一种浸液供给回收系统及其控制方法与流程

1.本发明属于浸没式光刻机技术领域，涉及一种浸液供给回收系统及其控制方法。


背景技术：

2.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。
3.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，也即使用浸液供给回收装置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。
4.如图1所示，浸没式光刻机中投影物镜系统具有距离衬底2最近的末端物镜1，末端物镜1和衬底2之间形成第一间隙11；环绕末端物镜1设置浸没控制单元3，浸没控制单元3向第一间隙11内提供浸没液体lq，浸没控制单元3具有中心通孔31以供来自末端物镜1的曝光激光束穿过；当携带电路图案信息的曝光激光束穿过末端物镜1后，进入浸没液体lq，穿过浸没液体lq后投射在衬底2上；对于浸没式光刻机中常用的波长为193nm的曝光激光束，浸没液体lq可以采用超纯水，超纯水对于193nm激光的折射率大于空气，因此相对于干式光刻机，浸没式光刻机的曝光激光束穿过末端物镜1和浸没液体lq后可以汇聚为更小尺度的曝光靶区，从而在衬底上形成更小尺度的电路图案，从而提高光刻机的曝光分辨率。为了避免浸没控制单元3将振动和热扰动传递到末端物镜1以干扰其光学性质，设置浸没控制单元3不与末端物镜1相接触，于是在末端物镜1和浸没控制单元3之间形成第二间隙12。由于现有的浸没式光刻机在曝光过程中按照扫描步进原理相对于末端物镜1来移动衬底3，使得曝光激光束扫描式地将单幅电路图案投射到衬底2的单个靶区中，并步进式地将相同的电路图案投射到衬底2的多个靶区中；由于衬底2会发生相对于末端物镜1的运动，而浸没控制单元3相对于末端物镜1静止，因此衬底2会发生相对于浸没控制单元3的运动，衬底2与浸没控制单元3存在第三间隙13。
5.由于曝光过程中激光束会加热浸没液体lq，衬底2上的光刻胶发生光化学反应可能产生污染物释放到浸没液体lq中，浸没液体lq的温度和洁净度的改变将导致其光学性质改变；因此设置浸没控制单元3驱动浸没液体lq持续地流动更新以维持其温度和洁净度，具
体来说，浸没控制单元3中设置朝向第二间隙12的主注液口4，使用浸液供给模块ls经主注液口4向第二间隙12提供浸没液体lq；浸没控制单元3中设置朝向第二间隙12并且位于主注液口4对侧的主抽排口5，使用主抽排模块vm经主抽排口5抽排浸没液体lq；大部分浸没液体lq自主注液口4流入第二间隙12，随后流入第一间隙11，然后第一间隙11和第二间隙12中的浸没液体被主抽排口5抽排；还有一部分浸没液体lq会流入第三间隙13中，为了避免大量浸没液体lq遗留在衬底2表面上导致衬底2形成光刻缺陷，以及避免浸没液体lq浸湿其他部件造成损坏，浸没控制单元3在朝向衬底2的表面设置密封抽排口6，密封抽排口6可以是一圈均匀排布的小孔或者环形的缝隙，使用密封抽排模块vc经密封抽排口6将第三间隙13中的浸没液体lq抽走排出。衬底2在扫描和步进运动过程中会牵拉浸没液体lq，为了避免衬底2高速运动时过度牵拉浸没液体lq导致其脱离密封抽排口6的约束，在浸没控制单元3中密封抽排口6的径向外侧设置气密封口7，使用气体供给模块as经气密封口7向第三间隙13供给气体流，在气体流的提高压强和吹扫作用下，密封抽排口6对于浸没液体lq的约束能力也增强。主抽排口5和密封抽排口6将浸没液体lq完全抽排，浸没液体lq和外围气体之间形成了弯液面20，弯液面20所包围的浸没液体空间即为浸没流场。
6.浸没式光刻机借助末端物镜1和衬底2之间流动的浸没液体，可以实现更优的曝光分辨率；为了保证曝光质量，需要对浸液的纯净度、压力、流量和温度进行精细的调控；但浸没液体对于光刻机的其他部件而言是一种污染物，例如浸没液体进入装载衬底进行扫描步进运动的衬底台中会造成衬底台的定位精度下降甚至损坏，浸没液体的量过大会使得衬底台的负载过大造成定位精度下降等问题，因此需要对浸液的流动空间实现良好的约束；为了实现上述对浸液的纯化、调控和约束功能，浸液供给回收系统需要配置大量不同种类的流体调控组件；由于浸液供给回收系统还需要与光源系统、投影系统和衬底台系统等其他分系统和部件协同工作，可能需要适配不同的分系统和部件类型采取不同的操作方式；在实践中，还需要对浸液供给回收系统进行更换耗材、替换组件等维护操作；还存在装配和维护过程中对分系统和部件反复调试控制器的操作。在这些操作中，对包含多种多数量流体调控器件的浸液供给回收系统的设置容易产生动作冲突、器件配置错误、参数超限等故障。因此，需要一种适应对多类型多数量的流体调控组件进行高效可靠调控的控制器，保证浸液供给回收系统以及浸没式光刻机的有效可靠运行。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是提供一种适应多种类、多数量流体调控器件控制的浸没式光刻机的浸液供给回收系统及其控制方法。
8.一种浸液供给回收系统，包括浸液供给模块、主抽排模块、密封抽排模块和控制器，浸液供给模块与浸没控制单元连接并向其提供浸液，主抽排模块和密封抽排模块与浸没控制单元连接并从其抽排浸液；浸液供给模块、主抽排模块、密封抽排模块中包括流控器件，流控器件包括对流体参数进行调节的执行器和对流体参数进行检测的检测器；控制器连接执行器和检测器并对其工作行为进行控制；控制器包括主程序模块、动作设置模块和参数设置模块；主程序模块提供控制系统运行的基础功能，主程序模块与动作设置模块和参数设置模块连接，动作设置模块根据动作配置文件设置对流控器件的操作方法，参数设置模块根据参数配置文件设置流控器件的操作参数范围。
9.还包括气体供给模块，气体供给模块包括流控器件，控制器对气体供给模块中的流控器件进行控制。
10.所述动作配置文件和/或参数配置文件是xml文件。
11.所述控制器通过控制子控制器实现对各模块中的流控器件的控制。
12.所述动作配置文件包含适用于各种操作动作的标准字段；所述参数配置文件包含适用于各种流控器件参数的标准字段。
13.所述动作配置文件的标准字段包括设定状态检测、读取数据、动作步骤、输出数据、等待时间的字段。
14.所述参数配置文件的标准字段包括指明器件类型、状态量的上下限、操作量的上下限、告警量的上下限、设计寿命以及单位的字段。
15.所述控制器还包括配置编辑模块，配置编辑模块能够对动作配置文件和参数配置文件进行编辑。
16.一种浸液供给回收系统的控制方法，使用本发明所述的浸液供给回收系统，其特征在于包括如下步骤：
17.a1：编辑控制器的动作配置文件，指定对流控器件的操作方法；编辑控制器的参数配置文件，指定流控器件的输入和输出参数的范围，指明流控器件的特性；
18.a2：控制器接收指令，根据指令从动作配置文件读取操作方法，从参数配置文件读取受控流控器件特性；
19.a3：控制器根据动作配置文件，在参数配置文件限定的范围内进行逻辑和数值运算，产生控制信号；
20.a4：控制器将控制信号传递至受控的流控器件。
21.所述动作配置文件和参数配置文件是xml文件。
22.本发明在控制器中设置动作设置模块和参数设置模块，动作设置模块根据动作配置文件设置对流控器件的操作方法，参数设置模块根据参数配置文件设置流控器件的操作参数范围；控制器根据受控流控部件的状态，结合动作设置模块和参数设置模块的设置进行逻辑和数值运算，生成控制信号并向控制对象发送以控制其工作行为。浸液供给回收系统的使用和维护人员只需要对动作配置文件和参数配置文件进行编写和修改，即可控制浸液供给回收系统的使用方法，使控制器的控制程序的编写逻辑和过程显著简化；对控制程序中涉及使用过程的控制变量进行统一的操作和管理，降低了编写和修改控制程序中出错的风险，提高了控制器的可靠性；特别是在浸液供给回收系统中维护更换耗材、零部件、配合的衬底台系统以及调整曝光工艺参数等过程中，便于根据实际配置的改变情况调整控制器的控制程序，便于操作和维护人员使用；使用xml文件作为动作和参数配置文件的格式，进一步简化了对动作和参数配置文件的编辑和管理过程，进一步增强了控制器的外部扩展便利性和可靠性。
附图说明
23.图1为浸没流场的结构示意图；
24.图2为本发明实施例一的浸液供给模块/气体供给模块的结构示意图；
25.图3为本发明实施例一的主抽排模块/密封抽排模块的结构示意图；
26.图4为本发明实施例一的控制器工作原理示意图；
27.图5为本发明的配置文件结构示意图；
28.图6为本发明实施例二的控制器工作原理示意图。
具体实施方式
29.实施例一
30.如图1、图2和图3所示，一种浸液供给回收系统，包括浸液供给模块ls、主抽排模块vm和密封抽排模块vc，浸液供给模块ls与浸没控制单元3连接并向其提供浸液，主抽排模块vm和密封抽排模块vc与浸没控制单元3连接并从其抽排浸液；可选地配置气体供给模块as，气体供给模块as与浸没控制单元3连通，经浸没控制单元3向第三间隙13中浸液的径向外侧提供气体以增强对浸液的约束能力，使之不易泄漏至浸没控制单元3的控制范围以外。
31.浸液供给模块ls包括流体源40、供给动力源41、净化组件42、流动调控组件43、供给检测组件44、供给阀45和排放阀46；流体源40经流路顺次连接供给动力源41、净化组件42、流动调控组件43、供给阀45以及浸没控制单元3；流体源40提供浸没液体，供给动力源41提供浸液流动的动力，净化组件42对浸没液体进行去离子、过滤等操作使其纯净度达到光刻机曝光的要求，流动调控组件43对浸没液体流动的流量、压力和温度等流动参数进行调节使之稳定均匀，供给阀45控制向浸没控制单元3提供浸液流路的通断；于供给阀45上游设置供给检测组件，检测向浸没控制单元3提供的浸液的纯净度和流动参数。浸液供给模块ls还包括带有排放阀46的排液旁路，在不向浸没控制单元3提供浸液时，关闭供给阀45，打开排放阀46，使浸液通过排液旁路持续排放，保持浸液的持续流动，保证浸液的纯净度和温度等流控参数稳定，以便在再次供液时迅速提供符合要求的浸液。
32.主抽排模块vm和密封抽排模块vc包括气液分离器51、抽排调控组件52、抽排检测组件53和抽排动力源54；经浸没控制单元3引出的流路顺次连接气液分离器51、抽排调控组件52、和抽排动力源54；气液分离器5用于分离自浸没控制单元3抽排的气液两相混合流体使之成为流动更稳定的气相流和液相流，抽排调控组件52用于调节对流体抽排的流量、压力和温度等流动参数使之稳定均匀，抽排检测组件53检测抽排流路中的压力和流量等流动参数。
33.可选配置的气体供给模块as的结构与浸液供给模块ls类似，也包括对供给气体提供流动动力、净化、流动调控以及检测的组件。
34.浸液供给回收系统包括控制器8，控制器8控制系统中流控器件的工作行为；控制器8可以直接连接系统中各个分立的流控器件，也可以通过控制浸液供给模块ls等子模块中设置的plc控制器等子控制器81再控制子模块中的流控器件。浸液供给回收系统中的流控器件，指的是对浸液或气体的供给或抽排提供动力、净化、流动参数调控以及参数检测的器件；浸液供给回收系统中的流控器件可以分为执行器和检测器两大类，其中执行器包括原水泵、真空泵、空气压缩机、uv灯、加热器、制冷器、控制阀、真空调节器等，检测器包括检测流体流量、压力和温度的检测器，还包括检测浸液中离子、溶解氧、颗粒物或者气体中颗粒物等污染物含量的检测器。浸液供给回收系统中通常包含数百个流控器件，流控器件进行的操作种类多、操作的对象参数多、操作对象包括液体、气体、气液两相流等多种类型的流体，并且需要配合多种操作过程以实现对浸液和气体的纯净度以及流动参数的高精密度
调控。
35.浸液供给回收系统的控制器工作原理如图4所示，主控制器包含主程序模块，主程序模块提供控制系统运行的输入输出、文件处理、接口驱动、日志记录等基础功能；操作人员通过人机界面操作主控制器，主控制器与执行器、检测器和子控制器连接，根据控制程序接收信号或者发送控制指令，对流控器件或子控制器实现控制。主控制器的基本控制方法包括接收控制对象的信号，判断状态，进行逻辑和数值运算生成输出信号，发送控制指令等步骤；主控制器还包括动作设置模块和参数设置模块，主程序模块与动作设置模块和参数设置模块连接，根据动作设置模块指定的操作步骤和参数设置模块指定的操作数值范围，主程序对接收到的状态信号进行逻辑和数值运算，制定对控制对象的控制步骤和控制参数信号，向控制对象发出控制信号；动作设置模块根据动作配置文件设定操作步骤，参数设置模块根据参数配置文件设定操作数值范围。动作配置文件和参数配置文件使用统一的编写规则规定了对流控器件的操作步骤和操作数值范围，使主程序模块可以通过通用的逻辑和数值运算对来自或发送至流控器件的信号进行处理。浸液供给回收系统的使用和维护人员只需要对动作配置文件和参数配置文件进行编写和修改，即可控制浸液供给回收系统的使用方法，使控制器的控制程序的编写逻辑和过程显著简化；对控制程序中涉及使用过程的控制变量进行统一的操作和管理，降低了编写和修改控制程序中出错的风险，提高了控制器的可靠性；特别是在浸液供给回收系统中维护更换耗材、零部件、配合的衬底台系统以及调整曝光工艺参数等过程中，便于根据实际配置的改变情况调整控制器的控制程序，便于操作和维护人员使用。
36.子控制器也可以采用类似主控制器的控制架构和控制方法。
37.如图5所示，为了进一步统一对流控器件的控制方法，设置配置文件包括基础字段，具体地，动作配置文件包括依次设置的状态检测、读取数据、动作步骤、输出数据、等待时间、和执行状态检测等字段；参数配置文件包括器件类型、状态量的上下限、操作量的上下限、告警量的上下限、设计寿命、单位等字段。上述动作配置文件和参数配置文件的字段包含了对绝大多数流控器件进行控制所需的信息。在动作配置文件的字段中：状态检测字段设定了对流控器件实施控制前读取控制对象的在线状态的方法；读取数据字段设定了控制器读取流控器件参数的方法，例如利用rj45接口或者串行接口读取参数的方法；动作步骤字段设定了对流控器件的操作方法，例如对于浸没流场的初始化过程，设定首先启动主抽排模块vm和密封抽排模块vc，再启动主注液模块ls，再启动注气模块as的操作方法；输出数据字段设定了控制器进行逻辑和数值运算之后将运算结果输出的对象和传输方法；执行状态检测字段设定了是否需要在执行动作后检测控制器的执行状态；还包括等待时间字段，以适应不同流控器件不同的执行周期、采样周期和反馈周期。在参数配置文件的字段中：器件类型字段区分控制对象的属性，包括执行器、检测器和子控制器等三种类型，以便控制器判断信号的输入和输出操作；状态量下限和状态量上限字段分别指明了控制器对流控器件能够读取到的参数的范围；操作量下限和操作量上限字段分别设定了流控器件在正常工作条件下能够接收的参数的范围；告警量下限和告警量上限字段分别设定了流控器件在非正常工作条件下输出的参数的范围；为了便于维护浸液供给回收系统中种类、数量繁多的耗材，参数配置文件中设置设计寿命字段，便于控制器根据系统运行时间判断流控器件是否需要维护；参数配置文件中还包括单位字段，以适应不同流控器件中惯常使用的单
位体系，降低设定参数配置文件时出错的概率。
38.优选地，所述动作配置文件和参数配置文件使用xml文件。xml(extensible markup language)指可扩展标记语言，是一种用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言，可以用来标记数据、定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言。xml文件具有格式统一、标准，易于兼容多种语言体系，易于与其他系统进行远程交互的优点，特别适用于浸液供给回收系统这样的与多种分系统配合使用并且包含多种控制对象的控制应用。
39.例如，对于浸液供给模块ls从向浸没控制单元3提供浸液的供液状态切换为待机状态的动作，包括关闭供液阀和开启排放阀的动作，其动作配置xml文件包含如下片段：
40.<operation id＝”30005_ls_supplytostandby”><！
‑‑
浸液供给模块ls从供液状态切换为待机状态
‑‑
><！
‑‑
流控器件编号及注释
‑‑
>
41.<check>check id＝”1025_vv_ls_main”</check><！
‑‑
检查供液阀的工作状态
‑‑
>
42.<check>check id＝”1026_vv_ls_drain”</check><！
‑‑
检查排放阀的工作状态
‑‑
>
43.<read>port_state id＝”1025_vv_ls_main”</read><！
‑‑
读取供液阀的阀口状态
‑‑
>
44.<read>port_state id＝”1026_vv_ls_drain”</read><！
‑‑
读取排放阀的阀口状态
‑‑
>
45.<process>close id＝”1025_vv_ls_main”</process><！
‑‑
关闭供液阀
‑‑
>
46.<process>open id＝”1026_vv_ls_drain”</process><！
‑‑
开启排放阀
‑‑
>
47.<write>port_state id＝”1025_vv_ls_main”</write><！
‑‑
输出供液阀控制量
‑‑
>
48.<write>port_state id＝”1026_vv_ls_drain”</write><！
‑‑
输出排放阀控制量
‑‑
>
49.<delay>3s</delay><！
‑‑
延时3s，等待供液阀和排放阀完成操作
‑‑
>
50.<check>check id＝”1025_vv_ls_main”</check><！
‑‑
再次检查供液阀的工作状态
‑‑
>
51.<check>check id＝”1026_vv_ls_drain”</check><！
‑‑
再次检查排放阀的工作状态
‑‑
>
52.</operation>
53.又如，对于系统中的一个液体压力传感器，其参数配置xml文件包含如下片段：
54.<parameter id＝”2003_ps_ls_main”><！
‑‑
供液主流路液体压力传感器
‑‑
><！
‑‑
流控器件编号及注释
‑‑
>
55.<type>measure</type><！
‑‑
指明器件类型为检测器
‑‑
>
56.<state_low>0</state_low><！
‑‑
压力传感器的状态量下限(也即量程下限)为0pa，该压力传感器包含二次仪表，输出量为压力值
‑‑
>
57.<state_high>500</state_high><！
‑‑
压力传感器的状态量上限为500pa
‑‑
>
58.<operate_low>na</operate_low><！
‑‑
操作量下限缺省，压力传感器为检测器，不需要向其输入控制信号
‑‑
>
59.<operate_high>na</operate_high><！
‑‑
操作量上限缺省
‑‑
>
60.<warning_low>300</warning_low><！
‑‑
告警量下限，压力传感器检测到的压力高于300将发出部件异常的警告
‑‑
>
61.<warning_high>na</warning_high><！
‑‑
告警量上限缺省
‑‑
>
62.<life>10000</life><！
‑‑
压力传感器的维护周期为10000小时，到期提示应当对传感器进行标定维护
‑‑
>
63.<unit>pa</unit><！
‑‑
压力传感器的参数量单位为pa
‑‑
>
64.</parameter>
65.使用xml文件记载和控制对流控部件的操作方法和参数，便于系统的管理，降低控制器设置过程出现错误的风险，有利于提高使用和维护人员的操作便利性，有利于提升控制器工作的可靠性。
66.为了使配置文件记载的信息更加清晰，可以使用嵌套和继承的方式编写动作配置文件和参数配置文件，例如设定的浸没流场初始化过程的动作配置文件片段包括对注液模块的操作片段以及对抽排模块的操作片段等；又如对于包含多个状态量或者操作量的流控器件，针对每一个参数单独设置配置文件片段进行限定，例如用于去除浸液中溶解气的脱气膜组件，分别针对脱气膜组件集成的供液控制阀和冲扫气控制阀编写独立的参数配置文件片段。
67.实施例二
68.主控制器还包括配置编辑模块，配置编辑模块受主程序模块控制，在接受人机界面的对应操作指令后，对动作配置文件或者参数配置文件进行编辑。在调整流控器件的操作方法或者更换流控器件后，使用和维护人员可以直接通过人机界面对动作和参数配置文件进行修改，而不必直接编辑冗长且格式简单的配置文件，提升操作便利性和可靠性。其余实施方式同实施例一。
69.实施例三
70.一种浸液供给回收系统的控制方法，使用本发明所述的浸液供给回收系统，包括如下步骤：
71.a1：编辑控制器的动作配置文件，指定对流控器件的操作方法；编辑控制器的参数配置文件，指定流控器件的输入和输出参数的范围，指明流控器件的特性；
72.a2：控制器接收指令，根据指令从动作配置文件读取操作方法，从参数配置文件读取受控流控器件特性；
73.a3：控制器根据动作配置文件，在参数配置文件限定的范围内进行逻辑和数值运算，产生控制信号；
74.a4：控制器将控制信号传递至受控的流控器件。
75.优选地，所述动作配置文件和参数配置文件是xml文件。
76.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。