基于親疏水交替表面的浸沒流場(chǎng)密封方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種浸沒流場(chǎng)的密封方法，尤其涉及一種基于親疏水交替表面的浸沒流場(chǎng)密封方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代光刻設(shè)備以光學(xué)光刻為基礎(chǔ)，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覆有光刻膠的襯底(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。
[0003]浸沒式光刻(Immers1n Lithography)系統(tǒng)通過在投影透鏡和襯底之間的縫隙中填充某種高折射率的液體，來提高投影透鏡的數(shù)值孔徑(NA)，從而提高光刻的分辨率和焦深。通常采用的方案是將液體限制在襯底上方和投影裝置的末端元件之間的有限區(qū)域內(nèi)。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)，這種高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的剪切作用會(huì)把縫隙內(nèi)填充的液體帶離縫隙，即導(dǎo)致液體的泄漏。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。
[0004]針對(duì)該問題，傳統(tǒng)的解決方案是在投影透鏡末端元件和襯底之間采用氣密封裝置環(huán)繞整個(gè)縫隙流場(chǎng)，氣密封裝置通過施加高壓氣體在環(huán)繞縫隙流場(chǎng)周邊形成氣幕，將液體限制在一定流場(chǎng)區(qū)域內(nèi)(參見中國(guó)專利ZL200310120944.4和美國(guó)專利US2007046916)。但這種氣密封的密封方式存在一些不足:
I)氣體密封邊界流動(dòng)不均勻、壓力集中等問題，氣流不均勻一方面不利于液體密封，在掃描過程中引起泄漏；另一方面可能產(chǎn)生氣泡，若氣泡進(jìn)入曝光場(chǎng)，將影響成像質(zhì)量；同時(shí)，填充液體及密封氣體回收時(shí)將形成氣液兩相流，由此引發(fā)系統(tǒng)振動(dòng)，影響曝光系統(tǒng)穩(wěn)定工作。
[0005]2)使用氣密封方式對(duì)浸沒流場(chǎng)進(jìn)行密封，當(dāng)掃描速度提高時(shí)，需要同時(shí)提高氣密封壓力來保證密封效果，但是較高的氣密封壓力雖然控制了液體泄漏問題，但是耗能較大，并且增加了前進(jìn)接觸角處得液體氣泡卷吸的可能性；同時(shí)，縫隙流場(chǎng)周邊過高的壓力會(huì)對(duì)浸沒式光刻系統(tǒng)的一些部件如投影物鏡等造成損害，導(dǎo)致曝光質(zhì)量降低，造成曝光缺陷。
[0006]除氣密封方法之外，另一種可行的辦法便是通過改變硅片襯底的表面親疏水特性對(duì)浸沒流場(chǎng)進(jìn)行密封。其具體的實(shí)施方式是在襯底上整體附著疏水性涂層，增大襯底表面的接觸角，從而使附著其上的浸沒流場(chǎng)彎月面形狀改變，呈現(xiàn)向內(nèi)收縮的趨勢(shì)，以減少浸沒流場(chǎng)的泄漏。但是此方法對(duì)浸沒式光刻掃描速度的提高貢獻(xiàn)相當(dāng)有限，通常還是配合氣密封方法共同使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種基于親疏水交替表面的浸沒流場(chǎng)密封方法。通過在浸沒單元下表面施加兩級(jí)由親水面和疏水面的交界面形成的密封環(huán)，有效阻止襯底高速運(yùn)動(dòng)下浸沒流場(chǎng)的泄漏問題，達(dá)到很好的密封效果。
[0008]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)明在浸沒式光刻系統(tǒng)中投影透鏡組和待曝光硅片襯底之間的浸沒單元的下表面進(jìn)行浸沒流場(chǎng)密封的方法，包括第一級(jí)親疏水密封以及第二級(jí)親疏水密封，其中:
1)第一級(jí)親疏水密封位于浸沒單元的回收流道與浸沒單元外緣邊界之間，第一級(jí)親疏水密封靠近回收流道；
2)第二級(jí)親疏水密封位于浸沒單元第一級(jí)親疏水密封的疏水環(huán)和浸沒單元外緣邊界之間，第二級(jí)親疏水密封靠近浸沒單元外緣邊界。
[0009]所述第一級(jí)親疏水密封及第二級(jí)親疏水密封均為利用親疏水交替表面對(duì)浸沒液體潤(rùn)濕特性的突變實(shí)現(xiàn)密封；所述的第一級(jí)親疏水密封能夠?qū)_出回收區(qū)域而發(fā)生外溢的浸沒液體及牽拉形成的泄漏液滴進(jìn)行攔截密封，起到主要的密封作用，同時(shí)能夠輔助回收；所述的第二級(jí)親疏水密封位于第一級(jí)親疏水密封的外側(cè)，在硅片襯底的掃描運(yùn)動(dòng)下，能夠?qū)⒉糠痔右莩龅谝患?jí)親疏水密封的第二級(jí)密封處的泄漏液滴再次束縛在浸沒單元的下表面，防止其脫離浸沒單元而造成泄漏，實(shí)現(xiàn)兩次密封，起到進(jìn)一步的保障作用。
[0010]所述第一級(jí)親疏水密封及第二級(jí)親疏水密封都是利用親疏水表面對(duì)流體的吸附能力上的差異來實(shí)現(xiàn)密封，當(dāng)流體流過親水面與疏水面相交的界面時(shí)，流體分別受到親水表面的吸附力和疏水表面的排斥力，其合力形成一個(gè)與運(yùn)動(dòng)方向相反的阻力，從而起到對(duì)流場(chǎng)的密封作用。
[0011]所述第一級(jí)親疏水密封到回收流道回收孔外邊緣的距離為I?5mm ;所述第一級(jí)親疏水密封的親水環(huán)的寬度覆蓋從第一級(jí)親疏水密封到注液流道外側(cè)邊緣的整個(gè)區(qū)域，第一級(jí)親疏水密封的疏水環(huán)、第二級(jí)親疏水密封的親水環(huán)和第二級(jí)親疏水密封的疏水環(huán)三者的寬度相等。
[0012]本發(fā)明具有的有益效果:
I)用基于親疏水交替表面的流場(chǎng)密封方法對(duì)浸沒流場(chǎng)進(jìn)行密封，可避免氣密封方法帶來的氣流不均勻、壓力集中、前進(jìn)彎月面處流體卷吸氣泡等問題，解決了掃描速度提高時(shí)過高的氣密封壓力對(duì)浸沒式光刻系統(tǒng)各部件的損害，同時(shí)降低了由于氣密封帶來的系統(tǒng)振動(dòng)冋題。
[0013]2)襯底高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，本發(fā)明不但能通過第一級(jí)密封對(duì)流場(chǎng)整體的外溢行為及大部分由后退彎月面牽拉出來的泄漏液滴進(jìn)行密封，并且能通過第二級(jí)密封，對(duì)少量從第一級(jí)密封中逃逸出來的泄漏液滴再次進(jìn)行密封，第二級(jí)密封將這些泄漏液滴束縛在浸沒單元的下表面，防止其脫離浸沒單元而造成泄漏；相對(duì)于傳統(tǒng)的氣密封方法，本發(fā)明提供的密封方式能起到更好的密封效果，在保證曝光質(zhì)量的前提下，提高光刻機(jī)的掃描速度。
[0014]3)本發(fā)明提供的密封方法可直接實(shí)施在現(xiàn)有的浸沒式光刻機(jī)中，不需要改變浸沒式光刻機(jī)各部件的結(jié)構(gòu)，節(jié)省人力物力；同時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)的氣密封方法，能降低系統(tǒng)整體的造價(jià)及使用成本，并節(jié)約能源。
【附圖說明】
[0015]圖1是浸沒單元與投影透鏡組裝配的簡(jiǎn)化示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明應(yīng)用于浸沒單元后的仰視圖。
[0017]圖3是表征襯底運(yùn)動(dòng)時(shí)第一級(jí)密封工作原理圖。
[0018]圖4是表征襯底運(yùn)動(dòng)時(shí)第二級(jí)密封工作原理圖。
[0019]1、投影透鏡組；2、浸沒單元，2A、注液流道，2B、回收流道，2C、浸沒單元外緣邊界；3、硅片襯底；4、第一級(jí)親疏水密封，4A、親水環(huán)，4B、疏水環(huán)；5、第二級(jí)親疏水密封，5A、親水環(huán)，5B、疏水環(huán)；6、浸沒流場(chǎng)，6A、第一級(jí)密封處浸沒流場(chǎng)邊界，6B、第二級(jí)密封處的泄漏液滴。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0021]如圖1所示，表明了發(fā)明實(shí)施方案中涉及的浸沒單元與投影透鏡組的裝配，本發(fā)明可以在分步重復(fù)或者步進(jìn)掃描式光刻設(shè)備中使用。在曝光過程中，從光源(圖中未給出)發(fā)出的光(如:ArF或KrF準(zhǔn)分子激光)通過對(duì)準(zhǔn)的掩膜板(圖中未給出)、投影透鏡組I和充滿浸沒液體的透鏡-襯底間的縫隙流場(chǎng)，對(duì)襯底3表面的光刻膠進(jìn)行曝光。
[0022]如圖1、圖2所示，在浸沒式光刻系統(tǒng)中投影透鏡組I和待曝光硅片襯底3之間的浸沒單元2的下表面進(jìn)行浸沒流場(chǎng)密封的方法，包括第一級(jí)親疏水密封4以及第二級(jí)親疏水密封5，其中:
1)第一級(jí)親疏水密封4位于浸沒單元2的回收流道2B與浸沒單元外緣邊界2C之間，第一級(jí)親疏水密封4靠近回收流道2B ；
2)第二級(jí)親疏水密封5位于浸沒單元2第一級(jí)親疏水密封4的疏水環(huán)4B和浸沒單元外緣邊界2C之間，第二級(jí)親疏水密封5靠近浸沒單元外緣邊界2C。
[0023]所述第一級(jí)親疏水密封4及第二級(jí)親疏水密封5均為利用親疏水交替表面對(duì)浸沒液體潤(rùn)濕特性的突變實(shí)現(xiàn)密封；所述的第一級(jí)親疏水密封4能夠?qū)_出回收區(qū)域而發(fā)生外溢的浸沒液體及牽拉形成的泄漏液滴進(jìn)行攔截密封，起到主要的密封作用，同時(shí)能夠