TWI311691B - Lithographic apparatus and device manufacturing method - Google Patents

Description

1311691 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種微影裝置及一種元件製造方法。 【先前技術】 微影裝置為一種將所要的圖案應用於基板之目標部分上 的機器。微影裝置可用於（例如）積體電路（IC)之製造中。在 該情況下，諸如光罩之圖案化構件可用於產生對應於1(：之 個別層之電路圖案，且此圖案可成像於基板（例如矽晶圓） 之目標部分上（例如包含一個或若干晶粒之部分），其中該基 板具有一層輻射敏感材料（光阻）。通常，單個基板將含有被 連續曝光之鄰近目標部分的網路，已知的微影裝置包括所 謂的步進器，其中各個目標部分藉由一次將整個圖案曝光 於目標部分來得到照射；及所謂掃描器，其中各個目標部 分藉由使用輻射光束以給定方向（"掃描"方向）掃描圖案同 時以與此方向平行或反向平行之方向同步掃描基板來得到 照射。 在微影裝置中，可成傻之Q > 取1冢之特徵的尺寸受限於所使用之曝 光輻射的波長。因此，為使更精細之細節能夠成像，需要 使用更短波長之ϋ射。當前微影裝置之製造使用在248 μ 或193 nm之紫外輻射。現正開發 Ί赞使用在157 nm之輻射的裝 置。在使用15 7 nm輕射之微赘驻 、 耵之儆办裝置中必須克服的一個問題 為’通常大氣在該波長大體上 个透明。因此，提出以極純 之氮氣（NO來淨化微影裝置或 〜王夕先束路徑。所需之純淨 度很高，甚至百萬分之（卯叫幾 、 J虱礼或水療· >飞亦可使曝光 96671 .doc 1311691 輻射之傳輸顯著減小。使用該高純度氣氣存在兩個問題： 其很昂貴且對運作或維護裝置之人員有害。 為減輕此等問題，已提議一種具有兩種模式之淨化系 統：一高流率模式，其用於曝光；及一低流率模式’其在 不使用裝置且尤其在裝置之隔室開啟（例如維護時）時使 用。低流率模式具有僅足以防止裝置中之光學元件免受可 能在曝露於正常大氣中會發生之污染之流率，但其對人類 無害。當在低流率淨化模 < 中一段時間後裝置重新啟動 時丄花費約W30分鐘之高流率淨化模式來淨化光束路徑， 使得可重新開始生產。需要此時間以確保在光束路徑中氣 體/昆合均句且因此確保跨曝光場之輻射量均勾。因為若在 =污染物時開啟曝光輻射源，則裝置中之光學元件可能 ㈣’所以需要留出—些誤差餘量—習知〇2及水感應器不 能夠可靠地偵測出可引致損壞之污染等級—且因此每次在 生產重新開始前開啟裝置之隔室時可能存在多達30-60分 鐘之延遲。該紅_嚴重f彡響了裝置之產出。 【發明内容】 本發明之一目的為提供一種微影裝置及元件製造方法， ，、中在&小於全流率淨化之時間後可更快地重新開始生 產。 根據本發明之-態樣，提供一種微影裝置，包含： -照明系統，其用於提供輻射之投影光束； 支n纟用於支持圖案化構件，該圖案化構件用 於在該投影光束之截面上賦予其以一圖案； 96671.doc 1311691 一基板台，其用於固持基板； -投影系統，其用於„案化光束投影於基板之目標部 分； 淨化構件，其用於以淨化氣體淨化裝置之至少一部分， 該淨化構件可以具有相對較高流率之淨化氣體的第一模式 運作，亦τ以具有相對較低流率之淨化氣體的第二模式運 作；及 一感應器，其用於關於投影光束之方向量測在該裝置之 部分的下游位置處之投影光束的強度，該部分為一由淨 化構件淨化之部分；其特徵為： 一控制元件，其經配置以響應該淨化構件自第二模式向 第一模式之模式改變而控制該照明系統以產生強度比用於 將該基板之目標部分曝光的正常強度低之投影光束，且其 經配置以監視由該感應器所量測之該投影光束的強度，該 控制元件經配置以防止該照明系統產生具有該正常強度之 投影光束，直至由該感應器量測之該投影光束之該強度滿 足預定準則。 藉由使用感應器來監視關於投影光束之方向上淨化隔室 之投影光束下游的強度來實現高度敏感之污染偵測器，使 得裝置能夠在污染等級恢復至用於生產之規定時儘快恢復 生產模式。同時，僅使用一低強度以防止存在污染物時損 壞裝置之光學元件。 預定準則可為光束強度達到一表示光束路徑之傳輸已恢 復至生產所需之等級（例如99%或更高之傳輸）的等級。在低 9667l.doc 1311691 流率、第二淨化模式中，光束路徑之傳輸可為在高流率淨 化及在清除污染物後之傳輸的約6〇%。 在本發明之-較佳實施例中，默準則為光束路徑之傳 輸的變化小於預定臨限值（例如1%)。當傳輸穩定時，可假 定淨化條件穩定。此配置避免需要提供在_切間段内提 供具有高絕對精確度之感應器，若將對在停工時間段前後 之強度等級進行比較時則需要該感應器。 較佳地，能量感冑器空間敏感且預定準則為跨越其截面 之至少一部分的光束強度具有預定均勻纟。藉由考慮光束 強度之均勻度而非其絕對強度，由源輸出中之波動引起之 其強度的任何變化忽略不計。 在以脈衝發出投影光束之處，預定準則可指若干脈衝之 平均量測。源輸出令之脈衝至脈衝變化再次忽略不計。 藉由在以比用於生產巾之脈衝重複率（例如4 kHz)低的脈 衝重複率（例如1 Hz)運作脈衝輻射源及/或在該照明系統中 使用可變衰減器來減小光束強度。 根據本發明之另一態樣，其提供一種元件製造方法，其 包含以下步驟： 首先使用淨化氣體以第一流率淨化投影光束穿過之光束 路徑的至少一部分；及接著 再使用淨化氣體以比第一流率高之第二流率淨化由該投 影光束穿過之該部分光束路徑； 其特徵為： 在該再淨化步驟中使處於第一強度之投影光束沿光束路 96671.doc 1311691 徑定向； 監視光束路徑之至少該部分的傳輸；及 僅在該光束路徑之傳輸滿足預定準則後，使處於比第一 強度高之第二強度的投影光束沿光束路徑定向以曝光基板 之目標部分。 儘管在製造ic中可具體參考本文中微影裝置之使用，但 應瞭解本文所述之微影裝置可具有其它應用，諸如可在積 體光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、液晶顯 示器（LCD)、薄膜磁頭等之製造中使用。熟習此項技術者將 瞭解，在該替代應用之内容中，本文中所使用之任何術語" 晶圓"或"晶粒"應被認為分別與更常見之術語，，基板”或"目 標部分"同義。可在曝光前或曝光後使用（例如）軌道（一種通 常將一層抗蝕劑塗覆於基板且顯影該經曝光之抗蝕劑的工 具）或度量工具或檢測工具來處理本文所提及之基板。在可 用之處，本文之揭示可應用於該等及其它基板處理工具。 此外’例如為製作多層1(：可超過一次地處理基板，使得本 文所使用之術語基板亦可指已含有多重處理層之基板。 本文中所使用之術語”輻射"及”光束”涵蓋各種類型之電 磁輻射，其包括紫外（UV)輻射（例如波長為365、2料、193、 …或i26 nm)及遠紫外（EUV)輕射（例如具有介於5·2〇⑽範 圍之波長）’以及諸如離子束或電子束之粒子束。 本文所使用之術言吾"圖案化構件"應被錢解釋為指可用 於在投影光束之截面上賦予其以圖案以在基板之目標部分 產生-圖案之構件。應注意賦予投影光束之圖案可能不完 9667t.doc 1311691 子應於在基板之目標部分上之所要的圖案。通常，賦予 投衫光束之圖案將對應於待在目標部分内產生之元件内之 特定功能層，例如積體電路。 圖案化構件可為傳輸性的或反射性的。圖案化構件之實 例包括光罩、可程式化鏡面陣列及可程式化LCD面板。光 罩在微影技術中已習知且其包括諸如二進位型、交互相移 里及衣減相移型及各種混合光罩類型之光罩類型。可程式 化鏡面陣列之-實例採用小鏡面之矩陣排列，其各個可個 別地傾斜，以纟不同#向反射入射輕射光束：卩此方式， 將反射光束圖案化。在圖案化構件之各實例中，支撐結構 可為框架或台，例如其可按需要為固定或可移動的且其可 確保圖案化構件（例如關於投影系統）處於所要的位置。本文 任何使用的術語"主光罩"或"光罩"可被認為與更常見之術 語"圖案化構件"同義。 本文所使用之術語”投影系統”應被廣義解釋為涵蓋各種 類型之投影系統，其包括折射式光學系統、反射式光學系 統及反射折射式光學系統，且適合用於例如所使用之曝光 輻射或用於諸如使用浸液或使用真空之其它因素。本文對 術語"透鏡，，之任何使用可被認為與更常見之術語"投影系 統"同義。 。 〜 Φ- 照明系統亦可涵蓋各種類型之光學組件，其包括折射 式、反射式、反射折射式光學組件以導向、成型或控制輕 射之投影S束，且該等組件亦可在下文整體或單個地稱作" 透鏡"。 9667I.doc 1311691 微影裝置可為具有兩個（雙平臺）或兩個以上基板台（及/ 或兩個或兩個以上光罩台）之類型。在該”多平臺，，機器中， 了平行使用額外之台，或可在一或多個臺上進行預備步驟 而一或多個其它台正用於曝光。 微影裝置亦可為一種其中將基板浸入具有相對較高之折 射指數之液體（例如水）中，以填充在投影系統之最終零件與 基板之間的空間之類型。浸液亦可應用於微影裝置中之其 它的空間，例如在投影系統之光罩與第一零件之間。浸沒 技術在增加了投影系統之數值孔徑的技術中已習知。 【實施方式】 圖1不意性描繪了一種根據本發明之一具體實施例的微 影裝置。該裝置包含： 照明系統（照明器）IL，其用於提供輻射（例如duv轄射） 之投影光束PB。 一第一支撐結構（例如光罩台）MT，其用於支持圖案化構 件（例如光罩）MA且連接至第一定位構件pM以關於物件 精確定位圖案化構件； 一基板台（例如晶圓臺）WT，其用於固持基板（例如抗蝕劑 塗覆晶圓）w且連接至第二定位構件PW以關於物件pL精確 定位基板；及 一投影系統（例如折射式投影透鏡）PL，其用於將一由圖 案化構件MA賦予投影光束pb之圖案投影於基板w之目桿 部分C(例如包含一或多個晶粒）上。 如此處所述，該裝置為傳輸類型的（例如採用傳輸性光 96671.doc • 11 - 1311691 罩）。或者，該裝置可為反射類型的（例如採用上述類型之可 程式化鏡面陣列）。 照明器IL接收來自輻射源8〇之輻射光束。舉例而言，當 光源為準分子雷射時，光源與微影裝置可為獨立實體。在 该等狀況下，認為光源不會形成微影裝置之部分且輻射光 束在光束傳送系統BD之協助下自光源3〇穿過到達照明器 IL，該*束傳送系統BD包含（例如）合適的導向鏡面及/或光 束放大器。在其它狀況下，例如，當光源為果燈時，光源 可為裝置之整體部分。若需要，光源s⑽照日 傳送系統BD可稱作輻射系統。 照明器IL可包含用於調節光束之角強度分佈之調節構件 AM。通常至少可調節在照明器之光瞳平面内之強度分佈之 外部及/或内部輻射範圍（通常分別被稱作σ外部及^内部）。 此外，照明器IL通常包含諸如積光器爪及聚光器c〇之各種 其它組件。照明器提供稱作投影光束PB之經調整之輻射光 束，在該經調整之輻射光束之截面上具有所要的均句度及 強度分佈9 投影光束PB入射至在光罩台河丁上固持之光罩Ma。穿過 光罩MA後，投影光束PB經過透鏡孔，其將光束聚焦於基 板W之目標部分C上。在第二定位構件pw及定位感應器 IF(例如干涉元件）之協助下，可精確地移動基板台wt，例 如以在光束PB之路徑内定位不同目標部分c。相似地，例 如在自光罩庫機械擷取後或在掃描過程中，第一定位構件 PM及另疋位感應器（其未在圖1中清晰展示）可用於關於 96671.doc -12- 1311691 光束PB之路徑精確定位光罩ΜΑ。通常，物件台MT及WT之 移動可在長衝程模組（粗定位）及短衝程模組（精定位）之協 助下而達成’其兩者形成定位構件PM及Pw之部分。然而 在步進1§(與掃描器相對）之狀況下，光罩台河7可僅連接至 紐衝程致動器，或可加以固定。光罩MA與基板W可使用光 罩對準標記Ml、M2及基板對準標記P1、P2來對準。 所述裝置可在以下較佳模式中使用·· h在步進模式中，光罩台MT及基板台WT保持大體上固 疋而將賦予投影光束之整個圖案一次投影於目標部分c 上（亦即單一靜態曝光）。基板台WT接著在X及/或γ方向上 ，動使得可曝光不同目標部分在步進模式中，曝光場之 取大尺寸限制了在單—靜態曝光中所成像之目標部分C之 尺寸。 2.在掃描模4中，光罩台町及基板台WT同步掃描而將賦 予投影光束之圖案投影至目標部分c上（亦即單一動態曝 光）。基板台WT相對於光罩台Μτ之速度及方向可由投影系 統PL之放大（縮小）率及影像反轉特性來判 中，曝光場之最大尺寸限制了在單一動態 定。在掃描模式 曝光中目標部分 目標部分 (在非掃描方向）之寬度，而掃描運動之長度判定 (在掃描方向上）之高度。 3.在另&式中’光罩台MT保持大體上固定地固持可程 式化圖案化構件，且基板台WT移動或掃描而將賦予投影光 束之圖案投影至目標部分c上。在此模式中，通常在掃描過 知中基板D WT之每-移動後或在連續轄射脈衝之間可按 96671.doc 13 1311691 需要採用脈衝輻射源並更新可程式化圖案化構件。此運作 模式可易於應用於諸如上述可程式化鏡面陣列類型之利用 可程式化圖案化構件之無光罩微影技術。 亦可採用上述所使用之模式的組合及/或變化或使用完 全不同的模式。 圖2令展示了裝置之淨化氣體配置及相關控制系統。該裝 置畫丨刀為若干隔至，在此狀況下展示了四個，即照明系統 隔室1LC、光罩隔室MAC、投影系統隔室PLC及基板隔室 WC。自淨化氣體供應系統PGS向各個隔室供應淨化氣體。 在使用波長為157 nm或與其大約相同之曝光輻射的裝置之 狀況下，淨化氣體為極純之&以自光束路徑替代空氣，否 則其將阻塞曝光輻射之傳輸。 淨化氣體供應系統以兩種模式運作：一高流率模式，其 用於基板之曝光；及一低流率模式，其在裝置之隔室開啟 及/或在裝置之其它停工時間中使用。低流率模式消耗較少 之淨化氣體（由於其高純度該氣體报昂責）且對人類危害較 小。然而該流率足以保護光學元件免受污染且防止在裝置 内積聚 >万染物。在高及低流率模式中之實際流率將視各種 隔室之尺寸以及其内之洩漏及其它可能之污染源而定。高 流率模式中之流率通常為低流率模式中之流率的三至四 倍。此因子可隨裝置及隔室而變。若非開啟所有隔室，保 持封閉之隔室可仍處於高流率模式中。 在以低流率模式運作一段時間後，在曝光開始前必須確 保光束路徑中之污染物等級已恢復至指定等級，以免投影 96671.doc -14- 1311691 及照明系統中之光學元件由於在大功率投影光束之影響下 與污染物反應而受損害。 當重新開始高流率模式時，控制系統cs控制輻射源SOa 發射低功率光束且使用内嵌於基板台WTt之光點感應器 SS監視處於基板級之光束強度。#所量測之強度表示已恢 復至正常傳輸等級時，可重新開始使用全功率投影光束之 生產曝光。由於光束路徑中之大氣的傳輸對可損害光學元 件之污染物(主要為氧氣及水蒸汽)極度敏感，傳輸恢復至正 常等級表示光束路徑中無污染物。僅㈣ppm之污染即可 引起傳輸顯著下降。 可使用各種準則來判定傳輸是否處於正常等級，其包括： 1 ·絕對強度超過一臨限值； 2. 強度改變率低於一臨限值； 3. 跨越投影光束之截面的強度之均勻度超過一臨限值， 例如非均勻度<0.2% ; (強度隨時間流逝之較性超過—臨限值，例如變化 <5%，較佳地<2%，最佳地<1%。 在上述所有準則中，可採用相關參數之時間平均值。 “在源SO為脈衝源（例如準分子雷射）之處’可藉由減小脈 衝重複率來減小投影光束之強度，例如<i〇 Hz，與用於爯 光之4kHz或更大之正常率相 二、士 aa . ^ TT ^ 為1 Hz。亦可使用照 明系統IL中之可變衰減器从來控制投影光束之強度。 若照明系統倂入一(例如經部分鍍銀之鏡面)導向一部八 投影光束之能量感應器’則亦可考慮能量感應器之輸/ 96671.doc -15- 1311691 例如作為使得能夠補償源輸出t之變化的參考。若在低流 率模式中之僅有的隔室亦為能量感應器之上部光束 (up-beam)，則可使用由能量感應器所量測之光束強度替代 由光點感應器所量測之強度。 儘管上文已描述了本發明之具體實施例，但應瞭解本發 明可以不同於所述之方式來實施。本說明並非意欲限制本 發明。 【圖式簡單說明】 圖1描繪了 一種根據本發明之一實施例的微影裝置； 圖2描繪了圖1之裝置的淨化氣體配置及相關控制系統。 【主要元件符號說明】 AM 調節構件 BD 光束轉移系統 C 目標部分 CO 聚光器 CS 控制系統 IF 定位感應器 IL 照明系統 ILC 照明系統隔室 IN 積光器 Ml, M2 光罩對準標記 MA 圖案化構件 MAC 光罩隔室 MT 支揮結構 96671.doc -16- 1311691 PI, P2 基板對準標記 PB 投影光束 PGS 淨化氣體供應系統 PL 投影系統 PLC 投影糸統隔室 PM 第一定位構件 PW 第二定位構件 SO 輻射源 SO 輻射源 ss 光點感應器 VA 可變衰減器 w 基板 wc 基板隔室 WT 基板台 96671.doc - 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Claims (1)

131 Μ帅31864號專利申請案 中文申請專利範圍替換十、申請專利g、：座 1.

一種微影裝 一照明系統，盆用热4θ /ιΑ 八用於心供一輻射投影光束； 一支擇結構，用於+ ":支持圖案化構件，該圖案化 用於在該投影光束之裁面Μ構件 隹X曲上賦予其以一圖案； 一基板台，其用於固持-基板； 一投影糸統，其用於㈣w 一目標部分上； K 淨化構件’其用於以一淨化氣體淨化該裝置之至少— β刀’ m構件可以—具有淨化氣社 率的第一模式運作，亦可以一且有導L 八有淨化氣體之一相對牵交 低流率的第二模式運作；及 -感應ι§，其用於量測關於該投影光束之方向在該裝 置之一部分之一下游位置處之該投影光束的強度，該部 分為-由該淨化構件淨化之部分；其特徵為： -控制元件’其經配置以響應該淨化構件自該第二模 式向該第一模式之一模式改變而控制該照明模式以產生 -處於-比-用於將該基板之目標部分曝光的正常強度 ，之強度的投影光束，且其經配置以監視由該感應器所 量測之該投影光束之強度，該控制元件經配置以防止該 照明系統產生一具有該正常強度之投影光束直至由該 感應器量測之該投影光束之該強度滿足—等級。 2. «月长項1之裝置，其中該等級表示該光束路徑之該傳輪 已恢復至生產所需之等級。 96671-970520.doc 1311691 3 -如請求項1之裝置 約低於1 %。 其中該等級為該光束之該強度改變率 4. 如請求項1之裝置， 為跨越其截面之至 度。 其中該能量感應器空間敏感且該等級 少一部分的該光束強度具有一均勻 5. 士长員1之裝置’其中該等級為該光束路徑之該傳輸隨 時間流逝之穩定性約小於5〇/〇。 6. 8. 9. 10.11. 旦/ : 1至5中任—項之裂置’其中該等級係、基於該投 影：束之該強度之一時間平均值或其改變率。 月求項1之叙置’其中該照明系統提供一脈衝投影光束 且該控制兀件控制該照明系統以提供一具有一比在生產 中作為該較低強度之投影光束使用的脈衝光束更低之脈 衝重複率的脈衝光束。 月求項1之裂置，其中該控制元件控制一在該照明系統 中，可變衰減H以產生強度經減小之該投影光束。 士蜎求項1之裝置，其中強度經減小之該投影光束具有一 小於或等於該正常強度之1%的強度。 如明求項1之裝置，其中該感應器係提供於該基板臺上。 種元件製造方法，包含以下步驟： 首先使用一淨化氣體以—第一流率淨化一投影光束穿 過之該光束路徑的至少—部分；及接著 再使用—淨化氣體以—比該第一流率高的第二流率淨 化該投影光束穿過之該光束路徑的該部分； 其特徵為： 96671-970520.doc 1311691 在該再淨化步驟令將—處於一第一強度之投影光束 沿該光束路徑定向； 監視該光束路徑之至少該部分之該傳輸；及 僅在該光束路徑之該傳輸滿足一等級後，將—處於 一高於該第一強度之第二強度的投影光束沿該光束路 徑定向以曝光一基板之一目標部分。 96671-970520.doc