CN1503061A - 光刻投射装置及器件制造方法 - Google Patents

Abstract

通过提供与基底同步地移动投射到基底上的带图案的投射光束的机构，补偿在一辐射脉冲内、光刻装置中基底的移动的机构。

Description

光刻投射装置及器件制造方法

技术领域

本发明涉及一种光刻投射装置，包括：

用于提供辐射脉冲投射束的辐射系统；

用于根据理想的图案对投射束进行构图的程控构图部件；

用于保持基底的基底台；

用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统；

用于相对于投射系统移动基底的机构。

背景技术

光刻投射装置用于集成电路(IC)、平板显示和其他包括精细结构的器件制造中。程控构图部件产生对应于例如IC一单层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(例如硅片或玻璃板)的靶部上(例如包括一个或者多个电路小片(die)的某部分)。

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。这些转移处理在基底上形成一带图案的抗蚀剂层。随后进行的一个或更多构成图案的步骤，例如沉积，蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学-机械抛光等等完成、产生和修正器件的某一层所需要的每一步处理。如果需要多层，那么对每一新层重复全部步骤或者其变化。最后，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后利用例如切割或锯开技术将这些器件相互分开，由此，单个器件可安装在载体上，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著的“微型集成电路片制造：半导体加工实践入门”(Microchip Fabrication：A Practical Guide to SemiconductorProcessing)”一书(第三版，McGraw Hill出版公司，1997，ISBN 0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。

在现有已知使用程控构图部件的光刻投射装置中，在带图案的投射光束下扫描基底台。一图案放置在可程控的构图部件上，然后在辐射系统的一个脉冲中被曝光在基底上。在下一个辐射系统脉冲前的间隔内，基底台将基底移动到曝光基底的下一靶部的所需位置，并且将程控构图部件上的图案校正。重复这个过程直到将基底上一完整线扫描，随之开始一新线为止。在辐射系统脉冲持续的有限时间内，基底台将因此移动一有限距离。以前，这并不会给使用程控构图部件的光刻投射装置带来问题，因为在该脉冲内基底移动的尺寸相对于曝光在基底上的特征的尺寸是微小的。因此，由此产生的误差并不显著。然而，由于在基底上产生的特征变得更小，该误差变得更加显著。

发明内容

本发明的目的是减少在辐射系统脉冲内由基底移动产生的误差。

依照本发明在开始段中说明的光刻装置实现上述及其他发明目的，其特征在于该装置还包括用于在辐射系统的至少一个脉冲内，相对投射系统，移动投射到基底上的带图案的投射光束的机构，以使在所述至少一个脉冲内，投射光束相对于基底基本静止。

用于移动带图案的投射光束的机构使投射光束在基底上保持更精确地对准，这样减少了在辐射系统的脉冲内，由基底相对于投射系统的移动引起的任何误差。

更好地，在一系列辐射系统脉冲内和脉冲之间的间隔内，该基底相对于投射系统以恒定的速度移动。在辐射系统至少一个脉冲的持续时间内，用于移动带图案的投射光束的机构用来与基底移动同步地移动带图案的投射光束。基底以恒定速度移动减少了基底台和与之连带的定位传动器的复杂性。除此之外，通过与基底移动同步地移动带图案的投射光束，将由此而引起的误差也减少了。

在多个脉冲期间，将带图案的投射光束与基底移动同步地移动。这使得可程控构图部件的像多次投射到基底上的相同部分。这可以在例如当带图案的投射光束的脉冲强度不足以在基底上产生完全曝光的时候完成。与基底移动同步地移动带图案的投射光束减少了基底上图案的相继曝光之间的重叠误差的发生。

由每一个脉冲曝光在基底上的可程控构图部件上的连续图案可以是不同的。例如，可在随后的脉冲中进行校正来弥补第一个脉冲中的错误。作为选择，可将图案的改变用于产生具有某些特征的灰度图像(例如，通过只曝光那些成像于给定基底部分的全部脉冲中的一部分的特征)。

此外或作为选择，带图案的投射光束的强度、可程控构图部件的照明或光瞳滤波可以为投射到基底相同部分的辐射系统的脉冲之一而改变。可以将此用于，例如增加利用前面章节所述的技术产生的灰度的数量，或用于为了不同方向取向的特征而优选不同的曝光。

用于相对于投射系统移动带图案的光束的机构可包括带图案的投射光束通过的一电光材料层。提供一控制系统施加一穿过电光材料的控制电压，从而改变电光材料的双折射。该电光材料的双折射根据控制电压的变化而变化，电光材料双折射的变化可移动其发出的在给定方向偏振的部分带图案的投射光束，该光束以一给定方向偏振。因此可以使带图案的投射光束偏振使得电光材料双折射的变化移动所有带图案的投射光束由。

作为选择，用于相对于投射系统移动带图案的投射光束的机构可包括带图案的投射光束也通过的一第二电光材料层。将该第二电光材料定向使得通过向第二层施加控制电压，改变其双折射，第二层移动与第一层所移动的相反方向偏振的那部分带图案的投射光束。从而可以将全部带图案的投射光束移动而不必使带图案的投射光束偏振。

用于相对于投射系统移动带图案的投射光束的可替换的机构包括一设置的反射表面，以使在辐射系统的脉冲内该表面与入射在其上带图案的投射光束之间的夹角能够变化。因为角度的变化，所以从其反射的光束的位置就移动了。实施本系统的优选机构是一具有多角截面的旋转棱镜。端面形成反射表面。当棱镜旋转时，每一面依次反射带图案的投射光束。在带图案的投射光束入射到每一面的同时，每一面相对于带图案的投射光束的角度会改变。顾及到辐射系统的脉冲频率通过仔细调整棱镜的旋转速度和正确选择棱镜的尺寸，就可以实现所需的对带图案的投射光束移动的控制。该系统的优点在于它不需要使辐射光束偏振，而且它可通过单独使用反射组件的装置实现。

根据本发明的另一方面，提供一器件制造方法，包括以下步骤：

提供一基底，其至少部分被一辐射敏感材料层所覆盖；

利用辐射系统提供一辐射脉冲投射光束；

用程控的构图部件使投射光束在横截面上具有一图案；

投射该带图案的光束到辐射敏感材料层的靶部，

相对于投射系统将基底移动到辐射敏感材料层的连续靶部，其特征在于在辐射系统的至少一个脉冲内，相对投射系统移动投射到基底上的带图案的投射光束，以使在上述至少一个脉冲内，投射光束相对于基底基本静止。

这里使用的术语“可程控构图部件”应广意地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的机构，以使想得到的图案能够产生在基底的靶部上；本文中也使用术语“光阀”和“空间光调制器”(SLM)。这种构图部件的示例包括：

程控反射镜阵列。其可具有一粘弹性控制层的矩阵可寻址表面和一反射表面。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非衍射光。用一个适当的空间滤光器，将所述非衍射光从反射光束中滤掉，只保留衍射光以到达基底；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而产生图案。光栅光阀(GLV)阵列也可用于相应的方式中。每个GLV包含多个反射带，其可相对彼此变形以形成光栅，从而将入射光反射为衍射光。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机构，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，由此已定址的反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到无地址的反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的定址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子机构进行该所需的矩阵寻址。在上述两种情况中，可程控构图部件可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、美国专利US5,523,193、PCT专利申请WO 98/38597和WO98/33096中获得，这些文献在这里作为参考引入。

程控LCD阵列。例如由美国专利US 5,229,872给出的这种结构，它在这里作为参考引入。

应该理解，在使用特征的预偏置，光学近似校准特征、相变技术和多重曝光技术的地方，“显示”在程控构图部件上的图案可与最终转移到基底的一层或基底上的图案有本质上的不同。

为了简单起见，投射系统也可称为“镜头”；可是，该术语应广文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，反射折射系统和微透镜阵列。可以理解，在本申请中术语“投射系统”只是指用于将带图案的光束从程控构图部件转移到基底的任何系统。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装置，该操作装置用于操纵、整形或者控制辐射的投射光束，这种装置在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。

光刻装置可以具有两个(双级)或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。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。

光刻装置也可以是其中基底浸没在一种具有比较高折射率的液体中的形式，比如水，以使其填充投射系统末端元件和基底之间的空间。浸没液体也可以应用到光刻装置中的其他空间，比如掩模和投射系统的最初元件之间。浸没技术是本领域用于提高投射系统数值孔径的一种众所周知的技术。

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，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器、液晶显示板、薄膜磁头、薄膜晶体管液晶显示器、印刷电路板(PCB)等的引导和检测图案等。

在本文件中，使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和EUV(远紫外辐射，例如具有5-20nm的波长范围)，和粒子束，如离子束或者电子束。

附图说明

现在仅通过举例的方式，参照示意附图描述本发明的典型实施例，其中：

图1表示根据本发明实施例的光刻投射装置；

图2表示根据本发明用于移动带图案的投射光束的装置的第一实施例；

图3表示根据本发明用于移动带图案的投射光束的装置的第二实施例；

图4表示根据本发明用于移动带图案的投射光束的装置的第三实施例；和

图5表示图4所示的实施例的另一种形式。

在图中，相应的附图标记表示相应的部件。

具体实施方式

实施例1

图1示意性地表示了基于本发明一实施例的光刻投射装置，该装置包括：

辐射系统Ex，IL，其提供辐射(如UV辐射)投射光束PB，在该具体的例子中该辐射系统包括辐射源LA；

用于将图案施加到投射光束中的程控构图部件PPM(如程控反射镜镜列)；程控构图部件的位置一般将相对于物体PL固定；但作为替代可与用于将基底相对于物体PL精确定位的定位机构连接；

目标台(基底台)WT，设有用于保持基底W(例如覆盖抗蚀剂的硅片)的基底保持器，并与用于将该基底相对于物体PL精确定位的定位机构连接；投射系统(“镜头”)PL(例如，石英和/或CaF₂透镜系统或由这样的材料制成的透镜元件组成的反折射系统或反射镜系统)，其用于将带图案的光束投射到基底W的靶部C(例如包括一个或多个电路小片)上；投射系统可在基底上投射程控构图部件的像；作为选择，投射系统可投射程控构图部件的元件作为快门的辅助光源的像。投射系统也可以包括微透镜阵列(如已知的MLA)等，其用以形成辅助光源并将微点投射在基底上。

如这里描述的，该装置具有反射形式(即具有反射程控构图部件)。但是，一般而言，其也可以具有比如透射的形式(即具有透射程控构图部件)。

辐射源LA(如受激准分子激光器)产生一辐射光束。该光束直接或经过如扩束器Ex的调节机构后，再照射到照射系统(照射器)IL上。照射器IL包括调节机构AM，其用于设定光束强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它装置，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到程控构图部件PPM的光束PB在其横截面具有理想的均匀性和强度分布。

应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投射装置的壳体中(例如当源是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投射装置，其产生的辐射光束被(例如通过适当的定向反射镜的帮助)引导至该装置中；当光源LA是准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求包含这两种方案。

光束PB然后与程控构图部件PPM相交。经过可程控构图部件PPM反射后，光束PB通过投射系统PL，该系统将光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在定位机构(和干涉测量机构IF)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB的光路中定位不同的靶部C。在其被使用的地方，例如在扫描期间，可以使用程控构图部件的定位机构将程控构图部件PPM相对于光束PB的光路进行精确校正。一般地，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WT的移动。类似系统也可用于定位程控构图部件。可以理解，投射束可以交替地/附加地移动而目标台和/或程控构图部件可以具有固定位置从而提供所需的相对移动。

虽然根据本发明的光刻装置在这里描述用于曝光基底上的抗蚀剂，但可以理解本发明并不局限于这种用法，并且该装置可被用于在无抗蚀剂光刻中投射带图案的投射光束。

所示的装置可以按照以下方式使用：

在脉冲模式中，程控构图部件基本保持静止，使用一脉冲辐射源将整个图案投射到基底的靶部C上。基底台WT以基本恒定的速度移动以使产生的投射光束PB在基底W上扫描一道线。在辐射系统的脉冲之间，程控构图部件上的图案可根据需要更新，并且将脉冲定时为使连续靶部C曝光在基底上所要求的地方。因此，投射束能在基底上扫描以曝光基底一条带的完整图案。该过程可反复进行直到整个基底被逐行地曝光。不同模式也可采用。

图2示意性的表示了用于移动带图案的投射光束的机构，如图所示，带图案的投射光束2经过偏振片3。然后该带图案的投射光束再经过一电光材料层4。施加在电光材料4上的电压V可根据需要改变其双折射。当不加电压时，带图案的投射光束沿路径5行进，当在电光材料4加电压时，带图案的投射光束移动到路径6上。

经过电光材料后，带图案的投射光束还可经过例如四分之一波片7，当需要时其可使带图案的投射光束圆偏振。另外带图案的投射光束也能保持线性偏振或不偏振。定向电光材料4的光轴，以使偏振投射光束由电光材料4的双折射来移动。由加在电光材料4上的电压V产生的位移S可由下式求出：

$S=d\·\sin \mathrm{\α}\·\cos \mathrm{\α}\·(\frac{1}{\sqrt{{n_1}^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}}-\frac{1}{\sqrt{{n_0}^2-{\sin }^2\mathrm{\α}}})----\left[1\right]$

其中，d是电光材料层的厚度，α是带图案的投射光束与电光材料表面的夹角。N₀是该装置工作环境的折射率与在不加电压时电光材料的折射率的比值，n₁是在向电光材料施加一给定电压时折射率的相应的比值。因此，当施加在电光材料上的电压变化时，位移S也变化。通过施加逐步变化的电压，能引起带图案的投射光束逐步移动。通过在电光材料上施加适当的成形信号，能够使带图案的投射光束在辐射系统的脉冲的短时间内投射随基底的移动同步地扫描。因此减少了基底上特征部位的误差。

虽然这里所示的带图案的投射光束2依靠偏振片3偏振，但其不是必须的。尤其是，带图案的投射光束2可能已经被偏振的，例如作为程控构图部件的结果或因为辐射源固有地产生偏振辐射。

电光层可以由已知的任何电光材料形成，如ADP，AD^*P，KDP，和KD^*P。为了得到电光材料最佳的响应，最好在接近并高于使用材料的居里温度下工作。居里温度一般比装置的环境温度低。例如KDP的居里温度为123K，KD^*P的居里温度的不同报告为213或222K，ADP的居里温度为148K。因此可提供温控冷却单元(未示出)来冷却电光层。

实施例2

图3表示了本发明的另一实施例。该实施例与第一实施例类似，其相应特征的描述将不再重复。在本实施例中，提供了第二电光材料层8。第二层8的光轴方向与第一层的光轴垂直。从而当向第一层4施加电压V时，在第一方向偏振的带图案的投射光束中的辐射被移位。当向第二层8施加电压V′时，在第二正交方向偏振的辐射被移位。因此，通过向两电光材料层4，8上同时施加电压V、V′，整个带图案的投射光束2被移位，且不需使该投射光束偏振。

由第二电光材料层8产生的位移可由上面给出的公式1求出。一些必需的校准可以保证两辐射的偏振位移相同的量。两电光材料4、8厚度D、D′的细微差别可通过调节电压V或V′补偿。可以看到，0.7mm厚度的电光材料层上的7kV的电压变化产生了50nm的位移。

实施例3

图4表示本发明的另一实施例。在这种情况下，用于移动带图案的投射光束2的机构由一旋转棱镜15提供，这里用横截面示出，其位于光刻装置的后焦面。该棱镜具有多个反射带图案的投射光束2的表面16。图4表示当棱镜15在第一位置的第一时间点的情况和当棱镜15′在第二位置的第二时间点的情况。随着棱镜的旋转，带图案的投射光束2入射到棱镜反射面16的角度将产生变化。相应地，从反射面16射出的带图案的投射光束5，6的角度也产生变化。如图所示，在第一时间点的被反射的带图案的投射光束5与在第二时间点的被反射的带图案的投射光束6之间的角度的不同，在带图案的投射光束入射到基底之处产生了位移S。通过仔细对棱镜15的旋转定时，可以使带图案的投射光束2在辐射的一个脉冲内与基底移动同步地扫描。在辐射脉冲之间的间隔，棱镜15旋转以在随后的辐射系统脉冲开始时呈现一不同表面16。

做为选择，如图5所示，也可使用一透明的旋转棱镜25，在这种情况下，该棱镜可位于像面。

在辐射的一个脉冲内由基底移动造成的误差可以通过提供在辐射的一个脉冲内随基底移动将带图案的投射光束同步地移动的机构而减少。移动带图案的投射光束的备选机构可在本发明的范围之内。

本发明的具体实施例描述如上，应可意识到本发明还可用上述之外的其他方式实施，本说明不作为本发明的限定。

Claims (12)

1.一种光刻投射装置，包括：

用于提供辐射脉冲投射光束的辐射系统；

用于根据理想的图案对投射光束进行构图的程控构图部件；

用于保持基底的基底台；

用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统；

用于相对于投射系统移动基底的机构。

其特征在于所述装置还包括用于在至少辐射系统的一个脉冲内，相对投射系统移动投射到基底上的带图案的投射光束的机构，这样在所述至少一个脉冲内，投射光束相对于基底基本静止。

2.根据权利要求1的光刻投射装置，其中在多个辐射系统脉冲期间和脉冲之间的间隔期间，该基底可相对于投射光束以恒定的速度移动。在辐射系统至少一个脉冲的持续时间内，带图案的投射光束与基底移动同步地移动投射。

3.根据权利要求2的光刻投射装置，其中在辐射系统的多个脉冲期间，将带图案的投射光束与基底移动同步地移动。这使得将程控构图部件的像多次投射到基底上基本相同的部分。

4.根据权利要求3的光刻投射装置，其中提供给程控构图部件的图案在辐射系统的连续脉冲之间是可以变化的，该辐射系统的连续脉冲被投射到基底上基本相同的部分。

5.根据权利要求3或4的光刻投射装置，其中带图案的投射光束的强度、程控构图部件的照明和光瞳滤波中至少一个可以为所述辐射系统脉冲中的至少一个改变，该脉冲被投射到基底的相同部分。

6.根据前述任何一项权利要求的光刻投射装置，其中用于相对于投射系统移动带图案的光束的装置包括：带图案的投射光束通过的一电光材料层，投射和一用于提供电光材料上的控制电压的控制系统；在此调节上述控制电压来改变电光材料的双折射，并移动其发出带图案的投射光束的至少部分。

7.根据权利要求6的光刻投射装置，其中使带图案的投射光束偏振，定向电光材料的光轴的方向以使基本上所有投射光束移动。

8.根据权利要求6的光刻投射装置，其中用于相对于投射系统移动带图案的投射光束的机构包括带图案的投射光束通过的第二电光材料层，控制系统向其提供控制电压以改变其双折射；其中第二电光材料层的光轴方向与第一层的光轴方向基本垂直，因此两层的双折射变化基本移动了所有的投射光束。

9.根据权利要求1至5任何一项的光刻投射装置，其中用于相对于基底投射移动带图案的投射光束的机构包括：设置一反射表面以使在所述的辐射脉冲内该表面与入射在其上的带图案的投射光束之间的角度能够变化。

10.根据权利要求1至5任何一项的光刻投射装置，其中用于相对于基底投射移动带图案的投射光束的机构包括：设置一透射辐射光束的元件，以使在所述的辐射脉冲内辐射光束与其入射到的该元件表面之间的角度能够变化。

11.根据权利要求9或10的光刻投射装置，其中所述用于相对于基底投射移动带图案的投射光束的机构包括一旋转棱镜，其端面为多边形；并且其中至少一纵向表面为在所述的辐射脉冲内带图案的投射光束的入射表面。

12.一种器件制造方法包括以下步骤：

提供一至少部分被辐射敏感材料层覆盖基底，；

利用辐射系统提供一辐射脉冲投射光束；

利用程控构图部件使投射光束在横截面上具有一图案；

将该带图案的光束投射到辐射敏感材料层的靶部上；

相对于投射系统移动基底到辐射敏感材料层的连续靶部；

其特征在于：在至少辐射系统的一个脉冲内，相对投射系统移动投射到基底上的带图案的投射光束，因此在所述至少一个脉冲内，投射光束相对于基底基本静止。

Images