CN1612052A - 光刻装置和器件制造方法 - Google Patents

Abstract

在使用157毫微米辐射的光刻装置中，在已经使用了低流量净化模式之后，在低强度下激发投影光束，并监测衬底表面处的强度。当衬底表面处的强度表示光束路径上的传输回到正常水平时，就确定可以安全地重新开始曝光。

Description

光刻装置和器件制造方法

技术领域

本发明涉及一种光刻装置和器件制造方法。

背景技术

光刻装置是可在衬底的目标部分上施加所需图案的机器。光刻装置例如可用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可采用图案形成装置如掩模来产生与IC的单个层相对应的电路图案，该图案可被成像到衬底(如硅晶片)上的具有一层辐射敏感材料(抗蚀剂)的目标部分(例如包括一个或多个管芯)上。通常来说，单个衬底包含被连续曝光的相邻目标部分的网络。已知的光刻装置包括所谓的分档器，其中通过将整个图案一次性地曝光在目标部分上来照射各目标部分，还包括所谓的扫描器，其中通过沿给定方向(“扫描”方向)由投影光束来扫描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来照射各目标部分。

在光刻装置中，待成像特征的尺寸受到所用曝光辐射的波长的限制。因此，为了成像出更细微的细节，必须使用波长更短的辐射。当前生产所用的光刻装置使用了248毫微米或193毫微米的紫外线辐射。正在研制使用157毫微米辐射的装置。在使用157毫微米辐射的光刻装置中必须要克服的一个问题是，在该波长下普通大气是基本上不透明的。因此，提出了采用非常纯净的氮气(N₂)来净化该光刻装置，或至少净化光束路径。所需的纯净程度非常高，甚至百万分之几(ppm)的氧气或水蒸气也会导致曝光辐射的传输存在显著下降。使用这种高纯度氮气带来了两个问题，即其成本昂贵，并且对装置的操作和维护人员带来了危险。

为了克服这些问题，已经提出，净化系统具有两种模式，即用于曝光的高流量模式和在装置不使用时、尤其是在装置的密封腔已被打开如用于维护时使用的低流量模式。低流量模式具有较低的流率，其刚够保护装置中的光学元件不受污染而对人体无害，在光学元件暴露在标准大气压下时可能会产生这种污染。当装置处于低流量净化模式下一段时间之后再次起动时，其将在高流量净化模式下花费15-30分钟左右的时间来净化光束路径，以便生产可以重新开始。需要有这样一段时间来保证在光束路径中存在均匀的气体混合物，因而保证在曝光区域中存在均匀的剂量。由于在曝光辐射源在存在有污染物的情况下接通时装置中的光学元件会受损，因此必须留有一定的误差范围，已知的氧气和水的传感器无法可靠地检测可能会导致损害的污染水平，因此在生产重新开始之前每次打开装置的密封腔时都存在多达30-60分钟的延迟。这种停机时间严重地影响了装置的产量。

发明内容

本发明的目的是提供一种光刻装置和器件制造方法，其中生产可在小于满流量净化的期间之后快速地重新开始。

根据本发明的一个方面，提供了一种光刻装置，其包括：

-用于提供辐射投影光束的照明系统；

-用于支撑图案形成装置的支撑结构，该图案形成装置用于使投影光束的截面具有一定的图案；

-用于固定衬底的衬底台；

-用于将形成了图案的光束投影到衬底的目标部分上的投影系统；

-用于采用净化气体来净化该装置的至少一部分的净化装置，该净化装置可在净化气体的流量相对较高的第一模式以及净化气体的流量相对较低的第二模式下工作；和

-用于检测相对投影光束方向而言处于所述装置一部分的下游位置处的所述投影光束的强度的传感器，所述部分是由所述净化装置来净化的部分，其特征在于：

控制装置，其设置成可控制所述照明系统，以响应于所述净化装置从所述第二模式到所述第一模式的模式变化而产生强度比用于曝光所述衬底目标部分的正常强度更低的投影光束，并且设置成可监测由所述传感器测得的所述投影光束的强度，所述控制装置设置成可在由所述传感器测得的所述投影光束的所述强度达到预定标准之前，防止所述照明系统产生具有所述正常强度的投影光束。

通过使用传感器来监测相对投影光束方向而言处于净化密封腔下游处的投影光束强度，就可以实现非常灵敏的污染检测器，使得一旦污染程度回到可进行生产的特定水平，装置便回到生产模式。与此同时，仅采用较低的强度可以防止在存在污染物时损坏装置的光学元件。

预定标准可以是光束强度已经达到表示了光束路径的传输已回到生产所需的水平、例如99％或更高的传输。在低流量的第二净化模式中，光束路径的传输约为高流量净化期间和已经清除了污染物之后的传输的60％。

在本发明的一个优选实施例中，该预定标准为光束路径的传输偏差小于预定的阈值，例如1％。当传输处于这种稳定状态下时，可以推定净化状况也是稳定的。这种设置避免了需要在较长时期内提供具有较高绝对精度的传感器，如果要比较停机时间之前和之后的强度水平的话，那么这种传感器是必须的。

能量传感器优选是在空间上灵敏的，该预定标准为至少其部分截面上的光束强度具有预定的均匀性。通过考虑光束强度的均匀性而非其绝对强度，就可以忽略因源输出中的波动所引起的强度的任何变化。

当投影光束是脉冲的时，预定标准可以参考若干脉冲上的平均测量值。同样，可以忽略源输出中的脉冲间的差异。

通过在比生产期间所用的例如4赫兹更低的脉冲重复频率如1赫兹下操作脉冲式辐射源，和/或通过在所述照明系统中使用可变衰减器，就可以降低光束的强度。

根据本发明的另一方面，提供了一种器件制造方法，包括步骤：

-采用净化气体在第一流率下初次净化光束路径中的被投影光束穿过的至少一部分；然后，

-采用净化气体在高于所述第一流率的第二流率下二次净化光束路径中的被投影光束穿过的所述部分；

其特征在于：

-在所述二次净化的步骤期间沿着所述光束路径来引导处于第一强度下的投影光束；

-监测光束路径的至少所述部分的传输；和

-仅在所述光束路径的传输达到预定的标准时，才沿着所述光束路径来引导处于高于所述第一强度的第二强度下的投影光束，以便曝光衬底的目标部分。

虽然在本文中将具体地参考光刻装置在IC制造中的应用，然而应当理解，这里所介绍的光刻装置还具有其它应用，例如集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的制造。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，用语“晶片”或“管芯”在这里的任何使用分别被视为与更通用的用语“衬底”或“目标区域”具有相同的含义。这里所指的衬底可在曝光前或曝光后例如在轨道(一种通常在衬底上施加抗蚀层并对暴露出来的抗蚀层进行显影的工具)或度量或检查工具中进行加工。在适当之处，本公开可应用于这些和其它的衬底加工工具中。另外，衬底可被不止一次地加工，例如以形成多层IC，因此，这里所用的用语“衬底”也可以指已经包含有多层已加工的层的衬底。

这里所用的用语“辐射”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如波长为365，248，193，157或126毫微米)和远紫外线(EUV)辐射(例如具有5-20毫微米范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。

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投影光束的横截面具有一定的图案以便在衬底的目标部分中形成图案的装置。应当注意的是，施加于投影光束中的图案可以不完全对应于衬底目标部分中的所需图案。一般来说，施加于投影光束中的图案将对应于待形成在目标部分内的器件如集成电路中的特定功能层。

图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的例子包括掩模、可编程的镜阵列和可编程的LCD面板。掩模在光刻领域中是众所周知的，其包括例如二元型、交变相移型和衰减相移型等掩模类型，还包括各种混合式掩模类型。可编程的镜阵列的一个例子采用微型镜的矩阵设置，各镜子可单独地倾斜以沿不同方向反射所入射的辐射光束；这样，反射光束就形成了图案。在图案形成装置的各例子中，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，并可保证图案形成装置可例如相对于投影系统处于所需的位置。用语“分划板”或“掩模”在本文中的任何使用可被视为与更通用的用语“图案形成装置”具有相同的含义。

这里所用的用语“投影系统”应被广义地理解为包括各种类型的投影系统，包括折射光学系统、反射光学系统和反射折射光学系统，这例如应根据所用的曝光辐射或其它因素如使用浸液或使用真空来适当地确定。用语“透镜”在本文中的任何使用均应被视为与更通用的用语“投影系统”具有相同的含义。

照明系统也可包括用于对辐射投影光束进行引导、成形或控制的任何类型的光学元件，包括折射、反射和反射折射的光学元件，这些元件在下文中统称或单独地称为“透镜”。

光刻装置可以是具有两个(双级)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”式机器中，附加的台可以并行地使用，或者可在一个或多个台上进行预备步骤而将一个或多个其它的台用于曝光。

光刻装置也可以是这样的类型，其中衬底被浸入在具有较高折射率的液体如水中，从而填充了投影系统的最后元件和衬底之间的空间。浸液也可施加到光刻装置的其它空间内，例如掩模和投影系统的第一元件之间。浸没技术在本领域中是众所周知的，其用于增大投影系统的数值孔径。

附图说明

下面将仅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，在附图中对应的标号表示对应的部分，其中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的光刻装置；

图2显示了图1所示装置的净化气体装置和相关的控制系统。

具体实施方式

图1示意性地显示了根据本发明的一个特定实施例的光刻装置。该装置包括：

-用于提供辐射(例如DUV辐射)的投影光束PB的照明系统(照明器)IL；

-用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA的第一支撑结构(例如掩模台)MT，其与用于将图案形成装置相对于物体PL精确定位的第一定位装置PM相连；

-用于固定衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W的衬底台(例如晶片台)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PW相连；和

-用于在衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上对由图案形成装置MA施加给投影光束PB的图案进行成像的投影系统(例如折射型投影透镜)PL。

如这里所述，此装置为透射型(例如采用了透射掩模)。或者，此装置也可以是反射型(例如采用了上述类型的可编程镜阵列)。

照明器IL接收来自辐射源SO的辐射光束。辐射源和光刻装置可以是单独的实体，例如在辐射源为准分子激光器时。在这种情况下，辐射源不应被视为形成了光刻装置的一部分，辐射光束借助于光束传送系统BD而从源SO传递到照明器IL中，光束传送系统BD例如包括适当的定向镜和/或光束扩展器。在其它情况下，该源可以是装置的一个整体部分，例如在辐射源为水银灯时。源SO和照明器IL与光束传送系统BD(如果有的话)一起称为辐射系统。

照明器IL可包括调节装置AM，其用于调节光束的角强度分布。通常来说，至少可以调节照明器的光瞳面内的强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称为σ-外部和σ-内部)。另外，照明器IL通常包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光镜CO。照明器提供了经调节的辐射光束，其称为投影光束PB，并在其横截面上具有所需的均匀性和强度分布。

投影光束PB入射在固定于掩模台MT上的掩模MA上。在穿过掩模MA后，投影光束PB通过透镜PL，透镜PL将光束聚焦在衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉测量仪)，衬底台WT可精确地移动，以便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PM和另一位置传感器(在图1中未明确示出)来相对于光束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，借助于形成为定位装置PM和PW的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可以实现载物台MT和WT的运动。然而，在采用分档器的情况下(与扫描器相反)，掩模台MT可只与短行程致动器相连，或被固定住。掩模MA和衬底W可采用掩模对准标记M1，M2和衬底对准标记P1，P2来对准。

所述装置可用于下述优选模式中：

1.在分档模式中，掩模台MT和衬底台WT基本上保持静止，而施加到投影光束上的整个图案被一次性投影到目标部分C上(即单次静态曝光)。然后沿X和/或Y方向移动衬底台WT，使得不同的目标部分C被曝光。在分档模式中，曝光区域的最大尺寸限制了在单次静态曝光中所成像的目标部分C的大小。

2.在扫描模式中，掩模台MT和衬底台WT被同步地扫描，同时施加到投影光束上的图案被投影到目标部分C上(即单次动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向由投影系统PL的放大(缩小)和图像倒转特性决定。在扫描模式中，曝光区域的最大尺寸限制了单次动态曝光中的目标部分的宽度(非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定了目标部分的高度(扫描方向上)。

3.在另一模式中，掩模台MT基本上保持固定并夹持了可编程的图案形成装置，而衬底台WT在施加到投影光束上的图案被投影到目标部分C上时产生运动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，可编程的图案形成装置根据需要在衬底台WT的各次运动之后或在扫描期间的两次连续辐射脉冲之间进行校正。这种操作模式可容易地应用于采用了可编程的图案形成装置、例如上述类型的可编程镜阵列的无掩模式光刻术中。

还可以采用上述使用模式的组合和/或变型，或者采用完全不同的使用模式。

在图2中显示了装置的净化气体装置和相关的控制系统。装置分成许多个密封腔，在所示情况下为四个密封腔，即照明系统腔ILC、掩模腔MAC、投影系统腔PLC和衬底腔WC。对于各密封腔来说，净化气体由净化气体供给系统PGS来供应。在采用157毫微米左右波长的曝光辐射的装置中，净化气体是高纯氮气，其用于使空气从光束路径中排出，否则空气会阻挡曝光辐射的传输。

净化气体供给系统可在两种模式下工作，这两种模式是用于衬底曝光的高流量模式，以及在装置的密封腔打开和/或装置的其它停机期间使用的低流量模式。低流量模式消耗更少的净化气体，并且对人体无害，净化气体因其纯度非常高而十分昂贵。然而，该流量足以保护光学元件不受污染，并且可防止污染物在装置中积聚起来。高流量和低流量模式中的实际流率取决于各密封腔的大小、泄漏情况，以及密封腔中的其它可能有的污染源。高流量模式中的流率大约是低流量模式中的3到4倍。这一因子可随装置和密封腔的不同而变化。如果不是所有的密封腔都要打开的话，保持关闭的密封腔可保留在高流量模式中。

在低流量模式中工作了一段时间之后，在曝光开始之前必须保证光束路径中的污染物水平回到特定的水平，否则投影和照明系统中的光学元件就会因在强烈投影光束的影响下与污染物发生反应而受损。

在高流量模式重新开始时，控制系统CS控制辐射源SO以发出低功率光束，并采用内置于衬底台WT中的光点传感器SS来监测衬底平面处的光束强度。当测得强度表示了回到正常的传输水平时，可以重新开始采用了完全功率投影光束的生产用曝光。由于光束路径中的大气传输对会损害光学元件的污染物、主要是氧气和水蒸气来说非常灵敏，因此回复正常的传输就表示了在光束路径中无污染物。仅仅1-10ppm的污染物就会导致传输存在明显的下降。

可采用多种标准来确定传输是否处于正常水平，包括：

1.绝对强度超过一定的阈值；

2.强度变化率小于一定的阈值；

3.投影光束横截面上的强度均匀性超过一定的阈值，例如不均匀性小于0.2％；

4.强度随时间的稳定性超过一定的阈值，例如偏差小于5％，优选小于2％，最好小于1％。

在所有上述标准中，可采用相关参数的时间平均值。

当源SO为脉冲源如准分子激光器时，可通过将脉冲重复频率降低到例如小于10赫兹、优选降低到约1赫兹来降低投影光束的强度，而与之相比，曝光的正常脉冲重复频率为4千赫兹或更大。可采用照明系统IL中的可变衰减器VA来控制投影光束的强度。

如果照明系统结合有一定比例的投影光束经由部分镀银镜而引导到其中的能量传感器，那么也应考虑能量传感器的输出，作为补偿源输出中的偏差的参考。另外，如果仅有处于低流量模式下的密封腔处于能量传感器光束的上方，那么可采用由能量传感器测得的光束强度来代替由光点传感器测得的强度。

虽然已经在上文中描述了本发明的特定实施例，然而可以理解，本发明可通过不同于上述的方式来实施。这些描述并不限制本发明。

Claims (11)

1.一种光刻装置，包括：

-用于提供辐射投影光束的照明系统；

-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使所述投影光束的截面具有一定的图案；

-用于固定衬底的衬底台；

-用于将形成了图案的光束投影到所述衬底的目标部分上的投影系统；

-用于采用净化气体来净化所述装置的至少一部分的净化装置，所述净化装置可在净化气体的流量相对较高的第一模式以及净化气体的流量相对较低的第二模式下工作；和

-用于检测相对所述投影光束方向而言处于所述装置一部分的下游位置处的所述投影光束的强度的传感器，所述部分是由所述净化装置来净化的部分，其特征在于：

控制装置，其设置成可控制所述照明模式，以响应于所述净化装置从所述第二模式到所述第一模式的模式变化而产生强度比用于曝光所述衬底目标部分的正常强度更低的投影光束，并且设置成可监测由所述传感器测得的所述投影光束的强度，所述控制装置设置成可在由所述传感器测得的所述投影光束的所述强度达到预定的标准之前，防止所述照明系统产生具有所述正常强度的投影光束。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预定标准为所述光束的强度已经达到表示了所述光束路径的传输已回到生产所需水平的水平。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预定标准为所述光束强度的变化率已降低到小于预定的阈值。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述能量传感器是在空间上灵敏的，所述预定标准为至少其部分截面上的光束强度具有预定的均匀性。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预定标准为所述光束路径的传输随时间的稳定性小于预定的阈值。

6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述预定标准基于所述投影光束强度或其变化率的时间平均。

7.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述照明系统提供了脉冲式投影光束，所述控制装置可控制所述照明系统，以提供脉冲重复频率小于生产期间所用频率的脉冲光束作为所述低强度的投影光束。

8.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制装置可控制所述照明系统中的可变衰减器，以产生所述强度降低的投影光束。

9.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述强度降低的投影光束具有小于或等于所述正常强度的1％的强度。

10.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器设于所述衬底台上。

11.一种器件制造方法，包括步骤：

-采用净化气体在第一流率下初次净化光束路径中的被投影光束穿过的至少一部分；然后，

-采用净化气体在高于所述第一流率的第二流率下二次净化所述光束路径中的被所述投影光束穿过的所述部分；

其特征在于：

-在所述二次净化的步骤期间沿着所述光束路径来引导处于第一强度下的投影光束；

-监测光束路径的至少所述部分的传输；和

-仅在所述光束路径的传输达到预定的标准之后，才沿着所述光束路径来引导处于高于所述第一强度的第二强度下的投影光束，以曝光衬底的目标部分。