专利名称：用以减低浸入式光刻系统中移动所导致的扰动的系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种光刻系统，尤其是涉及一种用以避免浸入式光刻系统的像差之方法与系统。
背景技术：
使用透镜系统与折反射系统的光刻被广泛地使用于供电路图案之印刷的半导体制造工业。光刻的实际限制假设其成像发生所经历之媒介为空气。该实际限制由方程式1加以定义Λ=λ4·n·NA]]>(方程式1)其中λ为入射光的波长，NA为该投影光学系统的数值孔径，而n为该媒介的折射系数(其中当使用离轴照射时，使用4藉以替代2)。介于最终透镜组件以及基底表面之间的气体接口将该光学系统的最大分辨率限制为小于1.0的数值孔径。
因此，藉由引入一液体于该投影光学系统的一最终透镜组件与代成像的一基底之间，则折射率n会改变。如此使得以光源一较低的有效波长而达成增加的分辨率是可行的。举例而言，浸入式光刻有效地将157nm光源减低至115nm的波长(以n＝1.365为例)，以现今工业上惯用之相同光刻工具而达成数个关键层的印刷是可行的。
同理地，浸入式光刻可将193nm的光刻向下推至145nm(针对n＝1.33为例)。因此，435nm、405nm、365nm、248nm、193nm以及157nm工具均可被使用，以有效地达成较佳分辨率并且“延伸”可使用的波长。因此，可以避免大量CaF2、硬质薄膜、氮气清除等等的需求。再者，藉由液体浸没的使用可以增加焦深，举例而言，其对于LCD面板的制造而言是相当有用的。
然而，尽管浸入式光刻极为看好，但仍存在数个问题，截至目前为止其减慢浸入式光刻系统的进展。目前浸入式光刻系统的问题之一在于藉由该浸入液体的该基底移动产生扰动，例如气泡及孔蚀。如此降低该投影光学系统与该基底之间折射率的同构型，且造成在曝光时的像差。此像差可以藉由减缓藉由该浸入液体的该基底移动而减轻。然而，对于目前标准而言，如此非常足够地妨碍高生产率。
因此，需要一种用以减低像差的方法与系统，该像差藉由该浸入液体的一基底移动所导致。
发明内容一基底与浸入液体之间的移动所造成的扰动，可以藉由将该投影光学系统(也称为POS)的出射光学组件与该基底，以及位于二者间的浸入液体结合为一单一的可移动单元而避免。该出射组件可以具有屈光力或者是不具有屈光力，其依据分辨率之增加、焦深之增加或者两者是否为所需要的而定。
浸入式光刻系统中的POS可以藉由一动态的轴向补偿群组再加上图案产生器、光学群组以及可移动基底单元而增加。为了要补偿由于轴向对称的偏向所造成的像差，该动态的轴向补偿群组提供POS光学应变的连续校正。在该基底与该可移动光学单元之间由浸入液体所填入的空间可以动态地控制，以提供适当的工作距离。
于一实施例中，该可移动的基底单元使用于全场阶跃与扫描曝光。该可移动的基底单元包含具有屈光力的一全场光学组件。
于另一实施例中，该可移动的基底单元使用于全场阶跃曝光。该可移动的基底单元包含具有屈光力的一子场光学组件，用以减低补偿。
于又另一实施例中，该可移动的基底单元使用于全场阶跃与扫描曝光。该可移动的基底单元包含不具屈光力的一全场光学组件。当焦深被增加而分辨率不被增加时，可以使用此实施例。
本发明的许多观点可以参考以下的图式而更加清楚的了解。相关图式并未依比例绘制，其作用仅在清楚表现本发明有关原理。此外，使用数字来表示图式中相对应的部分。
图1为一方块图，用以说明根据本发明一实施例的曝光系统。
图2为一方块图，用以说明根据本发明另一实施例的曝光系统。
图3为一方块图，用以说明根据本发明又另一实施例的曝光系统。
图4为一流程图，用以说明根据本发明一实施例的方法。
图5为一方块图，用以说明典型的浸入式光刻系统。
本发明的其它特点、目的以及优点将详细描述如下且伴随着图式而更加清楚叙述，其中在所有的图式中，相似之参考数字标明相同或类似的组件。某个部件第一次出现的附图通常用相应的附图标记的最左边的数字表示。
具体实施方式本发明的一些较佳实施例将详细描述如下。然而，除了如下描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例施行，且本发明的范围并不受实施例之限定，其以要求保护的专利范围为准。
光刻是一种用以制造在基底表面上的特征之制程。此种基底可以包含使用于制造平面面板显示器(例如LCD面板)、半导体晶圆、电路板、多种集成电路、打印头、宏观/纳米流体基底以及其它装置的基底。在光刻制程的期间，藉由位于光刻装置中的曝光装置，将基底阶段所配置的一基底曝光至投影在该基底表面上的一影像。
此投影的影像对于沉积在该基底表面上的一层(例如光刻胶)，产生特性上的改变。这些改变对应至在曝光期间投影至该基底的特征。在曝光步骤之后，可以蚀刻该层或者其它方式，以产生一图案化层。该图案对应至在曝光期间投影至该基底的特征。接着，该图案化层用以移除或更进一步地处理位于该基底下方结构层(例如导电层、半导电层或绝缘层)的曝光部分。再接着，连同其它步骤重复此制程，直至所想要的特征已形成于该基底的表面上或不同层之中。
阶跃与扫描技术与具有较窄成像狭缝的投影光学系统(POS)相结合而作用。每次个别的场被扫描至该基底上，而不是每次曝光整个基底。此伴随着同时地移动该基底与标线片，以使得在扫描期间该成像狭缝穿过该场而被移动。接着，该基底阶段必须异步地在数个场曝光之间阶跃，以提供待曝光至整个基底表面上的多份标线图案。在此方式中，投影至该基底上之影像的品质是最大化的。
在浸入式光刻系统中，液体被注入至该POS出射窗口与该基底表面之间的空间。图5为一方块图，用以说明典型的浸入式光刻系统500。系统500包含一图案产生器502、一POS 504以及一基底506。为了要完整地曝光基底506，基底506相对于POS504移动。浸入液体508填入位于基底506与出射POS组件510之间的空间。当基底506移动时，浸入液体508通常经由该空间而被环行。由于基底506关于浸入液体508的移动所造成的扰动，浸入液体508的折射率在整个液体并非定值的。折射率的扰动产生在曝光图案中的像差。
根据本发明，在光刻系统的浸入液体内的扰动可以藉由至少一光学组件与该基底，以及位于二者间的浸入液体而形成一单一的可移动单元而减低。图1为一方块图，用以说明根据本发明一实施例的曝光系统100。曝光光束102藉由在通过图1延伸的直线加以表示。曝光光束102可以是具有一波长的激光，该波长不在可见光区域内，例如紫外光波长。本发明的应用实例使用包含248nm、193nm以及157nm的波长，然而并不限于此。再者，举例而言，曝光光束102可藉由一脉冲式激光或连续波激光而产生。曝光系统100包含一图案产生器群组104、一动态轴向补偿群组106、一光学群组108以及一可移动基底单元110。
图案产生器群组104包含一图案产生器112以及一光学群组114。举例而言，图案产生器112可以是一标线片或一空间光调制器(SLM)，已知的SLM例如一数字微反射镜装置(DMD)、反射式液晶显示器(LCD)、光栅式光阀(GLV)或是其它装置。图案产生器112将一曝光图案注入至曝光光束102。光学群组114为POS的一部分。光学群组114更进一步地调节曝光光束102中的光线，用以藉由系统100引导且聚焦曝光光束102。
在离开光学群组114之后，曝光光束102进入动态轴向补偿群组106。在常规的曝光系统中，在POS中最后的组件并不移动，且曝光光束沿着一固定路径(曝光光轴)行进。在图1的实施例中(将于下述加以说明)，举例而言，基底单元110水平地及/或垂直地移动。此产生基底单元110的屈光力(optical power)所导致的一些光轴曲率。动态轴向补偿群组106针对轴向对称的偏向所导致的像差而校正。在动态轴向补偿群组106中的这些透镜是群组一起的，如图1所示。即使如此，本领域技术人员可以知道，在实际的实施方式中也可以分开及/或结合进一或二个光学群组114、108。在动态轴向补偿群组106中的这些透镜可以移动(例如移位、转动、倾斜等等)，以提供任一轴向位移的适当补偿。此移动可以依据基底单元110中预期的移动，或是一反馈系统的结果。
接着，曝光光束102通过光学群组108，POS的一部分且更进一步地调节和聚焦用于基底曝光的光束。曝光光束102持续至可移动基底单元110。
可移动基底单元110包含一透镜阵列116、浸入液体118以及一基底120，所有的组件共同地移动。透镜阵列116与基底120可以彼此附接，或是不附接。来自光学群组108的曝光光束102通过透镜阵列116与浸入液体118，以将其图案曝光至该基底120上。在典型的浸入系统中，POS的出射透镜与浸入液体相接触。该出射透镜通常为非常巨大的透镜，例如碗形透镜。在图1的实施例中，与浸入液体118接触的POS出射组件为透镜阵列116。透镜阵列116可以具有较低的屈光力，如此使得最小校正将会是动态轴向补偿群组106所需的。额外的光学装置可以新增至光学群组114及/或108，以抵销透镜阵列116的任何弱点。
系统100为一种全场阶跃与扫描系统。因此，在一扫描制程中，该基底上的整个场被曝光。一旦该场的扫描完成时，系统100阶跃至下一场。举例而言，每一场可以是25～32mm。如图1所示，在透镜阵列116的个别透镜(例如透镜122)可以与该场大致相同的尺寸。因此，每一场将经由透镜阵列116中的单一透镜而被扫描，每一场具有各自所有的透镜。该阶跃与扫描方法的其它变动，在不脱离本发明之精神和范围内，对于本领域技术人员而言是显然可知的。
虽然也可以使用较大或较小的尺寸，透镜阵列116与基底120之间的间隙可以约为50μm。对于193nm的光刻而言，由于其在193nm是相当地无损耗的，可以使用水(例如去离子水)。任何本领域技术人员可以知道，也可以使用其它液体，例如环辛烷、Foemblin油以及全氟聚醚PFPE流体。对于157nm的光刻而言，在该液体内的损耗是一个关键。这倾向于透镜阵列116与该基底120之间需要较小的间隙。就157nm光刻的例子而言，透镜阵列116与该基底120之间的间隙可以是50μm或更小。
举例而言，浸入液体层118可藉由一封闭环(图未示)而保持。一封闭环可以形成一容器的边缘或侧边，透镜阵列116与基底120形成该容器的相对面。另外可选择地，附着力可被用来保持一定量之浸入液体。浸入液体可以位于基底120或透镜阵列116的表面上，其依据系统100的方向性而定(透镜阵列116是否位于基底120上方或下方)。由于表面张力的关系，该容积量的浸入液体118将被一起保持于一表面上，而另一表面接触浸入液体118凹凸面。
针对各种的效应(例如变焦)，该容积量的浸入液体118需要被加以调整。一封闭环可以具有入口及/或出口，用以调整该浸入液体118的容积量。该封闭环也可以具有额外的储存槽，用以容纳新增的液体。反馈感应器可以包含于浸入液体118内，用以校正任何误差(例如距离或焦距上的误差)。在典型的光刻系统中，用以维持投影光学装置与一基底间之位准间隙的大多数量测装置也可以用在基底单元110之中，这些量测装置例如干涉计或电容量计。浸入液体的外部也可以使用空气压力计。
另外需要加以说明的是，当该基底的曝光需要干曝光时，该液体可以完全地移除。对于干曝光而言，一或二个光学群组114与108需要相应地调整(例如焦距、球面像差、数值孔径的减少等等)。
在曝光期间，图案产生器112与可移动基底单元110二者相对于曝光光束102而移动。图案产生器移动与基底单元移动二者间的速度比率依据系统的倍率而定。举例而言，假如系统100的倍率为4，图案产生器112的移动速度相较于可移动基底单元110，则为4倍。当可移动基底单元110移动时，动态轴向补偿群组也移动，以说明移动透镜阵列116所产生的轴向变化。透镜阵列116、浸入液体118以及基底120并不改变相对于彼此的位置。因此，基底120的扫描移动不会造成在该液体之中的任何扰动，且减低该浸入液体所导致的整体歪曲。
图2为一方块图，用以说明根据本发明第二实施例的曝光系统200。图案产生器群组204、动态轴向补偿群组206以及光学群组208之中的组件分别对应至系统100中的图案产生器群组104、动态轴向补偿群组106以及光学群组108。同样地，可移动基底单元210包含一光学功率透镜阵列212、浸入液体216以及一基底218。
系统200是一阶跃系统，而不是一阶跃与扫描系统。因此，系统200将每一场分为数个子场，而不是在阶跃之前透过一整体场而一条线一条线地扫描。系统200阶跃至每一子场，且将该整体子场曝光而不需扫描。由于该全场并不在一曝光中成像，图案产生器220也需要加以移动。
为了容纳较小的子场，透镜阵列212包含一组透镜，例如透镜214。透镜214大约接近一子场的尺寸。由于在透镜阵列212中的这些透镜小于该场尺寸，不具有较多的轴向位移。因此，轴向位移补偿群组206将不需要如系统100移动那样多。由于场尺寸之故，需要较少的轴向补偿，每一子场透镜的屈光力可以比在系统100中的屈光力较高些。透镜阵列212的屈光力将主要由这些子场来回移动所欲之品质而限制。除此之外，系统200的实施方式与系统100所述的实施方式相类似。
图3为一方块图，用以说明根据本发明第三实施例的曝光系统300。系统300为一全场阶跃与扫描系统。图案产生器群组304、轴向位移补偿群组306以及光学群组308之中的组件分别对应至系统100中的图案产生器群组104、动态轴向补偿群组106以及光学群组108。基底单元310包含不具屈光力的一平板316，而不是包含与浸入液体318相接触的一透镜阵列。举例而言，一透镜阵列可能已增加的任何屈光力可以取代为包含于光学群组308之中。
使用平板316来替代透镜阵列使得此实施例轻易地加入至预先存在的系统中。用于曝光所需的所有光学装置可以结合进光学群组314与308之中，而不需将任何光学装置与可移动基底单元310相分隔。再者，由于在平板316中不具屈光力，光轴将不被移开。因此，在图3的实施例中，轴向位移补偿群组306的使用将是可选择的。对于使用于预先存在系统而言，由于该基底将位于距POS中的出射透镜一不同的距离，主要的改变将是POS的倍率。除此之外，系统300的实施方式与系统100所述的实施方式相类似。
具有屈光力组件用以与浸入液体相接触的浸入系统(例如系统100与200)提供增强的分辨率，这是由于该系统的数值孔径有效地增加。用于一浸入式光刻系统中的分辨率Δ可以由下述方程式给定Δ=λwctNAdry]]>(方程式2)其中λwet是该曝光光束由于浸入液体存在的有效波长，且NAdry是POS在空气中的数值孔径。λwet可以使用下述方程式而决定λwet=λdrynimm]]>(方程式3)其中λdry是该曝光光束的实际波长，且nimm是该浸入液体的折射率。
浸入系统也可以增加焦深。用于一浸入式光刻系统中的焦深可以由下述方程式给定DOF=λdrynimm·NAdry2]]>(方程式4)焦深可以在根据本发明的浸入系统中而获得改进，且这些系统是否具有屈光力的基底单元与否无关。举例而言，由于系统300并不包含与该浸入液体相接触的屈光力组件，该系统可能无法达到增加分辨率。然而，该系统仍可改进曝光的焦深。增加的焦深导致在POS中其它光学装置改进的容限，这些光学装置例如光学群组314与308。
与图1、2、3所示的实施例相类似的系统可以实施在双扫描系统中(举例而言)。在此中实施方式中，可移动基底单元100可以在一第一阶段中组装，而曝光则发生在一第二阶段。然而，任何本领域技术人员可以了解到本发明也可以实施于任何单一阶段或多重阶段光刻系统中。
图4为一流程图，用以说明根据本发明一实施例的范例光刻方法400。在步骤402中，至少一光学组件、一容积量之浸入液体以及一基底被耦接为一单一可移动单元。该光学组件可以具有屈光力且可以是POS的出射组件，如同在系统100与200中。另外可选择地，该光学组件可以不具屈光力。该光学组件、该浸入液体与该基底可以藉由光学接触、附着力或任何本领域技术人员所熟知的其它耦接方法而耦接一起。
在步骤404中，该单一单元相对于携有一图案的曝光光束而移动。该单一单元被移动的速率依据所需要的该图案的倍率而定。该移动也依据该光刻系统是阶跃系统或一阶跃与扫描系统而定。假如该光刻系统是阶跃系统，该移动将包含从一位置至另一位置的阶跃移动，随后是一小段停止同时发生曝光。假如该光刻系统是一阶跃与扫描系统，该移动将包含从一位置至一新位置的阶跃移动，随后是在该新位置内的连续扫描移动。
在步骤406中，移动至少一光学补偿组件，用以补偿该单一单元的移动。该补偿组件的移动可以包含移位、转动与倾斜的任何组合，且并不限于此。相较于子场曝光而言，全场曝光将需要较多的补偿。假如该单一单元不具屈光力，步骤406可能不需要补偿且可被略过。
在步骤408中，该基底以携有该图案的该曝光光束加以曝光。由于该基底为该单一单元的一部分，在到达该基底表面之前，该曝光光束通过该光学组件与该浸入液体。
虽然本发明已以若干较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，可作变化和修改，因此本发明之保护范围应以权利要求书所界定为准。
权利要求
1.一种液体浸入式光刻系统，包含至少一个光学组件；一基底；以及位于该至少一个光学组件与该基底之间的一容积量之浸入液体，其中该至少一个光学组件、该基底以及该容积量之浸入液体被设置以在成像期间一致地移动。
2.如权利要求1所述之液体浸入式光刻系统，其中该容积量之浸入液体经由附着力而保持在该至少一个光学组件与该基底之间。
3.如权利要求1所述之液体浸入式光刻系统，其中该至少一个光学组件与该基底相邻于包围该容积量之浸入液体的一容器之相对侧。
4.如权利要求1所述之液体浸入式光刻系统，其中该容积量之浸入液体是可变的。
5.如权利要求4所述之液体浸入式光刻系统，其中该容积量之浸入液体是可以变动的，用以针对焦距而调整。
6.如权利要求1所述之液体浸入式光刻系统，还包含一补偿光学系统，用以针对轴向位移提供补偿。
7.如权利要求6所述之液体浸入式光刻系统，其中该补偿光学系统包含至少一个透镜，该透镜具有移位、转动或倾斜之中的至少一个能力。
8.如权利要求6所述之液体浸入式光刻系统，其中该补偿光学系统为一投影光学系统的一部分。
9.如权利要求1所述之液体浸入式光刻系统，其中该至少一个光学组件为具有屈光力的一全场透镜阵列。
10.如权利要求1所述之液体浸入式光刻系统，其中该至少一个光学组件为具有屈光力的一子场透镜阵列。
11.如权利要求1所述之液体浸入式光刻系统，其中该至少一个光学组件不具屈光力。
12.如权利要求1所述之液体浸入式光刻系统，其中该至少一个光学组件为一投影光学系统的一出射透镜。
13.如权利要求1所述之液体浸入式光刻系统，其中该容积量之浸入液体由于表面张力而停留于该基底的表面上。
14.如权利要求13所述之液体浸入式光刻系统，其中该至少一个光学组件的一表面与该容积量之浸入液体的一凹凸表面相接触。
15.如权利要求1所述之液体浸入式光刻系统，其中该容积量之浸入液体由于表面张力而停留于该至少一个光学组件的表面上。
16.如权利要求15所述之液体浸入式光刻系统，其中该基底的一表面与该容积量之浸入液体的一凹凸表面相接触。
17.一种在一基底上印刷一图案的方法，该方法包含(a)将至少一个光学组件、一容积量之浸入液体以及该基底耦接成一个单一单元；(b)相对于携有该图案的一曝光光束移动该单一单元；以及(c)以该曝光光束并通过该单一单元曝光该基底。
18.如权利要求17所述之方法，还包含(d)移动至少一个光学补偿组件，以补偿该单一单元相对于该曝光光束的移动。
19.如权利要求18所述之方法，其中步骤(d)中的移动包含移位、倾斜或转动之中的至少之一。
20.如权利要求17所述之方法，其中步骤(a)包含将具有屈光力的至少一个组件、该容积量之浸入液体以及该基底耦接成一个单一单元。
21.如权利要求20所述之方法，还包含(d)调整该容积量之浸入液体，以改变该曝光光束的分辨率与焦深的至少之一。
22.如权利要求17所述之方法，其中步骤(a)包含将不具屈光力的至少一个组件、该容积量之浸入液体以及该基底耦接成一个单一单元。
23.如权利要求22所述之方法，还包含(d)调整该容积量之浸入液体，以改变该曝光光束的焦深。
全文摘要
在一浸入式光刻系统中，一可移动基底单元由一基底与至少一光学组件，以及位于二者间的浸入液体而形成。该浸入液体与该光学组件相对于该基底共同地移动。在曝光扫描期间，该基底单元的移动减低由扰动所产生的折射率扰动。在动态轴向补偿群组中的组件可以移动，以补偿由轴向对称的偏向所导致的像差，且该偏向是由于在该基底单元中该光学组件的移动所致。在该基底单元中由浸入液体所填入的空间可以被动态地控制，以提供适当的工作距离。假如该基底单元中的该光学组件具有屈光力，则分辨率与焦深皆可以提高。即使假如该光学组件不具屈光力，则仍可以提高焦深。
文档编号H01L21/027GK1740916SQ200510096718
公开日2006年3月1日 申请日期2005年8月26日 优先权日2004年8月27日
发明者莱夫·瑞知科夫, 于利·韦拉迪米尔斯基 申请人:Asml控股股份有限公司