CN1456933A - 吸盘，光刻投影设备，制造吸盘的方法和器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有吸盘的光刻投影设备，其中，静电吸盘的介电元件具有至少1016Ωcm的电阻率，以便当吸盘电极之间的电位差被去除时，被夹持物件上的力能快速减小到预定最小值以下。该介电元件还具有小于0.02×10－6K－1的热膨胀系数。还公开了一种制造吸盘的方法，其步骤包括将玻璃陶瓷元件与玻璃元件连接起来并在它们间夹有电极，其中，电流通过该第二玻璃元件。

Description

吸盘，光刻投影设备，制造吸盘的方法和器件制造方法
技术领域
本发明涉及利用静电力将下述器件保持到支承台上的吸盘：
-  在制造器件时用光刻投影技术处理的基底；或
-  在光刻投影设备、诸如掩膜检验或清洁设备等掩膜处理设备或掩膜制造设备中的光刻投影掩膜或掩膜坯料；
所述吸盘包括：
第一介电元件。
本发明还涉及光刻投影设备，该光刻投影设备包括：
-  辐射系统，用于提供辐射投影光束；
-  支承结构，用于支承图案形成装置，该图案形成装置根据所需图案将投影光束形成图案；
-  基底台，用于支承基底；
-  投影系统，用于将形成图案的光束投影到基底的目标部分。
本发明还涉及制造用于光刻投影设备的基底、反射镜或掩膜台或吸盘或支架的方法。
背景技术
这里所说的术语“图案形成装置”应被广义理解为能用来使输入的辐射光束具有与在基底目标部分所要形成的图案相对应的形成图案的截面的装置；术语“光阀”也可在本文中使用。通常，所述图案与在器件例如集成电路或其它器件(见下文)的目标部分中所形成的特定功能层对应。这种图案形成装置的实例包括：
-  掩膜。掩膜的概念在光刻技术中是众所周知的，它包括诸如双重型、交替相移型和衰减相移型掩膜、以及各种混合型掩膜。这种掩膜在辐射光束中的设置使得接触掩膜的辐射根据掩膜上的图案而有选择地透射(在透射掩膜的情况下)或反射(在反射掩膜的情况下)。在掩膜的情况下中，支承结构一般是掩膜台，掩膜台确保掩膜能在输入辐射光束时保持在所需位置，并可使掩膜在需要时相对光束运动。
-  可编程反射镜阵列。这种器件的一个实例是具有粘弹性控制层和反射表面的矩阵可寻址表面。这种器件的基本原理是(例如)反射表面的寻址区反射作为衍射光的入射光，而非寻址区反射作为非衍射光的入射光。利用适当的滤光器，可将所述非衍射光从反射光束中滤出，只留下衍射光；在这种方式中，光束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而形成图案。可编程反射镜阵列的另一个实施例应用微反射镜的矩阵排列，通过施加适宜的局部电场或使用压电致动装置而使每个微反射镜独立地相对轴倾斜。再有，反射镜是矩阵可寻址的，所以寻址的反射镜将以与非寻址反射镜不同的方向反射入射辐射光束；以这种方式，被反射光束根据矩阵可寻址反射镜的寻址图案形成图案。可利用适当的电子装置进行所需的矩阵寻址。在上述两种情况下，图案形成装置可包括一个或多个可编程反射镜阵列。本文涉及的有关反射镜阵列的更多信息可从例如美国专利US 5,296,891、US 5,523,193和PCT专利申请WO98/38597、WO98/33096中得到，以上专利申请在此引作参考。在可编程反射镜阵列的情况下，所述支承结构可具体化为例如支架或台，根据需要，它们可以是固定的或可移动的。
-  可编程LCD阵列。这种结构的一个实例在美国专利US 5,229,872中给出，该专利在此引作参考。如上所述，这种情况中的支承结构可具体化为例如支架或台，根据需要，它们可以是固定的或可移动的。
为简明起见，在本文其余部分的某些地方所直接具体涉及的实例包括掩膜和掩膜台；但是，在这些实例中讨论的一般原理应在以上所述图案形成装置的更多的叙述中看到。
例如，光刻投影设备可在制造集成电路(ICs)时被使用。在这种情况下，图案形成装置可对应IC的特定层产生电路图案，这个图案可成像到已经覆盖辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅片)上的目标部分(例如，包括一个或多个芯片)。一般地，单个晶片包含邻接目标部分的整体网，该目标部分经投影系统被一次一个地连续照射。在现有设备中，借助掩膜台上的掩膜形成图案，两个不同种类的机器会产生差异。在一种类型的光刻投影设备中，每个目标部分通过在一个行程中将整个掩膜图案曝光到目标部分而被照射；这个设备通常被称作晶片步进器。在另一种通常被称作步进扫描装置的设备中，在给定参考方向(“扫描”方向)上，通过渐进地扫描投影光束下的掩膜图案而照射每个目标部分，同时沿与该方向平行或反向平行的方向同步扫描基底台；通常，因为投影系统具有放大倍率M(一般＜1)，所以，基底台被扫描的速度V将是掩膜台被扫描速度的M倍。与这里所述光刻器件有关的更多信息可在例如US6,046,792中得到，US 6,046,792在本文中引作参考。
在使用光刻投影设备的制造处理中，图案(如在掩膜中的图案)被成像到至少局部被辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这个成像步骤之前，基底可进行诸如涂底层、抗蚀剂涂覆和软烘烤等各种处理。曝光之后，基底可进行诸如后曝光烘烤(PEB)、显影、硬烘烤和成像结构的测量/检查之类的其它处理。这套程序被用作将例如IC器件的特定层图案化的基础。而后，这种形成图案的层可进行诸如蚀刻、离子注入(掺杂质)、镀金属、氧化、化学-机械抛光等所有需要的各种处理以制成特定层。如果需要多层，则必须对每个新层重复整个处理过程或重复整个处理过程的变型。最后，器件的排列将呈现在基底(晶片)上。而后，用诸如切片或锯片等技术将这些器件彼此分离，可将单个器件安装到与管脚连接的载体上。其它与这种处理有关的信息可从例如“Microchip Fabrication：A Practical Guide to Semiconductor Processing”(ThirdEdition，by Peter van Zant，McGraw Hill Publishing Co.，1997，ISBN 0-07-067250-4)一书中得到，该书在本文中引作参考。
为简明起见，投影系统在下文中可称作“透镜”；但是，这一术语应该被广泛解释为包括例如折射光学装置、反射光学装置和反射折射系统的各种投影系统。该照射系统还可包括根据对照射投影光束的引导、成形或控制的任何设计类型的需要而操作的部件，这些部件在下面也可被集合或单个地称作“透镜”。另外，光刻设备是可具有两个或多个基底台(和/或两个或多个掩膜台)类型的。在这种“多级”器件中，附加的台可并行使用，或在一个或多个台上进行准备步骤，而在一个或多个其它台上进行曝光。例如，在US 5,969,441和WO98/40791中描述了双级光刻设备，上述专利在本文引作参考。
在光刻设备中，基底必须非常牢固地保持在基底台上，以便既使基底台在其扫描运动期间经受很高的加速度时也能准确知道其位置。在现有的机器中，基底保持器或吸盘包括被壁围绕的具有凸起的表面。该基底被放置在壁和凸起上，其后的空间被排成真空，于是其上的气压提供强的夹持力以将基底保持在适当位置。这种基底保持器的其它细节可从EP-A-0 947 884中得到，该专利在本文引作参考。
上述类型的基底保持器被证明对于目前光刻设备是有效的。然而，为满足不断提出的对于减小成像尺寸的要求，必须减小投影光束所用辐射的波长。从而在当前器件使用的例如波长为248nm、193nm或157nm的紫外辐射的同时，改进的分辩率要求光刻设备的显影使用远紫外(EUV)辐射(即，波长小于50nm)、x射线、电子或离子束。这些建议的辐射类型均要求光路或至少其很大部分必须保持在真空中。因此，在基底上没有大气压力的情况下，常规的基于真空的基底保持器不起作用。
类似的要求也必须在掩膜写入、掩膜清洁和掩膜检验设备中得到满足，因此，吸盘具有与光刻投影设备相同的问题。
所以，建议用静电吸盘借助静电力将基底保持在基底台上。为了做到这一点，横跨具有电极的介电材料上施加电位差。在这种静电吸盘(或夹具)的一个实例中，电位差施加到基底上的电极与基底台之中或之上的电极之间。当施加该电位差时，基底的电极和台的电极被反向充电、并有足够的力相互吸引而将基底夹紧在适当位置。
US 2002/0044267公开了一个保持器，该保持器具有由ULE(商标，即TM)制成的台板，保持器在该台板上定位。该保持器可以是例如US 5,221,403、US5,835,333、或US 5,5,835,334中所公开的静电吸盘。
已经发现，既使当电极之间施加的电位差被除去时、由于吸引力仍然存在，所以难以将基底从吸盘上取下。所以，这种在从台上安装和拆卸基底时需要较长时间的情况对生产率是不利的。
当用吸盘将光刻投影掩膜或掩膜坯料保持到光刻投影设备或诸如掩膜检验、清洁装置或掩膜制造设备的掩膜处理设备的支承台时，这些问题都会存在。本发明的吸盘也可安装到这些类型的任何器件中。
发明内容
本发明的一个目的是提供一个夹具，其中，在施加在电极间的电位差被去除后，基底可被容易快速地拆卸，且该夹具具有低的热膨胀系数，所以可避免因热膨胀系数导致的不希望的位置变化。
以上所述本发明所要实现的这个和其它目的所提供的吸盘的特征在于，所述第一介电元件具有至少1016Ωcm电阻率和小于0.02×10-6K-1的热膨胀系数。
已经发现，通过确保介电元件具有至少1016Ωcm的电阻率，在除去电极之间的电位差之后，吸盘的剩余夹紧力在允许的时间周期内能处于可接受的水平。应相信，这是因为吸盘的夹紧力是充电电极之间的纯电容吸引力与Johnson-Rahbek效应所产生力的组合。
Johnson-Rahbek效应基于通过电极之间介电元件的漏电流。Johnson-Rahbek效应所产生的力随着电极间电位差存在的时间而增加。一旦电极之间的电位差被去除，因Johnson-Rahbek效应所产生的力以由介电元件的导电率和介电材料到晶片/掩膜表面的电阻所确定的速率随着时间减小。
通过使用至少具有1016Ωcm电阻率的电介质已经发现，对于电位差被施加到光刻投影设备中电极之间的典型时间周期中，因Johnson-Rahbek效应所产生的夹紧力被保持在允许限度内。
该介电元件必须具有良好的光学和机械特性，即它能被抛光成极平的表面并具有低的热膨胀。这是因为基底W直接与第一介电元件接触。已经发现，ULE(TM)，一种玻璃(由Coming公司制造，One Riverfront Plaza，Coming，NY14831)能满足全部所需指标。
可制成各种不同结构的静电吸盘。这些结构包括这样一种结构：静电吸盘主要只是一个平面介电元件，第一电极设置在与该介电元件接触的基底上，第二电极设置在基底台上。但是，更完善的静电吸盘也可以包括这样一种结构：第一电极和第二电极均设置在与第一表面相对的介电元件的第二表面上，且第一和第二电极相互隔开。在这种情况下，不需要使基底接地。在这个实施例中，可制成与基底台分离的静电吸盘，以便于清洁。
由该静电吸盘制成的分离的静电吸盘还包括：安装到第一介电元件的第二侧的芯；安装到所述芯的与所述第一介电元件相对表面上的第二介电元件，第三电极被夹在所述芯与所述第二介电元件之间。在这种情况下，另一个电极设置在基底台中或基底台上，该电极与第三电极相互作用以使静电吸盘保持在基底台上。
要制造这种吸盘，必须连接介电元件和芯。对于静电吸盘这两部分的最佳材料通常是具有所需光学和机械特性(平面度和低的热膨胀)的玻璃或玻璃陶瓷。如上所述，ULE(TM)对于介电元件是优选材料中的一种。芯可由任何低热膨胀材料、例如Zerodur(TM)(由Schott Glas制造，Hattenbergstrasβe 1055120，Mainz，Germany)制成。这些材料很难连接在一起。由于胶的杨氏模量与玻璃或玻璃陶瓷的杨氏模量不同，所以因使用胶将对介电元件第一表面的平面度有害而不选择将两个元件粘接在一起，如果玻璃(或玻璃陶瓷)很薄，且胶的厚度不均匀，则整个表面的刚度变化将导致抛光时完成的平面度降低。另外，由于胶的热膨胀系数很大，因此使用胶还会有热膨胀现象。此外，在真空中，胶将强烈地排气。如果第一玻璃(或玻璃陶瓷)件的厚度只有几十微米，由于该件失去了其刚度而可能造成薄层剥离，所以使用胶或物理焊接的连接很不坚固。物理焊接也已被尝试，但已经发现用这种方法产生的连接不很坚固。显然，用玻璃或玻璃陶瓷制造的光刻投影设备的其它部件也存在类似问题。
因此，本发明的另一个目的是提供一种将玻璃或玻璃陶瓷与玻璃或玻璃陶瓷，具体说将玻璃元件和玻璃陶瓷元件与这些元件之间的电极接合在一起的方法，该方法形成的接合不会使玻璃元件变形，并能在元件之间提供坚固的连接。
用实现本发明这个和其它目的的方法所制造的光学应用元件包括：基底，用于光刻投影设备的反射镜或掩膜台或吸盘或支架，该方法包括用阳极接合将多个玻璃或玻璃陶瓷件连接在一起，其中，所述元件中的至少一个的热膨胀系数小于0.1×10-6K-1，优选小于0.02×10-6K-1。
具体地，该方法可用于制造吸盘，所述方法的步骤包括将至少具有1016Ωcm电阻率的玻璃件连接到玻璃陶瓷件，并使它们之间夹有电极，所述连接步骤包括下述步骤：
用金属涂覆所述玻璃件；
使所述玻璃陶瓷件与所述金属接触；
在与同所述金属接触的表面的相对的所述玻璃陶瓷件的表面上设置电极；和
在所述金属与所述电极之间施加电位差，从而在所述金属与所述电极之间驱动离子流。
在这种方式中，可将ULE(TM)接合到任何具有某一导电率且其中设有电极的绝缘材料(玻璃陶瓷)(例如，Zerodur(TM)和Clearceram(TM)，该配置是光刻投影设备中静电吸盘的优选配置。此外，由于与胶粘或焊接相比，导电金属层可只有几百nm厚，所以，作为一个整体，这种接合对于吸盘较低的热膨胀特性的影响很小。此外，不需要用强排气材料(例如，胶)在第一与第二玻璃元件之间形成连接。
虽然已就制造吸盘说明了该方法，但该方法也可用于在其它方面、例如在制造光刻投影设备中所用的基底或掩膜台或反射镜中，为了其它目的，可应用该方法连接不同的玻璃陶瓷件。使用这个方法时，可容易地用不同的玻璃部件制造复杂的玻璃结构，并且在真空下不会出现排气，同时形成具有极低的热膨胀特性的结构。
根据本发明又一方面所提供的器件制造方法的步骤包括：
-  提供一个基底，该基底至少被辐射敏感材料层局部地覆盖；
-  利用辐射系统提供辐射投影光束；
-  利用图案形成装置在投影光束的截面上形成图案；
-  将形成图案的辐射光束投影到辐射敏感材料层的目标部分；
-  提供静电吸盘以将所述基底保持在所述基底台上，所述静电吸盘具有第一介电元件；
-  将所述基底定位在所述第一介电元件的第一表面上；和
-  在第一和第二电极之间施加电位差、以便横跨所述介电元件施加电位差，从而在所述基底上产生夹紧力，其特征在于，所述第一介电元件至少具有1016Ωcm的电阻率和小于0.02×10-6K-1的热膨胀系数。
虽然，本文中所具体涉及的本发明的设备用于制造集成电路，但是显然应该明白，这种设备也可应用于许多其它方面。例如，它可在集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示板、薄膜磁头等的制造中使用。对于本领域的技术人员显而易见的是，在本文上述不同应用中任何所使用的术语“光网”、“晶片”、或“芯片”将可分别被更概括的术语“掩膜”、“基底”、和“目标部分”替代。
在本文中，所使用的术语“辐射”和“光束”包括涉及紫外辐射(例如，波长为365、248、193、157或126nm的辐射)和远紫外(EUV)辐射(例如，具有范围为5-20nm波长的辐射)、以及诸如离子束或电子束的颗粒束的所有类型的电磁辐射。
附图说明
下面，仅通过实例结合示意性的附图说明本发明的实施例，在附图中：
图1表示本发明实施例的光刻投影设备；
图2表示本发明第一实施例的静电吸盘；
图3表示本发明第二实施例的静电吸盘；
图4表示本发明第三实施例的静电吸盘；
图5表示本发明第四实施例的静电吸盘；和
图6表示本发明的将玻璃件连接到玻璃陶瓷件同时使电极夹在它们之间的方法。
在附图中，相应的标号表示相应的部件。
具体实施方式实施例1
图1示意性表示本发明的一个具体实施例的光刻投影设备。该设备包括：
辐射系统Ex、IL，用于提供辐射(例如EUV辐射)投影光束PB，该辐射系统在该特定情况下也可包括辐射源LA；
第一目标台(掩膜台)MT，它设有保持掩膜MA(例如，光网)的掩膜夹持器，并被连接到使掩膜相对元件PL进行准确定位的第一定位装置；
第二目标台(基底台)WT，它设有保持基底W(例如，涂覆抗蚀剂的硅晶片)的基底夹持器，并被连接到使基底相对元件PL进行准确定位的第二定位装置；
投影系统“透镜”PL(例如，反射镜系统)，用于将掩膜MA的被照射部分成像到基底W的目标部分C(例如，包括一个或多个芯片)。
如上所述，该设备是反射型的(即，具有反射掩膜)。不过，通常它也可以是透射型的，例如(具有透射掩膜)。另外，该设备可以使用其它种类的图案形成装置，诸如上述的可编程反射镜阵列。
光源LA(例如，激光产生源或放电等离子源)产生辐射光束。这个光束或直接被送入照明系统(照明器)IL、或在穿过例如光束扩展器Ex的调整装置之后进入照明系统(照明器)IL。该照明器IL可包括调节装置AM，该调节装置AM用于设定光束中强度分布的外径向和/或内径向范围(一般被分别称作σ-外径向和σ-内径向)。另外，它通常包括诸如积分器IN和聚光镜CO的各种其它部件。在这种情况下，入射到掩膜MA的光束PB在其截面上具有所需的均匀度和强度分布。
在图1中应当注意，光源LA可以位于光刻投影设备的壳体内(一般，当光源LA是例如水银灯时)，但也可以远离光刻投影设备，这时光源产生的光束被输送到该投影设备(例如，借助适当的引导反射镜)；后者通常是在光源LA是准分子激光器时的情况。本发明和权利要求书包含这两种情况。
接着，光束PB与保持在掩膜台MT上的掩膜MA相交。被掩膜MA选择性反射的光束PB穿过透镜PL，透镜PL将光束PB聚焦到基底W的目标部分C。借助第二定位装置(和干涉测量装置IF)，基底台WT可被准确地移动，以便对在光束PB的光路中的不同目标部分C进行定位。类似地，在例如从掩膜数据库机械地检索掩膜MA之后，或在扫描过程中，第一定位装置可以用于使掩膜MA相对光束PB的光路准确的定位。通常，目标台MT、WT的运动借助未在图1中明确示出的长行程组件(粗定位)和短行程组件(精定位)而实现。但是，在晶片步进器(与步进扫描设备相反)的情况下，掩膜台MT只可被连接或固定到短行程致动器。
上述设备可在两种不同模式中使用：
1.在步进模式中，掩膜台MT基本保持静止，整个掩膜图像被一次(即，单“闪光”)投影到目标部分C。而后，基底台WT在x和/或y方向移动，以使不同的目标部分C可被光束PB照射；
2.在扫描模式中，除了给定目标部分C不是在单闪光中曝光外，基本上具有相同的情况。不同的是，掩膜台MT可在给定方向(所谓“扫描方向”，例如y方向)以速度υ运动，以使投影光束PB扫描整个掩膜图像；一致地，基底台WT同时以速度V＝Mυ沿相同或相反方向被移动，其中，M是透镜PL的放大率(通常，M＝1/4或1/5)。以这种方式，相对较大目标部分C可被曝光且不必兼顾分辩率。
在使用EUV、X射线、电子束和离子束的情况下，投影光束的辐射会被周围空气强烈地吸收或散射，所以光束光路或至少光路主要部分必须保持在真空中。这可通过设置封闭整个设备的单一真空室或设置分离并相互连接的用于例如辐射系统、图案形成装置、投影系统和基底台等所需部件的真空室而实现。
图2表示用本发明第一实施例的吸盘10将基底W保持在基底台WT上。吸盘10包括由介电材料制成的元件11。介电元件11是平面的，并且其两面被抛光到所需的平面度，例如，基于特定应用而要求不能偏离大于例如200nm的理想平面或更高标准的平面度。该介电元件应该具有近似零的热膨胀系数(即，小于0.02×10-6K-1(单位温度的相对膨胀/收缩))，所以，当保持在该吸盘上时，设备中的基底的位置对于设备中的温度波动不敏感。
为了便于理解，第一实施例表示了吸盘的最基本形式。在这个实施例中，电极13定位在基底台WT内或其上，另一电极12定位在与介电元件11的第一侧接触的基底W的下表面。如果基底W由导电或半导电材料制成，则不需要电极12。在使用中，吸盘10被放置在适当制备的基底台WT的表面。如果基底台WT由非导电材料制成，则这个表面可施加到适宜的电极13。而后，将基底W放置在吸盘10顶上。为适当保持基底W，使用电源在基底W的电极12与基底台WT的电极13之间施加电位差V。基底W的电极12和电极13被用作电容器，所以当在两个电极之间施加电位差时，两电极之间将产生吸引力。这个力F由以下等式给出： F A = ϵ 0 2 × ( ϵ r · V ( ϵ r · g + d ) ) 2 - - - - ( 1 ) 其中，A是有效电容器的面积，d是电极之间介电层的厚度，εr是电解质的相对介电常数，g是必然存在于吸盘10、基底W和基底台WT的导电表面之间的空气隙的厚度。这个等式可通过将空气隙和介电材料视作串联电容器而得出。该介电元件的优选厚度在5-500μm之间，最好在大约100μm范围内。
由于介电元件11的第一表面具有一定的表面粗糙度，所以晶片不接触整个表面，而只与该表面上的一小部分原子接触。由于只接触少量的表面，所以横跨该界面存在表面电阻。这将在横跨界面产生电压降。如果允许小电流I在该介电材料中流过，则这个小电压降上升，并在不接触的界面区内积累相反的电荷。这些相反的电荷将相互吸引而提供因Johnson-Rahbek效应的进一步的夹紧力，由于空气隙的距离小到10nm级，所以这个夹紧力可非常大
与Johnson-Rahbek效应相关的力随着电位差的施加时间而增加。当电位差从电极去除时，剩余的力将随时间逐渐减小。这一现象在光刻投影设备中如果Johnson-Rahbek效应的力太大，当静电吸盘不能被瞬时通电和断电以便保持基底W或除去基底W时是很不方便的。如果允许太大的电流经介电元件11泄漏或在电极之间长时间施加电位差而导致Johnson-Rahbek力增加太多，则该现象对光刻投影设备的生产率不利；当从基底台WT去除基底W时，必须等待Johnson-Rahbek力下降到可以从静电吸盘去除基底的水平。
已经发现，通过确保介电材料的特定电阻率至少是1016Ωcm，由于夹紧力能快速下降到预定水平，所以Johnson-Rahbek力决不会达到足够高得能在长时间内保持基底W而对光刻设备的生产率产生不利影响的水平。遗憾的是，只有极少的热膨胀系数接近零(即，小于0.02×10-6K-1)的材料具有如此高的电阻率。
特定RC时间的JR夹紧可基于估算的界面电容和电阻来计算。这个RC时间特别依赖介电材料的特定体积电阻。JR力的建立和去除由用于JR夹紧的RC时间进行控制。因此，介电材料的电阻选择非常重要，以便建立很短的RC时间(0.1秒)或很长的RC时间(几天)。
在第一种情况中、JR夹紧由很强的力产生，在第二种情况中、电容/库仑夹紧中不存在过大的JR力。大于1016Ωcm的特定电阻率值对于10μm厚的介电材料建立几小时的RC时间，而室温下的ULE(TM)的电阻率建立几天的RC时间。
优选的介电元件的特定电阻率至少是1017Ωcm。介电元件的材料还优选具有良好光学/机械特性的材料，这种材料可被抛光到很高的平面度，该材料优选具有很低的热膨胀系数、即甚至低到0.015×10-6K-1或0.01×10-6K-1。已经发现，由Coming Icorporated公司(One River Front Plaza，Cominng，NY14831)制造的ULE(TM)玻璃可满足所有标准。这是一种基于具有含量大约为7wt％的TiO2的SiO2的材料。其它的低膨胀材料(包括玻璃和由玻璃与陶瓷材料组成的玻璃陶瓷；它们既不是玻璃、又不是陶瓷材料)也是适用的。适用的玻璃陶瓷可基于SiO2、和至少基于诸如Na2O、Li2O或K2O的一种碱金属氧化物。
已经发现，在限制因Johnson-Rahbek效应所产生的力的方面，ULE(TM)产生满意的效果，而具有特定电阻率3.1013Ωcm的Zerodur(具有2.5％的Li和0.5％的Na的SiO2)不产生满意效果，而可从OHARA的Clearceram-Z公司(15-30Oyama 1-chome，Sagarmihara-Shi，Kanagawa，229-1186，Japan)得到的具有特定电阻率5.1012Ωcm的Clearceram(只掺Li)也不产生满意效果。
ULE(TM)具有特定电阻率约1018Ωcm和小于0.01×10-6K-1的热膨胀系数。但是，只要特定电阻率低于1016Ωcm，其它材料也可用作静电吸盘10的介电元件11。在这方面，玻璃陶瓷是有希望的一类材料。
为使设备中寄生电场最小化，(这在将充电颗粒用作投影光束辐射的情况下特别需要)可将基底W和基底W背面的电极12接地、并使基底台WT上的电极13充电到不同的电位。
还应注意，本发明的吸盘10也可用来将掩膜MA夹紧到掩膜台MT。对于反射掩膜，夹具可具有与掩膜相同的形状，例如正方形、矩形或圆形，而对于透射掩膜，本发明的吸盘可具有设置与图案区相对应的中心开口的支架形状。
第一实施例的吸盘10可永久地安装到基底台WT。事实上，如果吸盘10从基底台WT分离，则第一实施例的吸盘10可能不是特别实用。这是因为当电极12和13之间的电位差被消除且基底W可从吸盘10被去除时，可从基底台WT去除吸盘10。即，不存在去除一个部件而不去除其它部件的分离控制。
在另一个实施例(未示出)中，另一个电极可埋置在介电元件11中，于是，埋置电极与基底台WT中的电极13之间的电位差可用于控制将静电吸盘安装到基底台WT，介电元件11中的埋置电极与安装到基底W的电极12之间的电位差可用于控制静电吸盘10与基底W之间的夹紧力。
以下将说明另外三个吸盘的实施例，从相关说明中可清楚地看到，与第一实施例的吸盘相比，这些实施例的吸盘具有许多优点。
图3所示的本发明第二实施例的吸盘100(双极或多极吸盘)包括安装在到基底台WT的介电元件111。被夹在介电元件111与基底台WT之间的是两个电极112、113，电极112、113位于相同的平面且彼此分离(即，以一定距离相互隔开)。在这种情况下，不需要在基底W底表面设置电极或电接点，这是因为基底W不需要接地或施加高电压。替代地，通过在第一电极112与第二电极113之间施加电位差，则可将基底W保持到介电元件111。第二实施例中对介电元件111的要求与第一实施例相同。
第三实施例的吸盘200示于图4。第三实施例的静电元件与基底台WT分离。吸盘200包括芯230，芯230两侧设有(第一或第二)介电元件211、221，第一或第二电极215、216被夹在芯230与每个介电元件211、221之间。在这种情况下，被夹在芯230和第二介电元件221之间的第二电极216与位于基底台WT之内或之上的电极213之间的电位差可被施加，以将吸盘200保持到基底台WT。被施加在吸盘200的第一电极215与设置在晶片W底部的电极212之间的电位差可将该晶片保持到吸盘200。在第三实施例中，介电元件211、221需具有与第一和第二实施例的介电元件相同的物理特性。虽然具有相同导电率的任何其它玻璃陶瓷(例如，Clearceram(TM))也可使用，但是，芯230优选由近似零热膨胀的材料，例如Zerodur(TM)(由Schott Glas，Hattenbergstraβe，1055120Mainz，Germany制造)来制造。
本发明的第四实施例示于图5，它是第二和第三实施例的组合。与本发明第三实施例一样，第四实施例的吸盘300包括第一和第二介电元件311、321和芯330。在基底台WT内的电极313和位于吸盘300底部的电极316与第三实施例相同。但是，第一、第二电极314、315被夹在芯330与吸盘300的第一(图示的顶部)介电元件311之间。第一、第二电极314、315位于相同的平面并相互分离，它们给基底W提供力的功能与第二实施例的第一、第二电极112、113相同。第四实施例具有分离吸盘(如为了清洁)和不需要使基底W的底面接地的优点。
在放置基底W的吸盘的第一介电元件11、111、211、311的第一(图示的上部)表面上可设置瘤状花纹(小凸起)。该瘤状花纹具有的总表面积是基底W总表面积的一小部分，这样使得粘附到基底W或粘附到静电吸盘的污染颗粒处在瘤状花纹之间的可能性很大。在这种情况下，污染颗粒不会使基底W变形、除非污染颗粒大于瘤状花纹使基底W在静电吸盘上抬起所形成的间隙宽度。即使污染颗粒大于该间隙，它的作用也被减小。
如上所述，静电吸盘的某些实施例要求将介电元件111、211、311、221、321与基底台WT或芯230、330之间连接。这些部件中每个部件均优选低热膨胀系数的材料制造。这种材料通常与玻璃相似，且难以不变形地准确地连接在一起。
在本发明的吸盘中，必须在介电元件111、211、311、221、321与基底台WT或芯230、330之间设置电极。在不使用其它材料，例如胶或焊料的情况下可形成具有所需高精度的接合，并产生如下所述的很强的分子/化学接合。
下面，将结合图6说明连接玻璃陶瓷元件与玻璃元件的方法。该方法将结合在两个元件之间将ULE(TM)与具有300nm厚铝层的Zerodur(TM)连接起来来进行描述。该方法可用于将其它种类的具有不同厚度的玻璃和/或玻璃陶瓷与金属层材料接合。
所述方法的描述与图4所示本发明第三实施例的吸盘制造相关。应注意，该方法同样可用于制造光刻投影设备的基底、反射镜或掩膜台。对于第三实施例的吸盘，各层的最终厚度是：介电元件211、221为100μm，两个由铝制成的电极215、216为300nm，由Zerodur(TM)构成的芯230为2mm。在这样的尺寸下，由于铝电极215、216极薄，所以不会影响整个吸盘200的近似零的热膨胀特性。
第一步是将ULE(TM)块211磨光到所需等级的表面光洁度。下面将说明，由于在最后一步、介电元件块211将被磨削到正确的厚度，所以该块的实际厚度并不重要。一旦介电元件211被磨光到满意的光洁度，则在其上涂覆大约300nm厚的铝覆层410。如图所示，该覆层覆盖介电元件211的整个表面。当然，也不必如此，只将界面覆盖即可。在ULE上涂覆铝层的一个方法是汽相沉积法，诸如喷镀或浸镀的其它方法也可使用。当然，还可使用除铝之外的其它金属。多于一层的例如较坚固的金属覆层也可使用。
下一步是关于芯230的磨光。在这个实施例中，芯由Zerodur(TM)或Cleacram(TM)，即能被阳极接合并具有所需的低热膨胀特性的材料制成。
而后，被涂覆过的介电材料211块与芯230的表面接触，该介电材料附着在芯230的面上。在芯230和介电元件211相对的那面上必须附有电极。通过在Zerodur玻璃陶瓷表面上使用银涂料416最易于实现这一附着。之后，将该组件加热到大约300℃，但是该温度在经过较长焊接时间时可低到150℃或高到350℃。准确的温度根据材料及其厚度而选择，见下文。
当组件达到300℃时，电位差被施加到介电元件211的覆层410与芯230另一侧上的银涂料416之间。覆层410用作阳极，银涂料416用作阴极。选择温度，以便至少0.01mA/cm2的电流可在材料中流动。对于Zerodur(TM)，该温度根据厚度处于275-300℃之间。
Zerodur(TM)包含2.5重量百分比的Li+离子和0.5重量百分比的Na+离子，两者均是碱金属并且均在本方法中加入Zerodur(TM)中的离子流中。另外的低膨胀材料ULE(TM)不具有碱性离子，但可包含掺杂7重量百分比的TiO2的SiO2。所以，ULE(TM)的电阻率1013Ωcm低于Zerodur(TM)的电阻率1018Ωcm大约5个数量级(室温)。
于是，在Zerodur(TM)上施加电位时，充正电的Li和Na离子被吸引到紧靠负电极416的芯230侧。这具有从芯230和介电元件212的覆层410的界面消耗正电的碱性原子的作用。O2-离子形式的负电荷密度形成在芯230与覆层410之间的界面。这感应Al中的电荷，在覆层410中Al被氧化成Al3+( )，很强的静电吸引力形成在芯230与覆层410之间。150V电压得到的静电力/压力在1μm间隙上为10巴以上。实际上，间隙可能小于1μm、而电压较大，所以会得到大于10巴的压力。该大的力量将两个材料在界面处压在一起，并在芯230的材料与覆层410的材料之间建立分子接合。
当铝与Zerodur(TM)的负电荷层接触时，使Al3+移向Zerodur(TM)，并使O2-移向Al覆层的驱动力产生，并在覆层410的金属与Zerodur(TM)建立接合层。应当注意，在芯230的Zerodur(TM)晶体结构中，铝取代了已经向涂覆银的电极416迁移的碱性离子。
在电极之间的电位差被除去之后，该组件必须以最多0.1K/分的速率冷却，以保持Zerodur(TM)的低的热膨胀系数。
冷却之后，ULE(TM)介电元件211和确定的Zerodur(TM)芯230可被加工到准确的尺寸。
如果芯中的电流至少为0.01mA/cm2，则上述的连接方法最有效。0.01mA/cm2持续1000秒或5000秒，则分别积累电荷10mC/cm2(最小接合)到50mC/cm2(标准接合)。10mC/cm2的电荷将使Al层的大约14个原子层被氧化为Al3+。
表1表示三个实验的条件，这三个实验在铝层与Zerodur(TM)块之间产生有效的结合。重要的因素是：温度(较高的温度导致较快的处理)；施加的电压(较高的电压导致较大的电流，进而使接合产生的时间较少)；以及施加电位差的时间，该时间决定碱的消耗量和铝氧化的量以及接合形成的量。另外，重要的是芯230和覆层410的表面质量和线性膨胀系数，铝层厚度和金属种类也很重要。
表1
 实验号   Al厚度(μm)    温度(℃)  施加的电压(V)   时间(分钟)      电流(mA)
   1    几mm    250     1000    15  从开始的1.08下降到0.12
   2    几mm    250  2000以每步100V增加    50  最终电流＝0.3mA
   3    300nm    275  1500以每步200V增加    40  最终电流＝0.2mA
在三个实验中，在铝和Zerodur之间产生极强的接合。在实验3中，如上所述，铝被涂覆在ULE(TM)块上。试样3将ULE(TM)层磨掉，以减小其厚度。ULE(TM)被有效减薄到200μm的厚度。
在本发明的另一个实施例中，取代芯230上的涂银电极416，也在铝420中被涂覆的第二介电元件221可设置在与第一介电元件211相对的芯230的侧面上。于是，第二介电元件221上的覆层420被用作在处理中使用交流电的第二电极。
这中接合(阳极接合)方法可用于将玻璃或玻璃陶元件接合在一起，并特别适于制造光刻投影设备的基底、反射镜或掩膜台或支架，以及适于诸如航天应用的其它光学应用，在该航天应用中，玻璃陶瓷(特定材料类似Zerodur(TM))的低热膨胀系数的特性具有特殊的优点。特别是，复杂的形状可由具有Al层的多个Zerodur(TM)件构成。这个方法可在航天工业和常规光学应用中有其特殊的优点，其可以产生比用单块件可以加工出的支架更加质轻且坚固的复杂支架。
其它方法也适于制造吸盘，特别适于将介电层接合到芯。一个简单的方法就是胶粘。
在另一个接合方法中，在抛光之后(例如用等离子清洁)，用Cr薄层涂覆Zerodur(TM)至20-50nm的厚度。在利用挤压(荷兰语中的aanspringen)将ULE(TM)物理地接合到外层(Cr或SiO2)之前，选择性地将SiO2层涂覆到Cr层。
虽然上文已经说明了本发明的特定实施例，但显然在实际操作中本发明可与以上所述有所不同。以上说明并不限制本发明。

Claims (29)

1.一种利用静电力将下述器件保持到支承台上的吸盘：
 -  在制造器件时用光刻投影技术处理的基底；或
 -  在光刻投影设备、诸如掩膜检验或清洁设备等掩膜处理设备，或掩膜制造设备中的光刻投射掩膜或掩膜坯料；
所述吸盘包括：
第一介电元件，其特征在于，所述第一介电元件具有至少1016Ωcm的电阻率和小于0.02x10-6K-1的热膨胀系数。
2.如权利要求1所述的吸盘，其特征在于，所述第一介电元件的电阻率至少是1017Ωcm。
3.如权利要求1或2所述的吸盘，其特征在于，所述第一介电元件具有5到500μm之间的厚度。
4.如权利要求1、2或3所述的吸盘，其特征在于，所述第一介电元件由具有SiO2的材料制成，所述SiO2材料包含小于10wt％量的TiO2。
5.如权利要求1-4中任一项所述的吸盘，其特征在于，所述第一介电元件由ULE(TM)制成。
6.如权利要求1-5中任一项所述的吸盘，其特征在于，第一电极设置在所述第一介电元件的第一表面上。
7.如权利要求1-5中任一项所述的吸盘，其特征在于，第一电极和第二电极彼此分离地设置在所述第一介电元件的第一表面上。
8.如权利要求6或7所述的吸盘，其特征在于，所述吸盘还包括：被连接到所述第一介电元件的所述第一表面的芯；被连接到所述芯的与所述第一介电元件相对的侧面上的第二介电元件，以及一被夹在所述芯与所述第二介电元件之间的第三电极。
9.如权利要求8所述的吸盘，其特征在于，所述芯由Zerodur(TM)或Clearceram(TM)制成。
10.如权利要求8或9所述的吸盘，其特征在于，所述第一和/或第二介电元件借助在所述第一和第三电极之间施加电位差所产生的所述芯与所述第一或第三电极之间的离子交换而被连接到所述芯。
11.如权利要求10所述的吸盘，其中，所述第一和/或第二介电元件在被连接到所述芯之前被涂覆有金属，所述金属形成所述第一或第三电极。
12.如权利要求10或11所述的吸盘，其特征在于，所述第一和/或第二介电元件在150-350℃之间的温度下连接到所述芯。
13.如上述任一权利要求所述的吸盘，其特征在于，所述吸盘被设置成可横跨所述第一介电元件施加电位差。
14.一种光刻投影设备，包括：
-  辐射系统，用于提供辐射投影光束；
-  用于支承图案形成装置的支承结构，该图案形成装置用于根据所需图案将投影光束形成图案；
-  用于保持基底的基底台；
-  投影系统，用于将形成图案的光束投影到基底的目标部分上；
-  如上述任一权利要求所述的位于所述支承结构或所述基底台上的吸盘；和
-  至少第一电极，用于横跨所述吸盘的所述第一介电元件施加电位差以产生夹紧力。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述静电吸盘与所述基底台或支承结构分离，另一电极设置在所述基底台或支承结构之中或之上。
16.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述静电吸盘是所述基底台或支承结构的一部分。
17.一种制造用于光学应用的元件的方法，该用于光学应用的元件包括用于光刻投影设备的基底、反射镜或掩膜台或吸盘或支架，该方法包括：利用阳极接合将多个玻璃或玻璃陶瓷元件连接在一起，其中，至少一个所述元件具有小于0.1×10-6K-1的热膨胀系数。
18.如权利要求17所述的方法，所述方法包括将所述第一元件连接到所述第二元件并且在两个元件之间夹有电极的步骤，所述连接步骤包括下述子步骤：
以金属涂覆所述第一元件；
将所述第二元件配置成与所述金属接触；
在所述第二元件上设置电极，并且该电极位于与所述金属接触的表面相对的表面上；和
在所述金属和所述电极之间施加电位差，以便在所述金属和所述电极之间驱动离子流。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法是一种制造吸盘的方法，所述第一元件是具有至少为1016Ωcm电阻率的玻璃元件，所述第二元件是玻璃陶瓷元件。
20.如权利要求18或19所述的方法，还包括在涂镀步骤之前抛光所述第一元件的步骤。
21.如权利要求18-20中任一项所述的方法，其特征在于，所述涂覆步骤包括汽相沉积。
22.如权利要求18-21中任一项所述的方法，还包括在所述配置步骤之前抛光所述第二元件的步骤。
23.如权利要求18-22中任一项所述的方法，其特征在于，所述设置步骤包括在所述第二元件上设置已被以金属涂覆的第三玻璃元件的步骤。
24.如权利要求18-22中任一项所述的方法，还包括在所述设置步骤之后升高所述第一和第二元件的温度的步骤，其中所述施加步骤发生在所述升高的温度下。
25.如权利要求23所述的方法，还包括在所述设置步骤之后升高所述第一、第二和第三元件的温度的步骤，其中，所述施加步骤发生在所述升高的温度下。
26.如权利要求24或25所述的方法，其特征在于，温度被升高到150-350℃之间。
27.如权利要求18-26中任一项所述的方法，还包括以-0.01到-1.0K/分之间的速率冷却所述元件的步骤。
28.一种制造静电吸盘的方法，包括如权利要求17-27中任一项所述的方法，还包括加工去除不被所述第二元件覆盖的所述第一元件的金属覆层的步骤。
29.一种器件制造方法，包括下述步骤：
-  提供一个基底，该基底至少被辐射敏感材料层局部地覆盖；
-  利用辐射系统提供辐射投影光束；
-  利用图案形成装置在投影光束的截面上形成图案；
-  将形成图案的辐射光束投影到辐射敏感材料层的目标部分；
-  提供静电吸盘以将所述基底保持在所述基底台上，所述静电吸盘具有第一介电元件；
-  将所述基底定位在所述第一介电元件的第一表面上；和
-  在第一和第二电极之间施加电位差，以便横跨所述介电元件施加电位差，从而在所述基底上产生夹紧力，其特征在于，所述第一介电元件至少具有1016Ωcm的电阻率和小于0.02×10-6K-1的热膨胀系数。
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