CN101477314A - 浸没光刻机的浸液供给装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浸没光刻机，尤其是涉及一种浸没光刻机的浸液供给装置。公开了一种浸没光刻机的浸液供给装置，包括浸液单元和浸液废弃单元，所述浸液废弃单元通过负压回收管路与所述浸液单元连接，所述负压回收管路设有缓冲泄压结构。本发明通过在负压回收管路填充多孔介质材料或在负压回收管路管壁设置具有缓冲泄压作用的泄压凹腔的方式或两者同时采用方式来从源头阻隔振动源，进而抑制和消除振动传递，以达到减振的目的，确保浸液单元流场的稳定和均一性，以减少浸液波动对投影物镜及其上参考框架上灵敏度传感器的影响。由于浸液供给装置与光刻机本身解耦减振，故有利于干法光刻机到浸没光刻机的系统改造、集成和技术继承。

Description

浸没光刻机的浸液供给装置

技术领域

本发明涉及一种浸没光刻机，尤其是涉及一种浸没光刻机的浸液供给装置。

背景技术

根据瑞利判据 $R=k_1\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}},$ 光学光刻系统的光刻分辨率R由工艺因子k1，曝光波长λ及数值孔径NA所决定。按照传统光刻路线，要提高曝光系统光刻分辨率，可以减小曝光波长者提高投影物镜像方数值孔径。实验研究表明，减小曝光波长不仅周期长、成本高，而且对更短波段的透镜及光刻胶材料都提出了极大挑战。增大数值孔径可以有效提高光刻分辨率，但是传统干法光刻技术由于受到物理极限(NA极限值为1)和技术极限的限制，使其光刻分辨率的进一步提高受到很大制约。浸液光刻技术沿用了150年前的油浸显微物镜技术，它与传统的干法光刻技术(dry lithography)相比根本区别在于：浸液光刻技术是在投影物镜的最后一个光学表面与硅片之间填充一种液体，使该空间的介质折射率n>1，这样就摆脱了传统干法光刻系统数值孔径NA受到物理极限的制约，使其数值孔径NA最大能够接近所使用的液体折射率。譬如193nm浸液光刻系统如果采用超纯水作为浸液(n＝1.437)，则其数值孔径NA最大值可以接近1.437。很显然，在曝光波长不变的情况下，浸液光刻系统和干法光刻系统相比在数值孔径上具有非常明显的优势，从而使光刻分辨率摆脱物理极限得到进一步的提高。

根据浸液与光刻机本身装置如硅片或硅片台发关系，目前有三种浸没方式：局部浸没、硅片浸没和硅片台浸没。当前应用的最多的是局部浸没方式。根据浸没方式从而可以确定与光刻机接口匹配的浸液供给装置。

浸液供给装置中浸液单元至关重要，其中液体注入和回收会导致对周围系统的应力影响。在硅片扫描过程中，这些法向力和剪应力共同耦合作用通过液体，再传递到投影物镜最后一片镜片上，这样会给投影物镜系统造成不必要的振动。一般，投影系统是和参考框架连接在一起，参考框架上放置灵敏度仪器，这些仪器是在成像过程中用于精密对准的。任何投影系统的振动都会对设备的准确度造成不良影响。除此之外，浸液供给装置的固定方式也容易将浸液单元的振动和液体输送过程中的脉动传递给物镜系统，严重影响光刻分辨率和套刻精度，因此需要研究恰当的连接结构来抑制和消除振动传递。

浸液供给装置是浸没光刻机区别于干法光刻机的重要的部分，加入这个部分带来振动问题待于解决。在美国专利US20040114117A1(公开日2004年6月17日)中，描述了在硅片浸没式浸液供给装置中采用在物镜系统和工件台之间加入与浸液同折射率的平板隔振装置的方法来减振。在美国专利US20050030498A1(公开日2005年2月10日)中，阐述了在局部浸没式浸液供给装置中将镜头物理划分为两个部分以减少浸液波动对参考框架上灵敏度传感器的影响。

以上的专利用到的减振方法都是从浸液供给装置外围出发，隔断振源或降低振源的作用，在物镜系统和工件台间加与浸液同折射率的平板隔振装置在用于局部浸没式光刻机时实施难度大，将投影物镜物理分割成两部分需要很大程度的改进原有光刻机的结构，并没有从深入切断或减小造成这种振动的源头来解决。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种浸没光刻机的浸液供给装置，从浸液供给装置的内部来控制振动源头，通过在负压回收管路设置缓冲泄压结构的方式来从源头阻隔振动源，进而抑制和消除振动传递，以达到减振的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种浸没光刻机的浸液供给装置，包括浸液单元和浸液废弃单元，所述浸液废弃单元通过负压回收管路与所述浸液单元连接，所述负压回收管路设有缓冲泄压结构。

所述缓冲泄压结构为填充在负压回收管路中的多孔介质。

所述多孔介质采用聚乙烯板切割工艺、石英砂聚合工艺或陶瓷烧结工艺制造。

所述缓冲泄压结构为设置在负压回收管路管壁的泄压凹腔。

所述泄压凹腔内填充有弹性小球。

所述泄压凹腔的凹口表面覆盖有弹性薄膜。

所述缓冲泄压结构包括填充在负压回收管路中的多孔介质，还包括设置在负压回收管路管壁的泄压凹腔。

所述泄压凹腔内填充有弹性小球。

所述泄压凹腔的凹口表面覆盖有弹性薄膜。

本发明还包括浸液储存单元和液体控制单元，所述浸液储存单元在液体控制单元控制下与所述浸液单元连接；所述浸液储存单元主要用于储存符合要求的浸液，并对浸液的各项指标进行初步控制；所述液体控制单元用于控制进入流场的浸液的流速、温度和质量；所述浸液单元用于建立均一、稳定、动态符合系统要求的流场，具有注入、密封、净化、吸出功能。

所述浸液单元通过低压浸没液体注入管路与浸液储存单元连接。

所述浸液单元还设置有用于提供并维持气密封所需流量和出口压力的气幕的高压密封气体注入管路。

本发明的有益效果是：

本发明从浸液供给装置的内部结构改进出发，通过在负压回收管路填充多孔介质材料或在负压回收管路管壁设置具有缓冲泄压作用的泄压凹腔的方式或两者同时采用的方式来从源头阻隔振动源，进而抑制和消除振动传递，以达到减振的目的，确保浸液单元流场的稳定和均一性，以减少浸液波动对投影物镜及其上参考框架上灵敏度传感器的影响。另外，由于浸液供给装置与光刻机本身解耦减振，有利于干法光刻机到浸没光刻机的系统改造、集成和技术继承。

附图说明

图1为本发明浸液供给装置功能模块图；

图2为负压回收管路采用多孔介质来减振的浸液单元及管路结构示意图；

图3为本发明实施例1的负压回收管路局部结构示意图；

图4为本发明实施例2的负压回收管路局部结构示意图。

图中：1-投影物镜，2-浸液单元，3-浸液控制单元，4-浸液储存单元，5-废液储存单元，6-硅片，7-硅片台，8-浸液，20-多孔介质，21-低压浸没液体注入管路，22-负压回收管路，23-负压回收管路，24-高压密封气体注入管路，31-泄压凹腔，32-中空弹性小球，41-凹腔，42-弹性薄膜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作清楚、完整地说明：

针对背景技术提及的问题，本发明提出通过对浸没光刻机的浸液供给装置的内部结构进行改进来控制振动源头，即通过在负压回收管路增设缓冲泄压结构的方式来从源头阻隔振动源，进而抑制和消除振动传递，以达到减振的目的。

基于上述想法，本发明提供了如下具体实施例以解决现有浸没光刻机的浸液供给装置中存在的问题。下面结合附图对该具体实施例作清楚、完整地说明：

实施例1

如图1所示，为用于浸没光刻机的浸液供给装置的功能模块图。所述浸液供给装置安装在光刻机上，配合实现曝光过程中浸液的供给和回收，以维持投影物镜1最后一片镜片与硅片6之间流场的稳定性。

所述浸没光刻机的浸液供给装置包括：浸液单元2、液体控制单元3、浸液储存单元4和浸液废弃单元5。所述浸液单元2用于建立均一、稳定、动态符合系统要求的流场，具有注入、密封、净化、吸出功能；所述液体控制单元3用于控制进入流场的浸液的流速、温度和质量等；所述浸液储存单元4主要用于储存符合要求的浸液，并对浸液的各项指标进行初步控制；所述浸液废弃单元5主要用于储存浸液供给装置产生的废弃物。

如图2所示，所述浸液单元2的管路支持系统主要有四路：一路为低压浸没液体注入管路21，两路为负压回收管路22、23，还有一路为高压密封气体注入管路24。

所述低压浸没液体注入管路21，作为浸液单元2和浸液储存单元4的连接通道，在浸液控制单元3的控制下将一定流量的浸没液体连续低脉动地注入投影物镜1最后一片镜片与硅片6之间的缝隙流场的曝光区域。

所述负压回收管路22、23，作为浸液单元2和浸液废弃单元5的连接通道，负责将工作后的浸没液体与密封气体的混合物及时且稳定地回收。

所述浸液单元还设置有用于提供并维持气密封所需流量和出口压力的气幕的高压密封气体注入管路24。

其中，回收浸没液体和密封气体的负压回收管路22、23在液体回收过程中对液膜维持起着相当关键的作用。本实施例中，如图2所示，所述负压回收管路22、23中填充多孔介质20，其对于液膜稳定的维护、浸液流场振动的衰减都具有非常明显的效果。

在选择多孔介质材料时，需要同时考虑多孔介质对于液体输送过程中引起的系统压力降低问题。不同孔隙率的多孔介质的作用和系统影响因素需要在系统压降、液膜稳定效果、液体回收流速和流量中寻找平衡点。多孔介质主要通过聚乙烯板切割、石英砂聚合或陶瓷烧结三种工艺制得。其中，聚乙烯板切割加工方便，容易适应复杂的浸液装置结构，但孔隙大小不均匀，孔径差在20μm-40μm范围变化。而石英砂聚合和陶瓷烧结工艺制得的多孔介质对于模具精度要求高，高温烧结后的形变量大于20％，不适应复杂的结构。因此，目前可广泛采用聚乙烯板切割工艺制得的多孔介质材料。

为了使浸液单元2的负压回收管路22、23具有更好缓冲泄压效果，还可以在浸液单元2的负压回收管路22、23的管壁设置具缓冲泄压作用的泄压凹腔31，所述泄压凹腔31可以吸收在工件台扫描过程中产生的流场脉动，同时保证缓冲结构不会在系统中引入气体，也能起到减振的效果。

如图3所示，为了使浸液单元2的负压回收管路22、23具有更好缓冲泄压效果，本实施例中在用于气液混合回收的负压回收管路22、23的管壁设置的泄压凹腔31内部填充适量的中空弹性小球32，形成缓冲泄压结构。当硅片6运动，给水流较大剪切力后，当力传递到泄压凹腔31时，弹性小球32可以增加阻尼，使剪切力降低。故而，大大降低了水流传递给投影物镜1最后一片镜片的振动，使流场传递给投影物镜1的振动始终保持在可接受范围内，以避免影响对连接在投影物镜1的参考框架上的灵敏器件的准确性。以上采用的增加阻尼减振结构是一种典型的被动减振方式，减振效果良好。

另外，所述泄压凹腔31和中空弹性小球32设置在浸没光刻机的浸液供给装置的内部结构里即负压回收管路22、23里，它的制造和设计是与光刻机主体解耦的，所以有利于干法光刻机到浸没光刻机的系统改造、集成和技术继承。

实施例2

如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于：填充有多孔介质20的负压回收管路22、23的管壁的泄压凹腔41内没有设置中空弹性小球32，而是在该泄压凹腔41的凹口表面覆盖弹性薄膜42，以形成缓冲泄压结构。当硅片6运动时，带动投影物镜1最后一片镜片与硅片6之间的流场以剪切力，当力传递到负压回收管路22、23的泄压凹腔41处，其凹口表面覆盖的弹性薄膜42类似于弹簧，可以过滤掉高频成分，能大大降低水流传递给投影物镜1最后一片镜片的振动，使流场传递给投影物镜1的振动在始终可接受范围内，以能避免影响连接在投影物镜1的参考框架上的灵敏器件的准确性。

以上采用的过滤高频成分的减振结构是一种典型的被动减振方法，减振效果良好。另外，所述泄压凹腔41和弹性薄膜42设置在浸液供给装置的内部结构里即负压回收管路22、23里，它的制造和设计是与光刻机主体解耦的，所以有利于干法光刻机到浸没光刻机的系统改造、集成和技术继承。

当然，本发明的负压回收管路可以仅在其管壁内设置具缓冲泄压作用的泄压凹腔，而无需填充多孔介质。所述泄压凹腔可以吸收在工件台扫描过程中产生的流场脉动，同时保证缓冲结构不会在系统中引入气体，同样能起到减振的效果。只是效果没有同时在负压回收管路填充多孔介质那么好。当然，在泄压凹腔内设置中空弹性小球，或者在该泄压凹腔的凹口表面覆盖弹性薄膜，可以进一步提高其缓冲泄压效果。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (12)

1.一种浸没光刻机的浸液供给装置，包括浸液单元和浸液废弃单元，所述浸液废弃单元通过负压回收管路与所述浸液单元连接，其特征在于：所述负压回收管路设有缓冲泄压结构。

2.如权利要求1所述的浸没光刻机的浸液供给装置，其特征在于：所述缓冲泄压结构为填充在负压回收管路中的多孔介质。

3.如权利要求2所述的浸没光刻机的浸液供给装置，其特征在于：所述多孔介质采用聚乙烯板切割工艺、石英砂聚合工艺或陶瓷烧结工艺制造。

4.如权利要求1所述的浸没光刻机的浸液供给装置，其特征在于：所述缓冲泄压结构为设置在负压回收管路管壁的泄压凹腔。

5.如权利要求4所述的浸没光刻机的浸液供给装置，其特征在于：所述泄压凹腔内填充有弹性小球。

6.如权利要求4所述的浸没光刻机的浸液供给装置，其特征在于：所述泄压凹腔的凹口表面覆盖有弹性薄膜。

7.如权利要求1所述的浸没光刻机的浸液供给装置，其特征在于：所述缓冲泄压结构包括填充在负压回收管路中的多孔介质，还包括设置在负压回收管路管壁的泄压凹腔。

8.如权利要求7所述的浸没光刻机的浸液供给装置，其特征在于：所述泄压凹腔内填充有弹性小球。

9.如权利要求7所述的浸没光刻机的浸液供给装置，其特征在于：所述泄压凹腔的凹口表面覆盖有弹性薄膜。

10.如权利要求1所述的浸没光刻机的浸液供给装置，其特征在于：还包括浸液储存单元和液体控制单元，所述浸液储存单元在液体控制单元控制下与所述浸液单元连接；所述浸液储存单元主要用于储存符合要求的浸液，并对浸液的各项指标进行初步控制；所述液体控制单元用于控制进入流场的浸液的流速、温度和质量；所述浸液单元用于建立均一、稳定、动态符合系统要求的流场，具有注入、密封、净化、吸出功能。

11.如权利要求10所述的浸没光刻机的浸液供给装置，其特征在于：所述浸液单元通过低压浸没液体注入管路与浸液储存单元连接。

12.如权利要求1所述的浸没光刻机的浸液供给装置，其特征在于：所述浸液单元还设置有用于提供并维持气密封所需流量和出口压力的气幕的高压密封气体注入管路。

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