一种浸没控制单元的洁净度检测系统及其洁净度检测方法

摘要

本发明公开了一种浸没控制单元的洁净度检测系统及其洁净度检测方法，液体源连接浸没控制单元，向浸没控制单元提供液体；使液体从浸没控制单元内部流路流过并从浸没控制单元内部流路抽排；从浸没控制单元抽排的液体导入颗粒检测装置；检测流过浸没控制单元液体的颗粒物浓度。模拟浸没式光刻机中的应用场景，使液体流过浸没控制单元内部的流路后流入颗粒检测装置进行颗粒物含量的检测，确保浸没控制单元洁净度检测评估结果有效性，颗粒检测装置中设置的气液分离器，避免气泡对颗粒物检测的影响，提高对被测液体的颗粒物含量检测精度，提高浸没控制单元洁净度检测评估可靠性和有效性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种浸没式光刻技术领域，尤其是涉及一种用于检测浸没控制单元的洁净度检测系统及检测方法。

背景技术

光刻机是制造超大规模集成电路的核心装备之一，它利用光学系统把掩膜版上的电路图案精确地投影在涂覆光刻胶的衬底上并使光刻胶曝光改性，从而在衬底上留下电路图案信息。它包括激光光源、投影物镜系统、包含电路图案的投影掩膜版和涂有光敏光刻胶的衬底。

相对于中间介质为气体的干式光刻机，浸没式光刻(Immersion Lithography)设备通过在最后一片投影物镜与衬底之间填充某种高折射率的液体(称为浸没液体或浸液)，通过提高该缝隙液体介质的折射率(n)来提高投影物镜的数值孔径(NA)，从而提高光刻设备的分辨率和焦深。在现在的主流光刻技术中，由于浸没式光刻相对早期的干式光刻具有良好的继承性，所以受到广泛应用。而对于浸没液体的填充，目前广泛采用的方案是局部浸没法，也即使用浸没控制单元将液体限制在最后一片投影物镜的下表面和衬底上表面之间的局部区域内。保持浸没液体在曝光区域内的光学一致性和透明度，是保障浸没式光刻曝光质量的关键。为此，现有技术方案往往通过注液和回收实现浸没流场的实时更新，将光化学污染物、局部热量、微纳气泡等及时带离核心曝光区域，以确保浸没液体的高度纯净均一。

浸没控制单元的洁净度会对浸液内的污染物浓度造成影响，主要是浸没控制单元会向浸液中释放颗粒物。浸液与浸没控制单元接触会卷入其表面脱落的颗粒物，浸液在浸没控制单元中流动对其产生冲刷作用会增加颗粒物脱落和卷入的数量，颗粒物随浸液流入曝光区域后会干扰曝光光束的传播，导致曝光质量降低。浸没控制单元材料选择和内部流路的设计会影响其释放颗粒物的数量，有必要对浸没控制单元进行颗粒物释放特性的测试，以保证其在浸没式光刻机中工作时释放的颗粒物数量满足曝光要求。常规的颗粒物释放特性检测方法是将浸没控制单元放入液体中浸没一段时间，然后检测浸泡液在浸泡前后的颗粒物浓度改变量，作为浸没控制单元颗粒物释放特性的评价指标。但是浸没控制单元中向浸液释放颗粒物的主要是与浸液接触的壁面，如果使用浸泡法检测，会将浸没控制单元实际工作中不释放颗粒物的顶面和侧面也纳入颗粒物释放测量对象，会造成测量结果偏高。并且，浸泡法不能反映浸没控制单元实际工作中浸液流动冲刷作用对颗粒物释放特性的影响。

发明内容

本发明为解决现有浸没式光刻机存在着浸没控制单元会向浸液中释放颗粒物，颗粒物随浸液流入曝光区域后会干扰曝光光束的传播，导致曝光质量降低；而现有检测方法会造成测量结果偏高，不能反映浸没控制单元实际工作中浸液流动冲刷作用对颗粒物释放特性的影响等现状而提供的一种可模拟浸没式光刻机中的应用场景，确保浸没控制单元洁净度检测评估结果的有效性，提高对被测液体的颗粒物含量检测的精度，提高浸没控制单元洁净度检测评估的可靠性和有效性的浸没控制单元的洁净度检测系统及检测方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种浸没控制单元的洁净度检测系统，其特征在于：包括液体源和颗粒检测装置；液体源连接浸没控制单元，向浸没控制单元提供液体；使液体从浸没控制单元内部流路流过并从浸没控制单元内部流路抽排；从浸没控制单元抽排的液体导入颗粒检测装置；检测流过浸没控制单元的液体的颗粒物浓度。模拟浸没式光刻机中的应用场景，使液体流过浸没控制单元内部的流路后流入颗粒检测装置进行颗粒物含量的检测，使用检测出的颗粒物含量作为评价浸没控制单元洁净度的指标，根据浸没控制单元的洁净度评估其结构设计方案和材料选择是否满足光刻机曝光的解洁净度要求；确保浸没控制单元洁净度检测评估结果的有效性，提高对被测液体的颗粒物含量检测的精度，提高浸没控制单元洁净度检测评估的可靠性和有效性。

作为优选，所述的颗粒检测装置设有真空抽排机构。使液体源提供的液体流经浸没控制单元后稳定流入颗粒检测器。

作为优选，所述的液体源提供的液体包含乙醇或异丙醇。加速浸没控制单元的颗粒物释放速度，增加液体中颗粒物的浓度，从而使液体中的颗粒物浓度更容易被颗粒检测装置检出。

作为优选，所述的颗粒检测装置包括气液分离器和颗粒检测器，从浸没控制单元流出的液体，先导入气液分离器进行气液分离处理，再导入颗粒检测器检测颗粒物含量。经过气液分离器的气液分离处理，流入颗粒检测器的液体基本不包含气泡，从而提高颗粒物含量的检测精度。

作为优选，所述的颗粒检测装置还包括缓冲器，缓冲器设置于颗粒检测器的上游，对流入颗粒检测器的液体流量起到平抑脉动的作用。利用缓冲器对经浸没控制单元被抽排的液体起到流量缓冲的作用，抑制衬底牵拉或者抽排负压波动等因素造成的抽排液体流量的脉动，提升气液分离器的气液分离效果，提高颗粒检测器的测量精度。

作为优选，所述的颗粒检测装置前级设有标定流路，标定流路所用液体通过同一液体源提供，或者是通过独立的标定源提供；液体源或标定源通过标定流路绕过浸没控制单元将液体导入颗粒检测装置。提高对浸没控制单元释放颗粒物数量测量的准确度。

作为优选，所述的浸没控制单元被容器所包围和容纳，在所述容器中填充易溶于液体源提供的液体的气体。容器中填充易溶性气体的气氛，将容器中原先含有的空气或其他介质气体排出，易溶性气体即使在洁净度检测过程中溶于液体中，也不易形成气泡，从而提高颗粒物含量的检测精度。

作为优选，提供液体流过浸没控制单元后流入颗粒检测装置，同时经标定流路提供液体与流过浸没控制单元的液体汇集后流入颗粒检测装置。提供流量和颗粒物含量确定的辅助液体流，使流入颗粒检测器的浸液流量和颗粒物含量使之落入颗粒检测器的最佳检测范围内，从而提高颗粒物含量的检测精度。

本发明申请的另一个发明目的在于提供一种浸没控制单元的洁净度检测方法，其特征在于：使用本发明上述技术方案之一所述的浸没控制单元的洁净度检测系统，执行包括如下检测步骤：

A1.连接液体源、浸没控制单元和颗粒检测装置，将浸没控制单元设置于物镜外侧和衬底的上方；

A2.液体源经由绕过浸没控制单元的标定流路向颗粒检测装置提供液体，颗粒检测装置检测液体中的颗粒物含量，作为洁净度检测系统的背景颗粒物含量；

A3.使用液体源向浸没控制单元提供液体，液体填充物镜和衬底之间的空间；

A4.经浸没控制单元抽排液体并导入颗粒检测装置进行颗粒物含量检测，检测得到的实验颗粒物含量减去背景颗粒物含量后作为浸没控制单元的洁净度评价指标。

作为优选，所述的第A4步骤包括如下步骤：B1.将浸没控制单元抽排的液体导入气液分离器，分离液体中携带的气泡排放，将分离气泡后的液体导入颗粒检测器进行颗粒物含量检测。

本发明的有益效果是：本发明申请模拟浸没式光刻机中的应用场景，使液体流过浸没控制单元内部的流路后流入颗粒检测装置进行颗粒物含量的检测，使用检测出的颗粒物含量作为评价浸没控制单元洁净度的指标，根据浸没控制单元的洁净度评估其结构设计方案和材料选择是否满足光刻机曝光的解洁净度要求；本发明的装置充分还原浸没液体导致浸没控制单元释放颗粒污染物的情形，确保浸没控制单元洁净度检测评估结果的有效性；设置气液分离装置，去除被测液体中包含的气泡，提高颗粒检测的准确度；设置缓冲器，抑制流入颗粒检测器的液体的流量脉动；设置标定流路，消除颗粒检测装置的背景颗粒物含量；提高对被测液体的颗粒物含量检测的精度，提高浸没控制单元洁净度检测评估的可靠性和有效性。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1是本发明浸没控制单元的洁净度检测系统的实施例一结构示意图。

图2是本发明浸没控制单元的洁净度检测系统的实施例二结构示意图。

图3是本发明浸没控制单元的洁净度检测系统的实施例三结构示意图。

图4是本发明浸没控制单元的洁净度检测系统的实施例四结构示意图。

具体实施方式

实施例1:

图1所示的实施例中，一种浸没控制单元的洁净度检测系统，包括液体源20和颗粒检测装置200；液体源20连接浸没控制单元21，向浸没控制单元21提供液体；使液体从浸没控制单元21内部流路流过并从浸没控制单元内部流路抽排；从浸没控制单元21抽排的液体导入颗粒检测装置200；检测流过浸没控制单元的液体的颗粒物浓度。颗粒检测装置200安装设置有真空抽排机构。液体源20提供的液体可以是超纯水，也可以包含乙醇或异丙醇。颗粒检测装置200包括气液分离器23和颗粒检测器25，从浸没控制单元21流出的液体，先导入气液分离器23进行气液分离处理，再导入颗粒检测器25检测颗粒物含量。

实施例2:

图2所示的实施例中，颗粒检测装置还包括缓冲器22，缓冲器设置于颗粒检测器的上游，对流入颗粒检测器25的液体流量起到平抑脉动的作用。浸没控制单元被容器40所包围和容纳，在所述容器40中填充易溶于液体源提供的液体的气体。其他同实施例1相同。

实施例3:

图3所示的实施例中，颗粒检测装置200前级设有标定流路130，标定流路130所用液体通过同一液体源20提供；液体源20通过标定流路130绕过浸没控制单元21将液体导入颗粒检测装置200。提供液体流过浸没控制单元后流入颗粒检测装置，同时经标定流路130提供液体与流过浸没控制单元的液体汇集后流入颗粒检测装置。其他同实施例2相同。

实施例4:

图4所示的实施例中，颗粒检测装置200前级设有标定流路130，标定流路所用液体通过独立的标定源29提供；标定源29通过标定流路130绕过浸没控制单元21地将液体导入颗粒检测装置200。其他同实施例2相同。

实施例5:

图1、图2、图3、图4所示的实施例中，一种浸没控制单元的洁净度检测方法，使用本发明上述实施例之一所述的浸没控制单元的洁净度检测系统，执行包括如下检测步骤：

A1.连接液体源、浸没控制单元和颗粒检测装置，将浸没控制单元设置于物镜外侧和衬底的上方；

A2.液体源经由绕过浸没控制单元的标定流路向颗粒检测装置提供液体，颗粒检测装置检测液体中的颗粒物含量，作为洁净度检测系统的背景颗粒物含量；

A3.使用液体源向浸没控制单元提供液体，液体填充物镜和衬底之间的空间；

A4.经浸没控制单元抽排液体并导入颗粒检测装置进行颗粒物含量检测，检测得到的实验颗粒物含量减去背景颗粒物含量后作为浸没控制单元的洁净度评价指标。

第A4步骤包括如下步骤：B1.将浸没控制单元抽排的液体导入气液分离器，分离液体中携带的气泡排放，将分离气泡后的液体导入颗粒检测器进行颗粒物含量检测。

上述各实施例的更具体实施方式如下：

1)实施例一

如图1所示，本发明的一种浸没控制单元的洁净度检测系统，包括液体源20和颗粒检测装置200；液体源20连接浸没控制单元21，向浸没控制单元21提供液体；从浸没控制单元21流出的液体导入颗粒检测装置200；检测流过浸没控制单元21的液体的颗粒物浓度，作为浸没控制单元的洁净度的表征参数。

浸没控制单元21模拟浸没式光刻机中的工作情形设置，浸没控制单元21内侧设置物镜210，浸没控制单元21的底面对侧设置衬底218并且与衬底218之间形成底部间隙217；衬底218可以设置成可移动的，以模拟浸没式光刻机中衬底的扫描和步进运动；浸没控制单元21包括主注液口212和主抽排口213，经主注液口212提供液体，经主抽排口213抽排液体，使液体填充物镜210和衬底218之间的空间；浸没控制单元21还包括设置于底面的密封抽排口215，从底部间隙217抽排液体，避免液体泄漏至浸没控制单元21以外的区域。

颗粒检测装置200选用带有真空抽排功能和颗粒检测功能的装置，颗粒检测装置200经主抽排口213和密封抽排口215抽取液体，将流过浸没控制单元21的液体导入颗粒检测装置200并检测其颗粒物浓度；颗粒检测装置200可以采用流动式检测方式，对流动中的液体进行颗粒物检测，检测结果采用单位流量包含的颗粒物数量表征。

浸没控制单元21底部的密封抽为了最大程度地还原浸没控制单元的工作情形，经液体源20提供的液体可以是与浸没式光刻机中相同的浸没液体，例如超纯水；也可以使用乙醇或异丙醇等有机溶剂作为向浸没控制单元提供的液体，以加速浸没控制单元的颗粒物释放速度，增加液体中颗粒物的浓度，从而使液体中的颗粒物浓度更容易被颗粒检测装置200检出；但不宜使用酸性或碱性溶剂作为向浸没控制单元提供的液体，以避免浸没控制单元内部的流路受到化学性的侵蚀。为了最大程度地还原浸没控制单元的工作情形，经液体源20提供的液体可以是与浸没式光刻机中相同的流量，例如1.5LPM；也可以适当提高提供液体的流量以加速浸没控制单元的颗粒物释放速度，例如增加提供液体的流量至2LPM。

2)实施例二

密封抽排口215在抽排液体时会同时抽排液体外围的气体；液体在物镜210和衬底218之间的空间内流动，在物镜210与浸没控制单元21之间的间隙中形成气液界面214a，在衬底218与浸没控制单元21之间形成气液界面214b。由于液体流动造成气液界面214波动，可能向液体中卷入气泡；由于衬底218运动可能牵拉气液界面214b导致卷入气泡；而且液体源20提供的液体可能本身也可能携带气泡；这些因素导致进入颗粒检测装置200中的液体中包含大量气泡，气泡会被颗粒检测装置200误检为颗粒物，造成颗粒物含量检测结果偏高。

如图2所示，本实施例的颗粒检测装置200包括检测控制阀31、流量计27、气液分离器23和颗粒检测器25；浸没控制单元21依次连接检测控制阀31、流量计27和气液分离器23；经浸没控制单元21流出的液体导入气液分离器23，气液分离器23将气泡从液体中分离出来并排出至气体排放口24，气液分离器23处理后的液体导入颗粒检测器25，液体流过颗粒检测器25后流入液体排放口26。经过气液分离器23的气液分离处理，流入颗粒检测器25的液体基本不包含气泡，从而提高颗粒物含量的检测精度。

其余实施方式同实施例一。

优选地，将浸没控制单元21设置于容器40中，并且在容器40中填充易溶性气体的气氛，所填充的易溶性气体易溶于流过浸没控制单元21的液体，例如使用超纯水作为流过浸没控制单元21的液体时，使用二氧化碳气体作为填充容器40的易溶性气体。使用易溶性气氛包围浸没控制单元21，即使在洁净度检测过程中向液体中引入了气泡，气泡也能以较快的速度溶解于液体中，从而提高颗粒物含量的检测精度。

优选地，在浸没控制单元21下游设置缓冲器22，可以采用具有一定容积的空腔作为缓冲器22，缓冲器22对经浸没控制单元21被抽排的液体起到流量缓冲的作用，抑制衬底牵拉或者抽排负压波动等因素造成的抽排液体流量的脉动，提升气液分离器23的气液分离效果，提高颗粒检测器25的测量精度。

3)实施例三

如图3所示，浸没控制单元21设置于实验流路110上，实验流路110上还设置实验控制阀30，依次经实验流路110和检测流路120与气液分离器23连接，检测流路120上设置缓冲器22、检测控制阀31和流量计27，检测控制阀31控制检测流路120的通断，流量计27监测检测流路120中流动的液体流量；经浸没控制单元21流出的液体，经抽排流路110和检测流路120导入气液分离器23；还设置标定流路130，标定流路130自液体源20连接至检测流路120，标定流路130上具有标定控制阀32。对浸没控制单元21进行洁净度检测之前，进行检测系统的标定过程；关闭实验控制阀30，打开标定控制阀32和检测控制阀31，液体源20提供的液体直接进入检测流路120，颗粒检测器25检测液体中的颗粒物含量，以反映颗粒检测装置200中检测控制阀31、流量计27、气液分离器23以及颗粒检测器25自身产生的背景颗粒物含量；在对浸没控制单元21进行洁净度检测时，打开实验控制阀30和检测控制阀31，关闭标定控制阀32，使液体源20提供的液体流过浸没控制单元21后进入检测流路120检测得到实验颗粒物含量；从实验颗粒物含量中减去背景颗粒物含量，即为浸没控制单元21释放的颗粒物数量；设置标定流路，提高了对浸没控制单元释放颗粒物数量测量的准确度。

其余实施方式同实施例二。

4)实施例四

如图4所示，使用液体源20向实验流路110提供液体，使用标定源29向标定流路130提供液体；标定源29和标定流路可以起到洁净度检测系统的背景颗粒物含量标定功能，也可以在对浸没控制单元21进行洁净度检测的同时提供向检测流路120提供具有一定颗粒物含量的液体；在对浸没控制单元21进行洁净度检测时，同时开启实验控制阀30、标定控制阀32和检测控制阀31，实验流路110和标定流路130中的液体汇集后流入检测流路120并被颗粒检测器25检测利颗粒物含量；在实验流路110向标定流路130提供液体的同时使用标定源29和标定流路130向检测流路120提供具有一定颗粒物含量的液体，可以提高流入颗粒检测器25的液体流量以及颗粒物含量，避免实验流路110中液体的流量或颗粒物含量过小以致低于颗粒检测器25的检测阈值，还可以调节流入颗粒检测器25的液体流量以及颗粒物含量落入颗粒检测器25的最佳检测精度范围，提高对浸没控制单元释放颗粒物数量测量的准确度。

其余实施方式同实施例三。

5)实施例五

一种浸没控制单元的洁净度检测方法，使用本发明的浸没控制单元的洁净度检测系统，包括如下步骤：

A1：连接液体源20、浸没控制单元21和颗粒检测装置200，将浸没控制单元21设置于物镜210外侧和衬底218的上方；

A2.液体源经由绕过浸没控制单元的标定流路向颗粒检测装置提供液体，颗粒检测装置检测液体中的颗粒物含量，作为洁净度检测系统的背景颗粒物含量；

A3：使用液体源20向浸没控制单元21提供液体，液体填充物镜210和衬底218之间的空间；

A4：经浸没控制单元抽排液体并导入颗粒检测装置200进行颗粒物含量检测。

优选地，上述洁净度检测方法的A4步骤包括如下步骤：

B1：将浸没控制单元抽排的液体导入气液分离器，分离液体中携带的气泡排放，将分离气泡后的液体导入颗粒检测器25进行颗粒物含量检测。

优选地，上述洁净度检测方法的A1与A2步骤之间包括如下步骤：

C1：液体源20经由绕过浸没控制单元21的标定流路130向颗粒检测装置200提供液体，颗粒检测装置200检测液体中的颗粒物含量，作为洁净度检测系统的背景颗粒物含量。

在本发明位置关系描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。