CN117742084A - 一种改善浸没流场压力特性的浸液供给回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改善浸没流场压力特性的浸液供给回收装置。本发明具有设置于浸液供给回收装置顶面的顶部槽，环绕面与物镜侧面之间的间隙与顶部槽相通，顶部槽与物镜侧面相对地设置槽外侧面，槽外侧面相比环绕面距离物镜侧面更远。本发明环绕面距离物镜侧面的宽度在周向上是变化的，使所述环绕面距离物镜侧面在衬底运动方向的两端比其他周向位置更远，从而使浸液供给回收装置与末端物镜之间的局部间隙容积增加，使得浸没液体局部堆积或减少时引起顶部液面的升降高度减小，实现抑制浸没流场压力波动和顶部液面晃荡的幅度，从而使浸没流场的压力更稳定，保证浸没流场的光学性质稳定，保证曝光质量。
Description
技术领域
本发明属于浸没式光刻机浸没液回收技术领域，涉及一种改善浸没流场压力特性的浸液供给回收装置。
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***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***、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，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。
如图1和图2所示，浸没式光刻机中投影物镜***具有距离衬底2最近的末端物镜1，末端物镜1和衬底2之间形成第一间隙11；环绕末端物镜1设置浸液供给回收装置3，浸液供给回收装置3向第一间隙11内提供浸没液体LQ，浸液供给回收装置3具有中心通孔31以供来自末端物镜1的曝光激光束穿过；当携带电路图案信息的曝光激光束穿过末端物镜1后，进入浸没液体LQ，穿过浸没液体LQ后投射在衬底2上；对于浸没式光刻机中常用的波长为193nm的曝光激光束，浸没液体LQ可以采用超纯水，超纯水对于193nm激光的折射率大于空气，因此相对于干式光刻机，浸没式光刻机的曝光激光束穿过末端物镜1和浸没液体LQ后可以汇聚为更小尺度的曝光靶区，从而在衬底上形成更小尺度的电路图案，从而提高光刻机的曝光分辨率。为了避免浸液供给回收装置3将振动和热扰动传递到末端物镜1以干扰其光学性质，设置浸液供给回收装置3不与末端物镜1相接触，于是在末端物镜1和浸液供给回收装置3之间形成第二间隙12。由于现有的浸没式光刻机在曝光过程中按照扫描步进原理相对于末端物镜1来移动衬底3，使得曝光激光束扫描式地将单幅电路图案投射到衬底2的单个靶区中，并步进式地将相同的电路图案投射到衬底2的多个靶区中；由于衬底2会发生相对于末端物镜1的运动，而浸液供给回收装置3相对于末端物镜1静止，因此衬底2会发生相对于浸液供给回收装置3的运动，衬底2与浸液供给回收装置3存在第三间隙13。
由于曝光过程中激光束会加热浸没液体LQ，衬底2上的光刻胶发生光化学反应可能产生污染物释放到浸没液体LQ中，浸没液体LQ的温度和洁净度的改变将导致其光学性质改变；因此设置浸液供给回收装置3驱动浸没液体LQ持续地流动更新以维持其温度和洁净度，具体来说，浸液供给回收装置3中设置朝向第二间隙12的主注液口4，使用浸液供给***LS经主注液口4向第二间隙12提供浸没液体LQ；浸液供给回收装置3中设置朝向第二间隙12并且位于主注液口4对侧的主抽排口5，使用主抽排***VM经主抽排口5抽排浸没液体LQ；大部分浸没液体LQ自主注液口4流入第二间隙12，随后流入第一间隙11，然后第一间隙11和第二间隙12中的浸没液体被主抽排口5抽排；还有一部分浸没液体LQ会流入第三间隙13中，为了避免大量浸没液体LQ遗留在衬底2表面上导致衬底2形成光刻缺陷，以及避免浸没液体LQ浸湿其他部件造成损坏，浸液供给回收装置3在朝向衬底2的表面设置密封抽排口6，密封抽排口6可以是一圈均匀排布的小孔或者环形的缝隙，使用密封抽排***VC经密封抽排口6将第三间隙13中的浸没液体LQ抽走排出。衬底2在扫描和步进运动过程中会牵拉浸没液体LQ，为了避免衬底2高速运动时过度牵拉浸没液体LQ导致其脱离密封抽排口6的约束，在浸液供给回收装置3中密封抽排口6的径向外侧设置气密封口7，使用气体供给***AS经气密封口7向第三间隙13供给气体流，在气体流的提高压强和吹扫作用下，密封抽排口6对于浸没液体LQ的约束能力也增强。主抽排口5和密封抽排口6将浸没液体LQ完全抽排，浸没液体LQ和***气体之间形成了弯液面20，弯液面20所包围的浸没液体空间即为浸没流场。
衬底2在扫描和步进运动过程中牵拉浸没液体LQ，会由于粘性力的作用在浸没流场中引起压力升高或降低，使迎着衬底2运动方向的区域压力升高，而背着衬底2运动方向的区域压力降低。在第二间隙12中，浸没流场的顶部液面21以自由液面的形式存在，如果浸没流场内的压力升高，将推动顶部液面21的上升；顶部液面21的上升，一方面引起浸没液体LQ自进液供给回收装置3上表面溢流至光刻机其他区域的风险，另一方面由于浸没流场的压力与自由液面的高度有关，顶部液面21的上升和下降将导致浸没流场内的压力出现波动，会影响曝光质量。例如图3所示，衬底2相对于末端物镜1和浸液供给回收装置3进行-X方向的步进运动41，由于粘性力的作用，第一间隙11中迎着衬底2运动方向的-X一侧区域的浸没液体堆积以及压力升高，而背着衬底2运动方向的+X一侧区域的浸没液体减少以及压力降低，造成第二间隙12中-X一侧的顶部液面21上升而+X一侧的顶部液面21下降，-X一侧的顶部液面21可能漫过浸液供给回收装置3的顶部造成浸液遗留，+X一侧的顶部液面21可能脱离与主抽排口5的接触导致对浸没液体的抽排动力减少；另外，扫描和步进运动一般可以视为往复进行的，当衬底2相对于末端物镜1和浸液供给回收装置3进行+X方向的步进运动41时，又会引起第二间隙12中-X一侧的顶部液面21下降而+X一侧的顶部液面21上升；顶部液面21的这种上下“晃荡”的现象，造成主注液口4和主抽排口5的工作效率下降，以及向浸液流场中引入不利的压力脉动。
发明内容
本发明的目的就是提供一种改善浸没流场压力特性的浸液供给回收装置，从而抑制顶部液面上下振荡现象。
本发明具有环绕物镜侧面的环绕面，环绕面与物镜侧面形成间隙，于环绕面的水平截面上相对的两端设置浸液供给开口和浸液抽排开口；在环绕面的至少一个水平截面上，环绕面与物镜侧面之间的宽度沿周向变化。
所述环绕面在衬底运动的一个方向两端相比其他周向位置距离物镜侧面更远。
所述环绕面在互相垂直的衬底运动的两个方向两端相比其他周向位置距离物镜侧面更远。
所述环绕面在浸液供给开口和浸液抽排开口附近相比其他周向位置距离物镜侧面更远。
所述环绕面在浸液供给开口和浸液抽排开口连线的垂直方向两端附近相比其他周向位置距离物镜侧面更远。
本发明还可以是具有环绕物镜侧面的环绕面，环绕面与物镜侧面形成间隙，于环绕面的水平截面上相对的两端设置浸液供给开口和浸液抽排开口；还具有设置于浸液供给回收装置顶面的顶部槽，环绕面与物镜侧面之间的间隙与顶部槽相通，顶部槽与物镜侧面相对地设置槽外侧面，槽外侧面相比环绕面距离物镜侧面更远。
经所述环绕面上的浸液供给开口供给浸没液体，使浸没液体的顶部液面在衬底静止时位于顶部槽的径向内侧。
所述槽外侧面在衬底运动的一个方向两端相比其他周向位置距离物镜侧面更远。
所述槽外侧面在互相垂直的衬底运动的两个方向两端相比其他周向位置距离物镜侧面更远。
所述槽外侧面在浸液供给开口和浸液抽排开口附近相比其他周向位置距离物镜侧面更远。
本发明设置浸液供给回收装置的环绕面距离物镜侧面的宽度在周向上是变化的，使所述环绕面距离物镜侧面在衬底运动方向的两端比其他周向位置更远，从而使浸液供给回收装置与末端物镜之间的局部间隙容积增加，使得浸没液体局部堆积或减少时引起顶部液面的升降高度减小，实现抑制浸没流场压力波动和顶部液面晃荡的幅度，从而使浸没流场的压力更稳定，保证浸没流场的光学性质稳定，保证曝光质量。
附图说明
图1为浸液供给回收装置及浸没流场的纵向剖视示意图；
图2为浸液供给回收装置的仰视示意图；
图3为衬底牵拉导致顶部液面高度改变的示意图；
图4为衬底进行一种步进运动时第一间隙内的浸没流场压力分布形态；
图5为本发明实施例一的结构示意图；
图6为本发明实施例一的第二间隙示意图；
图7为本发明实施例二的第二间隙示意图；
图8为本发明实施例三的第二间隙示意图；
图9为本发明实施例四的结构示意图；
图10为本发明实施例四的第二间隙示意图。
具体实施方式
实施例一
通过对浸没流场的流体仿真发现，在衬底进行-X方向的步进运动41时，通孔31径向内侧的浸没流场中的压力分布呈现图4所示的形态。在图4中，等压线50描绘了浸没流场中的压力分布形态，迎着衬底运动方向的主注液口4一侧有局部的高压区51，背着衬底运动方向的主抽排口5一侧具有局部的低压区52。衬底牵拉第一间隙11中的浸没液体朝向-X一侧运动，浸没液体受到通孔31的阻挡而堆积，使得通孔31的-X方向一侧产生压力堆积，也使得顶部液面21升高；衬底牵拉浸没液体使其趋向于离开第一间隙11中+X一侧，使得通孔31的+X方向一侧产生压力减少，也使得顶部液面21降低。
如图5和图6所示，针对浸没流场压力分布和顶部液面高度波动的这种现象和原因，在本发明中，设置第二间隙的水平宽度沿周向是变化的。具体来说，末端物镜1具有物镜侧面122，浸液供给回收装置3具有朝向物镜侧面122的环绕面121，环绕面121和物镜侧面122之间形成第二间隙12；如图6所示，沿水平面截取第二间隙12，第二间隙12的宽度D沿周向是变化的；物镜侧面122的横截面一般是圆形，可以设置环绕面121的横截面呈椭圆形，将获得符合要求的第二间隙12。环绕面121可以在主注液口4和主抽排口5附近相比环绕面121周向其他位置距离物镜侧面122更远，以获得较大的局部容积，这样，当步进运动41引起主注液口4和主抽排口5附近的浸没液体堆积或减少时，顶部液面21可以上升或下降得更少，使第二间隙12对压力升高或降低的缓冲作用增强，从而使浸没流场中的压力更稳定。可以理解，环绕面121的水平横截面形状不是必须设置为椭圆形的，也可以设置为其他周向位置距离物镜侧面122距离不相等的形状。
实施例二
如图7所示，设置环绕面121的水平横截面呈椭圆形，且在远离主注液口4和主抽排口5的两端距离物镜侧面122更远。通常，设置衬底扫描运动方向42沿Y轴方向，也即主注液口4和主抽排口5的连线的垂直方向；另外，为了获得更高的光刻效率，期望路径更长的扫描运动比步进运动具有更高的速度，因此衬底做扫描运动时对浸没液体的牵拉作用更强，对顶部液面21的升高和降低效果也更强；设置Y轴方向上第二间隙12的宽度更宽，有利于抑制衬底扫描运动对顶部液面21的高度的扰动。
其余实施方式与实施例一相同。
实施例三
如图8所示，设置环绕面121成菱形，其中环绕面121在X轴和Y轴两端相比周向其他位置距离物镜侧面122更远。这种设置对衬底扫描运动和步进运动对顶部液面21的高度的扰动都有抑制作用。
其余实施方式与实施例一相同。
实施例四
如图9和图10所示，在浸液供给回收装置3的顶面上设置顶部槽14，顶部槽14与第二间隙12相通且与物镜侧面122相对，顶部槽14位于主注液口4和主抽排口5上方；供给浸没液体使衬底静止时顶部液面21位于顶部槽14的径向内侧。由于顶部槽14具有比第二间隙12更宽的水平宽度和容积，因此浸没流场的压力波动对顶部槽14中的顶部液面21高度的影响较小；另外，设置顶部槽14可以在抑制压力脉动的同时保持第二间隙12的宽度不变，这样，自主注液口4的浸没液体排出流路的流动阻力改变较小，可以使浸没液体更容易流入第二间隙12和第一间隙11中，可以避免过多地提高经主注液口4提供浸没液体的动力。顶部槽14具有槽外侧面123，槽外侧面123与物镜侧面122之间形成顶部槽宽度d；顶部槽槽外侧面123的水平截面可以设置成菱形，且在X轴和Y轴两端相比周向其他位置距离物镜侧面122更远，可以更好地抑制衬底的扫描和步进运动对顶部液面21高度的扰动。当然，也可以类似实施例一或实施例二地，设置槽外侧面123的水平截面呈X向两端距离物镜侧面122更远或者Y向两端距离物镜侧面122更远的椭圆形，以针对浸没流场压力波动大的局部位置增强压力脉动的抑制作用。
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 (5)
1.一种改善浸没流场压力特性的浸液供给回收装置，其特征在于：具有环绕物镜侧面的环绕面，环绕面与物镜侧面形成间隙，于环绕面的水平截面上相对的两端设置浸液供给开口和浸液抽排开口；还具有设置于浸液供给回收装置顶面的顶部槽，环绕面与物镜侧面之间的间隙与顶部槽相通，顶部槽与物镜侧面相对地设置槽外侧面，槽外侧面相比环绕面距离物镜侧面更远。
2.如权利要求1所述的改善浸没流场压力特性的浸液供给回收装置，其特征在于：经所述环绕面上的浸液供给开口供给浸没液体，使浸没液体的顶部液面在衬底静止时位于顶部槽的径向内侧。
3.如权利要求1所述的改善浸没流场压力特性的浸液供给回收装置，其特征在于：所述槽外侧面在衬底运动的一个方向两端相比其他周向位置距离物镜侧面更远。
4.如权利要求1所述的改善浸没流场压力特性的浸液供给回收装置，其特征在于：所述槽外侧面在互相垂直的衬底运动的两个方向两端相比其他周向位置距离物镜侧面更远。
5.如权利要求1所述的改善浸没流场压力特性的浸液供给回收装置，其特征在于：所述槽外侧面在浸液供给开口和浸液抽排开口附近相比其他周向位置距离物镜侧面更远。
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