使用多种多孔性材料来控制在多孔性材料的真空的装置和方法

摘要

本发明系关于一种浸液限制装置，其在浸渍式光刻系统中限制浸液于浸渍区中，该浸渍区包括投影系统与曝光对象的间的间隙。该装置还从浸渍区回收浸液。该装置包括限制构件以和第一液体可渗透构件和第二液体可渗透构件。该限制构件包括出口和孔，其中图案影像经由该孔投影于对象上。该第一液体可渗透构件覆盖该出口且具有面向对象的第一表面和与该第一表面相对的第二表面，该第二表面与第一腔室接触。该第二液体可渗透构件具有相对面向的第一和第二表面，该第二液体可渗透构件的第一表面与第一腔室接触，该第二液体可渗透构件的第二表面与不同于该第一腔室的第二腔室接触。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请声明于公元2009年10月5日提交的美国专利申请第12/573,356号的优先权，该案的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。本申请案也声明于公元2008年10月22日提交的美国临时专利申请第61/193,019号的优先权，该案的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。本申请案也声明于公元2009年9月9日提交的美国临时专利申请第61/272,292号的优先权，该案的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及浸渍式光刻装置和方法，特别是涉及回收浸渍液体的装置和方法。

背景技术

典型的光刻装置包括辐射源、投影光学系统和用以支撑和移动欲成像的基板的基板平台。在将基板置于基板平台上之前，在基板表面上涂布辐射敏感材料(例如抗蚀剂)。在操作过程中，使用来自辐射源的辐射能经由投影光学系统将由成像元件界定的影像投影于基板上。投影光学系统典型地包括多个透镜。最接近基板的透镜或光学元件可称为最后或最终光学元件。

在曝光过程中投影区典型地比基板表面小得多。因此，使基板相对于投影光学系统移动以便使基板的整个表面图案化。在半导体工业中，通常使用两种类型的光刻装置。使用所谓的“步进重复(step-and-repeat)”装置，整个影像图案在单次曝光中瞬时投影于基板的目标区上。曝光之后，使基板在X和/或Y方向上移动或“步进”且曝光新的目标区。执行此步进重复过程多次，直至整个基板表面都曝光。使用扫描型光刻装置，目标区以连续或“扫描”动作曝光。举例而言，在曝光一个目标区的过程中，当影像通过透射光经由光罩(reticle)或掩模投影时，光罩或掩模在一个方向上移动，同时基板在相同或相反方向上移动。随后，基板在X和/或Y方向上移动至下一个扫描目标区。重复该过程直至基板上的所有理想目标区都已曝光。

光刻装置典型地用于使半导体晶片和平板显示器成像或图案化。如本文所使用的文字“基板”一般表示任何可图案化的工件，包括(但不限于)半导体晶片和平板显示器。

浸渍式光刻是一种可通过使用比具有类似光学系统的公知“干式”光刻曝光装置中可达到的数值孔径(NA)大的NA进行曝光而提高光刻曝光装置的分辨率的技术。通过填充投影系统的最终光学元件与涂布抗蚀剂的基板之间的空隙，浸渍式光刻可以进行曝光，否则光会在光学部件与空气的界面处发生内反射。浸渍式光刻系统中可能具有高达浸渍液体的折射率(或抗蚀剂或透镜材料的折射率中的最小者)的数值孔径。与具有相同数值孔径的干式系统相比，液体浸渍也使基板焦点深度(也即在基板的垂直位置上的可容许误差)随着浸渍液体的折射率而增加。因此，浸渍式光刻可使分辨率增加而实际上无需降低曝光用光的波长。因此，不同于曝光用光的波长的移位，使用浸渍式光刻将不需要开发新光源、光学材料(对于照明和投影系统而言)或涂层，且可允许使用与相同波长下的公知“干式”光刻相同或类似的抗蚀剂。在仅投影系统的最终光学元件及其外壳和基板(以及或许也有部分平台)与浸渍液体接触的浸渍系统中，大部分关于干式光刻所开发的技术和设计都可继续直接用于浸渍式光刻。

然而，因为在典型光刻系统中基板移动迅速，所以浸渍区(包括投影系统与基板之间的空隙)中的浸液倾向于被带离浸渍区。如果浸液溢出浸渍区，则该液体会干扰光刻系统中的其他元件的操作。US2006/0152697 A1中描述一种回收浸液并预防浸液污染浸渍式光刻系统的方法，该案的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。还参见US2007/0222967 A1，该案的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。

US2006/0152697 A1和US2007/0222967 A1中所述的系统包括浸液限制构件。浸液限制构件包括出口，经由该出口从浸渍区回收(收集)浸液。该出口由液体可渗透构件(例如筛网或多孔性构件)覆盖。真空控制单元对与该出口相联的腔室施加吸力，以便将浸液经由液体可渗透构件和出口抽吸于基板上。控制施加于液体可渗透构件上的吸力极为重要。

发明内容

在上述系统中，超长液体路径存在于真空控制系统与面向基板安置的液体可渗透构件之间(例如参见US2006/0152697的图6至图9)。当基板上的液体(和/或基板固定台)首先触及液体可渗透构件的下表面时，液体填充路径的长度可能引起液体吸入的延迟。当路径中的流动速率突然变化时，长的液体路径也可能导致在液体可渗透构件处出现大的压力脉动。

根据本发明的方式，浸液限制装置包括第一液体可渗透构件和第二液体可渗透构件，以从浸渍式光刻系统中的浸渍区移除液体，该浸渍区包括投影系统与对象(例如基板、基板固定台或两者)之间的间隙。第一液体可渗透构件覆盖限制构件中的出口，且具有面向对象的第一表面和与第一表面相对且与第一腔室接触的第二表面。第二液体可渗透构件是安置于第一腔室中且包括与第一液体可渗透构件的第二表面隔开且与其相对的第一表面。第二液体可渗透构件还包括与其第一表面相对的第二表面。第二液体可渗透构件的第二表面与不同于第一腔室的第二腔室接触。

根据优选具体实施例，第一真空系统和第二真空系统分别与第一腔室和第二腔室耦接。与第一腔室耦接的第一真空系统从浸渍区抽吸浸液并使浸液经由第一液体可渗透构件进入第一腔室中，以使液体从第一液体可渗透构件的第一表面流至第一液体可渗透构件的第二表面。优选不将液体从第一腔室输送至第一真空系统。因此，在第一液体可渗透构件与第一真空系统之间不存在超长液体路径。第二真空系统与第二腔室耦接，且从第一腔室抽吸液体并使液体经由第二液体可渗透构件进入第二腔室中，以使液体经由第二液体可渗透构件从其第一表面流至其第二表面。

第二真空系统还从第二腔室抽吸浸液，以使液体可经处理和/或再循环并经由例如浸液供给系统再供给至浸渍区。尽管因为第二液体可渗透构件不直接面向对象(基板、基板台等)而在第二真空系统与第二液体可渗透构件之间可能存在超长液体路径，但由经由第二液体可渗透构件的流动变化所引起的压力波动不会影响第一腔室中的压力。

根据一些具体实施例，第二液体可渗透构件与第一液体可渗透构件之间的距离针对第二液体可渗透构件的第一表面的不同部分而改变。举例而言，第二液体可渗透构件的第一表面可相对于第一液体可渗透构件凸起或倾斜。这避免第二液体可渗透构件的第一表面上夹裹气泡，且更易于适应经由第二液体可渗透构件收集的液体的流动速率变化。

第一液体可渗透构件和第二液体可渗透构件可为筛网或多孔性构件，例如海绵或板，该板具有贯穿整个板延伸的孔。

第一液体可渗透构件与第二液体可渗透构件的结构可以相同，或可以在孔径、厚度和孔隙率中的至少一个方面不同。

本发明的其他方式涉及一种浸渍式光刻装置，其具有投影系统、可移动至投影系统下方位置且固定对象(例如基板)的可移动平台和根据本发明的方式的限制构件。

本发明的其他方式涉及使用浸渍式光刻装置制造元件的方法。

附图说明

图1为示意性说明本发明的一些具体实施例的浸渍式光刻系统的简化正视图；

图2为本发明的第一具体实施例的液体限制构件及其液体移除系统的简化侧面剖视图；

图3为本发明的第二具体实施例的液体限制构件及其液体移除系统的简化侧面剖视图；

图4为本发明的第三具体实施例的液体限制构件及其液体移除系统的简化侧面剖视图；

图5为概述制造本发明元件的方法的流程图；且

图6为更详细概述元件处理的流程图。

具体实施方式

本发明将结合以下例示性具体实施例的附图加以描述，其中相同标记表示相同元件。

图1示出浸渍式光刻系统10，其包括光罩平台12，其上支撑光罩；投影系统14，其具有最后或“最终”光学元件16；和精细移动平台22，其上支撑基板26，该平台又可在粗略移动平台20上移动。浸液供给和回收装置18(本文中有时将其称为液体限制构件18)围绕投影系统14的最终光学元件16安置以便将浸渍液体(其可以为例如水的液体)供给至最终光学元件16与基板26之间的间隙28和从间隙28回收浸渍液体。在本发明具体实施例中，浸渍式光刻系统10为扫描光刻系统，其中在扫描曝光操作过程中光罩与基板26在各自的扫描方向上同步移动。精细移动平台22以比粗略移动平台20高的精密度在X、Y、Z、θX、θY和θZ方向中的一或多个(优选所有)方向上控制基板26的位置，如此项技术中众所周知，粗略移动平台20主要用于在较长距离上移动基板26。精细移动平台22的上表面包括基板固持器，其优选具有固定基板26的凹座。此外，围绕固定基板的精细移动平台22的一部分上表面具有实质上与固定基板的上表面平齐的上表面，以使当浸渍区位于靠近基板边缘处时，液体仍维持在液体限制构件18与基板26和基板固持器的上表面之间。

光刻系统的照明源可为光源，例如汞的g线源(436nm)或i线源(365nm)、KrF准分子激光器(248nm)、ArF准分子激光器(193nm)或F2激光器(157nm)。投影系统14将穿过光罩的光投影和/或聚焦于基板26上。取决于曝光装置的设计，投影系统14可放大或缩小照射于光罩上的影像。它也可为1倍放大系统。

当使用远紫外辐射(例如来自准分子激光器)时，可在投影系统14中使用透射远紫外线的玻璃材料，例如石英玻璃和氟化钙。投影系统14可为反射折射式、完全折射式或完全反射式。

关于曝光元件，可考虑使用反射折射型光学系统。反射折射型光学系统的实施例在美国专利第5,668,672号和美国专利第5,835,275号中示出。在这些专利案中，反射光学元件可为包括光束分光器和凹面镜的反射折射光学系统。美国专利第5,689,377号也使用包括凹面镜等、但无光束分光器的反射折射型光学系统，且也可为本发明所采用。上述美国专利的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。

图2为液体限制构件18的具体实施例的剖视图。如图2中所示，液体限制构件18将浸液80维持在浸渍区中，该浸渍区包括投影系统14的最终光学元件16与基板26的一部分上表面之间的间隙或空隙。图2中的浸液80可被视为仅占基板26的一部分上表面。即，浸渍区的尺寸小于基板26上表面的尺寸以使仅覆盖基板的一部分上表面。取决于基板26关于投影系统14(和液体限制构件18)的相对位置，浸渍区可安置于基板上，安置于基板的一部分和围绕基板的基板固持器的一部分上，或仅安置于基板固持器的一部分上(例如，当基板移动以使其不再安置于投影系统14下方时)。此外，如果曝光装置包括用于关于投影系统14进行测量的测量平台，则浸渍区可在测量平台的上表面与最终光学元件16之间形成(测量平台上将不存在基板固持器)。

液体限制构件18包括至少一个(且优选一个以上)液体供给入口30，浸液80经由该入口供给浸渍区。液体经由供给路径供应给供给入口30，供给路径的一端连接至液体供给器15且另一端连接至液体限制构件18的入口歧管。供应给供给入口30的液体在穿过安置于限制构件18中心处的孔35之后到达基板26。如图2中所示，浸液的供给和回收系经控制以使液体限制构件18与最终光学元件16之间的浸液液面维持在最终光学元件16的下表面上方，从而使经由投影系统14透射的曝光用光在到达基板26之前仅穿过浸液(即，曝光用光不穿过任何空气或气体)。

在图2的具体实施例中，液体限制构件18包括出口40。在图2的具体实施例中，出口40为围绕孔35且因此也围绕浸渍区的环形槽。液体经由出40从浸渍区且从基板26的表面(和/或基板固持器的表面)移除。出40由第一液体可渗透构件52覆盖，使得第一腔室42至少部分地安置于液体限制构件18内。第一液体可渗透构件52的第一(下)表面面向基板26，而第一液体可渗透构件52的第二(上)表面与腔室42接触。因此，从第一液体可渗透构件52的第一表面至第二表面穿过的液体进入第一腔室42。

尽管图2中出口40(以及因此第一液体可渗透构件52)为连续槽，但出40(和因此覆盖出口的第一液体可渗透构件52)可为共同围绕浸渍区且与第一腔室42连通的一系列弧形部分、直线部分或角形部分。此外，出口可为平面图上的圆形、矩形或平面图上的任何其他形状。

第二液体可渗透构件54安置于第一腔室42内且包括第一(下)表面，该表面与第一液体可渗透构件52的第二(上)表面隔开且面向该第二(上)表面。第二液体可渗透构件54还包括与其第一表面相对且与第二腔室60接触的第二(上)表面。因此，第二腔室60系由第二液体可渗透构件54和壁或其他结构界定。

第一腔室42与对第一腔室42施加吸力的第一真空系统V1连通。该吸力足以将浸液经由第一液体可渗透构件52抽吸至第一腔室42中。第一真空系统V1经控制以使施加于第一液体可渗透构件52上的吸力维持在第一液体可渗透构件52的起泡点以下。即，第一真空系统V1控制第一腔室42中的压力，使得实质上仅液体经由第一液体可渗透构件52从浸渍区和/或基板26的表面(和/或基板固持器的表面)移除，而无气体从基板26的表面(和/或基板固持器的表面)移除。然而，第一真空系统V1不使液体从第一腔室42中移除。

更确切而言，与第二腔室60连通的第二真空系统V2使第一腔室42内的液体经由第二液体可渗透构件54抽吸进入第二腔室60中。随后，第二腔室60内的液体经由由第二真空系统V2产生的吸力从第二腔室60中移除。第二真空系统V2经控制以使施加于第二液体可渗透构件54上的吸力维持在第二液体可渗透构件54的起泡点以下。即，第二真空系统V2控制第二腔室60中的压力，使得实质上仅液体经由第二液体可渗透构件54从第一腔室42移除，而无气体从第一腔室42移除。真空系统V1和V2可为例如US2006/0152697 A1和US2007/0222967 A1中所述控制真空力的系统，各案的揭示内容均以全文引用的方式并入本文中。

现将描述控制液体限制构件18以移除液体的方式。

本文将描述例如US2006/0152697 A1中所述系统的系统。US2006/0152697 A1的系统与本申请的图2中所示的系统类似，但不存在第二腔室60、第二液体可渗透构件54或第二真空控制系统V2。US2006/0152697 A1的系统仅经由单一液体可渗透构件(例如申请者在图2中所示的第一液体可渗透构件52)抽吸浸液。液体填充单一腔室，例如第一腔室42，且液体通过单一真空系统(例如申请者在图2中所示的系统V1)被抽离腔室42。因此，在真空系统与面向基板的液体可渗透构件之间存在超长液体路径。因而，如先前所述，当液体最初触及液体可渗透构件的下表面时，由于加速超长液体路径中的液体需要时间，所以回收该液体时存在延迟。此外，当路径中的流动速率突然变化时，长的液体路径会导致出现大的压力脉动，例如，当每个基板的曝光开始和结束时以及例如在基板上的不同射中区(shotarea)的曝光之间出现基板的快速移动时，会出现大的压力脉动。因此，为避免超过液体可渗透构件的起泡点，由真空控制系统提供的吸力典型地实质上减少至低于将超过液体可渗透构件的起泡点的吸力。因此，即使存在压力脉动，真空力也不会超过液体可渗透构件的起泡点。然而，减少吸力会进一步降低液体回收系统的反应性，例如，当液体最初触及液体可渗透构件时。这可使液体从液体限制构件下逸出。减少吸力也减少可收集的液体的最大流动速率。举例而言，在液体可渗透构件的起泡点为2千帕斯卡的系统中，真空控制系统可经控制以使施加于液体可渗透构件上的稳定状态吸力为约1千帕斯卡。

在申请者在图2中所述的系统中，可通过第一真空控制系统V1将非常接近第一液体可渗透构件的起泡点的吸力施加于第一液体可渗透构件上，因为第一腔室42中的第一液体可渗透构件52上存在极短的液体路径。具体而言，液体路径的长度与第二液体可渗透构件54的下表面与第一液体可渗透构件52的上表面之间的距离近似相等。此距离可小至3毫米。

因为在第一液体可渗透构件52上方形成短的液体路径，所以当液体首次触及第一液体可渗透构件52的下表面时，液体吸入实质上未延迟。此外，在第一液体可渗透构件52上方形成的短液体路径不会在该路径中的流动速率突然变化时导致大的压力脉动出现。因此，第一真空控制系统V1可经控制以便对第一液体可渗透构件施加极接近第一液体可渗透构件52的起泡点的吸力。因此，无论经由第一液体可渗透构件52流动的液体速率如何，第一液体可渗透构件52处存在的状况都极稳定。

对经由第二液体可渗透构件54的流动的控制与上文关于对经由具有单一液体可渗透构件的系统流动的控制所述类似。具体而言，由第二真空控制系统V2施加于第二液体可渗透构件54上的吸力维持第二液体可渗透构件54处的吸力充分低于第二液体可渗透构件54的起泡点，以使在液体流动存在突然变化时，第二液体可渗透构件54处可能出现的大的压力脉动不会超过第二液体可渗透构件54的起泡点。然而，当存在大的流动变化时，最初无法经由第二液体可渗透构件54足够快速抽吸的过量液体被容纳于第一腔室42内(即当经由第一液体可渗透构件52的流动骤增时，第一腔室42内的液面将上升)。然而，当流动的骤增减少且经由第二液体可渗透构件54的流动到达较稳定状态时，第一腔室42内的液面将逐渐降低直至其实现图2中所示的稳定状况。

尽管图2中的第二液体可渗透构件54示出为实质上水平排列，但第二液体可渗透构件54优选经排列以使其并不沿其整个表面水平，因为当液流较低时，可能在平坦水平构件54的下表面下方捕获气泡。因此，图3和图4中所示的替代性具体实施例提供一种第二液体可渗透构件，其中第二液体可渗透构件的下表面与第一液体可渗透构件的上表面之间的距离针对第二液体可渗透构件的不同部分而改变。

图3示出一具体实施例，其中第二液体可渗透构件54a倾斜，以使其中一部分比第二液体可渗透构件54a的另一部分更接近于第一液体可渗透构件52。

图4示出一具体实施例，其中第二液体可渗透构件54b凸起，以使其中不同部分与第一液体可渗透构件52隔开不同距离。

图3和图4的具体实施例也由于以下原因而有利：其可更易于适应经由第一液体可渗透构件52的流动变化，因为当流动速率增加时，第二液体可渗透构件54a或54b的更多区域将与腔室42中的液体接触，从而增加经由第二液体可渗透构件54a/54b的流动速率能力。

在某些具体实施例中，浸渍液体为具有高折射率的液体。在不同具体实施例中，该液体可以为纯水，或包括(但不限于)香柏油、氟基油、“十氢萘”或“全氢芘”的液体。

第一液体可渗透构件52或第二液体可渗透构件54或第一液体可渗透构件和第二液体可渗透构件两者可以为多孔性构件，例如筛网，或可以由具有典型地小于150微米的大小的孔的多孔性材料形成。举例而言，多孔性构件可以为丝网(包括由金属、塑料或其类似物制成的编织件或材料层)、多孔性金属、多孔性玻璃、多孔性塑料、多孔性陶瓷、海绵或具有化学蚀刻孔(例如通过光刻)的材料片。第一液体可渗透构件与第二液体可渗透构件的结构可以相同，或可以在孔径尺寸、厚度和孔隙率中的一或多个方面不同。在某些具体实施例中，第一真空系统V1可以经控制以使施加于第一液体可渗透构件52上的吸力维持在第一液体可渗透构件52的起泡点处或起泡点以上。即，第一真空系统V1可以控制第一腔室42中的压力，使得液体与气体的混合物经由第一液体可渗透构件52从浸渍区和/或基板26的表面(和/或基板固持器的表面)移除。在某些具体实施例中，第二真空系统V2可以经控制以使施加于第二液体可渗透构件54上的吸力维持在第二液体可渗透构件54的起泡点处或起泡点以上。即，第二真空系统V2可以控制第二腔室60中的压力，使得液体与气体的混合物经由第二液体可渗透构件54从第一腔室42移除。

本文所述的曝光装置的使用不限于用于半导体制造的光刻系统。举例而言，曝光装置可用作在矩形玻璃板上曝光液晶显示元件图案的LCD光刻系统，或制造薄膜磁头的光刻系统。

半导体元件可使用上述系统，一般通过图5中所示的过程来制造。在步骤801中，设计该元件的功能和性能特性。接着，在步骤802中，根据先前设计步骤设计具有图案的掩模(光罩)，且在步骤803中由硅材料制造晶片。在步骤804中，通过上文中根据本发明方式所述的光刻系统将步骤802中设计的掩模图案曝光于来自步骤803的晶片上。在步骤805中，装配半导体元件(包括切割过程、黏结过程和封装过程)。最终，随后在步骤806中检验元件。

图6说明在制造半导体元件情况下的上述步骤804的详细流程图实施例。在图6中，在步骤811(氧化步骤)中使晶片表面氧化。在步骤812(CVD步骤)中，在晶片表面上形成绝缘膜。在步骤813(电极形成步骤)中，通过气相沉积在晶片上形成电极。在步骤814(离子植入步骤)中，在晶片中植入离子。上述步骤811至814形成晶片处理过程中晶片的预处理步骤，且根据处理要求选择每一步骤。

在每一晶片处理阶段，当上述预处理步骤已完成时，实施以下后处理步骤。在后处理过程中，首先在步骤815(光阻剂形成步骤)中，将光阻剂施加至晶片上。接着，在步骤816(曝光步骤)中，使用上述曝光元件将掩模(光罩)的电路图案转移至晶片。随后在步骤817(显影步骤)中，将曝光晶片显影，且在步骤818(蚀刻步骤)中，通过蚀刻移除残余光阻剂以外的部分(曝光材料表面)。在步骤819(光阻剂移除步骤)中，移除蚀刻后剩余的不必要光阻剂。通过重复这些预处理和后处理步骤来形成多种电路图案。

根据本文所述的具体实施例的光刻系统(曝光装置)可通过以使得指定机械精确度、电学精确度和光学精确度得以维持的方式装配各种子系统而构建。为维持各种精确度，在装配之前和装配之后，每个光学系统都经调节以达到其光学精确度。同样，每个机械系统和每个电系统也都经调节以达到其各自的机械精确度和电学精确度。将每一子系统装配成光刻系统的过程包括在每一子系统之间提供机械界面、电路布线连接和空气压力配管连接。每一子系统也在从各种子系统装配光刻系统之前经装配。当使用各种子系统装配光刻系统时，进行总调节以确保在完成的光刻系统中维持精确度。另外，可能需要在温度和清洁度受到控制的清洁室中制造曝光系统。

虽然已参考本发明的优选具体实施例描述本发明，但应了解，本发明不限于这些优选具体实施例或构造。本发明意欲涵盖各种改进和等效配置。此外，虽然在各种例示性组合和组态中示出优选具体实施例的各种元件，但其他组合和组态，包括较多、较少或仅单一元件也在本发明的精神和范畴之内。