TW202001448A - 晶片承載系統和沉浸式光刻設備 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種晶片承載系統和沉浸式光刻設備，該晶片承載系統包括工件台，所述工件台的內部設置有若干條液體流路腔體，每條所述液體流路腔體以關於所述工件台的水平面中心點呈中心對稱的形式分布，相鄰兩條所述液體流路腔體內流通有相反流向的溫控液體。該沉浸式光刻設備包括主框架、照明系統、投影物鏡、浸沒頭。本發明能夠解決曝光過程中工件台的加減速運動對浸液滑移而導致工作台內液體的溫度波動的缺陷，具有提高光刻設備的曝光性能的效果。

Description

晶片承載系統和沉浸式光刻設備

本發明係關於光刻技術領域，特別是關於一種晶片承載系統和沉浸式光刻設備。

現代光刻設備以光學光刻為基礎，它利用光學系統將掩膜版上的圖形精確地投影曝光到塗過光阻劑的襯底（例如：矽片）上。沉浸式光刻是指在曝光鏡頭與矽片之間充滿水或更高折射率的浸沒液體，以取代傳統乾式光刻技術中對應的空氣。由於水的折射率比空氣大，這就使得透鏡組數值孔徑增大，進而可獲得更加小的特徵線寬。請參考圖1，現有的沉浸式光刻機，包括主框架1支撐一照明系統2、一投影物鏡4和一工件台8，工件台8上放置有一塗有感光光阻劑的矽片7。該沉浸式光刻機，將浸液（水）通過浸液限制機構6填充在投影物鏡4和矽片7之間。其中浸液限制機構6也稱為浸沒頭。工作時，工件台8帶動矽片7作高速的掃描、步進動作，浸沒頭6根據工件台8的運動狀態，在投影物鏡4的視場範圍，在浸沒頭6內提供一個穩定的浸液流場5，同時保證浸液流場5與外界的密封，保證液體不洩漏。掩模版3上的積體電路圖形通過照明系統2、投影物鏡4和浸液流場5中的浸液，以成像曝光的方式轉移到塗有感光光阻劑的矽片7上，從而完成曝光。

請參考圖2，現有的沉浸式光刻機的工作原理如下：設置供液設備11，通過管路12向浸沒頭6供給浸液形成浸液流場5。在供液設備11中設置液體壓力單元和流量控制單元，將浸液供給的壓力、流量限制在一定範圍內。通過在供液設備11中設置水污染處理單元，將水中污染處理至符合浸液潔淨要求。通過在供液設備11中設置溫度控制單元，將供水處理至符合浸液溫度要求。設置供氣設備13，通過管路14連通浸沒頭6，用於浸液流場5及矽片7的超潔淨濕空氣補償。設置氣液回收設備15，通過與浸沒頭6連通的管路16用於回收氣體和液體。在供氣設備13與氣液回收設備15中設置超潔淨濕空氣壓力、流量控制單元，將供氣壓力、流量控制在一定範圍之內，設置氣液回收壓力、流量控制單元，將氣液回收壓力和流量控制在一定範圍之內；設置超潔淨濕空氣污染控制單元，將超潔淨濕空氣中污染處理至符合要求；設置超潔淨濕空氣溫度和濕度控制單元，將超潔淨濕空氣處理至符合溫度和濕度要求。

請參考圖2，由於現有的浸沒頭6的外部輪廓形式不一，但內部輪廓是與投影物鏡4的鏡頭呈幾何形狀匹配的錐形結構。供液設備11供給的浸液通過浸沒頭6內浸液供給流道流出後填充於投影物鏡4和矽片7之間，浸液通過浸沒頭6內浸液回收流道流出後，由氣液回收設備回收。因此，在物鏡4和矽片7之間形成了浸液流場5，要求浸液流場5中的液體處於持續流動狀態，無回流，且液體的成分、壓力場、速度場、溫度場瞬態和穩態變化小於一定範圍。

請參考圖3，沉浸式光刻中，當矽片7相對浸液流場5運動時，浸液流場5邊緣彎液面會被拉伸出來，在矽片7表面形成液膜51，拉伸出來的液膜51會不斷蒸發並在蒸發過程中產生蒸發致冷作用。液膜51的蒸發是液體表面分子熱運動的結果，由於蒸發失去了動能較大的分子，使分子運動的平均動能減小而降低了液面溫度。液膜51在蒸發相變過程中須不斷吸收汽化潛熱；例如，在一個大氣壓下，1kg的水變成蒸汽要吸收2256kJ的熱量。液膜51的不斷蒸發吸熱將使矽片7溫度下降，直接導致矽片7產生熱變形；矽片7的熱變形會導致矽片7產生定位誤差（如Overlay等），最終影響設備曝光性能。

針對上述缺陷，在工件台8內部設置一系列溫控液體流路腔體，該溫控液體流路腔體內通溫控流體後用於控制工件台8溫度，補償矽片7表面液膜蒸發致冷產生的不利影響。但是，曝光過程中工件台8將不斷在水平面內不同方向進行加減速運動，運動方向為81表示，這將導致工件台8內液體相對工件台8產生滑移，即工件台8內的液體相對工件台8的流速產生波動，這將導致對矽片7表面液膜蒸發致冷作用的補償產生波動，經分析得出流速波動導致的矽片7局部溫度變化約0.001℃，這將導致矽片7產生定位誤差，最終影響設備曝光性能。

本發明的目的是，提供一種晶片承載系統和沉浸式光刻設備，以解決曝光過程中工件台的加減速運動對浸液滑移而導致工作台內液體的溫度波動的缺陷。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種晶片承載系統，包括工件台，所述工件台的內部設置有若干條液體流路腔體，每條所述液體流路腔體以關於所述工件台的水平面中心點呈中心對稱的形式分布，相鄰兩條所述液體流路腔體內流通有相反流向的溫控液體。

進一步的，本發明提供的晶片承載系統，垂向俯視時，每條所述液體流路腔體的形狀為圓環形。

進一步的，本發明提供的晶片承載系統，所述若干條液體流路腔體的垂向截面相同。

進一步的，本發明提供的晶片承載系統，相鄰兩條所述液體流路腔體的中心點之間的距離小於每條所述液體流路腔體在水平面方向上的寬度的四倍。

進一步的，本發明提供的晶片承載系統，每條所述液體流路腔體的垂向截面的形狀為矩形。

進一步的，本發明提供的晶片承載系統，所述晶片承載系統還包括若干個強化傳熱結構，每條所述液體流路腔體的內側表面設置有至少一個所述強化傳熱結構。

進一步的，本發明提供的晶片承載系統，每個所述強化傳熱結構為肋片或者凸點。

進一步的，本發明提供的晶片承載系統，每條所述液體流路腔體均具有用於提供溫控液體的供應流路和回收溫控液體的回收流路，且各所述液體流路腔體的供應流路相互獨立，各所述液體流路腔體的回收流路相互獨立。

進一步的，本發明提供的晶片承載系統，所述晶片承載系統還包括若干個分支流量調節裝置，在每個所述液體流路腔體的供應流路上均設置有至少一個所述分支流量調節裝置，所述分支流量調節裝置用於調節供應至各所述液體流路腔體的溫控液體的流量。

進一步的，本發明提供的晶片承載系統，所述晶片承載系統還包括分流器，各所述液體流路腔體的供應流路中的溫控液體均是通過所述分流器從外部溫控液體供應源中分流而來。

進一步的，本發明提供的晶片承載系統，所述晶片承載系統還包括主流量調節裝置，所述分流器與所述外部溫控液體供應源之間設置有所述主流量調節裝置。

為了解決上述技術問題，本發明還提供一種沉浸式光刻設備，包括主框架、照明系統、投影物鏡、浸沒頭以及如上述的晶片承載系統，所述照明系統、所述投影物鏡和所述晶片承載系統設置於所述主框架上，所述浸沒頭設置於所述投影物鏡和所述晶片承載系統之間。

與現有技術相比，本發明提供的晶片承載系統和沉浸式光刻設備，通過工件台的內部設置有若干條液體流路腔體，每條所述液體流路腔體以關於所述工件台的水平面中心點呈中心對稱的形式分布，相鄰兩條所述液體流路腔體內流通有相反流向的溫控液體來控制工件台的溫度，以補償晶片表面液膜蒸發致冷產生的溫度損失。通過在相鄰兩條所述液體流路腔體內流通有相反流向的溫控液體，在曝光過程中工件台的加減速運動時，工件台的液體相對於工作台滑移時，由於若干條液體流路腔體內存在相反流通方向的溫控液體，因此，液體滑移的方向總是與液體流路腔體內的其中一個流通方向相同，與液體滑移方向相同的液體流路腔體內的溫控液體的流動方向，抵消了工件台在水平面內不同方向進行加減速運動導致的液體滑移產生的補償溫度的波動。從而克服了晶片的定位誤差，提高了光刻設備的曝光性能。

下面結合附圖對本發明作詳細描述：

圖4是本發明的工件台的結構示意圖。請參考圖4和圖5，本發明實施例提供一種晶片承載系統，包括工件台81，所述工件台81的內部設置有均勻分布的若干條相互獨立的液體流路腔體，即每條液體流路腔體設置有單獨的入口IN和出口OUT，相鄰兩條所述液體流路腔體內流通有方向相反的溫控液體。在此，每條所述液體流路腔體沿所述工件台81的周向延伸，若干條相互獨立的液體流路腔體沿所述工件台81的徑向均勻分布。其中，圖4中示出了6條液體流路腔體，但不限於6條，可以根據實際需要增加或者減少，包括多條奇數液體流路腔體8101、8103、8105和多條偶數液體流路腔體8102、8204、8106，奇數液體流路腔體內流通有第一方向的溫控液體；偶數液體流路腔體內流通有第二方向的溫控液體，所述第一方向與所述第二方向相反。即本發明實施例的奇數液體流路腔體8101、8103和8105內的液體流動方向為逆時針，偶數液體流路腔體8202、8104和8106內的液體流動方向為順時針，如相應液體流路腔體內的箭頭方向所示。

本發明實施例通過在工件台81的內部設置的若干條液體流路腔體內流通的溫控液體來控制工件台81的溫度，以補償沉浸式光刻設備中晶片表面受到浸液的液膜蒸發致冷產生的溫度損失，即補償熱量損失。通過在相鄰兩條液體流路腔體內流通有方向相反的溫控液體，在曝光過程中工件台81的加減速運動時，工件台81的液體流路腔體內的液體相對於工作台81滑移時，由於若干條液體流路腔體內存在相反流通方向的溫控液體，因此，液體滑移的方向總是與液體流路腔體內的液體其中一個流通方向相同，與液體滑移方向相同的液體流路腔體內的溫控液體，抵消了工件台81在水平面內不同方向進行加減速運動時的液體滑移而導致的補償溫度的波動。即當液體向逆時針方向滑移時，產生滑移的液體的流動方向與奇數液體流路腔體內的溫控液體的流動方向相同，當液體向順時針方向滑移時，產生滑移的液體的流動方向與偶數液體流路腔體內的溫控液體的流動方向相同，從而抵消了工件台81在水平面內不同方向進行加減速運動時的液體滑移產生的溫度波動。因此本發明實施例克服了晶片的定位誤差，提高了光刻設備的曝光性能。

請參考圖4，為了使晶片獲得更好的溫度均勻性和穩定性，每條液體流路腔體以關於所述工件台81的水平面中心點為中心對稱的形式分布。

請參考圖4，為了提高製造精度和獲得更好的溫度均勻性和穩定性，本發明實施例的液體流路腔體在垂向俯視時的形狀為圓環形。若干條圓環形形狀的液體流路腔體在工作台81的水平面中心點向外呈同心圓分布，以工作台81的水平面中心點向外的液體流路腔體依次包括液體流路腔體8106、液體流路腔體8105、液體流路腔體8104、液體流路腔體8103、液體流路腔體8102和液體流路腔體8101。即液體流路腔體在工作台81的水平面中心點向外的圓環形尺寸依次增大。作為替換方案，本發明實施例的液體流路腔體在垂向俯視時的形狀也可以為正六邊形、正八邊形等正多邊形的形狀。

圖5是圖4中A-A線或B-B線的剖面放大圖。請參考圖5，為了進一步使晶片獲得更好的溫度均勻性，每條液體流路腔體的垂向截面相同，也即每條液體流路腔體（供液體流通的通道部分）的高度和寬度相同，在此，每條液體流路腔體的垂向截面均為矩形。即6條液體流路腔體的入口IN的垂直截面和出口OUT的截面相同。包括液體流路腔體8101的出口截面8101a和入口截面8101b，液體流路腔體8102的出口截面8102a和入口截面8102b，液體流路腔體8103的出口截面8103a和入口截面8103b，液體流路腔體8104的出口截面8104a和入口截面8104b，液體流路腔體8105的出口截面8105a和入口截面8105b，液體流路腔體8106的出口截面8106a和入口截面8106b。出口截面和入口截面的截面形狀和截面面積完全相同，本發明實施例的液體流路腔體的垂向截面為矩形，其具有結構簡單和製造方便的優點。其中矩形包括長方形和正方形。當然在製造工藝允許的情況之下，液體流路腔體的垂向截面的形狀也可以為圓形或者正多邊形。

請參考圖5，為了使工作台的水平面的溫度更加均勻，以使晶片獲得更好的溫度均勻性，本發明實施例的液體流路腔體的垂向截面形狀為矩形時，相鄰兩條液體流路腔體（供液體流通的通道部分）的中心點之間在水平面方向上的距離L小於四倍的所述液體流路腔體在水平面方向上的寬度B，即L≤4B。當L>4B時，流動的液體流路腔體內的溫控液體在工作台81加減速運動時，由於慣性的作用，液體流路腔體內的溫控液體在改變方向時，產生的溫控液體的流動間隙變大，從而加減速的瞬間出現較大的溫度波動，從而對晶片的溫度均勻性產生不利影響。

圖6是液體流路腔體內強化傳熱結構的示意圖，圖9是液體流路腔體內另一強化傳熱結構的示意圖。請參考圖6和圖9，本發明實施例的晶片承載系統，每條液體流路腔體的內側表面設置有若干個強化傳熱結構，其中強化傳熱結構可以為離散結構，也可以為連續結構。為了更加清楚的描述強化傳熱結構的方案，以下使用與上述6條液體流路腔體8101至8106不同的第7條液體流路腔體8107進行描述，實際上每條流體流路腔體內均可設置強化傳熱結構，第7條液體流路腔體8107僅為本發明實施例的示例，並不作為本發明的限制。請參考圖6，本發明實施例的強化傳熱結構為離散結構，包括在液體流路腔體8107的左內側表面8108和右內側表面8109間隔設置均勻分布的肋片8112，肋片8112為矩形形狀，而在液體流路腔體8107的上表面8110和下表面8111不設置肋片。請參考圖9，本發明實施例的強化傳熱結構為離散結構，其為均勻間隔分布的凸點8122，僅在液體流路腔體8107的左內側表面8108和右內側表面8109設置，而在液體流路腔體8107的上表面8110和下表面8111不設置凸點。凸點8122具有弧形表面，其產生阻力小，便於腔體8107內的液體流動通過。

具有強化傳熱結構的液體流路腔體（以下為腔體表示）能夠增加溫控液體與腔體的接觸表面積，從而將腔體內液體的溫度通過側表面的強化傳熱結構均勻的快速地傳遞給工作台81，其工作台的上表面快速的形成均勻穩定的溫度。該強化傳熱結構的實質為熱能交換，是將流通的液體的溫度通過強化傳熱結構與工作台的溫度進行快速交換，以使工作台81的溫度更加穩定和均勻。該強化傳熱結構僅在腔體的側表面設置，而在腔體的上表面和下表面不設置，避免上表面設置時，與工作台81的上表面的溫度形成反差的忽冷或者忽熱的液體流動，對工作台81的上表面造成不利的溫差現象，損壞晶片的情況。另外，強化傳熱結構能夠實現傳熱係數各向異性，水平向和垂直向傳熱係數不同，強化傳熱結構在同心圓分布的液體流路腔體的左內側表面和右內側表面設置，則液體流路腔體在水平向傳熱係數更大有利於水平面內溫度分布均化。

本發明實施例還提供一種沉浸式光刻設備，包括主框架、照明系統、投影物鏡、浸沒頭以及如上述的晶片承載系統。

圖7至圖8是液體流路腔體的液體控制系統的結構示意圖。請參考圖7和圖8，本發明實施例提供的液體流路腔體，包括每條所述液體流路腔體均具有用於提供溫控液體的供應流路81131和回收溫控液體的回收流路81132，且不同液體流路腔體的供應流路81131相互獨立，不同液體流路腔體的回收流路81132相互獨立。在每個液體流路腔體的供應流路上均設置有分支流量調節裝置81133，用於調節供應至各液體流路腔體的溫控液體的流量。各液體流路腔體的供應流路81131中的溫控液體均是通過一分流器從外部溫控液體供應源中分流而來。所述分流器與外部溫控液體供應源之間設置有主流量調節裝置81103。

其中，圖7為每條液體流路腔體的液體控制系統的單獨控制方案。圖8為若干條液體流路腔體的液體控制系統的總體控制方案與單獨控制方案的結合的混合控制方案。

本發明實施例以三條液體流路腔體進行描述說明混合控制方案，但不限於三條。三條液體流路腔體分別用區別於上述實施例的附圖標記8114、8115和8116來表示。包括：

與液體流路腔體8114相通的液體供應流路81141和液體回收流路81142，用於該液體供應流路81141上的分支流量調節裝置81143；

與液體流路腔體8115相通的液體供應流路81151和液體回收流路81152，用於該液體供應流路81151上的分支流量調節裝置81153；

與液體流路腔體8116相通的液體供應流路81161和液體回收流路81162，用於該液體供應流路81161上的分支流量調節裝置81163；

所有條液體供應流路通過分流器連通到液體總供應流路81101，所有所述液體回收流路通過回流器連通到液體總回收流路81102，所述液體總供應流路81101設置有主流量調節裝置81103。其中分流器和回流器為安裝方向不同的同一結構，例如分流器和回流器均可以為三通等多通管道。

當然還可以在各液體供應流路和/或液體總供應流路設置溫度調節器和/或流速調節器。溫度調節器用於調節溫控液體的溫度。流速調節器可以採用壓力調節，通過不同的壓力設置，提供不同的液體流速。

本發明實施例的若干條液體流路腔體的液體控制系統中的總體控制方案是將混合控制方案中的液體流路腔體上的分支流量調節裝置全部去掉，只保留液體總供應流路81101上的主流量調節裝置81103。

本發明不限於上述具體實施方式，凡對於本發明之申請專利範圍所界定的保護範圍、以及對它進行變更、修飾、調整、替換、組合等而得到的各種變化和潤飾，均在本發明的權利保護範圍之內。

1‧‧‧主框架 2‧‧‧照明系統 3‧‧‧掩模版 4‧‧‧投影物鏡 5‧‧‧浸液流場 6‧‧‧浸沒頭（浸液限制機構） 7‧‧‧矽片 8‧‧‧工件台 11‧‧‧供液設備 12‧‧‧管路 13‧‧‧供氣設備 14‧‧‧管路 15‧‧‧氣液回收設備 16‧‧‧管路 51‧‧‧液膜 81‧‧‧工件台 8101‧‧‧液體流路腔體 8102‧‧‧液體流路腔體 8103‧‧‧液體流路腔體 8104‧‧‧液體流路腔體 8105‧‧‧液體流路腔體 8106‧‧‧液體流路腔體 8101a‧‧‧出口截面 8102a‧‧‧出口截面 8103a‧‧‧出口截面 8104a‧‧‧出口截面 8105a‧‧‧出口截面 8106a‧‧‧出口截面 8101b‧‧‧入口截面 8102b‧‧‧入口截面 8103b‧‧‧入口截面 8104b‧‧‧入口截面 8105b‧‧‧入口截面 8106b‧‧‧入口截面 8107‧‧‧液體流路腔體 8108‧‧‧左內側表面 8109‧‧‧右內側表面 8110‧‧‧上表面 81101‧‧‧液體總供應流路 81102‧‧‧液體總回收流路 81103‧‧‧主流量調節裝置 8111‧‧‧下表面 8112‧‧‧肋片 81131‧‧‧供應流路 81132‧‧‧回收流路 81133‧‧‧分支流量調節裝置 8114‧‧‧液體流路腔體 81141‧‧‧液體供應流路 81142‧‧‧液體回收流路 81143‧‧‧分支流量調節裝置 8115‧‧‧液體流路腔體 81151‧‧‧液體供應流路 81152‧‧‧液體回收流路 81153‧‧‧分支流量調節裝置 8116‧‧‧液體流路腔體 81161‧‧‧液體供應流路 81162‧‧‧液體回收流路 81163‧‧‧分支流量調節裝置

圖1是現有的沉浸式光刻機的結構示意圖； 圖2是現有的沉浸式光刻機的浸液控制系統的結構示意圖； 圖3是現有的曝光過程中浸液相對於工件台的變化關係示意圖； 圖4是本發明的工件台的結構示意圖； 圖5是圖4中A-A線或B-B線的剖面放大圖； 圖6是液體流路腔體內強化傳熱結構的示意圖； 圖7至圖8是液體流路腔體的液體控制系統的結構示意圖； 圖9是液體流路腔體內另一強化傳熱結構的示意圖。

81‧‧‧工件台

8101‧‧‧液體流路腔體

8102‧‧‧液體流路腔體

8103‧‧‧液體流路腔體

8104‧‧‧液體流路腔體

8105‧‧‧液體流路腔體

8106‧‧‧液體流路腔體

Claims (12)

1. 一種晶片承載系統，其特徵在於包括工件台，所述工件台的內部設置有若干條液體流路腔體，每條所述液體流路腔體以關於所述工件台的水平面中心點呈中心對稱的形式分布，相鄰兩條所述液體流路腔體內流通有方向相反的溫控液體。
2. 如請求項1所述的晶片承載系統，其中在垂向俯視時，每條所述液體流路腔體的形狀為圓環形。
3. 如請求項1所述的晶片承載系統，其中所述若干條液體流路腔體的垂向截面相同。
4. 如請求項3所述的晶片承載系統，其中相鄰兩條所述液體流路腔體的各自中心點之間的距離小於每條所述液體流路腔體在水平面方向上的寬度的四倍。
5. 如請求項3所述的晶片承載系統，其中每條所述液體流路腔體的垂向截面的形狀為矩形。
6. 如請求項1所述的晶片承載系統，其中所述晶片承載系統還包括若干個強化傳熱結構，每條所述液體流路腔體的內側表面設置有至少一個所述強化傳熱結構。
7. 如請求項6所述的晶片承載系統，其中每個所述強化傳熱結構為肋片或者凸點。
8. 如請求項1所述的晶片承載系統，其中每條所述液體流路腔體均具有用於提供溫控液體的供應流路和回收溫控液體的回收流路，且各所述液體流路腔體的供應流路相互獨立，各所述液體流路腔體的回收流路相互獨立。
9. 如請求項8所述的晶片承載系統，其中所述晶片承載系統還包括若干個分支流量調節裝置，在每個所述液體流路腔體的供應流路上均設置有至少一個所述分支流量調節裝置，所述分支流量調節裝置用於調節供應至各所述液體流路腔體的溫控液體的流量。
10. 如請求項9所述的晶片承載系統，其中所述晶片承載系統還包括分流器，各所述液體流路腔體的供應流路中的溫控液體均是通過所述分流器從外部溫控液體供應源中分流而來。
11. 如請求項10所述的晶片承載系統，其中所述晶片承載系統還包括主流量調節裝置，所述分流器與所述外部溫控液體供應源之間設置有所述主流量調節裝置。
12. 一種沉浸式光刻設備，其特徵在於包括主框架、照明系統、投影物鏡、浸沒頭、以及如請求項1至11中任一項所述的晶片承載系統，所述照明系統、所述投影物鏡和所述晶片承載系統設置於所述主框架上，所述浸沒頭設置於所述投影物鏡和所述晶片承載系統之間。

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