CN112684665A - 一种浸液供给回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种浸液供给回收装置。本发明包括内基体和外基体，内基体环绕于末端物镜的径向外侧，外基体环绕于内基体的径向外侧；内基体和外基体之间具有间隙或隔离物；外基体位于衬底上方，与衬底形成第三间隙；内基体向末端物镜与衬底之间的间隙提供浸液；外基体从第三间隙中抽取浸液。本发明改善浸液供给回收装置的振动特性，保证曝光质量。由于通常密封抽排口距离衬底最近，尺寸精度要求高，而且密封抽排口容易性能衰退，使用本发明的内基体和外基体相对隔离的方案，可以对内基体采用较低精度的加工工艺以降低浸液供给回收装置的制造成本，并且可以仅更换外基体以恢复浸液供给回收装置的性能，从而降低维护成本。
Description
技术领域
本发明属于浸没式光刻机技术领域，涉及一种浸液供给回收装置。
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，它利用光学系统把掩膜版上的电路图案精确地投影在涂覆光刻胶的衬底上并使光刻胶曝光改性，从而在衬底上留下电路图案信息。它包括激光光源、投影物镜系统、包含电路图案的投影掩膜版和涂有光敏光刻胶的衬底。
相对于中间介质为气体的干式光刻机，浸没式光刻(Immersion Lithography)设备通过在最后一片投影物镜与衬底之间填充某种高折射率的液体(称为浸没液体或浸液)，通过提高该缝隙液体介质的折射率(n)来提高投影物镜的数值孔径(NA)，从而提高光刻设备的分辨率和焦深。在现在的主流光刻技术中，由于浸没式光刻相对早期的干式光刻具有良好的继承性，所以受到广泛应用。而对于浸没液体的填充，目前广泛采用的方案是局部浸没法，也即使用浸液供给回收装置将液体限制在最后一片投影物镜的下表面和衬底上表面之间的局部区域内。保持浸没液体在曝光区域内的光学一致性和透明度，是保障浸没式光刻曝光质量的关键。为此，现有技术方案往往通过注液和回收实现浸没流场的实时更新，将光化学污染物、局部热量、微纳气泡等及时带离核心曝光区域，以确保浸没液体的高度纯净均一。
如图1和图2所示，浸没式光刻机中投影物镜系统具有距离衬底2最近的末端物镜1，末端物镜1和衬底2之间形成第一间隙11；环绕末端物镜1设置浸液供给回收装置3，浸液供给回收装置3向第一间隙11内提供浸没液体LQ，浸液供给回收装置3具有中心通孔31以供来自末端物镜1的曝光激光束穿过；当携带电路图案信息的曝光激光束穿过末端物镜1后，进入浸没液体LQ，穿过浸没液体LQ后投射在衬底2上；对于浸没式光刻机中常用的波长为193nm的曝光激光束，浸没液体LQ可以采用超纯水，超纯水对于193nm激光的折射率大于空气，因此相对于干式光刻机，浸没式光刻机的曝光激光束穿过末端物镜1和浸没液体LQ后可以汇聚为更小尺度的曝光靶区，从而在衬底上形成更小尺度的电路图案，从而提高光刻机的曝光分辨率。为了避免浸液供给回收装置3将振动和热扰动传递到末端物镜1以干扰其光学性质，设置浸液供给回收装置3不与末端物镜1相接触，于是在末端物镜1和浸液供给回收装置3之间形成第二间隙12。由于现有的浸没式光刻机在曝光过程中按照扫描步进原理相对于末端物镜1来移动衬底3，使得曝光激光束扫描式地将单幅电路图案投射到衬底2的单个靶区中，并步进式地将相同的电路图案投射到衬底2的多个靶区中；由于衬底2会发生相对于末端物镜1的运动，而浸液供给回收装置3相对于末端物镜1静止，因此衬底2会发生相对于浸液供给回收装置3的运动，衬底2与浸液供给回收装置3存在第三间隙13。
由于曝光过程中激光束会加热浸没液体LQ，衬底2上的光刻胶发生光化学反应可能产生污染物释放到浸没液体LQ中，浸没液体LQ的温度和洁净度的改变将导致其光学性质改变；因此设置浸液供给回收装置3驱动浸没液体LQ持续地流动更新以维持其温度和洁净度，具体来说，浸液供给回收装置3中设置朝向第二间隙12的主注液口4，使用浸液供给系统LS经主注液口4向第二间隙12提供浸没液体LQ；浸液供给回收装置3中设置朝向第二间隙12并且位于主注液口4对侧的主抽排口5，使用主抽排系统VM经主抽排口5抽排浸没液体LQ；大部分浸没液体LQ自主注液口4流入第二间隙12，随后流入第一间隙11，然后第一间隙11和第二间隙12中的浸没液体被主抽排口5抽排；还有一部分浸没液体LQ会流入第三间隙13中，为了避免大量浸没液体LQ遗留在衬底2表面上导致衬底2形成光刻缺陷，以及避免浸没液体LQ浸湿其他部件造成损坏，浸液供给回收装置3在朝向衬底2的表面设置密封抽排口6，密封抽排口6可以是一圈均匀排布的小孔或者环形的缝隙，使用密封抽排系统VC经密封抽排口6将第三间隙13中的浸没液体LQ抽走排出。衬底2在扫描和步进运动过程中会牵拉浸没液体LQ，为了避免衬底2高速运动时过度牵拉浸没液体LQ导致其脱离密封抽排口6的约束，在浸液供给回收装置3中密封抽排口6的径向外侧设置气密封口7，使用气体供给系统AS经气密封口7向第三间隙13供给气体流，在气体流的提高压强和吹扫作用下，密封抽排口6对于浸没液体LQ的约束能力也增强。主抽排口5和密封抽排口6将浸没液体LQ完全抽排，浸没液体LQ和外围气体之间形成了弯液面20，弯液面20所包围的浸没液体空间即为浸没流场。
第三间隙13中的浸液被密封抽排口6抽排后，进入密封抽排腔61；密封抽排腔61收集环绕末端物镜1一圈的密封抽排口6所抽排的浸液；密封抽排腔61中的浸液和气体经由少数几条管道被密封抽排系统VC所抽排。为了有效地约束弯液面20的位置，通常设置密封抽排口6附近的负压足够大，使得密封抽排口6同时抽排浸液和外围气体，于是在密封抽排腔61以及下游管路中形成了气液两相流。气液两相流会引起强烈的压力脉动，使密封抽排口6的抽排能力下降，还会导致浸液供给回收装置3振动，并且这种振动会经浸液传递到末端物镜1和衬底2，导致曝光质量降低。另外，为了有效密封第三间隙13中的弯液面20，以及降低作为移动衬底2需要克服的负载的第三间隙13中浸液的量，期望第三间隙13的高度低，典型地期望第三间隙13的高度低于0.5mm，更优的是低于0.2mm；由于衬底2会相对于浸液供给回收装3发生较高速度的运动，因此需要严格维持第三间隙13的高度，需要对浸液供给回收装置3最接近衬底2的面进行精密的加工；高度较低的第三间隙13一般会配合小尺寸的密封抽排口6使用，例如典型的密封抽排口6的直径小于1mm；小尺寸的密封抽排口6需要使用更高精度的加工工艺制造，并且在使用中容易被浸液中携带的污染物所沉积和堵塞；这些因素使得浸液供给回收装置3的制造成本高，并且密封抽排口6的工作性能容易衰退。
发明内容
本发明的目的就是提供一种浸液供给回收装置，用于抑制密封抽排流路的振动影响以及降低制造成本。
本发明包括内基体和外基体，内基体环绕于末端物镜的径向外侧，外基体环绕于内基体的径向外侧；内基体和外基体之间具有间隙或隔离物；外基体位于衬底上方，与衬底形成第三间隙；内基体向末端物镜与衬底之间的间隙提供浸液；外基体从第三间隙中抽取浸液。
所述内基体包括主注液口和主抽排口，经主注液口提供浸液，经主抽排口抽排浸液。
所述外基体朝向衬底的一面具有密封抽排口，经密封抽排口抽排浸液和气体，随后浸液和气体流入外基体中的密封抽排腔。
所述内基体和外基体之间具有隔振垫，隔振垫使外基体向内基体传递的振动减弱。
所述隔振垫包含含氟塑料或含氟橡胶材料。
所述外基体与衬底的最小间距小于所述内基体与衬底的最小间距。
在所述外基体离衬底最近的面上设置所述密封抽排口。
所述内基体与外基体固定连接，支撑件连接外基体与基座。
所述内基体与外基体之间形成基体间隙。
所述内基体由内基体支撑件连接至基座，所述外基体由外基体支撑件连接至基座。
所述内基体由内基体支撑件刚性地连接至基座，保持与末端物镜的相对位置不变。
所述外基体支撑件可以驱动外基体靠近或者远离衬底。
在所述外基体中设置朝向基体间隙的间隙抽排口，经间隙抽排口抽排浸液。
所述间隙抽排口与密封抽排腔连通。
还包括朝向衬底的底部注液口，经底部注液口提供浸液。
所述底部注液口位于内基体。
本发明设置浸液供给回收装置由相对隔离的内基体和外基体组成，将振动相对弱的主注液口等流路设置于内基体，将振动相对强的密封回收腔等流路设置于外基体，从而减弱向内基体以及内基体内侧的浸没流场和末端物镜传递的振动，有利于改善浸液供给回收装置的振动特性，保证曝光质量。由于通常密封抽排口距离衬底最近，尺寸精度要求高，而且密封抽排口容易性能衰退，使用本发明的内基体和外基体相对隔离的方案，可以对内基体采用较低精度的加工工艺以降低浸液供给回收装置的制造成本，并且可以仅更换外基体以恢复浸液供给回收装置的性能，从而降低维护成本。
附图说明
图1为浸液供给回收装置及浸没流场的纵向剖视示意图；
图2为浸液供给回收装置的仰视示意图；
图3为本发明实施例一的结构示意图；
图4为本发明实施例一的结构示意图；
图5为本发明实施例二的结构示意图；
图6为本发明实施例三的结构示意图；
图7为本发明实施例四的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
如图3和图4所示，浸液供给回收装置包括内基体32和外基体33，内基体32环绕于末端物镜1的径向外侧，并且与末端物镜1之间形成第二间隙12，外基体33环绕于内基体32的径向外侧；外基体33与衬底2之间具有第三间隙13，密封抽排口6设置于外基体33朝向衬底2的一面，从第三间隙13中抽取浸液；密封抽排口6与外基体33中的密封抽排腔61连通，密封抽排口6抽取的浸液进入密封抽排腔61，并随后被密封抽排系统VC抽排离开浸液供给回收装置；主注液口4设置于内基体32，向第二间隙12提供浸液；主抽排口5设置于内基体32，从浸没流场抽排浸液。主注液口4中流动的浸液的流速相密封抽排口6中的浸液和气体的流速要低，振动较弱，主抽排口5中的浸液和气体的流速和气液涌动强度也明显弱于密封抽排腔61，因此，将主注液口4和主抽排口5设置于内基体32，并且与振动强烈的密封抽排腔相对隔离，可以获得振动较轻微的内基体32。内基体32和外基体33之间设置隔振垫34，优选的隔振垫材料是含氟塑料或含氟橡胶以减少污染物的释放；使密封抽排腔61及其连接的密封抽排流路中气液两相流引起的振动在传递至内基体32的路径中减弱，减弱传递至内基体32径向内侧浸液和部件的振动，从而减轻密封抽排流路中振动对曝光过程的影响。气密封口7中气体的流速较高，会引起较明显的振动，在本发明中，位于密封抽排口6径向外侧的气密封口7也设置于外基体33，有利于减弱气密封流路向内基体32传递的振动。使内基体32和外基体33相对地分离，可以在密封抽排口6的密封抽排能力降低后，仅替换密封抽排口6所在的外基体33以恢复浸液供给回收装置的工作能力，从而降低浸液供给回收装置的维护成本。
使用支撑件331将浸液供给回收装置与基座9连接，以确定浸液供给回收装置的位置和姿态。优选地，支撑件331连接外基体33，使外基体33具有更佳的支撑刚度，从而将振动作用下外基体33的位移更小，以避免与衬底2发生碰撞。
实施例二
如图5所示，设置外基体33中密封抽排口6所在的外基体底面332相比内基体32高度最低的内基体底面322距离衬底2更近，其余实施方式与实施例一相同。
在保持密封抽排口6对弯液面20的约束能力的同时，增大了内基体底面322与衬底2之间的缝隙高度，允许内基体底面322具有较低的尺寸精度，从而降低的内基体32的加工要求，降低了浸液供给回收装置的制造成本。
实施例三
如图6所示，内基体32与外基体33之间相互分离，内基体32和外基体33分别由支撑件331b和331a连接于基座9b和9a；基座9a和9b可以是同一个刚性构件，也可以是不同的具有支撑作用的构件。支撑件331a可以上下移动，例如使用电机驱动的伸缩杆作为支撑件331a，以驱动外基体33上下移动，调节外基体底面332与衬底2之间的间隙高度，从而使衬底2可以在非曝光过程中以更大的间隙更安全地通过浸液供给回收装置的下方；支撑件331b确定内基体32的位置和姿态，支撑件331b可以设置为可移动的或者刚性的，优选是设置为刚性的或者仅具备小范围姿态调整能力的支撑方式。内基体32与外基体33之间形成基体间隙35。其余实施方式与实施例一相同。
采用刚性或近似刚性的方式支撑内基体32，能够良好地维持内基体32与末端物镜1以及与衬底2之间的间隙宽度，有利于浸没流场的稳定流动；并且刚性支承增强了内基体32隔离振动的能力，有利于减弱外基体33传递到内基体32内侧曝光空间的振动幅度，从而提升曝光质量。基体间隙35能够容纳浸液，在衬底进行扫描或步进运动，牵拉浸液朝向或者远离密封抽排口6时，基体间隙35能够容纳或者补充浸液，产生缓冲作用，减轻浸液牵拉对弯液面20的挤压作用力，从而有利于密封抽排口6对于弯液面20的约束。
优选地，在外基体33中设置朝向基体间隙35的间隙抽排口61，间隙抽排口61连接负压源，优选的是间隙抽排口61连通密封抽排腔61，对基体间隙35中的浸液抽排，以约束基体间隙35中间隙弯液面201的位置，避免基体间隙35中的浸液过多并溢流造成污染，以及避免基体间隙35中的浸液过少导致气体从基体间隙35进入浸没流场形成气泡污染物。
实施例四
如图7所示，浸液供给回收装置还包括底部注液口10，底部注液口10朝向衬底2，使用底部供液系统LC经底部注液口10供给浸液，在第三间隙13中形成朝向衬底2流动具有局部高流速的浸液射流，可以阻挡来自弯液面20处卷入的气泡，防止气泡在衬底2的牵拉作用下沿径向向内的方向运动到曝光空间干扰曝光过程。其余实施方式同实施例一至三中任一实施例。
优选地，由于向底部供液口10提供的是单相的液体流，流动相对平稳，因此将底部供液口10及其连接的流路设置于内基体32，有利于减少外基体33的功能和体积，有利于对外基体33的振动抑制。
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 (16)
1.一种浸液供给回收装置，其特征在于：包括内基体和外基体，内基体环绕于末端物镜的径向外侧，外基体环绕于内基体的径向外侧；内基体和外基体之间具有间隙或隔离物；外基体位于衬底上方，与衬底形成第三间隙；内基体向末端物镜与衬底之间的间隙提供浸液；外基体从第三间隙中抽取浸液。
2.如权利要求1所述的浸液供给回收装置，其特征在于：所述内基体包括主注液口和主抽排口，经主注液口提供浸液，经主抽排口抽排浸液。
3.如权利要求1所述的浸液供给回收装置，其特征在于：所述外基体朝向衬底的一面具有密封抽排口，经密封抽排口抽排浸液和气体，随后浸液和气体流入外基体中的密封抽排腔。
4.如权利要求1所述的浸液供给回收装置，其特征在于：所述内基体和外基体之间具有隔振垫，隔振垫使外基体向内基体传递的振动减弱。
5.如权利要求4所述的浸液供给回收装置，其特征在于：所述隔振垫包含含氟塑料或含氟橡胶材料。
6.如权利要求4所述的浸液供给回收装置，其特征在于：所述外基体与衬底的最小间距小于所述内基体与衬底的最小间距。
7.如权利要求6所述的浸液供给回收装置，其特征在于：在所述外基体离衬底最近的面上设置所述密封抽排口。
8.如权利要求4所述的浸液供给回收装置，其特征在于：所述内基体与外基体固定连接，支撑件连接外基体与基座。
9.如权利要求1所述的浸液供给回收装置，其特征在于：所述内基体与外基体之间形成基体间隙。
10.如权利要求9所述的浸液供给回收装置，其特征在于：所述内基体由内基体支撑件连接至基座，所述外基体由外基体支撑件连接至基座。
11.如权利要求10所述的浸液供给回收装置，其特征在于：所述内基体由内基体支撑件刚性地连接至基座，保持与末端物镜的相对位置不变。
12.如权利要求10所述的浸液供给回收装置，其特征在于：所述外基体支撑件可以驱动外基体靠近或者远离衬底。
13.如权利要求9所述的浸液供给回收装置，其特征在于：在所述外基体中设置朝向基体间隙的间隙抽排口，经间隙抽排口抽排浸液。
14.如权利要求13所述的浸液供给回收装置，其特征在于：所述间隙抽排口与密封抽排腔连通。
15.如权利要求1至14中任一权利要求所述的浸液供给回收装置，其特征在于：还包括朝向衬底的底部注液口，经底部注液口提供浸液。
16.如权利要求15所述的浸液供给回收装置，其特征在于：所述底部注液口位于内基体。
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