TWI443467B - 浸潤微影設備與浸潤曝光方法 - Google Patents

Description

浸潤微影設備與浸潤曝光方法

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底部(seal wafer bottom)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。而且可用多出的解析度交換景深(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。

為解決上述問題，本發明一實施例係提出一種浸潤微影設備，包括：一鏡頭組(lens assembly)，包括一影像鏡頭；以及一晶圓基座，用於將晶圓保持於該鏡頭組下方，該晶圓基座包括圍繞著保持於該晶圓基座上之一晶圓之一底部邊緣而放置的一密封環。

本發明另一實施例係提出一種浸潤曝光方法，包括：將一晶圓置放於一晶圓基座上，其中該晶圓基座包括一用於密封之密封環，以防止當該晶圓放置於該晶圓基座上時發生於該晶圓之底部邊緣與該晶圓基座間洩漏浸潤流體；以及、以至少一浸潤流體填充介於該鏡頭與該晶圓間之該區域。

本發明另一實施例係提出一種浸潤微影設備，包括：一保持裝置，用於將一晶圓保持在一影像裝置下；一密封裝置，置於該保持裝置上，用於密封介於該晶圓之一底部邊緣與該保持裝置間之一間隙；一容器，用於儲存一浸潤流體，其中該保持裝置係置於該容器內以致於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。

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浸潤微影技術，且特別有關於一種使用一密封之晶圓底部(sealed wafer bottom)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，因而節省系統發展的時間與花費。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；在此全浸潤微影系統300中，一密封環312係配置成與一晶圓之底部邊緣接觸。在此，這樣的全浸潤微影系統也可以稱為“WISBOT”系統。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，浸潤流體之折射率大體上係1.44。在一實施例中，此密封環312之厚度介於1至10毫米之間。此密封環312之頂部邊緣輕微地由晶圓304的底部上方延伸，以致於當晶圓藉由真空系統而緊靠晶圓基座302時，晶圓之邊緣被密封環封住而防止流體滲漏。換句話說，密封環312封住可能成為介於晶圓304與晶圓基座302間之間隙。

提供依據有複數個流體入口316之鄰近外蓋314，以用於將流體侷限於區域310，且用於維持浸潤流體之溫度。流體入口316係用於調節流體之流動，如下之詳述。鄰近外蓋314係具有一合適尺寸以使流體在鏡頭與晶圓之間保持均勻。在一實施例中，不能過度加大密封外蓋之尺寸，因為其不應該太靠近流體保持壁311。將一密封外蓋318放置於鏡頭組308之鏡頭柱(column)上以將該槽310封住，並在其中創造且維持一富含流體與飽和蒸汽之環境。

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。同樣如第3圖所示，該鏡頭包含一外蓋318，而該外蓋318包含一狹縫324，其中該狹縫324表示掃瞄曝光區域。

如第5圖所示，係繪示全浸潤微影系統300的放大側視圖，且浸潤流體309之蒸汽係被侷限於區域310內，而區域310係由密封外蓋318、流體保持壁311與晶圓基座302界定，其中該晶圓基座302上有一個藉由真空系統306而被壓在密封環312的晶圓304。在位於區域310內之流體309上之間隙中已經達到一高濃度之流體蒸汽後，足夠的浸潤流體被引入而覆蓋該晶圓之整個表面。溢流孔330讓過量流體流入一流體收集溝槽332。流體蒸汽不可避免地經由介於流體保持壁311與密封外蓋318間之間隙而逸散，且必須周期性地再填滿。此間隙必須確保流體保持壁311與密封外蓋318間可以自由移動，且必須維持在最小而均一的尺寸下以將流體蒸汽損失降到最低。在一實施例中，可引進浸潤流體之流體槽蒸汽。

第6圖係繪示流體保持壁311被降低而放空區域310之流體後的全浸潤微影系統300。在將晶圓304與晶圓基座302由鏡頭組308下方移除之後，可以使用一乾燥頭而移除晶圓304上之殘餘流體，其中該乾燥頭包括一空氣刀，而空氣刀如第7圖所示且以參考符號340表示。乾燥頭340至少一個用於排放浸潤流體之真空出口342以及至少一個用於淨化空氣以促進乾燥的空氣淨化入口。有關乾燥頭340之更詳細內容與其它實施例係已揭露於美國專利60/864,241號案，該案之內容在此係作為此說明書之參考。第8A至第12B圖係繪示藉由流體入口(例如，流體入口316)而調整流體之流動。第8A與8B圖係繪示一實施例中使用置於鄰近外蓋352的方向控制流體入口350a-350d。如第8A與8B圖所示，4個方向控制流體入口350a-350d以90度之增量(increments)圍繞鏡頭組354。每一個方向控制流體入口350a-350d將流體導向鏡頭組354與個別相反之入口。尤其是，在一給定之時間內，與最靠近晶圓之邊緣的相反入口(未顯示於第8A與8B圖)係被打開而讓流體流動。所有其它入口係藉由置於其內之流體控制閥而關閉。這樣做的話，新鮮且均一流動之流體總是在鏡頭組354下方流動以確保無微粒且均勻之浸潤介質而得到無失常(aberration－free)之影像。任何靠近晶圓邊緣之微粒總是被流體攜帶而排出。請再一次參考第5圖，嚴格控制流體309之溫度以在影像區域內建立等溫環境是重要的，其中該影像區域包含鏡頭組308、密封外蓋318、鄰近外蓋314、浸潤流體、流體蒸汽、流體保持壁311、晶圓304與晶圓基座302。無庸置疑，進來之流體蒸汽的溫度也必須控制在相同精確度下。

第9圖係繪示一種情況，而在該情況下當其它入口方向控制流體入口350a、350b與350d關閉時方向控制流體入口350c是打開的，所以浸潤流體之流動係被導引至以箭頭362表示之方向上；其中，方向控制流體入口350c乃是與最接近晶圓360邊緣之鄰近外蓋314邊緣相反的方向控制流體入口350a－350d中之一。流體經過鏡頭組354下方且經由最靠近鏡頭組之晶圓360的邊緣而流出。第10圖係繪示一實施例中當其它入口方向控制流體入口350a、350c與350d關閉時方向控制流體入口350b是打開的，所以浸潤流體之流動係被導引至以箭頭364表示之方向上；其中，方向控制流體入口350b乃是與最接近晶圓360邊緣之鄰近外蓋314邊緣相反的方向控制流體入口350a－350d中之一。再一次，流體經過鏡頭組354下方且經由最靠近鏡頭組之晶圓360的邊緣而流出。第11圖係繪示一種情況，而在該情況下打開多個方向控制流體入口(例如，方向控制流體入口350b與350c)而在以箭頭366與368表示之方向上產生傾斜流動。而且，如此實施例所示，可以將方向控制流體入口350b與350c之流率調整為不同以產生任意傾斜流動之方向。

第12A與12B圖係繪示另一實施例中可以應用於一WISBOT系統內之其它形式的方向控制流體入口。如第12A圖所示，置於一鄰近外蓋372內之方向控制流體入口370a－370h的形狀包括弧狀(非直線形)，且配置成2個類同心圓的構造，其中方向控制流體入口370a－370d形成一個外圓而方向控制流體入口370e－370h形成一個環繞鏡頭組374之內圓。此配置藉由促進流體以45度之角度增量(相對於90度之角度增量)流動以便在控制流體之流動上具有更大的彈性。

第13圖係繪示第5圖之系統300，其中在系統300中區域310已經被流體309填充，因此除去流體上方之富含流體與蒸汽的空間。在第13圖所示之例子中，被密封外蓋318、流體保持壁311與晶圓基座302封住之整個區域係被浸潤流體309填充，其中晶圓304係緊靠於晶圓基座302上。不需防止蒸發之充滿飽和蒸汽的環境。第14圖係繪示一WISBOT系統390，該WISBOT系統390不具有鄰近外蓋而不同於系統300，取而代之的是透過被密封外蓋318而進行流體方向控制功能。第15圖係繪示一WISBOT系統400，該WISBOT系統390不具有密封外蓋而不同於系統300，取而代之的是在鄰近外蓋314內加入嚴格的流體溫度控制功能。

第16A與16B圖係繪示一雙噴嘴方向控制流體入口配置(double－nozzle direction－controlling fluid inlet arrangement)410。如第16A與16B圖所示，配置410包含一雙噴嘴入口412，而雙噴嘴入口412包含一用於將流體導向箭頭415所指之方向上的主要噴嘴414與一用於將流體導向箭頭417所指之相反方向上的次要噴嘴416。這樣做的話，新鮮流體總是從流體入口流向晶圓邊緣(圖未顯示)。來自主要噴嘴414之流體從鏡頭418下方經過以在其下方維持一乾淨且均勻的介質。來自次要噴嘴416之流體係被導向晶圓之相反側。2個額外的噴嘴422、424以分別將流體導向箭頭426、428所指之方向上的方式配置且向著晶圓之個別外側邊緣，並在不同且相關之晶圓/鏡頭位置上改變流體流動。第17圖係繪示將第16圖所示之雙噴嘴方向控制流體入口配置410應用於第13圖所示之WISBOT系統。第16圖所示之雙噴嘴方向控制流體入口配置416也可以應用於WISBOT系統，例如第5、14與15所示之WISBOT系統。

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、316．．．流體入口

108、212．．．流體出口

110．．．區域

112、208、304、360．．．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

204、322．．．區域

206、418．．．鏡頭

214．．．外蓋

300．．．全浸潤微影系統

308、354、374．．．鏡頭組

309．．．浸潤流體

310．．．槽

311．．．流體保持壁

312．．．密封環

314．．．鄰近外蓋

318．．．密閉外蓋

320．．．掃瞄區域

324．．．狹縫

330．．．溢流孔

332．．．流體收集溝槽

340．．．乾燥頭

342．．．真空出口

350a－350d、370a－370h．．．方向控制流體入口

352、372．．．鄰近外蓋

362、364、366、368、415、417、426、428．．．箭頭

390、400．．．WISBOT系統

410．．．雙噴嘴方向控制流體入口配置

412．．．雙噴嘴入口

414．．．主要噴嘴

416．．．次要噴嘴

422、424．．．噴嘴

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圖係繪示一實施例之全浸潤微影系統的上視圖，其中一密封環係與一晶圓之低部邊緣接觸而配置。

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。

第6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7圖係繪示用於從一晶圓移除殘餘流體的乾燥頭。

第8A及8B圖係繪示一鄰近外蓋之實施例，其中該鄰近外蓋包含方向控制的流體入口。

第9－11圖係繪示使用第8A及8B圖之方向控制的流體入口而完成流體方向控制。

第12A及12B圖係繪示其它鄰近外蓋之實施例，其中該鄰近外蓋包含方向控制的流體入口。

第13圖係繪示第3圖之全浸潤微影系統的其它組合。

第14圖係繪示其它實施例之全浸潤微影系統。

第15圖係繪示其它實施例之全浸潤微影系統。

第16A、16B圖係繪示一雙噴嘴方向控制之流體入口的組合。

第17圖係繪示第16圖所示之雙噴嘴方向控制之流體入口的組合，其中該組合係配置於第13圖之全浸潤微影系統。

410．．．雙噴嘴方向控制流體入口配置

416．．．次要噴嘴

Claims (27)

1. 一種浸潤微影設備，包括：一鏡頭組(assembly)，包括一影像鏡頭；一晶圓基座組，用於將晶圓保持於該鏡頭組下方，該晶圓基座組包括圍繞著保持於該晶圓基座上之一晶圓之一底部邊緣而放置的一密封環；以及一流體槽，用於保持浸潤流體，其中該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，其中該流體槽包括一流體保持壁(fluid-retaining walls)，該流體保持壁係可以降低以使該浸潤流體從該流體槽排出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之浸潤微影設備，更包括：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受到控制且非蒸發的環境。
3. 如申請專利範圍第2項所述之浸潤微影設備，更包括：至少一個流動方向控制流體入口，位於該影像鏡頭的一側，用於導引該浸潤流體流向最靠近該影像鏡頭之保持於該晶圓基座上之該晶圓的一邊緣，其中該流動方向控制流體入口為一雙噴嘴入口，包括一主要噴嘴及一次要噴嘴，該主要噴嘴位於該次要噴嘴與該影像鏡頭之間，該主要噴嘴用於將該浸潤流體導向一第一方向，該次要噴嘴用於將該浸潤流體導向一第二方向，其中該第 一方向從該影像鏡頭的下方經過，且該第一方向與該第二方向相反。
4. 如申請專利範圍第2項所述之浸潤微影設備，其中該浸潤流體包括水。
5. 如申請專利範圍第2項所述之浸潤微影設備，其中該浸潤流體之折射率大體上係1.44。
6. 如申請專利範圍第2項所述之浸潤微影設備，其中該外蓋包括一個置於該影像鏡頭上之密封外蓋。
7. 如申請專利範圍第6項所述之浸潤微影設備，其中該密封外蓋係大到足以覆蓋一整個流體槽之一頂部。
8. 如申請專利範圍第3項所述之浸潤微影設備，其中該外蓋包括一鄰近外蓋。
9. 如申請專利範圍第8項所述之浸潤微影設備，其中該至少一個流動方向控制流體入口係穿過該鄰近外蓋而設置。
10. 如申請專利範圍第8項所述之浸潤微影設備，其中該鄰近外蓋具有一適當尺寸，用以在該鏡頭下維持一均勻流體流動。
11. 如申請專利範圍第2項所述之浸潤微影設備，其中該外蓋包括一鄰近外蓋，且該浸潤微影設備更包括一密封外蓋。
12. 如申請專利範圍第3項所述之浸潤微影設備，其中該至少一個流動方向控制流體入口包括複數個穿過該外蓋而設置之流體入口，其中每一個流體入口係可獨立 且選擇性地用於在該流體槽內控制該浸潤流體的流動方向。
13. 如申請專利範圍第2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。
14. 一種浸潤曝光方法，包括：將一晶圓置放於一晶圓基座上，其中該晶圓基座包括一用於密封之密封環，以防止當該晶圓放置於該晶圓基座上時發生於該晶圓之一底部邊緣與該晶圓基座間洩漏浸潤流體；將一鏡頭組設置於該晶片基座上，使該晶片保持於該鏡頭組下方，該鏡頭組包括一影像鏡頭；以至少一浸潤流體填充介於該影像鏡頭與該晶圓間之該區域，其中該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；以及在該晶圓已經完全曝光後將該浸潤流體從該流體槽移除，其中該移除步驟包括降低該流體槽之一流體保持壁。
15. 如申請專利範圍第14項所述之浸潤曝光方法，更包括：引進該浸潤流體之流體槽蒸汽。
16. 如申請專利範圍第14項所述之浸潤曝光方法，其中該浸潤流體的填充是通過至少一個流動方向控制流體入口，其中該流動方向控制流體入口位元於該影像鏡頭的一側，且其中該流動方向控制流體入口為一雙噴嘴入 口，包括一主要噴嘴及一次要噴嘴，該主要噴嘴位於該次要噴嘴與該影像鏡頭之間，該主要噴嘴用於將該浸潤流體導向一第一方向，該次要噴嘴用於將該浸潤流體導向一第二方向，其中該第一方向從該影像鏡頭的下方經過，且該第一方向與該第二方向相反。
17. 如申請專利範圍第14項所述之浸潤曝光方法，更包括：使用一乾燥頭而將濕氣從該晶圓之一表面移除。
18. 如申請專利範圍第14項所述之浸潤曝光方法，更包括：在該流體槽內提供該浸潤流體一溫度控制。
19. 如申請專利範圍第14項所述之浸潤曝光方法，更包括：提供該流體槽一密封外蓋，其中該填充步驟更包括以該浸潤流體填充介於該晶圓與該密封外蓋間之一整個空間。
20. 如申請專利範圍第14項所述之浸潤曝光方法，更包括：使該浸潤流體由該影像鏡頭附近流向該晶圓之至少一邊緣。
21. 如申請專利範圍第14項所述之浸潤曝光方法，更包括：使該浸潤流體流向該晶圓之一邊緣，其中該晶圓最靠近該影像鏡頭。
22. 如申請專利範圍第14項所述之浸潤曝光方法，更包括：提供一具有至少一個流動方向控制流體入口的鄰近外蓋以將該浸潤流體之流動導向該晶圓之一邊緣，其中該至少一個流動方向控制流體入口係環繞該影像鏡頭。
23. 一種浸潤微影設備，包括：一保持裝置，用於將一晶圓保持在一影像裝置下；一密封裝置，置於該保持裝置上，用於密封介於該晶圓之一底部邊緣與該保持裝置間之一間隙；一容器，用於儲存一浸潤流體，其中該保持裝置係置於該容器內以致於該晶圓完全沉沒於該浸潤流體內，其中該容器包括一具有一可動式側壁之流體槽，其中該可動式側壁可以降低而將該浸潤流體從該流體槽移除；以及一外蓋，覆蓋該容器之至少一部份。
24. 如申請專利範圍第23項所述之浸潤微影設備，其中該保持裝置係包括一晶圓基座。
25. 如申請專利範圍第23項所述之浸潤微影設備，其中該密封裝置係包括一密封環。
26. 如申請專利範圍第23項所述之浸潤微影設備，其中該外蓋包括一密封外蓋以用於覆蓋整個該容器。
27. 如申請專利範圍第23項所述之浸潤微影設備，其中該容器包括一鄰近外蓋。