CN103365119B - 一种螺旋气流动态气体锁 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种螺旋气流动态气体锁，用于连通第一腔室和第二腔室并阻止第二腔室内的物质进入第一腔室，动态气体锁包括一两端开口的筒身，筒身具有一宽口端和一窄口端，宽口端连接第一腔室，窄口端连接第二腔室；筒身的靠近窄口端的侧面包括多个用于向筒身内部喷气的螺旋气流喷口，该多个螺旋气流喷口所喷出的气流能够围绕筒身的中心轴进行旋转，产生螺旋气流，螺旋气流汇聚到筒身的中心轴附近；筒身的靠近宽口端的侧面包括至少一个用于向筒身内部喷气的补气气流喷口，补气气流喷口吹向螺旋气流喷口在筒身的中心轴上的投影点之间。本发明可用于极紫外光刻机，在抑制杂质扩散的同时，更好的确保极紫外辐照接近无损的通过动态气体锁。

Description

一种螺旋气流动态气体锁
技术领域
本发明属于极紫外激光器技术领域，具体涉及一种用于极紫外光刻机(Extreme Ultraviolet Lithography，EUVL)的螺旋气流动态气体锁(Dynamic Gas Lock，DGL)。
背景技术
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(EUV)辐照具有强烈的吸收作用，导致极紫外光刻机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。
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，Stenio Pereira，Thomas Gaffney.Sub-Atmospheric Gas Purification 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1×10-9mbar，水分压不大于1×10-7mbar，以确保光学系统7～10年内的反射率损失小于1％。
极紫外光刻机的掩模台、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。
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。
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。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是如何更好地抑制清洁真空环境(如极紫外光源、掩膜台腔室或硅片台腔室等)中产生的污染物向超清洁真空环境扩散，并确保极紫外辐照通过该动态气体锁时不会有大的损失。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提出一种螺旋气流动态气体锁，用于连通第一腔室和第二腔室并阻止第二腔室内的物质进入第一腔室，所述动态气体锁包括一两端开口的筒身，筒身具有一宽口端和一窄口端，所述宽口端连接所述第一腔室，所述窄口端连接所述第二腔室；所述筒身的靠近窄口端的侧面包括多个用于向筒身内部喷气的螺旋气流喷口，该多个螺旋气流喷口所喷出的气流能够围绕筒身的中心轴进行旋转，即产生同向的螺旋气流，该螺旋气流汇聚到所述筒身的中心轴附近；所述筒身的靠近宽口端的侧面包括至少一个用于向筒身内部喷气的补气气流喷口，所述补气气流喷口的轴向延长线与所述筒身的中心轴的交点位于各螺旋气流喷口组的喷口在该中心轴上的投影点之间。
根据本发明的一种具体实施方式，所述筒身的横截面为圆形。
根据本发明的一种具体实施方式，所述多个螺旋气流喷口分成多个螺旋气流喷口组，每个螺旋气流喷口组由位于该筒身的同一横截面上的至少一个喷口组成。
根据本发明的一种具体实施方式，同一螺旋气流喷口组的喷口在所述筒身的横截面上均匀分布。
根据本发明的一种具体实施方式，所述各螺旋气流喷口方向均朝向筒身的内部，且各螺旋气流喷口的轴向延长线与所述筒身侧面的交点处于本喷口和沿喷气方向的下一相邻喷口之间，使得从任一个螺旋气流喷口所喷出的分气流处于沿喷气方向的上一相邻喷口喷出的分气流外部、沿喷气方向的下一相邻喷口喷出的分气流内部，以确保螺旋气流的形成。
根据本发明的一种具体实施方式，相邻螺旋喷口组或其在中心轴的投影点在所述筒身的中心轴方向上等间距分布。
根据本发明的一种具体实施方式，所述补气气流喷口的轴向延长线与所述筒身的中心轴的交点与最靠近所述补气流喷口的螺旋气流喷口组的喷口在所述中心轴上的投影点重合。
根据本发明的一种具体实施方式，所述补气气流喷口多于一个，并且等间距布置在所述筒身的横截面上。
根据本发明的一种具体实施方式，各螺旋气流组的喷口的的喷气速度为：越远离所述窄口端的喷口的喷气速度越大。
根据本发明的一种具体实施方式，所述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。
(三)有益效果
本发明提出的螺旋气流动态气体锁结构，在抑制杂质扩散的同时，更好的确保极紫外辐照接近无损的通过动态气体锁。
附图说明
图1显示了本发明的螺旋气流动态气体锁的原理结构图；
图2显示了本发明的一个实施例的螺旋气流动态气体锁的筒身的具体结构；
图3显示了本发明的一个实施例的螺旋气流动态气体锁的筒身的载面图，其中显示了其上设置的螺旋气流喷口组。
具体实施方式
总的来说，本发明提出的螺旋气流动态气体锁用于连通两个腔室并阻止其中一个腔室的物质进入另一个腔室。
具体来说，该螺旋气流动态气体锁呈现一筒形，包括一两端开口的筒身，筒身具有一宽口端和一窄口端(呈喇叭状)，宽口端连接一第一腔室，窄口端连接一第二腔室。该动态气体锁用于阻止第二腔室的物质进入第一腔室。例如第一腔室内部为超清洁真空环境，第二腔室内部为清洁真空环境，则本发明的动态气体锁能够防止清洁真空环境内的杂质、尘埃等进入超清洁真空环境。
并且，在所述筒身的靠近窄口端的侧面布置至少一个螺旋气流喷口组，该螺旋气流喷口组由能够向筒身内部吹气的多个气流喷口组成，该多个喷口均贯穿筒身的侧壁，以便通过这些喷口向筒身内部吹送一种气体，每个喷口向筒身内部吹送的气流形成一个分气流。
螺旋气流喷口组的各气流喷口的方向被设置成能让所述各气流喷口喷出的分气流能够围绕筒身的中心轴进行旋转，即产生同向的螺旋气流。该螺旋气流汇聚到所述中心轴附近。
另外，在所述筒身的靠近宽口端的侧面布置至少一个补气气流喷口组，该补气气流喷口组由能够向筒身内部吹气的至少一个气流喷口组成，该至少一个喷口也贯穿筒身的侧壁，以便通过向筒身内部吹送气体，每个喷口向筒身内部吹送的气流也形成一个分气流，各分气流形成补气气流。
补气气流喷口组的气流喷口的方向被设置成能使得其喷出的气体吹向螺旋气流喷口组的中部。具体来说，补气气流喷口的轴向延长线与筒身的中心轴的交点位于各螺旋气流喷口组的喷口在该中心轴上的投影点之间。优选地，该交点与最靠近所述补气流喷口的螺旋气流喷口组的喷口在所述中心轴上的投影点重合。中心补气气流和螺旋气流流入动态气体锁后分开为流入第一腔室汇总气流和流入第二腔室的汇总气流，再分别由第一腔室和第二腔室的抽气泵组排出。
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。
图1是本发明的螺旋气流动态气体锁的一个实施例的原理结构图。如图1所示，该实施例的动态气体锁应用于极紫外辐照领域中，其整体呈一筒形，其筒身3为两端开口的喇叭口形状，其宽口端31连接一第一腔室1，其窄口端32连接一第二腔室2，第一腔室1内部为超清洁真空环境，第二腔室2内部为清洁真空环境。该动态气体锁的筒身可以是一端较宽、另一端较窄的任何形状，但优选为圆筒形，即其横截面为圆形。
所述第一腔室1和第二腔室2分别具有一个抽气泵组，即第一抽气泵组11和第二抽气泵组12，用于分别从第一腔室1和第二腔室2向外抽气。
在所述筒身的靠近窄口端32的侧面布置有多个螺旋气流喷口组33，在该实施例中为四个，分别为第一螺旋气流喷口组331、第二螺旋气流喷口组332、第三螺旋气流喷口组333和第四螺旋气流喷口组334。各螺旋气流喷口组331～334(或其在中心轴的投影点)优选为在筒身3的中心轴方向上等间距分布。或者说，相邻的螺旋气流喷口组的喷口的中心轴线与所述筒身的侧壁的交点的间距优选为相等。
各螺旋气流喷口组33由能够向筒身内部吹气的多个气流喷口组成。图3显示了其中第一螺旋气流喷口组331的布置方式，该图是筒身3在第一螺旋气流喷口组处的的截面图。如图3所示，第一螺旋气流喷口组331包括八个喷口3311～3318，其等间隔分布在所述截面上，并且均贯穿筒身的侧壁。通过这些喷口可向筒身内部吹送一种气体，每个喷口向筒身内部吹送的气流形成一个分气流。第二至第四螺旋气流喷口组332～334也和第一螺旋气流喷口组331具有类似的结构。
再参照图3，第一螺旋气流喷口组331的各气流喷口的方向被设置成能让所述各气流喷口喷出的分气流能够围绕筒身3的中心轴进行旋转，产生螺旋气流。该螺旋气流汇聚到所述中心轴附近。在该实施例中，各螺旋气流喷口的方向均朝向筒身3的内部并沿着横截面边缘的切线方向，如图3所示。但本发明不局限于此，所述各螺旋气流喷口方向均朝向筒身3的内部并可以与其在所述横截面的边缘的切线方向成一个小的角度，该角度的大小需要保证从一个喷口所喷出的分气流不会影响到与其他喷口所喷出的分气流的侧面。换句话说，各螺旋气流喷口的轴向延长线与所述筒身侧面的交点处于本喷口和沿喷气方向的下一相邻喷口之间，使得从任一个螺旋气流喷口所喷出的分气流处于沿喷气方向的上一相邻喷口喷出的分气流外部、沿喷气方向的下一相邻喷口喷出的分气流内部，以确保螺旋气流的形成。
在图3所示的实施例中，由于8个螺旋气流喷口是均匀分布的，因此，为了达到上述要求，喷口的方向与其在所述横截面的边缘的切线所成的角度不大于22.5°。对于其他等间隔分布的螺旋气流喷口组的各喷口，该角度为180°/n，n为该螺旋气流喷口组中的喷口个数。
为了配合喷口的方向和角度，筒身的外周边的形状可以作适应性的变化，如图3所示，但需保证其整体上仍呈现一筒形。
另外，再参照图2，在所述筒身3的靠近宽口端31的侧面布置至少一个补气气流喷口组34，该补气气流喷口组34由能够向筒身3内部吹气的至少一个气流喷口组成，该至少一个喷口也贯穿筒身的侧壁，以便通过向筒身内部吹送气体，每个喷口向筒身内部吹送的气流也形成一个分气流，各分气流形成补气气流。在图2的实施例中，多个补气气流喷口等间距布置在筒身3的横截面上(图中显示了上下两个喷口，实际在侧面还可具有若干个)。当补气气流喷口组不止一个时，各补气气流喷口组也优选为在筒身的轴向等间距分布。
补气气流喷口组34的气流喷口的方向被设置成能使得其喷出的气体吹向螺旋气流喷口组的中部，补气气流喷口的轴向延长线与所述筒身3的中心轴的交点位于各螺旋气流喷口组的喷口在该中心轴上的投影点之间。优选地，如图2所示，补气气流喷口的轴向延长线与所述筒身3的中心轴的交点与最靠近所述补气流喷口的螺旋气流喷口组(图2中为螺旋气流喷口组334)的喷口在所述中心轴上的投影点重合。
中心补气气流和螺旋气流流入动态气体锁后分开为流入第一腔室1的汇总气流h1和流入第二腔室2的汇总气流h2，再分别由第一腔室1和第二腔室2的抽气泵组11、21排出。
随着螺旋气流向中心轴的汇聚，部分流入气体在流入路径上会向清洁真空环境的第二腔室2和超清洁真空环境第一腔室1分流，这样导致气流越靠近筒体3的中心轴、气压越低。为补偿中心轴附近的气压，用中心补气气流的喷口组34直接朝螺旋气流盘组的中心吹入，使筒体3靠近清洁真空环境的第二腔室2的那窄口端32(喇叭口窄口部分)从壁面到中心都为高压区，能有效阻止第二腔室2中产生的污染物向超清洁真空环境的第一腔室1的扩散。
另外，这样布置能使大多数流入筒体3的气体都汇合成流入清洁真空环境的第二腔室2的汇总气流h2，从而提高流入气体的使用效率。因为流入超清洁真空的第一腔室的汇总气流h1不能抑制污染物向超清洁真空环境扩散，为无效气流。
优选地，所有补气气流喷口组34的喷气口与筒体的中心轴相交于一点，且该点为最靠近宽口端的的螺旋气流喷口组334的中心。
因为各螺旋气流喷口组产生的螺旋气流都在筒身3内产生同向的螺旋气流，调节各螺旋气流组的喷口的的喷气速度，使得越远离窄口端的喷口的喷气速度越大，可以使螺旋气流组内部的高压区压力近似一致。这样，螺旋气流组内部的气流特性参数(压力、密度、温度等)较均匀，对透过的极紫外辐照光学特性(主要是像差)影响较小，能确保极紫外辐照接近无像差损失的通过动态气体锁。
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，动态气体锁中的各组分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。这样，可以确保极紫外辐照接近无能量损失的通过动态气体锁。
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。

Claims (8)

1.一种螺旋气流动态气体锁，用于连通第一腔室和第二腔室并阻止第二腔室内的物质进入第一腔室，其特征在于：
所述动态气体锁包括一两端开口的筒身，筒身具有一宽口端和一窄口端，所述宽口端连接所述第一腔室，所述窄口端连接所述第二腔室；
所述筒身的靠近窄口端的侧面包括多个用于向筒身内部喷气的螺旋气流喷口，该多个螺旋气流喷口所喷出的气流能够围绕筒身的中心轴进行旋转，即产生同向的螺旋气流，该螺旋气流汇聚到所述筒身的中心轴附近；
所述多个螺旋气流喷口分成多个螺旋气流喷口组，每个螺旋气流喷口组由位于该筒身的同一横截面上的至少一个喷口组成；
所述筒身的靠近宽口端的侧面包括至少一个用于向筒身内部喷气的补气气流喷口，所述补气气流喷口的轴向延长线与所述筒身的中心轴的交点位于各螺旋气流喷口组的喷口在该中心轴上的投影点之间；
所述补气气流喷口多于一个，并且等间距布置在所述筒身的横截面上。
2.如权利要求1所述的螺旋气流动态气体锁，其特征在于：所述筒身的横截面为圆形。
3.如权利要求1所述的螺旋气流动态气体锁，其特征在于：同一螺旋气流喷口组的喷口在所述筒身的横截面上均匀分布。
4.如权利要求1所述的螺旋气流动态气体锁，其特征在于：所述各螺旋气流喷口方向均朝向筒身的内部，并且各所述螺旋气流喷口的轴向延长线与所述筒身侧面的交点处于本喷口和沿喷气方向的下一相邻喷口之间。
5.如权利要求1所述的螺旋气流动态气体锁，其特征在于：相邻螺旋气流喷口组或其在中心轴的投影点在所述筒身的中心轴方向上等间距分布。
6.如权利要求1所述的螺旋气流动态气体锁，其特征在于：所述补气气流喷口的轴向延长线与所述筒身的中心轴的交点与最靠近所述补气气流喷口的螺旋气流喷口组的喷口在所述中心轴上的投影点重合。
7.如权利要求1至6中任一项所述的螺旋气流动态气体锁，其特征在于：各螺旋气流喷口组的喷口的喷气速度为：越远离所述窄口端的喷口的喷气速度越大。
8.如权利要求1至6中任一项所述的螺旋气流动态气体锁，其特征在于：所述气体为干燥无杂的氢气、氦气、氩气、氮气，或者它们中的两种或两种以上的混合气体。
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