[发明专利]曝光设备和器件制造法

说明书

分案申请说明

本申请是申请号是200810175137.5、发明名称是“曝光设备和器件制造法”且申请日是2003年12月8日的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及曝光设备和器件制造法，尤其涉及一种在制造如半导体或液晶显示器等电子器件时用于光刻工艺中的曝光设备和使用该曝光设备的器件制造法。

背景技术

在制造半导体(集成电路)或液晶显示器等电子器件的光刻工艺中，使用投影曝光设备通过投影光学系统把掩模或分划板(以下统称作“分划板”)上的图案转印到一个涂覆有抗蚀剂(光敏剂)的晶片或如玻璃板等感光基片(以下称为“玻璃板”或“晶片”)上的拍摄区上。在传统上，作为这样一种投影曝光设备，主要采用基于分步重复方法的缩小投影曝光设备(即所谓的步进器)；但近来另一种投影曝光设备引起了人们的注意，这种曝光设备在同步扫描分划板和晶片的同时执行曝光(即所谓的扫描步进器)。

所使用的曝光波长越短或投影光学系统的数值孔径(NA)越高，投影曝光设备中安装的投影光学系统的分辨率就越高。因此，为了适应越来越精细的集成电路，投影曝光设备中使用的曝光波长就一年比一年短并且投影光学系统的数值孔径也越来越高。目前曝光中广泛使用的波长是KrF准分子激光器产生的248nm波长，但是在实践中具有193nm更短波长的ArF准分子激光器也逐渐开始使用。

另外，在执行曝光中，焦点深度(DOF)与分辨率一样重要。可以用下述公式表示分辨率R和焦点深度δ。

R＝k₁×λ/NA

δ＝k₂×λ/NA²

其中λ是曝光波长，NA是投影光学系统的数值孔径，k₁和k₂是工艺系数。从公式(1)和(2)可以看出，当为了得到更高的分辨率R而缩短曝光波长λ和增加数值孔径NA时，焦点深度δ变得更窄。但是在投影曝光设备中，由于用自聚焦方法执行曝光，即调节晶片的表面使得它与投影光学系统的像平面匹配，在一定程度上更希望具有较宽的焦点深度δ。因此，已经开始提出各种大幅度加宽焦点深度的方法，如相位移动分划板方法、改进的照射方法以及多层抗蚀剂方法。

如上所述，在传统的投影曝光设备中，曝光光波长越短和投影光学系统的数值孔径越大则焦点深度就越窄。并且为了适应集成度越来越高的集成电路，将来曝光波长肯定会越来越短；但这样就会使得焦点深度过窄造成在曝光操作的过程中没有足够的裕度。

因此，已经提出了一种浸液方法，它在大幅度缩短曝光波长的同时与空气中的焦点深度相比还增加(增宽)焦点深度。在这种浸液方法中，通过把水或有机溶剂等液体充入投影光学系统的下表面和晶片表面之间的空间，以便利用液体中曝光光的波长只有空气中波长的1/n(n为液体的折射率，通常为1.2～1.6)这一事实来提高分辨率。另外，当应用这种浸液方法时，与获得同样的分辨率而不对投影光学系统应用浸液方法相比(假设能够制造出这样的投影光学系统)，焦点深度大致扩大了n倍。也就是说，比大气中的焦点深度扩大了n倍(如可参见国际申请No.99/49504的小册子等)。

根据前述国际申请No.99/49504披露的投影曝光方法和设备(今后称之为“传统技术”)，浸液方法能够使得以高分辨率执行曝光，并且聚焦深度比空气中的聚焦深度大，而且即使投影光学系统和晶片之间存在相互运动，也能够使液体稳定地填充在投影光学系统和基片之间，或者说可靠地保持住液体。

但是在传统技术中，很难完全回收液体，并且用作浸液的液体很可能留在晶片上。在这种情况下，当残留液体汽化时，汽化热会使得大气中的温度分布和折射率改变，并且由此导致用来测量其上安装了晶片的台位置的激光干涉仪的测量误差。另外，晶片上残留液体可能会流到晶片后面，使得晶片粘在载臂上并且很难分离。另外，液体回收操作还可能扰乱液体周围大气的气体(空气)流动，这会使得大气中的温度分布和折射率改变。

另外，在传统技术中，当曝光晶片上的边缘照射区域时，如果投影光学系统的投影区域靠近晶片的边缘，液体可能流到晶片外面，这可能会对图案投影图像的理想成像造成干扰。另外，如果晶片不位于投影光学系统的下面，就很难保持上述的液体；因此，在更换晶片后，当对更换后的晶片开始曝光时，必须等到晶片移动到投影光学系统下面并且液体已经提供到投影光学系统和晶片之间的空间后才能开始。