CN101021693A - 浸没式光刻系统中的液体供给及回收的密封控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浸没式光刻系统中的液体供给及回收的密封控制装置。是在浸没光刻系统中的投影透镜组和待曝光硅片之间装有液体供给及回收的密封控制装置。所述的液体供给及回收的密封控制装置，由浸没单元外接管路连接体、浸没单元腔体和浸没单元工作面组成。采用双重气帘密封和双重多孔介质回收方式，密封气体注入和气液混合回收管路都具有缓冲和均压结构，在缝隙流场边界得到流动稳定压差均匀的气流帘，阻止了步进和扫描行程中液体泄漏，同时在液体回收部分，增大的有效工作面积减少了硅片表面的滞留液体。同时有较强的抗气源供给脉动能力。密封气帘厚度小，气源输入功率小，效率高，硅片总体背压减小。

Description

浸没式光刻系统中的液体供给及回收的密封控制装置

技术领域

本发明是涉及浸没试光刻(Immersion Lithography)系统中的液体供给及回收的密封控制装置，特别是涉及一种在投影透镜组(Lens)近视场端元件和硅片(Wafer)间的缝隙中输送液体，并保证液体无泄漏的液体传送及密封控制装置。

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硅片。浸没式光刻系统在投影透镜和硅片之间的缝隙中充满某种液体，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。在步进-扫描式光刻设备中，硅片在曝光过程中高速地进行扫描运动，这种高速运动将把填充液体带离出缝隙，即会导致液体泄漏。泄漏的液体将导致光刻设备的某些部件无法正常工作，比如，监测硅片位置的干涉仪。因此，浸没式光刻技术中必须重点解决填充液体的密封问题。

目前浸没式光刻系统的密封结构，一般采用一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。气密封形成在所述气密封构件和硅片的表面之间，以密闭缝隙场中的液体。但在提出的各种气密封结构中，存在以下问题：

(1)气体密封边界流动不均匀、压力集中的现象。气流不均匀一方面不利于液体密封，并在步进和扫描过程中引起泄漏，另一方面可能产生缝隙流液膜的破裂现象，导致气泡进入投影透镜和硅片间的曝光场，从而影响成像质量。

(2)气密封工作效果不佳，工作表面液体滞留过多。液体回收部分的有效工作区域小，在步进和扫描的运动行程中无法及时回收液体，造成大量滞留。

(3)气密封的工作时的气体需求量过大。气体需求量过大对后端起源供给要求高，不宜保证连续无脉动，同时高速运动下，不利于硅片表面静压力均一性和减小硅片表面背压力，影响成像质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种浸没式光刻系统中的液体供给及回收的密封控制装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

浸没式光刻系统中的液体供给及回收的密封控制装置，是在浸没光刻系统中的投影透镜组和待曝光硅片之间装有液体供给及回收的密封控制装置；所述的液体供给及回收的密封控制装置，由浸没单元外接管路连接体、浸没单元腔体和浸没单元工作面组成；其中：

1)浸没单元外接管路连接体：

开有提供注气压力缓冲腔，气液混合物回收缓冲腔，注液腔对外连接通道管路；

2)浸没单元腔体：

此部分由五个由中心向外依次嵌套的各自连续的环状圆柱腔体，依次是注液腔、气液混合物回收缓冲腔、注气压力缓冲腔、气液混合物回收缓冲腔和注气压力缓冲腔，五个分别垂直向上通过浸没单元外接管路连接体的对应接口与外界供水供气系统连接；

3)浸没单元工作面：

此部分提供浸没单元腔体中五个缓冲腔体与硅片上表面工作空间的连接通道：

第一，注气孔阵列沿圆周方向排列，孔的方向垂直于浸没单元工作面，注气孔阵列向上与注气压力缓冲腔相通；

第二，注气孔阵列沿圆周方向排列，孔的方向垂直于浸没单元工作面，注气孔阵列向上与注气压力缓冲腔相通；

第三，多孔介质所在的环型连续槽，向上与气液混合物回收缓冲腔相通；

第四，多孔介质所在的环型连续槽，向上与气液混合物回收缓冲腔相通。

所述的浸没单元外接管路连接体、浸没单元腔体、浸没单元工作面，三部分构件之间的结合面为平面，连接方式采用粘接或者螺栓紧固。

本发明具有的有益效果是：

(1)采用双重气帘密封和双重多孔介质回收方式，密封气体注入和气液混合回收管路都具有缓冲和均压结构，在缝隙流场边界得到流动稳定压差均匀的气流帘，阻止了步进和扫描行程中液体泄漏，同时在液体回收部分，增大的有效工作面积减少了硅片表面的滞留液体。能够在硅片表面形成均一稳定的缝隙流场密封气帘，同时有较强的抗气源供给脉动能力。密封气帘厚度小，气源输入功率小，效率高，硅片总体背压减小。

(2)能够有效地回收注入的浸没液体，减少在步进和扫描运动行程中的液体滞留，对于速度和加速度的承受度高。

(3)装置无活动部件，零件数目少，拆装磨损小，安装精度容易保证。

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是本发明的浸没单元工作表面的仰视图；

图4是的浸没单元腔体的P1-P1剖面视图；

图5是本发明表征单层密封控制回路的局部放大剖面视图；

图6是本发明表征高压隔离密封带的局部放大剖面视图。

图中：1、投影透镜组，2、密封控制装置，2A、浸没单元工作面，2B、浸没单元腔体，2C、浸没单元外接管路连接体，3、硅片，4A、多孔介质，4B、多孔介质，5A、注气压力缓冲腔，5B、注气压力缓冲腔，6A、气液混合物回收缓冲腔，6B、气液混合物回收缓冲腔，7、凹槽，8A、注气孔阵列，8B、注气孔阵列，9、注液腔，10、缝隙流场。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细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密封控制装置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(如氟化氪或氟化氩准分子激光)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-硅片间缝隙场，对硅片3表面的光刻胶进行曝光。浸没单元外接管路连接体2C、浸没单元腔体2B、浸没单元工作面2A，三部分构件之间的结合面为平面，连接方式依照具体的工况要求采用粘接或者螺栓紧固。

图1、图2、图3所示，浸液单元由浸没单元工作面2A、浸没单元腔体2B、浸没单元外接管路连接体2C三部分组成。浸没液体由注液腔9进入并充满透镜组1与硅片3之间的缝隙流场10，沿途经过两层多孔介质4A和4B的回收，同时有圆周闭合的两层注气孔阵列8A和8B形成的气帘作为气密封，保证了有效地回收浸没液体，减少了残留，增强运动状态的适应性。

图4、图5所示，来自气源管路的高压气体在注气孔阵列8A、8B前会经过圆周连续的注气压力缓冲腔5A、5B，管路回路位置处在浸液单元气源进口2C和注气孔阵列8A、8B之间，并且在浸液单元圆周方向分布环形密封气室的结构方式。注气压力缓冲腔5A、5B在抑制气源脉动的同时，能够在圆周方向上均衡高压气场压力，使得注气孔阵列8A、8B获得较为一致的初始注入压力。注气孔阵列8A、8B吹出的气体形成气帘并在硅片3表面附近分流，其中一部分被多孔介质4A、4B回收。缝隙流场10中的浸没液体部分来自气帘分流的密封气体在进入回收腔6A、6B以前，先要经过多孔介质4A、4B区域。在圆周方向上近距离平行于注气孔阵列8A、8B并且圆周闭合分布的多孔介质4A、4B，有效地减小了回收管路的数值孔径，抑制回收过程中的气泡破裂等破坏缝隙流场10稳定的震荡来源。多孔介质4A、4B分布区域的半径方向的尺寸的适当增大能够有效地增加密封控制装置2对于步进和扫描过程中的速度和加速度的承受度。

图6所示，注气孔阵列8A、8B形成的气帘，在浸液单元工作面2A的固定半径的圆周方向上，分布大量微半径通孔(比如，孔径0.5mm，孔距1.5mm)。高压气体经过气孔阵列吹向硅片表面，形成圆周闭合的气密封帘。在内层结构的气密封工作区域(注气孔阵列8B)和外层结构的多孔介质4A回收区域之间，存在一个横截面为梯形的圆周分布的凹槽7，工作状态下，气密封会在此凹槽7中形成高压隔离带，进一步防止液体的泄漏。采用双重注气孔阵列8A、8B形成气帘密封和双重多孔介质4A、4B回收方式，密封气体注入和气液混合回收管路分别具有注气压力缓冲腔5A、5B和气液混合物回收缓冲腔6A、6B的缓冲及均压结构，在缝隙流场10边界得到流动稳定压差均匀的气流帘，阻止了步进和扫描行程中液体泄漏，同时在液体回收部分，多孔介质4A、4B增大的有效工作面积减少了硅片表面的滞留液体。所述的多孔介质4A、4B回收区域，在圆周方向上近距离(比如2mm)平行于注气孔阵列并且圆周闭合分布的多孔介质4A、4B，其管路回路位置处在缝隙流场10和回收缓冲腔6A、6B之间，具有适当的多孔介质4A、4B分布区域的半径方向的尺寸(比如8mm)。所述的气液混合物回收缓冲腔6A、6B，管路回路位置处在浸没单元外接管路连接体2C和缝隙流场10之间，并且在浸液单元圆周方向分布环形密封气室的结构方式。

综上所述，本发明区别于文献中已有液体流场的气体密封控制结构，提供了一种浸没光刻系统中的液体液体供给及回收的密封控制装置。采用双重气帘密封和双重多孔介质回收方式，密封气体注入和气液混合回收管路都具有缓冲和均压结构，在缝隙流场边界得到流动稳定压差均匀的气流帘，阻止了步进和扫描行程中液体泄漏，同时在液体回收部分，增大的有效工作面积减少了硅片表面的滞留液体。

Claims (2)

1.浸没式光刻系统中的液体供给及回收的密封控制装置，是在浸没光刻系统中的投影透镜组(1)和待曝光硅片(3)之间装有液体供给及回收的密封控制装置，其特征在于：所述的液体供给及回收的密封控制装置(2)，由浸没单元外接管路连接体(2C)、浸没单元腔体(2B)和浸没单元工作面(2A)组成；其中：

1)浸没单元外接管路连接体(2C)：

开有提供注气压力缓冲腔(5A、5B)，气液混合物回收缓冲腔(6A、6B)，注液腔(9)对外连接通道管路；

2)浸没单元腔体(2B)：

此部分由五个由中心向外依次嵌套的各自连续的环状圆柱腔体，依次是注液腔(9)、气液混合物回收缓冲腔(6B)、注气压力缓冲腔(5B)、气液混合物回收缓冲腔(6A)和注气压力缓冲腔(5A)，五个分别垂直向上通过浸没单元外接管路连接体(2C)的对应接口与外界供水供气系统连接；

3)浸没单元工作面(2A)：

此部分提供浸没单元腔体(2B)中五个缓冲腔体与硅片(3)上表面工作空间的连接通道：

第一，注气孔阵列(8A)沿圆周方向排列，孔的方向垂直于浸没单元工作面(2A)，注气孔阵列(8A)向上与注气压力缓冲腔(5A)相通；

第二，注气孔阵列(8B)沿圆周方向排列，孔的方向垂直于浸没单元工作面(2A)，注气孔阵列(8B)向上与注气压力缓冲腔(5B)相通；

第三，多孔介质(4A)所在的环型连续槽，向上与气液混合物回收缓冲腔(6A)相通；

第四，多孔介质(4B)所在的环型连续槽，向上与气液混合物回收缓冲腔(6B)相通。

2.根据权利要求1所述的浸没式光刻系统中的液体供给及回收的密封控制装置，其特征在于：所述的浸没单元外接管路连接体(2C)、浸没单元腔体(2B)、浸没单元工作面(2A)，三部分构件之间的结合面为平面，连接方式采用粘接或者螺栓紧固。

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