一種動態氣體鎖的試驗裝置和試驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種動態氣體鎖的試驗裝置，其包括分別連接所要試驗的動態氣體鎖兩端的模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室。模擬清潔真空腔室中有污染發射源，用于發射模擬污染物，該模擬污染物用于模擬諸如極紫外光刻機中硅片表面產生的污染物；模擬超清潔真空腔室中配置有測量腔內氣體組分和分壓的設備。模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室上分別布置有真空計組。本發明能有效驗證動態氣體鎖的抑制效果。
【專利說明】
一種動態氣)體鎖的試驗裝置和試驗方法
技術領域
[0001] 本發明屬于極紫外光刻機技術領域，具體涉及用于極紫外光刻機的動態氣體鎖的 試驗裝置和試驗方法。
【背景技術】
[0002] 由于空氣及幾乎所有的折射光學材料對13.5nm波長的極紫外輻照具有強烈的吸 收作用，導致極紫外光刻機(Extreme Ultraviolet Lithography-EUVL)與普通空氣環境下 的光刻機大不相同。極紫外光刻機的主要特點表現在:光學系統為反射式光學系統；內部環 境為真空環境，除了對13.5nm的EUV輻照有高透過率，還要能將產生的污染物質迅速排出。 極紫外光刻機的光源、光學系統、掩模臺與工件臺等各個部件系統均置于真空環境中。各個 部件工作環境不同，極紫外光刻機內不同真空腔室具有不同的真空要求。
[0003] 極紫外光刻機的照明光學系統、成像光學系統等的真空環境為超清潔真空環境， 此真空環境在一定真空度下，可滿足EUVL光學鏡片的超清潔使用環境要求。在該超清潔真 空環境中，除了要確保EUV輻照近似無損的通過，還要避免污染物在光學系統上的沉積、確 保光學系統的使用壽命，所以需要嚴格控制超清潔真空環境內部材料的真空放氣率及所釋 放氣體組分的分壓。有文獻(Abneesh Srivastava，Stenio Pereira，Thomas Gaffney. Sub-Atmospheric Gas Purification for EUVL Vacuum Environment Control·SPIE，2012)指 出，超清潔真空環境要求碳氫化合物(CxHy)分壓不大于I X l(T9mbar，水分壓不大于I X 1(T 7mbar，以確保光學系統7-10年內的反射率損失小于1%。
[0004] 極紫外光刻機的硅片臺等部件的真空環境為清潔真空環境。此真空環境內不包含 光學元件，只需滿足清潔真空要求。在該清潔真空環境中，不包含光學元件，EUV輻照光路只 通過很少一部分區域，所以要求不如超清潔真空環境那么高，能允許產生一定的雜質(如硅 片臺的硅片上光致抗蝕劑曝光產生的污染物)但需嚴格控制雜質的擴散。
[0005] 超清潔真空環境內開有一定孔徑的通光小孔與清潔真空環境相連，極紫外輻照通 過此小孔，對置于清潔真空環境內的硅片進行曝光。硅片表面的光致抗蝕劑在極紫外輻照 的作用下會發生光化學反應，產生對超清潔真空環境中光學元件有害的廢氣及污染顆粒， 必須通過真空排氣系統將這些廢氣及污染顆粒及時排出。
[0006] 為維持超清潔真空環境，非常有必要在超清潔真空環境和清潔真空環境之間建立 動態氣體鎖(Dynamic Gas Lock-DGL)，從而將兩種不同要求的環境隔離。同時，為了更好的 確保極紫外輻照光束質量不受動態氣體鎖的影響，需要動態氣體鎖中的清潔氣流盡量均 勻。
[0007] 在EUVL中，由動態氣體鎖注入的清潔氣體分子與清潔真空環境中欲流向超清潔真 空環境的污染氣體分子發生近似線性彈性碰撞，使污染氣體分子回流入清潔真空環境從而 達到抑制污染氣體分子向超清潔真空環境擴散的效果。該抑制效果取決于參與碰撞的清潔 氣體分子數目的多少(對應宏觀的清潔氣體流量）、污染氣體分子數目的多少(對應污染氣 體放氣率）、清潔氣體分子量的大小(對應清潔氣體種類)和污染氣體分子量的大小(對應污 染氣體種類）。
[0008] 動態氣體鎖研制完畢后，需要一套動態氣體鎖試驗裝置，用于驗證EUV真空下動態 氣體鎖的抑制效果，得到抑制效果與清潔氣體流量、污染氣體放氣率、清潔氣體種類、污染 氣體種類等影響因素的關系。該試驗裝置能夠為動態氣體鎖的合理選型、在EUVL中的順利 使用提供有效保障。
【發明內容】
[0009] (一)要解決的技術問題
[0010] 本發明所要解決的技術問題是如何驗證動態氣體鎖的抑制能力的問題。
[0011] (二)技術方案
[0012] 為解決上述技術問題，本發明提出一種動態氣體鎖的試驗裝置，包括模擬清潔真 空腔室和模擬超清潔真空腔室，所述模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室分別連接被 試動態氣體鎖的兩個開口端，所述模擬清潔真空腔室中設有污染發射源，用于模擬產生污 染物。
[0013] 根據本發明的具體實施例，所述模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室上分別 布置有真空計組；
[0014] 根據本發明的具體實施例，所述真空計組由粗測和精測兩個真空計組成。
[0015] 根據本發明的具體實施例，所述模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室上分別 布置有與真空栗組連接的閥門，該閥門的接口中心軸與動態氣體鎖的接口中心軸在一條直 線上。
[0016] 根據本發明的具體實施例，所述污染發射源通過發射源支撐架固定在模擬清潔真 空腔室中。
[0017] 根據本發明的具體實施例，所述污染發射源包括發射室，其通過發射管道和管道 接頭與模擬污染氣體氣源連接。
[0018] 根據本發明的具體實施例，所述發射室內也布置有發射室勻流板。
[0019] 根據本發明的具體實施例，所述發射室勻流板為多級發射室勻流板，各級發射室 勻流板的有效漏孔面積之和近似相等。
[0020] 根據本發明的具體實施例，越接近發射室的氣流入口管道的發射室勻流板的漏孔 越稀疏、孔徑越大。
[0021] 根據本發明的具體實施例，正對發射管道的發射室均流板在所述發射管道內直徑 的1~2倍直徑區域不布置漏孔。
[0022] 根據本發明的具體實施例，所述模擬超清潔真空腔室上配置有測量腔內氣體組分 和分壓的設備。
[0023] 本發明還提出一種動態氣體鎖的試驗方法，利用前述的動態氣體鎖的試驗裝置對 動態氣體鎖進行試驗，該方法包括如下步驟:關閉動態氣體鎖的清潔氣流和污染發射源的 污染氣流，對動態氣體鎖的試驗裝置抽真空，使模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室 的真空度接近極限本底，測量模擬超清潔真空腔室內污染氣體的分壓值PO 1;對模擬清潔真 空腔室和模擬超清潔真空腔室抽真空，通過污染發射源向模擬清潔真空腔室內注入污染氣 體，在動態氣體鎖不工作的情況下，測量模擬超清潔真空腔室內污染氣體的分壓值Pll;關 閉污染發射源，對模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室抽真空，再次使真空度接近極 限本底，測量模擬超清潔真空腔室內污染氣體的分壓值P02;打開動態氣體鎖，以一定氣體 流量注入一定種類清潔氣體，以測量Pl 1時相同的流量再次打開污染發射源，經一定時間后 使模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室的真空度穩定，測量模擬超清潔真空腔室內污 染氣體的分壓值P12;計算所述動態氣體鎖的抑制率為[(Pll-POD^PU-PC^UAPll-pOl)。
[0024](三)有益效果
[0025] 本發明提出動態氣體鎖試驗裝置能夠驗證動態氣體鎖的抑制效果，能夠得到其抑 制效果和清潔氣體流量、污染氣體放氣率、清潔氣體種類、污染氣體種類等影響因素的關 系。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發明的動態氣體鎖試驗裝置的一個實施例的結構示意圖；
[0027] 圖2是圖1的試驗裝置的剖面圖；
[0028] 圖3是本發明一個實施例的污染發射源的結構示意圖；
[0029]圖4是圖3的污染發射源的剖面圖。
【具體實施方式】
[0030] 本發明提出的動態氣體鎖試驗裝置，主要由分別連接動態氣體鎖的模擬清潔真空 腔室和模擬超清潔真空腔室組成。模擬清潔真空腔室中有污染發射源，用于發射模擬污染 物，該模擬污染物用于模擬諸如極紫外光刻機中硅片表面產生的污染物;模擬超清潔真空 腔室中配置有測量腔內氣體組分和分壓的設備(如質譜計）。污染發射源通過其支撐架固定 在模擬清潔真空腔室中，其發射室通過管道與污染氣體氣源連接，發射室內布置有多級勻 流板，面向動態氣體鎖均勻向外噴射污染氣體。
[0031] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
[0032] 圖1是本發明的動態氣體鎖的試驗裝置的一個實施例的結構示意圖。圖2是該試驗 裝置的剖面圖。如圖1和2所示，該試驗裝置包括模擬清潔真空腔室5和模擬超清潔真空腔室 6，模擬清潔真空腔室5和模擬超清潔真空腔室6分別連接被試動態氣體鎖L的兩個開口端。
[0033] 該實施例中，該兩個真空腔室5、6上都布置有真空計組51、61，其用于測量真空腔 室內部的真空度;如但不限如的舉例，每個腔室的真空計組都由粗測和精測兩個真空計組 成，粗測真空計大量程低精度，用于較大范圍內（包括從一個大氣壓到腔室極限真空的范 圍）腔內真空度的初步評估，精測真空計小量程高精度，用于較小范圍內（包括所有試驗過 程中所涉及到的工作真空)腔內真空度的精確評估。
[0034]該實施例中，該兩個真空腔室5、6上都布置有與真空栗組（圖中未顯示)連接的閥 門53、63，閥門53、63的接口法蘭中心軸與動態氣體鎖的接口法蘭4的中心軸在一條直線上。 即對真空腔室5，閥門53布置在動態氣體鎖的正對面;對真空腔室6，閥門63布置在動態氣體 鎖的正對面。這樣能夠使該試驗裝置腔內的抽真空氣流近似對稱，排除掉因真空栗組抽氣 口位置的不同引起的試驗誤差，能夠更加真實的進行動態氣體鎖的抑制效果試驗。
[0035] 所述模擬清潔真空腔室中設有污染發射源7,用于發射模擬污染物，該模擬污染物 用于模擬諸如極紫外光刻機中硅片表面產生的污染物。污染發射源7的結構如圖3所示，通 過發射源支撐架8固定在模擬清潔真空腔室中。污染發射源7包括發射室71，其通過發射管 道72、管道接頭73和閥門（圖中未畫出）與模擬污染氣體氣源（圖中未畫出）連接，用于向發 射室71內部注入模擬污染氣體并調節其注入流量(極限情況下控制氣流通斷）；為了得到更 高控制精度的流量，可以在該發射管道72和外部模擬污染氣體氣源之間增加一個氣體質量 流量控制器(圖中未畫出），用于精確控制模擬污染氣體注入流量。具體連接方式可以為:模 擬清潔真空腔室5的腔壁上設有法蘭，法蘭上焊接有通氣硬管道(如銅管、不銹鋼管等），法 蘭外硬管道通過氣體質量流量控制器、閥門等連接到模擬污染氣體氣瓶上，法蘭內硬管道 通過管道接頭連接到金屬軟管(如波紋管)再連接到發射室氣流入口管道上。污染發射源剖 面如圖4所示，發射室71內布置有發射室勻流板(其可以為一個，也可以是多級，圖中顯示共 3級，即74、75、76)。所述發射室71面向動態氣體鎖均勻向外噴射污染氣體。發射室勻流板 74、75、76可為金屬網格板，其上可均勻布置有漏孔且不同級的發射室勻流板其漏孔數量和 孔徑不同；各級發射室勻流板的有效漏孔(放置在發射室中能夠有效通過污染氣流)面積之 和近似相等，且越接近發射室氣流入口管道的發射室勻流板漏孔越稀疏、孔徑越大;對于其 最靠近發射室氣流入口管道的一級發射室勻流板74,為避免從管道流入的污染氣流的直接 沖擊，也為了使污染氣流盡量均勻，正對發射管道的發射室均流板74在所述發射管道內直 徑的1~2倍直徑區域不布置漏孔。
[0036] 如圖1所述，模擬超清潔真空腔室6上可配置有測量腔內氣體組分和分壓的設備， 如四極質譜計62。
[0037] 在實際EUV光刻機中，娃片釋放的污染物成分主要是水蒸氣和碳氫化合物，且對大 分子碳氫化合物的分壓要求比水要高得多。為獲得穩定的污染氣體氣源，如但不限如的舉 例，污染發射源通入的污染氣體設定為干燥無雜的二氧化碳氣體。
[0038]本動態氣體鎖試驗裝置的工作原理介紹如下：
[0039] 1)針對本動態氣體鎖試驗裝置，由動態氣體鎖注入的清潔氣體分子與污染發射源 釋放的欲流向超清潔真空腔室的污染氣體分子發生近似線性彈性碰撞，使污染氣體分子回 流入清潔真空腔室從而達到抑制污染氣體分子向超清潔真空腔室擴散的效果;該抑制效果 取決于參與碰撞的清潔氣體分子數目的多少(對應宏觀的清潔氣體流量）、污染氣體分子數 目的多少(對應污染氣體放氣率）、清潔氣體分子量的大小(對應清潔氣體種類)和污染氣體 分子量的大小(對應污染氣體種類）。
[0040] 2)本動態氣體鎖試驗裝置用污染發射源替代硅片室中因 EUV輻照而放氣的硅片， 用縮比的模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室替代EUV光刻機中的真實真空腔室，并 將一套動態氣體鎖裝置連接到兩模擬腔室之間。通過高精度流量控制系統（高精度氣體質 量流量計)來精確控制污染發射源的污染氣體放氣率和動態氣體鎖的清潔氣體流量;通過 四極質譜計來監測模擬超清潔真空腔室中的氣體組分和分壓力。這樣，當污染氣體發射源 以一定的放氣率釋放污染氣體時，可以通過四極質譜計測得動態氣體鎖工作前后模擬超清 潔真空腔室中的污染氣體分壓力相對真空腔室本底的增量，可求得在該種條件下的動態氣 體鎖抑制率匕為： η Λ 動態氣體鎖工作時流入模擬超清潔真空腔室的污染氣體量
[0041 ] = 1--： ：-----：---：-- s 動態氣體鎖不工作時流入模擬超清潔真空腔室的污染氣體量
[0042] 本動態氣體鎖試驗裝置的具體試驗流程介紹如下：
[0043] 關閉動態氣體鎖的清潔氣流和污染發射源的污染氣流，用真空栗組對本試驗裝置 抽真空，使兩模擬腔室的真空度接近極限本底，使用四極質譜計測量模擬超清潔真空腔室 內污染氣體的分壓值POl;
[0044] 保持兩模擬腔室的真空栗組正常工作，通過污染發射源向模擬清潔真空腔室內注 入污染氣體，在動態氣體鎖不工作的情況下，使用四極質譜計測量模擬超清潔真空腔室內 污染氣體的分壓值Pll;
[0045] 關閉污染發射源，對兩模擬腔室抽真空，再次使真空度接近極限本底，使用四極質 譜計測量模擬超清潔真空腔室內污染氣體的分壓值P02;
[0046] 打開動態氣體鎖，以一定氣體流量注入一定種類清潔氣體，同時以測量Pl 1時相同 的污染氣體流量再次打開污染發射源，經一定時間后兩腔室的真空度穩定，使用四極質譜 計測量模擬超清潔真空腔室內污染氣體的分壓值Pl 2;
[0047] 這樣可以得到該種類清潔氣體在該清潔氣體流量下針對該污染氣體流量的動態 氣體鎖抑制率為[(P11-P01)-(P12-P02) V(PII-POi);
[0048] 連續上述試驗過程，通過改變污染氣體種類、污染氣體放氣率、清潔氣體種類和清 潔氣體流量等條件，可以得到一系列的動態氣體鎖抑制率;通過分析這些抑制率的規律，可 以驗證動態氣體鎖的抑制效果，能夠得到其抑制效果和清潔氣體流量、污染氣體放氣率、清 潔氣體種類、污染氣體種類等影響因素的關系。
[0049] 以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在 本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護 范圍之內。
【主權項】
1. 一種動態氣體鎖的試驗裝置，包括模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室，所述 模擬清潔真空腔室(5)和模擬超清潔真空腔室(6)分別連接被試動態氣體鎖(L)的兩個開口 端，其中， 所述模擬清潔真空腔室中設有污染發射源(7 )，用于模擬產生污染物； 所述模擬超清潔真空腔室中配置有測量腔內氣體組分和分壓的設備。2. 如權利要求1所述的動態氣體鎖的試驗裝置，其特征在于，所述模擬清潔真空腔室 (5)和模擬超清潔真空腔室(6)上分別布置有真空計組(51、61)。3. 如權利要求2所述的動態氣體鎖的試驗裝置，其特征在于，所述真空計組由粗測和精 測兩個真空計組成。4. 如權利要求1所述的動態氣體鎖的試驗裝置，其特征在于，所述模擬清潔真空腔室 (5)和模擬超清潔真空腔室(6)上分別布置有與真空栗組連接的閥門（53、63)，該閥門（53、 63)的接口中心軸與動態氣體鎖的接口中心軸在一條直線上。5. 如權利要求1所述的動態氣體鎖的試驗裝置，其特征在于，所述污染發射源（7)包括 發射室(71)，其通過發射管道(72)、管道接頭(73)、閥門、氣體質量流量控制器與模擬污染 氣體氣源連接。6. 如權利要求1所述的動態氣體鎖的試驗裝置，其特征在于，所述發射室(71)內布置有 發射室勻流板。7. 如權利要求6所述的動態氣體鎖的試驗裝置，其特征在于，所述發射室勻流板為多級 發射室勻流板，各級發射室勻流板的有效漏孔面積之和近似相等。8. 如權利要求7所述的動態氣體鎖的試驗裝置，其特征在于，越接近發射室(71)的氣流 入口管道的發射室勻流板的漏孔越稀疏、孔徑越大。9. 如權利要求8所述的動態氣體鎖的試驗裝置，其特征在于，正對發射管道的發射室勻 流板(74)在所述發射管道內直徑的1~2倍直徑區域不布置漏孔。10. -種動態氣體鎖的試驗方法，利用權利要求1至9中任一項所述的動態氣體鎖的試 驗裝置對動態氣體鎖進行試驗，該方法包括如下步驟： 51、 關閉動態氣體鎖的清潔氣流和污染發射源的污染氣流，對動態氣體鎖的試驗裝置 抽真空，使模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室的真空度接近極限本底，測量模擬超 清潔真空腔室內污染氣體的分壓值P01; 52、 對模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室抽真空，通過污染發射源向模擬清潔 真空腔室內注入污染氣體，在動態氣體鎖不工作的情況下，測量模擬超清潔真空腔室內污 染氣體的分壓值P11; 53、 關閉污染發射源，對模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室抽真空，再次使真空 度接近極限本底，測量模擬超清潔真空腔室內污染氣體的分壓值P02; 54、 打開動態氣體鎖，以一定氣體流量注入一定種類清潔氣體，以測量P11時相同的流 量再次打開污染發射源，經一定時間后使模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室的真空 度穩定，測量模擬超清潔真空腔室內污染氣體的分壓值P12; 55、 計算當前種類清潔氣體在當前清潔氣體流量下針對當前污染氣體流量的動態氣體 鎖抑制率[(P11-P01)-(P12-P02)]/(P11-P01); 56、 改變污染氣體種類、污染氣體放氣率、清潔氣體種類和清潔氣體流量，重復步驟S1
【文檔編號】G03F7/20GK105842997SQ201610390695
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月3日
【發明人】陳進新, 崔惠絨, 張立佳, 謝婉露, 吳曉斌, 王宇
【申請人】中國科學院光電研究院