一种用于浸没式光刻机的垂直回收和气密封装置

摘要

本发明公开了一种用于浸没式光刻机的垂直回收和气密封装置。在浸没单元基体上开有中心锥孔，底面开有垂直气液回收腔和注气腔，浸没单元基体开有水平注液口和、水平液体回收口、注气口和垂直气液回收口；浸没单元下端盖上开有中心通孔，浸没单元下端盖顶面开有垂直气液回收孔槽和气密封孔槽；垂直气液回收孔槽上开有垂直气液回收孔，气密封孔槽开有气密封孔，其个微孔均位于相邻道垂直回收孔中最紧邻的两个微孔中垂线上。本发明完成浸没式光刻系统中缝隙流场的密封功能，通过垂直回收的回收负压和气密封的气体流，约束浸没液体的流场边界，保证光刻机在高速运转过程中浸没液体不发生泄漏。

权利要求

1.一种用于浸没式光刻机的垂直回收和气密封装置，在浸没式光刻机的投影物镜组(1)和硅片(7)之间设置有垂直回收和气密封装置(2)，所述垂直回收和气密封装置(2)包括浸没单元基体(2A)和浸没单元下端盖(2B)，其特征在于：

1)浸没单元基体(2A)：

在浸没单元基体(2A)上开有中心锥孔，中心锥孔向外的浸没单元基体(2A)底面依次开有同心圆环的垂直气液回收腔(5C)和注气腔(5D)，浸没单元基体(2A)四边中相对称的两侧面分别开有水平注液口(3A)和水平液体回收口(3B)，浸没单元基体(2A)四边中相对称的另外两侧面分别开有注气口(3D)，水平注液口(3A)和水平液体回收口(3B)两侧的浸没单元基体(2A)上均开有垂直气液回收口(3C)；

2)浸没单元下端盖(2B)：

浸没单元下端盖(2B)上开有中心通孔，中心通孔向外的浸没单元下端盖(2B)顶面依次开有同心圆环的垂直气液回收孔槽和气密封孔槽，垂直气液回收孔槽和气密封孔槽分别与浸没单元基体(2A)的垂直气液回收腔(5C)和注气腔(5D)对应相通；垂直气液回收孔槽上开有多道沿圆周间隔均布的微孔作为垂直气液回收孔(6A)，气密封孔槽开有一道沿圆周间隔均布的微孔作为气密封孔(6B)，垂直气液回收孔(6A)的每个微孔均位于相邻道垂直气液回收孔(6A)中最紧邻的两个微孔中点连线的中垂线上，气密封孔(6B) 的每个微孔均位于最外圈垂直气液回收孔(6A)中最紧邻的两个微孔中点连线的中垂线上。

2.根据权利要求1所述的一种用于浸没式光刻机的垂直回收和气密封装置(2)，其特征在于：所述的浸没单元基体(2A)上注气口(3D)与注气腔(5D)之间通过注气流道(4D)连接并过渡，注气流道(4D)成流线型的喇叭状，开口逐渐增大最终延伸到注气腔(5D)上，注气流道(4D)分别注气口(3D)与注气腔(5D)连接处呈圆角过渡。

3.根据权利要求1所述的一种用于浸没式光刻机的垂直回收和气密封装置(2)，其特征在于：所述的垂直气液回收口(3C)经垂直气液回收流道(4C)与垂直气液回收腔(5C)相通，水平注液口(3A)、水平液体回收口(3B)分别经水平注液流道(4A)、水平液体回收流道(4B)与垂直气液回收腔(5C)相通，注气口(3D)经注气流道(4D)与注气腔(5D)相通。

4.根据权利要求1所述的一种用于浸没式光刻机的垂直回收和气密封装置(2)，其特征在于：所述的垂直气液回收孔(6A)和气密封孔(6B)的微孔形状为圆形或方形，垂直气液回收孔(6A)沿圆周多道数量为两圈以上；每一个垂直气液回收孔(6A)和气密封孔(6B)的形状不限于圆形或方形，垂直气液回收孔(6A)的圈数不限于两圈或更多。

5.根据权利要求1所述的一种用于浸没式光刻机的垂直回收和气密封装置(2)，其特征在于：所述的浸没单元基体(2A)中心锥孔的侧面水平方向上对称开有水平注液流道出口(5A)和水平液体回收流道入口(5B)，水平注液流道出口(5A)以及水平液体回收流道入口(5B)均为截面呈折线的弧形槽结构，且水平注液流道出口(5A)以及水平液体回收流道入口(5B)在垂直方向上存在高度差。

6.根据权利要求1所述的一种用于浸没式光刻机的垂直回收和气密封装置(2)，其特征在于：所述的浸没单元下端盖(2B)是一体成型的，下端盖垂直气液回收孔(6A)和气密封孔(6B)均开在一体成型的浸没单元下端盖(2B)上。

说明书

一种用于浸没式光刻机的垂直回收和气密封装置

技术领域

[0001] 本发明涉及了一种流场密封装置，特别是涉及了一种用于浸没式光刻机的垂直回收和气密封装置。

背景技术

[0002] 光刻机是制造超大规模集成电路的核心装备之一，现代光刻机以光学光刻为主，它利用光学系统把掩膜版上的图形精确地投影并曝光在涂过光刻胶的硅片上。它包括一个激光光源、一个光学系统、一块由芯片图形组成的投影掩膜版、一个对准系统和一个涂有光敏光刻胶的硅片。

[0003] 浸没式光刻(Immersion Lithography)设备通过在最后一片投影物镜组与硅片之间填充某种高折射率的液体，相对于中间介质为气体的干式光刻机，提高了投影物镜的数值孔径(NA)，从而提高了光刻设备的分辨率和焦深。在已提出的下一代光刻机中，浸没式光刻对现有设备改动最小，对现在的干式光刻机具有良好的继承性。目前常采用的方案是局部浸没法，即将液体限制在硅片上方和最后一片投影物镜的下表面之间的局部区域内，并保持稳定连续的液体流动。在步进-扫描式光刻设备中，硅片在曝光过程中进行高速的扫描运动，这种运动会将曝光区域内的液体带离流场，从而引起泄漏，泄漏的液体会在光刻胶上形成水迹，严重影响曝光质量。随着光刻过程的进行，光刻胶的分解会产生颗粒和气泡等杂质，这些杂质同样会影响曝光质量，需利用液体的流动将这些杂质带离浸没流场。因此，浸没式光刻技术中必须重点解决工作过程中液体的泄漏和浸没液体的更新率问题。

[0004] 目前已有的解决方案中，重点解决的问题是填充液体的密封问题，采用气密封或液密封构件环绕投影物镜组末端元件和硅片之间的缝隙流场。气密封技术是在环绕填充流场的圆周周边上，通过施加高压气体形成环形气幕，将填充液体限定在一定的圆形区域内。液密封技术则是利用与填充液体不相容的第三方液体(通常是磁流体或水银等)，环绕填充流场进行密封。但是存在以下不足：液密封方式对密封液体有十分苛刻的要求，在确保密封性能要求的同时，还必须保证密封液体与填充液体不相互溶解、与光刻胶(或Topcoat)及填充液体不相互扩散。在衬底高速运动过程中，外界空气或密封液体一旦被卷入或溶解或扩散到填充液体中，都会对曝光质量产生负面影响。

发明内容

[0005] 为了解决局部浸没式光刻技术中的缝隙流场密封问题，本发明的目的在于提供一种用于浸没式光刻机的垂直回收和气密封装置，在流场边缘使用气密封结构防止缝隙流场中的液体泄漏，从而满足光刻机高速工作状况的要求。

[0006] 本发明采用的技术方案是：

[0007] 在浸没式光刻机的投影物镜组和硅片之间设置有本发明垂直回收和气密封装置，所述垂直回收和气密封装置包括浸没单元基体和浸没单元下端盖：

[0008] 1)浸没单元基体：

[0009] 在浸没单元基体上开有中心锥孔，中心锥孔向外的浸没单元基体底面依次开有同心圆环的垂直气液回收腔和注气腔，浸没单元基体四边中相对称的两侧面分别开有水平注液口和水平液体回收口，浸没单元基体四边中相对称的另外两侧面分别开有注气口，水平注液口和水平液体回收口两侧的浸没单元基体上均开有垂直气液回收口；

[0010] 2)浸没单元下端盖：

[0011] 浸没单元下端盖上开有中心通孔，中心通孔向外的浸没单元下端盖顶面依次开有同心圆环的垂直气液回收孔槽和气密封孔槽，垂直气液回收孔槽和气密封孔槽分别与浸没单元基体的垂直气液回收腔和注气腔对应相通；垂直气液回收孔槽上开有多道沿圆周间隔均布的微孔作为垂直气液回收孔，气密封孔槽开有一道沿圆周间隔均布的微孔作为气密封孔，垂直气液回收孔的每个微孔均位于相邻道垂直气液回收孔中最紧邻的两个微孔中点连线的中垂线上，气密封孔的每个微孔均位于最外圈垂直气液回收孔中最紧邻的两个微孔中点连线的中垂线上。

[0012] 所述的浸没单元基体上注气口与注气腔之间通过注气流道连接并过渡，注气流道成流线型的喇叭状，开口逐渐增大最终延伸到注气腔上，注气流道分别注气口与注气腔连接处呈圆角过渡。

[0013] 所述的垂直气液回收口经垂直气液回收流道与垂直气液回收腔相通，水平注液口、水平液体回收口分别经水平注液流道、水平液体回收流道与垂直气液回收腔相通，注气口经注气流道与注气腔相通。

[0014] 所述的垂直气液回收孔和气密封孔的微孔形状为圆形或方形，垂直气液回收孔沿圆周多道数量为两圈以上；每一个垂直气液回收孔和气密封孔的形状不限于圆形或方形，垂直气液回收孔的圈数不限于两圈或更多。

[0015] 所述的浸没单元基体中心锥孔的侧面水平方向上对称开有水平注液流道出口和水平液体回收流道入口，水平注液流道出口以及水平液体回收流道入口均为截面呈折线的弧形槽结构，且水平注液流道出口以及水平液体回收流道入口 在垂直方向上存在高度差。

[0016] 所述的浸没单元下端盖是一体成型的，下端盖垂直气液回收孔和气密封孔均开在一体成型的浸没单元下端盖上。

[0017] 本发明具有的有益效果是：

[0018] 1、使用了本发明所述的新型垂直回收和气密封装置后，用3D打印技术直接成型的浸没单元，可以用于动态密封性能的测试实验之中，并且硅片的运动速度可以达到350mm/s并且不发生泄漏。未使用本发明所述装置的3D打印成型的浸没单元，多用于静态实验，即硅片为静止状态，用于动态实验时硅片速度也只在100mm/s左右；未使用本发明所述装置的机械精加工成型的浸没单元，可用于动态实验，硅片的运动速度可以达到400mm/s，但加工成本大大增加，会超过3D打印成本的5-10倍甚至更多。

[0019] 2、交错分布的垂直气液回收孔可以增强对流场边界的约束力，从而提高密封性能。

[0020] 3、由于液体泄漏多发生在最外层相邻两个垂直气液回收孔之间，故将气密封孔设置在最外层相邻两个垂直气液回收孔圆心连线的中垂线上，可以提高浸没单元的密封效果，更好得防止液体泄漏。

[0021] 4、将垂直气液回收孔和气密封孔设置于同一零件上，不必为加工气密封孔而增加一个需要精加工打孔的零件，可减少浸没单元的加工流程，节省加工成本，同时简化装配难度。

[0022] 5、注气流道成流线型喇叭状，可以让气体更均匀得分布于注气腔之中。由于测试方法以及测试设备的不足，该有益效果只能通过仿真得到验证。

[0023] 6、将所有对外接口以及内部流道集成在浸没单元基体这一个零件上，并通过3D打印技术一次性完成内部所有的复杂流道，这极大得节约了成本，减小了加工难度，简化了装配过程。

[0024] 7、确定了浸没单元下端盖垂直气液回收孔和气密封孔的相对位置，避免了设计过程中的盲目性。

附图说明

[0025] 图1是本发明与投影透镜组相装配的简化示意图。

[0026] 图2是浸没单元爆炸剖面图。

[0027] 图3是浸没单元基体2a从中间位置剖开的俯视图。

[0028] 图4是浸没单元基体2a仰视图。

[0029] 图5是喇叭形注气流道4d的示意图。

[0030] 图6是浸没单元下端盖2b的俯视图。

[0031] 图7垂直气液回收孔排布示意图。

[0032] 图8气密封孔排布示意图。

[0033] 图中：1、投影透镜组，2、垂直回收和气密封装置，2A、浸没单元基体，2B、浸没单元下端盖，3A、水平注液口，3B、水平液体回收口，3C、垂直气液回收口，3D、注气口，4A、水平注液流道，4B、水平液体回收流道，4C、垂直气液回收流道，4D、注气流道，5A、水平注液口出口，5B、水平液体回收口入口，5C、垂直气液回收腔，5D、注气腔，6A、垂直气液回收孔，6B、气密封孔，7、硅片，11、浸没液体。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0035] 如图1所示，垂直回收和气密封装置2安装在投影物镜组1和硅片7之间，垂直回收和气密封装置2开有中心锥孔，垂直回收和气密封装置2的主要功能是将浸没液体11限制在投影物镜组1的正下方，从投影物镜组1发出的光线穿过垂直回收和气密封装置2的中心通孔后进入浸没液体11，即要经过浸没液体11照射在硅片7上，完成曝光过程，浸没液体的折射率要比空气高，从而能够提高光刻系统的数值孔径和分辨率。

[0036] 如图2所示，垂直回收和气密封装置2由浸没单元基体2A、浸没单元下端盖2B，两个零件的表面紧贴在一起，表面的贴合处具有密封功能，在外部用螺钉紧固。其中：

[0037] 1）浸没单元基体2A：

[0038] 如附图3所示为浸没单元基体2A的剖视图以及附图4所示的浸没单元基体2A仰视图，在浸没单元基体2A上开有中心锥孔，中心锥孔向外为相对分布的基体水平注液口3A和基体水平液体回收口3B，基体水平注液口3A与水平注液流道4A相连，基体水平液体回收口3B与水平液体回收流道4B相连，水平注液流道4A的出口处5A以及水平液体回收流道4B的入口处5B结构上均为折线形，从而缓冲大流量注液与回收过程中水流的冲击。基体水平注液口3A和水平液体回收口3B在高度上存在一个差值，以保证浸没液体11流场初始化后能布满整个镜头1下端。水平注液口3A为对外接口，以跟液体供给系统连接；水平液体回收口对外跟负压系统连接。

[0039] 水平注液口3A和水平液体回收口3B两侧为垂直气液回收口3C，垂直气液回收口3C与垂直气液流道4C相连，垂直气液流道4C则通往垂直气液或回收腔5C。垂直气液回收腔5C覆盖在浸没单元下端盖2B的垂直气液回收孔6A上方，用于承担回收负压。垂直气液回收口3C为对外接口，以与负压回收系统连 接。

[0040] 如图5所示，与水平注液流道4A成垂直方向分布的，为注气口3D，注气口3D与注气流道4D相连，注气流道4D通往注气腔5D，注气流道4D为喇叭形渐开口的形状，从而保证气体经过注气流道4D之后，可以更加均匀得分散到注气腔5D之中。注气腔5D覆盖在浸没单元下端盖2B的气密封孔6B上方，注气口3D对外接口，以与气体供给系统连接。

[0041] 浸没单元基体2A通过3D打印技术，可一次性加工完成内部所有的复杂流道，从而大大减少加工所用的成本，并且降低装配所带来的困难。

[0042] 2）浸没单元下端盖2B：

[0043] 如附图6所示为浸没单元下端盖2B的俯视图，在浸没单元下端盖2B上开有中心圆形通孔，中心圆形通孔向外是一系列呈同心圆环状分布的微孔，其中最外围的为气密封孔6B，气密封孔6B以内的为垂直气液回收孔6A，垂直气液回收孔6A往上与垂直气液回收腔相连5C，气密封孔6B往上则与注气腔5D相连。

[0044] 通过该浸没单元下端盖2B结构，可以实现垂直气液回收孔6A和气密封孔6B置于同一个零件上，从而方便加工和装配。

[0045] 浸没单元下端盖2B的垂直气液回收孔6A阵列在排布上有特殊特征，如附图7所示，垂直气液回收孔6A成交错分布，每一个垂直气液回收孔6A圆心均位于外圈或内圈相邻两个垂直气液回收孔6A圆心中点连线的中垂线上，从而提高垂直气液回收孔6A对流场边界的约束作用。

[0046] 浸没单元下端盖2B的气密封孔6B阵列在排布上也有特殊特征，如附图8所示，每一个气密封孔6B圆心都位于相邻最外圈两个垂直气液回收孔6A圆心连线的中垂线上，从而提高密封效果，防止液体泄漏。

[0047] 本发明的工作过程原理如下：

[0048] 如图1所示，给出了垂直回收和气密封装置2在光刻系统中的位置。曝光过程中，光线通过掩模板、投影物镜组1和由浸没液体11填充形成的缝隙流场，照射在硅片7的光刻胶上，对硅片3进行曝光，将掩模版上的图形准确的转移到硅片的光刻胶上。浸没单元基体2A连接在位姿调整机构上，用于调整垂直回收和气密封装置2的空间位置和姿态。

[0049] 硅片静止时，注液管路中的浸没液体11通过浸没单元基体2A上的水平注液通道4A注入，浸没液体沿着浸没单元基体2A上的中心锥孔和投影物镜组1圆锥面组成的狭缝向下流入缝隙流场，浸没液体11会填充在投影物镜和硅片3组成的间隙中，形成缝隙流场。

[0050] 随着液体的注入，中心锥孔处的液面不断升高，同时，缝隙流场中的液体在水平方向上向四周扩散。向四周扩散的浸没液体遇到下端盖垂直气液回收腔5C和垂直气液回收孔6A阵列组成的阶梯形回收结构后，便会在负压的作用下，形成一个完整的流场边界。当注液-回收达到平衡后，便完成了浸没单元的缝隙流场填充过程。

[0051] 密封气体通过基体注气通道4D进入注气腔5D，通过气密封孔6B逸出便会在气密封孔6B下方形成气幕，分布在缝隙流场的四周。由于内部垂直气液回收孔6A下方为负压，故气体会向内流动从而约束液体边界。

[0052] 硅片在运动过程中，对浸没液体具有牵拉作用，使得硅片运动方向上的浸没液体11具有向外流动的趋势，容易造成液体边界的约束力不足，从而发生泄漏。由于垂直气液回收孔6A可通过垂直气液回收腔5C中形成的负压，对每个孔下液体边界产生约束作用，故交错排布的回收孔可以增强投影物镜组1和硅片7之间缝隙中负压的覆盖效果，从而增大对流场边界的约束力。但该约束作用距离孔越远则越小，故液体泄漏常常发生于相邻两个垂直气液回收孔6A的中间位置，在此位置上增加气密封孔6B，可以避免此处的泄漏，增强密封效果，从而提高了硅片运动的速度。