一种浸没流场的初始建立方法及用此建立方法的光刻方法与流程

[0001]
本发明涉及一种浸没流场的初始建立方法，尤其是涉及一种使用于浸没式光刻机中的浸没流场的初始建立方法及一种使用浸没式光刻机进行光刻的方法。


背景技术：

[0002]
光刻机是制造超大规模集成电路的核心装备之一，它利用光学系统把掩膜版上的电路图案精确地投影在涂覆光刻胶的衬底上并使光刻胶曝光改性，从而在衬底上留下电路图案信息。它包括激光光源、投影物镜系统、包含电路图案的投影掩膜版和涂有光敏光刻胶的衬底。
[0003]
相对于中间介质为气体的干式光刻机，浸没式光刻(immersion lithography)设备通过在最后一片投影物镜与衬底之间填充某种高折射率的液体，通过提高该缝隙液体介质的折射率(n)来提高投影物镜的数值孔径(na)，从而提高光刻设备的分辨率和焦深。在现在的主流光刻技术中，由于浸没式光刻相对早期的干式光刻具有良好的继承性，所以受到广泛应用。而对于浸没液体的填充，目前广泛采用的方案是局部浸没法，也即使用浸液供给回收装置将液体限制在最后一片投影物镜的下表面和衬底上表面之间的局部区域内。保持浸没液体在曝光区域内的光学一致性和透明度，是保障浸没式光刻曝光质量的关键。为此，现有技术方案往往通过注液和回收实现浸没流场的实时更新，将光化学污染物、局部热量、微纳气泡等及时带离核心曝光区域，以确保浸没液体的高度纯净均一。
[0004]
如图1和图2所示，浸没式光刻机中投影物镜系统具有距离衬底2最近的末端物镜1，末端物镜1和衬底2之间形成第一间隙11；环绕末端物镜1设置浸液供给回收装置3，浸液供给回收装置3向第一间隙11内提供浸没液体lq，浸液供给回收装置3具有中心通孔31以供来自末端物镜1的曝光激光束穿过；当携带电路图案信息的曝光激光束穿过末端物镜1后，进入浸没液体lq，穿过浸没液体lq后投射在衬底2上；对于浸没式光刻机中常用的波长为193nm的曝光激光束，浸没液体lq可以采用超纯水，超纯水对于193nm激光的折射率大于空气，因此相对于干式光刻机，浸没式光刻机的曝光激光束穿过末端物镜1和浸没液体lq后可以汇聚为更小尺度的曝光靶区，从而在衬底上形成更小尺度的电路图案，从而提高光刻机的曝光分辨率。为了避免浸液供给回收装置3将振动和热扰动传递到末端物镜1以干扰其光学性质，设置浸液供给回收装置3不与末端物镜1相接触，于是在末端物镜1和浸液供给回收装置3之间形成第二间隙12。由于现有的浸没式光刻机在曝光过程中按照扫描步进原理相对于末端物镜1来移动衬底3，使得曝光激光束扫描式地将单幅电路图案投射到衬底2的单个靶区中，并步进式地将相同的电路图案投射到衬底2的多个靶区中；由于衬底2会发生相对于末端物镜1的运动，而浸液供给回收装置3相对于末端物镜1静止，因此衬底2会发生相对于浸液供给回收装置3的运动，衬底2与浸液供给回收装置3存在第三间隙13。
[0005]
由于曝光过程中激光束会加热浸没液体lq，衬底2上的光刻胶发生光化学反应可能产生污染物释放到浸没液体lq中，浸没液体lq的温度和洁净度的改变将导致其光学性质改变；因此设置浸液供给回收装置3驱动浸没液体lq持续地流动更新以维持其温度和洁净
度，具体来说，浸液供给回收装置3中设置朝向第二间隙12的主注液口4，使用浸液供给系统ls经主注液口4向第二间隙12提供浸没液体lq；浸液供给回收装置3中设置朝向第二间隙12并且位于主注液口4对侧的主抽排口5，使用主抽排系统vm经主抽排口5抽排浸没液体lq；大部分浸没液体lq自主注液口4流入第二间隙12，随后流入第一间隙11，然后第一间隙11和第二间隙12中的浸没液体被主抽排口5抽排；还有一部分浸没液体lq会流入第三间隙13中，为了避免大量浸没液体lq遗留在衬底2表面上导致衬底2形成光刻缺陷，以及避免浸没液体lq浸湿其他部件造成损坏，浸液供给回收装置3在朝向衬底2的表面设置密封抽排口6，密封抽排口6可以是一圈均匀排布的小孔或者环形的缝隙，使用密封抽排系统vc经密封抽排口6将第三间隙13中的浸没液体lq抽走排出。衬底2在扫描和步进运动过程中会牵拉浸没液体lq，为了避免衬底2高速运动时过度牵拉浸没液体lq导致其脱离密封抽排口6的约束，在浸液供给回收装置3中密封抽排口6的径向外侧设置气密封口7，使用气体供给系统as经气密封口7向第三间隙13供给气体流，在气体流的提高压强和吹扫作用下，密封抽排口6对于浸没液体lq的约束能力也增强。主抽排口5和密封抽排口6将浸没液体lq完全抽排，浸没液体lq和外围气体之间形成了弯液面20，弯液面20所包围的浸没液体空间即为浸没流场。
[0006]
浸没式光刻机在初次曝光开始之前，向第一间隙11填充浸没液体lq并使之稳定流动，这个过程即为浸没流场的初始建立过程。一般现有的浸没流场初始建立过程如图3所示，开启浸液供给系统ls和密封抽排系统vc，关闭气体供给系统as，由浸液供给系统ls提供的浸没液体lq从自主注液口4流入第二间隙12，浸没液体流动过程中也伴随着弯液面20a逐渐前进；随着浸没液体lq的增加以及主回收口5的抽排作用，第二间隙12中的弯液面20a前进至第一间隙20b并继续朝主回收口5的方向前进；在密封抽排口6的抽排作用下，一部分浸没液体lq会进入第三间隙13并形成弯液面20c朝密封抽排口6前进；当浸没液体lq的供给量和抽排量达到平衡时，在主回收口5附近形成相对稳定的弯液面20d，在密封抽排口附近形成相对稳定的弯液面20f，此时完成浸没流场的初始建立过程。
[0007]
在浸没流场初始建立过程中存在的一个重要技术问题是浸没流场中形成气泡。由于气泡会导致光路偏转，因此在浸没流场，特别是第一间隙11中需要避免气泡的存在。而浸没流场中的气泡，一部分来自于浸没液体制备过程中没有完全消除的气泡，另一部分来自于浸没液体输送过程中形成的气泡。几种输送过程中形成气泡的机理如图4所示：如图4a和图4b所示，当弯液面20在固体表面21上前进过程中遇到凸起障碍物22，由于弯液面20的弯曲形状和接触障碍物时发生的形变，可能在凸起障碍物的前方或者后方束缚部分环境气体形成气泡23；如图4c所示，当弯液面20在固体表面21上前进过程中遇到凹陷沟槽24时，弯液面20可能在完全填充凹陷沟槽24之前即已越过凹陷沟槽24，从而束缚部分环境气体形成气泡23；如图4d所示，当弯液面20在固体表面21上前进过程中遇到污渍斑25时，由于污渍斑25可能具有与固体表面21不同的被浸液润湿能力，相比污渍斑25浸液更容易润湿固体表面21，此时也可能在污渍斑25上方束缚部分环境气体形成气泡23。
[0008]
虽然极力减少，但在浸没液体传输流路中不可避免地会存在上述形成气泡的凸起障碍物、凹陷沟槽以及污渍斑等不利因素，在浸没流场初始建立过程中不可避免地会形成气泡，这些气泡进入第一间隙11后可能对曝光造成不利影响。常规地，在流场初始建立过程中，等待浸没液体流动更新一段时间使气泡从固体表面脱附并随浸没液体被抽排，或者操作衬底2移动使得浸没流场发生“晃荡”使得气泡脱附并随浸没液体被抽排；但由于气泡在
固体表面的附着能力可能很强，特别是小尺寸的气泡，用这些手段消除气泡的可靠性不佳，并且耗费时间较长。


技术实现要素：

[0009]
本发明为解决现有浸没式光刻机在流场初始建立过程中，存在着浸没流场初始建立过程中不可避免地会形成气泡，且由于气泡在固体表面的附着能力可能很强，特别是小尺寸的气泡，对消除气泡的可靠性不佳，并且耗费时间较长，甚至是降低曝光质量等现状而提供的一种可更好的在浸没流场初始建立过程中，更好实现气泡的消除，降低气泡消除消耗时长，减小或消除气泡的可靠性高，提高生产效率，提高曝光质量的浸没流场的初始建立方法及用此建立方法的光刻方法。
[0010]
本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种浸没流场的初始建立方法，其特征在于：包括如下步骤a1.关闭浸液供给系统，关闭密封抽排系统，开启主抽排系统，经主抽排口抽排气体；a2.开启气体供给系统，经气密封口向第三间隙供给高溶解度气体；a3.持续经主抽排口抽排气体，引导高溶解度气体流动并逐渐替代末端物镜与衬底之间的环境气体，实现完全填充第三间隙位于气密封口径向内侧的部分，实现完全填充第一间隙；a4.开启浸液供给系统，经主注液口提供浸没液体，在主抽排口的抽排引导作用下，浸没液体逐渐替代高溶解度气体并完全填充第一间隙；a5.当主抽排口内检测到浸没液体流入后，密封抽排系统，经密封抽排口抽排气体和浸没液体；a6.等待一段时间，浸没液体在第一间隙、第二间隙以及第三间隙内达到稳定流动状态，完成浸没流场的初始建立过程。
[0011]
可有效解决避免在浸没流场初始建立过程中产生的气泡，或者是即便是有气泡可能性，也能快速使浸没流场初始建立过程引入浸没流场的气泡尺寸减小甚至完全消失；本发明涉及的浸没流场初始建立方法，操作步骤简单，减小或消除气泡的可靠性高，有利于节约浸没流场初始建立的时间。可更好的在浸没流场初始建立过程中，更好实现气泡的消除，降低气泡消除消耗时长，减小或消除气泡的可靠性高，提高生产效率，提高曝光质量。
[0012]
作为优选，所述的高溶解度气体采用为定义在相同环境条件下，能够获得在浸没液体中的溶解度大于一般空气在浸没液体中的溶解度的供给气体。提高浸没流场初始建立过程引入浸没流场的气泡尺寸减小有效性甚至完全消失，提高浸没流场初始建立过程中的气泡消失速度，提高曝光质量。
[0013]
作为优选，所述的高溶解度气体采用为二氧化碳或氨气。提高浸没流场初始建立过程中的气泡在水中的溶解速率，提高气泡消除快速有效性。
[0014]
作为优选，所述的第a5步骤中，监测主抽排系统与主抽排口之间流路上的压力来判断是否有浸没液体流入主抽排口。当主抽排口内检测到浸没液体流入后，开启密封抽排系统，经密封抽排口抽排气体和浸没液体；这里检测浸没液体流入主抽排口的方法可以是监测抽排流路上的压力，由于液体相对于气体的惯性更大，当浸没液体进入主抽排口后，抽排流路上的负载增大，导致压力突然升高，也即真空度减小，监测到压力的突然升高可以认为浸没液体已经完全填充第一缝隙，可以进入下一个步骤并完成浸没流场的初始建立过
程。提高浸没流场的初始建立过程的气泡检测判断简单便捷有效性。
[0015]
作为优选，在所述的第a6步骤中，等待至少2分钟以完成浸没流场的初始建立过程。等待一段时间使浸没流场达到稳定流动状态；在这段等待时间中，浸没流场中的气泡也逐渐溶解于浸没液体；考虑到第一间隙的典型高度在3mm左右，第二间隙的典型高度在1mm左右，第三间隙的典型高度在0.1mm至0.5mm范围内，浸没流场中形成的气泡直径一般小于0.5mm；在实验中，0.5mm直径的二氧化碳气泡需要要60
±
15秒的时间以完全溶解于超纯水中。提高浸没流场的初始建立过程的气泡消除检测判断简单便捷有效性。
[0016]
作为优选，在所述第a6步骤中，等待时间为至少等待1分钟使浸没流场达到稳定流动状态并尽可能使浸没流场中的气泡完全溶解消失。
[0017]
作为优选，可以采用下列b1步骤代替a1步骤：b1.关闭浸液供给系统ls，关闭密封抽排系统，开启主抽排系统，经主抽排口抽排气体，开启设置于第二间隙位于第一间隙异侧一端的顶部气体抽排装置抽排第二间隙内的气体；引导主注液口中的气体向远离第一间隙的方向流动。提高顶部气体抽排装置对气泡抽排引导有效性，提高气泡消除可靠有效性。
[0018]
作为优选，所述的顶部气体抽排装置的抽排负压弱于主抽排口的抽排负压。也即顶部气体抽排装置的抽排真空度低于主抽排口的抽排真空度，以避免对第一间隙中的气体流动方向产生过大的干扰，使高溶解度气体沿一个主要方向填充第一间隙，保证高溶解度气体的填充完全程度。提高对气泡抽排引导有效性，提高气泡消除可靠有效性。
[0019]
作为优选，所述的顶部气体抽排装置的抽排负压设置在-500pa～0pa范围内。提高对气泡抽排引导有效性，提高气泡消除可靠有效性。
[0020]
本发明申请的另一个发明目的在于提供一种浸没式光刻机光刻方法，其特征在于：包括如下步骤c1.根据权利要求1～9之一所述方法执行浸没式光刻机的初始建立浸没流场方法，建立浸没流场；c2.使携带集成电路图案信息的曝光激光束穿过末端透镜和浸没流场之后投射到衬底的表面；c3.衬底表面上涂覆的光刻胶感受曝光激光束的作用并发生性状改变，从而在衬底表面上形成集成电路图案特征。提高浸没式光刻机的曝光质量，提升市场竞争力。
[0021]
本发明的有益效果是：在向第一间隙填充浸没液体之前向第一间隙填充相对于空气具有更高溶解度的气体，然后再向第一间隙填充浸没液体；即使浸没液体在填充第一间隙的过程中形成了气泡，也可以相对空气更快地溶解于浸没液体中，从而使浸没流场初始建立过程引入浸没流场的气泡尺寸减小甚至完全消失；本发明涉及的浸没流场初始建立方法，操作步骤简单，减小或消除气泡的可靠性高，有利于节约浸没流场初始建立的时间。可更好的在浸没流场初始建立过程中，更好实现气泡的消除，降低气泡消除消耗时长，减小或消除气泡的可靠性高，提高生产效率，提高曝光质量。
附图说明：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
[0023]
图1是现有技术中浸液供给回收装置及浸没流场的纵向剖视结构示意图。
[0024]
图2是现有技术中浸液供给回收装置的仰视结构示意图。
[0025]
图3是现有技术中浸没流场初始建立过程示意图。
[0026]
图4是现有技术中在浸没流场初始建立过程中几种常见的气泡形成机理示意图。
[0027]
图5是本发明浸没流场的初始建立方法的结构方法示意图。
[0028]
图6是本发明浸没流场的初始建立方法的结构方法示意图。
[0029]
图7是本发明浸没流场的初始建立方法的另一实施结构方法示意图。
具体实施方式
[0030]
实施例1图5、图6、图7的实施例中，一种浸没流场的初始建立方法，包括如下步骤：a1.关闭浸液供给系统ls，关闭密封抽排系统vc，开启主抽排系统vm，经主抽排口5抽排气体；a2.开启气体供给系统as，经浸液供给回收装置朝向衬底一侧周向布置的气密封口7向第三间隙13供给高溶解度气体sg，高溶解度气体sg在浸没液体中的溶解度大于相同环境条件下空气在浸没液体中的溶解度；a3.持续经主抽排口5抽排气体，引导高溶解度气体sg流动并逐渐替代末端物镜1与衬底之间的环境气体，实现完全填充第三间隙13位于气密封口7径向内侧的部分，实现完全填充第一间隙11；a4.开启浸液供给系统ls，经浸液供给回收装置位于第二间隙的主注液口4提供浸没液体lq，在主抽排口5的抽排引导作用下，浸没液体lq逐渐替代高溶解度气体sg并完全填充第一间隙11；a5.当主抽排口5内检测到浸没液体流入后，开启密封抽排系统vc，经密封抽排口6抽排气体和浸没液体lq，密封抽排口6是在浸液供给回收装置朝向衬底一侧周向布置且位于气密封口径向内侧的开口；a6.等待一段时间，浸没液体lq在第一间隙11、第二间隙12以及第三间隙13内达到稳定流动状态，完成浸没流场的初始建立过程。
[0031]
在上述第a1步骤中，浸液供给回收装置环绕地设置于末端物镜的径向外侧以及衬底上方，浸液供给回收装置不与末端物镜或者衬底接触；末端物镜与衬底之间形成第一间隙，浸液供给回收装置与末端物镜之间形成第二间隙，浸液供给回收装置与衬底之间形成第三间隙；启动主抽排系统，经浸液供给回收装置位于第二间隙的主抽排口抽排气体。
[0032]
由于被浸没液体lq填充驱替的是高溶解度气体sg，因此，在浸没液体lq逐渐填充第一间隙11、第二间隙12以及第三间隙13的过程中，即使在浸没流场中形成气泡，也主要是高溶解度气体sg形成的气泡；随着浸没液体的溶解和流动更新，高溶解度气体气泡逐渐减小甚至消失，从而实现浸没流场中气泡的消除。
[0033]
在浸没式光刻机中的环境气体一般是空气，只要相同环境条件下气体在浸没液体中的溶解度大于空气，就可以作为高溶解度气体sg在本发明的方案中使用。例如，常见的浸没液体lq是超纯水，在20℃和1个大气压的环境条件下，空气在水中的溶解度大约为0.01868l/1l h
2
o，而二氧化碳(co
2
)气体在水中的溶解度大约为1l/1l h
2
o，因此二氧化碳气体可以作为本发明方案中的高溶解度气体sg；在实验中，相同体积的二氧化碳气泡在水
中的溶解速率可能快于空气气泡40倍以上。类似地，氨气(nh
3
)在水中的溶解度大约为702l/1l h
2
o，可以获得更快的气泡消除速率；不过，由于二氧化碳具有容易制备和输送，对环境和人员的毒害作用更小，对设备的腐蚀性更小的优点，因此是高溶解度气体sg的优选。
[0034]
高溶解度气体sg采用为定义在相同环境条件下，能够获得在浸没液体中的溶解度大于一般空气在浸没液体中的溶解度的供给气体。
[0035]
高溶解度气体采用为二氧化碳或氨气。
[0036]
第a5步骤中，监测主抽排系统vm与主抽排口5之间流路上的压力来判断是否有浸没液体lq流入主抽排口。当主抽排口5内检测到浸没液体流入后，开启密封抽排系统vc，经密封抽排口6抽排气体和浸没液体lq；这里检测浸没液体流入主抽排口5的方法可以是监测抽排流路上的压力，由于液体相对于气体的惯性更大，当浸没液体进入主抽排口5后，抽排流路上的负载增大，导致压力突然升高，也即真空度减小，监测到压力的突然升高可以认为浸没液体已经完全填充第一缝隙11，可以进入下一个步骤并完成浸没流场的初始建立过程。另外，也可以设置激光或超声波等类型的传感器，根据激光或超声波在液体和气体中的传播特性不一致的原理来检测浸没液体是否流入主抽排口。
[0037]
在所述的第a6步骤中，等待至少2分钟以完成浸没流场的初始建立过程。等待一段时间使浸没流场达到稳定流动状态；在这段等待时间中，浸没流场中的气泡也逐渐溶解于浸没液体；考虑到第一间隙11的典型高度在3mm左右，第二间隙12的典型高度在1mm左右，第三间隙13的典型高度在0.1mm至0.5mm范围内，浸没流场中形成的气泡直径一般小于0.5mm；在实验中，0.5mm直径的二氧化碳气泡大约需要1分钟左右的时间以完全溶解于超纯水中，比如，0.5mm直径的二氧化碳气泡大约需要60
±
15秒的时间以完全溶解于超纯水中。
[0038]
在所述第a6步骤中，等待至少2分钟使浸没流场达到稳定流动状态并尽可能使浸没流场中的气泡完全溶解消失；优选地，在上述步骤a6中，等待至少1分钟使浸没流场达到稳定流动状态并尽可能使浸没流场中的气泡完全溶解消失。
[0039]
主抽排口5附近的抽排负压在-3000pa～-1000pa范围内，顶部气体抽排装置8的抽排负压可以设置在-500pa～0pa范围内。
[0040]
实施例2图5、图6、图7的实施例中，采用下列b1步骤代替实施例1中的第a1步骤：b1.关闭浸液供给系统ls，关闭密封抽排系统vc，开启主抽排系统vm，经主抽排口5抽排气体，开启设置于第二间隙位于第一间隙异侧一端的顶部气体抽排装置8抽排第二间隙12内的气体；引导主注液口中的气体向远离第一间隙的方向流动。
[0041]
顶部气体抽排装置8的抽排负压弱于主抽排口5的抽排负压，也即顶部气体抽排装置8的抽排真空度低于主抽排口的抽排真空度，以避免对第一间隙11中的气体流动方向产生过大的干扰，使高溶解度气体sg沿一个主要方向填充第一间隙11，保证高溶解度气体sg的填充完全程度。
[0042]
设置顶部气体抽排装置8抽排第二间隙12内的气体，可以在浸没流场初始建立过程中引导主注液口4中的气体向远离第一间隙11的方向流动；由于浸液供给系统ls至主注液口4的流路中在未填充浸没液体前充满了空气ar，随着浸没液体lq的流动，这部分流路中的空气ar被推挤进入第二间隙12中；受到顶部气体抽排装置8的抽排引导，主注液口4中排出的空气ar将及时沿远离第一间隙11的方向流动，从而进一步保证第一间隙11被高溶解度
气体sg所完全填充，也进一步减小了在第一间隙11中形成难溶解的空气气泡的可能性。其他同实施例1相同实施例3图5、图6、图7的实施例中，一种浸没式光刻机的光刻方法，包括如下步骤c1.根据权实施例1或实施例2所述方法执行浸没式光刻机的初始建立浸没流场方法，建立浸没流场；c2.使携带集成电路图案信息的曝光激光束穿过末端透镜和浸没流场之后投射到衬底的表面；c3.衬底表面上涂覆的光刻胶感受曝光激光束的作用并发生性状改变，从而在衬底表面上形成集成电路图案特征。
[0043]
根据实施例1或实施例2所述方法建立的浸没流场，使携带集成电路图案信息的曝光激光束穿过末端透镜1和浸没流场之后投射到衬底2的表面，衬底2表面上涂覆的光刻胶感受曝光激光束的作用并发生性状改变，从而在衬底2表面上形成集成电路图案特征。
[0044]
在本发明位置关系描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0045]
以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。