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浸没光刻液体传送及控制系统研究

作　者: 翟立奎
导　师: 傅新
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 浸没式光刻液密封多孔介质气密封气—液密封 FLUENT CFD 仿真
分类号: TN305
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 116次
引　用: 3次
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内容摘要

信息技术的快速发展促使半导体制造技术逐渐提高，光刻分辨率按照摩尔定律的预言继续减小。通过移相掩膜、光学临近校正和其他分辨率增强技术，光学光刻实现了小于入射光波长特征线宽的制造。然而光学光刻的极限分辨率约50nm，不能满足未来45nm和32nm节点要求。浸没式光刻在最后一片投影透镜和硅片间的缝隙内注入一种高折射率液体来替代原有的气体介质，增大的介质折射率使分辨率提高，从而可使光学光刻延伸至45nm以下。浸没液体传送装置是浸没光刻设备中的一个关键组件，用来实现缝隙内液体的平稳注入和回收，同时保证无泄漏和气泡产生。本文的工作就是进行浸没液体传送单元的设计、仿真和实验研究，主要内容如下：第一章，介绍了集成电路的发展概况和光学光刻技术的原理；概括了具有竞争力的下一代光刻技术，并对比了浸没式光刻的优势；综述了国内外浸没光刻技术的主要研究进展；最后概括了本文研究的重要意义和主要研究内容。第二章，分析了液体注入过程的物理特性，阐述了计算流体力学自由液面模型的仿真方法，采用二维模型研究了接触角、硅片扫描方向、入口速度和角度对注入过程的影响，最后采用三维模型，研究了缝隙高度对液面形状的影响。第三章，创建了二自由度模拟曝光平台，采用PMAC控制器实现伺服电机控制，应用PEWIN32控制软件实现了运动程序的执行和系统控制参数调节，最后简述了气—液控制回路的软硬件组成。第四章，简介了各种液体密封方法，提出本文拟采用液密封和气—液混合密封方式；针对普通液密封的不足，提出多孔介质边缘防泄漏的方法，并研究了多孔介质孔径、孔隙率、宽度等与液体流速和硅片扫描速度间的关系，获得了优化的参数组合，并结合实验研究，证明了液密封的可行性。第五章，设计了气密封方式的浸液单元，通过实验发现初步样机密封边界压力不均，从而提出了具有气压均压结构的设计方法，使得密封边界压力达到均布的效果，最后结合气密封和液密封的思想，设计了气—液混合密封浸液单元。第六章，采用CFD仿真研究了硅片静止和运动情况下，透镜底面所受正应力和剪应力情况，并对正应力变化进行了对比。第七章，对本论文的研究工作和成果进行了总结，展望了未来需开展的工作。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
主要符号表  7-8
论文插图索引  8-11
论文表格索引  11-12
目录  12-15
第一章绪论  15-29
  1.1 浸没式光刻技术研究背景  15-20
    1.1.1 集成电路发展概况  15-16
    1.1.2 光学光刻  16-19
    1.1.3 下一代光刻技术  19-20
  1.2 浸没式光刻技术原理  20-22
  1.3 国内外研究现状  22-27
    1.3.1 浸液系统研究进展概述  22-26
    1.3.2 自由液面与多孔介质 CFD 仿真研究概述  26-27
  1.4 课题研究意义  27-28
  1.5 主要研究内容  28-29
第二章浸液单元内缝隙流动特性研究  29-42
  2.1 液体注入过程的物理特性  29-31
  2.2 液体注入过程的流场仿真  31-41
    2.2.1 FLUENT软件基本结构  31-32
    2.2.2 自由液面(VOF)模型的建立  32-35
    2.2.3 接触角的影响  35-36
    2.2.4 硅片扫描方向的影响  36
    2.2.5 入口速度和角度的影响  36-40
    2.2.6 注液过程液面形状  40-41
  2.3 本章小结  41-42
第三章浸液单元实验系统  42-53
  3.1 承片台的硬件组成  42
  3.2 控制器的总体方案设计  42-44
  3.3 控制器的设计实现  44-45
    3.3.1 电机控制模式的确定  44-45
    3.3.2 控制器与伺服电机的硬件连接  45
  3.4 控制器的软件系统  45-50
    3.4.1 PEWIN32控制软件  45-46
    3.4.2 运动控制器各变量的初始化  46-47
    3.4.3 运动控制器坐标系的建立  47
    3.4.4 运动程序的编写  47-48
    3.4.5 系统控制参数调节  48-50
  3.5 气—液控制回路软硬件组成  50-52
  3.6 本章小结  52-53
第四章液密封浸液单元设计、仿真与实验研究  53-66
  4.1 密封方法简介  53-54
  4.2 液密封的原理  54
  4.3 液密封浸液单元初步设计  54-56
  4.3 多孔介质液密封液单元设计  56-64
    4.3.1 多孔介质简介  56-58
    4.3.2 多孔介质中的流动特性  58
    4.3.3 多孔介质仿真模型的建立  58-60
    4.3.4 多孔介质二维仿真结果  60-63
    4.3.5 多孔介质三维仿真与实验验证  63-64
  4.4 本章小结  64-66
第五章气—液混合密封浸液单元设计、仿真与实验研究  66-71
  5.1 气密封的原理  66
  5.2 气密封浸液单元初步设计  66-68
  5.3 气密封压力均布浸液单元设计  68
  5.4 气—液混合密封浸液单元设计  68-69
  5.4 本章小结  69-71
第六章浸液单元初步力效应研究  71-74
  6.1 透镜力效应研究  71-73
  6.2 本章小结  73-74
第七章总结与展望  74-76
  7.1 研究总结  74
  7.2 工作展望  74-76
参考文献  76-81
攻读学位期间取得的学术成果  81-82
致谢  82-83

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