CN100538523C - 在浸润光刻系统中监视及控制成像的方法 - Google Patents

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Abstract

一种监视浸润光刻系统(10)的方法，于此系统(10)中晶片(12)能浸润于液态浸润媒介(24)中。该方法检测于浸润媒介中曝光图案设为在其中横越的浸润媒介的体积的折射率，而确定该折射率是否适合以曝光图案将晶片予以曝光。本发明还披露一种用于浸润光刻系统(10)的监视和控制系统(26)。

Description

在浸润光刻系统中监视及控制成像的方法
技术领域
本发明大体上关于集成电路制造领域，详言之，关于通过浸润光刻而监视及/或控制成像的方法和装置。
背景技术
在晶片上形成各种集成电路(IC)结构时常有赖于光刻过程(lithographic process)，有时称的为光学光刻术(photolithography)。例如，可通过将光能量通过安排成像希望的图案(pattern)于光刻胶(photoresist；PR)层上的掩膜(mask)(或掩膜原版(reticle))，而在PR层上形成图案。据此，图案转印至PR层。于光刻胶层经充分曝光和显影循环后的区域，PR材料能变成可溶解，而使得可移除PR材料以选择性曝露下层(underlying layer)(例如，半导体层、金属层或含金属层、电介质层、等等)。不曝光于临限光能量的PR层部分将不会被移除，并予保留以保护下层。然后能蚀刻下层曝露出的部分(例如，通过使用化学湿蚀刻或反应性离子蚀刻(reactive ion etch；RIE))，而使得从PR层形成的图案转印至下层。另一方面，能使用PR层以阻隔掺杂物植入进入下层受保护的部分，或延缓下层受保护部分的反应。之后，能剥除PR层的剩余部分。
于IC制造技术方面普遍的倾向是要增加密度，以配置各种的结构。结果，相对需要增加光刻系统的解析能力。一种可使用以替代现有光学光刻术的次世代光刻技术系称为浸润光刻(immersion lithography)。于浸润光刻术，将由光刻系统成像的晶片放置在液态媒介中，图案光传输过此液态媒介。浸润媒介(immersion medium)代替现有存在于现有干光刻成像系统的最后透镜和晶片之间的空气隙。
然而，尝试施行浸润光刻遭遇到许多的挑战。例如，于浸润媒介的折射率(refractive index)的小量改变对入射在晶片上曝光图案的品质有不良的影响。
因此，于此技术方面需要有改进的浸润光刻系统和使用浸润光刻系统的相关控制成像方法。
发明内容
依照本发明的一个方面，本发明关于监视浸润光刻系统的方法。本方法可包括把要曝光的晶片浸润于液态浸润媒介中；检测曝光图案在该浸润媒介中横越的体积中的该浸润媒介的折射率；以及确定该折射率是否适合以曝光图案将该晶片予以曝光。
依照本发明的另一个方面，本发明关于用于浸润光刻系统的监视和控制系统。浸润光刻系统可以包括容装室(chamber)，系用以容装待曝光的晶片，并将该晶片浸润于浸润媒介中；以及成像子系统，系用以将曝光图案导向晶片并通过浸润媒介。监视及控制系统可以包括浸润媒介监视子系统，该浸润媒介监视子系统包括干涉仪组件(interferometer assembly)，系用以导向激光测试部分通过浸润媒介并导向该容装室的周围的激光控制部分，以及检测器组件，用以接收该测试部分和控制部分，该检测器输出表示曝光图案在该浸润媒介中横越的体积中的该浸润媒介的折射率的信号；以及控制器，该控制器接收该折射率的信号指示，并确定该折射率是否适合具有以曝光图案将晶片曝光。
附图说明
参照以上说明及下列附图，本发明的该等及进一步特征将变得很清楚，其中：
图1为例示的集成电路过程配置的示意方块图；以及
图2为用于例示的集成电路过程配置的浸润媒介监视及控制组件的示意方块图。
具体实施方式
在下列详细说明中，某些对应组件不管其是否显示于本发明的不同实施例中，系标以相同的组件符号。为了以清楚及简明的方式说明本发明，各附图可不须按尺寸绘制，而某些特征亦仅以示意的形式显示。
于此说明在其上形成有集成电路(IC)的制造晶片的范例内容。范例IC包括由数千个或数百万个晶体管制成的通用微处理器、闪存数组或任何其它的专用电路。然而，熟悉此项技术者将了解到此处说明的该等方法和装置还能应用于使用光刻术制造的任何物品的制造，譬如微机械(micromachine)、磁盘驱动器头、基因芯片、微电机系统(microelectro-mechanical system；MEMS)、等等。
此处说明的装置和方法能提供实时检测浸润光刻的关键参数。也就是说，可监视液态浸润媒介的折射率，以确定曝光晶片的条件是否适合。此外，可监视液态浸润媒介存在的外物(foreign body)(例如，粒子和/或气泡等杂物)。
参照图1，系显示例示的集成电路过程配置的示意方块图，该例示的集成电路过程配置包括浸润光刻系统10，其系用以成像图案于晶片12或晶片12的区域上。系统10可例如为，步进重复曝光系统(step-and-repeat exposure system)或步进扫描曝光系统(step-and-scanexposure system)，但是并不限于这些例示的系统。系统10能够包括将光能量16导向掩膜18(有时称的为掩膜原版)的光源14。例如，光能量16能够有深紫外线(DUV)波长(例如，大约248纳米(nm)或193nm)或真空紫外线(VUV)波长(例如，大约157nm)。
掩膜18选择性地阻隔光能量16，而使得由掩膜18所界定的光能图案16′向晶片12转移。可例如为步进器组件(stepper assembly)或扫描仪组件(scanner assembly)的成像子系统20依序地将由掩膜18所传送的光能图案16′导向晶片12上一系列(series)所希望的位置。成像子系统20可包括一系列透镜及/或反射镜，用来调整像大小并将光能图案16′导向晶片12于成像(或曝光)光能图案22形式。
由成像子系统20发送成像图案22(或曝光图案)经过具有相对高折射率(例如，折射率大于1)的浸润液(或浸润媒介24)。浸润媒介24可以是液体。于一个实施例中，可使用纯化的解离子水结合193nm光源14(例如，氟化氩(ArF)激光)。于另一实施例中，可使用聚氟乙稀结合157nm光源14。
浸润媒介24的折射率的改变和变化对入射于晶片12上的成像图案22有明显的影响。举例而言，若浸润媒介24的折射率对于成像图案22所横越容体均匀地改变，则可能造成焦点位移(focus shift)和/或球而像差(spherical aberration)。若浸润媒介24的折射率对于成像图案22所横越容体不均匀地改变，则非常可能发生入射于晶片12上的成像图案22的不可预测的偏移。如此将很显然的，于浸润媒介24的折射率的改变及/或变化，将导致制造于晶片12上的集成电路的缺陷。
并不欲受理论上的约束，浸润媒介24的折射率的改变及/或变化的原因可能包括，例如，浸润媒介24的扰流、浸润媒介24的密度改变、浸润媒介24的温度改变等等。于干光刻中(亦即，成像图案横越空气或气体间隙)，晶片能从曝光剂量(dose)吸收几焦耳(joule)的能量。于浸润光刻中，相信至少一些从成像图案22来的能量将由浸润媒介24吸收。而且，因为浸润媒介24至少与晶片12接触，则热可从晶片12转移至浸润媒介24。由浸润媒介24吸收的能量，即使是少量，亦足够造成浸润媒介24的折射率的改变，该改变对成像图案22可能有不良的影响。而且，晶片12可安装于相对于成像子系统20而移动的镜台上(图中未显示)。举例而言，可曝光晶片12，然后移动30毫米(mm)至新的位置并停下来进行第二次曝光等等。晶片移动率可以是大约250毫米/秒至大约500毫米/秒。此移动可能造成浸润媒介24的扰流或其它性质的改变，并进而造成浸润媒介24的折射率改变。此外，考虑到可将浸润媒介24有意放置在移动状态中(例如，在晶片12上流动图案)或受到流体压力。这些因素亦可引起浸润媒介24的折射率改变。
因此，必须监视和控制浸润媒介24的折射率。另外参照图2，其系显示用于例示的IC过程配置10的浸润媒介24监视及控制组件26的示意方块图。组件26包括控制器28，例如程序化以控制IC过程配置10和浸润媒介控制子系统30的计算机。控制器28能从浸润媒介监视子系统32接收输入的单一信号或多个信号。
如所示，成像子系统20能包括输出透镜34，或其它最后光学结构。包括透镜34的成像子系统20的至少一部分，能进入包含浸润媒介24和晶片12的容装室36。透镜34将与浸润媒介24紧密接触，而使得由透镜34输出的成像图案22经由浸润媒介24而投射，并入射到设置在或浸入于浸润媒介24中晶片12的至少一部分。
于成像图案22的视界(field of view)中浸润媒介24的体积(例如，成像图案22横越过的浸润媒介24的体积或部分)，此处将称的为横越体积(traversed volume)38。于一个实施例中，透镜34能设置于晶片12上大约1mm处。然而，取决于发光波长、浸润媒介24、特定的过程配置10、于晶片12上待制造的装置、使用的特定光刻胶等等因素，透镜34和晶片12间的距离可以改变。虽然这些参数可以广范围的改变，但于一些配置中，横越体积可以是大约25mm宽和10mm长。
监视子系统32包括监视浸润媒介24或其一部分的折射率(譬如遍及浸润媒介24的横越体积38部分的折射率)的装置。监视子系统32可包括譬如迈克生干涉仪(Michelson interferometer)的至少一个干涉仪组件。因此，监视子系统32能包括，例如，激光源40、一对光束分光器42a和42b、一对镜子44a和44b和检测器组件46。检测器组件46例如可以用光电倍增管(photomultiplier tube)来执行。于一个实施例中，由激光40所产生的光束有数百微米(micron)直径。因此，可使用由一个或多个激光40所产生的多条光束以同时监视横越体积38中沿着几条线的浸润媒介24的折射率。若需要的话，可加上多光分光器42、镜子44和检测器。为了简明的目的，仅显示和说明了相关一条光束的监视。然而，对于熟悉此项技艺者而言施行多光束系统将是很明显的。???一个替代实施例中，可扫描一条或多条光束通过横越体积38以产生遍及横越体积38的浸润媒介24的折射率指示。
选择激光40产生输出波长以避免设于晶片12上的光刻胶的活化。例如，波长大约为300nm或以上(例如，于可见光谱)，但是可依据所用光刻胶的性质而改变此参数。于一个实施例中，可使用氦氖(HeNe)激光。此激光能通过轴磁场而选择性地接受塞曼分裂(Zeemansplitting)。
容装室36可包括进入窗46a和出口窗46b，由激光40所产生的光束的测试部分48a可穿过此进入窗46a进入容装室36内，而此测试部分48a经过出口窗46b离开该容装室36。窗口46a和46b将传输由激光40所产生的光束的波长，并能包含有助于测试部分48a传输的抗反射涂层或其它的机制。
当一般使用干涉仪时，由激光40输出的光束由光束分光器42a分成测试部分48a和控制部分48b。控制部分48b当由镜子44a和44b导引能行经过容装室36周围的空气媒介。测试部分48a和控制部分48b由光束分光器42b而结合在一起，而使得测试部分48a和控制部分48b被导向至检测器组件46。检测器组件46可用以确定测试部分48a和控制部分48b之间的相差。相差可作为由激光40所产生的光束波长于浸润媒介24中折射率的直接指针。
另一方面，测试部分48a可以是由塞曼分裂所产生的第一波长，而塞曼分裂所产生的第二波长能使用为控制部分48b。于此情况，可使用现有的外差式检测(heterodyne detection)以确定测试和控制部分之间的频差。频差则用以指示浸润媒介24的折射率。
如所示，可使用多条光束以确定于横越体积38的多个位置(若非于所有的横越体积38)的浸润媒介24的折射率。另一方面，一条或多条光束能够遍及的扫描横越体积38，以确定于横越体积38的多个位置的(若非于所有的横越体积38)的折射率。
来自监视系统32(于此处能计算折射率的测量值)的折射率的单一或多个测量值或原始资料，能以输入单一或多个信号的形式从检测器组件46传输到控制器28。控制器28能处理输入信号以确定浸润媒介24的折射率是不均匀的遍及该横越体积，且及/或控制器28能处理输入信号以确定浸润媒介24的折射率是否于通过系统10以成像晶片12的可接受的范围内。
于一个实施例中，确定折射率可接收性可包括通过相关于从操作不同波长(例如，于可见光谱)的监视子系统32导出的结果，而计算于浸润媒介24的折射率于曝光波长(例如，紫外线(UV)、DUV或VUV)的改变和变化。纯(或几乎纯)化学性媒介(譬如浸润媒介24)的反射率改变系基于媒介密度的大部分改变。通过测量于一个波长(例如，由激光40所发出的波长)的反射率，而间接测量密度，而此测量能用来推论或导出于不同波长的反射率(例如，曝光光源14的波长)。
若反射率为均匀并在对于曝光波长可接受的范围内，则控制器28能发出命令至系统10以曝光晶片12。然而，若反射率于曝光波长不均匀的遍及于整个横越体积38，或若反射率并不在用于曝光晶片12的可接受的范围内，则能得知状况并不适合用来曝光晶片12，并程序化控制器28以延缓曝光晶片。
若有任何一个这些不希望的条件存在，控制器28以施行一个或多个特定的动作。举例而言，控制器28以单纯等待预定的时间周期，于此期间期待浸润媒介24可设定至更适合的状态。于此预定周期后，再测试浸润媒介24的反射率。于另一例子中，控制器28以采取更正动作。更正动作可例如包括送出命令至浸润媒介控制子系统30，该命令可例如为冷却或温暖浸润媒介24、减少或增加浸润媒介24流率等等。于另一个例子中，可程序化控制器28以警告操作者欲成像晶片12是在不适当的环境中。于浸润媒介24的重复测量已显示不适当状况，和(或)当浸润媒介24的折射率是在高于预定高临限值或低于预定低临限值等的情况下可保留对操作者的警告。于又另一个例子中，控制器28以施行多于上述其一的功能，例如等待预定的周期时间并采取更正动作。
除了监视浸润媒介24的折射率外，亦能够使用监视子系统32以检测于浸润媒介24中的外物50。于一个实施例中，监视子系统32可用以检测于横越体积38中存在的外物50。外物50能包括粒子(例如，像是灰尘、污染物、光刻胶的离散粒等等悬浮于浸润媒介24中的物体)或气泡(例如，于浸润媒介24中的空气或其它气体阱(air pocket))。存在于浸润媒介中的外物50，即使非常小(例如，大约50nm或更小)会有害于用系统10成像于晶片12上图案的品质。
若光束的测试部48a入射于外物50上，测试部48a的某些部分可变成如散射光52般的散射。检测器装置46或用分离检测器组件可用以检测散射光52。另一方面，那些用来监视浸润媒介24的折射率分离的激光和检测器则可用来监视外物。
基于散射光的检测结果，检测器组件46能发出对应的信号至控制器28，转而能延缓晶片12的成像。此外，控制器28以施行一个或多个特定的动作。举例而言，控制器28以单纯等待预定的周期时间，于此期间期待外物将移出横越体积38。于预定的周期后，能再测试浸润媒介24的折射率。于另一个例子中，控制器28以采取更正动作。更正动作可例如包括发送减少或增加浸润媒介24流率的命令至浸润媒介控制子系统30等等。于另一个例子中，控制器28以警告操作者欲成像晶片12是在不适当的环境中。于浸润媒介24的重复测量已显示外物50存在的情况下可保留对操作者的警告。于又另一个例子中，控制器28以施行多于上述其一的功能，譬如等待预定的周期时间并采取更正动作。
控制器28以将折射率值与由额外传感器(图中未显示)所提供的其它信息列入因素。此种其它信息可包括监视浸润媒介24及/或影像子系统20的温度的热传感器、检测晶片12的位置的传感器、监视浸润媒介24的流动或扰流的流率传感器等等。根据多个因素，控制器28以采取一个或多个上述讨论的动作，或其它此处未特别指出的动作。
虽然已详细说明了本发明的特殊实施例，但应了解本发明并不受该等实施例范围的限制，而是包括了在本发明的精神内和所附权利要求书所述各项的所有的变化、修饰和等效物。

Claims (9)

1.一种监视浸润光刻系统(10)的方法，包括：
将待曝光晶片(12)浸润于液态浸润媒介(24)中；
检测曝光图案在该浸润媒介中横越的体积(38)中的该浸润媒介的折射率；以及
经由确定横越该体积部分的该折射率是否均匀，并且在该横越体积的该折射率是否是在可接受的预定范围内，以确定该折射率是否适合以该曝光图案将该晶片予以曝光。
2.如权利要求1所述的方法，其中该确定横越该体积部分的该折射率是否均匀包括确定从该横越体积中第一位置至该横越体积中第二位置的折射率是否均匀。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中该确定该折射率是否适合以该曝光图案将该晶片予以曝光包括将所述检测曝光图案在该浸润媒介中横越的体积中的该浸润媒介的折射率与曝光所述曝光图案所用光波长在该浸润媒介中的折射率相关联。
4.如权利要求1所述的方法，其中，折射率测量遍及该横越体积。
5.如权利要求1所述的方法，其中，通过干涉仪组件(32)测量该折射率。
6.如权利要求5所述的方法，其中，使用多条光束测量遍及该横越体积的折射率。
7.如权利要求5所述的方法，其中，至少一条光束扫描通过该横越体积以测量遍及该横越体积的折射率。
8.如权利要求1所述的方法，还包括当判定该折射率为不适合时，则控制该浸润光刻系统以延缓该晶片的曝光。
9.如权利要求1所述的方法，还包括监视该浸润媒介中在该横越体积中出现的外物。
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