CN100504611C - 光刻设备与装置制造方法 - Google Patents

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Abstract

浸入光刻设备的投射系统的末级元件构制用于折射率高于末级元件的折射率的液体。在一个实施例中，末级元件包括弯月形凸透镜。此类末级元件使得能够增大光刻设备的有效数值孔径并且减小投射光束在其经过末级元件到达液体时的总体内部反射。

Description

光刻设备与装置制造方法
技术领域
本发明涉及光刻设备与用于制造装置的方法。尤其是，本发明涉及浸入光刻术。
背景技术
光刻设备是将所需图案应用于衬底，通常是应用于。衬底的目标部分上的机器。举例来说，光刻设备可以用于集成电路(IC)的制造中。在那种情况中，可以使用图案制作装置来产生待形成于IC的个别层上的电路图案，该图案制作装置也另外称作掩模或分划板。这种图案可被传递至衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括一个或若干电路小片的部分)上。图案的传递通常通过成像于在衬底上提供的射线敏感材料层(抗蚀层)上来进行。一般说来，单个衬底将包含由连续地进行图案制作的相邻目标部分组成的网络。已知光刻设备包括所谓的步进器和所谓的扫描仪，在步进器中，通过将全部图案曝光于目标部分上而对每个目标部分进行照射，而在扫描仪中，通过沿给定方向(扫描方向)利用射线束扫描图案并同时平行于或反平行于该方向同步扫描衬底而对每个目标部分进行照射。还可以通过将图案压印于衬底上而从图案制作装置传递图案。
已经提出将光刻投射设备中的衬底浸入具有较高折射率的液体例如水中，以便填充投射系统的末级元件与衬底之间的空间。这样的要点在于使得能够成像较小的特征，因为曝光射线在液体中将具有比空气或真空中更短的波长，从而容许溶解更小的特征。(液体的效果还可被看成增加了光刻设备的有效NA(当由投射系统支承时)并且还增加了聚焦深度。)还提出了其它浸入液体，包括带有悬浮于其中的固体颗粒(例如石英)的水。
然而，将衬底或衬底和衬底台浸没于液体池中(例如，请看美国专利US 4,509,852，其全部内容在此引入作为参考)意味着在扫描曝光过程中有必须加速的大量液体。这样就需要另外或功率更大的马达并且液体中的紊流可能导致不合需要和不可预测的效果。
所提出的解决方案之一是液体供应系统只在衬底的局部区域和投射系统的末级元件与衬底之间的空间中提供液体(衬底一般具有比投射系统的末级元件更大的表面积)。为此所提出的一种方法公开于PCT专利申请WO 99/49504中，其在此全部引入作为参考。如图2和3中所示，液体通过至少一个入口IN优选地沿着衬底相对于末级元件的运动方向供应至衬底上，并且在从投射系统下方经过之后通过至少一个出口OUT而除去。即，当沿X方向在元件下方扫描衬底时，液体在元件的+X侧供应而在-X侧取走。图2示意性示出的设置方案中，液体通过入口IN供应而通过连至低压源上的出口OUT在元件的另一侧取走。在图2的示例中，液体沿着衬底相对于末级元件的运动方向供应，但是情况并非必须如此。任意位向和数量的入口和出口可以置于末级元件周围，图3中即示出了一个实例，其中四组入口和位于任一侧上的出口按照规则图案提供于末级元件周围。
发明内容
举例来说，使得所投射的光束能够在其到达衬底上时具有更大的自由度将很有利。
根据本发明的一个方面，提供了一种光刻投射设备，其设置成用于将制作图案的射线束从图案制作装置投射于衬底上，这种设备包括：
投射系统，其构制成用于将制作图案的射线束投射于衬底上，投射系统包括末级元件，末级元件与衬底相邻并且构制成将制作图案的射线束通过液体聚焦于衬底上；以及
液体供应系统，其构制成用于将液体供向末级元件与衬底之间的空间中，液体具有比末级元件的折射率更大的折射率。
附图说明
现在将参看示意性附图只通过实例来对本发明的实施例进行描述，在附图中相应的参考标号指的是相应的零件，图中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的光刻设备；
图2和3示出了用于光刻投射设备中的液体供应系统；
图4示出了另一种用于光刻投射设备中的液体供应系统；
图5示出了另一种用于光刻投射设备中的液体供应系统；
图6示出了光刻投射设备的投射系统的末级元件；
图7示出了根据本发明的一个实施例的光刻投射设备的投射系统的末级元件。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的光刻设备。这种设备包括：
——照射系统(照射器)IL，其构制成用于调节射线束PB(例如UV射线或DUV射线。
——支承结构(例如掩模台)MT，其构造成用于支承图案制作装置(掩模)MA并且连接于第一定位器PM上，该第一定位器PM构制成用于根据某些参数准确定位图案制作装置；
—一衬底台(例如晶片台)WT，其构造成用于保持衬底(例如涂有抗蚀层的晶片)W并且连接于第二定位器PW上，该第二定位器PW构制成用于根据某些参数准确定位衬底；以及
——投射系统(例如折射投射透镜系统)，其构制成用于将由图案制作装置MA赋予射线束PB的图案投射于衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个电路小片)上。
照射系统可包括各种类型的光学部件，例如折射、反射、磁性、电磁性、静电或其它类型的光学部件，或者其任意组合，以便引导、整形或控制射线。
支承系统支承着图案制作装置的重量。其保持着图案制作装置的方式取决于图案制作装置的位向、光刻设备的设计以及其它条件，例如图案制作装置是否保持于真空环境中。支承结构可使用机械、真空、静电或其它夹紧方法来保持图案制作装置。支承结构可为例如例如框架或台，其可根据需要为固定式或可动式。支承结构可保证图案制作装置例如相对于投射系统处于所需位置。这里任何一处使用的术语“分划板”或“掩模”可以看作与更广义的术语“图案制作装置”同义。
此处所用的术语“图案制作装置”应当被更广地理解成指的是能够用来将横截面中的图案赋予射线束以便在衬底的目标部分中形成图案的任意装置。应当指出，赋予射线束的图案可以不与衬底目标部分中的所需图案准确对应，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征就可以不对应。一般地，赋予射线束的图案将与目标部分例如集成电路中正在形成的装置中的特定功能层相对应。
图案制作装置可为透射型或反射型。图案制作装置的实例包括掩模、可编程镜阵列以及可编程LCD面板。掩模在光刻术中众所周知，并且包括多种掩模类型，例如二元、交替相移和衰减相移，以及各种混合掩模类型。可编程镜阵列的一个实例利用小镜的矩阵设置结构，其中每个小镜能够单独地倾斜以便沿不同方向反射入射而来的射线束。倾斜的镜赋予由镜矩阵反射的射线束中的图案。
此处所用的术语“投射系统”应当被广义地理解为包括任意类型的投射系统，包括折射、反射、反射折射、磁性、电磁性以及静电光学系统，或者其任意组合，其与所使用的曝光射线或者其它因素例如使用的浸入液体或使用的真空相适合。这里任一处使用的术语“投射透镜”可被看作与更广义的术语“投射系统”同义。
如此处所示，设备为透射型(例如使用透射掩模)。替代地，设备可为反射型(例如使用上述类型的可编程镜阵列，或者使用反射掩模)。
光刻设备可为具有两个(双级)或更多衬底台(和/或两个或更多掩模台)的类型。在此类“多级”机器中，可以并联地使用另外的台，或者可以在一个或更多台上执行预备步骤而同时一个或更多其它台正在用于曝光。
参看图1，照射器IL从射线源S0接收射线束。源和光刻设备可为分离的实体，例如当源为受激准分子激光器时就是如此。在这种情况中，不认为源形成了光刻设备的部分并且射线束借助于光束输送系统BD从源S0传送至照射器IL，该光束输送系统BD包括例如适当的引导镜和/或光束扩展器。在其它情况下，源可为光刻设备的一体式部分，例如当源为汞灯时就是如此。源S0和照射器IL，如果需要的话还与光束输送系统BD一起，可被称作射线系统。
照射器IL可包括用于调节射线束的角强度分布的调节器AD。一般地，至少可以调节在照射器的光瞳平面中的强度分布的外部和/或内部径向伸长(常被分别称作外部σ和内部σ)。此外，照射器IL可包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器C0。照射器可用于调节射线束，以便在其横截面中具有所需均匀性和强度分布。
射线束PB入射于保持于支承结构(例如掩模台MT)上的图案制作装置(例如掩模MA)上，并且由图案制作装置制作图案。在穿过掩模MA之后，射线束PB穿过投射系统PL，投射系统PL将光束聚焦于衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如干涉装置、线性编码器或电容传感器)可以准确地移动衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于射线束PB的路径中。类似地，例如在从掩模库中进行机械检索之后，或者在扫描过程中，可以使用第一定位器PM和另一个位置传感器(其并未明确示于图1中)来相对于射线束PB的路径准确定位掩模MA。一般地，掩模台MT的运动可以借助于形成了第一定位器PM的部分的长冲程模块和短冲程模块来实现。类似地，衬底台WT的运动可以利用形成了第二定位器PW的部分的长冲程模块和短冲程模块来实现。在步进器(与扫描仪相反)的情况下，掩模台MT可只连接于短冲程致动器上，或者可为固定式。掩模MA和衬底W可使用掩模对准标志M1、M2和衬底对准标志P1、P2来对准。尽管所示的衬底对准标志占用了专用的目标部分，但是它们可位于目标部分之间的空间中(这些被称作划线对准标志)。类似地，在多于一个电路小片提供于掩模MA上的情况中，掩模对准标志可位于电路小片之间。
所示的设备可用于以下模式中的至少一种：
1.在步进模式中，掩模台MT和衬底台WT基本上保持静止，同时，赋予射线束的全部图案被一次投射于目标部分C上(即单静态曝光)。衬底台WT随后沿X和/或Y方向运动以便能够曝光不同的目标部分C。在步进模式中，曝光区域的最大尺寸限制了单静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。
2.在扫描模式中，可同步地扫描掩模台MT和衬底台WT，同时，赋予射线束的图案被投射于目标部分C上(即单动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可通过投射系统PL的(缩小)放大和成像反向特征来确定。在扫描模式中，曝光区域的最大尺寸限制了单动态曝光中目标部分(沿非扫描方向)的宽度，而扫描运动的长度确定了目标部分(沿扫描方向)的高度。
3.在另一种模式中，掩模台MT基本上保持静止，保持着可编程图案制作装置，并且衬底台WT发生运动或进行扫描，同时，赋予射线束的图案被投射于目标部分C上。在这种模式中，一般地，使用脉冲式射线源并且在衬底台WT每次运动之后或者在扫描过程中连续的射线脉冲之间，根据需要更新可编程图案制作装置。这种操作模式可易于应用于使用可编程图案制作装置例如上述类型的可编程镜阵列的无掩模光刻术中。
还可以采用上述使用模式的组合和/或变型或者采用完全不同的使用模式。
图4中示出了带有局部液体供应系统的另一种浸入光刻术解决方案。液体由位于投射系统PL任一侧上的两个凹槽入口IN供应，并且由设置于入口IN径向外侧的多个离散出口OUT除去。入口IN和OUT可以设置于其中心带有孔的板上，并且投射光束穿过其进行投射。液体由位于投射系统PL一侧的一个凹槽入口IN供应，由位于投射系统PL另一侧的多个离散式出口OUT除去，从而在投射系统PL与衬底W之间产生液体薄膜流。选择使用哪种组合的入口IN和出口OUT可取决于衬底W的运动方向(其它组合的入口IN和出口OUT停用)。
已经提出的另一种带有局部液体供应系统的浸入光刻术解决方案是为液体供应系统提供密封构件，该密封构件沿着投射系统的末级元件与衬底台之间的空间的边界的至少一部分延伸。密封构件在XY平面中基本上相对于投射系统静止不动，但是可能存在沿Z方向(沿光轴的方向)的某些相对运动。在密封构件与衬底表面之间形成密封。在一个实施例中，密封为无接触式密封例如气密。此类带有气密的系统公开于美国专利申请no.US 10/705,783中，如图5中所示，其全部内容在此引入作为参考。
参看图5，容器10在投射系统的图像场周围与衬底形成无接触式密封，以便限制液体从而填充衬底表面与投射系统的末级元件之间的空间。容器由位于下方并且环绕着投射系统PL的末级元件的密封构件12形成。液体通过位于投射系统下方并且位于密封构件12内的入口13进入空间中。密封构件12在投射系统的末级元件稍上方延伸并且液位升至末级元件上方以便提供液体缓冲。密封构件12具有内周边，其在上端与投射系统的台阶或其末级元件紧密15保持一致并且可以为圆形。
液体被密封构件12与衬底W的表面之间的气密16限制于容器中。气密由气体例如空气、合成空气、氮气或惰性气体形成，通过入口15在压力作用下进入密封构件12与衬底W之间的空隙并且通过出口14抽出。气体入口15上的过压力、出口14的真空水平以及间隙的几何形状设置成使得在内部具有限制了液体的高速气流。
图2至5示出的浸入系统中，液体被供入设备的一侧并且在设备的另一侧流出。
来看图6，投射系统PL包括末级元件20。该元件在最常见的情况下为球面透镜，但是其可以为其它元件例如衍射或折射元件。末级元件还可以为球面、衍射或折射透镜或元件的组合加上另一种光学元件如透明板(例如用于保护球面、衍射或折射元件)。液体11在末级元件20与衬底W之间供应。图6示出了光刻设备中使用的实例末级元件20。其为平面凸透镜。
在其中衬底与投射系统的末级透镜之间的空间被液体填充的浸入光刻术中，透镜的数值孔径(NA)取决于透镜的折射率(即使液体的折射率大于透镜的折射率)以便防止投射光束在从透镜经过其通向衬底的路径上的液体时发生总体内部反射。
特别地，对于所有光线而言，存在以下所谓的正弦条件：
nresistsinθresist＝nliquidsinθliquid＝nlenssinθlens   (1)
其中n＝折射率
换句话说，为了使得光线不受影响地穿过末级元件(或者这种情况中的透镜)、液体和抗蚀层，这个方程式就需要保持平衡。参数sinθ相对于光轴而定。这意味着元件(或者这种情况中的透镜)材料、液体和抗蚀层的最小折射率限制了数值孔径(NA)，因为：
NA＝nlenssinθlens   (2)
如果使用的抗蚀层和液体的折射率大于元件(或者这种情况中的透镜)材料的折射率(例如，为1.56，即熔融石英在193nm的折射率)，则在透镜边界处就不能符合正弦条件，并且就会发生总体内部反射，如图6中所示。解决这个问题的一种方法是利用折射率大于所需液体的材料来制造元件(透镜)。在这个问题的另一种解决方案中，参看图7，通过使用曲线透镜元件21而使得元件-液体边界的表面上的法线倾斜。这样就使得数值孔径能够不受材料折射率的限制，而是由表面曲率限制。这样，优点就是投射光束安全地穿过透镜和液体到达衬底的角度不会受到上述限制。
换句话说，由于折射率(nlens)非常难以增加，所以必须调节sinθlens以便平衡方程式(1)。
倾斜元件-液体边界通过使用如下透镜来实现，该透镜具有朝向入射的制作图案的光束的凸面和朝向投射的制作图案的光束的行进方向的凹面。举例来说，这可以为弯月凸透镜，其在其相对两面上具有正曲率半径。“正”曲率半径意味着如果光束正在从左侧方向进入，则透镜面将朝向左侧方向凸出。
如果两个面都具有正曲率半径，则透镜将在左侧为凸而右侧为凹。请看图7，光束来自页面的顶部因此透镜朝向页面的顶部凸出。
还可以使用具有至少一个负曲率半径的透镜，只要透镜将光束聚焦于衬底上即可。
能够使用折射率尽可能高并且因而高于末级元件折射率的液体的优点在于衬底上的图案图像的分辨率得以改善。
本发明的另一个实施例可以具有透镜21，其中曲率可以调节以便补偿所引入的具有不同折射率的液体。例如，可以有一组可互换的透镜。举例来说，可以使用透镜交换器(在本领域内众所周知)来替入或替出适当的透镜。
在欧洲专利申请No.03257072.3中，公开了使用双或多级浸入光刻设备的思想。此类设备带有两个用于支承衬底的台。在没有浸入液体的情况下，利用第一位置处的台进行水准测量，而在存在浸入液体的情况下，利用第二位置处的台进行曝光。替代地，设备可只具有一个台。
尽管在本文中对IC制造中使用光刻设备进行了具体参考，但应当理解，此处所述的光刻设备可具有其它应用，例如集成光学系统、磁畴存储器所用的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等等的制造。本发明所属领域的普通技术人员应当理解，在此类其它应用的范围内，这里任一处所用的术语“晶片”或“电路小片”可以看作分别与更广义的术语“衬底”或“目标部分”同义。在曝光之前或之后，此处所述的衬底可在例如轨道(通常向衬底涂敷抗蚀层并显影曝光过的抗蚀层的工具)、度量工具和/或检查工具中进行处理。只要适用，此处的公开内容就可以应用于此类和其它衬底处理工具。另外，衬底可以进行多于一次的处理，例如以便形成多层IC，因此这里所用的术语衬底还可指已经包含多个处理过的层的衬底。
这里所用的术语“射线”和“光束”包括所有类型的电磁射线，包括紫外(UV)射线(例如波长为或约为365、248、193、157或126nm)。
术语“透镜”在其容许范围内可指各种光学部件中的任一种或组合，包括折射和反射光学部件。
尽管以上对本发明的特定实施例进行了描述，但是应当理解本发明可以按照不除了上述之外的方式来实践。例如，本发明的一个实施例可采用描述了以上所公开方法的包含一个或多个可机读指令序列的计算机程序的形式或者采用具有存储于其中的此类计算机程序的数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)。
本发明的实施例可应用于任意浸入光刻设备中，特别是但不限于上述这些类型。
以上描述为示例性而非限制性。因此，本发明所属领域的普通技术人员应当清楚在不背离下述权利要求的范围的情况下，可以对所述的本发明进行改动。

Claims (18)

1.一种光刻投射设备，其设置成用于将制作图案的射线束从图案制作装置投射于衬底上，这种设备包括：
投射系统，其构制成用于将制作图案的射线束投射于衬底上，投射系统包括末级元件，末级元件与衬底相邻并且构制成将制作图案的射线束通过液体聚焦于衬底上；以及
液体供应系统，其构制成用于将液体供向末级元件与衬底之间的空间中，液体具有比末级元件的折射率更大的折射率；
其中末级元件的曲率可以调节以便补偿液体的折射率。
2.根据权利要求1所述的设备，其中液体的折射率大于1.56。
3.根据权利要求1所述的设备，其中末级元件包括正透镜。
4.根据权利要求3所述的设备，其中透镜由折射率为1.56的熔融石英制成。
5.根据权利要求1所述的设备，其中液体包括水。
6.根据权利要求1所述的设备，其中末级元件包括带有两个相对面的透镜，这两个面相对于入射的制作图案的射线束具有正曲率半径。
7.根据权利要求6所述的设备，其中透镜为弯月凸形。
8.根据权利要求1所述的设备，其中末级元件包括带有两个相对面的透镜，其中至少一个面相对于入射的制作图案的射线束具有负曲率半径。
9.根据权利要求1所述的设备，其中末级元件包括多个透镜，每个透镜构制用于特定液体的折射率。
10.一种装置制造方法，包括：
将液体供向位于投射系统的末级元件与衬底之间的空间中，液体的折射率高于末级元件的折射率，未级元件位置与衬底相邻并且构制成将制作图案的射线束通过液体聚焦于衬底上；以及
使用末级元件将制作图案的射线束通过液体投射于衬底上，调节末级元件的曲率以便补偿液体的折射率。
11.根据权利要求10所述的方法，其中液体的折射率大于1.56。
12.根据权利要求10所述的方法，其中末级元件包括正透镜。
13.根据权利要求12所述的方法，其中透镜由折射率为1.56的熔融石英制成。
14.根据权利要求10所述的方法，其中液体包括水。
15.根据权利要求10所述的方法，其中末级元件包括带有两个相对面的透镜，这两个面相对于入射的制作图案的射线束具有正曲率半径。
16.根据权利要求15所述的方法，其中透镜为弯月凸形。
17.根据权利要求10所述的方法，其中末级元件包括带有两个相对面的透镜，其中至少一个面相对于入射的制作图案的射线束具有负曲率半径。
18.根据权利要求10所述的方法，其中调节末级元件包括替入和/或替出多个透镜中的一个或多个透镜，这些透镜中的每个透镜构制用于特定液体的折射率。
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