CN112748641B - 镜片底部气帘防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镜片底部气帘防护装置，气体通过设置在镜片底部一定空间内的斜向出气口，向镜片出射并在距离镜片一定距离处相遇，以在镜片底部形成防护气帘，有效防止污染物接触镜片，提高镜片的成像质量。进一步的，本发明采用斜向送风的方式，使镜片底部形成的防护气体的流场更加稳定，长时间使用受环境波动的影响较小，降低了设备的维护频率，提高设备的可靠性。而且，本发明中气体在通孔的中心相遇后自上而下扩散，使装置有较大的供气量使用范围，相应减少现场调试时间，提高镜片底部环境的稳定性。

Description

镜片底部气帘防护装置

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种镜片底部气帘防护装置。

背景技术

光刻是半导体制造过程中一道非常重要的工序，它是将一系列掩膜版上的芯片图形通过曝光依次转移到硅片相应层上的工艺过程，被认为是大规模集成电路制造中的核心步骤。半导体制造中一系列复杂而耗时的光刻工艺主要由相应的光刻机完成。

光刻机在曝光过程中，硅片表面的光刻胶中的有机溶剂受热后会慢慢的挥发，挥发出来的有机物会粘附在物镜下表面的镜片上，所述粘附物直接影响物镜中光的透过率，进而影响产品的成像质量。由于物镜下表面的最后一个镜片距离硅片面的距离很小，挥发的光刻胶很容易就粘附在镜片表面。

现有的机台多采用在物镜的下表面镜座安装物镜保护膜的方法来阻止有机物污染镜片，但是，保护膜防污染装置和方法尚有许多不足之处。首先，保护膜的正常使用寿命是由透过的光的能量决定的，即使正常使用，在365nm和436nm紫外光的照射下，保护膜寿命也只能承受500000J/cm²的能量，设备的更换频率为一到两个月一次。其次，保护膜价格昂贵，使用成本较高。此外，由于硅片面和物镜下表面的距离只有40mm，因此更换保护膜是一个难度较高的工作，在更换过程中保护膜很容易爆裂。另外，由于膜的厚度很薄，外界气压的变化也会引起保护膜的破裂，目前非正常的损坏率高达15％，如果保护膜在使用过程中不慎破裂，会使正在成像的镜片受到污染，严重的情况下甚至成像失败。更为重要的是，实践已经证明:由于安装结构的限制，保护膜并不能完全阻止光刻胶对镜片的污染，甚至，由于保护膜不能完全保证清除挥发有机物，整个光刻机内部都有可能被污染的部件，例如物镜腔体内部的镜片、上表面镜片、硅片面和掩模面等对洁净度有要求的零件，由于光刻机是精密高端设备，这会给使用者造成更严重的损失。

因此，需要一种可以更好解决光刻胶有机物挥发污染镜片的装置和/或方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镜片底部气帘防护装置，以防止污染物污染镜片，提高镜片的成像质量。

为达到上述目的，本发明提供一种镜片底部气帘防护装置，包括：若干设置在镜片底部一定空间内相对分布的斜向出气口，气体通过所述斜向出气口向镜片出射，并在距离镜片一定距离处相遇，以在镜片底部形成防护气帘。

可选的，所述镜片底部气帘防护装置还包括：设置在镜片底部的腔体、设置在所述腔体上的进气口及设置在所述腔体中央的通孔，所述通孔位于镜片的正下方，所述斜向出气口设置所述通孔的侧壁上。

可选的，所述气体在距离镜片一定距离处相遇后充满所述通孔。

可选的，所述气体自上而下扩散并充满所述通孔。

可选的，所述腔体远离镜片的一面设置有向所述通孔内部延伸的水平挡板。

可选的，所述斜向出气口设置在所述通孔的侧壁靠近所述水平挡板的一侧。

可选的，所述水平挡板之间的距离大于镜片的直径。

可选的，所述斜向出气口的出气区域的面积总和小于或等于所述斜向出气口所在通孔侧壁的面积的一半。

可选的，气体通过所述斜向出气口以一定角度斜向上向所述镜片出射。

可选的，所述斜向出气口的出气角度小于或等于45度。

可选的，通过在所述通孔的侧壁上斜向开槽设置所述斜向出气口。

可选的，所述通孔的侧壁呈坡面设置，所述斜向出气口垂直于所述通孔的侧壁设置。

可选的，所述通孔的侧壁呈坡面设置，并通过在呈坡面设置的侧壁上斜向开槽设置所述斜向出气口。

可选的，通过均匀孔板、阵列栅格板或喷嘴结构在所述通孔的侧壁上设置所述斜向出气口。

可选的，所述进气口均匀分布。

可选的，所述斜向出气口对称分布。

可选的，还包括抽排单元，所述抽排单元设置在所述腔体远离镜片的一面。

可选的，所述环形抽排单元包括抽排腔体、均匀分布在所述抽排腔体上的抽气口及与所述抽排腔体连通的排气通道。

可选的，所述抽排腔体为环形腔体，所述抽排腔体的内径大于镜片直径。

可选的，所述排气通道带有抽排动力。

综上，本发明提供的镜片底部气帘防护装置中，气体通过设置在镜片底部一定空间内的斜向出气口，向镜片出射并在距离镜片一定距离处相遇，以在镜片底部形成防护气帘，有效防止污染物接触镜片，提高镜片的成像质量。

进一步的，本发明采用斜向送风的方式，使镜片底部形成的防护气体的流场更加稳定，长时间使用受环境波动的影响较小，降低了设备的维护频率，提高设备的可靠性。而且，本发明中气体在通孔的中心相遇后自上而下扩散，使装置有较大的供气量使用范围，相应减少现场调试时间，提高镜片底部环境的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为本发明实施例一提供的镜片底部气帘防护装置的结构示意图，图1b为图1a中AA′方向的剖面图；

图2为本发明实施例一提供的镜片底部气帘防护装置的原理图；

图3为本发明实施例一提供的镜片底部气帘防护装置中斜向出气口的结构示意图；

图4a为本发明实施例二提供的镜片底部气帘防护装置的结构示意图，图4b为图4a中AA′方向的剖面图；

图5为本发明实施例四提供的镜片底部气帘防护装置的俯视图；

图6为采用正面水平送风镜片底部气体流场的仿真图；

图7为采用斜向送风镜片底部气体流场的仿真图；

图8为未设置水平挡板的情况下镜片底部气体流场的仿真图；

图9为不同气体流量分别对应的镜片底部气体流场的仿真图。

附图标记说明：

100-镜片底部气帘防护装置；110-基底；120-镜片；101-腔体；102-进气口；103-通孔；104-斜向出气口；104a-均匀孔板；104b-阵列栅格板；104c-喷嘴；105-水平挡板；106-保护气体流场；107-污染物流场；108-抽排单元；108a-抽排腔体；108b-抽气口；108c-排气通道。

具体实施方式

本发明的发明人发现，光刻机在曝光过程中，硅片表面的光刻胶中的有机溶剂受热后会慢慢的挥发，挥发出来的有机物会粘附在物镜下表面的镜片上，所述粘附物直接影响物镜中光的透过率，进而影响产品的成像质量。现有机台除采用在物镜的下表面镜座安装物镜保护膜的方法来阻止有机物污染镜片之外，还包括在镜片底部设置吹扫装置，气体通过喷嘴后紧贴镜片下表面均匀流过，再通过抽排装置将污染物排出。

但现有IC先进封装及MEMS器件制造等光刻技术都采用厚胶工艺，对于厚胶工艺，由于光刻胶的厚度增加，产生的污染挥发物总量也随之提高，随着使用时间的增加，累计的挥发物浓度逐渐超过吹扫装置的控制阈值，导致吹扫失效，最终使得末端镜片受到污染，不得不增加镜片擦拭频率，最终影响产率。此外，镜片上累计的污染如果得不到及时清理，也会影响曝光性能，产生不良品。

为解决上述问题，本发明提供一种镜片底部气帘防护装置，气体通过设置在镜片底部下方一定空间内的斜向出气口，向镜片出射并在距离镜片一定距离处相遇，以在镜片底部形成防护气帘，有效防止污染物接触镜片，提高镜片的成像质量。进一步的，本发明采用斜向送风的方式，使镜片底部形成的防护气体的流场更加稳定，长时间使用受环境波动的影响较小，降低了设备的维护频率，提高设备的可靠性。而且，本发明中气体在通孔的中心相遇后自上而下扩散，使装置有较大的供气量使用范围，相应减少现场调试时间，提高镜片底部环境的稳定性。

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。

实施例一

图1a为本实施例提供的镜片底部气帘防护装置的结构示意图，图1b为图1a中AA′方向的剖面图，图2为本发明实施例一提供的镜片底部气帘防护装置的原理图。参考图1a、图1b及图2所示，所述镜片底部气帘防护装置100包括：若干设置在镜片120底部一定空间内相对分布的斜向出气口104，腔体101，设置在所述腔体101上的进气口102及设置在所述腔体101中央的通孔103，所述斜向出气口104对称设置在所述通孔103的侧壁上，气体由所述斜向出气口104斜向进入所述通孔103，在距离所述镜片120底部一定距离处相遇后自上而下扩散并充满所述通孔103，在镜片底部形成一防护气帘。

本实施例中以光刻机物镜的镜片为例，所述污染物可以是光刻胶挥发有机物，可以是水蒸气、灰尘、漂浮的微生物等多种影响透光率的空气杂质。本实施例中用于形成封闭气帘的气体可以是纯度达到一定要求的气体，其纯度至少达到99.999％，如高纯氮气，或其他高纯度气体。

具体的，所述腔体101可以为一中空的圆柱体，所述腔体101紧贴镜片120边缘外侧表面设置，并且所述腔体101的径向方向与镜片的径向方向重合。在所述腔体101上设置气体的进气口102，所述进气口102关于所述腔体101的中心对称且均匀分布。所述进气口102可以设置在所述腔体101的外边弧面上，即平行于镜片方向向所述腔体101送风，所述进气口102也可以呈一定角度设置在所述腔体101上，侧向向所述腔体101送风。所述进气口102与外部生成气体的装置连接，气体由所述进气口102进入腔体101，再由所述斜向出气口104进入通孔103。

所述通孔103位于镜片120的正下方，所述通孔103的横截面呈对称图像；例如：偶数边多边形或圆形等，所述通孔103的横向尺寸的最小值大于镜片120的直径，以保证不会影响到镜片120的视场。当所述通孔103的横截面呈偶数边多边形，所述斜向出气口104至少设置在所述通孔103一相对的侧壁上。如图1a和图1b所示，本实施例中所述通孔103的横截面为一矩形，在矩形相对的两边所在的侧壁设置所述斜向出气口104。当所述通孔103的横截面为圆形，所述斜向出气口104至少设置在关于圆心对称的弧形侧壁上，以保证气体以相对的气流方向进入所述通孔103，并在通孔103的中心相遇。

本实施例中所述通孔103的侧壁呈坡面设置，所述斜向出气口104垂直与所述通孔103的侧壁设置，保证气体斜向进入通孔103，即气体朝镜片120的下表面斜向进入通孔103，在通孔103中心相遇，然后自上而下四周均匀扩散，充满通孔103，进而防止基底110产生的污染物向上扩散污染镜片120，同时，通过气体的种类的选择和流量的控制可对镜片120进行气浴清洗，进一步洁净镜片120。

本实施例中通过所述斜向出气口104向通孔103斜向送风，是因为如果采用水平送风(斜向出气口104水平设置)，如图6所示，由于重力的作用，出气口喷出的气体的到达通孔103中心之前变会失去动能向四周扩散，使在镜片120中心位置存在防护缺口，无法起到完全隔离污染物的作用。相对正水平送风，本实施例中采用斜向送风，如图2和图7所示，气体由所述斜向出气口104斜向进入通孔103，在通孔103的中心相遇后再向下扩散，以在镜片120底部形成防护气体流场106，避免在镜片120中心位置处出现防护缺口，使基底110表面生成的污染物的气体流场107与镜片120隔绝，以达到防止镜片120被污染的目的。

另外，相对于水平送风，本实施例中通过斜向送风的方式在镜片120底部形成的防护气体的流场106更加稳定，长时间使用受环境波动的影响较小，进而降低了设备的维护频率，产率和可靠性得到提高。而且，本实施例中，气体在通孔103的中心相遇后自上而下扩散，阻挡污染物的同时可以向镜片周围扩散，使装置的有较大的供气量使用范围，相应减少现场调试时间，提高镜片底部环境的稳定性。

进一步的，为了防止从所述斜向出气口104喷射的气体直接与镜片120相撞，导致气体流场紊乱，影响扩散。本实施例中所述斜向出气口104设置在远离镜片120的通孔侧壁上，即靠近基底110设置，这样所述斜向出气口104的出气区域远离镜片120，避免斜向出风与镜片120直接碰撞。优选的，通过控制所述斜向出气口104的数量和排布，使所述斜向出气口104的出气区域的面积总和小于或等于所在通孔103侧壁面积的一半，保证斜向出气口104喷射的气体在镜片120下表面相遇的同时，防止气体直接与镜片120相撞。如图3所示，可以通过均匀孔板104a、阵列栅格板104b或喷嘴104c等结构在所述通孔103的侧壁上设置所述斜向出气口104。

更进一步的，通过调节所述斜向出气口104的出气角度θ，控制镜片120底部气体流场的分布。本实施例中所述斜向出气口104的出气角度θ小于或等45度，由于所述斜向出气口104垂直于通孔103侧壁设置，故可通过调整通孔103侧壁的坡度调节出气角度θ，进而控制镜片120下表面气体流场的分布。

结合图8和图2，当斜向喷射的气体在镜片120底部相遇并自上而下向通孔103扩散，当扩散到通孔103底部(靠近基底110的部分)，气体容易产生回流，卷起基底110表面产生的污染物。因此，本实施例提供的镜片底部气帘防护装置还包括水平挡板105，所述水平挡板105设置在所述腔体101远离镜片120的一面，且向所述通孔103内部延伸。当气体在通孔103的中心相遇后自上而下扩散时，所述水平挡板105可以有效防止气体在通孔103底部回流，进而防止回流气体卷起的污染物对镜片120的污染。

需要说明的是，所述水平挡板105虽然减小了通孔103远离镜片120一面的出风面积，但相对的两水平挡板105之间的距离大于镜片120的直径，对镜片120的视场不会产生影响。

图9为不同气体流量分别对应的镜片底部气体流场(Fluid-Velocity)的仿真图。如图9所示，在仿真条件下，当污染物速度为0.1m/s时，控制进气口的气体流量，观测镜片底部气体流场分布。当进气口的气体流量为2L/min时，镜片底部气体流场如图9中左侧仿真图所示，呈的扇形对称分布，但在通孔中心位置无对流气体分布，镜片中心位置防护欠佳；当进气口的气体流量增加到3.5L/min时，镜片底部气体流场呈如图9中中间仿真图所示，呈扇形对称分布，且在镜片中心位置存在对流气体，能够完全隔断镜片与污染物的接触；当进气口的气体流量继续增大至4L/min时，镜片底部气体流场呈如图9中右侧仿真图所示，由于气体对流，气体流场分布出现倾斜，污染物隔离效果减弱。故，本实施例中进气口的气体流量可以设置在一较宽的范围内，例如进气口的气体流量设置在2L/min至4L/min范围内，保证长期稳定运行后将镜片污染浓度降到最低。另外，从图9也可以看出两侧斜向送风，气体都是在通孔的中心位置相遇后才向下扩散，符合设计原理。

最后，以上所述斜向出气口104是斜向上向所述镜片120出气，在本发明其他实施例中，所述斜向出气口104也可以斜向向下进入所述通孔103，在通孔103中心相遇后自上而下扩散充满通孔103。由于气体斜向向下进入，对气体的流量和出气角度的设置应充分考虑重力因素。

实施例二

本实施例提供的一种镜片底部气帘防护装置，本实施例提供的镜片底部气帘防护装置与实施例一的区别在于，所述斜向出气口104的设置方式不同。

图4a为本实施例提供的镜片底部气帘防护装置的结构示意图，图4b为图4a中AA′方向的剖面图。如图4a和4b所示，在本实施例中，通过在所述通孔103的侧壁斜向开槽设置所述斜向出气口104，具体的，所述通孔103的侧壁垂直于镜片所在平面设置，在所述通孔103的侧壁斜向开槽，使气体沿着斜向的开槽一定角度进入通孔103的内部。优选的，在所述通孔103侧壁远离镜片的一侧(靠近水平挡板105的一侧)进行斜向开槽，且斜向开槽所形成的斜向出风口104的出气区域的面积总和小于或等于通孔103侧壁面积的一半。进一步的，设置开槽的斜向角度小于或等于45度，进而可以使气体斜向喷入通孔103内部，在通孔103中心相遇后自上而下扩散充满通孔103，避免斜向喷射的气体与镜片直接碰撞，导致气体流场紊乱，影响污染物隔绝效果。

实施例三

本实施例提供的一种镜片底部气帘防护装置，本实施例提供的镜片底部气帘防护装置与实施例一和实施例二的区别在于，所述斜向出气口104的设置方式不同，具体的，所述通孔103的侧壁呈坡面设置，并通过在呈坡面设置的侧壁上斜向开槽设置所述斜向出气口104，且通过所述斜向出气口104的气体的出气角度小于或等于45度。

实施例四

本实施例提供一种镜片底部气帘防护装置，本实施例提供的镜片底部气帘防护装置与实施例一的区别在于，本实施例提供的镜片底部气帘防护装置还包括抽排单元，用于将基底上的污染气体抽离，防止污染气体对物镜其他区域造成污染。

图5为本实施例提供的镜片底部气帘防护装置的俯视图，如图5所示，本实施例中的所述抽排单元108设置在腔体101远离镜片的一面，所述抽排单元108包括抽排腔体108a、均匀分布在所述抽排腔体108a上的抽气口108b及与所述抽排腔体108a连通的排气通道108c。所述抽排腔体108a为环形腔体，所述抽排腔体108a的直径大于镜片直径。所述抽排腔体108a和所述腔体101为两个独立的腔体，所述抽排腔体108a靠近基底表面设置，所述抽气口108b设置在所述抽排腔体108a靠近基底的一面，所述抽气口108b的形状可以是圆形、方形等各种形状，数量可根据气体流量的大小和污染物挥发的严重程度而选择。所述排气通道108c带有抽排动力，将基底表面的污染物吸入抽气口108b，进入所述抽排腔体108a，然后通过排气通道108c排放到远离物镜的外部环境中，避免污染气体对物镜其他区域造成污染。另外，可以排气通道108c抽排动力应结合进气口102的气体的流量做相应调整，使所述排气通道108c对污染物气体的吸入过程，不会影响到对镜片底部形成的气帘防护层。

需要说明的是，本发明所述的镜片防污染装置及方法不仅仅用于防止物镜下表面镜片污染，还可以用于保护整个光刻机内部可能被污染的部件，例如物镜内部镜片，对准的镜片，上表面镜片，硅片表面和掩膜表面等对洁净度有要求的零件，虽然本发明说明书中仅对物镜下表面镜片的防污染装置和方法进行说明，然而本领域技术人员容易理解，也可以从本发明技术方案中提取想要的装置和方法并加以组合，能够实现同样的技术效果。

综上所述，本发明提供的镜片底部气帘防护装置中，气体通过设置在镜片底部一定空间内的斜向出气口，向镜片出射并在距离镜片一定距离处相遇，以在镜片底部形成防护气帘，有效防止污染物接触镜片，提高镜片的成像质量。

进一步的，本发明采用斜向送风的方式，使镜片底部形成的防护气体的流场更加稳定，长时间使用受环境波动的影响较小，降低了设备的维护频率，提高设备的可靠性。而且，本发明中气体在通孔的中心相遇后自上而下扩散，使装置有较大的供气量使用范围，相应减少现场调试时间，提高镜片底部环境的稳定性。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于结构实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

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 (19)

1.一种镜片底部气帘防护装置，其特征在于，包括：若干设置在镜片底部一定空间内相对分布的斜向出气口，所述斜向出气口的下方设置有向镜片中心延伸的水平挡板，所述水平挡板之间的距离大于镜片的直径，气体通过所述斜向出气口向镜片出射，并在距离镜片底部一定距离处相遇，以在镜片底部形成防护气帘。

2.根据权利要求1所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述镜片底部气帘防护装置还包括：设置在镜片底部的腔体、设置在所述腔体上的进气口及设置在所述腔体中央的通孔，所述通孔位于镜片的正下方，所述斜向出气口设置所述通孔的侧壁上。

3.根据权利要求2所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述气体在距离镜片一定距离处相遇后充满所述通孔。

4.根据权利要求3所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述气体自上而下扩散并充满所述通孔。

5.根据权利要求2所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述腔体远离镜片的一面设置有向所述通孔内部延伸的所述水平挡板。

6.根据权利要求5所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述斜向出气口设置在所述通孔的侧壁靠近所述水平挡板的一侧。

7.根据权利要求2所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述斜向出气口的出气区域的面积总和小于或等于所述斜向出气口所在通孔侧壁的面积的一半。

8.根据权利要求2所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，气体通过所述斜向出气口以一定角度斜向上向所述镜片出射。

9.根据权利要求8所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述斜向出气口的出气角度小于或等于45度。

10.根据权利要求9所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，通过在所述通孔的侧壁上斜向开槽设置所述斜向出气口。

11.根据权利要求9所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述通孔的侧壁呈坡面设置，所述斜向出气口垂直于所述通孔的侧壁设置。

12.根据权利要求9所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述通孔的侧壁呈坡面设置，并通过在呈坡面设置的侧壁上斜向开槽设置所述斜向出气口。

13.根据权利要求2所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，通过均匀孔板、阵列栅格板或喷嘴结构在所述通孔的侧壁上设置所述斜向出气口。

14.根据权利要求2所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述进气口均匀分布。

15.根据权利要求2所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述斜向出气口对称分布。

16.根据权利要求2所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，还包括抽排单元，所述抽排单元设置在所述腔体远离镜片的一面。

17.根据权利要求16所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述抽排单元包括抽排腔体、均匀分布在所述抽排腔体上的抽气口及与所述抽排腔体连通的排气通道。

18.根据权利要求17所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述抽排腔体为环形腔体，所述抽排腔体的内径大于镜片直径。

19.根据权利要求17所述的镜片底部气帘防护装置，其特征在于，所述排气通道带有抽排动力。

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