CN1492284A - 有光学元件的光刻投射装置、器件的生产方法及其器件 - Google Patents
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Abstract
一种包含一光学元件的EUV光刻装置，所述光学元件的表面被改进以减小由分子污染物带来的反射率降低的影响。改进的表面包含一自聚集单层。
Description
发明领域
本发明涉及一种光刻投射装置，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保持器；
用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统。
这里使用的术语“构图部件”应广义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”。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、和衰减相移型的掩模类型，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的被透射(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，支撑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，并且如果需要该台会相对光束移动。
■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，由此已定址的反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到无地址的反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的定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，构图部件可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、美国专利US5,523,193、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US 5,229,872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的情况下具体以掩模和掩模台为例；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。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，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模图案而辐射每一靶部；这种装置通常称作晶片分档器。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。
在用光刻投影装置的制造方法中，(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 Fabrication：A Practical Guideto Semiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill PubilishingCo.，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“镜头”；可是，该术语应广义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中描述的二级光刻装置，这里作为参考引入。
由于没有已知的对于远紫外辐射具有适当光学特性的产生折射的光学元件的材料，用这种辐射的光刻装置必须利用反射光学，由掠入射反射镜或多层叠层(multilayer stack)制成。多层叠层具有仅70％的理论最大反射率。由于其反射率低，确保将任何由分子污染物造成的反射率的降低减到最小很重要。尽管在使用中采用了高真空环境，分子污染物仍可能出现在EUV光刻设备中。由于例如硅、反射镜层的顶部氧化，还有反射镜表面生长的碳，光学元件的反射率因此降低。在EUV辐射之下，反射镜表面的氧化可能是由于水的存在，同时碳的生长引起的，另一方面，可能因系统中碳氢化合物的存在而发生。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于EUV辐射，特别是用于EUV光刻装置的光学元件，其中由分子污染物引起的反射率损失被降低或减轻。
依照本发明在开始段中描述的光刻装置，可以实现上述及其他发明目的，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保持器；
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，
至少一个投射光束入射的辐射或投射系统中的光学元件，在其表面具有一疏水自聚集单层。
本发明还涉及在波长5-50nm范围具有反射率峰值的光学元件，其中，所述光学元件在其表面具有一疏水自聚集单层。典型地，波长范围低于20nm，并且，优选地低于约15nm。例如有利的波长为13.5nm及在11nm附近。在本文中，典型地，反射率大于40％，优选地大于50％，更优选地大于60％
光学元件可以是光束调节元件例如反射镜，举例来说在照明或投射系统中的多层近法线入射反射镜，尤其是Mo/Si多层反射镜，或者包括掠入射反射镜；积分器，例如散射板；掩模本身，尤其如果是多层掩模；或者任何其它有关对投射光束导向、聚焦、成形、控制等等的光学元件。光学元件还可以是传感器，例如成像传感器或点传感器。
术语“自聚集单层”是指由通过任何机构直接地或经媒介在表面自聚集的分子组成的薄膜，包括Langmuir-blodgett薄膜。
自聚集单层可以通过调节剂与光学元件表面的反应形成。调节剂是任何类型的两性分子种类，倘若调节剂与光学元件表面的反应导致形成自聚集单层。一般地，两性分子种类具有烷基链(alkyl chain)并且被官能化以与表面反应。官能度性质将取决于光学元件的表面。一般地，表面是Si型表面并且优选的两性分子种类是官能化烷基，优选地为烷基硅烷(alkylsilane)。从而光学元件的表面被以烷基硅烷为基质的自聚集单层覆盖。可是，依照光学元件的表面，可以采用其它两性种类，例如羧基酸(carboxylic acids)可用于氧化铝型表面。
本发明的以烷基硅烷为基质的自聚集单层通常由作为两性种类烷基硅烷的形成，其通式为：
Z3C-(CF2)n-(CH2)m-SiX3
其中：
Z是H或F；
n与m是任何独立的0-21的数字，优选地2-12的任何数字，并且带有n与m之和至少为5，优选地至少为7的附加条件。
X可以是卤化物，例如Cl或Br，如OMe或OEt的C1-4烷氧基，羟基或可用于促进硅结合到光学元件表面的其它基。在单烷基硅烷部分中的三个X基可以相同或不同。优选地，在单烷基硅烷部分中的三个X基是相同的。
用于本发明中的烷基硅烷优选地具有线性链，可是，没有把使用有分支链的烷基硅烷排除在外，以提供有分支链的烷基硅烷与光学元件表面的反应，导致自聚集单层的形成。
烷基硅烷优选地具有脂族烷基链，更优选地具有氟烷基(fluoro-alkyl)或全氟烷基(perfluoro-alkyl)链。在每种情况下烷基链具有6-22个碳，优选地6-18个碳，更优选地8-12个碳。
可用于形成本发明自聚集单层的具体的烷基硅烷的例子是CH3(CH2)9SiX3，CH3(CH2)11SiX3，CH3(CH2)15SiX3，CH3(CH2)17SiX3，CH3(CH2)21SiX3，CH3(CF2)5(CH2)2Si3，CH3(CF2)7(CH2)2SiX3，或CH3(CF2)9(CH2)2SiX3，其中X如通式中定义。
硅束缚的X基可以是任何涉及通式提及的取代基，可是，当X是氯时必须注意，因为反应的副产品可以使最初的表面变粗糙并导致有害的影响例如散射。
本发明的自聚集单层可以由单烷基硅烷或由混合烷基硅烷形成。优选地，自聚集单层由单烷基硅烷形成。
单层涂覆到光学元件的表面通常发生在表面完成清洁后。清洁处理的方法是本领域熟知的，并且通常包括用UV臭氧或等离子体处理。这种清洁处理除去任何可以影响光学元件表面改进的污染物。优选地，清洁处理将在表面留下水的自然吸收层，这种层辅助高质量单层的生成。
一旦完成清洁，光学元件的表面就可以与调节剂起反应。这种反应通常在气相中反应或者作为浸没反应进行，不过也可以使用其它涂覆单层的方法，例如旋转涂覆。如果在气相中进行，清洁的元件放置在带有某些调节剂的容器中，容器是真空的，压力小于约1mbar并且系统允许其竖放。反应时间取决于表面的特性、调节剂和存在于表面的水的量，无论如何，通常大约需要6-24小时。反应时间可以减少，例如通过升高温度，但是应当避免局部三维结构的形成。如果作为浸没反应进行，清洁的基底被放置于调节剂溶液中。溶液的溶剂由调节剂的特性决定，但在烷基硅烷的情况下，合适的溶剂包括烷烃，例如庚烷或辛烷，芳香族的，例如甲苯，以及醇，例如乙醇。此外，当使用烷基硅烷时应避免溶液中水的存在。浸没反应的时间同样取决于表面的特性和调节剂，但通常大约需要10分钟至2小时。当在Mo/Si多层反射镜表面形成自聚集单层时，由于100℃以上开始夹层扩散，反应的温度必须保持低温。
在单层涂覆后，改进的元件需要稳定。稳定所需的时间和温度由调节剂的特性决定，无论如何，通常在空气中老化几天或者在大约50℃烘烤几个小时就足够了。
在光学元件的表面上改良剂的表面覆盖必须足以形成自聚集单层。典型地，光学元件被自聚集单层表面覆盖大约70％，优选地覆盖大约80％，更优选地覆盖大约90％。
单层应当足够厚以在光刻装置的照射条件下保持稳定，然而，不能太厚而吸收太多的辐射。厚度应当在0.5-10nm，优选地1-5nm，更优选地1-2.5nm。
光刻装置中光学元件减少反射的两个主要途径归因于由于水的存在引起的元件表面的氧化，以及由于系统中碳氢化合物的存在引起的碳在元件表面的形成。本发明通过这两种途径来降低反射减少的影响。
首先，在光学元件的表面形成自聚集单层起到将光学元件的表面从亲水特性改变为疏水特性的作用。这样，减少表面存在的水并且氧化的影响从而减轻。其次，使用脂族或氟烷基调节剂使无极和低能量表面形成。因此，很多种碳氢化合物不能以粘住未改进表面的可能的方式粘住改进的表面。此外，层自身并没有显著降低光学元件的折射率的作用，并且还显示出在使用条件下是稳定的。
已经发现本发明的自聚集单层在暴露于电子枪(e-gun)50小时后是稳定的，也就是没有发现多层反射镜反射率的损失。在这样暴露100小时后，发现反射率的损失，损失大约在9％。可是，这样的条件比使用光刻投射装置过程中经历的条件苛刻得多。
已经发现本发明的自聚集单层可以被涂覆或者在原处被再次涂覆到光刻投射装置的光学元件表面。这样的过程可以通过将调节剂释放到容纳光学元件的真空室中进行。此过程因此可以不用拆卸装置而进行，虽然，在暴露于EUV辐射的过程中并没有进行此过程。这样的过程由于避免了从系统中拆卸反射镜的需要表现出显著的优点，从而此过程可以既快捷又没有暴露反射镜于污染物的风险地进行。
根据本发明的另一个方面，提供一种器件制造方法，包括如下步骤：
提供至少部分覆盖一层辐射敏感材料的基底；
利用辐射系统提供辐射投射射束；
利用构图部件使该投射射束在横截面上具有图案；
在辐射敏感材料层的靶部上投射该带有图案的辐射投射射束，
其特征在于：
至少一个投射光束入射的光学元件在其表面具有自聚集单层。
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，它可用于制造集成光学系统、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126nm的波长)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。
具体实施方式
现在仅通过举例的方式，参照附图描述本发明的实施方案，其中：
图1表示本发明实施方案的光刻投射装置；
在图中相应的附图标记表示相应的部件。
实施例1
图1示意性地表示了本发明一具体实施方案的一光刻投影装置。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)，在该
具体的例子中该辐射系统包括辐射源LA；
第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如划线板)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，该第一目标台由框架BF支撑；
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连接；
投射系统(“镜头”)PL(例如，如反射镜组)，用于将掩模MA的辐射部分影象化在基底W的靶部C(例如包括一个或多个电路小片(die))上。
如上所述，该装置是反射型的(例如具有反射掩模)。但是该装置通常也可以例如是透射型的(例如具有透射掩模)。或者该装置可以采用其他类型的构图部件，例如上述程控反射镜阵列类型。
辐射源LA(例如激光发生器或放电等离子源)产生辐射束。该光束直接或经过如扩束器Ex的调节装置后，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(例如通过适当的定向反射镜的帮助)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上的程控构图部件MA相交。经过掩模MA之后的光束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后或在扫描期间，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可仅与短冲程执行装置连接，或者固定。
所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基本保持不动，整个掩模图像被一次投射(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，掩模台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，可以曝光相当大的靶部C，而没有牺牲分辨率。
图2示意性地描述一光学元件，在这里是依照本发明的投射系统中的反射镜。投射系统包括：
自聚集单层2(举例来说烷基硅烷自聚集单层)；
Mo/Si多层反射镜叠层3；和
支撑多层的基底4。
实例
实例1的准备
Mo/Si多层反射镜的表面通过用UV/臭氧或氧等离子体反应器清洁作好准备。在这种处理中氧化物薄膜往往保留在表面并且这种亲水表面的存在导致水分子薄层保留在表面。这种水分子是制造高质量SAM薄膜所需要的。
反射镜与烷基硅烷一起放置于前置真空室(～10-1mbar)中，在这里是全氟癸基三乙氧硅烷(Perfluorodecyltriethoxysilane)。一般地，大约200μl的烷基硅烷足够涂覆0.1m2的反射镜表面。然后留置这种反应物约12小时从而在反射镜表面形成自聚集单层。
通过在空气中老化几天或者在50℃烘烤几个小时单层被稳定化。改进表面具有约1.2nm厚的薄膜。改进表面的水接触角测量结果为～110°，相应的表面能量约10-20mJ/m2。
比较实例1
比较实例1是标准Mo/Si多层反射镜。反射镜的表面表现出5-15°的水接触角。这种反射镜的反射率(R)最初为68％，可是，该反射率在反射镜用于EUV光刻装置的环境的过程中以线性方式降低，从而在20小时后反射率损失ΔR/R约8％。
实例1
实例1首先在10-6mbar的H2O中暴露24小时，然后在10-8mbar的二乙基邻苯二甲酸酯(diethylphthalate)中暴露24小时。在这些处理后，测量反射镜表面的水接触角，发现与之前的测量相比没有显著的变化。还发现自聚集单层在温度升至400℃时在空气和N2中都是稳定的。
实例1的反射率是67％。反射率也是在暴露于电子枪中50小时后测量的，复现暴露于EUV辐射中的效果，发现暴露后的反射率基本上与暴露前的反射率相同。可是，100小时后反射率损失ΔR/R约9％。
以上已描述本发明的具体实施例，但应当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 (13)
1.一种光刻投射装置，包括：
用于提供EUV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：
至少一个投射光束入射的辐射或投射系统中的光学元件在其表面上具有一疏水自聚集单层。
2.根据权利要求1的装置，其中，自聚集单层是烷基硅烷为基质的自聚集单层。
3.根据权利要求2的装置，其中，烷基硅烷具有C6-22烷基或全氟烷基链。
4.根据前面任何一项权利要求的装置，其中，自聚集单层由Z3C-(CF2)n-(CH2)m-SiX3形成，其中：
Z是H或F；
n与m是0-21任何独立的数字，其中n与m之和至少为5；和
X是卤化物，烷氧基或羟基。
5.根据前面任何一项权利要求的装置，其中，自聚集单层由包含CH3(CH2)9SiX3，CH3(CH2)11SiX3，CH3(CH2)15SiX3，CH3(CH2)17SiX3，CH3(CH2)21SiX3，CH3(CF2)5(CH2)2SiX3，CH3(CF2)7(CH2)2SiX3，或者CH3(CF2)9(CH2)2SiX3的物质形成，其中X是卤化物，烷氧基的或羟基的化合物。
6.根据前面任何一项权利要求的装置，其中，单层的厚度为0.5-10nm、1-5nm或者1-2.5nm。
7.根据前面任何一项权利要求的装置，其中，反射光学元件是多层反射镜。
8.根据前面任何一项权利要求的装置，其中，支撑结构包括一用于保持掩模的掩模台。
9.根据前面任何一项权利要求的装置，其中，辐射系统包括一辐射源。
10.一在5-50nm的波长范围具有反射率峰值的光学元件，其中，所述光学元件在其表面具有一疏水自聚集单层。
11.一种器件的制造方法，包括步骤：
提供一至少部分被辐射敏感材料层覆盖的基底；
利用辐射系统提供EUV辐射投射射束；
利用构图部件使该投射射束在横截面上具有图案；
在辐射敏感材料层的靶部上投射该带有图案的辐射投射光束；
其特征在于：
至少一辐射投射光束入射的光学元件在其表面上具有一疏水自聚集单层。
12.根据权利要求11的方法制造的器件。
13.一种将自聚集单层涂覆到光刻投射装置中一光学元件表面的方法，该方法包括释放调节剂到光刻投射装置的真空室中，所述光学元件位于所述真空室中。
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