专利名称：用于浸没式光刻机的气密封和气液减振回收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流场密封与回收装置，特别是涉及一种用于浸没式光刻机的气密封和气液减振回收装置。
背景技术：
光刻机是制造超大规模集成电路最核心的装备之一，现代光刻机已光学光刻为主，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膜版、一个对准系统和一个涂有光敏光刻胶的娃片。浸没式光刻(Immersion 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。目前已有的解决方案中，有气密封或液密封两种。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。液密封技术则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。但是在这些密封方案中，存在以下不足:
(I)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。(2)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卷吸到流场中；同时，填充液体及密封气体一起回收时将形成气液两相流，由此引发振动，影响曝光系统的稳定工作。在现有的解决方案中，以气密封为好，然已有的气密封装置在回收过程中都存在气液两相流的问题，将两者放在一起回收将会引起管路的振动，从而严重影响曝光质量。因此，采用气密封的浸没单元应解决气液两相流引起的振动问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于浸没式光刻机的气密封和气液减振回收装置，在流场边缘使用气密封结构防止液体的泄漏，在液体回收口填充多孔介质以减小气液两相流引起的振动。
本发明采用的技术方案如下:
本发明在浸没式光刻机中的投影物镜组和硅片之间装有的气密封和气液减振回收装置；其特征在于:所述气密封和气液减振回收装置包括密封和注液回收装置、多孔介质；密封和注液回收装置由浸没单元上端盖、浸没单元中间体、浸没单元下端盖和浸没单元下端盖配件组成；其中:
1)浸没单元上端盖:
在浸没单元上端盖开有中心通孔，在浸没单元上端盖的中心通孔向外的六个同心圆上分别依次开有两个对称的注液槽，两个对称的缓冲槽、两个液体回收槽、两个内密封注气槽、两个中密封注气槽、两个外密封注气槽；
两个注液槽、两个液体回收槽、两个内密封注气槽、两个中密封注气槽、两个外密封注气槽均分别与各自的孔道连接，各孔道又通过螺纹连接的方式与外部管路相连接，外部管路包括液体注入管路、液体回收管路、气体注入管路，分别完成浸没单元的液体注入与回收、气体注入功能；
2)浸没单元中间体:
在浸没单元中间体开有中心通孔，在浸没单元中间体的中心通孔向外依次有两个对称的浸没单元中间体注液腔、第一 0型圈用沟槽、六个对称分布的浸没单元中间体缓冲腔、两个对称的浸没单元中间体液体回收腔、第二 0型圈用沟槽、六个对称的浸没单元中间体内密封注气腔、第三0型圈用沟槽、六个对称的浸没单元中间体中密封注气腔、第四0型圈用沟槽、六个对称的浸没单元中间体外密封注气腔和第五0型圈用沟槽；中心通孔与两个对称的浸没单元中间体注液腔之间有凸起台阶；浸没单元中间体缓冲腔与浸没单元中间体液体回收腔之间有个凸起的斜面台阶；
3)浸没单元下端盖:
在浸没单元前端盖开有中心通孔，浸没单元前端盖的中心通孔向外依次有注液用台阶、第六0型圈用沟槽、浸没单元下端盖缓冲腔、回收用斜面、第七0型圈用沟槽、浸没单元下端盖内密封注气腔、第八0型圈用沟槽、浸没单元下端盖中密封注气腔、第九0型圈用沟槽、浸没单元下端盖外密封注气腔(IOC)和第十0型圈用沟槽；注液用台阶与凸起台阶配合形成浸没单元下端盖注液腔；浸没单元下端盖缓冲腔内开有二十五个均匀分布的腰子槽；回收用斜面与凸起的斜面台阶配合形成浸没单元下端盖液体回收腔；第七0型圈用沟槽与浸没单元下端盖内密封注气腔联通，形成一个气体压力缓冲腔，缓冲腔内开有内注气孔阵列；第八0型圈用沟槽与浸没单元下端盖中密封注气腔联通，形成一个气体压力缓冲腔，缓冲腔内开有中注气孔阵列；第九0型圈用沟槽与浸没单元下端盖外密封注气腔联通，形成一个气体压力缓冲腔，缓冲腔内开有外注气孔阵列；
4)浸没单元下端盖配件:
在浸没单元下端盖配件开有中心通孔，浸没单元下端盖配件的中心通孔向外有一气密封用斜面；
所述的下端盖配件上端面与浸没单元下端盖下端面，浸没单元下端盖上端面与浸没单元中间体下端面，浸没单元中间体上端面与浸没单元上端盖(2A)下端面相配合，并通过螺钉紧固连接；
3)多孔介质: 有多孔介质填充在浸没单元下端盖缓冲腔内。所述的两个注液槽分别与各自的浸没单元中间体注液腔和浸没单元下端盖注液腔相通；两个液体回收槽分别与各自的浸没单元中间体液体回收腔、浸没单元下端盖液体回收腔相连，并最终与浸没单元下端盖缓冲腔相连；两个内密封注气槽均与浸没单元中间体内密封注气腔、浸没单元下端盖内密封注气腔和内注气孔阵列相通；两个中密封注气槽均与浸没单元中间体中密封注气腔、浸没单元下端盖中密封注气腔和中注气孔阵列相通；两个外密封注气槽均与浸没单元中间体外密封注气腔、浸没单元下端盖外密封注气腔和外注气孔阵列相通。本发明具有的有益效果是:
(I)气密封技术以及回收口的负压能将缝隙流场边界限定在气密封口和缓冲槽之间。在硅片运动速度较低时能有效防止气液两相流的产生。当硅片运动速度较高时，会在液体回收过程中引入气液两相流，造成浸没装置的振动和流场的波动，对浸没液体的光学一致性造成严重影响，因此在缓冲槽内填充多孔介质，能减弱气液两相流所带来的振动。回收的液体通过液体回收槽流入外接管路,实现液体的回收。(2)在硅片进行高速扫描过程中，由于对液体的牵拉作用，必然造成在硅片运动方向上的液面升高，而另一侧的液面降低。液面高的部位如果不及时回收则可能造成液体泄漏，液面低的部位如果不减少回收量会使液面更低，甚至吸入空气。引入缓冲腔设计，使得液位高处的液体自行向液位低处流动，达到减小波动的目的。本发明用来完成浸没式光刻系统中缝隙流场的密封和注液回收功能，实现缝隙流场连续稳定的更新。缝隙流场边缘使用气密封结构防止液体泄漏，采用气液减振回收结构实现气体和液体的回收，在低速情况下，避免了气液两相流的产生，在高速情况下，减弱了气液两相流带来的振动。无论硅片往哪个方向运动，缓冲腔结构使缝隙流场具有自适应调节功能。
图1是本发明与投影透镜组相装配的简化示意图。图2是本发明的爆炸剖面视图。图3是本发明的浸没单元中间体俯视图。图4是浸没单元中间体仰视立体视图。图5是浸没单元下端盖俯视图。图6是浸没单元上端盖立体视图。图7是浸没单元下端盖附件立体视图。图中:1、投影透镜组，2、密封和注液回收装置，2A、浸没单元上端盖，2B、浸没单元中间体，2 C、浸没单元下端盖，2D、浸没单元下端盖配件，3、硅片，4、多孔介质，5A、注液槽，5B、浸没单元中间体注液腔，6A、缓冲槽，6B、浸没单元中间体缓冲腔，6C、浸没单元下端盖缓冲腔，7A、液体回收槽，7B、浸没单元中间体液体回收腔，7C、浸没单元下端盖液体回收腔，8A、内密封注气槽，SB、浸没单元中间体内密封注气腔，SC、浸没单元下端盖内密封注气腔，9A、中密封注气槽，9B、浸没单元中间体中密封注气腔，9C、浸没单元下端盖中密封注气腔，10A、外密封注气槽，10B、浸没单元中间体外密封注气腔，10C、浸没单元下端盖外密封注气腔，IlB、第一 0型圈用沟槽，IlC、第六0型圈用沟槽，12B、第二 0型圈用沟槽，12C、第七O型圈用沟槽，13B、第三O型圈用沟槽，13C、第八O型圈用沟槽，14B、第四O型圈用沟槽，14C、第九O型圈用沟槽，15B、第五O型圈用沟槽，15C、第十O型圈用沟槽，16B、凸起台阶，17B、斜面台阶，18C、注液用台阶，19C、回收用斜面，20C、内注气孔阵列，21C、中注气孔阵列，22C、外注气孔阵列，23D、气密封用斜面，24、缝隙流场。
具体实施例方式下面结合附图和实施例详细说明本发明的具体实施过程。如图1所示，在浸没式光刻机中的投影物镜组I和硅片3之间装有的气密封和气液减振回收装置；所述气密封和气液减振回收装置包括密封和注液回收装置2、多孔介质4 ;密封和注液回收装置2由浸没单元上端盖2A、浸没单元中间体2B、浸没单元下端盖2C和浸没单元下端盖配件2D ;其中:
I)浸没单元上端盖2A:
如图6所示，在浸没单元上端盖2A开有中心通孔，在浸没单元上端盖(2A)的中心通孔向外的六个同心圆上分别依次开有两个对称的注液槽5A，两个对称的缓冲槽6A、两个液体回收槽7A、两个内密封注气槽8A、两个中密封注气槽9A、两个外密封注气槽IOA ；
两个注液槽5A、两个液体回收槽7A、两个内密封注气槽8A、两个中密封注气槽9A、两个外密封注气槽IOA均分别与各自的孔道连接，各孔道又通过螺纹连接的方式与外部管路相连接，外部管路包括液体注入管路、液体回收管路、气体注入管路，分别完成浸没单元的液体注入与回收、气体注入与回收功能。2)浸没单元中间体2B:
如图3、图4所示，在浸没单元中间2B开有中心通孔，在浸没单元中间体2B的中心通孔向外依次有两个对称的浸没单元中间体注液腔5B、第一 0型圈用沟槽11B、六个对称分布的浸没单元中间体缓冲腔6B、两个对称的浸没单元中间体液体回收腔7B、第二 0型圈用沟槽12B、六个对称的浸没单元中间体内密封注气腔8B、第三0型圈用沟槽13B、六个对称的浸没单元中间体中密封注气腔9B、第四0型圈用沟槽14B、六个对称的浸没单元中间体外密封注气腔IOB和第五0型圈用沟槽15B ;中心通孔与两个对称的浸没单元中间体注液腔5B之间有凸起台阶16B ;浸没单元中间体缓冲腔6B与浸没单元中间体液体回收腔7B之间有个凸起的斜面台阶17B。3)浸没单元下端盖2C:
如图5所示，在浸没单元前端盖2C开有中心通孔，浸没单元前端盖2C的中心通孔向外依次有注液用台阶18C、第六0型圈用沟槽11C、浸没单元下端盖缓冲腔6C、回收用斜面19C、第七0型圈用沟槽12C、浸没单元下端盖内密封注气腔SC、第八0型圈用沟槽13C、浸没单元下端盖中密封注气腔9C、第九0型圈用沟槽14C、浸没单元下端盖外密封注气腔IOC和第十0型圈用沟槽15C ;注液用台阶18C与凸起台阶16B配合形成浸没单元下端盖注液腔；浸没单元下端盖缓冲腔6C内开有二十五个均匀分布的腰子槽；回收用斜面19C与凸起的斜面台阶17B配合形成浸没单元下端盖液体回收腔7C ;第七0型圈用沟槽12C与浸没单元下端盖内密封注气腔8C联通，形成一个气体压力缓冲腔，缓冲腔内开有内注气孔阵列20C ;第八0型圈用沟槽13C与浸没单元下端盖中密封注气腔9C联通，形成一个气体压力缓冲腔，缓冲腔内开有中注气孔阵列21C ;第九0型圈用沟槽14C与浸没单元下端盖外密封注气腔IOC联通，形成一个气体压力缓冲腔，缓冲腔内开有外注气孔阵列22C。4 )浸没单元下端盖配件2D:
如图7所示，在浸没单元下端盖配件2D开有中心通孔，浸没单元下端盖配件2D的中心通孔向外有一气密封用斜面23D。该斜面23D与2C斜面凸台配合形成斜向的射流腔，以改变气体射流方向。所述的浸没单元下端盖配件2D上端面与浸没单元下端盖2C下端面，浸没单元下端盖2C上端面与浸没单元中间体2B下端面，浸没单元中间体2B上端面与浸没单元上端盖2A下端面相配合，并通过螺钉紧固连接。所述的两个注液槽5A分别与各自的浸没单元中间体注液腔5B和浸没单元下端盖注液腔相通；两个液体回收槽7A分别与各自的浸没单元中间体液体回收腔7B、浸没单元下端盖液体回收腔7C相连，并最终与浸没单元下端盖缓冲腔6C相连；两个内密封注气槽8A均与浸没单元中间体内密封注气腔SB、浸没单元下端盖内密封注气腔SC和内注气孔阵列20C相通；两个中密封注气槽9A均与浸没单元中间体中密封注气腔9B、浸没单元下端盖中密封注气腔9C和中注气孔阵列21C相通；两个外密封注气槽IOA均与浸没单元中间体外密封注气腔10B、浸没单元下端盖外密封注气腔IOC和外注气孔阵列22C相通。图1给出了本发明装置在浸没式光刻系统中的工作位置，本装置可以在分布重复或者步进扫描光刻设备中应用。在曝光过程中，从光源发出的光线(例如ArF准分子激光)通过对准的掩模板、投影物镜组I和由浸没液体填充形成的缝隙流场24，照射在硅片3的光刻胶上，对其进行曝光处理，将掩膜板上的图形准确的转移到硅片的光刻胶上。浸没单元上端盖2A用夹持机构固定，夹持机构可以调节浸没单元的高度和姿态，浸没单元上端盖2A、浸没单元中间体2B、浸没单元下端盖2C和浸没单元下端盖附件2D这四部分之间的结合面为环形平面，连接方式为螺钉拧紧。如图2、图3、图4、图5、图7所示，浸没单元由浸没单元上端盖2A、浸没单元中间体2B、浸没单元下端盖2C、浸没单元下端盖附件2D和多孔介质4五部分组成。浸没单元上端盖2A上的注液槽5A通过内部孔道与液体注入管路相连通，浸没液体由液体注入管路注入注液槽5A，沿途经过浸没单元中间体2B上的注液腔5B，注液用台阶18C与凸起台阶16B配合形成浸没单元下端盖注液腔，进入透镜边缘，并最终充满透镜组I与硅片3之间的缝隙流场24，在液体持续不断的注入过程中，液体会向缝隙流场的四周流动，要保证液体不泄露，必须有液体回收，并保证回收的液体与注入的液体相等。回收的废水先通过浸没单元下端盖2C上的缓冲槽6C，然后依次通过多孔介质4，回收用斜面19C与凸起的斜面台阶17B构成浸没单元下端盖回收腔7C，浸没单元中间体2B上的回收腔7B，浸没单元上端盖2A上的液体回收槽7A，最后经过孔道、液体回收管路排出浸没单元，从而完成浸没液体的注入和回收过程。浸没单元的气密封结构由三道密封组成。硅片的高速引动会对液体产生牵拉作用，从而可能引起液体的泄漏，影响光刻系统的正常工作。因此在缝隙流场的外部圆周上加上气密封结构阻止液体的泄漏。来自气源管路中的高压气体经过注气管路和浸没单元上端盖2A内部的孔道进入内密封注气槽8A、中密封注气槽9A、外密封注气槽10A，然后分别进入浸没单元中间体内密封注气腔SB、浸没单元中间体中密封注气腔9B、浸没单元中间体外密封注气腔10B，再进入浸没单元下端盖内密封注气腔SC、浸没单元下端盖中密封注气腔9C、浸没单元下端盖外密封注气腔10C，气体在此处得到缓冲，在圆周方向上形成均衡气场压力，使得内注气孔阵列20C、中注气孔阵列21C外注气孔阵列22C都能获得较为均一的注气压力。当硅片3在高速扫描过程中，由于硅片会对浸没液体产生牵拉作用，缝隙流场24会一侧压力变高，一侧压力变低，随之而来的是浸没单元内一侧液体增多，一侧液体减少，即一侧液面升高，另一侧液面降低。液体增多一侧如不加大回收量就会出现泄漏，液体减少一侧如不减少回收量就会使该侧液体更少，甚至吸入空气。缓冲腔的设计，使得液位高处的液体自行向液位低处流动，以补偿之前的损失，达到平衡的效果。在硅片运动速度较低时，这种设计能避免气密封气体直接进入回收口，形成气液两相流；在硅片运动速度较高是，气密封气体不可避免的要进入缝隙流场内部，此时，回收的气液两相流由于多孔介质4作用，其产生的振动将被减弱。上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于浸没式光刻机的气密封和气液减振回收装置，在浸没式光刻机中的投影物镜组(I)和硅片(3)之间装有的气密封和气液减振回收装置；其特征在于:所述气密封和气液减振回收装置包括密封和注液回收装置(2)、多孔介质(4);密封和注液回收装置(2)由浸没单元上端盖(2A)、浸没单元中间体(2B)、浸没单元下端盖(2C)和浸没单元下端盖配件(2D)组成；其中: 1)浸没单元上端盖(2A): 在浸没单元上端盖(2A)开有中心通孔，在浸没单元上端盖(2A)的中心通孔向外的六个同心圆上分别依次开有两个对称的注液槽(5A)，两个对称的缓冲槽(6A)、两个液体回收槽(7A)、两个内密封注气槽(8A)、两个中密封注气槽(9A)、两个外密封注气槽(IOA)； 两个注液槽(5A)、两个液体回收槽(7A)、两个内密封注气槽(8A)、两个中密封注气槽(9A)、两个外密封注气槽(IOA)均分别与各自的孔道连接，各孔道又通过螺纹连接的方式与外部管路相连接，外部管路包括液体注入管路、液体回收管路、气体注入管路，分别完成浸没单元的液体注入与回收、气体注入功能； 2)浸没单元中间体(2B): 在浸没单元中间体(2B)开有中心通孔，在浸没单元中间体(2B)的中心通孔向外依次有两个对称的浸没单元中间体注液腔(5B)、第一 O型圈用沟槽(IlB)、六个对称分布的浸没单元中间体缓冲腔(6B)、两个对称的浸没单元中间体液体回收腔(7B)、第二 O型圈用沟槽(12B )、六个对称的浸没单元中间体内密封注气腔(8B )、第三O型圈用沟槽(13B )、六个对称的浸没单元中间体中密封注气腔(9B )、第四O型圈用沟槽(14B )、六个对称的浸没单元中间体外密封注气腔(IOB)和第五O型圈用沟槽(15B);中心通孔与两个对称的浸没单元中间体注液腔(5B)之间有凸起台阶(16B);浸没单元中间体缓冲腔(6B)与浸没单元中间体液体回收腔(7B)之间有个凸起的斜面台阶(17B)； 3)浸没单元下端盖(2C): 在浸没单元前端盖(2C)开有中心通孔，浸没单元前端盖(2C)的中心通孔向外依次有注液用台阶(18C)、第六O型圈用沟槽(11C)、浸没单元下端盖缓冲腔(6C)、回收用斜面(19C)、第七O型圈用沟槽(12C)、浸没单元下端盖内密封注气腔(SC)、第八O型圈用沟槽(13C)、浸没单元下端盖中密封注气腔(9C)、第九O型圈用沟槽(14C)、浸没单元下端盖外密封注气腔(IOC)和第十O型圈用沟槽(15C);注液用台阶(18C)与凸起台阶(16B)配合形成浸没单元下端盖注液腔；浸没单元下端盖缓冲腔(6C)内开有二十五个均匀分布的腰子槽；回收用斜面(19C)与凸起的斜面台阶(17B)配合形成浸没单元下端盖液体回收腔(7C);第七O型圈用沟槽(12C)与浸没单元下端盖内密封注气腔(SC)联通，形成一个气体压力缓冲腔，缓冲腔内开有内注气孔阵列(20C);第八O型圈用沟槽(13C)与浸没单元下端盖中密封注气腔(9C)联通，形成一个气体压力缓冲腔，缓冲腔内开有中注气孔阵列(21C);第九O型圈用沟槽(14C)与浸没单元下端盖外密封注气腔(10C)联通，形成一个气体压力缓冲腔，缓冲腔内开有外注气孔阵列(22C)； 4)浸没单元下端盖配件(2D): 在浸没单元下端盖配件(2D)开有中心通孔，浸没单元下端盖配件(2D)的中心通孔向外有一气密封用斜面(23 D)； 所述的浸没单元下端盖配件(2D)上端面与浸没单元下端盖(2C)下端面，浸没单元下端盖(2C)上端面与浸没单元中间体(2B)下端面，浸没单元中间体(2B)上端面与浸没单元上端盖(2A)下端面相配合，并通过螺钉紧固连接； 3)多孔介质(4): 有多孔介质(4)填充在浸没单元下端盖缓冲腔(6C)内。
2.根据权利要求1所述的一种用于浸没式光刻机的气密封和气液减振回收装置，其特征在于:所述的两个注液槽(5A)分别与各自的浸没单元中间体注液腔(5B)和浸没单元下端盖注液腔相通；两个液体回收槽(7A)分别与各自的浸没单元中间体液体回收腔(7B)、浸没单元下端盖液体回收腔(7C)相连，并最终与浸没单元下端盖缓冲腔(6C)相连；两个内密封注气槽(8A)均与浸没单元中间体内密封注气腔(SB)、浸没单元下端盖内密封注气腔(SC)和内注气孔阵列(20C)相通；两个中密封注气槽(9A)均与浸没单元中间体中密封注气腔(9B)、浸没单元下端盖中密封注气腔(9C)和中注气孔阵列(21C)相通；两个外密封注气槽(10A)均与浸没单元中 间体外密封注气腔(10B)、浸没单元下端盖外密封注气腔(10C)和外注气孔阵列(22C)相通。
全文摘要
本发明公开了一种用于浸没式光刻机的气密封和气液减振回收装置。在浸没式光刻机中的投影物镜组和硅片之间装有气密封和气液减振回收装置；气密封和气液分离回收装置包括密封和注液回收装置、多孔介质；密封和注液回收装置由浸没单元上端盖、浸没单元中间体、浸没单元下端盖和浸没单元下端盖配件组成。本发明用来完成浸没式光刻系统中缝隙流场的密封和注液回收功能，实现缝隙流场连续稳定的更新。缝隙流场边缘使用气密封结构防止液体泄漏，采用气液减振回收结构实现气体和液体的回收，在低速情况下,避免了气液两相流的产生，在高速情况下,减弱了气液两相流带来的振动。无论硅片往哪个方向运动，缓冲腔结构使缝隙流场具有自适应调节功能。
文档编号G03F7/20GK103176368SQ20131007062
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者傅新, 马颖聪, 陈文昱, 徐宁 申请人:浙江大学