CN1877455A - 在至少投射光学部件和晶片上具有相等压力的浸入式光刻装置和方法 - Google Patents

在至少投射光学部件和晶片上具有相等压力的浸入式光刻装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种浸入式光刻装置和方法，以及光刻光学柱结构，用于利用在相同压力下的不同流体中的光学系统的至少投射光学部件和晶片进行浸入式光刻。具体地说，提供了一种浸入式光刻装置，其中将超临界流体引入晶片的周围，并且以相同的压力将如惰性气体的另一种流体引入光学系统的至少投射光学部件，以消除对特殊透镜的需求。另外，本发明包括浸入式光刻装置，该装置包括一室，该室填充有超临界浸入流体并且包围将要曝光的晶片以及光学系统的至少投射光学部件。

Description

在至少投射光学部件和晶片上具有 相等压力的浸入式光刻装置和方法
技术领域
本发明主要涉及半导体制造，更具体地说，涉及浸入式光刻装置和方法以及光刻光学柱结构，用于利用光学系统的至少投射光学部件和在相同压力下的晶片进行浸入式光刻。
背景技术
目前，对制造更小的半导体器件的不断追求使半导体制造工业通过浸入式光刻而不是干光刻寻求发展。例如，当前工业中的焦点已经从157纳米(nm)波长干光刻技术转向193nm波长浸入式(湿)光刻技术，并具有获得157nm下的浸入式光刻的目标。浸入式光刻方法包括用具有比常规流体即空气的更高的折射率(n)的流体填充光刻工具中最后一个投射透镜和晶片之间的空间。当折射率升高时，光刻工具的数值孔径(NA)也升高。数值孔径的升高导致图形转移工艺分辨率的提高，并因此为更小的器件提供潜力。
在一种方法中，流体使用如水的液体，该液体提供比空气更高的折射率(例如，空气n＝1，水n＝1.44)。不幸的是，将浸入式光刻扩展到157nm的波长很困难，由于如水的可以用作液体浸入材料的透明液体介质会吸收157nm的光的缺点。此方法的其它挑战包括在曝光期间抑制在液体中的气泡，浸润不足，晶片污染以及复杂性。寻找的另一方法，除了其它，透明流体使用超临界流体，如在Batchelder的美国专利No.5,900,354中公开的。在那个参考中公开的一种流体是氙(Xe)，其在157nm下透明并且具有1.38的折射率，这适合该浸入式应用并且在室温下形成超临界状态。此方法有希望，是因为它提供了157nm下足够的光学透明度，并且还消除了液体浸入式系统中气泡的形成问题。然而，超临界流体浸入系统的普遍应用面对的挑战是它们要求高压力(例如，＞60大气压)以获得临界状态，这会使光刻光学元件变形。例如，上述器件要求光学元件26(关于图2)在高压超临界流体和周围空气之间转变。
由于上述问题，在技术上需要用于避免相关技术的问题的浸入式光刻装置和方法。
发明内容
本发明通过提供浸入式光刻装置和方法，除了其它，解决了上述问题，并且公开了一种光刻光学柱结构，用于利用在相同压力下的不同流体中的光学系统的至少投射光学部件和晶片进行浸入式光刻。具体地说，提供了一种浸入式光刻装置，其中将超临界流体引入晶片的周围，并且以相同的压力将如惰性气体的另一种流体引入光学系统的至少投射光学部件，以能够承受高压力差别并消除对特殊透镜的需求。另外，本发明包括浸入式光刻装置，该装置包括一室，该室填充有超临界浸入流体并且包围将要曝光的晶片以及光学系统的至少投射光学部件。
本发明的第一方面在于一种浸入式光刻装置，该装置包括：第一室，适于保持晶片，所述第一室填充有在一压力下的第一流体；以及第二室，位于所述第一室上并且包括光学系统的至少投射光学部件，所述光学系统用于将辐射投射到所述晶片上，所述第二室填充有与所述第一流体不同并在基本上所述压力下的第二流体。
本发明的第二方面包括一种使用包括光学系统的浸入式光刻工具在晶片上进行浸入式光刻的方法，该方法包括以下步骤：将所述晶片设置在填充有在第一压力下的第一超临界流体的第一室中；将所述光学系统的至少投射光学部件设置在填充有第二流体的第二室，所述第二流体与所述第一流体不同并在基本上与所述第一压力相等的第二压力下；以及投射辐射以使用所述光学系统曝光在所述晶片上的图形。
本发明的第三方面涉及一种浸入式光刻装置，该装置包括：一室，适于包围将要曝光的晶片以及用于将辐射投射到所述晶片上的光学系统的至少投射光学部件，其中所述室填充有超临界浸入流体以便将所述光学系统的所述至少投射光学部件浸入所述超临界浸入流体。
通过后面本发明的实施例的更具体的描述，本发明的前述和其它特征将显而易见。
附图说明
通过参考下面的图，将从细节上描述本发明的实施例，图中相似的标号表示相似的部分，其中：
图1示出了根据本发明的浸入式光刻装置的第一实施例。
图2示出了根据本发明的浸入式光刻装置的第二实施例。
图3示出了根据本发明的浸入式光刻装置的第三实施例。
图4示出了根据本发明的浸入式光刻装置的第四实施例。
具体实施方式
通过参考附图，图1示出了根据本发明的浸入式光刻装置100的第一实施例。装置100包括将与装置100一起描述的光刻光学柱结构102。如图1中所示，装置100包括第一室104和第二室106。第一室104适于保持晶片110，晶片110将被任何现在已知或将来发展的光学系统120照射，用于将辐射投射到晶片110上。示意性的光学系统120可以包括，除了其它，投射光学部件122，掩膜124，聚光器(condenser)126和照明器128。第一室104还包括常规自动化晶片支撑结构例如围栏(enclosure)130，晶片平台(table)132，晶片载物台(stage)134和负载锁(load lock)136。负载锁136可以包括常规结构如门阀，支撑平台，转移机械手等，用于允许晶片110的进/出。
第一室104填充有压力为P1的第一流体140。在一个实施例中，第一流体140包括在超临界状态下的氙(Xe)，例如压力约为63大气压并且温度高于23℃。然而，为了浸入式光刻的使用，第一流体140可以包括任何现在已知或将来发展的超临界材料。超临界流体140允许如在美国专利No.5,900,354中描述的浸入式光刻。
第二室106包括围栏150，用于包围光学系统120的至少投射光学部件122。虽然示出第二室106位于第一室104上，但是这不是必需的。第二室106填充有不同于第一流体140的第二流体160。在一个实施例中，第二流体160包括如氦(He)和/或氮(N2)的惰性气体。第二流体160处于基本与第一压力P1相等的第二压力P2，即P2＝P1。照这样，在第一室104和光学系统120之间不需要特殊透镜。提供至少一个压力调整器190以调整每个室104，106的压力。
在图1示出的实施例中，在第二室106中提供所有的光学系统120。此结构要求另一个负载锁170，即包括常规结构如门阀，支撑平台，转移机械手等，用于允许掩膜124的进/出。设置窗口180以允许辐射在室104，106之间通过。因为压力P1和P2基本相等，从而，在第一室104和光学系统120之间不需要特殊透镜。
在另一个优选实施例中，在图2中示出，提供了在第二室206中仅包括投射光学部件122的浸入式光刻装置101。这里，又一次，设置窗口180以允许辐射在室104，206之间通过，但是因为压力P1和P2基本相等，在第一室104和投射光学部件122之间不需要特殊透镜。因为在大气压下提供掩膜124，此实施例不再需要第二负载锁170(图1)。然而，在此实施例中，必须在大气压和第二室206之间提供必须能够经受不同压力的耐压窗口182。
在一些高数值孔径(NA)光学系统中，反折射透镜可以与反射镜一起使用，用于弯折光线以形成芯片图形的虚像。当使用反射镜弯折光线时，在透镜之间的流体的折射率在形成虚像中不是重要因素。另一方面，对于折射光学系统，当光线从透镜传输到传输介质时它们的弯折在虚像的形成中起到关键作用。如在上述实施例中提供的，在柱102中平衡压力将消除降低虚像质量的压力引起的变形，但是仍然允许在晶片暴露区域即第一室104中用超临界流体140形成浸入透镜。在一些情况下，超临界流体的折射率可以容易改变以匹配折射光学系统的需要。在此情况下，可以在光学柱中使用另一种气体/流体，例如氮或氦，其具有较好的折射率以匹配光学系统的需要。在晶片室中仍存在超临界氙流体以在它离开光学柱时提供曝光光线的较小折射。
本发明还包括使用包括光学系统120的浸入式光刻装置100在晶片110上进行浸入式光刻的方法。该方法包括以下步骤：将晶片100设置在第一室104中，第一室104填充有在第一压力P1(例如，约63大气压)下的第一超临界流体140(例如在大于23℃下的超临界氙(Xe))；并且将光学系统120的至少投射光学部件122设置在第二室106中，第二室106填充有第二流体160(例如，如He和/或N2的惰性气体)，第二流体160不同于第一流体140并且处在基本与第一压力P1相等的第二压力P2下。随后使用光学系统120投射辐射如光以在晶片110上曝光图形(通过掩膜124)。在第一室104和第二室106之间提供窗口180，以允许辐射通过。
本发明还包括用于浸入式光刻装置100的光刻光学柱结构102，装置100包括适于保持由超临界流体140(例如超临界状态中的氙Xe)包围的晶片110的工艺室104。结构102包括光学系统120，用于将辐射投射到晶片110上，并且包括，除了其它，照明部件128，掩膜124和投射光学部件122，光学系统室106，用于包围在不同于超临界流体140的光学流体160(例如，包括气体如惰性气体如氮和/或氦)中的至少投射光学部件122；以及压力调整器190，用于将至少投射光学部件122保持在基本与工艺室104的压力P1相等的压力P2下。
参考图3-4，现在描述本发明的可选第三和第四实施例。如在图3-4中，第三和第四实施例分别包括浸入式光刻装置200，300，包括装置100(图1)的所有结构，除了仅提供一个室204以包围晶片110，即，没有窗口180(图1-2)。在图3-4中，在室204中包围光学系统120的至少投射光学部件122，用于将辐射投射到晶片110上。图3示出了一实施例，其中在室204中包围所有光学系统120。在此情况下，如上所述，为室204提供负载锁270以允许光学系统120的掩膜124进/出。图4示出了一实施例，其中在室204中仅包围光学系统120的投射光学部件122。在此情况下，负载锁270(图3)是不必须的，但是提供耐压窗口282以允许光从光学系统的其它部分传输到投射光学部件122。
与图1-2对比，图3-4的实施例包括用超临界浸入流体240填充室204以便光学系统120的至少投射光学部件122与晶片110一起浸入到超临界浸入流体中。如上所述，超临界浸入流体240可以包括在约63大气压的压力下和大于23℃的温度下的超临界氙(Xe)或者任何将来发展的超临界浸入流体。因为在至少投射光学部件122上的压力与在晶片110上的压力基本相等，在投射光学部件122和晶片110之间不需要特殊透镜。如上所述，可以使用至少一个压力调整器190以控制室204中的压力。
本领域的技术人员应该明白，为了明晰，省略了与浸入式光刻装置100，101，200或300相关的其它结构(例如，控制器，阀门，震动控制器等)，但是它们被认为是本发明的一部分。
尽管结合上述具体实施例描述了本发明，应该清楚，许多替换，修正和改变对本领域的技术人员是明显的。因此，上述本发明的实施例旨在说明目的，而不是限制。只要不脱离本发明的由所附权利要求限定的范围和精神，可以进行各种改变。

Claims (20)

1.一种浸入式光刻装置，所述装置包括：
第一室，适于保持晶片，所述第一室填充有在一压力下的第一流体；以及
第二室，位于所述第一室上并且包括用于将辐射投射到所述晶片上的光学系统的至少投射光学部件，所述第二室填充有与所述第一流体不同并在基本上所述压力下的第二流体。
2.根据权利要求1的装置，还包括允许辐射在所述第一室和所述第二室之间通过的窗口。
3.根据权利要求1的装置，其中所述第一流体包括在超临界状态下的氙(Xe)。
4.根据权利要求3的装置，其中所述氙(Xe)处在约63大气压的压力和高于23℃的温度下。
5.根据权利要求1的装置，其中所述第二流体包括惰性气体。
6.根据权利要求5的装置，其中所述惰性气体包括下面气体中的至少一种：氦(He)和氮(N2)。
7.根据权利要求1的装置，还包括至少一个压力调节器，适于调节每个室的所述压力。
8.根据权利要求1的装置，其中所述第二室仅包括所述光学系统的所述投射光学部件，并且还包括耐压窗口以允许光从所述光学系统的其它部分传输到所述投射光学部件。
9.根据权利要求1的装置，还包括用于所述第一室的第一负载锁以允许所述晶片的进/出，和用于所述第二室的第二负载锁以允许所述光学系统的掩膜的进/出。
10.根据权利要求1的装置，其中所述压力约为63大气压。
11.一种使用包括光学系统的浸入式光刻工具在晶片上进行浸入式光刻的方法，所述方法包括以下步骤：
将所述晶片设置在填充有在第一压力下的第一超临界流体的第一室中；
将所述光学系统的至少投射光学部件设置在填充有第二流体的第二室，所述第二流体与所述第一流体不同并在基本上与所述第一压力相等的第二压力下；以及
投射辐射以使用所述光学系统曝光在所述晶片上的图形。
12.根据权利要求11的方法，还包括在所述第一室和所述第二室之间提供窗口以允许辐射通过的步骤。
13.根据权利要求11的方法，其中所述第一流体包括超临界氙(Xe)，并且所述第一压力约为63大气压，并且所述第一室的温度大于23℃。
14.根据权利要求11的方法，其中所述第二流体包括气体，所述气体包括下面气体中的至少一种：氦(He)和氮(N2)。
15.根据权利要求11的方法，还包括提供至少一个适于调节每个室的所述压力的压力调节器的步骤。
16.根据权利要求11的方法，其中所述第二室仅包括光学系统的所述投射光学部件，并且还包括提供耐压窗口以允许光从所述光学系统的其它部分传输到所述投射光学部件的步骤。
17.一种浸入式光刻装置，所述装置包括：
一室，适于包围将要曝光的晶片以及用于将辐射投射到所述晶片上的光学系统的至少投射光学部件，其中所述室填充有超临界浸入流体以便将所述光学系统的所述至少投射光学部件浸入所述超临界浸入流体。
18.根据权利要求17的装置，其中所述超临界浸入流体包括在约63大气压的压力和高于23℃的温度下的超临界氙(Xe)。
19.根据权利要求17的装置，其中所述室仅包围所述光学系统的所述投射光学部件，并且还包括耐压窗口以允许光从所述光学系统的其它部分传输到所述投射光学部件。
20.根据权利要求17的装置，其中所述室包围所有所述光学系统，并且还包括用于所述室的负载锁以允许所述光学系统的掩膜的进/出。
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