TWI704423B - 物鏡保護裝置、物鏡系統以及光蝕刻設備 - Google Patents

物鏡保護裝置、物鏡系統以及光蝕刻設備 Download PDF

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Abstract

一種物鏡保護裝置、物鏡系統以及光蝕刻設備，該物鏡保護裝置包括一主體結構，該主體結構具有相對設置的送氣單元和抽排單元，該送氣單元用於輸出氣體，該抽排單元用於對該送氣單元輸出的氣體進行抽排，從而在該送氣單元和該抽排單元之間形成至少一層風幕。本發明的物鏡保護裝置可以有效控制出風流速，將風控制在層流狀態，保證風幕的流場均勻，同時，可以有效將由下而上揮發的有機物阻擋，消除其與鏡片直接接觸的機會，防止物鏡鏡片受到光蝕刻膠的有機物揮發污染，保證物鏡的成像品質。

Description

物鏡保護裝置、物鏡系統以及光蝕刻設備
本發明有關於半導體及光學技術領域，特別有關於一種物鏡保護裝置、物鏡系統以及光蝕刻設備。
物鏡作為光蝕刻機的核心元件，直接決定著產品的成像品質。物鏡底層鏡片與矽片距離很小(約40mm)，光蝕刻機在曝光過程中，矽片表面塗有的光蝕刻膠中含有有機溶劑，在曝光作用下會持續緩慢的揮發。隨著光蝕刻機的持續運行，揮發的有機溶劑會黏附在物鏡的下表面，在底層鏡片下表面形成有機溶劑污染膜。該污染膜嚴重影響物鏡中光的透過率，降低矽片的成像效果，不利於產品品質。
針對上述問題，目前的主要處理辦法有：
1.為了保證成像品質，對底層鏡片表面定期擦拭去除黏著的有機溶劑，但再小心的擦拭，也會對鏡片的鍍膜有影響，造成鏡片不可逆損壞，該接觸式的處理方式不宜頻繁使用。同時，直接擦拭受到操作人員熟練度等因素的影響會出現不同的結果，產品的均一性控制困難。
2.在物鏡的底層鏡片下面設置鏡座，安裝一層極薄的物鏡保護膜來防止有機溶劑附著在鏡片表面。該方法雖可以有效防止鏡片污染，但保護膜受到光的透射，光是具有能量的，會導致保護膜的使 用壽命縮短。同時，受到目前技術的限制，極薄的保護膜一方面安裝操作難度大，且會受外界氣壓影響，十分容易破裂(損壞率高達15%)；另一方面，根據透射光的能量大小不同和成像品質的要求，保護膜只能維持30-60天必須更換，影響設備的持續高效運行，增加用戶的使用成本。
因此尋求一種持續高效，穩定可靠的防止鏡片污染的處理方法。
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種物鏡保護裝置、物鏡系統以及光蝕刻設備，以解決物鏡容易受到污染的問題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種物鏡保護裝置，包括一主體結構，該主體結構具有相對設置的送氣單元和第一抽排單元，該送氣單元用於輸出氣體，該第一抽排單元用於對該送氣單元輸出的氣體進行抽排，從而在該送氣單元和該第一抽排單元之間形成至少一層風幕。
可選的，該送氣單元具有送氣面，該送氣面垂直於該送氣單元的送氣方向，該送氣面上設有多個送氣口；該第一抽排單元具有第一抽氣面，該第一抽氣面上設有多個第一抽氣口，該多個送氣口與該多個第一抽氣口一一對應且對向設置。
可選的，該送氣面和該第一抽氣面為階梯型。
可選的，該送氣面和該第一抽氣面呈軸對稱分佈。
可選的，該送氣面包括多個不在一個平面的子送氣面，該多個子送氣面之間平行分佈。
可選的，該送氣單元還設有多個非送氣面，每個非送 氣面用於連接相鄰的兩個子送氣面，該多個非送氣面上不設有該送氣口，該多個非送氣面與該子送氣面呈85°~95°的夾角。
可選的，該第一抽氣面包括不在一個平面的多個第一子抽氣面，該多個第一子抽氣面之間平行分佈。
可選的，該第一抽排單元還設有非抽氣面，每個非抽氣面用於連接相鄰的兩個子抽氣面，該非抽氣面上不設有該第一抽氣口，該非抽氣面與該第一抽氣面呈85°~95°的夾角。
可選的，該送氣單元還具有一進氣口，該進氣口與多個送氣口均連通；該第一抽排單元還具有一排氣口，該排氣口與多個第一抽氣口均連通。
可選的，該主體結構還包括第二抽排單元，該第二抽排單元具有環形的第二抽氣面，該第二抽氣面位於該主體結構的下表面。
可選的，該第二抽氣面設有多個第二抽氣孔。
可選的，該第二抽氣面的抽氣方向不平行於該送氣單元的送氣方向。
可選的，該第二抽氣面的抽氣方向垂直於該送氣單元的送氣方向。
可選的，該第二抽排單元設有第二抽排腔，該第二抽氣面將氣體抽至該第二抽排腔。
可選的，該第一抽排單元包括第一抽排腔，該排氣口與該第一抽排腔連通，氣體從該多個第一抽氣口進入該第一抽排腔，由該排氣口排出；該第一抽排腔和該第二抽排腔相互連通。
可選的，該主體結構還具有一連接部，用於與物鏡連 接，該連接部位於該主體結構的一側。
可選的，該連接部為一螺紋埠。
可選的，還包括物理保護層，該物理保護層與該主體結構連接，並位於被保護物鏡與該至少一層風幕之間。
可選的，該物理保護層採用玻璃材質或樹脂材質。
可選的，還包括密封件，用於密封該物理保護層和該主體結構之間的間隙，該密封件位於該物理保護層和該主體結構之間。
可選的，該主體結構為一體成型結構。
為了解決上述問題，本發明另一方面提供一種物鏡系統，包括上述的物鏡保護裝置。
為了解決上述問題，本發明又提供一種光蝕刻設備，包括上述的物鏡系統。
本發明提供的物鏡保護裝置具有以下有益效果：
(1)利用送氣單元和抽排單元形成風幕，當裝置運行時，在橫向細密均勻的送氣口作用下，可以有效控制出風流速，將風控制在層流狀態，保證風幕的流場均勻，同時，在第一抽氣口的作用下，形成一層覆蓋整個鏡片的風幕，可以有效將由下而上揮發的有機物阻擋，消除其與鏡片直接接觸的機會，防止物鏡鏡片受到光蝕刻膠的有機物揮發污染，保證物鏡的成像品質；
(2)垂直方向的第二抽氣口可抽取揮發的汙物，減小汙物污染其他組件。第二抽氣口細密均勻的構造同樣可以有效控制抽排氣流的流場，在不擾亂風幕的條件下，將揮發物質抽排出機器內部；
(3)物理保護層形成第二重物理防護，可以確保揮發污染物無 法接觸鏡片；
(4)送氣口、第一抽氣口以及第二抽氣口均為細密均勻分佈的圓形通孔，可以有效控制出風和抽排風的流速，將其控制在層流狀態，確保風幕的穩定，保證風幕的阻擋效果和抽排的充分
(5)主體結構一體成型，裝置更加緊湊，佔用空間小。
10‧‧‧主體結構
11‧‧‧送氣單元
12‧‧‧第一抽排單元
13‧‧‧連接部
14‧‧‧氣體通道
20‧‧‧物理保護層
30‧‧‧密封件
111‧‧‧進氣口
112‧‧‧送氣口
121‧‧‧排氣口
122‧‧‧第一抽氣口
123‧‧‧第二抽氣口
A‧‧‧送氣面
B‧‧‧非送氣面
C‧‧‧第一抽氣面
D‧‧‧非抽氣面
圖1是本發明一實施例中物鏡保護裝置的立體示意圖；圖2a是本發明一實施例中物鏡保護裝置的俯視圖；圖2b及圖2c是本發明另一實施例中物鏡保護裝置的俯視圖；圖3是圖2a的剖面視圖A-A；圖4是圖2a的剖面視圖B-B；圖5是本發明一實施例中物鏡保護裝置的主視圖；圖6是圖5的剖面視圖C-C。
以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的物鏡保護裝置、物鏡系統以及光蝕刻設備作進一步詳細說明。根據請求項和下面說明，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、清晰地輔助說明本發明實施例的目的。
本實施例以光蝕刻機為例介紹一種物鏡保護裝置，當然該裝置並不限於光蝕刻機的應用，還可以應用於類似的具有相似防污染要求的不同類型的設備上。
參閱圖1至圖6，本實施例提供的物鏡保護裝置包括 一主體結構10，該主體結構10具有一送氣單元11和第一抽排單元12，送氣單元11和第一抽排單元12之間具有一定空間，用於形成至少一層風幕。發明人研究發現風幕做為一種流動的氣流可起到隔離保護的作用，該裝置設置在物鏡的下方，在光蝕刻機刻蝕矽片的過程中，當矽片表面的有機溶劑向上揮發時，風幕可阻擋住揮發的有機溶劑進入物鏡表面。其中所形成的風幕可平行於物鏡表面，也可以略微傾斜於物鏡表面，其傾斜角度範圍可在1°~5°之間。該主體結構10的結構尺寸只要不影響物鏡和/或其他裝置的裝配關係和正常工作即可，本領域技術人員可根據具體的工作環境來具體設計主體結構10的結構尺寸，所以本申請並不對此做具體限定。
進一步的，參考圖2，送氣單元11具有送氣面A，第一抽排單元12具有第一抽氣面C，在送氣面A與第一抽氣面C之間形成該至少一層風幕，其中，送氣面A和第一抽氣面C對向設置，以使所形成的風幕均勻性更好。送氣單元11具有進氣口111(參見圖4)和多個送氣口112，該進氣口111用於連接外部氣源，多個送氣口112均勻地分佈於送氣面A上，並均與進氣口111連通。第一抽排單元12具有排氣口121(參見圖3)和多個第一抽氣口122，多個第一抽氣口122均勻分佈於第一抽氣面C上，並均與排氣口121連通；排氣口121用於連接抽排設備，位於第一抽氣面C的多個第一抽氣口122與多個送氣口112相對設置，且一一對應，或配置為能夠維持風幕的其他對應形式。多個第一抽氣口122均勻的橫向分佈，用於吸收送氣口112送出的氣流，以在物鏡表面一側形成穩定的風幕，從而保證風幕的均勻性和覆蓋面積，所形成的穩定風幕可平行於物鏡表面，也可與物鏡表面形成一定夾角，可由本領域 技術人員根據實際情況進行選擇。具體的，第一抽氣口122和送氣口112均為直徑範圍為0.5mm~1mm的圓形通孔；較佳的，多個送氣口112均勻分佈，多個第一抽氣口122也均勻分佈。
該第一抽排單元12包括第一抽排腔(未圖式)，該排氣口121與該第一抽排腔連通，氣體從第一抽氣口122進入該第一抽排腔，由該排氣口121排出。
參閱圖2a-2c，其中，送氣面A和/或第一抽氣面C結構可以是階梯型，送氣面A可包括多個不在一個平面的子送氣面，多個子送氣面之間平行分佈。送氣面A和/或第一抽氣面C不僅可以設置成如圖2a-2c所示的水平方向的階梯型，即多個子送氣面具有相同的垂直方向，且至少兩個子送氣面在平行於送氣方向的水平軸上具有不同的位置；還可以是垂直方向的階梯型，即至少兩個子送氣面在垂直方向上具有不同的位置，且至少兩個子送氣面在平行於送氣方向的水平軸上具有不同的位置。上述的相同位置和不同位置僅以該方向上座標為依據，本領域技術人員可以根據實際需要對上述方案進行變動。
送氣單元還設有非送氣面B，該非送氣面B上不設有該送氣口，非送氣面B與該送氣面A的夾角範圍為85°~95°，較佳為90°夾角，當然本申請並不侷限於90°夾角，其他角度也是可實施的方案。
送氣面A和/或該第一抽氣面C成對稱分佈(例如軸對稱)，送氣面A垂直於送氣單元11的送氣方向。第一抽排單元12具有第一抽氣面C，該第一抽氣面設有第一抽氣口122，該第一抽氣面C垂直於送氣單元11的送氣方向。第一抽氣面C包括不在一 個平面的多個第一子抽氣面，多個第一子抽氣面之間平行分佈，第一抽排單元12還設有非抽氣面D，非抽氣面D上不設有第一抽氣口122，非抽氣面D與第一抽氣面C的夾角範圍為85°~95°，較佳為90°夾角，當然本申請並不侷限於90°夾角，其他角度也是可實施的方案。
進一步的，主體結構10還具有第二抽排單元(未圖式)，第二抽排單元設有第二抽氣面，第二抽氣面可平行於水平面且為環形，該第二抽氣面位於該主體結構10的下表面，其上均勻佈置有多個第二抽氣口123，第二抽氣面上的多個第二抽氣口123均與排氣口121連通，多個第二抽氣口123圍繞所形成的風幕分佈在該第二抽氣面上。該第二抽氣面的抽氣方向不平行於該送氣單元的送氣方向。在本發明的另一實施例中，該第二抽氣面的抽氣方向垂直於該送氣單元的送氣方向。
第二抽氣口123的開口方向背向該物鏡，用於抽吸矽片周圍夾雜揮發物質的氣流，從而徹底的將揮發物質排除，有效的避免污染物質對鏡片及其他結構元件的污染。第二抽排單元具有第二抽排腔，氣體被第二抽氣口抽至第二抽排腔，並最終排至設備外。第二抽排腔可以和第一抽排腔分開設置，也可以合併為同一個抽排腔，具體的，主體結構10為中空結構，在主體結構10中具有一氣體通道14(也就是第二抽排腔)，氣體通道14將所有第二抽氣口123與第一抽排單元12連通。
具體的，第二抽氣口123為直徑0.5mm~1mm的圓形通孔，所有的第二抽氣口123在主體結構10均勻分佈。根據圖1所示，主體結構10的形狀為環狀柱體，所有垂直方向分佈的第二 抽氣口123繞環主體結構一周分佈，以使所述的第二抽氣口123將風幕圍住，防止揮發氣體進入風幕上側的物鏡。送氣單元11和第一抽排單元12位於主體結構10的內側，且相對設置。
進一步的，該送氣單元11的送氣面為具有呈階梯狀的階梯面，以適應環狀柱體的主體結構10，所有的送氣口112分佈在該階梯面上。相對應的，第一抽排單元12的第一抽氣面具有呈階梯狀的階梯面，所有的第一抽氣口122分佈在該階梯面上。送氣面與第一抽氣面不與物鏡工作區域(光束通路)產生交集。
如圖3所示，為了便於物鏡保護裝置與物鏡的連接，主體結構10還具有一連接部13，用於與物鏡連接，連接部13位於主體結構10的一側。可選的，連接部13為一螺紋埠。
本實施例提供的主體結構10為一體成型結構，可採用3D列印的方式製造。相比機械組裝，可以有效減小該裝置的體積，實現輕量化，小型化。
進一步的，本實施例提供的物鏡保護裝置還包括物理保護層20，物理保護層20與主體結構10連接，並覆蓋所形成的至少一層風幕。具體的，主體結構10的一側具有一環形凹槽，其尺寸與物理保護層20相對應，物理保護層20安裝在環形凹槽中。較佳的，物理保護層20採用玻璃材質或樹脂材質，具體的可以是一圓形的保護玻璃。
進一步，如圖3及圖4所示，在物理保護層20和主體結構10之間還設置有密封件30，用於密封物理保護層20和主體結構10之間的間隙。
本實施例提供的物鏡保護裝置的應用方法如下：在光 蝕刻機啟動曝光之前，該主體結構10對應的外部氣源和抽排設備提前啟動；同時，停機時，為了保護鏡片及設備內零組件不受污染，主體結構10對應的鼓風設備和抽排設備應最後停機或持續運行一段時間，以12小時左右為宜。
本發明還提供一種物鏡系統，物鏡系統裝有上述物鏡保護裝置，物鏡保護裝置設置於物鏡系統一端，且二者相連。
本發明還提供一種光蝕刻設備，光蝕刻設備各個分系統屬本領域公知，不再贅述。其中，光蝕刻設備包括的物鏡系統裝配有上述物鏡保護裝置，物鏡保護裝置位於物鏡系統和光蝕刻設備的工件台系統之間，在曝光過程及非曝光過程中保護物鏡系統免受來自工件台及工件所散出的氣體或液滴或其他形式的污染物的污染。
綜上所述，本發明提供的物鏡保護裝置具有以下有益效果：(1)利用送氣單元和抽排單元形成風幕，當裝置運行時，在橫向細密均勻的送氣口作用下，可以有效控制出風流速，將出風控制在層流狀態，保證風幕的流場均勻，同時，在第一抽氣口的作用下，形成一層覆蓋整個鏡片的風幕，可以有效將由下而上揮發的有機物阻擋，消除其與鏡片直接接觸的機會，防止物鏡鏡片受到光蝕刻膠的有機物揮發污染，保證物鏡的成像品質；(2)垂直方向的第二抽氣口可抽取揮發的汙物，減小汙物污染其他組件。第二抽氣口細密均勻的構造同樣可以有效控制抽排氣流的流場，在不擾亂風幕的條件下，將揮發物質抽排出機器內部；(3)物理保護層形成第二重物理防護，可以確保揮發污染物無 法接觸鏡片；(4)送氣口、第一抽氣口以及第二抽氣口均為細密均勻分佈的圓形通孔，可以有效控制出風和抽排風的流速，將其控制在層流狀態，確保風幕的穩定，保證風幕的阻擋效果和抽排的充分；(5)主體結構一體成型，裝置更加緊湊，佔用空間小。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的系統而言，由於與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於請求項的保護範圍。
10‧‧‧主體結構
11‧‧‧送氣單元
12‧‧‧第一抽排單元
14‧‧‧氣體通道
20‧‧‧物理保護層
111‧‧‧進氣口
112‧‧‧送氣口
121‧‧‧排氣口
122‧‧‧第一抽氣口

Claims (21)

  1. 一種物鏡保護裝置，其包括一主體結構，該主體結構具有相對設置的一送氣單元和第一抽排單元，該送氣單元用於輸出氣體，該第一抽排單元用於對該送氣單元輸出的氣體進行抽排，從而在該送氣單元和該第一抽排單元之間形成至少一層風幕，該送氣單元具有一送氣面，該送氣面垂直於該送氣單元的送氣方向，該送氣面上設有多個送氣口；該第一抽排單元具有一第一抽氣面，該第一抽氣面上設有多個第一抽氣口，該多個送氣口與該多個第一抽氣口一一對應且對向設置，該送氣面和/或該第一抽氣面為階梯型。
  2. 如請求項1之物鏡保護裝置，其中，該送氣面和該第一抽氣面呈軸對稱分佈。
  3. 如請求項1之物鏡保護裝置，其中，該送氣面包括多個不在一個平面的子送氣面，該多個子送氣面之間平行分佈。
  4. 如請求項3之物鏡保護裝置，其中，該送氣單元還設有多個非送氣面，該多個非送氣面之每個用於連接相鄰的兩個子送氣面，該多個非送氣面上不設有該多個送氣口，該多個非送氣面與該多個子送氣面呈85°~95°的夾角。
  5. 如請求項1之物鏡保護裝置，其中，該第一抽氣面包括不在一個平面的多個第一子抽氣面，該多個第一子抽氣面之間平行分佈。
  6. 如請求項5之物鏡保護裝置，其中，該第一抽排單元還設有多個非抽氣面，該多個非抽氣面之每個用於連接相鄰的兩個子抽氣面，該非抽氣面上不設有該第一抽氣口，該多個非抽氣面與該第一抽氣面呈85°~95°的夾角。
  7. 如請求項1之物鏡保護裝置，其中，該送氣單元還具有一進氣口，該進氣口與該多個送氣口均連通；該第一抽排單元還具有一排氣口，該排氣口與該多個第一抽氣口均連通。
  8. 如請求項1之物鏡保護裝置，其中，該主體結構還包括一第二抽排單元，該第二抽排單元具有環形的一第二抽氣面，該第二抽氣面位於該主體結構的下表面。
  9. 如請求項8之物鏡保護裝置，其中，該第二抽氣面設有多個第二抽氣孔。
  10. 如請求項8之物鏡保護裝置，其中，該第二抽氣面的抽氣方向不平行於該送氣單元的送氣方向。
  11. 如請求項8之物鏡保護裝置，其中，該第二抽氣面的抽氣方向垂直於該送氣單元的送氣方向。
  12. 如請求項8之物鏡保護裝置，其中，該第二抽排單元設有一第二抽排腔，該第二抽氣面將氣體抽至該第二抽排腔。
  13. 如請求項12之物鏡保護裝置，其中，該第一抽排單元包括一第一抽排腔，一排氣口與該第一抽排腔連通，氣體從該多個第一抽氣口進入該第一抽排腔，由該排氣口排出；該第一抽排腔和該第二抽排腔相互連通。
  14. 如請求項1之物鏡保護裝置，其中，該主體結構還具有一連接部，用於與一物鏡連接，該連接部位於該主體結構的一側。
  15. 如請求項14之物鏡保護裝置，其中，該連接部為一螺紋埠。
  16. 如請求項1之物鏡保護裝置，其中，還包括一物理保護層，該物理保護層與該主體結構連接，並位於被保護的一物鏡與該至少一層風幕之間。
  17. 如請求項16之物鏡保護裝置，其中，該物理保護層採用玻璃材質或樹脂材質。
  18. 如請求項16之物鏡保護裝置，其中，還包括一密封件，用於密封該物理保護層和該主體結構之間的間隙，該密封件位於該物理保護層和該主體結構之間。
  19. 如請求項1之物鏡保護裝置，其中，該主體結構為一體成型結構。
  20. 一種物鏡系統，其包括如請求項1至19中任一項之物鏡保護裝置。
  21. 一種光蝕刻設備，其包括如請求項20之物鏡系統。
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