浸没式光刻机浸没流场维持装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种浸没式光刻机浸没流场维持装置及方法，该装置设于浸没头与硅片之间，在浸没头、硅片及浸没式光刻机的物镜之间的空间中填充有供浸没式光刻所用的浸液，所述光刻机浸没流场维持装置包括：光电导层、第一绝缘层，依次设置于所述浸没头表面；第二绝缘层，设置于所述硅片表面，所述硅片表面与所述浸没头表面相对；偏置激励电压，施加于所述光电导层与所述硅片之间，于所述浸液两端产生外加激励电压；所述光电导层、第一绝缘层、浸液、第二绝缘层、硅片和偏置激励电压形成一个电压回路，并基于光电润湿原理，通过对该电路中所述曝光场区域内浸液两端的外加激励电压的变化控制实现浸液的表面张力和接触角的控制，进而实现浸液维持。

【技术实现步骤摘要】
浸没式光刻机浸没流场维持装置及方法
本专利技术涉及集成电路的光刻
，尤其涉及一种适用于浸没式光刻的浸没流场维持装置及方法。
技术介绍
随着集成电路产品技术要求的提升，光刻技术也不断的提高分辨率以制作更加微细的器件尺寸。根据经典瑞利公式：可知，提升光刻技术分辨率即关键尺寸（CriticalDimension,CD）的技术无非是缩短曝光波长、增大数值孔径NA或改善与工艺相关的影响因子k。目前，基于193nm的ArF准分子激光器，0.75的NA可以获得90nm的特征线宽。不过，继续减小波长（如EUV技术采用的的13.5nm波长）势必带来一系列技术难题。例如，EUV的光学系统需要重新设计成全反射模式，以避免透镜材料的吸收。至于工艺因子k，一方面通过相移掩模、光学邻近校正、离轴照明等分辨率增强技术可以减小工艺因子k，但k=0.25时已达到物理极限，无法成像；另一方面，分辨率增强技术大大增加了掩模和工艺相关成本。因此，现阶段进一步提升光刻技术极限分辨率至45nm节点较为可行的办法就是增大数值孔径NA，这就是浸没式光刻技术。所谓浸没式光刻是指在曝光镜头与硅片之间充满水（或更高折射的浸没液体）以取代传统干式光刻技术中对应的空气。由于水的折射率比空气大，这就使得透镜组数值孔径增大，进而可获得更加小的特征线宽。目前，基于193nmArF准分子激光器的浸没光刻技术业已成为45nm节点的主流技术，并有望借助于DoublePattern技术将其下延至2x节点。不过，由于浸没式光刻需要在镜头与硅片之间填充液体，这就带来了很多新的技术难题。其中，浸没流场维持是影响套刻、缺陷以及产率等浸没式光刻性能指标的关键难题之一。所谓浸没流场维持，是指硅片在工件台带动下往复扫描曝光时，硅片与镜头之间的局部液被约束在指定曝光区域，其液膜不被扯破或残留在硅片表面。从流场控制角度来看，浸没流场维持取决于扫描曝光时的动态弯液面控制，而动态（后退）弯液面接触角满足：其中，Ls：滑移长度，同弯液面内部的物理特性相关，对动态接触角影响很小；h：为缝隙高度的一半，对于工作距离为1mm的193nm的浸没式透镜而言，该值取0.5mm；v：硅片的扫描速度；μ：液体黏度；σ：液体表面张力；θs,r：静态平衡接触角。C：是常数等于1.5.可见，表征光刻胶表面疏水性能的静态平衡接触角θs,r、水膜厚度h、硅片扫描速度等是影响浸没流场维持的关键控制参数。其中，硅片临界扫描速度（θd,r＝0）：是制约浸没式光刻技术产率提高的技术瓶颈。当浸液的动态后退接触角接近于0时，连续的水膜会被扯裂而形成离散的残留浸液。研究表明，残留浸液造成的蒸发冷却效应其功率达40w，可导致硅片局部急剧收缩，而这种不可校正的硅片热变形会导致硅片套刻精度恶化。另外，残留浸液还会导致水印等各种缺陷。针对上述问题，目前主流的浸液系统采用流场维持方案有完全浸没式和局部浸没式两种方案。前者将镜头的下表面和整个硅片均浸没在水槽中。由于整个硅片被要求浸没在液体中，因此在扫描曝光时需要加速的液体质量很大，进而会造成镜头及Chuck的周期性形变，严重影响成像质量、套刻精度以及产率，并对相应的硅片夹持提出很高的要求。有鉴于此，局部浸没式方案已成为目前主流光刻机制造商所采用的浸液系统布局方案。专利WO99/49504中首次提出了局部浸没式方案，专利（WO2005/029559Al）采用液密封，以解决局部浸没的关键技术难题——为避免碰撞，浸没液体维持单元与硅片上表面之间存在一定间隙，而当硅片高速扫描时极易导致浸液泄漏，而泄漏是绝对不允许的。ASML公司在其浸没式光刻机的浸没头（ImmersionHood,IH）设计上采用了弯液面控制+气密封的组合方案。一方面，通过浸液快速注入与回收、光刻胶表面疏水性处理（Topcoat层）以及伺服控制IH下表面与硅片上表面之间的水膜厚度等来控制动态弯液面的稳定性，防止浸液泄露；另一方面，为了进一步防止浸液泄漏，在浸没头外沿采用所谓“气刀”式的“气密封”。不过，无论是液密封还是气密封方案，目前均存在一定技术局限性。通过在193nm的干式光刻胶表面涂覆一层可在显影后滤去的topcoat层可以改善光刻胶表面的疏水性，进而提升硅片的临界扫描速度，但这就增加了光刻工艺的复杂性及制造成本，为此需要专门开发193nm的湿法光刻胶。另外，目前的液封及气封方案均需要复杂气、液管路，制造及加工难度较大，且气刀产生的气流还可能会影响Chuck附近的大气压强、温度以及湿度等，而这对于干涉仪等位置测量系统的稳定性极为不利。另外，专利US20090168032A1以及专利US20100231875A2中提出利用电润湿效应来解决动态接触角的控制问题，但该方案需要在硅片下方的工件台表面铺设大量的微电极阵列，并涉及在曝光过程中，对浸没流场边缘附近的离散微电极进行寻址与电路切换控制，这就限制了该方案在实际应用中可行性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于浸没光刻投影装置的能够防止浸液泄露的浸没流场维持系统及方法。为了解决这一技术问题，本专利技术提供了一种浸没式光刻机浸没流场维持装置，设置于浸没头与硅片之间，在所述浸没头、硅片及浸没式光刻机的物镜之间的空间中填充有供浸没式光刻所用的浸液，所述光刻机浸没流场维持装置包括：光电导层、第一绝缘层，依次设置于所述浸没头表面；第二绝缘层，设置于所述硅片表面，所述硅片表面与所述浸没头表面相对；偏置激励电压，施加于所述光电导层与所述硅片之间，于所述浸液两端产生外加激励电压；所述光电导层、第一绝缘层、浸液、第二绝缘层、硅片和偏置激励电压形成一个电压回路，通过控制所述浸液两端的外加激励电压来控制所述浸液的表面张力和接触角。所述浸液两端的外加激励电压与所述浸液的表面张力及接触角的关系满足以下方程：其中：θ0：为无偏置激励电压时的静态平衡接触角；C：为绝缘层电容；γ：为浸液表面张力；V：为外加激励电压。所述偏置激励电压为直流电压或低频交流电压。所述浸没头为环形结构，且所述浸没头环绕所述物镜四周且相对于所述硅片表面垂向姿态可调。所述浸液两端的外加激励电压的控制通过该电压回路中光敏阻抗的变化实现。本专利技术提供的浸没流场维持装置还包括一个光电极发生与空间寻址单元，所述浸液通过所述光电极发生与空间寻址单元将一光电极图案投射在所述光电导层和所述硅片上实现所述电压回路中光敏阻抗的变化，从而实现所述浸液两端的外加激励电压的变化控制。所述光电极发生与空间寻址单元包括一个光源系统、一个数字微镜元件、一个投影物镜和一台控制计算机，所述数字微镜元件与所述控制计算机连接，所述光源系统射出的光照亮所述数字微镜元件的反射阵列，使得由所述控制计算机设计得到的光电极图案传输至所述投影物镜，再通过所述投影物镜投射到所述硅片和所述光电导层上。所述光电极图案由所述控制计算机通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浸没式光刻机浸没流场维持装置，设置于浸没头与硅片之间，在所述浸没头、硅片及浸没式光刻机的物镜之间的空间中填充有供浸没式光刻所用的浸液，所述光刻机浸没流场维持装置包括：光电导层、第一绝缘层，依次设置于所述浸没头表面；第二绝缘层，设置于所述硅片表面，所述硅片表面与所述浸没头表面相对；偏置激励电压，施加于所述光电导层与所述硅片之间，于所述浸液两端产生外加激励电压；所述光电导层、第一绝缘层、浸液、第二绝缘层、硅片和偏置激励电压形成一个电压回路，通过控制所述浸液两端的外加激励电压来控制所述浸液的表面张力和接触角。

【技术特征摘要】
1.一种浸没式光刻机浸没流场维持装置，设置于浸没头与硅片之间，在所述浸没头、硅片及浸没式光刻机的物镜之间的空间中填充有供浸没式光刻所用的浸液，所述光刻机浸没流场维持装置包括：光电导层、第一绝缘层，依次设置于所述浸没头表面；第二绝缘层，设置于所述硅片表面，所述硅片表面与所述浸没头表面相对；偏置激励电压，施加于所述光电导层与所述硅片之间，于所述浸液两端产生外加激励电压；所述光电导层、第一绝缘层、浸液、第二绝缘层、硅片和偏置激励电压形成一个电压回路，通过控制所述浸液两端的外加激励电压来控制所述浸液的表面张力和接触角；所述光刻机浸没流场维持装置还包括一个光电极发生与空间寻址单元，通过所述光电极发生与空间寻址单元将一光电极图案投射在所述光电导层和所述硅片上实现所述电压回路中光敏阻抗的变化，从而实现所述浸液两端的外加激励电压的变化控制。2.如权利要求1所述的浸没式光刻机浸没流场维持装置，其特征在于：所述浸液两端的外加激励电压与所述浸液的表面张力及接触角的关系满足以下方程：其中：θ0：为无偏置激励电压时的静态平衡接触角；C：为绝缘层电容；γ：为浸液表面张力；V：为外加激励电压；θ：为浸液的接触角。3.如权利要求1所述的浸没式光刻机浸没流场维持装置，其特征在于：所述偏置激励电压为直流电压或低频交流电压。4.如权利要求1所述的浸没式光刻机浸没流场维持装置，其特征在于：所述浸没头为环形结构，且所述浸没头环绕所述物镜四周且相对于所述硅片表面垂向姿态可调。5.如权利要求1所述的浸没式光刻机浸没流场维持装置，其特征在于：所述浸液两端的外加激励电压的控制通过该电压回路中的光敏阻抗的变化实现。6.如权利要求1所述的浸没式光刻机浸没流场维持装置，其特征在于：所述光电极发生与空间寻址单元包括一个光源系统、一个数字微镜元件、一个投影物镜和一台控制计算机，所述数字微镜元件与所述控制计算机连接，所述光源系统射出的光照亮所述数字微镜元件的反射阵列，使得由所述控制计算机设计得到的光电极图案传输至所述投影物镜，再通过所述投影物镜投射到所述硅片和所述光电导层上。7.如权利要求6所述的浸没式光刻机浸没流场维持装置，其特征在于：所述光电极图案由所述控制计算机通过预设的曝光场尺寸进行设定。8.如权利要求7所述的浸没式光刻机浸没流场维持装置，其特征在于：所述光电极图案为环状，且通过所述投影物镜投射的光电极图案投射在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱树存，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31