基于亲疏水交替表面的浸没流场密封方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种浸没流场的密封方法，尤其涉及一种基于亲疏水交替表面的浸没流场密封方法。
【背景技术】
[0002]现代光刻设备以光学光刻为基础，利用光学系统把掩膜版上的图形精确地投影曝光到涂覆有光刻胶的衬底(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。
[0003]浸没式光刻(Immers1n Lithography)系统通过在投影透镜和衬底之间的缝隙中填充某种高折射率的液体，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。通常采用的方案是将液体限制在衬底上方和投影装置的末端元件之间的有限区域内。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，这种高速运动产生的剪切作用会把缝隙内填充的液体带离缝隙，即导致液体的泄漏。泄漏的液体在光刻胶或Topcoat表面干燥后将形成水迹，严重影响曝光成像质量。
[0004]针对该问题，传统的解决方案是在投影透镜末端元件和衬底之间采用气密封装置环绕整个缝隙流场，气密封装置通过施加高压气体在环绕缝隙流场周边形成气幕，将液体限制在一定流场区域内(参见中国专利ZL200310120944.4和美国专利US2007046916)。但这种气密封的密封方式存在一些不足:
I)气体密封边界流动不均匀、压力集中等问题，气流不均匀一方面不利于液体密封，在扫描过程中引起泄漏；另一方面可能产生气泡，若气泡进入曝光场，将影响成像质量；同时，填充液体及密封气体回收时将形成气液两相流，由此引发系统振动，影响曝光系统稳定工作。
[0005]2)使用气密封方式对浸没流场进行密封，当扫描速度提高时，需要同时提高气密封压力来保证密封效果，但是较高的气密封压力虽然控制了液体泄漏问题，但是耗能较大，并且增加了前进接触角处得液体气泡卷吸的可能性；同时，缝隙流场周边过高的压力会对浸没式光刻系统的一些部件如投影物镜等造成损害，导致曝光质量降低，造成曝光缺陷。
[0006]除气密封方法之外，另一种可行的办法便是通过改变硅片衬底的表面亲疏水特性对浸没流场进行密封。其具体的实施方式是在衬底上整体附着疏水性涂层，增大衬底表面的接触角，从而使附着其上的浸没流场弯月面形状改变，呈现向内收缩的趋势，以减少浸没流场的泄漏。但是此方法对浸没式光刻扫描速度的提高贡献相当有限，通常还是配合气密封方法共同使用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种基于亲疏水交替表面的浸没流场密封方法。通过在浸没单元下表面施加两级由亲水面和疏水面的交界面形成的密封环，有效阻止衬底高速运动下浸没流场的泄漏问题，达到很好的密封效果。
[0008]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
本发明在浸没式光刻系统中投影透镜组和待曝光硅片衬底之间的浸没单元的下表面进行浸没流场密封的方法，包括第一级亲疏水密封以及第二级亲疏水密封，其中:
1)第一级亲疏水密封位于浸没单元的回收流道与浸没单元外缘边界之间，第一级亲疏水密封靠近回收流道；
2)第二级亲疏水密封位于浸没单元第一级亲疏水密封的疏水环和浸没单元外缘边界之间，第二级亲疏水密封靠近浸没单元外缘边界。
[0009]所述第一级亲疏水密封及第二级亲疏水密封均为利用亲疏水交替表面对浸没液体润湿特性的突变实现密封；所述的第一级亲疏水密封能够对冲出回收区域而发生外溢的浸没液体及牵拉形成的泄漏液滴进行拦截密封，起到主要的密封作用，同时能够辅助回收；所述的第二级亲疏水密封位于第一级亲疏水密封的外侧，在硅片衬底的扫描运动下，能够将部分逃逸出第一级亲疏水密封的第二级密封处的泄漏液滴再次束缚在浸没单元的下表面，防止其脱离浸没单元而造成泄漏，实现两次密封，起到进一步的保障作用。
[0010]所述第一级亲疏水密封及第二级亲疏水密封都是利用亲疏水表面对流体的吸附能力上的差异来实现密封，当流体流过亲水面与疏水面相交的界面时，流体分别受到亲水表面的吸附力和疏水表面的排斥力，其合力形成一个与运动方向相反的阻力，从而起到对流场的密封作用。
[0011]所述第一级亲疏水密封到回收流道回收孔外边缘的距离为I?5mm ;所述第一级亲疏水密封的亲水环的宽度覆盖从第一级亲疏水密封到注液流道外侧边缘的整个区域，第一级亲疏水密封的疏水环、第二级亲疏水密封的亲水环和第二级亲疏水密封的疏水环三者的宽度相等。
[0012]本发明具有的有益效果:
I)用基于亲疏水交替表面的流场密封方法对浸没流场进行密封，可避免气密封方法带来的气流不均匀、压力集中、前进弯月面处流体卷吸气泡等问题，解决了扫描速度提高时过高的气密封压力对浸没式光刻系统各部件的损害，同时降低了由于气密封带来的系统振动冋题。
[0013]2)衬底高速运动状态下，本发明不但能通过第一级密封对流场整体的外溢行为及大部分由后退弯月面牵拉出来的泄漏液滴进行密封，并且能通过第二级密封，对少量从第一级密封中逃逸出来的泄漏液滴再次进行密封，第二级密封将这些泄漏液滴束缚在浸没单元的下表面，防止其脱离浸没单元而造成泄漏；相对于传统的气密封方法，本发明提供的密封方式能起到更好的密封效果，在保证曝光质量的前提下，提高光刻机的扫描速度。
[0014]3)本发明提供的密封方法可直接实施在现有的浸没式光刻机中，不需要改变浸没式光刻机各部件的结构，节省人力物力；同时，相对于传统的气密封方法，能降低系统整体的造价及使用成本，并节约能源。
【附图说明】
[0015]图1是浸没单元与投影透镜组装配的简化示意图。
[0016]图2是本发明应用于浸没单元后的仰视图。
[0017]图3是表征衬底运动时第一级密封工作原理图。
[0018]图4是表征衬底运动时第二级密封工作原理图。
[0019]1、投影透镜组；2、浸没单元，2A、注液流道，2B、回收流道，2C、浸没单元外缘边界；3、硅片衬底；4、第一级亲疏水密封，4A、亲水环，4B、疏水环；5、第二级亲疏水密封，5A、亲水环，5B、疏水环；6、浸没流场，6A、第一级密封处浸没流场边界，6B、第二级密封处的泄漏液滴。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0021]如图1所示，表明了发明实施方案中涉及的浸没单元与投影透镜组的装配，本发明可以在分步重复或者步进扫描式光刻设备中使用。在曝光过程中，从光源(图中未给出)发出的光(如:ArF或KrF准分子激光)通过对准的掩膜板(图中未给出)、投影透镜组I和充满浸没液体的透镜-衬底间的缝隙流场，对衬底3表面的光刻胶进行曝光。
[0022]如图1、图2所示，在浸没式光刻系统中投影透镜组I和待曝光硅片衬底3之间的浸没单元2的下表面进行浸没流场密封的方法，包括第一级亲疏水密封4以及第二级亲疏水密封5，其中:
1)第一级亲疏水密封4位于浸没单元2的回收流道2B与浸没单元外缘边界2C之间，第一级亲疏水密封4靠近回收流道2B ；
2)第二级亲疏水密封5位于浸没单元2第一级亲疏水密封4的疏水环4B和浸没单元外缘边界2C之间，第二级亲疏水密封5靠近浸没单元外缘边界2C。
[0023]所述第一级亲疏水密封4及第二级亲疏水密封5均为利用亲疏水交替表面对浸没液体润湿特性的突变实现密封；所述的第一级亲疏水密封4能够对冲出回收区域而发生外溢的浸没液体及牵拉形成的泄漏液滴进行拦截密封，起到主要的密封作用，同时能够