专利名称：用于光刻机的浸没自适应密封控制装置的制作方法
技术领域：
本发明是涉及浸没式光刻(Immersion lithography)系统中的液体供给及回 收的密封装置，特别是涉及一种用于光刻机的浸没自适应密封控制装置。
技术背景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 地投影并曝光到涂过光刻胶的衬底(如硅片)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。目前常采用的方案是将液体限定在衬底上方和投影装置的末端元件之间的 局部区域内。如果缺乏有效密封，该方案将导致填充流场边界液体泄漏，泄漏 的液体将在光刻胶或Topcoat表面形成水迹，严重影响曝光质量。目前该方案的 密封结构， 一般采用气密封或液密封构件环绕投影透镜组末端元件和衬底之间 的缝隙流场。在所述密封构件和衬底的表面之间，气密封技术(例如参见中国专 利200310120944.4，美国专利US2007046916 )通过施加高压气体在环绕填充流 场周边形成气幕，将液体限定在一定流场区域内。液密封技术(例如参见中国专 利200410055065.2，美国专利US2005122505，美国专利US2007126999)则利用 与填充流体不相溶的第三方液体(通常是磁流体或水银等)，环绕填充流场进行 密封。这些密封元件存在一些共有的问题(1) 由于采用正压供液、负压回收，二者压力不易协调，易造成填充流场 压力波动及干扰力产生，并导致液体中的紊流及一些不希望有的且不可预测的 效果。(2) 正压供液方式，使得缝隙流场内部液体具有较高压力，该力作用于密 封结构，加大了液体向外泄漏的可能性，影响了密封的可靠性。(3) 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)。除此之外，现有的气密封方式采用气幕施加在填充流体周围，造成流场边 缘的不稳定性，在衬底高速步进和扫描过程中，可能导致液体泄漏及密封气体 巻吸到流场中；同时，填充液体及密封气体回收时将形成气液两相流，由此引 发振动，影响曝光系统稳定工作。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巻入或溶解 或扩散到填充液体中，都会对曝光质量产生负面的影响。 发明内容本发明目的是提供一种用于光刻机的浸没自适应密封控制装置，在衬底和 投影装置的末端元件之间填充液体的同时，避免由于注液与回收压力不协调导 致的流场波动、有害干扰力的产生，并根据流场边界的形态变化与压力波动进 行自适应补偿。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下在投影透镜组和衬底之间设置的浸没自适应密封控制装置；所述的浸没自 适应密封控制装置包括密封构件和自适应密封件；其中 1)密封构件中心开有通孔的密封构件垂直于衬底由中心向外依次开有连续环形圆柱 结构的气体释放腔，上方开有垂直衬底的气体释放孔；弧度为40 170°环形圆 柱腔体的注液腔和其另一侧开有弧度为40 170°环形圆柱双排孔阵列的回收 排孔，8个等分且弧度为20 44°的密封腔；密封构件平行于衬底由上到下依次开有注液通道和回收通道，向内各自 连通注液腔和回收排孔，向外各自连接注液管道和回收管道；8个中心对称且均 匀分布的密封供液通道，向内连通各自的密封腔，向外连接密封供液管道；注液通道孔径为密封供液通道孔径的5 20倍； 2)自适应密封结构设置有8个中心对称且均匀分布环状的密封块，宽度及上表面的弧度与密 封腔相同；密封块上下表面与衬底相平行，密封块上表面的面积为密封块下表 面面积的4 30倍；密封块与密封构件通过弹性件紧固在密封腔的上端面；对于平行衬底的每个密封块均由内向外开有环状的水平缓冲槽；垂直衬底 的每个密封块上表面向下开有环状的垂直缓冲槽，并与水平缓冲槽相通。所述的水平缓冲槽的开槽弧度比密封腔大1 25° ，环状的垂直缓冲槽的开 槽弧度比密封腔小2 30。。所述的密封块下表面分为两部分，靠近中心一侧平行于衬底，远离衬底一 侧为外向倾斜的斜面，与衬底夹角a为10 80° 。同时，在浸没控制单元外围设置干燥装置，排走并干燥可能泄漏的液滴。本发明具有的有益效果是-(1) 液体输送方式采用负压回收、注液端自由流动，可防止注液与回收压 力和流量不协调导致的流场波动及干扰力产生，流场稳定性高。(2) 注液端液体自由流动，使缝隙流场内部液体承受的背压小；减少了液 体向外泄漏的内在动力，增强了密封的可靠性。(3) 根据衬底的不同运动方向，自动对边界流场进行缓冲及补偿。缝隙流 场外围设置自适应密封件，并在上端开有密封腔，当液体由于衬底牵拉形成对 自适应密封件冲击时，大部分运动的液体将流入密封腔，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自适应密封结构构之时，密封腔内的液体将跟随 进入缝隙流场，避免由于边界液体的缺失引起的气泡巻吸。(4) 根据衬底的不同运动方向，自动调整不同位置的密封压力。伴随着液 体向外泄漏压力的增强，密封件会自适应增强其密封能力；当衬底牵拉液体远 离自适应密封件之时，自适应密封件会自适应降低其密封能力，泄漏的液体由 于受到阻碍的减少而跟随衬底回流到缝隙流场内部。
图l是本发明与投影透镜组装配的简化示意图。 图2是本发明的仰视图。 图3是本发明的P-P剖面视图。 图4是本发明的Q-Q剖面视图。图5是本发明的密封块结构图。 图6是表征自适应密封件的初始化及其稳定过程。 图7是表征衬底由中心向外部运动时的密封原理图。 图8是表征衬底由中心向外部运动时缝隙流场的速度分布图。 图9是表征衬底由外部向中心运动时的密封原理图。 图10是表征通过磁场作用避免自适应密封件与衬底的接触。 图中:l、投影透镜组，2、浸没自适应密封控制装置，2A、密封构件，2B、 自适应密封件，3、衬底，4A、注液管道，4B、回收管道，4C、密封供液管道， 5A、注液通道，5B、注液腔，5C、回收排孔，5D、回收通道，5E、密封供液通 道，6A、气体释放腔，6B、气体释放孔，7、缝隙流场，8、干燥装置、9A、密 封块，9B、垂直缓冲槽，9C、水平缓冲槽，9D、密封块上表面，9E、密封块下 表面，10、弹性件，11、密封腔，12、液滴，13、磁板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图l所示，表示了本发明实施方案的浸没自适应密封控制装置与投影透镜 组的装配，本装置可以在分步重复或者步进扫描式等光刻设备中应用。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 膜版(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。如图1 图5示意性地表示了本发明实施方案的浸没自适应密封控制装置， 由密封构件2A和自适应密封件2B组成，其中1) 密封构件2A:中心开有通孔的密封构件2A垂直于衬底3由中心向外依次开有连续环形 圆柱结构的气体释放腔6A，上方开有垂直衬底3的气体释放孔6B;弧度为40 170°环形圆柱腔体的注液腔5B和其另一侧开有弧度为40 170°环形圆柱双 排孔阵列的回收排孔5C， 8个等分且弧度为20 44°的密封腔ll;密封构件2A平行于衬底3由上到下依次开有:注液通道5A和回收通道5D， 向内各自连通注液腔5B和回收排孔5C，向外各自连接注液管道4A和回收管道 4B; 8个中心对称且均匀分布的密封供液通道5E，向内连通各自的密封腔ll， 向外连接密封供液管道4C;注液通道5A孔径为密封供液通道5E孔径的5 20 倍；2) 自适应密封结构2B:设置有8个中心对称且均匀分布环状的密封块9A,宽度及上表面的弧度与 密封腔11相同；密封块9A上下表面与衬底3相平行，密封块上表面9D的面积 为密封块下表面9E面积的4 30倍；密封块9A与密封构件2A通过弹性件10 紧固在密封腔ll的上端面；对于平行衬底3的每个密封块9A均由内向外开有环状的水平缓冲槽9C; 垂直衬底3的每个密封块上表面9D向下开有环状的垂直缓冲槽9B，并与水平 缓冲槽9C相通。所述的水平缓冲槽9C的开槽弧度比密封腔11大1 25° ，环状的垂直缓冲 槽9B的开槽弧度比密封腔11小2 30° 。所述的密封块下表面9E分为两部分，靠近中心一侧平行于衬底3，远离衬 底3—侧为外向倾斜的斜面，与衬底3夹角a为10 80° 。同时，在浸没控制单元外围设置干燥装置8，排走并干燥可能泄漏的液滴。流场初始化中，注液管道4A连通较小的背压，回收管道4B接通负压，在负 压作用下，液体经由注液管道4A进入注液通道5A。随后，从注液腔5B出口进入 缝隙流场7及气体释放腔6A，随着气体释放腔6A的液位不断上升，并最终达到 一个平衡点，此时从注液腔5B出口注入的液体全部经过回收排孔5C，流入回收 通道5D，从回收管道4B实现回收。图6是意性地表征自适应密封件2B的初始化及其稳定过程。流场初始化中， 设置进入密封供液通道5E的液体压力略低于进入注液通道5A的液体压力，先接 通密封供液通道5E，液体经由密封供液通道5E进入密封腔11，而后经过垂直缓 冲槽9B和水平缓冲槽9C，填充自适应密封件2B和注液及回收口之间的区域，完 成自适应密封件2B的初始化过程。整个流场初始化完毕后，在衬底3静止状态下， 由于进入密封供液通道5E略低于注液通道5A的液体压力，且密封供液通道5E的 孔径比注液通道5A小很多，因而进入密封供液通道5E的液体被抑制，密封供液 不再对流场形成干扰。在密封供液通道5E接通液体后，密封块9A上方由于承受 液体压力而向下运动，并最终与弹性件10之间达到受力平衡，从而进一步减少 密封块下表面9E与衬底3之间的距离，增强衬底3静止状态下的液体密封的可靠 性。图7、图8分别示意性地表征衬底3由中心向外部运动时的密封原理图，以及 该状态下缝隙流场7的速度分布图。在该状态下，由于流体的易变形性，通过分 子附着力使部分粘附在衬底3表面上的流体质点与衬底3—起运动，并形成对自 适应密封件2B冲击。此时，大部分牵拉运动的液体将通过水平缓冲槽9C及垂直缓冲槽9B，进入密封腔ll，由此释放了液体冲击，并避免液体由于运动受到阻 碍形成的液体再循环。同时，进入密封腔ll的液体增强了密封腔ll内液体动压， 并作用于密封块上表面9D，以抵抗液体向外泄漏挤压时作用于密封块下表面9E 的力。密封块上表面9D的面积为密封块下表面9E的4 30倍，由于受力面积大， 液体的冲击能更为有效的转化为向下作用于密封块9A的密封力。本实施中，密 封腔ll内液体的高度应该足够小，同时尽量减少密封供液通道5E的孔径，以便 液体的冲击尽可能多的反馈成密封腔ll内的压力升高；同时，需要对缝隙流场7 对密封块9A压力冲击范围、弹性件10对密封块9A的作用力大小、密封块9A下压 距离做好精确的分析，确保进行有效密封的同时，避免和衬底3表面的直接接触。图9示意性地表征衬底3由外部向中心运动时的密封原理图。相对于自适应 密封件2B，当衬底3由外部向中心高速运动时，由于衬底3的牵拉作用，部分边 界液体被迫跟随而向内部流场运动。此时，如果缺乏有效的边界液体补偿机制， 则极易造成气体被巻吸到流场中，形成液滴12，从而导致曝光光线散射、折射 和杂散光等一系列严重影响曝光成像的问题。在本实施中，伴随着衬底3向中心 的运动，密封腔11内的液体将经过垂直缓冲槽9B和水平缓冲槽9C，进入缝隙流 场7,补偿边界流场的液体损失。同时，由于密封腔ll内液体被快速的抽吸，密 封腔ll内液体体积迅速变小，从而减少作用于密封块上表面9D的力，密封块9A 被提升，增大了密封块下表面9E与衬底3之间的距离。衬底3牵拉的泄漏液滴将 更容易突破密封块下表面9E与衬底3之间的间隙，回流到缝隙流场7中。本实施 中，应尽量减少密封供液通道5E的孔径，以便连通密封供液通道5E外部的液体 无法在短时间内有效的补偿密封腔ll，从而达到有效提升密封块9A高度的目的。图10示意性地通过磁场作用避免自适应密封件2B与衬底3的接触。如果衬底 3牵拉进入密封腔11的液体压力冲击过大，将引起密封块9A向下运行距离超标， 导致对衬底3上的光刻胶及已曝光的线条的破坏。为了增强自适应密封件2B的可 靠性，并避免该情况的发生，在衬底3下方放置磁板13，并将密封块下表面9E进 行磁化或溅射相应磁性材料处理，当密封块9A下压靠近磁板13到一定距离之内， 密封块下表面9E和磁板13之间将产生强烈的排斥力，阻止密封块9A的进一步下 压，从而确保衬底3表层的光刻胶或曝光线条不受影响。8
权利要求
1.一种用于光刻机的浸没自适应密封控制装置，在投影透镜组(1)和衬底(3)之间设置的浸没自适应密封控制装置(2)；其特征在于，所述的浸没自适应密封控制装置(2)包括密封构件(2A)和自适应密封件(2B)；其中1)密封构件(2A)中心开有通孔的密封构件(2A)垂直于衬底(3)由中心向外依次开有连续环形圆柱结构的气体释放腔(6A)，上方开有垂直衬底(3)的气体释放孔(6B)；弧度为40～170°环形圆柱腔体的注液腔(5B)和其另一侧开有弧度为40～170°环形圆柱双排孔阵列的回收排孔(5C)，8个等分且弧度为20～44°的密封腔(11)；密封构件(2A)平行于衬底(3)由上到下依次开有注液通道(5A)和回收通道(5D)，向内各自连通注液腔(5B)和回收排孔(5C)，向外各自连接注液管道(4A)和回收管道(4B)；8个中心对称且均匀分布的密封供液通道(5E)，向内连通各自的密封腔(11)，向外连接密封供液管道(4C)；注液通道(5A)孔径为密封供液通道(5E)孔径的5～20倍；2)自适应密封结构(2B)设置有8个中心对称且均匀分布环状的密封块(9A)，宽度及上表面的弧度与密封腔(11)相同；密封块(9A)上下表面与衬底(3)相平行，密封块上表面(9D)的面积为密封块下表面(9E)面积的4～30倍；密封块(9A)与密封构件(2A)通过弹性件(10)紧固在密封腔(11)的上端面；对于平行衬底(3)的每个密封块(9A)均由内向外开有环状的水平缓冲槽(9C)；垂直衬底(3)的每个密封块上表面(9D)向下开有环状的垂直缓冲槽(9B)，并与水平缓冲槽(9C)相通。
2. 根据权利要求1所述的一种用于光刻机的浸没自适应密封控制装置，其 特征在于所述的水平缓冲槽(9C)的开槽弧度比密封腔(11)大1 25° ，环 状的垂直缓冲槽(9B)的开槽弧度比密封腔(11)小2 30° 。
3. 根据权利要求1所述的一种用于光刻机的浸没自适应密封控制装置，其 特征在于所述的密封块下表面(9E)分为两部分，靠近中心一侧平行于衬底(3)，远离衬底(3) —侧为外向倾斜的斜面，与衬底(3)夹角a为10 80° 。
全文摘要
本发明公开了一种用于光刻机的浸没自适应密封控制装置。浸没自适应密封控制装置是在投影透镜组和衬底之间设置的装置，由密封构件和自适应密封件组成。当液体由于衬底牵拉形成对自适应密封件冲击时，该结构能够吸收高速运动液体形成的冲击，并将其转化为增强密封的动力；反之，当衬底牵拉液体远离自适应密封件之时，该结构内部预存的液体将跟随进入缝隙流场，避免由于边界液体的缺失引起的气泡卷吸，同时，内部预存液体的减少将降低自适应密封件的密封动力，泄漏的液体由于受到阻碍的减少而跟随衬底回流到缝隙流场内部。浸没自适应密封控制装置的液体输送方式采用负压回收、注液端自由流动，避免了注液与回收压力不协调导致的流场波动。
文档编号G03F7/20GK101403861SQ20081012187
公开日2009年4月8日 申请日期2008年10月21日 优先权日2008年10月21日
发明者新 付, 杨华勇, 晖 陈, 陈文昱 申请人:浙江大学