CN114280894B - 光刻机气压控制及监测系统、方法和光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明属于光刻机技术领域，具体涉及一种光刻机及其气压控制及监测系统和方法，光刻机气压控制及监测系统包括全量程真空规组件、薄膜真空规组件和真空泵组。全量程真空规组件包括分别设置于主腔室、硅片台腔室、硅片传输腔室和掩模传输腔室的全量程真空规；薄膜真空规组件包括分别设置于主腔室、照明光学腔室、投影光学腔室、硅片台腔室、硅片传输腔室和掩模传输腔室的薄膜真空规；真空泵组包括主腔室真空泵、硅片台腔室真空泵、硅片传输腔室真空泵和掩膜传输腔室真空泵。本发明的光刻机气压控制及监测系统能够对光刻机的整个工作过程进行实时监测，并且能够在工艺操作期间精确地测量各个腔室的工艺气压。

Description

光刻机气压控制及监测系统、方法和光刻机

技术领域

本发明属于光刻机技术领域，具体涉及一种光刻机气压控制及监测系统、方法和光刻机。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

极紫外(EUV)光刻是7nm及以下节点的主流光刻技术。波长13.5nm的极紫外光被包括空气在内的所有物质强烈吸收，因此必须置于真空环境中。固体材料在大气环境下能溶解、吸附一些气体，而放置于真空环境中就会因解吸等过程而放气。对于极紫外光刻机，材料放出的碳氢化合物和水蒸气会在极紫外反射镜表面形成碳沉积或产生氧化作用，从而降低反射镜的反射率和使用寿命。因此要对极紫外光刻机的真空度及污染性气体含量进行监测和严格控制。

深紫外光刻、紫外光刻的光学系统也会受到污染性气体和颗粒的影响，从而降低光学透过率，并降低光刻良率，同样需要对深紫外光刻机和紫外光刻机内部的污染性气体和颗粒进行严格的控制。

发明内容

本发明的目的是至少解决现有技术中存在的技术问题之一。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种光刻机气压控制及监测系统，其特征在于，所述光刻机包括：极紫外光源、照明光学腔室、用于放置掩模的掩模台、投影光学腔室、用于放置硅片的硅片台、主腔室、硅片台腔室、硅片传输腔室和掩模传输腔室，所述照明光学腔室、所述掩模台和所述投影光学腔室均布置在所述主腔室中，所述硅片台布置在所述硅片台腔室中，所述光刻机气压控制及监测系统包括：

全量程真空规组件，所述全量程真空规组件包括分别设置于所述主腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的全量程真空规，用于分别监测所述主腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的真空度；

薄膜真空规组件，所述薄膜真空规组件包括分别设置于所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的薄膜真空规，用于分别监测所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的工艺气压；和

真空泵组，所述真空泵组包括主腔室真空泵、硅片台腔室真空泵、硅片传输腔室真空泵和掩膜传输腔室真空泵。

根据本发明实施例的光刻机气压控制及监测系统，通过在主腔室、硅片台腔室、硅片传输腔室和掩模传输腔室设置全量程真空规，能够对光刻机的整个工作过程进行实时监测，从而确保光刻机在各个腔室处于适合的真空度条件下进行后续的工艺操作。在此基础上，通过在主腔室、照明光学腔室、投影光学腔室、硅片台腔室、硅片传输腔室和掩模传输腔室设置薄膜真空规，能够在各个腔室通入工艺气体的工艺操作期间精确地测量各个腔室的工艺气压，以保证各个腔室在正常的工艺气压条件下进行操作。

在本发明的一些实施例中，所述光刻机气压控制及监测系统还包括真空辅助装置，所述真空辅助装置包括彼此连接的前级真空泵组和前级真空管道，所述主腔室真空泵、硅片台腔室真空泵、硅片传输腔室真空泵和掩膜传输腔室真空泵分别与所述前级真空管道连接。

在本发明的一些实施例中，所述光刻机气压控制及监测系统还包括：

气体分析装置组件，所述气体分析装置组件包括分别设置于所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的气体分析装置，用于分别实时测量所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的污染气体成分及分压。

通过在主腔室、照明光学腔室、投影光学腔室、硅片台腔室、硅片传输腔室和掩模传输腔室设置气体分析装置，能够实时监测各个腔室中的污染气体和颗粒物，保证各个腔室达到符合工艺操作条件的清洁度。

在本发明的一些实施例中，所述气体分析装置组件中的每一个气体分析装置包括：限流器、测试室、测试室真空泵和气体分析仪，所述限流器、所述测试室真空泵和所述气体分析仪分别连接至所述测试室。

在本发明的一些实施例中，所述光刻机气压控制及监测系统还包括真空辅助装置，所述真空辅助装置包括彼此连接的前级真空泵组和前级真空管道，所述测试室真空泵与所述前级真空管道连接。

在本发明的一些实施例中，所述全量程真空规的测量范围覆盖10^-6Pa-1atm，所述薄膜真空规的测量范围为0.01-10Pa。

本发明还提出一种光刻机气压控制及监测方法，所述光刻机气压控制及监测方法是通过上述任一实施例所述的光刻机气压控制及监测系统实施的，所述光刻机气压控制及监测方法包括：

开启主腔室真空泵、硅片台腔室真空泵、硅片传输腔室真空泵和掩膜传输腔室真空泵，通过全量程真空规组件监测主腔室、硅片台腔室、硅片传输腔室和掩模传输腔室的真空度；

分别向所述主腔室、照明光学腔室、投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室通入工艺气体，并通过薄膜真空规组件监测所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的工艺气压。

在本发明的一些实施例中，所述光刻机气压控制及监测方法包括：

开启前级真空泵组，使得前级真空管道达到粗真空状态。

在本发明的一些实施例中，所述光刻机气压控制及监测方法包括：

通过气体分析装置组件分别实时测量所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的污染气体成分及分压。

另外，本发明还提出一种光刻机，包括上述任一实施例所述的光刻机气压控制及监测系统。

根据本发明实施例的光刻机与上述光刻机气压控制及监测系统具有相同的优势，在此不再赘述。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例的光刻机气压控制及监测系统的示意图，其中示出了全量程真空规组件、薄膜真空规组件和气体分析装置组件；

图2为本发明实施例的光刻机气压控制及监测系统的示意图，其中示出了真空泵组、真空辅助装置和气体分析装置的构成。

附图中各标记表示如下：

1、极紫外光源；2、照明光学腔室；3、掩模台；4、投影光学腔室；5、硅片台；6、主腔室；7、硅片台腔室；8、硅片传输腔室；9、掩模传输腔室；

11、全量程真空规；14、全量程真空规；15、全量程真空规；16、全量程真空规；21、薄膜真空规；22、薄膜真空规；23、薄膜真空规；24、薄膜真空规；25、薄膜真空规；26、薄膜真空规；31、气体分析装置；32、气体分析装置；33、气体分析装置；34、气体分析装置；35、气体分析装置；36、气体分析装置；41、主腔室真空泵；44、硅片台腔室真空泵；45、硅片传输腔室真空泵；46、掩膜传输腔室真空泵；47、前级真空泵组；51、前级真空管道；331、限流器；332、测试室；333、测试室真空泵；334、气体分析仪。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1和图2所示，根据本发明一个实施例的光刻机气压控制及监测系统优选地应用于极紫外光刻机，所述光刻机包括：极紫外光源1、照明光学腔室2、用于放置掩模的掩模台3、投影光学腔室4、用于放置硅片的硅片台5、主腔室6、硅片台腔室7、硅片传输腔室8和掩模传输腔室9。其中，照明光学腔室2、掩模台3和投影光学腔室4均布置在主腔室6中，硅片台5布置在硅片台腔室7中。具体地，极紫外光源1产生的EUV光束进入照明光学腔室2。照明光学腔室2内部装配有照明光学系统，用于将EUV光束进行匀化和整形，以实现所需形状的均匀性照明。EUV光束经过照明光学系统后，均匀的辐照在设置于掩模台3的掩模上，掩模上承载有所需曝光的图形，掩模反射的EUV光束带有曝光图形信息，该EUV光束随后进入投影光学腔室4。投影光学腔室4内部装配有投影光学系统，经过投影光学系统所形成的像是缩小的，掩模经过投影光学系统所形成的像投射到设置于硅片台5的硅片表面涂覆的光刻胶上，进而完成曝光。照明光学腔室2、掩模台3、投影光学腔室4均装配在主腔室4内部。硅片台5设置于硅片台腔室7内部。硅片传输腔室8将待曝光的硅片传输到光刻机内部，并将曝光完成的硅片从光刻机传输出去。掩模传输腔室9用于在光刻机内部和外部之间传输掩模3。

根据本发明一个实施例的光刻机气压控制及监测系统包括：

全量程真空规组件，全量程真空规组件包括设置于主腔室6的全量程真空规11、设置于硅片台腔室7的全量程真空规14、设置于硅片传输腔室8的全量程真空规15和设置于掩模传输腔室9的全量程真空规16，用于分别监测主腔室6、硅片台腔室7、硅片传输腔室8和掩模传输腔室9的真空度；

薄膜真空规组件，薄膜真空规组件包括设置于主腔室6的薄膜真空规21、设置于照明光学腔室2的薄膜真空规22、设置于投影光学腔室4的薄膜真空规23、设置于硅片台腔室7的薄膜真空规24、设置于硅片传输腔室8的薄膜真空规25和设置于掩模传输腔室9的薄膜真空规26，用于分别监测主腔室6、照明光学腔室2、投影光学腔室4、硅片台腔室7、硅片传输腔室8和掩模传输腔室9的工艺气压；

真空泵组，真空泵组包括主腔室真空泵41、硅片台腔室真空泵44、硅片传输腔室真空泵45和掩膜传输腔室真空泵46。

根据本发明实施例的光刻机气压控制及监测系统，通过在主腔室、硅片台腔室、硅片传输腔室和掩模传输腔室设置全量程真空规，能够对光刻机的整个工作过程(包括在通入工艺气体前的抽真空过程)进行实时监测，从而确保光刻机在各个腔室处于适合的真空度条件下进行后续的工艺操作。在此基础上，通过在主腔室、照明光学腔室、投影光学腔室、硅片台腔室、硅片传输腔室和掩模传输腔室设置薄膜真空规，能够在各个腔室通入工艺气体的工艺操作期间精确地测量各个腔室的工艺气压，以保证各个腔室在正常的工艺气压条件下进行操作。

在本发明的一些实施例中，全量程真空规可以与各个腔室直接连接或者通过阀门连接；类似地，薄膜真空规可以与各个腔室直接连接或者通过阀门连接。优选地，全量程真空规的测量范围覆盖10^-6Pa-1atm，即覆盖1atm至各个腔室的极限真空度。优选地，薄膜真空规的测量范围覆盖0.01-10Pa，从而覆盖各个腔室通入工艺气体的操作状态下的工艺气压范围。

在本发明的一些实施例中，光刻机气压控制及监测系统还包括气体分析装置组件，气体分析装置组件包括设置于主腔室6的气体分析装置31、设置于照明光学腔室2的气体分析装置32、设置于投影光学腔室4的气体分析装置33、设置于硅片台腔室7的气体分析装置34、设置于硅片传输腔室8的气体分析装置35和设置于掩模传输腔室9的气体分析装置36，用于分别实时测量主腔室6、照明光学腔室2、投影光学腔室4、硅片台腔室7、硅片传输腔室8和掩模传输腔室9的污染气体成分及分压。

根据本发明实施例的光刻机气压控制及监测系统，通过在主腔室、照明光学腔室、投影光学腔室、硅片台腔室、硅片传输腔室和掩模传输腔室设置气体分析装置，能够实时监测各个腔室中的污染气体和颗粒物，保证各个腔室达到符合工艺操作条件的清洁度。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，以设置于投影光学腔室4的气体分析装置33为例，气体分析装置包括：限流器331、测试室332、测试室真空泵333和气体分析仪334，其中，限流器331、测试室真空泵333和气体分析仪334分别连接至测试室332。类似地，气体分析装置31、气体分析装置32、气体分析装置34、气体分析装置35和气体分析装置36均包括限流器、测试室、测试室真空泵和气体分析仪。其中，限流器用于对采样气体进行限流，可以采用微调阀、薄膜、毛细管、小孔结构或其他能够实现限流的结构。测试室真空泵采用高真空泵，用于对测试室抽真空从而在测试室内形成高真空环境，为气体分析仪提供合适的工作真空度。气体分析仪对测试室内的采样气体进行分析，进而得到各个腔室内的污染气体成分和含量。气体分析仪可以采用四极质谱仪、飞行时间质谱仪或离子阱质谱仪。测试室可以设置烘烤仪器，以定期对测试室进行烘烤除气。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，光刻机气压控制及监测系统还包括真空辅助装置，真空辅助装置包括彼此连接的前级真空泵组47和前级真空管道51，主腔室真空泵41、硅片台腔室真空泵44、硅片传输腔室真空泵45和掩膜传输腔室真空泵46分别与前级真空管道51连接。相应地，主腔室真空泵41、硅片台腔室真空泵44、硅片传输腔室真空泵45和掩膜传输腔室真空泵46均采用高真空泵。在具体操作过程中，可以首先启动前级真空泵组47，使得前级真空管道51达到粗真空状态，从而保证主腔室真空泵41、硅片台腔室真空泵44、硅片传输腔室真空泵45和掩膜传输腔室真空泵46所需要的前级粗真空条件，然后再启动主腔室真空泵41、硅片台腔室真空泵44、硅片传输腔室真空泵45和掩膜传输腔室真空泵46，使主腔室6、硅片台腔室7、硅片传输腔室8和掩膜传输腔室9达到符合后续工艺操作高真空状态。

在本发明的一些实施例中，各个气体分析装置的测试室真空泵(高真空泵)均要求前级粗真空，因此分别与前级真空管道51连接。如图2所示，以气体分析装置33为例，测试室真空泵333连接至前级真空管道51。优选地，前级真空管道51设置有全量程真空规17，以监测前级真空管道的真空度。

本发明还提出一种光刻机气压控制及监测方法，所述光刻机气压控制及监测方法是通过上述任一实施例的光刻机气压控制及监测系统实施的，所述光刻机气压控制及监测方法包括：

开启主腔室真空泵、硅片台腔室真空泵、硅片传输腔室真空泵和掩膜传输腔室真空泵，通过全量程真空规组件监测主腔室、硅片台腔室、硅片传输腔室和掩模传输腔室的真空度；

分别向所述主腔室、照明光学腔室、投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室通入工艺气体，并通过薄膜真空规组件监测所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的工艺气压。

根据本发明的一些实施例，所述光刻机气压控制及监测方法还包括：

开启前级真空泵组，使得前级真空管道达到粗真空状态。

根据本发明的一些实施例，所述光刻机气压控制及监测方法还包括：

通过气体分析装置组件分别实时测量所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的污染气体成分及分压。

上述实施例中各个步骤的顺序只是为了方便阐述技术方案的优选实施例，并不是对各个步骤的顺序的限制，例如，在本申请的其他实施例中，在不矛盾的情况下各个步骤的顺序还可以重新调整，这种调整属于本申请的保护范围，在此不进行一一阐述。

本发明的另一个实施例提出了一种光刻机，包括上述任一实施例中的光刻机气压控制及监测系统。

根据本发明实施例的光刻机与上述光刻机气压控制及监测系统具有相同的优势，在此不再赘述。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种光刻机气压控制及监测系统，其特征在于，所述光刻机包括：极紫外光源、照明光学腔室、用于放置掩模的掩模台、投影光学腔室、用于放置硅片的硅片台、主腔室、硅片台腔室、硅片传输腔室和掩模传输腔室，所述照明光学腔室、所述掩模台和所述投影光学腔室均布置在所述主腔室中，所述硅片台布置在所述硅片台腔室中，所述光刻机气压控制及监测系统包括：

全量程真空规组件，所述全量程真空规组件包括分别设置于所述主腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的全量程真空规，用于分别监测所述主腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的真空度；

薄膜真空规组件，所述薄膜真空规组件包括分别设置于所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的薄膜真空规，用于分别监测所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的工艺气压；和

真空泵组，所述真空泵组包括主腔室真空泵、硅片台腔室真空泵、硅片传输腔室真空泵和掩膜传输腔室真空泵，并且所述主腔室真空泵、所述硅片台腔室真空泵、所述硅片传输腔室真空泵和所述掩膜传输腔室真空泵均采用高真空泵；

所述光刻机气压控制及监测系统还包括真空辅助装置，所述真空辅助装置包括彼此连接的前级真空泵组和前级真空管道，所述主腔室真空泵、硅片台腔室真空泵、硅片传输腔室真空泵和掩膜传输腔室真空泵分别与所述前级真空管道连接，其中，所述前级真空管道用于形成所述主腔室真空泵、所述硅片台腔室真空泵、所述硅片传输腔室真空泵和所述掩膜传输腔室真空泵所需要的前级粗真空条件；

所述光刻机气压控制及监测系统还包括：

气体分析装置组件，所述气体分析装置组件包括分别设置于所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的气体分析装置，用于分别实时测量所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的污染气体成分及分压，其中，所述气体分析装置组件中的每个气体分析装置均与所述前级真空管道相连。

2.根据权利要求1所述的光刻机气压控制及监测系统，其特征在于，所述气体分析装置组件中的每一个气体分析装置包括：限流器、测试室、测试室真空泵和气体分析仪，所述限流器、所述测试室真空泵和所述气体分析仪分别连接至所述测试室。

3.根据权利要求2所述的光刻机气压控制及监测系统，其特征在于，所述光刻机气压控制及监测系统还包括真空辅助装置，所述真空辅助装置包括彼此连接的前级真空泵组和前级真空管道，所述测试室真空泵与所述前级真空管道连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的光刻机气压控制及监测系统，其特征在于，所述全量程真空规的测量范围覆盖10^-6Pa-1atm，所述薄膜真空规的测量范围覆盖0.01-10Pa。

5.一种光刻机气压控制及监测方法，其特征在于，所述光刻机气压控制及监测方法是通过权利要求1-4中任一项所述的光刻机气压控制及监测系统实施的，所述光刻机气压控制及监测方法包括：

开启主腔室真空泵、硅片台腔室真空泵、硅片传输腔室真空泵和掩膜传输腔室真空泵，通过全量程真空规组件监测主腔室、硅片台腔室、硅片传输腔室和掩模传输腔室的真空度；

分别向所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室通入工艺气体，并通过薄膜真空规组件监测所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的工艺气压。

6.根据权利要求5所述的光刻机气压控制及监测方法，其特征在于，所述光刻机气压控制及监测方法包括：

开启前级真空泵组，使得前级真空管道达到粗真空状态。

7.根据权利要求5所述的光刻机气压控制及监测方法，其特征在于，所述光刻机气压控制及监测方法包括：

通过气体分析装置组件分别实时测量所述主腔室、所述照明光学腔室、所述投影光学腔室、所述硅片台腔室、所述硅片传输腔室和所述掩模传输腔室的污染气体成分及分压。

8.一种光刻机，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的光刻机气压控制及监测系统。