專利名稱：在圓片和儀器上形成半導體器件的光刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及大規(guī)模集成半導體器件，特別(但不排它地)涉及在其圓片和儀器上形成至少一個半導體器件的光刻方法。
背景技術(shù)：
隨著半導體器件體積的縮小，對覆蓋層和臨界尺寸(criticaldimension)(CD)的要求越來越嚴格，要求它們有更高的精確度。除了獲得精確覆蓋層的困難外，(利用測量工具)測量元件尺寸或覆蓋層標記的能力也即將達到光檢測技術(shù)的極限。由于存在這些局限性，需要有更新的技術(shù)來代替目前的光測量技術(shù)。
本發(fā)明提出了采用更新的技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)覆蓋層和CD的光測量的概念，新技術(shù)可以降低或避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點和局限性。


圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的光刻儀器；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的光刻儀器；圖3為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在圓片上形成半導體器件的光刻方法的流程圖；和圖4是圖3流程圖的一部分，示出實施本發(fā)明的具體方式。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明，傳統(tǒng)的覆蓋層光測量方法被一種目前還沒用于光刻測量的測量技術(shù)所替代。這種技術(shù)也可以用來測量印在同一模塊的圓片上的亞微米元件的臨界尺寸(CD)。本發(fā)明所使用的技術(shù)是原子顯微鏡檢測技術(shù)(AFM)。該顯微鏡檢測模塊位于光刻單元內(nèi)。這種工具提供原子級對準和元件測量的精確性。所提出的技術(shù)的一個優(yōu)點是這種系統(tǒng)不易出現(xiàn)光測量常出現(xiàn)的錯誤。
參看圖1，示出了光刻單元及其相應相鄰工具的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)。將被處理的圓片被放置在一個裝有(例如)25個直徑為300mm的圓片的前開口統(tǒng)一容器(FOUP)內(nèi)。圓片F(xiàn)OUP 1進入光刻單元2，光刻單元2的主要組件為涂敷工具3和曝光工具4。光刻單元2由包圍涂敷工具3和曝光工具4作為其組件的粗(fat)線矩形表示。涂敷工具3由虛線多邊形表示，包含涂敷裝置5、顯影裝置6和用于熱烘/冷卻圓片的多個穩(wěn)固裝置7。(下文中的術(shù)語“熱烘”圓片也包括隨后的“冷卻”圓片。)在完成光刻單元2的處理步驟之后，圓片被轉(zhuǎn)到處理單元9進行蝕刻、濕制程或離子注入。
進行圓片的光刻處理的工具被安置成一個循環(huán)，兩個相鄰處理裝置之間的圓片的傳送路徑10由實線(箭頭)表示。圓片首先進入涂敷工具3中的涂敷裝置5，被涂上一層光刻涂層。涂完之后，對圓片進行熱烘和冷卻以穩(wěn)固其上的光刻涂層。然后，圓片被轉(zhuǎn)到所述的曝光工具4?？紤]到物理環(huán)境，由于對曝光參數(shù)和環(huán)境的要求不同于對涂敷、顯影和熱烘/冷卻的要求，曝光工具4通常在涂敷工具3的外部。在曝光工具4中，光線、X射線、電子或離子透過標度線(reticle)照射，實現(xiàn)圓片的曝光(未示出)。經(jīng)過曝光工具4的曝光后，圓片回到涂敷工具3，在第一穩(wěn)固裝置7中進行熱烘和冷卻以穩(wěn)固涂在上面的已曝光的光刻涂層。然后，圓片進入顯影裝置6進行沖洗，接著被轉(zhuǎn)到第二穩(wěn)固裝置7以對圓片表面的涂層圖案進行熱烘。因此，每次同時有多個圓片被處理例如，一個圓片在涂敷裝置5被涂上涂層，一個在曝光工具4接受光線、電子、離子等的照射，而一個在顯影裝置6或在穩(wěn)固裝置7的其中一個內(nèi)。經(jīng)過第二穩(wěn)固裝置7后，圓片退出光刻單元2，進入處理單元9(比如蝕刻機、離子注入器等等)進行進一步的處理。
在圓片進入處理單元9進行進一步處理之前，對圓片表面的圖案進行測量檢測，以便拒收那些由于在前述光刻步驟中在光刻單元內(nèi)出現(xiàn)圓片和處理裝置未對準或某個特定元件變得太小或太大而使得其表面的元件沒有與圓片正確對準的圓片。該測量檢測是在一個獨立的測量檢測工具8內(nèi)實施的，測量檢測工具8分別在光刻單元2和處理單元9的外面。
但是，這種檢測是在各自FOUP 1內(nèi)的整批圓片都被處理完之后進行的。因此，如果檢測出第一個接收檢測的圓片有缺陷，就能夠立即推斷整批圓片都有缺陷。在這種情況下，不得不對這整批圓片進行重新處理，這半耗費時間而且代價昂貴。
圖3示出有關(guān)現(xiàn)有技術(shù)流程的相應步驟。圖3中，在初始步驟13中，圓片被涂上一層光刻涂層，接著在所述涂敷裝置5中進行熱烘和冷卻以穩(wěn)固其上的光刻涂層。隨后，在步驟14，其上涂有涂層的圓片在曝光工具4內(nèi)進行曝光，由深紫外線、超紫外線、X射線、電子或離子束透過標度線對其進行照射(未示出)，圓片在第一穩(wěn)固裝置7中進行熱烘和冷卻以穩(wěn)固其上的光刻涂層。在步驟15中，在涂層內(nèi)進行穩(wěn)固和激活化學反應后，涂層在顯影裝置6中被沖洗，以顯露出圓片表面的涂層圖案。在步驟16中，在第二穩(wěn)固裝置7內(nèi)，再次通過熱烘和隨后的冷卻穩(wěn)固經(jīng)過沖洗的光刻涂層，以加固圓片表面的圖案。在步驟17中，在相應的模塊8中進行接下來的測量檢測后，這批圓片被轉(zhuǎn)到處理單元9。在步驟18，在處理單元9內(nèi)，對圓片進行蝕刻、濕制程或離子注入。
根據(jù)本發(fā)明，在步驟17中提供了一種更為直接的圓片檢測方法。即，在第二穩(wěn)固裝置7之后的測量檢測工具8直接連接到光刻單元2。光刻涂層追蹤(resist track)中模塊的這種位置關(guān)系使得在完成顯影和熱烘步驟后能夠在原位測量圓片。根據(jù)本發(fā)明的光刻單元2的設(shè)計如圖2所示。在圖2中，光刻單元2包含的主要組件基本上和圖1相同。但是，由于測量模塊成為與第二穩(wěn)固裝置7相鄰的光刻單元2的一部分，因此圖2的測量檢測可以在完成熱烘后立即進行。如果在步驟17中檢測出圓片有任何不符合規(guī)格的情況，這批圓片的制程將在被拒收的圓片的數(shù)目最少時中斷，也就是說，只有四個圓片必須進行重新處理，即正被檢測的圓片(剛完成顯影和熱烘步驟)、在顯影裝置6的圓片、在所述穩(wěn)固裝置7中的圓片和在曝光工具4中的圓片。在涂敷裝置5中的第五個圓片(在曝光工具之前)不會受影響。這相對于現(xiàn)有技術(shù)具有很大的優(yōu)勢，在現(xiàn)有技術(shù)中，只有在涂敷、曝光、沖洗和熱烘所述FOUP1內(nèi)的所有25個圓片后才會在一個獨立的測量模塊中進行測量檢測，并且這批圓片在被再次轉(zhuǎn)入制造流程前不得不進行重新處理。
為了檢測圓片表面上非常微小的元件，該檢測也可采用原子顯微鏡檢測模塊11。原子顯微鏡11包括自由端帶有尖端(例如，碳化硅尖端、鉆石尖端或所謂的巴基球(buckyball))的壓電式懸臂。該尖端在圓片上方橫向移動，掃描圓片表面的圖案(或者在微調(diào)架上移動圓片(未示出)，或者拉著懸臂在圓片上方橫向移動)。懸臂末端的尖端被圓片上的元件在與圓片的表面大致垂直的方向上吸引或排斥。尖端的垂直移動由一個壓電檢測器檢測，所述檢測器產(chǎn)生一個變化的電信號，該電信號隨后會應用于放大器并由計算機測值(未示出)。
采用將電子和機械組件與集成在一個芯片上組成微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的傳感元件、機械裝置和電子設(shè)備相結(jié)合的集成微型器件，可以構(gòu)建出一種廉價的組合來實現(xiàn)同步測量，此測量具有所需的任意圓片圖案布局間隔。優(yōu)選地，使用圓片上預定區(qū)域內(nèi)的多個觸針位置可以實現(xiàn)對正常部位的測量，以提供更高的圓片吞吐量。如果使用諸如壓電式微調(diào)架等移動范圍有限的可移動的微調(diào)架(未示出)的話，可以降低數(shù)據(jù)獲取時間。另外，這種方法也可以在獨立的AFM系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)，AFM被修改成可移動的微調(diào)架以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步獲取。
根據(jù)本發(fā)明，向原子顯微鏡檢測(AFM)模塊11提供了與外部控制單元12連接的控制鏈路，該控制單元控制圓片制程，特別是上述模塊內(nèi)的每個步驟的完成時間。根據(jù)上面的次序，外部控制單元12也和光刻單元2內(nèi)的其它組件相連接，即涂敷裝置5、曝光工具4、顯影裝置6和穩(wěn)固裝置7。在AFM模塊11中，一次檢測一個圓片，自動檢查圓片上被檢測的元件是否與原先存儲的模板或數(shù)據(jù)庫相符。AFM模塊11輸出一個至少能夠顯示第一和第二預設(shè)邏輯狀態(tài)的控制信號?？刂菩盘栍伤龅目刂奇溌穫鬏?shù)酵獠靠刂茊卧?2，從而間接地傳到光刻單元2的其它模塊。控制鏈路由圖2中的虛線(箭頭)表示。一旦原子顯微鏡檢測模塊11檢測到被檢查的圓片有任何不符合規(guī)格的情況，控制信號就呈現(xiàn)為一種表示被檢查的圓片不符合規(guī)范的預設(shè)的邏輯狀態(tài)(因此與該控制信號相反的邏輯狀態(tài)表示制程可以繼續(xù))，并且通過控制鏈路被轉(zhuǎn)送到光刻單元2的其它組件。一收到其邏輯狀態(tài)表示被檢查的圓片不符合規(guī)范的控制信號，光刻單元2內(nèi)的其它圓片的制程就會自動停止，且光刻裝置的操作者可以，例如，在微調(diào)架(未示出)上重新對準圓片或改變顯影工具4內(nèi)針對臨界尺寸的曝光參數(shù)。如上所述，這確保了對光刻單元2內(nèi)任意組件任何未對準圓片的最直接和最快速的反應。
參看圖4，示出了圖3流程圖中的步驟17的細分步驟的詳細列表。圖4中細分步驟的序列從對所述圓片的光刻涂層圖案的對準情況進行檢測開始，即步驟171。步驟172確定圓片表面的圖案的對準是否正確。如果圓片對準正確并且上面的圖案也方向正確，制程將繼續(xù)進行步驟174。否則，如果涂層圖案對準不正確，被檢測的圓片將被拒收并不得在處理單元9進行進一步的處理，并且停止光刻處理以使操作者能夠拒收曝光工具4后面的所有圓片，判定光刻設(shè)置是否出現(xiàn)錯誤并糾正圓片的對準。(雖然通常情況下只是對所述圓片進行調(diào)整，但原則上也可以對標度線進行微調(diào)。)在步驟174，對圓片表面的涂層圖案的臨界尺寸進行檢測。步驟175決定檢測結(jié)果。如果圓片通過了對準和臨界尺寸的檢測，圓片就退出光刻單元2進入處理單元9。但是，如果所述圖案的臨界尺寸有任何不符合規(guī)格的地方，圓片將在步驟176被拒收且不得進行進一步的處理，并停止光刻單元2的圓片的處理以進行維護；操作者有機會撤掉曝光工具4后面的所有圓片并且檢驗系統(tǒng)組件的正確對準情況或光刻單元2內(nèi)的工藝參數(shù)。
簡而言之，AFM模塊測量完覆蓋層后測量臨界尺寸。如果檢測到不符合規(guī)格的情況，就會產(chǎn)生一個錯誤消息，錯誤消息被反饋到控制單元(未示出)。在積極反饋循環(huán)中，基于原子顯微鏡檢測模塊11的這種自動響應，控制單元在這批圓片的制程過程中可以挑出有毛病的圓片。
下文列出本發(fā)明在工業(yè)應用中的主要優(yōu)點采用光刻熔模(litho cluster)上的AFM來測量CD和覆蓋層的方法可以確保改進工藝監(jiān)測并且減少返工時間。在光刻單元內(nèi)集成AFM模塊降低了器件的生產(chǎn)周期并且實現(xiàn)了對光學方法無法測量的元件和覆蓋層的物理測量。AFM模塊內(nèi)的多個AFM觸針位置，提高了光刻單元內(nèi)的圓片的吞吐量。針對目前光學技術(shù)無法精確測量的設(shè)計元件的CD和覆蓋層控制通過AFM得到改善。精確度水平得到提高，內(nèi)部工具測量到外部工具測量的相互關(guān)聯(lián)變得可行，從而可以不必在曝光工具內(nèi)進行對準測量。
雖然本說明書是根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)、器件和方法對本發(fā)明進行描述的，但是根據(jù)本發(fā)明書的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該理解，本發(fā)明不應受所舉示例的限制，本發(fā)明的完整的范圍由權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種在圓片上形成至少一個半導體器件的光刻方法，其包括以下步驟在涂敷裝置內(nèi)的所述圓片上涂上一層光刻涂層；在曝光工具中，透過標度線照射所述圓片進行曝光；穩(wěn)固所述光刻涂層以激活化學反應并且在顯影裝置中的所述預設(shè)區(qū)域內(nèi)沖洗所述光刻涂層以顯露出所述圓片表面的預設(shè)的光刻涂層圖案；在穩(wěn)固裝置內(nèi)穩(wěn)固所述光刻涂層以加固所述圓片表面的所述圖案；在測量工具中對所述圓片表面的所述光刻涂層圖案進行測量檢測；在處理單元中對所述圓片進行蝕刻、濕制程或離子注入；其中所述測量檢測在沖洗和熱烘所述光刻涂層之后立即由與所述穩(wěn)固裝置相鄰的原子顯微鏡檢測模塊上的原子顯微鏡執(zhí)行。
2.如權(quán)利要求1中的所述方法，其中所述測量檢測包括對所述圓片的光刻涂層的對準情況進行檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果產(chǎn)生一個示錯信號，表示圓片對準正確或?qū)叔e誤。
3.如權(quán)利要求1中的所述方法，其中所述測量檢測包括對圓片表面的光刻涂層圖案的臨界尺寸進行檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果產(chǎn)生一個能夠顯示兩種預設(shè)邏輯狀態(tài)的控制信號，表示所述臨界尺寸是否與預設(shè)的規(guī)范相符。
4.如權(quán)利要求1中的所述方法，其中，如果所述控制信號顯示為表示圓片對準不正確或臨界尺寸偏離所述預設(shè)規(guī)范的第一預設(shè)邏輯狀態(tài)的話，將由原子顯微鏡檢測模塊產(chǎn)生自動響應。
5.如權(quán)利要求1中的所述方法，其中所述光刻涂層包含DUV-光刻涂層、EUV-光刻涂層、X射線涂層、電子光刻涂層和離子束涂層中的至少一種。
6.一種在圓片上形成至少一個半導體器件的光刻儀器，其具有一個光刻單元、一個對所述圓片進行測量檢測的測量工具和一個對所述圓片進行蝕刻、濕制程或離子注入的處理單元，所述光刻單元包括涂敷裝置，用于在所述圓片上涂上一層光刻涂層；曝光工具，用于透過標度線照射并曝光所述圓片；穩(wěn)固裝置，用于穩(wěn)固所述光刻涂層以激活化學反應；顯影裝置，用于在所述預設(shè)區(qū)域內(nèi)沖洗所述光刻涂層以顯露出圓片表面的預設(shè)光刻涂層圖案；穩(wěn)固裝置，用于穩(wěn)固所述光刻涂層以加固圓片表面的所述圖案；其中，所述測量工具包括一個原子顯微鏡檢測模塊，所述原子顯微鏡模塊被安置在所述穩(wěn)固裝置的相鄰位置，便于對所述光刻涂層進行沖洗和熱烘后立即進行檢測。
7.如權(quán)利要求6中的所述儀器，其中所述原子顯微鏡檢測模塊包含在圓片的預設(shè)位置上的多個觸針。
8.如權(quán)利要求6中的所述儀器，其中所述原子顯微鏡檢測模塊包含一個可移動的微調(diào)架來移動與所述原子顯微鏡檢測模塊相關(guān)的所述圓片。
全文摘要
利用光刻技術(shù)在圓片上形成半導體器件的方法包括以下幾個步驟在涂敷裝置(5)內(nèi)的所述圓片上涂上(13)一層光刻涂層；在曝光工具(4)中，透過標度線照射對所述圓片進行曝光(14)；穩(wěn)固(15)所述光刻涂層以激活化學反應，并在顯影裝置(6)中的所述預設(shè)區(qū)域內(nèi)沖洗所述光刻涂層以顯出圓片表面的預設(shè)光刻涂層圖案；在穩(wěn)固裝置(7)內(nèi)穩(wěn)固(16)光刻涂層以加固圓片表面的所述圖案；在測量工具中對所述圓片表面的光刻涂層圖案進行(17)測量檢測；在處理單元(9)中對所述圓片進行蝕刻、濕制程或離子注入(18)，其中，在沖洗和熱烘所述光刻涂層之后，與所述穩(wěn)固裝置(7)相鄰的原子顯微檢測模塊(11)上的原子顯微鏡立即進行所述測量檢測。
文檔編號G03F7/20GK1531750SQ02806215
公開日2004年9月22日 申請日期2002年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月8日
發(fā)明者約翰·喬治·馬爾塔比斯, 約翰 喬治 馬爾塔比斯, 伯納德 查爾斯, 阿蘭·伯納德·查爾斯, 卡爾·埃默森·莫茲, 埃默森 莫茲 申請人:摩托羅拉公司