本實用新型屬于極紫外光刻機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于極紫外光刻機的氣體鎖驗證儀和試驗方法。

背景技術(shù)：

由于空氣及幾乎所有的折射光學(xué)材料對13.5nm波長的極紫外輻照具有強烈的吸收作用，導(dǎo)致極紫外光刻機(Extreme Ultraviolet Lithography-EUVL)與普通空氣環(huán)境下的光刻機大不相同。極紫外光刻機的主要特點表現(xiàn)在：光學(xué)系統(tǒng)為反射式光學(xué)系統(tǒng)；內(nèi)部環(huán)境為真空環(huán)境，除了對13.5nm的EUV輻照有高透過率，還要能將產(chǎn)生的污染物質(zhì)迅速排出。極紫外光刻機的光源、光學(xué)系統(tǒng)、掩模臺與工件臺等各個部件系統(tǒng)均置于真空環(huán)境中。各個部件工作環(huán)境不同，極紫外光刻機內(nèi)不同真空腔室具有不同的真空要求。

極紫外光刻機的照明光學(xué)系統(tǒng)、成像光學(xué)系統(tǒng)等的真空環(huán)境為超清潔真空環(huán)境，此真空環(huán)境在一定真空度下，可滿足EUVL光學(xué)鏡片的超清潔使用環(huán)境要求。在該超清潔真空環(huán)境中，除了要確保EUV輻照近似無損的通過，還要避免污染物在光學(xué)系統(tǒng)上的沉積、確保光學(xué)系統(tǒng)的使用壽命，所以需要嚴(yán)格控制超清潔真空環(huán)境內(nèi)部材料的真空放氣率及所釋放氣體組分的分壓。有文獻(xiàn)(Abneesh Srivastava，Stenio Pereira，Thomas Gaffney.Sub-Atmospheric Gas Purification for EUVL Vacuum Environment Control.SPIE，2012)指出，超清潔真空環(huán)境要求碳?xì)浠衔?C_xH_y)分壓不大于1×10^-9mbar，水分壓不大于1×10^-7mbar，以確保光學(xué)系統(tǒng)7-10年內(nèi)的反射率損失小于1％。

極紫外光刻機的硅片臺等部件的真空環(huán)境為清潔真空環(huán)境。此真空環(huán)境內(nèi)不包含光學(xué)元件，只需滿足清潔真空要求。在該清潔真空環(huán)境中，不包含光學(xué)元件，EUV輻照光路只通過很少一部分區(qū)域，所以要求不如超清潔真空環(huán)境那么高，能允許產(chǎn)生一定的雜質(zhì)(如硅片臺的硅片上光致抗蝕劑曝光產(chǎn)生的污染物)但需嚴(yán)格控制雜質(zhì)的擴(kuò)散。

超清潔真空環(huán)境內(nèi)開有一定孔徑的通光小孔與清潔真空環(huán)境相連，極紫外輻照通過此小孔，對置于清潔真空環(huán)境內(nèi)的硅片進(jìn)行曝光。硅片表面的光致抗蝕劑在極紫外輻照的作用下會發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生對超清潔真空環(huán)境中光學(xué)元件有害的廢氣及污染顆粒，必須通過真空排氣系統(tǒng)將這些廢氣及污染顆粒及時排出。

為維持超清潔真空環(huán)境，非常有必要在超清潔真空環(huán)境和清潔真空環(huán)境之間建立氣體鎖(Gas Lock-GL)，從而將兩種不同要求的環(huán)境隔離。同時，為了更好的確保極紫外輻照光束質(zhì)量不受氣體鎖的影響，需要氣體鎖中的清潔氣流盡量均勻。

在EUVL中，由氣體鎖注入的清潔氣體分子與清潔真空環(huán)境中欲流向超清潔真空環(huán)境的污染氣體分子發(fā)生近似線性彈性碰撞，使污染氣體分子回流入清潔真空環(huán)境從而達(dá)到抑制污染氣體分子向超清潔真空環(huán)境擴(kuò)散的效果。該抑制效果取決于參與碰撞的清潔氣體分子數(shù)目的多少(對應(yīng)宏觀的清潔氣體流量)、污染氣體分子數(shù)目的多少(對應(yīng)污染氣體放氣率)、清潔氣體分子量的大小(對應(yīng)清潔氣體種類)和污染氣體分子量的大小(對應(yīng)污染氣體種類)。

氣體鎖研制完畢后，需要一套氣體鎖驗證儀，用于驗證EUV真空下氣體鎖的抑制效果，得到抑制效果與清潔氣體流量、污染氣體放氣率、清潔氣體種類、污染氣體種類等影響因素的關(guān)系。該氣體鎖驗證儀能夠為氣體鎖的合理選型、在EUVL中的順利使用提供有效保障。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是如何驗證氣體鎖的抑制能力的問題。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出一種氣體鎖驗證儀，包括模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室，所述模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室分別連接被試氣體鎖的兩個開口端，所述模擬清潔真空腔室中設(shè)有污染發(fā)射源，用于模擬產(chǎn)生污染物。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，所述模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室上分別布置有真空計組；

根據(jù)本實用新型的具體實施例，所述真空計組由粗測和精測兩個真空計組成。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，所述模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室上分別布置有與真空泵組連接的閥門，該閥門的接口中心軸與氣體鎖的接口中心軸在一條直線上。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，所述污染發(fā)射源通過發(fā)射源支撐架固定在模擬清潔真空腔室中。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，所述污染發(fā)射源包括發(fā)射室，其通過發(fā)射管道和管道接頭與模擬污染氣體氣源連接。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，所述發(fā)射室內(nèi)也布置有發(fā)射室勻流板。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，所述發(fā)射室勻流板為多級發(fā)射室勻流板，各級發(fā)射室勻流板的有效漏孔面積之和近似相等。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，越接近發(fā)射室的氣流入口管道的發(fā)射室勻流板的漏孔越稀疏、孔徑越大。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，正對發(fā)射管道的發(fā)射室均流板在所述發(fā)射管道內(nèi)直徑的1～2倍直徑區(qū)域不布置漏孔。

根據(jù)本實用新型的具體實施例，所述模擬超清潔真空腔室上配置有測量腔內(nèi)氣體組分和分壓的設(shè)備。

(三)有益效果

本實用新型提出氣體鎖驗證儀能夠驗證氣體鎖的抑制效果，能夠得到其抑制效果和清潔氣體流量、污染氣體放氣率、清潔氣體種類、污染氣體種類等影響因素的關(guān)系。

附圖說明

圖1是本實用新型的氣體鎖驗證儀的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的氣體鎖驗證儀的剖面圖；

圖3是本實用新型一個實施例的污染發(fā)射源的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3的污染發(fā)射源的剖面圖。

具體實施方式

本實用新型提出的氣體鎖驗證儀，主要由分別連接氣體鎖的模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室組成。模擬清潔真空腔室中有污染發(fā)射源，用于發(fā)射模擬污染物，該模擬污染物用于模擬諸如極紫外光刻機中硅片表面產(chǎn)生的污染物；模擬超清潔真空腔室中配置有測量腔內(nèi)氣體組分和分壓的設(shè)備(如質(zhì)譜計)。污染發(fā)射源通過其支撐架固定在模擬清潔真空腔室中，其發(fā)射室通過管道與污染氣體氣源連接，發(fā)射室內(nèi)布置有多級勻流板，面向氣體鎖均勻向外噴射污染氣體。

為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1是本實用新型的氣體鎖驗證儀的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是該氣體鎖驗證儀的剖面圖。如圖1和2所示，該氣體鎖驗證儀包括模擬清潔真空腔室5和模擬超清潔真空腔室6，模擬清潔真空腔室5和模擬超清潔真空腔室6分別連接被試氣體鎖L的兩個開口端。

該實施例中，該兩個真空腔室5、6上都布置有真空計組51、61，其用于測量真空腔室內(nèi)部的真空度；如但不限如的舉例，每個腔室的真空計組都由粗測和精測兩個真空計組成，粗測真空計大量程低精度，用于較大范圍內(nèi)(包括從一個大氣壓到腔室極限真空的范圍)腔內(nèi)真空度的初步評估，精測真空計小量程高精度，用于較小范圍內(nèi)(包括所有試驗過程中所涉及到的工作真空)腔內(nèi)真空度的精確評估。

該實施例中，該兩個真空腔室5、6上都布置有與真空泵組(圖中未顯示)連接的閥門53、63，閥門53、63的接口法蘭中心軸與氣體鎖的接口法蘭4的中心軸在一條直線上。即對真空腔室5，閥門53布置在氣體鎖的正對面；對真空腔室6，閥門63布置在氣體鎖的正對面。這樣能夠使該氣體鎖驗證儀腔內(nèi)的抽真空氣流近似對稱，排除掉因真空泵組抽氣口位置的不同引起的試驗誤差，能夠更加真實的進(jìn)行氣體鎖的抑制效果試驗。

所述模擬清潔真空腔室中設(shè)有污染發(fā)射源7，用于發(fā)射模擬污染物，該模擬污染物用于模擬諸如極紫外光刻機中硅片表面產(chǎn)生的污染物。污染發(fā)射源7的結(jié)構(gòu)如圖3所示，通過發(fā)射源支撐架8固定在模擬清潔真空腔室中。污染發(fā)射源7包括發(fā)射室71，其通過發(fā)射管道72、管道接頭73和閥門(圖中未畫出)與模擬污染氣體氣源(圖中未畫出)連接，用于向發(fā)射室71內(nèi)部注入模擬污染氣體并調(diào)節(jié)其注入流量(極限情況下控制氣流通斷)；為了得到更高控制精度的流量，可以在該發(fā)射管道72和外部模擬污染氣體氣源之間增加一個氣體質(zhì)量流量控制器(圖中未畫出)，用于精確控制模擬污染氣體注入流量。具體連接方式可以為：模擬清潔真空腔室5的腔壁上設(shè)有法蘭，法蘭上焊接有通氣硬管道(如銅管、不銹鋼管等)，法蘭外硬管道通過氣體質(zhì)量流量控制器、閥門等連接到模擬污染氣體氣瓶上，法蘭內(nèi)硬管道通過管道接頭連接到金屬軟管(如波紋管)再連接到發(fā)射室氣流入口管道上。污染發(fā)射源剖面如圖4所示，發(fā)射室71內(nèi)布置有發(fā)射室勻流板(其可以為一個，也可以是多級，圖中顯示共3級，即74、75、76)。所述發(fā)射室71面向氣體鎖均勻向外噴射污染氣體。發(fā)射室勻流板74、75、76可為金屬網(wǎng)格板，其上可均勻布置有漏孔且不同級的發(fā)射室勻流板其漏孔數(shù)量和孔徑不同；各級發(fā)射室勻流板的有效漏孔(放置在發(fā)射室中能夠有效通過污染氣流)面積之和近似相等，且越接近發(fā)射室氣流入口管道的發(fā)射室勻流板漏孔越稀疏、孔徑越大；對于其最靠近發(fā)射室氣流入口管道的一級發(fā)射室勻流板74，為避免從管道流入的污染氣流的直接沖擊，也為了使污染氣流盡量均勻，正對發(fā)射管道的發(fā)射室均流板74在所述發(fā)射管道內(nèi)直徑的1～2倍直徑區(qū)域不布置漏孔。

如圖1所述，模擬超清潔真空腔室6上可配置有測量腔內(nèi)氣體組分和分壓的設(shè)備，如四極質(zhì)譜計62。

在實際EUV光刻機中，硅片釋放的污染物成分主要是水蒸氣和碳?xì)浠衔铮覍Υ蠓肿犹細(xì)浠衔锏姆謮阂蟊人叩枚?。為獲得穩(wěn)定的污染氣體氣源，如但不限如的舉例，污染發(fā)射源通入的污染氣體設(shè)定為干燥無雜的二氧化碳?xì)怏w。

本氣體鎖驗證儀的工作原理介紹如下：

1)針對本氣體鎖驗證儀，由氣體鎖注入的清潔氣體分子與污染發(fā)射源釋放的欲流向超清潔真空腔室的污染氣體分子發(fā)生近似線性彈性碰撞，使污染氣體分子回流入清潔真空腔室從而達(dá)到抑制污染氣體分子向超清潔真空腔室擴(kuò)散的效果；該抑制效果取決于參與碰撞的清潔氣體分子數(shù)目的多少(對應(yīng)宏觀的清潔氣體流量)、污染氣體分子數(shù)目的多少(對應(yīng)污染氣體放氣率)、清潔氣體分子量的大小(對應(yīng)清潔氣體種類)和污染氣體分子量的大小(對應(yīng)污染氣體種類)。

2)本氣體鎖驗證儀用污染發(fā)射源替代硅片室中因EUV輻照而放氣的硅片，用縮比的模擬清潔真空腔室和模擬超清潔真空腔室替代EUV光刻機中的真實真空腔室，并將一套氣體鎖驗證儀連接到兩模擬腔室之間。通過高精度流量控制系統(tǒng)(高精度氣體質(zhì)量流量計)來精確控制污染發(fā)射源的污染氣體放氣率和氣體鎖的清潔氣體流量；通過四極質(zhì)譜計來監(jiān)測模擬超清潔真空腔室中的氣體組分和分壓力。這樣，當(dāng)污染氣體發(fā)射源以一定的放氣率釋放污染氣體時，可以通過四極質(zhì)譜計測得氣體鎖工作前后模擬超清潔真空腔室中的污染氣體分壓力相對真空腔室本底的增量，可求得在該種條件下的氣體鎖抑制率R_s為：

本氣體鎖驗證儀的具體試驗流程介紹如下：

關(guān)閉氣體鎖的清潔氣流和污染發(fā)射源的污染氣流，用真空泵組對本氣體鎖驗證儀抽真空，使兩模擬腔室的真空度接近極限本底，使用四極質(zhì)譜計測量模擬超清潔真空腔室內(nèi)污染氣體的分壓值P01；

保持兩模擬腔室的真空泵組正常工作，通過污染發(fā)射源向模擬清潔真空腔室內(nèi)注入污染氣體，在氣體鎖不工作的情況下，使用四極質(zhì)譜計測量模擬超清潔真空腔室內(nèi)污染氣體的分壓值P11；

關(guān)閉污染發(fā)射源，對兩模擬腔室抽真空，再次使真空度接近極限本底，使用四極質(zhì)譜計測量模擬超清潔真空腔室內(nèi)污染氣體的分壓值P02；

打開氣體鎖，以一定氣體流量注入一定種類清潔氣體，同時以與以測量P11時相同的污染氣體流量再次打開污染發(fā)射源，經(jīng)一定時間后兩腔室的真空度穩(wěn)定，使用四極質(zhì)譜計測量模擬超清潔真空腔室內(nèi)污染氣體的分壓值P12；

這樣可以得到該種類清潔氣體在該清潔氣體流量下針對該污染氣體流量的氣體鎖抑制率為[(P11-P01)-(P12-P02)]/(P11-P01)；

連續(xù)上述試驗過程，通過改變污染氣體種類、污染氣體放氣率、清潔氣體種類和清潔氣體流量等條件，可以得到一系列的氣體鎖抑制率；通過分析這些抑制率的規(guī)律，可以驗證氣體鎖的抑制效果，能夠得到其抑制效果和清潔氣體流量、污染氣體放氣率、清潔氣體種類、污染氣體種類等影響因素的關(guān)系。

以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。