CN101174100B

CN101174100B - 浸润微影设备与浸润曝光方法

Info

Publication number: CN101174100B
Application number: CN2007101531900A
Authority: CN
Inventors: 林本坚; 张庆裕
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: TWI443467B; JP4742077B2; CN101174100A; US20120236276A1; NL1034411A1; US20080106710A1; US8767178B2; NL1034411C; JP2008118102A; US8208116B2; TW200821767A

Abstract

本发明的实施例公开一种使用一密封的晶片底部的浸润微影系统与方法。在一实施例中，浸润微影设备包括：镜头组，包括影像镜头及晶片基座；该晶片基座用于将晶片保持于该镜头组下方，且该晶片基座包括密封环，该密封环用于密封介于保持在该晶片基座上的晶片的底部边缘与该晶片基座间的间隙。此浸润微影设备还包括：流体槽，用于保持浸润流体，该流体槽包括该晶片基座以使保持在该晶片基座上的晶片完全浸润于该浸润流体中；外盖，置于该流体槽的至少一个部分，以在该流体槽内提供温度受到控制且富含流体的环境；以及至少一个流动方向控制流体入口，环绕该影像镜头，用于导引该浸润流体流向最靠近该影像镜头的保持于该晶片基座上的晶片的边缘。

Description

浸润微影设备与浸润曝光方法

技术领域

本发明涉及一种浸润微影技术，且特别涉及一种使用一密封的晶片底部(seal wafer bottom)的浸润微影系统。

背景技术

浸润微影技术是一种在微影技术上的较新进展，其中曝光步骤是通过在晶片表面与镜头之间填入液体而进行。与在空气下使用镜头的情况相比而言，使用浸润微影技术能创造更大量的开口，因而能增进分辨率。而且，在浸润的情况下则提供用于提供更小特征的景深(Enhanced Depth-of-Focus；DOF)。一般而言，有两种浸润微影系统结构，包括以镜头为基础(1ens-based；LBC)的系统及以晶片为基础(wafer-based；WBC)的系统。有了WBC系统，将浸润流体选择性地施加于一介于镜头与晶片之间的小区域且从该区域移除，且当移动或扫描晶片时浸润组相对于镜头而言是静止的。

请参考图1A，一LBC系统100包括一浸润头102，浸润头102包括一影像镜头104、一流体入口106与一流体出口108。如图1A所示，浸润流体配置于一区域110，其中该区域110位于该影像镜头104下方且在一晶片112上方，而晶片112通过一真空系统116而紧附于一晶片基座114上。通过晶片基座114与晶片112的移动，流体经由流体入口106而注入区域110且经由流体出口108而排出，其中此过程会引起流体温度控制与流体蒸发的问题。

LBC系统的优点包括其晶片基座实质上与干燥系统的晶片基座相同，因而节省显影时间与花费。而且，有了LBC系统，可以保持干燥系统中所使用的相同的对位、对焦(focus)与位准调整(leveling setup)。最后，有了LBC系统，所使用的浸润流体的体积小，以便可以快速进行填充保持流体的孔洞(fluid-retaining cavity)，因而保持高的晶片产出量。

与LBC系统相关的问题包括：靠近晶片的边缘，浸润区域包括晶片与吸盘(chuck)外围区域，以至于在流体孔洞保持流动性与促使流体移除可能变得困难。其它问题是晶片背面的粒子有被洗至表面的倾向。而且，当晶片在step-and-scan步骤中移动时，LBC浸润头有在晶片表面留下微量流体的倾向。这是流体印渍留在晶片上的原因。其它与LBC系统相关的问题是光阻会在不同位置与流体接触。尤其当晶片在不同区域之间移动时，相邻区域或其部分被流体覆盖。这样的情况可能会在相同区域发生多次，且对于每一个区域而言未必是在相同序列或是相同次数。最后，在一些LBC系统设计中，如图1B所示，浸润流体流过晶片边缘上方而进入一沿着晶片112的边缘而配置的流体排水沟(drain)120。虽然降低了粒子附着，但是导致晶片在边缘冷却，改变了晶片的形状且影响完整覆盖精度。

参考图2，相对于LBC系统而言，在WBC系统中，晶片完全地浸泡于一位于晶片基座上的循环槽的浸润流体内。例如，在一WBC系统200中，浸润流体经由一流体入口210与一流体出口212而被选择性地引入一介于镜头206与晶片208之间的小区域204且从该区域被移除。流体在晶片基座上方或下方的区域204内连续地循环，且当其流动过晶片208的表面区域时则受到过滤与温控。流体可以完全地由区域204排出而进行晶片的呈载与卸载。外盖214防止流体202溢出且防止外来粒子掉入流体中。

WBC系统的优点包括：在晶片边缘的曝光与在中心的曝光是一样的。而且，每一区域与晶片接触一样的时间。而且，浸润头不会造成流体渍，且不会有因为靠近晶片边缘的流动性差而产生气泡的问题。然而，WBC系统确实遇到某种问题，包括：每一曝光区域曝光前与后的浸泡时间不同。而且，填充与排放浸润流体花费更多时间与精力，而且如果未使用两个基座，则聚焦、倾斜与对位必须在浸没模式下进行。最后，与干燥系统相比而言，必须针对晶片基座进行实质上的重新设计。

还有两个额外的问题会影响LBC与WBC两系统。其中，因为位于晶片边缘几厘米内的光阻(边缘滴(edge bead))比其它部分光阻涂层厚的缘故，因此经常被移除。上述作法导致在流体冲洗的情况下会留下破裂的光阻碎片，从而导致微粒缺陷。而且，流体会渗入晶片下方而造成污染源，且一样易受污染影响。流体的蒸发会导致冷却不均与覆盖不均的问题。

由此可见，现有的LBC与WBC系统中存在流体温度和流体的蒸发难以控制、容易引起晶片冷却不均和覆盖不均，以及造成污染等问题。因此，需要研发一种新的浸润微影设备以及曝光方法来克服现有技术中存在的问题。

本说明书并不限于浸润微影技术，但是本发明为浸润微影技术提供一个能从下列详述的本发明获益的半导体工艺的例子。

发明内容

为解决上述问题，本发明一实施例提出一种浸润微影设备，包括：一镜头组(assembly)，包括一影像镜头；一晶片基座，用于将晶片保持于该镜头组下方，该晶片基座包括围绕着保持于该晶片基座上的一晶片的一底部边缘而放置的一密封环；一流体槽，用于保持浸润流体，其中该流体槽设置于该晶片基座上，以使保持在该晶片基座上的该晶片完全浸润于该浸润流体中；以及至少一个流动方向控制流体入口，位于该影像镜头的一侧，用于导引该浸润流体流向保持于该晶片基座上的该晶片的边缘，其中该流动方向控制流体入口为一双喷嘴入口，包括一主要喷嘴及一次要喷嘴，该主要喷嘴位于该次要喷嘴与该影像镜头之间，该主要喷嘴用于将该浸润流体导向一第一方向，该次要喷嘴用于将该浸润流体导向一第二方向，其中该第一方向从该影像镜头的下方经过，且该第一方向与该第二方向相反。

本发明另一实施例提出一种浸润曝光方法，包括：将一晶片置放于一晶片基座上，其中该晶片基座包括一用于密封的密封环，以防止当该晶片放置于该晶片基座上时发生于该晶片的一底部边缘与该晶片基座间的浸润流体泄漏；将一镜头组设置于该晶片基座上，使该晶片保持于该镜头组下方，该镜头组包括一影像镜头；以至少一种浸润流体填充介于该影像镜头与该晶片之间的区域；以及以一浸润流体填充一配置有该晶片基座的流体槽，使得该晶片完全沉没于该浸润流体内；其中，该浸润流体的填充是通过至少一个流动方向控制流体入口，其中该流动方向控制流体入口位于该影像镜头的一侧，且其中该流动方向控制流体入口为一双喷嘴入口，包括一主要喷嘴及一次要喷嘴，该主要喷嘴位于该次要喷嘴与该影像镜头之间，该主要喷嘴用于将该浸润流体导向一第一方向，该次要喷嘴用于将该浸润流体导向一第二方向，其中该第一方向从该影像镜头的下方经过，且该第一方向与该第二方向相反。

本发明另一实施例提出一种浸润微影设备，包括：一保持装置，用于将一晶片保持在一影像装置下；一密封装置，置于该保持装置上，用于密封介于该晶片的一底部边缘与该保持装置之间的一间隙；一容器，用于储存一浸润流体，其中该保持装置置于该容器内以使得该晶片完全沉没于该浸润流体内；以及一外盖，覆盖该容器的至少一个部分。

本发明的有益技术效果在于：可以使流体蒸汽损失降到最低，创造且保持一富含流体与蒸汽的环境，确保无微粒且均匀的浸润介质从而得到无失常(aberration-free)的影像，还可以移除晶片上的残余流体。

为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图作详细说明如下：

附图说明

图1A所示为一LBC浸润系统。

图1B所示为一LBC浸润系统的其它设计。

图2所示为一WBC浸润系统。

图3所示为一实施例的全浸润微影系统的上视图，其中一密封环与一晶片的低部边缘接触而配置。

图4所示为图3的全浸润微影系统的侧视图。

图5所示为图3的全浸润微影系统的放大侧视图。

图6所示为图3的全浸润微影系统，其中保持壁(retaining wall)已被降低而使浸润流体从该浸润微影系统泄出。

图7所示为用于从一晶片移除残余流体的干燥头。

图8A及图8B所示为一邻近外盖的实施例，其中该邻近外盖包括方向控制的流体入口。

图9-11所示为使用图8A及图8B的方向控制的流体入口而完成流体方向控制。

图12A及图12B所示为其它邻近外盖的实施例，其中该邻近外盖包括方向控制的流体入口。

图13所示为图3的全浸润微影系统的其它组合。

图14所示为其它实施例的全浸润微影系统。

图15所示为其它实施例的全浸润微影系统。

图16A与图16B所示为一双喷嘴方向控制的流体入口的组合。

图17所示为图16A与图16B所示的双喷嘴方向控制的流体入口的组合，其中该组合配置于图13的全浸润微影系统。

其中，附图标记说明如下：

100LBC系统 102浸润头 104影像镜头

106流体入口 108流体出口 110区域

112晶片 114晶片基座 116真空系统

120流体排水沟 200WBC系统 202流体

204区域 206镜头 208晶片

210流体入口 212流体出口 214外盖

300全浸润微影系统 302晶片基座 304晶片

306真空系统 308镜头组 309浸润流体

310槽 311流体保持壁 312密封环

314邻近外盖 316流体入口 318密闭外盖

320扫瞄区域 322区域 324狭缝

330溢流孔 332流体收集沟槽 340干燥头

342真空出口 352邻近外盖 362箭头

354镜头组 360晶片 368箭头

364箭头 366箭头 412双喷嘴入口

372邻近外盖 374镜头组 414主要喷嘴

390WISBOT系统 400WISBOT系统 415箭头

416次要喷嘴 417箭头 418镜头

422喷嘴 424喷嘴 426箭头

428箭头 370a-370h方向控制流体入口

350a-350d方向控制流体入口 410双喷嘴方向控制流体入口配置

具体实施方式

请参考图3、图4，其中图3和图4所示为一实施例的全浸润微影系统300的上视图与侧视图；在此全浸润微影系统300中，一密封环配置成与一晶片的底部边缘接触。在此，这样的全浸润微影系统也可以称为“WISBOT”系统。在图4中，系统300包括一晶片基座302，且一晶片304可以通过一真空系统306而紧靠该晶片基座302。一镜头组308置于晶片304上。根据本实施例，浸润流体309配置于一区域或槽310内，覆盖并围绕晶片304且介于晶片与镜头组308之间。浸润流体通过一流体保持壁311而保持于槽310内。在一实施例中，浸润流体的反射率大体上是1.34。一密封环312由橡胶或相似材料组成并置于该晶片基座302上，以接触置于基座上的晶片304的底部边缘。在一实施例中，此密封环312的厚度介于1至10毫米之间。此密封环312的顶部边缘轻微地由晶片304的底部上方延伸，以使得当晶片通过真空系统而紧靠晶片基座302时，晶片的边缘被密封环封住而防止流体渗漏。换句话说，密封环312封住可能成为介于晶片304与晶片基座302间的间隙。

提供具有多个流体入口316的邻近外盖314，以用于将流体局限于区域310，且用于保持浸润流体的温度。流体入口316用于调节流体的流动，如下详述。邻近外盖314具有一合适尺寸以使流体在镜头与晶片之间保持均匀。在一实施例中，不能过度加大密封外盖的尺寸，因为其不应该太靠近流体保持壁311。将一密封外盖318放置于镜头组308的镜头柱(collumn)上以将该槽310封住，并在其中创造且保持一富含流体与蒸汽的环境。

图3所示为密封环312、晶片304与封闭外盖318之间的关系。如图3所示，晶片304包括多个扫瞄区域320。区域322代表镜头组308的镜头区域。同样如图3所示，该镜头包括一外盖322，而该外盖322包括一狭缝324，其中该狭缝324表示扫瞄曝光区域。

如图5所示，图5所示为全浸润微影系统300的放大侧视图，且浸润流体309的蒸汽被局限于区域310内，而区域310由密封外盖318、流体保持壁311与晶片基座302界定，其中该晶片基座302上有一个通过真空系统306而被压在密封环312上的晶片304。当位于区域310内的流体309上的间隙中已经达到一高浓度的流体蒸汽后，足够的浸润流体被引入而覆盖该晶片的整个表面。溢流孔330让过量流体流入一流体收集沟槽332。流体蒸汽不可避免地经由介于流体保持壁311与密封外盖318之间的间隙而逸散，且必须周期性地再填满。此间隙必须确保流体保持壁311与密封外盖318之间可以自由移动，且必须保持在最小而均一的尺寸下以使流体蒸汽损失降到最低。

图6所示为流体保持壁311被降低而放空区域310的流体后的全浸润微影系统300。在将晶片304与晶片基座302从镜头组308下方移除之后，可以使用一干燥头来移除晶片304上的残余流体，其中该干燥头以附图标记340表示且包括如图7所示的空气刀。至少一个干燥头340用于排放浸润流体的真空出口342以及至少一个用于净化空气以促进干燥的空气净化入口。有关干燥头340的更详细内容与其它实施例已公开于美国专利第60/864,241号，该专利的内容在此作为此说明书的参考。图8A-12B所示为通过流体入口(例如，流体入口316)而调整流体的流动。图8A与图8B所示为一实施例中使用置于邻近外盖352的方向控制流体入口350a-350d。如图8A与图8B所示，4个方向控制流体入口350a-350d以90度的增量(increments)围绕镜头组354。每一个方向控制流体入口350a-350d将流体导向镜头组354与个别相反的入口。尤其是在一给定之时间内，最靠近晶片的边缘的相反入口(未示于图8A与图8B)被打开而使流体流动。所有其它入口通过置于其内的流体控制阀而关闭。这样做的话，新鲜且均一流动的流体总是在镜头组354下方流动以确保无微粒且均匀的浸润介质，从而得到无失常的影像。任何靠近晶片边缘的微粒总是被流体携带而排出。请再一次参考图5，严格控制流体309的温度以在影像区域内建立等温环境是重要的，其中该影像区域包括镜头组308、密封外盖318、邻近外盖314、浸润流体、流体蒸汽、流体保持壁311、晶片304与晶片基座302。无庸置疑，进来的流体蒸汽的温度也必须控制在相同精确度下。

图9所示为一种情况，在该情况下，当其它方向控制流体入口350a、350b与350d关闭时，方向控制流体入口350c是打开的，所以浸润流体的流动被导引到以箭头362表示的方向上；其中，方向控制流体入口350c乃是与最接近晶片360边缘的邻近外盖314边缘相反的方向控制流体入口350a-350d其中之一。流体经过镜头组354下方且经由最靠近镜头组的晶片360的边缘而流出。图10所示为一实施例，其中当其它方向控制流体入口350a、350c与350d关闭时，方向控制流体入口350b是打开的，所以浸润流体的流动被导引至以箭头364表示的方向上；其中，方向控制流体入口350b乃是与最接近晶片360边缘的邻近外盖314边缘相反的方向控制流体入口350a-350d其中之一。流体再一次经过镜头组354下方且经由最靠近镜头组的晶片360的边缘而流出。图11所示为一种情况，在该情况下，打开多个方向控制流体入口(例如，方向控制流体入口350b与350c)而在以箭头366与368表示的方向上产生倾斜流动。而且，如此实施例所示，可以将方向控制流体入口350b与350c的流率调整为不同，以产生任意倾斜流动的方向。

图12A与图12B所示为另一实施例中可以应用于一WISBOT系统内的其它形式的方向控制流体入口。如图12A所示，置于一邻近外盖372内的方向控制流体入口370a-370h的形状包括括号状(非直线形)，且配置成两个类同心圆的结构，其中方向控制流体入口370a-370d形成一个外圆而方向控制流体入口370e-370h形成一个环绕镜头组374的内圆。此配置通过促进流体以45度的角度增量(相对于90度的角度增量)流动以便在控制流体的流动上具有更大的弹性。

图13所示为图5的系统300，其中系统300中的区域310已经被流体309填充，因此消除了流体上方的富含流体与蒸汽的空间。在图13所示的例子中，被密封外盖318、流体保持壁311与晶片基座302封住的整个区域被浸润流体309填充，其中晶片304紧靠于晶片基座302上。充满饱和蒸汽的环境不需要防止蒸发。图14所示为一WISBOT系统390，该WISBOT系统390不具有邻近外盖从而不同于系统300，取而代之的是通过密封外盖318而进行流体方向控制功能。图15所示为一WISBOT系统400，该WISBOT系统400不具有密封外盖而不同于系统300，取而代之的是在邻近外盖314内加入严格的流体温度控制功能。

图16A与图16B所示为一双喷嘴方向控制流体入口配置(double-nozzledirection-controlling fluid inlet arrangement)410。如图16A与图16B所示，配置410包括一双喷嘴入口412，而双喷嘴入口412包括一用于将流体导向箭头415所指的方向上的主要喷嘴414与一用于将流体导向箭头417所指的相反方向上的次要喷嘴416。这样做的话，新鲜流体总是从流体入口流向晶片边缘(图未示)。来自主要喷嘴414的流体从镜头418下方经过以在其下方保持一干净且均匀的介质。来自次要喷嘴416的流体被导向晶片的相反侧。两个额外的喷嘴422、424以分别将流体导向箭头426、428所指的方向上的方式配置且向着晶片的个别外侧边缘，并在不同且相关的晶片/镜头位置上改变流体流动。图17所示为将图16所示的双喷嘴方向控制流体入口配置410应用于图13所示的WISBOT系统。图16所示的双喷嘴方向控制流体入口配置416也可以应用于例如图5、图14与图15所示的WISBOT系统。

本发明还涉及一种浸润曝光方法可以实施于上述各实施例所述的全浸润微影系统上，基于以上对全浸润微影系统的说明，该方法可包括以下步骤：将一晶片置放于一晶片基座上，其中该晶片基座包括一用于密封的密封环，以防止当该晶片放置于该晶片基座上时发生于该晶片的一底部边缘与该晶片基座间的浸润流体泄漏；以及以至少一种浸润流体填充介于该镜头与该晶片之间的区域。

虽然本发明已以多个较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的构思和范围内，可作任意的改动与变化，因此本发明的保护范围当以后附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种浸润微影设备，包括：

一镜头组，包括一影像镜头；

一晶片基座，用于将晶片保持于该镜头组下方，该晶片基座包括一密封环，其围绕保持于该晶片基座上的一晶片的一底部边缘而放置；

一流体槽，用于保持浸润流体，其中该流体槽设置于该晶片基座上，以使保持在该晶片基座上的该晶片完全浸润于该浸润流体中；以及

至少一个流动方向控制流体入口，位于该影像镜头的一侧，用于导引该浸润流体流向保持于该晶片基座上的该晶片的边缘，其中该流动方向控制流体入口为一双喷嘴入口，包括一主要喷嘴及一次要喷嘴，该主要喷嘴位于该次要喷嘴与该影像镜头之间，该主要喷嘴用于将该浸润流体导向一第一方向，该次要喷嘴用于将该浸润流体导向一第二方向，其中该第一方向从该影像镜头的下方经过，且该第一方向与该第二方向相反。

2.如权利要求1所述的浸润微影设备，还包括：

一外盖，置于该流体槽的至少一个部分，用以在该流体槽内提供一个温度受到控制且非蒸发的环境。

3.如权利要求1所述的浸润微影设备，其中该流体槽包括一流体保持壁。

4.如权利要求2所述的浸润微影设备，其中该外盖包括一个置于该影像镜头上的密封外盖。

5.如权利要求4所述的浸润微影设备，其中该密封外盖大到足以覆盖整个流体槽的顶部。

6.如权利要求2所述的浸润微影设备，其中该外盖包括一邻近外盖。

7.如权利要求6所述的浸润微影设备，其中所述至少一个流动方向控制流体入口穿过该邻近外盖而设置。

8.如权利要求6所述的浸润微影设备，其中该邻近外盖具有一适当尺寸，用以在该镜头下保持一均匀流体流动。

9.如权利要求2所述的浸润微影设备，其中该外盖包括一邻近外盖，且该浸润微影设备还包括一密封外盖。

10.如权利要求2所述的浸润微影设备，其中所述至少一个流动方向控制流体入口穿过该外盖而设置。

11.一种浸润曝光方法，包括：

将一晶片置放于一晶片基座上，其中该晶片基座包括一用于密封的密封环，以防止当该晶片放置于该晶片基座上时发生于该晶片的一底部边缘与该晶片基座间的浸润流体泄漏；

将一镜头组设置于该晶片基座上，使该晶片保持于该镜头组下方，该镜头组包括一影像镜头；

以至少一种浸润流体填充介于该影像镜头与该晶片之间的区域；以及

以一浸润流体填充一配置有该晶片基座的流体槽，使得该晶片完全沉没于该浸润流体内；

其中，该浸润流体的填充是通过至少一个流动方向控制流体入口，其中该流动方向控制流体入口位于该影像镜头的一侧，且其中该流动方向控制流体入口为一双喷嘴入口，包括一主要喷嘴及一次要喷嘴，该主要喷嘴位于该次要喷嘴与该影像镜头之间，该主要喷嘴用于将该浸润流体导向一第一方向，该次要喷嘴用于将该浸润流体导向一第二方向，其中该第一方向从该影像镜头的下方经过，且该第一方向与该第二方向相反。

12.如权利要求11所述的浸润曝光方法，还包括：

在该晶片已经完全曝光后将该浸润流体从该流体槽移除，其中该移除步骤包括降低该流体槽的一流体保持壁。