專利名稱：光刻裝置和器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光刻裝置和器件制造方法。
背景技術(shù)：
光刻裝置是可在襯底的目標部分上施加所需圖案的機器。光刻裝置例如可用于集成電路(IC)的制造中。在這種情況下，可采用圖案形成裝置如掩模來產(chǎn)生與IC的單個層相對應(yīng)的電路圖案，該圖案可被成像到襯底(如硅晶片)上的具有一層輻射敏感材料(抗蝕劑)的目標部分(例如包括一個或多個管芯)上。通常來說，單個襯底包含被連續(xù)曝光的相鄰目標部分的網(wǎng)絡(luò)。已知的光刻裝置包括所謂的分檔器，其中通過將整個圖案一次性地曝光在目標部分上來照射各目標部分，還包括所謂的掃描器，其中通過沿給定方向(“掃描”方向)由投影光束來掃描圖案并以平行于或反向平行于此方向的方向同步地掃描襯底來照射各目標部分。
在光刻裝置中，待成像特征的尺寸受到所用曝光輻射的波長的限制。因此，為了成像出更細微的細節(jié)，必須使用波長更短的輻射。當(dāng)前生產(chǎn)所用的光刻裝置使用了248毫微米或193毫微米的紫外線輻射。正在研制使用157毫微米輻射的裝置。在使用157毫微米輻射的光刻裝置中必須要克服的一個問題是，在該波長下普通大氣是基本上不透明的。因此，提出了采用非常純凈的氮氣(N2)來凈化該光刻裝置，或至少凈化光束路徑。所需的純凈程度非常高，甚至百萬分之幾(ppm)的氧氣或水蒸氣也會導(dǎo)致曝光輻射的傳輸存在顯著下降。使用這種高純度氮氣帶來了兩個問題，即其成本昂貴，并且對裝置的操作和維護人員帶來了危險。
為了克服這些問題，已經(jīng)提出，凈化系統(tǒng)具有兩種模式，即用于曝光的高流量模式和在裝置不使用時、尤其是在裝置的密封腔已被打開如用于維護時使用的低流量模式。低流量模式具有較低的流率，其剛夠保護裝置中的光學(xué)元件不受污染而對人體無害，在光學(xué)元件暴露在標準大氣壓下時可能會產(chǎn)生這種污染。當(dāng)裝置處于低流量凈化模式下一段時間之后再次起動時，其將在高流量凈化模式下花費15-30分鐘左右的時間來凈化光束路徑，以便生產(chǎn)可以重新開始。需要有這樣一段時間來保證在光束路徑中存在均勻的氣體混合物，因而保證在曝光區(qū)域中存在均勻的劑量。由于在曝光輻射源在存在有污染物的情況下接通時裝置中的光學(xué)元件會受損，因此必須留有一定的誤差范圍，已知的氧氣和水的傳感器無法可靠地檢測可能會導(dǎo)致?lián)p害的污染水平，因此在生產(chǎn)重新開始之前每次打開裝置的密封腔時都存在多達30-60分鐘的延遲。這種停機時間嚴重地影響了裝置的產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光刻裝置和器件制造方法，其中生產(chǎn)可在小于滿流量凈化的期間之后快速地重新開始。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種光刻裝置，其包括-用于提供輻射投影光束的照明系統(tǒng)；-用于支撐圖案形成裝置的支撐結(jié)構(gòu)，該圖案形成裝置用于使投影光束的截面具有一定的圖案；-用于固定襯底的襯底臺；-用于將形成了圖案的光束投影到襯底的目標部分上的投影系統(tǒng)；-用于采用凈化氣體來凈化該裝置的至少一部分的凈化裝置，該凈化裝置可在凈化氣體的流量相對較高的第一模式以及凈化氣體的流量相對較低的第二模式下工作；和
-用于檢測相對投影光束方向而言處于所述裝置一部分的下游位置處的所述投影光束的強度的傳感器，所述部分是由所述凈化裝置來凈化的部分，其特征在于控制裝置，其設(shè)置成可控制所述照明系統(tǒng)，以響應(yīng)于所述凈化裝置從所述第二模式到所述第一模式的模式變化而產(chǎn)生強度比用于曝光所述襯底目標部分的正常強度更低的投影光束，并且設(shè)置成可監(jiān)測由所述傳感器測得的所述投影光束的強度，所述控制裝置設(shè)置成可在由所述傳感器測得的所述投影光束的所述強度達到預(yù)定標準之前，防止所述照明系統(tǒng)產(chǎn)生具有所述正常強度的投影光束。
通過使用傳感器來監(jiān)測相對投影光束方向而言處于凈化密封腔下游處的投影光束強度，就可以實現(xiàn)非常靈敏的污染檢測器，使得一旦污染程度回到可進行生產(chǎn)的特定水平，裝置便回到生產(chǎn)模式。與此同時，僅采用較低的強度可以防止在存在污染物時損壞裝置的光學(xué)元件。
預(yù)定標準可以是光束強度已經(jīng)達到表示了光束路徑的傳輸已回到生產(chǎn)所需的水平、例如99％或更高的傳輸。在低流量的第二凈化模式中，光束路徑的傳輸約為高流量凈化期間和已經(jīng)清除了污染物之后的傳輸?shù)?0％。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，該預(yù)定標準為光束路徑的傳輸偏差小于預(yù)定的閾值，例如1％。當(dāng)傳輸處于這種穩(wěn)定狀態(tài)下時，可以推定凈化狀況也是穩(wěn)定的。這種設(shè)置避免了需要在較長時期內(nèi)提供具有較高絕對精度的傳感器，如果要比較停機時間之前和之后的強度水平的話，那么這種傳感器是必須的。
能量傳感器優(yōu)選是在空間上靈敏的，該預(yù)定標準為至少其部分截面上的光束強度具有預(yù)定的均勻性。通過考慮光束強度的均勻性而非其絕對強度，就可以忽略因源輸出中的波動所引起的強度的任何變化。
當(dāng)投影光束是脈沖的時，預(yù)定標準可以參考若干脈沖上的平均測量值。同樣，可以忽略源輸出中的脈沖間的差異。
通過在比生產(chǎn)期間所用的例如4赫茲更低的脈沖重復(fù)頻率如1赫茲下操作脈沖式輻射源，和/或通過在所述照明系統(tǒng)中使用可變衰減器，就可以降低光束的強度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種器件制造方法，包括步驟-采用凈化氣體在第一流率下初次凈化光束路徑中的被投影光束穿過的至少一部分；然后，-采用凈化氣體在高于所述第一流率的第二流率下二次凈化光束路徑中的被投影光束穿過的所述部分；其特征在于-在所述二次凈化的步驟期間沿著所述光束路徑來引導(dǎo)處于第一強度下的投影光束；-監(jiān)測光束路徑的至少所述部分的傳輸；和-僅在所述光束路徑的傳輸達到預(yù)定的標準時，才沿著所述光束路徑來引導(dǎo)處于高于所述第一強度的第二強度下的投影光束，以便曝光襯底的目標部分。
雖然在本文中將具體地參考光刻裝置在IC制造中的應(yīng)用，然而應(yīng)當(dāng)理解，這里所介紹的光刻裝置還具有其它應(yīng)用，例如集成光學(xué)系統(tǒng)、用于磁疇存儲器的引導(dǎo)和檢測圖案、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等的制造。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在這種替代性應(yīng)用的上下文中，用語“晶片”或“管芯”在這里的任何使用分別被視為與更通用的用語“襯底”或“目標區(qū)域”具有相同的含義。這里所指的襯底可在曝光前或曝光后例如在軌道(一種通常在襯底上施加抗蝕層并對暴露出來的抗蝕層進行顯影的工具)或度量或檢查工具中進行加工。在適當(dāng)之處，本公開可應(yīng)用于這些和其它的襯底加工工具中。另外，襯底可被不止一次地加工，例如以形成多層IC，因此，這里所用的用語“襯底”也可以指已經(jīng)包含有多層已加工的層的襯底。
這里所用的用語“輻射”和“光束”包括所有類型的電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如波長為365，248，193，157或126毫微米)和遠紫外線(EUV)輻射(例如具有5-20毫微米范圍內(nèi)的波長)，以及粒子束，例如離子束或電子束。
這里所用的用語“圖案形成裝置”應(yīng)被廣義地解釋為可用于使投影光束的橫截面具有一定的圖案以便在襯底的目標部分中形成圖案的裝置。應(yīng)當(dāng)注意的是，施加于投影光束中的圖案可以不完全對應(yīng)于襯底目標部分中的所需圖案。一般來說，施加于投影光束中的圖案將對應(yīng)于待形成在目標部分內(nèi)的器件如集成電路中的特定功能層。
圖案形成裝置可以是透射式的或反射式的。圖案形成裝置的例子包括掩模、可編程的鏡陣列和可編程的LCD面板。掩模在光刻領(lǐng)域中是眾所周知的，其包括例如二元型、交變相移型和衰減相移型等掩模類型，還包括各種混合式掩模類型。可編程的鏡陣列的一個例子采用微型鏡的矩陣設(shè)置，各鏡子可單獨地傾斜以沿不同方向反射所入射的輻射光束；這樣，反射光束就形成了圖案。在圖案形成裝置的各例子中，支撐結(jié)構(gòu)例如可為框架或臺，其可根據(jù)要求為固定的或可動的，并可保證圖案形成裝置可例如相對于投影系統(tǒng)處于所需的位置。用語“分劃板”或“掩模”在本文中的任何使用可被視為與更通用的用語“圖案形成裝置”具有相同的含義。
這里所用的用語“投影系統(tǒng)”應(yīng)被廣義地理解為包括各種類型的投影系統(tǒng)，包括折射光學(xué)系統(tǒng)、反射光學(xué)系統(tǒng)和反射折射光學(xué)系統(tǒng)，這例如應(yīng)根據(jù)所用的曝光輻射或其它因素如使用浸液或使用真空來適當(dāng)?shù)卮_定。用語“透鏡”在本文中的任何使用均應(yīng)被視為與更通用的用語“投影系統(tǒng)”具有相同的含義。
照明系統(tǒng)也可包括用于對輻射投影光束進行引導(dǎo)、成形或控制的任何類型的光學(xué)元件，包括折射、反射和反射折射的光學(xué)元件，這些元件在下文中統(tǒng)稱或單獨地稱為“透鏡”。
光刻裝置可以是具有兩個(雙級)或多個襯底臺(和/或兩個或多個掩模臺)的那種類型。在這種“多級”式機器中，附加的臺可以并行地使用，或者可在一個或多個臺上進行預(yù)備步驟而將一個或多個其它的臺用于曝光。
光刻裝置也可以是這樣的類型，其中襯底被浸入在具有較高折射率的液體如水中，從而填充了投影系統(tǒng)的最后元件和襯底之間的空間。浸液也可施加到光刻裝置的其它空間內(nèi)，例如掩模和投影系統(tǒng)的第一元件之間。浸沒技術(shù)在本領(lǐng)域中是眾所周知的，其用于增大投影系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。


下面將僅通過示例的方式并參考示意性附圖來介紹本發(fā)明的實施例，在附圖中對應(yīng)的標號表示對應(yīng)的部分，其中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光刻裝置；圖2顯示了圖1所示裝置的凈化氣體裝置和相關(guān)的控制系統(tǒng)。
具體實施例方式
圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個特定實施例的光刻裝置。該裝置包括-用于提供輻射(例如DUV輻射)的投影光束PB的照明系統(tǒng)(照明器)IL；-用于支撐圖案形成裝置(例如掩模)MA的第一支撐結(jié)構(gòu)(例如掩模臺)MT，其與用于將圖案形成裝置相對于物體PL精確定位的第一定位裝置PM相連；-用于固定襯底(例如涂覆有抗蝕劑的晶片)W的襯底臺(例如晶片臺)WT，其與用于將襯底相對于物體PL精確定位的第二定位裝置PW相連；和-用于在襯底W的目標部分C(例如包括一個或多個管芯)上對由圖案形成裝置MA施加給投影光束PB的圖案進行成像的投影系統(tǒng)(例如折射型投影透鏡)PL。
如這里所述，此裝置為透射型(例如采用了透射掩模)。或者，此裝置也可以是反射型(例如采用了上述類型的可編程鏡陣列)。
照明器IL接收來自輻射源SO的輻射光束。輻射源和光刻裝置可以是單獨的實體，例如在輻射源為準分子激光器時。在這種情況下，輻射源不應(yīng)被視為形成了光刻裝置的一部分，輻射光束借助于光束傳送系統(tǒng)BD而從源SO傳遞到照明器IL中，光束傳送系統(tǒng)BD例如包括適當(dāng)?shù)亩ㄏ蜱R和/或光束擴展器。在其它情況下，該源可以是裝置的一個整體部分，例如在輻射源為水銀燈時。源SO和照明器IL與光束傳送系統(tǒng)BD(如果有的話)一起稱為輻射系統(tǒng)。
照明器IL可包括調(diào)節(jié)裝置AM，其用于調(diào)節(jié)光束的角強度分布。通常來說，至少可以調(diào)節(jié)照明器的光瞳面內(nèi)的強度分布的外部和/或內(nèi)部徑向范圍(通常分別稱為σ-外部和σ-內(nèi)部)。另外，照明器IL通常包括各種其它部件，例如積分器IN和聚光鏡CO。照明器提供了經(jīng)調(diào)節(jié)的輻射光束，其稱為投影光束PB，并在其橫截面上具有所需的均勻性和強度分布。
投影光束PB入射在固定于掩模臺MT上的掩模MA上。在穿過掩模MA后，投影光束PB通過透鏡PL，透鏡PL將光束聚焦在襯底W的目標部分C上。借助于第二定位裝置PW和位置傳感器IF(例如干涉測量儀)，襯底臺WT可精確地移動，以便例如將不同的目標部分C定位在光束PB的路徑中。類似地，可用第一定位裝置PM和另一位置傳感器(在圖1中未明確示出)來相對于光束PB的路徑對掩模MA進行精確的定位，例如在將掩模MA從掩模庫中機械式地重新取出之后或者在掃描過程中。通常來說，借助于形成為定位裝置PM和PW的一部分的長行程模塊(粗略定位)和短行程模塊(精確定位)，可以實現(xiàn)載物臺MT和WT的運動。然而，在采用分檔器的情況下(與掃描器相反)，掩模臺MT可只與短行程致動器相連，或被固定住。掩模MA和襯底W可采用掩模對準標記M1，M2和襯底對準標記P1，P2來對準。
所述裝置可用于下述優(yōu)選模式中1.在分檔模式中，掩模臺MT和襯底臺WT基本上保持靜止，而施加到投影光束上的整個圖案被一次性投影到目標部分C上(即單次靜態(tài)曝光)。然后沿X和/或Y方向移動襯底臺WT，使得不同的目標部分C被曝光。在分檔模式中，曝光區(qū)域的最大尺寸限制了在單次靜態(tài)曝光中所成像的目標部分C的大小。
2.在掃描模式中，掩模臺MT和襯底臺WT被同步地掃描，同時施加到投影光束上的圖案被投影到目標部分C上(即單次動態(tài)曝光)。襯底臺WT相對于掩模臺MT的速度和方向由投影系統(tǒng)PL的放大(縮小)和圖像倒轉(zhuǎn)特性決定。在掃描模式中，曝光區(qū)域的最大尺寸限制了單次動態(tài)曝光中的目標部分的寬度(非掃描方向上)，而掃描運動的長度決定了目標部分的高度(掃描方向上)。
3.在另一模式中，掩模臺MT基本上保持固定并夾持了可編程的圖案形成裝置，而襯底臺WT在施加到投影光束上的圖案被投影到目標部分C上時產(chǎn)生運動或掃描。在這種模式中，通常采用脈沖輻射源，可編程的圖案形成裝置根據(jù)需要在襯底臺WT的各次運動之后或在掃描期間的兩次連續(xù)輻射脈沖之間進行校正。這種操作模式可容易地應(yīng)用于采用了可編程的圖案形成裝置、例如上述類型的可編程鏡陣列的無掩模式光刻術(shù)中。
還可以采用上述使用模式的組合和/或變型，或者采用完全不同的使用模式。
在圖2中顯示了裝置的凈化氣體裝置和相關(guān)的控制系統(tǒng)。裝置分成許多個密封腔，在所示情況下為四個密封腔，即照明系統(tǒng)腔ILC、掩模腔MAC、投影系統(tǒng)腔PLC和襯底腔WC。對于各密封腔來說，凈化氣體由凈化氣體供給系統(tǒng)PGS來供應(yīng)。在采用157毫微米左右波長的曝光輻射的裝置中，凈化氣體是高純氮氣，其用于使空氣從光束路徑中排出，否則空氣會阻擋曝光輻射的傳輸。
凈化氣體供給系統(tǒng)可在兩種模式下工作，這兩種模式是用于襯底曝光的高流量模式，以及在裝置的密封腔打開和/或裝置的其它停機期間使用的低流量模式。低流量模式消耗更少的凈化氣體，并且對人體無害，凈化氣體因其純度非常高而十分昂貴。然而，該流量足以保護光學(xué)元件不受污染，并且可防止污染物在裝置中積聚起來。高流量和低流量模式中的實際流率取決于各密封腔的大小、泄漏情況，以及密封腔中的其它可能有的污染源。高流量模式中的流率大約是低流量模式中的3到4倍。這一因子可隨裝置和密封腔的不同而變化。如果不是所有的密封腔都要打開的話，保持關(guān)閉的密封腔可保留在高流量模式中。
在低流量模式中工作了一段時間之后，在曝光開始之前必須保證光束路徑中的污染物水平回到特定的水平，否則投影和照明系統(tǒng)中的光學(xué)元件就會因在強烈投影光束的影響下與污染物發(fā)生反應(yīng)而受損。
在高流量模式重新開始時，控制系統(tǒng)CS控制輻射源SO以發(fā)出低功率光束，并采用內(nèi)置于襯底臺WT中的光點傳感器SS來監(jiān)測襯底平面處的光束強度。當(dāng)測得強度表示了回到正常的傳輸水平時，可以重新開始采用了完全功率投影光束的生產(chǎn)用曝光。由于光束路徑中的大氣傳輸對會損害光學(xué)元件的污染物、主要是氧氣和水蒸氣來說非常靈敏，因此回復(fù)正常的傳輸就表示了在光束路徑中無污染物。僅僅1-10ppm的污染物就會導(dǎo)致傳輸存在明顯的下降。
可采用多種標準來確定傳輸是否處于正常水平，包括1.絕對強度超過一定的閾值；2.強度變化率小于一定的閾值；3.投影光束橫截面上的強度均勻性超過一定的閾值，例如不均勻性小于0.2％；4.強度隨時間的穩(wěn)定性超過一定的閾值，例如偏差小于5％，優(yōu)選小于2％，最好小于1％。
在所有上述標準中，可采用相關(guān)參數(shù)的時間平均值。
當(dāng)源SO為脈沖源如準分子激光器時，可通過將脈沖重復(fù)頻率降低到例如小于10赫茲、優(yōu)選降低到約1赫茲來降低投影光束的強度，而與之相比，曝光的正常脈沖重復(fù)頻率為4千赫茲或更大。可采用照明系統(tǒng)IL中的可變衰減器VA來控制投影光束的強度。
如果照明系統(tǒng)結(jié)合有一定比例的投影光束經(jīng)由部分鍍銀鏡而引導(dǎo)到其中的能量傳感器，那么也應(yīng)考慮能量傳感器的輸出，作為補償源輸出中的偏差的參考。另外，如果僅有處于低流量模式下的密封腔處于能量傳感器光束的上方，那么可采用由能量傳感器測得的光束強度來代替由光點傳感器測得的強度。
雖然已經(jīng)在上文中描述了本發(fā)明的特定實施例，然而可以理解，本發(fā)明可通過不同于上述的方式來實施。這些描述并不限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種光刻裝置，包括-用于提供輻射投影光束的照明系統(tǒng)；-用于支撐圖案形成裝置的支撐結(jié)構(gòu)，所述圖案形成裝置用于使所述投影光束的截面具有一定的圖案；-用于固定襯底的襯底臺；-用于將形成了圖案的光束投影到所述襯底的目標部分上的投影系統(tǒng)；-用于采用凈化氣體來凈化所述裝置的至少一部分的凈化裝置，所述凈化裝置可在凈化氣體的流量相對較高的第一模式以及凈化氣體的流量相對較低的第二模式下工作；和-用于檢測相對所述投影光束方向而言處于所述裝置一部分的下游位置處的所述投影光束的強度的傳感器，所述部分是由所述凈化裝置來凈化的部分，其特征在于控制裝置，其設(shè)置成可控制所述照明模式，以響應(yīng)于所述凈化裝置從所述第二模式到所述第一模式的模式變化而產(chǎn)生強度比用于曝光所述襯底目標部分的正常強度更低的投影光束，并且設(shè)置成可監(jiān)測由所述傳感器測得的所述投影光束的強度，所述控制裝置設(shè)置成可在由所述傳感器測得的所述投影光束的所述強度達到預(yù)定的標準之前，防止所述照明系統(tǒng)產(chǎn)生具有所述正常強度的投影光束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述預(yù)定標準為所述光束的強度已經(jīng)達到表示了所述光束路徑的傳輸已回到生產(chǎn)所需水平的水平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述預(yù)定標準為所述光束強度的變化率已降低到小于預(yù)定的閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述能量傳感器是在空間上靈敏的，所述預(yù)定標準為至少其部分截面上的光束強度具有預(yù)定的均勻性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述預(yù)定標準為所述光束路徑的傳輸隨時間的穩(wěn)定性小于預(yù)定的閾值。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述預(yù)定標準基于所述投影光束強度或其變化率的時間平均。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述照明系統(tǒng)提供了脈沖式投影光束，所述控制裝置可控制所述照明系統(tǒng)，以提供脈沖重復(fù)頻率小于生產(chǎn)期間所用頻率的脈沖光束作為所述低強度的投影光束。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述控制裝置可控制所述照明系統(tǒng)中的可變衰減器，以產(chǎn)生所述強度降低的投影光束。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述強度降低的投影光束具有小于或等于所述正常強度的1％的強度。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述傳感器設(shè)于所述襯底臺上。
11.一種器件制造方法，包括步驟-采用凈化氣體在第一流率下初次凈化光束路徑中的被投影光束穿過的至少一部分；然后，-采用凈化氣體在高于所述第一流率的第二流率下二次凈化所述光束路徑中的被所述投影光束穿過的所述部分；其特征在于-在所述二次凈化的步驟期間沿著所述光束路徑來引導(dǎo)處于第一強度下的投影光束；-監(jiān)測光束路徑的至少所述部分的傳輸；和-僅在所述光束路徑的傳輸達到預(yù)定的標準之后，才沿著所述光束路徑來引導(dǎo)處于高于所述第一強度的第二強度下的投影光束，以曝光襯底的目標部分。
全文摘要
在使用157毫微米輻射的光刻裝置中，在已經(jīng)使用了低流量凈化模式之后，在低強度下激發(fā)投影光束，并監(jiān)測襯底表面處的強度。當(dāng)襯底表面處的強度表示光束路徑上的傳輸回到正常水平時，就確定可以安全地重新開始曝光。
文檔編號H01L21/027GK1612052SQ20041009053
公開日2005年5月4日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月30日
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