CN1530749A - 光刻设备,器件制造方法和由此制造的器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于光刻投影设备中的洛伦兹致动器。本发明通过采用由高热导性材料制成的分隔层分隔开的多个线圈而对现有技术的洛伦兹致动器的热性能予以改善，所述分隔层与冷却元件很好地热接触。以这种方式，热量从线圈中心附近的热点区域迅速流到冷却元件。根据本发明的另一方面，冷却元件被设置成与分隔层对齐，以便使这两个元件之间的热连接最佳。已经发现，将母线圈分成两个线圈可以提供改善的热性能于不想要的体积和复杂性增加之间的实用的平衡。
Description
技术领域
本发明涉及光刻投影设备，它包括：
辐射系统，用于提供辐射投影光束；
用于支撑构图装置的支撑结构，所述构图装置用于根据所需图案将投影光束图案化；
用于保持基底的基底台；
用于将带图案的光束投影到基底的目标部分上的投影系统；
洛伦兹致动器，它包括与至少一个冷却元件热接触的线圈装置。
背景技术
这里使用的术语“构图装置”应广义地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的装置，其中所述图案与要在基底的目标部分上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在目标部分中形成的器件如集成电路或者其它器件的特定功能层相对应(如下文)。这种构图装置的示例包括：
■掩模。掩模的概念在光刻中是公知的，它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性地被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射辐射束中的所需位置，并且如果需要该台会相对光束移动。
■可编程反射镜阵列。这种装置的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种设备的基本原理是(例如)反射表面的已寻址区域将入射光反射为衍射光，而未寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中滤除所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的定址图案而产生图案。可编程反射镜阵列的另一实施例利用微小反射镜的矩阵排列，通过使用适当的局部电场，或者通过使用压电致动器装置，使得每个反射镜能够独立地关于一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，由此已寻址反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到未寻址反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的定址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵定址。在上述两种情况中，构图装置可包括一个或者多个可编程反射镜阵列。关于如这里提到的反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891、美国专利US5,523,193、PCT专利申请WO 98/38597和WO 98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在可编程反射镜阵列的情况中，所述支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
■可编程LCD阵列，例如由美国专利US 5,229,872给出的这种结构，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩模和掩模台为例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图装置。
光刻投影设备可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图装置可产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅晶片)的目标部分上(例如包括一个或者多个管芯(die))。一般的，单一的晶片将包含相邻目标部分的整个网格，该相邻目标部分由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的设备中，有两种不同类型的机器。一类光刻投影设备是，通过将全部掩模图案一次曝光在目标部分上而辐射每一目标部分；这种设备通常称作晶片步进器。另一种设备(通常称作步进-扫描设备)通过在投影光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)逐渐扫描掩模图案并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底台来辐射每一目标部分；因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。关于如这里描述的光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6,046,792中获得，该文献这里作为参考引入。
在采用光刻投影设备的制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底进行各种处理，如打底，涂敷抗蚀剂和弱烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如曝光后烘烤(PEB)，显影，强烘烤和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单层形成图案。对这种带图案的层然后可进行任何不同的处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学-机械抛光等完成一单层所需的所有处理。如果需要多层，那么对每一新层重复全部步骤或者其变化。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切割或者锯割技术将这些器件彼此分开，单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些处理的进一步信息可从例如Peter van Zant的
“微 芯片制造：半导体加工实践入门(Microchip Fabrication：A Practical Guide toSemiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill PublishingCo.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。
为了简单起见，投影系统在下文称为“镜头”；可是，该术语应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统。照射系统还可以包括根据这些设计类型中任一设计的操作部件，该操作部件用于引导、成形或者控制辐射投影光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。另外，光刻设备可以具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多级式”器件中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。例如在美国专利US5,969,441和WO98/40791中描述的二级光刻设备，这里作为参考引入。
在该领域常用的致动器是洛伦兹致动器。在这种装置中，从将电流通过适当布置的线圈相关的磁场得到致动力。通常希望这类致动器尽可能小并且功率大。为增加洛伦兹致动器的功率和/或减小其尺寸，必须增加线圈中的电流密度。然而，增加电流密度会导致放出的热量增加，这是不希望的，因为高的工作温度会减小部件的使用寿命并会干扰附近的热敏感部件。
已知的洛伦兹致动器结构是通过连接到线圈的散热板冷却的，有水通过散热板循环。简单地增加冷却剂的流量仍然会使线圈体内的温度存在不希望有的变化。
发明内容
本发明的一个目的是提供一具有改善的热性能的洛伦兹致动器。
该目的以及其它目的根据本发明是以开始段落中所述的光刻设备来实现的，其特征在于，所述线圈装置包括：
多个由一个或多个由高热导性材料制成的分隔层彼此分开的多个线圈，所述分隔层被设置成与所述冷却元件很好地热接触。
通过采用多个线圈而不是单个线圈，可以减小平均的线圈横截面。热点温度取决于从线圈传导到分隔层和冷却元件中的热量的速率。将母线圈分成小的线圈具有增加接触面积的效果，并且减小了线圈与分隔层/冷却元件之间的空间间隔。其结果是将热量更快速地从线圈传导走的更有效的热连接，从而有助于降低热点温度。
在本发明的一个优选实施例中，提供一种光刻投影设备，其中分隔层平行于线圈装置平面，并且冷却元件位于其径向外侧。
在另一优选实施例中，提供一种光刻投影设备，其中所述高热导性材料制成的分隔层垂直于所述线圈装置的平面，并且所述冷却元件位于所述线圈装置的轴向上方或下方。
在本发明的又一优选实施例中，提供一种光刻投影设备，其中所述分隔层包括平行于所述线圈装置平面的第一层和垂直于所述线圈装置平面的第二层，并且所述冷却元件包括位于所述线圈装置的径向外侧的第一元件和位于所述线圈装置的轴向上方或下方的第二元件。
在本发明的另一优选实施例中，冷却元件是板，板中形成有冷却剂通道，冷却剂流体通过所述冷却剂通道循环。所述冷却通道可以具有大致圆形或大致矩形的横截面。
在本发明的另一优选实施例中，所述分隔层设有冷却通道，冷却剂流体通过所述冷却通道循环。所述冷却通道可以具有大致圆形或大致矩形的横截面。
上述实施例确保最短的分隔层与冷却元件之间的通路，因而也就确保最低的热阻。该特征通过确保分隔层处于尽可能最低的温度而有助于确保热量有效地从线圈传导走。
虽然通过采用多个线圈使洛伦兹致动器的热性能得到改善，但对最佳数量的选择存在实际的限制。首先，嵌在单个线圈之间的分隔层会不利地增加线圈装置的体积。第二，所需的电连接的复杂性会随着线圈的数量而增加，同样制造成本也增加。已经发现，对于许多目的，采用两个线圈可以实现最佳的平衡。
根据本发明的另一个方面，提供一种器件制造方法，该方法包括下述步骤：
提供至少部分由一层辐射敏感材料覆盖的基底；
利用辐射系统提供辐射投影束；
利用构图装置使投影光束的横截面具有图案；
将带图案的辐射束投影到辐射敏感材料层的目标部分上；
使洛伦兹致动器工作，洛伦兹致动器包括与至少一个冷却元件热接触的线圈装置，其特征在于，所述线圈装置包括：
由一个或多个由高热导性材料制成的分隔层彼此分隔开的多个线圈，所述分隔层被设置成与所述冷却元件很好地热接触。
在本申请中，本发明的设备具体用于制造IC，但是应该明确理解这些设备可能具有其它应用。例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示板、薄膜磁头等等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，在说明书中任何术语“分划板”，“晶片”或者“管芯”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩模”，“基底”和“目标部分”代替。
在本文件中，使用的术语“辐射”和“投影光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm的波长范围)。
附图说明
下面结合示意性的附图以举例方式对本发明的实施例进行说明，其中：
图1示出按照本发明的实施例的光刻投影设备；
图2示出按照现有技术的洛伦兹致动器的线圈装置；
图3示出按照本发明的一个优选实施例的洛伦兹致动器的线圈装置；
图4示出按照本发明的另一个优选实施例的洛伦兹致动器的线圈装置；
图5示出按照本发明的一个优选实施例的包括两个散热板的洛伦兹致动器的线圈装置；
图6示出按照本发明的洛伦兹致动器的线圈装置，其中分隔层也包括冷却通道；
图7示出按照本发明包括由四个散热板分隔的三个线圈的洛伦兹致动器的线圈装置。
在附图中，相应的标号表示相应的部分。
具体实施方式
图1示意性示出一按照本发明的一个具体实施例的光刻投影设备。该设备包括：
辐射系统Ex，IL，用于提供辐射投影光束PB(例如DUV辐射)。在这种具体的情况下，辐射系统还包括辐射源LA；
第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如分划板)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置连接；
第二目标台(基底台)WT，设有用于保持基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置连接；
投影系统(“镜头”)PL，用于将掩模MA的受辐射部分成像在基底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上。
如这里指出的，该设备属于透射型(例如具有透射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如反射型(例如具有反射掩模)。另外，该设备可以利用其它种类的构图装置，如上述涉及的可编程反射镜阵列型。
辐射源LA(例如准分子激光器)产生辐射光束。该光束直接或在横穿过如扩束器Ex等调节装置后，馈送到照射系统(照射器)IL中。照射器IL包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面具有所需的均匀度和强度分布。
应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投影设备的壳体中(例如当辐射源LA是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投影设备，其产生的辐射光束被(例如通过合适的定向反射镜的帮助)引导至该设备中；当光源LA是准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求包含这两种方案。
光束PB然后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。横向穿过掩模MA后，光束PB通过镜头PL，该镜头将光束PB聚焦在基底W的目标部分C上。在第二定位装置PW(和干涉测量装置IF)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB的光路中定位不同的目标部分C。类似的，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，用图1中未明确显示的长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。可是，在晶片步进器中(与步进-扫描装置相反)，掩模台MT可只与短冲程致动装置连接，或者固定。
所示的设备可以按照二种不同模式使用：
1.在步进模式中，掩模台MT基本保持不动，整个掩模图像被一次投影(即单“闪”)到目标部分C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的目标部分C能够由光束PB照射；
2.在扫描模式中，基本为相同的情况，但是给定的目标部分C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向”，例如Y方向)以速度v移动，以使投影光束PB在掩模图像上扫描；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相当大的目标部分C，而没有牺牲分辨率。
一洛伦兹致动器依靠磁场来施加致动力，该致动力通常是通过使电流通过一线圈装置而产生的。图2、3各是用于洛伦兹致动器的线圈装置1被通过线圈直径的竖直面所截的截面图。由于线圈3、5具有有限的电阻，必然会发热，并且如果要使线圈不过热，需要有效地将热传导走。
图2表示现有技术的线圈装置1。这里，单个线圈3被设置成与高热导性的冷却元件接触。对于竖直的磁场，线圈3中的电流在图的右侧指向纸面内，而在图的左侧指向纸面外。当线圈3的温度升高时，热流出线圈3，进入冷却元件。冷却元件例如包括冷却元件板2，冷却元件板2又是被延伸通过冷却元件板2的冷却通道4的网络冷却的，冷却剂例如水在冷却通道4内循环。这种装置的问题是线圈3的中心和冷却元件之间的热接触较差，随着时间经过会导致损坏线圈装置1的热点产生或以热方式干扰附近的热敏感部件。
根据图3和4所示的本发明的一个方面，通过将母线圈分成若干更小的线圈5可以大大改善这种情况，每个较小的线圈5由一高热导性材料构成的分隔层6隔开，分隔层6被设置成与至少一个冷却元件很好地热接触。分隔层6紧靠每个热点的中心不仅为冷却元件提供了低的热阻路径，而且提供了高的温度梯度，它们都有利于热量快速从线圈5流走。
根据本发明的另一个方面，可以通过将分隔层6与冷却元件彼此对齐地定位而改善分隔层6与冷却元件之间的热接触。当采用如图3所示的构型时，两个相同的线圈5的位置彼此相邻，且一分隔层6沿径向放置，此时最好将冷却元件设置在线圈5的径向外侧，与分隔层6相对齐，如图所示。
或者，当采用如图4所示的构型时，不同半径的共平面线圈3中的一个位于另一个之内，且分隔层6垂直于线圈5的平面放置，此时最好是使冷却通道与分隔层6对齐地位于线圈5的上方或下方，如图所示。
对于上述两种结构中的每个，可以改变散热板2内冷却通道4的数量。较大数量的冷却通道2通常会提供较强的冷却。在任一情况下，冷却通道4通常代表冷却元件的最冷部分，因而最好尽可能与分隔层6对齐。冷却通道4的横截面可以是大致圆形的或大致矩形的，每种形状对于制造和布置的容易性来说都有一定优点。当采用上述两种构型的组合时，需要冷却通道4和冷却元件的更复杂的布置，以使它们分别尽可能与分隔层6对齐。
如图5所示的可选布置包括由两个散热板2包围的两个线圈5的线圈装置，这种可选的布置设有冷却通道4。在两线圈之间设有分隔层6。通过由高热导性的材料制成的元件7，在散热板与分隔层之间提供热接触。应注意，这些元件也可以设有冷却通道。
在另一实施例中，分隔层6还设有冷却通道4，如图6所示。所示的线圈装置包括由两个散热板包围的两个线圈5。在这种装置中，不一定要将散热板连接在线圈组件的外侧，以及使内部的分隔层设有冷却通道。图6所示的装置可以进一步扩展成线圈数量大于2的线圈装置。图7示出的线圈装置包括4个散热板2包围三个线圈5的线圈装置。分隔层(或散热板)的数量可以由应用的热需求，即线圈的散热量和和可以允许的最大线圈温度，来确定。
虽然上面已对本发明的几个具体实施例进行了说明，但应清楚，本发明可以与上述不同的方式来实施。上述说明不是用于限定本发明。
Claims (10)
1.一种光刻投影设备，包括：
用于提供辐射投影光束的辐射系统；
用于支撑构图装置的支撑结构，构图装置用于根据所需图案将投影光束图案化；
用于将带图案的光束投影到衬底的目标部分上的投影系统；
一洛伦兹致动器，包括与至少一个冷却元件热接触的线圈装置，
其特征在于，所述线圈装置包括：
由一个或多个由高热导性材料制成的分隔层彼此分隔开的多个线圈，分隔层被设置成与所述冷却元件很好地热接触。
2.如权利要求1所述的光刻投影设备，其特征在于，所述分隔层平行于所述线圈装置平面，并且所述冷却元件位于所述线圈装置的径向外侧。
3.如权利要求1所述的光刻投影设备，其特征在于，所述分隔层垂直于所述线圈装置的平面，并且所述冷却元件位于所述线圈装置的轴向上方和/或下方。
4.如权利要求1所述的光刻投影设备，其特征在于，其中所述分隔层包括平行于所述线圈装置平面的第一层和垂直于所述线圈装置平面的第二层，并且所述冷却元件包括位于所述线圈装置的径向外侧第一元件和位于所述线圈装置的轴向上方或下方的第二元件。
5.如前述权利要求任一项所述的光刻投影设备，其特征在于，所述冷却元件和/或所述分隔层是由钢制成的。
6.如前述权利要求任一项所述的光刻投影设备，其特征在于，所述冷却元件和/或所述分隔层是由陶瓷制成的。
7.如前述权利要求任一项所述的光刻投影设备，其特征在于，所述冷却元件是包括冷却通道的板，从而冷却剂可以通过所述冷却通道循环。
8.如权利要求7所述的光刻投影设备，其特征在于，所述冷却通道具有大致圆形或矩形的横截面。
9.如前述权利要求任一项所述的光刻投影设备，其特征在于，所述分隔层包括冷却通道，从而冷却剂流体可以通过所述冷却通道循环。
10.一种器件制造方法，包括下述步骤：
提供至少部分由一层辐射敏感材料覆盖的基底；
利用辐射系统提供辐射投影束；
利用构图装置使投影光束的横截面具有图案；
将带图案的辐射束投影到辐射敏感材料层的目标部分上；
使洛伦兹致动器工作，洛伦兹致动器包括与至少一个冷却元件热接触的线圈装置，其特征在于，所述线圈装置包括：
由一个或多个由高热导性材料制成的分隔层彼此分隔开的多个线圈，所述分隔层被设置成与所述冷却元件很好地热接触。
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