CN101196694A - 用于减少沉浸式光刻装置机械磨损的集成电路制造 - Google Patents

Abstract

提供一种集成电路制造中用于沉浸式光刻工具的部件的保护性涂层，其中通过薄的、硬的保护性涂层来保护暴露于浸液的部件的至少一部分，该保护性涂层包括例如碳化硅、金刚石、类金刚石、氮化硼、碳化硼，碳化钨、氧化铝、蓝宝石、氮化钛，碳氮化钛、氮化铝钛和碳化钛的材料。可以通过例如CVD、PECVD、APCVD、LPCVD、LECVD、PVD、薄膜蒸发、溅射以及在有气体的情况下加温退火的方法来形成保护性涂层。保护性涂层优选地具有大于大约1000并且更优选地大于大约2000的努氏硬度，或大于大约7，更优选地大于大约9的莫氏硬度。保护性涂层最小化了由于扫描仪部件机械磨损造成的缺陷。

Description

用于减少沉浸式光刻装置机械磨损的集成电路制造

技术领域

本发明涉及集成电路的制造以及用于减少集成电路制造中所用设备的缺陷并且改善其耐用性的装置和方法。更特别地，本发明涉及用于减少沉浸式光刻装置中部件的机械磨损的装置和方法。

背景技术

液体沉浸式光刻已经作为用于先进集成电路的亚波长、光刻成像的首要候选技术出现。通过使用高折射率流体填充光学投影***的最后透镜元件和晶片表面之间的间隙，数值孔径(NA)接近流体折射率的光学投影***是可能的。高数值孔径能够增加分辨率，增加的分辨率对于改善集成电路的性能是必需的。此方式中使用的高折射率流体通常被称作浸液。

用于在最后透镜元件和晶片表面之间引入浸液的一个方法是通过使用局部流体处理以及通常称作浸头或喷头的限制模块，其附着于这里所附现有技术中描述的光学投影***组的底部。多个商业供应商已经将此方法应用在他们的用于高产量制造的全场、步进和扫描工具(或扫描仪)的设计中。图1A中示出了与晶片3和晶片台2相关的喷头4的示意图。某些扫描仪设计甚至可以提供多个晶片台以实现更快的晶片生产。喷头4包围光学投影***的最后透镜元件1以允许局部化流体5填充透镜1和晶片3之间的区域。晶片3放置在晶片台2中的凹处中，使得涂敷有光刻胶层10的晶片3的上表面基本上与晶片台2的表面共面，从而在晶片台2在喷头4之下运动时最小化与喷头4的冲突并且最小化对流体5的流动的干扰。扫描仪在操作中时，在喷头4中持续补充流体5并使之循环，以防止微粒或化学污染物聚集或者对流体5中的细菌生长提供困难环境。微粒、化学污染物或细菌是不希望有的，因为它们可以潜在地沉积在晶片3的表面上而引起缺陷。晶片台2也可以拥有其他元件，例如晶片对准及水平传感器8，其类似地设计来将与喷头4和流体5的流动的冲突最小化。也可以将诸如封盘7或封板的额外元件引入扫描仪设计，以在晶片交换期间限制流体泄漏和溢出。封盘的目的是当扫描仪空闲并且没有处理晶片时，将流体5密封在喷头4中并且防止泄漏。封盘7允许流体5在喷头4中继续循环，因而减少发生缺陷的机会。当喷头4正在处理晶片时，封盘7可以放置在封盘托6中，该封盘托6可以是晶片台2中的凹洞。如图1B所示，为了密封喷头5，喷头4使用真空、磁或其他方式拾起封盘7并且保持就位。此“提高”操作可以进一步通过使用机械的致动器等等将封盘7从它的盘托6向喷头4推送进行辅助。当喷头5准备处理晶片时，将“提高”，操作反过来并且由喷头4将封盘7置入封盘托6中，因而执行“下落”操作。为了最小化与喷头4和流体5的流动的冲突，封盘7必须与晶片台2保持齐平并且不应该放置在封盘托6的任何边缘上。可以通过机械的、磁的等方式在封盘托6中将封盘7保持就位。

为了确保封盘7在“提高”操作期间与喷头4形成好的密封以及确保它在“下落”操作期间正确地放置在封盘托6中，可能需要在封盘托6与喷头4之间保持对准。这可以通过机械的或光学的方法来实现。用于将封盘托6光学对准至喷头4的一个方法是通过向晶片台2上投射穿过光学投影***、穿过喷头组4、穿过封盘7的辐射束。然后移动晶片台2直到通过在封盘托6中感测该辐射束来确定封盘托6直接位于喷头4之下。为了使此方法有效，封盘7必须对该辐射束光学透明，该辐射束可以是特定波长的受激准分子激光。在集成电路制造中使用的典型受激准分子激光包括KrF受激准分子激光(248nm)，ArF受激准分子激光(193nm)和F₂受激准分子激光(157nm)。用来构建封盘7的材料的示例是石英，其对于193nm波长的辐射是光学透明的并且通常在ArF扫描仪中的光学透镜元件中使用。如图2中所述，封盘7可以在它的表面上进一步拥有对准图案13以辅助光学对准。对准图案13优选地包括不同于封盘7的衬底材料11的材料12。对准图案13还可以具有最适合光学对准的任何形状并且将选择性地允许入射辐射束通过。最通常用于制造光刻掩膜的材料和工艺适合制造对准图案并且对本领域的技术人员是已知的。例如，在铬层中形成的对准图案可以应用到石英封盘衬底的一侧上。

在封盘托6机械对准至喷头4的情况中，不需要封盘7的光透性。

代替封盘设计，独立于晶片台2的封板机制也可以用来密封喷头4中的流体5。封板的功能保持与封盘7的功能类似。

沉浸式光刻的一个主要挑战是减少缺陷。在扫描过程期间沉积在成像表面上的微粒会导致降低生产性能。光刻胶层10、浸液5和扫描仪的其他元件，例如喷头4、封盘7、封板或晶片对准及水平传感器8都是污染物的潜在来源。扫描仪元件由于机械磨损或者通过与浸液5的化学作用可以成为微粒生成器。在封盘设计中，当封盘7与通常由诸如不锈钢的金属制成的喷头4接触时或者当封盘7置入制在晶片台2中的封盘托6中时，在喷头4密封操作期间可以发生机械磨损。当重复使用时，封盘7的表面以及限定的边缘、封盘托6和喷头4可以经历机械磨损并且摩擦生成可以潜在进入浸液的微粒，其沉积到晶片上并且因而引起微粒导致的成像缺陷。为了减少机械磨损，可以限定或斜切这些元件的锋利边缘，然而，创建限定边缘的机械打磨可能产生断点，该断点可以磨损并在重复使用之后生成微粒。为获得纳米级的平整度对表面进行的机械打磨也可能导致类似的断点。石英封盘由于它们的中等硬度(莫氏硬度值为7)尤其易受机械打磨的损害。诸如Zerodur(来自于SCHOTT公司)的由其他陶瓷材料制造的封盘可以改善石英的硬度，但是它们在减少缺陷方面的益处还未证实。用于熔合接触面以及改善这样的外壳的机械耐久性的热处理将改变预期机械形状和封盘的公差(tolerance)，因此也不是优选的。最后，封盘7的机械磨损可以由于机械的或光学的对准设计而发生。

而且，与浸液5的持续接触可以潜在地溶解或者侵蚀来自于封盘衬底11、封盘对准材料12、喷头4和其他扫描仪元件的某些表面材料，其然后可以沉积到晶片3上也造成污染物。照射时在浸液中生成的能量自由基可以进一步增强此化学腐蚀。

保护封盘免受损害的一个技术方案可以是使用保护性涂层覆盖它。然而，不能使用在光学领域中使用的通用涂层，例如氧化物或氟化物，因为它们易碎并且容易受到损害。

因此，需要一种用于执行沉浸式光刻的装置和方法，其包括对机械的或化学的磨损具有增强的抵抗力从而减少成像缺陷的扫描仪部件。

发明内容

考虑到现有技术的问题和不足，因此本发明的目的是提供将最小化由于机械磨损产生的缺陷的沉浸式光刻***的部件。

本发明的其他目的是当最小化喷头的机械磨损的同时，在晶片曝光之间密封沉浸式光刻***的喷头。

本发明的其他目的是提供用于密封沉浸式光刻***的封盘，该封盘是抗机械磨损的并且最小化由进入浸液引起微粒和污染物的缺陷。

对本领域技术人员显而易见的上述和其他目的在本发明中达到，其中本发明指向用于沉浸式光刻中使用的制造物件，该制造物件包括：

a.第一部件，包括第一部件体和保护性涂层，该保护性涂层包括所述第一部件体的至少一部分上的至少一层，其中所述第一部件配置在沉浸式光刻工具中，使得所述第一部件体的所述部分可以在所述沉浸式光刻工具操作期间接触浸液，并且其中所述保护性涂层具有大于石英的硬度。

根据一个实施例，此发明在沉浸式光刻***的封盘以及喷头上提供薄的保护性涂层材料。

根据本发明的另一方面，保护性涂层可以包括多层不同材料。保护性涂层优选是薄的，并且可以由包括碳化硅、金刚石、类金刚石、氮化硼、碳化硼，碳化钨、氧化铝、蓝宝石、氮化钛，碳氮化钛、氮化铝钛和碳化钛的材料形成。

保护性涂层可以通过诸如CVD、PECVD、APCVD、LPCVD、LECVD、PVD、薄膜蒸发、溅射以及在有气体的情况下加温退火的方法形成。保护性涂层优选地对于浸液是化学惰性的。保护性涂层优选地具有大于大约1000并且更优选地大于大约2000的努氏硬度，或者大于大约7，更优选地大于大约9的莫氏硬度。

本发明的其他目的以及优势将部分地显现并且从详细的描述中部分地明显。

附图说明

图1A是示出了包括定位在晶片上的喷头的现有技术沉浸式光刻装置的各种元件的示意图。

图1B是包括由封盘密封的喷头的现有技术沉浸式光刻装置的示意图。

图2是现有技术封盘的截面和平面示意图。

图3A-图3C是根据本发明实施例的涂敷的封盘的示意图。

图4示出了根据本发明另一个实施例的涂敷的封盘的截面和俯视图。

具体实施方式

现在将通过参考以本发明附图为参考的以下讨论更加详细地描述本发明。可以知道，提供本发明申请的附图用于解释目的，因此没有按比例绘制。

根据本发明，在沉浸式光刻扫描仪的部件的表面上提供薄的、保护性的单层或多层涂层，特别地，其中此类部件可能接触其他部件以及接触浸液。例如，可以在喷头、封盘或晶片台中的封盘托上提供保护性涂层，以减少操作期间由于机械接触导致的部件磨损。

保护性涂层优选地足够薄，使得维持部件的表面光洁度、平整度和机械耐久性，例如在封盘和喷头组件之间或者封盘和封盘托之间。保护性涂层优选地包括少于五层的一种或多种材料成分并且更优选地少于2层并且最优选地是单层。保护性涂层中每层的厚度范围从大约1纳米到大约150微米，更优选地是在大约5纳米和大约50微米之间，并且最优选地是在10纳米和10微米之间。保护性涂层中每层优选地是同质成分并且具有涂敷表面上的均匀厚度。例如，可以使用碳化硅、类金刚石(DLC)或金刚石膜的层涂敷石英封盘。其他涂层材料的例子包括金刚石膜、类金刚石(DLC)膜、氮化硼、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氧化铝、蓝宝石、氮化钛、碳氮化钛、氮化铝钛和碳化钛膜。

包括保护性涂层的材料层优选地通过化学汽相沉积(CVD)来沉积，这是由于该方法的相对低的成本以及CVD方法制造大量的各种受控化学计量的膜和涂层的能力。CVD处理的变型可以包括等离子增强的(PECVD)、常压(APCVD)、低压(LPCVD)、激光增强的(LECVD)化学汽相沉积。其他沉积方法可以单独或组合使用，包括但不限于物理汽相沉积方法(PVD)，例如薄膜蒸发或溅射。本发明硬保护性涂层也可以通过在有气体的情况下加温退火来生长。例如，通过在有氮气的情况下加温退火在钛表面生长氮化钛。任何用于沉积或形成保护性涂层的现在已知或未来开发的方法都在本发明范围内预期，并且本发明不限于这里列出的方法。

保护性涂层9可以选择性地覆盖将被保护的部件表面的一部分(图3A)、部件表面的若干离散或连接的部分(图3B)或完全地包裹部件(图3C)。例如，在封盘的情况中，可以优选地使用保护性涂层包裹整个盘。在喷头的情况中，可以优选地仅涂敷操作期间与封盘接触的表面。

保护性涂层必须附着在基底材料上，该基底材料可以是金属的、非金属的、陶瓷的或合成的。用于构建沉浸式光刻装置中的部件的基底材料的例子包括不锈钢、钛、Zerodur玻璃陶瓷或石英。

保护性涂层必须具有低表面粗糙度以防止入射光散射，以减少部件间接触期间的摩擦，并且其中需要形成好的密封以防止在其接触的表面之间的浸液渗透。使用原子力显微镜(AFM)测量时，均方根表面粗糙度优选地必须小于50纳米，更优选地小于25纳米，并且最优选地小于5纳米。对于某些涂层，减少表面粗糙度的平滑化可能在膜沉积之后需要，例如，通过机械打磨或加温退火。

保护性涂层表面优选地对于浸液是非浸湿的，以进一步防止在接触表面之间的浸液渗透。

保护性涂层的每一层以及全部涂层优选地是无缺陷的。由于单独层的厚度的局部化改变、单独层或涂层中的小孔或内含物，层间或者涂层和基底之间的脱层，可能引起缺陷。因为可能由于涂层中的内部压力聚集而出现脱层，涂层中的交替层可能拥有改变的机械性质。例如，钛基底上的多层涂层可以包括氮化钛、碳氮化钛、碳化钛、和类金刚石(DLC)的膜。石英基底上的多层涂层的例子可以包括碳化硅和类金刚石(DLC)的膜。

保护性涂层优选地具有大于1000并且更优选地大于2000的高努氏硬度。可选地，涂层优选地具有大于7并且更优选地大于9的莫氏硬度。具有高硬度的涂层也趋向于是抗磨损的，其对最小化机械磨损是有益的。表现此类硬度的材料膜的例子包括金刚石膜、类金刚石(DLC)膜、氮化硼、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氧化铝、蓝宝石、氮化钛、碳氮化钛、氮化铝钛和碳化钛膜。

保护性涂层优选地具有高机械强度，具有大于100GPa并且更优选地大于200GPa的杨氏模量。

保护性涂层具有范围0到0.4中的低的干摩擦系数，并且更优选地在范围0到0.2中。低的摩擦系数是优选的，因为当封盘在相对浸盘或者封盘腔滑动时，它将减小施加在封盘上的摩擦力。这减少了封盘经历的磨损，因此改善了它的耐久性。具有低摩擦系数的材料的例子包括金刚石膜和类金刚石膜。

在某些情况中，可以优选地在相对的表面上涂敷类似膜，以控制该表面之间的摩擦或控制该两个表面的相对硬度。例如，两个类金刚石表面之间的摩擦系数将低于类金刚石表面与金属表面之间的摩擦系数。类似地，由于类金刚石表面的相对硬度大于金属表面的硬度，此类相对表面之间的接触可以导致增加金属表面的磨损。如果利用类似的材料涂敷两个表面，那么将使磨损最小化。

保护性涂层优选地对于浸液是基本上化学惰性的，其可以包括任何自由基、氧化、酸性或碱性混合物，其可以在照射时在浸液中生成或者可以在与晶片上的光刻胶接触时已沥滤到浸液中。保护性涂层还必须对于任何其他可以通过喷头循环的例如光学透镜清洁溶液的流体是基本上化学惰性的。此类反应可以生成缺陷或污染物。在工具有效寿命期间，保护性涂层优选地对于此类浸液是基本上惰性的，从而避免工具停机。金刚石或类金刚石膜是对于广泛的化学品具有化学惰性的涂层的例子。

保护性涂层优选地具有基本上等同于基底材料的热膨胀特性，以减少由于内应力造成的脱层风险。保护性涂层和基底材料之间线性热膨胀系数(α)的较大失配将导致涂层中更大的内应力。如果保护性涂层在比沉浸式扫描仪操作温度大得多的温度下沉积，更需要此优先选择。例如，金刚石膜的线性热膨胀系数(α＝1×10^-6/Kelvin)非常类似石英(α＝0.6×10^-6/Kelvin)或诸如Zerodur(α＝～0/Kelvin)衬底的玻璃陶瓷的线性热膨胀系数。因此，将金刚石膜格外优选为石英或玻璃陶瓷衬底的涂层材料。

当应用到必须传播辐射的部件的部分时，保护性涂层优选地对于光学投影***中使用的辐射是光学透明的。此类部件的例子是当结合光学对准方法使用时的封盘。如果保护性涂层材料吸收入射辐射的一部分并且削弱它，则保护性涂层的厚度必须减少以增强传播。在此方式中，涂敷部件的机械耐久性和抗磨性在没有显著减少它的光学透明度的情况下得到改善，从而消除了对确定用于制造封盘衬底的新的光学透明的、抗磨损材料的需要。根据本发明，这样的薄的保护性涂层可以应用在扫描仪的光学部件上，以在最小的修改和成本且不影响光学透明度的情况下改善耐久性。此类材料的例子是具有厚度小于1微米的金刚石或类金刚石膜的涂层。

当保护性涂层选择性地应用于不在光路中的光学部件的部分时，则对于此类涂层不要求光学透明度。

不像光学元件上的现有技术涂层，该涂层倾向于着重光学性质，根据本发明的膜着重膜的机械耐久性。根据本发明，膜对于对准激光的光学透明度可能是有益的，但不要求。在涂层是强吸收的情况中，可以将其涂敷在所有表面，除了其中光的传播是重要的对准窗口。

根据本发明，例如封盘的光学元件可以通过在框架11中安装光学透明对准窗口14来构建，框架11由抗磨损材料构建或使用抗磨损保护性涂层9进行涂敷，如图4所示。

虽然本发明已经联系其优选的实施例进行了特别的示出和描述，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出形式和细节上的前述以及其他改变。因此本发明旨在不限制于描述和示出的具体形式和细节，但是落在所附权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种沉浸式光刻中使用的制造物件，该制造物件包括：

第一部件，包括第一部件体和保护性涂层，该保护性涂层包括所述第一部件体的至少一部分上的至少一层，其中所述第一部件配置在沉浸式光刻工具中，使得所述第一部件体的所述部分可以在所述沉浸式光刻工具操作期间接触浸液，并且其中所述保护性涂层的硬度大于石英的硬度。

2.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述至少一层包括从由以下材料组成的组中选择的材料：碳化硅、金刚石、类金刚石、氮化硼、碳化硼，碳化钨、氧化铝、蓝宝石、氮化钛，碳氮化钛、氮化铝钛和碳化钛。

3.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述保护性涂层包括五层或更少层。

4.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述保护性涂层包括多个包括不同材料的层。

5.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述保护性涂层具有小于大约150微米的厚度。

6.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述保护性涂层对于所述浸液是基本上惰性的。

7.根据权利要求3所述的制造物件，其中至少一个所述层由从以下方法组成的组中选择的方法来形成：CVD、PECVD、APCVD、LPCVD、LECVD、PVD、薄膜蒸发、溅射以及在有气体的情况下加温退火。

8.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述第一部件配置在所述沉浸式光刻工具中，使得所述第一部件体的所述部分可以接触第二部件体的一部分，其中所述第二体的所述部分包括第二保护性涂层，所述第二保护性涂层包括与所述保护性涂层相同的材料。

9.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述第一部件从由以下部件组成的组中选择：封盘、喷头、封盘托和光学部件。

10.根据权利要求1所述的制造物件，其中使用原子力显微镜测量时，所述保护性涂层具有小于50nm的表面粗糙度。

11.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述保护性涂层具有大于大约100GPa的杨氏模量。

12.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述保护性涂层具有大于大约1000的努氏硬度。

13.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述保护性涂层具有大于7的莫氏硬度。

14.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述保护性涂层具有范围0到0.4的干摩擦系数。

15.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述保护性涂层具有与所述第一部件体的线性膨胀系数基本相似的线性膨胀系数。

16.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述保护性涂层对于所述沉浸式光刻工具中使用的辐射是光学透明的。

17.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述第一部件是光学部件，并且所述保护性涂层应用于不在所述光学部件的光路中的所述光学部件的部分。

18.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述第一部件包括选择自由石英和玻璃陶瓷组成的组中的材料。

19.根据权利要求18所述的制造物件，其中所述保护性涂层包括类金刚石膜。

20.根据权利要求1所述的制造物件，其中所述保护性涂层对于浸液是非浸湿的。

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