专利名称：沉浸式光刻系统的投影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及沉浸式光刻系统的投影系统。
技术背景在半导体工业中，为了制造更小的晶体管，以便在芯片上形成更多的栅 极和制造性能更高的晶体管，光刻工艺必须采用更短波长的光以形成较小的特征尺寸，人们预测193纳米浸入式光刻技术将取代157纳米光刻技术成为45 纳米以下半导体生产的新一代光刻技术。早在2003年5月，英特尔(Intel)宣 布放弃157纳米光刻机的开发，而将采用氟化氩激光器的193纳米光刻机的功 能扩展至45納米节点。这也正是沉浸式光刻技术取得较好发展的结果，数值 孔径为0.93的193纳米的镜头已经可以实现。紧随Intel之后，欧洲的ASML、日 本的尼康(Nikon)和佳能(Canon)沉浸式光刻系统计划纷纷出笼。193纳米 浸入式光刻技术成为实现45纳米以下CMOS的关键技术。虽然浸入式光刻已受到很大的关注，但仍面临巨大挑战。根据2005版《国 际半导体技术蓝图》的光刻内容，浸入式光刻的挑战在于(a)控制由于浸 入环境引起的缺陷，包括气泡和污染；(b)抗蚀剂与流体或面漆的相容性， 以及面漆的发展；(c)抗蚀剂的折射指数大于1.8; (d)折射指数大于1.65 的流体满足粘度、吸收和流体循环要求；(e)折射指数大于1.65的透镜材料 满足透镜设计的吸收和双折射要求。现有技术中 一般在投影透镜的周围形成液体供给装置以供给液体，下面 参照附图l加以说明，图1给出一种沉浸式光刻系统的投影系统100，包括投 影透镜14，用于把掩模版的图形按比例缩小投影到半导体村底上的高分子聚 合物层；液体池15c，位于投影透镜的曝光场中，作为投影透镜的曝光媒介， 所述投影透镜14浸没于液体池15c中；液体供给装置15，位于投影透镜14的两 側，用于提供液体池15c;气液体喷淋装置17，位于液体供给装置15的外围， 用于形成气体帘限制液体池15c的液体外流；衬底传送装置13,位于气液体喷 淋装置17、液体供给装置15以及液体供给装置产生的液体池15c下，用于装栽 和传送半导体衬底11 ，所述衬底传送装置13上的半导体衬底11上形成有高分 子聚合物层12;所述气液体喷淋装置17包括输入栽流气体的输入端17aA输出 来自输入端17a的载流气体的输出端17b。在现有的193纳米的沉浸式光刻系统的投影系统100中，液体采用水，气 体喷淋装置17的输入端17a输入气体是氮气、空气、合成空气或者惰性气体， 由输出端17b喷淋至高分子聚合物层12上，输出的气体形成气体帘将液体供给 装置15产生的液体池15c密封，但是由于高分子聚合物层12比如光刻胶是亲水 性，在投影系统完成一处投影后转移到下一区域的时候会在半导体衬底ll上 的高分子聚合物层12表面残留水形成水渍，限制了投影系统的扫描速度，同 时由于曝光后会在高分子聚合物层12表面残留有水，需要对半导体衬底ll进 行烘烤工艺，增加了工艺复杂度和工艺成本，同时进行曝光的生产能力较低。发明内容本发明解决的问题是由于被曝光的高分子聚合物层为亲水性，在曝光时 候，沉浸式光刻系统的投影系统的扫描速度较慢，生产能力较低。为解决上述问题，本发明提供一种沉浸式光刻系统的投影系统，包括 投影透镜，用于把掩模版的图形按比例缩小投影到半导体衬底上的高分子聚 合物层；液体池，位于投影透镜的曝光场中，作为投影透镜的曝光媒介；液 体供给装置，位于投影透镜的两侧，用于提供液体池；气体喷淋装置，位于 液体供给装置的外围，用于形成气体帘限制液体池的液体外流；衬底传送装 置，位于气体喷淋装置、液体供给装置以及液体供给装置产生的液体池下， 用于装栽和传送半导体衬底，所述衬底传送装置上的半导体衬底上形成有高分子聚合物层；所述气体喷淋装置包括输入载流气体的第一输入端、输入异 丙醇气体的第二输入端及输出来自第一输入端的载流气体和来自第二输入端 的异丙醇气体的混合气体的输出端，所述栽流气体为氮气或者惰性气体，所 述异丙醇气体的温度范围为30至ll(TC。所述栽流气体的流速为10至100升/分钟。所述异丙醇气体的流速为0.1至1.0升/分钟。所述投影透镜在半导体衬底上进行扫描通过移动衬底传送装置实现，所 述衬底传送装置移动的速度为500至1000毫米/秒。所述投影透镜与衬底传送装置之间的距离为0.01至10mm。所述高分子聚合物层为光刻胶、苯丙环丁烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯等。所迷高分子层为光刻胶。所述液体供给装置提供的液体为水。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明通过在投影系统上的气 体喷淋装置设置不同输入端，分别通入载流气体和异丙醇气体以限制液体供 给装置在投影透镜和位于衬底传送装置上的半导体衬底之间形成的液体池， 由于异丙醇气体为疏水性，；f巴半导体衬底上的高分子聚合物层转变为疏水性，使得投影系统在移动速度即扫描速度增加。本发明通过在曝光时候在投影系统上的气体喷淋装置设置不同输入端， 分别通入栽流气体和异丙醇气体以限制液体供给装置在投影透镜和位于衬底 传送装置上的半导体衬底之间形成的液体池，所述栽流气体和异丙醇气体的 混合气体去除了半导体衬底上的高分子聚合物层表面的颗粒以及水渍，同时 由于采用热的异丙醇气体使得高分子聚合物层表面液体易于蒸发，在曝光后 无须烘烤工艺。
图1是现有技术的沉浸式光刻系统的投影系统。图2是应用本发明的投影系统的沉浸式光刻系统结构示意图。 图3是本发明的沉浸式光刻系统的投影系统结构示意图。 图4是本发明的高分子聚合物层表面的接触接触角测试结果。 图5是现有技术的高分子聚合物层表面的接触接触角测试结果。
具体实施方式
本发明的实质是提供一种投影系统，所述投影系统采用载流气体和热的 异丙醇气体形成的混合气体形成气体帘用于限制液体供给装置的液体外流形 成密封的液体池，所述热的异丙醇气体为温度范围在30至ll(TC的异丙醇气 体，所述栽流气体为氮气或者惰性气体。下面参照附图本发明的优点将更加明显。为了完整说明本发明的技术方 案，本发明首先给出一种沉浸式光刻系统的实施例。参照图2，沉浸式光刻系统200主要包括激光源系统201、照射系统202、 支撑系统204及投影系统300。所述激光源系统201提供激光210,还包括对激光进行引导、成像或者控 制的多种类型的光学部件例如折射式、反射式、磁式、电磁式、静电式或其 他类型的光学部件或其任意组合。所述照射系统202用于将由光源系统201出射的激光210配置成调节辐 射光束203，可以包括各种类型的光学部件，例如用于引导、整形或者控制辐 射的折射光学部件、反射光学部件、磁性光学部件、电磁光学部件、静电光 学部件或者其它类型的光学部件，或者其任意组合。
所述支撑系统205用于支撑掩模板204,并与用于将掩模版202精确定位
的定位装置连接，支撑系统205可保证光刻系统200相对于投影系统300处 于所需的位置。
所述投影系统300包括各种类型的投影系统，用于把掩模版的图形投影 到高分子聚合物层上，包括折射式、反射式、反射折射式、磁式、电磁式和 静电式光学系统或其任意组合，例如根据所用的曝光辐射或其它因素如使用 液体或使用真空的情况确定。
投影系统300进一步包括投影透镜14,用于把掩模版的图形按比例缩小 投影到高分子聚合物层12上；衬底传送装置13，液体供给装置15、气液体 喷淋装置18和位于衬底传送装置13上的半导体衬底11,所述半导体衬底11 上形成有高分子聚合物层12。
继续参考图2,照射系统202接收来自激光源系统201的辐射光束210， 照射系统202调节辐射光束210使其在横截面上具有所需的均匀度和强度分 布配置成调节辐射光束203。
调节辐射光束203通过照射系统202入射到支撑结构205 (如掩模台)上 的掩模板204上，并由掩模板204进行构图。调节辐射光束203穿过掩模板 204后形成聚焦调节辐射光束212，通过投影系统300的投影透镜14形成曝 光光束213聚焦在半导体衬底11上的高分子聚合物层12上形成曝光场，液 体池15c位于曝光场内，所述投影透镜14浸没于液体池15c中，所述液体池 15c作为投影透镜膝光光路的媒介；产生液体池15c的液体供给装置15位于 投影透镜14的两侧；同时位于液体供给装置15外围的气液体喷淋装置18形 成气帘限制液体供给装置15产生的液体池15c外流；所述液体池15c位于半 导体衬底11上的高分子聚合物层12上，所述半导体衬底装载于村底传送装 置13上；
本发明提供一种沉浸式光刻系统的投影系统，包括投影透镜，用于把 掩模版的图形按比例缩小投影到半导体衬底上的高分子聚合物层；液体池， 位于投影透镜的曝光场中，作为投影透镜的曝光媒介；液体供给装置，位于 投影透镜的两侧，用于提供液体池；气体喷淋装置，位于液体供给装置的外 围，用于形成气体帘限制液体池的液体外流；衬底传送装置，位于气体喷淋 装置、液体供给装置以及液体供给装置产生的液体池下，用于装载和传送半 导体衬底，所述衬底传送装置上的半导体衬底上形成有高分子聚合物层；所 述气体喷淋装置包括输入载流气体的第 一输入端、输入异丙醇气体的第二输 入端及输出来自第一输入端的载流气体和来自第二输入端的异丙醇气体的混 合气体的输出端，所述栽流气体为氮气或者惰性气体，所述异丙醇气体的温 度范围为30至IIO'C。
参照图3详细给出本发明的沉浸式光刻系统的投影系统300结构示意图， 包括投影透镜14、液体池15c、液体供给装置15、气液体喷淋装置18及衬底 传送装置13。
所述投影透镜14用于把掩模版上的图形按比例缩小投影到半导体衬底11 上的高分子聚合物层12上。
液体池15c,位于投影透镜14的曝光场中，作为投影透镜14的曝光媒介。
液体供给装置15，位于投影透镜14的两侧，用于提供液体池15c，所述 液体供给装置15包括液体输入管15a、液体输出管15b，用于给投影透镜14 与半导体衬底li上的高分子聚合物层12之间的曝光场内提供液体池15c，所 述投影透镜14浸没于液体池15c中。液体输入管15a在投影透镜14与半导体 衬底11上的高分子聚合物层12之间的曝光场输入液体形成液体池15c,同时 液体输出管15b4巴液体池15c中的液体抽走，使得在半导体衬底11和投影透 镜14之间的液体池密封。所述液体供给装置15提供的液体为水或者油，作9
为本发明一个实施方式，所述液体为水。
所述气体喷淋装置18位于液体供给装置15的外围，用于形成气帘限制 液体供给装置15产生的液体池15c中的液体外流；所述气液体喷淋装置18 包括输入栽流气体的第一输入端18a、输入异丙醇气体的第二输入端18b及输 出来自第一输入端18a的栽流气体和来自第二输入端18b的异丙醇气体的混 合气体的输出端18c。
所述衬底传送装置13位于气液体喷淋装置18、液体供给装置15以及液 体供给装置15产生的液体池15c的下方，用于装栽和传送半导体衬底11，所 述衬底传送装置与投影透镜之间的距离为0.01至10mm。所述半导体衬底11 上形成有高分子聚合物层12。所述高分子层12为光刻胶、苯丙环丁烯、聚酰 亚胺、聚四氟乙烯等，作为本发明的一个实施方式，所述高分子聚合物层12 为光刻胶。
作为本发明的一个实施方式，所述气体喷淋装置18为带有三通阀的管道。 所述第一输入端18a输入载流气体，所述栽流气体为氮气或者惰性气体，由 于氮气价格便宜，在半导体业界多采用氮气；所述第二输入端18b输入热的 异丙醇气体(IPA),所述异丙醇气体温度范围为30至ll(TC。载流气体和异 丙醇气体在气体喷淋装置18内进行混合形成带有异丙醇气体的载流气体，然 后通过输出端18c输出，由于第一输入端18a输入的载流气体压力很大，混合 后的带有异丙醇气体的栽流气体从输出端18c喷射至半导体衬底11上的高分 子聚合物层12上，形成气体帘，挡住从液体供给装置15的液体池外流，使 得在投影透镜14和半导体衬底11上的高分子聚合物层12之间的曝光场内形 成密封的液体池15c。由于异丙醇气体为疏水性，把半导体衬底ll上的高分 子聚合物层12由亲水性转变成疏水性界面，因此可以提高所述投影系统300 的扫描速度，同时由于釆用热的异丙醇气体，加速了高分子聚合物层12上的 液体蒸发，在曝光工艺之后无需烘烤工艺。
本发明的^:影系统300在半导体衬底上的扫描通过移动衬底传送装置的 移动实现，所述衬底传送装置13移动的速度为500至1000毫米/秒，即投影 系统300的扫描速度为500至1000毫米/秒。
所述第一输入端输入的载流气体的流速范围为10至100升/分钟，所述第 二输入端输入的异丙醇气体的流量范围为0.1至1.0升/分钟。
作为本发明的一个实施方式，进行曝光时候，所述第一输入端18a输入 的栽流气体为氮气，所述氮气的流速为30升/分钟，所述第二输入端18b输入 的异丙醇气体流量为0.3升/分钟，异丙醇气体的温度为80°C,氮气和异丙醇 气体混合形成气体通过输出端18c喷射至半导体衬底11上的高分子聚合物层 12表面，把液体供给系统15的液体池16密封在投影透镜14和半导体衬底 11上的高分子聚合物层12的曝光场之间，由投影透镜14传输来的曝光光束 穿过液体池15c对高分子聚合物层12进行曝光，由于液体的折射系数大于1, 使得曝光光束形成更为聚集的光束，从而实现较高分辨率。作为本实施例的 一个实施方式，所述液体为水。曝光完毕，移动衬底传送装置13带动半导体 衬底11进行移动，对半导体衬底11上高分子聚合物层12的下一区域进行曝 光，作为本实施例一个实施方式，所述衬底传送装置13的移动速度为800毫 米/秒。
作为本发明的另一个实施方式，进行曝光时候，所述第一输入端18a输 入的载流气体为氮气，所述氮气的流速为60升/分钟，所述第二输入端18b输 入的异丙醇气体流量为0.6升/分钟，异丙醇气体的温度为120°C,氮气和异丙 醇气体混合形成气体通过输出端18c喷射至半导体衬底11上的高分子聚合物 层12表面，把液体供给系统15的液体池16密封在投影透镜14和半导体衬 底11上的高分子聚合物层12的曝光场之间，由投影透镜14传输来的曝光光 束穿过液体池15c对高分子聚合物层12进行曝光，由于液体的折射系数大于 1，使得咏光光束形成更为聚集的光束，从而实现较高分辨率。作为本实施例
的一个实施方式，所述液体为水。曝光完毕，移动衬底传送装置13带动半导 体衬底11进行移动，对半导体衬底11上高分子聚合物层12的下一区域进行 曝光，作为本实施例一个实施方式，所述衬底传送装置13的移动速度为800 毫米/秒。
基于上述工艺实施之后，采用凯撒沃(KSV)公司的CAM100型号的形 成光学方法测量接触角图像分析仪测试了光刻胶层12的接触角，结果如图4 所示，可以看出，采用本发明的氮气与热的异丙醇气体形成的气体帘限制液 体供给装置15的在高分子聚合物层12和投影透镜14之间曝光场内的液体池 15c，此处所述热的异丙醇气体为上文的温度范围在30至IIO'C,高分子聚合 物层12表面的接触角e大于90。，为了便于对比，高分子聚合物层12在曝光 之前的接触角测试结果图示于图5,由图中可以看出，在曝光之前，高分子聚
合物层表面的接触角e小于90°, e小于90。表明表面为亲水性，e大90。表表
面为疏水性。由图4中可以看出，采用本发明的氮气与异丙醇气体形成的气 体帘可以将高分子聚合物层12的表面转变为疏水表面。从而可以提高投影系 统的扫描速度。同时，本发明通过在曝光时候在投影系统300上的气体喷淋 装置18设置不同输入端，分别通入栽流气体和异丙醇气体以限制液体供给装 置15在投影透镜14和位于衬底传送装置13上的半导体衬底11之间形成的 液体池15c,所述栽流气体和异丙醇气体的混合气体去除了半导体衬底11上 的高分子聚合物层12表面的颗粒以及水渍，同时由于热的异丙醇气体更易于 吹干曝光区域残留的液体，在曝光后无须烘烤工艺。
虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改， 因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1. 一种沉浸式光刻系统的投影系统，包括投影透镜，用于把掩模版的图形按比例缩小投影到半导体衬底上的高分子聚合物层；液体池，位于投影透镜的曝光场中，作为投影透镜的曝光媒介；液体供给装置，位于投影透镜的两侧，用于提供液体池；气液体喷淋装置，位于液体供给装置的外围，用于形成气体帘限制液体池的液体外流；衬底传送装置，位于气液体喷淋装置、液体供给装置以及液体供给装置产生的液体池下，用于装载和传送半导体衬底，所述衬底传送装置上的半导体衬底上形成有高分子聚合物层；其特征在于，所述气体喷淋装置包括输入载流气体的第一输入端、输入异丙醇气体的第二输入端及输出来自第一输入端的载流气体和来自第二输入端的异丙醇气体的混合气体的输出端，所述载流气体为氮气或者惰性气体，所述异丙醇气体的温度范围为30至110℃。
2. 根据权利要求1所述的沉浸式光刻系统的投影系统，其特征在于所述载 流气体的流速为10至100升/分钟。
3. 根据权利要求2所述的沉浸式光刻系统的投影系统，其特征在于所述异 丙醇气体的流速为0.1至1.0升/分钟。
4. 根据权利要求1所述的沉浸式光刻系统的投影系统，其特征在于所述投 影透镜在半导体衬底上进行扫描通过移动衬底传送装置实现，所述衬底传 送装置移动的速度为500至1000毫米/秒。
5. 根据权利要求1所述的沉浸式光刻系统的投影系统，其特征在于所述投 影透镜与衬底传送装置之间的距离为0.01至10mm。
6. 根据权利要求1所述的沉浸式光刻系统的投影系统，其特征在于所述高分子聚合物层为光刻胶、苯丙环丁烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯。
7. 根据权利要求6所述的沉浸式光刻系统的投影系统，其特征在于所述高 分子层为光刻胶。
8. 根据权利要求1所述的沉浸式光刻系统的投影系统，其特征在于所述液 体供给装置提供的液体为水。
全文摘要
一种沉浸式光刻系统的投影系统，包括投影透镜；液体池；液体供给装置；气体喷淋装置以及衬底传送装置。所述气体喷淋装置包括输入载流气体的第一输入端、输入异丙醇的第二输入端及输出来自第一输入端的载流气体和来自第二输入端的热的异丙醇的混合气体的输出端，所述载流气体为氮气或者惰性气体。本发明通过在高分子聚合物层上喷射载流气体和热的异丙醇气体以限制液体供给装置在投影透镜和位于半导体衬底上的高分子聚合物层之间的液体池，由于异丙醇为疏水性，把半导体衬底上的高分子聚合物层转变为疏水性，使得硅片在移动速度即扫描速度增加，同时由于热的异丙醇气体使得残留在高分子聚合物层上的液体蒸发更快，曝光后无需进行烘烤工艺。
文档编号G03F7/20GK101211120SQ200610148819
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者肖德元, 波 金, 陈国庆, 黄晓橹 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司