CN100465785C - 光刻装置及器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

通过提供多个激光器并使每个激光器产生的辐射光束混合以形成单独的辐射投影光束，可以提高无掩膜光刻中使用的辐射系统的脉冲剂量再现性。

Description

光刻装置及器件制造方法
技术领域
本发明涉及一种光刻装置和一种器件制造方法。
背景技术
光刻装置是一种将所需图案应用于基底的目标部分的机器。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造，平板显示器以及包括精细结构的其他器件。在常规的光刻装置中，构图装置，也可称为掩模或中间掩模版，可用于产生对应于IC(或其他器件)一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(例如硅晶片或玻璃板)的目标部分上(例如包括部分，一个或者多个管芯(die))。代替掩模，该构图装置可以包括用于产生电路图案的可单独控制的元件阵列。
一般地，单一的基底将包含依次曝光的相邻目标部分的整个网格。已知的光刻装置包括所谓的步进器，其中通过将全部图案一次曝光在目标部分上而辐射每一目标部分，还包括所谓的扫描器，其中通过投影光束沿给定方向(“扫描”方向)扫描图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底来辐射每一目标部分。
当利用具有可单独控制元件阵列的装置进行光刻时，即所谓的无掩模光刻时，确保辐射系统产生的辐射的强度在连续曝光过程中没有明显变化是非常重要的。例如，所需的脉冲对脉冲剂量的再现性可以近似为1％。然而，目前用于光刻的激光器没有达到脉冲对脉冲剂量再现性的程度。特别是，目前使用的受激准分子激光器具有仅仅约为10％的脉冲对脉冲剂量的再现性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于无掩模光刻，且具有改进的脉冲对脉冲剂量的再现性的辐射源。
根据本发明的一个方面提供一种光刻装置，包括：
-用于提供辐射投影光束的辐射系统；
-用于赋予投影光束带图案的横截面的可单独控制的元件阵列；
-用于支撑基底的基底台；
-用于将带图案的光束投影到基底的目标部分上的投影系统，
其中所述辐射系统包括多个辐射产生单元和混合单元，每个辐射产生单元都产生辐射的子投影光束；混合单元混合每个子投影光束，以形成所述辐射投影光束；以及
多个所述的辐射产生单元是封装在单个壳体中的激光器，它们共用容纳在所述壳体内的一个公共的产生激光的媒体
因此，即使每个辐射产生单元的脉冲对脉冲剂量的再现性对于在无掩模光刻中使用是不够的，变化最终够达到平衡，并且整个辐射系统的输出是具有足够的无掩模光刻中使用的脉冲对脉冲剂量再现性的辐射投影光束。此外，虽然壳体中的每个辐射产生单元独立地产生激光脉冲，但是辐射系统整体的复杂性达到最小。
优选地，为了产生具有窄谱的辐射投影光束，每个辐射产生单元产生基本上相同波长的辐射。
壳体内辐射产生单元中的每一个都可以包括一对独立的放电电极。另外，这些辐射产生单元可以共用一个公共的放电电极，并且每一个单元还可以具有一个独立的放电电极。
为方便起见，包含几个辐射产生单元的壳体还可以包括用于混合壳体内的激光器气体的鼓风机和/或用于调节激光器气体温度的温度控制器。通过共用这些公共装置，辐射系统的复杂性进一步减小。
辐射系统可以包括多个壳体，每个壳体都包含多个辐射产生单元，多个辐射产生单元共用一些或全部公共装置。这允许大量的辐射产生单元在辐射系统中结合，而每个壳体的复杂性不会变得太大。
此外，辐射系统可以包括多个辐射产生单元，它们是独立的激光器。控制独立的激光器的定时更加复杂。但是，由于激光器完全独立，因此每个激光器的辐射强度也是完全独立的，从而提高辐射系统整体的脉冲对脉冲剂量的再现性。
为了降低辐射系统的复杂性，一些或者全部辐射产生单元可以共用一个公共的控制系统。
可以利用衍射元件或者微透镜阵列将每个辐射产生单元产生的子投影光束进行混合，从而形成辐射投影光束。
一般地，使用的辐射产生单元的数量越多，脉冲对脉冲剂量的再现性的改进就越大。利用常规的受激准分子激光器，优选使用100个或更多辐射产生单元。
根据本发明的另一方面，提供一种辐射源，该辐射源用于为光刻装置提供辐射投影光束，所述辐射源包括多个辐射产生单元，每个辐射产生单元产生辐射的子投影光束；以及一个混合单元，该混合单元将每个子投影光束混合，以形成辐射投影光束；
其中多个所述辐射产生单元是封装在单个壳体内的激光器，它们共用容纳在所述壳体内的一个公共的产生激光的媒体。
根据本发明的再一个方面，提供一种器件制造方法，包括：
-提供一基底；
-利用辐射系统提供辐射投影光束；
-利用可单独控制的元件阵列赋予投影光束带图案的横截面；
-将带图案的辐射光束投影到基底的目标部分上，
其中所述辐射系统包括多个辐射产生单元，所述方法包括利用所述辐射产生单元提供辐射的多个子投影光束，并且将其混合以提供所述辐躬投影光束；
多个所述辐射产生单元是封装在单个壳体中的激光器，它们共用容纳在所述壳体内的一个公共的产生激光的媒体。
这里使用的术语“可单独控制的元件阵列”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装置，从而将所需图案形成在基底的目标部分上；本文中也使用术语“光阀”和“空间光调制器”(SLM)。这种构图装置的示例包括：
-可编程反射镜阵列。可以包括具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的基本原理是(例如)反射表面的已寻址区域将入射光反射为衍射光，而未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，从反射的光束中滤除所述非衍射光，只保留衍射光到达基底；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的定址图案而产生图案。应该理解，可选地，滤光器可以滤除衍射光，保留非衍射光到达基底。衍射光学MEMS器件阵列也可以按照相应的方式使用。每个衍射光学MEMS器件由多个反射带组成，这些反射带可以相对于彼此发生变形，以形成将入射光反射为衍射光的光栅。可编程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，由此已寻址反射镜以与未寻址反射镜不同的方向将入射的辐射光束反射；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定址.在上述两种情况中，可单独控制的元件阵列可包括一个或者多个可编程反射镜阵列.关于如这里提到的反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891，US5,523,193、PCT专利申请WO 98/38597和WO 98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照.
-可编程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，例如在使用预偏置特性，光学接近修正特性，位相变化技术以及多次曝光技术的情况下，可单独控制的元件阵列上“显示”的图案可以与最终传递到基底层或基底上的图案有很大不同.类似地，最终在基底上产生的图案可以不与可单独控制的元件阵列上任何一个瞬间所形成的图案一致.这可能是在某种布置下出现的情况，其中基底每一部分上形成的最终图案在给定的时间段或者给定次数的曝光中形成，在这一过程中可单独控制的元件阵列上的图案和/或基底的相对位置会发生变化.
在本申请中，本发明的装置具体用于制造IC，但是应该理解这里描述的光刻装置可能具有其它应用，例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、薄膜磁头等等.本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，这里任何术语“晶片”或者“管芯(die)”的使用可以认为分别与更普通的术语“基底”或者“目标部分”同义.在曝光之前或之后，可以利用例如轨迹(通常将抗蚀剂层作用于基底并将已曝光的抗蚀剂显影的一种工具)或者计量工具或检验工具对这里提到的基底进行各种处理.在可应用的情况下，这里的公开可应用于这种和其他基底处理工具.另外，例如为了形成多层IC，可以对基底进行多次处理，因此这里所用的术语基底也可以指的是已经包含多个已处理层的基底.
这里使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有408，355，365，248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm的波长)，以及粒子束，如离子束或者电子束.
这里使用的术语“投影系统”应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统，如适合于所用的曝光辐射，或者适合于其他方面，如使用浸液或使用真空.这里任何术语“镜头”的使用可以认为与更普通的术语“投影系统”同义.
辐射系统还可以包括各种类型的光学部件，包括用于引导、整形或者控制辐射投影光束的折射，反射和反折射光学部件，这些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(二级)或者多个基底台.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.
光刻装置也可以是这样一种类型，其中基底浸入具有相对较高折射率的液体中，如水中，从而填充投影系统的最后一个元件与基底之间的空间.浸液也可以应用于光刻装置中的其他空间，例如，可单独控制的元件阵列与投影系统的第一个元件之间.浸没法在本领域是公知的，用于提高投影系统的数值孔径.
附图说明
现在仅通过举例的方式，参照附图描述本发明的各个实施方案，在图中相应的参考标记表示相应的部件，其中：
-图1表示根据本发明一具体实施方式的光刻装置；
-图2表示常规受激准分子激光器的横截面；
-图3表示常规受激准分子激光器的侧视图；
-图4表示根据本发明的多激光器单元的横截面；
-图5表示图4中所示多激光器单元的一种变形的横截面；
-图6表示可以在本发明中使用的光束混合单元.
具体实施方式
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：
-照明系统(照明器)IL，用于提供辐射投影光束PB(例如UV辐射)；
-可单独控制的元件阵列PPM(例如可编程反射镜阵列)，用于将图案应用于投影光束；一般来说可单独控制的元件阵列的位置相对于物体PL固定；但是它也可以改为连接到用于使其相对于物体PL精确定位的定位装置上；
-基底台(例如晶片台)WT，用于支撑基底(例如涂敷抗蚀剂的晶片)W，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的定位装置PW连接；
-投影系统(“镜头”)PL，用于将通过可单独控制的元件阵列赋予投影光束PB的图案成像在基底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯(die))上；投影系统可以将可单独控制的元件阵列成像到基底上；另外，投影系统可以使二次光源成像，可单独控制的元件阵列为二次光源充当快门；投影系统还可以包括如微透镜阵列(称为MLA)或菲涅耳透镜阵列的聚焦元件阵列，例如用以形成二次光源并将微斑点(microspot)成像到基底上.
如这里指出的，该装置属于反射型(即具有可单独控制的元件的反射阵列).可是，一般来说，它还可以是例如透射型(即具有可单独控制的元件的透射阵列).
照明器IL接收来自辐射源SO的辐射光束.辐射源和光刻装置可以是独立的机构，例如当辐射源是受激准分子激光器时.在这种情况下，不会认为辐射源是构成光刻装置的一部分，辐射光束借助于输送系统BD从源SO传输到照明器IL，所述输送系统包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器.在其它情况下，辐射源可以是装置的组成部分，例如当源是汞灯时.源SO和照明器IL，如果需要的话连同光束输送系统BD可被称作辐射系统.
照明器IL包括调节装置AM，用于设定光束的角强度分布.通常至少可以设定照明器光瞳面中强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内).另外，照明器IL一般包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO.照明器提供辐射的调节光束，称为投影光束PB，该光束在其横截面具有所需的均匀度和强度分布.
光束PB然后与可单独控制的元件阵列PPM相交.由可单独控制的元件阵列PPM反射后，光束PB通过投影系统PL，该系统将光束PB聚焦在基底W的目标部分C上.在定位装置PW(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目标部分C.在使用时，可单独控制的元件阵列的定位装置例如在扫描期间可用于精确校正可单独控制的元件阵列相对于光束PB的光路的位置.一般地，用图1中未明确显示的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可以实现目标台WT的移动.类似的系统也可以用于定位可单独控制的元件阵列.应该理解，可替换地/附加地，投影光束可以是可移动的，而目标台和/或可单独控制的元件阵列可以具有固定的位置，从而提供所需的相对移动.另外，该系统特别适用于平板显示器的制造中，基底台的位置和投影系统可以是固定的，基底可以设置为相对基底台移动.例如，基底台可以设有以基本上恒定速度扫描基底的系统.
尽管根据这里描述的本发明的光刻装置用于曝光基底上的抗蚀剂，但是应该理解，本发明不限于这种用途，该装置可以用于投影在无抗蚀剂光刻中所用的带图案的投影光束.
所示的装置可以按照四种优选模式使用：
1.步进模式：可单独控制的元件阵列将整个图案赋予投影光束，该图案被一次投影(即单次静态曝光)到目标部分C上.然后基底台WT沿X和/或Y方向移动，从而曝光不同的目标部分C.在步进模式中，曝光区(exposurefield)的最大尺寸限制了在单次静态曝光中成像的目标部分C的尺寸.
2.扫描模式：可单独控制的元件阵列沿给定的方向(所谓的“扫描方向”，例如Y方向)以速度v移动，以使投影光束PB在可单独控制的元件阵列上扫描；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.在扫描方式中，曝光区的最大尺寸限制了在单次动态曝光中目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而扫描移动的长度确定目标部分的高度(沿扫描方向).
3.脉冲模式：可单独控制的元件阵列基本保持不动，利用脉冲辐射源将整个图案投影到基底的目标部分C上.基底台WT以基本上恒定的速度移动，以使投影光束PB扫描基底W上的一条线.根据需要在辐射系统的脉冲之间改变可单独控制的元件阵列上的图案，设定脉冲的时间，从而在基底的所需位置曝光连续的目标部分C.因此，投影光束可以横跨基底W扫描，从而为基底的一条曝光全部图案.重复该过程，直到一条线一条线地曝光全部基底.
4.连续扫描模式：与脉冲模式基本相同，除了使用基本上不变的辐射源，并且当投影光束横跨基底扫描并使其曝光时改变可单独控制的元件阵列上的图案.
可以使用上述模式的组合和/或变化，也可以使用与上述模式完全不同的模式.
图2和3分别以横截面视图和侧视图示出气体放电激光器1，例如受激准分子激光器.气体激光器1具有一壳体10，其中容纳激光器气体(lasergas)11(在受激准分子激光器的壳中例如可以是XeF).在激光器气体中有一对放电电极12，13，用于使壳体10中的激光器气体11混合以使其均匀分布的鼓风机14，以及调节激光器气体温度的温度控制器15.激光器的一端设有一反射镜或线宽收缩单元16，另一端设有一半透射镜17，激光辐射的光束18从该半透射镜中投影.
在本发明的辐射系统中，提供多个辐射产生单元，每一个辐射产生单元都产生辐射的子投影光束(sub-projection beam).然后使辐射的每个子投影光束混合，形成用于曝光基底的辐射投影光束.
一些辐射产生单元可以是独立的常规的激光器.但是，在本发明的布置中，一些辐射产生单元共用一个公共的壳体和公共的产生激光的媒体(lasingmedium).图4和图5以横截面视图说明这种布置的例子.
在图4示出的布置中，三个辐射产生单元封闭在单个公共壳体10中，该壳体容纳有激光器气体11，辐射产生单元共用它们之间的气体.该壳体还包括鼓风机14和温度控制元件15.每个辐射产生单元都由一对放电电极21，22，23，24，25，26组成.每对放电电极都产生辐射激光束，所述激光束从壳体一端的半透射镜射出.应该理解，可以具有与每对放电电极(因此与辐射的每个次投影激光束)相联系的多个独立的半透射镜，或者可选择地，一些或所有放电电极对可以通过公共的半透射镜来投影与它们相联系的辐射激光束.
图5示出的布置与图4示出的一致，除了用公共的放电电极27来代替每个辐射产生单元中的一个放电电极.因此，每个辐射产生单元由一个独立的放电电极21，23，25和一部分公共放电电极27组成.
图4和5均示出了三个辐射产生单元容纳于单个壳体10中的布置.但是应该理解，壳体可以包含任何实际数量的辐射产生单元.此外，本发明的整个辐射系统可以由任何数量的这种壳体组成.一般地，辐射系统可以由一个或多个这种壳体组成，每个所述壳体可包含一个或多个辐射产生单元，因此整个辐射系统包含多个辐射产生单元.另外，应该知道，对于单个壳体内的辐射产生单元来说，具有公共的鼓风机或者公共的温度控制单元不是本发明的必要特征.
为了使辐射系统的复杂性减到最小，一些或所有辐射产生单元可以共用公共的控制电子装置，所述装置用于控制由辐射产生单元所产生的辐射脉冲的定时.
由每个辐射产生单元所产生的辐射的子投影光束在混合单元进行混合，从而形成辐射投影光束.这通过利用衍射元件或者微透镜阵列(也称为光楔阵列)使光束靠拢然后使其混合而实现.这种布置的例子示于图6中.
当在光刻投影装置中使用辐射的激光源时，因为斑点可能在其他方面影响场均匀性，因此必须降低激光束的相干性.因此通常通过积分器投影辐射的激光束，如上面关于图1所描述的.在本发明中，混合的辐射投影束可以通过积分器投影.可替换地和/或附加地，由各个辐射产生单元所产生的辐射的至少一个子投影光束在混合单元中混合成辐射投影光束之前，可以通过积分器投影.另外，如果辐射系统包含足够数量的辐射产生单元，那么通过混合来自每个辐射产生单元的子投影光束而产生的辐射投影光束的相干性可以是固有地足够低，这时不需要积分器.
优选地，使用至少100个辐射产生单元.利用这一数量的幅射产生单元，辐射投影光束中的结果的相干性足够低，不需要积分器.此外，脉冲对脉冲剂量的再现性与所用的这种类型的单个辐射产生单元相比提高了10倍.这意味着，例如采用受激准分子激光器的系统的脉冲对脉冲剂量的再现性适合用在无掩模光刻中.
为了避免脉冲定时误差并防止辐射脉冲持续更长的持续时间，必须确保所有的辐射产生单元同时产生脉冲.为此，对于包含在单个壳体中的每个辐射产生单元或者至少每组辐射产生单元来说，必须配有其自己的定时电路，用以补偿其特定的定时特性.这些电路需要进行校准，校准需要周期性地重复.
尽管已经在上面描述了本发明的具体实施方式，但是应该理解，本发明可以按照不同于所描述的方式实施，说明书不意味着限制本发明.

Claims (12)

1.一种光刻装置，包括:
-用于提供辐射投影光束的辐射系统；
-用于赋予投影光束带图案的横截面的可单独控制的元件阵列；
-用于支撑基底的基底台；
-用于将带图案的光束投影到基底的目标部分上的投影系统，
其中所述辐射系统包括多个辐射产生单元和混合单元，每个辐射产生单元都产生辐射的子投影光束；混合单元混合每个子投影光束，以形成所述辐射投影光束；以及
多个所述的辐射产生单元是封装在单个壳体中的激光器，它们共用容纳在所述壳体内的一个公共的产生激光的媒体。
2.根据权利要求1的光刻装置，其中所述辐射产生单元都产生具有相同波长的辐射。
3.根据权利要求1或2的光刻装置，其中包含在单个壳体中的每个所述辐射产生单元都包括与其他辐射产生单元的放电电极无关的一对放电电极。
4.根据权利要求1或2的光刻装置，其中包含在所述壳体中的所述辐射产生单元共用一个公共的放电电极，每一个辐射产生单元还包括与其他辐射产生单元的放电电极无关的另一个放电电极。
5.根据权利要求1或2的光刻装置，其中所述壳体进一步包括用于混合壳体内激光器气体的鼓风机和用于调节壳体内激光器气体温度的温度控制器中的至少一个。
6.根据权利要求1或2的光刻装置，其中所述辐射系统包括多个壳体，每个壳体包含多个所述辐射产生单元，多个所述辐射产生单元共用公共的激光器气体。
7.根据权利要求1或2的光刻装置，其中多个所述辐射产生单元是独立的激光器。
8.根据权利要求1或2的光刻装置，其中多个所述的辐射产生单元共用一个公共的控制系统。
9.根据权利要求1或2的光刻装置，其中所述混合单元是衍射元件或微透镜阵列。
10.根据权利要求1或2的光刻装置，其中所述辐射系统包括至少100个辐射产生单元。
11.一种辐射源，该辐射源用于为光刻装置提供辐射投影光束，所述辐射源包括多个辐射产生单元，每个辐射产生单元产生辐射的子投影光束；以及一个混合单元，该混合单元将每个子投影光束混合，以形成辐射投影光束；
其中多个所述辐射产生单元是封装在单个壳体内的激光器，它们共用容纳在所述壳体内的一个公共的产生激光的媒体。
12.一种器件制造方法，包括:
-提供一基底；
-利用辐射系统提供辐射投影光束；
-利用可单独控制的元件阵列赋予投影光束带图案的横截面；
-将带图案的辐射光束投影到基底的目标部分上，
其中所述辐射系统包括多个辐射产生单元，所述方法包括利用所述辐射产生单元提供多个辐射的子投影光束，并且将其混合以提供所述辐射投影光束；
多个所述辐射产生单元是封装在单个壳体中的激光器，它们共用容纳在所述壳体内的一个公共的产生激光的媒体。
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