CN112684674A - 浸液供给回收系统以及浸没流场初始建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浸液供给回收系统以及浸没流场初始建立方法，浸没控制单元环绕在末端投影物镜径向外侧且于衬底上方；末端投影物镜与衬底间、浸没控制单元与末端投影物镜间、浸没控制单元与衬底间均形成间隙；浸没控制单元上设主注液口、主回收口和密封抽排口；主供液模块经主注液口提供浸液；回收模块经主回收口和密封抽排口抽排回收浸液；主供液模块包括主供液源和润液源，主供液源经主供液流路与主注液口连通，主供液流路上设主供液阀，润液源经润液供给支路接入主供液流路，润液供给支路上设润液控制阀；润液源经润液供给支路提供润液。可以有效降低浸没流场初始建立过程中形成气泡的可能性，利于保证浸没流场光学性质均匀性及曝光质量。

Description

浸液供给回收系统以及浸没流场初始建立方法

技术领域

本发明涉及一种浸没式光刻技术领域，尤其是涉及一种使用于浸没式光刻机中的浸液供给回收系统以及浸没流场初始建立方法。

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(成为浸没液体或浸液)，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。

浸没式光刻机开机时，浸液供给回收系统开始生产符合品质和参数符合要求的浸液并向投影物镜和衬底之间供给和回收，使投影物镜和衬底之间形成浸液稳定流动的浸没流场，这个过程称之为浸没流场的初始建立过程。在浸没流场的初始建立过程中，浸液逐渐填充浸液供给系统中的流路，随后经浸没供给单元流入投影物镜和衬底之间的间隙；浸液本身可能携带气泡；在浸液驱替空气填充流路的过程中，流路中的转角和间隙中会形成气泡；浸液在填充投影物镜和衬底之间的间隙时会因为流动空间的转角等原因产生气泡；这些气泡会不可控地脱落并随浸液流动至投影物镜和衬底之间的间隙中，干扰曝光光束的传播；而且气泡可能会附着在投影物镜和衬底的表面上，虽然浸液供给回收系统持续抽排浸液，但附着的气泡仍难以被浸液冲刷和被浸液供给回收系统抽排去除。由于上述原因，在浸没流场的初始建立过程中容易产生气泡并且可能对后续的曝光过程产生长期的影响，因此，期望尽量减少浸没流场初始建立过程中产生的气泡。

发明内容

本发明为解决现有浸没式光刻机存在着不能有效消除浸没流场的初始建立过程形成的浸液本身可能携带气泡、流路中的转角和间隙中等原因可能形成的气泡，也不能在浸没流场的初始建立过程中有效解决其产生的气泡，从而可能对后续的曝光过程产生长期的影响等现状而提供的一种可尽量减少浸没流场初始建立过程中产生的气泡，避免气泡并且可能对后续的曝光过程产生长期的影响，提高浸没流场的初始建立过程形成稳定流动的浸没流场，提高曝光质量的浸液供给回收系统以及浸没流场初始建立方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种浸液供给回收系统，其特征在于：包括浸没控制单元、主供液模块和回收模块；浸没控制单元环绕在末端投影物镜的径向外侧，并且位于衬底的上方；末端投影物镜与衬底之间形成第一间隙，浸没控制单元与末端投影物镜之间形成第二间隙，浸没控制单元与衬底之间形成第三间隙；浸没控制单元上具有主注液口和主回收口，在朝向衬底的一面具有密封抽排口；主供液模块经主注液口提供浸液；回收模块经主回收口和密封抽排口抽排回收浸液；主供液模块包括主供液源和润液源，主供液源经主供液流路与主注液口连通，主供液流路上具有主供液阀，润液源经润液供给支路接入主供液流路，润液供给支路上具有润液控制阀；润液源经润液供给支路提供润液。在向浸没流场空间提供浸没液体前，先提供润液对流路壁面进行预润湿，填充流路中的狭小缝隙和转角，使流路壁面与浸没液体更具亲和性；完成润液对流路壁面的预润湿后再提供浸液填充浸没流场空间形成浸没流场，可以有效降低浸没流场初始建立过程中形成气泡的可能性。避免气泡并且可能对后续的曝光过程产生长期的影响，提高浸没流场的初始建立过程形成稳定流动的浸没流场，提高曝光质量。

作为优选，所述的润液易溶于浸没液体，并且润液与主供液流路和浸没控制单元内部流路的壁面的接触角小于60°。提高流路壁面清除可靠有效性，不易形成污染，更有效保证润液流路洁净度和低空气残留量。

作为优选，所述的润液采用质量分数大于90％的乙醇水溶液。提高流路壁面清除可靠有效性，不易形成污染，更有效保证润液流路洁净度和低空气残留量。

作为优选，所述的润液采用质量分数大于20％的正丙醇水溶液。可以以较小的溶液浓度实现在流路壁面上小于40°的接触角，提高流路壁面清除可靠有效性，不易形成污染，更有效保证润液流路洁净度和低空气残留量。

作为优选，所述的经润液供给支路提供的润液流量在0.1～0.5LPM范围内。提高流路壁面清除可靠有效性，不易形成污染，更有效保证润液流路洁净度和低空气残留量。

作为优选，所述的浸没控制模块在朝向衬底的一面以及密封抽排口的径向内侧设有底部注液口；浸液供给回收系统还包括辅助供液模块，辅助供液模块经辅助供液流路与底部注液口连通；辅助供液模块经底部注液口向第三间隙提供浸液。更有效降低浸没流场初始建立过程中形成气泡的可能性。

作为优选，所述的辅助供液模块包括辅助润液供给支路，辅助润液源经辅助润液供给支路与辅助供液流路连接并向辅助供液流路提供润液。更有效降低浸没流场初始建立过程中形成气泡的可能性。

本发明申请的另一个发明目的在于提供一种浸没流场初始建立方法，其特征在于：使用上述技术方案之一所述的浸液供给回收系统，执行包括如下初始建立步骤

A1.开启回收模块，经主回收口和密封抽排口持续抽排；

A2.开启润液控制阀，向主供液流路和/或辅助供液流路提供润液；

A3.保持执行上述第A1～A2步骤的执行时间至少30s；

A4.关闭润液控制阀，开启主供液阀和辅助供液阀，分别经主注液口和底部注液口提供浸液，填充第一间隙、第二间隙和第三间隙，形成浸没流场。

作为优选，在所述A4步骤中采用以由小到大逐渐提高的方式逐渐提高经主注液口和底部注液口提供的浸液流量，期望地至少在10s以上的时长内将主注液口31提供的浸液流量从0提高至1～1.5LPM范围。

作为优选，在所述A4步骤中至少保持执行浸液供给和回收动作时间3min。

本发明的有益效果是：本发明申请在向浸没流场空间提供浸没液体前，先提供润液对流路壁面进行预润湿，填充流路中的狭小缝隙和转角，使流路壁面与浸没液体更具亲和性；完成润液对流路壁面的预润湿后再提供浸液填充浸没流场空间形成浸没流场，可以有效降低浸没流场初始建立过程中形成气泡的可能性，避免气泡并且可能对后续的曝光过程产生长期的影响，提高浸没流场的初始建立过程形成稳定流动的浸没流场，有利于保证浸没流场的光学性质均匀性，有利于保证曝光质量。

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是本发明浸液供给回收系统的一种结构示意图。

图2是本发明浸液供给回收系统的又一种结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

图1所示的实施例中，一种浸液供给回收系统，包括浸没控制单元3、主供液模块和回收模块4；浸没控制单元3环绕在末端投影物镜1的径向外侧，并且位于衬底2的上方；末端投影物镜与衬底之间形成第一间隙21，浸没控制单元与末端投影物镜之间形成第二间隙22，浸没控制单元与衬底之间形成第三间隙23；浸没控制单元3上具有主注液口31和主回收口32，在朝向衬底的一面具有密封抽排口33；主供液模块经主注液口31提供浸液；回收模块4经主回收口32和密封抽排口33抽排回收浸液；主供液模块包括主供液源51和润液源71，主供液源51经主供液流路52与主注液口31连通，主供液流路52上具有主供液阀53，润液源71经润液供给支路70接入主供液流路52，润液供给支路上具有润液控制阀；润液源经润液供给支路提供润液。采用易溶于浸没液体的润液，并且润液与主供液流路52和浸没控制单元内部流路的壁面的接触角小于60°。

润液采用质量分数大于90％的乙醇水溶液。润液采用质量分数大于20％的正丙醇水溶液。经润液供给支路提供的润液流量在0.1～0.5LPM范围内。

实施例2：

图2所示的实施例中，浸没控制模块在朝向衬底的一面以及密封抽排口的径向内侧设有底部注液口；浸液供给回收系统还包括辅助供液模块，辅助供液模块经辅助供液流路与底部注液口连通；辅助供液模块经底部注液口向第三间隙提供浸液。辅助供液模块包括辅助润液供给支路，辅助润液源经辅助润液供给支路与辅助供液流路连接并向辅助供液流路提供润液。其他同实施例1相同。

实施例3：

图1、图2所示的实施例中，一种浸没流场初始建立方法，其特征在于：使用实施例1或实施例2之一所述的浸液供给回收系统，执行包括如下初始建立步骤：

A1.开启回收模块，经主回收口和密封抽排口持续抽排；

A2.开启润液控制阀，向主供液流路和/或辅助供液流路提供润液；

A3.保持执行上述第A1～A2步骤的执行时间至少30s；

A4.关闭润液控制阀，开启主供液阀和辅助供液阀，分别经主注液口和底部注液口提供浸液，填充第一间隙、第二间隙和第三间隙，形成浸没流场。

在所述A4步骤中采用以由小到大逐渐提高的方式逐渐提高经主注液口和底部注液口提供的浸液流量，期望地至少在10s以上的时长内将主注液口31提供的浸液流量从0提高至1～1.5LPM范围。在所述A4步骤中至少保持执行浸液供给和回收动作时间3min。

上述实施例更具体的实施方式如下：

实施例一：

如图1所示，本发明涉及的一种浸液供给回收系统，包括浸没控制单元3、主供液模块和回收模块4；浸没控制单元3环绕在末端投影物镜1的径向外侧，并且位于衬底2的上方；末端投影物镜1与衬底2之间形成第一间隙21，浸没控制单元3与末端投影物镜1之间形成第二间隙22，浸没控制单元3与衬底2之间形成第三间隙23；浸没控制单元3上具有主注液口31，主供液模块经主注液口31提供浸液，浸液流入第二间隙22和第一间隙21；浸没控制单元3上具有主回收口32，回收模块4经主回收口32抽排回收浸液；浸液填充第一间隙21、第二间隙22和第三间隙23并且在其中流动，形成浸没流场。曝光过程中衬底2要进行相对于浸没控制单元3的运动，因此衬底2与浸没控制单元3之间需要保持一定间隙；为了避免浸液流动至光刻机的其他部件造成污染，在浸没控制单元3朝向衬底2的一面设置密封抽排口33，回收模块4经密封抽排口33抽排回收浸液；为了保证密封抽排口33对第三间隙33中浸液的回收可靠有效，期望密封抽排口33距离衬底2足够近，第三间隙33的高度典型值在0.05mm-1mm范围内。

主供液模块包括主供液源51和主供液阀53；主供液源51经主供液流路52与主注液口31连接，在主供液流路52上设置主供液阀53控制主供液流路的通断或者供液流量的大小；主供液源51经主注液口31提供纯净度、流量、压力和温度等参数符合曝光要求的浸液。主注液模块还包括润液供给支路70，润液供给支路包括润液源71和润液控制阀72，润液供给支路70接入主供液流路52。润液源71提供与主供液流路52壁面以及末端投影物镜1、浸没控制单元3和衬底2等浸没流场空间壁面具有低接触角的液体，同时润液易溶于浸没液体，例如，主供液流路52主要使用高洁净度的PFA材料、浸没控制单元3采用高洁净度的不锈钢材料，使用超纯水作为浸没液体，可以选择乙醇、正丙醇或丙酮或其水溶液作为润液，以获得在流路壁面上小于60°的接触角，优选是润液在流路壁面上具有小于40°的接触角；润液材料的优选是质量分数大于90％的乙醇水溶液，乙醇更容易从流路壁面清除，不易形成污染；润液材料的另一优选是质量分数大于20％的正丙醇水溶液，可以以较小的溶液浓度实现在流路壁面上小于40°的接触角，更不容易对流路造成污染。

在浸没流场的初始化过程中，首先开启回收模块4，经主回收口32和密封抽排口33持续抽排；打开润液控制阀72，润液源71向主供液流路52提供润液，润液对于主供液流路52具有小接触角，更容易润湿填充主供液流路52中的狭小缝隙和转角；润液经主注液口31流入第二间隙22、第一间隙21和第三间隙23后，可以润湿浸没控制单元3内部的流路、末端物镜1的表面以及衬底2的表面，使之更容易被浸没液体所润湿，从而减少气泡的产生。提供润液的流量期望是较小的流量，例如0.1～0.5LPM的流量，使润液以缓慢的速度充分润湿填充流路中的狭小缝隙，减少气泡的产生。保持供给润液一段时间，典型地，保持润液供给30s以上，使流路壁面被润液充分润湿。润液润湿流路壁面后，关闭润液控制阀72，打开主供液阀53，主供液源51经主供液流路52向主供液口31提供浸液，浸液随后流入并填充第一间隙21、第二间隙22和第三间隙23，形成稳定的浸没流场，完成浸没流场的初始建立过程。由于浸液流路的壁面已经被润液所预先润湿和填充，而润液易溶于浸液，因此在提供浸液时不易形成气泡。

优选地，完成润液对流路的预润湿过程后，经主供液流路52和主注液口31提供浸液进行浸没流场的初始化过程，以由小到大逐渐提高的方式逐渐提高经主注液口31提供的浸液流量，期望地至少在10s以上将主注液口31提供的浸液流量从0提高至1～1.5LPM范围，可以尽量减少快速流动的浸液在流路内产生剧烈的冲击和紊流，降低产生气泡的可能性。

实施例二

如图2所示，主供液模块包括主润液源71a，主润液源71a经主润液供给支路70a连接主供液流路52，主润液供给支路70a上具有主润液控制阀72a。浸没控制单元3在朝向衬底2的一面，以及密封抽排口33的径向内侧，还设置底部注液口34；浸液供给回收系统还包括辅助供液模块，辅助供液模块包括辅助供液源61和辅助润液源71b，辅助供液源61经辅助供液流路62与底部注液口34连通；辅助供液流路62上设置辅助供液阀63；辅助润液源71b经辅助润液供给支路70b连接辅助供液支路62，辅助润液供给支路70b上具有辅助润液控制阀72b。

为了保证密封抽排口33对第三间隙33中浸液的回收可靠有效，期望密封抽排口33距离衬底2足够近，第三间隙33的高度典型值在0.05mm～1mm范围内；第一间隙21的高度典型值在2.5mm～3.5mm范围内；第三间隙33的高度显著小于第一间隙21，因此第一间隙21中的浸液不易进入第三间隙23，在浸没流场的初始建立过程中容易在第三间隙23中形成气泡。设置朝向第三间隙23提供浸液的底部注液口34，有利于充分填充第三间隙23以减少气泡的形成；在浸没流场初始建立过程中首先提供润液经底部注液口34向第三间隙23供给，有利于进一步降低浸没流场初始建立过程中形成气泡的可能性。

其余实施方式同实施例一。

3)实施例三

本发明涉及的一种浸没流场初始建立方法，使用本发明公开的浸液供给回收系统，包括如下步骤：

A1：开启回收模块4，经主回收口32和密封抽排口33持续抽排，保证浸液或润液不会泄漏至光刻机的其他部件；

A2：开启润液控制阀71，向主供液流路52和/或辅助供液流路62提供润液；

A3：保持至少30s，等待润液流过主供液流路52和/或辅助供液流路62以及末端投影物镜1、浸没控制单元3和衬底2等浸没流场空间壁面；

A4：关闭润液控制阀71，开启主供液阀53和辅助供液阀63，分别经主注液口31和底部注液口34提供浸液，填充第一间隙21、第二间隙22和第三间隙23，形成浸没流场。

优选地，在上述A4步骤中具体包括：关闭润液控制阀71，开启主供液阀53和辅助供液阀63，分别经主注液口31和底部注液口34提供浸液，以由小到大逐渐提高的方式逐渐提高经主注液口31和底部注液口34提供的浸液流量，期望地至少在10s以上的时长内将主注液口31提供的浸液流量从0提高至1～1.5LPM范围，填充第一间隙21、第二间隙22和第三间隙23，形成浸没流场。

优选地，在A4步骤中，至少保持浸液供给和回收动作少3min，等待浸液充分填充间隙形成浸没流场，并且充分清除可能附着于流路壁面上的润液和气泡，以减少浸没流场中的污染物和气泡。

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)

1.一种浸液供给回收系统，其特征在于：包括浸没控制单元、主供液模块和回收模块；浸没控制单元环绕在末端投影物镜的径向外侧，并且位于衬底的上方；末端投影物镜与衬底之间形成第一间隙，浸没控制单元与末端投影物镜之间形成第二间隙，浸没控制单元与衬底之间形成第三间隙；浸没控制单元上具有主注液口和主回收口，在朝向衬底的一面具有密封抽排口；主供液模块经主注液口提供浸液；回收模块经主回收口和密封抽排口抽排回收浸液；主供液模块包括主供液源和润液源，主供液源经主供液流路与主注液口连通，主供液流路上具有主供液阀，润液源经润液供给支路接入主供液流路，润液供给支路上具有润液控制阀；润液源经润液供给支路提供润液。

2.按照权利要求1所述的浸液供给回收系统，其特征在于：所述的润液易溶于浸没液体，并且润液与主供液流路和浸没控制单元内部流路的壁面的接触角小于60°。

3.按照权利要求1所述的浸液供给回收系统，其特征在于：所述的润液采用质量分数大于90％的乙醇水溶液。

4.按照权利要求1所述的浸液供给回收系统，其特征在于：所述的润液采用质量分数大于20％的正丙醇水溶液。

5.按照权利要求1或2或3或4所述的浸液供给回收系统，其特征在于：所述的经润液供给支路提供的润液流量在0.1～0.5LPM范围内。

6.按照权利要求1所述的浸液供给回收系统，其特征在于：所述的浸没控制模块在朝向衬底的一面以及密封抽排口的径向内侧设有底部注液口；浸液供给回收系统还包括辅助供液模块，辅助供液模块经辅助供液流路与底部注液口连通；辅助供液模块经底部注液口向第三间隙提供浸液。

7.按照权利要求6所述的浸液供给回收系统，其特征在于：所述的辅助供液模块包括辅助润液供给支路，辅助润液源经辅助润液供给支路与辅助供液流路连接并向辅助供液流路提供润液。

8.一种浸没流场初始建立方法，其特征在于：使用权利要求1～7之一所述的浸液供给回收系统，执行包括如下初始建立步骤

A1.开启回收模块，经主回收口和密封抽排口持续抽排；

A2.开启润液控制阀，向主供液流路和/或辅助供液流路提供润液；

A3.保持执行上述第A1～A2步骤的执行时间至少30s；

A4.关闭润液控制阀，开启主供液阀和辅助供液阀，分别经主注液口和底部注液口提供浸液，填充第一间隙、第二间隙和第三间隙，形成浸没流场。

9.按照权利要求8所述的浸没流场初始建立方法，其特征在于：在所述A4步骤中采用以由小到大逐渐提高的方式逐渐提高经主注液口和底部注液口提供的浸液流量，期望地至少在10s以上的时长内将主注液口31提供的浸液流量从0提高至1～1.5LPM范围。

10.按照权利要求8所述的浸没流场初始建立方法，其特征在于：在所述A4步骤中至少保持执行浸液供给和回收动作时间3min。

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