标记146c的部件在X方向上定向。标记146c被设计成关于有源区监测在Y方向上的不对准或覆盖误差。在一个实例中,标记146c包括图5中的标记?#21450;?50。
还在诸如多晶体硅(多晶硅)材料层的相同材料层中通过栅极184形成标记146b。在多个实例中,用于有源区182和标记146c的材料层包括多晶硅、金属、硅化物和合金或其他适合的导电材料。标记146b在X方向上?#30001;歟?#24182;?#20918;?#35760;146b的部件在Y方向上定向。标记146b被设计成关于栅极监测在X方向上的不对准或覆盖误差。在一个实例中,标记146b包括图5中的标记?#21450;?52。
特别对于标记146b调节来自可调光源的第一波长的光信号186,并且通过具有在其中限定的栅极184的材料层的用于对准或覆盖测量的对准系统100将该光信号186施加给标记146b,而特别对于标记146c调节来自可调光源的第二波长的光信号188,并且通过具有在其中限定的有源区182的材料层的用于对准或覆盖测量的对准系统100将该光信号188施加给标记146c。这里,对于相应标记调节第一波长和第二波长,以用于优化的信号质量或测量质?#20426;?#22240;此,通过特别对于独立标记施加不同波长的光信号,通过优化的测量质量和最终高晶圆质量?#23454;?#22320;测量在敏感方向上的对准或覆盖误差(诸如,在Y方向上的有源区182和在X方向上的栅极184)。
在更多的常规实例中,半导体晶圆具有两个以上的材料层,并且每个材料层都包括各自的电路?#21450;?#21644;各自的对准(或覆盖)标记。这些标记被 设计成用于利用对于各自的标记调节的多个波长的光信号的对准测量的对准系统100。图8是在根据一个或多个实施例构造的不同材料层中所形成的基于衍射的标记190的示意图。图9是在根据一个或多个实施例构造的不同材料层中所形成的基于衍射的标记200的示意图。可以在晶圆114的相同区域中堆叠标记200。图10是根据本发明的多个方面配置的具有多个对准标记的晶圆114的一个实施例的截面图。将参考图8、图9和图10共同描述晶圆114、标记190和堆叠标记200。
标记190均包括能够通过入射光束生成衍射信号的周期结构。周期结构将间距限定为周期结构的常数。在一个实施例中,标记190包括具有平行并且周期性地配置的多条线的光栅结构。线192被设置为与定向194(被称为光栅的定向)垂?#34180;?#22914;图8所示,光栅还限定从线的位置到相邻线的相同位置所测量的间距196。间距可与用于衍射?#21450;?#30340;入射光束的波长相比较。线和线间的间隙对入射光束具有不同吸收率和/或反射率。例如,线为不透明而线之间的间隙是透明的。可以?#23454;?#22320;选择线宽度以用于优化的衍射信号。标记190仅为用于说明的实例。可选地,可以利用能够生成稳定衍射信号的其他周期?#21450;浮?#20363;如,可以对标记190的线?#21450;附?#34892;进一步分割,以遵守制造准则或用于信号改进。
此外,参考图9,基于衍射的标记200包括可以在相同区域中堆叠的多个基于衍射的标记。每个标记都类似于图8的标记190。例如,每个标记都包括具有间距和定向的光栅结构。然而,基于衍射的标记190被设计成具有多个间距和定向。在该实例中,在晶圆上形成四个材料层。第一层包括具有第一间距和第一定向的第一光栅标记202。第二层位于第一层上并且包括具有第二间距和第二定向的第二光栅标记204。在该特定情况下,第二定向与第一定向垂?#34180;?#31532;三层位于第二层上并且包括具有第三间距和第一定向的第三光栅标记206。第四层位于第三层上并且包括具有第四间距和第二定向的第四光栅标记208。因此,?#21271;?#35760;200具有多个间距和定向时,具有可调光源110的对准系统100用于将对准测量应用于这些标记。尤其是,每个标记都被设计成具有与材料层中限定的电路?#21450;?#30340;更敏感方向相对应的各自的定向。此外,通过可调光源110施加给每个标记的光信 号具有对于相应标记调节的波长,使得对准信号输出是加强的、稳定的并且具有高质?#20426;?#27492;外,可以基于相应材料层的对比度和外貌进一步调节波长。
在图10所示的另一个实施例中,晶圆114包括衬底212。在衬底212上形成八个示例?#22278;?#26009;层214、216、218、220、222、224、226和228。在一个实例中,八个材料层为用于互连的八个金属层。每层都包括金属线或通孔/接触件。在另一个实例中,八个材料层包括用于有源区的第一层、用于栅极的第二层和用于接触件、通孔和金属线的其他层。
八层214至228还包括标记232、234、236、238、240、242、244和246,每个都被设置在一个各自层中并且堆叠在区域230中。可以在相同材料层中通过各自的电路?#21450;?在该实例中,金属部件)同时形成每个标记。尤其是,在第一层214中的第一标记232和在第二层216中的第二标记234都具有不同间距和不同定向。
图11提供根据本发明的一个或多个实施例利用图1的对准系统100的方法300的流程图。参考图1至图11,以下将描述方法300。方法300从操作302开始,其中,在晶圆114上形成位于晶圆114上并?#20918;?#35774;计成具有各自的定向的多个标记。在一个实例中,晶圆114包括具有第一电路?#21450;?#21644;第一标记的第一材料层。尤其是,第一材料层具有其外貌、对比度和与来自可调光源110的光能量相关的其他特征。晶圆114还包括设置在第一材料层上的第二材料层。第二材料层具有第二电路?#21450;?#21644;第二标记。尤其是,第二材料层具有其外貌、对比度和与来自可调光源110的光能量相关的其他特征。
在一个实施例中,晶圆114进一步包括位于第二材料层上的第三材料层。?#21450;?#21270;第三材料层。在第三材料层?#36132;?#35206;抗蚀层,以通过光刻工艺进行?#21450;?#21270;。通过利用?#21450;?#21270;的抗蚀层?#21450;?#21270;第三材料层。
方法300进行至操作304,其中,生成到达第一标记的第一波长的第一光(信号)。选择第一波长,使得来自第一标记的输出信号具有高或优化的信号质?#20426;?#22312;一个实例中,通过信号强度和针对背景噪声的信息来测量信号质?#20426;?#22312;一个实施例中,根据第一标记的外貌和对比度,选择第一 波长。在另一个实施例中,根据第一标记的?#21450;?诸如,间距),另外地或可选地选择第一波长。在操作304期间,可调光源110被调节成具有多个波长,以估计信号质?#20426;?#19982;最佳波长相对应或接近的波长被确定为第一波长。在一个实施例中,在应用第一光之前,将可调光源110调节至第一波长。第一光被生成并?#20918;?#24341;导至第一标记。
方法300进行至操作306,其中,由检测器120检测来自第一标记的第一输出信号。对准系统100可以进一步包括集成在其中或可选地与其连接的信号分析模块。信号分析模块进一步用于分析用于对准或覆盖误差的第一输出信号。
方法300进行至操作308,其中,生成到达第二标记的第二波长的第二光(信号)。选择第二波长,使得来自第二标记的输出信号具有高或优化的信号质?#20426;?#22312;一个实施例中,根据第二标记的外貌和对比度,选择第二波长。在另一个实施例中,根据第二标记的?#21450;?诸如,间距),另外或可选地选择第二波长。在操作308期间,可调光源110被调节成具有多个波长,以估计信号质?#20426;?#19982;最佳波长相对应的或接近的波长被确定为第二波长。在一个实施例中,在应用第二光之前,可调光源110被调节至第二波长。第二光被生成并?#20918;?#24341;导至第二标记。
方法300进行至操作310,其中,由检测器120检测来自第二标记的第二输出信号。信号分析模块被进一步用于分析用于对准或覆盖误差的第二输出信号。
在方法300之前、期间和之后,可以执行其他操作。在一个实例中,方法300可以进一步进行至与操作304和306相似的其他操作,但是应用于各自材料层中的其他标记。作为标记用作覆盖标记时的另一个实例,如果覆盖误差超出规格,则?#21450;?#21270;的光刻胶层可以通过包括剥离、涂覆、曝光和显影的步骤进行返工。在另一个实例中,标记用作对准标记。光刻系统130的对准控制单元将自动地调节晶圆和光掩模之间的对准,直到对准误差最小化或在规格范围内。在该情况下,对准误差包括到达多个材料层的对准误差。作为图6所示的实例,第三材料层为接触件层,第一和第二材料层分别为有源区和栅极。当对准被用于对准接触件?#21450;?#21270;的光掩模时, 对准误差包括与有源区164的第一对准误差和与栅极166的第二对准误差。调节对准,使得总对准误差被最小化。
在另一个实施例中,两个或多个?#21450;?#34987;用于?#21450;?#21270;材料层,以增强分辨率。在该情况下,在相同材料层中形成两个或多个?#21450;福?#22312;相同材料层中的不同?#21450;覆?#20013;形成各自的标记。在该情况下,以上方法仍然应用于多个?#21450;覆?#21644;与各自的?#21450;覆?#30456;关的标记。例如,图4中的标记146可以表示不同?#21450;覆?#20013;的标记。标记146a和146c为第一?#21450;?层)中的标记。标记146b和146d为第二?#21450;?层)中的标记。通过两次?#21450;?#21270;处理或多次?#21450;?#21270;处理,在相同材料层中限定这两个?#21450;浮?
通过使用可调光源110,根据标记?#21450;浮?#26631;记对比度、标记外貌和?#21450;?#30340;敏感定向,对准系统100更有效地对于多个标记调节波长。
本发明提供用于集成电路制造的光刻系统的一个实施例。该系统包括:衬底工作台,被设计成固定衬底并可操作地移动衬底;对准模块,包括可操作地生成波长可调节的红外光的可调光源和接收光的检测器;以及曝光模块,与对准模块集成,并?#20918;?#35774;计成对涂覆在衬底上的抗蚀层实施曝光处理。
本发明?#22266;?#20379;用于集成电路制造的对准系统的一个实施例。该系统包括:衬底工作台,被设计成固定衬底并且可操作地移动衬底;可调光源,可操作地生成波长可调节的红外光;检测器,被配置为接收由衬底反射的光的输出信号;以及曝光模块,与对准模块集成并?#20918;?#35774;计成对涂覆在衬底上的抗蚀层实施曝光处理。
本发明?#22266;?#20379;了用于集成电路制造的方法的一个实施例。该方法包括:提供集成电路(IC)衬底,该集成电路(IC)衬底具有限定在第一?#21450;覆?#20013;的第一对准标记和限定在第二?#21450;覆?#20013;的第二对准标记;通过来自可调光源的近红外线(NIR)中的第一波长的第一光照射第一对准标记,以用于第一对准标记的对准监测;以及通过来自可调光源的远红外线(FIR)中的第二波长的第二光照射第二对准标记,以用于第二对准标记的对准监测。
关于优选实施例描述了本发明。对于仅在阅读本发明之后的本领域普通技术人?#21271;?#24471;?#36828;准?#30340;改进或修改在本申请的精神和范围之内。应该 理解,在以上发明内容中预期多?#20013;?#25913;、改变和替换,并且在一些情况下,在没有其他特征的相应使用的情况下,采用本发明的一些特征将。因此,应该理解,广义地并以与本发明的范围一致方式解释所附权利要求。

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本文标题:用于光刻对准的系统和方法.pdf
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