[发明专利]使用覆盖在抗蚀剂上的保护层的沉浸光刻技术和产品

说明书

技术领域

本发明涉及光刻领域，更特别地，涉及沉浸光刻。

背景技术

光刻技术(或光刻法)作为制造集成半导体元件等中的支柱技术 在半导体工业中已使用40多年。光刻技术的不断改进已使非常小的零 件能被印刷和制造。不幸的是，这种技术开始碰到趋于限制可制造零 件的大小进一步降低的物理障碍。已提出了替代技术，如远紫外光刻。 但是，这些替代技术还没准备好应用。

瑞利方程限定了可用光刻技术印刷的最小线宽度LW，如下：

LW=kλNA]]>

其中k为过程系数，λ为光刻过程中使用的波长，NA为曝光透镜 系统的数值孔径。

过程系数k取决于光刻过程中的许多变量，但被认为具有0.25的 实际下限。

目前，在光刻法中使用波长为193nm的氟化氩(ArF)准分子激 光器。还提出了氟(F₂)准分子激光器(λ＝157nm)。考虑到使用氟(F₂) 准分子激光器(λ＝157nm)所需的设备易于只使用有限的一段时间，许 多人不情愿投资这种设备。事实上，沉浸光刻的最近进展已经使大多 数半导体制造商从他们的总未来计划中去掉157nm。

已表明，在根据上述瑞利方程使52nm线宽度可获得的ArF系统 (λ＝193nm)中，可在光刻系统中得到高达0.93的数值孔径。理论上， 在空气为透镜和晶片间介质的系统中，数值孔径的最大可获得值为1， 这使ArF系统中最小的可能线宽度刚超过48nm。但是，已预测到2007 年将需要45nm和以下的线宽度。

最近，提出了另一技术沉浸光刻，其能提高光刻方法的分辨率降 至比迄今为止都小的水平。沉浸光刻通过在光刻图案形成方法中使用 的光系统和被处理的晶片之间插入沉浸介质，一般是液体，以增加曝 光系统的数值孔径来提高分辨率。

典型地，在投影曝光系统中，浸液被插入在最后的透镜元件和要 被形成图案的晶片之间。有两种主要方法：整个晶片台被浸液淹没或 在最后的透镜元件和晶片之间存有弯液面(几毫米厚)。

可按照下面的方程计算光学投影系统的数值孔径NA：

NA＝ηsinθ

其中η是透镜和晶片之间的介质的折射率，θ是透镜的受光角。 可看到，通过选择在曝光波长下比空气折射率高的插入介质，可提高 系统的数值孔径。

在使用ArF系统(λ＝193nm)的沉浸光刻的情况下，沉浸介质的 主要备选者是水，一般是去离子水。去离子水的折射率是1.44，如果 用作ArF系统中的浸液，则它将给出大约33nm的可能线宽度。

但是，如果光致抗蚀剂薄膜沉浸在水中，则结果产生许多有害影 响：离子材料从光致抗蚀剂薄膜中浸出，抗蚀剂的溶胀，抗蚀剂基质 内剩余材料的改变扩散等。这些问题在使用去离子水时尤其严重。这 些困难可能引起发展新光致抗蚀剂材料的需要，导致沉浸光刻技术引 入的延迟，或至少该技术能获得的分辨率降低。

对于除水以外的沉浸介质，可能也是浸液和光致抗蚀剂之间的接 触将降低光致抗蚀剂性能的情况。

应认识到，在本文中，“沉浸介质”或“浸液”表示光刻系统中 透镜和晶片之间存在的介质或液体。术语“沉浸”应被理解为需要整 个设备(以至其整体中的晶片)应沉浸或浸没在所讨论的介质或液体 中，尽管这在某些情况下可能发生。

现有技术描述

Switkes等人的论文“Extending optics to 50nm and beyond with immersion lithography”(Journal of Vacuum Science & Technology B， Nov/Dec 2003，American Vacuum Society)讨论了沉浸光刻，并指出一 些抗蚀剂本质上适用于沉浸光刻方法。但是，它也指出在沉浸介质(特 别是水)和光致抗蚀剂之间的可能相互作用方面存在问题。