TWI288304B - Lithographic apparatus, device manufacturing method, and device manufactured thereby - Google Patents

Description

1288304 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種微影投影設備，其包含： -一照射系統，其用來供應一投影輕射束； -一支撐結構，其用來支撐圖案形成構件，該圖案形成構 件用來使該投影束依據一所需圖案來形成圖案； _ ' 基板楼’其用來支承一基板， • 一投影系統，其用以將該圖案光束投射在該基板之一目 標部分上； -一處理單元，其用以在基板受到投影束曝照之前及/或 之後來處理該基板；及 • 一輸送單元，其用以在基板檯與處理單元之間輸送該基 板0 【先前技術】 本說明書所述“圖案形成構件（patterning means)，，應廣義 解釋為意指能用來使一入射輻射束具備一符合一欲產生於 一基板目標部分内之圖案之有圖案橫剖面的構件；就此而 論亦可使用“光閥（light valve)”一辭。整體而言，該圖案會 符合欲在該目標部分產生之一裝置之一特定功能層，例如 % fa電路或其他裝置（參見下文）。此等圖案形成構件的實 例包含： ，一光罩。光罩的概念在微影範疇中為人所熟知，且其 包含如一元型、X替相移型、和衰減相移型光罩，以 及各種混合型光罩。將此一光罩置入輻射束内導致照 87709 1288304 到孩光罩上之輻射依據該光罩上的圖案選擇性透射（該 光罩為一透射型光罩的情況）或反射（該光罩為一反射 型光罩的情況）。在具有一光罩的情況中，支撐結構大 致會是一光罩檯，此結構確保能將光罩保持在入射輻 射束内一期望位置，且其得視需要相對於光束移動。 一可程式化反射鏡陣列。此一裝置之一實例為一具有 一黏彈性控制層和一反射層之可矩陣定址表面。此一 裝置背後的基本原理（舉例來說）是該反射表面之已定 址區將入射光反射成繞射光，而未定址區將入射光反 射成未繞射光。利用一適當濾光片，能將該未繞射光 濾、離反射光束，僅留下繞射光；依此方式，光束依據 該可矩陣定址表面之定址圖案變得圖案化。一可程式 化反射鏡陣列之一替代實施例可運用一小型反射鏡矩 陣排列，每一小型反射鏡得藉由施予一適當局部電場 或藉由使用壓電致動構件的方式使其個別繞一軸線傾 斜。再次地，這些反射鏡是可矩陣定址的，使得已定 址反射鏡會以一不同於未定址反射鏡的方向反射一入 射輻射束；依此方式，反射光束依據該等可矩陣定址 反射鏡之定址圖案變得圖案化。所需矩陣定址作業得 利用適當電子構件進行。在以上所述兩種情況中，圖 案形成構件得包含一或多個可程式化反射鏡陣列。有 關此處所述反射鏡陣列之更多資訊舉例來說能從美國 專利第5,296,891號和5,523，193號及PCT專利申請案 WO 98/38597號和WO 98/33096號中得知，該等專利案 87709 -6- 1288304 以引用的方式併入本文中。在_可程式化反射鏡陣列 的情況中，該支撐結構舉例來說可為實施成一框架或 一接面’其可視需要是固定的或可動的。 --可程式化LCD陣列。此構造之—實例見於美國專利第 5,229,872號，茲案以引用的方式併入本文中。如上所 述，此情況中《支撐結構舉例來說可為實施成一框架 或一檯面，其可視需要是固定的或可動的。 為求簡化’本說明書其他部分可能在某些地方明顯指向 涉及-光罩和光罩檯之實例；然而在此等案例中論述的通 用原則應㈣於如以上所述圖案形成構件的較廣泛意涵。 微影投影設備舉例來說能用在積體電路（lCs)之製造中。 在此種案例中，圖案形成構件可產生—相當於積體電路一 獨立層之電路圖案，且能將此圖案映照在基板㈤晶圓）上已 塗佈一層福射敏感材料（抗触劑）之一目標部分（例如包括一 或多個晶粒）上0 —般而+， 口口 Q ^ . 士 — 又而5，一早一晶圓會含有一次一個接 、’地m系統輻照之相鄰目標部分的一完整網各 今Γ備中，能以運用—光罩檀上一光軍形成圖案的方式: 同機器之間做出區隔。在-類微影設備中，每一目 :::分：由在單次行程中將整個光罩圖案曝照在目標部分 、式受輕照’·此-設備通常稱為晶圓步進器(wafer 。在另_類—般稱為步進掃描（step_and_s 二V/、一目標部分是藉由在投射光束下以-給定參考 二二、田万向)逐漸掃過光罩圖案同時同步以平行或平行 反向於該方向的方命声 丁 听動基板的方式受輻照；因為一般而 87709 1288304 石’投釤系統會有—放大因子Μ(通常M<1)，基板檯之掃動 ^度V會^光罩檯掃描速度之縣。更多關於此處所述微影 汉備之貝讯舉例來說能自美國專利第6,〇46,792號中得知， 該案以引用的方式併入本文中。 "在使用一微影設備之製造程序中，將一圖案（例如是一 ^罩的>圖案）映照在一至少局部受一層輻射敏感材料（抗蝕 d )覆1的基板上。在此映照步驟之前，該基板可能經過各 種處理，例如上底漆（priming)、塗佈抗蝕劑和一軟性烘烤作 業。基板在曝光後可能經過其他處理，例如曝光後烘烤 (PEB)、顯像、硬性烘烤及成像後圖案測量/檢驗。此系列處 理過程係作為對一裝置（如積體電路）之一獨立層形成圖案 t基礎。然後此等有圖案層可能經過各種處理，例如蝕刻 、離子植入（摻雜）、金屬化處理、氧化處理、化學機械研磨 處里等所有程序均要將一獨立層磨掉。若要求有數層， 則必須將整個程料其變異對每一新層f複。冑後會在基 板（曰曰圓）上出現一系列元件。然後以切粒或分鋸方式使該等 元2各自分開，個別儀器自此可安裝到载體上或連接之插 腳等。更多關於此種程序之資訊舉例來說可參見McGraw 冊1出版公司所出版之“Micr〇chip Fabricati〇n: A Practicai ⑸也 t0 Semic〇nduct〇r pr〇cessing，，一 書，作者為卜⑽職 Zant ’ 1997年第三版，ISBN 0_07_06725〇·4。 為求簡化，投影系統在下文中可簡稱為“透鏡（lens)”；但 該辭應廣義解釋為包含各類投影系統，例如包括折射光學 件、反射光學件以及折射反射系統等。該輻射系統亦可包 87709 1288304 括依據指向、造型、或控制輻射投影束等任一設計類型運 作I組件或光學TG件，且此等組件在下文中亦可集體或單 獨稱為“透鏡（lens)”。此外，該微影設備可為具有兩或多個 基板檯（及/或兩或多個光罩檯）之類型。在此種“多平台，，設備 中’額外平檯可並聯使用，或者可在一或多個棱進行曝光 之同時在-或多個其他檯上進行準備步驟。雙平台微影設 備舉例來說見於美國專利第5,969,441號和國際專利w〇 98/40791號，該等專利案以引用的方式併入本文中。 在微影設備中，減少污染程度係相當重要的，尤其在包 圍剛受到投影束曝照之基板的環境巾更是如此。這是因為 塗覆在基板上之抗蝕劑可能會與污染物相反應，而降損該 光阻層。對該等#染物的敏感性會隨著形成在基板上之裝 置的尺寸、縮減（由於對於m置尺寸的持續壓力）而增加 。敏感度μ因抗姓劑纟身變#更為敏感而增加，其中使 該抗蚀劑變得更敏感係為了降低曝照劑量並藉此增快該設 備之產率。 【發明内容】 本發明之 ' 一目的係要；^ 士、其知ρ 戈减7 ^板上义柷蝕劑曝露在污染物 中。 此目的及其他目的可以依照在前序段落中所詳述之微影 設備來達成，其特徵為：具有控制構件，其用以將輸送單元 中，H20之分壓控制在低於1Χ1()·2毫巴，將該碳氫化合物之 分壓控制在低於1 X 1 〇·4臺巴乂 毛巴以及將諸如氨之胺基物質的 分壓控制在低於⑻…毫巴，且較佳低於MW毫巴。 87709 1288304 這了以卩牛低在基板上之抗蚀劑在該抗蚀劑被曝照及曝光 後烘烤（之後該基板對於污染物會較不敏感）之間的大部分 時間内曝露在污染物中。在基板上之抗蝕劑處在活化狀態 勺正個時間中，亦即，將抗蝕劑施加至基板直到完成顯影 為止的整個時間中，可將該基板保持在此一經控制之環浐 中。 工衣兄 較佳地，在輸送單元中所有污染物之分壓低於1毫巴。再 ^在輸送山單元中Η2〇之分壓較佳低^1x1g.5毫巴且在輸送 早凡中又碳氫化合物之分壓較佳低於1 X 1(Γ7毫巴。 在^运早兀中之Η2◦及其他污染物之分壓 =單元抽真空而降低。這可以避免需要調節氣體（例如 =㈣度值）或者提供過滤器自輸送單元中之氣體移除污染 直^板才堂所在之腔室及處理單元之至少其中一者被抽 一二的叹備中，亦可以大大地 么士甘t 丨牛m听而要化費 < 時間，因 於輸送單元與其他被抽真空腔室之間輸送時 壓及降低並不奋指生去 ”3〜 失時間。舉例來說，此種情況為採用- ……驟的例予。在此例中 皆在低壓狀態下進行。 ^紅烤（剛） 避免在上升及下降包鬥其广早π保持在低壓狀態亦可 可提高設備的產率。 R失時間。精此，便 或者，在輸送單元中夕 染物之氣體至輸送單壓可_ ’每可以避免需要調節及過滤輸氣=:人地 >'亏染你盏鲰；每/ , 兀平 < 氣體。此一無 、阮，例包括實質純氮氣或人工合成空氣（實質純 87709 -10- 1288304 氮氣與實質純 之分壓的此一 簡單。 氧氣之混合物）。用以控制輸送單元中之h2〇 方案亦相當具有優·點，因4*在執行上較為 =明尤其適用於採用EUV作為輕射投影光束的設備中 ，因為其所採用之抗蝕劑極具敏感性。 / 處理單凡執行以下至少一步驟··施加一抗蝕劑至 :二板丄烤《基板以處理該抗蝕劑;在烘烤該基板之後冷 卻β基板；及藉由該抗蝕劑來顯影該基板。 、依照本發明之另一態樣，其係提供一種裝置製造方法， 該方法包含以下之步驟： “ 土板 ^基板至少邵分地由一岸昌射敏感材料展 所覆蓋； 胃 利用一照射系統來提供一輻射投影光束； 利用圖案形成構件來使該投影光束在其截面上具有 圖案； ^ -將該具有圖案之輻射光束投影在該輻射敏感材 -目標部分上；及 其特徵為在一輸送單元中輸送該基板，其中該輸送單元中之 Η2〇之分壓低於lxl〇·2毫巴，碳氫化合物之分壓低於ιχΐ0-4 笔巴’以及諸如氨之胺基物質的分壓低於1 X 1 (Τ6毫巴。 儘官在本說明書中可能特別就依據本發明設備在積體電 路製造當中之使用作參考，然而應瞭解到此一設備有著許 多其他可行應用。舉例來說，其可用於積體光學系統、磁 區記憶體之導引和偵測圖案、液晶顯示面板、薄膜式磁頭 87709 -11* !288304 等的製造。熟習此技藝者會理解到本說明書在有關此等可 能應用的論述中對“主光罩（reticle)”、“晶圓（wafer)”或“晶粒 (die)等辭的使用當分別視為以更一般性的用語“光罩 ( ) 基板（substrate)和目標邵分（target portion)，，取 代。 在本說明書中，以“輻射（radiation)，，和“光束（beam)，，用辭 涵蓋所有類型的電磁輻射，包括紫外線輻射（例如波長為365 、248、193、157或126奈米的輻射）和遠紫外線（EUV)輻射 (例如波長在5-20奈米内、特別是大約丨3奈米的輻射），以及 粒子束’例如離子束或電子束。 本發明之貫施例將在下文中參考隨附之圖式來加以說明。 【實施方式】 實施例1 圖1簡略繪出一依據本發明之一特定實施例的微影投影 設備。該設備包含： 肤射系統Ex ’ IL，其用來供應一投影輻射束PB(例如 EUV輻射），在本特定例中其亦包括一輻射源[A ; •一第一物件檯（光罩檯）MT，其具備一用來支承一光罩 …A(例如主光罩）之光罩支架，且連接至用來使該光罩相 對於單元PL精確定位的第一定位構件； •一第二物件檯（基板檯）WT，其具備一用來支承一基板 W(例.如一塗佈抗蝕劑之矽晶圓）之基板支架，且連接至用來 使該基板相對於單元PL精確定位的第二定位構件； 技影系統（“透鏡”）PL(例如一面鏡群組），其用來將該 87709 -12- 1288304 光罩Μ A之一輪照部分映照在該基板w之一目標部分c (例如 包括一或多個晶粒）上。 此處所述備為一反射型设備（例如有一反射型光罩）。然整 體而言’舉例來說其亦可為一透射型設備（具備一透射型光 罩）。或者，該設備可使用其他類型的圖案形成構件，例如 前文提及之一可程式化反射鏡陣列類型。 光源LA(例如一雷射發生源或放電電漿源）產生一輕射束 。此光束直接地或在已橫越調節構件（例如一光束擴展器Ex) 之後送到一照明系統（照明器）IL内。照明器il可包括用來雙 定光束内強度分佈之外部及/或内部徑向範圍（通常分別稱 為外σ和内σ )的調整構件AM。此外，其通常包括多樣其他 組件，例如一積分器IN和一聚光器C0。依此方式，照射到 光罩MA上之光束PB於其橫剖面有一所需的均勻性和強度 分佈。 就圖1來說，應注意到光源LA可為在微影投影設備之殼體 内（舉例來說’如常見情況之光源LA為一水銀燈的例子）， 然其亦可為遠離於微影設備，其所產生的輻射束是經導引 至設備内（例如藉助於適當的指向反射鏡）；後種情況通常是 在光源LA為一激光雷射的情況。本發明及申請專利範圍涵 蓋這兩種架構。 μ 光束ΡΒ隨後與光罩ΜΑ交會，該光罩支承在一光罩檯μ丁 上。光束ΡΒ經光罩ΜΑ選擇性反射後通過投影系統pL，該投 影系統將光束PB聚焦在基板W之目標部分c上。藉由第:: 位構件（及干涉測量構件IF)之協助，基板#WT‘以 87709 -13 - 1288304 動例如藉此將不同目標部分C定位於光束PB之路徑内。同 樣地’第一定位構件例如能在光罩MA自一光罩庫機械性回 收後或在一次掃描期間將光罩MA相對於光束四之路徑精 確疋位。整體來說，物件檯MT和WT之移動能以一長行程模 組（粗疋位）和一短行程模組（細定位）來協助瞭解，此在圖1 · 中並未詳細繪出。然而，在一晶圓步進器（與步進掃描設-_ 備相反）之例子中，光罩檯MT可為僅連接至一短行程致動. 器，或者其可為固定的。 所述設備能以兩種不同模式使用： 肇 1. 在步進模式中’光罩檯“丁保持為實質靜止，且整個光罩 w像/人（亦即單次“閃光”）投射在一目標部分c上。然後基 板檯WT以X及/或γ方向移位使一不同目標部分c能受光束 PB輻照； - 2. 在掃描模式中，本質上運用相同·方案，差別在於一給定 目心#刀C並非單次“閃光”曝光。取而代之為光罩檯mt可在 一給定方向（習稱之“掃描方向，，，例如丫方向）以一速度v移動 ’使得投影束PB掃過一光罩影像；在此同時，基板檯wt同 春 時沿相同或相反方向以速度V=Mv移動，其中μ為透鏡PL之 放大率（通常Μ= 1/4或1/5)。依此方式讓較大目標部分c能受— 到曝光而無須犧牲解析度。 圖2描緣本發明之一輸送裝置。該輸送裝置附接至包圍該 晶圓檯WT之腔室10及一處理單元u。處理單元丨丨之一般功 能係用以製備一欲被放置在基板檯WT上受到曝照之前的基 板W ’以及在基板受到曝照之後用以處理抗蝕劑所需執行的 87709 -14- 1288304 步驟。為此，該處理單元n可以執行供應一抗姓劑至基板、 煤烤該基板以固定抗触劑及顯影該基板以形成圖案的步驟 。該輸送單元5亦可附接至額外的元件。舉例來說，如圖2 所示，該輸送單元5係連接至—並非為處理單元狀部件的 整體式烘烤淬冷單㈣。再者，其係附接至_可使基板裝 载至設備中之裝載工站1 4。 若輸送單元5連接至一整體式烘烤_淬冷單元以，則可以在 以輕射曝照之後來進行烘烤及淬冷處理步驟。因此，這些 處理步驟便不再需要在處理單元中來進行。 — 本發明之輸送單元5係被包圍在一腔室中，以將其密封阻 絕該微影設備所在的環境（通常為一潔淨室）。在 幾乎不會存在污染物。例如，h2〇之分壓低於lxl0-2毫巴， 且車父佳低於1 X i 0·5臺 今 古 毛巴邊石反虱化合物之分壓低於1χι〇-4 且二低：1Χ1°、巴，且胺基物質_^ 之冷染物的分壓係小於i毫巴。 斤有口在起 ^ 了提供低”程度，可對該輸送單^所在之腔室 2=4微影設備採用黯㈣來作為投影束，則這將特 命。0 /為内含基板檯之腔室10可在曝照期間加以抽直 :因此，若輸送單元在大氣壓力下運作板 自輸送單元5姑壯冰 、彳在母基板 之腔室板#WT之後，對"該基板檯WT “10進行抽真空將會損失時間。 二氣送單元5之腔至可以供應—實質純氣體， 2或人工合成氣體（實質純氮氣或實質純氧氣 87709 -15- 1288304 (〇2))。純氣體可自一氣體供應源所提供而來自環境之過濾 氣體所提供，因為提供一充份高標準之過濾器的成本相當 鬲。此類過濾器之體積亦相當龐大。純氣體可將任何氣體 自包圍孩輸送單元5之腔室内部的環境中移動，俾移除任何 污染物。在包圍輸送單元5之腔室中的純氣體可以保持在一 壓力值，該壓力略高於周園環境，以確保經由包圍輸送單 兀5之腔室的細孔或細缝所流出之任何氣體會流入至周圍 環境中而非自周圍環境流入該腔室。 處理單元較佳包納在—腔室中，該腔室之條件相似於包 :該輸送單元5之腔室（例％，被大致抽真空或充填實質純氣 )_這可以F牛低由於處理單元11中之污染物所造成之錯誤 、同時保有抗細j之敏感性，亦即在正要進行曝光後洪烤 q'在曝光後烘烤期間及後續淬冷處理期間直到基板達 J周圍酿度為止。再者，藉由將處理單元11保持在相同於輸 送，之條件，在處理單元U與輸送單元5之間輸送= 貝ί:間。：如，在此一輸送正要進行之前或進行完 任何單元需要被抽汲至一大致真空之狀態。 如圖2所示，輪洋腐一 早兀5可以由複數個基板搬運機器臂15 尸7構成，其可古击人、、，⑽_ 、一 則运早元5之不同邵位與附接至輸送單元5 < 凡件 1 0、11Ί ? 1 ，親严户玫 匕、14之間輸送該基板。然而，應瞭解 視％ i兄條件而定 器臂叫構成n 早^ 由單—基板搬運機 諸如-輸送帶。者可以由某些其他的輸送設備所構成， 儘管以上已說 明 本發明之特定實施例，然應瞭解本發曰, 87709 -16- 1288304 能以上述以外的方式來實施。以上之說明並非用以侷限本 發明。 【圖式簡單說明】 圖1係描繪依照本發明之一實施例之微影投影設備；及 圖2係描繪依照本發明之一輸送單元。 在諸圖式中，相同的元件符號係標示相同的部件。 【圖式代表符號說明】 5 輸送單元 10 腔室 11 處理單元 12 烘烤-淬冷單元 14 裝載工站 15 基板搬運機器臂 AM 調整裝置 C 目標部分 CO 聚光器 Ex 照射系統 IF 干涉測量構件 IL 照射系統 IN 積分器 LA 照:t源 MA 光罩 MT 光罩檯 PB 投影光束 87709 -17- 1288304 PL 早兀 WT 基板才堂 W 晶圓 -18 87709

Claims (1)

1288¾0^123572號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(96年2月） 拾、申請專利範圍： 1. 一種彳政影投影設備，其包含： 一照射系統，其用來供應一投影輻射束； 一支撐結構，其用來支撐圖案形成構件，該圖案形成 構件用來使該投影束依據一所需圖案來形成圖案； 一基板檯，其用來支承一基板； 一投影系統，其用以將該圖案光束投射在該基板之一 目標部位上； 一處理單元，其用以在基板受到投影光束曝照之前及 /或之後來處理該基板；及 一輸送單元，其被包封在一腔室内，使該輸送單元與 當中置有該微影投影設備之環境密封隔開，該輸送單元 用以在該基板檯與該處理單元之間輸送該基板； 其特徵為： 控制構件，其用以將在該腔室中之H2〇之分壓控制在 低於IX 1〇-2毫巴，將在該腔室中之碳氫化合物之分壓控 制在低於IX 1〇·4毫巴，以及將諸如在該腔室中之氨之胺 基物質的分壓控制在低於i X 10·6毫巴，且較佳低於i χ 毫巴。 2·根據申請專利範圍第i項之微影投影設備，其包含用以 將該腔室中之污染物之分壓控制在低於1毫巴之構件。 3·根據申請專利範圍第丨或2項之微影投影設備，其中該控 制β腔罜中之H2〇及碳氫化合物之分壓的構件係將 之刀壓控制在低於1 X 1〇-5毫巴且將該碳氫化合物之分 87709-960215.doc 1288304 壓控制在低於IX 1〇-7毫巴。 4·根據申請專利範圍第1或2項之微影投影設備，其中該控 制該腔室中之Η2〇、碳氫化合物及/或胺基物質之分壓的 構件係將該輸送單元大致抽成真空。 5·根據申請專利範圍第4項之微影投影設備，其中包圍該 基板檯及處理單元之空間的至少其中一空間係被抽真 空。 6·根據申請專利範園第丨或2項之微影投影設備，其中該控 制忒腔室中之出〇、碳氫化合物及/或胺基物質之分壓的 構件包含一氣體供應源，該氣體供應源提供一大致無污 染氣體以充填該輸送單元。 7·根據申請專利範圍第6項之微影投影設備，其中該大致 播污染之氣體為大致純氮氣及人工合成空氣的其中一 種。 8·根據申請專利範圍第1或2項之微影投影設備，其中該輻 射投影光束為EUV輻射。 9_根據申請專利範圍第1或2項之微影投影設備，其中該處 理單元執行至少一以下之步驟： 施加一抗蝕劑至該基板； 烘烤該基板以處理該抗蝕劑； 在烘烤該基板之後冷卻該基板；及 藉由該抗蝕劑來顯影該基板。 10.根據申請專利範圍第丨或2項之微影投影設備，其中該輸 送單元執行至少一以下之步驟： 87709-960215 .doc 1288304 烘烤該基板以處理抗蝕劑； 在烘烤該基板之後冷卻該基板。 11 · 一種半導體裝置製造方法，其包含以下之步騾： 提供一基板，該基板至少部分地由一輻射敏感材料層所 覆蓋； 利用一照射系統來提供一輻射投影光束； 利用圖案形成構件來使該投影光束在其截面上具有一 · 圖案； 將該具有圖案之輻射光束投影在該輻射敏感材料層 之一目標部分上；及 在基板檯與處理單元之間輸送該基板，俾在基板受到 投影光束曝照之前及/或之後來處理該基板； 其特徵為在被包封在一腔室内的一輸送單元中輸送該 基板’該腔室密封隔開該輸送單元與當中置有該微影投 影設備 < 環境，其中該腔室中之H20之分壓低於1X10-2 晕巴，碳氫化合物之分壓低於1χ1〇_4毫巴，以及諸如氨 之胺基物質的分壓低於IX 1〇-6毫巴，且較佳低於1Χ10-7 毫巴。 87709-960215.doc