CN109856918A - 干涉仪气浴装置及光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种干涉仪气浴装置，包括：稳压控温单元和气体导向单元，所述稳压控温单元包括静压腔和多级孔板组件，气流经所述静压腔初步稳压后流入多级孔板组件进行深度稳压及均化分布，再经所述气体导向单元流出。本发明提供了一种干涉仪气浴装置及光刻机，利用多级孔板组件深度稳压并均化气流分布，减小静压腔厚度进而减小气浴装置整体尺寸，并且气浴导向格栅与光路平行布置，在光路全程上气浴不分段，解决了现有干涉仪气浴装置厚度大、气浴不均匀的问题。

Description

干涉仪气浴装置及光刻机

技术领域

本发明涉及温度控制领域，尤其是一种干涉仪气浴装置及光刻机。

背景技术

温度控制技术是应用于超精密设备内部的环境控制技术的重点，对于温度敏感区域，通常采用恒温冷却液或恒温空气喷淋(气浴)，来实现该区域高精度的温度等环境参数的控制，以避免外部环境或装备本身其他部分导致的温度等其他参数波动的影响。

对于光刻机内部空间，由于在半导体加工及光栅刻蚀过程中，精度和洁净度都要求非常高且存在许多光学测量装置，因此无法采用喷淋冷却液或浸没等方式，此时气浴为合适的处理方式。

为了保证气浴出口的压力稳定性和均匀性，干涉仪气浴装置一般采用静压腔结构稳压，并安装过滤器或滤布进行气浴过滤增压，出口采用格栅结构进行气浴导向，末端格栅导向结构垂直于干涉仪光路方向布置。图1为一种传统干涉仪气浴装置应用示意图，用于对干涉仪收发器101和反射镜106之间形成的干涉仪光路102进行气浴，该干涉仪气浴装置包括格栅103、滤布104和静压腔105。为了使气浴末端出口与进口压差稳定，需保证静压腔厚度达到一定尺寸，再加上过滤器的厚度尺寸，气浴装置整体厚度尺寸较大；格栅导向结构垂直于干涉仪光路方向布置，在物理结构上将一条光路分成若干小段进行气浴控制，受格栅厚度的影响，会使气浴分段进而使光路各段产生压力差和温度差，从而影响干涉仪测量的精度。

随着干涉仪测量光程的增加和运动台控制精度的提高，对干涉仪气浴控制的温度和压力的稳定性和均匀性要求也在不断提高。上述传统干涉仪气浴装置中，存在厚度空间要求大，光路各段存在压力差和温度差等缺陷，难以满足干涉仪远量程测量和运动台高精度控制以及更加苛刻的干涉仪气浴装置空间尺寸约束要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种干涉仪气浴装置及光刻机,以解决干涉仪气浴装置厚度大、气浴均匀性不佳的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种干涉仪气浴装置，包括：稳压控温单元和气体导向单元，所述稳压控温单元包括静压腔和多级孔板组件，气流经所述静压腔初步稳压后流入所述多级孔板组件进行深度稳压及均化分布，再经所述气体导向单元流出。

进一步地，所述稳压控温单元还包括滤布，所述多级孔板组件流出的气体经所述滤布进入所述气体导向单元。

进一步地，所述多级孔板组件包括初级孔板和次级孔板，所述初级孔板和次级孔板上均阵列分布若干孔，所述次级孔板设置在初级孔板外侧且其上孔的孔径和孔距均小于初级孔板上孔的孔径和孔距。

进一步地，所述初级孔板包括固定孔板和可动孔板，所述可动孔板能够相对所述固定孔板移动，使得所述可动孔板的孔和固定孔板的孔在气流流通方向上改变重合区域大小进而改变稳压程度。

进一步地，所述固定孔板或可动孔板上孔的孔径和/或孔距不相等。

进一步地，所述固定孔板和可动孔板上孔的孔径和/或孔距不相等。

进一步地，所述固定孔板和可动孔板上孔的孔径和孔距均不相等，中间区域孔的孔径小于外围区域孔的孔径且中间区域孔的孔距小于外围区域孔的孔距。

进一步地，所述固定孔板和可动孔板上孔的孔径相等且孔距也相等。

进一步地，所述多级孔板组件还包括设置在次级孔板外侧的第三级孔板，所述第三级孔板上的孔直径相等且均匀分布，所述第三级孔板上的孔直径与孔距均小于次级孔板上的孔直径与孔距，所述气流经所述初级孔板和次级孔板后的流至所述第三级孔板。

进一步地，所述气体导向单元包括多组格栅，所述格栅与测量光路平行设置。

进一步地，所述多组格栅中每组格栅之间设置一条测量光路。

本发明还提供了一种光刻机，包括所述的干涉仪气浴装置。

进一步地，所述光刻机还包括干涉仪收发器、反射镜和运动台，所述干涉仪收发器和反射镜之间形成干涉仪光路，所述运动台用于改变所述干涉仪收发器和反射镜之间的距离。

本发明提供了一种干涉仪气浴装置及光刻机，利用多级孔板组件深度稳压并均化气流分布，减小静压腔厚度进而减小气浴装置整体尺寸，并且气浴导向格栅与光路平行布置，在光路全程上气浴不分段，解决了现有干涉仪气浴装置厚度大、气浴不均匀的问题。

附图说明

图1为现有干涉仪气浴装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的干涉仪气浴装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的稳压控温单元的剖视图；

图4为本发明实施例提供的固定孔板和可动孔板处的截面示意图；

图5为本发明一实施例提供的第三级孔板的截面示意图；

图6为本发明另一实施例提供的第三级孔板的截面示意图；

图7为本发明实施例提供的干涉仪气浴装置的应用状态示意图。

图中，101：干涉仪收发器；102：干涉仪光路；103格栅；104滤布；105静压腔；106反射镜；201：稳压控温单元；202滤布；203：气体导向单元；301：静压腔；302初级孔板；303次级孔板；304第三级孔板；401：固定孔板；402：第一稳压孔；403：第可动孔板；404：第二稳压孔，501：第三级孔板；502：第三稳压孔；601：第三级孔板；602：第三稳压孔；701：第一干涉仪收发器；702：第一干涉仪光路；703：第一干涉仪气浴装置；704：第一反射镜；705：第二反射镜；706：第二干涉仪气浴装置；707：第二干涉仪光路；708：第二干涉仪收发器；709：运动台。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，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。

如图2和图3所示，本发明提供了一种干涉仪气浴装置，包括：稳压控温单元201和气体导向单元203，所述稳压控温单元包括静压腔301和多级孔板组件，气流经所述静压腔301初步稳压后流入所述多级孔板组件进行深度稳压及均化分布，再经所述气体导向单元203流出。

在本实施例中，所述稳压控温单元201还包括滤布202，所述多级孔板组件流出的气体经所述滤布202进入所述气体导向单元203，通过设置滤布202可以产生稳定的气流压力，且还能过滤杂质颗粒，进而减小污染。

请继续参考图3，所述多级孔板组件包括初级孔板302和次级孔板303，所述初级孔板302和次级孔板303上均阵列分布若干孔，在初级孔板302外侧设置次级孔板303，使得气流经初级孔板302后再进入次级孔板303，所述次级孔板303上孔的孔径和孔距均小于初级孔板302上孔的孔径和孔距，能进一步提高稳压和恒流的效果。

如图4所示，所述初级孔板包括固定孔板401和可动孔板403，所述可动孔板403能够相对所述固定孔板401移动，使得所述固定孔板401的孔(第一稳压孔402)和可动孔板403的孔(第二稳压孔404)在气流流通方向上改变重合区域大小，可以调节气流流量，改变稳压程度，提高气浴流量控制的灵活性。可动孔板403的实现方式可以通过现有方案实现，例如通过驱动机构驱动孔板实现移动与停止，本实施例对此不作限定。

固定孔板401和可动孔板403的数量可以为一个或多个，例如，可以设置一个固定孔板401和多个可动孔板403，而考虑到多个可动孔板403的控制较为复杂，且成本较高，优选地，固定孔板401和可动孔板403的数量均为一个。

对于固定孔板401或可动孔板403上孔的分布，所述固定孔板401或可动孔板403上孔的孔径和/或孔距不相等。

以上描述了固定孔板401或可动孔板403上孔的分布，而对固定孔板401和可动孔板403之间孔的分布的相对关系不作限定，例如，所述固定孔板401和可动孔板403上孔的孔径相等且孔距也相等，或者，所述固定孔板401和可动孔板403上孔的孔径和/或孔距不相等。

优选地，所述固定孔板401和可动孔板403上孔的孔径和孔距均不相等，且固定孔板401上中间区域孔的孔径小于外围区域孔的孔径且中间区域孔的孔距小于外围区域孔的孔距，可动孔板403上中间区域孔的孔径小于外围区域孔的孔径且中间区域孔的孔距小于外围区域孔的孔距。实际过程中气流通常是通过管路流进静压腔的，管路设置在中间，其在中间的气流流速必然快，所以对于中间部分分布更加细密的孔阻挡气流速度，通过设置中间区域和外围区域孔的分布，使得中间区域孔更加细密，可以进一步提高稳压和恒流(也就是均化分布)的效果。

在本实施例中，固定孔板401和可动孔板403上的孔均呈不均匀分布，固定孔板401和可动孔板403上的孔的分布情况一致，固定孔板401上孔的孔径和孔距不相等，固定孔板401中间区域孔的孔径小于外围区域孔的孔径且中间区域孔的孔距小于外围区域孔的孔距，可动孔板403上孔的孔径和孔距不相等，可动孔板403中间区域孔的孔径小于外围区域孔的孔径且中间区域孔的孔距小于外围区域孔的孔距。

请继续参考图3，所述多级孔板组件还包括设置在次级孔板外侧的第三级孔板304，所述第三级孔板304上的孔直径相等且均匀分布，所述第三级孔板304上的孔直径与孔距均小于次级孔板303上的孔直径与孔距，所述气流经所述初级孔板302和次级孔板303后的流至所述第三级孔板304。

第三孔阵列304上第三稳压孔的尺寸和分布情况可以根据情况而定，例如可以采用如图5所示具有较为稀疏的第三稳压孔502的第三孔阵列501，也可以采用如图6所示具有较为浓密的第三稳压孔602的第三孔阵列601。

多级孔阵列的稳压孔尺寸和分布根据微气孔流道设计原理和微气孔热交换原理设计。以单一圆形微气孔为例，其流速、压力、热交换控制方程如下：

1.连续性方程：

2.动量方程：

3.能量方程：

式中，u，v，w分别为x，y，z方向速度分量；p—压力；T—温度；g—重力加速度；μ—流体动力粘性系数；a—流体热扩散系数；ρ—流体密度；S—内热源项。

4.圆形微气孔中，雷诺系数Re定义为：

式中，u—微气孔通道内流体平均速度；μ—流体动力粘性系数；d_e—微气孔流道直径；ρ—流体密度。

5.流动阻力系数定义为：

式中，Δp—微气孔进出口压力差；L—微通道长度。

6.热换Nu数定义为：

式中，q—加热热流密度；t_w—微气孔通道壁面平均温度；t_f—微气孔通道内流体平均温度，λ—流体导热系数。

7.壁面摩擦系数C_f定义为：

式中，t_w—壁面摩擦力。

进一步地，所述气体导向单元203包括多组格栅，所述格栅与测量光路平行设置，可以消除现有气浴结构中光路各段出现的细微温差和压力差。每对相邻格栅之间可以设置一条或多条测量光路，优选设置一条测量光路，光路被格栅分段分别进行气浴，对气浴气体进行导向作用，防止光路互相之间、光路与周围气体之间的气流串扰和温度串扰，保证干涉仪整个光路上均获得温度和压力稳定均匀的气浴，提高测量精度。

本发明还提供了一种光刻机，包括所述的干涉仪气浴装置。

所述光刻机还包括干涉仪收发器、反射镜和运动台，所述干涉仪收发器和反射镜之间形成干涉仪光路，所述运动台用于改变所述干涉仪收发器和反射镜之间的距离。

如图7所示，在本实施例中，在X方向和Y方向上均设置干涉仪气浴装置，该光刻机在X方向上设置第一干涉仪收发器701、第一干涉仪气浴装置703和第一反射镜704，第一干涉仪收发器702和第一反射镜704之间形成第一干涉仪光路702；该光刻机在Y方向上设置第二干涉仪收发器708、第二干涉仪气浴装置706和第二反射镜705，第二干涉仪收发器708和第二反射镜705之间形成第二干涉仪光路707，第一反射镜704和第二反射镜705均固定在运动台709上，运动台带动第一反射镜704和第二反射镜705运动。

本发明提供了一种干涉仪气浴装置及光刻机，利用多级孔板组件深度稳压并均化气流分布，减小静压腔厚度进而减小气浴装置整体尺寸，并且气浴导向格栅与光路平行布置，在光路全程上气浴不分段，解决了现有干涉仪气浴装置厚度大、气浴不均匀的问题。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种干涉仪气浴装置，其特征在于，包括：稳压控温单元和气体导向单元，所述稳压控温单元包括静压腔和多级孔板组件，气流经所述静压腔初步稳压后流入所述多级孔板组件进行深度稳压及均化分布，再经所述气体导向单元流出。

2.如权利要求1所述的干涉仪气浴装置，其特征在于，所述稳压控温单元还包括滤布，所述多级孔板组件流出的气体经所述滤布进入所述气体导向单元。

3.如权利要求1所述的干涉仪气浴装置，其特征在于，所述多级孔板组件包括初级孔板和次级孔板，所述初级孔板和次级孔板上均阵列分布若干孔，所述次级孔板设置在初级孔板外侧且其上孔的孔径和孔距均小于初级孔板上孔的孔径和孔距。

4.如权利要求3所述的干涉仪气浴装置，其特征在于，所述初级孔板包括固定孔板和可动孔板，所述可动孔板能够相对所述固定孔板移动，使得所述可动孔板的孔和固定孔板的孔在气流流通方向上改变重合区域大小进而改变稳压程度。

5.如权利要求4所述的干涉仪气浴装置，其特征在于，所述固定孔板或可动孔板上孔的孔径和/或孔距不相等。

6.如权利要求4所述的干涉仪气浴装置，其特征在于，所述固定孔板和可动孔板上孔的孔径和/或孔距不相等。

7.如权利要求6所述的干涉仪气浴装置，其特征在于，所述固定孔板和可动孔板上孔的孔径和孔距均不相等，中间区域孔的孔径小于外围区域孔的孔径且中间区域孔的孔距小于外围区域孔的孔距。

8.如权利要求4所述的干涉仪气浴装置，其特征在于，所述固定孔板和可动孔板上孔的孔径相等且孔距也相等。

9.如权利要求3所述的干涉仪气浴装置，其特征在于，所述多级孔板组件还包括设置在次级孔板外侧的第三级孔板，所述第三级孔板上的孔直径相等且均匀分布，所述第三级孔板上的孔直径与孔距均小于次级孔板上的孔直径与孔距，所述气流经所述初级孔板和次级孔板后的流至所述第三级孔板。

10.如权利要求1所述的干涉仪气浴装置，其特征在于，所述气体导向单元包括多组格栅，所述格栅与测量光路平行设置。

11.如权利要求10所述的干涉仪气浴装置，其特征在于，所述多组格栅中每组格栅之间设置一条测量光路。

12.一种光刻机，其特征在于，包括如权利要求1-11中任一项所述的干涉仪气浴装置。

13.如权利要求12所述的光刻机，其特征在于，所述光刻机还包括干涉仪收发器、反射镜和运动台，所述干涉仪收发器和反射镜之间形成干涉仪光路，所述运动台用于改变所述干涉仪收发器和反射镜之间的距离。