CN1862384A - 浸没式光刻机浸液流场维持系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种浸没式光刻机所使用的浸液流场维持系统，该光刻机包括投影物镜、硅片台，以及布置在投影物镜周围的浸液供给系统，浸液供给系统在投影物镜下方形成一浸液流场。该浸液维持系统包括水平导轨、通过悬臂吊接于水平导轨的平板、附着在水平导轨上的水平方向驱动装置，以及附着在悬臂上的垂直方向驱动装置。在光刻机撤下硅片，硅片台从投影物镜正下方的曝光区域撤出时，平板与硅片台连接并同步运动，浸没流场由硅片台转移到平板上；在光刻机装上硅片，硅片台从曝光区域外围进入曝光区域时，平板与硅片台连接并同步运动，浸液流场从平板转移到硅片台上。该系统避免了光刻机在硅片台离开曝光位置时撤销流场，在硅片台进入曝光位置时重新建立流场的过程，节约了大量时间，提高光刻机产率。

Description

浸没式光刻机浸液流场维持系统
【技术领域】
本发明涉及一种半导体制程中所使用的浸没式光刻机，尤其涉及一种浸没式光刻机的浸液流程维持系统。
【背景技术】
光刻机是集成电路生产中最关键的核心设备，而浸没式光刻则是IC制造业中光刻技术近年来发展的趋势。浸没式光刻的基本原理是在硅片和投影物镜最后一片镜片间充入较高折射率的液体，获得更高的数值孔径，从而得到更高的曝光分辨率。
请参见图1所示，其揭示一现有的光刻机结构。在该光刻机中，主框架10支撑一照明系统20、一投影物镜10和一硅片台40，硅片台40上放置有一涂有感光光刻胶的硅片50。掩模版30上集成电路的图形通过照明系统20和投影物镜10，以成像曝光的方式，转移到涂有感光光刻胶的硅片50上，从而完成曝光。
光刻机的性能决定了曝光图形的分辨率，而曝光图形的分辨率又决定了集成电路的性能。决定光刻机分辨率的最主要因素是光源的波长和投影物镜的数值孔径，以及工艺因子。在曝光光源波长一定的前提下，提高投影物镜数值孔径可以获得更高的分辨率。投影物镜数值孔径是像方折射率与孔径角正弦值的乘积。请参见图2，其为一种浸没曝光技术的示意图，该浸没曝光技术是利用高折射率的像方介质3提高数值孔径，从而提高分辨率。类似的应用在油浸显微镜中早已得到推广，但是由于工艺条件的复杂，浸液技术在光刻机中的应用则一直面临许多实际的困难。首先要解决的问题是像方介质的选择，需要考虑的因素有深紫外波段的光学特性、与光刻胶的相互作用、粘滞性、可清洁性，以及对光刻机主体结构的损伤等。超纯水是目前最为常用的的填充介质。其次需要解决的问题是介质在光刻机像方环境的维持。因为投影物镜1的镜片和硅片5之间是一个开放的环境，工作时，硅片台4带动硅片5作高速的扫描、步进动作，因此浸液系统需要根据硅片台4的运动状态，在投影物镜视场范围，提供一个稳定的介质环境，同时保证介质环境与外界的密封，保证液体不会泄漏。通常浸液环境是一个稳定的流场，其流速、方向与硅片台的运动匹配，同时起到清洁、散热等作用。
对于近年来发展起来的双硅片台技术来说，由于在一台光刻机中，有两个硅片台同时工作(其中一个硅片台在投影物镜下方区域完成扫描曝光的工作，另一个硅片台在测量区域完成上下片、对准及硅片的垂向位置测量，两个硅片台的全部工作完成后再进行硅片台交换)，因此，维持浸没式光刻机中浸液流场的稳定对于拥有双硅片台的光刻机来说则显得尤为重要。
浸液系统的工作流程可以划分为浸液环境的建立，撤销，以及正常曝光过程，这些流程需要与光刻机整体的工作流程配合。除了曝光以外，光刻机还要进行上下片、离轴测量，交换硅片台等流程，这些流程均在没有浸液的条件下进行。当硅片台不在投影物镜下方时，浸液系统的状态如何，是否需要撤销流场，这些都是需要考虑的问题。撤销和建立流场是指将浸没环境中的水完全排空以及从完全排空的状态开始，将浸没环境完全充满水的过程，这些流程均需要耗费大量时间，同时流场在硅片上的建立过程可能对光刻胶造成较大的冲击，这些都是光刻机设计者希望避免的。目前半导体行业已采用的方法，如专利US 2005/0036121 A1所描述，在交换硅片台时，均在一定程度上改变了流场的维持状态，硅片台和浸液系统都需要有附加的动作和相应的执行机构，系统较为复杂。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种浸没式光刻机的浸液流场维持系统，其在硅片台不在投影物镜下方时，能够维持浸液环境，使浸没流场保持待工作状态，避免双硅片台光刻机在交换硅片台时，反复撤销、建立流场的过程，节约时间，提高光刻机的产率。
为实现上述目的，本发明提供一种浸没式光刻机的浸液流场维持系统。其中，该光刻机包括投影物镜、至少一用以承载硅片的硅片台，以及一分布在投影物镜周围的浸液供给系统，浸液供给系统在投影物镜下方形成一浸液流场。该浸液维持系统包括水平导轨、与水平导轨滑块相连的平板，以及驱动平板运动的驱动装置；在光刻机撤下硅片，硅片台从投影物镜正下方的曝光区域撤出时，平板与硅片台连接并同步运动，浸没流场由硅片台转移到平板上；在光刻机装上硅片，硅片台从曝光区域外围进入曝光区域时，平板与硅片台连接并同步运动，浸液流场从平板转移到硅片台上。
上述浸液维持系统中，当光刻机进行曝光时，平板在水平驱动装置的驱动下移动到投影物镜的外围并在垂直驱动装置的驱动下升起到一高于硅片台的位置。
所述平板的表面具有和所述硅片表面一样的疏水特性，以减小平板的移动对流场造成的影响。
所述平板的两端和硅片台之间具有密封连接的连接结构，当硅片台和平板靠近时施以一相互吸引的力，实现二者结构上的连接；硅片台的边缘同时具有夹紧装置，以实现硅片台与平板连接后的夹紧及密封。
所述水平导轨包括两根平行的导轨，所述悬臂包括分别从平板两侧对称的位置伸出多根悬臂，每侧的悬臂均连接于其对应一侧的水平导轨上。这种平板的侧面支撑安装方式是利用投影物镜周围的空间，避免了支撑机构与硅片台和投影物镜的冲突。
所述水平及垂直驱动装置在平板处于独立运动状态时提供驱动力，当平板与硅片台处于连接状态时，平板由硅片台带动，平板的驱动装置处于松弛状态。
本发明既适用于单硅片台的光刻机，也适用于多硅片台的光刻机，当应用于多硅片台光刻机时，本发明浸液流场维持系统是利用一平板分别与多个硅片台连接而实现流场在平板与多个硅片台之间的切换，其中一硅片台移入浸液流场的方向与其他硅片台移出浸液流场的方向相同。
与现有技术相比，本发明是针对浸没式光刻机提出的全新的浸没流场维持解决方案。该系统避免了光刻机在硅片台离开曝光位置时撤销流场，在硅片台进入曝光位置时重新建立流场的过程，节约了大量时间，提高光刻机产率。
【附图说明】
图1为现有的光刻机的结构示意图；
图2为现有的浸没曝光技术的示意图；
图3为本发明浸没式光刻机的浸液流场维持系统与双硅片台配合工作时的结构示意图；
图4至图9为本发明浸液流场维持系统与硅片台配合运动过程中的不同状态的剖视示意图，主要显示平板、硅片台与浸没液体之间逐步变换的位置关系；
图10至图11为本发明浸液流场维持系统运动过程中，平板与流场的位置关系的俯视示意图；
图12(a)为本发明的平板与硅片台之间的连接结构的俯视示意图；
图12(b)为本发明的平板与硅片台之间的连接结构的剖视示意图；
图13为本发明浸液流场维持系统的部分剖视示意图，其主要显示平板四周的悬臂和连接结构；
图14(a)为图3中浸液流场维持系统的于一方向的侧视示意图；以及
图14(b)为图3中浸液流场维持系统于另一方向的侧视示意图。
【具体实施方式】
本发明浸没式光刻机的浸液流场维持系统尤其适用于双硅片台的光刻机，当然也适用于单硅片台的光刻机。以下结合一双硅片台的具体实施例来详述本发明。
请参见图3、13、14(a)及14(b)所示，其中图3显示的是双硅片台光刻机中，投影物镜100、硅片台401、402、浸液供给系统200与本发明流场维持系统配合工作的情况。其中，两硅片台401、402之间为一曝光区域，浸液供给系统200分布在投影物镜100的周围。本发明浸液流场维持系统包括一面积足够大的可在投影物镜100下方及周围实现一定精度定位的平板610，平板610采用悬吊式安装，其两侧面各伸出两根悬臂620对平板610提供支撑和驱动定位，每侧的悬臂620都与其上方对应的一根水平导轨630连接。侧面支撑安装的方式利用投影物镜100周围的空间，避免了支撑驱动机构(包括悬臂620和水平导轨630)与硅片台401、402和投影物镜100的冲突。
该浸液流场维持系统还包括附着于水平导轨630上的水平驱动装置631和附着于悬臂620上的垂直驱动装置621，平板610可在水平驱动装置631和垂直驱动装置621的驱动下进行垂直升降运动或水平移动。平板610的表面保持和硅片表面一样的疏水特性，以减小平板610的移动对流场造成的影响。平板610内可以安装必要的传感装置，可进行成像以及曝光计量的相关检测。
在硅片台401或402进入曝光区域前，浸液维持系统的平板610始终处于投影物镜100下方的中心位置。硅片台401或402进入曝光区域后，平板610会逐步移动，避让开投影物镜100下方的中心位置。由于两个硅片台401、402进入曝光区域的方向不同，因此，在双硅片台光刻机中，流场维持系统的平板610的避让位置也不同，其包括两个避让位置，以分别对应两个硅片台401、402，每个避让位置都与进入曝光区域的硅片台的进入位置相对。
再请参见图12(a)及图12(b)，每个硅片台401(402)上都有与平板610的接口装置411和夹紧装置412，平板610的两端也有与接口装置411相应的密封连接结构611。当硅片台和平板靠近时，接口装置411和611间能够产生水平向的吸引力，将两者吸附靠拢，实现物理结构的接触。该吸引力可以由真空吸盘或电磁铁等器件产生。硅片台接口具有凹形槽状结构，平板边缘具有凸形榫状结构，相互契合。当接口装置411与接口装置611相接后，夹紧装置412对平板边缘的凸形榫状结构下侧施以压力，依靠两结构间的摩擦力实现紧密连接并保证密封，连接处液体不泄漏。
浸液流场维持系统的工作流程请参考图4至9所示。
首先如图4所示，在硅片台401进行扫描曝光的的同时，浸液流场维持系统处在待命状态。系统中的平板610处在投影物镜100的外围、硅片台401上方的避让位置，避免了与硅片台401和投影物镜100正在进行的曝光流程的干涉。硅片台401、硅片500和投影物镜100下表面之间充满浸没液体300，并由浸液维持系统对液体300周围进行气密封，保证液体300不外泻。
接着，如图5所示，当曝光流程完毕后，硅片台401准备撤下时，硅片台401移到一个特定位置，留出平板610下方的空间。平板610降下，水平运动与硅片台401连接(通过接口411与611)。密封完毕后夹紧装置412保证硅片台400与平板610的牢固连接。硅片台401和硅片500逐步移出浸液流场。此时，硅片500的上表面、硅片台401的上表面及平板610的上表面处于同一水平高度。
接着，如图6所示，硅片台401带动平板610沿平板610滑动轨道方向运动。由于投影物镜100及浸液流场的位置不变，流场从硅片500的边缘转移到硅片台401的表面，再转移到平板610上。图10以俯视角度显示了流场逐渐从硅片台401转移到平板610上此一过程中的某一状态。
接着，如图7所示，当流场完全转移到平板610上时，硅片台401与平板610脱离，平板定位在投影物镜100的正下方，浸液流场在平板610上得以维持。图11以俯视角度显示了流场完全转移到平板610上的状态。
藉此，浸液流场可以脱离硅片台401，而只依赖于本发明的维持系统进行建立、维持、撤销等流程，流场所有关键参数可以在平板610上进行测量。
接着，如图8所示，已完成上下片和必要测量的硅片台402进入曝光区域的流场交接过程。硅片台402步进到指定位置，与流场维持系统的平板610进行连接，通过接口装置411与611形成密封，并通过夹紧装置412夹紧。平板610与硅片台402同步运动，流场逐步从平板610上转移到硅片台402上。
接着，如图9所示，硅片台402完全移进曝光区域后，平板610与硅片台402脱离，水平运动一定距离后升起，在垂直方向上避开硅片台402的扫描范围。此时，硅片台402位于投影镜头100的正下方，浸液维持系统处于待命状态。
当硅片台402上的硅片500完成曝光后，通过平板610与硅片台402的配合可重复上述流场的建立、维持与撤销过程，不再赘述。
综上，本发明浸没式光刻机的浸液流场维持系统主要提供了一个平板结构610，且该平板610具有足够的尺寸容纳流场的整个工作范围，保证液体不向下泄漏。硅片台401(402)与平板610同步运动，浸液流场可以在硅片台401(402)和平板之间自由移动，切换流场的位置，保证流场下方永远有承托实体。
需说明的是，当本发明应用于单硅片台的浸没式光刻机时，上述硅片台401与402表示同一个硅片台；当本发明应用于双硅片台的浸没式光刻机时，硅片台401与402表示不同的硅片台，硅片台402移入浸液流场的运动方向与硅片台401移出浸液流场的运动方向相同。
本技术领域内的一般技术人员根据本发明所作的均等的变化，以及本领域内技术人员所熟知的任何改进，都应仍属于本发明专利的权利要求范围涵盖之内。

Claims (10)

1.一种浸没式光刻机的浸液流场维持系统，该光刻机包括投影物镜、至少一用以承载硅片的硅片台，以及一分布在投影物镜周围的浸液供给系统，浸液供给系统在投影物镜下方形成一浸液流场；其特征在于：该浸液维持系统包括水平导轨、与水平导轨滑块相连的平板，以及驱动平板运动的驱动装置；在光刻机撤下硅片，硅片台从投影物镜正下方的曝光区域撤出时，平板与硅片台连接并同步运动，浸没流场由硅片台转移到平板上；在光刻机装上硅片，硅片台从曝光区域外围进入曝光区域时，平板与硅片台连接并同步运动，浸液流场从平板转移到硅片台上。
2.如权利要求1所述的浸液流场维持系统，其特征在于：所述驱动装置包括附着在水平导轨上驱动平板进行水平移动的水平驱动装置，以及附着在悬臂上驱动平板进行垂直移动的垂直驱动装置。
3.如权利要求1所述的浸液流场维持系统，其特征在于：当光刻机进行曝光时，平板在水平驱动装置的驱动下移动到投影物镜的外围并在垂直驱动装置的驱动下升起到一高于硅片台的位置，不干涉硅片台在曝光时的所有动作。
4.如权利要求1所述的浸液流场维持系统，其特征在于：所述平板的表面具有和所述硅片表面一样的疏水特性。
5.如权利要求1所述的浸液流场维持系统，其特征在于：所述平板的一侧边缘与硅片台之间具有密封连接的连接结构。
6.如权利要求5所述的浸液流场维持系统，其特征在于：所述硅片台的边缘还具有夹紧装置，以实现硅片台与平板连接后的夹紧。
7.如权利要求1所述的浸液流场维持系统，其特征在于：所述水平导轨包括两根平行的导轨，所述悬臂包括分别从平板两侧对称的位置伸出多根悬臂，每侧的悬臂均连接于其对应一侧的水平导轨上。
8.如权利要求1所述的浸液流场维持系统，其特征在于：所述平板内安装有传感装置，以进行成像相关检测。该传感装置可以与光刻机主体进行数据通讯。
9.如权利要求1所述的浸液流场维持系统，其特征在于：所述光刻机包括一个或多个硅片台，浸液流场在每一硅片台与平板间进行切换，其中一硅片台移入浸液流场的方向与另一硅片台移出浸液流场的方向相同。
10.如权利要求9所述的浸液流场维持系统，其特征在于：所述平板的两侧边缘与两硅片台之间分别具有密封连接的连接结构。
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