CN105842997A - 一种动态气体锁的试验装置和试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动态气体锁的试验装置，其包括分别连接所要试验的动态气体锁两端的模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室。模拟清洁真空腔室中有污染发射源，用于发射模拟污染物，该模拟污染物用于模拟诸如极紫外光刻机中硅片表面产生的污染物；模拟超清洁真空腔室中配置有测量腔内气体组分和分压的设备。模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室上分别布置有真空计组。本发明能有效验证动态气体锁的抑制效果。
Description
技术领域
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的试验装置和试验方法。
背景技术
由于空气及几乎所有的折射光学材料对13.5nm波长的极紫外辐照具有强烈的吸收作用，导致极紫外光刻机(Extreme Ultraviolet 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。
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。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。
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)。
动态气体锁研制完毕后，需要一套动态气体锁试验装置，用于验证EUV真空下动态气体锁的抑制效果，得到抑制效果与清洁气体流量、污染气体放气率、清洁气体种类、污染气体种类等影响因素的关系。该试验装置能够为动态气体锁的合理选型、在EUVL中的顺利使用提供有效保障。
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验证动态气体锁的抑制能力的问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提出一种动态气体锁的试验装置，包括模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室，所述模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室分别连接被试动态气体锁的两个开口端，所述模拟清洁真空腔室中设有污染发射源，用于模拟产生污染物。
根据本发明的具体实施例，所述模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室上分别布置有真空计组；
根据本发明的具体实施例，所述真空计组由粗测和精测两个真空计组成。
根据本发明的具体实施例，所述模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室上分别布置有与真空泵组连接的阀门，该阀门的接口中心轴与动态气体锁的接口中心轴在一条直线上。
根据本发明的具体实施例，所述污染发射源通过发射源支撑架固定在模拟清洁真空腔室中。
根据本发明的具体实施例，所述污染发射源包括发射室，其通过发射管道和管道接头与模拟污染气体气源连接。
根据本发明的具体实施例，所述发射室内也布置有发射室匀流板。
根据本发明的具体实施例，所述发射室匀流板为多级发射室匀流板，各级发射室匀流板的有效漏孔面积之和近似相等。
根据本发明的具体实施例，越接近发射室的气流入口管道的发射室匀流板的漏孔越稀疏、孔径越大。
根据本发明的具体实施例，正对发射管道的发射室均流板在所述发射管道内直径的1～2倍直径区域不布置漏孔。
根据本发明的具体实施例，所述模拟超清洁真空腔室上配置有测量腔内气体组分和分压的设备。
本发明还提出一种动态气体锁的试验方法，利用前述的动态气体锁的试验装置对动态气体锁进行试验，该方法包括如下步骤：关闭动态气体锁的清洁气流和污染发射源的污染气流，对动态气体锁的试验装置抽真空，使模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室的真空度接近极限本底，测量模拟超清洁真空腔室内污染气体的分压值P01；对模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室抽真空，通过污染发射源向模拟清洁真空腔室内注入污染气体，在动态气体锁不工作的情况下，测量模拟超清洁真空腔室内污染气体的分压值P11；关闭污染发射源，对模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室抽真空，再次使真空度接近极限本底，测量模拟超清洁真空腔室内污染气体的分压值P02；打开动态气体锁，以一定气体流量注入一定种类清洁气体，以测量P11时相同的流量再次打开污染发射源，经一定时间后使模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室的真空度稳定，测量模拟超清洁真空腔室内污染气体的分压值P12；计算所述动态气体锁的抑制率为[(P11-P01)-(P12-P02)]/(P11-P01)。
(三)有益效果
本发明提出动态气体锁试验装置能够验证动态气体锁的抑制效果，能够得到其抑制效果和清洁气体流量、污染气体放气率、清洁气体种类、污染气体种类等影响因素的关系。
附图说明
图1是本发明的动态气体锁试验装置的一个实施例的结构示意图；
图2是图1的试验装置的剖面图；
图3是本发明一个实施例的污染发射源的结构示意图；
图4是图3的污染发射源的剖面图。
具体实施方式
本发明提出的动态气体锁试验装置，主要由分别连接动态气体锁的模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室组成。模拟清洁真空腔室中有污染发射源，用于发射模拟污染物，该模拟污染物用于模拟诸如极紫外光刻机中硅片表面产生的污染物；模拟超清洁真空腔室中配置有测量腔内气体组分和分压的设备(如质谱计)。污染发射源通过其支撑架固定在模拟清洁真空腔室中，其发射室通过管道与污染气体气源连接，发射室内布置有多级匀流板，面向动态气体锁均匀向外喷射污染气体。
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是本发明的动态气体锁的试验装置的一个实施例的结构示意图。图2是该试验装置的剖面图。如图1和2所示，该试验装置包括模拟清洁真空腔室5和模拟超清洁真空腔室6，模拟清洁真空腔室5和模拟超清洁真空腔室6分别连接被试动态气体锁L的两个开口端。
该实施例中，该两个真空腔室5、6上都布置有真空计组51、61，其用于测量真空腔室内部的真空度；如但不限如的举例，每个腔室的真空计组都由粗测和精测两个真空计组成，粗测真空计大量程低精度，用于较大范围内(包括从一个大气压到腔室极限真空的范围)腔内真空度的初步评估，精测真空计小量程高精度，用于较小范围内(包括所有试验过程中所涉及到的工作真空)腔内真空度的精确评估。
该实施例中，该两个真空腔室5、6上都布置有与真空泵组(图中未显示)连接的阀门53、63，阀门53、63的接口法兰中心轴与动态气体锁的接口法兰4的中心轴在一条直线上。即对真空腔室5，阀门53布置在动态气体锁的正对面；对真空腔室6，阀门63布置在动态气体锁的正对面。这样能够使该试验装置腔内的抽真空气流近似对称，排除掉因真空泵组抽气口位置的不同引起的试验误差，能够更加真实的进行动态气体锁的抑制效果试验。
所述模拟清洁真空腔室中设有污染发射源7，用于发射模拟污染物，该模拟污染物用于模拟诸如极紫外光刻机中硅片表面产生的污染物。污染发射源7的结构如图3所示，通过发射源支撑架8固定在模拟清洁真空腔室中。污染发射源7包括发射室71，其通过发射管道72、管道接头73和阀门(图中未画出)与模拟污染气体气源(图中未画出)连接，用于向发射室71内部注入模拟污染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，可以在该发射管道72和外部模拟污染气体气源之间增加一个气体质量流量控制器(图中未画出)，用于精确控制模拟污染气体注入流量。具体连接方式可以为：模拟清洁真空腔室5的腔壁上设有法兰，法兰上焊接有通气硬管道(如铜管、不锈钢管等)，法兰外硬管道通过气体质量流量控制器、阀门等连接到模拟污染气体气瓶上，法兰内硬管道通过管道接头连接到金属软管(如波纹管)再连接到发射室气流入口管道上。污染发射源剖面如图4所示，发射室71内布置有发射室匀流板(其可以为一个，也可以是多级，图中显示共3级，即74、75、76)。所述发射室71面向动态气体锁均匀向外喷射污染气体。发射室匀流板74、75、76可为金属网格板，其上可均匀布置有漏孔且不同级的发射室匀流板其漏孔数量和孔径不同；各级发射室匀流板的有效漏孔(放置在发射室中能够有效通过污染气流)面积之和近似相等，且越接近发射室气流入口管道的发射室匀流板漏孔越稀疏、孔径越大；对于其最靠近发射室气流入口管道的一级发射室匀流板74，为避免从管道流入的污染气流的直接冲击，也为了使污染气流尽量均匀，正对发射管道的发射室均流板74在所述发射管道内直径的1～2倍直径区域不布置漏孔。
如图1所述，模拟超清洁真空腔室6上可配置有测量腔内气体组分和分压的设备，如四极质谱计62。
在实际EUV光刻机中，硅片释放的污染物成分主要是水蒸气和碳氢化合物，且对大分子碳氢化合物的分压要求比水要高得多。为获得稳定的污染气体气源，如但不限如的举例，污染发射源通入的污染气体设定为干燥无杂的二氧化碳气体。
本动态气体锁试验装置的工作原理介绍如下：
1)针对本动态气体锁试验装置，由动态气体锁注入的清洁气体分子与污染发射源释放的欲流向超清洁真空腔室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腔室从而达到抑制污染气体分子向超清洁真空腔室扩散的效果；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)。
2)本动态气体锁试验装置用污染发射源替代硅片室中因EUV辐照而放气的硅片，用缩比的模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室替代EUV光刻机中的真实真空腔室，并将一套动态气体锁装置连接到两模拟腔室之间。通过高精度流量控制系统(高精度气体质量流量计)来精确控制污染发射源的污染气体放气率和动态气体锁的清洁气体流量；通过四极质谱计来监测模拟超清洁真空腔室中的气体组分和分压力。这样，当污染气体发射源以一定的放气率释放污染气体时，可以通过四极质谱计测得动态气体锁工作前后模拟超清洁真空腔室中的污染气体分压力相对真空腔室本底的增量，可求得在该种条件下的动态气体锁抑制率Rs为：
本动态气体锁试验装置的具体试验流程介绍如下：
关闭动态气体锁的清洁气流和污染发射源的污染气流，用真空泵组对本试验装置抽真空，使两模拟腔室的真空度接近极限本底，使用四极质谱计测量模拟超清洁真空腔室内污染气体的分压值P01；
保持两模拟腔室的真空泵组正常工作，通过污染发射源向模拟清洁真空腔室内注入污染气体，在动态气体锁不工作的情况下，使用四极质谱计测量模拟超清洁真空腔室内污染气体的分压值P11；
关闭污染发射源，对两模拟腔室抽真空，再次使真空度接近极限本底，使用四极质谱计测量模拟超清洁真空腔室内污染气体的分压值P02；
打开动态气体锁，以一定气体流量注入一定种类清洁气体，同时以测量P11时相同的污染气体流量再次打开污染发射源，经一定时间后两腔室的真空度稳定，使用四极质谱计测量模拟超清洁真空腔室内污染气体的分压值P12；
这样可以得到该种类清洁气体在该清洁气体流量下针对该污染气体流量的动态气体锁抑制率为[(P11-P01)-(P12-P02)]/(P11-P01)；
连续上述试验过程，通过改变污染气体种类、污染气体放气率、清洁气体种类和清洁气体流量等条件，可以得到一系列的动态气体锁抑制率；通过分析这些抑制率的规律，可以验证动态气体锁的抑制效果，能够得到其抑制效果和清洁气体流量、污染气体放气率、清洁气体种类、污染气体种类等影响因素的关系。
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 (10)
1.一种动态气体锁的试验装置，包括模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室，所述模拟清洁真空腔室(5)和模拟超清洁真空腔室(6)分别连接被试动态气体锁(L)的两个开口端，其中，
所述模拟清洁真空腔室中设有污染发射源(7)，用于模拟产生污染物；
所述模拟超清洁真空腔室中配置有测量腔内气体组分和分压的设备。
2.如权利要求1所述的动态气体锁的试验装置，其特征在于，所述模拟清洁真空腔室(5)和模拟超清洁真空腔室(6)上分别布置有真空计组(51、61)。
3.如权利要求2所述的动态气体锁的试验装置，其特征在于，所述真空计组由粗测和精测两个真空计组成。
4.如权利要求1所述的动态气体锁的试验装置，其特征在于，所述模拟清洁真空腔室(5)和模拟超清洁真空腔室(6)上分别布置有与真空泵组连接的阀门(53、63)，该阀门(53、63)的接口中心轴与动态气体锁的接口中心轴在一条直线上。
5.如权利要求1所述的动态气体锁的试验装置，其特征在于，所述污染发射源(7)包括发射室(71)，其通过发射管道(72)、管道接头(73)、阀门、气体质量流量控制器与模拟污染气体气源连接。
6.如权利要求1所述的动态气体锁的试验装置，其特征在于，所述发射室(71)内布置有发射室匀流板。
7.如权利要求6所述的动态气体锁的试验装置，其特征在于，所述发射室匀流板为多级发射室匀流板，各级发射室匀流板的有效漏孔面积之和近似相等。
8.如权利要求7所述的动态气体锁的试验装置，其特征在于，越接近发射室(71)的气流入口管道的发射室匀流板的漏孔越稀疏、孔径越大。
9.如权利要求8所述的动态气体锁的试验装置，其特征在于，正对发射管道的发射室匀流板(74)在所述发射管道内直径的1～2倍直径区域不布置漏孔。
10.一种动态气体锁的试验方法，利用权利要求1至9中任一项所述的动态气体锁的试验装置对动态气体锁进行试验，该方法包括如下步骤：
S1、关闭动态气体锁的清洁气流和污染发射源的污染气流，对动态气体锁的试验装置抽真空，使模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室的真空度接近极限本底，测量模拟超清洁真空腔室内污染气体的分压值P01；
S2、对模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室抽真空，通过污染发射源向模拟清洁真空腔室内注入污染气体，在动态气体锁不工作的情况下，测量模拟超清洁真空腔室内污染气体的分压值P11；
S3、关闭污染发射源，对模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室抽真空，再次使真空度接近极限本底，测量模拟超清洁真空腔室内污染气体的分压值P02；
S4、打开动态气体锁，以一定气体流量注入一定种类清洁气体，以测量P11时相同的流量再次打开污染发射源，经一定时间后使模拟清洁真空腔室和模拟超清洁真空腔室的真空度稳定，测量模拟超清洁真空腔室内污染气体的分压值P12；
S5、计算当前种类清洁气体在当前清洁气体流量下针对当前污染气体流量的动态气体锁抑制率[(P11-P01)-(P12-P02)]/(P11-P01)；
S6、改变污染气体种类、污染气体放气率、清洁气体种类和清洁气体流量，重复步骤S1～S5，得到一系列的动态气体锁抑制率。
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