CN103186056A

CN103186056A - 浸没式光刻系统的投影系统

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Publication number: CN103186056A
Application number: CN2011104595417A
Authority: CN
Inventors: 伍强; 郝静安
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-12-31
Also published as: CN103186056B

Abstract

一种浸没式光刻系统的投影系统，包括：投影透镜；液体池，位于投影透镜的曝光场中，作为投影透镜的曝光媒介；液体供给装置，位于投影透镜的外围，用于提供液体池；至少两个气体喷淋装置，依次分布于液体供给装置的外围；抽吸装置，位于最外侧气体喷淋装置的外围。本发明有效防止液体及气体从投影系统边缘溢出，避免了气雾对光刻系统边缘成像质量的影响，保证了光刻胶层上图形的完整性。

Description

浸没式光刻系统的投影系统

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及浸没式光刻系统的投影系统。

背景技术

在半导体工业中，为了制造更小的晶体管，以便在芯片上形成更多的栅极和制造性能更高的晶体管，光刻工艺必须采用更短波长的光以形成较小的特征尺寸，人们预测193纳米浸没式光刻技术将取代157纳米光刻技术成为45纳米以下半导体生产的新一代光刻技术。

虽然浸没式光刻已受到很大的关注，但仍面临巨大挑战。根据2005版《国际半导体技术蓝图》的光刻内容，浸没式光刻的挑战在于：(a)控制由于浸入环境引起的缺陷，包括气泡和污染；(b)抗蚀剂与流体或面漆的相容性，以及面漆的发展；(c)抗蚀剂的折射指数大于1.8；(d)折射指数大于1.65的流体满足粘度、吸收和流体循环要求；(e)折射指数大于1.65的透镜材料满足透镜设计的吸收和双折射要求。

现有技术中一般在投影透镜的周围形成液体供给装置以供给液体，下面参照附图1加以说明，图1给出一种浸没式光刻系统的投影系统100，包括：投影透镜14，用于把掩模版的图形按比例缩小投影到半导体衬底11上的光刻胶层12；液体池15c，位于投影透镜的曝光场中，作为投影透镜的曝光媒介，所述投影透镜14浸没于液体池15c中；液体供给装置15，位于投影透镜14的外围；气液体喷淋装置17，位于液体供给装置15的外围，用于形成气体帘限制液体池15c的液体外流；衬底传送装置13，位于气液体喷淋装置17、液体供给装置15以及液体供给装置产生的液体池15c下，用于装载和传送半导体衬底11；所述液体供给装置15包括液体输入管15a和液体输出管15b；所述气体喷淋装置17包括输入气体的输入端17b及输出来自输入端17b的气体的输出端17a。

现有的193纳米的浸没式光刻系统的投影系统，气体喷淋装置17的输入端17b输入气体，由输出端17a喷淋至半导体衬底11上，输出的气体形成气体帘将液体池15c密封。但是，气体帘与液体池内的液体作用会产生气雾，并从投影系统边缘溢出；尤其在系统扫描速度不断提高的情况下，更易造成晶圆上的光刻胶或者光刻胶表面的涂层上出现水滴残留，影响浸没式光刻系统的投影系统边缘成像的质量，进而在对光刻胶层进行曝光前或者曝光后，造成光刻胶层上的图形边缘出现缺失或失真的情况。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种浸没式光刻系统的投影系统，防止转移至光刻胶层上的图形产生缺失或失真。

为解决上述问题，本发明提供一种浸没式光刻系统的投影系统，包括：

投影透镜；

液体池，位于投影透镜的曝光场中，作为投影透镜的曝光媒介；

液体供给装置，位于投影透镜的外围，用于提供液体池；

至少两个气体喷淋装置，依次分布于液体供给装置的外围；

抽吸装置，位于最外侧气体喷淋装置的外围。

可选的，所述气体喷淋装置呈环形分布于液体供给装置的外围。

可选的，所述至少两个气体喷淋装置包括：位于液体供给装置外围的第一气体喷淋装置，位于第一气体喷淋装置外围的第二气体喷淋装置。

可选的，所述第一气体喷淋装置包括：第一气体输出端和位于第一气体输出端外围的第一气体输入端。

可选的，所述第一气体输出端为负压抽取型。

可选的，所述第二气体喷淋装置包括：位于第一气体输入端外围的第二气体输出端和位于第二气体输出端外围的第二气体输入端。

可选的，所述第二气体输出端为负压抽取型。

可选的，所述至少两个气体喷淋装置包括：位于液体供给装置外围的第一气体喷淋装置，位于第一气体喷淋装置外围的第二气体喷淋装置，位于第二气体喷淋装置外围的第三气体喷淋装置。

可选的，所述第三气体喷淋装置包括：位于第二气体输入端外围的第三气体输出端和位于第三气体输出端外围的第三气体输入端。

可选的，所述第三气体输出端为负压抽取型。

可选的，气体输入端与气体输出端之间的间隔为0.1至20毫米。

可选的，气体输入端与气体输出端的宽度为0.1至20毫米。

可选的，所述浸没式光刻系统的投影系统还包括：衬底传送装置，位于气液体喷淋装置、液体供给装置下方，用于装载和传送半导体衬底。

可选的，所述投影透镜与衬底传送装置之间的距离为0.01至10mm。

可选的，所述液体供给装置包括液体输入管和液体输出管，所述液体输入管呈环形分布于投影透镜外围，所述液体输出管呈环形分布于液体输入管外围。

可选的，液体输入管和液体输出管之间的间隔为0.1至20毫米。

可选的，所述液体输出端为负压抽取型。

可选的，所述抽吸装置为负压抽取型。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：在液体供给装置的外围依次分布至少两个气体喷淋装置，在一个气体喷淋装置的气体帘与液体池内的液体作用产生气雾，无法有效起到密封效果时，采用后续的气体喷淋装置的气体帘及抽吸装置进一步对气雾进行密封，有效防止液体及气体从投影系统边缘溢出，避免了气雾对光刻系统边缘成像质量的影响，保证了光刻胶层上图形的完整性。

附图说明

图1是现有技术的浸没式光刻系统的投影系统；

图2是本发明的浸没式光刻系统的投影系统的第一实施例结构示意图；

图3是本发明的浸没式光刻系统的投影系统的第一实施例俯视结构示意图；

图4是本发明的浸没式光刻系统的投影系统的第二实施例结构示意图。

具体实施方式

发明人在采用现有浸没式光刻系统的投影系统进行光刻工艺时，气体喷淋装置输出的气体形成的气体帘对液体池内的液体起到了密封效果；但是，由于气体帘在阻挡液体的过程中与液体池内的液体还会发生作用产生气雾，所述气雾会从投影系统边缘溢出，影响浸没式光刻系统的投影系统边缘成像的质量，进而在对光刻胶层进行光刻工艺时，造成光刻胶层上的图形边缘出现缺失或失真的情况。

发明人针对上述一种浸没式光刻系统的投影系统产生的技术问题经过研究发现一种浸没式光刻系统的投影系统，包括：投影透镜；液体池，位于投影透镜的曝光场中，作为投影透镜的曝光媒介；液体供给装置，位于投影透镜的外围，用于提供液体池；至少两个气体喷淋装置，依次分布于液体供给装置的外围；抽吸装置，位于最外侧气体喷淋装置的外围。

由于在液体供给装置的外围依次分布至少两个气体喷淋装置，在一个气体喷淋装置的气体帘与液体池内的液体作用产生气雾，无法有效起到密封效果时，采用后续的气体喷淋装置的气体帘进一步对气雾进行密封，有效防止液体及气体从投影系统边缘溢出，避免了气雾对光刻系统边缘成像质量的影响，保证了光刻胶层上图形的完整性。

下面参照附图本发明的优点将更加明显。

现有浸没式光刻系统主要包括激光源系统、照射系统、支撑系统及投影系统。

所述激光源系统用于提供激光，还包括对激光进行引导、成像或者控制的多种类型的光学部件。

所述照射系统接收来自激光源系统的辐射光束，照射系统调节辐射光束使其在横截面上具有所需的均匀度和强度分布配置成调节辐射光束；可以包括各种类型的光学部件，例如用于引导、整形或者控制辐射的折射光学部件、反射光学部件、磁性光学部件、电磁光学部件、静电光学部件或者其它类型的光学部件，或者其任意组合。

所述支撑系统用于支撑掩模板，并与用于将掩模版精确定位的定位装置连接，支撑系统可保证光刻系统相对于投影系统处于所需的位置。

所述投影系统包括各种类型的投影系统，用于把掩模版的图形投影到半导体衬底表面的光刻胶层上。

具体对投影系统的描述如下：

实施例一

图2是本发明的浸没式光刻系统的投影系统的第一实施例结构示意图；图3是本发明的浸没式光刻系统的投影系统的第一实施例俯视结构示意图。

结合图2和图3，投影系统200包括：投影透镜140、液体池150c、液体供给装置150、第一气体喷淋装置170、第二气体喷淋装置180及抽吸装置190。

其中，所述投影透镜140，用于把掩模版上的图形按比例缩小投影到半导体衬底110上的光刻胶层120上。

所述液体池150c，位于投影透镜140的曝光场中，作为投影透镜140的曝光媒介；所述投影透镜140浸没于液体池150c中。

所述液体供给装置150位于投影透镜外围，用于向液体池150c内提供液体。液体供给装置150包括：液体输入管150a和液体输出管150b，所述液体输入管150a呈环形分布于投影透镜140外围，所述液体输出管150b呈环形分布于液体输入管150a外围。液体输入管150a在投影透镜140与半导体衬底110上的光刻胶层120之间的曝光场输入液体至液体池150c，使投影透镜140浸没于液体内；同时液体输出管150b把液体池150c中的液体抽走，使得在半导体衬底110和投影透镜140之间的液体池密封。

本实施例中，所述液体供给装置150提供的液体为水或者油，作为本发明一个实例，所述液体为水。

本实施例中，所述液体输入管150a和液体输出管150b之间的间隔为0.1至20毫米。

本实施例中，所述液体输出管150b为负压抽取型，即管内压强低于管外压强；能使液体有效抽取。

所述第一气体喷淋装置170位于液体供给装置150的外围，用于形成第一气体帘限制液体池150c中的液体外流。所述第一气体喷淋装置170包括：位于液体输出管150b外围的第一气体输出端170a和位于第一气体输出端170a外围的第一气体输入端170b；所述第一气体输出端170a和第一气体输入端170b均呈环形分布。

本实施例中，所述第一气体输入端170b通常输入气体，所述气体为氮气、空气、加湿的空气、或者惰性气体；气体通过第一气体输出端170a输出。由于输入的气体压力很大，气体从第一气体输出端170a喷射至半导体衬底110上的光刻胶层120上，形成第一气体帘，挡住了液体从液体池外流，使得在投影透镜140和半导体衬底110上的光刻胶层120之间的曝光场内形成密封的液体池150c。

所述第二气体喷淋装置180位于第一所体喷淋装置170的外围，用于形成第二气体帘限制第一气体喷淋装置170的第一气体帘与液体池150c内的液体作用产生的气雾。所述第二气体喷淋装置180包括：位于第一气体输入端170b外围呈环形分布的第二气体输出端180a和位于第二气体输出端180a外围呈环形分布的第二气体输入端180b。

本实施例中，于所述第二气体输入端180b输入气体，所述气体为氮气、空气、加湿的空气、或者惰性气体；气体通过第二气体输出端180a输出。由于输入的气体压力很大，气体从第二气体输出端180a喷射至半导体衬底110上的光刻胶层120上，形成第二气体帘，挡住了第一气体帘与液体反应产生的气雾，使得在投影透镜140和半导体衬底110上的光刻胶层120之间的曝光场内形成真正密封的液体池150c。

本实施例中，第一气体输出端170a、第一气体输入端170b、第二气体输出端180a、第二气体输入端180b相互之间的间隔为0.1至20毫米；第一气体输出端170a、第一气体输入端170b、第二气体输出端180a、第二气体输入端180b的宽度为0.1至20毫米。

本实施例中，第一气体输出端170a和第二气体输出端180a为负压抽取型，即管内压强低于管外压强；能使气体有效抽取。

本实施例中，在投影系统的最边缘，即第二气体输入端180b外围设置负压抽取型抽吸装置190，将残留的液体及气雾再进一步进行有效抽取。

再参考图2，所述投影系统200还包括：衬底传送装置130，位于第一气体喷淋装置170、第二气体喷淋装置180及液体供给装置150下方，用于装载和传送半导体衬底110。

本实施例中，所述衬底传送装置130与投影透镜140之间的距离可以为0.01至10mm。

投影系统200在半导体衬底110上的扫描通过移动衬底传送装置130实现，通常情况下所述衬底传送装置130移动的速度为200至1000毫米/秒，即投影系统200的扫描速度为200至1000毫米/秒。

本实施例形成的投影系统200在进行曝光时候，所述第一气体输入端170b和第二气体输入端180b输入的气体，气体通过相应的第一气体输出端170a和第二气体输出端180a喷射至半导体衬底110上的光刻胶层120表面，把液体池150c密封在投影透镜140和半导体衬底110上的光刻胶层120的曝光场之间；由投影透镜140传输来的曝光光束穿过液体池150c对光刻胶层120第一区域进行曝光，由于液体的折射系数大于1，使得曝光光束形成更为聚集的光束，从而实现较高分辨率；曝光完毕，移动衬底传送装置130带动半导体衬底110进行移动，对半导体衬底110上光刻胶层120的第二区域进行曝光。

实施例二

如图4所示，投影系统300包括：投影透镜240、液体池250c、液体供给装置250、第一气体喷淋装置270、第二气体喷淋装置280、第三气体喷淋装置290及抽吸装置260。

其中，所述投影透镜240，用于把掩模版上的图形按比例缩小投影到半导体衬底210上的光刻胶层220上。

所述液体池250c，位于投影透镜240的曝光场中，作为投影透镜240的曝光媒介；所述投影透镜240浸没于液体池250c中。

所述液体供给装置250位于投影透镜外围，用于向液体池250c内提供液体。液体供给装置250包括：液体输入管250a和液体输出管250b，所述液体输入管250a呈环形分布于投影透镜240外围，所述液体输出管250b呈环形分布于液体输入管250a外围。液体输入管250a在投影透镜240与半导体衬底210上的光刻胶层220之间的曝光场输入液体至液体池250c，使投影透镜240浸没于液体内；同时液体输出管250b把液体池250c中的液体抽走，使得在半导体衬底210和投影透镜240之间的液体池密封。

本实施例中，所述液体供给装置250提供的液体为水或者油，作为本发明一个实例，所述液体为水。

本实施例中，所述液体输入管250a和液体输出管250b之间的间隔为0.1至20毫米。

本实施例中，所述液体输出管250b为负压抽取型，即管内压强低于管外压强；能使液体有效抽取。

所述第一气体喷淋装置270位于液体供给装置250的外围，用于形成第一气体帘限制液体池250c中的液体外流。所述第一气体喷淋装置270包括：位于液体输出管250b外围的第一气体输出端270a和位于第一气体输出端270a外围的第一气体输入端270b；所述第一气体输出端270a和第一气体输入端270b均呈环形分布。

本实施例中，所述第一气体输入端270b通常输入气体，所述气体为氮气、空气、加湿的空气、或者惰性气体；气体通过第一气体输出端270a输出。由于输入的气体压力很大，气体从第一气体输出端270a喷射至半导体衬底210上的光刻胶层220上，形成第一气体帘，挡住了液体从液体池外流，使得在投影透镜240和半导体衬底210上的光刻胶层220之间的曝光场内形成密封的液体池250c。

所述第二气体喷淋装置280位于第一所体喷淋装置270的外围，用于形成第二气体帘限制第一气体喷淋装置270的第一气体帘与液体池250c内的液体作用产生的气雾。所述第二气体喷淋装置280包括：位于第一气体输入端270b外围呈环形分布的第二气体输出端280a和位于第二气体输出端280a外围呈环形分布的第二气体输入端280b。

本实施例中，于所述第二气体输入端280b输入气体，所述气体为氮气、空气、加湿的空气、或者惰性气体；气体通过第二气体输出端280a输出。由于输入的气体压力很大，气体从第二气体输出端280a喷射至半导体衬底210上的光刻胶层220上，形成第二气体帘，挡住了第一气体帘与液体反应产生的气雾，进一步完善液体池250c的密封性。

所述第三气体喷淋装置290位于第二所体喷淋装置280的外围，用于形成第三气体帘限制第二气体喷淋装置280的第二气体帘与液体池250c内的液体作用产生的气雾。所述第三气体喷淋装置290包括：位于第二气体输入端280b外围呈环形分布的第三气体输出端290a和位于第三气体输出端290a外围呈环形分布的第三气体输入端290b。

本实施例中，于所述第三气体输入端290b输入气体，所述气体为氮气、空气、加湿的空气、或者惰性气体；气体通过第三气体输出端290a输出。由于输入的气体压力很大，气体从第三气体输出端290a喷射至半导体衬底210上的光刻胶层220上，形成第三气体帘，挡住了第二气体帘与液体反应产生的气雾，使液体池250c的密封性达到最佳。

本实施例中，第一气体输入端270b、第一气体输出端270a、第二气体输入端280b、第二气体输出端280a、第三气体输入端290b、第三气体输出端290a相互之间的间隔为0.1至20毫米；第一气体输入端270b、第一气体输出端270a、第二气体输入端280b、第二气体输出端280a、第三气体输入端290b、第三气体输出端290a的宽度为0.1至20毫米。

本实施例中，第一气体输出端270a、第二气体输出端280a、第三气体输出端290a为负压抽取型，即管内压强低于管外压强；能使气体有效抽取。

本实施例中，在投影系统的最边缘，即第三气体输入端290b外围设置负压抽取型抽吸装置260，将逃溢出的极少液体及气雾再进一步进行有效抽取。

再参考图4，所述投影系统300还包括：衬底传送装置230，位于第一气体喷淋装置270、第二气体喷淋装置280、第三气体喷淋装置290及液体供给装置250下方，用于装载和传送半导体衬底210。

除上述两个实施例，所述投影系统上还可以设置四个气体喷淋装置、五个气体喷淋装置，甚至更多；但是设置的原则在于满足制作要求即可。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种浸没式光刻系统的投影系统，包括：

投影透镜；

液体供给装置，位于投影透镜的外围；

其特征在于，还包括：

至少两个气体喷淋装置，依次分布于液体供给装置的外围；

抽吸装置，位于最外侧气体喷淋装置的外围。

2.根据权利要求1所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述气体喷淋装置呈环形分布于液体供给装置的外围。

3.根据权利要求1所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述至少两个气体喷淋装置包括：位于液体供给装置外围的第一气体喷淋装置，位于第一气体喷淋装置外围的第二气体喷淋装置。

4.根据权利要求3所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述第一气体喷淋装置包括：第一气体输出端和位于第一气体输出端外围的第一气体输入端。

5.根据权利要求4所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述第一气体输出端为负压抽取型。

6.根据权利要求3所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述第二气体喷淋装置包括：位于第一气体输入端外围的第二气体输出端和位于第二气体输出端外围的第二气体输入端。

7.根据权利要求6所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述第二气体输出端为负压抽取型。

8.根据权利要求1所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述至少两个气体喷淋装置包括：位于液体供给装置外围的第一气体喷淋装置，位于第一气体喷淋装置外围的第二气体喷淋装置，位于第二气体喷淋装置外围的第三气体喷淋装置。

9.根据权利要求8所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述第一气体喷淋装置包括：第一气体输出端和位于第一气体输出端外围的第一气体输入端。

10.根据权利要求8所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述第二气体喷淋装置包括：位于第一气体输入端外围的第二气体输出端和位于第二气体输出端外围的第二气体输入端。

11.根据权利要求8所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述第三气体喷淋装置包括：位于第二气体输入端外围的第三气体输出端和位于第三气体输出端外围的第三气体输入端。

12.根据权利要求11所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述第三气体输出端为负压抽取型。

13.根据权利要求4至12任一项所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：气体输入端与气体输出端之间的间隔为0.1至20毫米。

14.根据权利要求10所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：气体输入端与气体输出端的宽度为0.1至20毫米。

15.根据权利要求1所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：还包括：衬底传送装置，位于气液体喷淋装置、液体供给装置下方，用于装载和传送半导体衬底。

16.根据权利要求15所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述投影透镜与衬底传送装置之间的距离为0.01至10mm。

17.根据权利要求1所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述液体供给装置包括液体输入管和液体输出管，所述液体输入管呈环形分布于投影透镜外围，所述液体输出管呈环形分布于液体输入管外围。

18.根据权利要求17所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：液体输入管和液体输出管之间的间隔为0.1至20毫米。

19.根据权利要求18所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述液体输出端为负压抽取型。

20.根据权利要求1所述的浸没式光刻系统的投影系统，其特征在于：所述抽吸装置为负压抽取型。