CN105137719B - 气体供给装置及具有其的光刻投影物镜 - Google Patents
气体供给装置及具有其的光刻投影物镜 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种气体供给装置及具有其的光刻投影物镜，该气体供给装置包括：气源及供气控制管路，供气控制管路的一端连通气源，另一端用于与物镜本体的内部腔室连通；供气控制管路包括：设于管路上的热交换器、减压阀、质量流量控制器，其中，热交换器用于对工作气体进行热交换以调节温度；减压阀用于对工作气体的供气压力进行调节；质量流量控制器用于对工作气体的流量进行调节。通过对气源提供的工作气体进行处理，使得提供给物镜本体的内部腔室的工作气体的压力、流量、温度等参数稳定，其结构简单、易操作且便于维护，有效地保障了光刻投影物镜正常工作情况下环境参数稳定，且避免外部环境的污染物进入物镜本体内部以对光学***造成污染。
Description
技术领域
本发明涉及光刻投影物镜控制领域，特别地，涉及一种气体供给装置。此外，本发明还涉及一种包括上述气体供给装置的光刻投影物镜。
背景技术
光刻投影物镜是一种超精密光学***，是光刻机的核心部件，它是影响光刻分辨力和线宽的关键。随着光刻精度的提高，对环境的要求如对环境温度、气压、洁净度等的要求，也越来越苛刻。物镜内部存在大量的热源包括各种电机及准分子激光器等，温度的变化会导致物镜焦面位置改变和影响物镜的成像质量，同时物镜内部需要密封环境及高纯、洁净的氮气防止空气进入投影物镜内部污染光学镜片，同时需要保证氮气具有恒定压力和流量，降低对光学表面面形的影响。
投影物镜内部腔室的温度环境约为22℃。目前，针对193nm激光光源，通过对环境温度在21.5℃~22.5℃范围内的10组不同环境温度的物镜***热浸没仿真实验，得出当物镜内部腔室环境温度变化约0.01℃时，波像差最大变化0.12nm，倍率最大变化0.4ppm，畸变最大变化0.09nm。投影物镜内部腔室的气压约为：750mbar ~ 1050mbar。目前，针对193nm激光光源，根据光学设计与仿真分析的结果，倍率与气压的关系约为：倍率与气压在此范围内近似为线性关系，气压变化100pa时倍率变化了0.64ppm，气压变化76pa时倍率变化了0.5ppm，气压变化15.2pa时倍率变化了0.1ppm时。由此可以看出光刻投影物镜内部气体压力、温度等参数的变化，将严重影响光刻的精度，因此，需要保证光刻投影物镜内部环境的稳定，降低对光学***的影响。
光刻投影物镜内部气体的供气气源一般采用外部气罐的形式，其压力、流量、纯净度、温度等指标都不能够满足要求，投影物镜内部气体环境要求高纯度(氮气含量99.999999%)、颗粒度(最大3nm)、恒定流量(12NL/H)、压力(100±10pa)。
因此，亟需设计一种光刻投影物镜高纯精密气体供给装置对外部的气源进行处理，并提供给投影物镜内部腔室稳定的压力、流量、温度、洁净度的惰性气体。
发明内容
本发明提供了一种气体供给装置及具有其的光刻投影物镜，以解决现有的光刻投影物镜内部腔室的压力、流量、温度等难以有效控制的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供一种气体供给装置，用于给光刻投影物镜的物镜本体内部腔室提供工作气体，气体供给装置包括：气源及供气控制管路，供气控制管路的一端连通气源，另一端用于与物镜本体的内部腔室连通；
供气控制管路包括：设于管路上的热交换器、减压阀、质量流量控制器，其中，
热交换器用于对工作气体进行热交换以调节温度；
减压阀用于对工作气体的供气压力进行调节；
质量流量控制器用于对工作气体的流量进行调节。
进一步地，供气控制管路还包括：设于管路上的过滤器，用于对工作气体的颗粒度进行过滤控制。
进一步地，供气控制管路还包括：设于管路上的纯化器，用于对工作气体的纯度进行提纯控制。
进一步地，供气控制管路还包括：设于管路上的泄压阀，用于对工作气体提供过压安全保护控制。
进一步地，供气控制管路还包括：压力传感器，设于减压阀的出口侧的管路上，用于测量经减压阀调节后的压力值，以根据压力值控制减压阀。
进一步地，减压阀包括一级减压阀和二级减压阀，一级减压阀的出口侧设有第一压力传感器，二级减压阀的出口侧设有第二压力传感器。
进一步地，热交换器包括初级热交换器和次级热交换器，其中，初级热交换器用于对工作气体进行热交换以粗略调节温度，次级热交换器用于对经初级热交换器调节后的工作气体进行热交换以精细调节温度。
进一步地，供气控制管路包括依次连接的初级热交换器、隔膜阀、一级减压阀、第一压力传感器、过滤器、二级减压阀、第二压力传感器、质量流量控制器、纯化器、泄压阀、次级热交换器，其中，
初级热交换器连通气源与隔膜阀，用于对工作气体进行热交换以粗略调节温度；
隔膜阀用于对经过初级热交换的工作气体供给进行控制；
一级减压阀用于对工作气体的供气压力进行粗略调节；
第一压力传感器用于对一级减压阀调节后的压力进行测量；
过滤器用于对工作气体的颗粒度进行过滤控制；
二级减压阀用于对工作气体的供气压力进行精细调节；
第二压力传感器用于对二级减压阀调节后的压力进行测量；
质量流量控制器用于对工作气体的流量进行调节；
纯化器用于对工作气体的纯度进行提纯控制；
泄压阀用于对工作气体提供过压安全保护控制；
次级热交换器的出口连通物镜本体的内部腔室，用于对工作气体进行热交换以精细调节温度。
根据本发明的另一方面，提供一种光刻投影物镜，包括物镜本体，物镜本体的内腔连通如上述的气体供给装置。
进一步地，物镜本体的内腔设有出气口，出气口连接限流器，用于在保证物镜本体内腔的工作气体环境的前提下，对耗气量进行约束控制。
本发明具有以下有益效果：
本发明气体供给装置及具有其的光刻投影物镜，通过对气源提供的工作气体进行处理，使得提供给物镜本体的内部腔室的工作气体的压力、流量、温度等参数稳定，其结构简单、易操作且便于维护，有效地保障了光刻投影物镜正常工作情况下环境参数稳定，且避免外部环境的污染物进入物镜本体内部以对光学***造成污染。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例光刻投影物镜的结构示意图；
图2是激光照射下N2杂质不同的膜透过率对比曲线图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图1，本发明的优选实施例提供了提供一种气体供给装置，用于给光刻投影物镜的物镜本体1内部腔室提供工作气体，本实施例气体供给装置包括：气源2及供气控制管路，供气控制管路的一端连通气源2，另一端用于与物镜本体1的内部腔室连通；供气控制管路包括：设于管路上的热交换器、减压阀、质量流量控制器10，其中，热交换器用于对工作气体进行热交换以调节温度；减压阀用于对工作气体的供气压力进行调节；质量流量控制器10用于对工作气体的流量进行调节。本实施例中，工作气体为惰性气体，以防止空气进入物镜本体1内部腔室而污染光学镜片，气源2为提供惰性气体的气瓶或者气罐等装置。本实施例通过对气源2提供的工作气体进行处理，使得提供给物镜本体1的内部腔室的工作气体的压力、流量、温度等参数稳定，其结构简单、易操作且便于维护，有效地保障了光刻投影物镜正常工作情况下环境参数稳定，且避免外部环境的污染物进入物镜本体内部以对光学***造成污染。
进一步地，供气控制管路还包括：设于管路上的过滤器7，用于对工作气体的颗粒度进行过滤控制。
进一步地，供气控制管路还包括：设于管路上的纯化器11，用于对工作气体的纯度进行提纯控制。
可选地，本实施例供气控制管路还包括：设于管路上的泄压阀12，用于对工作气体提供过压安全保护控制。当管路上的工作气体的压力值超过安全阀值，则通过泄压阀12泄压以保护物镜本体1的内部环境。
可选地，本实施例供气控制管路还包括：压力传感器，设于减压阀的出口侧的管路上，用于测量经减压阀调节后的压力值，以根据压力值控制减压阀。
可选地，参照图1，本实施例中，减压阀包括一级减压阀5和二级减压阀8，一级减压阀5的出口侧设有第一压力传感器6，二级减压阀8的出口侧设有第二压力传感器9。
可选地，参照图1，热交换器包括初级热交换器3和次级热交换器13，其中，初级热交换器3用于对工作气体进行热交换以粗略调节温度，次级热交换器13用于对经初级热交换器3调节后的工作气体进行热交换以精细调节温度。本实施例通过二级热交换控制，可以精确地对光刻投影物镜内部工作气体的温度，以保障其工作环境参数稳定。
参照图1，作为一种较佳的实施例，该供气控制管路包括依次连接的初级热交换器3、隔膜阀4、一级减压阀5、第一压力传感器6、过滤器7、二级减压阀8、第二压力传感器9、质量流量控制器10、纯化器11、泄压阀12、次级热交换器13，其中，
初级热交换器3连通气源2与隔膜阀4，用于对工作气体进行热交换以粗略调节温度；
隔膜阀4用于对经过初级热交换的工作气体供给进行控制；该隔离阀4可以为电磁阀或者开关阀等，以控制工作气体的供给通断；
一级减压阀5用于对工作气体的供气压力进行粗略调节；
第一压力传感器6用于对一级减压阀5调节后的压力进行测量；
过滤器7用于对工作气体的颗粒度进行过滤控制。优选地，过滤器7的数量可以为二个或者多个，多个过滤器并联在气体管路内。
二级减压阀8用于对工作气体的供气压力进行精细调节；
第二压力传感器9用于对二级减压阀8调节后的压力进行测量；
质量流量控制器10用于对工作气体的流量进行调节；
纯化器11用于对工作气体的纯度进行提纯控制。优选地，传化器11的数量可以为二个或者多个，连接方式为并联在气体管路内。
泄压阀12用于对工作气体提供过压安全保护控制；当管路上的工作气体的压力值超过安全阀值，则通过泄压阀12泄压以保护物镜本体1的内部环境。
次级热交换器13的出口连通物镜本体1的内部腔室，用于对工作气体进行热交换以精细调节温度。
由于污染的监控与控制是光刻物镜环境控制过程中必不可少的环节之一。污染控制的好坏将影响视场均匀性（field uniformity）、物镜透过率（lens transmission）、刻线一致性（CD uniformity）以及杂散光（scattered light）等诸多光学特性，而以往光刻物镜的气体供给装置往往忽视了对于供给气体中污染物的监控，导致众多问题的产生。
物镜内污染的类型主要有H2O、O2、CO、CO2、H2等无机物，以及苯、酸、烷、醇等多种有机化合物，总体来看，污染来源大致可分为以下几类：
1）物镜装配过程中，由于外部环境洁净度较低而引入的灰尘；
2）充入的氮气不纯，即便是99.9999%的高纯氮气，也需要对其成分进行检测；
3）单镜集成过程中使用的胶在紫外光的照射下产生挥发或化学反应；
4）光刻胶在紫外光照射下发生化学反应，污染物镜下窗口。
而为了解决和控制由于充入光刻物镜中的气体导致物镜内污染的问题，在本实施例中在气体供给装置中设置了过滤器和纯化器，以实现在气体充入物镜之前进行净化，以避免污染的产生，参见图2所示为F2激光和ArF激光照射下对膜透过率的影响曲线，其中，优化前/后的主要差别为是否对氮气中的杂质进行过滤、纯化，由图2可知将气体过滤、纯化后再充入光刻物镜中，可明显提高其膜透过率，可见，在气体供给装置中设有过滤器和纯化器的必要性和重要性。
污染控制的好坏与投影物镜环境的洁净度、高纯氮气的杂质含量、物镜内外压差/密封性、充入气体流量是否会造成内部湍流等因素有关，因此需要一种本实施例中的装置保障物镜内部的密封环境及高纯、洁净的氮气以防止空气进入投影物镜内部污染光学镜片，同时需要保证氮气具有恒定压力和流量，降低对光学表面面形的影响。
根据本发明的另一方面，提供一种光刻投影物镜，包括物镜本体1，物镜本体1的内腔连通如上述实施例的气体供给装置。
本实施例物镜本体1的内腔设有出气口，出气口连接限流器14，用于在保证物镜本体1内腔的工作气体环境的前提下，对耗气量进行约束控制。
本实施例光刻投影物镜高纯精密气体供给装置对外部气源的供给气体进行处理，并提供给光刻投影物镜内部腔室稳定的压力(100±10pa)、流量（12NL/H）、温度、颗粒度、洁净度等高纯精密惰性气体。保障了光刻投影物镜正常工作情况下环境参数稳定，并对投影物镜内部进行污染控制，避免外部环境的污染物质进入投影物镜内部对光学***造成污染。本发明的优点在于：气体纯度高（氮气含量99.999999%），压力、流量稳定性好，结构简单，易操作，维护方便。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种气体供给装置，用于给光刻投影物镜的物镜本体（1）内部腔室提供工作气体，其特征在于，所述气体供给装置包括：气源（2）及供气控制管路，所述供气控制管路的一端连通所述气源（2），另一端用于与所述物镜本体（1）的内部腔室连通；
所述供气控制管路包括依次连接的初级热交换器（3）、隔膜阀（4）、一级减压阀（5）、第一压力传感器（6）、过滤器（7）、二级减压阀（8）、第二压力传感器（9）、质量流量控制器（10）、纯化器（11）、泄压阀（12）、次级热交换器（13），其中，
所述初级热交换器（3）连通所述气源（2）与所述隔膜阀（4），用于对所述工作气体进行热交换以粗略调节温度；
所述隔膜阀（4）用于对经过初级热交换的工作气体供给进行控制；
所述一级减压阀（5）用于对所述工作气体的供气压力进行粗略调节；
所述第一压力传感器（6）用于对所述一级减压阀（5）调节后的压力进行测量；
所述过滤器（7）用于对所述工作气体的颗粒度进行过滤控制；
所述二级减压阀（8）用于对所述工作气体的供气压力进行精细调节；
所述第二压力传感器（9）用于对所述二级减压阀（8）调节后的压力进行测量；
所述质量流量控制器（10）用于对所述工作气体的流量进行调节；
所述纯化器（11）用于对所述工作气体的纯度进行提纯控制；
所述泄压阀（12）用于对所述工作气体提供过压安全保护控制；
所述次级热交换器（13）的出口连通所述物镜本体（1）的内部腔室，用于对所述工作气体进行热交换以精细调节温度。
2.一种光刻投影物镜，其特征在于，包括物镜本体（1），所述物镜本体（1）的内腔连通如权利要求1所述的气体供给装置。
3.根据权利要求2所述的光刻投影物镜，其特征在于，
所述物镜本体（1）的内腔设有出气口，所述出气口连接限流器（14），用于在保证所述物镜本体（1）内腔的工作气体环境的前提下，对耗气量进行约束控制。
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