用于制造集成电路器件的方法和系统技术方案

提供了一种方法和设备，用于在半导体制造工艺的光刻成像过程期间改进比如晶片这样的衬底的调平并由此改进衬底的聚焦。本发明专利技术执行晶片形貌的预扫描而且为晶片表面的不同区域分配重要性值。基于不同区域的形貌和重要性值来计算曝光聚焦指令，然后基于所计算的曝光聚焦指令对晶片进行扫描和成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及比如晶片这样的半导体衬底的制造，并且更特别地涉及在制造工艺的光刻成像过程期间改进衬底的调平和由此改进衬底的聚焦。
技术介绍
比如晶片和芯片这样的半导体衬底的制造包含了高分辨率的光刻系统的使用。在这样的系统中，图案化的掩膜(即掩膜版)通过如下辐射(例如激光辐射或者来自弧光灯的辐射)来照射，该辐射穿过照射系统而且在掩膜的照射部分之上实现高度的照射均匀性。穿过掩膜的一部分辐射由如下投影透镜收集，该投影透镜具有给定尺寸的图像域。投影透镜将掩膜图案成像到比如晶片这样的成像承载衬底或者工件上。该工件驻留于如下工件台上，该工件台相对于投影透镜移动工件，使得掩膜图案重复地形成于在多个“曝光域”之上的工件上。光刻系统包括对准系统，该对准系统关于掩膜的投影图像来精确地对准工件，由此允许掩膜在工件的选定区域之上曝光。在制造中通常使用两类光刻系统。一种系统是步进重复式系统或者“步进器”，而另一种系统是步进扫描式系统或者“扫描器”。利用步进器，借助于单次静态曝光使工件上的每个曝光域曝光。利用扫描器，通过贯穿透镜图像域同步地扫描工件和掩膜使工件曝光。一种示例性扫描光刻系统和方法在美国专利No.5,281,996中有所描述，通过引用将其结合于此。以下描述将主要地针对步进扫描式系统，不过本领域技术人员将理解到，本专利技术可应用于任一类成像系统。众所周知，在典型的光刻工艺中，感光材料或光致抗蚀剂的薄层被淀积于半导体晶片之上。在光刻工艺期间，比如紫外线光这样的照射是经过透镜系统和光刻掩膜或者掩膜版照射到半导体晶片。掩膜版具有特定的器件图案，而且通过该照射在晶片的一部分之上使图案曝光以在晶片上建立曝光的区域和未曝光的区域。然后洗掉这些曝光的区域或者未曝光的区域以在晶片上限定电路单元。这一光刻工艺在晶片的不同层上重复多次以在晶片上限定许多电路单元。在光刻工艺结束之时，将具有曝光的器件图案的晶片切割成半导体芯片。通常，掩膜版是由透明板制成而且具有器件曝光区域和不透明区域。该板常常由玻璃、石英等制成，而不透明的铬区域通常包括铬层。器件曝光区域一般具有方形或者矩形形状而且定位于掩膜版的中央。器件曝光区域包括对器件图案进行限定的透明部分和不透明部分。器件曝光区域中的透明部分允许来自光源的照射经过它们传播并到达晶片。另一方面，器件区域的不透明区域阻挡光，而且光无法到达晶片。图1示出了典型的现有技术的掩膜版80，该掩膜版具有由不透明铬区域84围绕的方形器件区域82。为了简洁起见，器件区域中的器件图案88在图中没有具体地示出。在器件区域82与不透明铬区域84之间的器件区域82外围处有切口区域86。截口区域86典型地包含与晶片的光刻工艺有关的重要信息，而且通常包括用以验证光刻工艺性能的测试结构。例如，截口区域可以包括在光刻工艺期间用以检验掩膜版对准准确度的对准(alignment)标记以及用以测量器件图案分辨率的配准(registration)标记。光刻成像与衬底均匀性高度地相关。光刻工艺可以容许在工艺性能中固有的通过“焦深”的小范围形貌变化。然而，衬底上预料不到的形貌变化对于光刻工艺而言是已知的问题，而且会造成有缺陷的成像工艺以及对所成像工件的废弃。比如步进扫描式曝光系统这样的现代曝光系统利用光学透镜调平系统来控制扫描狭缝(slit)在晶片上方的高度(聚焦)。曝光工具可以通过一组简单的线性运动对步进高度的波动进行调节。当如图2A和2B中所示那样贯穿掩膜版域出现大的步进高度改变时会发生问题。甚至使精细的调平系统面临相对于不平坦的形貌而将成像聚焦平面置于何处这样的冲突，而且一般来说，以最小化贯穿成像域的平均聚焦位移这样的形式来进行折衷。在多数产品芯片上，任一层上的图案密度一般是不均匀的。这会在处理数个物理层之后由于抛光工艺和其它工艺对变化的图案密度的反应而造成离散的形貌图案。常常在曝光之前或者曝光期间对晶片形貌进行采样的光刻工具设法对形貌做出反应，而且有时候以所不希望的方式来做出反应。典型的反应可以是聚焦平面相对于晶片的倾斜，这一倾斜遵循芯片的总体形貌，但是对于形貌的两个水准(level)会产生无法令人满意的结果。这一问题对于仅步进式系统以及步进扫描式系统都是存在的。尽管利用步进扫描式系统，成像工具的聚焦反应也会由于工具在不同的形貌水准之上扫描而在时间上受影响。原理上，扫描方向上的形貌效应可以通过晶片相对于曝光设备的位置移动来校正，但是这会潜在地造成生产量的损失或者降级的聚焦性能。另外，在许多情况下，测试截口中的图案密度与产品芯片完全不同。除此以外，产品芯片还可以在成像域之内变化。随着掩膜组成本逐步上升，日益普遍的是，用户通过将多种不同芯片协调到一个掩膜版上，有时甚至通过与其它用户相协调来分担这些成本。由于这些芯片会具有完全不同的设计目的，因此对于非均匀的图案密度又有了可乘之机。由于不同密度之上的膜涂覆和CMP抛光变化，这些图案密度偏移会最终地造成步进高度。由于扫描曝光系统的调平机制的调平点对不同的步进高度进行采样，所以随着狭缝在这些区域之上扫描，产生了分段(和聚焦)倾斜。如果简单的线性倾斜留下相当之多的残留聚焦误差，则这些聚焦误差会导致产品中的关键故障。这样的误差难以预测、识别和校正。有问题的步进高度常常随着在芯片上构建附加层而在后端处理期间发展。对由于在许多的这些水准中的聚焦误差所造成的丢失图案进行识别是具有挑战性的。在许多情况下，利用常规的在线检查技术无法发现关键故障。传统的补救(fix)包括提高总体工艺宽容度(latitude)(如果步进高度过大则这一点常常并不可行)或者对造成步进高度的CMP/设计问题进行补救。在任一情形下，这些都是既昂贵又耗时的。Yamada等人的美国专利No.6,081,614涉及一种可应用于狭缝扫描型或者扫描曝光型曝光设备的表面位置检测方法，用于连续地检测晶片表面相对于投影光学系统的光轴方向的位置或者倾斜。正如这一专利中讨论的，掩膜图像在这些设备中的聚焦在扫描曝光工艺期间连续地执行校正驱动以便进行自动聚焦和自动调平。水准和表面定位检测机制使用倾斜投影光学系统，其中光从上方倾斜地投影到晶片表面，以及其中来自感光衬底的反射光由传感器作为位置偏离来检测。根据在扫描期间的测量水准值，在测量位置穿过曝光狭缝区域时对晶片的水准(高度)和倾斜提供校正驱动量。该专利的图1在这里被再现为图5而且表示为狭缝扫描型投影曝光设备的局部示意图，其中该专利的表面定位检测方法可应用于该设备。为了清楚起见，在这里包含了该专利的此图以描述本专利技术如何涉及一种提供晶片水准调节的典型光刻设备。如图5中所示，缩版投影透镜1具有光轴AX和垂直于Z方向的图像平面。掩膜版2由掩膜版台3保持，而掩膜版2的图案由缩版投影透镜来投影。在4处标示的是其表面涂有抗蚀剂的晶片，而5是其上放置有该晶片的台。晶片台5包括用于将晶片4吸引和固定到台5的卡盘、可沿着X轴和Y轴方向水平地移动的X-Y台、沿着Z轴方向(与AX方向共面)可移动的而且也可绕着X轴和Y轴旋转地移动的调平台、以及可绕着Z轴可旋转地移动的可旋转台。图5中的标号10-19标示的是用于对晶片4的表面位置和倾斜进行检测的检测光学系统的组件。光源标示为10，而11是准直仪透镜，用于将来自光源10的光变换成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造比如晶片这样的集成电路器件的方法，其中所述方法的一个或多个步骤需要包括对所述晶片进行调平的光刻步骤，包括步骤：将晶片加载到晶片成像光刻曝光系统中；预扫描所述晶片以确定与所述晶片在所述晶片的不同区域之上的形貌有关的数据；为所述晶片的不同区域分配聚焦重要性值；基于所述预扫描形貌数据和区域聚焦重要性值来计算用于所述光刻步骤的曝光聚焦指令；基于所述计算的曝光聚焦指令对所述晶片进行扫描和曝光；以及从所述曝光系统释放所述晶片并卸载所述晶片。

【技术特征摘要】
US 2005-10-18 11/163,4091.一种用于制造比如晶片这样的集成电路器件的方法，其中所述方法的一个或多个步骤需要包括对所述晶片进行调平的光刻步骤，包括步骤将晶片加载到晶片成像光刻曝光系统中；预扫描所述晶片以确定与所述晶片在所述晶片的不同区域之上的形貌有关的数据；为所述晶片的不同区域分配聚焦重要性值；基于所述预扫描形貌数据和区域聚焦重要性值来计算用于所述光刻步骤的曝光聚焦指令；基于所述计算的曝光聚焦指令对所述晶片进行扫描和曝光；以及从所述曝光系统释放所述晶片并卸载所述晶片。2.根据权利要求1的方法，其中所述光刻曝光系统是步进扫描式系统。3.根据权利要求1的方法，其中所述光刻曝光系统是步进重复式系统。4.根据权利要求1的方法，其中使用包含多个调平点的成像狭缝来预扫描所述晶片以确定所述数据，而且在基于所述计算的曝光聚焦指令的所述曝光期间以任一组合来调节所述调平点。5.一种用于制造比如晶片这样的集成电路器件的设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特J布科夫斯基，科林J布罗德斯基，史蒂文J霍姆斯，伯恩哈德R利格尔，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]