專(zhuān)利名稱(chēng)：用于浸沒(méi)式光刻機(jī)的階梯式自適應(yīng)氣體密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用浸沒(méi)式光刻機(jī)的密封裝置，特別是涉及一種用于浸沒(méi)式光刻機(jī)的階梯式自適應(yīng)氣體密封裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代光刻設(shè)備以光學(xué)光刻為基礎(chǔ)，它利用光學(xué)系統(tǒng)把掩膜版上的圖形精確地投影曝光到涂過(guò)光刻膠的襯底(如硅片)上。它包括一個(gè)紫外光源、一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)、一塊由芯片 圖形組成的投影掩膜版、一個(gè)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)和一個(gè)覆蓋光敏光刻膠的襯底。浸沒(méi)式光刻(Immersion Lithography)系統(tǒng)在投影透鏡和襯底之間的縫隙中填充某種液體，通過(guò)提高該縫隙中介質(zhì)的折射率(η)來(lái)提高投影透鏡的數(shù)值孔徑(NA)，從而提高光刻的分辨率和焦深。通常采用的方案將液體限制在襯底上方和投影裝置的末端元件之間的局部區(qū)域內(nèi)。如果缺乏有限密封，該方案將導(dǎo)致填充流場(chǎng)邊界液體的泄漏，泄漏的液體在光刻膠或Topcoat表面干燥后將形成水跡，嚴(yán)重影響曝光成像質(zhì)量。目前該方案的密封結(jié)構(gòu)，一般采用氣密封構(gòu)件環(huán)繞投影透鏡組末端元件和襯底之間的縫隙流場(chǎng)。在密封構(gòu)件和襯底的表面之間，氣密封技術(shù)(例如參見(jiàn)中國(guó)專(zhuān)利ZL200310120944. 4和美國(guó)專(zhuān)利US2007046916)通過(guò)施加高壓氣體在環(huán)繞填充流場(chǎng)周邊形成氣幕，將液體限制在一定流場(chǎng)區(qū)域內(nèi)。但上述密封元件存在一些不足
(I)襯底高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，由于分子附著力的作用，靠近襯底的液體將隨襯底發(fā)生牽拉運(yùn)動(dòng)，并由此導(dǎo)致流場(chǎng)邊界形態(tài)發(fā)生變化。這種變化在不同邊界位置均不一樣，主要表現(xiàn)在動(dòng)態(tài)接觸角大小的變化。即與襯底運(yùn)動(dòng)方向相同的前進(jìn)接觸角將變大，而與襯底運(yùn)動(dòng)方向相反的后退接觸角將變小。前進(jìn)接觸角變大，使得外界氣體更易被卷吸到流場(chǎng)中形成氣泡，從而影響流場(chǎng)的均一性和曝光成像質(zhì)量；后退接觸角變小，使得邊界液體更容易牽拉到流場(chǎng)外圍導(dǎo)致液體泄漏，并由此形成一系列缺陷(如水跡)。(2)通常采用的均壓氣密封方式無(wú)法對(duì)流場(chǎng)邊界進(jìn)行自適應(yīng)補(bǔ)償，這是因?yàn)檩^小的氣密封壓力將使得在后退接觸角處位置變得更加容易泄漏，而較大的氣密封壓力將增加在前進(jìn)接觸角處得液體氣泡卷吸的可能性，最佳的密封氣體壓力分布伴隨著流場(chǎng)邊界的高速動(dòng)態(tài)變化而瞬時(shí)改變。然而，也有一些密封專(zhuān)利(例如參加中國(guó)專(zhuān)利ZL200810164176. 5和ZL200910096971. X)采用非均壓氣密封或采用旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行縫隙流場(chǎng)的自適應(yīng)密封，雖然提高了密封的效果，但仍存在一些不足襯底高速?gòu)?fù)雜運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，縫隙流場(chǎng)處于紊流狀態(tài)。由此帶來(lái)了壓力和流動(dòng)的不穩(wěn)定，不及時(shí)有效地釋放帶來(lái)的壓力波動(dòng)，將不斷疊加會(huì)給裝置帶來(lái)振動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)而影響到曝光質(zhì)量；此外這些方法未充分考慮襯底極端惡劣工況下(如瞬時(shí)高加速度和急停工況)所帶來(lái)的嚴(yán)重后果(如液滴泄漏)的輔助補(bǔ)救措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于浸沒(méi)式光刻機(jī)的階梯式自適應(yīng)氣體密封裝置，根據(jù)流場(chǎng)邊界的形態(tài)變化，實(shí)時(shí)調(diào)整不同氣密封通道中密封氣體的壓力，從而獲得高度穩(wěn)定的邊界流場(chǎng)，以提升曝光的質(zhì)量。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明包括在投影透鏡組、密封裝置和襯底，密封裝置設(shè)置在投影透鏡組和襯底之間。所述的密封裝置為階梯式自適應(yīng)氣體密封裝置，包括下構(gòu)件、上構(gòu)件和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件；其中
1)下構(gòu)件下構(gòu)件為環(huán)狀柱體，圓周方向等距開(kāi)有1(Γ18個(gè)扇形多層的氣密封通道，并且每個(gè)氣密封通道為51層；氣密封通道下部開(kāi)有傾斜氣密封腔；在氣密封通道外圍設(shè)有等距分布的回氣通道，回氣通道的下部設(shè)有回氣腔，回氣腔內(nèi)填充吸水性多孔介質(zhì)；在下構(gòu)件圓周外壁開(kāi)有環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)凹槽；
2)上構(gòu)件上構(gòu)件為環(huán)狀柱體，下表面圓周方向開(kāi)有與下構(gòu)件環(huán)狀柱體的扇形多層的氣密封通道相應(yīng)個(gè)數(shù)的扇形的氣流緩沖腔，對(duì)應(yīng)緊貼與下構(gòu)件2Α環(huán)狀柱體的扇形多層的 氣密封通道，每個(gè)氣流緩沖腔的上方均開(kāi)有與氣流緩沖腔連通的注氣通道；注氣通道位于最外層的氣密封通道之外；
3)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件旋轉(zhuǎn)構(gòu)件為環(huán)狀柱體，貫穿上下表面等距開(kāi)有8 10個(gè)傾斜旋轉(zhuǎn)氣流通道；在中心圓周內(nèi)壁設(shè)有環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)，旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)與下構(gòu)件環(huán)狀柱體的環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)凹槽鑲嵌配合。所述的扇形多層的氣密封通道，從中心向外部方向，每層氣密封通道的寬度逐漸增大，遞增寬度在O. 5 lmm。所述的傾斜氣密封腔，從中心向外傾斜角度β為2(Γ40度。所述的傾斜旋轉(zhuǎn)氣流通道從上表面外部向下表面中心呈傾斜分布，傾斜角度與襯底夾角Y為6(Γ80度，并且上表面氣孔與下表面的氣孔在圓周方向上下兩氣孔圓心角度Θ為20 40度。本發(fā)明具有的有益效果
(I)根據(jù)流場(chǎng)邊界的形態(tài)變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)不同氣密封通道中的密封氣體壓力，從而確保流場(chǎng)的高度穩(wěn)定性；為進(jìn)一步提高襯底運(yùn)動(dòng)速度和生產(chǎn)效率創(chuàng)造了有利條件。(2)襯底高速運(yùn)動(dòng)不同狀態(tài)下，可避免前進(jìn)接觸角處因密封氣體流量過(guò)大導(dǎo)致邊緣流場(chǎng)氣泡卷吸，以及后退接觸角處因密封氣體壓力不足引起液體泄漏，有效控制了浸沒(méi)式光刻中兩大缺陷。(3)在外圍設(shè)置的旋轉(zhuǎn)氣體密封輔助手段，有效控制在惡劣工況下(如瞬時(shí)高加速度和急停工況)的液滴泄漏問(wèn)題，進(jìn)一步提高氣體密封與流場(chǎng)的穩(wěn)定性與可靠性。


圖I是本發(fā)明與投影透鏡組相裝配的簡(jiǎn)化示意圖。圖2是本發(fā)明的爆炸剖面視圖。圖3是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明工作表面的仰視圖。圖5是本發(fā)明圖2的P-P剖視圖。圖6是表征襯底靜止?fàn)顟B(tài)下工作原理圖。圖7是表征襯底由中心向外部運(yùn)動(dòng)時(shí)密封原理圖。
圖8是表征襯底由外部向中心運(yùn)動(dòng)時(shí)密封原理圖。圖9是表征旋轉(zhuǎn)氣密封的輔助密封原理圖。圖中1、投影透鏡組，2、階梯式自適應(yīng)氣體密封裝置，2A、下構(gòu)件，2B、上構(gòu)件，2C、旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，3、襯底，4A、氣密封通道，4B、注氣通道，4C、傾斜旋轉(zhuǎn)氣流通道，5A、傾斜氣密封腔，5B、氣流緩沖腔，5C、旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)，6A、回氣通道，7A、回氣腔，8A、旋轉(zhuǎn)凹槽，9、吸水性多孔介質(zhì)，10、浸沒(méi)流場(chǎng)，11、密封通道氣體壓力場(chǎng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖I、圖2、圖3、圖4、圖5所示，本發(fā)明包括在投影透鏡組I、密封裝置和襯底3，密封裝置設(shè)置在投影透鏡組I和襯底3之間。所述的密封裝置為階梯式自適應(yīng)氣體密封裝 置2，包括下構(gòu)件2A、上構(gòu)件2B和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件2C ;其中
1)下構(gòu)件2A:下構(gòu)件2A為環(huán)狀柱體，圓周方向等距開(kāi)有1(Γ18個(gè)扇形多層的氣密封通道4Α，并且每個(gè)氣密封通道為51層；氣密封通道下部開(kāi)有從內(nèi)至外擴(kuò)大的傾斜氣密封腔5Α ;在氣密封通道外圍設(shè)有等距分布的回氣通道6Α，回氣通道6Α的下部設(shè)有回氣腔7Α，回氣腔7Α內(nèi)填充吸水性多孔介質(zhì)9 ;在下構(gòu)件2Α圓周外壁開(kāi)有環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)凹槽8Α ；
2)上構(gòu)件2Β:上構(gòu)件2Β為環(huán)狀柱體，下表面圓周方向開(kāi)有與下構(gòu)件2Α環(huán)狀柱體的扇形多層的氣密封通道4Α相應(yīng)個(gè)數(shù)的扇形的氣流緩沖腔5Β，對(duì)應(yīng)緊貼與下構(gòu)件2Α環(huán)狀柱體的扇形多層的氣密封通道4Α，每個(gè)氣流緩沖腔5Β的外側(cè)上方均開(kāi)有與氣流緩沖腔5Β連通的注氣通道4Β，注氣通道4Β位于最外層的氣密封通道4Α之外；
3)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件2C:旋轉(zhuǎn)構(gòu)件2C為環(huán)狀柱體，貫穿上下表面等距開(kāi)有8 10個(gè)傾斜旋轉(zhuǎn)氣流通道4C;在中心圓周內(nèi)壁設(shè)有環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)5C，旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)5C與下構(gòu)件2Α環(huán)狀柱體的環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)凹槽8Α鑲嵌配合。所述的扇形多層的氣密封通道4Α，從中心向外部方向，每層氣密封通道的寬度逐漸增大，遞增寬度在O. 5 lmm。所述的傾斜氣密封腔5A，從中心向外傾斜角度β為2(Γ40度。所述的傾斜旋轉(zhuǎn)氣流通道4C從上表面外部向下表面中心呈傾斜分布，傾斜角度與襯底夾角Y為6(Γ80度，并且上表面氣孔與下表面的氣孔在圓周方向上下兩氣孔圓心角度Θ為20 40度。如圖I所示，示意性表示了本發(fā)明實(shí)施方案的階梯式自適應(yīng)氣體密封裝置2與投影透鏡組的裝配，本裝置可以在分步重復(fù)或者步進(jìn)掃描式等光刻設(shè)備中應(yīng)用。在曝光過(guò)程中，從光源(圖中未給出)發(fā)出的光(如ArF* F2準(zhǔn)分子激光)通過(guò)對(duì)準(zhǔn)的掩膜版(圖中未給出)，投影透鏡組I和充滿浸沒(méi)液體的透鏡一襯底3間縫隙流場(chǎng)，對(duì)襯底3表面的光刻膠進(jìn)行曝光。本發(fā)明的工作原理如下
密封氣體進(jìn)入注氣通道4B后，流經(jīng)氣流緩沖腔5B，然后流經(jīng)多層氣密封通道4A，最后作用在浸沒(méi)流場(chǎng)10的彎液面上。由于氣體流經(jīng)通道的壓力損失隨著通道寬度的減小而增大，所以從中心向外部各層氣密封通道內(nèi)的氣體壓力不斷升高，呈階梯式分布；并且在最外部氣體流經(jīng)傾斜旋轉(zhuǎn)氣流通道4C，在氣流的后推力沖擊下，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件開(kāi)始旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生從外部向中心分布的旋轉(zhuǎn)氣幕。當(dāng)縫隙流場(chǎng)邊界隨著運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，改變多層氣密封通道的氣體流量，進(jìn)而實(shí)時(shí)相應(yīng)改變各層氣密封通道內(nèi)的壓力；結(jié)合外部的旋轉(zhuǎn)氣幕，最終達(dá)到穩(wěn)定的氣體密封的狀態(tài)，確保密封的可靠性與穩(wěn)定性。圖6所示，在襯底3靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，作用在浸沒(méi)流場(chǎng)10邊界的密封氣體均勻且密封通道壓力場(chǎng)11穩(wěn)定。由于氣體流經(jīng)通道的壓力損失隨著通道寬度的減小而增大，所以從中心向外部氣密封通道內(nèi)的氣體壓力不斷升高。在浸沒(méi)流場(chǎng)10邊界的彎液面處，來(lái)自由氣體密封通道4A的氣體壓力，與由浸沒(méi)單元注液裝置注液壓力傳遞而來(lái)的浸沒(méi)流場(chǎng)10的壓力結(jié)合液體自身的表面張力共同達(dá)到平衡。圖7所示，在襯底3由中心向外部高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于液體的分子附著力的作用，表面張力、氣密封壓力與浸沒(méi)流場(chǎng)10壓力的平衡被破壞。襯底3的牽拉作用浸沒(méi)流場(chǎng)10向外運(yùn)動(dòng)，處于紊流狀態(tài)下的浸沒(méi)流場(chǎng)10獲得較高動(dòng)能與壓力波動(dòng)向外圍運(yùn)動(dòng)，由于從內(nèi)至外擴(kuò)大的傾斜氣密封腔5A的作用，較高動(dòng)能與壓力波動(dòng)得以及時(shí)有效釋放。由于各層氣密封通道4A寬度從中心向外呈遞增，氣體流經(jīng)通道的壓力損失隨著通道寬度的減小而增大，所 以從中心向外部氣密封通道內(nèi)的氣體壓力不斷升高。再之每突破一層氣密封通道4A時(shí)，在總注入氣體流量不變的情況下，使得外部未封堵的氣密封通道4A內(nèi)氣體流量增大，氣體密封壓力進(jìn)一步升高，密封通道的氣體壓力場(chǎng)11階梯式分布正如圖7所示，密封效果進(jìn)一步提高。伴隨著不同的襯底的牽拉速度和注液壓力，密封氣體的流量與壓力自適應(yīng)變化，并且在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件2C中的旋轉(zhuǎn)氣幕的共同作用下，控制液體因受到襯底3牽拉作用導(dǎo)致的泄漏，確保了浸沒(méi)流場(chǎng)10的穩(wěn)定性。圖8所示，在襯底3由外部向中心運(yùn)動(dòng)，浸沒(méi)流場(chǎng)10邊界的動(dòng)態(tài)接觸角迅速增大。如果中心位置處保持較高的氣密封壓力，將極易導(dǎo)致氣泡的卷吸的發(fā)生，從而影響浸沒(méi)流場(chǎng)10的均一性，造成曝光成像缺陷。浸沒(méi)流場(chǎng)10液體受到襯底3的牽拉運(yùn)動(dòng)，浸沒(méi)流場(chǎng)10獲得一定動(dòng)能向中心運(yùn)動(dòng)，每釋放一層氣密封通道4A時(shí)，在總注入氣體流量不變的情況下，使得外部的氣密封通道4A內(nèi)氣體流量減少，內(nèi)部流場(chǎng)邊緣處氣體密封壓力將相對(duì)降低，此時(shí)密封通道的氣體壓力場(chǎng)11階梯式分布正如圖8所示，保證密封效果的同時(shí)又避免了氣泡的卷吸。最終形成在浸沒(méi)流場(chǎng)10的密封氣體的壓力自適應(yīng)降低，抑制了氣密封壓力過(guò)大對(duì)浸沒(méi)流場(chǎng)10形成沖擊以及氣泡卷吸的發(fā)生。圖9所示，在襯底掃描過(guò)程中遇到極端惡劣工況下(如瞬時(shí)高加速度和急停工況)所帶來(lái)的嚴(yán)重后果(如液滴泄漏)。本設(shè)計(jì)的外圍旋轉(zhuǎn)構(gòu)件2C將提供輔助密封作用，將泄漏的液滴配合填充在回氣腔7A的吸水性多孔介質(zhì)9經(jīng)過(guò)負(fù)壓回氣通道6A，得到有效的回收吸附，保證了氣密封的有效性與可靠性。
權(quán)利要求
1.一種用于浸沒(méi)式光刻機(jī)的階梯式自適應(yīng)氣體密封裝置，包括投影透鏡組(I)、密封裝置和襯底(3)，密封裝置設(shè)置在投影透鏡組(I)和襯底(3)之間；其特征在于所述的密封裝置為階梯式自適應(yīng)氣體密封裝置(2)，包括下構(gòu)件(2A)、上構(gòu)件(2B)和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(2C);其中 1)下構(gòu)件(2A):下構(gòu)件(2A)為環(huán)狀柱體，圓周方向等距開(kāi)有1(Γ18個(gè)扇形多層的氣密封通道(4Α)，并且每個(gè)氣密封通道為51層；氣密封通道下部開(kāi)有傾斜氣密封腔(5A);在氣密封通道外圍設(shè)有等距分布的回氣通道(6Α)，回氣通道(6Α)的下部設(shè)有回氣腔(7Α)，回氣腔(7Α)內(nèi)填充吸水性多孔介質(zhì)(9);在下構(gòu)件(2Α)圓周外壁開(kāi)有環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)凹槽(8Α)； 2)上構(gòu)件(2Β):上構(gòu)件(2Β)為環(huán)狀柱體，下表面圓周方向開(kāi)有與下構(gòu)件(2Α)環(huán)狀柱體的扇形多層的氣密封通道(4Α)相應(yīng)個(gè)數(shù)的扇形的氣流緩沖腔(5Β)，對(duì)應(yīng)緊貼與下構(gòu)件(2Α)環(huán)狀柱體的扇形多層的氣密封通道(4Α)，每個(gè)氣流緩沖腔(5Β)的上方均開(kāi)有與氣流緩沖腔(5Β)連通的注氣通道(4Β);注氣通道(4Β)位于最外層的氣密封通道(4Α)之外； 3)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(2C):旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(2C)為環(huán)狀柱體，貫穿上下表面等距開(kāi)有8 10個(gè)傾斜旋轉(zhuǎn)氣流通道(4C);在中心圓周內(nèi)壁設(shè)有環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)(5C)，旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)(5C)與下構(gòu)件(2Α)環(huán)狀柱體的環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)凹槽(8Α)鑲嵌配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于浸沒(méi)式光刻機(jī)的階梯式自適應(yīng)氣體密封裝置，其特征在于所述的扇形多層的氣密封通道(4Α)，從中心向外部方向，每層氣密封通道的寬度逐漸增大，遞增寬度在O. 5 1_。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于浸沒(méi)式光刻機(jī)的階梯式自適應(yīng)氣體密封裝置，其特征在于所述的傾斜氣密封腔(5Α)，從中心向外傾斜角度β為2(Γ40度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于浸沒(méi)式光刻機(jī)的階梯式自適應(yīng)氣體密封裝置，其特征在于所述的傾斜旋轉(zhuǎn)氣流通道(4C)從上表面外部向下表面中心呈傾斜分布，傾斜角度與襯底夾角Y為6(Γ80度，并且上表面氣孔與下表面的氣孔在圓周方向上下兩氣孔圓心角度Θ為20 40度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于浸沒(méi)式光刻機(jī)的階梯式自適應(yīng)氣體密封裝置。該氣體密封裝置是在投影透鏡組和襯底之間的裝置，由上構(gòu)件、下構(gòu)件和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件組成。在光刻掃描過(guò)程中，伴隨襯底高速運(yùn)動(dòng)對(duì)浸沒(méi)液體的牽拉作用，浸沒(méi)流場(chǎng)的邊界形態(tài)會(huì)發(fā)生迅速變化。該裝置內(nèi)部采用多層階梯式氣密封結(jié)構(gòu)，從中心向外部氣密封壓力逐漸升高，并且根據(jù)襯底的運(yùn)動(dòng)方向及速度大小實(shí)時(shí)調(diào)整各層氣體的密封壓力大小，從而抑制外圍氣密封壓力不足導(dǎo)致浸沒(méi)液體的泄漏，及內(nèi)部氣密封壓力過(guò)大導(dǎo)致的氣泡卷吸，實(shí)現(xiàn)液體的自適應(yīng)氣體密封。同時(shí)，在該裝置外部采用旋轉(zhuǎn)氣流輔助密封，進(jìn)一步提高了氣體密封的可靠性與穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102880016SQ20121040338
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者傅新, 劉琦, 陳文昱 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)