一种浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统，其特征在于，包括：液体供给装置，用于在投影物镜及基底台之间提供液体；基底，位于该基底台之上并浸没于该液体中；缓冲伸缩装置，该缓冲伸缩装置位于该液体供给装置和基底之间，用于实现该液体的密封，可在光轴方向上移动。
【专利说明】
一种浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统。
【背景技术】
[0002]光刻机是制造超大规模集成电路的核心装备之一，现代光刻机以光学光刻为主，它利用光学系统把掩膜版上的图形精确地投影并曝光在涂过光刻胶的硅片上。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模版、一个对准系统和一个涂有光敏光刻胶的娃片
浸没式光刻(Immers1n Lithography)设备通过在最后一片投影物镜与娃片之间填充某种高折射率的液体，相对于中间介质为气体的干式光刻机，提高了投影物镜的数值孔径(NA)，从而提高了光刻设备的分辨率和焦深。在已提出的下一代光刻机中，浸没式光刻对现有设备改动最小，对现在的干式光刻机具有良好的继承性。目前常采用的方案是局部浸没法，即将液体限制在硅片上方和最后一片投影物镜的下表面之间的局部区域内，并保持稳定连续的液体流动。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，这种运动会将曝光区域内的液体带离流场，从而引起泄漏，泄漏的液体会在光刻胶上形成水迹，影响曝光质量。因此，浸没式光刻技术中必须重点解决缝隙流场的密封问题。
[0003]目前已有的解决方案中，专利US6954256B2公开了使用气密封，气密封技术是在环绕填充流场的圆周周边上，通过施加高压气体形成环形气幕，将填充液体限定在一定的圆形区域内。
[0004]专利US20070126999 Al公开了使用液体密封，液密封技术是利用与填充液体不相容的第三方液体(通常是磁流体或水银等)，环绕填充流场进行密封。
[0005]但是在这些密封方案中，存在以下不足:
(I)现有的气密封方式采用气幕施加在填充流体周围，但是为保证基底台在高速水平运动下不发生浸没液体泄漏，要求浸没头与物镜、基底台或硅片的距离非常近，其中要求浸没头与基底台或硅片之间的距离小于200um，而基底台上安装有其他部件，导致基底台表面存在0-160um的起伏形貌，且基底台为运动部件，其垂向运动行程为±0.5mm，存在浸没头与物镜、基底台或硅片发生碰撞而影响光刻性能、损坏光刻设备的风险。
[0006](2)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卷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】
[0007]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统。
[0008]为了实现上述发明目的，本发明公开一种浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统，其特征在于，包括:液体供给装置，用于在投影物镜及基底台之间提供液体；基底，位于该基底台之上并浸没于该液体中；缓冲伸缩装置，该缓冲伸缩装置位于该液体供给装置和基底之间，用于实现该液体的密封，可在光轴方向上移动。
[0009]更进一步地，所述缓冲伸缩装置的末端包括柔性橡胶薄膜圈对所述液体进行密封，所述柔性橡胶薄膜圈与所述基底之间的距离保持在预设间隙范围内。
[0010]更进一步地，该缓冲伸缩装置沿与该投影物镜的光轴垂直的方向旋转。
[0011]更进一步地，该缓冲伸缩装置包括:气体供给通道，用于提供一高速率气流；以及气液回收通道，用于气液回收。
[0012]更进一步地，还包括一测量装置，该测量装置用于测量该缓冲伸缩装置与该液体供给装置的预设高度。还包括测量装置，所述测量装置用于测量所述缓冲伸缩装置与所述液体供给装置之间的相对位移。
[0013]更进一步地，该缓冲伸缩装置包括一致动装置，该致动装置用于实现该缓冲伸缩装置在Z、Rx, Ry方向上运动。
[0014]更进一步地，还包括一缓冲伸缩装置控制器以及一基底台控制器，用于控制该缓冲伸缩装置和该基底台以相同的速度和加速度运动，避免该缓冲伸缩装置和该基底台发生碰撞。
[0015]更进一步地，还包括一补偿装置，用于补偿该缓冲伸缩装置与基底台之间的浸没液体的刚度k和阻尼系数D。
[0016]更进一步地，该致动装置的数量为三个，均匀分布于该缓冲伸缩装置的边缘处。
[0017]更进一步地，该致动装置为微型致动器，所述微型制动器为压电致动器、微型步进电机或音圈电机。
[0018]本发明在现有液体供给系统与硅片台之间的间隙中，添加一缓冲伸缩装置，该缓冲伸缩装置能够自由的在光轴方向上移动或围绕至少一个垂直于光轴的轴旋转。该结构底端是一充满液体(磁流体)的柔性橡胶薄膜圈，通过缓冲伸缩装置的运动调节柔性橡胶薄膜圈硅片台上方预定高度，从而解决了现有液体供给系统由于浸没头与物镜、基底台或硅片的距离非常近，存在浸没头与物镜、基底台或硅片发生碰撞的风险，同时能够满足维持浸液流场的功能。
[0019]与现有技术相比较，本发明的进步效果在于:
(I)提高了液体供给系统与工作台之间的间距，从而避免了液体供给系统与工作台发生碰撞，
(2 )液体供给装置固定不动，仅仅是缓冲伸缩装置运动，大大减小了液体供给装置的运动对主流场稳定产生的干扰。同时减小了运动负载，降低了因运动机构产生的温升而对曝光产生的影响。
[0020](3)缓冲伸缩装置与基底台采用同步控制，避免了跟随运动而产生的响应延时，提高了系统的工作效率。
【附图说明】
[0021]关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
[0022]图1是现有技术中常见的光刻机的结构示意图；
图2是气体密封浸没单元示意图；
图3是本发明浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统的结构示意图；
图4是本发明浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统的缓冲伸缩密封装置的结构示意图；
图5是本发明浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统的缓冲伸缩密封装置的俯视图； 图6是本发明浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统的缓冲伸缩密封装置的控制原理图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
[0024]本发明的目的在于提供一种浸没式光刻机的浸液流场维持系统，在现有液体供给系统与硅片台之间的间隙中，添加一缓冲伸缩装置，该缓冲伸缩装置能够自由的在光轴方向上移动或围绕至少一个垂直于光轴的轴旋转。
[0025]图1为现有的光刻机的结构示意图，其揭示一现有的光刻机结构。在该光刻机中，主框架支撑一照明系统20、一投影物镜10和一硅片台40，硅片台40上放置有一涂有感光光刻胶的硅片50。掩模版30上集成电路的图形通过照明系统20和投影物镜10，以成像曝光的方式，转移到涂有感光光刻胶的硅片50上，从而完成曝光。
[0026]图2为现有的气体密封技术的示意图，通过入口 /出口输送管13，将投影物镜PL与硅片台W之间充满具有相对较高的折射率的液体11，比如水.通过位于投影装置PL的最后部件之下或周围的液体供给装置12形成存贮装置。通过气体，比如空气或合成气体，但优选的是N2或其它惰性气体，形成该气体密封，气体在压力下通过入口 15提供到液体供给装置12和基底之间的缝隙，以及通过第一出口 14引出。设置气体入口 15处的过压力、第一出口 14处的真空水平和缝隙的几何形状，从而提供向内的高速率的气流以限定液体。
[0027]图3为本发明浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统，该系统使液体供给装置12距离硅片台一定远的距离，该距离能够完全的保证硅片台的高速扫描运动不会碰撞到液体供给装置12。其特征是在液体供给装置12的底部与基地W的表面之间添加一缓冲伸缩装置17，该缓冲伸缩装置17与液体供给装置12底端相连接，缓冲伸缩装置17能够通过外部驱动(图中未画出)在光轴方向上移动或围绕至少一个垂直于光轴的轴旋转。该结构底端是一柔性橡胶薄膜圈18，通过缓冲伸缩装置17的运动调节柔性橡胶薄膜圈18硅片台上方预定高度，通过该预设高度来实现对浸没液体的第一道密封。
[0028]图4为本发明专利的缓冲伸缩装置放大图，柔性橡胶薄膜圈18距离基底的距离保持在很小的距离范围内，该预设距离能满足液体自身的张力来实现自我的密封，
缓冲伸缩装置包括气体供给通道14’和气液回收通道15’，该气体供给通道14’和气液回收通道15’分别与液体供给装置上气体供给通道14和气液回收通道15相连通。气体在微小正压下通过气体供给通道提供到缓冲伸缩装置17和基底之间的缝隙中，以及通过气液回收通道以负压形式将气体和缝隙中的液体引出，从而提供向内的高速率的气流，作为对浸没液体的第二道密封。
[0029]本发明浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统进一步包括测量装置，该测量装置直接测量缓冲伸缩装置与液体供给装置的相对位置量，该位置量反馈给缓冲系统的控制机构，通过控制机构的控制来调节柔性橡胶薄膜圈18与基底的预设高度，通过让柔性橡胶薄膜圈18随动最终来实现浸没液体的动态密封。
[0030]图5示意给出了缓冲伸缩装置的俯视图。致动器19安装在缓冲伸缩装置17上，其具体位置在气体供给通道14的外侧，也可以是在气液回收通道15的内侧。缓冲伸缩装置至少包括3个致动器，通过致动器的运动，实现缓冲伸缩装置在Z、Rx、Ry方向的运动。致动器为微型致动器，可以是压电致动器，也可以是微型步进电机或音圈电机等。
[0031]图6示意给出了本发明缓冲伸缩装置的控制原理，通过缓冲伸缩装置位置传感器21测量出缓冲伸缩装置17与液体供给装置12的相对位移量，该位置量作为反馈信号给控制器24以进行闭环控制。通过基底台垂向位置传感器22测量出基底台40与测量框架26之间的位置量，该位置量反馈给基底台控制器25，执行器27用于驱动基底台在Z、Rx、Ry方向上运动。
[0032]上位机是指整机软件控制系统，将基底台Z、Rx, Ry方向的位置量同时下发给缓冲伸缩装置控制器24和基底台控制器25，以控制缓冲伸缩装置与基底台同步运动。缓冲伸缩装置控制器24、执行器19与基底台控制器25、执行器27的动态响应特性相当，保证缓冲伸缩装置和基底台以相同的速度和加速度运动。使缓冲伸缩装置与基底台的间隙保持在预设的固定值，从而避免缓冲伸缩装置与基底台发生碰撞。
[0033]图6示意给出了作用在缓冲伸缩装置17与基底台40之间的阻尼系数D和弹簧K。这两个参数代表了缓冲伸缩装置与基底台之间浸没液体产生的压力传递关系。可以通过浸没液体的物料特性和缓冲伸缩装置的几何形状计算得到。通过补偿装置23，将缓冲伸缩装置与基底台之间的浸没液体的刚度k和阻尼系数D补偿到控制器24的输出，从而减小浸没液体广生的压力传递和提尚伺服控制性能。
[0034]本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
【主权项】
1.一种浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统，其特征在于，包括: 液体供给装置，用于在投影物镜及基底台之间提供液体； 基底，位于所述基底台之上并浸没于所述液体中； 缓冲伸缩装置，所述缓冲伸缩装置位于所述液体供给装置和基底之间，用于实现所述液体的密封，可在光轴方向上移动。2.如权利要求1所述的浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统，其特征在于，所述缓冲伸缩装置的末端包括柔性橡胶薄膜圈对所述液体进行密封，所述柔性橡胶薄膜圈与所述基底之间的距离保持在预设间隙范围内。3.如权利要求1所述的浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统，其特征在于，所述缓冲伸缩装置沿与所述投影物镜的光轴垂直的方向旋转。4.如权利要求1所述的浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统，其特征在于，所述缓冲伸缩装置包括:气体供给通道，用于提供一高速率气流；以及气液回收通道，用于气液回收。5.如权利要求1所述的浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统，其特征在于，还包括测量装置，所述测量装置用于测量所述缓冲伸缩装置与所述液体供给装置之间的相对位移。6.如权利要求1所述的浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统，其特征在于，所述缓冲伸缩装置还包括致动装置，所述致动装置用于实现所述缓冲伸缩装置在Z、Rx, Ry方向上运动。7.如权利要求1所述的浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统，其特征在于，还包括缓冲伸缩装置控制器以及基底台控制器，用于控制所述缓冲伸缩装置和所述基底台以相同的速度和加速度运动，避免所述缓冲伸缩装置和所述基底台发生碰撞。8.如权利要求7所述的浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统，其特征在于，还包括补偿装置，用于补偿所述缓冲伸缩装置与基底台之间的浸没液体的刚度k和阻尼系数D。9.如权利要求6所述的浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统，其特征在于，所述致动装置的数量为三个，均匀分布于所述缓冲伸缩装置的边缘处。10.如权利要求6所述的浸没式光刻机浸液流场维持防碰撞系统，其特征在于，所述致动装置为微型致动器，所述微型致动器为压电致动器、微型步进电机或音圈电机。
【文档编号】G03F7/20GK105988294SQ201510040998
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月28日
【发明人】秦少伍, 聂宏飞
【申请人】上海微电子装备有限公司