[发明专利]微光刻投射曝光设备

说明书

技术领域

本发明涉及微光刻投射曝光设备。这样的设备用于生产大尺寸集成电路 和其他微结构化的部件。本发明具体涉及用于减少或对称化在这样的设备的 投射物镜中发生的非旋转对称图像误差的校正系统。

背景技术

微光刻(也称作光学光刻或仅称作光刻)是用于制作集成电路、液晶显 示器和其它的微结构装置的技术。与蚀刻工艺相结合的微光刻的工艺用于构 图已经形成于基底(例如，硅晶片)上的薄膜叠层中的特征。当制作每一层 时，首先晶片被涂覆以光刻胶，该光刻胶为对诸如超紫外(DUV)光的辐射 敏感的材料。之后，在投射曝光设备中，在顶部上具有光刻胶的晶片通过掩模 被暴露于投射光。掩模包含要投射到光刻胶上的电路图案。在曝光之后，光 刻胶被显影以产生与包含在掩模中的电路图案对应的图像。蚀刻工艺接着将 电路图案转移到晶片上的薄膜叠层中。最后，去除光刻胶。使用不同的掩模 重复该工艺产生多层的微结构部件。

投射曝光设备典型地包括照明系统、对准掩模的掩模台、投射物镜以及 对准涂覆有光刻胶的晶片的晶片对准台。照明系统照明掩模上的场，该场可以 例如具有矩形狭缝或窄环段的形状。

现有的投射曝光设备中，可以在两种不同类型的设备之间做出区别。在 一种类型中，通过一次就将整个掩模图案曝光到目标部分上；这样的设备通 常称为晶片步进曝光机。在常被称作为步进-扫描设备或简单称作扫描曝光 机的另一种类型的设备中，通过在投射光束下在给定参考方向逐渐地扫描掩 模图案而同步地平行于或反平行于该方向扫描基底，辐照每一目标部分。晶 片的速度和掩模的速度的比例等于投射透镜的放大率β，其通常小于1，例 如β＝1/4或β＝100。

可以理解，术语“掩模”(或掩模母版)广泛地被解释为构图装置。通 常使用的掩模包括透射或反射的图案，并可以例如是二元的、交替相移、衰 减相移或各种混合掩模类型。然而，也有主动掩模，例如实现为可编程镜阵 列的掩模。这样的装置的示例为具有粘弹性控制层(viscoelastic control layer) 和反射表面的矩阵可寻址表面。可以从例如US 5,296,891和US 5,523,193收 集到有关这样的镜阵列的更多的信息。同样地，可编程LCD阵列可用作主 动掩模，如US 5,229,872中所描述的。为简化起见，本文的其余部分可以特 别涉及包括掩模和掩模台的设备；然而，在这样的设备中讨论的一般原理应 当在如上所阐述的构图装置的更宽泛的情景中来领会。

投射曝光设备发展中的本质目标之一是能够光刻地在晶片上产生具有 越来越小尺寸的结构。小结构导致高集成密度，其通常对借助于这样的设备 产生的微结构化部件的性能具有有利效应。

能够产生的结构的大小主要依赖于所使用的投射物镜的分辨率。由于投 射物镜的分辨率与投射光的波长成反比，增加分辨率的一种途径是使用具有 越来越短波长的投射光。当前所使用的最短波长为248nm、193nm或157nm 并因此位于(深)紫外频谱范围。

增加分辨率的另一种途径是基于在浸没空隙中引入具有高折射率的浸 没液的想法，该浸没液驻留在投射物镜像侧的最末透镜和要曝光的光刻胶或 其他光敏感层之间。设计用于浸没操作且因此称为浸没物镜的投射物镜能够 实现大于1的数值孔径，例如1.4或甚至更高。

图像误差(即，像差)的校正对于具有非常高的分辨率的投射物镜变得 日益重要。不同类型的图像误差通常需要不同的校正措施。

旋转对称图像误差的校正相对简单。如果出瞳中的波前变形是旋转对称 的，则将图像误差称作为旋转对称的。术语波前变形指的是波从理想无像差 波的偏离。旋转对称图像误差能够被校正，例如，通过沿光轴移动单独的光 学元件来至少部分校正。

那些非旋转对称的图像误差的校正更困难。这样的图像误差例如由于透 镜和其他光学元件非旋转对称升温而产生。这种类型中的一种图像误差是像 散，对于位于光轴上的场点也可以遇到该图像误差。