CN101866114A - 光刻装置和器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明光刻装置和器件制造方法。提供一种光刻装置，其中曝光通过穿过具有pH小于7的水溶液投影进行，溶液与待曝光的基底接触，水溶液有利的是一种抗反射外涂层溶液。

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投影装置(lithographic projectionapparatus)，所述光刻投影装置包括：
-一个辐射系统，所述辐射系统用于供应辐射的一个投影光束；
-一个支承结构，所述支承结构用于支承图案形成装置，图案形成装置用来按照所希望的图案给投影光束形成图案；
-一个基底台，所述基底台用于夹持一个基底；
-一个投影系统，所述投影系统用于将上述形成图案的光束投影到基底的一个目标部分上；及
-一个液体供应系统，所述液体供应系统用于以一种液体充填上述投影系统的终端元件和上述基底之间的空间。
背景技术
如此处所用的术语“图案形成装置”应广义地理解为涉及可用来使一个入射的辐射光束具有一经过形成图案的横截面的装置，上述经过形成图案的横截面相应于待在基底的一个目标部分中形成的图案；术语“光阀”也可以在本文中使用。一般，上述图案相应于在目标部分中形成一个器件中的特定功能层，如一个集成电路或其它器件(见下面)。这种图案形成装置的一些例子包括：
-一种掩模。掩模的概念在光刻术中是众所周知的，并且它包括若干掩模类型，如二元型、交替相移型、和衰减式相移型、及各种混合掩模型。这种掩模在辐射光束中的布局造成在掩模上成像的辐射按照掩模上的图案选择性透射(在一种透射式掩模情况下)或反射(在一种反射式掩模情况下)。在一种掩模情况下，支承结构一般是一种掩模台，上述掩模台保证可以将掩模夹持在入射的辐射光束中一个所希望的位置处，并且如果希望的话保证掩模可以相对于光束移动。
-一个可编程的镜面阵列。这种装置的一个例子是一种具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的基本原理是(例如)反射表面的经过寻址的区域将入射光反射成衍射光，而未经过寻址的区域将入射光反射成非衍射光。若用合适的滤光片，上述非衍射光可以从反射的光束中滤出，同时后面只留下衍射光；这样，光束变成按照矩阵可变址表面的寻址图案形成的图案。可编程镜面阵列的一个可供选择的实施例应用一种小镜面的矩阵排列，其中每个小镜面都可以通过加一合适的局部电场或者通过应用压电致动装置绕一轴线单独倾斜。另外，各镜面都是矩阵可寻址的，因此经过寻址的镜面将把一个入射的辐射光束朝不同方向反射到未经过寻址的镜面上；这样，反射光束按照矩阵可寻址镜面的寻址图案形成图案。所需的矩阵寻址可以用合适的电子装置实施。在上述两种情况下，图案形成装置可以包括一个或多个可编程的镜面阵列。有关如此处所涉及的镜面阵列的更多信息可以例如从美国专利US 5,296,891和US 5,523,193，及PCT专利申请WO 98/38597和WO98/33096中找到，上述专利都包括在本文中作为参考文献。在可编程镜面阵列情况下，上述支承结构可以例如作为一种框架或台实施，上述框架或台可以按照需要是固定式或是活动的。
-一个可编程的LCD(液晶显示)阵列。这种构造的一个例子在美国专利US 5,229,872中给出，该专利包括在本文中作为参考文献。如上所述，在这种情况下支承结构可以例如作为一种框架或台实施，上述框架或台可以按照需要是固定式或是活动的。
为了简化起见，本文的其余部分在某些地方可以特别针对包括一种掩模或掩模台的一些例子；然而，在这些情况下所讨论的一般原理应看成如上所述图案形成装置的更广义范围。
光刻投影装置可以例如在各种集成电路(ICs)制造中使用。在这种情况下，图案形成装置可以产生一个相应于一个单独IC层的电路图案，并且可以把这个图案成像到一个基底(硅片)上的目标部分(比如包括一个或多个模片)上，上述基底(硅片)已涂装有一层辐射敏感材料(抗蚀剂)。一般，一个晶片将含有若干相邻目标部分的整个网络，上述若干相邻的目标部分通过投影系统依次照射，一次照射一个目标部分。在目前通过一个掩模台上的掩模应用图案成形的装置中，可以在两种不同类型机器之间进行区别。在一种类型光刻投影装置中，每个目标部分通过将整个掩模图案一次曝光到目标部分上照射；这种装置通常称之为晶片分挡器。在一种可供选择的装置——通常称之为步进式扫描装置-中，每个目标部分都是通过在投影光束下朝一规定的基准方向(“扫描方向”)逐渐扫描掩模图案，而同时与这个方向平行或逆平行同步扫描基底台进行照射；因为一般投影系统具有一个放大因素M(一般＜1)，所以扫描基底台的速度V将是扫描掩模台速度的一个因素M倍。关于如这里所述的光刻装置的更多信息可以例如从US6,046,792中找到，上述专利包括在本文中作为参考文献。
在利用一种光刻投影装置的制造方法中，将一个图案(比如在一个掩模中)成像到一个基底上，上述基底至少部分地被一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖。在这个成像步骤之前，基底可以经受各种操作步骤，如涂底料，涂装抗蚀剂和一种软烘。在曝光之后，基底可以经受另一些操作步骤，如后曝光干燥(PEB)，显影，一种硬烘和成像特征的测量/检查。这一系列操作作为基础用来给一种器件如IC的各个层形成图案。这种经过形成图案的层然后可以经受各种加工，如腐蚀、离子植入(掺杂)、金属化、氧化、化学机械抛光等，都为了完成一个单独的层。如果需要几层，则整个操作步骤或它的一种变体，都必需对每个新的层进行重复。最后，在基底(晶片)上将存在一种若干器件的阵列。然后利用一种技术如切割和锯切使这些器件相互分开，自此可以把各器件安排在一个托架上，连接到销钉上等。关于这些加工的进一步信息可以例如从书“微型芯片制造：半导体加工实用指南”，第三版，Peter Van Zant，McGraw Hill Publishing Co，1997，ISBN 0-07-06 7 250-4，中得到，上述书包括在本文中作为参考文献。
为了简化起见，投影系统以后可以称之为“透镜”，然而，这个术语应该在广义上理解为包括各种类型投影系统，其中包括例如衍射光学系统反射光学系统、和反折射系统。辐射系统还可以包括按照用于导引、成形或控制辐射的投影光束的这些设计类型任一种操作的元件，并且这些元件也可以在下面集体地或单独地称之为一种“透镜”。另外，光刻装置可以是具有两个或多个基底台(和/或两个或多个掩模台)的一种类型。在这种“多级”装置中，各附加的台可以并联使用，或者可以在一个或多个台上实施准备步骤，而一个或多个另外的台用来曝光。双级光刻装置例如在US 5,969,441和WO 98/40791中已有介绍，它们都包括在本文中作为参考文献。
为了减小可以在基底上成像的正片尺寸，以前已经提出，将基底浸没于一种具有比较高折射指数的一种液体如水中。浸没液体通常充填投影透镜的终端元件和基底之间的空间，以便使在这个区域中曝光辐射具有一较短的波长。(液体的作用也可以认为是增加了系统的有效NA(数值孔径))。
然而，在一个液体浴中浸没基底或基底和基底台(见例如US 4,509,852，这里作为整体包括在本文中作为参考文献)意味着有大量液体在扫描曝光期间必需加速。这要求额外的或更强力的电机，并且液体中的扰动可能导致不希望有的和不可预料的效果。
对一种液体供应系统，所提出一些解决方案的其中之一是在投影系统的终端元件和基底之间的局部面积(基底一般具有比投影系统终端元件大的表面积)中提供液体。对这种情况的安排已经提出的一种方法已在WO 99/49504中公开，它作为整体包括在本文中作为参考文献。如图3和4中所示，液体通过至少一个出口OUT，优选的是沿着终端元件相对于基底移动的方向，供应到基底上，并在投影系统下通过之后通过至少一个入口I N除去。也就是说，当基底在元件下方朝一个-X方向扫描时，液体在元件的+X侧处供应和在-X侧处吸收。图3示出一种示意安排，其中液体通过出口OUT供应和在元件的另一侧通过入口IN吸收，上述入口IN连接到一个低压源上。在图3的示图中，液体沿着终端元件相对于基底的移动方向供应，不过情况不需要是这样。围绕终端元件定位的入口和出口的各种取向和数量都是可能的，一个例子在图4中示出，其中用一种围绕终端元件的规则图形提供4组一个入口和一个出口在无论哪一边上。
已经提出的另一个解决方案是提供带一个密封件的液体供应系统，上述密封件沿着投影系统的终端元件和基底台之间空间的至少一部分边界延伸。密封件基本上是在xy平面中相对于投影系统固定，并在密封件和基底的表面之间形成一种密封。优选地，上述密封是如一种气封的无接点的密封。
然而，在所有这些系统中，在曝光期间浸没基底导致化学上放大的光致抗蚀剂溶解，上述光致抗蚀剂通常在基底的表面处使用。这造成光致抗蚀剂上层中性能变差。另外，在性能变差后光致抗蚀剂的不均匀性质会引起在显影期间发生T型拔顶。显影剂能溶解在浸没期间未性能变差的光致光蚀剂下面区域，但在表面处性能变差的区域不能均匀地显影。这导致在显影区中形成不希望有的蕈形形状。
发明内容
本发明的目的是提供一种光刻投影装置，曝光在上述光刻投影装置中发生，而同时一种分基底表面被浸没，但上述光刻投影装置减少或避免了在那部分基底表面上存在的光致抗蚀剂性能变差。
这个目的和另一些目的按照本发明在如敞开段中所规定的一种光刻装置中达到，其特征在于：液体是一种具有pH小于7的水溶液。
浸没液体的酸性性质显著降低了性能变差的作用，上述性能变差作用在先有技术浸没式光刻系统情况下是一个问题。这是由于曝光结果所产生的光致酸在酸性水溶液中比它们在水或其它中性物质中显著地难溶。因此本发明的浸没液体减少了光致抗蚀剂表面层的溶解。T形拔顶也减少。
优选的浸没液体包括外涂层，例如抗反射外涂层。抗反射外涂层是酸性，并因此它加入浸没液体将产生所希望的低pH。使用外涂层还具有这样的优点，即当把基底从一个位置中取出，而在上述位置处一部分基底表面浸没在浸没液体中时，一个外涂层薄膜留在它的表面上。外涂层的存在保护基底表面免受因环境中化学药品而进一步性能变差的影响。尤其是基本上防止与胺类的反应，因此进一步减少了T形拔顶。因此，在浸没液体中采用一种抗反射外涂层溶液排除了除去大气中胺类的要求，曝光的基底安放在上述大气中。例如，木炭过滤器不再需要。
在本发明的一种优选特色中，液体供应系统包括液体除去装置，以便从基底表面除去液体，其中上述液体除去装置适合于在上述基底的表面上留下一层上述液体的薄膜。薄膜通常具有一个厚度大约为1μm或更少。本发明的这种情况还通过在敏感基底表面和大气之间提供一个阻挡层而防止沾污经过曝光的表面，上述阻挡层取浸没液体的形式。当浸没液体含有如上所述外涂层时，得到一些特殊的优点。
按照本发明另一种情况，提供了一种器件制造方法，上述器件制造方法包括以下步骤：
-提供一种基底，上述基底至少部分地被一层辐射敏感材料覆盖；
-利用一个辐射系统提供辐射的一个投影光束；
-利用图案形成装置来使投影光束在它的横截面中具有一个图案；
-将形成图案的辐射光束投影到辐射敏感涂料层的一个目标部分上；及
-提供液体以便充填基底和上述投影步骤中所用的一个投影系统一个终端元件之间的空间；其特征在于：上述液体是具有pH小于7的水溶液。
尽管在本文中可以特别参考在各种ICs的制造中使用按照本发明所述的装置，但应该清楚地理解，这种装置具有许多其它可能的应用。例如，它可以在集成光学系统的制造、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示板、薄膜磁头等之中应用。在经验的技术人员应该理解，在这些可供选择的应用范围内，术语“分划板”、“晶片”或“模片”在本文中的任何应用都应看成是分别被更一般的术语“掩模”、“基底”、和“目标部分”代替。
在本文件中，利用术语“辐射”和“光束”来包括所有类型的电磁辐射，其中包括紫外辐射(比如具有波长365，248，193，157或126nm)和EUV(远紫外辐射，比如具有一在5-20nm范围内的波长)，及粒子束如离子束或电子束。
附图说明
现在将参照所附示意图，仅是作为例子，说明本发明的一些优选实施例，其中：
图1示出按照本发明一个实施例所述的光刻投影装置；
图2示出按照本发明一个实施例所述的液体供应系统；
图3示出一种可供选择的液体供应系统；及
图4示出图3的液体供应系统各种入口和出口取向的一个例子。
在各图中，相应的标号表示相应的部件。
具体实施方式
实施例1
图1示意示出按照本发明一个特定实施例所述的光刻投影装置。所述装置包括：
·一个辐射系统Ex，IL，上述辐射系统Ex，IL用于供应辐射(比如DUV(深紫外)辐射)的一个投影光束PB，在这个特定情况下，辐射系统Ex，IL还包括一个辐射源LA；
·一个第一物体台(掩模台)MT，上述第一物体台MT装备有一个用于夹持掩模(比如分划板)的掩模夹持器，并连接到第一定位装置上，上述第一定位装置用于相对于对象PL精确定位掩模；
·一个第二物体台(基底台)WT，上述第二物体台WT装备有一个用于夹持基底(比如，一种涂装抗蚀剂的硅片)W的基底夹持器，并连接到第二定位装置上，上述第二定位装置用于相对于对象PL精确定位基底；
·一个投影系统(“透镜”)PL(比如，一个折射透镜系统)，上述投影系统PL用于将掩模MA经过照射的部分成像到基底W的一个目标部分C(比如，包括一个或多个模片)上。
如图所示，装置属于透射式(比如，具有一个透射掩模)。然而，一般，它也可以例如是一种反射式(比如具有一个反射掩模)。可供选择地，装置可以应用其它种类的图案形成装置，如象上面所涉及的一种可编程镜面阵列类型。
光源LA(比如一种准分子激光器)产生一个辐射束。这个辐射束直接地或是在横向穿过调节装置，例如，象一个光束扩张器Ex之后，送入一个照明系统(照明器)IL中。照明器IL可以包括调节装置AM，上述调节装置AM用于调整光束中亮度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称之为σ外部和σ-内部)。此外，它一般包括各种其它元件，如一个积分器IN和一个聚光器CO。这样，成像在掩模MA上的光束PB在它的横截面中具有所希望的均匀度和强度分布。
关于图1应该注意，光源LA可以是在光刻投影装置的外壳之内(当光源LA是例如一个汞灯时，情况通常就是这样)，但它们可以远离光刻投影装置，它产生辐射光束引入装置中(比如借助于合适的导向镜)；当光源LA是一种准分子激光器时，情况常常是这后一种情况。本发明和权利要求包括这两种情况。
光束PB随后截断夹持在掩模台MT上的掩模MA。当被掩模MA横移后，则光束PB通过透镜PL，上述透镜PL将光束PB聚焦到基底W的目标部分C上。借助于第二定位装置(及干涉测量装置IF)，基底台WT可以准确地移动，比如以便在光束路线PB中定位不同的目标部分C。同样，可以利用第一定位装置比如在从一掩模库中机械取出掩模MA之后，或者在扫描期间，相对于光束PB的路线给掩模MA准确定位。一般，物体台MT，WT的移动将借助于一个长冲程组件(粗定位)和一个短冲程组件(细定位)实现，上述长冲程组件和短冲程组件在图1中都未清楚地示出。然而，在晶片分挡器(与步进式扫描装置相反)情况下，掩模台MT可以刚好连接到一个短冲程起动器上，或者可以固定。
所示装置可以用两种不同的方式使用：
1.在步进方式中，掩模台MT保持基本上固定，而整个掩模图像是一次(亦即一次“闪光”)投影到一目标部分C上。然后使基底台WT朝x和/或y方向上移动，以便不同的目标部分C可以被光束PB照射。
2.在扫描方式中，除了一规定的目标部分C在一次“闪光”中不曝光之外，基本上应用同样的情况。相反，掩模台MT用一个速度v朝一规定的方向(所谓的“扫描方向”，比如y方向)活动，以便使投影光束PB在整个掩模图像上扫描；同时，基底台WT在一个速度V＝Mv下同时朝相同或相反方向上运动，其中M是透镜PL的放大倍数(通常，M＝1/4或1/5)。这样，可以曝光比较大的目标部分C，而不必牺牲分辨率。
图2示出在本发明的实施例中投影系统和基底载物台之间的液体容器10。液体容器10装满一种具有比较高折射指数的液体11，上述液体11通过入口/出口管道13提供。含有液体的液体源通常被提供，上述液体通过入口管道13充满容器。上述液体具有投影光束的辐射在液体中比在空气或真空中波长短的效果，同时能分辨更小的正片。众所周知，投影系统的分辨率限特别通过投影光束的波长和系统的数值孔径确定。液体的存在还可以被认为是增加有效数值孔径。而且，在固定的数值孔径下，液体对增加视野的深度有效。
图3和4示出本发明可供选择的实施例的液体供应系统。这种系统的详细情况上面已进一步作了说明。
本发明中所用的液体是一种具有pH于小7的水溶液，也就是说，液体是酸性的。合适的pH值是6.5或更低，例如6或更低，5或更低或甚至4或更低。均匀的液体是优选的，以便保证酸度在整个液体中存在，并因此基底整个可用的表面都与酸性溶液接触。液体当在投影光束所用的波长下照射时也就是稳定的。通常，液体当在一个或多个常用波长，例如193nm和248nm下照射时也应是稳定的。
加一种溶质可以影响水的透射系数和折射指数。因此溶质的浓度应保持合适的浓度范围，以便保证使在投影光束所用波长处的透射系数最大，并因此对折射指数的影响看起来最小。优选的是，液体在一个或多个常用波长例如193nm和248nm处具有一高透射系数。另外，该质浓度优选的是使水的折射指数不显著改变。溶质浓度可以随着所用溶质不同而改变。然而，合适溶液的例子具有水含量为至少90wt％，例如至少95wt％或至少99wt％。
在本发明的一个优选实施例中，液体是一种水性外涂层溶液，例如一种抗反射外涂层溶液。抗反射外涂层在该技术中是众所周知的，并且可以在市场上购买。一些例子包括抗反射外涂层溶液AZ AQUATAR和JSR NFC540，它们可以分别从Clariant(日本)，K.K和JSR得到。这些外涂层溶液通常包括大于90wt％的水。然而，为了改良透射系数，溶液通常进一步进行稀释。例如，溶液AZ AQUATAR-6优选的是按约1∶10(外涂层溶液∶水)的比例稀释。
一种抗反射外涂层溶液的有效配方的一种例子是氟代烷基磺酸(fluoroalkylsulfonic)。用作本发明浸没液体的一些合适液体包括含一种或多种氟代烷基磺酸的水溶液，上述一种或多种氟代烷基磺酸任选地与一种或多种氟代烷基磺酸盐在一起。
抗反射外泖层的酸性性质提供具有所希望酸度的液体，并因此降低了光致抗蚀剂的性能变差。因此一种抗反射外涂层溶液或一种氟代烷基磺酸适合作为本发明方法中用的一种液体的酸度调节剂。
供本发明用的一种液体供应系统是图2中所示的那种。容器10围绕投影系统的像场形成一种对基底的无接触式密封，以便限制液体充填基底表面和投影系统终端元件之间的空间。容器由一个密封件12形成，上述密封件12设置在下面并包围投影系统PL的终端元件。液体引入投影系统下面的空间和密封件12内。密封件12在投影系统终端元件上方延伸一点儿，并且液位升高到终端元件的上方，以便提供一种液体缓冲剂。密封件12具有一个内周边，上述内周边在上端处严格地与投影系统台阶或其终端元件一致，并且可以比如是圆形。在底部处，内周边严格地与像场的形状，比如矩形一致，不过情况不需要这样。
液体在容器中被密封件12的底部和基底W的表面之间的一种气体密封16限制。气体密封通过气体，比如空气或合成空气，但优选的是N2或其它惰性气体形成，上述气体在压力下通过入口15提供给密封件12和基底之间的间隙，并通过出口14排出。气体入口15上的过压，出口14上的真空程度及间隙的几何形状如此安排，以便有一个限定液体的向内高速气流。
气体出口系统还可以用来除去系统中的液体，因此同时起一种液体排除装置的作用。这可以通过降低入口压力和让液体通过真空系统抽出，及用气体形成密封达到，上述真空系统可以很容易安排，以便处理液体。这样，可以在曝光之后利用气体出口系统来除去基底表面中过量的水。将基底W从系统中取出，并且，当基底通过气体出口14时，液体通过真空系统除去。有利的是，气体出口系统适合于在基底的表面上留下一个液体膜。这个膜应该很薄，例如大约1μm或更少，或者60nm或更少。优选的是提供控制装置，以便例如通过控制在气体出口14处所加的真空，来控制留在基底表面上的薄膜厚度。
本发明一个可供选择的实施例应用图3和4中所示的液体供应系统。在这个实施例中，至少一个入口IN通常起除去液体装置的作用。因此，当基底从系统中取出时，至少一个入口IN吸收留在基底表面上的任何过量液体。如果希望的话，一个或多个入口可以适合于在基底的表面上留下一层液体膜。这个薄膜应该很薄，例如大约1μm或更少，或者60nm或更少。可以提供控制装置，例如通过控制连接到一个或多个入口IN上的真空或低压源，来控制留在基底表面上的薄膜厚度。
尽管理想情况是在基底表面上留下一层薄膜，但当进行曝光或者已经曝光时，不需要液体留在一个对准的掩模或系统的表面上。因此，在曝光之后需要(例如通过增加真空)除去对准的掩模或系统表面中所有的液体时，可以采用提供控制装置，以便控制薄膜的厚度。
尽管上面已经说明了本发明的一些特定实施例，但应该理解，本发明可以不象如上所述那样实施。说明不打算限制本发明。

Claims (9)

1.一种光刻投影装置，包括：
用于提供投影辐射光束的辐射系统；
用于支承图案形成装置的支承结构，图案形成装置用来按照所希望的图案使投影辐射光束形成图案；
用于夹持基底的基底台；
用于将形成图案的辐射光束投影到基底的目标部分上的投影系统；及
用于以液体充填所述投影系统的终端元件和所述基底之间的空间的液体供应系统，其特征在于：
所述液体是一种具有小于6.5的pH值的水溶液。
2.按照权利要求1所述的光刻投影装置，其中所述液体具有6或以下的pH值。
3.按照权利要求1所述的光刻投影装置，其中所述液体具有5或以下的pH值。
4.按照权利要求1所述的光刻投影装置，其中，所述形成图案的辐射光束具有193nm或248nm的波长。
5.按照权利要求1所述的光刻投影装置，其中，所述液体包括至少99％重量百分比的水。
6.一种器件制造方法，包括以下步骤：
提供至少部分被辐射敏感材料层覆盖的基底；
利用辐射系统提供投影辐射光束；
利用图案形成装置在投影辐射光束的横截面上赋予图案；
将形成图案的辐射光束投影到辐射敏感材料层的目标部分上；以及
提供液体以充填在所述投影步骤中所使用的投影系统的终端元件和所述基底之间的空间，其特征在于：
所述液体是一种具有小于6.5的pH值的水溶液。
7.根据权利要求6所述的器件制造方法，其中，所述形成图案的辐射光束具有193nm或248nm的波长。
8.根据权利要求6所述的器件制造方法，其中，
所述液体具有6或以下的pH值；
所述液体包括至少99％重量百分比的水；以及
所述形成图案的辐射光束具有193nm的波长。
9.一种器件制造方法，包括以下步骤：
向浸没液体中添加抗反射外涂层形成酸化浸没液体；
利用液体供应系统向投影系统和基底之间的空间供给酸化浸没液体，以填充基底和投影系统的终端元件之间的空间；以及
穿过投影系统和酸化浸没液体投射形成图案的辐射光束到基底的目标部分上以对该目标部分进行曝光；
其中，所述液体供应系统包括：
沿着投影系统的终端元件和基底台之间的空间的至少一部分边界延伸的密封件，所述密封件相对于投影系统固定；以及
用于在所述密封件和所述基底的表面之间形成气体密封的气体密封件；
所述液体是具有小于7的pH值的水溶液。
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