TWI403857B - 浸潤微影設備與浸潤曝光方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種浸潤微影技術，且特別有關於一種使用一密封之晶圓浴(seal wafer bath)的浸潤微影系統。
浸潤微影技術是一種在微影技術上較新的進展，其中曝光步驟係藉由在晶圓表面與鏡頭之間填入液體而進行。相較於在空氣下使用鏡頭的情況而言，使用浸潤微影技術能創造更大量的開口，因而增進解析度。而且，在浸潤的情況下則提供用於提供更小特徵的景深(Enhanced Depth-of-Focus；DOF)。本說明書並不限於浸潤微影技術，但是浸潤微影技術提供一個能從下列詳述之本發明獲益之半導體製程的例子。
為達上述目的，本發明之實施例提供一種浸潤微影設備，包括：一鏡頭組(assembly)，包括一影像鏡頭；一晶圓基座，用於將晶圓保持於該鏡頭組下方，該晶圓基座包括置於一密封環框架上且沿著保持於該晶圓基座上之該晶圓之一頂部邊緣的一密封環；以及一流體槽，用於保持浸潤流體，其中流體槽包含該晶圓基座以使保持在該晶圓基座上之該晶圓完全浸潤於該浸潤流體中；以及一外蓋，置於該流體槽之至少一個部份，用以在該
流體槽內提供一個溫度控制且富含流體的環境。
本發明之實施例也提供一種浸潤曝光方法，包括：將一晶圓置放於一晶圓基座上，其中該晶圓基座位於一影像鏡頭下方；降低一密封環至該晶圓基座之一密封環框架上，以致於該密封環沿著該晶圓之一頂部邊緣而放置，其中該密封環用於密封位於該晶圓之一邊緣與該晶圓基座間的間隙；以及以一浸潤流體填充一配置有該晶圓基座之流體槽，使得該晶圓完全沉沒於該浸潤流體內。
本發明之實施例也提供一種浸潤微影設備，包括：一影像裝置；一保持裝置，用於將一晶圓保持在該影像裝置下，其中該保持裝置包括一密封環組；一容器，用於儲存一浸潤流體，其中該容器包含該保持裝置以促使保持在該保持裝置上之該晶圓完全沉沒於該浸潤流體內；以及一外蓋，覆蓋該容器之至少一部份，用於在該容器內提供一個溫度受到控制及富含流體的環境。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明係有關於一種液體浸潤微影系統，且特別有關於一種使用一密封之晶圓浴(seal wafer bath)的浸潤微影系統。
一般而言，有兩種浸潤微影系統構成，包括以鏡頭
為基礎(lens-based；LBC)之系統及以晶圓為基礎(wafer-based；WBC)之系統。有了WBC系統，浸潤流體係選擇性地施加於一介於鏡頭與晶圓間之小區域且從該區域移除，且當晶圓被移動或掃描時浸潤組相對於鏡頭而言是靜止的。
請參考第1A圖，一LBC系統100包括一浸潤頭102，浸潤頭102包含一影像鏡頭104、一流體入口106、與一流體出口108。如第1A圖所示，浸潤流體係配置於一區域110，其中該區域110位於該影像鏡頭104下方且在一晶圓112上方，而晶圓112係藉由一真空系統116而緊附於一晶圓基座114上。透過晶圓基座114與晶圓112之移動，流體係經由流體入口106而注入區域110且經由流體出口108而排出，其中此程序會引起流體溫度控制與流體蒸發的問題。
LBC系統的優點包括其晶圓基座係實質上與乾燥系統之晶圓基座相同，因而節省顯影時間與花費。而且，有了LBC系統，可以維持乾燥系統中所使用之相同的對位、對焦(focus)與位準調整(leveling setup)。最後，有了LBC系統，所使用之浸潤流體之體積體積小，以至於可以快速進行填充保持流體之孔洞(fluid-retaining cavity)，因而維持高的晶圓產出量。
與LBC系統相關之問題包括：靠近晶圓之邊緣，浸潤區域包括晶圓與吸盤(chuck)外圍區域，以至於在流體孔洞維持流動性與促使流體移除可能變得困難。其它問
題係晶圓背面之粒子有被洗至表面的傾向。而且，當晶圓在step-and-scan步驟中移動時，LBC浸潤頭有在晶圓表面留下微量流體的傾向。這是流體印漬留在晶圓上的原因。其它與LBC系統相關之問題係光阻會在不同位置與流體接觸。尤其是，當晶圓在不同區域間移動時，相鄰區域或其部份係被流體覆蓋。這樣的情形可能會在相同區域發生數次，且對於每一個區域而言未必是在相同序列或是相同次數。最後，在一些LBC系統設計中，如第1B圖所示，浸潤流體流過晶圓邊緣上方而進入一沿著晶圓112之邊緣而配置的流體排水溝(drain)120。雖然降低了粒子附著，但是導致晶圓在邊緣冷卻，改變晶圓的形狀且影響完整覆蓋精度。
參考第2圖，相對於LBC系統而言，在WBC系統中，晶圓係完全地浸泡於於一位於晶圓基座上之循環槽的浸潤流體內。例如，在一WBC系統200中，浸潤流體係經由一流體入口210與一流體出口212而被選擇性地引入一介於鏡頭206與晶圓208間之小區域204且從該區域移除。流體在晶圓基座上方或下方之區域204內連續地循環，且當其流動過晶圓208之表面區域時則受到過濾與溫控。流體可以完全地由區域204排出而進行晶圓之呈載與卸載。外蓋214避免流體202溢出且避免外來粒子掉入流體中。
WBC系統之優點包括：在晶圓邊緣之曝光與在中心之曝光是一樣的。而且，每一區域接觸晶圓一樣的時
間。而且，浸潤頭不會造成流體漬，而且不會有因為靠近晶圓邊緣之流動性差而產生氣泡的問題。然而，WBC系統確實遭遇某種問題，包括：每一曝光區域曝光前與後之浸泡時間不同。而且，填充與排放浸潤流體花費更多時間與精力，而且如果未使用兩個基座的話則聚焦、傾斜與對位必須在浸沒模式下進行。最後，相較於乾燥系統而言，必須針對晶圓基座進行實質上的重新設計。
兩個額外問題影響LBC與WBC兩系統。其中，因為位於晶圓邊緣幾釐米內之光阻(邊緣滴(edge bead))較其它部分光阻塗層厚的緣故，因此經常被移除。上述作法導致在流體沖洗的情況下會留下破裂的光阻碎片，而導致微粒缺陷。而且，流體會滲入晶圓下方，而造成污染源且一樣易受污染影響。流體之蒸發會導致冷卻不均與覆蓋不均的問題。
請參考第3、4圖，其中第3、4圖係繪示一實施例之全浸潤微影系統300的上視圖與側視圖，而此全浸潤微影系統300包括一密封浴。在第4圖中，系統300包括一晶圓基座302，且一晶圓304可以藉由一真空系統306而緊靠該晶圓基座302。一鏡頭組308係置於晶圓304與晶圓基座302上。根據本實施例，浸潤流體309係配置於一區域或槽310內，覆蓋並圍繞晶圓304且介於晶圓與鏡頭組308之前表面之間。浸潤流體係藉由一流體保持壁311而保持於槽310內。在一實施例中，浸潤流體之反射率大體上係1.34。一密封環312由一薄且軟性
的材料構成，例如是麥拉(Mylar)、鐵弗龍(Teflon)與橡膠等，厚度介於幾毫米至幾百毫米之間，並藉由一密封環框架313而置於該晶圓基座302上以接觸置於基座上之晶圓304的頂部邊緣(請同時參考第4~6、9~12圖)。由真空系統306在介於晶圓304外部邊緣與密封環框架313內側間之間隙中產生的吸力使密封環312之密封變緊，以避免浸潤流體309漏至該間隙內。將晶圓304移至鏡頭組308下方以進行步進式掃瞄(stepping and scanning)。
一鄰近外蓋(proximity cover)314在環繞鏡頭組308之區域內接觸浸潤流體309。鄰近外蓋314應該盡可能的大；然而，其尺寸係因為環繞該槽310之流體保持壁311的存在而受限。封閉外蓋318係放在鏡頭組308之鏡頭柱上以封閉該槽310且在其中創造並維持一富含流體與蒸汽的環境。封閉外蓋318係大於流體保持壁311，以致於在任一晶圓位置上浸潤流體309上方之區域總是被封閉。
第3圖係繪示密封環312、晶圓304與封閉外蓋318間之關係。如第3圖所示，晶圓304包括複數個掃瞄區域320。區域322代表鏡頭組308之鏡頭區域。區域322內有一狹縫324。掃瞄區域受限於狹縫324之區域。鄰近外蓋314之尺寸應該允許鏡頭組308(特別是狹縫324)配置成可以盡可能地靠近晶圓304之邊緣，如同受限於流體保持壁311之存在。第5圖係繪示以鄰近晶圓304
之邊緣的鄰近外蓋314定位鏡頭組308。封閉外蓋318係用以避免浸潤流體309之蒸發。如第6圖所示，封閉外蓋318使流體蒸汽之逸散緩和而降低由流體蒸發引起之冷卻。提供一富含流體與蒸汽之環境而避免流體蒸發。可以在由封閉外蓋318、晶圓302及流體保持壁311所封閉之區域310中引進飽和蒸汽，較佳者係藉由一流體蒸汽入口330而穿過封閉外蓋318。相似地，流體係經由一或多個流體入口332而被引進區域310。溢出之流體係經由配置於壁上之流體溢流孔336而從區域310流出並流入環繞流體保持壁311之溝槽334。溝槽334所收集之流體可以藉由任何數量之排放系統(圖未顯示)而適當地排出。
第7圖係繪示位於一位置之晶圓304，其中鏡頭區域322在該位置係配置於該晶圓之最頂端的曝光位置。第8圖係繪示位於一位置之晶圓，其中鏡頭區域322在該位置係配置於該晶圓之最左邊的曝光位置。
在一實施例中，承載順序包含使用一可垂直移動之機構而升起密封環312與密封環框架313，之後將晶圓304降低並置於晶圓基座302上。在一實施例中，上述動作可以伴隨著將晶圓304放置在環繞具有一晶圓移動手臂之鏡頭軸的3個支撐插腳上，且降低該支撐插腳以使晶圓降至晶圓基座302上。接著，降低包含密封環框架313與密封環312之密封環組以將晶圓304之邊緣密封。接著，將晶圓基座302移至鏡頭組308下方，而此時可
以將浸潤流體309與流體蒸汽注入該槽310。在一實施例中，先發生蒸汽充填直到達成完全飽和。流體蒸汽之溫度(如同浸潤流體309之溫度)應該有系統地管理。可以透過區域310之不完全密封而連續地注入流體蒸汽以補償蒸汽損失。尤其是，故意在密封外蓋318之底部與流體保持壁311間留下一間隙，以致於當晶圓基座302移動時不會與密封外蓋發生摩擦。一旦晶圓經過完全曝光的話，則流體保持壁311被降低以讓浸潤流體流出並進入溝槽332，如第9圖所示。在移除浸潤流體之前，從晶圓304升起密封環312。也可以提供一流體排水溝((drain)圖未顯示)以從區域310排出流體。在晶圓304由鏡頭組308下方移至晶圓承載/卸載位置或晶圓量測位置(例如，在雙晶圓吸盤掃描器內)後，可以使用一空氣噴射流或空氣刀而使殘餘流體乾燥。
另外，可以浸潤流體309填充整個區域309，如第10圖所示。在這種方式下，不需使用飽和蒸汽避免流體蒸發；然而，流體溫度仍必須小心控制。在晶圓304曝光之後，可以將流體從槽310移除，如上所述及第9圖所示。
第11圖係繪示另一實施例之全浸潤微影系統400，此全浸潤微影系統400不同於全浸潤微影系統300；全浸潤微影系統400不具有一鄰近外蓋。在全浸潤微影系統400中，不需要在流體上方維持一個富含流體與蒸汽的環境。
第12圖係繪示又一實施例之全浸潤微影系統402，此全浸潤微影系統402不同於全浸潤微影系統300；全浸潤微影系統402不具有一密封外蓋。全浸潤微影系統402可能使用一段很長的時間直到在鄰近外蓋內之流體之反射率的穩定度與均勻性(homogeneity)達到可接受的程度。
第13圖係繪示一實施例之用於在使用全浸潤微影製程之曝光後從一晶圓501移除殘餘流體的乾燥頭500。如第13圖所示，乾燥頭500包含至少一個用於在以箭頭504所指之方向上排放浸潤流體的流體真空出口502。而且，乾燥頭500包含一淨化氣體入口506；其中當晶圓在以箭頭510所指之方向上移動至乾燥頭500下方時，該淨化氣體入口506係用於引入淨化氣體至晶圓501之表面上。藉由流體真空出口502而移除浸潤流體之步驟與藉由淨化氣體入口506而引入淨化氣體以乾燥晶圓501之步驟的組合在從晶圓移除殘餘流體方面係非常有效。
如上述實施例所述，由於晶圓係不斷地在浸潤流體下直到曝光完成，所以可以避免水漬。而且，防止流體蒸發可以確保均勻性，以避免晶圓變形而影響覆蓋精確度。最後，密封環降低微粒且避免亂流引起之氣泡。另外，密封環也覆蓋晶圓邊緣滴以避免微粒增生。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本
發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧LBC系統
102‧‧‧浸潤頭
104‧‧‧影像鏡頭
106、210、332‧‧‧流體入口
108、212‧‧‧流體出口
110、204、322‧‧‧區域
112、304、208‧‧‧晶圓
114、302‧‧‧晶圓基座
116、306‧‧‧真空系統
120‧‧‧流體排水溝
200‧‧‧WBC系統
202‧‧‧流體
206‧‧‧鏡頭
214‧‧‧外蓋
300‧‧‧全浸潤微影系統
308‧‧‧鏡頭組
309‧‧‧浸潤流體
310‧‧‧槽
311‧‧‧流體保持壁
312‧‧‧密封環
313‧‧‧密封環框架
314‧‧‧鄰近外蓋
318‧‧‧封閉外蓋
320‧‧‧掃瞄區域
324‧‧‧狹縫
330‧‧‧流體蒸汽入口
334‧‧‧溝槽
336‧‧‧流體溢流孔
400、402‧‧‧全浸潤微影系統
500‧‧‧乾燥頭
501‧‧‧晶圓
502‧‧‧流體真空出口
504、510‧‧‧箭頭
506‧‧‧淨化氣體入口
第1A圖係繪示一LBC浸潤系統。
第1B圖係繪示一LBC浸潤系統之其它設計。
第2圖係繪示一WBC浸潤系統。
第3圖係繪示一較佳實施例中使用密封晶圓浴之全浸潤微影系統的上視圖。
第4圖係繪示第3圖之全浸潤微影系統的側視圖。
第5圖係繪示第3圖之全浸潤微影系統的放大側視圖，顯示其鄰近外蓋。
第6圖係繪示第3圖之全浸潤微影系統，顯示其封閉(enclosing)外蓋。
第7圖係繪示位於一位置之晶圓，其中鏡頭區域在該位置係配置於該晶圓之最頂端的曝光位置。
第8圖係繪示位於一位置之晶圓，其中鏡頭區域在該位置係配置於該晶圓之最左邊的曝光位置。
第9圖係繪示第3圖之全浸潤微影系統，其中保持壁(retaining wall)已被降低而使浸潤流體從該浸潤微影系統洩出。
第10圖係繪示第3圖之全浸潤微影系統的其它組合。
第11圖係繪示另一實施例之全浸潤微影系統。
第12圖係繪示又一實施例之全浸潤微影系統。
第13圖係繪示一實施例之用於在使用全浸潤微影製程之曝光後從一晶圓移除殘餘流體的乾燥頭。
500‧‧‧乾燥頭
501‧‧‧晶圓
502‧‧‧流體真空出口
504‧‧‧箭頭
506‧‧‧淨化氣體入口
510‧‧‧箭頭
Claims (24)
- 一種浸潤微影設備，包括：一鏡頭組(assembly)，包括一影像鏡頭；一晶圓基座，用於將晶圓保持於該鏡頭組下方，該晶圓基座包括置於一密封環框架上且沿著保持於該晶圓基座上之該晶圓之一頂部邊緣的一密封環；一流體槽，具有一流體保持壁，用於保持浸潤流體，其中流體槽包含該晶圓基座以使保持在該晶圓基座上之該晶圓完全浸潤於該浸潤流體中，其中該流體保持壁為可移動以便讓該浸潤流體由該流體槽流出；以及一外蓋，置於該流體槽之至少一個部份，用以在該流體槽內提供一個溫度控制且富含流體的環境。
- 如申請專利範圍第1項所述之浸潤微影設備，其中該外蓋係一鄰近外蓋。
- 如申請專利範圍第1項所述之浸潤微影設備，其中該外蓋係一封閉外蓋。
- 如申請專利範圍第3項所述之浸潤微影設備，其中該封閉外蓋係與該鏡頭組連接。
- 如申請專利範圍第3項所述之浸潤微影設備，其中該封閉外蓋之寬度係大於該流體保持壁(fluid-retaining walls)之寬度。
- 如申請專利範圍第3項所述之浸潤微影設備，其中該封閉外蓋未接觸該晶圓基座。
- 如申請專利範圍第3項所述之浸潤微影設備，其中 該封閉外蓋在該流體槽內創造一個富含流體蒸汽的環境。
- 如申請專利範圍第1項所述之浸潤微影設備，其中該浸潤流體之溫度係受到控制。
- 如申請專利範圍第3項所述之浸潤微影設備，其中該鄰近外蓋係介於該封閉外蓋與該晶圓之間。
- 一種浸潤曝光方法，包括：將一晶圓置放於一晶圓基座上，其中該晶圓基座位於一影像鏡頭下方；降低一密封環至該晶圓基座之一密封環框架上，以致於該密封環沿著該晶圓之一頂部邊緣而放置，其中該密封環用於密封位於該晶圓之一邊緣與該晶圓基座間的間隙；以一浸潤流體填充一配置有該晶圓基座之流體槽，使得該晶圓完全沉沒於該浸潤流體內；以及在該晶圓之曝光後，從該流體槽移除該浸潤流體，其中移除該浸潤流體之步驟包括移動該流體槽之一流體保持壁以便讓該浸潤流體由該流體槽流出。
- 如申請專利範圍第10項所述之浸潤曝光方法，其中該以一浸潤流體填充一配置有該晶圓基座之流體槽的步驟更包括填滿該流體槽。
- 如申請專利範圍第10項所述之浸潤曝光方法，更包括：引進該浸潤流體之該流體槽蒸汽。
- 如申請專利範圍第12項所述之浸潤曝光方法，其中該蒸汽係飽和蒸汽。
- 如申請專利範圍第10項所述之浸潤曝光方法，更包括：在移除該浸潤流體之前，從該晶圓升起該密封環。
- 如申請專利範圍第10項所述之浸潤曝光方法，在移除該浸潤流體之後使用一乾燥頭而使該晶圓之一表面乾燥。
- 如申請專利範圍第10項所述之浸潤曝光方法，更包括：控制該流體槽內之該浸潤流體的溫度。
- 一種浸潤微影設備，包括：一影像裝置；一保持裝置，用於將一晶圓保持在該影像裝置下，其中該保持裝置包括一密封環組；一容器，具有一流體保持壁，用於儲存一浸潤流體，其中該容器包含該保持裝置以促使保持在該保持裝置上之該晶圓完全沉沒於該浸潤流體內，其中該流體保持壁為可移動以便讓該浸潤流體由該流體槽流出；以及一外蓋，覆蓋該容器之至少一部份，用於在該容器內提供一個溫度受到控制及富含流體的環境。
- 如申請專利範圍第17項所述之浸潤微影設備，其中該容器係與該影像裝置連接。
- 如申請專利範圍第17項所述之浸潤微影設備，其 中該容器係大於該保持裝置。
- 如申請專利範圍第17項所述之浸潤微影設備，其中該容器未接觸該保持裝置。
- 如申請專利範圍第17項所述之浸潤微影設備，其中該密封環組包括一密封環框架與一密封環，其中該密封環置於該密封環框架上。
- 如申請專利範圍第17項所述之浸潤微影設備，更包括：以該浸潤流體填充滿該容器的裝置。
- 如申請專利範圍第17項所述之浸潤微影設備，更包括：將該浸潤流體之蒸汽引入該容器。
- 如申請專利範圍第17項所述之浸潤微影設備，更包括：在該晶圓之曝光後用於從該容器移除該浸潤流體的裝置；以及在從該容器移除該浸潤流體後用於使該晶圓之一表面乾燥的裝置。
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