一种用于光刻设备的气液分离装置的制作方法

本发明属于光刻设备的气液分离装置技术领域，尤其是涉及一种用于光刻设备的气液分离装置。

背景技术：

光刻工艺是通过曝光的方法将掩膜上的图形转移到硅片表面的光刻胶上，相对于传统的光刻机，浸没式光刻机有着独有的优势。传统的光刻机曝光时，光束直接打在光刻胶上，而浸没式光刻机在光源和光刻胶之间添加了一层液体介质，光束通过液体介质进行折射之后再打到光刻胶上，折射后的光束变细，有效地提高了光刻胶表面图形的分辨率，也可以将更复杂的图形通过这种方法转移到硅片表面的光刻胶上。

浸没式光刻机中该层液体介质被限制于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，并要求严格保持稳定连续的液体流动。该流场主要由注液和注气维持，同时需要对该流场出来的气液两相流进行回收并实现气液分离。

现有的气液分离装置工作原理主要有重力沉降、离心分离、折流分离等，但是基于上述分离原理的气液分离装置或多或少都会存在分离效率低、压力波动大、设备体积大以及温度影响大等问题，会严重影响到光刻机流场的稳定性。针对以上问题，本发明提供了一种基于微孔膜的气液分离装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于光刻设备的气液分离装置。

本发明包括上端盖、上端盖盖板、微孔膜组件、下端盖、下端盖盖板、外壳；所述的上端盖与下端盖分别设置在外壳的两侧，与外壳构成气体缓冲腔；多个微孔膜组件设置在气体缓冲腔内，微孔膜组件的两端分别与上端盖和下端盖同轴过盈配合安装；上端盖盖板设置在上端盖外侧，与上端盖形成液体缓冲腔；下端盖盖板设置在下端盖外侧，与下端盖形成气液缓冲腔；

所述的下端盖盖板上设置流体入口，作为气液缓冲腔入液口；在上端盖盖板上设置流体出口，作为液体缓冲腔排液口；来自浸没控制单元的气液两相流经所述流体入口流入气液分离装置，经所述流体出口流出气液分离装置；下端盖上开有一个或多个入液通孔，一个入液通孔连通一个微孔膜组件入液口与气液缓冲腔；上端盖上开有一个或多个出液通孔，一个出液通孔连通一个微孔膜组件出液口与液体缓冲腔；入液通孔个数、出液通孔个数、微孔膜组件个数相同；

所述的外壳或上端盖或下端盖上设置有抽气口，抽气口与真空泵相连接，使气体缓冲腔的压强小于大气压；

所述微孔膜组件包括支撑结构和微孔膜，支撑结构为轴向贯通结构，支撑结构壁面上具有连通结构内外部空间的开口，两端分别作为微孔膜组件入液口与微孔膜组件出液口；在支撑结构壁面内侧或外侧覆盖微孔膜，微孔膜遮蔽支撑结构壁面上的所有开口，微孔膜开口的线度小于10微米。

作为优选，所述微孔膜开口的线度小于1微米。

进一步的，所述微孔膜的表面与液体的接触角大于90°。

作为优选，所述微孔膜的材料为聚四氟乙烯。

进一步的，所述的微孔膜以多层重叠的方式覆盖支撑结构。

作为优选，对所述的微孔膜加热使其粘附在支撑结构上。

进一步的，所述的微孔膜组件至少具备两个，并列配置。

作为优选，所述支撑结构为侧壁有通孔的管道或是轴向贯通的网状结构。

进一步的，所述上端盖上设置有压力传感器，用于测量气体缓冲腔内气体压强。

本发明是气液两相流从下端盖盖板的气液两相流体入口进入气液缓冲腔，经过气液缓冲腔流入微孔膜组件内；在下端盖的气体抽气口(负压口)和上端盖的气体抽气口(负压口)提供负压，使微孔膜组件内部与气体缓冲腔产生一定的压差，在压差作用下，气体从支撑结构内透过微孔膜进入气体缓冲腔，被上下端盖的负压口抽气排走，同时液体由于微孔膜的存在无法进入气体缓冲腔，在压差的作用下进入上方的液体缓冲腔从液体出口被抽排，从而实现气液分离。利用微孔膜选择性阻挡气体和液体的原理，实现气液两相流的分离效果。该气液分离装置避免了现有的气液分离装置压力波动大所引起的管路振动问题，同时具有气液分离效率高、设备占用体积小、温度影响小的优点。

附图说明

图1为使用本发明具体实施方式一的光刻装置；

图2为本发明具体实施方式一的原理示意图；

图3为本发明的一种微孔膜组件结构示意图；

图4为具体实施方式二的原理原理图。

具体实施方式

下面，参照附图详细地说明本发明涉及一种用于光刻设备的气液分离装置的实施方式。

如图1所示，在浸没式光刻机中，投影物镜1和衬底2之间存在缝隙，使用浸没控制单元3向该缝隙中填充液体4，从而提高光路介质折射率以提高光刻分辨率。由于光刻过程中产生热量和污染物，会劣化液体4的光学特性，因此浸没控制单元3通过不间断注入和回收的方式使得液体4处于持续更新状态。浸没控制单元3中具有注液流道31和回收流道32，来自供液系统的液体4经注液流道31不断被注入缝隙中，回收流道32不断抽走离开曝光区域的液体4以避免污染。为了保证流出曝光区域的液体4能完全被回收，回收流道32中不可避免地会同时吸入液体4和空气，形成了气液两相流；气液两相流具有振动剧烈以及液体蒸发致冷的危害。

本发明涉及的气液分离装置5即针对这一弊端提出。气液分离装置5应用于浸没式光刻机的气液两相回收过程中，来自回收流道32的气液两相流，进入气液分离装置5后经过微孔膜组件500，大部分乃至全部的空气穿过微孔膜组件500被真空泵7抽走，其余的少部分空气和全部液体经过微孔膜组件500的内部通道被水泵6抽走；经过气液分离装置5处理的分离回收后，水泵6抽走的流体中气体比例大大降低，因此流体流动引起的振动和温度波动也得到改善。

具体实施方式一：如图2所示，本实施方式中一种用于光刻设备的气液分离装置，包括下端盖510、下端盖盖板514、微孔膜组件500、上端盖503、上端盖盖板505、外壳517。

下端盖盖板514安装于下端盖510上，二者之间形成一个空腔，为气液缓冲腔515；下端盖510具有三个入液通孔513，每个入液通孔513的两侧分别与微孔膜组件500和气液缓冲腔515连通。上端盖盖板505安装于上端盖503上，二者之间形成一个空腔，为液体缓冲腔507；上端盖503具有三个出液通孔509，每个出液通孔509的两侧分别与微孔膜组件和液体缓冲腔507相通。下端盖盖板514具有流体入口512与气液缓冲腔515相通；根据浸没控制单元3的回收流道32数量，可以对应设置多个流体入口512。上端盖盖板具有流体出口506与液体缓冲腔507相通。上端盖503、下端盖510与外壳517包围形成一个气体缓冲腔516，微孔膜组件500位于气体缓冲腔内部。气体缓冲腔516通过抽气口508与真空泵7连接；抽气口508可以设置于上端盖503、下端盖510以及外壳517上；在本实施例中，上端盖503和下端盖510上分别具有一个抽气口508。

本发明所述的气液分离装置中，可以具有一个或多个并列配置的微孔膜组件500，使用多个微孔膜组件500可以提高气液分离效率。在本实施例中，并列配置了三个微孔膜组件500。

如图3所示，微孔膜组件500的两端以同轴过盈配合的方式分别安装于入液通孔513和出液通孔509上。微孔膜组件500具有内部贯通的支撑结构501，支撑结构501壁面上具有开口518使结构内外联通。支撑结构501的外壁面上裹覆有微孔膜502，微孔膜502完全遮蔽所有开口518。微孔膜502具有微小的孔隙，由于气液界面的表面张力作用，孔隙越小，就需要越大的压力差才能驱动液体穿过孔隙；当支撑结构501轴向上的压力差小于驱动液体穿过微孔膜502所需的压力差时，液体会沿支撑结构501的轴向流道流动，而气体可以穿过微孔膜502进入到气体缓冲腔516中，从而达到气液分离的目的。另外，微孔膜502材料对液体的亲疏性质也会影响微孔膜502的气液分离效果，微孔膜502对液体的接触角越大，液体穿过微孔膜502的临界压力差也越大。

在本实施例中，支撑结构501是一根中空的金属圆管，金属圆管表面通过线切割的方式制造出矩形通孔阵列以联通圆管内外侧空间；在浸没式光刻机中，典型的液体4是超纯水，因此微孔膜采用具有疏水性的聚四氟乙烯(ptfe)材料；在裹覆到金属圆管壁面之后，通过在恒温箱内热烧结的方式增强微孔疏水膜的裹覆密封性。

根据本实施例说明本发明的工作原理：来自浸没控制单元3的气液两相流，经过流体入口512进入气液缓冲腔515后，分流进入一个或多个微孔膜组件500的内部流道中；微孔膜组件500中的微孔膜502具有选择性阻挡气体和液体的作用；气体在压差作用下穿过微孔膜502的孔隙进入气体缓冲腔516，然后经抽气口508被真空泵7回收；液体由于没有获得足够的压差驱动，所以不能穿过微孔膜502，只能沿微孔膜组件500的内部流道流动汇集到液体缓冲腔507中，而后经过流体出口506被水泵6回收；经过微孔膜组件500后，气液两相流中的气体比例大大减小，甚至转变为纯液相流，其振动和温度波动强度也因此减小。

具体实施方式二：如图4所示，基于具体实施方式一本实施方式于上端盖503上设置了压力传感器504，用来监测气体缓冲腔516中的真空度。当气体缓冲腔中的真空度减小时，说明微孔膜组件500中有更多的气体被分离出来，进一步反映了微孔膜组件500中的气液两相流中气体比例提高；为了使气液两相流中气体的比例尽可能地被降低，此时需要提高真空泵7的抽排能力。当气体缓冲腔中的真空度增大时，说明微孔膜组件500中有更少的气体被分离出来，进一步反映了微孔膜组件500中的气液两相流中气体比例降低；此时需要降低真空泵7的抽排能力，以避免微孔膜组件500内外侧的压力差过大导致液体穿过微孔膜502，同时可以改善微孔膜502的受力情况，提高其使用寿命。

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。