一种用于光刻机的浸没流场稳定装置的制作方法

专利名称：一种用于光刻机的浸没流场稳定装置的制作方法
技术领域：
本发明是涉及浸没式光刻(ImmersionLithography)系统中的浸没流场稳定 装置，特别是涉及一种用于光刻机的浸没流场稳定装置。
背景技术：
现代光刻设备以光学光刻为基础，它利用光学系统把掩膜版上的图形精确 地投影曝光到涂过光刻胶的衬底(如硅片)上。它包括一个紫外光源、 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覆盖光敏 光刻胶的衬底。
浸没式光刻系统在投影透镜和衬底之间的缝隙中填充某种液体，通过提高 该缝隙中介质的折射率(n)来提高投影透镜的数值孔径(NA)，从而提高光刻 的分辨率和焦深。
在光刻过程中，为防止浸没液体中的气泡等污染物附着在硅片或透镜表面 上，并使浸没液体中的污染物和曝光热量及时被带走，必须保持浸没液体处于 连续的流动状态，通常采用正压注液和负压回收相结合以实现液体更新。同时， 为了保证生产效率，衬底需要进行高速的扫描和步进运动。注液、回收以及衬 底运动三者的协调，较大程度的决定了流场内部稳定性，并成为影响最终纳米 级曝光精度的重要因素之一。
在控制流场稳定性方面，当前研究主要存在以下不足 (1)衬底高速运动状态下，由于分子附着力的作用，靠近衬底的液体将随 衬底发生牵拉运动，并由此导致流场边界形态迅速发生变化；这种变化在不同 边界位置均不一样，通常采用的均压密封方式无法对流场边界进行自适应补偿， 因而难以有效避免由此带来的一系列问题。
流场边界形态的变化主要由于衬底高速运动牵拉液体所致，表现在动态接 触角大小的变化，即与衬底运动方向相同的前进接触角将变大，而与衬底运 动方向相反的后退接触角将变小。前进接触角变大，使得外界气体更易被巻吸 到流场中形成气泡，从而影响流场的均一性和曝光成像质量。后退接触角变小， 使得边界液体更容易牵拉到流场外围导致液体泄漏，并由此形成一系列缺陷(如 水迹)。同时，泄漏的液体还可能使得光刻设备某些部件无法正常工作，比如， 监测衬底位置的干涉仪。(2)由于衬底牵拉形成的内部流场波动，同样也会形成对注液及回收口的 冲击，从而改变注液及回收的流场及压力特性，加剧了注液及回收二者协调控 制的难度。并易导致供液不足或者液体无法有效回收，前者易形成流场的萎縮
并引发气泡的渗入，后者将增加迫使液体向外APRB泄漏的内在动力。

发明内容
本发明的目的是提供一种用于光刻机的浸没流场稳定装置，在衬底和投影 装置的末端元件之间填充液体的同时，根据缝隙流场的形态变化与压力波动进 行自适应缓冲或补偿，维持缝隙流场的稳定性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下
本发明在投影透镜组和待曝光衬底之间设置的流场稳定装置。所述的流场 稳定装置，由管路连接体，主体结构，自适应滑块组，滑块组通道组成；其中
1) 管路连接体由中心向外依次均开有四个等分分布的内隔离腔连通大气 通孔、注液口、回收口和外隔离腔连通大气通孔；
2) 主体结构由中心向外四个依次对称开有矩形柱状腔体，分别为内隔离 腔、注液腔、回收腔和外隔离腔，四个腔体垂直向上，分别连通管路连接体的 内隔离腔连通大气通孔、注液口，回收口和外隔离腔连通大气通孔；内隔离腔 和外隔离腔槽的截面从上向下为大槽、小槽和大槽构成，在内隔离腔和外隔离 腔小槽之间，平行于衬底开有四组滑块组通道；
3) 自适应滑块组每纽由内向外自适应滑块组由内滑块和外滑块组成，与 滑块组通道采用间隙配合；外滑块为截面为平行四边形的棱柱，外滑块外侧面 与外隔离腔外壁面用弹簧连接；内滑块为截面为平行四边形的棱柱，该组棱柱 在底面和顶面之间开有一矩形空腔，空腔槽宽与注液腔槽宽相等，内滑块的内 侧面与内隔离腔内壁面用弹簧连接。
所述外滑块棱柱外侧面与顶面角度为30度 60度，棱柱内侧面与底面角度 为30度 60度，棱柱长度比回收腔与外隔离腔之间壁面厚度长5 10mm。
所述内滑块棱柱外侧面与底面角度为30度 60度，棱柱内侧面与顶面角度 为30度 60度，棱柱长度比内隔离腔与回收腔之间的厚度长5 10mm。
本发明具有的有益效果是 (1)根据衬底的不同运动方向，自动对缝隙流场进行缓冲及补偿。当液体 由于衬底牵拉形成对密封结构冲击时，大部分运动的液体将流入内隔离腔和外 隔离腔，释放了液体冲击，极大的减少了液体向外泄漏可能性，以及由于运动 受到阻碍形成的液体回流；另一方面，当衬底牵拉液体远离密封结构之时，内隔离腔和外隔离腔内的液体将跟随进入缝隙流场，抑制了由于边界液体的缺失 引起的气泡巻吸，部分可能从外界渗入的气体将从外隔离腔连通大气接口中得 到释放。
(2)抑制流场波动对注液及回收的干扰。当衬底牵拉流场形成的内部波动 时，自适应滑块组因所受压力失衡发生压力左右移动，自动改变注液腔最小口 径通路或回收腔最小口径通路大小以避免内部压力波动影响注液及回收的稳定 性及可靠性。


图l是本发明与投影透镜组相装配的简化示意图。 图2是本发明的P-P剖面视图。 图3是本发明主体结构的G-G剖面视图。 图4是本发明自适应滑块组的受力及运动方向分析图。 图4是表征衬底由中心向外部运动时的流场自适应稳定原理图。 图5是表征衬底由外部向中心运动时的流场自适应稳定原理图。 图6是示意性地表征衬底由外部向中心运动时的流场自适应稳定原理图。 图中1、投影透镜组，2、浸没流场稳定装置，2A、管路连接体，2B、主 体结构，2C、自适应滑块组，2D、滑块组通道，3、衬底，4A、内隔离腔，4B、 内隔离腔连通大气接口， 4C、内隔离腔最小口径通路，5A、注液腔，5B、正压 注液口， 5C、注液腔最小口径通路，6A、回收腔，6B、负压回收口， 6C、回收 腔最小口径通路，7A、外隔离腔，7B、外隔离腔连通大气接口， 7C、外隔离腔 最小口径通路，8、密封结构，9、缝隙流场，10、内滑块，11、外滑块，Fl、 弹簧力，F2、壁面力，F3、回收腔液体吸力，F4、外隔离腔液体推力，F5、内 隔离腔液体推力，VI、外滑块运动方向，V2内滑块运动方向
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、图2、图3所示本发明在投影透镜组1和待曝光衬底3之间设置的 流场稳定装置2。所述的流场稳定装置2，由管路连接体2A，主体结构2B，自 适应滑块组2C，滑块组通道2D组成；其中
1) 管路连接体2A:由中心向外依次均开有四个等分分布的内隔离腔连通 大气通孔4B、注液口5B、回收口6B和外隔离腔连通大气通孔7B;
2) 主体结构2B:由中心向外四个依次对称开有矩形柱状腔体，分别为内隔 离腔4A、注液腔5A、回收腔6A和外隔离腔7A，四个腔体垂直向上，分别连 通管路连接体2A的内隔离腔连通大气通孔4B、注液口 5B,回收口 6B和外隔离腔连通大气通孔7B;内隔离腔4A和外隔离腔7A槽的截面从上向下为大槽、 小槽和大槽构成，在内隔离腔4A和外隔离腔7A小槽之间，平行于衬底3开有 四组滑块组通道2D;
3)自适应滑块组2C:每纽由内向外自适应滑块组2C由内滑块和外滑块组 成，与滑块组通道2D采用间隙配合；外滑块为截面为平行四边形的棱柱，外滑
块外侧面与外隔离腔7A外壁面用弹簧连接；内滑块为截面为平行四边形的棱
柱，该组棱柱在底面和顶面之间开有一矩形空腔，空腔槽宽与注液腔5A槽宽相 等，内滑块的内侧面与内隔离腔4A内壁面用弹簧连接。
所述外滑块棱柱外侧面与顶面角度为30度 60度，棱柱内侧面与底面角度 为30度 60度，棱柱长度比回收腔6A与外隔离腔7A之间壁面厚度长5 10mm。
所述内滑块棱柱外侧面与底面角度为30度 60度，棱柱内侧面与顶面角度 为30度 60度，棱柱长度比内隔离腔4A与回收腔6A之间的厚度长5 10mm。
管路连接体2A与主体结构2B的连接方式采用粘接或者螺栓紧固。
图1示意性地表示了本发明实施方案的流场稳定装置2与投影透镜组1的 装配，本装置可以在分步重复或者步进扫描式光刻设备中应用。在曝光过程中， 从光源(图中未给出)发出的光(如ArF或F2准分子激光)通过对准的掩模版 (图中未给出)，投影透镜组l和充满浸没液体的透镜一衬底间缝隙场，对衬底 3表面的光刻胶进行曝光。
图2、图3所示，本发明实施方案装置是由管路连接体2A，主体结构2B， 自适应滑块组2C和滑块组通道2D组成。主体结构2B中心开有用于安装投影 透镜的圆柱形通孔，自通孔向外，依次开有内隔离腔4A，注液腔5A，回收腔 6A和外隔离腔7A，四个腔体垂直向上，通过管路连接体2A的对应接口与外接 供水供气系统连接；其中，回收腔6A与注液腔5A之间的腔壁，及外隔离腔7A 两侧腔壁下表面比主体结构2B的下表面高0.3 lmm，从而使得由注液腔5A 注入的液体，能够轻易地充满整个缝隙流场9。
内隔离腔4A、注液腔5A、回收腔6A和外隔离腔7A的腔壁上开有滑块组 通道2D，自适应滑块组2C用间隙配合方式，内嵌安装在滑块组通道2D内，通 过水平滑移加以运动，自适应滑块组2C利用浸没液体实现自润滑。自适应滑块 组2C与主体结构2B之间使用弹簧连接，以实现自适应滑块组2C的正常工作 及复位。在外隔离腔7A外围设置密封结构8，其密封形式可采用气体密封、液 体密封或者仅依靠张力抑制液体泄漏。管路连接体2A安装在主体结构2B上部，密封结构8安装在主体结构2B外侧，两者的结合面均为平面，连接方式采用粘 接或者螺栓紧固。
图4示意性地表征自适应滑块组2C的受力及运动方向分析图。图4a所示， 当衬底静止时，外滑块11左右两侧分别受到弹簧力Fl和回收腔液体吸力F3， 并且这两力在水平方向达到平衡，因此外滑块11静止不动；内滑块10左右两 侧分别受到回收腔液体吸力F3和弹簧力Fl，并且这两力在水平方向达到平衡， 因此内滑块10静止不动。图4b所示，当衬底由中心向外部运动时，由于缝隙 流场9内部分液体进入回收腔6A和外隔离腔7A，导致回收腔6A对外滑块11 水平向右的液体吸力相应增大，同时外滑块11在外隔离腔7A受到水平向左的 外隔离腔液体推力F4，外滑块ll在两者合力作用下，沿水平方向向左运动，直 至左侧弹簧力Fl与两者合力达成新的平衡；由于缝隙流场9内部分液体进入回 收腔6A和内隔离腔4A，导致回收腔6A对内滑块10水平向左的液体吸力相应 增大，同时内滑块110在内隔离腔4A受到水平向右的内隔离腔液体推力F5， 内滑块10在两者合力作用下，沿水平方向向右运动，直至右侧弹簧力F1与两 者合力达成新的平衡。同理，当衬底由外部向中心运动时外滑块11和内滑块10 的运动方向与图4b相反。
图5示意性地表征衬底3由中心向外部运动时的流场自适应稳定原理图。 液体受到衬底3高速牵拉向外运动，从而导致缝隙流场9内部分液体进入内隔 离腔4A、注液腔5A、回收腔6A和外隔离腔7A，并分别作用在自适应滑块组 2C侧壁面上，导致自适应滑块组2C产生产生如图箭头所示方向运动，从而实 时改变四个腔体内的流量及压力。在衬底3高速牵拉液体向外运动过程中，大 部分运动的液体将流入内隔离腔4A和外隔离腔7A，从而释放了液体冲击，减 少了液体向外泄漏可能性，以及由于运动受到阻碍形成的液体回流。同时，安 装在内外隔离腔的自适应滑块组2C将会自动发生移动，以增大内隔离腔最小口 径通路4C和外隔离腔最小口径通路7C的口径，使得液体更顺利地进入隔离腔 内，减少了流向密封结构8的液体，从根本上降低了发生泄漏的内在动力。
衬底3向外牵拉迫使内部流体向外运动，从而分别减少和增大了注液腔5A 和回收腔6A液体的流量及压力。此时安装在回收腔6A和注液腔5A内的自适 应滑块组2C将如图示运动，从而实时减小回收腔最小口径通路6C的口径，并 增大注液腔最小口径通路5C的口径，因而有效对注液及回收管路进行补偿，使 得回收腔6A回收液体、注液腔5A注入液体更平稳，防止因回收过大和注液过 小而导致的流场萎縮及气泡渗入。图6示意性地表征衬底3由外部向中心运动时的流场自适应稳定原理图。
液体受到衬底3高速牵拉向内运动，从而导致内隔离腔4A、注液腔5A、回收 腔6A和外隔离腔7A内的部分液体流出腔体进入缝隙流场9，并分别作用在自 适应滑块组2C侧壁面上，导致自适应滑块组2C产生如图箭头所示方向运动， 从而实时改变四个腔体内的流量及压力。内隔离腔4C的液体首先流出并补充流 场内因受牵拉而被抽走的液体，缓解了回收腔6A和注液腔5A底部流场受到的 牵拉作用，储存在外隔离腔7A的液体同时也因牵拉作用实现流场补偿；经过内 外隔离腔的双重作用，抑制了由于边界液体的缺失引起的气泡巻吸。同时，安 装在内外隔离腔的自适应滑块组2C将会自动发生移动，以减小内隔离腔最小口 径通路4C和外隔离腔最小口径通路7C的口径，使得缝隙流场被牵拉的阻力增 大，更有效地防止液体因被衬底3牵拉产生高速运动而拉扯液面形成巻吸作用 带入气泡。
衬底3向外牵拉迫使外部流体向内运动，从而分别增大和减小了注液腔5A 和回收腔6A液体的流量及压力。此时安装在回收腔6A和注液腔5A内的自适 应滑块组2C将如图示运动，从而实时增大回收腔最小口径通路6C的口径，并 减小注液腔最小口径通路5C的口径，因而有效对注液及回收管路进行补偿，使 得回收腔6A回收液体、注液腔5A注入液体更平稳，抑制了因回收小和注液过 大而迫使液体向外泄漏的内在动力。
8
权利要求
1. 一种用于光刻机的浸没流场稳定装置，在投影透镜组(1)和待曝光的衬底(3)之间设置的流场稳定装置(2)；其特征在于所述的流场稳定装置(2)，由管路连接体(2A)，主体结构(2B)，自适应滑块组(2C)，滑块组通道(2D)组成；其中1)管路连接体(2A)由中心向外依次均开有四个等分分布的内隔离腔连通大气通孔(4B)、注液口(5B)、回收口(6B)和外隔离腔连通大气通孔(7B)；2)主体结构(2B)由中心向外四个依次对称开有矩形柱状腔体，分别为内隔离腔(4A)、注液腔(5A)、回收腔(6A)和外隔离腔(7A)，四个腔体垂直向上，分别连通管路连接体(2A)的内隔离腔连通大气通孔(4B)、注液口(5B)，回收口(6B)和外隔离腔连通大气通孔(7B)；内隔离腔(4A)和外隔离腔(7A)槽的截面从上向下为大槽、小槽和大槽构成，在内隔离腔(4A)和外隔离腔(7A)小槽之间，平行于衬底(3)开有四组滑块组通道(2D)；3)自适应滑块组(2C)每纽由内向外自适应滑块组(2C)由内滑块和外滑块组成，与滑块组通道(2D)采用间隙配合；外滑块为截面为平行四边形的棱柱，外滑块外侧面与外隔离腔(7A)外壁面用弹簧连接；内滑块为截面为平行四边形的棱柱，该组棱柱在底面和顶面之间开有一矩形空腔，空腔槽宽与注液腔(5A)槽宽相等，内滑块的内侧面与内隔离腔(4A)内壁面用弹簧连接。
2. 根据权利要求1所述的一种用于光刻机的浸没流场稳定装置，其特征在 于所述外滑块棱柱外侧面与顶面角度为30度 60度，棱柱内侧面与底面角度 为30度 60度，棱柱长度比回收腔(6A)与外隔离腔(7A)之间壁面厚度长 5 10mm。
3. 根据权利要求1所述的一种用于光刻机的浸没流场稳定装置，其特征在 于所述内滑块棱柱外侧面与底面角度为30度 60度，棱柱内侧面与顶面角度 为30度 60度，棱柱长度比内隔离腔(4A)与回收腔(6A)之间的厚度长5 10mm。
全文摘要
本发明公开了一种用于光刻机的浸没流场稳定装置。浸没流场稳定装置是在投影透镜组和衬底之间设置的装置，所述的浸没流场稳定装置由管路连接体、主体结构、自适应滑块组组成。当衬底高速运动牵拉液体，导致缝隙流场发生波动时，自适应滑块组能实时调整位置以改变内隔离腔，外隔离腔，注液腔和回收腔的流道大小，降低冲击强度；内外隔离腔的液体将实时补偿流场的波动，自动对缝隙流场进行缓冲及补偿，吸收衬底牵拉形成的液力冲击，抑制并控制流场的不稳定性；注液腔和回收腔的流道大小也将在衬底高速运动过程中实时改变，在缝隙流场的波动冲击下，维持注液腔和回收腔的流量及压力特性稳定，维持注液及回收过程的稳定性及可靠性。
文档编号G03F7/20GK101477310SQ20081016417
公开日2009年7月8日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者新 傅, 李小平, 王利军, 阮晓东, 颖 陈 申请人:浙江大学;上海微电子装备有限公司