CN105807566B - 一种浸没式光刻机浸液流场维持装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种浸没式光刻机浸液流场维持装置，包括：浸没头和密封单元；所述浸没头，用于在投影物镜与基底之间提供所述浸液；所述基底，位于基底台之上并部分浸没于所述浸液中；所述密封单元，用于在所述光刻机工作状态时维持所述投影物镜与所述基底之间的所述浸液，其特征在于，所述密封单元主要由液体回收装置、柔性管道和若干旋转球体构成，所述若干旋转球体吸附所述浸液，动态维持曝光状态时所述浸没头内所述浸液的充盈量。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种浸没式光刻机浸液流场维持装置。
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模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模板、一个对准系统和一个涂有光敏光刻胶的娃片。
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。因此，浸没式光刻技术中必须重点解决缝隙流场的密封问题。
目前已有的解决方案中，专利US6954256B2公开了使用气密封，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。
专利US20070126999 A1公开了使用液体密封，液密封技术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。负压回收密封则是通过回收口的负压。
但是在这些密封方案中，存在以下不足:
(1)现有的气密封方式采用气幕施加在填充流体周围，但是为保证工件台在高速水平运动下不发生浸没液体泄漏，要求浸没头与物镜、工件台或硅片的距离非常近，且工件台为运动部件，其垂向运动行程为±0.5mm，存在浸没头与物镜、工件台或硅片发生碰撞而影响光刻性能、损坏光刻设备的风险。
(2)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。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种浸没式光刻机浸液流场维持装置。
为了实现上述发明目的，本发明公开一种浸没式光刻机浸液流场维持装置，其特征在于，包括：浸没头和密封单元；所述浸没头，用于在投影物镜与基底之间提供所述浸液；所述基底，位于基底台之上并部分浸没于所述浸液中；所述密封单元，用于在所述光刻机工作状态时维持所述投影物镜与所述基底之间的所述浸液，所述密封单元主要由液体回收装置、柔性管道和若干旋转球体构成， 所述若干旋转球体吸附所述浸液，动态维持曝光状态时所述浸没头内所述浸液的充盈量。
更进一步地，所述柔性管道为柔性中空结构，若干所述旋转球体位于所述柔性中空结构的末端，呈直线排列。
更进一步地，该旋转球体是由多孔吸附材料制成的弹性小球。
更进一步地，该旋转球体的数量是大于等于3个或者小于等于10个。
更进一步地，该柔性中空结构的末端距离该基底的距离为900um。
更进一步地，该旋转球体按间隔距离d1和d2交错排列，该d2是d1的3到5倍。
更进一步地，该旋转球体与该基底平行放置。
更进一步地，该旋转球体彼此之间的间隔距离不等距地单向增大或者减小排列。
更进一步地，该柔性中空结构向基底表面弯曲，形成一爪形。
更进一步地，所述液体回收装置，用于经所述柔性中空结构吸收所述浸液边缘的泄漏液体。
与现有技术相比较，在现有液体供给系统与工作台之间的间隙中，添加具有一定高度的柔性中空结构，该结构底端是旋转多孔吸附材料小球，通过来自中空结构中的负压来驱动小球旋转吸附密封浸没液体，从而解决了现有液体供给系统由于浸没头与物镜、工件台或硅片的距离非常近，存在浸没头与物镜、工件台或硅片发生碰撞而影响光刻性能、损坏光刻设备的风险，同时能够满足维持浸液流场的功能。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1是现有技术中常见的光刻机的结构示意图；
图2是气体密封浸没单元示意图；
图3是本发明所涉及的浸没式光刻浸液维持装置的旋转负压密封系统的结构示意图；
图4是本发明所涉及的旋转负压密封系统放大图；
图5是本发明所涉及的旋转负压系统放大图；
图6是本发明所涉及的旋转负压系统的放置方式示意图；
图7是本发明涉及的旋转负压系统旋转小球间距设置方式。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
本发明的目的在于提供一种浸没式光刻机的浸液流场维持系统，在现有液体供给系统与工作台之间的间隙中，添加具有一定高度的柔性中空结构，该结构底端是旋转多孔吸附材料小球，通过来自中空结构中的负压来驱动小球旋转吸附密封浸没液体，从而解决了现有液体供给系统由于浸没头与物镜、工件台或硅片的距离非常近，存在浸没头与物镜、工件台或硅片发生碰撞而影响光刻性能、损坏光刻设备的风险，同时能够满足维持浸液流场的功能。
图1为现有的光刻机的结构示意图，其揭示一现有的光刻机结构。在该光刻机中，主框架支撑一照明系统2、 一投影物镜10和一硅片台40，硅片台40上放置有一涂有感光光刻胶的硅片50。掩模版30上集成电路的图形通过照明系统2和投影物镜10，以成像曝光的方式，转移到涂有感光光刻胶的硅片50上，从而完成曝光。
图2为现有的气体密封技术的示意图，通过入口/出口输送管13，将投影物镜PL与硅片（台）W之间充满具有相对较高的折射率的液体11，比如水. 通过位于投影装置PL的最后部件之下或周围的密封元件12形成存贮装置, 通过位于密封元件12的底部和基底W的表面之间的距离为100±25um形成气体密封16封闭存贮装置中的液体通过气体，比如空气或合成气体，但优选的是N2或其它惰性气体，形成该气体密封，气体在压力下通过入口15提供到密封元件12和基底之间的缝隙，以及通过第一出口14引出。设置气体入口15处的过压力、第一出口14处的真空水平和缝隙的几何形状，从而提供向内的高速率的气流以限定液体。
图3为本发明专利的旋转负压密封系统，其主要结构是改变图2现有的气体密封技术，在密封元件12的底部与基底W的表面上100um处添加具有一定高度和刚度的柔性中空结构17，结构底端是旋转多孔吸附材料小球，通过来自中空结构中的负压来驱动小球旋转吸附浸没液体，从而达到密封浸没液体的作用。具体的工作原理将在图4中作更详细的描述。
图4为本发明专利的旋转负压密封系统放大图，柔性中空结构17与硅片台之间的距离保持一定距离，该距离能够让浸没液体利用自身的粘滞力来密封自己，同时柔性中空结构17最底端距离密封元件12的底部具体为900um，硅片台与浸没头的距离就保持在1mm左右。在硅片台高速扫描运动过程中不会触碰到浸没头，硅片台会和柔性中空结构17发生碰撞，由于柔性中空结构17具有一定的刚度因此可以看成是一个悬臂梁的结构，底端平面部分与硅片台发生碰撞的时候，与密封元件相连接的部分会发生弹性变形，吸收硅片台的碰撞能量。同时在中空柔性结构底端分布有很多使用多孔吸附材料做成的弹性小球18，柔性小球镶嵌在具有“爪”式结构的柔性中空结构最底端，柔性中空结构中的管道19提供负压，由于空气与弹性小球的摩擦，驱动小球旋转运动，由于液体分子的附着力和粘性作用，使得旋转运动小球附近的浸没液体获得一定的动能，再加上多孔吸附材料的吸附力以及负压的吸附力，让浸没液体边缘泄漏的液体被吸附到柔性中空结构17中，经过柔性中空结构中的管道19进入液体回收系统20，从而起到密封浸没液体的作用。
旋转负压形式吸嘴中小球的个数优选的大于3个，小于10个。旋转负压系统中的的弹性小球可以均匀排布，即小球间隔相等。在一种实施例中可以按不同间距排布。图5为旋转负压系统中弹性小球的排布示意图。小球之间的间隔d1和d2交错排列，d2是d1的3到5倍，这样可以使弹性小球尽可能的旋转起来。相比孔板或孔的回收，此种方法可以更加有效的将液体回收，更加有效的防止液体的泄漏。
在一种实施例中，旋转负压形式的吸嘴水平放置，即小球的底部在一条直线上，且与衬底表面W平行放置。如图6中所示。
在一种实施例中，旋转负压形式的吸嘴以一定角度放置，角度α设置在0°~30°之间的某个角度。这样可以为工件台运动提供更多的空间。
旋转负压形式的吸嘴距离衬底表面的距离h可按下式计算
；
η为液体动力粘度，γ为表面张力，V为衬底或基底W的运动速度，κ-1为毛细长度,e为边缘液膜厚度，h为吸嘴距离衬底表面的距离。在以纯水为介质时，计算出的高度如下表所示
| h（μm） | 136.0 | 164.3 | 190.6 | 214.9 | 238.6 | 260.7 | 282.4 | 300.7 |
| V（mm/s） | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
在一种实施例中，旋转负压形式的吸嘴的小球的排布形式可以如图7a中所示，d1和d2大小相间。
在一种实施例中，旋转负压形式的吸嘴的小球的排布形式可以如图7b中所示，其中d1>d2>d3>d4。
在一种实施例中，旋转负压形式的吸嘴的小球的排布形式可以如图7c中所示，其中d1<d2<d3<d4。
这样排布可以在进行负压抽取时带动小球的旋转，从而增强负压抽取的能力，达到维持液体的目的。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种浸没式光刻机浸液流场维持装置，其特征在于，包括：浸没头和密封单元；
所述浸没头，用于在投影物镜与基底之间提供所述浸液；
所述基底，位于基底台之上并部分浸没于所述浸液中；
所述密封单元，用于在所述光刻机工作状态时维持所述投影物镜与所述基底之间的所述浸液，所述密封单元主要由液体回收装置、柔性管道和若干旋转球体构成，其中，所述柔性管道的一端连接所述液体回收装置，所述柔性管道的另一端的底部设有所述若干旋转球体；所述若干旋转球体吸附所述浸液，动态维持曝光状态时所述浸没头内所述浸液的充盈量。
2.如权利要求1所述的浸没式光刻机浸液流场维持装置，其特征在于，所述柔性管道为柔性中空结构，若干所述旋转球体位于所述柔性中空结构的末端，呈直线排列。
3.如权利要求2所述的浸没式光刻机浸液流场维持装置，其特征在于，所述旋转球体是由多孔吸附材料制成的弹性小球。
4.如权利要求2所述的浸没式光刻机浸液流场维持装置，其特征在于，所述旋转球体的数量是大于等于3个或者小于等于10个。
5.如权利要求2所述的浸没式光刻机浸液流场维持装置，其特征在于，所述柔性中空结构的末端距离所述基底的距离为900um。
6.如权利要求2所述的浸没式光刻机浸液流场维持装置，其特征在于，所述旋转球体按间隔距离d1和d2交错排列，所述d2是d1的3到5倍。
7.如权利要求2所述的浸没式光刻机浸液流场维持装置，其特征在于，所述旋转球体与所述基底平行放置。
8.如权利要求2所述的浸没式光刻机浸液流场维持装置，其特征在于，所述旋转球体彼此之间的间隔距离不等距地单向增大或者减小排列。
9.如权利要求2所述的浸没式光刻机浸液流场维持装置，其特征在于，所述柔性中空结构向基底表面弯曲，所述柔性中空结构的纵截面形成一爪形。
10.如权利要求2所述的浸没式光刻机浸液流场维持装置，其特征在于，所述液体回收装置，用于经所述柔性中空结构吸收所述浸液边缘的泄漏液体。
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