專利名稱：：在至少投射光學部件和晶片上具有相等壓力的浸入式光刻裝置和方法
技術領域：
：本發明主要涉及半導體制造，更具體地說，涉及浸入式光刻裝置和方法以及光刻光學柱結構，用于利用光學系統的至少投射光學部件和在相同壓力下的晶片進行浸入式光刻。
背景技術：
：目前，對制造更小的半導體器件的不斷追求使半導體制造工業通過浸入式光刻而不是干光刻尋求發展。例如，當前工業中的焦點已經從157納米(nm)波長干光刻技術轉向193nm波長浸入式(濕)光刻技術，并具有獲得157nm下的浸入式光刻的目標。浸入式光刻方法包括用具有比常規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。當折射率升高時，光刻工具的數值孔徑(NA)也升高。數值孔徑的升高導致圖形轉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會吸收157nm的光的缺點。此方法的其它挑戰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，這適合該浸入式應用并且在室溫下形成超臨界狀態。此方法有希望，是因為它提供了157nm下足夠的光學透明度，并且還消除了液體浸入式系統中氣泡的形成問題。然而，超臨界流體浸入系統的普遍應用面對的挑戰是它們要求高壓力(例如，＞60大氣壓)以獲得臨界狀態，這會使光刻光學元件變形。例如，上述器件要求光學元件26(關于圖2)在高壓超臨界流體和周圍空氣之間轉變。由于上述問題，在技術上需要用于避免相關技術的問題的浸入式光刻裝置和方法。
發明內容本發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柱結構，用于利用在相同壓力下的不同流體中的光學系統的至少投射光學部件和晶片進行浸入式光刻。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系統的至少投射光學部件，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系統的至少投射光學部件。本發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系統的至少投射光學部件，所述光學系統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。本發明的第二方面包括一種使用包括光學系統的浸入式光刻工具在晶片上進行浸入式光刻的方法，該方法包括以下步驟將所述晶片設置在填充有在第一壓力下的第一超臨界流體的第一室中；將所述光學系統的至少投射光學部件設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系統曝光在所述晶片上的圖形。本發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系統的至少投射光學部件，其中所述室填充有超臨界浸入流體以便將所述光學系統的所述至少投射光學部件浸入所述超臨界浸入流體。通過后面本發明的實施例的更具體的描述，本發明的前述和其它特征將顯而易見。通過參考下面的圖，將從細節上描述本發明的實施例，圖中相似的標號表示相似的部分，其中圖1示出了根據本發明的浸入式光刻裝置的第一實施例。圖2示出了根據本發明的浸入式光刻裝置的第二實施例。圖3示出了根據本發明的浸入式光刻裝置的第三實施例。圖4示出了根據本發明的浸入式光刻裝置的第四實施例。具體實施例方式通過參考附圖，圖1示出了根據本發明的浸入式光刻裝置100的第一實施例。裝置100包括將與裝置100一起描述的光刻光學柱結構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將被任何現在已知或將來發展的光學系統120照射，用于將輻射投射到晶片110上。示意性的光學系統120可以包括，除了其它，投射光學部件122，掩膜124，聚光器(condenser)126和照明器128。第一室104還包括常規自動化晶片支撐結構例如圍欄(enclosure)130，晶片平臺(table)132，晶片載物臺(stage)134和負載鎖(loadlock)136。負載鎖136可以包括常規結構如門閥，支撐平臺，轉移機械手等，用于允許晶片110的進/出。第一室104填充有壓力為P1的第一流體140。在一個實施例中，第一流體140包括在超臨界狀態下的氙(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可以包括任何現在已知或將來發展的超臨界材料。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，用于包圍光學系統120的至少投射光學部件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和光學系統120之間不需要特殊透鏡。提供至少一個壓力調整器190以調整每個室104，106的壓力。在圖1示出的實施例中，在第二室106中提供所有的光學系統120。此結構要求另一個負載鎖170，即包括常規結構如門閥，支撐平臺，轉移機械手等，用于允許掩膜124的進/出。設置窗口180以允許輻射在室104，106之間通過。因為壓力P1和P2基本相等，從而，在第一室104和光學系統120之間不需要特殊透鏡。在另一個優選實施例中，在圖2中示出，提供了在第二室206中僅包括投射光學部件122的浸入式光刻裝置101。這里，又一次，設置窗口180以允許輻射在室104，206之間通過，但是因為壓力P1和P2基本相等，在第一室104和投射光學部件122之間不需要特殊透鏡。因為在大氣壓下提供掩膜124，此實施例不再需要第二負載鎖170(圖1)。然而，在此實施例中，必須在大氣壓和第二室206之間提供必須能夠經受不同壓力的耐壓窗口182。在一些高數值孔徑(NA)光學系統中，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，對于折射光學系統，當光線從透鏡傳輸到傳輸介質時它們的彎折在虛像的形成中起到關鍵作用。如在上述實施例中提供的，在柱102中平衡壓力將消除降低虛像質量的壓力引起的變形，但是仍然允許在晶片暴露區域即第一室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系統的需要。在此情況下，可以在光學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系統的需要。在晶片室中仍存在超臨界氙流體以在它離開光學柱時提供曝光光線的較小折射。本發明還包括使用包括光學系統120的浸入式光刻裝置100在晶片110上進行浸入式光刻的方法。該方法包括以下步驟將晶片100設置在第一室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))；并且將光學系統120的至少投射光學部件122設置在第二室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。隨后使用光學系統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。本發明還包括用于浸入式光刻裝置100的光刻光學柱結構102，裝置100包括適于保持由超臨界流體140(例如超臨界狀態中的氙Xe)包圍的晶片110的工藝室104。結構102包括光學系統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和投射光學部件122，光學系統室106，用于包圍在不同于超臨界流體140的光學流體160(例如，包括氣體如惰性氣體如氮和/或氦)中的至少投射光學部件122；以及壓力調整器190，用于將至少投射光學部件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，現在描述本發明的可選第三和第四實施例。如在圖3-4中，第三和第四實施例分別包括浸入式光刻裝置200，300，包括裝置100(圖1)的所有結構，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中包圍光學系統120的至少投射光學部件122，用于將輻射投射到晶片110上。圖3示出了一實施例，其中在室204中包圍所有光學系統120。在此情況下，如上所述，為室204提供負載鎖270以允許光學系統120的掩膜124進/出。圖4示出了一實施例，其中在室204中僅包圍光學系統120的投射光學部件122。在此情況下，負載鎖270(圖3)是不必須的，但是提供耐壓窗口282以允許光從光學系統的其它部分傳輸到投射光學部件122。與圖1-2對比，圖3-4的實施例包括用超臨界浸入流體240填充室204以便光學系統120的至少投射光學部件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)或者任何將來發展的超臨界浸入流體。因為在至少投射光學部件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整器190以控制室204中的壓力。本領域的技術人員應該明白，為了明晰，省略了與浸入式光刻裝置100，101，200或300相關的其它結構(例如，控制器，閥門，震動控制器等)，但是它們被認為是本發明的一部分。盡管結合上述具體實施例描述了本發明，應該清楚，許多替換，修正和改變對本領域的技術人員是明顯的。因此，上述本發明的實施例旨在說明目的，而不是限制。只要不脫離本發明的由所附權利要求限定的范圍和精神，可以進行各種改變。權利要求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系統的至少投射光學部件，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.根據權利要求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.根據權利要求1的裝置，其中所述第一流體包括在超臨界狀態下的氙(Xe)。4.根據權利要求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.根據權利要求1的裝置，其中所述第二流體包括惰性氣體。6.根據權利要求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.根據權利要求1的裝置，還包括至少一個壓力調節器，適于調節每個室的所述壓力。8.根據權利要求1的裝置，其中所述第二室僅包括所述光學系統的所述投射光學部件，并且還包括耐壓窗口以允許光從所述光學系統的其它部分傳輸到所述投射光學部件。9.根據權利要求1的裝置，還包括用于所述第一室的第一負載鎖以允許所述晶片的進/出，和用于所述第二室的第二負載鎖以允許所述光學系統的掩膜的進/出。10.根據權利要求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系統的浸入式光刻工具在晶片上進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；將所述光學系統的至少投射光學部件設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系統曝光在所述晶片上的圖形。12.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求11的方法，還包括提供至少一個適于調節每個室的所述壓力的壓力調節器的步驟。16.根據權利要求11的方法，其中所述第二室僅包括光學系統的所述投射光學部件，并且還包括提供耐壓窗口以允許光從所述光學系統的其它部分傳輸到所述投射光學部件的步驟。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系統的至少投射光學部件，其中所述室填充有超臨界浸入流體以便將所述光學系統的所述至少投射光學部件浸入所述超臨界浸入流體。18.根據權利要求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.根據權利要求17的裝置，其中所述室僅包圍所述光學系統的所述投射光學部件，并且還包括耐壓窗口以允許光從所述光學系統的其它部分傳輸到所述投射光學部件。20.根據權利要求17的裝置，其中所述室包圍所有所述光學系統，并且還包括用于所述室的負載鎖以允許所述光學系統的掩膜的進/出。全文摘要本發明公開了一種浸入式光刻裝置和方法，以及光刻光學柱結構，用于利用在相同壓力下的不同流體中的光學系統的至少投射光學部件和晶片進行浸入式光刻。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系統的至少投射光學部件，以消除對特殊透鏡的需求。另外，本發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系統的至少投射光學部件。文檔編號H01L21/00GK1877455SQ20061008275公開日2006年12月13日申請日期2006年5月25日優先權日2005年6月10日發明者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:國際商業機器公司