專利名稱：：在至少投射光學(xué)部件和晶片上具有相等壓力的浸入式光刻裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明主要涉及半導(dǎo)體制造，更具體地說，涉及浸入式光刻裝置和方法以及光刻光學(xué)柱結(jié)構(gòu)，用于利用光學(xué)系統(tǒng)的至少投射光學(xué)部件和在相同壓力下的晶片進(jìn)行浸入式光刻。
背景技術(shù)：
：目前，對制造更小的半導(dǎo)體器件的不斷追求使半導(dǎo)體制造工業(yè)通過浸入式光刻而不是干光刻尋求發(fā)展。例如，當(dāng)前工業(yè)中的焦點(diǎn)已經(jīng)從157納米(nm)波長干光刻技術(shù)轉(zhuǎn)向193nm波長浸入式(濕)光刻技術(shù)，并具有獲得157nm下的浸入式光刻的目標(biāo)。浸入式光刻方法包括用具有比常規(guī)流體即空氣的更高的折射率(n)的流體填充光刻工具中最后一個投射透鏡和晶片之間的空間。當(dāng)折射率升高時，光刻工具的數(shù)值孔徑(NA)也升高。數(shù)值孔徑的升高導(dǎo)致圖形轉(zhuǎn)移工藝分辨率的提高，并因此為更小的器件提供潛力。在一種方法中，流體使用如水的液體，該液體提供比空氣更高的折射率(例如，空氣n＝1，水n＝1.44)。不幸的是，將浸入式光刻擴(kuò)展到157nm的波長很困難，由于如水的可以用作液體浸入材料的透明液體介質(zhì)會吸收157nm的光的缺點(diǎn)。此方法的其它挑戰(zhàn)包括在曝光期間抑制在液體中的氣泡，浸潤不足，晶片污染以及復(fù)雜性。尋找的另一方法，除了其它，透明流體使用超臨界流體，如在Batchelder的美國專利No.5,900,354中公開的。在那個參考中公開的一種流體是氙(Xe)，其在157nm下透明并且具有1.38的折射率，這適合該浸入式應(yīng)用并且在室溫下形成超臨界狀態(tài)。此方法有希望，是因?yàn)樗峁┝?57nm下足夠的光學(xué)透明度，并且還消除了液體浸入式系統(tǒng)中氣泡的形成問題。然而，超臨界流體浸入系統(tǒng)的普遍應(yīng)用面對的挑戰(zhàn)是它們要求高壓力(例如，＞60大氣壓)以獲得臨界狀態(tài)，這會使光刻光學(xué)元件變形。例如，上述器件要求光學(xué)元件26(關(guān)于圖2)在高壓超臨界流體和周圍空氣之間轉(zhuǎn)變。由于上述問題，在技術(shù)上需要用于避免相關(guān)技術(shù)的問題的浸入式光刻裝置和方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明通過提供浸入式光刻裝置和方法，除了其它，解決了上述問題，并且公開了一種光刻光學(xué)柱結(jié)構(gòu)，用于利用在相同壓力下的不同流體中的光學(xué)系統(tǒng)的至少投射光學(xué)部件和晶片進(jìn)行浸入式光刻。具體地說，提供了一種浸入式光刻裝置，其中將超臨界流體引入晶片的周圍，并且以相同的壓力將如惰性氣體的另一種流體引入光學(xué)系統(tǒng)的至少投射光學(xué)部件，以能夠承受高壓力差別并消除對特殊透鏡的需求。另外，本發(fā)明包括浸入式光刻裝置，該裝置包括一室，該室填充有超臨界浸入流體并且包圍將要曝光的晶片以及光學(xué)系統(tǒng)的至少投射光學(xué)部件。本發(fā)明的第一方面在于一種浸入式光刻裝置，該裝置包括第一室，適于保持晶片，所述第一室填充有在一壓力下的第一流體；以及第二室，位于所述第一室上并且包括光學(xué)系統(tǒng)的至少投射光學(xué)部件，所述光學(xué)系統(tǒng)用于將輻射投射到所述晶片上，所述第二室填充有與所述第一流體不同并在基本上所述壓力下的第二流體。本發(fā)明的第二方面包括一種使用包括光學(xué)系統(tǒng)的浸入式光刻工具在晶片上進(jìn)行浸入式光刻的方法，該方法包括以下步驟將所述晶片設(shè)置在填充有在第一壓力下的第一超臨界流體的第一室中；將所述光學(xué)系統(tǒng)的至少投射光學(xué)部件設(shè)置在填充有第二流體的第二室，所述第二流體與所述第一流體不同并在基本上與所述第一壓力相等的第二壓力下；以及投射輻射以使用所述光學(xué)系統(tǒng)曝光在所述晶片上的圖形。本發(fā)明的第三方面涉及一種浸入式光刻裝置，該裝置包括一室，適于包圍將要曝光的晶片以及用于將輻射投射到所述晶片上的光學(xué)系統(tǒng)的至少投射光學(xué)部件，其中所述室填充有超臨界浸入流體以便將所述光學(xué)系統(tǒng)的所述至少投射光學(xué)部件浸入所述超臨界浸入流體。通過后面本發(fā)明的實(shí)施例的更具體的描述，本發(fā)明的前述和其它特征將顯而易見。通過參考下面的圖，將從細(xì)節(jié)上描述本發(fā)明的實(shí)施例，圖中相似的標(biāo)號表示相似的部分，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的浸入式光刻裝置的第一實(shí)施例。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的浸入式光刻裝置的第二實(shí)施例。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的浸入式光刻裝置的第三實(shí)施例。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的浸入式光刻裝置的第四實(shí)施例。具體實(shí)施例方式通過參考附圖，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的浸入式光刻裝置100的第一實(shí)施例。裝置100包括將與裝置100一起描述的光刻光學(xué)柱結(jié)構(gòu)102。如圖1中所示，裝置100包括第一室104和第二室106。第一室104適于保持晶片110，晶片110將被任何現(xiàn)在已知或?qū)戆l(fā)展的光學(xué)系統(tǒng)120照射，用于將輻射投射到晶片110上。示意性的光學(xué)系統(tǒng)120可以包括，除了其它，投射光學(xué)部件122，掩膜124，聚光器(condenser)126和照明器128。第一室104還包括常規(guī)自動化晶片支撐結(jié)構(gòu)例如圍欄(enclosure)130，晶片平臺(table)132，晶片載物臺(stage)134和負(fù)載鎖(loadlock)136。負(fù)載鎖136可以包括常規(guī)結(jié)構(gòu)如門閥，支撐平臺，轉(zhuǎn)移機(jī)械手等，用于允許晶片110的進(jìn)/出。第一室104填充有壓力為P1的第一流體140。在一個實(shí)施例中，第一流體140包括在超臨界狀態(tài)下的氙(Xe)，例如壓力約為63大氣壓并且溫度高于23℃。然而，為了浸入式光刻的使用，第一流體140可以包括任何現(xiàn)在已知或?qū)戆l(fā)展的超臨界材料。超臨界流體140允許如在美國專利No.5,900,354中描述的浸入式光刻。第二室106包括圍欄150，用于包圍光學(xué)系統(tǒng)120的至少投射光學(xué)部件122。雖然示出第二室106位于第一室104上，但是這不是必需的。第二室106填充有不同于第一流體140的第二流體160。在一個實(shí)施例中，第二流體160包括如氦(He)和/或氮(N2)的惰性氣體。第二流體160處于基本與第一壓力P1相等的第二壓力P2，即P2＝P1。照這樣，在第一室104和光學(xué)系統(tǒng)120之間不需要特殊透鏡。提供至少一個壓力調(diào)整器190以調(diào)整每個室104，106的壓力。在圖1示出的實(shí)施例中，在第二室106中提供所有的光學(xué)系統(tǒng)120。此結(jié)構(gòu)要求另一個負(fù)載鎖170，即包括常規(guī)結(jié)構(gòu)如門閥，支撐平臺，轉(zhuǎn)移機(jī)械手等，用于允許掩膜124的進(jìn)/出。設(shè)置窗口180以允許輻射在室104，106之間通過。因?yàn)閴毫1和P2基本相等，從而，在第一室104和光學(xué)系統(tǒng)120之間不需要特殊透鏡。在另一個優(yōu)選實(shí)施例中，在圖2中示出，提供了在第二室206中僅包括投射光學(xué)部件122的浸入式光刻裝置101。這里，又一次，設(shè)置窗口180以允許輻射在室104，206之間通過，但是因?yàn)閴毫1和P2基本相等，在第一室104和投射光學(xué)部件122之間不需要特殊透鏡。因?yàn)樵诖髿鈮合绿峁┭谀?24，此實(shí)施例不再需要第二負(fù)載鎖170(圖1)。然而，在此實(shí)施例中，必須在大氣壓和第二室206之間提供必須能夠經(jīng)受不同壓力的耐壓窗口182。在一些高數(shù)值孔徑(NA)光學(xué)系統(tǒng)中，反折射透鏡可以與反射鏡一起使用，用于彎折光線以形成芯片圖形的虛像。當(dāng)使用反射鏡彎折光線時，在透鏡之間的流體的折射率在形成虛像中不是重要因素。另一方面，對于折射光學(xué)系統(tǒng)，當(dāng)光線從透鏡傳輸?shù)絺鬏斀橘|(zhì)時它們的彎折在虛像的形成中起到關(guān)鍵作用。如在上述實(shí)施例中提供的，在柱102中平衡壓力將消除降低虛像質(zhì)量的壓力引起的變形，但是仍然允許在晶片暴露區(qū)域即第一室104中用超臨界流體140形成浸入透鏡。在一些情況下，超臨界流體的折射率可以容易改變以匹配折射光學(xué)系統(tǒng)的需要。在此情況下，可以在光學(xué)柱中使用另一種氣體/流體，例如氮或氦，其具有較好的折射率以匹配光學(xué)系統(tǒng)的需要。在晶片室中仍存在超臨界氙流體以在它離開光學(xué)柱時提供曝光光線的較小折射。本發(fā)明還包括使用包括光學(xué)系統(tǒng)120的浸入式光刻裝置100在晶片110上進(jìn)行浸入式光刻的方法。該方法包括以下步驟將晶片100設(shè)置在第一室104中，第一室104填充有在第一壓力P1(例如，約63大氣壓)下的第一超臨界流體140(例如在大于23℃下的超臨界氙(Xe))；并且將光學(xué)系統(tǒng)120的至少投射光學(xué)部件122設(shè)置在第二室106中，第二室106填充有第二流體160(例如，如He和/或N2的惰性氣體)，第二流體160不同于第一流體140并且處在基本與第一壓力P1相等的第二壓力P2下。隨后使用光學(xué)系統(tǒng)120投射輻射如光以在晶片110上曝光圖形(通過掩膜124)。在第一室104和第二室106之間提供窗口180，以允許輻射通過。本發(fā)明還包括用于浸入式光刻裝置100的光刻光學(xué)柱結(jié)構(gòu)102，裝置100包括適于保持由超臨界流體140(例如超臨界狀態(tài)中的氙Xe)包圍的晶片110的工藝室104。結(jié)構(gòu)102包括光學(xué)系統(tǒng)120，用于將輻射投射到晶片110上，并且包括，除了其它，照明部件128，掩膜124和投射光學(xué)部件122，光學(xué)系統(tǒng)室106，用于包圍在不同于超臨界流體140的光學(xué)流體160(例如，包括氣體如惰性氣體如氮和/或氦)中的至少投射光學(xué)部件122；以及壓力調(diào)整器190，用于將至少投射光學(xué)部件122保持在基本與工藝室104的壓力P1相等的壓力P2下。參考圖3-4，現(xiàn)在描述本發(fā)明的可選第三和第四實(shí)施例。如在圖3-4中，第三和第四實(shí)施例分別包括浸入式光刻裝置200，300，包括裝置100(圖1)的所有結(jié)構(gòu)，除了僅提供一個室204以包圍晶片110，即，沒有窗口180(圖1-2)。在圖3-4中，在室204中包圍光學(xué)系統(tǒng)120的至少投射光學(xué)部件122，用于將輻射投射到晶片110上。圖3示出了一實(shí)施例，其中在室204中包圍所有光學(xué)系統(tǒng)120。在此情況下，如上所述，為室204提供負(fù)載鎖270以允許光學(xué)系統(tǒng)120的掩膜124進(jìn)/出。圖4示出了一實(shí)施例，其中在室204中僅包圍光學(xué)系統(tǒng)120的投射光學(xué)部件122。在此情況下，負(fù)載鎖270(圖3)是不必須的，但是提供耐壓窗口282以允許光從光學(xué)系統(tǒng)的其它部分傳輸?shù)酵渡涔鈱W(xué)部件122。與圖1-2對比，圖3-4的實(shí)施例包括用超臨界浸入流體240填充室204以便光學(xué)系統(tǒng)120的至少投射光學(xué)部件122與晶片110一起浸入到超臨界浸入流體中。如上所述，超臨界浸入流體240可以包括在約63大氣壓的壓力下和大于23℃的溫度下的超臨界氙(Xe)或者任何將來發(fā)展的超臨界浸入流體。因?yàn)樵谥辽偻渡涔鈱W(xué)部件122上的壓力與在晶片110上的壓力基本相等，在投射光學(xué)部件122和晶片110之間不需要特殊透鏡。如上所述，可以使用至少一個壓力調(diào)整器190以控制室204中的壓力。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，為了明晰，省略了與浸入式光刻裝置100，101，200或300相關(guān)的其它結(jié)構(gòu)(例如，控制器，閥門，震動控制器等)，但是它們被認(rèn)為是本發(fā)明的一部分。盡管結(jié)合上述具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，應(yīng)該清楚，許多替換，修正和改變對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是明顯的。因此，上述本發(fā)明的實(shí)施例旨在說明目的，而不是限制。只要不脫離本發(fā)明的由所附權(quán)利要求限定的范圍和精神，可以進(jìn)行各種改變。權(quán)利要求1.一種浸入式光刻裝置，所述裝置包括第一室，適于保持晶片，所述第一室填充有在一壓力下的第一流體；以及第二室，位于所述第一室上并且包括用于將輻射投射到所述晶片上的光學(xué)系統(tǒng)的至少投射光學(xué)部件，所述第二室填充有與所述第一流體不同并在基本上所述壓力下的第二流體。2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括允許輻射在所述第一室和所述第二室之間通過的窗口。3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一流體包括在超臨界狀態(tài)下的氙(Xe)。4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中所述氙(Xe)處在約63大氣壓的壓力和高于23℃的溫度下。5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第二流體包括惰性氣體。6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中所述惰性氣體包括下面氣體中的至少一種氦(He)和氮(N2)。7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括至少一個壓力調(diào)節(jié)器，適于調(diào)節(jié)每個室的所述壓力。8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述第二室僅包括所述光學(xué)系統(tǒng)的所述投射光學(xué)部件，并且還包括耐壓窗口以允許光從所述光學(xué)系統(tǒng)的其它部分傳輸?shù)剿鐾渡涔鈱W(xué)部件。9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括用于所述第一室的第一負(fù)載鎖以允許所述晶片的進(jìn)/出，和用于所述第二室的第二負(fù)載鎖以允許所述光學(xué)系統(tǒng)的掩膜的進(jìn)/出。10.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述壓力約為63大氣壓。11.一種使用包括光學(xué)系統(tǒng)的浸入式光刻工具在晶片上進(jìn)行浸入式光刻的方法，所述方法包括以下步驟將所述晶片設(shè)置在填充有在第一壓力下的第一超臨界流體的第一室中；將所述光學(xué)系統(tǒng)的至少投射光學(xué)部件設(shè)置在填充有第二流體的第二室，所述第二流體與所述第一流體不同并在基本上與所述第一壓力相等的第二壓力下；以及投射輻射以使用所述光學(xué)系統(tǒng)曝光在所述晶片上的圖形。12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，還包括在所述第一室和所述第二室之間提供窗口以允許輻射通過的步驟。13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述第一流體包括超臨界氙(Xe)，并且所述第一壓力約為63大氣壓，并且所述第一室的溫度大于23℃。14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述第二流體包括氣體，所述氣體包括下面氣體中的至少一種氦(He)和氮(N2)。15.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，還包括提供至少一個適于調(diào)節(jié)每個室的所述壓力的壓力調(diào)節(jié)器的步驟。16.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述第二室僅包括光學(xué)系統(tǒng)的所述投射光學(xué)部件，并且還包括提供耐壓窗口以允許光從所述光學(xué)系統(tǒng)的其它部分傳輸?shù)剿鐾渡涔鈱W(xué)部件的步驟。17.一種浸入式光刻裝置，所述裝置包括一室，適于包圍將要曝光的晶片以及用于將輻射投射到所述晶片上的光學(xué)系統(tǒng)的至少投射光學(xué)部件，其中所述室填充有超臨界浸入流體以便將所述光學(xué)系統(tǒng)的所述至少投射光學(xué)部件浸入所述超臨界浸入流體。18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中所述超臨界浸入流體包括在約63大氣壓的壓力和高于23℃的溫度下的超臨界氙(Xe)。19.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中所述室僅包圍所述光學(xué)系統(tǒng)的所述投射光學(xué)部件，并且還包括耐壓窗口以允許光從所述光學(xué)系統(tǒng)的其它部分傳輸?shù)剿鐾渡涔鈱W(xué)部件。20.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中所述室包圍所有所述光學(xué)系統(tǒng)，并且還包括用于所述室的負(fù)載鎖以允許所述光學(xué)系統(tǒng)的掩膜的進(jìn)/出。全文摘要本發(fā)明公開了一種浸入式光刻裝置和方法，以及光刻光學(xué)柱結(jié)構(gòu)，用于利用在相同壓力下的不同流體中的光學(xué)系統(tǒng)的至少投射光學(xué)部件和晶片進(jìn)行浸入式光刻。具體地說，提供了一種浸入式光刻裝置，其中將超臨界流體引入晶片的周圍，并且以相同的壓力將如惰性氣體的另一種流體引入光學(xué)系統(tǒng)的至少投射光學(xué)部件，以消除對特殊透鏡的需求。另外，本發(fā)明包括浸入式光刻裝置，該裝置包括一室，該室填充有超臨界浸入流體并且包圍將要曝光的晶片以及光學(xué)系統(tǒng)的至少投射光學(xué)部件。文檔編號H01L21/00GK1877455SQ20061008275公開日2006年12月13日申請日期2006年5月25日優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日發(fā)明者S·J·霍姆斯,M·C·哈基,D·V·霍拉克,P·H·米切爾,古川俊治申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司