CN107305318B - 一种浸没式光刻***和浸没流场维持方法 - Google Patents

一种浸没式光刻***和浸没流场维持方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种浸没式光刻***和浸没流场维持方法，通过在浸没头中设置浸没液固化装置，在曝光过程中，浸没液固化装置将浸没头与所述硅片之间的浸没液固化形成密封墙，所述浸没头、所述密封墙和所述硅片形成盛放容器并盛放所述浸没液，在密封墙内的浸没液形成了介质，投影物镜镜头与硅片之间维持着液体的浸没液场；在曝光完成之后，浸没液固化装置将所有与硅片接触的浸没液固化，从而当硅片从工件台上移出后，浸没液不会因为重力作用下落，当工件台上上载新的未曝光的硅片后，将固化的浸没液与硅片接触，然后浸没液固化装置使固化的浸没液液化，继续下一轮曝光，因此这种装置和工艺在更换硅片后无需重新建立液场，节省了时间，提高了光刻效率。

Description

一种浸没式光刻***和浸没流场维持方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及一种浸没式光刻***和浸没流场维持方法。
背景技术
在传统的光刻技术中，其镜头与光刻胶之间的介质是空气，而所谓浸没式光刻技术是将空气介质换成浸没液体。实际上，浸没式光刻技术利用光通过液体介质后光源波长缩短来提高分辨率，其缩短的倍率即为浸没液体这种介质的折射率。一般地，在光刻机投影物镜最后一个透镜的下表面与硅片上的光刻胶之间充满高折射率的液体。其中，投影物镜的数值孔径NA＝n×sinθ，n为投影物镜与硅片之间介质的折射率，θ为光线最大入射角。在光线最大入射角相同的情况下，浸没式光刻***的数值孔径比传统光刻***增大了n倍。而从傅里叶光学的角度，数值孔径扮演着空间频率低通滤波器阈值的角色。注入高折射率的浸没液体可以使更高空间频率的光波入射到光刻胶上，因此成像分辨率得以提高。
目前的浸没式光刻***中，在曝光完成后，由于硅片与投影物镜之间充满浸没液体，经硅片移出工作台后，浸没液体由于重力作用会降落，在上载下一片未曝光硅片后，需要重新建立浸没液场，即在投影物镜镜头与硅片之间重新注入浸没液体，而这种需要不断重新建立浸没液场的工艺使得浸没式光刻的效率降低。
因此有必要对现有的浸没式光刻设备或者方法进行改良，使其在更换硅片时，无需重新建立浸没液场。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种浸没式光刻***和浸没流场维持方法，在盛放有浸没液的浸没头中设置浸没液固化装置，使得在更换硅片时，浸没液固化装置将与硅片接触的浸没液固化，将浸没液场维持至下一片硅片上载至工件台之后，这样可以避免每次硅片曝光完成后对浸没液场的重新建立，提高了光刻的效率。
为达到上述目的，本发明提供一种浸没式光刻***，从上至下依次包括
一投影物镜；
一工作台，工作台上放置有硅片；
一浸没头，设置在所述投影物镜和所述硅片之间，在所述浸没头、投影物镜及硅片之间填充有浸没液；
所述浸没头中设置有浸没液固化装置，在所述硅片曝光时将曝光场边缘及以外的浸没液固化；在所述硅片曝光完成后，所述浸没液固化装置固化所述硅片上表面与所述浸没头之间的浸没液。
作为优选，所述浸没头围绕所述浸没液形成圆环柱状，所述投影物镜与所述浸没头的内侧相对应。
作为优选，所述浸没液为磁流体。
作为优选，所述浸没液固化装置包括第一电磁线圈，所述第一电磁线圈位于所述浸没头与硅片相对的一侧上，且周向分布于所述浸没液边缘，在所述硅片曝光时，所述第一电磁线圈通电后将浸没液边缘固化。
作为优选，所述浸没液固化装置还包括第二电磁线圈，所述第二电磁线圈周向设于所述浸没头的内侧，在所述硅片曝光完成后，结合所述第一电磁线圈将所述硅片上表面与所述浸没头之间的浸没液固化。
作为优选，所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈同轴设置，围绕所述浸没液形成圆环状。
作为优选，所述浸没头上还设置有浸没液供给口和浸没液抽取口，为浸没头提供流动的浸没液。
本发明还提供一种浸没流场维持方法，包括如下步骤：
步骤S1：在投影物镜和硅片之间设置浸没头，并在所述浸没头、投影物镜及硅片之间填充浸没液，所述浸没头中设有浸没液固化装置；
步骤S2：在曝光过程中，所述浸没液固化装置将浸没头与所述硅片之间的浸没液固化，在曝光场边缘及以外形成密封墙；
步骤S3：在曝光完成后，所述浸没液固化装置将所述硅片上表面与所述浸没头之间的浸没液固化，之后撤离硅片。
作为优选，步骤S3中所述浸没液固化装置将所有所述浸没液固化。
作为优选，所述浸没液为磁流体。
作为优选，所述浸没液固化装置包括第一电磁线圈，所述第一电磁线圈位于所述浸没头与硅片相对的一侧上，且周向分布于所述浸没液边缘，在所述硅片曝光时，所述第一电磁线圈通电后将浸没液边缘固化。
作为优选，所述浸没液固化装置还包括第二电磁线圈，所述第二电磁线圈周向设于所述浸没头的内侧，在所述硅片曝光完成后，结合所述第一电磁线圈将所述硅片上表面与所述浸没头之间的浸没液固化。
作为优选，所述第二电磁线圈通过增大电流量，结合所述第一电磁线圈将所述硅片上表面的所有浸没液固化。
作为优选，所述浸没头上设置有浸没液供给口和浸没液抽取口，在步骤S2中，通过所述浸没液抽取口抽取浸没液，通过所述浸没液供给口供给浸没液，保持所述浸没液处于流动状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种浸没式光刻***，从上至下依次包括
一投影物镜；
一工作台，工作台上放置有硅片；
一浸没头，设置在所述投影物镜和所述硅片之间，在所述浸没头、投影物镜及硅片之间填充有浸没液；
所述浸没头中设置有浸没液固化装置，在所述硅片曝光时将曝光场边缘及以外的浸没液固化；在所述硅片曝光完成后，所述浸没液固化装置固化所述硅片上表面与所述浸没头之间的浸没液。
本发明还提供一种浸没流场维持方法，包括如下步骤：
步骤S1：在投影物镜和硅片之间设置浸没头，并在所述浸没头、投影物镜及硅片之间填充浸没液，所述浸没头中设有浸没液固化装置；
步骤S2：在曝光过程中，所述浸没液固化装置将浸没头与所述硅片之间的浸没液固化，在曝光场边缘及以外形成密封墙；
步骤S3：在曝光完成后，所述浸没液固化装置将所述硅片上表面与所述浸没头之间的浸没液固化，之后撤离硅片。
本发明通过在浸没头中设置浸没液固化装置，在曝光过程中，浸没液固化装置将浸没头与所述硅片之间的浸没液固化形成密封墙，所述浸没头、所述密封墙和所述硅片形成用于盛放液体的容器并盛放所述浸没液，在密封墙内的浸没液形成了介质，投影物镜镜头与硅片之间维持着液体的浸没液场；在曝光完成之后，浸没液固化装置将所有与硅片接触的浸没液固化，从而当硅片撤离后，浸没液不会因为重力作用下落，当工件台上上载新的未曝光的硅片后，将固化的浸没液与硅片接触，然后浸没液固化装置使固化的浸没液液化，继续下一轮曝光，因此这种装置和工艺在更换硅片后无需重新建立液场，节省了时间，提高了光刻效率。
附图说明
图1为本发明提供的实施例一浸没式光刻***的剖视图；
图2为本发明提供的实施例一浸没头仰视图；
图3为本发明提供的实施例一曝光完成后浸没式光刻***的剖视图；
图4为本发明提供的实施例一硅片撤离后浸没式光刻***的剖视图；
图中：1-第一电磁线圈、2-第二电磁线圈、3-固态磁流体、31-环形墙、4-浸没头、5-液态磁流体、6-浸没液供给口、7-浸没液抽取口、8-投影物镜、9-硅片。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
请参照图1，本发明提供一种浸没式光刻***，与传统的光刻***中的设备相同，除了在投影物镜8和硅片9之间放置有一浸没装置，也就是浸没头4，本实施例中浸没头4的截面为圆环状，浸没头4中放置浸没液，使得投影物镜8的底部与硅片9的上表面皆与浸没液接触。
在本实施例中浸没液为磁流体，磁流体是一种稳定的胶体溶液，主要是通过表面活性剂将纳米级的磁性颗粒均匀分散于某种载液体中形成的，它具有固体的磁性和液体的流动性。由于磁流体存在着与超顺磁性和饱和磁化强度相联系的液体行为，使得通过对磁流体外加磁场，可调控磁流体的流动成为可能。磁流体密封技术是在磁性流体的基础上发展而来的，当磁流体注入磁场的间隙时，它可以充满整个间隙，形成一种“液体的O型密封圈”。基于磁流体的上述性质形成的磁流体密封装置常用于真空密封。该技术对于其它零件不会产生磨损，具有极佳的工作可靠性，其密封形成的极限真空度高，泄漏率极低，对于被密封的零件的运动速度、工作环境的气压以及温度皆无要求，能满足各种设备的要求。
请参照图1和图2，浸没头4中设有浸没液固化装置，本实施例中的浸没液固化装置为电磁线圈，分别为第一电磁线圈1和第二电磁线圈2，第一电磁线圈1位于浸没头4下底面，下底面面对硅片9，本实施例中第一电磁线圈1的截面为圆环形，第二电磁线圈2也为圆环形，其位于浸没头4内圆周面上。
请参照图3，在曝光过程中，增大第一电磁线圈1的电流量，使得第一电磁线圈1下方的磁流体形成固态磁流体3，由于第一电磁线圈1为圆环形，则该固态磁流体3形成圆环柱状，同时该固态磁流体3形成一道环形墙，这样硅片9、固态磁流体3、浸没头4形成一种盛放容器，将所有未固化的液态磁流体5圈入其中，防止其四处流动，在投影物镜8与硅片9之间维持着液场。
在曝光完成后，通过增大第二电磁线圈2的电流，使得第二电磁线圈2周围的磁场增强，则请参照图3，第二电磁线圈2将液面低于第二电磁线圈2的所有液态磁流体5固化成固态磁流体3，请参照图4，此时将硅片9从固态磁流体3下方撤离，重新上载新的未曝光的硅片9，此时减小第二电磁线圈2的电流，使得其恢复至图3的状态，进行下一轮曝光。
在曝光过程中，为了取得更好的曝光效果，则需要使得浸没液保持流动状态，因此在浸没头4上还设置有浸没液供给口6和浸没液抽取口7，请参照图1，浸没液供给口6和所述浸没液抽取口7皆从所述浸没头4的外圆周面连通至所述浸没头4的内圆周面，在曝光过程中，浸没液也即磁流体从浸没液抽取口7进入浸没头4内并从浸没液抽取口7离开浸没头4到达外界，从而使得浸没头4内的浸没液保持流动状态。
本发明还提供一种浸没流场维持方法，包括如下步骤：
步骤S1：在投影物镜8和硅片9之间设置浸没头4，磁流***于浸没头4中，使得投影物镜8的底部与硅片9的上表面皆与磁流体接触，在浸没头4中设置有第一电磁线圈1和第二电磁线圈2，第一电磁线圈1外径与内径皆大于第二电磁线圈2的外径与内径，第一电磁线圈1位于浸没头4靠近硅片9的底面，第二电磁线圈2位于浸没头内圆周面即内侧面上；
步骤S2：在曝光过程中，增大第一电磁线圈1的电流，使得其周围的磁场增强，将浸没头4与硅片9之间的磁流体固化形成环形墙，即固态磁流体3，硅片9、环形墙31、浸没头4形成了盛放液态磁流体5的容器，投影物镜8的底部与浸没头4上方的液态磁流体5接触，硅片9的被曝光区域与环形墙31内的液态磁流体5接触，从而维持了曝光需要的液场；
步骤S3：在曝光完成后，增大第二电磁线圈2的电流，使得其周围的磁场增强，将液面位于第二电磁线圈2以下的液态磁流体5全部固化成固态磁流体3，同时，浸没液抽取口7停止抽取磁流体，浸没液供给口6停止供给液态磁流体5，然后将硅片9撤离，由于之前与硅片9接触的磁流体全部固化，因此即使将硅片9撤离，则磁流体也不会由于重力掉落，在硅片9撤离之后，上载新的未曝光的硅片9，减小第二电磁线圈2的电流，使得磁流体恢复成步骤S2的状态，重复步骤S2，进行下一轮曝光。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，步骤S3中增大第一电磁线圈1和第二电磁线圈2的电流，使得所有的液态磁流体5固化成固态磁流体3，这样增强了光刻***的稳定性，防止由于地面振动等原因使液态磁流体5产生不必要的流动。
综上所述，本发明通过在浸没装置中设置浸没液固化装置和浸没流场维持方法，在曝光过程中，浸没液固化装置将浸没装置与硅片9之间的浸没液固化形成环形墙31，浸没装置、环形墙31和所述硅片9形成盛放容器并盛放所述浸没液即液态磁流体5，在环形墙31内的浸没液形成了液体介质，投影物镜8镜头与硅片9之间维持着液体的浸没液场；在曝光完成之后，浸没液固化装置将所有与硅片9接触的浸没液固化，从而当硅片9从工件台上移出后，浸没液不会因为重力作用下落，当工件台上上载新的未曝光的硅片9后，将固化的浸没液与硅片接触，然后浸没液固化装置使环形墙31内的已固化的浸没液液化，继续下一轮曝光，因此这种装置和工艺在更换硅片后无需重新建立液场，节省了时间，提高了光刻效率。
本发明对上述实施例进行了描述，但本发明不仅限于上述实施例。显然本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种浸没式光刻***，从上至下依次包括
一投影物镜；
一工作台，工作台上放置有硅片；
一浸没头，设置在所述投影物镜和所述硅片之间，在所述浸没头、投影物镜及硅片之间填充有浸没液；
其特征在于，所述浸没头中设置有浸没液固化装置，在所述硅片曝光时将曝光场边缘及以外的浸没液固化；在所述硅片曝光完成后，所述浸没液固化装置固化所述硅片上表面与所述浸没头之间的浸没液。
2.如权利要求1所述的浸没式光刻***，其特征在于，所述浸没头围绕所述浸没液形成圆环柱状，所述投影物镜与所述浸没头的内侧相对应。
3.如权利要求1所述的浸没式光刻***，其特征在于，所述浸没液为磁流体。
4.如权利要求3所述的浸没式光刻***，其特征在于，所述浸没液固化装置包括第一电磁线圈，所述第一电磁线圈位于所述浸没头与硅片相对的一侧上，且周向分布于所述浸没液边缘，在所述硅片曝光时，所述第一电磁线圈通电后将浸没液边缘固化。
5.如权利要求4所述的浸没式光刻***，其特征在于，所述浸没液固化装置还包括第二电磁线圈，所述第二电磁线圈周向设于所述浸没头的内侧，在所述硅片曝光完成后，结合所述第一电磁线圈将所述硅片上表面与所述浸没头之间的浸没液固化。
6.如权利要求5所述的浸没式光刻***，其特征在于，所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈同轴设置，围绕所述浸没液形成圆环状。
7.如权利要求1所述的浸没式光刻***，其特征在于，所述浸没头上还设置有浸没液供给口和浸没液抽取口，为浸没头提供流动的浸没液。
8.一种浸没流场维持方法，其特征在于，采用如权利要求1-7中任一项所述的浸没式光刻***，包括如下步骤：
步骤S1：在投影物镜和硅片之间设置浸没头，并在所述浸没头、投影物镜及硅片之间填充浸没液，所述浸没头中设有浸没液固化装置；
步骤S2：在曝光过程中，所述浸没液固化装置将浸没头与所述硅片之间的浸没液固化，在曝光场边缘及以外形成密封墙；
步骤S3：在曝光完成后，所述浸没液固化装置将所述硅片上表面与所述浸没头之间的浸没液固化，之后撤离硅片。
9.如权利要求8所述的浸没流场维持方法，其特征在于，步骤S3中所述浸没液固化装置将所有所述浸没液固化。
10.如权利要求8所述的浸没流场维持方法，其特征在于，所述浸没液为磁流体。
11.如权利要求10所述的浸没流场维持方法，其特征在于，所述浸没液固化装置包括第一电磁线圈，所述第一电磁线圈位于所述浸没头与硅片相对的一侧上，且周向分布于所述浸没液边缘，在所述硅片曝光时，所述第一电磁线圈通电后将浸没液边缘固化。
12.如权利要求11所述的浸没流场维持方法，其特征在于，所述浸没液固化装置还包括第二电磁线圈，所述第二电磁线圈周向设于所述浸没头的内侧，在所述硅片曝光完成后，结合所述第一电磁线圈将所述硅片上表面与所述浸没头之间的浸没液固化。
13.如权利要求12所述的浸没流场维持方法，其特征在于，所述第二电磁线圈通过增大电流量，结合所述第一电磁线圈将所述硅片上表面的所有浸没液固化。
14.如权利要求8所述的浸没流场维持方法，其特征在于，所述浸没头上设置有浸没液供给口和浸没液抽取口，在步骤S2中，通过所述浸没液抽取口抽取浸没液，通过所述浸没液供给口供给浸没液，保持所述浸没液处于流动状态。
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