CN104597720B - 一种用于浸没式光刻机的气液隔离装置 - Google Patents
一种用于浸没式光刻机的气液隔离装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种在浸没式光刻机中的投影物镜组和硅片，投影物镜组和硅片之间安装有气液隔离装置。气液隔离装置从下至上依次包括浸没单元表面块、浸没单元下端盖、浸没单元主体和浸没单元上端盖，用螺钉连成一体。本发明第一层为水平回收，通过水平回收结构回收大量液体，实现流场的快速更新，同时保证镜头区液面维持一定高度，液面不至于超过浸没单元，发生溢流，气体也不会因此随水平注液带入浸没流场，形成不完整填充。第二层为垂直回收，通过沿圆周均匀分布的垂直小孔群结构，对缝隙流场的气液边界进行了初步束缚；采用亲水、疏水结构相配合的工作的方式，利用液体在亲、疏水交界处的张力特性加强对气液边界的束缚，达到理想密封的效果。
Description
技术领域
本发明涉及流场密封与注液回收装置，特别是涉及一种用于浸没式光刻机的气液隔离装置。
背景技术
光刻机是制造超大规模集成电路的核心装备之一，现代光刻机以光学光刻为主，它利用光学系统把掩膜版上的图形精确地投影并曝光在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涂有光敏光刻胶的硅片。
浸没式光刻（Immersion Lithography）设备通过在最后一片投影物镜与硅片之间填充某种高折射率的液体，相对于中间介质为气体的干式光刻机，提高了投影物镜的数值孔径（NA），从而提高了光刻设备的分辨率和焦深。在已提出的下一代光刻机中，浸没式光刻对现有设备改动最小，对现在的干式光刻机具有良好的继承性。目前常采用的方案是局部浸没法，即将液体限制在硅片上方和最后一片投影物镜的下表面之间的局部区域内，并保持稳定连续的液体流动。在步进-扫描式光刻设备中，硅片在曝光过程中进行高速的扫描运动，这种运动会将曝光区域内的液体带离流场，从而引起泄漏。泄漏的液体会在光刻胶上形成水迹，影响曝光质量。已有的气密封装置在回收过程中会加剧气液两相流的问题，将两者放在一起回收将会引起管路的振动，从而严重影响曝光质量。
目前已有的解决方案中，重点解决的问题是缝隙流场气液边界的密封问题，采用气密封或液密封构件环绕投影物镜组末端元件和硅片之间的缝隙流场。气密封技术是在环绕填充流场的圆周周边上，通过施加高压气体形成环形气幕，将填充液体限定在一定的圆形区域内。液密封技术则是利用与填充液体不相容的第三方液体（通常是磁流体或水银等），环绕填充流场进行密封。但是存在以下不足：
（1）液密封方式对密封液体有十分苛刻的要求，在确保密封性能要求的同时，还必须保证密封液体与填充液体不相互溶解、与光刻胶（或Topcoat）及填充液体不相互扩散。在衬底高速运动过程中，外界空气或密封液体一旦被卷入或溶解或扩散到填充液体中，都会对曝光质量产生负面的影响。
（2）现有的气密封方式采用气幕施加在填充流体周围，造成流场边缘的不稳定，在硅片高速步进和扫描过程中，可能导致液体泄漏及密封气体卷吸到流场中；同时，填充液体及密封气体一起回收时将加剧气液两相流，由此引发振动，影响曝光系统的稳定工作。
发明内容
为了解决局部浸没式光刻技术中的缝隙流场密封问题，本发明的目的在于提供一种用于浸没式光刻机的气液隔离装置，在流场边缘使用亲水结构和疏水结构相结合的方式防止液体泄漏，同时摒弃了传统的气密封结构，减小了由气液两相流带来的振动。
本发明采用的技术方案如下：
本发明包括在浸没式光刻机中的投影物镜组和硅片，投影物镜组和硅片之间安装有隔离装置。所述隔离装置为气液隔离装置，从下至上依次包括浸没单元表面块、浸没单元下端盖、浸没单元主体和浸没单元上端盖；其中：
1）浸没单元表面块：
浸没单元表面块与浸没单元下端盖外台阶配合，浸没单元表面块下表面，即与硅片相对的面有疏水结构或疏水涂层，与浸没单元下端盖下表面的亲水结构或亲水涂层形成密封面；
2）浸没单元下端盖：
浸没单元下端盖开有中心通孔，中心通孔向外开有回收腔，回收腔内有沿圆周均匀分布回收小孔，回收小孔末端往浸没单元下端盖中心处向内，开有内台阶；回收小孔往外有外台阶，内台阶有利于浸没液体的填充，外台阶用于与浸没单元表面块的上表面配合；
3） 浸没单元主体：
浸没单元主体上端面开有下沉的圆形槽，圆形槽正中开有锥角为45°的通孔，锥形通孔径向两侧分别开有水平注液流道和水平回收流道，水平注液流道和水平回收流道外围两边分别包裹着一条气液回收槽；两条气液回收槽中分别布有两个相同大小的腰型槽；四条腰型槽直接与浸没单元主体下端面上的气液回收槽相通，气液回收槽开在浸没单元主体下端面上；两条气液回收槽、四条腰型槽、下端面上的气液回收槽、浸没单元下端盖上的回收腔以及浸没单元上端盖构成一个完整的气液回收腔体，两条气液回收槽两侧又分别被两条密封槽包围，四条密封槽内会填充密封材料；
4） 浸没单元上端盖：
浸没单元上端盖是一块圆环形的板材，中心开有圆形通孔；浸没单元上端盖与浸没单元主体配合，形成完整的水平注液流道、水平回收流道和气液回收腔体。
所述水平注液流道完成液体的注入；所述水平回收流道完成绝大部分浸没液体的回收；利用两条气液回收槽、四条腰型槽、下端面上的气液回收槽、浸没单元下端盖上的回收腔以及浸没单元上端盖构成的完整的气液回收腔体以及沿圆周均匀分布回收小孔实现对缝隙流场气液边界的回收和初步束缚；利用了浸没单元表面块下表面有疏水结构或疏水涂层与浸没单元下端盖下表面的亲水结构或亲水涂层形成的表面特性变化对气液边界进一步约束，进而提高密封效果。
本发明具有的有益效果是：
1.本发明具有两层回收结构，第一层为水平回收，通过水平回收结构回收大量液体，实现流场的快速更新，同时保证镜头区液面维持一定高度，液面不至于超过浸没单元，发生溢流，气体也不会因此随水平注液带入浸没流场，形成不完整填充。第二层回收为垂直回收，通过沿圆周均匀分布的垂直小孔群结构，对缝隙流场的气液边界进行了初步束缚。
2.本发明采用了亲水结构和疏水结构相配合的工作的方式，利用液体在亲、疏水交界处的张力特性加强对气液边界的束缚，从而达到理想密封的效果，并减小了由气密封带来的冲击。
附图说明
图1是本发明与投影透镜组相装配的示意图。
图2是本发明的爆炸剖面图。
图3是浸没单元下端盖的一侧立体视图。
图4是浸没单元下端盖的另一侧立体视图。
图5是浸没单元主体的一侧立体视图。
图6是浸没单元主体的另一侧立体视图。
图7是浸没单元表面块的立体视图。
图8是浸没单元上端盖的立体视图。
图9是本发明的剖面示意图。
图中：1、投影透镜组；2、气液隔离装置；2.1、浸没单元表面块；2.2、浸没单元下端盖；2.3、浸没单元主体；2.4、浸没单元上端盖；2.2A、回收小孔；2.2B、回收腔；2.2C、台阶；2.2D、台阶；2.3A、水平注液流道；2.3B、水平回收流道；2.3C、密封槽；2.3D、气液回收槽；2.3E、腰型槽；2.3F、气液回收槽；2.3G、圆形槽；3、硅片； 4、浸没液体。
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过程。
如图1所示，本发明包括在包括在浸没式光刻机中的投影物镜组1和硅片3，投影物镜组1和硅片3之间安装有隔离装置。所述隔离装置为气液隔离装置2，从下至上依次包括浸没单元表面块2.1、浸没单元下端盖2.2、浸没单元主体2.3和浸没单元上端盖2.4，用螺钉连成一体；气液隔离装置2的主要功能是将填充和回收浸没液体4，并将其限制在投影物镜组1的正下方，从投影物镜组1发出的光线穿过气液隔离装置2的中心通孔后进入缝隙流场，即要经过浸没液体4照射在硅片3上，完成曝光过程，浸没液体的折射率要比空气高，从而能够提高光刻系统的数值孔径和分辨率。
1）浸没单元表面块2.1：
如图2、图7、图9所示，浸没单元表面块2.1与浸没单元下端盖外台阶2.2D配合，通过螺纹联接，浸没单元表面块2.1下表面，即与硅片3相对的面有疏水结构或疏水涂层，与浸没单元下端盖2.2下表面的亲水结构或亲水涂层形成密封面；用于增强对缝隙流场气液边界的束缚，提高密封效果。
所述的疏水涂层采用汽车镀膜蜡，亲水涂层采用子西莱纳米亲水涂层。
2）浸没单元下端盖2.2：
如图2、图3、图4、图9所示，浸没单元下端盖2.2开有中心通孔，中心通孔向外开有回收腔2.2B，回收腔内有沿圆周均匀分布回收小孔2.2A，回收小孔2.2A末端往浸没单元下端盖2.2中心处向内，开有内台阶2.2C；回收小孔2.2A往外有外台阶2.2D，内台阶2.2C有利于浸没液体的填充，外台阶2.2D用于与浸没单元表面块2.1的上表面配合。
3） 浸没单元主体2.3：
如图2、图5、图6、图9所示，浸没单元主体2.3上端面往下开有下沉的圆形槽2.3G，圆形槽2.3G正中开有锥角为45°的上大下小的通孔，锥形通孔径向两侧分别开有水平注液流道2.3A和水平回收流道2.3B，水平注液流道2.3A和水平回收流道2.3B外围两边分别包裹着一条气液回收槽2.3D；两条气液回收槽2.3D中分别布有两个相同大小的腰型槽2.3E；四条腰型槽2.3E直接与浸没单元主体2.3下端面上的气液回收槽2.3F相通，气液回收槽2.3F开在浸没单元主体2.3下端面上；两条气液回收槽2.3D、四条腰型槽2.3E、下端面上的气液回收槽2.3F、浸没单元下端盖2.2上的回收腔2.2B以及浸没单元上端盖2.4构成一个完整的气液回收腔体，用于对浸没流场气液两相流的回收，两条气液回收槽2.3D两侧又分别被两条密封槽2.3C包围，四条密封槽2.3C内会填充密封材料，保证了气液回收腔体的完整性。
水平注液流道2.3A通过外接的管道与注液系统相连，水平回收流道2.3B通过外接管道与回收系统相连。
4） 浸没单元上端盖2.4：
如图2、图8、图9所示，浸没单元上端盖2.4是一块圆环形的板材，中心开有圆形通孔；浸没单元上端盖2.4与浸没单元主体2.3配合，通过螺钉联接，形成完整的水平注液流道、水平回收流道和气液回收腔体。
所述水平注液流道2.3A完成液体的注入；所述水平回收流道2.3B完成绝大部分浸没液体的回收；利用两条气液回收槽2.3D、四条腰型槽2.3E、下端面上的气液回收槽2.3F、浸没单元下端盖2.2上的回收腔2.2B以及浸没单元上端盖2.4构成的完整的气液回收腔体以及沿圆周均匀分布回收小孔2.2A实现对缝隙流场气液边界的回收和初步束缚；利用了浸没单元表面块2.1下表面有疏水结构或疏水涂层与浸没单元下端盖2.2下表面的亲水结构或亲水涂层形成的表面特性变化对气液边界进一步约束，进而提高密封效果。
本发明的实施工作过程如下：
如图1所示，给出了气液隔离装置2在光刻系统中的位置。曝光过程中，光线通过掩模板、投影物镜组1和由浸没液体填充形成的浸没液体4，照射在硅片3的光刻胶上，对硅片3进行曝光，将掩模版上的图形准确的转移到硅片的光刻胶上。浸没单元主体2.3连接在位姿调整机构上，用于调整气液隔离装置2的空间位置和姿态。
如图9所示，硅片3静止时，管路中的液体通过浸没单元主体2.3内部的水平注液流道2.3A流入镜头区域，形成浸没流场。在填充完整后，大部分的液体随着水平回收流道2.3B被回收出去，而有小部分流体通过由浸没单元下端盖2.2上的回收小孔2.2A、回收腔2.2B，浸没单元主体2.3上的气液回收槽2.3F以及浸没单元上端盖2.4所组成的完整的气液回收腔体所回收。此时，缝隙流场的气液边界被很好的束缚在回收小孔2.2A以里的范围内。
如图9所示，当硅片3运动时，由于硅片3的牵拉，使得缝隙流场气液边界发生移动，气液边界将要脱离回收小孔2.2A的束缚，跑到回收小孔2.2A以外，此时，浸没单元表面块2.1下表面的疏水结构（疏水涂层等能增加表面疏水特性的处理）和浸没单元下端盖2.2下表面的亲水结构（亲水涂层等能增加表面亲水特性的处理）会发生作用，疏水结构有向里（向轴心）推气液边界的作用，亲水结构有向里拉气液边界的作用，二者共同限制气液边界外扩，起到密封效果。
综合来说，本发明采用两层液体回收结构：第一层为水平回收，回收光刻过程中产生的大量废液，实现流场的快速更新。第二层采用沿圆周均匀分布的小孔群结构回收液体。此外，本发明的亮点是摒弃了气密封结构，转而采用亲、疏水结构，加强对缝隙流场的气液边界束缚，提高了密封效果，并减小了由气密封带来的冲击。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种用于浸没式光刻机的气液隔离装置，包括在浸没式光刻机中的投影物镜组（1）和硅片（3），投影物镜组（1）和硅片（3）之间安装有隔离装置；所述隔离装置为气液隔离装置（2），从下至上依次包括浸没单元下端盖（2.2）、浸没单元主体（2.3）和浸没单元上端盖（2.4）；其中：
浸没单元下端盖（2.2）：浸没单元下端盖（2.2）开有中心通孔，中心通孔向外开有回收腔（2.2B），回收腔内有沿圆周均匀分布回收小孔（2.2A），回收小孔（2.2A）末端往浸没单元下端盖（2.2）中心处向内，开有内台阶（2.2C）；
浸没单元上端盖（2.4）：浸没单元上端盖（2.4）是一块圆环形的板材，中心开有圆形通孔；浸没单元上端盖（2.4）与浸没单元主体（2.3）配合，形成完整的水平注液流道、水平回收流道和气液回收腔体；
其特征在于：
还包括：浸没单元表面块（2.1），浸没单元表面块（2.1）与浸没单元下端盖外台阶（2.2D）配合，浸没单元表面块（2.1）下表面，即与硅片（3）相对的面有疏水结构或疏水涂层，与浸没单元下端盖（2.2）下表面的亲水结构或亲水涂层形成密封面；
所述浸没单元下端盖（2.2）中的回收小孔（2.2A）往外有外台阶（2.2D），内台阶（2.2C）有利于浸没液体的填充，外台阶（2.2D）用于与浸没单元表面块（2.1）的上表面配合；
所述浸没单元主体（2.3）：浸没单元主体（2.3）上端面开有下沉的圆形槽（2.3G），圆形槽正中开有锥角为45°的通孔，锥形通孔径向两侧分别开有水平注液流道（2.3A）和水平回收流道（2.3B），水平注液流道（2.3A）和水平回收流道（2.3B）外围两边分别包裹着一条气液回收槽（2.3D）；两条气液回收槽（2.3D）中分别布有两个相同大小的腰型槽（2.3E）；四条腰型槽（2.3E）直接与浸没单元主体（2.3）下端面上的气液回收槽（2.3F）相通，气液回收槽（2.3F）开在浸没单元主体（2.3）下端面上；两条气液回收槽（2.3D）、四条腰型槽（2.3E）、下端面上的气液回收槽（2.3F）、浸没单元下端盖（2.2）上的回收腔（2.2B）以及浸没单元上端盖（2.4）构成一个完整的气液回收腔体，两条气液回收槽（2.3D）两侧又分别被两条密封槽（2.3C）包围，四条密封槽（2.3C）内会填充密封材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于浸没式光刻机的气液隔离装置，其特征在于：所述水平注液流道（2.3A）完成液体的注入；所述水平回收流道（2.3B）完成绝大部分浸没液体的回收；利用两条气液回收槽（2.3D）、四条腰型槽（2.3E）、下端面上的气液回收槽（2.3F）、浸没单元下端盖（2.2）上的回收腔（2.2B）以及浸没单元上端盖（2.4）构成的完整的气液回收腔体以及沿圆周均匀分布回收小孔（2.2A）实现对缝隙流场气液边界的回收和初步束缚；利用了浸没单元表面块（2.1）下表面有疏水结构或疏水涂层与浸没单元下端盖（2.2）下表面的亲水结构或亲水涂层形成的表面特性变化对气液边界进一步约束，进而提高密封效果。
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