光刻投射裝置及器件製造方法
2023-06-04 08:00:16 2
專利名稱：光刻投射裝置及器件製造方法
技術領域：
本發明涉及一種光刻投射裝置，包括用於提供輻射脈衝投射束的輻射系統；用於根據理想的圖案對投射束進行構圖的程控構圖部件；用於保持基底的基底臺；用於將帶圖案的光束投射到基底的靶部上的投射系統；用於相對於投射系統移動基底的機構。
背景技術：
光刻投射裝置用於集成電路(IC)、平板顯示和其他包括精細結構的器件製造中。程控構圖部件產生對應於例如IC一單層的電路圖案，該圖案可以成像在已塗敷輻射敏感材料(抗蝕劑)層的基底(例如矽片或玻璃板)的靶部上(例如包括一個或者多個電路小片(die)的某部分)。
在這種成像步驟之前，可以對基底可進行各種處理，如塗底漆，塗敷抗蝕劑和軟烘烤。在曝光後，可以對基底進行其它的處理，如曝光後烘烤(PEB)，顯影，硬烘烤和測量/檢查成像特徵。這些轉移處理在基底上形成一帶圖案的抗蝕劑層。隨後進行的一個或更多構成圖案的步驟，例如沉積，蝕刻、離子注入(摻雜)、鍍金屬、氧化、化學-機械拋光等等完成、產生和修正器件的某一層所需要的每一步處理。如果需要多層，那麼對每一新層重複全部步驟或者其變化。最後，在基底(晶片)上出現器件陣列。然後利用例如切割或鋸開技術將這些器件相互分開，由此，單個器件可安裝在載體上，與管腳等連接。關於這些步驟的進一步信息可從例如Peter van Zant著的「微型集成電路片製造半導體加工實踐入門」(Microchip FabricationA Practical Guide to SemiconductorProcessing)」一書(第三版，McGraw Hill出版公司，1997，ISBN 0-07-067250-4)中獲得，這裡作為參考引入。
在現有已知使用程控構圖部件的光刻投射裝置中，在帶圖案的投射光束下掃描基底臺。一圖案放置在可程控的構圖部件上，然後在輻射系統的一個脈衝中被曝光在基底上。在下一個輻射系統脈衝前的間隔內，基底臺將基底移動到曝光基底的下一靶部的所需位置，並且將程控構圖部件上的圖案校正。重複這個過程直到將基底上一完整線掃描，隨之開始一新線為止。在輻射系統脈衝持續的有限時間內，基底臺將因此移動一有限距離。以前，這並不會給使用程控構圖部件的光刻投射裝置帶來問題，因為在該脈衝內基底移動的尺寸相對於曝光在基底上的特徵的尺寸是微小的。因此，由此產生的誤差並不顯著。然而，由於在基底上產生的特徵變得更小，該誤差變得更加顯著。
發明內容
本發明的目的是減少在輻射系統脈衝內由基底移動產生的誤差。
依照本發明在開始段中說明的光刻裝置實現上述及其他發明目的，其特徵在於該裝置還包括用於在輻射系統的至少一個脈衝內，相對投射系統，移動投射到基底上的帶圖案的投射光束的機構，以使在所述至少一個脈衝內，投射光束相對於基底基本靜止。
用於移動帶圖案的投射光束的機構使投射光束在基底上保持更精確地對準，這樣減少了在輻射系統的脈衝內，由基底相對於投射系統的移動引起的任何誤差。
更好地，在一系列輻射系統脈衝內和脈衝之間的間隔內，該基底相對於投射系統以恆定的速度移動。在輻射系統至少一個脈衝的持續時間內，用於移動帶圖案的投射光束的機構用來與基底移動同步地移動帶圖案的投射光束。基底以恆定速度移動減少了基底臺和與之連帶的定位傳動器的複雜性。除此之外，通過與基底移動同步地移動帶圖案的投射光束，將由此而引起的誤差也減少了。
在多個脈衝期間，將帶圖案的投射光束與基底移動同步地移動。這使得可程控構圖部件的像多次投射到基底上的相同部分。這可以在例如當帶圖案的投射光束的脈衝強度不足以在基底上產生完全曝光的時候完成。與基底移動同步地移動帶圖案的投射光束減少了基底上圖案的相繼曝光之間的重疊誤差的發生。
由每一個脈衝曝光在基底上的可程控構圖部件上的連續圖案可以是不同的。例如，可在隨後的脈衝中進行校正來彌補第一個脈衝中的錯誤。作為選擇，可將圖案的改變用於產生具有某些特徵的灰度圖像(例如，通過只曝光那些成像於給定基底部分的全部脈衝中的一部分的特徵)。
此外或作為選擇，帶圖案的投射光束的強度、可程控構圖部件的照明或光瞳濾波可以為投射到基底相同部分的輻射系統的脈衝之一而改變。可以將此用於，例如增加利用前面章節所述的技術產生的灰度的數量，或用於為了不同方向取向的特徵而優選不同的曝光。
用於相對於投射系統移動帶圖案的光束的機構可包括帶圖案的投射光束通過的一電光材料層。提供一控制系統施加一穿過電光材料的控制電壓，從而改變電光材料的雙折射。該電光材料的雙折射根據控制電壓的變化而變化，電光材料雙折射的變化可移動其發出的在給定方向偏振的部分帶圖案的投射光束，該光束以一給定方向偏振。因此可以使帶圖案的投射光束偏振使得電光材料雙折射的變化移動所有帶圖案的投射光束由。
作為選擇，用於相對於投射系統移動帶圖案的投射光束的機構可包括帶圖案的投射光束也通過的一第二電光材料層。將該第二電光材料定向使得通過向第二層施加控制電壓，改變其雙折射，第二層移動與第一層所移動的相反方向偏振的那部分帶圖案的投射光束。從而可以將全部帶圖案的投射光束移動而不必使帶圖案的投射光束偏振。
用於相對於投射系統移動帶圖案的投射光束的可替換的機構包括一設置的反射表面，以使在輻射系統的脈衝內該表面與入射在其上帶圖案的投射光束之間的夾角能夠變化。因為角度的變化，所以從其反射的光束的位置就移動了。實施本系統的優選機構是一具有多角截面的旋轉稜鏡。端面形成反射表面。當稜鏡旋轉時，每一面依次反射帶圖案的投射光束。在帶圖案的投射光束入射到每一面的同時，每一面相對於帶圖案的投射光束的角度會改變。顧及到輻射系統的脈衝頻率通過仔細調整稜鏡的旋轉速度和正確選擇稜鏡的尺寸，就可以實現所需的對帶圖案的投射光束移動的控制。該系統的優點在於它不需要使輻射光束偏振，而且它可通過單獨使用反射組件的裝置實現。
根據本發明的另一方面，提供一器件製造方法，包括以下步驟提供一基底，其至少部分被一輻射敏感材料層所覆蓋；利用輻射系統提供一輻射脈衝投射光束；用程控的構圖部件使投射光束在橫截面上具有一圖案；投射該帶圖案的光束到輻射敏感材料層的靶部，
相對於投射系統將基底移動到輻射敏感材料層的連續靶部，其特徵在於在輻射系統的至少一個脈衝內，相對投射系統移動投射到基底上的帶圖案的投射光束，以使在上述至少一個脈衝內，投射光束相對於基底基本靜止。
這裡使用的術語「可程控構圖部件」應廣意地解釋為能夠給入射的輻射光束賦予帶圖案的截面的機構，以使想得到的圖案能夠產生在基底的靶部上；本文中也使用術語「光閥」和「空間光調製器」(SLM)。這種構圖部件的示例包括程控反射鏡陣列。其可具有一粘彈性控制層的矩陣可尋址表面和一反射表面。這種裝置的理論基礎是(例如)反射表面的尋址區域將入射光反射為衍射光，而非可尋址區域將入射光反射為非衍射光。用一個適當的空間濾光器，將所述非衍射光從反射光束中濾掉，只保留衍射光以到達基底；按照這種方式，光束根據矩陣可尋址表面的尋址圖案而產生圖案。光柵光閥(GLV)陣列也可用於相應的方式中。每個GLV包含多個反射帶，其可相對彼此變形以形成光柵，從而將入射光反射為衍射光。程控反射鏡陣列的另一實施例利用微小反射鏡的矩陣排列，通過使用適當的局部電場，或者通過使用壓電致動器機構，使得每個反射鏡能夠獨立地關於一軸傾斜。再者，反射鏡是矩陣可尋址的，由此已定址的反射鏡以不同的方向將入射的輻射光束反射到無地址的反射鏡上；按照這種方式，根據矩陣可尋址反射鏡的定址圖案對反射光束進行構圖。可以用適當的電子機構進行該所需的矩陣尋址。在上述兩種情況中，可程控構圖部件可包括一個或者多個程控反射鏡陣列。反射鏡陣列的更多信息可以從例如美國專利US5,296,891、美國專利US5,523,193、PCT專利申請WO 98/38597和WO98/33096中獲得，這些文獻在這裡作為參考引入。
程控LCD陣列。例如由美國專利US 5,229,872給出的這種結構，它在這裡作為參考引入。
應該理解，在使用特徵的預偏置，光學近似校準特徵、相變技術和多重曝光技術的地方，「顯示」在程控構圖部件上的圖案可與最終轉移到基底的一層或基底上的圖案有本質上的不同。
為了簡單起見，投射系統也可稱為「鏡頭」；可是，該術語應廣文地解釋為包含各種類型的投射系統，包括例如折射光學裝置，反射光學裝置，反射折射系統和微透鏡陣列。可以理解，在本申請中術語「投射系統」只是指用於將帶圖案的光束從程控構圖部件轉移到基底的任何系統。輻射系統還可以包括根據這些設計類型中任一設計的操作裝置，該操作裝置用於操縱、整形或者控制輻射的投射光束，這種裝置在下文還可共同地或者單獨地稱作「鏡頭」。
光刻裝置可以具有兩個(雙級)或者多個基底臺(和/或兩個或者多個掩模臺)。在這種「多級式」器件中，可以並行使用這些附加臺，或者可以在一個或者多個臺上進行準備步驟，而一個或者多個其它臺用於曝光。
光刻裝置也可以是其中基底浸沒在一種具有比較高折射率的液體中的形式，比如水，以使其填充投射系統末端元件和基底之間的空間。浸沒液體也可以應用到光刻裝置中的其他空間，比如掩模和投射系統的最初元件之間。浸沒技術是本領域用於提高投射系統數值孔徑的一種眾所周知的技術。
在本申請中，本發明的裝置具體用於製造IC，但是應該明確理解這些裝置可能具有其它應用。例如，它可用於製造集成光學系統、用於磁疇存儲器、液晶顯示板、薄膜磁頭、薄膜電晶體液晶顯示器、印刷電路板(PCB)等的引導和檢測圖案等。
在本文件中，使用的術語「輻射」和「光束」包含所有類型的電磁輻射，包括紫外輻射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波長)和EUV(遠紫外輻射，例如具有5-20nm的波長範圍)，和粒子束，如離子束或者電子束。
現在僅通過舉例的方式，參照示意附圖描述本發明的典型實施例，其中圖1表示根據本發明實施例的光刻投射裝置；圖2表示根據本發明用於移動帶圖案的投射光束的裝置的第一實施例；圖3表示根據本發明用於移動帶圖案的投射光束的裝置的第二實施例；圖4表示根據本發明用於移動帶圖案的投射光束的裝置的第三實施例；和圖5表示圖4所示的實施例的另一種形式。
在圖中，相應的附圖標記表示相應的部件。
具體實施例方式
實施例1圖1示意性地表示了基於本發明一實施例的光刻投射裝置，該裝置包括
輻射系統Ex，IL，其提供輻射(如UV輻射)投射光束PB，在該具體的例子中該輻射系統包括輻射源LA；用於將圖案施加到投射光束中的程控構圖部件PPM(如程控反射鏡鏡列)；程控構圖部件的位置一般將相對於物體PL固定；但作為替代可與用於將基底相對於物體PL精確定位的定位機構連接；目標臺(基底臺)WT，設有用於保持基底W(例如覆蓋抗蝕劑的矽片)的基底保持器，並與用於將該基底相對於物體PL精確定位的定位機構連接；投射系統(「鏡頭」)PL(例如，石英和/或CaF2透鏡系統或由這樣的材料製成的透鏡元件組成的反折射系統或反射鏡系統)，其用於將帶圖案的光束投射到基底W的靶部C(例如包括一個或多個電路小片)上；投射系統可在基底上投射程控構圖部件的像；作為選擇，投射系統可投射程控構圖部件的元件作為快門的輔助光源的像。投射系統也可以包括微透鏡陣列(如已知的MLA)等，其用以形成輔助光源並將微點投射在基底上。
如這裡描述的，該裝置具有反射形式(即具有反射程控構圖部件)。但是，一般而言，其也可以具有比如透射的形式(即具有透射程控構圖部件)。
輻射源LA(如受激準分子雷射器)產生一輻射光束。該光束直接或經過如擴束器Ex的調節機構後，再照射到照射系統(照射器)IL上。照射器IL包括調節機構AM，其用於設定光束強度分布的外和/或內徑向量(通常分別稱為σ-外和σ-內)。另外，它一般包括各種其它裝置，如積分器IN和聚光器CO。按照這種方式，照射到程控構圖部件PPM的光束PB在其橫截面具有理想的均勻性和強度分布。
應該注意，圖1中的輻射源LA可以置於光刻投射裝置的殼體中(例如當源是汞燈時經常是這種情況)，但也可以遠離光刻投射裝置，其產生的輻射光束被(例如通過適當的定向反射鏡的幫助)引導至該裝置中；當光源LA是準分子雷射器時通常是後面的那種情況。本發明和權利要求包含這兩種方案。
光束PB然後與程控構圖部件PPM相交。經過可程控構圖部件PPM反射後，光束PB通過投射系統PL，該系統將光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在定位機構(和幹涉測量機構IF)的輔助下，基底臺WT可以精確地移動，例如在光束PB的光路中定位不同的靶部C。在其被使用的地方，例如在掃描期間，可以使用程控構圖部件的定位機構將程控構圖部件PPM相對於光束PB的光路進行精確校正。一般地，用圖1中未明確顯示的長衝程模塊(粗略定位)和短行程模塊(精確定位)，可以實現目標臺WT的移動。類似系統也可用於定位程控構圖部件。可以理解，投射束可以交替地/附加地移動而目標臺和/或程控構圖部件可以具有固定位置從而提供所需的相對移動。
雖然根據本發明的光刻裝置在這裡描述用於曝光基底上的抗蝕劑，但可以理解本發明並不局限於這種用法，並且該裝置可被用於在無抗蝕劑光刻中投射帶圖案的投射光束。
所示的裝置可以按照以下方式使用在脈衝模式中，程控構圖部件基本保持靜止，使用一脈衝輻射源將整個圖案投射到基底的靶部C上。基底臺WT以基本恆定的速度移動以使產生的投射光束PB在基底W上掃描一道線。在輻射系統的脈衝之間，程控構圖部件上的圖案可根據需要更新，並且將脈衝定時為使連續靶部C曝光在基底上所要求的地方。因此，投射束能在基底上掃描以曝光基底一條帶的完整圖案。該過程可反覆進行直到整個基底被逐行地曝光。不同模式也可採用。
圖2示意性的表示了用於移動帶圖案的投射光束的機構，如圖所示，帶圖案的投射光束2經過偏振片3。然後該帶圖案的投射光束再經過一電光材料層4。施加在電光材料4上的電壓V可根據需要改變其雙折射。當不加電壓時，帶圖案的投射光束沿路徑5行進，當在電光材料4加電壓時，帶圖案的投射光束移動到路徑6上。
經過電光材料後，帶圖案的投射光束還可經過例如四分之一波片7，當需要時其可使帶圖案的投射光束圓偏振。另外帶圖案的投射光束也能保持線性偏振或不偏振。定向電光材料4的光軸，以使偏振投射光束由電光材料4的雙折射來移動。由加在電光材料4上的電壓V產生的位移S可由下式求出S=dsincos(1n12-sin2-1n02-sin2)----[1]]]>其中，d是電光材料層的厚度，α是帶圖案的投射光束與電光材料表面的夾角。N0是該裝置工作環境的折射率與在不加電壓時電光材料的折射率的比值，n1是在向電光材料施加一給定電壓時折射率的相應的比值。因此，當施加在電光材料上的電壓變化時，位移S也變化。通過施加逐步變化的電壓，能引起帶圖案的投射光束逐步移動。通過在電光材料上施加適當的成形信號，能夠使帶圖案的投射光束在輻射系統的脈衝的短時間內投射隨基底的移動同步地掃描。因此減少了基底上特徵部位的誤差。
雖然這裡所示的帶圖案的投射光束2依靠偏振片3偏振，但其不是必須的。尤其是，帶圖案的投射光束2可能已經被偏振的，例如作為程控構圖部件的結果或因為輻射源固有地產生偏振輻射。
電光層可以由已知的任何電光材料形成，如ADP，AD*P，KDP，和KD*P。為了得到電光材料最佳的響應，最好在接近並高於使用材料的居裡溫度下工作。居裡溫度一般比裝置的環境溫度低。例如KDP的居裡溫度為123K，KD*P的居裡溫度的不同報告為213或222K，ADP的居裡溫度為148K。因此可提供溫控冷卻單元(未示出)來冷卻電光層。
實施例2圖3表示了本發明的另一實施例。該實施例與第一實施例類似，其相應特徵的描述將不再重複。在本實施例中，提供了第二電光材料層8。第二層8的光軸方向與第一層的光軸垂直。從而當向第一層4施加電壓V時，在第一方向偏振的帶圖案的投射光束中的輻射被移位。當向第二層8施加電壓V′時，在第二正交方向偏振的輻射被移位。因此，通過向兩電光材料層4，8上同時施加電壓V、V′，整個帶圖案的投射光束2被移位，且不需使該投射光束偏振。
由第二電光材料層8產生的位移可由上面給出的公式1求出。一些必需的校準可以保證兩輻射的偏振位移相同的量。兩電光材料4、8厚度D、D′的細微差別可通過調節電壓V或V′補償。可以看到，0.7mm厚度的電光材料層上的7kV的電壓變化產生了50nm的位移。
實施例3圖4表示本發明的另一實施例。在這種情況下，用於移動帶圖案的投射光束2的機構由一旋轉稜鏡15提供，這裡用橫截面示出，其位於光刻裝置的後焦面。該稜鏡具有多個反射帶圖案的投射光束2的表面16。圖4表示當稜鏡15在第一位置的第一時間點的情況和當稜鏡15′在第二位置的第二時間點的情況。隨著稜鏡的旋轉，帶圖案的投射光束2入射到稜鏡反射面16的角度將產生變化。相應地，從反射面16射出的帶圖案的投射光束5，6的角度也產生變化。如圖所示，在第一時間點的被反射的帶圖案的投射光束5與在第二時間點的被反射的帶圖案的投射光束6之間的角度的不同，在帶圖案的投射光束入射到基底之處產生了位移S。通過仔細對稜鏡15的旋轉定時，可以使帶圖案的投射光束2在輻射的一個脈衝內與基底移動同步地掃描。在輻射脈衝之間的間隔，稜鏡15旋轉以在隨後的輻射系統脈衝開始時呈現一不同表面16。
做為選擇，如圖5所示，也可使用一透明的旋轉稜鏡25，在這種情況下，該稜鏡可位於像面。
在輻射的一個脈衝內由基底移動造成的誤差可以通過提供在輻射的一個脈衝內隨基底移動將帶圖案的投射光束同步地移動的機構而減少。移動帶圖案的投射光束的備選機構可在本發明的範圍之內。
本發明的具體實施例描述如上，應可意識到本發明還可用上述之外的其他方式實施，本說明不作為本發明的限定。
權利要求
1.一種光刻投射裝置，包括用於提供輻射脈衝投射光束的輻射系統；用於根據理想的圖案對投射光束進行構圖的程控構圖部件；用於保持基底的基底臺；用於將帶圖案的光束投射到基底的靶部上的投射系統；用於相對於投射系統移動基底的機構。其特徵在於所述裝置還包括用於在至少輻射系統的一個脈衝內，相對投射系統移動投射到基底上的帶圖案的投射光束的機構，這樣在所述至少一個脈衝內，投射光束相對於基底基本靜止。
2.根據權利要求1的光刻投射裝置，其中在多個輻射系統脈衝期間和脈衝之間的間隔期間，該基底可相對於投射光束以恆定的速度移動。在輻射系統至少一個脈衝的持續時間內，帶圖案的投射光束與基底移動同步地移動投射。
3.根據權利要求2的光刻投射裝置，其中在輻射系統的多個脈衝期間，將帶圖案的投射光束與基底移動同步地移動。這使得將程控構圖部件的像多次投射到基底上基本相同的部分。
4.根據權利要求3的光刻投射裝置，其中提供給程控構圖部件的圖案在輻射系統的連續脈衝之間是可以變化的，該輻射系統的連續脈衝被投射到基底上基本相同的部分。
5.根據權利要求3或4的光刻投射裝置，其中帶圖案的投射光束的強度、程控構圖部件的照明和光瞳濾波中至少一個可以為所述輻射系統脈衝中的至少一個改變，該脈衝被投射到基底的相同部分。
6.根據前述任何一項權利要求的光刻投射裝置，其中用於相對於投射系統移動帶圖案的光束的裝置包括帶圖案的投射光束通過的一電光材料層，投射和一用於提供電光材料上的控制電壓的控制系統；在此調節上述控制電壓來改變電光材料的雙折射，並移動其發出帶圖案的投射光束的至少部分。
7.根據權利要求6的光刻投射裝置，其中使帶圖案的投射光束偏振，定向電光材料的光軸的方向以使基本上所有投射光束移動。
8.根據權利要求6的光刻投射裝置，其中用於相對於投射系統移動帶圖案的投射光束的機構包括帶圖案的投射光束通過的第二電光材料層，控制系統向其提供控制電壓以改變其雙折射；其中第二電光材料層的光軸方向與第一層的光軸方向基本垂直，因此兩層的雙折射變化基本移動了所有的投射光束。
9.根據權利要求1至5任何一項的光刻投射裝置，其中用於相對於基底投射移動帶圖案的投射光束的機構包括設置一反射表面以使在所述的輻射脈衝內該表面與入射在其上的帶圖案的投射光束之間的角度能夠變化。
10.根據權利要求1至5任何一項的光刻投射裝置，其中用於相對於基底投射移動帶圖案的投射光束的機構包括設置一透射輻射光束的元件，以使在所述的輻射脈衝內輻射光束與其入射到的該元件表面之間的角度能夠變化。
11.根據權利要求9或10的光刻投射裝置，其中所述用於相對於基底投射移動帶圖案的投射光束的機構包括一旋轉稜鏡，其端面為多邊形；並且其中至少一縱向表面為在所述的輻射脈衝內帶圖案的投射光束的入射表面。
12.一種器件製造方法包括以下步驟提供一至少部分被輻射敏感材料層覆蓋基底，；利用輻射系統提供一輻射脈衝投射光束；利用程控構圖部件使投射光束在橫截面上具有一圖案；將該帶圖案的光束投射到輻射敏感材料層的靶部上；相對於投射系統移動基底到輻射敏感材料層的連續靶部；其特徵在於在至少輻射系統的一個脈衝內，相對投射系統移動投射到基底上的帶圖案的投射光束，因此在所述至少一個脈衝內，投射光束相對於基底基本靜止。
全文摘要
通過提供與基底同步地移動投射到基底上的帶圖案的投射光束的機構，補償在一輻射脈衝內、光刻裝置中基底的移動的機構。
文檔編號H01L21/027GK1503061SQ200310123740
公開日2004年6月9日 申請日期2003年11月26日 優先權日2002年11月27日
發明者A·J·布裡克, J·P·H·本斯喬普, A J 布裡克, H 本斯喬普 申請人:Asml荷蘭有限公司