CN112684669B - 一种浸液供给系统 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
本发明涉及一种浸液供给系统。本发明浸液原液被浸液纯化组件提升纯净度获得浸没液体，浸液流动参数调节组件对浸没液体的压力等流动参数进行调节；浸液供给系统一路浸液沿主注液供给流路向浸液供给回收装置的主注液口供给，另一路浸液沿底部注液供给流路向浸液供给回收装置的底部注液口供给；通过温度计和温度调节器对浸液温度进行调节或通过换热器与主注液供给流路和底部注液供给流路热耦合连接，使主注液供给流路和底部注液供给流路中浸液的温度趋近或相等，维持浸没流场的温度稳定，保证浸没流场的光学性质稳定，保证曝光质量。
Description
技术领域
本发明属于浸没式光刻机技术领域，涉及一种浸液供给系统。
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，使用浸液供给源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。
如图3所示，弯液面20受衬底2牵拉时稳定性降低，可能会将浸液外围的气体卷入在浸液中形成气泡，气泡可能在浸液流动和衬底牵拉的作用下朝向第一间隙11运动，气泡进入曝光空间后可能造成曝光激光束的偏移并进一步导致曝光缺陷。在一种解决方案中，于浸液供给回收装置3朝向衬底2的一面设置底部注液口8，底部注液口8位于通孔31的径向外侧和密封抽排口6的径向内侧，底部注液口8可以是狭窄的缝隙或间隔排布的小孔阵列，底部供液系统AL经底部注液口8提供朝向衬底2流动的浸液，优选的是向衬底2提供流速较高的浸液射流，从而对弯液面20处卷入的气泡气刀阻挡作用，防止其继续朝径向内侧运动进入第一间隙11。
在浸液供给回收装置3中设置了主注液口4和底部注液口8两处提供浸液的开口，为了使浸液流动稳定，对经主注液口4和底部注液口8提供的浸液流量进行精密调控。如图4所示，浸液供给系统包括浸液源40、动力源41、浸液纯化组件43、浸液流动参数调节组件44和浸液供给回收装置3，浸液源40提供浸液原液，动力源41提供浸液流动的动力，浸液原液经过浸液纯化组件纯化为纯净度满足曝光要求的浸没液体，浸没液体的压力、流量和温度经过浸液流动参数调节组件44的调节后向浸液供给回收装置3提供；经浸液流动参数调节组件44处理后，浸液分为两路，一路浸液沿主注液供给流路45向主注液口4供给，另一路浸液沿底部注液供给流路46向底部注液口8供给；主注液供给流路45具有控制流路通断和/或浸液流量的主注液控制阀451，底部注液供给流路46具有控制流路通断和/或浸液流量的底部注液控制阀461。浸液的光学性质对于温度敏感，为了保持浸没流场的温度稳定性，还需要使经主注液口4和底部注液口8提供的浸液具有一致的温度；由于经主注液口4和底部注液口8提供的浸液不同，例如经主注液口4提供1.5L/min流量的浸液的同时经底部注液口8提供0.5L/min流量的浸液，主注液控制阀451和底部注液控制阀461的型号不同，控制阀产生并释放进入浸液的热量不同，会导致主注液口4和底部注液口8附近的浸液温度存在差异；而且，由于流量不同并且输送距离通常较长，主注液供给流路45和底部注液供给流路46中流动的浸液受到环境中热干扰的程度不同，也导致主注液口4和底部注液口8附近的浸液温度存在差异；主注液口4和底部注液口8附近的浸液温度差的典型值可达0.3K以上。
发明内容
本发明的目的就是提供一种浸液供给系统，用于减小向浸没流场提供的两路浸液之间的温差。
一种浸液供给系统，包括浸液源、动力源、浸液纯化组件、浸液流动参数调节组件和浸液供给回收装置，浸液源提供浸液原液，动力源提供浸液流动的动力，浸液原液被浸液纯化组件提升纯净度获得浸没液体，浸液流动参数调节组件对浸没液体的压力等流动参数进行调节；浸液供给系统提供的浸液分为两路，一路浸液沿主注液供给流路向浸液供给回收装置的主注液口供给，另一路浸液沿底部注液供给流路向浸液供给回收装置的底部注液口供给；主注液供给流路上具有第一温度计，底部注液供给流路上具有第二温度计；主注液供给流路和/或底部注液供给流路上还具有温度调节器；根据第一温度计和第二温度计检测获得的温度差控制温度调节器对浸液温度进行调节，使主注液供给流路和底部注液供给流路中浸液的温度趋近。
所述主注液供给流路上具有主注液控制阀，主注液控制阀位于第一温度计的上游；所述底部注液供给流路上具有底部注液控制阀，底部注液控制阀位于第二温度计的上游。
所述第一温度计和第二温度计设置于浸液供给回收装置内部。
一种浸液供给系统，还可以包括浸液源、动力源、浸液纯化组件、浸液流动参数调节组件和浸液供给回收装置，浸液源提供浸液原液，动力源提供浸液流动的动力，浸液原液被浸液纯化组件提升纯净度获得浸没液体，浸液流动参数调节组件对浸没液体的压力等流动参数进行调节；浸液供给系统提供的浸液分为两路，一路浸液沿主注液供给流路向浸液供给回收装置的主注液口供给，另一路浸液沿底部注液供给流路向浸液供给回收装置的底部注液口供给；还包括换热器，换热器与主注液供给流路和底部注液供给流路热耦合连接，使主注液供给流路和底部注液供给流路中浸液的温度趋近或相等。
所述换热器包括换热室，第一入口流路和第一出口流路与换热室连通，第一路流体从第一入口流路流入换热室，然后从第一出口流路流出换热室；第二入口流路和第二出口流路延伸进入换热室，换热室中具有换热管，第二路流体经第二入口流路进入换热管，随后由换热管流入第二出口流路；在换热室内部，换热管分隔第一路流体和第二路流体；第一路流体和第二路流体在换热室内部，隔着换热管的壁面发生热交换。
所述第一路流体来自主注液供给流路，所述第二路流体来自底部注液供给流路。
所述换热器与浸液供给回收装置固定连接。
所述换热器与浸液供给回收装置之间具有隔热垫。
还包括多条换热管，第二路流体经第二入口流路后分流进入各条换热管，随后由各条换热管汇集后流入第二出口流路。
所述浸液供给回收装置包括多个底部注液口，底部注液口与底部供液腔连通，浸液在底部供液腔内均匀压力后基本均等地经各个底部注液口流出；所述换热器包括4条换热管，4条换热管的下游流路分别接入底部供液腔平行于扫描方向和垂直于扫描方向的直径两端。
本发明具有两条向浸液流场提供浸液的流路，在浸液供给系统的浸液供给流路中设置温度计和温度调节器，根据两条浸液供给流路中浸液的温度差别控制温度调节器调节浸液的温度；或者在浸液供给系统中设置同时与两条浸液供给流路热耦合连接的换热器；使两条浸液供给流路中浸液的温度趋近甚至相等；维持浸没流场的温度稳定，保证浸没流场的光学性质稳定，保证曝光质量。
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为包括底部注液口的浸液供给回收装置的结构示意图；
图4为具有两条浸液供给流路的浸液供给系统的结构示意图；
图5为本发明实施例一的结构示意图；
图6为本发明实施例二的结构示意图；
图7为本发明实施例二涉及的一种热交换器的结构示意图；
图8为本发明实施例三的结构示意图；
图9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5所示，一种浸液供给系统，包括浸液源40、动力源41、浸液纯化组件43、浸液流动参数调节组件44和浸液供给回收装置3，浸液源40提供浸液原液，动力源41提供浸液流动的动力，浸液原液经过浸液纯化组件纯化为纯净度满足曝光要求的浸没液体，浸没液体的压力、流量和温度经过浸液流动参数调节组件44的调节后向浸液供给回收装置3提供；经浸液流动参数调节组件44处理后，浸液分为两路，一路浸液沿主注液供给流路45向浸液供给回收装置3的主注液口4供给，另一路浸液沿底部注液供给流路46向浸液供给回收装置3的底部注液口8供给；主注液供给流路45具有控制流路通断和/或浸液流量的主注液控制阀451，底部注液供给流路46具有控制流路通断和/或浸液流量的底部注液控制阀461。浸液供给系统还包括设置于主注液供给流路45上主注液控制阀451下游的第一温度计452，设置于底部注液供给流路46上底部注液控制阀461下游的第二温度计462，温度调节器463以及控制器；温度调节器463位于底部注液控制阀461和第二温度计462之间的流路上；温度调节器463优选的是加热器，可以对浸液温度实施更快速的调节。第一温度计452检测向主注液口4提供的浸液温度，第二温度计462检测检测向底部注液口8提供的浸液温度；控制器根据第二温度计462和第一温度计461的差值，调节温度调节器463对浸液调温，使向底部注液口8提供的浸液温度趋近向主注液口4提供的浸液温度。也可以在主注液供给流路45上设置温度调节器463，使向主注液口4提供的浸液温度趋近向底部注液口8提供的浸液温度，但优选的是在底部注液供液流路46上设置温度调节器463，因为底部注液供液流路46中的浸液流量较小，对齐进行温度调控的速度和精度都更优。
优选地，设置第一温度计452离主注液口4足够近，设置第二温度计462离底部注液口8足够近，以提供足够的采样准确性；可以将第一温度计452和第二温度计462设置于浸液供给回收装置3中。
实施例二
浸液供给系统还包括换热器48，换热器48同时与主注液供给流路45和底部注液供液流路46热耦合连接，使主注液供给流路45和底部注液供液流路46发生热交换，从而使主注液供给流路45和底部注液供液流路46中的浸液温度相互接近甚至相等；换热器48设置于主注液控制阀451和底部注液控制阀461的下游流路上，优选的是尽可能靠近主注液口3和底部注液口8。
相对加热器等温度调节器，换热器48可以具有更小的体积，并且可以是无源工作的，不需要连接额外的电路或者控制器，因此更适合设置于空间尺寸紧张的浸液供给回收装置3附近。
本发明可以采用的一种换热器如图7所示，换热器48具有换热室480，第一入口流路483和第一出口流路484与换热室480连通，第一路流体从第一入口流路483流入换热室480，然后从第一出口流路484流出换热室480；第二入口流路485和第二出口流路486延伸进入换热室480，换热室480中具有换热管487，第二路流体经第二入口流路485进入换热管487，随后由换热管487流入第二出口流路486；在换热室480内部，换热管487分隔第一路流体和第二路流体；第一路流体和第二路流体在换热室480内部，隔着换热管487的壁面发生热交换，穿过换热器48后，第一路流体和第二路流体的温度相互更接近，而且各自的流量不发生改变。换热管487可以采用不锈钢等易导热且产生污染物少的材料。优选地，换热室480中可以设置多条并列的换热管487，第二路流体经第二入口流路485进入换热室480后，分流进入多条换热管487，在下游各条换热管487中的流体汇聚进入第二出口流路486并流出换热器48；将第二路流体分流进入多条换热管487，可以增大第二路流体与换热管487以及第一路流体的接触面积，从而实现第一路流体和第二路流体更充分的换热，有利于两路流体的温度相互趋近。换热室480外部可以设置保温层481，以减少环境热干扰对于均温过程的影响。
将本换热器48应用于本发明涉及的浸液供给系统，可以将主供液流路45和底部注液供液流路46分别连接换热器48的第一入口流路483和第二入口流路485，经第一出口流路484和第二出口流路486流出换热器48后，分别继续向主注液口4和底部注液口8供给。优选地，将主供液流路45接入第一入口流路483，而将底部注液供液流路46接入第二入口流路485，因为换热管487的管径通常较小，流阻较大，使换热管487与浸液流量较小的底部注液供液流路46连接，有利于对浸液流量的稳定控制。
实施例三
如图8所示，将换热器48设置得离主注液口4和底部注液口8足够近以主注液供给流路45和底部注液供液流路46更好的均温效果；可以将换热器48设置于浸液供给回收装置3侧面的管道接口部分，更优的是换热器48与浸液供给回收装置3固定连接，并使用隔热垫将换热室480和浸液供给回收装置的基体分隔，更有利于维持换热室480内部的热量平衡，对均等化两路流体的温度有利。其余实施方式与实施例一相同。
实施例四
如图9所示，多个底部注液口8与底部供液腔81连通，浸液在底部供液腔81内均匀压力后基本均等地经各个底部注液口8流出；换热器48中包括多条换热管487，底部注液供液流路46进入换热器48后分流进入多条换热管487，多条换热管487及其下游流路分别与底部供液腔81连通。其余实施方式与实施例二或三相同。
衬底相对于浸液供给回收装置3的运动主要是沿图9中Y向的扫描运动和沿图9中X向的步进运动，因此弯液面20平行和垂直于扫描运动方向的直径两端容易卷入气泡；优选地，换热器设置48内设置4条换热管487，4条换热管487的下游流路分别接入底部供液腔81平行于扫描方向(Y向)和垂直于扫描方向(X向)的直径两端，更有利于在平行于和垂直于扫描方向的两端形成更高流速的底部注液射流，从而更好地阻挡弯液面处卷入的气泡。换热器48中设置多条换热管487有利于主注液供给流路45和底部注液供给流路46更充分的换热和均温，在多条换热管487的下游不经过流体汇集而直接导入底部供液腔81，节省了流体汇集结构，更有利于浸液供给系统的结构布局加工便利。
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)
1.一种浸液供给系统，其特征在于：包括浸液源、动力源、浸液纯化组件、浸液流动参数调节组件和浸液供给回收装置，浸液源提供浸液原液，动力源提供浸液流动的动力，浸液原液被浸液纯化组件提升纯净度获得浸没液体，浸液流动参数调节组件对浸没液体的流动参数进行调节，流动参数包括浸没液体的压力；浸液供给系统提供的浸液分为两路，一路浸液沿主注液供给流路向浸液供给回收装置的主注液口供给，另一路浸液沿底部注液供给流路向浸液供给回收装置的底部注液口供给；主注液供给流路上具有第一温度计，底部注液供给流路上具有第二温度计；主注液供给流路和/或底部注液供给流路上还具有温度调节器；根据第一温度计和第二温度计检测获得的温度差控制温度调节器对浸液温度进行调节，使主注液供给流路和底部注液供给流路中浸液的温度趋近。
2.如权利要求1所述的一种浸液供给系统，其特征在于：所述主注液供给流路上具有主注液控制阀，主注液控制阀位于第一温度计的上游；所述底部注液供给流路上具有底部注液控制阀，底部注液控制阀位于第二温度计的上游。
3.如权利要求1所述的一种浸液供给系统，其特征在于：所述第一温度计和第二温度计设置于浸液供给回收装置内部。
4.一种浸液供给系统，其特征在于：包括浸液源、动力源、浸液纯化组件、浸液流动参数调节组件和浸液供给回收装置，浸液源提供浸液原液，动力源提供浸液流动的动力，浸液原液被浸液纯化组件提升纯净度获得浸没液体，浸液流动参数调节组件对浸没液体的流动参数进行调节，流动参数包括浸没液体的压力；浸液供给系统提供的浸液分为两路，一路浸液沿主注液供给流路向浸液供给回收装置的主注液口供给，另一路浸液沿底部注液供给流路向浸液供给回收装置的底部注液口供给；还包括换热器，换热器与主注液供给流路和底部注液供给流路热耦合连接，使主注液供给流路和底部注液供给流路中浸液的温度趋近或相等。
5.如权利要求4所述的一种浸液供给系统，其特征在于：所述换热器包括换热室，第一入口流路和第一出口流路与换热室连通，第一路流体从第一入口流路流入换热室，然后从第一出口流路流出换热室；第二入口流路和第二出口流路延伸进入换热室，换热室中具有换热管，第二路流体经第二入口流路进入换热管，随后由换热管流入第二出口流路；在换热室内部，换热管分隔第一路流体和第二路流体；第一路流体和第二路流体在换热室内部，隔着换热管的壁面发生热交换。
6.如权利要求5所述的一种浸液供给系统，其特征在于：所述第一路流体来自主注液供给流路，所述第二路流体来自底部注液供给流路。
7.如权利要求4所述的一种浸液供给系统，其特征在于：所述换热器与浸液供给回收装置固定连接。
8.如权利要求7所述的一种浸液供给系统，其特征在于：所述换热器与浸液供给回收装置之间具有隔热垫。
9.如权利要求5所述的一种浸液供给系统，其特征在于：包括多条换热管，第二路流体经第二入口流路后分流进入各条换热管，随后由各条换热管汇集后流入第二出口流路。
10.如权利要求9所述的一种浸液供给系统，其特征在于：所述浸液供给回收装置包括多个底部注液口，底部注液口与底部供液腔连通，浸液在底部供液腔内均匀压力后基本均等地经各个底部注液口流出；所述换热器包括4条换热管，4条换热管的下游流路分别接入底部供液腔平行于扫描方向和垂直于扫描方向的直径两端；所述扫描方向是浸没式光刻机的衬底相对于浸液供给回收装置发生运动的方向。
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