CN100524035C - 光刻装置和器件制造方法 - Google Patents

Abstract

在扫描浸式光刻装置中，浸液被提供到投影系统和基底之间的空间的一侧上，并从另一侧排出，使得液体的流动基本上与扫描方向垂直。

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通常是基底靶部上的装置。光刻装置可以用于例如集成电路(ICs)的制造。在这种情况下，构图部件，或者可称为掩模或分划板可以用于产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以被传送到基底(例如硅晶片)的靶部上(例如包括一部分，一个或者几个管芯)。通常是通过成像在涂覆于基底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来传送图案。一般地，单一的基底将包含相继进行构图的相邻靶部的网格。已知的光刻装置包括所谓的步进器，其中通过将整个图案一次曝光到靶部上而辐射每一靶部，已知的光刻装置还包括所谓的扫描器，其中通过在辐射光束下沿给定的方向(“扫描”方向)扫描所述图案，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靶部。还可以把图案压印在基底上将图案从构图部件传送到基底。

有人已经提议将光刻投影装置中的基底浸入具有相对高的折射率的液体中，如水，从而填充投影系统的最后一个元件与基底之间的空间。由于曝光辐射在液体中具有更短的波长，所以这样做使得能够对更小的特征进行成像。(液体的作用也可以认为是增加了系统的有效数值孔径(NA)以及增加了焦深。)也有人建议使用其它浸液，包括其中含有悬浮的固体微粒(如石英)的水。

但是，将基底或基底和基底台浸没在液体浴槽(例如参见美国专利US4,509,853，在此将该文献整体引入作为参考)中表示在扫描曝光过程中必须加速大体积的液体。这就需要附加的或功率更大的电动机，并且液体中的紊流可能导致不期望的和不可预料的结果。

提出的一种用于液体供给系统的技术方案是仅在基底的局部区域上以及投影系统的最后一个元件和基底(通常基底具有比投影系统的最后一个元件更大的表面区域)之间提供液体。在PCT专利申请WO99/49504中公开了一种已经提出的布置成用于该方案的方式，在此将该文献整体引入作为参考。如图2和3所示，通过至少一个入口IN将液体提供到基底上，优选地沿基底相对于最后一个元件的移动方向，以及在投影系统下方通过之后从至少一个出口OUT去除液体。也就是说，当沿-X方向在该最后一个元件下方扫描基底时，在该最后一个元件的+X方向提供液体，在-X侧接收。图2示出了示意性的布置，其中通过入口IN提供液体，通过与低压源相连接的出口OUT在元件的另一侧接收。在图2的说明中，沿基底相对于最后一个元件的移动方向提供液体，尽管可以不必这样。定位成围绕最后一个元件的入口和出口的各种定向和数量都是可能的，图3示出了一个实例，其中围绕最后一个元件以规则图案提供了在任一侧的四组入口和出口。

在图2、3和4的液体供给系统(下文将更加详细地论述)中，液体的流动相对于基底平行于或反平行于投影系统的扫描方向。这意味着必须随着扫描方向的改变同步地改变流动方向。这种流动方向的改变可能在浸液中导致紊流，这可能增加气泡、污染物的形成以及在基底表面沉积颗粒。另一方面图5的液体供给系统具有围绕着密封元件的同心周边(如圆形)隔开的液体供给口和排放口。这样可以得到带角度的对称的液体流动，其不需要相对于投影系统随着基底的移动方向的改变而改变。然而，利用这种类型的布置，可能不能完全地更新容器10的中心区域，从而可能导致在投影系统的路径中聚集颗粒污染物和气泡。

发明内容

因此，有利的是例如提供一种液体供给系统，其能够连续地进行操作，而不管基底相对于投影系统的扫描方向的变化，同时确保贮液器的完全更新。

根据本发明的一个方面，提供一种光刻投影装置，其布置成使用投影系统把图案从构图部件投影到基底上，同时相对于投影系统沿第一方向扫描基底，其包括：

布置成将液体提供到投影系统和基底之间的空间的液体供给系统，该液体供给系统包括液体供给口和液体排放口，该液体供给口和排放口设置在所述空间的相对侧上，使得液体沿基本上与第一方向垂直的方向流过空间。

根据本发明的一个方面，提供一种器件制造方法，包括：

通过供给口把液体提供到光刻投影装置的投影系统和基底之间的空间，供给口位于空间的第一侧；

通过位于空间中与第一侧相对的第二侧上的排放口去除液体，使得液体沿基本上与扫描方向垂直的方向流过空间；以及

使用投影系统，把带图案的辐射光束透过液体投影到基底上，同时相对于投影系统沿扫描方向扫描基底。

附图说明

现在仅仅通过实例的方式，参考随附的示意图描述本发明的各个实施方案，附图中相应的参考标记表示相应的部件，其中：

图1示出了根据本发明一个实施方案的光刻装置；

图2和3示出了一种在光刻投影装置中使用的液体供给系统；

图4示出了另一种在光刻投影装置中使用的液体供给系统；

图5示出了另一种在光刻投影装置中使用的液体供给系统；

图6示出了根据本发明一个实施方案的液体供给系统；

图7以平面示出了图6的实施方案。

具体实施方式

图1示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的光刻装置。该装置包括：

-照明系统(照明器)IL，其配置成调节辐射光束PB(例如UV辐射或DUV辐射)。

-支撑结构(例如掩模台)MT，其配置成支撑构图部件(例如掩模)MA，并与用于依照某些参数将该构图部件精确定位的第一定位装置PM连接；

-基底台(例如晶片台)WT，其构造成保持基底(例如涂敷抗蚀剂的晶片)W，并与用于依照某些参数将基底精确定位的第二定位装置PW连接；以及

-投影系统(例如折射投影透镜系统)PL，其配置成将通过构图部件MA赋予给辐射光束PB的图案投影到基底W的靶部C(例如包括一个或多个管芯)上。

照明系统可以包括各种类型的光学部件，例如包括用于引导、整形或者控制辐射的折射、反射、磁性的、电磁的、静电的或其它类型的光学部件，或者其任意组合。

支撑结构支撑也就是承受构图部件的重量。它以一种方式保持构图部件，该方式取决于构图部件的定向、光刻装置的设计以及其它条件，例如构图部件是否保持在真空环境。支撑结构可以使用机械、真空、静电或其它夹紧技术来保持构图部件。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。支撑结构可以确保构图部件例如相对于投影系统位于所需的位置。这里任何术语“分划板”或者“掩模”的使用可以认为与更普通的术语“构图部件”同义。

这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够给辐射光束在其截面赋予图案从而在基底的靶部中形成图案的任何装置。应该注意，赋予给辐射光束的图案可以不与基底靶部中的所需图案精确一致，例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征。一般地，赋予给辐射光束的图案与在靶部中形成的器件如集成电路的特殊功能层相对应。

构图部件可以是透射或者反射型的。构图部件的示例包括掩模，可编程反射镜阵列，以及可编程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示例采用微小反射镜的矩阵排列，每个反射镜能够独立地倾斜，从而沿不同的方向反射入射的辐射光束。倾斜的反射镜可以在由反射镜矩阵反射的辐射光束中赋予图案。

这里所用的术语“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、反折射光学系统、磁性光学系统、电磁光学系统和静电光学系统，或其任何组合，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“投影透镜”的使用可以认为与更普通的术语“投影系统”同义。

如这里指出的，该装置是透射型(例如采用透射掩模)。另外，该装置可以是反射型(例如采用上面提到的可编程反射镜阵列，或采用反射掩模)。

光刻装置可以具有两个(双台)或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多台式”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。

参考图1，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，不认为辐射源是构成光刻装置的一部分，辐射光束借助于光束输送系统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，辐射源可以是光刻装置的组成部分，例如当源是汞灯时。源SO和照明器IL，如果需要连同光束输送系统BD一起可以被称作辐射系统。

照明器IL可以包括调节装置AD，用于调节反射光束的角强度分布。一般地，至少可以调节在照明器光瞳平面上强度分布的外和/或内径向范围(通常分别称为σ-外和σ-内)。此外，照明器IL可以包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。照明器可以用于调节辐射光束，从而该光束在其横截面上具有所需的均匀度和强度分布。

反射光束PB入射到保持在支撑结构(如掩模台MT)上的构图部件(如掩模MA)上，并由构图部件进行构图。横向穿过掩模MA后，辐射光束PB通过投影系统PL，该投影系统将光束聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉测量器件、线性编码器或电容传感器)的辅助下，可以精确地移动基底台WT，从而例如在反射光束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取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)使掩模MA相对于光束PB的光路精确定位。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)，可以实现掩模台MT的移动，其中长行程模块和短行程模块构成第一定位装置PM的一部分。类似地，借助于长行程模块和短行程模块可以实现基底台WT的移动，其中长行程模块和短行程模块构成第二定位装置PW的一部分。在步进器(与扫描装置相对)的情况下，掩模台MT可以只与短行程致动装置连接，或者固定。可以使用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2对准掩模MA与基底W。尽管如所示出的基底对准标记占据指定的靶部，他们可以设置在各个靶部(这些标记是公知的划线对准标记)之间的空间中。类似地，其中在掩膜MA上提供了超过一个管芯的情况下，可以在各个管芯之间设置掩膜对准标记。

所示的装置可以按照下面模式中的至少一种使用：

1.在步进模式中，掩模台MT和基底台WT基本保持不动，赋予辐射光束的整个图案被一次投影到靶部C上(即单次静态曝光)。然后沿X和/或Y方向移动基底台WT，使得可以曝光不同的靶部C。在步进模式中，曝光区的最大尺寸限制了在单次静态曝光中成像的靶部C的尺寸。

2.在扫描模式中，当赋予辐射光束的图案被投影到靶部C时(即单次动态曝光)，同步扫描掩模台MT和基底台WT。基底台WT相对于掩模台MT的速度和方向通过投影系统PL的放大(缩小)和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光区的最大尺寸限制了在单次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了靶部的高度(沿扫描方向)。

3.在其他模式中，当赋予辐射光束的图案被投影到靶部C上时，掩模台MT基本保持不动，支撑可编程构图部件，同时移动或扫描基底台WT。在该模式中，一般采用脉冲辐射源，并且在每次移动基底台WT之后，或者在扫描期间两个相继的辐射脉冲之间根据需要更新可编程构图部件。这种操作模式可以容易地应用于采用可编程构图部件的无掩模光刻中，所述可编程构图部件是如上面提到的可编程反射镜阵列型。

还可以采用上述使用模式的组合和/或变化，或者采用完全不同的使用模式。

图4示出了另一种使用局部液体供给系统的湿浸式光刻技术方案。通过位于投影系统PL的任何一侧上两个凹槽入口IN提供液体，然后从入口IN径向外侧布置的多个分立的出口OUT去除液体。入口IN和OUT可以布置在一个板中，板的中心有一个孔，通过该孔可以投射投影光束。可以通过位于投影系统PL的一侧上的一个凹槽入口IN提供液体，然后从位于投影系统PL的另一侧上的多个分立的出口OUT去除液体，从而在投影系统PL和基底W之间形成液体薄膜的流动。所用入口IN和出口OUT的组合的选择取决于基底W的移动方向(其它入口IN和出口OUT的组合未起作用)。

已经提出的另一种使用局部液体供给系统的湿浸式光刻技术方案是提供具有密封元件的液体供给系统，该密封元件沿着投影系统的最后一个元件和基底台之间的空间的至少一部分边界延伸。密封元件相对于投影系统在XY平面基本上是静止的，但是在Z方向(光轴方向)可以有一些相对移动。从而在密封元件和基底的表面之间形成密封。在一个实施方案中，密封是非接触式密封，例如气封。在美国专利申请No.US10/705,783中公开了使用气封的这种系统，在此将其全文引入作为参考，如图5所示。

如图5所示，容器10给基底在投影系统的成像区域周围形成非接触的密封，使得液体被限定成填充基底表面和投影系统的最后一个元件之间的空间。容器由定位在投影系统PL的最后一个元件的下方并围绕其的密封元件12形成。使液体流入投影系统下面的空间并进入到密封元件12中。密封元件12稍微延伸到投影系统的最后一个元件上方，液体水平升高到该最后一个元件上方，从而提供了一个液体缓冲器。密封元件12具有一内周边，其在上端部优选非常符合投影系统或其最后一个元件的形状，例如可以是圆形。在底部，该内周边非常接近成像区域的形状，例如是矩形，当然也可以不必是这种形状。

液体由密封元件12的底部和基底W的表面之间的气封16限定在容器中。该气封可由气体形成，气体例如是空气或合成气体或N2或惰性气体，其可通过入口15在压力下提供到密封元件12和基底之间的间隙，然后通过第一出口14抽出。如此布置气体入口15上的过压力、第一出口14上的真空水平以及间隙的几何尺寸，使得存在向内限定液体的高速气流。

在欧洲专利申请案No.03257072.3中，公开了一种双或二台湿浸式光刻装置的思想。这种装置具有两个支撑基底的台。不使用浸液在第一位置用一个台进行水准测量，而在第二位置使用一个台进行曝光，在第二位置提供了浸液。或者，该这种仅有一个台。

图6以截面的形式示出了本发明实施方案的液体供给系统，而图7以平面的形式示出了该液体供给系统。该液体供给系统包括一个形式为环状的(尽管它也可以是不同的形状)围绕投影系统PL的最后一个元件FLE之间的空间的密封元件20。它包括设置在密封元件12的一侧上的液体供给口21和在另一侧上的一个或多个抽出口或排放口22。如此定位供给口和排放口使得浸液沿基本上与扫描方向垂直的方向(如双头箭头所示)流过空间的中部(如图7中的单头箭头所示)。液体被密封元件和基底之间狭窄的间隙限定在空间中，这就限制了液体流出。漏出的这种液体通过抽取装置23去除，同时气刀24可向内引导保留在基底上的任何液体薄膜。抽取装置23可以仅抽出液体或者抽出液体和气体(两相)。

该基本上垂直的流动有助于确保在最后一个投影系统元件FLE和基底W之间的空间中的液体被完全更新，而没有滞流的空间。有利地，浸液的流动速度足够高以便在曝光靶部所耗费的时间内流过空间的液体容积等于或大于空间本身的容积。一个或多个排放口22围绕供给口设置，使得液体中的任何气泡都被冲走而不会聚集。在一个实施方案中，一个或多个排放口设置得尽可能靠近密封元件的中心，以便使装置中的液体量最少化。根据一个或多个排放口22的位置，它们可以仅仅抽出液体或抽出液体和气体。

应该理解，供给口和排放口的准确形状、数量和尺寸可以变化，只要至少在投影光束PB的光路中形成流过曝光区EF的横向流动，在许多情况下，大量的小开口或者单个延伸的狭缝状开口，例如在图像区域的中心处形成30-60°的角度的开口是合适的。

尽管在本申请中可以具体参考该光刻装置在制造IC中的应用，但是应该明确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、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，这里任何术语“晶片”或者“管芯”的使用应认为分别可以与更普通的术语“基底”或“靶部”同义。在曝光之前或之后，可以用例如轨迹器(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)、计量工具和/或检验工具对这里提到的基底进行处理。在可应用的地方，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的层的基底。

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(例如具有大约365，248，193，157或者126nm的波长)。

文中出现的术语“透镜”可以表示任何一个各种类型的光学部件或其组合，包括折射和反射光学部件。

尽管上面已经描述了本发明的具体实施方案，但是应该理解可以不同于所描述的方式实施本发明。例如，本发明可以采取计算机程序的形式，该计算机程序包含一个或多个序列的描述了上面所公开的方法的机器可读指令，或者采用其中存储有这种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)。

本发明可以应用于任何湿浸式光刻装置，特别地但不唯一的，可以应用于上面提到的那些类型的光刻装置。

上面的描述是为了说明，而不是限制。因此，对本领域技术人员来说显而易见的是在不脱离下面描述的权利要求书的范围的条件下，可以对所描述的发明进行各种修改。

Claims (20)

1.一种光刻投影装置，其布置成使用投影系统把图案从构图部件投影到基底上，同时相对于投影系统沿第一方向扫描基底，其包括：

液体供给系统，所述液体供给系统被构造成将液体提供到投影系统和基底之间的空间，该液体供给系统包括液体供给口和液体排放口，该液体供给口和液体排放口设置在空间的相对侧，使得液体沿基本上上与第一方向垂直的第二方向流过所述空间。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述液体供给系统包括布置在所述空间的第一侧的多个液体供给口和布置在所述空间的第二侧的多个液体排放口，所述第二侧与所述第一侧相对。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述多个液体供给口和多个液体排放口关于与第一方向垂直且穿过空间中点的平面对称布置。

4.如权利要求2所述的装置，其中所述液体供给口的数量范围是3至7。

5.如权利要求2所述的装置，其中所述液体排放口的数量范围是3至7。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述液体排放口设置成比液体供给口更加远离一包括基底的标称表面的平面。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述液体排放口设置成比投影系统的最后一个元件的最终表面更加远离一包括基底的标称表面的平面。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述液体供给系统配置成以一定的供给速率把液体提供到所述空间，从而足以在基底上曝光单个靶部所耗费的时间内完全更新该空间。

9.如权利要求1所述的装置，其中该液体供给系统包括一配置成使液体至少部分地限定在所述空间中的元件。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述元件包括一抽取装置端口和一气刀，所述抽取装置端口配置成从所述元件和基底之间去除液体，所述气刀配置成把气体提供到该元件和基底之间，以便把液体朝所述空间的中心引导。

11.一种器件制造方法，包括：

通过液体供给口把液体提供到光刻投影装置的投影系统和基底之间的空问，所述液体供给口位于所述空间的第一侧；

通过位于所述空间中与第一侧相对的第二侧的液体排放口去除液体，使得液体沿基本上与扫描方向垂直的方向流过所述空间；以及

使用投影系统，把带图案的辐射光束透过液体投影到基底上，以及相对于投影系统扫描方向扫描基底。

12.如权利要求11所述的方法，还包括通过布置在所述空间的第一侧的多个液体供给口提供液体，和从布置在所述空间的第二侧的多个液体排放口去除液体，所述第二侧与所述第一侧相对。

13.如权利要求12所述的方法，其中多个液体供给口和多个液体排放口关于与扫描方向垂直且穿过所述空间中点的平面对称布置。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述液体供给口的数量范围是3至7。

15.如权利要求12所述的方法，其中所述液体排放口的数量范围是3至7。

16.如权利要求11所述的方法，其中所述液体排放口设置成比液体供给口更加远离一包括基底的标称表面的平面。

17.如权利要求11所述的方法，其中所述液体排放口设置成比投影系统的最后一个元件的最终表面更加远离一包括基底的标称表面的平面。

18.如权利要求11所述的方法，其中在基底上曝光单个靶部所耗费的时间内把液体供给到所述空间的速度足以完全更新该空间。

19.如权利要求11所述的方法，其中包括使用液体供给系统元件使液体至少部分地限定在所述空间中。

20.如权利要求19所述的方法，包括：

从所述元件和基底之间去除液体；以及提供气体到该元件和基底之间，以便把液体朝所述空间的中心引导。

Images