CN1448789A

CN1448789A - 光刻装置和器件制造方法

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Publication number: CN1448789A
Application number: CN03124367A
Authority: CN
Inventors: R·J·M·德乔赫
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2003-10-15
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: JP3874735B2; CN1252538C; TW594430B; US20030180639A1; SG106667A1; KR100588114B1; KR20030080194A; US6992752B2; TW200305785A; JP2003282432A

Abstract

一种对装置中的可移动部件(MT，MA；WT，W)，以改善对部件上的偏离部件的质量中心的点(Cs)的位置和速度的控制。确定给该部件的质量中心提供该部件上的点需要的加速度所需要的作用力。该沿着给定方向的作用力按照与点在正交方向的速度和关于和这两个正交方向垂直的轴的角速度的乘积成比例的量进行矫正。

Description

光刻装置和器件制造方法

技术领域

本发明涉及一种器件制造方法，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；

利用图案化装置来使投射光束的横截面具有图案；

在该层辐射敏感材料的靶部上投射带图案的辐射光束。

背景技术

这里使用的术语“图案化装置”应广义地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的装置，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)。这种图案化装置的示例包括：

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图案化。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，图案化装置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WO98/33096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图案化装置。

光刻投射装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，图案化装置可产生对应于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图案化的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻投射装置是，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US6,046,792中获得，该文献这里作为参考引入。

在用光刻投射装置的制造方法中，(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 PracticalGuide to Semiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw HillPublishing Co.，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。

光刻装置中各种可移动部件的位置和移动必须是精确控制的。在许多情况下，可能需要对在6个自由度内的移动和控制(在三个正交方向的线性和在关于三个正交轴的旋转方向)。在步进扫描设备中，例如掩模台和基底台必须被分别在投射光束和投射系统之下沿着例如Y方向扫描。在每种情况下，必须精确的控制掩模台和基底台的位置和速度。例如，能够准确的防止掩模台在掩模平面(在基本垂直于投射光束的X-Y平面内)内的位置例如发生重叠误差是至关重要的。掩模台在Z方向(平行于投射光束)的位置的准确度对于确保正确的聚焦影像也是非常重要的。掩模台的任何旋转，无论是关于和投射光束平行的轴还是关于在掩模平面内的轴，都会产生成像误差。

为了对掩模台或基底进行所需的控制，设置一个致动器系统，它能够提供沿至少两个相互垂直的方向作用在直线上的受控线性力以及关于和两个线性力的方向相垂直的轴的扭力。优选的是该致动器系统能够提供在三个相互垂直的方向上的线性力以及关于和这些方向平行的轴的扭力。这些力线性地和旋转性地按照需要加速掩模图案或基底，因此，利用适当的控制器，可以在6个自由度内控制目标的位置和速度。致动器系统可以例如包括多个单独的致动器，它们与重力补偿器相结合以承受掩模台或基底台的重量。或者，致动器系统可以是平面电机(对于平面电机的解释，参见例如WO01/18944A1，该文献在此引入作为参考)，它提供了控制基底或掩模台的所需要的所有的力。

传统的控制系统只能从整体上控制基底台或掩模台的位置和速度。因此在部件上的一个点处的位置和速度可能不会向所需要的那样进行精确的控制。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种控制光刻装置内的可移动部件的方法，它补偿了该部件上的一个点的线性位置和速度分量的旋转调整效果。

这些目的和其他目的是根据本发明在如本文开始段中的器件制造方法而实现的，该方法还包括以下步骤：

在部件的一个点上沿第一和第二正交方向执行所需的线性加速度，以及关于和所述第一及第二方向垂直的轴的角加速度；

其中执行所需的线性加速度和角加速度的步骤包括以下步骤：

确定在所述部件的质量中心上执行所需的加速度所需要的定位力；

确定矫正力，该矫正力是沿着所述第二方向的，并具有与所述部件上的所述点沿着第一方向的速度以及所述部件关于和第一及第二方向垂直的所述轴的角速度成比例的幅度；以及

向部件的质量中心施加定位力和矫正力的合力。

通过沿着第二方向抵消作为整体的元件的所关注点上的沿着第一方向的线性移动以及关于和第一及第二方向垂直的轴的旋转移动的结合的效果，确定和施加矫正力改善了对部件内的区域的位置和速度的控制。当没有这种补偿时，在该部件旋转时，在部件上的点的线性位置和速度是变化的，减少了对部件的这些区域的位置和速度控制精度。如果例如部件上的点是在图案化装置或基底上的分别照射有投射光束或带图案的光束的区域，那么这就是非常不利的。因为本发明可以更好的控制部件内关注区域的位置精度，因此这是非常有益处的。

优选的是，沿着第二方向提供的力由两个另外的矫正力来改善。第一个是与所述部件关于和第一及第二方向垂直的轴的角加速度以及在部件的质量中心与部件上所述点之间沿着第一方向的距离的乘积成比例。第二个与所述部件在第一方向的角速度和该部件关于和第一及第二方向垂直的轴相对于预定位置的角位移的乘积成比例。

与仅仅从整体上控制部件的位置和速度(也就是控制部件的质量中心的位置和速度)相比，这些矫正力还改善了部件上的点的位置和速度的控制精度。

本发明可以用于控制保持图案化装置的掩模台和/或保持基底的基底台的位置和速度。由于在这两种情况中，投射光束(或带图案的光束)仅仅照射在图案化装置(或基底)的较小的靶部区域上，因此这是非常有用的。因此，在6个自由度内精确的控制靶部区域而不仅仅是从整体上控制图案化装置(或基底)的位置和速度是很重要的。

根据本发明的另一个方面，提供一种控制光刻投射设备的计算机程序，所述计算机程序包括：

编码装置，用于在部件上的点上执行沿着第一和第二正交方向的线性加速度以及关于和该第一及第二方向垂直的轴的角加速度；

其中所述执行所需线性加速度和角加速度的编码装置包括用于以下内容的编码装置：

控制致动器系统，以向部件的质量中心施加定位力和矫正力的合力。

根据本发明的再一个方面，提供一种光刻投射设备，包括：

用于提供辐射投射光束的辐射系统；

用于支撑图案化装置的支撑结构，所述图案化装置用于根据理想的图案对投射光束进行图案化；

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；

控制系统，用于确定在装置内的可移动部件的点上执行沿着第一和第二正交方向的所需线性加速度以及关于和第一及第二方向垂直的所述轴的的所需角加速度所需要的力；其中所述控制系统包括：

用于确定在所述部件的质量中心上执行所需的加速度所需要的定位力的装置；

用于确定矫正力的装置，该矫正力是沿着所述第二方向的，并具有与所述部件上的所述点沿着第一方向的速度以及所述部件关于和第一及第二方向垂直的所述轴的角速度成比例的幅度；以及

用于确定定位力和矫正力的合力的装置；

用于向所述部件的质量中心施加所述合力的致动器系统。

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表示本发明实施例的光刻投射装置；

图2表示被扫描同时用投射光束曝光的基底；

图3表示在基底台上的基底。

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射装置。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)，在该具体的情况下也包括辐射源LA；

第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如划线板)的第一目标(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)的第二目标(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；以及

投射系统(“镜头”)PL(例如折射镜头组)，用于将掩模MA的辐射部分照射在基底W的靶部C(包括一个或多个电路小片)上。

如上所述，该装置是透射型的(即具有透射掩模)。但是该装置通常也可以例如是反射型的(具有反射掩模)。或者该装置可以采用其他类型的图案化装置，例如上述程控反射镜阵列类型。

辐射源LA(例如准分子激光器)产生辐射束。该光束直接或经过如扩束器Ex的横向调节装置后，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部件，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(例如当源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然后与保持在掩膜台MT上的程控图案化装置MA相交。经过掩模MA之后的光束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(和干涉测量装置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)，掩膜台MT可仅与短冲程执行装置连接，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。

如上所述和如图2所示，当该装置用于扫描模式中时，投射光束聚焦在基底的一个点上：基底的靶部C的一个子部分，称之为靶区域Cs(相应的，投射光束只聚焦在掩模的靶部的靶区域Cm上)。这意味着随着基底被(沿着图2中所示的S方向)扫描，可以调整基底的位置和取向以考虑基底表面的缺陷。在以下的描述中为了方便起见，扫描方向称之为Y方向，与辐射光束平行的方向称之为Z方向，与图2的平面方向垂直(也就是与Y和Z方向都垂直)的方向称之为X方向。

图2所示的基底表面中的缺陷Ws被放大了，但是通常，将基底关于X轴旋转而使得基底的靶区域Cs的表面基本垂直于投射光束是理想的。调整基底在Z方向的位置而确保靶区域Cs基本在距离投射镜头PL的正确焦距处也是理想的。当将掩模相对于辐射源LA定位时，相应的考虑也同样适用。应当注意，基底上的靶区域Cs不是相对于基底固定的。随着基底在投射光束之下被扫描，该靶区域Cs沿着基底的表面移动。

关于基底台或掩模台的表面地形学(以及因此所需要的调整)的确定，可以在扫描之前在所谓的“预扫描阶段”来确定，或者在扫描的进行当中(“在过程中”)确定。尽管在图2中没有显示，但是基底台或掩模台的位置可以通过关于Y轴和Z轴旋转而进行调整。最后在X方向可能也需要进行校正。

图3表示基底台WT上的基底W，需要一些坐标来限定基底台的位置、速度以及加速度，还有施加在基底台上的作用力。基底台由空气弹簧或平面电机所支撑。因此关于X轴而施加在基底台上的任何扭矩TRX将会导致其关于基底台以及基底的结合的质量中心COM被加速。所导致的基底台的角位置Rx中的变化会导致点Cs在Z方向上的位置Z中的误差。因此当向基底台施加扭矩TRX时必须对力Fz在Z方向上进行调整。

物体(在该情况下是基底台和基底的结合)的角加速度与施加在其上的扭矩成比例。在这种情况下可以表示如下：

T_{RX} = J_{XX} \cdot \overset{. .}{R_{X}} - - - (1)

其中JXX是基底台和基底的结合关于X轴的惯性的力矩，

角加速度。

该角加速度

导致基底和基底台内的区域的线性加速度。在这种情况中，我们对线性加速度在基底上的其上对准有投射光束的靶区域Cs的Z方向上的效果感兴趣。如上所述，基底上的靶区域Cs和投射系统之间的距离z必须保持恒定，以维持图像在基底上的聚焦。由角加速度导致的基底靶区域Cs的Z方向的线性加速度由以下公式确定：

Z₁＝y·R_x (2)

其中y是基底台和基底的结合的质量中心COM与基底的靶区域Cs之间在Y方向的距离。

另外，基底的靶区域Cs在Y方向(扫描方向)的线性速度

和基底关于X轴的角速度的结合效果产生了靶区域Cs在Z方向的附加加速度

靶区域Cs的线性速度

不是直接确定的。干涉测量系统确定基底作为一个整体的位置和速度。靶区域Cs的位置和速度可以从这些测量结果中通过简单的数学关系而确定。可以通过以下公式确定

{\overset{. .}{Z}}_{2} = \dot{y} \cdot {\overset{. .}{R}}_{x} - - - (3)

最后，基底台和基底在Y方向的加速度(大部分是在扫描的开始和末端)可以由靶区域Cs在Z方向的加速度而获得。该加速度效果可以由以下公式确定：

{\overset{. .}{Z}}_{3} = \overset{. .}{y} \cdot R_{x}

因此，为了准确的控制基底的靶区域Cs的位置，必须向基底施加在Z方向的作用力，以抵消由基底的移动所产生的加速度

和

。这些作用力是除了提供调整以基底作为一个整体的位置所需的加速度需要的作用力之外的作用力。必须在Z方向施加给基底的总的作用力Fz由以下公式确定：

F_{z} = m \cdot ({\overset{. .}{Z}}_{s 1} + {\overset{. .}{Z}}_{1} + {\overset{. .}{Z}}_{2} + {\overset{. .}{Z}}_{3})

其中m是基底台和基底的结合的质量。

根据装置的操作条件，上述表达中的一些可以忽略，因此可以简化操作系统。需要矫正

和

的作用力可以由各致动器来提供，但是，更方便的是，可以使用一个致动器来提供总的作用力Fz，控制系统用于确定所需的总的作用力。优选的是，由平面电机来提供作用力，该电机可以提供将基底台在6个自由度内进行控制所需要的所有作用力。

可以理解，具有适当改进的同样的方法和装置可以用于调整作为在X方向的线性移动以及关于Y方向的旋转移动的结果的在Z方向的分量的位置。相应的，该方法和装置可以用于调整在Y方向和在X方向的分量的位置，以补偿沿着和关于其余两轴的移动。

以上已描述本发明的具体实施例，但应当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。具体的说，尽管上述描述是关于基底台和掩模台的控制的，但是可以理解，本发明可以用于对装置中的任何移动部件进行定位。