CN1641482B - 光刻装置及器件制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻装置，包括设置在投影系统的中间焦点处或其附近的辐射衰减器或可变孔径系统，如遮光叶片。除了辐射衰减器或可变孔径系统之外，测量系统可以设置在中间焦点处。通过将这些系统的一个或多个放置于投影系统的中间焦点处而不是放置于照射系统的中间掩模版附近，因其有更大的可用空间而存在较少的设计限制，导致较低的设计成本。

Description

光刻装置及器件制造方法

技术领域

本发明涉及一种光刻装置和一种器件制造方法。

背景技术

光刻装置是一种将所需图案作用于基底的目标部分上的装置。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图结构，如掩模，可用于产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在具有辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(例如硅晶片)的目标部分(例如包括部分，一个或者多个管芯)上。一般地，单个基底将包含依次曝光的相邻目标部分的网格。已知的光刻装置包括所谓的步进器，其中通过将全部图案一次曝光在目标部分上而辐射每一目标部分，还包括所谓的扫描器，其中通过投射光束沿给定方向(“扫描”方向)扫描图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底来辐射每一目标部分。

光刻装置可包括用于向中间掩模版提供辐射投射光束的照射系统。中间掩模版可以是反射型或者是透射型。在光束被中间掩模版反射或透射之后，光束带有中间掩模版上存在的图案。然后将所谓的“带图案的光束”通过投影系统投射到基底的目标部分上。在EUV光刻中，照射系统和投影系统都包括多个光学反射镜，用以加工辐射光束。在当前的照射系统中，可以设置辐射衰减器来衰减辐射光束，以便操纵中间掩模版目标部分上的光束的定位和尺寸。在EUV光刻装置中，照射系统中设置辐射衰减器的最合适的位置是非常接近反射中间掩模版的位置。但是，例如，中间掩模版遮光叶片系统可能是相对较大的。因为空间有限，并且这些中间掩模版遮光叶片尺寸相对较大，使这些系统的设计受到限制。

发明内容

本发明的一个方面是通过实现较少的设计限制来减少光刻装置的制造成本。

因此，根据本发明的一个方面，提供一种光刻装置，包括用于提供辐射投射光束的照射系统；用于支撑构图结构的支架，所述构图结构用于给投射光束的截面赋予图案；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目标部分上的投影系统，该投影系统具有一中间焦点，其中该装置包括在中间焦点处或其附近的至少一个如下的装置：至少一个用于衰减带图案的光束的辐射衰减器，至少一个用于使至少一部分带图案的光束穿过的可变孔径系统，至少一个用于测量带图案的光束的强度的辐射测量系统。

通过将辐射衰减器，可变孔径系统和/或测量系统放置于投影系统的中间焦点(IF)处而不是在照射系统的中间掩模版附近，更大的空间是可利用的，并且存在较少的设计限制，这样减少了装置的成本。

通过将辐射测量系统如强度监测传感器，放置于投影系统的IF处，可以测量相对更接近基底的辐射，因此只有该IF和基底之间的光学系统的退化影响(degradation effect)不会被测量。注意，在中间焦点处，可以将一个或多个辐射系统与一个或多个辐射测量系统结合进行设置。

如果可变孔径系统和辐射测量系统都设置在投影系统的IF处或其附近，那么优选将辐射测量系统设置于中间掩模版和可变孔径系统之间。按照这种方式，可变孔径系统不会影响对带图案的光束的测量。

可变孔径系统可包括遮光叶片系统，辐射衰减器可包括均匀校正装置。均匀校正装置可设置为动态地调整在特定位置处带图案的光束的辐射透射。传递到基底表面的辐射量的均匀度是光刻装置中成像质量的重要决定因素。如果在穿过成像区域传递到晶片水平面的能量密度存在差异，那么会导致在抗蚀剂显影之后图像特征的尺寸差。通过确保均匀照射掩模水平面的照射场(狭缝)可以确保晶片水平面的均匀度达到很高的程度。在这种技术状况下，这可以通过使照射光束穿过积分器如石英棒或复眼透镜来实现，在石英棒中，光束经历多次反射，复眼透镜形成源的重叠图像的多重性。尽管如此，带图案的光束的均匀度可能需要调整。根据一个实施方式，利用均匀校正装置对其进行调整。

辐射测量系统可包括强度监测传感器，如二极管传感器，用于监测带图案的辐射光束的强度。

在另一个实施方式中，辐射衰减器本身设置为测量在投影系统的中间焦点处或其附近的辐射。按照这种方式，不需要附加的测量系统。辐射衰减器可包括均匀校正装置的多个叶片，其中所述叶片与电路相连，用以测量例如光感应的电流。

根据另一方面，提供一种用于如上所述的光刻装置的投影系统，其中该投影系统具有一中间焦点，该投影系统包括在中间焦点处或其附近的至少一个如下的装置：至少一个用于衰减带图案的光束的辐射衰减器，至少一个用于使至少一部分带图案的光束穿过的可变孔径系统，至少一个用于测量带图案的光束的强度的辐射测量系统。

根据本发明的另一个方面，提供一种器件制造方法，包括利用投影系统将带图案的辐射光束投射到基底的目标部分上；使投影系统的中间焦点处或其附近的带图案的光束衰减；利用可变孔径系统使投影系统中间焦点处或其附近的至少一部分带图案的光束穿过；测量在投影系统的中间焦点处或其附近的带图案的光束的强度。

本发明还涉及通过上述方法制造的器件。

在本申请中，本发明的光刻装置具体用于制造IC，但是应该理解这里描述的光刻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、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，这里任何术语“晶片”或者“管芯”的使用可以认为分别与更普通的术语“基底”或者“目标部分”同义。此外，在曝光之前或之后，可以利用例如轨道(一种通常将抗蚀剂层涂敷于基底并将已曝光的抗蚀剂显影的工具)或者计量工具或检验工具对这里提到的基底进行处理。在可应用的地方，这里公开的内容可应用于这种和其他基底处理工具。

这里使用的术语“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)，以及粒子束，如离子束或者电子束。

这里使用的术语“构图结构”应广义地解释为能够给投射光束赋予带图案的截面的装置，以便在基底的目标部分上形成图案。应该注意，赋予投射光束的图案可以不与在基底的目标部分上的所需图案完全一致。一般地，赋予投射光束的图案与在目标部分中形成的器件如集成电路的特殊功能层相对应。

构图部件可以是透射的或是反射的。构图部件的示例包括掩模和可编程反射镜阵列。掩模在光刻中是公知的，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。可编程反射镜阵列的一个例子是利用微小反射镜的矩阵排列，每个反射镜能够独立地倾斜，从而沿不同方向反射入射的辐射光束；按照这种方式，对反射光束进行构图。在构图结构的每个实施例中，支撑结构可以是一个框架或工作台，例如，所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的，并且可以确保构图结构位于例如相对于投影系统的所需位置处。这里的任何术语“中间掩模版”或者“掩模”的使用可认为与更普通的术语“构图结构”同义。

这里使用的术语“投影系统”应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括折射光学系统，反射光学系统，和反折射光学系统，如适合于所用的曝光辐射，或者适合于其他方面，如使用浸液或使用真空。这里任何术语“镜头”的使用可以认为与更普通的术语“投影系统”同义。

照射系统还可以包括各种类型的光学部件，包括用于引导、整形或者控制辐射照射光束的折射，反射和反折射光学部件，这些部件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(二级)或者多个基底台(和/或两个或多个掩模台)。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。

光刻装置也可以是这样一种类型，其中基底浸入具有相对较高折射率的液体中，如水，以填充投影系统的最后一个元件与基底之间的空间。湿浸法在本领域是公知的，用于增大UV投影系统的数值孔径和/或“焦深”。

附图说明

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

图1表示根据本发明的光刻装置；

图2示出根据本发明光刻投影装置的EUV照射系统和投影光学系统的侧视图；

图3是遮光叶片系统，连同曝光区域和中间掩模版的示意图；

图4是阻挡在中间焦点处部分投射光束的均匀校正系统的顶视图；以及

图5示出用于测量辐射衰减器的一个元件的组抗的电路。

具体实施方式

图1示意性地表示了根据本发明的光刻装置1。该装置包括用于提供辐射(例如UV或EUV辐射)的投射光束PB的照射系统(照射器)IL。

第一支撑结构(例如掩模台)MT，用于支撑构图结构(例如掩模)MA，并与将该构图结构相对于投影系统(透镜)PL精确定位的第一定位装置PM连接。基底台(例如晶片台)WT，用于保持基底(例如涂敷抗蚀剂的晶片)W，并与将基底相对于投影系统PL精确定位的第二定位装置PW连接。

投影系统(例如反射投影透镜)PL，用于通过构图结构MA将赋予投射光束PB的图案成像在基底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上。

如这里指出的，该装置属于反射型(例如采用反射掩模或如上面提到的一种类型的可编程反射镜阵列)。另外，该装置可以是透射型(例如采用透射掩模)。

照射器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分开的机构，例如当辐射源是激光源时。在这种情况下，不认为辐射源是构成光刻装置的一部分，辐射光束一般借助于光束输送系统从源SO传送到照射器IL。在其他情况下，辐射源可以是装置的组成部分，例如当辐射源是汞灯或等离子体源时。

照射器IL可以包括用于调节光束的角的强度分布的调节装置。一般地，至少可以调节照射器光瞳平面内强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。照射器提供辐射的调节光束，称作投射光束PB，在该光束的横截面具有所需的均匀度和强度分布。

投射光束PB入射到保持在掩模台MT上的掩模MA上。由掩模MA反射后，投射光束PB通过镜头PL，该镜头将光束聚焦在基底W的目标部分C上。在第二定位装置PW和位置传感器IF2(例如干涉测量装置)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和位置传感器IF1将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，借助于长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)来实现目标台MT和WT的移动，所述两个模块构成定位装置PM和PW的一部分。可是，在步进器的情况下(与扫描器相对)，掩模台MT可以只与短行程致动装置连接，或者固定。掩模MA与基底W可以利用掩模对准标记M1，M2和基底对准标记P1，P2进行对准。

所示的装置可以按照下面优选的模式使用：

1.在步进模式中，掩模台MT和基底台WT基本保持不动，赋予投射光束的整个图案被一次投射到目标部分C上(即单次静态曝光)。然后基底台WT沿X和/或Y方向移动，以便能够曝光不同的目标部分C。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制在单次静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式中，同时扫描掩模台MT和基底台WT，并将赋予投射光束的图案投射到目标部分C上(即，单次动态曝光)。基底台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)和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制单次动态曝光中目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而扫描移动的长度确定目标部分的高度(沿扫描方向)。

3.在其他模式中，掩模台MT基本上保持静止，并保持可编程构图结构，并且在将赋予投射光束的图案投射到目标部分C上时移动或扫描基底台WT。在这种模式中，一般采用脉冲辐射源，并且在基底台WT的每次移动之后或者在扫描期间连续的两次辐射脉冲之间，根据需要更新可编程的构图结构。这种操作方式可以很容易地应用于无掩模光刻中，所述无掩模光刻利用如上面提到的一种类型的可编程反射镜阵列的可编程构图结构。

还可以采用在上述所用模式基础上的组合和/或变化，或者采用与所用的完全不同的模式。

图2示出包括辐射单元3，照射系统IL，和投影系统PL的光刻装置1。辐射单元3和照射系统IL称作辐射系统2。辐射单元3配有辐射源SO，该辐射源可由放电等离子体形成。来自辐射单元3的辐射在中间焦点21处形成虚源。辐射系统2配置为使中间焦点21置于照射系统IL的孔径处。投射光束PB在照射系统IL中经反射元件13，反射元件14反射，到达位于中间掩模版或掩模台MT上的中间掩模版或掩模(未示出)上。形成的带图案的光束17在投影系统PL中经反射元件18，19通过中间焦点23并且经反射元件12，11成像到晶片台或基底台WT上。在辐射单元3，照射系统IL和投影系统PL中一般可以存在比图中所示的更多的元件。

光刻装置1包括基本上设置于投影系统PL的中间焦点23处的辐射衰减器25。在图2中，辐射衰减器25位于中间焦点23附近或位于该焦点处。应该理解，投影系统PL可以具有多个中间焦点，并且辐射衰减器25另外可以位于投影系统PL的其他中间焦点处。辐射衰减器35用于使带图案的光束17衰减。衰减可以通过例如吸收或反射该辐射来实现。通过衰减带图案的光束17，可以控制带图案的光束17在基底W上的强度和分布。这种衰减可以在光束的0-100％之间变化。在100％衰减的情况下，光束完全被阻挡。

可变的孔径系统30可位于中间焦点23处或其附近。该系统30包括多个遮光叶片。图3示出包括两个遮光叶片31，32的遮光叶片系统的实施例，所述遮光叶片用于遮蔽一部分带图案的光束17。通过遮蔽一部分带图案的光束17，仅仅照射基底W上管芯的曝光区域36。遮光叶片31，32可以沿X方向移动以便调整曝光区域36。如果照射中间掩模版38，那么带图案的光束17将包舍线41，42之间的图案信息，分别如图3中所示。实际上，呈香蕉形的带图案的光束17超过了线41，42。这意味着场外区域(out-of-field area)51，52也将接收到辐射。根据本发明的一个实施方式，这些场外区域51和/或52用于放置强度监测传感器61，该传感器用于测量带图案的光束17的强度。强度监测传感器61例如可以是二极管传感器。通过将强度监测传感器61置于场外区域51或52中，可以测量带图案的光束17的强度而不影响带图案的光束17在基底W上的强度。强度监测传感器61可以在与图3中绘出的X和Y方向垂直的Z方向上置于中间掩模版和可变孔径系统之间。按照这种方式，可变孔径系统25不会影响对带图案的光束的测量，这是有利的。应该注意，在上述实施方式中，可以增加遮光叶片来限制沿Y方向的曝光区域36。将X和Y遮光叶片物理上分开是有利的，例如，Y叶片位于照射系统中的中间掩模版附近，而X叶片在投影系统的中间焦点处。

辐射衰减器可以包括均匀校正装置，该装置位于中间焦点23处或其附近。均匀校正装置设置为校正带图案的光束的强度均匀度。图4示出均匀校正装置68的实施例，该装置包括用于阻挡一部分带图案的光束17的多个叶片70。图4中示出香蕉形的带图案的光束17在中间焦点23处的轮廓。均匀校正装置68的多个叶片70可以由未示出的驱动单元动态地进行调整，以动态地改变在特定位置处带图案的光束的透射。驱动单元设置为沿Y方向移动叶片70，如图3中所示。出于一些原因，如果在某个X位置的强度过高，那么位于该X位置的某些叶片70将进一步向右移动，即沿Y方向移动。按照这种方式，可以校正到达基底的带图案的光束17的强度均匀度。

辐射衰减器本身可用于测量带图案的光束的强度。图5示出用于测量元件电阻的电路，例如测量均匀校正装置的叶片70的电阻的电路。该元件设置为如果带图案的光束17入射到辐射衰减器上，那么该元件的电特性，即电阻将发生变化。通过测量例如该元件的电阻，可以间接地测量带图案的光束17的强度。在图5中，示出电流表93和电压源94。其他电气配置也是可以的，如本领域的普通技术人员所知道的。当辐射衰减器25包括多个元件，如多个薄层或多条线时，可以测量各个元件的电特性。按照这种方式，可以确定辐射光束的空间强度分布。

尽管上面已经描述了本发明的具体实施方式，但是应该理解，本发明也可以按照不同于所描述的方式实施。说明书不意味着限制本发明。

Claims (12)

1.一种光刻装置，包括：

用于提供辐射投射光束的照射系统；

用于支撑构图结构的支撑结构，所述构图结构用于给投射光束的截面赋予图案；

用于保持基底的基底台；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，该投影系统具有一中间焦点，其中该装置包括在中间焦点处或其附近处的如下的装置：

用于衰减带图案的光束的辐射衰减器；

用于使至少一部分带图案的光束穿过的可变孔径系统；

其中该辐射衰减器被配置作为辐射测量系统用于测量带图案的光束的强度；

进一步包括一电路，该电路用于测量该辐射衰减器的多个元件的电特性，以便确定带图案的光束的强度。

2.根据权利要求1所述的装置，其中该可变孔径系统包括至少两个遮光叶片，该遮光叶片用于遮蔽一部分带图案的光束。

3.根据权利要求1所述的装置，其中该辐射衰减器包括一均匀校正装置，该装置包括用于阻挡一部分带图案的光束的多个叶片，该均匀校正装置用于增强基底上带图案的光束的强度均匀度。

4.根据权利要求3所述的装置，其中均匀校正装置用于动态地调整在特定位置处带图案的光束的辐射透射。

5.根据权利要求1所述的装置，其中辐射投射光束具有5-20nm范围内的波长。

6.一种用于光刻装置的投影系统，该投影系统具有一中间焦点，其中该投影系统包括在中间焦点处或其附近处的如下的装置：

用于衰减带图案的光束的辐射衰减器；

用于使至少一部分带图案的光束穿过的可变孔径系统，

其中该辐射衰减器被配置作为辐射测量系统用于测量带图案的光束的强度；

进一步包括一电路，该电路用于测量该辐射衰减器的多个元件的电特性，以便确定带图案的光束的强度。

7.一种器件制造方法，包括：

利用投影系统将带图案的辐射光束投射到基底的目标部分上；

使投影系统的中间焦点处或其附近处的带图案的光束衰减；

使投影系统中间焦点处或其附近处的至少一部分带图案的光束穿过；以及

测量在投影系统的中间焦点处或其附近处的带图案的光束的强度；

利用辐射衰减器测量带图案的光束的强度；

进一步包括一电路，该电路用于测量该辐射衰减器的多个元件的电特性，以便确定带图案的光束的强度。

8.一种光刻装置，包括

用于提供辐射投射光束的装置；

用于支撑构图部件的装置，所述构图部件用于给投射光束的截面赋予图案；

用于保持基底的装置；以及

用于将带图案的光束投射到基底的目标部分上的装置，该投影系统具有一中间焦点，其中该装置包括在中间焦点处或其附近处的如下的装置：

用于衰减带图案的光束的装置；

用于使至少一部分带图案的光束穿过的装置；

其中所述用于衰减带图案的光束的装置用于测量带图案的光束的强度；

用于衰减的装置进一步包括一电路，该电路用于测量该辐射衰减器的多个元件的电特性，以便确定带图案的光束的强度。

9.根据权利要求8所述的装置，其中用于衰减的装置包括至少两个遮光叶片，该遮光叶片用于遮蔽一部分带图案的光束。

10.根据权利要求8所述的装置，其中用于衰减的装置包括用于增强基底上带图案的光束的强度均匀度的装置。

11.根据权利要求10所述的装置，其中用于增强均匀度的装置包括用于阻挡一部分带图案的光束的多个叶片。

12.根据权利要求10所述的装置，其中用于增强均匀度的装置动态地调整在特定位置处带图案的光束的辐射透射。

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