CN1821881B - 光刻装置和器件制造方法 - Google Patents

Abstract

光刻装置和器件制造方法。本发明涉及一种在采用封闭面来限制液体供给系统中的液体时减少光刻装置中的浸液污染的方法。为了避免或降低由封闭面与液体供给系统碰撞而造成的颗粒污染，封闭面保持在与液体供给系统相距一定距离的地方，使得封闭面与液体供给系统之间没有碰撞，但是液体仍然被限制住。

Description

光刻装置和器件制造方法

技术领域

本发明涉及一种光刻装置和一种器件制造方法、尤其是一种在投影系统和待曝光的衬底之间含有液体的浸入式光刻装置，以及一种相关的浸入式器件制造方法。

背景技术

光刻装置是可在衬底、通常是衬底的目标部分上施加所需图案的机器。光刻装置例如可用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可采用图案形成装置来产生将形成于IC的单个层上的电路图案，该图案形成装置也称为掩模或分划板。该图案可被转移到衬底(如硅晶片)上的目标部分(例如包括一个或多个管芯)上。图案的转移通常借助于成像到设于衬底上的一层辐射敏感材料(抗蚀剂)上来实现。通常来说，单个衬底包含被连续地形成图案的相邻目标部分的网络。已知的光刻装置包括所谓的步进器，其中通过将整个图案一次性地曝光在目标部分上来照射各目标部分，还包括所谓的扫描器，其中通过沿给定方向(“扫描”方向)由辐射光束来扫描图案并以平行于或反向平行于此方向的方向同步地扫描衬底来照射各目标部分。还可以通过将图案压印在衬底上来将图案从图案形成装置转移到衬底上。

已经提出了可将光刻投影装置中的衬底浸入到具有相对较高折射率的液体如水中，以便填充投影系统的最后元件与衬底之间的空间。其目的是用于成像较小的特征，这是因为曝光辐射在液体中将具有更短的波长(液体的效果还被认为是增加了系统的有效数值孔径(NA)，并且增大了聚焦深度)。还已经提出了其它的浸液，包括其中悬浮有固体颗粒(如石英)的水。

然而，将衬底或衬底及衬底台浸入在液体池(例如可见美国专利US 4509852，其通过引用整体地结合于本文中)意味着，在扫描曝光期间很大一部分液体必须被加速。这就要求有额外的或更大功率的电动机，并且液体中的湍流可能会导致不希望有的和无法预测的效果。

针对液体供给系统所提出的一种解决方案是，仅在衬底的局部区域上以及在投影系统的最后元件与衬底(衬底通常具有比投影系统的最后元件更大的表面积)之间提供液体。在PCT专利申请WO99/49504中公开了已经提出的针对此而设置的一种解决方案，其通过引用整体地结合于本文中。如图2和3所示，液体经由衬底上的至少一个入口IN且优选沿着衬底相对于最后元件的运动方向来供给，并且在已经在投影系统下方通过之后经由至少一个出口OUT排出。这就是说，当衬底在元件下方沿着-X方向被扫描时，液体在元件的+X侧供给并且在-X侧被吸走。图2示意性地显示了这一设置，其中液体经由入口IN来供给，并且经由与低压源相连的出口OUT而在元件的另一侧被吸走。在图2中，液体沿着衬底相对于最后元件的运动方向来供给，但这在此例中不是必须的。入口和出口可具有围绕着最后元件设置的各种定位和数量，在图3中显示了一个例子，其中围绕着最后元件以规则的图案设置了位于各侧上的四组入口和出口。

发明内容

在衬底的曝光之间，完成曝光的衬底要与待曝光的衬底进行交换。为了在浸入式光刻装置中进行这种交换，位于液体供给系统和浸液之下的衬底可以用封闭面来替换。封闭面例如能够在不必除去与衬底相邻的液体的情况下使该衬底与另一个衬底交换。封闭面可以使液体供给系统内的液流维持不中断状态并且保持投影系统的最后光学元件的表面持续湿润。虽然封闭面可以用于衬底的相互交换，但它也可以用于其它的应用，例如衬底台上的维护、无液体时的衬底测量，等等，此时需要使液体与衬底和/或衬底台分离开。

在一个实施例中，封闭面可以利用液体供给系统的液体限制结构底面上的真空而与液体供给系统联接。可以用于联接封闭面的这种方法和其它方法如机械方法的一个潜在问题是，当封闭面碰撞到液体供给系统时，可能会从封闭面或液体供给系统中释放出颗粒并进入到液体中。这些颗粒会污染液体供给系统和液体，污染投影系统的最后光学元件和/或衬底，和/或部分地遮住光线，从而造成印刷缺陷。在最后光学元件上、在衬底上和/或在液体中的那些可以进入曝光投影光束路径的地方的污染可能会降低对衬底曝光的精度。此外，衬底上的污染物沉积可能会对曝光加工之后的其它加工步骤如蚀刻、沉积等带来问题。

因此，例如提供可降低浸液和任何或全部邻近或接触液体的表面受到污染的危险的封闭面定位系统将是有利的。

根据本发明的一个方面，提供了一种光刻装置，该光刻装置包括：

投影系统，其构造成可将图案化辐射光束投射到由衬底台支撑的衬底上；

液体供给系统，其构造成可在投影系统与衬底之间的空间内提供液体；

封闭面，其构造成可代替衬底而为由液体供给系统所提供的液体提供限制表面；

封闭面定位装置，其构造成在采用封闭面来限制由液体供给系统所提供的液体时可在液体供给系统与封闭面之间形成并维持间隙。

根据本发明的一个方面，提供了一种器件制造方法，该器件制造方法包括：

利用液体供给系统来在光刻投影装置的投影系统与衬底之间的空间内提供液体；

在封闭面代替衬底而限制由液体供给系统所提供的液体时，在液体供给系统与封闭面之间形成并维持间隙；和

当衬底用作由液体供给系统所提供的液体的限制表面时，将图案化辐射光束穿过液体投射到衬底上。

附图说明

下面将仅通过示例的方式并参考示意性附图来介绍本发明的实施例，在附图中对应的标号表示对应的部分，其中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的光刻装置；

图2和3显示了用于光刻投影装置的液体供给系统；

图4显示了用于光刻投影装置的另一液体供给系统；

图5显示了用于光刻投影装置的另外一个液体供给系统；

图6显示了带封闭板的液体供给系统的液体限制结构；

图7显示了图2所示液体供给系统的液体限制结构，其中带有根据本发明的一个实施例来定位的封闭板；

图8显示了根据本发明一个实施例的图7所示液体限制结构和封闭板的定向；和

图9显示了根据本发明另一个实施例的图7所示液体限制结构和封闭板的定向。

具体实施方式

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的光刻装置。该装置包括：

构造成可调节辐射光束PB(例如UV辐射或DUV辐射)的照明系统(照明器)IL；

构造成可支撑图案形成装置(例如掩模)MA的支撑结构(例如掩模台)MT，其与构造成可按照一定参数精确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连；

构造成可固定衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W的衬底台(例如晶片台)WT，其与构造成可按照一定参数精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；和

构造成可将由图案形成装置MA施加给辐射光束B的图案投射在衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上的投影系统(例如折射型投影透镜系统)PL。

该照明系统可包括用于对辐射进行引导、成形或控制的多种类型的光学部件，例如折射式、反射式、磁式、电磁式、静电式或其它类型的光学部件或其任意组合。

支撑结构以一定的方式固定住图案形成装置，这种方式取决于图案形成装置的定向、光刻装置的设计以及其它条件，例如图案形成装置是否保持在真空环境下。支撑结构可使用机械、真空、静电或其它夹紧技术来固定住图案形成装置。支撑结构例如可为框架或台，其可根据要求为固定的或可动的。支撑结构可保证图案形成装置可例如相对于投影系统处于所需的位置。用语“分划板”或“掩模”在本文中的任何使用可被视为与更通用的用语“图案形成装置”具有相同的含义。

这里所用的用语“图案形成装置”应被广义地解释为可用于为辐射光束的横截面施加一定图案以便在衬底的目标部分中形成图案的任何装置。应当注意的是，例如如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，那么施加于辐射光束中的图案可以不精确地对应于衬底目标部分中的所需图案。一般来说，施加于辐射光束中的图案将对应于待形成在目标部分内的器件如集成电路中的特定功能层。

图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的例子包括掩模、可编程的镜阵列和可编程的LCD面板。掩模在光刻领域中是众所周知的，其包括例如二元型、交变相移型和衰减相移型等掩模类型，还包括各种混合式掩模类型。可编程镜阵列的一个例子采用微型镜的矩阵设置，各镜子可单独地倾斜以沿不同方向反射所入射的辐射光束。倾斜镜在被镜矩阵所反射的辐射光束中施加了图案。

这里所用的用语“投影系统”应被广义地理解为包括各种类型的投影系统，包括折射式、反射式、反射折射式、磁式、电磁式和静电式光学系统或其任意组合，这例如应根据所用的曝光辐射或其它因素如使用浸液或使用真空的情况来适当地确定。用语“投影透镜”在本文中的任何使用均应被视为与更通用的用语“投影系统”具有相同的含义。

如这里所述，此装置为透射型(例如采用了透射掩模)。或者，此装置也可以是反射型(例如采用了如上所述类型的可编程镜阵列，或者采用了反射掩模)。

光刻装置可以是具有两个(双级)或多个衬底台(和/或两个或多个支撑结构)的那种类型。在这种“多级”式机器中，附加的台可以并联地使用，或者可在一个或多个台上进行预备步骤而将一个或多个其它的台用于曝光。

参见图1，照明器IL接收来自辐射源SO的辐射光束。辐射源和光刻装置可以是单独的实体，例如在辐射源为准分子激光器时。在这种情况下，辐射源不应被视为形成了光刻装置的一部分，辐射光束借助于光束传送系统BD从源SO传递到照明器IL中，光束传送系统BD例如包括适当的引导镜和/或光束扩展器。在其它情况下，该源可以是光刻装置的一个整体部分，例如在该源为水银灯时。源SO和照明器IL及光束传送系统BD(如果需要的话)一起可称为辐射系统。

照明器IL可包括调节装置AD，其用于调节辐射光束的角强度分布。通常来说，至少可以调节照明器的光瞳面内的强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称为σ-外部和σ-内部)。另外，照明器IL通常包括各种其它的器件，例如积分器IN和聚光器CO。照明器用来调节辐射光束，以使其在其横截面上具有所需的均匀性和强度分布。

辐射光束B入射在固定于支撑结构(例如掩模台MT)上的图案形成装置(例如掩模MA)上，并通过该图案形成装置而图案化。在穿过掩模MA后，辐射光束B通过投影系统PS，其将光束聚焦在衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉仪、线性编码器或电容传感器)，衬底台WT可精确地移动，以便例如将不同的目标部分C定位在辐射光束B的路径中。类似地，可用第一定位装置PM和另一位置传感器(在图1中未明确示出)来相对于辐射光束B的路径对图案形成装置MA进行精确的定位，例如在将图案形成装置从掩模库中机械式地重新取出之后或者在扫描过程中。通常来说，借助于形成为第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可实现支撑结构MT的运动。类似的，采用形成为第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块，可实现衬底台WT的运动。在采用步进器的情况下(与扫描器相反)，支撑结构MT可只与短行程致动器相连，或被固定住。掩模MA和衬底W可采用图案形成装置对准标记M1，M2和衬底对准标记P1，P2来对准。虽然衬底对准标记显示为占据了专用目标部分，然而它们可位于目标部分之间的空间内(它们称为划线片对准标记)。类似的，在图案形成装置MA上设置了超过一个管芯的情况下，图案形成装置对准标记可位于管芯之间。

所述装置可用于至少一种下述模式中：

1.在步进模式中，支撑结构MT和衬底台WT基本上保持静止，而施加到投影光束上的整个图案被一次性投影到目标部分C上(即单次静态曝光)。然后沿X和/或Y方向移动衬底台WT，使得不同的目标部分C被曝光。在步进模式中，曝光区域的最大尺寸限制了在单次静态曝光中所成像的目标部分C的大小。

2.在扫描模式中，支撑结构MT和衬底台WT被同步地扫描，同时施加到投影光束上的图案被投影到目标部分C上(即单次动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构MT的速度和方向由投影系统PS的放大(缩小)和图像倒转特性来确定。在扫描模式中，曝光区域的最大尺寸限制了单次动态曝光中的目标部分的宽度(非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定了目标部分的高度(扫描方向上)。

3.在另一模式中，支撑结构MT基本上固定地夹持了可编程的图案形成装置，而衬底台WT在施加到投影光束上的图案被投影到目标部分C上时产生运动或扫描。在这种模式中通常采用了脉冲辐射源，可编程的图案形成装置根据需要在衬底台WT的各次运动之后或在扫描期间的连续辐射脉冲之间进行更新。这种操作模式可容易地应用于采用了可编程的图案形成装置、例如上述类型的可编程镜阵列的无掩模式光刻技术。

还可以采用上述使用模式的组合和/或变型，或者采用完全不同的使用模式。

在图4中显示了具有局部化液体供给系统的另一浸入式光刻解决方案。液体经由位于投影系统PL两侧上的两个槽式入口IN来供给，并经由设置在入口IN的径向外侧的多个分散出口OUT来除去。入口IN和出口OUT设置在一块板中，在该板的中心设有孔，投影光束经由该孔来投射。液体经由位于投影系统PL一侧上的一个槽式入口IN来供给，并经由设置在投影系统PL另一侧上的多个分散出口OUT来除去，这便导致了投影系统PL和衬底W之间的液体的薄膜式流动。选择使用入口IN和出口OUT的哪种组合取决于衬底W的运动方向(入口IN和出口OUT的另一种组合被停用)。

已经提出的具有局部化液体供给系统的另一浸入式光刻解决方案是提供带有液体限制结构的液体供给系统，该液体限制结构沿着投影系统的最后元件与衬底台之间的空间的至少一部分边界而延伸。这种系统显示于图5中。虽然在Z方向(光轴方向)上可能存在一些相对运动，然而液体限制结构在XY平面内相对于投影系统基本上静止。在液体限制结构和衬底表面之间形成了密封。在一个实施例中，该密封是一种无接触式密封如气封。这种带气封的系统公开于美国专利申请No.10/705783中，该申请通过引用整体地结合于本文中。

图5显示了储槽10的一种设置，该储槽形成了与投影系统成像区域周围的衬底之间的无接触式密封，使得液体被限制成填充了衬底表面与投影系统最后元件之间的空间。储槽由位于下方且围绕着投影系统PL的最后元件的液体限制结构12形成。液体进入到投影系统下方的空间中并处于液体限制结构12内。液体限制结构12稍微延伸到投影系统最后元件之上一点，并且液面上升到最后元件之上，从而提供了液体缓冲。液体限制结构12具有内周边，该内周边在上端处优选地紧密地顺应着投影系统或其最后元件的形状，因此例如可以是圆形的。在底部处，该内周边紧密地顺应着成像区域的形状，例如为矩形，但并不一定要如此。

液体通过液体限制结构12的底部与衬底W的表面之间的气封16而被限制在储槽中。气封由气体如空气、合成空气、氮气或惰性气体形成，其在压力下经由入口15提供到液体限制结构12与衬底之间的间隙中，并经由出口14排出。气体入口15上的过压、出口14上的真空度以及间隙的几何形状设置成使得存在有限制了液体的向内高速气流。本领域的技术人员可以理解，还可以采用其它类型的密封来限制液体，诸如仅仅由一个出口来排出液体和/或气体。

也可以利用气封在液体供给系统与封闭面之间或者与衬底台之间形成间隙。

图5示出了液体供给系统的液体限制结构12，其带有位于浸液11之下的衬底W。当例如准备将该衬底与另一个接着要曝光的衬底交换时，衬底W就由封闭板20来代替，如图6所示。封闭板20不必具有板状的形状，而只需要提供能够限制液体的表面即可。因此，也可以将封闭板20称为封闭结构或封闭面。

图6示出了液体限制结构12和封闭板20的定向。如图5和6所示，采用通过出口14提供的低压来将封闭板20推向液体限制结构12。在通过出口14将封闭板20推向液体限制结构12时，由于主要由它们的实际接触引起从封闭板20和/或液体限制结构12的表面中释放出颗粒，因此可能会出现对浸液11的颗粒污染。尽管有一定数量的液体流13，但是它并不使靠近封闭板20表面的液体11循环起来，并且只要封闭板保持在其位置上，颗粒就不可能被冲走。

图7示出了封闭板20被保持在与液体限制结构12相距一定距离的地方。这样至少有两个好处，第一，颗粒不可能从封闭板20和/或液体限制结构12的表面中释放出来，第二，被释放出来的和浸液11中存在的任何颗粒可以通过液体循环尤其是经出口14除去。

设有可将封闭板保持在与液体供给系统相距一定距离处的封闭板定位装置(例如液体限制结构)。第一个这种装置是液体限制结构的出口14和入口15，其可以用于在出口14的低压和通过入口15提供的气流之间维持平衡状态，如图5所示。这种平衡不仅可以用于保持浸液11，而且可以使封闭板“漂浮”在正位于液体限制结构之下的位置上。

图8示出了利用夹具22将封闭板20保持在与液体限制结构12相距一定距离的地方。该夹具可以是在所需的持续期间(例如在衬底交换期间)保持封闭板20位置的任何机械装置。在图8中，夹具22的一端与封闭板20连接，另一端与液体限制结构12连接。夹具22的另一端除了与液体限制结构12连接外，还可与其它结构如衬底台WT或光刻装置的框架连接。备选方案还可以是例如包括一个或多个可将封闭板20从其在衬底台WT上的支撑位置推离开的销子的销系统，或者其它任何装置。

图9示出了本发明的一个备选实施例。具体地说，利用磁体24将封闭板20保持在与液体限制结构12相距一定距离的地方。磁体24可以与上述低压/气流平衡相结合地使用，或者它们可以相对于一个或多个其它磁体而保持平衡。例如，具有相反磁极的磁体可以相对于具有相同磁极的磁体相互面对地保持平衡，使封闭板20“漂浮”。在一个实施例中，可以在液体供给系统和衬底台上都设置磁体，以便于将封闭板20保持在与液体限制结构12相距一定距离的地方。还可以认识到可使封闭板20与液体供给系统保持一定距离的其它类似方法，例如静电学方法等等。

在欧洲专利申请No.03257072.3中公开了双级或双步浸入式光刻装置的概念。这种装置设有用于支撑衬底的两个台。采用处于第一位置中的台在无浸液的情况下进行调平测量，采用处于第二位置中的台在存在浸液的情况下进行曝光。或者，该装置仅具有一个台。

虽然在本文中具体地参考了IC制造中的光刻装置的使用，然而应当理解，这里所介绍的光刻装置还可具有其它应用，例如集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的制造。本领域的技术人员可以理解，在这种替代性应用的上下文中，用语“晶片”或“管芯”在这里的任何使用分别被视为与更通用的用语“衬底”或“目标区域”具有相同的含义。这里所指的衬底可在曝光前或曝光后例如在轨道(一种通常在衬底上施加抗蚀层并对暴露出来的抗蚀层进行显影的工具)或度量和/或检查工具中进行加工。在适当之处，本公开可应用于这些和其它衬底加工工具中。另外，衬底可被不止一次地加工，例如以形成多层IC，因此，这里所用的用语“衬底”也可指已经包含有多层已加工的层的衬底。

这里所用的用语“辐射”和“光束”用于包括所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如波长为365、248、193、157或126纳米左右)。

用语“透镜”在允许之处可指多种光学部件中的任意一种或其组合，包括折射式和反射式光学部件。

虽然在上文中已经描述了本发明的特定实施例，然而可以理解，本发明可通过不同于上述的方式来实施。例如在适当之处，本发明可采用含有一个或多个描述了上述方法的机器可读指令序列的计算机程序的形式，或者存储有这种计算机程序的数据存储介质(如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。

本发明的一个或多个实施例可应用于任何浸入式光刻装置，如上述那些类型，而不论浸液是以槽液的形式提供还是仅仅提供在衬底的局部表面区域上。液体供给系统是对投影系统与衬底和/或衬底台之间的空间提供液体的任何机构，它可以包括一个或多个结构、一个或多个液体入口、一个或多个气体入口、一个或多个气体出口和/或一个或多个液体出口的任何组合，该组合将液体提供给并且限制在该空间中。在一个实施例中，该空间的表面可限制为衬底和/或衬底台的一部分，该空间的表面可完全覆盖衬底和/或衬底台的表面，或者该空间可以包封衬底和/或衬底台。

上面这些描述是示例性而非限制性的。因此，对本领域的技术人员来说很明显，在不脱离下述权利要求的范围的前提下，可以对本发明进行修改。

Claims (4)

1.一种光刻装置，包括：

投影系统，其构造成可将图案化辐射光束投射到由衬底台支撑的衬底上；

液体供给系统，其构造成可在所述投影系统与衬底之间的空间内提供液体，所述液体供给系统包括液体限制结构，所述液体限制结构沿着投影系统的最后元件与衬底台之间的空间的至少一部分边界而延伸，在液体限制结构和衬底表面之间形成了密封；

封闭面，其构造成可代替所述衬底而为所述液体供给系统所提供的液体提供限制表面；和

封闭面定位装置，其构造成在采用所述封闭面来限制由所述液体供给系统所提供的液体时可在所述液体限制结构与封闭面之间形成并维持间隙，

其中，所述液体供给系统设置成使所述液体(11)经所述间隙循环到出口(14)，从而使得来自封闭面(20)和液体限制结构(12)中的一个或另一个的任何颗粒被从所述液体(11)中除去，

其中，所述封闭面定位装置包括入口和出口，它们构造成可在由所述入口提供的流体所施加的力和由所述出口提供的低压之间建立平衡状态，或者，

所述封闭面形成于封闭板上，所述封闭面定位装置包括夹具，其构造成可在不朝向所述液体供给系统中的液体的表面上夹持所述封闭板，或者

所述封闭面定位装置包括位于所述液体限制结构和封闭面中的每一个上的磁体，

所述封闭面定位装置包括构造成可使所述封闭面从所述衬底台上移开的销系统。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述封闭面定位装置包括位于所述液体限制结构和衬底台中的每一个上的磁体。

3.一种器件制造方法，包括：

利用液体供给系统来在光刻投影装置的投影系统与衬底之间的空间内提供液体，所述液体供给系统包括液体限制结构，所述液体限制结构沿着投影系统的最后元件与衬底台之间的空间的至少一部分边界而延伸，在液体限制结构和衬底表面之间形成了密封；

在由封闭面代替所述衬底来限制由所述液体供给系统所提供的液体时，在所述液体限制结构与封闭面之间形成并维持间隙，和

当衬底用作针对由所述液体供给系统所提供的液体的限制表面时，将图案化辐射光束穿过液体投射到所述衬底上，

形成并维持间隙包括采用销子来使所述封闭面从所述衬底台上移开，

其中，所述液体供给系统使所述液体(11)经所述间隙循环到出口(14)，从而使得来自封闭面(20)和液体限制结构(12)中的一个或两者的任何颗粒被从所述液体(11)中除去，

其中，形成并维持间隙包括在由气流施加的力和低压之间建立平衡状态，或者，

所述封闭面形成于封闭板上，形成并维持间隙包括在不朝向所述液体供给系统中的液体的表面上夹持所述封闭板，或者，

形成并维持间隙包括采用设在所述液体限制结构和封闭面中的每一个上的磁体并通过磁力来维持所述间隙。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，形成并维持间隙包括采用设在所述液体限制结构和衬底台中的每一个上的磁体并通过磁力来维持所述间隙。

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