專利名稱：用于產(chǎn)生亞衍射限制特征的光刻系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如用于制造半導(dǎo)體裝置的光刻系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)的"遠(yuǎn)場(chǎng)"光刻系統(tǒng)使用光和透鏡系統(tǒng)來(lái)將上面具有圖案的光罩成像到沉積在 半導(dǎo)體晶片上的光敏材料層上。此類常規(guī)光刻系統(tǒng)被稱為"遠(yuǎn)場(chǎng)"系統(tǒng)，因?yàn)樗a(chǎn)生的 圖像在遠(yuǎn)場(chǎng)內(nèi)。因此，所述光罩圖案中的可復(fù)制在所述光敏材料層上的特征的尺寸受到 遠(yuǎn)場(chǎng)衍射的限制?？墒褂贸Ｒ?guī)的遠(yuǎn)場(chǎng)光刻系統(tǒng)產(chǎn)生的最小特征尺寸W為
其中NA是所述系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，人是光刻系統(tǒng)所使用的光波長(zhǎng)，且k!是分辨率因 數(shù)，其取決于所述系統(tǒng)的其它方面，包括(例如)由具體光刻系統(tǒng)引入的像差和光敏材 料的性質(zhì)。根據(jù)這個(gè)等式，為了產(chǎn)生較小特征，光刻系統(tǒng)必須利用較小分辨率因數(shù)、較 大數(shù)值孔徑、較小操作波長(zhǎng)或其組合。
當(dāng)前的遠(yuǎn)場(chǎng)光刻系統(tǒng)包括針對(duì)像差而經(jīng)良好校正的復(fù)合透鏡。因此，當(dāng)前的遠(yuǎn)場(chǎng)光 刻技術(shù)已經(jīng)將分辨率因數(shù)減小到k產(chǎn)0.3，其略大于針對(duì)半間距成像的理論下限0.25。然 而，這些復(fù)合透鏡可包括許多光學(xué)元件且較昂貴。
還已經(jīng)增大了數(shù)值孔徑。然而，在光從透鏡系統(tǒng)穿過(guò)空氣傳播到上面具有光敏材料 的半導(dǎo)體晶片的系統(tǒng)中，數(shù)值孔徑限于l。其中光傳播穿過(guò)折射率大于1的介質(zhì)的浸沒 式光刻已經(jīng)導(dǎo)致NA增加。然而，浸沒式技術(shù)遭受多種問(wèn)題，例如流體與晶片的不相容 性、氣泡形成和偏振效應(yīng)。然而，由于折射率高于1的相容性浸沒流體的范圍有限，因 而進(jìn)一步增加NA受到限制。
還可通過(guò)使用具有較短操作波長(zhǎng)的光源來(lái)產(chǎn)生較小特征。商用光刻系統(tǒng)可使用波長(zhǎng) 在350 nm到800 nm范圍內(nèi)的可見光。用在100 nm到350 nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)進(jìn)行操作的
紫外線光刻系統(tǒng)可用于印刷較小特征。然而，紫外線系統(tǒng)也遭受多種缺點(diǎn)，例如成本增 加、燈使用壽命較短和效率較低。此外，與對(duì)紫外線敏感的光致抗蝕劑相比，對(duì)可見光 敏感的光致抗蝕劑更為便宜且相對(duì)于氣載污染物更為穩(wěn)固。
因此，需要一種不受限于遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的衍射限制且不必依賴于使用復(fù)合且昂貴的 透鏡、浸沒式技術(shù)或使用紫外線波長(zhǎng)的光刻系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本文揭示本發(fā)明的各種不同實(shí)施例。這些實(shí)施例中的一些實(shí)施例包含包括近場(chǎng)光學(xué) 系統(tǒng)的光刻系統(tǒng)。
舉例來(lái)說(shuō)， 一個(gè)實(shí)施例包含用于對(duì)具有第一折射率且響應(yīng)于具有波長(zhǎng)入的光的光敏 材料進(jìn)行曝光的光刻系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含多個(gè)對(duì)所述光不透明的特征；介電材料，其 設(shè)置在所述多個(gè)不透明特征的前方；超透鏡，其設(shè)置在所述介電材料的前方且在所述光 敏材料的后方；以及中間層，其介于所述超透鏡與所述光敏材料之間。所述介電材料對(duì) 所述光大致具有透射性。所述中間層包含對(duì)所述光大致具有透射性的材料，其中所述材 料不同于所述光敏材料。
另一實(shí)施例包含用于產(chǎn)生近場(chǎng)圖像的光刻系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含對(duì)光大致具有透射性 的襯底，所述光具有波長(zhǎng) U所述系統(tǒng)進(jìn)一步包含 一個(gè)或一個(gè)以上特征，其設(shè)置在所 述襯底上，所述特征對(duì)所述光大致不透明；間隔物材料，其設(shè)置在所述襯底上，所述間 隔物材料對(duì)所述光大致具有透射性；以及超透鏡，其形成在所述間隔物材料上。所述間 隔物材料具有第一復(fù)介電常數(shù)(其具有正實(shí)數(shù)部分)，且所述超透鏡包含具有第二介電 常數(shù)(其具有負(fù)實(shí)數(shù)部分)的材料。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包含接近所述超透鏡的光敏材料層 以及插入在所述超透鏡與所述光敏材料層之間以使得超透鏡與光敏材料分離的中間層。 所述光敏材料層具有第一折射率，且所述中間層具有第二折射率，所述第二折射率大致 等于所述第一折射率。所述系統(tǒng)在光敏材料層中產(chǎn)生所述特征的近場(chǎng)圖像。
在此近場(chǎng)光刻系統(tǒng)的一些實(shí)施例中，第一介電常數(shù)的實(shí)數(shù)部分大致等于第二介電常 數(shù)的實(shí)數(shù)部分的絕對(duì)值。在此近場(chǎng)光刻系統(tǒng)的某些實(shí)施例中，所述特征具有小于波長(zhǎng)X 的寬度。在某些此類實(shí)施例中，特征的寬度為約V6或更小。在所述近場(chǎng)光刻系統(tǒng)的另 一實(shí)施例中，中間層包含有機(jī)材料。
另一實(shí)施例是在半導(dǎo)體晶片上制造集成電路裝置的方法。所述方法包含將待圖案化 的材料沉積在所述半導(dǎo)體晶片上方。將光敏層沉積在待圖案化的材料上。將超透鏡模板 設(shè)置在光源與光敏層之間的光學(xué)路徑中。所述光敏層具有第一折射率且響應(yīng)于具有波長(zhǎng)
人的光。所述超透鏡模板包含多個(gè)對(duì)所述光大致不透明的特征；介電材料，其設(shè)置在 所述多個(gè)不透明特征的前方；以及超透鏡，其設(shè)置在所述介電材料的前方且在所述光敏 材料的后方。所述介電材料對(duì)所述光大致具有透射性。所述光敏層具有第一折射率且響 應(yīng)于具有波長(zhǎng)X的光。所述方法進(jìn)一步包含將中間層插入在所述超透鏡與所述光敏層之 間以減少所述超透鏡與所述光敏層的接觸。所述中間層包含對(duì)所述光大致具有透射性的 材料。將所述光引導(dǎo)到所述超透鏡模板中，進(jìn)而將所述光敏層的若干部分曝光于所述光。
在一些實(shí)施例中，所述制造集成電路裝置的方法進(jìn)一步包含顯影所述光敏層、蝕刻 所述材料和移除光敏層。
在所述制造方法的另一實(shí)施例中，在光敏層上產(chǎn)生所述特征的近場(chǎng)圖像。在其它實(shí) 施例中，光敏層包含光致抗蝕劑。根據(jù)所述方法的另一實(shí)施例，中間層具有第二折射率， 所述第二折射率大致等于所述光敏材料的第一折射率。在所述制造方法的某些實(shí)施例 中，超透鏡包含金屬層。在某些此類實(shí)施例中，所述金屬包含銀、金或鈦。
揭示所述制造方法的若干實(shí)施例，其中介電材料包含聚甲基丙烯酸甲酯。在另一實(shí) 施例中，中間層包含有機(jī)材料。在其它實(shí)施例中，中間層包含固體。
在所述制造方法的某些實(shí)施例中，中間層包含液體。在某些此類實(shí)施例中，所述方 法進(jìn)一步包含在超透鏡與光敏層之間流動(dòng)所述液體。在一個(gè)此類實(shí)施例中，此方法額外 包含從流體輸出端口提供所述液體和從液體輸入端口移除所述液體。
可根據(jù)這些制造方法中的任一者制造集成電路裝置。
另一實(shí)施例包含用于將光敏材料曝光于光束的光刻系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含用于阻擋所 述光束的若干部分以形成光圖案的構(gòu)件和用于用所述光圖案產(chǎn)生等離子體的構(gòu)件。所述 系統(tǒng)進(jìn)一步包含用于將所述光圖案耦合到所述等離子體產(chǎn)生構(gòu)件中的構(gòu)件和用于保護(hù) 所述光敏材料以免接觸所述等離子體產(chǎn)生構(gòu)件的構(gòu)件。所述耦合構(gòu)件對(duì)所述光束大致具 有透射性，且所述保護(hù)構(gòu)件經(jīng)設(shè)置以使得光從所述等離子體向外耦合到所述保護(hù)構(gòu)件 中。
額外實(shí)施例包含將光敏材料曝光于光束的方法。所述方法包含阻擋所述光束的若干 部分以形成光圖案、傳播所述光圖案和用所述光圖案產(chǎn)生等離子體。所述方法進(jìn)一步包 含將光從所述等離子體向外耦合到對(duì)從等離子體向外耦合的光大致具有光學(xué)透射性的 介質(zhì)中和使用所述介質(zhì)保護(hù)所述光敏材料以免接觸。


圖1是用于近場(chǎng)光刻系統(tǒng)的實(shí)施例的超透鏡模板的俯視圖，其中所述超透鏡模板包
含不透明特征(如圖所示)和金屬超透鏡層(未圖示)。
圖2是穿過(guò)圖1中的線2-2獲得的所述超透鏡模板的實(shí)施例的橫截面圖，其展示不 透明特征和金屬超透鏡層兩者。
圖3是近場(chǎng)光刻系統(tǒng)的實(shí)施例的橫截面圖，其展示設(shè)置在光敏材料上方且在其之間 具有中間層的超透鏡模板。
圖4A是近場(chǎng)光刻系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖，其中所述中間層包含在所述光敏材料上 的涂層。
圖4B是近場(chǎng)光刻系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖，所述實(shí)施例使用流動(dòng)流體作為中間層。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例包含使用超透鏡模板14的光刻系統(tǒng)，圖1中示意性展示其俯 視圖。此超透鏡模板14包含襯底18和圖案23，所述圖案23包含一個(gè)或一個(gè)以上待由 所述光刻系統(tǒng)成像的特征22。
可通過(guò)將光傳播穿過(guò)所述超透鏡模板14來(lái)產(chǎn)生所述圖案23的圖像。在某些實(shí)施例 中，舉例來(lái)說(shuō)，所述光可入射在所述模板14的上表面上。所述光可具有操作波長(zhǎng)人。此 波長(zhǎng)可對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)帶的中心波長(zhǎng)。此波長(zhǎng)帶可以是具有1納米或更小的帶寬(FWHM) 的窄帶，或可包括一個(gè)或一個(gè)以上納米。合適的操作波長(zhǎng)可以在電磁波頻譜的從約100 nm到800 nm的紫外線和可見光范圍內(nèi)，且可包括(例如)汞燈的I線(X=365 nm)、 氟化氪準(zhǔn)分子激光(X=248 iim)或氟化氬準(zhǔn)分子激光(入-193nm)?？梢姽獠ㄩL(zhǎng)的使用 提供如上所述的若干優(yōu)點(diǎn)。然而，可使用其它操作波長(zhǎng)的光，其中包括遠(yuǎn)紫外波長(zhǎng)和紅 外波長(zhǎng)。
因此，在各個(gè)實(shí)施例中，所述襯底18對(duì)所述操作波長(zhǎng)的光大致具有透射性，且可 包含例如玻璃或石英等材料。可使用對(duì)所述操作波長(zhǎng)的光大致具有透射性的其它材料。 組成襯底18的材料可具有大致平坦的表面，所述表面通過(guò)(例如)拋光或平面化技術(shù) 來(lái)產(chǎn)生，但所述表面可能并不平坦。
相反地，所述特征22可包含對(duì)所述操作波長(zhǎng)大致不透明的材料。組成所述特征22 的材料的其它特性可包括較低的集膚深度，使得光被快速吸收到所述材料中。所述特征 22不需要非常厚以致于令透射穿過(guò)所述襯底23的光衰減。另外，所述材料可在遠(yuǎn)離所 述系統(tǒng)中的金屬的等離子體共振的頻率處共振。組成所述特征22的材料可能還能夠潤(rùn) 濕并粘附到襯底18。合適的材料包括(例如)絡(luò)、鎢、鈦、硅化鈦、氮化鈦、氮化硅或 者其合金或復(fù)合物。在某些優(yōu)選實(shí)施例中，使用鉻。特征22的厚度可在從1 nm到100 nm
的范圍內(nèi)，且可(例如)為約50nm。然而，可使用其它材料和其它厚度。
可通過(guò)沉積合適的材料層來(lái)產(chǎn)生特征22，所述材料層可被蝕刻以產(chǎn)生圖案23。在 一個(gè)實(shí)施例中，使用利用常規(guī)光刻的晶片處理技術(shù)來(lái)圖案化所述特征22。舉例來(lái)說(shuō)，在 襯底18上沉積待組成圖案23的材料。旋涂光致抗蝕劑，且使用經(jīng)配置以產(chǎn)生包含所需 特征22的圖案23的光罩或掩模來(lái)曝光所述模板14。顯影所述光致抗蝕劑并將其蝕刻到 襯底18，從而留下特征22粘附到襯底18。此實(shí)施例可適用于印刷間距和尺寸均在常規(guī) 光刻系統(tǒng)的能力內(nèi)的特征22，所述常規(guī)光刻系統(tǒng)曝光例如光致抗蝕劑等光敏材料以進(jìn)行 圖案化。
在另一實(shí)施例中，可(例如)通過(guò)帶電粒子束光刻來(lái)產(chǎn)生間距和尺寸均超出此類常 規(guī)的基于光致抗蝕劑的光刻系統(tǒng)的能力的特征22。舉例來(lái)說(shuō)， 一些實(shí)施例可利用聚焦離 子束(FIB)蝕刻或電子束光刻(EBL)。有利的是，帶電粒子束光刻可用于限量產(chǎn)生模 板14，尤其是具有小尺度特征22的模板。在一個(gè)實(shí)施例中，F(xiàn)IB光刻可用于產(chǎn)生圖案 23，所述圖案23包含間距為120 nm的60 nm寬納米線的陣列。在另一實(shí)施例中，F(xiàn)IB 光刻可用于產(chǎn)生特征22，其寬度在從10nm到80nm的范圍內(nèi)且優(yōu)選地為約40nm。還 可產(chǎn)生在這些范圍以外的特征。
圖1描繪圖案23的一個(gè)實(shí)施例。所述圖案23既定用作樣本且不希望限制可由近場(chǎng) 光刻系統(tǒng)10印刷的圖案或特征的范圍。圖案23包含四個(gè)大致平行且大致矩形的線條22a 到22d,所述線條與終止于T形區(qū)域22e的大致矩形線條相交。圖1中選擇在圖案23 中說(shuō)明的線條數(shù)目?jī)H作為實(shí)例，且不希望限制光刻系統(tǒng)10中的圖案23的范圍。線條22a 到22d的間隔是大致均勻的，且線條22d的寬度大于線條22a到22c的寬度。圖1中所 說(shuō)明的圖案還包括四個(gè)大致圓形點(diǎn)22f?？稍谒鲆r底18上設(shè)置形狀和配置與圖1中所 描述者不同的圖案23。另外，可印刷包含更多或更少數(shù)目的特征22以及與圖l所示者 不同的尺寸和間隔的圖案23。
圖2是沿圖1中的線2-2的橫截面圖，其進(jìn)一步示意性說(shuō)明超透鏡模板14的各方面。 光(由箭頭50指示)入射在模板14上，且大致透射穿過(guò)襯底18。所述光沿著系統(tǒng)10 所界定的光學(xué)路徑前進(jìn)。在圖2所示的實(shí)施例中，將光展示為沿著大致垂直于超透鏡模 板14的直線引導(dǎo)，但在其它實(shí)施例中，所述光可以其它角度入射在超透鏡模板上。本 文所使用的術(shù)語(yǔ)"前方"和"后方"是相對(duì)于光沿著光學(xué)路徑穿過(guò)超透鏡模板14到達(dá) 目標(biāo)(例如，半導(dǎo)體晶片上的光致抗蝕劑)的此傳播方向而言的。舉例來(lái)說(shuō)，如果第一 和第二元件經(jīng)設(shè)置以使得光在傳播穿過(guò)第一元件之前(之后)傳播穿過(guò)第二元件，那么 可將所述第一元件稱為在所述第二元件的前方(后方)。
除了襯底18和特征22之外，超透鏡模板14還可包含間隔物層30和超透鏡34。超 透鏡34可在間隔物層30的前方，間隔物層30可在特征22的前方。圖2展示在襯底18 的表面29上形成的樣本特征22a到22d。圖案23可包含具有寬度D,和間隔D2的特征 22。長(zhǎng)度尺度D被定義為D1+D2。長(zhǎng)度尺度D通常是指圖案23中的最小尺度特征22 的間距。在半間距成像中，D1=D2=D/2。
近場(chǎng)光刻系統(tǒng)IO的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)制小于等式(1)中的衍射限制尺寸W的特征22的復(fù) 本的能力。舉例來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)10可大致準(zhǔn)確地復(fù)制具有寬度D,的特征22的圖像，其中 DkW。所述特征的寬度可在從10 nm到1000 nm的范圍內(nèi)。特征之間的間隔也可在從 10 nm到1000 nm的范圍內(nèi)。舉例來(lái)說(shuō)，在光刻系統(tǒng)IO的一個(gè)實(shí)施例中，可以D-120 nm 的間距來(lái)圖案化60nm寬的納米線的陣列。因此，特征之間的間隔可為60nm。
在一些實(shí)施例中，圖案23可包含特征22的周期性陣列，例如線、點(diǎn)、圓、環(huán)、三 角形或矩形的陣列。圖案23可具有光柵形式。在其它實(shí)施例中，圖案23可包含為非周 期性的或周期性與非周期性組件的組合的特征22。特征22可為大致平行的(如在納米 線的周期性陣列中)，或者它們可相交。圖案23可包含具有對(duì)稱性的特征22，例如線性、 矩形或圓形。特征22可以是圓化、圓形、三角形、矩形、直線，或者可以是不規(guī)則形 狀。在各個(gè)實(shí)施例中，特征22可對(duì)應(yīng)于在半導(dǎo)體晶片上的各層中所形成的不同特征的 形狀。廣泛范圍的其它形狀、配置、布置、間隔和尺寸是可能的。
如圖2所示，間隔物層設(shè)置在襯底18和其上的特征22上。舉例來(lái)說(shuō)，在表面29 上圖案化特征22之后，可通過(guò)在襯底18的表面29上沉積間隔物層30來(lái)對(duì)超透鏡模板 14進(jìn)行平面化。間隔物層30包含對(duì)具有光刻系統(tǒng)IO的操作波長(zhǎng)的光大致透明的間隔物 材料。有利的是使間隔物材料對(duì)流動(dòng)特性和物理穩(wěn)定性具有良好控制。此外，在某些實(shí) 施例中，間隔物材料的折射率在數(shù)值上類似于如下文更全面論述的光致抗蝕劑的折射 率。間隔物材料應(yīng)具有經(jīng)受住形成超透鏡34 (例如，沉積形成超透鏡的材料)的能力。
間隔物材料通?？砂菍?dǎo)電材料。間隔物材料的電磁性質(zhì)可由介電常數(shù)Sd表征。
一般來(lái)說(shuō)，材料的介電常數(shù)是復(fù)數(shù)，其具有實(shí)數(shù)部分和虛數(shù)部分。介質(zhì)的介電常數(shù)大體 上取決于傳播穿過(guò)所述介質(zhì)的光的波長(zhǎng)。為方便本文所提供的描述，對(duì)介電常數(shù)值的提 及將針對(duì)實(shí)數(shù)部分，除非例如通過(guò)提及"復(fù)介電常數(shù)"來(lái)明確陳述虛數(shù)部分。介電材料 具有正介電常數(shù)且可以是合適的間隔物材料。在一個(gè)實(shí)施例中，間隔物材料可以是聚合 物，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚對(duì)二甲苯。例如石英、玻璃或Si02等其它材 料可用于間隔物層30。供參考之用，在約365 nm的波長(zhǎng)下，PMMA的介電常數(shù)為大約 2.4。還可使用其它材料和其它介電常數(shù)。
在各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，超透鏡34包含材料層，例如圖2所示。此外，在某些實(shí)施 例中，超透鏡34包含可支持在對(duì)應(yīng)于光刻系統(tǒng)10中所使用的光的操作波長(zhǎng)X的頻率下 進(jìn)行表面等離子體振蕩的材料。表面等離子體是沿著超透鏡34的表面?zhèn)鞑サ碾姾擅芏?振蕩。所述振蕩的幅度在橫截超透鏡34的表面的方向上呈指數(shù)性衰減。如果間隔物材 料的介電常數(shù)為正且超透鏡材料的介電常數(shù)為負(fù)，那么超透鏡34與間隔物層30之間的 界面將能夠支持表面等離子體振蕩。因此，超透鏡34包含可由負(fù)介電常數(shù)es表征的材料。 在光學(xué)和紫外線頻率下，大多數(shù)金屬具有負(fù)介電常數(shù)且可為用于超透鏡34的合適材料。 在某些實(shí)施例中，超透鏡介電常數(shù)的虛數(shù)部分與所述介電常數(shù)的實(shí)數(shù)部分的絕對(duì)值相比 足夠小，使得表面等離子體振蕩大致不會(huì)將其能量耗散成熱量。
對(duì)于金屬來(lái)說(shuō)，對(duì)于比金屬導(dǎo)電帶中的電子等離子體頻率小的頻率，介電常數(shù)為負(fù)。 因此，在某些實(shí)施例中，用于超透鏡34的金屬使得其等離子體頻率超過(guò)系統(tǒng)IO中所使 用的光的真空頻率。在一些實(shí)施例中，貴金屬(例如銀或金)可為用于超透鏡34的合 適材料，因?yàn)閷?dǎo)電電子的集體激發(fā)使得能夠在光學(xué)頻率下進(jìn)行表面等離子體振蕩。在其 它實(shí)施例中，可使用例如鋁、銅、鉻或鉭等金屬作為超透鏡34的材料。還可采用其它 材料。
通過(guò)(例如)蒸發(fā)、濺射、化學(xué)沉積或使用其它技術(shù)來(lái)在間隔物層30上沉積超透 鏡34?？蓪?duì)間隔物層30的表面與超透鏡34的表面之間的界面進(jìn)行平面化以避免表面粗 糙和皺褶，表面粗糙和皺褶會(huì)使表面等離子體散射并扭曲光刻系統(tǒng)10的成像能力。在 一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于間隔物層30和超透鏡34兩者，均方根表面粗糙度調(diào)制均可低于1 nm。然而，還可在不同實(shí)施例中使用更平滑或更粗糙的表面。
圖3示意性說(shuō)明光刻系統(tǒng)10的實(shí)施例的另外方面。在所展示的實(shí)施例中，超透鏡 模板14經(jīng)布置以將特征22的圖像印刷到設(shè)置在半導(dǎo)體晶片48上的光敏層44上。因此， 超透鏡模板14設(shè)置在半導(dǎo)體晶片48上方，且明確地說(shuō)，設(shè)置在半導(dǎo)體晶片上的光敏層 44上方。中間層40介于超透鏡模板14與半導(dǎo)體晶片之間。更明確地說(shuō)，中間層40設(shè) 置在超透鏡34與光敏層44之間。
在各個(gè)實(shí)施例中，中間層40包含對(duì)傳播穿過(guò)超透鏡模板14的光大致具有光學(xué)透射 性的材料。此材料可以是流體或固體，且可以是如下文更全面論述的電介質(zhì)。
光敏層44可包含對(duì)傳播穿過(guò)超透鏡模板14的操作波長(zhǎng)敏感的光致抗蝕劑?？墒褂?常規(guī)的半導(dǎo)體處理技術(shù)來(lái)將光致抗蝕劑旋涂到半導(dǎo)體晶片48上。在一個(gè)實(shí)施例中，可 使用120 nm厚的負(fù)光致抗蝕劑層[NFR105G，日本合成橡膠微電子(Japan Synthetic Rubber Microelectronics, JSR Micro)]?？墒褂么隧?xiàng)技術(shù)中眾所周知的以及尚待認(rèn)識(shí)的其
它技術(shù)來(lái)沉積和/或制備光敏材料。
如圖3所示，箭頭50所指示的光入射在模板14上且大致透射穿過(guò)襯底18。入射在 所述特征22中的一者上的光被大致阻擋，而未入射在特征22上的光傳播穿過(guò)間隔物層 30，間隔物層30對(duì)于所述光大致具有透射性。傳播超過(guò)特征22的光包含可到達(dá)遠(yuǎn)場(chǎng)的 傳播波和僅存在于近場(chǎng)中的漸逝波兩者。漸逝波不會(huì)像遠(yuǎn)場(chǎng)中的光波那樣衍射。舉例來(lái) 說(shuō)，漸逝波對(duì)特征22的尺寸和形狀的保持程度大于遠(yuǎn)場(chǎng)中的波，即使特征22大約為波 長(zhǎng)或更小。因此，在各個(gè)實(shí)施例中，入射在光敏材料上的來(lái)自漸逝場(chǎng)的光學(xué)能量的尺寸 和形狀可類似于所述特征22的尺寸和形狀。因此，可以說(shuō)漸逝波載送關(guān)于特征22的亞 波長(zhǎng)信息。近場(chǎng)光刻系統(tǒng)10使用漸逝場(chǎng)來(lái)曝光光敏材料的亞波長(zhǎng)部分，進(jìn)而產(chǎn)生亞波 長(zhǎng)分辨率圖案化。在此方面中，近場(chǎng)光刻系統(tǒng)10可俘獲存在于漸逝波中的信息并將此 信息用于高分辨率成像和圖案化。
由于漸逝波的強(qiáng)度隨著離特征22的距離增加而呈指數(shù)性衰減，所以如果光敏層44 的位置離特征22的距離過(guò)大，那么可能難以分辨亞波長(zhǎng)特征22。對(duì)于具有周期D的線
條陣列，漸逝波的強(qiáng)度衰減的特性距離Z為Z"^4^^1 —"D2//l2)，其中ed是間隔物 層30的介電常數(shù)。作為實(shí)例，對(duì)于在365 nm的操作波長(zhǎng)下成像的60nm半間距特征， PMMA (￡d-2.4)中的衰減長(zhǎng)度為llnm。如果光敏層44的位置離特征22的距離過(guò)大， 那么漸逝波所載送的亞波長(zhǎng)信息可能會(huì)丟失，且僅可將尺寸大于等式(1)中的衍射限 制的特征成像。
在不認(rèn)定任何特定理論的情況下，超透鏡34可增強(qiáng)漸逝波中的強(qiáng)度。入射在超透 鏡34的后方表面上的光學(xué)能量可耦合到等離子體模式中，所述等離子體模式由于入射 光而受到激發(fā)。光學(xué)能量可從超透鏡34的前方表面向外耦合，且可傳播到光敏層44。 由于表面等離子體振蕩的共振激發(fā)，超透鏡34可提供增強(qiáng)的能量輸出量。舉例來(lái)說(shuō)， 如果組成超透鏡34和間隔物層30的材料經(jīng)選擇為具有大致相等且正負(fù)號(hào)相反的介電常 數(shù)(即，es--ed)，那么發(fā)生共振等離子體激發(fā)。在光刻系統(tǒng)10的實(shí)施例(其中間隔物層 30和超透鏡34包含經(jīng)選擇以滿足此共振條件的材料)中，可通過(guò)由間隔物層30透射且 入射在超透鏡34上的光來(lái)激發(fā)廣泛范圍的等離子體。此效應(yīng)被稱為"超透鏡化"。請(qǐng)參 見(例如)N.方(N. Fang)等人的"釆用銀質(zhì)超透鏡的亞衍射限制光學(xué)成像 (Sub-Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens)"(第534至lj 537頁(yè)，禾斗 學(xué)，第308巻，2005年4月22日)，其全文以引用的方式并入本文中。因此，組成超透 鏡34和間隔物層30的材料可具有正負(fù)號(hào)大致相反的介電常數(shù)。這些介電常數(shù)還可在量
值上大致相等。在這些實(shí)施例中，漸逝波所載送的亞波長(zhǎng)信息可用于亞衍射限制成像。 在一個(gè)實(shí)施例中，可分辨尺寸可與入/6相比的特征22。
間隔物層30和超透鏡34的厚度可經(jīng)選擇以使得模板14提供超透鏡化。間隔物層 30的厚度可經(jīng)選擇為在5 nm到200 nm的范圍內(nèi)。如果間隔物層30的厚度比漸逝波的 衰減長(zhǎng)度大許多倍，那么可能會(huì)減少光刻系統(tǒng)10的輸出量。在一個(gè)實(shí)施例中，間隔物 層30可包含40nm的PMMA層。其它厚度也是可能的。
超透鏡34的厚度可經(jīng)選擇為在5 nm到200 nm的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施例中，此范 圍以外的值可為可能的。然而，如果超透鏡34的厚度過(guò)厚或過(guò)薄，那么可能減少超透 鏡效應(yīng)。如果超透鏡34經(jīng)選擇以具有可與待成像的特征22的半間距尺寸相比的厚度或 具有為操作波長(zhǎng)的分?jǐn)?shù)的厚度(例如入/10)，那么可能發(fā)生漸逝波的實(shí)質(zhì)性增強(qiáng)。在經(jīng)設(shè) 計(jì)用于成像具有120 nm間距的60 nm線的陣列的一個(gè)實(shí)施例中，超透鏡34可以是35 nm 銀層。如果超透鏡34過(guò)厚，那么其可充當(dāng)漸逝波的衰減器而非放大器，且光刻系統(tǒng)10 可能僅能夠分辨大于等式(1)中的衍射限制尺寸的特征。舉例來(lái)說(shuō)，在365 nm下操作 的光刻系統(tǒng)IO的實(shí)施例中，120nm厚的超透鏡34可能會(huì)模糊小于衍射限制的特征22。 請(qǐng)參見(例如)S.杜蘭特(S.Durant)等人的"對(duì)'采用平面銀質(zhì)透鏡的亞微米成像， 的評(píng)論(Comment on 'Submicron imaging with a planar silver lens')"(第4403頁(yè)，應(yīng)用 物理學(xué)刊，第84巻，2004年)，其全文以引用的方式并入本文中。
相反地，在各個(gè)實(shí)施例中，特征22包含在間隔物層30與超透鏡34的共振頻率附 近不擁有等離子體共振的材料。舉例來(lái)說(shuō)，用于特征22的合適材料的介電常數(shù)可大致 不等于超透鏡材料的介電常數(shù)。在實(shí)例性實(shí)施例中，其中超透鏡34由銀(在365 nm下 e產(chǎn)-2.4)組成且間隔物材料30由PMMA(ed-+2.4)組成，特征22有利地可由鉻(Ec產(chǎn)-8.55) 組成。特征22同樣可包含其它材料。
超透鏡34中所激發(fā)的表面等離子體重新輻射可由沉積在半導(dǎo)體晶片48上的光敏層 44成像的光。如上文描述且圖3中示意性說(shuō)明，中間層40插入在超透鏡模板14與光敏 層40之間。在各個(gè)實(shí)施例中，中間層40對(duì)包含由超透鏡34透射的波長(zhǎng)的光大致具有 透射性。中間層40還可為光敏材料層44提供一定程度的保護(hù)以免與超透鏡模板14物 理接觸，且還可向超透鏡34提供保護(hù)以免與光敏材料44接觸。
如上所述，在某些實(shí)施例中，中間層40可包含液體或固體層。中間層40可包含有 機(jī)材料。適用于各個(gè)實(shí)施例的有機(jī)材料包括(例如)丙酸環(huán)氧乙酯(EEP)、環(huán)己酮、月 桂酸乙酯(EL)、丙二醇單甲基醚(PGME)或市售的底部抗反射涂層(BARC)。另外， 可使用其它有機(jī)材料。在各個(gè)實(shí)施例中，有機(jī)材料可包含液體或固體材料。此有機(jī)層可
與光敏層44化學(xué)相容，使得光敏材料有效地發(fā)揮作用。為了減少內(nèi)部反射且改進(jìn)輸出 量，中間層40可填充介于超透鏡34與光敏層44之間的區(qū)域，使得它們之間不存在氣 隙。中間層40的折射率還可在數(shù)值上類似于組成光敏層44的材料的折射率，以減少菲 涅耳反射。通過(guò)使所述折射率匹配并消除氣隙，中間層40提供超透鏡34與光敏層44 之間的良好光學(xué)耦合并改進(jìn)光刻系統(tǒng)IO的效率。另外，在某些實(shí)施例中，中間層40包 含可容易從光敏層44移除的材料。包含這些所需特性中的某些或全部特性的有機(jī)涂層 可從許多商業(yè)制造商購(gòu)得，例如科萊恩公司(Clariant Corp.)(北卡羅來(lái)納州夏洛特)、 布魯爾科技公司(Brewer Science, Inc.)(密蘇里州羅拉)、西克瑪艾爾迪希公司 (Sigma-Aldrich Co.)(密蘇里州圣路易斯)、希普利公司(Shipley Co.)(麻薩諸塞州莫 爾伯勒)或東京應(yīng)用化學(xué)工業(yè)有限公司(日本神奈川)。還可使用其它材料。
光刻系統(tǒng)10的一些實(shí)施例可并入有包含一個(gè)以上超透鏡34的超透鏡模板14。在此 些實(shí)施例中，超透鏡34可通過(guò)間隔物層30而彼此分離，所述間隔物層30可包含相同 或不同的介電材料。在一個(gè)實(shí)施例中，所述間隔物層30中的一者包含用于所述操作波 長(zhǎng)的增益介質(zhì)?？筛淖兂哥R34的數(shù)目、厚度和分離以便減少衍射并增加特征22的圖 像的分辨率。舉例來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，可將單個(gè)40nm超透鏡替換為兩個(gè)20nm超 透鏡或四個(gè)10nm超透鏡，其每一者通過(guò)介電材料(例如PMMA)層而分離。多種其它 布置和設(shè)計(jì)是可能的。
圖4A示意性說(shuō)明近場(chǎng)光刻系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例。光源50提供具有操作波長(zhǎng) i的光 (由箭頭54表示)以在沉積于半導(dǎo)體晶片48上的光敏層44中形成特征22的圖像。光 源50的操作波長(zhǎng)經(jīng)選擇為適用于曝光光敏層44，所述光敏層44可包含光致抗蝕劑。一 般來(lái)說(shuō)，操作波長(zhǎng)可在從約100nm到約800 nm的范圍內(nèi)，從遠(yuǎn)紫外區(qū)延伸穿過(guò)電磁波 頻譜的可見光部分。在一些實(shí)施例中，可使用紅外線操作波長(zhǎng)。
在某些實(shí)施例中，光刻系統(tǒng)10可使用相對(duì)便宜的高壓蒸汽燈。舉例來(lái)說(shuō)，各個(gè)優(yōu) 選實(shí)施例可使用高壓蒸汽光源50，其以約365 nm或580nm的操作波長(zhǎng)發(fā)射光。或者， 可使用較短波長(zhǎng)光源(例如準(zhǔn)分子激光器)。然而，因?yàn)椴僮鞑ㄩL(zhǎng)可包含可見光波長(zhǎng)， 所以可使用與準(zhǔn)分子激光器光源相比具有較高效率和較低維修成本的光源。另外，與深 紫外線光刻中所使用的化學(xué)放大型抗蝕劑相比，對(duì)可見光波長(zhǎng)(例如汞I線)敏感的某 些光致抗蝕劑更為便宜且相對(duì)于氣載污染物更為穩(wěn)固。同樣可使用其它類型的光源和操 作波長(zhǎng)。
可通過(guò)歷經(jīng)預(yù)定曝光時(shí)間且以預(yù)定曝光通量將光敏層44曝光于所述操作波長(zhǎng)的光 54來(lái)成像所述特征22。曝光時(shí)間和曝光通量可取決于操作波長(zhǎng)、層44的光敏性、特征22的尺寸和超透鏡模板14的輸出量?？墒褂贸Ｒ?guī)的半導(dǎo)體晶片處理技術(shù)來(lái)顯影和蝕刻 光敏層44。在一個(gè)實(shí)施例中，可以8 mW/cn^的通量將模板14整片曝光于具有365 nm 操作波長(zhǎng)的光54持續(xù)60秒鐘時(shí)間。在系統(tǒng)IO的其它實(shí)施例中，可使用其它操作波長(zhǎng)、 曝光通量和曝光時(shí)間。舉例來(lái)說(shuō)，依據(jù)曝光通量而定，曝光時(shí)間可在從數(shù)秒鐘到數(shù)分鐘 的范圍內(nèi)。
光54入射在模板14上，以便產(chǎn)生如本文所述的亞衍射限制圖像。舉例來(lái)說(shuō)，在一 個(gè)實(shí)施例中，可準(zhǔn)確地復(fù)制寬度D"J、到 i/6的特征22而沒有放大或模糊。如圖4A所示 的實(shí)施例中所展示，光源50設(shè)置在超透鏡模板14的正上方；然而，其它配置可為合適 的。舉例來(lái)說(shuō)，光源50可設(shè)置在系統(tǒng)IO的一側(cè)上，且可使用一個(gè)或一個(gè)以上鏡子、棱 鏡、透鏡或其它光學(xué)元件將光54引導(dǎo)到模板14上。光源50的其它配置也是可能的。
半導(dǎo)體晶片48由晶片臺(tái)58支撐，所述晶片臺(tái)58可經(jīng)配置以定位晶片48?？刂破?62可用于控制晶片臺(tái)58相對(duì)于超透鏡模板14的垂直和橫向定位。圖4A中的晶片臺(tái)58 可經(jīng)配置以在水平方向和/或垂直方向上平移。舉例來(lái)說(shuō)，可調(diào)整晶片臺(tái)58，使得半導(dǎo) 體晶片48上的光敏層44在超透鏡模板14的近場(chǎng)中。控制器62可視情況利用反饋系統(tǒng) (未圖示)以幫助定位晶片臺(tái)58并將光敏層44維持在超透鏡34的近場(chǎng)內(nèi)?？刂破?2 可包含計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、 一個(gè)或一個(gè)以上微處理器或適用于控制晶片臺(tái)58的任何 電子元件或設(shè)備。伺服馬達(dá)、步進(jìn)馬達(dá)或壓電驅(qū)動(dòng)裝置可用于移動(dòng)和定位晶片臺(tái)58。在 一些實(shí)施例中，模板14可小于晶片48 (如圖4A所示)，而在其它實(shí)施例中，模板14 可具有相等或更大尺寸。因此，光刻系統(tǒng)10的實(shí)施例可經(jīng)配置以用于全晶片印刷、步 進(jìn)、掃描或其它布置。
可由支撐件(未圖示)相對(duì)于半導(dǎo)體晶片48支撐超透鏡模板14。模板支撐件可以 是固定的，或者其可以是可移動(dòng)的?？墒褂每刂破?2或單獨(dú)的模板控制器(未圖示) 來(lái)控制超透鏡模板14的移動(dòng)和定位。在一些實(shí)施例中，晶片臺(tái)58可以是固定的，且模 板支撐件可經(jīng)配置以相對(duì)于晶片臺(tái)58移動(dòng)超透鏡模板14。模板支撐件可(例如)經(jīng)調(diào) 整以使得半導(dǎo)體晶片48上的光敏層44在超透鏡模板14的近場(chǎng)中。圖4A展示光刻系統(tǒng) IO的實(shí)施例，其中超透鏡模板14定位在半導(dǎo)體晶片48上方。在其它實(shí)施例中，這些組 件的相對(duì)位置可有所不同。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，可將半導(dǎo)體晶片48緊固于晶 片臺(tái)58并設(shè)置在超透鏡模板14上方。
其它配置也是可能的。舉例來(lái)說(shuō)，光刻系統(tǒng)10可以不同形式進(jìn)行配置，且可包括 額外的組件。所述組件的次序和布置可有所不同，且可移除其中某些組件。個(gè)別組件本 身可有所不同。舉例來(lái)說(shuō)，可使用寬陣列的光源50、晶片臺(tái)58和控制器62。光刻系統(tǒng)
10可經(jīng)配置以使用各種各樣的半導(dǎo)體晶片48和光敏層44。可以不同于圖4A中所說(shuō)明 的形式來(lái)布置和配置超透鏡模板14。
在圖4A所說(shuō)明的一個(gè)實(shí)施例中，中間層40可包含沉積在光敏層44上的有機(jī)涂層。 在一些實(shí)施例中，有機(jī)涂層可包含液體或固體涂層。然而，涂層不需要是有機(jī)的。使用 涂層(例如有機(jī)涂層)作為中間層40使得在光刻系統(tǒng)IO中不再需要粘附釋放層，因?yàn)?光敏層44絕不會(huì)與超透鏡模板14接觸。
在各個(gè)實(shí)施例中，中間層40調(diào)整光敏層44相對(duì)于超透鏡模板14的定位。舉例來(lái) 說(shuō)，如此項(xiàng)技術(shù)中眾所周知的，可使用當(dāng)前的測(cè)平技術(shù)來(lái)提供超透鏡34與光敏層44之 間的大致恒定垂直分離。在將晶片臺(tái)58與模板放在一起時(shí)，中間層40可針對(duì)模板14 相對(duì)于光敏材料44的放置提供容限。中間層40還可提供緩沖，且可在將光敏層44帶 到接近超透鏡34的近場(chǎng)中時(shí)防止造成損害。如本文所述，中間層40可提供超透鏡34 與光敏層44之間的良好光學(xué)耦合，以便增加光刻系統(tǒng)IO的效率和輸出量。
中間層40的厚度應(yīng)當(dāng)足夠薄，以使得光敏層44在超透鏡34的近場(chǎng)內(nèi)。在一些實(shí) 施例中，中間涂層40的厚度可在5 nm到1000 nm的范圍內(nèi)?；蛘?，中間層40的厚度 可經(jīng)選擇為在數(shù)值上可與間隔物層30或超透鏡34的厚度相比。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施 例中，中間涂層40可為約40nm厚。在其它實(shí)施例中，中間涂層40的厚度可在從5 nm 到200nm的范圍內(nèi)。在不同實(shí)施例中，涂層40可能更厚或更薄?？赡苡欣氖鞘雇繉?可容易地從光致抗蝕劑44移除。在某些實(shí)施例中，舉例來(lái)說(shuō)，可將涂層洗掉，或可通 過(guò)用化學(xué)溶劑或沖洗劑剝離來(lái)移除涂層。還可采用其它用于移除涂層的技術(shù)。
在一些實(shí)施例中，中間涂層包含多個(gè)層。這些層可具有相似性質(zhì)，如上文相對(duì)于圖 4A所示的涂層40描述。舉例來(lái)說(shuō)，所述層可具有相似的折射率以減少反射。在一些實(shí) 施例中，不同層可具有不同性質(zhì)。舉例來(lái)說(shuō)，所述層中的一者可使得容易從光敏材料釋 放。其它配置也是可能的。
圖4B說(shuō)明光刻系統(tǒng)10的實(shí)施例，其中可使用液體流動(dòng)機(jī)制來(lái)提供中間層40。圖 4B所說(shuō)明的許多組件在形式或功能上大體上類似于圖4A所說(shuō)明的那些組件，且除了關(guān) 于其差異外將不作進(jìn)一步論述。
在圖4B所說(shuō)明的實(shí)施例中，通過(guò)從注射管嘴70注射液體80以使得所述液體80在 超透鏡模板14與涂布有光致抗蝕劑的半導(dǎo)體晶片48之間流動(dòng)來(lái)形成中間層40。通過(guò)吸 收管嘴74來(lái)移除所述液體80。所述吸收管嘴74可使用吸力來(lái)移除液體80。雖然圖4B 中說(shuō)明兩個(gè)管嘴70和74，但其它實(shí)施例可針對(duì)注射和吸收兩者使用一個(gè)或一個(gè)以上管 嘴。在其它實(shí)施例中，可將吸收管嘴74替換為一個(gè)或一個(gè)以上排水管(未圖示)以從
系統(tǒng)10中移除液體80?？刂破?2可用圖4A所描述的大致相同方式控制晶片臺(tái)58的 定位。視情況，控制器62可控制通過(guò)管嘴70和74將液體80注射到系統(tǒng)10中并從系 統(tǒng)10中移除的速率。在一些實(shí)施例中，可使用單獨(dú)的管嘴控制器(未圖示)。
液體80在通過(guò)注射管嘴70注射到系統(tǒng)10中之前可存儲(chǔ)在貯存器(未圖示)中。 在一些實(shí)施例中，液體80的表面張力可提供液體借以在超透鏡34與光敏層44之間的 區(qū)域中擴(kuò)展的物理機(jī)制。注射管嘴70的陣列還可包圍半導(dǎo)體晶片58以提供液體80的 流動(dòng)。在一些實(shí)施例中，由吸收管嘴74移除的液體80在系統(tǒng)10內(nèi)再循環(huán)，而在其它 實(shí)施例中，從系統(tǒng)IO拋棄所移除的液體80。可使用一個(gè)或一個(gè)以上泵(未圖示)來(lái)將 液體80注射到系統(tǒng)10中。在一些實(shí)施例中，控制器62可控制所述泵以便控制液體80 在超透鏡模板14與半導(dǎo)體晶片48之間的流動(dòng)速率。
可使用液體80來(lái)調(diào)整從超透鏡34到光敏層44的光傳送。因此，液體80可具有與 選擇用于光敏層44的材料(例如，光致抗蝕劑)的折射率類似的折射率以減少反射。 另外，液體80可與光敏層44化學(xué)相容，具有大致均勻的密度，且無(wú)污染性。液體80 可對(duì)由超透鏡34透射的波長(zhǎng)的光大致具有透射性，以便提供光刻系統(tǒng)IO的足夠光輸出 量。為了防止寄生反射，液體80有利地可填充超透鏡34與光敏層44之間的區(qū)域，使 得不存在氣隙。
液體80可包含(例如)水，且明確地說(shuō)，經(jīng)凈化并除氣的水。在其它實(shí)施例中， 液體80可包含超臨界的二氧化碳或氯化膽堿。還可使用其它液體。液體80可經(jīng)選擇以 使得其性質(zhì)(例如粘性、密度、透明度、折射率、表面張力、導(dǎo)熱性或熱壓縮性)是合 適的。
如圖4B所說(shuō)明的液體流動(dòng)系統(tǒng)10可容易受到液體80中的氣泡形成的影響，尤其 是在靠近移動(dòng)表面的易空化區(qū)域中。氣泡可導(dǎo)致由于光吸收、反射或散射而造成的圖像 遮斷、像差和異?，F(xiàn)象。因此，需要減少光刻系統(tǒng)IO中的氣泡形成的發(fā)生率。視情況， 一些實(shí)施例可利用溫度控制系統(tǒng)(未圖示)和/或過(guò)濾系統(tǒng)(未圖示)來(lái)控制液體80的 性質(zhì)，以便改進(jìn)(例如)光刻系統(tǒng)10的成像能力。
圖4B中所說(shuō)明的液體流動(dòng)實(shí)施例在此項(xiàng)技術(shù)中通常稱為浸沒式光刻系統(tǒng)的"淋浴" 配置。光刻系統(tǒng)IO的其它實(shí)施例可利用替代性配置，例如"浴缸"或"游泳池"配置， 其中將系統(tǒng)10的全部或部分浸沒或沉浸在液體80中。在光刻系統(tǒng)10的某些實(shí)施例中， 中間層40可包含在光敏材料44上的涂層和液體流動(dòng)機(jī)制。
本文所描述的系統(tǒng)和方法有利地實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體晶片48的圖案化。可曝光包含光致 抗蝕劑的光敏層44，且可將圖案23的圖像印刷在半導(dǎo)體晶片48上。光刻系統(tǒng)10可用于圖案化金屬、半導(dǎo)體和絕緣層，且用于控制對(duì)此些層的部分的摻雜或合金，如此項(xiàng)技 術(shù)中眾所周知的。所述系統(tǒng)和方法同樣可用于廣泛范圍的其它半導(dǎo)體裝置制造應(yīng)用。雖 然已經(jīng)關(guān)于以光刻方式圖案化半導(dǎo)體晶片48論述了本文所述的系統(tǒng)和方法，但所述系 統(tǒng)和方法可用于其它應(yīng)用中，例如以圖案化其它類型的樣本或產(chǎn)品。其它類型的應(yīng)用同 樣是可能的。
有利的是，可通過(guò)本系統(tǒng)和方法來(lái)提供高分辨率的亞衍射限制光刻成像。然而，所 述系統(tǒng)和方法同樣可適用于低分辨率圖案化。光刻系統(tǒng)10還可與其它類型的等離子體 透鏡一起使用。本文所描述的系統(tǒng)和方法的優(yōu)點(diǎn)是其在半導(dǎo)體裝置的商業(yè)制造中的簡(jiǎn)單 使用。
上文已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例。雖然己經(jīng)參看這些具體實(shí)施例描述了本發(fā) 明，但希望所述描述內(nèi)容說(shuō)明本發(fā)明而不希望為限制性的。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可在不 脫離如所附權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的真正精神和范圍的情況下作出各種修改和應(yīng) 用。
權(quán)利要求
1.一種光刻系統(tǒng)，其用于曝光具有第一折射率并響應(yīng)于具有波長(zhǎng)λ的光的光敏材料，所述系統(tǒng)包含多個(gè)特征，其對(duì)所述光不透明；介電材料，其設(shè)置在所述多個(gè)不透明特征的前方，所述介電材料對(duì)所述光大致具有透射性；超透鏡，其設(shè)置在所述介電材料的前方且在所述光敏材料的后方；以及中間層，其介于所述超透鏡與所述光敏材料之間，所述中間層包含對(duì)所述光大致具有透射性的材料，所述材料不同于所述光敏材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光刻系統(tǒng)，其中所述光敏材料包含光致抗蝕劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光刻系統(tǒng)，其中所述光包含可見光或紫外光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述多個(gè)特征包含金屬。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光刻系統(tǒng)，其中所述金屬包含鉻。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述特征具有小于所述 波長(zhǎng)X的寬度，且相鄰特征間隔開小于所述波長(zhǎng) i的距離。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光刻系統(tǒng)，其中所述寬度和間隔為約 l/6或更小。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述多個(gè)特征形成在對(duì) 所述光透明的襯底上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光刻系統(tǒng)，其中所述多個(gè)特征在所述襯底的前方。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述介電材料包含聚甲 基丙烯酸甲酯。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述介電材料具有小 于約100納米的厚度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述超透鏡包含金屬。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光刻系統(tǒng)，其中所述金屬包含銀、金或鉑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1到13中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述介電材料具有第 一復(fù)介電常數(shù)，且所述超透鏡包含具有第二復(fù)介電常數(shù)的材料，所述第二復(fù)介電常 數(shù)不同于所述第一介電常數(shù)，使得可由所述光產(chǎn)生表面等離子體。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1到13中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述介電材料具有第 一復(fù)介電常數(shù)，且所述超透鏡包含具有第二復(fù)介電常數(shù)的材料，所述第一復(fù)介電常 數(shù)的實(shí)數(shù)部分與所述第二復(fù)介電常數(shù)的實(shí)數(shù)部分具有相反正負(fù)號(hào)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的光刻系統(tǒng)，其中所述第一復(fù)介電常數(shù)的所述實(shí)數(shù)部分為正。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的光刻系統(tǒng)，其中所述第一介電常數(shù)的所述實(shí)數(shù)部分的 絕對(duì)值大致等于所述第二介電常數(shù)的所述實(shí)數(shù)部分的絕對(duì)值。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1到17中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述超透鏡具有最靠 近所述多個(gè)不透明特征的表面，所述表面在所述多個(gè)不透明特征的近場(chǎng)中。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的光刻系統(tǒng)，其中所述表面與所述多個(gè)不透明特征分離小于 約100納米的距離。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的光刻系統(tǒng)，其中所述表面與所述多個(gè)不透明特征分離小于 約50納米的距離。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1到20中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述光敏材料具有最 靠近所述超透鏡的表面，所述表面在所述超透鏡的近場(chǎng)中。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的光刻系統(tǒng)，其中所述光敏材料與所述超透鏡分離小于約100 納米的距離。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的光刻系統(tǒng)，其中所述光敏材料與所述超透鏡分離小于約50 納米的距離。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1到23中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述中間層具有足以 保護(hù)所述光敏材料免受由于與所述超透鏡接觸而造成的損害的厚度。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的光刻系統(tǒng)，其中所述中間層為非永久性的，使得可在不損 害所述光敏材料的情況下將所述超透鏡與所述光敏材料分離。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的光刻系統(tǒng)，其中所述中間層具有小于約IOO納米的厚 度。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的光刻系統(tǒng)，其中所述中間層具有小于約50納米的厚度。
28. 根據(jù)權(quán)利要求24到27中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述中間層包含有機(jī) 材料。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1到28中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述中間層包含具有 第二折射率的材料，所述第二折射率大致等于所述光敏材料的所述第一折射率。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1到29中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述多個(gè)特征的近場(chǎng) 圖像產(chǎn)生在所述光敏材料中。
31. 根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述超透鏡包含第一 超透鏡和第二超透鏡，其中所述第二超透鏡設(shè)置在所述第一超透鏡的前方且在所述 光敏材料的后方。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的光刻系統(tǒng)，其中所述介電材料包含第一介電材料和第二介電材料，其中所述第二介電材料設(shè)置在所述第一超透鏡的前方且在所述第二超透鏡 的后方。
33. —種光刻系統(tǒng)，其用于將光敏材料曝光于光束，所述系統(tǒng)包含阻擋構(gòu)件，其用于阻擋所述光束的若干部分以形成光圖案； 產(chǎn)生構(gòu)件，其用于用所述光圖案產(chǎn)生等離子體；耦合構(gòu)件，其用于將所述光圖案耦合到所述等離子體產(chǎn)生構(gòu)件中，所述耦合構(gòu)件 對(duì)所述光束大致具有透射性；以及保護(hù)構(gòu)件，其用于保護(hù)所述光敏材料以免接觸所述等離子體產(chǎn)生構(gòu)件，所述保護(hù)構(gòu)件經(jīng)設(shè)置以使得光從所述等離子體向外耦合到所述保護(hù)構(gòu)件中。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的光刻系統(tǒng)，其中所述阻擋構(gòu)件包含多個(gè)對(duì)所述光束的所述 部分不透明的特征。
35. 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的光刻系統(tǒng)，其中所述等離子體產(chǎn)生構(gòu)件包含超透鏡。
36. 根據(jù)權(quán)利要求33到35中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述耦合構(gòu)件包含介 電材料。
37. 根據(jù)權(quán)利要求33到36中任一權(quán)利要求所述的光刻系統(tǒng)，其中所述保護(hù)構(gòu)件包含對(duì) 從所述等離子體向外耦合的所述光大致具有光學(xué)透射性的材料層。
38. —種將光敏材料曝光于光束的方法，所述方法包含阻擋所述光束的若干部分以形成光圖案；傳播所述光圖案；用所述光圖案產(chǎn)生等離子體；將光從所述等離子體向外耦合到介質(zhì)中，所述介質(zhì)對(duì)從所述等離子體向外耦合的 所述光大致具有光學(xué)透射性；以及使用所述介質(zhì)保護(hù)所述光敏材料以免接觸。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中由多個(gè)對(duì)所述光束的所述部分不透明的特征阻擋所述光束的所述部分。
40. 根據(jù)權(quán)利要求38或39所述的方法，其中所述傳播所述光圖案包含將所述光圖案?jìng)?播穿過(guò)介電材料。
41. 根據(jù)權(quán)利要求38到40中任一權(quán)利要求所述的方法，其中用超透鏡產(chǎn)生所述等離子 體。
42. 根據(jù)權(quán)利要求38到41中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述介質(zhì)包含對(duì)從所述等 離子體向外耦合的所述光大致具有光學(xué)透射性的材料層。
43. 根據(jù)權(quán)利要求38到42中任一權(quán)利要求所述的方法，其進(jìn)一步包含在半導(dǎo)體晶片上 方沉積待根據(jù)所述光圖案而圖案化的物質(zhì)，其中在所述待圖案化的物質(zhì)上沉積所述 光敏材料。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其進(jìn)一步包含顯影所述光敏材料； 蝕刻所述物質(zhì)；以及 移除所述光敏材料。
45. 根據(jù)權(quán)利要求38到.44中任一權(quán)利要求所述的方法，其中在所述光敏材料上產(chǎn)生所 述光圖案的近場(chǎng)圖像。
全文摘要
本發(fā)明提供用于近場(chǎng)光刻的系統(tǒng)和方法，其利用表面等離子體共振來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)超過(guò)衍射限制的圖案特征的成像。實(shí)例性近場(chǎng)光刻系統(tǒng)包含等離子體超透鏡模板，所述等離子體超透鏡模板包含多個(gè)待成像到光敏材料上的不透明特征和金屬等離子體超透鏡。所述不透明特征和所述金屬超透鏡由聚合物間隔物層分離。光傳播穿過(guò)所述超透鏡模板以在所述超透鏡的另一側(cè)上形成所述不透明特征的圖像。包含固體或液體材料的中間層插入在所述超透鏡與涂布有光致抗蝕劑的半導(dǎo)體晶片之間，以減少由所述超透鏡模板與所述涂布有光致抗蝕劑的半導(dǎo)體晶片之間的接觸造成的損害。
文檔編號(hào)G03F1/14GK101371193SQ200780002394
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月11日
發(fā)明者杰弗里·L·麥基 申請(qǐng)人:美光科技公司