一種用于浸沒式光刻機(jī)的垂直回收和氣密封裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了一種流場密封裝置，特別是涉及了一種用于浸沒式光刻機(jī)的垂直回收和氣密封裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光刻機(jī)是制造超大規(guī)模集成電路的核心裝備之一，現(xiàn)代光刻機(jī)以光學(xué)光刻為主，它利用光學(xué)系統(tǒng)把掩膜版上的圖形精確地投影并曝光在涂過光刻膠的硅片上。它包括一個(gè)激光光源、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)對準(zhǔn)系統(tǒng)和一個(gè)涂有光敏光刻膠的硅片。
[0003]浸沒式光刻(Immers1n Lithography)設(shè)備通過在最后一片投影物鏡組與娃片之間填充某種高折射率的液體，相對于中間介質(zhì)為氣體的干式光刻機(jī)，提高了投影物鏡的數(shù)值孔徑(NA)，從而提高了光刻設(shè)備的分辨率和焦深。在已提出的下一代光刻機(jī)中，浸沒式光刻對現(xiàn)有設(shè)備改動(dòng)最小，對現(xiàn)在的干式光刻機(jī)具有良好的繼承性。目前常采用的方案是局部浸沒法，即將液體限制在硅片上方和最后一片投影物鏡的下表面之間的局部區(qū)域內(nèi)，并保持穩(wěn)定連續(xù)的液體流動(dòng)。在步進(jìn)-掃描式光刻設(shè)備中，硅片在曝光過程中進(jìn)行高速的掃描運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)會將曝光區(qū)域內(nèi)的液體帶離流場，從而引起泄漏，泄漏的液體會在光刻膠上形成水跡，嚴(yán)重影響曝光質(zhì)量。隨著光刻過程的進(jìn)行，光刻膠的分解會產(chǎn)生顆粒和氣泡等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)同樣會影響曝光質(zhì)量，需利用液體的流動(dòng)將這些雜質(zhì)帶離浸沒流場。因此，浸沒式光刻技術(shù)中必須重點(diǎn)解決工作過程中液體的泄漏和浸沒液體的更新率問題。
[0004]目前已有的解決方案中，重點(diǎn)解決的問題是填充液體的密封問題，采用氣密封或液密封構(gòu)件環(huán)繞投影物鏡組末端元件和硅片之間的縫隙流場。氣密封技術(shù)是在環(huán)繞填充流場的圓周周邊上，通過施加高壓氣體形成環(huán)形氣幕，將填充液體限定在一定的圓形區(qū)域內(nèi)。液密封技術(shù)則是利用與填充液體不相容的第三方液體(通常是磁流體或水銀等)，環(huán)繞填充流場進(jìn)行密封。但是存在以下不足:液密封方式對密封液體有十分苛刻的要求，在確保密封性能要求的同時(shí)，還必須保證密封液體與填充液體不相互溶解、與光刻膠(或Topcoat)及填充液體不相互擴(kuò)散。在襯底高速運(yùn)動(dòng)過程中，外界空氣或密封液體一旦被卷入或溶解或擴(kuò)散到填充液體中，都會對曝光質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決局部浸沒式光刻技術(shù)中的縫隙流場密封問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于浸沒式光刻機(jī)的垂直回收和氣密封裝置，在流場邊緣使用氣密封結(jié)構(gòu)防止縫隙流場中的液體泄漏，從而滿足光刻機(jī)高速工作狀況的要求。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]在浸沒式光刻機(jī)的投影物鏡組和硅片之間設(shè)置有本發(fā)明垂直回收和氣密封裝置，所述垂直回收和氣密封裝置包括浸沒單元基體和浸沒單元下端蓋:
[0008]I)浸沒單元基體:
[0009]在浸沒單元基體上開有中心錐孔，中心錐孔向外的浸沒單元基體底面依次開有同心圓環(huán)的垂直氣液回收腔和注氣腔，浸沒單元基體四邊中相對稱的兩側(cè)面分別開有水平注液口和水平液體回收口，浸沒單元基體四邊中相對稱的另外兩側(cè)面分別開有注氣口，水平注液口和水平液體回收口兩側(cè)的浸沒單元基體上均開有垂直氣液回收口；
[0010]2)浸沒單元下端蓋:
[0011]浸沒單元下端蓋上開有中心通孔，中心通孔向外的浸沒單元下端蓋頂面依次開有同心圓環(huán)的垂直氣液回收孔槽和氣密封孔槽，垂直氣液回收孔槽和氣密封孔槽分別與浸沒單元基體的垂直氣液回收腔和注氣腔對應(yīng)相通；垂直氣液回收孔槽上開有多道沿圓周間隔均布的微孔作為垂直氣液回收孔，氣密封孔槽開有一道沿圓周間隔均布的微孔作為氣密封孔，垂直回收孔的每個(gè)微孔均位于相鄰道垂直回收孔中最緊鄰的兩個(gè)微孔中點(diǎn)連線的中垂線上，氣密封孔的每個(gè)微孔均位于最外圈垂直回收孔中最緊鄰的兩個(gè)微孔中點(diǎn)連線的中垂線上。
[0012]所述的浸沒單元基體上注氣口與注氣腔之間通過注氣流道連接并過渡，注氣流道成流線型的喇叭狀，開口逐漸增大最終延伸到注氣腔上，注氣流道分別注氣口與注氣腔連接處呈圓角過渡。
[0013]所述的垂直氣液回收口經(jīng)垂直氣液回收流道與垂直氣液回收腔相通，水平注液口、水平液體回收口分別經(jīng)水平注液流道、水平液體回收流道與垂直氣液回收腔相通，注氣口經(jīng)注氣流道與注氣腔相通。
[0014]所述的垂直氣液回收孔和氣密封孔的微孔形狀為圓形或方形，垂直氣液回收孔沿圓周多道數(shù)量為兩圈以上；每一個(gè)垂直氣液回收孔和氣密封孔的形狀不限于圓形或方形，垂直氣液回收孔的圈數(shù)不限于兩圈或更多。
[0015]所述的浸沒單元基體中心錐孔的側(cè)面水平方向上對稱開有水平注液流道出口和水平液體回收流道入口，水平注液流道出口以及水平液體回收流道入口均為截面呈折線的弧形槽結(jié)構(gòu)，且水平注液流道出口以及水平液體回收流道入口在垂直方向上存在高度差。
[0016]所述的浸沒單元下端蓋是一體成型的，下端蓋垂直氣液回收孔和氣密封孔均開在一體成型的浸沒單元下端蓋上。
[0017]本發(fā)明具有的有益效果是:
[0018]1、使用了本發(fā)明所述的新型垂直回收和氣密封裝置后，用3D打印技術(shù)直接成型的浸沒單元，可以用于動(dòng)態(tài)密封性能的測試實(shí)驗(yàn)之中，并且硅片的運(yùn)動(dòng)速度可以達(dá)到350mm/s并且不發(fā)生泄漏。未使用本發(fā)明所述裝置的3D打印成型的浸沒單元，多用于靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，即硅片為靜止?fàn)顟B(tài)，用于動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)硅片速度也只在100mm/S左右；未使用本發(fā)明所述裝置的機(jī)械精加工成型的浸沒單元，可用于動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，硅片的運(yùn)動(dòng)速度可以達(dá)到400_/s，但加工成本大大增加，會超過3D打印成本的5-10倍甚至更多。
[0019]2、交錯(cuò)分布的垂直氣液回收孔可以增強(qiáng)對流場邊界的約束力，從而提高密封性會K。
[0020]3、由于液體泄漏多發(fā)生在最外層相鄰兩個(gè)垂直氣液回收孔之間，故將氣密封孔設(shè)置在最外層相鄰兩個(gè)垂直氣液回收孔圓心連線的中垂線上，可以提高浸沒單元的密封效果，更好得防止液體泄漏。
[0021]4、將垂直氣液回收孔和氣密封孔設(shè)置于同一零件上，不必為加工氣密封孔而增加一個(gè)需要精加工打孔的零件，可減少浸沒單元的加工流程，節(jié)省加工成本，同時(shí)簡化裝配難度。
[0022]5、注氣流道成流線型喇叭狀，可以讓氣體更均勻得分布于注氣腔之中。由于測試方法以及測試設(shè)備的不足，該有益效果只能通過仿真得到驗(yàn)證。
[0023]6、將所有對外接口以及內(nèi)部流道集成在浸沒單元基體這一個(gè)零件上，并通過3D打印技術(shù)一次性完成內(nèi)部所有的復(fù)雜流道，這極大得節(jié)約了成本，減小了加工難度，簡化了裝配過程。
[0024]7、確定了浸沒單元下端蓋垂直氣液回收孔和氣密封孔的相對位置，避免了設(shè)計(jì)過程中的盲目性。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明與投影透鏡組相裝配的簡化示意圖。
[0026]圖2是浸沒單元爆炸剖面圖。
[0027]圖3是浸沒單元基體2a從中間位置剖開的俯視圖。
[0028]圖4是浸沒單元基體2a仰視圖。
[0029]圖5是喇叭形注氣流道4d的示意圖。
[0030]圖6是浸沒單元下端蓋2b的俯視圖。
[0031]圖7垂直氣液回收孔排布不意圖。
[0032]圖8氣密封孔排布不意圖。
[0033]圖中:1、投影透鏡組，2、垂直回收和氣密封裝置，2A、浸沒單元基體，2B、浸沒單元下端蓋，3A、水平注液口，3B、水平液體回收口，3C、垂直氣液回收口，3D、注氣口，4A、水平注液流道，4B、水平液體回收流道，4C、垂直氣液回收流道，4D、注氣流道，5A、水平注液口出口，5B、水平液體回收口入口，5C、垂直氣液回收腔，5D、注氣腔，6A、垂直氣液回收孔，6B、氣密封孔，7、硅片，11、浸沒液體。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0035]如圖1所示，垂直回收和氣密封裝置2安裝在投影物鏡組I和硅片7之間，垂直回收和氣密封裝置2開有中心錐孔，垂直回收和氣密封裝置2的主要功能是將浸沒液體11限制在投影物鏡組I的正下方，從投影物鏡組I發(fā)出的光線穿過垂直回收和氣密封裝置2的中心通孔后進(jìn)入浸沒液體11，即要經(jīng)過浸沒液體11照射在硅片7上，完成曝光過程，浸沒液體的折射率要比空氣高，從而能夠提高光刻系統(tǒng)的數(shù)值孔徑和分辨率。
[0036]如圖2所示，垂直回收和氣密封裝置2由浸沒單元基體2A、浸沒單元下端蓋2B，兩個(gè)零件的表面緊貼在一起，表面的貼合處具有密封功能，在外部用螺釘緊固。其中:
[0037]I)浸沒單元基體2A:
[0038]如附圖3所示為浸沒單元基體2A的剖視圖以及附圖4所示的浸沒單元基體2A仰視圖，在浸沒單元基體2A上開有中心錐孔，中心錐孔向外為相對分布的基體水平注液口 3A和基體水平液體回收口 3B，基體水平注液口 3A與水平注液流道4A相連，