CN100552877C - 蚀刻装置、浸润槽及蚀刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蚀刻装置，包括一成像镜片模块；位于该成像镜片模块下方的一基板平台，以握持一基板；用于限制流体于介于成像镜片模块与位于该基板平台上的一基板间的一空间处的一流体保存模块；以及整合于该流体保存模块内且邻近于上述空间处的一加热元件。本发明另外提供了一种浸润槽及一种蚀刻方法。

Description

蚀刻装置、浸润槽及蚀刻方法

技术领域

本发明涉及半导体制造相关技术，尤其与一种蚀刻装置及其洁净方法有关。

背景技术

随着半导体制造继续往如65纳米、45纳米或更小的尺寸微缩时，将改采用浸润式蚀刻方法(immersion lithography methods)以解决所遭遇的制造问题。然而，在施行浸润式蚀刻系统(immersion lithography system)进行曝光程序时，于不同位置处所产生的蒸发效应(evaporation effects)及其它关于浸润流体的其它效应将于工艺中造成晶片的降温。因此，便需要设置一加热器于用于温度补偿用的一浸润槽(immersion hood)内并密封之。然而，浸润槽的密封开口(sealing opening)直接接触浸润流体。上述密封开口处的密封物(sealant)因而成为一微尘(particle)来源并进而可能导致浸润流体(immersion fluid)、浸润式蚀刻系统的污染，且可能污染了工艺过程中处理的晶片及/或造成在晶片上的蚀刻曝光缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种蚀刻装置、浸论槽及蚀刻方法，以改进前述的公知技术中存在的问题。

依据一实施例，本发明提供了一种蚀刻装置，包括：

一成像镜片模块；位于该成像镜片模块下方的一基板平台，以握持一基板；用于限制流体于介于成像镜片模块与位于该基板平台上的一基板间的一空间处的一流体保存模块；以及整合于该流体保存模块内且邻近于上述空间处的一加热元件。该加热元件包括：一密封开口，该密封开口设置于该流体保存模块的一顶端部或一侧壁部；以及一密封物，用于密封该密封开口，以密封该流体保存模块内的该加热元件，该密封物不溶于该流体；该加热元件的多个部分，可局部地操作以控制温度。

在上述实施例中，该密封物的材料可选择自由合金、陶瓷、聚合物以及上述材料的组合所组成的群组群组。该密封开口可具有介于1～10厘米的尺寸。该加热单元的加热方式可选择自由线圈加热、流体加热、灯泡加热或上述方式的组合所组成群组。该加热元件具有少于该流体保存模块径长宽度1/15的一壁厚度。该加热元件可包括位于该流体保存模块内的多个加热部。该加热元件的形状可选择自由圆形、弯曲形、直线形、弧形及上述形状的组合所组成群组。该加热元件可包括由位于该流体保存模块中的两个弯曲加热部及四个弯曲加热部所组成的一圆形型态。

依据另一实施例，本发明提供了一种浸润槽，适用于浸润式蚀刻装置，包括：

一流体保存模块，以供应用于该浸润型蚀刻工艺的一流体；以及一加热元件，整合于该流体保存模块内。该加热元件包括：一密封开口，该密封开口设置于该流体保存模块的一顶端部或一侧壁部；一密封物，用于密封该密封开口，以密封该流体保存模块内的该加热元件，该密封物不溶于该流体；以及一非均匀温度补偿装置，整合于该加热元件上。

在前述浸润槽中，该流体保存模块包括分别设置于该流体保存模块的一底部的一第一流体供应单元以及一第二流体供应单元，以分别供应一第一流体与一第二流体。该第一流体包括一浸润流体。该第二流体包括空气。该密封物的材料选择自由合金、陶瓷、聚合物以及上述材料组合物所组成的群组。该加热单元的加热方式选择自由线圈加热、流体加热、照射源加热或上述加热方式组合所组成的群组。该加热元件包括多个加热部，以非均匀地提供一非均匀温度补偿作用。

依据又一实施例，本发明提供一种蚀刻方法，包括下列步骤：

提供一蚀刻装置，该蚀刻装置包括整合在一起的一流体保存模块与一加热元件；通入一浸润流体至位于一成像镜片模块与欲图案化的一基板间的一空间处；通过控制该加热元件以加热该浸润流体与该基板；以及对该基板施行一曝光程序并通过该浸润流体。

上述加热元件选择自下列群组之一：为不溶于该浸润流体的一密封物而密封于该流体保存模块内的该加热元件；为设置于该流体保存模块内的一顶部及侧部的一密封开口所密封的该加热元件；以及具有多个用于局部温度控制的加热部的该加热元件。

为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1a与图1b为一系列剖面图，分别显示了依据本发明的不同实施例中的整合有加热元件的一浸润式蚀刻系统；

图2显示了依据本发明一实施例的整合有加热元件的浸润式蚀刻系统的俯视情形；

图3a-3e为一系列俯视图，分别显示了依据本发明不同实施例中的整合有加热元件的一浸润式蚀刻系统；

图4为一流程图，显示了依据本发明一实施例的一种整合有加热元件的浸润式蚀刻系统的操作方法。

其中，附图标记说明如下：

100～浸润式蚀刻系统；

110～基板平台；

120～成像镜片系统；

130～浸润流体保存模块；

140～第一流体；

152～浸润流体入口；

154～浸润流体出口；

156、158～孔洞；

162a、162b～第二流体入口；

164a、164b、166a、166b～孔洞；

168a、168b～第二流体出口；

170～加热元件；

170a、170b、170c～加热线圈/流体通道；

170d～加热线圈；

180～密封开口；

192～流体保存模块130的顶部；

194～流体保存模块130的侧部；

196～流体保存模块130的底部。

具体实施方式

请参照图1的示意图，显示了依据本发明一实施例的一浸润式蚀刻系统100。在此，浸润式蚀刻系统100包括一基板平台(substrate table)110，其用于握持被浸润式蚀刻系统100所处理的一基板，并以此图案化该基板。基板平台110可为一基板台(substrate stage)或包括一基板台的一构件。基板平台110可固定上述基板并使基板对应浸润式蚀刻系统100可移动。举例来说，基板平台110可移动或旋转而用于基板的对准、步阶移动与扫瞄移动。另外，基板平台110可包括适用于施行精准移动的多种构件。

基板平台110可握持一基板并通过浸润式蚀刻系统100而工艺处理该基板，上述基板例如为一硅晶片的一半导体晶片。或者，半导体晶片包括一元素态半导体、一化合物半导体、一合金半导体或上述材料的组成。半导体晶片可包括如多晶硅、金属及或介电材料等之一或多个可图案化的材料膜层。上述基板可还包括形成于其上的一成像膜层，例如为对于制造图案的曝光程序有反应的一光阻剂膜层(阻剂层、光敏感性膜层、图案化膜层)。上述成像膜层可为一正型或负型的阻剂材料且可具有一多层结构。上述阻剂材料例如为一化学增幅型(chemical amplifier，CA)阻剂。

浸润式蚀刻系统100包括设置于基板平台110上的一成像镜片系统120(或称为镜片系统)。于基板平台110上位于镜片系统120下方的位置处可设置一半导体晶片。镜片系统120可还包括或整合于一光照系统(如一聚焦器)中，而上述光照系统可具有单一镜片或多重镜片及/或其它镜片单元。举例来说，上述光照系统可包括微透镜数组、屏蔽及/或其它结构。镜片系统120可还包括具有单一镜片元件或多重镜片元件的一物镜。各别的镜片元件则可包括一透光基板且可还包括多个涂层。透光基板可为一传统物镜，且可采用熔硅、氟化钙、氟化锂、氟化钡或其它适当材料所制成。用于各别镜片元件的材料可基于蚀刻工艺中所使用光线的波长而选择，以最佳化其光吸收与散射表现。

浸润式蚀刻系统100包括用于供应或储存一第一流体140的一浸润流体保存模块130。浸润流体保存模块130大体包括如不锈钢的合金材料。第一流体140大体包括一浸润流体，例如水。浸润流体也可如水溶液、去离子水、气体或其它具有折射率高于水的适当流体。浸润流体内亦可包括有其它添加物。浸润流体保存模块130可设置于紧邻于(如环绕于)镜片系统120处，并具有除了容纳浸润流体用途之外的其它功能。举例来说，流体保存模块130亦可设计用来供应用于驱赶第一流体140的一第二流体(未示出)。第二流体可包括如干空气的一气体。第二流体亦可还包括如经湿润的气体、疏水性流体或者其它的适当流体。

浸润流体保存模块130可具有其它特定构件，例如是用于供应浸润曝光程序用的第一与第二流体及或其它功能的第一与第二流体的多个孔洞与路径。特别地，浸润流体保存模块130可包括作为浸润流体注入口的一浸润流体入口152，以供应并传输浸润流体140至介于镜片系统120与基板平台110上基板间的一空间处。浸润流体保存模块130亦可包括作为浸润流体排放口的一孔洞154。此外，浸润流体保存模块130可还包括用于形成浸润流体路径的一孔洞156与158。上述路径由浸润流体入口152通往孔洞156、介于镜片系统120与位于基板平台110上基板的空间、孔洞158与浸润流体出口154等处。再者，浸润流体保存模块130可还包括一第二流体入口162a、一孔洞164a、一孔洞166a以及一第二流体出口168a，以形成用于第二流体的路径。第二流体可自孔洞164a流出，通过介于浸润流体保存模块130与基板平台110上基板间的空间并接着进入孔洞166a。第二流体提供了用于限制位于镜片系统120与基板平台110上的基板间的空间的浸润流体的压力。同样地，浸润流体保存模块130可还包括用于第二流体的额外路径且其可环绕镜片系统120。举例来说，浸润流体保存模块130可还包括一第二流体入口162b、一孔洞164b、一孔洞166b以及一第二流体出口168b，以形成用于第二流体的另一路径。

在此，浸润式蚀刻系统100可包括一加热元件170，其可设置于浸润流体保存模块130内及/或整合于浸润流体保存模块130内。加热元件170用于提供热能至浸润流体140以及设置于基板平台110上的基板处，进而于浸润式蚀刻程序施行时补偿起因于蒸发效应等因素所造成的热能损耗。加热元件170可具有多种结构，例如圆形(circular)、弯曲形(curve)或弧形(arc)等布局情形。

浸润流体保存模块130与加热元件170进而构成了一浸润槽。加热元件170的加热机制可采用线圈加热、如液体或气体的流体加热、如卤素灯的照射加热或上述形式组合的加热机制。于一实施例中，可施加一电流于由导电材料所制备的线圈，因而在一蚀刻程序中产生焦尔热并将之传输至流经镜片系统120与欲工艺处理的基板间的空间处的浸润液体140，因而达成温度的补偿与控制。在另一实施例中，可将加热过的流体导入于浸润流体保存模块130内以此供应加热的能量并控制温度。经加热的流体可包括如水或气体的流体。另外，在另一实施例中，加热元件可采用如卤素灯的一照射源以供应加热的能量。

请参照图2，其显示了一浸润槽的俯视情形，以进一步说明加热元件170的设置情形。为了简化图示起见，在图2中并未显示用于第一与第二流体的各个入口、出口与相关孔洞。加热元件170依照一较佳型态设置于流体保存模块130内，以实现一增温效应。加热元件170可设计具有多个部分(segments)。加热元件170可依照直线形、弯曲形、圆形或弧形等型态设置。加热元件170可具有少于沿流体保存模块130的内部边缘往外部边缘的一径长方向所量测得到的一径向宽度D2的1/15的一墙宽度D1。

此外，流体保存模块130可包括一密封开口180，其用于将加热元件170埋设于流体保存模块130之内。密封开口180可具有介于1～10厘米的一尺寸。密封开口180可设置于流体保存模块130的一顶部192，如图1a所示。或者，如图1b所示，密封开口180可设置于流体保存模块130的一侧部194。由于密封开口位于流体保存模块130内远离流体保存模块130底部196的位置，因此可大体消除来自密封物对于浸润流体的污染情形。在另一范例中，加热元件170系埋置于流体保存模块130内且不具备任何密封开口。举例来说，流体保存模块130可包括两个部份，例如两整体部，其设计且制造为具有用于包括加热元件170于其内的凹口。此两分离的部分可通过焊接、扣连及或其它机械或化学硬化等技术而拼合在一起。

密封开口180可为一密封物所密封，而其所使用的密封物则可共同地或二择一地采用对于浸润液体及/或第二流体为不可溶的一密封材料。用于密封开口180的密封物的材料可包括合金、陶瓷、聚合物等材料、或上述材料的组成。举例来说，合金材料的密封物例如为不锈钢。在另一范例中，陶瓷材料的密封物则例如为石英及/或陶瓷低热传玻璃(zerodur)，聚合物材料的密封物可包括铁氟龙及/或一塑料聚合物。另一实施例中，聚合物密封物可包括经紫外光照射及/或热处理所形成的一交联型聚合物材料。或者，密封开口180可更包括一上盖层(未示出)，其涂布于可溶或不可溶于浸润液流体的一密封物上。此上盖层的材料不溶于浸润流体与第二流体。由于上盖层为不可溶，因此可排除来自位于密封开口180处的密封物的污染。通过采用一不可溶的密封物及/或一不可溶上盖层的使用，密封开口180可还设置于浸润流体保存模块130的底部196处，而于工艺中不会污染浸润流体与基板。

加热元件170的温度补偿设计可采用按照非均态(non-uniform)模式。在一实施例中，加热元件170可包括用于一非均态温度补偿的多个加热部(或部分)。请参照图3a，此时加热元件170包括分别具有大体半圆形外观的两加热线圈170a与170b。于上述两加热线圈170a与170b处分别施加不同的电势能可分别控制上述两线圈并提供不同的加热功率，进而对于流体保存模块130内的两对应区域(如一顶部区与一底部区)内的浸润流体进行温度补偿。因此，于两对应区域内的非均态温度损失可有效地获得补偿。请参照图3b，在另一实施例中，加热元件170则包括大体设计为具有不同直径的两圆形的三个加热线圈170a、170b与170c。于上述加热线圈170a、170b与170c上分别施加不同的电势能则可于浸润流体保存模块130内不同的对应区域(例如一内部区与一外部区)处得到不同的加热功率与温度补偿效应。因此，可有效地对于此两对应区域内的非均态的热能损失进行补偿。请参照图3c，在又一实施例中，加热元件170包括大体依照1/4圆外形所设置的四个加热线圈170a、170b、170c与170d。可于此四个加热线圈170a-170d分别施加不同的电势能，进而提供不同的加热功率并对于浸润流体保存模块130内的四个对应区域达成温度补偿效应，进而实现在此四个对应区域内非均态温度补偿。

请参照图3d，在另一实施例中，加热元件170则包括大体依照一半圆型态所设置的两个别的流体通道170a与170b。经过设计，上述流体通道可分别通过提供具有不同温度、不同流率及或不同压力的加热流体而为提供的加热功率。因此在浸润流体保存模块130内的两对应区域则可接收到不同的加热功率与温度补偿效应。请参照图3e，在另一实施例中，加热元件170则包括大体按照不同直径的圆形型态设置的两流体通道170a与170b。各别的流体通道可流通过具有不同的温度、流率或压力的加热流体。因此，于浸润流体保存模块130内的两对应区域可接收到不同的加热功率与温度补偿效应。于另一实施例中，可更浸润流体保存模块130的多个位置上设置多个如卤素灯泡的照射源，因而形成用于施行局部加热补偿用的一数组。再者，在如图3a-3e所示的多个实施例中，在各区域内的加热功率可依照工艺参数并通过设置于系统100内的一温度传感器所量测到的一局部温度而动态地调整，进而施行一位置相关的温度补偿。

加热元件170可按照众多不同方式与技术而整合于浸润流体保存模块130内。举例来说，加热线圈可于极低温度下缩减成为较小尺寸后，再行埋设于浸润流体保存模块130内侧的一空间处，并接着于一正常温度下于该空间处膨胀并固定于其内。上述低温通过利用液态氮的方式而提供至线圈之处。

具有整合有流体保存模块与加热装置于其内130的浸润槽的一浸润式蚀刻系统100可通过其它不同型态的方式以降低来自于其内密封物的污染，并达成局部的温度补偿以及其它的表现改善。举例来说，浸润式蚀刻系统100可包括用于分别工艺时感测温度、位置与压力等条件的多种传感器，例如为感测工艺中温度的一温度传感器，用于感测基底平台110的位置或介于浸润流体保存模块130与基底平台上的一基板间的距离的一位置传感器，以及用于感测第一与第二流体压力的一压力传感器。基底平台110可还包括多个加热元件，其可整合于其内或为一额外机构，以供应加热过的流体至基板平台处。

浸润式蚀刻系统100可还包括一放射源。放射源可为一适当的深紫外线或极深紫外线光源。举例来说，放射源可为波长为436纳米或365纳米的一水银灯泡、波长为248纳米的一氟化氪(KrF)激光、波长为193纳米的一氟化氩(ArF)激光、波长为157纳米的氟(F₂)激光或者具有一既定波长(例如低于100纳米)的其它光源。

浸润式蚀刻系统100中可采用应用于浸润式蚀刻技术中的一掩模。上述掩模包括一透光基板与一图案化吸收层。透光基板可采用相对无缺陷的熔硅材料，例如为硼硅玻璃与苏打玻璃。透光基板可包括氟化钙及或其它适当的材料。图案化吸收层可形成通过多道工艺与材料所制成，例如为沉积由铬与氧化铁所制成的一金属层，或为含有MoSi、ZrSiO、SiN及/或TiN的一无机薄膜。

图4为一流程图，显示了如浸润式蚀刻系统100的一浸润式蚀刻系统的操作方法200。在操作方法200的初始步骤202中，首先提供具有一流体保存模块与一加热源件整合在一起的一蚀刻装置。蚀刻装置可大体相似于前述的浸润式蚀刻系统100。于浸润式蚀刻装置内可提供并设置一具有既定图案的一掩模。于上述蚀刻装置内的基板平台上亦设置有待处理的一基板。上述基板可为涂布有如光阻层的一成像层的一半导体晶片。

接着进行步骤204，通入如水的一浸润流体至介于成像镜片模块与位于基板平台上的一基板间的空间处。于步骤204中，亦可供应如空气的一第二流体至位于镜片模块与基板间的空间处，以限制浸润流体。

接着进行步骤206，通过控制加热元件以加热浸润流体与基板平台上的基板。加热元件可动态地控制，以均匀地或非均匀地补充供应热能。步骤204与206可依照不同顺序而施行。

接着进行步骤208，对基板施行一曝光程序并穿透浸润流体。于工艺中，可投射如紫外光的一辐射能量并穿过浸润流体至基板处。基板可于不同模式下曝光，例如步阶-扫瞄模式。基板的各区域经步阶地设置而为经投射的紫外光辐射线照射并通过紫外光辐射线的扫瞄而完成曝光。于步骤208中的曝光程序中，来自于步骤206内与于步骤204中加热元件对于上述浸润流体所达成的温度补偿可继续供应。

在步骤202-208施行之前、之后与施行时，其它工艺步骤可额外地或选择地施行。举例来说，可在步骤208的曝光结束后施行阻剂层的硬烤与显影。

以上所述的仅为本发明的较佳可行实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的专利保护范围。

Claims (15)

1.一种蚀刻装置，包括：

一成像镜片模块；

一基板平台，位于该成像镜片模块下方，用于握持一基板；

一流体保存模块，用于限制流体于介于成像镜片模块与位于该基板平台上的一基板间的一空间处；以及

一加热元件，整合于该流体保存模块内，且邻近于上述空间处，其中该加热元件包括：

一密封开口，该密封开口设置于该流体保存模块的一顶端部或一侧壁部；

一密封物，用于密封该密封开口，以密封该流体保存模块内的该加热元件，该密封物不溶于该流体；以及

该加热元件的多个部份，可局部地操作以控制温度。

2.如权利要求1所述的蚀刻装置，其特征在于，该密封物的材料选择自由合金、陶瓷、聚合物以及上述材料的组合所组成群组。

3.如权利要求1所述的蚀刻装置，其特征在于，该密封物的材料选择自由不锈钢、石英、陶瓷低热传玻璃、铁氟龙、塑料聚合物以及上述材料的组合所组成群组。

4.如权利要求1所述的蚀刻装置，其特征在于，该密封开口具有介于1～10厘米的尺寸。

5.如权利要求1所述的蚀刻装置，其特征在于，该加热元件的加热方式选择自由线圈加热、流体加热、灯泡加热或上述方式的组合所组成群组。

6.如权利要求1所述的蚀刻装置，其特征在于，该加热元件具有少于该流体保存模块径长宽度1/15的一壁厚度。

7.如权利要求1所述的蚀刻装置，其特征在于，该加热元件包括位于该流体保存模块内的多个加热部。

8.如权利要求1所述的蚀刻装置，其特征在于，加热元件的形状选择自由圆形、弯曲形、直线形、弧形及上述形状组合所组成的群组。

9.一种浸润槽，适用于一浸润型蚀刻装置，包括：

一流体保存模块，以供应用于该浸润型蚀刻装置的一流体；以及

一加热元件，整合于该流体保存模块内，其中该加热元件包括：

一密封开口，该密封开口设置于该流体保存模块的一顶端部或一侧壁部；

一密封物，用于密封该密封开口，以密封该流体保存模块内的该加热元件，该密封物不溶于该流体；以及

一非均匀温度补偿装置，整合于该加热元件上。

10.如权利要求9所述的浸润槽，其特征在于，该流体保存模块包括分别设置于该流体保存模块的一底部的一第一流体供应单元以及一第二流体供应单元，以分别供应一第一流体与一第二流体。

11.如权利要求10所述的浸润槽，其特征在于，该第一流体包括一浸润流体。

12.如权利要求10所述的浸润槽，其特征在于，该第二流体包括空气。

13.如权利要求9所述的浸润槽，其特征在于，该密封物的材料选择自由合金、陶瓷、聚合物以及上述材料组合物所组成的群组。

14.如权利要求9所述的浸润槽，其特征在于，该加热元件的加热方式选择自由线圈加热、流体加热、照射源加热或上述加热方式组合所组成的群组。

15.一种蚀刻方法，包括下列步骤：

提供一蚀刻装置，该蚀刻装置包括整合在一起的一流体保存模块与一加热元件；

通入一浸润流体至位于一成像镜片模块与欲图案化的一基板间的一空间处；

通过控制该加热元件以加热该浸润流体与该基板；以及

对该基板施行一曝光程序并通过该浸润流体，其中该加热元件包括：

不溶于该浸润流体的一密封物而密封于该流体保存模块内的该加热元件；

设置于该流体保存模块顶部或侧部的一密封开口所密封的该加热元件；以及

具有多个用于局部温度控制的加热部的该加热元件。

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