浸液系统及其供给控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种浸液系统及其供给控制方法。
【背景技术】
[0002] 现代光刻设备W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 曝光到涂过光刻胶的衬底（如娃片）上。浸没式光刻是指在曝光镜头与娃片之间充满水 (或更高折射的浸没浸液）W取代传统干式光刻技术中对应的空气。由于水的折射率比空 气大，送就使得透镜组数值孔径增大，进而可获得更加小的特征线宽。
[0003] 现有的浸没式光刻机结构通常如图1所示。在该浸没式光刻机中，主框架1支撑 一照明系统2、一投影物镜4和一娃片台8,娃片台8上放置有一涂有感光光刻胶的娃片7。 该浸没式光刻机结构，将浸液（水）填充在投影物镜4和娃片7之间缝隙内。工作时，娃片 台8带动娃片7作高速的扫描、步进动作，浸没头6 (浸液限制机构）根据娃片台8的运动 状态，在投影物镜视场范围，提供一个稳定的浸液流场5,同时保证浸液流场5与外界的密 封，保证浸液不泄漏。掩模版3上集成电路的图形通过照明系统2和投影物镜4,浸液W成 像曝光的方式，转移到涂有感光光刻胶的娃片7上，从而完成曝光。
[0004] 现有的浸没式光刻机的工作原理如图2所示，包括流体限制机构一浸没头6,浸没 头6将浸液限制在投影物镜4和娃片7之间缝隙内。
[0005] 设置供液设备（图中未示出），向浸没头6供给浸液。在供液设备中设置浸液压 力、流量控制单元，将浸液供给的压力、流量限制在一定范围内。通过在供液设备中设置水 污染处理单元，将水中污染处理至符合浸液污染要求；通过在供液设备中设置温度控制单 元，将供水处理至符合浸液温度要求。
[0006] 设置气体供给与气液回收设备，用于超洁净湿空气巧Xtreme Clean Humid Air) 补偿及气液回收。在供气与气液回收设备中设置超洁净湿空气压力、流量控制单元，将供气 压力、流量控制在一定范围之内，设置气液回收压力、流量控制单元，将气液回收压力和流 量控制在一定范围之内；设置超洁净湿空气污染控制单元，将超洁净湿空气中污染处理至 符合要求；设置超洁净湿空气温度和湿度控制单元，将超洁净湿空气处理至符合温度和湿 度要求。
[0007] 流体限制机构一浸没头6的一般结构如图2所示，浸没头结构中，浸没头外轮廓形 式不一，但内部轮廓是与镜头几何形状匹配的锥形结构。供液设备供给的浸液通过浸没头 内浸液供给流道流出后填充投影物镜4和娃片7之间缝隙，浸液通过浸没头6内浸液回收 流道流出后，由供气与气液回收设备回收。因此，在物镜4和娃片7之间狭缝内形成了浸液 流场5,要求浸液流场5中的浸液处于持续流动状态，无回流，且浸液的成分、压力场、速度 场、温度场瞬态和稳态变化小于一定范围。
[0008] 其中，浸没式光刻工艺对浸液流场5的压力、温度要求相当苛刻。
[0009] 浸液流场5压力变化将引起浸液流场5折射率发生变化，进而影响光刻精度，根据 实验，浸液流场5压力变化1000化对光刻精度的影响约为2nm。
[0010] 由于半导体FAB厂输入波动及供液设备自身性能等，浸液供给压力有一定的不均 匀度，浸液供给压力不均匀度S定义如下：
[0011] d =巧Aii,, X j 00% Pm
[0012] 5-压力不均匀度，％ ;
[001引 Pmax-最大压力，Pmin-最小压力，单位是化；
[0014] Pm--平均压力，Pa。
[0015] 浸液供给压力不均匀度5值越大，对液场5的压力稳定性带来破坏也越大，要求 浸液供给压力不均匀度6控制在小于2%。
[0016] 另外，浸液流场5温度变化也将引起浸液流场5折射率发生变化，浸液温度变化对 折射率的影响公式如下所示：
[0017] ^:-1.0.0(±0.Q4)xl0-4rC
[0018] n-折射率；
[001引 T 温度，Co
[0020] 根据实验，浸液流场5温度变化0. ore对光刻精度的影响约为3nm，要求浸液供给 温度稳志性虹制在小于±0.0 l C。
[0021] 为实现较高的浸液供给压力均匀度，减小上述风险，在现有技术方案如美国专利 US2008036985 (A)、中国专利CN101443276 (A)中，通过实时控制注液泉转动速度来控制浸 液供给压力或实时控制调节阀的开度来控制浸液供给压力。为实现较高的浸液温度控制精 度，减小上述风险，现有技术方案如中国专利CN103176370 (A)中，设置独立的温度控制系 统来控制浸液温度。
[0022] 在浸液供给过程中，流体驱动元部件如泉，流体调节元部件如电控两通阀等会对 浸液做功或传热造成浸液温度变化难W控制，现有技术方案至少存在W下不足；一方面，现 有浸液供给方案不利于浸液温度控制；另一方面，独立的温度控制单元使整个供液设备变 的异常复杂。
【发明内容】
[0023] 为解决现有技术的不足，本发明提供一种浸液系统，适用于浸没式光刻机，所述浸 液系统包括：
[0024] 浸液供给系统、浸液回收系统、浸液测量系统和浸液控制系统；
[0025] 所述浸液供给系统，用于向光刻机浸没头内供给浸液；
[0026] 所述浸液回收系统，用于回收所述浸液；
[0027] 所述浸液测量系统，用于测量所述浸液的液压、流量、纯净度和温度；
[0028] 所述浸液控制系统，用于控制所述浸液的液压、流量、纯净度和温度；
[0029] 其中，所述浸液供给系统为溢流式浸液供给系统，所述溢流式浸液供给系统与所 述浸液控制系统相结合，用于均匀所述供给浸液的液压。
[0030] 进一步的，所述溢流式浸液供给系统包括初级单元和次级单元两部分，所述初级 单元位于所述光刻机壳体外，所述次级单元位于光刻机壳体内，所述初级单元对所述浸液 进行初步净化处理、初步流量控制和初步温度控制后，提供给所述次级单元，所述次级单元 对所述浸液进一步净化处理W及所述浸液控制系统对所述次级单元内的所述浸液进行液 压控制、流量控制和温度控制，使所述浸液满足所述光刻机浸没头内工作所需的液压、流 量、纯净度和温度。
[0031] 进一步的，所述初级单元包括水箱、水泉、水管、水阀、净化设备；所述次级单元包 括溢出水箱、水管、水阀、净化设备，所述溢出水箱用于给所述浸没头提供满足稳压要求的 所述浸液。
[0032] 进一步的，所述溢出水箱，由内外二层水箱结构组成，所述内外水箱共底面，所述 内水箱的高度要低于所述外水箱，所述内水箱用于给所述浸没头提供满足稳压要求的所述 浸液。
[0033] 进一步的，从所述次级单元中所述溢出水箱里溢出的所述浸液经过管路流入所述 初级单元中的所述水箱里。
[0034] 进一步的，所述溢出水箱为密封溢出水箱，所述密封溢出水箱内的所述浸液上方 有2个连接的气管，2个所述气管分为进气管和出气管，用于控制所述溢出水箱里所述浸液 的压强；所述溢出水箱还有3个连接的水管，第一个所述水管用于向所述溢出水箱中供给 所述浸液；第二个所述水管用于给所述浸没头提供满足稳压要求的所述浸液；第H个所述 水管将溢出的所述浸液经过所述管路流入所述初级单元中的所述水箱里，用于将平衡所述 溢出水箱中所述浸液的液压。
[0035] 进一步的，所述密封溢出水箱还包括连接于其顶部和底部的溢流管，所述第H个 水管一头与所述溢流管连通，另一头与所述管路连通；第一个所述水管的流量大于第二个 所述水管的流量，在所述密封溢出水箱里所述浸液的水位到达一定高度后，开启第二个所 述水管W使所述浸液供给所述浸没头，多余的所述浸液通过所述溢流管流入第H个所述水 管。
[0036] 进一步的，所述浸液控制系统包括浸液温控装置，所述浸液温控装置对所述溢流 式浸液供给系统中的所述初级单元和所述次级单元进行协同温度控制，用于提高所述浸液 的温度控制精度，使所述浸液满足所述浸没头内工作所需的温度。
[0037] 进一步的，所述浸液测量系