CN101655671B - 光刻装置和器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光刻装置和一种器件制造方法。所述光刻装置包括围绕充满液体的空间的密封元件，其具有在其下表面对相对低的压力源和相对高的压力源开口的凹槽，通过该凹槽，液体和/或气体从所述密封元件和所述基底之间排出。

Description

光刻装置和器件制造方法
本申请为2006年1月12日递交的申请号为200610059227.9的发明名称为“光刻装置和器件制造方法”的中国专利申请的分案申请。
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应用于基底，通常是基底的靶部上的机器。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图装置可用于产生形成于IC一个单层上的电路图案，该构图装置可以是掩模或者中间掩模版。该图案可以转印到基底(例如硅晶片)上的靶部(例如包括部分、一个或者多个管芯)。通常图案的转印通过在基底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上成像进行。一般地，一个基底包括依次形成图案的相邻靶部的网格。现有的光刻装置包括称作步进器的光刻装置和称作扫描器的光刻装置，在步进器中，通过将整个图案一次曝光于靶部上而辐射每一靶部，在扫描器中，通过辐射光束沿给定方向(即“扫描”方向)扫描该图案，同时沿与该方向平行或反向平行方向同步扫描基底而辐射每一个靶部。还可以通过将图案压印在基底上以使图案由构图装置转印至基底。
已经提出将光刻投影装置中的基底浸于具有比较高的折射率的液体中，例如水中，以充满投影系统的末端元件和基底之间的空间。其目的在于使更小的特征成像，因为曝光辐射在液体中具有更短的波长。(液体的效果也可以认为是增大系统的有效NA(数值孔径)和焦深。)还提出了其它浸渍液，包括具有悬浮在其中的固体微粒(例如石英)的水。
然而，在液体槽(参见US4,509,852，在此全文引入作为参考)中浸入基底或基底和基底台，意味着在扫描曝光过程中必须加速大量的液体。这需要额外的或更大功率的马达，并且液体的紊流可能导致不想要的且无法预测的效果。
提出的解决方案之一是，对于液体供给系统只在基底的局部区域上提供液体，并且在投影系统的末端元件和基底之间使用液体密封系统(通常基底的表面积比投影系统的末端元件的表面积大)。WO99/49504中披露了这种解决方案的一种方式，在此全文引入作为参考。如图2和图3所示，通过至少一个入口IN将液体供给至基底上，优选沿着基底相对于末端元件的移动方向供给液体，并且在通过投影系统的下方后，由至少一个出口OUT排出液体。也就是说，当沿-X方向在元件下方扫描基底时，在元件的+X侧供给液体，并在-X侧接收液体。图2示意性示出了液体由入口IN供给，且通过与一低压源相连的出口OUT在元件的另一侧接收的装置。图2中示出，沿着基底相对于末端元件的移动方向供给液体，尽管并不必需这样。可以围绕末端元件设置不同方向和数量的入口和出口，图3示出围绕末端元件以规则图案设置在每侧的四组入口和出口的一个例子。
提出的另一个解决方案是，提供一个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末端元件和基底台之间的空间的边界的至少一部分延伸。该解决方案示于图4中。该密封元件在XY平面内相对于投影系统基本静止，尽管在Z方向上(光轴的方向上)可能存在一些相对移动。密封形成于密封元件和基底表面之间。
图5中示出了另一种设置。贮液器10围绕投影系统的象场形成与基底非接触的密封，以使液体受到限制以充满基底表面和投影系统的末端元件之间的空间。贮液器由位于投影系统PL的末端元件下面并围绕投影系统PL的末端元件的密封元件12形成。液体被导入投影系统下面、密封元件12里面的空间中。密封元件12延伸到稍高于投影系统的末端元件处，并且液面高于末端元件以提供液体的缓冲器。密封元件12具有内周，该内周在上端部优选严密符合投影系统或者投影系统的末端元件的形状，并且可以是例如圆形。在底部，该内周严密符合例如矩形的成像区的形状，尽管并不必须这样。
由位于密封元件12的底部和基底W的表面之间的气密封16将液体限制在贮液器中。气密封由气体形成，例如由空气或人造空气形成，但优选是N2或另一种惰性气体，在压力下通过入口15提供至密封元件12与基底之间的空隙，并由第一出口14排出。设置气体入口15的过压、第一出口14的真空等级以及缝隙的几何形状，使得由向内的高速气流封闭液体。这样的一个系统在欧洲专利申请No.03252955.4中披露，在此全文引入作为参考。
在欧洲专利申请No.03257072.3中披露了双台浸没式光刻装置的构思。该装置设有两个用于支撑基底的台。在没有浸没液体的第一位置的台上进行水准测量，在存在浸没液体的第二位置的台上进行曝光。或者该装置只有一个台。
CN1501173A是与本申请最接近的现有技术。
发明内容
希望提供一种将液体从基底附近有效排出的装置。
根据本发明的一个方面，提供一种光刻投影装置，该光刻投影装置设置为利用投影系统将来自构图装置的图案投影至基底上，并具有设置为将浸液提供至投影系统的末端元件和基底之间的空间的液体供给系统；所述液体供给系统包括：
密封元件，用于在其下表面和所述基底之间形成密封，从而基本上将所述液体限制在所述空间中，其中，在所述下表面中的凹槽向着用于排出液体和/或气体的第一压力源开口，所述凹槽还向着第二压力源开口，所述第一压力源的压力低于所述第二压力源，使得气流从所述第二压力源流入所述第一压力源。
根据本发明的一个方面，提供一种器件制造方法，该方法包括利用投影系统将已构图的辐射光束投影在基底上，同时将浸液提供至所述投影系统的末端元件和所述基底之间的空间，还包括：
通过将液体和/或水从所述密封元件和所述基底的下表面之间，经在所述下表面内向着第一和第二压力源开口的凹槽排出，而提供将液体限制在所述空间中的密封元件，所述第一压力源的压力低于所述第二压力源。
附图说明
下面仅以实例的方式参照附图描述本发明的实施例，其中相应的参考标记表示相应的部分，其中：
图1示出了根据本发明一实施例的光刻装置；
图2和3示出了一现有光刻投影装置中使用的液体供给系统；
图4示出了根据另一现有光刻投影装置的液体供给系统；
图5示出了根据另一现有光刻投影装置的液体供给系统；以及
图6示出了根据本发明的液体供给和排出系统。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本发明一实施例的光刻装置。该装置包括：
-一照射系统(照射器)IL，用于调节辐射光束B(例如UV辐射或DUV辐射)。
-一支撑结构(例如掩模台)MT，用于支撑构图装置(例如掩摸)MA，并与第一定位装置PM相连，该第一定位装置PM用于根据某些参数精确定位该构图装置。
-一基底台(例如晶片台)WT，用于支撑基底(例如涂有抗蚀剂的晶片)W，并与第二定位装置PW相连，该第二定位装置PW用于根据某些参数精确定位该基底；以及
-一投影系统(例如折射投影透镜系统)PS，用于将通过构图装置MA赋予辐射光束B的图案投影至基底W的靶部C(例如包括一个或多个管芯)。
该照射系统可以包括各种类型的光学元件，例如折射的、反射的、磁的、电磁的、静电的或其它类型的光学元件，或它们的组合，用于定向、整形或控制辐射。
该支撑结构支撑构图装置，也就是承受构图装置的重量。该支撑结构支撑构图装置的方式取决于该构图装置的定位、光刻装置的设计、和其它条件，例如是否在真空环境中支撑该构图装置。该支撑结构可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术来支撑该构图装置。该支撑结构可以是一个框架或一个工作台，例如，根据需要可以是固定的或者可移动的。该支撑结构可以确保该构图装置位于一理想位置，例如相对于投影系统。这里任何术语“中间掩模版”或“掩模”的使用可以看作与更普通的术语“构图装置”的含义相同。
这里使用的术语“构图装置”应广义地解释为任何可用于给辐射光束的截面赋予图案的器件，例如在基底的靶部产生图案。应该注意到，该赋予辐射光束的图案可以与基底靶部上的理想图案不完全相同，例如如果该图案包含相移特征或者所谓的辅助特征。通常，赋予辐射光束的图案与在靶部产生的器件的特定功能层，例如集成电路一致。
构图装置可以是透射的或是反射的。构图装置的实例包括掩模、可编程反射镜阵列及可编程LCD面板。在光刻领域中，掩模是公知的，包括例如二进制型、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实例采用小反射镜排列成矩阵，每一个小反射镜独立倾斜以在不同方向上反射入射辐射光束。该倾斜的反射镜将图案赋予由反射镜矩阵反射的辐射光束。
这里使用的术语“投影系统”应广义地解释为包含任何类型的投影系统，包括折射的、反射的、反折射的、磁的、电磁的以及静电的光学系统，或任何它们的组合，以适于采用曝光辐射，或例如采用浸液或真空等其它因素。这里任何术语“投影透镜”的使用可以看作与更普通的术语“投影系统”的含义相同。
正如这里所述，该装置为透射类型(例如使用透射掩模)。或者，该装置可以是反射型(例如使用如上所述的可编程反射镜阵列，或者使用反射掩模)。
光刻装置可以具有两个(双台)或多个基底台(和/或两个或多个掩模台)。在这种“多台式”机构中，可以并行使用这些附加工作台，或者在一个或多个工作台上进行准备步骤，而一个或多个其它工作台用于曝光。
参照图1，照射器IL接收采自辐射源SO的辐射光束。辐射源与光刻装置可以是分离的机构，例如当辐射源是受激准分子激光器时。在这种情况下，不把辐射源看作形成光刻装置的一部分，并且辐射光束是借助光束传送系统BD(例如合适的导向反射镜和/或扩束器)由辐射源SO到达照射器IL。在其它情况下，辐射源可以与光刻装置成一体，例如当辐射源是汞灯时。辐射源SO和照射器IL，如果需要的话加上光束传送系统BD，称为辐射系统。
照射器IL可以包括用于调节辐射光束的角光强分布的调节器AD。通常，至少可以调节在照射器的光瞳平面内的光强分布的外和/或内径向(通常分别称为σ-外和σ-内)范围。此外，照射器IL可以包括各种其它元件，例如积分器IN和聚光器CO。照射器可用于调节辐射光束，以在其横截面获得理想的均匀性和光强分布。
辐射光束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台MT)上的构图装置(例如，掩模MA)，并由该构图装置形成图案。横向穿掩模MA后，辐射光束B通过投影系统PS，该投影系统将光束聚焦在基底W的靶部C上。下面将要进一步描述的浸液罩IH将浸液提供至投影系统PL的末端元件和基底W之间的空间。
借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉仪装置、线性编码器或电容传感器)，基底台WT可以精确移动，例如在辐射光束B的光路中定位不同的靶部C。类似的，例如，从掩模库中机械取出掩模后，或者在扫描过程中，可以使用第一定位装置PM和另一个位置传感器(该位置传感器在图1中没有明确显示)相对于辐射光束B的光路精确定位掩模MA。通常，可以借助于构成第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)实现掩模台MT的移动。类似的，可以借助于构成第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块实现基底台WT的移动。在步进器(与扫描器相对)中，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和基底W。虽然图示的基底对准标记占据指定的靶部，但是可以将它们设置在靶部之间的空隙中(这些称为划线对准标记)。类似的，在掩模MA上具有多于一个管芯的情况下，该掩模对准标记可位于管芯之间。
所描述的装置可按照下述模式中的至少一种使用：
1.在步进模式中，当整个赋予辐射光束的图像被一次投影(即单次静态曝光)到靶部C上时，掩模台MT和基底台WT基本上保持静止。然后基底台WT在X和/或Y方向移动以使不同的靶部C曝光。在步进模式中，曝光区域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投影到靶部C上(即单次动态曝光)时，同步扫描掩模台MT和基底台WT。基底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可由投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特性决定。在扫描模式中，曝光区域的最大尺寸限制了在单次动态曝光中靶部的宽度(在非扫描方向上)，而扫描移动的长度决定了靶部的高度(在扫描方向上)。
3.在其它模式中，当赋予辐射光束的图案投影到靶部C上时，掩模台MT基本上保持静止，支撑可编程构图装置，并且移动或扫描基底台WT。在该模式中，通常使用脉冲辐射源，并且在基底台WT的每一次移动后或者在一次扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新可编程构图装置。该操作模式可以很容易地用于使用可编程构图装置的无掩模光刻中，例如上文所述类型的可编程反射镜阵列。
也可以使用上述模式的组合和/或变形，或者使用完全不同的模式。
根据本发明的具体实施例，图6示出了在浸液罩IH的密封元件12中的例如在USSN10/921,348中所披露的水排出装置31，在此全文引入该文作为参考。液体排出器件31包括维持在略带负压Pc并充满浸液的腔室。该腔室的下表面由具有许多例如直径dhole在5至50μm范围内的小孔的薄板30形成，并且该下表面维持在高于排出液体的表面(例如基底W的表面)50至300μm范围内的高度hgap处。多孔板30应当至少是有一点亲水的，即相对于例如水的浸液具有小于90°的接触角。液体排出器件31基本上用于单相(液体)排出。图6为形成围绕投影系统PL(图6中未示出)的曝光区域的环的密封元件12的一侧的截面图。液体排出器件由靠近密封元件12底面的最内边缘的环形腔室31形成。腔室31的下表面由如上述专利申请中所述的多孔板30形成。环形腔室31连接至一个或多个适当的泵以将液体从腔室中排出并维持理想的负压。在使用中，腔室31充满液体，但为了清楚起见显示为空腔。
环形腔室31的外部为气体排出环或凹槽32以及气体供给环33。气体供给环33为在其下部具有狭窄的缝隙的腔室，并且有一定压力的气体，例如空气、人造空气或冲洗气体供给该气体供给环，使得从该缝隙排出的气体形成气体刀34。形成气体(或空气)刀的气体由连接至下面所述的气体排出环32的适当的真空泵排出，以使所产生的气流向内推动所有剩余液体至能够由液体排出器件和/或真空泵排出该液体的位置处，所述液体排出器件和/或真空气泵能够容忍浸液和/或小液滴的蒸气。
在图6中所示的装置中，形成空气刀的大部分空气通过气体排出环32被排出，但一些空气会流入浸液罩周围的环境中并可能扰乱干涉位置测量系统IF。这一点可通过在空气刀外部设置额外气体排出环而得到防止。该设置还有助于排出密封元件12的外部(也就是非下部)的基底W或基底台WT上的水滴。空气刀还起到在密封元件12过于接近基底W的情况下作为应急缓冲器的作用。
由于在本发明的实施例中，当浸渍液的高度为10μm至1mm，或者高于基底台WT或基底W的表面50至300μm时，液体排出系统能够排出大部分的浸渍液，因而对密封元件垂直定位的要求比在用空气轴承封闭浸渍液时要低。这意味着能够用更简单的致动和控制系统垂直定位密封元件。还意味着降低了对基底和基底台的平面度的要求，使其更容易构建需要设置在基底台WT的上表面的例如传感器等装置。
密封元件12可构造为相对于投影系统PL固定，或者设置为沿光轴方向可移动或者垂直于光轴方向可转动。一种设置方法为，在基底W上支承密封元件12使得其重量由基底W承载。可以这样设置，例如，通过设置空气刀的气流34以产生与密封元件12上的重力相等并且方向相反的力。但是，由于在阻挡元件12的下表面中的凹槽32的面积大于空气刀34穿过其排出密封元件12的狭缝的面积，凹槽32中的气体压力的任何变化对于由密封元件12上朝向基底W的气体所产生的力都具有很大的影响。因此希望设法最小化凹槽32中的空气的压力波动。如下所述地设置，以防止密封元件12具有负刚度，否则其能够将密封元件12夹持至基底W。
当密封元件12接近基底W，由凹槽32的排出区域中的负压施加的力比由空气刀32中的负压施加的力的增长快(因为面积更大)，使得密封元件12向下朝向基底W推进。通过提供朝向例如环境大气的相对更高压力源开口的大气通道40以及连接至低压源的排出通道50可以缓解。这样气体通过通道40进入以替代由排出通道50排出的气体和/或液体。因此，设置为总是存在通过大气通道40的气流，以减小随密封元件12和基底W之间的距离而改变的压力波动。
调整水排出装置31和腔室33与凹槽32中的气体的相对压力(由在大气通道和排出通道处的气体的相对压力所控制)以防止浸液11弯液面由于基底W的移动而沿径向向内地朝向曝光区域(图6的左手侧)拖动。事实上，优选该液体排出系统31只排出液体不排出气体使得液体11的弯液面位于凹槽32的下方。为此，可使用流量限制或其它方式以调整连接至大气通道40的气体源以及连接至排出通道50的相对低的压力源的相对压力。已经发现在凹槽32中-20至-10毫巴表压的水平是最佳的，尽管-50至+100毫巴表压是可行的工作范围。如果该相对低的压力源为处于-50至-500毫巴范围内或者-50至-200毫巴表压规格范围之内的压力，大气通道可朝向大气开口以获得凹槽32中的理想压力。
这样设置时，产生既沿径向向内地朝向凹槽32又沿径向向外地朝向密封元件12的径向外边缘的来自气体刀34的气流。从气体刀34沿径向向内地流至凹槽32的气流有助于将液体弯液面的位置保持在基本上处于凹槽32的下方，并使气体和/或液体通过排出通道50排出。当基底W上方的密封元件12的高度有变化，或者来自气体刀34的空气或来自投影系统的末端元件和基底W之间的空间的液体的流动条件有变化时，气体也通过大气通道40被吸入凹槽以避免凹槽32中的压力波动。
已经发现，在排出通道50的径向内侧设置大气通道40是最佳的，这些通道优选地定位在凹槽32的顶面，与凹槽32朝着面对基底W的密封元件12的底面开口的一侧相对。大气通道40和排出通道50可以为圆形槽(同样，凹槽32可以为圆形或者其它环形形状)或者那些通道可为凹槽32的顶面中的许多离散的孔。
下面给出密封元件12的各种部件的一些工作条件。所述的压力为表压。因此，连接至大气通道40的相对较高的压力源的压力为0毫巴。连接至排出通道50的相对较低的压力源的压力为-100毫巴。优选排出装置仅排出气体，因为已经发现排出气体和液体的混合物会导致不希望产生的振动。
腔室33中的气体处于约800毫巴的压力之下，并且该气体为被加湿的气体，从而使蒸发最小化并冷却基底W，尽管该气体未必一定被加湿。使用典型100升/分钟的气流速率，此外，以环形连续腔或多个分立孔的形式提供气体刀34。假设通过排出孔50的气流速率约为50升/分钟，密封元件12的底部和基底W之间的缝隙约为100μm(优选在80至130μm范围内)。
尽管在本文中，光刻装置具体用于集成电路(IC)的制造，但是可以理解这里所述的光刻装置可能具有其它应用，例如，集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等等的制造。本领域的技术人员可以理解，在这种可替换用途的范围内，这里任何术语“晶片”或“管芯”的使用可认为分别与更普通的术语“基底”或“靶部”的含义相同。在曝光前或曝光后，可以在例如涂胶显影设备(一种主要用于在基底上涂覆抗蚀剂层并显影已曝光的抗蚀剂的工具)、计量工具和/或检验工具中加工这里所指的基底。如果需要，可以使用这种或其它基底加工工具对这里披露的基底加工。此外，该基底可以加工多次，例如为了制造多层IC，因此，这里所使用的术语基底也可认为是已经具有多个加工层的基底。
这里所使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如波长为或约为365、248、193、157或126nm)。
本文中所提到的术语“透镜”可认为是各种光学元件中的任意一种或其组合，包括折射、反射光学元件。
尽管本发明的具体实施例已在上文中描述，但是，可以理解，本发明可以采用其它的方式进行实施。例如，本发明可以采取包含一个或多个描述上面所披露的方法的可机读指令的计算机程序的形式，或者采取内部存有所述计算机程序的数据存贮介质(例如半导体内存，磁盘或光盘)的形式。
本发明可用于任何湿浸式光刻装置，特别是，但不特指上述那些类型。根据所希望的特性和所使用的曝光辐射的波长，该装置中使用的浸液可具有不同的成分。为曝光193nm波长，可使用超纯水或水基成分，并且为此浸液有时指的是水或者与水相关的术语，例如可使用亲水的、疏水的、湿度等。但是，应当理解，本发明可使用其它类型的液体，在这种情况下，与水相关的术语应当被认为由与所使用的浸液相关的等效的术语所替代。
上面的描述是说明性的，非限制性的。因此，对于本领域技术人员来说，可以不背离下述权利要求的范围对本发明作出改进。

Claims (12)

1.一种光刻投影装置，设置为利用投影系统将来自构图装置的图案投影至基底上，并具有设置为将浸液提供至该投影系统的末端元件和该基底之间的空间的液体供给系统；所述液体供给系统包括：
密封元件，用于在其下表面和所述基底之间形成密封，从而基本上将所述液体限制在所述空间中，其中，在所述下表面中的凹槽向着用于排出液体和/或气体的第一压力源开口，所述凹槽还向着第二压力源开口，所述第一压力源的压力低于所述第二压力源，使得气体从所述第二压力源流入所述第一压力源，
其特征在于，所述第一压力源和所述第二压力源设置在所述凹槽中，与所述下表面上的所述凹槽的开口相对。
2.根据权利要求1的装置，其中，所述密封元件围绕所述空间。
3.根据权利要求1的装置，其中，所述空间的面积比所述基底小以使得浸液被提供到所述基底的局部区域上。
4.根据权利要求1的装置，其中，气体喷流设置在所述凹槽的相对于所述投影系统的光轴的径向外侧。
5.根据权利要求4的装置，其中，所述气体喷流在所述密封元件和所述基板之间产生沿径向向内流入所述凹槽的气流。
6.根据权利要求4的装置，其中，通过允许气体排出容纳200至2000毫巴表压的气体的腔室产生所述气体喷流。
7.根据权利要求1的装置，其中，液体排出器件设置在所述凹槽的相对于所述投影系统的光轴的径向内侧。
8.根据权利要求7的装置，其中所述液体排出器件基本上设置为只排出液体。
9.根据权利要求1的装置，其中，所述凹槽中的气体设为处于+100至-50毫巴表压范围内的压力下。
10.根据权利要求1的装置，其中，在所述第一压力源中的气体处于-50至-500毫巴表压的压力下。
11.根据权利要求2的装置，其中，所述凹槽形成围绕所述空间的封闭环。
12.一种器件制造方法，包括：利用投影系统将已构图的辐射光束投影至基底上同时将浸液提供至所述投影系统的末端元件和所述基底之间的空间，还包括：
提供密封元件，所述密封元件通过将液体从所述密封元件的下表面和所述基底之间，经所述下表面上向着第一和第二压力源开口的凹槽排出，而将液体限制在所述空间中，所述第一压力源的压力低于所述第二压力源，
其特征在于，所述第一压力源和所述第二压力源设置在所述凹槽中，与所述下表面上的所述凹槽的开口相对。
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