半导体加工中控制曲度以控制叠对的位置特定的应力调节制造技术

本公开提供了半导体加工中控制曲度以控制叠对的位置特定的应力调节。本公开的技术包括通过校正或调整晶片的弯曲来校正图案叠对误差的系统和方法。特定于位置的对半导体衬底上的应力的调整减小了叠对误差。特定于位置的应力调整独立地修改衬底上的特定区、区域或点位置以改变在那些特定位置处的晶片曲度，这降低了衬底上的叠对误差，转而改进了在衬底上创建的后续图案的叠对。本公开的技术包括：接收具有一定量的叠对误差的衬底；测量衬底的曲度以映射跨衬底的z高度偏差；生成叠对校正图案；以及通过独立于其他坐标位置的修改在特定位置处物理地修改衬底上的内应力。这样的修改可以包括蚀刻衬底的背面表面。一个或多个加工模块可用于这种加工。

【技术实现步骤摘要】
半导体加工中控制曲度以控制叠对的位置特定的应力调节相关申请的交叉引用本申请要求于2016年9月5日提交的名称为“MethodforCorrectingWaferBow”的美国临时专利申请第62/383,549号的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。
本公开内容涉及半导体制造，具体地涉及晶片叠对(overlay)。
技术介绍
半导体制造涉及多个不同的步骤和工艺。一种典型的制造工艺称为光刻(也称为微光刻)。光刻使用诸如紫外线或可见光的辐射在半导体器件设计中生成精细图案。可以使用包括光刻、蚀刻、膜沉积、表面清洁、金属化等的半导体制造技术来构造许多类型的半导体器件，例如二极管、晶体管和集成电路。曝光系统(也称为工具)用于实现光刻技术。曝光系统通常包括：照明系统、用于产生电路图案的掩模板(也称为光掩模)或空间光调制器(SLM)、投射系统以及用于对准光敏抗蚀剂涂覆的半导体晶片的晶片对准台。照明系统利用(优选为)矩形槽照明场对掩模板或SLM的区域进行照明。投射系统将掩模板图案的照明区域的图像投射到晶片上。为了准确地投射，重要的是在相对平坦或平面的、优选地具有小于10微米的高度偏差的晶片上对光图案进行曝光。
技术实现思路
随着半导体器件制造技术的进步，对用于制造半导体器件的光刻系统和涂覆机/显影机的需求日益增加。这包括对衬底对准准确度的越来越高的要求。衬底通常安装在也被称为晶片台的卡盘上。在曝光期间，暴露在衬底上的特征需要与衬底上的现有特征叠对。换句话说，图案B需要与图案A对准。后续层的对准被称为叠对。叠对中的误差意味着层相对于下方(或上方)层的偏移。为了实现期望的叠对性能，在曝光之前将衬底对准衬底台。然而，在对准之后，衬底相对于衬底台的任何移动都会导致叠对误差。已经存在例如通过使用散射仪来测量叠对误差的传统工具。各种制造工艺步骤(材料沉积、蚀刻、固化等)可以造成衬底的膨胀和/或收缩，导致得到翘曲或弯曲的衬底。例如，在光化辐射曝光期间，由于从曝光光束转移到衬底的能量，衬底被局部加热。衬底在退火过程中也被加热。这种加热导致衬底膨胀。如果未检查衬底膨胀，则膨胀超过叠对误差公差。此外，如果衬底和衬底卡盘之间的夹持力不足以防止衬底膨胀，则衬底会在衬底卡盘上滑动，并且将发生较大的衬底膨胀，导致较大的叠对误差。因为在曝光期间衬底周围的环境是真空，因此在一些工艺中，例如在极紫外(“EUV”)系统中，滑动可能更显著。因此，并不总是可以真空夹紧，并且必须使用较弱的静电夹紧来代替真空夹紧。其他制造步骤也可以造成衬底膨胀和收缩。例如，沉积的膜可以引起衬底收缩。此外，各种退火和掺杂步骤可以在给定的衬底中产生大量的曲度。退火步骤尤其可以产生叠对挑战。这些各种制造步骤的结果是不平坦或非平面的衬底。例如，衬底的背面可以具有既有高点又有低点的z高度差(竖直高度或垂直于衬底表面的距离的差)。由于这种弯曲引起的高度差可以为约1微米至约500微米或更大的数量级。因为通过各种曝光工具曝光的半导体器件或结构以几十纳米到几百纳米的规模被曝光，所以这种波动显著。因此，具有数千纳米至10,000纳米的偏转变化会显著降低产量，这是因为难以正确对准两个图案。用于解决部分加工的衬底上的衬底弯曲和不均匀曲率的常规技术集中在用于将衬底卡持(或夹持或吸持)到衬底保持器以使曲率平坦化的卡持技术。然而，在这样显著的弯曲的情况下，通过仅卡持衬底来使衬底精确地平坦化是非常困难或不可能的。因此，期望具有衬底叠对校正技术，以在发送或返回到扫描仪/步进器以进行额外曝光之前改进和/或校正叠对。本文的技术包括用于校正晶片叠对的系统。计量模块被配置成测量衬底的曲度并生成曲度测量结果，该曲度测量结果映射衬底的相对于一个或更多个参考z高度值的z高度偏差。这样的衬底具有工作表面和与工作表面相反的背面表面。衬底具有由已被执行以在衬底的工作表面上产生半导体器件的至少一部分的一个或更多个微制造加工步骤产生的初始叠对误差。控制器被配置成接收曲度测量结果，并且基于曲度测量结果生成叠对校正图案。叠对校正图案基于曲度测量结果来定义对衬底上特定位置处的内应力的调整。在该叠对校正图案中，衬底上的第一给定位置具有与叠对校正图案中衬底上的第二给定位置相比不同的定义的内应力调整。加工模块具有衬底保持器和衬底处理部件，衬底处理部件被配置成根据叠对校正图案在衬底上的特定位置处物理地修改衬底上的内应力，从而得到衬底的修改的曲度。具有现在修改的曲度的衬底具有第二叠对误差，与初始叠对误差相比，该第二叠对误差是减小的叠对误差。本文的技术包括用于校正晶片叠对的系统。这样的系统可以包括若干部件。计量模块被配置成测量衬底的曲度，其产生曲度测量结果，曲度测量结果映射衬底的相对于一个或更多个参考z高度值的z高度偏差。涂覆模块被配置成用辐射敏感材料涂覆晶片的背面表面。控制器被配置成产生叠对校正图案，其基于衬底的曲度测量结果来定义对衬底上的特定位置处的内应力的调整，使得在叠对校正图案中衬底上的第一给定位置具有与衬底上的第二给定位置相比不同的定义的内应力调整。成像模块被配置成基于叠对校正图案将背面表面暴露于光化辐射的图案。显影模块被配置成在暴露于光化辐射的图案之后使辐射敏感材料显影，以导致辐射敏感材料在衬底的背面表面上形成浮雕图案。蚀刻模块被配置成使用该浮雕图案作为蚀刻掩模来蚀刻衬底的背面表面，从而减小衬底的叠对误差。在一些实施方式中，所有这些模块都在公共平台上，其中自动衬底处理系统可以自动地在模块之间传送衬底。因此，创建一体化工具来修复叠对误差。例如，可以将具有叠对误差的晶片加载到该工具中，然后系统测量、计算校正、进行校正，然后返回具有校正的或减小的叠对误差的晶片。本文的技术包括用于校正晶片叠对的方法。在该方法的一个实施方式中，接收具有工作表面并具有与工作表面相反的背面表面的衬底。衬底具有由已被执行以在衬底的工作表面上产生半导体器件的至少一部分的一个或更多个微制造加工步骤产生的初始叠对误差。接收或取得衬底的初始曲度测量结果，该曲度测量结果映射衬底上的相对于一个或更多个参考z高度值的z高度偏差。生成叠对校正图案，其基于衬底的初始曲度测量结果来定义对衬底上特定位置处的内应力的调整。在该叠对校正图案中，衬底上的第一给定位置具有与叠对校正图案中衬底上的第二给定位置相比不同的定义的内应力调整。然后，根据叠对校正图案在衬底上的特定位置修改衬底上的内应力，从而得到衬底的修改的曲度。具有修改的曲度的衬底具有第二叠对误差。与初始叠对误差相比，第二叠对误差具有减小的叠对误差。本文的技术包括用于校正晶片叠对的方法。在该方法的一个实施方式中，接收具有工作表面和与工作表面相反的背面表面的衬底。衬底具有由已被执行以在衬底的工作表面上产生半导体器件的至少一部分的一个或更多个微制造加工步骤产生的初始叠对误差。测量衬底的曲度，从而产生衬底的曲度测量结果，该曲度测量结果映射衬底的相对于一个或更多个参考z高度值的z高度偏差。生成叠对校正图案，其基于衬底的曲度测量结果来定义对衬底上特定位置处的内应力的调整。在该叠对校正图案中，衬底上的第一给定位置具有与衬底上的第二给定位置相比不同的定义的内应力调整。衬底的背面表面涂覆有一层光致抗蚀剂。基于叠对校正图案，使用光化辐射的图案对衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于校正晶片叠对的系统，所述系统包括：计量模块，其被配置成测量衬底的曲度并生成曲度测量，所述曲度测量映射所述衬底的相对于一个或多个参考z高度值的z高度偏差，所述衬底具有工作表面并且具有与所述工作表面相反的背面表面，所述衬底具有初始叠对误差，所述初始叠对误差源自已经被执行以在所述衬底的所述工作表面上创建半导体器件的至少一部分的一个或多个微制造加工步骤；控制器，其被配置成接收所述曲度测量并基于所述曲度测量产生叠对校正图案，所述叠对校正图案基于所述曲度测量定义对所述衬底上的在特定位置处的内应力的调整，其中，在所述叠对校正图案中所述衬底上的第一给定位置具有与所述衬底上的第二给定位置相比不同的定义的内应力调整；以及加工模块，其具有衬底保持器和衬底处理部件，所述衬底处理部件被配置成根据所述叠对校正图案物理地修改所述衬底上的在特定位置处的所述衬底上的内应力，以得到所述衬底的经修改的曲度，具有所述经修改的曲度的衬底具有第二叠对误差，与所述初始叠对误差相比，所述第二叠对误差具有减小的叠对误差。

【技术特征摘要】
2016.09.05 US 62/383,5491.一种用于校正晶片叠对的系统，所述系统包括：计量模块，其被配置成测量衬底的曲度并生成曲度测量，所述曲度测量映射所述衬底的相对于一个或多个参考z高度值的z高度偏差，所述衬底具有工作表面并且具有与所述工作表面相反的背面表面，所述衬底具有初始叠对误差，所述初始叠对误差源自已经被执行以在所述衬底的所述工作表面上创建半导体器件的至少一部分的一个或多个微制造加工步骤；控制器，其被配置成接收所述曲度测量并基于所述曲度测量产生叠对校正图案，所述叠对校正图案基于所述曲度测量定义对所述衬底上的在特定位置处的内应力的调整，其中，在所述叠对校正图案中所述衬底上的第一给定位置具有与所述衬底上的第二给定位置相比不同的定义的内应力调整；以及加工模块，其具有衬底保持器和衬底处理部件，所述衬底处理部件被配置成根据所述叠对校正图案物理地修改所述衬底上的在特定位置处的所述衬底上的内应力，以得到所述衬底的经修改的曲度，具有所述经修改的曲度的衬底具有第二叠对误差，与所述初始叠对误差相比，所述第二叠对误差具有减小的叠对误差。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加工模块被配置成以如下方式不同地修改内应力：所述加工模块被配置成独立地修改所述衬底上的不同位置，使得所述不同位置中的至少一部分被彼此相比不同地修改。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加工模块被配置成增加或减小所述衬底上的在特定位置处的内应力，其中，所述加工模块被配置成物理地修改所述衬底的所述工作表面或所述衬底的所述背面表面上的内应力。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加工模块被配置成将所述衬底保持成使所述工作表面面朝上，同时物理地修改所述衬底的所述背面表面上的内应力。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计量模块和所述加工模块在具有自动衬底处理系统的公共平台上，所述自动衬底处理系统将所述衬底自动地从所述计量模块移动到所述加工模块。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加工模块被配置成以如下方式在所述衬底的所述背面表面上通过特定于位置的材料添加来修改所述衬底上的内应力：所述衬底上的所述第一给定位置与所述第二给定位置相比能够具有更多的添加材料。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加工模块被配置成以如下方式在所述衬底的所述背面表面上通过特定于位置的材料去除来修改所述衬底上的内应力：所述衬底上的所述第一给定位置与所述第二给定位置相比能够具有更多的去除材料，其中，所述加工模块被配置成将一个或多个膜添加到所述衬底的所述背面表面，然后选择性地在给定位置处从所述一个或多个膜去除材料。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加工模块被配置成以如下方式通过将颗粒以特定于位置的注入所述衬底的所述背面表面来修改所述衬底上的内应力：所述衬底上的所述第一给定位置与所述第二给定位置相比能够具有更多的注入的颗粒。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加工模块被配置成通过固化膜的特定于位置的温度调制来修改所述衬底上的内应力。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置成基于所述工作表面的器件参数以及所述曲度测量来生成所述叠对校正图案。11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置成使用选自由平面内偏差、与参考平面的z高度偏差、对感兴趣的位置的多阶导数分析、Zernike多项式分析、像素化基函数优化和球贝塞尔函数组成的组的计算方法来生成所述叠对校正图案。12.一种用于校正晶片叠对的系统，所述系统包括：计量模块，其被配置成测量衬底的曲度，以产生曲度测量，所述曲度测量映射所述衬底的相对于一个或多个参考z高度值的z高度偏差；涂覆模块，其被配置成用辐射敏感材料涂覆衬底的背面表面；控制器，其被配置成生成叠对校正图案，所述叠对校正图案基于所述衬底的所述曲度测量来定义对所述衬底上的在特定位置处的内应力的调整，其中，在所述叠对校正图案中所述衬底上的第一给定位置具有与所述衬底上的第二给定位置相比不同的定义的内应力调整；成像模块，其被配置成基于所述叠对校正图案将所述背面表面暴露于光化辐射的图案；显影模块，其被配置成在暴露于所述光化辐射的图案之后显影所述辐射敏感材料，以使所述辐射敏感材料在所述衬底的所述背面表面上形成浮雕图案；以及蚀刻模块，其被配置成使用所述浮雕图案作为蚀刻掩模来蚀刻所述衬底的所述背面表面，由此减小所述衬底的叠对误差。13.根据权利要求12所述的系统，还包括自动衬底处理系统，所述自动衬底处理系统被配置成在所述计量模块、所述涂覆模块、所述成像模块、所述显影模块和所述蚀刻模块之间传送所述衬底。14.根据权利要求13所述的系统，其中，所有的所述计量模块、所述涂覆模块、所述成像模块、所述显影模块和所述蚀刻模块都在公共平台上。15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述自动衬底处理系统被配置成旋转所述衬底以选择性地使工作表面或所述背面表面面朝上。16.根据权利要求12所述的系统，还包括剥离模块，所述剥离模块被配置成从所述背面表面去除剩余的辐射敏感材料。17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述剥离模块被配置成使用等离子体从所述背面表面烧掉所述剩余的辐射敏感材料。18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述剥离模块被配置成使用液体化学品从所述背面表面去除所述剩余的辐射敏感材料。19.根据权利要求12所述的系统，还包括烘烤模块，所述烘烤模块被配置成烘烤在所述衬底的所述背面表面上的所述辐射敏感材料。20.根据权利要求12所述的系统，还包括沉积模块，所述沉积模块被配置成在所述衬底的所述背面表面上沉积一个或多个膜。21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述沉积模块被配置成沉积两个或更多个应力相反的膜。22.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统被配置成生成光化辐射的图案作为曲度校正图像，其中，所述系统被配置成生成足以减小至少二阶弯曲的叠对校正图像。23.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统被配置成生成所述叠对校正图案，所述叠对校正图案足以定义所述浮雕图案，所述浮雕图案在可溶区域中定义足够的支撑结构以提供在显影之后足以当定位在光刻卡盘上时与所述光刻卡盘上的销接触的机械支撑结构。24.根据权利要求12所述的系统，其中，所述蚀刻模块被配置成使用液体蚀刻化学品蚀刻所述衬底的所述背面表面，并且其中，所述成像模块被配置成使用直写式曝光工具。25.根据权利要求12所述的系统，其中，所述成像模块使用一个或多个镜将电磁辐射引导在所述衬底处，其中，所述成像模块被配置成使用具有选自由436纳米、405纳米、365纳米、248纳米和193纳米组成的组的光谱线的光源来将图像投射在所述衬底的所述背面表面上。26.根据权利要求12所述的系统，还包括清洁模块，所述清洁模块被配置成清洁所述衬底的所述背面表面或工作表面。27.一种用于校正晶片叠对的方法，所述方法包括：接收具有工作表面且具有与所述工作表面相反的背面表面的衬底，所述衬底具有初始叠对误差，所述初始叠对误差源自已经被执行以在所述衬底的所述工作表面上创建半导体器件的至少一部分的一个或多个微制造加工步骤；接收所述衬底的初始曲度测量，所述初始曲度测量映射所述衬底的相对于一个或多个参考z高度值的z高度偏差；生成叠对校正图案，所述叠对校正图案基于所述衬底的所述初始曲度测量来定义对所述衬底上的特定位置处的内应力的调整，其中，在所述叠对校正图案中所述衬底上的第一给...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东·德维利耶，丹尼尔·富尔福德，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP