CN1963675B - 浸没式微影设备及制程 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种浸没式微影设备及制程。适用于半导体制造程序之中的浸没式微影***，其提供了一对着晶圆表面移动的镜头组件，并包括了一与镜头组件组装在一起，顺着镜头组件移动的喷嘴及排水组件。喷嘴与排水组件可被环绕配置于镜头周围，并且彼此相对，或者可提供一包括复数个交替配置的可选择性喷嘴及排水设备的环圈，环绕于镜头周围，其中喷嘴及排水组件是可围绕着镜头作转动的。正在进行图刻程序的晶圆至少会有一部份被沉浸于喷嘴组件所提供的液体中，而液流方向可经由操作喷嘴与排水组件来加以控制。可将液流方向指向外侧，如此有助于减轻微粒子污染现象。

Description

浸没式微影设备及制程

技术领域

本发明涉及一种半导体制程中的微影技术，特别是涉及一种浸没式微影设备及制程。 

背景技术

如同油浸式显微技术(oil immersion microscopy)一般的浸没式光学技术长久以来为人们所利用。其通常是利用少量的油料来包覆将被高倍率放大的显微物及样本，以达到增加显微物镜数值孔径(numerical aperture)的目的。一般情况下，因为镜台和样本是呈现相对静止的状态，所以油料会保持在一个适当的位置。 

在半导体微影技术中，当于投射镜头与被图刻的晶圆之间采用了折射指数大于1的液体时，利用液体浸没微影技术所产生的实际数值孔径可大于1。因为较大，且与晶圆相对着的最终镜头会将光线投射到液体中而非空气中，所以能够达到大于1的数值孔径。当镜头将光线投射到空气中时，可能会在镜头与空气之间的介面产生非需求性的内部反射。 

波长为193纳米(nanometer)的曝射光有助于液体浸没式微影技术的使用，亦或是与具有157纳米或更短波长的曝射光一同搭配使用更为适当。在使用这些波长的情况下，防护罩薄膜以及经查验过的光阻皆能够发生作用。一个合乎要求的镜头不能太大或太复杂，另外也须搭配有适当的液体。因为在半导体晶圆上，利用步进重复式(step-and-repeat)的光学微影设备对多个部位进行连续曝光是属于一种动态程序，所以半导体晶圆的镜台必须要能够去处理及容纳流动的液体。 

镜台至少会有两种形式。在浸泡模式时，晶圆表面会一直处于沉浸的状态。而在喷淋模式时，在同一时间下，会有足量的洁净液流对镜头与晶圆，不一定是整个晶圆表面，之间的空间进行沉浸或填充的动作。对这两种模式来说，如何妥善处理流出的液体皆是极为重要的一件事。举例来说，流动中的液体可能会引起微粒子的污染，其中之一主要来源就是晶圆的斜面边缘。因为晶圆的边缘是经由使晶圆成圆形的研磨程序所形成，所以边缘上会包括了一相对粗糙的表面。又因为无法对研磨晶圆的程序作业进行有效的控制，使得粗糙面本身的某些部分，以及位于粗糙面上或附近的多余材质可能会轻易的分解成微粒子结构，因此必须避免这些微粒材质在半导体晶圆临界表面(critical surface)上的再沉积(redeposition)现象。 

因此，必须提供一种适用于半导体制造程序的浸没式微影***。在浸没式微影技术的领域中，有着对此种***的需求，因其可用以控制液流的方向，进而降低了微粒子的污染现象。 

由此可见，上述现有的浸没式微影技术在应用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决浸没式微影技术存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的浸没式微影设备及制程，便成了当前业界极需改进的目标。 

有鉴于上述现有的浸没式微影技术存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的浸没式微影设备及制程，能够改进一般现有的浸没式微影设备，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。 

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的浸没式微影设备存在的缺陷，而提供一种新型结构的浸没式微影设备，所要解决的技术问题是使其能够控制半导体晶圆与最接近晶圆的镜头之间，以及遍布于晶圆周围表面的液流方向，从而更加适于实用。 

本发明的另一目的在于，提供一种浸没式微影制程，所要解决的技术问题是使其能够控制半导体晶圆与最接近晶圆的镜头之间，以及遍布于晶圆周围表面的液流方向，从而更加适于实用。 

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种光学微影设备，用于半导体元件制程中，其包括了一晶圆镜台，该晶圆镜台以供承载一半导体晶圆；一镜头，该镜头的底面被配置在非常接近该半导体晶圆的水平表面的上方，用以在该半导体晶圆上水平地移动；以及一液体分配组件，该液体分配组件装配于该镜头上且能够环绕该镜头旋转其中液体分配组件包含：一环圈，且该环圈围绕该镜头且可旋转性地与该镜头接合；一喷嘴组件，该喷嘴组件包含复数个喷嘴；以及一排水组件，该排水组件包含复数个排水孔，其中该些喷嘴及该些排水孔设于该环圈之中并形成环状交错的复数个孔洞，且其中该液体分配组件能够以该表面为基准，伴随着该镜头移动，用以在该半导体晶圆的表面与该镜头之间，沿着一要求方向引导一液体带动该半导体晶圆的一边缘的微粒子朝外远离超过该半导体晶圆。 

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。 

前述的光学微影设备，其中所述的液体分配元件至少包括一喷嘴组件及一排水组件配置于该表面之上，该排水组件自该表面排出该液体。 

前述的光学微影设备，其中所述的液体分配组件延伸围绕于该镜头周围，环绕着该镜头，并包括一喷嘴组件包括复数个喷嘴及一排水组件包括复数个排水孔，配置于该镜头周围并互相相对。 

前述的光学微影设备，其中所述的液体分配组件环绕该镜头旋转，并包括至少一喷嘴组件及一排水组件，配置于邻接该镜头及该镜头的部份延伸处。 

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种浸没式微影制程，其包括以下步骤：提供一半导体晶圆以及一微影设备中的一镜头，其中该镜头具有一液体分配组件与该镜头接合且可环绕该镜头旋转，该液体分配组件至少包含一环圈、一喷嘴组件及一排水组件，该喷嘴组件及该排水组件分别具有复数个喷嘴及复数个排水孔，且该些喷嘴及该些排水孔设于该环圈之中并形成环状交错的复数个孔洞；于该镜头周围旋转该喷嘴组件及该排水组件，并个别启动所选择的喷嘴及排水孔，以控制一液流方向，使该液流方向引导该半导体晶圆与该镜头之间的液体；以及当该镜头与该液体分配组件自该半导体晶圆的中心水平地移至该半导体晶圆一表面的边缘时，使该喷嘴引导该半导体晶圆表面与该镜头之间的液体从该半导体晶圆流动，以带动该半导体晶圆边缘的微粒子朝外超过该半导体晶圆。 

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。 

前述的浸没式微影制程，其更包括依据该半导体晶圆，同时移动该镜头及该液体分配组件的步骤。 

前述的浸没式微影制程，其中所述的引导步骤包括提供该液体至该半导体晶圆的一第一部分的步骤，并于该移动步骤之后，更包括沿着一液流方向引导该液体至该半导体晶圆的一后续区域的步骤。 

前述的浸没式微影制程，其更包括使用一光线照射穿透该镜头曝光该半导体晶圆以图刻该半导体晶圆，在该半导体晶圆与该镜头之间配置有该液体时的步骤。 

前述的浸没式微影制程，其中所述的引导步骤包括引导该液体接触该镜头与该半导体晶圆的一表面的步骤，用以使该液体自该镜头连续延伸至该表面。 

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，一种适用于半导体制造程序之中的浸没式微影***，其提供了一相对于晶圆表面移动的镜头组件，并包括了一与镜头组件组装在一起，随着镜 头组件移动的喷嘴及排水组件。喷嘴与排水组件环绕配置在镜头周围，并且彼此的位置相对，或者可提供一包括复数个可选择性喷嘴及排水设备的环圈，以交替排列的方式环绕于镜头周围，其中喷嘴及排水组件是可围绕着镜头转动的。晶圆在进行图刻程序时，至少会有一部份被沉浸于喷嘴组件所提供的液体中，而液流方向可经由操作喷嘴与排水组件来加以控制。决定了液流方向之后，位于半导体晶圆边缘的液流会一直往外流去，并不断地将微粒子冲刷到晶圆之外，减轻了晶圆边缘的微粒子污染现象。 

借由上述技术方案，本发明浸没式微影设备及制程能够控制半导体晶圆与最接近晶圆的镜头之间，以及遍布于晶圆周围表面的液流方向，决定了液流方向之后，位于半导体晶圆边缘的液流会一直往外流去，并不断地将微粒子冲刷到晶圆之外，减轻了晶圆边缘的微粒子污染现象。 

综上所述，本发明特殊的浸没式微影设备及制程，其减轻了晶圆边缘的微粒子污染现象。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品及方法中未见有类似的结构设计及方法公开发表或使用而确属创新，其不论在产品结构、方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的浸没式微影技术具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。 

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。 

附图说明

图1A至图1B描绘了符合本发明的第一实施例的镜头及可旋转的喷嘴与排水组件。 

图2描绘了符合本发明的第二实施例的具有可选择***替喷嘴与排水孔的环状平台； 

图3描绘了符合本发明的第一及第二实施例，遍布于半导体晶圆表面的液流分区方向。 

图4描绘了符合本发明的第一实施例，由镜头及喷嘴与排水装置所导引的液流方向。 

100：侧视图   102：镜头 

104：基座环   106：喷嘴组件 

108排水组件   110：晶圆 

112：液体     113：表面 

114：俯视图        200：液体分配组件 

202：环圈          204：可选择性喷嘴 

206：排水孔        300：液流图样 

302：指标          304：区块 

306：半导体晶圆    308：边缘 

400：位置图        402：虚指标 

404：中心          406：实指标 

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的浸没式微影设备及制程其具体实施方式、结构、步骤、特征及其功效，详细说明如后。 

本发明提供了一可控制大多数液流方向的浸没式微影***与方法，此可控制范围在最终，或最大，镜头与半导体晶圆之间，以及自镜头起算到遍布晶圆周围表面的区域，使得微粒子污染的现象得以降低。其中，所谓的“最终”镜头意指在图刻晶圆的程序中，最靠近并面对着晶圆表面的镜头。在晶圆及镜头之间会提供用以产生更高解析度的液体，由于此种液体具有大于1的折射指数，所以能够提升镜头的数值孔径。在一较佳实施例当中，此液体与镜头及晶圆都有接触，并延伸在镜头与晶圆之间。 

请参阅图1A所示，是符合本发明的第一实施例，用于半导体制造程序中的光阻曝光设备上，镜头102的液体浸没***的侧视图100。基座环104环绕于镜头102的周围，可绕着镜头102旋转，并装载有可一同被视为液体分配装置的喷嘴组件106及排水组件108。其中，喷嘴组件106可包括有复数个喷嘴，而排水组件108则可包括有复数个能够自表面113将液体抽出的排水孔。在本实施例中，水平基座环104与镜头102的底面皆被配置在非常接近水平表面(即半导体晶圆110的表面113)的上方。在这些物件之间的间隔区域会充满着折射指数大于1的液体112。在某些应用下，可使用去离子水(deionized water)来做为液体112，而在其他种类的应用下，也可使用不会伤害表面113的流体来做为液体112。此时，液体112将会有效地同时接触表面113及镜头102的底面，并在其两者之间作连续性地延伸。具旋转性的基座环104使得遍布于晶圆110上的液流方向成为可控制的。从液体的自然特性当中可以理解，液流的方向控制仅能尽量对其中大部分的液体流向进行控制，而无法控制到每一滴液体的流向。 

请参阅图1B所示，是符合如第1A图所示的本发明第一实施例，用于半导体制造程序中的光阻曝光设备上，镜头102的液体浸没***的俯视图114。基座环104环绕在镜头102的周围，可绕着镜头102旋转，并在邻接 镜头处环绕装载着互相相对的喷嘴组件106及排水组件108。水平基座环104与镜头102的底面皆被配置在非常接近半导体晶圆110水平表面的上方。如上所述液体112会充满在这些物件之间的间隔区域中。 

请参阅图2所示，描绘了本发明的第二实施例。包括着环圈202的液体分配组件200围绕着镜头102，其中于环圈202上依顺序交替承载着可选择性喷嘴204及排水孔206。如此的安排，可使液流被决定从何组特定喷嘴流到何组特定排水孔。在此方式中，不需转动环圈202便可控制遍布于镜头102表面及自环圈202离去的液流方向。在另一实施例中，环圈202也可以围绕着镜头102旋转，如此可提供另一种控制遍布于晶圆110的液流的方法。当液流离开穿过半导体晶圆110的一部分时，可帮助穿透过镜头102的光源对此一部份的曝光作用，因而产生了图刻效果。液体会有效地同时接触表面113及镜头102的底面，并在其两者之间作连续性地延伸。另外，喷嘴204及排水孔206在本实施例中是被交错摆置的，而在其他的实施例中可以有其他种的摆法。 

请参阅图3所示，描绘了符合本发明的第一实施例或第二实施例，为可旋转基座环104的喷嘴及排水孔，或是为环圈202的喷嘴204及排水孔206所引导的液流图样300，此液流图样300是由多个液流指标302所表示而成。由指标所指示的流向可透过适当地转动喷嘴及排水孔来加以引导，这可以依据前述的两个实施例，或是其他环圈的喷嘴及排水口具有特定活动方式的实施例来加以达成。 

至此，可明显看出在本发明的第一及第二实施例中，分配喷嘴组及排水孔组的作用。请参阅如图1A与图1B所示的第一实施例，镜头102所包括的所有装置，如基座环104的可旋转液体分配组件、喷嘴组件106以及排水孔组件108，与半导体晶圆306上任一区块304的尺寸有关。镜头102与附载其上的喷嘴/排水装置会将半导体晶圆306的表面整个扫描过，用以循序地将图样曝光在半导体晶圆306上的光阻中，此程序可利用如步进器(stepper)的扫描重复式(scan-and-repeat)微影设备来达成。在一实施例当中，镜头及喷嘴/排水装置一同对着半导体晶圆306表面作实质的平行移动。液流指标302标示了在所选定的喷嘴及排水孔的作用下，相对于半导体晶圆306所产生的流动方向。对晶圆300周边的区域来说，液流指标302皆向外指示。因为微粒子污染最有可能的来源就是在半导体晶圆306的边缘308，所以液流朝外是有着好处的。朝外的液流可朝着边缘308清除微粒子，将微粒子带至超过边缘308的地方，使微粒子远离在半导体晶圆306中成形的主动元件，以提供持续性的清洁作用，而非如以往的做法一样有着将微粒子扫自边缘308扫入半导体晶圆306表面的风险。 

请参阅图4所示，描绘了镜头在循序地浸没曝光扫描半导体晶圆306时的 位置例。镜头102承载了第一实施例中的喷嘴组件106及排水组件108，其中的喷嘴及排水孔接围绕排列在镜头102的周围，可环绕镜头102旋转，并随着镜头102作移动。液流自喷嘴流动至排水孔的方向一般会与如虚指标402所示的方向相同，从半导体晶圆306的中心404流开，流向半导体晶圆306的边缘308。另外，在另一实施例中，镜头102及液体分配组件一般可自晶圆中心404往边缘308移动，如实指标406所示。镜头102及喷嘴组件可以半导体晶圆110的表面113为基准作移动，并可与表面113进行实质上平行的移动。任何自半导体晶圆306表面或半导体晶圆306边缘308扫出的污染性微粒子，都会被朝着并排出边缘308。 

虽然本发明所提出的装置及方法提供了一个较佳的喷淋模式液体浸没曝光设备，但熟知该领域的技艺者皆可了解到，在具有适当光源投影穿透镜头的适当光源的微影设备中，可利用本发明提供执行于喷淋或浸泡模式的液体沉浸程序，以图刻形成于晶圆上的半导体元件。 

本发明提供了多种不同的实施例及范例，用以实现本发明所拥有的不同特点，当中有关元件及程序的特定范例说明皆是为了能够明确的揭露本发明，因此这些说明当然仅作为范例而已，不可视为对本发明所作的限制。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (9)

1.一种光学微影设备，用于半导体元件制程中，其特征在于其包括：

一晶圆镜台，所述晶圆镜台以供承载一半导体晶圆；

一镜头，所述镜头的底面被配置在非常接近所述半导体晶圆的水平表面的上方，用以在所述半导体晶圆上水平地移动；以及

一液体分配组件，所述液体分配组件装配于所述镜头上且能够环绕所述镜头旋转，其中所述液体分配组件包含：

一环圈，且所述环圈围绕所述镜头且可旋转性地与所述镜头接合；

一喷嘴组件，所述喷嘴组件包含多个喷嘴；以及

一排水组件，所述排水组件包含多个排水孔，

其中所述多个喷嘴及所述多个排水孔设于所述环圈之中并形成环状交错的多个孔洞，

且其中所述液体分配组件能够以所述水平表面为基准，伴随着所述镜头移动，用以在所述半导体晶圆的所述水平表面与所述镜头之间，沿着一要求方向引导一液体带动所述半导体晶圆的一边缘的微粒子朝外远离超过所述半导体晶圆。

2.根据权利要求1所述的光学微影设备，其特征在于其中所述喷嘴组件及所述排水组件配置于所述水平表面之上，且所述排水组件自所述水平表面排出所述液体。

3.根据权利要求1所述的光学微影设备，其特征在于其中所述多个喷嘴及所述多个排水孔配置于所述镜头周围并互相相对。

4.根据权利要求1所述的光学微影设备，其特征在于其中所述喷嘴组件及所述排水组件配置于邻接所述镜头及所述镜头的部份延伸处。

5.一种浸没式微影制程，其特征在于其包括以下步骤：

提供一半导体晶圆以及一微影设备中的一镜头，其中所述镜头具有一液体分配组件与所述镜头接合且可环绕所述镜头旋转，所述液体分配组件至少包含一环圈、一喷嘴组件及一排水组件，所述喷嘴组件及所述排水组件分别具有复数个喷嘴及复数个排水孔，且所述多个喷嘴及所述多个排水孔设于所述环圈之中并形成环状交错的多个孔洞；

于所述镜头周围旋转所述喷嘴组件及所述排水组件，并个别启动所选择的喷嘴及排水孔，以控制一液流方向，使所述液流方向引导所述半导体晶圆与所述镜头之间的液体；以及

当所述镜头与所述液体分配组件自所述半导体晶圆的中心水平地移至所述半导体晶圆一表面的边缘时，使所述喷嘴引导所述半导体晶圆表面与所述镜头之间的液体从所述半导体晶圆流动，以带动所述半导体晶圆边缘的微粒子朝外超过所述半导体晶圆。

6.根据权利要求5所述的浸没式微影制程，其特征在于其更包括依据所述半导体晶圆，同时移动所述镜头及所述液体分配组件的步骤。

7.根据权利要求6所述的浸没式微影制程，其特征在于其中所述的引导步骤包括提供所述液体至所述半导体晶圆的一第一部分的步骤，并于所述移动步骤之后，更包括沿着一液流方向引导所述液体至所述半导体晶圆的一后续区域的步骤。

8.根据权利要求5所述的浸没式微影制程，其特征在于其更包括使用一光线照射穿透所述镜头曝光所述半导体晶圆以图刻所述半导体晶圆，在所述半导体晶圆与所述镜头之间配置有所述液体时的步骤。

9.根据权利要求5所述的浸没式微影制程，其特征在于其中所述引导步骤包括引导所述液体接触所述镜头与所述半导体晶圆的一表面的步骤，用以使所述液体自所述镜头连续延伸至所述表面。

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