光刻系统、热消散方法和框架的制作方法

专利名称：光刻系统、热消散方法和框架的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将图像或图案投射到诸如晶片之类的靶 上的光刻系统。
背景技术：
这样的系统通常是已知的，例如，以掩模绘图机(mask writer) 的形式或如WO 2004038509中的光刻应用的形式。在由后 一种系 统代表的例子中，使待图案化的靶经受光子和诸如离子和电子之类 的带电粒子的入射。由于这样的粒子或光子的能量负载，以及析出 (抽出)或发射它们的固有方式，靶至少被局部地加热。根据作为 本发明的部分所提出的 一个观点，当靶在它的加工过程的影响下所 发生的膨胀超过一预定值时，这样的加热就会变得有问题。 一般说 来，已经发现对于不断持续的、当代趋向高通量(高吞吐量)的发 展，加热会产生问题。
正如本发明的一般思想所认为的，热的产生以及其从待处理的 靶的去除在所有种类的光刻中都会存在问题。例如，这可能是由于 节点大小的不断减小和/或更紧的覆盖物(镀层)配方，并且在时下 出现的真空型光刻中也会存在问题。
因此，随着当代对精确性和小型化需求的发展，所有类型的光 刻都涉及热感应的问题，例如基于掩模的光刻，诸如传统光刻，或 基于掩模的电子束光刻(例如外科小手术刀)。这样的热感应会导
5致靶温度的不稳定，事实上是靶(例如晶片)膨胀的不稳定。在这 点上，可以说不论以何种方式将图案转移到靶上，精确性(尤其是 与晶片中的覆盖层有关的方面)对于图案的清晰度来说变得越来越 重要。在控制图案形成的精确性中的 一个重要问题是控制靶在曝光 过程中的温度稳定性。因此，实现一种从一个正被加工的晶片的快 速、足够的热消散方式，是传统的或其他基于掩模的光刻和无掩模 光刻的重要方面。
在目前的光刻方法中发现了促使光刻领域去寻找与在处理过 程中从晶片除去热的解决方法有关的另一种情况，即，随着对技术 规范要求的增加，目前的在气氛中加工靶将转变为在真空中加工它
们，例如在靶的EUV加工中所期望的。这样的转变暗示了不再采 用已知的传热方法，而是需要新的传热方法。
一般而言可以认为，随着热引发到 一 个晶片或者耙类的物件 上，靶会膨胀，这会导致例如在该靶上的芯片(小片)的实际位置 和尺寸与期望位置以及尺寸之间的差异，这会导致靶上暴露(啄光) 图案的误差。
然而，人们注意到，除了吞吐量(通过量)之外，关键尺寸通 过其与散粒噪声(shotnoise)的关系也影响着靶的温度稳定性所 需的关键尺寸越小，剂量(dose)就越大。
图案的精确定位(例如在规定的范围内)对于给定的各个阶段 来说是非常重要的，在各阶段中可能通过不同类型的光刻装置对耙 进行正常地处理。在这方面， 一种主要的解决方案是从晶片除去热， 从而限制膨胀，至少是控制定位误差的大小。然而，去除热的已知 4故法看起来还不足以除去现在和未来的直写式和其他光刻系统(其 在例如无掩模电子束光刻中可能是每个芯片或者每个狭缝有十万
6数量级的带电粒子束)中产生的热。如果不准备折衷系统的吞吐量， 这种除热是特别不够的。
尽管申请人已经评价了除热的各种方式，与除热相关的主要问 题似乎既在于热被接收的量(能力)也在于其被传走的速度，即， 传向一个位于晶片背部的吸热金属块。在本技术领域中，后一种现 象大多数被称为热扩散率，因此在许多情况下都可以观察到其不 足。在这些被评价的案例中，经常地，不是在吸热体的定尺寸存在 问题的同时，吸热能力(吸热量)收到影响，就是热的传递太慢，
以至于在把上的热量保持在难以*接受的高度。对于热;陂吸收的量 (能力)，可以说，铜之类的金属，尽管其表现出了优异的散热率， 但其不能适合于用来吸收在靶上引发的热所需要的既定量。被还有 其他的除热的例子(例如利用冷却水)看起来对于许多现有和将来 类型的光刻系统来说也是不适合的。因此，本发明的一个目的是提 供一种从晶片传热并吸热的紧凑装置，即，可在真空中进行操作， 优选在室温下进行4喿作。
现有技术中已知的解决方案包括通过软件控制待投射图案的 方式来预期热膨胀，例如US2002/0147507所提供的。后一篇文献 教导了利用一种适合的卡尔曼滤波器来控制电子束的方位，并从而 控制晶片加热，有可能地以一种实时过程控制的方式实现。然而， 这种技术没有解决现代光刻系统所需的温度稳定性和除热的基本 问题。
美国专利公开第2005/0186517号教导，在一个緩解晶片夹盘膨 胀的初始应力之后，针对晶片膨胀造成相反的应力，，从而可以在 晶片和晶片夹盘之间发生不希望的滑动之前使晶片允许的热量加倍。在PCT/US01/26772中，披露了 一种有利地用于传递由耙上的 带电粒子束引发的热的晶片夹。在这种已知的装置中，晶片被夹持 在一个支持结构上，这是通过对位于晶片和支持结构之间的夹持元 件施加"一次或多次"相变而实现的，该相变"在整个工艺过程中有助 于多种操作"并且"确保晶片可以容易地加载于该结构上或从该结构 上释方文"。该夹持元件是以液态或气态的形式施加，并且通过该支 持结构的有效冷却而转变为固态，从而实现将晶片牢固地夹持在所 述结构上。因此，可以i人为这样的夹持方式基本上是被粘附在晶片 上。这种已知装置据称"在需要晶片冷却的工艺中尤其有用"。尤其 是"由于在元件与晶片之间的大接触面积，以及夹持元件的高导热 性，该夹持装置提供了在真空中高效的冷却"。然而，这篇背景文 献并没有提到相对高的热感应(这在每小时具有4艮高吞吐量的晶片 的现代装置中是可能发生的)的冷却方法。

发明内容
本发明提供了一种如前文所述的传热问题的解决方案，即，在 有限的空间内，较高量和较快速地传热，而不会使得要在直写式光 刻机该阶段中冷却的靶的装载和定位过程过分地复杂化。
在这个方面，本发明的特征在于，将由图像或图案的投射而累 积在该乾上的能量从所述革巴上除去，以致因该把的局部或整体加热 而发生的膨胀^^皮限制在一个相应的预定值，其中这种热移除是利用 与所述耙热接触的 一种吸热材料的相变来实现的。
因此，本发明i人为，相变本身可以净皮有效用于从光刻革巴中吸热。 在相变过程中，在或大或小的程度上，物质在相变中的温度至少保 持基本上不变，即，比不断施加热量给该物质的该相变之外的环境， 其(温度)变化相对小得多。出人意料的是，出于除热的目的，通 过利用这种现象实现了一种非常简单和成熟冷却光刻靶的方式。然而，作为本发明的一个基本方面，我们发现，提供优异的吸 热能力而在这样的相变过程中温度不会过度升高的材料具有非常 有限的散热性，尤其是在一个已经同时经历过相变的层中，其结果 是该材料体的整体散热性由所述第一转变层(相变的层)来决定。 因此，在本发明的另一方面，将这种具有优异的吸热能力的材料与 具有相对优异的传热系数的其他材料结合使用。
在本发明的后一方面的第一实施方式中，该;故结合的材并+ (其 他材料)是在溶液中与该第一材料混合，最优选在一种乳状液中。 在另 一种目前优选的实施方式中，该被结合的材料是一种蜂窝状结 构，优选将该吸热材料完全封闭。根据本发明的另一方面，将两种 实施方式组合。这样的传热材料可以例如是金属，例如在溶液的情 况下是以金属颗粒的形式存在。
才艮据本发明的另 一方面，所述相变应优选在相当于按本发明改 进的光刻机的操作温度的温度下发生，从而增强了与机器的整体操 作有关的处理和功能方面。在一种更加特别是实施方式中，这样的 相变在大约为室温的温度下进行。根据本发明，为了满足上述所有 的要求，目前^f吏用十六烷作为吸热材^"。
在采用十六烷或任何其他液态吸热材料的情况下，由于采用了 所述相变，仅需要非常有限量的材料来吸收由大多数类型的光刻机 感应的热。因此，原则上可以仅将该材料粘附在例如晶片的背面， 在此处粘附非常薄的 一层就可以满足吸热的需要而不会^f吏温度过 于升高。
乍看之下出人意料地选择诸如十六烷之类的材料的原因一由
于最终的导热率差(十六烷为0.144 W/m.K而硅为140W/m.K)— 事实上在前面已经解释过。本发明教导，如果将诸如十六烷之类的 较差的传热材料用在大致相变条件下，并将它们与 一个由很好的导热材料形成的表面增大结构结合使用，则它们可以有利地被用做吸 热材料。
冲艮据本发明的又一方面，该吸热材料在光刻才几中^皮结合在一种 多孔结构中，其典型地由前文中提到的导热材料组成。在这种情况 下，使得该结构与靶(例如一个晶片)热接触。然而，本发明原则 上还涉及背面为多孔的(例如借助多个孔洞)靶(例如晶片)，该 多孔结构例如是通过利用蚀刻技术实现的。以这样的方式使得接触 表面显著增加而不需中间的传导材料。


通过本发明的无掩才莫光刻系统的以下实施方式的实施例，将进
一步详细描述本发明，其中
图1示意性示出了一个光刻耙，给出了晶片的俯视图，以及其 上由于感应生热的效果；
图2A和2B表示出有利地用于本发明的一种材料的相变的温 度特性；
图3表示出适用于从光刻靶有利地去除热的光刻系统的相关部 分的第一实施方式。
图4类似于图3，示意性示出了本发明的第二实施方式，其中， 在这种情况下，与乾接触的一个框架结构中包括液态吸热材料。
图5图示出了图4的结构的俯—见图，并带有一个示出了内部格 才册结构的局部方文大图。
图6是示意性示出一个晶片，由根据本发明所采用的夹具支持；图7示意性示出了图4和图5示出的原理的测试结果；
在这些图示中，相应的结构特征(即，至少在功能上相对应) 用相同的编号表示。
^体实施方式
图l示出了一个靶，此处是晶片l的形式，其按照路径4相对 于例如一个光刻装置的带电粒子射束柱或其他类型的用于光刻的 射束源移动，这里路径4是表示透镜组或狭缝2的中部，穿过晶片 的几个区域6。
由于由所述带电粒子束的入射所^ 1发至晶片的热的原因，晶片 会发生膨胀。这种膨胀导致在小片(芯片)的预期位置和尺寸6与 小片的实际位置和尺寸7之间的差异。这种差异会导致晶片上暴露 图案的过大误差。
现在，根据本发明，通过利用在一种材料(本文也称相变材料) 中的相变而从所述晶片除去热，其中，该材料与所述靶l热接触， 例如，如图4的4壬一实施方式所示出的。
图2示出了这^"的相变的原理，在图2A中是通过吸热装置乂人 固态Sol到液态Liq的转变，而在图2B中是通过从液态Liq到气态 Gas的转变。在这两幅图中，吸热装置的温度T是针对由沖击的带 电粒子束引发的热量H (焦耳)给出的(以开尔文温度表示)。可 以看到，在从固相向液相，或从液相向气相的转变过程中，温度T 原则上不随热量H的增加而升高，而在实践中仅以相当低的比率随 热量H的增加而升高。才艮据本发明，上述效果在实际中可以有利地用来将热乂人輩巴转移 并积聚至吸热装置。在靶与吸热体(吸热物，吸热剂)之间期望有 优异的传热系数。作为对上述的完善，采用了一种材料，其优先既 具有较大的传热系数，又具有接近该乾在所述光刻装置中的环境温 度的相变温度。最优选地，该相变温度接近室温。
根据本发明，对于吸热体的其他要求是无毒性并能够经受在里
面操作它的真空、以及CMOS可兼容性。
在上述方面中，发现没有很多种材料提供本申请期望的全部特 征的结合(如果有的话)。因此，作为吸热体使用的一种良好和优 选的材料，本发明提出一种包含具有相对高的传热系数的颗粒(例 如金属或硅)的乳状液。这样的材料通过粘附力相对容易地粘附于 輩巴的底侧，并JU又需要有限量的空间。在这方面， 一个几孩t米的层 就足够了。优选的乳液材料是十六烷。然而，也可以采用甘油 (C3H803;也称为丙三醇，而不经常被称为丙烷-l，2,3-三醇、1，2，3-丙三醇、1,2,3-三羟基丙》克、以及少用的英文名称glyceritol、 glycyl alcohol、 citifluorAF2;grocolene)，尤其是以下文所列举的去于闭形式 4吏用。本发明发现，随着相变的发生，该吸热材料的热传递能力减 少到一最小值。这意味着仅仅可以使用很薄层的相变或者吸热材 料。为了克服这个问题，仍使用同样的热吸收材料，但将其与表面 增加措施结合起来使用。
图3示出了根据本发明的第一实施方式，其展示用直接简单的 方式将发明的原理应用于实践。在附图中，标号l是晶片形式的靶 的横截面，而标号IO代表满足本发明所限定的要求的乳状液。
图4示出了另一种实施方式，示出了用于所述靶并且在其多孔 中载带吸热体的多孔载体。这样，吸热体与靶之间就借助所述中间 载体产生了大的接触面积。
12一旦从固态转变为液态，乳状液的传热系数被强烈地降低，根
据这一思想，优选使用多孔型的栽体，例如图4中所示的。利用多 孔载体(其既可以是靶本身，也可以是如图4中所示的单独的框架)， 热绕过(by-pass)在吸热体上部区域中流体化的吸热体(吸热剂)， 从而保证在任何情况下在相变过程中的增大的热传递。事实上可以 i兌相对于该p及热体的流体4匕部分，该栽体具有提高的导热性。由于 具有适宜的导热材料(例如金属或硅，即晶片材料)，实际上很容 易实现整个框架的均匀加热，从而保证吸热材料在高度地扩大的表 面积充分4妄触。方: L或孔可以通过独刻形成，并且在本例中其尺寸 为50x50 pm或更小，壁厚度为5pm或更小。
图5提供了如图4所示的可能的十六烷框架的截面图。左侧的 图示部分是例如类似晶片结构的全景图，而右侧的图示部分示出了 一个可以适用于在一个晶片中的一个芯片(小片)大小的部分。在 该实例中，在一个26x33 mm的芯片中，方孑L的凄t目可以是(26x33 mm)/(50+5^im) A2=283,640个。框架的目的是增加PCM的可用面积。 才艮据牛顿的传导定律，Q = ( kxA/l)xdT，在距离l上传输给定量的 热量Q所需的温度差dT随表面积A的增加而下降。通过在晶片12 的底部蚀刻深度为h的孑L 12A,对于该示出的几何结构，每个面积 WxW中的可使用表面增加至hx4xW。对于优选的框架也可以采用 相应的计算，其中该框架具有在横截面上呈现至少主要是矩形的 孔。这可以用以下形状的这种侧面(边)来体现在宽度上明显小 于形成所述矩形结构的壁的宽度，优选具有在5至15范围内的比 率，优选约为10，这样(形成)例如尺寸为50x5-微米的孔或开口， 这些实例并不限制借助较长延伸的开口来增加表面积的思想。由此 增大了可能的向该结构填充吸热装置的程度，该程度优选设定到一 个在60%至90%表面积范围内的值，例如75%。图6提供了如本发明的实例中所采用的一个晶片和晶片夹盘 (卡盘)的示意性图示。为了降低晶片上背部颗粒污染的影响，将 晶片置于凸起13上。通过采用凸起13,在晶片1和凸起13之间存 在颗粒的机会被最小化。为了使由于晶片不平而导致的聚焦误差最 小化，将晶片1吸附在一个非常平坦的由所述凸起形成的台面上。 在这方面，采用静电夹14，有利地满足某一级别的真空条件。然而， 原则上也可以使用其他已知的或新型的夹子，以下是其中的一个例 子。为施加吸力的典型的值约为0.1巴或更低，这取决于吸力的施 加方式。晶片与夹子之间的材料的介电特性决定了晶片与夹子之间 可达到的吸附力。可允许的最大夹持电压受到击穿电压 (breakthrough voltage)的P艮制，并取决于材泮+和制造方法。当然 也可以采用其他夹持方式，而不会减小本发明的作用。采用本发明 提出的夹持方式，为了进一步的优化，可以在凸起层和靶之间设置 流体，然而，由于期望的提高导热性的功能，该流体与吸热材料非 常不同。在这方面，非常不希望对于这种材料发生相变。
i人识到在目前的实践中，热不能在x方向和y方向上远3巨离传 导，以致凸起的数目与目前通常做法相比显著增加。这些凸起优选 -故制成明显小于常*见的静电夹凸起(electrostatic clamping burls )。 而且，凸起的总面积;故制成明显大于常规的面积(即，仅具有夹持 的功能)，或至少比没有这种增加的导热功能的要大。在这方面， 革巴与凸起之间的总^接触面积在总革巴面积的1%至5%的范围内，优选 1%左右。后者以及凸起的数目的增加意味着颗粒被捕获在凸起与晶 片之间的风险增加(尽管可以接受)，使晶片的平坦发生变形。
图7图示出了图4和图5所阐明的原则的一种可能的实施方式， 其中，热传导框架是由具有一个上侧面15的晶片构成的，晶片上 侧面15被蚀刻，使得产生凸起15B，通常为高度约为1微米的凸 起。晶片的相对侧面15A被蚀刻，使得产生多个孔，用于装吸热材料。图7中表示的底层16代表一个框架封闭层，其粘附至第一层 底部，并且在此处具体化为一个第二晶片。这样，该吸热材料就被 从真空(在本实施例中，其很经常在真空中工作)中屏蔽。图7中 表示的存在于框架上的顶层17是一个导热性的电绝缘层。这样的 层被施加在包括表面的表面凸起上(例如，通过溅射)。在该实例 中，使用X微米的氮化铝(A1N)材料，而根据本发明也可以使用 例如氧化4皮(BeO )。这样，图7示出了将图4所示的原理付诸实践 的相对有利的方式。封闭盘16起到将相变材料保持在蚀刻框架中 的作用，从而防止在真空环境中的放气，给该结构提供强度，并起 一个平坦的参考面的作用。
除了前文所描述的原理和所有有关细节之外，本发明涉及如所
才妾和毫无疑义地确定的细节。在所附冲又利要求中，出于帮助阅读4又 利要求的原因，所包括的对应于附图中结构的任何标号仅表示前述 术语的示例性含义，而不是狭义地限定前述术语的内涵，因此，它 们被置于括号中。
权利要求
1.一种用于将图像或图案投射到诸如晶片之类的靶上的光刻系统，其中，因图像或图案的投射而累积在靶上的能量被从所述靶上移除，以致由所述靶的局部和/或整体加热引起的膨胀被限制在相应的预定值，并且其中这样的热移除是通过利用在一种与所述靶热接触的吸热材料中的相变来实现。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述材料是与具有相对较 高传热系数的其他材料结合使用。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述材料被混合在一种乳 状液中，该乳状液含有一种具有4交高传热系数的材^"。
4. 根据前一项权利要求所述的系统，其中，所述乳状液包括硅和 金属颗粒中的至少一种。
5. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述材料粘附于所述靶的 底面。
6. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述相变材料的接触面充 分大于所述耙的待加工的表面。
7. 才艮据冲又利要求1所述的系统，其中，所述材料借助于一个表面 增大的物体进行所述热接触。
8. 才艮据前一项权利要求所述的系统，其中，所述物体是内部多孔 的物体。
9. 根据前一项权利要求所述的系统，其中，所述物体是被封闭的。
10. 4艮据冲又利要求1所述的系统，其中，所述材料是十六烷和甘油中的一种。
11. 冲艮据权利要求1所述的系统，其中，所述材并十在相应于所述光 刻系统的操作温度的温度下发生相变。
12. 才艮据前一项4又利要求所述的系统，其中，所述才喿作温度为室温。
13. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述物体具有用于支持所 述待加工的輩巴的多个凸起。
14. 根据前一项权利要求所述的系统，其中，所述凸起与所述物体 的至少部分是一体的。
15. 根据前一项权利要求所述的系统，其中，为了加工将要支持在 所述凸起上的耙，在所述凸起之间设置有一种相保持的流体或 糊状物。
16. 根据权利要求1所述的系统，其中，采用大量的凸起支持所述 靶。
17. 根据前一项权利要求所述的系统，其中，所述凸起被设置成毛 发状元件。
18. 根据前一项权利要求所述的系统，其中，所述元件是柔性的。
19. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述元件具有可消耗或 可消失特性。
20. 根据权利要求18所述的系统，其中，所述元件是有弹性的。
21. 根据权利要求16所述的系统，其中，从俯视图上看，由凸起 构成的表面积的百分比在至少约1%至至少约5%的范围，优 选至少约1%。
22. 根据权利要求1所述的系统，其中，导热材料被施加作为产生 静电夹持力的手段，尤其是以用于支持所述靶的凸起的形式。
23. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，借助一个静电夹将 待加工的耙吸附至一个吸热材料载体，其中所述静电夹包括在 与所述物体相结合的带有凸起的面相反的框架面上。
24. 晶片材料的框架，包括两个彼此连接的晶片样元件，其中的至 少 一个i殳有包含吸热材料的多个孔，另 一个元件封闭这些孔。
25. 根据权利要求24所述的框架，具有如前述任一项系统权利要 求所限定的特4i。
26. 根据前述任一项框架权利要求所述的框架，其中，所述框架的 上面，即带有凸起的面设有导热的电绝缘层，尤其是例如X 孩吏米的氮4匕铝和氧4匕4皮。
27. 用于稳定一个光刻系统中的靶温度的方法，通过利用在与所述 革巴热*接触的另一材并+中的相变，乂人所述革巴中移除热。
全文摘要
本发明涉及一种用于将图像或图案投射到诸如晶片之类的靶上的光刻系统。将由图像或图案的投射而积聚在该靶上的能量从所述靶上除去，以致因局部或整体加热导致的膨胀被限制于相应的预定值，并且其中这样的热移出是利用了在与所述靶热接触的热吸收材料中的相变而实现。进一步地，可以将该材料与具有优异传热系数的其他材料结合应用，并可以混合在含有一种具有优异传热系数的材料的乳状液中。例如，可将所述材料粘附于该靶的底面，并且也可以包括在一个框架中。
文档编号G03F7/20GK101495922SQ200780028526
公开日2009年7月29日 申请日期2007年7月13日 优先权日2006年7月28日
发明者彼得·克勒伊特, 米歇尔·彼得·丹斯贝格, 马尔科·扬-哈科·威兰 申请人:迈普尔平版印刷Ip有限公司