TWI706229B - 工作台裝置和浸潤微影設備 - Google Patents

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TWI706229B
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Abstract

本發明提供了一種工作台裝置和浸潤微影設備，所述工作台裝置包括：工作台單元、邊緣氣液回收單元和熱量隔離單元，邊緣氣液回收單元周向設置在工作台單元內的邊緣位置處，熱量隔離單元周向設置在邊緣氣液回收單元的內側和/或外側。本發明提供的工作台裝置和浸潤微影設備，能夠將邊緣氣液回收單元處的製冷冷源與工作台單元的其它部位進行熱隔離，用於阻擋邊緣氣液回收單元內的能量洩漏至工作台單元內其它部位，提升工作台單元的可靠性。

Description

工作台裝置和浸潤微影設備
本發明涉及微影機領域，尤其是一種工作台裝置和浸潤微影設備。
現代微影設備以光學微影為基礎，它利用光學系統把遮罩版上的圖形精確地投影曝光到塗過微影膠的基板(如：矽片)上。浸潤式微影是指在曝光鏡頭與矽片之間充滿浸潤液體(如：水)以取代傳統乾式微影技術中對應的空氣。由於水的折射率比空氣大，這就使得透鏡組數值孔徑增大，進而可獲得更加小的特徵線寬。
習知技術中的一種浸潤微影設備如圖1所示，主框架1支撐一照明系統2、一投影物鏡4和一工作台8，工作台8上放置有一塗有感光微影膠的矽片7。該浸潤式微影機結構，將浸液(例如水)5填充在投影物鏡4和矽片7之間縫隙內。工作時，工作台8帶動矽片7作高速的掃描、步進動作，浸液限制機構(浸潤頭)6根據工作台8的運動狀態，在投影物鏡視場範圍，提供一個穩定的浸液流場，同時保證浸液5與外界的密封，保證液體不洩漏。遮罩版3上積體電路的圖形藉由照明系統2和投影物鏡4、浸液5以成像曝光的方式，轉移到塗有感光微影膠的矽片7上，從而完成曝光。
如圖2所示，設置浸潤頭6以將浸液5(水)限制在投影物鏡4和矽片7之間縫隙內。設置供液設備，向浸潤頭6供給浸液。在供液設備中設置液體壓力、流量控制單元，將浸液供給的壓力、流量限制在一定範圍內。藉由在供液設備中設置水污染處理單元，將水中污染處理至符合浸液污染要求；藉由在供液設備中設置溫度控制單元，將供水處理至符合浸液溫度要求。
設置氣體供給與氣液回收設備，用於超潔淨濕空氣補償及氣液回收。在氣體供給與氣液回收設備中設置超潔淨濕空氣壓力、流量控制單元，將供氣壓力、流量控制在一定範圍之內，設置氣液回收壓力、流量控制單元，將氣液回收壓力和流量控制在一定範圍之內；設置超潔淨濕空氣污染控制單元，將超潔淨濕空氣中污染處理至符合要求；設置超潔淨濕空氣溫度和濕度控制單元，將超潔淨濕空氣處理至符合溫度和濕度要求。
如圖2所示，現有浸潤頭結構中，浸潤頭外輪廓形式不一，但內部輪廓是與鏡頭幾何形狀匹配的錐形結構。供液設備供給的浸液通過浸潤頭6內浸液供給流道流出後填充投影物鏡4和矽片7之間縫隙，浸液通過浸潤頭6內浸液回收流道流出後，由氣液回收設備回收。因此，在物鏡4和矽片7之間縫隙內形成了浸液流場，要求浸液流場中的液體處於持續流動狀態，無回流，且液體的成分、壓力場、速度場、溫度場瞬態和穩態變化小於一定範圍。
如圖3所示，由於矽片7直徑偏差等原因導致矽片7與工作台本體81邊緣一定存在間隙8101，當使用浸潤方式在矽片7邊緣進行曝光時，該間隙8101會對浸液流場造成影響，如引入氣泡等，將導致曝光缺陷。要求當矽片7進行邊緣場曝光時，浸潤流場能夠保持動態穩定，且不會通過矽片與工作台本體81之間的縫隙8101向浸液流場中引入氣泡，且不會產生氣液飛濺等。
解決手段是向矽片7與工作台本體81之間的縫隙8101內通真空，藉由真空抽排來防止縫隙8101內的氣泡向上捲入浸潤流場，這種控制方式稱為氣泡邊緣抽排密封。縫隙8101的氣液混合物抽排至氣液回收腔8102，氣液混合物在氣液回收腔8102中緩衝後，被氣液回收設備提供的真空源抽排，從而實現了邊緣抽排密封。
為了保證密封效果，氣液回收腔8102內抽排流量和流速較大，氣液混合物中的氣體處於不飽和狀態且氣液混合物在氣液回收腔8102內劇烈的流動，氣液混合物中的大液滴在抽排過程中會不斷相互碰撞或與氣液回收腔8102壁面碰撞，在碰撞過程中氣液混合物中的大液滴轉化為小液滴，小液滴繼續不斷相互碰撞，部分小液滴會霧化至直接蒸發，還有一部分小液滴繼續不斷與氣液回收腔8102壁面碰撞，在氣液回收腔8102壁面形成液膜，薄的液膜在抽排過程中繼續蒸發。所以在矽片7邊緣進行曝光時氣液回收腔8102內部和氣液回收腔8102壁面，發生液體蒸發。
液體的蒸發是液體表面分子熱運動的結果，由於蒸發失去了動能較大的分子，使分子運動的平均動能減小而降低了液面溫度。液體蒸發冷卻滿足下式
Figure 108103364-A0305-02-0005-1
式中，T 0和T w 分別是液體上方氣體和液體表面溫度，ρ、c p 、L e 為氣流的物性，R A 為蒸發液體的氣體常數，P A,w 為液面處蒸氣的分壓力，P A,∞為氣流中蒸氣的分壓力，r為汽化潛熱。
浸潤液體在蒸發相變過程中須不斷吸收汽化潛熱；例如，在一個大氣壓下，1kg的水變成蒸汽要吸收2256kJ的熱量。
浸潤液體的不斷蒸發吸熱將使工作台本體81溫度下降，實驗發現，在不進行溫度補償時，氣液回收過程中的蒸發製冷會導致工作台本體81局部溫度下降1℃以上。工作台本體81局部溫度下降後不僅會導致工作台本體81熱變形，工作台本體81局部溫度下降後還會影響矽片7的溫度分佈，直接導致矽片7產生熱變形；工作台本體81和矽片7的熱變形會導致矽片7產生定位誤差(如Overlay等)，最終影響設備曝光性能。
本發明的目的在於提供一種工作台裝置和浸潤微影設備，以解決浸潤微影設備在氣液回收過程中的蒸發製冷導致工件熱變形的問題。
為了達到上述目的，本發明提供了一種工作台裝置，包括：工作台單元、邊緣氣液回收單元和熱量隔離單元，所述邊緣氣液回收單元周向設置在所述工作台單元內的邊緣位置處，所述熱量隔離單元周向設置在所述邊緣氣液回收單元的內側和/或外側。
進一步地，所述邊緣氣液回收單元環形周向設置在所述工作台單元內的邊緣位置處。
進一步地，所述熱量隔離單元環形周向設置在所述邊緣氣液回收單元的內側和/或外側。
進一步地，所述熱量隔離單元為真空隔離單元。
進一步地，所述的工作台裝置還包括熱量外引單元，所述熱量外引單元用於將所述邊緣氣液回收單元處的能量引出至所述工作台單元外。
進一步地，所述熱量外引單元包括熱量轉移機構和熱量擴散機構，所述熱量轉移機構用於獲取所述邊緣氣液回收單元處的能量波動，並藉由所述熱量擴散機構將所述邊緣氣液回收單元處的能量引出至所述工作台單元外。
進一步地，所述熱量轉移機構位於所述邊緣氣液回收單元的內側和/或外側。
進一步地，所述熱量轉移機構位於所述邊緣氣液回收單元和所述熱量隔離單元之間。
進一步地，所述工作台單元包括工作台本體和工作台底座，所述熱量擴散機構位於所述工作台本體、工作台底座的底部和位於所述工作台本體和所述工作台底座之間中的一處或多處。
進一步地，所述熱量擴散機構包括第一熱量擴散機構和第二熱量擴散機構，所述第一熱量擴散機構位於所述工作台本體的底部，所述第二熱量擴散機構位於所述工作台底座的底部。
進一步地，所述第一熱量擴散機構藉由用於轉移熱量的連接結構與所述第二熱量擴散機構連接。
進一步地，所述熱量擴散機構為網狀結構。
進一步地，所述的工作台裝置還包括冷卻單元，所述冷卻單元位於所述工作台單元內，且位於所述邊緣氣液回收單元的內側。
進一步地，所述冷卻單元包括冷卻管路，所述冷卻管路中設置有冷卻流體。
進一步地，所述冷卻單元還包括溫度監測調控機構、流量監測調控機構和流體減振機構中的一種或多種。
本發明還提供了一種浸潤微影設備，包括所述的工作台裝置。
本發明提供了一種工作台裝置和浸潤微影設備，該工作台裝置包括熱量隔離單元，用於將邊緣氣液回收單元處的製冷“冷源”與工作台單元的其它部位進行熱隔離，降低了製冷“冷源”作用在其餘部位上的製冷功率，提升工作台單元的可靠性；還藉由熱量外引單元將所述製冷“冷源”的製冷功率作用位置在空間上進行轉移，可以在轉移後的位置進行熱補償，無需在固定位置設計熱補償機構，規避了熱補償機構設計時的空間約束，減小熱補償機構設計難度，提高了熱補償效率。
1:主框架
2:照明系統
3:遮罩版
4:投影物鏡
5:浸液
6:浸潤頭
7:矽片
8:工作台單元
81:工作台本體
82:工作台底座
8101:縫隙
8102:氣液回收腔
8103:第一熱量隔離單元
8104:冷卻單元
8105:第二熱量隔離單元
8106:熱量轉移機構
8107:熱量擴散機構
圖1為習知技術中浸潤微影設備的結構示意圖；圖2為習知技術中浸潤頭的結構示意圖；圖3為習知技術中氣泡邊緣抽排密封手段的結構示意圖；圖4為本發明一實施例提供的熱量隔離單元處的俯視圖；圖5為圖4中A-B的剖視圖；圖6為本發明另一實施例提供的熱量隔離單元處的俯視圖；圖7為圖6中A-B的剖視圖；圖8為本發明實施例一提供的工作台本體處的俯視圖；圖9為圖8中A-B的剖視圖；圖10為本發明實施例一提供的熱量擴散機構的俯視圖；圖11為本發明實施例二提供的熱量外引單元的俯視圖；圖12為圖11中A-B的剖視圖。
下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
實施例一
如圖4至圖9所示，本發明提供了一種工作台裝置，包括：工作台單元8、邊緣氣液回收單元、熱量隔離單元和熱量外引單元，所述邊緣氣液回收單元周向設置在所述工作台單元8內的邊緣位置處，所述熱量隔離單元周向設置在所述邊緣氣液回收單元的內側和/或外側，所述熱量外引單元用於將所述邊緣氣液回收單元處的能量引出至所述工作台單元8外。
其中，所述邊緣氣液回收單元環形周向設置在所述工作台單元內的邊緣位置處，所述邊緣氣液回收單元包括氣液回收腔8102，所述工作台單元8包括工作台本體81和工作台底座82。
所述熱量隔離單元用於阻擋邊緣氣液回收單元內的製冷功率“洩漏”至工作台單元8內部其它部位，提升工作台單元8的可靠性。
熱量隔離單元可以環形周向設置在所述邊緣氣液回收單元的內側和/或外側，也可以為矩形、橢圓形或非規則形狀，本發明並不對其環繞形狀進行限制。
如圖4和圖5所示，所述熱量隔離單元可以設置在邊緣氣液回收單元的內側，即所述熱量隔離單元包括第一熱量隔離單元8103，可以大大降低邊緣氣液回收單元處傳遞至工作台本體81的能量，進而降低對工件的影響；也可以設置在邊緣氣液回收單元的外側，可以大大降低邊緣氣液回收單元處傳遞至工作台底座82的能量，保證工作台底座82的可靠性；如圖6和圖7所示，還可以 分別設置在邊緣氣液回收單元的內側和外側，即所述熱量隔離單元包括第一熱量隔離單元8103和第二熱量隔離單元8105。
進一步地，所述熱量隔離單元為真空隔離單元。由於工作台本體81的材料為碳化矽等材料，其導熱率遠遠大於真空隔離單元內的氣體的導熱率，故能起到很好的絕熱隔熱作用。若未設置真空隔離單元，以工作台本體81一側為例，則相當於真空隔離單元位置處熱傳導係數為工作台本體81的材料如碳化矽的熱傳導係數，一般為200W/m℃以上；若設置所述真空隔離單元，由於真空腔體中氣體分子少，其導熱係數小於0.02W/m℃。可見，設置所述真空隔離單元後，位於所述真空隔離單元一側的氣液回收腔8102與位於所述真空隔離單元另一側的工作台本體81之間熱阻將大幅增加，真空隔離單元起到了很好的保溫作用，防止氣液回收腔8102內的製冷功率“洩漏”，有利於工作台本體81的整體溫度均勻性的有效控制。
請繼續參考圖8和圖9，所述熱量外引單元包括熱量轉移機構8106和熱量擴散機構8107，所述熱量轉移機構8106用於獲取所述邊緣氣液回收單元處的能量波動，並藉由所述熱量擴散機構8107將所述邊緣氣液回收單元處的能量引出至所述工作台單元8外。
熱量轉移機構8106由導熱係數極高的材料或導熱係數極高的裝置進一步加工而成，其導熱係數遠大於工作台本體81的導熱係數，即其熱阻極小，“冷量”或“熱量”將沿熱阻極小的熱流路迅速傳播擴散。熱量轉移機構8106可以是導熱係數極高的材料如碳纖維，碳纖維的導熱係數極高，比碳化矽大好幾倍；熱量轉移機構8106還可以是導熱係數極高的裝置，如“熱管”，“熱管”內部主熱阻很小，具有很高的導熱能力，與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個數量級的熱量。
所述熱量轉移機構8106位於所述邊緣氣液回收單元的內側和/或外側。在本實施例中，所述熱量轉移機構8106位於所述邊緣氣液回收單元的內側和外側，且所述熱量轉移機構8106位於所述邊緣氣液回收單元和熱量隔離單元之間。
請繼續參考圖9，在本實施例中，所述熱量擴散機構8107位於所述工作台本體81底部，或位於所述工作台本體81和所述工作台底座82之間；較佳地，請參考圖10，熱量擴散機構8107為網狀結構，可以將網狀結構與熱量轉移機構8106相連接，可選地，網狀結構最外圈與熱量轉移機構8106相連接，用於將熱量轉移機構8106傳導來的熱量在水平面迅速擴散開，有利於工作台本體81的整體溫度均勻性的有效控制，同時降低對工件(例如矽片)溫度的直接影響。可選的，所述網狀結構藉由伸出的輻射狀結構與熱量轉移機構8106相連接，所述輻射狀結構可以是一個或多個，較佳多個，例如4個、6個、8個、16個等。
進一步地，還包括冷卻單元8104，所述冷卻單元8104位於所述工作台單元內，且位於所述邊緣氣液回收單元的內側。所述冷卻單元8104內通入冷卻流體，對所述工作台單元內部進行溫度調節。所述流體可以是水、壓縮空氣等。所述流體通路可以包括溫度監測調控機構、流量監測調控機構、流體減振機構等，所述流體減振機構可以消解一部分冷卻流體所帶來的振動，保障工作台整體的穩定性和可靠性。更進一步地、所述流體減振機構可以是蓄能器、或其他減振結構。
本發明還提供了一種浸潤微影設備，包括所述的工作台裝置。
實施例二
請參考圖11和圖12，在本實施例中，所述熱量擴散機構8107位於所述工作台底座82的底部。即所述熱量擴散機構8107可以緊貼所述工作台底座82設計，也可以與工作台底座82直接存在一定距離，提高散熱能力以及更進一 步減小對工作台底座82的溫度影響。熱量隔離單元用於阻止氣液回收腔8102內的製冷功率“洩漏”至工作台底座82內部，有利於提升工作台底座82的整體溫度均勻性。
實施例三
本實施例中，同時在所述工作台底座82底部和所述工作台本體81底部設置熱量擴散機構，即所述熱量擴散機構包括設置於工作台本體81底部的第一熱量擴散機構和設置於所述工作台底座82底部的第二熱量擴散機構。所述第一熱量擴散機構和第二熱量擴散機構可以分別與所述熱量轉移機構8106相連。所述第一熱量擴散機構和第二熱量擴散機構之間可以設置有能夠實現熱量轉移的連接結構，所述連接結構可以是熱量轉移機構8106的一部分，也可以是獨立設置的結構。同時設置所述第一熱量擴散機構和第二熱量擴散機構，能夠解決一個熱量擴散機構負載壓力大的問題，實現更高效的熱量擴散，提高工作台單元8的穩定性和可靠性。
本實施例其他內容請參考實施例一，在此不再贅述。
本發明提供了一種工作台裝置和浸潤微影設備，該工作台裝置包括熱量隔離單元，用於將邊緣氣液回收單元處的製冷“冷源”與工作台單元的其它部位進行熱隔離，降低了製冷“冷源”作用在其餘部位上的製冷功率，提升工作台單元的可靠性；還藉由熱量外引單元將所述製冷“冷源”的製冷功率作用位置在空間上進行轉移，可以在轉移後的位置進行熱補償，無需在固定位置設計熱補償機構，規避了熱補償機構設計時的空間約束，減小熱補償機構設計難度，提高了熱補償效率。
上述僅為本發明的較佳實施例而已，並不對本發明起到任何限制作用。任何所屬技術領域具有通常知識者，在不脫離本發明的技術手段的範圍 內，對本發明揭露的技術手段和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術手段的內容，仍屬於本發明的保護範圍之內。
4:投影物鏡
5:浸液
6:浸潤頭
7:矽片
8:工作台單元
81:工作台本體
82:工作台底座
8101:縫隙
8102:氣液回收腔
8103:第一熱量隔離單元
8104:冷卻單元
8105:第二熱量隔離單元
8106:熱量轉移機構
8107:熱量擴散機構

Claims (15)

  1. 一種工作台裝置，其包括：一工作台單元、一邊緣氣液回收單元、一熱量隔離單元及熱量外引單元，該邊緣氣液回收單元周向設置在該工作台單元內的邊緣位置處，該熱量隔離單元周向設置在該邊緣氣液回收單元的內側和/或外側，其中該熱量外引單元用於將該邊緣氣液回收單元處的能量引出至該工作台單元外。
  2. 如請求項1所述的工作台裝置，其中該邊緣氣液回收單元環形周向設置在該工作台單元內的邊緣位置處。
  3. 如請求項1所述的工作台裝置，其中該熱量隔離單元環形周向設置在該邊緣氣液回收單元的內側和/或外側。
  4. 如請求項1所述的工作台裝置，其中該熱量隔離單元為一真空隔離單元。
  5. 如請求項1所述的工作台裝置，其中該熱量外引單元包括一熱量轉移機構和一熱量擴散機構，該熱量轉移機構用於獲取該邊緣氣液回收單元處的能量波動，並藉由該熱量擴散機構將該邊緣氣液回收單元處的能量引出至該工作台單元外。
  6. 如請求項5所述的工作台裝置，其中該熱量轉移機構位於該邊緣氣液回收單元的內側和/或外側。
  7. 如請求項6所述的工作台裝置，其中該熱量轉移機構位於該邊緣氣液回收單元和該熱量隔離單元之間。
  8. 如請求項5所述的工作台裝置，其中該工作台單元包括一工作台本體和一工作台底座，該熱量擴散機構位於該工作台本體的底部、該工作台底座的底部和位於該工作台本體和該工作台底座之間中的一處或複數處。
  9. 如請求項8所述的工作台裝置，其中該熱量擴散機構包括一第一熱量擴散機構和一第二熱量擴散機構，該第一熱量擴散機構位於該工作台本體的底部，該第二熱量擴散機構位於該工作台底座的底部。
  10. 如請求項9所述的工作台裝置，其中該第一熱量擴散機構藉由用於轉移熱量的連接結構與該第二熱量擴散機構連接。
  11. 如請求項5所述的工作台裝置，其中該熱量擴散機構為網狀結構。
  12. 如請求項1所述的工作台裝置，其中還包括一冷卻單元，該冷卻單元位於該工作台單元內，且位於該邊緣氣液回收單元的內側。
  13. 如請求項12所述的工作台裝置，其中該冷卻單元包括一冷卻管路，該冷卻管路中設置有冷卻流體。
  14. 如請求項13所述的工作台裝置，其中該冷卻單元還包括一溫度監測調控機構、一流量監測調控機構和一流體減振機構中的一種或複數種。
  15. 一種浸潤微影設備，其中包括如請求項1至請求項14之中任一項所述的工作台裝置。
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