CN101320221B - 浸没式光刻系统以及浸没式光刻中原地清洁透镜的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种浸没式光刻设备，其包括：能量源；投影光学系统；台；包括浸没液体供应装置和浸没液体排出装置的喷头在曝光区域内产生液体流；和清洁装置，所述清洁装置使用清洁气体清洁投影光学系统与浸没液体接触的部分。在实施例中，清洁装置包括向曝光区域提供清洁气体流的气体供应装置和气体排出装置。在实施例中，该设备包括含有剂量传感器和/或紫外光源的台。还提供了一种用于在具有向浸没式光刻系统的曝光区域提供浸没流体的浸没流体喷头的浸没式光刻系统中原地清洁最后的透镜元件的方法。

Description

浸没式光刻系统以及浸没式光刻中原地清洁透镜的方法
技术领域
本发明涉及浸没式光刻技术，特别地，提供一种用于在浸没式光刻系统中原地清洁透镜的方法。
背景技术
光刻是一种用于在衬底的表面上产生特征的工艺。这样的衬底可以包括那些用于制造平板显示器(如，液晶显示器)、半导体晶片、电路板、各种集成电路、打印头、宏观/超微流体(macro/nano-fluidic)基材等等的衬底。在光刻过程中，衬底被布置在一个衬底平台上，通过光刻装置内的曝光光学元件被投影到衬底表面上的图像所曝光。
该投影的图像使得沉积在衬底表面上的层(如光抗蚀剂层)的某些特性产生改变。这些改变对应于在曝光期间被投影到衬底上的特征。曝光之后，该层可以通过蚀刻或其它处理来产生图案化的层。该图案对应于在曝光过程中被投影到衬底上的特征。该图案层接着被用于移除或进一步处理衬底内下层的结构化层的经过曝光的部分，如导体、半导体、或绝缘层。重复这一过程以及其它步骤，直到在衬底的表面上或在多个层中形成所期望的特征。
在浸没式光刻技术领域中，曝光操作由浸没液体来引导，浸没液体位于投影光学设备的最后一个透镜元件和衬底之间，典型的浸没液体是水。最后的透镜元件的表面定期地使用溶剂进行手工清洁。被除去的残余物一般来自于与所处理的衬底上的光致抗蚀剂经过紫外曝光后滤除抗蚀剂相关的过程。用这一方法来清洁透镜很耗时，因为透镜通常必须被取下。此外，该方法不能很好地适应于新式浸没式光刻曝光系统。新式浸没光刻系统使用高折射率浸没流体。该高折射率浸没流体为有机物并且在紫外照射下分解而产生含碳的沉淀物，这些沉淀物不易于从透镜表面上被手工清洁。
需要一种对用于使用高折射率浸没流体的浸没式光刻系统中的透镜进行原地(insitu)清洁的方法。
发明内容
本发明针对一种浸没式光刻设备，其包括：能量源；投影光学系统；移动衬底的台，所述衬底被置于该台上；喷头，其包括浸没液体供应装置和浸没液体排出装置，所述喷头在投影光学系统和衬底之间产生液体流；和清洁装置，其通过清洁气体清洁投影光学系统与浸没液体接触区域的部分。在实施例中，清洁装置包括气体供应装置和气体排出装置。该气体供应装置在投影光学系统的最后的透镜元件和台之间提供清洁气体流。该最后的透镜元件与浸没流体相接触，也可以被称为湿透镜元件。在实施例中，该装置包括晶片台，所述晶片台包括用于确定何时需要清洁最后的透镜元件的剂量传感器。该晶片台也可以包括紫外光源或者用于把紫外光反射到所清洁的最后的透镜元件表面上的一个或多个反射镜。在实施例中，该系统的能量源提供用于清洁的紫外光。
本发明还提供一种用于在具有浸没流体喷头的浸没式光刻系统中对最后的透镜元件进行原地清洁的方法，其中浸没流体喷头向浸没式光刻系统的曝光区域提供浸没流体。该方法包括确定最后的透镜元件需要清洁。一旦做出这样的决定，浸没流体就从喷头和曝光区域被排出。接着清洁气体通过喷头在最后的透镜元件暴露给浸没流体的表面上通过。可选择地，气体可以通过其它不同于喷头的装置。当最后的透镜元件暴露给清洁气体时，最后的透镜元件也暴露给紫外光。在紫外光存在时，清洁气体与湿透镜表面的污染物反应以从透镜上除去污染物/碎屑。在反应中气化的碎屑被流动的清洁气体清扫，由此清洁最后的透镜元件。
在另一个实施例中，臭氧在气体传送系统中产生。在此实施例中，在气体传送系统中产生包括臭氧和其它气体(如氧气和氮气)的混合清洁气体。所述混合气体然后被传送到湿透镜元件用于清洁。在此实施例中不需要紫外光源。
本发明提供了一种用于最后的透镜元件的原地清洁的有效的系统和方法，其不损坏所述最后的透镜元件，也不需要透镜移除和重新安装的艰苦任务。
附图说明
本发明参照附图来描述。在附图中，同样的附图标记指代相同的或功能相似的元件。元件第一次出现的附图由相应附图标记最左边的数字来表示。
图1是浸没式光刻系统的框图。
图2是根据本发明的实施例的浸没式光刻系统的框图。
图3是根据本发明的实施例的具有定位用于为清洁最后的透镜元件的紫外光源的浸没式光刻系统的框图。
图4是根据本发明的实施例的具有定位用于为清洁最后的透镜元件而反射紫外光的反射镜的浸没式光刻系统的框图。
图5是根据本发明的实施例的用于在浸没式光刻系统的曝光区域上的浸没流体中使用预校准像差(pre-calibrated aberration)信息补偿曝光能量的热效应的方法的流程图。
具体实施方式
尽管本发明在此参考用于特定应用的示意性实施例来描述，但是应当理解本发明并不限于此。本领域技术人员在此处提供的教导下将意识到在本发明具有显著实用性的范围内和附加领域内可进行进一步的修改、应用和实施。
在浸没式光刻系统中，液体被注入投影光学系统出射窗和衬底工作表面之间的空间内。图1是浸没式光刻系统100的框图。系统100包括能量源110、图案生成器120、和投影光学系统130。能量源110生成用于图案化工作衬底(如衬底150)的能量的曝光剂量。图案生成器120生成将在衬底150上形成的图案。
投影光学系统130包括光学元件132，光学元件134和光学元件136，所述光学元件136也被称作出射POS元件或最后的透镜元件。投影光学系统130调节由能量源110提供的能量以适当地将其正确地聚焦于衬底150上以形成需要的图案。
衬底150固定于晶片台160表面。晶片台160被机械地连接到光刻机上并移动以按照被图案化的衬底区段来调整投影光学元件下的衬底的位置。如本领域技术人员所知，投影光学系统可能具有范围很宽的光学元件，无论是在数量上还是在类型上。出于描述的目的将投影光学系统130提供为一个简化的例子而并不用于限定本发明的保护范围。
浸没液体140充满了衬底150和最后的透镜元件136之间的空间，所述空间称作曝光区域。浸没式光刻喷头(未示出)在衬底进行工作的区段上提供浸没液体140流。随着时间的推移，紫外曝光过程和浸没液体中的杂质在最后的透镜元件136的表面上产生沉淀物。这些沉淀物降低浸没式光刻设备的性能，并且需要被定期清洁。
清洁透镜元件136的透镜表面提出了很大的挑战。例如，清洁过程不应该损坏透镜。不幸的是，许多清洁溶液对于透镜元件中采用的材料有腐蚀性，将使得透镜表面变粗糙。并且，由于透镜元件被安装于工具内部，清洁温度就不能变得很高。在这些限制下，需要格外地仔细以保持透镜清洁，例如调整与最后的透镜元件之间的距离并且保持浸没流体的高流量以防止碎屑沉积在透镜表面上。另外，要进行浸没流体的净化以保持高的紫外透射率。尽管这些步骤可以减少碎屑和紫外反应沉淀，但不能消除。因此，透镜元件必须经常取下或移除以进行清洁，但这由于其移除和重新安装透镜的耗时以及在移除过程中对透镜损坏风险的增加而难以满足需要。
在最近的一项研究中，过氧化氢和臭氧被测试来看看这样的混合物能否氧化有机污染物。这项研究的结论是这些氧化剂太弱而难以除去污染物。该研究同时注意到不同种类的表面活性剂(包括离子的和阴离子)也被尝试过，但是没有明显的改进。参见Chang，et.al.，Development of Cleaning Process for ImmersionLithography，Proc.of SPIE，Vol.6154(2006)(“Chang Study”)。
由Higashiki于2005年9月2日提交的题为Liquid Immersion Optical ToolMethod for Cleaning Liquid Immersion Optical Tool，and Method for ManufacturingSemiconductor Device的美国专利申请：No.11/217,464(“Higashiki PatentApplication”)描述了一种使用清洁溶液用于清洁最后的透镜元件的设备。该清洁溶液被通到最后的透镜上以清洁透镜上的碎屑。功能性水溶液如臭氧水、离子化水、碳酸水、或过氧化物水被用作清洁溶液。可替换地，酸可被用作清洁溶液。另外，清洁可以使用水蒸气进行。在Higashiki Patent Application的
Figure S2008101092043D00041
39。超声波、水喷射或气蚀喷射可以被用于在溶液通过待清洁区段时在清洁溶液中产生气蚀区(cavities)以提供擦洗功能。使用了专门的喷管，如
Figure S2008101092043D00042
40-41中所定义的。一旦清洁过程通过冲洗过程而结束，该清洁溶液被排出，如48中所定义的。
与上面在Higashiki Patent Application中描述的系统和Chang Study的结果不同，本发明提出了最后的透镜元件(如透镜136)的清洁，通过采用基于紫外活化的氧气的气态清洁过程来定期地除去在透镜136的湿透镜表面上吸附的碎屑沉淀物。本发明使用由紫外光活化的氧气基的(oxygen-based)气体来提供清洁功能，而不是像Higashiki Patent Application中那样的情形使用清洁溶液。
图2提供了根据本发明的实施例的浸没式光刻设备200的图。如在浸没式光刻设备100的情形下，浸没式光刻设备200包括能量源110、图案生成器120、和投影光学系统130。能量源110提供了用于图案化衬底(如被加工的衬底150)的能量的曝光剂量。图案生成器120生成要形成在衬底150上的图案。
浸没式光刻设备200还包括浸没液体供应装置230和浸没液体排放装置240，所述浸没液体排放装置240在最后的透镜元件136和衬底150之间产生液体140流。浸没液体140通过供应管210流动，在最后的透镜136和衬底150之间的区段上通过，该区段被称作曝光区域，并且通过排放管220离开进入浸没液体排放装置240。浸没液体供应装置230、浸没液体排放装置240、供应管210和排放管220旨在描述喷头的主要元件。本发明不限于使用如所述的喷头，而本领域技术人员将能够使本发明适用于基于此处教导而设计的其它类型的喷头。在实施例中，浸没液体供应装置230和浸没液体排放装置240中的一个或全部，包括孔或其它装置以将浸没液体全部排出以准备进行清洁过程。
浸没式光刻设备200还包括清洁装置，所述清洁装置清洁投影光学系统的一部分。该清洁装置包括气体供应装置250和气体排出装置260。气体供应装置250在最后的透镜元件136和台160之间产生清洁气体流。在本实施例中，气体供应装置250是孔，其上可以加装气体供应管(未示出)。类似的气体排出装置260是孔，其上可以加装气体排出管(未示出)以除去清洁气体。气体供应装置250和气体排出装置260可以包括任何种类的能够产生气体流的设备或装置。该清洁气体可以包括，例如，空气、氧气增强空气(oxygen enhanced air)或氧化惰性气体(oxygenated noble gases)。
在一个可选择的实施例中，或者一个具有附加特征的实施例中，气体供应装置250连接到臭氧生成系统，如由Absolute Systems，Inc.制造的AE13MCConcentration Unit。然后气体供应装置250迫使清洁气体穿过最后的透镜元件136。在此实施例中，出于清洁的目的，紫外光源不是必需的。在另一个实施例中，放电可被用于生成臭氧。气体供应装置250和气体排出装置260的一个或全部被包含在喷头中。气体供应装置250和气体排出装置260中的一个或全部可以被加装于喷头上。
衬底150固定于晶片台205的表面。晶片台205机械地连接到光刻机并且移动以基于所图案化的衬底区段来调整投影光学元件之下的衬底的位置。在其它实施例中，晶片台205可以由晶片台160或晶片台405所代替，如下面所讨论。
此外，在实施例中，晶片台205包括剂量传感器270和紫外光源280。剂量传感器270可以置于最后的透镜元件136之下以确定是否需要进行透镜清洁。剂量传感器270探测所接收到的透射通过投影光学系统130的能量。当探测到的能量低于一个特定门限值时，或在曝光区域上的均匀性下降到低于一个可接受的水平时，提供一个透镜清洁指令。该门限值根据能量源110的种类、能量剂量、投影光学系统130和所使用的浸没流体的种类而改变。
紫外光源280生成紫外光，所述紫外光用于在清洁过程中照射最后的透镜元件136的多个部分。当清洁过程开始时，晶片台160被定位以使紫外光源280置于被清洁的区域之下。注意到晶片台160包括一个具有清洁的表面的开口以允许紫外光入射到最后的透镜元件136上。在实施例中，能量源110可以提供支持清洁所需要的紫外光。
参见图4，晶片台405也可以被用于浸没式光刻设备200的实施例中作为晶片台205的替代选择。当使用晶片台405时，紫外光源420将紫外光传输至设置于晶片台405底部上的反射镜410。反射镜410引导紫外光以入射到所清洁的光学元件(典型地是最后的透镜元件126)上。
图5提供了根据本发明的实施例的用于在浸没式光刻系统中原地清洁最后的透镜元件的方法500的流程图。方法500开始于步骤510。在步骤510中，确定最后的透镜元件需要清洁的指令。如上面讨论的，在最后的透镜元件表面上形成有含碳的沉淀物。在一个实施例中，剂量传感器，如剂量传感器270，可以被用于确定最后的透镜元件(如最后的透镜元件136)是否需要清洁。可选择地，基于浸没流体的种类和该流体的输送装置(handler)的清洁，可以确定是否到了应该清洁最后的透镜元件的时机。
在步骤520中排放浸没流体。例如，浸没流体140可以被从浸没液体供应装置230和浸没液体排出装置240排空。在实施例中，浸没液体排出装置包括孔或其它装置以将浸没液体全部清空以准备进行清洁过程。
在步骤530中，清洁气体通过最后的透镜元件。在实施例中，清洁气体可以包括空气、氧气增强空气(oxygen enhanced air)或氧化惰性气体(oxygenated noblegases)。例如，清洁气体供应装置250迫使清洁气体进入最后的透镜元件135和晶片台205之间的区段。清洁气体排出装置240接收被迫使通过最后的透镜元件135的气体。在实施例中，气体排出装置240可以包括真空装置(vacuum)以吸取清洁气体。外部的气体泵和真空装置可以被附加到气体供应装置230和气体排出装置240上。在实施例中，气体供应装置230和气体排出装置240是被连接到外部供应和排出设备上的孔。在清洁过程中，在最后的透镜元件暴露给紫外光之前，应当干燥最后的透镜元件。在实施例中，步骤530持续足够长地时间以足够确保最后的透镜元件的表面被干燥。在一个可选择的实施例中，在步骤520之后而在步骤530引入清洁气体之前，独立的干燥气体通过最后的透镜元件。该干燥气体以一段充分的足够长的时间通过最后的透镜元件以确保待清洁的最终的透镜元件的表面被干燥。该干燥过程可能需要几秒钟乃至几个小时。理想的是这一持续时间尽可能地短，优选地不会导致对透镜和/或可能对干燥过程敏感的周边特征造成损坏。
在步骤540中，该被干燥的最后的透镜元件在存在通过最后的透镜元件的清洁气体的时候被暴露于紫外线中。步骤530和540可以持续几秒钟乃至几小时，这基于在最后的透镜元件上聚积的碎屑的厚度。紫外光对清洁气体中的氧气作用产生臭氧，这除去在最后的透镜元件表面上形成的有机/含碳的碎屑沉淀物。在步骤540中，碎屑被臭氧或其它清洁气体气化以产生CO2和水蒸气。紫外光也可以由能量源110、紫外光源280或由紫外光源420产生。
在另一个具有可选择的或附加的特征的实施例中，臭氧通过气体传送系统生成。示例的臭氧生成系统是，例如，由Absolute Systems，Inc.制造的AE13MCConcentration Unit。该气体传送系统产生混合清洁气体，典型地是氧气、氮气和臭氧的组合。混合清洁气体基于含碳碎屑的沉淀物的清除率和安全性而确定。
在实施例中，臭氧浓度尽可能地高，因为臭氧是活性蚀剂(etchant)。典型地，臭氧的浓度如此选择：使得臭氧对于清洁最后的透镜元件有效，但不会损伤透镜周围的、其它可能会对于臭氧敏感的特征。清洁气体通过最后的透镜元件的待清洁表面，清洁气体的通过除去有机/含碳碎屑沉淀物。因此清洁气体流过最后的透镜元件以与透镜接触持续充足的时间，以清除造成污染的沉淀物碎屑。该持续时间被限制以防止对周围可能被臭氧损伤的特征造成损伤。使用清洁气体进行清洁的持续时间可能取决于对清洁气体敏感的特征。该持续时间可能取决于积聚在最后的透镜元件上的碎屑沉淀物的厚度。该持续时间可能从几秒钟至几个小时。理想地，该持续时间尽可能短。
在此实施例中，紫外光源可能不是必要的，因为臭氧已经在气体传送系统中产生了。
在步骤550中，在前一步中被气化的碎屑被流动的清洁气体所冲走。在步骤560中，方法500结束。随着清洁过程结束，浸没液体被重新引入浸没液体供应装置230和浸没液体排出装置240。
结论
本发明的示例性实施例已经被介绍了。本发明不限于这些例子。这些例子在此介绍是出于说明的目的而非限制。对于相关领域技术人员来说，基于此处的教导的替换方案(包括在此描述的方案的等同方案、扩展方案、变化方案、衍生方案等等)是显而易见的。这样的替换方案落入本发明的保护范围和精神内。

Claims (19)

1.一种浸没式光刻设备，包括：
能量源；
投影光学系统；
移动衬底的台，衬底被安置于所述台上；
喷头，所述喷头包括浸没液体供应装置和浸没液体排出装置，所述喷头在投影光学系统和衬底之间形成液体流；和
清洁装置，所述清洁装置使用清洁气体清洁投影光学系统的与浸没液体接触的部分，其中该清洁装置包括：
气体供应装置，该气体供应装置产生在投影光学系统和台之间的清洁气体流；
气体排出装置；和
紫外光源，当清洁气体在投影光学系统和台之间流动时，在投影光学系统待清洁的元件被干燥之后，所述紫外光源发出照射到投影光学系统待清洁的元件上的紫外光。
2.如权利要求1的浸没式光刻设备，其中该气体供应装置包括臭氧生成单元。
3.如权利要求1的浸没式光刻设备，其中该气体供应装置和气体排出装置被加装于喷头上。
4.如权利要求3的浸没式光刻设备，其中气体供应装置包括位于浸没液体供应装置上的气体供应孔，所述气体排出装置包括位于浸没液体排出装置上的气体排出孔。
5.如权利要求1的浸没式光刻设备，其中移动衬底的台包括允许来自紫外光源的光透射到待清洁表面的区域。
6.如权利要求1的浸没式光刻设备，其中移动衬底的台包括反射镜，该反射镜反射来自紫外光源的光，使其穿过移动衬底的台上的一个允许来自紫外光源的光透射至待清洁表面的区域。
7.如权利要求1的浸没式光刻设备，其中当清洁气体在投影光学系统和台之间流动时，能量源发出照射到投影光学系统元件上的紫外光。
8.如权利要求1的浸没式光刻设备，其中清洁气体包括空气、氧气增强空气、或氧化惰性气体。
9.如权利要求1的浸没式光刻设备，进一步包括剂量传感器，所述剂量传感器探测透射通过投影光学系统的最后的透镜元件的能量剂量水平，以确定是否必需进行对最后的透镜元件的清洁。
10.如权利要求9的浸没式光刻设备，其中剂量传感器位于台上。
11.一种用于在浸没光刻系统中原地清洁最后的透镜元件的方法，其中所述浸没光刻系统具有向所述浸没光刻系统的曝光区域提供浸没流体的浸没流体喷头，所述方法包括：
(a)从喷头和曝光区域排空浸没流体；
(b)通过喷头传输清洁气体穿过最后的透镜元件暴露给浸没流体的表面；
(c)在最后的透镜元件被干燥之后，在步骤(b)中传输的清洁气体存在的时候，将最后的透镜元件暴露给紫外光，所述清洁气体使从最后的透镜元件上除去的污染物成为碎屑；并且
(d)从最后的透镜元件上把在步骤(c)中产生的碎屑冲走。
12.如权利要求11的方法，进一步包括在步骤(a)和步骤(b)之间的步骤，其包括通过喷头使干燥气体在最后的透镜元件暴露于浸没流体的表面上通过。
13.如权利要求11的方法，其中清洁气体包括空气、氧气增强空气、氧化惰性气体、或臭氧。
14.如权利要求11的方法，其中步骤(b)和(c)的持续时间基于积累在最后的透镜元件上的碎屑的厚度而在从几秒钟到几小时之间的范围内变化。
15.如权利要求11的方法，其中所述将最后的透镜元件暴露给紫外光的步骤包括使紫外光透射通过浸没光刻系统。
16.如权利要求11的方法，其中所述将最后的透镜元件暴露给紫外光的步骤包括从最后的透镜元件下方透射紫外光。
17.一种用于在浸没式光刻系统中原地清洁最后的透镜元件的方法，其中所述浸没式光刻系统具有向所述浸没式光刻系统的曝光区域提供浸没流体的浸没流体喷头，所述方法包括：
(a)从喷头和曝光区域排空浸没流体；
(b)干燥最后的透镜元件；
(c)通过喷头传输清洁气体穿过最后的透镜元件暴露给浸没流体的表面，所述清洁气体使从最后的透镜元件去除的污染物成为碎屑；
(d)从最后的透镜元件上将在步骤(c)中产生的碎屑冲走。
18.如权利要求17的方法，其中清洁气体包括臭氧。
19.如权利要求17的方法，其中步骤(b)和步骤(c)的持续时间基于聚积在最后的透镜元件上的碎屑的厚度而在从几秒钟到几小时的范围内变化。
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