CN111856887B - 一种在线更换动态气体锁的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线更换动态气体锁的装置，包括：缓冲腔，用于在与真空腔室内部隔绝下，对由真空腔室外部接入的新动态气体锁进行暂存，并在与真空腔室外部隔绝下，对由真空腔室内部送入的旧动态气体锁进行暂存；输送及装卸机构，用于通过缓冲腔，接入新动态气体锁，并送至真空腔室内部的安装点上进行安装，以及将安装点上拆卸的旧动态气体锁通过缓冲腔送出至真空腔室外部；密封机构，用于在输送及装卸机构的一端部进入缓冲腔后，对输送及装卸机构与缓冲腔之间的配合面进行封闭。本发明能够以不停机的方法在线更换动态气体锁，从而大大节省了时间，增加了光刻机的出货量。

Description

一种在线更换动态气体锁的装置

技术领域

本发明涉及集成电路及光刻技术领域，特别是涉及一种能够在线更换动态气体锁的装置。

背景技术

请参考图1，图1是一种光刻真空腔室结构示意图。如图1所示，在例如13.5nm极紫外光刻中，硅片13放置在下方真空腔室10内的硅片平台12上进行光刻。光线通过透镜系统的镜头组，按照一定的传播方向投射到硅片13上。透镜系统设于上方真空腔室11内。

光刻中使用的极紫外光刻胶(光阻)，在曝光过程中会产生大量的酸性气体14(放气)，并排放到真空腔室10、11中。酸性气体14会污染镜头，尤其是污染靠近硅片13的镜头。

当前，解决酸性气体14污染的方案之一，是在靠近硅片13的镜头与硅片13之间增加一张薄膜——动态气体锁15，以尽可能阻挡硅片13上光刻胶产生的酸性气体14扩散到透镜系统一侧，如图1-图2所示。

然而，随着曝光时间的增长，动态气体锁15上也会因为酸性气体14长期累积而出现脏污。如果不及时更换动态气体锁15，会影响曝光光线的强度，从而影响曝光的结果。

但是，常用的更换动态气体锁薄膜的方法，需要停机，并打开真空腔。而且，在更换动态气体锁薄膜之后，还需要重新对腔室进行抽真空，这一过程将花费约3天时间，因而会大大影响极紫外光刻机的出货量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种在线更换动态气体锁的装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种在线更换动态气体锁的装置，所述装置设于光刻真空腔室内，包括：

缓冲腔，用于在与所述真空腔室内部隔绝下，对由所述真空腔室外部接入的新动态气体锁进行暂存，并在与所述真空腔室外部隔绝下，对由所述真空腔室内部送入的旧动态气体锁进行暂存；

输送及装卸机构，用于通过所述缓冲腔，接入所述新动态气体锁，并送至所述真空腔室内部的安装点上进行安装，以及将所述安装点上拆卸的所述旧动态气体锁通过所述缓冲腔送出至所述真空腔室外部；

密封机构，用于在所述输送及装卸机构的一端部进入所述缓冲腔后，对所述输送及装卸机构与所述缓冲腔之间的配合面进行封闭。

进一步地，所述输送及装卸机构设有一旋转平台，所述旋转平台介于所述安装点和所述缓冲腔之间，所述旋转平台设有两个端部，每个所述端部上设有一个机械手，交替用于拆卸及送出所述旧动态气体锁，或者接入及安装所述新动态气体锁，所述旋转平台通过绕第一旋转中心水平旋转，使两个所述端部上的所述机械手在所述安装点和所述缓冲腔之间交替转换位置；所述缓冲腔设有传送窗口和大气连接门，所述大气连接门连接所述真空腔室的外部，所述传送窗口连接所述真空腔室的内部，所述缓冲腔通过与所述旋转平台的每个所述端部之间产生相对移动，使两个所述机械手分别通过所述传送窗口和所述大气连接门进出所述缓冲腔。

进一步地，所述旋转平台为一直臂梁结构，第一旋转中心设于所述直臂梁的中部，两个所述机械手分别设于所述直臂梁的两端上，并通过所述直臂梁作180度来回旋转，在所述安装点和所述缓冲腔之间交替转换位置。

进一步地，所述机械手与所述直臂梁之间形成水平及垂直方向的相对移动式配合；所述机械手上设有卡扣。

进一步地，所述缓冲腔通过伸缩式柔性管道连接所述大气连接门。

进一步地，所述伸缩式柔性管道包括波纹管。

进一步地，所述密封机构包括一支架和一对压板，所述支架设于所述第一旋转中心和所述缓冲腔之间，所述支架设有侧向的开口，用于以正交方式容纳旋转到其中的所述旋转平台，以及用于使所述缓冲腔穿过，所述支架通过绕第二旋转中心作180度水平来回旋转，调整所述开口的朝向，以与所述旋转平台的旋转方向对应；所述压板滑动设于所述支架的侧面上，并位于所述开口的上下两侧，所述压板在所述旋转平台容于所述开口内后，从上下两侧压紧所述旋转平台，实现所述压板及其与所述旋转平台之间的密封，并且，所述缓冲腔通过移动将所述旋转平台的所述端部自所述传送窗口纳入后，进一步靠压在所述压板的侧面上，实现所述缓冲腔与所述旋转平台和所述压板之间的密封。

进一步地，所述压板与所述旋转平台之间的配合面上分设有第一密封条，所述传送窗口上设有与所述压板的侧面相密封配合的第二密封条。

进一步地，所述旋转平台的侧面具有与所述压板相配合的突出棱角，在所述棱角外侧的所述压板的配合面之间设有与所述第一密封条正交的第三密封条。

进一步地，所述第三密封条在所述缓冲腔靠压在所述压板的侧面上时，与所述第二密封条相接触。

从上述技术方案可以看出，本发明通过在光刻真空腔室内部设置可旋转的输送及装卸机构和密封机构，以及缓冲腔，利用输送及装卸机构、密封机构和缓冲腔相互间的旋转及移动配合，能够以不停机的方法，在光刻真空腔室内部在线更换新旧动态气体锁，从而大大节省了更换动态气体锁的时间，并由此增加了光刻机的出货量。

附图说明

图1是一种光刻真空腔室结构示意图。

图2是图1中A部结构放大示意图。

图3-图4是本发明一较佳实施例的一种在线更换动态气体锁的装置结构透视图。

图5是本发明一较佳实施例的一种密封机构的密封条分布结构分解图。

图6-图11是本发明一较佳实施例的一种在线更换动态气体锁的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，请参考图3-图4，并结合参考图6，图3-图4是本发明一较佳实施例的一种在线更换动态气体锁的装置结构透视图，图6是本发明一较佳实施例的一种在线更换动态气体锁的流程示意图之一。如图3-图4及图6所示，以极紫外光刻为例，本发明的一种在线更换动态气体锁的装置，设于光刻真空腔室10内，包括：缓冲腔26，输送及装卸机构，密封机构等几个主要组成部分。本发明极紫外光刻机真空腔室10的结构布局形式可与图1类同。

请参考图6，其显示如同图1中下方真空腔室10的结构。真空腔室10内部设有硅片平台12，用于放置硅片13。动态气体锁(旧动态气体锁(旧薄膜)/新动态气体锁(新薄膜))(15)设置在硅片平台12上方的安装点33上。

缓冲腔26活动设置在真空腔室10内部，并靠近真空腔室10的一侧侧壁，与安装点33相对且相隔一定距离设置。缓冲腔26可在真空腔室10内部朝向安装点33方向，作相对于真空腔室10的水平运动。缓冲腔26用于在与真空腔室10的内部相隔绝状态下，对由真空腔室10的外部接入的新动态气体锁(洁净状态)进行暂存，并在与真空腔室10的外部相隔绝状态下，对由真空腔室10的内部送入的旧动态气体锁(污染状态)进行暂存。

缓冲腔26面对安装点33的一个侧面上设有传送窗口23，与传送窗口23相对的另一个侧面上设有大气连接门34。其中，大气连接门34可设置在真空腔室10的右侧侧壁上，从而可与真空腔室10的外部(大气)连接；传送窗口23面对真空腔室10的内部，因而可与真空腔室10的内部连接。

进一步地，缓冲腔26与传送窗口23相对的另一个侧面(右侧面)与大气连接门34之间可通过设置可伸缩的柔性管道35进行连接，即柔性管道35的一端与缓冲腔26的内部直接连接，柔性管道35的另一端与真空腔室10的右侧侧壁直接连接，且柔性管道35将大气连接门34包容在内。这样，在打开大气连接门34时，缓冲腔26就与真空腔室10外部的大气相连通。

作为一可选的实施方式，柔性管道35可以采用能够伸缩的波纹管35，这样在缓冲腔26移动时，可以保持缓冲腔26与大气连接门34之间的有效连接。波纹管35例如可以采用不锈钢制作。

请参考图6并结合参考图3-图4。输送及装卸机构设置在安装点33和缓冲腔26之间，包括旋转平台21，以及设置在旋转平台21上的机械手A、B。旋转平台21可以一个竖直的转轴作为旋转中心(第一旋转中心)36实现水平旋转。旋转平台21可绕第一旋转中心36作360度旋转。输送及装卸机构用于通过缓冲腔26，接入新动态气体锁(新薄膜)，并送至真空腔室10内部的安装点33上进行安装，以及将安装点33上拆卸的旧动态气体锁(旧薄膜)通过缓冲腔26送出至真空腔室10外部。

作为一可选的实施方式，旋转平台21可采用一个直线形的直臂梁结构；第一旋转中心36设于直臂梁的中部，使直臂梁的两端形成悬臂。旋转平台21的两个端部上各设有一个机械手A、B。两个机械手A、B可通过旋转平台21所作的180度来回旋转，实现在安装点33和缓冲腔26之间交替转换位置。

两个机械手A、B都可以用于拆卸旧动态气体锁并送出，以及接入新动态气体锁并安装。当其中一个机械手A或B在拆卸及送出旧动态气体锁时，另一个机械手B或A则用于接入及安装新动态气体锁，反之亦然。以其中一个机械手A从安装点33上拆卸旧动态气体锁为例，机械手A先从安装点33上拆卸旧动态气体锁；随后，机械手A随旋转平台21作180度旋转到缓冲腔26前，通过放松波纹管35，使得机械手A通过传送窗口23进入缓冲腔26，并进一步通过大气连接门34向真空腔室10外部送出拆卸下来的旧动态气体锁；另一个机械手B用于通过大气连接门34从真空腔室10外部接入新动态气体锁，进一步通过传送窗口23进入真空腔室10内部，压紧波纹管35，随后机械手B随旋转平台21作180度旋转到安装点33处，将新动态气体锁装配到安装点33上。

缓冲腔26可在旋转平台21旋转到位后，受驱动朝向面对的一个旋转平台21的端部移动，使旋转平台21的该端部及其机械手A或B通过传送窗口23进入缓冲腔26内，并在传送窗口23被密封状态下，机械手A或B通过大气连接门34向外部送出旧动态气体锁，并通过大气连接门34从外部接入新动态气体锁，然后关闭大气连接门34，使新动态气体锁暂时存放在缓冲腔26内，直至需要再次更换动态气体锁时。

机械手A、B与旋转平台21之间形成水平及垂直方向的相对移动式配合。例如，可通过在机械手A、B与旋转平台21之间设置滚动轴承等运动机构，实现机械手A、B可相对于旋转平台21作水平移动及垂直升降运动。

机械手A、B上还设有卡扣32，用于固定动态气体锁。

密封机构设于第一旋转中心和缓冲腔26之间，用于在旋转平台21的某一端进入缓冲腔26后，对旋转平台21与缓冲腔26之间的配合面进行封闭密封。

请参考图3-图4并结合参考图6。密封机构包括一个竖直设置的支架24，和一对配合安装在支架24上的上、下压板27。

作为一可选的实施方式，支架24可为C型结构，即支架24设有侧向的开口20。开口20用于以正交方向容纳旋转到其中的旋转平台21(梁身)。其中，开口20内部所形成的空腔大小，应足以使缓冲腔26从中穿过。

在支架24的C型结构的上横梁上设有旋转中心(第二旋转中心)25；例如可通过设置转轴来形成第二旋转中心25。支架24可绕第二旋转中心25作360度水平旋转。其中，支架24可在与旋转平台21的正交方向，作180度的来回旋转，以调整开口20的朝向，从而可以在旋转平台21进行180旋转时，与旋转平台21的旋转方向对应，使得旋转平台21在旋转到位后，能够容纳在开口20中。

压板27也可利用滚动轴承28等运动机构，滑动设于支架24的侧面上(例如可将运动机构分别设置在支架24的C型结构的竖直侧边框及上、下横梁的开口端的竖直转折部上)，并位于开口20的上、下两侧。这样能够防止发生翘曲问题。

压板27在旋转平台21旋转容于开口20内后，可从上、下两侧朝向旋转平台21移动，将旋转平台21的四周表面压紧，实现上下压板27之间及其与旋转平台21之间的密封。

同时，缓冲腔26可通过水平移动，在将旋转平台21的某个端部自传送窗口23纳入后，进一步靠压在压板27的侧面上，实现缓冲腔26与旋转平台21和压板27三者之间的密封。

图3显示上、下压板27处于分离的打开状态；此时，旋转平台21可以转入或转出支架24的开口20，缓冲腔26也可以穿进或穿出支架24的开口20，缓冲腔26与真空腔室10内部处于连通状态。图4显示上、下压板27处于密合的压紧状态；此时，旋转平台21被锁住，不能转入或转出支架24的开口20，缓冲腔26靠压在上、下压板27上，实现旋转平台21与上、下压板27以及缓冲腔26的传送窗口23之间的密封，从而使缓冲腔26与真空腔室10内部处于隔绝状态。

请参考图5。在上、下压板27之间的配合面上以及上、下压板27与旋转平台21之间的配合面上分设有第一密封条29；同时，在缓冲腔26的传送窗口23的内壁上设有第二密封条30，第二密封条30凸出于缓冲腔26的侧面表面，以便用于与压板27的侧面相密封配合。缓冲腔26上的传送窗口23的转折四角需是圆滑的，相应地，第二密封条30的四角也是圆滑的。

进一步地，旋转平台21的两个侧面(短轴两侧)可具有与压板27相配合的突出棱角22轮廓。棱角22可加工成45度倒角形式，使旋转平台21两侧与压板27之间的接触角为45°。对应地，可在棱角22外侧的上、下压板27的水平配合面之间设置与第一密封条29正交方向的第三密封条31(压板短轴向)。第三密封条31与第二密封条30的位置对应，即两个第三密封条31之间的距离与传送窗口23的宽度等同。

第三密封条31的长度可大于第一密封条29的宽度，并可向压板27的两个侧面上延伸，并可略有突出，以便在缓冲腔26靠压在压板27的侧面上时，第三密封条31能够与第二密封条30相接触，以增强密封效果。

第一密封条29至第三密封条31可采用铜线制作，但不限于此。

下面结合图6-图11，对本发明的一种在线更换动态气体锁的流程进行详细说明。

请参考图6。旋转平台21的两端上分设有两个机械手A、B；机械手A、B在垂直和水平方向均可以移动。机械手A、B上设有可水平移动的卡扣32，用来卡住动态气体锁(新、旧动态气体锁(新、旧薄膜))。缓冲腔26与不锈钢波纹管35连接，并通过大气连接门34连接到真空腔室10外部的大气中。

当需要更换新的薄膜时，机械手B已从真空腔室10外部抓取新薄膜，进入缓冲腔26内。同时，在旋转平台21的另一端上，机械手A向左移动到位于安装点33下方，并向上移动靠近旧薄膜，机械手A上卡扣32向两边移开足够距离，处于待命状态。

请参考图7。薄膜可靠静电或者螺丝固定在安装点33上。拆卸旧薄膜时，通过放电或者将螺丝拧开之后，使旧薄膜落在机械手A上，并移动卡扣32固定住旧薄膜。然后，将机械手A降落到最低点。为了后续旋转平台21旋转时可以通过C型支架24上的开口20，机械手A不需要向旋转平台21的中心位置上移动。

上下压板27安装在C型支架24上，且C型支架24中心通过转轴(第二旋转中心25)安装在上方真空腔室10的顶面上。此时，C型支架24上的开口20朝向前面，压板27则位于C型支架24的右侧，缓冲腔26可以从右侧压向压板27，如图3所示。压板27和支架24之间设有滚动轴承28，压板27可以沿着C型支架24上下滑动，直到压板27碰到旋转平台21并压紧，如图4所示。

请参考图8。先将旋转平台21顺时针旋转90°，使旋转平台21脱离C型支架24，此时，机械手A离开安装点33，转向背面，同时，机械手B离开缓冲腔26，转向前面。然后，将C型支架24旋转180°，使开口20转到背面。此时，压板27转到位于C型支架24的左侧。

请参考图9。接着，继续将旋转平台21顺时针旋转90°(一共旋转了180度)，使旋转平台21从背面进入C型支架24上的开口20，此时，机械手A转到缓冲腔26前，同时，机械手B转到安装点33侧。缓冲腔26可以从右侧穿过C型支架24上的开口20，并压向压板27。

载有新薄膜的机械手B旋转到放置薄膜的安装点33位置下方，移动机械手B，安装新薄膜(静电吸附或者螺丝旋紧)。

请参考图10。接着，将机械手B降落到最低点。为了后续旋转平台21可以转入C型支架24上的开口20，机械手B不需要移到旋转平台21中心位置。

此时，机械手A处于旋转平台21的最外侧。上下压板27沿着C型支架24上下滑动，并压紧旋转平台21。驱动缓冲腔26移动，波纹管35伸展，缓冲腔26穿过C型支架24上的开口20，压向压板27，机械手A以及旧薄膜就完全密封处于缓冲腔26内。

压板27配合面上沿纵向设有长条密封压条(第一密封条29)，用来密封压板27和旋转平台21之间的缝隙。横向设有的密封条(第三密封条31)要更粗，有利于密封上下压板27之间的缝隙。压板27与缓冲腔26的传送窗口23之间也要设置一圈密封条(第二密封条30)。并且，第三密封条31和第二密封条30需要有交集。通过控制波纹管35的伸展，将缓冲腔26和压板27紧紧压在一起，实现有效密封。

请参考图11。一段时间之后(一般三个月，新薄膜也变成了旧薄膜)，打开大气连接门34，将缓冲腔26内使用过的旧薄膜再次换成新的薄膜，并关闭大气连接门34。然后，开启缓冲腔26内独立设置的抽真空系统以及监测真空装置，对缓冲腔26内部进行抽真空。当缓冲腔26内真空度和真空腔室10内真空度之差满足要求时，控制波纹管35压缩，以及使压板27沿着C型支架24上下滑动，解除密封。

缓冲腔26和不锈钢波纹管35的内部空间需要额外的抽真空及检测设备。当缓冲腔26和不锈钢波纹管35的内部真空和光刻机的真空腔室10的内部真空相当时，才可以打开压板27，将新动态气体锁移进真空腔室10内。

之后，重复上述步骤，使旋转平台21先逆时针旋转90°，再将C型支架24旋转180°，然后使旋转平台21继续逆时针旋转90°后，再次更换薄膜(动态气体锁)。

可以看出，新动态气体锁可以经过缓冲腔26移到真空腔室10内部，不会破坏真空腔室10内部的真空；当新的动态气体锁更换完毕，旧的动态气体锁可以通过缓冲腔26最终移到整个真空腔室10外，同样不会破坏真空腔室10内部的真空。因此，本发明能够直接在真空腔室10中实现在线更换动态气体锁。

以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种在线更换动态气体锁的装置，其特征在于，所述装置设于光刻真空腔室内，包括：

缓冲腔，用于在与所述真空腔室内部隔绝下，对由所述真空腔室外部接入的新动态气体锁进行暂存，并在与所述真空腔室外部隔绝下，对由所述真空腔室内部送入的旧动态气体锁进行暂存；

输送及装卸机构，用于通过所述缓冲腔，接入所述新动态气体锁，并送至所述真空腔室内部的安装点上进行安装，以及将所述安装点上拆卸的所述旧动态气体锁通过所述缓冲腔送出至所述真空腔室外部；

密封机构，用于在所述输送及装卸机构的一端部进入所述缓冲腔后，对所述输送及装卸机构与所述缓冲腔之间的配合面进行封闭。

2.根据权利要求1所述的在线更换动态气体锁的装置，其特征在于，所述输送及装卸机构设有一旋转平台，所述旋转平台介于所述安装点和所述缓冲腔之间，所述旋转平台设有两个端部，每个所述端部上设有一个机械手，交替用于拆卸及送出所述旧动态气体锁，或者接入及安装所述新动态气体锁，所述旋转平台通过绕第一旋转中心水平旋转，使两个所述端部上的所述机械手在所述安装点和所述缓冲腔之间交替转换位置；所述缓冲腔设有传送窗口和大气连接门，所述大气连接门连接所述真空腔室的外部，所述传送窗口连接所述真空腔室的内部，所述缓冲腔通过与所述旋转平台的每个所述端部之间产生相对移动，使两个所述机械手分别通过所述传送窗口和所述大气连接门进出所述缓冲腔。

3.根据权利要求2所述的在线更换动态气体锁的装置，其特征在于，所述旋转平台为一直臂梁结构，第一旋转中心设于所述直臂梁的中部，两个所述机械手分别设于所述直臂梁的两端上，并通过所述直臂梁作180度来回旋转，在所述安装点和所述缓冲腔之间交替转换位置。

4.根据权利要求2或3所述的在线更换动态气体锁的装置，其特征在于，所述机械手与所述直臂梁之间形成水平及垂直方向的相对移动式配合；所述机械手上设有卡扣。

5.根据权利要求2或3所述的在线更换动态气体锁的装置，其特征在于，所述缓冲腔通过伸缩式柔性管道连接所述大气连接门。

6.根据权利要求5所述的在线更换动态气体锁的装置，其特征在于，所述伸缩式柔性管道包括波纹管。

7.根据权利要求2或3所述的在线更换动态气体锁的装置，其特征在于，所述密封机构包括一支架和一对压板，所述支架设于所述第一旋转中心和所述缓冲腔之间，所述支架设有侧向的开口，用于以正交方式容纳旋转到其中的所述旋转平台，以及用于使所述缓冲腔穿过，所述支架通过绕第二旋转中心作180度水平来回旋转，调整所述开口的朝向，以与所述旋转平台的旋转方向对应；所述压板滑动设于所述支架的侧面上，并位于所述开口的上下两侧，所述压板在所述旋转平台容于所述开口内后，从上下两侧压紧所述旋转平台，实现所述压板及其与所述旋转平台之间的密封，并且，所述缓冲腔通过移动将所述旋转平台的所述端部自所述传送窗口纳入后，进一步靠压在所述压板的侧面上，实现所述缓冲腔与所述旋转平台和所述压板之间的密封。

8.根据权利要求7所述的在线更换动态气体锁的装置，其特征在于，所述压板与所述旋转平台之间的配合面上分设有第一密封条，所述传送窗口上设有与所述压板的侧面相密封配合的第二密封条。

9.根据权利要求8所述的在线更换动态气体锁的装置，其特征在于，所述旋转平台的侧面具有与所述压板相配合的突出棱角，在所述棱角外侧的所述压板的配合面之间设有与所述第一密封条正交的第三密封条。

10.根据权利要求9所述的在线更换动态气体锁的装置，其特征在于，所述第三密封条在所述缓冲腔靠压在所述压板的侧面上时，与所述第二密封条相接触。

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