CN1637609A - 浸润式光刻之方法与系统 - Google Patents
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Abstract
一种浸润式光刻系统100与方法，其中浸润之媒介112与近接端110之透镜接合，此近接端110之透镜聚焦图案化光束于光敏材料116上，且保护膜300覆盖在光敏材料116上，而此保护膜300与浸润之媒介112接合。
Description
技术领域
本发明是有关于一种浸润式光刻(Immersion Lithography)，且特别是有关于一种工作部件之保护，以使工作部件不受浸润式光刻系统之浸润媒介(immersion medium)的损害或渗透。
背景技术
传统之光刻系统具有光源、前透镜、不透光之图案化光罩、后透镜或近接透镜、以及将为此光刻系统所图案化之光敏材料或辐射敏感材料，例如光阻或者其他光敏材料。
前透镜接收入射光，并发射一直射光束，此直射光束透过图案化之开口而穿过不透光的图案化光罩，进而产生图案化之光束。成像模组或成像系统具有后透镜或近接透镜，可将图案化之光束聚焦在工作部件之表面上，此工作部件可例如为供半导体基材之半导体处理的光阻。半导体基材之型式为基础半导体晶圆或其他具有一层或多层已图案化之半导体元素或特征的基础构件。先利用此光刻系统将特征之图案形成于光阻中。利用此光刻系统图案化光阻，以定义欲蚀刻到基材之表层中的微型与次微型半导体特征的图案。光刻是形成具有微型与次微型尺寸特征之图案化光阻的较佳工艺。
半导体工艺工业持续发展更小尺寸之半导体特征。紫外线(ultraviolet)波长之光源的新发展、以及具有抗反射/抗折射性质之基材材料与高介电常数介电质的新发展持续促进线宽与特征尺寸的进一步缩减。
然而，线宽与特征尺寸之缩减受限于光刻系统的影像解析度。对传统之光刻系统而言，图案化之光束是在大气空气中传播，如此一来，光刻系统之数值孔径(Numerical Aperture；NA)将限制为不超过1。利用具有折射率大于1之传播媒介与近接透镜接合，可达到解析度增强之效果，而使大于1之数值孔径得以实现。
浸润式光刻提供较传统的光刻更佳之解析度增强。美国专利公开号第2002/0163629A1号公开一种浸润式光刻系统。在浸润式光刻中，欲图案化之基材浸在具有一折射率(n＞1)之高折射率流体中，即浸润媒介中，如此一来此高折射率流体为光束传播媒介。此光束传播媒介或浸润媒介填充于后光学构件或透镜与基材之间的空间。此高折射率与可具有大于1之数值孔径的后或理想透镜匹配，以改善影像解析度。
已知的浸润媒介包括全氟烷基聚醚(perfluoropolyether；PFPE)、环辛烷(cyclo-octane)以及去离子水(Deionized Water；DI Water)。在浸润式光刻系统中，浸润媒介与光阻表面接触，其中光阻可由不同光阻材料所构成。任何一种浸润媒介必须历经大量之测试，以满足多种需求。浸润媒介对电磁辐射或光具有低吸收率。浸润媒介之折射率与前述之浸润材料有高度关联，以合理化相容性测试之支出。浸润媒介与光阻系统及光刻系统之间是不活耀的或有温和之互相作用，因此会妨碍影像之形成。举例而言，浸润媒介会避免基材表面形状与近接透镜之物理改变。浸润媒介与光阻系统与光刻系统之材料不会起化学反应。浸润媒介对洁净室环境不具侵略性，对其他基材制程也不具侵略性。
已知之浸润媒介与光阻系统及光刻系统之间已历经大量之相容性测试。然而，正在进行之研究持续发现新的光阻系统。因此，不管是现存的或新的浸润媒介均必须与新的光阻系统进行相容性测试。对较小线宽之解析度增进的不间断需求，将继续推动寻找折射率不断提升之新浸润媒介的研究。
在本发明之前，在一浸润光刻系统中，不论是新浸润媒介或新光阻之实施均会受到耽搁，直到光阻与浸润媒介之间的相容性测试完成为止。
发明内容
本发明是一种浸润式光刻系统，有助于许可新浸润媒介与新光敏材料或光阻材料的使用。本发明于光阻材料上提供保护膜，以防止浸润媒介与光阻材料之间的交互作用。
在一实施例中，于基材上形成光敏材料后，在光敏材料上形成保护膜，以封住其下之光敏材料。由保护膜封住之光敏材料隶属于浸润式光刻系统，以在光敏材料上创造出图案，其中保护膜封住光敏材料以隔绝浸润式光刻系统中所使用之浸润媒介。
附图说明
图1是绘示浸润式光刻系统之示意图。
图2是绘示浸润式光刻系统之部分示意图。
图3是绘示依照本发明一实施例的一种浸润式光刻系统之部分示意图。
主要元素符号说明
100：浸润式光刻系统
102：光源
104：透镜
106：不透光光罩
108：成像模组
110：近接端
112：媒介
112a：介面
112c：介面
114：工作部件
116：光敏材料
118：半导体基材
200：表面
300：保护膜
具体实施方式
示范实施例之说明辅以所附图示进行阐述，所附图示视为完整文字说明的一部分。在后续说明中，相对用语，例如“较低”、“较高”、“水平的”、“垂直的”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、“顶部”与“底部”以及其衍生词(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等等)应视为与随后所述或目前所讨论的图示中所示之方位有关。这些相对用语是用以方便说明，而并非要求装置以特殊方位来进行建构或操作。关于连接、结合及其他相似用语，例如“连接的”与“互相连接的”，指的是一种关系，除非特别说明，否则在此种关系中结构直接地或透过中间结构而间接地牢牢固定或附着在另一结构上，而且均为可动或固定之连接或关系。
图1绘示浸润式光刻系统100，此浸润式光刻系统100具有电磁辐射物，例如光源102。光源102产生单一波长的光，或根据干涉之光源102，光源102产生由二或更多光束构成之干涉图案所形成之光束。此光束射在透镜104上，透镜104导引直射之光束穿过图案化之不透光光罩106，而产生图案化光束。浸润式光刻系统100具有成像模组108，此成像模组108具有后透镜110(或近接端110)以及折射率一致之媒介112，其中媒介112取代介于近接端110与工作部件114之间的空气。举例而言，工作部件114是光敏材料116，此光敏材料116包括但并不限于光阻，其中半导体工艺之光刻图案以光学方式印在光敏材料116上。光敏材料116覆盖在半导体基材118上，其中此半导体基材118是由一或多层材料层所构成，而这些材料层是建构在一半导体晶圆或其他基础电路内连线构件上。本发明亦可与其他先进之光刻技术，例如相移光罩与偏轴照射(Off-axis Illumination)技术、或其他解析度增进技术，一起使用。
图2绘示以图案化光束射过浸润之媒介112而照射在光敏材料116之表面200，例如工作部件114之一部分，其中上述之媒介112与其他材料构成的近接端110及光敏材料116之间具有介面112a。浸润之媒介112具有折射率n，此折射率n与其他材料，例如成像模组108之近接端110及光敏材料116，之折射率实质一致，以使光辐射射过介面112a时无显著之光辐射折射与反射产生。
根据本发明之一实施例，图3绘示实质上不能为浸润之媒介112所渗透之保护膜300或保护层300。保护膜300覆盖在光敏材料116之表面200上。接着，光敏材料116覆盖在半导体基材118上。保护膜300与浸润之媒介112在介面112c处具有几乎一致之折射率，而具有辨别最小线宽之能力，其中此最小线宽几乎等于或小于光束之光波长。对应于半导体集成电路的细线宽元素的细线宽图案是制作在半导体基材118之材料层中。
保护膜300的一实施例不能为光敏材料116及其他半导体基材118的材料层因受热而产生之气体所渗透，以避免气泡于浸润之媒介112中产生。已知气泡会将光散射，且气泡形成于浸润之媒介112中可能会对图案化光束转移至光敏材料116上之准确度造成干扰。保护膜300之功能如同密封层，可将光敏材料116(及任何其他位于底下之材料层)有效密封而不与浸润之媒介112接触。
保护膜300可与光敏材料116相容，即保护膜300与光敏材料116之间不反应且与光敏材料116起温和之化学作用。光敏材料116可由各种材料所组成，且发现通常是为下列材料中之一种材料，例如乙缩醛(acetal)、甲基丙烯酸酯(methacrylate)、高分子聚合物或上述材料之混合物或组合。选定之保护膜300需与选择之光敏材料116相容，但无须与所有其他材料相容。
保护膜300之厚度为不平整，或具有均匀厚度，只要保护膜300具有足够之厚度来维持介于欲图案化的光敏材料116与浸润之媒介112之间的连续阻障即可。保护膜300与浸润之媒介112接合之表面的形状可为凹形、平面、绕射的、以及具有其他表面粗糙度与埋藏式图案结构所造成之阶梯高度变化，其中此埋藏式图案结构是先前于内部层上进行之光刻操作所产生。浸润之媒介112为流体，而与保护膜300表面之阶梯高度的不平整连续不断地接合，如此将抵消介面112c处之光束背散射与光衍射。
保护膜300可为固相(但可为其他更为弹性之型式)，且保护膜300与固体之光敏材料116具有良性的物理及化学之交互作用。流体相之浸润的媒介112可能为光敏材料116之溶剂。然而，光敏材料116为保护膜300所覆盖与保护。根据本发明之一实施例，保护膜300在浸润之媒介112中具有零溶解率(dissolution rate)。根据本发明之另一实施例，保护膜300在浸润之媒介112中具有低溶解率。在光敏材料116进行光图案化时，保护膜300之厚度超过低溶解的浸润之媒介112所蚀刻之厚度。
保护膜300也可与其底下之光敏材料116的地形共形，如此光敏材料116可彻底的密封于保护膜300下。共形之保护膜300的一个实施例具有不平整地形沿着底下之光敏材料116的不平整地形。
在另一例子中，如果需要的话，保护膜300可具有平坦之地形，例如于保护膜300之表面上进行化学机械平坦化(Chemical MechanicalPlanarization；CMP)。平坦化之保护膜300的厚度超过下方之光敏材料116之表面地形的阶梯高度差，且图案化光束之图案化影像均匀地显示在平坦化之保护膜300上之平坦表面。
保护膜300覆盖在无显著地形阶梯高度及表面粗糙之光敏材料116上，不论光敏材料116是具有不平整地形，或是具有平坦的、平面的、以及圆滑之平坦地形。保护膜300是临时薄膜，且在利用浸润式光刻系统100光图案化光敏材料116后，移除保护膜300。移除保护膜300时，可利用两阶段方式，先移除保护膜300，而暴露出密封于底下之光阻材料。可应用一般之蚀刻方法，进一步地蚀刻移除光阻材料的不需要部分。在另一例子中，利用选择性之化学物质，可在一步骤中同时蚀刻移除保护膜300与光阻材料的不需要部分。
虽然本发明已以示范实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明。更确切地说，后附之申请专利范围应予广泛地解释，以包含任何本领域中的技术人员，在不脱离本发明等效之领域和范围内，所作之本发明的其他变形与实施例。
Claims (28)
1.一种浸润式光刻(Immersion Lithography)系统，至少包括：
一光源；以及
一成像模组，该成像模组发射一图案至一光敏材料上，该光敏材料为上方之一保护膜所覆盖且浸在一浸润媒介中，
其中该保护膜不会妨碍该成像模组与该光源透过该浸润媒介发射该图案于该光敏材料上。
2.根据权利要求1所述的浸润式光刻系统，其中该保护膜不能为该光敏材料所排出之气体所渗透。
3.根据权利要求1所述的浸润式光刻系统，其中该保护膜与该浸润媒介具有几乎一致之折射率。
4.根据权利要求1所述的浸润式光刻系统，其中该保护膜具有不规则之厚度。
5.根据权利要求1所述的浸润式光刻系统，其中该保护膜具有一平坦表面。
6.根据权利要求1所述的浸润式光刻系统，其中该保护膜与该光敏材料不反应，且该保护膜与该光敏材料起良性之物理与化学交互作用。
7.根据权利要求1所述的浸润式光刻系统，其中该保护膜为光敏感的。
8.根据权利要求1所述的浸润式光刻系统，其中该保护膜与乙缩醛(acetal)基或甲基丙烯酸酯(methacrylate)基之高分子聚合物或混合物材料相容。
9.根据权利要求1所述的浸润式光刻系统，其中该保护膜具有一预设厚度，且于发射该图案之步骤期间，该浸润媒介对该保护膜之溶解不会影响到该保护膜密封位于该保护膜下方的该光敏材料。
10.根据权利要求1所述的浸润式光刻系统，其中该保护膜具有一厚度小于1000。
11.一种图案化光敏材料之方法，至少包括：
形成一光敏材料于一基材上；
形成一保护膜于该光敏材料上，以将该光敏材料实质密封于该保护膜下；以及
提供该保护膜所密封之该光敏材料至一浸润式光刻系统中，以在该光敏材料上产生一图案，
其中该保护膜封住该光敏材料，以避免该浸润式光刻系统所使用的一浸润媒介侵犯该光敏材料。
12.根据权利要求11所述的图案化光敏材料之方法，其中提供该光敏材料之步骤更至少包括：
直射一电磁光束穿过一图案化光罩至该浸润媒介；以及
透过该浸润媒介聚焦该电磁光束于该光敏材料上。
13.根据权利要求11所述的图案化光敏材料之方法，在聚焦该电磁光束之步骤前，更至少包括平坦化该保护膜。
14.根据权利要求11所述的图案化光敏材料之方法，更至少包括移除该保护膜，以暴露出该光敏材料之至少一部分。
15.根据权利要求14所述的图案化光敏材料之方法，移除该保护膜之步骤更包括：
移除该保护膜以暴露出该光敏材料；以及
根据所产生之该图案，移除该光敏材料之复数个不需要部分。
16.根据权利要求14所述的图案化光敏材料之方法，其中移除该保护膜之步骤更包括根据所产生之该图案，移除该保护膜与该光敏材料之复数个不需要部分。
17.根据权利要求11所述的图案化光敏材料之方法，其中该保护膜具有一不平坦表面，且该不平坦表面具有阶梯高度变化。
18.根据权利要求11所述的图案化光敏材料之方法，其中该保护膜具有一厚度小于1000。
19.根据权利要求11所述的图案化光敏材料之方法，其中该保护膜具有一厚度，该厚度超过该保护膜于该浸润媒介中所溶解而蚀刻移除之厚度。
20.根据权利要求11所述的图案化光敏材料之方法，其中该保护膜在该浸润媒介中是不可溶的。
21.一种制造半导体集成电路之元素的方法，至少包括：
形成一光阻材料于一基材上；
形成一保护膜于该光阻材料上，以实质密封该光阻材料于该保护膜下；
直射一光源穿过一图案化光罩，以产生一图案化光束；
聚焦该图案化光束于该光阻材料的一预设区域上；以及
接合一浸润媒介与至少一透镜，该透镜将该图案化光束聚焦在该光阻材料上，
其中该图案化光束穿过该保护膜而在该光阻材料上产生一图案。
22.根据权利要求21所述的制造半导体集成电路之元素的方法，其中该保护膜具有一厚度，该厚度超过该保护膜于该浸润媒介中所溶解而蚀刻移除之厚度。
23.根据权利要求21所述的制造半导体集成电路之元素的方法，其中该保护膜经平坦化。
24.根据权利要求21所述的制造半导体集成电路之元素的方法，更至少包括移除该保护膜，以暴露出该光阻材料之至少一部分。
25.根据权利要求24所述的制造半导体集成电路之元素的方法，其中移除该保护膜之步骤更包括：
移除该保护膜以暴露出该光阻材料；以及
根据所形成之该图案，移除该光阻材料之复数个不需要部分。
26.根据权利要求24所述的制造半导体集成电路之元素的方法，其中移除该保护膜之步骤更包括根据所形成之该图案，移除该保护膜与该光阻材料之复数个不需要部分。
27.根据权利要求21所述的制造半导体集成电路之元素的方法，其中该保护膜在该浸润媒介中是不可溶的。
28.根据权利要求21所述的制造半导体集成电路之元素的方法，其中该保护膜与该浸润媒介具有几乎一致之折射率。
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