CN100595678C - 用于光刻机的浸没液体回收减振控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光刻机的浸没液体回收减振控制装置。浸没液体回收减振控制装置是在投影透镜组和衬底之间设置的装置，由上端盖、内腔体和下端盖组成。采用双层回收、外部施加单层气体密封，并在内外层回收之间设置隔离槽，也使得液体和气体的大部分各自由内层和外层实施回收，实现气液初步分离。在气液进入回收腔后实施气液二次分离，气体和液体分别通过内外气体回收腔以及液体回收腔实施回收，由此缩短气液二相流的存在周期，降低了二相流动与相变过程导致的气泡、振动及对曝光流场的冲击。
Description
技术领域
本发明是涉及浸没式光刻(Immersion Lithography)系统中的浸没液体回收减振控制装置，特别是涉及一种用于光刻机的浸没液体回收减振控制装置。
背景技术
现代光刻设备以光学光刻为基础，它利用光学系统把掩膜版上的图形精确地投影曝光到涂过光刻胶的衬底(如：硅片)上。它包括一个紫外光源、一个光学系统、一块由芯片图形组成的投影掩膜版、一个对准系统和一个覆盖光敏光刻胶的衬底。
浸没式光刻系统在投影透镜和衬底之间的缝隙中填充某种液体，通过提高该缝隙中介质的折射率(n)来提高投影透镜的数值孔径(NA)，从而提高光刻的分辨率和焦深。
目前常采用的方案是液体限定在衬底上方和投影装置的末端元件之间的局部区域内。如果缺乏有效密封，该方案将导致填充流场边界液体泄漏，泄漏的液体在光刻胶或Topcoat表面干燥后将形成水迹，影响曝光成像质量。目前该方案的密封结构，一般采用气密封构件环绕投影透镜组末端元件和硅片之间的缝隙场。在所述密封构件和硅片的表面之间，气密封技术(例如参见中国专利200310120944.4，美国专利US2007046916)通过施加高压气体在环绕缝隙流场周边形成气幕，将液体限定在一定流场区域内。
气密封虽能较为有效的抑制液体的泄漏，然而由于密封气体伴随着液体的被回收，二者将在回收结构中形成气液两相流，气液两相流动与相变过程导致了气泡的产生与溃灭，由此引发振动、冲击缝隙流场，并影响曝光系统的正常稳定工作。有人(例如参见中国专利200510093924.1)将液体回收口设置成带孔板，并将带孔板两端的压力差控制在较小范围内，以便防止大量的气体进入回收通道；有人(例如参见中国专利200510093924.1，200510114138.5)通过在回收管路的外部设置气液分离歧管或者气液分离腔，将气液两相加以分离回收。
上述方法存在以下问题：
(1).回收口(带孔板)两端的压力差不易控制。衬底高速运动过程中，由于分子内聚力作用，使部分粘附在衬底表面上的流体质点被衬底牵拉而产生运动，从而造成流场边界的不均匀性，并由此导致密封气体在流场边界产生压力波动，通过控制压差抑制气体的混入难度大。
(2).控制回收口(带孔板)两端的压力差在较小范围内，虽然减少了密封气体进入回收通道，但同时也抑制了液体的回收，加大了液体向外泄漏的可能性。
(3).回收管路外部的气液分离回收方式，距离形成气液两相流的源头远，不能有效抑制回收口处气液两相混合回收引发的振动及对缝隙流场的干扰。
发明内容
本发明目的是提供一种用于光刻机的浸没液体回收减振控制装置，在衬底和投影装置的末端元件之间填充液体的同时，减少由于气液两相回收导致的振动及其对流场的冲击。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
是在浸没光刻系统中投影透镜组和衬底之间设置的浸没液体回收减振控制装置；所述的浸没液体回收减振控制装置：包括上端盖、内腔体和下端盖，其中：
1)上端盖：
开有提供注液腔、内层气体回收腔、液体回收腔、外层气体回收腔及气体密封腔的对外连接通道管路；
2)内腔体：
中心开有通孔的内腔体由中心向外依次开有环形柱状腔体：包括1～4个中心对称的注液腔，1～4个中心对称的内层气体回收腔、1～4个中心对称的液体回收腔、1～4个中心对称的外层气体回收腔、气体密封腔，各腔体垂直衬底；处在内层气体回收腔和外层气体回收腔之间的内腔体下表面，比内腔体其它部分下表面距离衬底高0.5～5mm；
3)下端盖：
在中心开有通孔的下端盖接近衬底的部分，由中心向外依次开有：注液排孔及内层回收排孔、隔离槽、外层回收排孔及气密封排孔；除隔离槽为环形连续腔体外，其余均为环形排孔阵列；
在下端盖远离衬底的部分，垂直于衬底由中心向外依次开有环形柱状腔体，包括在注液排孔上方开有注液缓冲腔，在内层回收排孔上方开有内层回收缓冲腔，在外层回收排孔上方开有外层回收缓冲腔，在气密封排孔上方开有气体密封缓冲腔；
注液缓冲腔、内层回收缓冲腔、外层回收缓冲腔和气体密封缓冲腔垂直向上分别与内腔体的注液腔、内层气体回收腔、外层气体回收腔、气体密封腔相连通。
所述的隔离槽垂直衬底的截面为向外倾斜的三角形，α角为10～80°。
所述的外层回收排孔孔径为0.1～0.8mm。
所述的上端盖、内腔体和下端盖，三部分构件之间的接合面为平面，连接方式采用粘贴或者螺栓紧固。
本发明具有的有益效果是：
(1)采用带有隔离槽的双层回收方式、并在外部施加单层气体密封，在保证有效密封的同时，对气液进行初步分离回收；液体主要由内层回收，气体则主要由外层回收，抑制液体两相混合回收的同时，减少了密封气体对内部流场的干扰。
(2)在回收腔内填充多孔介质，并实施气液分离回收；在气液两相流形成的初期即加以分离，相比于回收管路外部的分离回收方式，更能有效的抑制两相流回收引发的振动及其对缝隙流场的冲击，系统稳定性好。
附图说明
图1是本发明与投影透镜组相装配的简化示意图；
图2是本发明的爆炸剖面视图；
图3是本发明工作表面的仰视图；
图4是本发明的P-P剖面图；
图5是表征衬底由外部向中心运动时气液初步分离回收图；
图6是表征衬底由中心向外部运动时气液初步分离回收图；
图7是表征回收腔内气液分离回收图；
图中：1、投影透镜组，2、浸没液体回收减振控制装置，2A、上端盖，2B、内腔体，2C、下端盖，3、衬底，4A、注液排孔，4B、注液缓冲腔，4C、注液腔，5A、内层回收排孔，5B、内层回收缓冲腔，5C、内层气体回收腔，6A、液体导引通道，6B、液体回收腔，7A、外层回收排孔，7B、外层回收缓冲腔，7C、外层气体回收腔，7D、气体导引槽，8A、多孔介质，8B、多孔介质，9、隔离槽，10A、气密封排孔，10B、气体密封缓冲腔，10C、气体密封腔，11、缝隙流场，12、气泡。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，说明本发明的具体实施方式。
图1示意性地表示了本发明实施方案的浸没液体回收减振控制装置2与投影透镜组的装配，本装置可以在分步重复或者步进扫描式等光刻设备中应用。在曝光过程中，从光源(图中未给出)发出的光(如：ArF或F2准分子激光)通过对准的掩膜版(图中未给出)、投影透镜组1和充满浸没液体的透镜一衬底间缝隙场，对衬底3表面的光刻胶进行曝光。
如图1～图4示意性地表示了本发明实施方案的浸没自适应密封控制装置2，由上端盖2A、内腔体2B和下端盖2C组成，其中：
1)上端盖2A：
开有提供注液腔4C、内层气体回收腔5C、液体回收腔6B、外层气体回收腔7C及气体密封腔10B的对外连接通道管路；
2)内腔体2B：
中心开有通孔的内腔体2B由中心向外依次开有环形柱状腔体：包括1～4个中心对称的注液腔4C，1～4个中心对称的内层气体回收腔5C、1～4个中心对称的液体回收腔6B、1～4个中心对称的外层气体回收腔7C、气体密封腔10B，各腔体垂直衬底3；处在内层气体回收腔5C和外层气体回收腔7C之间的内腔体2B下表面，比内腔体2B其它部分下表面距离衬底3高0.5～5mm；
3)下端盖2C：
在中心开有通孔的下端盖2C接近衬底3的部分，由中心向外依次开有：注液排孔4A及内层回收排孔5A、隔离槽9、外层回收排孔7A及气密封排孔10A；除隔离槽9为环形连续腔体外，其余均为环形排孔阵列；
在下端盖2C远离衬底3的部分，垂直于衬底3由中心向外依次开有环形柱状腔体，包括在注液排孔4A上方开有注液缓冲腔4B，在内层回收排孔5A上方开有内层回收缓冲腔5B，在外层回收排孔7A上方开有外层回收缓冲腔7B，在气密封排孔10A上方开有气体密封缓冲腔10B；
注液缓冲腔4B、内层回收缓冲腔5B、外层回收缓冲腔7B和气体密封缓冲腔10B垂直向上分别与内腔体2B的注液腔4C、内层气体回收腔5C、外层气体回收腔7C、气体密封腔10B相连通；
所述的隔离槽9垂直衬底3的截面为向外倾斜的三角形，α角为10～80°。
所述的外层回收排孔7A孔径为0.1～0.8mm。
所述的上端盖2A、内腔体2B和下端盖2C，三部分构件之间的接合面为平面，连接方式采用粘贴或者螺栓紧固。
浸没液体通过上端盖2A提供的外连接通道管路，在一定压力下经由内腔体2B的注液腔4C，最终由注液缓冲腔4B和注液排孔4A充满透镜组1与衬底3之间的曝光区域。密封气体依次通过气体密封腔10C和气体密封缓冲腔10B以及气密封排孔10A在外层回收排孔7A外围形成气幕，避免液体泄漏。浸没液体和部分密封气体经由内层回收排孔5A和外层回收排孔7A，分别进入内层回收腔缓冲腔5B和外层回收缓冲腔7B，并在经过气液二次分离，最后分别由液体回收腔6B、内层气体回收腔5C及外层气体回收腔7C排出。
图5示意性地表示了衬底3由外部向中心运动状态下气液两相的回收原理图。浸没液体回收减振控制装置2的密封采用外部施加单层气体密封，中间带有隔离槽的双层回收方式。当衬底3由外部向中心高速运动时，由于流体的易变形性，通过分子内聚力使部分粘附在衬底3表面上的流体质点与衬底3一起运动，液体被迫跟随而向缝隙流场11内部运动，从而导致边界液体向外运动的趋势受到抑制。液体的牵拉回流使得密封气体更易进入内层回收排孔5A和外层回收排孔7A之间的隔离槽9，隔离槽9为连续环形结构，在垂直衬底3方向上截面为向外倾斜的三角形，密封气体的进入易在隔离槽9内形成环状涡流，从而使得密封气体对边界流场的冲击受到阻碍及获得耗散。隔离槽9处的气体涡流形成了低压气体屏障，不仅减少了密封气体对流场的冲击，同时也隔离了内外回收层，使得液体和气体的大部分各自进入内层回收排孔5A和外层回收排孔7A实施回收，降低了气液混合回收的强度，抑制了气液二相流形成的基础。另外，在内层回收缓冲腔5B和外层回收缓冲腔7B内分别填充多孔介质8A和8B，气液两相在流经多孔介质区域时，其流动通道被进一步细化，气液两相难以充分接触，从而获得更为稳定的流动。
图6示意性地表示了衬底3由中心向外部运动下气液两相的回收原理图。当衬底3由中心向外部高速运动时，衬底3对浸没液体的牵拉使得液体更易越过隔离槽9，从而进入外层回收排孔7A实施回收。液体回收采用排孔阵列方式，有利于形成多个流体运行通道，气液两相的主体部分在不同通道内流动，降低了气液混合的强度。排孔孔径大小及个数的匹配优化是决定回收效果的关键，孔径太小或者个数太少将使得气液无法及时排空，从而在外层回收排孔7A下方形成强烈的气液混合，并由此导致流场边界紊乱；孔径太大或者个数太多将使得更多的密封气体被回收，回收负压能量因此被过量消耗，导致液体回收显得更为困难。外层回收排孔7B孔径设置为0.1～0.8mm，孔距0.5～2mm能取得较好的结果。为了进一步减少气液的混合强度，在外层回收排孔7B正下方设置环形气体导引槽7D，过中心垂直衬底3的截面为梯形，且两侧边向外倾斜。密封气体经由气密封排孔10A后，其中大部分将沿着气体导引槽7D的外斜面，进入外层回收排孔7A外部的排孔实施回收，此时液体主要有内部排孔回收。
图7示意性地表征了在回收腔内气液分离回收原理。由于处在内层气体回收腔5B和外层气体回收腔7B之间的内腔体2B下表面，比其它部分下表面距离衬底高0.5～5mm，装配后将形成液体导引通道6A，以连通内外回收缓冲腔与液体回收腔6B。内层回收缓冲腔5B和外层回收缓冲腔7B内分别填充有多孔介质8A和8B，二者为连续的环状结构。在过中心垂直衬底3方向上，多孔介质8A和8B的截面为梯形，与衬底3为基准，远离液体回收腔一侧比另外一侧高0.2～3mm，后者与液体导引通道6A底部齐平。实际工作下，内层气体回收腔5C、液体回收腔6B、外层气体回收腔7C均连通负压，气液两相流经过多孔介质8A和8B，由于重力作用，夹带少量气泡12的液体将流入液体导引通道6A，并通过液体回收腔6B排走；气体的大部分则通过内层气体回收腔5C和外层气体回收腔7C上端的通道得以释放。本实施中，通过对液体导引通道6A的改进可以获得更为有效的气液分离。比如：在液体导引通道6A填充高孔隙率多孔介质，确保液体回收的同时阻碍了气体的进入该通道，并可抑制内层气体回收腔5C、液体回收腔6B、外层气体回收腔7C三者负压的相互干扰；同时，对液体导引通道6A的内表面进行亲水性处理，增强液体导引通道6A浸润特性，使得气体更难以进入液体导引通道6A。
Claims (3)
1.一种用于光刻机的浸没液体回收减振控制装置，是在浸没光刻系统中投影透镜组(1)和衬底(3)之间设置的浸没液体回收减振控制装置(2)；其特征在于所述的浸没液体回收减振控制装置(2)：包括上端盖(2A)、内腔体(2B)和下端盖(2C)，其中：
1)上端盖(2A)：
开有提供注液腔(4C)、内层气体回收腔(5C)、液体回收腔(6B)、外层气体回收腔(7C)及气体密封腔(10B)的对外连接通道管路；
2)内腔体(2B)：
中心开有通孔的内腔体(2B)由中心向外依次开有弧形腔体：包括1～4个分布在一个圆圈上的中心对称的注液腔(4C)，1～4个分布在一个圆圈上的中心对称的内层气体回收腔(5C)、1～4个分布在一个圆圈上的中心对称的液体回收腔(6B)、1～4个分布在一个圆圈上的中心对称的外层气体回收腔(7C)、气体密封腔(10B)，各腔体垂直衬底(3)；
3)下端盖(2C)：
在中心开有通孔的下端盖(2C)接近衬底(3)的部分，由中心向外依次开有：注液排孔(4A)及内层回收排孔(5A)、隔离槽(9)、外层回收排孔(7A)及气密封排孔(10A)；除隔离槽(9)为环形连续腔体外，其余均为环形排孔阵列；
在下端盖(2C)远离衬底(3)的部分，垂直于衬底(3)由中心向外依次开有环形柱状腔体，包括在注液排孔(4A)上方开有注液缓冲腔(4B)，在内层回收排孔(5A)上方开有内层回收缓冲腔(5B)，在外层回收排孔(7A)上方开有外层回收缓冲腔(7B)，在气密封排孔(10A)上方开有气体密封缓冲腔(10B)；
注液缓冲腔(4B)、内层回收缓冲腔(5B)、外层回收缓冲腔(7B)和气体密封缓冲腔(10B)垂直向上分别与内腔体(2B)的注液腔(4C)、内层气体回收腔(5C)、外层气体回收腔(7C)、气体密封腔(10B)相连通；
上端盖(2A)、内腔体(2B)和下端盖(2C)，三部分构件之间的接合面，除处在内层气体回收腔(5C)和外层气体回收腔(7C)之间的内腔体(2B)下表面比内腔体(2B)其它部分下表面距离衬底(3)高0.5～5mm以外，其余为平面，连接方式采用粘贴或者螺栓紧固。
2.如权利要求1所述的一种用于光刻机的浸没液体回收减振控制装置，其特征在于：所述的隔离槽(9)垂直衬底(3)的截面为向外倾斜的三角形，远离衬底(3)的向上倾斜面与衬底(3)的夹角α角为10～80°。
3.如权利要求1所述的一种用于光刻机的浸没液体回收减振控制装置，其特征在于：所述的外层回收排孔(7A)孔径为0.1～0.8mm。
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