TWI490663B - 微影裝置及器件製造方法 - Google Patents

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Description

微影裝置及器件製造方法
本發明係關於一種微影裝置及一種用於製造一器件之方法。
微影裝置為將所要圖案施加至基板上(通常施加至基板之目標部分上)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，圖案化器件(其或者被稱作光罩或比例光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上的電路圖案。可將此圖案轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包含晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上而進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經順次圖案化之鄰近目標部分的網路。
微影被廣泛地認為係在IC以及其他元件及/或結構之製造中之關鍵步驟中的一者。然而，隨著使用微影所製造之特徵的尺寸變得愈來愈小，微影正變為用於使能夠製造小型IC或其他元件及/或結構之更具決定性的因素。
圖案印刷極限之理論估計可藉由瑞立(Rayleigh)解析度準則給出，如方程式(1)所示： 其中λ為所使用之輻射的波長，NAPS 為用以印刷圖案之投影系統的數值孔徑，k1 為程序依賴性調整因數(亦被稱作瑞立常數)，且CD為經印刷特徵之特徵大小(或臨界尺寸)。 自方程式(1)可見，可以三種方式來獲得特徵之最小可印刷大小的減小：藉由縮短曝光波長λ、藉由增加數值孔徑NAPS ，或藉由降低k1之值。
為了縮短曝光波長且因此減小最小可印刷大小，已提議使用極紫外線(EUV)輻射源。EUV輻射源經組態以輸出約13奈米之輻射波長。因此，EUV輻射源可構成針對達成小特徵之印刷的重要步驟。此輻射被稱作極紫外線或軟x射線，且可能源包括(例如)雷射產生電漿源、放電電漿源，或來自電子儲存環之同步加速器輻射。
EUV輻射之屬性為：所有已知材料對EUV輻射均係高度不透明的。因此，將反射元件(而非透鏡)用於微影投影裝置之任何光學系統中。出於此原因，圖案化器件通常亦係反射的(而非透射的)。
在使用EUV輻射時不能容易藉由反射光學元件替換之透射光學元件為護膜。在此項技術中(例如)自美國專利申請公開案第US2005/0280789號知曉護膜。污染物沈積於護膜上，而輻射透射通過護膜。因為護膜位於離圖案化器件之特定預定距離處，所以污染物將離焦且因此將不投影至基板之目標部分上。因為護膜對於待圖案化之輻射的透射率對護膜之適當運行起作用，所以在使用EUV時不能使用護膜。因此，護膜不提供對圖案化器件上之污染物沈積的可接受解決方案。
需要提供一種替代一護膜之使用的替代例，其亦適合於 在將EUV用作待圖案化之輻射時加以應用。
根據本發明之一態樣，提供一種微影投影裝置，該微影投影裝置包括一雷射清潔器件，該雷射清潔器件經建構及配置以清潔一表面。該雷射清潔器件包括：一雷射源，其經建構及配置以產生輻射；及一光學元件，其經建構及配置以將該輻射聚焦於一焦點中，以便在該表面上方之一背景氣體中產生一清潔電漿。該雷射清潔器件進一步具備一氣體供應器(gas supply)，該氣體供應器經建構及配置以在該電漿附近之一部位處產生一保護氣體噴射流。
根據本發明之一態樣，提供一種雷射清潔器件，該雷射清潔器件經建構及配置以清潔一表面。該雷射清潔器件包括：一雷射源，其經建構及配置以產生輻射；及一光學元件，其經建構及配置以將該輻射聚焦於一焦點中，以便在該表面上方之一背景氣體中產生一電漿。該雷射清潔器件進一步具備一氣體供應器，該氣體供應器經建構及配置以在該電漿附近之一部位處產生一保護氣體噴射流。
根據本發明之一態樣，提供一種用於清潔一表面之方法。該方法包括：產生輻射；將該輻射聚焦於一焦點中，以便在一背景氣體中產生一清潔電漿；及將一保護氣體噴射流引導至在該電漿附近之一部位。
現將參看隨附示意性圖式而僅藉由實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中，對應元件符號指示對應部分。
圖1示意性地描繪根據本發明之一實施例的微影裝置。 該裝置包括：照明系統(照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如，EUV輻射)；支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如，光罩或比例光罩)MA，且連接至經組態以準確地定位該圖案化器件之第一定位器PM；基板台(例如，晶圓台)WT，其經建構以固持基板(例如，塗佈抗蝕劑之晶圓)W，且連接至經組態以準確地定位該基板之第二定位器PW；及投影系統(例如，折射投影透鏡系統)PS，其經組態以將藉由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例如，包含一或多個晶粒)上。
照明系統可包括用於引導、塑形或控制輻射的各種類型之光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。
支撐結構以取決於圖案化器件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如圖案化器件是否被固持於真空環境中)的方式來固持圖案化器件。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術來固持圖案化器件。支撐結構可為(例如)框架或台，其可根據需要而為固定或可移動的。支撐結構可確保圖案化器件(例如)相對於投影系統處於所要位置。
術語「圖案化器件」應被廣泛地解釋為指代可用以在輻射光束之橫截面中向輻射光束賦予圖案以便在基板之目標部分中產生圖案的任何元件。被賦予至輻射光束之圖案可對應於目標部分中所產生之元件(諸如積體電路)中的特定 功能層。
圖案化器件可為透射或反射的。圖案化器件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列及可程式化LCD面板。光罩在微影中係熟知的，且包括諸如二元、交變相移及衰減相移之光罩類型，以及各種混合光罩類型。可程式化鏡面陣列之一實例使用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中之每一者可個別地傾斜，以便在不同方向上反射入射輻射光束。傾斜鏡面將圖案賦予於藉由鏡面矩陣反射之輻射光束中。
術語「投影系統」可涵蓋任何類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統或其任何組合，其適合於所使用之曝光輻射，或適合於諸如真空之使用的其他因素。可能需要將真空用於EUV或電子束輻射，因為其他氣體可能吸收過多輻射或電子。因此，可憑藉真空壁及真空泵將真空環境提供至整個光束路徑。
如此處所描繪，裝置為反射類型(例如，使用反射光罩)。或者，裝置可為透射類型(例如，使用透射光罩)。
微影裝置可為具有兩個(雙載物台)或兩個以上基板台(及/或兩個或兩個以上光罩台)的類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台，或可在一或多個台上進行預備步驟，同時將一或多個其他台用於曝光。
參看圖1，照明器IL自輻射源SO接收輻射光束。舉例而言，當輻射源為準分子雷射時，輻射源與微影裝置可為分離實體。在此等情況下，不認為輻射源形成微影裝置之部分，且輻射光束係憑藉包含(例如)適當引導鏡面及/或光束 擴展器之光束傳送系統而自輻射源SO傳遞至照明器IL。在其他情況下，例如，當輻射源為水銀燈時，輻射源可為微影裝置之整體部分。輻射源SO及照明器IL連同光束傳送系統(在需要時)可被稱作輻射系統。
照明器IL可包含用於調整輻射光束之角強度分佈的調整器。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。此外，照明器IL可包含各種其他組件，諸如積光器及聚光器。照明器可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。
輻射光束B入射於被固持於支撐結構(例如，光罩台)MT上之圖案化器件(例如，光罩)MA上，且係藉由該圖案化器件而圖案化。在自圖案化器件(例如，光罩)MA反射之後，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器IF2(例如，干涉量測元件、線性編碼器或電容性感測器)，基板台WT可準確地移動，例如，以使不同目標部分C定位於輻射光束B之路徑中。類似地，第一定位器PM及另一位置感測器IF1可用以相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化器件(例如，光罩)MA。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化器件(例如，光罩)MA及基板W。
所描繪裝置可用於以下模式中之至少一者中：
1.在步進模式中，在將被賦予至輻射光束之整個圖案一 次性投影至目標部分C上時，使支撐結構(例如，光罩台)MT及基板台WT保持基本上靜止(亦即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WT在X及/或Y方向上移位，使得可曝光不同目標部分C。
在掃描模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，同步地掃描支撐結構(例如，光罩台)MT及基板台WT(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PS之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WT相對於支撐結構(例如，光罩台)MT之速度及方向。
在另一模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，使支撐結構(例如，光罩台)MT保持基本上靜止，從而固持可程式化圖案化器件，且移動或掃描基板台WT。在此模式中，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WT之每一移動之後或在掃描期間的順次輻射脈衝之間根據需要而更新可程式化圖案化器件。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化器件(諸如上文所提及之類型的可程式化鏡面陣列)之無光罩微影。
亦可使用對上文所描述之使用模式之組合及/或變化或完全不同的使用模式。
圖2為實務EUV微影投影裝置之示意性側視圖。應注意，儘管實體配置不同於圖1所示之裝置的實體配置，但其操作原理類似。該裝置包括源收集器模組或輻射單元42、照明系統IL及投影系統PS。輻射單元42具備輻射源SO，其可使用氣體或蒸汽(諸如Xe氣體或Li、Gd或Sn蒸 汽)，其中產生極熱放電電漿，以便發射在電磁輻射光譜之EUV範圍內的輻射。藉由導致放電之部分離子化電漿崩潰至光軸O上來形成放電電漿。為了輻射之有效率產生，可能需要為(例如)10帕斯卡之分壓的Xe、Li、Gd、Sn蒸汽或任何其他適當氣體或蒸汽。在一實施例中，應用作為EUV源之Sn源。
對於此類型之源，一實例為LPP源，其中將CO2 雷射或其他雷射引導及聚焦於燃料點燃區域中。該圖式之左下部部分中示意性地展示此類型之源的某一細節。點燃區域47a被供應有來自燃料傳送系統47b之電漿燃料，例如，熔融Sn之小滴。雷射光束產生器47c可為具有紅外線波長(例如，9.4微米或10.6微米)之CO2 雷射。或者，可使用(例如)具有在1微米至11微米之範圍內之各別波長的其他適當雷射。在與雷射光束相互作用後，燃料小滴隨即被變換成電漿狀態，電漿狀態可發射(例如)6.7奈米之輻射，或選自5奈米至20奈米之範圍的任何其他EUV輻射。藉由橢圓形或其他適當收集器7d聚集在電漿中產生之輻射以產生源輻射7e。
藉由輻射源SO發射之輻射係經由以氣體障壁或「箔片捕捉器」之形式的污染物捕捉器49而自源腔室47傳遞至收集器腔室48中。下文將進一步描述此情形。收集器腔室48可包括輻射收集器50，輻射收集器50為(例如)掠入射收集器，掠入射收集器包含所謂的掠入射反射器142、143及146之巢套式陣列，在該等反射器之間留有開放的特定空 間180，以便使輻射傳遞通過。自先前技術知曉適合於此目的之輻射收集器。或者，裝置可包括用於收集輻射之正入射收集器。此正入射收集器之實例為圖2之左下部部分中所展示的收集器7d。自收集器50發出之EUV輻射光束將具有特定角展度，或許，在光軸O之任一側多達10度。
輻射自收集腔室48中之孔徑聚焦於虛擬點52(亦即，中間焦點)中。自腔室48，輻射光束56在照明系統IL中經由正入射反射器53、54而反射至定位於比例光罩或光罩台MT上之比例光罩或光罩上。形成經圖案化光束57，經圖案化光束57係藉由投影系統PS經由反射元件58、59而成像至晶圓載物台或基板台WT上。通常，比所示元件多之元件可存在於照明系統IL及投影系統PS中。
如序言中已經提及，在圖案化器件MA(例如，光罩)可在無護膜之情況下加以操作時係便利的。因此，圖案化器件很可能經受有機及無機粒子污染物。較佳地自圖案化器件移除此等粒子，因為其可能會在晶圓台WT上之晶圓處的經投影影像中導致嚴重缺陷。此等粒子可具有小至20奈米之直徑。
圖3為雷射清潔器件10之示意圖。雷射清潔器件10包括雷射源12，雷射源12經建構及配置以產生輻射14，輻射14(如圖3所說明)可具有實質上平行於基板表面之方向。雷射清潔器件10亦包括光學元件(在圖3中為透鏡16)，該光學元件經建構及配置以將輻射14聚焦於焦點18中，以便在圖案化器件MA之表面22上方的背景氣體(諸如氮或空氣)中產 生清潔電漿20。提供氣體供應器23以產生氣體，其中產生電漿20。提供另外氣體供應器24以在電漿20附近之部位處產生保護氣體(例如，氬)噴射流。
通常，雷射源12經建構及配置以在焦點中產生脈衝，該等脈衝具有在約0.1焦耳與約2焦耳之間的每脈衝能量，若該雷射源為摻雜釹之釔鋁石榴石(Nd：YAG)雷射，則通常認為該能量係適當範圍。若取而代之將飛秒雷射用作雷射源12，則通常認為高於0.001焦耳之每脈衝能量係適當的。然而，將顯而易見，可應用不同於上文所提及之實例的雷射源。
當輻射14之脈衝聚焦於焦點18中時，產生電漿20，其擴展經偏置朝向雷射源12。為了避免圖案化器件MA之表面22上的損害，應在表面22與經產生有電漿20之焦點18之間維持足夠量的距離。
用以避免此損害之另一方式係在電漿20附近之部位處提供保護氣體(諸如氬)噴射流。在圖3之實施例中，藉由氣體供應器24提供噴射流。
認為氬係適當保護氣體，因為氬容易被離子化(儘管係化學惰性的)、重於氦且不會阻礙震波(因為其為單原子氣體)。然而，取而代之或除了氬以外，亦可使用比如氮或空氣或其混合物之其他氣體。
圖4A及圖4B示意性地展示雷射清潔器件之另外實施例的側視圖及俯視圖。圖4A及圖4B之實施例極類似於參看圖3所揭示之實施例。在圖4A及圖4B中，據展示：在此實 施例中，保護氣體噴射流之方向在相反於輻射之方向的方向上具有實質分量。
在圖4A中，亦可看出，氣體供應器24經配置以在相對於表面22之法線的約45°之角度下引導保護氣體。通常，儘管自其他角度，保護氣體噴射流可證明係有效的，但已發現，當在相對於表面22之法線的在約30°與約60°之間的範圍內之角度下引導保護氣體噴射流時，保護氣體係最有效的。
在圖4B中，描繪圖4A之雷射清潔器件的俯視圖。在圖4B中可看出，氣體供應器經配置以在實質上平行於平面V之方向上引導保護氣體，平面V貫穿表面22之法線且平行於藉由雷射源產生之輻射。
儘管在本文中可特定地參考微影裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文中所描述之微影裝置可具有其他應用，諸如製造整合光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭，等等。
儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例的使用，但應瞭解，本發明可用於其他應用(例如，壓印微影)中，且在內容背景允許時不限於光學微影。
本文中所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如，具有為或為約365奈米、355奈米、248奈米、193奈米、157奈米或126奈 米之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如，具有在為5奈米至20奈米之範圍內的波長)，以及粒子束(諸如離子束或電子束)。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。舉例而言，待藉由雷射清潔器件清潔之表面可為晶圓表面，或正入射或掠入射鏡面之表面。
儘管氣體供應器經建構及配置以產生背景氣體(其中產生電漿)，但此氣體供應器無需存在。歸因於致使特別指定之氣體供應器冗餘的其他因素，足夠量的空氣壓力可存在於電漿之部位處。
本發明可採取如下形式：電腦程式，其含有描述如上文所揭示之方法之機器可讀指令的一或多個序列；或資料儲存媒體(例如，半導體記憶體、磁碟或光碟)，其具有儲存於其中之此電腦程式。
以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對如所描述之本發明進行上文未提及之修改。
7d‧‧‧收集器
7e‧‧‧源輻射
10‧‧‧雷射清潔器件
12‧‧‧雷射源
14‧‧‧輻射
16‧‧‧透鏡
18‧‧‧焦點
20‧‧‧清潔電漿
22‧‧‧圖案化器件MA之表面
23‧‧‧氣體供應器
24‧‧‧氣體供應器
42‧‧‧源收集器模組/輻射單元
47‧‧‧源腔室
47a‧‧‧點燃區域
47b‧‧‧燃料傳送系統
47c‧‧‧雷射光束產生器
48‧‧‧收集器腔室
49‧‧‧污染物捕捉器
49a‧‧‧污染物捕捉器
50‧‧‧輻射收集器
50a‧‧‧輻射收集器
50b‧‧‧輻射收集器
52‧‧‧虛擬點
53‧‧‧正入射反射器
54‧‧‧正入射反射器
56‧‧‧輻射光束
57‧‧‧經圖案化光束
58‧‧‧反射元件
59‧‧‧反射元件
142‧‧‧掠入射反射器
143‧‧‧掠入射反射器
146‧‧‧掠入射反射器
180‧‧‧特定空間
B‧‧‧輻射光束
C‧‧‧目標部分
IF1‧‧‧位置感測器
IF2‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明系統/照明器
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化器件
MT‧‧‧支撐結構/光罩台
O‧‧‧光軸
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PM‧‧‧第一定位器
PS‧‧‧投影系統
PW‧‧‧第二定位器
SO‧‧‧輻射源
W‧‧‧基板
WT‧‧‧基板台
圖1描繪包含雷射清潔器件之微影裝置；圖2示意性地描繪EUV微影投影裝置；圖3為雷射清潔器件之實施例的示意圖；圖4A示意性地描繪雷射清潔器件之實施例的側視圖及俯 視圖；及圖4B為圖4A所描繪之雷射清潔器件的俯視圖。
10‧‧‧雷射清潔器件
12‧‧‧雷射源
14‧‧‧輻射
16‧‧‧透鏡
18‧‧‧焦點
20‧‧‧清潔電漿
22‧‧‧圖案化器件MA之表面
23‧‧‧氣體供應器
24‧‧‧氣體供應器
MA‧‧‧圖案化器件

Claims (17)

  1. 一種經建構及配置以清潔一表面之雷射清潔器件(device)，該雷射清潔器件包含：一雷射源，其經建構及配置以產生輻射；一光學元件，其經建構及配置以將該輻射聚焦於一焦點中，以便在該表面上方之一背景氣體中產生一清潔電漿；及一氣體供應器，其經建構及配置以在該電漿附近之一部位處(location)產生一保護氣體噴射流(jet of protection gas)，其中該保護氣體係分別地由該背景氣體提供且噴射在另一方向，該另一方向不同於該輻射所產生之方向。
  2. 如請求項1之雷射清潔器件，其中該雷射源經建構及配置以在該焦點中產生脈衝，該等脈衝具有在0.001焦耳與2焦耳之間的每脈衝能量。
  3. 如請求項1或2之雷射清潔器件，其中該雷射源經配置以在至少實質上平行於該基板表面之一方向上產生該輻射。
  4. 如請求項1或2之雷射清潔器件，其中該氣體供應器經建構及配置以在相對於該表面之一法線的在30°與60°之間的一角度下引導該保護氣體。
  5. 如請求項1或2之雷射清潔器件，其中該氣體供應器經配置以在實質上平行於一平面之一方向上引導該保護氣體噴射流，該平面貫穿該表面之一法線且平行於藉由該雷 射源產生之該輻射。
  6. 如請求項5之雷射清潔器件，其中該保護氣體噴射流之該方向在相反於該輻射之該方向的一方向上具有一實質分量。
  7. 如請求項1或2之雷射清潔器件，其中該器件具備一氣體供應器，該氣體供應器經建構及配置以產生該氣體，在該氣體中產生該電漿。
  8. 如請求項1或2之雷射清潔器件，其中該保護氣體為氬(argon)。
  9. 一種微影投影裝置，其包含一如請求項1-8中任一項之雷射清潔器件。
  10. 如請求項9之微影投影裝置，其進一步包含：一支撐結構，其經建構以固持一圖案化器件(patterning device)，該圖案化器件能夠在一輻射光束之橫截面中向該輻射光束賦予一圖案以形成一經圖案化輻射光束，且其中該雷射清潔器件經建構及配置以清潔該圖案化器件。
  11. 如請求項9或10之微影投影裝置，其進一步包含一基板台，該基板台經建構以固持一基板，且其中該雷射清潔器件經建構及配置以清潔該圖案化器件。
  12. 如請求項9或10之微影投影裝置，其中該保護氣體為氬。
  13. 一種用於清潔一表面之方法，該方法包含：產生輻射； 將該輻射聚焦於一焦點中，以便在一背景氣體中產生一清潔電漿；及將一保護氣體噴射流引導(directing)至在該電漿附近之一部位，其中該保護氣體係分別地由該背景氣體提供且噴射在另一方向，該另一方向不同於該輻射所產生之方向。
  14. 如請求項13之方法，其中該輻射係脈衝式的。
  15. 如請求項14之方法，其中該脈衝式輻射含有脈衝，該等脈衝具有在0.001焦耳與2焦耳之間的每脈衝能量。
  16. 如請求項13至15中任一項之方法，其中氣體供應器經建構及配置以在相對於該表面之一法線的在30°與60°之間的一角度下引導該保護氣體。
  17. 如請求項13至15中任一項之方法，其中該保護氣體為氬。
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