TWI260469B - Lithographic apparatus, device manufacturing method, and method of manufacturing an optical element - Google Patents

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1260469 ⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明與一微影投影裝置有關，其包括： -一輻射系統，用以提供一輻射投影光束； -一支撐結構，用以支撐圖案化構件，該圖案化構件之 功用為依據所需圖案將投影光束圖案化； -一基板台，用以固定一基板；以及 -一投影系統，用以將形成圖案的光束投影在該基板的 目標部分上。 此處所用術語「圖案化構件」應廣義解釋為可用以賦予 進入之輻射光束一圖案化之斷面的構件，該圖案化之斷面 係對應於需建立於基板目標部分的一圖案；本文中亦可使 用術語「光閥」。一般而言，該圖案係與建立於目標部分 之裝置的一特定功能層有關，諸如一積體電路或其他裝置 (詳見下文）。此類圖案化構件的實例包括： -一遮罩。遮罩的概念在微影術中係廣為人知，其並包 括如二元式、交替式相位偏移及衰減式相位偏移等遮 罩形式，以及各種混合的遮罩形式。此種遮罩放在輻 射光束中，將導致照射在遮罩上的輻射依據遮罩上圖 案作選擇性透射（當於透射式遮罩的狀況）或反射（於反 射式遮罩的狀況）。在遮罩的狀況中，其支撐結構一般 是一遮罩台，其為確保將遮罩支撐於進入的輻射光束 中之一理想位置，並於需要時可相對於該光束移動。 1260469 (2) 發明說明續頁 - 一可程式鏡面陣列。該種裝置的一實例為一矩陣可定 址表面，其具有一黏彈性控制層及一反射表面。此種 裝置的基本原理為（例如）該反射表面的已定址區域反 射入射光為衍射光，而未定址區域則反射入射光為非 衍射光。利用一適當濾鏡，可自該反射光束中篩檢出 該非衍射光，僅擋下該衍射光，如此該光束即可依該 矩陣可定址表面的定址圖案成為圖案化。可程式鏡面 陣列的一項替代性具體實施例使用一微小鏡面的矩陣 配置，藉由施加一適當的局部電場或使用壓電驅動構 件（piezoelectric actuation means)，各鏡面可分另J 繞一 軸線傾斜。同樣地，該等鏡面為可定址矩陣，使得定 址鏡面以不同方向反射入射的輻射光束至未定址鏡面 :如此，即可根據該等矩陣可定址鏡面的定址圖案使 反射光束圖案化。可使用適當的電子構件，以執行所 需的矩陣定址。在上述的兩種狀況下，該圖案化構件 可包括一或多個可程式鏡面陣列。本文所述鏡面陣列 的詳細資料’請參閱（例如）美國專利US5,296,891及 US 5,523，193 及 PCT 專利申請案號 W0 98/38597 及 W0 98/33096，此處以提及方式併入本文中。就可程式鏡面 陣列而言，該支撐結構可以（例如）一框架或台面方式 具體化，且視需要可為固定或移動式。 - 一可程式L C D陣列。此種構造的實例可見於美國專利 案號US 5,229,872中，此處以提及方式併入本文中。如 上所述，此種狀況的支撐結構可以（例如）一框架或台 -6- 1260469 (3) 發明說明續頁 面方式具體化，並視需要可為固定或移動式。 基於簡化的目的，本文其餘部份將在特定位置專門探討有 關遮罩及遮罩台的實例，然而，此類實例中所探討的通用 原理應適用於較廣域的圖案化構件中。 先前技術 微影投影裝置可用於（例如）積體電路（ICs)的製造上。在 此種情況中，圖案化構件可產生相關於j c中單一層的電路 圖案’並可將此圖案映射於已塗覆一層對輻射敏感的材料 (抗兹劑；resist)之一基板（碎晶圓）上的目標部分（如包括_ 或多個晶模（die))。一般而言，單一晶圓可包括眾多相鄰 目標部分所構成之網路，它們將依次由投影系統逐個照射 在本t置中’利用遮罩台上的遮罩進行圖案化，可區分 成兩種不同形式的機器。在一種微影投影裝置中，一趟動 作知整個遮罩圖案暴露於目標部分上，讓每一目標部分都 照身十列 ’種裝置一般稱為晶圓步進機（wafer Stepper)。在 般稱為步進掃描裝置（step-and-scan apparatus)的可 供選；g壯$ ^ 衣 中’於投影光束下以一指定參考方向（「掃描 」万向）逐步掃描遮罩圖案以照射每一目標部分，並同步 +也^升匕f + i y u平行同向或平行反向掃描基板台，因通常此投 影系統且古 “ ’ 一放大倍率Μ(通常<1)，故掃描基板台的速率 V將為掃$ 卜 (罩口速率的Μ倍。有關上述微影裝置的進一 步W訊可士人。f , 万；（例如）US6,046,792中收集到，本文中以提及方 式併入。 用彳政衫投影裝置的製造方法中，於至少部分由一層 1260469 _ (4) _諫姨績買 輻射敏感材料（抗蚀劑）覆蓋的基板上成像一圖案（例如在 一遮罩中的圖案）。在此成像步驟之前，該基板可經各種 程序處理，例如打底（Primins)、抗蝕劑塗佈及軟烘（soft bake) 。曝光之後，該基板可接受其他處理，例如曝光後烘乾 (post-exposure bake ’ PEB)、顯影、硬烘（hard bake)及測量 /檢 查成像之特徵。這一連串的程序是作為圖案化一裝置（如 1C)之個別元件層的基礎。接著，此一圖案化層可再經過 各種程序，例如蝕刻、離子植入（摻雜）、金屬電鍍、氧化 、化學機械研磨等，所有步驟皆為各層表面處理所需。若 需要許多層，則必須在每一新層重覆整個程序或其變化步 驟。最後，在該基板（晶圓）上將呈現一系列的裝置。接著 ，將會利用諸如切割（dicing)或鋸切（sawing)的一種技術分割 這些裝置，之後可將個別裝置裝載於一載架（carrier)上、 連接至接腳針（pin)等。有關此類程序的進一步資訊可由（例 如）1997年Peter van Zant所著「微晶片製造：半導體處理指 南」弟二版（Microchip Fabrication: A Practical Guide to

Semiconductor Processing”，Third Edition，McGraw Hill Publishing Co.，1997, ISBN 0-07-067250-4)—書中獲得，本文中以提及方 式併入。 為簡化起見’以下將稱投影系統為「透鏡」；然而，必 須將此術語作廣義解釋以包括各種投影系統，例如，包含 折射光學、反射光學及反折射（Catadi〇ptric)的系統。該輻射 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，此種元件亦可於下文中統 1260469 (5) 煢明神續買 稱或個別稱為「透鏡」。另外，此微影裝置可能是一種具 有兩個以上基板台（及/或兩個以上遮罩台）的形式。在此種 「多平台」裝置中，其額外台面可平行使用，或可在其他 •一或多個台面進行曝光時，於一或多個台面上執行準備步 驟。雙平台微影裝置在（例如）US5,969,441及WO 98/40791中 均有說明’此處以提及方式併入本文中。 為使更小的特徵能成像，有人提議利用波長範圍自5至 20奈米（nm)之EUV(遠紫外線）輻射進行曝光，以取代目前 業界微影裝置中所用波長193或157奈米之UV(紫外線）_ 射。在舞用遠紫外線輻射及/或投影系統中，迄今尚未出 現能構成一衍射透鏡的材料，以作為其光學元件，因此， 採用EUV的微影裝置之輻射及投影系統必須使用鏡面製 作’通常為多層鏡面。投影影像的品質對鏡面中的表面^ 形（外形誤差）極端敏感，尤其是在投影系統中的鏡面。^ 防止溫度變化引起的表面變形，該等鏡面係由沈積多層# 疊於一基板上所構成，此基板具有所需之外形，且其所$ 材料之熱膨脹係數（coefficient of thermal expansion ; CTE)極低 ，甚至為零。此類材料可從市面上許多供應商處購得。其^ 中包含稱為Zerodur™的材料，是一種玻璃陶瓷’並具有各 種添加物以提供其所需的低CTE。這些材料雖然擁有極低 的CTE，但唯有在單一特定溫度時其CTE才正好為零，因 此一般情況下必定有某些熱膨脹或收縮存在，導致表面變 形及影像品質的減低。 發明内容 -9- 1260469 (6) 聲明說明續頁 本發明的一項目標為提供一種微影投影系統，其中熱對 其輻射及/或投影系統内光學元件影像品質的影響已進一 步減低或消除。 依據本發明，此項及其餘目標係藉如本文開頭所述的一 微影裝置所達成，其特徵為：該裝置内至少有一於使用時 承受熱負載的元件係由一低CTE材料所構成，該低CTE材 料之熱膨脹係數在介乎其製造溫度與該元件之平均操作 溫度之間某一溫度處具有一零交越點。 使用在介乎該元件之製造溫度與平均操作溫度之間擁 有一 CTE零交越點溫度的材料建構該元件，即可使該元件 操作時的熱變形降至最低程度，甚至完全消除熱變形。當 該元件的溫度由其製造溫度變化至其操作溫度的過程中 ，由於一般而言，其CTE在低於該零交越點溫度時為負值 ，而在高於該零交越點溫度時則為正值，故該元件起初會 變形，但該等變形在該零交越點溫度的另一側將會反轉過 來。 該零交越點的理想溫度，將取決於在該零交越點附近區 域與溫度成函數關係的該CTE曲線之形狀。若在該區域中 ，該CTE係與溫度線性相依，則所採用材料的CTE零交越 點應在其製造溫度與平均操作溫度之間恰好一半的位置 。一般而言，該製造、零交越點及平均操作溫度的關係應 為：在該製造與平均操作溫度之間該溫度相依CTE的積分 為零，或儘可能接近零。 當所採用的材料為玻璃或諸如Zerodur™的玻璃陶瓷時 -10- 1260469 (7) 發明說明續頁 ，藉由適當的添加物及/或製造程序控制，將可選擇所需 的CTE零交越點溫度。若必要時，可用嘗試錯誤法製造出 具有所需CTE零交越點溫度的—批玻璃（或坡璃陶資）。應 明暸’雖然該裝置的平均操作溫度可能由其他考量所決定 ，仍可碉整該製造溫度以期能使用具有固定cte零交越點 溫度或改變程度有限的特定玻璃（或玻璃陶資）。 本發明可應用於一微影裝置内的任一元件上，但其最適 宜應用於在投影光束路徑上的光學元件上，尤其是一 euv 微影裝置中的鏡面，特別是在表面變形對影像品質影響最 大的投影系統内，以及在投影光束強度最高以致溫度變異 較大的照射系統前段部位。本發明亦特別適用於小型鏡面 ，因其中的熱負載集中，致使溫度變異較大。應明暸，在 多層鏡面中，僅基板為使用該低CTE材料製作，不包含該 多層堆疊。 一般寧可因一致性的原因，而採用同—批材料來製造一 微影裝置中能影響投影光束的所有光學元件，因此若該等 =同光學元件的操作溫度各不相同，則該零交越點溫度只 成為八中員元件的理想特性。此時，最好選擇該零交 越點溫度，使其成為承受最高熱負載之鏡面卜般為第一 個鏡面）的理想特性。 根據本發明的一 其步驟包括： 項進一步觀點，提供一裝置製造方法 提供至少部份由-層對輻射敏感之材料所覆蓋的〆基 板； -11 - 1260469 (8) 發明說明續頁 - 利用一輻射系統提供一輻射投影光束； - 利用圖案化構件賦予該投影光束一圖案式之斷面； - 將圖案化之輻射光束投影至輻射敏感材料層之一目 標部分，

其特徵為，該裝置内至少有一承受熱負載的元件有一平均 操作溫度，且係由一低CTE材料所構成，該低CTE材料之 CTE零交越點溫度係介乎該元件的製造溫度與該平均操 作溫度之間。 根據本發明的另一項進一步觀點，提供一光學元件製造 方法，在使用時，該光學元件將承受一熱負載，並將在一 平均操作溫度下操作，該方法包括以下步驟： 選擇在一第一溫度具有零熱膨脹係數的一低CTE材料； 利用所選擇的該低CTE材料在一第二溫度至少製造該 光學元件，其特徵為：

該第一溫度係介於該第二溫度與該平均操作溫度之 間，以在該操作溫度使該光學元件之表面變形降至最低。 雖然本文提供使用本發明的裝置製造I C的特定參考，但 需明白該裝置具有許多其他的可能用途。例如，可將其用 於製造整合式光學系統、磁性域記憶體的導引及偵測圖案 、液晶顯示板、薄膜磁頭等等。熟知技藝人士應明白，在 此種替代性應用中，任何對本文中術語「主光罩」、「晶圓 」或「晶模」的使用，皆應考慮分別以較普遍的術語「遮 罩」、「基板」及「目標部分」取代。 在本文中所使用的術語「輻射」及「光束」可用來包含 -12- 1260469 (9) 發噼說明績頁 所有型式的電磁輻射，包括紫外線輻射（如波長為365、248 、193、157或126奈米者）和EUV(遠紫外線輻射，如波長範 圍介於5至20奈米者），以及諸如離子束或電子束之類的 粒子束。 實施方式 具體實施例1 圖1顯示依據本發明之一特定且辦余> 付疋具3且貝她例的微影投影裝 置。該裝置包括： 提供輻射（例如EUV輻射）投影光束PB的一輻射系統Εχ 、I:L，在此特例中亦包括一輻射源la ; 一第一物件台（遮罩台）Μτ，具有支撐遮罩ma(例如— 主光罩μ卜遮罩支架’並與第—定位構件pm連接以 相對於項目PL將遮罩精確定位； 一第二物件台（基板台）WT，具有支撐基板w(例如一塗 佈了抗蝕劑的矽晶圓）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(例如一多層鏡面群組）以將 遮罩MA的一受照射部分映射於基板w的一目標部分 C (例如包含一或多個晶模）上。 如此處所描述，該裝置屬一反射型式(即具有一反射遮罩) 。然而，一般而言，它亦可屬一（例如）透射型式（具有一透 射遮罩）。或者，孩裝置可採用另一種圖案化構件，諸如 上述型式的一可程式鏡面陣列。 輕射源LA(例如一雷射生成電漿源或一放電電漿源)產 -13- 1260469 (10) 發明說明績頁 生一輻射光束。此光束直接地或在穿過調節構件（諸如一 光束擴張器Ex)之後，被注入一照射系統（照射器）IL中。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σ -外及σ -内）。另外 ，它一般會包括其他數種元件，諸如一整合器IN和一聚 光鏡C Ο。如此，照射於遮罩Μ A上的光束P B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：輕射源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_可與微影投影裝置距離遙遠，其所產生之輕射光 束被導入裝置中（例如依靠適當導引鏡面之助），當福射源 LA為一準分子雷射時，通常是後面這種狀況。本發明及 申請專利範圍包含此兩種狀況。 光束PB隨後照射到支撐於遮罩台MT上的遮罩ma。經遮 罩ΜA的選擇性反射後’光束PB再穿過透鏡,此透鏡將 光束PB聚焦於基板W的一目標部分C上。經由第二定位構 件（以及千涉測定（interferometric measuringm 件 if)的 f 助， 可精確移動基板台WT ’（例如）以在光束PB的路徑上定位 不同的目標部分C。同樣地，可用第一含 J斤j構件以相關於 光束PB的路徑精確定位遮罩MA，例如，自 目遲罩庫機械性 地取出遮罩ΜΑ之後，或在掃描當中。—般而|，物件台 MT、WT的移動是靠一長行程模組（粗略定位）和一短行程 模組（精細定位）的幫助實現的，此二者唼土 此一有自未明確標示於圖 1中。然而，若在晶圓步進機的狀況中（相 j狀/凡τ (相對於步進掃描裝 -14- 01) 1260469 發明就明續頁 置）’遮罩台Μ T可能僅逵接—^ 運接氣行程之傳動裝置（actuator) ，或為固定。 上述裝置可用於兩種不同模式中： ::在步進模式中5遮罩台町實質上保持固定，整個遮罩 」象在趟(即一「閃」）當中對目標部分C投影完成。接 者基板台WT向X及/或乂方向移動，使光束1>0能照射另一目 標部分C ; 、V描模式中，只負上適用相同的狀況，但特定目標 、c並非A單一閃」中曝光。遮罩台MT卻可在一特 足方向（所謂的「掃描方向 、 」 例如y万向）以一速度v移動 ’使投影光束PB掃描通過-迷罩影像，同時基板台WT則

與之同向或反向以速度V = Mv敕知 甘A 反 MV移動，其中Μ為透鏡Pl的放 大倍率（典型地，Μ =1/4或1/5 卜 、 〜 ）如此，可曝光一相對大處 域的目標部分c而不需犧牲解析度。 圖2顯示一低CTE的玻璃陶資（如ζ__Μ)或玻璃（如 動彡脹係數之溫度相依性，此種材料可用來製造在 U〜裝置1的照射及投影系統中多層鏡面之基板。圖中訏 入姐度T成函數關係的熱膨脹係數曲線cte(T)在溫度B 處^越過零，且在B的兩側一定溫度範圍中大體呈線性。 依據本發明’該光學元件係於溫度A製造，而在一平均操 作溫度C操作，使A和C都處於CTE(T)大體呈線性的溫度範 圍（内’且B係介於A與C之間以使： 〉¥文越點溫度B最好在製造溫度a與平均操作溫虞 A-B^C ilA>B>C ⑴ -15- 1260469 (12) 發明說明績頁 (2)

B

之間正好一半的位置上，以使： A + C 2 在一般情形，自A到C的範圍内CTE(T)並非線性，則應選 擇其玻璃（或玻璃陶瓷）、製造溫度及/或平均操作溫度，以 使： (3) CTE(T)dT = 0 若能滿足上述三項標準，則在平均操作溫度時鏡面的變 形將大體為零。此點可由圖3中看出，其中表面變形d為溫 度T的函數。在此範例中，A小於C且CTE(T)在B以下為負 值，當溫度在超過B以後持續上升時，會將原本溫度由A 往B上升時的收縮狀態反轉過來。 舉例而言，製造溫度可能是22°C而平均操作溫度約30°C ，故可選擇CTE零交越點為26°C的玻璃（或玻璃陶瓷）。 熟悉技藝人士應知，諸如微影裝置中使用的高精密光學 元件，通常是在一極固定溫度下研磨至其最終形狀。然 而，在製造步驟發生於不同溫度的情況中，與本發明之目 的有關而可作為製造溫度的，應該是最終研磨與形狀檢驗 時的溫度。 雖然本發明的特定具體實施例已如上述說明，應明暸本 發明可以其他方式實現。本發明並不受本說明所限制。 圖式簡單說明 以上係參考僅作為範例的附圖來詳細說明本發明，其中： 圖1顯示依據本發明的一項具體實施例之一微影投影裝 置； -16- 1260469 (13) 發明j說明績頁 圖2顯示本發明中所採用玻璃（或玻璃陶瓷）之熱膨脹係 數（CTE)的細微溫度相依性；以及 圖3顯示依據本發明之光學元件的表面變形之溫度相依 性。 在圖式中，對應的參考符號表示對應的零件。 圖式代表符號說明 1 微影裝置 A 製造溫度 AM 調整構件 B 零交越點溫度 C 目標部分 C 平均操作溫度 CO 聚光鏡 CTE 熱膨脹係數 CTE(T) 熱膨脹係數曲線 d 表面變形 EX 輪射系統 IF 干涉測定構件 IL 輻射系統 IN 整合器 LA 輻射源 MA 遮罩 MT 第一物件台(遮罩台) PB 投影光束

-17- 1260469 (14) PL 投影系統 PM 第一定位構件 PW 第二定位構件 T 溫度 W 基板 WT 基板台 發明說明績頁

Claims (1)

1260469 修正替換本 7>年f >月？日 第091134936號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(92年12月） 拾、申請專利範圍 1. 一種微影投影裝置，其包括： -一輕射系統，用於提供一輕射投影光束； -一支撐結構，用以支撐圖案化構件，該圖案化構件 則係用來根據所需圖案將該投影光束圖案化； -一基板台，用以支撐一基板； -一投影系統，用以將該圖案化光束投影於該基板之 一目標部分； 其特徵為：使用中的該裝置内至少有一承受熱負載元 件係由一低熱膨脹係數材料所構成，該低熱膨脹係數 材料之熱膨脹係數在該元件之製造溫度與平均操作溫 度之間具有一零交越點溫度。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該零交越點之溫度 係大體上等於該製造溫度與該平均操作溫度的平均值。 3. 如申請專利範圍第1或2項之裝置，其中該低熱膨脹係 數材料自該製造溫度至該操作溫度熱膨脹係數之積分 係大體為零。 4. 如申請專利範圍第1或2項之裝置，其中該至少一元件 係該輻射及/或投影系統内的一光學元件。 5. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該光學元件為該輻 射及/或投影系統内於使用時承受最高熱負載的光學元 件。 6. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該光學元件係 O:\82\82280-921205 DOC 7 1260469

申請專利範圍讀頁 一鏡子。 7 .如申請專利範圍第6項之裝置，其中該鏡子包括由該低 熱膨脹係數材料製成的一基板，及一多層堆疊。 8. —種裝置之製造方法，其步驟包括： -提供至少部分由一層對輻射敏感之材料所覆蓋的一 基板， -利用一輻射系統提供一輻射投影光束；

-利用圖案化構件賦予該投影光束一圖案式之斷面； -將該圖案化輻射光束投影至該輻射敏感材料層之一 目標部分， 其特徵為：該裝置内至少有一承受熱負載的元件有一 平均操作溫度，且係由一低熱膨脹係數材料所構成， 該低熱膨脹係數材料之熱膨脹係數零交越點溫度係介 於該元件的製造溫度與該平均操作溫度之間。

9. 一種製造將於使用時承受一熱負載並將於一平均操作 溫度操作的一光學元件之方法，該方法包括以下步驟： 選擇在一第一溫度具有零熱膨脹係數的一低熱膨脹 係數材料； 利用所選擇的該低熱膨脹係數材料在一第二溫度至 少製造該光學元件，其特徵為： 該第一溫度係介於該第二溫度與該平均操作溫度之 間，以在該操作溫度使該光學元件之表面變形降至最 低。 0 ',8：\82280-921：05 DOC 8 2 -