TWI402891B - 移走一氣泡的方法及氣泡移位裝置 - Google Patents

Description

移走一氣泡的方法及氣泡移位裝置

本發明係關於一種移走(例如)與一表面(諸如感光材料之表面)接近或接觸之類型之氣泡的方法。本發明亦係關於一種氣泡移位裝置。

在半導體處理領域中，光微影為一種用於"圖案化"(即，界定半導體材料之一個或多個層之分佈)半導體晶圓之廣泛使用之技術。使用此技術，可在矽晶圓上形成由甚至更大數目的電晶體形成之數百個積體電路(IC)。在此方面，對於每一晶圓而言，該等IC係以一次一個且逐層的方式形成。

大約過去的四十年中，已使用光微影裝置(有時稱為群集器(cluster)或光微影工具)來執行光微影製程。群集器包含一製備晶圓之軌道單元，製備過程包括在曝露於圖案化光源之前在晶圓表面上提供感光材料層。為了使晶圓曝露於圖案化光源，將晶圓轉移至亦為群集器之一部分之光學單元。藉由使光束通過一鉻覆蓋之光罩來產生圖案化光源，該鉻已經圖案化而具有待形成之IC之給定層之影像(例如，電晶體接點)。其後，使晶圓返回至軌道單元用於後續處理(包括上文提及之感光材料層之顯影)。

載有感光材料層的晶圓係由可移動平臺支撐。投影透鏡聚焦通過光罩之光以便在待形成IC之感光材料層上之第一區上形成影像，從而使該感光材料層區曝露於該影像且因此"記錄"經由光罩投影之圖案。接著使影像投影於待形成之另一IC之感光材料層上的另一區上，此位於感光材料層上之區曝露於投影之影像且因此圖案化。

對待形成其他IC之其他區重複以上製程。其後，如上文所提及使晶圓返回至軌道單元，且顯影經曝露之感光材料層(其視所用感光材料而定而經由曝露變得可溶解或不可溶解)以留下對應於待產生之一或多個IC層之影像負片(或正片)的"光阻"圖案。在顯影之後，晶圓經歷多種其他製程，例如，離子植入、蝕刻或沈積。接著移除其餘感光材料層，且隨後視特定應用要求而定將新的感光材料層提供於晶圓表面上用於圖案化待形成之一或多個IC之另一層。

關於圖案化製程，掃描器之解析度影響可"印刷"的線與其間間隔之寬度，解析度視所用之光之波長而定且與掃描器之所謂的"數值孔徑"成反比。因此，為了能夠界定極高水平之清晰度(detail)，需要短波長的光及/或大數值孔徑。

掃描器之數值孔徑視兩個參數的乘積而定。第一參數為可使通過透鏡之光聚焦於晶圓上之最寬角度，且第二參數為當曝露晶圓上之感光材料層時光通過之媒體之折射率。

實際上，為了提供半導體行業所需之增加之解析度，已知需減少所用光之波長同時亦使透鏡較大以增加數值孔徑。然而，由於所用透鏡吸收少於157奈米之波長，故將快速達到所用光之波長可被減小的極限值。

此外，上述掃描器操作於空氣中，空氣具有折射率為1，從而導致掃描器具有處於0與1之間之數值孔徑。由於數值孔徑需要盡可能大，且可減小之光之波長的量有限，故提議對於掃描器之解析度進行改良而非藉由增加透鏡之尺寸，此改良使用與具有比空氣之折射率更大折射率(即，大於1)之媒體結合的掃描器。在此方面，所提議之較新近之光微影技術(使用水且稱為浸漬式微影)可達成比藉由基於空氣之光微影技術可達成之器件整合水平更高的器件整合水平。

因此，使用此改良之掃描器(浸漬式掃描器)繼續使用低波長的光，但水提供透鏡與晶圓之間之折射率為1.4，藉此經由使浸漬式微影裝置之數值孔徑增加為1.4倍來達成增加之解析度。

進一步，水之折射率極非常接近融合之二氧化矽(某些透鏡可由融合之二氧化矽形成)之折射率，從而導致透鏡與水之間之界面處的折射率減小。減小之折射率允許增加透鏡尺寸，藉此進一步增加數值孔徑。

儘管似乎浸漬式微影可達成與空氣微影相當之晶圓產出，但當在透鏡與晶圓之間引入水時存在困難。將水置於透鏡與晶圓之間之一方式涉及在晶圓與透鏡之間注入小水膜，膜覆蓋待形成給定之IC之感光材料層表面上的區而非整個晶圓。

然而，藉由將水置於透鏡與晶圓之間且實際上與感光材料層之最上方表面接觸，可引入缺陷。當處於光學單元(有時稱為"掃描器")之焦平面中時，此等缺陷或污染影響浸漬式微影裝置印刷無缺陷的線及間隔之能力。在此方面，缺陷水平可受到水中之粒子雜質、水之溫度變化及水層之厚度均一性影響。此外，氣泡可形成於水層中，該等氣泡可散射來自透鏡之光，從而引起投影之影像模糊及失真。可能之氣泡源為：溶於水中之空氣；當水自噴嘴噴出時引入至水中之空氣；由平臺或投影系統之移動引起之亂流而引入的空氣；及/或"除氣作用"，即由於雜質或僅僅感光材料之成份使得氣體自感光材料外溢。儘管所謂的"脫氣"可移除由溶於水中之空氣引起之氣泡，且謹慎之噴嘴設計可消除噴嘴引發之氣泡，但當水在晶圓表面上流動時截留於感光材料層之最上方表面上之空氣亦可產生氣泡。

用於防止鄰近於晶圓表面之氣泡引起之影像問題的一種提議解決方法為，在將晶圓置於浸漬式微影裝置中之前將一頂部抗反射塗層塗覆於感光材料層上，藉此在氣泡與感光材料層之最上方表面之間產生障壁。然而，儘管此解決方法使氣泡保持距焦平面(即，感光材料層之最上方表面)較遠，但其適用於增加焦距且因此減小可達成之解析度。

根據本發明，提供一種如隨附之申請專利範圍中所闡述之氣泡移位裝置及一種移走氣泡之方法。

以下實施方式中，相同參考標號將用來表示相同零件。

參看圖1，在一浸漬式微影裝置之基板平臺(未圖示)上安置一半導體晶圓100，該半導體晶圓100上具有感光材料層，該等感光材料層具有一上表面102。在此實例中，浸漬式微影裝置為可自ASML購得而修改之TWINSCAN^{T M} XT：1250i微影掃描器。微影掃描器為具有許多零件之複雜裝置，其結構及操作與本文揭示之實施例沒有直接關聯。因此，為描述之清晰及簡明之目的，將僅描述微影掃描器的與本文之實施例特定關聯之零件。

浸漬式微影裝置包含一曝光(投影或反射折射)系統104，其連接至一液體供應系統106(有時稱為"蓮蓬頭(showerhead)")。液體107安置於曝光系統104之底部與感光材料層之表面102之間。

液體供應系統106包含水進入/排出口108，其與由液體供應系統106之內部周邊表面110與上表面102界定之貯水層109流通。一真空泵(未圖示)耦接至真空口112，真空口112與第一通道迴路114流通。一壓縮機(未圖示)耦接至空氣供應口116，空氣供應口116與第二通道迴路118流通。

一第一電極120(例如，銅電極)耦接至液體供應系統106使得第一電極120與液體107接觸，且一第二電極121(例如，亦為銅電極)耦接至晶圓100之表面102之周邊邊緣且因此耦接至感光材料。第一及第二電極120、121耦接至一驅動電路122。在此實例中，儘管圖1中未圖示，但第二電極包含若干圓周隔開之電接點，該等電接點在晶圓100之表面102上提供均一電荷。

在操作中，至少一個氣泡124位於液體107內且緊密接近感光材料層之表面102。耦接至液體供應系統106之曝光系統104掃描感光材料層之表面102，以便以已知之微影掃描器之方法將一圖案投影於感光材料層上。經由真空口112提供至第一通道迴路114之真空且經由空氣供應口116排出至第二通道迴路118之壓縮空氣防止液體107經由液體供應系統106與表面102之間的間隙126自貯水層109外溢，藉此充當一密封件及一防止表面102上之液體107之偽沈積的構件。

氣泡124向表面102之接近將導致自曝光系統104發射之光之散射。然而在此實例中，負電荷固有地圍繞著氣泡124且因此驅動電路122產生一施加至電極120之大體上連續的正驅動訊號。電極120處之正電荷用於將帶負電荷之氣泡124靜電地吸引至液體供應系統106之外殼，藉此使氣泡124自表面102移開且因此將氣泡124自表面102移走。

在此實例中，驅動電路122產生連續的正電壓訊號。然而應瞭解，驅動電路122可產生其他訊號，例如連續的負訊號。或者，驅動訊號可為時變訊號，例如調變訊號或脈衝訊號。在所有情況下，使用靜電力來促使氣泡124自表面102移開。當然，熟練的技術人員將瞭解，第一電極120可安置於液體107內在促使氣泡124橫向地離開該區的位置處。

在另一實施例(圖2)中，使用另一類型的力促使氣泡124自感光材料層之表面102移開。因此，將第一電磁體200及第二電磁體202耦接至驅動電路。然而，為了使第一及第二電磁體200、202能夠機械地影響氣泡124，(例如)藉由由上文描述之第一及第二電極120、121產生之靜電場使氣泡124承受初始額外的力，但可使用替代機構來產生氣泡124之初始移動。第一及第二電磁體200、202可配置於浸漬式微影裝置的任一側使得異性極彼此相對，從而當通電時可在貯水層109上產生磁場。

在操作中，驅動電路122產生一驅動訊號以促使第一及第二電磁體在其間且在貯水層109上產生大體上連續且(視需要)均一的磁場。

當使第一及第二電磁體200、202通電時，藉由產生之磁場促使帶負電荷之氣泡124自感光材料層之表面102移開。

在此實例中，產生驅動訊號以使得在第一電磁體200與第二電磁體202之間在一個方向上產生連續的場。然而應瞭解，驅動電路122可產生其他訊號使得(例如)可在與上文描述之方向相反之方向上產生連續的場。或者，驅動訊號可為時變訊號，例如調變訊號或脈衝訊號，從而導致在第一電磁體200與第二電磁體202之間產生相應磁場。在所有情況下，使用磁力來繼續將氣泡124自表面102處之區移開。當然，熟練的技術人員將再次瞭解，第一及第二電磁體200、202可安置於液體供應系統106附近以便促使氣泡124橫向地離開該區。

在進一步實施例(圖3)中，使用另一類型的力促使氣泡124自感光材料層之表面102移開。在此方面，不是將電極120或第一及第二電磁體200、202耦接至驅動電路122，而是將一壓電傳感器300耦接至晶圓100之下側302，該壓電傳感器300電耦接至驅動電路122。

在操作中，驅動電路122產生時變訊號，在此實例中該時變訊號為調變訊號，但熟練的技術人員將瞭解可使用諸如脈衝訊號之其他時變訊號。時變訊號具有預定振幅及/或頻率，從而導致壓電傳感器300在液體107中產生對應於時變訊號之形式的聲波。在此實例中，藉由由液體107中之聲波將機械力施加於氣泡124上，時變訊號之振幅及/或頻率足以促使氣泡124自感光材料層之表面102移開。

在進一步實施例中，時變訊號之振幅及/或頻率足夠大使得氣泡124分裂為若干較小氣泡(未圖示)，所產生之該等若干氣泡足夠小使得所產生之若干氣泡向表面102之接近不會導致自曝光系統104發射之光散射。在此方面，熟練的技術人員將瞭解，用於分散氣泡124之波形強度及/或分佈視若干參數而定，例如氣泡124之尺寸、安置有氣泡124之媒體(在此實例中為液體107)體積、媒體之流動速率及/或分散有一個以上氣泡之處的氣泡濃度。

儘管以上兩個實施例使用壓電傳感器，但應瞭解可使用能夠在液體107中產生聲波之任何器件。

實施方式中，本文已引用氣泡124。然而，熟練的技術人員將瞭解液體107中可存在一個以上氣泡。在本實施方式中，僅為保持描述之簡明之目而描述單個氣泡。

儘管上文並未明確描述，但熟練的技術人員將瞭解，可使用產生用於移開氣泡124之力之上述方法的任何組合。

儘管本文引用"掃描器"(步進及掃描系統)，但熟練的技術人員將瞭解，可使用替代曝光系統，例如其中主光罩通過光源與透鏡系統之間的所謂的"步進機"(步進及重複)。

因此，可能提供允許浸漬式微影成為可行之微影技術的一種氣泡移位裝置及一種移位氣泡之方法，從而減少缺陷之發生且提供比可用於現有光微影工具之光微影製程參數更寬範圍的光微影製程參數。因此，可生產較高良率的晶圓。

100．．．晶圓

102．．．表面

104．．．曝光系統

106．．．液體供應系統

107．．．液體/流體

108．．．水進入/排出口

109．．．貯水層

110．．．內部周邊表面

112．．．真空口

114．．．第一通道迴路

116．．．空氣供應口

118．．．第二通道迴路

120．．．第一電極/力產生器

121．．．第二電極

122．．．驅動電路/驅動訊號產生器

124．．．氣泡

126．．．間隙

200．．．第一電磁體/力產生器

202．．．第二電磁體/力產生器

300．．．壓電傳感器/力產生器

302．．．晶圓之下側

圖1為組成本發明之第一實施例之氣泡移位裝置的示意圖；圖2為組成本發明之第二實施例之另一氣泡移位裝置的示意圖；且圖3為組成本發明之第三實施例之又一氣泡移位裝置的示意圖。

100．．．晶圓

102．．．表面

104．．．曝光系統

106．．．液體供應系統

107．．．液體/流體

108．．．水進入/排出口

109．．．貯水層

110．．．內部周邊表面

112．．．真空口

114．．．第一通道迴路

116．．．空氣供應口

118．．．第二通道迴路

120．．．第一電極/力產生器

121．．．第二電極

122．．．驅動電路/驅動訊號產生器

124．．．氣泡

126．．．間隙

Claims (7)

1. 一種氣泡移位裝置，其用於在一浸漬式曝光系統中將一流體(107)中之一氣泡(124)自一表面(102)移走，該裝置包含：一驅動訊號產生器(122)，其經配置以在使用時產生一驅動訊號；及一力產生器(120、200、202、300)，其耦接至該驅動訊號產生器(122)；其中該力產生器(120、200、202、300)經配置以在使用時施加至少一個力用來促使該氣泡(124)遠離該表面(102)，其中該力產生器(120、200、202)經配置以產生至少一個場，其中該至少一個場為一磁場。
2. 如請求項1之裝置，其中該至少一個場位於一電場中。
3. 如請求項1之裝置，其中該力產生器(300)經配置以產生至少一聲波。
4. 如前述請求項中任一項之裝置，其中該驅動訊號為一時變訊號。
5. 如請求項4之裝置，其中該時變訊號為一調變訊號。
6. 如請求項4之裝置，其中該時變訊號為一脈衝訊號。
7. 一種用於一浸漬式曝光系統之照射之將一流體(107)中之一氣泡(124)自一表面(102)移走的方法，該方法包含以下步驟： 產生一驅動訊號；產生一磁場以提供回應該驅動訊號之一力，藉此促使該氣泡(124)遠離該表面(102)。