用于减少浸入式光刻中的污染物的装置和方法

摘要

一种用于在浸入式光刻中减少污染物的装置，包括具有卡盘晶片的晶片卡盘组件，该卡盘晶片配置为在其支撑表面上保持半导体晶片。在晶片卡盘中具有缝隙，该缝隙与晶片的外边缘相邻，并且该缝隙中包含一定量的浸入式光刻液体。在晶片卡盘中配置液体循环路径，以便促进在缝隙中的浸入式光刻液体的向外辐射运动，从而相对于半导体晶片的上表面，将浸入式光刻液体的弯月面保持在选定高度。

说明书

技术领域

本发明一般涉及半导体器件制造，更具体地说，涉及用于减少浸入式光刻中的污染物的装置和方法。

背景技术

在半导体制造中光刻是所利用的最重要技术中的一种，优选用于限定图形，例如，在布线层构图工艺或掺杂区域限定工艺中所使用的。光刻工艺一般包括曝光步骤和显影步骤，其中曝光步骤利用光源直接照射光致抗蚀剂层或通过光掩模以在曝光部分引起化学反应。实施显影步骤以除去正抗蚀剂中的曝光部分(或负抗蚀剂中的未曝光部分)并且形成光致抗蚀剂图形，从而完成光掩模图形或虚图形向抗蚀剂材料的转移。

作为仍使用193nm曝光源印制亚100nm光致抗蚀剂结构的技术选择，浸入式光刻(IL)迅速兴起。通过增加在曝光工具的最后透镜元件和抗蚀剂覆盖的衬底之间的介质折射率，根据公知的Rayleigh方程，光刻系统的数值孔径增加，从而可以用给定的曝光波长印制最小的特征尺寸。因此，在液相环境中实施已有的浸入式光刻工艺，从而因为浸入液体(例如，超纯水)的折射率高于空气的折射率(约1.47对1.0)，获得更高的分辩率。所以，使用浸入式光刻技术，形成的IC器件的尺寸可以进一步减小。

然而，与浸入式光刻相关联的一个缺点来自浸入液体和抗蚀剂材料之间的物理接触，该接触潜在地导致部分图象不完整并且在抗蚀剂中或下面引入污染物。更具体地说，在曝光期间，浸入液体从喷嘴后缘上的抗蚀剂表面蒸发掉会导致微量污染物的浓缩，这在随后的工艺步骤期间可以转移并且最终严重影响器件的产量和性能。例如，在证实浸入液体蒸发的区域中浸入液体中存在的微量硅胶浓缩。

另外，喷嘴包括的水池的后缘容易残留浸入液体层，或者在特殊的扫描条件下甚至分解为不同尺寸的液滴。例如，使用500-1000mm/s量级的典型晶片台速度，在扫描表面上存在的任何不连续都会影响液池的机械稳定性并且导致液滴的形成。类似地，在浸入液体和扫描表面之间的低接触角将增加后液体边缘的形状和尺寸，从而增加形成残留液体层的可能性。残留液体层或液滴的存在都容易导致缺陷的形成。顶覆盖层或抗蚀剂层的可提取部分(例如，低聚材料，光酸发生剂(generator)，光生酸，碱性淬火剂(base quencher))可以由浸入液体提取并且导致液体干燥时的微掩蔽或类水掩模缺陷。

所以，期望能够减少或完全消除浸入光刻后留下的污染物。

发明内容

通过用于减少浸入式光刻中的污染物的装置克服或减轻了现有技术的上述缺点和不足。在示例性实施例中，该装置包括具有晶片卡盘的晶片卡盘组件，该晶片卡盘配置为在其支撑表面上保持半导体晶片。晶片卡盘中具有缝隙，缝隙与晶片的外边缘相邻，并且缝隙中包含一定量的浸入式光刻液体。在晶片卡盘中配置液体循环路径，以便促进在缝隙中的浸入式光刻液体的向外辐射运动，从而相对于半导体晶片的上表面，将浸入式光刻液体的弯月面保持在选定高度。

在另一个实施例中，晶片卡盘组件包括第一卡盘部分，配置为在其支撑表面上保持半导体晶片，以及第二卡盘部分，可除去附装到第一卡盘部分。第一卡盘部分中具有缝隙，缝隙与晶片的外边缘相邻，并且缝隙中包含一定量的浸入式光刻液体。在第一卡盘部分中配置液体循环路径，以便促进在缝隙中的浸入式光刻液体的向外辐射运动，从而相对于半导体晶片的上表面，将浸入式光刻液体的弯月面保持在选定高度。

另一个实施例中，用于减少浸入式光刻中的污染物的方法包括将半导体晶片保持在晶片卡盘的支撑表面上，所述晶片卡盘中具有缝隙，所述缝隙与所述晶片的外边缘相邻，并且所述缝隙中包含一定量的浸入式光刻液体。在所述晶片卡盘中提供液体循环路径，以便促进在所述缝隙中的所述浸入式光刻液体的向外辐射运动，从而相对于所述半导体晶片的上表面，将所述浸入式光刻液体的弯月面保持在选定高度。

附图说明

参考示例性附图，其中几幅图中类似的元件使用类似的标号：

图1示出了与浸入式光刻结合使用的常规卡盘组件的一部分的部分截面图；

图2示出了根据本发明的示例性实施例的为浸入式光刻配置的卡盘组件的部分截面图；

图3示出了在图2的卡盘组件中引入的可选沟槽特征；

图4示出了可选沟槽特征沿图3的线4-4的部分侧面截面图；

图5示出了根据本发明的可选实施例的为浸入式光刻配置的卡盘组件的部分截面图；

图6示出了根据本发明的另一个实施例的为浸入式光刻配置的卡盘组件的部分截面图；

图7示出了图6中示出的被动控制类型的卡盘组件的截面图，描述了其示例性两部分结构实施例；

图8是图7的卡盘组件的顶视图；

图9(a)到9(d)示出了在卡盘组件实施例中使用的密封环的各种可能截面形状：以及

图10示出了密封环相对于卡盘组件的晶片边缘支撑部分的可选位置。

具体实施方式

这里公开的是用于减少与浸入式光相关联的污染物的装置和方法。一般地说，晶片污染物残留于晶片边缘附近，在某种意义上，这样的污染物的产生是浸入液体与晶片边缘和卡盘之间的剖面(topography)相互作用的结果。最近的模拟表明减小被工具喷嘴覆盖的表面上的剖面有助于保持弯月面，并且有助于避免形成气泡。因此，人为延伸晶片表面是有利的，以便使晶片和卡盘之间的过渡尽可能的平坦而不是陡变。

如此后从细节上重点描述的，这里的示例性实施例通过在卡盘内引入内部液体循环路径保持晶片卡盘的剖面缝隙中的液体弯月面完整。循环路径包括缝隙本身，从而浸入液体穿过缝隙(晶片外边缘和卡盘之间)向外辐射流动，并且保持水面在与晶片表面相同的高度上。另外，用液体循环路径的主动或被动控制将液面保持在与晶片表面相同的高度上。应该注意，只要与光刻工艺的浸入液体光学匹配并且不破坏晶片的周围表面，可以使用任何合适的液体用于卡盘中的液体循环路径。

首先参考图1，其示出了与如浸入式光刻结合使用的部分卡盘组件100的部分截面图。如图所示，晶片卡盘102具有在其上保持的半导体晶片104，示出的晶片104具有在其上形成的光致抗蚀剂材料薄层。注意，卡盘102，晶片104和抗蚀剂层106的相对尺寸不成比例并且这样图示仅用于说明目的。然而，如图1所示，作为在卡盘102中形成的空气缝隙108的结果，在晶片104的外边缘存在显著剖面。

相应地，图2是根据本发明的示例性实施例为浸入式光刻配置的卡盘组件200的部分截面图。如图所示，修改晶片卡盘202以包括浸入液体供给线210和促进浸入液体从缝隙108向外流动的外部通道204，从而形成从晶片104的上表面的边缘延伸到晶片卡盘表面的液面，从而用添加的液体填充空气缝隙。而卡盘最外部分206具有基本与晶片104的高度相同的高度，注意，在缝隙108和外部通道204之间的卡盘的中间部分(突出物)208具有低于最外部分206和晶片104的上表面的高度。这允许液体从突出物208的顶部上流过，导致减少喷洒并且因此减少污染物。

除了外部通道204，还在卡盘202中形成液体循环路径。特别地，输入路径210允许加压液体源流入缝隙108的底部，而负压力回流路径212源于在外部通道204中形成的侧壁。在示例性实施例中，通过液体循环路径使用并且循环的液体与用于浸入式光刻的液体具有相同的光学特性，以便避免来自它们之间的任何混合的光学特性的任何变化。另外，为了防止光学液体进入晶片104的接触卡盘202的表面下，在晶片的底部和缝隙108的底部之间安放密封214(例如，O形环)。如此后更详细的讨论，可以实现各种密封形状和材料。

图3示出了为了在卡盘移动时消除波动，在图2的卡盘组件200中引入的可选特征。更具体地说，在卡盘202的突出物208中形成(以周期性间隔)多个侧面沟槽216。从而，获得了液面控制的附加高度，除了在突出物的顶部上流动外，光学液体还可以流过每个侧面沟槽216。图4是沿图3的线4-4的部分侧面截面图，更详细地示出了在突出物208中形成的一个沟槽216。

现在参考图5，示出了根据本发明的可选实施例为浸入式光刻配置的卡盘组件500的部分截面图。如图所示，修改晶片卡盘502以包括内部液体循环路径。然而，与图2到图5的实施例比较，图5中卡盘502的内部液体循环路径直接配置在已有缝隙108下面。如此，当缝隙108中的浸入液体加速时，引起从加压输入路径510的方向，越过缝隙108下面的突出物508，到回流路径512的流动。另外，通过主动控制方法保持图5的实施例的液面，其中在卡盘502中设置压力传感器504以便感知路径中的液体压力。如此，可以独立控制输入路径510的正压力和回流路径512的负压力以调节缝隙中浸入液体的压力的变化，从而保持流经浸入液体的水面110和弯月面完整。

图5的实施例具有的一个特殊优点是液体在卡盘502中的流动更简单。如图2的情况，卡盘502还包括密封环504以防止浸入液体进入晶片104的底表面和卡盘502之间。

除了主动控制之外，还可以通过被动控制方式保持浸入式光刻卡盘组件中的液面。例如，图6是根据本发明的另一个实施例的配置用于浸入式光刻的卡盘组件600的部分截面图。如图所示，被动控制实施例提供修改的晶片卡盘602，该卡盘结合第一晶片柱(column)(即，已有缝隙108)和相对于卡盘602的半径在外部位置形成的第二柱604。类似于前面的实施例，再次在卡盘602中提供液体循环路径用于保持液体弯月面110完整。

包括输入路径610和回流路径612的液体循环路径直接穿过第二柱604，其还包括溢出突出物608。因此，向外流动的液体将从突出物608上流过并且流入第二柱604的回流路径612。通过控制第二柱604被动控制在缝隙108中的液面，因为缝隙108通过在卡盘602中形成的通道606液体连接于第二柱604。另外，在缝隙108的底部形成Venturi管607，将缝隙108连接到输入路径610并且因此允许液体循环流经缝隙108。如图2和5的实施例的情况，卡盘602还包括密封环604以防止浸入液体进入晶片104的底表面和卡盘602之间。

因此，在被动控制卡盘组件600的操作中，液体流经第一柱(即缝隙108)并且穿过从缝隙108吸取液体的Venturi管607。因此，从缝隙108除去缝隙108上的弯月面110的通路上残留的过剩液体。此后，过剩液体连接输入路径610，随后，在此处流过突出物608并且流入漏流(即，回流路径612)，因此将液面保持在卡盘602的上表面。因为两个柱(缝隙108，第二柱604)在等高、等压区中连接(例如通过通道606)，在缝隙108中的液体与在第二柱604中存在的一样将保持相同的高度。注意，液体在卡盘602中的流动不需要连续，而可以沿卡盘602周围选定的区域发生。

这样配置的被动控制卡盘组件600通过以稳定方式最小化弯月面110经过的剖面，允许快速控制与晶片104相邻的液面。因为Venturi管607用于循环通过卡盘缝隙108的浸入液体，液体的污染物聚集的可能性较小，从而导致污染物颗粒沉积在晶片104的表面上的可能性较小。以特定间隔具有一系列Venturi管607和连接通路606的第二个优点是它们提供在卡盘移动期间防止缝隙108中液体压力不适当增加的方法。

为进一步说明，图7是图6中示出的被动控制类型的卡盘组件700的截面图，并且描述了其示例性两部分结构实施例。如图所示，第一卡盘部分702a包括用于卡盘的内部管道以及保持晶片104的表面。特别地，第一卡盘部分702a包括上面描述的液体输入路径610和回流路径612，以及在缝隙108的底部的Venturi管607。塞子704可以插入第一卡盘部分702a以防止液体从此流出卡盘。

另外，将第一卡盘部分702a可除去附装到(例如，通过闩706)第二卡盘部分702b。第二卡盘部分702b，一旦被附装，还用于在第一柱(缝隙108)和用于被动液面控制的第二柱604之间限定阻挡。如所见，第二卡盘部分702b还包括内部通道606以便将第一和第二柱相互液体连通，并且获得缝隙液体的被动控制。O环708也可以用于将第一和第二卡盘部分密封在一起，同样如图7中示出的。注意，图7详细的示例性实施例没有示出防止液体进入晶片104的底部和第一卡盘部分702a之间的密封环。

图8是图7的卡盘组件700的顶视图。除了示出示例性液体分布路径外，图8还示出了相对于输入和回流液体路径610，612在第一柱604中入口和出口端的相对数量和位置的一个可能实例。还示出了缝隙108中Venturi管607的示例性分布，尽管应该认识到还可以实现不同数量和位置的管。

如上所述，尽管利用了具体的卡盘组件实施例，期望防止浸入液体(例如，水)进入晶片下，在晶片的底部和卡盘表面之间。更具体地说，因为在晶片下保持真空，浸入液体具有吸入低压力的趋势。这样，通过(例如)在晶片支撑的外边缘放置密封环阻挡此路径是有利的。到此为止，可以利用几种类型和形状的密封环，并且包括不同的材料。

例如，图9(a)到9(d)示出了用于上述密封环的各种可能的截面图。更具体地说，密封环可以具有如图9(a)所示的△形状，图9(b)所示的X形状；图9(c)所示的O环；以及图9(d)所示的方环。然而，还预期其它的横截面形状。另外，密封环可以由任何合适的材料构成，包括但不仅限于：腈(丁纳橡胶)，硅氧烷，氟硅氧烷，氢化腈，碳氟化合物(例如，DuPont的Viton^)，氯丁橡胶，乙烯丙烯，丁基合成橡胶，聚氨酯，乙烯丙烯酸(例如，DuPont的Vamac^)，聚丙烯酸以及四氟乙烯-丙烯(例如，Asahi Glass的Aflas^)。

最后，图10示出了密封环902相对于卡盘组件的晶片边缘支撑部分904的可选位置。尽管前面描述的实施例示出了密封环位于晶片边缘支撑904的外侧(相对于晶片中心)，图10中的密封环902位于晶片边缘支撑904的内侧。如果密封环902位于晶片边缘支撑的外侧，在晶片上存在很小的力(由于正的外部密封压力)，它可以将晶片向上弯曲并且在晶片边缘附近引起散焦错误。虽然此条件对于在晶片边缘和晶片边缘支撑之间的小交迭距离可能性较小，密封环902相对于晶片边缘支撑904的内侧放置将消除任何这样的偏差。

虽然参考优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应该明白，在不脱离本发明的范围下，可以进行各种变化并且可以对其元件进行等同替换。另外，可以在不脱离其实质范围下进行许多修改以使特定情况或材料适于本发明的教导。因此，旨在本发明不限于作为实现本发明预期的最好模式公开的具体实施例，而是本发明包括落入附加权利要求范围内的所有实施例。