CN105739244B - 光刻机投影物镜及其镜片支架的通孔设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光刻机投影物镜及其镜片支架的通孔设计方法，该光刻机投影物镜包括镜筒、若干镜片和与镜片相对应的镜片支架，所述镜筒的顶部设有一出气口和底部设有一进气口，镜片支架的一侧设有若干通孔，且各通孔的气体流量和压力损失值相同，所述相邻镜片支架的通孔呈对角分布。本发明根据每个镜片的照明视场情况，在相应的镜片支架上按照特定方法设置孔径不同的通孔，并使相邻镜片支架的通孔呈对角分布，不仅保证了投影物镜内气压的稳定性，而且实现了投影物镜内部气体充分流通，提高了散热性能和光路区域的温度稳定性，同时光路区域充分填充惰性气体，有效降低了投影物镜对温度和压力的敏感度，提高了光刻质量。

Description

光刻机投影物镜及其镜片支架的通孔设计方法

技术领域

本发明涉及光刻机领域，具体涉及一种光刻机投影物镜及其镜片支架的通孔设计方法。

背景技术

在大规模集成电路的光学光刻中，光刻设备的分辨力决定了光刻机的性能和成像品质，而光刻分辨力主要由投影物镜的分辨力决定。随着大规模集成电路器件集成度的提高，对投影物镜的分辨力要求也越来越高，如此，不仅提高了投影物镜自身结构复杂度，同时使得其对环境温度、气压要求变得非常严格。

投影物镜内部气体压力的稳定性对于光刻机的性能非常重要。同时为了避免投影物镜被污染，可以采用对其提供一个稳定的气流，使投影物镜内部气压与外部环境中的大气保持一定的过压，防止外部环境中的大气进入投影物镜内部而对其造成污染。在对投影物镜的供气过程中，温度和压力是非常重要的参数。为了保证光刻机光刻过程中的性能，必须保证投影物镜内部环境的温度、气压的稳定性及控制精度。为了实现以上控制精度，通常使用一套气压控制系统来为投影物镜提供纯净惰性气体。

同时为了实现气体在投影物镜周围的有效流动，目前使用的投影物镜通常在镜片支架周围开设通孔或狭缝，如图1所示，通孔31’均布在镜片支架3’上，从而使投影物镜周围的气体可以自上而下或者自下而上进行流动，实现洁净惰性气体的循环，如图2所示，气体从进气口12’进入镜筒1’内最底层的镜片2’的下方，并从相应镜片支架3’上的通孔31’中流动到上一层，接着依次通过每层镜片支架3’上的通孔31’到达最上层镜片2’的上方，最后从出气口11’中流出。然而使用此种投影物镜时，内部洁净的惰性气体仅仅顺着周边的透气孔穿过整个投影物镜，并没有填充到光路上，从而使光路区域形成流动死角，内部空气不能彻底排出，在曝光时容易产生污染且不利于散热。此外由于光路区域没有填充惰性气体，导致整个投影物镜对温度敏感度提高，严重影响了光刻质量。

发明内容

本发明为了克服以上不足，提供了一种能确保投影物镜内部光路区域的空气流通，提高光刻质量的光刻机投影物镜及其镜片支架的通孔设计方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种光刻机投影物镜，包括镜筒、若干镜片和与镜片相对应的镜片支架，所述镜筒的顶部设有一个出气口，底部设有一个进气口，每个所述镜片支架的一侧均设有若干通孔，所述相邻镜片支架的通孔呈对角分布；气体从所述进气口进入，依次经过每个所述镜片支架的若干通孔后从所述出气口排出。

进一步的，每个所述镜片支架上若干通孔的孔径不相等。

进一步的，每个所述镜片支架上的通孔覆盖的圆弧范围为90～180度。

进一步的，每个所述镜片支架上相邻两个通孔对应的圆心角度数相同。

进一步的，每个所述镜片支架上的通孔个数为3～7个。

进一步的，与所述进气口最接近的镜片支架上的通孔与所述进气口呈对角设置，与所述出气口最接近的镜片支架上的通孔与所述出气口呈对角设置。

本发明还提供一种如上所述的光刻机投影物镜镜片支架通孔的设计方法，包括以下步骤：

(1)按照每个镜片的照明视场情况，确定相应镜片支架中通孔覆盖的弧度范围；

(2)根据每个镜片支架中通孔覆盖的弧度范围，确定通孔的个数和相邻通孔的间隔弧度；

(3)确定每个镜片支架上通孔的分布位置，离进气口最近的镜片支架上的通孔与进气口呈对角设置，由下而上相邻镜片支架之间的通孔呈对角分布；

(4)针对每个镜片支架，计算其中每个通孔的孔径d，首先求出镜片支架上每个通孔与下一镜片支架各个通孔之间的流通距离，并求和得到每个通孔的流通总距离L，预设其中一个通孔的孔径，并根据公式中的气体流量Q和压力损失值△P相等，π和μ为常数，即可求出其他通孔的孔径。

本发明提供的光刻机投影物镜及其镜片支架的通孔设计方法，根据每个镜片的照明视场情况，在相应的镜片支架上按照特定方法设置孔径不同的通孔，并使相邻镜片支架的通孔呈对角分布，不仅能保证各通孔的气体流量和压力损失值相同，以及投影物镜内气压的稳定性，而且实现了投影物镜内部气体充分流通，避免在光路区域形成流动死角以及内部空气不能彻底排出而在曝光时带来污染的问题，提高了散热性能和光路区域的温度稳定性，同时光路区域充分填充惰性气体，有效降低了投影物镜对温度和压力的敏感度，大大提高了光刻质量。

附图说明

图1是现有技术镜片支架的结构示意图；

图2是现有技术投影物镜结构及内部气流示意图；

图3是本发明一具体实施方式中投影物镜结构及内部气流示意图；

图4是本发明一具体实施方式中镜片支架中通孔的流通距离计算示意图；

图5是本发明实施例一的各孔位流通总距离L与镜片间距D之间的关系图；

图6是本发明实施例二的各孔位流通总距离L与孔径之间的关系图；

图7是本发明一具体实施方式中镜片支架的通孔分布示意图。

图1～2中所示：1’、镜筒；11’、出气口；12’、进气口；2’、镜片；3’、镜片支架；31’、通孔；

图3～7中所示：1、镜筒；11、出气口；12、进气口；2、镜片；3、物镜支架；31、通孔；311～317、通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

如图3所示，本发明提供一种光刻机投影物镜，包括镜筒1、若干镜片2和用于安装和支撑所述镜片2的镜片支架3，镜筒1的顶部和底部分别设有一个出气口11和一个进气口12，镜片支架3的一侧设有若干通孔31，且各通孔31的气体流量Q和压力损失值△P相同，相邻镜片支架3的通孔呈对角分布。需要说明的是，也可以是镜筒1的顶部设置进气口，底部设置出气口。进气口和出气口在上还是在下，是按照气体不同而不同的，如果冷却介质比空气重，进气口在底部，如果冷却介质比空气轻(如氦气)，进气口在顶部。

优选的，由于每个镜片2的照明视场不同，因此，相应镜片支架3上的通孔31覆盖的圆弧范围不同，覆盖范围为90～180度，镜片支架3上相邻两个通孔31的间隔弧度相同，每个镜片支架3上通孔31个数范围为3～7，且通孔31的孔径不都相等。需要说明的是，镜片2的照明视场通常有矩形分布、椭圆形分布和圆形分布，且都覆盖镜片2的对角两侧，根据照明视场覆盖镜片2一侧对应的弧度，确定镜片支架3上通孔31覆盖的弧度，并根据该弧度值确定通孔31的个数和间隔弧度，如当照明视场覆盖镜片一侧的弧度为100度时，可以选择通孔31的的个数为5，间隔弧度为25度。

优选的，与所述进气口12最接近的镜片支架3上的通孔31设置在与进气口12对角的一侧，出气口11最接近的镜片支架3上的通孔31设置在与出气口11对角的一侧。也就是说，气体从进气口12进入镜筒1后的流动路线为S型。以倒数第一、二层镜片2为例，气体从进气口12进入倒数第一层的镜片2的底部一端，流动到另一端的通孔31处，并通过通孔31上升到倒数第一层与倒数第二层镜片2之间，接着，气体在倒数第一层与倒数第二层镜片2之间从远离进气口12的一端流动到进气口12所在的一端，并从设置于该端且与倒数第二层镜片对应的通孔31中上升，到达倒数第二层与倒数第三层镜片之间，继续流通，以此类推，直至到达出气孔。

请继续参照图3，本发明还提供一种光刻机投影物镜镜片支架通孔的设计方法，包括以下步骤：

(1)按照每个镜片2的照明视场情况，确定相应镜片支架3中通孔31覆盖的弧度范围，以照明视场为覆盖整块镜片2的圆形分布为例，选择通孔31覆盖的弧度范围为180度；

(2)根据镜片支架3中通孔覆盖的弧度范围，确定通孔31的个数和相邻通孔31的间隔弧度，当通孔31覆盖的弧度范围为180度时，选择通孔31的个数为7，相邻通孔31的间隔弧度为30度；

(3)确定每个镜片支架3上通孔31的分布位置，离进气口12最近的镜片支架3上的通孔31设置在进气口对角的一侧，由下而上相邻镜片支架3之间的通孔31呈对角分布；

(4)针对每个镜片支架3，计算其中每个通孔31的孔径d，首先计算每个通孔31与下一镜片支架3各个通孔31之间的流通距离，并求和得到各个通孔31的流通总距离L，如图4所示，设其中两个镜片支架3间的距离为D，镜片支架3的半径为R，则图中通孔311与下方镜片支架3上通孔31的流通总距离L₃₁₁为：

同理可计算得出该镜片支架3上其他通孔31与下方镜片支架3所有通孔31的流通总距离L₃₁₂、L₃₁₃、L₃₁₄、L₃₁₅、L₃₁₆、L₃₁₇，预设通孔311的孔径为d₃₁₁，优选的范围为2～10mm，根据公式中的气体流量Q和压力损失值△P相等，其中，π和μ为常数，便可求出其他通孔31的孔径d₃₁₂、d₃₁₃、d₃₁₄、d₃₁₅、d₃₁₆、d₃₁₇。

实施例一，以θ＝30，R＝100，D＝10、20、30、40、50、60、70、80，得到各孔位流通总距离L与镜片间距D之间的关系如图5所示。

实施例二，以θ＝30，D＝50，R＝50、70、90、110、130、150、170、190，得到各孔位流通总距离L与镜片半径R之间的关系如图6所示。

结合实施例一和实施例二，可以看出，

1.镜片间距D变化，各孔流通总距离L之比几乎没有变化，但镜片半径变化，各孔位流通总距离L的比值有变化，且比值随着半径的变大而变大。

2.远端的透气孔314的流通总距离L最长，因此透气孔314的孔径d最大。

因此，最终的通孔31分布如图7所示，需说明的是在同一个投影物镜中，镜片2间的间距D不相同，镜片支架3的半径R相同，针对不同的投影物镜，镜片支架3的半径R不相同。

综上所述，本发明根据每个镜片2的照明视场情况，在相应的镜片支架3上按照上述方法设置孔径不同的通孔31，并使相邻镜片支架3的通孔31呈对角分布，不仅能保证各通孔31的气体流量和压力损失值相同，和投影物镜内气压的稳定性，而且实现了投影物镜内部气体充分流通，避免在光路区域形成流动死角以及内部空气不能彻底排出而在曝光时带来污染的问题，提高了散热性能和光路区域的温度稳定性，同时光路区域充分填充惰性气体，有效降低了投影物镜对温度和压力的敏感度，大大提高了光刻质量。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种光刻机投影物镜镜片支架通孔的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照每个镜片的照明视场情况，确定相应镜片支架中通孔覆盖的弧度范围；

(2)根据每个镜片支架中通孔覆盖的弧度范围，确定通孔的个数和相邻通孔的间隔弧度；

(3)确定每个镜片支架上通孔的分布位置，离进气口最近的镜片支架上的通孔与进气口呈对角设置，由下而上相邻镜片支架之间的通孔呈对角分布；

(4)针对每个镜片支架，计算其中每个通孔的孔径d；

其中，所述步骤(4)包括：首先计算镜片支架上每个通孔与下一镜片支架各个通孔之间的流通距离，并求和得到每个通孔的流通总距离L，预设其中一个通孔的半径，并根据公式中的气体流量Q和压力损失值ΔP相等，π和μ为常数，求出其它通孔的孔径。