CN1245668C - 曝光系统及其曝光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种曝光系统及其曝光方法，利用在欲曝光的品片与镜头之间提供一液体，以提高曝光路径的折射率。此曝光系统至少包括：一液体槽，用以承载液体；一晶片支撑装置，设置于液体槽内部，用以支撑晶片，使得晶片表面与液体接触；以及一曝光装置，具有一镜头，设置于液体槽内部的晶片上方，使镜头表面与液体接触。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体制造装置与其使用方法，且特别涉及一种曝光系统及其曝光方法。
背景技术
在半导体集成电路的制造过程中，光刻(lithography)制作技术居于极重要的地位，本发明利用此一制作技术方可将设计的图案精确地定义在光刻胶层上，然后利用蚀刻程序将光刻胶层的图案转移到半导体基板上而制得所需的线路构造。一般而言，光刻制作技术主要包括涂底(priming)、光刻胶涂敷(coating)、预烤(或称软烤)、曝光(expose)、曝后处理、显影以及硬烤等数个步骤。其中曝光程序的解析度(resolution)尤为元件集成度能否更进一步提升的关键因素，各大半导体厂家无不积极投入研发以谋求更上层楼。
从光学原理上分析，曝光机台的解析度与所使用光源的波长成一正比关系，也就是曝光光源的波长越短，其解析度也就越小。以目前商业化的半导体制作技术而言，曝光机台已由以往使用436nm(g-line)、365nm-line)等波长的光源，演进至使用248nm其或更短波长193nm的深紫外光(deep UV)范围的光源，甚至朝向波长157nm研发，以适应元件集成度不断增加的需求。当进入后光学光刻(Post-Optical Lithography)新纪元，发展出一种波长13nm的极短紫外光(extreme UV；EUV)(也称为点光源X-光、软X-光)，其解析度约可提升到50nm以下。
但是，由于元件尺寸将持续地缩小，掩膜图案的间隙变得如光栅般细小，光波衍射效应的影响因而较以往更为明显，使得非曝光区的光刻胶层也承受了若干的光强度，造成曝光对比度(contrast)的降低，不利于后续显影步骤的进行。一般说来，解析度(resolution)R与入射光波长λ成正比，且与数值孔径(numerical aperture)NA成反比。
即R＝k1·λ/NA (1)
又NA＝n·sinθ (2)
可得到R＝k1·λ/(n·sinθ) (3)
其中，k1是为常数，n是为光传递介质的折射率，θ是为入射角。为了提高解析度R，单就光源波长λ缩小，已无法满足高集积度的半导体需求，因此，一种浸没光刻技术(immersion lithography)被提出来，简单地滴一滴具有高折射率的液体于晶片表面与曝光镜头表面之间，以提升数值孔径NA，进一步提升曝光的解析度R。
除了提升解析度R，也需同时考量到另一光学性质：聚焦深度(depth offocus)，
DOF＝k3·λ/(sin2θ/2) (4)
由公式(3)与公式(4)可推算出下列结果：
表1
| no | N | sinθo | sinθ | Rimmer/Rair | DOFimmer/DOFair | |
| 条件1 | 1 | 1.5 | 0.9 | 0.9 | 0.67 | 0.67 |
| 条件2 | 1 | 1.5 | 0.9 | 0.6 | 1 | 1.88 |
| 条件3 | 1 | 1.5 | 0.9 | 0.7 | 0.857 | 1.316 |
其中，
no表示空气的折射率；
n表示液体的折射率；
θo是为以空气为光传递介质时的入射角；
θ是为以空气为光传递介质时的入射角；
Rair是为以空气为光传递介质时的解析度；
Rimmer是为以空气为光传递介质时的解析度；
DOFair是为以空气为光传递介质时的聚焦深度：
DOFair是为以空气为光传递介质时的聚焦深度。
根据表1的结果，在条件1的情形下，说明利用浸没光刻技术虽可以改善解析度R，却无法提升聚焦深度DOF，然而条件2与条件3中，利用浸没光刻技术，再配合调整入射角θ，可以使聚焦深度DOF与解析度R同时改变，经过适当调整入射角θ，可得到聚焦深度DOF与解析度R同时改善的结果(如条件3)。由此可知，浸没光刻技术可突破光学限制，将为半导体光刻制作技术开启一新纪元。
然而，将如前所述的浸没光刻技术实际应用于半导体制作技术中会产生下列问题：
1.由于曝光过程中，当光射入光刻胶，会使光刻胶发生化学反应，释放出气体而产生气泡，使得液体的均质性(homogeneity)变差，使影像失真，并且降低折射率。
2.由于曝光时，曝光机台必需快速移动以扫描或步进晶片，因此，往往造成摩擦生热，使得液体的均质性(homogeneity)变差，使影像失真，造成折射率不稳定。
3.杂质与污染物会落入液体内，在曝光路径中会影响曝光，造成缺陷。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明主要目的在于提供一种采用浸没光刻技术的曝光系统，以避免上述问题的产生。
本发明的目的之一在于提供一种新的曝光系统，可利用此装置施行浸没光刻技术。
为达到上述目的，本发明提出一种曝光系统及其曝光方法。此装置主要是包括：一液体槽，用以承载上述液体；一晶片支撑装置，设置于上述液体槽内部，用以支撑上述晶片，使得上述晶片表面与上述液体接触；以及一曝光装置，具有一镜头，设置于上述液体槽内部的上述晶片上方，使上述镜头表面与上述液体接触。
所述液体槽还包括：一保护盖，设置于上述液体槽顶部，用以密封上述液体槽；一液体入口，用以导入上述液体；一液体出口，用以排放上述液体；一回流管路，使上述液体于上述液体槽与上述回流管路之间循环流动；一泵，用以驱动上述液体于上述液体槽与上述回流管路之间循环流动；一过滤装置，设置于上述回流管路内部，用以过滤液体流动所产生的气泡与杂质；一温度调节装置，与上述液体槽相连接，用以调整上述液体的温度，使上述液体维持恒温；以及一检测系统，设置于上述液体槽的内壁，用以检测上述曝光装置的位置。
所述晶片支撑装置还包括：一真空系统，用以吸住上述晶片。；以及一倾斜调整装置，用以调整上述晶片表面的倾斜度，使上述晶片表面平行于上述镜头表面。
所述曝光装置可为一扫描-步进机(scan-and-repeat mask aligner)、步进-重复机(step-and-repeat mask aligner)或掩膜对准曝光机(mask aligner)，并且上述曝光装置可垂直移动以进行对焦或水平移动以进行曝光。
本发明的曝光装置可为1∶1曝光系统，则上述曝光装置是包括一掩膜，以掩膜取代上述镜头，且必须直接与上述液体接触。
本发明还提供一种利用上述曝光系统的曝光方法，此方法的主要步骤是包括：首先，提供一液体槽。接著，设置一基底于上述液体槽内部。接著，注入一液体于上述液体槽内部，覆盖上述基底表面。接著，设置一曝光装置于上述基底的上方，其中上述曝光装置具有一镜头，且上述镜头表面与上述液体接触。最后，利用一光源通过上述镜头与上述液体，对上述基底实施一曝光程序。
所述液体是为任何一折射率大于1(空气)液体，例如：水、甘油(glycerine)或过氯聚合物(perfluoropolymers)。
实施所述曝光程序之前还包括：调整上述曝光装置的位置高度，以进行对焦。
实施所述曝光程序之前还包括：调整上述曝光装置的水平位置，以对准上述晶片的既定位置。
实施所述曝光程序之前还包括：调整上述晶片表面的倾斜度，使上述晶片表面平行于上述镜头表面。
所述述基底可利用一真空系统固定于上述液体槽内部。
为使本发明的上述目的、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1是为根据本发明之一较佳实施例的曝光系统剖面图；
图2是为根据本发明之一较佳实施例的曝光系统俯视图；
图3是为根据本发明之另一较佳实施例的曝光系统局部剖面图。
具体实施方式
以下请配合参照图1的曝光系统剖面图、图2的曝光系统俯视图说明本发明的一实施例，并且参照图3的曝光系统局部剖面图说明本发明的另一实施例。
本发明的曝光系统包括一液体槽100，可经由一液体入口104，注入一液体10，并且设置一液体出口106，用以排放上述液体10，使液体槽100内部的液体10可定期更新，保持洁净。液体10可为任一高折射率大于1(空气)的液体，例如：水、甘油(glycerine)或过氯聚合物(perfluoropolymers)，其中以水为较佳。提供上述液体10的目的在于使上述液体做为光传递介质，提升曝光路径的折射率，进而同时提高曝光制作技术的解析度与聚焦深度。
再者，设置一保护盖102于上述液体槽100顶部，用以密封上述液体槽100，以避免任何污染物落入上述液体槽100内，改变上述液体10的折射率或在光传输路径上影响曝光。并且，上述保护盖102与一曝光装置500相连接，且上述保护盖102的厚度随著接近上述曝光装置500而递增，也就是愈接近上述镜头300的保护盖102部分愈厚，可使上述液体10容易流动。
并且，上述液体槽100连接一回流管路108，再设置一泵110于上述回流管路108中，用以驱动上述液体10，使上述液体10于上述液体槽100与上述回流管路108之间循环流动。又，可于上述回流管路108内部设置一过滤装置112，例如：滤网或泡棉，利用流动的液体10将曝光过程中光刻胶发生化学反应所释放的气泡以及自外界掉落的杂质一并过滤、清除，以维持液体的均质性，使折射率维持稳定。又，可设置一温度调节装置114，与上述液体槽100相连接，用以调整上述液体10的温度，使上述液体10维持恒温。利用上述温度调节装置114可控制液体温度，避免由于曝光装置500在对应不同的晶片位置上方快速移动而摩擦所产生的热影响液体的均质性与折射率。
本发明的曝光系统又包括一晶片支撑装置200，例如：晶片承载台，设置于上述液体槽100内部，用以支撑一晶片20，使得上述晶片20表面与上述液体10接触。上述晶片支撑装置200可利用一真空系统202吸住上述晶片。并且，设置一倾斜调整装置204，用以调整上述晶片20表面的倾斜度。
本发明的曝光系统仍包括一曝光装置500，可为任一现有的曝光机台，例如：扫描-步进机(scan-and-repeat mask aligner)、步进-重复机(step-and-repeat mask aligner)或掩膜对准曝光机(mask aligner)，并且上述曝光装置500可垂直移动，调整至适当位置以进行对焦，也可水平移动，选择适当的对应上述晶片20位置以进行曝光，或是通过调整上述倾斜调整装置204，使上述晶片20表面平行于上述镜头300表面。上述曝光装置500设置于上述晶片20上方，其至少包括一光源、一掩膜以及一镜头300，并且上述镜头300必需与上述液体10接触。应该注意的是，必需使上述晶片20表面与上述镜头300表面之间充满上述液体10，以上述液体10做为进行曝光时的光传递介质。
另外，若上述曝光装置是采用1∶1的曝光方式，上述曝光装置500的另一实施例则是包括一掩膜600，如图3所示。同样地，必须使上述晶片20表面与上述掩膜600表面之间充满上述液体10，以上述液体10做为进行曝光时的光传递介质。
如前所述，本发明的曝光系统可视需要而设置一检测系统400，例如以现有的检测系统于上述液体槽100的内壁四周设置检测镜面，通过镜面可观察到上述晶片20与上述镜头300或掩膜600的位置，以方便检测上镜头300或掩膜600的位置，确保上述镜头300或掩膜600精确对应在上述晶片20上欲进行曝光的位置。
利用如上所述的曝光系统进行曝光时，上述曝光装置500会提供一光源通过上述镜头300或掩膜600，穿过上述液体20，以上述液体做为光传输介质，对上述晶片20实施一曝光程序。
综合上述，本发明具有下列优点：
1.根据本发明的曝光系统及其曝光方法，增加一液体于晶片表面与镜头表面之间，使得曝光路径的折射率增大，进而同时提高曝光制作技术的解析度与聚焦深度。
2.根据本发明的泵与过滤装置，可去除杂质及晶片表面的光刻胶于曝光时因发生化学反应释放出气体，以维持液体的均质性，使折射率维持稳定。
3.根据本发明的温度调节装置，可以控制液体温度保持稳定，以避免由于曝光装置在对应不同的晶片位置上方快速移动而摩擦所产生的热影响液体的均质性与折射率。
4.根据本发明的液体槽的保护盖，可避免污染物落入液体中，在光路径上形成缺陷，影响曝光结果。
虽然本发明已以较佳实施例公开，然其并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做各种的等效更动与修改，因此本发明的保护范围以权利要求为准。
Claims (62)
1.一种曝光系统，适用以通过一液体对一晶片进行曝光，其特征在于，它包括：
一液体槽，用以承载所述液体；
一晶片支撑装置，设置于所述液体槽内部，用以支撑所述晶片，使得所述晶片欲曝光的表面与所述液体接触；以及
一曝光装置，具有一镜头，设置于所述晶片上方，且使所述镜头表面与所述液体接触。
2.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述的液体槽还包括：一保护盖，设置于所述液体槽顶部，用以密封所述液体槽。
3.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述的保护盖与所述曝光装置相连接，且所述保护盖的厚度随著接近所述曝光装置而递增。
4.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述的液体槽还包括：
一液体入口，用以导入所述液体；以及
一液体出口，用以排放所述液体。
5.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述的液体槽还包括：一回流管路，使所述液体于所述液体槽与所述回流管路之间循环流动。
6.如权利要求5所述的曝光系统，其特征在于，所述的液体槽还包括：一泵，用以驱动所述液体于所述液体槽与所述回流管路之间循环流动。
7.如权利要求6所述的曝光系统，其特征在于，所述的液体槽还包括：一过滤装置，设置于所述回流管路内部，用以过滤液体流动所产生的气泡与杂质。
8.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述的液体槽还包括：一温度调节装置，与所述液体槽相连接，用以调整所述液体的温度，使所述液体维持恒温。
9.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述的晶片支撑装置还包括：一真空系统，用以吸住所述晶片。
10.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述的晶片支撑装置还包括：一倾斜调整装置，用以调整所述晶片表面的倾斜度，使所述晶片表面平行于所述镜头表面。
11.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，还包括：一检测系统，设置于所述液体槽的内壁，用以检测所述曝光装置的位置。
12.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述的曝光装置为一扫描-步进机。
13.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述的曝光装置为一步进-重复机。
14.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述的曝光装置为一掩膜对准曝光机。
15.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述的曝光装置利用垂直移动以进行对焦。
16.如权利要求1所述的曝光系统，其特征在于，所述的曝光装置利用水平移动以进行曝光。
17.一种曝光方法，适用以通过一液体对一基底进行曝光，其特征在于，它包括：
提供一注有所述液体的液体槽，且所述基底设置于所述液体槽内部，其中所述液体覆盖于所述基底欲进行曝光的表面；
设置一曝光装置于所述基底的上方，其中所述曝光装置具有一镜头，且所述镜头表面与所述液体接触；以及
利用一光源通过所述镜头与所述液体，对所述基底实施一曝光程序。
18.如权利要求17所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体包括水、甘油或过氯聚合物。
19.如权利要求17所述的曝光方法，其特征在于所述的实施所述曝光程序之前还包括：调整所述曝光装置的位置高度，以进行对焦。
20.如权利要求17所述的曝光方法，其特征在于所述的实施所述曝光程序之前还包括：调整所述曝光装置的水平位置，以对准所述晶片的既定位置。
21.如权利要求17所述的曝光方法，其特征在于所述的实施所述曝光程序之前还包括：调整所述晶片表面的倾斜度，使所述晶片表面平行于所述镜头表面。
22.如权利要求17所述的曝光方法，其特征在于，所述的曝光装置为一扫描-步进机。
23.如权利要求17所述的曝光方法，其特征在于，所述的曝光装置为一步进-重复机。
24.如权利要求17所述的曝光方法，其特征在于，所述的曝光装置为一掩膜对准曝光机。
25.如权利要求17所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体槽还包括：一保护盖，设置于所述液体槽顶部，用以密封所述液体槽。
26.如权利要求17所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体槽还包括：
一液体入口，设置于所述液体槽的底部；以及
一液体出口，设置于所述液体槽的底部。
27.如权利要求17所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体槽还包括：一回流管路，使所述液体于所述液体槽与所述回流管路之间循环流动。
28.如权利要求27所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体槽还包括：一泵，用以驱动所述液体于所述液体槽与所述回流管路之间循环流动。
29.如权利要求28所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体槽还包括：一过滤装置，设置于所述回流管路内部，用以过滤液体流动所产生的气泡与杂质。
30.如权利要求17所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体槽还包括：一温度调节装置，与所述液体槽相连接，用以调整所述液体的温度，使所述液体维持恒温。
31.如权利要求17所述的曝光方法，其特征在于，所述的基底利用一真空系统固定于所述液体槽内部。
32.一种曝光系统，适用以通过一液体对一晶片进行曝光，其特征在于，它包括：
一液体槽，用以承载所述液体；
一晶片支撑装置，设置于所述液体槽内部，用以支撑所述晶片，使得所述晶片欲曝光的表面与所述液体接触；以及
一曝光装置，具有一掩膜，设置于所述晶片上方，且使所述掩膜表面与所述液体接触。
33.如权利要求32所述的曝光系统，其特征在于，所述的液体槽还包括：一保护盖，设置于所述液体槽顶部，用以密封所述液体槽。
34.如权利要求32所述的曝光系统，其特征在于，所述的保护盖与所述曝光装置相连接，且所述保护盖的厚度随著接近所述曝光装置而递增。
35.如权利要求32所述的曝光系统，其特征在于，所述的液体槽还包括：
一液体入口，用以导入所述液体；以及
一液体出口，用以排放所述液体。
36.如权利要求32所述的曝光系统，其特征在于，所述的液体槽还包括：一回流管路，使所述液体于所述液体槽与所述回流管路之间循环流动。
37.如权利要求36所述的曝光系统，其特征在于，所述的液体槽还包括：一泵，用以驱动所述液体于所述液体槽与所述回流管路之间循环流动。
38.如权利要求37所述的曝光系统，其特征在于，所述的液体槽还包括：一过滤装置，设置于所述回流管路内部，用以过滤液体流动所产生的气泡与杂质。
39.如权利要求32所述的曝光系统，其特征在于，所述的液体槽还包括：一温度调节装置，与所述液体槽相连接，用以调整所述液体的温度，使所述液体维持恒温。
40.如权利要求32所述的曝光系统，其特征在于，所述的晶片支撑装置还包括：一真空系统，用以吸住所述晶片。
41.如权利要求32所述的曝光系统，其特征在于，所述的晶片支撑装置还包括：一倾斜调整装置，用以调整所述晶片表面的倾斜度，使所述晶片表面平行于所述掩膜表面。
42.如权利要求32所述的曝光系统，其特征在于所述的还包括：一检测系统，设置于所述液体槽的内壁，用以检测所述曝光装置的位置。
43.如权利要求32所述的曝光系统，其特征在于，所述的曝光装置为一扫描-步进机。
44.如权利要求32所述的曝光系统，其特征在于，所述的曝光装置为一步进-重复机。
45.如权利要求32所述的曝光系统，其特征在于，所述的曝光装置为一掩膜对准曝光机。
46.如权利要求32所述的曝光系统，其特征在于，所述的曝光装置利用垂直移动以进行对焦。
47.如权利要求32所述的曝光系统，其特征在于，所述的曝光装置利用水平移动以进行曝光。
48.一种曝光方法，适用以通过一液体对一基底进行曝光，其特征在于，它包括：
提供一注有所述液体的液体槽，且所述基底设置于所述液体槽内部，其中所述液体覆盖于所述基底欲进行曝光的表面；
设置一曝光装置于所述基底的上方，其中所述曝光装置具有一掩膜，且所述掩膜表面与所述液体接触：以及
利用一光源通过所述掩膜与所述液体，对所述基底实施一曝光程序。
49.如权利要求48所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体包括水、甘油或过氯聚合物。
50.如权利要求48所述的曝光方法，其特征在于所述的实施所述曝光程序之前还包括：调整所述曝光装置的位置高度，以进行对焦。
51.如权利要求48所述的曝光方法，其特征在于所述的实施所述曝光程序之前还包括：调整所述曝光装置的水平位置，以对准所述晶片的既定位置、
52.如权利要求48所述的曝光方法，其特征在于所述的实施所述曝光程序之前还包括：调整所述晶片表面的倾斜度，使所述晶片表面平行于所述掩膜表面。
53.如权利要求48所述的曝光方法，其特征在于，所述的曝光装置为一扫描-步进机。
54.如权利要求48所述的曝光方法，其特征在于，所述的曝光装置为一步进-重复机。
55.如权利要求48所述的曝光方法，其特征在于，所述的曝光装置为一掩膜对准曝光机。
56.如权利要求48所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体槽还包括：一保护盖，设置于所述液体槽顶部，用以密封所述液体槽。
57.如权利要求48所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体槽还包括：
一液体入口，设置于所述液体槽的底部；以及
一液体出口，设置于所述液体槽的底部。
58.如权利要求48所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体槽还包括：一回流管路，使所述液体于所述液体槽与所述回流管路之间循环流动；
59.如权利要求48所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体槽还包括：一泵，用以驱动所述液体于所述液体槽与所述回流管路之间循环流动。
60.如权利要求59所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体槽还包括：一过滤装置，设置于所述回流管路内部，用以过滤液体流动所产生的气泡与杂质。
61.如权利要求48所述的曝光方法，其特征在于，所述的液体槽还包括：一温度调节装置，与所述液体槽相连接，用以调整所述液体的温度，使所述液体维持恒温。
62.如权利要求48所述的曝光方法，其特征在于，所述的基底利用一真空系统固定于所述液体槽内部。
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