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CN102298267B - 光刻设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光刻设备,包括:照射系统,配置成调节辐射束;支撑结构,构造成支撑图案形成装置,图案形成装置能够将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束以形成图案化辐射束;衬底台,构造成保持衬底;台系统,用以相对于参照结构定位衬底台;投影系统,配置成将图案化辐射束投影至衬底的目标部分上;和光学测量系统,包括传感器部件和光学部件,光学部件配置成与图案化辐射束光学地相互作用并将相互作用的结果作为输出传递至传感器部件,其中光学部件布置在衬底台上,并且其中传感器部件布置在台系统上或参照结构上。

Description

光刻设备
技术领域
本发明涉及一种光刻设备。
背景技术
光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上,通常是衬底的目标部分上的机器。例如,可以将光刻设备用在集成电路(ICs)的制造中。在这种情况下,可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成在所述IC的单层上待形成的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如,硅晶片)上的目标部分(例如,包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。通常,图案的转移是通过把图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行的。通常,单个的衬底将包含被连续形成图案的相邻目标部分的网络。传统的光刻设备包括:所谓的步进机,在步进机中,通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分;和所谓的扫描器,在所述扫描器中,通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向同步地扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可能通过将图案压印(imprinting)到衬底上的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。
光刻设备可以包括布置在配置成保持衬底的衬底台上的光学测量系统。这种光学测量系统的示例是用于将掩模版与衬底台对准的图像位置检测的装置。因而,掩模版设置有结构(例如光栅)并且衬底台设置有互补结构。通过发射辐射束通过掩模版上的结构和衬底台上的互补结构并且通过衬底台上的传感器部件检测图像,可以确定图像的位置和焦距。所述位置和焦距信息可以发送至衬底台的位置控制单元或控制器,其能够基于所述信息将掩模版对准衬底台。代替发射辐射束通过互补结构,可以用互补结构反射辐射束。
在投影系统被用来将图案化辐射束投影到衬底的目标部分上的情况中,可以提供光学测量系统,配置成表征投影系统。可以测量的性质和参数是例如像差、光瞳分布的详细形状和/或透射(变迹法)。测量系统可以包括衬底台上的光栅,以将会聚点处的会聚波前分成多个该波前的侧向剪切副本。然后在传感器部件处观察剪切的波前的干涉。
使用传统的光学测量系统,需要电导线/缆线给系统供给电力并将其测量的数据转送至数据处理单元。此外,需要冷却操作来冷却在衬底台上的电子器件。后者尤其被应用于EUV光刻设备。这都导致作用在衬底台上的扰动力和扭矩,从而降低定位精确性,因而降低重叠和成像性能。
发明内容
本发明旨在提供一种改进的光刻设备,尤其是一种具有改进的重叠和成像性能的光刻设备。
根据本发明的实施例,提供一种光刻设备,包括:照射系统,配置成调节辐射束;支撑结构,构造成支撑图案形成装置,图案形成装置能够将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束以形成图案化辐射束;衬底台,构造成保持衬底;台系统,用以相对于参照结构定位衬底台;投影系统,配置成将图案化辐射束投影至衬底的目标部分上;和光学测量系统,包括传感器部件和光学部件,光学部件配置成与图案化辐射束的一部分光学地相互作用并将相互作用的结果作为输出传输至传感器部件,
其中光学部件布置在衬底台上,并且其中传感器部件布置在台系统上或参照结构上。
附图说明
现在参照随附的示意性附图,仅以举例的方式,描述本发明的实施例,其中,在附图中相应的附图标记表示相应的部件,且其中:
图1示出了根据本发明一个实施例的光刻设备;
图2示意地示出根据本发明一个实施例的图1中的光刻设备的一部分;
图3示意地示出根据本发明另一实施例的光刻设备的一部分;
图4示意地示出根据本发明还一实施例的光学测量系统;以及
图5示意地示出根据本发明又一实施例的光刻设备的一部分。
具体实施方式
图1示意地示出了根据本发明的一个实施例的光刻设备。所述光刻设备包括:照射系统(照射器)IL,其配置用于调节辐射束B(例如,紫外(UV)辐射或任何其他合适的辐射);图案形成装置支撑件或支撑结构(例如掩模台)MT,其构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA,并与用于根据确定的参数精确地定位图案形成装置MA的第一定位装置PM相连。所述设备还包括衬底台(例如晶片台)WT或“衬底支撑结构”,其构造用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W,并与配置用于根据确定的参数精确地定位衬底W的第二定位装置PW相连。所述设备还包括投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS,其配置用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。
照射系统IL可以包括各种类型的光学部件,例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合,以引导、成形、或控制辐射。
所述图案形成装置支撑结构MT以依赖于图案形成装置MA的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置MA是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置MA。所述图案形成装置支撑结构MT可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来保持图案形成装置MA。图案形成装置支撑结构MT可以是框架或台,例如,其可以根据需要成为固定的或可移动的。图案形成装置支撑结构MT可以确保图案形成装置MA位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。
这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示可以用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束B、以便在衬底W的目标部分C上形成图案的任何装置。应当注意,被赋予辐射束的图案可能不与在衬底的目标部分上的所需图案完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。通常,被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相对应,例如集成电路。
图案形成装置MA可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻术中是公知的,并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置,每一个小反射镜可以独立地倾斜,以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。
这里使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任意类型的投影系统,投影系统的类型可以包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合,如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。
如这里所示的,所述设备是透射型的(例如,采用透射式掩模)。替代地,所述设备可以是反射型的(例如,采用如上所述类型的可编程反射镜阵列,或采用反射式掩模)。
光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台或“衬底支撑结构”(和/或两个或更多的掩模台或“掩模支撑结构”)的类型。在这种“多台”机器中,可以并行地使用附加的台或支撑结构,或可以在一个或更多个台或支撑结构上执行预备步骤的同时,将一个或更多个其它台或支撑结构用于曝光。
光刻设备还可以是这种类型,其中衬底的至少一部分可以由具有相对高的折射率的液体(例如水)覆盖,以便填满投影系统和衬底之间的空间。浸没液体还可以施加到光刻设备的其他空间中,例如图案形成装置和投影系统之间的空间。浸没技术可以用于提高投影系统的数值孔径。这里使用的术语“浸没”并不意味着必须将结构(例如衬底)浸入到液体中,而仅意味着在曝光过程中液体位于投影系统和该衬底之间。
参照图1,所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源SO和所述光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下,不会将该源SO看成形成光刻设备的一部分,并且通过包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助,将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其它情况下,所述源SO可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源SO是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时设置的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。
所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常,可以对所述照射器IL的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外,所述照射器IL可以包括各种其它部件,例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器IL用于调节所述辐射束,以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。
所述辐射束B入射到保持在掩模支撑结构(例如,掩模台)MT上的所述图案形成装置(例如,掩模)MA上,并且通过所述图案形成装置MA来形成图案。已经穿过图案形成装置(例如,掩模)MA之后,所述辐射束B通过投影系统PS,所述投影系统PS将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF(例如,干涉仪器件、线性编码器或电容传感器)的帮助,可以精确地移动所述衬底台WT,例如以便将不同的目标部分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地,例如在从掩模库的机械获取之后,或在扫描期间,可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位图案形成装置(例如,掩模)MA。通常,可以通过形成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现图案形成装置支撑结构(例如掩模台)MT的移动。类似地,可以采用形成所述第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT或“衬底支撑结构”的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反),图案形成装置支撑结构(例如掩模台)MT可以仅与短行程致动器相连,或可以是固定的。可以使用图案形成装置对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置(例如掩模)MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分,但是它们可以位于目标部分C之间的空间(这些公知为划线对齐标记)中。类似地,在将多于一个的管芯设置在图案形成装置(例如掩模)MA上的情况下,所述图案形成装置对准标记可以位于所述管芯之间。
可以将所示的设备用于以下模式中的至少一种中:
1.在步进模式中,在将图案形成装置支撑结构(例如掩模台)MT或“掩模支撑结构”和衬底台WT或“衬底支撑结构”保持为基本静止的同时,将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上(即,单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT或“衬底支撑结构”沿X和/或Y方向移动,使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中,曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。
2.在扫描模式中,在对图案形成装置支撑结构(例如掩模台)MT或“掩模支撑结构”和衬底台WT或“衬底支撑结构”同步地进行扫描的同时,将赋予所述辐射束B的图案投影到目标部分C上(即,单一的动态曝光)。衬底台WT或“衬底支撑结构”相对于图案形成装置支撑结构(例如掩模台)MT或“掩模支撑结构”的速度和方向可以通过所述投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中,曝光场的最大尺寸限制了单一动态曝光中所述目标部分C的宽度(沿非扫描方向),而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分C的高度(沿所述扫描方向)。
3.在另一种模式中,将用于保持可编程图案形成装置的图案形成装置支撑结构(例如掩模台)MT或“掩模支撑结构”保持为基本静止,并且在对所述衬底台WT或“衬底支撑结构”进行移动或扫描的同时,将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上。在这种模式中,通常采用脉冲辐射源,并且在所述衬底台WT或“衬底支撑结构”的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间,根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如,如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术中。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变体或完全不同的使用模式。
图2更详细地、示意地示出图1中的衬底台WT和定位装置PW。衬底台WT由定位装置PW支撑,定位装置PW又由框架FA支撑。定位装置PW可以替换地称为台系统。
在定位装置PW和框架FA之间设置长行程模块LSM,用于相对于框架FA粗定位衬底台WT,因而框架FA用作参照结构。在定位装置PW和衬底台WT之间,设置短行程模块SSM,用于相对于定位装置PW、并因此相对于框架FA精定位衬底台WT。因而,台系统被用于相对于框架FA定位衬底台WT。长行程模块LSM和短行程模块SSM形成定位装置PW的一部分。
在图2中衬底台WT保持衬底W。衬底台WT被定位在图案化辐射束PRB中,使得图案化辐射束的一部分入射到衬底W并且另一部分入射到两个光学测量系统,也就是位于图2右边的第一光学测量系统FOMS和位于图2左边的第二光学测量系统SOMS。每个光学测量系统OMS包括布置在衬底台WT上的光学部件OP和布置在定位装置PW(即台系统)上的传感器部件SP。光学部件OP配置成与图案化辐射束的一部分,在该实施例中是图案化辐射束的外侧部分,相互作用。光学部件OP朝向传感器部件SP输出相互作用的结果。传感器部件SP能够检测该结果并可以将输出转换成另一个量,例如电信号,通过电信号可以获得信息。在一个实施例中,光学部件OP可以与相互作用的输出一起输出参照束,由此可以得出所述结果的空间坐标。这里明确提到,在本实施例中光学测量系统OMS的测量结果和衬底的曝光不同时发生。
光学部件OP和图案化辐射束的所述部分之间的相互作用可以包括任何光学操作,例如衍射、干涉、反射、偏振、滤光等,由诸如透镜、反射镜、光栅、偏振器、滤光片等光学部件OP执行。在一个实施例中,光学部件OP包括至少一个光栅。
在台系统上设置传感器部件SP的优点在于,不需要设置缆线、导线或软管至衬底台WT,因为所有的需要缆线和导线的部件都布置在台系统上。结果,来自缆线、导线对衬底台WT的扰动被减小,使得衬底台WT的定位精确性被提高了并且因此提高了重叠和成像性能。
图3示意地示出根据本发明另一实施例的光刻设备的一部分。该部分可以用于图1中的光刻设备中。如图所示,框架FA支撑定位装置PW和参照结构RS。参照结构通过框架FA低频地支撑,使得从框架FA至参照结构的扰动传递被尽可能地抑制。低频支撑用弹簧K表示。在框架FA和定位装置PW之间设置长行程模块LSM,用于相对于参照结构RS粗定位定位装置PW。
在衬底台WT和定位装置PW之间设置短行程模块SSM,用于相对于定位装置PW并因此相对于参照结构RS精定位衬底台WT。定位装置PW因而被用作台系统以定位衬底台WT。
衬底台WT保持衬底W。在图3中,衬底台WT被定位在图案化辐射束PRB中,使得图案化辐射束的一部分入射至衬底W并且图案化辐射束的一部分入射到光学测量系统OMS。在实际应用中,在通过光学测量系统OMS测量期间衬底W可以不曝光至图案化辐射束,并且在将衬底曝光至图案化辐射束期间不使用光学测量系统OMS。
光学测量系统OMS包括光学部件OP,光学部件OP与图案化辐射束PRB的一部分相互作用并将相互作用的结果作为输出传递至传感器部件SP。光学部件OP布置在衬底台WT上,传感器部件SP布置在参照结构RS上。替换地,传感器部件SP也可以布置在框架FA上。
在参照结构或框架FA上而不在定位装置PW上设置传感器部件SP的优点在于,不需要设置缆线、导线和/或软管至定位装置PW或衬底台WT,它们是移动部件。因而,由于缆线、导线和/或软管对定位装置PW和衬底台WT的扰动被消除,由此改进了重叠和成像性能。
图4更详细地示意地示出了根据本发明一个实施例的光学测量系统OMS。如图所示的是光学部件OP和传感器部件SP。光学部件OP包括光栅,光栅基本上垂直于图案化辐射束的基本上平行于Z方向的部分,与图1中的光刻设备类似。图案化辐射束的该部分可以与位于光刻设备的掩模版水平位置处的另一光栅相互作用,和/或已经通过投影系统,由此有意地收集与投影系统的性质和参数有关的信息。
随后,在通过光栅之后,图案化辐射束的该部分被反射镜MI反射,从而将图案化辐射束的该部分的主取向从竖直改变为水平。最后,图案化辐射束的该部分通过第一透镜L1,以便将图案化辐射束的该部分转化成基本上平行束PB。平行束的优点在于,在光学部件OP和传感器部件SP之间的距离不影响从光学部件OP至传感器部件SP的传递。
传感器部件SP包括第二透镜L2,用以将平行束聚焦到检测器DE上,从而将辐射转换成可以由合适的处理单元(广义地称为处理器)或控制单元(广义地称为控制器)处理的电信号。检测器DE包括对辐射敏感的检测器平面DEP,其中检测器平面在平行于图案化辐射束PRB的平面内延伸。平行束PB和检测器平面DEP的其他取向也是可以的,例如相对于水平或竖直成45度角。
为了给检测器供给电力并将检测器获得的数据从传感器部件SP传递至诸如处理单元,设置缆线CA。在一个实施例中,期望对传感器部件SP进行冷却,使得缆线也包括软管以承载来自传感器部件SP和传送给传感器部件SP的诸如水等冷却剂。
图5示意地示出根据图2的光刻设备的替换实施例。在图2中,台系统,即定位装置PW,也支撑衬底台WT。图5示出光刻设备的一部分,其中通过台系统PW相对于框架FA定位衬底台WT,其中通过框架FA而不通过台系统PW支撑衬底台WT。在台系统PW和框架FA之间,设置长行程模块LSM以相对于框架FA粗定位台系统。在台系统PW和衬底台WT之间设置短行程模块SSM以相对于台系统精定位衬底台WT,并因此相对于框架FA精定位衬底台WT。
在图5中,衬底台WT保持衬底W。衬底台WT被定位使得图案化辐射束的一部分入射在衬底,另一部分入射在光学测量系统OMS上。在实际应用中,光学测量系统OMS实施测量不与通过图案化辐射束曝光衬底同时执行。
光学测量系统OMS包括布置在衬底台WT上的光学部件OP和布置在台系统上的传感器部件SP,与根据图2的光刻设备类似。
这里明确提到的是,虽然附图中示出的实施例使用长行程模块LSM以及短行程模块SSM,但是本发明也可以应用于仅使用一个模块以定位衬底台的实施例。例如,通过去除短行程模块SSM、将衬底台WT并入台系统PW并用用于衬底台WT的粗定位和精定位的模块替换长行程模块LSM,可以适应图3的实施例。。
虽然本申请详述了光刻设备在制造ICs中的应用,但是应该理解到,这里描述的光刻设备可以有其他应用,例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCDs)、薄膜磁头等。本领域技术人员应该认识到,在这种替代应用的情况中,可以将这里使用的任何术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理,例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上,并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检验工具中。在可应用的情况下,可以将所述公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外,所述衬底可以处理一次以上,例如为产生多层IC,使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。
虽然上面详述了本发明的实施例在光学光刻中的应用,应该注意到,本发明可以有其它的应用,例如压印光刻,并且只要情况允许,不局限于光学光刻。在压印光刻中,图案形成装置中的拓扑限定了在衬底上产生的图案。可以将所述图案形成装置的拓扑印刷到提供给所述衬底的抗蚀剂层中,在其上通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使所述抗蚀剂固化。在所述抗蚀剂固化之后,所述图案形成装置从所述抗蚀剂上移走,并在抗蚀剂中留下图案。
这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射,包括:紫外(UV)辐射(例如具有约365、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围的波长),以及粒子束,例如离子束或电子束。
在允许的情况下,术语“透镜”可以表示不同类型的光学部件中的任何一种或其组合,包括折射式的、反射式的、磁性的、电磁的以及静电的光学构件。
尽管以上已经描述了本发明的具体实施例,但应该认识到,本发明可以以与上述不同的方式来实现。例如,本发明可以采用包含用于描述一种如上面公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的计算机程序的形式,或具有存储其中的这种计算机程序的数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。
以上的描述是说明性的,而不是限制性的。因此,本领域的技术人员应当理解,在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下,可以对本发明进行修改。

Claims (10)

1.一种光刻设备,包括:
照射系统,配置成调节辐射束;
支撑结构,构造成支撑图案形成装置,图案形成装置能够将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束以形成图案化辐射束;
衬底台,构造成保持衬底;
台系统,用以相对于参照结构定位衬底台;
投影系统,配置成将图案化辐射束投影至衬底的目标部分上;
光学测量系统,包括传感器部件和光学部件,光学部件配置成与图案化辐射束的一部分光学地相互作用并将相互作用的结果作为输出传送至传感器部件,
其中光学部件布置在衬底台上,并且其中传感器部件布置在台系统上,和
其中所述光学部件包括光栅,且
其中所述台系统包括:
定位装置,所述传感器部件连接至所述定位装置;
短行程模块,所述短行程模块设置在定位装置和衬底台之间,所述短行程模块用于相对于定位装置精定位衬底台;和
长行程模块,所述长行程模块设置在定位装置和参照结构之间,所述长行程模块用于相对于参照结构粗定位定位装置。
2.根据权利要求1所述的光刻设备,其中,所述传感器部件包括检测器,所述检测器配置成将光学部件的输出转换成电信号。
3.根据权利要求2所述的光刻设备,其中,所述检测器包括对辐射敏感的检测器平面,检测器平面在基本上垂直于图案化辐射束的平面内延伸。
4.根据权利要求2所述的光刻设备,其中,所述检测器包括对辐射敏感的检测器平面,所述检测器平面在基本上不垂直于图案化辐射束的平面内延伸。
5.根据权利要求4所述的光刻设备,其中,所述平面基本上平行于图案化辐射束。
6.根据权利要求1所述的光刻设备,其中,所述光学部件配置成朝向传感器部件输出平行束。
7.根据权利要求1所述的光刻设备,其中,所述光学部件配置成结合参照束输出相互作用的结果,由此能够得出所述结果的空间坐标。
8.根据权利要求2所述的光刻设备,其中,所述检测器是光电传感器或CCD摄像机。
9.根据权利要求1所述的光刻设备,其中,所述光学测量系统配置成测量衬底台和图案形成装置之间的相互相对位置。
10.根据权利要求1所述的光刻设备,其中,所述光学测量系统配置成表征投影系统。
CN201110146988.9A 2010-06-23 2011-05-27 光刻设备 Expired - Fee Related CN102298267B (zh)

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