CN111830796B - 具有新型抽排组件的浸液供给回收装置以及浸液抽排方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有新型抽排组件的浸液供给回收装置以及浸液抽排方法，包括衬底、浸液供给通道、浸液回收通道、液相抽排通道、气相抽排通道、抽排腔、抽排开口和选透抽排管，在浸液供给回收装置与衬底相对的一侧设置有多个抽排开口，浸液供给回收装置内设抽排腔，抽排腔中设多条选透抽排管，抽排开口与抽排腔相连通，每选透抽排管一端与一个抽排开口连通，另一端与液相抽排通道连通，气相抽排通道和抽排腔相连接。提高对气液两相流产生的负压脉动抑制，更利于改善浸液供给回收装置的振动特性，提高回收口对于浸液的抽排能力，提高曝光质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种浸没式光刻机，尤其是涉及一种使用于浸没式光刻机上的浸液供给回收装置以及浸液抽排方法。
背景技术
现有浸没式光刻机中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。
为有效维持控制该缝隙中浸没流场边界的完整性，现有技术装置往往采用弯液面束缚与高压气体密封相结合的技术方案，也即在回收流道所限制的浸没流场圆周上，通过施加正压密封气体形成环形气幕，将填充液体限定在一定的圆形流场区域内；同时为有效维持控制该缝隙中浸没流场边界的完整性，现有技术装置往往采用负压抽排与高压气体密封相结合的技术方案；即在回收流道所限制的浸没流场圆周上，通过施加负压将浸液抽排离开浸没流场，并且施加正压密封气体形成环形气幕，将填充液体限定在一定的圆形或菱形流场区域内。
现有浸没式光刻机中浸液供给回收装置2设置于投影物镜***1和衬底3之间（见图4、图5），浸没液体由浸液供给***5提供动力，经由浸液供给回收装置2注入投影物镜***1和衬底3之间的空间，并且被浸液回收***6经由浸液供给回收装置2抽排。浸没液体填充投影物镜***1和衬底3之间的空间形成浸没流场4。浸没液体的折射率大于空气，相对于干式光刻机，由于浸没流场4的存在，浸没式光刻机中投影物镜***1和衬底3之间的光路介质折射率提高，携带集成电路图形信息的激光光束穿过投影物镜***1和浸没流场4后可以在衬底3上形成尺寸更小的集成电路图形。
浸液回收通道介于浸没流场与外界气体（自然流动的常压气体或气密封装置产生的正压气体）之间，在采用负压回收浸没液体的过程中，浸液回收通道内不可避免地将形成气液两相流。气液两相流动不稳定，特别是施加了为保证浸没液体有效回收的正压密封气流，将会加剧两相流在浸液回收通道及管路中的湍动，而且其流动与相变过程伴随着微纳气泡的产生与溃灭。这都将会导致振动的发生与传导，冲击投影物镜的末端元件和衬底上方之间的浸没流场；相变的过程也会导致在浸液回收通道中发生液相的蒸发冷却，导致温度场的不均匀性增加；而且在浸没式光刻***中，两相流动所诱发的管路振动强度大、幅频特性复杂，很难将其与整机彻底隔离，将会影响曝光质量。
发明内容
本发明为解决现有浸没式光刻机存在着在浸液供给回收装置中难以有效将两相流动形成彻底抑制负压脉动，不利于保证回收口对于浸液的抽排能力，容易影响降低曝光质量等现状而提供的一种可有效将来自浸没流场的气液两相流分离和抽排，提高对气液两相流产生的负压脉动抑制，更利于改善浸液供给回收装置的振动特性，提高保证回收口对于浸液的抽排能力，提高曝光质量的具有新型抽排组件的浸液供给回收装置以及浸液抽排方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种具有新型抽排组件的浸液供给回收装置，包括衬底、浸液供给通道和浸液回收通道，其特征在于：还包括选透抽排组件、液相抽排通道和气相抽排通道，所述的选透抽排组件包括抽排腔、抽排开口和选透抽排管，在浸液供给回收装置与衬底相对的一侧设置有多个抽排开口，浸液供给回收装置内部设置抽排腔，抽排腔中设置多条选透抽排管，抽排开口与选透抽排管对应相连通，每条选透抽排管的一端与一个抽排开口连通，每条选透抽排管的对应另一端与液相抽排通道连通，气
相抽排通道和抽排腔相连接。在浸液供给回收装置内部，密封抽排通道上设置选透抽排组件，在选透抽排组件内外两侧建立压差，选透抽排组件针对液体和气体具有不同的阻力，来自抽排开口的气液两相流，在经过选透抽排组件时，内部的气体逃逸到外部，内部的浸没液体被阻挡在内部，气体和浸没液体分别沿不同的流路被抽排到浸液供给回收装置外部。可有效将来自浸没流场的气液两相流分离和抽排，提高对气液两相流产生的负压脉动抑制，更利于改善浸液供给回收装置的振动特性，提高保证回收口对于浸液的抽排能力，提高曝光质量。
作为优选，所述的选透抽排管采用中空管道，其管道管壁对于液体和气体具有不同的选透穿透阻力。提高对液体和气体的透选抽排能力。
作为优选，所述的选透抽排管采用聚合物中空纤维膜材质结构，或者是采用管壁通过机加工方法形成微小通孔规格尺寸的金属管道结构。提高选透抽排管对液体和气体的透选抽排能力，提高选透抽排管的制作获得简单便捷有效性。
作为优选，所述的选透抽排管采用不锈钢、聚丙烯或聚四氟乙烯材质结构。提高选透抽排管对浸没液体的液体和气体的透选抽排能力，提高选透抽排管的制作获得简单便捷有效性；提高选透抽排管的高洁净度有效性。
作为优选，所述的选透抽排管在聚合物中空纤维膜材质结构表面具有采用溶液纺丝法等化学工艺使聚合物形成表面散布微小通孔的膜层，形成液相抽排通道；聚合物中空纤维膜材质结构内部具有贯通空间，贯通空间形成气相抽排通道。提高选透抽排管对液体和气体的透选抽排能力，提高选透抽排管的制作获得简单便捷有效性。
作为优选，所述的微小通孔的通孔直径为5～1500微米。提高选透抽排管表面对浸没液体的疏液性。气液界面的曲率半径约小，产生的毛细力越大，对浸液的阻挡能力也越强。
作为优选，所述的微小通孔的通孔直径为10～500微米。提高选透抽排管表面对浸没液体的疏液性。气液界面的曲率半径约小，产生的毛细力越大，对浸液的阻挡能力也越强。
作为优选，所述的微小通孔的通孔直径为10～120微米。提高选透抽排管表面对浸没液体的疏液性。气液界面的曲率半径约小，产生的毛细力越大，对浸液的阻挡能力也越强。
本发明申请的另一个发明目的在于提供一种浸液供给回收装置的浸液抽排方法，其特征在于：包括如下浸液抽排过程
a在浸没流场***设置上述技术方案之一所述的抽排开口，并且使抽排开口具有负压强，将浸没液体和***气体同时抽吸进入抽排开口；
b抽排进入抽排开口的浸没液体和***气体形成气液两相流，从上述技术方案之一所述的抽排开口进入选透抽排组件，在选透抽排组件中发生气液分离，其中液相经液相抽排通道流走，气相经气相抽排通道流走；
c抽排通道靠近抽排开口的一端具有选透上述技术方案之一所述的选透抽排组件，在选透抽排组件的内外两侧施加压差，使选透抽排组件外部的压强略低于内部的压强；
d两相流流经选透抽排组件，气体逐渐进入选透抽排组件外部，浸没液体被阻挡在选透抽排组件内部；
e选透抽排组件外部的气体和内部的浸没液体分别对应经气相抽排通道和液相抽排通道不同的流路被抽排到浸液供给回收装置外部。
提高对浸液供给回收装置浸液流程的气液两相流分离和抽排，提高对气液两相流产生的负压脉动抑制，更利于改善浸液供给回收装置的振动特性，提高保证回收口对于浸液的抽排能力，提高曝光质量，在浸液供给回收装置内部实现有效气液分离抽排方法。
作为优选，在所述第c步骤中的施加压差步骤包括如下施加过程
f在液相抽排通道施加负压，使混合了浸液和密封气体73的回收流被抽排进入选透抽排管；
g在气相抽排通道262施加负压，使抽排腔中的压力略微低于选透抽排管内部的压力；
h 当回收流中的密封气体接触到管壁上的微小通孔时，受到管壁内外压差的作用，密封气体逃逸进入抽排腔并且被气相抽排通道抽排；而回收流中的浸没流液接触到管壁上的微小通孔时，将会在微小通孔处形成气液界面，由于毛细力的作用，气液界面将阻止浸液进入抽排腔中；
i沿着上述第10-3步骤的流动方向，选透抽排管中的密封气体越来越少，甚至只剩余浸没流液；
j 浸没流液和密封气体分别沿不同的流路被抽排，有助于避免形成振动强烈的弹状流等两相流流型，能够改善浸液供给回收装置的振动特性，并且稳定抽排开口处的负压；
上述第f步骤和第g步骤次序并非一定按此顺序执行，也可以是同步执行，也可以是互换顺序执行，分步骤描述仅是为对施压过程的更方便描述，不作严格顺序执行依据。通过施加压差提高对浸液供给回收装置浸液流程的气液两相流分离和抽排，提高对气液两相流产生的负压脉动抑制，更利于改善浸液供给回收装置的振动特性，在浸液供给回收装置内部实现有效气液分离抽排方法。
本发明的有益效果是：在浸液供给回收装置内部，密封抽排通道上设置选透抽排组件，在选透抽排组件内外两侧建立压差，选透抽排组件针对液体和气体具有不同的阻力，来自抽排开口的气液两相流，在经过选透抽排组件时，内部的气体逃逸到外部，内部的浸没液体被阻挡在内部，气体和浸没液体分别沿不同的流路被抽排到浸液供给回收装置外部。可有效将来自浸没流场的气液两相流分离和抽排，提高对气液两相流产生的负压脉动抑制，更利于改善浸液供给回收装置的振动特性，提高保证回收口对于浸液的抽排能力，提高曝光质量。
两相流穿过抽排开口后直接进入选透抽排组件，其布局位置更具合理创新有效性；相对于现有的多孔板作为抽排开口方案，本发明使用选透抽排管，对浸没液体流动的阻力更小，更有利于及时抽排浸液。使用中空纤维膜实现的易制造易维护。
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是本发明具有新型抽排组件的浸液供给回收装置的结构示意图。
图2是图1的仰视结构示意图。
图3 是本发明具有新型抽排组件的浸液供给回收装置的选透排组件的工作原理示意图。
图4是本发明具有新型抽排组件的浸液供给回收装置圆形流道中气液两相流的典型流型结构示意图。
图5是现有技术中浸液供给回收装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
图1、图2、图3、图4所示的实施例中，一种具有新型抽排组件的浸液供给回收装置，包括衬底（参考图5）、浸液供给通道22和浸液回收通道23，还包括选透抽排组件、液相抽排通道和气相抽排通道，所述的选透抽排组件包括抽排腔25、抽排开口24和多根选透抽排管70，在浸液供给回收装置20与衬底3相对的一侧环状分布设置有多个抽排开口24，多个抽排开口24分别与对应的每根选透抽排管70连通，浸液供给回收装置20内部设置抽排腔25，抽排腔25中设置多条选透抽排管70，抽排开口24与选透抽排管对应相连通，每条选透抽排管的一端与一个抽排开口24连通，每条选透抽排管的对应另一端分别延伸至与液相抽排通道261相连通，气相抽排通道和抽排腔25相连接。气相抽排通道与液相抽排通道设在浸液供给回收装置的同一侧方向位置处，提高气液选透分离抽排分布合理便捷有效性。选透抽排管可以是表面设置小尺寸通孔的金属管，也可以是聚合物中空纤维膜。选透抽排管70采用中空管道，其管道管壁对于液体和气体具有不同的选透穿透阻力。一种选透抽排管70是管壁通过机加工方法形成小尺寸通孔的金属管道；另一种选透抽排管70是聚合物中空纤维膜，可以使用聚丙烯或聚四氟乙烯等聚合物材料，采用溶液纺丝法等化学工艺使聚合物形成表面散布小孔的膜，并且内部有贯通空间。优选地，选透抽排管70使用适应高洁净度场合的材料，例如不锈钢或者聚四氟乙烯。选透抽排管道可以刚性或柔性地布置于抽排腔25中。选透抽排管70采用聚合物中空纤维膜材质结构，或者是采用管壁通过机加工方法形成微小通孔规格尺寸的金属管道结构。选透抽排管70采用不锈钢、聚丙烯或聚四氟乙烯材质结构。选透抽排管70在聚合物中空纤维膜材质结构表面具有采用溶液纺丝法等化学工艺使聚合物形成表面散布微小通孔的膜层，形成液相抽排通道；聚合物中空纤维膜材质结构内部具有贯通空间，贯通空间形成气相抽排通道。微小通孔74的通孔直径采用为60微米。当然微小通孔的通孔直径也可以采用为5～1500微米。进一步的微小通孔74的通孔直径为10～500微米。微小通孔的通孔直径为10～100微米。为了进一步增强阻挡浸液72渗透的能力，选透抽排管70可以在管壁上涂覆疏液性涂料，或者直接以疏液性材料制造，例如具有疏水性的聚四氟乙烯；所谓的疏液性在这里指浸液72在相应固体表面上的接触角大于90°。表面具有疏水性的选透抽排管70，可以更好地避免浸液72附着在选透抽排管7的外表面上，防止微小通孔74处建立的气液界面被破坏。抑制气液两相流涌动的同时，也抑制了回收负压的压力脉动，有利于保证回收口对于浸液的抽排能力。选透抽排组件紧靠抽排开口而不是在浸液供给回收装置外部，能够及时分离气液两相流动。采用气体穿透选透抽排管的表面多孔组件，能够更好的保证及时抽排浸没流场中的浸没液；并且本发明的抽排开口可以是简单形状，能够保证浸没流场边缘的气液界面形状平滑，不易破裂产生残留液体。实现气液分离的回收组件可以采用中空纤维膜，中空纤维膜的制造、装配和维护要求相对于机加工构件更低。
实施例2：
图1、图2、图3、图4所示的实施例中，一种浸液供给回收装置的浸液抽排方法，包括如下浸液抽排过程：
a在浸没流场***设置实施例1所述的抽排开口，并且使抽排开口具有负压强，将浸没液体和***气体同时抽吸进入抽排开口；
b抽排进入抽排开口的浸没液体和***气体形成气液两相流，从实施例1所述的抽排开口进入选透抽排组件，在选透抽排组件中发生气液分离，其中液相经液相抽排通道流走，气相经气相抽排通道流走；
c抽排通道靠近抽排开口的一端具有选透实施例1所述的选透抽排组件，在选透抽排组件的内外两侧施加压差，使选透抽排组件外部的压强略低于内部的压强；
d两相流流经选透抽排组件，气体逐渐进入选透抽排组件外部，浸没液体被阻挡在选透抽排组件内部；
e选透抽排组件外部的气体和内部的浸没液体分别对应经气相抽排通道和液相抽排通道不同的流路被抽排到浸液供给回收装置外部。
进一步的，在上述第c步骤中的施加压差步骤包括如下施加过程
f在液相抽排通道261施加负压，使混合了浸液72和密封气体73的回收流被抽排进入选透抽排管7；
g在气相抽排通道262施加负压，使抽排腔25中的压力略微低于选透抽排管7内部的压力；
h 当回收流中的密封气体73接触到管壁上的微小通孔74时，受到管壁内外压差的作用，密封气体73逃逸进入抽排腔25并且被气相抽排通道262抽排；而回收流中的浸没流液72接触到管壁上的微小通孔74时，将会在微小通孔74处形成气液界面75，由于毛细力的作用，气液界面75将阻止浸没流液72进入抽排腔25中（见图3）；
i沿着上述第10-3步骤的流动方向，选透抽排管70中的密封气体73越来越少，甚至只剩余浸没流液72；
j 浸没流液72和密封气体73分别沿不同的流路被抽排，有助于避免形成振动强烈的弹状流等两相流流型，能够改善浸液供给回收装置的振动特性，并且稳定抽排开口24处的负压。
上述第f步骤和第g步骤次序并非一定按此顺序执行，也可以是同步执行，也可以是互换顺序执行，分步骤描述仅是为对施压过程的更方便描述，不作严格顺序执行依据。
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)
1.一种具有新型抽排组件的浸液供给回收装置，包括衬底、浸液供给通道和浸液回收通道，其特征在于：还包括选透抽排组件、液相抽排通道和气相抽排通道，所述的选透抽排组件包括抽排腔、抽排开口和选透抽排管，在浸液供给回收装置与衬底相对的一侧设置有多个抽排开口，浸液供给回收装置内部设置抽排腔，抽排腔中设置多条选透抽排管，抽排开口与选透抽排管对应相连通，每条选透抽排管的一端与一个抽排开口连通，每条选透抽排管的对应另一端与液相抽排通道连通，气相抽排通道和抽排腔相连接；所述的选透抽排管采用中空管道，其管道管壁对于液体和气体具有不同的选透穿透阻力；两相流穿过抽排开口后直接进入选透抽排组件。
2.按照权利要求1所述的具有新型抽排组件的浸液供给回收装置，其特征在于：所述的选透抽排管采用聚合物中空纤维膜材质结构，或者是采用管壁通过机加工方法形成微小通孔规格尺寸的金属管道结构。
3.按照权利要求1所述的具有新型抽排组件的浸液供给回收装置，其特征在于：所述的选透抽排管采用不锈钢、聚丙烯或聚四氟乙烯材质结构。
4.按照权利要求1或2或3所述的具有新型抽排组件的浸液供给回收装置，其特征在于：所述的选透抽排管在聚合物中空纤维膜材质结构表面具有采用溶液纺丝法化学工艺使聚合物形成表面散布微小通孔的膜层，形成液相抽排通道；聚合物中空纤维膜材质结构内部具有贯通空间，贯通空间形成气相抽排通道。
5.按照权利要求4所述的具有新型抽排组件的浸液供给回收装置，其特征在于：所述的微小通孔的通孔直径为5～1500微米。
6.按照权利要求2所述的具有新型抽排组件的浸液供给回收装置，其特征在于：所述的微小通孔的通孔直径为10～500微米。
7.按照权利要求2所述的具有新型抽排组件的浸液供给回收装置，其特征在于：所述的微小通孔的通孔直径为10～120微米。
8.一种用于权利要求1-7任意一项所述浸液供给回收装置的浸液抽排方法，其特征在于，包括如下浸液抽排过程：
步骤a：在浸没流场***设置所述的抽排开口，并且使抽排开口具有负压强，将浸没液体和***气体同时抽吸进入抽排开口；两相流穿过抽排开口后直接进入选透抽排组件；
步骤b：抽排进入抽排开口的浸没液体和***气体形成气液两相流，从所述的抽排开口进入选透抽排组件，在选透抽排组件中发生气液分离，其中液相经液相抽排通道流走，气相经气相抽排通道流走；
步骤c：抽排通道靠近抽排开口的一端具有选透所述的选透抽排组件，在选透抽排组件的内外两侧施加压差，使选透抽排组件外部的压强略低于内部的压强；
步骤d：两相流流经选透抽排组件，气体逐渐进入选透抽排组件外部，浸没液体被阻挡在选透抽排组件内部；
步骤e：选透抽排组件外部的气体和内部的浸没液体分别对应经气相抽排通道和液相抽排通道不同的流路被抽排到浸液供给回收装置外部。
9.一种用于权利要求2所述浸液供给回收装置的浸液抽排方法，其特征在于，包括如下浸液抽排过程：
步骤a：在浸没流场***设置所述的抽排开口，并且使抽排开口具有负压强，将浸没液体和***气体同时抽吸进入抽排开口；两相流穿过抽排开口后直接进入选透抽排组件；
步骤b：抽排进入抽排开口的浸没液体和***气体形成气液两相流，从所述的抽排开口进入选透抽排组件，在选透抽排组件中发生气液分离，其中液相经液相抽排通道流走，气相经气相抽排通道流走；
步骤c：抽排通道靠近抽排开口的一端具有选透所述的选透抽排组件，在选透抽排组件的内外两侧施加压差，使选透抽排组件外部的压强略低于内部的压强；
步骤d：两相流流经选透抽排组件，气体逐渐进入选透抽排组件外部，浸没液体被阻挡在选透抽排组件内部；
步骤e：选透抽排组件外部的气体和内部的浸没液体分别对应经气相抽排通道和液相抽排通道不同的流路被抽排到浸液供给回收装置外部；
在所述步骤c中的施加压差步骤包括如下施加过程：
步骤f：在液相抽排通道施加负压，使混合了浸液和密封气体的回收流被抽排进入选透抽排管；
步骤g：在气相抽排通道施加负压，使抽排腔中的压力略微低于选透抽排管内部的压力；
步骤h：当回收流中的密封气体接触到管壁上的微小通孔时，受到管壁内外压差的作用，密封气体逃逸进入抽排腔并且被气相抽排通道抽排；而回收流中的浸没流液接触到管壁上的微小通孔时，将会在微小通孔处形成气液界面，由于毛细力的作用，气液界面将阻止浸没流液进入抽排腔中；
步骤i：沿着上述步骤h的流动方向，选透抽排管中的密封气体越来越少；
步骤j：浸没流液和密封气体分别沿不同的流路被抽排，有助于避免形成振动强烈的弹状流两相流流型，能够改善浸液供给回收装置的振动特性，并且稳定抽排开口处的负压。
10.按照权利要求9所述的浸液抽排方法，其特征在于，所述步骤i为：沿着上述步骤h的流动方向，选透抽排管中的密封气体越来越少，只剩余浸没流液。
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