CN1536445A - 光刻设备、装置制造方法和计算机程序 - Google Patents
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Abstract
在扫描曝光中，短行程模块以比长行程模块更大的加速度加速掩模或基底台。该短行程模块开始于其移动范围的一个极限位置处或靠近其移动范围的一个极限位置处，且在扫描期间赶上该长行程模块。该长行程模块较早开始减速，但是该短行程模块减速更快，以使该短行程模块赶上该长行程模块，并终止于其移动范围的另一个极限位置处。可减少加速时间而不需要增大该长行程模块致动器作用的力，由此消耗和反作用力增加较少。
Description
本发明涉及一种光刻投影设备，包括：
-辐射系统，其用于提供辐射的投影束；
-支撑结构，其用于支撑图案形成装置，该图案形成装置根据所需的图案使投影束组成图案；
-基底台，其用于保持基底；以及
-投影系统，其用于将组成图案的束投射到基底的目标部分上，
-定位系统，其用于定位物体，所述物体为支撑结构和基底台中的至少一种，所述定位系统具有串接的一长行程模块和一短行程模块以及一用于控制长行程模块和短行程模块以所需速度沿所需路线移动被定位的物体的控制系统。
本文所用术语“图案形成装置”应被广义理解为指的是这样的装置：其能被用来根据将要在基底的目标部分中制成的图案结构，将组成图案的截面赋予入射的辐射束；术语“光阀”也能在本文中使用。通常，所述的图案结构将对应于正在目标部分中制造的装置(例如集成电路或其它装置)中某个特定的功能层(参看下文)。这样的图案形成装置的例子包括：
-掩模。掩模的概念在光刻法中已广为人知，它包括一些掩模类型，如二元的、交变相移、衰减相移和不同的混合掩模。将这样的一个掩模放置在辐射束中会引起照射到掩模上的辐射根据掩模上的图案发生选择透射(在使用透射掩模的情况下)或反射(在使用反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构通常是掩模台，其确保掩模被保持在入射辐射束中的所需位置，并且如果需要的话，可以相对于辐射束移动；
-可编程的镜阵列。这样的装置的实例如矩阵可寻址表面，其具有黏弹性的控制层和反射表面。这种装置背后的基本原理就是：如，反射表面被设定地址的区域将入射光反射为衍射光，然而未设定地址的区域将入射光反射为非衍射光。通过适当的滤光器，所述的非衍射光能够在反射束中被过滤出去，只留下衍射光；通过这种方式，辐射束根据矩阵可寻址表面的寻址模式组成图案。可编程镜阵列的另一实施例采用了微小镜的矩阵排列，通过施加合适的局部电场或采用压电激励装置，其中的每个镜子能够独自绕轴倾斜。同样地，这些镜子是矩阵可寻址的，使得寻址镜将入射辐射束以不同的方向反射到非寻址镜；通过这种方式，被反射的辐射束根据矩阵可设定地址镜的寻址模式组成图案。使用合适的电子装置能够实现所需的矩阵寻址。在上文中所描述的两种情况下，图案形成装置可以包括一个或更多的可编程镜阵列。本文中所涉及的关于镜阵列的更多信息可以从如美国专利5,296,891和5,523,193，以及PCT专利申请WO 98/38597和WO98/33096中收集到，这些专利在此作为参考。在使用可编程镜阵列的情况下，所述的支撑结构可以具体是一个框架或台子，例如，可以根据需要是固定的或可移动的；以及
-可编程液晶显示器阵列。在美国专利5,229,872中给出了这种结构的实例，该专利在此作为参考。如上所述，在这种情况下，支撑结构可以具体是一个框架或台子，例如，可以根据需要是固定的或可移动的。
为了简化，在本文的其它某些部分，具体的指的是涉及掩模和掩模台的实例；但是，在这些例子中所讨论的一般原理应和本文上述部分中所说明的一样，在图案形成装置的上下文中有所体现。
例如在制造集成电路(ICs)时，可使用光刻投影设备。在这种情况下，图案形成装置可以根据集成电路的各层形成电路图案，并且该图案可以被映象在基底(硅晶片)的目标部分(如包括一个或更多的印模上)，在基底上已经涂覆一层辐射敏感材料(保护层)。通常，单个晶片包含相邻目标部分的整个网络，这些部分通过投影系统相继被辐射，一次一个。在现有设备中，通过掩模台上的掩模组成图案，在两种不同类型的机器之间会出现差别。在一种光刻投影设备中，通过在一次运转中将整个掩模图案曝光在目标部分上来辐射目标部分；这种设备通常被称为晶片分档器或分步-重复设备。在另一种设备中——通常被称为分步-扫描设备——每个目标部分是这样被辐射的：在给定的参照方向(“扫描”方向)内在投影束下逐步扫描掩模图案，同时同步地扫描与该方向平行或反平行的基底台，通常，由于投影系统具有放大因子M(一般小于1)，基底台被扫描的速率V将是一个因子，其是掩模台被扫描的速率的M倍。如本文所描述的关于光刻设备的更多信息可以在美国专利6,046,792中收集到，该专利在此作为参考。
在用光刻投影设备进行制造的过程中，图案(如掩模中的)被映象在基底上，其至少部分被辐射敏感材料(保护膜)层覆盖。在映象步骤之前，基底要经历不同的步骤，如涂底料，保护涂层和软烘。曝光之后，基底要经历另外的一些步骤，如后曝光烘烤(PEB)，显影，硬烘以及测量/监测成像特征。这一系列的步骤作为装置(如集成电路)的各层形成图案的基础。这种组成图案的层随后要经历不同的处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学-机械抛光等等，所有的处理都是为了做完单独的一层。如果需要几层，那么整个步骤，或其变型，将不得不为每个新层重复。最终，在基底(晶片)上制得一列装置。随后通过诸如切块或锯割技术，将这些装置彼此分离，由此，这些单个的装置可以被安装在载体上，与引线相连等等。根据专著《微晶片制造：半导体加工的实用指南》第三版(作者：Peter van Zant，McGraw Hill出版公司1997出版，ISBN 0-07-067250-4)可以获得关于这些加工的更多信息，此书在本文中作为参考。
为了简化，投影系统在下文中将被称为“镜头”；但是，该术语应该被广义理解为包括不同类型的投影系统，包括折射光学、反射光学和兼有反射光和折射光的系统。辐射系统还可包括一些元件，其根据这些设计类型中的任何一种运转以引导、定形或控制辐射的投影束，并且在下文中，这些元件还可以被共同或单独地称为“镜头”。另外，光刻设备可以是具有两个或更多基底台(和/或两个或更多的掩模台)的一种。在这样的“多台”设备中，当一个或更多的其它台子正被用于曝光时，可以平行使用另外的台子，或可以在一个或更多的台子上进行准备步骤。例如，在美国专利5,969,441和WO98/40791中介绍了双台光刻设备，这两篇专利在此作为参考。
在分步-扫描光刻投影设备，通常被称作扫描器中，掩模台和基底台同步移动(基底台的移动速度为掩模台的移动速度的M倍，其中M是投影透镜的放大倍数，例如1/4)以使照明区域对在掩模上的图案进行扫描，并由此将大于照明区域的图案投影到基底的目标部分上。然后，该基底台沿垂直于扫描方向的方向步进，且通过沿相反方向进行扫描，曝光出下一个目标部分。该掩模台往复移动，同时该基底台沿一条弯曲路径曝光一行或一列目标部分。
通常，该掩模台和基底台的定位系统可被分为长行程模块和安装在该长行程模块和该台之间的一短行程模块。该长行程模块具有数百毫米的移动范围和几微米的精确度，同时该短行程模块具有几毫米的移动范围和纳米级的精确度。已知的控制布置，有时被叫作主从控制系统，使用该台的所需位置作为短行程控制回路的设置点，同时该长行程控制回路目的在于保持该长行程模块相对于该短行程模块位置固定，以使该短行程模块在其移动范围的中心。因此，若收到移动指令，该短行程模块在所需方向上前进，同时该长行程模块尽力赶上。通常地，该长行程控制回路延迟较小，以使该短行程模块偏离其移动范围的中心较小。
为了增加设备的产量，可以增加扫描速度，然而该扫描速度受限于照明区域的宽度，进而受限于投影系统的尺寸，和受限于投影束的强度，受限于辐射源的功率。因此增加扫描速度并不容易，在一些情况下是不可能的。另一种可选的增加产量的方法是减少非扫描时间，即加速时间、减速时间和稳定时间。其一种方法是增加长短行程模块的加速度。这意味着增大驱动力，其导致消耗增大，由此导致测量系统或在致动器中产生热量问题。同时，加速度的增加导致扰动增大和/或平衡质量的偏离增大。
本发明的目的在于提供一种光刻投影设备，其中可更快地实现台子定位，而不需要相应增大消耗和反作用力。
根据本发明，这一和其它目标在开始段落中详细说明的一种光刻设备中实现，其特征在于：
通过控制所述短行程模块以对所述物体施加所需加速度和通过控制所述长行程模块以施加较小的加速度，所述控制系统适于控制所述长短行程模块以在所述物体上施加所需加速度。
通过给长行程模块加上较小的加速度，在长行程模块致动器中的消耗和反作用力减小。这意味着该短行程模块可被用于使用较大的加速度，使被定位的物体更加快速地达到所需速度。由此减少了非扫描时间且增加了产量。当然，这意味着长行程模块不能赶上该短行程模块，且因而加速度的差异程度受限于该短行程模块的移动范围。然而，由于被长行程模块驱动的质量非常大，例如比被短行程模块驱动的质量大约4或5倍，因此，可实现消耗和反作用力的显著下降。本发明当然适用于正加速和负加速(减速)的情况。
当在相反方向上进行交替曝光时，本发明在一系列的被扫过的曝光目标部分中提供一种特别的优点。在这种情况下，该短行程模块将开始加速以在其移动范围的一个极限位置完成第一次曝光，有效地在该长行程模块后面。当该被驱动的物体加速至扫描速度时，该短行程模块赶上该长行程模块，该长行程模块加速较缓慢，达到扫描速度的时间更长。在曝光结尾，该长行程模块在该短行程模块之前开始加速，该短行程模块减速更快。从而，该短行程模块赶上该长行程模块，且当二者停下来时，该短行程模块在其移动范围的另一个极限位置，该位置是开始加速以在相反方向进行曝光的恰当的位置。
根据本发明的另一个方面，提供一种装置制造方法，包括以下步骤：
-提供一种基底，其至少部分被一层辐射敏感材料层覆盖；
-使用辐射系统提供辐射的投影束；
-使用图案形成装置将某图案赋予投影束横截面；
-将组成图案的辐射束投射到辐射敏感材料层的目标部分上；以及
-定位基底和具有包括串联的长行程模块和短行程模块的定位系统的图案形成装置中的至少一个；
其特征在于：
当加速基底或图案形成装置时，该短行程模块以比该长行程模块驱动该短行程模块更大的加速度驱动该基底或图案形成装置。
本发明还提供一种包括编码方法的计算机程序，当在控制光刻投影设备的计算机系统上执行该计算机程序时，指令计算机系统实现上述方法。
尽管在本文中以制造集成电路为具体实例来说明本设备的用途，应该明确了解的是：这种设备还有许多其它可能的应用。例如，可用于集成光学系统的制造、磁畴存储器的引导和探测模式，液晶显示面板，薄膜磁头等等。熟悉本工艺的人了解的是：在这些可选择的应用中，“分划板”、“晶片”、“印模”这些术语中的任何一个在本文中都应认为分别被更通俗的术语“掩模”、“基底”和“目标部分”代替。
在本文中，术语“辐射”和“束”被用于包括所有类型的电磁辐射，包括：紫外(UV)辐射(如波长为365，248，193，157或126纳米)和远紫外(EUV)辐射(如波长在5-20纳米的范围内)；以及粒子束，如离子束或电子束。
下文将仅仅通过实例，结合附图介绍本发明的实施例，其中：
图1示出了根据本发明一个实施例的光刻投影设备；
图2是在扫描曝光期间根据本发明一个实施例的长行程模块和短行程模块的速度Vs时间关系的曲线图；
图3A-E示出了在扫描曝光期间长行程模块和短行程模块的相对位置；以及
图4和图5是在本发明的两个实例中的短行程模块和长行程模块的加速度、绝对位置和相对位置的曲线图。
在附图中，相应的标注符号代表相应的部件。
实施例1
图1示意性地示出了依据本发明的特别实施例的光刻投影设备1的简图。该设备包括：
辐射系统Ex、IL，用于提供辐射投影束PB(如DUV辐射)。在这种特定的情况下，该辐射系统还包括辐射源LA；
第一物体台(掩模台)MT，其设置有支撑掩模(如分划板)MA的掩模架，并与第一定位装置相连，其用于使掩模相对于物体PL精确定位；
第二物体台(基底台)WT，其设置有支撑基底W(如涂覆了保护层的硅晶片)的基底架，并与第二定位装置相连，其用于使基底相对于物体PL精确定位；以及
投影系统(“镜头”)PL(如折射透镜系统)，以便将掩模MA的被辐射的部分映象在基底W的目标部分C上(如包括一个或更多的印模)。
如上所述，该设备是一种透射型(如具有透射掩模)的设备。但是，通常，该设备还可以是反射型的，如具有反射掩模。另一种选择是，该设备可以采用其它类型的图案形成装置，如上文所述类型中的可编程镜阵列。
源LA(如受激准分子激光器)产生辐射束。该束或者被直接输入到照明系统(照明装置)IL，或者在横穿调节装置(如光束扩展器Ex)之后被输入照明系统IL。照明装置IL可以包括：调节装置AM，其用于设定束内强度分布的外径和/或内径范围(通常分别被称为σ-外和σ-内)。另外，通常还可以包括不同的其它元件，如积分器IN和聚光器CO。这样，照射到掩模MA上的束PB在其截面内具有所需的均匀度和强度分布。
关于图1应该注意的是，源LA可以位于光刻投影设备的机架内(例如源LA通常是一盏水银灯)，但它还可以远离光刻投影设备，它所产生的辐射束被引导进入该设备(如在合适的引导镜帮助之下)；当源LA是一个受激准分子激光器时，通常是后一种情况。本发明及权利要求包括这两种情况。
束PB与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。穿过掩模MA之后，束PB穿过镜头PL，其将束PB聚焦到基底W的目标部分C上。在第二定位装置(和干涉测量装置IF)的帮助之下，可以精确地移动基底台WT，从而将不同的目标部分C定位在束PB的通道内。相似地，第一定位装置可以被用来在从掩模库机械取回掩模MA之后或在扫描过程中，将掩模MA相对于束PB的通道精确地定位。通常，物体台MT、WT的移动将通过长行程模块(粗定位)和短行程模块(精细定位)的帮助实现，这在图1中未明确示出。但是，对于使用晶片分档器(与分步-扫描设备相反)的情况，掩模台MT可以仅与短行程激励器相连，或可以是固定的。
所示设备可以被用于两种不同的模式：
1.在分步模式中，掩模台MT被基本上保持固定，在一次运转(如一次“闪光”)中，整个掩模图案被投影到目标部分C上。基底台WT随后在x和/或y方向内移动，使得不同的目标部分C能够被束PB照射；以及
2.在扫描模式中，除了在一次“闪光”中给定的目标部分C没有被曝光之外，本质上采用相同的构思。相反地，掩模台MT可以在给定的方向(所谓的“扫描方向，如y方向)内以v的速度移动，这样使得投影束PB扫描过掩模图像；同时，基底台WT同时以速度V＝Mv在相同的或相反的方向内移动，其中M是镜头PL的放大倍率(通常M＝1/4或1/5)。以这种方式，可以曝光相对大的目标部分C而不必降低清晰度。
图2和图3A-E示出了根据本发明，如何使物体台、掩模台或基底台的加速度达到最大值，而同时又使消耗和反作用力最小。曲线图示出了在短行程模块SSm和长行程模块LSm的受驱动端部的扫描方向，或y方向的速度与扫描持续时间的相互关系曲线。该短行程模块的受驱动端部与物体台相连接，同时该长行程模块的受驱动端部与该短行程模块的驱动端部相连接。该长行程模块的驱动端部也可与反作用构架或平衡质量相连接。
在点A处，该短行程模块和长行程模块处于静止，且该短行程模块靠近其在扫描方向，或y方向的移动范围的负极限(-d)。该扫描方向，或y方向如箭头10所示。在图3A-3E中示意性地示出了该短行程模块SSm和长行程模块LSm的相对位置。假定LSm和SSm在扫描方向，或y方向上在从-d经过0到+d的范围内相互间是可置换的。从如图3A所示出的该相对位置开始，该短行程模块和长行程模块加速，为进行扫描作准备，其中短行程模块加速更快。
在点B处，该短行程模块已达到扫描速度Vs。如图2可见，该长行程模块还未达到扫描速度，而是在随后较短时间内达到扫描速度。因为该短行程模块的加速度大于该长行程模块的加速度，同时该短行程模块比该长行程模块的移动更快速，因此它将相对于该长行程模块在+y方向移动。图3B示出了SSm和LSm在点B处的相对位置。在点B处，该短行程模块接近于其移动范围的中心。最好选择长短行程模块的加速度的差异，以使得当该长行程模块已达到扫描速度Vs时，从一个极限位置或靠近一个极限位置开始的该短行程模块到达其移动范围的中心。这发生在该短行程模块已达到扫描速度之后(图2中的点B’)的某时。在如图2所示的点B’处，该长行程模块和短行程模块已达到同一扫描速度，两个模块的相对位置如图3C所示。在点B’和点C’之间，两个模块的相对位置基本保持不变。因而，在如图3C所示的位置对于在点B’和点C’之间的时间段来说是具有代表性的。在点C’处，该长行程模块开始减速，而该短行程模块在点C处开始减速。
在点C处，该长行程模块已开始减速，但是较缓慢。如图3D所示，在点C处，该短行程模块已开始移动过了其移动范围的中心一点儿。在从B到C的部分或全部时间区间内可进行扫描曝光。
该周期的终点在D，此时该短行程模块和长行程模块处于静止，且该短行程模块靠近其移动范围的正极限(+d)，如图3E所示。从而该短行程模块极佳地定位以开始在相反的y方向上开始扫描。
可通过使用用于短行程模块和长行程模块的独立的位置和/或速度控制回路，而不是主从控制布置来实施本发明。另一种选择是，可保留主从控制布置，且通过改变从回路的设置点、控制长行程模块，以影响在扫描曝光期间长短行程模块适当的相对位置，来实施本发明。
图4和5示出了在本发明的两个实例中在扫描期间短行程模块的速度SSvel、长行程模块的速度LSvel、以及长短行程模块的绝对位置LSpos和Sspos和两个模块的相对位置SS-LS。曲线图上的单位是独立的。通过比较图4和5可以看到增大短行程模块的移动范围使得在长短行程阶段之间的加速度差异更大-图5中的实例的短行程模块的移动范围为图4中的实例的短行程模块的移动范围的约3倍。当扫描速度为0.36米·秒-1且长短行程模块的加速度最大值为10.5米·秒-2时，短行程模块的移动范围在±0.3毫米间可使短行程模块的加速度增加约10％；短行程模块的移动范围在±1.0毫米间可使短行程模块的加速度增加约38％。
在本实施例的一个变型中，仅在曝光周期的加速阶段应用有差异的加速。那么短行程模块的加速快于长行程模块，以使当长行程模块赶上时，其从在周期开始时的其移动范围的一个极限位置或靠近其移动范围的一个极限位置处移动至另一个极限位置处。在剩余的曝光周期的恒速阶段和减速阶段，该长行程模块和短行程模块移动到一起。
以这种方式，以在减速阶段无差异为代价，在加速阶段可以应用更大的加速度差异。因为当该设备将要曝光时，在曝光前一段时期扰动力必然地大大降低，因此这是有利的。该设备对在曝光后一段时期中的扰动的敏感度大大降低。
尽管在上文中描述了本发明的一些具体的实施例，应该注意的是：本发明可以按照与上述内容不同的方式加以运用。例如尽管所述实施例将本发明应用在扫描方向，本发明也可被应用在垂直于扫描方向的方向。还应该意识到本发明可从草图被做成新型光刻设备，或可被体现在可载入现有光刻设备的控制计算机中以升级的计算机软件中。该描述的目的不是要限定本发明。
Claims (9)
1、一种光刻投影设备，包括：
-辐射系统，其用于提供辐射的投影束；
-支撑结构，其用于支撑图案形成装置，该图案形成装置根据所需的图案使投影束组成图案；
-基底台，其用于保持基底；
-投影系统，其用于将组成图案的束投射到基底的目标部分上；以及
-定位系统，其用于定位物体，所述物体为支撑结构和基底台中的至少一种，所述定位系统具有串接的一长行程模块和一短行程模块以及一用于控制长行程模块和短行程模块以所需速度沿所需路线移动被定位的物体的控制系统；
其特征在于：
通过控制所述短行程模块以对所述物体施加所需加速度和通过控制所述长行程模块以施加较小的加速度，所述控制系统适于控制所述长短行程模块以在所述物体上施加所需加速度。
2、根据权利要求1所述的设备，其中在扫描曝光期间所述控制装置适于控制所述物体以基本恒定的扫描速度移动。
3、根据权利要求2所述的设备，其中所述控制装置适于控制所述短行程模块，以使在所述扫描曝光开始时或在所述扫描曝光开始之前不久所述物体达到所述恒定的扫描速度，和控制所述长行程模块，以使在该物体已达到所述扫描速度之后其受驱动端部达到所述扫描速度。
4、根据权利要求2或3所述的设备，其中所述控制装置适于控制所述长短行程模块，以使所述受驱动物体在第一位置处开始一个曝光周期，在该处其在平行于所述扫描速度的方向上的速度为零，且所述短行程模块在与所述扫描速度相对的方向上其移动范围的一个极限位置处或靠近其移动范围的一个极限位置处。
5、根据权利要求4所述的设备，其中所述控制装置适于控制所述长短行程模块，以使当所述长行程模块达到所述扫描速度时，所述短行程模块到达在所述扫描速度方向上其移动范围的一个极限位置处或靠近其移动范围的一个极限位置处。
6、根据权利要求2、3或4所述的设备，其中所述控制装置适于控制所述长行程模块在所述被扫描物体的端部开始减速之前开始减速。
7、根据权利要求2、3、4、5或6所述的设备，其中所述控制装置适于控制所述长短行程模块，以使所述传动物体(driver object)在第二位置处结束一个曝光周期，在该处其在平行于所述扫描速度的方向上的速度为零，且所述短行程模块在所述扫描速度方向上其移动范围的一个极限位置处或靠近其移动范围的一个极限位置处。
8、一种装置制造方法，包括以下步骤：
-提供一种基底，其至少部分被一层辐射敏感材料层覆盖；
-使用辐射系统提供辐射的投影束；
-使用图案形成装置将某图案赋予投影束横截面；
-将组成图案的辐射束投射到辐射敏感材料层的目标部分上；以及
-定位基底和具有包括串联的长行程模块和短行程模块的定位系统的图案形成装置中的至少一个；
其特征在于：
当加速基底或图案形成装置时，该短行程模块以比该长行程模块驱动该短行程模块更大的加速度驱动该基底或图案形成装置。
9、一种包括编码方法的计算机程序，当在控制光刻投影设备的计算机系统上执行该计算机程序时，指令计算机系统实现根据权利要求8所述的方法。
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