CN114072732A - 用于对图案化装置和其他衬底进行表面处理的表面处理设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种表面处理设备和方法，用于对诸如晶片或基板的衬底进行表面处理。该表面处理设备包括一个或多个支撑结构，用于支撑一个或多个衬底，以及一个或多个紫外照明源，被配置为发射紫外照明，并且可操作地处理所述一个或多个衬底的所述至少一个表面，同时所述一个或多个衬底由所述一个或多个支撑结构支撑。一个或多个紫外照明源与曝光源不同，并且不可操作为发射用于曝光晶片上的图案的曝光照明。

Description

用于对图案化装置和其他衬底进行表面处理的表面处理设备 和方法
相关申请交叉引用
本申请要求于2019年7月1日提交的EP申请19183607.1的优先权，该申请通过整体引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种光刻设备和光刻方法。
背景技术
光刻设备是一种将期望图案施加到衬底上、通常是施加到衬底的目标部分上的机器。光刻设备可以被用于例如集成电路(IC)的制造中。在该情况下，图案化装置(其备选地被称为掩模或掩模版)可以被用于生成待被形成在IC的单个层上的电路图案。该图案可以被转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或若干管芯的一部分)上。图案的转印通常经由成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。光刻被广泛认为是制造IC和其他设备和/或结构的关键步骤之一。
为了减小最小可打印尺寸，可以使用具有短波长的辐射来执行成像。因此，已经提出使用例如提供在13-14nm范围内的EUV辐射的EUV辐射源。还提出可以使用波长小于10nm的EUV辐射，例如在5-10nm范围内，诸如6.7nm或6.8nm。这种辐射被称为极端紫外线(EUV)辐射或软x-射线辐射。
套刻误差指示成像到晶片上的掩模版图案的实际位置与期望位置之间的差异。该误差有一个阈值，超过该阈值则成像结果是不可接受的。数目级是纳米(在EUV中)，而且随每个下一代EUV扫描器而缩小。该工艺涉及在数十层的堆叠中将下一个图案化层放在前一个图案化层上，该数十层的堆叠最终将一起构成集成电路。一层与另一层之间的横向位移可能会导致这些层未正确连接，从而使电路无法正常使用。
国际专利申请公布WO 2018/041599通过引用并入本文。本公布公开了一种具有投影系统的EUV光刻设备，其被配置为经由狭缝将借助掩模图案化的辐射束投影到保持在衬底台上的衬底上的曝光区域上。衬底台是在衬底平台处的组件，并且与衬底物理接触，并且可以在物理上和功能上与将衬底夹持到衬底台的静电夹集成。静电夹具有冷却系统以将该夹处生成的热量传送出去。光刻设备以扫描模式操作，其中掩模和衬底在投影期间被同步扫描。用于将图案投影到衬底上的辐射束向该衬底传递大量热量，这导致衬底的局部加热。由加热引起的衬底的局部膨胀降低了投影图案套刻已存在于衬底上的图案的精确度。为了解决这个问题，在WO 2018/041599中公开的光刻设备包括位于投影系统和衬底之间的冷却装置。该冷却装置在图案化辐射束经由狭缝入射到衬底上的区域附近提供对衬底的局部冷却。
在执行曝光之前，图案化装置或掩模版应完全干燥，以避免有效曝光剂量的漂移。
发明内容
期望改进目前的图案化装置处理方法和设备，特别是用于诸如图案化装置和/或晶片(待图案化的衬底)的衬底的除湿。
在本发明的第一方面，提供了一种用于衬底的表面处理的表面处理设备，包括：一个或多个支撑结构，用于支撑一个或多个衬底；一个或多个紫外照明源，被配置为发射紫外照明，并且可操作地处理所述一个或多个衬底的所述至少一个表面，同时所述一个或多个衬底由所述一个或多个支撑结构支撑；其中所述一个或多个紫外照明源与曝光源不同，并且不可操作为发射用于曝光晶片上的图案的曝光照明。
在本发明的第二方面，提供了一种光刻设备，包括第一方面的表面处理设备，用于在执行曝光之前处理一个或多个衬底的表面。
在本发明的第三方面，提供了一种用于在光刻工艺中对被用于图案曝光照明的一个或多个衬底的至少一个表面进行处理的方法，所述处理包括至少对所述至少一个表面进行除湿，所述方法包括：用紫外照明来照明所述至少一个表面，其中所述紫外照明不同于用于曝光晶片上的图案的曝光照明。
附图说明
现在将仅通过示例的方式，参考所附示意图描述本发明的实施例，其中相应的附图标记指示相应的部件，并且其中：
图1示意性地描绘了具有反射投影光学器件的光刻设备；
图2是图1中具有晶片平台隔室的设备的更详细视图；
图3示意性地示出了根据已知实践并根据本发明实施例修改的双平台光刻设备中的测量工艺和曝光工艺；
图4示意性地示出了根据本发明第一实施例的模块化形式的用于对图案化装置进行表面处理的设备。
图5示意性地示出了根据本发明第二实施例的模块化形式的用于对图案化装置进行表面处理的另一设备。
图6示意性地示出了根据本发明第三实施例的集成形式的用于对图案化装置进行表面处理的设备。
具体实施方式
图1示意性地描绘了光刻设备100。该设备包括：
-源模块SO；
-照明系统(照明器)IL，被配置为调节辐射束B(例如，EUV辐射)；
-支撑结构(例如，掩模平台)MT，构造为支撑图案化装置(例如，掩模或掩模版)MA并连接到第一定位器PM，该第一定位器PM被配置为精确定位图案化装置；
-衬底平台(例如，晶片平台)WT，构造为保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并连接到第二定位器PW，该第二定位器PM被配置为精确定位衬底；以及
-投影系统(例如，反射投影系统)PS，被配置为将通过图案化装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上。
照明系统可以包括用于引导、整形或控制辐射的各种类型的光学组件，诸如折射、反射、磁、电磁、静电或其他类型的光学组件或其任意组合。
支撑结构MT以某种方式保持图案化装置MA，该方式取决于图案化装置的取向、光刻设备的设计以及其他条件，例如图案化装置是否保持在真空环境中。支撑结构可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案化装置。支撑结构可以包括框架或台子，例如其可以根据需要固定或可移动。支撑结构可以确保图案化装置位于期望位置处，例如相对于投影系统的期望位置。
术语“图案化装置”应被广泛地解释为指代可用于在辐射束的横截面中赋予图案的任何装置，诸如以在衬底的目标部分中创建图案。赋予辐射束的图案可以对应于在目标部分中创建的、器件中的特定功能层，诸如集成电路。
图案化装置可以是透射的或反射的。图案化装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。掩模在光刻中是众所周知的，并且包括掩模类型，诸如二相、交替相移和衰减相移，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每个小反射镜可以单独倾斜，以便在不同方向反射入射辐射束。倾斜的反射镜在由反射镜矩阵反射的辐射束中赋予图案。
投影系统与照明系统一样，可以包括各种类型的光学组件，诸如折射、反射、磁、电磁、静电或其他类型的光学组件，或其任意组合，以适合于正在使用的曝光辐射，或者适合于诸如使用真空的其他因素。可能需要使用真空进行EUV辐射，因为其他气体可能吸收过多的辐射。因此，可以借助真空壁和真空泵向整个光束路径提供真空环境。
如这里所描绘的，该设备是反射型的(例如，采用反射掩模)。
光刻设备可以是具有两个(双平台)或更多个衬底平台(和/或两个或更多个掩模平台)的类型。在这种“多平台”机器中，可以并行使用附加的平台，或者可以在一个或多个其他平台用于曝光的同时在一个或多个平台上执行准备步骤。
参考图1，照明器IL接收来自源模块SO的极端紫外线辐射束。产生EUV光的方法包括但不一定限于，将材料转换为等离子体状态，该等离子体状态具有至少一种元素，例如氙气、锂或锡，其中一条或多条发射线在EUV范围内。在通常称为激光产生的等离子体(LPP)的一种这样的方法中，所需的等离子体可以通过用激光束照明燃料(诸如，具有所需的线发射元素的材料液滴、流或簇)来产生。源模块SO可以是EUV辐射系统的一部分，该EUV辐射系统包括用于提供激发燃料的激光束的激光器(图1中未示出)。所产生的等离子体发射输出辐射，例如EUV辐射，其是使用设置在源模块中的辐射收集器收集的。例如，当使用CO2激光器来提供用于燃料激发的激光束时，激光器和源模块可以是分开的实体。
在这种情况下，激光器不被认为是光刻设备的一部分，并且辐射束借助于光束传递系统从激光器传递到源模块，该光束传递系统包括例如，适合的导向镜和/或扩束器。在其他情况下，源可以是源模块的组成部分，例如当源是放电产生的等离子体EUV发生器时，通常称为DPP源。
照明器IL可以包括调节器，用于调整辐射束的角强度分布。一般而言，至少可以调整照明器的瞳孔平面中的强度分布的外径向范围和/或内径向范围(通常分别称为σ-外部和σ-内部)。此外，照明器IL可以包括各种其他组件，诸如分面视野和瞳孔反射镜装置。该照明器可用于调节辐射束，以在其横截面中具有期望的均匀性和强度分布。
辐射束B入射到图案化装置(例如，掩模)MA上，该图案化装置保持在支撑结构(例如，掩模平台)MT上，并且由图案化装置图案化。在从图案化装置(例如，掩模)MA反射之后，辐射束B穿过投影系统PS，投影系统PS将辐射束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器PS2(例如，干涉式装置、线性编码器或电容传感器)，衬底平台WT可以被精确地移动，例如以便在辐射束B的路径上定位不同的目标部分C。类似地，第一定位器PM和另一位置传感器PS1可以用于相对于辐射束B的路径精确地定位图案化装置(例如，掩模)MA。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2对准图案化装置(例如，掩模)MA和衬底W。
提供EUV膜，例如薄膜PE，以防止图案化装置受到系统内颗粒的污染。这种薄膜可以设置在所示位置和/或其他位置。可以提供另一EUV膜SPF作为光谱纯度滤光片，其可操作为过滤掉不想要的辐射波长(例如，DUV)。这种不想要的波长会以不希望的方式影响晶片W上的光致抗蚀剂。SPF还可以可选地帮助防止投影系统PS内的投影光学器件受到在放气期间释放的颗粒的污染(或者备选地，可以提供薄膜来代替SPF来做到这一点)。这些EUV膜中的任一个都可以包括本文公开的任何EUV膜。
所描绘的设备可以在多种模式下使用。在扫描模式中，当赋予辐射束的图案被投影到目标部分C上(即，单次动态曝光)时，同步扫描图案化装置支撑件(例如，掩模平台)MT和衬底平台WT。衬底平台WT相对于图案化装置支撑件(例如，掩模平台)MT的速度和方向可以由投影系统PS的(去)放大和图像反转特性来确定。在扫描模式下，曝光场的最大尺寸限制了单次动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定了目标部分的高度(在扫描方向上)。如本领域公知的，其他类型的光刻设备和操作模式也是可能的。例如，步进模式是已知的。在所谓的“无掩模”光刻中，可编程图案化装置保持静止但具有变化的图案，并且移动或扫描衬底平台WT。
也可以采用上述使用模式或完全不同的使用模式的组合和/或变化。
图2更详细地示出了光刻设备的实施例，包括辐射系统42、照明系统IL、图案化装置室PD和投影系统PS。如图2所示的辐射系统42是使用激光产生的等离子体作为辐射源的类型。EUV辐射可以由例如氙气(Xe)、锂(Li)或锡(Sn)产生的非常热的等离子体产生。在实施例中，使用Sn来产生等离子体，以便发射EUV范围内的辐射。
辐射系统42在图1的设备中实施源SO的功能。辐射系统42包括源室47，在该实施例中，不仅基本上包括EUV辐射源，而且还包括收集器50，在图2的示例中，收集器50是垂直入射收集器，例如多层反射镜。
作为LPP辐射源的一部分，激光器系统61被构造和布置为提供激光束63，激光束63由光束传递系统65通过设置在收集器50中的孔67传递。此外，辐射系统包括由目标材料供应器71供应的目标材料69，诸如Sn或Xe。在该实施例中，光束传递系统65被布置为建立基本上聚焦在期望的等离子体形成位置73上的光束路径。
在操作中，目标材料69，其也可以称为燃料，由目标材料供应器71以液滴的形式供应。捕获器72设置在源室47的相对侧，以捕获无论出于何种原因没有变成等离子体的燃料。当目标材料69的这种液滴到达等离子体形成位置73时，激光束63照明在液滴上，并且在源室47内部形成发射EUV辐射的等离子体。在脉冲激光的情况下，这涉及对激光辐射的脉冲进行定时以与液滴穿过位置73相一致。这就产生了电子温度为若干105K的高度电离的等离子体。在这些离子去激发和复合过程中产生的能量辐射包括从位置73的等离子体发射的想要的EUV。等离子体形成位置73和孔52分别位于收集器50的第一焦点和第二焦点处，并且EUV辐射由垂直入射的收集器反射镜50聚焦到中间焦点IF上。
如图2中由辐射束56所示，从源室47发出的辐射束经由反射器53、54穿过照明系统IL。反射器经由薄膜PE将光束56引导到位于图案化装置室PD中的支撑件(例如，掩模版平台或掩模平台)MT上的图案化装置(例如，掩模版或掩模)上。形成图案化光束57，其由投影系统PS经由反射元件58、59成像到由晶片平台或衬底平台WT承载的衬底上。衬底W通过静电夹CL保持在衬底平台WT上。衬底平台WT及其夹子CL容纳在晶片平台隔室WSC中。
投影系统PS具有安装在提供特定低压环境的容器(盒)中的投影光学器件。这被称为投影光学盒(POB)。POB和晶片平台隔室WSC是分开的环境。在曝光期间，由于从POB接收到的辐射，光致抗蚀剂可能会放气。这些气体不应到达投影光学器件，因为它们可能会污染反射镜的表面(POB包含EUV中的反射光学组件)。污染可能会干扰成像。因此，提供了动态气锁DGL(未示出)以减少这种污染。
照明系统IL和投影系统PS中一般可以存在比所示更多的元件。例如，可以存在一个、两个、三个、四个或甚至更多个反射元件，而不是图2中所示的两个元件58和59。
如本领域技术人员所知，可以定义参考轴X、Y和Z，用于测量和描述设备、其各种组件以及辐射束55、56、57的几何和性能。在设备的每个部件，可以定义X、Y和Z轴的局部参考系。在系统中的给定点，Z轴与光轴O的方向大致一致，并且当参考图像形成设备描述空间关系时，Z轴一般垂直于图案化装置(掩模)MA的平面，并且当描述参考衬底W的空间关系时，Z轴一般垂直于衬底W的平面。在源模块(设备)42中，X轴与燃料流方向(69，如下所述)大致一致，而Y轴与其正交，如图所示指向页面外。另一方面，在保持掩模版MA的支撑结构MT附近，局部X轴大体上横向于与局部Y轴对准的扫描方向。为方便起见，在图2的示意图区域中，X轴指向页面外，同样如所标记的。这些名称在本领域中是常规的，为方便起见将在此采用。原则上，可以选择任何参考系来描述设备及其行为。
除了想要的EUV辐射之外，等离子体还可以产生其他波长的辐射，例如在红外光、可见光、UV(紫外线)和DUV(深紫外光)范围内。还可以存在来自激光束63的IR(红外)辐射。在照明系统IL和投影系统PS中不想要非EUV波长，并且可以部署各种措施来阻挡非EUV辐射。如图2中示意性描绘的，可以在虚拟源点IF的上游施加光谱纯度滤光片SPF，针对IR、DUV和/或其他不想要的波长。在图2所示的具体实例中，描绘了两个光谱纯度滤光器，一个在源室47内，另一个在投影系统PS的输出端。
图3示出了在双平台光刻设备中将目标部分(例如，管芯)曝光到衬底W上的步骤。在光刻设备的操作使用中，两个衬底平台(也称为晶片平台)被配置为遵循晶片平台隔室(图2中的WSC)内的路线。衬底在预校准器中开始，并被传送到将衬底保持在夹子中的衬底平台。然后沿着由步骤200、202、204、210、212、214、216、218、210和220指示的路线运送衬底。
真空预校准器VPA是晶片手柄的一部分。预校准器是将衬底W’放入正确方向(在局部X-Y平面中)的机器人，使得衬底W’在步骤200被传送到衬底平台时具有正确的方向，并且准备好进行测量操作MEA。
在左侧虚线框内是在测量站MEA处执行的步骤，而右侧虚线框示出在曝光站EXP处执行的步骤。有时衬底平台WTA、WTB之一将在曝光站，而另一个在测量站，如上所述。在步骤200，通过未示出的机构从真空预校准器VPA装载新衬底W’。这两个衬底并行处理(一个在测量站，另一个在曝光站)，以便增加光刻设备的吞吐量。
首先参考新装载的衬底W’，其可以是先前未处理的衬底，其用新的光致抗蚀剂制备以用于设备中的首次曝光。然而，一般而言，所描述的光刻工艺将仅仅是一系列曝光和处理步骤中的一个步骤，使得衬底W’已经通过该设备和/或其它光刻设备数次，并且可能还有后续工艺要经历。特别是对于改善套刻性能的问题，任务是确保新图案被施加在已经经历了一个或多个图案化和处理周期的衬底上的准确的正确位置。这些处理步骤逐渐在衬底中引入必须测量和校正的失真，以获得令人满意的套刻性能。
如上所述，先前和/或随后的图案化步骤可以在其他光刻设备中执行，甚至可以在不同类型的光刻设备中执行。例如，装置制造工艺中对诸如分辨率和套刻的参数要求非常高的一些层可以使用比要求较低的其他层更先进的光刻工具来执行。因此，一些层可以在浸入式光刻工具中曝光，而另一些层则在‘干燥’工具或真空工具中曝光。一些层可以在以DUV波长工作的工具中曝光，而其他层则使用EUV波长辐射曝光。
在202，使用衬底标记P1(描绘为四个十字)等和图像传感器(未示出)的对准测量用于测量和记录衬底相对于衬底平台WTA/WTB的对准。此外，将使用对准传感器AS测量衬底W’上的若干对准标记。在一个实施例中，这些测量用于建立“晶片栅格”，其非常精确地映射标记在衬底上的分布，包括相对于标称矩形网格的任何失真。
在步骤204，还使用水平传感器LS测量晶片高度(Z)相对于X-Y位置的映射。传统上，高度图仅用于实现曝光图案的精确聚焦。首要地，高度图仅用于实现曝光图案的精确对焦。此外，它还可以用于其他用途。
当装载衬底W’时，接收配方数据206，该配方数据206定义了要执行的曝光，以及晶片的属性以及先前制造的和要在其上制造的图案。将在202、204进行的晶片位置、晶片栅格和高度图的测量添加到这些配方数据，从而可以将配方数据和测量数据208的完整集合传递到曝光站EXP。例如，对准数据的测量包括对准目标的X和Y位置，这些对准目标与作为光刻工艺的产物的产品图案以固定或名义上固定的关系形成。这些在曝光前采集的对准数据被用于生成对准模型，该模型具有使模型适配于数据的参数。这些参数和对准模型将在曝光操作期间用于校正在当前光刻步骤中施加的图案的位置。使用中的模型在测量位置之间内插位置偏差。传统的对准模型可以包括四个、五个或六个参数，这些参数一起定义了不同维度上的“理想”栅格的平移、旋转和缩放。已知高级模型使用更多参数。
在210，晶片W’和W被交换，使得被测量的衬底W’成为进入曝光站EXP的衬底W。在图1的示例设备中，通过交换设备内的衬底平台WTA和WTB来执行该交换，使得衬底W、W’保持准确地夹紧并定位在这些支撑件上，以保持衬底平台和衬底本身之间的相对对准。因此，一旦平台进行了交换，确定投影系统PS和衬底平台WTB(以前称为WTA)之间的相对位置就是在曝光步骤控制中利用衬底W(以前称为W’)的测量信息202、204所需的全部。在步骤212，使用掩模对准标记(未示出)执行掩模版对准。在步骤214、216、218中，在衬底W上的连续目标位置处施加扫描运动和辐射，以便完成多个图案的曝光。
通过在曝光步骤的执行中使用在测量站获得的对准数据和高度图，这些图案相对于期望的位置，特别是相对于先前铺设在同一衬底上的特征被精确对准。在步骤220，将现在标记为W”的曝光衬底从设备中卸载，以根据曝光图案最终进行蚀刻或其他工艺。
本领域技术人员将知道，上述描述是真实制造情况的一个示例中涉及的多个非常详细的步骤的简化概述。例如，使用相同或不同的标记，通常存在粗略和精细测量的不同阶段，而不是在单次通过中测量对准。粗略和/或精细对准测量步骤可以在高度测量之前或之后执行，或者交错执行。
以与处理衬底W类似的方式处理图案化装置(例如，掩模版或掩模)MA。例如，如US7839489和EP 1519233B1(两者通过引用并入本文)中所公开的，可以将掩模版MA从清洁且颗粒紧密的掩模版存储容器装载到光刻设备(例如，EUV系统)中。参考图1、2和3，一旦装载到系统中，掩模版MA就被安装到掩模版平台上，使得掩模版MA可以通过使用定位器PM和位置传感器PS1，相对于辐射束56的路径被精确定位。例如在步骤212，将在由系统控制器确定的时间点执行掩模版对准。一旦控制器提出请求，掩模版就会经由一个或多个掩模版标记相对于其支撑件MT自动对准。当掩模版的图案相对于期望位置精确对准时，系统将准备好进行光刻曝光。
即使掩模版在被放置到存储容器中并随后装载入光刻系统之通常尽可能多地或至少实际上被清洁，但是不完美的清洁工艺，例如可能留下化学残留物，以及不完美的环境条件，例如湿度，仍然导致外部分子(例如，水和有机分子)在处理、运输和/或存储期间被吸附到和/或盐沉积在掩模版的一个或两个表面上。例如，虽然EP1519233B1提出了几项预防措施，诸如中间真空和专用耦合结构，来降低存储空间的污染风险，但传送容器和存储容器之间不完美的耦合将不可避免地将外部环境中的颗粒、水和有机分子带入存储掩模版的存储容器中。与新的掩模版相比，如果要重复使用现有的掩模版而不再经过任何清洁工艺，情况会变得更糟。
一些设法进入该系统的分子和粒子将被化学吸附到掩模板的表面，并在某些活性部位周围自组装形成各种局部团簇。例如，经由将水分子部分解离成OH和H自由基，水分子被化学吸附到掩模板表面上。所产生的OH和H自由基被紧密束缚于表面的活性位置。这种化学吸附工艺的结果是，水分子可以在这样的表面上停留很长时间。这些自组装团簇还可以彼此组合以形成薄涂层，例如薄水涂层或碳氢化合物涂层。水团簇/涂层，与现有的盐沉积一起，可以进一步加强颗粒和掩模版表面之间的结合。因此，使用气体喷射的典型清洁方法对于去除这些颗粒是无效的。
根据其大小，掩模版表面的颗粒和盐沉积可能严重影响甚至阻塞一些现有的图案特征，从而导致衬底W上的较大的图案化错误(例如，套刻误差、诸如断线和/或不想要的接触的变形)或甚至错误的图案。此外，由于在EUV波长处的高吸水系数，在掩模版表面上形成的薄水涂层可能会衰减EUV束，并导致用于图案化衬底的辐射强度不足。附加地或备选地，如果薄水涂层不均匀，例如散射水团簇，则EUV光的横向光束轮廓可以通过入射EUV光的整个光斑区域上的非均匀衰减(由于非均匀水吸收)来改变或调制。EUV光束上的非均匀衰减可能进而改变投影系统PS中的EUV光的聚焦特性，并导致图案化的变化，例如临界尺寸(CD)变化。不一致的图案化会对EUV系统的成品率产生负面影响。
在一个或两个表面上具有薄层水分子的‘潮湿’掩模版对印刷晶片特征的CD有负面影响。研究表明，在使用同一掩模版执行一定数目的EUV曝光之后，吸附水分子逐渐从掩模版表面消失。这种吸附水分子的去除的结果是，当发生这种情况时，印刷晶片特征的CD倾向于漂移。这种CD漂移最终在掩模版完全除湿和所有吸附水分子被完全去除时稳定下来。例如，在典型的EUV光刻设备中，可能需要多达50次晶片曝光，直到所有吸附水分子从掩模版表面去除，使得CD漂移稳定并获得一致的图案化性能。对掩模版完全除湿所需的曝光次数可能取决于光刻设备中的应用和操作条件。
已经采用了若干方法来对光刻设备中的掩模版进行除湿。在一个这种方法中，可以提前将一块“潮湿”掩模版很好地装载到光刻设备中，以便确保掩模版在光刻曝光开始时将完全干燥。然而，这样的除湿工艺可能需要不切实际的时间来完成，例如几天。
在第二种方法中，不是在开始光刻曝光前几天装载‘潮湿’掩模版，而是在需要时将‘潮湿’掩模版装载到光刻设备中，并随后通过运行虚拟晶片批量来除湿。当这些虚拟晶片开始显示一致的CD，表示掩模版完全干燥时，则可以认为光刻设备已准备好运行生产晶片。备选地，在第三种方法中，创建专用曝光工艺，使得在被装载到光刻设备中之后，例如通过EUV辐射束(以连续方式或间歇方式)曝光一段时间，直到EUV光照明到的掩模版的特定部分干燥为止。然而，这种专用曝光工艺必须重复几次，例如25次或50次，以便确保掩模版的整个表面被除湿。因此，所有这些方法都有很高的吞吐量损失。装载和除湿新的掩模版所需的时间量仍然很大，并且可能占该掩模版的总使用时间的很大百分比。因此，系统吞吐量大大降低。在某些情况下，EUV光刻设备的吞吐量可以减少多达20％。
专利公布JP2004170802(A)公开了另一方法，其中在光刻设备外部使用包括加热器或IR灯的专用干燥设备。从存储容器中取出掩模版之后，首先将其传送到干燥设备中，在那里对其进行除湿。随后，将干燥的掩模版传送到光刻设备中进行曝光。由于该方法的除湿机制是基于加热的，因此需要相当长的时间经由被动冷却(即，与环境温度达到热平衡)来使“热”掩模版热沉降下来，以便防止热引起的套刻误差。
本文公开了一种表面处理设备，其提供了解决上述问题的有效方式。该设备被配置为用于衬底的表面处理，诸如图案化装置/掩模版(用于图案化光束以曝光晶片上的图案)或其上曝光图案的晶片，并且包括用于保持一个或多个衬底的一个或多个支撑结构，以及被配置为发射UV辐射的至少一个紫外(UV)光源。表面处理设备可以包含在至少部分封闭的壳体、盒子或任何类型的容器中。例如，至少部分封闭在容器中的表面处理设备，可以包括用于光刻设备的模块单元，使得表面处理设备在光刻设备的真空环境内操作，但可以在非真空环境中(例如，在光刻设备外部)组装和/或维修。备选地，表面处理设备可以完全集成在光刻设备的图案化装置系统PD内。现在将在处理图案化装置或掩模版的上下文中描述以下实施例，但是同样适用于晶片的处理。
与依赖加热和/或蒸发的常规除湿机制相比，所提出的表面处理设备可以使用从UV光源发射的高能UV光子，例如在10-200nm(更具体地，10-170nm)的真空UV(VUV)波长范围内。高能UV光子可以有效地破坏吸附水(H2O)分子的O-H键，并将这种H2O分子光解离为OH和H自由基。与光解离工艺并行地，高能UV光子还可以破坏OH和H自由基与表面活性部位之间形成的强结合。这允许OH和H自由基团从掩模版表面释放，随后被周围气流(例如，干氮(N2)气体或干氢(H2)气体)带走。因此，使用UV辐射通过“冷”和更可控的方式去除吸附水分子来除湿掩模版的表面。
此外，使用UV辐射还允许同时去除某些表面污染物，使得处理后的掩模版表面既干燥又清洁。通过例如盐沉积或毛细管力而被束缚于掩模版表面的诸如小颗粒(例如，具有10nm到10μm范围的尺寸)的表面污染物很难通过常规方法(例如，使用气体喷射吹走松散束缚于掩模版表面的落下颗粒)来去除。这一困难可以通过将表面暴露于UV辐射来克服，UV辐射可以1)解离潜在的盐沉积和水分子和/或2)破坏颗粒和这种盐沉积和水分子之间形成的增强结合。然后，通过这种盐沉积和/或水分子而被束缚的颗粒可以从掩模版表面释放，随后被周围的气流带走。因此，与“热”除湿方法相比，这种方法提供了一种“冷”的、因此速度更快的除湿掩模版表面的方法，另外还提供了同时表面清洁的额外效果。
通过向该系统中引入特定的背景气体，例如氧(O2)和/或氢(H2)分子，可以进一步扩展系统的表面清洁能力。这样的背景气体，结合适当的UV光子能量(相对于气体分子的化学键能)，可以被用来光解离这种气体分子。例如，用于解离O2分子所需的光子能量与H2O分子相似，对应的UV波长短于170nm。而光解离H2分子将需要较高的光子能量(对应于短于100nm的UV波长)。在光解离工艺之后，会产生高活性的自由基，例如H和O；这些自由基会与某些表面污染物反应，帮助它们从处理后的表面去除。
例如，O2气体可以用作背景气体，并且UV源可以发射(至少)第一UV波长和第二UV波长的辐射。在这样的示例中，O2分子将在第一UV波长的UV辐射下解离为O自由基。一些O自由基会与O2分子组合，并形成臭氧(O3)分子，其将起到强氧化剂的作用。此外，其中一些O3分子会在第二UV波长的UV辐射下进一步解离为O自由基。所生成的高活性O自由基和O3分子然后将氧化含碳的有机物质，例如碳氢团簇或涂层，并将它们转化为气体分子(例如，CO或CO2)，然后经由气体循环将其从系统中去除。例如，新鲜的背景气体可以从气体入口进入系统，并且在系统循环之后，携带所释放的表面物质的背景气体可以经由气体出口离开系统。表面处理设备的压力可以从初始真空条件返回到光刻设备的环境压力。以类似的方式，H2气体也可以用作背景气体，当暴露在适合的UV波长(例如，<100nm)的UV辐射下时，该背景气体将被解离为H自由基。H自由基可以与有机物质和/或颗粒反应，或与诸如金属颗粒的含金属物质反应，从而将它们从表面去除。
图4示出了根据第一实施例的用于图案化装置(例如，掩模版)的表面处理设备400。表面处理设备部分封闭在形成光刻设备中的可拆卸模块单元的壳体或室470中。这种可拆卸模块单元可以位于如图2所示的光刻设备的照明系统IL、投影系统PS或图案化装置系统PD内部，并且与这些子系统中的一个或全部共享真空环境。表面处理设备可以被配置为使得当当前图案化装置用于曝光并且例如光刻设备的控制器做出对下一个图案化装置的请求时，该下一个掩模版将是已经由表面处理设备400处理的处理后的图案化装置。然后，该处理后的图案化装置将从表面处理设备传送到图案化装置系统PD中的期望曝光位置。参考图2，执行表面处理和随后的掩模版传送的步骤应在掩模版对准步骤212开始之前完成。
支撑结构可以以各种不同的设计实现，并且可以以各种不同的方式保持图案化装置。在第一实施例中，支撑结构420从底部升高到一定的高度，该支撑结构420包括连接到室470的壁的两个支撑臂。支撑结构420的两个臂保持掩模版410的后表面410b的外围区域的一部分。以此方式，掩模版410的前(顶)410a和后(底)410b表面都是可接近的。注意，支撑结构420的位置不受限制。在另一实施例中，支撑结构420可以位于任何其他适合的位置，例如在室的底部，使得只有掩模版410的顶表面410a是可接近的。备选地，在另一实施例中，支撑结构420位于室的顶部，并且掩模版410保持倒置，使得掩模版410的前表面410a的外围区域的至少一部分与支撑结构420接触。如图4所示，支撑结构420被配置为使得支撑结构420仅保持单个图案化装置。然而，对于一个室中可以放置多少个支撑结构以及单个支撑结构可以保持多少个图案化装置没有限制。例如，在其他实施例中，提供支撑多个图案化装置的单个支撑结构，或者提供多个支撑结构，其中每个支撑结构被配置为仅支撑单个图案化装置，或者多个支撑结构中的一个或多个可以各自支撑多个图案化装置。
UV光源可以包括非相干光源(例如，气体放电UV灯)或相干光源(例如，UV激光器)。从UV光源发射的UV辐射应覆盖真空UV(VUV)波长区域(即10-200nm)的至少一部分。在一些实施例中，UV辐射应覆盖短于170nm和/或100nm的UV波长范围的至少一部分。一个或多个UV光源可以位于室内部的任何适合位置。例如，在图4所示的示例中，第一UV光源440a和第二UV光源440b分别设置在室470的顶部和底部，使得可以同时除湿和清洁掩模版410的前表面和后表面410a、410b。UV光源440a、440b被配置为发射发散UV光450a、450b，其能够在待处理的掩模版表面所在的平面处覆盖掩模版410的整个有用表面积(例如，除了外围处理区域460之外的所有区域)。
可以设置一个或多个输送气体入口或喷嘴以提供气流以去除颗粒。在图4所示的示例中，位于掩模版表面附近的四个输送气体供应喷嘴430a-430d产生气流，用于带走从掩模版表面410a、410b释放的任何物质(例如，颗粒、OH和H自由基)。这里，为掩模版410的每个表面410a、410b分配两个喷嘴。由沿相反方向传播的两个相应喷嘴产生的两个气流在每个掩模版表面的中心相遇，在那里它们碰撞并从表面流向一个或多个出口480a、480b、480c、480d。输送气体供应喷嘴和/或出口的数目、位置和/或布置不限于四个，并将视应用情况而定。当表面处理工艺完成并且提出了对掩模传送的请求时，干燥且清洁的掩模版410将从表面处理设备传送(例如，通过输送装置)到掩模版隔室(例如，图像形成设备室PD)中。
此外，可以可选地将反应性背景气体引入照明系统IL、图案化装置系统PD、投影系统PS和表面处理设备之间共享的真空环境中，特别是在室470内。该背景气体供应可以与气体喷嘴430a-430d提供的输送气体供应(用于将污染物输送出室)相同或不同。例如，可以通过气体喷嘴430a-430d或通过单独的气体喷嘴490将背景气体(例如，干燥的O2气体或干燥的H2气体)引入到室470中。循环之后，携带掩模版表面的释放物质的背景气体最终将经由气体出口480a-480d离开室。注意，气体喷嘴和气体出口的数目、位置和/或布置可以与本文所示和所描述的不同，并且对于不同的应用是不同的。背景气体的提供可以通过去除许多附加污染物(例如，含碳和/或含金属的颗粒)来提高清洁能力，该污染物单独使用UV辐射不能去除。在UV表面处理之后，应恢复系统的真空环境，以使处理后的掩模版暴露出来。
由于UV表面处理是‘冷’工艺，因此成功地避免了‘热’表面除湿方法所需的长且不受控制的热沉降时间，因此显著提高了UV表面处理的速度。例如，UV表面处理可以在几十秒内完成，而不是等待几个小时，等待‘热’的处理后掩模版完全沉降下来。因此，在被传送到掩模版隔室中用于曝光之后，处理后的掩模版可以立即用于曝光(例如，一旦掩模版对准步骤212完成)。例如，UV表面处理所需的时间量可以小于10s、20s、30s、40s或50s。根据表面处理设备在光刻设备内的位置和输送装置的类型，与从外部存储容器装载掩模所需的时间量相比，将掩模版内部地传送到掩模版平台(用于曝光)所需的时间量可以相似或更短。在光刻设备的真空环境内装载干燥和清洁的掩模版可以防止这种掩模版在从光刻设备外部的位置装载时被再加湿和/或再污染。UV表面处理的开始时间可以由光刻设备的控制器控制和调度。例如，当当前掩模版被曝光时，下一个掩模版可以被调度为同时开始表面处理工艺，使得该下一个掩模版已经完成处理并且在当前掩模版的使用结束时可用。
图5示出了根据另一实施例的表面处理系统500。该配置特别适用于通常使用反射掩模版的EUV光刻。与图4中所示的实施例相比，两个支撑结构520a、520b未相对于室570的底部升高一定高度，而是直接固定到室570的底部。掩模版510的后表面510b的至少一部分外围区域与支撑结构520a、520b接触，使得掩模版被稳定地保持。单个UV光源540用于仅用UV光550照明掩模版510的前表面510a。提供气体供应喷嘴530a、530b以产生气流，用于例如经由出口580a、580b将从表面去除的污染物和分子移出室570。这些气体供应喷嘴可以另外提供反应性背景气体，或者一个或多个附加喷嘴590可以提供这种背景气体。
注意，实际布置可能与特定示例中所示的布置不同。例如，可能优选的是，对颗粒污染最敏感的表面应指向下而不是向上(因为重力)，因此掩模版510可以与所示的表面相反(前表面510a面向下)，UV光源540从下方照射该表面。此外，还应记住，掩模版的夹持后表面应保持清洁和干燥。
表面处理设备未包括在可拆卸模块单元内，而是可以完全集成到保持要曝光的图案化装置的图案化装置系统PD中的现有环境中。图6示出了根据另一实施例的表面处理设备的集成版本。在这种情况下，图案化装置系统PD的支撑结构620(对应于图2的支撑结构MT)充当表面处理设备的支撑结构620。图案化装置系统PD中的现有气流用于去除UV表面处理期间释放的表面物质。
如图6所示，反射掩模版610由支撑结构620保持，其前表面朝向投影EUV束。UV光源640(与EUV源分开)位于距掩模版的反射前表面一定距离处，并且位于入射56和反射的57EUV束之间。UV光源640向掩模版610的顶表面发射发散UV光束650。发散UV光束650的光斑大小足以覆盖掩模版表面积。位于掩模版表面两个边缘的两个气体供应喷嘴(未示出)用于产生两个气流，这两个气流在掩模版表面的中心碰撞并从该表面(向下)移动。根据不同的应用，气体供应喷嘴可能有许多其他不同的布置。例如，根据另一实施例，图案化装置可以在不同的光刻设备中以不同的方式保持，因此可能期望将不同数目的喷嘴放置在不同的位置。
在将掩模版610装载到图案化装置系统PD中并安装到支撑结构620上之后，系统控制器将使UV光源能够执行表面处理，包括除湿和清洁。释放物质，例如颗粒、气态分子、OH和H自由基，将被周围气流带走，并最终从系统去除。与图4和图5的实施例(其中表面处理在单独的隔室或模块单元中执行)相比，本实施例中的原位UV表面处理通过消除对输送装置的需要进一步简化系统设计。从开始UV表面处理到装载并准备好进行曝光的整个处理时间可以类似于前两个实施例中的处理时间。
上述实施例和示例描述了用于处理图案化装置/掩模版的实施例。应注意的是，所讨论的许多问题也可能影响其他衬底，特别是正在图案化的衬底(晶片)。因此，本文描述的方法和装置应被理解为包括用于例如在图案化之前处理这种晶片的等同方法和装置。
虽然在本文中可以具体参考光刻设备在IC制造中的使用，但是应理解，本文描述的光刻设备可以具有其他应用。其他可能的应用包括制造集成光学系统、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。
虽然上面已经描述了本发明的具体实施例，但是可以理解，本发明可以不同于所描述的方式来实施。以上描述旨在说明，而不是限制。因此，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以如所描述的那样对本发明进行修改。

Claims (40)

1.一种用于对衬底进行除湿的表面处理设备，包括：
一个或多个支撑结构，用于支撑一个或多个衬底；
一个或多个紫外照明源，被配置为发射紫外照明，并且可操作地处理所述一个或多个衬底的所述至少一个表面，同时所述一个或多个衬底由所述一个或多个支撑结构支撑；
其中所述一个或多个紫外照明源与曝光源不同，并且不可操作为发射用于曝光晶片上的图案的曝光照明。
2.根据权利要求1所述的表面处理设备，所述一个或多个紫外照明源被配置为发射第一UV波长和第二UV波长。
3.根据前述权利要求中任一项所述的表面处理设备，还包括多个紫外照明源，每个相应的紫外照明源被配置为向所述至少一个表面的相应部分发射紫外照明。
4.根据前述权利要求中任一项所述的表面处理设备，其中来自所述一个或多个紫外照明源的所述紫外照明，包括在10nm和200nm之间的范围内的一个或多个波长。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的表面处理设备，其中来自所述一个或多个紫外照明源的所述紫外照明，包括在10nm至170nm范围内的一个或多个波长。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的表面处理设备，其中来自所述一个或多个紫外照明源的所述紫外照明，包括在10nm至100nm范围内的一个或多个波长。
7.根据前述权利要求中任一项所述的表面处理设备，其中所述一个或多个支撑结构中的至少一个支撑结构可操作为支撑多个衬底。
8.根据前述权利要求中任一项所述的表面处理设备，还包括一个或多个输送气体供应源，所述一个或多个输送气体供应源被配置为产生一个或多个输送气流，用于在所述表面处理期间将从所述一个或多个衬底释放的颗粒输送出去。
9.根据权利要求8所述的表面处理设备，其中所述一个或多个气流包括氮(N2)气体或氢(H2)气体中的一个或多个。
10.根据前述权利要求中任一项所述的表面处理设备，包括一个或多个背景气体源，用于将反应性背景气体供应到所述表面处理设备中。
11.根据权利要求10所述的表面处理设备，其中所述反应性背景气体或由于所述紫外照明对所述背景气体的作用而产生的产物，可操作为帮助去除在所述一个或多个衬底的所述至少一个表面上的一个或多个污染物颗粒。
12.根据权利要求11所述的表面处理设备，其中所述背景气体包括氧或氢(H2)气体中的一个或多个。
13.根据权利要求2和11所述的表面处理设备，其中所述背景气体包括氧，并且所述第一UV波长被配置为将氧解离为O自由基。
14.根据前述权利要求中任一项所述的表面处理设备，其中所述衬底中的每个衬底包括图案化装置，用于在光刻工艺中对晶片进行图案化。
15.根据权利要求14所述的表面处理设备，其中所述图案化装置包括以下一个或多个：掩模版、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。
16.根据权利要求1至13中任一项所述的表面处理设备，其中所述衬底中的每个衬底包括晶片，用于在光刻工艺中曝光在所述晶片上的图案。
17.根据前述权利要求中任一项所述的表面处理设备，包括壳体，用于至少部分封闭至少所述一个或多个支撑结构和所述一个或多个紫外照明源。
18.根据权利要求17所述的表面处理设备，其中所述壳体包括模块化壳体，所述模块化壳体被配置为与光刻设备的一个或多个其他壳体对接，使得所述表面处理设备和所述一个或多个其他壳体共享共同真空或部分真空环境。
19.根据权利要求14、15或16所述的表面处理设备，其中所述表面处理设备被包括在光刻设备内的适当室内，所述适当室：
在所述衬底包括图案化装置的情况下，为图案化装置室，使得所述一个或多个支撑结构包括用于在曝光期间支撑所述图案化装置的图案化支撑件；或者
在所述衬底包括晶片的情况下，为晶片平台隔室，使得所述一个或多个支撑结构包括用于在曝光期间支撑所述晶片的晶片支撑件。
20.一种光刻设备，包括根据权利要求1至18中任一项所述的表面处理设备，所述表面处理设备用于在使用所述一个或多个衬底或在所述一个或多个衬底上执行曝光之前，处理所述一个或多个衬底的表面。
21.根据权利要求20所述的光刻设备，其中所述表面处理设备至少部分封闭在模块化单元中，并且所述模块化单元位于所述光刻设备内。
22.根据权利要求21所述的光刻设备，其中所述模块化单元与所述光刻设备可拆卸。
23.根据权利要求20、21或22所述的光刻设备，还包括输送装置，用以将处理后的衬底从所述模块化单元传送到期望位置，用于利用所述处理后的衬底执行光刻曝光。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的光刻设备，与使用第一衬底执行曝光至少部分同时地、在被调度用于后续曝光的第二衬底上使用所述表面处理设备来执行表面处理工艺。
25.根据权利要求20所述的光刻设备，包括图案化装置系统，其中所述表面处理设备被集成在所述图案化装置系统内，使得所述图案化装置系统和用于对衬底进行表面处理的所述设备共享同一支撑结构。
26.根据权利要求20所述的光刻设备，包括晶片平台隔室，其中所述表面处理设备集成在所述晶片平台隔室内，使得所述晶片平台隔室和用于对衬底进行表面处理的所述设备共享同一支撑结构。
27.根据权利要求20至26中任一项所述的光刻设备，包括EUV或DUV光刻系统。
28.一种用于对在光刻工艺中使用的一个或多个衬底的至少一个表面进行处理的方法，所述处理至少包括对所述至少一个表面进行除湿，所述方法包括：
利用紫外照明照射所述至少一个表面，其中所述紫外照明不同于用于曝光晶片上的图案的曝光照明。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述紫外照明包括在10nm和200nm之间的范围内的一个或多个波长。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述紫外照明包括在10nm和170nm之间的范围内的一个或多个波长。
31.根据权利要求28所述的方法，其中所述紫外照明包括在10nm和100nm之间的范围内的一个或多个波长。
32.根据权利要求28至31中任一项所述的方法，包括生成一个或多个输送气流，用于将在所述表面处理期间从所述一个或多个衬底释放的颗粒输送出去。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述一个或多个气流包括氮(N2)气体或氢(H2)气体中的一个或多个。
34.根据权利要求28至33中任一项所述的方法，包括在所述处理期间供应反应性背景气体，使得所述反应性背景气体或由于所述紫外照明对所述背景气体的作用而产生的产物，帮助去除所述至少一个表面上的一个或多个污染物颗粒。
35.根据权利要求31所述的方法，其中所述背景气体包括氧或氢气体中的一个或多个。
36.根据权利要求28至35中任一项所述的方法，包括将每个处理后的衬底输送到衬底室内的衬底支撑件。
37.根据权利要求28至36中任一项所述的方法，包括使用所述处理后的衬底或在所述处理后的衬底上执行光刻曝光以曝光图案。
38.根据权利要求28至37中任一项所述的方法，其中使用所述处理后的衬底或在所述处理后的衬底上执行光刻曝光，与后续衬底的处理至少部分同时地执行。
39.根据权利要求28至38中任一项所述的方法，其中所述衬底中的每个衬底包括图案化装置，用于在光刻工艺中对晶片进行图案化。
40.根据权利要求28至38中任一项所述的方法，其中所述衬底中的每个衬底包括晶片，用于在光刻工艺中曝光所述晶片上的图案。
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