將圖案轉印至基板的裝置與方法

2023-07-12 23:57:11

專利名稱：將圖案轉印至基板的裝置與方法
技術領域：
本發明是關於微影(photolithography),且更明確地說，是關於一種 用以製造半導體晶圓的步進掃描(step-and-scan)微影方法。
背景技術：
微影為在半導體製造中用以將圖案自主光罩(reticle)(或光罩 (mask))轉印於基板上的過程。利用感光性光阻材料來塗布基板。當曝光 時，材料硬化並在清除剩餘物之後被留下，進而形成圖案。此圖案用以蝕 刻或另外修改半導體晶圓。主光罩含有所要圖案。光被導向並穿過主光罩。光接著進入透鏡用以 投影在基板上。通常，透鏡以1:1比率來投影圖案，或透鏡可按製造較小 尺寸晶圓所需而減小影像尺寸。如同任一透鏡組件的情況一樣，重要的是 確保圖案位於最佳可能焦點以進行精確製造。存在兩個用以執行微影的主要系統步進以及掃描。步進涉及一次曝 光晶圓的一個區域。此過程繼續直至已曝光晶圓的所有必需區域。當主光 罩與基板均相對於曝光狹縫(exposure slit)而移動時，掃描使用曝光狹 縫來投影光。主光罩通常在與基板的移動方向大體相反的方向上移動。主 光罩以及基板移動的速度是藉由狹縫寬度、光強度以及影像為1: 1還是按 比例縮'J、來判定。步進掃描系統將此兩種技術組合。景深(depth of field, DOF)為將印刷圖案保持於規格內的聚焦範圍。 起初，此等系統的DOF有限。因此引入了多重成像(multiple imaging)。 多重成像涉及在多個聚焦偏移(focus offset)處曝光主光罩。需要兩個 或兩個以上曝光周期來完成轉印M人而增加了生產時間(throughput time )。 此是藉由傾斜晶圓而得以解決，如圖1B中所示。並非多次曝光水平定向晶 圓(圖IA)，而是在聚焦範圍內傾斜並掃描晶圓，從而允許藉由僅一次曝光 的多重聚焦平面成像。儘管DOF增加，但多重成像引入了對比度降級的問題。結果失去了曝 光寬容度(exposure latitude),曝光寬容度即將抗蝕刻膜(res i s t film) 曝光過度(overespose)或曝光不足(underexpose)且仍具有規格內的可 接受結果的量。因此，需要使用一種增加DOF但維持可接受曝光寬容度的 微影系統。發明內容本發明的較佳實施例包括一種用以將圖案轉印至基板的裝置。此裝置 包括沿輻射路徑導引輻射的輻射源。此裝置更包括沿輻射路徑而定位的曝 光狹縫，用以將輻射導引於基板處。曝光狹縫具有中心部分以及邊緣部分。 沿輻射路徑而定位的透鏡具有最佳焦點位置。此裝置亦包括用以支撐基板並沿基板路徑相對於輻射路徑而移動基板的支撐平臺(support stage )。 支撐平臺相對於輻射路徑以平臺角度傾斜，使得穿過曝光狹縫的中心部分 的輻射在透鏡的最佳焦點位置(optimal focus position)處與基板接觸。 此裝置亦包括沿輻射路徑且相鄰於曝光狹縫而定位的濾鏡(filter )。濾鏡 經安裝以相對於在曝光狹縫的邊緣部分處所透射的輻射而在曝光狹縫的中 心部分處透射較多輻射。本發明的另 一 實施例包括一種將圖案轉印至基板的方法。此方法使用 沿輻射路徑而導引的輻射。此輻射穿過具有中心部分以及邊緣部分的曝光 狹縫。此輻射更穿過具有最佳焦點位置的透鏡。此方法包括相對於輻射 路徑以非直角來定向基板；沿基板路徑相對於輻射路徑而移動基板，使得 穿過曝光狹縫的中心部分的輻射在透鏡的最佳焦點位置處與基板接觸；以 及分布此輻射，使得相對於自曝光狹縫的邊緣部分所透射的輻射而自曝光 狹縫的中心部分透射較多輻射。


圖1A為用以將圖案自主光罩掃描至晶圓上的先前技術組件。圖1B為用以將圖案自主光罩掃描至晶圓上的先前技術組件，其中晶圓經傾斜以用於多重成像。圖2展示根據本發明的較佳實施例的濾鏡對來自狹縫的輻射的透射率的效應。圖3展示根據本發明的較佳實施例的對應於不同成像平面的透射輻射 的強度。圖4為用於判定微影組件的聚焦範圍的說明性實例。 圖5展示根據本發明的較佳實施例的晶圓上的狹縫強度形成。 圖6展示各種散焦位置處的單次影像掃描的對比度值以及對比度降級 的曲線。圖7展示雙次影像掃描的對比度值對散焦的曲線、雙次影像掃描的Dflex 的說明以及雙次影像掃描的對比度對平均焦點位置的曲線。圖8展示三次影像掃描的對比度值對散焦的曲線以及三次影像掃描的 Df^的說明。圖9為比較具有平均能量分布的單次、雙次以及三次影像掃描與具有變化能量分布的三次影像掃描的各種參數的圖表。圖IO展示對比度相對於平均焦點位置的曲線以及圖9中所述的四種掃 描類型的曝光寬容度相對於D0F的曲線。
具體實施方式
藉由在最好(最佳)焦點位置處較重地加權輻射能量，而非允許跨越 整個曝光狹縫的平均能量分布，保留曝光寬容度同時維持較大D0F。此可(例 如)藉由相鄰於曝光狹縫來置放濾鏡而得以完成。圖2展示相鄰於狹縫來 置放根據本發明的較佳實施例的濾鏡的效應。如x軸所示，中心線處的透 射率處於最大值。透射率隨輻射在朝向邊緣的任一方向上更遠離於中心線 進行而降低。在圖2的特定實例中，在隨輻射接近邊緣而以較慢速率逐漸 減少之前，透射率在接近於中心急劇下降。圖3展示在基板的成像平面方面的類似示意圖。基板經對準成使得經 導引通過曝光狹縫的中心的輻射在透鏡的最好(最佳)焦點位置處與基板 接觸。換言的，隨基板經由掃描而進行，基板的直接位於狹縫的中心下方 的部分任何時候均位於最好(最佳)焦點位置。如圖3所示，藉由使濾鏡 位於適當位置，在與基板接觸的位置的輻射的強度將處於最大值。再次在 此實例中，強度在中心周圍急劇地下降，並隨輻射接近邊緣而逐漸減少至 較弱斜率。如以下將描述，邊緣對應於基板平臺的斜面。可調整濾鏡的類 型以及濾鏡的能量分布以適合個別製造規格。然而，允許最好(最佳)焦 點位置處的最大能量以及散焦位置處的最小能量的濾鏡適合於大多數應 用。如以下將說明，以20%-60%-20%來加權能量的濾銷尿示最好效能。至光阻的圖案轉印的品質亦視選擇適當聚焦範圍而定。聚焦範圍為基 板的在狹縫下方所暴露的最低部分與基板的在狹縫下方所暴露的最高部分 之間的高度差。聚焦範圍可藉由以下等式來數學地得到聚焦範圍=狹縫寬度xtan [自平臺的傾斜量/100000]圖4展示用以計算聚焦範圍的組件。"正常平臺，，(Normal Stage)是 藉由以大體平行於狹縫的角度的實線來展示。"傾斜平臺"(Tilted Stage) 是藉由虛線來表示，且圖4中所示的兩個平臺之間的角度為用於上述等式 中的角度。此角度將通常為大約弧度(iaradian)。類似地，投影透鏡上 方所示的狹縫寬度通常為大約MJii。因此，聚焦範圍亦通常為大約，。圖5展示晶圓上的狹縫強度形成的實例。最亮區域形成於最好(最佳) 焦點線處。強度朝向傾斜晶圓上的散焦位置耗散。散焦為最好(最佳)焦 點位置與晶圓位置之間的光軸上的距離。因此，亦可將聚焦範圍界定為暴 露於狹縫的傾斜平臺的最大正散焦與暴露於狹縫的傾斜平臺的最大負散焦 之間的距離。為證明本發明的實施例的益處，收集用於具有平均能量分布的單次、雙 次與三次成像以及具有變化能量分布的三次成像的資料。此資料是藉由使用圖1A中的結構來執行掃描而得以收集。圖6展示單次影像掃描的結果。 將影像以O. 1 pjii的增量置放於各種散焦位置處。第一曲線量測每一散焦點 處的影像的對比度值。儘管過程展示若干點的接近或超出70%的良好對比 度，但曲線的斜率在兩個方向上較陡。在任一方向上的小於0.5 ^un內，對 比度可下降至小於40%。第二曲線展示作為散焦的函數的對比度下降。在僅 0. 3 |om內，對比度可幾乎下降30%。圖7展示具有平均能量加權的雙次成像的結果。將影像平面間隔(image plane separation )標記為D""值。第一曲線再次展示峰值處的良好對比度， 但兩側上的曲線斜率稍微較平坦。第三曲線展示fLFocus (平均焦點 (average focus)-類似於散焦(similar to focus))位置處的個另'j Dflei< 值的對比度結果。其中D",為0.0 ^m或0, 2 nm，影像平面基本上重合，且 結果類似於單次影像。隨D^增加，曲線的峰值降低，但曲線本身較平坦， 從而展示隨N-Focus的變化的少得多的變化。當然，如由l.l ,處的D,、 所示，在某一點處，D^變得過大且失去了益處。圖8展示三次成像的結果。此處，D^為頂部與底部影像平面之間的距 離，第二影像平面夾於其中間。曲線證明，對於三個影像而言，曲線已變平 且對比度水平在寬得多的範圍內為50%以上。添加的影像愈多，對比度曲線 就變得愈水平。圖9比較以最好(最佳)焦點位置為中心的三個先前實例與具有變化 能量加權的三次影像處理。將所有多個影像技術的Dnj殳定於0.8 ,。圖 9的圖表展示將能量加權20%-60%-20%用於變化進行。60%處於最好(最佳) 焦點影像平面上。儘管單次影像在最好(最佳)焦點處達到13. 73%曝光寬 容度，但與變化三次影像的8. 27%相比，曝光寬容度降至6%以下處的DOF對 於變化三次影像(0. 53 ^m)高得多。與單次影像的11.4 nm相比，對於變 化三次影像(8.9 nm)的臨界尺寸(critical dimention)均一性亦最好。圖10展示圖9中所繪製的某些結果的曲線。第一曲線展示對比度相對 於lFocus。如先前所述，單次影像達到最高峰值對比度。然而，變化三次 影像曲線平坦得多，具有在l ^m範圍內的小於10%的變化。其亦高於平均 加權雙次與三次影像。第二曲線展示作為DOF的函數的曝光寬容度。如上 文所述，單次影像具有最高峰值，但在約O. 3^m處，曝光寬容度顯著直線 下降。變化三次影像一致得多，並展示較寬DOF範圍內的極小變化。藉由傾斜基板平臺，產生無限數目的影像平面。如以上結果所清楚展 示，較接近於多個影像平面的最好(最佳)焦點位置而分布能量會改良對 比度與曝光寬容度兩者。
權利要求
1. 一種用以將圖案轉印至基板的裝置，包含(a)輻射源，沿輻射路徑導引輻射；(b)曝光狹縫，沿所述輻射路徑而定位，用以將所述輻射導引於所述基板處，所述曝光狹縫具有中心部分以及邊緣部分；(c)透鏡，沿所述輻射路徑而定位，並具有最佳焦點位置；(d)支撐平臺，用以支撐所述基板，並沿基板路徑相對於所述輻射路徑而移動所述基板，所述支撐平臺相對於所述輻射路徑以平臺角度傾斜，使得穿過所述曝光狹縫的所述中心部分的所述輻射在所述透鏡的所述最佳焦點位置處與所述基板接觸；以及(e)濾鏡，沿所述輻射路徑且相鄰於所述曝光狹縫而定位，所述濾鏡經安裝以相對於在所述曝光狹縫的所述邊緣部分處所透射的所述輻射而在所述曝光狹縫的所述中心部分處透射較多所述輻射。
2. 如權利要求1所述的用以將圖案轉印至基板的裝置，更包含(f) 主光罩，含有待轉印的所述圖案，所述主光罩可沿實質上垂直於 所述輻射路徑的主光罩路徑相對於所述輻射路徑而移動。
3. 如權利要求2所述的用以將圖案轉印至基板的裝置，其中所述基板 可大體在第一方向上移動，且所述主光罩可在第二方向上移動，所述第一 方向與所述第二方向彼此相反。
4. 如權利要求1所述的用以將圖案轉印至基板的裝置，其中所述曝光 狹縫具有狹縫寬度，且所述濾鏡具有濾鏡寬度，所述狹縫寬度與所述濾鏡 寬度幾乎相等。
5. —種將圖案轉印至基板的方法，使用沿輻射路徑而導引的輻射，所 述輻射穿過具有中心部分以及邊緣部分的曝光狹縫，所述輻射更穿過具有 最佳焦點位置的透鏡，所述將圖案轉印至基板的方法包含(a) 相對於所述輻射路徑以非直角來定向所述基板；(b) 沿基板路徑相對於所述輻射路徑而移動所述基板，使得穿過所述 曝光狹縫的所述中心部分的所述輻射在所述透鏡的所述最佳焦點位置處與 所述基板接觸；以及(c) 分布所述輻射，使得相對於自所述曝光狹縫的所述邊緣部分所透 射的所述輻射而自所述曝光狹縫的所述中心部分透射較多所述輻射。
6. 如權利要求5所述的將圖案轉印至基板的方法，更包含(d )沿實質上垂直於所述輻射路徑的主光罩路徑相對於所述輻射路徑 而移動主光罩，所述主光罩含有待轉印至所述基板的所述圖案。
7. 如權利要求6所述的將圖案轉印至基板的方法，其中(d)更包含在與所述基板的移動方向大體相反的方向上移動所述主光罩。
8.如權利要求6所述的將圖案轉印至基板的方法，其中所述透鏡具有 減縮因數，且(d)更包含以第一速率來移動所述基板，以及以比所述第一 速率小所述減縮因數的第二速率來移動所述主光罩。
全文摘要
本發明是關於一種將圖案轉印至基板的裝置與方法。輻射源沿輻射路徑導引輻射。沿輻射路徑而定位的曝光狹縫將輻射導引於基板處。曝光狹縫具有中心以及邊緣部分。沿輻射路徑而定位的透鏡具有最佳焦點位置。支撐平臺支撐基板並沿基板路徑相對於輻射路徑而移動基板。支撐平臺相對於輻射路徑以平臺角度傾斜，使得穿過曝光狹縫的中心部分的輻射在透鏡的最佳焦點位置處與基板接觸。濾鏡沿輻射路徑且相鄰於曝光狹縫而定位。濾鏡相對於在曝光狹縫的邊緣部分處所透射的輻射而在曝光狹縫的中心部分處透射較多輻射。本發明亦描述一種方法。
文檔編號G03F7/22GK101216685SQ20071013579
公開日2008年7月9日 申請日期2007年8月21日 優先權日2007年1月4日
發明者鄭善旭 申請人:旺宏電子股份有限公司