CN1826559A - 用于监视和控制在沉浸光刻系统中成像的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种监视沉浸光刻系统(10)的方法，其中，晶片(12)可以被浸入液体沉浸介质(22)中，用于通过曝光图案进行曝光。该方法对沉浸介质中杂质的存在进行检测，以便由此确定该沉浸介质是否处于可接受使用曝光图案来曝光晶片的状态。用于沉浸光刻系统的监视和控制系统(26)也被公开。

Description

用于监视和控制在沉浸光刻系统中成像的方法和设备
技术领域
本发明一般涉及集成电路制造的领域，更特别的是，涉及用于通过沉浸光刻(immersion lithography)监视和/或控制晶片成像的方法和设备。
背景技术
晶片上的多种集成电路(IC)结构的形成经常依赖光刻过程，其有时也被称为光刻蚀法(photolithography)。例如，通过使光能经过具有把所需的图案成像到光阻(PR)层的布置的掩模(mask)(或中间掩模(reticle))，能够从PR层形成图案。结果，图案被传递到PR层。在PR被充分曝光并且在显影周期(development cycle)过后的区域内，PR材料能够变成可溶解的，使其能够被除去，以便选择性地对在下层(underlying layer)(例如半导体层、金属层或含金属层(metal containinglayer)、绝缘层等)进行曝光。不曝光至阀值数量的光能的部分PR层将不被除去，并用作保护下层。然后，下层被曝光的部分能够被蚀刻(例如，通过使用化学的湿式蚀刻或干式反应离子蚀刻(dry reactive ionetch)(RIE))，使得从PR层形成的图案被传递到下层。可选的，PR层可被用于阻挡掺杂物注入下层受保护的部分，或用于阻止(retard)下层的受保护部分的反应。此后，PR层的剩余部分能够被除去。
在IC制作技术中存在一种普遍的趋势，即，对多种结构被布置所使用的密度进行增大。结果，存在相应的增大光刻系统的分辨(resolution)能力的需要。对于传统的光学光刻而言，一个有前途的选项是被称为沉浸光刻的新一代光刻技术。在沉浸光刻中，通过光刻系统要被成像的晶片被放置在液体介质中，带有图案的光传输经过液体介质。沉浸介质(immersion medium)代替传统上存在于传统的干式光刻成像系统的最后的透镜和晶片之间的空气间隙。
不过，实施沉浸光刻的尝试遭遇到了很多挑战。例如，存在于沉浸介质中的杂质(或多个杂质)能够对入射到晶片上的曝光图案的质量产生不利的影响。
因此，在该技术中存在这种需求，即，改进的沉浸光刻系统和使用沉浸光刻系统控制成像的相关方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，本发明涉及沉浸光刻系统的监视方法。该方法可包括把要被曝光的晶片浸入液体沉浸介质；引导激光束通过曝光图案被配置穿过的沉浸介质的容积；并确定超过预定阀值的激光束的一部分是否变成发散的，由此表明在所穿过的容积中杂质是存在的，并且沉浸介质处于无法接受使用曝光图案来曝光晶片的状态。
根据本发明的另一个方面，本发明涉及用于沉浸光刻系统的监视和控制系统。该沉浸光刻系统可以包括例如腔体和成像系统，腔体用于接收要被曝光的晶片，并把晶片浸入到沉浸介质中，成像系统用于把曝光图案导向晶片并通过沉浸介质。监视和控制系统包括沉浸介质监视子系统，其包括用于引导激光束通过曝光图案被配置穿过的沉浸介质的容积的激光器；以及检测器组件，其用于在激光束离开所穿过的容积后对其进行接收，并用于输出信号，该信号包含沉浸介质中存在或不存在杂质的指示性信息；以及控制器，该控制器对信号进行接收和分析，以确定沉浸介质是否处于可接受使用曝光图案来曝光晶片的状态。
附图说明
参考下面的描述和附图，本发明的这些特征和其他特征将是显而易见的，其中：
图1是示例性集成电路处理布置的示意性框图；以及
图2是用于示例性集成电路处理布置的沉浸介质监视和控制组件的示意性框图。
具体实施方式
在下面详细的描述中，一些相应的组件被赋予相同的附图标记，而无论它们是否在本发明的不同实施例中被示出。为了以清楚和简明的方式对本发明进行说明，附图可以不必按比例，并且某些特征可以用示意性的形式被示出。
这里的描述以制作具有形成于其上的集成电路(IC)的晶片的示例性内容被给出。示例ICs包括由数千或数百万个晶体管、闪存阵列或任何其他专用电路制成的通用微处理器。不过，本领域技术人员将能理解，这里描述的方法和设备也能应用于利用光刻进行制造的任何物品，例如微型机械、磁盘驱动器磁头、基因芯片、微电子机械系统(MEMS)等的制作中。
这里描述的设备和方法能够提供给用于沉浸光刻的关键参数的实时检测。也就是，杂质(或多个杂质)存在或不存在能够得到监视，以确定对于曝光晶片而言，条件是否是有利的。例如，杂质可以包括例如悬浮在沉浸介质24中的微粒。示例微粒包括、但不限于灰尘、污染物、零落的光阻块等。杂质还可以包括气泡，例如陷入沉浸介质24的空气泡或其他气体泡。杂质还可以是带有粘附于其上的气泡的微粒。即使非常小的杂质也能干扰沉浸光刻过程。因此，这里描述的检测设备能够被构造成对沉浸介质中具有大约50nm到大约数微米尺寸的杂质进行检测。
参考图1，其示出了包括沉浸光刻系统10的示例性IC处理布置的示意性框图，沉浸光刻系统10用于把图案成像到晶片12或晶片12的区域上。例如，系统10可以是分步重复(step-and-repeat)曝光系统或分步扫描(step-and-scan)曝光系统，但不限于这些示例系统。系统10可以包括用于把光能16导向掩模18(有时被称为中间掩模)的光源14。光能16可以具有例如深紫外(DUV)波长(例如，大约248nm或大约193nm)或真空紫外(VUV)波长(例如，大约157nm)。
掩模18选择性地阻挡光能16，使得由掩模18限定的光能图案16’向晶片12传递。例如分步器(stepper)组件或扫描器组件的成像子系统20继续把通过掩模18传输的能量图案16’导向晶片12上一系列所需的位置。成像子系统20可以包括一系列透镜和/或反射镜，用于对光能16’进行调整，并把其以成像(或曝光)光能图案22的形式导向晶片12。
成像图案22(或曝光图案)由成像子系统20传输通过具有相对高的折射率(例如，大于1的折射率)的沉浸液或沉浸介质24。沉浸介质24可以是液体。在一个例子中，净化的脱离子水(purified de-ionizedwater)可以与193nm光源14(例如，氩氟(ArF)激光器)相结合进行使用。在另一个例子中，聚氟化醚(polyfluoroether)可以与157nm光源14相结合进行使用。
另外，参考图2，其示出的是用于示例性IC处理布置10的沉浸介质监视和控制组件26的示意性框图。就象由本领域普通技术人员所能理解的那样，在沉浸介质24中杂质28的存在能够对由成像子系统20输出并入射到晶片12上的成像图案22产生有害的影响。例如，一个或多个杂质28的存在能够导致被制作在晶片12上的集成电路中的缺陷。
不受到理论的限制，杂质28存在的原因可以是多方面的。例如，沉浸介质24中的湍流(turbulence)可能导致气泡形成和/或沉浸在沉浸介质24中。湍流的一个来源可能是晶片12可以安装在其上并相对于成像子系统20移动的平台(未示出)的运动。例如，晶片12可以被曝光，然后被移动大约30mm，到达新的位置并被停止，用于第二次曝光等。晶片运动速度可以是大约250mm/秒到大约500mm/秒。这种运动可能对沉浸介质24的性质产生可能导致杂质存在的湍流或其他变化。此外，可以预计，沉浸介质24可能被有目的地置于运动中(例如，在晶片12上的流动图案(flow pattern)中)或经受水的压力。在曝光期间，在光阻中可能产生气体。这些气体在沉浸液中能够溶解，最终导致气泡形成。还可以预计，杂质28可能被携带在晶片上并被带入沉浸介质24中，而杂质28离开晶片12并开始“漂浮”在沉浸介质24中。
因此人们希望，为了杂质28的存在而对沉浸介质24进行监视，并控制沉浸介质24，使杂质28的存在被检测到。因此，组件26可以包括例如编程用于控制IC处理布置10的计算机的控制器30，以及沉浸介质控制子系统32。控制器10能够接收输入信号或来自沉浸介质监视子系统34的信号。
正如所指出的，成像子系统20可以包括输出透镜36或其他最后的光学结构。包括透镜36的成像子系统20的至少一部分能够进入包含沉浸介质24和晶片12的腔体38。透镜36将与沉浸介质24密切接触，使得由透镜36输出的成像图案22经过沉浸介质24进行投影，并入射到被布置或浸入在沉浸介质24内的晶片12的至少一部分上。
成像图案22的曝光域中的沉浸介质24的容积(例如，成像图案22穿越经过的沉浸介质24的一部分的容积)在这里将被称为穿越的容积(traversed volume)40。在一个实施例中，透镜36可以被布置在晶片12上方大约1mm。不过，透镜36和晶片12之间的距离可以根据照明波长、沉浸介质24、特殊的处理布置10、在晶片12上被制作的器件、所使用的特定的光阻等而有所不同。在某些布置中，穿越的容积可以是大约25mm宽和10mm长，虽然这些参数可能变化很大。
监视子系统34包括用于监视沉浸介质24或沉浸介质24的一部分，例如沉浸介质24的穿越的容积40部分的设备，用于杂质28的存在。监视子系统34可以包括例如激光束源42和检测器组件44。检测器组件44可以使用例如光电倍增管进行实施。在一个实施例中，由激光器42产生的光束46的直径是数百微米。因此，由一个或多个激光器42产生的多光束46能够被用于贯穿穿越的容积40的整个容积对沉浸介质24同时进行监视。如果需要，可以增加其他的检测器组件44。为了简便起见，仅与一束光46相关的监视被示出并描述。不过，对于本领域普通技术人员而言，实施多光束系统应是显而易见的。在一个可选实施例中，可以经过穿越的容积40对一个或多个光束46进行扫描，以便贯穿穿越的容积40对沉浸介质24进行监视。
激光器42应该被选择用于产生输出波长，以避免布置在晶片12上的光阻的活化(activation)。例如，波长应该在大约300nm或300nm以上(例如，在可视频谱中)，但这个参数可以根据所使用的光阻的性质而改变。在一个实施例中，可以使用氦氖(HeNe)激光器。
腔体36可以包括入口窗48和出口窗50，由激光器42产生的光束46经过入口窗48进入腔体38，该光束经过出口窗50离开腔体38。窗48、50对由激光器40产生的光束46的波长应该是能透射的，并可以包括防反射的涂层或用于促进光束46传输的其他机构。
如果光束46不遇到杂质28，光束46将基本上直接通过沉浸介质24。结果，光束46将入射到检测器组件44上，处在可预料的位置中和/或具有可预料的强度。通过检测器组件44能够产生和输出可表示光束46的位置和/或强度的信号。通过检测器组件44输出的信号可以被控制器30接收。在一个实施例中，控制器30被编程，用于分析从检测器组件44所接收的信号。如果控制器30确定光束46没有遇到杂质28，则能够得出结论，即，存在对晶片12进行曝光的有利条件。因此，可以对控制器30进行编程，用于向处理布置10发送控制命令，以便曝光晶片12。
在光束46的确遇到杂质28的情况下，光束46的大部分可能直接通过沉浸介质24并入射到检测器44上。不过，在某些情况下，入射到检测器组件44上的光束将是变小的光束46’(例如，具有不同于所需的位置和/或具有小于所需的强度)。
同样，当杂质28存在时，光束46的一部分可能变成散射的，以形成散射光部分52。检测器组件44可以被配置成对散射光部分52和/或变小的光束46’进行检测。在散射光部分52和/或变小的光束46’的检测的基础上，检测器组件44可以被配置成产生包含信息的信号，该信息表明杂质28干扰了光束46。该信息可以包括关于被检测的散射光部分50的位置和强度和/或变小的光束46’的位置和强度的数据。
该信号能够被控制器30接收，然后控制器30被编程用于处理信号。在一个例子中，控制器30能够确定散射光部分52是否包含低于阀值数量(例如，表明杂质28存在)或高于阀值数量(例如，表明杂质28不存在)的光量。在另一个例子中，杂质28存在或不存在可以通过把涉及入射到检测器组件44上的光束46或变小的光束46’的信息(例如，位置和/或强度值)与所需的结果进行比较而被确定。仍在另一个例子中，来自散射光部分52和/或光束46(或变小的光束46’)的信息的结合可以被用于对杂质28的存在或不存在进行监视。
由控制器30进行处理与在至少穿过的容积40内识别杂质28应该是一致的，由于沉浸介质24内的条件可能不利于获得晶片12的令人满意的曝光，所以可以对控制器30进行编程，用于推迟晶片12的曝光。
如所表明的，多光束可以用于在穿过的容积40的多个位置处，如果不是所有的穿过的容积40，对杂质28(或多个杂质)的存在进行监视。可选的，一个或多个光束可以越过穿过的容积40进行扫描，用于在穿过的容积40的多个位置处，如果不是所有的穿过的容积38，对杂质28(或多个杂质)的存在进行监视。在这些实施例中，检测器组件44(或多个组件)可以被配置成用于为控制器30产生合成信号或多个信号。
在一个实施例中，通过检测器组件的光的测量或来自监视子系统34的原始数据能够以输入信号或多个输入信号的形式从检测器组件44传输到控制器30，其中，杂质28的检测能够由监视子系统34确定。控制器30可以对输入信号进行处理，以确定杂质28是否存在于穿过的容积40中的任何位置。
如果杂质28没有被检测到，则控制器30可以对系统10发出命令，以曝光晶片12。不过，如果杂质28被检测到，则可以得出结论，即，条件不利于曝光晶片12，并且控制器30被编程，用于推迟曝光晶片。在后一种情况下(即，当杂质28被检测到时)，控制器30可以被编程，用于执行一个或多个特殊的动作。例如，控制器28可以被编程，以简单地等待预定的时间段，在这段时间内，预计杂质28将从穿过的容积40移出。预定时间段之后，沉浸介质监视子系统34可以被控制用于对杂质28的存在进行再次测试。在另一个实施例中，控制器30被编程用于采取校正动作。示例校正动作可以包括向沉浸介质控制子系统32发送命令，例如用于减小或增大沉浸介质24流动速度的命令，以便增大沉浸介质24的压力(例如，试图挤出或溶解杂质28)等。在另一个实施例中，控制器30可以被编程，用于警告操作者对于成像晶片12的不利环境。警告操作者可以被预定用于这种情况，即，沉浸介质24的重复测量已经揭示了杂质28的存在。仍在另一个例子中，控制器30可以被编程，用于实施多于一个前述的功能，例如等待预定的时间段，并采取校正动作。
虽然本发明的特殊实施例已经得到详细描述，可以理解，本发明不被相应地限制在该范围内，而是包括在后附的权利要求的项目和精神内的所有的变化、更改和等价体。

Claims (10)

1.一种监视沉浸光刻系统(10)的方法，其包括：
把要被曝光的晶片(12)浸入液体沉浸介质(24)中；
引导激光束(46)通过曝光图案(22)被配置穿过的所述沉浸介质的容积；以及
确定超过预定阀值的激光束的一部分是否变成发散的，由此表明在所述穿过的容积中杂质是存在的，并且所述沉浸介质处于无法接受使用所述曝光图案来曝光所述晶片的状态。
2.根据权利要求1所述的方法还包括如果所述确定表明所述激光束的散射部分低于所述预定阀值，则使用所述曝光图案曝光所述晶片。
3.根据权利要求1-2的任何一项所述的方法，其中，所述确定通过分析信息被实现，所述信息被选自所述散射光的强度、所述散射光的位置以及它们的组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定通过分析信息被实现，所述信息被选自入射到检测组件上的所述激光束的强度、入射到检测组件上的所述激光束的位置以及它们的组合。
5.根据权利要求1-4的任何一项所述的方法，其中，所述整个的穿过的容积受到监视，用于所述杂质的所述存在。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，多激光束被用于对所述杂质的所述存在进行监视。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，至少一个激光束通过穿过的容积进行扫描，用于对所述杂质的所述存在进行监视。
8.根据权利要求1-7的任何一项所述的方法还包括控制所述沉浸光刻系统，用于如果所述沉浸介质处于无法接受使用所述曝光图案来曝光所述晶片的状态，则推迟曝光所述晶片。
9.一种用于沉浸光刻系统(10)的监视和控制系统，所述沉浸光刻系统包括用于接收要被曝光的晶片(12)并把所述晶片浸入沉浸介质(24)中的腔体(38)，以及用于把曝光图案(22)导向所述晶片并通过所述沉浸介质的成像子系统(20)，其包括：
沉浸介质监视子系统(34)，其包括用于引导激光束(46)通过所述曝光图案被配置穿过的所述沉浸介质的容积的激光器(42)，以及检测器组件(44)，其用于在所述激光束离开所述穿过的容积后接收所述激光束，并用于输出包含沉浸介质中存在或不存在杂质的指示性信息的信号；以及
控制器(30)，所述控制器接收并分析所述信息，用于确定所述沉浸介质是否处于可接受使用所述曝光图案来曝光所述晶片的状态中。
10.根据权利要求9所述的监视和控制系统，其中，如果所述确定表明所述激光束的散射部分低于所述预定阀值，则所述控制器控制所述沉浸光刻系统使用所述曝光图案以曝光所述晶片。
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