CN107561867A - 一种浸没式光刻机和一种浸液流场中气泡去除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浸没式光刻机，所述硅片台上位于所述硅片外围设有至少一组对所述浸液流场形成装置执行抽排动作的抽排机构，本发明所述浸没式光刻机在硅片台上设置独立的除气泡区域，一方面，可提供较大的抽排面积以及抽排负压，提高了抽排效率，另一方面，可避免对硅片台上其它机构的不利影响，如改变硅片的温度以及使硅片产生变形等；本发明还公开了一种浸液流场中气泡去除方法，将上述抽排机构移动至所述浸液流场的下方进行除气泡，完成后，将所述抽排机构移出所述浸液流场，克服了由于浸液流场中存在气泡造成曝光缺陷的缺点，提高了曝光质量。

Description

一种浸没式光刻机和一种浸液流场中气泡去除方法

技术领域

本发明涉及光刻领域，具体涉及一种浸没式光刻机和一种浸液流场中气泡去除方法。

背景技术

现代光刻设备以光学光刻为基础，它利用光学系统把掩膜版上的图形精确地投影曝光到涂过光刻胶的衬底(如硅片)上。浸没式光刻是指在曝光镜头与硅片之间充满水(或更高折射率的浸没浸液)形成浸液流场，以取代传统干式光刻技术中对应的空气，由于水的折射率比空气大，这就使得透镜组数值孔径增大，进而获得更加小的特征线宽。

浸没式光刻的一个重要问题是浸液流场中存在气泡造成曝光缺陷，如图1所示，物镜4和硅片7之间充满了浸液形成浸液流场5，浸液流场5中存在气泡501，所述气泡501的尺寸可能是微米级的，如几十或几百微米，也可能是毫米级的，如大于1毫米，这些气泡可能在所述浸液流场5中部，也可能吸附在硅片7表面，还可能吸附在物镜4下表面。

请继续参考图1，造成浸液流场5中存在气泡501的原因有多种，一种原因是初次建立流场，用浸液填充浸没空间时，并非所有的空间都可以被填充满，所有气体被浸液替代，未被浸液替代的气体可能会被锁在流场中形成较大的气泡501，如毫米级；或者，由于温度、能量或其它因素的改变，气泡501可以自发地形成，比如系统压力下降、温度下降时，气体可能被吸入系统，硅片7表面的抗蚀剂或其它化学品在曝光辐射能量的影响下发生化学反应可能会产生气泡；再者，飞溅至硅片7表面的少数液滴随着硅片台8的往复运动再次卷入浸液流场5的过程中可能会引入气泡501。

如果投影束的路径通过含有气泡的浸液区域，则对投射在硅片上的构图图像质量有严重影响，造成曝光缺陷，为解决上述问题，2006年3月21日公开的美国专利US7014966(B2)，提出用超声波的方法击碎流场中的气泡，2008年2月6日中国专利CN101118389(A)提出利用激光镊夹照射硅片，使硅片主要的曝光区域产生亮区，而位于亮区的气泡会往相对于亮区所产生的暗区移动，进而使得曝光工艺不受气泡影响。但是，上述两种光、电结构不仅结构复杂且体积大实际应用中浸液流场5周围较难提供足够空间以供集成安装。

2010年10月27日中国专利CN101872130(A)提出对浸液在注入浸液流场前进行脱气处理，经过脱气处理后，浸液可以吸收溶解气泡。但实际经脱气后的浸液仅能溶解较小的气泡，如几微米或甚至更小的气泡。

2010年8月4日中国专利CN101794083(B)提出在硅片和硅片台的缝隙下方提供真空对气泡进行抽排等。但该处缝隙较窄，难以提供较大的抽排口面积，为防止硅片边缘变形，同样难以提供较大的抽排负压，当抽排流场中较大气泡时需流场在该缝隙上方不断的往复扫略多个循环，气泡去除效率极低。

发明内容

本发明提供了一种浸没式光刻机，用以解决传统的浸没式光刻机浸液流场中存在气泡造成曝光缺陷的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

本发明还提供一种浸没式光刻机，包括主框架、从上至下依次固定在所述主框架上的照明系统、掩膜版、物镜和硅片台，以及浸液流场形成装置，所述硅片台上设置涂有感光光刻胶的硅片，所述浸液流场形成装置在所述物镜和所述硅片台之间填充浸液形成浸液流场，所述硅片台上位于所述硅片外围设有至少一组对所述浸液流场形成装置执行抽排动作的抽排机构。

作为优选，所述抽排机构抽排区域的面积小于所述浸液流场最大截面的面积。

作为优选，所述抽排机构包括抽排盖板、抽排腔体、抽排流路和真空源，所述硅片台上表面开设盲孔形成所述抽排腔体，所述抽排盖板设置在所述抽排腔体的开口上，所述抽排流路一端连接所述抽排腔体，另一端穿出所述硅片台下表面并连接所述真空源。

作为优选，所述抽排盖板的表面与所述硅片台的表面共面。

作为优选，所述抽排盖板为多孔板。

作为优选，所述抽排机构还包括设置在所述抽排流路上的控制阀。

作为优选，当设有至少两组抽排机构时，所述抽排机构之间设置独立的所述抽排盖板、所述抽排腔体、所述控制阀和所述抽排流路。

作为优选，所述盲孔的截面呈环形，多个所述抽排机构之间设置形成同心圆结构。

作为优选，所述盲孔的截面形状与所述浸液流场的截面形状相同。

作为优选，所述抽排机构对所述浸液流场形成装置执行抽排动作可去除所述浸液流场中的气泡、对所述浸液流场形成装置执行干燥或去除所述浸液流场形成装置中的异常泄露。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述浸没式光刻机带有除气泡的抽排机构，克服了由于浸液流场中存在气泡造成曝光缺陷的缺点，提高了曝光质量，所述抽排机构独立设置在硅片台上，一方面，可提供较大的抽排面积以及抽排负压，提高了抽排效率，另一方面，可避免对硅片台上其它机构的不利影响，并且所述抽排机构采用真空源提供负压，不仅结构简单且可靠性提高。

一种浸液流场中气泡去除方法：

步骤一：在硅片台上并位于硅片外围设置独立的除气泡区域；

步骤二：在所述除气泡区域设置用于除气泡的抽排机构，所述抽排机构的抽排口宽度小于浸液流场的主流场的宽度；

步骤三：将所述抽排机构移动至所述浸液流场的下方进行除气泡操作；

步骤四：除气泡完成后，将所述抽排机构移出所述浸液流场，所述硅片移动至所述浸液流场下方进行光刻操作。

作为优选，所述抽排机构提供真空对气泡进行抽排。

作为优选，所述抽排机构包括抽排盖板、抽排腔体、抽排流路和真空源，所述硅片台上表面开设盲孔形成所述抽排腔体，所述抽排盖板设置在所述抽排腔体的开口上，所述抽排流路一端连接所述抽排腔体，另一端穿出所述硅片台下表面并连接所述真空源。

作为优选，所述抽排盖板的表面与所述硅片台的表面共面。

作为优选，所述抽排盖板为多孔板。

作为优选，当所述抽排腔体内无负压时，所述浸液表面张力产生的表面压力P应大于等于浸液压力Pw与抽排腔体内压力Pv之差，使得所述浸液不会泄露至所述多孔板下方，所述浸液表面张力产生的表面压力P为(4×γ×cosθ)/d，

其中，γ表示浸液表面张力，θ表示多孔板与浸液的接触角，d表示多孔板孔直径。

作为优选，当所述真空源开启时，所述浸液表面张力产生的表面压力P应小于浸液压力Pw与抽排腔体内压力之差Pv，去除气泡开始进行。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述浸液流场中气泡去除方法采用提供真空的方式进行抽排气泡，操作简单，且将气泡操作和浸没式光刻机曝光操作分开进行，可避免对硅片台上其它机构的不利影响，提高了浸没式光刻机的生产效率。

附图说明

图1是现有技术中存在气泡的浸液流场的结构示意图；

图2是本发明实施例1的光刻设备的结构示意图；

图3是本发明实施例1的浸液流场形成装置的结构示意图；

图4是本发明实施例1的硅片台的结构示意图；

图5是本发明实施例1的抽排机构的结构示意图；

图6是本发明实施例1的抽排盖板的结构示意图；

图7是本发明实施例2的硅片台的结构示意图；

图8是本发明实施例2的抽排机构的结构示意图。

图1中所示：4-物镜、5-浸液流场、501-气泡、7-硅片、8-硅片台；

图2～8中所示：1-主框架、2-照明系统、3-掩膜版、4-物镜、5-浸液流场、6-浸液限制机构、7-硅片、8-硅片台、501-气泡、610-浸液供给流道、611-浸液回收流道、620-供气口、621-供气腔、622-供气管路、630-气液抽排口、631-气液回收腔、632-抽排管路、640-供液设备、650-气体供给设备、660-气液回收设备、801-能量探测模块、802-第一位置探测模块、803-第二位置探测模块、804-抽排机构、8041-抽排盖板、8042-抽排腔体、8043-抽排流路、8044-控制阀、8045-真空源。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供了一种浸没式光刻机，可以满足有效去除浸液流场中的气泡，提高曝光质量。

实施例1

如图2所示，一种浸没式光刻机，包括主框架1、设置在所述主框架1上的照明系统2、掩膜版3、物镜4和硅片台8，以及浸液流场形成装置，所述硅片台8上放置有涂有感光光刻胶的硅片7，所述浸液流场形成装置将浸液填充在所述物镜4和硅片7之间的缝隙内。工作时，所述硅片台8带动所述硅片7作高速的扫描、步进动作，所述浸液流场形成装置根据所述硅片台8的运动状态，在物镜4视场范围内，提供一个稳定的浸液流场5，同时保证所述浸液流场5与外界的密封，保证浸液不泄漏。所述掩模版3上集成电路的图形通过所述照明系统2和所述物镜4，浸液以成像曝光的方式，转移到所述硅片7上，从而完成曝光。

如图3所示，所述浸液流场形成装置包括浸液限制机构6、以及与所述浸液限制机构6相连的供液设备640、气体供给设备650和气液回收设备660，所述浸液限制机构6的内部轮廓是与所述物镜4的镜头几何形状匹配的锥形结构，所述浸液限制机构6设置在所述物镜4和硅片7之间并围绕所述物镜4，所述浸液限制机构6内部设有连接所述供液设备640的浸液供给流道610、连接所述气液回收设备660的浸液回收流道611、设置在所述浸液供给流道610和浸液回收流道611下方并围绕所述物镜4的供气回路和集气回路，以所述物镜4为中心，所述集气回路设置在所述供气回路内侧，所述供气回路包括围绕所述物镜4的供气腔621、一端连接所述供气腔621另一端连接所述气体供给设备650的供气管路622，环绕所述物镜4且连通所述供气腔621和所述浸液限制机构6下表面的供气口620，所述集气回路包括围绕所述物镜4的气液回收腔631、环绕所述物镜4且连通所述气液回收腔631和所述浸液限制机构6下表面的气液抽排口630、以及一端连接所述气液回收腔631，另一端连接所述气液回收设备660的抽排管路632。

所述供液设备640供给的浸液通过所述浸液限制机构6内的所述浸液供给流道610流出后，填充所述物镜4和所述硅片7之间的缝隙，浸液通过所述浸液限制机构6内所述浸液回收流道611流出后，由所述气液回收设备660回收，因此，在所述物镜4和所述硅片7之间的狭缝内形成了浸液流场5，所述浸液流场5中的浸液处于持续流动状态，无回流，且浸液的成分、压力场、速度场、温度场瞬态和稳态变化小于一定范围。

所述浸液限制机构6下表面与所述硅片7间存在一定高度的间隙，为了防止所述浸液流场5中的浸液从此间隙中泄漏，如图3所示，所述气体供给设备650通过所述供气管路622向所述浸液限制机构6内的所述供气腔621供给压缩空气，压缩空气在所述供气腔621内缓冲后，通过所述供气口620喷出，形成朝向硅片7表面的“气刀”，“气刀”形成的压力增加区域形成了阻挡液场中浸液泄漏的“气帘”，所述浸液流场5边缘的气液混合物通过所述气液抽排口630抽排至所述气液回收腔631，气液混合物在所述气液回收腔631中缓冲后，被所述气液回收设备660经所述抽排管路632抽排出所述浸液限制机构6，从而实现了所述浸液流场5的密封，所述浸液限制机构6环绕形成圆形的所述浸液流场5的主流场。

请参考图4，硅片台8中央设有凹座(图中未示出)，所述硅片7设置在所述凹座中，保持所述硅片7表面与所述硅片台8表面共面，所述硅片台8上且所述硅片7外围区域设有能量探测模块801、第一位置探测模块802、第二位置探测模块803，所述能量探测模块801用于测量曝光能量的大小，所述第一位置探测模块802用于曝光过程中所述掩膜版3和所述硅片台8的对准，所述第二位置探测模块803用于所述硅片台8零位探测，所述硅片台8上且所述硅片7外围区域还设有除气泡区域，所述除气泡区域中设有用于除去所述浸液流场5中气泡的抽排机构804。

请参考图5，图4中A-B位置处剖面结构，所述抽排机构804包括抽排盖板8041、抽排腔体8042、抽排流路8043、控制阀8044和真空源8045，所述硅片台8上表面开设圆柱形盲孔形成所述抽排腔体8042，所述抽排盖板8041为圆形，设置在所述抽排腔体8042的开口上，所述抽排盖板8041的表面与所述硅片台8表面共面，所述抽排流路8043一端连接所述抽排腔体8042，另一端穿出所述硅片台8下表面并连接所述真空源8045，所述控制阀8044设置在所述抽排流路8043上，通过控制所述控制阀8044的开度大小来控制所述抽排腔体8042内抽排真空的多少，所述抽排机构804工作时，所述气泡501可通过所述抽排盖板8041被抽排至所述抽排腔体8042内，所述抽排腔体8042内气液混合物可进一步被所述真空源8045抽排至设备外。

请参考图5，所述物镜4下表面与所述抽排盖板8041或所述硅片7上表面间距h较小，约3毫米，而主流场宽度(直径)W较大，约为90毫米，主流场宽度(直径)W约是主流场厚度的30倍，所述浸液流场5中所述气泡501距所述浸液回收流道611及所述气液抽排口630距离远，最大可超过45毫米，难以被直接抽排出流场，只能间接通过浸液流动带出所述气泡501，而当所述气泡501吸附在所述物镜4下表面时更难通过所述浸液回收流道611及气液抽排口630抽排，容易锁死在所述浸液流场5中，而在所述浸液流场5正下方设置所述抽排机构804后，所述气泡501距抽排盖板8041距离十分近，最大不超过3毫米，可对所述气泡501进行直接抽排，且抽排效果好、时间短。

所述抽排盖板8041形成的抽排区域的宽度(直径)L可设置为比流场宽度(直径)W小，也可设置为比流场宽度(直径)W大，但为防止对流场密封造成不利影响，抽排盖板8041的外缘一定在所述气液抽排口630内侧。宽度(直径)为L的抽排盖板8041可提供足够的抽排面积，且负压抽排效率高。另外，设置独立的抽排机构804进行流场除气泡操作，可避免对所述硅片台8上其它机构的不利影响，如改变硅片7的温度以及使硅片7产生变形等。

请参考图6，所述抽排盖板8041为多孔板，所述多孔板孔的直径d可以是几十微米或更小，当所述真空源8045不提供真空时或所述控制阀8044关闭时，所述浸液表面张力产生的表面压力P应大于等于浸液压力Pw与抽排腔体内压力Pv之差，使得所述浸液不会泄露至所述多孔板下方，所述浸液表面张力产生的表面压力P为(4×γ×cosθ)/d，其中，γ表示浸液表面张力，θ表示多孔板与浸液的接触角，d表示多孔板孔直径，

即浸液表面张力产生的表面压力P与浸液压力Pw、抽排腔体内压力Pv应满足下式：

(4×γ×cosθ)/d≥(Pw-Pv)

当所述真空源8045不提供真空时或所述控制阀8044关闭时，浸液表面张力产生的表面压力P大于等于浸液压力Pw与所述抽排腔体内压力Pv之差，浸液不会泄露至多孔板下方。

而当所述真空源8045提供压力或所述控制阀8044开启进行除气泡时，浸液表面张力产生的表面压力P与浸液压力Pw、抽排腔体内压力Pv应满足下式：

(4×γ×cosθ)/d<(Pw-Pv)

浸液表面张力产生的表面压力P小于浸液压力Pw与所述抽排腔体内压力Pv之差，流场除气泡开始进行。

所述浸液流场5除气泡操作时，控制所述硅片台8运动，将抽排机构804运动至所述浸液流场5正下方后静止，所述抽排盖板8041位于浸液流场5中正下方，所述真空源8045提供压力，开启所述控制阀8044，对所述气泡501进行抽排，另外，在曝光等过程中浸液流场5中还会因能量、温度等原因形成气泡，需要在整机空闲时、或其它必要的时机进行浸液流场5除气泡操作，此时，同样控制硅片台8运动，将抽排机构804运动至浸液流场5正下方，所述真空源8045提供压力，开启所述控制阀8044，对所述气泡501进行抽排。

另外需要指出的是，所述抽排机构804还可应用于所述浸液限制机构6干燥、所述浸液限制机构6异常泄露排水等流程。

实施例2

请参考图7和图8，图8为图7中C-D位置处剖面结构，实施例2与实施例1的区别在于，所述除气泡区域内设置4组所述抽排机构804，4组所述抽排机构804设置形成同心圆结构，4组所述抽排机构804围成的抽排区域的宽度与实施例1所述抽排盖板8041形成的抽排区域的宽度(直径)L相同，所述抽排机构804之间设置独立的抽排盖板8041、抽排腔体8042、抽排流路8043和控制阀8044，而共用一个真空源8045，通过控制阀8044控制不同的抽排负压。

所述除气泡区域内还可以设置5组或更多所述抽排机构804，所述抽排机构804还可以其它形式布局，不限于同心圆结构，多组所述抽排机构804围成的抽排区域的宽度可设置为比流场宽度(直径)W小，也可设置为比流场宽度(直径)W大，但为防止对所述浸液流场密封造成不利影响，抽排区域的外缘一定在所述气液抽排口630一侧。

设置多组独立的抽排机构的主要原因是，所述浸液流场5各处的压力Pw并非相等，而分立的抽排机构804可根据所述浸液流场5内不同位置处不同的压力Pw提供对应不同位置处不同的压力Pv；从而实现对所述浸液流场5中的气泡501快速有效的抽排，同时所述浸液流场5能够保持相对稳定。

Claims (17)

1.一种浸没式光刻机，包括主框架、从上至下依次固定在所述主框架上的照明系统、掩膜版、物镜和硅片台，以及浸液流场形成装置，所述硅片台上设置涂有感光光刻胶的硅片，所述浸液流场形成装置在所述物镜和所述硅片台之间填充浸液形成浸液流场，其特征在于，所述硅片台上位于所述硅片外围设有至少一组对所述浸液流场形成装置执行抽排动作的抽排机构。

2.根据权利要求1所述的浸没式光刻机，其特征在于，所述抽排机构抽排区域的面积小于所述浸液流场最大截面的面积。

3.根据权利要求1所述的浸没式光刻机，其特征在于，所述抽排机构包括抽排盖板、抽排腔体、抽排流路和真空源，所述硅片台上表面开设盲孔形成所述抽排腔体，所述抽排盖板设置在所述抽排腔体的开口上，所述抽排流路一端连接所述抽排腔体，另一端穿出所述硅片台下表面并连接所述真空源。

4.根据权利要求3所述的浸没式光刻机，其特征在于，所述抽排盖板的表面与所述硅片台的表面共面。

5.根据权利要求3所述的浸没式光刻机，其特征在于，所述抽排盖板为多孔板。

6.根据权利要求3所述的浸没式光刻机，其特征在于，所述抽排机构还包括设置在所述抽排流路上的控制阀。

7.根据权利要求6所述的浸没式光刻机，其特征在于，当设有至少两组抽排机构时，所述抽排机构之间设置独立的所述抽排盖板、所述抽排腔体、所述抽排流路和所述控制阀。

8.根据权利要求7所述的浸没式光刻机，其特征在于，所述盲孔的截面呈环形，多个所述抽排机构之间设置形成同心圆结构。

9.根据权利要求3所述的浸没式光刻机，其特征在于，所述盲孔的截面形状与所述浸液流场的截面形状相同。

10.根据权利要求1所述的浸没式光刻机，其特征在于，所述抽排机构对所述浸液流场形成装置执行抽排动作可去除所述浸液流场中的气泡、对所述浸液流场形成装置执行干燥或去除所述浸液流场形成装置中的异常泄露。

11.一种浸液流场中气泡去除方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在硅片台上并位于硅片外围设置独立的除气泡区域；

步骤二：在所述除气泡区域设置抽排机构，所述抽排机构抽排区域的面积小于浸液流场的最大截面面积；

步骤三：将所述抽排机构移动至所述浸液流场的下方进行除气泡操作；

步骤四：除气泡完成后，将所述抽排机构移出所述浸液流场。

12.根据权利要求11所述的浸液流场中气泡去除方法，其特征在于，所述抽排机构提供真空对气泡进行抽排。

13.根据权利要求11所述的浸液流场中气泡去除方法，其特征在于，所述抽排机构包括抽排盖板、抽排腔体、抽排流路和真空源，所述硅片台上表面开设盲孔形成所述抽排腔体，所述抽排盖板设置在所述抽排腔体的开口上，所述抽排流路一端连接所述抽排腔体，另一端穿出所述硅片台下表面并连接所述真空源。

14.根据权利要求13所述的浸液流场中气泡去除方法，其特征在于，所述抽排盖板的表面与所述硅片台的表面共面。

15.根据权利要求13所述的浸液流场中气泡去除方法，其特征在于，所述抽排盖板为多孔板。

16.根据权利要求15所述的浸液流场中气泡去除方法，其特征在于，当所述抽排腔体内无负压时，所述浸液表面张力产生的表面压力P应大于等于浸液压力Pw与抽排腔体内压力Pv之差，使得所述浸液不会泄露至所述多孔板下方，所述浸液表面张力产生的表面压力P为(4×γ×cosθ)/d，

其中，γ表示浸液表面张力，θ表示多孔板与浸液的接触角，d表示多孔板孔直径。

17.根据权利要求16所述的浸液流场中气泡去除方法，其特征在于，当所述真空源开启时，所述浸液表面张力产生的表面压力P应小于浸液压力Pw与抽排腔体内压力之差Pv，去除气泡开始进行。