CN1577109A - 光刻装置，器件制造方法，以及由此制造的器件 - Google Patents

Abstract

一种光刻投影装置，包括：用于提供辐射投射光束的辐射系统；用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据所需的图案对投射光束进行构图；基底保持器包括多个突起，该突起限定了一种突起结构，这种结构用于为支撑基本上平的基底而提供基本上平的支架平面，该基底保持器包括用于产生电场的至少一个夹紧电极，通过所述电场将基底夹靠在基底保持器上；基底保持器进一步包括设置为接触基底的外围支撑边缘；以及用于将带图案的光束投射到基底的目标部分上的投影系统。根据本发明，所述至少一个基底伸出所述外围支撑边缘。

Description

光刻装置，器件制造方法，以及由此制造的器件

技术领域

本发明涉及一种光刻投影装置，包括：用于提供辐射投射光束的辐射系统；以及用于支撑基底的基底保持器，该基底置于所述投射光束的光路中，该基底保持器包括多个突起，该突起限定了一种突起结构，这种结构用于为支撑基本上平的基底而提供基本上平的支架平面，该基底保持器包括用于产生电场的至少一个夹紧电极，通过所述电场将基底夹靠在基底保持器上；基底保持器进一步包括设置为接触基底的外围支撑边缘。

背景技术

已知的静电夹具通常配有使用回填气体的部件，形成支撑突起的接地层的底板，以及由基底保持器夹紧的基底后部，所述回填气体用于填充突起之间形成的空间。这种回填气体增强了从基底到基底保持器的传热能力。为了不在真空操作条件下泄漏该回填气体，夹紧压力应该大于回填气体压力，并且为了提供气密限制，具有一个壁，该壁的轮廓通常遵循基底的轮廓，并且在基底接触基底保持器时提供气密环境。

欧洲专利申请EP0947884描述了一种具有基底保持器的光刻装置，其中设置突起来提高基底的平面度。这些突起的一般直径为0.5mm，并且通常设置为彼此相隔3mm，从而形成支撑基底的支撑元件的底座。突起的一般高度为5μm。但是，对于静电夹紧结构，特别是对于存在硬边缘的静电夹紧结构来说，这种结构将回填气体封闭在被照射的基底的背面，由于边界边缘附近的支架终点，很容易使晶片被不平坦地支撑，特别是在突起结构的边界附近。根据外伸的程度，这可能导致在边缘附近晶片上翘或者下垂)，这会产生不能接受的成像品质。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种依照序言的光刻装置，其中解决了晶片支架在基底保持器的边界不平坦的问题，并且以可控制的方式使基底边缘附近的基底平坦。

为了实现所述目的，根据权利要求1特定技术特征设置本发明的光刻装置。

通过以可控制的方式使夹紧电极伸出基底保持器最后一个支撑边缘，可以改变基底边界附近的夹紧压力。这样，根据与通过突起结构确定的支架尺寸有关的基底尺寸，为了在边缘附近向基底提供最佳向下扭矩，可以使电极伸到外围边缘外面。在优选实施方式中，所述突起结构设置为一系列同心圆，这些圆彼此分开距离a，其中电极伸出部分产生扭转载荷，该载荷是由 $M=\frac{1}{12}\mathrm{\Δ}{\mathrm{pa}}^2$ 确定的参考扭转载荷的0.1到3倍，其中Δp是施加的夹紧压力。在这样一个范围内，可以看到，弯矩引入支撑边缘附近基底的最佳高度差。

在一个实施方式中，其中所述突起结构设置为一系列同心圆，所述电极伸出部分优选满足关系0.3＜b/a＜0.4，其中b是电极伸出部分的长度，a是最接近外围支撑边缘的两个同心圆之间的间距。

在另一个优选实施方式中，所述基底保持器包括在外围支撑边缘周围延伸的接地电极。通过这种接地电极，电极边界的静电场界限分明，因此边界附近的静电力是可控制的。

在另一个实施方式中，优选地，所述夹紧电极包括一电场衰减器，该衰减器配置为与突起结构互补的结构。所述电场衰减器可以包括介电层和/或接地层。以这种方式，相对于基底的突起和后侧之间存在的电力，基底和基底保持器之间产生的静电力减小。因此，突起之间的弯曲程度可以明显下降。

附图说明

现在仅通过举例的方式，参照附图描述本发明的实施方案，在图中相应的参考标记表示相应的部件，其中：

图1表示根据本发明一实施方案的光刻投影装置；

图2表示根据本发明的基底保持器的平面示意图；

图3表示沿图2中I-I线的基底的局部示意图；

图4表示根据本发明基底保持器的另一实施方案的详细横截面视图；以及

图5表示根据本发明基底保持器的第三实施方案的详细横截面视图。

具体实施方式

图1示意性地表示了本发明一具体实施方案的一光刻投影装置。该装置包括：

-辐射系统Ex，IL，用于提供辐射投射光束PB(例如深紫外区域的光)。在这种具体的情况下，辐射系统还包括辐射源LA；

-第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如分划板)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置PM连接；

-第二目标台(基底台)WT，设有用于保持基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置PW连接；

-投影系统(“镜头”)PL，用于将掩模MA的辐射部分成像在基底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯(die))上。

如这里指出的，该装置属于透射型(即具有透射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如反射型(具有反射掩模)。另外，该装置可以利用其它种类的构图部件，如上述涉及的可编程反射镜阵列型。

辐射源LA(例如受激准分子激光源)产生辐射光束。该光束直接或在横穿过如扩束器Ex等调节装置后，馈送到照明系统(照明器)IL上。照明器IL包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为s-外和s-内)。另外，它一般包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面具有所需的均匀度和强度分布。

应该注意，参考图1，辐射源LA可以置于光刻投影装置的壳体中(例如当辐射源LA是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投影装置，其产生的辐射光束被(例如通过合适的定向反射镜的帮助)引导至该装置中；当光源LA是受激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然后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。横向穿过掩模MA后，光束PB通过镜头PL，该镜头将光束PB聚焦在基底W的目标部分C上。在第二定位装置PW(和干涉测量装置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目标部分C。类似地，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，用图1中未明确显示的长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。可是，在晶片步进器中(与步进-扫描装置相对)，掩模台MT可与短冲程致动装置连接，或者固定。掩模MA与基底W可以使用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2进行对准。

所示的装置可以按照二种不同模式使用：

1.在步进模式中，掩模台MT基本保持不动，整个掩模图像被一次投射(即单“闪”)到目标部分C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的目标部分C能够由光束PB照射；

2.在扫描模式中，基本为相同的情况，但是给定的目标部分C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向”，例如y方向)以速度v移动，以使投射光束PB在掩模图像上扫描；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相当大的目标部分C，而没有牺牲分辨率。

在图2中，图解说明根据本发明的基底保持器1的平面示意图。在该图中，用虚线绘出多个突起2，该突起2基本上位于多个同心圆上。这些突起具有0.5mm的一般直径，并且一般设置为彼此相距3mm，由此形成支撑基底的支撑元件的底座。参考数字3和4指的是突起最外面的两个圆，它们彼此相距距离a(参见图3)。此外，参考数字8表示伸出外围支撑边缘的电极。在这一点上要注意，外围支撑边缘可以是以壁的形式，该壁的轮廓通常遵循基底的轮廓，并且当基底接触基底保持器1时提供气密环境。另外，外围支撑边缘3可以包括多个彼此分开的突起，从而形成这些突起最外面的一个圆。在这种设置中，可存在(未示出的)密封边缘，该密封边缘不支撑基底但是基本上防止回填气体泄漏。

图3是沿着图2中I-I线的示意性侧视图。在该图中，示意性地说明最外面的突起3和上一个但不是最外面的突起4，由此最外面的突起3形成外围支撑边缘。在该图中，基底保持器1和基底7朝该图的左手边延伸，由曲线5示意性地说明。突起3和4由底板6支撑。底板通常由电绝缘体制成，这种材料(ULE(制成粒的商标名称)和蓝宝石)在本领域中是已知的。示出的突起3，4限定了用于提供基本上平的支架平面的突起结构。这样，支撑基本上平的基底7。实际上，最外面的突起4可以是环绕壁型，而里面的突起通常在形式上是圆筒形，因此外围支撑边缘围绕里面的突起。以这种方式，对于静电夹紧来说，可以提供气密限制，其中通过基底7的后部，外围支撑边缘3和底板6来封闭回填气体。

还示意性地说明夹紧电极8，该电极嵌入伸出外围支撑边缘3的底板中。在这一点上，因为通常电极8被绝缘材料覆盖，所以使用术语“嵌入的”。这里，因为夹紧电极8以可控制的方式伸出基底保持器的所述最后一个支撑边缘，因此可以改变基底边界附近的夹紧压力。这样，根据与通过突起结构所限定的支架尺寸有关的基底尺寸，为了向边缘附近的基底7提供最佳的向下扭矩，电极8可以伸到外围边缘3外面。接地电极9在夹紧电极8和外围支撑边缘3周围延伸。因此，在边界附近，电极8和9边界处的静电场界限分明。

用a表示两个突起3，4之间的距离。用b表示被电极8覆盖的伸出外围支撑边缘3的伸出长度。用c表示除了由夹紧距离b对应(cover)的外伸部分以外，在夹紧电极8的外缘和基底10的边缘之间基底的外伸长度。

对于一维梁理论，支撑边缘3附近的扭矩可以按照逆时针扭矩Ma(夹紧梁结构)和顺时针扭矩Mb(悬臂梁结构)来计算。

      方程式1

在方程式1中，Δp是电极8施加的夹紧压力，a是最外面的支撑边缘3和上一个但不是最外面的突起4之间的距离，b是夹紧长度，θa是基底在支撑边缘3附近的逆时针旋转。根据该方程式，很明显对于不转动的结构来说，应该使夹紧长度延长为支撑突起之间的支撑距离a的0.4倍。此外，当图3中c表示的基底的未夹紧重叠程度与支撑距离相比很大(十倍或更大的数量级)时，边界附近的基底倾向于脱离焦平面的最佳深度，基本上位于突起3和4形成的支架平面上。通过改变与晶片外伸c的程度有关的夹紧长度b，可以提供基底上所有区域的最佳焦深，这里，根据距离c的大小，可以选择距离b为更小或更大。

c的有效值在支撑距离a的0和10倍之间，其中b的值在支撑距离a的0.1和0.7倍之间。

下面的表显示五种负载情况的结果：

1.当基底在最后的支撑边缘3处旋转时，最佳长度b为0。

2.对于“小的”基底伸长(b+c＝2a)，用于基底边缘10的相等偏转和支撑突起之间的基底的最佳长度b，

3.对于“大的”基底伸长(b+c＝10a)，用于基底边缘10的相等偏转和支撑突起之间的基底的最佳长度b，

4.对于晶片边缘为160nm的最大向上偏转的最佳长度b

5.对于晶片边缘为160nm的最大向上向下的最佳值b

6.

	有效夹紧伸长b/a	基底边缘伸长(b+c)/a	在下列位置处总的基底偏转(ytot)			来自夹紧伸长Mb/M的弯曲载荷	设计目标
								左边或上一个节点A	夹紧的有效边缘B	晶片的边缘C
			1	0.408	2						2.46	3.26	20	1	yb＝ya
2	0.353	2				3.19	0.07	3.27	0.74	Yc＝ya，小c
			3	0.342	10						3.33	-0.40	3.34	0.70	Yc＝ya，大c
4	0.160	10				4.92	-2.58	-160	0.15	Yc＞＝-160，所有的s
			5	0.680	2						2.71	48	160	2.77	Yc＜＝160，所有的s

列Mb/M示出对于这些设计来说，晶片刚好在最后一个支撑边缘外面时弯矩的变化。可以看到，大约0.1到3的范围包括了所有最佳设计。这里Mb是静电夹紧施加于最后一个突起外面的晶片的实际弯矩。M是根据平均恒定静电夹紧载荷和突起间距确定的参考扭矩。进一步地，在表中，ya，yb，yc表示在图3所示位置A，B和C附近偏离平坦的参考面的垂直基底，所述参考面平行于突起2限定的支架11的平面。

图4表示根据本发明基底保持器另一实施方式的详细横截面视图。在该实施方式中，通过引入电场衰减器来进一步减轻静电夹紧的偏转影响，该电场衰减器配置为基本上与突起结构互补的结构。更特别地，图4示出包括突起2的基底保持器1，其中突起2之间区域中的电极8和基底7的间距增大。因此在夹紧电极8中，与两个相邻的突起2之间形成凹进部分12，从而使静电力与所述距离成反比地减少。此外，在该实施方式中，形成的电极8具有直立元件13，伸入突起2，由此在突起的直接支撑区域中使施加于突起2的静电力增大。由于基本上降低了突起2之间非支撑区域中的静电压力，因此使偏转变小，由此降低了光刻照明方法的聚焦误差和重叠误差。一般的尺寸是突起高度为5μm，表面粗糙度为30nm，施加的静电载荷为3kV。在这种结构中，假定静电夹具由至少20μm的介电常数为4F/m的介电层14覆盖，在突起之间的区域由300μm的介电层覆盖，那么在整个基底保持器上存在大于350V的无间隙电压(no gap voltage)，从而防止了穿透。施加的电压导致突起上总的估计夹紧压力为16巴，突起之间为0.06巴。

图5表示根据本发明基底保持器的再一实施方式的详细横截面视图。在该实施方式中，通过引入使突起之间的电场屏蔽的接地层15来减轻静电夹紧的偏转影响。接地层15可以是覆盖层，但也可以埋置于基底保持器1中。在图5中，示出突起的侧壁16也由接地层15覆盖的结构。这提供了使基底7接地的附加好处。此外，在用金属层覆盖基底保持器之后，可以相当容易地制造这种基底保持器，并且可以通过抛光工艺等使突起顶部清洁和平滑。

技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，在说明书中任何术语“分划板”或者“晶片”或者“基底”的使用应认为分别可以由诸如置于光路中的任何物体的更普通的术语代替。这种物体可以包括多个构图部件，所述构图部件用于赋予投射光束带图案的横截面，或者利用投射到基底目标部分上的带图案光束使基底形成图案。另外，下面给出的定义说明了文中使用的某些概念的一般和特定含义。这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的装置，其中所述图案与要在基底的目标部分上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在目标部分中形成的器件如集成电路或者其它器件的特定功能层相对应(如下文)。这种构图部件的示例包括：

-掩模。掩模的概念在光刻中是公知的，它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性地被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射辐射束中的所需位置，并且如果需要该台会相对光束移动。

-可编程反射镜阵列。这种设备的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的基本原理是(例如)反射表面的已寻址区域将入射光反射为衍射光，而未寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中滤除所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的定址图案而产生图案。可编程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装置，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，由此已寻址反射镜以与未寻址反射不同的方向将入射的辐射光束反射；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。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵定址。在上述两种情况中，构图部件可包括一个或者多个可编程反射镜阵列。上面提到的反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891、US5,523,193、PCT专利申请WO 98/3g597和WO 98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在可编程反射镜阵列的情况中，所述支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的；

-可编程LCD阵列。例如由美国专利US 5,229,872给出的这种结构，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。

光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅晶片)的目标部分上(例如包括一个或者多个管芯(die))。一般地，单一的晶片将包含相邻目标部分的整个网格，该相邻目标部分由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻投影装置是，通过将全部掩模图案一次曝光在目标部分上而辐射每一目标部分；这种装置通常称作晶片步进器或者步进-重复装置。另一种装置(通常称作步进-扫描装置)通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底台来辐射每一目标部部分；因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。关于如这里描述的光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6,046,792中获得，该文献这里作为参考引入。

另外，光刻装置可以具有两个或者多个基底台(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。例如在美国专利U85,969,441和WO98/40791中描述的二级光刻装置，这里作为参考引入。

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种装置可能具有其它应用。例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示板、薄膜磁头等等。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(UV)辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)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。

尽管上面已经描述了本发明的特定实施例，但是可以理解，本发明可以用不同于所描述的方式来实施。例如，实施例描述了作为晶片台的基底保持器，用于保持通过投射到基底目标部分上的带图案光束而形成图案的基底，在一些实施方式中(特别是在利用反射掩模的实施方式中)，基底保持器可以是用于支撑构图部件的支架，构图部件用于赋予投射光束带图案的横截面。说明书无意限定本发明。

Claims (13)

1.一种光刻投影装置，包括：

-用于提供辐射投射光束的辐射系统；以及

-用于支撑基底的基底保持器，该基底置于所述投射光束的光路中，基底保持器包括多个突起，该突起限定了一种突起结构，这种结构用于为支撑基本上平的基底而提供基本上平的支架平面，该基底保持器包括用于产生电场的至少一个夹紧电极，用于通过所述电场将基底夹靠在基底保持器上；基底保持器进一步包括设置为接触基底的外围支撑边缘；

其特征在于

-所述至少一个电极伸出所述外围支撑边缘，用于提供使基底边缘附近的基底平坦的扭矩载荷。

2.根据权利要求1的光刻投影装置，其中所述电极伸出部分产生扭转载荷，该载荷是由 $M=\frac{1}{12}{\mathrm{\Δpa}}^2$ 确定的参考扭转载荷的0.1到3倍，

其中Δp是施加的夹紧压力，a是两个突起之间的平均间距。

3.根据权利要求2的光刻投影装置，其中所述突起结构设置为一系列同心圆，所述电极伸出部分满足关系0.3＜b/a＜0.6，其中b是电极伸出部分的长度，a是最接近外围支撑边缘的两个同心圆之间的间距。

4.根据前面任一项权利要求的光刻投影装置，其特征在于所述基底保持器包括沿着外围支撑边缘延伸的接地电极。

5.根据前面任一项权利要求的光刻投影装置，其特征在于所述夹紧电极包括一电场衰减器，该衰减器配置为提供基本上与突起结构互补的电场衰减，用于使接近突起的电场压力集中。

6.根据权利要求5的光刻投影装置，其中所述电场衰减器包括至少200μm介电常数为4F/m的介电层和/或接地层。

7.根据权利要求5-6中任一项的光刻投影装置，其中所述夹紧电极在两个相邻的突起之间凹进。

8.根据权利要求5-7中任一项的光刻投影装置，其中所述夹紧电极突出到每个所述突起中。

9.根据权利要求8的光刻投影装置，其中所述夹紧电极由至少20μm的介电层覆盖，该介电层的介电常数为4F/m。

10.根据前面任一项权利要求的光刻投影装置，其中所述基底保持器是用于保持基底的基底台，该基底通过将带图案的光束投射到基底的目标部分上而形成图案。

11.用于根据前面任一项权利要求的光刻投影装置的基底保持器，包括多个突起，用于产生电场的至少一个夹紧电极，以及设置为接触基底的外围支撑边缘，所述突起限定了一种突起结构，这种结构用于为支撑基本上平的基底而提供基本上平的支架平面，夹紧电极用于通过所述电场将基底夹靠在基底保持器上；其特征在于

-所述至少一个电极伸出所述外围支撑边缘，用于提供使基底边缘附近的基底平坦的扭矩载荷。

12.一种光刻投影装置，包括：

-用于提供辐射投射光束的辐射系统；以及

-用于支撑基底的基底保持器，该基底置于所述投射光束的光路中，该基底保持器包括多个突起，该突起限定了一种突起结构，这种结构用于为支撑基本上平的基底而提供基本上平的支架平面，该基底保持器包括用于产生电场的至少一个夹紧电极，用于通过所述电场将基底夹靠在基底保持器上；基底保持器进一步包括设置为接触基底的外围支撑边缘；

其特征在于

-所述夹紧电极包括一电场衰减器，该衰减器配置为提供基本上与突起结构互补的电场衰减，用于使接近突起的电场压力集中。

13.一种光刻投影装置，包括：

-用于提供辐射投射光束的辐射系统；以及

-用于支撑构图部件的构图部件保持器，该构图部件置于所述投射光束的光路中，该保持器包括多个突起，该突起限定了一种突起结构，这种结构用于为支撑基本上所述构图部件的后部而提供基本上平的支架平面，该基底保持器包括用于产生电场的至少一个夹紧电极，通过所述电场将基底夹靠在基底保持器上；基底保持器进一步包括设置为接触基底的外围支撑边缘；

其特征在于

-所述至少一个电极伸出所述外围支撑边缘，用于提供使基底边缘附近的基底平坦的扭矩载荷。

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