CN109283797B - 物镜保护装置、物镜系统以及光刻设备 - Google Patents

物镜保护装置、物镜系统以及光刻设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种物镜保护装置、物镜系统以及光刻设备，所述物镜保护装置包括一主体结构，所述主体结构具有送气单元和抽排单元，所述送气单元输出气体，所述抽排单元对所述送气单元输出的气体进行抽排，从而在所述送气单元和所述抽排单元之间形成至少一层风幕。在本发明提供的物镜保护装置中，利用送气单元和抽排单元形成风幕，当装置运行时，在横向细密均匀的送风口作用下，可以有效控制出风流速，将风控制在层流状态，保证风幕的流场均匀，同时，在第一抽风口的作用下，形成了一层覆盖整个镜片的风幕，可以有效将由下而上挥发的有机物阻挡，消除其与镜片直接接触的机会，防止物镜镜片受到光刻胶的有机物挥发污染，保证物镜的成像质量。

Description

物镜保护装置、物镜系统以及光刻设备
技术领域
本发明涉及半导体及光学技术领域，特别涉及一种物镜保护装置、物镜系统以及光刻设备。
背景技术
物镜作为光刻机的核心组件，直接决定着产品的成像质量。物镜底层镜片与硅片距离很小(约40mm)，光刻机在曝光过程中，硅片表面涂有的光刻胶中含有有机溶剂，在曝光作用下会持续缓慢的挥发。随着光刻机的持续运行，挥发的有机溶剂会粘附在物镜的下表面，在底层镜片下表面形成有机溶剂污染膜。该污染膜严重影响物镜中光的透过率，降低硅片的成像效果，不利于产品质量。
针对上述问题，目前的主要处理办法有：
1.为了保证成像质量，对底层镜片表面定期擦拭去除黏着的有机溶剂，但再小心的擦拭，也会对镜片的镀膜有影响，造成镜片不可逆损坏，该接触式的处理方式不宜频繁使用。同时，直接擦拭受到操作人员熟练度等因素的影响会出现不同的结果，产品的均一性控制困难。
2.在物镜的底层镜片下面设置镜座，安装一层极薄的物镜保护膜来防止有机溶剂附着在镜片表面。该方法虽可以有效防止镜片污染，但保护膜受到光的透摄，光是具有能量的，会导致保护膜的使用寿命缩短。同时，受到目前技术的限制，极薄的保护膜一方面安装操作难度大，且会受外界气压影响，十分容易破裂(损坏率高达15％)；另一方面，根据透摄光的能量大小不同和成像质量的要求，保护膜只能维持30-60天必须更换，影响设备的持续高效运行，增加了用户的使用成本。
因此寻求一种持续高效，稳定可靠的防止镜片污染的处理方法亟待提出。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种物镜保护装置、物镜系统以及光刻设备，以解决物镜容易受到污染的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种物镜保护装置，所述物镜保护装置包括一主体结构，所述主体结构具有送气单元和抽排单元，所述送气单元输出气体，所述抽排单元对所述送气单元输出的气体进行抽排，从而在所述送气单元和所述抽排单元之间形成至少一层风幕。
可选的，所述送气单元具有送气面，所述送气面上设有至少一个送气口，所述抽排单元具有第一抽气面，所述第一抽气面上设有至少一个第一抽气口，所述送气面和/或所述第一抽气面结构是阶梯型。
可选的，所述送气单元具有送气面，所述送气面上设有至少一个送气口，所述抽排单元具有第一抽气面，所述第一抽气面上设有至少一个第一抽气口，所述送气面和/或所述第一抽气面轴对称分布。
可选的，所述送气单元具有送气面，所述送气面设有送气口，所述送气面垂直于所述送气单元的送气方向。
可选的，所述送气面包括多个不在一个平面的子送气面。
可选的，多个所述子送气面之间平行分布。
可选的，所述送气单元还设有若干个非送气面，所述非送气面上不设有所述送气口。
可选的，所述非送气面与所述送气面呈一夹角。
可选的，所述夹角为85°～95°。
可选的，所述抽排单元具有第一抽气面，所述第一抽气面设有第一抽气口，所述第一抽气面垂直于所述送气单元的送气方向。
可选的，所述第一抽气面包括不在一个平面的多个子第一抽气面。
可选的，所述多个子第一抽气面之间平行分布。
可选的，所述抽排单元还设有非抽气面，所述非抽气面上不设有所述第一抽气口。
可选的，所述非抽气面与所述第一抽气面呈一夹角。
可选的，所述夹角为85°～95°。
可选的，所述送气单元上具有若干送气口，所述抽排单元具有若干第一抽气口，所述若干送气口与所述若干第一抽气口对向设置。
可选的，所述若干送气口与所述若干第一抽气口一一对应。
可选的，所述送气单元具有进气口，所述进气口与若干送气口均连通；所述抽排单元具有排气口，所述排气口与若干第一抽气口均连通。
可选的，所述送气单元包括送气腔，所述进气口与所述送气腔连通，气体从所述进气口进入所述送气腔，由送气口输出。
可选的，所述抽排单元包括第一抽排腔，所述排气口与所述第一抽排腔连通，气体从第一抽气口进入所述第一抽排腔，由所述排气口排出。
可选的，所述主体结构还包括第二抽排单元，所述第二抽排单元具有第二抽气面，所述第二抽气面位于所述主体结构下表面。
可选的，所述第二抽气面设有若干第二抽气孔。
可选的，所述第二抽气面为环形。
可选的，所述第二抽气面的抽气方向不平行于所述送气单元的送气方向。
可选的，所述第二抽气面的抽气方向垂直于所述送气单元的送气方向
可选的，所述第二抽排单元设有第二抽排腔，所述第二抽气面将气体抽至所述第二抽排腔。
可选的，所述抽排单元包括第一抽排腔，所述第一抽排腔和所述第二抽排腔相互连通。
可选的，所述主体结构还具有一连接部，用于与物镜连接，所述连接部位于所述主体结构的一侧。
可选的，所述连接部为一螺纹端口。
可选的，还包括物理保护层，所述物理保护层与所述主体结构连接，并位于被保护物镜与至少一层风幕之间。
可选的，所述物理保护层采用玻璃材质或树脂材质。
可选的，还包括密封件，用于密封所述物理保护层和所述主体结构之间的间隙，所述密封件位于所述物理保护层和所述主体结构之间。
可选的，所述主体结构为一体成型结构。
为了解决上述问题本发明另一方面提供一种物镜系统，包括上述的物镜保护装置。
为了解决上述问题本发明又提供一种光刻设备，包括上述的物镜系统。
本发明提供的物镜保护装置具有以下有益效果：
(1)，利用送气单元和抽排单元形成风幕，当装置运行时，在横向细密均匀的送风口作用下，可以有效控制出风流速，将风控制在层流状态，保证风幕的流场均匀，同时，在第一抽风口的作用下，形成了一层覆盖整个镜片的风幕，可以有效将由下而上挥发的有机物阻挡，消除其与镜片直接接触的机会，防止物镜镜片受到光刻胶的有机物挥发污染，保证物镜的成像质量；
(2)，竖向的第二抽风口可抽取挥发的污物，减小了污物污染其他部件。第二抽风口细密均匀的构造同样可以有效控制抽排气流的流场，在不扰乱风幕的条件下，将挥发物质抽排出机器内部；
(3)，物理保护层形成第二重物理防护，可以确保挥发污染物无法接触镜片；
(4)，送风口、第一抽风口以及第二抽风口均再用细密均匀分布的圆形小孔，可以有效控制出风和抽排风的流速，将其控制在层流状态，确保风幕的稳定，保证风幕的阻挡效果和抽排的充分；
(5)，主体结构一体成型，装置更加紧凑，占用空间小。
附图说明
图1是本发明一实施例中物镜保护装置的立体示意图；
图2a是本发明一实施例中物镜保护装置的俯视图；
图2b、图2c是本发明另一实施例中物镜保护装置的俯视图；
图3是图2a的剖面视图A-A；
图4是图2a的剖面视图B-B；
图5是本发明一实施例中物镜保护装置的主视图；
图6是图5的剖面视图C-C。
图中：10-主体结构；11-送气单元；111-进气口；112-送气口；12-抽排单元；121-排气口；122-第一抽气口；123-第二抽气口；13-连接部；14-气体通道；20-物理保护层；30-密封件；A-送气面；B-非送气面；C-第一抽气面；D-非抽气面。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的物镜保护装置、物镜系统以及光刻设备作进一步详细说明。根据权利要求书和下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本实施例以光刻机为例介绍一种物镜保护装置，当然该装置并不限于光刻机的应用，还可以应用于类似的具有相似防污染要求的不同类型的设备上。
参阅图1～图6，本实施例提供的物镜保护装置包括一主体结构10，所述主体结构10具有一送气单元11和一抽排单元12，送气单元11和抽排单元12之间具有一定空间，用于形成至少一层风幕。发明人研究发现风幕做为一种流动的气流可起到隔离保护的作用，该装置设置在物镜的下方，在光刻机刻蚀硅片的过程中，当硅片表面的有机溶剂向上挥发时，风幕可阻挡住挥发的有机溶剂进入目镜表面。其中所形成的风幕平行于物镜表面，也可以微倾斜于物镜表面，其倾斜角度范围可在1°～5°。所述主体结构10的结构尺寸只要不影响物镜和/或其他装置的装配关系和正常工作即可，本领域技术人员可根据具体的工作环境来具体设计主体结构10的结构尺寸，所以本申请并不对此做具体限定。
进一步的，送气单元11具有送气面A，抽排单元12具有第一抽风面C，所述至少一层风幕在送气面A与第一抽气面C之间形成，其中，送风面A和第一抽风面C对向设置，以使所形成的风幕均匀性更好。送气单元11具有进气口111和若干送气口112，所述进气口111用于连接外部气源，若干送气口112均匀地分布于送风面A上，并与进气口111均连通。抽排单元12具有排气口121和若干第一抽气口122，若干第二抽气口122均匀分布于第一抽风面C上，并与排气口121均连通；排气口121用于连接抽排设备，若干位于第一抽风面C的抽气口122与若干送气口112相对设置，且一一对应，或配置为能够维持气帘的其他对应形式。若干第一抽气口122均匀的横向分布，用于吸收送气口112送出的气流，以在物镜表面一侧形成稳定的风幕，从而保证风幕的均匀性和覆盖面积，所形成的稳定风幕可平行于物镜表面，也可与物镜表面形成一定夹度，可由本领域技术人员根据实际情况进行选择。具体的，第一抽气口122和送气口112均为直径范围为0.5mm～1mm的圆形通孔；较佳的，若干送气口112均匀分布，若干第一抽气口122也均匀分布。
参阅图2a-2c其中，送气面A和/或第一抽气面C结构可以是阶梯型，送气面A可包括多个不在一个平面的子送气面，多个子送气面之间平行分布。送气面A和/或第一抽气面C不仅可以设置成如图2a-2c所示的水平向的阶梯型，即多个子送气面具有相同的垂向，且至少两个子送气面在平行于送气方向的水平轴上具有不同的位置；还可以是垂向的阶梯型，即至少两个子送气面在垂向上具有不同的位置，且至少两个子送气面在平行于送气方向的水平轴上具有不同的位置。上述的相同位置和不同位置仅以该方向上坐标为依据，本领域技术人员可以根据实际需要对上述方案进行变动。
送气单元还设有非送气面B，所述非送气面B上不设有所述送气口，非送气面B与所述送气面A的夹角范围为85°～95°，优选为90°夹角，当然本申请并不局限于90°夹角，其他角度也是可实施的方案。
送气面A和/或所述第一抽气面C轴对称分布(例如轴对称)，送气面A垂直于送气单元11的送气方向。抽排单元12具有第一抽气面C，所述第一抽气面设有第一抽气口，所述第一抽气面C垂直于送气单元11的送气方向。第一抽气面C包括不在一个平面的多个子第一抽气面，多个子第一抽气面之间平行分布，抽排单元12还设有非抽气面D，非抽气面D上不设有第一抽气口，非抽气面D与第一抽气面C的夹角范围为85°～95°，优选为90°夹角，当然本申请并不局限于90°夹角，其他角度也是可实施的方案。
进一步的，主体结构10还具有第二抽排单元，用于工作(曝光)过程中，第二抽排单元设有第二抽风面，第二抽风面可平行于水平面，所述第二抽气面为环形，其上均匀布置有若干第二抽气口123，第二抽风面上的若干第二抽气口123均与排气口121连通，若干第二抽气口123在围绕所形成的风幕分布在所述第二抽气面上。第二抽气口123用于抽吸硅片周围夹杂挥发物质的气流，从而彻底的将挥发物质排除，有效的避免污染物质对镜片及其他结构组件的污染。第二抽排单元具有第二抽排腔，气体被第二抽气口抽至第二抽排腔，并最终排至设备外。第二抽排腔可以和第一抽排腔分开设置，也可以合并为同一个抽排腔，具体的，主体结构10为中空结构，在主体结构10中具有一气体通道14(也就是第二抽排腔)，气体通道14将所有第二抽气口123与抽排单元12连通。
具体的，第二抽气口123为0.5mm～1mm的圆形通孔，所有的第二抽气口123在主体结构10均匀分布。根据图1，主体结构10的形状为环状柱体柱体，所有竖向分布的第二抽风口123绕环形的主体结构一周分布，以使所述的第二抽风口123将风幕围住，防止挥发气体进入风幕上侧的物镜。送气单元11和抽排单元12位于主体结构10的内侧，且相对设置。
进一步的，所述送气单元11的送风面为具有呈阶梯状的阶梯面，以适应环状柱体的主体结构10，所有的送气口112分布在所述阶梯面上。相对应的，抽排单元12的第一抽风面具有呈阶梯状的阶梯面，所有的第一抽气口122分布在所述阶梯面上。送气面与第一抽气面不与物镜工作区域(光束通路)产生交集。
为了便于物镜保护装置与物镜的连接，主体结构10还具有一连接部13，用于与物镜连接，连接部13位于主体结构10的一侧。可选的，连接部13为一螺纹端口。
本实施例提供的主体结构10为一体成型结构，可采用3D打印的方式制造。相比机械组装，可以有效减小该装置的体积，实现轻量化，小型化。
进一步的，本实施例提供的物镜保护装置还包括物理保护层20，物理保护层20与主体结构10连接，并覆盖所形成至少一层风幕。具体的，主体结构10的一侧具有一环形凹槽，其尺寸与物理保护层20相对应，物理保护层20安装在环形凹槽中。较佳的，物理保护层20采用玻璃材质或树脂材质，具体的可以是一圆形的保护玻璃。
进一步，在物理保护层20和主体结构10之间还设置有密封件30，用于密封物理保护层20和主体结构10之间的间隙。
在实施例提供的物镜保护装置的应用方法如下：在光刻机启动曝光之前，该主体结构10对应的外部气源和抽排设备提前启动；同时，停机时，为了保护镜片及设备内零部件不受污染，主体结构10对应的鼓风设备和抽风设备应最后停机或持续运行一段时间，以12小时左右为宜。
本发明还提供一种物镜系统，物镜系统装有上述物镜保护装置，物镜保护装置设置于物镜系统一端，且二者相连。
本发明还提供一种光刻设备，光刻设备各个分系统属本领域公知，不再赘述。其中，光刻设备包括的物镜系统、工件台系统，物镜系统装配有上述物镜保护装置，物镜保护装置位于物镜系统和工件台系统之间，在曝光过程及非曝光过程中保护物镜系统免受来自工件台及工件所散出的气体或液滴或其他形式的污染物的污染。
综上所述，本发明提供的物镜保护装置具有以下有益效果：
(1)，利用送气单元和抽排单元形成风幕，当装置运行时，在横向细密均匀的送风口作用下，可以有效控制出风流速，将风控制在层流状态，保证风幕的流场均匀，同时，在第一抽风口的作用下，形成了一层覆盖整个镜片的风幕，可以有效将由下而上挥发的有机物阻挡，消除其与镜片直接接触的机会，防止物镜镜片受到光刻胶的有机物挥发污染，保证物镜的成像质量；
(2)，竖向的第二抽风口可抽取挥发的污物，减小了污物污染其他部件。第二抽风口细密均匀的构造同样可以有效控制抽排气流的流场，在不扰乱风幕的条件下，将挥发物质抽排出机器内部；
(3)，物理保护层形成第二重物理防护，可以确保挥发污染物无法接触镜片；
(4)，送风口、第一抽风口以及第二抽风口均再用细密均匀分布的圆形小孔，可以有效控制出风和抽排风的流速，将其控制在层流状态，确保风幕的稳定，保证风幕的阻挡效果和抽排的充分；
(5)，主体结构一体成型，装置更加紧凑，占用空间小。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (26)

1.一种物镜保护装置，其特征在于，所述物镜保护装置包括一主体结构，所述主体结构具有送气单元和抽排单元，所述送气单元输出气体，所述抽排单元对所述送气单元输出的气体进行抽排，从而在所述送气单元和所述抽排单元之间形成至少一层风幕；所述送气单元和所述抽排单元位于主体结构的内侧，且相对设置；
所述送气单元具有送气面，所述送气面包括多个不在一个平面的子送气面，多个所述子送气面形成阶梯型；所述抽排单元具有第一抽气面，所述第一抽气面包括不在一个平面的多个子第一抽气面，多个所述子第一抽气面形成阶梯型；所述送气面与所述第一抽气面相对设置；所述送气面垂直于所述送气单元的送气方向，所述第一抽气面垂直于所述送气单元的送气方向；
所述主体结构还包括第二抽排单元，所述第二抽排单元具有第二抽气面，所述第二抽气面位于所述主体结构下表面；所述第二抽排单元设有第二抽排腔，所述第二抽气面将气体抽至所述第二抽排腔；所述抽排单元包括第一抽排腔，所述第一抽排腔和所述第二抽排腔相互连通；
所述第二抽气面设有若干第二抽气口，所述第二抽气面为环形；所述第二抽气口绕所述主体结构一周分布，以使所述第二抽气口将所述风幕围住。
2.如权利要求1所述的物镜保护装置，其特征在于，所述送气面上设有至少一个送气口，所述第一抽气面上设有至少一个第一抽气口。
3.如权利要求1或2所述的物镜保护装置，其特征在于，所述送气面和/或所述第一抽气面轴对称分布。
4.如权利要求1所述的物镜保护装置，其特征在于，多个所述子送气面之间平行分布。
5.如权利要求1所述的物镜保护装置，其特征在于，所述送气单元还设有若干个非送气面，所述非送气面上不设有送气口。
6.如权利要求5所述的物镜保护装置，其特征在于，所述非送气面与所述送气面呈一夹角。
7.如权利要求6所述的物镜保护装置，其特征在于，所述夹角范围为85°～95°。
8.如权利要求1所述的物镜保护装置，其特征在于，所述多个子第一抽气面之间平行分布。
9.如权利要求1所述的物镜保护装置，其特征在于，所述抽排单元还设有非抽气面，所述非抽气面上不设有第一抽气口。
10.如权利要求9所述的物镜保护装置，其特征在于，所述非抽气面与所述第一抽气面呈一夹角。
11.如权利要求10所述的物镜保护装置，其特征在于，所述夹角为85°～95°。
12.如权利要求1所述的物镜保护装置，其特征在于，所述送气单元上具有若干送气口，所述抽排单元具有若干第一抽气口，所述若干送气口与所述若干第一抽气口对向设置。
13.如权利要求12所述的物镜保护装置，其特征在于，所述若干送气口与所述若干第一抽气口一一对应。
14.如权利要求12所述的物镜保护装置，其特征在于，所述送气单元具有进气口，所述进气口与若干送气口均连通；所述抽排单元具有排气口，所述排气口与若干第一抽气口均连通。
15.如权利要求14所述的物镜保护装置，其特征在于，所述送气单元包括送气腔，所述进气口与所述送气腔连通，气体从所述进气口进入所述送气腔，由送气口输出。
16.如权利要求14所述的物镜保护装置，其特征在于，所述抽排单元包括第一抽排腔，所述排气口与所述第一抽排腔连通，气体从第一抽气口进入所述第一抽排腔，由所述排气口排出。
17.如权利要求1所述的物镜保护装置，其特征在于，所述第二抽气面的抽气方向不平行于所述送气单元的送气方向。
18.如权利要求1所述的物镜保护装置，其特征在于，所述第二抽气面的抽气方向垂直于所述送气单元的送气方向。
19.如权利要求1所述的物镜保护装置，其特征在于，所述主体结构还具有一连接部，用于与物镜连接，所述连接部位于所述主体结构的一侧。
20.如权利要求19所述的物镜保护装置，其特征在于，所述连接部为一螺纹端口。
21.如权利要求1所述的物镜保护装置，其特征在于，还包括物理保护层，所述物理保护层与所述主体结构连接，并位于被保护物镜与至少一层风幕之间。
22.如权利要求21所述的物镜保护装置，其特征在于，所述物理保护层采用玻璃材质或树脂材质。
23.如权利要求21所述的物镜保护装置，其特征在于，还包括密封件，用于密封所述物理保护层和所述主体结构之间的间隙，所述密封件位于所述物理保护层和所述主体结构之间。
24.如权利要求1所述的物镜保护装置，其特征在于，所述主体结构为一体成型结构。
25.一种物镜系统，其特征在于，包括如权利要求1-24所述的物镜保护装置。
26.一种光刻设备，其特征在于，包括如权利要求25所述的物镜系统。
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