CN1487368A - 调准装置和方法，平版印刷装置，器件制造方法及制造的器件 - Google Patents

调准装置和方法，平版印刷装置，器件制造方法及制造的器件 Download PDF

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Abstract

一种附加的光学元件可在调准期间设置在调准光束中。当调准光束具有距衬底前表面不同的焦距时，该光学元件可将调准光束聚焦到衬底的调准标记上。

Description

调准装置和方法，平版印刷装置，器件制造方法及制造的器件
发明领域
本发明涉及一种平版印刷投影装置，其包括：
辐射系统，用于提供辐射投影光束；
支撑结构，可支撑图案形成装置，所述图案形成装置根据希望形成的图案使所述投影光束带有图案；
投影系统，将带有图案的光束投影到衬底的目标部分；和
调准系统，可利用辐射调准光束检测参考标记和所述衬底标记之间的对准状况。
背景技术
本文所用的术语“图案形成装置”应当从广义上解释为某种装置，其可使进入的辐射光束形成带图案的截面，该图案对应于在衬底的目标部分要形成的图案；也可使用术语“光阀”。一般地，所述图案对应于在目标部分形成的器件的特定功能层，比如集成电路或其它器件(见后面的介绍)。图案形成装置的示例包括：
掩膜。掩膜的概念在平版印刷中广泛应用，掩膜的类型有二部的，交变相移和衰减相移，以及各种混合的掩膜类型。设置在辐射光束中的这些掩膜可根据掩膜上的图案，形成选择性透射(在透射掩膜的情况下)或将投射到掩膜上的辐射反射(在反射掩膜的情况下)。在使用掩膜的情况下，支撑结构一般是掩膜台，可使掩膜固定在入射辐射光束中的适当位置，且在需要时可相对光束移动。
可编程反射镜阵列。这种装置的一个示例是矩阵可寻址表面，其具有黏弹性的控制层和反射表面。这种装置的基本原理是，举例来讲，反射表面的寻址区反射入射光束成为衍射束，而非寻址区反射入射光束成为非衍射束。使用适当的过滤器可将非衍射光束从反射光束中滤掉，只留下衍射光束；通过这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的选择图案成为带图案的光束。在另外的可编程反射镜阵列的实施例中使用了小反射镜矩阵排列，通过应用适当定位的电场或应用压电促动机构可使各反射镜分别绕其轴线倾斜。反射镜也是矩阵可寻址的，可使选择的反射镜以不同的方向反射入射的辐射光束到未寻址的反射镜；通过这种方式，可根据矩阵可寻址反射镜的选择图案使反射的光束带有图案。所要求的矩阵选址可通过适当的电子装置来进行。在上面介绍的两种情况下，形成图案装置可包括一个或多个可编程反射镜阵列。有关本文介绍的反射镜阵列的更多信息可查考，例如，美国专利US 5,296,891和US 5,523,193以及国际专利申请WO98/38597和WO98/33096，本文参考引用了这些文献。在可编程反射镜阵列的情况下，所述支撑结构是框架或工作台，其可根据要求进行固定或移动。
可编程LCD阵列。这种装置的示例在美国专利US 5,229,872给出，本文参考引用其内容。如上所述，这种情况下的支撑结构可为框架或工作台，例如，其可根据需要固定或移动。
为了简化，在本文中的某些地方专门涉及到关于掩膜和掩膜台的示例，但是，在这些示例中讨论的原理应当视作属于上述图案形成装置的广义范围内。
平版印刷投影装置可用于，例如，制造集成电路(ICs)。在这种情况下，图案形成装置可产生对应于IC各层的电路图案，这些图案可映射到衬底(硅晶片)上的目标部分(包括一个或多个电路片)，这些部分已经涂复了辐射敏感材料(抗蚀剂)层。一般地，单个晶片可包含多个相邻目标部分组成的整个电路，这些目标部分将通过投影系统一次一个地连续进行辐射。在当前的装置中，使用掩膜或掩膜台来形成图案，在两个不同类型的装置之间存在差别。在一种平版投影装置中，辐射各目标部分是通过一次曝光目标部分上的整个掩膜图案来进行。这种装置通常称为晶片分档器(stepper)。在另一种装置中，其通常称为步进和扫描装置，辐射各个目标部分通过在投射光束下沿给定的参考方向(扫描方向)逐步扫描掩膜图案，并同步地平行或反平行于这个方向扫描衬底台；因为一般投影系统具有放大系数M(一般小于1)，衬底台的扫描速度V是系数M乘以掩膜台的扫描速度。有关上述平版印刷装置的更多信息可参考美国专利US 6,046,792，其内容在本文中参考引用。
在使用平版印刷投影装置的制造工艺中，图案(即掩膜上的图案)映射到至少部分被辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的衬底上。在进行映射步骤之前，衬底可进行各种程序，比如涂底层，涂复抗蚀剂和低温烘烤。在曝光后，衬底可进行其他的程序，比如曝光后烘烤(PEB)，显影，和高温烘烤，以及测量/检验映射特性。程序的排列是对器件，如IC，的各层形成图案的基础。这样形成的图案层然后可进行各种工艺，比如蚀刻，离子注入(掺杂)，金属化，氧化，化学-机械抛光等。所有这些工艺用于完成各个层。如果要求有多个层，那么整个工艺或其变化，将对各个新层重复进行。最终地，器件排列将出现在衬底(晶片)上。这些器件然后通过如切块或切割技术互相分开，这时各个器件可固定到载体上，连接上引脚等。有关这些工艺的进一步信息可从Peter vanZant编写的“微晶片制造：半导体工艺的实际导引”一书第三版了解，该书是McGraw Hill出版公司1997年出版的，书号为ISBN 0-07-067250-4。其内容本文引用参考。
为了进行简化。投影系统下面可称作“透镜”，但是这个术语应当广义解释为包括各种类型的投影系统，例如可包括折射光学，反射光学，和反射光兼折射光等系统。辐射系统还可以包括根据这些设计类型进行操作的元件，用于引导、成形或控制辐射投影光束，下面这些元件还可以总体或单个地称作“透镜”。此外平版印刷装置可具有两个或多个衬底台(或两个或多个掩膜台)的类型。在这种“多级”装置中，额外的台可以平行使用，可以在一个或多个台上进行准备步骤，而一个或多个另外的台则用于曝光。双级平版印刷装置的介绍，例如，可见美国专利US 5,969,441和国际专利申请WO98/40791，本文引用参考其内容。
在曝光衬底之前，必须正确对准。掩膜设置在衬底上并用调准系统进行检测。衬底标记设置在衬底的前侧面(元件将进行蚀刻的侧面)或后侧面。如果衬底标记位于衬底的后侧，衬底台将包括前后对准光学系统，将光束(调准光束)引导到衬底的底面。前后对准光学系统可包括嵌入衬底台的反射镜。
衬底标记不可以与衬底的曝光表面处于同一水平面。例如，可位于衬底上蚀刻出的凹部，或可位于与下一个衬底相连的衬底表面(使衬底标记不被遮盖，或蚀刻到标记)。曝光装置设计成可保证投影光束聚焦到衬底的前表面(其进行曝光以形成电路器件)。由于调准光束通常经过同一光学系统，其可聚焦于衬底表面，如果衬底标记不在这个表面，调准光束因此将不能聚焦到衬底标记上。本发明特别适合用于微电动机械系统的衬底，其中衬底标记的水平面基本上不同于衬底表面。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种调准装置，其可适应调准光束的聚焦深度的变化。
本发明的这个和其他目的通过本发明的调准装置来实现，该调准装置包括用于固定带衬底标记的衬底的衬底台，其中衬底标记可位于与所述衬底的其余表面不同的水平面上；和调准系统，使用辐射调准光束检测参考标记和所述衬底标记之间的对准状况；其特征在于，一光学元件当检测对准状况时可移动定位于所述调准光束的路径上，用于调整所述调准系统的焦平面，使其聚焦在与所述衬底的其余表面不同的水平面上的衬底标记。
所述光学元件能够调节所述调准系统的焦点达2毫米。非强制性地，调节所述调准系统的焦平面最小为0.1毫米。
光学元件将调准光束聚焦到衬底标记，所述衬底标记位于与衬底的其余表面不同的水平面，并很容易对焦点实施调节。光学元件可调节调准光束的焦平面达2毫米。平板非常适合作为光学元件，由于其容易制造和不要求精确的轴向位置。如果装置包含多个可互换的光学元件，可根据特定对准标记所需的聚焦深度从多个光学元件中进行选择。多个光学元件中的每个具有不同的厚度，或者具有不同的光学性质，例如折射率。光学元件还可以是中空的，各光学元件可充填具有不同折射率的流体。或者，可以改变光学元件沿调准光束的位置以调节调准光束的焦平面。
在一个实施例中，光学元件是中空的，填充了流体，流体的成分是可调整的，以改变光学元件的折射率。非强制地，光学元件的折射率可通过改变流体的盐浓度或改变光学元件中两种流体的混合比例来改变，其中各流体具有不同的折射率。
光学元件可用于沿平行于调准光束传播方向的方向，即z方向，调整调准系统的焦平面。可选择或额外地，光学元件可沿正交于调准光束传播方向的方向调节调准系统的焦平面。这可通过调节光学元件相对调准光束的角度或通过调节光学元件的形状来实现。
装置可包括多个光学元件，其可移动地定位于调准光束的路径上，可使一个或多个光学元件同时位于调准光束的路径上。
调准系统包括调准投影系统，光学元件可设置在调准投影系统后面的调准光束中，或位于调准投影系统的前面，或连接到衬底台。如果设置前后调准光学系统用于引导调准光束到衬底背面，光学元件可设置在前后调准光学系统的入口。
根据本发明的又一方面，提供了一种平版印刷投影装置，包括可提供辐射投影光束的辐射系统，支撑图案形成装置的支撑结构，图案形成装置用于根据希望的图案使投影光束带有图案；投影系统，用于将带图案的光束投影到衬底的目标部分；以及上述的调准装置。
根据本发明的又一方面，提供了一种调准方法，包括步骤：提供带有衬底标记的衬底，所述衬底标记位于与所述衬底其余表面不同的水平面上；提供辐射调准光束；和提供调准系统，将所述辐射调准光束投影到所述衬底标记上；其特征在于，通过检测对准时插入光学元件到所述调准光束中，调整所述调准光束的焦平面，使其聚焦到与所述衬底的其余表面不同的水平面上的衬底标记。
光学元件可调整调准系统的焦平面达2毫米。此外，光学元件调节调准系统的焦平面最小为0.1毫米。
根据本发明的又一方面，提供了一种器件制造方法，包括步骤：用辐射敏感材料层覆盖至少部分的所述衬底；利用辐射系统提供辐射投影光束；使用图案形成装置使所述投影光束的截面带图案；将带有图案的辐射光束投射到辐射敏感材料层上的目标部分；和采用上述的调准方法。
尽管本文中的特定参考示例涉及到使用根据本发明的装置制造集成电路，应当明确地指出这些装置具有许多可能的应用。例如可以应用于制造集成光学系统，引导和检测磁畴存储器、液晶显示屏、薄膜磁头等的图案。所属领域的技术人员可理解到，在这些不同应用范围内使用的术语“标线片”“晶片”“电路片”等在本文中应当分别替代为更通用的术语“掩模”“衬底”和“目标部分”。
在本说明书中，使用的术语“辐射”和“光束”包括了所有类型的电磁辐射，包括了紫外线辐射(如波长为365，248，193，157和126nm)和极端紫外辐射(EUV，具有的波长在5到20nm的范围)，以及粒子束，如离子束或电子束。
附图说明
通过参考示意性附图，以示例的方式，详细地介绍本发明的实施例。在附图中：
图1显示了根据本发明的实施例的平版印刷投影装置；
图2是显示根据本发明的实施例的平版印刷装置中的光学元件设置的示意图；
图3是显示蚀刻较深的调准标记情况下的光学元件设置的示意图；
图4是显示使用前后调准光学系统情况下的光学元件设置的示意图；
图5是显示平版印刷装置中光学元件的另一种设置的示意图；
图6是显示平版印刷装置中光学元件的又一种设置的示意图；
图7是显示可调整x和/或y方向聚焦的光学元件的设置的示意图；
图8是显示可调整x和/或y方向聚焦的光学元件的另一种设置的示意图；
图9是显示平版印刷装置中填充有流体的光学元件的设置的示意图；
图10是显示调准装置中光学元件的设置的示意图。
附图中相应的参考符号表示相应的元件。
具体实施方式
附图1示意性显示了根据本发明的优选实施例的平版印刷投影装置。该装置包括：
辐射系统Ex，IL，用于提供(如极端紫外光辐射)辐射投影光束PB，在这个特定情况下，其还包括辐射源LA；
第一物体台(掩模台)MT，提供掩模固定器以固定掩模MA(如标线片)并连接到第一定位机构，以精确地相对物体PL定位掩模；
第二物体台(衬底台)WT，提供衬底固定器以固定衬底W(即涂复抗蚀剂的硅晶片)并连接到第二定位机构，以精确地相对物体PL定位衬底；
投影系统(“透镜”)PL(即反射光兼折射光透镜系统)，可映射掩模MA的辐射部分到衬底W的目标部分C(包括一个或多个电路片)；
如图所示，装置是透射型的(即具有透射掩模)。但是，一般地，也可以是反射型的(具有反射掩模)。或者，装置可使用另一种图案形成装置，比如可编程反射镜阵列，其类型可参考上面的介绍。
辐射源LA(如激光源或等离子源)，可产生辐射束，辐射束可以直接地或经过调节装置后，如光束扩展器EX，送到照明系统(照明器)IL。照明器IL可包括调节机构AM，用于设定光束的强度分布的外和/或内径向范围(一般分别涉及如σ-外和σ-内)。另外，通常还包括各种其他元件，比如积分器IN和冷凝器CO。通过这种方式，撞击掩模MA的光束PB在其截面上具有希望的均匀性和强度分布。
应当指出图1中的辐射源LA可以设置平版印刷投影装置的外壳中(如源LA是水银灯则通常是这种情况)，但也可以远离平版印刷投影装置，将产生的辐射光束引导到装置(如通过适当的引导反射镜的帮助)，这后一种方案往往在辐射源LA是受激准分子激光器的情况下采用。本发明和权利要求包括这两种方案。
光束PB接下来相交于掩模MA，掩模固定在掩模台上。经过掩模MA后光束PB穿过透镜PL，其将光束PB聚焦到衬底W的目标部分C。在第二定位机构(以及干涉测量装置IF)的帮助下，衬底台WT可精确地移动，可将不同的目标部分C定位在光束PB的路径中。类似地，第一定位机构可精确地相对光束PB的路径定位掩模MA，如在从掩模库中取回掩模MA后，或在扫描期间。一般地，物体台MT，WT的移动可在长行程模块(粗定位)和短行程模块(精确定位)的帮助下实现，这在图1中未公开显示。然而，在晶片分档器(相对于步进和扫描装置)的情况下，掩模台MT只是连接到短行程促动器，还可以是固定的。
图示的装置可以用于不同的模式，如：
1.步进模式，掩模台MT保持基本固定，整个掩模图象在一次动作(即一次闪光)中投射到目标部分C。衬底台WT然后沿x和/或y向移动，使光束PB可辐射不同的目标部分C。
2.扫描模式，基本上采用相同的技术方案，除给定的目标部分C不在单次“闪光”中曝光，而是，掩模台MT沿给定方向(所谓的扫描方向，如y方向)以速度v移动，使投影光束PB扫描掩模图象；衬底台WT同时沿相同或相向方向以速度V＝Mv移动，其中，M是透镜PL的放大系数(一般M＝1/4或1/5)。通过这种方式，可使较大的目标部分C曝光，不会损害分辨率。
在衬底曝光之前，要实现掩模MA和衬底W的对准。辅助对准掩模M1，M2和衬底标记P1，P2分别位于掩模MA和衬底W上。在图2中，调准光束AB通过投影系统PL进行投射。如图所示，衬底标记P1位于衬底W顶表面的凹部中。为调节调准光束AB的焦平面到衬底标记P1的水平面，将光学元件10插入投影系统PL后面的调准光束中。在这个示例中，使用的光学元件10是平板10。然而，凸镜或凹镜或其他折射元件也可以使用。对于材料折射率no产生的希望的光学路径偏移d0，平板的厚度dp可通过公式dp＝cd0得出，其中，
C = n 1 n 1 - n 0
其中n1是平板10的折射率。
调准光束一部分从衬底标记P1反射穿过调准系统AS。调准光束然后映射到调准标记M1。衬底标记P1和调准标记M1的对准状况可通过已知的方式检测，以确定衬底W对准。
在图3中，衬底标记P1位于较深的凹部，这时采用不同的平板10以调整焦距。这里的平板较厚，但也可以使用不同形状的光学元件，或者用由具有不同光学性质的材料制造的平板。
在图4中，衬底标记P2位于衬底底表面下的凹部中，所以通过前后调准光学系统22投射到衬底底部的调准光束的光路长度将不同于投射到衬底标记P2的调准光束的光路长度。衬底标记P2通过前后调准光学系统22二次映射到衬底W的侧面。光学元件12可补偿衬底标记P2所在的凹部，将映像移动到与衬底W前表面相同的水平面。
图5显示了本发明的实施例，其中平板10位于掩模MA和投影系统PL之间。
图6显示了本发明的实施例，其中平板10设置在调准光束投射穿过投影系统PL之前的调准光束A路径上。
除了弥补上述实施例中z向的光路，光学元件10还可以用于调整其他方向的光路，如沿正交z向的平面。如图7所示，平板10设置在与调准光束AB传播方向成锐角的方位。调准光束AB因此可精确地聚焦在沿z向和沿x和/或y向移动的衬底标记P1上。光学元件10的角度可进行变化以调整沿x和/或y向的焦平面。
沿x和/或y向的偏移也可以通过使用平板以外的光学元件来实现。例如，图8所示的楔形光学元件13是产生沿x和/或y向偏移的紧凑和精确方式。不必精确地测量光学元件相对调准光束的角度，就可将光学元件13简单地设置在调准光束的光路上。
在光学元件10的另外实施例中，在调准光束AB路径上的光学元件10具有固定的厚度dp，但光学元件10的折射率是变化的。这可通过塑胶玻璃制成的平板代换玻璃制成的平板来实现。或者，光学元件可是填充了具有已知折射率的流体的中空平板。光学元件10的折射率可通过改变流体的成分来改变。如图9所示，光学元件14的流体15可通过流体更换装置16来更换和进行成分调整。成分的调整可通过改变流体的盐浓度或改变两个流体的混合比例来进行。光学元件14的流体15的更换和更新还可保持光学元件14低温，因此减少了元件热膨胀和收缩造成的误差和损坏。
图10显示了单独的调准装置，其中调准系统AS与投影系统分开。调准系统AS朝衬底W上的衬底标记P1投射调准光束AB。在这个实施例中，衬底W位于衬底台WO上。调准光束的一部分从衬底标记P1反射，映射到调准标记M1进行对准检测。这种调准装置可结合于平版印刷装置，无须调准衬底W的装置。衬底W以足够的精度在调准装置的衬底台WO和平版印刷装置的衬底台WT之间经过以保持对准精度。
对于较大的焦点偏移，可组合使用多个光学元件。或者，可用一个光学元件来控制z向的焦点偏移，另一个用来控制x和y向的焦点偏移。
尽管上面已对本发明的特定实施例进行了介绍，应当认识到本发明可通过与上述所介绍的不同的方式实施。所作介绍不能用来限制本发明。

Claims (24)

1.一种调准装置，包括：
衬底台，用于固定带有衬底标记的衬底，其中衬底标记可位于距所述衬底的其余表面不同的水平面上；和
调准系统，使用辐射调准光束检测参考标记和所述衬底标记之间的对准状况；
其特征在于，当检测对准状况时，一光学元件可移动定位于所述调准光束的路径上，用于调整所述调准系统的焦平面，使其聚焦在与所述衬底其余表面不同的水平面上的衬底标记。
2.根据权利要求1所述的调准装置，其特征在于，所述光学元件是平板。
3.根据权利要求1到2中任一项所述的调准装置，其特征在于，所述光学元件调节所述调准系统的焦平面可达2毫米。
4.根据前面权利要求中任一项所述的调准装置，其特征在于，所述光学元件调节所述调准系统的焦平面最小为0.1毫米。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的调准装置，其特征在于，所述调准系统包括投影调准系统，所述光学元件可设置在所述投影调准系统后面的调准光束中。
6.根据权利要求1到4中任一项所述的调准装置，其特征在于，所述光学元件连接到所述衬底台。
7.根据权利要求1到4中任一项所述的调准装置，其特征在于，所述调准装置还包括前后调准光学系统，其可将所述调准光束投射到所述衬底背面，所述光学元件设置在所述前后调准光学系统入口。
8.根据前面权利要求中任一项所述的调准装置，其特征在于，可变化所述光学元件沿所述投影光束的位置以调整所述投影光束的焦平面。
9.根据前面权利要求中任一项所述的调准装置，其特征在于，设置了多个可互换的光学元件。
10.根据权利要求9所述的调准装置，其特征在于，所述多个可互换的光学元件具有不同的厚度。
11.根据权利要求9或10所述的调准装置，其特征在于，所述多个可互换的光学元件具有不同的光学性质。
12.根据权利要求11所述的调准装置，其特征在于，所述不同的光学性质是不同的折射率。
13.根据权利要求12所述的调准装置，其特征在于，所述光学元件是中空的，所述光学元件填充有不同折射率的流体。
14.根据前面权利要求中任一项所述的调准装置，其特征在于，所述光学元件是中空的，并填充有流体，所述流体的成分是可调整的，以改变所述光学元件的折射率。
15.根据权利要求14所述的调准装置，其特征在于，所述光学元件的折射率可通过改变所述流体的盐浓度进行改变。
16.根据权利要求14或15所述的调准装置，其特征在于，所述光学元件的折射率可通过改变所述光学元件中两种流体的混合比例进行变化，各流体具有不同的折射率。
17.根据前面权利要求中任一项所述的调准装置，其特征在于，设置了多个可移动定位在所述调准光束路径上的光学元件，一个或多个光学元件可同时位于所述调准光束的路径上。
18.根据前面权利要求中任一项所述的调准装置，其特征在于，所述光学元件可平行于所述调准光束的传播方向调整所述调准系统的焦平面。
19.根据前面权利要求中任一项所述的调准装置，其特征在于，所述光学元件可正交于所述调准光束的传播方向调整所述调准系统的焦平面。
20.一种平版印刷投影装置，包括：
辐射系统，用于提供辐射投影光束；
支撑结构，可支撑图案形成装置，所述图案形成装置根据希望形成的图案使所述投影光束带有图案；
投影系统，将带有图案的光束投射到所述衬底的目标部分；和
前面权利要求中任一项所述的调准装置。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述调准光束经过至少一部分所述投影系统。
22.一种调准方法，包括步骤：
提供带有衬底标记的衬底，所述衬底标记可位于与所述衬底其余表面不同的水平面上；
提供辐射调准光束；和
提供调准系统，将所述辐射调准光束投射到所述衬底标记上；
其特征在于，在检测对准时，插入光学元件到所述调准光束中，通过调整所述调准光束的焦平面，使其聚焦到与所述衬底的其余表面不同的水平面上的所述衬底标记。
23.一种器件制造方法，包括步骤：
用一层辐射敏感材料覆盖至少部分所述衬底；
利用辐射系统提供辐射投影光束；
使用图案形成装置使所述投影光束的截面带有图案；
将带有图案的辐射光束投影到辐射敏感材料层上的目标部分；和
采用如权利要求22所述的调准方法。
24.一种根据权利要求23所述方法制造的器件。
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