TW200908082A - Immersion exposure apparatus and device manufacturing method - Google Patents

Description

200908082 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於使基底受通過液體的光曝照之 光設備及使用浸沒式曝光設備的裝置製造方法。 【先前技術】 爲了使用微影術以製造例如半導體記憶體及 等微半導體裝置，已使用縮影投射曝光設備。縮 光設備使用投射光學系統，將形成於例如光罩等 電路圖案投射至例如晶圓等基底上，以致於電路 至基底上。 縮影投射曝光設備可以轉移的最小關鍵尺寸 )與用於曝光的光的波長成正比並與投射光學系 孔徑（NA )成反比。因此，隨著波長減少及NA 析度變得更高。因此，近年來，爲了回應半導體 寸縮小的需求，曝照光的波長已降低。如此，爲 於曝光的紫外光的波長，但不使用KrF準分子雷 =約248nm)，而使用ArF準分子雷射（波長=約 〇 在此趨勢中，由於當使用ArF準分子雷射時 曝光可以進一步降低解析度，所以，浸沒式曝光 注意。浸沒式曝光藉由在投射光學系統的最後表 之間的空間塡充液體（亦即，使用液體作爲投射 與晶圓之間的介質），而降低曝照光的有效波長 浸沒式曝 邏輯電路 影投射曝 原版上的 圖案轉移 (解析度 統的數値 增加，解 裝置的尺 了降低用 射（波長 193nm ) ，浸没式 獲得很多 面與晶圓 光學系統 。如此， -4- 200908082 投射光學系統的ΝΑ實際上可以增加，且解析度可以降低 。投射光學系統的ΝΑ表示如下：NA^nxSin 0，其中，n 是介質的折射率。藉由塡充折射率高於空氣的折射率（ η>1)之介質，NA可以增加至η。 此外，具有較高折射率的液體提供更高的解析度。因 此，取代使用純水（經過純化的水）的浸没式設備，已開 發使用高折射率的液體之浸沒式設備（舉例而言，請參考 日本專利公開號2006-004964)。 在某些使用具有高折射率的液體之浸沒式設備中，爲 了降低具有低折射率的液體的透射率變化，已發展使用非 活性氣體對圍繞液體膜的區域吹氣之技術（舉例而言，請 參考日本專利公開號2006- 1 73 295 )。 與使用高折射率液體的浸沒式曝光設備有關的第一問 題是具有高折射率的液體比純水更易吸收氧氣。因此，當 高折射率的液體曝露於空氣時，對於紫外光範圍的光的液 體透射率顯著地降低。液體透射率的降低會因爲吸收曝照 光而使液體溫度上升。因此，液體的折射率會變化。折射 率的變化會使曝光溫度變差（影像形成性能）。爲了維持 高曝光性能，需要精準地控制液體的透射率。此外，爲了 維持高曝光性能，希望將液體的透射率維持在固定値。當 液體的透射率變化時，需要依據變化而控制投射光學系統 的像差。 爲了防止氧進入具有高折射率的液體，日本專利公開 號2006- 1 73 29 5揭示以非活性氣體對圍繞液體膜的區域吹 200908082 氣之技術。但是，在此情形中，室的結構是複雜的。 與使用具有高折射率的液體之浸沒式曝光設備有關的 第二問題是由於具有高折射率的液體具有小於純水的表面 張力，所以，難以增加相對於晶圓與晶圓平台的頂板的表 面之接觸角度。因此，在局部方法中，當執行曝光並同時 使晶圓與頂板一起移動時，部份液體容易維持在晶圓上或 頂板上。假使部份液體維持在晶圓或頂板上，則液體會蒸 發，因此，曝光環境的條件會發生波動，例如溫度變化等 等。此外，當液體回至液體膜時，會在液體膜中不利地發 生氣泡及擾動。 【發明內容】 因此，本發明提出浸沒式曝光設備，其能降低形成於 投射光學系統與晶圓之間的液體膜中的氧吸收或是降低餘 留在晶圓或晶圓平台的頂板上的液體量。 根據本發明的實施例，浸沒式曝光設備包含：投射光 學系統，配置成將曝照光從原版投射至基底上；第一供應 單元，配置成藉由供應第一液體而在投射光學系統與基底 之間形成的空間中形成第一液體膜，其中，空間包含曝照 光的光路徑；及第二供應單元，配置成藉由供應不同於第 一液體之第二液體，以形成圍繞第一液體膜之第二液體膜 0 根據本發明，浸沒式曝光設備可以降低進入形成於投 射光學系統與基底之間的液體膜的氧量或是降低餘留在基 -6 - 200908082 底或基台平台的頂板上的液體量。 此外’從參考附圖的下述舉例說明的實施例 將清楚本發明的其它特點及態樣。 【實施方式】 於下’將參考附圖，說明根據本發明的實施 設備。在圖式中，類似的代號將用於類似的構件 覆其說明。 圖1是根據本發明的實施例之曝光設備的剖 曝光設備1供應液體L1及液體L2至面對 45的投射光學系統的最後光學元件3〇a的表面 面）與晶圓4 0之間的空間。此外，曝光設備i L1及液體L2至空間的極近處。最後的光學元件 光軸AX。曝光設備1是浸沒式曝光設備，其使j 通過形成於光罩20上的電路圖案、投射光學系 體L 1之光曝照。 S光設備1使用步驟及掃描曝光方法或步進 光方法’以將晶圓4 〇曝光。將參考使用步進及 方法的曝光設備，說明本實施例。 曝光設備1包含照明單元10、具有安裝光写 的光罩平台25、投射光學系統3〇、具有晶圓40 的晶圓平台（基底平台）4 5、液體供應板（頂板 液體供應和回收機構60。曝光設備1又包含距 元及控制單元（均未顯示）。距離測量單元使用 說明中， 例之曝光 ，且不重 面視圖。 晶圓平台 (最後表 供應液體 3 0a具有 k圓40受 統、及液 及重覆曝 掃描曝光 [20於上 安裝於上 )50、及 離測量單 參考鏡及 200908082 雷射干涉儀，即時地測量光罩平台25及晶圓平台45的二 維位置。控制單元包含中央處理單元（CPU )及記憶體。 控制單元控制曝光設備1所執行的操作，以及，特別地控 制光罩平台25及晶圓平台45的驅動。 照明單元1 0照明形成有轉印電路圖案的光罩20。照 明單元1 〇包含光源單元1 2及照明光學系統1 4。 舉例而言，光源單元12可以採用波長約193 nm的 ArF準分子雷射或是波長約248nm的KrF準分子雷射作爲 光源。但是，光源不限於準分子雷射。舉例而言，可以使 用波長約15 7 nm的F2雷射。此外，在光源單元12中可以 使用任何數目的光源。 照明光學系統1 4允許光源單元1 2發出的曝照光照明 光罩20。 光罩20是原版。舉例而言，光罩20由石英製成。要 轉印的圖案形成於光罩20上。光罩20由光罩平台25支 撐且由光罩平台25驅動。通過光罩20的曝照光由投射光 學系統30投射至晶圓40。光罩20配置於與晶圓40光學 共軛的位置處。由於曝光設備1採用步進及掃描方法，所 以，曝光設備1藉由掃描光罩20及晶圓40而將形成於光 罩20上的圖案轉印至晶圓40。 光罩平台25支撐光罩20並由移動機構（未顯示）移 動。光罩20及投射光學系統30配置於例如透鏡桶表面板 上，透鏡桶表面板是經由阻尼而由基框支撐的。基框安裝 於例如地板上。光罩平台2 5可以爲任何現存者。移動機 -8 - 200908082 構包含例如線性馬達。移動機構可以藉由在X及Y方向 上移動光罩平台25以移動光罩20。 投射光學系統3 0在晶圓4 0上形成光罩2 0的圖案的 影像。投射光學系統3 0可以是折反射光學系統或折射光 學系統。 根據本實施例，投射光學系統30包含平凸透鏡，其 爲配置於與晶圓4 0相鄰的側上之最後的光學元件3 〇 a。 由於投射光學系統30的最後表面是平凸透鏡的平面表面 ’所以’投射光學系統3 0可以在掃描操作期間防止液體 L的擾動流動’因此’防止擾動流動所造成的氣泡形成於 液體L中。具有高折射率的單晶鋇鋰氟化物（BaLiF3 )或 餾鋁石榴石（LuAG )可以用於平凸透鏡的材料。保護膜 可以形成於平凸透鏡的平面表面上以保護平面表面免於液 體L。根據本發明，投射光學系統30的最後光學元件30a 不限於平面凸透鏡32。舉例而言，以彎月透鏡用於最後 光學元件30a。 根據本實施例，以晶圓用於要曝光的基底。但是，可 以使用玻璃板或液晶板以代替晶圓。晶圓40具有光阻塗 著於其上。 晶圓平台45經由晶圓夾具（未顯示）以支撐晶圓40 。晶圓台4 5由移動機構（未顯示）移動。任何現有的機 構可以應用至晶圓平台45。期望晶圓平台45具有六個自 由度（例如，平行於X軸、Y軸、及Z軸中的每一軸之 移動以及圍繞X軸、Y軸、及Z軸中每一軸的旋轉移動 -9- 200908082 )。舉例而言，晶圓平台4 5使用線性馬達，在χ ' γ、及 Ζ方向上移動晶圓40。舉例而言，同時掃描光罩20及晶 圓40。舉例而言，以雷射干涉儀監視光罩平台25及晶圓 平台45的位置。驅動光罩平台25及晶圓平台45並維持 固定速度比例。舉例而言，晶圓平台4 5配置於平台表面 板上，平台表面板經由阻尼而安裝於例如地板上。 如圖1所示，晶圓平台45的液體支撐板50配置成圍 繞晶圓平台45所支撐的晶圓40。爲了從晶圓40的端部 開始曝光，在晶圓40的端部到達曝光區（由曝照光照射 的區域）之前，在投射光學系統30的最後表面之下的空 間需要由液體塡充。因此，藉由將支撐板50配置在與晶 圓40之外且支撐板50在與晶圓40的表面高度相同的高 度處具有表面，而在晶圓40之外形成液體膜。 用於液體L 1的液體供應及回收機構6 0包含第一供應 單元及第一回收單元。液體供應及回收機構60經由供應 噴嘴（第一供應埠）6 1而供應液體L 1給形成於投射光學 系統3 0的最後光學元件3 0 a與晶圓4 0之間的空間。如此 ，曝照光的光路徑由液體L1塡充。此外，用於液體l 1 的液體供應及回收機構6 0經由回收噴嘴（第一回收埠） 6 2，回收供應給形成於投射光學系統3 0的最後光學元件 與晶圓40之間的空間的液體L 1。 用於液體L2的液體供應及回收機構7〇包含第二供應 單元及第二回收單元。液體供應及回收機構7 0經由供應 噴嘴（第二供應埠）7 1供應液體72，以致於液體L2圍繞 -10- 200908082 液體L1的液體膜。如此，圍繞液體L1的液體膜，形 液體L2的液體膜。此外，用於液體L2的液體供應及 收機構70經由回收噴嘴（第二回收埠）72，回收供應 液體L1的液體膜外面的液體L2。供應噴嘴61、回收 嘴62、供應噴嘴71、及回收噴嘴72配置於噴嘴單元 中。噴嘴單元90配置在噴嘴單元90中。噴嘴單元90 置成圍繞投射光學系統3 0的最後光學元件3 0a。 用於液體L1的液體供應及回收機構60以及用於液 L2的回收機構70採用局部塡充法，其中，晶圓40的 面僅有一部份浸沒於液體中。液體L2的周圍由氣幕（ 顯示）密封。 液體L1是對曝照光的波長具有高透光率且防止灰 及污物沈積於投射光學系統3 0上並適用於光阻製程中 液體（材料）。舉例而言，液體L1是具有高折射率之 合的碳氫爲基礎的液體。可以根據塗著於晶圓40上的 阻的型式及曝照光的波長，以選取液體L1。爲了防止 射光學系統30的最後光學元件30a受液體L1影響，保 膜可以塗著於最後光學元件3 0a上。 用於曝照光的液體L 1的折射率比液體L2的折射 高。希望用於曝照光的液體L1的折射率高於1 . 5。 液體L2是與液體L1不能相混合的液體（材料） 不能與液體L 1相混合之液體L2的材料的實施例包含 純水、純水、及離子水。液體L 2與晶圓4 0的表面之間 接觸角以及液體L2與液體支撐板5 0的表面之間的接觸 成 回 給 噴 90 配 體 表 未 塵 的 飽 光 投 護 率 超 的 角 -11 - 200908082 分別大於液體L 1與晶圓40的表面之間的接觸角以及液體 L 1與液體支撐板5 0的表面之間的接觸角。 用於液體L1的液體供應及回收機構60包含用於增加 回收的液體L1的純度之純化機構（未顯示）、以及用於 使溶解的氧排出液體L1之除氣機構（未顯示）。用於液 體L1的液體供應及回收機構60又包含用於汲取液體L1 的泵、用於控制液體L1的流量之流量控制單元、用於控 制液體L 1的溫度之溫度控制單元、及用於使新液體與回 收後純化的液體相混合的混合機構。 用於液體L2的液體供應及回收機構70包含用於汲取 液體L2的泵' 用於控制液體L2的流量之流量控制單元 、及用於控制液體L2的溫度之溫度控制單元。當液體L2 類似於液體L 1時，液體供應及回收機構7 0進一步包含除 氣機構，用於將溶解的氧排出液體L2。 將於下詳細地說明本發明的舉例說明的實施例。 第一舉例說明實施例 根據第一舉例說明實施例，曝光設備包含用於光源單 元的ArF準分子雷射及採用步進及掃描曝光方法。 圖2是根據第一實施例的曝光設備之主部份的放大視 圖。如圖2所示，曝光設備包含用於液體L1的液體供應 及回收機構60以及用於液體L2的液體供應及回收機構 7〇。亦即，曝光設備包含用於液體L1及液體L2中的每 一液體之供應及回收機構。液體L 1被供應給投射光學系 -12- 200908082 統3 0的最後表面與晶圓4 〇所形成的空間。以具 高折射率的飽合碳氫爲基礎的液體用於液體L 1。 體L2的超純水與液體L丨無法相混合。 在根據第一舉例說明的實施例之曝光設備中， 罩20的圖案’使晶圓40曝光。曝照光具有投射光 30與晶圓40之間塡充有液體的光路徑。因此，在 的曝光期間，形成液體L1的液體膜及液體L2的 〇 在液體支撐板5 0上，塗著液體排斥性（斥水 爲基礎的材料。或者，液體排斥性氟爲基礎的材料 於液體支撐板5 0。 圖3是以垂直於光軸ΑΧ的平面切割之圖2中 曝光設備的剖面圖，其包含供應噴嘴6 1、回收噴Β 供應噴嘴71 '及回收噴嘴7 2。如圖2及3所示， 體L 1之液體供應及回收機構60使用供應噴嘴6 1 體L 1供應給形成於投射光學系統3 0的最後表面 40之間的空間。如此，形成液體L1的液體膜。此 體供應及回收機構60使用回收噴嘴62以回收液儀 使液體L1流經純化機構及除氣機構（均未顯示） 噴嘴單元90包含朝外的最後光學元件3 0a、 嘴：供應噴嘴61、回收噴嘴62、供應噴嘴71、及 嘴72。 在投射光學系統3 0的最後表面與晶圓40之間 中形成液體L1的液體膜之後，用於液體L2的液 有 1.64 用於液 經由光 學系統 晶圓40 液體膜 性）氟 可以用 所示的 籍62、 用於液 .，將液 與晶圓 外，液 ! L1並 〇 四個噴 回收噴 的空間 體供應 -13- 200908082 及回收機構70使用供應噴嘴71’將液體L2供應給用於 液體L1的液體供應及回收機構60所供應的液體L1之外 面。此外，液體供應及回收機構70使用配置於用於液體 L2的供應噴嘴61之外部的回收噴嘴72，回收液體L2。 之後，液體供應及回收機構70使液體L2循環。 由於液體L1的表面張力小，所以’即使當氟爲基礎 的材料塗著於液體支撐板50的表面上時，仍然無法取得 大的接觸角。因此，假使僅使用液體L1，當執行曝光並 將晶圓40與液體支撐板50 —起移動時、或當長距離地移 動晶圓4 0時，部份液體L1仍然留在液體支撐板5 0上。 但是，由於配置於液體L1外部的液體L2是超純水’所 以，塗著於液體支撐板50的表面上的氟爲基礎的材料對 液體L2呈現液體排斥性（亦即，相對於液體支撐板5 0的 表面，液體L2具有的接觸角大於液體L1的接觸角）。 此外，由於液體L2無去與液體L2相混合，所以，液體 L2的液體膜會將傾向於留在液體支撐板50上的液體L1 推回。因此，可以減少留在液體支撐板50上的液體L1的 數量。基於相同理由，當相對於塗著在晶圓40的表面上 的光阻，液體L2的接觸角大於液體L1的接觸時，可以 降低留在晶圓4 0上的液體L1的量。 此外，形成爲圍繞液體L1的液體膜之液體L2的液 體膜作爲週遭空氣的阻擋層。因此，可以降低進入液體 L1的氧。結果，可以降低液體L1的透光率變化。 -14 - 200908082 第二舉例說明的實施例 類似於第一舉例說明的實施例，根據第二舉例說明的 實施例，曝光設備包含用於光源單元的ArF準分子雷射以 及採用步進及掃描曝光方法。 但是，不似第一舉例說明的實施例，曝光設備包含分 離機構8 0。圖4是根據第二舉例說明的實施例之曝光設 備的主要部份。 當執行曝光且晶圓40與液體支撐板50 —起移動時或 當長距離地移動晶圓4 0時，可以由用於液體L 1的回收噴 嘴62將液體L2與液體L1 一起回收。因此，分離機構80 設置於回收噴嘴62的下游以將液體L1與液體L2分離。 在以分離機構80將液體L1與液體L2分離之後，液 體L1被回收至用於液體L1的液體供應及回收機構60並 被循環流動。相對地，液體L2被回收至用於液體L2的 液體供應及回收機構70。之後，液體L2可以被循環流動 或作爲廢水輸出至外部。 分離機構8 0使用下述方法之一以將液體l 1與液體 L2相分離。舉例而言’使用重力，在槽中分力液體li與 L2。或者，使用離心力法或熱分離法，分離液體[I與L2 。根據本實施例’即使當液體L 2由用於液體l 1的液體 供應及回收機構6 0回收時，液體L 2可以與液體l 1相分 離並減少。如此，可以有效率地使用液體L 2。 根據本發明的實施例’提供使用曝光設備1的裝置製 造方法。接著’將參考圖5和6，說明裝置製造方法。圖 -15- 200908082 5是流程圖，說明裝置（半導體裝置或液晶裝置） 法。此處’說明半導體裝置製造方法。在驟S 1 ( 計步驟）中’設計裝置的電路。在步驟S2(光罩 中’製造具有設計的電路圖案之光罩。在步驟S3 製造步驟）中’使用例如矽等材料以製造晶圓。 S4 (晶圓處理）中’以微影術’使用光罩以在晶圓 真正的電路。此步驟稱爲「前置處理」。在步驟 裝）中，將使用步驟S4中製造的晶圓上製成半導 。此步驟稱爲「後置處理」。此步驟包含組裝步驟 及打線）及封裝步驟（晶片封裝）。在步驟S6( 中’對步驟S 5中所製造的半導體裝置進行例如有 試及耐久性測試等不同檢測。經由這些步驟，取得 裝置及出貨（步驟S7 )。 圖6是步驟S4中執行的晶圓處理的詳細流程 步驟S1 1 (氧化）中，晶圓表面被氧化。在步驟 CVD)中，在晶圓表面上形成絕緣層。在步驟S13 形成）中，藉由例如汽相沈積，在晶圓上形成電極 驟S14(離子佈植）中，將離子植入晶圓中。在步 (光阻製程）中’將感光材料塗敷至晶圓。在步驟 曝光）中，使用曝光設備1，使晶圓受通過形成於 的電路圖案之光曝照。在步驟S17 (顯影）中’將 光的晶圓顯影。在步驟s 1 8 (蝕刻）中’移除已顯 阻影像以外的部份。在步驟s 1 9 (光阻剝離）中， 刻之後未使用的光阻。重覆這些步驟’以在晶圓上 製造方 電路設 製造） (晶圓 在步驟 上形成 S5 (組 體晶片 (切片 檢測） 效性測 半導體 圖。在 S 12 ( (電極 。在步 驟S 1 5 S16 ( 光罩上 經過曝 影的光 剝除蝕 形成多 -16- 200908082 層電路圖案。根據本實施例之本裝置製造方法可以提供品 質比現有裝置更高的裝置。如此’使用曝光設備1之裝置 製造方法及所製造的裝置構成本發明的一態樣。 雖然已參考舉例說明的實施例來說明本發明，但是， 要瞭解本發明不限於所揭示的舉例說明的實施例。下述申 請專利範圍的範圍是依據最廣的解釋以包含所有這些修改 及均等結構和功能。 【圖式簡單說明】 圖1是根據本發明的實施例之曝光設備的剖面視圖。 月 圖2是根據第一實施例的曝光設備之主部份旳放大視 圖。 圖3是圖2中所示之包含四個噴嘴的曝光設備之主部 份的剖面視圖。 圖4是根據本發明的第二實施例之曝光設備的主部份 的放大視圖。 圖5是流程圖，顯示用於製造裝置的方法。 圖6是圖5中所示的步驟84中的晶圓製程的詳細流 程圖。 【主要元件符號說明】 1 :曝光設備 1 〇 :照明單元 17- 200908082 1 2 :光源單元 1 4 :照明光學系統 20 :光罩 25 :光罩平台 3 0 :投射光學系統 3〇a :最後光學元件 40 :晶圓 45 :晶圓平台 5 0 :液體支撐板 60 :液體供應及回收機構 6 1 :供應噴嘴 62 :回收噴嘴 70 :液體供應及回收機構 7 1 :供應噴嘴 72 :回收噴嘴 80 :分離機構 90 :噴嘴單元 L 1 :液體 L2 :液體 -18-

Claims (1)

1. 200908082 十、申請專利範圍 1.一種浸沒式曝光設備，包含： 投射光學系統，配置成將曝照光從原版投射至基底上 第一供應單元，配置成藉由供應第一液體而在該投射 光學系統與該基底之間形成的空間中形成第一液體膜，該 空間包含該曝照光的光路徑；及 第二供應單元，配置成藉由供應不同於第一液體之第 二液體，以形成圍繞第一液體膜的第二液體膜。 2 .如申請專利範圍第1項之浸沒式曝光設備，又包括 基底平台，配置成支撐及移動基底； 其中，該基底平台包含頂板，該頂板配置成圍繞該基 底平台所支撐的基底，以及，其中，第二液體與該頂板之 間的接觸角大於第一液體與該頂板之間的接觸角。 3 .如申請專利範圍第1項之浸沒式曝光設備，其中， 第二液體與該基底之間的接觸角大於第一液體與該基底之 間的接觸角。 4 .如申請專利範圍第1項之浸沒式曝光設備，其中， 第一液體相對於該曝照光的折射率大於第二液體相對於該 曝照光的折射率。 5 .如申請專利範圍第1項之浸沒式曝光設備，其中’ 第一液體包含飽合碳氫爲基礎的液體，第二液體包含超純 水。 -19- 200908082 6 .如申請專利範圍第1項之浸沒式曝光 第一回收單元’配置成經由第一回收埠 第二回收單元’配置成經由第二回收埠 其中，第一供應單元經由第一供應埠供 第二供應單元經由第二供應埠供應第二液體 路徑，第二供應埠是配置在第一供應埠之外 配置於第一供應埠與第二供應埠之間，以及 路徑，第二回收埠配置於第二供應埠之外。 7. 如申請專利範圍第6項之浸沒式曝光 第一回收單元包含分離機構，該分離機構配 的液體分離成第一液體及第二液體。 8. —·種裝置製造方法，包括下述步驟： 使用如申請專利範圍第1項之曝光設備 ;及 使該經過曝光的基底顯影。 泛備，又包括 0收液體；及 0收液體； 讓第一液體， ，相對於該光 ，第一回收埠 ，相對於該光 備，其中， 成將該回收 使基底曝光 -20-