CN112485978A

CN112485978A - 用于光刻设备的真空释气装置

Info

Publication number: CN112485978A
Application number: CN202011555629.4A
Authority: CN
Inventors: 成荣; 朱煜; 杨开明; 张鸣; 刘相波
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2021-03-12

Abstract

本发明提供一种用于光刻设备的真空释气装置，包括：主腔室，用于放置光刻设备的主体，所述主体包括硅片台和传感器；副腔室，用于放置高释气辅助设备，所述高释气辅助设备包括传感器处理器；隔离结构，用于连接主腔室和副腔室，光刻设备的传感器的线缆穿过隔离结构连接到高释气辅助设备；抽真空设备，用于对主腔室和副腔室抽真空。所述真空释气装置降低高释气材料对光刻设备影响。

Description

用于光刻设备的真空释气装置

技术领域

本发明属于光刻技术领域，涉及一种用于光刻设备的真空释气装置。

背景技术

当前，真空技术和真空设备在社会生产和科学研究中应用越来越普遍，高真空/超高真空设备的应用范围越来越广，尤其是在半导体行业，很多处理晶圆的生产工艺都需要在真空环境中进行，所需的真空设备也越来越复杂，例如极紫外光刻机就是一个非常复杂的真空系统。由于极紫外光会被包括空气在内的大多数物质吸收，所以极紫外光刻机的光源、光路、掩膜台、硅片台等子系统都需要在合适的真空环境中工作。此外，极紫外光刻机的反射镜表面极易被环境中的碳氢化合物和水分子污染，因此它对真空环境的气体成分还有很高的要求。通常情况下，高真空设备在设计时都会回避高释气率的材料，尽量选择对真空污染小的材料，然而在实际应用中，往往会遇到一些无法避免的情况，某些元器件并没有专门为真空环境下的使用而开发低释气率版本，比如电涡流传感器，它的读数头可以在高真空环境中工作，但是其信号处理器中含有一些高释气率的材料，不适合放置在高真空腔室内。如果将处理盒放在真空腔室外，需要将读数头和信号处理盒的连接线切断，通过真空电信号馈通结构进行电源和电信号的输入和输出，但是这会引入噪声严重影响测量精度。而如果不做切分处理，信号处理器不得不放置在真空腔室内，会影响真空环境。

发明内容

本发明提供一种降低高释气材料对光刻设备影响的用于光刻设备的真空释气装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于光刻设备的真空释气装置，包括：

主腔室，用于放置光刻设备的主体，所述主体包括硅片台和传感器；

副腔室，用于放置高释气辅助设备，所述高释气辅助设备包括传感器处理器；

隔离结构，用于连接主腔室和副腔室，光刻设备的传感器的线缆穿过隔离结构连接到高释气辅助设备；

抽真空设备，用于对主腔室和副腔室抽真空。

在一个实施例中，所述隔离结构包括连接块、弹性体密封件和压紧构件，所述弹性体密封件设置有通孔，用于穿过线缆；所述连接块设置有通孔，用于放置弹性体密封件，所述连接块的一端连接主腔室，所述连接块的另一端连接副腔室；所述压紧构件，使得连接块和弹性体密封件贴合，所述压紧构件位于副腔室。

在一个实施例中，所述连接块和弹性体密封件通孔呈锥形，靠近主腔室一端的通孔的直径小于靠近副腔室的通孔的直径。

在一个实施例中，所述连接块连接副腔室的一端设置有螺纹，与所述副腔室螺纹连接。

在一个实施例中，所述压紧构件包括压紧螺母和压块，所述压紧螺母的直径大于连接块连接副腔室一端的直径，所述压块的直径大于弹性体密封件的直径小于连接块的直径，所述压块压在所述弹性体密封件上，所述压紧螺母压在所述压块上且与所述连接块固定连接。

在一个实施例中，所述弹性体密封件的材质为全氟橡胶材料，所述压块的材质为不锈钢、铝合金、钛合金、聚四氟乙烯或陶瓷。

在一个实施例中，所述主腔室和副腔室通过管道连接。

在一个实施例中，所述抽真空设备包括第一真空泵和第二真空泵，所述第一真空泵对主腔室抽真空，所述第二真空泵对副腔室抽真空。

在一个实施例中，所述主腔室的真空度大于所述副腔室的真空度。

在一个实施例中，还包括填充材料，填充在线缆间的间隙中。

本发明所述用于光刻设备的真空释气装置通过隔离结构对主腔室和副腔室物理隔离，减小两个腔室之间的流导，光刻设备主体放置在主腔室，高释气辅助设备放置于副腔室，降低了高释气材料对光刻设备的影响。

附图说明

图1为本发明所述用于光刻设备的真空释气装置的示意图；

图2为本发明所述用于光刻设备的真空释气装置的隔离结构的示意图；

图3为本发明所述用于光刻设备的真空释气装置的一个具体实施例的示意图。

具体实施方式

图1为本发明所述用于光刻设备的真空释气装置的示意图，如图1所示，所述用于光刻设备的真空释气装置，包括：

主腔室1，用于放置光刻设备的主体，所述主体包括硅片台和传感器11；

副腔室2，用于放置高释气辅助设备，所述高释气辅助设备包括传感器处理器21；

隔离结构3，用于连接主腔室1和副腔室2，光刻设备的传感器11的线缆111穿过隔离结构3连接到高释气辅助设备；

抽真空设备4，用于对主腔室1和副腔室2抽真空。

上述真空释气装置可以把某些零部件，例如传感器、板卡等的高释气率部分放置在主腔室1外，最大程度的降低高释气率材料对主腔室1的真空环境的影响并且可以确保不会对测量或信号处理造成影响，还可以通过副真空腔室的真空泵系统提高主真空腔室的真空度。

在一个实施例中，如图2所示，所述隔离结构3包括连接块31、弹性体密封件32和压紧构件33，所述弹性体密封件设置有通孔，用于穿过线缆；所述连接块设置有通孔，用于放置弹性体密封件，所述连接块的一端连接主腔室1，所述连接块的另一端连接副腔室2；所述压紧构件，使得连接块和弹性体密封件贴合，所述压紧构件位于副腔室2。

在一个实施例中，所述连接块和弹性体密封件通孔呈锥形，靠近主腔室1一端的通孔的直径小于靠近副腔室2的通孔的直径。

在一个实施例中，所述连接块连接副腔室2的一端设置有螺纹，与所述副腔室2螺纹连接。

在一个实施例中，所述压紧构件包括压紧螺母331和压块332，所述压紧螺母的直径大于连接块连接副腔室2一端的直径，所述压块的直径大于弹性体密封件的直径小于连接块的直径，所述压块压在所述弹性体密封件上，所述压紧螺母压在所述压块上且与所述连接块固定连接，也就是说，弹性体密封件的一端为锥形设计，与连接块的内孔的锥形面配合以减小连接结构的流导。

在一个实施例中，所述主腔室1和副腔室2通过管道5连接，所述管道可以是可拆卸法兰结构也可以是不可拆卸结构，隔离结构3放置在管道内，连接块与副腔室2为无泄漏连接，比如焊接，线缆从穿过连接块后连接到高释气辅助设备。

在一个实施例中，所述抽真空设备4包括第一真空泵41和第二真空泵42，所述第一真空泵对主腔室1抽真空，所述第二真空泵对副腔室2抽真空，优选地，主腔室1和副腔室2各自有独立的真空抽取和真空测量，以及充气系统所述充气系统用于需要打开真空腔室时，充入气体使真空腔室(真空状态的主腔室1和副腔室2)内的气压达到与真空外气压一致，这样才能打开真空腔室的舱门。通常充入气体为高纯氮气，或者干燥空气。在一个实施例中，所述主腔室1的真空度大于所述副腔室2的真空度。

在一个实施例中，还包括填充材料，填充在线缆间的间隙中，以减小管道的流导。

在一个实施例中，还包括：控制器，控制抽真空设备4对主腔室1和副腔室2抽真空，包括：

第一释气量获得模块，根据主腔室1的材质和内表面总面积，获得主腔室1的腔体释气量；

第二释气量获得模块，根据副腔室2的材质和内表面总面积，获得副腔室2的腔体释气量；

气压差确定模块，根据主腔室1和副腔室2的腔体释气量以及主腔室1器件和副腔室2器件的释气量以及主腔室1和副腔室2之间的管道流导确定主腔室1和副腔室2的气压差；

控制模块，根据所述主腔室1和副腔室2的气压差控制抽真空设备4分别对主腔室1和副腔室2抽真空。

在一个具体实施例中，以一种实际工况为例，假设主腔室1的真空度需要维持在＜1*10^-4Pa。再假设副腔室2的材质为SUS304不锈钢，SUS304不锈钢的真空释气率为q＝8*10^- ⁸Pa·L/(s·cm²)，内表面总面积为S＝10000cm²，则腔体释气量为Q＝8*10^-4Pa·L/s。再假设放入副腔室2内的所有零部件的释气量为0.5Pa·L/s，如果这部分零部件放在主腔室1中对真空泵的要求至少需要增加500L/s的抽速才能维持到所需的真空度。采用有效抽速分别为4L/s的机械泵和300L/s的分子泵对副腔室2抽取真空，根据相应的真空计算方法，不考虑副腔室2漏率的情况下，副腔室2的极限真空度可以达到＜2*10^-3Pa。在该工况下，根据气体流量与管道流导的关系：

Q＝U*(P1-P2)

其中，Q—流量[Pa·L/s]，U—流导[L/s]，P—气压[Pa]，

主腔室1和副腔室2之间的气体流量小于0.5Pa·L/s的各流量值对应的流导如图3所示。从图3可见，如果将主/副腔室2之间的流导控制在100L/s，则从副腔室2流入主腔室1的气体流量小于0.2Pa·L/s，不到零部件释气量的一半；而如果将流导控制在1L/s，则流入主腔室1的气体流量小于2*10^-3Pa·L/s，此时为了维持主腔室1的真空度为1*10^-4Pa，对主腔室1真空泵额外增加的负载等效为抽速约为20L/s。可见该结构对主腔室1的真空度的改善效果是非常明显的。

在一个实施例中，上述真空释气装置隔离某些元器件的高释气率部分的结构，将其对真空影响较大且非必须放置在主腔室1内的部分单独隔离在副腔室2中，使这些元器件能够在高真空/超高真空环境中正常工作，并且不会对主体真空部分造成显著影响，以在高真空环境中使用电涡流位移传感器为例，电涡流位移传感器是一种常用的高精度位移测量传感器，在精密运动装置中使用非常广泛，主要用于近距离的位移测量，它的探头以及所对应的靶需要安装在相对运动的两个物体上，因此必需安装在高真空环境中。它的信号处理由前置处理盒完成。电涡流位移传感器的探头和前置处理盒之间的线缆是不建议做切分后再连接的，这样会引入噪声造成测量精度的降低，而它的前置处理盒的真空释气量较大，不利于高真空度环境的建立，并且通常一个精密运动装置会使用多个电涡流位移传感器，比如一个极紫外光刻机的硅片台就会用到十个以上电涡流位移传感器，在真空腔室中这么多前置处理盒的释气量会严重影响极紫外光刻机的工作气氛。因此考虑将前置处理盒单独放置在一个单独腔室(副腔室2)中，副腔室2和主腔室1之间通过图2所示的隔离结构3连通，对外保证真空密封，内部有小孔用于传感器的电源和信号线的穿过。两个腔室有独立的真空抽取和真空测量系统。为了尽量减小副真空腔室内的零部件释放的气体通过小孔进入主腔室1而影响主腔室1的真空度，应当尽量减小小孔的流导。在实际操作时，如图2所示，将线缆从连接块的小孔中穿过后，依次穿过弹性体密封件、硬质压块和压紧螺母，弹性体密封件优选但不限于全氟橡胶材料，硬质压块材质不限于不锈钢、铝合金、钛合金、聚四氟乙烯、陶瓷等材料。压紧螺母对硬质压块施压，将压力传递到弹性体密封件上。弹性体密封件受压后其外锥面与连接块内锥面贴合阻止气体从两个锥面的间隙流动。同时，弹性体密封件受压后由于连接块小孔的限制会向内发生弹性型变而挤压线缆，从而减小线缆内部和线缆之间的间隙，达到减小流导的目的。进一步地，由于线缆横截面通常为圆形，因此多股线缆集中在一起会有较大的间隙，可以通过在线缆间隙填充真空封泥或者低释气率胶等材料进一步减小缝隙的流导。

在一个实施例中，经过处理后的信号的线缆切分之后通过真空腔壁的馈入结构实现真空内外的信号连接。

尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。此外，尽管本发明的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。

Claims

1.一种用于光刻设备的真空释气装置，其特征在于，包括：

抽真空设备，用于对主腔室和副腔室抽真空。

2.根据权利要求1所述的用于光刻设备的真空释气装置，其特征在于，所述隔离结构包括连接块、弹性体密封件和压紧构件，所述弹性体密封件设置有通孔，用于穿过线缆；所述连接块设置有通孔，用于放置弹性体密封件，所述连接块的一端连接主腔室，所述连接块的另一端连接副腔室；所述压紧构件，使得连接块和弹性体密封件贴合，所述压紧构件位于副腔室。

3.根据权利要求2所述的用于光刻设备的真空释气装置，其特征在于，所述连接块和弹性体密封件通孔呈锥形，靠近主腔室一端的通孔的直径小于靠近副腔室的通孔的直径。

4.根据权利要求2所述的用于光刻设备的真空释气装置，其特征在于，所述连接块连接副腔室的一端设置有螺纹，与所述副腔室螺纹连接。

5.根据权利要求2所述的用于光刻设备的真空释气装置，其特征在于，所述压紧构件包括压紧螺母和压块，所述压紧螺母的直径大于连接块连接副腔室一端的直径，所述压块的直径大于弹性体密封件的直径小于连接块的直径，所述压块压在所述弹性体密封件上，所述压紧螺母压在所述压块上且与所述连接块固定连接。

6.根据权利要求5所述的用于光刻设备的真空释气装置，其特征在于，所述弹性体密封件的材质为全氟橡胶材料，所述压块的材质为不锈钢、铝合金、钛合金、聚四氟乙烯或陶瓷。

7.根据权利要求1所述的用于光刻设备的真空释气装置，其特征在于，所述主腔室和副腔室通过管道连接。

8.根据权利要求1所述的用于光刻设备的真空释气装置，其特征在于，所述抽真空设备包括第一真空泵和第二真空泵，所述第一真空泵对主腔室抽真空，所述第二真空泵对副腔室抽真空。

9.根据权利要求1所述的用于光刻设备的真空释气装置，其特征在于，所述主腔室的真空度大于所述副腔室的真空度。

10.根据权利要求1所述的用于光刻设备的真空释气装置，其特征在于，还包括填充材料，填充在线缆间的间隙中。