TWI566055B

TWI566055B - 光微影系統、光微影化學供應系統、以及用於供應化學溶液至光微影系統的方法

Info

Publication number: TWI566055B
Application number: TW103146478A
Authority: TW
Inventors: 文湛周; 李宏仁; 劉旭原; 黃宇辰; 吳承翰; 王士哲; 和湧黃
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2017-01-11
Also published as: US20200124967A1; KR101929688B1; US20180067395A1; DE102014019561A1; US10558120B2; KR20150107577A; KR20180004086A; US20150261089A1; TW201537307A; CN104916565B; US20230384680A1; CN104916565A; US9817315B2

Description

光微影系統、光微影化學供應系統、以及用於供應化學溶液至光微影系統的方法

本發明係關於一種光微影系統、一種光微影化學供應系統以及一種方法用以供應化學溶液至光微影系統。

光微影係為用於製造具有高元件裝置密度之積體電路的一種基本工具。光微影涉及到形成薄的塗層。其中一種塗層為光阻液。另一種常用的塗層為底部抗反射塗層(BARC)。這些塗層由液體化學溶液所形成。化學溶液被保持在儲槽，其中該化學溶液根據需求而被配給。

本發明提供了一種光微影系統，包括一可變容積的緩衝槽、一配給系統以及一閥。前述配給系統連接前述緩衝槽，且配置為從前述緩衝槽配給一光微影化學溶液至一晶圓上。前述閥配置為從前述緩衝槽之一頂部空間釋放氣體，同時阻止液體從前述頂部空間釋放。

於一實施例中，前述光微影系統更包括一儲存容器以及一連接器。前述儲存容器具有一儲存容量。前述連接器形成一連結以自前述儲存容器傳送流體至前述緩衝槽。其中前述可變容積的緩衝槽具有一最大容積，大於前述儲存容器的前述儲存容量。

於一實施例中，自前述儲存容器傳送流體至前述緩衝槽之連結配置為，自前述儲存容器的底部的排出前述儲存容器之該內容物。

於一實施例中，前述閥是電子控制閥。

於一實施例中，前述光微影系統更包括一氣泡偵測器，前述氣泡偵測器配置為偵測該頂部區域內之氣泡。其中前述閥被配置為當前樹氣泡偵測器偵測到前述頂部空間具有氣泡而自動地開啟。

本發明提供了一種光微影化學供應系統，包括一儲存容器以及一可變容積的緩衝槽。前述儲存容器在底部具有一開口。前述緩衝槽經由在前述底部的前述開口耦接儲存容器。其中前述緩衝槽相較於前述儲存容器具有一較大之儲存容量。

於一實施例中，前述儲存容器在其頂部具有一開口，與一氣體源連通。

本發明提供了一種用於供應一化學溶液至一光微影系統的方法，包括自一可變容積的緩衝槽泵送前述化學溶液，配給被泵送的前述化學溶液於一旋轉塗佈機，以及藉由排空一充滿前述化學溶液的儲存容器至前述緩衝槽內以重新填充前述緩衝槽。

於一實施例中，排空充滿前述化學溶液的前述儲存容器之步驟包括經由一出口排出前述儲存容器內的前述化學溶液，且前述出口貫穿形成於前述儲存容器的底部。

於一實施例中，其中當前述化學溶液在前述緩衝槽內時，被保持為大致上不與氣體接觸。

100‧‧‧光微影系統

101‧‧‧(光微影化學)供應系統

103‧‧‧閥

104‧‧‧介面

105‧‧‧(化學溶液)儲存容器

106‧‧‧頂部空間

107‧‧‧底部表面

109‧‧‧管道

110‧‧‧線路

111‧‧‧耦接件

119‧‧‧管道

121‧‧‧殼體

123‧‧‧壓力表

125‧‧‧控制器

127‧‧‧泵

128‧‧‧排氣系統

129‧‧‧(剛性)殼體

131‧‧‧(可折疊式)內襯

132‧‧‧活塞

134‧‧‧汽缸

135‧‧‧氣泡偵測器

136‧‧‧手風琴般的皺摺

137‧‧‧控制器

138‧‧‧平台

139‧‧‧排氣管

140‧‧‧容器空間

141‧‧‧閥

142‧‧‧上表面

143‧‧‧頂部空間

144‧‧‧上部容器空間

145、145A、145B、145C、145D‧‧‧可變容積的緩衝槽

147‧‧‧管道

150‧‧‧化學溶液

160‧‧‧(光微影化學溶液)配給系統

163‧‧‧泵

165‧‧‧過濾器

167‧‧‧閥

169‧‧‧回吸閥

171‧‧‧配給尖端

180‧‧‧晶圓

190‧‧‧汽缸

200‧‧‧方法

201、203、205、207、209、211、213、215、217、219、221、223、225‧‧‧步驟

210‧‧‧步驟(重新填充作業)

第1圖係本發明一些實施例之光微影系統。

第2至5圖係本發明眾多實施例之可變容積的緩衝槽。

第6圖係本發明一些實施例之供應一化學溶液至一光微影系統之流程圖。

以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。

光微影化學溶液中的氣泡與污染物已經被觀察到可導致裝置缺陷。位於光微影化學溶液儲槽之頂部空間的空氣被發現是汙染物來源。在光微影化學溶液儲槽上方以氮氣充填頂部空間被發現造成氣泡。本發明提供一種供應光微影化學溶液之系統與方法，其中光微影化學溶劑些微或是不暴露於空氣以及有限制地暴露與接觸可造成氣泡的純氮氣層。

氮在液體溶液的平衡濃度近似正比於接觸溶液的氮的分壓。若液體溶液在一大氣壓下儲存於純氮環境中一段足夠的時間，液體溶液會吸收氮直到氮在溶液中的濃度與氮氣在一大氣壓下的濃度平衡。如果該液體溶液在一大氣壓下被釋放至外界空氣中，氮會釋放直至其濃度下降大約22%。空氣中只有78%是氮。被釋放的氮可形成氣泡，特別是如果當其曾經在被吸收以平衡於一高於一大氣壓的氮氣，或是處於一高於環境之溫度。在本發明所提供的一些系統中，光微影化學溶液被曝露至一純氮氣壓，但是暴露時間與接觸面積被限制以避免氮氣被吸收進該溶液中而使一濃度接近平衡。

根據本發明一些實施例，一可變容積的緩衝槽提供一儲槽給一光微影化學溶液配給系統。緩衝槽提供一儲槽，其中化學溶液根據需求而被配給，且不需要一充滿氣體的頂部空間。於一些實施例中，緩衝槽具有一排氣系統，用以釋放任何進入緩衝槽之氣體，或是發生於緩衝槽中之液體之氣泡。於一些實施例中，緩衝槽被維持一正壓以利於徹底清除任何氣體。

根據本發明一些實施例，一可變容積的緩衝槽在每一次填充動作時收容化學溶液儲存容器所有的含量，以避免化學溶液被空氣或是同時部分地充滿儲存容器的飽和氮氣所污染。緩衝槽的大小係相對應的。

第1圖表示了本發明一實施例之一光微影系統100。光微影系統100具有一光微影化學溶液配給系統160以及一光微影化學供應系統101。供應系統101其本身係為根據本發明一些實施例之一例。供應系統101具有一可變容積的緩衝槽145以及化學溶液儲存容器105。緩衝槽145提供一化學溶液150的儲槽，且令150化學溶液可經過一固定之管道147按需求至一配給系統160。儲存容器105經由一管道119對緩衝槽145進行補充。

配給系統160配給化學溶液150至一晶圓180的表面上。化學溶液150為一光微影化學溶液。光微影化學溶液係為一種適合於一光微影製程中旋轉塗佈於晶圓180上之液體化學溶液。於大多數之實施例中，光微影系統100具有一旋轉塗佈機(未圖示)。化學溶液150舉例來說可為一光阻溶液、一底部抗反射塗層(BARC)溶液，或是一基底溶液像是一種基底的溶液用於促進晶圓表面與光阻之間的黏合。

於一些實施例中。配給系統160具有一泵163。於一些實施例中，配給系統160具有其他在一般光微影配給系統所具有之組件。該些其他組件例如可包括一過濾器165、一閥167以及一回吸閥169。回吸閥169係為一種閥，功能為在配給作業中自配給尖端171移除化學溶液150。配給系統160通過管道147自緩衝槽145吸取化學溶液150。

緩衝槽145具有一容器空間140，其具有一或多個可動的邊界，藉此，容器空間140的容積可在流體被加入時增加且在流體被移除時減少。第1圖係表示一實施例中之一可摺疊式內襯131對於容器空間140提供可動邊界。第1圖之容器空間140具有一剛性的上部容器空間144以及一頂部空間143。可摺疊式內襯131為一種類似袋子的容器。於一些實施例中，可摺疊式內襯131具有夾襯。可摺疊式內襯131可以任何適合的材料所形成。適合的材料可例如為聚四氟乙烯(PTFE)。可變容積的緩衝槽145更具有一剛性的殼體129。剛性的殼體129支撐內襯131。殼體129可以剛性材料所形成，像是不鏽鋼或高密度聚乙烯(HDPE)。

第2至5圖係提供了可變容積的緩衝槽145之其他實施例。第2、3圖係根據本案一些實施例圖示了可變容積的緩衝槽145A與145B，其中可變容積的容器空間140的一部份係由活塞132與汽缸134所形成。第4、5圖係表示本發明一些實施例中之可變容積的緩衝槽145C與145D，其中可變容積的容器空間140的一部份係由具有手風琴般的皺褶136的軟性材料所形成。這些設計相較於可摺疊式內襯131的優點是，他們具有較少可困住氣泡的皺褶。

於一些實施例中，一可變容積的緩衝槽145裝配有一排氣系統128，用以從頂部空間143釋放氣體，因此緩衝槽145內之容器空間140的內容物在任何時間下完全或幾乎完全是液體。排氣系統128具有一閥141，大致上避免緩衝槽145的內容物與外界空氣連通。於一些實施例中，容器空間的上表面142 傾斜朝向頂部空間143並靠近排出閥141，以促使容器空間140內部的任何氣泡遷移至頂部空間143，使氣泡可被排出。排出閥141釋放氣體進入排氣管139或直接進入大氣中。

於一些實施例中，排出閥141為一排氣閥。排氣閥係為一種設計為允許氣體通過同時阻擋液體通過的閥。於一些實施例中，排氣閥包括一浮子，且閥在液體升高浮子時關閉。於一些實施例中，排氣閥141係為一種即使頂部空間143的壓力大於排氣管139的壓力時，依然具有選擇性地排放氣體之功能的閥。

於一些實施例中，排出閥141為一種電子控制閥。電子控制閥係藉由如第1圖所示之控制器137所操作。控制器137可從一氣泡感測器143接受輸入訊號。於一些實施例中，氣泡感測器135使用超音波檢測存在於頂部空間的氣泡。當檢測出氣泡，控制器137開啟排出閥141。當不再檢測到氣泡或在一短暫期間後，控制器137關閉排出閥141。雖然機械式排氣閥較電子控制閥簡單，但電子控制閥可提供最徹底的排氣。

於一些實施例中，緩衝槽145在容器空間140內於一正壓下保持化學溶液150。正壓係為一超過大氣壓的壓力且可促進氣泡的排出。於一些實施例中，正壓藉由控制剛性殼體121與內襯131之間的流體129的量而維持。於一些實施例中，正壓藉由施加一機械力抵抗容器空間140的外側而維持。機械力可例如藉由如第2、3圖所示之活塞132而施加或藉由第4、5圖所示之平台138而施加。機械力包括例如為彈簧、液壓或配重物所提供之力量。

於一些實施例中，容器空間140內被動地維持有一正壓。被動系統可經由重力操作。如第3圖所例示般，活塞132的重量可維持容器空間140內維持一正壓。由重力的趨勢所壓平之如第4、5圖所示之可變容積的緩衝槽145C或145D可維持該些例示之容器空間140於一正壓。

於一些實施例中，如第1圖所例示般，緩衝槽145具有一壓力調節系統128。壓力調節系統128具有一壓力表123與一控制器125。於一些實施例中，壓力調節系統128藉由泵127自剛性殼體121與內襯131之間的空間加入或移除流體129以調節壓力。

緩衝槽145經過管道119連接至儲存容器105。於一實施例中，連接緩衝槽145與配給系統160的管道147與管道119在高度低於頂部空間143處離開容器空間140。於一些實施例中，管道147連通容器空間140且如第1、2、4圖般靠近其上部端。此設計可朝著泵163提供更一致的壓力。於另一些實施例中，管道147連通容器空間140且如第3、第5圖般靠近其下端部。此設計可減少當化學溶液150被配給系統160供應時氣泡進入化學溶液150的機率。根據其他設計選擇，一個或其他配置之管道147可藉由減少容器空間140內的管路以促進容器空間140的膨脹與收縮。類似的想法也適用連接管道119至緩衝槽147，且適用於相對應之實施例。於一些實施例中，在容器空間140內任何管路的長度，像是連接管道119或147的管路，均具有小於容器空間140一半的高度。

儲存容器105可與供應系統101分離，其可在緩衝槽145需要更多化學溶液150時被替換。儲存容器105可被連接至管道119，並藉由耦接件111將儲存容器105連接至緩衝槽145。於一些實施例中，管道119具有一閥103，防止當儲存容器105與耦接件111分離時自緩衝槽145產生回流。於一些實施例中，閥103為一逆止閥。於一些實施例中，閥103具有一機構用以釋放困於管道109的氣體。

雖然儲存容器105自光微影化學供應系統101分離，但緩衝槽145可永久地連接至配給系統160。因此，在一些實施例中，管道147提供一固定連結於緩衝槽145與配給系統160之間。

緩衝槽145被設計為具有足夠的容量以收容且保持儲存容器105全滿容量之內容物。在大多數實施例中，儲存容器105具有大於3公升之容量。因此，在大多數實施例中，緩衝槽145具有大於3公升之容量。儲存容量是指一總容量，相對於在一特定時間下的空容量，其取決於目前在容器空間140內之化學溶液150的量。容器空間140的儲存容量係對應於緩衝槽145的最大容積。

於一些實施例中，儲存容器105設計成自底部排出。更具體而言，於一些實施例中，儲存容器105具有一開口109貫穿於其底部，化學溶液105可通過該開口109而被排出。於一些實施例中，儲存容器105具有一底部表面107向內傾斜且朝向一底部排出開口109。底部排出可減少夾帶氣泡的機會。底部排出可減少頂部空間106處之化學溶液150與氣體之一介面104的擾動，進而降低頂部空間106處之空氣的吸收率。

在大多數實施例中，儲存容器105配置成化學溶液105在不暴露於空氣中下被排出。於一些實施例中，儲存容器105為剛性容器。於一些實施例中，儲存容器105經由線路110連接氮氣儲存汽缸190，其可使頂部空間106在化學溶液150被排出時充滿氮氣。於一些實施例中，儲存容器105相對於緩衝槽145被升高以使排放受重力驅動。於一些實施例中，氮氣儲存汽缸190配置成施加一正壓於頂部空間106以足夠驅動化學溶液150離開儲存容器105並進入緩衝槽145。於一些實施例中，儲存容器105為一可變容積的容器。於一些實施例中，儲存容器105具有其中一種如前述緩衝槽145的可變容積設計。儲存容器105具有眾多相對應之實施例，包括對應許多壓力被施加之方式的實施例。

於一些實施例中，化學溶液150儲存於儲存容器105中數天、數周、或是數個月。於一些實施例中，儲存容器105為搬運化學溶液150的容器。製造商可被要求提供化學溶液150於設計用在光微影系統100的儲存容器105中，因此化學溶液150在儲存容器105連接至供應系統101之前毫無風險。

第6圖係表示根據本發明一些實施例之方法200的流程圖。方法200係為一種供應一化學溶液150至一光微影系統100之方法。方法200包括步驟201，自緩衝槽145泵送化學溶液150且將其施加於晶圓180上。於一些實施例中，每一次配給系統160進行對晶圓180施加化學溶液150時，化學溶液150自緩衝槽150被排出。

步驟203係檢測緩衝槽145是否需要重新填充。於一些實施例中，緩衝槽145中化學溶液的量藉由一感測器測定，例如測定一活塞132高度的感測器。於一些實施例中，緩衝槽145中化學溶液的量藉由一控制器125監控內襯131與殼體121之間流體129的量而被測定。於一些實施例中，緩衝槽145之一低狀態可經由控制器判斷，其中控制器監控自最後一次重新填充緩衝槽145後已藉由配給系統160所配給的化學溶液150的量。如果需要重新填充，方法200可進行一系列的步驟210以完成重新填充作業。

於一些實施例中，配給系統160在重新填充作業210時持續運作。在這些實施例中，緩衝槽145可使光微影化學供應系統101持續供應配給系統160，以提高生產效率。

重新填充作業210開始於步驟211，連接一容量可充滿化學藥劑150的儲存容器105至供應系統101。於一些實施例中，包括經由耦接件111連接管道119至儲存容器105底部的一開口190。於一些實施例中，步驟211包括連接一氮氣供應線路至儲存容器105的頂部。

步驟213為開啟一閥103，控制儲存容器105與緩衝槽145之間的連通。於一些實施例中，在步驟213之前加壓儲存容器105的內容物至靜液壓等於或略高於緩衝槽145之靜液壓。於一些實施例中，在步驟213之前排出困於管道119的氣體。閥113可被設計成具有該些功能。

步驟215為排出儲存容器105之內容物至緩衝槽145內。於一些實施例中，步驟215為一連續作業，穩定地排出儲存容器105直到空為止。於一些實施例中，步驟215從開始至結束在一相對短時間內進行。短時間係指低於5分鐘。相較之下，在大多數實施例中，重新填充作業210一次進行少於一小時。於一例中，為一天一次。

於一短時間排出儲存容器105從一全滿狀態至一空狀態，可降低污染或是氣體在儲存容器105為一部分滿的情況下被吸收至化學溶液150內的風險。在大多數實施例中，容器空間140的容積增加至大致等於儲存容器105在步驟215過程中的容量。

步驟217為關閉閥103，以使空的儲存容器105從供應系統101移除且使供應系統101可獨立運作於儲存容器105之外。關閉閥103可以避免緩衝槽145的回流。於一些實施例中，閥103為一逆止閥且可自我關閉。因此，步驟217為可選擇的。

重新填充作業210接續於另一可選擇之步驟-調整緩衝槽145內的壓力。於一些實施例中，緩衝槽145內之壓力係被調節過。於一些實施例中，壓力調節在重新填充作業210期間停止。步驟219可用於調整緩衝槽145內的壓力而以所需要的壓力供應配給系統160。

步驟221為另一可選擇之步驟。於一些實施例中，配給系統160避免在重新填充作業210時排出緩衝槽145。於這些實施例中，步驟221被採用。步驟221係持續經過一等待時間暫停自緩衝槽145進行配給，以使容器空間140內的內容物被靜置且使任何形成或已經被夾帶之氣泡在此時間上升至頂部空間143。於一些實施例中，等待時間的範圍為從1分鐘至半小時。於一些實施例中，等待時間的範圍為5分鐘至15分鐘。

方法200接續進行一選項步驟205-測定緩衝槽145內的壓力是否太低。如果太低，方法200繼續進行步驟223，其提升緩衝槽145內之壓力。於一些實施例中，步驟205與步驟223可被程序控制迴路替換。於一些實施例中，一程序控制迴路可增加或減少緩衝槽145內的壓力。緩衝槽145所需之壓力為正壓。於一些實施例中，在緩衝槽145內維持的壓力範圍為1.01至1.3大氣壓。

方法200接續進行一步驟207-測定頂部空間143是否有氣泡。步驟207一樣為可選擇的。如果有氣泡在頂部空間143，方法200接續進行一步驟225-開啟排出閥141。在一短暫的固定時間後，排出閥141藉由步驟209關閉。於一些實施例中，排出閥141可保持開啟直到頂部空間143內不再偵測到氣泡。

方法200限制化學溶液150之接觸與吸收氣體。於一些實施例中，化學溶液150被提供於儲存容器105內，化學溶液150具有其濃度大致上低於外界空氣之平衡濃度的氧氣與氮氣。於一些實施例中，供應系統101提供化學溶液150至化學溶液配給系統160，其中化學溶液150具有其具有實質上且一致地低於與外界空氣達到平衡的氧氣與氮氣濃度。相較於平衡時降低10%之濃度可視為實質上低於。

本發明提供了一光微影系統，包括一可變容積的緩衝槽、連接於緩衝槽且配置為自緩衝槽配給一光微影化學溶液至晶圓上的一配給系統、以及配置為自緩衝槽之一頂部空間釋放氣體同時阻擋液體自頂部空間釋放的一閥。緩衝槽可被操作以提供化學溶液至配給系統，同時保持化學溶液不與空氣和其他氣體接觸。

本發明亦提供了一種光微影化學供應系統，包括在底部具有一開口的一儲存容器，以及透過開口耦接於儲存容器的一可變容積緩衝槽。緩衝槽具有一容積大於儲存容器的容積。此系統可被用於提供光微影化學物質至緩衝槽，同時限制光微影化學物質在排出時或是殘留於部分滿的儲存容器時與空氣或其他氣體間的接觸。

本發明提供了一種方法，用於供應一化學溶液至一光微影系統。該方法包括自一可變容積的緩衝槽泵送該化學溶液，配給該泵送的該化學溶液於一旋轉塗佈機，以及藉由排空一充滿該化學溶液的儲存容器至該緩衝槽內以重新填充該緩衝槽。

前述內文概述了許多實施例的特徵，使本技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更佳地了解本揭露。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本揭露為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同之優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本揭露的發明精神與範圍。在不背離本揭露的發明精神與範圍之前提下，可對本揭露進行各種改變、置換或修改。