TWI232356B - Lithographic projection apparatus, device manufacturing method and device manufactured thereby - Google Patents

Description

1232356 A7 B7 五、發明説明（}) 本發明與一微影投影裝置有關，其包括： -一提供輻射之投射光束的輻射系統； _ 一支撐結構以支撐圖樣化構件，該圖樣化構件之功用 為依據所需圖樣將投影光束圖樣化； -一用以支撐一基板之基板檯；以及 -一投影系統’用以將圖樣化光束投影於基板之一目標 部份。 此處所用術語「圖樣化構件」應廣義解釋為可用以賦予 進入之輻射光束一圖樣化之斷面的構件，該圖樣化之斷面 係對應於需建JL於基板目標部份的一圖樣；而術語「光 閥」亦可能用於本文中。一般而言，該圖樣將與目標部份 將建立的一元件的特定功能層（如積體電路或其他裝置，見 以下說明）符合。此笮圖樣化構件的實例包括： -一光罩。光罩的概念在微影術中廣為人知，它並包括 如二元式、交替式相位偏移及衰減式相位偏移等光罩 形式’以及各種混合的光罩形式。此種光罩放在輻射 光束中，將導致照射在光罩上的輻射依據光罩上圖樣 作選擇性傳輸（在傳輸光罩的狀況）或反射（在反射光罩 的狀況）。在光罩的狀況，其支撐結構一般是一光罩檯 ’其為確保光罩被支撐於進入的輻射光束中一需要位 置，並於需要時可相對於光束移動。 • 一可程式化鏡面陣列。此種裝置的一個範例是一具有 黏彈性控制層及反射表面的陣列可定址表面。在此一 裝置背後的基本原理是（例如）反射表面中已定址的區 -4 · i紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) ------ Ϊ232356 A7 _______B7 五、發明説明（ ） 域將入射光如衍射光一樣反射，而未定址區域則將入 射光如未衍射光一樣反射。利用適當濾鏡可自反射光 束中篩檢出該未衍射光，僅擋下衍射光，如此，光束 即依陣列可定址表面的定址圖樣成為圖樣化。所需的 陣列定址可利用適當電子構件執行。如需此種鏡面陣 列更多詳細資訊，可於（例如）US 5,296 891和us 5,523，193中搜集到，此處以引用方式將其併入本文中。 就可程式鏡面陣列而言，該支撐結構可以（例如）框架 或檯面方式具體化，並視需要可為固定或移動式。 _ 一可程式化1^0陣列。在US 5,229,872中提供了此種架 構的一個實例，此處亦以引用方式將其併入本文中。 如上所述，此種狀況的支撐結構可以（例如）框架或檯 面方式具體化，並視需要可為固定或移動式。 基於簡化的理由，本文其餘部份將在特定位置專門探討 有關光罩及光罩檯的實例、然而，此類實例中所探討的通 用原理應適用於較廣域的圖樣化構件中。 微影投影裝置可用於（例如）積體電路（z c)的製造上。在 此種情況中，圖樣化構件可產生相關於〗c中單一層的電路 圖樣，並可將此圖樣映射於已塗覆一層對輻射靈敏的材料 (光刻膠；resist)之一基板（矽晶圓）上的目標部份（如包括一 或多個壓模）。一般而言，單一晶圓可包括眾多相鄰目標部 份所構成之網路，它們將依次由投影系統逐個照射。在本 裝置中，利用光罩檯上的光罩進行圖樣化，可區分兩種不 同形式的機器。在-種微影投影裝置中，藉暴露整個光罩 ^張尺中國國家標準(cks) Μ規格(2ΐ()χ 1232356

目標部份，此種裝置通常 圖樣於目標部份上一次照射每一 稱為晶圓步進機。在另-通常稱為步進掃描裝置的裝置中 ，於投影光束下以-指定參考方向(掃描方向)逐步掃描光 罩圖樣照射每-目標部份，”步平行同向或平行反向地 掃描基板檯，因通常此投影系統具有一放大倍率“（一般〇 故掃描基板檯的速率v將為掃描光罩檯速率的％倍。有關

上述微影元件的進一步資訊可於（例如）us 6,〇46,792中收集 到，本文中以提及方式併入。 在使用微影投影裝置的製造方法中，於至少部份由一層 對輻射靈敏的材料（光刻膠）覆蓋的基板上映射一圖樣（例2 在一光罩中）。在此映射步驟之前，該基板可能已經過各種 程序，諸如蒸濺（priming) '光刻膠塗佈以及軟烘（s〇ft以㈣ 。曝光之後’该基板可能又經過其他程序，例如曝光後烘 訂

焙（post-exposure bake，PEB)、顯影、硬烘焙（hard bake)以及 對所映射部件的量測/檢驗。這一連_的程序是作為圖樣化 個別元件層（如IC)的基本方式。接著，此經圖樣化之層可 再經過各種程序，諸如蝕刻、離子植入（摻入雜質；d〇ping) 、金屬化、氧化、化學機械拋光（chemo-mechanical polishing) 等，所有這些都是為了對個別層作最後加工。若需要好幾 層，則必須針對每一新的層重複執行整個程序（或其變形） 。最後’該基板（晶圓）上將出現眾多元件。接著將會利用 一種諸如切割（dicing)或据切（sawing)的技術分割這些元件 ，之後可將個別元件固定於載架（carrier)上、連接至接腳針 等。有關此種程序的進一步資訊可由（例如）「Microchip _-6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1232356 A7 B7 五、發明説明（4 )

Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing, Third Edition, by Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4」一書中獲得，本文中以提及方式 併入。 為了簡化，爾後將稱此投影系統為「鏡頭」，然而，應 將此術語廣義詮釋為包含各種形式的投影系統，包括（例如） 折射光學、反射光學以及反-折射混合系統。輻射系統亦可 包括依據其中任一設計種類操作，用來導引、塑造或控制 輻射投影光束的元件，此種元件亦可統稱或個別稱為「鏡 頭」。另外，此微影裝置可能是^種具有兩個或以上基板 檯（及/或兩個或以上光罩檯）的形式。在此種「多階段」元 件中，其額外檯面可平行使用，或可在其他一或多個檯面 曝光時，於一或多個檯面上執行準備步驟。雙階段微影裝 置在（例如）US 5,969,441和WO 98/40791之中都曾有所描述， 本文中以提及方式併入。 在本發明中，投影系統一般將由一鏡面陣列組成，而光 罩則將為反射式；請參考（例如）W0 99/57596中所探討的裝 置。這種狀況下，輻射最好是屬於遠紫外線（EUV)範圍的 電磁輻射，可藉一電漿源產生。輻射的波長通常在大約5 0 nm以下，在大約20 nm以下更佳，在大約1 5 nm以下尤佳 。有一在EUV區域波長的例子，引起微影工業相當大的關 注，那就是1 3.4 nm，隨然在此區域中尚有其他有希望的 波長，例如1 1 n m。 在WO 00/36471中描述了一個適合使用此種輻射的輻射系 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 琴： 訂

1232356 A7 B7 五、發明説明（ 統之實例。此一輻射系統可包括一適合用於E u V的聚光鏡 ，如EP 10371 13中所描述的。 如所皆知地’在微影投影裝置中含有諸如碳氫化合物分 子及水蒸氣等的污染物粒子。這些污染物粒子可能包含（例 如藉EUV輻射光束）自基板噴濺鬆脫的碎片及副產品。此種 粒子亦可能包含來自EUV輻射源的碎片、傳動裝置或導線 釋放的污染物等等。由於諸如輻射系統和投影系統等微影 投影裝置的部件一般皆為至少部份真空，所以這些污染物 粒子易於遷移至這些區域。接著，這些粒子就會附著在位 於這些區域内的光學元件的表面上。這種對光學元件的污 染導致反射率的損失，進而對這些裝置的精度及效能造成 不利w 並會降低這些元件表面的品質，從而縮短其使 用壽命。 先則對移除裝置中的雜質所提出來的對策，是專注於阻 止自$板表面噴濺產生的碎片朝向投影系統的運動。例如 ，先則即有提議解決此問題的方法，是增加基板與最終光 :兀件間的距離’ ϋ引進一「氣體屏幕」於基板與最終光 子兀件間’以清除這些碎片。此種對策係朝向預防污染物 進入⑼如）投景〉系統。然而’仍會有一些污染物進入系統 或由系統本身產生，例如由會移動的部件產生。 本發月的目的之-是要提供-種微影裝置，其中光學元 + h $ C被抑制’以用上述方法對付先前使用的系統中 依據本發明 其 有一如序言中所指明的微影投影裝置

1232356 A7 B7 五、發明説明（6 ) 特徵為·至少包含該輻射系統之一部份的空間及/或至少包 含該投影系統之一部份的空間含有壓力為0 i至1 0 P a的惰 性氣體。 藉引進惰性氣體至輻射系統或/及投影系統，系統中所含 的任何污染粒子的平均自由程（mean free path)均已減少。如 此對任何光學元件（如位於輻射系統及/或投影系統中的鏡 面）的污染皆有抑制的效用。利用此法，可將對此種光學元 件的污染抑制到大約10至103的倍率。因此，鏡面表面受 到保護’且其經過時間的反射率降低比率也減少了，從而 增加了它們的使用壽命。 本發明並與一利用微影投影裝置的元件之製造方法有關 ，其步驟包括： 提供至少部份由一層對輻射靈敏的材料所覆蓋之一基板 利用一輻射系統提供一輻射投影光束； 利用圖樣化構件賦予投影光束一圖樣式之斷面； 將圖樣化之輻射光束投影至輻射靈敏材料層之一目標部 份， 其特徵為包含以下步驟：對至少包含該輻射系統之一部 份的空間及/或至少包含該投影系統之_部份的空間供應一 惰性氣體，其中該（各）空間中的壓力為〇丨至⑺pa。 然在本文中可能特別推薦依據本發明之裝置使用於… 製k方面，但應明白此種裝置尚有許多其他可能的應用範 圍例如，可將其引用於製造整合式光學系統、磁性區域

1232356 A7 B7 五、發明説明（ 記憶體的導引及偵測圖樣、液晶顯示面板、薄膜磁頭等等 。熟知技藝人士應明白，在此種選擇性應用中，本文中任 何對術語「主光罩」、「晶圓」或「模板」的應用皆應分 別以較普遍的術語「光罩」、「基板」及「目標部份」取 代。 在本文中，本發明之描述係使用χ、γ及Z方向的正交參 考系統，而沿著一平行於/方向之軸的旋轉則以表示。另 外，除非另有需要，本文中所使用之術語r垂直」軸方 向）係指垂直於基板或光罩表面的方向，而非意味該裝置的 任何特定方向。 以下將參考範例性具體實施例及隨附說明圖式，以進一 步描述本發明及其伴隨之優點，其中： 圖1顯示依據本發明之一微影投影裝置； 圖2更詳細地描述本發明之照射系統；以及 圖3更詳細地描述本發明之投影系統。 在圖式中，相似的參考數字標示對應的零件。 具體實施例1 圖1為依據本發明一特殊具體實施例的微影投影裝置的原 理說明。該裝置包括： • 一提供輻射（例如EUV輻射）投影光束PB的輻射系統Εχ 、IL此特殊個案中，輻射系統亦包括一輻射源[A ; • 一第一目標檯（光罩檯）MT ,具有支撐光罩MA(例如一 主光罩）的一光罩支架，並與第一定位構件pM連接以相對 於項目P L將光罩精確定位； -10- 1232356 A7 B7 五、發明説明（8 ) • 一第二目標檯（基板檯）WT，具有支撐基板w(例如一 塗佈了光刻膠的矽晶圓）的一基板支架，並與第二定位構件 PW連接以相對於項目PL將基板精確定位； • 一投影系統（「鏡頭」）PL(例如一鏡面群組）以將光罩 MA的一受照射部份映射於基板w的目標部份c(例如包含 一或多個模板）上。 如此處所描述，該裝置屬一反射型式（即具有一反射光罩） 。然而，一般而言，它亦可屬一（例如）傳輸型式（具有一傳 輸光罩）。或者，該裝置可引用另一種圖樣化構件，例如一 上述型式的可程式化鏡面陣列。 輻射源L A(例如在一儲存環或同步加速器、一雷射產生 之電漿源或一放電源中，環繞於一電子光束路徑周圍之波 動器或擺動器）產生一輻射光束。直接地或在穿過調節構件 (诸如一光束擴張器E X)之後，此光束被注入一照射系統（照 射器）IL。照射器IL可包含調整構件AM以設定光束中強度 分佈的外徑向範圍及/或内徑向範圍（一般分別稱為卜外2 σ -内）。另外’叙i會包括其他數種元件，諸如一整合器 IN和一聚光鏡C0。如此，照射於光罩％八上的光束pB在其 斷面中即具有一所需的一致性和強度分佈。 於圖1中應注意的是· ϋ射源L A可位於微影投影裝置的 外殼中（通常當輻射源L A是一（例如）水銀燈時，即是如此） ’但它亦可與微影投影裝置距離遙遠，其所產生之輻射光 束被導入裝置中（例如依靠適當導引鏡面之助），當輻射源 LA為一準分子雷射（excimer laser)時，通常是後面這種狀況 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 1232356 A7 ____B7 五、發明説明（9 ) 。本發明及申請專利範圍包含此兩種狀況。 光束PB隨後截擊上支撐於光罩檯MT上的光罩MA。通過 光罩MA後，光束PB再穿過鏡頭PL，此鏡頭將光束pb聚焦 於基板W的一目標部份c上。經由第二定位構件（以及干涉 測定構件IF)的幫助，可精確移動基板檯WT，（例如）以在 光束PB的路徑上標定不同的目標部份c。同樣地，可用第 一定位構件以相關於光束PB的路徑精確標定光罩Μ A ,例 如’自光罩庫機械性地取回光罩Μ A之後，或在掃描當中。 一般而言，目標檯MT、WT的移動是靠一長行程模組（方向 足位）和一短行程模組（細微定位）的幫助實現的，此二者皆 未明確標示於圖1中。然而，若在晶圓步進機的狀況中（相 對於步進掃描裝置），光罩檯MT可能僅連接一短行程之傳 動裝置（actuator)，或為固定。 上述裝置可用於兩種不同模式中： 1.在步進模式中，光罩檯MT實質上保持固定，整個光罩 影像在一趟（即一閃）當中對目標部份C投影完成。接著基板 檯WT向X及/或y方向移動，使光束PB能照射另一目標部份 C ； 2 ·在掃描模式中，實質上適用相同的狀況，但特定目標 部份c並非於單一「一閃」中曝光。光罩檯MT卻可在一特 定方向（所謂的「掃描方向」，例如y方向）以一速度V移動 ，使投影光束P B掃描通過一光罩影像，同時基板檯w 丁則 與之同向或反向以速度移動，其中从為鏡頭Pl的放 大倍率（典型地’ 1/4或1 / 5 )。如此，可曝光一相對的大 _____ -12:___ I紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1232356 A7 B7

區域目標部份C而不需犧牲解析度。 圖2更詳細地顯示本發明之—姑 待例的照射系統。在此斜中 ，對整個照射系統供應一惰性廣蝴r |月庄礼體，以抑制此區域中光學 元件的污染。照射系統IL包厶犬人会1丄 匕。万；至2中，此照射系統包括鏡

面3以及選擇性地包括許多如上述並參考圖i中的其他光學 元件。該室忖-雜錢自惰性氣體供應器5供應，此供 應器可能為-含有氣化或液化惰性氣體之加壓容器。此惰 性氣體可為化學上任意㈣性氣體，諸如_惰性氣體（n〇Me ㈣如fl、乃飞、虱、I或氙，或可為氮或這些氣體的任意混 合物。此惰性氣體最好是氦、氬或氮其中之—或其混合物 ，因為這些氣體對遠紫外線範圍的輻射有相對較高的透明 度。3惰性氣體經含有一閥門的入口 6供應至室2。 室2中的壓力是利用壓力偵測器構件4監控的。室中惰性 氣體的分鼓利關Η調整，使室中的總壓力維持在01至 1〇 Pa的範圍，最好是Pa，而以2至3 pa為尤佳。 圖3更詳細地顯示本發明之一特例的投影系統。在此例中 ，對整個投影系統供應一惰性氣體，以抑制此區域中光學 元件的污染。投影系統p L包含於室7中，此照射系統包括 鏡面8以及選擇性地包括許多如上述並參考圖丨中的其他光 學元件。該室中有一惰性氣體自惰性氣體供應器1〇供應， 此供應器可能為一含有氣化或液化惰性氣體之加壓容器。 此惰性氣體可為（諸如上述參考圖2之）化學上任意的惰性氣 體。該惰性氣體經含有一閥門的入口丨丨供應至室7。 1： 7中的壓力是利用壓力偵測器構件9監控的。室中惰性 -…- -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1232356 A7

氣體的分壓是利關門調整，使室中的總壓力維持在 l〇Pa的範圍’最好是U5Pa，而以2至3pa為尤佳。· 在本發明之另_特例中，照射系統和投影㈣是包 :隔的二室中’而各室分別有上述參考圖2及圖3之惰氣 引進低壓惰性氣體至室2及室7中，對室中所含的任何〉亏 染物粒子（如碳氫化合物分子或水蒸氣）具有減少其平均自 由程的作用的。在一壓力降至1〇-11>3或更低的室中，此種粒 子的平均自由程比該室的典型尺寸為大。因此，室中衝= 一光學元件（如一鏡面）的粒子流量即由該元件表面的直接 分子轟擊（bombardment)判定。分子流量可使用下列等式計 算得： ^ nCH v 分子流量=— 4 /、中n CHx為污染物濃度（大多由碳氮化合物構成，但亦可 為（例如）水），而V則為污染物粒子的平均速度。 藉引進壓力為0 . 1至1 0 pa的惰性氣體至室中，減少了污 染物粒子的平均自由程，而此時衝向光學元件的粒子的流 量則由擴散（diffusion)判定。擴散流量可由下式計算而得：

擴散流量二D :CHx I 其中擴散係數D是由Z) = · ϋ_所決定，/為真空室的特徵 3σρ 尺寸（characteristic size)，Φ為擴散斷面，ρ為室中之背景壓 力而k則為波茲曼（Boltzmann)常數。Φ可利用特定T及p下 Ar-CHX:^合物的一已知擴散係數計算而得。在此情形下， -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）

裝. 訂

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A7 B7 五、發明説明（12 ) 混合物中分子的平均速度v可用以下公式計算而得·· 其中Μ為混合物中一分子的質量。 惰性氣體引進室中抑制光學元件受污染的程度，可視為 如下方法計算得的抑制係數： 抑制係數== =

擴散流量 4D 4kT 由此等式可判定：是因污染物粒子較大導致對污染的抑 J ^加或疋因背景壓力增加所致。然而，室中增加的惰 性氣體壓力將導致對EUV輻射透明度的減少，因此將會降 低系統的效能。雖然對諸如氦、氬及氮等對EUV輻射高度 透明的氣體而言，這種作用較不要緊，但是在壓力增加時 k些氣體對EUV輻射的透明度仍有明顯的差異。因此， 惰性氣體的壓力應保持在1〇 Pa或更低，最好是保持在3 P a或更低。 在吾等說明本發明上述特殊具體實施例後，應清楚知道 可運用其他方法實施本發明。本發明不受限於上述說明 ____ -15_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) ----

裝· 訂

Claims (1)

1 · 一種喊;^投影裝置，其包括： 扣T輻射之投射光束的輻射系統； 了支撐結構以支撐圖樣化構件，該圖樣化構件之功用為 依據所需圖樣將投影光束圖樣化； 一用以支撐一基板之基板檯；以及 扠〜系統，用以將圖樣化光束投影於基板之一目標部 份； 其特徵為：至少包含該輻射系統之一部份的一空間及/ 或至V I g遍技影系統之一邵份的一空間包含一壓力為 0 · 1至1 0 p a的惰性氣體。 2·如申請專利範園帛β的裝置，纟中之輻射系統可產生 一遠紫外線輻射投影光束，具有一少於50 nnu々波長。 3·如申請專利範圍第2項的裝置，其中之遠紫外線輕射光 束具有介於8至20 nm範圍的波長，特別是介於9至 1 6 nm。 4. 如申請專利範圍第2項的裝置，其中之遠紫外線輕射光 束具有一介於9至16 nm範圍的波長。 5. =請專利範圍第i、2、3或4項之裝置，其中該惰性 氣體為氦、氬或氮，或其混合物。 6·如申請專利範圍第1、2、3或4項的裝置，其中該（各）空 間中的壓力為自1至5 Pa。 7·如申請專利範圍第丨、2、3或4項的裝置，其中該（各）空 間中的壓力為自2至3 Pa。 二 8 · ~種利用微影投影裝置的元件之製造方法，其步驟包括 六、申請專利範園 提供至少部份由—層對輻射靈敏的材料所覆蓋之一基板 利用輻射系統提供一輻射投影光束； 利用圖樣化構件賦予投影光束_ @樣式之 . 將圖樣化之輕射光束以投影“投影至輕射靈敏材料層 之一目標部份， 其特徵為包含以下步驟：對至少包含該輕射系統之〆部 份的空間及/或至少包含該投影系統之一部份的空間供 應一惰性氣體，其中該（各）空間中的壓力為〇丨至1〇 pa 9· 一種利用微影投影裝置製造方法所製造的裝置，其包括 至少部分經輻射光束圖樣化之構件，該構件首先至少部 分由一層對輻射靈敏的材料所覆蓋，利用一輻射系統提 供一輻射投影光束，以圖樣化元件賦予投影光束一圖樣 化斷面，最後以投影系統將圖樣化之輻射光束投影至該 輻射靈敏材料層之一目標部分，其中 對至少包含該輻射系統之一部分空間及/或至少包含該 投影系統之一部分空間供應惰性氣體，且該空間中的壓 力為0· 1至10 Pa。