CN100357830C - 光刻装置、程控构图部件和器件制造方法 - Google Patents

光刻装置、程控构图部件和器件制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开光刻装置、程控构图部件和器件制造方法，其中程控构图部件包括多个独立可寻址像素，每个像素由单个分立元件构成，能够用来调制入射其上的辐射的振幅以及相位；至少一个像素元件包括一为固态电光材料的第一层以及用于有选择地向所述固态电光材料施加电压以改变其双折射率的电极，并且一为固态电光材料的第二层以及用于有选择地向所述为固态电光材料的第二层施加第二电压以改变其双折射率的电极，其中所述第二层的非寻常轴垂直于第一层的非寻常轴。

Description

光刻装置、程控构图部件和器件制造方法
技术领域
本发明涉及一种光刻投射装置，包括：
-用于提供辐射投射光束的辐射系统；
-用于根据理想的图案对投射光束进行构图的程控构图部件；
-用于保持基底的基底台；
-用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统。
背景技术
光刻投影装置用于集成电路(IC)、平板显示和其他涉及精密结构的器件的制造。程控构图部件产生对应于比如IC每一层的图案，该图案成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(例如硅片或玻璃板)的靶部上(例如包括一个或者多个电路小片(die)的某部分)。
在这种成像步骤之前，可以对基底进行各种处理，如涂底漆，涂敷抗蚀剂和软烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如曝光后烘烤(PEB)、显影、硬烘烤和测量/检查成像特征。这些转移过程导致了在基底上的抗蚀剂图案层。接下来进行的一个或更多的构图步骤，比如喷镀、蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学-机械抛光等完成、产生和修正器件的某一层所需要的每一步处理。如果需要多层，那么对每一新层重复全部步骤或者其变化。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切割或者锯断的技术将这些器件彼此分开，单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些步骤的进一步信息可从例如Peter van Zant的“微型集成电路片制造：半导体加工实践入门(Microchip Fabrication：A Practical Guide to SemiconductorProcessing)”一书(第三版，McGraw Hill Publishing Co.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。
为了优化使用光刻投射装置投射到基底上的图案，很希望能够产生灰度曝光。也希望能够在邻接元件之间产生相差。利用这些性质能够对产生在基底上的特征边缘的位置进行更严密地控制。目前已知的空间光调制器能产生灰度图像。其他目前已知的空间光调制器能产生相位调制。然而，具有对图像生成更有效控制的空间光调制器将是希望形成的。
发明内容
本发明的一个目的是提供能对其产生的图像增强控制的程控构图部件。
依照本发明在开始段中说明的光刻装置实现上述及其他发明目的，其特征在于所述程控构图部件包括多个独立可寻址像素，每个像素由单个分立元件构成，能够用来调制入射其上的辐射的振幅以及相位；并且至少一个像素元件包括一为固态电光材料的第一层以及用于有选择地向所述电光材料施加电压以改变它的双折射的电极，并且一为固态电光材料的第二层以及用于有选择地向所述为固态电光材料的第二层施加第二电压以改变其双折射率的电极，其中所述第二层的非寻常轴垂直于第一层的非寻常轴。
具有程控构图部件的光刻装置因此能够在基底上产生具有更严密控制的边缘的特征的器件。所以特征的质量就提高了。
材料的双折射引起了穿过材料的辐射的偏振变化。偏振变化的程度依赖于材料的双折射，双折射率又依赖于施加到电光材料的电压。因此，通过用偏振光照明程控构图部件并且将从程控构图部件发出的光在将其投射到基底之前穿过偏振滤光器，使来自每个像素的光的振幅可以得到调制。
像素元件包含一个具有向第二电光材料层施加第二电压的电极，从而改变它的双折射率的第二电光材料层。第二层的非寻常轴方向垂直于第一电光材料层的非寻常轴方向。两层的寻常轴方向通常平行于投射到程控构图部件上的辐射束。如果施加到第一和第二层的电压相同，第二电光材料层将会补偿第一电光层的偏振变化。任何施加到第一和第二材料层电压之间的不同将会导致从像素发出的辐射束相对于入射其上的辐射束偏振的净变(net change)。因此，通过使用一个适当的偏振滤光器，辐射能够被像素元件振幅调制。电光层的双折射率也会导致辐射的相变。然而，由两层产生的相变是累积的，也就是说由一层产生的相变不会补偿由另一层产生的相变。因此像素元件也可以用来相位调制辐射束。当很小或者没有电压施加到两层时，辐射实际上没有相变以及偏振的变化。如果向两层之一施加电压，辐射束的相位和偏振就会改变。如果向两层都施加电压，那么辐射的相位将会改变但是偏振不改变。因此就可能对辐射的相位和振幅分别进行调制。
在一个可选的实施方案中，像素元件包括一个用于校正辐射的偏振并且因此振幅调制光束的单独的电光材料层。电光材料层设置在一个致动器上用于将像素元件的位置校正在平行于入射其上的辐射束方向。校正像素元件的位置能够因此用来相位调制辐射。
这些实施例可以用来提供透射SLM。可选地，通过将用于使透射穿过电光材料的辐射反射的反射材料层附着于电光材料，而提供反射SLM。
电光材料优选由ADP、AD*P、KDT和KD*P之一形成。为了对电光材料的最佳控制，其应工作在接近于但略在居里温度之上。因此在SLM中提供温控冷却部件。
用于本发明的电光材料具有一些和用于显示的一般称为LCD的液晶器件相似的性质。然而，电光材料最好是固态的而不是液态。这样的电光材料的优点是：它们在有UV和DUV辐射的情况下，不会像液晶那样变质(degrade)；电光材料能以快得多的速度切换到不同状态(可能在GHz速度，而液晶器件典型地仅以至多4kHz的速度切换)；由电光材料制造的器件能够使用光刻技术生产；因此电光器件可能作成相对于液晶器件更小的尺寸。
根据本发明的另一个方面，提供一种器件制造方法，包括如下步骤：
-提供一个基底；
-利用辐射系统提供辐射投射射束；
-利用程控构图部件对投射束进行构图；
-将带图案的辐射束投射到基底的靶部上；
特征在于所述程控构图部件包括多个独立可寻址像素，每个像素由一分立元件构成，并且至少一个像素元件包括一为固态电光材料的第一层以及用于有选择地向所述电光材料施加电压以改变它的双折射率的电极，并且一为固态电光材料的第二层以及用于有选择地向所述为固态电光材料的第二层施加第二电压以改变其双折射率的电极，其中所述第二层的非寻常轴垂直于第一层的非寻常轴；所述方法还包括控制每一像素元件以调制入射其上的辐射的振幅和相位的步骤。
这里使用的术语“程控构图部件”应广义地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的任何部件，所以理想的图案能够形成在基底的靶部上；本文中也使用术语“光阀”和“空间光调制器(SLM)”。这种构图部件的示例包括：
程控反射镜阵列。其可以包括具有一粘弹性控制层的矩阵可寻址表面和一反射表面。这种装置的理论基础是(例如)反射表面的寻址区域将入射光反射为衍射光，而非可寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的空间滤光器，从反射的光束中过滤所述非衍射光，只保留衍射光以到达基底；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而产生图案。光栅光阀(GLV)阵列也能用在相应的方式中。每个GLV由多个反射带组成，反射带可以相对于彼此变形以形成将入射光反射为衍射光的光栅。程控反射镜阵列的另一实施例利用微小反射镜的矩阵排列，通过使用适当的局部电场，或者通过使用压电致动器装置，使得每个反射镜能够独立地关于一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，由此已定址的反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到无地址的反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的定址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵寻址。在上述两种情况中，程控构图部件可包括一个或者多个程控反射镜阵列。反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891、美国专利US5,523,193、PCT专利申请WO98/38597和WO 98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。
程控LCD阵列。例如由美国专利US 5,229,872给出的这种结构，它在这里引入作为参照。
应该理解，使用了特征的预偏置、光学近似校正特征、相变技术和多次曝光(multiple exposure)技术的地方，“显示”在程控构图部件上的图案基本上和最终转移到基底的一层或基底上的图案不同。
为了简单起见，投影系统也可称为“镜头”；可是，该术语应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，反折射系统和微镜阵列。可以理解，在本申请中使用的术语“投射系统”只是指任何用于将带图案的光束从程控构图部件转移到基底的任何系统。辐射系统还可以包括根据这些设计类型中任一设计的操作部件，该操作部件用于操纵、整形或者控制辐射的投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。
光刻装置可以具有两个(双级)或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多级式”器件中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。
光刻装置也可以是其中基底浸没在一种具有比较高折射率的液体中，比如水，以使其填充投射系统末端元件和基底之间的空间。浸没液体也可以应用到光刻装置中的其他空间，比如掩模和投射系统的最初元件之间。浸没技术是本领域用于提高投射系统数值孔径的一种众所周知的技术。
在本申请中，本发明的装置具体用于制造IC，但是应该明确理解这些装置可能具有其它应用。例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器、液晶显示板、薄膜磁头、薄膜晶体管液晶显示器、印刷线路板(PCB)等的引导和检测图案等。
在本文件中，使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和EUV(远紫外辐射，例如具有5-20nm的波长范围)，和粒子束，如离子束或者电子束。
附图说明
现在仅通过举例的方式，参照附图描述本发明的示范实施方案，其中：
图1表示本发明实施方案的光刻投射装置；
图2表示根据本发明的第一实施方案的程控构图部件的像素元件；
图3表示图2所示的实施方案的变型；
图4表示根据本发明的第二实施方案的程控构图部件的像素元件；
在图中相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施方式
实施方案1
图1示意性地表示了本发明一具体实施方案的一光刻投影装置。该装置包括：
辐射系统Ex，IL，用于提供辐射投射光束PB(例如UV辐射)，在该具体的例子中该辐射系统包括辐射源LA；
程控构图部件PPM(例如程控反射镜阵列)，用于将图案施加到投射束中；总之程控构图部件的位置将相对于物体PL固定；然而作为替代也可以与用于将基底相对于物体PL精确定位的定位装置连接；
目标台(基底台)WT，设有用于保持基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的定位装置连接；
投射系统(“镜头”)PL(例如，石英和/或CaF2透镜系统或包括由这样的材料制成的透镜元件的折反射系统，或反射镜系统)，用于将带图案的光束投射到基底W的靶部C(例如包括一个或多个电路小片(die))上；投射系统可以将程控构图部件的图像投射到基底上；可选择地，投射系统投射辅助光源的图像，程控构图部件的元件作为图像的快门；投射系统也可以包括微镜阵列(如已公知的MLA)，从而例如形成辅助光源和将微点(microspot)投射到基底上。
如这里描述的，该装置是反射型的(即具有反射程控构图部件)。然而，一般而言也可以是比如透射型的(即具有透射程控构图部件)。
辐射源LA(例如准分子激光)产生辐射束。该光束直接或经过如扩束器Ex的调节装置后，再照射到照射系统(照射器)IL上。照射器IL包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到程控构图部件PPM上的光束PB在其横截面具有理想的均匀性和强度分布。
应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投射装置的壳体中(例如当源是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投射装置，其产生的辐射光束被(例如通过适当的定向反射镜的帮助)引导至该装置中；当光源LA是准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求包含这两种方案。
光束PB然后与程控构图部件PPM相交。经过程控构图部件PPM反射之后的光束PB通过镜头PL，该镜头将光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在定位装置(和干涉测量装置IF)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB的光路中定位不同的靶部C。在其被使用的地方，例如在扫描期间，可以使用程控构图部件的定位装置将程控构图部件PPM相对于光束PB的光路的位置进行精确校正。一般地，用图1中未明确显示的长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精确定位)，可以实现目标台WT的移动。近似的系统也可以用来定位程控构图部件。可以理解，投射束可以交替地/附加地移动而目标台和/或程控构图部件可以具有固定位置从而提供所需的相对移动。
尽管根据本发明的光刻装置在这里描述为用于在基底上曝光抗蚀膜，可以理解本发明不限于此用处，该装置也可以用在无抗蚀光刻中以投射带图案的投射束。
所示的装置可以按照四种不同模式使用：
1.步进模式：程控构图部件上的整个图像被一次投射(即单“闪”)到靶部C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的靶部C能够由光束PB照射。
2.扫描模式：基本与步进模式相同，但是所给的靶部C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，程控构图部件沿给定的方向(所谓的“扫描方向，例如y方向”)以速度v移动，以使投射光束PB扫描整个程控构图部件；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率。在这种方式中，可以曝光相当大的靶部C，而没有牺牲分辨率。
3.脉冲模式：程控构图部件基本上保持静止，使用脉冲辐射源将整个图案投射到基底的靶部C。基底台WT以基本上恒定的速度移动，以至引起了投射束PB在基底W上扫描了一道线。在辐射系统的脉冲间，程控构图部件上的图案可根据需要校正，且该脉冲是同步的以使连续靶部C被曝光于基底的所需位置。因此，投射束能在基底W上扫描而为基底的一条带区域曝光完整图案。重复这个过程直到对整个基底都已一道一道地曝光。
4.连续扫描模式：基本上和脉冲模式相同，但是使用了大体恒定的辐射源，并且当投射束在基底上扫描并对其曝光时，程控构图部件上的图案得到校正。
也可以采用上述所用的模式的组合和/或变化或者与所用的完全不同的模式。
图2示出了本发明所用的类型的SLM中使用的像素元件1。一般地，SLM由这样的像素元件的阵列组成。阵列可以包含例如1-8百万像素，每个像素宽度为5-10μm。像素元件1由附着于第二电光材料层3的第一电光材料层2组成。电光材料层2、3起到单轴双折射材料的作用(具有三个正交坐标轴：两条“寻常”轴，该轴中的折射率为第一值；一条“非寻常”轴，有时称作“光轴”，该轴中的折射率为不同的第二值)。定向电光材料层2、3中的每一层以使一条寻常轴平行于光刻装置的光轴，也就是说在图2所示的情形中平行于入射到SLM上的辐射的方向。然而应该理解，在一些应用中，入射辐射可以不是远心的，这种情况下入射辐射不平行于光刻装置的光轴。如图2所示，定向电光材料层2、3，以使第一电光材料层2的非寻常轴垂直于第二电光材料层3的非寻常轴。每一电光材料层具有电极，通过电极可以向材料施加电压。施加到第一层2的电压用V1表示，施加到第二层3的电压用V2表示。施加到每层上的电压V1、V2能够独立地受到控制。
电光层2、3的双折射分别取决于施加到每层上的电压V1、V2。由于2、3两层的非寻常轴相互垂直，第一层2中的寻常光线(O光)变为第二层3中的非寻常光线(E光)，反之亦然。材料的双折射引起了非寻常光线滞后(或领先)于寻常光线。差别的大小取决于双折射，双折射依次取决于施加的电压。因此在出口平面上存在寻常光线和非寻常光线之间的相位差，这个相位差取决于施加的电压。这样的结果就是偏振的变化。在第二层3中，寻常光和非寻常光的作用互换了。因此，如果需要，偏振变化的补偿能够发生。如果施加到层2、3中每一层的电压V1、V2相同那么偏振的净变就可以忽略。然而与两层上都没有施加电压的像素元件相比，生成的辐射束将具有全部的相位改变。因此通过向第一像素元件的两层施加相等的电压并且向相邻像素元件的两层不施加电压，二者生成的辐射不会由任何偏振的变化，但会在二者之间存在相位差。通过向其中一层施加电压而另一层不施加电压，就会实现辐射束偏振的变化。辐射束偏振的变化取决于施加到两层的全部电压。因此通过独立地控制施加到两层的电压，像素元件1既能控制辐射束的相位又能控制偏振的变化。可以向两层2、3都施加偏移电压。通过提高在一层上的电压而减小另一层上的电压，从像素元件中生成的辐射束将具有和施加了偏移电压的像素元件中的辐射束相同的相位，而辐射束的偏振将会改变。
作为辐射系统的固有结果或是通过在辐射系统和SLM之间提供偏振滤光器，使入射到像素元件1上的辐射4偏振。从像素元件1发出的辐射5也是偏振的，但偏振角移位的量取决于施加到电光层2、3上的电压V1、V2之间的差。第二偏振滤光器位于SLM和辐射所投射到的基底之间。偏振滤光器减弱了辐射的强度，减弱的量取决于输出辐射束5的偏振的移位。因此，通过改变每个像素元件中的偏振移位的程度，能够产生灰度级。总之，通过校正施加于每个像素元件的两个电压，每个像素元件可以同时具有相位和振幅的调制。
图3示出了图2所示的实施方案的变型，其中反射层7附着于第二电光层3。反射层7将入射辐射束4反射返回通过电光层，因此形成反射SLM，其可以用在不适合使用图2所示的透射SLM的场合中。由于两次通过电光层，由电光层提供的振幅和偏振的移位有效地加倍。所以可以向每层施加更小的电压以获得相同的效果或者将电光材料层变薄。
本发明第一实施方案的变型的效能能够通过在第一电光层2的上表面提供抗反射镀层和/或通过在反射表面11和第二电光层3之间提供反射加强镀层而得到提高。
电光层可以由任何公知的电光材料制成，如ADP、AD*P、KDP和KD*P。为了获得来自电光材料的最佳响应，优选应在接近并高于所用的材料的居里温度下工作。这些温度通常低于环境温度。比如KDP的居里温度是123K，KD*P的居里温度有不同的说法为213或222K，ADP的居里温度为148K。因此可以提供温控冷却部件(未示出)以冷却电光层。可以通过与电光层热接触的冷却元件装置或通过向电光层上传导冷却气流来提供冷却。
实施方案2
图4示出了根据本发明的第二实施方案，可以用于光刻投射装置的SLM中的像素元件20。提供了一单一电光层3。附着于层的电极用来向这一层提供电压V。反射表面11附着于电光层3。如第一实施方案中，辐射束4入射到像素元件20上，穿过电光层3，被反射层11反射，再穿过电光层3并且作为辐射束15从像素元件中射出。施加到电光层3的电压V可以用来校正辐射束偏振的移位。此外，通过使用偏振滤光器、控制偏振移位可以用来实现灰度。
电光层3和反射层11设置在由电极22控制的致动器21上。致动器21可以利用比如压电效应或静电效应实现。致动器2 1用来控制电光层3和反射层11的位置在一般平行于入射辐射束的方向上(尽管当光束是非远心的，移动与辐射束的方向有一夹角)。通过校正电光层3和反射层11的位置，光束路径的长度改变了，因此允许对从像素元件发出的辐射相位的控制。这可以用于产生由相邻像素发出的辐射之间的相位差。应该注意，由于电压V的改变引起的电光层3双折射的变化也将引起光束的相位移位，有必要使用致动器21补偿由电光层3引起的相位移位，从而产生对像素元件20生成的辐射的相位和振幅的独立的控制。
尽管已经联系上下文描述了用于对光刻投射装置中的投射光束进行构图的SLM的以上实施方案，但是应当理解，本发明不局限于此，也可用于制作其他用处的SLM。
以上已描述本发明的具体实施例，但应当理解本发明除上述之外，可以采用其他方式进行实施。本说明不作为本发明的限定。

Claims (7)

1.一种光刻投射装置，包括：
-用于提供辐射投射光束的辐射系统；
-用于根据理想的图案对投射光束进行构图的程控构图部件；
-用于保持基底的基底台；
-用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统；
特征在于，所述程控构图部件包括多个独立可寻址像素，每个像素由单个分立元件构成，能够用来调制入射其上的辐射的振幅以及相位；至少一个像素元件包括一为固态电光材料的第一层以及用于有选择地向所述固态电光材料施加电压以改变其双折射率的电极，并且
一为固态电光材料的第二层以及用于有选择地向所述为固态电光材料的第二层施加第二电压以改变其双折射率的电极，其中所述第二层的非寻常轴垂直于第一层的非寻常轴。
2.根据权利要求1的光刻投射装置，还包括一附着于所述至少一个像素元件的电光材料的反射材料层，用于反射透射过电光材料的辐射。
3.根据权利要求1或2的光刻投射装置，其中至少一电光材料层由ADP、AD*P、KDT和KD*P之一制成。
4.根据前权利要求1或2的光刻投射装置，还包括用于依赖其偏振减弱来自至少一个像素的辐射的偏振滤光器。
5.根据权利要求1或2的光刻投射装置，还包括用于控制至少一电光材料层的温度刚好高于其居里温度。
6.程控构图部件，包括多个独立可寻址像素，每个像素由单个分立元件构成，能够用来调制入射其上的辐射的振幅以及相位；其中至少一个像素元件包括一为固态电光材料的第一层以及用于有选择地向所述固态电光材料施加电压以改变其双折射率的电极，并且一为固态电光材料的第二层以及用于有选择地向所述为固态电光材料的第二层施加第二电压以改变其双折射率的电极，其中所述第二层的非寻常轴垂直于第一层的非寻常轴。
7.一种器件的制造方法，包括步骤：
-提供一基底；
-利用辐射系统提供一辐射投射束；
-利用程控构图部件对投射束进行构图；
-将带图案的辐射光束投射到基底的靶部上；
特征在于所述程控构图部件包括多个独立可寻址像素，每个像素由单个分立元件构成，能够用来调制入射其上的辐射的振幅以及相位；并且至少一个像素元件包括一为固态电光材料的第一层以及用于有选择地向所述固态电光材料施加电压以改变其双折射的电极，并且一为固态电光材料的第二层以及用于有选择地向所述为固态电光材料的第二层施加第二电压以改变其双折射率的电极，其中所述第二层的非寻常轴垂直于第一层的非寻常轴；
所述方法还包括控制每个像素元件以调制入射其上的辐射的振幅和相位的步骤。
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