CN112684675A - 真空系统及使用该真空系统的浸没式光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空系统及使用该真空系统的浸没式光刻机。本发明包括气液分离罐，气液两相流在气液分离罐内分离为气相和液相流体，并分别沿两条流路流动；输送气体和液体的两条流路汇合连通后再由真空源统一抽排，在输送气体或者液体的流路上设置控制阀，根据气液分离罐或者附属流路内的压力进行反馈调节，保证向抽排端口输出的真空压力稳定；本发明解决了高精度真空调节器不宜接触液体的技术问题，能够使用较少的流控器件实现真空压力的高精度控制，降低了系统的复杂度和成本，尤其适用于对含液量较少的气液两相流的抽排。

Description

真空系统及使用该真空系统的浸没式光刻机

技术领域

本发明属于真空系统技术领域，涉及一种真空系统及使用该真空系统的浸没式光刻机。

背景技术

使用真空系统对流体进行抽排，有时需要对真空系统提供的压力进行精密调节，以保持稳定的抽排能力。如果被抽排的对象是气液两相流，则存在压力控制精度差的问题。造成真空系统抽排气液两相流的压力稳定性差的原因，主要是因为气液两相流本身往往具有较强烈的压力脉动，会干扰真空系统的压力反馈调节功能；另外，为获得高压力稳定性，真空系统需要配置高性能的压力传感器、控制阀等流控部件，而高性能的压力传感器和控制阀往往是针对单相流体进行设计的，如果被控流体对象是气液两相流，会对流控部件的性能造成明显影响，甚至损坏流控部件。

参考本申请人提出的公开号为CN110354685A的发明专利申请，在浸没式光刻机中，浸没控制单元向投影物镜和产地之间的间隙提供和回收浸没流体；在回收浸没流体时，往往形成气液两相流。而为了保证在衬底运动时对浸没液体的有效约束以避免造成污染，需要维持对气液两相流的抽排真空压力的稳定。因此，需要在浸没式光刻机中配置一种适用于气液两相流的抽排压力稳定的真空系统。

一种常见的适用于气液两相流抽排的真空系统如图1所示，真空系统包括气液分离罐2；气液分离罐2的上部引出第一流路21，气液分离罐2的下部引出第二流路22，第一流路21上设置第一控制阀51及其下游的第一真空源31；第二流路22上设置第二控制阀52及其下游的第二真空源32；气液两相流自流体源1流入气液分离罐2，依靠重力分离等原理，气相聚集在气液分离罐2的上部而液相聚集在气液分离罐2的下部；气体经第一流路21被第一真空源31抽排，液体经第二真空源32抽排；设置压力传感器4监测气液分离罐2内部的压力并将压力信号传递至控制器，控制器根据气液分离罐2内部的压力调节第一控制阀51和第二控制阀52的开度，分别对抽排气体和液体的速度进行调节，从而调节气液分离罐2内的压力使其稳定。

在图1所示的真空系统中，气液两相流在气液分离罐2中被分离为气体和液体后分别被两条相互独立的流路所抽排，至少需要两个抽排泵以及两个控制阀，并且分别需要适用于两种流体介质的型号，使得真空系统的流体组件较多，安装配置复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的就是提供一种真空系统及使用该真空系统的浸没式光刻机，具有较少流控部件同时能提供稳定抽排负压。

本发明包括气液分离罐、真空源；气液分离罐的上部引出第一流路，下部引出第二流路，第一流路和第二流路汇合连通后与真空源连通；第一流路上具有第一控制阀；气液分离罐还与真空压力的输出端连接；所述真空源允许抽排气液两相流。

所述真空源包括液环真空泵。

所述气液分离罐上设置压力传感器，压力传感器监测气液分离罐内的压力并将测得的压力信号传递至控制器，控制器向所述第一控制阀发出信号调节第一流路中流体的流速，从而调节气液分离罐内的压力。

所述第二流路上具有第二控制阀，第二控制阀是手动阀。

所述第二流路上具有第二控制阀，根据气液分离罐内的压力或者第二流路内的压力调节第二控制阀。

所述第一控制阀是具有压力反馈调节功能的真空调节器。

所述第二流路上具有节流器。

还包括缓冲罐，所述第一流路和第二流路分别接入缓冲罐，缓冲罐底部引出流路与真空源连通，第一流路和第二流路中的流体在缓冲罐中汇集，再经由缓冲罐底部的流路被真空源抽排。

采用所述真空系统的浸没式光刻机，从衬底与工件台之间的间隙中抽排气液两相流，气液两相流经过初级气液分离器处理后，主要包含气相的流体进入所述真空系统的气液分离罐。

采用所述真空系统的浸没式光刻机，从衬底与工件台之间的间隙中抽排气液两相流，将所述气液两相流导入所述真空系统的气液分离罐。

本发明公开了一种适用于气液两相流抽排的真空系统，真空系统包括气液分离罐，气液两相流在气液分离罐内分离为气相和液相流体，并分别沿两条流路流动；输送气体和液体的两条流路汇合连通后再由真空源统一抽排，在输送气体或者液体的流路上设置控制阀，根据气液分离罐或者附属流路内的压力进行反馈调节，保证向抽排端口输出的真空压力稳定；本发明解决了高精度真空调节器不宜接触液体的技术问题，能够使用较少的流控器件实现真空压力的高精度控制，降低了系统的复杂度和成本，尤其适用于对含液量较少的气液两相流的抽排。

附图说明

图1为一种现有的适用于气液两相流抽排的真空系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一的真空系统的结构示意图；

图3为本发明实施例二的真空系统的结构示意图；

图4为本发明实施例三的真空系统的结构示意图；

图5为本发明涉及的一种浸没式光刻机的结构示意图；

图6为本发明涉及的另一种浸没式光刻机的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

一种真空系统，包括气液分离罐2；气液分离罐2的上部引出第一流路21，气液分离罐2的下部引出第二流路22，第一流路21上设置第一控制阀51；第二流路22上设置第二控制阀52；第一流路21和第二流路22汇合连通后接入第一真空源31。气液两相流自流体源1流入气液分离罐2，依靠重力分离等原理，气相聚集在气液分离罐2的上部而液相聚集在气液分离罐2的下部；气体进入第一流路21，液体进入第二流路22；气体和液体汇合后被第一真空源31继续抽排。设置压力传感器4监测气液分离罐2内部的压力并将压力信号传递至控制器，控制器根据气液分离罐2内部的压力调节第一控制阀51的开度，对抽排气体的速度进行调节，从而调节气液分离罐2内的压力使其稳定。第一真空源31使用兼容气相和液相抽排的真空泵，例如SPECK品牌的VG系列液环真空泵；由控制器所控制开度的第一控制阀51选择适用于单相流体的控制阀，优选的是适用于气体的控制阀，以实现较高的压力控制精度和稳定性，尤其适用于气液两相流中气体含量较高的情况，例如SMC品牌的ITV 2090系列真空调节器，可以作为本实施例所述的第一控制阀51使用；第二控制阀52可以使用性能低于第一控制阀51的控制阀，或者使用结构更为简单的手动阀，以进一步降低真空系统的复杂度和成本。

控制器可以设置为对第二控制阀52进行控制，以控制对第二流路22中液体的抽排速度，从而控制气液分离罐2中的压力，这种设置适合气液两相流中含有较多液体的情况，对含量较多的液体进行抽速控制可以实现更精密更有效的压力控制。控制器也可以设置为对第一控制阀51并且对第二控制阀52进行控制，分别控制第一流路21和第二流路22中气体和液体的抽速，从而控制气液分离罐2中的压力，这种设置适合气液两相流中气体和液体比例相差不多的情况。

使用本发明，仅需要配置一个抽排泵即可对气液两相流进行抽排并且实现抽排压力控制；还可以使用更为简单的控制阀和控制器并保持压力控制性能；相比现有技术方案节约了泵和阀等流控器件的数量，降低了流控器件的性能要求，降低了真空系统的复杂度和成本。

实施例二

如图3所示，在第一流路21中设置真空调节器53，例如SMC品牌的ITV 2090系列真空调节器，真空调节器53可以根据控制源531提供的信号对第一流路21中的压力进行调节使其稳定，控制源531可以是电信号、气体源、液体源或者手动调节装置；调节第一流路21中的压力稳定也即控制气液分离罐2中的压力稳定。其余实施方式与实施例一相同。

对于气液两相流中气体含量少的情况，第二流路22可以设置为一条内径尺寸小的细长管；或者第二流路22中的控制阀可以使用节流器54；节流器54可以是简单的阻尼孔，或者可以手动调节开度的阀。通过流路的流动阻力限制，使气液分离罐2中的液体慢速稳定地被抽排，尽量减小液体流量的脉动，从而减小对对真空调节器53的负压控制性能的影响；同时，节流器的结构简单，成本低于控制阀，使用节流器代替控制阀可以降低第二流路22中流控器件的成本。

实施例三

如图4所示，真空系统还包括缓冲罐20，第一流路21和第二流路22均接入缓冲罐20，分别将气体和液体导入缓冲罐20；优选的是第一流路21接入缓冲罐20的上部而第二流路22接入缓冲罐20的下部；使用第一真空源31从缓冲罐20的底部抽排流体。其余实施方式与实施例二相同。

使用缓冲罐20作为第一流路21和第二流路22的混合节点，有效扩大了混合节点的容积，可以减少气体和液体之间的相互冲击干扰，有利于抑制流体混合过程产生的压力脉动，也有利于保持和提高真空调节器53的控制精度。

实施例四

如图5所示，一种浸没式光刻机，包括投影物镜、衬底、装载衬底的工件台以及浸没控制单元，投影物镜包括朝向衬底62和工件台63的末端物镜61，浸没控制单元64环绕于末端物镜61的外侧并且位于衬底62和工件台63的上方；衬底62装载于工件台63，并且衬底62与工件台63的上表面平齐。使用浸没液体源71向浸没控制单元64提供浸没液体，常见的浸没液体可以是超纯水；浸没控制单元64将浸没液体填充至末端物镜61和衬底62之间的间隙中，浸没控制单元64还从间隙中抽排浸没液体，使浸没液体在间隙中稳定流动更新以保持纯净度；为了避免浸没液体流动到光刻机的其余部件，浸没控制单元64需要对浸没液体提供足够的抽排动力，在抽排浸没液体时会同时抽取浸没液体外围的气体，导致在密封抽排流路73中形成气液两相流；为了在衬底62和工件台63相对于浸没控制单元64运动时仍然能够有效抽排约束浸没液体，需要浸没控制单元64的抽排负压稳定。衬底62一般被真空吸盘或静电吸盘吸附在工件台63上，衬底62的底面和侧面与工件台63之间形成衬底间隙65，当衬底间隙65移动到浸没液体下方时，浸没液体可能会进入衬底间隙65，会对工件台63的组件的性能造成不利影响；设置衬底间隙抽排流路74，从衬底间隙65抽排浸没液体以消除其对工件台63的影响；在抽排衬底间隙65中的浸没液体时，会伴随着抽取周围的气体，从而在衬底间隙抽排流路74中形成气液两相流。

第一真空源31连接缓冲罐20，在缓冲罐20内形成真空；第一真空源31从缓冲罐20的底部连通罐内容腔以保证罐内的液体被有效抽排。从浸没控制单元64引出的密封抽排流路73接入初级气液分离器11a，由浸没控制单元64抽排的气液两相流进入初级气液分离器11a，液体沉积在罐体底部后经排液口110a排出，缓冲罐20与初级气液分离器11a连通，并且在缓冲罐20与初级气液分离罐11a之间的流路上设置真空调节器53a；类似地，从工件台63引出的衬底间隙抽排流路74接入初级气液分离器11b，从衬底间隙65中抽排的气液两相流进入初级气液分离器11b，液体沉积在罐体底部后经排液口110b排出，缓冲罐20与初级气液分离器11b连通，并且在缓冲罐20与初级气液分离器11b之间的流路上设置真空调节器53b。该系统使用一个真空源和两个真空调节器，可以分别通过控制源531a和531b施加不同的控制信号，分别实现对两条抽排流路的抽排负压的稳定控制；系统结构相对简单，成本低。

该浸没式光刻机还包括实施例一至三中任一实施例所述的真空系统，设置于初级气液分离器11和缓冲罐20之间的流路上。例如图5中所示的，本发明所述的真空系统设置于初级气液分离器11b和缓冲罐20之间的流路上，在真空调节器53b与初级气液分离器11b之间的流路上还设置气液分离罐2，气液分离罐2的底部引出通向缓冲罐20的包括节流器54的流路。在初级气液分离器11和缓冲罐20之间的流路上设置本发明所述的真空系统，可以将初级气液分离器11处理后仍然包含部分液体蒸气或液体的气体进行再次气液分离，使流经真空调节器53的气体的含液量进一步降低，有利于保持真空调节器53的工作性能。本发明所述的真空系统，可以设置于初级气液分离器11a和/或11b与缓冲罐20之间的流路上；优选地，初级气液分离器11a使用高效气液分离器，经初级气液分离器11a处理后的气体包含的液体量很少，可以直接与真空调节器53a连接，减少中间的气液分离器环节，有利于提高对密封抽排流路73的压力控制精度，有利于浸没控制单元64对浸没液体的抽排约束；优选地，初级气液分离器11b使用效能低于初级气液分离器11a的气液分离器，并且在初级气液分离器11b和缓冲罐20之间的流路中设置本发明所述的真空系统，由于来自衬底间隙65中的气液两相流往往是气体含量显著大于液体流量，使用较低效能的气液分离器11b，配合进一步降低流经真空调节器53b的液体含量的气液分离罐2及其附属流路，可以保证对衬底间隙抽排流路74中的压力稳定性，同时降低衬底间隙抽排流路74中的流控器件的性能要求，从而降低系统成本。

实施例五

如图6所示，在本浸没式光刻机实施例中，经衬底间隙抽排流路74从衬底间隙65中抽排的气液两相流含有的液体很少，直接将衬底间隙抽排流路74接入本发明所述的真空系统的气液分离罐2；其余实施方式同实施例四。本实施例相对于实施例四减少了气液分离器11b的使用，同时仍然能保证向衬底间隙抽排流路74提供稳定的抽排负压，进一步降低了系统的复杂度和成本。

以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种真空系统，其特征在于：包括气液分离罐、真空源；气液分离罐的上部引出第一流路，下部引出第二流路，第一流路和第二流路汇合连通后与真空源连通；第一流路上具有第一控制阀；气液分离罐还与真空压力的输出端连接；所述真空源允许抽排气液两相流。

2.权利要求1所述的一种真空系统，其特征在于：所述真空源包括液环真空泵。

3.如权利要求1所述的一种真空系统，其特征在于：所述气液分离罐上设置压力传感器，压力传感器监测气液分离罐内的压力并将测得的压力信号传递至控制器，控制器向所述第一控制阀发出信号调节第一流路中流体的流速，从而调节气液分离罐内的压力。

4.如权利要求1所述的一种真空系统，其特征在于：所述第二流路上具有第二控制阀，第二控制阀是手动阀。

5.如权利要求1所述的一种真空系统，其特征在于：所述第二流路上具有第二控制阀，根据气液分离罐内的压力或者第二流路内的压力调节第二控制阀。

6.如权利要求1所述的一种真空系统，其特征在于：所述第一控制阀是具有压力反馈调节功能的真空调节器。

7.如权利要求1所述的一种真空系统，其特征在于：所述第二流路上具有节流器。

8.如权利要求1所述的一种真空系统，其特征在于：还包括缓冲罐，所述第一流路和第二流路分别接入缓冲罐，缓冲罐底部引出流路与真空源连通，第一流路和第二流路中的流体在缓冲罐中汇集，再经由缓冲罐底部的流路被真空源抽排。

9.采用权利要求1至8任意权利要求所述的真空系统的浸没式光刻机，其特征在于：从衬底与工件台之间的间隙中抽排气液两相流，气液两相流经过初级气液分离器处理后，主要包含气相的流体进入所述真空系统的气液分离罐。

10.采用权利要求1至8任意权利要求所述的真空系统的浸没式光刻机，其特征在于：从衬底与工件台之间的间隙中抽排气液两相流，将所述气液两相流导入所述真空系统的气液分离罐。

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