CN101408731B - 一种用于浸没式光刻机的浸没控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于浸没式光刻机的浸没控制装置。浸没控制装置是设置在投影透镜组和硅片之间，由主体结构和随动密封结构两部分组成，其中随动密封结构嵌入在主体结构的密封腔体内。主体结构为圆柱体，上面开有镜头孔、注液腔、回收腔、气液混合回收腔、密封腔体及导线管路；随动密封结构包括随动环、联接部件、形变块和密封环。在硅片高速运动对液体产生牵拉作用的过程中，缝隙流场的边界形态会发生相应变化。采用随动密封结构可以抑制密封边界不同位置由于密封气体压力不足导致的液体泄漏，及密封气体压力过大导致的气泡卷吸，实现随动密封功能，确保了气密封的可靠性及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于浸没式光刻机的浸没控制装置，特别是涉及一种在投影透镜组(Lens)和硅片(Wafer)之间设置的浸没控制装置。
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并曝光到涂过光刻胶的硅片上。它包括一个激光光源、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。
浸没式光刻机在投影透镜组和硅片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。而浸没控制装置的作用就是维持此浸没液体在一定区域范围内。
目前，浸没控制装置中的密封结构一般采用气密封环环绕投影透镜组末端元件和硅片之间的缝隙流场。如果缺乏有效密封，该方案将导致填充流场边界液体泄漏，泄漏的液体将在光刻胶或Topcoat表面形成水迹，严重影响曝光质量。通常采用的气密封技术(例如参见中国专利200310120944.4，美国专利US2007046916)是在所述密封环和硅片的表面之间通过施加高压气体在环绕填充流场周边形成气幕，将液体限定在一定流场区域内。
现有密封方式存在一共有问题，即硅片高速运动时，密封液体流场边界的静态平衡状态被打破，密封气体流量不足或过大将导致边界流场中液体泄漏或卷入气泡。这是因为在硅片运动状态下，边界流场形态对应的发生变化，边界流场形态的变化主要表现在动态接触角大小的变化，即：与硅片运动方向相同的前进接触角将变小，而与硅片运动方向相反的后退接触角将变大。前进接触角变小，使得边界液体更容易牵拉到流场外围导致液体泄漏，并由此形成一系列缺陷(如：水迹)；后退接触角变小，使得密封气体更易被卷吸到流场中形成气泡，从而影响流场的均一性和曝光成像质量。在缝隙流场的周围采用均一的密封气体压力是通常采用的气密封方法，但这难以有效解决上述问题，因为较小的气密封压力将使得在前进接触角处位置变得更加容易泄漏，而较大的气密封压力将增加在后退接触角处的液体气泡卷吸的可能性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于浸没式光刻机的浸没控制装置，特别是当硅片高速运动时，随其运动方向的不同，实时调整不同流场边界位置的密封气体流量，从而达到有效密封的装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明是在投影透镜组和硅片之间设置的浸没控制装置，所述的浸没控制装置由主体结构和随动密封结构两部分组成；其中：
1)主体结构：为圆柱体，由圆心到圆周依次开有镜头孔、对称分布弧形的注液腔与弧形的回收腔、气液混合回收腔、密封腔体和导线管路；锥形的镜头孔与投影透镜组为过盈配合；注液腔与回收腔上部分为一组等分弧形小通孔，气液混合回收腔上部分开有等圆周分布的通孔，气液混合回收腔下部分开有多排、多个等圆周分布的小通孔，密封腔体上部分为等圆周分布的四组弧形小通孔；
2)随动密封结构：包括随动环、八个联接部件、四块形变块和二个密封环；随动密封结构置于主体结构的密封腔体内，随动密封结构径向方向上由内向外构件排列为随动环、四块等圆周分布置的形变块；形变块上下端分别设有密封环，上下密封环与主体结构之间固接，八个联接部件分两组与形变块的上下两端通过双头螺拴连接，形变块与主体结构之间为粘接或螺栓联接。
所述形变块的截面形状为外表面为圆柱面的一部分，直径与密封腔体的外圆周直径相等，两侧面及内表面为平面。
所述形变块的截面形状为外表面为圆柱面的一部分，直径与密封腔体的外圆周直径相等，内表面为平面。
所述形变块的截面形状为外表面与内表面均为圆柱面的一部分，其中外表面直径与密封腔体的外圆周直径相等。
本发明具有的有益效果是：
(1)密封装置的随动环根据硅片的运动情况实时调整不同流场边界的密封气体排气量，使所密封液体的边缘流场更加稳定，从而为进一步提高硅片运动速度，提高产能创造了有利条件。
(2)硅片高速运动状态下，可以避免后退接触角处因密封气体流量过大导致边缘流场气泡卷吸，及避免前进接触角处因密封气体流量不足引起液体泄漏，有效的解决了原有密封结构在硅片高速运动状态下产生的气泡卷吸及液体泄漏等问题。
附图说明
图1是浸没控制装置与投影透镜组、硅片的装配关系示意图。
图2是图1浸没控制装置A-A截面图。
图3是图2浸没控制装置B-B截面图。
图4是图3浸没控制装置的俯视图。
图5是浸没控制装置流场示意图。
图6是硅片向右运动时浸没控制装置左侧的局部放大图。
图7是硅片向右运动时浸没控制装置右侧的局部放大图。
图8是形变块的截面形状图。
图中：1、投影透镜组，2、浸没控制装置，3、硅片，4、主体结构，4A、镜头孔，4B、注液腔，4C、回收腔，4D、气液混合回收腔，4E、密封腔体，4F、导线管路，5、随动密封结构，5A、随动环，5B、联接部件，5C、形变块，5D、密封环，6、浸没液体，6A、后退接触角处浸没液体，6B、前进接触角处浸没液体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、图2、图3、图4所示，是在投影透镜组1和硅片3之间设置的浸没控制装置2。所述的浸没控制装置2由主体结构4和随动密封结构5两部分组成；其中：
1)主体结构4为圆柱体，由圆心到圆周依次开有镜头孔4A、对称分布弧形的注液腔4B与弧形的回收腔4C、气液混合回收腔4D、密封腔体4E和导线管路4F；锥形的镜头孔4A与投影透镜组1为过盈配合；注液腔4B与回收腔4C上部分为一组等分弧形小通孔，气液混合回收腔4D上部分开有等圆周分布的通孔，气液混合回收腔4D下部分开有多排、多个等圆周分布的小通孔，密封腔体4E上部分为等圆周分布的四组弧形小通孔。
注液腔4B，外接注液管，浸没液体由此进入浸没控制装置2；回收腔4C，外接回收管，大部分浸没液体由此排出浸没控制装置2，气液混合回收腔4D，外接靠近浸没控制装置2底部并与之平行的液体回收管路(未画出)、靠近浸没控制装置2顶部的气体回收管路，没有被回收腔4C回收的浸没液及密封所用气体由此排出浸没控制装置2；密封腔体4E，外接进气管、气泵，可将浸没液体有效地密封在曝光区域内；导线管路4F，铜质导线通过它将形变块5C与外界控制系统联接，直径为0.8～1.2mm。
2)随动密封结构5包括随动环5A、八个联接部件5B、四块形变块5C和二个密封环5D。随动密封结构5置于主体结构4的密封腔体4E内，随动密封结构5径向方向上由内向外构件排列为随动环5A、四块等圆周分布置的形变块5C；形变块5C上下端分别设有密封环5D，上下密封环5D与主体结构4之间连接方式为粘接或螺栓连固接，八个联接部件5B分两组与形变块5C的上下两端通过双头螺拴连接，形变块5C与主体结构4之间为粘接或螺栓联接。
随动环5A根据硅片运动方向不同改变其位移，调整密封腔体大小，从而改变密封气体流量；联接部件5B，连接导线(未画出)与形变块5C；形变块5C，比例电磁铁或压电陶瓷构成，接入不同方向电流会膨胀或收缩，使随动环5A的移动跟随硅片的运动方向；密封环5D，其构造成在主体结构4和形变块5C之间的密封结构，可随着形变块5C的变形而变形，因其弹性性能，可用于密封形变块5C、支撑随动环5A；
图5、图6和图7示意性的表示了本装置的实施方案。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硅片间缝隙场，对硅片3表面的光刻胶进行曝光，浸没控制装置2中的随动密封结构5系统根据硅片3的运动情况调整密封气体流量大小，实现高度稳定的流场气体密封。
如图5所示，浸没液体6经由注液腔4B、回收腔4C流经浸没控制装置缝隙流场，硅片静止时，形变块5C处于非变形期，密封腔体4E中的密封气体流量在圆周方向上均匀分布，浸没液体6边界流场的各个方向同性，此时的边界流场是稳定的。硅片向右运动时，如图6所示，后退接触角处浸没液体6A与硅片3之间的接触角迅速变大，如果密封气体量偏大将极易卷入气泡。此时，随动密封结构5控制系统将控制左侧形变块5C膨胀，导致随动环5A右移及密封腔体4E体积减小，相应地通过该位置的气体流量减小，从而避免了密封气体卷吸入流场；如图7所示，前进接触角处浸没液体6B接触角迅速变小，如果密封气体量不足将极易导致接触角变成0度，并在硅片上牵拉出液膜，形成液体残留。伴随硅片3的运动，随动密封结构5的右侧形变块5C收缩，随动环5A右移，此处密封腔体4E体积增减，通过4E的气体流量相应增加，此处气密封能力增加，接触角有增大的趋势，即浸没液体有向左流动的趋势，从而避免因硅片牵拉而导致液体泄漏。硅片向左运动时与此过程相反。这样一个随动密封过程可以保证在硅片高速运动时浸没液体不会泄漏、密封气体不会被卷吸以及边界流场的稳定性。
图8所示为形变块5C的截面形状。所述形变块5C的截面形状如图8(a)，为外表面为圆柱面的一部分，直径Ф与密封腔体4E的外圆周直径相等，两侧面及内表面为平面。
所述形变块5C的截面形状如图8(b)，为外表面为圆柱面的一部分，直径Ф与密封腔体4E的外圆周直径相等，内表面为平面。
所述形变块5C的截面形状如图8(c)，为外表面与内表面均为圆柱面的一部分，其中外表面直径Ф与密封腔体4E的外圆周直径相等。
三种截面形状的形变块5C均可用于此浸没控制装置2，其中形变块5C厚度1随着形变块5C的变形而变化，四块形变块配合使用，既可以达到所需形变目的，又可以避免因为使用整块材料而引起的变形延迟的缺点。
Claims (4)
1.一种用于浸没式光刻机的浸没控制装置，是在投影透镜组(1)和硅片(3)之间设置的浸没控制装置(2)，其特征在于：所述的浸没控制装置(2)由主体结构(4)和随动密封结构(5)两部分组成；其中：
1)主体结构(4)：为圆柱体，由圆心到圆周依次开有镜头孔(4A)、相对于圆心对称分布的弧形注液腔(4B)与弧形回收腔(4C)、气液混合回收腔(4D)、密封腔体(4E)和导线管路(4F)；锥形的镜头孔(4A)与投影透镜组(1)为过盈配合；注液腔(4B)与回收腔(4C)上部分为一组等分弧形小通孔，气液混合回收腔(4D)上部分开有等圆周分布的通孔，气液混合回收腔(4D)下部分开有多排、多个等圆周分布的小通孔，密封腔体(4E)上部分为等圆周分布的四组弧形小通孔；
2)随动密封结构(5)：包括随动环(5A)、八个联接部件(5B)、四块形变块(5C)和二个密封环(5D)；随动密封结构(5)置于主体结构(4)的密封腔体(4E)内，随动密封结构(5)径向方向上由内向外构件排列为随动环(5A)、四块等圆周分布置的形变块(5C)；形变块(5C)上下端分别设有密封环(5D)，上下密封环(5D)与主体结构(4)之间固接，八个联接部件(5B)分两组与形变块(5C)的上下两端通过双头螺拴连接，形变块(5C)与主体结构(4)之间为粘接或螺栓联接。
2.根据权利要求1所述的一种用于浸没式光刻机的浸没控制装置，其特征在于：所述形变块(5C)的截面形状为外表面为圆柱面的一部分，直径与密封腔体(4E)的外圆周直径相等，两侧面及内表面为平面。
3.根据权利要求1所述的一种用于浸没式光刻机的浸没控制装置，其特征在于：所述形变块(5C)的截面形状为外表面为圆柱面的一部分，直径与密封腔体(4E)的外圆周直径相等，内表面为平面。
4.根据权利要求1所述的一种用于浸没式光刻机的浸没控制装置，其特征在于：所述形变块(5C)的截面形状为外表面与内表面均为圆柱面的一部分，其中外表面直径与密封腔体(4E)的外圆周直径相等。
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