專利名稱：一種生產(chǎn)超高純水的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)超高純水的方法和裝置。具體說(shuō)，本發(fā)明涉及用于浸沒(méi)式光刻 加工的超純水的生產(chǎn)。此外，本發(fā)明還涉及可以持續(xù)提供超純水以供應(yīng)浸沒(méi)式光刻
設(shè)備的獨(dú)立完整的使用點(diǎn)水箱(point-of-use cabinet)內(nèi)的超純水的生產(chǎn)。本發(fā)明也涉及 能為浸沒(méi)式光刻設(shè)備提供具有預(yù)定折射率的材料的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體設(shè)備因包括越來(lái)越多的組件而變得越來(lái)越復(fù)雜。導(dǎo)致這種復(fù)雜性增加的 一個(gè)明顯因素是光刻技術(shù)的進(jìn)步，使人們能夠印刷更小的特征結(jié)構(gòu)。數(shù)年來(lái)，作為 半導(dǎo)體設(shè)備的主要生產(chǎn)技術(shù)的光刻技術(shù)已經(jīng)遇到許多物理障礙。實(shí)際上，自20世紀(jì) 80年代中期以來(lái)，人們?cè)?jīng)預(yù)計(jì)，作為可行的生產(chǎn)技術(shù)，光刻技術(shù)的終結(jié)指日可待。 然而，每當(dāng)光刻技術(shù)接近極限時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)新的技術(shù)，使該技術(shù)的使用壽命得以延 長(zhǎng)。現(xiàn)在，利用浸沒(méi)式光刻技術(shù)甚至能夠進(jìn)一步顯著延長(zhǎng)光刻技術(shù)的有效性。
光刻技術(shù)需要用到光束，使其透過(guò)掩膜，并使涂覆在半導(dǎo)體晶片上的光敏材料 曝光，從而產(chǎn)生具體所需的層，例如晶體管觸點(diǎn)。曝光和產(chǎn)生整個(gè)IC層后，除去(如 沖洗掉)光敏材料的當(dāng)前可溶部分；留下IC層的負(fù)像。然后可以進(jìn)行進(jìn)一步加工， 如離子注入或淀積，然后除去剩下的光致抗蝕層。如上所述，光學(xué)系統(tǒng)的限制已經(jīng) 接近使用極限很多年了。具體說(shuō)，光刻系統(tǒng)具有分辨極限；即可以實(shí)現(xiàn)由以下瑞利 等式確定的最小特征尺寸
W = k謹(jǐn)A
其中，kl是分辨率，X是曝光輻射的波長(zhǎng)，NA是數(shù)值孔徑。線寬收縮時(shí)，曝光 波長(zhǎng)也收縮。
例如，半導(dǎo)體設(shè)備的技術(shù)發(fā)展水平從1980以來(lái)即具有1.2pm或更大的線寬，釆 用汞燈的G線輸出( ^436nm)可以獲得。而產(chǎn)生0.8nm線寬則需要引入汞燈的I線輸 出( ^365nm)。當(dāng)線寬縮小到350nm時(shí)，可以采用氟化氪(KrF)受激準(zhǔn)分子激光器 ( ^248nm)的曝光輻射源，可以通過(guò)產(chǎn)生130nm線寬來(lái)持續(xù)利用。更普遍地，90nm 線寬則需要引入氟化氬(ArF)受激準(zhǔn)分子激光器( ^193nm)。甚至可以用氟(F2)受激準(zhǔn)分子激光器( ^157nm)產(chǎn)生更小的線寬，但仍有許多技術(shù)上的挑戰(zhàn)留待攻克。例如， 由于小于193nm的波長(zhǎng)會(huì)被透鏡材料吸收，通常是被溶凝硅石吸收，因而需要將光 學(xué)曝光系統(tǒng)變?yōu)槿瓷涔鈱W(xué)系統(tǒng)。全反射透鏡曝光系統(tǒng)代表著新設(shè)備的顯著成本以 及新技術(shù)問(wèn)題有待解決。
盡管曝光波長(zhǎng)減小了，透鏡設(shè)計(jì)改良能增加曝光系統(tǒng)透鏡的NA。例如，20世 紀(jì)80年代中期，NA值通常約為0.4，而最近則可以獲得大于0.8的NA值。當(dāng)利用 空氣作為透鏡和晶片之間的介質(zhì)時(shí)，NA的物理極限是1，而實(shí)際極限接近0.9。
瑞利等式中的第三個(gè)要素kl是多個(gè)變量的復(fù)合因子，包括光刻膠品質(zhì)、離軸照 明、分辨增強(qiáng)和光學(xué)近似修正。雖然有人認(rèn)為kl因子的實(shí)際下限約為0.25，但隨著 系統(tǒng)的改進(jìn)，它還是不斷下降。
利用上述限制，可以采用以下瑞利等式來(lái)計(jì)算193nm曝光系統(tǒng)的分辨率極限
W=(0.25 x 193)/0.9=54nm
因此，高度優(yōu)化的ArF曝光系統(tǒng)可能足以產(chǎn)生65nm的線寬，但不能產(chǎn)生預(yù)測(cè) 的45nm線寬。與157nm和更短波長(zhǎng)的曝光系統(tǒng)有關(guān)的技術(shù)挑戰(zhàn)使得非常需要擴(kuò)展 利用193nm曝光系統(tǒng)。
能夠延長(zhǎng)193nm系統(tǒng)使用壽命的潛在方法是采用浸沒(méi)式光刻。浸沒(méi)式光刻在投 影透鏡和晶片之間加入薄層介質(zhì)，例如水，以便印上更窄的線條。具體來(lái)講，可以 通過(guò)采用除空氣以外的介質(zhì)來(lái)增加瑞利等式中的NA。如上所述，當(dāng)用空氣作為透鏡 和晶片間的介質(zhì)時(shí)，NA的物理極限是1。這是因?yàn)镹A由以下等式確定
NA=nsina=d/(2//)
其中，n是透鏡周圍介質(zhì)的折射率，a是透鏡的受光角。任何角度的正弦值總是 《1，而空氣的11=1，因此，空氣基系統(tǒng)的物理極限是l。然而，通過(guò)采用折射率大 于1的介質(zhì)，就有可能增加NA。然而，除了更高的折射率外，該介質(zhì)還必須在193nm 處具有低光學(xué)吸收性，能與光刻膠和透鏡材料兼容，并且是均質(zhì)的和無(wú)污染的。超 純水滿足所有這些要求；其折射率n"1.47，在高達(dá)6mm的工作距離時(shí)其吸收率< 5%，能與光刻膠和透鏡兼容，且具有均質(zhì)和無(wú)污染的性質(zhì)。通過(guò)使用超純水和假設(shè) sina為0.9，然后可以根據(jù)以下瑞利等式計(jì)算193nm浸沒(méi)式光刻的分辨率極限
W=kl入/nsina=(0.25 x 193)/(1,47 x .9)=37nm
因此，用超純水作為透鏡和晶片間的介質(zhì)能夠擴(kuò)展193nm系統(tǒng)。由于水的折射 率與溶凝硅石透鏡材料的折射率非常接近，因而它從透鏡進(jìn)入水中比它進(jìn)入空氣基 系統(tǒng)所產(chǎn)生的光線偏折小，因此還能獲得其它優(yōu)點(diǎn)。這使得可能通過(guò)構(gòu)造能夠收集更多光線的更大透鏡來(lái)增加NA。
然而，為了使該項(xiàng)技術(shù)有效，水介質(zhì)必須是超純水且必須滿足許多要求，如， 基本上沒(méi)有污染，沒(méi)有顆粒雜質(zhì)或溶解氣體、氣泡，溫度和厚度均勻。
本領(lǐng)域仍然需要改進(jìn)提供超純水的技術(shù)，具體用于浸沒(méi)式光刻來(lái)形成完整電路。
發(fā)明概述
本發(fā)明提供了供應(yīng)超純水以滿足用于浸沒(méi)式光刻的需求的設(shè)備和方法。 此外，本發(fā)明還涉及供應(yīng)超純水的系統(tǒng)，其包括流控制，其中超純水滿足浸沒(méi) 式光刻的需求。
此外，本發(fā)明還涉及能供應(yīng)超純水且可容納于單個(gè)空箱中以便遞送到浸沒(méi)式光 刻設(shè)備的系統(tǒng)。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明


圖1是本發(fā)明裝置的一實(shí)施方式的示意圖。
圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式的示意圖，其中，通過(guò)光刻設(shè)備支持箱將超純水提供 給浸沒(méi)式光刻設(shè)備。
圖3是本發(fā)明一實(shí)施方式的示意圖，其中，超純水被直接供應(yīng)到浸沒(méi)式光刻設(shè)備。
圖4是本發(fā)明一實(shí)施方式的示意圖，其中，超純水與其它流體相結(jié)合。 圖5是本發(fā)明另一實(shí)施方式的示意圖，其中，超純水與其它流體相結(jié)合。 發(fā)明詳述
有許多方法可以純化水，包括過(guò)濾、反滲透、去離子、脫氣和曝光于紫外線下。 這些加工工藝中的每種能解決不同的純化需要。例如，采用過(guò)濾除去顆粒物 (particulatemater)和雜質(zhì)。可以用不同的過(guò)濾器來(lái)過(guò)濾不同粒度的顆粒和雜質(zhì)，并且 可用于多步純化工藝中，以確保完全除去顆粒和雜質(zhì)。
擴(kuò)散是分子從較高濃度區(qū)段向較低濃度區(qū)段的運(yùn)動(dòng)。滲透包括水通過(guò)半透膜從 較低濃度向較高濃度擴(kuò)散的過(guò)程。膜能讓水通過(guò)卻阻擋離子和大分子通過(guò)，如細(xì)菌、 熱原和無(wú)機(jī)固體，直到膜兩邊獲得相等濃度。反滲透用壓力驅(qū)動(dòng)水抵抗天然滲透流 向，即從較高濃度向較低濃度。換句話說(shuō)，可通過(guò)施加壓力和推動(dòng)水穿透能阻斷離 子和大分子通過(guò)的膜而將反滲透用于純化水。利用反滲透的一個(gè)例子是淡化海水。 然而，反滲透無(wú)法排除大部分溶解氣體。有許多因素會(huì)影響反滲透作用，包括給水 參數(shù)、壓力、pH、 LSI(朗格利爾(Langlier)飽和指數(shù))、膜參數(shù)、溫度、SDI(淤泥密 度指數(shù))和濁度。利用去離子作用，讓水通過(guò)離子交換樹(shù)脂床或柱來(lái)純化陽(yáng)離子(正電荷如鈉
(Na+)、藥(Ca++)和鎂(Mg++))和陰離子(負(fù)電荷如氯(Cl-)、硫酸根(S04-)和碳酸氫根 (HC03-))。陽(yáng)離子樹(shù)脂包含用來(lái)交換正電荷離子的氫(H+)，而陰離子樹(shù)脂包含用來(lái)交 換負(fù)電荷離子的氫氧根(OH-)。然后所釋放的氫和氫氧根結(jié)合形成水分子?？梢栽讵?dú) 立的床內(nèi)進(jìn)行去離子，此時(shí)反應(yīng)是獨(dú)立的，且通常是不完全的，或者在混合床內(nèi)進(jìn) 行，此時(shí)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，得到的水實(shí)質(zhì)上不含離子。去離子作用能夠很好地除去溶 解的固體和氣體離子。
采用脫氣技術(shù)來(lái)除去水中的氣體。采用膜接觸器，如微孔中空纖維膜使液相和 氣相直接接觸。這些膜是疏水性的，因而水不會(huì)流出各孔。操作時(shí)，水會(huì)流到膜外 側(cè)，而氣體會(huì)流到中空纖維內(nèi)側(cè)，然后可以被除去。脫氣能很好地除去氣體，例如 氧氣和二氧化碳。
還可以通過(guò)曝光于紫外線下來(lái)純化水。這種曝光會(huì)產(chǎn)生臭氧，它是高效的氧化 劑。臭氧可用于消滅藻類、病毒和細(xì)菌，產(chǎn)生無(wú)害的副產(chǎn)品。此外，臭氧還能分解 其它化學(xué)物質(zhì)，作為絮狀物來(lái)懸浮溶解的固體，以便經(jīng)過(guò)濾輕易地將它們除去。臭 氧的另一優(yōu)點(diǎn)是它能氧化氯和溴的組合，將它們從水中除去。
可用作浸沒(méi)式光刻介質(zhì)的水必須是超純的，還必須可以容易地供應(yīng)到光刻設(shè)備。 具體來(lái)講，超純水必須在非常嚴(yán)格的容許規(guī)格內(nèi)，以便達(dá)到浸沒(méi)式光刻系統(tǒng)所需的 性能水平。例如，超純水應(yīng)該具有恒定的折射率，粒子濃度小于O.lum。此外，超純 水應(yīng)該不含氣泡，具有熱穩(wěn)定性(AT 0.05K)。可以由工藝操作者確定具體的浸沒(méi)式 光刻加工所需的具體參數(shù)。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法能夠提供滿足上述任何參數(shù)的超純 水。
本發(fā)明能穩(wěn)定持續(xù)地將超純水供應(yīng)到浸沒(méi)式光刻設(shè)備，由此幫助保證持續(xù)可重 復(fù)的光刻過(guò)程。本發(fā)明提供了按浸沒(méi)式光刻所需的水平提供水的設(shè)備和方法，還提 供了可以容納全部必需純化單元的單箱。具體說(shuō)，本發(fā)明包括多個(gè)純化單元的組合， 其中每個(gè)純化單元均提供了滿足浸沒(méi)式光刻所需的超純度的不同純化功能。
例如，本發(fā)明一實(shí)施方式如圖1所示，其中單箱100中容納了許多不同的純化 單元。如圖1所示為預(yù)濾器101、反滲透單元102、去離子拋光器103、紫外線單元 104、第二過(guò)濾器105、脫氣裝置106和超濾器107。其它元素包括儲(chǔ)存容器110和 泵120。在圖l所示的實(shí)施方式中，將可由當(dāng)?shù)毓┧到y(tǒng)提供的原始水引入箱100， 首先由過(guò)濾器101過(guò)濾。然后通過(guò)反滲透單元102處理預(yù)過(guò)濾水，除去一些離子和 大分子，然后運(yùn)送到浸沒(méi)式光刻設(shè)備所需的儲(chǔ)存容器110。如果需要，可以將儲(chǔ)存容器110中的水泵送到去離子拋光器103，以除去溶解的固體和氣體離子。然后該去離 子水經(jīng)紫外線單元104處理，以除去其它雜質(zhì)，且可以由第二過(guò)濾器105除去懸浮 溶解的固體。然后由脫氣裝置106對(duì)經(jīng)加工的水進(jìn)行脫氣，最后用超濾器107過(guò)濾 后流出箱100，作為超純水準(zhǔn)備好用于浸沒(méi)式光刻設(shè)備。如果需要，如在預(yù)定時(shí)間段 后，如果浸沒(méi)式光刻設(shè)備不需要時(shí)，反滲透單元102和儲(chǔ)存容器110還能將水從箱 100排到合適的排水溝。
如圖1所示的實(shí)施方式只是示出的純化單元的一種配置，還可以采用其它配置。 例如，預(yù)濾器或反滲透器可以安裝在箱100的外部，經(jīng)原始加工的水可以儲(chǔ)存在遠(yuǎn) 離箱100的容器內(nèi)，直到浸沒(méi)式光刻設(shè)備需要。
圖2和3顯示了本發(fā)明的不同配置。具體說(shuō)，在圖2所示的實(shí)施方式中，超純 水離開(kāi)箱100后首先遞送經(jīng)過(guò)光刻支持箱200，再被引入浸沒(méi)式光刻設(shè)備300。如圖 3所示的實(shí)施方式將超純水從箱100直接引入浸沒(méi)式光刻設(shè)備300。設(shè)備中還可以包 括其它操作控制元件，例如，壓力和溫度控制設(shè)備、流體流速控制設(shè)備、閥(手動(dòng)、 切斷、氣動(dòng))、混合器或攪拌器、流量限制器、止逆闊、流量計(jì)和pH探測(cè)器。
在本發(fā)明另一方面，可以往超純水中加入摻雜劑來(lái)進(jìn)一步改變折射率和提供具 體的線寬性能。為了產(chǎn)生效果，水仍然必須滿足上述要求，此外，還要提供流量控 制設(shè)備和混合工具來(lái)滿足浸沒(méi)式光刻的需求，并維持持續(xù)介質(zhì)以獲得持續(xù)可重復(fù)的 光刻結(jié)果。
具體說(shuō)，本發(fā)明提供了為浸沒(méi)式光刻加工供應(yīng)水和一種或多種摻雜劑的裝置和 方法。該系統(tǒng)包括針對(duì)超純水和針對(duì)每種摻入的摻雜劑的流量控制器。流量控制器 可以是能夠測(cè)量和控制每種摻入流體的具體體積的任何設(shè)備或系統(tǒng)。此外，本發(fā)明 的裝置和方法具有混合能力，保證能夠在遞送到浸沒(méi)式光刻設(shè)備前充分和適當(dāng)?shù)鼗?合流體。
可以選擇當(dāng)與超純水結(jié)合后能滿足折射率的摻雜劑。摻雜劑必須能夠與超純水 兼容和混合，還必須滿足如上所述用于浸沒(méi)式光刻中的任何介質(zhì)的要求，即193nm 處光學(xué)吸收低，能與光刻膠和透鏡材料兼容，均質(zhì)和無(wú)雜質(zhì)。
圖4顯示了本發(fā)明的一實(shí)施方式，其中將多種流體，包括超純水提供到浸沒(méi)式 光刻設(shè)備300。具體說(shuō)，圖4包括針對(duì)每種待摻入流體，如超純水和其它流體如摻雜 劑的流量控制器400。摻雜劑在進(jìn)入它們各自的流量控制器400前可以先經(jīng)純化。流 量控制器400能測(cè)量和控制所摻入的每種流體的具體體積，使它們滿足浸沒(méi)式光刻 設(shè)備對(duì)所需摻入流體的要求。圖5顯示了本發(fā)明的另一實(shí)施方式，其中包括混合設(shè)備500，它能混合從流量 控制器400流出的流體，然后將它們遞送到浸沒(méi)式光刻設(shè)備300。
通過(guò)采用本發(fā)明的裝置和方法，可以持續(xù)產(chǎn)生滿足浸沒(méi)式光刻需求的超純水。 此外，通過(guò)在單箱，如使用點(diǎn)水箱內(nèi)提供所有的純化單元，可以更便利和以更經(jīng)濟(jì) 地方式提供超純水。
可以預(yù)期，技術(shù)人員根據(jù)上面的描述和實(shí)施例可以容易地知道本發(fā)明的其它實(shí) 施方式和變型，請(qǐng)理解這類實(shí)施方式和變型同樣包括在如附加權(quán)利要求書所提出的 本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種為浸沒(méi)式光刻設(shè)備提供超純水的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括與供水系統(tǒng)流體相通的預(yù)濾器；與預(yù)濾器流體相通的反滲透單元；與反滲透單元流體相通的去離子單元；與去離子單元流體相通的紫外線單元；與紫外線單元流體相通的過(guò)濾器；與過(guò)濾器流體相通的脫氣裝置；和與脫氣裝置流體相通的超濾器；其中超純水從超濾器排出系統(tǒng)，可用于浸沒(méi)式光刻設(shè)備。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)容納于單箱中。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述箱是使用點(diǎn)水箱。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括 與反滲透單元流體相通的儲(chǔ)存容器；和 與儲(chǔ)存容器和去離子單元流體相通的泵。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)容納于單箱中。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述箱是使用點(diǎn)水箱。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述去離子單元、紫外線單元、過(guò) 濾器、脫氣裝置和超濾器均容納于單箱中。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述箱是使用點(diǎn)水箱。
9. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反滲透單元和超濾器與系統(tǒng)排 水溝流體相通。
10. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)存容器與系統(tǒng)排水溝流體相通。
11. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括將摻雜劑加入超純水的工具。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工具包括流量控制器。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工具還包括混合工具。
14. 一種用于浸沒(méi)式光刻過(guò)程的超純水的制備方法，所述方法包括 經(jīng)預(yù)過(guò)濾處理供應(yīng)的水以獲得預(yù)過(guò)濾水；經(jīng)反滲透處理預(yù)過(guò)濾水以除去離子和大分子； 經(jīng)紫外線處理來(lái)自反滲透加工的水以除去雜質(zhì)和懸浮固體； 經(jīng)過(guò)濾處理來(lái)自紫外線加工的水以獲得過(guò)濾水； 經(jīng)脫氣處理過(guò)濾水來(lái)獲得脫氣的水； 經(jīng)超濾處理來(lái)自脫氣加工的水獲得超純水。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括 儲(chǔ)存來(lái)自反滲透加工的水，直到浸沒(méi)式光刻加工需要使用。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括 將摻雜劑加入超純水。
17. —種為浸沒(méi)式光刻設(shè)備提供具有具體預(yù)定折射率的介質(zhì)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括超純水源；至少一種摻雜劑材料源；和將超純水和至少一種摻雜劑材料混合以獲得介質(zhì)的工具。
18. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述混合工具包括針對(duì)超純水和 所述至少一種摻雜劑材料中每種材料的獨(dú)立流量控制器。
19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工具還包括混合工具。
20. —種為浸沒(méi)式光刻設(shè)備提供具有具體預(yù)定折射率的介質(zhì)的方法，所述方法包括提供精確量的超純水；和將精確量的至少一種摻雜劑材料加入超純水以獲得介質(zhì)。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，采用針對(duì)超純水和所述至少一種 摻雜劑材料中每種材料的獨(dú)立流量控制器進(jìn)行所述加入操作。
22. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括 將超純水和至少一種摻雜劑材料進(jìn)行混合。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)超高純水，具體是用于浸沒(méi)式光刻加工的超純水的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明一實(shí)施方式中，提供了可以持續(xù)提供超純水以供應(yīng)浸沒(méi)式光刻設(shè)備的獨(dú)立完整的使用點(diǎn)水箱(point-of-use cabinet)。本發(fā)明也涉及能為浸沒(méi)式光刻設(shè)備提供具有預(yù)定折射率的材料的系統(tǒng)和方法。
文檔編號(hào)C02F1/00GK101443276SQ200680043226
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2006年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者N·威登 申請(qǐng)人:液化空氣電子美國(guó)有限公司