CN1282039C - 光刻装置，器件制造方法和光学元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

用低CTE材料制造光刻装置中的光学元件，所述材料在所述元件的制造温度和其平均工作温度的之间的温度处具有CTE过零值。

Description

光刻装置，器件制造方法 和光学元件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种光刻投射装置(alithographic projection apparatus)，包括：

用于提供辐射投射光束的辐射系统；

用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据理想的图案对投射光束进行构图；

用于保持基底的基底台；

用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统。

背景技术

这里使用的术语“构图部件”(patterning means)应广意地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的部件，其中所述图案与要在基底的靶部上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”(light valve)和“空间光调制器”(SLM)。一般地，所述图案与在靶部中形成的器件的特殊功能层相应，如集成电路或者其它器件(如下文)。这种构图部件的示例包括：

■掩膜(Amask)。掩膜的概念在光刻中是公知的。它包括如二进制型、交替相移型、和衰减的相移类型，以及各种混合掩膜类型。这种掩膜在辐射光束中的布置使入射到掩膜上的辐射能够根据掩膜上的图案而选择性的被透射(在透射掩膜的情况下)或者被反射(在反射掩膜的情况下)。在使用掩膜的情况下，支撑结构一般是一个掩膜台，它能够保证掩膜被保持在入射光束中的理想位置，并且如果需要该台会相对光束移动。

■程控反射镜阵列(A programmable mirror array)。这种设备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。这种装置的理论基础是(例如)反射表面的寻址区域将入射光反射为衍射光，而非可寻址区域将入射光反射为为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中过滤所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而产生图案。程控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，以使可寻址的反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到非可寻址反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的可寻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寻址。在上述两种情况中，构图部件包括一个或者多个程控反射镜阵列。反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891和美国专利US5,523,193、和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。在程控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，例如所述结构可以是固定的或者根据需要是可移动的。

■程控LCD阵列(A programmable LCD array)，例如由美国专利US5,229,872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，例如所述结构可以是固定的或者根据需要是可移动的。

为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩膜和掩膜台为例；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部件。

光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可产生对应于IC每一层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅片)的靶部上(例如包括一个或者多个电路小片(die))。一般的，单一的晶片将包含相邻靶部的整个网格，该相邻靶部由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩膜台上的掩膜进行构图的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻投影装置是，通过一次曝光靶部上的全部掩膜图案而辐射每一靶部；这种装置通常称作晶片分档器(a wafer stepper)。另一种装置，通常称作分步扫描装置(a step and scan apparatus)，通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩膜图案、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靶部；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是对掩膜台扫描速度的M倍。如这里描述的关于光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6,046,729中获得，该文献这里作为参考引入。

在用光刻投影装置制造方法中，(例如在掩膜中的)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，可以对基底可进行各种处理，如涂底漆，涂敷抗蚀剂和软烘烤。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，硬烘烤和测量/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。这种图案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断的其它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。关于这些步骤的进一步信息可从例如Peter van Zant的 “微 型集成电路片制造：半导体加工实践入门(Microchip Fabrieation：APractical Guideto Semiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill PublishingCo.，1997，ISBN0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。

为了简单的缘故，投影系统在下文称为“镜头”；可是，该术语应广意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。辐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，该操作部件用于操纵、整形或者控制辐射的投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。另外，光刻装置可以具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩膜台)。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中描述的二级光刻装置，这里作为参考引入。

为了成象更小的特征，已经提出使用波长范围为5到20nm的EUV辐射，作为在目前的商用光刻设备中使用的波长为193或157nm的UV曝光辐射的替代。目前还不知道有材料能够形成作为EUV辐射的辐射和/或投射系统的光学元件的折射镜头，因此必须用反射镜(通常是多层反射镜)制成EUV光刻装置的辐射和投射系统。所投射的图像的质量对反射镜中的表面变形(图形错误)极其敏感，尤其是投射系统的那些反射镜。为了防止由温度的不同引起的表面变形，由在基底上沉积叠置的多层来形成反射镜，所述基底具有理想图形并由具有极低或者零热膨胀系数(CTE)的材料制成。从不同的供货商处可购得各种这样的材料。一种是由不同添加物制成的Zerodur^TM玻璃陶瓷，以提供理想低CTE。尽管这些材料具有很低的CTE，但是仅在一温度时CTE正好是零，从而还会产生一些热膨胀和收缩，导致表面变形和图像质量损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种光刻投射系统，其中进一步减少或者消除辐射和/或投射系统中的光学元件对图像质量方面的热效应。

如开始段落限定的本发明光刻装置可达到上述和其它目的，其特征在于在所述装置中在使用中承受热负荷的至少一个部件由低CTE材料制成，所述材料的热膨胀系数在所述部件的制造温度和平均工作温度之间的温度处具有过零值(a zero-crossing)。

通过使用在所述部件的制造温度和平均操作温度之间具有CTE过零温度的材料构成该部件，使操作时部件的热变形减小到最小或者被消除。因为一般地，CTE在过零温度以下是负值，以上是正值，因此当部件的温度从其制造温度变到其工作温度时，该部件起初会变形，但是这些变形将在过零温度的另一侧被抵消。

过零值的理想温度将取决于CTE的形状并作为在过零区域内温度的函数。如果CTE与该区域的温度成线性相关，那么应使用其CTE过零值正好是在制造温度和平均工作温度中间的材料。通常，制造、过零和平均工作温度应使得温度相关的CTE在制造和平均工作温度值之间的积分等于零，或者使其尽可能接近零。

当使用的材料是玻璃，或者如Zerodur^TM的玻璃陶瓷时，可以通过适当控制添加剂和/或制造过程选择理想的CTE过零温度。如果需要，通过反复试验可以制造具有理想CTE过零温度的成批玻璃。可以理解，尽管平均工作温度可以由其它条件确定时，但是可以调节制造温度，从而能够使用具有固定或仅是有限变化的CTE过零温度的特殊玻璃(或者玻璃陶瓷)。

本发明可以应用于在光刻装置中的任何部件，但尤其是有利于用于投射系统光路中的光学元件，特别是在EUV光刻装置中的反射镜，尤其是其表面变形对成像质量具有最大影响的投射系统中的反射镜，以及在照射系统的开始部分的反射镜，此处的投射光束强度最高，从而导致更大的温度变化。本发明尤其是还应用于小反射镜，其热负荷集中，同样会导致较大的温度变化。可以理解，对于多层反射镜来说，可以用低CTE材料来仅仅制造基底而不是多层叠层。

为了一致性的原因，由同一批材料制造制造对在光刻装置中投射光束会有影响的所有光学元件，因此如果不同光学元件的工作温度不同，那么过零温度仅对于一个元件来说是理想的。在这种情况下，优选将过零温度选择为使其对具有最高热负荷的反射镜(通常是第一反射镜)来说是理想的。

根据本发明的另一方面，提供一种器件的制作方法，包括如下步骤：

提供一至少部分被一层辐射敏感材料覆盖的基底；

利用辐射系统提供辐射投射光束；

利用构图部件来使投射光束其横截面具有图案；

在具有该层辐射敏感材料的靶部上投射带图案的辐射光束；

其特征在于，在所述装置中承受热负荷的至少一个部件有平均工作温度，并且由低CTE材料制成，从而所述低CTE材料的CTE过零温度在所述部件的制造温度和所述平均工作温度之间。

根据本发明的再一方面，提供一种制造光学元件的方法，所述光学元件将用于承受热负荷并且工作在平均工作温度，所述方法包括如下步骤：

选择在第一温度处具有热膨胀系数为零的低CTE材料；

用所选择的低CTE材料在第二温度下制造至少所述光学元件，其特征在于：

所述第一温度是在所述第二温度和所述平均工作温度之间，以使在所述工作温度时，所述光学元件的表面变形最小。

在本申请中，本发明的装置具体用于制造Ic，但是应该明确理解这些装置可能具有其它应用。例如，它可用于集成光学系统的制造，用于磁畴存储器、液晶显示板、薄膜磁头等的引导和检测图案等。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“划线板”，“晶片”或者“电路小片(die)”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩膜”，“基底”和“靶部”代替。

在本文件中，使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm波长)和EUV(远紫外辐射，例如具有5-20nm的波长范围)，和粒子束，如离子束或者电子束。

附图说明

现在通过举例的方式，参照附图描述本发明的实施例，其中：

图1表示根据本发明实施例的光刻投射装置；

图2是本发明使用的玻璃(或者玻璃陶瓷)的热膨胀系数(CTE)的温度依赖曲线；和

图3是本发明光学元件的表面变形的温度依赖曲线。

在图中相同的附图标记表示相同的部分。

具体实施方式

实施例1

图1是示意地表示本发明具体实施例光刻投射装置。该装置包括：

辐射系统Ex，IL，用于提供辐射投射光束PB(例如EUV辐射)，在这种具体例子中，该辐射系统还包括一辐射源LA；

第一目标台(掩膜台)MT，设有用于保持掩模MA(例如划线板)的掩膜保持器，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PM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PW连接；

投射系统(“镜头”)PL(例如多层反射镜组)，用于将掩模MA的辐射部分成像在基底W的靶部C(例如包括一个或多个电路小片(die))上。

如这里指出的，该装置属于反射型(例如具有反射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如透射型(例如具有透射掩模)。另外，该装置可以利用其它种类的构图部件，如上述涉及的程控反射镜阵列型。

辐射源LA(例如产生激光的或放电等离子源)产生辐射光束。该光束直接或经过如扩束器Ex的横向调节装置后，再照射到照射系统(照射器)IL上。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在其横截面具有理想的均匀和强度分布。

应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投射装置的壳体中(例如当源是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投射装置，其产生的辐射光束被(例如通过定向反射镜的帮助)引导至该装置中；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然后与保持在掩膜台MT上的掩模MA相交。由掩模MA选择性反射的光束PB通过镜头PL，该镜头将光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位装置(和干射测量装置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靶部C。类似的，例如在从掩模库中机械取出掩模MA或在扫描期间，可以使用第一定位装置将掩模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)和短行程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。可是，在晶片分档器中(与分步扫描装置相对)，掩膜台MT可与短冲程执行装置连接，或者固定。

所表示的装置可以按照二种不同模式使用：

1.在步进模式中，掩膜台MT保持基本不动，整个掩膜图像被一次投射(即单“闪”)到靶部C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的靶部C能够由光束PB照射。

2.在扫描模式中，基本为相同的情况，但是所给的靶部C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩膜台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，以使投射光束PB扫描整个掩膜图像；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，可以曝光相较大的靶部C，而没有牺牲分辨率。

图2表示根据低CTE玻璃陶瓷(如Zerodur^TM)或者玻璃(如ULE^TM)热膨胀系数的温度依赖曲线，该材料用于制造光刻装置1的照射和投射系统中的多层反射镜的基底。可以看出，看到曲线CTE(T)(作为温度T的函数的热膨胀系数)，在温度B处过零并且在B的两侧温度范围内基本上是线性的。根据本发明，光学元件在温度A处制造，并在平均温度C处工作，使得A和C是落在CTE(T)基本上是线性的范围内，并且B在A和C之间，以使：

A≤B≤C或者A≥B≥C                (1)

优选地，过零温度B是在制造温度A和平均工作温度C之间的中间，使：

$B=\frac{A+C}{2}---\left(2\right)$

在大多数情况下，其中CTE(T)在从A到C的范围内不是线性的，玻璃(或者玻璃陶瓷)的制造温度和/或平均工作温度的值应该这样选择

${\∫}_A^C\mathrm{CTE}\left(T\right)\mathrm{dT}=0---\left(3\right)$

如果满足上述标准，镜头在平均工作温度处的表面变形将基本是零。从图3中可以看出，表面变形d是温度T的函数。在该实施例中，其中A小于C，CTE(T)在低于B时是负值，当其温度从A到B上升时，镜头最初的收缩因为温度持续升高到B以上而被抵消。

例如，制造温度可以是22℃，平均工作温度是约30℃，可选择使玻璃(或者玻璃陶瓷)CTE过零值为26℃。

本领域的读者知道，如在光刻装置中使用的高精度光学元件通常被研磨至最终结构，同时保持在温度非常恒定的状态下。可是，当在不同温度执行制造步骤时，最终抛光和图形检查的温度步骤与符合本发明目的制造温度有关。

以上已描述本发明的具体实施例，可以理解本发明除上述之外，可以采用其他方式进行实施，本说明不作为本发明的限定。

Claims (9)

1.一种光刻投射装置，包括：

用于提供辐射投射光束的辐射系统；

用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据理想的图案对投射光束进行构图；

用于保持基底的基底台；

用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统；

其特征在于在所述装置中在使用中承受热负荷的至少一个部件由低CTE材料制成，所述材料的热膨胀系数在所述部件的制造温度和平均工作温度之间的温度处具有过零值。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述过零的温度基本上等于所述制造温度和所述平均工作温度的平均值。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述低CTE材料的热膨胀系数从所述制造温度到所述工作温度的积分基本上等于零。

4.根据权利要求1所述的装置，其中至少一个所述部件是所述辐射和/或投射系统中的光学元件。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述光学元件是所述辐射和/或投射系统中的在使用时承受最高热负荷的光学元件。

6.根据权利要求4所述的装置，其中所述光学元件是反射镜。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述反射镜包括由所述低CTE材料制成的基底和多层叠层。

8.一种器件的制造方法，包括如下步骤：

提供一至少部分被一层辐射敏感材料覆盖的基底；

利用辐射系统提供辐射投射光束；

利用构图部件来使投射光束其横截面具有图案；

利用投射系统在具有该层辐射敏感材料的靶部上投射带图案的辐射光束；

其特征在于，在所述装置中承受热负荷的至少一个部件有平均工作温度，并且由低CTE材料制成，从而所述低CTE材料的CTE过零温度在所述部件的制造温度和所述平均工作温度之间。

9.一种制造光学元件的方法，所述光学元件用于承受热负荷并且工作在平均工作温度，所述方法包括如下步骤：

选择在第一温度处具有热膨胀系数为零的低CTE材料；

用所选择的低CTE材料在第二温度下制造所述光学元件，其特征在于：

所述第一温度是在所述第二温度和所述平均工作温度之间，以使在所述工作温度时，所述光学元件的表面变形最小。