CN109976101A - 分轴式光刻工具 - Google Patents

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Abstract

一种用于半导体基材光刻处理的步进器包括一基座、一只沿着坐标***的X轴移动的夹头、一安装在该基座和该夹头上的桥架、及至少一安装在该桥架上的投影照相机。该至少一投影照相机可沿着该坐标***的Y轴移动。该夹头沿着X轴以及该至少一投影照相机沿着Y轴的总合的移动范围足以将该至少一投影照相机的视野(field of view)定址到安装于该夹头上的实质整个基材上。

Description

分轴式光刻工具
相关申请的交叉引用
本案主张2017年12月28日提申的美国临时申请案第62/611,210号的权益，该临时申请案的全部揭露内容借此参照而被并于本文中。
技术领域
本发明与半导体基材光刻处理设备有关。
背景技术
在半导体光刻(亦称为光微影蚀刻或简称为光刻)中，图案系使用被称为光阻剂的光敏聚合物而被产生在硅晶圆上。光刻基本上是一种光微影蚀刻处理，光阻剂借由此处理被曝照且被显影以形成三维度浮雕影像(relief image)于该基材上。蚀刻步骤接着被实施，其移除外露的或未外露的光阻剂，露出在该被移除的光阻剂底下的基材。此被露出来的基材然后被蚀刻以获得三维度的表面。
一般而言，理想的光阻剂影像具有被设计的或所想要的图案的精确形状于该基材的平面上，其带有贯穿该光阻剂厚度的垂直壁。因此，该最终的光阻剂图案是二元的：一些部分的基材被光阻剂覆盖，而其它部分的基材则完全未被覆盖。此二元式图案是图案转移所需要的，因为被光阻剂所覆盖的基材部分将受到保护而不受蚀刻、离子布植、或其它图案转移机制的影响。
投影式光刻工具有两大分类--扫描***和步进及重复***。扫描投影印刷使用反射式光学器件(即，面镜而非透镜)来在光罩和晶圆被一狭缝同步移动时将一狭缝的光从光罩投射至该基材晶圆上。步进及重复照相机(简称为步进器)将该晶圆一次曝照一个矩形区段(其被称为视野)，然后该晶圆被步进地移动至下一个位置且该固定不动的照相机再次被启动。借由只将该基材相对于固定不动的照相机移动，复杂度被降低且为了适当的品质保证而需的微控制可较容易达成。
为了建造构成一电晶体和连接一电路的数以百万计的电晶体的许多电线的复杂结构，光刻及蚀刻图案转移步骤被重复许多次以制造一个电路。每一被印在该晶圆上的图案与之前被形成的图案对齐且导体、绝缘体、及选择性掺杂的区域逐渐地被建造起来以形成最终的装置。
带有多个基座的光刻工具在此技术领域中是已知的，所述多个基座具有载负了基材的活动夹头，所述多个活动夹头被相对于固定不动的照相机移动。有各种已知的设计，但一种普通的设计是描述在授予Gardner等人的美国专利第7,385,671号中的双照相机***，该美国专利的揭露内容借此参照而被并于本文中。在一些设计中，该夹头被支撑在基座上方的一由空气轴承所产生的空气垫上且可被一平面马达或微步进马达(Sawyer motor)(其构件为了清楚起见而被省略)移动于由该基座的表面所界定的XY平面上。该夹头可被移动于该基座上的两个维度内的一足以让一对照相机或其它处理工具定位整个基材的范围内。理想地，这将可很容易地形成完美平的基座和夹头，使得基材S将相对于固定不动的投影照相机被平移于一和该投影照相机的光轴垂直的XY平面上。当投影照相机具有一沿着该光轴的有限尺寸的景深时，该基材被保持在此有限范围内是很重要的。
发明内容
本发明提供一种用于半导体基材光刻处理的步进器，其包括一基座、一只沿着坐标***的X轴移动的夹头、一安装在该基座和该夹头上的桥架、及至少一安装在该桥架上的投影照相机。该至少一投影照相机可沿着该坐标***的Y轴移动。该夹头沿着X轴以及该至少一投影照相机沿着Y轴的总合的移动范围足以将该至少一投影照相机的视野(field ofview)定址到安装于该夹头上的实质整个基材上。
附图说明
图1A是一光刻***的实施例的立体图。
图1B是光刻***的实施例沿着图1A的Y-Y线所取的剖面的示意剖面图。
图1C是光刻***的实施例沿着图1A的X-X线所取的剖面的示意剖面图。
图1D是光刻***的实施例的基座和架台的示意顶视图，其显示投影照相机相对于基材的定位的一个态样。
图1E是光刻***的实施例的基座和架台的示意顶视图，其显示投影照相机相对于基材的定位的一个态样。
图2A是单一投影照相机定址一基材的示意剖面图。
图2B是光刻***的实施例的基座和架台的示意顶视图，其显示投影照相机相对于基材的定位的一个态样。
图2C是光刻***的实施例的基座和架台的示意顶视图，其显示投影照相机相对于基材的定位的一个态样。
具体实施方式
在该分轴式光刻工具及***被揭露和描述之前，应理解的是，此揭露内容并不局限于揭露于本文中的特定结构、处理步骤、或材料，而是扩大至它们可被相关技术领域中具有通常知识者所能认知的等效物。应理解的是，使用于本文中的术语只是为了描述特定实施例而被使用且不是打算用来限制的。应指出的是，当使用于本文中时，单数形式“一(a)”、“一(an)”、及“该(the)”包括复数的指涉对象物(referents)，除非内文清楚地表示出相反意思。
图1A-1E例示一分轴式光刻工具的实施例的不同视图。‘分轴式’一词被用来描述光刻装置中的基材和照相机这两者移动且沿着不同的轴线移动。基材将被称为沿着X轴移动且照相机将被称为沿着Y轴移动。在图1A-1E所示的实施例中，X和Y轴彼此垂直，但这只是分轴式光刻工具的一个实施例且任何非平行的轴线配对都可被使用。X及Y轴被例示于图1A中且带有剖面线，其亦界定示于图1B及1C中的剖面图式。
图1A例示一分轴式光刻工具的实施例的立体图。在被示出的实施例中，该光刻工具100包括一基座102，其上有一夹头104水平地移动于单一方向(其在此例子中为X方向)上。该基座102和该夹头104一起有时被称为一架台(stage)。该夹头104是一大的平台，其载负并支撑基材106。该夹头104在X方向上具有足够的移动范围以允许该基材的整个长度(即，该基材沿着X轴的尺寸)通过照相机组件110底下且被照相机112成像(定址)。额外的运动范围可被提供以协助基材的接纳和移走。在一些实施例中，该夹头104受到限制，用以只移动于X方向上。然而，当夹头104相对于该工具100的该投影照相机112移动时，为了调整该夹头104的姿态，夹头104在Y方向或在XY平面的某些调整可被允许。
在被示出的实施例中，该照相机组件110包括两个照相机112被一桥架114悬置于基座102/夹头104/基材106上方。这两个照相机112被附装至一活动的雪撬件118，它可移动横越该桥架114的表面。在实施例中，该雪撬件118类似于该夹头104移动于由空气轴承所产生的空气垫上且被一平面马达或微步进马达(Sawyer motor)沿着Y轴移动。已知的用于移动该照相机112和该雪撬件118的其它机构以及现在已知或以后开发出来的用于移动该照相机112和该雪撬件118的任何适合的技术都可被使用。
桥架114被设置在该基座102和夹头104上方，该桥架在它们上方移动并且被设置有Y轴槽道116，照相机112在该槽道内平移。在被示出的实施例中，这两个照相机被分开一固定不变的距离，介于这两个照相机之间的距离在此技术领域中被称为‘节距’。为了要在对基材上的光阻剂成像时保持必要的公差，该节距必须是已知的且被控制在可接受的程度。应指出的是，在所有的例子中，本领域技术人员所习知的聚焦及/或对准机构类型与每一照相机组件一起使用，用以降低或去除较低或较高级数的光学像差，例如失焦、倾斜、旋转、及类此者。这种聚焦及对准机构为了清楚起见而在此说明中被省略。
在一替代实施例中，该节距可以是可变的且可被机械地控制或以其它方式控制。一用于此目的的节距调整机构113(图1B)被耦合在该第一和第二投影照相机之间。此节距调整机构113可包括一具有多个位置的微步进马达***，在该多个位置中每一位置对应于该第一和第二投影照相机之间一不同的节距。该节距调整机构113然后可借由作动该步进马达而被自动地且连续地调整，用以缩短或加长介于个别照相机112之间的距离。在一实施例中，该节距调整机构113包括螺钉机构(未示出)，它被该步进马达作动。在另一实施例中，该节距调整机构113可以只包括一螺钉机构而没有步进马达或其它任何类型的自动作动器。在此类型的实施例中，介于个别照相机112之间的节距被固定且在使用期间保持不变。
图1B例示该光刻工具沿着穿过该照相机桥架的槽道的Y轴的剖面图。两个照相机112被例示为被悬置在基材106上方且能够如图中的箭头所示地侧向移动。再次地，在此实施例中，这两个照相机具有一固定不变的节距，使得它们一起移动。该等照相机在Y方向被设置有足够的移动范围，使得夹头104沿着X轴以及照相机112沿着Y轴的总合移动范围足以将照相机112的视野定址到实质整个基材上，如图1E所示。
图1C例示该光刻工具沿着穿过两个照相机中的一个照相机的X轴的剖面图。该桥架114和照相机112***的设计细节可被看见。在被示出的实施例中，照相机112是位在活动的雪撬件118上，该雪撬件系沿着一固定不动的桥架部分114跨骑。
图1D及1E示意地例示一从上往下看的图式，其显示照相机112在Y轴上相对于基材106的运动。该等示意图显示出被画成迭加在基材106的轮廓上的圆圈图案的照相机的照明区120。在替代实施例中，该等照明区120可以是相对于基材的任何形状或大小。如图1D中所示，这两个照相机112是在固定不变的节距但每一照相机112都能够定址到它们各自的基材106边缘。图1E显示这两个照相机设计的一个实施例的运动范围，在该运动范围内，这两个照相机之间有很小或没有重迭，但该等照相机能够定址整个基材。在一未示出的替代实施例中，照相机的节距相对于基材的宽度(即，基材沿着Y轴的尺寸)可以小于该宽度的一半，因而增加这两个照相机的照明区120的重迭量。
在操作时，图1A-1E的光刻工具100将基材移动至照相机112底下的初始位置。然后照相机在它们各自的照明区120对基材的各部分成像，即曝光。在该初始成像之后，即进行a)将照相机沿着Y轴移动至下一个照相机位置或b)将夹头104和基材106沿着X轴移动至下一个基材位置或c)这两者。然后基材再次被照相机成像。然后此步骤顺序被重复直到所有必要的成像都被完成且基材被移走以实施进一步的处理(如，蚀刻)。
图2A-C例示一分轴式光刻工具的单一照相机实施例的不同图式。对应于图1B、1D及1E所示的图式，图2A-C显示出单一照相机实施例200是如何能够被设计成只使用一个照相机212来将基材206完整地成像。在此实施例中，该单一照相机在Y轴的运动范围如图2C所示足以让照相机的照明区220来将整个基材206的表面成像。照相机212在桥架214的槽道216内相对于夹头204和基座202侧向地移动，该夹头204移动于该基座202上。
如上文中提到的，投影照相机212只是一种可和描述于本文中的分轴式光刻工具一起使用的处理工具。其它工具包括：用来辨识并确认基材相对于照相机或该***的其它构件的位置的定位工具；用于维护基材的表面的清洁工具；及光阻剂施用工具，等等。除了一个或多个照相机之外，现在已知的或未来开发出来的任何处理工具可和描述于本文中的***一起使用，或者取代该一个或多个照相机。
类似地，实施例可如上文中详下描述地具有一个或两个照相机，或者更多个照相机。上文所描述的***可被设计成具有任何数量的照相机，其包括三个或更多个照相机被提供且不是共直线的实施例。例如，照相机被设置成方形配置或偏位网格配置的四相机实施例。任何数量的照相机或处理工具的任何一维度或二维度配置都可被使用。
分轴式光刻工具的又另一个实施例涉及了提供一高精确度子区域于每一投影照相机底下的基座(如图1A-1E中的底座102和图2A-C的底座202)的表面上。高精确度子区域是被抛光或以其它方式操作的分离表面以获得极精确的规格，如达到在整个子区域中子区域内的表面在高度上的变动小于10000埃、小于1000埃、小于500埃、小于100埃、小于50埃、甚至小于10埃的平坦度。因为夹头和基材的平坦度受到基座的平坦度的影响，所以添加高精确子区域于投影照相机底下可改善该工具的效能。设置了具有高精确度子区域的基座的架台被称为保形架台。保形架台被更详细地描述在2018年12月21日提申的国际专利申请案第PCT/US2018/066991号，该专利申请案的全部揭露内容借此参照被并于本文中。
虽然阐述技术的最广范围的数值范围和参数是近似值，但在特定例子中被提出的这些数值都被尽可能精确地呈报。然而，任何数值本质上都包含某些在各测试测量值中找出的标准差所造成的误差。
很清楚的是，描述于本文中的***和方法都被很好地调适以达到被提及的结论和好处及其内含的本质。本领域技术人员将了解的是，在本说明书内的方法和***可被实施成许多方式，因此不应受限于前述范例化的实施例和实例。就这一点而言，描述于本文中的不同实施例的任何数量的特征可被结合成一个单一的实施例且具有少于或多于描述于本文中的所有特征的替代实施例是可能的。
虽然不同的实施例已为了此揭露内容的目的而被描述，但不同的改变及修改可被达成，这些都是在本揭露内容所预期到的范围内。例如，在高精确度对于第二处理工具而言是非必要的情形中，一在高精确子区域上方有较高精确度的照相机的光刻工具可和一在标准子区域上方的第二处理工具配成对。许多其它改变可被实施，这些改变将毫无困难地将它们自给建议给本领域技术人员且它们被本揭露内容的精神所涵盖。
符号说明
100：光刻工具
102：基座
104：夹头
106：基材
110：照相机组件
112：照相机
114：桥架
116：Y轴槽道
118：雪撬件
120：照明区
113：节距调整机构
200：单一相机实施例
212：照相机
206：基材
214：桥架
216：槽道
202：基座
204：夹头
220：照明区

Claims (17)

1.一种用于半导体基材光刻处理的步进器，包含:
一基座；
一只沿着坐标***的X轴移动的夹头；
一安装在该基座和该夹头上的桥架；及
至少一安装在该桥架上的投影照相机；
该至少一投影照相机可沿着该坐标***的Y轴移动，该夹头沿着X轴以及该至少一投影照相机沿着Y轴的总合移动范围足以将该至少一投影照相机的视野定址到安装于该夹头上的实质整个基材上。
2.根据权利要求1所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其中该至少一投影照相机包含第一投影照相机及第二投影照相机，每一投影照相机可分别定址该夹头上的该基材的大约一半。
3.根据权利要求2所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其中可被该第一投影照相机定址的该基材的视野和可被该第二投影照相机定址的该基材的视野不重迭。
4.根据权利要求2所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其中该第一和第二投影照相机有一固定不变的节距。
5.根据权利要求2所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其更包含:
一耦合在该第一和第二投影照相机之间的节距调整机构，该节距调整机构具有多个位置，该多个位置的每一个位置对应于该第一和第二投影照相机之间的一不同的节距。
6.根据权利要求2所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其中该至少一投影照相机可控制地沿着Y轴移动于由一空气轴承所产生的空气垫之上。
7.根据权利要求6所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其中该空气轴承可独立于该至少一投影照相机之外地移动。
8.一种用于半导体基材光刻处理的步进器，包含:
一基座；
一只沿着坐标***的X轴移动的夹头；
一安装在该基座和该夹头上的桥架；及
第一投影照相机和第二投影照相机，每一投影照相机皆被安装在该桥架上且可沿着该坐标***的Y轴移动，
该夹头沿着X轴和该第一及第二投影照相机沿着Y轴的总合移动范围足以将该第一及第二投影照相机的视野定址到安装于该夹头上的实质整个基材上。
9.根据权利要求8所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其中该第一和第二投影照相机的每一投影照相机可定址该夹头上的该基材的大约一半。
10.根据权利要求8所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其中可被该第一投影照相机定址的该基材的视野和可被该第二投影照相机定址的该基材的视野不重迭。
11.根据权利要求8所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其中该第一和第二投影照相机有一固定不变的节距。
12.根据权利要求8所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其更包含:
一耦合在该第一和第二投影照相机之间的节距调整机构，该节距调整机构具有多个位置，该多个位置的每一个位置对应于该第一和第二投影照相机之间的一不同的节距。
13.根据权利要求8所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其中该第一和第二投影照相机系可控制地沿着Y轴移动于由一空气轴承所产生的空气垫之上。
14.根据权利要求13所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其中该空气轴承可独立于该第一和第二投影照相机之外地移动。
15.一种用于半导体基材光刻处理的步进器，包含:
一基座；
一只沿着坐标***的X轴移动的夹头；
一安装在该基座和该夹头上的桥架；及
一投影照相机，其被安装在该桥架上且可沿着该坐标***的Y轴移动，
该夹头沿着X轴和该投影照相机沿着Y轴的总合移动范围足以将该投影照相机的视野定址到安装于该夹头上的实质整个基材上。
16.根据权利要求15所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其中该投影照相机可控制地沿着Y轴移动于由一空气轴承所产生的空气垫之上。
17.根据权利要求16所述的用于半导体基材光刻处理的步进器，其中该空气轴承可独立于该投影照相机之外地移动。
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