CN100487575C - 光刻设备及器件制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有高驱动力、高效率和低法向力的直线马达，包括两个相对磁体轨道11、12和电枢13，电枢包括三个开路线圈组。直线马达可以用于在光刻投影设备中驱动一工作台，特别是掩模台。
Description
技术领域
本发明涉及光刻投影设备，它包括：
辐射系统，用于提供辐射投影光束；
用于支撑构图装置的支撑结构，所述构图装置用于根据所需图案将投影光束图案化；
用于保持基底的基底台；
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；
用于移动所述支撑结构和所述基底台的直线马达。
背景技术
这里使用的术语“构图装置”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，其中所述图案与要在基底的目标部分上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在目标部分中形成的器件如集成电路或者其它器件的特定功能层相对应(如下文)。这种构图装置的示例包括：
■掩模。掩模的概念在光刻中是公知的，它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性地被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射辐射束中的所需位置，并且如果需要该台会相对光束移动。
■可编程反射镜阵列。这种设备的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种设备的基本原理是(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。用一个适当的滤光器，从反射的光束中滤除所述非衍射光，只保留衍射光；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。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不同的方向将入射的辐射光束反射到未寻址反射镜上；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定址。在上述两种情况中，构图装置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、美国专利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。在可编程反射镜阵列的情况中，所述支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
■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。如上所述，在这种情况下支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩模和掩模台为例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图装置。
光刻投影设备可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图装置可产生对应于IC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(硅晶片)的目标部分上(例如包括一个或者多个管芯(die))。一般的，单一的晶片将包含相邻目标部分的整个网格，该相邻目标部分由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻投影设备是，通过将全部掩模图案一次曝光在目标部分上而辐射每一目标部分；这种设备通常称作晶片步进器。另一种设备(通常称作步进-扫描设备)通过在投影光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)逐渐扫描掩模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台来辐射每一目标部分；因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常<1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。关于如这里描述的光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6,046,792中获得，该文献这里作为参考引入。
在采用光刻投影设备的制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底进行各种处理，如打底，涂敷抗蚀剂和弱烘烤。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，强烘烤和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单层形成图案。对这种带图案的层然后可进行任何不同的处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学-机械抛光等完成一单层所需的所有处理。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割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。关于这些处理的进一步信息可从例如Peter van Zant的“微 芯片制造：半导体加工实践入门(Microchip Fabrication：A Practical Guide toSemiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill PublishingCo.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。
为了简单起见，投影系统在下文称为“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，和反折射系统。照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，该操作部件用于引导、成形或者控制辐射投影光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。另外，光刻设备可以具有两个或者多个基底台(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。例如在美国专利US5,969,441和WO98/40791中描述的二级光刻设备，这里作为参考引入。
为了减小光刻设备(它是非常昂贵的机器)拥有成本，光刻设备必须具有尽可能高的生产量，该生产量是以每小时曝光的晶片量衡量的。对于扫描式设备，曝光过程中扫描速度的增加可以使生产量得到很大增加。然而，必须要同步扫描的掩模和基底台很重，每个重数十公斤。虽然它们已经能很快地移动，但是例如掩模台必须以具有放大倍数为1/4的投影镜头的设备中基底的速度的四倍移动，其在已知设备中以50ms-2加速。因此增加扫描速度需要功率大很多的马达。直线马达的现有结构包括磁体板(定子)和具有3，6，12或15个线圈的线圈组件(变换器或电枢)，其不能简单地按比例扩大，因为会导致产生过多的热。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的线性马达，其具有增加的效率，因此具有更大的驱动力，而不会相应地散发更多的热。
根据本发明，这个和其它目的可以在开始段落中所述的光刻设备中实现，其特征在于：
所述直线马达包括第一和第二磁体板，所述磁体板彼此相对，一开路线圈组件可以在所述磁体板之间移动，所述线圈组件包括多个线圈，每个线圈卷绕在相应的铁磁芯周围，所述磁体板和所述线圈组件可相对移动。
采用两个相对的磁体板和一开路线圈组件，即不同相位的线圈的芯之间没有铁磁连接的线圈组件，使得对于一给定的力马达结构可具有较低体积。还可以使马达的效率增加，因为增加了有效的磁体材料，因此具有较高的磁力，但不会减小移动质量。同时，法向力(即，沿垂直于驱动方向产生的力)减小500到1000倍。这还提供很多额外的优点，因为支撑的需求大大降低，特别是马达在真空中工作时。
线圈围绕其卷绕的铁磁芯还可以称作齿，这对于直线电磁马达来说是通常的习惯。
在本发明的实施例中，线圈组件包括多个线圈组，每个线圈组包括一个或更多个线圈以及用于每个线圈组的直流(DC)放大器。每个线圈组的不同的线圈可以串联或并联。作为通过DC放大器供应功率的替代方式，线圈组可以通过多相交流(AC)放大器供电。
在本发明的一个优选实施例中，线圈组件包括三个线圈组，每个线圈组包括一个或更多个线圈，和三个DC放大器，一个放大器各驱动一个线圈组。也可以采用三相交流放大器。
在本发明的另一优选实施例中，所述线圈围绕其卷绕的铁磁芯凸出到所述线圈之外，并且冷却剂导管设在所述芯之间并与所述线圈热接触。冷却剂导管用于在马达使用期间循环冷却剂例如水，并实现充分冷却而不会使运动质量的马达尺寸不适当地增加。充分的冷却使得线圈中可使用的电流密度较高，可以使驱动力增加。优选地，冷却剂导管是由陶瓷材料形成的，因而不会导致像导电材料中由于涡流而引起的功率损失。
此外，线圈可以以金属薄片卷绕，因而具有对冷却导管的高热导性。使用金属薄片线圈还可以在线圈卷绕在铁磁芯周围的其它电磁马达中提供改善的性能。
根据本发明的另一方面，提供一种器件制造方法，所述方法包括下述步骤：
提供一基底，该基底至少部分被一层辐射敏感材料覆盖；
利用辐射系统提供辐射投影光束；
利用构图装置使投影光束的横截面具有图案；
将带图案的辐射光束投影到辐射敏感材料层的目标部分上；以及
利用直线马达移动构图装置和基底至少一个，
其特征在于：
所述直线马达包括第一和第二磁体板，所述磁体板彼此相对，并且一开路线圈组件可在所述磁体板之间移动。
在本申请中，本发明的设备具体用于制造IC，但是应该明确理解这些设备可能具有其它应用。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、液晶显示板、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，在说明书中任何术语“分划板”，“晶片”或者“管芯”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩模”，“基底”和“目标部分”代替。
在本文件中，使用的术语“辐射”和“投影光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm的波长范围)。
附图说明
下面将结合示意性的附图以举例方式对本发明的实施例进行说明，其中：
图1描述一种根据本发明一个实施例的光刻投影设备；
图2是穿过根据本发明的一个实施例的第一直线马达的截面图；
图3是图2的马达的变换器的一部分的放大截面图，示出冷却剂通道；
图4是穿过根据本发明的一个实施例的第二直线马达的截面图；
图5是穿过根据本发明的一个实施例的第三直线马达的截面图；
在附图中，相应的标号表示相应的部分。
具体实施方式
实施例1
图1示意性地示出根据本发明的一个具体实施例的光刻投影设备。该设备包括：
辐射系统Ex、IL，用于提供辐射投影光束PB(例如，EUV辐射)，其在本发明的具体情况下还包括辐射源LA；
第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如分划板)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置连接；
第二目标台(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精确定位的第二定位装置连接；
投影系统(“镜头”)PL(例如，反射镜组)，用于将掩模MA的受辐射部分成像在基底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上。
如这里指出的，该设备属于反射型(例如具有反射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如透射型(例如具有透射掩模)。另外，该设备可以利用其它种类的构图装置，如上述涉及的可编程反射镜阵列型。
辐射源LA(例如产生激光的源或放电等离子体源)产生辐射光束。该光束直接或在横穿过如扩束器Ex等调节装置后，馈送到照射系统(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，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面具有所需的均匀度和强度分布。
参看图1可以知道，辐射源LA可以置于光刻投影设备的壳体中(例如当辐射源LA是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投影设备，其产生的辐射光束被(例如通过合适的定向反射镜的帮助)引导至该设备中；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然后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。在被掩模MA有选择地反射后，光束PB通过镜头PL，该镜头将光束PB聚焦在基底W的目标部分C上。在第二定位装置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。类似的，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。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MT、WT的移动。可是，在晶片步进器的情况下(与步进-扫描设备相对)，掩模台MT可只与短冲程致动装置连接，或者固定。
所示的设备可以按照二种不同模式使用：
1.在步进模式中，掩模台MT基本保持不动，整个掩模图像被一次投影(即单“闪”)到目标部分C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的目标部分C能够由光束PB照射；
2.在扫描模式中，基本为相同的情况，但是给定的目标部分C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT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在掩模图像上扫描；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(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相当大的目标部分C，而不牺牲分辨率。
在该实施例中，掩模台MT必须进行用于相继扫描曝光的往复运动，并且要保持较高的产量必须快速加速和减速。因而需要具有较长冲程以沿Y方向驱动掩模台的大功率马达。根据本发明，采用如图2所示的直线马达10。
直线马达10包括相对的磁体板或轨道11，12以及线圈组件(变换器或电枢)13。磁体板11，12包括永磁体14，15，它们的N极和S极交替朝上取向地安装在底板16上。可任选地，海尔贝克(Halbach)磁体可放置在永磁体14，15之间。注意，每个磁体板11，12只有一部分被示出，而磁体轨道的长度必须更长，并且由马达的所需冲程确定。在该例子中，线圈组件13包括卷绕到相应的铁磁体芯(齿)18a-f周围的6个线圈17a-f。还设有用于减小运动和啮合过程中的力波动的两个外齿19。根据线圈的数量，外齿19与其它芯的距离可以比其它芯的间距更远，并且还可以更大。所述芯可以由层压的粉末状或实心铁或铁氧体合金制成。一框架(未示出)将线圈保持在一起并将线圈组件连接到受驱动的目标。
六个线圈17a-f以三个交错的组，即17a和17d，17b和17e以及17c和17f，分组放置在一起。所述三个组各包括一个马达的“相”，但设有内部连接并且各线圈组通过相应的DC放大器驱动。还可以采用三相AC放大器，并且线圈能以其它结构连接，例如星形、三角形或独立连接。
齿18a-f和磁体板11、12之间的间隙G1、G2确定了施加在电枢13上的法向力。为确保没有法向力，间隙应制成相等的。为提供所需大小的法向力，例如，为支承目的或补偿重力，间隙G1、G2的尺寸可以根据需要设定。从机械上考虑可以对间隙尺寸设置一较低公差。
马达的适当材料和尺寸将根据其应用确定。线圈17a-f可以由铜线制成或可以由金属薄片(例如，铜或铝)卷绕而成，使得填充系数大于0.8。如果磁体间距是12mm(N-S)，齿间距为16mm，磁体的厚度等于4mm，且铁芯齿为6mm×55mm×38mm，则马达可以提供约670N的驱动力。
为提供更大的驱动力，线圈的数量可以增加。图4示出本发明的第二个实施例。图4中示出的马达20具有12个卷绕在铁齿18周围的线圈17和两个外齿19。如果它们与第一实施例由相同的材料和尺寸形成，则可以获得1340N的驱动力。
如图5所示，表示第三实施例的马达30，线圈的高度可以减小，而电流密度被增加以提供1800N的驱动力。
为冷却线圈，可以采用图3所示的布置。在延伸到线圈17a、17b上方的齿18a、18b之间，设有陶瓷插入件40。插入件40内具有两个导管41，使得冷却剂例如水可以围绕线圈循环。或者，插入件可以具有一个或多个横截面是矩形的导管。因为插入件40是陶瓷的，它不会引起由于涡流产生的损失。图3只示出了两个线圈17a，17b以及它们相应的齿18a，18b，但相同的布置可设在齿间的每个间隙中。
虽然所示的实施例具有两个平行的磁体板，但应知道，磁体板不一定是平行的。如果所述板是彼此倾斜的，会产生垂直于板之间的角平分线的力分量。该力可以通过改变施加到马达的不同相位的换向重叠角(commutation angle)来控制。
虽然上面已经描述了本发明的具体实施例，但应当知道，本发明可以与上述不同的方式实施。特别是，马达可以用于驱动光刻投影设备的基底台，或用于任何其它需要大的驱动力的应用中。此外，磁体板中的一个可以以一整块铁板形成，而没有永磁体。所述说明用于限定本发明。
此外，卷绕在铁磁芯周围的金属薄片线圈的上述应用不应限于所述具体实施例，而是还可以在其它电磁马达中产生改善的性能。可以由金属薄片线圈获益的马达的一个例子是包括单个磁体板和线圈组件的直线马达，线圈组件包括单个铁磁芯，铁磁芯具有多个铁磁齿和多个线圈，每个线圈卷绕在相应的铁磁齿周围。而在另外一个例子中，采用金属薄片线圈还会导致磁阻电动机的性能得到改善。
Claims (10)
1.一种光刻投影设备，包括：
用于提供辐射投影光束的辐射系统；
用于支撑构图装置的支撑结构，所述构图装置用于根据所需的图案将投影光束图案化；
用于保持基底的基底台；
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；
用于移动所述支撑结构和所述基底台之一的直线马达；
其特征在于：
所述直线马达包括第一和第二磁体板，所述磁体板彼此相对，一开路线圈组件位于所述磁体板之间，所述线圈组件包括多个卷绕在相应铁磁芯周围的线圈，所述磁体板和所述线圈组件可相对移动；
所述线圈组件还包括至少一个额外的铁磁元件，其不具有卷绕于其上的线圈并与所述线圈中最外面的一个隔开。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述线圈组件包括三个线圈组，每个线圈组包括一个或更多个线圈。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述铁磁芯凸出到卷绕于其上的线圈之外，并且冷却剂导管设置在所述芯之间并与所述线圈热接触。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述冷却剂导管是由陶瓷材料制成的。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述线圈是由金属薄片卷绕而成的。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述金属薄片是铜或铝薄片。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述磁体板包括海尔贝克磁体。
8.一种器件制造方法，包括下述步骤：
提供至少部分由一层辐射敏感材料覆盖的基底；
利用辐射系统提供辐射投影光束；
利用构图装置使投影光束的横截面具有图案；
将带图案的辐射光束投影到辐射敏感材料层的目标部分上；
利用直线马达使构图装置和基底中的至少一个移动；
其特征在于：
所述直线马达包括第一和第二磁体板，所述磁体板彼此相对，并且一开路线圈组件位于所述磁体板之间，所述线圈组件包括卷绕在相应的铁磁芯周围的多个线圈，所述磁体板和所述线圈组件可相对移动，所述线圈组件还包括至少一个额外的铁磁元件，其不具有卷绕于其上的线圈并与所述线圈中最外面的一个隔开。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一和第二磁体板相互平行，并且还包括用于改变施加到所述线圈组件的线圈的换向重叠角的装置。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一和第二磁体板相互平行，并且还包括用于改变施加到所述线圈组件的线圈的换向重叠角的装置。
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