TWI442694B - 微影裝置及元件製造方法 - Google Patents

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TWI442694B TW100112333A TW100112333A TWI442694B TW I442694 B TWI442694 B TW I442694B TW 100112333 A TW100112333 A TW 100112333A TW 100112333 A TW100112333 A TW 100112333A TW I442694 B TWI442694 B TW I442694B
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Description

微影裝置及元件製造方法
本發明係關於一種微影投影裝置，其包含：用以供給輻射投影射束之輻射系統；用以支撐圖案化構件之支撐結構，圖案化構件用以根據所要之圖案來圖案化投影射束；用以固持基板之基板台；用以將圖案化射束投影至基板之目標區上之投影系統；及用以用一液體填充該投影系統之最終零件與該基板之間之間隙的液體供給系統。
應將本文所使用之術語"圖案化構件"寬泛地理解為指代可用以賦予入射輻射射束與在基板之目標區中待創建之圖案對應之圖案化橫截面的構件；在此情形中亦可使用術語"光閥"。大體上，該圖案將與在目標區內產生之元件(諸如積體電路或其它元件(參看下文))中的特定功能層相對應。該圖案化構件之實例包括：
-光罩。微影中之光罩概念吾人已熟知，且其包括諸如二進位、交變相移及衰減相移之光罩類型以及各種混合光罩類型。在輻射射束中置放該種光罩會導致照射光罩之輻射根據光罩上之圖案而發生選擇性透射(在透射式光罩情況下)或選擇性反射(在反射式光罩情況下)。在光罩之狀況下，支撐結構通常為光罩台，其確保可將光罩固持於入射輻射射束中之所要位置，且若需要則可相對於射束將其移動。
-可程式化鏡面陣列。該設備之一實例為具有黏彈性控制層及反射表面之矩陣可定址表面。該裝置之基本原理為(例如)反射表面之定址區域將入射光反射成為繞射光，而未定址區域將入射光反射成為非繞射光。使用適當濾光器可將該非繞射光自反射射束過濾出去，僅留下繞射光；以此方式，射束按照矩陣可定址表面之定址圖案而得以圖案化。可程式化鏡面陣列之另一實施例使用矩陣排列之微鏡面，可藉由施加適當區域化電場或藉由使用壓電致動構件使其每一個獨立地關於一軸線傾斜。再一次，該等鏡面為矩陣可定址型，使得經定址鏡面以不同於未定址鏡面之方向來反射入射輻射射束；以此方式，反射射束得以按照矩陣可定址鏡面之定址圖案而圖案化。可使用適當電子構件來執行所需之矩陣定址，在上述兩種情況中，圖案化構件可包含一或多個可程式化鏡面陣列。例如，可自美國專利US 5,296,891及US 5,523,193以及PCT專利申請案WO 98/38597及WO 98/33096收集關於本文所提及之鏡面陣列之更多資訊，其以引用的方式併入本文中。在可程式化鏡面陣列之狀況下，該支撐結構可實施為框架或台，例如，其可按要求為固定的或可移動的。
-可程式化LCD陣列。在美國專利US 5,229,872中給出該構造之實例，其以引用的方式併入本文中。如前所述，在此情況中之支撐結構可實施為框架或台，例如，其可按要求為固定的或可移動的。
為了簡單起見，本文之剩餘部分可在某些位置特定地針對涉及光罩及光罩台之實例；然而，應在如前文所陳述的圖案化構件之廣泛情形中理解該等示例中所論述之一般原理。
例如，可在製造積體電路(IC)中使用微影投影裝置。在此情況中，圖案化構件可產生與IC之個別層對應之電路圖案，且可使該圖案成像於已塗覆有一層輻射敏感材料(抗蝕劑)之基板(矽晶圓)上的目標區(例如包含一或多個晶粒)上。單個晶圓通常包含經由投影系統每次一個而逐次照射之相鄰目標區之整個網路。在本裝置中，在使用藉由光罩臺上之光罩進行圖案化時，可區分兩種不同類型之機器。在一種類型之微影投影裝置中，藉由一次性將整個光罩圖案曝光至目標區上來照射每一目標區；該裝置通常稱為晶圓步進器。在另一通常稱為步進-掃描裝置之裝置中，藉由在投影射束下以給定參考方向("掃描"方向)漸進掃描光罩圖案，同時平行或逆平行於此方向同步掃描基板台來照射每一目標區；一般而言，因為投影系統具有放大係數M(通常<1)，所以掃描基板台之速率V為掃描光罩台之速率之係數M倍。可自(例如)US 6,046,792收集關於本文所描述之微影設備之更多資訊，其以引用的方式併入本文中。
在使用微影投影裝置之製造過程中，使圖案(例如，在光罩中)成像於至少部分地覆蓋有一層輻射敏感材料(抗蝕劑)之基板上。在該成像步驟之前，基板可經受各種程序，例如上底漆、抗蝕劑塗覆及軟烘焙。曝光後，可使基板經受其它程序，例如後曝光烘焙(PEB)、顯影、硬烘焙及所成像器件之量測/檢測。使用此系列程序作為圖案化元件(例如，IC)之個別層的基礎。接著該圖案化層可經受用以完成個別層的諸如蝕刻、離子植入(摻雜)、金屬化、氧化、化學機械研磨等等各種處理。若需要數個層，則必須對於每一新層重複整個程序或其變化形式。最終將在基板(晶圓)上出現元件陣列。接著藉由諸如切或鋸之技術使該等元件相互分離，由此個別元件可安裝於載體上、連接至引腳等等。有關該等過程之進一步資訊可自(例如)此書獲得"Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing" Third Edition,Peter van Zant著，McGraw Hill出版公司，1997,ISBN 0-07-067250-4，其以引用的方式併入本文中。
為了簡單起見，以下可將投影系統稱為"透鏡"；然而，應將此術語寬泛地理解為涵蓋各種類型之投影系統，包括(例如)折射光學器件、反射光學器件及反射折射系統。該輻射系統亦可包含根據用以引導、成形或控制輻射投影射束之該等設計類型之任一而運作之組件，且在下文中該等零件亦可共同或單個地稱為"透鏡"。另外，微影裝置可為具有兩或兩個以上基板台(及/或兩或兩個以上光罩台)之類型。在該等"多平臺"元件中可並行使用額外台，或者在一或多個臺上執行準備步驟，同時一或多個其它台用於曝光。例如，在US 5,969,441及WO 98/40791中描述了雙平臺微影裝置，其以引用的方式併入本文中。
為了減少可在基板上成像之器件之尺寸，以前已提議過將基板浸沒於具有較高折射率之液體(例如水)中。浸沒液體通常填充投影透鏡之最終零件與基板之間之間隙，以使得該區域中曝光輻射具有較短波長。(該液體之作用亦可視作增加系統之有效NA)。
然而，將基板或基板與基板台浸沒於液體浸泡劑中(例如參看US 4,509,852，其全文以引用的方式併入本文中)意謂著必須在掃描曝光期間加速大量液體。此需要額外或更強功率之馬達且液體中之擾流可產生不良且不可預測之影響。
所提議之解決方法之一係用以在投影系統之最終零件與基板(基板通常具有比投影系統之最終零件更大之表面面積)之間之局部化區域中提供液體之液體供給系統。在WO 99/49504中揭示了一用於此目的之經提議之方式，其全文以引用的方式併入本文中。如圖3及4所展示，將液體藉由至少一出口OUT較佳沿最終零件相對於基板之移動方向供給至基板上，且在通過投影系統下後藉由至少一入口IN而移除。亦就是說，當在零件正下方以-X方向掃描基板時，在零件之+X側供給液體且在-X側將其吸收。圖3示意性顯示了該配置，其中經由出口OUT供給液體且在零件之另一側藉由連接至低壓源之入口IN將其吸收。在圖3之圖解中，沿最終零件相對於基板之移動方向供給液體，但實際情況未必如此。定位於最終零件周圍之入口及出口可能有各種定向及數目，圖4展示了一實例，其中在最終零件周圍以規則圖案提供了四組入口與在任一側的一出口。
所提議之另一解決方法係為液體供給系統提供密封部件，其沿投影系統之最終零件與基板台之間的間隙之至少一部分邊界延伸。在XY平面中密封部件相對於投影系統大致處於靜止中且在密封部件與基板表面之間形成密封。密封較佳為諸如氣封之非接觸密封。
然而，在所有該等系統中，在曝光期間浸沒基板導致基板表面所通常使用之化學增強光阻劑之溶解。此引起光阻劑之上層的降級。而且，降級後之光阻劑之不平坦性質可引起在顯影期間發生T-築頂(T-topping)。顯影劑能夠溶解在浸沒期間未降級之光阻劑的下部區域，但表面的經降級區域不能均勻顯影。此導致在顯影後區域中形成非所要之蘑菇形。
本發明之目標係提供一種微影投影裝置，其中在一部分基板表面浸沒時進行曝光，但其減少或避免了在彼部分基板表面上所出現的光阻劑之降級。
根據本發明以開始段落中所指定之微影裝置來達成此及其它目標，其特徵為該液體係具有小於7之pH值之水溶液。
浸沒液體之酸性性質明顯減少了先前技術浸沒微影系統所難以解決的降級作用。其原因係由於曝光而產生之光酸(photo-acid)在酸性水溶液中比其在水或其它中性物質中明顯地更不易溶解。因此本發明之浸沒液體減少了表層光阻劑之溶解。T-築頂亦減少了。
較佳浸沒液體包括頂覆層，例如抗反射頂覆層。抗反射頂覆層係酸性且因此將其添加至浸沒液體會產生所要之低pH值。使用頂覆層亦具有以下優點：當自一部分基板表面浸沒於浸沒液體中之位置將基板移開時，頂覆層之薄膜仍留在其表面。頂覆層之存在保護了基板表面以防由於環境中之化學物質而發生進一步降級。尤其是實質上防止了與胺之反應，從而進一步減少了T-築頂。因此在浸沒液體中使用抗反射頂覆層溶液排除了自曝露基板置放於其中之大氣移除胺之需要。例如不再需要木炭過濾器。
在本發明之較佳特點中，液體供給系統包含用以自基板表面移除液體之液體移除構件，其中調適該液體移除構件以在該基板表面上留下該液體之膜。膜通常具有約1 μm或更小之厚度。本發明之此態樣藉由在敏感基板表面與大氣之間提供呈浸沒液體膜之形態之障壁而進一步有助於防止污染經曝光基板。當浸沒液體含有如上所述之頂覆層時可獲得特定優勢。
根據本發明之另一態樣，提供一包括以下步驟之元件製造方法：
-提供至少部分地覆蓋有一層輻射敏感材料之基板；
-使用輻射系統來提供輻射投影射束；
-使用圖案化構件以在投影射束之橫截面中賦予其圖案；
-將圖案化輻射射束投影至該層輻射敏感材料之目標區上；且
-提供液體以填充基板與該投影步驟中所使用的投影系統之最終零件之間的間隙；
其特徵為該液體係具有小於7之pH值之水溶液。
儘管在本文中可特別述及根據本發明之裝置在製造IC中之用途，但顯然應瞭解該裝置具有諸多其它可能之應用。例如，其可用於製造整合式光學系統、磁域記憶體之導引及偵測圖案、液晶顯示面板、薄膜磁頭等等。熟習此項技術者應瞭解：在該等替代性應用之情形中，應認為本文中所使用之任一術語"主光罩"、"晶圓"或"晶粒"可分別由更常用之術語"光罩"、"基板"及"目標區"所置換。
在本說明書中，使用術語"輻射"及"射束"以涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外輻射(例如，具有波長365 nm、248 nm、193 nm、157 nm或126 nm)與EUV(遠紫外輻射，例如，波長在5 nm至20 nm之範圍內)、及粒子束，諸如離子束或電子束。
 實施例1
圖1示意性描繪了根據本發明之一特定實施例之微影投影裝置。該裝置包含：輻射系統Ex、IL，其用於提供一輻射(例如，DUV輻射)投影射束PB，在此特定情況中，其亦包含輻射源LA；第一載物台(光罩台)MT，其具有用以固持光罩MA(例如，主光罩)之光罩固持器，且其連接至用以相對於物件PL準確定位光罩之第一定位構件；第二載物台(基板台)WT，其具有用以固持基板W(例如，塗覆有抗蝕劑之矽晶圓)的基板固持器，且其連接至用以相對於物件PL準確定位基板之第二定位構件；投影系統("透鏡")PL(例如，折射透鏡系統)，其用以將光罩MA之經照射部分成像於基板W之目標區C(例如，包含一或多個晶粒)上。
如此處所描繪，該裝置係透射類型(例如，具有透射光罩)。然而，其通常亦可為(例如)反射類型(例如，具有反射光罩)。或者，該裝置可使用另一類型圖案化構件，諸如如上所述之類型之可程式化鏡面陣列。
源LA(例如，准分子雷射器)產生輻射射束。舉例而言，使此射束直接抑或穿過諸如射束放大器Ex之調節構件後饋入照明系統(照明器)IL。照明器IL可包含調整構件AM，其用以設置射束中強度分佈的外部及/或內部徑向範圍(通常分別稱為σ-外部及σ-內部)。另外，其通常包含諸如積光器IN及聚光器CO之各種其它組件。以此方式，照射光罩MA之射束PB在其橫截面中具有所要之均勻性及強度分佈。
關於圖1應注意源LA可在微影投影裝置之外殼內部(例如，當源LA為汞燈時情況常如此)，但其亦可遠離微影投影裝置，其產生之輻射射束被導引至該裝置內(例如，借助於合適之導向鏡)；該後一種情形通常發生在源LA為准分子雷射器之情形下。本發明及申請專利範圍涵蓋該等兩種情形。
隨後射束PB照射光罩台MT上所固持之光罩MA。穿過光罩MA後，射束PB通過透鏡PL，該透鏡PL將射束PB聚焦於基板W之目標區C上。在第二定位構件(及干涉量測構件IF)之輔助下，可準確移動基板台WT，(例如)使得可在射束PB之路徑中定位不同目標區C。同樣地，第一定位構件PM可用於，(例如)當自光罩庫中以機械方式取得光罩MA之後或在掃描過程中，相對於射束PB之路徑而精確定位光罩MA。通常在長衝程模組(粗定位)及短衝程模組(精細定位)之輔助下實現載物台MT、WT之移動，該等模組在圖1中未明顯描繪出。然而，在晶圓步進器(與步進-掃描裝置相對)之狀況下，光罩台MT可僅連接至短衝程致動器或可固定。
可以兩種不同模式使用所描繪之裝置：
1.以步進模式，光罩台MT大體上保持固定，且將整個光罩影像一次性(即單個"閃光")投影至目標區C上。接著以x及/或y方向將基板台WT移位以使射束PB可照射不同目標區C；
2.以掃描模式，除了給定目標區C並非在單個"閃光"中曝光以外，大體上會發生相同的情形。取而代之地，光罩台MT在給定方向(所謂"掃描方向"，例如y方向)上可以速率v移動，使得投影射束PB對光罩圖像掃描；並行地，在相同或相反方向上以速率V=Mv同時移動基板台WT，其中M為透鏡PL之放大倍率(通常M=1/4或1/5)。以此方式，可曝光較大目標區C，而無須損害解析度。
圖2展示了本發明之實施例中在投影系統與基板平臺之間的液體儲集器10。液體儲集器10填充有經由入口/出口導管13所提供的具有較高折射率之液體11。通常提供用以經由入口導管13填充儲集器的含有該液體之液體源。液體具有以下效應：在該液體中之投影射束之輻射具有比在空氣或真空中更短之波長，從而容許解析更小之器件。吾人已熟知投影系統之解析度極限(尤其)由投影射束之波長及系統之數值孔徑所決定。該液體之存在亦可視作增加了有效數值孔徑。此外，數值孔徑固定時，該液體可有效增加景深(depth of field)。
圖3及4描繪了本發明之另一實施例之液體供給系統。該系統之細節已在前文中作過論述。
本發明中所使用之液體係具有小於7之pH值之水溶液，即該液體為酸性。適當pH值為6.5或更小，例如6或更小、5或更小或甚至4或更小。均質液體較佳，其可確保酸性存在於整個液體中且由此整個可用基板表面與酸性溶液處於接觸中。當以投影射束所用之波長照射時液體亦應穩定。通常當以例如193 nm及248 nm之一或多個常用波長來照射時液體應穩定。
添加溶質可影響水之透射率及折射率。因此應保持溶質之濃度於合適水平，以確保在投影射束所用之波長上之透射率可最大化且因此對折射率產生最小影響。液體較佳在例如193 nm及248 nm之一或多個常用波長上具有高透射率。另外，溶質之濃度較佳應使得水之折射率大體上不發生改變。溶質濃度可依所使用之溶質而改變。然而，適當溶液之實例具有至少90重量%之水含量，例如至少95重量%或至少99重量%。
在本發明之一較佳實施例中，液體為水性頂覆層溶液，例如抗反射頂覆層溶液。在此項技術中抗反射頂覆層已為吾人所熟知且其可購得。實例包括可分別自Clariant(Japan)K.K.及JSR獲得之抗反射頂覆層溶液AZ AQUATAR及JSR NFC540。該等頂覆層溶液通常包含大於90重量%之水。然而，為改良透射率，通常將溶液進一步稀釋。例如較佳將溶液AZ AQUATAR-6以約1:10(頂覆層溶液：水)之比率稀釋。
抗反射頂覆層溶液之活性成份之實例為氟烷基磺酸。用作本發明之浸沒液體之適當液體包括含有一或多種氟烷基磺酸及視情況連同一或多種氟烷基磺酸鹽的水溶液。
抗反射頂覆層之酸性性質使液體具有所要之酸性且由此減少了光阻劑之降級。因此在用於本發明之方法之液體中，抗反射頂覆層溶液或氟烷基磺酸可用作酸性調節劑。
圖2中描繪了用於本發明之液體供給系統。儲集器10在投影系統之像場(image field)周圍形成至基板之非接觸密封，以限制液體從而填充基板表面與投影系統之最終零件之間的間隙。藉由位於投影系統PL之最終零件下方及周圍之密封部件12而形成儲集器。將液體導入投影系統下方及密封部件12內之間隙中。密封部件12延伸至稍高於投影系統之最終零件，且液體水平面上升至最終零件上方，以提供液體緩衝。密封部件12具有內周邊，其上端與投影系統或其最終零件之梯級緊密配合且可為(例如)圓形。在底部，內周邊與像場之形狀緊密配合，例如為矩形，但本例並不一定如此。
藉由密封部件12之底部與基板W之表面之間的氣封16將液體限制在儲集器中。該氣封係由在壓力下經由入口15提供至密封部件12與基板之間的間隙並經由出口14提取的氣體(例如空氣或合成空氣，但較佳為N2 或另一惰性氣體)所形成。配置氣體入口15之過壓、出口14之真空水準及間隙之幾何形狀，以使得存在限制液體之向內高速氣流。
亦可使用氣體出口系統自系統移除液體，其由此充當液體移除構件。藉由降低氣體入口壓力且容許藉由真空系統吸出液體而達成此目的，其可容易地加以配置以處理液體以及用以形成密封之氣體。以此方式可使用氣體出口系統在曝光後自基板表面移除過量水。將基板W自系統中取出且當基板通過氣體出口14時，由真空系統移除液體。氣體出口系統有利地調適成在基板表面上留下液體膜。該膜應較薄，例如約1 μm或更小或者60 nm或更小。較佳提供控制構件以控制留在基板表面上之膜之厚度，例如藉由控制施加於氣體出口14處之真空。
本發明之另一實施例使用圖3及4中所描繪之液體供給系統。在此實施例中，至少一入口IN通常充當液體移除構件。因此，當自系統提取基板時，至少一入口IN吸收留在基板表面上任何過量液體。若需要，則該(等)入口可調適成在基板表面上留下液體膜。該膜應較薄，例如約1 μm或更小或者60 nm或更小。可提供控制構件以控制留在基板表面上之膜之厚度，例如藉由控制連接至該(等)入口IN之真空或低壓源。
儘管需要在基板表面上留下液體膜，但當執行或已執行曝光時不必在對準光罩或系統之表面上留下液體。因此，經提供用來控制膜厚度之控制構件可按需要調適(例如藉由增加真空)成在曝光後自對準光罩或系統之表面移除所有液體。
儘管上文已對本發明之具體實施例進行了描述，但應瞭解可以不同於所描述之方式來實行本發明。本說明書並非用以限制本發明。
10．．．液體儲集器
11．．．液體
12．．．密封部件
13．．．入口/出口導管
14．．．氣體出口
15．．．氣體入口
16．．．氣封
AM．．．調整構件
C．．．目標區
CO．．．聚光器
Ex．．．射束放大器
IF．．．干涉量測構件
IL．．．照明系統(照明器)
IN．．．入口
IN．．．積光器
LA．．．輻射源
MA．．．光罩
MT．．．第一載物台(光罩台)
OUT．．．出口
PB．．．輻射投影射束
PL．．．投影系統("透鏡")
W．．．基板
WT．．．第二載物台(基板台)
圖1描繪了根據本發明之一實施例之微影投影裝置；
圖2描繪了根據本發明之一實施例之液體供給系統；
圖3描繪了另一液體供給系統；且
圖4描繪了圖3之液體供給系統之入口及出口的定向之實例。
在諸圖中，相應參考符號表示相應部分。
10．．．液體儲集器
11．．．液體
12．．．密封部件
13．．．入口/出口導管
14．．．氣體出口
15．．．氣體入口
16．．．氣封
PL．．．投影系統("透鏡")
W．．．基板

Claims (15)

  1. 一種微影投影裝置，包括：一用以固持一基板之基板台；一投影系統，用以將一圖案化射束投影至該基板之一目標區(target portion)上，該投影系統包含一最終零件(final element)；一液體供給系統，利用一液體填充該投影系統之該最終零件與該基板之間的空間；及一密封部件(seal member)，位於該最終零件下方且圍繞該最終零件，該密封部件形成該空間，其中該液體係一酸性水溶液。
  2. 如請求項1之微影投影裝置，其中該液體供給系統包括一含有該液體之液體源。
  3. 如請求項1或2之微影投影裝置，其中該密封部件具有一內周邊，其上端與該最終零件緊密配合。
  4. 如請求項3之微影投影裝置，其中該內周邊之該上端係環形或圓形。
  5. 如請求項3之微影投影裝置，其中該內周邊之一下端與一像場之形狀緊密配合。
  6. 如請求項5之微影投影裝置，其中該像場之形狀係為矩形。
  7. 如請求項1或2之微影投影裝置，其中該酸性水溶液之pH值係小於7、等於或小於6.5、等於或小於6.0、等於或小於5或甚至等於或小於4。
  8. 如請求項1或2之微影投影裝置，其中藉由一氣封(gas seal)該液體受限制於該密封部件之下端與該基板之表面之間的空間內。
  9. 如請求項8之微影投影裝置，其中該氣封之氣體係為惰性氣體。
  10. 如請求項8之微影投影裝置，其中該密封部件包含形成於該密封部件相對於該基板之表面上的一出口及一入口，該入口提供加壓氣體至該基板與該表面之間的間隙，且該出口提取氣體。
  11. 如請求項10之微影投影裝置，其中該氣封包含在壓力下提供氣體至該氣體入口之構件以及真空構件以從該出口提取氣體。
  12. 如請求項10之微影投影裝置，其中施加至該入口之過壓、施加至該出口之真空水準及該間隙具有一幾何形狀，經配置以使得一高速氣流像內流動以限制該空間中的液體。
  13. 如請求項10之微影投影裝置，其中該出口係一液體移除構件之一部分。
  14. 如請求項1或2之微影投影裝置，其中該液體供給系統包含液體移除構件，其係用以移除該基板之該表面上的液體。
  15. 一種元件製造方法，包括以下步驟：提供一基板，其至少部分地覆蓋有一層輻射敏感材料； 投影一圖案化輻射射束至該層輻射敏感材料之一目標區上；及在投影該圖案化輻射射束期間，提供液體以填充在該基板與一投影系統之一最終零件之間的一空間，一密封部件位於該最終零件下方且圍繞該最終零件，以形成該空間；其中該液體係一酸性水溶液。
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