一种用于极紫外光刻机的动态气体锁的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种动态气体锁，特别适用于极紫外光刻机。动态气体锁的主体为筒状，具有两个开口端，其轴向的中部位置具有一隔板将内部空间隔成两个腔室。隔板上开有外气流通道连通两个腔室。外气流通道侧面的隔板内有内气流通道，清洁气体由充气装置进入，通过内、外气流通道分别流入两个腔室。本发明能有效地隔离极紫外光刻机中超清洁真空环境和清洁真空环境，抑制污染气体分子由清洁真空环境向超清洁真空环境扩散。
【专利说明】
一种用于极紫外光刻机的动态气体锁
技术领域
[0001]本发明属于极紫外光刻机技术领域，具体涉及用于极紫外光刻机的动态气体锁。 【背景技术】
[0002]由于空气及几乎所有的折射光学材料对13.5nm波长的极紫外辐照具有强烈的吸收作用，导致极紫外光刻机(Extreme Ultrav1let Lithography-EUVL)与普通空气环境下的光刻机大不相同。极紫外光刻机的主要特点表现在:光学系统为反射式光学系统；内部环境为真空环境，除了对13.5nm的EUV辐照有高透过率，还要能将产生的污染物质迅速排出。 极紫外光刻机的光源、光学系统、掩模台与工件台等各个部件系统均置于真空环境中。各个部件工作环境不同，极紫外光刻机内不同真空腔室具有不同的真空要求。
[0003]极紫外光刻机的照明光学系统、成像光学系统等的真空环境为超清洁真空环境， 此真空环境在一定真空度下，可满足EUVL光学镜片的超清洁使用环境要求。在该超清洁真空环境中，除了要确保EUV辐照近似无损的通过，还要避免污染物在光学系统上的沉积、确保光学系统的使用寿命，所以需要严格控制超清洁真空环境内部材料的真空放气率及所释放气体组分的分压。有文献(Abneesh Srivastava，Sten1 Pereira，Thomas Gaffney.Sub-Atmospheric Gas Purificat1n for EUVL Vacuum Environment Control?SPIE，2012)指出，超清洁真空环境要求碳氢化合物(CxHy)分压不大于1 X lO^nbar，水分压不大于1 X 1(T 7mbar，以确保光学系统7-10年内的反射率损失小于1%。
[0004]极紫外光刻机的硅片台等部件的真空环境为清洁真空环境。此真空环境内不包含光学元件，只需满足清洁真空要求。在该清洁真空环境中，不包含光学元件，EUV辐照光路只通过很少一部分区域，所以要求不如超清洁真空环境那么高，能允许产生一定的杂质(如硅片台的硅片上光致抗蚀剂曝光产生的污染物)但需严格控制杂质的扩散。
[0005]超清洁真空环境内开有一定孔径的通光小孔与清洁真空环境相连，极紫外辐照通过此小孔，对置于清洁真空环境内的硅片进行曝光。硅片表面的光致抗蚀剂在极紫外辐照的作用下会发生光化学反应，产生对超清洁真空环境中光学元件有害的废气及污染颗粒， 必须通过真空排气系统将这些废气及污染颗粒及时排出。
[0006]为维持超清洁真空环境，非常有必要在超清洁真空环境和清洁真空环境之间建立动态气体锁(Dynamic Gas Lock-DGL)，从而将两种不同要求的环境隔离。同时，为了更好的确保极紫外辐照光束质量不受动态气体锁的影响，需要动态气体锁中的清洁气流尽量均匀。
[0007]在EUVL中，由动态气体锁注入的清洁气体分子与清洁真空环境中欲流向超清洁真空环境的污染气体分子发生近似线性弹性碰撞，使污染气体分子回流入清洁真空环境从而达到抑制污染气体分子向超清洁真空环境扩散的效果。该抑制效果取决于参与碰撞的清洁气体分子数目的多少(对应宏观的清洁气体流量)、污染气体分子数目的多少(对应污染气体放气率)、清洁气体分子量的大小(对应清洁气体种类)和污染气体分子量的大小(对应污染气体种类)。
【发明内容】
[0008](一)要解决的技术问题
[0009]本发明所要解决的技术问题是如何抑制极紫外光刻机在工作时产生的污染物由清洁真空环境向超清洁真空环境扩散，并确保极紫外辐照光束质量不受动态气体锁的影响。
[0010](二)技术方案
[0011]为解决上述技术问题，本发明提出一种动态气体锁，用于将两个空间连通的部件进行气体隔离，包括主体、充气装置和密封连接机构，其中，所述主体为筒状，具有两个开口端，连接两个开口端的方向为轴向，垂直于轴向的方向为侧向；所述主体在其轴向的中部位置具有隔板、该隔板将筒状的内部空间隔成两个腔室;所述隔板上开有外气流通道，其连通所述两个腔室;在所述隔板内并在所述外气流通道的侧面，沿所述主体的侧向开有内气流通道，所述内气流通道连接所述充气装置;所述充气装置经由所述内气流通道和外气流通道向主体内部通入清洁气体;所述密封连接机构用于将所述主体的两个开口端与需要进行气体隔尚的部件密封连接。
[0012]根据本发明的具体实施例，所述外气流通道的两个开口端的孔径存在差值，即分为窄口端和宽口端，且窄口端和宽口端分别与清洁真空腔室和超清洁真空腔室相连通。
[0013]根据本发明的具体实施例，所述充气装置包括充气阀门和管道，所述管道贯通于所述隔板内并与所述内气流通道连通。
[0014]根据本发明的具体实施例，所述充气阀门、管道和内气流通道分别都具有两个，各对称分布于所述隔板的两侧。
[0015]根据本发明的具体实施例，所述内气流通道内设有至少一个匀流板，所述清洁气体经过所述匀流板流入所述外气流通道。
[0016]根据本发明的具体实施例，每个所述内气流通道内设有四级匀流板，且越靠近所述充气装置的匀流板漏孔越稀疏、孔径越大，越靠近所述外气流通道的匀流板的漏孔越密、 孔径越小。
[0017]根据本发明的具体实施例，所述充气装置包括管道，所述管道贯通于所述隔板内并与所述内气流通道连通;最靠近所述充气装置的一级匀流板在正对管道、且在管道内直径的1?2倍直径区域不布置漏孔。
[0018]根据本发明的具体实施例，所述内气流通道内设有多级匀流板，各级匀流板的有效漏孔面积之和近似相等。
[0019]根据本发明的具体实施例，所述内气流通道为喇叭口状，其窄口端靠近所述外气流通道。
[0020]根据本发明的具体实施例，所述管道为并排的多个管道，所述多个管道共同连通到所述内气流通道。[0〇21](三)有益效果
[0022]本发明提出的用于极紫外光刻机的动态气体锁能有效地隔离极紫外光刻机中超清洁真空环境和清洁真空环境，抑制污染气体分子由清洁真空环境向超清洁真空环境扩散，并确保极紫外辐照光束质量不受动态气体锁的影响。【附图说明】
[0023]图1是本发明的动态气体锁的一个实施例的主视图；
[0024]图2和图3分别是所述动态气体锁的一个实施例的沿两个相互垂直的面在内气流通道13处的剖面图；
[0025]图4示出了本发明的动态气体锁的另一个实施例的主体的剖视图。【具体实施方式】
[0026]本发明提出的动态气体锁用于将两个空间连通的部件进行气体隔离，其主要由主体、充气装置和密封连接机构组成，充气装置可以包括充气阀门和管道等。主体为筒状，具有两个开口端，连接两个开口端的方向为轴向，其轴向的中部位置具有一隔板、该隔板将筒状的内部空间隔成两个腔室。隔板上开有外气流通道，其连通所述两个腔室。清洁气体由管道进入气体锁的主体，再通过外气流通道分别流入模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室中；清洁气体通常是对所要连接的两个部件内的空间不构成污染的气体。气体锁主体的隔板内有内气流通道，使清洁气体分别经过多级匀流板最终均匀的流入外气流通道。充气装置经由内气流通道和外气流通道向主体内部通入清洁气体。密封连接机构用于将所述主体的两个开口端与需要进行气体隔离的部件密封连接。
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0028]图1是本发明的动态气体锁的一个实施例的主视图。如图1所示，该动态气体锁为对称结构，由主体1、充气阀门2、管道3、和法兰4组成。充气阀门2和管道3为充气装置，法兰作为密封连接机构；
[0029]所述主体1整体上呈现筒状形状，筒状具有两个开口端，连接两个开口端的方向为筒状的轴向，垂直于轴向的方向为侧向。在筒状的轴向方向上的中部位置，所述主体1具有一隔板11、该隔板11将筒状的内部空间隔成两个腔室。且隔板11上开有一个外气流通道12， 其连通所述两个腔室。
[0030]所述的隔板11具有一定的厚度，在外气流通道12的侧面的隔板11内，沿筒状主体的侧向开有内气流通道13(图1中未示)，该内气流通道与管道3连通，以便所述外气流通道 12通过所述内气流道道13及管道3与充气阀门2连通，由于隔板具有一定的厚度，因此该管道3的一部分可形成于隔板内。如图1所示，管道3可延伸出隔板11的侧面。
[0031]在该实施例中，充气阀门2具有两个，其对称分布于主体的隔板的两侧，并分别通过贯通于隔板11的管道3、内气流通道13与外气流通道12连通。[〇〇32]所述筒状主体1的两个开口端分别通过法兰4与需要相互隔离的腔室连接。所述法兰也可以是其他密封式连接机构。
[0033]所述充气阀门2通过管道3和内气流通道13向外气流通道12中注入清洁气体。考虑到氢气、氦气、氩气、氮气对极紫外辐照的吸收系数相对较小，动态气体锁中的清洁气流所用气体为干燥无杂的氢气、氦气、氩气、氮气或者它们两种/多种的混合气体。
[0034]所述外气流通道12的两个开口端的孔径存在差值。在该实施例中，其呈喇叭形状， 窄口端和宽口端分别与清洁真空腔室和超清洁真空腔室相连通。因为在真实EUV光刻机环境中，从成像光学系统(超清洁真空环境)到硅片台(清洁真空环境)的极紫外光束逐步变小，所以呈喇叭口状的外气流通道的宽口端正对超清洁真空腔室、其窄口端正对清洁真空腔室。
[0035]如图1所示的实施例中，气体锁主体I通过法兰4分别连接清洁真空腔室和超清洁真空腔室，此时法兰4的内直径要足够大(如为外气流通道12的特征尺寸的十倍)、清洁真空腔室和超清洁真空腔室到气体锁主体I间距要足够小(能够进行法兰装拆的最小尺寸)，这样能降低法兰对空间气流分布的影响，从而降低法兰带来的误差。在其他的实施方式中，也可以将气体锁的主体I两开口端分别直接连接到需要气体隔离的两个腔室，或者将气体锁主体I和两个腔室的连接腔壁合为一体，这些情况虽然图中未画出，但仍属于本专利保护范畴。
[0036]动态气体锁的充气阀门2可与外部清洁气源相连，用于向气体锁内部注入清洁气体并调节其注入流量(极限情况下控制气流通断)；为了得到更高控制精度的流量，可以在该充气阀门和外部清洁气源之间增加一个气体质量流量控制器(图中未画出)，用于精确控制清洁气体注入流量。充气阀门2通过管道3与气体锁主体I的内气流通道13、外气流通道12相连通，使清洁气体由管道进入气体锁主体，再进入外气流通道12分别流入清洁真空腔室和超清洁真空腔室中。
[0037]图2和图3分别是所述动态气体锁的一个实施例的沿两个相互垂直的面在内气流通道13处的剖面图。如图2和图3所示，内气流通道13内可设有至少一个匀流板，清洁气体经过匀流板最终均匀的流入外气流通道12。在该实施例中，两个内气流通道13对称分布于外气流通道12的两侧，每个内气流通道13内都设有四级匀流板14、15、16、17。
[0038]匀流板可以是金属网格板，其上均匀布置有漏孔。不同级的匀流板的漏孔数量和孔径可以不同。优选地，各级匀流板的有效漏孔(放置在气体锁主体中能够有效通过清洁气流)面积之和近似相等，且越靠近充气阀门2的匀流板漏孔越稀疏、孔径越大，越靠近外气流通道12的匀流板的漏孔越密、孔径越小。优选地，对于最靠近充气阀门的一级匀流板14，为避免从管道流入的清洁气流的直接冲击，也为了使内气流通道中的清洁气流尽量均匀，其正对管道、且在管道内直径的I?2倍直径区域不布置漏孔。
[0039]所述内气流通道13优化设计也是为喇叭口状，且其窄口端靠近外气流通道，宽口端靠近充气阀门2，由此能够有效压缩清洁气体、进一步提高其内部清洁气流的流速。这样，经过多级匀流板的过渡，使清洁气体最终均匀高速的流向外气流通道。
[0040]图4示出了本发明的动态气体锁的另一个实施例的主体的剖视图。与前一实施例不同的是，所述管道为并排的多个管道(该实施例中实施为5个并排的管道)，所述多个管道共同连通到所述内气流通道。
[0041]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种动态气体锁，用于将两个空间连通的部件进行气体隔离，包括主体、充气装置和 密封连接机构，其中，所述主体(1)为筒状，具有两个开口端，连接两个开口端的方向为轴向，垂直于轴向的 方向为侧向；所述主体(1)在其轴向的中部位置具有隔板(11)、该隔板(11)将筒状的内部空间隔成 两个腔室；所述隔板(11)上开有外气流通道(12 )，其连通所述两个腔室；在所述隔板(11)内并在所述外气流通道(12)的侧面，沿所述主体的侧向开有内气流通 道(13 )，所述内气流通道(13)连接所述充气装置；所述充气装置经由所述内气流通道(13)和外气流通道(12)向主体内部通入清洁气体；所述密封连接机构用于将所述主体的两个开口端与需要进行气体隔离的部件密封连接。2.如权利要求1所述的动态气体锁，其特征在于，所述外气流通道(12)的两个开口端的 孔径存在差值，即分为窄口端和宽口端，且窄口端和宽口端分别与清洁真空腔室和超清洁 真空腔室相连通。3.如权利要求1所述的动态气体锁，其特征在于，所述充气装置包括外部清洁气源、气 体质量流量控制器、充气阀门(2)和管道(3)，所述管道(3)贯通于所述隔板(11)内并与所述 内气流通道(13)连通。4.如权利要求3所述的动态气体锁，其特征在于，所述充气阀门(2)、管道(3)和内气流 通道(13)分别都具有两个，各对称分布于所述隔板(11)的两侧。5.如权利要求1所述的动态气体锁，其特征在于，所述内气流通道(13)内设有至少一个 匀流板，所述清洁气体经过所述匀流板流入所述外气流通道(12)。6.如权利要求5所述的动态气体锁，其特征在于，每个所述内气流通道(13)内设有四级 匀流板(14、15、16、17)，且越靠近所述充气装置的匀流板漏孔越稀疏、孔径越大，越靠近所 述外气流通道(12)的匀流板的漏孔越密、孔径越小。7.如权利要求6所述的动态气体锁，其特征在于，所述充气装置包括管道(3 )，所述管道 (3)贯通于所述隔板(11)内并与所述内气流通道(13)连通;最靠近所述充气装置的一级匀 流板(14)在正对管道、且在管道内直径的1?2倍直径区域不布置漏孔。8.如权利要求5所述的动态气体锁，其特征在于，所述内气流通道(13)内设有多级匀流 板，各级匀流板的有效漏孔面积之和近似相等。9.如权利要求1所述的动态气体锁，其特征在于，所述内气流通道(13)为喇叭口状，其 窄口端靠近所述外气流通道(12)。10.如权利要求3所述的动态气体锁，其特征在于，所述管道为并排的多个管道，所述多 个管道共同连通到所述内气流通道。
【文档编号】G03F7/20GK106094444SQ201610391179
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月3日 公开号201610391179.7, CN 106094444 A, CN 106094444A, CN 201610391179, CN-A-106094444, CN106094444 A, CN106094444A, CN201610391179, CN201610391179.7
【发明人】陈进新, 崔惠绒, 张立佳, 谢婉露, 吴晓斌, 王宇
【申请人】中国科学院光电研究院