CN100504610C - 光刻装置和器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种湿浸光刻装置，其中电压发生器将势差施加到与浸液接触的一物件上，使得由于浸液中气泡表面的动电电势的原因，浸液中的气泡和/或粒子被物件吸引或被物件排斥。

Description

光刻装置和器件制造方法
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施加到基底的靶部上的装置。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，如掩模的构图部件可用于产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂覆辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(例如硅晶片)的靶部上(例如包括一部分，一个或者几个管芯)。一般地，单一的基底将包含相继曝光的相邻靶部的整个网格。已知的光刻装置包括所谓步进器，其中通过将全部图案一次曝光在靶部上而辐射每一靶部，还包括所谓扫描器，其中通过投射光束沿给定方向(“扫描”方向)扫描图案，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靶部。
已经提出了将光刻投射装置中的基底浸没在一种具有相对高折射率的液体中，比如水，以使其填充投射系统的最后元件和基底之间的空间。由于曝光射线在液体中具有更短的波长，从而能够对更小的特征成像。(也可以将液体的作用看作为能提高系统的有效NA和增大焦深)
然而，将基底或基底和基底台都浸入液体槽中(参见例如US 4,509,852，其全文在这里作为参考引入)意味着在扫描曝光过程中，需要加速大量的液体。这需要附加或更强劲的马达，并且液体中的扰动将会导致不利和不可预知的影响。
已经提出的一种解决方案提供了一种液体供给系统，其只在基底的液体局部区域上和在投射系统的最后元件与使用液体限制系统的基底(该基底一般具有比投射系统的最后元件更大的表面积)之间内提供液体。WO99/49504公开了为此提出布置上述系统的一种方式，其全文在这里作为参考引入。如图2和图3的说明，液体由在基底W上的至少一个入口IN提供，优选沿基底相对于最后元件的运动方向提供，并在投射系统PL下通过后由至少一个出口OUT排除。即，当基底在最后元件下在—X方向上被扫描时，在最后元件的+X侧提供液体，并且在—X侧排除液体。图2表示液体通过入口IN提供并在元件另一侧经与低压源连接的出口OUT排除的示意布置。在图2的说明中，液体沿基底相对于最后元件的运动方向提供，但这种情况并不是必需的。绕最后元件周围的各种方向和数量的入口和出口都是可能的，如图3示出的例子，其中在最后元件周围提供了四套常规式样的带有出口的入口，每一边有一个出口。
已经提出的另一种解决方案提供了一种具有密封构件的液体供给系统，该密封构件沿投射系统的最后元件与基底台之间的空间边界线的至少一部分延伸。该密封构件虽然在Z方向(光轴方向)上可能有少许相对运动，但在XY平面上基本相对于投射系统静止。在密封构件和基底表面间形成密封。优选的密封型式是例如气密封等非接触型密封。欧洲专利申请EP-A-1 420 298公开了一个这样的系统，其全文在这里作为参考引入。
密封构件的其他类型显然可能包括具有其他入口和出口排列的密封构件和不对称的密封构件。
湿浸光刻的难点在于在浸液中存在气泡。这些气泡可以是任何尺寸的，但是只要存在几个μm量极的气泡就会产生特定的问题。特别当该μm量级的气泡存在于将被成像的基底或传感器的表面上时，这个问题尤为突出，这是由于在这个位置上，气泡具有对投射光束最大的干扰影响。
发明内容
本发明的一个目的在于在湿浸光刻术中减少浸液中的气泡对成像质量的影响。
依照本发明的一个方面，提供一种光刻装置，包括：
用于提供辐射投射光束的照射系统；
用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于给投射光束的横截面赋予图案；
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；
用于利用浸液至少部分填充在所述投射系统的最后元件和所述基底之间空间的液体供给系统；和
用于将第一电势施加到第一物件以在浸液中移动气泡和/或粒子的电源。
这样可以在浸液中的气泡上施加一个朝向或远离第一物件方向的力。这是因为浸液中的气泡具有固有的动电电势，即在液体中气泡表面和全部分离的离子浓度之间的势差。这样通过选择第一电势使其具有与气泡的动电电势或相同或相反的极性，可以决定气泡是朝向第一物件移动或是远离第一物件移动。这样，该系统可用于在浸液中将气泡移动到可将其对装置的成像质量影响减少到最小的位置。本发明对小粒子的作用与其对气泡的作用相同。
第一物件优选形成空间的边界以控制空间中气泡在浸液中的位置。另外第一物件可以在空间上游的供给通道与浸液接触。这样可能会避免在空间中产生过大的电势场，过大的电势场可能会对空间中的传感器有害或可能在投影系统下由于有限空间而很难安排物件。
其优点在于具有可施加第二电势到与浸液接触的第二物件的第二个装置。这样可以增加作用在气泡上的力，当第一电势用于排斥气泡的同时第二电势可以用于吸引气泡，反之亦然。
在一个实施方案中，基底可以是第一物件，以使气泡被基底本身排斥。在另一实施方案中，第二物件可以是投射系统的最后元件，以使气泡可以吸引向最后元件并从而远离基底。当然第一和第二物件可以是其他的方式。
在另一实施方案中，第一物件仍形成空间的边界但其定位在装置光轴的远侧。这样气泡移动离开装置的光轴，以使成像实际发生所经过的液体基本没有气泡。
根据本发明的再一方面，提供一种器件制造方法，包括以下步骤：
使用投射系统将带图案的辐射光束投射到基底的靶部上；
再所述投射系统的最后元件和所述基底之间提供浸液；和
通过将电荷施加到与所述浸液相接触的物件上以将力施加到所述浸液中的气泡和/或粒子上。
在本申请中，本发明的光刻装置具体用于制造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、液晶显示器(LCD)、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，这里的任何术语“晶片”或者“管芯”的使用可认为分别与更普通的术语“基底”或者“靶部”同义。这里提到的基底可以在曝光前或后用例如轨迹工具(track)(一种工具，通常对基底施加一层抗蚀剂，并显影已经曝光的抗蚀剂)或计量或检验工具进行处理。这里的公开可以用于这样或其他的这里可以适用的基底处理工具。此外，例如为了形成多层IC，可以对基底进行多次处理，因此这里使用的术语基底也可以表示已经包含多个处理层的基底。
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365，248，193，157或者126nm的波长)。
这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够给投射光束赋予带图案的截面的装置，以便在基底的靶部上形成图案。应该注意，赋予投射光束的图案可以不与基底的靶部上的所需图案精确对应。一般地，赋予投射光束的图案与在靶部中形成的器件(如集成电路)的特定功能层相对应。
构图部件可以是透射的或反射的。构图部件的示例包括掩模，可编程反射镜阵列和可编程LCD板。掩模在光刻中是公知的，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。可编程反射镜阵列的一个例子是利用微小反射镜的矩阵排列，每个反射镜能够独立地倾斜，从而沿不同方向反射入射的辐射光束；按照这种方式，对反射光束进行构图。在构图部件的每个实施例中，支撑结构可以是一个框架或工作台，例如，所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的，并且可以确保构图部件位于例如相对于投影系统的所需位置处。这里的任何术语“中间掩模版”或者“掩模”的使用可认为与更普通的术语“构图部件”同义。
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，包括折射光学系统，反射光学系统，和反折射光学系统，例如适用于所用的曝光辐射，或者适用于其他方面，如使用浸液或使用真空。这里的任何术语“透镜”的使用应认为与更普通的术语“投影系统”同义。
照射系统还可以包括各种类型的光学部件，包括折射，反射，和反折射光学部件，这些部件用于引导、整形或者控制辐射投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“透镜”。
光刻装置可以是具有两个(二级)或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)的类型。在这种“多级式”装置中，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。
附图说明
现在仅通过举例的方式，参照附图描述本发明的实施方案，在图中相应的附图标记表示相应的部件，其中：
图1描述根据本发明一个实施方案的光刻装置；
图2图示出根据本发明的一个实施方案的液体供给系统的横截面；
图3图示出图2液体供给系统的平面图；和
图4图示出本发明的一个实施方案；和
图5图示出本发明的另一实施方案。
具体实施方式
图1示意性表示了本发明一典型实施方案的光刻投射装置。该装置包括：
辐射系统(照射器)IL，用于提供辐射投射光束PB(例如UV辐射)；
第一支撑结构(例如掩模台)MT，用于支撑构图部件(例如掩模)MA，并与用于将该构图部件相对于物体PL精确定位的第一定位装置PM连接；
基底台(例如晶片台)WT，用于保持基底W(例如涂覆抗蚀剂的硅晶片)，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置PW连接；
投射系统(例如，折射透镜系统)PL，用于通过构图部件MA将赋予投射光束PB的图案成像在基底W的靶部C(例如包括一个或多个管芯)上。
如这里指出的，该装置属于透射型(例如采用透射掩模)。另外，该装置可以是反射型(例如采用如上面提到的可编程反射镜阵列型)。
照射器IL接收来自辐射源LA的辐射光束。辐射源和光刻装置可以是分开的机构，例如当辐射源是受激准分子激光器时。在这种情况下，不把辐射源看作构成光刻装置的一部分，借助于例如包括适当的定向反射镜和/或扩束器的光束传送系统Ex将辐射光束从源LA传送到照射器IL。在其他情况下，辐射源可以是装置的组成部分，例如当辐射源是汞灯时。如果需要的话，可将源LA和照射器IL，连同光束传送系统Ex一起称作辐射系统。
照射器IL可以包括调节装置，用于调节光束的角强度分布。一般地，至少可以调节照射器光瞳平面内强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。照射器提供调整好的辐射光束，称作投射光束PB，在该光束的横截面具有所需的均匀度和强度分布。
投射光束PB入射到保持在掩模台MT上的掩模MA上。穿过掩模MA后，投射光束PB通过透镜PL，该透镜将光束聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位装置PW和位置传感器IF2(例如干涉测量装置)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。类似地，例如在从掩模库中机械地取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM和位置传感器IF1将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，借助于长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)来实现物件台MT和WT的移动，所述模块构成定位装置PM和PW的一部分。可是，在步进器的情况下(与扫描装置相对)，掩模台MT可以只与短行程致动装置连接，或者固定。掩模MA与基底W可以利用掩模对准标记M1，M2和基底对准标记P1，P2进行对准。
所示的装置可以按照下面优选的模式使用：
1.在步进模式中，掩模台MT和基底台WT基本保持不动，赋予投射光束的整个图案被一次投射到靶部C上(即单一静态曝光)。然后基底台WT沿X和/或Y方向移动，以便能够曝光不同的靶部C。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制单一静态曝光中成像的靶部C的尺寸。
2.在扫描模式中，同时扫描掩模台MT和基底台WT，并将赋予投射光束的图案投射到靶部C上(即，单一动态曝光)。基底台WT相对于掩模台MT的速度和方向由投影系统PL的放大(缩小)和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制单一动态曝光中靶部的宽度(沿非扫描方向)，而扫描移动的长度确定靶部的高度(沿扫描方向)。
3.在其他模式中，掩模台MT基本上保持静止，并保持可编程构图部件，并且在将赋予投射光束的图案投射到靶部C上时移动或扫描基底台WT。在这种模式中，一般采用脉冲辐射源，并且在基底台WT的每次移动之后或者在扫描期间连续的辐射脉冲中间，根据需要更新可编程的构图部件。这种操作方式可以很容易地应用于无掩模光刻中，所述无掩模光刻利用如上面涉及的可编程反射镜阵列型的可编程构图部件。
还可以采用在上述所用模式基础上的组合和/或变化，或者采用与所用的完全不同的模式。
本发明可应用于任何类型的液体供给系统。该供给系统可以用于提供任何类型的浸液并且可以使用任何类型的密封投射系统和基底W之间的浸液的系统。
图4说明了一种类型的液体限制系统，但本发明的并不仅限于该实施方案。例如，本发明可应用到图2和图3的液体供给系统。
图4的液体供给系统包括定位在投射系统PL最后元件20下面和周围的隔离件10。液体进入投射系统下的空间5和隔离件10内。隔离件10优选延伸出投射系统PL的最后元件一些。密封装置可选择地配置在隔离件10底部和基底W之间。该密封装置可以例如是气体密封或液体密封。隔离件10可由投射透镜PL支撑、或由装置的基本框架支撑、或者由包括在基底W上支撑其自身重量的任何其他方式支撑。
通过导管30在投射系统PL和基底W之间的空间中提供浸液。然后再将浸液从该空间排出。虽然未对浸液的排出进行图示说明但其可以以任何方式排出，例如通过低压源。
浸液中可能会出现微气泡和小粒子，如果在成像期间微气泡和小粒子靠近基底W表面，那么其将对投射图像的质量和最终产品产生有害影响。本发明利用在液体中小固体粒子粘附气泡表面的矿业发现来致力于解决该问题。已发现在微米大小的气泡和固体粒子间的电力在粘附中起着重要的作用。已发现在液体中的气泡，在气泡表面，具有动电电势(或ζ电势)，其将导致在气泡表面和液体内全部分离的离子浓度之间的电势差。这同样适用于小粒子。
在本发明中，使用电源或电压供给V(或电荷、电压、电场或势差发生器或源)将电势施加到浸液装置的一个或多个物件上。工作原理是如果需要斥力，就在液体的全部分离的离子浓度和物件之间产生势差，该势差具有和液体中的全部分离的离子浓度和气泡表面间的势差相同的极性。如果需要在物件和气泡之间的引力，势差也应具有相同的极性。这样可在气泡上产生朝向或背离物件(电极)的力，该物件和浸液接触。
在图4中几个不同物件具有施加到它们上的势能或电荷。本发明将只对一个这样的物件和物件间的任意组合进行说明，未说明的其他物件实际上可同样使用或替换使用。
在纯水中，可以看到μm量级的气泡的表面势能大约为—50mV，纯水是在193nm波长的投射光束下用作浸液的有价值的选择物。该势能根据气泡大小和浸液的类型而不同。但是，和这里描述的相同原理也可以用于其他浸液和气泡大小并且本发明也可全部适用于这些浸液。可以在浸液中加入添加剂来改变表面势能的影响。CaCl2和NaCl2是用于该目的的适宜选择的添加剂。
在图4中示出了六个不同物件，其上可能施加了势能或电压或电荷。该物件最好与浸液接触，但这在原则上并不是必须的。这些物件中的一个是基底W，其最好带有和气泡表面的电势相同极性的电荷。这样在气泡上气泡具有直接远离基底W的力因此可以将其对投射图像的影响减到最小。在基底W上与负势能结合或其本身与负势能结合，投射系统的最后元件或接近投射系统PL的最后元件20的物件能带有和气泡表面的势能极性相反的势能。其具有将气泡吸引向投射系统PL的最后元件20从而远离基底W的作用。接近投射系统PL的最后元件20的物件(例如电极)可具有任意形状。其可以是盘状的或圆形的，这样投射光束PB可以经过物件的中心。
另外，可以带电或具有施加的电压的物件可以安装到隔离件10的表面上。在图4中，这些物件安装到隔离件的内表面上。如图所示，两个电极12，14每个在隔离件10的相对侧面并且带有相反的势能。这样气泡可能以浸液的出口方向被拉到电极12、14中的一个或另一个上。另外，可在密封构件10(与浸液接触)的内表面周围配备一个物件或多个物件，其带有和气泡表面的势能极性不相同极性的势能。这样浸液中在投射系统PL的最后元件20和基底W间的空间5中的气泡会被拉离装置的光轴，从而离开投射光束PB到基底W的路径，使其基本不受气泡的妨碍。
另一个使用本发明的地方是在液体供给系统中投射系统PL的最后元件20和基底W之间的空间5的上游处。在这种情况下，当浸液沿导管30和罩40经过时，带相反电势的相对板(例如电极)42、44在气泡上产生一个力，当浸液在空间5中时，该力有效地将气泡以比在没有施加电场的空间5的上游状态更加远离基底W地将气泡移动以远离基底W。具有高浓度气泡的浸液，即接近电极44的浸液，甚至可以从空间5排出并且不供给到空间5中。排出的液体在循环进入液体供给系统前，可以进行气泡排出处理。
在上述所有实施例中，电压发生器V施加的电压越高，作用在气泡上的力就越大。物件上的电势不应高到引起浸液分离的程度，但应该足够高以在气泡上提供力以使本发明有效。对于主要由水构成的浸液，一般施加到物件的势差为5mV至5V，优选为10mV至500mV。优选由势能施加产生5mV/mm至500mV/mm的电场。
在图5中，设置第二电源/电压供给/电荷/电压/电场或势差发生器或源V2。第二电源V2提供或产生第二电势，其与电源V提供或产生的电势极性相反。第二电势可以具有和浸液中气泡和/或粒子表面的动电电势相同的电势。虽然所示的电源V将电势施加到物件12、20、42和44上，所示的第二电源V2将第二电势施加到物件W和14上。但可以理解第一和第二电源V和V2可以以任何组合将电势施加到物件上。
尽管上面已经描述了本发明的各个具体实施方式，但是应该理解，本发明可以按照不同于所述的方式实施。说明书不意味着限制本发明。

Claims (27)

1、一种光刻装置，包括：
用于提供辐射投射光束的照射系统；
用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于给投射光束的横截面赋予图案；
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；
用于至少部分地填充在介于所述投射系统和所述基底之间的空间的浸液以及用于供给所述浸液的液体供给系统，其中所述空间这样设置，即在使用时，使所述浸液直接与所述基底接触；其特征在于，该光刻装置还包括：
电源，该电源布置成施加第一电势到第一物件以建立横穿由所述液体供给系统供给的所述浸液的第一电场，以在所述浸液中移动气泡和/或粒子，所述第一物件是以下述方式(a)、(b)和(c)其中之一布置的单电极：
(a)使所述投射光束经过所述第一物件的中心；
(b)使所述第一电场施加取向力，以在所述空间中的所述浸液中移动气泡和/或粒子而离开所述投射系统的光轴，并且所述第一电场并非高到致使所述浸液分离；和
(c)使所述第一物件在所述空间上游的供给通道中与所述浸液接触。
2、根据权利要求1所述的装置，其中所述第一物件与所述浸液接触。
3、根据权利要求1所述的装置，其中所述第一物件形成所述空间的边界。
4、根据权利要求1所述的装置，其中横过所述空间中的浸液施加第一电场。
5、根据权利要求1所述的装置，其中横穿空间外部的浸液施加所述第一电场。
6、根据权利要求5所述的装置，其中横穿液体供给系统中的浸液施加所述第一电场。
7、根据权利要求1所述的装置，其中所述第一电势用于在所述浸液中的气泡和/或粒子上施加远离所述基底方向的力。
8、根据权利要求1所述的装置，还包括用于横穿浸液施加第二电场的第二装置。
9、根据权利要求8所述的装置，其中所述第一电场的极性与所述第二电场的极性相反。
10、根据权利要求8所述的装置，其中横穿所述空间中的浸液施加所述第二电场。
11、根据权利要求8所述的装置，其中横穿所述空间外部的浸液施加所述第二电场。
12、根据权利要求8所述的装置，其中将第二电势施加到第二物件。
13、根据权利要求12所述的装置，其中所述第二物件形成所述空间的边界。
14、根据权利要求12所述的装置，其中第二物件在所述空间上游的供给管道中与所述浸液接触。
15、根据权利要求1所述的装置，其中所述第一电场用于在所述浸液中的气泡和/或粒子上施加沿一个方向的力，使得当在所述空间中时，所述气泡和/或粒子比没有施加电场时更加远离所述基底。
16、根据权利要求1所述的装置，其中所述第一电势在5mV和5V之间。
17、根据权利要求1所述的装置，其中所述第一电势在10mV和500mV之间。
18、根据权利要求1所述的装置，其中所述第一电势用于形成一个达到500mV/mm的电场。
19、根据权利要求1所述的装置，其中所述第一电场具有与所述浸液中的气泡和/或粒子表面的动电电势极性不同的极性。
20、根据权利要求1所述的装置，其中第二电场具有与所述浸液中的气泡和/或粒子表面的动电电势极性相同的极性。
21、根据权利要求1所述的装置，其中所述第一物件是所述基底。
22、根据权利要求12所述的装置，其中所述第二物件是投射系统的最后元件。
23、根据权利要求1所述的装置，其中所述第一物件位于所述装置的光轴上。
24、根据权利要求1所述的装置，其中所述第一物件形成所述空间的边界，并且定位在所述装置的光轴的远侧。
25、根据权利要求1所述的装置，其中所述第一物件定位在隔离件上，该隔离件至少沿部分所述空间边界延伸。
26、一种器件制造方法，包括以下步骤：
使用投射系统将带图案的辐射光束投射到基底的靶部上；
由液体供给系统将浸液提供到介于所述投射系统和所述基底之间的空间中，所述浸液直接与所述基底接触，其特征在于：
通过将电荷施加到一个物件上以将力施加到由所述液体供给系统供给的所述浸液中的气泡和/或粒子上，所述物件是以下述方式(a)、(b)和(c)其中之一布置的单电极：
(a)使所述带图案的辐射光束经过所述物件的中心；
(b)使电场力施加到所述空间中的气泡和/或粒子上，所述电场力这样取向，即使得所述气泡和/或粒子移动而离开所述投射系统的光轴，并且所述电场力并非高到致使所述浸液分离；和
(c)使所述物件在所述空间上游的供给通道中与所述浸液接触。
27、根据权利要求26所述的方法，其中物件形成所述空间的边界。
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