CN1494956A - 从表面上去除微粒的清洗方法、清洗装置和光刻投影装置 - Google Patents

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Abstract

将光刻掩模放入到以气密方式密封的腔内。腔内气压从大气压快速地降低到10－2毫巴，以便使掩模表面上的污染微粒脱落。

Description

从表面上去除微粒的清洗方法、清洗装置和光刻投影装置
技术领域
本发明涉及一种通过从敏感表面上去除微粒来进行清洗的方法。这种方法尤其可与光刻投影装置结合使用，此光刻投影装置包括：
-用于提供辐射投影光束的辐射系统；
-用于支撑图案形成装置的支撑结构，图案形成装置用于按照所需图案来使投影光束形成图案；
-用于固定衬底的衬底台；和
-用于将形成图案的光束投影到衬底的目标部分上的投影系统。
背景技术
这里所用的用语“图案形成装置”应被广义地解释为可用于使入射辐射光束的横截面具有一定图案的装置，此图案与将在衬底的目标部分中产生的图案相对应；用语“光阀”也可用于此上下文中。一般来说，所述图案对应于将在目标部分中形成的器件如集成电路或其它器件(见下文)中的某一特定功能层。这种图案形成装置的例子包括：
-掩模。掩模的概念在光刻技术中是众所周知的，其包括多种掩模类型，例如二元型、交变相移型、衰减相移型，以及各种混合掩模类型。将这种掩模放入辐射光束中会导致根据掩模上的图案而照射在掩模上的辐射产生选择性的透射(在透射掩模的情况下)或反射(在反射掩模的情况下)。在采用掩模的情况下，支撑结构通常为掩模台，其保证可将掩模固定在入射辐射光束内的所需位置上，并且如有需要可使掩模相对于光束运动。
-可编程的镜阵列。这种装置的一个示例是具有粘弹性控制层和反射面的矩阵寻址的表面。此装置的基本原理是(例如)反射面的可寻址区域将入射光反射为衍射光，而非寻址区域将入射光反射为非衍射光。采用合适的滤光器可从反射光束中滤掉所述非衍射光，只留下衍射光；这样，光束根据矩阵寻址的表面的寻址图案而形成图案。可编程的镜阵列的另一实施例采用微型镜的矩阵设置，通过施加合适的局部电场或通过采用压电致动装置可使各微型镜围绕某一轴线各自倾斜。同样，这些镜子是矩阵寻址的，使得寻址镜将以不同于非寻址镜的方向反射所入射的辐射光束；这样，反射光束根据矩阵寻址镜的寻址图案而形成图案。可利用合适的电子装置进行所需的矩阵寻址。在上述两种情况中，图案形成装置可包括一个或多个可编程的镜阵列。关于这里所提到的镜阵列的更多信息例如可从美国专利US5296891、US5523193和PCT专利申请WO98/38597和WO98/33096中收集到，这些专利通过引用结合于本文中。在采用可编程的镜阵列的情况下，所述支撑结构例如可为框架或台，其可根据要求为固定的或可动的。
-可编程的LCD阵列。在美国专利US5229872中给出了这种结构的一个示例，此专利通过引用结合于本文中。如上所述，在这种情况下支撑结构例如可为框架或台，其可根据要求为固定的或可动的。
为简便起见，本文的余下部分在某些位置具体地集中到包括掩模和掩模台的示例上；然而，在这些示例中讨论的基本原理应在上述图案形成装置的更广泛的上下文中进行理解。
光刻投影装置例如可用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，图案形成装置可产生与IC的单个层相对应的电路图案，而且此图案可成像于已涂覆有一层辐射敏感材料(抗蚀剂)的衬底(硅晶片)上的目标部分(例如包括一个或多个管心)上。通常来说，单个晶片包含相邻目标部分的整个网格，所述相邻目标部分通过投影系统一次一个地连续地被照射。在现有装置中，在采用掩模台上的掩模来形成图案时，在两种不同类型的机器之间存在着差异。在一种光刻投影装置中，通过将整个掩模图案一次性地曝光在目标部分上来照射各目标部分；这种装置通常称为晶片分档器。在通常称为步进-扫描装置的另一种装置中，通过沿给定的基准方向(“扫描”方向)在投影光束下渐进地扫描掩模图案并以平行于或反向平行于此方向的方向同步地扫描衬底台来照射各目标部分；通常来说，由于投影系统具有一个放大系数M(通常小于1)，因此衬底台被扫描的速率V为掩模台被扫描的速率的M倍。关于这里所述的光刻装置的更多信息例如可从专利US6046792中收集到，此专利通过引用结合于本文中。
在采用光刻投影装置的制造工艺中，图案(例如掩模中的图案)被成像在至少部分地覆盖有一层辐射敏感材料(抗蚀剂)的衬底上。在此成像步骤之前，可对衬底进行各种工序，例如涂底层、抗蚀剂涂覆和软焙烘。在曝光后可对衬底进行其它工序，例如曝光后焙烘(PEB)、显影、硬焙烘和对所成像的特征进行测量/检查。此工序排列用作使器件例如IC的单个层形成图案的基础。随后可对这种形成了图案的层进行各种工序，例如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学机械抛光等，所有这些工序均用于完成单个层的加工。如果需要多个层，那么必须对各个新层重复进行整个工序或其变型。最后，在衬底(晶片)上设置器件阵列。随后这些器件通过例如切片或切割技术而相互分开，从而将这些单个的器件安装在与引脚相连的载体等上。关于此工艺的更多信息例如可从下述书籍中得到：“微芯片的制造：半导体加工实用指南”，第三版，Peter van Zant著，McGraw Hill出版公司，1997年，ISBN 0-07-067250-4，其通过引用结合于本文中。
为简便起见，在下文中将投影系统称为“透镜”；然而，此用语应被广义地理解为包括各种类型的投影系统，例如包括折射光学系统、反射光学系统和反射折射光学系统。辐射系统也可包括根据任一种这些设计类型来进行操作以对辐射投影光束进行引导、成形和控制的元件，这些元件在下文中统称或单独地称为“透镜”。另外，光刻装置可以是具有两个或多个衬底台(和/或两个或多个掩模台)的那种类型。在这种“多级”装置中，可使用并联的附加台，或者可在一个或多个台上进行预备工序而将一个或多个其它的台用于曝光。例如在专利US5969441和WO98/40791中介绍了双级光刻装置，这些专利通过引用结合于本文中。
为了保证在衬底上投影清晰且干净的图像，在使用前应彻底地清洁掩模。残留在掩模表面上的任何微粒都会毁坏图像并刮伤掩模。当集成电路的关键尺寸减小时，成像误差的范围增大，因此消除杂散微粒的重要性日益增加。为了避免刮伤非常精密的掩模，希望使用非接触式的清洗方法。目前的非接触式清洗的方法包括激光清洗、猝发清洗或湿超声清洗。然而，使用这些方法均存在着因发生于微粒内的振动特性而损坏掩模的危险。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种通过从掩模或其它物体的表面上去除微粒来清洗掩模或其它物体的新型的改进方法。
根据本发明，这一目的及其它目的可由一种通过从物体表面上去除微粒来清洗物体表面的方法而得以实现，所述方法包括步骤：
-提供以气密方式密封的腔；
-将物体放到所述腔中并使待清洗的表面暴露出来；
-密封所述腔；和
-将所述腔内的气压降低到较低的压力，
其特征在于，所述气压快速地降低。
发明人已经发现，将气压从大气压降低到10-2毫巴(mbar)可实现有利的结果。另外，气压降最好应在5秒内进行。为了产生更大的气压差，可在快速降低压力之前增大气压。
在气压快速降低之后，可将其快速地(即压力变化发生于5秒内)增加，最好是回到气压降低之前的原始气压。为了彻底地进行清洗，气压在低压和高压之间重复地循环。
这种清洗方法可与其它去除微粒的方法结合使用。例如，可采用电场来吸引微粒并将其从表面上去除。这可提供额外的去除微粒的力。为了进一步增大这种力，可以对待清洗的物体表面充电。作为另选或附加，可以使物体振动，这有助于使因静摩擦而吸附在物体表面上的任何微粒产生松动。类似地，用粒子轰击待清洗的物体表面有助于去除因静摩擦而吸附的固定污染微粒。已经发现，由于具有惰性且价格较低，压缩二氧化碳对于此目的来说是很理想的选择。改变物体的温度也有助于除去微粒，这是因为材料会相应地膨胀或收缩。这些去除微粒的其它方法可在腔减压期间或之前进行。
为了降低微粒和待清洗的物体表面之间的粘附力，可以在待清洗的物体表面上涂覆液体层，最好是溶剂。
虽然可用于所有其它的敏感表面，然而本发明特别为清洗光刻掩模而开发。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于从物体表面上去除微粒的装置，包括：
带有能够以气密方式进行密封的门的腔；
用于降低密封腔内的气压的装置；以及
下述中的至少其中之一，包括：
用于提供电场以吸引微粒并将其从表面上去除的装置；
用于使待清洗物体振动的装置；
用于采用粒子来轰击待清洗的物体表面的装置；和
用于在待清洗的物体表面上涂覆液体层的装置。
根据本发明的另一方面，提供了一种如开篇段落中所介绍的光刻装置，其特征在于，所述装置还包括用于从物体表面上去除微粒的装置，其包括：
带有能够以气密方式进行密封的门的腔；
用于在5秒内将密封腔内的气压从大气压降低到10-2毫巴的装置。
因此，本发明尤其可用于涉及EUV辐射的光刻技术，这是因为它属于对误差特别敏感的光刻区域。
虽然在本文中将通过具体地参考IC制造来说明根据本发明的装置的使用，然而应当清楚地理解，这种装置还具有许多其它的可能应用。例如，它可用于集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示面板、薄膜磁头等的制造中。本领域的技术人员可以理解，在这种替代性应用的上下文中，在这里使用的任何用语：“分划线”、“晶片”或“管心”可分别由更通用的用语“掩模”、“衬底”和“目标区域”来代替。
在现有文献中，用语“辐射”和“光束”用于包括任何类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如波长为365，248，193，157或126毫微米)和EUV辐射(远紫外线辐射，其例如具有5-20毫微米范围内的波长)，以及粒子束辐射，例如离子束或电子束辐射。
附图说明
下面将通过示例的方式并参考示意性附图来介绍本发明的实施例，在附图中：
图1描述了根据本发明的第一实施例的清洗装置；
图2显示了使微粒移动的方法；
图3描述了根据本发明第二实施例的具有静电吸引装置的清洗装置；
图4描述了根据本发明第三实施例的具有振动载物台的清洗装置；
图5描述了根据本发明第四实施例的采用压缩二氧化碳来轰击掩模的清洗装置；
图6显示了具有溶剂层的掩模的截面图；和
图7描述了根据本发明的一个实施例的光刻投影装置。
在附图中相应的标号表示相应的元件。
具体实施方式
实施例1
图1显示了根据本发明的装置，其具有能够以气密方式密封的门11的腔10，使得在腔10的内部和外部之间存在较大的压力差。管13从腔10的内部通向泵装置15，在腔内设有载物台14。待清洗的掩模MA固定在载物台14上，其待清洗表面25暴露出来。掩模MA应当通过例如真空吸力装置牢固地固定在载物台14上。一旦门11被密封，泵装置就在约1秒内将腔10内的气压从大气压降低到10-2毫巴。降低气压的时间可以变化，但不应超过5秒。发明人所进行的实验表明，这一快速的减压能够成功地使微粒移动。现在还无法准确地知道这种减压是如何使微粒移动的，然而一种可能的方法是，当从腔10中快速地抽取气体时，吸附在微粒26后面的气泡27使微粒移动，如图2所示。使微粒26移动的另一可能的力是气体的湍流，它会撞击微粒26，从而使它们移动。一旦微粒26移动，它们就会随空气一起被抽出腔10，然后从气流中去除。在降低了气压之后，在1秒内使气压增大到大气压。快速增大腔内的气压也产生了湍流，并且气泡可类似地使微粒移动。将压力从大气压降低到较低压力并回到大气压的循环可根据需要而重复多次。
压力不一定必须降低到10-2毫巴，然而压力降越大和越快，清洗方法就越有效。因此，将压力降低到10-7毫巴将更有利。类似地，气压不必从1个大气压开始快速地下降。例如，腔内的气压可增大到10个、甚至是100个大气压(或者是它们之间的任何压力)，以产生到10-2或10-7毫巴(或者是它们之间的任何压力)的更大的快速压力降。
为了降低微粒26和待清洗的掩模25的表面之间的粘附力，可以改变腔10内的气体成分。可通过优化气体混合物来提高和增大微粒去除的机会，例如由于不同的粘性。
实施例2
第二实施例与第一实施例大致相同，不同之处在于下述特征。
如图3所示，在腔内设置了充电板32，其与待清洗的掩模表面25相对。在此实施例中，载物台14由金属制成并且也可充电。在快速降低腔10内的压力的同时，电压源V将充电板32和载物台14充电到10到2000V之间。因此，载物台14上的掩模MA也被充电。由于掩模MA被充电，其上的微粒被朝向充电板32吸引。因此就存在用于使微粒26移动的另一种力。
实施例3
第三实施例与第一实施例大致相同，不同之处在于下述特征。在此实施例中，载物台14在腔10内减压的过程中振动，如图4所示。图4所示的振动(由双向箭头所示)与掩模MA的平面线性地平行，并处于1毫米左右的振幅。振动的频率可在50到500赫兹之间。使微粒26粘附在掩模MA上的一种力是静摩擦力。当载物台14(以及掩模MA，这是因为它牢固地固定在载物台14上)在振动期间改变方向时，微粒的惰性使得它们继续地原始方向上运动，同时掩模MA在其下方改变方向。这就克服了静摩擦，因而使微粒26移动。
可以不采用线性振动，而是采用平行于掩模MA平面的旋转振动。这些振动应当在大致5°，频率在1到5000赫兹之间。作为另选，也可以采用垂直于掩模MA平面的线性振动。
实施例4
第四实施例与第一实施例大致相同，不同之处在于下述特征。在此实施例中，如图5所示，在腔10之外的容器43中含有压缩二氧化碳。在腔10进行减压时，压缩二氧化碳通过单向阀45朝向掩模MA喷射。当压缩二氧化碳微粒轰击掩模MA时，作用力就使微粒26从待清洗的掩模表面25上脱落下来。压缩二氧化碳蒸发并在减压期间从腔10中排出。这一方法并不限于使用压缩二氧化碳，可以使用任何惰性液体或微粒形式的固体。
实施例5
第五实施例与第一实施例相同，不同之处在于下述特征。如图6所示，在腔10进行减压之前，在待清洗的掩模表面25上涂覆溶剂52的薄层。溶剂降低了微粒26和掩模MA之间的粘附力，并使微粒26溶解。因此，溶剂52的层应当在待清洗基底的整个表面上是均匀的，以保证溶剂与所有微粒26相邻，并最好足够厚，以完全地覆盖微粒26，以便溶解微粒26或使其悬浮。当腔内气压降低且气体被抽出时，溶剂将与溶解微粒或悬浮微粒一起排出腔10。然后可从气体中除去微粒。可以改变溶剂以使微粒26能最佳地溶解于其中。
实施例6
上述装置作为单独的清洗装置来使用，然而它可以是较大的光刻装置的一部分。图7示意性地显示了一种结合有如上述任一实施例所述的清洗装置的光刻投影装置。所述装置包括：
·用于提供辐射(例如EUV辐射)的投影光束PB的辐射系统Ex，IL，在此特定情况下其还包括辐射源LA；
·设有用于固定掩模MA(如分划板)的掩模固定器的第一载物台(掩模台)MT，其与用于将掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置相连；
·设有用于固定衬底W(如涂覆有抗蚀剂的硅晶片)的衬底固定器的第二载物台(衬底台)WT，其与用于将衬底相对于物体PL精确定位的第二定位装置相连；
·用于在衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管心)上对掩模MA的被照亮部分进行成像的投影系统(“透镜”)PL(例如折射型系统)。
如这里所述，此装置为反射型(例如具有反射掩模)。然而通常来说，它也可以是透射型(例如带有透射掩模)。或者，此装置可以采用另一种图案形成装置，例如上述类型的可编程的镜阵列。
源LA(例如激光致等离子源或放电等离子源)产生辐射光束。此光束直接地或在穿过调节装置如光束扩展器Ex后被馈送给照明系统(照明器)IL。照明器IL可包括用于设定光束强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称为σ-外部和σ-内部)的调节装置AM。此外，它通常还包括各种其它的元件，例如积分器IN和聚光器CO。这样，照射在掩模MA上的光束PB在其横截面上具有所需的均匀性和强度分布。
在图1中应注意到，源LA可位于光刻投影装置的外壳内(例如当源LA为水银灯时通常是这样)，但也可远离光刻投影装置，源LA所产生的辐射光束被引入该装置中(例如借助于合适的导向镜)；当源LA为准分子激光器时通常为后一种情形。本发明和权利要求包括所有这些情形。
光束PB随后与固定在掩模台MT上的掩模MA相交。在被掩模MA选择性地反射后，光束PB通过透镜PL，透镜PL将光束PB聚焦在衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置(以及干涉测量仪IF)，衬底台WT可精确地移动，例如将不同的目标部分C定位在光束PB的路径中。类似地，可用第一定位装置相对于光束PB的路径对掩模MA进行精确的定位，例如在将掩模MA从掩模库中机械式地重新取出之后或者在扫描过程中。通常来说，借助于图1中未明确描述的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可实现载物台MT，WT的移动。然而，在采用晶片分档器的情况下(与步进-扫描装置相反)，掩模台MT可只与短行程致动器相连，或被固定住。
所述装置可用于两种不同的模式中：
1.在步进模式中，掩模台MT基本上保持静止，整个掩模图案被一次性投影(即单次“闪光”)到目标部分C上。然后沿x和/或y方向移动衬底台WT，使得光束PB可照射不同的目标部分C。
2.在扫描模式中，除了给定的目标部分C没有在单次“闪光”中曝光之外，基本上采用相同的方案。作为替代，掩模台MT以速度v沿给定方向(所谓的“扫描方向”，例如y方向)移动，从而使投影光束PB可在掩模图像上扫描；同时，衬底台WT以速度V＝Mv沿相同或相反的方向同时移动，其中M为透镜PL的放大系数(通常来说M＝1/4或1/5)。这样，可以对较大的目标部分C进行曝光而不会降低分辨率。
虽然在上文中介绍了本发明的特定实施例，然而应当理解，本发明可以不同于上述的方式来实施。此说明书并不意味限制了本发明。

Claims (16)

1.一种通过从物体表面上去除微粒来清洗物体表面的方法，包括步骤：
-提供以气密方式密封的腔；
-将物体放到所述腔中并使待清洗的表面暴露出来；
-密封所述腔；和
-将所述腔内的气压降低到较低的压力，
其特征在于，所述气压在5秒内快速地降低到10-2毫巴。
2.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述物体为光刻掩模。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括快速地增大所述气压的后续步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述气压快速地增大到其降低之前的原始气压。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述气压在低压和高压之间重复地循环。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在快速地降低所述气压之前将所述气压增大。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供电场来吸引微粒并将其从所述待清洗表面上去除的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述待清洗的物体表面充电以帮助去除微粒。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使所述物体振动。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使所述物体的温度发生变化。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，采用粒子来轰击所述待清洗的物体表面。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述轰击粒子为压缩二氧化碳。
13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述待清洗的物体表面上涂覆液体层的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述层在所述待清洗物体的整个表面上是均匀的。
15.一种用于从物体表面上去除微粒的装置，包括：
带有能够以气密方式进行密封的门的腔；
用于降低所述密封腔内的气压的装置；以及
下述中的至少其中之一，包括：
用于提供电场以吸引微粒并将其从所述表面上去除的装置；
用于使所述待清洗物体振动的装置；
用于采用粒子来轰击所述待清洗的物体表面的装置；和
用于在所述待清洗的物体表面上涂覆液体层的装置。
16.一种光刻投影装置，包括：
-用于提供辐射投影光束的辐射系统；
-用于支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置用于按照所需图案来使所述投影光束形成图案；
-用于固定衬底的衬底台；和
-用于将形成图案的光束投影到所述衬底的目标部分上的投影系统，
其特征在于，所述装置还包括用于从物体表面上去除微粒的装置，其包括：
带有能够以气密方式进行密封的门的腔；
用于在5秒内将所述密封腔内的气压从大气压降低到10-2毫巴的装置。
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