CN1450410A - 光刻装置和器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种光刻投射装置，其中导管向在真空室内的例如目标台、相关的电机或传感器等可移动部件提供有用物质。导管包括防止由于真空室的真空而发生导管渗气的柔性金属波纹管，该波纹管同时允许可移动部件至少在第一自由度移动。

Description

光刻装置和器件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种导管(conduits)，用于通过线缆，软管或管道向真空室中的可移动部件提供如电能，水，控制信号和气体的有用物质。尤其是本发明涉及在光刻投射装置(a lithographic projectionapparatus)中采用这种器件，该光刻投射装置包括：
用于提供辐射投射射束的辐射系统；
用于支撑构图部件的第一目标台，所述构图部件用于根据理想的图案对投射射束进行构图；
用于保持基底的第二目标台；
设有第一气体排出部件的真空室，用于为投射射束(the projection beam)产生真空射束(a vacuum beam)路径；
用于在基底的靶部上投射带图案的射束的投射系统；和
用于向所述真空室中可在至少一个自由度上移动的部件提供有用物质的导管。
背景技术
这里使用的术语“程控构图部件”(patteming means)应广意地解释为能够给入射的辐射射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”(light valve)。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：
■掩膜(A mask)。掩膜的概念在光刻中是公知的。它包括如二进制型、交替相移型、和衰减的相移类型，以及各种混合掩膜类型。这种掩膜在辐射射束中的布置使入射到掩膜上的辐射能够根据掩膜上的图案而选择性的被透射(在透射掩膜的情况下)或者被反射(在反射掩膜的情况下)。在使用掩膜的情况下，支撑结构一般是一个掩膜台，它能够保证掩膜被保持在入射射束中的理想位置，并且如果需要该台会相对射束移动。
■程控反射镜阵列(a programmable mirror array)。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为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的射束中过滤所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，射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，以使可寻址的反射镜以不同的方向将入射的辐射射束反射到非可寻址反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的可寻址图案对反射射束进行构图。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和美国专利US5,523,193、和PCT专利申请WO 98/38597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，例如所述结构可以是固定的或者根据需要是可移动的。
■程控LCD阵列(A programmable LCD array)，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，在这种情况下第一目标台可以是框架或者工作台，例如所述结构可以是固定的或者根据需要是可移动的。
为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩膜和掩膜台为例；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。
光刻投射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，该相邻靶部由投射系统逐个相继辐射。在目前采用掩膜台上的掩膜进行构图的装置中，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膜图案而辐射每一靶部；这种装置通常称作晶片分档器(silicon wafer)。另一种装置，通常称作分步扫描装置(a step-and-scan apparatus)，通过在投射射束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩膜图案、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，投射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是对掩膜台扫描速度的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。
在用光刻投射装置制造方法中，(例如在掩膜中的)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其它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。
为了简单的缘故，投射系统在下文称为“镜头”；可是，该术语应广意地解释为包含各种类型的投射系统，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射束，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/或两个或者多个掩膜台)。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。
在光刻装置中，能在基底上成像的特征的尺寸受到投射辐射的波长限制。为了产生具有较高密度器件并因此具有较高运行速度的集成电路，希望能够成像更小的特征。尽管目前最流行的光刻投射装置利用由汞灯或者准分子激光器产生的紫外光，已提出用约13nm的更短波长辐射。这种辐射称为远紫外或者软x射线，可能的辐射源包括产生激光的等离子源，放电等离子源或者来自电子存储环的同步辐射。在JB Murphy等人在Applied Optics Vol.32 No.24pp6920-6929(1993)中“Synchrotron radiation source and condensers for projection x-raylithography(用于投射x射线光刻的同步辐射源和聚光器)”中描述了采用同步辐射的光刻投射装置的设计概要。
其它所提出的辐射类型包括电子束和离子束。关于在光刻中使用电子束的更多信息可以从例如美国专利US5,079,112和US 5,260,151及EP-A-0965888中获得。这些类型的射束与EUV都需要将包括掩膜，基底和光学元件的射束路线保持在高真空。这是为防止射束的吸收和/或散射，因此，对于这种带电粒子束一般需要低于约10-6毫巴(millibar)的总压力。在另一方面，对于使用EUV辐射的装置，总的真空压力仅需要在10-3和10-5毫巴(millibar)之间。用于EUV辐射的光学元件会由于在其表面上沉积碳层而被损坏，所以一般额外需要尽可能低的保持碳氢化合物的分压，例如低于10-8或10-9毫巴(millibar)。
对于必须置于真空中的部件来说，在高真空工作中需要十分苛刻的条件。对于在真空室内的部件，应使用将污染和总渗气减至最低或消除的材料，其中总渗气即来自材料本身和来自其表面吸收的气体的渗气。已发现为了实现目标台保持器所需的理想移动程度，导管可以由塑料制成以使它们具有足够的柔性。但是，这些类型的材料对真空室中的真空是有害的，因为会发生上述杂质渗气。有许多塑料比较适合在真空中使用(例如teflon)，但是需要穿过真空的大量线缆和电线具有会发生杂质渗气的大表面积。当使用塑料导管时。这将难于使碳氢化合物的分压低于例如10-8或10-9毫巴(millibar)以下。另外从导管发生渗漏的危险也使其使用是不切实际的。因此能够减少导管的使用将是非常理想的。可是，传统的基底，掩膜和转移台的设计是非常复杂的，并利用大量的传感器和驱动装置，它们都需要大量的导管用于传送水，气体和用于保护电线。
为了避免这些问题，美国专利US4,993,696提出用由不锈钢制成的金属管，在真空气氛中提供和排出操作液体或气体。两个相邻的管可以由接头连接在一起，它们被布置成允许一个管相对另一管摆动。(金属管)不会受到如尼龙管的渗气的困扰。接头的缺点是非常难于设计在真空环境中完全封闭液体或者气体的接头。因此将会通过该接头而泄漏气体，从而污染真空环境。
欧洲专利EP1052549提出另一解决方案。在其公报中导管与中空管相通，该中空管刚性地与可移动目标台连接，并且该管用于移动从真空室的外部转移到所述目标台。所述管是中空的，管中的压力等于真空室外的压力。在真空室的壁和管之间用差动泵密封防止气体泄漏到真空室中，同时允许目标台移动。
发明内容
本发明的目的是提供一种基本上减少由真空室中所用导管材料产生的渗气问题的光刻投射装置。
根据本发明提供一种光刻投射装置，包括：
用于提供辐射投射射束的辐射系统；
用于支撑构图部件的第一目标台，所述构图部件用于根据理想的图案对投射射束进行构图；
用于保持基底的第二目标台；
设有第一气体排出部件的真空室，用于为投射射束产生真空射束路径；
用于在基底的靶部上投射带图案的射束的投射系统；和
用于给所述真空室中可在至少一个自由度上移动的部件提供有用物质的导管，其特征在于导管包括柔性的金属波纹管(bellow)。
术语导管是指用于向可移动部件传输有用物质的线缆和管。更具体的说，术语导管是指例如电源线、信号载体、导气管(例如用于给台中的气体轴承提供气体)、冷却剂管等这些种类。真空室中的可移动部件包括以这种方式连接至真空室外的框架的掩膜台和/或基底台和/或相关的电机和/或传感器。
柔性金属波纹管基本上是气密的，同时足够柔软而允许部件的移动。柔性金属的金属表面不受大量渗气的困扰，同时易于清洁，从而不会因为在柔性金属波纹管的表面产生的任何污染而产生问题。另外，具有柔性金属波纹管的导管其重量比由美国专利US4,993,696提出的具有可移动接头的管和由欧洲专利公开EP1052549提出的带有差动泵密封的管轻许多。与现有技术提出的解决方案相比，柔性金属波纹管还易于实现更多的自由度。
导管在其一部分中可以设置一个固定的弯头，用于在部件移动期间限制剩余导管的弯曲量。如果柔性金属波纹管在使用时长时间弯曲，那么柔性金属波纹管将会松弛其强度并导致泄漏。通过在金属波纹管使用期间将其弯曲限制到最小半径，这一问题可以得到缓解。波纹管最小半径可能需要在机器中为波纹管提供较大空间。通过在导管的特定部分设置固定弯头，就限制了在使用过程中剩余导管的弯曲，并同时放松了对最小半径的要求。在所述特定部分的大程度弯曲被固定，从而使金属波纹管这部分几乎不磨损。
导管可以与缓冲装置连接用于衰减在导管中的振动。在导管中的振动可影响可移动部件的位置，所述影响应尽可能的避免。
根据本发明的第二方面，提供一种器件的制造方法，包括如下步骤：
提供至少部分被一层辐射敏感材料覆盖的基底；
向真空室提供一真空；
利用辐射系统投射穿过所述真空室的辐射投射射束；
利用构图部件使该投射射束在横截面上具有图案；
在辐射敏感材料层的靶部上投射带有图案的辐射投射射束，
其特征在于该方法包括如下步骤：
利用导管通过柔性金属波纹管向所述真空室中在至少第一方向上可移动的至少一个部件提供有用物质。
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，它可用于集成光学系统的制造，用于磁畴存储器、液晶显示板、薄膜磁头等的引导和检测图案等。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”(reticle)，“晶片”(wafer)或者“电路小片(die)”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩膜”(mask)，“基底”(substrate)和“靶部”(targetportion)代替。
附图说明
在下面参照示例性实施例和附图将描述本发明和其优点，其中：
图1表示利用本发明的光刻投射装置；
图2是表示根据本发明使用柔性金属波纹管的导管的平面示意图；
图3是表示图2所示导管的透视图；
图4是根据本发明并在图2和3的导管中使用的柔性金属波纹管的横截面图；
图5是根据本发明第二实施例导管的示意图。
具体实施方式
实施例1
图1示意性地表示利用本发明的光刻投射装置1。该装置包括：
·用于提供辐射(例如UV或者EUV辐射，电子或者离子)投射射束PB的辐射系统LA，IL；
·第一目标台(掩膜台)MT，设有用于保持掩膜MA(例如划线板)的第一目标(掩膜)保持器，并且与用于将掩膜相对于物体PL精确定位的第一定位装置PM连接。
·第二目标台(基底台)W2T，设有用于保持基底W2(例如涂敷抗蚀剂的硅片)的第二目标(基底)保持器，和与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置P2W连接。
·第三目标台(基底台)W3T，设有用于保持基底W3(例如涂敷抗蚀剂的硅片)的第三目标(基底)保持器，并且与用于将基底相对于物体PL精确定位的第三定位装置P3W连接；和
·用于将掩膜MA的照射部分成像在基底W的靶部上的投射系统(“镜头”)PL(例如折射或者反折射系统，反射镜组或者场偏转器阵列)。
辐射系统包括产生辐射射束(例如，在存储环或者同步加速器中绕电子束的路径设置的波纹机或者摆动器，等离子源，电子或者离子束源，汞灯或者激光器)的源LA。所述射束穿过照射系统IL包括的各种光学部件，从而所得到的射束PB在其横截面具有理想的形状和强度分布。
射束PB然后与保持在掩膜台MT上的掩模MA相交。由掩模MA选择性反射(或透射)的射束PB通过镜头PL，该镜头将射束PB聚焦在基底W2，W3的靶部上。在定位装置P2W，P3W和干射测量装置IF的辅助下，基底台W2T，W3T可以精确地移动，例如在射束PB的光路中定位不同的靶部。类似的，例如在从掩模库中机械取出掩模MA或在扫描期间，可以使用定位装置PM和干射测量装置IF将掩模MA相对射束PB的光路进行精确定位。在现有技术中，通常用图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、W2T的移动。所表示的装置可以按照二种不同模式使用：
1.在步进模式中，掩膜台MT保持基本不动，整个掩膜图像被一次投射(即单“闪”)到靶部C上。然后基底台W2T沿x和/或y方向移动，以使不同的靶部C能够由射束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，掩膜台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，以使投射射束PB扫描整个掩膜图像；同时，基底台W2T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，可以曝光相较大的靶部C，而没有牺牲分辨率。
在根据本发明的光刻装置中，在真空室20中至少设有第一和第二目标台中的一个，在真空室20中的真空由抽真空装置例如泵产生的。
图2是表示根据本发明导管的平面示意图。两个导管C2和C3分别将基底台W2T和W3T与其相应的线缆往复传送器(cable shuttle)CS2和CS3连接，线缆往复传送器CS2和CS3通过检测器分别跟随其各自的台在X方向移动，所述检测器检测台相对于线缆往复传送器的位置，并且如果台沿X方向远离线缆往复传送器移动，所述检测器使线缆往复传送器调节其位置，以使往复传送器跟随基底台。在Y方向，导管C2和C3允许基底台W2T和W3T移动。基底台W3T和W2T用辅助的平面电动机定位，该平面电机包括在磁板MP上的磁体阵列和在基底台W2T和W3T的线圈，用于基底台移动和悬浮。
如图2所示，两个台有单独的导管，可是具有双导管是有利的，因为这可以实现更廉价的设计。为了这个原因，在所表示的导管内可以安装附加导管。两个导管可以在固定的弯头处互相连接，以在基底的移动期间使它们保持相互分离。
通过沿着Y方向向各自的线缆往复传送器移动，两个基底台W2T和W3可以交换位置，随后沿着X方向穿过彼此的移动。在基底台交换位置期间，线缆往复传送器也在X方向移动。
导管上可以设有由BR2和BR3在导管C2或C3的特定位置上提供的固定弯头，用于在部件W2T或W3T移动期间限制其余导管C2或C3的弯曲量。如果在柔性金属波纹管使用期间经常弯曲柔性金属波纹管，那么可使其强度松弛并产生泄漏。通过在金属波纹管使用期间将其弯曲限制到最小半径，可以缓解这一问题。波纹管最小半径的要求可以占据在机器中为波纹管提供的较大空间。通过在导管C2或C3的特定部分具有固定的弯头BR2或BR3，限制了其余波纹管在使用期间的弯曲，并放松了对最小半径的要求。在所述固定弯头BR2或BR3的大程度弯曲被固定，从而使金属波纹管这部分几乎不磨损。这有助于防止磨损，同时放松了对非真空光刻投射装置中的非金属材料的导管的空间要求。导管可以由塑料或者橡胶制成。
通过给导管C2或C3提供铝材可以衰减在导管中的振动。铝将作为减振器，因为磁板MP的磁场在铝中引起涡流，衰减产生热量的导管C2或C3的振动。为此可以用铝来提供固定弯头BR2或BR3。为此，用于将柔性金属波纹管FB(见图3)与导管板CP连接的连接元件CE也可以由铝制成。连接元件CE提高了导管C的Z方向的刚性，以避免柔性金属波纹管FB的“装袋(sacking)”现象。
导管板CP用于提供导管在Z方向的刚性，而同时提供在X和Y方向的一定程度的柔性。可以改变导管板CP在整个长度上的头形，以调节导管C局部的柔性。在导管C的特定部分的导管板CP的柔性对柔性波纹管FB中在所述特定部分沿X和Y方向弯曲的程度有影响。一般的，柔性的波纹管FB在接近它与固定区域相连的位置处具有最大弯曲，即对于导管C2来说是接近基底台W2T或者线缆往复传送器CS2的位置。由于对接近那些位置的导管板CP增加额外的刚性，因此能够在柔性波纹管的总长度上更好的分担弯曲，从而更好的在所述长度上分担磨损，可延长总的寿命。通过改变板的外部尺寸或者通过在其中制孔而削弱导管板CP，可以给导管板CP增加额外的刚性。可以通过实验确定沿导管C的波纹管FB最大磨损位置，并通过在这些位置给导管板CP增加刚性，而较好的分担磨损。
由于由具有高热传导率的金属(如铝)制成连接元件CE，这种连接元件能够作为散热装置。由铜线(该线也连接至连接元件，并作为基底的电源线或者信号线)产生的热易于转移给在金属波纹管中流动的冷却介质(例如水)。通过沿导管使用多个连接元件CE，就沿着导管产生规则的热分布图案，沿着电线具有较小温度差，这样可以更好的控制真空室中的温度。
图4是根据本发明柔性金属波纹管的横截面图。在波纹管内BI可以设置电线或者水管EW。波纹管本身由金属按照波形WF制成，为波纹管提供柔性。
对于导管(C1或C2)的质量对基底台移动方面的影响，可以馈送正向补偿。可以通过力影响的校正或者通过对所述力影响进行数学计算来做到这种补偿。另外，可以在基底台和导管之间使用力传感器，它可以测量由基底台施加在导管上的力，并通过调节由定位装置施加的力而反馈补偿该力。关于这种反馈系统的更多信息可以从欧洲专利EP1018669获得，该文献在这里引入作为参考。
实施例2
图5是本发明的第二实施例。在该图中，图2的基底台W2T和导管C2设有子框架SF。所述子框架SF在旋转点RP1与基底台W2T相连，在旋转点RP2与固定弯头BR2连接，在旋转点RP3与线缆往复传送器CS2连接。所述子框架SF包括绕RP2互相旋转的两个腿。在移动过程中，子框架SF将该固定弯头以刚性方式固定在特定位置，从而减少振动。
已经参照优选实施例描述了本发明；但是可以理解本发明不限于上述描述。尤其是本发明已经参照设置在真空室中的光刻装置的晶片台进行了描述。但是容易理解，本发明同样可以用于掩模台或该设备中任何可动的反射镜。

Claims (11)

1.一种光刻投射装置包括：
用于提供辐射投射射束的辐射系统；
用于支撑构图部件的第一目标台，所述构图部件用于根据理想的图案对投射射束进行构图；
用于保持基底的第二目标台；
设有第一气体排出部件的真空室，用于为投射射束产生真空射束路径；
用于在基底的靶部上投射带图案的射束的投射系统；和
用于给所述真空室中可在至少一个自由度上移动的部件提供有用物质的导管，其特征在于导管包括柔性的金属波纹管。
2.根据权利要求1所述的光刻投射装置，其中所述导管包括柔性板，用于在与重心平行的第一方向承载所述柔性金属波纹管，并在与第一方向垂直的第二和第三方向引导所述波纹管。
3.根据权利要求2所述的光刻投射装置，其中所述导管包括用于将柔性板与柔性金属波纹管连接的连接元件。
4.根据权利要求3所述的光刻投射装置，其中所述连接元件由具有高热传导率的金属制成。
5.根据权利要求2，3或4所述的光刻投射装置，其中柔性板在所述第二和第三方向的柔性在其整个长度上是变化的。
6.根据上述任一权利要求所述的光刻投射装置，其中在部分所述导管中包括固定弯头，用于限制导管所需的空间。
7.根据上述任一权利要求所述的光刻投射装置，其中所述导管与缓冲装置连接，用于衰减所述导管中的振动。
8.根据权利要求7所述的光刻投射装置，其中所述缓冲装置是一个受到磁板提供的磁场影响的涡流缓冲器。
9.根据上述任一权利要求所述的光刻投射装置，其中所述导管设有一个子框架，用于防止导管的振动。
10.用光刻装置制造器件的方法，包括如下步骤：
提供至少部分被一层辐射敏感材料覆盖的基底；
向真空室提供真空；
利用辐射系统投射穿过所述真空室的辐射投射射束；
利用构图部件使该投射射束在横截面上具有图案；
在辐射敏感材料层的靶部上投射带有图案的辐射投射射束，
其特征在于该方法包括如下步骤：
利用导管通过柔性金属波纹管向所述真空室中在至少第一方向上可移动的至少一个部件提供有用物质。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法包括用缓冲装置衰减导管的振动。
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