專利名稱：襯底處理和光刻膠曝光方法
技術領域：
本發明一般地涉及襯底處理方法，更具體地涉及光刻膠曝光方法。
背景技術：
集成電路在硅和其他半導體襯底上制造，這些襯底通常是以晶片形式存在。晶片是通過將硅錠從液態硅中拉出，然后將其鋸成許多的晶片而獲得的。然后，在晶片上形成許多的層，其后形成光刻膠層。然后，在光刻膠層上放置其中具有開口的掩模，并將光源放置在掩模上方以使得光通過開口照到所選擇的光刻膠層區域上。這些所選區域改變了化學成分，從而隨后在未曝光的光刻膠層區域上被選擇性地刻蝕。然后，用光刻膠層作為掩模，對光刻膠層下面的層進行刻蝕。
用于鋸開晶片的線的刃口在每個晶片上形成了一系列交替凸出和凹進的形態(formation)。這些形態在刃口的方向上延伸，并且在鋸前進通過晶片的方向上被彼此隔開。這些形態反映在光刻膠層上。光源發出一束寬度大于長度的光，所述的光在給定時刻，沿其寬度與許多的這種形態相交。光在其寬度上具有一致的焦距，通常是在凸出形態的頂點和凹進形態的底點之間一半的位置。因此，光在頂點和底點聚焦不準，導致光刻膠層曝光不精確。光刻膠層曝光不精確導致在光刻膠層下方的層中刻蝕出的形態尺寸不精確。


參考附圖，示例性地對本發明進行進一步的說明，其中圖1是半導體錠的透視圖；圖2是當錠擱置在線鋸機中時的橫截面側視圖；圖3是當錠正被鋸開時細節放大的與圖2相似的視圖；
圖4是當錠擱置在線鋸中時的側視圖；圖5是晶片被從錠切下以后的透視圖；圖6a是晶片的橫截面側視圖；圖6b是圖6a中細節A的橫截面側視圖；圖7a是細節放大的與圖6a相似的視圖；圖7b是晶片及其上的所選層的橫截面側視圖；圖7c是晶片、所選層及形成在所選層上的光刻膠層的橫截面側視圖；圖8a是晶片、掩模、標線范圍(reticle field)和動態聚焦區域的平面圖；圖8b是旋轉晶片后與圖2相似的視圖；圖9是掩模、標線范圍和動態聚焦區域的分解平面圖；圖10是襯底上的掩模的側透視圖；圖11a是恰在所選區域被曝光之前的晶片的橫截面側視圖；圖11b是在所選區域被曝光之后與圖11a相似的視圖；圖12是晶片、掩模、標線范圍以及動態聚焦區域的平面圖；圖13a是在所選區域的光刻膠已經被去除之后晶片的橫截面側視圖；圖13b是在所選層已經被刻蝕之后與圖13a相似的視圖；圖13c是在剩余光刻膠已經被去除之后與圖13b相似的視圖；圖13d是在已經添加鋁層之后與圖13c相似的視圖；圖13e是在鋁層已經被刻蝕后與圖13d相似的視圖。
具體實施例方式
本文說明了一種用于改進現代步進機(stepper)的曝光聚焦的方法，步進機被用在比如晶片的半導體襯底的光刻中。從半導體錠上沿相對于錠上的參考點的特定方向鋸開晶片。作為鋸開的結果，在晶片表面上出現一系列凸出和凹進的形態。在許多層被添加到晶片上，并且光刻膠層準備好被去除以后，晶片與步進機對準，使得步進機的動態聚焦區域與所述形態和/或鋸開方向對準。這樣的對準改善了臨界尺寸控制，并且減少了在光刻期間翻印小的幾何特征時的易變性，得到更高的產出。
首先參考圖1，圖示說明了單晶硅錠20。錠20是圓柱形，具有半徑22、沿中軸線24的長度、兩個端部26以及凹口槽28。中軸線24是半徑22的倍數。端部26向著中軸線24逐漸變細。在錠20的表面，從一個端部26到另一個端部，造出平行于中軸線24的直的凹口槽28。凹口槽28在橫穿通過中軸線24的橫截面上具有尖端指向中軸線24的“V形”。
圖2圖示說明了擱置在線鋸機30中的錠20。線鋸機30包括夾具32、上軸34、下軸36以及線鋸38。雖然沒有示出，但是應該理解的是，線鋸一般具有不止一條線，從而可以同時鋸出許多襯底。夾具32呈“V形”，尖端向下。上軸34位于下軸36的正上方，其間距大于錠20的半徑22的兩倍。線鋸38包括沿刃口方向42延伸的刃口40，其被置于上軸34和下軸36上，并且在它們之間被垂直地拉緊。兩個軸和線鋸38都可以水平地或者沿平行于中軸線24的方向相對于夾具32一致地移動。錠20擱置在V形夾具32的凹入部分之中。可以從錠20的凹口槽28到中軸線24畫出線44。起初，在線44和起自中軸線24的垂直參考線48之間有銳角46。中軸線24到上軸34和下軸36之間的垂直距離始終至少是錠20的半徑22。然后，操作員繞中軸線24沿鋸旋轉方向49順時針旋轉錠20，使得線44垂直。
圖3圖示說明了正被鋸的錠20。在已經將錠20旋轉后，將上軸34和下軸36順時針旋轉，使得線鋸38在刃口40處垂直向下移動。兩個軸在鋸開方向50上朝夾具32移動，在鋸開方向和線之間具有鋸角51，鋸開方向50垂直于刃口40、垂直于中軸線24并且垂直于線44，在紙面上從左至右。當移動軸時，刃口40與凹口槽28相交，切割通過錠20。
圖4圖示說明了在被鋸開后正被移動的錠20。在刃口40完全切割通過錠20后，上軸34和下軸36返回到如圖2所示的位置。然后，操作員沿著中軸線24移動夾具32，從而可以重復圖3所指示的鋸開過程。
圖5圖示說明了在前面的圖中從錠20鋸出的晶片52。晶片52具有晶片上表面54、厚度56、凹口58以及與錠20相同的半徑24。厚度56一般是750微米。由于錠20上的凹口槽28，凹口58在整個厚度56上延伸并且出現在晶片52的邊60上。鋸開方向50在紙面上從左至右。
結合圖5參考圖6a，在鋸開晶片52時，在晶片上表面54上形成一系列凸出和凹進的納米拓撲(nanotopologic)形態62。納米拓撲形態62具有在10到100納米之間的高度64，以及2到10毫米的峰峰距離66。該峰峰距離66在沿鋸開方向50的間距方向68上延伸。這些形態的寬度在平行于刃口方向42的波方向70上延伸到襯底的一端。雖然沒有示出，但是應該理解的是，一些大于和一些小于納米拓撲形態的形態也出現在晶片的表面上，并且促成了本發明要解決的問題。圖6b是圖6a中的細節A的橫截面側視圖，圖示說明了一些被統稱為“粗糙部分”的更小的形態71。還應該理解的是，在晶片被鋸開后，其經歷了一系列的研磨以及拋光過程，這減少了一些凸出和凹進的形態，但并不是全部。
圖7a圖示說明了在其上沒有層的晶片52的放大的細節。在晶片上表面54上可以見到納米拓撲形態62。如圖7b所示，在晶片上形成所選層。雖然沒有示出，但是應該理解的是，所選層72實際上包括許多彼此重疊的層。所選層72的所選上表面74具有反映出晶片上表面54的形態的形態。如圖7c所示，然后在所選層54上形成光刻膠層76。光刻膠層76的光刻膠上表面78具有反映出所選上表面74的形態的形態。這些形態具有與晶片上表面54上的那些形態相似的尺寸。
結合圖9，圖8a圖示說明了圖7c的結構以及掩模80，如標線范圍82和動態聚焦區域84所示的那樣，電磁輻射源已經被放置在晶片52上方。掩模80和標線范圍82都是正方形，具有大致相同的尺寸，邊長約為20毫米。動態聚焦區域84實質上是一束來自電磁輻射源的光，其具有在長度方向88上延伸的長度86，以及在垂直于長度方向88的寬度方向92上延伸的寬度90。光束的寬度90是長度86的倍數。光束的寬度90與標線范圍82的一邊的長度近似相同。光束的長度86大約為2微米。
結合圖9，圖8a圖示說明了標線范圍82下面的晶片52的起始定向。在寬度方向92和線44之間有步進機角94。操作員繞中軸線24沿步進機旋轉方向45逆時針旋轉晶片，使得步進機角94為零。
圖8b圖示說明了被旋轉之后的晶片52。光源與晶片52對準，從而寬度方向92平行于波方向70，并且長度方向88平行于間距方向68。圖8a圖示說明了晶片52具有約30°的初始步進機角94，并且被逆時針旋轉直到步進機角94為0°，寬度方向平行于線44，并且長度方向88平行于鋸開方向50，如圖8b所示。
圖9更詳細地圖示說明了掩模80、標線范圍82和動態聚焦區域84。掩模80在其中具有開口96，來自光源的光通過該開口傳播。開口96的寬度在0.13到2微米之間，這取決于晶片52上所期望的特征尺寸。雖然沒有示出，但是應該理解的是，開口96遍布整個掩模80。動態聚焦區域84在平行于長度方向88、間距方向68和鋸開方向50的掃描方向98上被掃描。掃描延伸覆蓋了整個標線范圍82。
圖10圖示說明了在來自光源的光(電磁輻射)通過開口96傳播時置于晶片52上的掩模80。因為動態聚焦區域84與晶片52上的形態(具體地說是晶片52的納米拓撲)對準，所以光刻膠層76的所選區域100被通過開口96傳播的光曝光，并且在任何給定時間都具有大致相同的高度。光源在任何給定時刻都能將光聚焦到單一的特定高度。因此，當對所選區域100進行曝光的光到達光刻膠層76時，它被聚焦的部分將大大增加，得到對光刻膠層76精確的曝光。光刻膠層76精確的曝光得到了所選區域100精確的尺寸，以與開口96的尺寸匹配。這導致了對在光刻膠層76下面的層中蝕刻的形態的精確曝光，因此得到更高的產出。
圖11a圖示說明了在所選區域100曝光之前，具有所選層72和光刻膠層76的晶片52。
圖11b圖示說明了在所選區域100曝光之后的晶片52。所選區域100的成分已經改變。
圖12圖示說明了與圖7中相似的構造。在動態聚焦區域84已經掃描經過整個標線范圍82后，光源相對晶片52移動，使標線范圍82移動從而使其位于一個區域上，在該區域中的所選區域100還未曝光。圖12圖示說明了標線區域82在平行于鋸開方向50的方向上、紙面上從左至右大約移動了20毫米。在已經重新定位標線范圍82后，重復在圖9到11中所述的過程。重復圖9到12所述的過程，直到所有在晶片52上的所選區域100都已經被曝光。
圖13a圖示說明了已經去除了掩模80和光源之后的晶片52。所選區域100已經被刻蝕到露出下面的所選層72。除所選區域100外的所有剩余的光刻膠層76幾乎沒有受到影響。
圖13b圖示說明了已經對所選層72進行刻蝕之后的晶片52。所選層72被刻蝕到所選擇的刻蝕深度102。這一刻蝕過程僅僅影響所選層72。剩余的光刻膠層76幾乎沒有受到影響。
圖13c圖示說明了已經去除了剩余的光刻膠層76之后的晶片52。光刻膠層76已經完全從晶片52去除。現在出現在所選層72上的僅有的特征是具有所選刻蝕深度102的溝槽104。
圖13d圖示說明了已經在所選層72上添加鋁層106之后的晶片52。鋁層106至少足夠深以完全填充在溝槽104中。
圖13e圖示說明了已經對鋁層106進行拋光后的晶片52。現在鋁成分僅位于溝槽104中。
盡管已經在附圖中示出和說明了某些示例性實施例，但是應該理解的是，這樣的實施例僅僅是說明性的，而不是對當前發明的限制，并且由于本領域的普通技術人員可以想到許多修改，因此本發明不限于所示出和說明的具體結構和設置。
權利要求
1.一種對光刻膠層進行圖案化的方法，包括在半導體襯底上形成所選層，所述所選層具有反映在其上表面上的多個交替凸出和凹進的所選形態，所述所選形態是由于所述襯底的上表面上交替凸出和凹進的襯底形態而產生的；在所述所選層上形成光刻膠層，所述光刻膠層具有反映在其上表面上的多個凸出和凹進的光刻膠形態，所述光刻膠形態是由于所述所選層上表面上的所選形態而產生的，連續的凸出光刻膠形態的峰以間距分開，所述間距沿間距方向延伸，并且每個凸出形態具有寬度，所述寬度沿橫穿所述間距方向的波方向延伸，所述寬度是所述間距的倍數；在所述光刻膠層上放置掩模，所述掩模具有多個開口；和將電磁輻射源置于所述掩模上方，所述電磁輻射源發出一束電磁輻射，所述電磁輻射束具有長度和橫穿所述長度的寬度，所述寬度是所述長度的倍數，所述電磁輻射源與所述襯底對準，使得所述電磁輻射束的長度沿基本上與所述間距方向平行的長度方向延伸，所述電磁輻射穿過所述掩模中的開口傳播到所述光刻膠層的所選區域上，從而將所述所選區域的材料改變為能在所述光刻膠層的其余部分上被選擇性刻蝕的材料。
2.如權利要求1所述的方法，還包括在形成所述所選層之前從錠上鋸出所述襯底，所述錠在鋸開方向上被鋸開，并且在所述鋸開方向與所述錠的中軸線和遠離所述錠的中軸線設置的所述錠上的參考點間的連線之間具有鋸開角度，作為鋸開的結果，所述襯底具有反映在其上表面上的多個交替凸出和凹進的襯底形態。
3.如權利要求2所述的方法，還包括在鋸開之前旋轉所述錠，使得所述襯底在預先選擇的鋸開方向上被鋸開，并且所述預先選擇的鋸開方向和所述連線之間具有預先選擇的鋸開角度。
4.如權利要求2所述的方法，其中，所述遠離所述錠的中軸線設置的參考點是第一形態，該第一形態可與第二形態嚙合以繞所述錠的中軸線旋轉所述錠。
5.如權利要求2所述的方法，其中，所述遠離所述錠的中軸線設置的參考點是凹口。
6.如權利要求1所述的方法，還包括去除掩模；和在所述光刻膠層的其余部分上選擇性地刻蝕所述所選區域。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述襯底是硅。
8.如權利要求1所述的方法，其中，所述所選層是電介質材料。
9.如權利要求1所述的方法，其中，存在多個所述所選層。
10.如權利要求1所述的方法，其中，所述凸出和凹進的形態包括納米拓撲形態，所述納米拓撲形態具有大約為10到100納米的高度，連續的凸出形態的峰之間的距離大約為2到10毫米，所述納米拓撲形態還具有寬度，各自延伸到所述襯底的邊緣。
11.如權利要求1所述的方法，其中，所述電磁輻射束被相對于所述襯底沿掃描方向移動，所述掃描方向基本平行于所述間距方向并且基本平行于所述長度方向。
12.如權利要求1所述的方法，其中，所述電磁輻射源是光學光源。
13.如權利要求1所述的方法，其中，所述電磁輻射束的寬度至少是其長度的100倍。
14.如權利要求1所述的方法，其中，所述電磁輻射束的寬度至少是其長度的1000倍。
15.如權利要求1所述的方法，其中，所述電磁輻射束的長度大約為2微米，并且其寬度為20毫米。
16.一種方法，包括從半導體錠上鋸出襯底，所述錠在鋸開方向上被鋸開，并且在所述鋸開方向與所述錠的中軸線和遠離所述錠的中軸線設置的所述錠上的參考點間的連線之間具有鋸開角度；在所述襯底上形成所選層；在所述所選層上形成由某種材料制成的光刻膠層；在所述光刻膠層上放置掩模，所述掩模中具有多個開口；和將電磁輻射源置于所述掩模上方，所述電磁輻射源發出一束電磁輻射，所述電磁輻射具有長度和橫穿所述長度的寬度，所述寬度是所述長度的倍數，所述電磁輻射源與所述襯底對準，使得所述電磁輻射束的長度在長度方向上延伸，并且在所述長度方向和所述連線之間具有掃描角度，所述掃描角度基本上等于所述鋸開角度，所述電磁輻射穿過所述掩模中的開口傳播到所述光刻膠層的所選區域上，從而將所述所選區域的材料改變為能在所述光刻膠層的其余部分上被選擇性刻蝕的材料。
17.如權利要求16所述的方法，其中，使用線鋸將所述錠鋸開。
18.如權利要求16所述的方法，其中，所述錠在基本垂直于所述錠的中軸線的方向上被鋸開。
19.如權利要求16所述的方法，還包括在鋸開所述錠之前，繞其中軸線旋轉所述錠。
20.一種對光刻膠層進行圖案化的方法，包括移動鋸刃通過半導體錠，以從所述錠上鋸出襯底，所述鋸刃具有相對于所述襯底在刃口方向上延伸的刃口；在所述襯底上形成所選層；在所述所選層上形成由某種材料制成的光刻膠層；將具有多個開口的掩模放置在所述光刻膠層上；和將電磁輻射源置于所述掩模上，所述電磁輻射源發出一束電磁輻射，所述電磁輻射束具有長度和橫穿所述長度的寬度，所述寬度是所述長度的倍數，所述電磁輻射源與所述襯底對準，使得所述電磁輻射束的長度在基本上與所述刃口方向垂直的長度方向上延伸，所述電磁輻射穿過所述掩模中的開口傳播到所述光刻膠層的所選區域上。
21.如權利要求20所述的方法，其中，使用線鋸將所述錠鋸開。
22.如權利要求20所述的方法，其中，所述錠在基本垂直于所述錠的中軸線的方向上被鋸開。
23.如權利要求20所述的方法，還包括在鋸開所述錠之前，繞其中軸線旋轉所述錠。
24.一種方法，包括繞中軸線旋轉半導體錠；從所述半導體錠上鋸出襯底，所述錠在鋸開方向上被鋸開，并且在所述鋸開方向與所述錠的中軸線和遠離所述錠的中軸線設置的所述錠上的參考點間的連線之間具有鋸開角度，作為鋸開的結果，所述襯底具有反映在其上表面上的多個交替凸出和凹進的襯底形態；在所述襯底上形成所選層，所述所選層具有反映在其上表面上的多個交替凸出和凹進的形態，所述形態是由于所述襯底的上表面上的襯底形態而產生的；在所述所選層上形成由某種材料制成的光刻膠層，所述光刻膠層具有反映在其上表面上的多個交替凸出和凹進的形態，所述形態是由于所述所選層的上表面上的形態而產生的，連續的凸出光刻膠形態的峰以間距分開，所述間距沿間距方向延伸，并且每個凸出形態具有寬度，所述寬度沿橫穿所述間距方向的波方向延伸，所述寬度是所述間距的倍數；繞所述中軸線旋轉所述襯底；在所述光刻膠層上放置掩模，所述掩模中具有多個開口；將電磁輻射源置于所述掩模上方，所述電磁輻射源發出一束電磁輻射，所述電磁輻射束具有長度和橫穿所述長度的寬度，所述寬度是所述長度的倍數，所述電磁輻射源與所述襯底對準，使得所述電磁輻射束的長度在長度方向上延伸，并且在所述長度方向和所述連線之間具有掃描角度，所述掃描角度基本上等于所述鋸開角度，所述長度方向基本上平行于所述間距方向，所述電磁輻射穿過所述掩模中的開口傳播到所述光刻膠層的所選區域上，從而將所述所選區域的材料改變為能在所述光刻膠層的其余部分上被選擇性刻蝕的材料；去除所述掩模；和在所述光刻膠層的其余部分上選擇性地刻蝕所述所選區域。
25.如權利要求24所述的方法，其中將多個半導體錠繞它們的中軸線旋轉；從所述多個半導體錠上鋸出多個襯底，所述多個半導體錠在鋸開方向上被鋸開，并且在所述鋸開方向與所述多個錠的中軸線和遠離所述多個錠的中軸線設置的所述錠上的參考點間的連線之間具有鋸開角度，作為鋸開的結果，所述多個襯底具有反映在其上表面上的多個交替凸出和凹進的襯底形態；在所述多個襯底上形成多個所選層，所述多個所選層具有在其上表面上反映出的多個交替凸出和凹進的形態，所述形態是由于所述多個襯底的上表面上的襯底形態而產生的；在所述多個所選層上形成多個由某種材料制成的光刻膠層，所述多個光刻膠層具有在其上表面上反映出的多個交替凸出和凹進的光刻膠形態，所述光刻膠形態是由于所述多個所選層的上表面上的形態而產生的，連續的凸出形態的峰以間距分開，所述間距沿間距方向延伸，并且每個凸出的形態具有寬度，所述寬度沿橫穿所述間距方向的波方向延伸，所述寬度是所述間距的倍數；繞所述中軸線旋轉所述多個襯底；在所述多個光刻膠層上放置多個掩模，所述多個掩模中具有多個開口；將多個電磁輻射源置于所述多個掩模上方，所述多個電磁輻射源發出多束電磁輻射，所述電磁輻射束具有長度和橫穿所述長度的寬度，所述寬度是所述長度的倍數，所述多個電磁輻射源與所述多個襯底對準，使得所述多束電磁輻射的長度在長度方向上延伸，并且在所述長度方向和所述連線之間具有掃描角度，所述掃描角度基本上等于所述鋸開角度，所述長度方向基本上平行于所述間距方向，所述電磁輻射穿過所述多個掩模中的開口傳播到所述多個光刻膠層的多個所選區域上，從而將所述所選區域的材料改變為能在所述光刻膠層的其余部分上選擇性刻蝕的材料；去除所述多個掩模；和在所述多個光刻膠層上的其余部分上選擇性地刻蝕所述多個所選區域。
26.如權利要求24所述的方法，其中，所述凸出和凹進的形態包括納米拓撲形態，所述納米拓撲形態的高度大約為10到100納米，并且連續的凸出形態的峰之間的距離大約為2到10毫米。
27.如權利要求24所述的方法，其中，所述電磁輻射束被相對于所述襯底在掃描方向上移動，所述掃描方向基本平行于所述間距方向并且基本平行于所述長度方向。
28.如權利要求24所述的方法，其中，所述電磁輻射源是光學光源。
全文摘要
本發明公開了一種用于改進現代步進機的曝光聚焦的方法，步進機用在比如晶片的半導體襯底的光刻中。從半導體錠上沿相對于錠上的參考點的特定方向(50)鋸出晶片(52)。作為鋸開的結果，在晶片的表面(54)上出現一系列凸出和凹進的形態(62)。在許多層被添加到晶片上，并且光刻膠層準備好被去除以后，晶片與步進機對準，使得步進機的動態聚焦區域與所述形態和/或鋸開方向對準。這樣的對準改善了臨界尺寸控制，并且減少了在光刻期間翻印小的幾何特征時的易變性，得到更高的產出。
文檔編號G03F7/20GK1524203SQ02812661
公開日2004年8月25日 申請日期2002年7月18日 優先權日2001年8月15日
發明者邁赫蘭·阿明扎德, 邁克爾·費伊, 費伊, 邁赫蘭 阿明扎德 申請人:英特爾公司