CN112684667A - 一种光刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光刻方法。本发明提供携带集成电路图案信息的激光束，使激光束穿过投影物镜后投射在具有多个曝光靶区的衬底上，激光束投射的目标区域为投影区；提供折射率大于空气的浸没液体，完全填充投影物镜与衬底之间的激光束经过的空间，形成浸没流场，浸没流场具有流场边界。本发明使浸没流场与尾迹中可能存在的残留液滴接触并融合，实现对尾迹中残留液滴的清扫和消除，从而降低残留液滴对衬底的污染风险，同时允许在曝光过程中使用更高的最大扫描速度，甚至可以采用高于弯液面破裂临界速度的最大扫描速度；有利于提高光刻机的产率和/或减少曝光缺陷的数量。

Description

一种光刻方法

技术领域

本发明属于浸没式光刻机技术领域，涉及一种光刻方法。

背景技术

光刻机是制造超大规模集成电路的核心装备之一，它利用光学系统把掩膜版上的电路图案精确地投影在涂覆光刻胶的衬底上并使光刻胶曝光改性，从而在衬底上留下电路图案信息。它包括激光光源、投影物镜系统、包含电路图案的投影掩膜版和涂有光敏光刻胶的衬底。

相对于中间介质为气体的干式光刻机，浸没式光刻(Immersion Lithography)设备通过在最后一片投影物镜与衬底之间填充某种高折射率的液体，通过提高该缝隙液体介质的折射率(n)来提高投影物镜的数值孔径(NA)，从而提高光刻设备的分辨率和焦深。在现在的主流光刻技术中，由于浸没式光刻相对早期的干式光刻具有良好的继承性，所以受到广泛应用。而对于浸没液体的填充，目前广泛采用的方案是局部浸没法，也即使用浸液供给回收装置将液体限制在最后一片投影物镜的下表面和衬底上表面之间的局部区域内。保持浸没液体在曝光区域内的光学一致性和透明度，是保障浸没式光刻曝光质量的关键。为此，现有技术方案往往通过注液和回收实现浸没流场的实时更新，将光化学污染物、局部热量、微纳气泡等及时带离核心曝光区域，以确保浸没液体的高度纯净均一。

如图1和图2所示，浸没式光刻机中投影物镜系统具有距离衬底2最近的末端物镜1，末端物镜1和衬底2之间形成第一间隙11；环绕末端物镜1设置浸液供给回收装置3，浸液供给回收装置3向第一间隙11内提供浸没液体LQ，浸液供给回收装置3具有中心通孔31以供来自末端物镜1的曝光激光束穿过；当携带电路图案信息的曝光激光束穿过末端物镜1后，进入浸没液体LQ，穿过浸没液体LQ后投射在衬底2上；对于浸没式光刻机中常用的波长为193nm的曝光激光束，浸没液体LQ可以采用超纯水，超纯水对于193nm激光的折射率大于空气，因此相对于干式光刻机，浸没式光刻机的曝光激光束穿过末端物镜1和浸没液体LQ后可以汇聚为更小尺度的曝光靶区，从而在衬底上形成更小尺度的电路图案，从而提高光刻机的曝光分辨率。为了避免浸液供给回收装置3将振动和热扰动传递到末端物镜1以干扰其光学性质，设置浸液供给回收装置3不与末端物镜1相接触，于是在末端物镜1和浸液供给回收装置3之间形成第二间隙12。现有的浸没式光刻机在曝光过程中按照扫描步进原理相对于末端物镜1来移动衬底3，使得曝光激光束扫描式地将单幅电路图案投射到衬底2的单个靶区中，并步进式地将相同的电路图案投射到衬底2的多个靶区中；由于衬底2会发生相对于末端物镜1的运动，而浸液供给回收装置3相对于末端物镜1静止，因此衬底2会发生相对于浸液供给回收装置3的运动，衬底2与浸液供给回收装置3存在第三间隙13。

由于曝光过程中激光束会加热浸没液体LQ，衬底2上的光刻胶发生光化学反应可能产生污染物释放到浸没液体LQ中，浸没液体LQ的温度和洁净度的改变将导致其光学性质改变；因此设置浸液供给回收装置3驱动浸没液体LQ持续地流动更新以维持其温度和洁净度，具体来说，浸液供给回收装置3中设置朝向第二间隙12的主注液口4，使用浸液供给系统LS经主注液口4向第二间隙12提供浸没液体LQ；浸液供给回收装置3中设置朝向第二间隙12并且位于主注液口4对侧的主抽排口5，使用主抽排系统VM经主抽排口5抽排浸没液体LQ；大部分浸没液体LQ自主注液口4流入第二间隙12，随后流入第一间隙11，然后第一间隙11和第二间隙12中的浸没液体被主抽排口5抽排；还有一部分浸没液体LQ会流入第三间隙13中，为了避免大量浸没液体LQ遗留在衬底2表面上导致衬底2形成光刻缺陷，以及避免浸没液体LQ浸湿其他部件造成损坏，浸液供给回收装置3在朝向衬底2的表面设置密封抽排口6，密封抽排口6可以是一圈均匀排布的小孔或者环形的缝隙，使用密封抽排系统VC经密封抽排口6将第三间隙13中的浸没液体LQ抽走排出。衬底2在扫描和步进运动过程中会牵拉浸没液体LQ，为了避免衬底2高速运动时过度牵拉浸没液体LQ导致其脱离密封抽排口6的约束，在浸液供给回收装置3中密封抽排口6的径向外侧设置气密封口7，使用气体供给系统AS经气密封口7向第三间隙13供给气体流，在气体流的提高压强和吹扫作用下，密封抽排口6对于浸没液体LQ的约束能力也增强。主抽排口5和密封抽排口6将浸没液体LQ完全抽排，浸没液体LQ和外围气体之间形成了弯液面20，弯液面20所包围的浸没液体空间即为浸没流场。作为弯液面20的约束结构，密封抽排口6的布局线可以视为浸没流场的流场边界21。

为了提高光刻机的产率，期望尽可能快地移动衬底2；但如果衬底2的运动速度过快，将会突破密封抽排口6对弯液面20的约束能力，过度牵拉弯液面20造成弯液面20破裂产生泄漏液滴24。泄漏液滴24遗留在衬底2上，会发生蒸发导致衬底2被冷却，蒸发后残留的颗粒物等污染物会污染衬底2，这些因素最终会在衬底2上形成缺陷。例如图3所示的，衬底2沿+Y方向进行扫描运动(为便于观察理解，图中用-Y方向的箭头表示扫描运动42，也即浸液供给回收装置3相对于衬底2的运动方向)，衬底2将沿+Y方向牵拉弯液面20，在弯液面20平行于Y轴的中线附近，由于沿Y向的浸没液体最多，受到衬底2牵拉时对衬底2的作用力最大，因此中线附近的弯液面20最容易破裂产生泄漏液滴24。

发明内容

本发明的目的就是提供一种光刻方法。

本发明提供携带集成电路图案信息的激光束，使激光束穿过投影物镜后投射在具有多个曝光靶区的衬底上，激光束投射的目标区域为投影区；提供折射率大于空气的浸没液体，完全填充投影物镜与衬底之间的激光束经过的空间，形成浸没流场，浸没流场具有流场边界；

具体包含如下步骤：

A1：使投影区的一边对齐平行第一曝光靶区的一边，驱动衬底运动，使投影区由第一曝光靶区外部一侧加速地朝向第一曝光靶区运动，投影区的中心在所述运动的起始时刻位于第一线上；

A2：驱动衬底加速运动，使投影区在第一曝光靶区外部一侧达到最大扫描速度，随后驱动衬底匀速运动，衬底由加速运动切换至匀速运动的时刻投影区的中心位于第二线上，此时流场边界的尾部最远端位于第五线上；

A3：衬底持续匀速运动，使投影区以最大扫描速度匀速直线地扫过曝光靶区，此为扫描运动，当投影区至少部分在曝光靶区内部时，将携带集成电路图案信息的激光束持续投射在投影区内；

A4：衬底持续匀速运动，使投影区以最大扫描速度离开曝光靶区，驱动衬底减速地继续向前运动，衬底由匀速运动切换至减速运动的时刻投影区的中心位于第三线上；投影区的中心由第二线移动至第三线的过程中，流场边界的尾部边缘在衬底上移动扫过的区域形成尾迹；

A5：衬底由匀速运动切换至减速运动的同时，驱动衬底朝垂直于匀速运动方向的方向运动；

A6：衬底做减速运动至沿匀速运动方向的速度分量为零时随即开始反向朝向与第一曝光靶区同行相邻的第二曝光靶区加速运动；

A7：衬底持续朝向第二曝光靶区横向地运动以及纵向地加速运动，直至投影区的一边对齐平行同行排列的第二曝光靶区的一边，此时刻投影区的中心位于第三线上，停止衬底朝向第二曝光靶区的横向运动；在步骤A5至A7中投影区的中心距离曝光靶区最远时位于第四线上；

A8：从投影区的中心位于第三线的时刻起，衬底以最大扫描速度做匀速直线运动，使投影区完全扫过第二曝光靶区；

A9：衬底以最大扫描速度匀速直线运动，使投影区完全离开第二曝光靶区，直到投影区的中心抵达第二线；在步骤A8至A9中，流场边界完全扫过尾迹的平行于所述扫描运动方向的中线。

所述第一线距离第二线比第五线距离第二线更远。

所述最大扫描速度高于600mm/s。

采用本发明的光刻方法，使浸没流场在对曝光靶区的曝光过程中扫掠过更大比例的同行相邻的上一个曝光靶区的曝光过程中形成的浸没流场的尾迹区域，甚至完全扫掠过所述尾迹区域，使浸没流场与尾迹中可能存在的残留液滴接触并融合，实现对尾迹中残留液滴的清扫和消除，从而降低残留液滴对衬底的污染风险，同时允许在曝光过程中使用更高的最大扫描速度，甚至可以采用高于弯液面破裂临界速度的最大扫描速度；有利于提高光刻机的产率和/或减少曝光缺陷的数量。

附图说明

图1为浸液供给回收装置及浸没流场的纵向剖视示意图；

图2为浸液供给回收装置的仰视示意图；

图3为衬底牵拉导致弯液面破裂产生泄漏液滴的示意图；

图4为衬底进行一种扫描步进运动的路径示意图；

图5为衬底进行一种扫描步进运动完成对一片衬底曝光的路径示意图；

图6为一种衬底的扫描步进运动路径分段示意图；

图7为扫描步进运动中浸没流场的尾迹示意图；

图8为扫描步进运动中浸没流场的尾迹及其吸收原理示意图；

图9为本发明的光刻方法的扫描步进运动路径示意图。

具体实施方式

如图1、图4和图5所示，浸没式光刻机的曝光激光束在衬底2上形成的投影区32呈矩形，投影区32的长边长度略大于矩形的曝光靶区22的一边长度(例如图4中的沿X方向的边)，投影区32的短边长度小于矩形的曝光靶区22的另一边长度(例如图4中的沿Y方向的边)。在曝光过程中，衬底2配合投影掩膜版运动，使投影区32以扫描运动42的路径经过一个曝光靶区22，并将投影掩模版上的集成电路图形扫描式地投影在曝光靶区22上；完成一个曝光靶区22的扫描投影后，移动衬底2使投影区32进入相邻的下一个曝光靶区22，然后进行反向的扫描运动42并完成对该曝光靶区22的扫描投影，将投影区32从一个曝光靶区22移动到相邻的下一个曝光靶区22的运动称之为步进运动41；由于步进运动41过程也伴随着投影区32的扫描运动42的运动速度减小至零的减速过程，因此步进运动41的轨迹呈曲线形状。如图5所示，投影区32不断进行扫描运动和步进运动，并伴随着曝光过程，使投影区32逐步扫掠衬底2上所有的曝光靶区2的曝光，从而完成对整个衬底2的曝光。在曝光过程中，流场边界21始终跟随投影区32运动，保证投影区32被浸没液体完全包围。

结合图6进一步解释扫描步进运动过程。投影区32的长边与X轴平行，并对准曝光靶区22a的一边，在曝光靶区22a外部的一侧(-Y方向一侧)与曝光靶区22a的所述边成一距离的虚拟直线记为第一线51，投影区32的中心自第一线51起，由朝向曝光靶区22a的+Y方向直线前进，在+Y方向上的运动速度由零逐渐加速；当投影区32的中心抵达第二线52时，投影区32的运动速度达到设定的最大扫描速度；随后，投影区32进入曝光靶区22a，曝光激光束投射至投影区32，使曝光靶区22a开始被曝光；投影区32继续沿+Y方向直线前进直至完全离开曝光靶区22a，曝光激光束持续投射至投影区32，直到投影区32离开曝光靶区22a后结束投射；投影区32继续以最大扫描速度沿直线运动至曝光靶区22a位于+Y方向外部一侧的第三线53；自第三线53起，投影区32的中心沿+Y方向做减速运动直至+Y方向的运动速度减小至零，与此同时，投影区32开始沿+X方向做加速运动，逐渐运动至投影区32的长边与相邻的下一个曝光靶区22b的一边对齐；投影区32的+Y方向运动速度减小至零时，其中心抵达第四线54；投影区32的中心抵达第4线54后随即沿反向的-Y方向做加速运动；投影区32的中心抵达第三线53时达到-Y方向的最大扫描速度，随后开始对曝光靶区22b的扫描曝光过程；完成对曝光靶区22b的扫描曝光后，投影区32继续以类似的扫描步进路径扫掠相邻的下一个曝光靶区22c并对其曝光。在第二线52和第三线53之间，投影区32和流场边界21以最大扫描速度做直线运动，投影区32和流场边界21的中心的运动为扫描运动42；在第一线51和第二线52以及第三线53和第四线54之间，投影区32和流场边界21做扫描方向上加速或减速运动以及步进方向上的直线运动，投影区32和流场边界21的中心的运动为步进运动41，步进运动41的路径呈曲线形；由于投影区32在对一个曝光靶区22与相邻的曝光靶区22曝光的扫描运动42中的运动方向刚好相反，因此对相邻的两个曝光靶区22曝光的扫描运动42具有反向对称性，第一线51与第四线54关于曝光靶区22对称，第二线52与第三线53关于曝光靶区22对称。

如图7所示，投影区32的中心位于第二线52，流场边界21a的-Y向边缘位于平行于第一线51的第五线55；随后投影区32和流场边界21a的中心以最大扫描速度沿+Y方向做直线运动前进；当投影区32和流场边界21a的中心抵达第三线53时，流场边界21b的-Y向边缘与第五线55之间形成尾迹60。在流场边界21沿+Y方向以最大扫描速度运动时，由于流场边界21平行于Y轴的中线附近的浸没液体最多，对流场边界-Y一侧的边缘的弯液面压力最大，最容易产生泄漏液滴，因此，尾迹60是产生泄漏液滴的高风险区域。如果投影区32和流场边界21在扫描运动中的最大扫描速度超过由弯液面本征物理性质决定的临界速度，则尾迹60中将产生泄漏液滴留存于衬底2上。尾迹60关于投影区32中心的扫描运动42路径对称。最大扫描速度超过临界速度的幅度越大，尾迹60的X向宽度越大；如果最大扫描速度只是略微超过临界速度，泄漏液滴基本产生于尾迹60的中线上。

期望使用更高的最大扫描速度而同时保持尾迹60中的泄漏液滴最少，从而获得更高的产率和/或减少曝光缺陷。

如图8所示，完成对曝光靶区22a的曝光形成尾迹60a，随后对曝光靶区22b进行曝光；投影区32的中心自第三线53至第二线52做扫描运动，伴随着流场边界21由21c位置移动至21d位置，流场边界21c的+Y向边缘位于与第五线55对称的第六线56；流场边界21d与第六线56之间形成尾迹60b。类似地，对同一行排列的曝光靶区22曝光，浸没流场将在曝光靶区22的两侧交替形成尾迹60。图8中可见，在对曝光靶区22b进行曝光时，流场边界21可以扫过尾迹60a；具体地，在流场边界21沿-Y向运动至投影区32中心抵达第一线51过程中，一部分浸没流场可以与尾迹60a重合；投影区32中心由第二线52运动到第一线51，流场边界21由位置21d运动到位置21e，这个过程中流场边界21扫过的区域边界为包络线23，包络线23即为对曝光靶区22b曝光时浸没流场所能扫过的区域的-Y方向最远端。

如图9所示，一种光刻方法，提供携带集成电路图案信息的激光束，使激光束穿过投影物镜后投射在具有多个曝光靶区的衬底上，激光束投射的目标区域为投影区32；提供折射率大于空气的浸没液体，完全填充投影物镜与衬底之间的激光束经过的空间，形成浸没流场，浸没流场具有流场边界21；其特征在于包含如下步骤：

A1：使投影区32的一边对齐平行第一曝光靶区22a的一边，驱动衬底运动，使投影区32由第一曝光靶区22a外部一侧加速地朝向第一曝光靶区22a运动，投影区32的中心在所述运动的起始时刻位于第一线51上；

A2：驱动衬底加速运动，使投影区32在第一曝光靶区22a外部一侧达到最大扫描速度，随后驱动衬底匀速运动，衬底由加速运动切换至匀速运动的时刻投影区32的中心位于第二线52上，此时流场边界21的尾部最远端位于第五线55上；

A3：衬底持续匀速运动，使投影区32以最大扫描速度匀速直线地扫过第一曝光靶区22a，此为扫描运动，当投影区32至少部分在第一曝光靶区22a内部时，将携带集成电路图案信息的激光束持续投射在投影区32内；

A4：衬底持续匀速运动，使投影区32以最大扫描速度离开第一曝光靶区22a，驱动衬底减速继续向前运动，衬底由匀速运动切换至减速运动的时刻投影区32的中心位于第三线53上；投影区32的中心由第二线52移动至第三线53的过程中，流场边界21的尾部边缘在衬底上移动扫过的区域形成尾迹60；

A5：衬底由匀速运动切换至减速运动的同时，驱动衬底朝垂直于扫描运动方向的方向运动；

A6：衬底做减速运动至沿匀速运动方向的速度分量为零时随即开始反向朝向与第一曝光靶区22a同行相邻的第二曝光靶区22b加速运动；

A7：衬底持续朝向第二曝光靶区22b横向地运动以及纵向地加速运动，直至投影区32的一边对齐平行第二曝光靶区22b的一边，此时刻投影区32的中心位于第三线53上，停止衬底朝向第二曝光靶区22b的横向运动；在步骤A5至A7中投影区32的中心距离第二曝光靶区22b最远时位于第四线54上；

A8：从投影区32的中心位于第三线53的时刻起，衬底以最大扫描速度做匀速直线运动，使投影区32完全扫过第二曝光靶区22b；

A9：衬底以最大扫描速度匀速直线运动，使投影区32完全离开第二曝光靶区22b，直到投影区32的中心抵达第二线52；在步骤A8至A9中，流场边界21完全扫过尾迹60的平行于所述扫描运动方向的中线。

使用上述光刻方法，不限制浸没流场的流场边界21的形状，只要适当设置流场边界21低于最大扫描速度运动的距离，也即适当设置第一线51与第二线52的距离(对称地，也即适当设置第三线53与第四线54之间的距离)，就可以使浸没流场完全扫过尾迹60的平行于所述匀速运动的中线，从而实现对尾迹60中残留液滴的清扫，降低残留液滴对衬底的污染风险。

典型地，使第一线51距离第二线52比第五线55距离第二线52更远，可以基本上实现对所述尾迹60的覆盖，能够减少甚至完全消除残留液滴。

使用上述光刻方法，可以使用高于600mm/s的最大扫描速度，相对于现有技术提升了最大扫描速度以及光刻机的产率，同时产生的曝光缺陷数量较少。

以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种光刻方法，其特征在于：提供携带集成电路图案信息的激光束，使激光束穿过投影物镜后投射在具有多个曝光靶区的衬底上，激光束投射的目标区域为投影区；提供折射率大于空气的浸没液体，完全填充投影物镜与衬底之间的激光束经过的空间，形成浸没流场，浸没流场具有流场边界；

具体包含如下步骤：

A1：使投影区的一边对齐平行第一曝光靶区的一边，驱动衬底运动，使投影区由第一曝光靶区外部一侧加速地朝向第一曝光靶区运动，投影区的中心在所述运动的起始时刻位于第一线上；

A2：驱动衬底加速运动，使投影区在第一曝光靶区外部一侧达到最大扫描速度，随后驱动衬底匀速运动，衬底由加速运动切换至匀速运动的时刻投影区的中心位于第二线上，此时流场边界的尾部最远端位于第五线上；

A3：衬底持续匀速运动，使投影区以最大扫描速度匀速直线地扫过曝光靶区，此为扫描运动，当投影区至少部分在曝光靶区内部时，将携带集成电路图案信息的激光束持续投射在投影区内；

A4：衬底持续匀速运动，使投影区以最大扫描速度离开曝光靶区，驱动衬底减速地继续向前运动，衬底由匀速运动切换至减速运动的时刻投影区的中心位于第三线上；投影区的中心由第二线移动至第三线的过程中，流场边界的尾部边缘在衬底上移动扫过的区域形成尾迹；

A5：衬底由匀速运动切换至减速运动的同时，驱动衬底朝垂直于匀速运动方向的方向运动；

A6：衬底做减速运动至沿匀速运动方向的速度分量为零时随即开始反向朝向与第一曝光靶区同行相邻的第二曝光靶区加速运动；

A7：衬底持续朝向第二曝光靶区横向地运动以及纵向地加速运动，直至投影区的一边对齐平行同行排列的第二曝光靶区的一边，此时刻投影区的中心位于第三线上，停止衬底朝向第二曝光靶区的横向运动；在步骤A5至A7中投影区的中心距离曝光靶区最远时位于第四线上；

A8：从投影区的中心位于第三线的时刻起，衬底以最大扫描速度做匀速直线运动，使投影区完全扫过第二曝光靶区；

A9：衬底以最大扫描速度匀速直线运动，使投影区完全离开第二曝光靶区，直到投影区的中心抵达第二线；在步骤A8至A9中，流场边界完全扫过尾迹的平行于所述扫描运动方向的中线。

2.如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于：所述第一线距离第二线比第五线距离第二线更远。

3.如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于：所述最大扫描速度高于600mm/s。

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