光刻设备和器件制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种光刻投射设备，其包括：
用于提供辐射投射光束的辐射系统；
用于支承形成图案装置的支承结构，所述形成图案装置用于根据所需图案使得投射光束图案化；
用于保持基底的基底台；以及
用于将图案化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“形成图案装置”应广意地解释为能够使入射的辐射射束在截面中带有图案的部件，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”。一般地，所述图案与在靶部中形成的器件的特殊功能层相对应，如集成电路或者其它器件(如下文)。这种形成图案装置的示例包括：
掩模，掩模的概念在光刻中是公知的。它包括如二进制型、交替相移型和衰减相移类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性地被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支承结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射光束中的理想位置，并且如果需要该台能够相对光束移动。
程控反射镜阵列，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，从反射的光束中滤除所述非衍射光，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。程控反射镜阵列地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对于一轴倾斜。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射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形成图案。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，形成图案装置可包括一个或者多个程控反射镜阵列。反射镜阵列的更多参考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WO98/38597和WO98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在使用程控反射镜阵列的情况中，所述支承结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
程控LCD阵列，例如由美国专利US5,229,872给出了这种结构的示例，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下支承结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
为简单起见，本文的其余部分在一定情况下涉及具有掩模和掩模台的示例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理参见上述更宽范围的形成图案装置的内容。
光刻投射设备可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，形成图案装置可产生对应于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。在目前采用掩模台上的掩模进行形成图案的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻透射装置是，通过一次曝光靶部上的全部掩模图案而辐射每一靶部；这种装置通常称作晶片步进器。另一种装置(通常称作分步扫描装置)通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者逆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是对掩模台扫描速度的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。
在用光刻投射设备制造方法中，(例如在掩模中的)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，可以对基底进行各种处理，如涂底层，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，如后曝光烘烤(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，那么对每一新层必须重复全部步骤或者其变型。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 vanZant的“微型集成电路片制造：半导体加工实践入门(MicrochipFabrication：A Practical Guide to Semiconductor Processing)”一书 (第三版，McGraw Hill Publishing Co.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。
为了简单起见，投影系统在下文称为“透镜”；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“透镜”。另外，光刻设备可以具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。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中描述的二级光刻设备，这里作为参考引入。
例如反射器、透镜、偏转器、传感器或形成图案装置的元件表面上的污染物使得设备性能下降。采用EUV辐射并特别对强度损失敏感的设备特别如此，对于深欠压(DUV)、电子(EPL)和离子投射光刻(IPL)也存在同样问题。在该设备中来自碳氢化合物污染物的污染物沉积在表面上。入射在该表面上的辐射(特别是EUV辐射)破坏碳氢化合物的结合以便在来自碳氢化合物的碳原子和该表面之间形成化学键，并离开非晶碳层。碳氢化合物本身同样可使得设备性能降低。其他污染物包括O2和H2O以及包括含有硫、磷或硅烷的难熔化合物晶体。非晶碳层例如吸收大部分入射在光学表面上的EUV辐射(例如在1纳米厚度层中吸收大约1％)。因此，对于具有十个反射器的设备(即使清理十分干净，也不是效率高的反射器)，每个反射器具有形成在其表面上的非晶碳层，基底上的EUV射束强度将另外降低10％。这继而增加每个基底的曝光时间，并降低该设备的生产能力。
对于传感器，EUV辐射的吸收不能进行校正计量测量，并降低信号-噪声比例。例如，传感器需要在EUV设备中精确测量EUV强度，以便确保在基底上提供所需的曝光量。因此需要去除污染物而不损坏敏感二极管。
在EUV设备的正常条件下，碳生长率是大约1～10纳米/小时。因此，光学元件需要经常清理。为了进行清理，必须在现场快速进行，并不能损坏光学表面。
去除碳污染物的公知方法是结合UV辐射和臭氧以便与碳反应形成从表面解析并随后排出的CO和CO2。但是，对于效率高的UV/臭氧清理来说，需要至少1毫巴的压力。这不适用于其中压力是大约10-7～10-2毫巴的EUV光刻设备。另外，UV/臭氧清理的速度大约是1～10纳米/小时。该速度与污染速度大致相同。因此50％的操作时间将用来清理。在实用中这种生产能力的损失是不可接受的。
可选择的公知清理方法是传统的氧等离子清理。再者，氧自由基与碳反应形成从表面解析并随后排出的CO和CO2分子。但是传统的氧等离子清理也不适用于EUV光刻设备。为了产生稳定的等离子，再次需要大约1毫巴的压力。等离子同样难以局限在特定区域内，并且如果使用在光刻设备中，可对于例如电子和缆线的其他设备敏感元件造成损坏。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种克服所述缺陷并在光刻投射设备中清理表面的方法。
按照本发明在开头段落描述的光刻设备中可以此目的以及其他目的，其特征在于，该设备还包括：
连接到气体源上并提供自由基射束的向下流自由基产生源；以及
用于将所述自由基射束引导在将要清理的表面上的装置。
这种设备可快速和有效地去除污染物。另外，由于形成自由基的容积与光刻工具的其他部分分开，此区域内的状态在不影响设备其他部分的情况下进行优化。例如，向下流自由基产生源可提供局部区域的高压以便保持稳定的等离子，从而在光刻设备其他部分内的压力不需要升高超过10-7～20-2毫巴的正常操作压力的情况下产生自由基。另外的自由基产生源可远离其中所得空间非常小的光刻设备定位。
为了降低对于表面造成的损坏的危险，自由基射束最好包括大致没有离子化的粒子。这可通过自由基产生源产生的离子化粒子与向下流自由基产生源的壁和/或向下流自由基产生源的孔口处的法拉第格栅碰撞进行中和来实现。大多数中和的自由基从这种碰撞中存留下来并从向下流自由基产生源排出，从而与污染物反应。
气体源可供应一种氧、氢和氟，使得向下流自由基产生源产生氧、氢或氟自由基。不同的自由基可用来去除不同的污染物。例如，氧自由基可用来去除非晶碳、碳氢化合物分子和聚合的碳氢化合物。而氧化物可通过氢或氟自由基去除。
将要清理的光学表面可以是形成图案装置、传感器、透镜、偏转器和用于反射投射射束和形成图案射束之一的反射器。这些表面中任何一个表面上的污染物将降低该设备的效率和/或精度。
向下流自由基产生源的位置可以是固定的。在这种情况下，用于引导自由基射束到达将要清理的表面的装置与使得包括将要清理的表面的部件运动的装置相结合，使得自由基射束入射在该表面上。在任何情况下，许多需要清理的部件必须在该设备内运动。因此，此配置将比设置有将向下流自由基产生源运动到将要清理的部件的装置更简单。作为选择或作为附加，向下流自由基产生源可运动到将要清理的表面和/或运动到该表面之上。
特别是在采用EUV辐射设备的情况下，该设备可包括含有形成图案装置、基底和投射系统的真空腔室。真空腔室可还包括作为向下流自由基产生源一部分并从中排放自由基射束的管子的端部。包括在管子内部产生等离子区域并且来自气体供应装置的气体流过其中以便产生自由基的RF线圈或微波或RF谐振腔的向下流自由基产生源的其他部分可定位在真空腔室的外部。这降低制成适合真空的部件的数量并降低真空腔室所需的尺寸。继而减小设备的成本。还可以例如通过在气体流中设置高温元件形成自由基。该高温元件应该足够热以便造成热离解。当采用RF线圈或微波或RF谐振腔时，高温元件可设置在真空腔室的外部。
在必须清理多个表面或者将要清理的表面很大的情况下，该设备可包括两个或多个向下流自由基产生源和可以同时形成、降低总清理时间并增加设备的生产能力的相应的自由基射束。
按照本发明的另一方面，提供一种器件制造方法，其包括如下步骤：
提供至少由辐射敏感材料层部分覆盖的基底；
使用辐射系统提供辐射投射射束；
使用形成图案装置在投射射束的截面内形成图案；
将辐射的形成图案射束投射在辐射敏感材料层的靶部上，
其特征在于，
在向下流自由基产生源内提供气体流以便产生自由基射束；以及
引导所述自由基射束到将要清理的表面上。
在本申请中，本发明的设备具体用于制造IC(集成电路)，但是应该明确理解这些设备可能具有其它应用。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“标线板”，“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“掩模”，“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126纳米的波长)和EUV(远紫外辐射，例如具有5～20纳米的波长范围)，以及粒子射束，例如离子射束或电子射束。
【附图说明】
现在参考示意附图只通过实例说明本发明的实施例，附图中：
图1表示按照本发明的实施例的光刻投射设备；
图2表示按照本发明的实施例的向下流自由基产生源；
图3表示图2所示向下流自由基产生源的变型；
图4表示图2所示向下流自由基产生源的另一变型；
图5表示图2所示向下流自由基产生源的又一变型；
图6表示图4所示向下流自由基产生源的变型；
图7表示图5所示向下流自由基产生源的变型；
图8表示图7所示向下流自由基产生源的变型；以及
图9表示图8所示向下流自由基产生源的变型。
附图中，相应的参考标号表示相应的部件。
【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设备1。该设备包括：
辐射系统Ex，IL，用于提供辐射投射光束PB(例如DUV辐射)，在这种具体例子中，该设备还包括一辐射源LA；
第一目标台(掩模台)MT，其设有用于保持掩模MA(例如标线板)的掩模保持器，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连接；
第二目标台(基底台)WT，其设有用于保持基底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连接；
投射系统(“透镜”)PL(例如反射器组)，用于使掩模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，该设备属于反射型(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，该设备可以利用其它种类的形成图案装置，如上述提及的程控反射镜阵列型。
辐射源LA(例如激光产生或放电等离子源)产生辐射光束。该光束直接或经过如扩射束器Ex的横向调节装置后，再射入到照射系统(照射器)IL中。照射器IL可包括调节装置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性和强度分布。
应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投射设备的壳体中(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设备，其产生的辐射光束被(例如通过适当的定向反射镜的帮助)引导至该设备中；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然后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。由掩模MA选择性反射的光束PB通过透镜PL，该透镜将光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位装置(和干涉测量装置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中未明确显示的长行程模块(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，在晶片步进器中(与分步扫描装置相对)，掩模台MT可与短行程致动装置连接，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，掩模台MT保持基本不动，整个掩模图像被一次投射(即单“闪射”)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“闪射”中。取而代之的是，掩模台MT可沿给定的方向(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扫描整个掩模图像；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是透镜PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相对较大的靶部C，而没有牺牲分辨率。
图2表示可用于本发明的向下流自由基产生源10。提供氧2或例如氢或氟的流体流过管子5。氧流过通过例如RF线圈或微波或RF谐振腔产生的等离子区域3。其他产生等离子区域的其他装置也将是适合的。作为选择，自由基在连续或猝发模式DC放电中产生。在等离子区域3中，产生中性和离子化的活性粒子。离子化的粒子可通过与管子壁5和例如位于管子孔口处的法拉第格栅6碰撞来中和。将与例如碳的污染物反应但不损坏该表面的中性自由基从这些碰撞中存留下来并作为射束7排出管子。中性自由基与例如光学表面8上的碳污染物反应以便形成从该表面解析出来并分布在光刻设备中的CO和CO29。在该设备采用EUV辐射的情况下，CO和CO2气体随后通过真空系统排出。
尽管希望从射束7中去除离子化粒子，以便降低损坏表面8的可能性，将理解到本发明可通过含有离子化粒子的射束7来进行。在任何情况下，法拉第格栅6不是本发明的重要特征，并且需要时，离子化的粒子可通过其他装置去除。
图3表示图2所示设备的变型15。在这种情况下，自由基通过例如发光丝的高温元件13产生。加热元件应该具有例如1700℃的高温以便有效地热离析。此设备和方法特别用于从氢气体流12中产生氢自由基射束17。氢自由基特别用来去除氧，在这种情况下，自由基反应形成H2O。
向下流自由基产生源10可固定在光刻设备中，并且需要清理的元件将运动到中性自由基射束7的路径内。根据将要清理区域的尺寸，光学元件可在射束7下重复扫描。光学元件的整个表面可以清理，或者作为选择，该表面可预先扫描以便确定哪一个区域需要清理并接着这些区域在射束7下扫描。作为选择，光刻设备可具有可运动到需要清理的表面和/或进行运动以便扫描将要清理的表面之上的自由基射束的向下流自由基产生源。还可结合两个系统进行使用。
在优选实施例中，只有结合自由基射束7从中排出的开口11的向下流自由基产生源的管子5的端部将定位在含有将要清理元件的真空腔室中(例如，在使用EUV辐射的设备中)。但是，需要时，整个向下流自由基产生源可包括在真空腔室中。
在EUV光刻设备的正常使用中，晶片级上的传感器表面将需要每过10分钟进行清理。清理传感器所需时间将小于大约1分钟。因此，由于此清理形式造成生产能力的降低将在可接受限度内。其他元件的清理循环可以类似或更好的方式进行。
尽管以上描述只限定为设备内的单个向下流自由基产生源，将理解到通过在设备中设置两个或多个向下流自由基产生源降低总的清理时间。
图4表示作为图2所示另一变型的向下流自由基产生源20。在这种情况下，护罩21连接在管子5的端部上以便减小进入设备其他部分的气体流。对于使用EUV辐射的设备特别有用，其中形成图案装置、投射系统和基底可位于真空腔室内。密封件22围绕与将要清理的表面8接触的护罩21连接。连接到护罩21的第二管子23用来从护罩排空例如CO和CO2的气体24。此设备例如还用于处于高压下的腔室中，在这种情况下护罩21可用来产生用于向下流自由基产生源操作的低压区域。
图5表示本发明向下流自由基产生源的另一变型30。再次护罩31连接在向下流自由基产生源的管子5的端部上。在许多情况下，将要清理的元件表面8将过于易受损坏以致于不能使其接触护罩。因此，护罩31靠近表面8定位，在护罩31的边缘和表面8之间留下小并可控制的间隙32。间隙可通过例如使用电容传感器精确地进行伺服控制。例如CO和CO2的气体33将从护罩31的内部流入真空腔室。但是，由于气体将流过受到限制的空间，护罩31内的压力将大于真空腔室的压力。这将有助于在向下流等离子自由基产生源中保持足够的压力以便例如形成稳定的等离子区域3。
图6表示本发明的另一变型。如图4所示的变型，向下流自由基产生源40具有通过密封件22连接到表面8的护罩21以便减少来自护罩21的气体流进入真空腔室。第二护罩41设置在第一护罩21内。在第二护罩41和将要清理的表面8之间形成窄的间隙43。例如CO和CO2的气体43流过此窄间隙42进入第一和第二护罩21、41之间的空间。在第二护罩41内部和第一和第二护罩之间的空间之间形成压力差。继而增加真空腔室和管子5内的气体之间的压力差，这有助于形成稳定的等离子区域3。
图7表示本发明的另一变型50，该变型将图5和6所示变型的特征结合起来。第一护罩54设置成减少进入真空腔室的例如CO和CO2的气体流56，但不与将要清理的表面8实体接触。如图4所示的变型，第一护罩54和将要清理的表面8之间的间隙55非常小并且第二管子57设置成排空例如CO和CO2的气体58。连接在管子5的端部上的第二护罩51在它和表面8之间具有小间隙，以便限制例如CO和CO2的气体流进入第一和第二护罩54、51之间的空间。此变型将减小气体流进入真空腔室的特征结合起来，并且同时在管子5内保持高压以有助于形成稳定的等离子区域3，而不与将要清理的表面8实体接触。
图8表示本发明的另一变型。向下流自由基产生源60具有与图7所示相同的配置，但是第二管子57用来提供例如N2的气体流61向内流入第一护罩54，而不是抽出例如CO和CO2的气体。例如N2气体与射束7内的任何剩余氧离子反应，以便进一步降低离子损坏将要清理的表面8的可能性。可以使用其他中和气体来代替N2气体。
图9表示本发明的另一变型70。向下流自由基产生源70具有与图8相同的配置，但设置第三护罩74抽取流出第一护罩54的气体73。气体78通过第三管子77抽出。这具有减小抽取主腔室的系统上的负载的优点。
将理解到参考图4～9描述的变型还可使用其他自由基产生源以及例如臭氧清理和氧等离子的其他清理技术。
在描述本发明特定实施例的同时，将理解到本发明可以所述方式以外的方式实施。该描述不打算用来限制本发明。