本发明涉及半导体领域，特别涉及一种曝光用投影物镜以及光刻系统。
背景技术：
现有技术中的光刻机如图1所示，支撑框架1支撑照明系统2、掩膜台3、投影物镜4和硅片台6，硅片台6上放置有一涂有感光光刻胶的硅片5。请参考图2，其中投影物镜4由多组外圈镜座41和内圈镜片42(虚线)组成。投影物镜4的流场模型为：在外圈镜座41上设有一个通气口430，供气源进入物镜腔室内部，气源提供的气体期望为惰性气体或中性气体，为了避免气体在物镜腔室中因曝光发生氧化反应，期望值为氦气或者氮气。请参照图2，通气口430的长度方向为水平方向，气体以水平方向进入到外圈镜座41与内圈镜片42之间的物镜腔室(401、402、403、404)中，每个内圈镜片42与同轴的外圈镜座41形成一组，每组内圈镜片42与上下相邻内圈镜片42之间通过镜座组件密封安装，为了使每个物镜腔室相连通，在每组安装的外圈镜座41上打有通孔44，相邻的两个物镜腔室的外圈镜座41之间设置了通气管45将对应的通孔44连接，气体通过通孔44进入到下一个物镜腔室中。
投影物镜在工作时，为了防止因曝光产生的热影响导致镜片组引起氧化污染，或通入的气体因滞留而污染光刻胶，需要物镜内部维持流动的过压环境，希望物镜内部的流场尽量均匀地流动，内部过压期望值为100±1帕，流场速度范围期望值为0-0.3m/s。阻止外界环境入侵，通过物镜内部结构的流场分析，研究物镜内部结构通气过程的流场和压力分布，通过物镜内部结构的过压设计来防止镜片受污染。
按照流量为12l/h计算，约为0.000004kg/s的质量流量，可按照以下公式算出入口压力分布：
其中：po为总压，ps为静压，
为保证物镜腔室维持一定的过压，通孔44设计为100帕，待物镜腔室流场稳定后查看流场及压力分布状态。
参见图4所示，物镜腔室的流场矢量图分布可以看出，从通气口430进入的气体，流经下方三个腔室，分别为腔室402、403、404，流场速度较均匀，分布范围约为0-0.05m/s。气体从腔室402流入，并在腔室402中形成环流漩涡，遇到下层通孔44，再往下流动，因此形成图中的流速大小及方向分布。由图3可看出，在腔室402中气体流动比较强烈，腔室403次之，因腔室404体积突然变大关系，往腔室404流动的流速逐渐变为零，而往上腔室401流动的几率约为零，导致腔室401中的气体只能通过分子扩散进行交换，从而导致与腔室401相邻的内圈镜片42表面容易因滞留气体或者曝光反应而引起污染影响。
通过仿真实验，可以计算出出镜片区域流场分布比较均匀，压力分布范围为100.13-100.00帕，但是入口位置气体流速和压力波动比较大。
此外上述结构仍旧面临的问题是：因通气口430位置结构的设计和腔室402结构的设计，以及通孔44的设计，形成了一定的流场死角区，因流场死角区的存在，而通孔44的位置刚好设计于此，从而导致了气体无法从死角位置流通到腔室401中。通过仿真，从入口430进入的气体流线可以看出，投影物镜4中的通孔44设计形成的气体在物镜腔室中的均匀流动性很差，80％的通孔44没有气体流通，设计的利用率很差。
用实验来验证腔室401中的气体分子扩散与时间的关系，当氮气从通气口430进入到投影物镜4中，在通孔44的位置连接溶氧传感器，用于测量投影物镜4内部氧气的浓度含量，通过监测氧气的浓度含量，来计算氮气将投影物镜4内部的空气全部排出所用的时间，结果显示：当氧气浓度含量为零时，所需的时间大于1小时，即投影物镜4内部气体分子扩散的时间大于1小时，消耗了大量的时间用于物镜稳定过压状态，从某种程度上降低了产率。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提出了一种曝光用投影物镜以及光刻系统，用于解决上述物镜镜片容易受气体感染的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种曝光用投影物镜，从上至下依次包括若干个物镜腔室，在顶层的物镜腔室的顶部设置有气体导流装置，在底层的物镜腔室设置有出气孔，气体从所述气体导流装置从上至下依次流入所有所述物镜腔室并从所述出气孔流出。
作为优选，所述气体导流装置为与所述顶层的物镜腔室连通的导气管，所述导气管的长度方向垂直于水平面。
作为优选，每个所述物镜腔室上对称分布有若干个通气孔，相邻两个物镜腔室上对应的通气孔通过通气管连接，所述物镜腔室内的气体通过所述通气管流入相邻的所述物镜腔室。
作为优选，所述顶层的物镜腔室与相邻的物镜腔室之间的通气管的长度方向与水平面形成45°夹角，剩余的所述通气管皆垂直于水平面。
作为优选，所述物镜腔室由镜片和与所述镜片同轴的镜座组成。
作为优选，所述通气孔设置在所述镜座上。
作为优选，两个相邻的所述物镜腔室的镜片通过镜座组件连接。
作为优选，所述出气孔位于所述底层的物镜腔室底部。
本发明还提供一种光刻系统，从上至下依次包括
一照明系统，用于提供照明光；
一掩膜台，用于放置掩膜；
一如上所述的投影物镜，用于调整照明光；
一硅片台，用于放置待光刻的硅片；
还包括一支撑框架，所述照明系统、所述投影物镜、所述硅片台皆固定在所述支撑框架上。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供一种曝光用投影物镜及使用这种投影物镜的光刻系统，该投影物镜在顶部设置气体导流装置，使得外部气体从该气体导流装置进入投影物镜的物镜腔室内，这样改变了气体的流动方向，从而改变了气体流动时受到的压力，避免了流动死角的产生，从而可以减小投影物镜镜片被污染的几率。
附图说明
图1为现有技术中光刻机的结构示意图；
图2和图3皆为现有技术中投影物镜结构示意图；
图4为现有技术中投影物镜内的流场矢量图；
图5为本发明提供的投影物镜剖面图；
图6为本发明提供的物镜腔室内空气流动的测试装置结构示意图；
图7为现有技术和本发明提供的投影物镜结构流线对比图。
图1-3中：1-支撑框架、2-照明系统、3-掩膜台、4-投影物镜、401～404-物镜腔室、41-外圈镜座、42-内圈镜片、430-通气口、44-通孔、45-通气管、5-硅片、6-硅片台、
图4-图5中：4001-第一物镜腔室、4002-第二物镜腔室、4003-第三物镜腔室、4004-第四物镜腔室、4100-镜片、4200-镜座、4310-通气口、4610-气控箱、4620、4640-压力传感器、4630、4650-流量传感器、4670-溶氧传感器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
投影物镜在工作时，为了防止因曝光产生的热影响导致镜片组引起氧化污染，或通入的气体因滞留而污染光刻胶，需要物镜内部维持流动的过压环境，希望物镜内部的流场尽量均匀地流动，这方面的技术主要受物镜腔室结构的影响，在理论上体现为尽量减小物镜腔室的压差阻力的作用，阻力是指流体绕物体流动所引起的切向应力和压力差造成的，分为摩擦阻力和压差阻力，摩擦阻力是黏性直接作用的结果，压差阻力是指作用物体表面的压力在来流方向上的投影总和，是粘性间接作用的结果，是由于边界层的分离，在物体尾部区域产生尾涡而形成的。压差阻力的大小与物体形状有很大关系，故又称为形状阻力，本发明主要是通过结构改进来减小物镜腔室的形状阻力。物体的阻力系数由下式确定：
fd为壁面由于黏性力所引起的摩擦阻力，a为物体在垂直于运动方向或来流方向的截面积,ρ为气体密度，v为流速。
为了减小物镜腔室的流动阻力，本发明采用力学相似原则来解决因物镜腔室内流动阻力产生的死角问题，力学相似原理即在相似的实物流动与模型流动中存在一切无纲量系数皆对应相等的关系，对于模型流动符合不可压缩流体的运动微分方程式，其x方向的投影为：
其中p为压强，t为当地时间，ux为x向的速度分量，▽2为拉普拉斯算子。
则其与力学相似的实物模型中各物理量必与模型流动中各物理量存在一定的比例关系，故实物流动的运动方程式可以表示为：
在n-s方程式中的所有各项都具有加速度的纲量lt-2，故上式每一项前面的比例尺都是加速度的比例尺，他们应该是相等的，即：
这δg、
对于本发明因是气体，忽略第一项质量力之比，用上式中第二、第三项去除第四项，分别得到了表压力与惯性力之比：
相似准则不仅是是判别相似的标准，也是设计模型的准则，因为满足相似准则实质上意味着相似比例之间要保持以下两个制约关系：
为了达到上述目的，请参照图5，本发明基于上述原理提供一种曝光用投影物镜，从上至下依次包括若干个物镜腔室，本实施例所述的物镜腔室共设有四个，从上至下分别为第一物镜腔室4001、第二物镜腔室4002、第三物镜腔室4003和第四物镜腔室4004，在所述第一物镜腔室4001的顶部设置有气体导流装置，所述第四物镜腔室4004设置有出气孔(未图示)，使得气体从所述气体导流装置从上至下依次流入四个物镜腔室并从所述出气孔流出。
本发明提供的气体导流装置为设置在第一物镜腔室4001顶部的通气口4310，通气口4310的长度方向平行于竖直方向，也即垂直于水平面，这样气体从顶部通气口4310进入第一物镜腔室4001，形成一种自上而下的气体流通方式，可以满足压力自上而下的逐渐递减，流通顺畅，避免了第一物镜腔室4001内流场死区的存在，使第一物镜腔室4001的压力和流速均匀的分布。
四个物镜腔室皆由镜片4100和与镜片4100同轴的镜座4200组成，相邻的两个镜片4100皆通过镜座组件连接，四个物镜腔室的底部皆设置有若干个均匀分布的通孔，每两个相邻的物镜腔室之间对应的通孔使用通气管两两相连，这样在一个物镜腔室内的气体通过通孔、通气管从另一个物镜腔室的通孔流出，在所在的物镜腔室内均匀流动。
请参照图5，每一层设置有若干个均匀分布的通气管，相邻两层的通气管的倾斜角度以及分布位置皆不相同，第一物镜腔室4001和第二物镜腔室4002之间的通气管放入长度方向与水平面形成45°夹角，第二物镜腔室4002和第三物镜腔室4003之间的通气管、第三物镜腔室4003和第四物镜腔室4004之间的通气管皆为竖直方向，即垂直于水平面，这两层的通气管相互错开。
为了检测本发明提供的投影物镜内部的气流通畅度是否增加，通过仿真验证气体在现有技术中提供的投影物镜和本发明提供的投影物镜中流动所受到的压力阻力和粘性阻力的大小，并将气体在xyz三个方向分别受到的压力阻力和粘性阻力之和计算列举如下表：
从表中可以看出，气体在y方向上受到的压力阻力和粘性阻力之和产生的差异较为明显，也就是说使用气体在本发明提供的投影物镜内流动时，受到的y方向上的阻力显著减小。从仿真实验中可以计算出投影物镜中镜片区域流场分布比较均匀，压力分布范围为100.43-100.00帕，流场速度较均匀，分布范围约为0-0.05m/s，压力和流速的波动范围均在期望值内。
为了检测本发明提供的投影物镜内部的对镜片的污染是否显著减小，请参照图6，提供一种物镜腔室内空气流动的测试装置，对现有技术中的投影物镜结构和本发明提供的投影物镜结构进行测试，该测试装置提供一个气控箱4610，该气控箱4610提供的气体经过流量传感器4630和压力传感器4620的检测后分别通过通气口4310和通气口430进入两个投影物镜中，进行测试，气体在两个投影物镜中流动后，从出气口流出整个投影物镜，经过压力传感器4640和流量传感器4650的检测后再经过溶氧传感器4670的检测，再回收至气控箱4610。当气控箱4610向通气口430和4310提供气体时，期望物镜腔室过压为100帕，通气口430和4310的流量期望值为12l/min，使用本发明提供的投影物镜结构，只需经过20分钟的稳压过程，就使得期望物镜腔室的压力保持在100±1帕，同时检测溶氧传感器4670中氧气的含量，期望值为0。而使用现有技术中提供的投影物镜结构作测试时，测试形成的结果为：当使用溶氧传感器4670检测到氧气浓度含量期望值为零时，所需耗费的时间大于1小时，即物镜内部气体分子扩散的时间大于1小时，消耗了大量的时间用于物镜稳定过压状态，从某种程度上降低了产率。
本发明研究的是物镜腔室区域的流速更新情况，参见图7分别为现有投影物镜和本发明提供的投影物镜结构的流线对比图，在其他技术参数均一致的工况下，本发明通过改进通气口4310的结构，明显影响了物镜腔室流场区域的流通状态，现有技术与本发明提供的结构的流线图对比显示：流线分布越多，说明流场流动分布越均匀，现有技术结构显示气体只在靠近镜座的环壁周围旋转流动，而靠近镜片的中心区域没有流线，说明流场没有压差流只有剪切流，导致气体只能通过分子扩散进行交换，通入的气体流场分布率低，而本发明提供的改进设计可以使物镜腔室区域几乎所有区域就有流线，流场分布均匀，无流场死区，气体流通性高，因此避免了每个物镜腔室的上下镜片4100受到污染。此外，本发明提供的改进设计可以保持通孔的使用率大于80％，即充分优化了物镜腔室的内部结构，从而防止了这个物镜腔室的上下镜片表面容易因滞留气体或者曝光反应而引起污染影响。
本发明对上述实施例进行了描述，但本发明不仅限于上述实施例。显然本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。