專利名稱：光刻裝置，器件制造方法和光學(xué)元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光刻投射裝置(a lithographic projection apparatus)，包括用于提供輻射投射光束的輻射系統(tǒng)；用于支撐構(gòu)圖部件的支撐結(jié)構(gòu)，所述構(gòu)圖部件用于根據(jù)理想的圖案對投射光束進(jìn)行構(gòu)圖；用于保持基底的基底臺；用于將帶圖案的光束投射到基底的靶部上的投射系統(tǒng)。
■程控反射鏡陣列(A programmable mirror array)。這種設(shè)備的一個例子是具有一粘彈性控制層和一反射表面的矩陣可尋址表面。這種裝置的理論基礎(chǔ)是(例如)反射表面的尋址區(qū)域?qū)⑷肷涔夥瓷錇檠苌涔?，而非可尋址區(qū)域?qū)⑷肷涔夥瓷錇闉榉茄苌涔?。用一個適當(dāng)?shù)臑V光器，從反射的光束中過濾所述非衍射光，只保留衍射光；按照這種方式，光束根據(jù)矩陣可尋址表面的尋址圖案而產(chǎn)生圖案。程控反射鏡陣列的另一實(shí)施例利用微小反射鏡的矩陣排列，通過使用適當(dāng)?shù)木植侩妶?，或者通過使用壓電致動器裝置，使得每個反射鏡能夠獨(dú)立地關(guān)于一軸傾斜。再者，反射鏡是矩陣可尋址的，以使可尋址的反射鏡以不同的方向?qū)⑷肷涞妮椛涔馐瓷涞椒强蓪ぶ贩瓷溏R上；按照這種方式，根據(jù)矩陣可尋址反射鏡的可尋址圖案對反射光束進(jìn)行構(gòu)圖?？梢杂眠m當(dāng)?shù)碾娮友b置進(jìn)行該所需的矩陣尋址。在上述兩種情況中，構(gòu)圖部件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和美國專利US5,523,193、和PCT專利申請WO 98/38597和WO 98/33096中獲得，這些文獻(xiàn)在這里引入作為參照。在程控反射鏡陣列的情況中，所述支撐結(jié)構(gòu)可以是框架或者工作臺，例如所述結(jié)構(gòu)可以是固定的或者根據(jù)需要是可移動的。
■程控LCD陣列(A programmable LCD array)，例如由美國專利US5,229,872給出的這種結(jié)構(gòu)，它在這里引入作為參照。如上所述，在這種情況下支撐結(jié)構(gòu)可以是框架或者工作臺，例如所述結(jié)構(gòu)可以是固定的或者根據(jù)需要是可移動的。
為簡單起見，本文的其余部分在一定的情況下具體以掩膜和掩膜臺為例；可是，在這樣的例子中所討論的一般原理應(yīng)適用于上述更寬范圍的構(gòu)圖部件。
光刻投影裝置可以用于例如集成電路(IC)的制造。在這種情況下，構(gòu)圖部件可產(chǎn)生對應(yīng)于IC每一層的電路圖案，該圖案可以成像在已涂敷輻射敏感材料(抗蝕劑)層的基底(硅片)的靶部上(例如包括一個或者多個電路小片(die))。一般的，單一的晶片將包含相鄰靶部的整個網(wǎng)格，該相鄰靶部由投影系統(tǒng)逐個相繼輻射。在目前采用掩膜臺上的掩膜進(jìn)行構(gòu)圖的裝置中，有兩種不同類型的機(jī)器。一類光刻投影裝置是，通過一次曝光靶部上的全部掩膜圖案而輻射每一靶部；這種裝置通常稱作晶片分檔器(a wafer stepper)。另一種裝置，通常稱作分步掃描裝置(a step and scan apparatus)，通過在投射光束下沿給定的參考方向(“掃描”方向)依次掃描掩膜圖案、并同時沿與該方向平行或者反平行的方向同步掃描基底臺來輻射每一靶部；因?yàn)橐话銇碚f，投影系統(tǒng)有一個放大系數(shù)M(通常＜1)，因此對基底臺的掃描速度V是對掩膜臺掃描速度的M倍。如這里描述的關(guān)于光刻設(shè)備的更多信息可以從例如美國專利US6,046,729中獲得，該文獻(xiàn)這里作為參考引入。
在用光刻投影裝置制造方法中，(例如在掩膜中的)圖案成像在至少部分由一層輻射敏感材料(抗蝕劑)覆蓋的基底上。在這種成像步驟之前，可以對基底可進(jìn)行各種處理，如涂底漆，涂敷抗蝕劑和軟烘烤。在曝光后，可以對基底進(jìn)行其它的處理，如曝光后烘烤(PEB)，顯影，硬烘烤和測量/檢查成像特征。以這一系列工藝為基礎(chǔ)，對例如IC的器件的單層形成圖案。這種圖案層然后可進(jìn)行任何不同的處理，如蝕刻、離子注入(摻雜)、鍍金屬、氧化、化學(xué)—機(jī)械拋光等完成一單層所需的所有處理。如果需要多層，那么對每一新層重復(fù)全部步驟或者其變化。最終，在基底(晶片)上出現(xiàn)器件陣列。然后采用例如切割或者鋸斷的其它技術(shù)將這些器件彼此分開，單個器件可以安裝在載體上，與管腳等連接。關(guān)于這些步驟的進(jìn)一步信息可從例如Peter van Zant的“微型集成電路片制造半導(dǎo)體加工實(shí)踐入門(Microchip FabricationA Practical Guideto Semiconductor Processing)”一書(第三版，McGraw Hill PublishingCo.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中獲得，這里作為參考引入。
為了簡單的緣故，投影系統(tǒng)在下文稱為“鏡頭”；可是，該術(shù)語應(yīng)廣意地解釋為包含各種類型的投影系統(tǒng)，包括例如折射光學(xué)裝置，反射光學(xué)裝置，和反折射系統(tǒng)。輻射系統(tǒng)還可以包括根據(jù)這些設(shè)計(jì)類型中任一設(shè)計(jì)的操作部件，該操作部件用于操縱、整形或者控制輻射的投射光束，這種部件在下文還可共同地或者單獨(dú)地稱作“鏡頭”。另外，光刻裝置可以具有兩個或者多個基底臺(和/或兩個或者多個掩膜臺)。在這種“多級式”器件中，可以并行使用這些附加臺，或者可以在一個或者多個臺上進(jìn)行準(zhǔn)備步驟，而一個或者多個其它臺用于曝光。例如在美國專利US5,969,441和WO98/40791中描述的二級光刻裝置，這里作為參考引入。
為了成象更小的特征，已經(jīng)提出使用波長范圍為5到20nm的EUV輻射，作為在目前的商用光刻設(shè)備中使用的波長為193或157nm的UV曝光輻射的替代。目前還不知道有材料能夠形成作為EUV輻射的輻射和/或投射系統(tǒng)的光學(xué)元件的折射鏡頭，因此必須用反射鏡(通常是多層反射鏡)制成EUV光刻裝置的輻射和投射系統(tǒng)。所投射的圖像的質(zhì)量對反射鏡中的表面變形(圖形錯誤)極其敏感，尤其是投射系統(tǒng)的那些反射鏡。為了防止由溫度的不同引起的表面變形，由在基底上沉積疊置的多層來形成反射鏡，所述基底具有理想圖形并由具有極低或者零熱膨脹系數(shù)(CTE)的材料制成。從不同的供貨商處可購得各種這樣的材料。一種是由不同添加物制成的ZerodurTM玻璃陶瓷，以提供理想低CTE。盡管這些材料具有很低的CTE，但是僅在一溫度時CTE正好是零，從而還會產(chǎn)生一些熱膨脹和收縮，導(dǎo)致表面變形和圖像質(zhì)量損失。
如開始段落限定的本發(fā)明光刻裝置可達(dá)到上述和其它目的，其特征在于在所述裝置中在使用中承受熱負(fù)荷的至少一個部件由低CTE材料制成，所述材料的熱膨脹系數(shù)在所述部件的制造溫度和平均工作溫度之間的溫度處具有過零值(a zero-crossing)。
通過使用在所述部件的制造溫度和平均操作溫度之間具有CTE過零溫度的材料構(gòu)成該部件，使操作時部件的熱變形減小到最小或者被消除。因?yàn)橐话愕?，CTE在過零溫度以下是負(fù)值，以上是正值，因此當(dāng)部件的溫度從其制造溫度變到其工作溫度時，該部件起初會變形，但是這些變形將在過零溫度的另一側(cè)被抵消。
過零值的理想溫度將取決于CTE的形狀并作為在過零區(qū)域內(nèi)溫度的函數(shù)。如果CTE與該區(qū)域的溫度成線性相關(guān)，那么應(yīng)使用其CTE過零值正好是在制造溫度和平均工作溫度中間的材料。通常，制造、過零和平均工作溫度應(yīng)使得溫度相關(guān)的CTE在制造和平均工作溫度值之間的積分等于零，或者使其盡可能接近零。
當(dāng)使用的材料是玻璃，或者如ZerodurTM的玻璃陶瓷時，可以通過適當(dāng)控制添加劑和/或制造過程選擇理想的CTE過零溫度。如果需要，通過反復(fù)試驗(yàn)可以制造具有理想CTE過零溫度的成批玻璃?？梢岳斫?，盡管平均工作溫度可以由其它條件確定時，但是可以調(diào)節(jié)制造溫度，從而能夠使用具有固定或僅是有限變化的CTE過零溫度的特殊玻璃(或者玻璃陶瓷)。
本發(fā)明可以應(yīng)用于在光刻裝置中的任何部件，但尤其是有利于用于投射系統(tǒng)光路中的光學(xué)元件，特別是在EUV光刻裝置中的反射鏡，尤其是其表面變形對成像質(zhì)量具有最大影響的投射系統(tǒng)中的反射鏡，以及在照射系統(tǒng)的開始部分的反射鏡，此處的投射光束強(qiáng)度最高，從而導(dǎo)致更大的溫度變化。本發(fā)明尤其是還應(yīng)用于小反射鏡，其熱負(fù)荷集中，同樣會導(dǎo)致較大的溫度變化?？梢岳斫?，對于多層反射鏡來說，可以用低CTE材料來僅僅制造基底而不是多層疊層。
為了一致性的原因，由同一批材料制造制造對在光刻裝置中投射光束會有影響的所有光學(xué)元件，因此如果不同光學(xué)元件的工作溫度不同，那么過零溫度僅對于一個元件來說是理想的。在這種情況下，優(yōu)選將過零溫度選擇為使其對具有最高熱負(fù)荷的反射鏡(通常是第一反射鏡)來說是理想的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種器件的制作方法，包括如下步驟提供一至少部分被一層輻射敏感材料覆蓋的基底；利用輻射系統(tǒng)提供輻射投射光束；利用構(gòu)圖部件來使投射光束其橫截面具有圖案；在具有該層輻射敏感材料的靶部上投射帶圖案的輻射光束；其特征在于，在所述裝置中承受熱負(fù)荷的至少一個部件有平均工作溫度，并且由低CTE材料制成，從而所述低CTE材料的CTE過零溫度在所述部件的制造溫度和所述平均工作溫度之間。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種制造光學(xué)元件的方法，所述光學(xué)元件將用于承受熱負(fù)荷并且工作在平均工作溫度，所述方法包括如下步驟選擇在第一溫度處具有熱膨脹系數(shù)為零的低CTE材料；用所選擇的低CTE材料在第二溫度下制造至少所述光學(xué)元件，其特征在于所述第一溫度是在所述第二溫度和所述平均工作溫度之間，以使在所述工作溫度時，所述光學(xué)元件的表面變形最小。
在本申請中，本發(fā)明的裝置具體用于制造Ic，但是應(yīng)該明確理解這些裝置可能具有其它應(yīng)用。例如，它可用于集成光學(xué)系統(tǒng)的制造，用于磁疇存儲器、液晶顯示板、薄膜磁頭等的引導(dǎo)和檢測圖案等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在這種可替換的用途范圍中，在說明書中任何術(shù)語“劃線板”，“晶片”或者“電路小片(die)”的使用應(yīng)認(rèn)為分別可以由更普通的術(shù)語“掩膜”，“基底”和“靶部”代替。
在本文件中，使用的術(shù)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波長)和EUV(遠(yuǎn)紫外輻射，例如具有5-20nm的波長范圍)，和粒子束，如離子束或者電子束。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光刻投射裝置；圖2是本發(fā)明使用的玻璃(或者玻璃陶瓷)的熱膨脹系數(shù)(CTE)的溫度依賴曲線；和圖3是本發(fā)明光學(xué)元件的表面變形的溫度依賴曲線。
在圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。
如這里指出的，該裝置屬于反射型(例如具有反射掩模)?？墒牵话銇碚f，它還可以是例如透射型(例如具有透射掩模)。另外，該裝置可以利用其它種類的構(gòu)圖部件，如上述涉及的程控反射鏡陣列型。
輻射源LA(例如產(chǎn)生激光的或放電等離子源)產(chǎn)生輻射光束。該光束直接或經(jīng)過如擴(kuò)束器Ex的橫向調(diào)節(jié)裝置后，再照射到照射系統(tǒng)(照射器)IL上。照射器IL包括調(diào)節(jié)裝置AM，用于設(shè)定光束強(qiáng)度分布的外和/或內(nèi)徑向量(通常分別稱為σ-外和σ-內(nèi))。另外，它一般包括各種其它部件，如積分器IN和聚光器CO。按照這種方式，照射到掩模MA上的光束PB在其橫截面具有理想的均勻和強(qiáng)度分布。
應(yīng)該注意，圖1中的輻射源LA可以置于光刻投射裝置的殼體中(例如當(dāng)源是汞燈時經(jīng)常是這種情況)，但也可以遠(yuǎn)離光刻投射裝置，其產(chǎn)生的輻射光束被(例如通過定向反射鏡的幫助)引導(dǎo)至該裝置中；當(dāng)光源LA是準(zhǔn)分子激光器時通常是后面的那種情況。本發(fā)明和權(quán)利要求包含這兩種方案。
光束PB然后與保持在掩膜臺MT上的掩模MA相交。由掩模MA選擇性反射的光束PB通過鏡頭PL，該鏡頭將光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位裝置(和干射測量裝置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。類似的，例如在從掩模庫中機(jī)械取出掩模MA或在掃描期間，可以使用第一定位裝置將掩模MA相對光束PB的光路進(jìn)行精確定位。一般地，用圖1中未明確顯示的長沖程模塊(粗略定位)和短行程模塊(精確定位)，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)臺MT、WT的移動。可是，在晶片分檔器中(與分步掃描裝置相對)，掩膜臺MT可與短沖程執(zhí)行裝置連接，或者固定。
所表示的裝置可以按照二種不同模式使用1.在步進(jìn)模式中，掩膜臺MT保持基本不動，整個掩膜圖像被一次投射(即單“閃”)到靶部C上。然后基底臺WT沿x和/或y方向移動，以使不同的靶部C能夠由光束PB照射。
2.在掃描模式中，基本為相同的情況，但是所給的靶部C沒有暴露在單“閃”中。取而代之的是，掩膜臺MT沿給定的方向(所謂的“掃描方向，例如y方向”)以速度v移動，以使投射光束PB掃描整個掩膜圖像；同時，基底臺WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同時移動，其中M是鏡頭PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在這種方式中，可以曝光相較大的靶部C，而沒有犧牲分辨率。
圖2表示根據(jù)低CTE玻璃陶瓷(如ZerodurTM)或者玻璃(如ULETM)熱膨脹系數(shù)的溫度依賴曲線，該材料用于制造光刻裝置1的照射和投射系統(tǒng)中的多層反射鏡的基底。可以看出，看到曲線CTE(T)(作為溫度T的函數(shù)的熱膨脹系數(shù))，在溫度B處過零并且在B的兩側(cè)溫度范圍內(nèi)基本上是線性的。根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)元件在溫度A處制造，并在平均溫度C處工作，使得A和C是落在CTE(T)基本上是線性的范圍內(nèi)，并且B在A和C之間，以使A≤B≤C或者A≥B≥C (1)優(yōu)選地，過零溫度B是在制造溫度A和平均工作溫度C之間的中間，使B=A+C2----(2)]]>在大多數(shù)情況下，其中CTE(T)在從A到C的范圍內(nèi)不是線性的，玻璃(或者玻璃陶瓷)的制造溫度和/或平均工作溫度的值應(yīng)該這樣選擇∫ACCTE(T)dT=0----(3)]]>如果滿足上述標(biāo)準(zhǔn)，鏡頭在平均工作溫度處的表面變形將基本是零。從圖3中可以看出，表面變形d是溫度T的函數(shù)。在該實(shí)施例中，其中A小于C，CTE(T)在低于B時是負(fù)值，當(dāng)其溫度從A到B上升時，鏡頭最初的收縮因?yàn)闇囟瘸掷m(xù)升高到B以上而被抵消。
例如，制造溫度可以是22℃，平均工作溫度是約30℃，可選擇使玻璃(或者玻璃陶瓷)CTE過零值為26℃。
本領(lǐng)域的讀者知道，如在光刻裝置中使用的高精度光學(xué)元件通常被研磨至最終結(jié)構(gòu)，同時保持在溫度非常恒定的狀態(tài)下?？墒牵?dāng)在不同溫度執(zhí)行制造步驟時，最終拋光和圖形檢查的溫度步驟與符合本發(fā)明目的制造溫度有關(guān)。
以上已描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，可以理解本發(fā)明除上述之外，可以采用其他方式進(jìn)行實(shí)施，本說明不作為本發(fā)明的限定。
權(quán)利要求
1.一種光刻投射裝置，包括用于提供輻射投射光束的輻射系統(tǒng)；用于支撐構(gòu)圖部件的支撐結(jié)構(gòu)，所述構(gòu)圖部件用于根據(jù)理想的圖案對投射光束進(jìn)行構(gòu)圖；用于保持基底的基底臺；用于將帶圖案的光束投射到基底的靶部上的投射系統(tǒng)；其特征在于在所述裝置中在使用中承受熱負(fù)荷的至少一個部件由低CTE材料制成，所述材料的熱膨脹系數(shù)在所述部件的制造溫度和平均工作溫度之間的溫度處具有過零值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述過零的溫度基本上等于所述制造溫度和所述平均工作溫度的平均值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述低CTE材料的熱膨脹系數(shù)從所述制造溫度到所述工作溫度的積分基本上等于零。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的裝置，其中至少一個所述部件是所述輻射和/或投射系統(tǒng)中的光學(xué)元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述光學(xué)元件是所述輻射和/或投射系統(tǒng)中的在使用時承受最高熱負(fù)荷的光學(xué)元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其中所述光學(xué)元件是反射鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述鏡頭包括由所述低CTE材料制成的基底和多層疊層。
8.一種器件的制造方法，包括如下步驟提供一至少部分被一層輻射敏感材料覆蓋的基底；利用輻射系統(tǒng)提供輻射投射光束；利用構(gòu)圖部件來使投射光束其橫截面具有圖案；在具有該層輻射敏感材料的靶部上投射帶圖案的輻射光束；其特征在于，在所述裝置中承受熱負(fù)荷的至少一個部件有平均工作溫度，并且由低CTE材料制成，從而所述低CTE材料的CTE過零溫度在所述部件的制造溫度和所述平均工作溫度之間。
9.一種制造光學(xué)元件的方法，所述光學(xué)元件用于承受熱負(fù)荷并且工作在平均工作溫度，所述方法包括如下步驟選擇在第一溫度處具有熱膨脹系數(shù)為零的低CTE材料；用所選擇的低CTE材料在第二溫度下制造至少所述光學(xué)元件，其特征在于所述第一溫度是在所述第二溫度和所述平均工作溫度之間，以使在所述工作溫度時，所述光學(xué)元件的表面變形最小。
全文摘要
用低CTE材料制造光刻裝置中的光學(xué)元件，所述材料在所述元件的制造溫度和其平均工作溫度的之間的溫度處具有CTE過零值。
文檔編號H01L21/027GK1448795SQ0214559
公開日2003年10月15日 申請日期2002年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月4日
發(fā)明者W·J·波克斯 申請人:Asml荷蘭有限公司