光刻設備及器件制造方法

專利名稱：光刻設備及器件制造方法
技術領域：
本發明涉及光刻投影設備，它包括輻射系統，用于提供輻射投影光束；用于支撐構圖裝置的支撐結構，所述構圖裝置用于根據所需圖案將投影光束圖案化；用于保持基底的基底臺；用于將帶圖案的光束投影到基底的目標部分上的投影系統；用于移動所述支撐結構和所述基底臺的直線馬達。
背景技術：
這里使用的術語“構圖裝置”應廣義地解釋為能夠給入射的輻射光束賦予帶圖案的截面的裝置，其中所述圖案與要在基底的目標部分上形成的圖案一致；本文中也使用術語“光閥”。一般地，所述圖案與在目標部分中形成的器件如集成電路或者其它器件的特定功能層相對應(如下文)。這種構圖裝置的示例包括■掩模。掩模的概念在光刻中是公知的，它包括如二進制型、交替相移型、和衰減相移型的掩模類型，以及各種混合掩模類型。這種掩模在輻射光束中的布置使入射到掩模上的輻射能夠根據掩模上的圖案而選擇性地被透射(在透射掩模的情況下)或者被反射(在反射掩模的情況下)。在使用掩模的情況下，支撐結構一般是一個掩模臺，它能夠保證掩模被保持在入射輻射束中的所需位置，并且如果需要該臺會相對光束移動。
■可編程反射鏡陣列。這種設備的一個例子是具有一粘彈性控制層和一反射表面的矩陣可尋址表面。這種設備的基本原理是(例如)反射表面的已尋址區域將入射光反射為衍射光，而未尋址區域將入射光反射為非衍射光。用一個適當的濾光器，從反射的光束中濾除所述非衍射光，只保留衍射光；按照這種方式，光束根據矩陣可尋址表面的定址圖案而產生圖案。可編程反射鏡陣列的另一實施例利用微小反射鏡的矩陣排列，通過使用適當的局部電場，或者通過使用壓電致動器裝置，使得每個反射鏡能夠獨立地關于一軸傾斜。再者，反射鏡是矩陣可尋址的，由此已尋址反射鏡以不同的方向將入射的輻射光束反射到未尋址反射鏡上；按照這種方式，根據矩陣可尋址反射鏡的定址圖案對反射光束進行構圖。可以用適當的電子裝置進行該所需的矩陣定址。在上述兩種情況中，構圖裝置可包括一個或者多個可編程反射鏡陣列。關于如這里提到的反射鏡陣列的更多信息可以從例如美國專利US5,296,891、美國專利US5,523,193、PCT專利申請WO 98/38597和WO 98/33096中獲得，這些文獻在這里引入作為參照。在可編程反射鏡陣列的情況中，所述支撐結構可以是框架或者工作臺，例如所述結構根據需要可以是固定的或者是可移動的。
■可編程LCD陣列，例如由美國專利US 5,229,872給出的這種結構，它在這里引入作為參照。如上所述，在這種情況下支撐結構可以是框架或者工作臺，例如所述結構根據需要可以是固定的或者是可移動的。
為簡單起見，本文的其余部分在一定的情況下具體以掩模和掩模臺為例；可是，在這樣的例子中所討論的一般原理應適用于上述更寬范圍的構圖裝置。
光刻投影設備可以用于例如集成電路(IC)的制造。在這種情況下，構圖裝置可產生對應于IC一個單獨層的電路圖案，該圖案可以成像在已涂敷輻射敏感材料(抗蝕劑)層的基底(硅晶片)的目標部分上(例如包括一個或者多個管芯(die))。一般的，單一的晶片將包含相鄰目標部分的整個網格，該相鄰目標部分由投影系統逐個相繼輻射。在目前采用掩模臺上的掩模進行構圖的裝置中，有兩種不同類型的機器。一類光刻投影設備是，通過將全部掩模圖案一次曝光在目標部分上而輻射每一目標部分；這種設備通常稱作晶片步進器。另一種設備(通常稱作步進-掃描設備)通過在投影光束下沿給定的參考方向(“掃描”方向)逐漸掃描掩模圖案并同時沿與該方向平行或者反平行的方向同步掃描基底臺來輻射每一目標部分；因為一般來說，投影系統有一個放大系數M(通常＜1)，因此對基底臺的掃描速度V是對掩模臺掃描速度的M倍。關于如這里描述的光刻設備的更多信息可以從例如美國專利US6,046,792中獲得，該文獻這里作為參考引入。
在采用光刻投影設備的制造方法中，(例如在掩模中的)圖案成像在至少部分由一層輻射敏感材料(抗蝕劑)覆蓋的基底上。在這種成像步驟之前，可以對基底進行各種處理，如打底，涂敷抗蝕劑和弱烘烤。在曝光后，可以對基底進行其它的處理，如曝光后烘烤(PEB)，顯影，強烘烤和測量/檢查成像特征。以這一系列工藝為基礎，對例如IC的器件的單層形成圖案。對這種帶圖案的層然后可進行任何不同的處理，如蝕刻、離子注入(摻雜)、鍍金屬、氧化、化學-機械拋光等完成一單層所需的所有處理。如果需要多層，那么對每一新層重復全部步驟或者其變化。最終，在基底(晶片)上出現器件陣列。然后采用例如切割或者鋸割技術將這些器件彼此分開，單個器件可以安裝在載體上，與管腳等連接。關于這些處理的進一步信息可從例如Peter van Zant的“微芯片制造半導體加工實踐入門(Microchip FabricationA Practical Guide toSemiconductor Processing)”一書(第三版，McGraw Hill PublishingCo.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中獲得，這里作為參考引入。
為了簡單起見，投影系統在下文稱為“鏡頭”；可是，該術語應廣義地解釋為包含各種類型的投影系統，包括例如折射光學裝置，反射光學裝置，和反折射系統。照射系統還可以包括根據這些設計類型中任一設計的操作部件，該操作部件用于引導、成形或者控制輻射投影光束，這種部件在下文還可共同地或者單獨地稱作“鏡頭”。另外，光刻設備可以具有兩個或者多個基底臺(和/或兩個或者多個掩模臺)。在這種“多級式”器件中，可以并行使用這些附加臺，或者可以在一個或者多個臺上進行準備步驟，而一個或者多個其它臺用于曝光。例如在美國專利US5,969,441和WO98/40791中描述的二級光刻設備，這里作為參考引入。
為了減小光刻設備(它是非常昂貴的機器)擁有成本，光刻設備必須具有盡可能高的生產量，該生產量是以每小時曝光的晶片量衡量的。對于掃描式設備，曝光過程中掃描速度的增加可以使生產量得到很大增加。然而，必須要同步掃描的掩模和基底臺很重，每個重數十公斤。雖然它們已經能很快地移動，但是例如掩模臺必須以具有放大倍數為1/4的投影鏡頭的設備中基底的速度的四倍移動，其在已知設備中以50ms-2加速。因此增加掃描速度需要功率大很多的馬達。直線馬達的現有結構包括磁體板(定子)和具有3，6，12或15個線圈的線圈組件(變換器或電樞)，其不能簡單地按比例擴大，因為會導致產生過多的熱。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種改進的線性馬達，其具有增加的效率，因此具有更大的驅動力，而不會相應地散發更多的熱。
根據本發明，這個和其它目的可以在開始段落中所述的光刻設備中實現，其特征在于所述直線馬達包括第一和第二磁體板，所述磁體板彼此相對，一開路線圈組件可以在所述磁體板之間移動，所述線圈組件包括多個線圈，每個線圈卷繞在相應的鐵磁芯周圍，所述磁體板和所述線圈組件可相對移動。
采用兩個相對的磁體板和一開路線圈組件，即不同相位的線圈的芯之間沒有鐵磁連接的線圈組件，使得對于一給定的力馬達結構可具有較低體積。還可以使馬達的效率增加，因為增加了有效的磁體材料，因此具有較高的磁力，但不會減小移動質量。同時，法向力(即，沿垂直于驅動方向產生的力)減小500到1000倍。這還提供很多額外的優點，因為支撐的需求大大降低，特別是馬達在真空中工作時。
線圈圍繞其卷繞的鐵磁芯還可以稱作齒，這對于直線電磁馬達來說是通常的習慣。
在本發明的實施例中，線圈組件包括多個線圈組，每個線圈組包括一個或更多個線圈以及用于每個線圈組的直流(DC)放大器。每個線圈組的不同的線圈可以串聯或并聯。作為通過DC放大器供應功率的替代方式，線圈組可以通過多相交流(AC)放大器供電。
在本發明的一個優選實施例中，線圈組件包括三個線圈組，每個線圈組包括一個或更多個線圈，和三個DC放大器，一個放大器各驅動一個線圈組。也可以采用三相交流放大器。
在本發明的另一優選實施例中，所述線圈圍繞其卷繞的鐵磁芯凸出到所述線圈之外，并且冷卻劑導管設在所述芯之間并與所述線圈熱接觸。冷卻劑導管用于在馬達使用期間循環冷卻劑例如水，并實現充分冷卻而不會使運動質量的馬達尺寸不適當地增加。充分的冷卻使得線圈中可使用的電流密度較高，可以使驅動力增加。優選地，冷卻劑導管是由陶瓷材料形成的，因而不會導致像導電材料中由于渦流而引起的功率損失。
此外，線圈可以以金屬薄片卷繞，因而具有對冷卻導管的高熱導性。使用金屬薄片線圈還可以在線圈卷繞在鐵磁芯周圍的其它電磁馬達中提供改善的性能。
根據本發明的另一方面，提供一種器件制造方法，所述方法包括下述步驟提供一基底，該基底至少部分被一層輻射敏感材料覆蓋；利用輻射系統提供輻射投影光束；利用構圖裝置使投影光束的橫截面具有圖案；
將帶圖案的輻射光束投影到輻射敏感材料層的目標部分上；以及利用直線馬達移動構圖裝置和基底至少一個，其特征在于所述直線馬達包括第一和第二磁體板，所述磁體板彼此相對，并且一開路線圈組件可在所述磁體板之間移動。
在本申請中，本發明的設備具體用于制造IC，但是應該明確理解這些設備可能具有其它應用。例如，它可用于制造集成光學系統、用于磁疇存儲器的引導和檢測圖案、液晶顯示板、薄膜磁頭等等。本領域的技術人員將理解，在這種可替換的用途范圍中，在說明書中任何術語“分劃板”，“晶片”或者“管芯”的使用應認為分別可以由更普通的術語“掩模”，“基底”和“目標部分”代替。
在本文件中，使用的術語“輻射”和“投影光束”包含所有類型的電磁輻射，包括紫外(UV)輻射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波長)和遠紫外(EUV)輻射(例如具有5-20nm的波長范圍)。


下面將結合示意性的附圖以舉例方式對本發明的實施例進行說明，其中圖1描述一種根據本發明一個實施例的光刻投影設備；圖2是穿過根據本發明的一個實施例的第一直線馬達的截面圖；圖3是圖2的馬達的變換器的一部分的放大截面圖，示出冷卻劑通道；圖4是穿過根據本發明的一個實施例的第二直線馬達的截面圖；圖5是穿過根據本發明的一個實施例的第三直線馬達的截面圖；在附圖中，相應的標號表示相應的部分。
具體實施例方式
實施例1圖1示意性地示出根據本發明的一個具體實施例的光刻投影設備。該設備包括輻射系統Ex、IL，用于提供輻射投影光束PB(例如，EUV輻射)，其在本發明的具體情況下還包括輻射源LA；第一目標臺(掩模臺)MT，設有用于保持掩模MA(例如分劃板)的掩模保持器，并與用于將該掩模相對于物體PL精確定位的第一定位裝置連接；
第二目標臺(基底臺)WT，設有用于保持基底W(例如涂敷抗蝕劑的硅晶片)的基底保持器，并與用于將基底相對于物體PL精確定位的第二定位裝置連接；投影系統(“鏡頭”)PL(例如，反射鏡組)，用于將掩模MA的受輻射部分成像在基底W的目標部分C(例如包括一個或多個管芯)上。
如這里指出的，該設備屬于反射型(例如具有反射掩模)。可是，一般來說，它還可以是例如透射型(例如具有透射掩模)。另外，該設備可以利用其它種類的構圖裝置，如上述涉及的可編程反射鏡陣列型。
輻射源LA(例如產生激光的源或放電等離子體源)產生輻射光束。該光束直接或在橫穿過如擴束器Ex等調節裝置后，饋送到照射系統(照射器)IL上。照射器IL包括調節裝置AM，用于設定光束強度分布的外和/或內徑向量(通常分別稱為σ-外和σ-內)。另外，它一般包括各種其它部件，如積分器IN和聚光器CO。按照這種方式，照射到掩模MA上的光束PB在其橫截面具有所需的均勻度和強度分布。
參看圖1可以知道，輻射源LA可以置于光刻投影設備的殼體中(例如當輻射源LA是汞燈時經常是這種情況)，但也可以遠離光刻投影設備，其產生的輻射光束被(例如通過合適的定向反射鏡的幫助)引導至該設備中；當光源LA是準分子激光器時通常是后面的那種情況。本發明和權利要求包含這兩種方案。
光束PB然后與保持在掩模臺MT上的掩模MA相交。在被掩模MA有選擇地反射后，光束PB通過鏡頭PL，該鏡頭將光束PB聚焦在基底W的目標部分C上。在第二定位裝置PW(和干涉測量裝置IF)的輔助下，基底臺WT可以精確地移動，例如在光束PB的光路中定位不同的目標部分C。類似的，例如在從掩模庫中機械取出掩模MA后或在掃描期間，可以使用第一定位裝置PM將掩模MA相對光束PB的光路進行精確定位。一般地，用圖1中未明確顯示的長沖程模塊(粗略定位)和短沖程模塊(精確定位)，可以實現目標臺MT、WT的移動。可是，在晶片步進器的情況下(與步進-掃描設備相對)，掩模臺MT可只與短沖程致動裝置連接，或者固定。
所示的設備可以按照二種不同模式使用1.在步進模式中，掩模臺MT基本保持不動，整個掩模圖像被一次投影(即單“閃”)到目標部分C上。然后基底臺WT沿x和/或y方向移動，以使不同的目標部分C能夠由光束PB照射；
2.在掃描模式中，基本為相同的情況，但是給定的目標部分C沒有暴露在單“閃”中。取而代之的是，掩模臺MT沿給定的方向(所謂的“掃描方向”，例如Y方向)以速度v移動，以使投影光束PB在掩模圖像上掃描；同時，基底臺WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同時移動，其中M是鏡頭PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在這種方式中，可以曝光相當大的目標部分C，而不犧牲分辨率。
在該實施例中，掩模臺MT必須進行用于相繼掃描曝光的往復運動，并且要保持較高的產量必須快速加速和減速。因而需要具有較長沖程以沿Y方向驅動掩模臺的大功率馬達。根據本發明，采用如圖2所示的直線馬達10。
直線馬達10包括相對的磁體板或軌道11，12以及線圈組件(變換器或電樞)13。磁體板11，12包括永磁體14，15，它們的N極和S極交替朝上取向地安裝在底板16上。可任選地，海爾貝克(Halbach)磁體可放置在永磁體14，15之間。注意，每個磁體板11，12只有一部分被示出，而磁體軌道的長度必須更長，并且由馬達的所需沖程確定。在該例子中，線圈組件13包括卷繞到相應的鐵磁體芯(齒)18a-f周圍的6個線圈17a-f。還設有用于減小運動和嚙合過程中的力波動的兩個外齒19。根據線圈的數量，外齒19與其它芯的距離可以比其它芯的間距更遠，并且還可以更大。所述芯可以由層壓的粉末狀或實心鐵或鐵氧體合金制成。一框架(未示出)將線圈保持在一起并將線圈組件連接到受驅動的目標。
六個線圈17a-f以三個交錯的組，即17a和17d，17b和17e以及17c和17f，分組放置在一起。所述三個組各包括一個馬達的“相”，但沒有內部連接并且各線圈組通過相應的DC放大器驅動。還可以采用三相AC放大器，并且線圈能以其它結構連接，例如星形、三角形或獨立連接。
齒18a-f和磁體板11、12之間的間隙G1、G2確定了施加在電樞13上的法向力。為確保沒有法向力，間隙應制成相等的。為提供所需大小的法向力，例如，為支承目的或補償重力，間隙G1、G2的尺寸可以根據需要設定。從機械上考慮可以對間隙尺寸設置一較低公差。
馬達的適當材料和尺寸將根據其應用確定。線圈17a-f可以由銅線制成或可以由金屬薄片(例如，銅或鋁)卷繞而成，使得填充系數大于0.8。如果磁體間距是12mm(N-S)，齒間距為16mm，磁體的厚度等于4mm，且鐵芯齒為6mm×55mm×38mm，則馬達可以提供約670N的驅動力。
為提供更大的驅動力，線圈的數量可以增加。圖4示出本發明的第二個實施例。圖4中示出的馬達20具有12個卷繞在鐵齒18周圍的線圈17和兩個外齒19。如果它們與第一實施例由相同的材料和尺寸形成，則可以獲得1340N的驅動力。
如圖5所示，表示第三實施例的馬達30，線圈的高度可以減小，而電流密度被增加以提供1800N的驅動力。
為冷卻線圈，可以采用圖3所示的布置。在延伸到線圈17a、17b上方的齒18a、18b之間，設有陶瓷插入件40。插入件40內具有兩個導管41，使得冷卻劑例如水可以圍繞線圈循環。或者，插入件可以具有一個或多個橫截面是矩形的導管。因為插入件40是陶瓷的，它不會引起由于渦流產生的損失。圖3只示出了兩個線圈17a，17b以及它們相應的齒18a，18b，但相同的布置可設在齒間的每個間隙中。
雖然所示的實施例具有兩個平行的磁體板，但應知道，磁體板不一定是平行的。如果所述板是彼此傾斜的，會產生垂直于板之間的角平分線的力分量。該力可以通過改變施加到馬達的不同相位的換向重疊角(commutation angle)來控制。
雖然上面已經描述了本發明的具體實施例，但應當知道，本發明可以與上述不同的方式實施。特別是，馬達可以用于驅動光刻投影設備的基底臺，或用于任何其它需要大的驅動力的應用中。此外，磁體板中的一個可以以一整塊鐵板形成，而沒有永磁體。所述說明用于限定本發明。
此外，卷繞在鐵磁芯周圍的金屬薄片線圈的上述應用不應限于所述具體實施例，而是還可以在其它電磁馬達中產生改善的性能。可以由金屬薄片線圈獲益的馬達的一個例子是包括單個磁體板和線圈組件的直線馬達，線圈組件包括單個鐵磁芯，鐵磁芯具有多個鐵磁齒和多個線圈，每個線圈卷繞在相應的鐵磁齒周圍。而在另外一個例子中，采用金屬薄片線圈還會導致磁阻電動機的性能得到改善。
權利要求
1.一種光刻投影設備，包括用于提供輻射投影光束的輻射系統；用于支撐構圖裝置的支撐結構，所述構圖裝置用于根據所需的圖案將投影光束圖案化；用于保持基底的基底臺；用于將帶圖案的光束投影到基底的目標部分上的投影系統；用于移動所述支撐結構和所述基底臺之一的直線馬達；其特征在于所述直線馬達包括第一和第二磁體板，所述磁體板彼此相對，一開路線圈組件位于所述磁體板之間，所述線圈組件包括多個卷繞在相應鐵磁芯周圍的線圈，所述磁體板和所述線圈組件可相對移動。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述線圈組件包括三個線圈組，每個線圈組包括一個或更多個線圈。
3.如權利要求1或2所述的設備，其特征在于，所述線圈組件還包括至少一個額外的鐵磁元件，其不具有卷繞于其上的線圈并與所述線圈中最外面的一個隔開。
4.如權利要求1、2或3所述的設備，其特征在于，所述鐵磁芯凸出到卷繞于其上的線圈之外，并且冷卻劑導管設置在所述芯之間并與所述線圈熱接觸。
5.如權利要求4所述的設備，其特征在于，所述冷卻劑導管是由陶瓷材料制成的。
6.如權利要求4或5所述的設備，其特征在于，所述線圈是由金屬薄片例如銅或鋁薄片卷繞而成的。
7.如前述權利要求任一項所述的設備，其特征在于，所述磁體板包括海爾貝克磁體。
8.一種器件制造方法，包括下述步驟提供至少部分由一層輻射敏感材料覆蓋的基底；利用輻射系統提供輻射投影光束；利用構圖裝置使投影光束的橫截面具有圖案；將帶圖案的輻射光束投影到輻射敏感材料層的目標部分上；利用直線馬達使構圖裝置和基底中的至少一個移動；其特征在于所述直線馬達包括第一和第二磁體板，所述磁體板彼此相對，并且一開路線圈組件位于所述磁體板之間，所述線圈組件包括卷繞在相應的鐵磁芯周圍的多個線圈，所述磁體板和所述線圈組件可相對移動。
9.如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述第一和第二磁體板相互平行，并且還包括用于改變施加到所述線圈組件的線圈的換向重疊角的裝置。
全文摘要
一種具有高驅動力、高效率和低法向力的直線馬達，包括兩個相對磁體軌道11、12和電樞13，電樞包括三個開路線圈組。直線馬達可以用于在光刻投影設備中驅動一工作臺，特別是掩模臺。
文檔編號H02K41/02GK1530750SQ20041000808
公開日2004年9月22日 申請日期2004年3月10日 優先權日2003年3月11日
發明者S·A·J·霍爾, J·C·科普特, E·R·魯普斯特拉, P·維雷格德瓦特, S A J 霍爾, 科普特, 贅竦巒嚀, 魯普斯特拉 申請人:Asml荷蘭有限公司