CN100498533C - 用于曝光衬底的浸没式光刻方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及照明衬底(405)的浸没式光刻方法。当衬底(405)被照明时，浸没液被导入成像元件和衬底之间，并且根据所述方法，通过沿着载体(409)的移动方向改变照明标线(402)与要被照明的衬底(405)的表面之间的射束方向上的距离，调整要被照明的衬底(405)的表面的照明的景深和/或分辨率。

Description

用于曝光衬底的浸没式光刻方法和装置

本发明涉及用于曝光衬底的浸没式光刻方法和装置。

在大规模集成半导体芯片的生产中，由于半导体芯片上的结构的日益小型化，对用于半导体芯片生产的制造设施和生产过程要求更加严格。伴随大规模集成半导体芯片小型化的提高出现的一个问题是小型化受所采用的用于构图晶片的半导体芯片的光刻技术的分辨能力限制。

作为介绍，在图6中以简化方式示意性示出用于构图晶片601的光刻装置600。光刻装置600具有照明单元602和透镜603。通过使用掩模604或标线(reticle)进行曝光来对晶片601进行构图。出于这个目的，掩模上所形成的结构借助激光605和照明单元通过透镜603被成像到晶片601上，也就是说，曝光晶片601并因此能对晶片进行构图。

在现有技术中已知用于执行光刻的各种方法。一种方法是使用所谓的“步进式电机”。当使用这种步进式电机时，所使用的整个掩模在单个曝光步骤内一次全部被转移到晶片的第一曝光区上。然后，移动晶片并曝光晶片的下一曝光区。

用于光刻中的另一种方法通过所谓的“扫描器”来执行。在扫描器的情况下，掩模的整个结构不是在一个步骤中被成像到晶片的第一曝光区上，而是一次总是只有一窄条掩模被成像到晶片的曝光区上。出于这个目的，使用所谓的曝光狭缝，该曝光狭缝总是只照明一窄条掩模并且掩模穿过该曝光狭缝。在曝光区的曝光期间，整个区域逐渐穿过曝光狭缝。通过这个曝光狭缝清楚地扫描掩模。在将掩模成像到晶片区域期间，掩模和晶片都移动。在这种情况下，晶片的移动和掩模的移动通常沿相反方向进行。清楚地说，掩模通过曝光狭缝被扫描。在这种情况下，在随多个激光闪光(脉冲)穿过移动狭缝期间，掩模上的每个点被曝光到晶片上。

光刻技术的分辨率由公式(1)得出：

$R=k_1\·\frac{\mathrm{\λ}}{n\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}---\left(1\right)$

其中：R是分辨率，

k₁是与过程有关的系数，

λ是用于光刻的射束的真空波长，和

n·sin(θ)是所谓的数值孔径，其中n是其中执行光刻的介质的折射率，而θ是透镜的孔径角。

出于物理原因，与过程有关的系数k₁具有大于0.25的值。显然，k₁大于0.25，以便保证线和间隔(也就是说明暗交替)的均匀的图案能够被成像且仍可分辨为这样的图案。光刻时，当前仍将波长限制为大于近似150nm的波长，因为目前不了解能透过具有较短波长的光的材料。

自这些边界条件得出，为了提高分辨能力几乎不能改变k₁或λ，该分辨能力的提高对于用于构图小结构的光刻是必要的。因此，剩下的唯一系数是n·sin(θ)、即所谓的装置的数值孔径，n·sin(θ)也被表示为NA。在这种情况下，出于数学原因，必须考虑sin(θ)≤1有效。显然，θ说明光能够以其进入成像元件(透镜)的孔径角，以便光不遭受全反射而离开成像元件，并且因此，θ是进入成像元件的光密度和光刻装置的分辨能力的量度。

半导体生产中的光刻方法通常通过空气作为浸没介质(即作为位于成像元件和衬底之间的介质)来执行。因此折射率为n≈1。如果光刻方法利用不同于空气的介质来执行，即如果执行所谓的浸没式光刻，那么能够将分辨能力提高了等于浸没介质的折射率的倍数。在这种浸没式方法的情况下，折射率为n>1的液体被导入到成像元件(即，例如透镜)和光刻装置之间的间隔中。

使用浸没介质能有附加光影响(contribute to)成像元件的光强的效果。光以一角度入射到成像元件中，该角度太大，以便在浸没介质为空气时仍影响成像元件的光强、也就是可能遭受全反射，该光在使用折射率高于n＝1的浸没介质的情况下仍影响该光强。结果，能够获得更高的分辨率，或对于相同的分辨率能够增加成像的景深。

然而，浸没式光刻的一个缺点是，浸没介质吸收部分用于曝光晶片的光。浸没介质因吸收光而被加热。浸没介质的加热又导致浸没介质折射率的变化。针对水，估计折射率随温度T的变化，该变化对于波长为λ＝193nm总计近似dn/dT＝10^-4K^-1。

这又导致成像元件和晶片之间的距离中的细微变化，在该距离处能够获得最佳聚焦，即成像最清晰，或者换言之，分辨率取最小值。液体的温度变化和因此折射率变化也导致成像的景深(DoF)的减小。在光刻方法中，所投影的图像(即，掩模的图像)的景深由此被减小，从而导致光刻方法的处理窗口减小，就是说，允许光刻参数有波动范围。

解决该问题的一种方法是控制浸没液体的温度。就是说，试图尽可能保持温度恒定和将温度稳定在一小的温度范围内。然而，这必须非常精确地来实现。这种精确的温度控制成本高并且难于实现。而且，剩下的焦点变化对光刻方法的成像景深和分辨率有不利影响。

为了近似说明要遵守多么精确的温度和剩下的温度变化有多大影响的数量级，将根据实例来估计。对于波长λ＝193nm、折射率n＝1.47(去离子水)、sin(θ)＝0.75和工作距离(即成像元件和要被构图的晶片表面之间的距离)D＝1mm，如果想要遵守清晰成像的距离变化ΔD<1nm，则必须遵守δn<6.10^-7，其中δn是折射率的变化。根据δn<6.10^-7和上面已经讨论的dn/dT＝10^-4K^-1的估计，能根据公式(2)

$\mathrm{\&Delta;D}=\frac{D\&CenterDot;\mathrm{\&delta;n}}{n\&CenterDot;{\cos }^2\mathrm{\&theta;}}$

计算，必须多么精确地控制和调整温度。得出要求的精度为6mK。这个温度控制精度很难遵守，结果在半导体元件的构图中使用浸没式光刻受到极大地阻碍并更困难。

[1]公开了一种聚焦装置，其具有用于光学生产工件的物镜系统，用于在工件表面上形成期望的图案或用于检查工件上的图案，并且该聚焦装置被用于设置工件表面和物镜系统之间的聚焦状态。

[2]公开了一种扫描曝光系统，其提供包括要被转移到晶片上的图案信息项的光，并从而在半导体晶片上对光刻层进行构图。

[3]公开了一种浸没式光刻装置，在该装置和工件之间的工作距离满足考虑浸没液的折射率的温度系数和温度的关系。

[4]公开了，线宽控制参数在作为光刻装置性能结果的图案内变化，并且这些变化能够通过线宽偏移系数来补偿。

本发明基于以下问题，即解决上述现有技术缺点和提供用于曝光衬底的浸没式光刻方法以及针对这种方法的装置，这些方法及装置减少了在浸没光刻期间进行准确的温度控制的问题。

该问题通过用于曝光衬底的浸没式光刻方法和用于执行这种方法的装置来解决，该方法和装置包括根据独立专利权利要求的特征。

一种用于曝光衬底的浸没式光刻方法通过扫描曝光装置来执行，该扫描曝光装置具有产生射束的射束源、容纳标线的支架、其上布置有衬底的载体、和被布置在标线和衬底之间的成像元件，在这种情况下，在曝光衬底期间，浸没液被导入成像元件和衬底之间，并且在这种情况下，在该方法中，射束从辐射源通过标线、通过成像元件和通过浸没液到达要被曝光的衬底表面，射束沿第一方向扫描标线，在曝光衬底期间，载体沿第二方向移动，以及通过在曝光期间利用标线改变沿载体移动方向的标线与衬底表面之间的射束方向上的距离来设置衬底表面的曝光的景深和/或分辨率，或换言之设置衬底表面的曝光期间的最佳焦点的位置。

一种用于执种衬底曝光的浸没式光刻装置具有发射射束的射束源、其上能布置衬底的载体、用于容纳标线的支架、和被布置在支架和载体之间的成像元件。在该装置中，载体和支架以彼此能相对移动的方式来设置，而装置以浸没液能被导入成像元件和载体之间的方式来设置。而且，装置以这种方式来设置，即在曝光衬底表面期间，被布置在支架中的标线和被布置在载体上的衬底的要被曝光的表面相对彼此倾斜。

本发明能够很清楚地在以下事实中被看出，即不是仅通过控制浸没液体的温度、而是通过倾斜布置标线和其上布置要被构图的衬底(就是说，具有要被曝光的表面的衬底)的载体来防止景深的减小和/或分辨率的增大，该景深的减小和/或分辨率的增大由射束(例如，激光束)引起的浸没液的加热而造成并导致最佳焦点位置移位。显然，标线和要被曝光的衬底表面之间的距离沿载体的移动方向增大或减小。换言之，支架中的标线和要被曝光的衬底表面不是相互平行，而是相互之间以相对角来定向。这样构造该装置，以致通过由所述相对角产生的、标线和要被曝光的衬底表面之间的变化距离来补偿最佳焦点的位置中的变化。就是说，不通过控制温度来防止由温度升高引起的、根据公式(2)得出的ΔD，而是通过由标线和要被曝光的衬底表面之间的相对角引起的附加ΔD来补偿。

换言之，以好的近似表示平面的要被曝光的衬底表面的法向矢量和以好的近似表示平面的标线的法向矢量不是平行或逆平行地定向，而是以相对角来定向。最佳焦点的位置可以被理解为其中该位置中的景深和/或分辨率是最好的位置、即景深最大和/或分辨率最小的位置。

根据本发明的装置和根据本发明的方法具有这样的优点，即这些装置和方法明显更简单地防止浸没液的加热对景深和/或分辨率的不利影响。测量和调整标线与要被曝光的衬底表面之间的相对角和因此的距离明显比测量和调整温度更为容易，如上所述，可以将温度准确地调整到几个mK。

特别是，在曝光要被构图在衬底上的单独的电子元件期间，景深和/或分辨率的设置包括保持景深和/或分辨率恒定。

从属权利要求体现了本发明的优选改进方案。在这种情况下，用于曝光衬底的浸没式光刻方法的优选的扩展方案也适用于该装置，反之亦然，即该装置的优选的扩展方案也适用于曝光衬底的浸没式光刻方法。

优选地，以补偿在曝光期间由浸没液的温度在曝光期间的变化所引起的景深和/或分辨率变化来改变该距离。

在一个扩展方案中，浸没液是在给定曝光波长处具有高透明度的流体和/或具有小的dn/dT的流体。

在该方法中所使用的曝光波长处的浸没液(例如，液体)的高透明度导致曝光期间的低吸收，因而导致能量较少地输入到浸没液中，并从而也导致较少地加热。小的dn/dT又导致针对给定温度变化的折射率仅仅很小的变化，并因此导致最佳焦点的位置中的仅仅很小的变化。透明度优选地大于0.9，尤其优选地大于0.95。dn/dT优选地小于10^-3，尤其优选地小于近似10^-4。

浸没液可以是水或全氟聚醚。

水和全氟聚醚具有高折射率以及良好的透射性能、即良好的射束透射性。因此，当射束从成像元件出射时，能有效防止全反射，并能增大数值孔径。这又导致提高的分辨率或对于相同分辨率导致提高的景深。所使用的水优选的是高纯度的去离子水，因为在水中溶解的气体(诸如氧气)和固体(诸如杂质原子)影响水的光学性能。特别是，能将水用作用于光刻的波长为193nm的浸没介质，或将诸如商标名为

的全氟聚醚用于波长为157nm的光刻。

优选地，载体相对标线倾斜移动。就是说，载体不是平行于以好的近似表示平面的标线的主方向移动，而是倾斜地移动，也就是说以相对于标线的主方向的相对角移动。载体的倾斜移动能以简单的方式实现沿移动方向改变标线和要被曝光的衬底表面之间的距离，该衬底被布置在该载体上。结果，能够容易地补偿由于在扫描标线期间温度升高引起的浸没液折射率的变化而造成的ΔD，并且使曝光的分辨率能够被提高和/或曝光的景深能够被增加。

特别优选地，标线相对于要被曝光的衬底表面倾斜。

标线相对于衬底的倾斜也使得能以简单方式实现沿移动方向改变标线和要被曝光的衬底表面之间的距离，该衬底被布置在该载体上。结果，也能够再次容易地补偿由于在扫描标线期间温度升高引起的浸没液折射率的变化而造成的ΔD，并且使曝光的分辨率能够被提高和/或曝光的景深能够被增加。

标线的倾斜是特别有益的，因为在扫描曝光装置中通常使用缩微成像元件。结果，用于曝光衬底的结构能够以放大的形式被显示在标线上。假定，标线上的结构在标线的X—Y平面内具有100nm×100nm的范围，那么在实现4:1缩微的成像元件的情况下，该结构被成像到25nm×25nm的X—Y平面中的面积上。然而，成像元件不但在X—Y平面中起作用，而且在z方向起作用，确切地说，以这样的方式起作用，即标线的z位置变化了16mm使焦点(即位于成像元件下游的最清晰图像的X—Y平面)移位了仅仅1mm。这对应于z位置中的移位的“向下步进”。从而，标线和衬底之间的距离能够以简单的方式来调整，因为标线倾斜调整的可能误差被减小了16倍。

在一个扩展方案中，标线和要被曝光的衬底表面之间的距离的变化沿载体的移动方向线性进行。

清楚地考虑到，这意味着，当衬底的移动在曝光区(也就是说通过标线曝光并且在处理已结束之后表示单独的电子元件的衬底上的区域)内增加时，要被曝光的衬底表面之间的距离的变化具有线性部分，就是说该距离线性变大或变小。距离的线性减小是有利的，因为这容易获得。另一方面，根据温度变化数的折射率变化和根据折射率变化的焦点的z位置的变化在第一近似中都是线性的。就是说，dn/dT≈常数且dz/dn≈常数。由此很显然，在不是步进式电机而是具有扫描工作模式的曝光装置的情况下，Δz(即，z方向的焦点位置的变化)与要被曝光的点的已经经历的曝光能量成比例，并因而也与照明狭缝内的位置成比例，借助该照明狭缝扫描标线，这又有以下效果，即为了补偿焦点变化有利地线性改变标线和要被曝光的衬底表面之间的距离。

第二方向可与第一方向相反。

优选地调整浸没液的温度。

在附加的浸没液的温度调整的情况下，温度调整能够被用于执行曝光的景深和/或分辨率的粗略控制，而曝光的景深和/或分辨率的精细控制通过改变标线和要被曝光的衬底表面之间的距离来执行。就是说，由于不准确的温度调整产生的焦点的可能变化能够通过距离变化来补偿。

成像元件可以是透镜或透镜系统。

在一个扩展方案中，在曝光期间，浸没液被导入成像元件和衬底之间。

这清楚地意味着，在曝光衬底期间，浸没液例如被注射到成像元件和衬底之间的间隔中。注射表示一种能够以简单的方式来执行以提供浸没液的方法。

在一个扩展方案中，在衬底校准步骤中的曝光衬底之前，距离变化被确定为偏移量，并且在曝光衬底期间，已被确定并存储的偏移量被使用，以便执行(即，设置)距离变化。

通常，在光刻内的曝光之前校准衬底，以便针对曝光稍后正确地定向该衬底。在这种情况下获得校准值。然后用于补偿最佳焦点位置由于浸没液的温度变化产生的变化而产生的偏移量被加到所述校准值上。所述偏移量能够通过计算这些偏移量来确定，例如或在校准测量中测量这些偏移量来确定。下面更详细地解释该计算。

通过所谓的“飞行(on-fly)”法能够执行校准、偏移量的确定和添加。出于这个目的，通常在光刻装置中存在的CCD照相机可被用于校准。在这种情况下，“飞行(on-fly)”意味着在直接跟随的曝光步骤之前直接执行校准，就是说，在该方法内不遭受任何时间中断。

总而言之，本发明可在以下事实中被看出，即在浸没式光刻技术中，不是试图主要通过调整温度来防止浸没介质的温度变化的影响，而是通过改变所使用的标线和要被曝光的衬底表面之间的距离来补偿该影响。清楚地说，所使用的标线和要被曝光的衬底之间的相对角被设置，该相对角如此大，以致，通过该相对角，标线和要被曝光的衬底表面之间的距离在曝光衬底期间变化，确切地说变化到补偿最佳焦点的z位置的变化所需的程度，该最佳焦点的z位置的变化是由浸没介质的温度变化引起的。

在曝光之前必须计算该相对角，以便能够在曝光期间考虑该相对角。为了计算相对角，必需确定在曝光期间浸没介质接受的吸收剂量(energy dose)，以便由此确定最佳焦点的z位置的变化。这可以在校准步骤期间执行，该校准步骤总之是已经惯用的，并且可针对衬底的每个曝光区来执行，或者每个衬底执行一次或者以预定的时间间隔执行。显然，在实际曝光之前，通过校准装置扫描衬底的每个曝光区，以便获得曝光所需的信息项。尤其是在这种情况下，创建要被曝光的衬底表面的垂直分布图(height profile)，以便执行精确的光刻。然后，偏移量被加到所述垂直分布图上，所述偏移量对应于由浸没介质的温度升高所引起的线性增加的偏移量。应该考虑不必针对每个区域测量偏移量，而是通常以预定的时间间隔测量偏移量就足够了。例如，时间间隔的一个标准是保证在两次测量之间不出现影响最佳焦点的位置的变化。

浸没介质的温度变化的影响主要在于浸没介质的折射率变化的事实中。由此得知，z位置(即，清晰图像在成像元件的下游在其处出现的距离)随着浸没介质的温度而变化。如果不补偿焦点的z位置的变化，则在曝光衬底期间，焦点的z位置的变化又导致分辨率的下降和/或更小的景深。z位置的变化相对曝光狭缝是近似线性的并且因此能够通过倾斜标线和/或衬底来补偿。

本发明的示例性实施例在附图中被示出并且在下面更详细地被解释。

在附图中：

图1示出根据本发明的一个示例性实施例的扫描曝光装置的示意图，

图2示出图解说明浸没液的导入的示意图，

图3示出在曝光期间浸没液的温度和焦点的位置相对于曝光狭缝内的位置的示意图，

图4示出根据本发明的第一示例性实施例的扫描曝光装置的示意性侧视图，

图5示出根据本发明的第二示例性实施例的扫描曝光装置的示意性侧视图，

图6示出根据现有技术的光刻装置的示意性简化图。

图1示出用于浸没式光刻的扫描曝光装置100的示意图。扫描照明装置也被称为“扫描器曝光工具”或被简称为扫描器。为了更清楚起见，在图1中没有示出浸没液。

扫描器100具有容纳标线102的支架101、例如透镜或透镜系统的成像元件103、和其上布置有衬底105的载体104。在图1中，标线102从上面由射束源(未示出)、例如激光来照明。来自射束源的射束穿过标线102并进一步向下沿着图1中的衬底的方向穿过。所谓的曝光狭缝106具有仅曝光标线102的小区域的效果，就是说，仅仅小的部分区域的标线102被照明，并且相关的射束能进入透镜系统103中。曝光狭缝106在图1中的标线102内被表示为阴影线的区域。而且，为了清楚体现仅仅小的部分区域的射束进入透镜系统103中，这个部分区域在图1中以亮的形式被示在透镜系统103的上部。透镜系统103以在衬底105上的标线102上出现的结构的清晰图像的方式形成。当前被曝光的衬底105的区域在图1中又被示为亮条。通常，射束以脉冲形式被发射，以致许多短射束脉冲被用于曝光衬底105。

为了在衬底105上成像标线102的所有结构，标线102相对于曝光狭缝106移动。在图1中，这种移动及其方向由朝右的第一箭头107来表示。通过标线102相对于静止的曝光狭缝106的移动，整个标线由来自射束源的射束扫描并被成像在衬底105上。然而，为了在衬底105上获得清晰的成像，衬底105必须也移动。通常，衬底105的移动与标线102的移动相反，因为简单的透镜系统产生倒像。换句话说，在图1中，其上布置有衬底105的载体104朝左移动，这由第二箭头108来表示。

在标线102和载体104移动的情况下，必须考虑通常使用并不是按1:1的比例将被布置在标线102上的结构成像到衬底上的透镜系统。在图1中，透镜系统上的“4x”示意性地表示，该结构以4:1的比例被成像到衬底上。在这种情况下，标线102的移动速度和载体104的移动速度必须适于成像比例。通常，使用缩微结构的透镜系统。如果使用将结构例如缩微四倍的透镜系统，则标线以其移动的速度必须比载体104和因此衬底105以其移动的速度大四倍。

接着，图2示意性地示出浸没液如何被导入到透镜系统103和衬底105之间。

图2示出根据本发明的浸没式光刻方法的装置的细节的侧视图。

图2示出透镜系统103、载体105和衬底105。为了清楚起见，支架101、标线102和曝光狭缝107在图2中没有示出。载体104的移动用双箭头209来表示。该双箭头209被用于表示，载体104能够取决于标线102(未示出)如何移动来沿两个方向移动。此外，图2象征性地示出馈电线210，通过该馈电线210，浸没液211能被导入透镜系统103和衬底106之间。在示例性的实施例中，浸没液是高纯度的水(即水是低杂质的，该杂质诸如是氧气或杂质)或全氟聚醚、诸如商标名为

的全氟聚醚。

图3示意性地示出沿着曝光狭缝的位置的浸没液的温度和焦点的z位置的分布图。

在图3a中，纵坐标(Y轴)表示任意单位的浸没液的温度，而横坐标(X轴)表示衬底上的x位置。图3a清楚地示出温度相对衬底上的位置的瞬态图。此外，虚线312和313说明曝光狭缝被成像到其中的区域。两条虚线312和313清楚地代表曝光狭缝的第一和第二边界。在图3a中，衬底朝右移动，这由箭头316表示。衬底朝右移动的结果是，浸没液的温度从通过载体的移动当前正透入曝光狭缝被成像到其中的区域(312)的衬底区域到当前正离开曝光狭缝被成像到其中的区域(313)的衬底区域连续升高。温度的这种连续升高与以下事实相关联，即被导入透镜系统和衬底之间的间隔中的浸没液实际粘附在衬底表面并因而伴随衬底一起移动。因此，在图3中在虚线313处当前正离开曝光狭缝被成像到其中的区域的浸没液已经遭受最长的曝光并已经通过部分吸收激光束最大地遭受温度升高。在衬底已离开曝光狭缝被成像到其中的区域之后，浸没液的温度再次降低。

在图3b中，纵坐标(Y轴)表示最佳焦点的z位置，而横坐标(X轴)表示衬底上的x位置。图3b清楚地示出其中产生清晰图像的平面的z位置相对衬底上的位置的瞬态图。此外，虚线312和313再次说明曝光狭缝被成像到其中的区域。在图3b中，衬底朝右移动，这由箭头317来表示。这与图3a类似地可被看出。衬底朝右移动的结果是，如图3a中所示，温度、随之有折射率、以及因此还有图3b中示出的最佳焦点的z位置在通过载体的移动当前正透入曝光狭缝被成像到其中的区域(312)的衬底区域中到当前正离开曝光狭缝被成像到其中的区域(313)的衬底区域连续变化。最佳焦点的z位置越来越靠近透镜系统。z位置的这种连续变化与浸没液的温度的连续升高有关，因为折射率在第一近似中与温度成比例，而z位置又以第一近似与折射率成比例。因此，图3b中所示出的最佳焦点的z位置的分布图跟随图3a中所示出的温度的分布图。

图4示出根据本发明的第一示例性实施例的扫描曝光装置的示意性侧视图。图4的扫描曝光装置具有标线402、在图4中示意性示为单独的透镜的成像元件403、其上布置有衬底405的载体404。在曝光衬底的期间，浸没液(为了清楚起见，在图4中未示出)被导入衬底405和透镜403之间。

在第一示例性实施例中，标线402和衬底405的要被曝光的表面之间的距离沿移动方向变化，或者换言之，在移动期间通过载体404相对标线402倾斜移动。标线402的移动方向由第一箭头407表示，并且在图4中朝左，而支架404的移动方向和因此衬底405的移动方向(在图4中朝右)由第二箭头408表示。

为了图解说明本发明，载体404相对于标线402的方向的移动倾斜度(即，由标线402和载体404所形成的相对角)在图4中以非常夸张的方式表示。以正确的比例，相对角在图中可能无法辨别，该相对角可能必须被设置，以便补偿由浸没液的加热所产生的焦点位置变化。

下面简要解释如何能确定标线和衬底之间的距离变化的大小。

在常规的光刻曝光装置(也被称为“曝光工具”)中，在衬底的每个区域(所谓的曝光区)处实际曝光之前执行校准，该衬底的每个区域包含完成处理之后的单独的电子部件。所述校准通常是必需的，因为，对于正确的曝光、就是说小分辨率的曝光，单独的衬底必须准确地例如根据其垂直分布图来测量。于是，校准测量尤其是产生衬底内的单独的曝光区的垂直分布图。由于从浸没液的温度变化得出的最佳焦点的z位置移位的偏移量也被简单地加到所述垂直分布图上。如图3b中所示，在通过曝光狭缝当前正在被曝光的曝光区中，偏移量的值以第一近似线形增加。由于浸没液温度变化出现的偏移量能够以对应于校准测量的方式来确定并被存储。优选地执行两个校准，在这种情况下，在第一校准中，在曝光之前测量每个曝光区，而在第二校准中，针对给定的安装测量一次偏移量。然后，根据需要校正偏移量，就是说，根据曝光每个衬底或晶片开始时的条件、或每小时、每天或以其它的给定时间间隔进行校正。一旦偏移量例如以表格(所谓的“查询表”)的形式已被存储，就通过将偏移量加到曝光区的垂直分布图来考虑曝光区的后续曝光。例如，可以在计算机的存储器中进行存储，也能在执行并评估校准测量和/或在确定偏移量时使用该计算机。存储具有这样的优点，即如果执行相同的曝光，则能够重复使用同一偏移量，该相同的曝光就是说具有相同参数(诸如曝光时间、光致抗蚀剂、标线等)的曝光过程。这避免重新计算和/或重新测量偏移量。

为了确定偏移量，必需确定沿载体移动的浸没液温度升高δT。根据这个沿移动方向的浸没液温度升高δT，能计算给定已知的dn/dT时的折射率的变化δn。以第一近似，出于这个目的，假定dn/dT为浸没液的材料常数。δT能够通过公式(3)来确定：

δT＝(1-τ)γ/cD

其中：δT是温度上升量，

τ是浸没液的透射系数，

γ是曝光期间曝光所使用的光致抗蚀剂所需的吸收剂量(energy dose)，

c是浸没液的特定热量，和

D是成像元件和衬底之间的距离、即工作距离。

因此，对于散焦、即(由于浸没液的温度变化的)最佳焦点的z位置以第一似移位，这导致上面已经说明的公式(2)：

$\mathrm{\&Delta;D}=\frac{D\&CenterDot;\mathrm{\&delta;n}}{n\&CenterDot;{\cos }^2\mathrm{\&theta;}}$

从这个公式能计算沿曝光狭缝被成像到其上的衬底上的整个区域(即在图3a和图3b中的线312和313之间的区域)的所要求的距离变化。对于最佳焦点的z位置的变化速度的线性近似，即对于沿z坐标方向的必需的衬底速度的线性近似，从公式(2)、公式(3)和 $\mathrm{\&delta;n}=\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dT}}\&CenterDot;\mathrm{\&delta;T}$ 产生以下公式(4)

$\frac{\mathrm{\&Delta;D}}{\mathrm{\&Delta;t}}=\frac{\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dT}}\&CenterDot;(1-\mathrm{\&tau;})\&CenterDot;\mathrm{\&gamma;}}{c\&CenterDot;n\&CenterDot;{\cos }^2\mathrm{\&theta;}}\&CenterDot;\frac{1}{\mathrm{\&Delta;t}}---\left(4\right)$

其中Δt是曝光衬底上的点的时间，即一旦该点已进入曝光狭缝的区域为了再次离开该区域所需的时间，换言之，即衬底上的点为了覆盖从图3a和3b中的虚线312到虚线313的距离所需的时间。

如上所述，从公式(4)能计算z方向上的速度，要被曝光的衬底表面具有该速度，以便补偿由于在曝光期间浸没液的温度升高引起的浸没液折射率的变化。在这种情况下，z方向上的速度方向取决于dn/dT的符号；通常，这使得要被曝光的衬底表面和成像元件之间的距离沿移动方向减小，以便补偿由温度变化所引起的变化，如也从图3b中得知的那样。

z方向上的速度也能以简单的方式被转换成要被曝光的衬底表面相对标线必须具有的相对角。

除了上述计算z方向上的最佳焦点的移位，最佳焦点中的移位还可以用试验方式来确定。在某些环境下，用试验方式确定比上述分析方法更简单地来执行。举例来说，在这种情况下，不必知道计算需要的参数。最佳焦点的z位置移位对于给定曝光装置简单地被测量。

图5示出根据本发明的第二示例性实施例的扫描曝光装置的示意性侧视图。图5的扫描曝光装置具有标线502、在图5中示意性地被示为单独的透镜的成像元件503、和其上布置有衬底505的载体504。为了清楚起见，被导入衬底505和透镜503之间的浸没液在图5中没有示出。

然而，该图示也示出用于帮助解释第二示例性实施例的运行的两个平面。在第二示例性实施例中，具有衬底505的载体504不倾斜移动，而是标线502倾斜移动。通过这种方式，也能补偿最清晰的图像的z位置上的移位，该最清晰的图像的z位置上的移位是由温度升高和与其相关联的折射率变化引起的。在这种情况下，必须考虑通常使用起缩微作用的成像元件。这在图5中由象征性的透镜403中所描绘的“4x”象征性地表示。4:1的缩微比例具有在最佳焦点的距离处的效果，并且因而沿z方向具有16的倍数、就是说缩微倍数的平方(4:1)²。这意味着，在移动过程中，标线502必须被倾斜到明显大于图4中所示的第一示例性实施例中的衬底405的程度。从公式(4)得到z方向上的速度，或者所得到的相对角必须被增加了所述16倍。

为了图示这些事实，图5(如已经阐明的那样)也描绘了两个平面。第一平面514表示通过透镜503所产生的标线502的图像的“倾斜”。出于上面所提及的理由，该第一平面514比标线502本身具有较小的倾斜度。第一平面514说明衬底505的要被曝光的表面在光刻装置中可能必须具有的位置(或倾斜)，由于透镜503和衬底505之间的介质的辐射，该光刻装置可能不影响折射率变化。然而，由于本发明涉及浸没式光刻装置的使用，在该浸没式光刻装置中，浸没液被导入透镜503和衬底505之间，由于折射率随温度的变化出现图像的倾斜，或换言之出现最佳焦点的z位置(距离)的变化。这种倾斜在图5中通过第二平面515来示出。第二平面说明温度的变化引起的最佳焦点的变化。为了在浸没液的温度变化和标线的倾斜引起的折射率变化产生作用之后获得最佳焦点的平面，第一平面514的倾斜和第二平面515的倾斜“被加在一起”。这产生标线的图像最清晰地被成像到其上的最终的成像平面。在图5中，图示第一平面514的倾斜和第二平面515的倾斜，以致这两个倾斜大小相等但方向相反，从而图5中的最终的成像平面是水平的。

因此，在图5中所示的第二示例性实施例中，如果衬底505的要被曝光的表面在图5中的透镜系统503下面沿水平方向移动，则标线502的清晰图像出现在衬底505的要被曝光的表面上。

总而言之，本发明能从以下事实中看出，即在通过扫描曝光装置来执行的浸没式光刻技术中，与现有技术相比不是仅通过调整浸没介质的温度来防止最佳焦点的位置(即，最清晰的成像)的变化，而是通过沿衬底移动方向改变标线和要被曝光的衬底表面之间的距离来补偿这些聚点变化，最佳焦点的位置的这种变化是随着由浸没介质的吸收导致的浸没介质的温度变化的浸没介质的折射率变化所引起的。距离的变化对应于被加到衬底和/或标线的法向移动(也就是说，诸如由根据现有技术的浸没式光刻装置中的衬底和/或标线所执行的移动)上的偏移量。所述偏移量的值可通过上面所说明的公式(4)来计算。所述偏移量可被理解为沿z方向(即扫描曝光装置的光轴方向)的线性移动。在扫描曝光装置中，光轴对应于被用于曝光的射束(例如，激光束)沿其传播的轴。

在本申请中引用以下文献：

[1]US 6 191 429

[2]US 6 586 160

[3]JP 10 303 114

[4]US 6 509 952

参考符号列表：

100      扫描曝光装置

101      支架

102      标线

103      成像元件

104      载体

105      衬底

106      曝光狭缝

107      第一箭头(移动方向)

108      第二箭头(移动方向)

209      双箭头(移动方向)

210      馈电线

211      浸没液

312      曝光狭缝的第一边界

313      曝光狭缝的第二边界

316      箭头(移动方向)

317      箭头(移动方向)

402      标线

403      成像元件

404      载体

405      衬底

407      第一箭头(移动方向)

408      第二箭头(移动方向)

502      标线

503      成像元件

504      载体

505      衬底

507      第一箭头(移动方向)

508      第二箭头(移动方向)

514      第一平面

515      第二平面

600      光刻装置

601      晶片

602      激光器

603      透镜

604      掩模

605      激光束

Claims (11)

1.一种用于曝光衬底的浸没式光刻方法，该方法通过扫描曝光装置来执行，该扫描曝光装置具有：

射束源，该射束源产生射束，

支架，该支架容纳标线，

载体，在该载体上布置有衬底，

成像元件，该成像元件被布置在该标线和该衬底之间，和

其中，在曝光衬底期间，浸没液被导入该成像元件和该衬底之间，

其中，所述射束从辐射源通过该标线、通过所述成像元件并通过所述浸没液到达要被曝光的衬底表面，

其中，所述射束沿第一方向扫描所述标线，

其中，在曝光所述要被曝光的衬底表面期间，所述载体沿第二方向移动，

其中，通过在利用所述标线进行曝光期间沿所述载体的移动方向改变所述标线与所述要被曝光的衬底表面之间的射束方向上的距离来设置所述衬底曝光的景深和/或分辨率，该距离以这样的方式被改变，即补偿在曝光期间由浸没液在曝光期间的温度变化引起的景深和/或分辨率的变化。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述浸没液是在给定曝光波长处具有大于0.9的透明度的流体和/或根据温度的变化而在折射率方面具有小于10^-3的变化的流体。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述浸没液是水或全氟聚醚。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述载体相对于所述标线倾斜移动。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述标线相对于所述要被曝光的衬底表面倾斜移动。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述标线和所述要被曝光的衬底表面之间的距离的变化沿所述载体的移动方向是线性的。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二方向与所述第一方向相反。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述浸没液的温度被调整。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述成像元件是透镜或透镜系统。

10.如权利要求1所述的方法，其中，在衬底曝光之前，在针对所述衬底的校准步骤中，所述距离变化被确定为偏移量，并且在曝光所述衬底期间，使用所述偏移量，以便执行所述距离变化。

11.一种用于执行用于曝光衬底的浸没式光刻的装置，该装置包括：

射束源，用于发射射束；

载体，衬底能被布置在该载体上；

支架，用于容纳标线；

成像元件，该成像元件被布置在该支架和该载体之间；

该载体和该支架以能彼此相对移动的方式来设置；

该装置以这种方式来设置，即浸没液能被导入该成像元件和该载体之间；

该装置以这种方式来设置，即在曝光所述衬底表面期间，被布置在该支架中的标线和被布置在该载体上的衬底的要被曝光的表面彼此相对倾斜；和

该装置以这种方式来设置，即在曝光该表面期间的倾斜补偿由该浸没液在曝光期间的温度变化引起的景深和/或分辨率的变化。

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