CN1723499A - 照射层上斑点的方法和装置中的液体清除 - Google Patents

Abstract

为了照射层(3)，辐射束(7)被导向并聚焦到层(3)上的斑点(11)，引起层(3)相对光学元件(59)的相对移动，使得层(3)的不同部分被接连照射且保持了最靠近层(3)的光学元件(59)的表面之间的间隙(53)。此外，辐射照射层(3)上的斑点(11)所经过的间隙(53)的至少一部分保持被液体(91)填充。通过将气流(71－73)导向层(3)的表面区域(74)，可靠地防止液体(91)穿过表面区域(74)，且不损伤层(3)。在表面区域(74)附近抽离层(3)上的液体(91)。

Description

照射层上斑点的方法和装置中的液体清除

本发明涉及根据权利要求1的引言部分的照射层的方法，以及根据权利要求7的引言部分的照射层的装置。

在动态系统中液体浸渍的多个实施例中，通过连续供应液体而保持液体浸渍。通过第一供应导管如开口不断地供应液体，在透镜和物体之间保持液体薄膜，仅浸渍透镜上游的压力足够高以避免气体夹杂。移动的表面将液体拉向像场，因此确保成像场被浸渍。即使通过小心地设计浸渍系统，可保持低的液体流，但仍然要连续地供应液体。为了稳定的连续工作，清除液体是可取的。

在WO-A-02/13194中，提出了最初确定类型的一种方法和系统以除去液体，其涉及光盘的液体浸渍控制。根据该专利公开，首先制作主模，然后使用该主模或者使用由主模制作的子模，通过复制工艺制作光学可扫描的信息载体。为了制作该主模，使用光学透镜系统将调制辐射束导向并聚焦到衬底承载的感光层上的扫描斑点，并相对移动衬底及透镜系统。感光层和面向感光层的透镜系统的最近表面之间的间隙保持填充液体。

为了相对透镜系统移动该衬底，围绕一个旋转轴旋转承载衬底的平台。使用移位装置，透镜系统可以相对于平台旋转轴沿径向移位。液体供应装置向感光层和透镜系统的最近光学表面之间的间隙供应液体。

JP-A-10255319中公开了另一种将辐射束导向感光层上斑点的方法和装置，其中透镜和该层之间的间隙保持填充液体。

在诸如光学投影光刻的光学成像方法和设备中，透镜和待照射的表面之间的间隙保持填充液体也是已知的，其中由投影在表面上的辐射形成的斑点为一个图像或图像的一部分。该方法和设备在国际专利申请WO99/49504中得到描述。

动态系统中的液体浸渍，诸如光学光刻中的晶片步进机(stepper)或光盘制作中的控制机器，可以通过连续的液体供应而得到保持。优选地，仅通过浸渍透镜上游的孔以足够高的压力(以避免气体夹杂)通过恒定地提供液体而保持了透镜和物体之间的液体薄膜。移动的表面将液体拖向像场，确保成像场(斑点)和最靠近成像场的光学元件之间的间隙保持被浸渍。即使通过小心地设计浸渍系统，可保持低的液体流，但仍然要连续地供应液体。为了稳定的连续工作，清除液体是可取的。然而，关键问题是断开液体和衬底表面之间的粘附力而不损伤衬底表面。该衬底层经常是非常脆弱的，如柔软的抗蚀剂层。

诸如晶片步进机和光盘控制设备的成像系统通常对机械干扰非常敏感。液体薄膜施加的变化的力容易引起不需要的振动，该振动干扰图像投影到表面上的精确度。

本发明的一个目标为，在诸如晶片步进机和光盘控制设备的用于照射表面的成像系统中，可靠地从衬底清除薄的液体薄膜的液体，而不损伤表面并将机械干扰最小化。

根据本发明，通过提供根据权利要求1的方法实现该目标。同样根据本发明，提供根据权利要求7的装置以执行根据权利要求1的方法。

使用被导向层的气流，可以非常有效地断开液体和层之间的粘附而不损伤该层，且可以在粘附被断开的气流附近容易地清除该液体。气流推动液体离开盘片。该系统的附加优势为，也可以清除大部分非粘附微粒。

同样根据本发明，该气体可以足够高的压力被泵送通过第二供应导管，以导致沿与层的相对移动方向反向的净气流，从而通过排流导管清除来自该层的液体。

在独立的权利要求中阐述了本发明的特定实施例。本发明的其它目标、特征和效果、以及其细节将通过对本发明的优选形式的详细描述而体现。

图1为用于将辐射导向层上斑点的装置的实例的侧视示意图；

图2为用于图1所示装置的光学系统实例的远端部分、辐射被导向的层、以及在工作中保持液体流的截面示意图；

图3为沿图2中III-III线的示意性仰视图；

图4为包括气流被导向区域的图2一部分的放大图示；

图5为用于光学光刻的晶片步进机/扫描器的示意性顶视图。

在光学可扫描信息载体如CD或DVD的制作中，在其两个侧面中的一个侧面上承载薄的感光层5的圆盘形玻璃衬底3(见图1)使用调制辐射束7而被照射，例如该辐射束为波长约为260nm的DUV激光束。根据图1所示的实例，使用装置25照射感光层5，下文中参照图1至4进行描述。使用形式为包括多个光学元件的透镜系统9的光学系统将辐射束7聚焦到感光层5上的扫描斑点11。透镜系统9包括最远端透镜59，该透镜为透镜系统9的光学元件之一，当工作时其最靠近层5。在被照射的层5和最靠近层5的透镜系统9的光学元件中的一个光学元件59之间保持间隙53。光学元件也可包括除透镜之外的其它项目，例如滤波器、挡板、衍射光栅或者反射镜。

层5和透镜系统9相对移位，使得感光层5上的调制辐射束7连续地照射层5上的一系列斑点。随后使用显影液对受照射的感光层5进行显影，该显影液溶解受照射部分并在衬底3上留下该层未被照射的部分。也可以留下受照射部分而溶解未被照射部分。在两种情况下，在感光层5内形成一系列凹坑或者凸起，其对应于信息载体上预期的一系列坑形信息单元。感光层5随后通过溅射工艺而被相对薄的层如镍所覆盖。随后在电沉积工艺中，该薄层被一相对厚的镍层所覆盖。在最终从衬底3上被清除的该镍层中，在感光层5内形成的凹坑的图形留下相应的图形，该相应的图形为待制作的信息载体中将要形成的图形的负片，即主模包含一系列凸起的部分，其对应于在感光层5中形成的一系列坑形单元及信息载体上形成的预期的一系列坑形信息单元。该主模因此适合用作注塑成形机器中的模具，用于注塑成形所需要的信息载体。然而，一般说来，使用主模的一个拷贝作为注塑成形的模具，而不使用该主模，主模的该拷贝通常称为子模，该子模是采用本质上已知的常规复制工艺通过该主模制作的。

由平台27承载具有感光层5的衬底3，平台27可以绕旋转轴29旋转，该旋转轴垂直于平台27和衬底3延伸。可以使用第一电动机31驱动该平台。装置25进一步包含辐射源33，其在所示实例中为激光源，并被固定在装置25的框架35的固定位置。据观察，备选地，也可以从装置外部获得该辐射。对导向到层5的辐射的控制可以通过许多途径实现，例如通过控制辐射源33和/或通过控制位于辐射源33和层5之间的快门或辐射分流器(未示出)。

光学透镜系统9被固定在第一滑环(traveler)37上，通过第一移位结构39可以相对于旋转轴29径向地移位该滑环37(平行于图中X方向)。为此目的，第一移位结构39包括第二电动机41，通过第二电动机41可以在直导轨43上移位该第一滑环37，直导轨43平行于X方向延伸并相对于框架35被固定。

与透镜系统9的光学轴49成一直线的反射镜45也固定在第一滑环37上。工作中，由辐射源33产生的辐射束7顺着沿平行于X方向的辐射束路径47前进，且辐射束7被反射镜45偏转到平行于透镜系统9的光学轴49的方向。通过焦距调节器51，透镜系统9可沿光学轴49的方向移位，其移动的距离与第一滑环3相比相对较小，使得辐射束7可以被聚焦到感光层5上。通过第一电动机31以相对高的速度绕旋转轴29旋转具有衬底5的平台27，并通过第二电动机41以相对低的速度平行于X方向移位透镜系统9，使得辐射束7击中该层处的扫描斑点11在受照射和未受照射单元的感光层5上形成螺旋型踪迹。

装置25可适用于制作具有相对高的信息密度的主模，即，使用装置25，感光层5的每个单位面积可以提供数目相对大的受照射单元。由于斑点11较小，可获得的信息密度增加。斑点11的尺寸由辐射束7的波长和透镜系统9的数值孔径确定，数值孔径依赖于透镜系统9和感光层5之间介质的光折射系数。当透镜系统9和感光层5之间的介质的折射系数更大时，可以获得尺寸更小的斑点11。液体通常具有远大于空气的光折射系数，因此辐射束7延伸穿过的透镜系统9和感光层5之间的间隙53部分保持填充液体，根据本实例该液体为水。在本实例中，水是尤其适合的，因为水对所用的DUV辐射束7是透明的，且其不侵蚀感光层5。然而，在该详细描述的全文中，提及水的地方也可以用任何其它合适的液体替代。

图2和3更详细示出了透镜系统9、具有感光层5的衬底3、以及感光层5和透镜系统9之间的间隙53。最靠近层5的透镜59具有面向衬底3并最靠近衬底3的光学表面63。透镜55、59被悬挂在包括平整表面65的托架61上，平整表面65面向层5并基本上在垂直于最靠近层5的透镜59的光学轴的平面内延伸。

工作中，辐射7照射层5上斑点11时所通过的间隙53的部分保持填充水91。水91至少某种程度上被保护，以免从面向层3的透镜系统9中凹处92内的间隙53中被带走。

层5和壁65(即，最靠近层5的透镜组件的部分)之间的最优工作距离由两个因素确定。一方面，该距离应足够大以保持衬底3和透镜55、59及托架61的结构之间距离的容差足够大。另一方面，该距离不应太大，因为这将需要太长的水流以保持间隙53部分的被浸渍条件，其中辐射通过该间隙照到斑点11。间隙53的最小厚度目前优选范围为3至1500μm，更优选3至500μm。如果该液体的粘度大于水，用于该间隙最小厚度的较大的值是尤其有利的。同样，流出开口的总宽度影响间隙最小厚度的优选范围的上限，间隙的最小厚度优选小于(100+1/20*W)μm，其中W为在平行层5的平面测量的流出开口的总宽度。间隙的最小厚度可以大于约10μm，例如大于15μm、30μm、或者甚至大于100μm，从而提高对容差的不敏感度。

流出开口90至少很大程度上相对地位于间隙53部分的中心，其中辐射通过该部分照射到斑点11。因此，可以大幅改变斑点11区域内层5和透镜结构9相对移动的方向，而不破坏间隙53部分的完全浸渍，其中斑点11通过该间隙部分被照射。

越是可以改变层5和平行层5的透镜系统9在斑点11的区域内移动的方向而不破坏辐射实际通过的间隙53的部分94(见图3)的浸渍，该装置越适用于其中斑点11需要在层的表面上沿大幅变化的方向移动的应用，例如其中斑点为被投影到层5的二维图像的成像过程。在该应用中，透镜系统和透镜系统与受照射表面之间介质的相对较大的折射系数的优势在于，可以以更高的分辨率投影该图像，这反过来允许进一步的小型化和/或改善可靠性。

该应用的一个实例为用于半导体器件制作的晶片处理的光学投影光刻。图5中示意性示出了用于此目的的设备和方法。晶片步进机和晶片扫描器在商业上是可获得的。因此，并不详细地描述该方法和设备，而主要是用于提供对在该光学成像应用的环境中由本发明所提出的晶片浸渍的理解。

根据图5的投影光刻设备包含晶片支撑12和在晶片支撑12上具有透镜组件14的投影仪13。在图5中，晶片支撑12承载晶片15，晶片15上的多个区域16预期将被可操作地连接到投影仪13的扫描器18内的由投影掩模版或光刻版17的一个图形或部分图形的光束所照射。支撑平台由主轴电机21、22驱动，在X和Y方向上可沿主轴19、20移动。主轴电极21、22和扫描器18连接到控制单元23。

通常将如下两个工作原理之一应用于光学光刻。在所谓的晶片步进机模式中，投影仪将光刻版的完整图形投影到晶片15上的多个区域16中的一个。当达到要求的时间时，光束被切断或者变暗，且由主轴电极21、22移动晶片15，直到晶片的下一个区域16位于透镜组件14前的要求位置。依赖于已曝光区域和待曝光的下一个区域之间的相对位置，这可能涉及透镜组件14沿晶片表面朝大幅变化方向相对快速的移动。晶片表面上受照射斑点的尺寸(其中投影光刻版图像)典型地为20×20mm，但更大和更小的斑点也是可能的。

特别地，当要求制作更大的半导体单元时，优选以其它模式投影该图像，该模式通常称为晶片扫描器模式。在该模式中，光刻版只有狭缝状的部分被投影在晶片15表面上的区域16中成为狭缝状的斑点，该狭缝状斑点的长度为其宽度的好几倍(例如4倍或更多倍)。斑点的典型尺寸为例如30×5mm。然后，待扫描的光刻版17沿扫描窗口移动，同时晶片支撑12在控制单元23的控制下以一种速度相对于透镜组件14同步移动，该速度使得只有投影斑点相对晶片15移动，而光刻版17的已扫描部分的图像部分不相对晶片15移动。因此，随着斑点在晶片上前进，连续的部分展开，光刻版17的图像传递到晶片的区域16。光刻版的运转窗口部分被投影到晶片15上时晶片15相对透镜组件14移动，其移动速度通常相对较低且通常每次沿相同的方向。光刻版17的完整图形被投影到晶片15上后，通常以更快的速度相对透镜组件14移动晶片15，从而将晶片15的下一个区域(光刻版17的下一个图像将在此处被投影)移动到透镜组件14之前。该移动沿大幅变化的方向进行，其依赖于晶片15的已曝光区域16和待曝光的晶片15的下一个区域16之间的相对位置。为了在晶片15相对透镜14移位(即，透镜或透镜与晶片也被移动)之后能够重新开始照射晶片15的表面，优选地，辐射穿过的透镜14和晶片15表面之间间隙内水的体积立即在该移动结束之后填充水，使得在照射重新开始之前该空间被可靠地浸渍。

同样对于光学光刻，可以使用水，例如如果该辐射为波长是193nm的光线。然而，在某些情况下，其它液体可能更加合适。

为了向透镜59和层5之间的间隙供应水91，水供应导管67延伸穿过托架61并引向流出开口90。根据本实例，流出开口90在表面54内具有狭缝的形式，该狭缝90开口朝向层5，以沿狭缝90纵向地分配供应水91并将分配的水分发到层5。工作中，经由狭缝90纵向地沿该狭缝分配水91，并由狭缝90向层5分发水91。这导致相对宽的水轨迹95并完全浸渍辐射束7穿过的间隙53的部分94，即使透镜系统9和层5相对于平行于层5的平面的移动方向被大幅改变。

狭缝90可具有各种形式。在图2和3的实施例中，形成该狭缝使得流出开口90位于辐射束7的外部并且围绕间隙53的部分94延伸，其中辐射7穿过该间隙来照射斑点11。十字96表示，沿平行透镜系统9的光学轴的方向观察，流出开口90的整个截面通道的中心。

优选地以位于狭缝90和环境之间的压降供应水91，该压降足以保持辐射穿过的间隙53的部分被可靠地浸渍。因此，供应给表面的水量保持最小。

此外，当经由狭缝状的流出开口90分发水91时，间隙153的最小厚度(在本实例中为层5和壁部分65的表面54之间的距离)可以更大，而不导致破坏辐射穿过的间隙部分94的浸渍。

供应水91的流速优选地使其可以可靠地确保间隙53内出现具有基本上线性速度分布图的层流。该水流对壁65施加基本上恒定的力，在壁65中设有渠道90且透镜59的侧面63最靠近层5。其结果为，间隙53中的水对透镜系统9施加基本上不变的水力。该变化的水力可能引起透镜系统9不需要的振动，并因此引起感光层5上辐射束7的聚焦误差和定位误差。该水流优选没有空气夹杂，使得辐射束7不受干扰。

供应至层3的水也必须清除。这里的关键问题在于断开液体和表面之间的粘附力。尤其当该表面快速移动时，如在制作用于制作光盘的主模时或者晶片在将制作光刻版处的位置之间移动时，断开该粘附力需要大的力。然而，层的表面通常非常脆弱，其通常为柔软的抗蚀剂层。此外，成像系统诸如晶片步进机和光盘控制设备通常对机械干扰非常敏感。在动态液体浸渍系统难以避免的液体和气体的两相流动通常伴随着机械干扰。

图2和3示出了根据本发明的清除薄液体薄膜而不损伤表面同时最小化机械干扰的结构和方法的当前最优选实施例。

设有空气流出开口70，用于将气流(箭头71、72、73)导向所述层3的区域74，以防止水91穿过区域74。根据本实例，如图2示意性所示，该空气流出开口连通空气供应源75。空气供应源75例如可包含通风器或空气泵，并可包括其中加压储存有空气的贮存器。除了空气，该贮存器还可包含特定气体或者气体的混合物。此外，可以提供用于探测空气流速的结构，例如阀门或加热导线和根据测量流速和预期流速之差控制该流速的控制阀。

优选地以足够高的压力提供该气流以导致沿层3的一个方向的净气流，该方向与层3相对光学系统9的移动方向30相反。因此确保水被推离层3且不到达区域74的部分，其中在区域74的部分处，空气流71转向不同的方向72、73且水也被驱赶远离浸渍间隙53而非将其限制停留在紧靠浸渍间隙53的附近区域。

此外，设有排放通道76用于从层3引开水91(箭头78、79、80)，该排放通道76在空气流出开口70的附近及区域74的附近具有入口77。

工作中，导向层3的区域74的气流71-73通过断开水91和层3之间的粘附并形成压力足够高以防止水91穿过区域74的壁垒，从而防止水91穿过区域74。同时，在区域74附近，被防止通过区域74的水91经由排放通道76被抽离层3。因此，通过在区域74的范围从层3上吹掉水实现水91和层3的最初分离，随后则经由排放通道76排放该水。由于是用气流将水91与层3分离，实际上不存在导致损伤层3的危险。

用于引导气流71-73的空气流出开口70为一个狭缝。这允许沿着延长的区域将气流导向该层，这对于防止水91移位离开光学系统9超出区域74是特别有效的，特别是如果狭缝70的至少一部分延伸横切所述层3相对光学系统9的移动30的方向时是特别有效的。层3沿方向30的移动随后输送施加到层3的水91，直到其到达区域74，在区域74处气流71-73被导向层3。气流71-73使得水91与层3分离，且分离的水被抽离层3。

从图3可以最好地看出，空气流出开口70和排放通道76的入口77围绕保持填充水的层3和光学系统9的透镜的最近一个透镜59之间的间隙53延伸。这允许可靠地防止所施加的水91与层3移动方向(平行于层3)无关地逃离光学系统9下方的区域，而无须借助更复杂和/或严密性较低的备选解决方案，例如选择性地从多个流出开口的一个或多个导向该气流或者绕透镜系统9的光学轴来旋转流出头以保持流出开口位于浸渍间隙的下游位置。该空气流出狭缝70和入口狭缝77的圆形提供了空气流出和完成从层3清除水的抽取的均匀分布。

如图2示意性所示，排放通道76连接到真空源81，该真空源保持排放通道中的水流78。同样如图2示意性所示，排放通道76延伸穿过水收集器83，其中从层3清除的水与气流分离并被收集或排放。

通过减小层3和面向气流被引入的层的边界表面83之间间隙的高度，可以降低该气流。反过来，这对于减小由双相流通系统引起的干扰是有利的。然而，小于2μm的飞行高度要求非常严格的容差。因此，气流71进入层3和边界表面83之间的间隙，该间隙的宽度(垂直层3测量)至少为2μm且优选至少5μm，至多为100μm且优选为约30μm。

水91在层3上形成具有一种厚度的薄膜，且其中层3和面向排放通道76(水在此处被排放)上游的层3的表面87之间的间隙大于薄膜的厚度。这有助于水流向排放通道76，并降低了需要供应空气以可靠地确保没有水流出区域74的压力。

通过比经由通道67和70供应空气和水的流速之和更高的流速将水和空气抽离层3，同样提高了在空气供应流速相对适中时水的移动。因此，所有或者实际上所有经由通道70供应的空气被抽向水，且相对适中的空气供应压力足以确保所有水被引向排放通道76。排放通道76的容量大于水和净上游气流，从而避免在空气-水界面的混乱飞溅。沿垂直于衬底移动且位于衬底平面内的方向，狭缝和排放通道76的尺寸优选至少与液体薄膜的尺寸相同。

将气体供应孔置于靠近真空通道可以减小所需的气体压力。该系统的附加优点为还可以清除大部分非粘附颗粒。

将所提出的装置安装在空气轴承上可以实现恒定且低的飞行高度。假设层3足够平整，这允许保持恒定且低的高度而不损伤层3的表面。提出的装置甚至可以集成到空气轴承内，利用空气轴承的高压通道将水推离层3的表面。

空气供应通道70和水排放通道76延伸穿过刚性连接到透镜系统9的结构，自动确保飞行高度保持恒定。为了避免水清除系统中机械振动传递到透镜系统9，然而，包含空气供应通道70的结构和水排放通道76之间优选地只具有弱的连接或者轴向引导，尤其是如果供应的空气确保面向层3的表面83和层3之间的距离保持在合适的范围，以确保完全的晶片移位并避免接触层3的表面。

Claims (10)

1.一种照射层(3)的方法，包括：

使用至少一个光学元件(59)将辐射束(7)导向并聚焦到所述层(3)上的斑点(11)；

引起层(3)和所述至少一个光学元件(59)的相对移动，使得层(3)的不同部分被接连照射且保持了最靠近所述层(3)的所述至少一个光学元件(59)的表面之间的间隙(53)；以及

保持所述间隙(53)的至少一部分，通过它所述辐射照射所述层(3)上的所述斑点(11)，所述层(3)经由供应导管填充有液体(91)；

其特征在于将气体(71-73)导向所述层(3)；以及

在所述气体(71-73)气流附近从所述层(3)中清除供应的液体(91)。

2.根据权利要求1的方法，其中以足够高的压力供应所述气体(71-73)，以产生沿所述层(3)与所述层(3)的所述移动方向(30)相反的净气流(71-73)。

3.根据权利要求1或2的方法，其中所述气体气流(71-73)进入所述层(3)和边界界面(83)之间的间隙，其中该边界界面的宽度为至少2μm且优选至少5μm，至多100μm且优选30μm。

4.根据权利要求3的方法，其中液体(91)在所述层(3)上形成具有一种厚度的薄膜，并且其中所述层(3)和面向液体被排放区域的所述层(3)上游的表面(87)之间的间隙(86)大于所述薄膜的厚度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中液体(91)和气体被抽离所述层(3)，抽离的流速大于所述气流(71-73)和所述液体(91)供应的流速之和。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述气体(71-73)为空气。

7.一种用于将辐射导向层(3)的装置，包括：

至少一个光学元件(59)，用于将来自辐射源(33)的辐射束(7)聚焦到所述层(3)上的斑点(11)；

移位结构，用于引起层(3)相对所述至少一个光学元件(59)的相对移动，使得层(3)的不同部分被接连照射且保持了所述层(3)和最靠近所述斑点(11)的所述至少一个光学元件(59)的表面之间的间隙(53)；以及

流出开口，用于向所述间隙(53)的一部分供应液体(91)，在工作中所述辐射穿过所述间隙(53)的一部分照射所述层(3)上的所述斑点(11)；

其特征在于用于将气流(71-73)导向所述层(3)的气体流出开口(70)；以及

排放通道(76)，具有在所述气体流出开口(70)附近用于将液体(91)抽离层(3)的入口(77)。

8.根据权利要求7的装置，其中用于引导所述气流(71-73)的所述气体流出开口(70)为一狭缝。

9.根据权利要求7或8的装置，其中所述排放通道(76)连通真空源(81)。

10.根据权利要求7至9中任何一个的装置，其中所述气体流出开口(70)和所述排放通道(76)的所述入口(77)围绕所述间隙(53)延伸。

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