TWI252380B - Lithographic apparatus and device manufacturing method - Google Patents

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1252380 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本舍明A關於微影投射裝置，包括： '用以供應輻射投射光束之輻射系統； -用來支撐圖樣化裝置的支撐結構，該圖樣化裝置的作用 疋根據所需的圖樣安排投射光束的圖樣； -用以固定基板的基板檯面； 才又射不統，用來把被圖樣化的光束投射到基板的目標部 分上； -液體供應系統，用來供應液體於該投射系統之最終元件 與該基板之間。 本文所採用的圖樣化裝置（patterning應廣義地 解項為指可被使用來賦予入射輻射光束一圖樣化截面的裝 置’該圖樣化截面對應於要在基板目標部分内產生之圖樣； Η光閥” 一詞也可使用於此描述環境中。一般而言，該圖樣 對應於目標部分内產生的裝置（諸如積體電路或其他裝置， 請麥考下文）中一特別功能層。此種圖樣化裝置的範例包 括： -光罩。光罩的概念在微影技術領域中是眾所週知的，且 其包括諸如二元、交替相位移動、及衰減相位移動型光 罩以及各種混和型光罩。將光罩置入輻射光束内會造成 照射到光罩上的輻射根據光罩上的圖樣選擇性地透射（ 在透射型光罩的情況下）或反射（在反射型光罩的情況下） 。在有光罩的情況下，支撐結構一般是光罩檯面，光罩 93912.doc 1252380 檯面確保光罩可固定在入射輻射光束内所需的位置上， 且其可在需要時相對於光束移動。 可編程反射鏡陣列。此嘴奘晉^ ^ 1,\ 干N此颁衣置的一種祀例是具有兼具黏著 性與伸縮性之控制層和—反射表面的可矩陣定址表面。 此種裝置所根據的基本原理(譬如)是反射表面之被定址 品或將射光、,桌反射成為繞射光線，而未被定址區域則 將入射光線反射成為未繞射光線。利用適當的濾光鏡， 該未繞射光線可從反射光束中濾掉而僅留下繞射光線； 、又此方式光束可根據可矩陣定址表面之定址圖樣被圖 樣化。可編程反射鏡陣列的一種替代具體實例採用微小 反射鏡的矩陣結構，每個微小反射鏡可藉著加上一適當 局部電場或藉著利用壓電驅動裝置而獨立地繞著一軸傾 斜。同樣地，這些反射鏡可矩陣定址以使被定址的反射 鏡可將入射輻射光束以與未被定址的反射鏡不同的方向 反射，依此方式，被反射之光束可根據可矩陣定址反射 鏡的定址圖樣被圖樣化。所需的矩陣定址可使用適當的 電子裝置實現。在上述的兩種情況下，圖樣化裝置都可 包括一個或更多個可編程反射鏡陣列。本文所指的反射 鏡陣列之更多訊息可從譬如第5,296,891號和第5,523，193 號美國專利及WO 98/3 8597和wo 98/33096號PCT專利申 凊案知悉’這些專利與專利申請案在此納入供酌參。在 可編程反射鏡陣列的情況下，該支撐結構譬如可依照需 要貫施成固定或可移動框架或檯面。 可編程液晶顯示（LCD)陣列。第5,229,872號美國專利提 93912.doc 1252380 供此種結構的一種範例，該專利在此納入供酉勺參。如上 文所述I，在此情況下的支撐結構譬如可依照需要實施 成固定或可移動框架或檯面。 為了簡化起見，本發明說明的以下部分可能在某些地方 明確地指向包含光罩與光罩檯面的範例，但是在此情況下 。寸娜的整體原理應被視為上文所述的較廣義圖樣化裝置。 【先前技術】 微影投射裝置可譬如使用於積體電路（iC)的製造中。在 此ft况下，圖樣化裝置可產生一對應於積體電路單獨一層 的私路圖樣，且此圖樣可成像於已經以一層輻射敏感材料 (抗蝕劑）覆膜之基板（矽晶圓）上的目標部分（譬如包括一個 或更多個晶粒）上。一般而言，單一晶圓會包含整個相鄰目 ‘邛刀網路，该等目標部分經由投射系統被一次一個連續 地照射。在現行裝置中，採用藉著光罩檯面上的光罩圖樣 化兩種不同型式機器間可有差異。在一種微影投射裝置 中，每個目標部分藉著一次將整個光罩圖樣曝光在目標部分 上而照射，此種裝置一般稱為晶圓步進器（wafer stepper)。 在一般稱為步進掃描（step-and-scan)裝置的另一種裝置中， 每個目標部分以既定基準方向（，，掃描’，方向）在投射光束下 漸次掃描光罩圖樣，同時以與此方向平行或反向平行的方 向同步掃描基板檯面而被照射，因為一般而言，投射系統 有一放大因素Μ(—般<丨），基板檯面被掃描之速率v是光罩 檯面被掃描速率的Μ倍。本文所述有關微影裝置的更多資 訊可譬如從第6,046,792號美國專利中蒐尋，該專利在此納 93912.doc 1252380 入供酌參。 在使用u衫奴射裝置的製造程序中，一圖樣（譬如在光罩 内）被成像在基板上，該基板至少有—部分被—層輻射敏感 材m抗㈣mm此成像步驟之前，基板可進行諸如塗 底層、抗姓劑覆膜及軟烘培等各種處理程序。在曝光之後， 土板可接又諸如曝光後烘焙（p〇st_up〇sure bake ; pEB)、顯 影、硬烘培及成像特徵測量/檢查等其他處理程序。這-連 串的處理私序被使用當做定出諸如積體電路等裝置單一層 圖樣的基冑°然|此種被圖樣化之層可進行諸如#刻、離 子植入（摻雜）、金屬化、氧化、化學一機械磨光等各種處理 程序’該等程序全部是用來完成一單獨層所需的。若需要 °午夕層則整個處理程序一或其變體一須對每個新層重複 一遍。最後會有一系列的裝置呈現在基板（晶圓）上。然後藉 由諸如切割或鋸割等技術將這些裝置彼此分開，接著將個 別裂置固定在載體上、連接至接腳等。有關此種處理程序 的進一步資訊可譬如從Peter van Zant所著l，Micr〇chip

Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing" 第三版中獲得，該書編號為ISBN 0-07-067250-4,由McGraw Hill出版公司在1997年出版，在此納入供酌參。 為了簡化起見，投射系統在下文中可稱為，，透鏡（lens)，，， 但此名詞應被廣義地解讀為包含各種不同的投射系統，譬 如包含折射光學裝置、反射光學裝置、及兼反射和折射光 學系統4。輕射照射系統也可包括根據這些設計類型中任 一種设什而操作的元件，用來導引、修整或控制輕射投射 93912.doc 1252380 光束，且此種元件也可在下文中整體或個別稱為"透鏡，，。 此外，微影裝置的類型可為具有兩個或更多個基板檯面（及/ 或兩個或更多個光罩檯面）者。在此種，，多重載台，，裝置中， 可平行使用額外的檯面，或者可在一個或更多個檯面上實 施預加工步驟而同時使用一個或更多個其他檯面做曝光。 雙載台Μ影裝置譬如描述於第5，9 6 9，4 4丨號美國專利及 WO 98/40791號專利申請案中，該等文件在此納入供酌參。 已有提議將微影投射裝置内的基板沉浸在相當高折射率 的液體一譬如水一中，以便填滿投射系統最終元件與基板 之間的空間。這樣做的目的是要使較小特徵也能成像，因 為曝光輻射在液體内有較短的波長（液體的作用也可被視 為增加系統的有效數值光圈ΝΑ)。 但是將基板或基板及基板檯面沉浸在液體槽内（譬如請 ί考US 4,509,852，該資料整個在此納入供酌參）表示有大 畺液體須在掃描曝光期間被加速。這需要額外的或更有力 的馬達，且液體内的IL流會導致不利的且不可預期的影塑。 針對此問題提出的解決方案之一是讓液體供應系統在基 板的一局部化區域上且在投射系統最終元件與基板間提供 液體（基板之表面面積一般比投射系統之最終元件表面面 積大）。一種爲此目的而提出的安排方法揭示在WO 99/495〇4 中’该文件整個在此納入供酌參。如圖2與3中所示，液體 由至少一個入口川供應到基板上，較佳的是沿著基板相對 於最終元件移動的方向，且在已經通過投射系統下方之後 被至少一個出口 〇υτ移除。意即，當基板在該元件下方以 93912.doc -10- 1252380 -χ方向破掃描時，液體在元件之觸被供應並在側被取 走。圖2概要顯示該裝置，其中液體經由入口m供應且在元 件的另-侧被出口ουτ取走，出σ〇υτ連接至—低屋源。 在圖2之圖式中’液體沿著基板相對於最終元件移動之方向 供應’但這並非必要。t可能讓許多不同方向與數目 的入口及出口環繞最終元件，—個範例顯示於圖3中，該範 例中有四組入/出口（每組有—人口，人口兩側各有_出σ) 以規律性圖樣分別配置環繞最終元件以形成液體館槽。 揭示在歐洲專利申請案03252955.4中另一種被提出的解 決方案是將液體供應系統配置一密封元件’該密封元件沿 著介於投射系統最終元件與基板檯面間之空間的至少一部 分邊界延伸。該密封元件相對於投射系統大體上在χγ平面 内靜止，且在該密封元件與基板表面間％成密圭卜較佳的 是該密封是諸如氣體密封的無接觸密封。 但此二種方案都會招致許多困難。譬如不知道沉浸液體 對抗蝕劑化學特性的影響，且抗蝕劑的氣體逸出會在沉浸 液體内造成泡泡。沉浸液體内的泡泡會改變光線的行進方 向並從而影像曝光的均勻度。此外，即使採取了保護措施， 投射裝i與基板間，經由沉浸液υ的轉纟而造《的機械干擾 問題仍會很明顯。 1^.〇111313111等人在八？？.？1^1^杖 74,501-5 03 頁（1999年） 上發表之Near-Field Photolithography with Solid Immersion

Lens描述改善微影裝置解析度的一種替代方法，該方法在 投射系統與基板之間提供具有高折射率之固體沉浸透鏡。 939l2.doc 1252380 投射光束聚焦在固體沉浸透鏡上，且使用衰減場（近場操作 模式）使輻射透過一非常薄的空氣（或其他氣體）間隙傳送到 抗蝕劑。固體透鏡與基板間之距離做成足夠小（意即一 ^ 、於輪 射之波長）以使某些光子可跨越該間隙傳送而使基板曝 光。此方案很明顯是靠介於基板與固體透鏡間的非常小的 間隙，而二者間的碰撞可能性甚高。 【發明内容】 本發明的一個目的是提供一種可有較佳解析度之替代方 法與裝置。該替代方法與裝置應可減緩因存在液體或存在 固體透鏡而產生的某些缺點。 此目的與其他目的是根據本發明在起始章節中所指出的 微影裝置達成的，其特點為該液體供應系統被安排成當使 用時會在該液體與該基板間有一不被液體佔據的空間。 像是對抗蝕劑化學特性的影響與抗蝕劑氣體逸出等因液 體與基板間接觸所造成的問題得以避免。同樣地，即使液 體與基板間發生碰撞，其結果也不至於像固體透鏡與基板 間碰撞那麼嚴重。液體可散播在系統内，但基板比較可能 不會造成永久性損壞且微影裝置比較可能不需要大幅的修 理。在有碰撞發生時捕獲散播的液體所需之裝置可輕易地 配置。 /夜體供應系、統τ包括元件以控制液體的位置、量、形狀、 流動速率、或任何其他特徵。 液體與基板間之距離宜小於輕射之波長且宜小於l00 nm。 液體與基板間之距離應予仔細監督：若該距離太大，則沒 93912.doc 1252380 有足夠的輻射傳送到基板。該距離也應儘可能地均勾以防 止傳送之光線量產生變異。同樣地，液體之深度應予&督， 因為其會影響整個投㈣統之聚焦平面。液體與基：間之 距離和液體之深度二者應予仔細控制以使任何變異都可釋 得抵銷。 爲了避免輻射的錯誤及未量化折射，液體最接近基板處 的表面應大致平行於基板。 為了限制水以便形成液體透鏡，液體供應系統包括一恐 水表面。該恐水表面之形狀應宜大略呈環形以在環形的中 央形成液體透鏡。最好也有一輻射可穿透的親水表面以界 定液體之形狀。親水表面宜填滿環形恐水表面中央部份處 的孔。也可使用金屬電極來調整液體之形狀（包括直徑）。 爲了使用方便起見，微影設備宜被安排成使基板檯面垂 直在投射系統上方。 根據本發明的另一個樣態，提供了 一種裝置製造方法， 該方法包括下列步驟： -提供基板，該基板至少有一部分被一層對輻射敏感材料 覆蓋； -使用輻射系統提供輻射投射光束； -使用圖樣化裝置以便將一圖樣賦予投射光束的橫斷面内； -在該投射步驟中所用的投射系統之最終元件與該基板之 間提供液體； -將被圖樣化之輻射光束投射到輻射敏感材料層的目標部 分上， 93912.doc 13 1252380 液,读m 4成—液體透鏡，且該投射光束在 虽妙鏡之後，在曝光該基板之前穿過一空間。 户鱗平本毛月σ兄明特別指明使用根據本發明的裝置於製造 二=路的環境中，但請清楚注意此縣置有許多其他可 月b應用。壁_ •^口，制、4* 〃 衣這積體光學系統、磁域記憶體的導引及 m測圖樣、液曰甜一 液日日顯不面板、薄膜磁頭等。本領域的技術者 會知道在此種替代1 . …用知、纟兄中，此環境中任何使用”標線 、"晶圓||或”晶粒"等名詞應被視為分別被，，光罩"、 ”基板”與”目標部分”等更廣義的名詞取代。 在本發明說明t’”㈣”舆”光束”等名詞被使用以包含所 有種類的電磁輕射，包括紫外線輻射（譬如波長為365, 248, 193，157或 126 nm)。 【實施方式】 圖1概要顯不根據本發明之一種特別實施例的微影投影 裝置。該裝置包括： 幸田射系、、充Ex，IL，用來供應輻射（譬如紫外線輻射）投射光 束PB，該系統在此特別情況下也包括輻射源乙a ; -第一物件檯面（光罩檯面）MT，該檯面配置有光罩固定器 以固定一光罩MA(譬如標線），且連接至第一定位裝置以 將光罩相對於投射透鏡PL正確地定位； -第二物件檯面（基板檯面）WT，該檯面配置有基板固定器 以固定基板W(譬如有抗蝕劑覆膜的矽晶圓），且連接至第 二定位裝置以將基板相對於投射透鏡PL正確地定位； -投射系統（’’透鏡’’）PL(譬如一折射透鏡系統），用來將光罩 93912.doc 14- 1252380 ΜΑ的被照射部分成像於基板w的目標部分c(譬如包括 一個或更多個晶粒）上。 如本圖所不者，該裝置為透射型者（譬如有透射型光罩）。但 是一般而言，其也可譬如為反射型者（譬如有反射型光 罩）。或者，該裝置也可採用其他種類的圖樣化裝置，像是 上文中所引用的那種可編程反射鏡陣列等。 來源L A(譬如為由雷射產生的或放電電漿源）產生輻射光 束。此光束直接或在穿過諸如光束擴展器Εχ等調整裝置之 後饋送入照明系統（照明器）IL内。照明器IL可包括調整裝置 AM，用來設定光束内強度分布的外側及/或内侧徑向幅度（ 一般分別稱為外側σ與内側cr )。此外，一般其包括各種其 他構成元件，像是整合器IN與聚光器CO。依此方式，照射 在光罩Μ A上的光束PB在其橫斷面内可有期望的均勻性與 強度分布。 在圖1中請注意來源LA可在微影投射裝置的機殼内（譬如 就像疋▲來源L A疋水銀燈的常見情況般）’但其也可遠離微 影投射裝置、其產生之輻射光束被導引入微影投射裝置内 (譬如藉助於適當的導引反射鏡）；此後者景象常見於當來源 L A是準分子雷射的方案。本發明與申請專利範圍包括這兩 種方案。 光束PB接著攔截被固定在光罩檯面MT上的光罩μα。光 束ΡΒ在穿過光罩ΜΑ之後通過透鏡PL，透鏡PL將光束ΡΒ聚 焦在基板W的目標部分C上。藉助於第二定位裝置（及干涉 計量測量裝置IF)，基板檯面WT可被正確地移動，譬如以將 93912.doc -15- 1252380 不同目橾部勿C疋位在光束pb的路徑内。同樣地，可使用 第一定位裝置來將光罩MA相對於光束叩的路徑正確地定 位-譬如在將光罩Μ A從光罩健存庫做機械取回之後或在 掃描期間。-般而言，物件檯面Μτ、^的移動可藉助長 衝程模組（粗定位）與短衝程模組（細定位）實施，該等模組未 清楚地顯示於圖1中。但是在晶圓步進器（相對於步進掃描 裝置）的情況下，光罩檯面Μτ可僅連接至短衝程傳動器或 為固定者。 邊圖所示裝置可使用於兩種不同模式下·· 1·在步進模式下’光罩檯面町基本上維持不動，且整個 光罩影像-次投射（亦即以單―"閃光”）到目標部分C上。然 後，基板檯面WT在X及/或7方向上移動以使不同的目標部 分C可被光束PB照射； 2·在掃描模式下，基本上應用相同的方案，只是某 部分C不是以單一”閃光"曝光。而是讓光罩檯面MT以速率 v在某方向（所謂’’掃描方向"’譬h方向）移動，以使投射光 束在光罩影像上，同時，基板檯面以的速 率在相同或相反方向上同時移動，其中Μ是透鏡PL的放大 (叙而D M-1/4或1/5)。依此方式可曝光相當大的目標 部分C而不必犧牲解析度。 夫如圖4與5中所不’基板擾®WT位於投射系統PL上方（雖 …'在下文中此非必要）。高精密度液體供應系統1 8被配置以 經由：管η供應液體給介於投射系統PL與基板檯面 、 忒液肢之折射率為n且形成一液體透鏡10或貯水 93912.doc 16 1252380 槽。透鏡10形成於投射系統PL之影像場的周圍，以使該液 體被限制在介於基板表面和投射系統pL最終元件間的空間 内。 一恐水材料（譬如塗膜）帶22黏附到液體供應系統18上， 該恐水材料帶22限制透鏡10内的液體。此外，投射系統孔 被配置朝向基板表面之表面包括一輻射可透射之親水材料 2〆·#如塗膜）以確保透鏡可黏附到投射系統上。恐水材料與 親水材料之明確選擇隨著液體的不同而變。譬如，當使用 基本上為水之液體時，可發現玻璃為適當的親水材料且鐵 氟龍（Tefl〇n)為適當的恐水材料。也可使用諸如表面粗糙度 等其他因素來改善材料的恐水品質。 液肢感測器24感知液體透鏡1 〇的深度，且該高精密度 液體供應系統1 8可提供液體以大致填滿投射透鏡與基板間 的工間’但其填滿程度可使基板W與液體透鏡丨〇之間有一 間隙，該間隙小於投射輻射之波長。液體感測器24構成一 貝系、、先的部分，其中當深度不足時，該高精密度液體 七、應系統18可供應更多液體到透鏡10内；而當深度太深 日守，可由出口 14(或者使用導管17中的一個導管當做出口） 將’夜體從透鏡10移除。液體感測器24的作用是藉感測來自 液體透鏡10内部的光線並使用來自液體透鏡表面之内部反 射來判斷透鏡之深度。當投射系統PL與基板W間之距離或 則可被設定或則可被簡單地測量時，就可簡單地將投影系 統pL與基板W間之距離減去透鏡1〇之深度而計算得到透鏡 〇 〃基板w間的間隙。或者也可替代性地藉著測量譬如基 93912.doc 1252380 板檯面WT上之電極與投射系統pL間的電容值而測量得到 這些距離。 如此可使輻射投射穿過液體透鏡ΐθ且在基板|與液體透 鏡10被配置朝向基板表面之表面間形成一衰減場。所以該 乐統之解析度獲得改善，其改善程度為η。 透鏡10宜應有一大平坦表面以防止輻射的錯誤折射。藉 著對恐水材料下方之電極（宜為金屬）28充電，可適當調整液 體透鏡之形狀（外形與尺寸）。譬如透鏡10可被調整成具有大 直徑以在中央處提供一大平坦區域。 除了恐水材料22及/或親水材料23之外，可替代地或額外 地使用氣體密封16來限制透鏡内的液體。如圖5中所示，氣 肢山封的形成疋將氣體（譬如空氣或合成空氣但宜為氮氣 或另一種惰性氣體）在壓力下經由入口 15提供給介於高精 密度液體供應系統18與基板W間之間隙並經由出口丨斗抽 出。氣體入口 15上的過度壓力、出口 14上的真空水準及間 隙的幾何形狀被安排以使有一向内的高速度空氣流，該空 氣流限制該液體。 若透鏡10足夠小，則可使用圖丨中所示的微影裝置，該微 影裝置的投射系統PL在基板檯面WT上方。表面張力與黏附 力抵銷了重力，且透鏡10可維持黏附在投射系統此上而在 透鏡10與基板W之間留下一空間。 雖然上文中描述了本發明的特定實施例，但請注意本發 明可以與上述Τ ί§]的；5·法實施。該等描述不是帛來限制本 發明的。 93912.doc -18- !25238〇 【圖式簡單說明】 上文藉由僅做為範例的實施例參考概略附圖描述本發明 之貫施例，諸圖式中·· 圖1顯示根據本發明之一種實施例的微影投影裝置； 圖2顯示根據本發明之一種實施例的液體供應系統； 图3疋圖2之液體供應系統的另一角度觀察圖； 圖4顯示根據本發明之一種實施例的微影投影裝置之細 節；且 、 圖5顯示根據本發明之一種替代實施例的微影投影裝置 之細節。 在圖式中，對應的參考符號表示對應的部分元件。 【主要元件符號說明】 ΑΜ C C0 Ex IF IL IN LA MA MT PB PL 93912.doc 調整裝置 目標部分 聚光器 光束擴展器 干涉計量測量裝置 照明器 整合器 輻射源 光罩 第一物件檯面（光罩檯面） 光束 投射系統（透鏡） -19- 基板 第二物件檯面（基板檯面） 液體透鏡 出口 入口 氣體密封 導管、 高精密度液體供應系統 恐水材料 親水材料 液體感測器 電極

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Claims (1)

1252380 十、申請專利範圍： 1 · 一種微影投射裝置，包括： -一用以供應輻射投射光束之輻射系統； -一用來支撐圖樣化裝置之支撐結構，該圖樣化裝置的 作用是根據所需的圖樣安排投射光束的圖樣； -一用以固定基板之基板檯面； -一投射系統，其係用來把被圖樣化的光束投射到該基 板的目標部分上；及 -一液體供應系統，其係用來供應液體於該投射系統之 最終元件與該基板之間， 其特徵為該液體供應系統被安排以當使用該系統時，在 该液體與該基板之間有一未被液體佔據的空間。 2·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該液體與該基板間的 距離小於該輻射之波長。 3.如申請專利範圍第丨或2項之裝置，其中該液體與該基板 間的距離小於1 〇〇 nm。 4·如申请專利範圍第1或2項之裝置，其中該液體最接近該 基板之表面的絕大部分大致平行於該基板。 〕·如申清專利範圍第丨或2項之裝置，其中該液體供應系統 匕括心水表面，该恐水表面係用來界定該液體之形狀。 6·如申請專利範圍第項之裝置，其中該恐水表面之形 狀為環形。 7_如申請專利第1或2項之裝置，進一步包括—輻射可 透射的親水表面，該親水表面係用來界定該液體之形狀。 939l2.doc 125238〇 •如申請專利範圍第7項之裝置，其特徵為該輻射可透射之 親水表面為圓形的，該親水表面填滿—環形恐水表面中 央處的孔。 9.如申士請專利範圍第！項或第2項之裝置，其中當使用該裝 置時，該基板檯面垂直位於該投射系統上方。 10·如申請專利範圍第丨項或第2項之裝置，包括一電極，該 電極係用來調整該液體之形狀。 •種裝置製造方法’該製造方法包括下列步驟： -提供一基板，該基板至少有一部分被一層對輻射敏感 材料所覆蓋； •使用一輻射系統以提供一輻射投射光束； -使用圖樣化裝置以便將一圖樣賦予投射光束的橫斷面 内； -在該投射步驟中所用的投射系統之最終元件與該基板 之間提供液體； -將被圖樣化之輻射光束投射到輻射敏感材料層的目標 部分上， 其特徵為該液體形成一液體透鏡，且該投射光束在穿過 該液體透鏡之後，在曝光該基板之前穿過一空間。 93912.doc