专利名称：衬底处理和光刻胶曝光方法
技术领域：
本发明一般地涉及衬底处理方法，更具体地涉及光刻胶曝光方法。
背景技术：
集成电路在硅和其他半导体衬底上制造，这些衬底通常是以晶片形式存在。晶片是通过将硅锭从液态硅中拉出，然后将其锯成许多的晶片而获得的。然后，在晶片上形成许多的层，其后形成光刻胶层。然后，在光刻胶层上放置其中具有开口的掩模，并将光源放置在掩模上方以使得光通过开口照到所选择的光刻胶层区域上。这些所选区域改变了化学成分，从而随后在未曝光的光刻胶层区域上被选择性地刻蚀。然后，用光刻胶层作为掩模，对光刻胶层下面的层进行刻蚀。
用于锯开晶片的线的刃口在每个晶片上形成了一系列交替凸出和凹进的形态(formation)。这些形态在刃口的方向上延伸，并且在锯前进通过晶片的方向上被彼此隔开。这些形态反映在光刻胶层上。光源发出一束宽度大于长度的光，所述的光在给定时刻，沿其宽度与许多的这种形态相交。光在其宽度上具有一致的焦距，通常是在凸出形态的顶点和凹进形态的底点之间一半的位置。因此，光在顶点和底点聚焦不准，导致光刻胶层曝光不精确。光刻胶层曝光不精确导致在光刻胶层下方的层中刻蚀出的形态尺寸不精确。
参考附图，示例性地对本发明进行进一步的说明，其中图1是半导体锭的透视图；图2是当锭搁置在线锯机中时的横截面侧视图；图3是当锭正被锯开时细节放大的与图2相似的视图；
图4是当锭搁置在线锯中时的侧视图；图5是晶片被从锭切下以后的透视图；图6a是晶片的横截面侧视图；图6b是图6a中细节A的横截面侧视图；图7a是细节放大的与图6a相似的视图；图7b是晶片及其上的所选层的横截面侧视图；图7c是晶片、所选层及形成在所选层上的光刻胶层的横截面侧视图；图8a是晶片、掩模、标线范围(reticle field)和动态聚焦区域的平面图；图8b是旋转晶片后与图2相似的视图；图9是掩模、标线范围和动态聚焦区域的分解平面图；图10是衬底上的掩模的侧透视图；图11a是恰在所选区域被曝光之前的晶片的横截面侧视图；图11b是在所选区域被曝光之后与图11a相似的视图；图12是晶片、掩模、标线范围以及动态聚焦区域的平面图；图13a是在所选区域的光刻胶已经被去除之后晶片的横截面侧视图；图13b是在所选层已经被刻蚀之后与图13a相似的视图；图13c是在剩余光刻胶已经被去除之后与图13b相似的视图；图13d是在已经添加铝层之后与图13c相似的视图；图13e是在铝层已经被刻蚀后与图13d相似的视图。
具体实施例方式
本文说明了一种用于改进现代步进机(stepper)的曝光聚焦的方法，步进机被用在比如晶片的半导体衬底的光刻中。从半导体锭上沿相对于锭上的参考点的特定方向锯开晶片。作为锯开的结果，在晶片表面上出现一系列凸出和凹进的形态。在许多层被添加到晶片上，并且光刻胶层准备好被去除以后，晶片与步进机对准，使得步进机的动态聚焦区域与所述形态和/或锯开方向对准。这样的对准改善了临界尺寸控制，并且减少了在光刻期间翻印小的几何特征时的易变性，得到更高的产出。
首先参考图1，图示说明了单晶硅锭20。锭20是圆柱形，具有半径22、沿中轴线24的长度、两个端部26以及凹口槽28。中轴线24是半径22的倍数。端部26向着中轴线24逐渐变细。在锭20的表面，从一个端部26到另一个端部，造出平行于中轴线24的直的凹口槽28。凹口槽28在横穿通过中轴线24的横截面上具有尖端指向中轴线24的“V形”。
图2图示说明了搁置在线锯机30中的锭20。线锯机30包括夹具32、上轴34、下轴36以及线锯38。虽然没有示出，但是应该理解的是，线锯一般具有不止一条线，从而可以同时锯出许多衬底。夹具32呈“V形”，尖端向下。上轴34位于下轴36的正上方，其间距大于锭20的半径22的两倍。线锯38包括沿刃口方向42延伸的刃口40，其被置于上轴34和下轴36上，并且在它们之间被垂直地拉紧。两个轴和线锯38都可以水平地或者沿平行于中轴线24的方向相对于夹具32一致地移动。锭20搁置在V形夹具32的凹入部分之中。可以从锭20的凹口槽28到中轴线24画出线44。起初，在线44和起自中轴线24的垂直参考线48之间有锐角46。中轴线24到上轴34和下轴36之间的垂直距离始终至少是锭20的半径22。然后，操作员绕中轴线24沿锯旋转方向49顺时针旋转锭20，使得线44垂直。
图3图示说明了正被锯的锭20。在已经将锭20旋转后，将上轴34和下轴36顺时针旋转，使得线锯38在刃口40处垂直向下移动。两个轴在锯开方向50上朝夹具32移动，在锯开方向和线之间具有锯角51，锯开方向50垂直于刃口40、垂直于中轴线24并且垂直于线44，在纸面上从左至右。当移动轴时，刃口40与凹口槽28相交，切割通过锭20。
图4图示说明了在被锯开后正被移动的锭20。在刃口40完全切割通过锭20后，上轴34和下轴36返回到如图2所示的位置。然后，操作员沿着中轴线24移动夹具32，从而可以重复图3所指示的锯开过程。
图5图示说明了在前面的图中从锭20锯出的晶片52。晶片52具有晶片上表面54、厚度56、凹口58以及与锭20相同的半径24。厚度56一般是750微米。由于锭20上的凹口槽28，凹口58在整个厚度56上延伸并且出现在晶片52的边60上。锯开方向50在纸面上从左至右。
结合图5参考图6a，在锯开晶片52时，在晶片上表面54上形成一系列凸出和凹进的纳米拓扑(nanotopologic)形态62。纳米拓扑形态62具有在10到100纳米之间的高度64，以及2到10毫米的峰峰距离66。该峰峰距离66在沿锯开方向50的间距方向68上延伸。这些形态的宽度在平行于刃口方向42的波方向70上延伸到衬底的一端。虽然没有示出，但是应该理解的是，一些大于和一些小于纳米拓扑形态的形态也出现在晶片的表面上，并且促成了本发明要解决的问题。图6b是图6a中的细节A的横截面侧视图，图示说明了一些被统称为“粗糙部分”的更小的形态71。还应该理解的是，在晶片被锯开后，其经历了一系列的研磨以及抛光过程，这减少了一些凸出和凹进的形态，但并不是全部。
图7a图示说明了在其上没有层的晶片52的放大的细节。在晶片上表面54上可以见到纳米拓扑形态62。如图7b所示，在晶片上形成所选层。虽然没有示出，但是应该理解的是，所选层72实际上包括许多彼此重叠的层。所选层72的所选上表面74具有反映出晶片上表面54的形态的形态。如图7c所示，然后在所选层54上形成光刻胶层76。光刻胶层76的光刻胶上表面78具有反映出所选上表面74的形态的形态。这些形态具有与晶片上表面54上的那些形态相似的尺寸。
结合图9，图8a图示说明了图7c的结构以及掩模80，如标线范围82和动态聚焦区域84所示的那样，电磁辐射源已经被放置在晶片52上方。掩模80和标线范围82都是正方形，具有大致相同的尺寸，边长约为20毫米。动态聚焦区域84实质上是一束来自电磁辐射源的光，其具有在长度方向88上延伸的长度86，以及在垂直于长度方向88的宽度方向92上延伸的宽度90。光束的宽度90是长度86的倍数。光束的宽度90与标线范围82的一边的长度近似相同。光束的长度86大约为2微米。
结合图9，图8a图示说明了标线范围82下面的晶片52的起始定向。在宽度方向92和线44之间有步进机角94。操作员绕中轴线24沿步进机旋转方向45逆时针旋转晶片，使得步进机角94为零。
图8b图示说明了被旋转之后的晶片52。光源与晶片52对准，从而宽度方向92平行于波方向70，并且长度方向88平行于间距方向68。图8a图示说明了晶片52具有约30°的初始步进机角94，并且被逆时针旋转直到步进机角94为0°，宽度方向平行于线44，并且长度方向88平行于锯开方向50，如图8b所示。
图9更详细地图示说明了掩模80、标线范围82和动态聚焦区域84。掩模80在其中具有开口96，来自光源的光通过该开口传播。开口96的宽度在0.13到2微米之间，这取决于晶片52上所期望的特征尺寸。虽然没有示出，但是应该理解的是，开口96遍布整个掩模80。动态聚焦区域84在平行于长度方向88、间距方向68和锯开方向50的扫描方向98上被扫描。扫描延伸覆盖了整个标线范围82。
图10图示说明了在来自光源的光(电磁辐射)通过开口96传播时置于晶片52上的掩模80。因为动态聚焦区域84与晶片52上的形态(具体地说是晶片52的纳米拓扑)对准，所以光刻胶层76的所选区域100被通过开口96传播的光曝光，并且在任何给定时间都具有大致相同的高度。光源在任何给定时刻都能将光聚焦到单一的特定高度。因此，当对所选区域100进行曝光的光到达光刻胶层76时，它被聚焦的部分将大大增加，得到对光刻胶层76精确的曝光。光刻胶层76精确的曝光得到了所选区域100精确的尺寸，以与开口96的尺寸匹配。这导致了对在光刻胶层76下面的层中蚀刻的形态的精确曝光，因此得到更高的产出。
图11a图示说明了在所选区域100曝光之前，具有所选层72和光刻胶层76的晶片52。
图11b图示说明了在所选区域100曝光之后的晶片52。所选区域100的成分已经改变。
图12图示说明了与图7中相似的构造。在动态聚焦区域84已经扫描经过整个标线范围82后，光源相对晶片52移动，使标线范围82移动从而使其位于一个区域上，在该区域中的所选区域100还未曝光。图12图示说明了标线区域82在平行于锯开方向50的方向上、纸面上从左至右大约移动了20毫米。在已经重新定位标线范围82后，重复在图9到11中所述的过程。重复图9到12所述的过程，直到所有在晶片52上的所选区域100都已经被曝光。
图13a图示说明了已经去除了掩模80和光源之后的晶片52。所选区域100已经被刻蚀到露出下面的所选层72。除所选区域100外的所有剩余的光刻胶层76几乎没有受到影响。
图13b图示说明了已经对所选层72进行刻蚀之后的晶片52。所选层72被刻蚀到所选择的刻蚀深度102。这一刻蚀过程仅仅影响所选层72。剩余的光刻胶层76几乎没有受到影响。
图13c图示说明了已经去除了剩余的光刻胶层76之后的晶片52。光刻胶层76已经完全从晶片52去除。现在出现在所选层72上的仅有的特征是具有所选刻蚀深度102的沟槽104。
图13d图示说明了已经在所选层72上添加铝层106之后的晶片52。铝层106至少足够深以完全填充在沟槽104中。
图13e图示说明了已经对铝层106进行抛光后的晶片52。现在铝成分仅位于沟槽104中。
尽管已经在附图中示出和说明了某些示例性实施例，但是应该理解的是，这样的实施例仅仅是说明性的，而不是对当前发明的限制，并且由于本领域的普通技术人员可以想到许多修改，因此本发明不限于所示出和说明的具体结构和设置。
权利要求
1.一种对光刻胶层进行图案化的方法，包括在半导体衬底上形成所选层，所述所选层具有反映在其上表面上的多个交替凸出和凹进的所选形态，所述所选形态是由于所述衬底的上表面上交替凸出和凹进的衬底形态而产生的；在所述所选层上形成光刻胶层，所述光刻胶层具有反映在其上表面上的多个凸出和凹进的光刻胶形态，所述光刻胶形态是由于所述所选层上表面上的所选形态而产生的，连续的凸出光刻胶形态的峰以间距分开，所述间距沿间距方向延伸，并且每个凸出形态具有宽度，所述宽度沿横穿所述间距方向的波方向延伸，所述宽度是所述间距的倍数；在所述光刻胶层上放置掩模，所述掩模具有多个开口；和将电磁辐射源置于所述掩模上方，所述电磁辐射源发出一束电磁辐射，所述电磁辐射束具有长度和横穿所述长度的宽度，所述宽度是所述长度的倍数，所述电磁辐射源与所述衬底对准，使得所述电磁辐射束的长度沿基本上与所述间距方向平行的长度方向延伸，所述电磁辐射穿过所述掩模中的开口传播到所述光刻胶层的所选区域上，从而将所述所选区域的材料改变为能在所述光刻胶层的其余部分上被选择性刻蚀的材料。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在形成所述所选层之前从锭上锯出所述衬底，所述锭在锯开方向上被锯开，并且在所述锯开方向与所述锭的中轴线和远离所述锭的中轴线设置的所述锭上的参考点间的连线之间具有锯开角度，作为锯开的结果，所述衬底具有反映在其上表面上的多个交替凸出和凹进的衬底形态。
3.如权利要求2所述的方法，还包括在锯开之前旋转所述锭，使得所述衬底在预先选择的锯开方向上被锯开，并且所述预先选择的锯开方向和所述连线之间具有预先选择的锯开角度。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述远离所述锭的中轴线设置的参考点是第一形态，该第一形态可与第二形态啮合以绕所述锭的中轴线旋转所述锭。
5.如权利要求2所述的方法，其中，所述远离所述锭的中轴线设置的参考点是凹口。
6.如权利要求1所述的方法，还包括去除掩模；和在所述光刻胶层的其余部分上选择性地刻蚀所述所选区域。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述衬底是硅。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述所选层是电介质材料。
9.如权利要求1所述的方法，其中，存在多个所述所选层。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述凸出和凹进的形态包括纳米拓扑形态，所述纳米拓扑形态具有大约为10到100纳米的高度，连续的凸出形态的峰之间的距离大约为2到10毫米，所述纳米拓扑形态还具有宽度，各自延伸到所述衬底的边缘。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述电磁辐射束被相对于所述衬底沿扫描方向移动，所述扫描方向基本平行于所述间距方向并且基本平行于所述长度方向。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述电磁辐射源是光学光源。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述电磁辐射束的宽度至少是其长度的100倍。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述电磁辐射束的宽度至少是其长度的1000倍。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述电磁辐射束的长度大约为2微米，并且其宽度为20毫米。
16.一种方法，包括从半导体锭上锯出衬底，所述锭在锯开方向上被锯开，并且在所述锯开方向与所述锭的中轴线和远离所述锭的中轴线设置的所述锭上的参考点间的连线之间具有锯开角度；在所述衬底上形成所选层；在所述所选层上形成由某种材料制成的光刻胶层；在所述光刻胶层上放置掩模，所述掩模中具有多个开口；和将电磁辐射源置于所述掩模上方，所述电磁辐射源发出一束电磁辐射，所述电磁辐射具有长度和横穿所述长度的宽度，所述宽度是所述长度的倍数，所述电磁辐射源与所述衬底对准，使得所述电磁辐射束的长度在长度方向上延伸，并且在所述长度方向和所述连线之间具有扫描角度，所述扫描角度基本上等于所述锯开角度，所述电磁辐射穿过所述掩模中的开口传播到所述光刻胶层的所选区域上，从而将所述所选区域的材料改变为能在所述光刻胶层的其余部分上被选择性刻蚀的材料。
17.如权利要求16所述的方法，其中，使用线锯将所述锭锯开。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所述锭在基本垂直于所述锭的中轴线的方向上被锯开。
19.如权利要求16所述的方法，还包括在锯开所述锭之前，绕其中轴线旋转所述锭。
20.一种对光刻胶层进行图案化的方法，包括移动锯刃通过半导体锭，以从所述锭上锯出衬底，所述锯刃具有相对于所述衬底在刃口方向上延伸的刃口；在所述衬底上形成所选层；在所述所选层上形成由某种材料制成的光刻胶层；将具有多个开口的掩模放置在所述光刻胶层上；和将电磁辐射源置于所述掩模上，所述电磁辐射源发出一束电磁辐射，所述电磁辐射束具有长度和横穿所述长度的宽度，所述宽度是所述长度的倍数，所述电磁辐射源与所述衬底对准，使得所述电磁辐射束的长度在基本上与所述刃口方向垂直的长度方向上延伸，所述电磁辐射穿过所述掩模中的开口传播到所述光刻胶层的所选区域上。
21.如权利要求20所述的方法，其中，使用线锯将所述锭锯开。
22.如权利要求20所述的方法，其中，所述锭在基本垂直于所述锭的中轴线的方向上被锯开。
23.如权利要求20所述的方法，还包括在锯开所述锭之前，绕其中轴线旋转所述锭。
24.一种方法，包括绕中轴线旋转半导体锭；从所述半导体锭上锯出衬底，所述锭在锯开方向上被锯开，并且在所述锯开方向与所述锭的中轴线和远离所述锭的中轴线设置的所述锭上的参考点间的连线之间具有锯开角度，作为锯开的结果，所述衬底具有反映在其上表面上的多个交替凸出和凹进的衬底形态；在所述衬底上形成所选层，所述所选层具有反映在其上表面上的多个交替凸出和凹进的形态，所述形态是由于所述衬底的上表面上的衬底形态而产生的；在所述所选层上形成由某种材料制成的光刻胶层，所述光刻胶层具有反映在其上表面上的多个交替凸出和凹进的形态，所述形态是由于所述所选层的上表面上的形态而产生的，连续的凸出光刻胶形态的峰以间距分开，所述间距沿间距方向延伸，并且每个凸出形态具有宽度，所述宽度沿横穿所述间距方向的波方向延伸，所述宽度是所述间距的倍数；绕所述中轴线旋转所述衬底；在所述光刻胶层上放置掩模，所述掩模中具有多个开口；将电磁辐射源置于所述掩模上方，所述电磁辐射源发出一束电磁辐射，所述电磁辐射束具有长度和横穿所述长度的宽度，所述宽度是所述长度的倍数，所述电磁辐射源与所述衬底对准，使得所述电磁辐射束的长度在长度方向上延伸，并且在所述长度方向和所述连线之间具有扫描角度，所述扫描角度基本上等于所述锯开角度，所述长度方向基本上平行于所述间距方向，所述电磁辐射穿过所述掩模中的开口传播到所述光刻胶层的所选区域上，从而将所述所选区域的材料改变为能在所述光刻胶层的其余部分上被选择性刻蚀的材料；去除所述掩模；和在所述光刻胶层的其余部分上选择性地刻蚀所述所选区域。
25.如权利要求24所述的方法，其中将多个半导体锭绕它们的中轴线旋转；从所述多个半导体锭上锯出多个衬底，所述多个半导体锭在锯开方向上被锯开，并且在所述锯开方向与所述多个锭的中轴线和远离所述多个锭的中轴线设置的所述锭上的参考点间的连线之间具有锯开角度，作为锯开的结果，所述多个衬底具有反映在其上表面上的多个交替凸出和凹进的衬底形态；在所述多个衬底上形成多个所选层，所述多个所选层具有在其上表面上反映出的多个交替凸出和凹进的形态，所述形态是由于所述多个衬底的上表面上的衬底形态而产生的；在所述多个所选层上形成多个由某种材料制成的光刻胶层，所述多个光刻胶层具有在其上表面上反映出的多个交替凸出和凹进的光刻胶形态，所述光刻胶形态是由于所述多个所选层的上表面上的形态而产生的，连续的凸出形态的峰以间距分开，所述间距沿间距方向延伸，并且每个凸出的形态具有宽度，所述宽度沿横穿所述间距方向的波方向延伸，所述宽度是所述间距的倍数；绕所述中轴线旋转所述多个衬底；在所述多个光刻胶层上放置多个掩模，所述多个掩模中具有多个开口；将多个电磁辐射源置于所述多个掩模上方，所述多个电磁辐射源发出多束电磁辐射，所述电磁辐射束具有长度和横穿所述长度的宽度，所述宽度是所述长度的倍数，所述多个电磁辐射源与所述多个衬底对准，使得所述多束电磁辐射的长度在长度方向上延伸，并且在所述长度方向和所述连线之间具有扫描角度，所述扫描角度基本上等于所述锯开角度，所述长度方向基本上平行于所述间距方向，所述电磁辐射穿过所述多个掩模中的开口传播到所述多个光刻胶层的多个所选区域上，从而将所述所选区域的材料改变为能在所述光刻胶层的其余部分上选择性刻蚀的材料；去除所述多个掩模；和在所述多个光刻胶层上的其余部分上选择性地刻蚀所述多个所选区域。
26.如权利要求24所述的方法，其中，所述凸出和凹进的形态包括纳米拓扑形态，所述纳米拓扑形态的高度大约为10到100纳米，并且连续的凸出形态的峰之间的距离大约为2到10毫米。
27.如权利要求24所述的方法，其中，所述电磁辐射束被相对于所述衬底在扫描方向上移动，所述扫描方向基本平行于所述间距方向并且基本平行于所述长度方向。
28.如权利要求24所述的方法，其中，所述电磁辐射源是光学光源。
全文摘要
本发明公开了一种用于改进现代步进机的曝光聚焦的方法，步进机用在比如晶片的半导体衬底的光刻中。从半导体锭上沿相对于锭上的参考点的特定方向(50)锯出晶片(52)。作为锯开的结果，在晶片的表面(54)上出现一系列凸出和凹进的形态(62)。在许多层被添加到晶片上，并且光刻胶层准备好被去除以后，晶片与步进机对准，使得步进机的动态聚焦区域与所述形态和/或锯开方向对准。这样的对准改善了临界尺寸控制，并且减少了在光刻期间翻印小的几何特征时的易变性，得到更高的产出。
文档编号G03F7/20GK1524203SQ02812661
公开日2004年8月25日 申请日期2002年7月18日 优先权日2001年8月15日
发明者迈赫兰·阿明扎德, 迈克尔·费伊, 费伊, 迈赫兰 阿明扎德 申请人:英特尔公司