CN1858655A - 光刻装置及器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种光刻投影装置，使用一定体积的第二液体将第一液体限制在投影系统和基底之间的空间中。在一个实施例中，第一液体与第二液体基本上是不可混合的，并且第一液体可以是环烷，例如环辛烷、萘烷、双环已烷、外型四氢双环戊二烯以及环己胺，其它高指数碳氢化合物，全氟聚醚，例如全氟－N－甲基吗啡啉以及全氟E2，全氟烷烃，例如全氟己烷、以及含氢氟醚；第二液体可以是水。

Description

光刻装置及器件制造方法
技术领域
本发明涉及光刻装置及器件制造方法。
背景技术
光刻装置是将期望的图案应用于基底上通常是基底目标部分上的一种装置。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图装置或者可称为掩模或中间掩模版，它可用于产生形成在IC的一个单独层上的电路图案。该图案可以被传递到基底(例如硅晶片)的目标部分上(例如包括部分、一个或者多个管芯)。通常这种图案的传递是通过成像在涂敷于基底的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。一般地，单一的基底将包含相继构图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，它通过将整个图案一次曝光到目标部分上而辐射每一目标部分，已知的光刻装置还包括所谓的扫描器，它通过在辐射光束下沿给定的方向(“扫描”方向)扫描所述图案，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。还可以通过将图案压印到基底上把图案从构图装置传递到基底上。
已经有人提议将光刻投影装置中的基底浸入具有相对较高折射率的液体中，如水，从而填充投影系统的最后元件与基底之间的空间。由于曝光辐射在该液体中具有更短的波长，从而能够对更小的特征进行成像。(液体的作用也可以认为是增加了系统的有效NA(数值孔径)和增加了焦深。)也有人提议其它浸液，包括其中悬浮有固体微粒(如石英)的水。
但是，将基底或基底和基底台浸没在液体浴槽(例如参见U.S.专利No.4,509,853，在此将该文献全文引入作为参考)中意味着在扫描曝光过程中必须加速大量的液体。这需要附加的或功率更大的电机，并且液体中的紊流可能导致不期望和不可预料的结果。
提出的一种用于液体供给系统的技术方案是使用液体限制系统仅在基底的局部区域上以及投影系统的最后元件和基底(通常该基底具有比投影系统的最后元件更大的表面区域)之间提供液体。在WO99/49504中公开了一种已经提出的用于该方案的方式，在此将该文献全文引入作为参考。如图2和3所示，通过至少一个入口IN将液体提供到基底上，优选沿基底相对于最后元件的移动方向提供，并且在经过投影系统下方之后通过至少一个出口OUT去除液体。也就是说，当沿-X方向在该元件下方扫描基底时，在元件的+X侧提供液体，并在-X侧接收液体。图2示出了示意性的布置，其中通过入口IN提供液体，和通过与低压源相连接的出口OUT在元件的另一侧接收液体。在图2的说明中，沿基底相对于最后元件的移动方向提供液体，尽管可以不必这样。围绕最后元件定位的入口和出口的各种定向和数量都是可能的，图3示出了一个实例，其中围绕最后元件以规则图案提供了四组入口以及在另一侧的出口。
发明内容
浸没式光刻装置的优点取决于浸液的折射率，即折射率越高，则益处越多。大多数现有的方案采用超纯水作为漫液，该超纯水在193nm时的折射率是1.437，但是也提出过具有更高折射率的流体的方案，这些流体包括某些具有在193nm时高于1.6的折射率，以及某些在157nm时折射率高于1.3的全氟聚醚。尽管这些液体能够用于浸没式光刻，例如它们具有良好的稳定性、透射率以及与投影系统材料和光致抗蚀剂的相容性，但它们的流体性质与水有很大的不同，因此现有的液体限制系统的设计不能有效地将这些流体定位在投影系统和基底之间。这些流体是非极性的，并具有低表面张力，因而它们容易在整个基底表面和基底台上扩散开。已证明采用气体刀的布置能成功地限制水，然而却不能限制这些非极性流体。
因此，有利的是，例如提供能够将非极性、低表面张力的液体的浸没式光刻装置定位在例如投影系统和基底之间的空间中。
根据本发明的一个方面，提供一种光刻投影装置，它包括：
配置成将带图案的辐射束投影到基底的目标部分上的投影系统；
配置成将第一液体供应到投影系统和基底之间的空间的液体供应系统，该液体限制系统包括：
基本上围绕所述空间并适于将液体限制在所述空间周围的体积内的液体限制结构；
设置成将第一液体供应到所述空间中的第一液体供应装置；
设置成将第二液体供应到所述体积内的第二液体供应装置。
根据本发明的另一方面，提供一种器件制造方法，它包括使用投影系统将图案的像经过一种液体投影到基底的目标部分上，其中所述液体被一定体积的另外一种液体限制在投影系统和基底之间的空间。
附图说明
现在仅仅通过实例的方式，参考随附的示意图描述本发明的各个实施例，附图中相应的参考标记表示相应的部件，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的光刻装置；
图2和3示出了一种在现有技术的光刻投影装置中使用的液体供给系统；
图4示出了另一种在现有技术的光刻投影装置中使用的液体供给系统；
图5示出了根据本发明实施例的光刻装置中投影系统的最后元件与液体供应系统的剖视图；
图6示出图5中的液体供给系统的平面图。
具体实施方式
图1示意性地表示了根据本发明的一个实施例的光刻装置。该装置包括：
照射系统(照射器)IL，其配置成调节辐射光束B(例如UV辐射或DUV辐射)；
支撑结构(例如掩模台)MT，其配置成支撑构图装置(例如掩模)MA，并与配置成依照某些参数将该构图装置精确定位的第一定位装置PM连接；
基底台(例如晶片台)WT，其配置成保持基底(例如涂敷抗蚀剂的晶片)W，并与配置成依照某些参数将基底精确定位的第二定位装置PW连接；以及
投影系统(例如折射投影透镜系统)PS，其配置成将利用构图装置MA赋予给辐射光束B的图案投影到基底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上。
照射系统可以包括各种类型的光学装置，例如包括用于引导、整形或者控制辐射的折射光学装置、反射光学装置、磁性光学装置、电磁光学装置、静电光学装置或其它类型的光学装置，或者其任意组合。
支撑结构以这样一种方式保持构图装置，该方式取决于构图装置的定向、光刻装置的设计以及其它条件，例如构图装置是否保持在真空环境中。支撑结构可以使用机械、真空、静电或其它夹紧技术来保持构图装置。支撑结构可以是框架或者台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。支撑结构可以确保构图装置例如相对于投影系统位于期望的位置。这里任何术语“中间掩模版”或者“掩模”的使用可以认为与更普通的术语“构图装置”同义。
这里使用的术语“构图装置”应广义地解释为能够给辐射光束在其截面赋予图案从而在基底的目标部分中形成图案的任何装置。应该注意，赋予给辐射光束的图案可以不与基底目标部分中的期望图案精确重合，例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征。一般地，赋予给辐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定功能层相对应。
构图装置可以是透射型的或者反射型的。构图装置的实例包括掩模，可编程反射镜阵列，以及可编程LCD板。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实例采用微小反射镜的矩阵排列，每个反射镜能够独立地倾斜，从而沿不同的方向反射入射的辐射光束。倾斜的反射镜可以在由反射镜矩阵反射的辐射光束中赋予图案。
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、反折射光学系统、磁性光学系统、电磁光学系统和静电光学系统，或其任何组合，只要适合于所用的曝光辐射，或者适合于其他方面，如浸液的使用或真空的使用。这里任何术语“投影透镜”的使用可以认为与更普通的术语“投影系统”同义。
如这里所指出的，该装置是透射型(例如采用透射掩模)。或者，该装置可以是反射型(例如采用上面提到的可编程反射镜阵列，或采用反射掩模)。
光刻装置可以具有两个(双工作台)或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多工作台式”装置中，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。
参考图1，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独立的机构，例如当辐射源是受激准分子激光器时。在这种情况下，不认为辐射源构成了光刻装置的一部分，辐射光束借助于光束输送系统BD从源SO传输到照射器IL，所述光束输送系统包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器。在其它情况下，辐射源可以是光刻装置的组成部分，例如当源是汞灯时。源SO和照射器IL，如果需要连同光束输送系统BD一起可以称作辐射系统。
照射器IL可以包括调节装置AD(未示出)，用于调节辐射光束的角强度分布。一般地，至少可以调节在照射器光瞳平面上强度分布的外和/或内径向范围(通常分别称为σ-外和σ-内)。此外，照射器IL可以包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射光束，从而该光束在其横截面上具有期望的均匀度和强度分布。
辐射光束B入射到保持在支撑结构(如掩模台MT)上的构图装置(如掩模MA)上，并由构图装置进行构图。横向穿过掩模MA后，辐射光束B通过投影系统PS，该投影系统将光束聚焦在基底W的目标部分C上。在第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉测量器件、线性编码器或电容传感器)的辅助下，可以精确地移动基底台WT，从而在辐射光束B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和另一个位置传感器(图1中未明确示出)来使掩模MA相对于辐射光束B的光路精确定位。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)，可以实现掩模台MT的移动，其中长行程模块和短行程模块构成第一定位装置PW的一部分。在步进器(与扫描装置相对)的情况下，掩模台MT可以只与短行程致动装置连接，或者固定。可以使用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2对准掩模MA与基底W。尽管如所示出的基底对准标记占据了指定的目标部分，它们也可以设置在各个目标部分(这些标记是公知的划线对准标记)之间的空间中。类似地，在其中在掩模MA上提供了超过一个管芯的情况下，可以在各个管芯之间设置掩模对准标记。
所示的装置可以按照下面模式中的至少一种使用：
1.在步进模式中，掩模台MT和基底台WT基本保持不动，而赋予辐射光束的整个图案被一次投影到目标部分C上(即单次静态曝光)。然后沿X和/或Y方向移动基底台WT，使得可以曝光不同的目标部分C。在步进模式中，曝光区的最大尺寸限制了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，当赋予辐射光束的图案被投影到目标部分C时，同步扫描掩模台MT和基底台WT(即单次动态曝光)。基底台WT相对于掩模台MT的速度和方向通过投影系统PS的放大(缩小)和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光区的最大尺寸限制了在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了目标部分的高度(沿扫描方向)。
3.在其他模式中，当赋予辐射光束的图案被投影到目标部分C上时，掩模台MT基本保持不动，支撑可编程构图装置，同时移动或扫描基底台WT。在该模式中，一般采用脉冲辐射源，并且在每次移动基底台WT之后，或者在扫描期间两个相继的辐射脉冲之间根据需要更新可编程构图装置。这种操作模式可以容易地应用于采用可编程构图装置的无掩模光刻中，所述可编程构图装置例如是上面提到的可编程反射镜阵列型。
还可以采用上述使用模式的组合和/或变化，或者采用完全不同的使用模式。
图4示出了具有局部液体供给系统的另一浸没式光刻方案。液体由位于投影系统PL两侧中每一侧的两个槽形入口IN供应，并通过径向设于入口IN外侧的多个分立出口OUT去除。入口IN和出口OUT可设置在中心具有孔的板中，投影光束可穿过所述孔投射。液体由位于投影系统PL一侧上的一个槽形入口IN供应，并通过位于投影系统PL另一侧的多个分立出口OUT去除，使得在投影系统PL和基底W之间产生液体薄膜流动。采用那些入口IN和出口OUT组合取决于基底W的运动方向(其它入口IN和出口OUT不起作用)。
已提出的另一种具有局部液体供给系统的浸没式光刻系统方案是提供具有液体限制结构的液体供给系统，所述液体限制结构在投影系统的最后元件与基底台之间的空间的部分边界延伸。该方案在图5中示出。所述液体限制结构在XY平面中相对于投影系统基本上是静止的，而在Z方向(光轴的方向)可以有一些相对运动。在该实施例中，液体限制结构与基底表面之间形成密封。在该实施例中，密封是无接触密封，例如气密封。该系统在美国专利申请公开文献2004-0207824以及欧洲专利申请公开文献EP1420298中公开，这里通过引用将每个专利申请整体结合到本申请中，并在图5中示出。
如图5所示，液体供给系统用于给投影系统的最后元件和基底之间的空间供应液体。在投影系统的成像区周围，储液器10与基底形成无接触密封，使得液体被限制成填充基底表面和投影系统的最后元件之间的空间。储液器由位于投影系统PL的最后元件下方以及周围的液体限制结构12形成。第一液体11由供应装置13送入位于投影系统下方并位于液体限制结构12内的空间中，以及通过排放装置去除。液体限制结构12延伸得略高于投影系统的最后元件，液面上升至高于所述最后元件，从而提供液体缓冲器。液体限制结构12具有内周边，在一个实施例中，内周边的上端与投影系统或投影的最后元件的形状精密地一致，例如可以是圆形的。在下端，内周边可以是圆形的或者与成像区的形状精密地一致，例如是矩形的。
第一液体11由第二液体19限制在储液器内，所述第一液体与第二液体基本上是不可混合的，所述第二液体由供应装置18提供。第二液体19由液体限制结构12的底部和基底W的表面之间的气体密封16限制。气体密封16由气体(例如空气，人造空气，N2，或惰性气体)形成，该气体在压力下由入口15提供至液体限制结构12与基底之间的间隙，并通过第一出口14排出。气体入口15的过压、第一出口14的真空以及间隙的几何形状设置成使得存在限制液体的向内高速气流。还知道用于限制液体同时使液体在基底上方移动或使基底相对于液体流动的其它装置，所述装置可用于限制第二液体，因而可限制第一液体。
第一液体或浸液主要根据其光学性质进行选择，特别是根据其在曝光辐射下的折射率。第二液体的其它有用性质包括与投影系统最后元件的材料以及光致抗蚀剂的相容性、透射率和随时间经过以及在辐射下的稳定性。然而，这些性质方面的缺陷在很多情况下可通过在投影系统最后元件和/或光致抗蚀剂上涂覆涂层、增加辐射源的功率和/或通过增加第二液体的更新速率而得到改善。用于第一液体的合适的化合物包括环烷，例如环辛烷、萘烷、双环已烷、外型四氢双环戊二烯以及环己胺，其它高指数碳氢化合物，全氟聚醚，例如全氟-N-甲基吗啡啉以及全氟E2，全氟烷烃，例如全氟己烷、以及含氢氟醚。
相于第二液体或限制液体，第一液体的重要的流体性质是那些使得它能够被限制的性质，例如表面张力、粘性、与液体限制结构的表面的相互作用以及与第二液体的不可混合性。用于第二液体的适当的化合物是水。尽管高折射率是所需的，但第一液体的该光学性质以及其它光学性质相对是不重要的，因为可随意选择用于增加第一液体的所需性质的添加剂。
在一个实施例中，两种液体基本上是不可混合的，并且可通过降低两种液体易混合性来改善功能。充分的不可混合程度可通过将非极性液体选作第一液体而将极性液体选作第二液体来实现。如果第一和第二液体的折射率没有相差过多，可以容忍相互之间有较多的混合。例如，使用水(折射率为1.437)和折射率大于1.6的碳氢化合物，1％体积的水与碳氢化合物混合只会使折射率降低约1/1000。
该实施例的液体限制装置可从图6更清楚地了解，图6以平面图示出曝光区的轮廓EF、液体限制结构12的内周边12a、第二液体19的范围以及液体限制结构12的外周边12b。液体限制结构的内周边12a可以成形、构造成使第一和第二液体之间的界面稳定，或设有涂层以使第一和第二液体之间的界面稳定。例如，在第一液体是非极性液体而第二液体是水的情况下，可以在面对投影系统的最后元件与基底之间的空间的液体限制结构的表面上设置亲水性涂层。
尽管这里可使用与水有关的术语，例如亲水性、疏水性、湿度等，但这些术语应理解为包括其它液体的类似性质。
在欧洲专利申请公开文献EP1420300以及美国专利申请公开文献US2004-0136494(每个申请都通过引用整体包括于本申请中)中，已公开两个或双工作台浸没式光刻装置的构思。这种光刻装置设有两个用于支撑基底的台。在没有浸液的第一位置，用一个台进行水准测量，在存在浸液的第二位置，用一个台进行曝光。可选择地，所述光刻装置也可以只由一个台。
尽管在本申请中可以具体参考该光刻装置在IC制造中的应用，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、平板显示器、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”的使用应认为分别可以与更普通的术语“基底”或“靶部”同义。在曝光之前或之后，可以在例如涂布显影装置(通常将抗蚀剂层作用于基底并将已曝光的抗蚀剂显影的一种工具)、计量工具和/或检验工具中对这里提到的基底进行处理。在可应用的地方，这里的公开可应用于这种和其他基底处理工具。另外，例如为了形成多层IC，可以对基底进行多次处理，因此这里所用的术语基底也可以指已经包含多个已处理的层的基底。
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(例如具有大约365，248，193，157或者126nm的波长)。
在本申请中术语“透镜”可以表示任何一个各种类型的光学装置或其组合，包括折射和反射光学装置。
尽管上面已经描述了本发明的具体实施例，但是应该理解可以不同于所描述的实施本发明。例如，本发明可以采取计算机程序的形式，该计算机程序包含一个或多个序列的描述了上面所公开的方法的机器可读指令，或者包含其中存储有这种计算机程序的数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)。
本发明的一个或多个实施例可以应用于任何浸没式光刻装置，特别地但不唯一的，可以应用于上面提到的那些类型的光刻装置，而浸液可以浴槽的形式提供或仅仅位于基底的局部表面区域。这里提到的液体供应系统应广义地解释。在某些实施例中，它可以是给投影系统与基底和/或基底台之间的空间提供液体的机构或结构的组合。它可包括向所述空间提供液体的一个或多个结构、一个或多个液体入口、一个或多个气体入口、一个或多个气体出口，和/或一个或多个液体出口的组合。在一个实施例中，所述空间的表面可以是基底和/或基底台的一部分，或者所述空间的表面可以完全覆盖基底和/或基底台的表面，或者所述空间可以包围基底和/或基底台。液体供应系统可任选地还包括一个或多个用于控制位置、数量、质量、形状、流速或液体的任何其它特征的元件。
上面的描述是为了说明，而不是限制。因此，对本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离下面描述的权利要求书的范围的条件下，可以对所描述的发明进行各种修改。

Claims (20)

1.一种光刻投影装置，包括：
配置成将带图案的辐射束投影到基底的目标部分上的投影系统；
配置成将第一液体供应到投影系统和基底之间的空间的液体供应系统，该液体限制系统包括：
基本上围绕所述空间并适于将液体限制在所述空间周围的体积内的液体限制结构；
设置成将第一液体供应到所述空间中的第一液体供应装置；
设置成将第二液体供应到所述体积内的第二液体供应装置。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述第一液体基本上不可混合于所述第二液体内。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述第一液体是非极性的，所述第二液体是极性的。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述第一液体选自下述组：环辛烷，其它高指数碳氢化合物，全氟聚醚，全氟烷烃，含氢氟醚；所述第二液体包括水。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述第一液体选自下述组：环辛烷、萘烷、双环己烷、外型四氢双环戊二烯、环己胺。
6.如权利要求1所述的装置，其中第一液体是全氟-N-甲基吗啡啉或全氟E2。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述第一液体是全氟己烷。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述液体限制结构具有确定所述体积的边界的亲水性表面以及确定所述空间的边界的疏水性表面。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述体积位于液体限制结构和基底之间。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述体积是环形的。
11.一种器件制造方法，包括：使用投影系统将图案的像经过一种液体投影到基底的目标部分上，其中所述液体被一定体积的另外一种液体限制在投影系统和基底之间的空间。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述第一液体基本上不可混合于所述第二液体内。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一液体是非极性的，所述第二液体是极性的。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一液体选自下述组：环辛烷，其它高指数碳氢化合物，全氟聚醚，全氟烷烃，含氢氟醚；所述第二液体包括水。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述第一液体选自下述组：环辛烷、萘烷、双环己烷、外型四氢双环戊二烯、环己胺。
16.如权利要求11所述的方法，其中第一液体是全氟-N-甲基吗啡啉或全氟E2。
17.如权利要求11所述的方法，其中所述第一液体是全氟己烷。
18.如权利要求11所述的方法，其中所述液体由至少部分液体限制结构限制在所述空间，所述液体限制结构具有确定所述体积的边界的亲水性表面以及确定所述空间的边界的疏水性表面。
19.如权利要求11所述的方法，其中所述体积位于基底和所使用的至少部分液体限制结构之间以将所述液体限制在所述空间内。
20.如权利要求11所述的方法，其中所述体积是环形的。
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