CN108398858B - 一种气体隔离装置及隔离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气体隔离装置及隔离方法，用于抑制低清洁腔室中的污染物向高清洁腔室的扩散。所述气体隔离装置是一个两端开口的管道结构，其宽口端与高清洁腔室连接，窄口端与低清洁腔室连接。所述气体隔离装置一面侧壁上开有两层充气口，用于向隔离结构内充气；对面侧壁上开有一层抽气口，用于抽走隔离结构内的部分气体。本发明通过气流对污染物扩散的双重抑制作用以及气流对污染物的裹挟排除作用，更好的抑制了污染物的扩散。

Description

一种气体隔离装置及隔离方法
技术领域
本发明涉及一种气体隔离装置及隔离方法，适用于极紫外光刻技术领域。
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，导致极紫外光刻机与普通空气环境下的光刻机大不相同。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。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，只需满足清洁真空要求。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一种隔离装置，从而将两种不同要求的环境隔离。
专利CN103399464B提出一种动态气体锁，如图1所示，其中101为清洁度要求较高的第一腔室，102为清洁度要求相对较低的第二腔室，103为所述动态气体锁，动态气体锁103用于阻止第二腔室102内的物质进入第一腔室101。第一腔室101和第二腔室102还分别配置有第一抽气泵组1011和第二抽气泵组1021，以便对相应腔室进行抽真空。动态气体锁103为两端开口的喇叭口形状，其宽口端1031连接第一腔室101，其窄口端1032连接第二腔室102。所述动态气体锁103的筒身上开有多个喷口1033。其锥形侧壁均匀分布的多个喷口向中心轴喷射带有一定角度的气流，利用此气流抑制污染物扩散。专利CN103365119B提出一种螺旋气流动态气体锁，如图2～图3所示，其中，第一腔室201内部为超清洁真空环境，第二腔室202内部为清洁真空环境。动态气体锁203为两端开口的喇叭口形状，其宽口端2031连接第一腔室201，其窄口端2032连接第二腔室202。第一腔室201和第二腔室202分别具有一个抽气泵组，即第一抽气泵组2011和第二抽气泵组2021，分别用于从第一腔室201和第二腔室202向外抽气。动态气体锁203靠近窄口端2032的侧面布置有多个螺旋气流喷口组2033，靠近宽口端2031的侧面布置至少一个补气气流喷口组2034。各螺旋气流喷口组2033由能够向筒身内部吹气的多个气流喷口组成，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。其锥形侧壁均匀分布的多个喷口向动态气体锁内部喷射气流，所喷出的气流围绕动态气体锁的中心轴进行旋转，并汇聚到中心轴附近，利用此气流抑制污染物扩散。
总之，上述专利均是单纯利用逆向气流的抑制作用来阻止第二腔室内的物质进入第一腔室。若要实现较好的抑制效果，需要的气体量大，气体对极紫外光的吸收多，需要配置较大的抽气泵组，系统硬件成本和运行成本高。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的缺陷，提供一种气体隔离装置及隔离方法，通过气流对污染物扩散的双重抑制作用以及气流对污染物的裹挟排除作用，更好的抑制了污染物的扩散，便于更好地抑制低清洁环境中的污染物向高清洁环境扩散，并确保极紫外光通过该气体隔离装置时不会有大的能量损失。
本发明技术解决方案：
本发明提供一种气体隔离装置，用于抑制低清洁腔室2中的污染物向高清洁腔室1的扩散。所述隔离结构3是一个两端开口的管道结构，其宽口端31与高清洁腔室连接1，窄口端32与低清洁腔室2连接。所述气体隔离结构3一面侧壁上开有两层充气口33、34，对面侧壁上开有一层抽气口36。所述抽气口36处于所述充气口33、34的中间位置。
所述隔离结构3的结构取决于其内部所要通过的介质形状。对于圆锥形光束，隔离结构3采用圆锥形结构；对于矩形且连续收缩的光束，隔离结构3采用矩形横截面、梯形纵截面的结构。
所述充气口33、34连接着进气管道5和高纯气源4。
所述抽气口36连接着抽气管道6。所述抽气管道6可以与低清洁腔室2直接连通，也可以与抽气泵组10连通。
所述清洁气体对极紫外辐照的吸收系数相对较小，可以选用氢气、氮气、氦气、氖气、氩气，或其中两种及两种以上的混合气体。
本发明与现有技术相比的优点在于：与先前技术(单纯利用逆向气流的抑制作用)相比，本发明(通过气流对污染物扩散的双重抑制作用以及气流对污染物的裹挟排除作用)可减少气体隔离装置的清洁气体使用量，提高其对污染物的抑制效果，并降低极紫外光通过气体隔离装置时的能量损失。
附图说明
图1为先前动态气体锁原理图；
图2为先前螺旋气流动态气体锁原理图；
图3为先前螺旋气流动态气体锁的截面图；
图4为本发明所述气体隔离装置实施例1；
图5为本发明所述气体隔离装置实施例2；
图6圆锥形隔离结构；
图7矩形横截面、梯形纵截面隔离结构。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
如图4所示，本发明涉及的气体隔离装置主要包括高清洁腔室1、低清洁腔室2、隔离结构3、高纯气源4(纯度99.9999％及以上)、进气管道5、抽气管道6、气流7，第一抽气泵组8、第二抽气泵组9。
高清洁腔室1是指清洁度要求相对较高的腔室。如成像光学系统腔室、照明光学系统腔室等，其对固体颗粒物浓度、碳氢化合物气体分压等有严格限制。
低清洁腔室2是指清洁度要求相对较低的腔室。如掩模台、硅片台腔室等，其对固体颗粒物浓度、碳氢化合物气体分压的限制相对宽松。
隔离结构3是一个两端开口的管道结构。其宽口端31与高清洁腔室1连接，窄口端32与低清洁腔室2连接。隔离结构3的结构取决于其内部所要通过的介质形状。
如图6所示，对于圆锥形光束，隔离结构3采用圆锥形结构；隔离结构3侧壁上同一侧开有两层充气口，第一充气口33和第二充气口34。在充气口的对侧开有一层抽气口36，抽气口36处于第一充气口33、第二充气口34的中间位置。
如图7所示，对于矩形且连续收缩的光束，隔离结构3采用矩形横截面、梯形纵截面的结构。隔离结构3的一个矩形侧壁上开有两层充气口，第一充气口33、第二充气口34。在充气口的对侧开有一层抽气口36，抽气口36处于第一充气口33、第二充气口34的中间位置。
高纯气源4通过进气管道5向隔离结构3提供高纯无杂的清洁气体。该气体应对极紫外辐照的吸收系数相对较小，可以选用氢气、氮气、氦气、氖气、氩气，或其中两种及两种以上的混合气体，以确保极紫外光接近无能量损失的通过隔离结构3。第二抽气泵组9通过抽气管道6抽走隔离结构3内的一部分清洁气体。
高纯清洁气体通过第一充气口33、第二充气口34注入隔离结构3，在第一抽气泵组8、第二抽气泵组9的抽气作用下，清洁气体被分成四股气流71、72、73、74。第一股气流71由第一充气口33流向低清洁腔室2，该气流流向与污染物扩散方向相反，抑制了污染物向高清洁腔室1的扩散传输。第二股气流72由第一充气口33流向抽气管道6并最终被第二抽气泵组9排出系统，该气流能够裹挟绝大部分穿过第一股气流71的污染物并将其带出系统。第三股气流73由第二充气口34流向抽气管道6并最终被第二抽气泵组9排出系统，该气流流向与污染物扩散方向相反，再次抑制了污染物向高清洁腔室1的扩散传输。
先前动态气体锁单纯依靠逆向气流对污染物扩散的抑制作用。本发明通过第一股气流71、第三股气流73对污染物扩散的双重抑制作用以及第二股气流72对污染物的裹挟排除作用，极大地提高了隔离结构3对污染物扩散的抑制效果。在相同抑制效果时，本发明所述隔离结构3所需的清洁气流量较少，且隔离结构3的第一进气口33、第二进气口34之间的中间段气压更低，大大减小了气体对极紫外辐照光的吸收。
实施例2：
如图5所示，本发明涉及的气体隔离装置主要包括高清洁腔室1、低清洁腔室2、隔离结构3、高纯气源4、进气管道5、抽气管道6、气流7，第一抽气泵组8、第二抽气泵组9和第三抽气泵组10。与实施例1相比，本实施例将隔离结构3的抽气管道6与抽气泵组10直接连通。利用抽气泵组10对隔离结构3抽气。抽气泵组10具有更好的抽气性能，可提高气体隔离装置对污染物的抑制效果。

Claims (6)

1.一种气体隔离装置，用于抑制低清洁腔室中的污染物向高清洁腔室的扩散，其特征在于：包括两端开口的管道结构，管道结构的一面侧壁上开有两层充气口，对面侧壁上开有一层抽气口；
所述管道结构的形状取决于内部所要通过的介质形状：对于圆锥形光束，所述管道结构采用圆锥形结构；对于矩形且连续收缩的光束，所述管道结构采用矩形横截面、梯形纵截面的结构；
所述抽气口处于所述两层充气口的中间位置。
2.如权利要求1所述的气体隔离装置，其特征在于：所述充气口连接着进气管道和气源。
3.一种气体隔离装置，用于抑制低清洁腔室中的污染物向高清洁腔室的扩散，其特征在于：包括气源、两端开口的管道结构、进气管道、抽气管道和抽气泵组；所述管道结构的一面侧壁上开有两层充气口，气源通过进气管道与充气口相连，管道结构对面侧壁上开有一层抽气口，所述抽气口连接着抽气管道和抽气泵组，所述管道结构的形状取决于内部所要通过的介质形状：对于圆锥形光束，所述管道结构采用圆锥形结构；对于矩形且连续收缩的光束，所述管道结构采用矩形横截面、梯形纵截面的结构；所述抽气口处于所述两层充气口的中间位置。
4.一种气体隔离装置，用于抑制低清洁腔室中的污染物向高清洁腔室的扩散，其特征在于：包括气源、两端开口的管道结构、进气管道、抽气管道和抽气泵组；所述管道结构的一面侧壁上开有两层充气口，气源通过进气管道与充气口相连，管道结构对面侧壁上开有一层抽气口，所述抽气管道与低清洁腔室直接连通；所述管道结构的形状取决于内部所要通过的介质形状：对于圆锥形光束，所述管道结构采用圆锥形结构；对于矩形且连续收缩的光束，所述管道结构采用矩形横截面、梯形纵截面的结构；所述抽气口处于所述两层充气口的中间位置。
5.如权利要求1-4中任意之一所述的气体隔离装置，其特征在于：所述气源选用氢气、氮气、氦气、氖气或氩气，或其中两种及两种以上的混合气体。
6.一种气体隔离方法，用于抑制低清洁腔室中的污染物向高清洁腔室的扩散，其特征在于：隔离结构为两端开口的管道结构，管道结构的一面侧壁上开有两层充气口，对面侧壁上开有一层抽气口，且抽气口处于两层充气口的中间位置；所述管道结构的形状取决于内部所要通过的介质形状：对于圆锥形光束，所述管道结构采用圆锥形结构；对于矩形且连续收缩的光束，所述管道结构采用矩形横截面、梯形纵截面的结构；气源通过两层充气口进入隔离结构，在抽气泵组的作用下部分气源进入低清洁室，抑制污染物向高清洁室扩散，部分气源在抽气泵组的作用下通过抽气管道被排出装置外，通过抑制和裹挟排出作用，再次抑制污染物向高清洁室扩散。
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