用于光刻的高生产量和小占位面积扫描曝光的系统和方法

用于光刻的高生产量和小占位面积扫描曝光的系统和方法
【专利摘要】本发明提供用于光刻的高生产量和小占位面积扫描曝光的系统和方法。一种光刻系统，其包括辐射源和曝光工具，曝光工具包括在第一方向上密集地封装的多个曝光柱。每个曝光柱都包括被配置成经过辐射源的曝光区域。该系统还包括：晶圆载体，被配置成固定并且沿着垂直于第一方向的第二方向移动一个或多个晶圆，使得一个或多个晶圆通过曝光工具曝光，以沿着第二方向形成图案。一个或多个晶圆覆盖有光刻胶层并且在晶圆载体上以第二方向对准。
【专利说明】用于光刻的高生产量和小占位面积扫描曝光的系统和方法

【技术领域】
[0001] 本发明一般地涉及半导体【技术领域】，更具体地，涉及光刻系统和方法。

【背景技术】
[0002] 半导体集成电路（IC)工业已经历了指数式增长。IC材料和设计中的技术进步已 产生了数代的1C，其中，每代IC都具有比前一代更小和更复杂的电路。在IC演进的过程中， 在几何尺寸（即，可以使用制造工艺创建的最小部件（或线））减小的同时，功能密度（即， 单位芯片面积上的互连器件的数量）通常会增加。这种按比例缩小工艺通常通过增加生产 效率和降低相关成本而提供益处。这样的按比例缩小还增加了处理和制造 IC的复杂性，并 且为了实现这些进步，需要IC处理和制造过程中的类似发展。
[0003] 光刻通常包括光刻胶的图案化曝光，使得可以选择性地去除光刻胶的多部分以暴 露下面的区域，从而用于诸如通过蚀刻、材料沉积和注入等进行选择性处理。光刻利用紫外 线光形式的电磁能以用于光刻胶的选择性曝光。作为电磁能（包括X射线）的替代方法， 带电粒子束已用于高分辨率光刻胶曝光。具体地，已使用电子束，这是因为质量轻的电子允 许以相对较小的功率和相对较高的速度对电子束的相对准确的控制。电子束光刻系统还是 一种按比例缩小部件尺寸的有效方法。然而，通过当前光刻系统的晶圆生产量和占位面积 (footprint)仍然不能充分满足IC工业中的大规模制造。
[0004] 从而，需要用于增加晶圆生产量和节省光刻系统的占位面积的系统和方法。


【发明内容】

[0005] 为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种光刻系统， 包括：福射源；曝光工具，包括在第一方向上封装的多个曝光柱，每个曝光柱都包括被配置 成经过所述辐射源的曝光区域；以及晶圆载体，被配置成固定并且沿着垂直于所述第一方 向的第二方向移动一个或多个晶圆，使得所述一个或多个晶圆通过所述曝光工具曝光，以 沿着所述第二方向形成图案，所述一个或多个晶圆覆盖有光刻胶层，并且在所述晶圆载体 上以所述第二方向对准。
[0006] 在该光刻系统中，所述一个或多个晶圆被配置成在所述晶圆载体上沿着所述第一 方向。
[0007] 在该光刻系统中，所述晶圆载体固定被配置成沿着所述第二方向的一个或多个晶 圆台，每个所述晶圆台都被配置成固定晶圆。
[0008] 在该光刻系统中，所述多个曝光柱在所述曝光工具上封装为沿着所述第一方向彼 此邻近。
[0009] 在该光刻系统中，所述多个曝光柱沿着所述第二方向封装为多于一行，以及所述 曝光柱的两个邻近行沿着所述第一方向移动的距离基本类似于所述曝光柱的半径，所述两 个邻近行形成单元柱组件（UCA)。
[0010] 在该光刻系统中，沿着所述第二方向封装多个UCA，以及两个邻近UCA沿着所述第 一方向移动的距离小于所述曝光柱的所述半径。
[0011] 在该光刻系统中，所述晶圆载体被配置成沿着所述第一方向使所述一个或多个晶 圆相对于所述曝光工具移动的距离小于所述曝光区域在所述第一方向上的宽度。
[0012] 该光刻系统进一步包括：晶圆计量系统（WMS)，被配置成测量所述晶圆载体、所述 曝光工具或它们的组合的位置数据。
[0013] 该光刻系统进一步包括：对准工具，被配置成调节所述一个或多个晶圆，使得要被 曝光的图案与形成在所述一个或多个晶圆上的先前图案对准。
[0014] 在该光刻系统中，所述辐射源包括光子。
[0015] 在该光刻系统中，所述辐射源包括电子。
[0016] 在该光刻系统中，所述辐射源包括离子。
[0017] 在该光刻系统中，对包括在所述曝光工具中的所述曝光柱的数量以及包括在所述 晶圆载体中的晶圆的数量进行了优化，以增加生产量并且减少占位面积。
[0018] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于图案化多个晶圆的方法，所述方法包括： 提供包括在第一方向上封装的多个曝光柱的曝光工具，每个曝光柱都包括曝光区域；将配 置为沿着垂直于所述第一方向的第二方向的多个晶圆装载到晶圆载体上，所述多个晶圆涂 覆有光刻胶层；发射的辐射源通过每个曝光柱的所述曝光区域，以使多个被涂覆的晶圆曝 光；沿着所述第二方向移动所述晶圆载体，使得所述曝光工具沿着所述第二方向使所述多 个被涂覆的晶圆曝光，以形成光刻胶图案；以及沿着所述第一方向使所述晶圆载体步进的 距离小于所述曝光区域在所述第一方向上的宽度。
[0019] 在该方法中，沿着所述第二方向移动所述晶圆载体包括：沿着所述第二方向，使所 述晶圆载体上的所述多个被涂覆的晶圆加速；使用穿过每个曝光柱的所述曝光区域的所述 辐射源，使所述多个被涂覆的晶圆曝光；以及使所述多个曝光后的晶圆减速。
[0020] 在该方法中，以恒定速度执行使所述多个被涂覆的晶圆曝光。
[0021] 在该方法中，在所述曝光工具上沿着所述第一方向彼此邻近地封装所述多个曝光 柱。
[0022] 该方法进一步包括：使用对准工具执行所述多个被涂覆的晶圆的对准，使得要被 曝光的所述光刻胶图案与形成在所述一个或多个晶圆上的先前图案对准。
[0023] 该方法进一步包括：使用晶圆计量系统（WMS)测量所述晶圆载体、所述曝光工具 或它们的组合的位置数据。
[0024] 在该方法中，在所述曝光工具上将所述多个曝光柱进一步封装为沿着所述第二方 向的多于一行，以及其中，所述曝光柱的两个邻近行沿着所述第一方向移动的距离基本类 似于所述曝光柱的半径，所述两个邻近行形成单元柱组件（UCA)。
[0025] 在该方法中，沿着所述第二方向封装多个UCA，以及两个邻近UCA沿着所述第一方 向移动的距离小于所述曝光柱的半径。
[0026] 在该方法中，对包括在所述曝光工具中的所述曝光柱的数量以及包括在所述晶圆 载体中的晶圆的数量进行优化，以增加生产量并且减少占位面积。
[0027] 该方法进一步包括：装载配置为沿着所述第一方向的所述多个晶圆。
[0028] 在该方法中，所述辐射源包括选自由光子、电子和离子所组成的组中的任一个。
[0029] 根据本发明的又一方面，提供了一种用于在多个晶圆上形成光刻胶图案的方法， 所述方法包括：在多个晶圆上涂覆光刻胶膜；沿着第一方向将多个被涂覆的晶圆装载到晶 圆载体上；使用曝光工具沿着所述第一方向使所述多个晶圆上的所述光刻胶膜曝光，所述 曝光工具包括在垂直于所述第一方向的第二方向上封装的多个曝光柱；沿着所述第二方向 使所述晶圆载体步进的距离小于曝光区域在所述第一方向上的宽度，所述曝光区域包括在 每个曝光柱中；以及使曝光后的光刻胶膜显影，以在所述多个晶圆上形成所述光刻胶图案。

【专利附图】

【附图说明】
[0030] 当结合附图进行阅读时，根据以下详细说明可以最好地理解本发明。应该强调的 是，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明目的。实际上，为了清 楚的论述，各个部件的尺寸可以任意地增加或缩小。
[0031] 图IA示出了根据本发明的一个或多个实施例的电子束光刻系统的示意图。
[0032] 图IB示出了根据本发明的一个或多个实施例的光刻系统的示意图。
[0033] 图2A是示出根据一个或多个实施例在晶圆上形成图案的方法的流程图。
[0034] 图2B至图2E是示出根据本发明的一个或多个实施例使用图2A的光刻方法在晶 圆上形成图案的截面侧视图。
[0035] 图3是示出根据发明的一些实施例使用光刻系统执行"步进和扫描"曝光的方法 的流程图。
[0036] 图4A是根据本发明的一些实施例包括密集地封装在一起以执行晶圆的"步进和 扫描"曝光的六个曝光柱的单元柱组件（UCA)的俯视图。
[0037] 图4B和图4C是分别示出根据本发明的一些实施例在使用图4A的UCA的晶圆曝 光期间的扫描和步进工艺的示意图。
[0038] 图5A是根据本发明的一些实施例包括封装在一起以执行"步进和扫描"曝光的多 个UCA的曝光工具的俯视图。
[0039] 图5B是示出根据本发明的一些实施例的固定多个晶圆台以对多个晶圆执行同时 "步进和扫描"的晶圆载体的示意图。
[0040] 图5C是示出使用图5A的曝光工具和图5B的晶圆载体对多个晶圆执行同时"步进 和扫描"曝光的示意图。
[0041] 图是示出使用图5A的多个曝光工具和图5B的多个晶圆载体对多个晶圆执行 同时"步进和扫描"曝光的示意图。

【具体实施方式】
[0042] 以下公开内容提供用于实现本发明的不同特征的多个不同实施例或实例。以下描 述部件和布置的特定实例，以简化本发明。当然，这些仅仅是实例并且不用于限制本发明。 例如，在以下说明书中，第一部件形成在第二部件上方或上可以包括以直接接触的方式形 成第一部件和第二部件的实施例，并且还可以包括可以在第一部件和第二部件之间形成附 加部件，使得第一部件和第二部件不可以直接接触的实施例。另外，本发明可以在各个实例 中重复参考标号和/或字符。该重复用于简单和清楚的目的，并且其本身不指示所论述的 各个实施例和/或结构之间的关系。
[0043] 图IA示出了根据本发明的一个或多个实施例的电子束光刻系统100的示意图。 在一些实施例中，光刻系统还可以称为曝光系统或曝光工具。如图IA所不，电子束光刻 系统100包括源102、聚光透镜柱（lens column) 104、图案生成器（PG) 106、电信号生成器 (ESG) 108、集成电路（IC)设计数据库110、投影透镜柱112、晶圆台114、以及设置在晶圆台 114上的晶圆116。应当理解，其他结构和包括或省略系统100中的各个部件都是可能的。 系统100是示例性实施例，并且除了在权利要求中明确阐述的范围之外，该系统不旨在限 制本发明的范围。
[0044] 源102提供诸如电子束或离子束的辐射束。源102可以包括离子源或电子源。在 一些实施例中，电子源包括阴极、阳极和光圈（aperture)。通过将导电材料加热到非常高的 温度，或者通过施加使电子隧穿功函阻挡层（场发射源）的足够强的电场（电势），电子源 提供从导电材料所发射的多道电子束，其中，电子具有充足的能量以克服功函阻挡层，并且 从导电材料（热离子源）逃逸。
[0045] 聚光透镜柱104将辐射束从源102引导至图案生成器106。在一些实施例中，辐射 束在穿过聚光透镜柱104之后彼此平行。在一些实施例中，聚光透镜柱104可以包括多个 电磁光圈、静电透镜以及电磁透镜。
[0046] 图案生成器106通过光纤连接至电-光信号转换器，电-光信号转换器连接至电 信号生成器108和IC设计数据库110。在一些实施例中，图案生成器106可以包括平面镜 阵列板、设置在平面镜阵列板上方的至少一个电极板、以及夹置于平面镜阵列板和电极板 之间或者夹置于电极板之间的至少一个绝缘体。平面镜阵列板包括多个导电平面镜，其是 尺寸在纳米和微米之间的简单的静态金属垫（pad)。每个垫都构成像素。通过来自电信号 生成器108的电信号来接通或切断平面镜的反射率。电极板可以包括多个小透镜，并且绝 缘体层可以包括绝缘体。图案生成器106通过反射或吸收由聚光透镜柱104引导至每个小 透镜的辐射束，根据设计布局提供图案化辐射束118。电信号生成器108连接至嵌入图案生 成器106的平面镜阵列板内的平面镜和IC设计数据库110。电信号生成器108通过反射或 吸收辐射束，根据IC设计数据库110接通或切断平面镜。
[0047] IC设计数据库110连接至电信号生成器108。IC设计数据库110包括IC设计布 局。在一些实施例中，IC设计布局包括一个或多个IC设计部件或图案。IC设计布局存在 于具有几何图案的信息的一个或多个数据文件中。在一些实例中，可以以图形数据库系统 (GDS)格式来表达IC设计布局。IC设计数据库110根据IC设计布局控制电信号生成器 108,因此控制图案生成器106,以提供图案化辐射束118。
[0048] 投影透镜柱112将从图案生成器106所生成的图案化辐射束118引导至固定在晶 圆台114上的晶圆116。在一些实施例中，投影透镜柱112包括多个电磁光圈、静电透镜、 电磁透镜以及偏转器（deflector)。晶圆台114通过静电力固定晶圆116,并且在聚焦、调 平、和曝光晶圆116期间，在电子束光刻系统100中提供在X、Y和Z方向上精确移动的晶圆 116。在一些实施例中，晶圆台114包括多个电动机、滚针导轨和工作台。
[0049] 在一些实施例中，在源102处的阴极和阳极之间施加高电势，其使电子朝向孔加 速并且通过孔。所施加的电势的值确定离开孔的电子束的能级。当电子束朝向图案生成器 106传输时，电子束的能量减小。根据来自光纤的信号，图案生成器106中的像素被编程为 基本为零伏或几伏。电压基本为零伏的那些像素接收从源102进入的电子。承载几伏负电 压的其他像素将排斥进入的电子，使得它们朝向晶圆116传输穿过光学柱112。光学柱112 形成尺寸减小的图像，并且将电子加速至几千伏到几百千伏范围内的电压，以到达固定在 晶圆台114上的晶圆116。
[0050] 电子束光刻系统100在高真空条件下工作。因此，电子束光刻系统100可以包括 一个或多个真空泵，诸如，用于低真空的机械泵和用于高真空的离子泵。
[0051] 电子束光刻系统100还包括具有处理器、存储器和I/O界面的计算机120。计算机 120可以连接至源102、PG106、ESG108、IC数据库110、和/或晶圆台114,以执行本文中描 述的一个或多个操作步骤。
[0052] 图IB不出了根据本发明的一个或多个实施例的光刻系统150的不意图。在一些 实施例中，光刻系统150还可以称为曝光系统或曝光工具。光刻系统150可操作地使涂覆 在晶圆164上的光刻胶层曝光，以形成光刻胶图案。在一些实施例中，光刻系统150包括福 射源（照明源）152,以生成辐射能（或辐射束），从而使光刻胶层曝光。在多个实例中，辐 射能包括紫外线（UV)光、深紫外线（DUV)光和超紫外线（EUV)光。
[0053] 光刻系统150还可以包括照射模块，其具有被配置成将掩模158成像至晶圆164 上的多种光学部件。照射模块可以包括多个透镜和/或其他光学部件。在如图IB所示的 一些实施例中，照射模块包括透镜154和投影透镜160。
[0054] 光刻系统150还可以包括掩模台156,其被设计成固定掩模（还称为中间掩模或光 掩模）158并且被配置在透镜154和投影透镜160之间。掩模158具有将被转印至半导体 晶圆164上的图案。掩模158的图案可以包括在以下覆盖控制和监控工艺过程中所使用的 多个预定的覆盖掩模。在一些实施例中，掩模158包括衬底和在衬底上所形成的图案化的 层。在一些实施例中，掩模158包括透明衬底和图案化的吸收层。透明衬底可以使用相对 无缺陷的熔融的二氧化硅（SiO 2)，诸如，掺硼硅玻璃和钠钙玻璃。透明衬底可以使用氟化钙 和/或其他合适的材料。可以使用多种工艺和多种材料（诸如，通过沉积由铬（Cr)或诸如 MoSi的其他合适的材料所制成的金属膜）形成图案化的吸收层。光束在引导至吸收区上 时，可以被部分地或完全地阻挡。可以将吸收层图案化为具有一个或多个开口，光束可以传 输穿过开口，而不被吸收层吸收。掩模可以结合其他分辨率增强技术，诸如，相移掩模（PSM) 和/或光学邻近校正（OPC)。
[0055] 在一些实施例中，掩模158是在EUV光刻系统中所使用的反射掩模。反射掩模包 括低热膨胀材料（LTEM)的衬底、以及形成在该衬底上的多层反射膜。反射掩模进一步包括 根据IC设计布局进行图案化以形成主要图案的吸收层。
[0056] 参考图1B，光刻系统150还包括晶圆台162,其被设计成固定晶圆164并且可操作 地平移和/或旋转地移动。晶圆164可以是半导体晶圆，诸如，要图案化的硅晶圆或其他合 适的晶圆。
[0057] 图2A是示出根据一个或多个实施例使用光刻系统100和/或150在晶圆116和 /或164上形成图案的方法200的流程图。应当理解，可以在方法200之前、期间和之后提 供附加步骤，并且所描述的一些步骤可以被替换、删除、或前后移动以用于方法200的附加 实施例。图2B至图2E是根据本发明的一个或多个实施例使用图2A的方法200在晶圆222 上形成图案的处于各个光刻阶段的结构220的截面图。
[0058] 参考图2A和图2B，方法200开始于步骤202,其中，提供晶圆222。晶圆222可以 是图IA的晶圆116和/或图IB的晶圆164。在一些实施例中，晶圆222可以是硅晶圆。 可选地或另外地，晶圆222可以包括诸如锗的另一种元素半导体；包括碳化硅、砷化镓、磷 化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟的化合物半导体；或包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、 GaInAs、GaInP和/或GaInAsP的合金半导体。在一些可选实施例中，晶圆222包括绝缘体 上半导体（SOI)。可以在晶圆上沉积多个导电和非导电薄膜。例如，导电材料可以包括金 属，诸如，铝（Al)、铜（Cu)、钨（W)、镍（Ni)、钛（Ti)、金（Au)和钼（Pt)以及金属的合金。绝 缘体材料可以包括氧化硅和氮化硅。
[0059] 仍然参考图2A和图2B，方法200进行至步骤204,其中，在晶圆222上形成光刻胶 膜224。在一些实施例中，光刻胶膜可以包括光致抗蚀剂膜和/或电子束敏感光刻胶膜。光 刻胶膜224可以是正性光刻胶或负性光刻胶。光刻胶膜224可以包括单层光刻胶膜或多层 光刻胶膜。在一些实施例中，可以使用例如旋涂工艺的涂覆工艺在晶圆222上沉积光刻胶 膜224。在沉积光刻胶膜224之后，可以执行软烘（SB)工艺以将溶剂从光刻胶膜224中驱 出，并且以增加光刻胶膜224的机械强度。在一些实施例中，还可以形成抗反射涂层，诸如， 底部抗反射涂层（BARC)或顶部抗反射涂层（TARC)。
[0060] 参考图2A和图2C，方法200进行至步骤206,其中，使用光刻系统100和/或150 使沉积在晶圆222上的光刻胶膜224曝光，以形成光刻胶图案。如关于图IA所论述的，当 在步骤206中使用电子束光刻系统100时，图案由图案生成器106决定，并且光束226是由 图案生成器106所提供的图案化电子束118。如关于图IB所论述的，当在步骤206中使用 光刻系统150时，图案由掩模158上的图案决定，并且光束226是由辐射源152所提供的辐 射束。
[0061] 参考图2A和图2D，方法200进行至步骤208,其中，使晶圆222上的曝光后的光 刻胶膜224进行显影，以在晶圆222上形成光刻胶图案228。在一些实施例中，显影剂包括 用于正性显影（PTD)的基于水的显影剂，诸如，四甲基氢氧化铵（TMH)。在一些实施例中， 显影剂可以包括用于负性显影（NTD)的有机溶剂或有机溶剂的混合物，诸如，甲基戊基酮 (methyl a-amyl ketone，MAK)或包括MAK的混合物。例如，可以使用旋涂工艺将显影剂施 加至曝光的光刻胶膜上。还可以对施加的显影剂执行曝光后烘焙（PEB)、显影后烘焙（PDB) 工艺、或它们的组合。
[0062] 参考图2A和图2E，方法200进行至步骤210,其中，将光刻胶图案228转印到晶圆 222。如图2E所示，在晶圆222上形成图案210。在一些实施例中，将光刻胶图案转印至晶 圆上包括：使用光刻胶图案228作为掩模，对晶圆222执行蚀刻工艺，去除光刻胶228,以及 在晶圆222上形成图案或部件（例如，210)。蚀刻工艺可以包括干（等离子体）蚀刻、湿蚀 刻和/或其他蚀刻方法。例如，干蚀刻工艺可以利用含氧气体、含氟气体（例如，CF 4、SF6、 CH2F2、CHF3和/或C2F6)、含氯气体（例如，Cl 2、CHC13、CCl4和/或BCl3)、含溴气体（例如， HBr和/或CHBr3)、含碘气体、其他合适的气体和/或等离子体和/或它们的组合。蚀刻工 艺可以进一步使用清洗工艺。
[0063] 在使用以上关于图IA和图IB所论述的光刻系统100和/或150的曝光工艺期 间，可以去除晶圆台114和/或162,使得可以使用一个曝光工具使晶圆上的多个区域曝光。 例如，当相对于透镜112和/或透镜154移动晶圆台114和/或162时，在扫描模式下，可 以沿着晶圆台的移动方向的相反方向使晶圆的第一区域曝光。在完成第一区域曝光之后， 晶圆台114和/或162可以沿着垂直于晶圆台的移动方向的方向步进预定距离，然后，晶圆 台114和/或162可以沿着平行于移动方向的方向相对于透镜112和/或透镜154移动， 使得在扫描模式下，可以使不同于晶圆的第一区域的第二区域曝光。在一个或多个"扫描" 工艺期间，晶圆台114和/或162可以是移动的，并且透镜112和/或154可以是静止的。 曝光柱可以包括光刻系统100的一个或多个透镜柱112、和/或以任何合适结构布置的光刻 系统150的透镜154、掩模158和掩模台156。如图4A所示，为了增加曝光生产量，可以将 多个曝光柱密集地封装在一起，以根据图3所示的方法300执行"步进和扫描"曝光工艺。
[0064] 图3是示出根据本发明的一些实施例使用光刻系统执行"步进和扫描"曝光的方 法300的流程图。在一些实施例中，光刻系统可以是电子束光刻系统100和/或光刻系统 150。方法300可以包括在关于图2A所论述的方法200的步骤206中。将在以下段落中结 合图4A至图4C更详细地论述图3。
[0065] 为了增加晶圆上的曝光区域和改进曝光生产量，可以将多个曝光柱密集地封装在 一起，以执行晶圆的曝光。图4A是根据本发明的一些实施例的六个曝光柱404密集地封装 在一起以执行晶圆402的"步进和扫描"曝光的单元柱组件（UCA)400的示例性俯视图。在 一些实施例中，晶圆402可以是系统100的晶圆116或系统150的晶圆164。每个曝光柱 404可以包括系统100的透镜柱112和104、以及图案生成器106。如图4A所示，六个曝光 柱404密集地封装为两行，每行均具有布置成直线的三个曝光柱。第二行可以相对于第一 行向一侧移动基本等于曝光柱404的半径的距离，从而使得每当UCA400在整个晶圆402上 进行扫描时，与六个封装的曝光柱404的曝光区域408相对应的六个柱区域可以同时被曝 光。在一些实施例中，UCA400可以包括以任何合适的拓扑结构（topology)布置的多个曝光 柱404。每个曝光柱404都包括例如图4A所示的矩形形状的曝光区域408。曝光区域408 可以包括任何其他合适的形状。在一些实施例中，曝光区域408的宽度W exp可以小于0. 1_。 [0066] 图4B和图4C是分别示出根据本发明的一些实施例在使用图4A的UCA400曝光晶 圆期间的扫描和步进工艺的示意图。参考图3和图4B，方法300开始于步骤302,其中，将 晶圆402装载到晶圆台（例如，晶圆台114和/或162)上。如方法200的步骤204中论 述的，光刻胶膜已沉积在晶圆的表面上。在步骤302中，还可以对晶圆402执行晶圆对准， 使得要被曝光的光刻胶图案与先前转印到晶圆402上的图案对准。在一些实施例中，可以 使用一个或多个机械臂将晶圆402装载到晶圆台上。当单个机械臂用于晶圆装载工艺302 时，可以每次装载单个晶圆402。当多个机械臂用于晶圆装载工艺时，每次可以装载多个晶 圆 402。
[0067] 当晶圆沿着y方向移动时，UCA400主要对晶圆执行扫描和曝光工艺。扫描工艺可 以包括方法300的步骤304至步骤312。参考图3和图4B，在方法300的步骤304中，晶圆 402从装载位置加速移动，然后在曝光区412中以恒定速度移动，其中，如图4B所示，UCA400 用于使沉积在晶圆402上的光刻胶膜曝光。
[0068] 在方法300的步骤306中，可以使用晶圆计量系统（WMS) 410,来监控和测量晶圆 402的位置和在曝光之前形成在晶圆上的图案。在一些实施例中，可以将诸如平面镜的一个 或多个传感器或器件安装在晶圆载体（和/或晶圆台）和WMS410上，使得可以使用诸如干 涉测量技术的任何合适的技术在曝光工艺期间实时地监控晶圆的位置和条件。在一些实施 例中，在扫描前测量期间，结合限定曝光工具的坐标系统来测量晶圆402和UCA400的位置 数据，然后使用位置数据进行调节。在一些实施例中，位置数据可以包括晶圆横向和纵向位 置。WMS410还可以将投影透镜聚焦到晶圆。在一些实施例中，WMS410还可以监控晶圆和晶 圆台的温度，以更好的控制曝光条件。
[0069] 在方法300的步骤308中，晶圆402可以在曝光区域412中以恒定速度移动，以形 成结合方法200的步骤206论述的光刻胶图案。在方法300的步骤310中，可以由WMS410 再次监控和测量曝光后的晶圆402和/或UCA400以与在方法300的步骤306中所公开的 基本类似的方式获得位置和条件数据。在一些实施例中，步骤310是可选择的，并且当步骤 310不必要时，步骤308可以直接进行至步骤312。在方法300的步骤312中，然后，使曝光 后的晶圆402减速，以退出曝光区412,并且暂停（settling)以准备用于步进工艺。在结合 方法300的步骤304至步骤312所论述的扫描工艺之后，使晶圆402的前六个柱区域曝光， 以形成光刻胶图案。晶圆402的每个曝光的柱区域的宽度与曝光区域408的宽度W exp相关。
[0070] 然后，方法300可以进行至步骤314,其中，确定当前晶圆的曝光工艺是否已经结 束。在一些实施例中，由于已监控晶圆台和UCA400的位置，并且位置数据可以使用计算机 (例如，计算机120)存储在计算机可读介质中，所以可以在步骤314中确定位置数据和步进 距离W step。在一些实施例中，可以使用以下方程式1计算使晶圆曝光所需的步进的次数：
[0071] nstep；sw = Dw/(ffstep*nc) (1)
[0072] 其中，nstep，sw是单个晶圆所需的步进的次数，D w是晶圆的直径，Wstep是沿着如图4A 所示的X方向的一个步进工艺的距离，并且如图4A至图4C所示，η。是在一个UCA400中的 曝光柱的数量，例如，η。= 6。曝光系统可以保持跟踪晶圆已经步进的次数，并且在步骤314 中，其数量可以与数量nstep， sw进行比较。
[0073] 在步骤314中，在对晶圆的当前曝光工艺期间，当晶圆步进的次数小于nste;p， sw时， 方法300进行至步骤316,其中，如图4C所示，使晶圆沿着X方向步进以用于整个晶圆上的 接下来的扫描工艺。在步骤316中，如图4A所示，晶圆可以沿着X方向步进距离W step，使得 UCA400能够"扫描"与晶圆上的首次曝光的柱区域不同的一个或多个区域。在一些实施例 中，步进距离Wstep确定为小于曝光区域408的宽度（W exp),使得可能存在邻近两个曝光区之 间的小重叠。
[0074] 在步进工艺之后，步骤316可以进行至步骤304,其中，晶圆可以在y方向上加速， 并且与通过步骤312的先前减速区域的先前扫描和曝光工艺的方向相反（例如，图4B的方 向414)。晶圆还可以被测量，并且在曝光区412中以恒定速度曝光。然后，晶圆可以减速， 以相反的y方向（例如，方向414)退出曝光区域412,并且暂停以准备再次用于步骤314中 的确定工艺。
[0075] 在步骤314中，当在对晶圆的当前曝光工艺期间的步进次数达到nstep， sw时，方法 300进行至步骤318,其中，从晶圆台卸载晶圆以用于随后工艺（诸如结合图2A论述的方法 200的步骤208和步骤210)。
[0076] 在晶圆402的曝光工艺期间，存在可以用于评估曝光系统的两个参数：占位面积 (FP)和生产量（TP)。在图4B所示的扫描工艺期间，使用以下方程式2确定占位面积（FP):
[0077] FPscan = 2DW+2A+2M+C (2)
[0078] 其中，FPsean是在整个晶圆上执行扫描工艺所需的空间，并且Dw是晶圆402的直径。 A是用于步骤304所示的晶圆402加速进入曝光区域412并且如步骤312所示的在晶圆402 暂停（如步骤314所示，用于确定曝光工艺是否结束）之前减速以退出曝光区域412的距 离。M是WMS410执行可以包括扫描前测量（例如，步骤306)和/或扫描后测量（例如，步 骤310)的测量所需的距离。C是如图4A和图4B所示的UCA400的长度。如图4B所示，在 一些实施例中，C可以对应于晶圆在曝光区412中以恒定速度移动并且曝光的距离。
[0079] 在图4C所示的步进工艺期间，可以使用以下方程式3确定占位面积（FP):
[0080] FPstep = Dw+B/2 (3)
[0081] 其中，FPstep是对晶圆执行步进工艺所需的空间，并且B是如图4C所示的每个曝光 柱404的直径。
[0082] 生产量（TP)由正被曝光的晶圆的数量除以"步进和扫描"曝光方法300所需的时 间进行限定。"步进和扫描"曝光所需的时间被计算为用于晶圆装载（步骤302)、加速（步 骤304)、扫描前测量（步骤306)、用于曝光的扫描（步骤308)、可选择的扫描后测量（步骤 310)、减速（步骤312)、以及晶圆步进（步骤316)···以及晶圆卸载（步骤318)的时间的 总和。在一些实施例中，在可选择的步骤310中的扫描后测量不是必要的。如图4B和图4C 所示，可以使用以下方程式4-1确定对单个晶圆的"步进和扫描"曝光工艺所需的时间的总 和 tsw :
[0083] tsw = tL+nstep；sw*(tscan；sw+tM+t A+tstep) (4-1)
[0084] 其中，\指示晶圆装载、对准、和卸载工艺所需的时间。在一些实施例中，\还可以 包括晶圆表面测量所需的时间。如结合方法300的步骤308论述的，t sean，sw是通过UCA400 的晶圆扫描所需的时间。tsc;an， sw可以以方程式4_2进一步表不如下：
[_5] tscan；sw= (C+Dw)/v (4-2)
[0086] 其中，v是在步骤308中的平均扫描速度。tM是在步骤306和310中使用丽S410 的扫描前和扫描后测量所需的时间，t A是用于在步骤304和312中的加速和减速的时间， tstep是如结合步骤316论述的晶圆在y方向上的扫描期间沿着X方向步进所需的时间。当 单个晶圆台工具用于以上论述的对η个晶圆进行"步进和扫描"曝光时，所需要的时间是 n*tsw，这是因为可以将一个晶圆装载到晶圆台上，以同时执行"步进和扫描"曝光。从而，对 单个晶圆的"步进和扫描"曝光工艺的生产量（TP)可以使用以下方程式5确定：
[0087] TPsw = l/tsw = l/[tL+nstep；sw*(tscan；sw+tM+t A+tstep)] (5)
[0088] 图5A是根据本发明的一些实施例的包括封装在一起以执行"步进和扫描"曝光 的多个UCA400的曝光工具500的俯视图。可以将曝光工具500集成到光刻系统100和/ 或150中。在图5A所示的示例性实施例中，将六个UCA400-1至400-6封装在一起，以形成 曝光工具500。每个UCA400包括以与关于图4A论述的相同的拓扑结构密集地封装在一起 的六个曝光柱404。如图5A所示，UCA400-1至400-6被布置为列，使得每个UCA相对于下 一行中的UCA移动距离g。例如，如图5A所示。UCA400-2相对于UCA-I移动距离g，并且 UCA400-3相对于UCA-I移动距离2g，...，以及UCA-6相对于UCA-I移动距离5g。由于封 装后的多个UCA同时执行"步进和扫描"曝光，所以曝光晶圆所需的步进的次数可以使用以 下方程式6计算：
[0089] nstep；nw = Dw/(ffstep*nc*nu) (6)
[0090] 其中，nu是在曝光工具500中封装在一起的UCA的数量。
[0091] 图5B是示出根据本发明的一些实施例的固定多个晶圆402以对多个晶圆同时执 行"步进和扫描"曝光的晶圆载体504的示意图。如图5B所示，将晶圆402彼此邻近放置在 晶圆载体504上。在"步进和扫描"曝光工艺期间，固定在晶圆载体504上的多个晶圆402 一起移动。在一些实施例中，将多个晶圆402沿着扫描方向（例如，y方向）放置在晶圆载 体504上，使得曝光工具500可以同时扫描晶圆载体504上的多个晶圆402。然后，在同时 扫描之后，多个晶圆402可以沿着垂直于扫描方向的步进方向（例如，X方向）一起步进， 以沿着扫描方向开始下一次扫描。在一些实施例中，晶圆载体504可以固定多个晶圆台，并 且每个晶圆台都将晶圆保持在晶圆台上。
[0092] 图5C是示出使用图5A的曝光工具500和图5B的晶圆载体504对固定在晶圆载 体504上的多个晶圆（即，n w个晶圆）执行"步进和扫描"曝光工艺的示意图。可以使用关 于图3所论述的方法300实施"步进和扫描"曝光。晶圆载体504可以沿着y方向移动，使 得曝光工具500可以执行扫描工艺。因为晶圆载体504上的多个晶圆一起移动，所以与单 个晶圆花费的时间^和t A相比，在步骤306和310中使用WMS410的扫描前和扫描后测量 所花费的时间tM和在步骤304和312中加速所需的时间t A不会增加。为了简单的目的，将 图5C所示的系统称为加速和度量共享（AMS)系统。因此，对晶圆载体504上的n w个晶圆 执行的"步进和扫描"曝光工艺所需的时间tnw的总和可以使用以下方程式7-1确定：
[0093] tnw = nw*tL+nst 印，nw*(tscan，nw+tM+t A+t_) (7-1)
[0094] 在方程式7中，对于晶圆载体504上的每个晶圆而言，假设用于晶圆装载、对准和 卸载的时间k和扫描前和扫描后测量所需的时间t M均相同。如图5A和图5C所不，扫描时 间ts_，nw表示使用一起封装在曝光工具500中的n u个UCA的nw个晶圆的扫描时间。tsc;an，nw 可以使用方程式7-2进一步表示如下：
[_5] tscan，nw = (nu*C+nw*Dw)/v (7-2)
[0096] 其中，v是在步骤308中的平均扫描速度。
[0097] 在一些实施例中，多个晶圆台可以用于将晶圆保持在晶圆载体上。可以调节相应 的晶圆台中的晶圆，使得可以在每个晶圆和曝光区域之间提供曝光图案的精确对准。可选 地，每个晶圆台都可以固定晶圆，并且在没有晶圆载体504的情况下，可以以基本类似的速 度一起扫描多个晶圆台。
[0098] 参考图5C，当将多个机械臂（例如，nw个机械臂）用于晶圆装载和卸载时，用于对 nw个晶圆执行"步进和扫描"曝光工艺所需的时间的总和tnw可以进一步缩短至：
[0099] tnw = tL+nst 印，nw*(tscan，nw+tM+t A+t_) (8)
[0100] 与使用一个UCA分别曝光nw个晶圆（图4A)相比，方程式9示出通过使用包括n u 个UCA的AMS曝光工具500来曝光nw个晶圆（图5C)所节省的时间tsaved :
[0101] tsaved = nw*tsw-tnw
[0102] = (nw-l) *tL+nstep，nw* (nw*nu-l) * (tM+tA+tstep) +nstep，nw*nu* (nw-l) * (C/ v)+nstep，nw*nw*(nu-l)*(D w/v) (9)
[0103] 使用一个UCA曝光一个晶圆（图4)与使用AMS (图5C)的TP相比较的生产量（TP) 的差值或每小时曝光的晶圆的增益可以使用以下方程式10确定：
[0104] TPgain = nw/tnw-l/tsw = tsaved/(tnw*t J (10)
[0105] 方程10中的标准化生产量增益（TPgain)在以下方程式11中示出为：
[0106] TPnornijgain= (nw/tnw-l/tj/(l/tj = tsaved/tnw (11)
[0107] 使用一个UCA分别曝光nw个晶圆（图4)与AMS (图5C)的TP相比较的占位面积 的增益（FPgain)可以使用以下方程式12确定：
[0108] FPgain = nw*FPsw_FPnw
[0109] = nw* (2DW+2A+2M+C) * (Dw+B/2) - (2nw*Dw+2A+2M+nu*C) * (Dw+B/2)
[0110] = [(2A+2M)*(nw-l) + (nw-nu)*C]*(Dw+B/2) (12)
[0111] 来自方程式12的标准化占位面积（FPnmiigain)在方程式13中示出为：
[0112] FPnornij gain = (nw*FPsw-FPnw) / (nw*FPsw)
[0113] = [(2A+2M)*(nw-l) + (nw-nu)*C]/[nw*(2Dw+2A+2M+C)] (13)
[0114] 对于不同光刻系统，可以优化每一载体上晶圆的数量（nw)、以及每一曝光工具上 曝光柱的数量（n u)，以使用诸如方程式9至13的上述方程式最大化生产量增益和/或最小 化占位面积增益。
[0115] 如图5A所示，两个邻近UCA可以移动距离g，使得所有UCA的曝光柱上的曝光区域 在一次扫描工艺期间不曝光重叠区域。在一些实例中，可以将两个邻近的UCA之间的移动 距离（g)的长度选择为稍微小于每个曝光柱的曝光区域408的宽度（W exp)。移动距离（g) 也可以小于曝光柱的半径（B/2)。
[0116] 表1示出具有用于曝光固定在晶圆载体上的七个晶圆的封装在一起的六个UCA的 电子束光刻系统（例如，光刻系统1〇〇)的参数的集合。
[0117] 表1多电子束扫描系统的参数

【权利要求】
1. 一种光刻系统，包括： 福射源； 曝光工具，包括在第一方向上封装的多个曝光柱，每个曝光柱都包括被配置成经过所 述福射源的曝光区域；W及 晶圆载体，被配置成固定并且沿着垂直于所述第一方向的第二方向移动一个或多个晶 圆，使得所述一个或多个晶圆通过所述曝光工具曝光，W沿着所述第二方向形成图案，所述 一个或多个晶圆覆盖有光刻胶层，并且在所述晶圆载体上W所述第二方向对准。
2. 根据权利要求1所述的光刻系统，其中，所述一个或多个晶圆被配置成在所述晶圆 载体上沿着所述第一方向。
3. 根据权利要求1所述的光刻系统，其中，所述晶圆载体固定被配置成沿着所述第二 方向的一个或多个晶圆台，每个所述晶圆台都被配置成固定晶圆。
4. 根据权利要求1所述的光刻系统，其中，所述多个曝光柱在所述曝光工具上封装为 沿着所述第一方向彼此邻近。
5. 根据权利要求1所述的光刻系统，其中，所述多个曝光柱沿着所述第二方向封装为 多于一行，W及 所述曝光柱的两个邻近行沿着所述第一方向移动的距离基本类似于所述曝光柱的半 径，所述两个邻近行形成单元柱组件扣CA)。
6. 根据权利要求5所述的光刻系统，其中，沿着所述第二方向封装多个UCA，W及 两个邻近UCA沿着所述第一方向移动的距离小于所述曝光柱的所述半径。
7. 根据权利要求1所述的光刻系统，其中，所述晶圆载体被配置成沿着所述第一方向 使所述一个或多个晶圆相对于所述曝光工具移动的距离小于所述曝光区域在所述第一方 向上的宽度。
8. 根据权利要求1所述的光刻系统，进一步包括；晶圆计量系统（WMS)，被配置成测量 所述晶圆载体、所述曝光工具或它们的组合的位置数据。
9. 一种用于图案化多个晶圆的方法，所述方法包括： 提供包括在第一方向上封装的多个曝光柱的曝光工具，每个曝光柱都包括曝光区域； 将配置为沿着垂直于所述第一方向的第二方向的多个晶圆装载到晶圆载体上，所述多 个晶圆涂覆有光刻胶层； 发射的福射源通过每个曝光柱的所述曝光区域，W使多个被涂覆的晶圆曝光； 沿着所述第二方向移动所述晶圆载体，使得所述曝光工具沿着所述第二方向使所述多 个被涂覆的晶圆曝光，W形成光刻胶图案；W及 沿着所述第一方向使所述晶圆载体步进的距离小于所述曝光区域在所述第一方向上 的觉度。
10. -种用于在多个晶圆上形成光刻胶图案的方法，所述方法包括： 在多个晶圆上涂覆光刻胶膜； 沿着第一方向将多个被涂覆的晶圆装载到晶圆载体上； 使用曝光工具沿着所述第一方向使所述多个晶圆上的所述光刻胶膜曝光，所述曝光工 具包括在垂直于所述第一方向的第二方向上封装的多个曝光柱； 沿着所述第二方向使所述晶圆载体步进的距离小于曝光区域在所述第一方向上的宽 度，所述曝光区域包括在每个曝光柱中；w及 使曝光后的光刻胶膜显影，W在所述多个晶圆上形成所述光刻胶图案。
【文档编号】G03F7/20GK104460236SQ201410305880
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】林本坚, 林世杰, 许照荣, 王文娟 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司