CN1474234A - 光刻投射设备和用它制造器件的方法及制成的器件 - Google Patents

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Abstract

在分子氧存在的情况下，通过用波长短于250nm的UV或EUV射线辐射内装光学元件的空间，可以就地清洗光刻投射设备中用的光学元件。用除了含有常用的洗涤气体组分外还含有少量分子氧的洗涤气体清洗所述空间。该方法也可以用在抽真空的空间中，给空间引入低压分子氧。该方法避免使用诸如臭氧的不稳定的材料。

Description

光刻投射设备和用它制造 器件的方法及制成的器件
技术领域
本发明涉及光刻投射设备，包括：
辐射系统，用于提供波长等于或小于250nm的电磁射线投射射束；
支撑构件，用于支撑构图装置，构图装置用于按预定的图形对所述投射射束构图；
衬底台，用于固定衬底；以及
投射系统，用于将已构图的射束投射到衬底的目标部分。
背景技术
本文中用的术语“构图装置”从广泛的描述而言，是指该装置可赋予入射的射线射束有构图的横截面，对应要在衬底的目标部分构成的图形；本文中还用了术语“光阀”。通常，所述的图形应对应在目标部分中形成的、诸如集成电路或其它器件(这在以下会描述)的器件中的特定的功能层。这种构图装置的实例包括：
-掩模，掩模的概念在光刻技术中是公知的。它包括的掩模类型例如有：二元型，交替相移型，衰减相移型，以及各种混合的掩模型。代替射线射束中的这种掩膜安排，使投射到掩模上的射线按掩模上的图形选择地透射(在透射掩模的情况下)或反射(在反射掩模的情况下)。在用掩模的情况下，支撑构件通常是掩模台，它保证掩模保持在入射射线射束中预定的位置中，它可以按需要相对射束移动。
-可编程反射镜阵列，这种器件的一个实例是矩阵-可寻址表面，有粘滞弹性控制层和反射表面。这种设备的基本原理是，(例如)反射表面的寻址区域反射入射光作为衍射光，而非寻址区域反射入射光作为非衍射光，利用适当的过滤器可以从反射光中滤掉所述的非衍射光，只留下衍射光；按此方式，射束将按矩阵-可寻址表面的寻址图形构图。用适当的电子装置可以执行所需的矩阵寻址。有关这种反射镜阵列的更多的信息已由例如美国专利US 5296891和US5523193公开，这些文献在本文中引作参考。在可编程反射镜阵列的情况下，所述支撑构件可以是支架或支持台，它可以按需要固定或移动。
-可编程LCD阵列。这种结构的实例已在美国专利US 5229872中公开，该文献在本文中引作参考。如上所述，这种情况下的支撑构件可以是支架或支持台，它可以按需要固定或移动。
为了简化描述，本文的其余内容可以是在某些位置，具体针对包括掩模和掩模台的实例本身的内容，这些实例中的基本原理应视为上述构图装置的广义内容。
光刻投射设备可用于例如制造集成电路(IC)。在这种情况下，构图装置可以产生对应于IC单个层的电路图形，该图形可以是在已涂有射线敏感材料层(保护层)的衬底(硅晶片)上的目标部分(例如包括一个或更多模)成像。通常，单晶片包含通过投射系统顺序辐射的相邻多个部分的整个网络。当前的设备中，用在掩模台上的掩模构图，使两种不同类型的机器之间有差别。一种类型的光刻投射设备中，通过整个掩模图形对目标部分曝光的方式辐射每个目标部分；这种设备通常叫做晶片分级器(wafer stepper)。在通称为分级扫描设备的交替设备中，通过用投射射束按规定的参考方向(“扫描方向”)顺序扫描掩模图形，辐射每个目标部分，同时按与该方向平行或不平行的方向同步扫描衬底台；通常，由于投射系统有放大系数M(通常＜1)。所以，扫描衬底台的扫描速度V是扫描掩模台的扫描速度的M倍。此处所述的关于光刻设备的更多的信息已在美国专利US 6046792中公开。该文献在本文中引作参考。
用光刻投射设备的制造方法中，图形(例如，掩模中的图形)可以是在至少已部分涂有射线敏感材料层(保护层)的衬底上成像。在该成像的步骤之前，衬底可以进行各种处理，例如，涂底膜，保护涂层，和软烘烤。曝光后，衬底可以进行其它处理，例如，曝光后烘烤(PEB)，显影，坚膜烘烤和成像特征测量/检查。该过程阵列用作例如IC的器件的各个单层的图形基础。之后，已构图的膜层可以进行各种处理，例如，腐蚀，离子注入(掺杂)，金属化，氧化，化学机械抛光等，所有的处理均是为了研磨掉单个的膜层。如果需要几层膜层，之后，整个过程及其变形对每一层新膜层均要重复。最后，衬底(晶片)上将出现器件阵列。用切割、锯等技术把这些器件相互分开。安装在载体上的单个器件连接到引出线等。有关制造方法的进一步的信息，例如已由书名为“Microchip Fabrication：A Practical Guide to Semiconductor Processing”，ThirdEdition，by Peter van Zant，McGraw Hill Publishing Co，1997，ISBN 0-07-067250-4公开。该文献在本文中引作参考。
为简单起见，投射系统以下叫做“透镜”；但是，该术语从广义上说是指各种类型的投射系统，例如包括拆射系统，反射系统，反折射系统。辐射系统还包括按射线投射射束的指向、构形或控制中的任何一种设计类型操作的元件，这些元件也可以共同地或单独地作为透镜。光刻设备的类型可以是有两个或更多衬底台(和/或两个或更多掩模台)。在这种“多级”设备中，可以平行使用附加的台，或在一个或更多台上进行准备步骤，同时，其它的一个或更多台进行曝光。双级光刻设备例如已在美国专利US 5969441和国际专利WO-98/40791中公开，这两篇文献在本文中引作参考。
为了减小用光刻投射设备成像的部件的尺寸，就要减小辐射射线的波长。紫外线(UV)的波长小于200nm，因而，当前希望的波长是193nm，157nm，或126nm。而且，希望远紫外线(EUV)的波长小于50nm，例如13.5nm。合适的UV射线源包括Hg灯，和准分子激光器。要求的EUV源包括激光产生的等离子体源，设在存储环或同步回旋加速器中的电子束的路径周围的放电源和波动器或扭动器(wigglers)。
在EUV射线的情况下，投射系统通常有反射镜阵列，掩模将是反射的，如本文引作参考的WO-99/57596所公开的。
在这种短波长下操作的设备对污染颗粒存在的敏感度明显高于那些在较高波长下操作的设备对污染颗粒存在的敏感度。诸如碳氢化合物分子的污染颗粒和水蒸气可以从外部源引入系统的、或者它们可以在光刻设备本身中产生。污染颗粒例如包括碎片，和用EUV射线射束、设备中用的塑料、或粘结剂和润滑剂蒸发所产生的分子从衬底析出的副产物。
这些污染物会吸附到系统中的光学元件上，引起射线射束的透射损失。用波长例如为157nm的射线时，每层光学表面上形成的污染颗粒只有一层或几个单层时，所观察到的透射损失约为1％。这种透射损失被认为是高的不可接受。而且要求该系统的投射射束的强度均匀性一般不低于0.2％。光学元件上固定的污染颗粒会使该要求不能满足。
上述的光学元件的清洗方法包括用臭氧作清洗材料。但是臭氧是极不稳定的材料，它形成后只能保持几个小时。如果用臭氧清洗光学表面，就必需就地形成臭氧，或在邻近清洗开始前形成臭氧。用臭氧发生器可以达到这种目的。制造臭氧的特殊步骤本身极不方便。而且另外的清洗方法不能用这种不稳定的清洗材料。
Bloomstein等人提出了用更稳定的分子氧与UV射线化合进行清洗的方法，见：T.M.Bloomstein，M.Rothschild，V.Liberman，D.Hardy，N.N.EfremovJr.and S.T.Palmacci，SPIE(Optical Microlithography XIII Ed.C.J.Progler)，Vol.4000(2000)，1537-1545。按Bloomstein等人提出的方法，由于波长为157nm的射线的吸收作用，所以，氧的实际量限制在10至1000ppm的范围内。
发明内容
本发明的目的是提供一种光刻投射设备，能更有效的清洗一个或多个光学元件。
按照本发明在本文第一段所述的光刻设备能实现该目的和其它目的。该设备还包括用于给所述设备的空间中供给洗涤气体的供气源。所述的空间包含设置成与投射射束相互作用的光学元件。其中，所述的洗涤气体包括分压(partialpressure)为1×10-4Pa至1Pa的分子氧。
本发明人发现，通过把较低分压的稳定的分子氧加到洗涤气体中可对光刻投射设备中的光学元件进行清洗，其中洗涤气体被馈送到投射射束通过的空间。分子氧本身作为清洗剂是无效的，用它与UV射线结合。UV射线使氧裂化产生氧基，氧基是极有效的清洗剂。用洗涤气体中的所述的低浓度的清洗剂，能清洗光学元件，同时，由于氧对UV射线的吸收作用，而使射线的透射损失可以接受，用它把掩模图形投射到目标部分上。
按本发明清洗后，可以增大射线射束的透射或反射，也可以改善均匀性。因此，发明提供了对光刻投射设备中的光学元件极有效的清洗方法。这避免了使用诸如臭氧的不稳定材料。最重要的是，不必为在分开的清洗设备中清洗元件，而费很多时间把例如透镜的光学元件从光刻投射设备拆卸下来。
按本发明的另一方面，提供一种器件的制造方法，包括以下步骤：
提供衬底，它至少部分涂覆射线敏感材料层；
提供其波长等于或小于250nm的电磁射线的射线射束；
用构图装置使投射射束具有横截面构图；
把已构图的射线射束投射到射线敏感材料层的目标部分；和
通过用所述的投射射束辐射内含被设置成与投射射束作用的所述光学元件的空间，并给所述的空间输入其总分压为1×10-4Pa至1Pa的含分子氧的洗涤气体，来清洗在光刻投射设备中的光学元件。
尽管在本文中是以本发明的设备用于制造IC作为具体的参考，但是应清楚地知道，本发明的设备也还有许多其它的用途。例如，可以用于制造集成光学系统，控制和检测磁畴存储器、液晶显示板、薄膜磁头等的图形。本行业的技术人员将会发现，在其它用途中用的术语“光栅(reticle)”，“晶片”，“模(die)”等，在本文中分别用更通用的术语“掩模”，“衬底”，“目标部分”代替。
本文献中用的术语“射线”，“射束”包括各种类型的电磁射线，包括：波长例如为365nm，248nm，193nm，157nm或126nm的紫外线(UV)，和波长范围例如在5-20nm、如12.5nm的远的紫外线(EUV或XUV)或软紫外线，以及颗粒射束，例如离子射束或电子束。
附图说明
以下将结合附图参考实施例进一步描述发明及其优点。其中：
图1是按本发明的光刻投射设备的示意图；
图2是按本发明实施例的发光系统的示意图；和
图3是按本发明另一实施例的发光系统局部示意图；
附图中相同的部件用相同的参考数字指示。
具体实施方式
图1是按本发明的光刻投射设备的示意图，该设备包括：
辐射系统LA、IL，用于提供UV或EUV的投射射束PB；
第一物体台(掩模台)MT，用于固定掩模MA，例如，掩模原版，并连接到第一定位装置，以相对于产品PL精确定位掩模；
第二物体台(衬底或晶片台)MT，用于固定衬底W，例如，涂有保护层的硅晶片，并连接到第二定位装置，以相对于产品PL精确定位衬底；
投射系统(“透镜”)PL，例如，反射镜组，用于把掩模MA的已辐射部分的成像到固定在衬底台WT上的衬底W的露出区域C上。
如这里所示的设备是反射型，即，有反射掩模。但是，通常它也可以是例如透射型的。
辐射系统可包括产生UV或EUV辐射射束PB的源LA，例如，Hg灯、准分子激光器、激光生成等离子源、放电等离子源或设在存储环或同步旋转加速器中的电子束路径周围的波动器或扭动器。使该射束通过各种光学元件，这些光学元件包括在发光系统IL中-例如，射束构形镜片、积分器和聚光器-还包括在辐射系统中，以使产生的射束PB在横截面有预定的形状和强度分布。
射束PB随后被固定在掩模台MT上的掩模MA阻断，掩模MA选择性的反射射束PB，射束PB通过透镜PL，它使射束PB在衬底W的露出面积C上聚焦。借助干涉位移测试仪IF，用第二定位装置可以使衬底台WT准确移动，以按射束PB的路径定位不同的露出面积C。同样，用第一定位装置使掩模MA相对于射束PB的路径准确定位。通常物体台MA移动，借助长冲程模(粗定位)和短冲程模(细定位)实现WT，这在在图1中没有清楚地画出。在晶片分级器(与分级-和-扫描装置相对设置)的情况下，晶片台WT可以只连接到短冲程定位器，以细调掩模的取向和定位，或者，使其简单固定。
可按两个不同的模式使用上述的装置：
1.按分级-和-重复(分级)模式，掩模台MT基本保持静止，整个掩模图像一次(即一次“闪光”)投射到露出面积C上。之后，衬底台WT按X和/或Y方向移动，以用射束PB辐射不同的露出面积C；
2.按分级-和-扫描(扫描)模式，应用情况大致相同，只是给定的露出面积C不是用一次闪光来曝光。掩模台MT按规定的方向(即，所谓的“扫描方向”，例如，Y方向)按速度V移动，使射线射束PB在掩模图像上扫描；同时，衬底台WT按相同或相反的方向按V＝Mv的速度移动，式中M是透镜PL的大小，透镜PL的典型放大倍数(通常是M＝1/4或1/5)。按此方式，将曝光较大的露出面积，而不会引起清析度降低。
本发明的实施例中，要清洗的光学元件是发光设备中的光学元件。但是，本发明可以除去系统中的任何光学元件上的污染物，例如，除去投射系统中的掩模或光学元件上的污染物。本发明可以同时或分开用于一个或几个光学元件。
图2更详细显示出按本发明的具体实施例的发光系统的一部分。由洗涤气体供应源4给发光系统中的内装光学元件3的空间2供给洗涤气体，空间2可以是含液态或气态洗涤气体的压力容器。含分子氧的洗涤气体经可以包括阀门的喷嘴5供给空间2。现在，用源LA产生的UV或EUV射线辐射含有氧的空间2。本实施例中，在曝光的同时进行辐射分级，即，用射线射束PB分裂氧。
用波长约等于或小于250nm的UV或EUV射线辐射时，空间2中的氧分子分裂，形成氧基。形成的氧基是高效清洁剂，能清除光学元件表面上的氢氧化合物或其它的污染颗粒。
本发明的一个实施例中，内装要清洗的光学元件的空间用基本上惰性的气体清洁。这种情况下洗涤气体中有少量氧分子存在。洗涤气体中，可以包含光刻设备中适用的与氧一起的任何气态组分。典型的洗涤气体中含有与分子氧一起的诸如稀有气体或氮气的惰性气体中的一种或混合气体。最优选的惰性气体是氩气、氦气和氮气，例如，超纯氮气。
本发明最优选的洗涤气体只由一种或多种惰性气体和氧构成。因此，最好除去气体中的污染物。通常用净化器除去洗涤气体中的氢氧化物。本发明中，可以用净化器除去大多数氢氧化物而不影响氧的存在。
洗涤气体中存在的分子氧的总体积量的典型范围是1ppb至10ppm。在大气环境中这些体积量分别等于分压1×10-4Pa和1Pa。如果氧的体积量小于约1ppb，那么从光学元件除去的污染物可能不够，除非进行几小时的清洁处理，这本身是不期望的。而且低于约1ppb的浓度无法检测。
或者如果氧的体积浓度约10ppm以上，则分子氧对射线射束的吸收通常会高，以使透射度下降到低于可以接受的水平。由于射线射束的这种吸收造成的透射损失量取决于要清洁的光学系统的路径长度。例如，通常，射束的传递系统的路径长度要大大长于发光系统的路径长度。在规定的相同的分子氧浓度下，由于射束的传递系统中的UV-吸收而使透射度减少10％等于至发光系统中的透射只减少1％左右。因此在发光系统中分子氧的浓度在1ppm左右是可以接受的。系统的路径长度越长，要求浓度越低，例如是300或400ppb。
本发明第一实施例的一个变化中，对内装要清洁的光学元件的空间抽真空。本实施例中，洗涤气体的组分最好基本上只有含氧或氧气的混合物。洗涤气体在低分压下引入空间。空间中的分子氧的压力必须足够高，以在合适的时间内有效清洁掉光学元件上的污染物。但是，分子氧的压力足够低时，射线射束的透过度不会降低到可以接受的水平以下。存在的氧的典型的总分压范围在1×10-4Pa至1Pa。如果氧分压低于约1×10-4Pa，要除去足够量的污染物则必须进行几小时的清洁处理。相反，如果氧分压高于1Pa，分子氧对(E)UV射线的吸收高，造成射线透过度的下降达到不能接受的程度。如上述的，所用氧的最大允许用量与要清洗的系统的路径长度及其相关。
如果需要，可用传感器6监测污染程度。传感器6通过测试要清洁的光学元件对(E)UV射线的反射或吸收而起作用。如图2所示，光学元件可以是反射型的，因此，传感器6可以测试(E)UV射线的反射率。但是如果光学元件是透射型的，则传感器6可以设置在能测射线透过光学元件的程度的位置。
(E)UV射线的吸收程度可用于指示污染物覆盖光学元件的程度。本实施例中，系统通常要清洗掉除氧以外的全部(E)UV吸收剂，它们的浓度是已知的，而且最好保持不变。因此，所观察到的任何(E)UV吸收，除了被认为是氧的存在而造成的外，都是因为污染物的存在造成的。传感器可以按此方式用于监测污染量，以及光学系统的污染量的改变。
可以在清洁前和/或清洁后使用传感器指示有问题的光学元件是否清洁到足够曝光的程度，或者光学元件是否需要进一步清洗。要求这种检测过程能正常使用，它可以确定什么时间光学元件需要清洁。也可以在清洁处理过程中使用传感器。按上述方法进行清洁处理，并同时进行辐射，用传感器6监测所述射线的吸收。当传感器指示吸收量低于足够量时，光学元件的污染量是可以接受的，这时，停止清洁处理。
图3示出发明的第三实施例，它与第二实施例系统的差别如下。本实施例中，还设置有UV或EUV射线源7。源7发射波长等于或低于250nm的射线。这种射线的合适的源与以上参考源LA所述的源相同。
本实施例中，用波长短于250nm的UV或EUV射线辐射光学元件3，同时投射EUV射线已构图的射束，最好用UV射线，UV射线对分子氧的选择性分裂优于EUV射线。例如，在氧的情况下，最好用波长约为157nm的UV射线。按此方式，可以用洗涤气体中较低浓度的氧，以确保洗涤剂对EUV射线较低的吸收。因此，可以清洁光学元件3，同时，用以可以接受的透射损失对晶片曝光。
还注意到，在用投射射束PB曝光前/后，用源7发射的UV或EUV射线辐射位于空间2中的光学元件3。最好在曝光前进行辐射，因此，能提供清洁的光学元件，以提高曝光过程中的透射度和均匀程度。本实施例中，源7发射的射线描述成指向光学元件3。但是，射线束也可以不直接指向光学元件而是指向其它的方向，例如，射线束跨过光学元件。
如上述的，可按需要用传感器6监测污染程度。
上述的实施例中，描述了掩模或光栅，它也可以包括薄层。在掩模与薄层之间的空间中，可以供给含分子氧的洗涤气体，以按上述的清洁工艺除去所述空间中的污物。
虽然我们已对上述具体实施例进行了描述，但应当清楚本发明还能用其它方式实施。因此，以上描述不限制发明。

Claims (8)

1，一种光刻投射设备，包括：
辐射系统，用于提供波长等于或低于250nm的电磁射线的投射射束；
支撑构件，用于支撑构图装置，所述构图装置用于对投射射束按预定图形构图；
衬底台，用于固定衬底；
投射系统，用于把已构图的射束投射到所述衬底的目标部分上；
气体供给源，用于给所述设备中的空间供给洗涤气体，所述空间内设有与所述投射射束相互作用的光学元件，其中，所述洗涤气体包含总分压为1×10-4Pa至1Pa的分子氧。
2，按权利要求1的设备，其中，所述洗涤气体还包含惰性气体，最好包含氦气、氩气、氮气及其混合气体，所述洗涤气体包含的分子氧的总体积量为1ppb至10ppm。
3，按权利要求1的设备，其中，所述的空间基本上是抽真空的。
4，按权利要求1的设备，还包括：用于提供波长等于或低于250nm的电磁射线的电磁射线源，并设置成给所述的光学元件供给这样的射线。
5，一种器件制造方法，包括以下步骤：
提供衬底，所述衬底至少部分涂覆射线敏感材料层；
提供波长等于或低于250nm的电磁射线的投射射束；
用构图装置对所述投射射束的横截面形成图形；
将已构图的射线射束投射到所述射线敏感层的目标部分上；和
通过用所述的射线射束辐射内装与所述投射射束相互作用的光学元件的空间，并给所述空间提供包含总分压为1×10-4Pa至1Pa的分子氧的洗涤气体，来清洁所述设备内的光学元件。
6，按权利要求5的方法，其中，所述洗涤气体还包括惰性气体，最好包含氦气、氩气、氮气及其混合气体，所述洗涤气体包含的分子氧的总体积量为1ppb至10ppm。
7，按权利要求5的方法，其中，所述空间基本上是抽真空的。
8，按权利要求5的方法，还包括以下步骤：
提供波长等于或低于250nm的另一电磁射线射束；和
用所述另一电磁射线射束辐射所述的光学元件，同时将所述已构图的射线射束投射到所述目标部分上。
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