CN1441317A - 光刻装置和器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明通过向包封着组件的第一隔室10的内部提供第一净化气流11，12，和向隔室10的外表面提供第二净化气流16，17，提供一种阻止污染物侵入到组件中的装置。

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投射装置，包括：
用于提供辐射投射光束的辐射系统；
用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据理想的图案对投射光束进行构图；
用于保持基底的基底台；
用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统；
内装有对污染物敏感的元件的第一隔室；以及
用第一吹扫用气体清除第一隔室内部的第一供气部件。
背景技术
这里使用的术语“构图部件”应广意地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的部件，其中所述图案与要在基底的靶部上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在靶部中形成的器件的特殊功能层相应，如集成电路或者其它器件(如下文)。这种构图部件的示例包括：
■掩模。掩模的概念在光刻中是公知的。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。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性的被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射光束中的理想位置，并且如果需要该台会相对光束移动。
■程控反射镜阵列。这种设备的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的理论基础是(例如)反射表面的寻址区域将入射光反射为衍射光，而非可寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中过滤所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而产生图案。程控反射镜阵列的另一实施例利用微小反射镜的矩阵排列，通过使用适当的局部电场，或者通过使用压电致动器装置，使得每个反射镜能够独立地关于一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，由此已定址的反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到无地址的反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的定址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵寻址。在上述两种情况中，构图部件可包括一个或者多个程控反射镜阵列。反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891、美国专利US5,523,193、PCT专利申请WO98/38597和WO 98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在程控反射镜阵列的情况中，所述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。
■程控LCD阵列，例如由美国专利US5,229,872给出的这种结构，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下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。
为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩模和掩模台为例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图部件。
光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可产生对应于IC每一层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅片)的靶部上(例如包括一个或者多个电路小片(die))。一般的，单一的晶片将包含相邻靶部的整个网格，该相邻靶部由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻投影装置是，通过一次曝光靶部上的全部掩模图案而辐射每一靶部；这种装置通常称作晶片分档器。另一种装置(通常称作分步扫描装置)通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底台来辐射每一靶部；因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。如这里描述的关于光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6,046,729中获得，该文献这里作为参考引入。
在用光刻投影装置的制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底可进行各种处理，如涂底漆，涂敷抗蚀剂和软烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如曝光后烘烤(PEB)，显影，硬烘烤和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单层形成图案。这种图案层然后可进行任何不同的处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学—机械抛光等完成一单层所需的所有处理。如果需要多层，那么对每一新层重复全部步骤或者其变化。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切割或者锯断的技术将这些器件彼此分开，单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些步骤的进一步信息可从例如Peter van Zant的 “微 型集成电路片制造：半导体加工实践入门(Microchip Fabrication：A Practical Guideto Semiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill PublishingCo.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。
为了简单起见，投影系统在下文称为“镜头”；可是，该术语应广意地解释为包含各种类型的投影系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统。辐射系统还可以包括根据这些设计类型中任一设计的操作部件，该操作部件用于操纵、整形或者控制辐射的投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。另外，光刻装置可以具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多级式”器件中，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。例如在美国专利US5,969,441和WO98/40791中描述的二级光刻装置，这里作为参考引入。
上述装置的主要光学元件，例如投影镜头必须保持不被例如氧气、湿气和烃污染。污染源包括装置、装置内类似致动器的部件、抗蚀剂、辐射源和掩模的周围环境。这些污染物会吸收辐射，导致不可接受的光束强度损耗和/或局部改变。因此需要保证外部污染物对含有对污染物敏感部件的多个分割室的侵入被减至最小的，而且需要保证在靠近这些分割室或者在这些分割室内产生的污染物对这些对污染物敏感部件的穿透也要被减至最小的。
发明内容
本发明的一个目的是降低到达光学组件的外部污染物的量，并除去内部产生的污染物。
依据本发明，本文开始段落中描述的光刻装置可以实现该目的和其它目的，其特征在于所述装置进一步包括：
用于向限定隔室的包壳外表面提供第二净化气流的第二供气部件。
这种装置的优点在于：净化隔室外表面的操作可以除去隔室周围产生的大部分污染物，并且降低外部污染物向位于隔室内部的组件的入侵。向隔室内部任何渗透的将主要是干净的净化气体。用第二气流净化隔室的外表面保证了隔室内部的污染程度甚至低于紧邻隔室的区域，从而使污染程度非常的低。
在本发明的一优选实施方案中，在第一隔室的周围提供了第二隔室，且第二气体净化部件对第一和第二隔室之间的位置进行净化。第二隔室的外壳对外部污染物的入侵提供了一附加的屏障，进一步降低了第一隔室内的污染物量。此外，通过提供一需要净化的限定区域，所需的净化气体的量大大降低，而且阻止了净化气体与第二隔室外部的其它组件互相干扰。
优选被第二气流覆盖的开口设置在第二隔室的外壳中，并且一个连杆穿过该开口。其优点在于它允许机械连接，并且允许向第一隔室设置其它辅助设备和控制器，而基本上不会增加隔室的污染物量。
优选地，第二隔室可具有位于第二隔室外部、围绕着开口并伸到装置第二部分中的对接护罩。由于其增加了污染物穿过开口所必须扩散的距离，由此降低了第二隔室内的污染物量。因此第一隔室内的污染物量也下降。
在本发明进一步的优选方面，在安装在第二隔室上的对接护罩和穿过开口的连杆之间设置了一封口。这是有利的，因为它进一步降低了污染物从装置第二部分向第二隔室内部的入侵。
依据本发明的第二实施方案，第一隔室的外表面由净化气体屏幕，或者由指向隔室外表面的多个净化气体射流所净化。这就避免了对第二隔室的需求。
依据本发明的另一方面，第一隔室包含在净化第一隔室内部之后排出第一净化气体用的一个出口，所述出口向限定第一隔室的包壳的外表面产生一附加的净化气流。该出口可以与气体混合部件相连或不相连，该气体混合部件用于将从第一隔室排出的第一净化气体和第二净化气体进行混合，并用于向限定第一隔室的包壳的外表面提供该混合气体。通过重复使用第一净化气体，所需的净化气体的量进一步下降。
依据本发明的又一方面，还提供一种器件制造方法，包括以下步骤：
提供一至少部分覆盖一层辐射敏感材料的基底；
利用辐射系统提供辐射投射光束；
利用构图部件来使投射光束的横截面具有图案；
在具有该层辐射敏感材料的靶部上投射带图案的辐射光束；
提供一净化隔室内部的第一净化气流，该隔室含制造器件用装置的污染敏感组件；
其特征在于，向限定所述隔室的包壳的外表面提供一第二净化气流，以净化所述表面。
在本申请中，本发明的装置具体用于制造IC，但是应该明确理解这些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、液晶显示板、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，在说明书中任何术语“划线板”，“晶片”或者“电路小片(die)”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩模”，“基底”和“靶部”代替。
在本文件中，使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和EUV(远紫外辐射，例如具有5-20nm的波长范围)，和粒子束，如离子束或者电子束。
附图说明
现在仅通过举例的方式，参照附图描述本发明的实施方案，其中：
图1表示依据本发明一实施方案的光刻投射装置；
图2表示依据本发明的一个隔室，其中减小了外部污染物的侵入，并且除去了内部污染物；
图3表示依据本发明的一个隔室，其带有与第二隔室外部的一个组件相连的连杆，该第二隔室包围着所述的第一隔室，且在第一隔室中减小了外部污染物的侵入，并且除去了内部污染物；
图4表示图3组件的一种变型；
图5表示图3组件的另一种变型；
图6表示依据本发明的一种替代的隔室，其中减小了外部污染物的侵入，并且除去了内部污染物；
在图中相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施方式实施例1
图1示意性地表示了本发明一具体实施方案的一光刻投影装置。该装置包括：
辐射系统Ex，IL，用于提供辐射投射光束PB(例如UV辐射)，在这种具体例子中，该辐射系统还包括一辐射源LA；
第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如划线板)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置PL连接；
第二目标台(基底台)WT，设有用于保持基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置连接；
投射系统(“镜头”)PL(例如折射或反折射系统或一反射镜组)，用于将掩模MA的辐射部分成像在基底W的靶部C(例如包括一个或多个电路小片(die))上。
如这里指出的，该装置属于透射型(例如具有透射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如反射型(例如具有反射掩模)。另外，该装置可以利用其它种类的构图部件，如上述涉及的程控反射镜阵列型。
辐射源LA(例如准分子激光器)产生辐射光束。该光束直接或横穿如扩束器Ex的调节装置后，再照射到照射系统(照射器)IL上。照射器IL包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它组件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面具有理想的均匀度和强度分布。
应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投射装置的壳体中(例如当辐射源LA是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投射装置，其产生的辐射光束被(例如通过合适的定向反射镜的帮助)引导至该装置中；当光源LA是准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求包含这两种方案。
光束PB然后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。横向穿过掩模MA后，光束PB通过镜头PL，该镜头将光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位装置(和干射测量装置IF)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB的光路中定位不同的靶部C。类似的，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将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，用图1中未明确显示的长冲程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。可是，在晶片分档器中(与分步扫描装置相对)，掩模台MT可与短冲程致动装置连接，或者固定。
所示的装置可以按照二种不同模式使用：
1.在步进模式中，掩模台MT基本保持不动，整个掩模图像被一次投射(即单“闪”)到靶部C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的靶部C能够由光束PB照射。
2.在扫描模式中，基本为相同的情况，但是所给的靶部C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向，例如y方向”)以速度v移动，以使投射光束PB扫描整个掩模图像；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相当大的靶部C，而没有牺牲分辨率。
图2表示装置的一个隔室10，其含有对污染物敏感的组件。这种组件可以是例如投射系统，照明系统或者投射系统或者照明系统内的一个组件(例如光学元件)。在该实施方案中，第一隔室10位于第二隔室9中，第二隔室9由隔板15限定。限定第一隔室10的包壳14和第二隔室9的隔板15之间的空间限定了该装置在在第一隔室外的第一部分6。隔板15将装置的第一部分6和装置的第二部分5隔开。依据将与污染物要屏蔽的组件，第一和第二部分6，5可以例如均置于投射系统中，或者例如第一隔室为投射系统或者为一些其它的组件。类似地，任一隔室可以为安放投射系统的投射光盒(POB)。
第一隔室10的内部由通过入口11提供的气流净化，该气流由出口12排出。与此分离地，第一隔室10的外表面由通过入口16提供的气流净化，该气流由出口17排出。隔板15以及通过装置第一部分6的气流的组合，保证了装置第一部分6(即第二隔室的内部)中的污染物量大大低于装置5第二部分中的污染物量。装置第一部分6外部的污染物(例如来自装置的外部环境以及来自装置第二部分5中组件的污染物)受到限制，不能通过隔板15。而渗漏过隔板15的污染物以及产生于装置第一部分6中的污染物被净化气体通过开口17吹出。但是，在光学组件中所需的最大污染物量可能低于在装置第一部分6中可获得的量。因此该组件包含在限定第一隔室10的包壳14的内部。该包壳阻止了或大大降低污染物从装置第一部分6向隔室10的内部，以及由此向光学组件入侵。此外任何渗漏过包壳14的污染物以及产生于第一隔室10内部的污染物被净化气体通过开口12吹出。
用于吹净第一隔室10和第二隔室9的净化气体优选对所用辐射是透明的。可用的合适气体的实例选自N2，He，Ar，Kr，Ne，Xe或者这些气体中两种或更多种的混合物。在本发明的一示例性实施方案中，第一隔室10的内部用He气净化，第一隔室10的外部，即装置的第一部分6用N2气净化。在任一情况下，用于净化的气体中的氧气和水蒸气的含量应当最小化，且优选基本上为0。水蒸气含量的合适限度为小于0.5ppm，氧气含量的合适限度为小于1ppm。
用于净化第一隔室内部的净化气体中的污染物比例(气体中的污染物的比例)应当低于用于净化第一隔室外部的净化气体中的污染物比例。但是净化气体中所需的污染物比例越低，其制造成本越高。因此理想的是尽可能少地使用最干净的净化气体，即适于净化第一隔室内部的净化气体。因此优选用于净化第一隔室10内部和外部的多个净化气体供给源是分开的。但是在某些情况下，可能优选使装置的复杂性最小化。在这种情况下，用于净化第一隔室10内部和外部的净化气体供给源可以组合在一起。在任一情况下，两种净化气体的污染物比例应当低于围绕第二隔室的周围环境的空气中的污染物比例。
由于对净化第一隔室10外部的要求不象对净化内部的要求那么严格，可以想到在净化所述隔室外部时重新使用从出口12排出的第一净化气体。为此目的，出口12可以与气体混合部件(未示出)相连，该气体混合部件用于将从第一隔室10排出的第一净化气体和第二净化气体进行，并将该气体混合物供给第一隔室10的外部，或者将所述第一净化气体直接提供给第一隔室10的外部。
第一隔室10一般需要一处于其本身和位于装置第二部分中的一部分装置之间的连杆。图3显示了提供这种连杆的一种方式，同时使得污染物对装置第一部分6的侵入最小化。第一隔室10位于装置的第一部分6中，并由隔板22将其与装置的第二部分5分隔开。如上所述，第一隔室10和装置的第一部分6均由一股气流净化干净。
隔室22具有一开口23，一连杆21穿过该开口，将第一隔室10与装置第二部分5中的一装置组件(未示出)相连。该连杆可提供一机械连接，例如提供一部件，其利用位于装置第二部分5中的致动器对第一隔室10进行定位，还可提供一实用连接，例如向第一隔室10提供电能或者净化气体，或者提供一控制连接。
优选地，如图3所示，隔板22具有一围绕着开口23并延伸至装置第二部分5中的对接护罩24。该对接护罩24增加了任何污染物从装置第二部分5穿过至装置第一部分6所必须扩散的距离，由此降低了第一隔室内的污染物量。该护罩可以基本上为圆柱形的。
图4显示了与图3相关的上述装置的一种变型。位于装置第一部分6中的第一隔室10通过连杆31与装置第二部分5相连，其中连杆31穿过隔板32中的开口33，而隔板32将装置的第一和第二部分隔开。在该情形下，在连杆31和对接护罩34之间设置封口35。该封口进一步降低了污染物从装置第二部分5对装置第一部分6中的泄漏。重要的是封口35是由具有低硬度的、例如塞璐珞(Celrubber)橡胶的软橡胶或者具有类似硬度的橡胶制成的，以降低装置组件之间振动的传送。
除了降低污染物向装置第一部分6的入侵，使用封口还将减少净化气体从装置第一部分6外流到装置的第二部分。例如如果用于装置第一部分6的净化气体是氮气，这可能是重要的，因为氮气会干扰位于装置第二部分5中干涉仪的性能。
图5显示了与图3和4相关的上述装置的另一种变型。如果连杆垂直于隔板所必需的位移较大，则该装置尤其有用。位于装置第一部分6中的第一隔室10与位于装置第二部分5中的组件48相连。将装置的第一和第二部分分隔开的隔板42具有一开口43，且一连杆41穿过该开口。该开口43被净化气体屏幕所覆盖。该净化气体屏幕是从开口43一侧上的出口46提供，并通过该开口相对侧上出口47抽出。该净化气体屏幕大大减小了扩散穿过该开口的污染物。该气体屏幕可以是除了用于净化装置第一部分6的气体之外附加提供的，也可以作为净化装置第一部分6的一部分气体。
应当理解，上述类型的装置应在干净的室内环境中操作。这种净室不应当认为是如上所述的第二隔室，也不能将该室内的任何气流当作第二净化气体的供应源。这种净室中的空气含有氧气和水蒸气，因此不适于作为本申请中的净化气体。
实施例2
在另一实施例中，如图6所示，第一隔室10的外表面是用净化气体屏幕55(只示出了两个)净化的。在该情况下，不需要限定该装置被吹的部分的第二隔室。如前所述，第一隔室10的内部被净化。在本发明该实施例的一替代方案中，第一隔室的外表面是由导向到其外表面的多个净化气体射流净化的。
以上已描述本发明的具体实施例，可以理解本发明除上述之外，可以采用其他方式进行实施，本说明不作为本发明的限定。

Claims (14)

1.一种光刻投射装置，包括：
用于提供辐射投射光束的辐射系统；
用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据要求的图案对投射光束进行构图；
用于保持基底的基底台；
用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统；
内装有对污染物敏感的组件的第一隔室；以及
用第一净化气体净化第一隔室内部的第一供气部件；其特征在于所述装置进一步包括：
用于向限定第一隔室的包壳外表面提供第二净化气流的第二供气部件。
2.如权利要求1所述的光刻投射装置，其中第二净化气体的污染物比例比围绕着第一隔室的空气中的污染物比例低。
3.如权利要求1或2所述的光刻投射装置，其中所述第一隔室至少部分地围绕着投射系统。
4.如权利要求1，2或3所述的光刻投射装置，其进一步包括围绕着第一隔室的第二隔室，其中所述第二供气部件净化第一和第二隔室之间的空间。
5.如权利要求4所述的光刻投射装置，其进一步包括：
在所述第二隔室中的开口；以及
穿过该开口连杆；
其中所述连杆在第一隔室和位于第二隔室之外的组件之间提供连接。
6.如权利要求5所述的光刻投射装置，其中所述第二隔室进一步含有围绕着所述开口并从第二隔室向外延伸的对接护罩。
7.如权利要求6所述的光刻投射装置，其进一步包含位于连杆和对接护罩之间的封口。
8.如权利要求5，6或7所述的光刻投射装置，其中第二隔室包含位于所述开口其中一侧的气体出口和位于该开口相对侧的气体抽取器，由此用气屏幕覆盖该开口。
9.如前任一权利要求所述的光刻投射装置，其中所述第二供气部件提供经过第一隔室的至少一个表面的净化气体屏幕。
10.如前任一权利要求所述的光刻投射装置，其中所述第二供气部件提供靠近第一隔室的至少一个表面的多个净化气体出口。
11.如前任一权利要求所述的光刻投射装置，其中所述第一隔室包含排出在净化第一隔室内部之后的第一净化气体用的一个出口，所述出口向限定第一隔室的包壳的外表面产生一附加的净化气流。
12.如权利要求11所述的光刻投射装置，其中该出口与气体混合部件相连，该气体混合部件用于将从第一隔室排出的第一净化气体和第二净化气体进行混合，并用于向限定第一隔室的包壳的外表面提供混合气体。
13.如前任一权利要求所述的光刻投射装置，其中第一和第二供气部件所提供的气体选自N2，He，Ar，Kr，Ne，Xe或者这些气体中两种或更多种的混合物。
14.一种器件制造方法，包括以下步骤：
提供一至少部分覆盖一层辐射敏感材料的基底；
利用辐射系统提供辐射投射光束；
利用构图部件来使投射光束的横截面具有图案；
在具有该层辐射敏感材料的靶部上投射带图案的辐射光束；
提供一净化隔室内部的第一净化气流，该隔室包含器件制造装置的污染敏感组件；
其特征在于：
向限定所述隔室的包壳的外表面提供一第二净化气流，以净化所述表面。
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