专利名称：结晶衬底的对准方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到结晶衬底例如半导体晶片的对准方法，使其一个或多个晶面对准于待要被光刻工艺转移到衬底上的光刻图形；此外，本发明还涉及到执行此方法的装置。
在半导体器件的微型常规制造过程中，半导体晶片被执行光刻工艺，以便在其上刻划各种特征，此晶片结合光刻工艺被化学加工，以便将各种特征转换成器件的各个功能部分；当完成光刻和化学工艺时，晶片最终被解理，以便分成各个独立的器件，接着进行封装，并在发货之前进行测试。
这种器件常常是这样制造的，即光刻图形被对准于单晶结构的晶片的结晶学平面方向。例如，由III-V族半导体晶片微型制造的光电器件通常依赖于其制造过程中其中产生平滑的{110}晶面解理小平面，这种小平面在器件工作中起着关键的作用，例如在为固态激光器腔提供镜面表面。这种平滑的解理小平面的产生可能难以实现，因而要求用来制造器件的光刻图形非常精确地平行对准于所要求的晶片解理面边沿。这一问题更为复杂的是，晶片在其制造过程中常常被故意切割使其各个主表面平面不准确地平行，而是与包含晶片的单晶材料的{001}平面相差一个切割角。此切割角可以例如是2 °-10°。这种晶片目前在半导体加工厂中被常规使用着，非0切割角在器件制造过程中有助于各个晶体层的外延生长，这些晶体层组成器件的一部分。
常规地说，晶片外围边沿处具有研磨和抛光的“平坦部分”的圆形单晶硅晶片和直径小于75mm的单晶III-V族化合物晶片被供给半导体器件制造厂家，此平坦部分名义上对准于一个特定的晶片晶面。直径为150mm或更大的III-V族化合物大晶片通常在其外围边沿处不具有平坦部分，而是代之以切口，此切口通常提供误差限度为+/-1°的相对于晶片晶面的角对准精度。在较小的III-V族材料晶片的情况下，晶片上的平坦部分名义上对准于其{110}晶面。光刻装置当前的工作是借助于机械地对齐这些平坦部分，从而将光刻装置中光刻掩模上的光刻图形角对准于平坦部分，从而对准于与此平坦部分相关的晶面。但这些平坦部分的角对准精度常常不足以提供用于晶片解理目的以提供平滑的解理器件表面的精确对准。在具有非0切割角的晶片中，或器件制造过程中生长的外延层也生长到平坦部分上从而对其对齐精度发生不利影响的情况下，这种不精确性特别有问题。
当制造光电器件时，所要求的晶片解理平面与晶片的主平面的交线常常必须平行于投影到晶片上的光刻图形使其角度误差达到小于1弧分。例如，在某些情况下，晶片中各个器件之间的解理轨迹被限制为100μm的宽度，以便确保晶片上足够的器件密度；若晶片直径为7 5mm，则晶片必须对准在+/-2.25弧分以内，否则，当器件沿晶片的晶面被解理时，解理将横向传播超过解理轨迹，从而对器件的成品率发生不利影响。当采用直径更大的晶片例如直径为150mm的晶片时，这一对准精度问题进一步恶化。为了减轻这一对准问题，方便的办法是使用大于100μm的解理轨迹并接受晶片上器件密度的相关降低。
对于用相关晶片平坦部分的机械对齐方法将光刻图形对准于晶片晶面的问题，目前有二种已知的解决办法。在第一种解决办法中，晶片沿所要求的平面空间靠近晶片上现有名义上精确平坦部分被解理；因而产生的被解理表面精确地角对准于晶片的晶面，从而能够被用于掩模图形对准。在第二种解决办法中，制造厂家供给晶片上具有平坦部分的晶片，此平坦部分未被抛光，使其精度不由于抛光工艺而降低。
二种解决办法都提供充分精确对准的平坦部分，光刻装置能够在几弧分的误差内对其进行对齐。但已知这样解理的且未抛光的平坦部分是裂纹的根源，这种裂纹能够传播通过包含这种平坦部分的晶片，从而导致由这种晶片制造的器件失效，或甚至晶片破裂。为了减少相关器件失效和晶片破裂的风险，晶片平坦部分通常被抛光和倒圆。采用解理的或未被抛光的对齐平坦部分的晶片于是就代表器件制造成品率的一种严重危险，最好是加以避免。
本发明人已经认识到用常规的平坦部分和切口来执行晶片对光刻图形的结晶学对准是一种不能令人满意的办法，因而存在着问题。为了说明这一问题，本发明人认识到能够采用其它的对准技术。
根据本发明的第一情况，提供了一种在装置中对准衬底的方法，其特征是，此装置组合了用来将图形印制到衬底上的光刻装置以及用来测量衬底的一个或多个晶面的角取向的衬底衍射角测量装置，此方法包括下列步骤
(a)校准图形相对于测量装置的角取向；(b)将衬底插入到光刻装置中；以及(c)用测量装置测量衬底的所述一个或多个晶面的角取向，并旋转衬底，直至其一个或多个晶面角对准于图形；此图形从而角对准于衬底并角对准于其所述一个或多个晶面。
本发明提供的优点是，装置能够将衬底的晶面对准于图形而无须依赖组合在衬底中的任何平坦部分或相似的对准特征。
有利的是，此方法所用的衍射测量装置在X射线辐射波长下工作以确定所述一个或多个晶面的角取向。X射线辐射的使用提供的优点是，其波长与构成衬底的原子的间距处于相同的数量级，从而提供了相对于衬底形成便于测量的角度的X射线衍射束。测量装置最好测量衬底中从布拉格衍射得到的被衍射的X射线辐射。
为了使此方法简单而可靠，借助于找到在所述测量装置的X射线探测器中引起最大X射线计数率的衬底相对于测量装置的取向，来确定所述一个或多个晶面的正确角取向，是可取的。这一方法回避了执行与涉及到衍射束的复杂计算与外推的其它晶体取向测量技术相关的复杂计算的需要。
常规地说，在此方法中，借助于使询问X射线束透过衬底而产生被衍射的X射线束，用来测量所述一个或多个晶面的角取向。
然而，X射线辐射通过衬底的透射引起辐射衰减。于是在此方法中有优点的是，借助于从衬底反射询问X射线束而产生用来测量所述一个或多个晶面的角取向的被衍射的X射线束。从而与通过衬底透射和衍射的比例相比较，出现入射到衬底上的相对更大比例的X射线辐射被衍射反射的好处。为了不遮蔽光刻装置，询问束最好照射到衬底的外围边沿上。
而且，在此方法中，将测量装置保持在光刻装置的一侧，使之不遮蔽光刻装置，是可取的。这样，在此方法中有利的是，测量装置使用一阶、二阶或三阶衍射模来测量所述一个或多个晶面的角取向。高于一阶的衍射模引起相对更大的衍射角，从而使测量装置能够被安装成正好面对光刻装置的一侧。
在上述方法中，最好用子方法来达到校准，此子方法包括下列步骤
(a)将测试衬底插入到光刻装置中，此测试衬底被解理成暴露对应于一个晶面的被解理边沿；(b)使测试衬底相对于测量装置角对准，以便从其探测器产生最大辐射计数率；以及(c)使图形的特征相对于被解理边沿角对准。被解理的测试晶片的使用，确保了图形被对准于对应于特定晶面的解理边沿。
根据本发明的第二情况，提供了一种装置，用来执行根据本发明第一情况的方法，此装置包含用来将图形印制到衬底上的光刻装置以及用来测量衬底的一个或多个晶面的角取向的衍射衬底角测量装置，此装置可进行操作来使所述一个或多个晶面角对准于图形，然后将图形印制到衬底上。
此装置提供的优点是能够将衬底对准于图形而无须参照晶片上的任何对准平坦部分。
有利的是，测量装置包括X射线源和X射线探测器，此源被安置来产生用来询问衬底的束，而探测器被安置来接收由束的布拉格衍射引起的被衍射的辐射。X射线布拉格衍射是测量衬底的结晶学取向的一种方便的准确方法。
有利的是，测量装置被安置来探测通过衬底被透射和衍射的辐射。或者，测量装置被安置来探测从衬底反射和衍射的辐射。比之透射穿过其中的辐射的比例，更大比例的辐射从衬底被反射，采用反射衍射X射线辐射于是提供相对更大的信号用于确定衬底的晶体取向，因而提供了潜在更高的精度。当被反射的辐射被用来确定衬底取向时，用来探测从衬底反射的衍射辐射的大面积X射线探测器是可取的；本文中的大意味着探测器具有面积超过1cm2的X射线敏感探测区。
X射线源最好包括用来产生辐射束的X射线靶，此靶的材料包括铜、钴、铁或钼。这种靶提供了用于此装置的有用的X射线辐射波长范围。
常规地说，测量装置被安置在可相对于光刻装置调整安装的二部分中，从而能够调整测量装置以适合与从衬底衍射的辐射相关的布拉格衍射角范围。
测量装置的这种结构使得它能够适于测量不同组成部分和不同尺寸的衬底的结晶取向。而且，为了能够使测量装置采用方便的装配角度，测量装置可适当地工作于一阶、二阶或三阶衍射模。
现参照下列附图，仅仅以举例的方式来描述本发明的实施方案，在这些附图中
图1是根据本发明使用X射线透射衍射的装置的第一实施方案的侧视图；图2是根据本发明使用X射线反射衍射的装置的第二实施方案的平面图；图3是图2所示第二实施方案的一部分的侧视图；而图4是图2和3所示本发明第二实施方案的修正变型的平面图，它组合了线性支撑构件，其上可调节地安装其X射线衍射装置。
现参照图1，示出了根据本发明的装置10。装置10包含常规光刻装置20，装置20包括用来曝光有机晶片抗蚀剂的辐射源25、用来对准来自源25的辐射的光学单元30、以及包含光刻图形的光刻掩模35。光刻装置20还包含链接到相关执行单元45的晶片吸盘40，执行单元的输入P1被连接到晶片对准控制单元50的输出O1。控制单元50组合有计算机，用来响应于其输入I1处接收到的计数信号而控制吸盘40的角度旋转；此控制单元50还被安置成例如装置10被手动操作时接收来自操作人员的输入指令。控制单元50在其输出O2处还被连接到光刻控制单元60的输入C1。控制单元60在其输出O3处被连接到源25的输入S，用来控制源25何时发射辐射以辐照掩模35。而且，控制单元60还包含连接到掩模执行单元65的输入P1的输出O4，用来控制掩模35的角度旋转。
装置10还包括X射线衍射装置100；如图1所示，装置100的第一部分位于吸盘40一侧下面，而装置的第二部分位于吸盘40一侧上面。装置100的第一部分包含一个点X射线源110、第一X射线屏蔽120、以及X射线准直器130。屏蔽120被包括来使吸盘40和装置10的操作人员屏蔽于未被准直器130形成到束中并在吸盘40处散射的杂散X射线辐射。源110是35kV的水冷商用X射线源，它包括铜靶，并可工作来主要发射波长为0.154nm的X射线辐射，虽然0.154nm以外波长的分量也被发射。准直器130包含金属管，例如黄铜管，它将源110发射的X射线辐射转变成最大半角大于待要装载在吸盘40上并被角度对准的任何晶片的切割角的射线束。准直器130被包围在从源110延伸到吸盘40正下方的第一屏蔽120之内。
装置100的第二部分包含束方向鉴别器140、第二射线屏蔽150、以及X射线探测器160。对X射线辐射敏感的鉴别器140和部分探测器160被包围在从探测器160延伸到吸盘40正上方的第二屏蔽150之内。鉴别器140用表现相对高的传输因子和对束方向灵敏度高的四回波通道(four-bounce channel)切割晶体来实现，鉴别器140还用作单色仪来从由源110发射的0.154nm波长中清除不希望有的X射线分量。
鉴别器140也可以被实现为一对狭缝，其中一个狭缝的位置可相对于另一个狭缝调节。但鉴别器140的这种实现要求在源110与探测器160之间包括单色仪。
源110可工作来产生波长为0.154nm的X射线辐射，通过准直器130传播并被部分地对准在其中，以提供由170表示的射线束。束170通过吸盘40中的缝隙180以及吸盘40上的半导体晶片190的边沿区域传播，束170在边沿区域中被布拉格衍射，并通过鉴别器140从中进一步传播到探测器160，束170在其中被探测，从而在探测器160的输出Q处产生输出信号。输出Q被连接到控制单元50的输入I1。控制单元50可工作来使用探测器160的输出信号作为用来控制晶片相对于衍射装置100的角度对准的反馈。
在装置10中，衍射装置100相对于吸盘40被对准，以便收集从吸盘40上的晶片190的最佳晶面衍射的X射线辐射。而且，光刻装置20可以包括光学接近式印刷机、步进重复光学印刷系统、或电子束光刻系统。当装置20是电子束系统时，晶片190和吸盘40位于系统的真空工作室中。
X射线屏蔽120和150被包括在衍射装置100中，以便减少来自其中的杂散X射线辐射对涂敷在面对源25的晶片190的上主表面的有机抗蚀剂的曝光。而且，屏蔽120和150还防止装置10的操作人员免受有害的X射线曝光。
现参照图1来描述装置10的工作。
一开始，旋转掩模35以校准其相对于衍射装置100的角度对准到高精度，例如到误差明显小于1弧分。借助于将测试晶片插入到吸盘上而得到这一校准，晶片中包括对准于其晶面到装置10所要求的角度精度的相对长的解理边沿。来自源110的X射线辐射通过准直器130传播以形成束170，此束通过缝隙180进一步传播到测试晶片，在其中被衍射，从而产生衍射束。衍射束通过鉴别器140，并最终在探测器160中被探测，从而在输出Q处产生信号，此信号取对应于被探测的X射线光子的脉冲串的形式。控制单元50监视着探测器160的输出Q处提供脉冲的速率，并指示执行单元45旋转吸盘40，直至来自探测器160的X射线脉冲速率达到最大值。借助于人的视觉检查，例如用分离屏幕显微镜，将指令输入到控制单元60，以便精确地旋转掩模35，直至投影在其上的图形精确地角度对准于测试晶片上的解理边沿。当达到这一对准时，掩模35就通过测试晶片已经被对准于衍射装置100。每次改变掩模35时或周期性地修正在装置10中的位移，都需要校准。
在装置10的正常工作过程中，当不被校准时，晶片190被装载到吸盘40上。控制单元50监视着来自探测器160的X射线脉冲速率，并指示执行单元45旋转吸盘40上的晶片190，直至X射线脉冲速率最大。当晶片190中的晶面对准于鉴别器140的接收角因而对准于衍射装置100时，就出现最大的X射线脉冲速率。对准控制单元50就将其输出O2处的信号输出到光刻控制单元60。控制单元60则相对于晶片190对准掩模35。当已经达到晶片190的对准时，控制单元60就激活源25对掩模35进行照明，从而将掩模图形转移到涂敷在其面对掩模35的晶片190的主表面上的有机抗蚀剂层上。
在曝光之后，将晶片190从吸盘40移走，在适当的溶液中对抗蚀剂进行显影，并对晶片190进行化学处理，例如反应离子刻蚀或离子研磨，抗蚀剂层提供了处理的图案。
比之常规光刻装置来说，装置10提供的优点是回避了用于晶片角度对准的晶片190上的精确取向的平坦部分的需要。装置10具有提供掩模图形对晶片晶体取向的对准精度限制到装置10的校准精度的潜力。而且，装置10的工作不要求其控制单元50执行复杂的数学数据处理，从而使安装在吸盘40上的晶片的角度对准能够达到秒的数量级。
源110用作点源，以适合晶片190切割角的变化。射线束170的半角是使至少指向晶片190的射线处于能够被布拉格衍射通过鉴别器140传播到探测器160中的角度。
在图1中，轴A-A’和C-C’垂直于晶片190的主表面。衍射装置100的第一和第二部分的光轴分别平行于轴B-A和C-D。在轴A-A’与A-B之间存在着所夹角θ。在轴C-C’与C-D之间同样存在着所夹角θ。图1中，当晶片190包含砷化镓时，对于0.154nm波长X射线辐射的一阶<220>衍射，此角约为20-25度；布拉格衍射角依赖于晶片190中原子的间距和相对空间配置，因此，装置10被设计成使θ角能够变化以适合不同的晶片组成，例如硅、磷化铟、以及砷化镓。
在某些情况下，衍射装置100紧靠光刻装置20是不方便的。从实际考虑出发，这种紧密的位置能够导致从源110到探测器160的相当长的辐射路径长度。采用来自晶片190的二阶<440>或甚至三阶<660>衍射，使角θ增大到50度或更大，从而将衍射装置的大部分移开到光刻装置20的一侧，是可行的；衍射装置100的这种安排使得从源110到探测器160的路径长度得以缩短，导致装置100更加紧凑。
而且，0.154nm之外的X射线辐射的不同波长也能够被用于衍射装置100来得到所希望的的角θ。借助于用例如相应的银靶、铁靶、钼靶、或甚至钴靶来代替铜靶，能够得到不同的衍射波长。源110最好被气冷而不是被水冷，从而得到更加紧凑的单元。
装置10的缺点是，通过晶片190时出现X射线辐射的明显衰减，借助于将晶片190接收到的X射线辐射量与鉴别器140从晶片190接收到的辐射量进行比较而确定这种衰减。还有一个缺点是，晶片190的2-5mm的外围区域成为暴露于X射线辐射，从而减小了其中能够制造器件的可用晶片190面积。而且，如现在将要参照图2和3描述的那样，比之上述装置10中所用的透射衍射，反射衍射提供了得到改进的精度。
现参照图2，示出了根据本发明使用X射线反射衍射的装置300的平面图。装置300包含光刻装置20，光刻装置20组合有晶片送入盒302，用来将待要处理的晶片提供到装置20中，以及晶片取出盒304，用来接收已经在装置20中被曝光的晶片。装置300还包含衍射装置310，它包含安装在通过滑动空气轴承台315固定于光刻装置20的弓形支撑312上的第一和第二部分。第一和第二部分基本上沿水平面被安装在光刻装置20的一侧。而且，弓形支撑312被可移动地安装在台315上，致使其离晶片190的距离能够按不同晶片组成和尺寸因而也是布拉格衍射角的要求而改变。
衍射装置310的第一部分包含X射线点源110、四回波单色仪318、以及用来产生向晶片190传播的X射线辐射出射束325的水平狭缝集合320；各个狭缝可调整，以便将束325对准于晶片190的边沿。
借助于将适当材料的粉末样品置于吸盘40上束325应该照射到地方，来达到狭缝的调整，从而使反射束的范围能够从衍射装置第二部分能够探测的样品产生；此样品可以是例如包含GaAs或InP粉末的相对小的玻璃毛细管。
单色仪318和狭缝320被安装在相对于源110绕轴旋转安装的臂330上；这种绕轴旋转的安装使衍射装置310能够适合不同的晶片组成和晶片尺寸。而且，臂330和源110被可滑动地安装在弓形支撑312上，致使角φ能够根据晶片组成或源110的组成，亦即X射线辐射波长，而被改变。
同样，衍射装置310的第二部分包括可滑动地安装在弓形支撑312上，致使角φ也能够根据晶片190的组成和源110靶的组成而被调整的大面积X射线探测器340。本文中的大面积意味着探测器具有明显超过1平方厘米的X射线灵敏探测面积。
衍射装置310可进行工作，使源110从铜靶产生波长为0.154nm的X射线辐射，此辐射通过单色仪318和狭缝320传播，以形成X射线束325，它传播到晶片190的边沿，在其中被衍射反射，且其一部分传播离开晶片190到大面积探测器340。以相似于图1中装置10的方式，当晶片190的晶面正确地角对准于衍射装置310时，图2中的探测器340在其输出处提供最大的脉冲速率。
装置300还包含对准控制单元50、光刻控制单元60、吸盘40、吸盘执行单元45、以及掩模执行单元65；图2中未示出这些项目，但构成装置300的一部分。大面积探测器340的脉冲输出以相似于装置10中的探测器160的方式被连接到对准控制单元50的输入I1。辐射屏蔽(图2中未示出)位于衍射装置310上方，以便至少部分防止杂散的X射线辐射到达晶片190和装置300的操作人员。
如图2所示，衍射装置310的各个部分绕轴F-F’被对称地安置。轴F-F’穿过晶片190的中心，并与束325照射到边沿处的晶片190的外围边沿相交。如所示，装置300的各个部分的光轴相对于轴F-F’具有夹角φ。
若采用一阶<220>衍射反射，则各个部分在其弓形支撑312上被调整，使角φ约为60°。若采用更高阶的衍射反射，例如<440>或<660>阶，则角φ能够向着0度被减小，从而使装置更加紧凑。
表1和2提供了对于各种源110的靶组成、晶片组成、以及衍射阶的角2θ的例子(φ＝90°-θ)。从表1和2可见，晶片组成、衍射阶、以及靶组成的某些组合对于衍射装置310的设定不提供可行的装配角度。如表1所提供的那样，一阶<220>反射衍射模总是导致可行的角度。
表1 与<220>反射衍射阶相关的衍射角2θ
表2 与<440>反射衍射阶相关的衍射角2θ
当掩模35被安装在装置300中时，开始以相似于装置10的方式校准装置300，亦即测试晶片被首先对准于衍射装置310，然后，掩模35被对准于测试晶片的解理边沿。然后移走测试晶片，装入生产晶片，例如将晶片190装入到装置300中并在其中进行处理。
当对安装在装置300的吸盘40上的晶片190进行处理时，对准控制单元50调整晶片190的角取向，直至来自探测器330的脉冲速率达到最大值；此最大值对应于正确的对准。在掩模35已经对准于晶片190之后，单元60则激活源25将掩模35上的图形印制到涂敷晶片190上部暴露主表面的有机抗蚀剂上。
装置300提供的主要好处是，与在装置10中通过晶片190透射的辐射比例相比较，相对更大比例的入射在晶片190边沿上的辐射在装置300中被反射。在辐射波长为0.154nm的辐射下，进入包含砷化镓的晶片190中的辐射传播的1/e衰减深度仅仅为10μm，e的数值基本上为2.818。结果，探测器300中的脉冲计数率能够接近每秒10000，这提供了具有相对更大的用来建立对应于最佳对准的最大值的统计样品的控制单元50。对于给定的X射线源功率，装置300从而能够比装置10所能够对准于其衍射装置100更精确而迅速地将晶片190对准于其衍射装置310。而且，装置300不像装置10中对准时所发生的那样暴露晶片190的边沿外围区域；边沿外围区域距晶片190的边沿能够大到5mm。
虽然束325仅仅传播进入晶片190几个微米，但只要不由于表面粗糙度而存在结晶损伤，衍射装置310就对晶片190的边沿表面粗糙度相对不灵敏。
现参照图3，示出了图2所示装置300的部分侧视图400。X射线辐射屏蔽410位于束325上方，对操作人员提供了保护，并衰减了可能引起晶片190上部暴露主表面上的有机抗蚀剂层420不希望有的曝光的杂散辐射。作为束325照射在晶片190边沿上并在微米之内的边沿表面中被衰减的结果，当装置300处于工作状态时，束325本身不引起抗蚀剂层420的明显曝光。
现参照图4，示出了装置300的一种修正形式600。在被修正的装置600中，装置300的弓形支撑312被可滑动地安装到台315上的直线形支撑构件610取代。探测器340被滑动地安装在元件610上，且其位置可沿元件610的延长轴调整。直线形支撑构件610实现起来比相应的弓形支撑312更简单而便宜，从而降低了装置600的制造成本。
装置600的衍射装置310的对准和校准相对复杂。单色仪318的调整涉及到下列步骤(a)用源测角器620旋转臂330，使臂330平行于元件610的延长轴；(b)从狭缝集合320移走狭缝；(c)用其测角器630旋转探测器340，使其X射线灵敏区面向源110；(d)对源110进行激活，以发射X射线辐射，然后对准单色仪318，以便在探测器340处给出最大的X射线光子计数率；以及(e)对源110进行去激活，然后将狭缝重新置于集合320中。
后续的装置310对吸盘340的对准涉及到下列步骤(a)将臂330旋转到使其与元件620的延长轴具有夹角β，其中β＝90°-βB，βB是从适当衍射阶例如<440>的{110}平面的衍射布拉格角；不需要精确的对准，例如+/-1°的对准误差通常就够了；(b)从狭缝集合320移走狭缝；(c)将包括随机取向的晶面的相对小的多晶样品置于吸盘40上，然后旋转吸盘40，使样品到达X射线辐射从源110通过单色仪318和集合320传播照射到样品上的位置；(d)使探测器340在其测角器630上旋转，以便在其灵敏面处面向吸盘40；(e)用x轴平移调节器640沿元件610的延长轴平移探测器340，使之位于离元件610的中点X相似距离处，点X处于元件610的延长轴与通过吸盘40中点并垂直于延长轴的正交轴的交点处；(f)对源110进行激活，以发射X射线辐射；(g)用y轴调节器650平移元件610，以便在探测器340处产生最大X射线计数率；(h)调节测角器620上的垂直z轴位置调节器，以便进一步增大来自探测器340的计数率；(i)重新将狭缝安装在集合320中；(j)调节测角器630的垂直z轴位置高程，以便进一步增大来自探测器340的计数率；(k)对源110进行去激活，并从吸盘40移走样品。
关于初始校准过程中掩模35与衍射装置310的对准，可以采用下列方法，此方法包含下列步骤(a)将掩模35装入到装置20中；(b)将测试晶片置于吸盘40上；(c)对源110进行激活；(d)旋转吸盘40，直至从探测器340提供最大X射线计数率；
(e)用分离屏幕双筒显微镜通过掩模35观察测试晶片，然后旋转其上安装掩模35的夹具，以便将掩模35上的图形对准于测试晶片的解理边沿；以及(f)对源110进行去激活，然后从吸盘移走测试样品以完成校准。
若能够达到掩模与夹具的充分可重复对准，则在从源25的辐照过程中在转移图形之前不需要在光刻装置中对齐掩模35与吸盘40上的生产晶片。
可以理解的是，能够对装置10、300、600进行各种修正而不偏离本发明的范围。例如，在装置10中，借助于测量几个衍射束的位置然后计算各个束的交线，能够精确地确定晶片190的结晶学平面的取向。在从而确定晶片190的取向之后，可以将晶片190旋转一个已知量，以便将其角对准于掩模35。这一方法的缺点是比上述图1所示的装置10需要更多的计算。
如果需要的话，装置10、300、600可以被整个包封在一个总的X射线屏蔽中，以保护装置10、300、600的操作人员。
衍射装置100和310可以具有它们各自的安装在执行器例如步进马达执行器上的部分，它们可以由晶片对准控制单元50控制，使装置10和310能够从对付一种晶片自动转换到对付另一种晶片。
若有需要，装置10和300能够在X射线波长之外的波长下工作，只要出现布拉格衍射，使晶片190的结晶学取向能够被确定即可。此处的X射线辐射被定义为具有0.01nm-10nm的波长。
权利要求
1.一种在装置(10)中对准衬底(190)的方法，其特征是，装置(10)结合了用来将图形印制到衬底(190)上的光刻装置(20)以及用来测量衬底(190)的一个或多个晶面的角取向的衬底衍射角测量装置(100)，此方法包括下列步骤(a)校准图形相对于测量装置(100)的角取向；(b)将衬底(190)插入到光刻装置(20)中；以及(c)用测量装置(100)测量衬底(190)的所述一个或多个晶面的角取向，并旋转衬底(190)，直至其一个或多个晶面角对准于图形；此图形从而角对准于衬底(190)并角对准于其所述一个或多个晶面。
2.根据权利要求1的方法，其中衍射测量装置(100)在X射线辐射波长下工作，以确定所述一个或多个晶面的角取向。
3.根据权利要求2的方法，其中测量装置(100)测量来自衬底(190)中的布拉格衍射的被衍射的X射线辐射。
4.根据权利要求3的方法，其中借助于找到在所述测量装置(100)的X射线探测器(160)中引起最大X射线计数率的衬底(190)相对于测量装置(100)的取向，来确定所述一个或多个晶面的正确角取向。
5.根据权利要求3或4的方法，其中借助于通过衬底(190)透射询问X射线束而产生被衍射的X射线束，用来测量所述一个或多个晶面的角取向。
6.根据权利要求3或4的方法，其中借助于从衬底(190)反射询问X射线束而产生被衍射的X射线束，用来测量所述一个或多个晶面的角取向。
7.根据权利要求6的方法，其中询问束照射到衬底(190)的外围边沿上。
8.根据权利要求2-7中任何一个的方法，其中测量装置(100)使用一阶、二阶或三阶衍射模来测量所述一个或多个晶面的角取向。
9.根据前面任何一个权利要求的方法，其中衬底(190)是单晶晶片。
10.根据前面任何一个权利要求的方法，其中光刻装置(20)包含掩模接近式印刷机、步进重复光刻相机或采用被偏转的电子束来将图形印制到衬底上的电子束光刻系统。
11.根据前面任何一个权利要求的方法，其中在步骤(a)中，校准包括下列步骤(a)将测试衬底插入到光刻装置(20)中，此测试衬底被解理成暴露对应于一个晶面的被解理边沿；(b)使测试晶片角对准于测量装置(100)，以便从其探测器(160)产生最大辐射计数率；以及(c)使图形的特征相对于被解理边沿角对准。
12.根据前面任何一个权利要求的方法，其中图形被包括在可装载到光刻装置(20)中的光刻掩模上。
13.根据前面任何一个权利要求的方法，其中测量装置(100)被安置成二个部分(110、318、320、330；340)，所述各个部分可调整地安装，以便当使用此方法时能够选择不同的衍射角。
14.一种根据权利要求1所述的方法来使用的装置，此装置(10)结合了用来将图形印制到衬底(190)上的光刻装置(20)以及用来测量衬底(190)的一个或多个晶面的角取向的衬底衍射角测量装置(100)，此装置(10)可进行工作，以便使所述一个或多个晶面角对准于图形，然后将图形印制到衬底(190)上。
15.根据权利要求14的装置，其中测量装置(100)包括X射线源(110)和X射线探测器(160)，此源(110)被安排来产生询问衬底(190)的束，而探测器(160)被安排来接收束的布拉格衍射引起的被衍射的辐射。
16.根据权利要求15的装置，其中测量装置(100)被安置来探测通过衬底(190)透射并衍射的辐射。
17.根据权利要求15的装置，其中测量装置(100)被安置来探测从衬底(190)反射并衍射的辐射。
18.根据权利要求17的装置，其中测量装置(100)结合了用来探测从衬底(190)反射的衍射辐射的大面积X射线探测器。
19.根据权利要求15、16、17或18的装置，其中X射线源包括用来产生辐射束的X射线靶，此靶为包括铜、钴、铁、银、或钼的材料。
20.根据权利要求14-19中任何一个的装置，其中测量装置(310)被安置成相对于光刻装置(20)可调整地安装的二个部分(110、318、320、330；340)，从而能够调整测量装置(310)，以便适合与从衬底(190)衍射的辐射相关的布拉格衍射角的范围。
21.根据权利要求20的装置，其中测量装置(310)的二个部分(110、318、320、330；340)，被可调整地安装在连接到光刻装置(20)的弓形支撑构件(312)上。
22.根据权利要求20的装置，其中测量装置(310)的二个部分(110、318、320、330；340)，被可调整地安装在连接到光刻装置(20)的基本上直线形支撑构件(610)上。
23.根据权利要求20、21或22的装置，其中测量装置可工作于一阶、二阶、或三阶衍射模。
全文摘要
本发明提供了一种装置(10，300)，它组合了用来将图形从掩模(35)印制到衬底例如晶片(190)上的光刻装置(20)以及用来确定衬底结晶学取向的采用X射线衍射技术的衬底角测量装置(100，310)。此装置(10，310)被校准，使掩模(35)相对于测量装置(100，310)正确地角取向。当新的衬底(190)被装载到装置(10，300)中以便使图形从掩模(35)印制到其上时，装置(10，300)将衬底(190)相对于测量装置(100，310)角对准，从而也将衬底(190)角对准于掩模(35)。装置(10，300)不将衬底上的任何平坦部分用于角对准的目的；结果，当使衬底(190)的晶面对准于掩模(35)上的特征时，装置(10，300)能够提供高精度，此精度接近1弧分或更好。
文档编号G03F9/00GK1433533SQ0081869
公开日2003年7月30日 申请日期2000年11月7日 优先权日1999年11月29日
发明者R·宾兰, D·G·哈特 申请人:布克哈姆技术公共有限公司