CN110095943A - 工件台装置和浸没光刻设备 - Google Patents

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Abstract

本发明一种工件台装置，包括：工件台单元、边缘气液回收单元和热量隔离单元，边缘气液回收单元围绕设置在工件台单元内的边缘位置处，热量隔离单元围绕设置在边缘气液回收单元的内侧和/或外侧。本发明提供了一种工件台装置和浸没光刻设备，能够将边缘气液回收单元处的制冷冷源与工件台单元的其它部位进行热隔离，用于阻挡边缘气液回收单元内的能量泄漏至工件台单元内其它部位，提升工件台单元的可靠性。

Description

工件台装置和浸没光刻设备
技术领域
本发明涉及光刻机领域，尤其是一种工件台装置和浸没光刻设备。
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曝光到涂过光刻胶的衬底(如：硅片)上。浸没式光刻是指在曝光镜头与硅片之间充满浸没液体(如：水)以取代传统干式光刻技术中对应的空气。由于水的折射率比空气大，这就使得透镜组数值孔径增大，进而可获得更加小的特征线宽。
现有技术中的一种浸没光刻设备如图1所示，主框架1支撑一照明系统2、一投影物镜4和一工件台8，工件台8上放置有一涂有感光光刻胶的硅片7。该浸没式光刻机结构，将浸液(例如水)5填充在投影物镜4和硅片7之间缝隙内。工作时，工件台8带动硅片7作高速的扫描、步进动作，浸液限制机构(浸没头)6根据工件台8的运动状态，在投影物镜视场范围，提供一个稳定的浸液流场，同时保证浸液5与外界的密封，保证液体不泄漏。掩模版3上集成电路的图形通过照明系统2和投影物镜4，浸液5以成像曝光的方式，转移到涂有感光光刻胶的硅片7上，从而完成曝光。
如图2所示，设置浸没头6以将浸液5(水)限制在投影物镜4和硅片7之间缝隙内。设置供液设备，向浸没头6供给浸液。在供液设备中设置液体压力、流量控制单元，将浸液供给的压力、流量限制在一定范围内。通过在供液设备中设置水污染处理单元，将水中污染处理至符合浸液污染要求；通过在供液设备中设置温度控制单元，将供水处理至符合浸液温度要求。
设置气体供给与气液回收设备，用于超洁净湿空气补偿及气液回收。在气体供给与气液回收设备中设置超洁净湿空气压力、流量控制单元，将供气压力、流量控制在一定范围之内，设置气液回收压力、流量控制单元，将气液回收压力和流量控制在一定范围之内；设置超洁净湿空气污染控制单元，将超洁净湿空气中污染处理至符合要求；设置超洁净湿空气温度和湿度控制单元，将超洁净湿空气处理至符合温度和湿度要求。
如图2所示，现有浸没头结构中，浸没头外轮廓形式不一，但内部轮廓是与镜头几何形状匹配的锥形结构。供液设备供给的浸液通过浸没头6内浸液供给流道流出后填充投影物镜4和硅片7之间缝隙，浸液通过浸没头6内浸液回收流道流出后，由气液回收设备回收。因此，在物镜4和硅片7之间狭缝内形成了浸液流场，要求浸液流场中的液体处于持续流动状态，无回流，且液体的成分、压力场、速度场、温度场瞬态和稳态变化小于一定范围。
如图3所示，由于硅片7直径偏差等原因导致硅片7与工件台本体81边缘一定存在间隙8101，当使用浸没方式在硅片7边缘进行曝光时，该间隙8101会对浸液流场造成影响，如引入气泡等，将导致曝光缺陷。要求当硅片7进行边缘场曝光时，浸没流场能够保持动态稳定，且不会通过硅片与工件台本体81之间的缝隙8101向浸液流场中引入气泡，且不会产生气液飞溅等。
解决方案是向硅片7与工件台本体81之间的缝隙8101内通真空，通过真空抽排来防止缝隙8101内的气泡向上卷入浸没流场，这种控制方式称为气泡边缘抽排密封。缝隙8101的气液混合物抽排至气液回收腔8102，气液混合物在气液回收腔8102中缓冲后，被气液回收设备提供的真空源抽排，从而实现了边缘抽排密封。
为了保证密封效果，气液回收腔8102内抽排流量和流速较大，气液混合物中的气体处于不饱和状态且气液混合物在气液回收腔8102内剧烈的流动，气液混合物中的大液滴在抽排过程中会不断相互碰撞或与气液回收腔8102壁面碰撞，在碰撞过程中气液混合物中的大液滴转化为小液滴，小液滴继续不断相互碰撞，部分小液滴会雾化至直接蒸发，还有一部分小液滴继续不断与气液回收腔8102壁面碰撞，在气液回收腔8102壁面形成液膜，薄的液膜在抽排过程中继续蒸发。所以在硅片7边缘进行曝光时气液回收腔8102内部和气液回收腔8102壁面，发生液体蒸发。
液体的蒸发是液体表面分子热运动的结果，由于蒸发失去了动能较大的分子，使分子运动的平均动能减小而降低了液面温度。液体蒸发冷却满足下式
式中，T0和TW分别是液体上方气体和液体表面温度，ρ、cp、Le为气流的物性，RA为蒸发液体的气体常数，PA,w液面处蒸气的分压力，PA,∞为气流中蒸气的分压力，r汽化潜热。
浸没液体在蒸发相变过程中须不断吸收汽化潜热；例如，在一个大气压下，1kg的水变成蒸汽要吸收2256kJ的热量。
浸没液体的不断蒸发吸热将使工件台本体81温度下降，实验发现，在不进行温度补偿时，气液回收过程中的蒸发制冷会导致工件台本体81局部温度下降1℃以上。工件台本体81局部温度下降后不仅会导致工件台本体81热变形，工件台本体81局部温度下降后还会影响硅片7的温度分布，直接导致硅片7产生热变形；工件台本体81和硅片7的热变形会导致硅片7产生定位误差(如Overlay等)，最终影响设备曝光性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工件台装置和浸没光刻设备,以解决浸没光刻设备在气液回收过程中的蒸发制冷导致工件热变形的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种工件台装置，包括：工件台单元、边缘气液回收单元和热量隔离单元，所述边缘气液回收单元围绕设置在所述工件台单元内的边缘位置处，所述热量隔离单元围绕设置在所述边缘气液回收单元的内侧和/或外侧。
进一步地，所述边缘气液回收单元环形围绕设置在所述工件台单元内的边缘位置处。
进一步地，所述热量隔离单元环形围绕设置在所述边缘气液回收单元的内侧和/或外侧。
进一步地，所述热量隔离单元为真空隔离单元。
进一步地，包括热量外引单元，所述热量外引单元用于将所述边缘气液回收单元处的能量引出至所述工件台单元外。
进一步地，所述热量外引单元包括热量转移机构和热量扩散机构，所述热量转移机构用于获取所述边缘气液回收单元处的能量波动，并通过所述热量扩散机构引出至所述工件台单元外。
进一步地，所述热量转移机构位于所述边缘气液回收单元的内侧和/或外侧。
进一步地，所述热量转移机构位于所述边缘气液回收单元和热量隔离单元之间。
进一步地，所述工件台单元包括工件台本体和工件台底座，所述热量扩散机构位于所述工件台本体、工件台底座的底部和位于所述工件台本体和所述工件台底座之间中的一处或多处。
进一步地，所述热量扩散机构包括第一热量扩散机构和第二热量扩散机构，所述第一热量扩散机构位于所述工件台本体的底部，所述第二热量扩散机构位于所述工件台底座的底部。
进一步地，所述第一热量扩散机构通过用于转移热量的连接结构和第二热量扩散机构连接。
进一步地，热量扩散机构呈网状结构。
进一步地，包括冷却单元，所述冷却单元位于所述工件台单元内，且位于所述边缘气液回收单元的内侧。
进一步地，所述冷却单元包括冷却管路，所述冷却管路中设置有冷却流体。
进一步地，所述冷却单元还包括温度监测调控机构、流量监测调控机构和流体减振机构中的一种或多种。
本发明还提供了一种浸没光刻设备，包括所述的工件台装置。
本发明提供了一种工件台装置和浸没光刻设备，该工件台装置包括热量隔离单元，用于将边缘气液回收单元处的制冷“冷源”与工件台单元的其它部位进行热隔离，降低了制冷“冷源”作用在其余部位上的制冷功率，提升工件台单元的可靠性；还通过热量外引单元将所述制冷“冷源”的制冷功率作用位置在空间上进行转移，可以在转移后的位置进行热补偿，无需在固定位置设计热补偿机构，规避了热补偿机构设计时的空间约束，减小热补偿机构设计难度，提高了热补偿效率。
附图说明
图1为现有技术中浸没光刻设备的结构示意图；
图2为现有技术中浸没头的结构示意图；
图3为现有技术中气泡边缘抽排密封方案的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的热量隔离单元处的俯视图；
图5为图4中A-B的剖视图；
图6为本发明另一实施例提供的热量隔离单元处的俯视图；
图7为图6中A-B的剖视图；
图8为本发明实施例一提供的工件台本体处的俯视图；
图9为图8中A-B的剖视图；
图10为本发明实施例一提供的热量扩散机构的俯视图；
图11为本发明实施例二提供的热量外引单元的俯视图；
图12为图11中A-B的剖视图。
图中，1：主框架，2：照明系统，3：掩模版，4：投影物镜，5：浸液，6：浸没头，7：硅片，8：工件台单元，81：工件台本体，82：工件台底座，8101：缝隙，8102：气液回收腔，8103：第一热量隔离单元，8104：冷却单元，8105：第二热量隔离单元，8106：热量转移机构,8107:热量扩散机构。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
如图4-9所示，本发明提供了一种工件台装置，包括：工件台单元8、边缘气液回收单元、热量隔离单元和热量外引单元，所述边缘气液回收单元围绕设置在所述工件台单元8内的边缘位置处，所述热量隔离单元围绕设置在所述边缘气液回收单元的内侧和/或外侧，所述热量外引单元用于将所述边缘气液回收单元处的能量引出至所述工件台单元8外。
其中，所述边缘气液回收单元环形围绕设置在所述工件台单元内的边缘位置处，所述边缘气液回收单元包括气液回收腔8102，所述工件台单元8包括工件台本体81和工件台底座82。
所述热量隔离单元用于阻挡边缘气液回收单元内的制冷功率“泄漏”至工件台单元8内部其它部位，提升工件台单元8的可靠性。
热量隔离单元可以环形围绕设置在所述边缘气液回收单元的内侧和/或外侧，也可以为矩形、椭圆形或非规则形状，本发明并不对其环绕形状进行限制。
如图4和图5所示，所述热量隔离单元可以设置在边缘气液回收单元的内侧，即所述热量隔离单元包括第一热量隔离单元8103，可以大大降低边缘气液回收单元处传递至工件台本体81的能量，进而降低对工件的影响；也可以设置在边缘气液回收单元的外侧，可以大大降低边缘气液回收单元处传递至工件台底座82的能量，保证工件台底座82的可靠性；如图6和图7所示，还可以分别设置在边缘气液回收单元的内侧和外侧，即所述热量隔离单元包括第一热量隔离单元8103和第二热量隔离单元8105。
进一步地，所述热量隔离单元为真空隔离单元。由于工件台本体81的材料为碳化硅等材料，其导热率远远大于真空隔离单元内的气体的导热率，故能起到很好的绝热隔热作用。若未设置真空隔离单元，以工件台本体81一侧为例，则相当于真空隔离单元位置处热传导系数λ为工件台本体81的材料如碳化硅的热传导系数，一般为200W/m℃以上；若设置所述真空隔离单元，由于真空腔体中气体分子少，其导热系数小于0.02W/m℃。可见，设置所述真空隔离单元后气液回收腔8102与工件台本体81内之间热阻将大幅增加，真空隔离单元起到了很好的保温作用，防止气液回收腔8102内的制冷功率“泄漏”，有利于工件台本体81的整体温度均匀性的有效控制。
请继续参考图8和图9，所述热量外引单元包括热量转移机构8106和热量扩散机构8107，所述热量转移机构8106用于获取所述边缘气液回收单元处的能量波动，并通过所述热量扩散机构8106引出至所述工件台单元8外。
热量转移机构8106由导热系数极高的材料或导热系数极高的装置进一步加工而成，其导热系数远大于工件台单元8的导热系数，即其热阻极小，“冷量”或“热量”将沿热阻极小的热流路迅速传播扩散。热量转移机构8106可以是导热系数极高的材料如碳纤维，碳纤维的导热系数极高，比碳化硅大好几倍；热量转移机构8106还可以是导热系数极高的装置，如“热管”，“热管”内部主热阻很小，具有很高的导热能力，与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。
所述热量转移机构8106位于所述边缘气液回收单元的内侧和/或外侧。在本实施例中，所述热量转移机构8106位于所述边缘气液回收单元的内侧和外侧，且所述热量转移机构8106位于所述边缘气液回收单元和热量隔离单元之间。
请继续参考图9，在本实施例中，所述热量扩散机构8107位于所述工件台本体81底部，或位于所述工件台本体81和所述工件台底座82之间；优选地，请参考图10，热量扩散机构8107呈网状结构，可以将网状结构与热量转移机构8106相连接，可选地，网状结构最外圈与热量转移机构8106相连接，用于将转移机构8106传导来的热量在水平面迅速扩散开，有利于工件台本体81的整体温度均匀性的有效控制，同时降低对工件(例如硅片)温度的直接影响。可选的，所述网状结构通过伸出的辐射状结构与热量转移机构8106相连接，所述辐射状结构可以是一个或多个，优选多个，例如4个、6个、8个、16个等。
进一步地，还包括冷却单元8104，所述冷却单元8104位于所述工件台单元内，且位于所述边缘气液回收单元的内侧。所述冷却单元8104内通入冷却流体，对所述工件台单元内部进行温度调节。所述流体可以是水、压缩空气等。所述流体通路可以包括温度监测调控机构、流量监测调控机构、流体减振机构等，所述流体减振机构可以消解一部分冷却流体所带来的振动，保障工件台整体的稳定性和可靠性。更进一步地、所述流体减振机构可以是蓄能器、或其他减振结构。
本发明还提供了一种浸没光刻设备，包括所述的工件台装置。
实施例二
请参考图11和图12，在本实施例中，所述热量扩散机构8107位于所述工件台底座82的底部。即所述热量扩散机构8107可以紧贴所述工件台底座82设计，也可以与工件台底座82直接存在一定距离，提高散热能力以及更进一步减小对工件台底座82的温度影响。热量隔离单元用于阻止气液回收腔8102内的制冷功率“泄漏”至工件台底座82内部，有利于提升硅片台底座82的整体温度均匀性。
实施例三
本实施例中，同时在所述工件台底座82底部和所述工件台本体81底部设置热量扩散机构，即所述热量扩散机构包括设置于工件台本体81底部的第一热量扩散机构和设置于所述工件台底座82底部的第二热量扩散机构。所述第一热量扩散机构和第二热量扩散机构可以分别与所述热量转移机构8106相连。所述第一热量扩散机构和第二热量扩散机构之间可以设置有能够实现热量转移的连接结构，所述连接结构可以是热量转移机构8106的一部分，也可以是独立设置的结构。同时设置所述第一热量扩散机构和第二热量扩散机构，能够解决一个热量扩散机构负载压力大的问题，实现更高效的热量扩散，提高工件台单元8的稳定性和可靠性。
本实施例其他内容请参考实施例一，在此不再赘述。
本发明提供了一种工件台装置和浸没光刻设备，该工件台装置包括热量隔离单元，用于将边缘气液回收单元处的制冷“冷源”与工件台单元的其它部位进行热隔离，降低了制冷“冷源”作用在其余部位上的制冷功率，提升工件台单元的可靠性；还通过热量外引单元将所述制冷“冷源”的制冷功率作用位置在空间上进行转移，可以在转移后的位置进行热补偿，无需在固定位置设计热补偿机构，规避了热补偿机构设计时的空间约束，减小热补偿机构设计难度，提高了热补偿效率。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种工件台装置，其特征在于，包括：工件台单元、边缘气液回收单元和热量隔离单元，所述边缘气液回收单元围绕设置在所述工件台单元内的边缘位置处，所述热量隔离单元围绕设置在所述边缘气液回收单元的内侧和/或外侧。
2.如权利要求1所述的工件台装置，其特征在于，所述边缘气液回收单元环形围绕设置在所述工件台单元内的边缘位置处。
3.如权利要求1所述的工件台装置，其特征在于，所述热量隔离单元环形围绕设置在所述边缘气液回收单元的内侧和/或外侧。
4.如权利要求1所述的工件台装置，其特征在于，所述热量隔离单元为真空隔离单元。
5.如权利要求1所述的工件台装置，其特征在于，包括热量外引单元，所述热量外引单元用于将所述边缘气液回收单元处的能量引出至所述工件台单元外。
6.如权利要求5所述的工件台装置，其特征在于，所述热量外引单元包括热量转移机构和热量扩散机构，所述热量转移机构用于获取所述边缘气液回收单元处的能量波动，并通过所述热量扩散机构引出至所述工件台单元外。
7.如权利要求6所述的工件台装置，其特征在于，所述热量转移机构位于所述边缘气液回收单元的内侧和/或外侧。
8.如权利要求7所述的工件台装置，其特征在于，所述热量转移机构位于所述边缘气液回收单元和热量隔离单元之间。
9.如权利要求6所述的工件台装置，其特征在于，所述工件台单元包括工件台本体和工件台底座，所述热量扩散机构位于所述工件台本体的底部、工件台底座的底部和位于所述工件台本体和所述工件台底座之间中的一处或多处。
10.如权利要求9所述的工件台装置，其特征在于，所述热量扩散机构包括第一热量扩散机构和第二热量扩散机构，所述第一热量扩散机构位于所述工件台本体的底部，所述第二热量扩散机构位于所述工件台底座的底部。
11.如权利要求10所述的工件台装置，其特征在于，所述第一热量扩散机构通过用于转移热量的连接结构和第二热量扩散机构连接。
12.如权利要求6所述的工件台装置，其特征在于，热量扩散机构呈网状结构。
13.如权利要求1所述的工件台装置，其特征在于，包括冷却单元，所述冷却单元位于所述工件台单元内，且位于所述边缘气液回收单元的内侧。
14.如权利要求13所述的工件台装置，其特征在于，所述冷却单元包括冷却管路，所述冷却管路中设置有冷却流体。
15.如权利要求14所述的工件台装置，其特征在于，所述冷却单元还包括温度监测调控机构、流量监测调控机构和流体减振机构中的一种或多种。
16.一种浸没光刻设备，其特征在于，包括如权利要求1-15中任一项所述的工件台装置。
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