CN103034073A - 带有浸液回收装置和激光干涉仪的硅片台双台交换系统 - Google Patents

Abstract

带有浸液回收装置和激光干涉仪的硅片台双台交换系统，该系统含有基台，两个硅片台，光学透镜系统、多轴激光干涉仪和激光干涉仪反射镜。硅片台带有浸液回收装置，硅片台上表面的一侧设有一块浸液回收板，浸液回收板的上表面与硅片台上表面共面，浸液回收板的侧面有一排小孔，小孔与硅片台外部的浸液回收容器相连接，用于浸没液体的回收，硅片台外围四边设置一套防撞气囊装置。当两硅片台完成交换时，硅片台上的浸液回收板设计保证了交换时浸液循环不用中断，提高了生产效率；气囊式防撞结构具有可伸缩性，与机械式防撞相比刚度低，且结构简单紧凑，可应用于光刻机双台交换系统。

Description

带有浸液回收装置和激光干涉仪的硅片台双台交换系统

技术领域

本发明涉及一种光刻机硅片台双台交换系统，该系统应用于半导体光刻机中，属于浸没式光刻技术领域。

背景技术

浸没式光刻技术的(immersion lithography)概念最早在上世纪80年代提出，即在光刻机的投影镜头和基片之间填充浸没液体，代替原来的空气空间，以提高分辨率。其依据的Rayleigh计算公式如下:

$W\left(\mathrm{hp}\right)=k_1\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}}=k_1=\frac{\mathrm{\λ}}{n\sin s}$

其中：W(hp)为分辨率，现在一般用半节距(half pitch，hp)表示。λ为曝光波长，k1为工艺因子，通常为0.5—1.2，理论上可达到0.25。NA为系统的数值孔径(NumericalAperture)，n是物镜与基片之间介质的折射率，θ为物镜接受角的一半。由于浸没液体的折射率一般要大于空气(n=1)，因此采用浸没式工艺能有效提高NA值，从而获得更好的分辨率。

在20世纪浸没式光刻技术并没有得到很好的发展，一方面是由于浸没式工艺本身的缺陷，如工艺复杂及污染等方面的问题；另一方面在于可以通过缩短曝光波长(如λ从近紫外的g线436nm、i线365nm到深紫外的KrF 248nm、ArF 193nm直至F2 157nm)及提高镜头的数值孔径等方式有效地提高分辨率。1999年，局部填充方法(local fillmethod)的发明，为浸没式光刻机的商业化奠定了基础（如图1所示），但仍没有引起足够的重视。直到2002年，由于157nm F2光刻技术的发展一直举步维艰，研究者们才回头重新审视193nm ArF浸没式技术，发现如果使用简单易得的纯水(在193nm折射率n达到1.44且吸收小于0.05/cm)作为浸没液，就可以达到65nm以下分辨率要求，从而可以跨越157nm F2的阶段。由于193nmArF干式光刻设备及技术都已经十分成熟，因此，只需在原工艺上做较小改进，重点解决与纯水浸没有关的问题，就可以使之得到进一步延伸。于是193nm ArF浸没式光刻技术便迅速成为了光刻界的新宠。在2007年版的国际半导体技术路线图中，基于纯水的193nm ArF浸没式及双图形曝光技术被认定为45nm hp的唯一选择，同时也可能延伸到32nm hp。

现有的浸没式光刻机采用的是在硅片台交换侧设有一块活动平板，在交换的时候将活动平板支撑起来，然后进行交换使得浸液可以交换至下一个硅片台上，交换完毕再放下活动平板，这种交换方式加入了抬升和放下活动平板的时间，使得交换的时间加长，不利于提高生产率。

发明内容

本发明的目的是针对现有浸没式光刻机交换的时间加长，审查效率较低的缺陷，提出一种新的带有浸液回收装置和激光干涉仪的硅片台双台交换系统，因进一步提高生产效率。

本发明的技术方案如下：

带有浸液回收装置和激光干涉仪的硅片台双台交换系统，该系统含有基座，两个硅片台，两个线缆台，光学透镜系统和光刻浸液喷射循环装置，所述的光刻浸液喷射循环装置包括浸没液体、浸液流出机构和浸液吸收机构；所述的基座上设有对准工位和曝光工位，所述的硅片台上部的四个侧面均为平面反射镜，其中两个相对反射镜面下半部分还分别安装有一条45°反射镜，所述的每个硅片台的一个侧面下部安装一个线缆台，所述的线缆台沿X轴方向放置在基座上，其特征在于：所述的每个硅片台均安装一个浸液回收装置，所述的浸液回收装置包括一个浸液过渡板、导液管、浸液回收容器和抽吸泵；所述的浸液过渡板安装在每一个硅片台上没有安装45°反射镜的两个侧面的其中一个侧面上，两个硅片台在基座上放置的方向均为浸液过渡板指向Y轴正向，浸液过渡板的上表面与硅片台上表面共面，浸液过渡板上表面平滑并喷涂有不浸润涂层；所述的浸液过渡板的侧面设有一排小孔，小孔与导液管连通，导液管经过线缆台与外部的抽吸泵和浸液回收容器相连通。

所述的带有浸液回收装置的光刻机硅片台双台交换系统，还包含用于硅片台运动位置反馈的激光干涉仪测量系统，所述的激光干涉仪测量系统包括四个激光干涉仪、四个激光干涉仪Z向反射镜和光源；所述的四个激光干涉仪成对布置在基台的对准工位和曝光工位正上方，且两两关于Y轴对称布置，分别以第一硅片台和第二硅片台上部侧面的镜面为反射面进行测量；所述的四个激光干涉仪Z向反射镜在硅片台的上方沿X轴成对布置,反射面水平向下，每个激光干涉仪对应一个激光干涉仪Z向反射镜，将激光干涉仪射出的其中一束激光经过硅片台侧面安装的45°镜面反射后，再射向激光干涉仪Z向反射镜的反射面，然后沿原路返回激光干涉仪内部，进行Z轴方向位移测量；

所述的带有浸液回收装置和激光干涉仪的硅片台双台交换系统，其特征在于：所述光刻机硅片台双台交换还包括一套硅片台防撞气囊结构，该硅片台防撞气囊结构包含有三个气囊、四个阻尼缓冲元件和气源，所述的三个气囊串联布置，并分别通过气囊支架固定在硅片台下部的另外三个侧面上；相邻两个气囊之间通过一个阻尼缓冲元件和气体管路相连通，所述的气体管路与气源相连通，气体管路固定在线缆台上。

所述的带有浸液回收装置和激光干涉仪的硅片台双台交换系统，其特征在于：所述的第一硅片台和第二硅片台分别与基座之间通过磁悬浮进行驱动和寻向。

现有的浸没式光刻机采用的是在硅片台交换侧设有一块活动平板，在交换的时候将活动平板支撑起来，然后进行交换使得浸液可以交换至下一个硅片台上，交换完毕再放下活动平板，这种交换方式加入了抬升和放下活动平板的时间，使得交换的时间加长，不利于提高生产率。针对现有技术的不足，本发明提供了一种双台交换光刻机硅片台系统方案，解决了在双台交换的过程中，不必停止浸液回收即可进行交换，从而提高了生产效率。

附图说明

图1为现有浸没式光刻机中局部填充方法示意图。

图2为本发明提出的带有浸液回收装置的光刻机硅片台双台交换系统的实施例的结构原理示意图。

图3为本发明浸液回收装置和气囊防撞装置的硅片台结构示意图。

图4（a）～4（f）为本发明浸液回收装置和气囊防撞装置的工作原理示意图。

图中：1—晶圆片；2—光学透镜系统；4—浸液流出机构；5—浸液吸收机构；6—浸没液体；7—基座；8—第一硅片台；9—第二硅片台；10—第一线缆台；11—第二线缆台；13—抽吸泵；14—浸液回收容器；15—浸液过渡板；16a—第一激光干涉仪；16b—第二激光干涉仪；16c—第三激光干涉仪；16d—第四激光干涉仪；17a—激光干涉仪Z向第一反射镜；17b—激光干涉仪Z向第二反射镜；17c—激光干涉仪Z向第三反射镜；17d—激光干涉仪Z向第四反射镜；20—气囊；21—阻尼缓冲元件；22—气囊支架；23—气源。

具体实施方式

图2为带有浸液回收装置的光刻机硅片台双台交换系统的实施例的结构原理示意图。该系统含有基座7，基座7包括对准工位和曝光工位，第一硅片台8在基座7上表面的对准工位区域做对准运动，第二硅片台9在基座7上表面的曝光工位区域做曝光运动，光学透镜系统2则设置在曝光工位上部并高于硅片台上表面的位置。基座7的上表面是大型halbach永磁阵列，每一个硅片台底部有通电线圈，可驱动硅片台在halbach永磁阵列上表面沿X方向和Y方向运动。

每个硅片台均安装一个浸液回收装置，如图3所示，浸液回收装置包括一个浸液过渡板15、导液管以及放置在硅片台外部的浸液回收容器14和抽吸泵13；所述的浸液过渡板15均安装在第一硅片台8和第二硅片台9沿X轴方向并指向Y轴正向的侧面，浸液过渡板的上表面与硅片台上表面共面，浸液过渡板上表面平滑并喷涂有不浸润涂层；所述的浸液过渡板的侧面设有一排小孔，小孔与导液管连通，且导液管分别经过线缆台与硅片台外部的抽吸泵13和浸液回收容器14相连通。

本发明提供的带有浸液回收装置的光刻机硅片台双台交换系统还包含用于硅片台运动位置反馈的激光干涉仪测量系统，激光干涉仪测量系统包括四个激光干涉仪、四个激光干涉仪Z向反射镜和光源；所述的四个激光干涉仪分别为第一激光干涉仪16a、第二激光干涉仪16b、第三激光干涉仪16c和第四激光干涉仪16d，分别为布置在基台的对准工位和曝光工位正上方，两两关于Y轴对称布置，分别以第一硅片台8和第二硅片台9上部侧面的镜面为反射面进行测量；四个Z向反射镜分别为激光干涉仪Z向第一反射镜17a、激光干涉仪Z向第二反射镜17b、激光干涉仪Z向第三反射镜17c和激光干涉仪Z向第四反射镜17d，分别布置在基台的对准工位和曝光工位的激光干涉仪的正上方，反射面水平向下，每个激光干涉仪对应一个激光干涉仪Z向反射镜，硅片台的台体沿X方向的两条侧边外表面固定有两条45°反射镜，将激光干涉仪射出的其中一轴激光经过45°镜面弯折再射向激光干涉仪Z向反射镜的反射面；所述的四个激光干涉仪可进行X方向和Z方向位移和绕Y轴方向和绕Z轴方向的旋转角度的测量；

另外，光刻机硅片台双台交换还包括一套硅片台防撞气囊结构，该硅片台防撞气囊结构含有三个气囊20、四个阻尼缓冲元件21和气源23，所述的三个气囊串联布置，并分别通过气囊支架22固定在硅片台下部的另外三个侧面上；相邻两个气囊之间通过一个阻尼缓冲元件21和气体管路相连通，所述的气体管路与气源23相连通，气体管路固定在线缆台上。气囊由橡胶材质构成，该气囊结构含有一个进气口和一个出气口，通过给气囊充气使其膨胀绷紧，当两个硅片台在交换时失控而发生碰撞时，首先接触的是气囊结构，通过调节气囊的充气量来控制气囊的硬度。

图4（a）～图4（f）为本发明浸液回收装置和气囊防撞装置的工作原理示意图。在进行交换时，第一硅片台8沿Y方向向右运动至第二硅片台9附近（图4a所示），然后将两个硅片台底部的防撞气囊结构的沿X方向的两个气囊抽气，使其变小（图4b所示），使得第一硅片台8沿Y方向与第二硅片台9靠紧（图4c所示）。

当第一硅片台8沿Y方向与第二硅片台9进行交换时，第一硅片台8上的浸液过渡板紧挨第二硅片台9的侧面，随着双台交换的进行，光刻浸液喷射循环装置的浸液流出机构和浸液吸收机构依然正常工作，使得浸没液体仍然相对静止在光学透镜系统2的镜头下，如图1所示，相对于两个硅片台来说，浸没液体则是匀速从第二硅片台9的上表面沿Y方向运动至第一硅片台8的上表面。浸没液体在上述的运动过程中有可能沿着浸液过渡板与第二硅片台9的侧面流下，此时外部的抽吸泵开始工作，将流下的浸没液体通过浸液过渡板侧面的一排小孔，小孔与导液管连通，经过线缆台抽吸至浸液回收容器内，当第一硅片台8沿Y方向与第二硅片台9交换完毕后，第二硅片台9继续沿Y方向向右运动一小段距离后沿X方向远离第一硅片台8运动，（图4e所示），两个硅片台分开，浸液回收装置停止工作。直到完全错开第一硅片台8后转向沿Y方向向左运动直到运动至对准工位，同时防撞气囊结构11的沿X方向的两个气囊进气恢复初始状态（图4f所示），至此完成整个交换过程，依次循环。

Claims (3)

1.带有浸液回收装置和激光干涉仪的硅片台双台交换系统，该系统含有基座（7），两个硅片台，两个线缆台，光学透镜系统（2）和光刻浸液喷射循环装置（3），所述的光刻浸液喷射循环装置包括浸没液体（6）、浸液流出机构（4）和浸液吸收机构（5）；所述的基座（7）上设有对准工位和曝光工位，所述的硅片台上部的四个侧面均为平面反射镜，其中两个相对反射镜面下半部分还分别安装有一条45°反射镜，所述的每个硅片台的一个侧面下部安装一个线缆台，所述的线缆台沿X轴方向放置在基座（7）上，其特征在于：所述的每个硅片台均安装一个浸液回收装置，所述的浸液回收装置包括一个浸液过渡板（15）、导液管、浸液回收容器（14）和抽吸泵（13）；在没有安装45°反射镜的硅片台的两个侧面的其中一个侧面上设置浸液过渡板（15）；两个硅片台在基座（7）上放置的方向均为浸液过渡板（15）指向Y轴正向，浸液过渡板（15）的上表面与硅片台上表面共面，浸液过渡板上表面平滑并喷涂有不浸润涂层；所述的浸液过渡板的侧面设有一排小孔，小孔与导液管连通，导液管经过线缆台与外部的抽吸泵和浸液回收容器相连通；

所述光刻机硅片台双台交换系统还包含用于硅片台运动位置反馈的激光干涉仪测量系统，所述的激光干涉仪测量系统包括四个激光干涉仪、四个激光干涉仪Z向反射镜和光源；所述的四个激光干涉仪成对布置在基台的对准工位和曝光工位正上方，且两两关于Y轴对称布置，分别以第一硅片台（8）和第二硅片台（9）上部侧面的镜面为反射面进行测量；所述的四个激光干涉仪Z向反射镜在硅片台的上方沿X轴成对布置,反射面水平向下，每个激光干涉仪对应一个激光干涉仪Z向反射镜，将激光干涉仪射出的其中一束激光经过硅片台侧面安装的45°镜面反射后，再射向激光干涉仪Z向反射镜的反射面，然后沿原路返回激光干涉仪内部，进行Z轴方向位移测量。

2.按照权利要求1所述的带有浸液回收装置和激光干涉仪的硅片台双台交换系统，其特征在于：所述光刻机硅片台双台交换还包括一套硅片台防撞气囊结构，该硅片台防撞气囊结构含有三个气囊（20）、四个阻尼缓冲元件（21）和气源（23），所述的三个气囊串联布置，并分别通过气囊支架（22）固定在硅片台下部的另外三个侧面上；相邻两个气囊之间通过一个阻尼缓冲元件（21）和气体管路相连通，所述的气体管路与气源（23）相连通，气体管路固定在线缆台上。

3.按照权利要求1所述的带有浸液回收装置和激光干涉仪的硅片台双台交换系统，其特征在于：所述的第一硅片台（8）和第二硅片台（9）分别与基座（7）之间通过磁悬浮进行驱动和寻向。

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