CN104698767A - 一种浸没式光刻机的液体控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浸没式光刻机的液体控制装置，应用于浸没式光刻机中，包括液体维持装置和辅助液体维持装置，液体维持装置设于最后一片物镜的下方，其包括挡块，所述挡块围成与最后一片物镜的形状相匹配的腔体，挡块上设有：水平进液口，与最后一片物镜的侧边的位置相对应；水平出液口，与水平进液口对称设置；垂直进液口，通至挡块的底部；垂直抽取口，通至挡块的底部，且垂直抽取口与腔体的中心的距离大于垂直进液口与腔体的中心的距离；辅助液体维持装置设于衬底与承载衬底的衬底台之间，且覆盖衬底台，包括：气体供给通道，与第一气腔连通；真空供给通道，与第二气腔连通；第一气腔与第二气腔间通过第一间隙导通。本发明能够有效防止浸液泄漏。

Description

一种浸没式光刻机的液体控制装置

技术领域

本发明涉及光刻设备领域，尤其涉及一种浸没式光刻机的液体控制装置。

背景技术

现代半导体集成电路制造以光学光刻设备为基础，它利用光学系统把掩模版上的集成电路图形精确地投影到硅片的目标区域上。光刻设备一般包括光源系统、物镜系统、掩模台系统、对准系统、工件台系统等，例如，光刻设备可以用于集成电路的制造中。在这种情况下，可称为掩模、标线的构图装置可以用于产生将形成在集成电路单层上的电路图形，该图形可以转移到衬底（例如，硅晶片）上的目标部分（例如，包括部分、一个或多个管芯的部分）上，通常通过在提供于衬底上的辐射敏感材料（抗蚀剂）层上成像来转移图形。通常，单个衬底包括依次构图的相邻目标部分的网络，已知的光刻设备包括通过将整个图形一次曝光在目标部分上来辐射每个目标部分的所谓的步进机和通过在给定方向（“扫描”方向）上通过辐射束扫描图形来辐射每个目标部分同时同步地平行或反平行于该方向扫描衬底的所谓的扫描器，还可以通过将图形刻印在衬底上把图形从构图装置转移到衬底。

对于浸没式光刻设备需要浸没式光刻系统，现在浸没式光刻设备一般使用193nm光源，能够实现45nm节点及以下的集成电路的制造。浸没式光刻系统是在镜头最后一片物镜与衬底之间的缝隙中填充浸液（通常采用特殊处理的超纯水），以此来增大透镜的数值孔径，提高分辨率和焦深，以便获得更小的特征尺寸。浸没式光刻系统在实现镜头最后一片物镜与衬底之间的缝隙中填充浸液时可采用两种方式：一种是全浸没式，即将整个衬底或者衬底台及最后一片物镜浸没于浸液中；另一种是局部浸没，仅仅在最后一片物镜与衬底之间的缝隙中填充浸液。对于全浸没式方式，在扫面曝光过程中将会有大量的浸液必须被加速，这样对运动台电机的要求很高，且运动台运动时将会在浸液中产生不可预测的涡流等，因此浸没式光刻设备多采用局部浸没方式。而局部浸没方式中需要对缝隙内的浸液进行维持，防止浸没浸液泄漏。

对局部浸没式光刻，在进行衬底边缘曝光时，会导致浸液的泄漏，泄漏浸液可能对衬底台和衬底下表面产生以下影响：

1、浸液如果粘附在衬底下表面，浸液的蒸发将导致衬底边缘的热形变，从而产生套刻误差；

2、在衬底下表面的浸液将产生粘附效应，使衬底粘附在衬底台上，不利于衬底交换；

3、残留在衬底表面的液滴可能影响后续工序的正常进行；

4、衬底表面的浸液蒸发产生的水印等含有污染粒子，这将会对衬底台带来污染。

发明内容

本发明提供一种浸没式光刻机的液体控制装置，以解决浸没式光刻机进行衬底边缘曝光时浸液泄漏的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种浸没式光刻机的液体控制装置，应用于浸没式光刻机中，包括液体维持装置和辅助液体维持装置，其中，

所述液体维持装置设于最后一片物镜的下方，其包括挡块，所述挡块围成一个腔体，所述挡块上设有：

水平进液口，与所述最后一片物镜的侧边的位置相对应，向所述腔体内填充浸液；

水平出液口，与所述水平进液口对称设置；

垂直抽取口，通至所述挡块的底部；

所述辅助液体维持装置设于衬底与承载衬底的衬底台之间，且覆盖所述衬底台，包括：

气体供给通道，与第一气腔连通；

真空供给通道，与第二气腔连通；

所述第一气腔与所述第二气腔之间通过第一间隙导通。

较佳地，还包括气体供给装置和真空供给装置，所述气体供给通道的一端与所述第一气腔连通，另一端与所述气体供给装置相连；所述真空供给通道的一端与所述第二气腔连通，另一端与所述真空供给装置相连。

较佳地，所述挡块上还包括通至所述挡块的底部的垂直进液口，所述垂直抽取口与所述腔体的中心的距离大于所述垂直进液口与所述腔体的中心的距离。

较佳地，所述水平出液口和垂直抽取口均为气液两相回收口。

较佳地，所述辅助液体维持装置的边缘设有一凸台，所述第二气腔经过第二间隙与所述凸台相连。

较佳地，所述凸台的内侧壁与所述衬底的边缘之间的距离为200μm～300μm。

较佳地，所述衬底的上表面与所述凸台的上表面之间的高度差小于10μm。

较佳地，所述凸台的内侧壁与吸附装置中心的距离为150.2mm～150.3mm。

较佳地，所述第二间隙的高度为20μm～30μm，所述第二间隙的长度为2mm～3mm。

较佳地，所述气体供给通道和真空供给通道设有多个分段结构。

较佳地，所述多个分段结构将所述气体供给通道和真空供给通道的长度均分为12～15段。

较佳地，所述辅助液体维持装置上设有高度调节机构。

较佳地，所述高度调节机构采用气浮电机或磁浮电机驱动。

较佳地，所述第一气腔中设有气体导流叶片。

较佳地，所述气体供给通道与垂直方向的夹角为30°～60°。

较佳地，所述第一间隙的高度为50μm～100μm，所述第一间隙的长度为3mm～5mm。

较佳地，所述第一气腔内的压力在4000Pa以上，所述第二气腔内的压力在-1000Pa以下。

本发明提供的浸没式光刻机的液体控制装置，相较于现有技术具有如下优点:

1、液体维持装置与辅助液体维持装置相结合，避免衬底边缘的浸液泄漏带来的不利影响；

2、利用辅助液体维持装置在衬底边缘下表面形成气流，阻止浸液粘附在衬底下表面；

3、利用分段结构将衬底边缘处分成若干区域，从而提高气体对粘附液滴的去除能力。

附图说明

图1为浸没式光刻机的原理图；

图2为本发明一具体实施方式的浸没式光刻机的液体控制装置的结构示意图；

图3为本发明一具体实施方式的浸没式光刻机的液体控制装置中液体维持装置的结构示意图；

图4为本发明一具体实施方式的浸没式光刻机的液体控制装置中辅助液体维持装置的俯视图；

图5为本发明实施例1的浸没式光刻机的液体控制装置中辅助液体维持装置的结构示意图；

图6为本发明实施例1的浸没式光刻机的液体控制装置中分段结构的示意图；

图7为本发明实施例2的浸没式光刻机的液体控制装置中辅助液体维持装置的结构示意图；

图8为本发明实施例3的浸没式光刻机的液体控制装置中辅助液体维持装置的结构示意图。

图中：110-光源、120-掩模台、130-物镜、131-最后一片物镜、140-对准系统、150-液体控制装置、160-衬底台、161-衬底、162-吸附装置；

200-液体维持装置、210-挡块、211-水平进液口、212-水平出液口、213-垂直进液口、214-垂直抽取口、220-腔体；

300-辅助液体维持装置、310-气体供给通道、311-第一气腔、320-真空供给通道、321-第二气腔、330-第一间隙、340-第二间隙、350-凸台、360-分段结构、370-气体导流叶片。

具体实施方式

为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下列举出具体的实施例来证明技术效果；需要强调的是，这些实施例用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。

请参考图1和图2，本发明提供的浸没式光刻机的液体控制装置150，应用于浸没式光刻机中，所述光刻机包括：光源110，为光刻机提供曝光光源，具体的，所述光源110为激光器，所述光源110所发出的光的波长为365nm、248nm、193nm、157nm或128nm等；掩模台120，提供光刻所需的掩模图形；衬底161，放置于衬底台160上，由吸附装置162吸附，掩模台120上的掩模图形经物镜130转移到所述衬底161上，对准系统140调整掩模与衬底161的位置关系，衬底台160带动衬底161做扫描或步进运动，最终完成光刻曝光过程，液体控制装置150将衬底161上的曝光区域部分浸没在液体中，避免衬底161边缘的浸液泄漏，同时避免衬底161粘附于衬底台160的表面，从而消除衬底边缘的浸液带来的不利影响。

实施例1

本发明的浸没式光刻机的液体控制装置150，请参考图2，包括液体维持装置200和辅助液体维持装置300，具体地，所述液体维持装置200设于最后一片物镜131与衬底161之间，所述辅助液体维持装置300设于所述衬底161和衬底台160之间，其中，

请重点参考图3，所述液体维持装置200设于最后一片物镜131的下方，较佳地，所述液体维持装置200与所述衬底161之间的距离为50μm～200μm，也就是说，所述衬底161的上表面与所述液体维持装置200的下表面之间的距离为50μm～200μm。具体地，所述液体维持装置200包括挡块210，所述挡块210围成腔体220，较佳地，所述腔体220与最后一片物镜131的形状相匹配，较佳地，所述液体维持装置200与所述最后一片物镜131的之间的距离为1mm～4mm，也就是说，所述液体维持装置200与所述最后一片物镜131之间留有1mm～4mm的缝隙。具体地，所述挡块210上设有：

水平进液口211，与所述最后一片物镜131的侧边的位置相对应，向所述腔体220内填充浸液，较佳地，所述浸液为高折射率的液体，比如水；

水平出液口212，与所述水平进液口211相对于所述最后一片物镜131对称设置，也就是说，所述水平出液口212设置于所述水平进液口211的对面，高度与水平进液口211相同，所述水平出液口212将高出所述水平出液口212的浸液从水平出液口212导出，避免浸液填充过量导致浸液从液体维持装置200上方溢出，较佳地，所述水平出液口212为气液两相回收口，即，可同时允许气体、液体通过；

垂直进液口213，通至所述挡块210的底部，也是相对于所述最后一片物镜131对称设置，防止衬底台160运动过程中，所述液体维持装置200下方出现液体空白区域。根据不同的衬底161运动速度，所述垂直进液口213处的液体流量（即垂直进液流量）如表1所示。

表1

垂直抽取口214，也通至所述挡块210的底部，较佳地，所述垂直抽取口214与所述腔体220的中心的距离大于所述垂直进液口213与所述腔体220的中心的距离，也就是说，在挡块210的底面上，所述垂直抽取口214位于所述垂直进液口213的外围，较佳地，所述垂直抽取口214也为气液两相回收口；液体维持主要依靠所述垂直抽取口214来实现，这里的气体体积流量要比液体体积流量大的多，主要依靠气体流动和液体流动之间的剪切效应将液体抽取。由液体流动速度可以计算出此处需要的气体流量。

$\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{air}}{v}_{\mathrm{air}}^2\≥\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{water}}{v}_{\mathrm{water}}^2+p_{\mathrm{static}}$

其中，ρ_air为气体密度，此处为1.25kg/m³；v_air为气体流速；ρ_water为浸液（水）密度，此处为1000kg/m³；p_static为静压强，环境固定情况下为定值；ν_water为物镜131与衬底161之间的径向液体流速，实际就是衬底运动速度，具体数值请参见表1；根据上述公式可得出气体平均速度范围为16.06m/s～30.98m/s，由此可得到气体的体积流量范围，如表2所示，由此可知，根据衬底161的运动速度不同，选取相对应的气体流量，也就是控制所述垂直抽取口214的气体流量，即可实现液体维持装置200对浸液的控制，防止浸液泄漏。

表2

请重点参考图5，所述辅助液体维持装置300设于衬底161与承载衬底161的衬底台160之间，且覆盖所述衬底台160，在衬底161边缘位置及各个传感器布置位置留有尺寸稍大的空间，所述辅助液体维持装置300包括：

气体供给通道310，与第一气腔311连通，向所述第一气腔311内供给气体，形成一段气体，阻隔浸液进入所述第一气腔311内；

真空供给通道320，与第二气腔321连通，向所述第二气腔321提供真空；

所述第一气腔311与所述第二气腔321之间通过第一间隙330导通，具体地，图2中箭头方向为气体流动方向，可以有效阻止浸液向衬底161下表面沿径向向内流动。

较佳地，所述辅助液体维持装置300还包括气体供给装置和真空供给装置（图中未示出），所述气体供给通道310的一端与所述第一气腔311连通，另一端与所述气体供给装置相连；所述真空供给通道320的一端与所述第二气腔321连通，另一端与所述真空供给装置相连。

较佳地，请继续参考图5，并结合图2，所述辅助液体维持装置300的边缘设有一凸台350，所述第二气腔321经过第二间隙340与所述凸台350相连。较佳地，所述凸台350的内侧壁与所述衬底161的边缘之间的距离d（见图4和图5）为200μm～300μm。

较佳地，请继续参考图5，所述衬底161的上表面与所述凸台350的上表面之间的高度差小于20μm，期望值为小于10μm，当然，最佳为衬底161的上表面与所述凸台350的上表面共面，这样，当浸液处于衬底161边缘时，由于液体表面张力的作用，不会导致较大量的浸液由凸台350与衬底161之间的空隙向下流动。较佳地，为确保衬底161上表面与凸台350上表面共面，所述辅助液体维持装置300上可设置高度调节机构（图中未示出），所述高度调节机构采用气浮电机、磁浮电机等驱动，用以调节凸台350的高度h（见图5）。

较佳地，所述凸台350的内侧壁与吸附装置162中心的距离为150.2mm～150.3mm，即：150mm+（200μm～300μm），考虑到所述衬底161半径误差约为100μm，将凸台350的内侧壁与吸附装置162中心的距离设置为150mm+（200μm～300μm），可以兼容衬底161的误差。

较佳地，请继续参考图5，所述第一间隙330的高度d₁为50μm～100μm，所述第一间隙330的长度l₁为3mm～5mm；所述第二间隙340的高度d₂为20μm～30μm，所述第二间隙340的长度l₂为2mm～3mm。

根据公式 $v=\frac{\mathrm{\Δp}}{12\mathrm{\μ}}\·\frac{d^2}{l},$

其中v为间隙内液体流速，d为间隙高度，l为间隙长度，μ为液体动力粘度，Δ_p为第一间隙330与第二间隙340之间的压差。期望的，控制液体抽取流速为0.2m/s～0.5m/s，由上述公式可知：

所述第二间隙340的高度d2及第二间隙340长度l₂的关系满足

同理，对于第一间隙330，需要防止浸液从此处向衬底161下表面中间流动，因此需要提供较大的阻尼长度l₁，同时为了使气体按照如图2所示的方向流动，相较于第二间隙340的高度d₂，需要增加第一间隙330的高度d₁，在仅有气体通过时，期望气体流速在5m/s～10m/s。故，所述第一间隙330的设置需要满足

${10}^{-9}\≤\frac{{d_1}^2}{l_1}\≤{10}^{-7}.$

较佳地，请重点参考图6，俯视所述衬底台160，所述气体供给通道310、第一气腔311、第一间隙330、真空供给通道320和第二气腔321均为衬底台160表面上的环状结构，为了使浸液较少的被真空供给通道320抽取，所述气体供给通道310和真空供给通道320设有多个分段结构360，所述多个分段结构360将所述气体供给通道310和真空供给通道320的长度分别均分为12～15段，图6所示为均分为12段，每段的长度大于液场的直径，能够较多的使液场保持在单独的一段内，同时能够保证每段的气体流动较为均匀和稳定，本实施例中，抽取流量期望设置在0～0.3L/min。

另外，所述第一气腔311和第二气腔321内的压力设置需要考虑到液体界面的表面张力及毛细作用。公式如下：

其中σ为表面张力系数，d的曲率半径，这里选为第一间隙330或第二间隙340的大小，Δp为第一间隙330与第二间隙340之间的压差。

根据上述公式可知，所述第一气腔311内的压力在4000Pa以上，所述第二气腔321内的压力在-1000Pa以下，推荐为，所述第一气腔内311的压力为4000Pa～5000Pa，所述第二气腔321内的压力为-1000Pa～-1500Pa。需要说明的是，所述压力为绝对压力与大气压力的差值。这样，利用辅助液体维持装置300中的气体供给通道310和真空供给通道320在衬底161下表面形成气流，防止衬底161由于浸液粘性粘附于衬底台160上。

实施例2

请重点参考图7，本实施例与实施例1的区别在于：所述第一气腔311中设有气体导流叶片370。使得气体按照所述气体导流叶片370的方向向衬底161边缘流动，防止气流对衬底161的冲击力。

实施例3

请重点参考图8，本实施例与实施例1或实施例2的区别在于：所述气体供给通道310与垂直方向的夹角为30°～60°。使得气体按照30°～60°倾斜角的方向进入第一气腔311及第一间隙330中，从而向衬底161边缘流动，不会破坏衬底161底部吸附装置162的真空。

综上所述，本发明提供的浸没式光刻机的液体控制装置150，应用于浸没式光刻机中，包括液体维持装置200和辅助液体维持装置300，其中，所述液体维持装置200设于最后一片物镜131的下方，其包括挡块210，所述挡块210围成腔体220，所述挡块210上设有：水平进液口211，与所述最后一片物镜131的侧边的位置相对应，向所述腔体220内填充浸液；水平出液口212，与所述水平进液口211对称设置；垂直抽取口214，通至所述挡块210的底部；所述辅助液体维持装置300设于衬底161与承载衬底161的衬底台160之间，且覆盖所述衬底台160，包括：气体供给通道310，与第一气腔311连通；真空供给通道320，与第二气腔321连通；所述第一气腔311与所述第二气腔321之间通过第一间隙330导通。本发明通过控制垂直抽取口214的气体流量，即可实现液体维持装置200对浸液的控制，防止浸液泄漏；同时，利用辅助液体维持装置300中的气体供给通道310和真空供给通道320在衬底161下表面形成气流，防止衬底161由于浸液粘性粘附于衬底台160上。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (17)

1.一种浸没式光刻机的液体控制装置，应用于浸没式光刻机中，其特征在于，包括液体维持装置和辅助液体维持装置，其中，

所述液体维持装置设于最后一片物镜的下方，其包括挡块，所述挡块围成一个腔体，所述挡块上设有：

水平进液口，与所述最后一片物镜的侧边的位置相对应，向所述腔体内填充浸液；

水平出液口，与所述水平进液口对称设置；

垂直抽取口，通至所述挡块的底部；

所述辅助液体维持装置设于衬底与承载衬底的衬底台之间，且覆盖所述衬底台，包括：

气体供给通道，与第一气腔连通；

真空供给通道，与第二气腔连通；

所述第一气腔与所述第二气腔之间通过第一间隙导通。

2.如权利要求1所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，还包括气体供给装置和真空供给装置，所述气体供给通道的一端与所述第一气腔连通，另一端与所述气体供给装置相连；所述真空供给通道的一端与所述第二气腔连通，另一端与所述真空供给装置相连。

3.如权利要求1所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述挡块上还包括通至所述挡块的底部的垂直进液口，所述垂直抽取口与所述腔体的中心的距离大于所述垂直进液口与所述腔体的中心的距离。

4.如权利要求3所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述水平出液口和垂直抽取口均为气液两相回收口。

5.如权利要求1所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述辅助液体维持装置的边缘设有一凸台，所述第二气腔经过第二间隙与所述凸台相连。

6.如权利要求5所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述凸台的内侧壁与所述衬底的边缘之间的距离为200μm～300μm。

7.如权利要求5所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述衬底的上表面与所述凸台的上表面之间的高度差小于10μm。

8.如权利要求5所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述凸台的内侧壁与吸附装置中心的距离为150.2mm～150.3mm。

9.如权利要求5所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述第二间隙的高度为20μm～30μm，所述第二间隙的长度为2mm～3mm。

10.如权利要求1所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述气体供给通道和真空供给通道设有多个分段结构。

11.如权利要求10所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述多个分段结构将所述气体供给通道和真空供给通道的长度均分为12～15段。

12.如权利要求1所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述辅助液体维持装置上设有高度调节机构。

13.如权利要求12所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述高度调节机构采用气浮电机或磁浮电机驱动。

14.如权利要求1所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述第一气腔中设有气体导流叶片。

15.如权利要求1或14所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述气体供给通道与垂直方向的夹角为30°～60°。

16.如权利要求1所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述第一间隙的高度为50μm～100μm，所述第一间隙的长度为3mm～5mm。

17.如权利要求1所述的浸没式光刻机的液体控制装置，其特征在于，所述第一气腔内的压力在4000Pa以上，所述第二气腔内的压力在-1000Pa以下。