CN112068401A - 一种具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置，包括基体，基体内部设置密封抽排流路，密封抽排流路包括抽排开口、抽排腔以及密封抽排口，抽排腔连通抽排开口与密封抽排口，密封抽排流路还包括设于抽排腔中的隔离板，隔离板使抽排腔内的浸没液体和外围气体较大程度的隔离流动，抑制了气液两相混合流动带来的抽排压力脉动、作用于浸液供给回收装置的振动等负面影响。有利于稳定浸液抽排负压，保证浸液抽排能力，防止浸液泄漏；并且抑制了浸液抽排过程对浸液供给回收装置本身和间接传递到光刻机其他组件的振动，有利于光刻机稳定工作。

Description

一种具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置

技术领域

本发明涉及浸没式光刻机技术领域，尤其是涉及一种使用于浸没式光刻机中的具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置。

背景技术

浸没式光刻机在投影物镜与涂覆感光材料的衬底间填充具备高折射率的液体(称为浸没液体，简称浸液)，以提高曝光线条的分辨率。为满足浸没式光刻机高质量曝光需要，需保证浸液的光学性质稳定，现有技术中使用浸液供给回收装置驱动浸液循环流动，然而在浸液供给回收装置抽排浸液的过程中，浸液会与周围的气体混合形成气液两相流。两相流在抽排管路中流动会引起强度大、频率成分复杂的振动，劣化浸液的抽排能力，可能导致浸液残留在衬底上形成水迹等缺陷；并且，强烈的振动对浸液供给回收装置本身以及浸没式光刻机其他组件的稳定工作会造成不利影响，因此在浸没式光刻机中需要控制因气液两相流产生的振动问题。抑制气液两相流振动的一种方法是及时将其分离为气相流和液相流，现有用于浸没式光刻机的气液分离方法主要有两种：一种是外设气液分离装置，另一种微孔阵列回收，但这两种方式都有一定缺陷。

外设气液分离装置是指在浸液供给回收装置和真空抽排动力源之间设置气液分离装置，利用重力分离等原理将气液两相流分离，但这种方法的气液分离装置设置在浸液供给回收装置下游，不能解决气液两相流传递至浸液供给回收装置的振动问题。微孔阵列回收是指在浸液供给回收装置与浸液接触的位置设置微孔阵列结构，施加负压驱动浸液穿过微孔阵列进入浸液供给回收装置而被抽排，而浸液外围的气体由于被微孔内气液界面产生的表面张力的阻挡不能被抽排，这样就不会在浸液供给回收装置内部以及后续管路中产生气液两相流；但是这种方法对微孔阵列两侧的压力差敏感，不易控制，而微孔孔径过于狭小，对浸液流动产生的阻力大，不利于及时抽排浸液，并且微孔阵列的加工难度大。

发明内容

本发明为解决现有浸没式光刻机浸液供给回收装置中气液两相流引起的压力波动大、流量变动幅度大和频率成分复杂的振动问题而提供一种具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置，通过对气液两相流混合比例的调节，抑制浸液抽排过程中产生的振动，有利于稳定浸液抽排负压，保证浸液抽排能力，防止浸液泄漏；并且抑制了浸液抽排过程对浸液供给回收装置本身和间接传递到光刻机其他组件的振动，有利于光刻机稳定工作。

本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置，包括基体，基体大致呈环形围绕在光刻机投影物镜的周围，基体的底面对侧设置衬底；基体内部设置密封抽排流路，密封抽排流路包括抽排开口、抽排腔以及密封抽排口，抽排开口设置于基体底面并朝向衬底，抽排腔连通抽排开口与密封抽排口，真空源连接至所述抽排口，施加负压使浸液及外围气体经抽排开口进入抽排腔，再经密封抽排口流出所述基体；其特征在于：密封抽排流路还包括隔离板，隔离板设于抽排腔内，且隔离板的一端位于抽排开口附近并且将抽排开口的径向端面分隔为内外两侧抽排分腔，隔离板的另一端位于密封抽排口内侧附近并且将密封抽排口的径向端面分隔为内外两侧抽排分腔。使浸液和外围气体在浸液供给回收装置内部较大程度地隔离流动，抑制浸液抽排过程中产生的振动，有利于稳定浸液抽排负压，保证浸液抽排能力，防止浸液泄漏；并且抑制了浸液抽排过程对浸液供给回收装置本身和间接传递到光刻机其他组件的振动，有利于光刻机稳定工作。

作为优选，所述抽排开口的轴向长度小于或等于4mm，使得抽排开口抽吸的浸液和外围气体不能充分发展混合。

作为优选，所述抽排腔垂直于周向的横截面面积大于所有抽排开口面积之和与密封抽排口个数的商，保证各个抽排开口的抽排能力均衡。

作为优选，所述隔离板将抽排腔分隔为内侧腔和外侧腔，且内侧腔的腔体容积小于外侧腔的腔体容积，有利于平衡以液相流为主的内侧腔和以气相流为主的外侧腔的流动阻力。

作为优选，所述隔离板包括垂直段和水平段，垂直段位于靠近抽排开口一端，水平段位于靠近密封抽排口一端，使内侧腔和外侧腔的形状有利于流体低阻力地流动。

作为优选，所述隔离板包括第一导流段，第一导流段位于抽排开口附近，第一导流段是尖劈形状，避免过度阻挡抽排开口中流体的流动。

作为优选，所述第一导流段位于所述抽排开口附近的一端的端头厚度小于抽排开口径向厚度的五分之一，避免过度阻挡抽排开口中流体的流动。

作为优选，所述隔离板包括第二导流段，第二导流段位于密封抽排口附近，第二导流段具有导流斜面，导流斜面将内侧腔中流体流向偏转至更朝向密封抽排口，有利于流体低阻力地从抽排腔向密封抽排口流动。

作为优选，所述密封抽排口位于所述抽排开口正上方，隔离板在轴向上呈直线形状，有利于浸液和外围气体低阻力、快速地流出浸液供给回收装置。

作为优选，所述隔离板采用柔性材质，隔离板的两端分别固定连接于抽排开口和密封抽排口附近，实现内侧腔和外侧腔流动阻力随流体体积流量变化而自动调节。

本发明的有益效果是：在浸液供给回收装置内部设置隔离板，及时调节抽排浸液和外围气体的混合比例，避免形成振动剧烈的弹状流等两相流流型，抑制了浸液抽排过程在浸液供给回收装置中产生的振动；隔离板形状相对简单，易制造，成本低，并且对浸液流道形状的影响小，对浸液流动产生的阻力小，有利于保证对浸液的抽排能力；最终，本发明改善了浸液供给回收装置中气液两相流引起的振动问题，有利于光刻机的稳定工作，减少曝光缺陷的产生。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1是本发明具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置示意图；

图2是本发明具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置的一种抽排腔示意图；

图3是本发明具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置的一种抽排管路布置示意图；

图4是本发明具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置中隔离板的放大使用结构示意图；

图5是本发明具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置的另一种隔离板示意图。

具体实施方式

实施例一：

参照图1-4所示的实施例中，一种浸没单元内气液分离回收装置，包括基体1，基体1大致呈环形围绕在光刻机投影物镜2的周围；基体1底面对侧设置衬底3，基体1中心有通孔以便来自投影物镜2的激光穿过并投射至衬底3；基体1上设置有供液口5，向基体1、投影物镜2以及衬底3环绕的空间持续供给浸没液体，形成浸没流场4；同时基体1上还设置有排液口6，通过真空抽吸将浸没液体从浸没流场4排出，使得浸没流场4中的浸液处于持续流动更新的状态，以保持其洁净度以及稳定的透光均匀性。由于在曝光过程中衬底3会相对于基体1做水平面上的扫描步进运动，因此基体1和衬底3之间存在间隙13；为了避免浸液大面积地遗留在衬底3上造成水渍等曝光缺陷，在基体1中设置密封抽排流路将浸液从间隙13中持续抽排，所述密封抽排流路包括在基体1底部设置的抽排开口92，抽排腔9以及密封抽排口8。为了保证及时抽排浸液，往往设置抽排负压使得抽排开口92在完全抽排间隙13中浸液的同时，还抽吸了一部分浸液外围的气体；并且，为了进一步防止浸液在衬底3做扫描运动时牵拉浸液使其脱离抽排开口92的束缚，常常在抽排开口92的径向外侧设置注气口，向抽排开口92一侧供给密封气流7；这样，抽排开口92抽入的流体一般同时具有液相流体和气相流体，而且在抽排开口92处形成了气液界面91。

如图3所示，抽排开口92的为环形均匀布置的一圈圆形小孔，其布置数量一般多于10个；抽排开口92也可以采取方形或其他形状，或者直接使用一个环形槽代替间隔布置的小孔。出于工作空间约束和流路复杂性考虑，来自抽排开口92的浸液经由少数几个密封抽排口8抽离基体1，例如图3中设置了20个抽排开口92，但仅设置了4个密封抽排口8；这样在抽排开口92和密封抽排口8之间需要设置抽排腔9，使多股来自抽排开口92的流体汇集进入4个密封抽排口8并继续流入下游管路。抽排腔9是一个环形的腔体，考虑流体的沿程阻力，环形腔体应该具有较大的容积，使得真空源提供的抽排动力能够较均匀地分配到各个抽排开口92，也即使各个抽排开口92处的负压基本相等。优选地，抽排腔垂直于周向的横截面面积大于所有抽排开口92面积之和与密封抽排口8个数的商。本发明申请技术方案中的上述“商”定义解析为如下：比如说，设置了20个面积为1mm²的抽排小孔，设置4个密封抽排孔，则设置抽排腔的横截面积大于(1*20)/4＝5mm²，可以理解为让来自20个抽排小孔的20股两相流流动不会相互挤占抽排腔。抽排腔为圆环形，所以对圆环切开一个口子的截面在这里描述为“垂直于周向”。

浸液和外围气体被抽排进入抽排开口92之后，会相互混合形成气液两相流。不同流量比例的气体和液体混合，会形成不同流型的气液两相流，具有不同的压力脉动规律。一般地，如果液体比例明显大于气体比例，气体以气泡形式分布在液体中形成泡状流；如果气体比例明显大于气体比例，气体占据大部分流道形成连续的气体流，液体环绕在气体流周围流动形成环状流；如果液体比例与气体比例接近，气体可能会以大气泡和小气泡兼有的形式在液体中流动形成弹状流；气泡或液滴的碰撞、融合以及破裂等行为是气液两相流产生压力脉动和振动的重要因素；由于气泡尺寸范围大，相互之间碰撞融合等行为频繁，因此弹状流是需要尽量避免的流型。由于来自抽排开口92的多股气液两相流在抽排腔9中汇集、碰撞以及融合，加剧了抽排腔9中气液两相流的振动；另外，衬底3的扫描步进运动对浸液的牵拉作用会改变曝光过程中抽排开口92中抽吸的浸液和气体的比例；因此抽排流路中的气液两相流会引起强度大、频率成分复杂的振动，劣化浸液的抽排能力，可能导致浸液残留在衬底上形成水迹等缺陷；并且，强烈的振动对浸液供给回收装置本身以及浸没式光刻机其他组件的稳定工作会造成不利影响。

如图2所示，本发明涉及的一种浸液供给回收装置，在抽排腔9中设置环形的隔离板95，且隔离板95的一端位于抽排开口附近并且将抽排开口的径向端面分隔为内外两侧抽排分腔，隔离板95的另一端位于密封抽排口内侧附近并且将密封抽排口的径向端面分隔为内外两侧抽排分腔。，隔离板95的另一端位于密封抽排口内侧附近并且将密封抽排口的径向端面分隔为内外两侧抽排分腔，内外两侧抽排分腔分别为通过隔离板95隔离后形成的内侧腔93和外侧腔94；内外两侧排腔将抽排腔9分隔为位于径向内侧的内侧腔93和位于径向外侧的外侧腔94，设置抽排开口92具有较短的长度，抽排开口92的轴向长度采用为3mm，抽排开口92的轴向长度优选小于或等于4mm，可以更有效避免气液充分混合，更有效提高气液分离效果。当然也可以将抽排开口92的轴向长度采用为0.1～4mm或1～4mm，使浸液和气体在抽排开口92中未能充分混合发展，大部分浸液占据位于抽排开口92的基体1径向上内侧的一侧，大部分气体占据位于抽排开口92的基体1径向上外侧的一侧；轴向长度足够小的话，例如在抽排开口直径取1mm时轴向长度3mm时，可以大致认为液体沿小孔内侧(内侧指浸液供给回收装置的内侧)流动，则气体占据小孔外侧流动；而如果轴向长度过大，气液充分混合，则液体占据小孔的外环流动，气体占据小孔的内芯流动，这样不利于将气液两相分隔开；浸液和气体通过抽排开口92，进入抽排腔9后，马上遇到隔离板95，受到隔离板95的阻挡，大部分浸液进入内侧腔93，大部分气体进入外侧腔94；在内侧腔中基本为纯液相流或者以液相为主的泡状流等流型，在外侧腔中基本为纯气相流或者以气相为主的环状流等流型；于是，隔离板95减少了抽排腔9中气泡、液滴相互碰撞、冲击、破裂、融合等情况，改善了抽排腔9中的压力脉动和振动情况。

图4示出了一种隔离板95的设计形式。隔离板95具有垂直段951和水平段952；垂直段951的一端位于抽排开口92附近，优选地，与抽排开口92的端面相接触；垂直段951的另一端与水平段952连接，连接处可以采用圆弧过渡以减小流体流动阻力；水平段952的另一端位于密封抽排口8附近；垂直段951和水平段952的设置，使得内侧腔93和外侧腔94的形状适应流体流动的方向，有利于减小流体流动的阻力。由于抽排开口92的尺寸可能很小，例如可能是直径1mm左右的小孔，为了减小对抽排开口92的阻挡，并引导流体流入内侧腔93或者外侧腔94，因此垂直段951靠近抽排开口92的一端设置第一导流段953，第一导流段953在朝向抽排开口92的一侧具有较小的厚度，优选地，该厚度小于抽排开口92径向宽度的五分之一,也可以是该厚度为抽排开口92径向厚度的5％～20％；具体地，在本实施例中第一导流段953(见图4)端头部具有尖劈形状或倾斜斜面状，抽排开口92的直径为0.5mm，第一导流段953朝向抽排开口92一端的厚度小于0.02mm。第二导流段954具有倾斜向上向外延伸的导流斜面，使内侧腔93中的液相流逐渐由水平向的流动转为垂直向的流动经由密封抽排口8排出；第二导流段954的设置可以减轻惯性较大的液相流对基体1的直接冲击。如前文所述，为了保证及时抽排浸液，抽排开口92在完全抽排间隙13中浸液的同时，还抽吸了一部分浸液外围的气体，优选地，衬底3相对静止的工况下，抽排开口92抽吸浸液的体积流量明显小于外围气体的体积流量。提高气体对水起到明显的阻挡作用，气体的体积流量应该大于液体的体积流量。为了适应浸液和外围气体的体积流量关系，设置内侧腔93的腔体容积小于外侧腔94的腔体容积；但内侧腔93的腔体容积也不能过小，否则液相流的流动阻力过大；优选地，内侧腔93的容积小于外侧腔容积的三分之一。

本发明申请采用一种低成本、低制造难度的方式，使浸液和外围气体在本发明申请浸液供给回收装置的流路中得到有效更大程度地分离开，改善两相流引起的振动对浸液供给回收装置的影响。

实施例二：

如图5所示，密封抽排口8正好设置在抽排开口92的正上方，隔离板95可以设置为轴向上是直线形的形状；与实施例一类似的，内侧回收腔93的容积小于外侧回收腔94的容积；隔离板95设置第一导流段953和第二导流段954，第一导流段953与第二导流段954均为尖劈形状。其余技术特征与实施例一相同。与实施例一相比，实施例二的内侧腔93和外侧腔94都具有更规则的形状，隔离板95在轴向上也是平直的形状，因此，实施例二的密封抽排流路更短，流体引起的对浸液供给回收装置的振动影响更小，并且对流体流动的阻力更小；但是，实施例二的密封抽排口8离抽排开口92更近，对浸液供给回收装置的空间布局要求更高。

实施例三：

隔离板95采用柔性材料制造，隔离板95的两端分别固定连接于抽排开口92和密封抽排口8附近。这样，如果因为衬底3扫描牵拉的原因，抽排开口92处抽入了更少的浸液，内侧腔93中的压力会降低，外侧腔94中的流体将挤压隔离板95使其向内侧腔93一侧变形，减小了内侧腔93的容积，增大了内侧腔93对流体流动的阻力，削弱了对浸液的回收能力，有利于防止过多的外围气体进入内侧腔93形成弹状流等振动规律不良的两相流。其余技术特征与实施例一或实施例二相同。

在本发明位置关系描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置，包括基体，基体大致呈环形围绕在光刻机投影物镜的周围，基体的底面对侧设置衬底；基体内部设置密封抽排流路，密封抽排流路包括抽排开口、抽排腔以及密封抽排口，抽排开口设置于基体底面并朝向衬底，抽排腔连通抽排开口与密封抽排口，真空源连接至所述抽排口，施加负压使浸液及外围气体经抽排开口进入抽排腔，再经密封抽排口流出所述基体；其特征在于：密封抽排流路还包括隔离板，隔离板设于抽排腔内，且隔离板的一端位于抽排开口附近并且将抽排开口的径向端面分隔为内外两侧抽排分腔，隔离板的另一端位于密封抽排口内侧附近并且将密封抽排口的径向端面分隔为内外两侧抽排分腔。

2.按照权利要求1所述的具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置，其特征在于：所述抽排开口的轴向长度小于或等于4mm。

3.按照权利要求1所述的具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置，其特征在于：所述抽排腔垂直于周向的横截面面积大于所有抽排开口面积之和与密封抽排口个数的商。

4.按照权利要求1所述的具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置，其特征在于：所述隔离板将抽排腔分隔为内侧腔和外侧腔，且内侧腔的腔体容积小于外侧腔的腔体容积。

5.按照权利要求1至3中任一权利要求所述的具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置，其特征在于：所述隔离板包括垂直段和水平段，垂直段位于靠近抽排开口一端，水平段位于靠近密封抽排口一端。

6.按照权利要求1至3中任一权利要求所述的具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置，其特征在于：所述隔离板包括第一导流段，第一导流段位于抽排开口附近，第一导流段是尖劈形状。

7.按照权利要求6所述的具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置，其特征在于：所述第一导流段位于抽排开口附近的一端的端头厚度小于抽排开口径向厚度的五分之一。

8.按照权利要求1至3中任一权利要求所述的具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置，其特征在于：所述隔离板包括第二导流段，第二导流段位于密封抽排口附近，第二导流段具有导流斜面，导流斜面将内侧腔中流体流向偏转至更朝向密封抽排口。

9.按照权利要求1所述的具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置，其特征在于：所述密封抽排口位于所述抽排开口正上方，隔离板在轴向上呈直线形状。

10.按照权利要求1或2或3或4或9中任一权利要求所述的具有气液隔离抽排功能的浸液供给回收装置，其特征在于：所述隔离板采用柔性材质，隔离板的两端分别固定连接于抽排开口和密封抽排口附近。

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